JP2018191373A - アクティブフィルタ装置、及びそれを用いた空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
Description
空気調和装置(10)に接続されたアクティブフィルタ装置において、
力率を改善するための補償電流(Ic)を、前記空気調和装置(10)が接続された電力系統に流す電流源(110)と、
前記電力系統に接続された他の負荷器(20)における無効電流に相当する電流値(iq2*)と、前記電力系統から前記空気調和装置(10)に流れる電流の電流値(ir1,it1)とを用いて、前記補償電流(Ic)の大きさを求める力率制御器(120)と、
を備えたことを特徴とするアクティブフィルタ装置である。
前記力率制御器(120)は、前記無効電流に相当する電流値(iq2*)として該無効電流の基本波成分のみを用いることを特徴とするアクティブフィルタ装置である。
前記電力系統に流れる電流(Is)、又は前記他の負荷器(20)に流れる電流(I2)を検出する電流センサ(125)を備え、
前記力率制御器(120)は、前記電流センサ(125)の検出値を用いて前記補償電流(Ic)を求めることを特徴とするアクティブフィルタ装置である。
前記電流センサ(125)は、前記電力系統からの電力を分配する分電盤(40)に配置されていることを特徴とするアクティブフィルタ装置である。
前記電流センサ(125)は、無線方式で検出結果を前記力率制御器(120)に送信することを特徴とするアクティブフィルタ装置である。
それぞれのアクティブフィルタ装置(100)で前記補償電流(Ic)を分担して出力することを特徴とする空気調和装置である。
図1は、本発明の実施形態1に係るアクティブフィルタ装置(100)を示すブロック図である。アクティブフィルタ装置(100)は、ビル、工場、マンション、戸建て住宅等(以下、ビル等)に設置される。ビル等には、交流電源(30)を含む電力系統から電力が供給されている。この例では、交流電源(30)は、三相の交流電源(商用電源)である。
図1に示すように、アクティブフィルタ装置(100)は、電流源(110)、力率制御器(120)、及びPWM制御器(140)を備えている。この例では、アクティブフィルタ装置(100)は、空気調和装置(10)に組み込まれている。アクティブフィルタ装置(100)は、後述の補償電流(Ic)を電源系統に流すことで、力率改善と空気調和装置(10)の高調波抑制とを行う。なお、ここでは、補償電流(Ic)は、一例として、アクティブフィルタ装置(100)から交流電源(30)に向かう方向を正とする。また、系統電流(Is)と補償電流(Ic)の和が、電源系統(交流電源(30))から空気調和装置(10)に流れる電流(負荷電流(I1))と電源系統(交流電源(30))から負荷器(20)に流れる電流(負荷電流(I2))との和に等しいものとする。
電流源(110)は、インバータ回路(111)とコンデンサ(113)を備えている。コンデンサ(113)は、例えば電解コンデンサで構成される。インバータ回路(111)は、補償電流(Ic)を入出力することにより、コンデンサ(113)に充放電を行わせる。この例では、インバータ回路(111)は、交流電源(30)に三相のリアクトル(160)を介して接続されている。
力率制御器(120)は、電源位相検出器(121)、位相演算部(122)、3つの電流センサ(123,124,125)、3つのdq変換器(126,127,128)、ハイパスフィルタ(129)、2つの加算器(130,132)、3つの減算器(131,133,135)、電圧制御器(134)、及び2つの電流制御器(136,137)を備えている。力率制御器(120)の主要部は、具体的には、マイクロコンピュータと、それを動作させるためのソフトウエアが格納されたメモリディバイス等を用いて構成することができる。
PWM制御器(140)は、d軸電圧指令値(Vid)及びq軸電圧指令値(Viq)に基づいて電流源(110)を駆動する駆動信号(G)を生成する。具体的に、PWM制御器(140)は、いわゆるPWM(pulse width modulation)制御を行って、電流源(110)に補償電流(Ic)の入出力を行わせる。PWM制御器(140)は、マイクロコンピュータと、それを動作させるためのソフトウエアが格納されたメモリディバイスを用いて構成することができる。
アクティブフィルタ装置(100)は、空気調和装置(10)に組み込まれているので、アクティブフィルタ装置(100)を稼働させるには、空気調和装置(10)に通電させる。そうすると、アクティブフィルタ装置(100)では、力率制御器(120)において、電流センサ(123)の検出値等に基づいて、負荷電流(I1)のq軸成分(iq1*)が求められる。また、電流センサ(125)の検出値に基づいて、q軸成分(iq2*)が、dq変換器(128)によって求められる。
以上のように、本実施形態では、空気調和装置(10)に関しては、その有効電流の高調波成分及び無効電流を補償して、高調波電流の低減と力率改善の両方を行っている。一方、空気調和装置(10)と同じ電力系統に接続された他の負荷器(20)に関しては、その無効電流のみに基づいて力率改善(補償)を行い、有効電流に関しては補償を行っていない。すなわち、アクティブフィルタ装置(100)では、他の負荷器(20)に関して有効電流の補償を行わないので、その分のアクティブフィルタ装置(100)の容量を確保する必要がない。したがって、本実施形態を適用すれば、電力系統に空気調和装置(10)とともに別の負荷器(20)が接続された場合において、アクティブフィルタ装置(100)の容量を大きくすることなく、力率の改善を図ることが可能になる。本実施形態は、空気調和装置(10)に組み込まれているアクティブフィルタ装置(100)の余力を利用してビル等全体の力率改善を図る場合に有用な形態である。
図2は、実施形態1の変形例に係るアクティブフィルタ装置(100)を示すブロック図である。同図に示すように、本変形例に係るアクティブフィルタ装置(100)は、実施形態1のアクティブフィルタ装置(100)にローパスフィルター(138)を追加したものである。また、この例では、空気調和装置(10)とは別の負荷器(20)として、電流に高調波成分を含まない誘導性のモータ(25)が接続されている。この場合も、何らの手当も行わないとすれば、系統電流(Is)は、遅れ位相となる。
図3は、発明の実施形態2に係るアクティブフィルタ装置(100)を示すブロック図である。図3に示すように、このアクティブフィルタ装置(100)は、実施形態1の変形例に係るアクティブフィルタ装置(100)とは、電流センサ(125)の位置が異なっている。詳しくは、本実施形態では、電流センサ(125)は、分電盤(40)の入力側に配置されている。本実施形態では、電流センサ(125)は、系統電流(Is)を検出する。この電流センサ(125)には、例えば、ビル等に設置される電力計(いわゆるスマートメータなど)を利用することができる。
なお、アクティブフィルタ装置(100)は、空気調和装置(10)に必ずしも組み込む必要はない。すなわち、空気調和装置(10)とは別個の設備としてビル等に設置してもよい。
20 負荷器
40 分電盤
100 アクティブフィルタ装置
110 電流源
120 力率制御器
125 電流センサ
Claims (7)
- 空気調和装置(10)に接続されたアクティブフィルタ装置において、
力率を改善するための補償電流(Ic)を、前記空気調和装置(10)が接続された電力系統に流す電流源(110)と、
前記電力系統に接続された他の負荷器(20)における無効電流に相当する電流値(iq2*)と、前記電力系統から前記空気調和装置(10)に流れる電流の電流値(ir1,it1)とを用いて、前記補償電流(Ic)の大きさを求める力率制御器(120)と、
を備えたことを特徴とするアクティブフィルタ装置。 - 請求項1において、
前記力率制御器(120)は、前記無効電流に相当する電流値(iq2*)として該無効電流の基本波成分のみを用いることを特徴とするアクティブフィルタ装置。 - 請求項1又は請求項2において、
前記電力系統に流れる電流(Is)、又は前記他の負荷器(20)に流れる電流(I2)を検出する電流センサ(125)を備え、
前記力率制御器(120)は、前記電流センサ(125)の検出値を用いて前記補償電流(Ic)を求めることを特徴とするアクティブフィルタ装置。 - 請求項3において、
前記電流センサ(125)は、前記電力系統からの電力を分配する分電盤(40)に配置されていることを特徴とするアクティブフィルタ装置。 - 請求項3又は請求項4において、
前記電流センサ(125)は、無線方式で検出結果を前記力率制御器(120)に送信することを特徴とするアクティブフィルタ装置。 - 請求項1から請求項5においての何れかのアクティブフィルタ装置(100)が組み込まれていることを特徴とする空気調和装置。
- 請求項1から請求項5の何れかのアクティブフィルタ装置(100)を複数台備え、
それぞれのアクティブフィルタ装置(100)で前記補償電流(Ic)を分担して出力することを特徴とする空気調和装置。
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