JP2000295771A - アクティブフィルタ制御装置 - Google Patents

アクティブフィルタ制御装置

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JP2000295771A
JP2000295771A JP11100784A JP10078499A JP2000295771A JP 2000295771 A JP2000295771 A JP 2000295771A JP 11100784 A JP11100784 A JP 11100784A JP 10078499 A JP10078499 A JP 10078499A JP 2000295771 A JP2000295771 A JP 2000295771A
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active filter
capacitor
rectifier
current
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JP11100784A
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Toshihiko Tanaka
俊彦 田中
Shigeyuki Funabiki
繁之 舩曳
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JPE Co Ltd
Original Assignee
JPE Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/40Arrangements for reducing harmonics

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  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 直流回路の共振抑制におけるアクティブフィ
ルタの電圧定格の小容量化と制御システムの即応性と安
定性に優れた特徴を持つ制御装置を提供することを目的
とする。 【解決手段】 整流器2、整流器出力側コンデンサ5、
インダクタンス7及び8、抵抗分9及び10、インバー
タ入力側コンデンサ6、インバータ3及び負荷4より構
成されるコンバータインバータシステムの直流主回路に
おいて、前記出力側コンデンサ5に直列に、15と16
からなるアクティブフィルタを設け、前記出力側コンデ
ンサ5に流入する交流分電流を検出する電流検出器12
と、所定の比例常数Kを設定する設定器11と、該設定
器11により設定された該比例常数Kと該電流検出器1
2により検出された値とを乗算する乗算器13を設け、
その乗算器13を前記アクティブフィルタの電圧指令値
14とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンバータインバ
ータシステムにおける直流主回路共振の抑制を目的とし
たアクティブフィルタの制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、電力変換装置や電動機駆動装置に
おいては、小容量の場合を除き、コンバータ装置とイン
バータ装置は、省エネルギー、低コスト及び制御性等の
理由により、直流母線を通じて接続される場合が多い
が、直流コンデンサと直流母線のインダクタンスによっ
て、電気的な共振現象が発生する可能性が指摘され、D
Cアクティブフィルタにより共振を抑制する方法が提案
されている。即ち、文献1「平成8年電気学会半導体電
力変換研究会SPC−96−55」で発表されているも
のは、直流回路に並列に単相インバータを設置し、これ
をアクティブフィルタとして動作させて共振現象を抑制
するものである。併し、この方法は、アクティブフィル
タの主回路に直流電圧が直に印加されるためアクティブ
フィルタの電圧定格が大きくなってしまうこと、アクテ
ィブフィルタの制御方式によってはシステムが不安定と
なり、コンバーターインバータシステムの運転に悪影響
を及ぼすなどの問題があった。
【0003】加えて、文献2「平成9年電気・情報関連
学会中国支部、No.0520424」が提案されてい
る。この文献2は、直流主回路に並列に単相インバータ
を接続して行うアクティブフィルタにおいて、直流分と
交流分を分離する高精度のフィルタが必要であり、シス
テムの安定性や価格面で問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、直流回路の
共振抑制におけるアクティブフィルタの電圧定格の小容
量化と制御システムの即応性と安定性に優れた特徴を持
つ制御装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明のアクティブフィ
ルタの制御装置は、整流器、整流器出力側コンデンサ、
インダクタンス、抵抗、インバータ入力側コンデンサ、
インバータ及び負荷より構成されるコンバータインバー
タシステムの直流主回路において、該出力側コンデンサ
に直列にアクティブフィルタを設け、該出力側コンデン
サに流入する交流分電流を検出する電流検出器と、所定
の比例常数Kを設定する設定器と、該設定器により設定
された該比例常数Kと該電流検出器により検出された値
とを乗算する乗算器を設け、その乗算値を前記アクティ
ブフィルタの電圧指令値とすることを特徴とするもので
ある。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、図1〜図6を参照して、本
発明の実施例について説明する。
【0007】
【実施例】図1は、本発明の実施例のブロック図を示
す。図において、1は整流器入力電源、2は整流器、3
はインバータ、4は負荷、5は整流器出力側平滑コンデ
ンサ、6はインバータ入力側平滑コンデンサ、7及び8
は直流主回路のインダクタンス、9及び10は直流主回
路の抵抗分、11は比例常数Kを設定する設定器、12
は電流検出器、13は乗算器、14は電圧指令値、15
はアクティブフィルタ用PWMコンバータ電源、16は
アクティブフィルタ用PWMコンバータ、17はマッチ
ングトランスである。電流検出器12で検出された電流
値と設定器11で設定される比例常数Kとを乗算器13
で乗算して、電圧指令値14として、アクティブフィル
タ用PWMコンバータ16に入力され、所定の電圧がマ
ッチングトランス17を介して整流器出力側平滑コンデ
ンサ5に出力される。
【0008】次に、前記の実施例の装置と機能につい
て、図3〜図5に示す従来システムにより詳細に説明す
る。尚、図1で使用した符号は、以降の図面類の符号に
ついても適用する。図3は、一般的なコンバーターイン
バータシステムの一例を示す。この図では、インバータ
3は、2台がパラレルに接続されているが、1台や多数
のもあり、負荷4も誘導電動機とは限らない。図4は、
図3の直流主回路分を、電気的な特性を考慮してモデル
化した等価回路を示す。図4において、Rec.はモデ
ル化された整流器2、C1は整流器出力側平滑コンデン
サ5、C2はインバータ入力側平滑コンデンサ6、Lは
直流主回路のインダクタンス7及び8、rは直流主回路
の抵抗分9及び10、Inv.はモデル化されたインバ
ータ3を示す。iRec、iC1、iC2、iDC及び
Invは、それぞれ、前記の整流器、整流器出力側平
滑コンデンサ、インバータ入力側平滑コンデンサ、主回
路及びインバータを流れる電流の瞬間値を示す。一般的
に、整流器の電源インピーダンスは、直流主回路インピ
ーダンスに比較して非常に大きく、また、整流器は、入
力電流を制御して出力電圧を調節する方法が取られるた
め電流源と見なせる。同様にインバータの負荷インピー
ダンスも、直流主回路インピーダンスに比較して非常に
大きく、インバータも、基本的に出力電流の制御を行う
ため電流源と見なせる。
【0009】図5は、図4の等価回路のコンデンサ5、
6に流れる電流を算出するため、図4を変形した交流等
価回路である。図4のコンデンサ5、6に流れる交流電
流iC1、iC2は、インバータ3の不平衡交流入力電
流によって生じ、また、整流器電流iRecは直流であ
るため、整流器2は、交流等価回路から切離すことが出
来、図5の等価回路を得る。図中、IC1、IC2は、
それぞれ、コンデンサ5、6に流れる交流実効値、I
Invはインバータ3の不平衡交流入力電流の交流実効
値を示す。図5よりコンデンサ5に流れる電流IC1
下記の数1により計算される。
【0010】
【数1】 数1において、ωは角周波数、C、Cは平滑コンデ
ンサ5、6のキャパシタンスを示す。図5において、共
振角周波数をωとすれば下記の数2を得る。
【数2】 この時のコンデンサ5に流れる電流は数3で示される。
【数3】 ここで、Qrを数4の様に定義すると、数5を得る。
【数4】
【数5】 同様に、コンデンサ6に流れる電流を計算すると、数6
を得る。
【数6】 は一般的に1よりも大きい値になるので、数5、数
6のコンデンサ5及び6に流れる電流は、インバータの
不平衡交流入力電流IInvにより拡大されることが分
かる。このことは、直流主回路中に不要な電流を流すこ
とになり、極めて不都合である。
【0011】図2は、本発明の制御方法を、図4の従来
システムの整流器出力側平滑コンデンサ5に適用した場
合の等価回路である。この為、図2のコンデンサ5に
は、図示されるように、等価的な抵抗K(Ω)が直列に
挿入される。図2において、Qnを数7に示すように定
義すると、共振時のコンデンサ5及び6の電流は、それ
ぞれ数8及び数9となる。ここで、ωrは上記の数3と
同様に共振角周波数を示す。
【数7】
【数8】
【数9】 数4のQと数7のQを比較すれば容易に分かるよう
に、図1のブロック図において所定の比例常数Kを設定
することにより、上記Qに対し上記Qを十分に小さ
くすることが可能となる。かくて、上述の本発明のアク
ティブフィルタ制御方法により、電流拡大現象或いは電
流の共振現象を抑制することが出来る。また、本発明の
制御構成とすることにより、前述の文献2と異なり、直
流分と交流分とを分離するフィルタが不要となり、シス
テムが安定となる。
【0012】次に、本発明のアクティブフィルタ制御装
置の有効性を確認するために、計算機によるシミュレー
ションを行った。シミュレーションは、表1の定数を用
いて、図1の本発明の実施例の回路で行った。表1にお
いて、Qは共振の鋭さである。
【表1】 PWMコンバータには、三角波比較方式電圧形単相フル
ブリッジインバータを使用し、巻数比1:20のマッチ
ングトランスを介して整流器出力側平滑コンデンサ5と
直列に接続されている。図1において、本発明の有効性
を確認するために、インバータ電流iInvの交流分が
Inv=sin220πtとなるように、不平衡負荷
を接続している。図6にシミュレーションの結果を示
す。PWMコンバータを動作させる以前は、直流回路側
でiInvの交流分が3.5倍に拡大されている。一
方、動作後は拡大現象が抑制されていることが分かる。
シミュレーションでは、投入直後の過度現象を抑制する
ため、比例常数をKを0から0.1Ωまで10msかけ
て増加している。コンデンサ5の電流検出に直流分を分
離するためのフィルタを用いていないため、高い応答が
得られている。図6のシミュレーション結果から、PW
Mコンバータ容量を求めると0.1VAとなる。表1の
条件下では、前記文献1に比較して、1/1000程度
に容量を低減できた。
【0013】
【発明の効果】本発明によれば、整流器入力側コンデン
サに等価的な抵抗K(Ω)が直列に挿入されたことと等
しくなり、共振の抑制が達成できる。また、直流分と交
流分を分離するフィルタが不要となり、即応性の優れた
アクティブフィルタとなり、安定した制御装置となる。
加えて、同様の理由により、電圧定格の小さなアクティ
ブフィルタで構成されるので、省エネルギー性、省保守
性等においても優れたものになることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を構成する装置のブロック図。
【図2】本発明の制御方法を、図4の従来技術に適用し
た場合の等価回路図。
【図3】従来技術の一般的なコンバータインバータの等
価回路図。
【図4】図3の電気的な特性を考慮してモデル化した等
価回路図。
【図5】図4を変形した交流等価回路図。
【図6】図1のシミュレーション結果を示す波形図。
【符号の説明】
1 整流器入力電源 2 整流器 3 インバータ 4 負荷 5 整流器出力側コンデンサ 6 インバータ入力側コンデンサ 7 インダクタンス 8 インダクタンス 9 抵抗 10 抵抗 11 設定器 12 電流検出器 13 乗算器 14 電圧指令値 15 PWNコンバータ電源 16 PWNコンバータ 17 マッチングトランス

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 整流器、整流器出力側コンデンサ、イン
    ダクタンス、抵抗、インバータ入力側コンデンサ、イン
    バータ及び負荷より構成されるコンバータインバータシ
    ステムの直流主回路において、該出力側コンデンサに直
    列にアクティブフィルタを設け、該出力側コンデンサに
    流入する交流分電流を検出する電流検出器と、所定の比
    例常数Kを設定する設定器と、該設定器により設定され
    た該比例常数Kと該電流検出器により検出された値とを
    乗算する乗算器を設け、その乗算値を前記アクティブフ
    ィルタの電圧指令値とすることを特徴とするアクティブ
    フィルタ制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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