JP2021029070A - Active filter device for power system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力系統用アクティブフィルタ装置に関する。 The present invention relates to an active filter device for an electric power system.
電力系統に接続される負荷機器は、高調波電流を発生し、電力系統に注入する。これにより電力系統に高調波電圧が発生する。特に配電系統内では、力率改善用に設けられる進相コンデンサとの共振により、高調波拡大現象が生じる場合があることが知られている。 The load device connected to the power system generates a harmonic current and injects it into the power system. As a result, a harmonic voltage is generated in the power system. Especially in the power distribution system, it is known that a harmonic expansion phenomenon may occur due to resonance with a phase-advancing capacitor provided for improving the power factor.
高調波拡大現象の対策として、1998年のJIS改正において、進相コンデンサに対して、進相コンデンサの6%あるいは13%のリアクタンスを有する直列リアクトルを直列に接続し、直列リアクトル付き進相コンデンサを構成すべきことが定められた。これにより、第5次以上の高調波成分に対しては、直列リアクトル付き進相コンデンサが誘導性のインピーダンスとして動作し、高調波電圧に対して直交する高調波電流を分流する。その結果、直列リアクトル付き進相コンデンサは、同一配電系統の負荷機器が注入した第5次以上の高調波電流を吸収し,電力系統の高調波電圧を低減することができる。このため、既存の配電系統に広く普及している。 As a countermeasure against the harmonic expansion phenomenon, in the 1998 JIS revision, a series reactor with a reactance of 6% or 13% of the phase-advancing capacitor was connected in series to the phase-advancing capacitor, and a phase-advancing capacitor with a series reactor was installed. It was decided that it should be composed. As a result, the phase-advancing capacitor with a series reactor operates as an inductive impedance for the fifth and higher harmonic components, and divides the harmonic current orthogonal to the harmonic voltage. As a result, the phase-advancing capacitor with a series reactor can absorb the fifth and higher harmonic currents injected by the load equipment of the same distribution system, and can reduce the harmonic voltage of the power system. For this reason, it is widely used in existing distribution systems.
高調波拡大現象を回避するための別の回路構成として、配電系アクティブフィルタ装置(例えば、特許文献2)が提案されている。系統との接続点の電圧を検出し、ゲインKvを乗じて、電流指令値を生成する。この電流指令値に従って、インバータが高調波電流を連系点に注入する。ゲインKvの大きさは、検出した高調波電圧に応じて動的に変化する。これにより、共振による高調波拡大現象を回避できる。 As another circuit configuration for avoiding the harmonic expansion phenomenon, a distribution system active filter device (for example, Patent Document 2) has been proposed. The voltage at the connection point with the system is detected, and the gain Kv is multiplied to generate the current command value. According to this current command value, the inverter injects a harmonic current into the interconnection point. The magnitude of the gain Kv changes dynamically according to the detected harmonic voltage. As a result, the harmonic expansion phenomenon due to resonance can be avoided.
しかしながら、上述した従来の配電系アクティブフィルタ装置では、既に配電系統に広く普及している直列リアクトル付き進相コンデンサと協調して高調波電流を吸収することが難しいという問題がある。 However, the above-mentioned conventional power distribution system active filter device has a problem that it is difficult to absorb harmonic current in cooperation with a phase-advancing capacitor with a series reactor which is already widely used in a power distribution system.
具体的には、配電系アクティブフィルタ装置のゲインKvが大きければ、配電系アクティブフィルタ装置が多くの高調波電流を吸収する一方で、周囲の直列リアクトル付き進相コンデンサが吸収する高調波電流は微小になる。この場合、既設の直列リアクトル付き進相コンデンサの高調波補償効果を活用することができず、配電系アクティブフィルタ装置の必要容量が増大する。 Specifically, if the gain Kv of the distribution system active filter device is large, the distribution system active filter device absorbs a large amount of harmonic current, while the surrounding phase-advancing capacitor with a series reactor absorbs a small amount of harmonic current. become. In this case, the harmonic compensation effect of the existing phase-advancing capacitor with a series reactor cannot be utilized, and the required capacity of the distribution system active filter device increases.
また、ゲインKvを低下させることで、配電系アクティブフィルタ装置が吸収する高調波電流を低減したとしても、直列リアクトル付き進相コンデンサと同様の高調波電流を分流することはできない。なぜなら、高調波電圧にゲインKvを乗じて生成される高調波電流指令値は、高調波電圧と同一の位相となるである。直列リアクトル付き進相コンデンサのように誘導性のインピーダンスとして動作することはなく、直列リアクトル付き進相コンデンサほどには電力系統の高調波電圧を低減させる効果を見込めない。 Further, even if the harmonic current absorbed by the distribution system active filter device is reduced by lowering the gain Kv, the same harmonic current as that of the phase-advancing capacitor with a series reactor cannot be divided. This is because the harmonic current command value generated by multiplying the harmonic voltage by the gain Kv has the same phase as the harmonic voltage. Unlike a phase-advancing capacitor with a series reactor, it does not operate as an inductive impedance, and it cannot be expected to have the effect of reducing the harmonic voltage of the power system as much as a phase-advancing capacitor with a series reactor.
このように、従来の配電系アクティブフィルタ装置と、直列リアクトル付き進相コンデンサが併設された場合、吸収する高調波電流を、設備容量比に応じて均等に分担させることは困難である。さらに、配電系統に存在する高調波は、5,7,11,13次を主成分として複数の周波数帯域に存在することから、ゲインKvの調整のみのよって、配電系統に存在する各次数の高調波成分のそれぞれを、設備容量比に応じて均等に分担させることは困難である。 As described above, when the conventional power distribution system active filter device and the phase-advancing capacitor with a series reactor are installed side by side, it is difficult to evenly share the harmonic current to be absorbed according to the installed capacity ratio. Furthermore, since the harmonics existing in the distribution system are present in a plurality of frequency bands with the fifth, seventh, eleventh, and thirteenth orders as the main components, the harmonics of each order existing in the distribution system can be obtained only by adjusting the gain Kv. It is difficult to evenly share each of the wave components according to the installed capacity ratio.
また一方で、直列リアクトル付き進相コンデンサは、鉄心入りリアクトルを有しており、突入電流が流れると、鉄心の飽和によりリアクタンスが低下する。これに起因する高調波引込み現象を発生させ、過負荷で設備が焼損するといった課題も知られている。 On the other hand, the phase-advancing capacitor with a series reactor has a reactor with an iron core, and when an inrush current flows, the reactance decreases due to the saturation of the iron core. It is also known that a harmonic lead-in phenomenon is generated due to this, and the equipment is burnt out due to an overload.
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、同一の配電系統に存在する別の高調波抑制回路と協調して高調波を補償可能な、電力系統用アクティブフィルタ装置の提供にある。 The present invention has been made in view of such a problem, and one of the exemplary purposes of the embodiment is to compensate for harmonics in cooperation with another harmonic suppression circuit existing in the same distribution system. It is possible to provide an active filter device for a power system.
本発明のある態様は、電力系統用アクティブフィルタ装置に関する。電力系統用アクティブフィルタ装置は、連系リアクトルおよびインバータ装置を直列に接続した主回路と、連系点電圧を検出する電圧検出器と、連系点電流を検出する電流検出器と、連系点電圧に対し、電力系統用アクティブフィルタ装置と併用される高調波抑制回路にもとづいて定められる伝達関数を乗算し、高調波電流指令値を算出し、高調波電流指令値に基づいて電圧指令値を生成し、電圧指令値にもとづいてインバータ装置を制御可能なインバータ制御器と、を備える。 One aspect of the present invention relates to an active filter device for an electric power system. The active filter device for the power system consists of a main circuit in which an interconnection reactor and an inverter device are connected in series, a voltage detector that detects the interconnection point voltage, a current detector that detects the interconnection point current, and an interconnection point. Multiply the voltage by the transfer function determined based on the harmonic suppression circuit used in combination with the active filter device for the power system, calculate the harmonic current command value, and calculate the voltage command value based on the harmonic current command value. It includes an inverter controller that can generate and control the inverter device based on the voltage command value.
本発明のある態様に係る電力系統用アクティブフィルタ装置によれば、同一の配電系統に存在する高調波抑制回路と協調して高調波を補償できる。 According to the active filter device for a power system according to an aspect of the present invention, harmonics can be compensated in cooperation with a harmonic suppression circuit existing in the same distribution system.
(実施の形態の概要)
本明細書に開示される一実施の形態は、電力系統用アクティブフィルタ装置に関する。電力系統用アクティブフィルタ装置は、連系リアクトルおよびインバータ装置を直列に接続した主回路と、連系点電圧を検出する電圧検出器と、連系点電流を検出する電流検出器と、連系点電圧に対し、電力系統用アクティブフィルタ装置と併用される高調波抑制回路にもとづいて定められる伝達関数を乗算し、高調波電流指令値を算出し、高調波電流指令値に基づいて電圧指令値を生成し、電圧指令値にもとづいてインバータ装置を制御可能なインバータ制御器と、を備える。
(Outline of Embodiment)
One embodiment disclosed herein relates to an active filter device for an electric power system. The active filter device for the power system consists of a main circuit in which an interconnection reactor and an inverter device are connected in series, a voltage detector that detects the interconnection point voltage, a current detector that detects the interconnection point current, and an interconnection point. Multiply the voltage by the transfer function determined based on the harmonic suppression circuit used in combination with the active filter device for the power system, calculate the harmonic current command value, and calculate the voltage command value based on the harmonic current command value. It includes an inverter controller that can generate and control the inverter device based on the voltage command value.
この電力系統用アクティブフィルタ装置によれば、同一の配電系統に存在する別の高調波抑制回路と協調して、配電系統の高調波電流を設備容量比に応じて分担させて吸収することができる。 According to this power system active filter device, the harmonic current of the distribution system can be shared and absorbed according to the installed capacity ratio in cooperation with another harmonic suppression circuit existing in the same distribution system. ..
一実施の形態において、主回路は、連系リアクトルおよびインバータ装置と直列に接続される進相コンデンサをさらに含んでもよい。 In one embodiment, the main circuit may further include a phase-advancing capacitor connected in series with the interconnection reactor and inverter device.
この構成によれば、基本波成分の無効電力を出力すると同時に、同一の配電系統に存在する直列リアクトル付き進相コンデンサと協調して、配電系統の高調波電流を設備容量比に応じて分担させて吸収することができる。また、進相コンデンサがない構成と比較してインバータの設備容量を低減でき、電力系統用アクティブフィルタ装置と進相コンデンサを個別に配置するよりも小型化・低コスト化ができる。さらに、直列リアクトルのように突入電流の流入時にリアクタンスが低下することがないため、高調波引込み現象による設備の焼損を回避することができる。 According to this configuration, the ineffective power of the fundamental wave component is output, and at the same time, the harmonic current of the distribution system is shared according to the installed capacity ratio in cooperation with the phase-advancing capacitor with a series reactor existing in the same distribution system. Can be absorbed. In addition, the installed capacity of the inverter can be reduced as compared with the configuration without the phase-advancing capacitor, and the size and cost can be reduced as compared with the case where the active filter device for the power system and the phase-advancing capacitor are arranged separately. Further, unlike the series reactor, the reactance does not decrease when the inrush current flows in, so that it is possible to avoid the burnout of the equipment due to the harmonic lead-in phenomenon.
一実施の形態においてインバータ装置は、単一の三相インバータと、DCコンデンサと、を含んでもよい。 In one embodiment, the inverter device may include a single three-phase inverter and a DC capacitor.
インバータ装置は、単相インバータとDCコンデンサのセットを3個含んでもよい。 The inverter device may include three sets of a single-phase inverter and a DC capacitor.
三相インバータの直流端子には、電源装置が接続されてもよい。この構成によれば、基本波成分の有効電力および無効電力を出力すると同時に、同一の配電系統に存在する直列リアクトル付き進相コンデンサと協調して、配電系統の高調波電流を設備容量比に応じて分担させて吸収することができる。また、電力系統用アクティブフィルタ機能の付加によるインバータの設備容量の増加分は小さく、電力系統用アクティブフィルタ装置と系統連系インバータを個別に配置するよりも小型化・低コスト化ができる。 A power supply device may be connected to the DC terminal of the three-phase inverter. According to this configuration, the active power and the inactive power of the fundamental wave component are output, and at the same time, the harmonic current of the distribution system is adjusted according to the installed capacity ratio in cooperation with the phase-advancing capacitor with a series reactor existing in the same distribution system. Can be shared and absorbed. In addition, the increase in the installed capacity of the inverter due to the addition of the active filter function for the power system is small, and the size and cost can be reduced as compared with arranging the active filter device for the power system and the grid interconnection inverter separately.
(実施の形態)
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
(Embodiment)
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings based on preferred embodiments. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings shall be designated by the same reference numerals, and redundant description will be omitted as appropriate. Further, the embodiment is not limited to the invention but is an example, and all the features and combinations thereof described in the embodiment are not necessarily essential to the invention.
本明細書において、「部材Aが、部材Bに接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合や、部材Aと部材Bが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。 In the present specification, the "state in which the member A is connected to the member B" means that the member A and the member B are physically directly connected, or the member A and the member B are electrically connected to each other. It also includes the case of being indirectly connected via other members, which does not substantially affect the connection state or does not impair the functions and effects performed by the combination thereof.
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。 Similarly, "a state in which the member C is provided between the member A and the member B" means that the member A and the member C, or the member B and the member C are directly connected, and their electricity. It also includes the case of being indirectly connected via other members, which does not substantially affect the connection state, or does not impair the functions and effects performed by the combination thereof.
また本明細書において、電圧信号、電流信号などの電気信号、あるいは抵抗、キャパシタなどの回路素子に付された符号は、必要に応じてそれぞれの電圧値、電流値、あるいは抵抗値、容量値を表すものとする。 Further, in the present specification, the reference numerals attached to electric signals such as voltage signals and current signals, or circuit elements such as resistors and capacitors have their respective voltage values, current values, resistance values and capacitance values as required. It shall be represented.
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係るアクティブフィルタ装置100Aを備える電力システム200のブロック図である。電力システム200は、高圧配電系統202、負荷204、直列リアクトル付き進相コンデンサ206、アクティブフィルタ装置100Aを備える。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of a
負荷204は、高調波電流ihの発生源を含む。直列リアクトル付き進相コンデンサ206は、高調波電流ihを吸収する高調波抑制回路として機能する。直列リアクトル付き進相コンデンサ206は、進相コンデンサCと、それと直列に接続される直列リアクトルLを含んでおり、主として5次以上の高調波電流ihを吸収し,電力系統の高調波電圧を低減する。多くの場合、直列リアクトル付き進相コンデンサ206は既存設備として広く普及している。
The
アクティブフィルタ装置100Aは、直列リアクトル付き進相コンデンサ206を有する電力系統に追加され、直列リアクトル付き進相コンデンサ206と協調して、高調波電流ihを吸収する。以下、アクティブフィルタ装置100Aの構成を詳細に説明する。
The
図2は、実施の形態1に係る電力系統用アクティブフィルタ装置100Aのブロック図である。アクティブフィルタ装置100Aは、主回路110A、電圧検出器120、電流検出器122、インバータ制御器130を備える。
FIG. 2 is a block diagram of the power system
主回路110Aは、三相交流の配電系統2との連系点4に接続される。主回路110Aは、直列に接続された連系リアクトル112_1〜112_3および自励式のインバータ装置114(コンバータ)を含む。連系リアクトル112_1〜112_3は、インバータ装置114の電流制御が可能な程度のリアクタンス値に設計される。例えばインバータ容量に対して5〜10%程度に設計される。図2では単相リアクトルを3台用いた場合を示しているが、三相結合リアクトルを1台用いても構わない。
The
本実施の形態においてインバータ装置114は、三相インバータと、三相インバータの直流端子に接続されるDCコンデンサCdcを含む。インバータ装置114は、基本波および高調波交流電圧を出力し、連系点4に流れる高調波電流を制御する。インバータ装置114は、配電系統2の基本波電圧振幅に対して、高調波電圧歪みの大きさを加算した電圧を出力可能なように設計される。例えばインバータ装置114は、基本波交流電圧の120%程度の電圧を出力可能なように設計される。
In the present embodiment, the
電圧検出器120は、連系点4に接続され、三相の交流電圧(連系点電圧)を検出する。たとえば電圧検出器120は、三相の交流電圧を降圧する計器用変圧器と、降圧した後の電圧をデジタル値に変換するA/Dコンバータと、を含むことができる。
The
電流検出器122は、連系点4に流れる電流(連系点電流)を検出する。たとえば電流検出器122は、連系点4と主回路110Aの間に接続され、三相の交流電流を検出する。具体的には、電流検出器122は、変流器と検出抵抗により交流電流を低電圧のアナログ信号に変換した後、A/Dコンバータによりディジタル信号に変換する。
The
インバータ制御器130は、電圧検出器120および電流検出器122の検出結果にもとづいて、インバータ装置114を制御する。
The
図3は、インバータ制御器130のブロック図である。インバータ制御器130は、高調波電流指令値生成部132、電圧指令値生成部134、パルス変調器136、ゲートドライバ138を含む。
FIG. 3 is a block diagram of the
高調波電流指令値生成部132は、電圧検出器120が検出した連系点電圧Vgxに対し、直列リアクトル付き進相コンデンサの伝達関数Y(s)を乗算し、高調波電流指令値ih*を算出する。電圧指令値生成部134は、高調波電流指令値ih*に基づいて、電圧指令値v*を生成する。パルス変調器136は、電圧指令値v*に応じたデューティ比を有するパルス信号を生成する。ゲートドライバ138は、パルス信号にもとづいてインバータ装置114を駆動する。
The harmonic current
図4は、図3の高調波電流指令値生成部132のブロック図である。以下の説明において、各相を区別するために、以下の添え字を用いるものとする。
三相量:a,b,c,
三相量をαβ変換した二相量:α,β
二相量α,βをdq変換(回転座標変換)した量:d,q
FIG. 4 is a block diagram of the harmonic current command
Three-phase quantity: a, b, c,
Two-phase amount obtained by converting the three-phase amount into αβ: α, β
Amount obtained by dq conversion (rotational coordinate conversion) of two-phase quantities α and β: d, q
αβ変換器140は、検出した連系点三相電圧vga,vgb,vgcをαβ変換(三相二相変換)し、二相電圧vgα,vgβを生成する。位相検出器142は、二相電圧vgα,vgβにもとづいて、位相情報θを生成する。dq変換器144は、位相情報θを用いて、二相の連系点電圧vgα,vgβをdq変換し、回転座標系の電圧vgd,vgqを生成する。図4においてe-jθはdq変換,ejθは逆dq変換を意味する。
The
ハイパスフィルタ146は、回転座標系の電圧vgd,vgqから基本波成分を除去し、高調波成分vghd,vghqのみを抽出する。このvghd,vghqは、連系点電圧の高調波成分に対応する。逆dq変換器148は、高調波成分vghd,vghqを逆dq変換し、vghα,vghβとする。
The high-
図1に示すように、アクティブフィルタ装置100Aは、直列リアクトル付き進相コンデンサ206とともに使用される。フィルタ149には、協調して高調波を補償したい直列リアクトル付き進相コンデンサ206の電圧vから電流iへの伝達関数(コンダクタンス)Y(s)が設定される。具体的には、同一配電線内に6%直列リアクトル付き進相コンデンサがあれば、6%直列リアクトル付き進相コンデンサの伝達関数が設定される。直列リアクトル付き進相コンデンサ206は、抵抗値Rの抵抗器(図1には不図示)、インダクタンスLのリアクトル、静電容量Cのコンデンサの直列回路としてモデル化される。この直列回路の電圧VRLC(s)とIRLC(s)の間には、以下の関係(1)が成立する。
IRLC(s)=VRLC(s)/(R + sL + 1/sC) …(1)
この場合、模擬対象の電圧から電流への伝達関数Y(s)=IRLC(s) / VRLC(s)は、式(2)となる。
Y(s)=1 / (R + sL + 1/sC)
抵抗R、リアクトルL、コンデンサCには、模擬対象の直列リアクトル付き進相コンデンサの抵抗値、インダクタンス、静電容量に対応する値を与える。ただし、直列リアクトル付き進相コンデンサは、抵抗Rが十分に小さいことから、R=0として、式(3)を用いてもよい。
Y(s)=1 / (sL + 1/sC) …(3)
As shown in FIG. 1, the
I RLC (s) = V RLC (s) / (R + sL + 1 / sC)… (1)
In this case, the transfer function Y (s) = I RLC (s) / V RLC (s) from the voltage to the current to be simulated is given by Eq. (2).
Y (s) = 1 / (R + sL + 1 / sC)
The resistance R, reactor L, and capacitor C are given values corresponding to the resistance value, inductance, and capacitance of the phase-advancing capacitor with a series reactor to be simulated. However, since the resistance R of the phase-advancing capacitor with a series reactor is sufficiently small, the equation (3) may be used with R = 0.
Y (s) = 1 / (sL + 1 / sC)… (3)
二相量vghα,vghβがフィルタ149を通過することにより、直列リアクトル付き進相コンデンサの伝達関数Y(s)を乗算され、高調波電流指令値ihα*,ihβ*の瞬時値が算出される。
When the two-phase quantities v ghα and v ghβ pass through the
図5は、電圧指令値生成部134のブロック図である。添え字の1,5,7等は、次数を表し、hは全次数の高調波を表す。
FIG. 5 is a block diagram of the voltage command
基本波電流指令値生成部150は、基本波電流指令値i1α*,i1β*を生成する。直流電圧制御器151は、直流電圧Vdcとその目標値Vdc*の偏差を受けるPI(比例・積分)コントローラであり、基本波電流指令値i1d*を生成する。無効電力制御器152は、連系点電圧Vgxと連系点電流ixから演算した無効電力qとその指令値q*の偏差を受けるPIコントローラであり、基本波電流指令値i1q*を生成する。なお無効電力qは、連系点電圧Vgxと連系点電流ixから、q=vgαiβ-vgβiαより得られる。直流電圧制御器151および無効電力制御器152によって生成された基本波電流指令値i1d*,i1q*は、逆dq変換によって基本波電流指令値i1α*,i1β*に変換される。
The fundamental wave current command
電流検出器154は、連系点電流iα,iβを、基本波成分(連系点基本波電流)i1α,i1βと、高調波成分(連系点高調波電流)ihα,ihβと、に分離する。電流検出器154は、ハイパスフィルタ(HPF)とローパスフィルタ(LPF)、dq変換器(e-jθ)と逆dq変換器(ejθ)を含む。 The current detector 154 uses the interconnection point currents i α and i β as the fundamental wave components (coupling point fundamental wave currents) i 1α and i 1 β and the harmonic components (coupling point harmonic currents) i h α and i. Separate into hβ and. The current detector 154 includes a high-pass filter (HPF) and a low-pass filter (LPF), a dq converter (e- jθ ) and an inverse dq converter (e jθ ).
基本波電流偏差検出器156は、連系点基本波電流i1α,i1βとその目標値である基本波電流指令値i1α*,i1β*の偏差Δi1α,Δi1βを生成する。また高調波電流偏差検出器158は、連系点高調波電流ihα,ihβとその目標値である高調波電流指令値ihα*,ihβ*の偏差Δihα,Δihβを生成する。
The fundamental wave
基本波電流制御器160では、基本波成分の電流を制御するために、基本波成分の電圧指令値v1α*,v1β*を算出する。まず、Δi1α,Δi1βを位相θを用いてdq変換する。これに積分制御器(積分ゲインkI1)の伝達関数を乗じ、位相θを用いて逆dq変換し基本波成分の電圧指令値v1α*,v1β*を算出する。また、基本波電流指令値i1d*,i1q*に連系リアクタンスωLを乗じた値を加算することで、連系リアクタンスにおける電圧降下分を補償し、電流制御特性を向上する。
In the fundamental wave
逆相5次電流制御器162、正相7次電流制御器164では、配電系統に存在する主要な高調波成分の電流を制御するために、逆相5次成分の電圧指令値v5α*,v5β*、正相7次成分の電圧指令値v7α*,v7β*を算出する。逆相5次電流制御器162では、偏差Δihα,Δihβを位相θに-5を乗じた-5θを用いてdq変換し、積分制御器(積分ゲインkI5)の伝達関数を乗じ、-5θを用いて逆dq変換し、逆相5次高調波成分の電圧指令値v5α*,v5β*を算出する。
In the negative phase 5th order
正相7次電流制御器164では、偏差Δihα,Δihβを位相θに7を乗じた7θを用いてdq変換し、積分制御器(積分ゲインkI7)の伝達関数を乗じ、7θを用いて逆dq変換し、正相7次高調波成分の電圧指令値v7α*,v7β*を算出する。
In the positive-phase 7th-order
広域電流制御器166は、全ての帯域に対する電流制御を目的とし、Δi1αとΔihαの和、およびΔi1βとΔihβの和に対し、比例ゲインkPを乗じ、電圧指令値vPα*,vPβ*を算出する。
The wide-area
以上のように算出した各電圧指令値と、連系点電圧vgα,vgβとを加算することで、電圧指令値vα*,vβ*が算出される。この電圧指令値vα*,vβ*に基づいて後段のパルス変調器136がパルス幅変調を行い、インバータのゲート信号が生成され、ドライバ138によってインバータが駆動される。
The voltage command values v α * and v β * are calculated by adding each voltage command value calculated as described above to the interconnection point voltages v g α and v g β. Based on the voltage command values v α * and v β *, the
以上がアクティブフィルタ装置100Aの構成である。この電力系統用アクティブフィルタ装置100Aは、併用される高調波抑制回路である直列リアクトル付き進相コンデンサ206と同等の高調波電流を吸収することができる。これにより、同一の配電系統に設置された直列リアクトル付き進相コンデンサ206と協調して配電系統に存在する各次数の高調波電流を補償することができる。
The above is the configuration of the
図1に示す電力システム200についてシミュレーションを行った結果を説明する。図1に示すように、高圧配電系統202に対し、アクティブフィルタ装置100A、直列リアクトル付き進相コンデンサ206、第5次高調波および第7次高調波を含む高調波電流ihを発生する負荷204が接続される。
The result of simulating the
図6(a)、(b)は、アクティブフィルタ装置100Aを備える電力システム200のシミュレーション結果を示す図である。iLSCは、直列リアクトル付き進相コンデンサ206に流れる電流を、iinvSCは、アクティブフィルタ装置100Aに流れる電流を示す。ihは負荷204が発生する高調波電流を示す。
6A and 6B are diagrams showing simulation results of a
図6(a)は、電流波形を、図6(b)は各高調波成分の電流量を示す。図6(a)、(b)からわかるように、アクティブフィルタ装置100Aに流れる電流iinvSCは、直列リアクトル付き進相コンデンサ206に流れる電流iLSCと実質的に等しくなっており、アクティブフィルタ装置100Aと直列リアクトル付き進相コンデンサ206が高調波電流を均等に吸収していることがわかる。
FIG. 6A shows the current waveform, and FIG. 6B shows the amount of current of each harmonic component. As can be seen from FIGS. 6A and 6B , the current i invSC flowing through the active filter device 100A is substantially equal to the current i LSC flowing through the phase-advancing
特許文献2に記載される配電系アクティブフィルタ装置に対して同様のシミュレーションを行った結果を説明する。シミュレーションは、図1の電力システム200において、アクティブフィルタ装置100Aに代えて、特許文献2に開示される配電系アクティブフィルタ装置を設けた回路(比較回路という)について行っている。
The result of performing the same simulation on the distribution system active filter apparatus described in
図7(a)、(b)は、比較回路のシミュレーション波形図である。図7(a)は、ゲインKvを大きく設定したときの様子を、図7(b)は、ゲインKvを小さく設定したときの様子を示す。 7 (a) and 7 (b) are simulation waveform diagrams of a comparison circuit. FIG. 7A shows a state when the gain Kv is set large, and FIG. 7B shows a state when the gain Kv is set small.
図7(a)に示すように、ゲインKvが大きいと、負荷204が注入する高調波電流ihの大半は、アクティブフィルタ装置が吸収することとなり、直列リアクトル付き進相コンデンサ206に分流する高調波電流iLSCは微小である。
As shown in FIG. 7A, when the gain Kv is large, most of the harmonic current i h injected by the
図7(b)では、アクティブフィルタ装置と直列リアクトル付き進相コンデンサ206で、第5調波電流の振幅が等しくなるようにゲインKvを設定したものである。iinvSCとiLSCの第5次高調波電流の振幅を一致させても、電流の位相が異なるため、同一の第5次高調波電流を分担することはできない。また、第7次高調波電流については振幅と位相のいずれも一致させることはできない。
In FIG. 7B, the gain Kv is set so that the amplitudes of the fifth wave tuning currents are equal in the active filter device and the phase-advancing
このように従来技術では、直列リアクトル付き進相コンデンサ206をはじめとする既存の高調波抑制回路との協調動作は難しい。これに対して、アクティブフィルタ装置100Aによれば、他の高調波抑制回路のコンダクタンスを考慮して、制御系が構築されるため他の高調波抑制回路と協調して、高調波電流を吸収することができる。
As described above, in the prior art, it is difficult to cooperate with the existing harmonic suppression circuit such as the phase-advancing
(実施の形態2)
図8は、実施の形態2に係る電力系統用アクティブフィルタ装置100Bのブロック図である。実施の形態1に係るアクティブフィルタ装置100Aとの相違点を中心に説明する。
(Embodiment 2)
FIG. 8 is a block diagram of the power system
アクティブフィルタ装置100Bは、電力系統用アクティブフィルタ機能を有する進相コンデンサとして把握できる。アクティブフィルタ装置100Bの主回路110Bは、図2の主回路110Aに加えて、進相コンデンサ116_1〜116_3を備える。進相コンデンサ116_1〜116_3は、連系リアクトル112_1〜112_3およびインバータ装置114と直列に接続される。
The
具体的には、主回路110Bは三相で構成され、対応する相の進相コンデンサ116_#、連系リアクトル112_#、インバータ装置114のレグが直列に接続されている。これらの接続の順序は入れ替えても構わない。これを3組分接続したものが、三相交流の配電系統2との連系点4に接続される。
Specifically, the
進相コンデンサ116には、配電系統2の基本波交流電圧が印加される。進相コンデンサ116は、この基本波電圧と必要な調相容量に基づいて選択される。
The fundamental AC voltage of the
連系リアクトル112は、インバータ装置114の電流制御が可能な程度のリアクタンス値に設計する。例えば調相容量に対して1%程度に設計される。図8では単相リアクトル3台を用いた場合を示しているが、三相結合リアクトル1台を用いても構わない。
The
インバータ装置114は、三相ブリッジ回路であり、高調波交流電圧を出力し、連系点に流れる高調波電流を制御する。配電系統の電圧歪みの大きさに基づいて、出力電圧が設計される。例えば基本波交流電圧の20%程度に設計される。
The
インバータ制御器130は、図2と同様に構成され、高調波電流指令値生成部132、電圧指令値生成部134、パルス変調器136、ゲートドライバ138を備える。
The
図9は、実施の形態2に係る電圧指令値生成部134Bのブロック図である。直流電圧指令値生成部180は、偏差検出器(減算器)181、直流電圧制御器182、逆dq変換器(ejθ)を含む。偏差検出器181は、直流電圧vdcとその指令値vdc*の偏差を生成する。直流電圧制御器182は、直流電圧の偏差を受けるPIコントローラであり、基本波電圧のq軸成分の目標値である基本波電圧指令値v1q*を生成する。基本波電圧のd軸成分の目標値v1d*は0である。基本波電圧の目標値v1q*,V1d*は逆dq変換され、基本波電圧指令値v1α*,v1β*が生成される。
FIG. 9 is a block diagram of the voltage command
高調波電流偏差検出器172は、連系点高調波電流ihα,ihβとその目標値である高調波電流指令値ihα*,ihβ*の偏差Δihα,Δihβを生成する。
The harmonic
高調波電流制御器174は、P(比例)コントローラであり、偏差Δihα,Δihβに比例ゲインを乗算し、連系点電圧Vgの高調波成分vghα,vghβを加算する。
The harmonic
逆相5次電流制御器176、正相7次電流制御器178は、図6の逆相5次電流制御器162、正相7次電流制御器164と同様である。高調波電流制御器174、逆相5次電流制御器176、正相7次電流制御器178、直流電圧指令値生成部180の出力が加算され、電圧指令値vα*,vβ*が生成される。
The negative-phase 5th-order
以上が実施の形態2に係るアクティブフィルタ装置100Bの構成である。続いてアクティブフィルタ装置100Bの利点を説明する。
The above is the configuration of the
実施の形態2に係るアクティブフィルタ装置100Bは、直列リアクトル付き進相コンデンサと同等の高調波電流を補償する動作を行う。これにより、同一配電系統に設置された直列リアクトル付き進相コンデンサと協調して配電系統の高調波電流を補償することができる。
The
また、アクティブフィルタ装置100Bは、基本波成分の電流に対しては制御を行わないため、進相コンデンサ116はその無効電力補償量に対応した基本波成分の電流を流し、無効電力を出力する。つまり進相コンデンサは、調相設備としての本来の調相機能を保有する。
Further, since the
また、実施の形態1に係るアクティブフィルタ装置100Aは、配電系統の基本波電圧振幅に対して、高調波電圧の大きさを加算した電圧を出力する。このため、例えば、基本波定格電圧の20%にあたる高調波電圧を出力する場合には、基本波定格電圧の120%をインバータ装置114で出力する必要がある。一方、実施の形態2に係るアクティブフィルタ装置100Bでは、進相コンデンサ116が基本波電圧を分担するため、インバータ装置114は高調波電圧のみを分担する。このため、例えば、基本波定格電圧の20%にあたる高調波電圧をインバータ装置114で出力すればよい。これによりインバータ装置114の設備容量を低減でき、実施の形態1に係るアクティブフィルタ装置100Aと、進相コンデンサとを個別に配置するよりも小型化・低コスト化ができる。さらに、直列リアクトルのように突入電流の流入時にリアクタンスが低下することがないため、高調波引込み現象による設備の焼損を回避することができる。
Further, the
(実施の形態3)
図10は、実施の形態3に係るアクティブフィルタ装置100Cのブロック図である。実施の形態3に係るアクティブフィルタ装置100Cは、実施の形態2と同様に電力系統用アクティブフィルタ機能を有する進相コンデンサとしての機能を有し、したがって実施の形態2に係るアクティブフィルタ装置100Bの変形例と把握できる。
(Embodiment 3)
FIG. 10 is a block diagram of the
図10では、インバータ装置114Cは複数N台(N≧2)の単相ブリッジ回路(フルブリッジ回路)115_1〜115_3を含む。図10ではN=3の場合を示すが、単相ブリッジ回路115の個数Nをさらに増やしてもよい。また図10では3つの進相コンデンサ116_1〜116_3をスター結線したものを示しているが、デルタ結線したものを用いても構わない。
In FIG. 10, the inverter device 114C includes a plurality of N units (N ≧ 2) of single-phase bridge circuits (full bridge circuits) 115_1 to 115_3. Although the case of N = 3 is shown in FIG. 10, the number N of the single-
インバータ制御器130の構成は、実施の形態2と同様とすることができる。
The configuration of the
以上がアクティブフィルタ装置100Cの構成である。このアクティブフィルタ装置100Cによれば、実施の形態2のアクティブフィルタ装置100Bと同様の効果を得ることができる。
The above is the configuration of the
(実施の形態4)
図11は、実施の形態4に係るアクティブフィルタ装置100Dのブロック図である。
このアクティブフィルタ装置100Dは、電力系統用アクティブフィルタ機能を有する系統連系インバータとして把握できる。
(Embodiment 4)
FIG. 11 is a block diagram of the
This
アクティブフィルタ装置100Dは、主回路110D、電圧検出器120、インバータ制御器130に加えて、電源装置190を備える。主回路110D、電圧検出器120、インバータ制御器130は、実施の形態1と同様である。
The
電源装置190は、蓄電装置や発電装置、もしくはそれらの組み合わせであり、インバータ装置114Dの直流端子に接続される。その限りでないが電源装置190は、太陽光発電パネルや、二次電池であってもよい。
The
インバータ装置114Dは、配電系統2と電源装置190の間で、双方向、あるいは片方向に伝送する系統連系インバータとしての機能と、上述のアクティブフィルタとしてのインバータ装置の機能を兼ねている。
The inverter device 114D has both a function as a grid interconnection inverter for bidirectional or unidirectional transmission between the
以上がアクティブフィルタ装置100Dの構成である。続いてその利点を説明する。アクティブフィルタ装置100Dは、直列リアクトル付き進相コンデンサと同等の高調波電流を補償する動作を行う。これにより、同一配電系統に設置された直列リアクトル付き進相コンデンサと協調して配電系統の高調波電流を補償することができる。
The above is the configuration of the
また、基本波成分の電流に対しては、一般的な系統連系インバータと同様の制御を行っており、電力制御器の出力する基本波電流指令値に基づいて、基本波成分の電流を流し、有効電力および無効電力を出力する。つまり、系統連系インバータとしての本来の変換機能を保有する。 In addition, the current of the fundamental wave component is controlled in the same way as a general grid-connected inverter, and the current of the fundamental wave component is passed based on the fundamental wave current command value output by the power controller. , Outputs active power and reactive power. That is, it possesses the original conversion function as a grid-connected inverter.
また、電力系統用アクティブフィルタ機能の付加によるインバータの設備容量の増加分は、高調波電圧に相当する分であり、例えば20%程度である。したがって、アクティブフィルタ装置100Dは、基本波定格電圧の120%を出力することとなる。これは、実施の形態1に係るアクティブフィルタ装置100Aと同程度の電圧である。
Further, the increase in the installed capacity of the inverter due to the addition of the active filter function for the power system corresponds to the harmonic voltage, for example, about 20%. Therefore, the
したがって、図2のアクティブフィルタ装置100Aと系統連系インバータを個別に配置するよりも小型化・低コスト化ができる。
Therefore, the size and cost can be reduced as compared with arranging the
実施の形態にもとづき、具体的な用語を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。 Although the present invention has been described using specific terms based on the embodiments, the embodiments merely indicate the principles and applications of the present invention, and the embodiments are defined in the claims. Many modifications and arrangement changes are permitted without departing from the ideas of the present invention.
2 配電系統
4 連系点
6 発電・蓄電装置
100 アクティブフィルタ装置
110 主回路
112 連系リアクトル
114 インバータ装置
116 進相コンデンサ
120 電圧検出器
122 電流検出器
130 インバータ制御器
132 高調波電流指令値生成部
134 電流制御器
136 パルス変調器
138 ゲートドライバ
140 αβ変換器
142 位相検出器
144 dq変換器
146 ハイパスフィルタ
148 逆dq変換器
149 フィルタ
150 基本波電流指令値生成部
151 直流電圧制御器
152 無効電力制御器
154 電流検出器
156 基本波電流偏差検出器
158 高調波電流偏差検出器
160 基本波電流制御器
162 逆相5次電流制御器
164 正相7次電流制御器
166 広域電流制御器
170 電流検出器
172 高調波電流偏差検出器
174 高調波電流制御器
176 逆相5次電流制御器
178 正相7次電流制御器
180 直流電圧指令値生成部
182 直流電圧制御器
190 電源装置
200 電力システム
202 高圧配電系統
204 負荷
206 直列リアクトル付き進相コンデンサ
2
Claims (6)
連系リアクトルおよびインバータ装置を直列に接続した主回路と、
連系点電圧を検出する電圧検出器と、
連系点電流を検出する電流検出器と、
前記連系点電圧に対し、前記電力系統用アクティブフィルタ装置と併用される高調波抑制回路にもとづいて定められる伝達関数を乗算し、高調波電流指令値を算出し、前記高調波電流指令値に基づいて電圧指令値を生成し、前記電圧指令値にもとづいて前記インバータ装置を制御可能なインバータ制御器と、
を備えることを特徴とする電力系統用アクティブフィルタ装置。 An active filter device for the power system
The main circuit in which the interconnection reactor and the inverter device are connected in series,
A voltage detector that detects the interconnection point voltage and
A current detector that detects the interconnection point current, and
The interconnection point voltage is multiplied by a transmission function determined based on the harmonic suppression circuit used in combination with the power system active filter device to calculate a harmonic current command value, and the harmonic current command value is calculated. An inverter controller that can generate a voltage command value based on the voltage command value and control the inverter device based on the voltage command value.
An active filter device for an electric power system, which comprises.
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