JP4189023B2 - 電気車の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、直流電力を吸収・放出させる電力貯蔵システムを適用した電気車の制御装置に関するものである。

近年、電気車の制御装置へ二次電池・電気二重層キャパシタ等の電力貯蔵デバイスを使用した電力貯蔵システムを適用する開発が行われており、車両の回生ブレーキ時に発生する余剰回生電力を貯蔵し、また力行加速時に貯蔵した電力を使用する構成とすることで、車両の持つ運動エネルギーを有効利用できることが知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００６−１４３９５

上記電力貯蔵システムを適用した電気車においては、変電所が意図的に架線への電力供給を停止した場合や架線の切断時等の架線停電時に、電力貯蔵システムが運転を継続すると、電力貯蔵システムが架線へ電圧を逆印加してしまい、作業等で架線へ触れる場合に感電の恐れがある等、意図的に架線を停電させたい場合においてもこれが不可能となる問題がある。

また架線が地絡故障した時には、電力貯蔵システムが地絡箇所へ電流を供給し続けることになり、地絡箇所の損傷を拡大する問題がある。
従って、架線停電時、架線地絡時には速やかにこれを検出し、電力貯蔵システムを確実に停止する必要がある。また、たとえば架線に停電が発生した場合に、最寄駅まで電力貯蔵システムの電力にて車両を走行させる場合は、電力貯蔵システムが架線へ電圧を逆印加するのを回避しつつ、電力貯蔵システムを有効に動作させる必要がある。

上記特許文献１には、電力貯蔵システムを適用した電気車の制御装置に、受電不可検出器を設置し、これにより受電不可状態を検出した場合に電力貯蔵システムを搭載した電気車の制御装置のスイッチを開くことが示されている。しかしながら、具体的な受電不可状態の検出方法と電力貯蔵システムの制御部の具体的な構成は示されていない。

本発明は、架線より電力を授受して走行する場合（以下、集電走行モードと記する）においては、架線停電や架線地絡を検出し、速やかに電力貯蔵システムを停止させ、架線へ電圧を逆印加することを回避でき、且つ架線より電力を授受せず走行する場合（以下、自立走行モードと記する）においては、架線へ電圧を逆印加することを回避しつつ、補助電源装置と駆動制御装置とを安定に運転できるよう構成した制御部を有する、電力貯蔵システムを適用した電気車の制御装置を提供するものである。

この発明に係る電気車の制御装置は、負荷に電力を供給する補助電源装置と、駆動用モータを制御する駆動制御装置と、電力貯蔵デバイスを有する電力貯蔵システムとが並列関係に接続されており、電力貯蔵システムは、コンデンサが並列接続されたＤＣ-ＤＣコンバータと、コンデンサの電圧を検出する電圧検出器と、ＤＣ-ＤＣコンバータとの間で電力をやりとりする電力貯蔵デバイスを有する電力貯蔵部と、電力貯蔵システムが吸収・放出する電力又は電流、あるいはコンデンサの電圧の何れかが所定の値となるようにＤＣ-ＤＣコンバータを制御する電力貯蔵システム制御部とを備えている。電気車の制御装置が外部との電力の授受を行う場合に、電力貯蔵システム制御部は、電力貯蔵システムが吸収・放出する電力又は電流が、駆動制御装置の電力又は電流と補助電源装置の電力又は電流の和に一致しないように制御する。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１の電気車の制御装置の構成例を示す図である。
図１に示すように、電圧源１ａとスイッチ２から構成された変電所１が架線３とレール２１に接続され、架線３から集電装置２０、車輪２２を通して電力をとり入れることができる構成とし、集電装置２０の後段には総括スイッチ４０があり、総括スイッチ４０の後段には、負荷５２が接続された補助電源装置５１と、駆動用モータ６５が接続された駆動制御装置６０と、電力貯蔵システム７０とが並列に接続されている。なお、ダイオード５０は必要に応じて装備される逆流防止用のダイオードである。

また、前記補助電源装置５１と駆動制御装置６０と電力貯蔵システム７０は、それぞれ別々の装置として電気車に搭載される場合や、いずれかを組み合わせて複数を一体とした装置として電気車に搭載される場合があるが、いずれの場合も本発明の対象となる。
なお、図示しているように、補助電源装置５１の入力電力をＰＡ（入力電流をＩＡ）とし、向きは、補助電源装置５１に流れ込む方向を正としている。また、駆動制御インバータ６４の入力電力をＰＴ（入力電流をＩＴ）とし、向きは、駆動制御インバータ６４に流れ込む方向を正としている。更に、電力貯蔵システム７０の入力電力をＰＳ（入力電流をＩＳ）とし、向きは、電力貯蔵システムから流れ出る方向を正としている。

上記駆動制御装置６０は、入力電圧ＶＴ１を検出する電圧検出器６６ａ、スイッチ６１、リアクトル６２、コンデンサ６３、コンデンサの電圧ＶＴ２を検出する電圧検出器６６ｂ、駆動制御インバータ６４、駆動制御部６００から構成される。また、上記電力貯蔵システム７０は、入力電圧ＶＳ１を検出する電圧検出器７６ａ、スイッチ７１、コンデンサ７３、コンデンサの電圧ＶＳ２を検出する電圧検出器７６ｂ、ＤＣ-ＤＣコンバータ７４、電力貯蔵部７５、電力貯蔵システム制御部７００から構成される。なお、上記電力貯蔵システム７０の入力側は、正側は駆動制御装置６０のコンデンサ６３の正側に接続され、負側は車輪２２へ接続されている。

なお、正側を総括スイッチ４０の後段に接続しても良いが、この場合は、駆動制御装置６０の構成と同じく、スイッチ７１とコンデンサ７３の間に別途リアクトル（図示せず）が必要となる。ただし、このリアクトルにより電力貯蔵システムが吸収・放出する電流の変化率が制限されてしまい応答性能が劣化することになるので、好ましくない。
また、スイッチ７１、コンデンサ７３をそれぞれ駆動制御装置６０のスイッチ６１、コンデンサ６３と共有する構成（即ち、スイッチ７１、コンデンサ７３を省略し、ＤＣ-ＤＣコンバータ７４の入力を駆動制御装置６０のコンデンサ６３の両端に接続する構成）としても良いが、例えばＤＣ-ＤＣコンバータ７４が故障した場合に、これを駆動制御装置６０から切り離すことが不可能となり、駆動制御装置６０も停止させる必要が生じて、電気車の走行が不可能となる問題があるため、ＤＣ-ＤＣコンバータ７４が故障した場合等に電力貯蔵システム７０を駆動制御装置６０から切り離し、駆動制御装置６０を活かして電気車の走行が可能となるように、スイッチ７１、コンデンサ７３を設ける図１の構成とするのが好ましい。

駆動制御部６００には、入力電圧ＶＴ１、コンデンサ電圧ＶＴ２の他、図示しないが、入力電流ＩＴ、駆動用モータ６５の回転数ＦＭが最低限入力され、外部から、加速指令、ブレーキ指令、またその強さが最低限入力される。
なお、駆動用モータ６５の回転数ＦＭは、駆動制御部６００により演算して求めることも可能であり、これを使用しても良い。また、加速指令とブレーキ指令とその強さは、運転士の操作により設定される場合と、図示しない自動運転システム等から入力される場合等がある。

また、電力貯蔵システム制御部７００には、入力電圧ＶＳ１、コンデンサ電圧ＶＳ２、電力ＰＳ（または電流ＩＳ）、補助電源装置５１の電力ＰＡ（または電流ＩＡ）、駆動制御インバータ６４の電力ＰＴ（または電流ＩＴ）、駆動モータ６５の回転周波数ＦＭとインバータ周波数ＦＩＮＶと車速ＶＢとを最低限含む駆動制御部６００からの状態信号ＣＶが入力され、外部から、集電走行モード指令、自立走行モード指令を含む運転指令Ｃ２が入力される。

なお、集電走行モード指令とは、変電所１との間で電力の授受を行いながら走行する場合に設定される指令であり、自立走行モード指令とは、変電所１との間で電力の授受を行わず、電力貯蔵システム７０からの電力のみを使用して走行を行う場合に設定される指令であり、たとえば架線停電時に最寄の駅まで電力貯蔵システム７０の電力のみで走行するケースが想定される。これらの信号の設定は、運転士が行う場合や、中央指令所（図示せず）や車両の他のシステム（例えば図示しない自動運転装置）が行う場合等が考えられる。

図１にはこの他、架線３に発生した断線箇所１０と、地絡経路１１を示している。以下の説明中、架線の停電が発生した場合を説明する場合は、変電所１のスイッチ２が開放されたか、あるいは断線箇所１０にて架線３が断線した場合を想定している。また、架線の地絡が発生した場合を説明する場合には、地絡経路１１を介して架線がレールへ地絡している場合を想定している。
なお、架線が通常の状態においては、断線箇所１０、地絡経路１１は存在しないものとして説明している。

次いで、本発明の中心となる電力貯蔵システム制御部７００の構成例を説明する。
なお、以下の説明では、ブロック図を用いてその構成を説明するが、それぞれの内容はＨ／Ｗで構成してもＳ／Ｗで構成しても良い。
図２は本発明の実施の形態１の電力貯蔵システム制御部７００の構成例を示す図である。
なお、図２以降の図においては、ＰＴ（またはＩＴ）、ＰＡ（またはＩＡ）、ＰＳ（またはＩＳ）、ＰＬ（またはＩＬ）、Ｐ０＊（またはＩ０＊）と併記しているが、これは、補助電源装置５１の電力ＰＡ、駆動制御インバータ６４の電力ＰＴ、ＰＡとＰＴの和である電力ＰＬ、電力貯蔵システム７０の電力ＰＳを使用して制御系を構成する場合と、補助電源装置５１の電流ＩＡ、駆動制御インバータ６４の電流ＩＴ、ＩＡとＩＴの和である電流ＩＬ、電力貯蔵システム７０の電流ＩＳを使用して制御系を構成する場合を同一図上に併記することが目的であり、いずれの方法で制御系を構成しても本発明において同様の効果が得られるものである。

ただし、以下の説明では、電力ＰＡ、電力ＰＴ、電力ＰＬ、電力ＰＳを使用して制御系を構成する場合を想定して説明を行う。
電流ＩＡ、電流ＩＴ、電流ＩＬ、電流ＩＳを使用して制御系を構成する場合は、以下の説明において、電力ＰＡを電流ＩＡに置き換え、電力ＰＴを電流ＩＴに置き換え、電力ＰＬを電流ＩＬに置き換え、電力ＰＳを電流ＩＳに置き換え、吸収・放出指令生成部７２０の出力を基本電力指令Ｐ０＊から基本電流指令Ｉ０＊に置き換えればよい。

図２に示すように、電力貯蔵システム制御部７００は、指令受信分配部７１０ａ、指令受信分配部７１０ｂ、吸収・放出指令生成部７２０、ＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令生成部７３０（１）あるいは７３０（２）、電圧指令生成部７５０、電圧急減検出部７６０、低電圧検出部７７０、過電圧検出部７８０、論理和回路７９０、ＤＣ-ＤＣコンバータ制御部７４０により構成される。

指令受信分配部７１０ａは、外部より、複数の指令が含まれる運転指令Ｃ２を受信し、その内容に集電走行モード指令、自立走行モード指令が含まれる場合は、それに応じた制御モード指令ＣＭＣをＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令生成部７３０（１）に入力する構成である。指令受信分配部７１０ｂは、駆動制御部６００より、複数の指令が含まれる状態信号ＣＶを受信し、この中から、駆動モータ６５の回転周波数ＦＭ、またはインバータ周波数ＦＩＮＶ、車速ＶＢを抽出し、吸収・放出指令生成部７２０に入力する構成である。

吸収・放出指令生成部７２０は、駆動制御インバータ６４の電力ＰＴと補助電源装置５１の電力ＰＡとの和である電力ＰＬと、駆動モータ６５の回転周波数ＦＭ、あるいはインバータ周波数ＦＩＮＶ、車速ＶＢが入力され、基本電力指令Ｐ０＊をＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令生成部７３０（１）に入力する構成である。電圧指令生成部７５０は、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２の指令（目標値）である第二の電圧指令ＶＳ２Ｂ＊を生成し、ＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令生成部７３０（１）に入力する構成である。

ＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令生成部７３０（１）は、基本電力指令Ｐ０＊と、第二の電圧指令ＶＳ２Ｂ＊と、電力貯蔵システム７０の電力ＰＳと、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２と、制御モード指令ＣＭＣとが入力され、ＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令ＩＤＤ＊をＤＣ-ＤＣコンバータ制御部７４０に対して出力する構成である。ＤＣ-ＤＣコンバータ制御部７４０は、ＤＣ-ＤＣコンバータ７４の電流がＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令ＩＤＤ＊に一致するように電流制御を実行する構成である。

図３は本発明の実施の形態１のＤＣ-ＤＣコンバータ７４の回路構成例を示す図である。
図３（ａ）は双方向昇降圧形ＤＣ-ＤＣコンバータ回路７４（１）を用いた例を示し、スイッチング素子７４ａ〜７４ｄ、結合リアクトル７４ｅ、コンデンサ７４ｆ、リアクトル７４ｇから構成される。また、図３（ｂ）は双方向降圧形ＤＣ-ＤＣコンバータ回路７４（２）を用いた例を示し、スイッチング素子７４ｈ、７４ｉ、リアクトル７４ｊから構成される。
なお、ＤＣ-ＤＣコンバータ制御部７４０により制御する電流ＩＤＤの部位を図３（ａ）、図３（ｂ）に示す。それぞれ、結合リアクトル７４ｅの電流ＩＤＤ、リアクトル７４ｊの電流ＩＤＤが好適であるが、これ以外の箇所の電流を制御しても良い。

図２に戻り、電圧急減検出部７６０は、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２が入力され、電圧急減検出信号ＶＤを論理和回路７９０に入力する構成である。同様に、低電圧検出部７７０は、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２が入力され、低電圧検出信号ＬＶを論理和回路７９０に入力する構成、過電圧検出部７８０は、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２が入力され、過電圧検出信号ＯＶを論理和回路７９０に入力する構成である。

上記論理和回路７９０は、前記電圧急減検出信号ＶＤ、低電圧検出信号ＬＶ、過電圧検出信号ＯＶの論理和をとり、その結果をコンバータ停止指令ＣＯＦとしてＤＣ-ＤＣコンバータ制御部７４０に入力するとともに、スイッチ６１、７１、総括スイッチ４０にスイッチ開放指令ＳＯＦ、ＳＯＦ１を出力する。なお、論理和回路７９０の出力は、図示していないが、一度ハイレベルに変化するとその状態がラッチされ、別途リセットされるまでその状態が維持される構成としている。

次に、前記吸収・放出指令生成部７２０、前記ＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令生成部７３０（１）、前記電流急減検出部７６０、前記低電圧検出部７７０、前記過電圧検出部７８０の構成例を説明する。
図４は上記吸収・放出指令生成部７２０の構成例を示す図である。図４に示すように、電力負担割合指令生成部７２３ａにて、駆動モータ６５の回転周波数ＦＭまたはインバータ周波数ＦＩＮＶ、車速ＶＢに応じて変化させることのできる電力負担割合指令ＰＤＰ＊を生成する。

なお、電力負担割合指令ＰＤＰ＊はコンデンサ７３の電圧ＶＳ２、ＤＣ-ＤＣコンバータ７４の温度、電力貯蔵部７５の電圧、電流、蓄積電力量、温度等により可変できる構成としてもよい。吸収・放出指令生成部７２０では、乗算器７２４にて、電力ＰＬと、ＰＤＰ＊との積をとり、これを基本電力指令Ｐ０＊として出力する構成である。上記電力負担割合指令ＰＤＰ＊は、０〜１までの任意の値である。本発明の効果を得るには１より小さい例えば０．９程度の値が好ましい。なお、補助電源装置５１の電力ＰＡは僅かであるので、無視するかゼロと想定しても本発明の効果を大きく損ねることはない。

重要なことは、電力貯蔵システム７０が吸収、放出する電力ＰＳの大きさと、前記駆動制御インバータ６４の電力ＰＴと補助電源装置５１の電力ＰＡの和である電力ＰＬの大きさを一致させないように維持することであり、常に過不足となる電力ＰＰを意図的に発生させ、この電力ＰＰを変電所１との間で授受を行うようにすることである。
したがって、吸収・放出指令生成部７２０の構成は、上記目的を達成できる構成であれば、図４に記載の構成に限定されることはない。

なお、説明においては、電力貯蔵システム７０が吸収、放出する電力ＰＳの大きさを、前記駆動制御インバータ６４の電力ＰＴと補助電源装置５１の電力ＰＡの和である電力ＰＬの大きさよりも小さく維持する場合で説明しているが、電力貯蔵システム７０が吸収、放出する電力ＰＳの大きさを、前記駆動制御インバータ６４の電力ＰＴと補助電源装置５１の電力ＰＡの和である電力ＰＬの大きさよりも大きく維持することでも良い。

図５は上記ＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令生成部７３０（１）の構成例を示す図である。
図５に示すように、ＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令生成部７３０（１）は、基本電力指令Ｐ０＊と電力貯蔵システムが吸収・放出する電力ＰＳの差をとる減算器７３１ａ、減算器７３１ａの後段に位置する比例積分制御器７３２ａ、比例積分制御器７３２ａの出力とコンデンサ７３の電圧ＶＳ２とを加算する加算器７３４、加算器７３４の出力の上下限を電圧上限設定値ＶＬＭＴＨ、電圧下限設定値ＶＬＭＴＬに制限し、これを第一の電圧指令ＶＳ２Ａ＊として出力する電圧リミッタ７３３ａ１を備えている。

また、電圧指令発生部７５０から入力される第二の電圧指令ＶＳ２Ｂ＊と前記第一の電圧指令ＶＳ２Ａ＊とを制御モード指令ＣＭＣに応じて切り替えるスイッチ７３５、スイッチ７３５の出力からコンデンサ７３の電圧ＶＳ２を引く減算器７３１ｂ、減算器７３１ｂの後段に位置する比例積分制御器７３２ｂ、比例積分制御器７３２ｂの出力に位置し、その上下限を電流上限設定値ＩＬＭＴＨ、電流下限設定値ＩＬＭＴＬに制限し、これをＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令ＩＤＤ＊として出力する電流リミッタ７３３ｂを備えている。なお、スイッチ７３５は、制御モード指令ＣＭＣが集電走行モードを指示する場合は第一の電圧指令ＶＳ２Ａ＊側に切り替え、自立走行モードを指示する場合は、第二の電圧指令ＶＳ２Ｂ＊側に切り替える構成としている。

次に、上記ＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令生成部７３０（１）の動作を説明する。なお、以下に説明する動作は、架線が停電していない状態での通常の状態における動作である。架線が停電した場合の動作は追って説明する。
（１）集電走行モード（スイッチ７３５は第一の電圧指令ＶＳ２Ａ＊側に切替っている状態）
電気車の力行加速時において、基本電力指令Ｐ０＊（極性は正である）に対して、電力貯蔵システムが放出している電力ＰＳが大きい場合を想定すると、減算器７３１ａの出力は負になり、比例積分制御器７３２ａの出力は減少する。これにより加算器７３４の出力も減少する。加算器７３４の出力が電圧上限設定値ＶＬＭＴＨ、電圧下限設定値ＶＬＭＴＬの間に位置する通常の場合は、電圧リミッタ７３３ａ１は機能せず、加算器７３４の出力は、スイッチ７３５を介してそのまま減算器７３１ｂに入力されるため、減算器７３１ｂの出力も減少する。これにより比例積分制御器７３２ｂの出力が減少し、電流リミッタ７３３ｂを介したＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令ＩＤＤ＊も減少する。このような制御動作により、電力貯蔵システムが放出する電力ＰＳは減少する。

一方、電気車の力行加速時において、基本電力指令Ｐ０＊に対して、電力貯蔵システムが放出している電力ＰＳが小さい場合、減算器７３１ａの出力は正になり、比例積分制御器７３２ａの出力は増加する。これにより加算器７３４の出力も増加する。加算器７３４の出力が電圧上限設定値ＶＬＭＴＨ、電圧下限設定値ＶＬＭＴＬの間に位置する通常の場合は、電圧リミッタ７３３ａ１は機能せず、加算器７３４の出力は、スイッチ７３５を介してそのまま減算器７３１ｂに入力されるため、減算器７３１ｂの出力も増加する。これにより比例積分制御器７３２ｂの出力が増加し、電流リミッタ７３３ｂを介したＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令ＩＤＤ＊も増加する。このような制御動作により、電力貯蔵システムが放出する電力ＰＳは増加する。

以上のような制御動作により、電力貯蔵システム７０が放出する電力ＰＳは、基本電力指令Ｐ０＊に一致するように制御され、定常状態では比例積分制御器７３２ａの出力はほぼゼロとなる。なお、電気車が回生ブレーキ時である場合は、基本電力指令Ｐ０＊と電力ＰＳの極性が負になる以外は、上記に説明したものと同様の制御動作であるので、説明は割愛する。

（２）自立走行モード（スイッチ７３５は第二の電圧指令ＶＳ２Ｂ＊側に切替っている状態）
第二の電圧指令ＶＳ２Ｂ＊がスイッチ７３５を介して減算器７３１ｂに入力され、減算器７３１ｂにてＶＳ２Ｂ＊とコンデンサ７３の電圧ＶＳ２の差がとられる。
電気車が力行加速時、あるいは回生ブレーキ時において、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２が、第二の電圧指令ＶＳ２Ｂ＊より大きくなると、減算器７３１ｂの出力は負になり、比例積分制御器７３２ｂの出力は減少する。これにより電流リミッタ７３３ｂを介して出力されるＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令ＩＤＤ＊も減少し、電力貯蔵システム７０が放出する電力ＰＳが減少するため、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２は減少する。

逆に、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２が、第二の電圧指令ＶＳ２Ｂ＊より小さくなると、減算器７３１ｂの出力は正になり、比例積分制御器７３２ｂの出力は増加する。これにより電流リミッタ７３３ｂを介して出力されるＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令ＩＤＤ＊も増加し、電力貯蔵システム７０が放出する電力ＰＳが増加するため、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２は増加する。
以上のような制御動作により、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２は、第二の電圧指令ＶＳ２Ｂ＊に一致するよう制御される。

図６は上記電圧急減検出部７６０の構成例を示す図である。図６に示すように、電圧急減検出部７６０は、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２がフィルタ７６２ａを介して入力され、次いで電圧減少率演算部７６１で電圧減少率ΔＶ／ΔＴが演算される。電圧減少率ΔＶ／ΔＴはフィルタ７６２ｂを通して比較器７６３に入力され、電圧減少率設定値ＶＤＣと比較される。電圧減少率ΔＶ／ΔＴが電圧減少率設定値ＶＤＣより小さい場合（つまり、電圧減少率設定値で設定した減少率よりも急激にコンデンサ７３の電圧ＶＳ２が減少した場合）、比較器７６３はハイレベルを出力する。比較器７６３の出力を電圧急減検出信号ＶＤとして出力する。

なお、フィルタ７６２ａ、７６２ｂは、ＶＳ２に含まれる不要な高周波ノイズを除去するものであり、必要に応じて設置すればよい。また、電圧急減検出部７６０では、電圧減少率ΔＶ／ΔＴを演算し、比較する構成としているが、電圧の減少が検出できればこの他の構成でもよい。例えばＶＳ２を時定数の異なる複数のフィルタを介して得られた信号を比較することでも電圧の減少を検出することが可能である。
なお、図６では、電圧急減検出部７６０にコンデンサ７３の電圧ＶＳ２を入力する構成としているが、入力電圧ＶＳ１、あるいは駆動制御装置６０のコンデンサ６３の電圧ＶＴ２、入力電圧ＶＴ１を代わりに入力して用いてもよい。

図７は上記低電圧検出部７７０の構成例を示す図である。
図７に示すように、低電圧検出部７７０は、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２がフィルタ７７１を介して入力され、フィルタ７７１の出力が比較器７７２ａ、７７２ｂに入力され、それぞれ第一の低電圧設定値ＬＶＣ１、第二の低電圧設定値ＬＶＣ２と比較される
比較器７７２ａは、その入力が第一の低電圧設定値ＬＶＣ１よりも低下した場合、ハイレベルを出力し、比較器７７２ｂは、その入力が第二の低電圧設定値ＬＶＣ２よりも低下した場合、ハイレベルを出力する。

比較器７７２ｂの出力は、遅延回路７７３に入力され、比較器７７２ｂの出力が一定の時間（Δｔｓａ）継続してハイレベルである場合に、遅延回路７７３の出力がハイレベルとなる。
最後に論理和回路７７４は、比較器７７２ａと遅延回路７７３の出力の論理和をとり、低電圧検出信号ＬＶを出力する。なお、図７では、低電圧検出部７７０にコンデンサ７３の電圧ＶＳ２を入力する構成としているが、入力電圧ＶＳ１、あるいは駆動制御装置６０のコンデンサ６３の電圧ＶＴ２、入力電圧ＶＴ１を代わりに入力して用いてもよい。

図８は上記過電圧検出部７８０の構成例を示す図である。
図８に示すように、過電圧検出部７８０は、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２がフィルタ７８１を介して入力され、フィルタ７８１の出力が比較器７８２ａ、７８２ｂに入力され、それぞれ第一の過電圧設定値ＯＶＣ１、第二の過電圧設定値ＯＶＣ２と比較される。
比較器７８２ａは、その入力が第一の過電圧設定値ＯＶＣ１を超過した場合、ハイレベルを出力し、比較器７８２ｂは、その入力が第二の過電圧設定値ＯＶＣ２を超過した場合、ハイレベルを出力する。

比較器７８２ｂの出力は、遅延回路７８３に入力され、比較器７８２ｂの出力が一定の時間（Δｔｓｂ）継続してハイレベルである場合、遅延回路７８３の出力がハイレベルとなる。
最後に論理和回路７８４は、比較器７８２ａと遅延回路７８３の出力の論理和をとり、過電圧検出信号ＯＶを出力する。なお、図８では、過電圧検出部７８０にコンデンサ７３の電圧ＶＳ２を入力する構成としているが、入力電圧ＶＳ１、あるいは駆動制御装置６０のコンデンサ６３の電圧ＶＴ２、入力電圧ＶＴ１を代わりに入力して用いてもよい。

図９は、本発明の実施の形態１における第一、第二の過電圧設定値ＯＶＣ１、ＯＶＣ２と、第一、第二の低電圧設定値ＬＶＣ１、ＬＶＣ２と、電圧上限設定値ＶＬＭＴＨと、電圧下限設定値ＶＬＭＴＬと、駆動制御装置６０が過電圧を検知して停止する過電圧停止レベルと、駆動制御装置６０が低電圧を検知して停止する低電圧停止レベルとの関係を説明する図である。
図９に示すように、設定電圧の高い順に駆動制御装置６０の過電圧停止レベル、第一の過電圧設定値ＯＶＣ１、電圧上限設定値ＶＬＭＴＨ、第二の過電圧設定値ＯＶＣ２、第二の低電圧設定値ＬＶＣ２、電圧下限設定値ＶＬＭＴＬ、第一の低電圧設定値ＬＶＣ１、駆動制御装置６０の低電圧停止レベルとなる。なお、第二の過電圧設定値ＯＶＣ２は電圧上限設定値ＶＬＭＴＨよりわずかに低い値に設定し、第二の低電圧設定値ＬＶＣ２は電圧下限設定値ＶＬＭＴＬよりわずかに高い値に設定しておく。

次に、上述した実施の形態１に示した電気車の制御装置の構成における、架線停電時、架線地絡時の制御動作を説明する。
図１０は本発明の実施の形態１における架線停電時の動作を説明する図である。なお、以下の説明は、電気車が集電走行モードで走行中に、架線３が正常な状態から停電状態に移行した場合を想定しており、ＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令生成部７３０内のスイッチ７３５は第一の電圧指令ＶＳ２Ａ＊側に切り替わっている状態での動作である。
図１０（ａ）は力行加速時の、図１０（ｂ）は回生ブレーキ時の代表的な動作を示す。
それぞれ最上段は電力ＰＰ、ＰＬ、ＰＳの時間変化、中段がコンデンサ７３の電圧ＶＳ２の時間変化、最下段がスイッチ６１、７１の動作を示す図である。

（力行加速時に架線停電が発生した場合）
図１０（ａ）に基づき、力行加速時の動作を説明する。
時間ｔ０ａ〜ｔ１ａまでは、架線が停電していない期間であり、既に説明したとおり電力貯蔵システム７０は、図４に示した吸収・放出指令生成部７２０により、電力ＰＬの大きさよりも小さな値に設定された基本電力指令Ｐ０＊に基づいて、ＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令生成部７３０（１）、ＤＣ-ＤＣコンバータ制御部７４０によってＤＣ-ＤＣコンバータ７４が制御されているため、電力貯蔵システム７０が放出する電力ＰＳの大きさは、電力ＰＬの大きさよりも小さい状態に制御されている。このため、不足する電力ＰＰ（＝ＰＬ−ＰＳ）が、変電所１から集電装置２０を介して電気車に供給されている。電力貯蔵システム７０が放出する電力ＰＳと変電所１から供給される電力ＰＰとの和が、電力ＰＬと等しく、バランスしている状態であるため、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２は、ほぼ架線３の電圧で維持されることになり、電圧上限設定値ＶＬＭＴＨと電圧下限設定値ＶＬＭＴＬの間に位置している。

時間ｔ１ａの時点で、変電所１のスイッチ２が開放されたか、あるいは架線３に断線箇所１０が生じた等の理由により架線３の停電が発生したとする。これにより変電所１からの電力供給が絶たれて変電所１から集電装置２０を介して電気車に供給される電力ＰＰはゼロとなる。
補助電源装置５１と駆動制御インバータ６４は、一定の電力を負荷５２や駆動用モータ６５に供給し続けるように定電力制御されるのが一般的であるので、架線３の停電後も電力ＰＡ、電力ＰＴは変化せず、これらの和である電力ＰＬも変化せず一定となる。

電力貯蔵システム７０の電力ＰＳの大きさは、既に説明したとおり、電力ＰＬの大きさよりも小さな値に制御されたままである。
本状態においては、消費される電力ＰＬの大きさに対して、電力貯蔵システム７０が放出する電力ＰＳの大きさは不足する上、変電所１からの電力供給もない状態であるため、不足する電力は駆動制御装置６０内のコンデンサ６３、電力貯蔵システム７０内のコンデンサ７３に蓄積された電力が消費されることで賄われる。このため、時間ｔ１ａ以降はコンデンサ７３の電圧ＶＳ２が低下を始める。

次いで、時間ｔ２ａの時点で、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２が電圧下限設定値ＶＬＭＴＬ以下になると、ＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令生成部７３０（１）（図５）の電圧リミッタ７３３ａ１の入力が電圧下限設定値ＶＬＭＴＬを下回ることになり、電圧リミッタ７３３ａ１の出力である第一の電圧指令ＶＳ２Ａ＊はＶＬＭＴＬに制限される。このため、ＶＬＭＴＬからＶＳ２を引いた減算器７３１ｂの出力が正方向に増加し始め、これが比例積分制御器７３２ｂで増幅され、ＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令ＩＤＤ＊が正方向に増加する。このため、ＤＣ-ＤＣコンバータ７４は、その電流が正方向に増加するように制御され、電力貯蔵システム７０が放出する電力ＰＳは増加する。

電力貯蔵システム７０が放出する電力ＰＳが増加すると、消費される電力ＰＬに対する電力貯蔵システム７０が放出する電力ＰＳの不足が改善され、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２の低下が抑制される。比例積分制御器７３２ｂの出力は、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２が電圧下限設定値ＶＬＭＴＬに一致して比例積分制御器７３２ｂの入力がゼロとなるまで正方向に増加し続けるので、最終的には、電力貯蔵システム７０が放出する電力ＰＳが、消費される電力ＰＬとバランスした時点で安定し、この状態が維持される。

このように、吸収・放出指令生成部７２０の出力である基本電力指令Ｐ０＊の大きさは、電力ＰＬの大きさよりも小さな値に設定されたままであるが、電力貯蔵システム７０が放出する電力ＰＳは、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２が電圧下限設定値ＶＬＭＴＬに一致するまで増加し、電力ＰＳが電力ＰＬとバランスする状態に制御される。このため、コンデンサ６３、７３からの電力の消費が停止され、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２はＶＬＭＴＬに維持される。
時間ｔ２ａ〜ｔ３ａの期間は、上記のとおり電力ＰＳが電力ＰＬとバランスする状態に制御されており、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２はＶＬＭＴＬに維持された状態である。この状態では、低電圧検出部７７０において、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２が第二の低電圧検出レベルＬＶＣ２以下となるので、比較器７７２ｂはハイレベルを出力し、遅延回路７７３が時間計測を開始する。

次いで、時間ｔ３ａの時点にて、遅延回路７７３の設定時間Δｔｓａが経過し、論理和回路７７４を通して低電圧検出信号ＬＶが出力され、論理和回路７９０（図２）を介してＤＣ-ＤＣコンバータ停止指令ＣＯＦ、スイッチ６１、７１の停止指令ＳＯＦが出力され、ＤＣ-ＤＣコンバータ７４は停止し、スイッチ７１、６１は開放される。なお、停止指令ＳＯＦ１により総括スイッチ４０を開放しても良い。

なお、ＤＣ-ＤＣコンバータ制御部７４０の故障等により時間ｔ２ａ〜ｔ３ａの間、電力ＰＳを電力ＰＬとバランスする状態に制御することが不可能となり、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２がＶＬＭＴＬに維持できない場合、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２が第一の低電圧検出レベルＬＶＣ１以下となるので、比較器７７２ａ（図７）はハイレベルを出力し、論理和回路７７４を通して低電圧検出信号ＬＶが出力され、論理和回路７９０を介してＤＣ-ＤＣコンバータ停止指令ＣＯＦ、スイッチ６１、７１の停止指令ＳＯＦが出力され、ＤＣ-ＤＣコンバータ７４は停止し、スイッチ７１、６１は開放される。なお、停止指令ＳＯＦ１により総括スイッチ４０（図１）を開放しても良い。

（回生ブレーキ時に架線停電が発生した場合）
図１０（ｂ）に基づき、回生ブレーキ時の動作を説明する。
なお、回生ブレーキ時においては、駆動用モータ６５が発生した電力が駆動制御インバータ６４を介して回生されるので電力ＰＴの向きは力行加速時とは逆方向の回生方向の電力となる。補助電源装置５１が消費する電力ＰＡは力行加速時と変化ないが、発生した電力ＰＴの大きさは、消費される電力ＰＡの大きさと比較して遥かに大きいので、これらの和である電力ＰＬは、回生方向の電力となる。

時間ｔ０ｂ〜ｔ１ｂまでは、架線が停電していない期間であり、既に説明したとおり電力貯蔵システム７０は、図４に示した吸収・放出指令生成部７２０により、電力ＰＬの大きさよりも小さな値に設定された基本電力指令Ｐ０＊に基づいて、前記ＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令生成部７３０（１）、ＤＣ-ＤＣコンバータ制御部７４０によってＤＣ-ＤＣコンバータ７４が制御されているため、電力貯蔵システム７０が吸収する電力ＰＳの大きさは、発生する電力ＰＬの大きさよりも小さい状態に制御されている。このため、過剰となる電力ＰＰ（＝ＰＬ−ＰＳ）が、集電装置２０を介して変電所１へ放出されている。電力貯蔵システム７０が吸収する電力ＰＳと変電所１へ放出される電力ＰＰとの和は、発生した電力ＰＬと等しい状態であり、バランスしている状態であるため、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２は、ほぼ架線３の電圧で維持されることになり、電圧上限設定値ＶＬＭＴＨと電圧下限設定値ＶＬＭＴＬの間に位置している。

時間ｔ１ｂの時点で、変電所１のスイッチ２が開放されたか、あるいは架線３に断線箇所１０が生じた等の理由により架線３の停電が発生したとする。これにより変電所１への電力放出経路が絶たれて、集電装置２０を介して変電所１へ放出される電力ＰＰはゼロとなる。
補助電源装置５１は一定の電力を負荷５２に供給し続け、駆動制御インバータ６４は、一定の電力を駆動用モータ６５が発生し続けるように定電力制御されるのが一般的であるので、架線３の停電後も電力ＰＡ、電力ＰＴは変化しないので、これらの和である電力ＰＬも変化せず一定となる。

一方、電力貯蔵システム７０が吸収する電力ＰＳの大きさは、既に説明したとおり、電力ＰＬの大きさよりも小さな値に制御されたままである。
本状態においては、発生した電力ＰＬは、電力貯蔵システム７０が吸収する電力ＰＳに対して過剰である上、変電所１への電力放出経路も絶たれた状態であるため、過剰となる電力が駆動制御装置６０内のコンデンサ６３、電力貯蔵システム７０内のコンデンサ７３に蓄積される。このため、時間ｔ１b以降はコンデンサ７３の電圧ＶＳ２が増加を始める。

次いで、時間ｔ２ｂの時点で、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２が電圧下限設定値ＶＬＭＴＨ以上になると、ＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令生成部７３０（１）（図５）の電圧リミッタ７３３ａ１の入力が電圧上限設定値ＶＬＭＴＨを上回ることになり、電圧リミッタ７３３ａ１の出力である第一の電圧指令ＶＳ２Ａ＊はＶＬＭＴＨに制限される。このため、ＶＬＭＴＨからＶＳ２を引いた減算器７３１ｂの出力が負の方向に増加し始め、これが比例積分制御器７３２ｂで増幅され、ＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令ＩＤＤ＊が負の方向に増加する。このため、ＤＣ-ＤＣコンバータ７４は、その電流の大きさが負の方向に増加するように制御され、電力貯蔵システム７０が吸収する電力ＰＳが増加する。

電力貯蔵システム７０が吸収する電力ＰＳが増加すると、電力貯蔵システム７０が吸収する電力ＰＳに対して発生する電力ＰＬが過剰である状態が改善され、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２の上昇が抑制される。比例積分制御器７３２ｂの出力は、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２が電圧上限設定値ＶＬＭＴＨに一致し、比例積分制御器７３２ｂの入力がゼロとなるまで負に増加し続けるので、最終的には、電力貯蔵システム７０が吸収する電力ＰＳが、回生電力である電力ＰＬとバランスした時点で安定し、この状態が維持される。

このように、吸収・放出指令生成部７２０の出力である基本電力指令Ｐ０＊の大きさは、発生する電力ＰＬの大きさよりも小さな値に設定されたままであるが、電力貯蔵システム７０が吸収する電力ＰＳの大きさは、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２が電圧上限設定値ＶＬＭＴＨに一致するまで増加し、電力ＰＳが電力ＰＬとバランスする状態に制御される。このため、コンデンサ６３、７３への電力の蓄積が停止され、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２はＶＬＭＴＨに維持される。

時間ｔ２ｂ〜ｔ３ｂの期間は、上記のとおり電力ＰＳが電力ＰＬとバランスする状態に制御されており、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２はＶＬＭＴＨに維持された状態である。
この状態では、過電圧検出部７８０（図８）において、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２が第二の過電圧検出レベルＯＶＣ２以上となるので、比較器７８２ｂはハイレベルを出力し、遅延回路７８３が時間計測を開始する。

次いで、時間ｔ３ｂの時点にて、遅延回路７８３の設定時間Δｔｓｂが経過し、論理和回路７８４を通して過電圧検出信号ＯＶが出力され、論理和回路７９０を介してＤＣ-ＤＣコンバータ停止指令ＣＯＦ、スイッチ６１、７１の停止指令ＳＯＦが出力され、ＤＣ-ＤＣコンバータ７４は停止し、スイッチ７１、６１は開放される。なお、停止指令ＳＯＦ１により総括スイッチ４０を開放しても良い。

なお、ＤＣ-ＤＣコンバータ制御部７４０の故障等により時間ｔ２ｂ〜ｔ３ｂの間、電力ＰＳを電力ＰＬとバランスする状態に制御することが不可能となり、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２がＶＬＭＴＨに維持できない場合、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２が第一の過電圧検出レベルＯＶＣ１以上となるので、比較器７８２ａはハイレベルを出力し、論理和回路７８４を通して過電圧検出信号ＯＶが出力され、論理和回路７９０を介してＤＣ-ＤＣコンバータ停止指令ＣＯＦ、スイッチ６１、７１の停止指令ＳＯＦが出力され、ＤＣ-ＤＣコンバータ７４は停止し、スイッチ７１、６１は開放される。なお、停止指令ＳＯＦ１により総括スイッチ４０を開放しても良い。

なお、電気鉄道においては、通常の運行において、架線３や車両の動揺等により集電装置２０と架線３との接触が一時的に離れ、電力の授受が絶たれる離線と呼ばれる現象が頻繁に発生する。この離線は、電気車の制御装置側から見ると、架線停電と同一の事象である。ただし、離線時間は一般には数ｍｓ〜数百ｍｓ程度の時間であり、架線３に設置される絶縁セクション（図示せず）を通過する場合はこれより長くなるものの数秒以内である。

図１０（ａ）、図１０（ｂ）において、時間ｔ２ａ、あるいはｔ２ｂの時点で架線停電と判断して、ＤＣ-ＤＣコンバータ７４を停止し、スイッチ７１、６１は開放させることはもちろん可能であるが、上記のような離線時やセクション通過時に駆動制御装置６０と電力貯蔵システム７０をたびたび停止することになり、電気車の安定走行を阻害するので好ましくない。このため、上記に説明したとおり、架線の停電時にはコンデンサ７３の電圧ＶＳ２を電圧上限設定値ＶＬＭＴＨ、電圧下限設定値ＶＬＭＴＬに維持する制御を行い、しばらくは駆動制御装置６０と電力貯蔵システム７０の運転を許容し、遅延回路７７３、７８３で設定したΔｔｓａ、Δｔｓｂ後に架線停電と判断して駆動制御装置６０と電力貯蔵システム７０の運転を停止する構成としている。

もちろん、遅延回路７７３、７８３で設定するΔｔｓａ、Δｔｓｂは、上記離線時間や、セクション通過時間よりも長く設定することにより本発明の構成による効果が得られる。また、本来の目的である架線停電時の架線３への電圧の逆加圧防止の観点から、Δｔｓａ、Δｔｓｂは極力短い方が良いことは言うまでもなく、数秒程度に設定するのが適当である。

図１１は本発明の実施の形態１における架線地絡時の動作を説明する図である。
なお、以下の説明は、電気車が集電走行モードで走行中に、架線３が正常な状態から地絡状態に移行した場合を想定している。図１１において、最上段は架線３の状態、中段がコンデンサ７３の電圧ＶＳ２の時間変化、最下段がスイッチ６１、７１の動作を示す図である。

時間ｔ０ｃ〜ｔ１ｃまでは、架線は地絡しておらず正常である期間であり、電力貯蔵システム７０の動作は、前記図９のｔ０ａ〜ｔ１ａ、あるいはｔ０ｂ〜ｔ１ｂに示す動作と同様である。
コンデンサ７３の電圧ＶＳ２は、ほぼ架線３の電圧で維持されることになり、電圧上限設定値ＶＬＭＴＨと電圧下限設定値ＶＬＭＴＬの間に位置している。
今、時間ｔ１ｃの時点で、架線３が地絡経路１１により地絡したとする。一般に地絡箇所のインピーダンスはごく僅かであるので、大きな地絡電流ＩＧが流れ、駆動制御装置６１内のコンデンサ６３、電力貯蔵システム７０内のコンデンサ７３に蓄積された電力が急激に地絡箇所へ向けて放出される。このため、時間ｔ１ｃ以降はコンデンサ７３の電圧ＶＳ２が急激に低下を始める。

この電圧ＶＳ２の急激な低下により、電圧急減検出部７６０の電圧減少率演算部７６１で演算された電圧減少率ΔＶ／ΔＴが電圧減少率設定値ＶＤＣよりも小さくなると、比較器７６３は電圧急減検出信号ＶＤをハイレベルとして論理和回路７９０へ入力し、論理和回路７９０よりＤＣ-ＤＣコンバータ停止指令ＣＯＦ、スイッチ６１、７１の停止指令ＳＯＦが出力され、ＤＣ-ＤＣコンバータ７４は停止し、スイッチ７１、６１は開放される。

また、架線地絡時においては、地絡箇所に大きな短絡電流ＩＧが流れるため、被害の拡大を回避するために、速やかに地絡箇所への電力供給を停止する必要がある。このため、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２の急激な低下を検出したら、速やかにＤＣ-ＤＣコンバータ７４を停止し、スイッチ７１、６１を開放する構成としている。

なお、上記のような架線停電あるいは架線地絡が発生した後、電気車の立ち往生を避けるため、電気車を最寄の駅まで移動させたり、あるいは車両を架線３のない区間を走行させる場合は、運転士や中央指令所（図示せず）等からの設定により制御モード指令ＣＭＣを自立走行モードに切り替え、ＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令生成部７３０内のスイッチ７３５を第二の電圧指令ＶＳ２Ｂ＊側に切り替える。第二の電圧指令ＶＳ２Ｂ＊は、補助電源装置５１と駆動制御装置６０とが最も効率的に動作する電圧とすればよく、一般には公称架線電圧と等しくするのが好ましいが、場合に応じて変化させることも可能である。

これにより、ＤＣ-ＤＣコンバータ７４が、コンデンサ７３の電圧ＶＳ２が第二の電圧指令ＶＳ２Ｂ＊に一致するように制御されるので、補助電源装置５１と駆動制御装置６０とを安定に運転することが可能となり、架線停電中あるいは架線地絡中に車両を最寄の駅まで移動させたり、あるいは車両を架線３のない区間を走行させることが可能となる。もちろん、この場合、架線３への逆加圧を防止するために集電装置２０を格納するか、総括スイッチ４０をオフとする。駆動制御装置６０のスイッチ６１をオフとしても良い。

このように、本発明の実施の形態１の構成によれば、変電所１との電力の授受を行う集電走行モードにおいて、架線停電時あるいは架線地絡時に、それを速やかに検出してＤＣ-ＤＣコンバータ７４を停止し、スイッチ７１、６１、総括スイッチ４０を開放することが可能となる。
これにより、架線３を意図的に停電させたい場合や、架線に断線箇所が発生した場合等の架線停電時に、電力貯蔵システム７０側が架線３に電圧を逆加圧してしまう課題を解消できる電気車の制御装置を得ることが可能となる。

また、架線地絡時には電力貯蔵システム７０が地絡箇所に電力を供給し続けることにより地絡箇所の被害を拡大することのないよう速やかに停止させることが可能な、電気車の制御装置を得ることが可能となる。
なお、変電所１との電力の授受を行わない自立走行モードにおいては、架線３に電圧を逆加圧することなく補助電源装置５１と駆動制御装置６０とを安定に運転でき、車両を走行させることが可能な電気車の制御装置を得ることが可能となる。

実施の形態２．
以下に、本発明の実施の形態２における電気車の制御装置の構成例を説明する。
なお、実施の形態２は、実施の形態１と比較して、以下に示すとおりＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令生成部７３０（２）の構成のみが異なるので、この部分のみを説明する。
図１２は本発明の実施の形態２のＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令生成部７３０（２）の構成例を示す図である。図１２に示すように、ＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令生成部７３０（２）は、ＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令生成部７３０（１）からスイッチ７３５を削除し、電圧リミッタ７３３ａ１を新たな電圧リミッタ７３３ａ２に置き換え、この電圧リミッタ７３３ａ２の出力を減算器７３１ｂに入力する構成としたものである。

電圧リミッタ７３３ａ２には、第二の電圧指令ＶＳ２Ｂ＊と制御モード指令ＣＭＣが入力され、制御モード指令ＣＭＣが集電走行モードを指示する場合は、電圧上限設定値ＶＬＭＴＨ、電圧下限設定値ＶＬＭＴＬは実施の形態１と同様に設定され、制御モード指令ＣＭＣが自立走行モードを指示する場合は、電圧上限設定値ＶＬＭＴＨと電圧下限設定値ＶＬＭＴＬは、両方とも第二の電圧指令ＶＳ２Ｂ＊と同じ値に設定される構成としている。

このように構成することで、制御モード指令ＣＭＣの変化時に、電圧リミッタ７３３ａ２の設定値変更のみで、実施の形態１に示した、スイッチ７３５で電圧指令を切り替えることと同様の効果を得ることができ、ＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令生成部を単一の制御系で構成することが可能となるので、Ｈ／ＷあるいはＳ/Ｗの構成を簡略化した電気車の制御装置を得ることが可能となる。

実施の形態３．
図１３は本発明の実施の形態３の電気車の制御装置の構成例を示す図である。
なお、実施の形態３は、実施の形態１の構成をベースとしたものであるから、実施の形態１で説明を実施した部分に関しては説明を割愛し、実施の形態１の内容と異なる部分のみを説明する。
実施の形態１の図１と比較して、変電所１に、電圧源１ａに並列に信号生成部１００が接続され、集電装置２０と車輪２２の間に信号検出部１１０が接続される。

信号生成部１００は、例えば数ｋＨｚ〜数ＧＨｚの周波数を含む信号を生成するものであり、信号検出部１１０は、前記信号生成部１００の発生する周波数の信号を検出し、その有無を判定し、総括スイッチ４０の開放信号ＳＯＦ２、判定結果信号ＨＤＤを出力する構成としている。
なお、信号生成部１００で発生させる信号は、単一の周波数でもよいが、変調を実施した信号でもよい。

図１４は本発明の実施の形態３の構成例と動作を説明する図である。
信号生成部１００内部の信号源１０１ａから信号が発生され、架線３とレール２１を通して集電装置２０と車輪２２を介して信号検出部１１０に入力される。信号検出部１１０内部で、抽出部１１０ａにて信号源１０１ａが発生する信号の成分を抽出し、その有無を判定回路１１０ｂで判定しその結果を総括スイッチ４０の開放信号ＳＯＦ２、判定結果信号ＨＤＤとして出力する構成である。

架線３に断線箇所１０、地絡経路１１がない正常な状態では、信号源１０１ａから発生した信号は、架線３とレール２１を通して集電装置２０と車輪２２を介して信号検出部１１０に入力され、抽出部１１０ａで前記信号の成分が抽出される。その後、判定回路１１０ｂにて、信号があると判断され、総括スイッチ４０の開放信号ＳＯＦ２、判定結果信号ＨＤＤは出力されない。架線３に断線箇所１０、あるいは地絡経路１１がある状態では、信号源１０１ａから発生した信号は、架線３とレール２１を通して集電装置２０と車輪２２を介して信号検出部１１０に入力されないので、抽出部１１０ａで前記信号の周波数成分が抽出されず、判定回路１１０ｂで、信号がないと判断され、総括スイッチ４０の開放信号ＳＯＦ２、判定結果信号ＨＤＤが出力される。

この結果、総括スイッチ４０が開放され、ＨＤＤを受けた駆動制御部６００、電力貯蔵システム制御部７００によりスイッチ６１、７１が開放される。
なお、スイッチ６１、７１は、判定結果信号ＨＤＤにより直接開放する構成としても良い。
また、架線３を意図的に停電させた場合は、信号生成部１００の信号源１０１ａを停止させる。こうすることで信号検出部１１０に信号が入力されないので、抽出部１１０ａで前記信号の周波数成分が抽出されず、判定回路１１０ｂで、信号がないと判断され、総括スイッチ４０の開放信号ＳＯＦ２、判定結果信号ＨＤＤが出力される。この結果、総括スイッチ４０が開放され、ＨＤＤを受けた駆動制御部６００、電力貯蔵システム制御部７００によりスイッチ６１、７１が開放される。なお、スイッチ６１、７１は、判定結果信号ＨＤＤにより直接開放する構成としても良い。

このように、架線とレールを介して変電所と車両間に信号を流し、車両側にて信号の有無を判別する構成とすることで、架線停電、架線地絡状態を検出することが可能となり、架線３に断線箇所１０、あるいは地絡経路１１が発生した場合、あるいは意図的に架線を停電させたい場合において、電力貯蔵システムを停止することのできる電気車の制御装置を得ることが可能となる。
また、以上の実施の形態１〜３に示した構成は、本発明の内容の一例であり、各実施の形態を組み合わせて構成することも可能であるし、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。図示していないが、変電所１が交流電力を供給する交流き電のシステムに適用しても良い。

本明細書では、電鉄への電力貯蔵システムの適用を考慮して発明内容の説明を実施しているが、適用分野はこれに限られるものではなく、自動車、エレベータ、電力システム等、種々の関連分野への応用が可能である。

本発明の実施の形態１における電気車の制御装置の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態１における電力貯蔵システム制御部の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態１におけるＤＣ-ＤＣコンバータの構成例を示す図である。 本発明の実施の形態１の吸収・放出指令生成部７２０の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態１のＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令生成部７３０（１）の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態１の電圧急減検出部７６０の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態１の低電圧検出部７７０の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態１の過電圧検出部７８０の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態１における第一、第二の過電圧設定値ＯＶＣ１、ＯＶＣ２と、第一、第二の低電圧設定値ＬＶＣ１、ＬＶＣ２と、電圧上限設定値ＶＬＭＴＨと、電圧下限設定値ＶＬＭＴＬと、駆動制御装置６０が過電圧を検知して停止する過電圧停止レベルと、駆動制御装置６０が低電圧を検知して停止する低電圧停止レベルとの関係を説明する図である。 本発明の実施の形態１における架線停電時の動作を説明する図である。 本発明の実施の形態１における架線地絡時の動作を説明する図である。 本発明の実施の形態２のＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令生成部７３０（２）の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態３の電気車の制御装置の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態３の構成例と動作を説明する図である。

符号の説明

１：変電所、 １ａ：電圧源、 ２：スイッチ、 ３：架線、
１０：断線箇所、 １１：地絡経路、 １２：インピーダンス、
２０：集電装置、 ２１：レール、 ２２：車輪、
４０：総括スイッチ、 ５０：ダイオード、 ５１：補助電源装置、
５２：負荷、 ６０：駆動制御装置、 ６１：スイッチ、
６２：リアクトル、 ６３：コンデンサ、 ６４：駆動制御インバータ、
６５：駆動用モータ、 ６６ａ、６６ｂ：電圧検出器、
７０：電力貯蔵システム、 ７１：スイッチ、 ７３：コンデンサ、
７４：ＤＣ-ＤＣコンバータ、 ７４ａ〜７４ｄ：スイッチング素子、
７４ｅ：結合リアクトル、 ７４ｆ：コンデンサ、 ７４ｇ：リアクトル、
７４ｈ、７４ｉ：スイッチング素子、 ７４ｊ：リアクトル、
７５：電力貯蔵部、 ７６ａ、７６ｂ：電圧検出器、
１００：信号生成部、 １０１ａ：信号源、 １１０：信号検出部、
１１０ａ：抽出部、 １１０ｂ：判定回路、
６００：駆動制御部、 ７００：電力貯蔵システム制御部、
７１０ａ、７１０ｂ：指令受信分配部、 ７２０：吸収・放出指令生成部、
７２３ａ：電力負担割合指令生成部、 ７２４：乗算器、
７３０（１）、７３０（２）：ＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令生成部、
７３１ａ、７３１ｂ：減算器、 ７３２ａ、７３２ｂ：比例積分制御器、
７３４：加算器、 ７３３ａ１：電圧リミッタ、 ７３３ｂ：電流リミッタ、
７３５：スイッチ、 ７３１ｂ：減算器、 ７４０：ＤＣ-ＤＣコンバータ制御部、
７５０：電圧指令生成部、 ７６０：電圧急減検出部、 ７６１：電圧減少率演算部、
７６２ａ、７６２ｂ：フィルタ、 ７６３：比較器、 ７７０：低電圧検出部、
７７１：フィルタ、 ７７２ａ、７７２ｂ：比較器、 ７７３：遅延回路、
７７４：論理和回路、 ７８０：過電圧検出部、 ７８１：フィルタ、
７８２ａ、７８２ｂ：比較器、 ７８３：遅延回路、 ７８４：論理和回路、
７９０：論理和回路。

Claims (15)

1. 負荷に電力を供給する補助電源装置と、駆動用モータを制御する駆動制御装置と、電力貯蔵デバイスを有する電力貯蔵システムとが並列関係に接続されている電気車の制御装置において、
   前記電力貯蔵システムは、
   コンデンサが並列接続されたＤＣ-ＤＣコンバータと、
   前記コンデンサの電圧を検出する電圧検出器と、
   前記ＤＣ-ＤＣコンバータとの間で電力をやりとりする電力貯蔵デバイスを有する電力貯蔵部と、
   前記電力貯蔵システムが吸収・放出する電力又は電流、あるいは前記コンデンサの電圧の何れかが所定の値となるように前記ＤＣ-ＤＣコンバータを制御する電力貯蔵システム制御部とを備え、
   前記電気車の制御装置が外部との電力の授受を行う場合に、前記電力貯蔵システム制御部は、前記電力貯蔵システムが吸収・放出する電力又は電流が、前記駆動制御装置の電力又は電流と前記補助電源装置の電力又は電流の和に一致しないように制御することを特徴とする電気車の制御装置。
2. 負荷に電力を供給する補助電源装置と、駆動用モータを制御する駆動制御装置と、電力貯蔵デバイスを有する電力貯蔵システムとが並列関係に接続されている電気車の制御装置において、
   前記電力貯蔵システムは、
   コンデンサが並列接続されたＤＣ - ＤＣコンバータと、
   前記コンデンサの電圧を検出する電圧検出器と、
   前記ＤＣ - ＤＣコンバータとの間で電力をやりとりする電力貯蔵デバイスを有する電力貯蔵部と、
   前記電力貯蔵システムが吸収・放出する電力又は電流、あるいは前記コンデンサの電圧の何れかが所定の値となるように前記ＤＣ - ＤＣコンバータを制御する電力貯蔵システム制御部とを備え、
   前記電気車の制御装置が外部との電力の授受を行っており、かつ前記コンデンサの電圧が所定の上限値以上であるか、あるいは所定の下限値以下である場合に、前記電力貯蔵システム制御部は、前記電力貯蔵システムが吸収・放出する電力又は電流が、前記駆動制御装置の電力又は電流と前記補助電源装置の電力又は電流の和に一致するように制御することを特徴とする電気車の制御装置。
3. 負荷に電力を供給する補助電源装置と、駆動用モータを制御する駆動制御装置と、電力貯蔵デバイスを有する電力貯蔵システムとが並列関係に接続されている電気車の制御装置において、
   前記電力貯蔵システムは、
   コンデンサが並列接続されたＤＣ - ＤＣコンバータと、
   前記コンデンサの電圧を検出する電圧検出器と、
   前記ＤＣ - ＤＣコンバータとの間で電力をやりとりする電力貯蔵デバイスを有する電力貯蔵部と、
   前記電力貯蔵システムが吸収・放出する電力又は電流、あるいは前記コンデンサの電圧の何れかが所定の値となるように前記ＤＣ - ＤＣコンバータを制御する電力貯蔵システム制御部とを備え、
   前記電力貯蔵システム制御部は、
   外部より入力される運転指令に応じた制御モード指令を発生する指令受信分配部と、
   前記駆動用モータの回転周波数、前記駆動制御装置のインバータ周波数、車速のうち少なくとも一つの信号と、前記駆動制御装置の電力又は電流と前記補助電源装置の電力又は電流の和に基づいて基本電力指令値又は基本電流指令値を発生する吸収・放出指令生成部と、
   前記コンデンサの電圧の目標値である第二の電圧指令値を生成する電圧指令生成部と、
   前記制御モード指令と、前記基本電力指令値又は基本電流指令値と、前記第二の電圧指令値と、前記電力貯蔵システムの電力又は電流と、前記コンデンサの電圧とに基づいてＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令値を生成するＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令生成部と、
   前記ＤＣ-ＤＣコンバータの電流が前記ＤＣ-ＤＣコンバータ電流指令値に一致するように前記ＤＣ-ＤＣコンバータの制御を行うＤＣ-ＤＣコンバータ制御部とを有することを特徴とする電気車の制御装置。
4. 負荷に電力を供給する補助電源装置と、駆動用モータを制御する駆動制御装置と、電力貯蔵デバイスを有する電力貯蔵システムとが並列関係に接続されている電気車の制御装置において、
   前記電力貯蔵システムは、
   コンデンサが並列接続されたＤＣ - ＤＣコンバータと、
   前記コンデンサの電圧を検出する電圧検出器と、
   前記ＤＣ - ＤＣコンバータとの間で電力をやりとりする電力貯蔵デバイスを有する電力貯蔵部と、
   前記電力貯蔵システムが吸収・放出する電力又は電流、あるいは前記コンデンサの電圧の何れかが所定の値となるように前記ＤＣ - ＤＣコンバータを制御する電力貯蔵システム制御部とを備え、
   前記駆動制御装置あるいは電力貯蔵システムを架線から共に又はそれぞれ切り離すスイッチを備え、前記電力貯蔵システム制御部は、前記コンデンサの電圧を第一の過電圧設定値およびこの第一の過電圧設定値より低く設定された第二の過電圧設定値と比較し、前記コンデンサの電圧が前記第二の過電圧設定値以上である状態が所定の時間継続した場合、又は前記コンデンサの電圧が前記第一の過電圧設定値以上になった場合に、前記スイッチを開放することを特徴とする電気車の制御装置。
5. 負荷に電力を供給する補助電源装置と、駆動用モータを制御する駆動制御装置と、電力貯蔵デバイスを有する電力貯蔵システムとが並列関係に接続されている電気車の制御装置において、
   前記電力貯蔵システムは、
   コンデンサが並列接続されたＤＣ - ＤＣコンバータと、
   前記コンデンサの電圧を検出する電圧検出器と、
   前記ＤＣ - ＤＣコンバータとの間で電力をやりとりする電力貯蔵デバイスを有する電力貯蔵部と、
   前記電力貯蔵システムが吸収・放出する電力又は電流、あるいは前記コンデンサの電圧の何れかが所定の値となるように前記ＤＣ - ＤＣコンバータを制御する電力貯蔵システム制御部とを備え、
   前記駆動制御装置あるいは電力貯蔵システムを架線から共に又はそれぞれ切り離すスイッチを備え、前記電力貯蔵システム制御部は、前記コンデンサの電圧を第一の低電圧設定値およびこの第一の低電圧設定値より高く設定された第二の低電圧設定値と比較し、前記コンデンサの電圧が前記第二の低電圧設定値以下である状態が所定の時間継続した場合、又は前記コンデンサの電圧が前記第一の低電圧設定値以下になった場合に、前記スイッチを開放することを特徴とする電気車の制御装置。
6. 負荷に電力を供給する補助電源装置と、駆動用モータを制御する駆動制御装置と、電力貯蔵デバイスを有する電力貯蔵システムとが並列関係に接続されている電気車の制御装置において、
   前記電力貯蔵システムは、
   コンデンサが並列接続されたＤＣ - ＤＣコンバータと、
   前記コンデンサの電圧を検出する電圧検出器と、
   前記ＤＣ - ＤＣコンバータとの間で電力をやりとりする電力貯蔵デバイスを有する電力貯蔵部と、
   前記電力貯蔵システムが吸収・放出する電力又は電流、あるいは前記コンデンサの電圧の何れかが所定の値となるように前記ＤＣ - ＤＣコンバータを制御する電力貯蔵システム制 御部とを備え、
   前記電力貯蔵システム制御部は、第一の過電圧設定値と、この第一の過電圧設定値よりも低く設定された電圧上限設定値と、この電圧上限設定値よりも低く設定された第二の過電圧設定値と、第一の低電圧設定値と、この第一の低電圧設定値よりも高く設定された電圧下限設定値と、この電圧下限設定値よりも高く、かつ前記第二の過電圧設定値よりも低く設定された第二の低電圧設定値を有し、前記コンデンサの電圧を前記電圧上限設定値と前記電圧下限設定値の間に維持するように制御することを特徴とする電気車の制御装置。
7. 負荷に電力を供給する補助電源装置と、駆動用モータを制御する駆動制御装置と、電力貯蔵デバイスを有する電力貯蔵システムとが並列関係に接続されている電気車の制御装置において、
   前記電力貯蔵システムは、
   コンデンサが並列接続されたＤＣ - ＤＣコンバータと、
   前記コンデンサの電圧を検出する電圧検出器と、
   前記ＤＣ - ＤＣコンバータとの間で電力をやりとりする電力貯蔵デバイスを有する電力貯蔵部と、
   前記電力貯蔵システムが吸収・放出する電力又は電流、あるいは前記コンデンサの電圧の何れかが所定の値となるように前記ＤＣ - ＤＣコンバータを制御する電力貯蔵システム制御部とを備え、
   前記電気車の制御装置に電力を供給する変電所に信号発生部が設置され、前記電気車の制御装置が搭載されている電気車に前記信号発生部の発生する信号を受信する信号検出部を搭載したことを特徴とする電気車の制御装置。
8. 前記電気車の制御装置が外部との電力の授受を行わない場合に、前記電力貯蔵システム制御部は、前記電力貯蔵システムが吸収・放出する電力又は電流が、前記駆動制御装置の電力又は電流と前記補助電源装置の電力又は電流の和に一致するように制御することを特徴とする請求項１に記載の電気車の制御装置。
9. 前記電気車の制御装置が外部との電力の授受を行わない場合に、前記電力貯蔵システム制御部は、前記コンデンサの電圧が所定の値となるように前記ＤＣ−ＤＣコンバータを制御することを特徴とする請求項１に記載の電気車の制御装置。
10. 前記電気車の制御装置が外部との電力の授受を行わない場合に、前記電力貯蔵システム制御部は、前記コンデンサの電圧が所定の値となるように決定された電流指令値に基づき前記ＤＣ−ＤＣコンバータの電流を制御することを特徴とする請求項１に記載の電気車の制御装置。
11. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータ電流指令生成部は、前記電力貯蔵システムが吸収・放出する電力又は電流と前記基本電力指令値又は基本電流指令値の差に応じた値と、前記コンデンサの電圧とを加算する加算器と、この加算器の出力の上下限を設定する電圧リミッタと、この電圧リミッタの出力である第一の電圧指令値と前記第二の電圧指令値とを前記制御モード指令に応じて切替える切替え手段と、前記切替え手段の出力から前記コンデンサの電圧を減算する減算器とを有し、この減算器の出力をＤＣ−ＤＣコンバータ電流指令値とすることを特徴とする請求項３に記載の電気車の制御装置。
12. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータ電流指令生成部は、前記電力貯蔵システムが吸収・放出する電力又は電流と前記基本電力指令値又は基本電流指令値の差に応じた値と、前記コンデンサの電圧とを加算する加算器と、この加算器の出力と前記第二の電圧指令値とを入力し前記制御モード指令に応じて上下限を設定する電圧リミッタと、この電圧リミッタの出力から前記コンデンサの電圧を減算する減算器とを有し、この減算器の出力をＤＣ−ＤＣコンバータ電流指令値とすることを特徴とする請求項３に記載の電気車の制御装置。
13. 前記第一の低電圧設定値は、前記駆動制御装置の低電圧停止レベルよりも高い値としたことを特徴とする請求項５に記載の電気車の制御装置。
14. 前記第一の過電圧設定値は、前記駆動制御装置の過電圧停止レベルよりも低い値としたことを特徴とする請求項４に記載の電気車の制御装置。
15. 前記減算器の出力の上下限を設定する電流リミッタを更に有し、この電流リミッタの出力をＤＣ−ＤＣコンバータ電流指令値とすることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の電気車の制御装置。

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