JP2021029070A - Active filter device for power system - Google Patents

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Abstract

To provide an active filter device for power system capable of compensating harmonics in cooperation with a separate harmonic suppression circuit being present in the same power distribution system.SOLUTION: A main circuit 110A has a configuration in which an interconnection reactor 112 and an inverter device 114 are connected in series. A voltage detector 120 detects an interconnection point voltage. A current detector detects an interconnection point current. An inverter controller 130 calculates a harmonic current command value by multiplying a transfer function which is determined based on a harmonic suppression circuit that is used together with an active filter device 100 for power system, generates a voltage command value on the basis of the harmonic current command value and is capable of controlling the inverter device 114 on the basis of the voltage command value.SELECTED DRAWING: Figure 2

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.

実開平2−2723号公報Jikkenhei No. 2-2723 特許第3661012号公報Japanese Patent No. 3661012

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1に係るアクティブフィルタ装置を備える電力システムのブロック図である。It is a block diagram of the electric power system including the active filter apparatus which concerns on Embodiment 1. FIG. 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のブロック図である。It is a block diagram of the active filter apparatus for power system which concerns on Embodiment 1. FIG. インバータ制御器のブロック図である。It is a block diagram of an inverter controller. 図3の高調波電流指令値生成部のブロック図である。It is a block diagram of the harmonic current command value generation part of FIG. 電圧指令値生成部のブロック図である。It is a block diagram of a voltage command value generation part. 図6(a)、(b)は、アクティブフィルタ装置を備える電力システムのシミュレーション結果を示す図である。6 (a) and 6 (b) are diagrams showing simulation results of a power system including an active filter device. 図7(a)、(b)は、比較回路のシミュレーション波形図である。7 (a) and 7 (b) are simulation waveform diagrams of a comparison circuit. 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のブロック図である。It is a block diagram of the active filter apparatus for a power system which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施の形態2に係る電圧指令値生成部のブロック図である。It is a block diagram of the voltage command value generation part which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施の形態3に係るアクティブフィルタ装置のブロック図である。It is a block diagram of the active filter apparatus which concerns on Embodiment 3. 実施の形態4に係るアクティブフィルタ装置のブロック図である。It is a block diagram of the active filter apparatus which concerns on Embodiment 4. FIG.

(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 power system 200 including the active filter device 100A according to the first embodiment. The power system 200 includes a high-voltage distribution system 202, a load 204, a phase-advancing capacitor 206 with a series reactor, and an active filter device 100A.

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 load 204 includes a source of harmonic current i h. The phase-advancing capacitor 206 with a series reactor functions as a harmonic suppression circuit that absorbs the harmonic current i h. The phase-advancing capacitor 206 with a series reactor includes a phase-advancing capacitor C and a series reactor L connected in series with the phase-advancing capacitor C, and mainly absorbs a harmonic current i h of the fifth order or higher to obtain a harmonic voltage of the power system. Reduce. In many cases, the phase-advancing capacitor 206 with a series reactor is widely used as existing equipment.

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 active filter device 100A is added to the power system having the phase-advancing capacitor 206 with a series reactor, and absorbs the harmonic current i h in cooperation with the phase-advancing capacitor 206 with a series reactor. Hereinafter, the configuration of the active filter device 100A will be described in detail.

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 active filter device 100A according to the first embodiment. The active filter device 100A includes a main circuit 110A, a voltage detector 120, a current detector 122, and an inverter controller 130.

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 main circuit 110A is connected to the interconnection point 4 with the three-phase AC power distribution system 2. The main circuit 110A includes an interconnection reactor 112_1 to 112_3 connected in series and a self-excited inverter device 114 (converter). The interconnection reactors 112_1 to 112_3 are designed to have a reactance value that allows current control of the inverter device 114. For example, it is designed to be about 5 to 10% of the inverter capacity. Although FIG. 2 shows the case where three single-phase reactors are used, one three-phase coupled reactor may be used.

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 inverter device 114 includes a three-phase inverter and a DC capacitor Cdc connected to the DC terminal of the three-phase inverter. The inverter device 114 outputs the fundamental wave and the harmonic AC voltage, and controls the harmonic current flowing through the interconnection point 4. The inverter device 114 is designed so that it can output a voltage obtained by adding the magnitude of harmonic voltage distortion to the fundamental wave voltage amplitude of the distribution system 2. For example, the inverter device 114 is designed so that it can output a voltage of about 120% of the fundamental AC voltage.

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 voltage detector 120 is connected to the interconnection point 4 and detects a three-phase AC voltage (interconnection point voltage). For example, the voltage detector 120 can include a voltage transformer for stepping down a three-phase AC voltage and an A / D converter for converting the voltage after stepping down into a digital value.

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 current detector 122 detects the current flowing through the interconnection point 4 (interconnection point current). For example, the current detector 122 is connected between the interconnection point 4 and the main circuit 110A to detect a three-phase alternating current. Specifically, the current detector 122 converts an alternating current into a low-voltage analog signal by a current transformer and a detection resistor, and then converts it into a digital signal by an A / D converter.

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 inverter controller 130 controls the inverter device 114 based on the detection results of the voltage detector 120 and the current detector 122.

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 inverter controller 130. The inverter controller 130 includes a harmonic current command value generation unit 132, a voltage command value generation unit 134, a pulse modulator 136, and a gate driver 138.

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 command value generator 132 multiplies the interconnection point voltage V gx detected by the voltage detector 120 by the transfer function Y (s) of the phase-advancing capacitor with a series reactor, and the harmonic current command value i h. * Calculate. The voltage command value generation unit 134 generates a voltage command value v * based on the harmonic current command value i h *. The pulse modulator 136 generates a pulse signal having a duty ratio corresponding to the voltage command value v *. The gate driver 138 drives the inverter device 114 based on the pulse signal.

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 value generation unit 132 of FIG. In the following description, the following subscripts shall be used to distinguish each phase.
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v,vを生成する。位相検出器142は、二相電圧v,v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v,v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,eは逆dq変換を意味する。 The αβ converter 140 performs αβ conversion (three-phase two-phase conversion) of the detected interconnection point three-phase voltages v ga , v gb , and v g c to generate two-phase voltages v g α and v g β. The phase detector 142 generates phase information θ based on the two-phase voltages v g α and v g β. The dq converter 144 converts the two-phase interconnection point voltages v and v g β by dq using the phase information θ, and generates the voltages v gd and v gq of the rotating coordinate system. In Fig. 4, e- means dq transformation and e means inverse dq transformation.

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-pass filter 146 removes the fundamental wave component from the voltages v gd and v gq in the rotating coordinate system, and extracts only the harmonic components v ghd and v gh q. These v ghd and v ghq correspond to the harmonic components of the interconnection point voltage. The inverse dq converter 148 converts the harmonic components v ghd and v ghq into inverse dq to obtain v gh α and v gh β .

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 active filter device 100A is used together with a phase-advancing capacitor 206 with a series reactor. A transfer function (conductance) Y (s) from the voltage v of the phase-advancing capacitor 206 with a series reactor to which the harmonics are to be compensated in cooperation with the current i is set in the filter 149. Specifically, if there is a phase-advancing capacitor with a 6% series reactor in the same distribution line, the transfer function of the phase-advancing capacitor with a 6% series reactor is set. The phase-advancing capacitor 206 with a series reactor is modeled as a series circuit of a resistor having a resistance value R (not shown in FIG. 1), a reactor having an inductance L, and a capacitor having a capacitance C. The following relationship (1) holds between the voltage V RLC (s) and I RLC (s) of this series circuit.
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i*,i*の瞬時値が算出される。 When the two-phase quantities v ghα and v ghβ pass through the filter 149, the transfer function Y (s) of the phase-advancing capacitor with a series reactor is multiplied, and the instantaneous values of the harmonic current command values i hα * and i hβ * are obtained. It is calculated.

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 value generation unit 134. Subscripts 1, 5, 7, etc. represent orders, and h represents harmonics of all orders.

基本波電流指令値生成部150は、基本波電流指令値i*,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=viβ-viα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i*,i*に変換される。 The fundamental wave current command value generation unit 150 generates the fundamental wave current command values i * and i *. The DC voltage controller 151 is a PI (proportional / integral) controller that receives a deviation between the DC voltage Vdc and its target value Vdc *, and generates a fundamental wave current command value i 1d *. The reactive power controller 152 is a PI controller that receives a deviation between the reactive power q calculated from the interconnection point voltage V g x and the interconnection point current ix and its command value q *, and generates a fundamental wave current command value i 1q *. To do. Note reactive power q from interconnection node voltage V gx and interconnection point current i x, obtained from q = v gα i β -v gβ i α. The fundamental wave current command values i 1d * and i 1q * generated by the DC voltage controller 151 and the reactive power controller 152 are converted into the fundamental wave current command values i * and i * by the inverse dq conversion.

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)i,iと、高調波成分(連系点高調波電流)i,i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(e)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 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- ) and an inverse dq converter (e ).

基本波電流偏差検出器156は、連系点基本波電流i,iとその目標値である基本波電流指令値i*,i*の偏差Δi,Δi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i,iとその目標値である高調波電流指令値i*,i*の偏差Δi,Δiを生成する。 The fundamental wave current deviation detector 156 generates deviations Δi and Δi of interconnection point fundamental wave currents i 1α and i and their target values of fundamental wave current command values i * and i 1β *. Further, the harmonic current deviation detector 158 generates the interconnection point harmonic currents i hα and i and the deviations Δi and Δi of the harmonic current command values i * and i * which are the target values thereof.

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v*,v*を算出する。まず、Δi,Δi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v*,v*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 current controller 160, the voltage command values v * and v * of the fundamental wave component are calculated in order to control the current of the fundamental wave component. First, Δi and Δi are dq-transformed using the phase θ. Multiply this by the transfer function of the integral controller (integral gain k I1 ) and perform inverse dq conversion using the phase θ to calculate the voltage command values v * and v * of the fundamental wave component. In addition, by adding the value obtained by multiplying the fundamental wave current command values i 1d * and i 1q * by the interconnection reactance ωL, the voltage drop in the interconnection reactance is compensated and the current control characteristics are improved.

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v*,v*、正相7次成分の電圧指令値v*,v*を算出する。逆相5次電流制御器162では、偏差Δi,Δi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v*,v*を算出する。 In the negative phase 5th order current controller 162 and the positive phase 7th order current controller 164, the voltage command value v * of the negative phase 5th order component is used to control the current of the main harmonic components existing in the distribution system. Calculate the voltage command values v 7α * and v * for v * and the 7th-order components of the positive phase. In the reverse phase fifth-order current controller 162, the deviations Δi and Δi are dq-transformed using -5θ obtained by multiplying the phase θ by -5, and multiplied by the transfer function of the integral controller (integral gain k I5). Inverse dq conversion is performed using 5θ, and the voltage command values v * and v * of the antiphase fifth harmonic component are calculated.

正相7次電流制御器164では、偏差Δi,Δi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v*,v*を算出する。 In the positive-phase 7th-order current controller 164, the deviations Δi and Δi are dq-transformed using 7θ obtained by multiplying the phase θ by 7, then multiplied by the transfer function of the integral controller (integral gain k I7 ), and 7θ is used. The reverse dq conversion is performed to calculate the voltage command values v 7α * and v * of the positive-phase 7th harmonic component.

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、ΔiとΔiの和、およびΔiとΔiの和に対し、比例ゲインkPを乗じ、電圧指令値v*,v*を算出する。 The wide-area current controller 166 is intended for current control over all bands , and is obtained by multiplying the sum of Δi 1α and Δi hα and the sum of Δi and Δi by a proportional gain k P , and the voltage command value v *, v Calculate Pβ *.

以上のように算出した各電圧指令値と、連系点電圧v,v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 pulse modulator 136 in the subsequent stage performs pulse width modulation, the gate signal of the inverter is generated, and the inverter is driven by the driver 138.

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 active filter device 100A. This power system active filter device 100A can absorb a harmonic current equivalent to that of the phase-advancing capacitor 206 with a series reactor, which is a harmonic suppression circuit used in combination. As a result, it is possible to compensate for the harmonic currents of each order existing in the distribution system in cooperation with the phase-advancing capacitor 206 with a series reactor installed in the same distribution system.

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 electric power system 200 shown in FIG. 1 will be described. As shown in FIG. 1, for the high-voltage distribution system 202, a load 204 that generates an active filter device 100A, a phase-advancing capacitor 206 with a series reactor, and a harmonic current i h including the 5th and 7th harmonics. Is connected.

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 power system 200 including an active filter device 100A. i LSC indicates the current flowing through the phase-advancing capacitor 206 with a series reactor, and i invSC indicates the current flowing through the active filter device 100A. i h indicates the harmonic current generated by the load 204.

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 capacitor 206 with a series reactor, and the active filter device 100A It can be seen that the phase-advancing capacitor 206 with the series reactor absorbs the harmonic current evenly.

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 Patent Document 2 will be described. The simulation is performed on a circuit (referred to as a comparison circuit) provided with the distribution system active filter device disclosed in Patent Document 2 in place of the active filter device 100A in the power system 200 of FIG.

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 load 204 is absorbed by the active filter device, and the harmonics diverted to the phase-advancing capacitor 206 with a series reactor. The wave current i LSC is very small.

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 capacitor 206 with a series reactor. Even if the amplitudes of the 5th harmonic currents of i inv SC and i LSC are matched, the same 5th harmonic current cannot be shared because the phases of the currents are different. Further, for the 7th harmonic current, neither the amplitude nor the phase can be matched.

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 capacitor 206 with a series reactor. On the other hand, according to the active filter device 100A, the control system is constructed in consideration of the conductance of the other harmonic suppression circuits, so that the harmonic current is absorbed in cooperation with the other harmonic suppression circuits. be able to.

(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 active filter device 100B according to the second embodiment. The differences from the active filter device 100A according to the first embodiment will be mainly described.

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 active filter device 100B can be grasped as a phase-advancing capacitor having an active filter function for a power system. The main circuit 110B of the active filter device 100B includes phase advance capacitors 116_1 to 116_3 in addition to the main circuit 110A of FIG. The phase advance capacitors 116_1 to 116_3 are connected in series with the interconnection reactor 112_1 to 112_3 and the inverter device 114.

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 main circuit 110B is composed of three phases, and the phase advancing capacitor 116_ # of the corresponding phase, the interconnection reactor 112_ #, and the leg of the inverter device 114 are connected in series. The order of these connections may be changed. Three sets of these are connected and connected to the interconnection point 4 with the three-phase AC distribution system 2.

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 distribution system 2 is applied to the phase-advancing capacitor 116. The phase advance capacitor 116 is selected based on this fundamental voltage and the required phase adjustment capacitance.

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 interconnection reactor 112 is designed to have a reactance value that allows current control of the inverter device 114. For example, it is designed to be about 1% of the phase adjustment capacity. Although FIG. 8 shows the case where three single-phase reactors are used, one three-phase coupled reactor may be used.

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 inverter device 114 is a three-phase bridge circuit, outputs a harmonic AC voltage, and controls a harmonic current flowing through the interconnection point. The output voltage is designed based on the magnitude of the voltage distortion of the distribution system. For example, it is designed to be about 20% of the fundamental AC voltage.

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 inverter controller 130 is configured in the same manner as in FIG. 2, and includes a harmonic current command value generation unit 132, a voltage command value generation unit 134, a pulse modulator 136, and a gate driver 138.

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(e)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v*,v*が生成される。 FIG. 9 is a block diagram of the voltage command value generation unit 134B according to the second embodiment. The DC voltage command value generation unit 180 includes a deviation detector (subtractor) 181, a DC voltage controller 182, and an inverse dq converter (e ). The deviation detector 181 generates a deviation between the DC voltage v dc and its command value v dc *. The DC voltage controller 182 is a PI controller that receives a deviation of the DC voltage, and generates a fundamental wave voltage command value v 1q * which is a target value of the q-axis component of the fundamental wave voltage. The target value v 1d * of the d-axis component of the fundamental wave voltage is 0. The target values v 1q * and V 1d * of the fundamental wave voltage are inversely dq-converted, and the fundamental wave voltage command values v * and v * are generated.

高調波電流偏差検出器172は、連系点高調波電流i,iとその目標値である高調波電流指令値i*,i*の偏差Δi,Δiを生成する。 The harmonic current deviation detector 172 generates deviations Δi and Δi of the interconnection point harmonic currents i hα and i and their target harmonic current command values i * and i hβ *.

高調波電流制御器174は、P(比例)コントローラであり、偏差Δi,Δi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 current controller 174 is a P (proportional) controller, which multiplies the deviations Δi hα and Δi by the proportional gain, and adds the harmonic components v gh α and v gh β of the interconnection point voltage Vg.

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 current controller 176 and the positive-phase 7th-order current controller 178 are the same as the negative-phase 5th-order current controller 162 and the positive-phase 7th-order current controller 164 in FIG. The outputs of the harmonic current controller 174, the reverse phase 5th order current controller 176, the positive phase 7th order current controller 178, and the DC voltage command value generator 180 are added to generate the voltage command values v α * and v β *. Will be done.

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 active filter device 100B according to the second embodiment. Subsequently, the advantages of the active filter device 100B will be described.

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 active filter device 100B according to the second embodiment performs an operation of compensating for a harmonic current equivalent to that of a phase-advancing capacitor with a series reactor. As a result, the harmonic current of the distribution system can be compensated in cooperation with the phase-advancing capacitor with a series reactor installed in the same distribution system.

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 active filter device 100B does not control the current of the fundamental wave component, the phase advance capacitor 116 causes the current of the fundamental wave component corresponding to the amount of compensation for the reactive power to flow, and outputs the reactive power. That is, the phase advance capacitor has the original phase adjustment function as a phase adjustment equipment.

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 active filter device 100A according to the first embodiment outputs a voltage obtained by adding the magnitude of the harmonic voltage to the fundamental wave voltage amplitude of the distribution system. Therefore, for example, when outputting a harmonic voltage corresponding to 20% of the rated voltage of the fundamental wave, it is necessary for the inverter device 114 to output 120% of the rated voltage of the fundamental wave. On the other hand, in the active filter device 100B according to the second embodiment, since the phase advance capacitor 116 shares the fundamental wave voltage, the inverter device 114 shares only the harmonic voltage. Therefore, for example, the inverter device 114 may output a harmonic voltage corresponding to 20% of the rated voltage of the fundamental wave. As a result, the installed capacity of the inverter device 114 can be reduced, and the size and cost can be reduced as compared with the case where the active filter device 100A and the phase advance capacitor according to the first embodiment 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.

(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 active filter device 100C according to the third embodiment. The active filter device 100C according to the third embodiment has a function as a phase-advancing capacitor having an active filter function for a power system as in the second embodiment, and therefore is a modification of the active filter device 100B according to the second embodiment. It can be understood as an example.

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-phase bridge circuits 115 may be further increased. Further, although FIG. 10 shows three phase-advancing capacitors 116_1 to 116_3 star-connected, a delta-connected capacitor may be used.

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 inverter controller 130 can be the same as that of the second embodiment.

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 active filter device 100C. According to this active filter device 100C, the same effect as that of the active filter device 100B of the second embodiment can be obtained.

(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 active filter device 100D according to the fourth embodiment.
This active filter device 100D can be grasped as a grid interconnection inverter having an active filter function for a power system.

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 active filter device 100D includes a power supply device 190 in addition to the main circuit 110D, the voltage detector 120, and the inverter controller 130. The main circuit 110D, the voltage detector 120, and the inverter controller 130 are the same as those in the first embodiment.

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 power supply device 190 is a power storage device, a power generation device, or a combination thereof, and is connected to a DC terminal of the inverter device 114D. Although not limited to this, the power supply device 190 may be a photovoltaic power generation panel or a secondary battery.

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 distribution system 2 and the power supply device 190 and a function of the inverter device as the above-mentioned active filter.

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 active filter device 100D. Next, the advantages will be described. The active filter device 100D performs an operation of compensating for a harmonic current equivalent to that of a phase-advancing capacitor with a series reactor. As a result, the harmonic current of the distribution system can be compensated in cooperation with the phase-advancing capacitor with a series reactor installed in the same distribution system.

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 active filter device 100D outputs 120% of the rated voltage of the fundamental wave. This is a voltage similar to that of the active filter device 100A according to the first embodiment.

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 active filter device 100A and the grid interconnection inverter of FIG. 2 separately.

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 Distribution system 4 Interconnection point 6 Power generation / storage device 100 Active filter device 110 Main circuit 112 Interconnective reactor 114 Inverter device 116 Phase-advancing capacitor 120 Voltage detector 122 Current detector 130 Inverter controller 132 Harmonic current command value generator 134 Current controller 136 Pulse modulator 138 Gate driver 140 αβ converter 142 Phase detector 144 dq converter 146 High pass filter 148 Inverse dq converter 149 filter 150 Fundamental current command value generator 151 DC voltage controller 152 Disabled power control Instrument 154 Current detector 156 Fundamental wave current deviation detector 158 Harmonic current deviation detector 160 Fundamental wave current controller 162 Reverse phase 5th order current controller 164 Positive phase 7th order current controller 166 Wide area current controller 170 Current detector 172 Harmonic current deviation detector 174 Harmonic current controller 176 Negative phase 5th current controller 178 Positive phase 7th current controller 180 DC voltage command value generator 182 DC voltage controller 190 Power supply device 200 Power system 202 High pressure distribution System 204 Load 206 Phase-advancing capacitor with series reactor

Claims (6)

電力系統用アクティブフィルタ装置であって、
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.
前記主回路は、前記連系リアクトルおよび前記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むことを特徴とする請求項1に記載の電力系統用アクティブフィルタ装置。 The active filter device for an electric power system according to claim 1, wherein the main circuit further includes a interconnection reactor and a phase-advancing capacitor connected in series with the inverter device. 前記インバータ装置は、単一の三相インバータと、DCコンデンサと、を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の電力系統用アクティブフィルタ装置。 The active filter device for an electric power system according to claim 1 or 2, wherein the inverter device includes a single three-phase inverter and a DC capacitor. 前記インバータ装置は、単相インバータとDCコンデンサのセットを3個含むことを特徴とする請求項2に記載の電力系統用アクティブフィルタ装置。 The active filter device for an electric power system according to claim 2, wherein the inverter device includes three sets of a single-phase inverter and a DC capacitor. 前記三相インバータの直流端子には、電源装置が接続されることを特徴とする請求項3に記載の電力系統用アクティブフィルタ装置。 The active filter device for a power system according to claim 3, wherein a power supply device is connected to the DC terminal of the three-phase inverter. 前記高調波抑制回路は、直列リアクトル付き進相コンデンサを含むことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の電力系統用アクティブフィルタ装置。 The active filter device for an electric power system according to any one of claims 1 to 5, wherein the harmonic suppression circuit includes a phase-advancing capacitor with a series reactor.
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