专利名称：铁道车辆的电源装置及电源启动方法
技术领域：
本发明涉及包括将来自架设电线的直流成交流电源的电力变换为规定交流电的多个单元的铁道车辆的电源装置及电源启动方法。
背景技术：
将交流电供给铁道车辆的辅助电路的辅助电源装置具有这样的冗余性，通常每一编组上搭载多个辅助电源装置，即使一个辅助电源装置发生故障也可从其余的健全的辅助电源装置向编组的各车辆的负载供应必要的电力。
有这样的辅助电源装置的并联冗余系统，在该冗余性电源系统的一个上使多个辅助电源装置并联同步运行并输出到同一负载母线。图5是一编组中并联同步运行3个辅助电源装置的并联冗余系统的结构图。通过集电装置12a、12b、12c从架设电线11向各辅助电源装置13a、13b、13c供电，各辅助电源装置13a、13b、13c通过负载接触器15a、15b、15c连接到负载母线14。荧光灯和空调等辅助电路用负载16(以下称为负载16)连接到负载母线14。另外，图5中的17是交交部。
各辅助电源装置13a、13b、13c上设置有检测负载母线14的电压的电压检测装置18a、18b、18c，首先启动多个辅助电源装置13a、13b、13c中的一个。例如，启动辅助电源装置13a，向负载母线14供应输出电压，其余的辅助电源装置13b、13c根据负载母线14的电压和相位信息依次启动。
这种并联同步运行的并联冗余系统，由于在一个辅助电源装置13发生故障的情况下可以用2个辅助电源装置13来支援(backup)，所以作为辅助电源装置13的额定容量相当于准备通常运行时容量的3/2倍的容量。在通过架设电线11的交交部17时即使一个辅助电源装置13发生停电，因为可以用其他的辅助电源装置13来支援(backup)，所以不会整体停电。但是，最先启动的一台辅助电源装置13在其余的辅助电源装置13接入负载母线14以前承载全部负载。
另一方面，如图6所示，有单个运行的并联冗余系统，对应于多个辅助电源装置13a、13b、13c以母线接触器19a、19b来分割负载母线14，并且从各辅助电源装置13a、13b、13c分别向由母线接触器19a、19b分割的负载母线14a、14b、14c供电。
这种单个运行的并联冗余系统中，因为单个地向负载母线14的负载供电，所以一个辅助电源装置不承载全部的负载。但是，因为在通过架设电线11的交交部17时发生停电，在该停电时有必要由蓄电池对荧光灯等的负载16供电，另外，在一个辅助电源装置13发生故障的情况下，由于闭合母线接触器18、用邻接的辅助电源13来支援(backup)，所以作为辅助电源装置13的额定容量需要准备通常运行时容量的2倍的容量。
另外，有可以这样并联运行的装置，为了减小辅助电源装置13的额定容量，设置抑制电力变换器的输出电压的相位单元间的偏差的相位偏差抑制装置和抑制电力变换器的输出电流单元间的偏差的输出电流偏差抑制装置，共通连接多个单元的电力变换器输出侧并供给负载(例如，参考专利文献1)。
再者，如图7所示，有这样的并联冗余系统，其设置模拟母线20，并且根据模拟母线20的电压和相位，使各辅助电源装置13a、13b、13c与负载母线14并联同步。即，由电压检测装置18a、18b、18c检测模拟母线20的电压，由电流检测装置21a、21b、21c检测模拟母线20的电流，由电压和电流判定相位，并根据模拟母线20的电压和相位，各辅助电源装置13a、13b、13c进行同步运行准备，之后，一并接通各辅助电源装置13a、13b、13c的负载接触器15a、15b、15c并向负载母线14输出电源。但是，这种情况下需要在车辆间拉通的模拟母线20。
专利文献1特开平JP11-215602号公报但是，对于图5所示的系统，虽然具有可以减小辅助电源装置13的额定容量，即使通过交交部时也不发生停电的优点，但也存在这样的问题，最先启动的一个辅助电源装置在其余的辅助电源装置13接入负载母线14之前将承载全部的负载。
此外，对于如图6所示的系统，由于单个地向负载母线14的负载供电，所以一个辅助电源装置13不承载全部的负载，但是为预防在通过架设电线11的交交部17时发生停电而必须准备蓄电池，另外，其他辅助电源装置13为预防发生故障，作为辅助电源装置13的额定容量需要准备通常运行时容量的2倍的容量。
另外，对于图7所示的系统，由于通过使用模拟母线20而各辅助电源装置13可相互同步地动作，所以可以将各辅助电源装置13的输出一齐连接到以非绝缘方式连接的负载母线14上，消除了启动时仅一个辅助电源装置13承载所有的负载的问题，但是存在着必须在编组间拉通模拟母线20的问题。
发明内容
本发明的目的是提供可以单个地启动多个辅助电源装置且能够进行并联同步运行的铁道车辆的电源装置和电源启动方法。
本发明的铁道车辆的电源装置，具有向铁道车辆的辅助电路供应交流电的多个辅助电源装置，包括母线接触器，与多个辅助电源装置相对应地分割连接有铁道车辆的辅助电路负载的负载母线；负载接触器，用于将与各辅助电源装置的输出侧连接到对应的负载母线上；以及电量检测装置，通过该负载母线检测邻接到编组车辆的前端侧或后尾侧的辅助电源装置的电量，所述辅助电源装置根据来自外部的启动指令接通所述负载接触器，同时进行并联同步运行准备，当基于所述电量检测装置检测出的电量而判定出与邻接的辅助电源装置并联同步运行条件成立时，接通所述母线接触器使得相互同步。
本发明的铁道车辆的电源启动方法，其特征在于，由母线接触器与多个辅助电源装置相对应地分割连接有铁道车辆辅助电路用负载的负载母线，通过负载母线检测与编组车辆的前端侧或者后尾侧相邻接的其他辅助电源装置的电量，基于该其他辅助电源装置的电量进行并联同步运行准备的控制，在准备结束的时刻接通连接各负载母线的母线接触器，进入并联同步运行模式。
根据本发明，在稳定运行时实现来自辅助装置输出的均等化，并且即使在启动时不供给以单个运行规定的负载以外的过大电力，不必增大启动时的耐过载量，可实现小型化、轻量化。
此外，并联同步运行的准备控制是通过经由负载母线检测车辆前端侧或者后尾侧的辅助电源装置的电量(电压或相位)而进行的，所以不需要用于并联同步运行准备的模拟母线。再者，即使在对编组彼此进行混编时，即便混编之前编组彼此为非同步运行，但混编后通过经同步运行准备闭合母线接触器这样的动作，包含混编车辆的并联同步运行也很容易实现。
图1是根据本发明第一实施例的铁道车辆的电源装置的结构图。
图2是根据本发明第一实施例的铁道车辆的电源装置的启动动作顺序的说明图。
图3是根据本发明第二实施例的铁道车辆的电源装置的结构图。
图4是根据本发明第二实施例的铁道车辆的电源装置的启动动作顺序的说明图。
图5是示出现有的并联冗余系统的一例的结构图。
图6是示出现有的并联冗余系统另一例的结构图。
图7是示出现有的并联冗余系统又一例的结构图。
具体实施例方式
下面，将说明本发明的实施例。图1是根据本发明第一实施例的铁道车辆的电源装置的结构图。以交交部17来分割架设电线11并向其供电。架设电线11的电源通过集电装置12a、12b、12c向各辅助电源装置13a、13b、13c供电。各辅助电源装置13a、13b、13c通过负载接触器15a、15b、15c向连接在负载母线14上的负载16供电。在此，将车辆的左侧作为前端侧。
负载母线14这样构成，对应于多个辅助电源装置13a、13b、13c被母线接触器19a、19b分割，并且从各辅助电源装置13a、13b、13c分别向被母线接触器19a、19b分割的负载母线14a、14b、14c供电。
在各辅助电源装置13a、13b、13c设置有检测负载母线14电量的电量检测装置22a、22b、22c。电量是并联同步运行时所需的电量，是判定负载母线14的电压、相位所需的电量例如电流等。
辅助电源装置13b的电量检测装置22b检测邻接的前端侧的负载母线14a的电量，辅助电源装置13c的电量检测装置22c同样地检测邻接的前端侧的负载母线14b的电量。另外，虽然在前端侧的车辆的辅助电源装置13a上设置有电量检测装置22a，但是由于前端侧没有负载母线14，所以为非连接。
在母线接触器19a、19b的断开状态下，辅助电源装置13a、13b、13c根据来自外部的启动指令接通负载接触器15a、15b、15c。并且，辅助电源装置13a、13b、13c自身的电压上升。辅助电源装置13a由此确立自身的负载母线14a的电压。辅助电源装置13b、13c进行并联同步运行准备，同时当基于电量检测装置22b、22c检测的电量而判定出与邻接的辅助电源装置13a、13b并联同步运行条件成立时，接通母线接触器19a、19b使得相互同步。
图2是根据本发明第一实施例的铁道车辆的电源装置的启动动作顺序的说明图。使负载母线14的母线接触器19a、19b处于断开状态。也就是说，使各负载母线14a、14b、14c为绝缘状态。在该状态下，各辅助电源装置13a、13b、13c一齐输出来自外部的启动信号。
各辅助电源装置13a、13b、13c通过单个运行(非同步运行)使输出电压进行上升而动作。前端的辅助电源装置13a闭合负载接触器15a(S1)，并且以软启动等方式使输出电压上升，从而向负载母线14a供电。
辅助电源装置13b以单个运行(非同步运行)使输出电压上升而动作，确立电压后闭合负载接触器15b(S2)，以确立的输出电压向负载母线14b供电。并且，辅助电源装置13b从负载母线14a检测辅助电源装置13a的输出电压和相位条件，并且进行将电压和相位调到能够和辅助电源装置13a并联同步运行的状态这样的同步运行准备(S3)。完成同步运行准备(S4)时，闭合将负载母线14a和负载母线14b连接在一起的母线接触器19a(S5)，辅助电源装置13a和辅助电源装置13b进入并联同步运行。
同样地，辅助电源装置13c通过单个运行(非同步运行)使输出电压进行上升而动作，确立电压后闭合负载接触器15c(S6)，以确立的输出电压向负载母线14c供电。并且，辅助电源装置13c从负载母线14b检测辅助电源装置13b的输出电压和相位条件，并且进行将电压和相位调到能够和辅助电源装置13b并联同步运行的状态这样的同步运行准备(S7)。完成同步运行准备(S8)时，闭合将负载母线14b和负载母线14c连接在一起的母线接触器19b(S9)，辅助电源装置13b和辅助电源装置13c进入并联同步运行。
这样，接通所有母线接触器19a、19b后作为编组所有的辅助电源装置13a、13b、13c变为并联同步运行，完成并联同步运行的启动。
在上述说明中，虽然电量检测装置22依次检测与编组车辆的前端侧邻接的负载母线14的电量使得同步运行，但是也可以依次检测与后尾侧邻接的负载母线14的电量使得同步运行。
另外，虽然当前端的辅助电源装置13a输入启动指令后闭合负载接触器15a，并以软启动等方式使输出电压上升从而向负载母线14a供电，但是也可以在确定输出后接通负载接触器14a并向负载母线供电。相反地，虽然辅助电源装置13b、13c使输出电压上升而动作，确立电压后闭合负载接触器15b、15c，但是也可以在输入启动指令后闭合负载接触器15b、15c，以软启动等方式使输出电压上升并向负载母线14b、14c供电。
再者，辅助电源装置13在自身的负载母线14或邻接的负载母线14上发生故障的情况下，可以断开母线接触器19a、19b、断开有故障的负载母线14。例如，负载母线14c有故障的情况下，断开母线遮断器19b。
因此，拉通编组车辆的负载母线14在每个辅助电源装置13上由母线接触器19绝缘，在负载母线14发生接地事故等故障的情况下，具有与其他负载母线14断开的开放功能。
另外，负载母线14被母线接触器19分割，并且辅助电源装置13通过该负载母线14检测与编组车辆的前端侧(或者后尾侧)邻接的辅助电源装置13的输出电压，再根据该检测输出确立初始的并联同步运行准备并接通母线接触器19，进行并联同步运行。
依据第一实施例，由于并联同步运行的准备控制是通过经由负载母线检测车辆前端侧或者后尾侧的辅助电源装置13的电量(电压、相位)来进行，所以不需要用于并联同步运行准备的模拟母线。
下面，将说明本发明的第二实施例。图3是根据本发明第二实施例的铁道车辆的电源装置的结构图。该第二实施例代替一编组的辅助电源装置13的并联同步运行，适用于对编组彼此进行混编时的并联同步运行。下面，考虑对A编组的列车和B编组的列车进行混编的情况。在A编组的电源装置的辅助电源装置13A进行并联同步运行，而B编组的电源装置进行单个运行的情况下，对A编组和B编组进行混编时，B编组的前端的辅助电源装置13Ba通过电量检测装置22Ba检测A编组的负载母线14A的电量，完成同步运行准备后，闭合将负载母线14A和负载母线14Ba连接在一起的母线接触器19B，并联同步运行辅助电源装置13A和辅助电源装置13Ba。
同样地，辅助电源装置13Bb通过电量检测装置22Bb检测A编组的负载母线14Ba的电量，完成同步运行准备，闭合将负载母线14Ba和负载母线14Bb连接在一起的母线接触器19Ba，使辅助电源装置13Ba和辅助电源装置13Bb并联同步运行。
图4是根据本发明第二实施例的铁道车辆的电源装置的启动动作顺序的说明图。在图4中示出了A编组的电源装置和B编组的电源装置进行并联同步运行时进行混编的情况。辅助电源装置13Bb从负载母线14A检测辅助电源装置13A的输出电压和相位条件，并且进行将电压和相位调到可与辅助电源装置13A并联同步运行的状态这样的同步运行准备(S11)。完成同步运行准备(S12)后，闭合将负载母线14A和负载母线14Ba连接在一起的母线接触器19B(S13)，然后并联同步运行辅助电源装置13A和辅助电源装置13Ba。
即使是对并联同步运行的编组彼此的混编或者对单个运行的编组与并联同步运行的编组彼此的混编也都成为相同的动作。也就是说，在混编时，一方的辅助电源装置13从另一方的负载母线14检测出电压和相位信息，并联同步运行的准备结束之后，接通母线接触器19而实现被混编的编组的并联同步运行。
依据第二实施例，即使在对编组彼此进行混编时，即便混编之前编组彼此为非同步运行，但混编后通过经同步运行准备闭合母线接触器这样的动作，包含混编车辆的并联同步运行也很容易实现。
权利要求
1.一种铁道车辆的电源装置，具有给铁道车辆的辅助电路供应交流电的多个辅助电源装置，其中包括母线接触器，与多个辅助电源装置相对应地分割连接有铁道车辆的辅助电路用负载的负载母线；负载接触器，用于将各辅助电源装置的输出侧连接到对应的负载母线；以及电量检测装置，通过其负载母线检测与编组车辆的前端侧或后尾侧邻接的辅助电源装置的电量，所述辅助电源装置根据来自外部的启动指令接通所述负载接触器，同时进行并联运行准备，当基于所述电量检测装置检测出的电量而判定出与邻接的辅助电源装置的并联同步运行条件成立时，接通所述母线接触器使得相互同步。
2.根据权利要求1所述的铁道车辆的电源装置，其特征在于，所述辅助电源装置在自身的负载母线或者邻接的负载母线发生故障时，断开母线接触器从而断开发生故障的负载母线。
3.根据权利要求1或2所述的铁道车辆的电源装置，其特征在于，替代所述辅助电源装置根据来自外部的启动指令接通所述负载接触器，根据来自外部的启动指令而开始动作，当确定输出时，接通负载接触器并向负载母线供电。
4.一种铁道车辆的电源启动方法，其特征在于，由母线接触器与多个辅助电源装置相对应地分割连接有铁道车辆的辅助电路用负载的负载母线，通过负载母线检测与编组车辆的前端侧或者后尾侧邻接的其他辅助电源装置的电量，基于该其他辅助电源装置的电量进行并联同步运行准备的控制，在准备结束的时刻接通连接各负载母线的母线接触器，进入并联同步运行模式。
全文摘要
一种铁道车辆的电源装置，具有给铁道车辆的辅助电路供应交流电的多个辅助电源装置，包括母线接触器，与多个辅助电源装置相对应地分割连接有铁道车辆的辅助电路用负载的负载母线；负载接触器，用于将各辅助电源装置的输出侧连接到对应的负载母线；以及电量检测装置，通过负载母线检测与编组车辆的前端侧或后尾侧邻接的辅助电源装置的电量，所述辅助电源装置根据来自外部的启动指令接通所述负载接触器，同时进行并联同步准备，当基于由电量检测装置检测的电量而判定出与邻接的辅助电源装置的并联同步运行条件成立时，接通所述母线接触器使得相互同步。
文档编号B60L1/00GK1817678SQ20051012170
公开日2006年8月16日 申请日期2005年12月15日 优先权日2004年12月15日
发明者中泽洋介, 古贺猛 申请人:株式会社东芝