JP2018191375A5

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Publication number: JP2018191375A5
Application number: JP2017089402A
Authority: JP
Filing date: 2017-04-28
Publication date: 2020-04-16
Anticipated expiration: 2037-04-28

Description

Active filter device and air conditioner using the same

本発明は、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に関するものである。 The present invention relates to an active filter device and an air conditioner using the same.

一般的に、ビル、工場、マンション等（以下、ビル等）は、商用電源に接続され、商用電源から供給された電力によって、種々の負荷（空気調和装置やエレベータなど）が稼働している。ビル等に設置される空気調和装置では、高調波電流が電力系統（例えば商用電源を含む電力系統）に流出するのを防止するために、アクティブフィルタ装置が設けられる場合がある（例えば特許文献１を参照）。 Generally, buildings, factories, condominiums, etc. (hereinafter, buildings, etc.) are connected to a commercial power source, and various loads (air conditioners, elevators, etc.) are operated by the electric power supplied from the commercial power source. In an air conditioner installed in a building or the like, an active filter device may be provided in order to prevent a harmonic current from flowing out to a power system (for example, a power system including a commercial power source) (for example, Patent Document 1). See).

特開２０１６−１１６３３０号公報JP, 2016-116330, A

空気調和装置が接続される電力系統には、該空気調和装置以外の負荷器（例えばインバータ回路などを有した機器。一例としてエレベータなど）も接続される場合があり、空気調和装置以外の負荷器が高調波電流の発生源となることがある。その場合には、空気調和装置の高調波電流の対策を行うのみでは不十分であり、他の機器を含めて高調波電流の対策が望まれる。また、設備容量の低減や省エネルギーの観点などから、基本波力率の改善が求められる。それに対しては、設備全体における電流を把握し、それに見合った電流をアクティブフィルタ装置で供給することが考える。しかしながら、設備全体における電流を把握するには、電流センサなどの追加の設備が必要になりコストがかかってしまう。 A loader other than the air conditioner (for example, a device having an inverter circuit, for example, an elevator or the like) may be connected to the power system to which the air conditioner is connected. May become a source of harmonic current. In that case, it is not enough to take measures against the harmonic current of the air conditioner, and measures against the harmonic current including other devices are desired. In addition, improvement of the fundamental wave power factor is required from the viewpoints of reduction of installed capacity and energy saving. On the other hand, it is considered to grasp the current in the entire equipment and supply the current corresponding to it with the active filter device. However, in order to grasp the current in the entire equipment, additional equipment such as a current sensor is required, which results in cost.

本発明は前記の問題に着目してなされたものであり、電流センサなどの新たな設備を追加せずに、ビル等における力率を改善することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to improve a power factor in a building or the like without adding new equipment such as a current sensor.

前記の課題を解決するため、第１の態様は、
高調波発生機器（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、前記高調波発生機器（10）が接続された電力系統に流す電流源（110）と、
前記電力系統から前記高調波発生機器（10）に流れる電流の負荷電流（ir1,it1）に、前記高調波発生機器（10）以外の機器（20,200）の力率を改善する無効電流の設定値（iq2^*）を上乗せして前記補償電流（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。 In order to solve the above problems, the first aspect is
In the active filter device connected to the harmonic generator (10),
A current source (110) for supplying a compensation current (Ic) for improving the power factor to the power system to which the harmonic generator (10) is connected;
Set value of the reactive current that improves the power factor of the device (20,200) other than the harmonic generating device (10) to the load current (ir1, it1) of the current flowing from the power system to the harmonic generating device (10) (Iq2 ^* ) is added to the power factor controller (120) to obtain the magnitude of the compensation current (Ic),
An active filter device comprising:

この構成では、高調波発生機器（10）以外の機器（20,200）の力率を改善する電流を含む補償電流（Ic）が流れる。 In this configuration, a compensation current (Ic) including a current that improves the power factor of the device (20, 200) other than the harmonic generating device (10) flows.

また、第２の態様は、第１の態様において、
前記設定値（iq2^*）は、当該アクティブフィルタ装置が設置される設備全体における無効電流の１／３に相当する値に設定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。 A second aspect is the same as the first aspect,
In the active filter device, the set value (iq2 ^* ) is set to a value corresponding to 1/3 of the reactive current in the entire facility in which the active filter device is installed.

また、第３の態様は、第１又は第２の態様において、
前記設定値（iq2^*）は、日によって、又は時間帯によって変更されることを特徴とするアクティブフィルタ装置である。 Moreover, a third aspect is the same as the first or second aspect,
In the active filter device, the set value (iq2 ^* ) is changed depending on the day or the time zone.

また、第４の態様は、第１から第３の態様の何れかにおいて、
前記高調波発生機器（10）は、空気調和装置であることを特徴とするアクティブフィルタ装置である。 A fourth aspect is any one of the first to third aspects,
The harmonic generation device (10) is an active filter device, which is an air conditioner.

この構成では、空気調和装置による力率悪化の抑制とともに、その他の負荷の影響による力率悪化を抑制できる。 With this configuration, it is possible to suppress the deterioration of the power factor due to the air conditioner and the deterioration of the power factor due to the influence of other loads.

また、第５の態様は、第１から第４の態様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である。 Further, a fifth aspect is an air conditioner in which the active filter device (100) according to any one of the first to fourth aspects is incorporated.

また、第６の態様は、第１から第４の態様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である。 A sixth aspect includes a plurality of active filter devices (100) according to any one of the first to fourth aspects,
An air conditioner characterized in that each active filter device (100) shares and outputs the compensation current (Ic).

第１の態様や第２の態様によれば、電流センサなどの新たな設備を追加せずに力率を改善することが可能になる。 According to the first aspect and the second aspect, it becomes possible to improve the power factor without adding new equipment such as a current sensor.

また、第３の態様によれば、負荷の変動（すなわち無効電流の変動）に柔軟に対応して力率改善を行うことが可能になる。 Further, according to the third aspect, it becomes possible to flexibly cope with the fluctuation of the load (that is, the fluctuation of the reactive current) to improve the power factor.

また、第４の態様によれば、空気調和装置を負荷器として含む電力系統において前記の効果を得ることが可能になる。 Further, according to the fourth aspect, it is possible to obtain the above effect in the electric power system including the air conditioner as the load device.

また、第５の態様によれば、空気調和装置が有するアクティブフィルタ装置によって前記の効果を得ることが可能になる。 Further, according to the fifth aspect, the above effect can be obtained by the active filter device included in the air conditioner.

また、第６の態様によれば、大型のアクティブフィルタ装置を用いずに前記の効果を得ることが可能になる。 Further, according to the sixth aspect, it is possible to obtain the above effect without using a large active filter device.

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を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an active filter device according to Embodiment 1 of the present invention. 図２は、調相設備の構成を模式的に示す。FIG. 2 schematically shows the configuration of the phase adjusting equipment. 図３は、本発明の実施形態２に係るアクティブフィルタ装置を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing an active filter device according to Embodiment 2 of the present invention.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following embodiments are essentially preferable examples, and are not intended to limit the scope of the present invention, its application, or its application.

《発明の実施形態１》
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。なお、電力系統の送電網には、インピーダンスがある（図１では、交流電源（30）と分電盤（40）（後述）の間に、当該インピーダンスを示すためにコイルの記号を付与してある）。調相設備（200）の存在によって、交流電源（30）から分電盤（40）に電力が入る段階で、電流は進み位相となる傾向があり、当該インピーダンスの存在によって、分電盤（40）での受電電圧は、交流電源よりも高くなる。 << Embodiment 1 of the Invention >>
FIG. 1 is a block diagram showing an active filter device (100) according to Embodiment 1 of the present invention. The active filter device (100) is installed in a building, factory, condominium or the like. Electric power is supplied to a building or the like from an electric power system including an AC power supply (30). In this example, the AC power supply (30) is a three-phase AC power supply (commercial power supply). In addition, there is an impedance in the power transmission network of the power system (in FIG. 1, a coil symbol is added between the AC power source (30) and the distribution board (40) (described later) to indicate the impedance. is there). Due to the presence of the phasing equipment (200), the current tends to advance to the phase when the power is input from the AC power supply (30) to the distribution board (40). ), The received voltage is higher than the AC power supply.

また、ビル等には、交流電源（30）に接続されて交流電源（30）からの交流電力を受電する分電盤（40）が設けられている。分電盤（40）は、複数のブレーカを備えており、各ブレーカを介して、交流電源（30）からの交流電力を複数の機器に分配している。この例では、それらのブレーカの１つに空気調和装置（10）が接続されている。空気調和装置（10）は、分電盤（40）を介して供給された交流電力によって稼働する。 Further, a building or the like is provided with a distribution board (40) which is connected to the AC power supply (30) and receives the AC power from the AC power supply (30). The distribution board (40) includes a plurality of breakers, and the AC power from the AC power supply (30) is distributed to the plurality of devices via the breakers. In this example, the air conditioner (10) is connected to one of those breakers. The air conditioner (10) operates by the AC power supplied via the distribution board (40).

具体的に、空気調和装置（10）は、冷媒が循環して冷凍サイクル運転動作を行う冷媒回路（図示省略）を備え、ビル等において室内の冷房や暖房を行う。空気調和装置（10）の冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮機を備えている。また、空気調和装置（10）は、図１に示すように、コンバータ回路（11）、リアクトル（12）、コンデンサ（13）、インバータ回路（14）、及びモータ（15）を備えている。 Specifically, the air conditioner (10) includes a refrigerant circuit (not shown) that circulates a refrigerant to perform a refrigerating cycle operation operation, and cools or heats a room in a building or the like. The refrigerant circuit of the air conditioner (10) includes a compressor that compresses the refrigerant. Moreover, as shown in FIG. 1, the air conditioner (10) includes a converter circuit (11), a reactor (12), a capacitor (13), an inverter circuit (14), and a motor (15).

コンバータ回路（11）は、交流を直流に変換する回路である。例えばコンバータ回路（11）は、ダイオードブリッジ回路で構成される。コンデンサ（13）は、コンバータ回路（11）の出力を平滑化するものである。また、インバータ回路（14）は、コンデンサ（13）によって平滑化された直流を、所定周波数及び所定電圧を有した交流に変換する。インバータ回路（14）は、具体的には、ブリッジ接続された複数（ここでは６個）のスイッチング素子を備え、入力された直流をスイッチングすることで、直流を交流に変換する。 The converter circuit (11) is a circuit that converts alternating current into direct current. For example, the converter circuit (11) is composed of a diode bridge circuit. The capacitor (13) smoothes the output of the converter circuit (11). The inverter circuit (14) converts the direct current smoothed by the capacitor (13) into alternating current having a predetermined frequency and a predetermined voltage. Specifically, the inverter circuit (14) includes a plurality of (six in this case) switching elements connected in a bridge, and switches the input DC to convert the DC to AC.

空気調和装置（10）のモータ（15）は、いわゆるＩＰＭモータ（Interior Permanent Magnet Motor）である。モータ（15）は、前記圧縮機を駆動する。ここで、何らの手当も行わないとすれば、モータ（15）が稼働することにより、電力系統の電流（以下、系統電流（Is））に高調波電流が加わる。すなわち、空気調和装置（10）は、本発明の高調波発生機器の一例である。 The motor (15) of the air conditioner (10) is a so-called IPM motor (Interior Permanent Magnet Motor). A motor (15) drives the compressor. Here, if no allowance is taken, a harmonic current is added to the current of the power system (hereinafter, system current (Is)) by the operation of the motor (15). That is, the air conditioner (10) is an example of the harmonic generating device of the present invention.

また、ビル等には、空気調和装置（10）（高調波発生機器）以外の機器として、調相設備（200）が設けられている。図２に、調相設備（200）の構成を模式的に示す。図２に示すように、調相設備（200）は、直列接続された進相コンデンサ（201）とリアクトル（202）とから成る直列ユニットを３組（３相分）備えている。各直列ユニットは、図２に示すように、分電盤（40）の入力側に設けられている。詳しくは、各直列ユニットは、一端側が交流電源（30）の所定の一相に接続され、他端側が互いに接続されている。なお、以下では、調相設備（200）に流れる電流を進相コンデンサ電流（Isc）と命名する。 Further, in a building or the like, a phase adjusting facility (200) is provided as a device other than the air conditioner (10) (harmonic generating device). FIG. 2 schematically shows the configuration of the phase adjusting equipment (200). As shown in FIG. 2, the phase adjusting facility (200) includes three series units (three phases) each including a phase advancing capacitor (201) and a reactor (202) connected in series. As shown in FIG. 2, each series unit is provided on the input side of the distribution board (40). Specifically, each series unit has one end connected to a predetermined one phase of the AC power supply (30) and the other end connected to each other. In the following, the current flowing through the phase adjusting equipment (200) will be referred to as the phase advancing capacitor current (Isc).

〈アクティブフィルタ装置の構成〉
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））と調相設備（200）に流れる進相コンデンサ電流（Isc）との和に等しいものとする。 <Structure of active filter device>
As shown in FIG. 1, the active filter device (100) includes a current source (110), a power factor controller (120), and a PWM controller (140). In this example, the active filter device (100) is incorporated in the air conditioner (10). The active filter device (100) improves the power factor and suppresses harmonics of the air conditioner (10) by causing a compensation current (Ic) described later to flow in the power supply system. Note that, here, the compensation current (Ic) is, for example, positive in the direction from the active filter device (100) to the AC power supply (30). In addition, the sum of the system current (Is) and the compensation current (Ic) is the current (load current (I1)) flowing from the power supply system (AC power supply (30)) to the air conditioner (10) and the phase-adjusting equipment (200). It is equal to the sum of the phase-advancing capacitor current (Isc) that flows in.

−電流源（110）−
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。 -Current source (110)-
The current source (110) includes an inverter circuit (111) and a capacitor (113). The capacitor (113) is composed of, for example, an electrolytic capacitor. The inverter circuit (111) inputs and outputs the compensation current (Ic) to charge and discharge the capacitor (113). In this example, the inverter circuit (111) is connected to the AC power supply (30) via a three-phase reactor (160).

本実施形態のインバータ回路（111）では、詳細な図示を省略するが、６つのスイッチング素子（112）がブリッジ接続されている。このインバータ回路（111）は、所定周波数のキャリア信号に同期して、複数のスイッチング素子（112）のスイッチング状態（オンオフ状態）をそれぞれ変化させて、補償電流（Ic）を入出力する。スイッチング素子（112）のオンオフの制御は、ＰＷＭ制御器（140）が行う。なお、この例では、補償電流（Ic）のリプルを除去する目的で、ローパスフィルタ（150）が、リアクトル（160）と、ブレーカと空気調和装置（10）との接続点との間に設けられている。ローパスフィルタ（150）は、いわゆるＬＣフィルタである。 In the inverter circuit (111) of the present embodiment, although not shown in detail, six switching elements (112) are bridge-connected. The inverter circuit (111) changes the switching state (on / off state) of each of the plurality of switching elements (112) in synchronization with a carrier signal having a predetermined frequency, and inputs / outputs a compensation current (Ic). The PWM controller (140) controls ON / OFF of the switching element (112). In this example, a low pass filter (150) is provided between the reactor (160) and the connection point between the breaker and the air conditioner (10) for the purpose of removing ripples in the compensation current (Ic). ing. The low pass filter (150) is a so-called LC filter.

−力率制御器（120）−
力率制御器（120）は、電源位相検出器（121）、位相演算部（122）、２つの電流センサ（123,124）、２つのｄｑ変換器（126,127）、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。 -Power factor controller (120)-
The power factor controller (120) includes a power source phase detector (121), a phase calculator (122), two current sensors (123,124), two dq converters (126,127), a high pass filter (129), and two additions. (130, 132), three subtractors (131, 133, 135), a voltage controller (134), and two current controllers (136, 137). The main part of the power factor controller (120) can be specifically configured by using a microcomputer and a memory device in which software for operating the microcomputer is stored.

電源位相検出器（121）は、交流電源（30）の所定の線間（r相,s相,t相の何れか２つ）に接続され、その線間電圧の位相を検出して位相演算部（122）に出力する。位相演算部（122）は、電源位相検出器（121）が出力した信号（ゼロクロス信号（S1）と呼ぶ）を用いて、電源位相検出器（121）が接続された線間の位相（ωt）を求める。位相演算部（122）は、求めた位相（ωt）をｄｑ変換器（126）、及びｄｑ変換器（127）に出力する。 The power supply phase detector (121) is connected between predetermined lines (any two of r phase, s phase, and t phase) of the AC power supply (30), detects the phase of the line voltage, and calculates the phase. It is output to the section (122). The phase calculator (122) uses the signal output from the power supply phase detector (121) (referred to as a zero-cross signal (S1)) to obtain the phase (ωt) between the lines to which the power supply phase detector (121) is connected. Ask for. The phase calculator (122) outputs the obtained phase (ωt) to the dq converter (126) and the dq converter (127).

電流センサ（123）は、負荷電流（I1）を検出する。負荷電流（I1）は三相であるが、電流センサ（123）は、三相のうちの二相分の負荷電流（ir1,it1）を検出している。また、電流センサ（124）は、補償電流（Ic）を検出する。補償電流（Ic）も三相であるが、電流センサ（124）は、三相のうちの二相分の負荷電流を検出している。 The current sensor (123) detects the load current (I1). The load current (I1) has three phases, but the current sensor (123) detects the load current (ir1, it1) for two of the three phases. Further, the current sensor (124) detects the compensation current (Ic). The compensation current (Ic) is also in three phases, but the current sensor (124) detects the load current for two of the three phases.

なお、負荷電流（I1）、及び補償電流（Ic）は、三相のうちの二相の電流値を検出しておけば、残りの一相の電流値は容易に算出することができるので、各電流センサ（123,124）は、二相分の電流を検出する構成でよい。また、これらの電流センサ（123,124）には種々の構成の電流センサを採用できる。これらの電流センサ（123,124）の一例としては、カレントトランスが挙げられる。 As for the load current (I1) and the compensation current (Ic), if the current value of two of the three phases is detected, the current value of the remaining one phase can be easily calculated. Each current sensor (123, 124) may be configured to detect current for two phases. Moreover, current sensors of various configurations can be adopted as these current sensors (123, 124). A current transformer is an example of these current sensors (123, 124).

ｄｑ変換器（126）は、電流センサ（123）の検出値から求めた負荷電流（I1）（三相）に対して三相／二相変換（ｄｑ軸変換）を行う。ここで、ｄ軸及びｑ軸は、位相演算部（122）で求められた位相（ωt）と同期して回転する回転座標系である。ｄｑ変換器（126）の変換結果として得られたｄ軸成分は、空気調和装置（10）における有効電流である。ｄｑ変換器（126）は、ｄ軸成分をハイパスフィルタ（129）に出力する。また、ｄｑ変換器（126）の変換結果として得られたｑ軸成分（以下、ｑ軸成分（iq1^*））は、空気調和装置（10）における無効電流である。ｄｑ変換器（126）は、ｑ軸成分（iq1^*）を加算器（130）に出力する。 The dq converter (126) performs three-phase / two-phase conversion (dq axis conversion) on the load current (I1) (three phases) obtained from the detection value of the current sensor (123). Here, the d-axis and the q-axis are rotational coordinate systems that rotate in synchronization with the phase (ωt) obtained by the phase calculator (122). The d-axis component obtained as the conversion result of the dq converter (126) is an effective current in the air conditioner (10). The dq converter (126) outputs the d-axis component to the high pass filter (129). The q-axis component (hereinafter, q-axis component (iq1 ^* )) obtained as the conversion result of the dq converter (126) is a reactive current in the air conditioner (10). The dq converter (126) outputs the q-axis component (iq1 ^* ) to the adder (130).

加算器（130）には、設定値（iq2^*）も入力されている。加算器（130）は、この設定値（iq2^*）とｑ軸成分（iq1^*）とを加算した値（以下、ｑ軸電流指令値（iq^*））を生成する。ｑ軸電流指令値（iq^*）は、減算器（131）に出力されている。 The set value (iq2 ^* ) is also input to the adder (130). An adder (130) generates a value (hereinafter, q-axis current command value (iq ^* )) obtained by adding the set value (iq2 ^* ) and the q-axis component (iq1 ^* ). The q-axis current command value (iq ^* ) is output to the subtractor (131).

加算器（130）に入力される設定値（iq2^*）は、力率が最もよくなるように、チューニングされている。ここでは、設定値（iq2^*）は、電力系統に設置されている調相設備（200）の容量に応じて決定された所定の遅れ位相成分である。具体的に、本実施形態では、設定値（iq2^*）のチューニングに際して、まず、分電盤（40）よりも下流側に繋がる空気調和装置（10）等の負荷器の種々の運転状況における電流値（無効電流）や、進相コンデンサ電流（Isc）の大きさを実際に確認している。そして、確認の結果に基づいて、アクティブフィルタ装置（100）が設置されたビル等において想定される無効電流の値の１／３に相当する値に設定値（iq2^*）を定めてある。なお、本実施形態では、設定値（iq2^*）は、力率制御器（120）に繋がる操作盤を用いて、ユーザが入力できるようになっている。勿論、設定値（iq2^*）の入力方法はこれに限定されるものではない。 The set value (iq2 ^* ) input to the adder (130) is tuned so that the power factor becomes the best. Here, the set value (iq2 ^* ) is a predetermined lag phase component determined according to the capacity of the phase-modulating equipment (200) installed in the power system. Specifically, in the present embodiment, when tuning the set value (iq2 ^* ), first, the current in various operating conditions of the loader such as the air conditioner (10) that is connected to the downstream side of the distribution board (40). The value (reactive current) and the magnitude of the phase advance capacitor current (Isc) are actually confirmed. Then, based on the result of the confirmation, the set value (iq2 ^* ) is set to a value corresponding to 1/3 of the value of the reactive current assumed in the building or the like in which the active filter device (100) is installed. In the present embodiment, the set value (iq2 ^* ) can be input by the user using the operation panel connected to the power factor controller (120). Of course, the method of inputting the setting value (iq2 ^* ) is not limited to this.

ｄｑ変換器（127）は、電流センサ（124）の検出値から求めた補償電流（Ic）に対して三相／二相変換を行って、有効電流であるｄ軸成分（以下、ｄ軸電流（id）と呼ぶ）と、無効電流であるｑ軸成分（以下、ｑ軸電流（iq）と呼ぶ）とを求める。ｄ軸電流（id）は、減算器（135）に出力される。また、ｑ軸電流（iq）は、減算器（131）に出力される。 The dq converter (127) performs a three-phase / two-phase conversion on the compensation current (Ic) obtained from the detection value of the current sensor (124) to obtain a d-axis component (hereinafter, d-axis current) that is an active current. (Id)) and a q-axis component that is a reactive current (hereinafter referred to as a q-axis current (iq)). The d-axis current (id) is output to the subtractor (135). The q-axis current (iq) is output to the subtractor (131).

ハイパスフィルタ（129）は、ｄｑ変換器（126）が出力した負荷電流（I1）のｄ軸成分から直流成分を除去して、加算器（132）に出力する。ｄｑ変換器（126）の出力は、負荷電流（I1）に高調波成分が無ければ直流となる。これは、負荷電流（I1）のうちで交流電源（30）の位相と同期する成分が直流として現れるからである。すなわち、ハイパスフィルタ（129）は、負荷電流（I1）のｄ軸成分に含まれる高調波成分のみを加算器（132）に出力する。 The high-pass filter (129) removes the DC component from the d-axis component of the load current (I1) output by the dq converter (126) and outputs it to the adder (132). The output of the dq converter (126) becomes direct current if the load current (I1) has no harmonic component. This is because the component of the load current (I1) that is synchronized with the phase of the AC power supply (30) appears as DC. That is, the high pass filter (129) outputs only the harmonic component included in the d-axis component of the load current (I1) to the adder (132).

補償電流（Ic）におけるｄ軸成分及びｑ軸成分のそれぞれが、負荷電流（I1）の高調波成分と一致するように、補償電流（Ic）を流したとすれば、負荷電流（I1）の高調波成分を打ち消すことができる（以下、このように、所定の成分が打ち消されるように電流を流すことを補償と呼ぶ）。すなわち、ハイパスフィルタ（129）の出力は、補償電流（Ic）のｄ軸成分（ｄ軸電流（id））の指令値（ｄ軸電流指令値（id^*））の生成に用いることができる。 If the compensation current (Ic) is applied so that the d-axis component and the q-axis component of the compensation current (Ic) match the harmonic components of the load current (I1), the load current (I1) The harmonic component can be canceled (hereinafter, passing a current such that a predetermined component is canceled is called compensation). That is, the output of the high pass filter (129) can be used to generate the command value (d-axis current command value (id ^* )) of the d-axis component (d-axis current (id)) of the compensation current (Ic).

なお、この例では、ｄ軸電流指令値（id^*）として、ハイパスフィルタ（129）の出力をそのまま用いるのではなく、コンデンサ（113）の端子間電圧（以下、直流電圧（Vdc））の変動に対応するための修正が行われている。具体的に力率制御器（120）では、まず、減算器（133）によって、コンデンサ（113）の直流電圧（Vdc）とその指令値（Vdc^*）との偏差が求められる。電圧制御器（134）は、減算器（133）によって求められた偏差に基づいて比例積分制御を行って修正値を求める。この修正値は、加算器（132）においてハイパスフィルタ（129）の出力と加算され、加算結果がｄ軸電流指令値（id^*）として出力される。これにより、直流電圧（Vdc）の変動の影響が低減される。 In this example, the output of the high-pass filter (129) is not used as it is as the d-axis current command value (id ^* ), but the fluctuation of the inter-terminal voltage of the capacitor (113) (hereinafter, DC voltage (Vdc)) is used. Corrections have been made to address. Specifically, in the power factor controller (120), first, the subtracter (133) obtains the deviation between the DC voltage (Vdc) of the capacitor (113) and its command value (Vdc ^* ). A voltage controller (134) performs proportional-plus-integral control based on the deviation obtained by the subtractor (133) to obtain a correction value. This corrected value is added to the output of the high pass filter (129) in the adder (132), and the addition result is output as the d-axis current command value (id ^* ). As a result, the influence of fluctuations in the DC voltage (Vdc) is reduced.

減算器（135）は、ｄ軸電流（id）をｄ軸電流指令値（id^*）から差し引いた偏差（Δid）を求め、偏差（Δid）を電流制御器（136）に出力する。また、減算器（131）は、ｑ軸電流指令値（iq^*）からｑ軸電流（iq）を減算した値（以下、偏差（Δiq）と呼ぶ）を求め、偏差（Δiq）を電流制御器（137）に出力する。 A subtractor (135) obtains a deviation (Δid) obtained by subtracting the d-axis current (id) from the d-axis current command value (id ^* ), and outputs the deviation (Δid) to the current controller (136). A subtractor (131) obtains a value (hereinafter referred to as deviation (Δiq)) obtained by subtracting the q-axis current (iq) from the q-axis current command value (iq ^* ), and calculates the deviation (Δiq) as a current controller. Output to (137).

電流制御器（136）は、偏差（Δid）に基づいてフィードバック制御（例えば、いわゆるPID制御）等のアルゴリズムを利用することによって、二相の電圧指令値のうちの１つであるｄ軸電圧指令値（Vid）を出力する。また、電流制御器（137）は、偏差（Δiq）に基づいてフィードバック制御（例えば、いわゆるPID制御）等のアルゴリズムを利用することによって、二相の電圧指令値のうちの１つであるｑ軸電圧指令値（Viq）を出力する。 The current controller (136) uses an algorithm such as feedback control (for example, so-called PID control) based on the deviation (Δid) to determine the d-axis voltage command that is one of the two-phase voltage command values. Output the value (Vid). Further, the current controller (137) uses an algorithm such as feedback control (for example, so-called PID control) based on the deviation (Δiq), so that the q-axis which is one of the two-phase voltage command values. Outputs the voltage command value (Viq).

−ＰＷＭ制御器（140）−
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。 -PWM controller (140)-
The PWM controller (140) generates a drive signal (G) for driving the current source (110) based on the d-axis voltage command value (Vid) and the q-axis voltage command value (Viq). Specifically, the PWM controller (140) performs so-called PWM (pulse width modulation) control to cause the current source (110) to input / output the compensation current (Ic). The PWM controller (140) can be configured using a microcomputer and a memory device in which software for operating the microcomputer is stored.

〈アクティブフィルタ装置の動作〉
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、力率制御器（120）では、ｄｑ変換器（126）によってｑ軸成分（iq1^*）が求められる。このｑ軸成分（iq1^*）は、加算器（130）に出力される。加算器（130）では、設定値（iq2^*）とｑ軸成分（iq1^*）とが加算されて、ｑ軸電流指令値（iq^*）が生成される。このｑ軸電流指令値（iq^*）は、減算器（131）に出力される。 <Operation of active filter device>
Since the active filter device (100) is incorporated in the air conditioner (10), the air conditioner (10) is energized to operate the active filter device (100). Then, in the power factor controller (120), the q-axis component (iq1 ^* ) is obtained by the dq converter (126). The q-axis component (iq1 ^* ) is output to the adder (130). The adder (130) adds the set value (iq2 ^* ) and the q-axis component (iq1 ^* ) to generate a q-axis current command value (iq ^* ). The q-axis current command value (iq ^* ) is output to the subtractor (131).

一方、ｄｑ変換器（127）では、ｄ軸電流（id）とｑ軸電流（iq）とが求められる。そして、減算器（131）によってｑ軸電流（iq）からｑ軸電流指令値（iq^*）が減算されて、偏差（Δiq）が算出される。更に、力率制御器（120）では、ｄｑ変換器（126）等の動作によってｄ軸電流指令値（id^*）が生成される。また、減算器（135）によって、ｄ軸電流指令値（id^*）から、ｄｑ変換器（127）が求めたｄ軸電流（id）が減算されて、偏差（Δid）が算出される。 On the other hand, the dq converter (127) obtains the d-axis current (id) and the q-axis current (iq). Then, the subtractor (131) subtracts the q-axis current command value (iq ^* ) from the q-axis current (iq) to calculate the deviation (Δiq). Further, in the power factor controller (120), the d-axis current command value (id ^* ) is generated by the operation of the dq converter (126) and the like. Further, the subtracter (135) subtracts the d-axis current (id) obtained by the dq converter (127) from the d-axis current command value (id ^* ) to calculate the deviation (Δid).

偏差（Δid）が定まると、電流制御器（136）からｄ軸電圧指令値（Vid）が出力される。また、偏差（Δiq）が定まると、電流制御器（137）からｑ軸電圧指令値（Viq）が出力される。それにより、ｄ軸電圧指令値（Vid）及びｑ軸電圧指令値（Viq）に見合った駆動信号（G）がＰＷＭ制御器（140）からインバータ回路（111）に出力される。 When the deviation (Δid) is determined, the current controller (136) outputs the d-axis voltage command value (Vid). When the deviation (Δiq) is determined, the q-axis voltage command value (Viq) is output from the current controller (137). As a result, the drive signal (G) corresponding to the d-axis voltage command value (Vid) and the q-axis voltage command value (Viq) is output from the PWM controller (140) to the inverter circuit (111).

例えば、アクティブフィルタ装置（100）が負荷電流（I1）のみに基づいて補償電流（Ic）を決定したとすれば、調相設備（200）で想定していたよりも空気調和装置（10）の負荷が小さい場合や、調相設備（200）の能力選定が不適切な場合には、進相コンデンサ電流（Isc）によって系統電流（Is）が例えば進み位相となって力率が悪化する。しかしながら、本実施形態では、設定値（iq2^*）によって、空気調和装置（10）以外の負荷器の電流を想定した補償電流（Ic）を生成することができる。その結果、本実施形態では、例えば、交流電源（30）に繋がる負荷が調相設備（200）の設計時に想定したものと違っていた場合などにも、受電した電力における基本波力率が改善される。 For example, if the active filter device (100) determines the compensation current (Ic) based only on the load current (I1), the load of the air conditioner (10) will be higher than that assumed in the phase adjusting facility (200). Is small or the capacity of the phase adjusting equipment (200) is improperly selected, the system current (Is) becomes, for example, a lead phase due to the phase advance capacitor current (Isc), and the power factor deteriorates. However, in this embodiment, the set value (iq2 ^* ) can be used to generate the compensation current (Ic) assuming the current of the loaders other than the air conditioner (10). As a result, in the present embodiment, for example, even when the load connected to the AC power source (30) is different from the one assumed when the phase modulating facility (200) was designed, the fundamental wave power factor in the received power is improved. To be done.

なお、空気調和装置（10）に関しては、負荷電流（I1）の高調波成分を補償するように、補償電流（Ic）のｄ軸成分が調整される。そのため、空気調和装置（10）に係る有効電流の高調波成分も補償される。すなわち、アクティブフィルタ装置（100）は、空気調和装置（10）の高調波電流の低減も可能である。 Regarding the air conditioner (10), the d-axis component of the compensation current (Ic) is adjusted so as to compensate the harmonic component of the load current (I1). Therefore, the harmonic component of the active current related to the air conditioner (10) is also compensated. That is, the active filter device (100) can also reduce the harmonic current of the air conditioner (10).

〈本実施形態における効果〉
以上のように、本実施形態では、補償電流（Ic）の生成に用いるｑ軸電流指令値（iq^*）は、高調波発生機器（この例では空気調和装置（10））の力率改善等に必要な電流（ｑ軸成分（iq1^*））に、他の負荷器の無効電流を想定した設定値（iq2^*）が上乗せされたものである。この構成により、電流センサなどの新たな設備を追加せずに、ビル等における力率を改善することが可能になる。 <Effects of this embodiment>
As described above, in the present embodiment, the q-axis current command value (iq ^* ) used to generate the compensation current (Ic) is the power factor improvement of the harmonic generating device (in this example, the air conditioner (10)). The required current (q-axis component (iq1 ^* )) is added with a set value (iq2 ^* ) that assumes the reactive current of other loaders. With this configuration, the power factor in a building or the like can be improved without adding new equipment such as a current sensor.

《発明の実施形態２》
図３は、本発明の実施形態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。同図に示すように、アクティブフィルタ装置（100）の構成は、実施形態１と同じであるが、分電盤（40）には、高調波発生機器（空気調和装置（10））以外の機器として、電流に高調波成分を含まない誘導性のモータ（20）が接続されている。このモータ（20）が運転されると、モータに対する負荷に応じて電流（負荷電流（I2）と命名する）が流れる。この場合に、何らの手当も行わないとすれば、モータ（20）の影響によって、系統電流（Is）が遅れ位相となる可能性がある。 << Embodiment 2 of the Invention >>
FIG. 3 is a block diagram showing an active filter device (100) according to Embodiment 2 of the present invention. As shown in the figure, the configuration of the active filter device (100) is the same as that of the first embodiment, but the distribution board (40) includes devices other than the harmonic generating device (the air conditioner (10)). As the electric current, an inductive motor (20) that does not include harmonic components in the current is connected. When the motor (20) is operated, a current (named load current (I2)) flows according to the load on the motor. In this case, if no measures are taken, the system current (Is) may be in a lag phase due to the influence of the motor (20).

本実施形態でも設定値（iq2^*）は、力率が最もよくなるように、チューニングされている。本実施形態の設定値（iq2^*）は、電力系統に設置されている誘導性負荷（すなわちモータ（20））の容量に応じて決定された所定の進み位相成分である。具体的に、本実施形態では、設定値（iq2^*）のチューニングに際して、アクティブフィルタ装置（100）が設置されたビル等において、交流電源（30）に繋がる空気調和装置（10）以外の負荷器（モータ（20））の運転状況を実際に確認して、力率が平均して最もよくなるように、チューニングされている。この例では、設定値（iq2^*）は、モータ（20）の運転時（例えばモータ（20）の負荷が最も大きいとき）に想定される負荷電流（I2）のｑ軸成分（すなわち無効電流）の１／３に相当する値に設定している。 Also in this embodiment, the set value (iq2 ^* ) is tuned so that the power factor becomes the best. The set value (iq2 ^* ) in this embodiment is a predetermined lead phase component determined according to the capacity of the inductive load (that is, the motor (20)) installed in the power system. Specifically, in the present embodiment, when tuning the set value (iq2 ^* ), in a building or the like in which the active filter device (100) is installed, a load device other than the air conditioner (10) connected to the AC power source (30). It is tuned so that the power factor will be the best on average by actually checking the operating condition of the (motor (20)). In this example, the set value (iq2 ^* ) is the q-axis component (that is, reactive current) of the load current (I2) that is assumed when the motor (20) is operating (for example, when the load on the motor (20) is the largest). Is set to a value corresponding to 1/3.

以上の構成により、本実施形態では、補償電流（Ic）の生成に用いるｑ軸電流指令値（iq^*）は、高調波発生機器（この例では空気調和装置（10））の力率改善等に必要な電流（ｑ軸成分（iq1^*））に、モータ（20）の無効電流を想定した設定値（iq2^*）が上乗せされて生成される。すなわち、本実施形態では、アクティブフィルタ装置（100）の運転中に負荷電流（I2）を計測していない。よって、本実施形態でも、実施形態１と同様の効果を得ることが可能になる。 With the above configuration, in the present embodiment, the q-axis current command value (iq ^* ) used for generating the compensation current (Ic) is the power factor improvement of the harmonic generator (the air conditioner (10) in this example), etc. Is generated by adding a set value (iq2 ^* ) that assumes the reactive current of the motor (20) to the current (q-axis component (iq1 ^* )) required for. That is, in the present embodiment, the load current (I2) is not measured during the operation of the active filter device (100). Therefore, also in the present embodiment, it is possible to obtain the same effect as that of the first embodiment.

《その他の実施形態》
なお、設定値（iq2^*）は、固定値であってもよいし、適宜、変更してもよい。例えば、負荷の大きさ（分電盤（40）よりも下流側で消費される電力）の変動に応じて、日によって設定値（iq2^*）を変えたり、時間帯によって設定値（iq2^*）を変えたりすることが考えられる。また、季節毎に設定値（iq2^*）を変える構成でもよい。 << Other Embodiments >>
The set value (iq2 ^* ) may be a fixed value or may be changed appropriately. For example, the size of the load in accordance with a variation in (distribution panel (40) power consumed on the downstream side of), changing the set value (iq2 ^*) by day, set value by the time zone (iq2 ^*) Can be changed. Also, the set value (iq2 ^* ) may be changed for each season.

また、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。 Further, the active filter device (100) does not necessarily have to be incorporated in the air conditioner (10). That is, it may be installed in a building or the like as a facility separate from the air conditioner (10).

また、アクティブフィルタ装置（100）は、複数台設けてもよい。その場合には、複数台のアクティブフィルタ装置（100）で分担して補償電流（Ic）を流せばよい。 Further, a plurality of active filter devices (100) may be provided. In that case, a plurality of active filter devices (100) may share and pass the compensation current (Ic).

また、空気調和装置（10）の構成は例示である。空気調和装置（10）は、上述の冷暖房を行う装置の他に、例えば冷蔵装置、冷凍装置、換気装置、或いは調湿装置であってもよい。 The configuration of the air conditioner (10) is an example. The air conditioner (10) may be, for example, a refrigerating device, a refrigerating device, a ventilating device, or a humidity control device, in addition to the above-described air-conditioning device.

また、交流電源（30）に繋がる負荷器の種類（この例では空気調和装置（10））や台数は例示である。更に多数の負荷器が同じ電力系統に接続されていてもよい。 The types of loaders (in this example, the air conditioner (10)) and the number of loaders connected to the AC power source (30) are examples. A larger number of loaders may be connected to the same power system.

本発明は、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として有用である。 The present invention is useful as an active filter device and an air conditioner using the same.

１０空気調和装置（高調波発生機器）
２０モータ（機器）
１００アクティブフィルタ装置
１１０電流源
１２０力率制御器
２００調相設備（機器） 10 Air conditioner (harmonic generator)
20 Motor (device)
100 Active Filter Device 110 Current Source 120 Power Factor Controller 200 Phase Modulation Equipment (Device)

Claims

In the active filter device connected to the harmonic generator (10),
A current source (110) for supplying a compensation current (Ic) for improving the power factor to the power system to which the harmonic generator (10) is connected;
Set value of the reactive current that improves the power factor of the device (20,200) other than the harmonic generating device (10) to the load current (ir1, it1) of the current flowing from the power system to the harmonic generating device (10) (Iq2 ^* ) is added to the power factor controller (120) to obtain the magnitude of the compensation current (Ic),
An active filter device comprising:

In claim 1,
An active filter device characterized in that the set value (iq2 ^* ) is set to a value corresponding to 1/3 of a reactive current in the entire facility in which the active filter device is installed.

In claim 1 or claim 2,
The active filter device, wherein the set value (iq2 ^* ) is changed depending on a day or a time period.

In any one of Claim 1 to Claim 3,
The active filter device, wherein the harmonic generator (10) is an air conditioner.

An air conditioner in which the active filter device (100) according to any one of claims 1 to 4 is incorporated.

A plurality of active filter devices (100) according to any one of claims 1 to 4,
An air conditioner characterized in that each active filter device (100) shares and outputs the compensation current (Ic).