KR20150028696A - Power conversion system for electric vehicles - Google Patents

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KR20150028696A
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후토시 야마네
마사미 이시카와
요시나리 무라야마
미쯔토시 무라오카
타로 요시다
켄지 후루사와
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a power conversion system for electric vehicle, which improves the redundancy of a power conversion system and at the same time performs power running or regenerative running by a remaining normal boosting circuit even when failure is experienced in a part of a boosting circuit. The present invention boosts the DC voltage of a DC main power through the boosting circuit, converts the DC voltage into an AC voltage through an inverter, performs the power running for outputting to a motor and a generator and the regenerative running for supplying the regenerative running of the motor and the generator to the DB main power, an auxiliary device, and a DC auxiliary power through the inverter circuit and the boosting circuit, wherein the boosting circuit is connected in parallel for the DC main power and includes a driving circuit to be disposed individually on the boosting circuit to be connected in parallel. The control circuit which outputs a control signal to the driving circuit interrupts the operation of the failed boosting circuit in the case of failure in at least one boosting circuit, sets a power control value according to the number of remaining normal boosting circuits, and controls the remaining normal boosting circuit and the inverter circuit according to a power control value.

Description

전동차용 전력 변환 시스템{POWER CONVERSION SYSTEM FOR ELECTRIC VEHICLES}POWER CONVERSION SYSTEM FOR ELECTRIC VEHICLES

본 발명은 전동차용 전력 변환 시스템에 관한 것으로, 하이브리드 자동차나 전기 자동차 등의 전동차에 이용할 수 있는 전동차용 전력 변환 시스템에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power conversion system for a train, and more particularly, to a power conversion system for a train that can be used for a train such as a hybrid car or an electric car.

전동차에 이용할 수 있는 전력 변환 시스템으로는 아래 특허문헌에 기재된 바와 같이, 직류 주전원(예를 들면, 48V 배터리의 직류전압을 단일 승압 회로에 의해 승압하고, 인버터 회로에 의해 교류 전압으로 변환하여 모터/제너레이터에 출력하는 역행 동작과, 모터/제너레이터의 회생 전력을 인버터 회로 및 승압 회로를 개재하여 직류 주전원, 전동차의 주변기기(예를 들면 전동 파워 스티어링, 에어컨, ECU 등) 및 직류 보조 전원(예를 들면 보조용 12V/24V 배터리)에 공급하는 회생 동작을 수행하는 것이 있다. As a power conversion system that can be used for a train, for example, a DC main power source (for example, a DC voltage of a 48V battery is boosted by a single boost circuit and converted into an AC voltage by an inverter circuit, (For example, electric power steering, air conditioner, ECU, etc.) and a DC auxiliary power source (for example, a power source, a power source, etc.) via the inverter circuit and the boosting circuit, 12V / 24V battery for auxiliary use).

이러한 전력 변환 시스템을 전동차에 이용함으로써 직류 주전원, 전동차의 주변기기 및 직류 보조 전원에 전력을 공급하는 발전기(alternator)가 불필요하다. 그러나, 단일 승압 회로가 불가역적인 고장에 의해 정지했을 경우 직류 주전원이나 직류 보조 전원에의 전력회수를 위한 전기 회로가 끊어져버려 모터/제너레이터로부터의 회생 동작이 불가능해진다. 그러면, 직류 보조 전원의 전력이 고갈된 단계에서 전동차의 주행이 불가능이 되어버린다. By using such a power conversion system in a train, an alternator that supplies power to a DC main power source, a peripheral of a train, and a DC auxiliary power source is unnecessary. However, when the single step-up circuit is stopped due to an irreversible fault, the electric circuit for power recovery to the DC main power source or the DC auxiliary power source is cut off, and the regenerative operation from the motor / generator becomes impossible. Then, when the power of the DC auxiliary power source is depleted, the traveling of the electric motor becomes impossible.

일본공개특허공보 특개2008-131715호Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-131715

본 실시 예는 전력변환 시스템의 리던던시(redundancy)를 향상시킴과 동시에, 일부 승압 회로가 고장난 경우라도 나머지 정상 승압 회로에 의해 계속해서 역행 동작 또는 회생 동작을 수행하는 전동차용 전력 변환 시스템을 제공한다.The present embodiment improves the redundancy of the power conversion system and provides a power conversion system for a railway vehicle that performs a backward operation or a regenerative operation continuously by the remaining normal boosting circuit even when some boosting circuits fail.

본 발명에 따른 전동차용 전력변환 시스템은 직류 주전원의 직류 전압을 승압 회로를 통해 승압하고 인버터 회로를 통해 교류 전압으로 변환하여 모터/제너레이터에 출력하는 역행 동작과, 상기 모터/제너레이터의 회생 전력을 상기 인버터 회로 및 상기 승압 회로를 개재하여, 상기 직류 주전원, 차량의 주변기기 및 직류 보조 전원에 공급하는 회생 동작을 수행하는 것이며, 상기 승압 회로는 상기 직류 주전원에 대해 복수 개로 병렬 접속되는 동시에, 상기 병렬 접속된 승압 회로 각각은 독립적으로 배치된 구동 회로를 포함하고, 상기 구동 회로에 제어신호를 출력하는 제어 회로는 적어도 1개의 승압 회로가 고장났을 경우 그 고장난 승압 회로의 동작을 정지시키고, 나머지 정상 승압 회로수에 따른 전력 제어값을 설정하고, 그 전력 제어값에 근거하여 상기 나머지 정상 승압 회로 및 상기 인버터 회로를 제어하는 것을 특징으로 한다. The electric power conversion system for a motor vehicle according to the present invention includes: a backward operation for boosting a DC voltage of a DC main power source through a boosting circuit, converting the DC voltage to an AC voltage through an inverter circuit and outputting the AC voltage to the motor / generator, Wherein the power supply circuit performs a regenerative operation to supply the DC main power source, the peripheral equipment of the vehicle, and the DC auxiliary power source via the inverter circuit and the step-up circuit, wherein the step-up circuit is connected in parallel to the DC main power source, The control circuit for outputting the control signal to the driving circuit stops the operation of the failed booster circuit when at least one booster circuit fails, and the other normal booster circuit Based on the power control value, Step-up circuit and the rest of the top characterized in that for controlling the inverter circuit.

이러한 것이라면, 차량의 보조기기(예를 들면 전동 파워 스티어링, 에어컨(air conditioner), ECU 등) 및 직류 보조 전원(예를 들면 보조용 12V/24V 배터리)으로의 전력 공급을 모터/제너레이터의 회생 전력으로 행하는 것이 가능하게 되고, 발전기(alternator)를 생략 할 수 있고, 비용 저감 및 차량 경량화가 가능하게 된다. If this is the case, the power supply to the auxiliary equipment of the vehicle (for example, electric power steering, air conditioner, ECU, etc.) and the DC auxiliary power supply (for example auxiliary 12V / 24V battery) It is possible to omit an alternator, and cost reduction and vehicle weight can be achieved.

또, 승압 회로를 복수개로 병렬 설치하고 있으므로, 전력변환 시스템의 전력 공급에 대한 리던던시(redundancy)를 향상시킬 수 있다. 이때, 발전기(alternator)를 생략한 구성의 경우에도 승압 회로를 복수개로 병렬 설치함에 따라 직류 주전원, 차량의 보조기기 및 직류 보조 전원으로의 전력공급을 확실하게 할 수 있다. Further, since a plurality of booster circuits are provided in parallel, it is possible to improve the redundancy of power supply of the power conversion system. In this case, even when the alternator is omitted, a plurality of booster circuits are provided in parallel to supply power to the DC main power source, the auxiliary equipment of the vehicle, and the DC auxiliary power source.

또한, 승압 회로를 복수개로 병렬 설치함에 따라 전류를 각 승압 회로에 분산시킬 수 있고, 승압 회로의 고효율화, 부품의 소형화 및 긴 수명화 등의 성능향상을 도모할 수 있다. Further, by providing a plurality of step-up circuits in parallel, it is possible to distribute the current to each step-up circuit, and it is possible to improve the performance such as high efficiency of the step-up circuit, downsizing of parts and long life.

또한, 적어도 1개의 승압 회로가 고장났을 경우 나머지 정상 승압 회로의 수에 의해 처리 가능한 전력 제한값을 설정하고, 상기 전력 제한값에 의해 나머지 정상 승압 회로 및 인버터 회로를 제어하고 있으므로, 일부 승압 회로의 고장 후에도 계속해서 전력 제한적으로 모터/제너레이터를 동작하게 하여 직류 주전원, 차량의 보조기기 및 직류 보조 전원으로의 회생 전력의 충전이 가능하게 된다. Further, when at least one booster circuit fails, a power limit value that can be processed by the number of remaining normal booster circuits is set, and the remaining normal booster circuit and inverter circuit are controlled by the power limit value. Therefore, even after some booster circuits fail Subsequently, the motor / generator is operated with limited power, so that it becomes possible to charge the regenerative electric power to the DC main power source, the auxiliary equipment of the vehicle, and the DC auxiliary power source.

이에 따라, 림프 홈 모드 시스템을 구축 할 수 있고, 차량에 탑승한 운전자를 운전에 의해 안전하게 대피시키거나, 수리 공장으로 차량을 이동시키는 것이 가능하게 된다. Thus, it is possible to construct a limp home mode system, to safely evacuate a driver aboard the vehicle, or to move the vehicle to a repair shop.

상기 병렬 접속된 승압 회로 각각의 출력단에 평활 콘덴서를 설치하고, 상기 각 평활 콘덴서는 상기 인버터 회로의 입력단에서 평활 콘덴서로 동작한다.A smoothing capacitor is provided at an output terminal of each of the parallel-connected boosting circuits, and each of the smoothing capacitors operates as a smoothing capacitor at an input terminal of the inverter circuit.

이와 같이, 병렬 접속된 승압 회로 각각의 출력단에 평활 콘덴서를 설치하고 있으므로, 전류분산에 의해 인버터 회로와 전력을 주고받을 때의 평활 콘덴서의 충방전에서의 리플 전류를 줄일 수 있고, 종래와 비교해서 평활 콘덴서의 소형화나 손실감소를 도모할 수 있고, 성능을 향상시킬 수 있다. As described above, since the smoothing capacitor is provided at the output terminal of each of the parallel-connected boosting circuits, the ripple current at the time of charge and discharge of the smoothing capacitor at the time of transferring electric power to and from the inverter circuit by current dispersion can be reduced, The smoothing capacitor can be downsized and the loss can be reduced, and the performance can be improved.

또, 승압 회로의 출력단에 설치한 평활 콘덴서가 인버터 회로의 입력단의 평활 콘덴서로 동작하므로, 평활 콘덴서의 병렬회로에 의해 종래보다도 정전용량을 크게 설정 할 수 있고, 또한 구조적으로 일체화 함으로써 평활 콘덴서의 부품 부피당 정전용량도 증대할 수 있다. Since the smoothing capacitor provided at the output terminal of the voltage booster circuit is operated by the smoothing capacitor at the input terminal of the inverter circuit, the capacitance of the smoothing capacitor can be set larger than that of the prior art by a parallel circuit. The capacitance per unit volume can also be increased.

예를 들면, 모터/제너레이터의 회생 운전 시 직류 주전원의 출력단에 설치된 스위치(DC contactor)나 배전 회로(junction box)가 고장나고, 직류 주전원과의 전기회로가 끊어졌을 때, 증가된 정전용량에 의해 인버터 회로 및 승압 회로의 내고장성이 향상된다. For example, when a switch (DC contactor) or a junction box installed in the output terminal of the DC main power source fails at the regenerative operation of the motor / generator and the electric circuit with the DC main power source is broken, The fault tolerance of the circuit and the booster circuit is improved.

또한, 구조적으로 일체화함으로서 회로의 기생 성분을 저감할 수 있고, 회로 구성 부품의 내고장성 향상과 함께, 모터/제너레이터의 회생 운전 시 차량의 각 보조기기 및 직류 보조 전원으로 공급하는 전력의 품질향상을 도모할 수 있다. In addition, by structurally integrating them, it is possible to reduce the parasitic component of the circuit, improve the fault tolerance of circuit components, and improve the quality of electric power supplied to auxiliary auxiliaries of the vehicle and the DC auxiliary power supply during regenerative operation of the motor / .

각 승압 회로의 고장을 검출 하기 위한 구체적인 실시 형태로는 상기 병렬 접속된 승압 회로 각각에 대응하여 설치되고, 상기 승압 회로를 구성하는 리액터를 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부를 포함하고, 상기 제어 회로는 상기 전류 검출부의 검출 전류를 이용하여 각 승압 회로의 고장을 검지할 수 있다. A specific embodiment for detecting the failure of each step-up circuit includes a current detection part provided corresponding to each of the parallel-connected step-up circuits and detecting a current flowing through the reactor constituting the step-up circuit, The failure of each step-up circuit can be detected by using the detection current of the current detection unit.

또, 상기 승압 회로의 구동 회로는 회로 단락, 반도체 과열 또는 과전압 등의 고장 검출 기능을 포함하고, 상기 제어 회로는 상기 구동 회로의 고장 신호를 이용하여 각 승압 회로의 고장을 검지할 수 있다.Further, the drive circuit of the booster circuit includes a failure detection function such as a circuit short circuit, a semiconductor overheat or an overvoltage, and the control circuit can detect a failure of each booster circuit using a failure signal of the drive circuit.

이렇게 구성한 본 발명에 의하면, 전동차용 전력변환 시스템의 전력 공급에대한 리던던시(redundancy)를 향상시킴과 동시에, 일부 승압 회로가 고장난 경우라도, 나머지 정상 승압 회로에 의해 계속해서 역행 동작 또는 회생 동작을 행할 수 있다. According to the present invention configured as described above, redundancy of power supply of the electric power conversion system for a railway car is improved, and even when some boosting circuits are broken, the remaining normal boosting circuits continue to perform reverse operation or regenerative operation .

도 1은 본 실시예에 따른 전동차용 전력변환 시스템의 회로 구성을 도시한 도면.
도 2는 동 실시예에 따른 승압 회로 고장시의 운전 지속 처리를 나타내는 플로차트.
도 3은 동 실시예에 따른 승압 회로 고장시의 인버터 운전의 전력 제한 값을 도시한 도면. 1 is a diagram showing a circuit configuration of a power conversion system for a railway vehicle according to the embodiment.
Fig. 2 is a flowchart showing an operation continuation process when a booster circuit fails according to the embodiment. Fig.
Fig. 3 is a diagram showing the power limit value of the inverter operation when the booster circuit fails in accordance with the embodiment; Fig.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention in the drawings, parts not related to the description are omitted. Like numbers refer to like parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another part in between. Also, when a part is referred to as "including " an element, it does not exclude other elements unless specifically stated otherwise.

이하에 본 발명에 따른 전동차용 전력변환 시스템의 일 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a power conversion system for a motor vehicle according to the present invention will be described with reference to the drawings.

본 발명의 실시예에 따른 전동차용 전력변환 시스템(100)은 하이브리드 자동차나 전기 자동차 등의 전동차에 탑재되어 모터/제너레이터(5)를 역행 운전 또는 회생 운전하게 하는 것이다. 한편, 모터/제너레이터(5)를 이용한 하이브리드 자동차의 방식으로는 병렬 방식, 스플릿 방식(직병렬 방식) 또는 직렬 방식일 수 있다.The electric power conversion system 100 for a railway vehicle according to the embodiment of the present invention is mounted on a railway vehicle such as a hybrid car or an electric car so that the motor / generator 5 is operated in the reverse or regenerative operation. On the other hand, the hybrid vehicle using the motor / generator 5 may be a parallel type, a split type (serial-parallel type), or a serial type.

전동차용 전력변환 시스템(100)은 도 1 에 도시한 바와 같이, 직류 주 전원(2)의 직류전압을 승압 회로(3)에 의해 승압하고, 인버터 회로(4)에 의해 3상 교류 전압으로 변환하여 모터/제너레이터(5)에 출력하는 역행 동작과, 모터/제너레이터(5)의 회생 전력을 인버터 회로(4) 및 승압 회로(3)를 개재하여 직류 주 전원(2), 전동차의 보조기기(6) 및 직류 보조 전원(7)에 공급하는 회생 동작을 수행한다.As shown in Fig. 1, the electric power conversion system 100 for a railway vehicle boosts the DC voltage of the DC main power supply 2 by the boosting circuit 3 and converts the DC voltage of the DC main power supply 2 into a three- Generator 5 and the regenerative electric power of the motor / generator 5 via the inverter circuit 4 and the boosting circuit 3 to the DC main power supply 2 and auxiliary equipment of the electric motor vehicle 6 and the DC auxiliary power supply 7, as shown in FIG.

구체적으로, 전동차용 전력변환 시스템(100)은 직류 주 전원(2)(예를 들면 48V의 리튬이온 배터리)과, 상기 직류 주전원(2)의 양 출력 단자에 각각 접속된 전기회로의 개폐를 행하는 스위치(DC contactor)(8)와, 상기 각 스위치(8) 사이에 설치된 평활 콘덴서(9)(직류 링크 콘덴서)와, 상기 평활 콘덴서(9)를 개재하여 접속되고, 전동차의 각 보조기기(예를 들면 전동 파워 스티어링, 에어컨, ECU등)(6) 및 직류 보조 전원(예를 들면 12V/24V 배터리)(7)에 전력을 공급하는 전압변환 계통(S1)과, 상기 평활 콘덴서(9)를 개재하여 상기 전압변환 계통(S1)과 병렬로 접속되고, 모터/제너레이터(5)를 역행 운전 또는 회생 운전하는 전력변환 계통(S2)을 포함한다. Specifically, the power conversion system 100 for a motor vehicle includes a DC main power supply 2 (for example, a 48-V lithium-ion battery) and an electric circuit connected to both output terminals of the DC main power supply 2 A smoothing capacitor 9 (DC link capacitor) provided between the respective switches 8 and a smoothing capacitor 9 connected to each auxiliary device of the electric vehicle A voltage conversion system S1 for supplying electric power to a DC auxiliary power source (for example, an electric power steering, an air conditioner, an ECU, etc.) 6 and a DC auxiliary power source (for example, 12V / 24V battery) And a power conversion system S2 that is connected in parallel with the voltage conversion system S1 intervening therebetween and regenerates or regenerates the motor / generator 5.

전압변환 계통(S1)은 DC/DC컨버터(10)를 더 포함하고, 상기 DC/DC컨버터(10)의 양 출력 단에는 전동차의 각 보조기기(6)과 직류 보조 전원(7)이 병렬로 접속되어 있다. The voltage conversion system S1 further includes a DC / DC converter 10. At the output terminals of the DC / DC converter 10, auxiliary devices 6 and a DC auxiliary power source 7 of a train are connected in parallel Respectively.

전력변환 계통(S2)은 직류 주전원(2)의 직류전압에 대한 전압변환을 수행하는 승압 회로(3) 및 상기 승압 회로(3)로부터 출력되는 직류전압을 교류 전압으로 변환하여 모터/제너레이터(5)에 출력하는 인버터 회로(4)를 포함하고, 승압 회로(3)는 N개의 승압 회로(3)(3-1, 3-2, … , 3-n)가 병렬 접속된 인터리브드(interleaved) 구성으로 되어 있다. 각 승압 회로(3)는 IGBT나 MOSFET 등의 전력반도체(31a, 3lb), 리액터(32) 및 평활 콘덴서(33)를 포함한다. The power conversion system S2 includes a step-up circuit 3 for performing voltage conversion with respect to the DC voltage of the DC main power supply 2 and a DC / DC converter 5 for converting the DC voltage output from the step- And the inverter circuit 4 for outputting the voltage to the boosting circuit 3. The voltage boosting circuit 3 includes an inverter circuit 3 in which N boosting circuits 3-1, 3-2, ..., 3-n are connected in parallel, . Each step-up circuit 3 includes power semiconductors 31a and 31b such as an IGBT and a MOSFET, a reactor 32, and a smoothing capacitor 33.

구체적으로, 각 승압 회로(3)는 직렬 접속된 전력반도체로 이루어지는 상부 암(arm)(31a) 및 하부 암(3lb)를 포함하고, 상부 암(31a)의 반도체 단자(예를 들면 콜렉터 단자 또는 드레인 단자)에 인버터 회로(4)의 양극단자가 접속되고, 하부 암(3lb)의 반도체 단자(예를 들면 이미터 단자 또는 소스 단자)에 직류 주전원(2)의 음극단자가 접속되어 있다. Specifically, each step-up circuit 3 includes an upper arm 31a and a lower arm 31b made of series-connected power semiconductors, and a semiconductor terminal (for example, a collector terminal or a collector terminal) of the upper arm 31a And the negative terminal of the DC main power source 2 is connected to a semiconductor terminal (for example, an emitter terminal or a source terminal) of the lower arm 31b.

또, 상부 암(31a)의 반도체 단자와 하부 암(3lb)의 반도체 단자와의 사이, 즉 승압 회로(3)의 출력 단에는 평활 콘덴서(33)가 상부 암(31a) 및 하부 암(3lb)에 대하여 병렬로 접속되어 있다. The smoothing capacitor 33 is connected to the upper arm 31a and the lower arm 31b at the output end of the booster circuit 3 between the semiconductor terminal of the upper arm 31a and the semiconductor terminal of the lower arm 31b. As shown in Fig.

또한, 상부 암(31a)의 다른 쪽 단자(이미터 단자 또는 소스 단자)와 하부 암(3lb)의 다른 쪽 단자(콜렉터 단자 또는 드레인 단자) 사이(직렬 접속점)에 리액터(32)의 한 쪽 단자가 접속되는 동시에, 상기 리액터(32)의 다른 쪽 단자가 직류 주전원(2)의 양극 단자에 접속되어 있다. 한편, 상기 승압 회로(3)의 상부 암(31a) 및 하부 암(3lb)은 환류 다이오드를 역병렬 접속해서 구성한 것일 수도 있다.One terminal of the reactor 32 is connected to the other terminal (emitter terminal or source terminal) of the upper arm 31a and the other terminal (collector terminal or drain terminal) of the lower arm 31b And the other terminal of the reactor 32 is connected to the positive terminal of the DC main power source 2. [ On the other hand, the upper arm 31a and the lower arm 31b of the booster circuit 3 may be configured by connecting the reflux diodes in reverse parallel connection.

이와 같이 구성된 N개의 승압 회로(3) 각각에는 독립적으로 상부 암(31a) 및 하부 암(3lb)를 구동 하기 위한 구동 회로(34)가 설치되어 있다. 이 구동 회로(34)에 의해 상부 암(31a) 및 하부 암(3lb)을 일정 듀티비로 교대로 스위칭시킴으로써 리액터(32)를 충방전시켜 역행 방향(승압) 및 회생 방향(강압)으로 전력을 전달한다. Each of the N booster circuits 3 configured as described above is provided with a drive circuit 34 for independently driving the upper arm 31a and the lower arm 31b. The upper arm 31a and the lower arm 31b are alternately switched at a constant duty ratio by the drive circuit 34 to charge and discharge the reactor 32 to transfer electric power in the reverse direction (boosting) do.

한편, 구동 회로(34)에는 후술하는 제어 회로(11)로부터 구동 지령신호(제어신호)가 입력된다. 이와 같이 구동 회로(34)를 승압 회로(3) 각각에 독립적으로 설치하고 있으므로, 일부 승압 회로(3)가 고장난 경우라도, 나머지 정상 승압 회로(3)를 정상적으로 구동시킬 수 있다. On the other hand, a drive command signal (control signal) is inputted to the drive circuit 34 from a control circuit 11 to be described later. Since the drive circuit 34 is independently provided in each of the booster circuits 3, the remaining normal booster circuit 3 can be normally driven even when the booster circuit 3 fails.

또한, 본 실시예는 병렬 접속된 승압 회로(3) 각각에 평활 콘덴서(33)가 설치되는 구성이므로 전류 분산에 의해 인버터 회로(4)와 전력을 주고받을 때의 평활 콘덴서(33)의 충방전에 대한 리플 전류를 줄일 수 있고, 종래와 비교해서 평활 콘덴서(33)의 소형화나 손실 감소를 도모할 수 있고, 성능을 향상시킬 수 있다. Since the smoothing capacitor 33 is provided in each of the booster circuits 3 connected in parallel with each other, the charge and discharge of the smoothing capacitor 33 when power is transferred to and from the inverter circuit 4 by current dispersion It is possible to reduce the size and loss of the smoothing capacitor 33 as compared with the prior art, and to improve the performance.

그리고, 각 승압 회로(3)에 설치된 평활 콘덴서(33)는 인버터 회로(4)의 입력단에 대한 평활 콘덴서로 동작한다. 즉, 각 승압 회로(3)와 인버터 회로(4)는 평활 콘덴서(33)를 공용한다. The smoothing capacitor 33 provided in each step-up circuit 3 operates as a smoothing capacitor to the input terminal of the inverter circuit 4. [ That is, each step-up circuit 3 and the inverter circuit 4 share the smoothing capacitor 33.

이에 따라, 인버터 회로(4)의 입력단에 대해 평활 콘덴서(33)의 병렬회로가 구성되어 종래보다도 정전용량을 크게 설정할 수 있고, 또한 구조적으로 일체화함으로써 평활 콘덴서(33)의 부품 부피당 정전용량도 증대할 수 있다. 또한, 구조적으로 일체화함으로써 회로의 기생 성분을 저감할 수 있고, 회로 구성 부품의 내고장성을 향상시킬 수 있다. Accordingly, a parallel circuit of the smoothing capacitor 33 is formed on the input terminal of the inverter circuit 4, so that the capacitance can be set to be larger than that of the prior art. Further, by structurally integrating the capacitance, the capacitance per unit volume of the smoothing capacitor 33 can be increased can do. In addition, by integrating them structurally, the parasitic component of the circuit can be reduced, and the fault tolerance of the circuit component can be improved.

인버터 회로(4)는 IGBT나 MOSFET 등의 전력반도체(41a, 4lb)로 이루어지는 3개의 스위칭 회로(4u, 4v, 4w)를 병렬 접속해서 구성된 3상 브릿지 회로로 구성된다. The inverter circuit 4 is constituted by a three-phase bridge circuit constituted by connecting three switching circuits 4u, 4v, 4w consisting of power semiconductors 41a, 41b such as IGBTs and MOSFETs in parallel.

구체적으로 인버터 회로(4)의 스위칭 회로(4u, 4v, 4w)는 직접 접속된 전력반도체로 이루어지는 상부 암(41a) 및 하부 암(4lb)을 포함하고, 각 스위칭 회로(4u, 4v, 4w)의 전력반도체의 직렬 접속점은 모터/제너레이터(3상 교류 모터)(5)에 각각 접속되어 있다. More specifically, the switching circuits 4u, 4v, and 4w of the inverter circuit 4 include an upper arm 41a and a lower arm 4lb made of power semiconductors directly connected to each other, and the switching circuits 4u, 4v, (Three-phase alternating-current motor) 5 are connected in series.

한편, 본 실시 예에서는 스위칭 회로(4u, 4v, 4w) 각각에 독립적으로 상부 암(41a) 및 하부 암(4lb)을 구동 하기 위한 구동 회로(42)가 설치된다. 이러한 구동 회로(42)를 통해 상부 암(41a) 및 하부 암(4lb)을 일정 듀티비로 교대로 스위칭시킴으로써 직류전압을 3상 교류 전압으로 변환한다. 한편, 구동 회로(42)에는 후술하는 제어 회로(11)로부터 구동 지령신호(제어신호)가 입력된다.On the other hand, in the present embodiment, the driving circuits 42 for driving the upper arm 41a and the lower arm 41b are provided independently to the switching circuits 4u, 4v, and 4w, respectively. By alternately switching the upper arm 41a and the lower arm 41b to the constant duty ratio through the driving circuit 42, the DC voltage is converted into the three-phase AC voltage. On the other hand, a drive command signal (control signal) is inputted to the drive circuit 42 from a control circuit 11 to be described later.

한편, 본 실시 예는 인버터 회로(4) 및 평활 콘덴서(33) 사이에 평활 콘덴서(9, 33) 각각에 축전된 전하를 방전시키는 방전 전용 회로(13)를 더 포함한다. 한편, 도 1의 부호 14는 자연 방전 저항기를 나타낸다.On the other hand, the present embodiment further includes a discharge dedicated circuit 13 between the inverter circuit 4 and the smoothing capacitor 33 for discharging the electric charge stored in each of the smoothing capacitors 9, 33. On the other hand, reference numeral 14 in Fig. 1 denotes a natural discharge resistor.

방전 전용 회로(13)는 저항기(131) 및 IGBT나 MOSFET 등의 반도체 스위치 소자(132)가 직렬 접속되어 구성되고, 전력 변환 시스템(100)의 주 회로 전극 간에 접속되어 있다. 구체적으로, 방전 전용 회로(13)는 승압 회로(3)와 인버터 회로(4) 사이의 주 회로 전극 간에 접속되어 있다.The discharge dedicated circuit 13 is constituted by connecting a resistor 131 and a semiconductor switch element 132 such as an IGBT or a MOSFET in series and is connected between the main circuit electrodes of the power conversion system 100. Specifically, the discharge dedicated circuit 13 is connected between the main circuit electrodes between the step-up circuit 3 and the inverter circuit 4.

방전 전용 회로(13)는 반도체 스위치 소자(132)를 구동하기 위한 구동 회로(도시하지 않음)를 포함한다. 구동 회로에 의해 반도체 스위치 소자(132)를 온(ON) 시킴으로써 방전 전용 회로(13)에 의한 방전 기능을 수행한다. 구동 회로에는 제어 회로(11)로부터 구동 지령 신호(제어신호)가 입력된다.The discharge dedicated circuit 13 includes a drive circuit (not shown) for driving the semiconductor switch element 132. [ The discharging circuit 13 performs the discharging function by turning on the semiconductor switch element 132 by the driving circuit. A drive command signal (control signal) is input from the control circuit 11 to the drive circuit.

상기와 같이 구성된 N개의 승압 회로(3) 및 인버터 회로(4)는 제어 회로(11)에 의해 제어된다. 제어 회로(11)는 전동차의 운전에 필요한 역행·회생 전력제어를 수행하기 위해 통괄 컨트롤러(예를 들면 상위 ECU)로부터 요구되는 운전 명령에 근거하여 각 승압 회로(3)와 인버터 회로(4) 간의 최적 전력 연계를 취하면서, 각 전력 반도체구동 지령신호를 생성하고, 해당 전력 반도체 구동 지령신호를 스위칭 명령으로 각 구동 회로(34, 42)에 전달한다. The N step-up circuits 3 and the inverter circuit 4 configured as described above are controlled by the control circuit 11. [ The control circuit 11 is provided between the boosting circuit 3 and the inverter circuit 4 on the basis of an operation command required from a general controller (for example, a host ECU) to perform retrograde and regenerative power control necessary for operation of the electric motor vehicle Generates the respective power semiconductor driving command signals, and transmits the power semiconductor driving command signals to the respective driving circuits (34, 42) in response to a switching command.

이에 따라, 전동차용 전력 변환 시스템(100)은 직류 주전원(2)의 직류전압을 승압 회로(3)에 의해 승압해서 인버터 회로(4)에 의해 교류 전압으로 변환하고, 모터/제너레이터(5)에 출력하는 역행 동작과, 모터/제너레이터(5)의 회생 전력을 인버터 회로(4) 및 승압 회로(3)를 개재하고, 직류 주전원(2), 전동차의 보조기기(6) 및 직류 보조 전원(7)에 공급하는 회생 동작을 행한다. Thus, the electric power conversion system 100 for a railway vehicle boosts the DC voltage of the DC main power supply 2 by the boosting circuit 3, converts it into an AC voltage by the inverter circuit 4, And the regenerated electric power of the motor / generator 5 via the inverter circuit 4 and the step-up circuit 3 are supplied to the DC main power source 2, the auxiliary equipment 6 of the electric rail vehicle, and the DC auxiliary power source 7 To the regenerative braking system.

한편, 제어 회로(11)는 각 승압 회로(3) 및 인버터 회로(4) 각각에 대응해서 물리적으로 분리할 수 있고, 부품수를 감소시켜 비용을 줄이기 위해 공용화 및 일체화할 수도 있다. On the other hand, the control circuit 11 can be physically separated corresponding to each of the booster circuit 3 and the inverter circuit 4, and may be shared and integrated to reduce the number of components and reduce the cost.

그리고, 본 실시예의 제어 회로(11)는 승압 회로(3) 각각이 고장인지 아닌지를 검지하는 고장 검지부(111) 및, 상기 고장 검지부(111)에 의해 고장이라고 판단된 승압 회로(3) 이외의 정상 승압 회로(3) 및 인버터 회로(4)를 제어하는 회로 제어부(112)를 포함한다.The control circuit 11 of the present embodiment is provided with a failure detecting section 111 for detecting whether each of the booster circuits 3 is in failure or not and a failure detecting section 111 for judging whether or not each of the booster circuits 3, And a circuit control section 112 for controlling the normal step-up circuit 3 and the inverter circuit 4. [

본 실시 예에서는 승압 회로(3) 각각에 대해서 개별적으로 고장 진단을 하기 위해 병렬 접속된 승압 회로(3) 각각에 대응하여 상기 승압 회로(3)을 구성하는 리액터(32)를 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부(12)가 설치된다. 전류 검출부(12)는 승압 회로(3) 각각의 리액터(32)의 평활 콘덴서(9) 측에 설치되어 있다. In this embodiment, in order to separately diagnose each of the booster circuits 3, a current flowing through the reactor 32 constituting the booster circuit 3 is detected corresponding to each of the booster circuits 3 connected in parallel A current detection unit 12 is provided. The current detection unit 12 is provided on the side of the smoothing capacitor 9 of the reactor 32 of each step-up circuit 3.

또, 본 실시 예에서는 승압 회로(3) 각각에 대해 개별적으로 고장 진단을 하기 위해 승압 회로(3) 각각에 설치된 구동 회로(34)에 회로 단락, 반도체 과열 및 과전압 등의 고장을 검출하고, 그 고장 신호를 출력하는 고장 검출 기능을 포함시킬 수 있다.In this embodiment, in order to separately diagnose each of the voltage-boosting circuits 3, a failure such as a short circuit, a semiconductor overheat and an overvoltage is detected in the drive circuit 34 provided in each of the voltage-boosting circuits 3, And a failure detection function for outputting a failure signal.

또한, 회로 제어부(112)는 도 1 에 도시한 바와 같이, 고장 검지부(111)를 통해 고장으로 판단된 승압회로(3) 이외에 동작 가능한 승압회로(3)를 판별하는 동작 가능 회로 판별부(112a)와 상기 동작 가능한 승압회로(3)의 게이트 구동 신호(구동 지령신호)의 위상을 연산하는 구동 신호 위상 연산부(112b)를 포함한다. 1, the circuit control section 112 includes an operation circuit discriminating section 112a for discriminating the voltage booster circuit 3 operable in addition to the voltage booster circuit 3 judged as a failure through the failure detecting section 111, And a drive signal phase arithmetic operation section 112b for calculating the phase of the gate drive signal (drive command signal) of the operable step-up circuit 3.

여기서, 구동 신호 위상 연산부(112b)는 복수개의 승압회로(3)를 일정 위상 차로 순차적으로 구동시키는 게이트 구동 신호를 생성하여 구동 회로(34)에 출력한다. Here, the drive signal phase arithmetic operation section 112b generates a gate drive signal for sequentially driving the plurality of booster circuits 3 by a predetermined phase difference, and outputs the generated gate drive signal to the drive circuit 34. [

이와 같이, 복수개의 승압회로(3)를 일정 위상 차로 순차적으로 구동시킴으로써 인버터(4)에 입력되는 전압의 리플을 저감시켜 전압의 품질을 향상시키고, 전동차용 전력변환 시스템(100) 전체의 효율을 향상시킨다. As described above, by sequentially driving the plurality of boosting circuits 3 in a predetermined phase difference, the ripple of the voltage input to the inverter 4 is reduced to improve the quality of the voltage, and the efficiency of the entire power conversion system 100 for the electric motor .

구체적으로, 구동 신호 위상 연산부(112b)는 N개의 승압회로(3)가 병렬 접속된 경우 제1번째의 승압회로(3)(3-1)의 출력 전압 리플(ΔVout_1)의 위상을 기준으로 제2 번째의 승압회로(3)(3-2)의 출력 전압 리플(ΔVout_2)의 위상을 360°/N 만큼 지연시키고, 제3 번째의 승압회로(3)(3-3)의 출력 전압 리플(ΔVout_3)의 위상을 2×360°/N 만큼 지연시키고, 제j번째의 승압회로(3)(3-j)의 출력 전압 리플(ΔVout_j)의 위상을 (j-1)×360°/N 만큼 지연시키고, … , 제N번째의 승압회로(3)(3-N)의 출력 전압 리플(ΔVout_N)의 위상을 (N-1)×360°/N 만큼 지연시킨다. Specifically, the drive signal phase arithmetic operation section 112b calculates the phase of the output voltage ripple? Vout_1 of the first boosting circuit 3 (3-1) based on the phase of the output voltage ripple? Vout_1 when the N boosting circuits 3 are connected in parallel The phase of the output voltage ripple DELTA Vout_2 of the second booster circuit 3 or 3-2 is delayed by 360 DEG / N and the output voltage ripple DELTA Vout_2 of the third booster circuit 3 The phase of the output voltage ripple? Vout_j of the j-th step-up circuit 3 (3-j) is delayed by (j-1) x360 / N Delay, and ... , The phase of the output voltage ripple? Vout_N of the Nth boosting circuit 3 (3-N) is delayed by (N-1) x 360 ° / N.

예를 들면, 3개의 승압회로(3)(제1번째의 승압회로(3)(3-1), 제2 번째의 승압회로(3)(3-2), 제3 번째의 승압회로(3)(3-3))가 병렬 배치된 경우 구동 신호 위상 연산부(112b)는 제1번째의 승압회로(3)(3-1)의 출력 전압 리플(ΔVout_1)의 위상에 대해 제2 번째의 승압회로(3)(3-2)의 출력 전압 리플(ΔVout_2)의 위상을 120°지연시키고, 제3 번째의 승압회로(3)(3-3)의 출력 전압 리플(ΔVout_3)의 위상을 240°지연시킨다. For example, the three boosting circuits 3 (first boosting circuit 3, third boosting circuit 3, second boosting circuit 3, third boosting circuit 3, ) 3-3 are arranged in parallel, the driving signal phase calculation unit 112b calculates the phase of the output voltage ripple? Vout_1 of the first boosting circuit 3 (3-1) The phase of the output voltage ripple DELTA Vout_2 of the circuit 3 and 3-2 is delayed by 120 DEG and the phase of the output voltage ripple DELTA Vout_3 of the third boosting circuit 3 3-3 is delayed by 240 DEG Delay.

그리고, 3개의 승압 회로(3) 중 1개의 승압회로(예를 들면 3번째의 승압회로 (3)(3-3))가 고장 났을 경우 구동 신호 위상 연산부(112b)는 2개의 승압 회로(3)에 대해 제1번째의 승압회로(3)(3-1)의 출력 전압 리플(ΔVout_1)의 위상을 기준으로 제2 번째의 승압회로(3)(3-2)의 출력 전압 리플(ΔVout_2)의 위상이 180°지연되도록 위상을 연산한다. 이 경우, 구동 신호 위상 연산부(112b)에 의해 연산된 게이트 구동 신호에 의해 구동 회로(34)가 제어되고, 구동 회로(34)가 각 암(31a, 3lb)을 구동한다. When one booster circuit (for example, the third booster circuit 3 (3-3)) of the three booster circuits 3 fails, the drive signal phase arithmetic operation unit 112b generates two boost circuits 3 The output voltage ripple DELTA Vout_2 of the second booster circuit 3 or 3-2 based on the phase of the output voltage ripple DELTA VOUT_1 of the first booster circuit 3 or 3-1, Phase is delayed by 180 [deg.]. In this case, the drive circuit 34 is controlled by the gate drive signal calculated by the drive signal phase calculation unit 112b, and the drive circuit 34 drives the arms 31a and 31b.

여기서, 제1번째의 승압회로(3)(3-1)의 게이트 구동 신호를 출력하기 위한 카운터를 업다운 카운터로 구성하고, 제2번째의 승압회로(3)(3-2)의 게이트 구동 신호를 출력하기 위한 카운터를 업 카운터와 업다운 카운터를 조합하여 구성할 수 있다.Here, the counter for outputting the gate driving signal of the first boosting circuit (3) 3-1 is constituted by an up-down counter, and the gate driving signal of the second boosting circuit (3) And an up-counter and an up-down counter.

즉, 제2번째의 승압회로(3)(3-2)의 카운터는 제2번째의 승압회로(3)(3-2)의 게이트 구동 신호의 위상이 제1번째의 승압회로(3)(3-1)의 게이트 구동 신호의 위상에 대하여 180°어긋나기 때문에, 처음(기동 시)부터 반주기만 업 카운트하고, 그 이후 업다운 카운트할 수 있다. 이에 따라, 처음부터 업다운 카운트하는 제1번째의 승압회로(3)(3-1)의 카운터와 180°의 위상차를 생기게 할 수 있다.That is, the counter of the second booster circuit 3 (3-2) is configured such that the phase of the gate drive signal of the second booster circuit 3 (3-2) is higher than the phase of the first booster circuit 3 ( 3-1), it is possible to perform up-counting for half a period from the start (at the time of start-up), and thereafter up-down counting. As a result, a phase difference of 180 DEG can be generated from the counter of the first booster circuit 3 (3-1) counting up-down from the beginning.

이하, 제어 회로(11)를 이용하여 승압 회로가 고장난 경우의 제어 내용을 고장 검지부(111) 및 회로 제어부(112)의 기능과 함께 도 2을 참조하여 설명한다.Hereinafter, the control contents when the booster circuit is broken by using the control circuit 11 will be described together with the functions of the failure detection unit 111 and the circuit control unit 112 with reference to Fig.

먼저, 전동차용 전력변환 시스템(100)의 기동 시 고장 검지부(111)는 각 승압 회로(3)에 설치된 전류 검출부(12)의 전류 검출 신호를 취득 한다(단계 Sp1). First, the fault detection unit 111 at the start of the electric power conversion system 100 for a railway vehicle acquires the current detection signal of the current detection unit 12 provided in each step-up circuit 3 (step Sp1).

그리고, 고장 검지부(111)는 상기 전류 검출부(12)에 의해 얻어진 각 승압 회로(3)의 리액터(32)를 흐르는 전류 값에 따라 각 승압 회로(3)가 고장 나있는지 아닌지를 검지한다(단계 Sp2). 또한, 고장 검지부(111)는 고장 검출 기능을 포함하는 구동 회로(34)로부터 고장 신호를 취득하고, 각 승압 회로(3)가 고장 나있는지 아닌지를 검지한다(단계 Sp2). The failure detection unit 111 detects whether or not each booster circuit 3 has failed according to the current value flowing through the reactor 32 of each booster circuit 3 obtained by the current detection unit 12 Sp2). Further, the failure detection unit 111 acquires a failure signal from the drive circuit 34 including the failure detection function, and detects whether or not each of the booster circuits 3 has failed (step Sp2).

그리고, 고장 검지부(111)는 고장을 검지했을 경우 고장 검지신호를 회로 제어부(112)에 출력한다. 회로 제어부(112)는 고장 검지신호를 취득했을 경우 정상적으로 동작하는 승압 회로(잔존 회로)가 존재 하는지 여부를 판단하고, 잔존 회로가 없을 경우에는 전동차 전력변환 시스템(100)의 동작을 정지 한다(단계 Sp3). Then, the failure detection unit 111 outputs a failure detection signal to the circuit control unit 112 when a failure is detected. The circuit control unit 112 determines whether or not there is a normally operating boosting circuit (remaining circuit) when the failure detection signal is acquired, and stops the operation of the electric power conversion system 100 when there is no remaining circuit Sp3).

한편, 회로 제어부(112)는 정상적으로 동작하는 승압 회로(3)(잔존 회로)가 존재할 경우에는 고장난 승압 회로(3)의 동작을 정지시킴과 동시에, 나머지 정상 승압 회로의 수(잔존 회로 수)에 따른 전력제어 값을 설정하고, 그 전력제어 값에 따라 나머지 정상 승압 회로(3) 및 인버터 회로(4)를 전력 연계 제어한다(단계 Sp4). On the other hand, when there is a normally operating step-up circuit 3 (remaining circuit), the circuit control unit 112 stops the operation of the failed step-up circuit 3, and at the same time, And controls the remaining normal boosting circuit 3 and the inverter circuit 4 in accordance with the power control value (step Sp4).

구체적으로 회로 제어부(112)는 도 3에 도시한 바와 같이, 고장 회로 수 n (n=1,2,3, … ,N-1)에 의해 단계적으로 인버터 회로(4)에 의한 모터/제너레이터(5)의 역행-회생 전력제한을 행하고, 승압 회로(3)는 전력 제한값에 따른 전력 연계 제어를 행한다. 이에 따라, 일부 승압 회로(3)가 고장난 경우라도 계속해서 역행 동작 또는 회생 동작을 행할 수 있다. Specifically, as shown in Fig. 3, the circuit control section 112 controls the motor / generator (not shown) by the inverter circuit 4 in stages by the number n of fault circuits (n = 1, 2, 3, 5), and the boosting circuit (3) performs power coupling control in accordance with the power limit value. Thereby, even if some booster circuit 3 fails, the backward operation or the regenerative operation can be performed continuously.

여기에서, 인버터 회로(4)에 의한 모터/제너레이터(5)의 역행·회생 전력 제한에 대해서 간단히 설명한다. 이하에서 각 기기의 손실은 무시한다.Here, restricting and regenerative power limitation of the motor / generator 5 by the inverter circuit 4 will be briefly described. The loss of each device is ignored below.

예를 들면, 3개의 승압 회로(3)가 병렬 접속되어 있고, 각 승압 회로(3)의 최대 정격 출력이 10kW의 경우 인버터 회로(4)의 전력 상한치를 30kW로 하여 시스템을 운전한다. For example, when three step-up circuits 3 are connected in parallel and the maximum rated output of each step-up circuit 3 is 10 kW, the system is operated with the power upper limit of the inverter circuit 4 set at 30 kW.

그리고, 1개의 승압 회로(3)가 불가역적으로 고장 났을 경우에는 고장난 승압 회로의 최대 정격 출력(10kW)만큼 줄인 20kW를 전력 제한 값으로 하여 정상인 2개의 승압 회로(3) 및 인버터 회로(4)를 전력연계 제어한다. When one boosting circuit 3 is inevitably broken, the two boosting circuits 3 and the inverter circuit 4 which are normal are set to 20 kW, which is reduced by the maximum rated output (10 kW) of the failed boosting circuit, Power control.

이렇게 구성한 전동차용 전력변환 시스템(100)은 직류 주전원(2), 전동차의 보조기기(6) 및 직류 보조 전원(7)으로의 전력공급을 모터/제너레이터(5)의 회생 전력으로 할 수 있고, 발전기(alternator)를 생략할 수 있으며, 비용 저감 및 전동차의 경량화를 가능하게 된다. The electric power conversion system 100 for a railway electric vehicle configured as described above can supply electric power to the DC main power source 2, auxiliary equipment 6 of the electric vehicle and the DC auxiliary power source 7 as the regenerative electric power of the motor / generator 5, It is possible to omit an alternator, and it is possible to reduce the cost and the weight of the electric vehicle.

또, 승압 회로(3)를 복수 개로 병렬 설치하고 있으므로, 전력변환 시스템(100)의 전력 공급에 대한 리던던시(redundancy)를 향상시킬 수 있다. 이때, 발전기(alternator)를 생략한 구성에서 승압 회로(3)를 복수 개로 병렬 설치하는 것에 따라 그 효과를 향상시킬 수 있다. In addition, since a plurality of booster circuits 3 are provided in parallel, it is possible to improve the redundancy of power supply of the power conversion system 100. At this time, the effect can be improved by arranging a plurality of booster circuits 3 in parallel in a configuration in which an alternator is omitted.

또한, 승압 회로(3)를 복수 개로 병렬 설치함으로써 승압 회로(3) 각각에 전류를 분산시킬 수 있고, 승압 회로(3)의 고효율화, 부품의 소형화 및 긴 수명화 등의 성능을 향상시킬 수 있다.Further, by providing a plurality of step-up circuits 3 in parallel, it is possible to distribute the current to each of the step-up circuits 3, and it is possible to improve performance such as high efficiency of the step-up circuit 3, miniaturization of parts and long life .

게다가, 적어도 1개의 승압 회로(3)가 고장 났을 경우 나머지 정상 승압 회로 수에 의해 처리 가능한 전력 제한 값을 설정하고, 상기 전력 제한 값에 의해 나머지 정상 승압 회로(3) 및 인버터 회로(4)를 제어하고 있으므로, 일부 승압 회로(3)가 고장난 이후에도 계속해서 전력 제한적으로 모터/제너레이터(5)를 동작하게 하여 직류 주전원(2), 전동차의 보조기기(6) 및 직류 보조 전원(7)으로의 회생 전력 충전이 가능하다. 이에 따라, 림프 홈 모드 시스템을 구축 할 수 있고, 전동차에 탑승한 운전자를 운전을 통해 안전하게 대피시키거나, 수리 공장으로 전동차를 이동시킬 수 있다. In addition, when at least one boosting circuit 3 fails, the power limiting value that can be processed by the remaining number of normal boosting circuits is set, and the remaining normal boosting circuit 3 and inverter circuit 4 are controlled by the power limiting value Generator 5 after the failure of some booster circuits 3 so as to limit the power to the DC main power source 2 and auxiliary equipment 6 of the electric vehicle and the DC auxiliary power source 7 Regenerative power can be charged. Thus, a limp home mode system can be constructed, a driver aboard a train can be safely evacuated through operation, or a train can be moved to a repair shop.

또한, 병렬 접속된 승압 회로(3) 각각에 평활 콘덴서(33)를 설치하여 각 평활 콘덴서(33)가 인버터 회로(4)의 입력단에 대한 평활 콘덴서로 기능하게 구성하고 있으므로, 전류분산에 의해 인버터 회로(4)와 전력을 주고받을 때의 평활 콘덴서(33)의 충방전에 있어서의 리플 전류를 줄일 수 있고, 종래와 비교해서 평활 콘덴서(33)의 소형화나 손실을 감소시킬 수 있고, 성능을 향상시킬 수 있다. The smoothing capacitor 33 is provided in each of the parallel-connected boosting circuits 3 so that the smoothing capacitor 33 functions as a smoothing capacitor for the input terminal of the inverter circuit 4, It is possible to reduce the ripple current in charging and discharging of the smoothing capacitor 33 when power is supplied to and from the circuit 4 and it is possible to reduce the size and loss of the smoothing capacitor 33 compared with the conventional case, Can be improved.

또, 평활 콘덴서(33)의 병렬회로에 의해 종래보다도 정전용량을 크게 설정 할 수 있고, 구조적으로 일체화함으로써 평활 콘덴서(33)의 부품 부피당 정전용량도 증대할 수 있다. In addition, the capacitance of the smoothing capacitor 33 can be increased by the parallel circuit of the smoothing capacitor 33, and the capacitance can be increased per unit volume of the smoothing capacitor 33 by structurally integrating it.

예를 들면, 모터/제너레이터(5)의 회생 운전 시 직류 주전원(2)의 출력 단에 설치된 스위치(8)나 배전 회로(junction box)(도시하지 않음)가 고장나고, 직류 주전원(2)과 전기회로가 끊어졌을 때, 증가된 정전용량에 의해 인버터 회로(4) 및 승압 회로(3)의 내고장성이 향상된다. The switch 8 and the junction box (not shown) provided at the output end of the DC main power supply 2 fail during the regenerative operation of the motor / generator 5 and the DC main power supply 2 When the electric circuit is cut off, the increased electrostatic capacity improves the fault tolerance of the inverter circuit 4 and the booster circuit 3.

또한, 구조적으로 일체화 함으로써 회로의 기생 성분을 저감할 수 있고, 회로 구성 부품에 있어서의 내고장성 향상과 함께 모터/제너레이터(5)의 회생 운전 시 전동차의 각 보조기기(6) 및 직류 보조 전원(7)에 공급하는 전력의 품질향상을 도모할 수 있다. 한편, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것이 아니다. In addition, the parasitic component of the circuit can be reduced by structurally integrating the components, and with the improvement of the fault tolerance in the circuit components, the auxiliary devices 6 and the DC auxiliary power source 7 can be improved. However, the present invention is not limited to the above embodiments.

예를 들면, 상기 실시 예에서는 통상 동작에서 복수 개로 병렬 접속된 승압 회로(3)를 모두 구동하고, 역행 동작 또는 회생 동작하는 것이었지만, 그 일부를 구동하여 역행 동작 또는 회생 동작하는 것일 수도 있다. For example, in the above-described embodiment, all of the step-up circuits 3 connected in parallel in a plurality of units in the normal operation are driven to perform a backward operation or a regenerative operation, but a part thereof may be driven to perform a backward operation or a regenerative operation.

이 경우, 구동하고 있는 일부 승압 회로(3)가 고장 났을 경우 나머지 승압 회로(3)를 구동하여 계속해서 역행 동작 또는 회생 동작하게 구성 할 수도 있다. In this case, when the driving of some booster circuits 3 is broken, the remaining booster circuits 3 may be driven to perform a backward operation or a regenerative operation.

또, 승압 회로(3)의 고장이 해당 구동 회로(34)에서만 발생하고, 전력 반도체(31a, 3lb), 리액터(32) 및 평활 콘덴서(33) 등의 주 회로 부품에 고장이 없고, 이들이 정상적으로 동작하고, 동시에 전력 반도체(31a, 3lb)가 환류 다이오드를 역병렬 접속하여 구성될 경우 제어 회로(11)에 의해 각 승압 회로(3)의 동작을 정지시키고, 상기 환류 다이오드에 전류가 흐름에 따라 도 3에 나타내는 N단계 전력 제한 값의 범위에서 인버터 회로(4)에 의한 역행 운전을 계속 할 수도 있다. 이 경우, 회생 운전은 금지시킨다.It is also possible that the failure of the booster circuit 3 occurs only in the corresponding drive circuit 34 and the main circuit components such as the power semiconductors 31a and 31b, the reactor 32 and the smoothing capacitor 33 do not malfunction, And at the same time, when the power semiconductors 31a and 31b are configured by connecting the reflux diodes in antiparallel connection, the operation of each booster circuit 3 is stopped by the control circuit 11, and when the current flows to the reflux diode The reverse operation by the inverter circuit 4 can be continued in the range of the N-step power limit value shown in Fig. In this case, regenerative operation is prohibited.

그 이외에, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변형이 가능하다.In addition to the above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible without departing from the spirit of the present invention.

100: 전동차용 전력변환 시스템
2: 직류 주전원
3: 승압 회로
32: 리액터
33: 평활 콘덴서
34: 구동 회로
4: 인버터 회로
5: 모터/제너레이터
6: 보조 기기
7: 직류 보조 전원
11: 제어 회로
12: 전류검출부 100: Power conversion system for electric vehicles
2: DC main power source
3: Booster circuit
32: Reactor
33: smoothing capacitor
34: Driving circuit
4: Inverter circuit
5: Motor / generator
6: Ancillary equipment
7: DC auxiliary power source
11: Control circuit
12:

Claims (4)

직류 주전원의 직류 전압을 승압 회로를 통해 승압하고 인버터 회로를 통해 교류 전압으로 변환하여 모터/제너레이터에 출력하는 역행 동작과, 상기 모터/제너레이터의 회생 전력을 상기 인버터 회로 및 상기 승압 회로를 개재하여 상기 직류 주전원, 차량의 주변기기 및 직류 보조 전원에 공급하는 회생 동작을 수행하는 전동차용 전력변환 시스템으로서,
상기 승압 회로는 상기 직류 주전원에 대해 복수개로 병렬 접속되는 동시에, 상기 병렬 접속된 승압 회로 각각에 독립적으로 배치된 구동 회로를 포함하고,
상기 구동 회로에 제어신호를 출력하는 제어 회로는
적어도 1개의 상기 승압 회로가 고장 났을 경우 고장난 승압 회로의 동작을 정지시키고, 나머지 정상 승압 회로 수에 따른 전력 제어값을 설정하고, 상기 전력 제어값에 근거하여 상기 나머지 정상 승압 회로 및 상기 인버터 회로를 제어하는 전동차용 전력변환 시스템. A reverse operation for boosting a DC voltage of a DC main power source through a boosting circuit and converting the AC voltage to an AC voltage through an inverter circuit and outputting the AC voltage to a motor / generator, and a regenerative operation of the motor / A power conversion system for a train that performs a regenerative operation to supply a DC main power source, a peripheral device of a vehicle, and a DC auxiliary power source,
Wherein the step-up circuit includes a plurality of drive circuits connected in parallel to the DC main power source and independently arranged in each of the parallel-connected step-up circuits,
And a control circuit for outputting a control signal to the drive circuit
The operation of the failed step-up circuit is stopped, the power control value according to the remaining number of normal step-up circuits is set, and the remaining normal step-up circuit and the inverter circuit are set Electric power conversion system for electric trains. 제1 항에 있어서,
상기 병렬 접속된 복수의 승압 회로 각각에 설치된 평활 콘덴서를 더 포함하고,
상기 복수의 평활 콘덴서 각각은 상기 인버터 회로의 입력단에 대한 평활 콘덴서로 동작하는 전동차용 전력변환 시스템. The method according to claim 1,
Further comprising a smoothing capacitor provided in each of the plurality of booster circuits connected in parallel,
Wherein each of the plurality of smoothing capacitors operates as a smoothing capacitor for an input terminal of the inverter circuit. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 병렬 접속된 복수의 승압 회로 각각에 대응하여 설치되고, 상기 승압 회로를 구성하는 리액터에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부를 더 포함하고,
상기 제어 회로는 상기 전류 검출부의 검출 전류를 이용하여 상기 복수의 승압 회로 각각의 고장을 검지하는 전동차용 전력변환 시스템. 3. The method according to claim 1 or 2,
Further comprising a current detecting section provided corresponding to each of the plurality of parallel-connected voltage step-up circuits, for detecting a current flowing in the reactor constituting the voltage step-up circuit,
Wherein the control circuit detects a failure of each of the plurality of boosting circuits using the detection current of the current detection unit. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구동 회로는 고장 검출 기능을 포함하고,
상기 제어 회로는 상기 구동 회로의 고장 신호를 이용하여 상기 복수의 승압 회로 각각의 고장을 검지하는 전동차용 전력변환 시스템. 4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the drive circuit includes a failure detection function,
Wherein the control circuit detects a failure of each of the plurality of boosting circuits using a failure signal of the drive circuit.
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