JP5865842B2 - Distortion reduction device - Google Patents

Distortion reduction device Download PDF

Info

Publication number
JP5865842B2
JP5865842B2 JP2012551241A JP2012551241A JP5865842B2 JP 5865842 B2 JP5865842 B2 JP 5865842B2 JP 2012551241 A JP2012551241 A JP 2012551241A JP 2012551241 A JP2012551241 A JP 2012551241A JP 5865842 B2 JP5865842 B2 JP 5865842B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
current
power
distortion
load
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2012551241A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2013518347A (en
Inventor
パトリック エイ ラダ
パトリック エイ ラダ
ジョン エイチ マグナスコ
ジョン エイチ マグナスコ
Original Assignee
ジェネヴァ クリーンテック インコーポレイテッド
ジェネヴァ クリーンテック インコーポレイテッド
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US12/694,171 external-priority patent/US8447541B2/en
Application filed by ジェネヴァ クリーンテック インコーポレイテッド, ジェネヴァ クリーンテック インコーポレイテッド filed Critical ジェネヴァ クリーンテック インコーポレイテッド
Priority claimed from US13/013,764 external-priority patent/US9020769B2/en
Priority claimed from US13/013,737 external-priority patent/US8674544B2/en
Publication of JP2013518347A publication Critical patent/JP2013518347A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5865842B2 publication Critical patent/JP5865842B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1821Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators
    • H02J3/1835Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control
    • H02J3/1864Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein the stepless control of reactive power is obtained by at least one reactive element connected in series with a semiconductor switch
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D4/00Tariff metering apparatus
    • G01D4/002Remote reading of utility meters
    • G01D4/004Remote reading of utility meters to a fixed location
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/70Regulating power factor; Regulating reactive current or power
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D2204/00Indexing scheme relating to details of tariff-metering apparatus
    • G01D2204/20Monitoring; Controlling
    • G01D2204/24Identification of individual loads, e.g. by analysing current/voltage waveforms
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/70Load identification
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/30Systems integrating technologies related to power network operation and communication or information technologies for improving the carbon footprint of the management of residential or tertiary loads, i.e. smart grids as climate change mitigation technology in the buildings sector, including also the last stages of power distribution and the control, monitoring or operating management systems at local level
    • Y02B70/34Smart metering supporting the carbon neutral operation of end-user applications in buildings
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/10Flexible AC transmission systems [FACTS]
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04SSYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S20/00Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
    • Y04S20/30Smart metering, e.g. specially adapted for remote reading

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Description

(関連出願)
本出願は、2010年1月25日に出願された米国仮特許出願番号61/298,112、発明の名称「METHODS AND APPARATUS FOR POWER FACTOR CORRECTION AND REDUCTION OF DISTORTION IN AND NOISE IN A POWER SUPPLY DELIVERY NETWORK」と、2011年1月19日に出願された米国仮特許出願番号61/434,250、発明の名称「POWER FACTOR AND HARMONIC CORRECTION METHODS」と、2011年1月25日に出願された米国仮特許出願番号61/435,921、発明の名称「POWER FACTOR AND HARMONIC CORRECTION METHODS」と、2011年1月24日に出願された米国仮特許出願番号61/435,658、発明の名称「AUTOMATIC DETECTION OF APPLIANCES」と、2010年1月25日に出願された米国仮特許出願番号61/298,127、発明の名称「AUTOMATIC DETECTION OF APPLIANCES」の優先権を米国特許法第119条に基づき主張する。また、本出願は、2010年1月26日に出願された同時係属中の米国特許出願番号12/694,153、発明の名称「POWER FACTOR AND HARMONIC CORRECTION METHODS」の一部継続出願であり、この原出願は、2009年1月26日に出願された米国仮特許出願番号61/206,051、発明の名称「POWER FACTOR AND HARMONIC CORRECTION METHODS」の優先権を主張している。また、本出願は、2010年1月26日に出願された同時係属中の米国特許出願番号12/694,171、発明の名称「ENERGY USAGE MONITORING WITH REMOTE DISPLAY AND AUTOMATIC DETECTION OF APPLIANCE INCLUDING GRAPHICAL USER INTERFACE」の一部継続出願であり、この原出願は、2009年1月25日に出願された米国仮特許出願番号61/206,072、発明の名称「ENERGY USAGE MONITORING WITH REMOTE DISPLAY AND AUTOMATIC DETECTION OF APPLIANCE INCLUDING GRAPHICAL USER INTERFACE」の優先権を主張しており、本出願はまた、2011年1月25日に出願された米国特許出願番号12/XXX,XXX、代理人番号 RADA-0040の優先権の利益を主張する。これらは全て、あらゆる目的のためにその全体が引用によって本願に援用される。
(Related application)
This application is a US Provisional Patent Application No. 61 / 298,112 filed on January 25, 2010, the title of the invention “METHODS AND APPARATUS FOR POWER FACTOR CORRECTION AND REDUCTION OF DISTORTION IN AND NOISE IN A POWER SUPPLY DELIVERY NETWORK”, US Provisional Patent Application No. 61 / 434,250 filed on January 19, 2011, title of invention “POWER FACTOR AND HARMONIC CORRECTION METHODS”, and US Provisional Patent Application No. 61 filed on January 25, 2011 / 435,921, the title of the invention “POWER FACTOR AND HARMONIC CORRECTION METHODS”, US Provisional Patent Application No. 61 / 435,658 filed on January 24, 2011, the name of the invention “AUTOMATIC DETECTION OF APPLIANCES”, US Provisional Patent Application No. 61 / 298,127, filed on January 25, 2010, entitled "AUTOMATIC DETECTION OF APPLIANCES", is granted priority under US Patent Law Section 119 Insist. This application is a continuation-in-part of copending U.S. Patent Application No. 12 / 694,153, filed on January 26, 2010, entitled "POWER FACTOR AND HARMONIC CORRECTION METHODS". The original application claims priority from US Provisional Patent Application No. 61 / 206,051, filed on January 26, 2009, entitled “POWER FACTOR AND HARMONIC CORRECTION METHODS”. This application is also a co-pending US patent application Ser. No. 12 / 694,171, filed Jan. 26, 2010, entitled “ENERGY USAGE MONITORING WITH REMOTE DISPLAY AND AUTOMATIC DETECTION OF APPLIANCE INCLUDING GRAPHICAL USER INTERFACE”. This original application is a US Provisional Patent Application No. 61 / 206,072, filed on January 25, 2009, entitled “ENERGY USAGE MONITORING WITH REMOTE DISPLAY AND AUTOMATIC DETECTION OF APPLIANCE INCLUDING”. GRAPHICAL USER INTERFACE ”and claims the benefit of the priority of US Patent Application No. 12 / XXX, XXX filed on January 25, 2011, agent number RADA-0040. Insist. All of which are hereby incorporated by reference in their entirety for all purposes.

本願発明は、パワーエレクトロニクスに関するものである。より詳しくは、本願発明は、負荷へ供給する電力または負荷によって生成される電力のる歪み及びノイズを低減することならびに力率を改善することに関するものである。   The present invention relates to power electronics. More particularly, the present invention relates to reducing power distortion and noise supplied to or generated by the load and improving power factor.

力率の改善は、現在の電源供給システムの効率を向上させる重要な要素である。電力を消費する負荷、例えばモータを有する家電機器の無効成分の影響によって、位相のズレが、電力信号を構成する電流成分と電圧成分との間で発生する。交流電源システムの力率は、皮相電力に対する負荷に流れる有効電力の比として定義され、その値は0と1との間である(0.5pf=50%pfのように、よくパーセンテージで表される)。有効電力(P)は、特定の時間内に仕事を行う回路の容量である。皮相電力(S)は、回路の電流と電圧との積である。無効電力(Q)は、Sの二乗とPの二乗との差分の平方根として定義される。無効負荷が存在する、例えば、コンデンサ又はコイルを有する場合、負荷にエネルギーが蓄積されることによって、電流波形と電圧波形との間に時間差が生じる。交流電圧の各周期において、負荷で消費されるエネルギーに加えて、余分なエネルギーが、電界又は磁界において負荷に一時的に蓄積され、そして、交流電圧の周期の何分の1秒間か遅れて電力送電網に戻される。この非生産的電力の「満ち引き」によって、電力線の電流が増大する。したがって、低力率の回路は、所与の量の有効電力を伝えるために、高力率の回路よりも大きい電流を使用することになる。線形の負荷は、電流波形の形状を変化させないが、電圧と電流との間の相対的なタイミング(位相)を変化させる場合がある。通常、力率を改善する方法及び装置は、電力線に対して、既知の無効値を有する固定の補正用負荷を接続してきた。固定の容量の無効負荷は、インダクタンス特性を有する負荷の無効効果を打ち消し、また逆も成り立ち、これによって電力線の力率を向上させる。しかしながら、力率は、電力線に接続及び分離される負荷の性質の変化に起因して動的であり得るので、固定の無効負荷は、ある程度までのある固定量しか電力線の力率を改善することができない。このため、より最近の技術成果としては、力率を改善するため、電力線に対して選択的に接続する、いくつかの固定無効負荷を有している。しかしながら、このようなシステムは、絶えず変化する電力線の力率に対応するために、力率を絶えず監視して固定無効負荷を接続及び分離しなければならない操作者による監視が必要である。   Power factor improvement is an important factor in improving the efficiency of current power supply systems. A phase shift occurs between a current component and a voltage component constituting the power signal due to the influence of an ineffective component of a load that consumes power, for example, a home appliance having a motor. The power factor of an AC power system is defined as the ratio of the active power flowing through the load to the apparent power, and its value is between 0 and 1 (often expressed as a percentage, such as 0.5 pf = 50% pf). ) The active power (P) is the capacity of a circuit that performs work within a specific time. Apparent power (S) is the product of the circuit current and voltage. The reactive power (Q) is defined as the square root of the difference between the square of S and the square of P. When a reactive load exists, for example, when it has a capacitor or a coil, a time difference occurs between the current waveform and the voltage waveform due to the energy being stored in the load. In each cycle of AC voltage, in addition to the energy consumed by the load, excess energy is temporarily stored in the load in an electric or magnetic field, and power is delayed by a fraction of a second of the cycle of AC voltage. Returned to the grid. This “productive” of non-productive power increases the power line current. Thus, a low power factor circuit will use a larger current than a high power factor circuit to deliver a given amount of active power. A linear load does not change the shape of the current waveform, but may change the relative timing (phase) between voltage and current. Typically, methods and apparatus for improving the power factor have connected a fixed correction load having a known invalid value to the power line. A fixed capacitive reactive load counteracts the reactive effect of a load having inductance characteristics and vice versa, thereby improving the power factor of the power line. However, because the power factor can be dynamic due to changes in the nature of the load connected to and disconnected from the power line, a fixed reactive load can only improve the power line power factor by some fixed amount. I can't. For this reason, more recent technical results include several fixed reactive loads that are selectively connected to the power line to improve the power factor. However, such systems require monitoring by an operator who must constantly monitor the power factor to connect and disconnect fixed reactive loads in order to accommodate constantly changing power line power factors.

電子機器の状況の変化に伴い、電力の配電に関して他の非効率性が発生している。個人の家電機器の更なる使用によって、機器に電力を供給し、ありふれたアイテム、例えばラップトップ、携帯電話機、カメラなどのバッテリを再充電する壁に取り付けられたAC/DC変換器の使用が増大した。このようなアイテムが遍在することにより、ユーザは、「壁イボ(wall warts)」として知られているいくつものこのような変換器を電力系統に接続するようになった。2つの最も一般的なAC/DC変換器は、線形変換器とスイッチング式変換器として知られている。線形変換器は、降圧器を用いて、アメリカ合衆国の住宅において利用可能な規格である120Vの電力を所望の電圧に降圧する。ブリッジ整流器はこの電圧を整流する。ブリッジ整流器は、通常、コンデンサに接続される。通常、このコンデンサは容量が大きい。   Along with changes in the status of electronic devices, other inefficiencies have arisen with regard to power distribution. Further use of personal household appliances increases the use of wall-mounted AC / DC converters to power devices and recharge common items such as laptops, cell phones, cameras and other batteries did. The ubiquity of such items has led users to connect a number of such converters, known as “wall warts”, to the power system. The two most common AC / DC converters are known as linear converters and switching converters. The linear converter uses a step-down converter to step down 120 V power, which is a standard available in a house in the United States, to a desired voltage. The bridge rectifier rectifies this voltage. The bridge rectifier is usually connected to a capacitor. Usually, this capacitor has a large capacity.

コンデンサは、逆起電力を形成する。コンデンサは、充電及び放電される際直流電圧に近い電圧を形成する。しかしながら、コンデンサは、充電しながら、交流電源の周期のうちの少しの間だけ、非線形ブリッジ整流器により電流を引き込む。結果として、電流波形は、電圧波形と一致せず、大きな高調波歪み成分を含む。全高調波歪み(THD)は、基本周波数の電力に対する全ての高調波成分の電力の合計である。このような高調波歪みは、電力網に影響を及ぼす。   The capacitor forms a back electromotive force. The capacitor forms a voltage close to a DC voltage when charged and discharged. However, the capacitor draws current through the non-linear bridge rectifier for a short period of the AC power supply while charging. As a result, the current waveform does not match the voltage waveform and includes a large harmonic distortion component. Total harmonic distortion (THD) is the sum of the power of all harmonic components relative to the power of the fundamental frequency. Such harmonic distortion affects the power grid.

スイッチング電源は、異なる原理で動作するが、これもまた電力配電網に高調波を送り込む。通常、スイッチモード電源は、アメリカ合衆国の住宅で利用可能な120Vの電圧を整流することによって動作する。大きな平滑コンデンサなどの逆起電力に対する整流もまた、高調波及び歪みを加える。また、多様な種類の線形又はスイッチモード集積回路が広範囲に亘って適応されると、システムは電気ノイズを生成することになる。更に、交流網の無効成分は力率を劣化させ、そして集積回路によって、高調波及びノイズが、電力線に影響を及ぼすことになる。これらの高調波は、電力信号の電流成分の高調波歪みとして現れる。電力網は0ではないインピーダンスを有するので、電流成分に沿った歪みは、また振幅歪みに変換し得る。振幅歪みとは、出力振幅が、特定の状態の下で入力振幅の線形関数ではないときに、システム、サブシステム又は機器で生じる歪みである。また、他の望ましくない影響、例えば力率歪み及びエネルギー伝送の全体的な低減が形成される。このような影響は、効率を減少させ、配電の品質を低下させる。このため、必要なことは、力率を改善するだけではなく、電力線の歪みを低減又は除去することが可能であり、それによって配電における最大効率及び品質を可能とする方法及び装置である。結果として、全体としての消費エネルギーを低減させることができる。   Switching power supplies operate on a different principle, which also feeds harmonics into the power distribution network. Typically, switch mode power supplies operate by rectifying the 120V voltage available in homes in the United States. Rectification against back electromotive force, such as a large smoothing capacitor, also adds harmonics and distortion. Also, when various types of linear or switch mode integrated circuits are extensively adapted, the system will generate electrical noise. In addition, the reactive components of the AC network degrade the power factor and, due to the integrated circuit, harmonics and noise will affect the power line. These harmonics appear as harmonic distortion of the current component of the power signal. Since the power network has a non-zero impedance, distortion along the current component can also be converted to amplitude distortion. Amplitude distortion is distortion that occurs in a system, subsystem or instrument when the output amplitude is not a linear function of the input amplitude under certain conditions. Also, other undesirable effects such as power factor distortion and overall reduction in energy transmission are formed. Such effects reduce efficiency and reduce the quality of power distribution. Thus, what is needed is a method and apparatus that not only improves power factor, but also reduces or eliminates power line distortion, thereby enabling maximum efficiency and quality in power distribution. As a result, energy consumption as a whole can be reduced.

ここで提供される本発明は、電力網から負荷に亘る電力供給の効率及び品質を向上することを可能にする。当業者にとって明らかなように、本願に記載する方法及び装置は、最適ではない力率の原因となり、歪み及びノイズが電力網に送り戻される原因となる無効非線形成分を有する多種多様な負荷に適用することができる。使用目的によっては、負荷は家庭の住宅である。負荷は、住宅内に電力を引き込む全家電機器からなる並列の組合せである。住宅内のユーザが家電機器を動作及び停止するので、電力計を介する送電網に対して、住宅は、無効非線形特性とが変化する1つの動的な負荷のようにみえる。都合が良いことに、本願が提供する発明は、従来技術の解決策の固有の欠点、例えば、高額なコスト、複数箇所における複雑な取り付け、上方又は下方に補償して力率を低下する固定力率改善補償、及び低性能を解決する。本願が提供する発明は、負荷の無効電力成分を動的に測定し、少なくとも1つの補正無効負荷を接続することによって、負荷に対して力率を改善することができる。無効電力が変化すると、例えば洗濯機が動作すると、本願が提供する発明は、負荷の特性が変化したことを認識することができ、低力率の原因となっている負荷に対して他の補正無効負荷を接続及び分離することができる。更に、本願が提供する発明は、網によって負荷に供給される電力の歪み及びノイズを補正し、これによって電力の品質を向上することができる。本願が提供する発明は、歪み又はノイズなどを有する電気信号を基準信号と比較する。電気信号は、網によって負荷に供給される電力の電流成分であってもよい。基準信号は、負荷に供給される電力の電圧成分から導出してもよいし、又は別途合成されるが電圧波形と同期するものであってもよい。補正信号は、歪みを有する電気信号から基準信号を比較又は減算することによって導出される。補正信号は歪みを有する。補正信号に応じて、歪みを有する電気信号から電流を流し出し又は流し込むことにより歪みを低減する。都合が良いことに、本発明は、ある一点において住宅の全ての非線形負荷によって生じる歪みを補正することができる。本発明は、事業者メーターと住宅との間に接続することができる。結果として、本発明は、住宅における家電機器の数、これら機器の配置、又はあらゆる他のパラメーターを選ばない。また、本発明は、力率又は歪みを悪化させることなく、所有地内網の範囲内であらゆる他の負荷を追加することなく、必要に応じて歪み及び力率を改善するのでエネルギー効率が良い。   The invention provided here makes it possible to improve the efficiency and quality of the power supply from the power grid to the load. As will be apparent to those skilled in the art, the methods and apparatus described herein apply to a wide variety of loads that have non-linear components that cause suboptimal power factors and cause distortion and noise to be sent back to the power grid. be able to. Depending on the purpose of use, the load is a residential home. The load is a parallel combination of all household appliances that draw power into the house. As the user in the house operates and stops the home appliance, the house looks like a single dynamic load whose reactive nonlinear characteristics change with respect to the power grid via the power meter. Conveniently, the invention provided by this application is inherent in the disadvantages of prior art solutions, such as high cost, complex mounting at multiple locations, and fixed force that compensates upward or downward to reduce power factor. Solve rate improvement compensation, and low performance. The invention provided by the present application can improve the power factor with respect to the load by dynamically measuring the reactive power component of the load and connecting at least one corrected reactive load. When the reactive power changes, for example when the washing machine operates, the invention provided by the present application can recognize that the characteristics of the load have changed, and make other corrections to the load causing the low power factor. Invalid loads can be connected and disconnected. Furthermore, the invention provided by the present application can correct distortion and noise of power supplied to the load by the network, thereby improving power quality. The invention provided by the present application compares an electric signal having distortion or noise with a reference signal. The electrical signal may be a current component of power supplied to the load by the network. The reference signal may be derived from the voltage component of the power supplied to the load, or may be synthesized separately but synchronized with the voltage waveform. The correction signal is derived by comparing or subtracting the reference signal from the distorted electrical signal. The correction signal has distortion. Depending on the correction signal, the distortion is reduced by flowing or flowing a current from the distorted electrical signal. Conveniently, the present invention can correct for the distortion caused by all the non-linear loads in the house at one point. The present invention can be connected between an operator meter and a house. As a result, the present invention does not choose the number of home appliances in the house, the placement of these devices, or any other parameters. The present invention is also energy efficient because it improves strain and power factor as needed without degrading power factor or distortion and without adding any other load within the network of the property.

本発明の一態様において、歪みを有する電気信号の歪みを低減させる歪み低減方法は、歪みを有する電気信号の歪みを検知するステップと、歪みの係数に歪みを有する電気信号を混合するステップとを有する。いくつかの実施の形態において、検知するステップは、歪みを有する電気信号を基準信号と比較して差分信号を得るステップと、差分信号をスケーリングして歪みの係数を生成するステップとを有する。混合するステップは、歪みの係数が正の場合、歪みを有する電気信号から歪みの係数を減算するステップと、歪みの係数が負の場合、歪みを有する電気信号を歪みの係数に加算するステップとを有する。いくつかの実施の形態において、減算するステップは、歪みを有する電気信号が供給される第1の制御電流源に歪みの係数を適用するステップであり、加算するステップは、歪みを有する電気信号が供給される第2の制御電流源に歪みの係数を適用するステップである。歪みの係数を第1の制御電流源に適用するステップは、力率が補正された正の電力信号を第1の制御電流源に適用するステップを更に有し、歪みの係数を第2の制御電流源に適用するステップは、力率が補正された負の電力信号を第2の制御電流源に適用するステップを更に有する。   In one embodiment of the present invention, a distortion reduction method for reducing distortion of an electric signal having distortion includes the steps of detecting distortion of the electric signal having distortion and mixing the electric signal having distortion in a distortion coefficient. Have. In some embodiments, the sensing step includes comparing the electrical signal having distortion with a reference signal to obtain a differential signal, and scaling the differential signal to generate a coefficient of distortion. The step of mixing includes subtracting the distortion coefficient from the distorted electrical signal when the distortion coefficient is positive, and adding the distorted electrical signal to the distortion coefficient when the distortion coefficient is negative. Have In some embodiments, the subtracting step is applying a distortion coefficient to a first control current source to which the distorted electrical signal is supplied, and the adding step is when the distorted electrical signal is Applying a distortion coefficient to the second control current source supplied. Applying the distortion coefficient to the first control current source further comprises applying a power factor corrected positive power signal to the first control current source, wherein the distortion coefficient is applied to the second control current source. The step of applying to the current source further comprises applying a negative power signal with corrected power factor to the second control current source.

いくつかの実施の形態において、混合するステップは、歪みの係数を変調するステップを有する。歪みの係数は、歪みの係数が負の場合に歪みを有する電気信号が加算され、歪みの係数が正の場合に歪みを有する電気信号から減算される。加算及び減算するステップは、歪みを有する電気信号が供給される第1のスイッチに歪みの係数を適用し、歪みを有する電気信号が供給される第2のスイッチに歪みの係数を適用することによって実現することができる。歪みの係数を変調するステップは、パルス幅変調、デルタ−シグマ変調、パルスコード変調、パルス密度変調又はパルス位置変調を含み得る。歪みの係数を第1のスイッチに適用するステップは、力率が補正された正の電力信号を第1の制御電流源に適用するステップを更に有し、歪みの係数を第2の制御電流源に適用するステップは、力率が補正された負の電力信号を第2の制御電流源に適用するステップを更に有する。都合が良いことに、変調技術を用いることによって、スイッチを非常に効率的に制御することができる。いくつかの実施の形態において、アナログフィルタ又はデジタルフィルタを設けることによって、変調信号をフィルタリングすることができる。   In some embodiments, the step of mixing comprises modulating a coefficient of distortion. The distortion coefficient is added to an electric signal having distortion when the distortion coefficient is negative, and is subtracted from the electric signal having distortion when the distortion coefficient is positive. The step of adding and subtracting applies the coefficient of distortion to the first switch supplied with the distorted electrical signal and applies the coefficient of distortion to the second switch supplied with the distorted electrical signal. Can be realized. Modulating the coefficient of distortion may include pulse width modulation, delta-sigma modulation, pulse code modulation, pulse density modulation or pulse position modulation. Applying the distortion coefficient to the first switch further comprises applying a power factor corrected positive power signal to the first control current source, wherein the distortion coefficient is applied to the second control current source. Applying to the second control current source further comprises applying a power factor corrected negative power signal to the second control current source. Conveniently, the switch can be controlled very efficiently by using modulation techniques. In some embodiments, the modulation signal can be filtered by providing an analog filter or a digital filter.

いくつかの用途においては、電力網のインピーダンスは、電力網が電力を供給している負荷のインピーダンスよりもずっと低い場合がある。このような状況では、流し込む電流又は流し出す電流の方向を反転させる必要がある場合があることが当業者によって明らかである。一例として、負の歪みは、電力線に電流を送り込む、すなわち流し込むことによって規則的に補正される。しかしながら、負荷のインピーダンスが電力網のインピーダンスより大きい場合、電流は負荷ではなくて電力網に送り込まれることになる。結果として、反対の機能が行われ得る。このような結果として、送電網から引き込まれる全電流波形の十分な歪み補正が実現される。   In some applications, the power grid impedance may be much lower than the impedance of the load the power grid is supplying power to. It will be apparent to those skilled in the art that in such situations it may be necessary to reverse the direction of the flowing current or the flowing current. As an example, the negative distortion is regularly corrected by sending current through the power line. However, if the impedance of the load is greater than the impedance of the power grid, current will be sent to the power grid rather than the load. As a result, the opposite function can be performed. As a result, sufficient distortion correction of the total current waveform drawn from the power transmission network is realized.

本発明の他の態様において、電力線の歪みを低減する歪み低減方法は、力率が実質的に1になるように電力線の力率を改善するステップと、電力線の電流部分を所望の基準信号と比較して補正信号を生成するステップと、補正信号に応じて、電力線に対して電流を選択的に流し出し流し込むステップとを有する。力率を改善するステップは、あらゆる公知の力率改善方法又は本明細書に記載のいかなる方法であってもよい。いくつかの実施の形態において、電流を選択的に流し出し流し込むステップは、補正信号を少なくとも1つの制御電流源に供給するステップを有し、制御電流源は、補正信号に応じて電流源を電力線に接続する。あるいは、電流を選択的に流し出し流し込むステップは、補正信号を変調するステップと、変調補正信号を少なくとも1つのスイッチに供給するステップとを有し、スイッチは電流源を電力線に接続し、変調ノイズをフィルタリングする。補正信号を変調するステップは、パルス幅変調、デルタ−シグマ変調、パルスコード変調、パルス密度変調又はパルス位置変調などいずれであってもよい。   In another aspect of the present invention, a distortion reduction method for reducing distortion of a power line includes a step of improving the power factor of the power line so that the power factor is substantially 1, and a current part of the power line is set as a desired reference signal. Comparing and generating a correction signal, and selectively flowing a current to and from the power line according to the correction signal. The step of improving the power factor may be any known power factor improvement method or any method described herein. In some embodiments, selectively flowing in and out of current includes providing a correction signal to at least one control current source, the control current source powering the current source in response to the correction signal. Connect to. Alternatively, selectively flowing in and out of the current comprises modulating the correction signal and supplying the modulation correction signal to at least one switch, the switch connecting the current source to the power line and modulating noise. Filter. The step of modulating the correction signal may be any of pulse width modulation, delta-sigma modulation, pulse code modulation, pulse density modulation, pulse position modulation, and the like.

いくつかの用途においては、電力網のインピーダンスは、電力網が電力を供給している負荷のインピーダンスよりもずっと低い場合がある。このような状況では、流し込む電流又は流し出す電流の方向を反転させる必要がある場合があることが当業者によって明らかである。一例として、負の歪みは、電力線に電流を送り込む、すなわち流し込むことによって規則的補正される。しかしながら、負荷のインピーダンスが電力網のインピーダンスより大きい場合、電流は負荷ではなく電力網に送り込まれる。結果として、反対の機能が行われることになる。このような結果として、送電網から引き込まれる全電流波形の十分な歪み補正が実現される。   In some applications, the power grid impedance may be much lower than the impedance of the load the power grid is supplying power to. It will be apparent to those skilled in the art that in such situations it may be necessary to reverse the direction of the flowing current or the flowing current. As an example, the negative distortion is regularly corrected by sending a current through the power line. However, if the load impedance is greater than the power grid impedance, the current is fed into the power grid rather than the load. As a result, the opposite function is performed. As a result, sufficient distortion correction of the total current waveform drawn from the power transmission network is realized.

動作中に、電気信号、例えば住宅に供給される電力の歪みを低減する。歪みは、高調波歪み、振幅歪み、ノイズ、高スペクトルノイズなどである。住宅に供給される電力は、電圧及び電流から構成される。通常、負荷に供給される電力の電流成分には、負荷の非線形性に起因した歪みが表れる。電力の電圧成分などの完全な正弦波と電流を比較することによって、歪みを確かめることができる。完全な正弦波は、基準信号としての役割を果たすことができる。電圧の正弦波が完全ではない場合、例えば振幅歪みが電圧の正弦波を歪めているとき、完全に近い正弦波を、電圧の正弦波に同期することによって局所的に生成することができる。例えば、ゼロ交差変換をマーカーとして用いることで、完全に近い正弦波を生成することができる。基準信号を歪みを有する電気信号から減算することによって、補正信号を生成する。補正信号は歪みの係数を有する。歪みの正の部分を、住宅に電力を供給する電力線に供給される電流シンクに加える。電流シンクは、歪みに応じて電力線の外に電流を流し出す。同様に、歪みの負の部分を、住宅に電力を供給する電力線に供給される電流源に加える。歪みが負のとき、電流源は、歪みに応じて、電力線の中に電流を流し込む。結果として、送電網から引き込まれる電流から歪みが除去される。   During operation, it reduces the distortion of electrical signals, for example the power supplied to the house. The distortion is harmonic distortion, amplitude distortion, noise, high spectrum noise, or the like. The power supplied to the house is composed of voltage and current. Normally, distortion due to the nonlinearity of the load appears in the current component of the power supplied to the load. Distortion can be ascertained by comparing the current with a complete sine wave, such as the voltage component of power. A perfect sine wave can serve as a reference signal. If the voltage sine wave is not perfect, for example when amplitude distortion is distorting the voltage sine wave, a nearly perfect sine wave can be generated locally by synchronizing to the voltage sine wave. For example, by using a zero crossing transformation as a marker, a nearly perfect sine wave can be generated. A correction signal is generated by subtracting the reference signal from the distorted electrical signal. The correction signal has a distortion coefficient. The positive part of the distortion is added to a current sink that is supplied to a power line that supplies power to the house. The current sink sends current out of the power line in response to distortion. Similarly, the negative portion of distortion is added to a current source that is supplied to a power line that supplies power to the house. When the strain is negative, the current source flows current into the power line in response to the strain. As a result, distortion is removed from the current drawn from the grid.

いくつかの実施の形態において、効率を高めるため、補正信号を変調してもよい。変調する方法は、例えばパルス幅変調、デルタ−シグマ変調、パルスコード変調、パルス密度変調又はパルス位置変調である。変調補正信号は、歪みに応じて住宅に電力を供給する電力線の中に又は外に電流を導く能動スイッチ、例えばMOSFFTに供給される。   In some embodiments, the correction signal may be modulated to increase efficiency. The modulation method is, for example, pulse width modulation, delta-sigma modulation, pulse code modulation, pulse density modulation or pulse position modulation. The modulation correction signal is supplied to an active switch, such as a MOSFFT, that conducts current into or out of a power line that supplies power to the house in response to distortion.

いくつかの実施の形態において、歪み低減方法は、力率を補正するステップを更に有する。ダイナミック力率改善方法は、第1の負荷の無効電力を測定するステップと、無効電力から得られる力率を測定するステップと、第1の負荷に接続して力率の比を実施的に1にする最適な補正無効負荷を決定するステップと、該最適な補正無効負荷を第1の負荷に接続するステップとを有する。   In some embodiments, the distortion reduction method further comprises correcting the power factor. The dynamic power factor improvement method includes a step of measuring a reactive power of a first load, a step of measuring a power factor obtained from the reactive power, and connecting the first load to a power factor ratio effectively 1 Determining an optimum correction invalid load to be set, and connecting the optimum correction invalid load to the first load.

いくつかの実施の形態において、最適な補正無効負荷を第1の負荷に接続するステップは、MSB及びLSBを有する所望の精度の量子化レベルを選択するステップと、MSB無効負荷を決定するステップと、LSB無効負荷を決定するステップと、MSB無効負荷とLSB無効負荷のうちのいずれかを第1の負荷と電気的に接続するスイッチであって、所望の精度を達成するのに要求されるビットに対応するスイッチをオンにするステップとを有する。通常、所望の精度は、力率の比の許容値を決定することを含む。量子化レベルは、MSBとLSBとの間に少なくとも1ビットをさらに含むことができる。LSB無効負荷、MSB無効負荷と、および該少なくとも1ビットから構成されるビット無効負荷の値を決定するステップは、第1の負荷の最大の無効成分を決定するステップを有する。MSB無効負荷とLSB無効負荷と少なくとも1ビットから構成されるビット無効負荷とは、通常、コンデンサであり、スイッチ、能動スイッチ、MOSFFT、IGBTトランジスタ、一対のMOSFFT、一対のIGBTトランジスタ、TRIAC、リレー、サイリスタ、及び一対のサイリスタなどのいずれかを介して無効負荷と接続され得る。いくつかの実施の形態において、無効電力は絶えず監視され、第1の負荷に接続されて無効電力を実質的に0にするとともに、力率を実質的に1にする新たな最適な補正無効負荷がダイナミックに決定される。   In some embodiments, connecting the optimal corrected reactive load to the first load includes selecting a desired level of quantization with MSB and LSB, and determining an MSB reactive load. A switch for electrically connecting one of the MSB reactive load and the LSB reactive load to the first load, the bit required to achieve a desired accuracy And turning on a switch corresponding to. Typically, the desired accuracy includes determining a power factor ratio tolerance. The quantization level may further include at least one bit between the MSB and the LSB. The step of determining the value of the LSB invalid load, the MSB invalid load, and the bit invalid load composed of at least one bit includes the step of determining a maximum invalid component of the first load. The MSB invalid load, the LSB invalid load, and the bit invalid load composed of at least one bit are usually capacitors, and are a switch, an active switch, a MOSFFT, an IGBT transistor, a pair of MOSFFT, a pair of IGBT transistors, a TRIAC, a relay, The reactive load can be connected to the reactive load through either a thyristor, a pair of thyristors, or the like. In some embodiments, the reactive power is continuously monitored and connected to the first load to bring the reactive power to substantially zero and a new optimal corrected reactive load that substantially reduces the power factor to one. Is determined dynamically.

本発明の他の態様において、歪みを有する電気信号の歪みを低減させるシステムは、歪みを有する電気信号の力率を実質的1にする力率改善モジュールと、電力線の電流の部分を所望の基準信号と比較して補正信号を生成する減算器と、補正信号に応じて、電力線に対して電流を選択的に流し出し流し込む電気回路とを備える。力率改善モジュールは、電力線に接続された第1の負荷の無効電力を測定するセンサと、第1の負荷に接続され第1の負荷の無効成分を打ち消す複数ビット無効負荷とを有する。いくつかの実施の形態において、電流を選択的に流し出し流し込む電気回路は、補正信号を、少なくとも1つの制御電流源に供給し、制御電流源は、補正信号に応じて、電流供給源を電力線に接続する。あるいは、電流を選択的に流し出し流し込む電気回路は、補正信号を変調し、変調補正信号を、電流供給源を電力線に接続する少なくとも1つのスイッチに供給する変調器と、変調ノイズをフィルタリングするフィルタとを有する。変調器は、パルス幅変調器、デルタ−シグマ変調器、パルスコード変調器、パルス密度変調器又はパルス位置変調器などいずれであってもよい。   In another aspect of the invention, a system for reducing distortion of a distorted electrical signal includes a power factor correction module that substantially reduces the power factor of the distorted electrical signal to a unity power line current portion to a desired reference. A subtractor that generates a correction signal in comparison with the signal, and an electric circuit that selectively supplies current to and from the power line according to the correction signal. The power factor correction module includes a sensor that measures reactive power of a first load connected to a power line, and a multi-bit reactive load that is connected to the first load and cancels the reactive component of the first load. In some embodiments, the electrical circuit that selectively sources and flows current provides a correction signal to at least one control current source, and the control current source causes the current supply source to power line in response to the correction signal. Connect to. Alternatively, the electrical circuit for selectively flowing and flowing current modulates the correction signal and supplies the modulation correction signal to at least one switch connecting the current supply source to the power line, and a filter for filtering modulation noise And have. The modulator may be a pulse width modulator, a delta-sigma modulator, a pulse code modulator, a pulse density modulator, a pulse position modulator, or the like.

動作中において、歪みを有する電気信号の歪みを低減させる電気回路は、歪みを有する電流信号が入力される第1の入力と、基準信号が入力される第2の入力と、第1の入力及び第2の入力に接続され、歪みを有する電流信号を基準信号から減算して、第1の補正信号を生成する減算器と、第1の補正信号の正の部分と第1の補正信号の負の部分とを、歪みを有する電気信号に選択的に混合する回路とを備える。減算器は、アナログ回路、例えば一方の入力を他方の入力から減算するオペアンプとすることができる。あるいは、減算器は、デジタルシステム、例えば一方の変換ビットストリーム入力を他方の変換ビットストリーム入力からデジタルで減算することが可能なA/D変換器と、その結果を補正信号を含むアナログ信号に変換するD/A変換器とすることができる。   In operation, an electrical circuit that reduces distortion of an electrical signal having distortion includes a first input to which a current signal having distortion is input, a second input to which a reference signal is input, a first input, and A subtractor connected to the second input and subtracting a distorted current signal from the reference signal to generate a first correction signal; a positive portion of the first correction signal; and a negative of the first correction signal And a circuit that selectively mixes the portion with a distorted electrical signal. The subtractor can be an analog circuit, such as an operational amplifier that subtracts one input from the other. Alternatively, the subtractor converts a digital system, for example, an A / D converter capable of digitally subtracting one converted bitstream input from the other converted bitstream input, and converting the result into an analog signal including a correction signal. The D / A converter can be used.

いくつかの実施の形態において、選択的に混合する回路は、補正信号の正の部分を判定する減算器の出力と第1の制御電流源とに接続された正の整流器と、補正信号の負の部分を判定する減算器の出力と第2の制御電流源とに接続された負の整流器とを有する。歪みを補正するため電流を選択的に主要の電力線へ流し出し又は主要の電力線から流し込むために、両方の制御電流源は、正の電源と負の電源とそれぞれ接続されている。動作中に、歪みが負のとき、補償する歪みに応じて電流を電力線に流し込む。同様に、歪みが正のとき、電流を流し出すことで歪みを補償する。   In some embodiments, the selectively mixing circuit includes a positive rectifier connected to the output of the subtractor that determines the positive portion of the correction signal and the first control current source, and the negative of the correction signal. And a negative rectifier connected to the second control current source. Both control current sources are connected to a positive power source and a negative power source, respectively, in order to selectively flow current to or from the main power line to correct distortion. During operation, when the distortion is negative, current flows into the power line according to the distortion to be compensated. Similarly, when the distortion is positive, the distortion is compensated by causing a current to flow.

あるいは、選択的に混合する回路は、補正信号の正の部分を判定する減算器の出力に接続された正のトリガ比較器と、補正信号の負の部分を判定する減算器の出力に接続された負のトリガ比較器と、変調器とすることができる。変調器は、パルス幅変調器、デルタ−シグマ変調器、パルスコード変調器、パルス密度変調器又はパルス位置変調器を含む、あらゆる有効な種類の変調器である。変調器は、補正信号の正の部分と補正信号の負の部分のうちのいずれかを変調する正のトリガ比較器の出力と負のトリガ比較器の出力とに接続することができる。いくつかの実施の形態において、第1のスイッチは、正のトリガ比較器に接続される。第1のスイッチは、補正信号の正の部分に応じて負の直流電源から選択的に電流を供給させ、それによって歪みを低減する。同様に、第2のスイッチは、補正信号の正の部分に応じて正の直流電源から選択的に電流を供給させ、それによって歪みを低減する。   Alternatively, the selectively mixing circuit is connected to a positive trigger comparator connected to the output of the subtractor that determines the positive part of the correction signal and to the output of the subtractor that determines the negative part of the correction signal. Negative trigger comparator and modulator. The modulator is any valid type of modulator, including a pulse width modulator, a delta-sigma modulator, a pulse code modulator, a pulse density modulator or a pulse position modulator. The modulator can be connected to an output of a positive trigger comparator and a negative trigger comparator that modulates either the positive portion of the correction signal or the negative portion of the correction signal. In some embodiments, the first switch is connected to a positive trigger comparator. The first switch selectively supplies current from a negative DC power source in response to the positive portion of the correction signal, thereby reducing distortion. Similarly, the second switch selectively supplies current from a positive DC power source in response to the positive portion of the correction signal, thereby reducing distortion.

いくつかの用途において、電力網のインピーダンスは、電力網によって電力が供給される負荷のインピーダンスよりもはるかに低い。このような状況では、流し込む電流又は流し出す電流の方向を反転させることが必要な場合があることが当業者によって明らかである。一例として、負の歪みは、電力線に電流を送り込む、すなわち流し込むことによって規則的に補正される。しかしながら、負荷のインピーダンスが電力網のインピーダンスより大きい場合、電流は負荷ではなく電力網に送り込まれる。結果として、反対の機能が行われることになる。電力線から電流を流し出すことによって、電流が反対方向に送り出される。   In some applications, the power grid impedance is much lower than the impedance of the load powered by the power grid. It will be apparent to those skilled in the art that in such situations it may be necessary to reverse the direction of the flowing current or the flowing current. As an example, the negative distortion is regularly corrected by sending current through the power line. However, if the load impedance is greater than the power grid impedance, the current is fed into the power grid rather than the load. As a result, the opposite function is performed. By flowing current out of the power line, current is sent in the opposite direction.

いくつかの実施の形態において、歪みを低減する電気回路は、供給される電流と電圧との間の力率を実質的に1にする力率改善回路を更に備える。力率改善システムは、負荷の無効電力を決定する手段と、第1の負荷に接続して力率を実質的に1にするとともに無効電力を実質的に0にする最適な補正無効負荷を決定する手段と、最適な無効負荷を第1の負荷に接続する手段とを備える。いくつかの実施の形態において、最適な無効負荷を第1の負荷に接続する手段は、MSB及びLSBを有する所望の精度の量子化レベルを選択する手段と、MSB無効負荷を決定する手段と、LSB無効負荷を決定する手段と、MSB無効負荷とLSB無効負荷のうちのいずれかを第1の負荷と電気的に接続するスイッチであって、該所望の精度を達成するのに要求されるビットに対応するスイッチをオンにする手段とを備える。量子化レベルは、さらにMSBとLSBとの間に少なくとも1ビットを含む。MSBとLSBとの間のビットを多くすると、力率改善の精度が高くなる、すなわち、実質的に1に近づくことになる。ビット無効負荷は、通常、コンデンサであり、スイッチ、能動スイッチ、MOSFFT、IGBTトランジスタ、一対のMOSFFT、一対のIGBTトランジスタ、TRIAC、リレー、サイリスタ、及び一対のサイリスタを介して無効負荷と接続され得る。   In some embodiments, the electrical circuit that reduces distortion further comprises a power factor correction circuit that causes the power factor between the supplied current and voltage to be substantially unity. The power factor correction system determines means for determining the reactive power of the load and an optimal corrected reactive load connected to the first load so that the power factor is substantially 1 and the reactive power is substantially 0. And means for connecting the optimum reactive load to the first load. In some embodiments, the means for connecting the optimal reactive load to the first load comprises means for selecting a desired level of quantization with MSB and LSB, means for determining the MSB reactive load, Means for determining an LSB reactive load, and a switch that electrically connects either the MSB reactive load or the LSB reactive load to the first load, the bits required to achieve the desired accuracy And a means for turning on a switch corresponding to. The quantization level further includes at least one bit between the MSB and the LSB. Increasing the number of bits between the MSB and the LSB increases the accuracy of the power factor improvement, i.e., substantially approaches 1. The bit reactive load is usually a capacitor and can be connected to the reactive load via a switch, an active switch, a MOSFFT, an IGBT transistor, a pair of MOSFFT, a pair of IGBT transistors, a TRIAC, a relay, a thyristor, and a pair of thyristors.

本発明の別の実施の形態において、歪みを有する電気信号の歪みを低減させるシステムは、電力線の歪みを有する電気信号のうちの少なくとも一部を所望の基準信号と比較して、補正信号を生成する電気回路と、歪みを改善する補正信号に従って、歪みを有する電気信号に対して直流整流器及び太陽光パネルのうちの1つから電流を選択的に流し出し流し込む電気回路と、太陽光パネルから負荷または電力網の少なくとも1つに追加の電流を選択的に流し込む電気回路とを備える。システムは、太陽光発電がいつ電流を生成しているかを決定するプロセッサと、電流を流し出し流し込むために、直流整流器と太陽光パネルとを切り替えるプロセッサとを更に備えることが好ましく、このプロセッサは同一のプロセッサユニットであってもよい。また、システムは、第1の巻き線及び第2の巻き線を有する変圧器であって、選択的に流し出し流し込む電気回路を前記電力線からガルバニック絶縁し、第2の巻き線が直列接続または並列接続であってもよい変圧器を備える。電流を選択的に流し出し流し込む電気回路は、直流整流器及び太陽光パネルのうちの1つに選択的に接続される正の直流電流を供給するための正の直流電源と、直流整流器及び太陽光パネルのうちの1つに選択的に接続される負の直流電流を供給するための負の直流電源と、負の歪みに応じて正の直流電源の1つから電力線に電流を選択的に流し込むプロセッサと、または正の歪みに応じて電力線から負の直流電源に電流を選択的に流し出すプロセッサとを備えることが好ましく、これらプロセッサはまた、上記したものと同一のプロセッサであってもよい。   In another embodiment of the present invention, a system for reducing distortion of an electrical signal having distortion compares at least a portion of the electrical signal having distortion of a power line with a desired reference signal to generate a correction signal. An electrical circuit that selectively drains current from one of the DC rectifier and solar panel to the distorted electrical signal according to a correction signal that improves distortion, and a load from the solar panel Or an electrical circuit for selectively flowing additional current into at least one of the power grids. The system preferably further comprises a processor that determines when the photovoltaic power is generating current and a processor that switches between the DC rectifier and the solar panel to draw the current in and out. It may be a processor unit. Further, the system is a transformer having a first winding and a second winding, and an electric circuit selectively flowing out is galvanically insulated from the power line, and the second winding is connected in series or in parallel. A transformer that may be connected is provided. An electrical circuit for selectively flowing out and flowing in the current comprises a positive DC power source for supplying a positive DC current selectively connected to one of the DC rectifier and the solar panel, the DC rectifier and the solar A negative DC power supply for supplying a negative DC current selectively connected to one of the panels and a current from one of the positive DC power supplies selectively to the power line in response to negative distortion Preferably, a processor, or a processor that selectively draws current from the power line to the negative DC power source in response to positive distortion, these processors may also be the same processor as described above.

同様に、電力線の高調波歪みを改善する方法は、上述したとおり補正信号を生成するステップと、整流器及び太陽光発電システムのうちの1つから正の直流電流を生成するステップと、正の直流電流を反転させることによって負の直流電流を生成するステップと、負の歪みを改善するために補正信号に従って負荷に正の直流電流を選択的に流し込むステップと、正の歪みを改善するために補正信号に従って負荷に負の直流電流を選択的に流し込むステップと、太陽発電システムから負荷および電力線の少なくとも1つに追加の有効電力を流し込みそれによって全電流を増加させるステップとを含む。その方法はまた、負荷を正の直流電源及び負の直流電源からガルバニック絶縁するステップを含むことが好ましい。いくつかの実施の形態において、整流器及び太陽光発電システムのうちの1つから正の直流電流を生成するステップは、太陽光発電システムが電流を生成しているかどうかを決定するステップと、太陽光発電システムが電流を生成している場合に太陽光発電システムから電流を流し込むステップまたは太陽光発電システムが電流を生成していない場合に整流器から電流を流し込むステップとを含む。都合が良いことに、上記方法及び装置は、以下で説明するように、高価で非効率なインバータを用いることなく太陽光発電システムから電流を流し込むことを可能にする。   Similarly, a method of improving power line harmonic distortion includes generating a correction signal as described above, generating a positive DC current from one of the rectifier and the photovoltaic system, and positive DC. Generating negative DC current by reversing the current, selectively flowing positive DC current through the load according to the correction signal to improve negative distortion, and correcting to improve positive distortion Selectively injecting negative DC current into the load according to the signal and injecting additional active power from the solar power system into at least one of the load and power line, thereby increasing the total current. The method also preferably includes galvanically isolating the load from the positive and negative DC power supplies. In some embodiments, generating a positive direct current from one of the rectifier and the photovoltaic system includes determining whether the photovoltaic system is generating current; Flowing current from the photovoltaic system when the power generation system is generating current, or flowing current from the rectifier when the photovoltaic system is not generating current. Conveniently, the method and apparatus allow current to flow from the photovoltaic system without using an expensive and inefficient inverter, as will be described below.

本発明の別の態様において、高調波歪みを改善するシステムは、電力線の高調波エネルギーを決定する手段と、高調波エネルギーを蓄える手段と、反対の大きさである高調波エネルギーを打ち消すために高調波エネルギーを選択的に放出する手段とを備える。電力線の高調波エネルギーを決定する手段は上述したとおりであり、電力線の電流成分を測定するセンサと、基準信号を生成する発振器と、補正信号を生成することによって電流成分と基準信号とを比較する比較器とを備えることが好ましく、ここで補正信号は電力線の高調波エネルギーを表している。エネルギーを蓄える手段はコンデンサまたはインダクタであってもよい。エネルギーは、高調波エネルギーを蓄える手段を、正の電源、負の電源及び負荷のどの間にも選択的に接続するスイッチによって放出される。システムは、エネルギーを蓄える手段を選択的に充電するトランジスタを駆動させるための補正信号を変調させる変調器を更に備えることが好ましい。   In another aspect of the invention, a system for improving harmonic distortion includes a means for determining harmonic energy of a power line, a means for storing harmonic energy, and a harmonic to cancel harmonic energy of opposite magnitude. Means for selectively releasing wave energy. The means for determining the harmonic energy of the power line is as described above. The sensor that measures the current component of the power line, the oscillator that generates the reference signal, and the current component and the reference signal are compared by generating the correction signal. And a comparator, wherein the correction signal represents the harmonic energy of the power line. The means for storing energy may be a capacitor or an inductor. The energy is released by a switch that selectively connects the means for storing harmonic energy between the positive power source, the negative power source and the load. The system preferably further comprises a modulator for modulating a correction signal for driving a transistor that selectively charges the means for storing energy.

同様に、高調波歪みを有する信号における高調波歪みを改善する方法は、電力線の高調波エネルギーを決定するステップと、高調波エネルギーを蓄えるステップと、反対の大きさである高調波エネルギーを打ち消すために高調波エネルギーを選択的に放出するステップを含む。補正信号は上述のように生成され、エネルギーは上述のように蓄えられ、放出される。将来の高調波エラーを改善するために高調波エネルギーを用いると、エネルギーを改善するために外部電源を用いること、つまり電力線からより多くの電流を引き込む必要がなくなる。   Similarly, a method for improving harmonic distortion in a signal with harmonic distortion is to determine the harmonic energy of the power line, to store the harmonic energy, and to cancel out the harmonic energy of the opposite magnitude. Selectively releasing harmonic energy. The correction signal is generated as described above and energy is stored and released as described above. Using harmonic energy to improve future harmonic errors eliminates the need to use an external power source to improve energy, that is, draw more current from the power line.

別の実施の形態において、電源の変調が考えられる。そのような実施の形態は、電力線の歪みを有する電気信号のうちの少なくとも一部を所望の基準信号と比較して、補正信号を生成する手段と、歪みを有する電気信号に対して、負の電源及び正の電源から電流を選択的にそれぞれ流し出し流し込む手段と、補正信号に従って正の電源を変調する手段と、補正信号に従って負の電源を変調する手段とを備える。アナログ回路においては、そのような電源はH級アンプと呼ばれる。電源がアンプの電流段を密接に追従するので、H級アンプは非常に効率が良い。この実施例では、電源は補正信号を追従する。比較のための手段は、歪みを有する信号を検知するセンサと、基準信号を生成する発振器と、歪みを有する信号と基準信号とを比較して補正信号を生成する比較器とを備えることが好ましい。電流を選択的に流し出し流し込む手段は、補正信号に従って、負の高調波を改善するために、電流を流し込むための正の電源に接続された第1のトランジスタと、補正信号に従って、正の高調波を改善するために、電流を流し出すための負の電源に第2のトランジスタとを備える。電源を変調する手段は、補正信号を受信する第1のトランジスタと、補正信号の正及び負の平均を導出するためのLCフライホイール網とを備える。   In another embodiment, power supply modulation is contemplated. Such an embodiment includes means for comparing at least a portion of an electrical signal having power line distortion with a desired reference signal to generate a correction signal and negative with respect to the electrical signal having distortion. Means for selectively flowing out current from the power source and the positive power source, means for modulating the positive power source according to the correction signal, and means for modulating the negative power source according to the correction signal. In an analog circuit, such a power supply is called a class H amplifier. Since the power supply closely follows the current stage of the amplifier, the class H amplifier is very efficient. In this embodiment, the power source follows the correction signal. The means for comparison preferably includes a sensor that detects a signal having distortion, an oscillator that generates a reference signal, and a comparator that generates a correction signal by comparing the signal having distortion and the reference signal. . The means for selectively flowing out the current includes a first transistor connected to a positive power source for flowing current in order to improve the negative harmonic according to the correction signal, and a positive harmonic according to the correction signal. In order to improve the wave, a negative transistor for supplying current is provided with a second transistor. The means for modulating the power supply comprises a first transistor for receiving the correction signal and an LC flywheel network for deriving a positive and negative average of the correction signal.

上記実施の形態に対応する方法は、先に述べたように補正信号を形成するステップと、歪みを有する電気信号に対して負の電源及び正の電源から電流を選択的にそれぞれ流し出し流し込むステップと、補正信号に従って電源を変調するステップとを含む。   The method corresponding to the above embodiment includes a step of forming a correction signal as described above, and a step of selectively flowing out current from a negative power source and a positive power source with respect to an electric signal having distortion. And modulating the power supply according to the correction signal.

都合が良いことに、上述した実施の形態は、家庭の住宅の規模で実行することができる。上述したシステム及び回路は、安価に製造することができ、平均的な住宅所有者がこれらの装置を入手することができる。先行技術の解決策は、通常、何れも産業上の用途を対象とした機器を含んでおり、したがって、より大きな電流容量の網の力率を改善するよう構成されている。結果として、これらは非常に大きく、何千ドルものコストがかかり、住宅用途には適さない。他の解決手段は、単に力率を改善するだけで、住宅内の個々の機器に適用しなければならない。更にまた、これらは、通常、十分に力率を補正しない固定コンデンサ力率改善ユニットであり、いくつかの例において力率を低下させてしまう。なお、他の解決手段は、中央制御ユニットによって個々の家電機器に接続しなければならない力率及び高調波改善ユニットが駆動され、各接続が1つの取り付けステップとなるようなシステムである。また、このようなシステムは、純粋な抵抗性を有する負荷、例えば個々の家電機器の電流を引き込み及び浪費することで電流波形を補正しようとする。反対に、本願で実行されるシステムおよび回路ならびに方法は、通常、主要事業者メーターと住宅との間に接続され、簡単に1つのステップでの取り付けを可能とする。   Conveniently, the above-described embodiments can be implemented on a household scale. The systems and circuits described above can be manufactured inexpensively and the average homeowner can obtain these devices. Prior art solutions typically include equipment intended for industrial applications and are therefore configured to improve the power factor of larger current capacity networks. As a result, they are very large, cost thousands of dollars and are not suitable for residential use. Other solutions must be applied to individual equipment in the house, simply improving the power factor. Furthermore, these are typically fixed capacitor power factor correction units that do not adequately correct the power factor, which in some cases reduces the power factor. Another solution is a system in which the power factor and harmonic improvement units that must be connected to individual home appliances are driven by the central control unit and each connection is a single attachment step. Such a system also attempts to correct the current waveform by drawing and wasting the current of a purely resistive load, such as an individual home appliance. Conversely, the systems and circuits and methods implemented in this application are typically connected between the main operator meter and the home, allowing for simple one-step installation.

図1は、本発明の実施の形態による力率改善回路のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a power factor correction circuit according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の実施の形態による力率改善回路のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a power factor correction circuit according to the embodiment of the present invention. 図3Aは、力率が改善された歪みを有する信号の時間対振幅のグラフである。FIG. 3A is a graph of time versus amplitude of a signal having distortion with improved power factor. 図3Bは、力率が改善された歪みを有する信号の時間対振幅のグラフである。FIG. 3B is a graph of time versus amplitude of a signal having distortion with improved power factor. 図3Cは、力率が改善された歪みを有する信号の時間対振幅のグラフである。FIG. 3C is a graph of time versus amplitude of a signal having distortion with improved power factor. 図3Dは、低力率と歪みとを有する電力信号の時間対振幅のグラフ、及び歪み補正方法である。FIG. 3D is a graph of time versus amplitude of a power signal having a low power factor and distortion, and a distortion correction method. 図4は、本発明の実施の形態による歪み低減回路のブロック図である。FIG. 4 is a block diagram of a distortion reduction circuit according to the embodiment of the present invention. 図5は、本発明の実施の形態による変調回路を有する歪み低減回路のブロック図である。FIG. 5 is a block diagram of a distortion reduction circuit having a modulation circuit according to an embodiment of the present invention. 図6は、本発明の実施の形態による変調回路を有する歪み低減回路のブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of a distortion reduction circuit having a modulation circuit according to an embodiment of the present invention. 図7は、本発明の実施の形態による変調回路と強調フィルタとを有する歪み低減回路のブロック図である。FIG. 7 is a block diagram of a distortion reduction circuit having a modulation circuit and an enhancement filter according to an embodiment of the present invention. 図8は、本発明の実施の形態による変調回路と強調フィルタとを有する歪み低減回路のブロック図である。FIG. 8 is a block diagram of a distortion reduction circuit having a modulation circuit and an enhancement filter according to an embodiment of the present invention. 図9は、本発明の実施の形態による変調回路と強調フィルタとを有する歪み低減回路の別のブロック図である。FIG. 9 is another block diagram of a distortion reduction circuit having a modulation circuit and an enhancement filter according to an embodiment of the present invention. 図10は、本発明の実施の形態による変調回路、強調フィルタ、およびガルバニック絶縁を有する歪み低減回路のブロック図である。FIG. 10 is a block diagram of a distortion reduction circuit having a modulation circuit, an enhancement filter, and galvanic isolation according to an embodiment of the present invention. 図11は、本発明の実施の形態による、負荷に直列接続された変調回路、強調フィルタ、およびガルバニック絶縁を有する歪み低減回路の別のブロック図である。FIG. 11 is another block diagram of a distortion reduction circuit having a modulation circuit, enhancement filter, and galvanic isolation connected in series with a load, in accordance with an embodiment of the present invention. 図12Aは、G級電源の波形の例である。FIG. 12A is an example of a waveform of a class G power supply. 図12Bは、H級電源の波形の例である。FIG. 12B is an example of a waveform of a class H power supply. 図12Cは、H級電源を有する歪み低減回路のブロック図である。FIG. 12C is a block diagram of a distortion reduction circuit having a class H power supply. 図12Dは、H級電源を有する歪み低減回路のさらなるブロック図である。FIG. 12D is a further block diagram of a distortion reduction circuit having a class H power supply. 図13Aは、太陽光発電システムを有する歪み低減回路のブロック図である。FIG. 13A is a block diagram of a distortion reduction circuit having a photovoltaic power generation system. 図13Bは、従来技術の太陽光発電システムのブロック図である。FIG. 13B is a block diagram of a conventional photovoltaic power generation system. 図13Cは、太陽光発電によって生成され、住居内負荷または交流電力網に流し込まれる電流のグラフ表示である。FIG. 13C is a graphical representation of the current generated by solar power generation and fed into a residential load or AC power grid. 図14Aは、高調波エネルギーを再利用でき、後の高調波歪みを改善するために用いることができる歪み低減回路のブロック図である。FIG. 14A is a block diagram of a distortion reduction circuit that can reuse harmonic energy and can be used to improve later harmonic distortion. 図14Bは、高調波歪みを改善するために後に用いるため、再利用できる歪んだ電流信号のエネルギーのグラフ表示である。FIG. 14B is a graphical representation of the energy of a distorted current signal that can be reused for later use to improve harmonic distortion. 図14Cは、高調波エネルギーを再利用でき、後の高調波歪みを改善するために用いることができる歪み低減回路のブロック図である。FIG. 14C is a block diagram of a distortion reduction circuit that can reuse harmonic energy and can be used to improve later harmonic distortion. 図14Dは、高調波エネルギーを再利用でき、後の高調波歪みを改善するために用いることができる歪み低減回路のブロック図である。FIG. 14D is a block diagram of a distortion reduction circuit that can reuse harmonic energy and can be used to improve later harmonic distortion.

図の詳細な説明
以下の説明では、多数の詳細と変形を、説明の目的として記載する。しかしながら、当業者にとって明らかなように、本願発明は、これらの特定の詳細を用いることなく実施可能である。他の具体例において、不必要な詳細により発明の説明を不明確にしないため、周知の構造及び装置をブロック図に示す。
力率改善方法及び装置
図1は、本願発明のある実施の形態当たりの力率改善回路100(以下、PFCともいう。)のブロック図である。力率(以下、PFともいう。)は、皮相電力に対する負荷に流れる有効電力の比として定義され、0から1の間の値である。また、力率は、例えば0.5の力率が50%であるといったように、パーセントで表現してもよい。有効電力は、特定の時間に仕事を行う回路の仕事量である。皮相電力は、回路における電流と電圧との積である。実質的に0に近い力率を有する負荷は、有効な電力伝送量が同量である場合、1に近い力率を有する負荷よりも多くの電流を引き込む。値が0に近い力率が低力率とみなされ、値が1に近い力率が高力率とみなされると、通常理解されている。特に、事業者積算電力計が、有効電力ではなく、時間とともに消費される皮相電力だけを記録する場合は、力率を最適化し、力率を1の近くに導くことは非常に好ましい。基幹設備を最適化し、電力事業会社が消費者に伝送可能な有効エネルギーを最大化するために、送電網ネットワークにおいて力率が良好であることが電力事業会社にとって好ましい。力率が良くない、例えば力率が0.9以下であると、電力線において過度の皮相電流損失が生じ、電流量がより高くなるのに起因して送電線網にストレスを与えてしまう。
Detailed Description of the Figures In the following description, numerous details and variations are set forth for purposes of explanation. However, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be practiced without these specific details. In other instances, well-known structures and devices are shown in block diagram form in order not to obscure the description of the invention with unnecessary detail.
FIG. 1 is a block diagram of a power factor correction circuit 100 (hereinafter also referred to as PFC) according to an embodiment of the present invention. The power factor (hereinafter also referred to as PF) is defined as the ratio of the effective power flowing through the load to the apparent power, and is a value between 0 and 1. The power factor may be expressed as a percentage, for example, a power factor of 0.5 is 50%. The active power is the workload of a circuit that performs work at a specific time. Apparent power is the product of current and voltage in the circuit. A load having a power factor substantially close to 0 draws more current than a load having a power factor close to 1 if the effective power transfer is the same. It is usually understood that a power factor with a value close to 0 is considered a low power factor and a power factor with a value close to 1 is considered a high power factor. In particular, when the operator integrated wattmeter records only the apparent power consumed over time, not the active power, it is very preferable to optimize the power factor and bring the power factor close to 1. In order to optimize the infrastructure and maximize the effective energy that can be transmitted by the power company to the consumer, it is preferable for the power company that the power network has a good power factor. If the power factor is not good, for example, if the power factor is 0.9 or less, an excessive apparent current loss occurs in the power line, and stress is applied to the transmission line network due to the higher current amount.

図1の実施例において、力率改善回路100は、負荷120によって表される住居又は住宅へ伝送される電力の力率を改善する。力率改善回路100は、通常、110V交流電力線101Aと中性電力線(以下、中性線ともいう。)101Bとに接続される。力率改善回路100は、標準的な電力メーター101と負荷120との間に接続されている。多くの住宅には、全てが電力を消費する負荷に相当するいくつかの電子機器がある。通常、各負荷には、無効成分(reactive component)がある。無効成分は、通常、家庭で見られる非常に一般的な負荷、例えば洗濯機のモータ、乾燥機HVACユニット又は食器洗い器などのインダクタンス特性から生じる。これら全ての負荷の組合せは、事業者の電力メーター101にとっての単一の負荷120のように見える。しかしながら、異なる電子機器が動作したり停止したりするので、電力メーター101で確認される負荷120の実際の無効成分は、ダイナミックに変化する。このため、ダイナミックな力率改善回路100は、負荷120の力率をダイナミックに改善することができる。いくつかの実施の形態において、無効電力測定モジュール105は、絶縁されたダクト102の第1のセットと絶縁されたダクト103の第2のセットとにより、110V交流電力線(位相線ともいう。)101Aと中性線101Bと電気的に接続されている。実施例に示すように、ダクト102からなる第1のセットは、110V交流電力線101Aと接続された電線とすることができる。ダクト102の第1のセットは、負荷に伝送される電力の相電流成分を測定する。ダクト103の第2のセットは、110V交流電力線101Aと中性線101Bとに亘って接続されており、相電圧を測定する。より低電圧の電子機器がコスト効率が良く、容易に設計することができるので、降圧変圧器103Aを力率改善回路100内に設けて、電圧の振幅を低下させて、その回路構成を簡単にしてもよい。無効電力測定モジュール105は、ダクト102及びダクト103によって負荷の無効電力を判定することができる。一例として、無効電力測定モジュール105は、プロセッサユニット、例えばアナログデバイスADE7878とすることができる。更に、無効電力測定モジュール105は、外部プロセッサ107(以下、コントローラ107という。)と通信することができる。   In the embodiment of FIG. 1, the power factor correction circuit 100 improves the power factor of the power transmitted to the residence or residence represented by the load 120. The power factor correction circuit 100 is normally connected to a 110V AC power line 101A and a neutral power line (hereinafter also referred to as a neutral line) 101B. The power factor correction circuit 100 is connected between a standard power meter 101 and a load 120. Many homes have several electronic devices that all correspond to loads that consume power. Usually, each load has a reactive component. The reactive component usually arises from the very common loads found in the home, such as inductance characteristics such as washing machine motors, dryer HVAC units or dishwashers. All these load combinations look like a single load 120 for the operator's power meter 101. However, since different electronic devices are operated or stopped, the actual ineffective component of the load 120 confirmed by the power meter 101 changes dynamically. Therefore, the dynamic power factor correction circuit 100 can dynamically improve the power factor of the load 120. In some embodiments, reactive power measurement module 105 includes a 110V AC power line (also referred to as a phase line) 101A with a first set of insulated ducts 102 and a second set of insulated ducts 103. Are electrically connected to the neutral wire 101B. As shown in the example, the first set of ducts 102 can be wires connected to the 110V AC power line 101A. The first set of ducts 102 measures the phase current component of the power transmitted to the load. The second set of ducts 103 is connected across the 110V AC power line 101A and the neutral line 101B and measures the phase voltage. Since lower voltage electronic devices are cost-effective and can be easily designed, a step-down transformer 103A is provided in the power factor correction circuit 100 to reduce the voltage amplitude and simplify the circuit configuration. May be. The reactive power measurement module 105 can determine the reactive power of the load by the duct 102 and the duct 103. As an example, the reactive power measurement module 105 may be a processor unit, for example, an analog device ADE7878. Furthermore, the reactive power measurement module 105 can communicate with an external processor 107 (hereinafter referred to as a controller 107).

いくつかの実施の形態において、負荷120の無効成分を補償するため、コントローラ107は、多数の異なる値を有する無効負荷(reactive loads)、例えば負荷120と並列接続されたコンデンサ110A〜110C(以下、無効負荷110A〜110Cともいう。)を選択的に接続する。二値処理回路(binary implementation)を用いて、無効負荷110A〜110Cを負荷120に接続する。無効負荷110A〜110Cの値を決定するためには、最初に、最小及び最大の無効電力補償範囲を確認することが有利である。二値処理回路において、力率改善回路100の精度は、ビット又は量子化レベルにそれぞれ対応する無効負荷110A〜110Cのうちの最低値の無効電力の半値と同程度とすることができる。無効負荷110A〜110Cのうちの最低値は、最低ビットの無効負荷及び所望の量子化レベルの最小構成要素である。力率改善回路100の例示的な実施例は、量子化レベルが3であるものを示す。換言すると、最も小さい無効負荷がLSB、すなわち最下位ビットの無効負荷であり、最も大きい無効負荷がMSB、すなわち最上位ビットの無効負荷である3ビットの無効負荷がある。力率改善回路100の精度は、以下のように表すことができる。
ErrMAX=LSB/2
ここで、LSBが下記式によって最適な値が選択される。
LSB=VARMAX/(2N−0.5)
ここで、VARMAXは補償すべき負荷120の最大無効電力値であり、Nは量子化のレベルである。量子化のレベルは、負荷120の無効部分の補償の精度に正比例していると評価することができる。コスト及び複雑度と所望の精度とのバランスがとれるように、所望の量子化レベルを決定してもよい。補償すべき負荷120の最小及び最大の無効電力の約50サンプルのシミュレーションを表1に示す。
In some embodiments, to compensate for the reactive component of load 120, controller 107 may include reactive loads having a number of different values, eg, capacitors 110A-110C (hereinafter referred to as capacitors 110A-110C connected in parallel with load 120). (Also referred to as invalid loads 110A to 110C). The invalid loads 110 </ b> A to 110 </ b> C are connected to the load 120 using a binary processing circuit. In order to determine the values of the reactive loads 110A-110C, it is advantageous to first check the minimum and maximum reactive power compensation ranges. In the binary processing circuit, the accuracy of the power factor correction circuit 100 can be approximately the same as the half value of the lowest reactive power among the reactive loads 110A to 110C corresponding to the bit or the quantization level. The lowest value among the invalid loads 110A to 110C is the lowest bit invalid load and the minimum component of the desired quantization level. An exemplary embodiment of the power factor correction circuit 100 shows that the quantization level is 3. In other words, the least invalid load is the LSB, that is, the least significant bit invalid load, and the largest invalid load is the MSB, that is, the most significant bit of the 3-bit invalid load. The accuracy of the power factor correction circuit 100 can be expressed as follows.
ErrMAX = LSB / 2
Here, the optimum value of LSB is selected by the following equation.
LSB = VARMAX / (2N−0.5)
Here, VARMAX is the maximum reactive power value of the load 120 to be compensated, and N is the quantization level. It can be evaluated that the level of quantization is directly proportional to the accuracy of compensation of the ineffective portion of the load 120. The desired quantization level may be determined so that cost and complexity are balanced with the desired accuracy. A simulation of about 50 samples of the minimum and maximum reactive power of the load 120 to be compensated is shown in Table 1.

Figure 0005865842
Figure 0005865842

補正無効電力値QCORRは、以下のアルゴリズムにより決定される。   The corrected reactive power value QCORR is determined by the following algorithm.

IF (round(Q/LSB))>(2N−1)
Then QCORR=LSB×(2N−l)
Else QCORR=LSB×Round(Q/LSB)、VARの全ての値
ここで、Qは、補償すべき負荷120の無効電力値である。家庭電子機器が動作したり停止したりし、これら個々の無効負荷が負荷120内部に接続されているので、上記のように、負荷120の無効電力値はダイナミックに変化している。このため、無効電力測定モジュール105は、負荷120の無効電力を測定して無効電力をコントローラ107に送信することが有利である。あるいは、無効電力を即座に決定するためコントローラ107は負荷120と直接接続してもよい。Qがゼロ又は正である場合、負荷120の無効部分はインダクタンスである。あまり一般的ではないが、Qが負であれば、負荷120の無効部分がキャパシタンスであるということを示す。表2は、力率改善回路100の精度に関する量子化の効果の具体例を示している。
IF (round (Q / LSB))> (2N-1)
Then QCORR = LSB × (2N−1)
Else QCORR = LSB × Round (Q / LSB), all values of VAR where Q is the reactive power value of the load 120 to be compensated. Since the home electronic device operates or stops, and these individual reactive loads are connected to the inside of the load 120, the reactive power value of the load 120 changes dynamically as described above. Therefore, it is advantageous that the reactive power measurement module 105 measures the reactive power of the load 120 and transmits the reactive power to the controller 107. Alternatively, the controller 107 may be connected directly to the load 120 to determine reactive power immediately. When Q is zero or positive, the ineffective portion of load 120 is inductance. Less commonly, if Q is negative, it indicates that the ineffective portion of load 120 is capacitance. Table 2 shows a specific example of the effect of quantization related to the accuracy of the power factor correction circuit 100.

Figure 0005865842
Figure 0005865842

一例として、単相2線配線構成において、消費される有効電力を、10〜3000Wとし、負荷120の無効電力は、8〜2000バールとする。この実施例では、説明のために、力率を0.67に固定する。表2から分かるように、コスト及び複雑度を最小にするのに対して、2又は3ビット(すなわち、N=2又はN=3)における実施では、通常、力率を最適化して、実質的に1に近づける。例えば、110V系統、例えば米国において、例えば表2で示された具体例には、2つの無効ビットQLSB、QMSBと、その中間ビットQとからなるリアクタンスは、以下のように計算される。   As an example, in a single-phase two-wire wiring configuration, the active power consumed is 10 to 3000 W, and the reactive power of the load 120 is 8 to 2000 bar. In this embodiment, the power factor is fixed at 0.67 for explanation. As can be seen from Table 2, while minimizing cost and complexity, implementations with 2 or 3 bits (ie, N = 2 or N = 3) typically optimize power factor to Close to 1. For example, in the 110V system, for example, in the United States, for example, in the specific example shown in Table 2, the reactance composed of two invalid bits QLSB and QMSB and the intermediate bit Q is calculated as follows.

ZQLSB=U2/QLSB=110V2/266.7VAR=45.37Ω(全てキャパシタンス)
ZQ=U2/Q=110V2/533.3VAR=22.68Ω(全てキャパシタンス)
ZQMSB=U2/Q=110V2/1066.7VAR=11.34Ω(全てキャパシタンス)
図1に戻ると、コンデンサ110AがLSBビット無効負荷であり、コンデンサ110CがMSBビット無効負荷であるコンデンサ110A〜110Cの各値は、以下のように計算される。
ZQLSB = U2 / QLSB = 110V2 / 266.7VAR = 45.37Ω (all capacitance)
ZQ = U2 / Q = 110V2 / 533.3VAR = 22.28Ω (all capacitance)
ZQMSB = U2 / Q = 110V2 / 1066.7 VAR = 11.34Ω (all capacitance)
Returning to FIG. 1, each value of the capacitors 110A to 110C in which the capacitor 110A is an LSB bit invalid load and the capacitor 110C is an MSB bit invalid load is calculated as follows.

CLSB=l/(2πFZQLSB)=l/(2π×60Hz×45.37Ω)=58μF
C=l/(2πFZQ)=l/(2π×60Hz×22.68Ω)=117μF
CMSB=l/(2πFZQMSB)=l/(2π×60Hz×11.34Ω)=234μF

その結果、この実施例において、LSBビット無効負荷110Aは58μFであり、ビット無効負荷110Bは117μFであり、MSBビット無効負荷110Cは234μFである。各ビット無効負荷110A〜110Cは、スイッチ109A〜109Cを介して、負荷120と並列接続される。各スイッチ109A〜109Cは、スイッチドライバ108A〜108Cによって操作可能である。各スイッチドライバ108A〜108Cは、コントローラ107によって順々に制御される。上記のように、コントローラ107は、補償すべき負荷120の無効電力を測定することができるか、無効電力測定モジュール105により測定情報を送信してもらうことができる。コントローラ107は、メモリ106と接続することができる。あるいは、メモリ106は、コントローラ107と一体化してもよい。メモリ106は、補償すべき負荷120の最大無効電力の値と、ビット無効負荷110A〜110Cの無効ビット値とを記憶することができる。これに加えて、ユーザ、例えば住宅所有者に住居の電力消費特性に関する有効なデータを与えるため、メモリ106は、力率改善履歴を記憶することができる。したがって、コントローラ107は、スイッチドライバ108A〜108Cを選択的に動作させて、スイッチ109A〜109Cをオン又はオフにすることができ、それによって、ビット無効負荷110A〜110Cを選択的に負荷120に並列接続でき、それによって負荷120の無効電力がダイナミックに補償される。
CLSB = 1 / (2πFZQLSB) = l / (2π × 60 Hz × 45.37Ω) = 58 μF
C = 1 / (2πFZQ) = l / (2π × 60 Hz × 22.68Ω) = 117 μF
CMSB = 1 / (2πFZQMSB) = l / (2π × 60 Hz × 11.34Ω) = 234 μF

As a result, in this embodiment, the LSB bit invalid load 110A is 58 μF, the bit invalid load 110B is 117 μF, and the MSB bit invalid load 110C is 234 μF. Each of the bit invalid loads 110A to 110C is connected in parallel with the load 120 via the switches 109A to 109C. Each of the switches 109A to 109C can be operated by switch drivers 108A to 108C. Each switch driver 108 </ b> A to 108 </ b> C is sequentially controlled by the controller 107. As described above, the controller 107 can measure the reactive power of the load 120 to be compensated, or can have the reactive power measurement module 105 transmit measurement information. The controller 107 can be connected to the memory 106. Alternatively, the memory 106 may be integrated with the controller 107. The memory 106 can store the maximum reactive power value of the load 120 to be compensated and the invalid bit values of the bit reactive loads 110A to 110C. In addition to this, the memory 106 can store a power factor improvement history to provide useful data regarding the power consumption characteristics of the residence to the user, eg, a homeowner. Accordingly, the controller 107 can selectively operate the switch drivers 108A-108C to turn on or off the switches 109A-109C, thereby selectively allowing the bit invalid loads 110A-110C to be in parallel with the load 120. The reactive power of the load 120 is dynamically compensated.

いくつかの実施の形態において、コントローラ107は、通信モジュール114に接続される。通信モジュール114は、他の力率改善回路100のユニットと通信することができる。また、ユーザ、例えば住居所有者に、力率改善回路100の状態及び力率改善回路100が行っている補正量を通知するため、通信モジュール114は、ユーザ装置、例えばラップトップコンピュータ又は携帯電話機と通信することができる。通信モジュール114は、無線モジュール114Aによって無線で通信することができる。無線モジュール114Aは、ローカルWiFiネットワーク、例えばIEEE802.11を使用するためのアンテナ114Bを備える。いくつかの実施の形態において、無線モジュール114Aは、標準的な技術、例えばCDMA又はGSM(登録商標)によって携帯電話回線網で通信することができる。エネルギー使用に関する情報に基づいた決定をするために、ユーザ、例えば住居の所有者は、彼らの住宅のダイナミックな電力消費を追跡することができる。あるいは、通信モジュール114は、LAN、シリアル、パラレル、IEEE1394Firewire、又はあらゆる他の公知の規格又は特定用途有線通信規格に接続することができるポート115により、有線ネットワークを介して通信することができる。更に、力率改善回路100は、降圧変圧器104Aを介して、110V交流電力線101Aと中性線101Bとに接続された直流電源104を備える。直流電源104は、110V交流電力線101Aから所望の直流電圧に電力を変換して、変換した電力を電気部品、例えば無効電力測定モジュール105、コントローラ107及び力率改善回路100の中の残りのモジュールに供給することができる。   In some embodiments, the controller 107 is connected to the communication module 114. The communication module 114 can communicate with other units of the power factor correction circuit 100. In addition, in order to notify the user, for example, a homeowner, the state of the power factor correction circuit 100 and the amount of correction performed by the power factor correction circuit 100, the communication module 114 is connected to a user device, such as a laptop computer or a mobile phone. Can communicate. The communication module 114 can communicate wirelessly with the wireless module 114A. The wireless module 114A includes an antenna 114B for using a local WiFi network, eg, IEEE 802.11. In some embodiments, the wireless module 114A can communicate over a cellular network by standard techniques, such as CDMA or GSM. In order to make informed decisions about energy usage, users, such as homeowners, can track the dynamic power consumption of their homes. Alternatively, the communication module 114 can communicate over a wired network via a port 115 that can be connected to a LAN, serial, parallel, IEEE 1394 Firewire, or any other known or special purpose wired communication standard. Furthermore, the power factor correction circuit 100 includes a DC power source 104 connected to the 110V AC power line 101A and the neutral line 101B via a step-down transformer 104A. The DC power source 104 converts the power from the 110V AC power line 101A to a desired DC voltage, and converts the converted power to electrical components such as the reactive power measurement module 105, the controller 107, and the remaining modules in the power factor correction circuit 100. Can be supplied.

いくつかの実施の形態において、スイッチ109A〜109Cは、1つ以上のトランジスタとすることができる。トランジスタは、バイポーラトランジスタ、MOSトランジスタ、IGBTトランジスタ、FETトランジスタ、BJTトランジスタ、JFETトランジスタ、IGFETトランジスタ、MOSFETトランジスタ及び、他のあらゆる種類又はサブセットのトランジスタのうちのどのような組合せを含んでもよい。バイポーラトランジスタ及びIGBTトランジスタに関して、バイポーラトランジスタ又はIGBTトランジスタを選択する上で考慮すべき点は、オン状態及び駆動条件において、コレクタ−エミッタ間電圧がほぼ0であることである。更にまた、トランジスタは、通常、電流がドレインからソースに又はコレクタからエミッタに流れるという意味で一方向である。このため、負荷120に接続されるそれ自体のビット無効負荷を有する2つのトランジスタを、電流の流れる方向毎に1つずつ配置することは有利である。スイッチ109A〜109Cとしてトランジスタを用いるときに他の実施上考慮すべき点は、トランジスタが更なる逆方向電圧に対する保護ダイオードを必要とすることである。例えば、トランジスタの定格が、110以上、すなわち220V交流である場合、最大エミッタ−ベース間電圧は約5〜10Vである。結果として、エミッタと直列接続され、正弦波電圧が逆方向に印加される半分の期間中にトランジスタを保護するために、保護ダイオードを実装することが有利であるといえる。熱損失として失われるエネルギーに起因して、トランジスタは1つ以上のヒートシンクが必要であるといえる。正弦波の半分の期間で導通状態のトランジスタによって浪費される電力が、以下のように近似される。   In some embodiments, the switches 109A-109C can be one or more transistors. The transistors may include any combination of bipolar transistors, MOS transistors, IGBT transistors, FET transistors, BJT transistors, JFET transistors, IGFET transistors, MOSFET transistors, and any other type or subset of transistors. Regarding the bipolar transistor and the IGBT transistor, a point to be considered when selecting the bipolar transistor or the IGBT transistor is that the collector-emitter voltage is almost zero in the on-state and the driving condition. Furthermore, transistors are usually unidirectional in the sense that current flows from drain to source or from collector to emitter. For this reason, it is advantageous to arrange two transistors with their own bit reactive load connected to the load 120, one for each direction of current flow. Another practical consideration when using transistors as switches 109A-109C is that the transistors require protection diodes against additional reverse voltages. For example, if the transistor rating is 110 or higher, ie 220V AC, the maximum emitter-base voltage is about 5-10V. As a result, it can be advantageous to implement a protection diode in order to protect the transistor during half the period when it is connected in series with the emitter and the sinusoidal voltage is applied in the opposite direction. Due to the energy lost as heat loss, a transistor may require one or more heat sinks. The power dissipated by a transistor that is conducting in half the period of a sine wave is approximated as follows:

Power=UCE×ICE/2=UCE×(UAC−UCE)/(2×Z)
例えば、半導体2N3773を用いる場合、オン状態において10Aのとき、UCESAT=2Vり、米国の一般的な住宅用電力線は、UAC=110V、Z=10.59Ωとすれば、トランジスタ毎の熱として浪費される電力は、以下のように近似することができる。
Power = UCE × ICE / 2 = UCE × (UAC-UCE) / (2 × Z)
For example, in the case of using the semiconductor 2N3773, when U is 10A in the ON state, UCESAT = 2V, and a typical US residential power line is wasted as heat per transistor if UAC = 110V and Z = 10.59Ω. The power can be approximated as follows.

Power=2V×(110VAC−2V)/(2×10.59)=10.2W トランジスタ当たり
2ビットの無効電力改善システムでは、4つのトランジスタと、4つのコンデンサと、4つのパワーダイオードとを必要とする。スイッチ109A〜109Cの熱として浪費する全電力は、以下のように近似することができる。
Power = 2V × (110VAC−2V) / (2 × 10.59) = 10.2W Per transistor A 2-bit reactive power improvement system requires four transistors, four capacitors, and four power diodes. To do. The total power consumed as heat of the switches 109A to 109C can be approximated as follows.

Power=2×10.2W(bit2)+2×5.1W(bit2=LSB)=30.6W
結果として、力率改善回路100にコスト及び複雑さを加えることになるが、スイッチ109A〜109Cをヒートシンクに接続させることが有利である。
Power = 2 × 10.2W (bit2) + 2 × 5.1W (bit2 = LSB) = 30.6W
As a result, it adds cost and complexity to the power factor correction circuit 100, but it is advantageous to connect the switches 109A-109C to a heat sink.

MOSトランジスタ及びMOSFFTトランジスタは、一般的に、低消費電力素子である。しかしながら、MOSトランジスタ及びMOSFFTトランジスタもまた、電流の向きが一方向であり、過大な逆電圧VGSからの保護を必要とする。正弦波の半分の期間で導通状態のMOS又はMOSFFTスイッチによって浪費される電力を、以下のように近似することができる。   The MOS transistor and the MOSFFT transistor are generally low power consumption elements. However, the MOS transistor and the MOSFFT transistor also have a unidirectional current direction and require protection from an excessive reverse voltage VGS. The power wasted by a MOS or MOSFFT switch that is conducting in half the sine wave period can be approximated as follows:

Power=RDS_ON×IDS/2=(RDS_ON/2)×(UAC/Z)2
例えば、STマイクロエレクトロニクスSTF20N20を用いる場合、10AのときRDS_ON=0.13Ω、米国の一般的な住宅用電力線はUAC=110、Z=10.59Ωとすれば、MOS又はMOSFFTスイッチの熱として浪費される電力は、以下のように近似することができる。
Power = RDS_ON × IDS / 2 = (RDS_ON / 2) × (UAC / Z) 2
For example, when ST microelectronics STF20N20 is used, RDS_ON = 0.13Ω at 10A, and general residential power line in the US is wasted as heat of MOS or MOSFFT switch if UAC = 110, Z = 10.59Ω. The power can be approximated as follows.

Power=0.13Ω/2×(110VAC/10.59Ω)2=7.01W
2ビットの無効電力改善システムでは、4つのトランジスタと、4つのコンデンサと、4つのパワーダイオードとを必要とする。MOS又はMOSFFTスイッチの熱として浪費される全電力は、以下のように近似することができる。
Power = 0.13Ω / 2 × (110VAC / 10.59Ω) 2 = 7.01W
A 2-bit reactive power improvement system requires four transistors, four capacitors, and four power diodes. The total power wasted as heat of the MOS or MOSFFT switch can be approximated as follows:

Power=2×7.01W(bit2)+2×3.5W(bit2=LSB)=21.0W
スイッチ109A〜109CにMOS又はMOSFFT素子を用いると、熱として浪費される電力が約1/3低減されるが、更に廃熱を分散させるためにヒートシンクを必要としてもよい。RDS_ONが非常に低いMOS又はMOSFFT素子は市販されているが、通常、これらの素子はコストが高い。
Power = 2 × 7.01 W (bit 2) + 2 × 3.5 W (bit 2 = LSB) = 21.0 W
When MOS or MOSFFT elements are used for the switches 109A to 109C, power consumed as heat is reduced by about 1/3, but a heat sink may be further required to disperse waste heat. MOS or MOSFFT devices with very low RDS_ON are commercially available, but these devices are usually expensive.

図2は、本発明のある実施の形態当たりの力率改善回路200を示す。図1の力率改善回路100と同様に、力率改善回路200は、負荷220によって表される住居又は住宅へ伝送される電力の力率を改善するよう構成される。力率改善回路200は、通常、110V交流電力線201Aと中性線201Bとに接続される。力率改善回路200は、標準的な電力メーター201と負荷220との間に接続されている。いくつかの実施の形態において、無効電力測定モジュール205は、絶縁された接点202の第1の絶縁セットと絶縁された接点203の第2の絶縁セットとにより、110V交流電力線201Aと中性線201Bと電気的に接続されている。実施例に示すように、接点202の第1のセットは、110V交流電力線201Aと接続された電線とすることができる。接点202の第1のセットは、負荷に伝送される電力の相電流成分を測定する。接点203の第2のセットは、110V交流電力線201Aと中性線201Bとに亘って接続されており、相電圧を測定する。より低電圧の電子機器がコスト効率が良く、容易に設計することができるので、降圧変圧器203Aを、力率改善回路200内に設けて、電圧の振幅を低下させて、その回路構成を簡単にしてもよい。一例として、無効電力測定モジュール205は、プロセッサユニット、例えばアナログデバイスADE7753とすることができる。更に、無効電力測定モジュール205は、弛み又は過電圧状態をマイクロコントローラ207に送信することができる。   FIG. 2 illustrates a power factor correction circuit 200 per embodiment of the present invention. Similar to the power factor correction circuit 100 of FIG. 1, the power factor correction circuit 200 is configured to improve the power factor of power transmitted to the residence or residence represented by the load 220. The power factor correction circuit 200 is normally connected to the 110V AC power line 201A and the neutral line 201B. The power factor correction circuit 200 is connected between a standard power meter 201 and a load 220. In some embodiments, the reactive power measurement module 205 includes a 110V AC power line 201A and a neutral line 201B with a first isolation set of isolated contacts 202 and a second isolation set of isolated contacts 203. And are electrically connected. As shown in the example, the first set of contacts 202 can be wires connected to the 110V AC power line 201A. The first set of contacts 202 measures the phase current component of the power transmitted to the load. The second set of contacts 203 is connected across the 110V AC power line 201A and the neutral line 201B and measures the phase voltage. Since lower-voltage electronic devices are cost-effective and can be easily designed, a step-down transformer 203A is provided in the power factor correction circuit 200 to reduce the voltage amplitude and simplify the circuit configuration. It may be. As an example, the reactive power measurement module 205 can be a processor unit, eg, an analog device ADE7753. Further, the reactive power measurement module 205 can send a slack or overvoltage condition to the microcontroller 207.

マイクロコントローラ207は、無効電力測定モジュール205に接続されている。マイクロコントローラ207は、複数のトライアックドライバ208A、208Bに接続されている。トライアックドライバ208A、208Bは、順々にそれぞれ複数のトライアック209A、209Bを選択的に動作又は停止させる。本具体例では、10mAを用いて、トライアック209A、209Bを動かす。しかしながら、他の駆動信号を用いて、その仕様に応じてトライアック209A、209Bを動かしてもよい。トライアック、すなわち交流用の三極管は、ゲートを互いに接続することにより逆平行に接続された2つのシリコン制御整流器にほぼ相当する電子部品である。この結果、2方向に電流を導通することができ、これによって、極性がない電子スイッチとなる。電子スイッチは、ゲート電極に印加される正又は負の電圧のどちらかによって動作することができる。動作すると、電子スイッチ素子は、電流が、保持電流として知られている特定の閾値以下に下がるまで、導通状態を維持する。結果として、トライアック209A及び209Bは、非常に便利な交流回路用のスイッチであり、ミリアンペアスケールの制御電流によって、非常に大きな電力の流れを制御することができる。トライアックは、サイリスタとして知られている、より大きく分類された部品に属していると通常理解されている。サイリスタは、シリコン制御整流器(SCR)、ゲートターンオフサイリスタ(GTO)、静電誘導サイリスタ(SIT)、MOS制御サイリスタ(MCT)、分散バッファ−ゲートターンオフサイリスタ(DB−GTO)、集積ゲート整流サイリスタ(IGCT)、MOS合成静電誘導サイリスタ(CSMT)、逆導通サイリスタ(RCT)、非対称SCR(ASCR)、光動作SCR(LASCR)、光トリガサイリスタ(LTT)、ブレークオーバーダイオード(BOD)、モディファイド陽極ゲートターンオフサイリスタ(MA−GTO)、分散バッファゲートターンオフサイリスタ(DB−GTO)、ベース抵抗制御サイリスタ(BRT)、磁界制御サイリスタ(FCTh)及び光動作半電導性スイッチ(LASS)を含むがこれに限定されない。当業者にとって明らかなように、図2の力率改善回路200の実施の形態は、あらゆる公知又は特定用途のサイリスタを用いて、力率改善回路200を実装するのに要求される特定の設計又は用途を実現するため、容易に改変することができる。   The microcontroller 207 is connected to the reactive power measurement module 205. The microcontroller 207 is connected to a plurality of triac drivers 208A and 208B. The triac drivers 208A and 208B selectively operate or stop the plurality of triacs 209A and 209B, respectively, in order. In this specific example, the triacs 209A and 209B are moved using 10 mA. However, the triacs 209A and 209B may be moved according to the specifications using other drive signals. A triac, or AC triode, is an electronic component that roughly corresponds to two silicon controlled rectifiers connected in antiparallel by connecting the gates together. As a result, current can be conducted in two directions, thereby providing an electronic switch with no polarity. Electronic switches can be operated by either positive or negative voltage applied to the gate electrode. In operation, the electronic switch element remains conductive until the current drops below a certain threshold known as the holding current. As a result, the TRIACs 209A and 209B are very convenient switches for an AC circuit, and a very large power flow can be controlled by a control current on a milliamp scale. Triacs are usually understood to belong to a larger group of parts known as thyristors. Thyristors are silicon controlled rectifier (SCR), gate turn-off thyristor (GTO), electrostatic induction thyristor (SIT), MOS controlled thyristor (MCT), distributed buffer-gate turn-off thyristor (DB-GTO), integrated gate rectifier thyristor (IGCT). ), MOS synthetic electrostatic induction thyristor (CSMT), reverse conducting thyristor (RCT), asymmetric SCR (ASCR), optically operated SCR (LASCR), optical trigger thyristor (LTT), breakover diode (BOD), modified anode gate turn-off This includes a thyristor (MA-GTO), a distributed buffer gate turn-off thyristor (DB-GTO), a base resistance control thyristor (BRT), a magnetic field control thyristor (FCTh) and an optically operated semiconducting switch (LASS). But it is not limited. As will be appreciated by those skilled in the art, the embodiment of the power factor correction circuit 200 of FIG. It can be easily modified to realize the application.

マイクロコントローラ207は、トライアックドライバ208A、208Bによって、トライアック209A、209Bをオン又はオフにする上記図1に記載されたアルゴリズムを実行することができる。都合が良いこととして、トライアックは低論理閾値を得ると、当該トライアックを有効とする。結果として、より小さく、よりコスト効率の良い部品を用いて、トライアックドライバ208A、208Bとすることができる。オンのとき、低力率を補償するため、トライアック209A、209Bは、ビット無効負荷210A、210Bを、負荷220と並列接続する。状況に応じて、フィルタ212、213を実装して、トライアック209A、209Bにより取り入れられるスイッチングノイズ又はハムを減らすようにしてもよい。   The microcontroller 207 can execute the algorithm described in FIG. 1 above to turn the triacs 209A and 209B on or off by the triac drivers 208A and 208B. Conveniently, if a triac obtains a low logic threshold, it will validate the triac. As a result, the triac drivers 208A and 208B can be made using smaller and more cost-effective components. When on, the triacs 209A, 209B connect the bit invalid loads 210A, 210B in parallel with the load 220 to compensate for the low power factor. Depending on the situation, filters 212 and 213 may be implemented to reduce switching noise or hum introduced by the triacs 209A and 209B.

いくつかの実施の形態において、マイクロコントローラ207は、通信モジュール214と接続される。通信モジュール214は、いずれの力率改善回路200とも通信することができる。また、ユーザ、例えば住居所有者に、力率改善回路200の状態と力率改善回路200が行っている補正量を通知するため、通信モジュール214は、ユーザ装置、例えばラップトップコンピュータ又は携帯電話機と通信することができる。通信モジュール214は、ローカルWiFiネットワーク、例えばIEEE802.11を使用するためのアンテナ214Bを有する無線モジュール214Aによって無線で通信することができる。また、ユーザが、彼らの住宅の消費エネルギーを追跡し、知識に基づいた決定を行うために、携帯電話機を用いることができるように、無線モジュール214Aは、携帯電話網、例えばCDMA又はGSM(登録商標)によって通信することができる。あるいは、通信モジュール214は、LAN、シリアル、パラレル、IEEE1394Firewire、又はあらゆる他の公知の規格又は特定用途有線通信規格に接続することができるポート215により、有線ネットワークを介して通信することができる。マイクロコントローラ207には、メモリモジュール206が接続されている。メモリモジュール206は、情報、例えば負荷120から予想可能な最大予想無効成分、力率改善回路200の改善動作履歴又は力率改善回路200によって収集又は使用されるあらゆる他の有効なデータを記憶することができる。更に、力率改善回路200は、降圧変圧器204Aを介して、110V交流電力線201Aと中性線201Bとに接続された直流電源204を備える。直流電源204は、110V交流電力線201Aから所望の直流電圧に電力を変換して、変換した電力を電気部品、例えば無効電力測定モジュール205、マイクロコントローラ207及び力率改善回路200の中の残りのモジュールに供給することができる。   In some embodiments, the microcontroller 207 is connected to the communication module 214. The communication module 214 can communicate with any power factor correction circuit 200. In addition, in order to notify the user, for example, a homeowner, the state of the power factor correction circuit 200 and the amount of correction performed by the power factor correction circuit 200, the communication module 214 is connected to a user device such as a laptop computer or a mobile phone. Can communicate. The communication module 214 can communicate wirelessly by a wireless module 214A having an antenna 214B for using a local WiFi network, eg, IEEE 802.11. The wireless module 214A also allows the mobile phone network, eg CDMA or GSM (registered), so that the user can use the mobile phone to track the energy consumption of their homes and make knowledge-based decisions. Trademark). Alternatively, the communication module 214 can communicate over a wired network via a port 215 that can be connected to a LAN, serial, parallel, IEEE 1394 Firewire, or any other known or special purpose wired communication standard. A memory module 206 is connected to the microcontroller 207. The memory module 206 stores information, for example, the maximum expected reactive component that can be predicted from the load 120, the improvement history of the power factor correction circuit 200, or any other valid data collected or used by the power factor correction circuit 200 Can do. Furthermore, the power factor correction circuit 200 includes a DC power source 204 connected to the 110V AC power line 201A and the neutral line 201B via a step-down transformer 204A. The DC power supply 204 converts power from the 110V AC power line 201A to a desired DC voltage, and converts the converted power into electrical components such as the reactive power measurement module 205, the microcontroller 207, and the remaining modules in the power factor correction circuit 200. Can be supplied to.

当業者にとって明らかなように、図1及び図2それぞれの力率改善回路100及び力率改善回路200は、二相二線方式を示している。三相三線または三相四線網構成による力率改善回路100及び力率改善回路200は、ビット無効負荷110A〜110C、210A〜210B、スイッチ109A〜109C、トライアック209A、209B、フィルタ112、113、212、213及び対応するドライバ回路の数を3倍にし、第1の位相線を第2の位相線に、第2の位相線を第3の位相線に、第3の位相線を第1の位相線に接続することを除いて、図1及び図2の実施例に従って実現される。中性線が利用可能な場合、スター結線を実装してもよい。すなわち、第1の位相線を中性線に、第2の位相線を中性線に、第3の位相線を中性線に接続してもよい。力率改善回路100及び力率改善回路200は、あらゆる無効負荷により、全最大改善可能値まで独立して補償することができる。一例として、3つの位相線の間に接続された300〜600VARの空気圧調整ユニットと、第2の位相線と中性線の間に接続された100〜400VARの洗濯機と、第3の位相と中性線の間に接続された100〜250VARの乾燥機を有する住居内を全て、最大の改善可能な無効電力値まで完全に改善する。
歪み改善方法及び装置
完全ではない力率が、電気回路網において改善すべき最も共通した弱点である。また別のより共通した欠点及び問題の原因は、非線形負荷と、入手可能であるが完全ではない電源アダプタを有する電子機器が広範囲に配置されることに起因した電力線の歪みである。通常、電源アダプタの設計において特別な労力が全く払われないとき、交流電力信号は、通常、まず正弦波の全周期に亘って全波整流され、そして、大容量のコンデンサによって粗くフィルタリングされ、絶縁されたDC/DC電源の電子回路によって、例えば集積回路に供給される。このような入手可能な非エナジースターの電子機器は、網に戻る高調波電流を発生する。この結果により、電流波形が、正弦波というよりはむしろ先端を切り取ったような形の放物形状に近づく。歪みは、電力、ノイズ又は他の形態のいかなる歪みを吸収及び反射する負荷における種々の特性の結果として生じる高調波歪みから構成することができる。
As will be apparent to those skilled in the art, the power factor correction circuit 100 and the power factor correction circuit 200 in FIGS. 1 and 2 respectively show a two-phase two-wire system. The power factor improvement circuit 100 and the power factor improvement circuit 200 having a three-phase three-wire or three-phase four-wire network configuration include bit invalid loads 110A to 110C, 210A to 210B, switches 109A to 109C, triacs 209A and 209B, filters 112 and 113, 212, 213 and the number of corresponding driver circuits are tripled, the first phase line becomes the second phase line, the second phase line becomes the third phase line, and the third phase line becomes the first phase line. It is implemented according to the embodiment of FIGS. 1 and 2, except that it is connected to a phase line. If neutral wires are available, star connections may be implemented. That is, the first phase line may be connected to the neutral line, the second phase line may be connected to the neutral line, and the third phase line may be connected to the neutral line. The power factor correction circuit 100 and the power factor correction circuit 200 can independently compensate up to the maximum maximum improveable value with any reactive load. As an example, a 300-600 VAR air pressure adjustment unit connected between three phase lines, a 100-400 VAR washing machine connected between a second phase line and a neutral line, and a third phase All dwellings with 100-250 VAR dryers connected between neutral wires are fully improved to the maximum recoverable reactive power value.
Distortion improvement methods and apparatus Incomplete power factor is the most common weakness to be improved in electrical networks. Another more common disadvantage and problem source is power line distortion due to the widespread placement of electronic equipment with non-linear loads and power adapters that are available but not perfect. Normally, when no special effort is paid in the design of the power adapter, the AC power signal is usually first full-wave rectified over the entire period of the sine wave and then coarsely filtered and isolated by a large capacitor. For example, it is supplied to the integrated circuit by the electronic circuit of the DC / DC power supply. Such available non-energy star electronics generate harmonic currents that return to the network. As a result, the current waveform approaches a parabolic shape with a truncated shape rather than a sine wave. The distortion can consist of harmonic distortion that results from various characteristics in the load that absorbs and reflects power, noise, or any other form of distortion.

図3Aは、歪みを有する電力信号を改善する力率の、時間に対する振幅のグラフ300を示している。第1の軸320はミリ秒単位での時間を示し、第2の軸310は、電流と電圧との両方の振幅を示す一般的な振幅スケールである。電圧U(t)330は、正確な60Hzの正弦波として現れる。しかしながら、電流iTOT(t)は、もはや対応する正弦波に類似していないという点において非常に歪んでいる。図3Bは、同様に、時間軸420と振幅軸410とを有するグラフ400を示している。電圧波形430は、正確な正弦波に近い波形を描いている。しかしながら、電流波形440は非常に歪んでいる。住宅では、標準的な抵抗型負荷に加えて広範囲に分布した低品質電源アダプタの頻繁な使用によって、電流波形440には、正弦波といくらか類似しているがそれでも大きな歪みが表れる。図3Cは、同様に、時間軸520と振幅軸510とを有するグラフ500を示している。図3Cでは、1つ以上の大きい無効負荷、例えば空調ユニット又は乾燥機ユニットの導入によって、電流波形530は、更により大きく電圧波形540に対して歪む。最後に、一般的な電流波形630に対する電圧波形640のグラフ600を図3Dに示す。大きい無効負荷、抵抗型負荷及びAC/DC電源アダプタが、電流波形630での重大な歪みの原因になるだけでなく、更に、電流波形630と電圧波形640との間に位相ズレ670が生じる。この例では、歪みは、歪んだ電流波形630のピーク660として示される。この例では、0.67の力率に対応した位相ズレ670が、約30度である。歪みを改善するため、まず力率を改善することが有利である。力率の改善は、図1及び図2において上述した方法又は装置あるいはあらゆる他の便利な方法によって達成することができる。補正信号650は、歪んだ電流波形630とほとんど正確な正弦波の近似電圧波形(図示せず)とを比較することによって導かれる。補正信号650は、電流波形630の範囲内で歪みの係数を有する。係数は1でよいが、係数は、電流波形630の所望の振幅比を達成するあらゆる必要な被乗数であってもよい。一例として、被乗数は、電圧を電流に又は電流を電圧に変換する係数であってもよい。補正信号650は、選択的に電流信号630に供給され、この結果として、非常に低減又は除去された歪みを有する補正電流信号の電圧波形640となる。   FIG. 3A shows a graph 300 of amplitude over time of power factor to improve a power signal with distortion. The first axis 320 shows time in milliseconds, and the second axis 310 is a general amplitude scale showing both current and voltage amplitudes. The voltage U (t) 330 appears as an accurate 60 Hz sine wave. However, the current iTOT (t) is very distorted in that it no longer resembles the corresponding sine wave. FIG. 3B similarly shows a graph 400 having a time axis 420 and an amplitude axis 410. The voltage waveform 430 depicts a waveform close to an accurate sine wave. However, the current waveform 440 is very distorted. In homes, the frequent use of widely distributed low quality power adapters in addition to standard resistive loads causes the current waveform 440 to be somewhat similar to a sine wave, but still exhibit significant distortion. FIG. 3C similarly shows a graph 500 having a time axis 520 and an amplitude axis 510. In FIG. 3C, the current waveform 530 is even more distorted with respect to the voltage waveform 540 by the introduction of one or more large reactive loads, such as air conditioning units or dryer units. Finally, a graph 600 of voltage waveform 640 versus general current waveform 630 is shown in FIG. 3D. Large reactive loads, resistive loads and AC / DC power adapters not only cause significant distortion in the current waveform 630, but also cause a phase shift 670 between the current waveform 630 and the voltage waveform 640. In this example, the distortion is shown as a peak 660 of the distorted current waveform 630. In this example, the phase shift 670 corresponding to a power factor of 0.67 is about 30 degrees. In order to improve the distortion, it is advantageous to improve the power factor first. The power factor improvement can be achieved by the method or apparatus described above in FIGS. 1 and 2, or any other convenient method. The correction signal 650 is derived by comparing the distorted current waveform 630 with a nearly accurate sinusoidal approximate voltage waveform (not shown). The correction signal 650 has a distortion coefficient within the range of the current waveform 630. The coefficient may be 1, but the coefficient may be any necessary multiplicand that achieves the desired amplitude ratio of the current waveform 630. As an example, the multiplicand may be a coefficient that converts voltage to current or current to voltage. The correction signal 650 is selectively applied to the current signal 630, resulting in a voltage waveform 640 of the correction current signal having a greatly reduced or eliminated distortion.

図4は、図3Dに記載された抑制又は除去回路800を示すブロック図である。回路800は、事業者の電力メーター801と負荷840との間に接続される。負荷840は、あらゆる負荷であってよいが、この応用例及び例においては、居住用の住宅である。負荷840は、事業者の電力メーター801にとって1つの負荷840のように見える住宅の範囲内の全ての電子機器から構成される。電子機器が住宅の範囲内で起動したり停止したりし、それによってこれらの個々の負荷が負荷840と接続及び分離されるので、負荷840の特性がダイナミックに変化する。力率改善回路875は、電力線833の力率を実質的に1に改善する。プロセッサ810は、電力線833を検知することによって電流を検出することができる。この例示的な実施の形態において、プロセッサ810はアナログ素子である。しかしながら、当業者にとって明らかなように、デジタル処理に代えてもよい。また、プロセッサ810は、電力線833と中性線834との間を検知することによって電圧を検出することができる。また、電力線833は、位相線ともいう。この例示的な実施において、プロセッサ810は2つの差動入力を有する。各入力は、乗算器Gl 812及び乗算器G2 813と接続されている。乗算器Gl 812及び乗算器G2 813は、回路800における特定用途又は実施に対して望まれる又は要求されるあらゆる係数によって、電流又は電圧をスケーリングすることができる。Glは、電力線833から電流を入力する。この実施の形態において、乗算器G2は、検知電圧を電流信号に変換する。電圧と電流との両方は、それぞれのRMS値によってスケーリングされる。乗算器812及び813は、標準的なアナログオペアンプ又は他のあらゆる有効な回路とすることができる。乗算器812及び813の出力は、減算器814に接続される。いくつかの実施の形態において、減算器814は、Gl 812及びG2 813のスケーリングされた2つの出力を比較し、それによって補正信号、例えば図3Dの補正信号650を導出する。都合が良いことに、単一の減算器814を用いることによって、両方の入力を1つの電流に変換することができる。しかしながら、同様にして、両方の入力を1つの電圧に変換してもよい。いくつかの実施の形態において、処理を制御し、システム制御、例えば動的挙動、安定性、ゲイン余裕、位相余裕などを最適化するループゲイン及びループフィルタブロック821を有することが好ましい。減算器814は、歪みを有する全電流を基準信号から減算するか、基準信号を歪みを有する全電流から減算することによって、全電流を基準信号と比較することができる点に留意する必要がある。特定の実施又は用途の要求に適合するような構成としてもよい。結果として、補正信号は、全電流の歪みに対して正比例又は反比例してもよい。   FIG. 4 is a block diagram illustrating the suppression or removal circuit 800 described in FIG. 3D. Circuit 800 is connected between the operator's power meter 801 and load 840. The load 840 may be any load, but in this application and example is a residential home. The load 840 is composed of all electronic devices within the range of the house that look like one load 840 to the power meter 801 of the operator. The characteristics of the load 840 change dynamically as the electronics are started and stopped within the home, thereby connecting and disconnecting these individual loads from the load 840. The power factor correction circuit 875 substantially improves the power factor of the power line 833 to 1. The processor 810 can detect the current by sensing the power line 833. In this exemplary embodiment, processor 810 is an analog element. However, as will be apparent to those skilled in the art, digital processing may be substituted. Further, the processor 810 can detect the voltage by detecting between the power line 833 and the neutral line 834. The power line 833 is also referred to as a phase line. In this exemplary implementation, processor 810 has two differential inputs. Each input is connected to a multiplier Gl 812 and a multiplier G2 813. Multiplier Gl 812 and multiplier G2 813 may scale the current or voltage by any factor desired or required for a particular application or implementation in circuit 800. Gl inputs current from the power line 833. In this embodiment, the multiplier G2 converts the detection voltage into a current signal. Both voltage and current are scaled by the respective RMS value. Multipliers 812 and 813 may be standard analog operational amplifiers or any other valid circuit. Outputs of the multipliers 812 and 813 are connected to a subtracter 814. In some embodiments, subtractor 814 compares the two scaled outputs of Gl 812 and G2 813, thereby deriving a correction signal, eg, correction signal 650 of FIG. 3D. Conveniently, by using a single subtractor 814, both inputs can be converted to a single current. However, similarly, both inputs may be converted to a single voltage. In some embodiments, it is preferable to have a loop gain and loop filter block 821 that controls the process and optimizes system controls such as dynamic behavior, stability, gain margin, phase margin, and the like. It should be noted that the subtractor 814 can compare the total current to the reference signal by subtracting the total current with distortion from the reference signal or subtracting the reference signal from the total current with distortion. . Configurations may be adapted to meet specific implementation or application requirements. As a result, the correction signal may be directly or inversely proportional to the total current distortion.

補正信号は、歪みを有する全電流に混合されて、歪みが大きく低減又は除去された補正電流信号、例えば図3Dの電圧波形640が形成される。図4に示す実施の形態において、ループフィルタ821の出力は、負の整流器815と正の整流器822に供給される。負の整流器815は、第1の制御電流源831に接続され、正の整流器822は、第2の制御電流源832に接続される。特定の用途、例えば図4の例において、電力メーター801から下流の配線網のインピーダンスは、負荷840と比較して非常に小さいインピーダンスとしてもよい。結果として、負の歪みを補正するため電流を引き込むと、この電流が、負荷840よりもむしろ送電網の方に供給される。結果として、歪みが増幅される。このため、図4の実施の形態では、負の歪みに応じて電力線833からの電流を流し出し、正の歪みに応じて電力線833からの電流を流し込む。送電網及び負荷840のインピーダンスの不平衡によって、選択的に電流を流し込み流し出すことで、歪みを補正する。歪み成分が全電流に対する減算であることを意味する補正信号が負のとき、正の整流器822は、第2の制御電流源832をオンにする。第2の制御電流源832は、負の直流電源852に接続されている。第2の制御電流源832がオンになると、電流が電力線833から流し出される。送電線網のインピーダンスが負荷840のインピーダンスより低い実施の形態において、電流が負荷840よりも送電線網から流し出されることで、負荷840に対して加算作用を起こす。歪み成分が全電流に対する加算であることを意味する補正信号が正のとき、負の整流器815は、第1の制御電流源831をオンにする。第1の制御電流源831は、正の直流電源851に接続されている。第1の制御電流源831がオンであるとき、電流が正の直流電源851から電力線833に流し込まれる。更にまた、送電線網のインピーダンスが負荷840より低い適用例では、電流が負荷840ではなく送電網に流し込まれることによって、負荷840に対して減算作用を起こす。動作中において、電力線833内への補正信号に基づいて選択的に電流を流し出すまたは流し込むことによって、補正信号、例えば補正信号650を、歪みを有する電流信号、例えば図3Cの電流波形630に混合する。補正信号の正の部分および補正信号の負の部分のうちのどちらかが、第1及び第2の制御電流源831及び832のうちの1つに選択的に供給される。プロセッサ810が電圧を電流と継続的に比較し、補正信号を継続的に導出するので、このような補正信号の供給が、負荷840の変化とともに変化する電力線833の歪み成分のようにダイナミックに行われる。あるいは、プロセッサ810は、プロセッサ810自身の基準信号を生成して、歪み電流信号を比較してもよい。例えば、アメリカ合衆国における電力は、60Hzで供給される。したがって、プロセッサ810内部の60Hzのファンクションジェネレータは、正確な正弦波を発生させて歪んだ電気信号と比較し、これによって、補正信号を導出することができる。あるいは、ほぼ正確な基準信号を導出するために、フェーズロックループを実装して、電圧のゼロ交差時間を追跡してもよい。上述したように、減算器814が、全電流の歪みに正比例又は反比例する補正信号を生成してもよい。減算器814が歪みに正比例する補正信号を生成する場合、歪みが正の部分であると、これに応じて電力線833から電流を流し出さなければならない。同様にして、歪みが負の部分である、電力線833の中に電流を流し込まなければならない。また、逆も当てはまる。補正信号が全電流における歪みに逆比例している実施の形態では、補正信号が負の部分であると、電力線833から電流を流し出さなければならない。同様に、補正信号が正の部分であると、電力線833の中に電流を流し込まなければならない。   The correction signal is mixed with the total current having distortion to form a correction current signal, for example, the voltage waveform 640 of FIG. In the embodiment shown in FIG. 4, the output of the loop filter 821 is supplied to a negative rectifier 815 and a positive rectifier 822. The negative rectifier 815 is connected to the first control current source 831, and the positive rectifier 822 is connected to the second control current source 832. In a particular application, for example in the example of FIG. 4, the impedance of the wiring network downstream from the power meter 801 may be very small compared to the load 840. As a result, when current is drawn to correct for negative distortion, this current is supplied to the grid rather than the load 840. As a result, distortion is amplified. For this reason, in the embodiment of FIG. 4, a current from the power line 833 is caused to flow according to negative distortion, and a current from the power line 833 is caused to flow according to positive distortion. Distortion is corrected by selectively flowing current in and out due to the impedance imbalance of the power transmission network and the load 840. The positive rectifier 822 turns on the second control current source 832 when the correction signal, which means that the distortion component is a subtraction for the total current, is negative. The second control current source 832 is connected to the negative DC power source 852. When the second control current source 832 is turned on, current is flowed from the power line 833. In an embodiment in which the impedance of the transmission line network is lower than the impedance of the load 840, the current is caused to flow out of the transmission line network rather than the load 840, thereby causing an addition action on the load 840. The negative rectifier 815 turns on the first control current source 831 when the correction signal, which means that the distortion component is an addition to the total current, is positive. The first control current source 831 is connected to the positive DC power supply 851. When the first control current source 831 is on, a current flows from the positive DC power supply 851 into the power line 833. Furthermore, in applications where the impedance of the transmission line network is lower than the load 840, the current flows into the transmission network rather than the load 840, thereby causing a subtraction effect on the load 840. During operation, the correction signal, eg, the correction signal 650, is mixed into the distorted current signal, eg, the current waveform 630 of FIG. To do. Either the positive part of the correction signal or the negative part of the correction signal is selectively supplied to one of the first and second control current sources 831 and 832. Since the processor 810 continuously compares the voltage with the current and continuously derives the correction signal, the supply of such a correction signal is performed dynamically like the distortion component of the power line 833 that changes with the change of the load 840. Is called. Alternatively, the processor 810 may generate a reference signal for the processor 810 itself and compare the distortion current signal. For example, power in the United States is supplied at 60 Hz. Thus, the 60 Hz function generator inside the processor 810 can generate an accurate sine wave and compare it with the distorted electrical signal, thereby deriving a correction signal. Alternatively, a phase-locked loop may be implemented to track the voltage zero crossing time in order to derive a nearly accurate reference signal. As described above, the subtractor 814 may generate a correction signal that is directly or inversely proportional to the total current distortion. When the subtractor 814 generates a correction signal that is directly proportional to the distortion, if the distortion is a positive part, a current must be flowed from the power line 833 accordingly. Similarly, current must flow into the power line 833 where the distortion is negative. The reverse is also true. In embodiments where the correction signal is inversely proportional to the distortion at total current, current must flow from the power line 833 if the correction signal is a negative portion. Similarly, if the correction signal is a positive part, a current must flow into the power line 833.

図4に示す実施の形態が、広く利用可能でコスト効率の良い構成部品を用いているとはいえ、制御電流源831、832は非常にエネルギー効率が良くないことが理解される。正の直流電源851が250V、電力線833の瞬時電圧が150V、補正信号の電流が10Aならば、浪費され、熱で無駄に失われる電力が数百Wになる可能性がある。   Although the embodiment shown in FIG. 4 uses widely available and cost effective components, it is understood that the control current sources 831 and 832 are not very energy efficient. If the positive DC power supply 851 is 250 V, the instantaneous voltage of the power line 833 is 150 V, and the current of the correction signal is 10 A, there is a possibility that the power that is wasted and wasted due to heat is several hundred W.

このため、図5にモジュレータ920を備える歪み低減回路900を示す。図4に示す回路800と同様、回路900は、事業者の電力メーター901と負荷940との間に接続される。負荷940は、あらゆる負荷であってよいが、この応用例及び実施例においては、居住用の住宅である。負荷940は、事業者の電力メーター901にとって1つの負荷940のように見える住宅の範囲内の全ての電子機器から構成される。力率改善回路975は、電力線933の力率を実質的に1に改善する。力率改善回路975は、図1又は図2あるいは他の有効な力率改善回路と一致してもよい。上述したように、負荷940の特性は、ダイナミックに変化する。プロセッサ910は、電力線933を検知することによって電流を検出することができる。この例示的な実施の形態において、プロセッサ910はアナログ素子である。しかしながら、当業者にとって明らかなように、 以下に述べるような機能を実行することができる既製品のデジタルプロセッサが多く存在する。また、プロセッサ910は、電力線933と中性線934の両方を検知することによって電圧を検出することができる。この例示的な実施において、プロセッサ910は2つの差動入力を有する。各入力は、乗算器Gl 912及び乗算器G2 913と接続されている。G2 913は、図4のG2 813と同じように、電圧を電流信号に変換することができ、G2 913を簡略化した方法で示す。乗算器912及び乗算器913は、標準的なアナログオペアンプ又は他のあらゆる有効な回路とすることができる。乗算器912及び乗算器913の出力は、減算器914に接続される。いくつかの実施の形態において、減算器914は、G2 913の出力からGl 912の出力を減算し、それによって補正信号、例えば図3Dの補正信号650を導出する。いくつかの実施の形態において、この補正信号を換算係数と乗算することが望ましい場合がある。一例として、ループゲインフィルタには、図4に示すような同様の処理の制御が含まれ、いくつかの実施の形態において、ループゲインフィルタは、補正信号を電流811のRMS値に混合する。   For this reason, a distortion reduction circuit 900 comprising a modulator 920 is shown in FIG. Similar to the circuit 800 shown in FIG. 4, the circuit 900 is connected between the operator's power meter 901 and the load 940. The load 940 may be any load, but in this application and embodiment is a residential house. The load 940 is composed of all electronic devices within the range of the house that look like one load 940 to the power meter 901 of the business operator. The power factor correction circuit 975 substantially improves the power factor of the power line 933 to 1. The power factor correction circuit 975 may coincide with FIG. 1 or FIG. 2 or other effective power factor correction circuit. As described above, the characteristics of the load 940 change dynamically. The processor 910 can detect the current by detecting the power line 933. In this exemplary embodiment, processor 910 is an analog element. However, as will be apparent to those skilled in the art, there are many off-the-shelf digital processors that can perform the functions described below. Further, the processor 910 can detect the voltage by detecting both the power line 933 and the neutral line 934. In this exemplary implementation, processor 910 has two differential inputs. Each input is connected to a multiplier Gl 912 and a multiplier G2 913. G2 913 can convert voltage to a current signal, similar to G2 813 in FIG. 4, and shows G2 913 in a simplified manner. Multiplier 912 and multiplier 913 may be standard analog operational amplifiers or any other valid circuit. Outputs of the multiplier 912 and the multiplier 913 are connected to a subtracter 914. In some embodiments, subtractor 914 subtracts the output of Gl 912 from the output of G2 913, thereby deriving a correction signal, eg, correction signal 650 of FIG. 3D. In some embodiments, it may be desirable to multiply this correction signal by a conversion factor. As an example, the loop gain filter includes control of similar processing as shown in FIG. 4, and in some embodiments, the loop gain filter mixes the correction signal with the RMS value of the current 811.

ループフィルタの出力は、モジュレータ920に接続される。この例示的な実施の形態において、モジュレータ920は、パルス幅変調器(PWM)である。しかしながら、PWM、デルタシグマ変調、パルスコード変調、パルス密度変調、パルス位置変調、あるいははあらゆる他の公知又は特定用途変調方式を含むが、これに限定されるものではなく、特定の実施及び設計制約要求の通りに、あらゆる方法又は方式の変調を実行してもよい。モジュレータ920は、乗算器915から生成された補正信号が正のとき論理レベルがHighの信号を送り、この補正信号が負のとき論理レベルがLowの信号を送る、正のトリガ比較器922と負のトリガ比較器923とを有する。いくつかの実施の形態において、Lowの論理レベルは、負の値とすることができる。パルスジェネレータ921は、三角波を発生し、三角波は、組合せ論理回路925によって、正のトリガ比較器922から出力された補正信号の正の部分に合成され、また、負のトリガ比較器923から出力された負の部分に合成される。結果として、正の部分と負の部分とが分離されたPWM補正信号が生成される。組合せ論理回路925は、PWM補正信号の正の部分を第1の制御スイッチ932に選択的に供給する。第1の制御スイッチ932は、負の直流電源952に接続されている。また、組合せ論理回路925は、PWM補正信号の負の部分を第2の制御スイッチ931に選択的に供給する。第2の制御スイッチ931は、正の直流電源951に接続されている。   The output of the loop filter is connected to the modulator 920. In this exemplary embodiment, modulator 920 is a pulse width modulator (PWM). However, specific implementation and design constraints include, but are not limited to, PWM, delta-sigma modulation, pulse code modulation, pulse density modulation, pulse position modulation, or any other known or application specific modulation scheme Any method or scheme of modulation may be performed as desired. The modulator 920 sends a signal whose logic level is High when the correction signal generated from the multiplier 915 is positive, and sends a signal whose logic level is Low when the correction signal is negative. Trigger comparator 923. In some embodiments, the logic level of Low can be a negative value. The pulse generator 921 generates a triangular wave, and the triangular wave is synthesized by the combinational logic circuit 925 into a positive part of the correction signal output from the positive trigger comparator 922 and output from the negative trigger comparator 923. Synthesized into negative part. As a result, a PWM correction signal in which the positive part and the negative part are separated is generated. The combinational logic circuit 925 selectively supplies the positive portion of the PWM correction signal to the first control switch 932. The first control switch 932 is connected to a negative DC power supply 952. The combinational logic circuit 925 selectively supplies the negative part of the PWM correction signal to the second control switch 931. The second control switch 931 is connected to a positive DC power supply 951.

動作中に、スイッチ931及び932は、PWM補正信号が正または負のどちらであるかによって決定されるPWM補正信号によって選択的に制御される。いくつかの実施の形態において、正のPWM補正信号は、電力線933で補正すべき歪みが負であることを示し、反対も同様である。電力線933で負の歪みを補正するため、第2の制御スイッチ931は、PWM補正信号の負の部分に基づいてオンとなる。第2の制御スイッチ931がオンのとき、第2の制御スイッチ931は、PWM補正信号に基づいて、正の直流電源951を電力線933に接続する。   In operation, switches 931 and 932 are selectively controlled by a PWM correction signal that is determined by whether the PWM correction signal is positive or negative. In some embodiments, a positive PWM correction signal indicates that the distortion to be corrected on power line 933 is negative, and vice versa. In order to correct the negative distortion on the power line 933, the second control switch 931 is turned on based on the negative portion of the PWM correction signal. When the second control switch 931 is on, the second control switch 931 connects the positive DC power supply 951 to the power line 933 based on the PWM correction signal.

図5の実施の形態では、事業者の電力メーター901(及び下流の送電網)のインピーダンスが負荷940より低いインピーダンスを有する実施の形態を示す。結果として、正の歪みを負のPWM補正信号によって補正しようとする場合、電力線933から流し出される電流は、負荷940よりもむしろ送電網から流れ出すことになる。結果として、歪みが増大することになる。このため、負荷940のインピーダンスが、電力メーター901の下流の送電網のインピーダンスよりも大きい用途では、正のPWM補正信号を用いて正の歪みを改善し、負のPWM補正信号を用いて負の歪みを補正する。   In the embodiment of FIG. 5, an embodiment in which the power meter 901 (and downstream power transmission network) of the operator has an impedance lower than that of the load 940 is shown. As a result, when positive distortion is to be corrected by a negative PWM correction signal, the current flowing out of the power line 933 flows out of the power grid rather than the load 940. As a result, distortion will increase. For this reason, in applications where the impedance of the load 940 is greater than the impedance of the power grid downstream of the power meter 901, positive distortion is improved using a positive PWM correction signal and negative using a negative PWM correction signal. Correct distortion.

いくつかの実施の形態において、変調信号をフィルタリングすることは有利である。このため、フィルタ933を含む。同様に、電力線933の正の歪みを補正するため、第1の制御スイッチ932は、PWM補正信号の負の部分に基づいてオンとなる。第1の制御スイッチがオンのとき、第1の制御スイッチ932は、PWM補正信号に基づいて、電力線933から負の直流電源952に電流を流し出す。結果として、歪みが、電力線933の電流から十分に減少する。また、第2のフィルタ938は、電力線933からPWMノイズをフィルタリングするため有利であろう。正の直流電源951と負の直流電源952とのそれぞれは、あらゆる過電流又は低電流状態をプロセッサ910に送信するため、電流制限及びセンサモジュール935及び936を有する。   In some embodiments, it is advantageous to filter the modulated signal. For this reason, a filter 933 is included. Similarly, in order to correct the positive distortion of the power line 933, the first control switch 932 is turned on based on the negative portion of the PWM correction signal. When the first control switch is on, the first control switch 932 causes a current to flow from the power line 933 to the negative DC power supply 952 based on the PWM correction signal. As a result, the distortion is sufficiently reduced from the power line 933 current. The second filter 938 may also be advantageous for filtering PWM noise from the power line 933. Each of the positive DC power supply 951 and the negative DC power supply 952 has a current limit and sensor module 935 and 936 for transmitting any overcurrent or low current condition to the processor 910.

図6は、他の実施の形態の歪み補正回路1000を示す。また、回路1000は、事業者の電力メーター1001と負荷1040との間に、単相二線の配電方式での電力線1033及び中性線1034と接続されている。負荷1040は、無効特性を有する1つの負荷1040のように見える住宅の範囲内の、全ての家電機器と他の電子機器とから構成される。この実施の形態では、電流は、プロセッサユニット1200により測定される。力率改善回路1275は、上述したように、電力線1032の力率を改善することができる。プロセッサユニット1200は、電流及び電圧測定モジュール1202を有する。また、モジュール1202は、RMS及び歪みの計算を実行する。モジュール1202は、デジタル処理モジュールとすることができる。いくつかの実施の形態において、モジュール1202は、データ、例えば振幅、位相及び歪みを、数値演算をデジタルで実行可能なデジタルビット列に変換する1つ以上のアナログ/デジタル変換器を有する。また、プロセッサ1200は、メモリモジュール1201を有してもよい。メモリモジュール1201は、ダイナミックな高調波補正に関する情報、例えば補正が最も有効な時刻を記憶することができる。ユーザが使用エネルギーに関する情報に基づいた決定をできるようにするため、メモリモジュール1201は、取り外して、機器、例えばコンピュータに差し込むことができる。あるいは、プロセッサ1200は、通信モジュール(図示せず)を有する。通信モジュールは、有線により、例えばLANケーブルによりインターネットと接続されるか、又は便利な標準規格、例えばIEEE802.11又はブルートゥースによる無線で接続されている。更にまた、通信モジュールは、携帯電話の標準規格、例えばGSM(登録商標)又はCDMAによって通信することができる。プロセッサユニット1200と一体の保護モジュール1203は、あらゆる故障状態、例えば過電圧、過電流及び過温度において、回路1000の電源を切ることができる。このような故障状態をメモリ1201に記憶することができる。   FIG. 6 shows a distortion correction circuit 1000 according to another embodiment. In addition, the circuit 1000 is connected between the power meter 1001 of the business operator and the load 1040 with a power line 1033 and a neutral line 1034 in a single-phase two-wire distribution system. The load 1040 is composed of all household electric appliances and other electronic devices within the range of a house that looks like one load 1040 having invalid characteristics. In this embodiment, the current is measured by the processor unit 1200. The power factor improvement circuit 1275 can improve the power factor of the power line 1032 as described above. The processor unit 1200 includes a current and voltage measurement module 1202. Module 1202 also performs RMS and distortion calculations. Module 1202 may be a digital processing module. In some embodiments, module 1202 includes one or more analog / digital converters that convert data, eg, amplitude, phase, and distortion, into digital bit strings that can be digitally performed. Further, the processor 1200 may include a memory module 1201. The memory module 1201 can store information regarding dynamic harmonic correction, for example, the time when the correction is most effective. The memory module 1201 can be removed and plugged into a device, such as a computer, so that the user can make decisions based on information regarding energy usage. Alternatively, the processor 1200 includes a communication module (not shown). The communication module is connected to the Internet by wire, for example via a LAN cable, or connected wirelessly by a convenient standard such as IEEE 802.11 or Bluetooth. Furthermore, the communication module can communicate according to cellular phone standards such as GSM or CDMA. The protection module 1203 integrated with the processor unit 1200 can turn off the circuit 1000 in any fault condition, such as overvoltage, overcurrent and overtemperature. Such a failure state can be stored in the memory 1201.

プロセッサ1200は、電力線1032内の歪みを有する全電流を計算し、基準信号を発生することができる。デジタル/アナログ変換器は、全電流を示すデジタルビット列及び基準信号をアナログ波形に変換することができる。図4及び図5の実施の形態と同様に、減算器により、全電流信号を基準信号から減算することができる。あるいは、プロセッサ1200は、全電流を基準信号からデジタルで減算し、これによってデジタル補正信号を生成することができる。また、プロセッサ1200は、あらゆる便利な公知又は特定用途手段の変調により、デジタル補正信号を変調することができる。そして、変調補正信号を、全電流内の歪みを補正するために、電力線1032に対して電流が流し込まれなければならない又は流し出されなければならないかどうかによって、第1のトランジスタ1031又は第2のトランジスタ1032に選択的に供給する。第1及び第2のトランジスタ1031及び1032は、変調補正信号によってオンになったときに、正の直流電源1051から電力線1032に電流を流し込むか、負の直流電源1052により電力線1032から電流を流し出すスイッチとして動作する。いくつかの実施の形態において、第1のトランジスタ1031及び第2のトランジスタ1032からそれぞれPWMノイズをフィルタリングするため、第1のフィルタ1033と第2のフィルタ1034とを有することは有利である。   The processor 1200 can calculate the total current with distortion in the power line 1032 and generate a reference signal. The digital / analog converter can convert a digital bit string indicating a total current and a reference signal into an analog waveform. Similar to the embodiment of FIGS. 4 and 5, the subtractor can subtract the total current signal from the reference signal. Alternatively, the processor 1200 can digitally subtract the total current from the reference signal, thereby generating a digital correction signal. The processor 1200 may also modulate the digital correction signal by any convenient known or special purpose means of modulation. The modulation correction signal is then applied to the first transistor 1031 or the second transistor depending on whether current must be flowed in or out of the power line 1032 to correct distortion in the total current. It is selectively supplied to the transistor 1032. When the first and second transistors 1031 and 1032 are turned on by the modulation correction signal, current flows from the positive DC power supply 1051 to the power line 1032, or current flows from the power line 1032 by the negative DC power supply 1052. Operates as a switch. In some embodiments, it is advantageous to have a first filter 1033 and a second filter 1034 to filter PWM noise from the first transistor 1031 and the second transistor 1032 respectively.

図7は、図4、図5及び図6の発明における更なる詳細な実施の形態を示す。力率改善及び歪み補正モジュール1300は、事業者の電力メーター1301と等価住居内負荷1340との間に接続されている。負荷1340は、起動及び停止する住宅の中の家電機器として変化するダイナミックな負荷を表現したものである。正の直流電源1351は、位相線1333及び中性線1334全体に亘って存在するあらゆるノイズ及び高調波をフィルタリングする任意の低域通過フィルタ1303を有する。送電網1302からの交流電流は、ブリッジ整流器1304によって整流され、平滑コンデンサ1305に供給される。力率改善回路モジュール1306は、より小さい理想的な力率に補正する。力率改善回路モジュール1306は、図1、図2及び付随的な説明で説明される方法又は装置のうちのいずれも用いることができる。第1のスイッチング回路1331は、プロセッサユニット1310に接続された第1のトランジスタ1308Aを有する。プロセッサユニット1310は、変調信号を用いることにより、トランジスタ1308Aを駆動する。トランジスタ1308Aは、図5及び図6の前の実施の形態に記載されているように、補正信号に応じて、正の直流電源1351から位相線1333に電流を供給する。任意の低域通過フィルタ1309Aは、変調信号をフィルタリングするために設けられる。電流制限及びセンサ1310Aは、過電流状態をプロセッサ1310に通知することができる。電流制限及びセンサ1310Aは、抵抗器に相当するが、過電流状態を検知するいかなる有益なセンサモジュールであってもよい。更に、正の直流電源は、反転電源コンデンサ1307を介して負の力率改善回路モジュール1352に接続される。反転平滑コンデンサ1307は、正の直流電源1351により供給される電力に比例した負の直流電力を供給する。負の力率改善回路モジュール1352は、図1及び図2に記載された方法及び装置に基づいて、位相線1333における力率を改善することができる。負の力率改善回路モジュール1352は、第2のスイッチング回路1332と接続されている。第2のスイッチング回路1332は、図5及び図6の実施の形態に記載されているように、プロセッサユニット1310から、変調補正信号を受信する第2のスイッチングトランジスタ1308Bを有する。プロセッサユニット1310は、スケーリング乗算器G1及びG2を有する。この実施の形態では、G2は、電圧電流変換器に接続されている。減算器は、前の実施の形態に記載されているように、一方の電圧信号をもう一方の電圧信号と比較して補正信号を導出する。変調器は、減算器の出力に接続されており、補正信号を変調する。この実施の形態において、PWMが示されている。しかしながら、あらゆる公知の又は特定用途の変調スキームを用いるようにしてもよい。いくつかの実施の形態において、ループフィルタは、処理及び最適化システム制御、例えば動的挙動、安定性、ゲイン余裕、位相余裕などを制御するため、減算器と変調器との間に接続されている。更にまた、外部のプロセッサユニットが、電流測定、電圧測定、RMS及び歪みの計算を分担し、メモリ、例えばRAM又はROMを有してもよい。   FIG. 7 shows a further detailed embodiment of the invention of FIGS. 4, 5 and 6. The power factor correction and distortion correction module 1300 is connected between the operator's power meter 1301 and the equivalent residential load 1340. The load 1340 expresses a dynamic load that changes as a home appliance in a house that starts and stops. The positive DC power supply 1351 has an optional low pass filter 1303 that filters out any noise and harmonics that exist across the phase line 1333 and the neutral line 1334. The alternating current from the power transmission network 1302 is rectified by the bridge rectifier 1304 and supplied to the smoothing capacitor 1305. The power factor correction circuit module 1306 corrects to a smaller ideal power factor. The power factor correction circuit module 1306 can use any of the methods or apparatus described in FIGS. 1 and 2 and the accompanying description. The first switching circuit 1331 includes a first transistor 1308A connected to the processor unit 1310. The processor unit 1310 drives the transistor 1308A by using the modulation signal. The transistor 1308A supplies current from the positive DC power supply 1351 to the phase line 1333 in accordance with the correction signal, as described in the previous embodiment of FIGS. An optional low pass filter 1309A is provided to filter the modulated signal. The current limit and sensor 1310A can notify the processor 1310 of an overcurrent condition. Current limit and sensor 1310A represents a resistor, but may be any useful sensor module that detects an overcurrent condition. Further, the positive DC power source is connected to the negative power factor correction circuit module 1352 through an inverting power source capacitor 1307. The inverting smoothing capacitor 1307 supplies negative DC power proportional to the power supplied from the positive DC power supply 1351. The negative power factor correction circuit module 1352 can improve the power factor at the phase line 1333 based on the method and apparatus described in FIGS. The negative power factor correction circuit module 1352 is connected to the second switching circuit 1332. The second switching circuit 1332 includes a second switching transistor 1308B that receives a modulation correction signal from the processor unit 1310, as described in the embodiment of FIGS. The processor unit 1310 includes scaling multipliers G1 and G2. In this embodiment, G2 is connected to a voltage-current converter. The subtractor derives a correction signal by comparing one voltage signal with the other voltage signal as described in the previous embodiment. The modulator is connected to the output of the subtractor and modulates the correction signal. In this embodiment, PWM is shown. However, any known or special purpose modulation scheme may be used. In some embodiments, a loop filter is connected between the subtractor and the modulator to control processing and optimization system control, such as dynamic behavior, stability, gain margin, phase margin, etc. Yes. Furthermore, an external processor unit may share current measurements, voltage measurements, RMS and distortion calculations and may have a memory, for example RAM or ROM.

図8は、電流を流し込み、流し出す経路に、それぞれ、電圧及び電流のスパイクによって発生した変化を滑らかにしフィルタリングするコイル1361及び1362を含む他の実施の形態を示す。第1及び第2のスイッチングトランジスタ1308A及び1308Bは、コイル1361及び1362を準線形ランプでそれぞれ充電し、どちらか一方のトランジスタ1308A及び1308Bがオフになったとき、充電電流が準線形で0に向かって減少する。フリーホイールダイオード1363は、急激に遮断する電流を回避して、コイルの影響によって破壊を伴う高電圧スパークを回避するのに必要である。第2のフリーホイールダイオード1364は、第2のコイル1362と並列接続される。形成された電流波形は、交互に上下動するような形に類似し、より簡単なフィルタ1309A及び1309Bを可能にする。いくつかの実施の形態において、コイル1361及び1362は、フィルタ1309A及び1309Bの中に一体化される。都合の良いことに、電流が流し込み、流し出す経路の損失が減少する。いくつかの実施の形態において、コンデンサは、フリーホイールダイオード1363及び1364によって、あらゆる損失エネルギーを再利用するために、並列接続となるように含まれるようにしてもよい。図8の実施の形態において、コイル1361及び1362は、スイッチングトランジスタ1308A及び1308Bと低域通過フィルタ1309A及び1309Bとの間にそれぞれ接続されている。   FIG. 8 shows another embodiment that includes coils 1361 and 1362 that smooth and filter the changes caused by voltage and current spikes, respectively, in the path of flowing current in and out. First and second switching transistors 1308A and 1308B charge coils 1361 and 1362, respectively, with a quasi-linear ramp, and when either transistor 1308A or 1308B is turned off, the charging current is quasi-linear toward zero. Decrease. The freewheeling diode 1363 is necessary to avoid a suddenly interrupting current and to avoid a high voltage spark that is destroyed by the influence of the coil. The second freewheel diode 1364 is connected in parallel with the second coil 1362. The formed current waveform resembles a shape that alternates up and down, allowing for simpler filters 1309A and 1309B. In some embodiments, coils 1361 and 1362 are integrated into filters 1309A and 1309B. Conveniently, current flows in and path losses are reduced. In some embodiments, a capacitor may be included in parallel connection by the freewheeling diodes 1363 and 1364 to reuse any lost energy. In the embodiment of FIG. 8, coils 1361 and 1362 are connected between switching transistors 1308A and 1308B and low-pass filters 1309A and 1309B, respectively.

使用目的によっては、コイル1361及び1362を負荷1340に直接接続させないようにし、送電網1302から測定されるインピーダンスが向上するようにするため、コイル1361及び1362を、力率改善回路モジュール1351及び1352とトランジスタ1308A及び1308Bとの間に接続させることは有利である。図9は、このような実施例を示す。図9は、正の力率改善回路モジュール1351と第1のトランジスタ1308Aとの間に接続されている第1の電流充電コイル1363Aを示す。また、そこには負の力率改善回路モジュール1362と第2のトランジスタ1308Bとの間に接続されている第2の電流充電コイル1363Bも備えられている。都合の良いことに、送電網等価インピーダンス1302から測定される時には、第1および第2の充電コイル1363Aおよび1363Bは等価住居内負荷1340に対して加算インダクタンスまたはリアクタンスを生成することはなく、それによって力率改善の要求が緩和される。図8と同様に、第1および第2の充電コイル1363Aおよび1363Bは、フリーホイールダイオード1364Aおよび1364Bに対してそれぞれ並列接続される。上述したように、フライホイールダイオードとは、直流電源で動くインダクタンス特性を有する負荷(リレーやモータなど)を切り替えるときトランジスタ、スイッチ、リレー接点などを保護するダイオードであって、フライホイールダイオード(またはフライバックダイオード)と呼ばれる。インダクタンス特性を有する負荷に流れる電流が突然遮断される例があるので、フライホイールダイオードがしばしば望ましい。そのような例では、磁界が破壊されるとともに逆起電力(EMF)が発生し、電流が流れる経路がない場合は、高電圧が発生する。高電圧はトランジスタに損傷を与えるか、またはトランジスタを横切るアーク放電の原因となりうる。フライホイールダイオードはインダクタンス特性を有する負荷に逆向きに接続され、磁界と電流が安全に減弱できるように電流の経路を供給する。   Depending on the intended use, the coils 1361 and 1362 may be connected to the power factor correction circuit modules 1351 and 1352 so that the coils 1361 and 1362 are not directly connected to the load 1340 and the impedance measured from the power grid 1302 is improved. It is advantageous to connect between transistors 1308A and 1308B. FIG. 9 shows such an embodiment. FIG. 9 shows a first current charging coil 1363A connected between the positive power factor correction circuit module 1351 and the first transistor 1308A. There is also provided a second current charging coil 1363B connected between the negative power factor correction circuit module 1362 and the second transistor 1308B. Conveniently, when measured from the grid equivalent impedance 1302, the first and second charging coils 1363A and 1363B do not generate added inductance or reactance to the equivalent residential load 1340, thereby The demand for power factor improvement is eased. Similar to FIG. 8, first and second charging coils 1363A and 1363B are connected in parallel to freewheel diodes 1364A and 1364B, respectively. As described above, a flywheel diode is a diode that protects a transistor, a switch, a relay contact, and the like when switching a load (relay, motor, etc.) having an inductance characteristic that is driven by a DC power source. Called a back diode). Flywheel diodes are often desirable because there are instances where the current flowing through a load having inductance characteristics is suddenly interrupted. In such an example, when a magnetic field is destroyed and a back electromotive force (EMF) is generated, and there is no path for current to flow, a high voltage is generated. High voltage can damage the transistor or cause arcing across the transistor. The flywheel diode is connected in reverse to a load having inductance characteristics and provides a current path so that the magnetic field and current can be attenuated safely.

図10は、また別の実施の形態の電力線における歪み補正回路を示す。ある必要な場所においては、電子機器と電力線にガルバニック絶縁を施すことが望ましい。ガルバニック絶縁は、ある部位から別の部位への電流の直接的な伝導を避ける、電気システムの機能部位を絶縁する原理である。エネルギーおよび/または情報は、他の手段、例えば静電容量、誘導、電磁波、光学的、音響的、または機械的な手段によって、それでもなお部位間で交換することができる。ガルバニック絶縁は2つ以上の電子回路あるいは1つのシステムの2ヶ所が通信またはエネルギーの伝送を行わなければならないが、それらの接地は異なる電位であり得る場合、または部位によって電流スパイクへの脆弱さが異なるような状況あるいは他の多くの保護的な理由により用いられる。ガルバニック絶縁は、不要な電流が接地線を共有する2つのユニット間に流れないようにすることにより接地ループを断絶する効果的な方法である。ガルバニック絶縁はまた、偶発的な電流が人体を通って地面(建物の床)に到達することを防ぐという安全性を考慮して用いられる。   FIG. 10 shows a distortion correction circuit in a power line according to another embodiment. In some necessary places, it is desirable to provide galvanic insulation between electronic equipment and power lines. Galvanic isolation is the principle of isolating functional parts of an electrical system that avoids direct conduction of current from one part to another. Energy and / or information can still be exchanged between sites by other means, such as capacitive, inductive, electromagnetic, optical, acoustic, or mechanical means. Galvanic isolation requires two or more electronic circuits or two places in a system to communicate or transmit energy, but their grounds can be at different potentials, or are vulnerable to current spikes depending on the location. Used for different situations or for many other protective reasons. Galvanic isolation is an effective way to break the ground loop by preventing unwanted current from flowing between two units sharing the ground line. Galvanic insulation is also used for safety reasons to prevent accidental currents from reaching the ground (building floor) through the human body.

図10は、等価住居内負荷1340の出力側で電子機器がガルバニック絶縁を施されている高調波歪み補正システム1300を示す。図10において、第1のスイッチングトランジスタ1308A及び第2のトランジスタ1308Bの出力は、変圧器1370の第1の巻線1371に接続されている。変圧器1370は高周波、高出力変圧器であることが好ましい。変圧器1370の第2の巻線1372は等価住居内負荷に並列接続されている。状況に応じて、スイッチング後に存在するアーチファクトもフィルタリングするために、第2の巻線1372と等価住居内負荷1340との間に低域通過フィルタ1375が配置されてもよい。高調波歪み補正システム1300が負の高調波を補正しているとき、つまり等価住居内負荷1340に電流が流し込まれているときには、プロセッサユニット1310によってトランジスタ1308Aに供給されるスイッチング信号に応じてセンタータップ1374(これは接地されている)から電流が流し込まれている。したがって、第1の巻線1371に亘って生成する電圧は第2の巻線1372に反映し、相当する電流が等価住居内負荷1340に流し込まれる。同様に、正の高調波が補正されるとき、つまり等価住居内負荷1340から電流が流し出されるときには、プロセッサユニット1310からトランジスタ1308Bにスイッチング信号が供給される。負の電圧が、第1の巻線1371に亘って生成し、これが第2の巻線1372に反映する。都合が良いことに、電子機器、例えばプロセッサユニット1310、電流電圧測定モジュールとプロセッサおよびメモリ1305、力率改善モジュール1351と1352のうちのどれもが、等価住居内負荷1340に直接接続していない。状況に応じて、任意の低域通過フィルタ1303と整流器1304との間に絶縁変圧器を挿入し、計算ユニット1311に供給する相電圧測定のための変圧器を加えることによって、高調波歪み補正システム1300に対する完全なガルバニック絶縁を施すことができる。しかしながら、理解できる通り、流し込みまたは流し出されている電流は、抵抗が最も低い経路を流れる。その結果、正または負の高調波を補正するためにそれぞれ等価住居内負荷1340に流し込まれる電流または等価住居内負荷1340から流し出される電流は、必ずしも等価住居内負荷に与えられるとは限らない。ノード1380Aおよびノード1380Bは、等価住居内負荷と送電網等価インピーダンス1302との間に電流分割器を形成する。通常、送電網等価インピーダンスは、およそ等価住居内負荷1340程度またはそれよりもさらに低い程度に、かなり低いことがあり得る。その結果、等価住居内負荷1340に流し込まれる電流が、その代わりに送電網等価インピーダンス1302に流れ込み、通常、電力送電網へ戻る。同様に、等価住居内負荷1340から流し出すことを意図された電流は、その代わりに送電網等価インピーダンス1302から引き出される。結果として、電力線において高調波歪みの補正は不完全となる。   FIG. 10 shows a harmonic distortion correction system 1300 in which the electronic device is galvanically insulated on the output side of the equivalent residential load 1340. In FIG. 10, the outputs of the first switching transistor 1308 </ b> A and the second transistor 1308 </ b> B are connected to the first winding 1371 of the transformer 1370. The transformer 1370 is preferably a high frequency, high power transformer. Second winding 1372 of transformer 1370 is connected in parallel to the equivalent residential load. Depending on the situation, a low-pass filter 1375 may be placed between the second winding 1372 and the equivalent residential load 1340 to filter artifacts present after switching. When the harmonic distortion correction system 1300 corrects negative harmonics, that is, when a current is flowing into the equivalent residential load 1340, the center tap depends on the switching signal supplied to the transistor 1308A by the processor unit 1310. Current flows from 1374 (which is grounded). Accordingly, the voltage generated across the first winding 1371 is reflected in the second winding 1372, and a corresponding current flows into the equivalent residential load 1340. Similarly, when the positive harmonic is corrected, that is, when a current flows out from the equivalent residential load 1340, a switching signal is supplied from the processor unit 1310 to the transistor 1308B. A negative voltage is generated across the first winding 1371, which is reflected in the second winding 1372. Conveniently, none of the electronic devices, eg, processor unit 1310, current voltage measurement module and processor and memory 1305, power factor correction modules 1351 and 1352 are connected directly to equivalent residential load 1340. Depending on the situation, a harmonic distortion correction system by inserting an isolation transformer between any low pass filter 1303 and rectifier 1304 and adding a transformer for phase voltage measurement to be supplied to the calculation unit 1311 Complete galvanic isolation for 1300 can be provided. However, as can be appreciated, the current being poured or drained will flow through the path with the lowest resistance. As a result, the current flowing into the equivalent residential load 1340 or the current flowing out of the equivalent residential load 1340 to correct positive or negative harmonics is not necessarily applied to the equivalent residential load, respectively. Nodes 1380A and 1380B form a current divider between the equivalent residential load and the grid equivalent impedance 1302. Typically, the grid equivalent impedance can be quite low, approximately as high as equivalent residential load 1340 or even lower. As a result, the current flowing into the equivalent residential load 1340 instead flows into the power grid equivalent impedance 1302 and normally returns to the power grid. Similarly, current intended to drain from the equivalent residential load 1340 is instead drawn from the grid equivalent impedance 1302. As a result, the correction of harmonic distortion in the power line is incomplete.

このために、図11は、電流が等価住居内負荷1540に直列構成で選択的に流し出されるまたは流し込まれ、図10のノード1380Aおよびノード1380Bに形成されていた電流分割器が取りのぞかれた全高調波歪み補正システム1500を示す。図10にあるように、トランジスタ1508Aおよび1508Bは、接地されたセンタータップ1574を有する変圧器1570の一次コイルに接続される。しかしながら、図11の構成において、第2の巻線1573は等価住居内負荷1540に直列接続される。スイッチングによって生じるアーチファクトもフィルタリングする、または送電網1501から生じる他のアーチファクトもフィルタリングするために、任意の低域通過フィルタ1572及び1575は、それぞれ第2の巻線1573と送電網等価抵抗1502との間、および第2の巻線と等価住居内負荷1540との間に接続される。この例示的な実施例において、正の高調波を補正するために、プロセッサユニットは負の力率補正モジュール1535に接続されたトランジスタ1508Bに対してPWM信号を送る。対応する電圧信号が第1の巻線1571に亘って生成されると、第2の巻線1573に反映される。第2の巻線1573は等価住居内負荷1540と直列になっており、抵抗の低い経路を提供する電流分割器がないので、電流は等価住居内負荷1540以外から流し出されることはない。同様に、負の高調波が補正されるとき、つまり等価住居内負荷1540に電流を流し込むときは、電流はただ一方向にのみ流れる。結果としてより完全に高調波が補正される。   To this end, FIG. 11 shows that current is selectively drained or poured into the equivalent residential load 1540 in a series configuration, and the current dividers formed at nodes 1380A and 1380B of FIG. 10 are removed. 1 shows a total harmonic distortion correction system 1500. As shown in FIG. 10, transistors 1508A and 1508B are connected to the primary coil of transformer 1570 having a grounded center tap 1574. However, in the configuration of FIG. 11, second winding 1573 is connected in series to equivalent residential load 1540. Optional low pass filters 1572 and 1575 are respectively connected between the second winding 1573 and the grid equivalent resistance 1502 to filter artifacts caused by switching or other artifacts originating from the grid 1501. And between the second winding and the equivalent residential load 1540. In this exemplary embodiment, the processor unit sends a PWM signal to transistor 1508B connected to the negative power factor correction module 1535 to correct positive harmonics. When a corresponding voltage signal is generated across the first winding 1571, it is reflected in the second winding 1573. Since the second winding 1573 is in series with the equivalent residential load 1540 and there is no current divider providing a low resistance path, no current is drawn from other than the equivalent residential load 1540. Similarly, when negative harmonics are corrected, that is, when a current is passed through the equivalent residential load 1540, the current flows in only one direction. As a result, harmonics are more completely corrected.

使用目的によっては、スイッチング出力(例えばトランジスタ1508Aおよびトランジスタ1508B)によって起こる電磁干渉は望ましいものではないか、または許容できるものではない。このために、電流を流し出し流し込む正および負の電源は、変調されるか、または変調の必要性を除去するためによりもっと注意深く処理されるかしてもよい。このために、G級およびH級の電源を図6から図11に記述されたシステムと一体化してもよい。電力消費を減らし効率を上げるために、G級の電源は「レール切り替え」を用いる。利用できる母線は複数あり、瞬時電力消費要求にしたがって異なる母線が用いられる。結果として、駆動すべき信号と母線との間にある領域はより小さくなる。このように、増幅器は、出力トランジスタで浪費される電力を減少することによって効率を上げる。G級の電源はAB級の電源よりも効率的だが、切り替え方法に比べると効率的ではないが、切り替えの負の電磁干渉効果はない。図12Aは、電圧軸1201と時間軸1202とを有する出力グラフ1200を示し、これは変調信号1203と複数の電圧レール1204Aから1204Fを表す。時間t=0からt=1まで、変調信号1203の振幅はV1より小さい。結果として、G級の電源は電圧レールV1 1204Cに一致する。スイッチングトランジスタがオンになり、そのために上向きの傾きがt=1近くで開始しているように見えると、ドライバ(例えば図4の電流電源831および832)は電力を熱として浪費し、それによって効率性を失う。レールV1 1204Cは、時間t=1における変調信号1203の振幅に比較すると低いので、全体の非効率性は大きく減少する。変調信号1203の振幅は時間t=1とt=2との間で増加するので、変調信号を駆動させるにはより大きい電圧レールが必要となる。このため、レールV2 1204Bへ切り替える。同様に、時間t=3の後は、変調信号1203の振幅が再び増加するのでレールV3 1204Aが用いられる。同様に、負の周期では、時間t=4から時間t=6まで変調信号1203の振幅は負に増加するので、負のレール1204Dから1204Fへ順番に切り替えられる。   Depending on the intended use, the electromagnetic interference caused by the switching outputs (eg, transistor 1508A and transistor 1508B) is undesirable or unacceptable. To this end, the positive and negative power supplies that draw and draw current may be modulated or more carefully processed to eliminate the need for modulation. For this purpose, class G and class H power supplies may be integrated with the systems described in FIGS. In order to reduce power consumption and increase efficiency, Class G power supplies use “rail switching”. There are multiple buses that can be used, and different buses are used according to the instantaneous power consumption requirements. As a result, the area between the signal to be driven and the bus is smaller. Thus, the amplifier increases efficiency by reducing the power wasted on the output transistor. Class G power supplies are more efficient than class AB power supplies, but not as efficient as switching methods, but do not have the negative electromagnetic interference effect of switching. FIG. 12A shows an output graph 1200 having a voltage axis 1201 and a time axis 1202, which represents a modulation signal 1203 and a plurality of voltage rails 1204A to 1204F. From time t = 0 to t = 1, the amplitude of the modulation signal 1203 is smaller than V1. As a result, the class G power supply matches the voltage rail V1 1204C. When the switching transistor is turned on so that the upward slope appears to start near t = 1, the driver (eg, current sources 831 and 832 in FIG. 4) wastes power as heat, thereby increasing efficiency. Loses sex. Since rail V1 1204C is low compared to the amplitude of modulated signal 1203 at time t = 1, the overall inefficiency is greatly reduced. Since the amplitude of the modulation signal 1203 increases between times t = 1 and t = 2, a larger voltage rail is required to drive the modulation signal. For this reason, it switches to rail V2 1204B. Similarly, after time t = 3, rail V3 1204A is used because the amplitude of modulated signal 1203 increases again. Similarly, in the negative cycle, the amplitude of the modulation signal 1203 increases negatively from the time t = 4 to the time t = 6, so that the switching is sequentially performed from the negative rail 1204D to 1204F.

図12BはH級の電源の出力1250を示す。H級の増幅器は、G級の電源の場合のように電源レール軸を変調するが、電源レールを連続的に変調することでもう一歩先へ進み、無限に可変である電源レールを形成する。これは、電源レールが所与の時間において出力信号よりも絶対量で比較的わずかにだけ大きくなるように電源レールを変調することによってなされる。結果として、出力段はいつでもその最大効率で動作する。グラフ1250は電圧軸1251および時間軸1252を有する。簡単化のため、図12Aに示したものと同じ変調信号1253を用いる。H級の増幅器では、電源軸電圧1254は変調信号1253に近い線を描く。したがって、変調信号1253と軸電圧1254との間のデルタは連続的に最小となる。結果として、駆動素子(例えば図4の電流電源831および832)は効率的に駆動される。   FIG. 12B shows the output 1250 of a class H power supply. The class H amplifier modulates the power rail axis as in the class G power supply, but by continuously modulating the power rail, it goes one step further and forms a power rail that is infinitely variable. This is done by modulating the power rail so that it is relatively slightly larger in absolute quantity than the output signal at a given time. As a result, the output stage always operates at its maximum efficiency. The graph 1250 has a voltage axis 1251 and a time axis 1252. For simplicity, the same modulation signal 1253 as shown in FIG. 12A is used. In the class H amplifier, the power supply shaft voltage 1254 draws a line close to the modulation signal 1253. Therefore, the delta between the modulation signal 1253 and the shaft voltage 1254 is continuously minimized. As a result, the drive elements (eg, current power supplies 831 and 832 in FIG. 4) are driven efficiently.

図12Cは、高調波歪み補正システム1600におけるH級の電源の実施例を示す。H級の電源は、正のスイッチング電源1620および負のスイッチング電源1630に直流電圧を供給する整流器1610を有する。整流器1610は、位相線1603および中性線1604に電気的に接続され、それらから交流電源を受ける。任意の低域通過フィルタ1611は、交流電力における不要なノイズまたはアーチファクトをフィルタリングすることができる。整流器1612はフィルタリングされた交流電力を直流電力に整流する。いかなる公知の便利なまたは特定用途の整流回路、例えばブリッジ整流器で十分である。ある実施の形態において、供給される電力の力率をほぼ1にする力率改善モジュール1615が設けられる。一例として、図1および図2ならびに対応するテキストに記述されるような力率改善回路を用いることができる。正のスイッチング電源1610はスイッチングトランジスタ1611を有する。スイッチングトランジスタ1611は、基準信号から位相線1603のサンプルを減算することによって補正信号を形成するために図6から図11に記述されたように動作するプロセッサユニット1650から制御信号を受けとる。制御信号にしたがって、スイッチングトランジスタ1611は、PWM信号の正の平均をとるLCフライホイール網1622を通るPWM信号を形成する。アーチファクトまたはノイズは任意の低域通過フィルタ1623によってフィルタリングされる。過電流センサ1624が、電流サージの状況を制御あるいは制限するために設けられる。同様に、負のスイッチング電源1630はスイッチングトランジスタ1631を有する。また、スイッチングトランジスタ1631はプロセッサユニット1650から制御信号を受けとる。負のスイッチング電源1630の場合、上述のいくつかの図および対応するテキストで説明しているように、補正される正の高調波がある場合のみ、プロセッサユニット1650は制御信号を送る。制御信号にしたがって、スイッチングトランジスタ1631は、PWM信号の負の平均をとる別のLCフライホイール網1632を通るPWM信号を形成する。アーチファクトまたはノイズは任意の低域通過フィルタ1633によってフィルタリングされる。過電流センサ1634が電流サージの状況を制御あるいは制限するために設けられる。   FIG. 12C shows an example of a class H power supply in harmonic distortion correction system 1600. The class H power supply includes a rectifier 1610 that supplies a DC voltage to a positive switching power supply 1620 and a negative switching power supply 1630. The rectifier 1610 is electrically connected to the phase line 1603 and the neutral line 1604, and receives AC power from them. An optional low pass filter 1611 can filter unwanted noise or artifacts in the AC power. The rectifier 1612 rectifies the filtered AC power into DC power. Any known convenient or special purpose rectifier circuit, such as a bridge rectifier, is sufficient. In one embodiment, a power factor improvement module 1615 is provided that sets the power factor of the supplied power to approximately unity. As an example, a power factor correction circuit as described in FIGS. 1 and 2 and the corresponding text can be used. The positive switching power supply 1610 includes a switching transistor 1611. Switching transistor 1611 receives a control signal from processor unit 1650 that operates as described in FIGS. 6-11 to form a correction signal by subtracting a sample of phase line 1603 from the reference signal. In accordance with the control signal, the switching transistor 1611 forms a PWM signal through the LC flywheel network 1622 that takes a positive average of the PWM signal. Artifacts or noise are filtered by an optional low pass filter 1623. An overcurrent sensor 1624 is provided to control or limit the current surge situation. Similarly, the negative switching power supply 1630 includes a switching transistor 1631. The switching transistor 1631 receives a control signal from the processor unit 1650. In the case of a negative switching power supply 1630, the processor unit 1650 sends a control signal only if there are positive harmonics to be corrected, as described in the above figures and corresponding text. According to the control signal, the switching transistor 1631 forms a PWM signal through another LC flywheel network 1632 that takes the negative average of the PWM signal. Artifacts or noise are filtered by an optional low pass filter 1633. An overcurrent sensor 1634 is provided to control or limit the current surge situation.

図12Dは、別の実施の形態のH級の電源を有する高調波歪み減少システム1700を示す。図16の実施の形態と同様に、整流器1710は、位相線1703および中性線1704に電気的に接続され、それらから交流電源を受ける。低域通過フィルタ1711が、交流電力における不要なアーチファクトをフィルタリングするために設けられる。ブリッジ整流器1712はフィルタリングされた交流電力を直流電力に整流する。ブリッジ整流器について述べているが、いかなる公知の便利なまたは特定用途の回路が、そのようなブリッジ整流器として十分である。ある実施の形態において、供給される電力の力率をほぼ1にするために力率改善モジュール1715が設けられる。一例として、図1および図2対応するテキストに記述されるように、力率改善回路を用いることができる。正のスイッチング電源1710はスイッチングトランジスタ1721を有する。スイッチングトランジスタ1721は、基準信号から位相線1703のサンプルを減算することによって補正信号を形成するために図6から図11に記述されたように動作するプロセッサユニット1750から制御信号を受けとる。制御信号にしたがって、スイッチングトランジスタ1721は、PWM信号の正の平均をとるLCフライホイール網1722を通るPWM信号を形成する。アーチファクトまたはノイズは任意の低域通過フィルタ1723によってフィルタリングされる。過電流センサ1724が電流サージの状況を制御あるいは制限するために設けられる。正のスイッチング電源1710によって供給される変調された正の電力は、第2の正のスイッチングトランジスタ1725に流れる。第2の正のスイッチングトランジスタ1725もプロセッサユニット1750によって制御される。都合が良いことに、正のスイッチング電源1710によって供給される変調された電力は、第2の正のスイッチングトランジスタ1725によって受けとられるPWM信号に近い線を描く。結果として、図12Bの出力グラフで説明されたように、電力供給と電力需要との間のあき高は非常に小さい。負のスイッチングトランジスタ1731も、プロセッサユニット1750から制御信号を受けとる。負のスイッチングトランジスタ1731は、正の高調波が検出されたとき、つまり電流が等価住居内負荷1740から流し出されねばならないときのみ、プロセッサユニット1750によって起動される。制御信号にしたがって、負のスイッチングトランジスタ1731は、LCフライホイール網1732を通るPWM信号を形成し、それによってPWM信号の負の平均をとる。任意の低域通過フィルタ1723はアーチファクトまたはノイズをフィルタリングする。過電流センサ1734が電流サージの状況を制御または制限するために設けられる。負のスイッチング電源1730によって供給される変調された正の電力は、第2のスイッチングトランジスタ1735に流れる。第2の負のスイッチングトランジスタ1735もプロセッサユニット1750によって制御される。都合が良いことに、負のスイッチング電源1720によって供給される変調された電力は、第2の正のスイッチングトランジスタ1725によって受けとられるPWM信号に近い線を描く。結果として、図12Bの出力グラフで説明されたように、電力供給と電力需要との間のあき高は非常に小さい。   FIG. 12D shows another embodiment of a harmonic distortion reduction system 1700 having a class H power supply. Similar to the embodiment of FIG. 16, the rectifier 1710 is electrically connected to the phase line 1703 and the neutral line 1704 and receives AC power from them. A low pass filter 1711 is provided to filter out unwanted artifacts in the AC power. The bridge rectifier 1712 rectifies the filtered AC power into DC power. Although a bridge rectifier is described, any known convenient or application specific circuit is sufficient as such a bridge rectifier. In some embodiments, a power factor improvement module 1715 is provided to bring the power factor of the supplied power to approximately unity. As an example, a power factor correction circuit can be used as described in the text corresponding to FIGS. The positive switching power supply 1710 includes a switching transistor 1721. Switching transistor 1721 receives a control signal from processor unit 1750 that operates as described in FIGS. 6-11 to form a correction signal by subtracting a sample of phase line 1703 from the reference signal. In accordance with the control signal, switching transistor 1721 forms a PWM signal through LC flywheel network 1722 that takes a positive average of the PWM signal. Artifacts or noise are filtered by an optional low pass filter 1723. An overcurrent sensor 1724 is provided to control or limit the current surge situation. The modulated positive power supplied by the positive switching power supply 1710 flows to the second positive switching transistor 1725. The second positive switching transistor 1725 is also controlled by the processor unit 1750. Conveniently, the modulated power supplied by the positive switching power supply 1710 draws a line close to the PWM signal received by the second positive switching transistor 1725. As a result, as explained in the output graph of FIG. 12B, the clearance between the power supply and the power demand is very small. The negative switching transistor 1731 also receives a control signal from the processor unit 1750. The negative switching transistor 1731 is activated by the processor unit 1750 only when positive harmonics are detected, that is, when current must be drawn from the equivalent residential load 1740. According to the control signal, the negative switching transistor 1731 forms a PWM signal through the LC flywheel network 1732 and thereby takes a negative average of the PWM signal. Optional low pass filter 1723 filters out artifacts or noise. An overcurrent sensor 1734 is provided to control or limit the current surge situation. The modulated positive power supplied by the negative switching power supply 1730 flows to the second switching transistor 1735. The second negative switching transistor 1735 is also controlled by the processor unit 1750. Conveniently, the modulated power supplied by the negative switching power supply 1720 draws a line close to the PWM signal received by the second positive switching transistor 1725. As a result, as explained in the output graph of FIG. 12B, the clearance between the power supply and the power demand is very small.

図13Aは、別の実施例の、セレクタ1870を通して太陽光発電システム(図示していない)と一体化している高調波歪み減少システム1800を示す。図13Aに示したシステムの利点と価値を議論する前に、従来技術の太陽光発電送信システムを理解することは有益である。図13Bは標準的な従来技術の太陽光発電送信システム1890を示す。太陽光パネル1891は、最大限の太陽光を受けるように設置される。太陽光パネル1891は、逆電流から太陽光パネル1891を保護するダイオード1892を通してレギュレータ1893に電気的に接続される。レギュレータ1892は太陽光パネル1891から有効電流を分離し、その一方でバッテリ1894およびインバータ1895に対しDC12V(または他の所望の電圧)を維持する。万一太陽光パネル1891が太陽光不足のために電流を生成するのを止メーター場合に、バッテリ1894はインバータ1895に電流を流し続けるための緩衝材として機能する。太陽光パネル1891は直流電流のみを生成するため、インバータは、電力が住宅等価性負荷に対応するように直流電流を交流電流に変換せねばならない。インバータは図12Cの1603および1604のような電力線(または位相線)および中性線に接続される。また、インバータ1895は、インバータ1895とレギュレータ1893との間に接続されるフューズ1897によっても保護される。レギュレータ1893、インバータ1895およびバッテリ1894はまた、太陽光発電送信システム1890が設置されている住宅の下の地面に挿入される、通常は長い金属棒であるアーススパイクを通して接地している。しかしながら、DC/ACインバータは非効率的であることがよく知られている。最も効率的に設計してもおよそ85%の効率にしか届かない、つまり太陽光パネル1891によって生成するエネルギーの15%が熱または機械振動として浪費されている。   FIG. 13A shows another embodiment of a harmonic distortion reduction system 1800 that is integrated with a photovoltaic system (not shown) through a selector 1870. Before discussing the benefits and values of the system shown in FIG. 13A, it is useful to understand the prior art photovoltaic transmission system. FIG. 13B shows a standard prior art photovoltaic power transmission system 1890. The solar panel 1891 is installed so as to receive the maximum amount of sunlight. The solar panel 1891 is electrically connected to the regulator 1893 through a diode 1892 that protects the solar panel 1891 from reverse current. Regulator 1892 isolates the active current from solar panel 1891 while maintaining DC 12V (or other desired voltage) for battery 1894 and inverter 1895. In the unlikely event that the solar panel 1891 stops generating current due to lack of sunlight, the battery 1894 functions as a buffer material to keep current flowing through the inverter 1895. Since the solar panel 1891 generates only a direct current, the inverter must convert the direct current to an alternating current so that the power corresponds to a house equivalent load. The inverter is connected to power lines (or phase lines) and neutral lines such as 1603 and 1604 in FIG. 12C. Inverter 1895 is also protected by a fuse 1897 connected between inverter 1895 and regulator 1893. Regulator 1893, inverter 1895 and battery 1894 are also grounded through a ground spike, usually a long metal rod, which is inserted into the ground below the house where the photovoltaic transmission system 1890 is installed. However, it is well known that DC / AC inverters are inefficient. Even the most efficient design reaches only about 85% efficiency, ie 15% of the energy generated by the solar panel 1891 is wasted as heat or mechanical vibration.

このため、図13Aは、非効率的で扱いにくいインバータを用いることなく太陽エネルギーを等価住居内負荷1850に注入するか、または電力送電網1801に戻すかのどちらかを行う能力を有する高調波歪み減少システム1800を示す。高調波歪み減少システム1800は直流電源1810を有する。直流電源1810は位相線1803および中性線1804に接続されており、そこから交流電力を受け取る。任意の低域通過フィルタ1811は位相線1803における高調波またはアーチファクトをフィルタリングする。絶縁変圧器1812が、太陽光発電システムに対して位相線1803および中性線1804にガルバニック絶縁を施すため備えられることは好ましい(後述する)。したがって、ブリッジ整流器1813コンバータは交流電力を直流電力に整流する。ブリッジ整流器1813が示されているが、いかなる整流回路または手段を用いることができる。状況に応じて、力率改善回路モジュール1814および1815は電源1814および1815における電流の歪みを改善することができ、電流の高調波歪みをほぼ0にできる。直流電源1810はスイッチ1870に接続される。スイッチ1870は、直流電源1810または外部直流電源としての太陽光発電システム(図示していない)のどちらかを選択的に接続する。スイッチ1870は、測定、プロセッサおよびメモリユニット1820によって制御できる。ユニット1820は、時刻およびあらかじめプログラムされた日の出および日没の予定に基づいて、直流電源1810と太陽光発電システムとを自動的に切り替えるようにプログラムすることができる。あるいは、ユニット1820は、太陽光発電システムの瞬間発電力に応じて直流電源1810または太陽光発電システムのどちらに切り替えるかを命令することができる。太陽光発電システムが、測定された高調波エラーを改善するために十分な電力を生成している場合、太陽光発電システムを高調波歪み減少システム1800に切り替えることができる。太陽光発電システムによって供給される過剰電力は、等価住居内負荷1850によって用いることができる。スイッチ1870は、正のスイッチング回路1830および、直流電源または太陽光発電システムのどちらかによって供給される正の直流電力を反転する負の電源1815に接続される。負のスイッチング回路1840は負の電源1815によって供給される負の直流電力を変調させる。正のスイッチング回路1830および負のスイッチング回路1840は、いくつかの実施の形態において上述したように、プロセッサユニット1825によって制御され、負の高調波エラーを改善するために正のPWM信号を生成し、正の高調波エラーを改善するために負のPWM信号を生成する。高周波変圧器1880によってガルバニック絶縁が施されるのは好ましい。高周波変圧器は、太陽光発電システムによって起こる電位スパイクから、等価住居内負荷1850および電力送電網1801を絶縁する。実際、そのような絶縁は太陽光発電システムに関する規制によって要求され得る。任意の低域通過フィルタ1881はアーチファクトまたはノイズをフィルタリングする。都合が良いことに、インバータ1895のことを考える必要のない図13Bに示す太陽光発電システムは、非常に高い効率で、高調波歪み減少システム1800とともに動作することができる。さらに、第2の低域通過フィルタ1882および高周波変圧器1880は等価住居内負荷1850と並列接続しているように示されている。当業者にとって容易に明らかである
図13Aに記述されているシステムの利点の1つが図13Cに図示されている。図13Cは、電流軸Iおよび時間軸tを有するグラフ1875を示す。第1の出力曲線1876は非常に歪んだ電流の波形を表す。いくつかの図および対応するテキストに記述される手段と方法を通して、正および負の高調波エラー改善するためにそれぞれ電流を選択的に流し出すことおよび流し込むことによって、1本斜線が描かれた領域で表される高調波歪み1872を改善することができることが示されている。形成されるのは改善された電流の波形1877である。しかしながら、図13Cのシステム1800を動作させることで、太陽光発電システムから追加エネルギーを注入することが可能になる。結果として、新しい電流の波形1878は、二本十字斜線が描かれた領域で表される追加注入された電流1873によって形成される。上述したように、PWM変調は、例えば図8のトランジスタ1308Aおよびトランジスタ1308Bのように、電源を制御する非常に効率の良い方法である。動作中に、太陽光発電システムによって生成する直流電流は、従来技術の太陽光発電システムに見られるインバータによって等価住居内負荷に損失なく用いられる交流電力に変換される。
Thus, FIG. 13A illustrates harmonic distortion with the ability to either inject solar energy into the equivalent residential load 1850 or return it to the power grid 1801 without using an inefficient and cumbersome inverter. A reduction system 1800 is shown. Harmonic distortion reduction system 1800 has a DC power supply 1810. DC power supply 1810 is connected to phase line 1803 and neutral line 1804 and receives AC power therefrom. Optional low pass filter 1811 filters out harmonics or artifacts in phase line 1803. An isolation transformer 1812 is preferably provided to provide galvanic insulation to the phase line 1803 and the neutral line 1804 for the photovoltaic system (described below). Therefore, the bridge rectifier 1813 converter rectifies AC power into DC power. Although a bridge rectifier 1813 is shown, any rectifier circuit or means can be used. Depending on the situation, the power factor correction circuit modules 1814 and 1815 can improve current distortion in the power supplies 1814 and 1815, and the current harmonic distortion can be nearly zero. DC power supply 1810 is connected to switch 1870. Switch 1870 selectively connects either DC power supply 1810 or a photovoltaic power generation system (not shown) as an external DC power supply. Switch 1870 can be controlled by measurement, processor and memory unit 1820. Unit 1820 can be programmed to automatically switch between DC power source 1810 and the photovoltaic system based on time of day and pre-programmed sunrise and sunset schedules. Alternatively, the unit 1820 can command whether to switch to the DC power supply 1810 or the solar power generation system according to the instantaneous power generation of the solar power generation system. If the photovoltaic system is generating enough power to improve the measured harmonic error, the photovoltaic system can be switched to the harmonic distortion reduction system 1800. The excess power supplied by the photovoltaic system can be used by the equivalent residential load 1850. The switch 1870 is connected to a positive switching circuit 1830 and a negative power source 1815 that inverts positive DC power supplied by either a DC power source or a photovoltaic system. Negative switching circuit 1840 modulates negative DC power supplied by negative power supply 1815. Positive switching circuit 1830 and negative switching circuit 1840 are controlled by processor unit 1825, as described above in some embodiments, to generate a positive PWM signal to improve negative harmonic errors, A negative PWM signal is generated to improve the positive harmonic error. Galvanic insulation is preferably provided by high frequency transformer 1880. The high frequency transformer insulates the equivalent residential load 1850 and the power grid 1801 from potential spikes caused by the photovoltaic system. In fact, such insulation may be required by regulations relating to photovoltaic systems. An optional low pass filter 1881 filters artifacts or noise. Conveniently, the photovoltaic system shown in FIG. 13B that does not need to consider the inverter 1895 can operate with the harmonic distortion reduction system 1800 with very high efficiency. Further, the second low pass filter 1882 and the high frequency transformer 1880 are shown in parallel with an equivalent residential load 1850. One of the advantages of the system described in FIG. 13A that is readily apparent to those skilled in the art is illustrated in FIG. 13C. FIG. 13C shows a graph 1875 having a current axis I and a time axis t. The first output curve 1876 represents a very distorted current waveform. A single hatched area by selectively flowing and flowing current to improve positive and negative harmonic errors, respectively, through the means and methods described in several figures and the corresponding text It is shown that the harmonic distortion 1872 represented by can be improved. What is formed is an improved current waveform 1877. However, operating the system 1800 of FIG. 13C allows additional energy to be injected from the photovoltaic system. As a result, a new current waveform 1878 is formed by the additionally injected current 1873 represented by the area with double cross-hatched lines. As described above, PWM modulation is a very efficient method of controlling the power supply, such as transistor 1308A and transistor 1308B in FIG. During operation, the direct current generated by the photovoltaic system is converted into alternating current power that is used without loss to the equivalent residential load by an inverter found in prior art photovoltaic systems.

図13Aは、単相二線または単相三線の電力網の構成を有する、太陽光自家発電および高調波補正歪みの好ましい実施例である。別の実施の形態において、太陽光自家発電および高調波補正歪みは、分相三線または分相四線の電力網の構成(位相線、分相線、中性線および任意のアース)で実行することができる。このような場合、変圧器1890は、入力および出力側に同じ二重の巻線を有する変圧器で置換される。入力構成は図13Aと同じである。2つの出力巻線は中間点で中性線に接続され、巻線の互いのアクセスは単相線および分相線に接続される。単相線につながる電線および分相線につながる電線でのPWM変調をフィルタリングするため、1891と同様な2つの低域通過フィルタを用いることができる。   FIG. 13A is a preferred embodiment of solar in-house power generation and harmonic correction distortion having a single-phase two-wire or single-phase three-wire power grid configuration. In another embodiment, solar in-house power generation and harmonic correction distortion are performed in a phase-separated 3-line or phase-separated 4-wire power grid configuration (phase line, phase-separated line, neutral line and any ground). Can do. In such a case, transformer 1890 is replaced with a transformer having the same double winding on the input and output sides. The input configuration is the same as in FIG. 13A. The two output windings are connected to the neutral line at the midpoint, and the mutual access of the windings is connected to the single phase line and the phase separation line. Two low pass filters similar to 1891 can be used to filter the PWM modulation on the wire connected to the single phase line and the wire connected to the phase separation line.

さらにその代わりとして、三相四線または三相五線の電力網の構成(3つの単相線、中性線および任意のアース)を有する、太陽光自家発電および高調波補正歪みの構成とするのは好ましい。この場合、変圧器1890は、入力側に同じ二重の巻線を有するが出力側に3つの巻線を有する変圧器で置換される。入力構成は図13Aと同じである。出力巻線の構成はデルタまたはスター型であってもよい。スター型の構成においては、共通ノードが中間点で中性線に接続され、巻線の互いのアクセスは3つの位相線それぞれに接続される。共通出力ノードが中性線に接続され、各位相線につながる電線でのPWM変調をフィルタリングするため、1891と同様な3つの任意の低域通過フィルタを用いることができる。複相/複線システムおよび複相/複線回路に関するいくつかの追加の詳細および図は、2011年1月25日に出願された米国仮特許出願番号61/435、921に挙げられ、その全体が組み込まれる。   As an alternative, a solar power generation and harmonic correction distortion configuration with a three-phase four-wire or three-phase five-wire power grid configuration (three single-phase wires, neutral wires and any ground) Is preferred. In this case, the transformer 1890 is replaced with a transformer having the same double winding on the input side but three windings on the output side. The input configuration is the same as in FIG. 13A. The configuration of the output winding may be delta or star type. In a star configuration, the common node is connected to the neutral line at the midpoint, and the mutual access of the windings is connected to each of the three phase lines. Three arbitrary low-pass filters similar to 1891 can be used to filter the PWM modulation on the wires connecting the common output node to the neutral line and leading to each phase line. Some additional details and diagrams relating to multi-phase / double-wire systems and multi-phase / double-wire circuits are listed in US Provisional Patent Application No. 61 / 435,921, filed January 25, 2011, which is incorporated in its entirety. It is.

図14Aは高調波歪み補正システム1900の別の実施例を示す。この実施の形態において、高調波歪み補正システム1900は、高調波歪みにおけるエネルギーを取り込み、それを用いて後の歪みを改善することができる。歪みは浪費の過程ではない、すなわち歪みにおけるエネルギーは熱として浪費されないので、電力網が平均的なまたはほぼ0である直流電力値を有するときは、それ自身の歪みエネルギーによって電流の波形を作り直すことが可能である。通常、高調波歪み補正システム1900は、無効成分に歪みエネルギーを蓄え、同じまたはより小さい値であるが正負が反対の大きさである歪みを改善するために後で解放する。無効成分はコンデンサまたはコイルであってもよい。ここではコンデンサについて述べているが、当業者にとって明らかなように、コンデンサの代わりにコイルを用いるなどの同様の実施が可能である。まず、後の周期で歪みを改善するために集められ再利用されるエネルギーのグラフ表示の、歪んだ電流の波形を見ておくことは有益である。このために、図14Bは電流に対する時間出力のグラフ1980を示す。グラフ1980は電流の大きさを示す軸1981および時間軸1982を有する。高調波歪みを有する電流の波形1981、基準電流の波形1987および差分信号の波形1988という3つの波形が示されている。信号の波形1988の曲線での3つの領域は、正負が反対の大きさである同じまたはより小さい歪みを改善するために集め、蓄え、後で用いることができる歪みエネルギーを表しているので、特に興味深い。第1のE1領域1983は負の合計歪みエネルギーであり、第2のE2領域1984は正の合計歪みエネルギーであり、第3のE3領域1985はまた負の合計エネルギーである。波形のこの部分は改善周期Tの半周期を表しているので、同一かつ、正負が反対の高調波エネルギーが改善周期Tの第2半周期に現れる。結果として、E4 1983’、E5 1984’およびE6 1985’は、それぞれE1 1983、E2 1984およびE3 1985と正負が反対で等しい大きさであり、E1 1983、E2 1984およびE3 1985の蓄えられたエネルギーを注入することによって改善することができる。   FIG. 14A shows another embodiment of a harmonic distortion correction system 1900. In this embodiment, the harmonic distortion correction system 1900 can capture energy in the harmonic distortion and use it to improve subsequent distortion. Distortion is not a waste process, ie the energy in the strain is not wasted as heat, so when the grid has a DC power value that is average or nearly zero, it can reshape the current waveform with its own strain energy. Is possible. Typically, the harmonic distortion correction system 1900 stores distortion energy in the reactive component and later releases it to improve distortion that is the same or smaller value, but the opposite magnitude. The reactive component may be a capacitor or a coil. Although a capacitor is described here, it will be apparent to those skilled in the art that similar implementations are possible, such as using a coil instead of a capacitor. First, it is useful to look at the distorted current waveform in a graphical representation of the energy collected and reused to improve the distortion at a later period. To this end, FIG. 14B shows a graph 1980 of time output versus current. The graph 1980 has an axis 1981 and a time axis 1982 showing the magnitude of the current. Three waveforms are shown: a current waveform 1981 with harmonic distortion, a reference current waveform 1987 and a differential signal waveform 1988. In particular, the three regions in the curve of the signal waveform 1988 represent the strain energy that can be collected, stored, and used later to improve the same or smaller strains of opposite magnitude of positive and negative. Interesting. The first E1 region 1983 is a negative total strain energy, the second E2 region 1984 is a positive total strain energy, and the third E3 region 1985 is also a negative total strain energy. Since this part of the waveform represents a half period of the improvement period T, the same harmonic energy with opposite polarity appears in the second half period of the improvement period T. As a result, E4 1983 ′, E5 1984 ′, and E6 1985 ′ are opposite in magnitude and equal to E1 1983, E2 1984, and E3 1985, respectively, and the stored energy of E1 1983, E2 1984, and E3 1985 is It can be improved by injection.

図14Aに戻ると、蓄積素子C1 1910、蓄積素子C2 1915および蓄積素子C3 1920は、高調波エネルギーを蓄え、解放する。先の実施の形態にあるように、高調波歪み補正システム1900は等価住居内負荷1940と事業者の電力メーター1901との間に接続される。プロセッサユニット1920は、正または負の高調波エネルギーがいつ集められるのかということに従い、コンデンサC1 1910、コンデンサC2 1915およびコンデンサC3 1920を高調波歪み補正システム1900に接続するかどうかを制御する。プロセッサユニット1920は、詳細を上述したいくつかの実施の形態とほぼ同様である平均化および減算部1921を有する。例えば、平均化および減算部1921は位相線1902における電流を基準信号と比較し、それにしたがって補正信号を生成する。蓄積素子C2 1915または蓄積素子C3 1920がエネルギーを充電または放電し、次の半周期からは対応する逆エネルギーを同時に充電または放電すると、追加のプロセッサ回路素子1922はそれら蓄積素子のどちらかを起動する。各コンデンサはスイッチ1912、1917および1922によって充電または放電される。スイッチ1912、1917および1922は、図14Bのエラー信号1986にしたがってPWM信号を生成するプロセッサユニット1920によって制御される。コンデンサC1 1910およびコンデンサC2 1915は、それぞれスイッチ1913およびスイッチ1918によって、正の直流電源1905によって生成される直流電流を運ぶ正の電圧線V+1907と位相線1902との間に、または位相線1902と中性線1903との間に、選択的に接続することができる。コンデンサC2は等価住居内負荷1940と並列接続されたままである。表3は、図14Bのエラー1986に関して、コンデンサC1 1910、C2 1915およびC3 1920を充電および放電する例示的な接続様式を示す。表3は、どのコンデンサが充電または放電されているか、コンデンサがどこに接続しているか、その状態、充電または放電されているエネルギー、そして放電の結果といった事柄を順に表示している。さらに、もう1つの原理を心に留めておかなくてはならない。すなわち、コンデンサは電位差によってのみ充電することができ、したがって正の半周期の間にコンデンサを充電するためには、一方の電極をつなぐ正の直流高電圧、例えば正の電圧線V+1907と、もう一方の電極をつなぐ中性線N1903、位相線P、または負の直流高電圧V−との間にコンデンサを接続するとよい。コンデンサを負に充電するために同じ原理が適用される。すなわち、コンデンサは、一方の電極を負の電圧線V−に、もう一方の電極を中性線N、位相線P、または正の電圧線V+に接続するとよい。図14Aの実施例において、負の電源は明瞭化のために図示されていない。しかしながら、当業者にとって明らかなように、負の直流電圧は、例えば図4から図12Dおよび対応するテキストに記述されるように生成される。   Returning to FIG. 14A, storage element C1 1910, storage element C2 1915, and storage element C3 1920 store and release harmonic energy. As in the previous embodiment, the harmonic distortion correction system 1900 is connected between the equivalent residential load 1940 and the operator's power meter 1901. The processor unit 1920 controls whether to connect the capacitor C1 1910, the capacitor C2 1915, and the capacitor C3 1920 to the harmonic distortion correction system 1900 according to when positive or negative harmonic energy is collected. The processor unit 1920 has an averaging and subtracting unit 1921 that is substantially similar to some embodiments described in detail above. For example, the averaging and subtracting unit 1921 compares the current in the phase line 1902 with a reference signal and generates a correction signal accordingly. When storage element C2 1915 or storage element C3 1920 charges or discharges energy and simultaneously charges or discharges the corresponding reverse energy from the next half cycle, additional processor circuit element 1922 activates either of those storage elements. . Each capacitor is charged or discharged by switches 1912, 1917 and 1922. Switches 1912, 1917, and 1922 are controlled by a processor unit 1920 that generates a PWM signal in accordance with error signal 1986 of FIG. 14B. Capacitor C1 1910 and Capacitor C2 1915 are respectively connected between or between positive voltage line V + 1907 and phase line 1902 carrying DC current generated by positive DC power supply 1905 by switch 1913 and switch 1918, respectively. It can be selectively connected to the sex wire 1903. Capacitor C2 remains connected in parallel with equivalent residential load 1940. Table 3 shows exemplary connections for charging and discharging capacitors C1 1910, C2 1915 and C3 1920 with respect to error 1986 in FIG. 14B. Table 3 displays in order, such as which capacitor is being charged or discharged, where the capacitor is connected, its state, the energy being charged or discharged, and the result of the discharge. In addition, another principle must be kept in mind. That is, the capacitor can be charged only by a potential difference, and therefore, in order to charge the capacitor during the positive half cycle, a positive DC high voltage connecting one electrode, for example, the positive voltage line V + 1907, and the other A capacitor may be connected between the neutral line N1903, the phase line P, or the negative DC high voltage V− that connects the two electrodes. The same principle is applied to charge the capacitor negatively. That is, in the capacitor, one electrode may be connected to the negative voltage line V− and the other electrode may be connected to the neutral line N, the phase line P, or the positive voltage line V +. In the embodiment of FIG. 14A, the negative power supply is not shown for clarity. However, as will be apparent to those skilled in the art, the negative DC voltage is generated, for example, as described in FIGS. 4-12D and corresponding text.

Figure 0005865842
Figure 0005865842

コンデンサC1 1910、コンデンサC2 1915およびコンデンサC3 1920を流れる電流は、いかなる方向にも流れることができる。それぞれのパルス幅変調器に制御されるスイッチ1912、スイッチ1917およびスイッチ1922は二方向性のスイッチで、例えば並列および逆方向(すなわち、ドレインからソースおよびソースからドレイン)に接続される2つのトランジスタとともに実施されることが好ましい。いかなるあらゆるトランジスタをも用いることができ、それにはバイポーラトランジスタ、MOSトランジスタ、IGBTトランジスタ、またはJFETトランジスタを含むことができるがこれに限定されない。状況に応じて、コンデンサC1 1910、コンデンサC2 1915およびコンデンサC3 1920は、プロセッサユニット1920によって生成される変調信号をフィルタリングするために、それぞれPWMフィルタ1911、1916および1921に接続される。   The current through capacitor C1 1910, capacitor C2 1915 and capacitor C3 1920 can flow in any direction. Switch 1912, switch 1917 and switch 1922 controlled by the respective pulse width modulators are bi-directional switches, eg, with two transistors connected in parallel and reverse (ie, drain to source and source to drain). Preferably, it is implemented. Any transistor can be used, including but not limited to bipolar transistors, MOS transistors, IGBT transistors, or JFET transistors. Depending on the situation, capacitor C1 1910, capacitor C2 1915 and capacitor C3 1920 are connected to PWM filters 1911, 1916 and 1921, respectively, to filter the modulated signal generated by processor unit 1920.

使用目的によっては、より単純なトポロジーを有し、将来起こる高調波の容量を改善するために高調波エネルギーを用いる能力を同時に有することは望ましい。このために、図14Cは単純化された高調波歪み補正システム1990を示す。高調波歪み補正システム1990は電力線における全ての歪みのうちの一部を改善する。図示した実施の形態において、歪みの改善はエラーE2 1984およびエラーE5 1984’が生成される期間中に効率的である。つまり、電力線の電流が、絶対値で基準電流よりも大きいときである。歪みが他の方法で、例えば図4から図13のシステムとは違う方法で説明されるようなある用途では、図14Cの実施の形態のようなより単純な実施の形態で十分である。高調波歪み補正システム1990はまた、事業者の電力メーター1901と等価住居内負荷1940との間で、位相線1902および中性線1903に接続される。1つのコンデンサ1991はスイッチ1992によって等価住居内負荷1940と選択的に並列接続される。スイッチ1992はプロセッサユニット1995によって制御される。位相線1902の電流が歪み、基準信号よりも大きくなる正の半周期(例えば、図14BのエラーE2 1984が形成される)の間に、コンデンサ1991は、歪みの容量である過剰なエネルギーを充電し蓄える。負の半周期の間には、同じことが起こるが逆電流の兆候を有し、コンデンサ1991は放電し、負の高調波エネルギーを打ち消す正の供給源としてふるまう。都合が良いことに、コンデンサ1991は位相線1902と中性線1903との間に接続され、他のいかなる電位あるいはノードに他の電流は流れ込まず、それによって効率性は減少する。通常、図14Aおよび図14Cにおいて、単コンデンサが参照されるが、コンデンサ列を用いることができることも理解される。   Depending on the intended use, it is desirable to have a simpler topology and at the same time have the ability to use harmonic energy to improve the capacity of future harmonics. For this reason, FIG. 14C shows a simplified harmonic distortion correction system 1990. Harmonic distortion correction system 1990 improves some of all distortions in the power line. In the illustrated embodiment, the distortion improvement is efficient during the period in which error E2 1984 and error E5 1984 'are generated. That is, the current of the power line is larger in absolute value than the reference current. For certain applications where the distortion is described in other ways, for example differently from the system of FIGS. 4 to 13, a simpler embodiment such as the embodiment of FIG. 14C is sufficient. The harmonic distortion correction system 1990 is also connected to the phase line 1902 and the neutral line 1903 between the operator's power meter 1901 and the equivalent residential load 1940. One capacitor 1991 is selectively connected in parallel with an equivalent residential load 1940 by a switch 1992. The switch 1992 is controlled by the processor unit 1995. During the positive half-cycle where the current in phase line 1902 is distorted and larger than the reference signal (eg, error E2 1984 in FIG. 14B is formed), capacitor 1991 charges excess energy, which is the capacity of the distortion. Save. During the negative half-cycle, the same happens but with signs of reverse current, capacitor 1991 discharges and acts as a positive source that cancels the negative harmonic energy. Conveniently, capacitor 1991 is connected between phase line 1902 and neutral line 1903 so that no other current flows into any other potential or node, thereby reducing efficiency. Typically, in FIGS. 14A and 14C, a single capacitor is referenced, but it will be understood that a capacitor string may be used.

図14Dは、別の実施の形態の、後で起こる高調波歪みを改善するために高調波エネルギーを再利用する能力を有する高調波歪み減少システム2000を示す。高調波歪み減少システム2000は、事業者の電力メーター2001と等価住居内負荷との間に接続される。高調波歪み減少システム2000は、それぞれが位相線2002および中性線2003に接続されている負の直流電源2015および正の直流電源2010を有する。第1のコンデンサ2030は、三位スイッチ2032によって、正の直流電源2010、負の直流電源2015,または中性線2003に選択的に接続される。第1のコンデンサ2030はまた、位相線2002に接続される。第1のコンデンサ2030の充電および放電は、プロセッサユニット2020によって生成されるPWM信号によって制御されるスイッチ2033によって制御される。状況に応じて、PWMフィルタ2031は、プロセッサユニット2020によって生成されるPWM変調信号をフィルタリングする。第2のコンデンサ2040は等価住居内負荷2040に選択的に並列接続される。同様に、第2のコンデンサ2040の充電および放電は、プロセッサユニット2020によって供給されるPWM信号によって順に制御されるスイッチ2043によって制御される。ここでは、周知であり高効率であると理解されているのでPWM制御信号について述べているが、スイッチ2033およびスイッチ2043を制御するいかなる方法または手段をも用いることができる。PWMフィルタ2041は、プロセッサユニット2020によって生成されるPWM変調信号をフィルタリングする。都合が良いことに、高調波歪み減少システム2000は、この例では第1のコンデンサ2030である少なくとも1つのエネルギー蓄積素子から中性線2003に経路を供給するので、素子は中間線2003に放電することができ、よりよい効率性を遂行する。なぜなら、エネルギー蓄積素子は、中間線2020に放電している間は、正の直流電源2010にも負の直流電源2020にも接続されていないからである。追加の実施の形態および高調波歪み補正システムならびに回路は、2011年1月19日に出願された米国仮特許出願番号61/435、658に挙げられ、その全体が組み込まれる。
処理の別の方法
上述したいくつかの実施の形態において、補正信号に到達するためのアナログ処理が広く議論されてきた。つまり、全ての実施の形態において、アナログ構成要素が比較し、減算し、変調して、選択的に電流を流し出すまたは流し込むか、あるいは高調波エネルギーを蓄え、用いるためのコンデンサの充電を制御するかのどちらかを行うためにスイッチを制御する補正信号に到達する。しかしながら、フーリエ変換を用いることで、デジタル領域でも処理を行うことができるようになった。アナログ信号、例えば電流、電圧、有効電力、無効電力、位相(電流を電圧に)、ゼロ交差イベント、有効電力THD、無効電力THD、電圧THD、電流THD、I_RMS、U_RMS、力率、あるいは他のいかなる有益な信号の構成要素が、1つ以上のアナログ/デジタル変換器(ADC)によってデジタル化される。当業者にとって明らかであるように、デジタル処理はDSPプロセッサまたはASIC、あるいはFPGA、およびメモリによって実行される。いくつかの既製のプロセッサまたはアレイは、Xilinx、Analog Devices、および他の供給者から入手できる。都合の良いことに、そのようなプロセッサはフレキシブルで、最も効率的に、一部をデジタル処理し一部をアナログ処理することができる。したがって、出力アナログ信号は1つ以上のデジタル/アナログ変換器(DAC)によって生成するか、またはPWM信号または別の変調されたアナログ信号のようなデジタル信号または偽デジタル信号から内部的に得られる。そのような実施例はまた、過電圧、過電流、過電力、温度過上昇、および他の関連の入力/出力パラメーターの値に対して保護回路を有してもよい。周知の通り、アナログ信号はデジタル信号へデジタル化し、デジタルで処理することができる。
FIG. 14D illustrates another embodiment of a harmonic distortion reduction system 2000 that has the ability to reuse harmonic energy to improve subsequent harmonic distortion. The harmonic distortion reduction system 2000 is connected between the operator's power meter 2001 and the equivalent residential load. The harmonic distortion reduction system 2000 includes a negative DC power supply 2015 and a positive DC power supply 2010 that are connected to a phase line 2002 and a neutral line 2003, respectively. The first capacitor 2030 is selectively connected to the positive DC power supply 2010, the negative DC power supply 2015, or the neutral line 2003 by the three-position switch 2032. The first capacitor 2030 is also connected to the phase line 2002. Charging and discharging of the first capacitor 2030 is controlled by a switch 2033 that is controlled by a PWM signal generated by the processor unit 2020. Depending on the situation, the PWM filter 2031 filters the PWM modulation signal generated by the processor unit 2020. The second capacitor 2040 is selectively connected in parallel to the equivalent residential load 2040. Similarly, charging and discharging of the second capacitor 2040 is controlled by a switch 2043 that is sequentially controlled by a PWM signal supplied by the processor unit 2020. Although the PWM control signal is described here because it is well known and understood to be highly efficient, any method or means for controlling the switch 2033 and switch 2043 can be used. The PWM filter 2041 filters the PWM modulation signal generated by the processor unit 2020. Conveniently, the harmonic distortion reduction system 2000 provides a path to the neutral line 2003 from at least one energy storage element, which in this example is the first capacitor 2030, so that the element discharges to the intermediate line 2003. Can carry out better efficiency. This is because the energy storage element is not connected to the positive DC power supply 2010 or the negative DC power supply 2020 while discharging to the intermediate line 2020. Additional embodiments and harmonic distortion correction systems and circuits are listed in US Provisional Patent Application No. 61 / 435,658, filed January 19, 2011, which is incorporated in its entirety.
Alternative Methods of Processing In some embodiments described above, analog processing for reaching the correction signal has been widely discussed. That is, in all embodiments, analog components compare, subtract, and modulate to selectively source or inject current or store harmonic energy and control the charging of capacitors for use. A correction signal is reached that controls the switch to do either. However, processing can be performed even in the digital domain by using Fourier transform. Analog signal, eg current, voltage, active power, reactive power, phase (current to voltage), zero crossing event, active power THD, reactive power THD, voltage THD, current THD, I_RMS, U_RMS, power factor, or other Any useful signal components are digitized by one or more analog-to-digital converters (ADCs). As will be apparent to those skilled in the art, digital processing is performed by a DSP processor or ASIC, or FPGA and memory. A number of off-the-shelf processors or arrays are available from Xilinx, Analog Devices, and other suppliers. Conveniently, such a processor is flexible and most efficiently capable of digitally processing part and analog processing part. Thus, the output analog signal is generated by one or more digital-to-analog converters (DACs) or is derived internally from a digital or pseudo digital signal, such as a PWM signal or another modulated analog signal. Such embodiments may also have protection circuitry against values of overvoltage, overcurrent, overpower, overtemperature, and other related input / output parameters. As is well known, analog signals can be digitized into digital signals and processed digitally.

例示的な実施例において、力率および全高調波歪みの減失を有する位相線における全電流は、周波数領域においてFFTまたは他の変圧器、例えばDFTによっていくつかの周期を測定され、定量化され、変圧される。FFTは、1つの信号期間(例えば1/60Hz)あたりに一度、またはその期間中の一部の期間に複数回、測定された全電流のいくつかのポイントで処理できる。実数および虚数のベクトルの両方を得ることができる。周期的でないFFTのサンプリングの影響によってFFTで生成されるアーチファクトを減少させるために、窓関数を用いることができる。いかなる公知の窓、例えばハン窓、ハミング窓、ブラックマン窓、コサイン窓、矩形型窓を用いることができる。FFTに入力される多くのサンプル値は電流信号期間の整数時間に合わせることは好ましい。そうすることでFFTに生じるアーチファクトを低下および抑制し、窓関数の必要性が減少するが、あったとしても、容易な処理およびより高いFFTの周波数または振幅選別のために望ましい。あるいは、サンプルの数値はいくつかの電流入力信号に等しく、例えば2から50である。理想的な電流周波数レスポンスIref(f)を用いることができ、それは入力電流のRMS値でスケールを変えることができる。サイズnのIref(f)およびItot(f)の複合ベクトルの両方が指数(j=1、…、n)毎に比較され、それによってCorr_I(f)=Real{Corr_I(f)}+Im{Corr_I(f)}で示される複合エラーベクトルを生成する。また、ループフィルタおよびその他の処理はその後実行される。エラーベクトル信号Corr_I(f)はそれから時間領域に再変換され、エイリアシングを避けるために低域通過フィルタでフィルタリングされる。フィルタリングされたエラー信号は補正信号を変調するための変調信号として用いることができる。同時に、正の値のエラー信号によって、変調されたエラー信号が、流し出す/流し込む電力トランジスタをオン状態に切り替える。同様に、負の値のエラー信号によって、変調されたエラー信号が、流し込む/流し出す電力トランジスタをオン状態に切り替える。流し込む、および流し出す電力トランジスタ(反対符号)は、電力線の歪みを打ち消し、理想的な力率よりも小さくするように、和回路網電力ノードに追加される。   In an exemplary embodiment, the total current in the phase line with power factor and total harmonic distortion loss is measured and quantified in the frequency domain by FFT or other transformers such as DFT, for example. Transformed. The FFT can be processed at several points in the total current measured once per signal period (eg 1/60 Hz) or multiple times during some of the period. Both real and imaginary vectors can be obtained. A window function can be used to reduce the artifacts generated by the FFT due to the effects of non-periodic FFT sampling. Any known window can be used, such as Hann window, Hamming window, Blackman window, cosine window, rectangular window. Many sample values input to the FFT are preferably matched to an integer time of the current signal period. Doing so reduces and suppresses the artifacts that occur in the FFT and reduces the need for window functions, but is desirable for easy processing and higher FFT frequency or amplitude selection, if any. Alternatively, the sample value is equal to several current input signals, for example 2 to 50. An ideal current frequency response Iref (f) can be used, which can be scaled with the RMS value of the input current. Both Iref (f) and Itot (f) composite vectors of size n are compared for each exponent (j = 1,..., N), so that Corr_I (f) = Real {Corr_I (f)} + Im {Corr_I (F)} is generated. Further, the loop filter and other processing are subsequently executed. The error vector signal Corr_I (f) is then retransformed into the time domain and filtered with a low pass filter to avoid aliasing. The filtered error signal can be used as a modulation signal for modulating the correction signal. At the same time, a positive error signal causes the modulated error signal to switch on / off power transistors that flow out. Similarly, a negative error signal causes the modulated error signal to switch on / off power transistors. A power transistor that flows in and out (opposite sign) is added to the sum network power node to cancel power line distortion and make it less than the ideal power factor.

デジタル処理の別の方法は、Itot(t)で表される入力信号、全電流が、周期的で決定論的な信号として扱うように、本質的に周期的で十分に決定論的であるという事実を用いる。我々は3つの事例を区別することができる。第1に、電力網が静止状態であって、どの電気器具の状態も変化しないとき。この場合、電流(および電圧)が、無効負荷の力率または全高調波歪みによる位相の遅延を有してもよい。電流のエラー信号は周期的である。第2に、電力網がゆっくりと変化するとき(変化の速度は交流電力網の周波数よりもかなり遅い)。この場合、1つ以上の電気器具が、例えば5秒でフルレートに達するモータのように、その状態を変化させてもよい。この場合、ゼロ交差期間および期間から期間の間のほぼ一定の波形の振幅については信号は周期的である。第3に、電力網の状態が中間または速い速度で変化するとき(変化の速度は交流電力の周波数よりもかなり速い)。この場合、1つ以上の電気器具が、スイッチのオンまたはオフのように、その状態を変化させてもよく、信号はゼロ交差期間については周期的であるが、変化が継続しているときの波形の形および振幅については周期的ではない。   Another method of digital processing is that the input signal, denoted Itot (t), is essentially periodic and sufficiently deterministic so that the entire current is treated as a periodic and deterministic signal. Use facts. We can distinguish three cases. First, when the power grid is stationary and the state of any appliance does not change. In this case, the current (and voltage) may have a phase delay due to reactive load power factor or total harmonic distortion. The current error signal is periodic. Second, when the power grid changes slowly (the rate of change is much slower than the frequency of the AC power grid). In this case, one or more appliances may change their state, such as a motor that reaches full rate in 5 seconds. In this case, the signal is periodic for the zero-crossing period and the amplitude of the substantially constant waveform between periods. Third, when the state of the power grid changes at an intermediate or fast rate (the rate of change is much faster than the frequency of the AC power). In this case, one or more appliances may change their state, such as a switch on or off, and the signal is periodic for the zero-crossing period, but when the change continues The waveform shape and amplitude are not periodic.

最初の2つの範疇に属するいかなる効果をも改善することが望ましい。第3の範疇の効果はフィードバックループ反応時間の範囲で改善することができる。一例として、ループフィードバック反応時間RTが0.2秒であれば、RT秒よりも短いあらゆるイベントが範疇2となり改善される。しかしながら、RTよりも速い場合は、RTよりも短い期間でイベントを改善することはできない。電流エラー信号は、理想的な電流波形と移相し得る、かつ/または様々な高調波歪みを含む完全ではない測定された電流波形とを比較することで得られる。実際、入力信号または入力信号エラーが常に経時的に変化し、定常性および収束性のどちらもない場合は、標準的な比例、積分、微分PIDコントローラではループを制御できない。このために、入力電流の周波数/相、例えば60Hzおよび同相にプロセスを同調させるため、PLLまたは他のゼロ交差検出器が実行される。また、電流信号はnビットに量子化される。そして、入力電流信号と電流の基準信号との間の差であるエラー信号が生成される。電流の基準信号は、入力電流信号と同調し、そのRMS値で正規化されねばならない。電流の基準信号(単純なサイン波)は電圧入力波形から生成され、入力電圧波形で固定されたPLLによってスケールを変えるかまたは内部的に作られる。エラー入力値は、入力電流の1サイクルに正確に等しい1つの電力線を有するような電力線によって、メモリ線に記憶される。論理同期信号は、列ゼロに書き込むメモリをリセットするための各ゼロ交差イベントで生成することができる。同期論理信号はPLLまたはゼロ交差検出器によって生成することができる。完全な周期を保存するため、負から正への(または正から負への)移行のみが用いられてもよい。   It would be desirable to improve any effect belonging to the first two categories. The effect of the third category can be improved in the range of the feedback loop reaction time. As an example, if the loop feedback reaction time RT is 0.2 seconds, any event shorter than the RT seconds becomes Category 2 and is improved. However, if it is faster than RT, the event cannot be improved in a shorter period than RT. The current error signal is obtained by comparing an ideal current waveform with a measured current waveform that may be phase shifted and / or contain various harmonic distortions. In fact, if the input signal or input signal error always changes over time and there is neither stationary nor convergent, a standard proportional, integral, derivative PID controller cannot control the loop. For this purpose, a PLL or other zero crossing detector is implemented to tune the process to the frequency / phase of the input current, eg 60 Hz and in phase. The current signal is quantized to n bits. An error signal that is the difference between the input current signal and the current reference signal is then generated. The current reference signal must be tuned with the input current signal and normalized with its RMS value. The current reference signal (simple sine wave) is generated from the voltage input waveform and scaled or internally generated by a PLL fixed in the input voltage waveform. The error input value is stored in the memory line by a power line that has exactly one power line equal to one cycle of input current. A logic synchronization signal can be generated at each zero crossing event to reset the memory writing to column zero. The synchronization logic signal can be generated by a PLL or a zero crossing detector. Only a negative to positive (or positive to negative) transition may be used to preserve the complete period.

現実的な周波数は、電流入力周波数よりも10から50,000倍速い範囲であるので、60Hz周期では、0.6KSample/secと3MSample/secとの間の値である。次式を満足させるような値が好ましい。   Since the realistic frequency is in the range of 10 to 50,000 times faster than the current input frequency, the value is between 0.6 KSample / sec and 3 MSSample / sec in the 60 Hz period. A value that satisfies the following formula is preferred.

N×1/fs=T_i(t)
ここでNはある期間T_i(t)におけるサンプル数、fsはサンプリングの頻度、そしてT_i(t)は入力信号i(t)の期間である。例として、T_i(t)=1/60Hz、N=100とすると、サンプリング頻度はfs=6.0KSample/secとなる。この方法の鍵は、例えば制御ループフィードバック機構(コントローラ)がポイント単位で各列の信号を制御するために用いられるように、列単位でメモリを読み込むことである。デジタル処理が実行されるので、列あたり1つのコントローラを用いることができるが、そうでなければ、フィードバック制御の高度な方法(マルチコントローラ)を用いるか、またはある列に対するマスターコントローラが、別のデータ列に対するn−1スレーブコントローラと連動して用いられる。コントローラは、PIDまたはそのあらゆるバリエーション(P、I、D、PD、PI)、線形制御、カルマンフィルタ、ファジー論理、ニューロン、遺伝的アルゴリズム、適応制御、人工知能、機械学習、最適制御、MPC、LQG、粗制御、H無限ループ形成および確率制御であるか、またはこれらを含むことができる。その後、出力値は電力線単位で読み込まれ、コントローラで処理され、一時レジスタに保存され、そしてサンプル単位で出力され、アナログ値に再変換される。アンチエイリアシングフィルタがそれに続く。一旦補正信号が生成されれば、詳細に上述したように、その補正信号は電流を流し出すまたは流し込むのに用いることができる。いくつかの追加の詳細およびFFTまたはDFTなどを用いる信号のデジタル処理を表す図は、2011年1月19日に出願された米国仮特許出願番号61/435、658に挙げられ、その全体が組み込まれる。
N × 1 / fs = T_i (t)
Here, N is the number of samples in a certain period T_i (t), fs is the sampling frequency, and T_i (t) is the period of the input signal i (t). As an example, if T_i (t) = 1/60 Hz and N = 100, the sampling frequency is fs = 6.0 KS Sample / sec. The key to this method is to read the memory in columns so that, for example, a control loop feedback mechanism (controller) is used to control the signals in each column in points. Since digital processing is performed, one controller per column can be used, but otherwise, the advanced method of feedback control (multi-controller) is used, or the master controller for one column has different data Used in conjunction with the n-1 slave controller for the column. The controller is PID or any variation (P, I, D, PD, PI), linear control, Kalman filter, fuzzy logic, neuron, genetic algorithm, adaptive control, artificial intelligence, machine learning, optimal control, MPC, LQG, Coarse control, H infinite loop formation and stochastic control, or can include these. The output value is then read in power line units, processed by the controller, stored in a temporary register, output in sample units, and reconverted to an analog value. Followed by an anti-aliasing filter. Once the correction signal is generated, it can be used to drive or flow current as detailed above. Figures representing digital processing of signals using some additional details and such as FFT or DFT can be found in US Provisional Patent Application No. 61 / 435,658, filed January 19, 2011, which is incorporated in its entirety. It is.

本願発明は、当該発明の構成及び作用の原理の理解を容易にするため、詳細を具体化した特定の実施の形態によって説明した。特定の実施の形態及びその詳細において、この中で引用することは、本文書に添付される特許請求の範囲を制限することを意図するものではない。当業者にとって容易に明らかであるように、特許請求の範囲によって定義される発明の精神と範囲から逸脱することなく、他の多様な変形例を、説明するのに選択された実施の形態から構成することができる。   The present invention has been described in terms of specific embodiments embodying details in order to facilitate understanding of the principles of construction and operation of the invention. The citation of any particular embodiment and details thereof herein is not intended to limit the scope of the claims appended hereto. As will be readily apparent to those skilled in the art, various other modifications may be made from the embodiments chosen to illustrate without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the claims. can do.

Claims (11)

歪みを有する電気信号の歪みを低減させる歪み低減システムにおいて、
a.電力線の前記歪みを有する電気信号のうちの少なくとも一部を所望の基準信号と比較して、補正信号を生成する電気回路と、
b.歪みを改善する補正信号に従って、前記歪みを有する電気信号に対して、直流整流器及び太陽光パネルのうちの1つから電流を選択的に流し出し流し込み、前記太陽光パネルから負荷または電力網の少なくとも1つに追加の電流を選択的に流し込む電気回路とを備える歪み低減システム。
In a distortion reduction system that reduces distortion of an electric signal having distortion,
a. An electrical circuit that generates a correction signal by comparing at least a portion of the electrical signal having the distortion of the power line with a desired reference signal;
b. In accordance with a correction signal that improves distortion, a current is selectively flowed out from one of a DC rectifier and a solar panel to the electric signal having the distortion, and at least one of a load or a power grid from the solar panel. And a distortion reduction system comprising an electrical circuit that selectively allows additional current to flow through.
電流を流し出し流し込むために、前記直流整流器と前記太陽光パネルとを切り替えるプロセッサを更に備える請求項1記載の歪み低減システム。   The distortion reduction system according to claim 1, further comprising a processor that switches between the direct current rectifier and the solar panel in order to flow current in and out. 第1の巻き線及び第2の巻き線を有する変圧器であって、選択的に流し出し流し込む前記電気回路を前記電力線からガルバニック絶縁するための変圧器を更に備える請求項1記載の歪み低減システム。   The distortion reduction system of claim 1, further comprising a transformer having a first winding and a second winding for galvanically isolating the electrical circuit that selectively flows out from the power line. . 前記歪みは、高調波歪み、ノイズ、高スペクトルノイズ及び振幅変調のうちのいずれかを含むことを特徴とする請求項1記載の歪み低減システム。   The distortion reduction system according to claim 1, wherein the distortion includes any one of harmonic distortion, noise, high spectrum noise, and amplitude modulation. ノイズを有する電気信号の力率を実質的に1にする力率改善モジュールを更に備える請求項1記載の歪み低減システム。   The distortion reduction system according to claim 1, further comprising a power factor correction module that makes a power factor of an electric signal having noise substantially equal to one. 前記力率改善モジュールは、
a.前記電力線に接続された第1の負荷の無効電力を測定するセンサと、
b.前記第1の負荷に接続し、該第1の負荷の無効成分を打ち消す複数ビット無効負荷とを有することを特徴とする請求項5記載の歪み低減システム。
The power factor improvement module is
a. A sensor for measuring reactive power of a first load connected to the power line;
b. 6. The distortion reduction system according to claim 5, further comprising: a multi-bit invalid load connected to the first load and canceling invalid components of the first load.
前記電流を選択的に流し出し流し込む電気回路は、前記補正信号を、少なくとも1つの制御電流源に供給し、
前記制御電流源は、前記補正信号に基づいて、前記直流整流器及び前記太陽光パネルのうちの1つを前記電力線に接続することを特徴とする請求項1記載の歪み低減システム。
An electrical circuit for selectively flowing out and flowing the current supplies the correction signal to at least one control current source;
The distortion reduction system according to claim 1, wherein the control current source connects one of the DC rectifier and the solar panel to the power line based on the correction signal.
前記電流を選択的に流し出し流し込む電気回路は、
a.前記補正信号を変調し、変調補正信号を、前記直流整流器及び前記太陽光パネルのうちの1つが供給する電流を前記電力線に接続する少なくとも1つのスイッチに供給する変調器と、
b.変調信号をフィルタリングするフィルタとを有することを特徴とする請求項1記載の歪み低減システム。
An electric circuit for selectively flowing out the current is:
a. A modulator that modulates the correction signal and supplies the modulation correction signal to at least one switch connected to the power line with a current supplied by one of the DC rectifier and the solar panel;
b. The distortion reduction system according to claim 1, further comprising a filter for filtering the modulation signal.
前記電流を選択的に流し出し流し込む電気回路は、
a.前記直流整流器及び前記太陽光パネルのうちの1つに選択的に接続される正の直流電流を供給するための正の直流電源と、
b.前記直流整流器及び前記太陽光パネルのうちの1つに選択的に接続される負の直流電流を供給するための負の直流電源と、
c.選択的に、負の歪みに応じて前記正の直流電源の1つから前記電力線に電流を流し込むか、または、正の歪みに応じて前記電力線から前記負の直流電源に電流を流し出すプロセッサとを有することを特徴とする請求項1記載の歪み低減システム。
An electric circuit for selectively flowing out the current is:
a. A positive DC power source for supplying a positive DC current selectively connected to one of the DC rectifier and the solar panel;
b. A negative DC power supply for supplying a negative DC current selectively connected to one of the DC rectifier and the solar panel;
c. Optionally, a processor for flowing current from one of the positive DC power sources into the power line in response to negative distortion, or current from the power line to the negative DC power source in response to positive distortion; The distortion reduction system according to claim 1, further comprising:
歪みを有する電気信号の歪みを低減させる歪み低減方法において、
a.電力線の前記歪みを有する電気信号のうちの少なくとも一部を所望の基準信号と比較して、補正信号を生成するステップと、
b.直流整流器及び太陽光発電システムのうちの1つから正の直流電流を生成するステップと、
c.前記正の直流電流を反転させることによって負の直流電流を生成するステップと、
d.負の歪みを改善するために補正信号に従って負荷に前記正の直流電流を選択的に流し込むステップと、
e.正の歪みを改善するために補正信号に従って前記負荷に前記負の直流電流を選択的に流し込むステップと、
f.前記太陽光発電システムから前記負荷および電力線の少なくとも1つに追加の有効電力を流し込みそれによって全電流を増加させるステップとを含む歪み低減方法。
In a distortion reduction method for reducing distortion of an electric signal having distortion,
a. Comparing at least a portion of the electrical signal having the distortion of the power line with a desired reference signal to generate a correction signal;
b. Generating a positive DC current from one of a DC rectifier and a photovoltaic system;
c. Generating a negative DC current by inverting the positive DC current;
d. Selectively flowing the positive DC current through a load in accordance with a correction signal to improve negative distortion;
e. Selectively flowing the negative DC current into the load according to a correction signal to improve positive distortion;
f. Injecting additional active power from the photovoltaic system into at least one of the load and power line, thereby increasing the total current .
前記直流整流器及び太陽光発電システムのうちの1つから正の直流電流を生成するステップは、
a.前記太陽光発電システムが電流を生成しているかどうかを決定するステップと、
b.前記太陽光発電システムが電流を生成している場合に前記太陽光発電システムから電流を流し込むか、または前記太陽光発電システムが電流を生成していない場合に前記直流整流器から電流を流し込むステップを含むことを特徴とする請求項10記載の歪み低減方法。
Generating a positive direct current from one of the direct current rectifier and the photovoltaic system;
a. Determining whether the photovoltaic system is generating current;
b. Supplying current from the solar power generation system when the solar power generation system is generating current, or supplying current from the DC rectifier when the solar power generation system is not generating current. The distortion reduction method according to claim 10.
JP2012551241A 2010-01-25 2011-01-25 Distortion reduction device Active JP5865842B2 (en)

Applications Claiming Priority (19)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US29811210P 2010-01-25 2010-01-25
US29812710P 2010-01-25 2010-01-25
US61/298,112 2010-01-25
US61/298,127 2010-01-25
US12/694,153 2010-01-26
US12/694,171 2010-01-26
US12/694,171 US8447541B2 (en) 2009-01-26 2010-01-26 Energy usage monitoring with remote display and automatic detection of appliance including graphical user interface
US12/694,153 US8450878B2 (en) 2009-01-26 2010-01-26 Methods and apparatus for power factor correction and reduction of distortion in and noise in a power supply delivery network
US201161434250P 2011-01-19 2011-01-19
US61/434,250 2011-01-19
US201161435658P 2011-01-24 2011-01-24
US61/435,658 2011-01-24
US201161435921P 2011-01-25 2011-01-25
US13/013,764 2011-01-25
PCT/US2011/022471 WO2011091441A1 (en) 2010-01-25 2011-01-25 Methods and apparatus for power factor correction and reduction of distortion in and noise in a power supply delivery network
US61/435,921 2011-01-25
US13/013,764 US9020769B2 (en) 2009-01-26 2011-01-25 Automatic detection of appliances
US13/013,737 2011-01-25
US13/013,737 US8674544B2 (en) 2009-01-26 2011-01-25 Methods and apparatus for power factor correction and reduction of distortion in and noise in a power supply delivery network

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013518347A JP2013518347A (en) 2013-05-20
JP5865842B2 true JP5865842B2 (en) 2016-02-17

Family

ID=44355484

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012551242A Pending JP2013518556A (en) 2010-01-25 2011-01-25 Automatic detection of home appliances
JP2012551241A Active JP5865842B2 (en) 2010-01-25 2011-01-25 Distortion reduction device
JP2016031331A Pending JP2016140239A (en) 2010-01-25 2016-02-22 Automatic detection of home electric appliance

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012551242A Pending JP2013518556A (en) 2010-01-25 2011-01-25 Automatic detection of home appliances

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016031331A Pending JP2016140239A (en) 2010-01-25 2016-02-22 Automatic detection of home electric appliance

Country Status (5)

Country Link
EP (2) EP2529473A4 (en)
JP (3) JP2013518556A (en)
KR (2) KR20120138753A (en)
CN (2) CN102823123A (en)
WO (2) WO2011091444A1 (en)

Families Citing this family (79)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9612286B2 (en) 2011-02-04 2017-04-04 Bidgely Inc. Systems and methods for improving the accuracy of appliance level disaggregation in non-intrusive appliance load monitoring techniques
EP2700061A4 (en) 2011-04-22 2014-11-19 Expanergy Llc Systems and methods for analyzing energy usage
ES2396851B1 (en) * 2011-07-29 2014-07-14 Endesa Energ�A, S.A.U. REACTIVE POWER COMPENSATION SYSTEM, OF SPECIAL APPLICATION IN HOUSING.
JP5839930B2 (en) * 2011-10-19 2016-01-06 三菱電機株式会社 Electric quantity monitoring system for load system and electronic indicating instrument used for electrical quantity monitoring system
JP6258861B2 (en) 2011-11-28 2018-01-10 エクスパナージー,エルエルシー Energy search engine method and system
US8734009B2 (en) * 2011-12-06 2014-05-27 Millercoors, Llc System and method for determining the state of a beverage
JP6267852B2 (en) * 2012-02-03 2018-01-24 サターン ライセンシング エルエルシーSaturn Licensing LLC Information processing apparatus and information processing method
US20130274936A1 (en) * 2012-04-15 2013-10-17 Swan, Llc Broadcast energy demand systems and methods
AU2013251524B2 (en) 2012-04-25 2016-05-12 Bidgely Inc. Energy disaggregation techniques for low resolution whole-house energy consumption data
JP5615390B2 (en) * 2013-01-17 2014-10-29 三菱電機株式会社 Power consumption estimation device, power consumption estimation method and program
US10753979B2 (en) * 2013-04-04 2020-08-25 The Boeing Company In-situ battery monitoring system
JP6455431B2 (en) * 2013-07-17 2019-01-23 日本電気株式会社 Monitoring device, monitoring method and program
JP6450074B2 (en) * 2014-02-12 2019-01-09 株式会社ダイヘン Measuring device, power system monitoring system, and measuring method
TWI517079B (en) 2013-07-30 2016-01-11 財團法人工業技術研究院 Method for identifying electronic device and apparatus and system using the same
KR101487735B1 (en) * 2013-10-08 2015-01-29 (주)이젝스 Identification system for home appliance using inrush current and identification method therefor
KR101457360B1 (en) * 2013-10-14 2014-11-03 안효복 System for power controlling of Digital Signage
KR101503644B1 (en) * 2014-04-07 2015-03-17 한국과학기술원 Power signal recognition method and system with high order moment features for non-intrusive load monitoring
US9417092B2 (en) 2014-04-25 2016-08-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Automatic fixture monitoring using mobile location and sensor data with smart meter data
US10324117B2 (en) * 2014-04-28 2019-06-18 Landis+Gyr Innovations, Inc. Monitoring power consumption by electrical devices using monitored operational parameters
JP6287619B2 (en) * 2014-06-20 2018-03-07 株式会社デンソー Power management system
JP2016059126A (en) * 2014-09-08 2016-04-21 株式会社東芝 Power load estimation device, power load estimation method and power load estimation program
KR102129630B1 (en) * 2014-09-15 2020-07-03 매그나칩 반도체 유한회사 Circuit and method fixing frequency of ac direct light apparatus
US9634489B2 (en) * 2014-10-23 2017-04-25 Glenn Kenton Rosendahl Electrical power transmission network
US20160116508A1 (en) 2014-10-28 2016-04-28 Eaton Corporation System and method to characterize and identify operating modes of electric loads
US9152737B1 (en) 2014-11-26 2015-10-06 Sense Labs, Inc. Providing notifications to a user
WO2016085942A1 (en) * 2014-11-26 2016-06-02 Sense Labs Inc. Determining information about devices in a building using different sets of features
US9819226B2 (en) 2014-12-01 2017-11-14 Eaton Corporation Load power device and system for real-time execution of hierarchical load identification algorithms
US9866021B2 (en) 2014-12-09 2018-01-09 Eaton Corporation Load power device, system and method of load control and management employing load identification
GB2535712A (en) * 2015-02-24 2016-08-31 Energy Tech Inst Llp Method and system of monitoring appliance usage
JP6559981B2 (en) * 2015-03-13 2019-08-14 埼広エンジニヤリング株式会社 Recorder, recorder installation structure and fastening structure
DE102015113885A1 (en) * 2015-08-21 2017-02-23 Kriwan Industrie-Elektronik Gmbh Plant with at least one plant component for monitoring and / or setting the plant
WO2017057180A1 (en) * 2015-09-29 2017-04-06 日本電気株式会社 Estimation device, estimation method, and program
EP3365633B1 (en) * 2015-10-21 2020-02-26 Innogy Innovation Gmbh Meter of a supply system and supply system
JP6191974B2 (en) * 2016-01-29 2017-09-06 パナソニックIpマネジメント株式会社 Energy management system
CN107451930B (en) * 2016-06-01 2021-02-02 江苏源网和智能科技有限公司 Enterprise power load self-checking and adjusting system and method
US10524312B2 (en) 2016-07-01 2019-12-31 Weber-Stephen Products Llc Electric grill with current protection circuitry
US11454677B2 (en) 2016-07-01 2022-09-27 Weber-Stephen Products Llc Wireless control and status monitoring for electric grill with current protection circuitry
US10551893B2 (en) 2016-07-01 2020-02-04 Weber-Stephen Products Llc Digital power supply with wireless monitoring and control
KR20180004581A (en) * 2016-07-04 2018-01-12 엘에스산전 주식회사 Device of monitoring a reactive power compensation system and method thereof
IT201600123334A1 (en) * 2016-12-05 2018-06-05 Univ Degli Studi Di Firenze Intelligent socket and monitoring and control system using this socket
EP3361272A1 (en) * 2017-02-09 2018-08-15 ABB Schweiz AG Grid impedance estimation based on total least squares
KR101924330B1 (en) * 2017-02-10 2019-02-20 주식회사 테크포아이 User-centric context awareness system applying in Dynamic Environment and method using it
US10750252B2 (en) 2017-02-22 2020-08-18 Sense Labs, Inc. Identifying device state changes using power data and network data
CN110574389B (en) * 2017-02-22 2022-05-27 圣思实验室公司 Identifying device state changes using power data and network data
US9699529B1 (en) 2017-02-22 2017-07-04 Sense Labs, Inc. Identifying device state changes using power data and network data
CN106849639B (en) * 2017-03-20 2019-05-21 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 Circuit of power factor correction, control method and controller
CN106685210B (en) * 2017-03-22 2019-03-05 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 Circuit of power factor correction, control method and controller
KR101863500B1 (en) 2017-04-28 2018-06-01 김성규 Wind-block Device for preventing the scatter of harmful substances from the air
CA3094309C (en) * 2017-05-05 2022-08-30 Weber-Stephen Products Llc Wireless control and status monitoring for electric grill with current protection circuitry
US11016129B1 (en) 2017-10-20 2021-05-25 Alarm.Com Incorporated Voltage event tracking and classification
CN208316303U (en) * 2017-12-04 2019-01-01 逸节电子有限公司 System for carrying out power factor and harmonic correction in power grid
JP2019140861A (en) * 2018-02-15 2019-08-22 中電技術コンサルタント株式会社 Power data processing system and method for processing power data using power data processing system
CN108573288B (en) * 2018-05-29 2021-11-23 福建新开普信息科技有限公司 Resistive load identification and learning method based on electric energy meter
US20210240950A1 (en) * 2018-06-25 2021-08-05 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Capacitive code comparing
US20200025418A1 (en) * 2018-07-20 2020-01-23 Stiebel Eltron Gmbh & Co. Kg Procedure for Displaying Performance Data on the Front of a Tankless Electric Water Heater
JP2020036392A (en) * 2018-08-27 2020-03-05 富士通株式会社 Power monitor
US10586177B1 (en) 2018-10-02 2020-03-10 Sense Labs, Inc. Training a mathematical model for a device using a smart plug
EP3871472B1 (en) * 2018-10-23 2022-12-07 Signify Holding B.V. Lighting control method for excess electrical power accounting
CN109561551A (en) * 2018-11-15 2019-04-02 欧普照明股份有限公司 A kind of system and method identifying product information
CN109490934B (en) * 2018-12-19 2022-11-25 上海平高天灵开关有限公司 X-ray detection platform for vacuum arc-extinguishing chamber
EP3914972A1 (en) 2019-01-24 2021-12-01 Alarm.com Incorporated Hvac service performance
CN110086336B (en) * 2019-05-31 2021-08-24 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 Power factor correction circuit, control method and controller
WO2020260198A1 (en) * 2019-06-25 2020-12-30 Signify Holding B.V. Electrical load grouping
US11536747B2 (en) 2019-07-11 2022-12-27 Sense Labs, Inc. Current transformer with self-adjusting cores
USD944731S1 (en) 2019-07-11 2022-03-01 Sense Labs, Inc. Electrical current sensor
JP3225723U (en) * 2019-07-16 2020-03-26 ▲ホウ▼翰創科有限公司 Smart integrated electricity meter and solar panel power management system employing the smart integrated electricity meter
IT201900021858A1 (en) * 2019-11-22 2021-05-22 Dev Of Human Genius Ltd METHOD OF REDUCING THE ELECTRICAL CONSUMPTION OF A LOAD
KR102389118B1 (en) * 2019-12-23 2022-04-21 주식회사 엘랩 Apparatus for managing energy of camping car
CN111209083B (en) * 2020-01-08 2023-05-09 中国联合网络通信集团有限公司 Container scheduling method, device and storage medium
CN114503414A (en) * 2020-02-28 2022-05-13 雅达电子国际有限公司 Power measurement in a switched mode power supply
TWI772783B (en) * 2020-04-24 2022-08-01 旺天電子股份有限公司 Internet of things device, system and power consumption timing method thereof
CN111667636B (en) * 2020-05-15 2022-08-09 江苏帅因特光电科技开发有限公司 Wireless self-service intelligent water heating system
US11567551B2 (en) 2020-07-28 2023-01-31 Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg Adaptive power supply
CN112345847A (en) * 2020-09-29 2021-02-09 特变电工西安电气科技有限公司 Bridge arm adapter plate for new energy power station semi-physical test and data processing method
US20240083285A1 (en) * 2021-01-20 2024-03-14 Antonio Luis TRIGOSO PAPOILA System for charging electric vehicles with shared resources
KR102665464B1 (en) * 2021-05-04 2024-05-13 한국전자통신연구원 Method for identifying applications by analyzing the harmonics of power signal and devices performing the same
KR102420702B1 (en) * 2021-12-02 2022-07-15 (주)파워닉스 Panel-type reactive power compensator directly connected to a high voltage power system
WO2023113796A1 (en) * 2021-12-16 2023-06-22 Safran Passenger Innovations, Llc Systems and methods for adaptive active power factor correction
TWI825667B (en) * 2022-04-13 2023-12-11 宏碁股份有限公司 Power supply device

Family Cites Families (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4429270A (en) * 1982-02-26 1984-01-31 Motorola, Inc. Switched current source for sourcing current to and sinking current from an output node
US5499178A (en) * 1991-12-16 1996-03-12 Regents Of The University Of Minnesota System for reducing harmonics by harmonic current injection
US5477132A (en) * 1992-01-10 1995-12-19 Space Systems/Loral, Inc. Multi-sectioned power converter having current-sharing controller
US5570006A (en) * 1992-01-27 1996-10-29 Power Distribution, Inc. A.C. storage module for reducing harmonic distortion in an A.C. waveform
JPH07212977A (en) * 1994-01-24 1995-08-11 Nissin Electric Co Ltd Reactive power compensator
US5717325A (en) * 1994-03-24 1998-02-10 Massachusetts Institute Of Technology Multiprocessing transient event detector for use in a nonintrusive electrical load monitoring system
US5483153A (en) * 1994-03-24 1996-01-09 Massachusetts Institute Of Technology Transient event detector for use in nonintrusive load monitoring systems
US5572438A (en) * 1995-01-05 1996-11-05 Teco Energy Management Services Engery management and building automation system
US5838145A (en) * 1996-05-30 1998-11-17 Poon; Franki Ngai Kit Transient load corrector for switching converters
JPH10304568A (en) * 1997-04-25 1998-11-13 Sanken Electric Co Ltd Power compensating equipment
US6798341B1 (en) * 1998-05-18 2004-09-28 Leviton Manufacturing Co., Inc. Network based multiple sensor and control device with temperature sensing and control
JP3403368B2 (en) * 1999-02-01 2003-05-06 財団法人電力中央研究所 Electrical equipment monitoring system and abnormal operation alarm system
JP4315529B2 (en) * 1999-07-29 2009-08-19 三洋電機株式会社 Grid interconnection system
IT1310142B1 (en) * 1999-08-20 2002-02-11 Merloni Elettrodomestici Spa DEVICE, SYSTEM AND METHOD FOR THE MONITORING OF A DOMESTIC ELECTRICITY USE, IN PARTICULAR A HOUSEHOLD APPLIANCE.
JP2003143760A (en) * 2001-10-30 2003-05-16 Shinano Denki Kk Power supply apparatus
JP2003333768A (en) * 2002-05-15 2003-11-21 Sharp Corp Method and device for grasping operating state of electric apparatus
JP3892358B2 (en) * 2002-07-23 2007-03-14 財団法人電力中央研究所 Method for estimating the operating state of electrical equipment in which power consumption frequently changes and monitoring system for electrical equipment in which power consumption frequently changes
CN1751535B (en) * 2002-12-19 2011-04-20 印度科学工业研究所 An energy efficient data acquisition system and computer controlled energy monitoring system incorporating the same
JP4052154B2 (en) * 2003-03-14 2008-02-27 株式会社明電舎 Distributed power supply output stabilization device and control method thereof.
JP4175632B2 (en) * 2003-08-27 2008-11-05 学校法人東京電機大学 Power compensation system for single-phase three-wire distribution system
JP4433890B2 (en) * 2004-06-04 2010-03-17 三菱電機株式会社 Electrical equipment operating state estimation system and electrical equipment operating state estimation database construction method
JP4186879B2 (en) * 2004-06-10 2008-11-26 三菱電機株式会社 Living information collection system
JP4852898B2 (en) * 2004-10-29 2012-01-11 東京電力株式会社 Distributed power supply, distribution facility, and power supply method
US7193872B2 (en) * 2005-01-28 2007-03-20 Kasemsan Siri Solar array inverter with maximum power tracking
US7469190B2 (en) * 2005-07-01 2008-12-23 Square D Company Automated system approach to analyzing harmonic distortion in an electric power system
US7319313B2 (en) * 2005-08-10 2008-01-15 Xantrex Technology, Inc. Photovoltaic DC-to-AC power converter and control method
JP4811917B2 (en) * 2005-12-27 2011-11-09 三菱電機株式会社 Power converter
JP5208374B2 (en) * 2006-04-18 2013-06-12 シャープ株式会社 Grid interconnection power conditioner and grid interconnection power system
CA2552967A1 (en) * 2006-05-12 2007-11-12 John E. Salamon Electric inloop power device for electric power
US7885917B2 (en) * 2006-05-26 2011-02-08 Board Of Regents Of The Nevada System Of Higher Education, On Behalf Of The Desert Research Institute Utility monitoring and disaggregation systems and methods of use
JP5019823B2 (en) * 2006-08-16 2012-09-05 三菱電機株式会社 Reactive power compensator
US7804280B2 (en) * 2006-11-02 2010-09-28 Current Technologies, Llc Method and system for providing power factor correction in a power distribution system
KR100804643B1 (en) * 2006-11-30 2008-02-20 삼성전자주식회사 Voltage regulator, digital amplifier including the same, and method of regulating a voltage
WO2008115256A1 (en) * 2007-03-16 2008-09-25 I-Conserve, Llc System and method for monitoring and estimating energy resource consumption
US7834480B2 (en) * 2007-06-20 2010-11-16 Mesta Electronics, Inc. Energy converter system with reactive-power-management
US7693670B2 (en) * 2007-08-14 2010-04-06 General Electric Company Cognitive electric power meter
US7957160B2 (en) * 2007-09-18 2011-06-07 Flyback Energy, Inc. Current waveform construction to generate AC power with low harmonic distortion from localized energy sources
US8255090B2 (en) * 2008-02-01 2012-08-28 Energyhub System and method for home energy monitor and control
US8773827B2 (en) * 2008-02-19 2014-07-08 Simply Automated Incorporated Intelligent circuit breaker apparatus and methods
CN201286066Y (en) * 2008-08-21 2009-08-05 上海中区节电科技有限公司 Dual PWM inverter with energy capable of bidirectional flowing
CN102341984B (en) * 2009-01-26 2015-01-14 吉尼瓦洁净技术公司 Methods and apparatus for power factor correction and reduction of distortion in and noise in a power supply delivery network

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011091441A1 (en) 2011-07-28
JP2013518347A (en) 2013-05-20
CN102822639A (en) 2012-12-12
EP2529190A1 (en) 2012-12-05
KR20120118049A (en) 2012-10-25
CN102822639B (en) 2016-01-13
EP2529190A4 (en) 2015-02-25
KR20120138753A (en) 2012-12-26
CN102823123A (en) 2012-12-12
JP2016140239A (en) 2016-08-04
EP2529473A4 (en) 2015-08-26
JP2013518556A (en) 2013-05-20
WO2011091444A1 (en) 2011-07-28
EP2529473A1 (en) 2012-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5865842B2 (en) Distortion reduction device
US8674544B2 (en) Methods and apparatus for power factor correction and reduction of distortion in and noise in a power supply delivery network
US8450878B2 (en) Methods and apparatus for power factor correction and reduction of distortion in and noise in a power supply delivery network
Rajakaruna et al. Steady-state analysis and designing impedance network of Z-source inverters
JP7428638B2 (en) electric vehicle battery charger
Wai et al. Design of backstepping control for high‐performance inverter with stand‐alone and grid‐connected power‐supply modes
US9866144B2 (en) Three port converter with dual independent maximum power point tracking and dual operating modes
Chen et al. Bidirectional current sensorless control for the full-bridge AC/DC converter with considering both inductor resistance and conduction voltages
Babaei et al. Operation and control of dynamic voltage restorer using single-phase direct converter
Massawe Grid Connected Photovoltaic Systems with SmartGrid functionality
Gupt et al. Custom power devices for power quality improvement: A review
Suzdalenko et al. Current sensorless control for half‐bridge based AC/DC PFC converter with consideration of conduction losses
TWI749614B (en) Device and process for detecting and mitigating reverse power-flow
WO2018060129A1 (en) A power converter system for power quality compensation and load balancing connected to an electric power distribution grid
EP3036825B1 (en) Power conversion apparatus
WO2012115734A1 (en) Methods and apparatus for power factor correction and reduction of distortion in and noise in a power supply delivery network
Blinov et al. Electric Power Management and Control in DC Buildings—State-Of-The-Art and Emerging Technologies
Guo et al. High‐efficiency grid‐connected inverter topology for low‐power photovoltaic applications
Sah Power Quality Issues in Renewable Energy Generation Systems
Wang et al. A transformerless active voltage quality regulator with the novel three‐leg circuit
Zhong MOSFET-based MMC for Low-voltage DC Distribution Networks
HASSAN et al. Power Compensation And Voltage Frequency Flicker Control Of Solar Using VF Droop Control Technique
CN116670960A (en) Technique for controlling power electronic converters in power distribution networks
LAKSHMI et al. Induction Motor Drive Fed with an Integrated Dynamic Voltage Restorer for Power Quality Improvement
Schutte A bi-directional, direct conversion converter for use in household renewable energy systems

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140127

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20141128

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20141201

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20150227

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150601

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20151130

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20151228

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5865842

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250