JP7301684B2

JP7301684B2 - power conversion system

Info

Publication number: JP7301684B2
Application number: JP2019166476A
Authority: JP
Inventors: 宏和加藤; 雄也丸野; 隆文福島; 実山▲崎▼; 学人森; 政次森田; 達也新井; 浩昭尾谷
Original assignee: Central Japan Railway Co; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Central Japan Railway Co; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2019-09-12
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2023-07-03
Anticipated expiration: 2039-09-12
Also published as: JP2021044977A

Description

本発明の実施形態は、電力変換システムに関する。 Embodiments of the present invention relate to power conversion systems.

架線に電力が供給されてない無電区間を電気車が通過する場合に、電気車には、架線からの電力が供給されない。また、停電が発生したときには、架線からの電力供給が停止する。 When an electric train passes through a no-power section in which power is not supplied to the overhead wire, the electric train is not supplied with power from the overhead wire. Also, when a power outage occurs, power supply from overhead lines is stopped.

これらの場合、電気車に搭載された主電動機や、コンプレッサやブロアなどの補機に電力が供給されず、例えば停電から復帰するまで電気車を安全な場所まで動かすことができない可能性があった。 In these cases, there is a possibility that electric power will not be supplied to the traction motor and auxiliary equipment such as the compressor and blower installed in the electric car, and the electric car will not be able to move to a safe place until the power is restored. .

特開２０１７－２２５２８０号公報JP 2017-225280 A

例えば停電時に電気車を安全な場所まで移動させるための非常用の電源として、バッテリ装置を電気車に搭載することが検討されている。 For example, it is being considered to install a battery device in an electric car as an emergency power source for moving the electric car to a safe place during a power outage.

例えば、バッテリ装置が、複数の機器の電源として接続され得るとき、バッテリの主回路が接地されないことがある。その場合、バッテリ装置にてバッテリの主回路が地絡したか否かを検知することができず、バッテリからの漏電電流によりバッテリ装置以外の機器の異常として検知される可能性があった。その場合には、電力変換システム全体を停止させる必要があるため、正常に動作可能である機器まで異常停止し、電力変換システムの信頼性が低下する原因となる。 For example, when a battery device may be connected as a power source for multiple devices, the main circuit of the battery may not be grounded. In this case, the battery device cannot detect whether or not the main circuit of the battery has a ground fault, and there is a possibility that leakage current from the battery may be detected as an abnormality in devices other than the battery device. In that case, since it is necessary to stop the entire power conversion system, even normally operable devices are abnormally stopped, which causes a decrease in reliability of the power conversion system.

本発明の実施形態は上記事情を鑑みて成されたものであって、バッテリ装置の異常が発生したときに、他の正常な機器の動作を担保可能な電力変換システムを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The embodiments of the present invention have been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a power conversion system that can ensure the normal operation of other devices when an abnormality occurs in a battery device. do.

実施形態による電力変換システムは、架線からの電力を降圧する変圧器と、前記変圧器の二次巻線を介して供給された交流電力を変換して出力する走行用交流－直流電力変換部と、前記走行用交流－直流電力変換部から出力された直流電力を走行用モータの駆動電力に変換する走行用直流－交流電力変換部と、を備えた走行用電力変換装置と、前記変圧器の三次巻線を介して供給された交流電力を直流電力に変換する負荷用交流－直流電力変換部と、前記負荷用交流－直流電力変換部により変換された直流電力を交流負荷および直流負荷を駆動させるために用いられる交流電力に変換して出力する負荷用直流－交流電力変換部と、所定の周期で地絡検知を行う負荷電力制御部と、を有する補助電源用電力変換装置と、前記負荷用交流－直流電力変換部と前記負荷用直流－交流電力変換部とを接続する電力線、および、前記走行用交流－直流電力変換部と前記走行用直流－交流電力変換部とを接続する電力線に接続されたバッテリ装置と、前記補助電源用電力変換装置と前記バッテリ装置とを接続する電力線に接続され、前記バッテリ装置から供給された電力によって動作可能な補機と、を備え、前記バッテリ装置は、接地された筐体に収容され、組電池と、前記組電池から前記走行用電力変換装置、前記補助電源用電力変換装置、および、前記補機に電力を供給する共通の正側主回路および負側主回路に流れる電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器における検出値に基づいて前記所定の周期よりも短い周期で前記組電池の漏電検知を行うバッテリ制御回路と、を備える。 A power conversion system according to an embodiment includes a transformer that steps down power from an overhead line, and an AC-DC power converter for running that converts and outputs AC power supplied via a secondary winding of the transformer. , a driving DC-AC power conversion unit for converting the DC power output from the driving AC-DC power conversion unit into driving power for a driving motor; A load AC-DC power converter that converts AC power supplied through a tertiary winding into DC power, and the DC power converted by the load AC-DC power converter drives the AC load and the DC load. Auxiliary power supply power conversion device having a load DC-AC power conversion unit that converts and outputs AC power used to cause the load to be output, and a load power control unit that detects a ground fault at a predetermined cycle. to the power line connecting the AC-DC power conversion unit for the load and the DC-AC power conversion unit for the load, and the power line connecting the AC-DC power conversion unit for running and the DC-AC power conversion unit for running a connected battery device; and an auxiliary device connected to a power line connecting the auxiliary power conversion device and the battery device and operable by power supplied from the battery device, wherein the battery device is , a common positive side main circuit housed in a grounded housing and supplying electric power to the assembled battery, the power converter for running, the power converter for the auxiliary power supply, and the auxiliary equipment from the assembled battery, and A current detector that detects a current flowing through a negative main circuit, and a battery control circuit that detects leakage of the assembled battery at a cycle shorter than the predetermined cycle based on a value detected by the current detector.

図１は、実施形態の電力変換システムが搭載される鉄道車両の概略側面図である。FIG. 1 is a schematic side view of a railway vehicle equipped with a power conversion system according to an embodiment. 図２は、実施形態の電力変換システムの一構成例を概略的に示す図である。Drawing 2 is a figure showing roughly one example of composition of a power conversion system of an embodiment. 図３は、実施形態の電力変換システムの他の構成例を概略的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing another configuration example of the power conversion system of the embodiment.

以下、実施形態の電力変換システムについて、図面を参照して説明する。
図１は、実施形態の電力変換システムが搭載される鉄道車両の概略側面図である。
本実施形態の鉄道車両１は、車体２と、２つの台車３と、電力変換システム１０と、を備えている。 A power conversion system according to an embodiment will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic side view of a railway vehicle equipped with a power conversion system according to an embodiment.
A railway vehicle 1 of this embodiment includes a vehicle body 2 , two bogies 3 , and a power conversion system 10 .

車体２は、鉄道車両１の想定走行方向に長い直方体形状に形成されている。車体２の内部には、乗客を収容可能な空間が形成されている。車体２の天井には、上方に向けて集電装置４００が突設されている。集電装置４００は架線に接触可能となるように構成されている。 The vehicle body 2 is formed in a rectangular parallelepiped shape elongated in the assumed running direction of the railroad vehicle 1 . A space capable of accommodating passengers is formed inside the vehicle body 2 . A current collector 400 projects upward from the ceiling of the vehicle body 2 . The current collector 400 is configured to be contactable with overhead wires.

台車３は、例えば空気ばね等の台車ばねを介して、車体２の床下にそれぞれ取付けられている。台車３には、幅方向（走行想定方向および上下方向と略直交する方向）に延びる一対の車軸１１が回転可能に支持されている。これら車軸１１には、車輪１２がそれぞれ取付けられている（一方の車輪１２は不図示）。 The trucks 3 are attached to the underfloor of the vehicle body 2 via truck springs such as air springs. A pair of axles 11 extending in the width direction (the direction substantially orthogonal to the assumed traveling direction and the vertical direction) is rotatably supported by the truck 3 . Wheels 12 are attached to these axles 11 (one wheel 12 is not shown).

台車３の各々には、各車軸１１をそれぞれ回転させる主電動機Ｍが搭載されている。すなわち、鉄道車両１には４つの走行用モータＭ（図２に示す走行用モータＭ１～Ｍ４）が搭載される。
電力変換システム１０は、例えば、車体２の床下において一対の台車３の間に位置する部分に搭載されている。 Each of the trucks 3 is equipped with a main electric motor M for rotating each axle 11 . That is, the railway vehicle 1 is equipped with four running motors M (running motors M1 to M4 shown in FIG. 2).
The power conversion system 10 is mounted, for example, in a portion located between the pair of trucks 3 under the floor of the vehicle body 2 .

図２は、実施形態の電力変換システムの一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態の電力変換システム１０は、架線から供給される高圧交流電力を利用して、走行用モータＭ１～Ｍ４、補機装置６２０～６４０、直流負荷装置ＬＤＣ、および、交流負荷装置ＬＡＣへ所定の電力を供給することができる。 Drawing 2 is a figure showing roughly one example of composition of a power conversion system of an embodiment.
The power conversion system 10 of the present embodiment utilizes high-voltage AC power supplied from overhead lines to provide a predetermined of power can be supplied.

実施形態において、走行用モータＭ１～Ｍ４は、例えば、誘導電動機である。
実施形態において、交流負荷ＬＡＣは、走行用モータＭ１～Ｍ４を除く鉄道車両１の負荷であって、例えば、１００ボルトの交流電圧で動作する電子機器などである。
また、実施形態において、直流負荷ＬＤＣは、走行用モータＭ１～Ｍ４を除く鉄道車両の負荷であって、例えば、直流電圧で動作する電子機器やバッテリなどである。 In the embodiment, the running motors M1 to M4 are, for example, induction motors.
In the embodiment, the AC load LAC is a load of the railway vehicle 1 excluding the traction motors M1 to M4, and is, for example, an electronic device that operates with an AC voltage of 100 volts.
Further, in the embodiment, the DC load LDC is a load of the railway vehicle other than the running motors M1 to M4, and is, for example, an electronic device or a battery that operates on a DC voltage.

本実施形態の電力変換システム１０は、例えば、補助電源用電力変換装置１００と、バッテリ装置２００と、走行用電力変換装置３００と、を備えている。 The power conversion system 10 of the present embodiment includes, for example, a power conversion device 100 for auxiliary power, a battery device 200, and a power conversion device 300 for traveling.

走行用電力変換装置３００には、集電装置４００およびメイントランスの走行用巻線（一次巻線５００および二次巻線３０２）を介して、架線から高圧交流電力が供給される。 Power converter 300 for running is supplied with high-voltage AC power from overhead wires via current collector 400 and windings for running (primary winding 500 and secondary winding 302) of the main transformer.

走行用電力変換装置３００は、変圧器により降圧された高圧交流電力を走行用交流電力に変換して、走行用モータＭ１～Ｍ４に供給する。これにより走行用電力変換装置３００は、走行用モータＭ１～Ｍ４に走行トルクを発生させ、鉄道車両を走行させる。 Power converter 300 for traveling converts the high-voltage AC power stepped down by the transformer into AC power for traveling and supplies it to motors M1 to M4 for traveling. As a result, power converter 300 for running generates running torque in motors M1 to M4 for running, and runs the railway vehicle.

走行用電力変換装置３００は、例えば、接触器３１２と、抵抗器３１４と、走行用交流－直流電力変換部３２０と、走行用直流－交流電力変換部３３０と、コンデンサ（第１コンデンサ）Ｃ１、Ｃ２と、走行電力制御部３１０と、第１端子Ｔ３１と、第２端子Ｔ３２と、を含む。 The traveling power converter 300 includes, for example, a contactor 312, a resistor 314, a traveling AC-DC power converter 320, a traveling DC-AC power converter 330, a capacitor (first capacitor) C1, C2, running power control unit 310, first terminal T31, and second terminal T32.

接触器３１２は正極線に接続され、抵抗器３１４に対して並列に接続されている。また、走行用電力変換装置３００は、接触器３１２を電磁的に動作させるためのコイル（図示せず）などを備える。 Contactor 312 is connected to the positive line and is connected in parallel with resistor 314 . Power conversion device 300 for running also includes a coil (not shown) for electromagnetically operating contactor 312 and the like.

走行用充電回路は、走行電力制御部３１０の制御に従って、接触器３１２の遮断状態と導通状態とを切り替える。高圧交流電力の供給が開始されるとき、接触器３１２は遮断状態であり、その後、導通状態へと切り替えられる。 The charging circuit for running switches the contactor 312 between the disconnected state and the conducting state under the control of the running power control unit 310 . When the supply of high voltage AC power is started, the contactor 312 is in a blocking state and then switched to a conducting state.

走行用交流－直流電力変換部３２０は、高圧交流電力が供給される高電位側の電力線および低電位側の電力線間に接続された複数のスイッチング素子を含むスイッチング回路（図示せず）を備える。走行用交流－直流電力変換部３２０は、コンバータとも称される。なお、走行用交流－直流電力変換部３２０は、昇圧コンバータまたは降圧コンバータ、昇降圧コンバータのいずれかであればよい。スイッチング回路に含まれるスイッチング素子は例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）であるが、これに限定されず、他の種類のスイッチング素子を使用してもよい。 Traveling AC-DC power conversion unit 320 includes a switching circuit (not shown) including a plurality of switching elements connected between a high-potential power line and a low-potential power line to which high-voltage AC power is supplied. Running AC-DC power conversion unit 320 is also called a converter. Note that AC-DC power conversion unit 320 for running may be any one of a boost converter, a step-down converter, and a step-up/step-down converter. A switching element included in the switching circuit is, for example, an IGBT (insulated gate bipolar transistor), but is not limited to this, and other types of switching elements may be used.

走行用交流－直流電力変換部３２０は、走行電力制御部３１０による制御に従って、スイッチング素子を導通状態と遮断状態との間で切り替えることで、供給された高圧交流電力を直流電力に変換することができる。 Traveling AC-DC power conversion unit 320 can convert the supplied high-voltage AC power into DC power by switching the switching element between a conducting state and a blocking state in accordance with control by traveling power control unit 310. can.

走行用交流－直流電力変換部３２０と走行用直流－交流電力変換部３３０とは、高電位側の電力線と、低電位側の電力線とにより電気的に接続している。高電位側の電力線は、第１端子Ｔ３１を介してバッテリ装置２００の第１端子Ｔ２１と電気的に接続されている。低電位側の電力線は、第２端子Ｔ３２を介してバッテリ装置２００の第２端子Ｔ２２と電気的に接続されている。 Driving AC-DC power conversion unit 320 and driving DC-AC power conversion unit 330 are electrically connected by a high-potential power line and a low-potential power line. The power line on the high potential side is electrically connected to the first terminal T21 of the battery device 200 via the first terminal T31. The power line on the low potential side is electrically connected to the second terminal T22 of the battery device 200 via the second terminal T32.

また、走行用交流－直流電力変換部３２０と走行用直流－交流電力変換部３３０とは、共通の接地線を備えている。接地線は、第３端子Ｔ３３を介して接地されている。 In addition, traveling AC-DC power converting section 320 and traveling DC-AC power converting section 330 have a common ground line. The ground wire is grounded via the third terminal T33.

コンデンサＣ１は、高電位側の電力線と接地線との間に接続されている。
コンデンサＣ２は、接地線と低電位側の電力線との間に接続されている。
すなわち、コンデンサＣ１、Ｃ２は、走行用直流－交流電力変換部３３０の直流入力端に接続されている。 The capacitor C1 is connected between the power line on the high potential side and the ground line.
The capacitor C2 is connected between the ground line and the power line on the low potential side.
That is, capacitors C1 and C2 are connected to the DC input terminal of DC-AC power conversion section 330 for running.

走行用直流－交流電力変換部３３０は、高電位側の電力線と低電位側の電力線との間にブリッジ接続された複数のスイッチング素子を含むスイッチング回路（図示せず）を備えている。なお、走行用直流－交流電力変換部３３０は、インバータとも称される。走行用直流－交流電力変換部３３０は、走行用モータＭ１～Ｍ４の３相のそれぞれに対応した上ブリッジ側のスイッチング素子と下ブリッジ側のスイッチング素子との組を３つ備える。各スイッチング素子は、例えばＩＧＢＴであるが、これに限定されず、他の種類のスイッチング素子を使用してもよい。 Driving DC-AC power conversion unit 330 includes a switching circuit (not shown) including a plurality of switching elements bridge-connected between the high-potential power line and the low-potential power line. Note that running DC-AC power conversion unit 330 is also called an inverter. Traveling DC-AC power conversion section 330 includes three sets of switching elements on the upper bridge side and switching elements on the lower bridge side corresponding to the three phases of motors M1 to M4 for traveling. Each switching element is, for example, an IGBT, but is not limited to this, and other types of switching elements may be used.

走行用直流－交流電力変換部３３０は、走行電力制御部３１０の制御に従って、走行用モータＭにおける各相のスイッチング素子を導通状態と遮断状態との間で切り替えることで、直流電力を走行用交流電力に変換する。 Running DC-AC power conversion section 330 converts DC power to running AC power by switching the switching elements of each phase in running motor M between a conductive state and a cut-off state under the control of running power control section 310. Convert to electricity.

走行電力制御部３１０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）等のプロセッサがプログラムメモリに格納されたプログラムを実行することにより実現される。また、これらの機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアにより実現されてもよい。走行電力制御部３１０は、例えば、補助電源用電力変換装置１００において変換された１００Ｖの動作電力により動作可能である。
走行電力制御部３１０は、接触器３１２、走行用交流－直流電力変換部３２０、および走行用直流－交流電力変換部３３０を制御する。 The running power control unit 310 is implemented by executing a program stored in a program memory by a processor such as a CPU (Central Processing Unit) or an MPU (Micro Processing Unit). Some or all of these functional units may be realized by hardware such as LSI (Large Scale Integration), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or FPGA (Field-Programmable Gate Array). The running power control unit 310 can operate with, for example, the 100V operating power converted by the auxiliary power converter 100 .
Running power control unit 310 controls contactor 312 , running AC-DC power converting unit 320 , and running DC-AC power converting unit 330 .

補助電源用電力変換装置１００には、集電装置４００およびメイントランスの負荷用巻線（一次巻線５００および三次巻線１０２）を介して、架線から高圧交流電力が供給される。メイントランスの負荷用巻線（一次巻線５００および三次巻線１０２）から供給される交流電力は、メイントランスの走行用巻線（一次巻線５００および二次巻線３０２）から供給される交流電力よりも低い電圧となっている。 Auxiliary power converter 100 is supplied with high-voltage AC power from overhead lines via current collector 400 and load windings (primary winding 500 and tertiary winding 102) of the main transformer. The AC power supplied from the load windings (primary winding 500 and tertiary winding 102) of the main transformer is the AC power supplied from the running windings (primary winding 500 and secondary winding 302) of the main transformer. The voltage is lower than the power.

補助電源用電力変換装置１００は、高圧交流電力を変圧器により降圧した低圧交流電力を負荷用交流電力に変換して、交流負荷ＬＡＣに供給する。すなわち、補助電源用電力変換装置１００は、負荷用交流電力により交流負荷ＬＡＣを駆動させる。 The power converter 100 for auxiliary power supply converts the low-voltage AC power obtained by stepping down the high-voltage AC power using a transformer into AC power for load, and supplies the AC power to the AC load LAC. That is, the auxiliary power converter 100 drives the AC load LAC with the load AC power.

また、補助電源用電力変換装置１００は、高圧交流電力を変圧器により降圧した低圧交流電力を負荷用直流電力に変換して、直流負荷ＬＤＣに供給する。すなわち、補助電源用電力変換装置１００は、負荷用直流電力により直流負荷ＬＤＣを駆動させる。 In addition, the power converter 100 for auxiliary power supply converts the low-voltage AC power obtained by stepping down the high-voltage AC power using a transformer into DC power for load, and supplies the DC power to the DC load LDC. That is, the auxiliary power converter 100 drives the DC load LDC with the load DC power.

また、負荷電力制御部１７０は、例えば三次巻線１０２の接地線に流れる電流に基づいて周期的（例えば0.5秒周期）に地絡検知を行い、補助電源用電力変換装置２００が正常に接地されているか否か（地絡しているか否か）判断する。地絡していると判断したときには、負荷電力制御部１７０は、例えば補助電源用電力変換装置２００の動作を停止する。 In addition, the load power control unit 170 performs ground fault detection periodically (for example, every 0.5 seconds) based on, for example, the current flowing in the ground wire of the tertiary winding 102, so that the auxiliary power converter 200 is normally grounded. (whether or not there is a ground fault). When determining that there is a ground fault, the load power control unit 170 stops the operation of the auxiliary power conversion device 200, for example.

補助電源用電力変換装置１００は、例えば、負荷用交流－直流電力変換部１１０と、負荷用直流－交流電力変換部１２０と、交流負荷用直流－交流電力変換部１３０と、チョッパ回路１５０と、第１端子Ｔ１１と、第２端子Ｔ１２と、コンデンサ（第２コンデンサ）Ｃ３と、負荷用トランス（一次巻線１２２、二次巻線１２４、および、三次巻線１４０）を含む。 The auxiliary power converter 100 includes, for example, a load AC-DC power converter 110, a load DC-AC power converter 120, an AC load DC-AC power converter 130, a chopper circuit 150, It includes a first terminal T11, a second terminal T12, a capacitor (second capacitor) C3, and a load transformer (primary winding 122, secondary winding 124, and tertiary winding 140).

負荷用交流－直流電力変換部１１０は、集電装置４００からメイントランスの負荷用巻線（一次巻線５００および三次巻線１０２）を介して供給された低圧交流電力を直流電力に変換する。 The load AC-DC power converter 110 converts low-voltage AC power supplied from the current collector 400 through the load windings (the primary winding 500 and the tertiary winding 102) of the main transformer into DC power.

負荷用交流－直流電力変換部１１０は、例えば、高電位側の電力線と低電位側の電力線との間に接続された複数のスイッチング素子を備えたスイッチング回路（図示せず）を備える。複数のスイッチング素子は、例えば逆並列に接続されたダイオードを内蔵したＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）であるが、他の種類のスイッチング素子であってもよい。 The load AC-DC power converter 110 includes, for example, a switching circuit (not shown) having a plurality of switching elements connected between a high-potential power line and a low-potential power line. The plurality of switching elements are, for example, IGBTs (insulated gate bipolar transistors) containing diodes connected in anti-parallel, but may be other types of switching elements.

なお、負荷用交流－直流電力変換部１１０は、例えば、昇圧コンバータまたは降圧コンバータ、昇降圧コンバータのいずれかの回路を備えていてもよい。 Note that the load AC-DC power conversion unit 110 may include, for example, any one of a boost converter, a step-down converter, and a step-up/step-down converter.

チョッパ回路１５０は、第１端子Ｔ１１および第２端子Ｔ１２を介してバッテリ装置２００の第５端子Ｔ２５および第６端子Ｔ２６と電気的に接続し、負荷用交流－直流電力変換部１１０から出力された直流電力を所定の電圧に変換してバッテリ装置２００へ供給する。チョッパ回路１５０は、バッテリ装置２００から供給された直流電力を所定の電圧に変換して、負荷用交流－直流電力変換部１１０の直流側へ供給する。 Chopper circuit 150 is electrically connected to fifth terminal T25 and sixth terminal T26 of battery device 200 via first terminal T11 and second terminal T12, and output from AC-DC power converter 110 for load. The DC power is converted into a predetermined voltage and supplied to the battery device 200 . The chopper circuit 150 converts the DC power supplied from the battery device 200 into a predetermined voltage and supplies it to the DC side of the AC-DC power conversion section 110 for load.

負荷用直流－交流電力変換部１２０は、高電位側の電力線および低電位側の電力線間にブリッジ接続された複数のスイッチング素子を含むスイッチング回路（図示せず）を備えている。 The load DC-AC power conversion unit 120 includes a switching circuit (not shown) including a plurality of switching elements bridge-connected between the high-potential power line and the low-potential power line.

なお、負荷用直流－交流電力変換部１２０は、インバータとも称される。各スイッチング素子は、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）である。なお、スイッチング素子として、他の種類のスイッチング素子を使用してもよい。負荷用直流－交流電力変換部１２０は、負荷電力制御部１７０の制御に従って、スイッチング素子を任意に導通状態と遮断状態との間で切り替えることで、直流電力を負荷用交流電力に変換する。 Note that the load DC-AC power conversion unit 120 is also called an inverter. Each switching element is, for example, an IGBT (insulated gate bipolar transistor). Note that other types of switching elements may be used as the switching elements. Load DC-AC power conversion section 120 converts DC power into load AC power by arbitrarily switching a switching element between a conductive state and a cut-off state under the control of load power control section 170 .

負荷用直流－交流電力変換部１２０の負荷用交流－直流電力変換部１１０側には、負荷用交流－直流電力変換部１１０および負荷用直流－交流電力変換部１２０に並列して、コンデンサＣ３が接続されている。すなわち、コンデンサＣ３は、負荷用直流－交流電力変換部１２０の直流入力端に接続されている。 On the load AC-DC power conversion unit 110 side of the load DC-AC power conversion unit 120, a capacitor C3 is provided in parallel with the load AC-DC power conversion unit 110 and the load DC-AC power conversion unit 120. It is connected. That is, the capacitor C3 is connected to the DC input terminal of the load DC-AC power conversion section 120 .

コンデンサＣ３は、負荷用直流－交流電力変換部１２０において安定した電力を交流負荷ＬＡＣおよび直流負荷ＬＤＣ側に供給することができる容量に設定されている。すなわち、コンデンサＣ３の容量は、集電装置４００から供給される交流電力が停止する無電区間（セクションとも称される）を鉄道車両が走行している場合や停電時に、交流負荷ＬＡＣおよび直流負荷ＬＤＣへ負荷用交流電力の供給を補償するような高い容量でなくてよい。 Capacitor C3 is set to have a capacity capable of supplying stable power to AC load LAC and DC load LDC in load DC-AC power conversion section 120 . That is, the capacitance of the capacitor C3 is set to the value of the AC load LAC and the DC load LDC when the railway vehicle is running in a non-powered section (also referred to as a section) where the AC power supplied from the current collector 400 is stopped or during a power failure. It does not have to be of such a high capacity as to compensate for the supply of AC power for the load.

負荷用直流－交流電力変換部１２０により変換された負荷用交流電力は、負荷用トランスの一次巻線１２２、三次巻線１４０および整流器を介して直流負荷ＬＤＣに供給される。 The load AC power converted by the load DC-AC power converter 120 is supplied to the DC load LDC via the primary winding 122, the tertiary winding 140 and the rectifier of the load transformer.

また、負荷用直流－交流電力変換部１２０により変換された負荷用交流電力は、負荷用トランスの一次巻線１２２、二次巻線１２４、整流器、および交流負荷用直流－交流電力変換部１３０を介して交流負荷ＬＡＣに供給される。 The load AC power converted by the load DC-AC power converter 120 passes through the load transformer primary winding 122, secondary winding 124, rectifier, and AC load DC-AC power converter 130. is supplied to the AC load LAC through the

交流負荷用直流－交流電力変換部１３０は、上述した負荷用直流－交流電力変換部１２０と同様に、高電位側の電力線および低電位側の電力線間にブリッジ接続された複数のスイッチング素子を含むスイッチング回路（図示せず）を備えている。交流負荷用直流－交流電力変換部１３０は、スイッチング素子を導通状態と遮断状態との間で切り替えることで、直流電力を交流電力に変換する。 The AC load DC-AC power conversion unit 130 includes a plurality of switching elements bridge-connected between the high-potential side power line and the low-potential side power line, similar to the above-described load DC-AC power conversion unit 120. A switching circuit (not shown) is provided. The AC load DC-AC power converter 130 converts DC power into AC power by switching the switching element between a conductive state and a disconnected state.

なお、負荷電力制御部１７０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）等のプロセッサがプログラムメモリに格納されたプログラムを実行することにより実現される。また、これらの機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアにより実現されてもよい。負荷電力制御部１７０は、例えば、補助電源用電力変換装置１００において変換された１００Ｖの動作電力が供給されることで動作可能に構成されている。 The load power control unit 170 is implemented by executing a program stored in a program memory by a processor such as a CPU (Central Processing Unit) or MPU (Micro Processing Unit). Some or all of these functional units may be realized by hardware such as LSI (Large Scale Integration), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or FPGA (Field-Programmable Gate Array). The load power control unit 170 is configured to be operable by being supplied with, for example, the 100V operating power converted by the auxiliary power converter 100 .

負荷電力制御部１７０は、負荷用交流－直流電力変換部１１０と、負荷用直流－交流電力変換部１２０と、交流負荷用直流－交流電力変換部１３０と、チョッパ回路１５０と、を制御する。 Load power control unit 170 controls load AC-DC power conversion unit 110 , load DC-AC power conversion unit 120 , AC load DC-AC power conversion unit 130 , and chopper circuit 150 .

バッテリ装置２００は、第１端子Ｔ２１乃至第６端子Ｔ２６を備えている。
第１端子Ｔ２１と第２端子Ｔ２２とは、走行用電力変換装置３００と電気的に接続される。第３端子Ｔ２３と第４端子Ｔ２４とは、補機群６００と電気的に接続される。第５端子Ｔ２５と第６端子Ｔ２６とは、補助電源用電力変換装置１００と電気的に接続される。 The battery device 200 has a first terminal T21 to a sixth terminal T26.
First terminal T21 and second terminal T22 are electrically connected to power conversion device 300 for running. Third terminal T23 and fourth terminal T24 are electrically connected to accessory group 600 . The fifth terminal T25 and the sixth terminal T26 are electrically connected to the auxiliary power conversion device 100 .

バッテリ装置２００は、例えば、絶縁区分が低圧のバッテリである。バッテリ装置２００は、例えば、リチウムイオン電池などの蓄電池セルが直列または並列に接続された組電池ＢＴと、複数の接触器ＢＬＢ１、ＢＬＢ２、ＢａｔＤＫ１、ＢａｔＤＫ２、ＢａｔＣＫ１、ＢａｔＣＫ２、ＣＨＫと、抵抗器ＣＨＲｅと、電流検出器２２０と、複数の接触器ＢＬＢ１、ＢＬＢ２、ＢａｔＤＫ１、ＢａｔＤＫ２、ＢａｔＣＫ１、ＢａｔＣＫ２、ＣＨＫの動作を制御するバッテリ制御部２１０と、を備えている。 The battery device 200 is, for example, a low-voltage battery with an insulation section. The battery device 200 includes, for example, an assembled battery BT in which storage battery cells such as lithium ion batteries are connected in series or in parallel, a plurality of contactors BLB1, BLB2, BatDK1, BatDK2, BatCK1, BatCK2, and CHK, and a resistor CHRe. , a current detector 220, and a battery control unit 210 that controls the operation of a plurality of contactors BLB1, BLB2, BatDK1, BatDK2, BatCK1, BatCK2, CHK.

接触器ＢＬＢ１は、組電池ＢＴの正極端子と正側主回路との電気的接続を切替える。接触器ＢＬＢ２は、組電池ＢＴの負極端子と負側主回路との電気的接続を切替える。すなわち、接触器ＢＬＢ１と接触器ＢＬＢ２とは、組電池ＢＴと第１電力線（主回路）との電気的接続状態を切替える接触器（第４接触器）である。 The contactor BLB1 switches electrical connection between the positive terminal of the assembled battery BT and the positive side main circuit. The contactor BLB2 switches electrical connection between the negative terminal of the assembled battery BT and the negative main circuit. That is, the contactor BLB1 and the contactor BLB2 are contactors (fourth contactors) that switch the electrical connection state between the assembled battery BT and the first power line (main circuit).

接触器ＢａｔＤＫ１は、正側主回路と第１端子Ｔ２１との電気的接続を切替える。接触器ＢａｔＤＫ２は、負側主回路と第２端子Ｔ２２との電気的接続を切替える。すなわち、接触器ＢａｔＤＫ１と接触器ＢａｔＤＫ２とは、組電池ＢＴから走行用直流－交流電力変換部３３０へ電力を供給する電力線の電気的接続状態を切替える接触器（第２接触器）である。 The contactor BatDK1 switches electrical connection between the positive side main circuit and the first terminal T21. The contactor BatDK2 switches electrical connection between the negative side main circuit and the second terminal T22. That is, the contactor BatDK1 and the contactor BatDK2 are contactors (second contactors) that switch the electrical connection state of the power line that supplies power from the assembled battery BT to the running DC-AC power converter 330 .

接触器ＢａｔＣＫ１は、正側主回路と第５端子Ｔ２５との電気的接続を切替える。接触器ＢａｔＣＫ２は、負側主回路と第６端子Ｔ２６との電気的接続を切替える。すなわち、接触器ＢａｔＣＫ１と接触器ＢａｔＣＫ２とは、組電池ＢＴから負荷用直流－交流電力変換部１２０へ電力を供給する電力線の電気的接続状態を切替える接触器（第３接触器）である。 The contactor BatCK1 switches electrical connection between the positive side main circuit and the fifth terminal T25. The contactor BatCK2 switches electrical connection between the negative main circuit and the sixth terminal T26. That is, the contactor BatCK1 and the contactor BatCK2 are contactors (third contactors) that switch the electrical connection state of the power line that supplies power from the assembled battery BT to the DC-AC power conversion unit 120 for load.

接触器ＣＨＫと抵抗器ＣＨＲｅとは並列に接続している。接触器（第１接触器）ＣＨＫは、組電池ＢＴの正極端子と、第１端子Ｔ２１、第３端子Ｔ２３、および、第５端子Ｔ２５との間に延びた正側主回路（正側の第１電力線）において、第１電力線と並列に接続した抵抗器ＣＨＲｅを介して接続する経路（第２電力線）と、抵抗器ＣＨＲｅを介さずに接続する経路（第１電力線）とを切替える。 Contactor CHK and resistor CHRe are connected in parallel. The contactor (first contactor) CHK connects the positive main circuit (positive side main circuit) extending between the positive terminal of the assembled battery BT, the first terminal T21, the third terminal T23, and the fifth terminal T25. 1 power line) is switched between a path (second power line) connected to the first power line via a resistor CHRe connected in parallel and a path (first power line) connected without the resistor CHRe.

なお、バッテリ制御部２１０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）等のプロセッサがプログラムメモリに格納されたプログラムを実行することにより実現される。また、これらの機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアにより実現されてもよい。バッテリ制御部２１０は、例えば、組電池ＢＴからの放電電力が所定の値に変換された動作電力が供給されることで動作可能に構成されている。 Note that the battery control unit 210 is implemented by executing a program stored in a program memory by a processor such as a CPU (Central Processing Unit) or an MPU (Micro Processing Unit). Some or all of these functional units may be realized by hardware such as LSI (Large Scale Integration), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or FPGA (Field-Programmable Gate Array). The battery control unit 210 is configured to be operable by being supplied with operating power obtained by converting the discharged power from the assembled battery BT into a predetermined value, for example.

バッテリ制御部２１０は、組電池ＢＴに流れる電流、蓄電池セルの電圧、および、蓄電池セルの温度を周期的に取得して監視するとともに、例えば組電池ＢＴのＳＯＣ（state of charge）を演算してバッテリ装置２００の充電および放電の制御を行う。 The battery control unit 210 periodically acquires and monitors the current flowing through the assembled battery BT, the voltage of the storage battery cells, and the temperature of the storage battery cells, and calculates, for example, the SOC (state of charge) of the assembled battery BT. It controls charging and discharging of the battery device 200 .

電流検出器２２０は、正側主回路と負側主回路とのそれぞれに流れる電流を検出し、検出した値（電流値若しくは電流相当値）をバッテリ制御部２１０へ供給する。本実施形態では、電流検出器２２０は、例えば、接触器ＢＬＢ１と接触器ＣＨＫとの間の正側主回路と、接触器ＢＬＢ２と接触器ＢａｔＣＫ２および接触器ＢａｔＤＫ２との間の負側主回路との電流を検出する。 Current detector 220 detects a current flowing through each of the positive side main circuit and the negative side main circuit, and supplies the detected value (current value or current equivalent value) to battery control section 210 . In this embodiment, the current detector 220 includes, for example, a positive main circuit between the contactor BLB1 and the contactor CHK and a negative main circuit between the contactor BLB2 and the contactors BatCK2 and BatDK2. current is detected.

補機群６００は、バッテリ装置２００の第３端子Ｔ２３および第４端子Ｔ２４と電気的に接続される。
補機群６００には、バッテリ装置２００から直流電力が供給される。補機群６００には、バッテリ装置２００の組電池ＢＴから放電された直流電力が供給されてよいが、これに限定されず、負荷用交流－直流電力変換部１１０により変換された直流電力が供給されてよい。さらに、補機群６００には、バッテリ装置２００の組電池ＢＴから放電された直流電力と負荷用交流－直流電力変換部１１０により変換された直流電力とが合成された電力が供給されてよい。 Auxiliary machine group 600 is electrically connected to third terminal T23 and fourth terminal T24 of battery device 200 .
Auxiliary machine group 600 is supplied with DC power from battery device 200 . Auxiliary equipment group 600 may be supplied with DC power discharged from assembled battery BT of battery device 200, but is not limited to this, and is supplied with DC power converted by load AC-DC power conversion unit 110. may be Further, auxiliary equipment group 600 may be supplied with electric power obtained by synthesizing the DC power discharged from assembled battery BT of battery device 200 and the DC power converted by load AC-DC power conversion section 110 .

補機群６００は、例えば、鉄道車両に搭載されるコンプレッサ６４０やブロアモータ６２０、６３０を備える。
ブロアモータ６２０、６３０は、鉄道車両の台車３に搭載された走行用モータＭ１～Ｍ４を冷却する送風機のモータであり、インバータと、インバータの直流入力端に接続されたコンデンサ（第３コンデンサ）Ｃ４、Ｃ５と、を備えている。インバータは、例えば、バッテリ装置２００から供給された電力を三相交流電力に変換して負荷に供給する補機用電力変換装置である。 The auxiliary machine group 600 includes, for example, a compressor 640 and blower motors 620 and 630 mounted on a railroad vehicle.
The blower motors 620 and 630 are blower motors for cooling the running motors M1 to M4 mounted on the bogie 3 of the railroad vehicle, and include an inverter and a capacitor (third capacitor) C4 connected to the DC input end of the inverter. C5 and. The inverter is, for example, a power conversion device for auxiliary equipment that converts power supplied from the battery device 200 into three-phase AC power and supplies the same to a load.

コンプレッサ６４０は、ブレーキコンプレッサであり、インバータと、インバータの直流入力端に接続されたコンデンサ（第３コンデンサ）Ｃ６と、を備えている。インバータは、例えば、バッテリ装置２００から供給された電力を三相交流電力に変換して負荷に供給する補機用電力変換装置である。 Compressor 640 is a brake compressor, and includes an inverter and a capacitor (third capacitor) C6 connected to the DC input terminal of the inverter. The inverter is, for example, a power conversion device for auxiliary equipment that converts power supplied from the battery device 200 into three-phase AC power and supplies the same to a load.

上記電力変換システムにおいて、バッテリ装置２００は、補機群６００の電源として機能することができる。
例えば、接触器ＢＬＢ１、ＢＬＢ２、ＣＨＫが閉じた状態（導通状態）であり、接触器ＢａｔＤＫ１、ＢａｔＤＫ２、ＢａｔＣＫ１、ＢａｔＣＫ２が開いた状態（遮断状態）であるとき、組電池ＢＴの正極端子は第３端子Ｔ２３と電気的に接続され、負極端子は第４端子Ｔ２４と電気的に接続される。これにより、バッテリ装置２００は、第３端子Ｔ２３および第４端子Ｔ２４に接続された補機群６００へ直流電力を供給することができる。 In the power conversion system described above, the battery device 200 can function as a power supply for the auxiliary machine group 600 .
For example, when the contactors BLB1, BLB2, and CHK are in a closed state (conducting state) and the contactors BatDK1, BatDK2, BatCK1, and BatCK2 are in an open state (interrupting state), the positive terminal of the assembled battery BT is connected to the third terminal. It is electrically connected to the terminal T23, and the negative terminal is electrically connected to the fourth terminal T24. Thereby, battery device 200 can supply DC power to auxiliary machine group 600 connected to third terminal T23 and fourth terminal T24.

また、バッテリ装置２００は、直流負荷ＬＤＣおよび交流負荷ＬＡＣの電源として機能することができる。
例えば、接触器ＢＬＢ１、ＢＬＢ２、ＢａｔＣＫ１、ＢａｔＣＫ２、ＣＨＫが閉じた状態（導通状態）であり、接触器ＢａｔＤＫ１、ＢａｔＤＫ２が開いた状態（遮断状態）であるとき、組電池ＢＴの正極端子は第５端子Ｔ２５と電気的に接続され、負極端子は第６端子Ｔ２６と電気的に接続される。すなわち、バッテリ装置２００は、第５端子Ｔ２５および第６端子Ｔ２６を介して補助電源用電力変換装置１００のチョッパ回路１５０へ直流電力を供給することができる。チョッパ回路１５０は、バッテリ装置２００から供給された直流電力の電圧を所定の値に変換し、負荷用直流－交流電力変換部１２０へ直流電力を供給する。これにより、バッテリ装置２００から出力された直流電力が変換され、直流負荷ＬＤＣおよび交流負荷ＬＡＣへ電源を供給することができる。 Moreover, the battery device 200 can function as a power source for the DC load LDC and the AC load LAC.
For example, when the contactors BLB1, BLB2, BatCK1, BatCK2 and CHK are closed (conducting state) and the contactors BatDK1 and BatDK2 are open (interrupting state), the positive terminal of the assembled battery BT is connected to the fifth terminal. It is electrically connected to the terminal T25, and the negative terminal is electrically connected to the sixth terminal T26. That is, the battery device 200 can supply DC power to the chopper circuit 150 of the auxiliary power conversion device 100 via the fifth terminal T25 and the sixth terminal T26. Chopper circuit 150 converts the voltage of the DC power supplied from battery device 200 to a predetermined value, and supplies the DC power to load DC-AC power converter 120 . As a result, the DC power output from battery device 200 is converted, and power can be supplied to DC load LDC and AC load LAC.

また、バッテリ装置２００は、走行用モータＭ１～Ｍ４の電源として機能することができる。
例えば、接触器ＢＬＢ１、ＢＬＢ２、ＢａｔＤＫ１、ＢａｔＤＫ２、ＣＨＫが閉じた状態（導通状態）であり、接触器ＢａｔＣＫ１、ＢａｔＣＫ２が開いた状態（遮断状態）であるとき、組電池ＢＴの正極端子は第１端子Ｔ２１を介して走行用電力変換装置３００の第１端子Ｔ３１と電気的に接続され、負極端子は第２端子Ｔ２２を介して走行用電力変換装置３００の第２端子Ｔ３２と電気的に接続される。すなわち、バッテリ装置２００は、第１端子Ｔ２１および第２端子Ｔ２２を介して、走行用電力変換装置３００の走行用直流－交流電力変換部３３０へ直流電力を供給することができる。これにより、バッテリ装置２００から出力された直流電力が変換され、走行用モータＭ１～Ｍ４へ電源を供給することができる。 In addition, battery device 200 can function as a power supply for driving motors M1 to M4.
For example, when the contactors BLB1, BLB2, BatDK1, BatDK2, and CHK are closed (conducting state) and the contactors BatCK1 and BatCK2 are open (interrupting state), the positive terminal of the assembled battery BT is connected to the first terminal. The terminal T21 is electrically connected to the first terminal T31 of the running power converter 300, and the negative terminal is electrically connected to the second terminal T32 of the running power converter 300 through the second terminal T22. be. That is, the battery device 200 can supply DC power to the driving DC-AC power conversion section 330 of the driving power conversion device 300 via the first terminal T21 and the second terminal T22. As a result, the DC power output from the battery device 200 is converted, and power can be supplied to the driving motors M1 to M4.

上記のように、バッテリ装置２００は、例えば鉄道車両が無電区間を走行している場合や停電時などに非常走行を行うときなどに、走行用直流－交流電力変換部３３０、負荷用直流－交流電力変換部１２０および補機群６００に組電池ＢＴの放電電力を供給することが可能である。 As described above, the battery device 200 operates in such a manner that the running DC-AC power conversion unit 330, the load DC-AC Power conversion unit 120 and auxiliary machine group 600 can be supplied with discharged power of assembled battery BT.

次に、本実施形態におけるバッテリ装置の異常検知と補助電源用電力変換装置の異常検知との関係について、説明する。本実施形態では、バッテリ装置２００は、走行用電力変換装置３００と、補助電源用電力変換装置１００と、補機群６００との電源として用いられることから、組電池ＢＴ自体は接地をしていない。このため、組電池ＢＴの地絡検知は行えず、電流検出器２２０により漏電検知を行う。 Next, the relationship between the abnormality detection of the battery device and the abnormality detection of the power conversion device for the auxiliary power supply in this embodiment will be described. In this embodiment, since the battery device 200 is used as a power source for the traveling power conversion device 300, the auxiliary power conversion device 100, and the auxiliary machine group 600, the assembled battery BT itself is not grounded. . Therefore, ground fault detection of the assembled battery BT cannot be performed, and leakage detection is performed by the current detector 220 .

バッテリ装置２００は搭載された複数の構成を収容した筐体を備え、筐体が接地されている。例えば、バッテリ装置２００の組電池ＢＴから漏電した場合、バッテリ装置２００の筐体を介して組電池ＢＴから接地端子へ電流が流れると、補助電源用電力変換装置２００の接地された三次巻線１０２を介して負荷用交流－直流電力変換部１１０およびチョッパ回路１５０、接触器ＢａｔＣＫ２、ＢＬＢ２を介して組電池ＢＴまで電流が流れることがある。 The battery device 200 has a housing containing a plurality of mounted components, and the housing is grounded. For example, when a current leaks from the assembled battery BT of the battery device 200, if a current flows from the assembled battery BT to the ground terminal through the housing of the battery device 200, the grounded tertiary winding 102 of the auxiliary power converter 200 A current may flow to the assembled battery BT via the load AC-DC power conversion unit 110, the chopper circuit 150, the contactors BatCK2 and BLB2.

このとき、バッテリ制御部２１０にて、電流検出器２２０にて検出された正側主回路と負側主回路とに流れる電流値（若しくは電流相当値）を比較することにより、組電池ＢＴから漏電していることを検出することが可能である。例えば、正側主回路の電流検出値は組電池ＢＴから所定の充電電流や放電電流の値となり、負側主回路の電流検出値は組電池ＢＴからの漏電電流の値を含んだ値となる。バッテリ制御部２１０は、組電池ＢＴの現在の充電および放電の制御状況と、正側主回路と負側主回路との電流検出値とに基づいて、漏電が生じているか否かを判断することができる。 At this time, the battery control unit 210 compares the current values (or current equivalent values) flowing through the positive side main circuit and the negative side main circuit detected by the current detector 220, thereby detecting leakage current from the assembled battery BT. It is possible to detect that For example, the current detection value of the positive side main circuit is a predetermined charging current or discharging current value from the assembled battery BT, and the current detection value of the negative side main circuit is a value including the leakage current value from the assembled battery BT. . The battery control unit 210 determines whether or not an electric leakage has occurred based on the current control status of charging and discharging of the assembled battery BT and current detection values of the positive side main circuit and the negative side main circuit. can be done.

バッテリ制御部２１０は、組電池ＢＴから漏電していると判断したときには、接触器ＢＬＢ１、ＢＬＢ２を開いた状態（遮断状態）とし、組電池ＢＴを主回路から電気的に切り離す。 When the battery control unit 210 determines that the battery pack BT is leaking, it opens the contactors BLB1 and BLB2 (disconnection state) to electrically disconnect the battery pack BT from the main circuit.

なお、負荷電力制御部１７０は周期的に地絡検知を行い、補助電源用電力変換装置２００が正常に接地されているか否か（地絡しているか否か）判断している。地絡していると判断したときには、負荷電力制御部１７０は、例えば補助電源用電力変換装置２００の動作を停止する。 The load power control unit 170 periodically detects a ground fault and determines whether or not the auxiliary power conversion device 200 is normally grounded (whether or not there is a ground fault). When determining that there is a ground fault, the load power control unit 170 stops the operation of the auxiliary power conversion device 200, for example.

このため、例えばバッテリ装置２００にて上記経路にて漏電が発生すると、負荷電力制御部１７０における地絡検知でも異常が検出されることとなる。つまり、バッテリ制御部２１０にて漏電が検出されるよりも前に負荷電力制御部１７０にて地絡が検出されると、補助電源用電力変換装置２００には異常がないにもかかわらず補助電源用電力変換装置２００の動作が停止し、直流負荷ＬＤＣおよび交流負荷ＬＡＣへの電力供給が停止することとなる。 For this reason, for example, if a short circuit occurs in the above-described path in the battery device 200 , an abnormality will also be detected in the ground fault detection in the load power control section 170 . That is, if the load power control unit 170 detects a ground fault before the battery control unit 210 detects a ground fault, the auxiliary power supply The operation of the power conversion device 200 is stopped, and the power supply to the DC load LDC and the AC load LAC is stopped.

そこで、本実施形態の電力変換システムでは、バッテリ制御部２１０における漏電検知の周期を、負荷電力制御部１７０における地絡検知の周期よりも短くし、負荷電力制御部１７０にて地絡が検知されるよりも前にバッテリ制御部２１０にて組電池ＢＴの漏電を検出し、組電池ＢＴを主回路から電気的に切り離すこととしている。なお、例えば負荷電力制御部１７０における地絡検知の周期が０．５秒であるとき、バッテリ制御部２１０における漏電検知の周期は０．５秒よりも短く設定される。 Therefore, in the power conversion system of the present embodiment, the cycle of ground fault detection in the battery control unit 210 is set shorter than the cycle of ground fault detection in the load power control unit 170, and the ground fault is detected by the load power control unit 170. The battery control unit 210 detects the electric leakage of the assembled battery BT before the operation, and electrically disconnects the assembled battery BT from the main circuit. For example, when the ground fault detection cycle in load power control unit 170 is 0.5 seconds, the leakage detection cycle in battery control unit 210 is set to be shorter than 0.5 seconds.

このことにより、バッテリ装置２００における異常により、電力変換システムの他の機器まで停止させることがなく、正常に動作可能である機器が異常停止すること回避して電力変換システムの信頼性を担保することができる。 As a result, an abnormality in the battery device 200 does not cause other devices of the power conversion system to stop, and the reliability of the power conversion system is ensured by avoiding abnormal stoppage of normally operable devices. can be done.

すなわち、本実施形態によれば、バッテリ装置の異常が発生したときに、他の正常な機器の動作を担保する電力変換システム１０を提供することができる。 That is, according to this embodiment, it is possible to provide the power conversion system 10 that ensures normal operation of other devices when an abnormality occurs in the battery device.

図３は、実施形態の電力変換システムの他の構成例を概略的に示す図である。
図３に示す電力変換システム１０は、バッテリ装置２００の構成が図２に示す構成と異なっている。
図３に示すバッテリ装置２００では、接触器ＢＬＢ１と並列に接続した経路において、接触器ＣＨＫと抵抗器ＣＨＲｅとが直列に接続されている。すなわち、組電池ＢＴの正極端子と第１端子Ｔ２１との間、組電池ＢＴの正極端子と第３端子Ｔ２３との間、および、組電池ＢＴの正極端子と第５端子Ｔ２５との間には、それぞれ、接触器ＢＬＢ１を介して接続される経路（第１電力線）と、接触器ＣＨＫおよび抵抗器ＣＨＲｅを介して接続される経路（第２電力線）とが設けられている。接触器ＣＨＫおよび接触器ＢＬＢ１により、電力供給経路を第１電力線と前記第２電力線とで切り替えることが可能である。 FIG. 3 is a diagram schematically showing another configuration example of the power conversion system of the embodiment.
The power conversion system 10 shown in FIG. 3 differs from the configuration shown in FIG. 2 in the configuration of the battery device 200 .
In the battery device 200 shown in FIG. 3, the contactor CHK and the resistor CHRe are connected in series in the path connected in parallel with the contactor BLB1. That is, between the positive terminal of the assembled battery BT and the first terminal T21, between the positive terminal of the assembled battery BT and the third terminal T23, and between the positive terminal of the assembled battery BT and the fifth terminal T25 , are provided with a path (first power line) connected via the contactor BLB1 and a path (second power line) connected via the contactor CHK and the resistor CHRe. The contactor CHK and the contactor BLB1 can switch the power supply path between the first power line and the second power line.

また図３に示すバッテリ装置２００では、電流検出器２２０は、例えば、接触器ＣＨＫと接触器ＢａｔＣＫ１および接触器ＢａｔＤＫ１との間の正側主回路と、接触器ＢＬＢ２と接触器ＢａｔＣＫ２および接触器ＢａｔＤＫ２との間の負側主回路との電流を検出する。
上記バッテリ装置２００の構成以外は、図３に示す電力変換システム１０は図２に示す電力変換システム１０と同様の構成である。 In addition, in the battery device 200 shown in FIG. 3, the current detector 220 includes, for example, a positive main circuit between the contactor CHK and the contactors BatCK1 and BatDK1, the contactor BLB2 and the contactor BatCK2 and the contactor BatDK2. Detects the current with the negative side main circuit between
Except for the configuration of the battery device 200, the power conversion system 10 shown in FIG. 3 has the same configuration as the power conversion system 10 shown in FIG.

図３に示す電力変換システム１０において、バッテリ装置２００は、補機群６００の電源として機能することができる。
例えば、接触器ＢＬＢ１、ＢＬＢ２が閉じた状態（導通状態）であり、接触器ＢａｔＤＫ１、ＢａｔＤＫ２、ＢａｔＣＫ１、ＢａｔＣＫ２、ＣＨＫが開いた状態（遮断状態）であるとき、組電池ＢＴの正極端子は第３端子Ｔ２３と電気的に接続され、負極端子は第４端子Ｔ２４と電気的に接続される。これにより、バッテリ装置２００は、第３端子Ｔ２３および第４端子Ｔ２４に接続された補機群６００へ直流電力を供給することができる。 In power conversion system 10 shown in FIG. 3 , battery device 200 can function as a power supply for auxiliary machine group 600 .
For example, when the contactors BLB1 and BLB2 are in a closed state (conducting state) and the contactors BatDK1, BatDK2, BatCK1, BatCK2 and CHK are in an open state (interrupting state), the positive terminal of the assembled battery BT is connected to the third terminal. It is electrically connected to the terminal T23, and the negative terminal is electrically connected to the fourth terminal T24. Thereby, battery device 200 can supply DC power to auxiliary machine group 600 connected to third terminal T23 and fourth terminal T24.

また、バッテリ装置２００は、直流負荷ＬＤＣおよび交流負荷ＬＡＣの電源として機能することができる。
例えば、接触器ＢＬＢ１、ＢＬＢ２、ＢａｔＣＫ１、ＢａｔＣＫ２が閉じた状態（導通状態）であり、接触器ＢａｔＤＫ１、ＢａｔＤＫ２、ＣＨＫが開いた状態（遮断状態）であるとき、組電池ＢＴの正極端子は第５端子Ｔ２５と電気的に接続され、負極端子は第６端子Ｔ２６と電気的に接続される。すなわち、バッテリ装置２００は、第５端子Ｔ２５および第６端子Ｔ２６を介して補助電源用電力変換装置１００のチョッパ回路１５０へ直流電力を供給することができる。チョッパ回路１５０は、バッテリ装置２００から供給された直流電力の電圧を所定の値に変換し、負荷用直流－交流電力変換部１２０へ直流電力を供給する。これにより、バッテリ装置２００から出力された直流電力が変換され、直流負荷ＬＤＣおよび交流負荷ＬＡＣへ電源を供給することができる。 Moreover, the battery device 200 can function as a power source for the DC load LDC and the AC load LAC.
For example, when the contactors BLB1, BLB2, BatCK1, and BatCK2 are in a closed state (conduction state) and the contactors BatDK1, BatDK2, and CHK are in an open state (interruption state), the positive terminal of the assembled battery BT is connected to the fifth terminal. It is electrically connected to the terminal T25, and the negative terminal is electrically connected to the sixth terminal T26. That is, the battery device 200 can supply DC power to the chopper circuit 150 of the auxiliary power conversion device 100 via the fifth terminal T25 and the sixth terminal T26. Chopper circuit 150 converts the voltage of the DC power supplied from battery device 200 to a predetermined value, and supplies the DC power to load DC-AC power converter 120 . As a result, the DC power output from battery device 200 is converted, and power can be supplied to DC load LDC and AC load LAC.

また、バッテリ装置２００は、走行用モータＭ１～Ｍ４の電源として機能することができる。
例えば、接触器ＢＬＢ１、ＢＬＢ２、ＢａｔＤＫ１、ＢａｔＤＫ２が閉じた状態（導通状態）であり、接触器ＢａｔＣＫ１、ＢａｔＣＫ２、ＣＨＫが開いた状態（遮断状態）であるとき、組電池ＢＴの正極端子は第１端子Ｔ２１を介して走行用電力変換装置３００の第１端子Ｔ３１と電気的に接続され、負極端子は第２端子Ｔ２２を介して走行用電力変換装置３００の第２端子Ｔ３２と電気的に接続される。すなわち、バッテリ装置２００は、第１端子Ｔ２１および第２端子Ｔ２２を介して、走行用電力変換装置３００の走行用直流－交流電力変換部３３０へ直流電力を供給することができる。これにより、バッテリ装置２００から出力された直流電力が変換され、走行用モータＭ１～Ｍ４へ電源を供給することができる。 In addition, battery device 200 can function as a power supply for driving motors M1 to M4.
For example, when the contactors BLB1, BLB2, BatDK1, and BatDK2 are in a closed state (conduction state) and the contactors BatCK1, BatCK2, and CHK are in an open state (interruption state), the positive terminal of the assembled battery BT is connected to the first terminal. The terminal T21 is electrically connected to the first terminal T31 of the running power converter 300, and the negative terminal is electrically connected to the second terminal T32 of the running power converter 300 through the second terminal T22. be. That is, the battery device 200 can supply DC power to the driving DC-AC power conversion section 330 of the driving power conversion device 300 via the first terminal T21 and the second terminal T22. As a result, the DC power output from the battery device 200 is converted, and power can be supplied to the driving motors M1 to M4.

バッテリ装置２００は、例えば、走行用モータＭ１～Ｍ４と補機群６００との両方の電源として機能することができる。
例えば、停電時などに鉄道車両が非常走行を行うとき、バッテリ装置２００は、走行用モータＭ１～Ｍ４と補機群６００とに電力を供給して、鉄道車両を安全な場所まで移動させることができる。 Battery device 200 can function, for example, as a power supply for both driving motors M1-M4 and auxiliary machine group 600. FIG.
For example, when the railway vehicle is in emergency running due to a power outage or the like, the battery device 200 can supply electric power to the driving motors M1 to M4 and the auxiliary machine group 600 to move the railway vehicle to a safe place. can.

バッテリ装置２００は搭載された複数の構成を収容した筐体を備え、筐体が接地されている。例えば、バッテリ装置２００の組電池ＢＴから漏電した場合、バッテリ装置２００の筐体を介して組電池ＢＴから接地端子へ電流が流れると、補助電源用電力変換装置２００の接地された三次巻線１０２を介して負荷用交流－直流電力変換部１１０およびチョッパ回路１５０、接触器ＢａｔＣＫ２、ＢＬＢ２を介して組電池ＢＴまで電流が流れることがある。 The battery device 200 has a housing containing a plurality of mounted components, and the housing is grounded. For example, when a current leaks from the assembled battery BT of the battery device 200, if a current flows from the assembled battery BT to the ground terminal through the housing of the battery device 200, the grounded tertiary winding 102 of the auxiliary power converter 200 A current may flow to the assembled battery BT via the load AC-DC power converter 110, the chopper circuit 150, the contactors BatCK2 and BLB2.

また、負荷用交流－直流電力変換部１１０と交流負荷用直流－交流電力変換部１２０との間にバッテリ装置２００を接続し、バッテリ装置２００に補機群６００を接続することで、バッテリ装置２００を補機群６００の電源として機能させることができる。したがって、電力変換システム１０によれば、鉄道車両が無電区間を走行している場合や停電時において、集電装置４００から電力が供給されなくても、バッテリ装置２００から補機群６００に電力を供給し続けることができる。この結果、電力変換システム１０によれば、補機群６００に供給される電力の低下を抑制することができる。 Further, by connecting the battery device 200 between the load AC-DC power conversion unit 110 and the AC load DC-AC power conversion unit 120, and connecting the auxiliary machine group 600 to the battery device 200, the battery device 200 can function as a power supply for the auxiliary machine group 600 . Therefore, according to the power conversion system 10, power is supplied from the battery device 200 to the auxiliary machine group 600 even if power is not supplied from the current collector 400 when the railway vehicle is running in a non-powered section or during a power failure. can continue to supply As a result, according to power conversion system 10, it is possible to suppress a decrease in power supplied to auxiliary machine group 600. FIG.

さらに、電力変換システム１０によれば、負荷用交流－直流電力変換部１１０と交流負荷用直流－交流電力変換部１２０との間にバッテリ装置２００を接続することで、メイントランスの負荷用巻線から負荷用交流－直流電力変換部１１０に供給される電力が低下した場合に、電力の低下に対応した電力をバッテリ装置２００から放電することでバッテリ装置２００から負荷用直流－交流電力変換部１２０に放電電力を供給することができる。これにより、電力変換システム１０によれば、鉄道車両の交流負荷ＬＡＣおよび直流負荷ＬＤＣに供給される電力の低下を抑制することができる。 Furthermore, according to the power conversion system 10, by connecting the battery device 200 between the load AC-DC power conversion unit 110 and the AC load DC-AC power conversion unit 120, the load winding of the main transformer When the power supplied to the load AC-DC power conversion unit 110 is reduced, the battery device 200 discharges the power corresponding to the power reduction from the battery device 200 to the load DC-AC power conversion unit 120 discharge power can be supplied to As a result, according to the power conversion system 10, it is possible to suppress a decrease in power supplied to the AC load LAC and the DC load LDC of the railway vehicle.

また、電力変換システム１０によれば、負荷用交流－直流電力変換部１１０は複数のスイッチング素子を含むスイッチング回路を含むので、負荷用交流－直流電力変換部１１０から出力される直流電力を安定化させることができる。すなわち、負荷用交流－直流電力変換部１１０によれば、ダイオードを用いた整流器よりも時間変化が少ない直流電力に変換することができる。これにより、電力変換システム１０によれば、負荷用交流－直流電力変換部１１０から負荷用直流－交流電力変換部１２０への直流電力が低下した場合に、バッテリ装置２００から負荷用直流－交流電力変換部１２０に速やかに放電電力を供給することができる。 Further, according to the power conversion system 10, since the load AC-DC power conversion unit 110 includes a switching circuit including a plurality of switching elements, the DC power output from the load AC-DC power conversion unit 110 is stabilized. can be made That is, according to the load AC-DC power conversion section 110, it is possible to convert the power into DC power with less change over time than a rectifier using diodes. As a result, according to the power conversion system 10, when the DC power from the load AC-DC power converter 110 to the load DC-AC power converter 120 decreases, the load DC-AC power from the battery device 200 is reduced. Discharge power can be quickly supplied to the conversion unit 120 .

さらに、電力変換システム１０によれば、バッテリ装置２００から放電電力を供給することができるので、コンデンサＣ３の容量を、鉄道車両が無電区間を通過する際に交流負荷ＬＡＣおよび直流負荷ＬＤＣに供給する電力を補償するための容量を考慮して大容量化する必要がない。 Furthermore, according to the power conversion system 10, since the discharged power can be supplied from the battery device 200, the capacity of the capacitor C3 is supplied to the AC load LAC and the DC load LDC when the railway vehicle passes through the no-power section. There is no need to increase the capacity in consideration of the capacity for power compensation.

さらに、電力変換システム１０によれば、負荷用交流－直流電力変換部１１０から出力される直流電力をチョッパ回路１５０により制御することで安定化させ、負荷用交流－直流電力変換部１１０から出力された電力をバッテリ装置２００に供給することで、バッテリ装置２００における充電抵抗に大きな負荷を与えることなく、バッテリ装置２００を充電することができる。 Furthermore, according to the power conversion system 10, the DC power output from the load AC-DC power conversion unit 110 is stabilized by being controlled by the chopper circuit 150, and is output from the load AC-DC power conversion unit 110. By supplying the increased power to the battery device 200 , the battery device 200 can be charged without imposing a large load on the charging resistor in the battery device 200 .

さらに、電力変換システム１０によれば、非常時においてバッテリ装置２００を放電させて、直流電力を走行用直流－交流電力変換部３３０に供給することができる。これにより、電力変換システム１０によれば、非常時に、バッテリ装置２００の放電電力を使用して走行用モータＭ１～Ｍ４を駆動させることで、鉄道車両を走行させることができる。 Furthermore, according to the power conversion system 10, in an emergency, the battery device 200 can be discharged and DC power can be supplied to the DC-AC power conversion unit 330 for running. As a result, according to the power conversion system 10, in an emergency, the electric power discharged from the battery device 200 is used to drive the running motors M1 to M4, thereby allowing the railway vehicle to run.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.

Ｍ１～Ｍ４…走行用モータ、Ｃ１－Ｃ６…コンデンサ、ＣＨＫ…第１接触器、ＣＨＲｅ…抵抗器、１００…補助電源用電力変換装置、１０２、３０２、５００…メイントランス、１１０…負荷用交流－直流電力変換部、１２０…負荷用直流－交流電力変換部、１３０…交流負荷用直流－交流電力変換部、２００…バッテリ装置、２２０…電流検出器、ＢＴ…組電池、３００…走行用電力変換装置、３２０…走行用交流－直流電力変換部、３３０…走行用直流－交流電力変換部、４００…集電装置、６００…補機群。 M1 to M4... Running motor, C1-C6... Capacitor, CHK... First contactor, CHRe... Resistor, 100... Power conversion device for auxiliary power supply, 102, 302, 500... Main transformer, 110... AC for load - DC power converter 120 DC-AC power converter for load 130 DC-AC power converter for AC load 200 Battery device 220 Current detector BT Battery pack 300 Traveling power converter Apparatus 320 ... AC-DC power converter for traveling 330 ... DC-AC power converter for traveling 400 ... Current collector 600 ... Auxiliary machine group.

Claims

a transformer for stepping down power from overhead lines;
an AC-DC power converter for running that converts and outputs AC power supplied through the secondary winding of the transformer; and a DC power for running that is output from the AC-DC power converter for running. a running power conversion device comprising a running DC-AC power converter that converts power to drive a motor;
a load AC-DC power converter for converting AC power supplied through the tertiary winding of the transformer into DC power; Auxiliary power supply power conversion device having a load DC-AC power conversion unit that converts to AC power used to drive a DC load and outputs it, and a load power control unit that detects a ground fault at a predetermined cycle and,
A power line connecting the load AC-DC power conversion unit and the load DC-AC power conversion unit, and a power line connecting the running AC-DC power conversion unit and the running DC-AC power conversion unit a battery device connected to a power line;
an auxiliary machine connected to a power line connecting the auxiliary power converter and the battery device and operable by power supplied from the battery device,
The battery device is housed in a grounded housing, and includes an assembled battery, a common positive electrode that supplies power from the assembled battery to the traveling power converter, the auxiliary power converter, and the auxiliary equipment. a current detector for detecting a current flowing through the side main circuit and the negative side main circuit; and a battery control circuit for detecting leakage of the assembled battery at a cycle shorter than the predetermined cycle based on the detected value of the current detector. A power conversion system comprising:

2. The power conversion system according to claim 1, wherein said battery control circuit disconnects said assembled battery from said positive side main circuit and said negative side main circuit when determining that said assembled battery is leaking.

The battery device includes a second contactor for switching an electrical connection state of a power line that supplies power from the assembled battery to the DC-AC power converter for running, and a DC-AC power converter for load from the assembled battery. The third contactor that switches the electrical connection state of the power line that supplies power to the battery, and the fourth contactor that switches the electrical connection state between the assembled battery and the power line according to claim 1 or 2. power conversion system.