JP2666305B2 - アクティブフィルタ - Google Patents
アクティブフィルタInfo
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/20—Active power filtering [APF]
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- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
A.産業上の利用分野
本発明は電力系統の高調波を補償するアクティブフィ
ルタに関するものである。 B.発明の概要 本発明は負荷から発生した高調波を補償するアクティ
ブフィルタにおいて、 共振フィルタを用いて高調波を補償すると共に、イン
バータから高調波を発生させて、共振フィルタに存在す
る抵抗分により生じる電圧降下を打ち消すことにより、
定常的な無効電力を無限大にし、 高調波の低減効果を向上させるようにしたものであ
る。 C.従来の技術 最近の電力系統において、負荷の電力用半導体素子か
ら発生する高調波が社会的問題となっている。このよう
な高調波を除去するためには、例えば第７図に示すよう
に共振フィルタが用いられている。同図において１は電
源、２は負荷、３はコンデンサC5及びリアクトルL5より
なる共振フィルタであり、この共振フィルタ３は例えば
負荷２から発生する第５次高調波に共振する。従ってこ
の場合第５次高調波は共振フィルタ３によって除去され
る。 D.発明が解決しようとする問題点 しかしながら共振フィルタ３には必ず抵抗分r0が存在
するため、例えば第５次高調波を共振フィルタ３により
全て補償することができず、電源ラインにその一部が残
ってしまう。本発明の目的は、共振フィルタの抵抗分を
等価的に零にして高調波の低減効果を向上させることに
ある。 E.問題点を解決するための手段 本発明は、負荷に対して並列に接続され、前記高調波
に共振するコンデンサ及びリアクトルよりなる共振フィ
ルタと、この共振フィルタに直列に接続され、前記高調
波と同一周波数の高調波を発生するインバータと、電源
ラインの電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部
で検出された検出電圧にもとずいて、前記共振フィルタ
の抵抗分による高調波電圧降下を打ち消すように出力電
圧の振幅及び位相を制御するインバータ制御部とを設け
たことを特徴とする。 F.作用 負荷より発生した高調波は共振フィルタにより吸収さ
れる。共振フィルタには抵抗分が存在するため電圧降下
が生じるが、この電圧降下分はインバータの出力電圧に
より補償されるので、前記抵抗分が等価的に零になる。 G.実施例 第１図は本発明の実施例を示す回路図である。3Aは、
整流器をなす負荷２で発生した第５次高調波に共振する
共振フィルタである。4Aは前記第５次高調波と同一周波
数の高調波電圧を発生させるためのインバータであり、
このインバータ4Aの直流側にはインバータ4Aの出力電圧
が系統電圧より低い場合にはエネルギーを蓄電し、イン
バータ4Aの出力電圧が系統電圧より高い場合にはエネル
ギーを放電するインバータ4Aの直流電源としての電解コ
ンデンサ5Aが接続されると共に交流側には共振フィルタ
3Aが接続されている。６は電源ラインの電圧を検出する
電圧検出部であり、計器用変圧器を含んでいる。 更にこの実施例では、第７次高調波を補償するための
コンデンサC7及びリアクトルL7よりなる共振フィルタ3
B,インバータ4B,コンデンサ5Bが同様に設けられてい
る。 7A,7Bは、インバータ制御部であり、インバータ4A及
び4Bの出力電圧の振幅及び位相を制御する機能を有す
る。第２図（ａ）にインバータ制御部の構成を示す。ま
ず、PLL回路８により電源電圧に同期した信号を作り、
これを基本波発生回路10に入力して電源電圧に同期した
方形波信号（正弦波でもよい）を作る。FFT演算回路９
においては、電源電圧を周波数分析し、共振フィルタで
は除去しきれない、共振フィルタ自体の抵抗分によって
残存するｎ次高調波の振幅及び位相情報を得る（ｎはフ
ィルタの共振次数を表す）。11の直流電圧制御回路にお
いては、前述の振幅情報及び電解コンデンサの検出電圧
をもとに、基本波発生回路10より出力される方形波信号
を振幅変調し、第２図（ｂ）の点線S1に示すような振幅
Ａの方形波信号を作る。一方、位相情報は、PLL回路８
より出力される同期信号とともに三角波キャリア発生回
路12に入力され、第２図（ｂ）の実線S2に示すような電
源電圧に同期し、φだけ位相制御され振幅が一定のｎ次
調波のキャリア信号を得る。コンパレータ13において
は、第２図（ｂ）に示す２つの波形を比較してパルス幅
制御信号を作り、これにもとずきインバータのゲートを
制御する。 次に、上述実施例の作用について述べる。例えば、負
荷２にて発生した第５次高調波の補償に関して説明す
る。インバータ制御部のPLL回路８よりの同期信号にも
とずいて電源電圧の基本波に同期する方形波を基本波発
生回路10により発生させる。これとともに、電源電圧の
FFT演算回路９による第５次高調波の振幅情報及びイン
バータのコンデンサ電圧Vdの値にもとずき、前述方形波
の振幅調整を行う。一方、三角波発生回路12では、PLL
回路８の同期信号及びFFT演算回路９の位相情報をもと
に、位相制御された第５次高調波三角波キャリア信号を
作る。コンパレータ13では、この三角波キャリア信号と
振幅制御された方形波が比較されてパルス幅制御信号が
得られ、これによりインバータ4Aのゲート信号を制御す
る。さらに詳述すれば、Ｎ次高調波の振幅は、インバー
タ4Aの直流電源としての電解コンデンサ5Aの電圧Vdによ
って制御され、また電解コンデンサ5Aの電圧Vdは第２図
（ｂ）の基本波指令値S1の振幅Ａにより制御される。す
なわち、インバータ制御部（第２図（ａ））の電源電圧
veより検出したＮ次高調波電圧（共振フィルタ3Aの抵抗
分による電圧降下により残るＮ次高調波成分）を補償す
るためのインバータ出力電圧の振幅と位相は、基本波指
令値S1の振幅Ａにより制御される電解コンデンサ5Aの電
圧VdとＮ次高調波三角波キャリア信号S2の位相によって
制御される。これによって、インバータ4Aの出力電圧は
電解コンデンサ5Aの電圧を制御するための基本波と高調
波を補償するためのＮ次高調波の合成となり、共振フィ
ルタ3Aの抵抗分の電圧降下によって残ったＮ次高調波が
補償される従って、インバータ4Aの出力には、振幅調整
及び位相調整された第５次高調波電圧が発生する。この
結果共振フィルタ3Aの抵抗分による電圧降下分が補償さ
れるので、抵抗分が等価的に零になり、以て高調波が補
償される。 ここで第１図に示す回路を用いて高調波補償の効果を
確認するために、スペクトル振幅と線間電圧波形とを調
べたところ、結果は第３図及び第４図に示すようであっ
た。実験条件については、系統電圧100V,系統のインダ
クタンス5mH,負荷電流9.6Aであり、また負荷としては10
00μＦの容量及び13Ωの抵抗をもつコンデンサ入力型整
流回路を用いた。この例においては第５次高調波成分に
ついては0.3％以下、第７次高調波成分については0.1％
以下であって、このため線間電圧波形は歪みの少ないも
のとなっており、良好な補償がされている。これに対し
同様の条件でインバータ4A,4Bを使用しない場合には、
第５図に示すように高調波成分が可成り残っており、こ
のため線間電圧波形も第６図に示すように歪んでいる。 H.発明の効果 以上のように本発明によれば、共振フィルタに存在す
る抵抗分によって生じる電圧降下を打ち消すような高調
波電圧をインバータから発生させ、これにより前記抵抗
分を等価的に零になるようにしているため、高調波の低
減効果が大幅に向上する。しかもインバータの出力側は
共振フィルタにより共振しているため、出力側の電圧は
略零（共振フィルタの抵抗分による電圧分のみ）であ
り、従ってインバータの容量は小さくて済む。また共振
フィルタの抵抗分による電圧損失分を変えることができ
るから、共振フィルタと電源インピーダンスとの反共振
を防止することができる。
ルタに関するものである。 B.発明の概要 本発明は負荷から発生した高調波を補償するアクティ
ブフィルタにおいて、 共振フィルタを用いて高調波を補償すると共に、イン
バータから高調波を発生させて、共振フィルタに存在す
る抵抗分により生じる電圧降下を打ち消すことにより、
定常的な無効電力を無限大にし、 高調波の低減効果を向上させるようにしたものであ
る。 C.従来の技術 最近の電力系統において、負荷の電力用半導体素子か
ら発生する高調波が社会的問題となっている。このよう
な高調波を除去するためには、例えば第７図に示すよう
に共振フィルタが用いられている。同図において１は電
源、２は負荷、３はコンデンサC5及びリアクトルL5より
なる共振フィルタであり、この共振フィルタ３は例えば
負荷２から発生する第５次高調波に共振する。従ってこ
の場合第５次高調波は共振フィルタ３によって除去され
る。 D.発明が解決しようとする問題点 しかしながら共振フィルタ３には必ず抵抗分r0が存在
するため、例えば第５次高調波を共振フィルタ３により
全て補償することができず、電源ラインにその一部が残
ってしまう。本発明の目的は、共振フィルタの抵抗分を
等価的に零にして高調波の低減効果を向上させることに
ある。 E.問題点を解決するための手段 本発明は、負荷に対して並列に接続され、前記高調波
に共振するコンデンサ及びリアクトルよりなる共振フィ
ルタと、この共振フィルタに直列に接続され、前記高調
波と同一周波数の高調波を発生するインバータと、電源
ラインの電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部
で検出された検出電圧にもとずいて、前記共振フィルタ
の抵抗分による高調波電圧降下を打ち消すように出力電
圧の振幅及び位相を制御するインバータ制御部とを設け
たことを特徴とする。 F.作用 負荷より発生した高調波は共振フィルタにより吸収さ
れる。共振フィルタには抵抗分が存在するため電圧降下
が生じるが、この電圧降下分はインバータの出力電圧に
より補償されるので、前記抵抗分が等価的に零になる。 G.実施例 第１図は本発明の実施例を示す回路図である。3Aは、
整流器をなす負荷２で発生した第５次高調波に共振する
共振フィルタである。4Aは前記第５次高調波と同一周波
数の高調波電圧を発生させるためのインバータであり、
このインバータ4Aの直流側にはインバータ4Aの出力電圧
が系統電圧より低い場合にはエネルギーを蓄電し、イン
バータ4Aの出力電圧が系統電圧より高い場合にはエネル
ギーを放電するインバータ4Aの直流電源としての電解コ
ンデンサ5Aが接続されると共に交流側には共振フィルタ
3Aが接続されている。６は電源ラインの電圧を検出する
電圧検出部であり、計器用変圧器を含んでいる。 更にこの実施例では、第７次高調波を補償するための
コンデンサC7及びリアクトルL7よりなる共振フィルタ3
B,インバータ4B,コンデンサ5Bが同様に設けられてい
る。 7A,7Bは、インバータ制御部であり、インバータ4A及
び4Bの出力電圧の振幅及び位相を制御する機能を有す
る。第２図（ａ）にインバータ制御部の構成を示す。ま
ず、PLL回路８により電源電圧に同期した信号を作り、
これを基本波発生回路10に入力して電源電圧に同期した
方形波信号（正弦波でもよい）を作る。FFT演算回路９
においては、電源電圧を周波数分析し、共振フィルタで
は除去しきれない、共振フィルタ自体の抵抗分によって
残存するｎ次高調波の振幅及び位相情報を得る（ｎはフ
ィルタの共振次数を表す）。11の直流電圧制御回路にお
いては、前述の振幅情報及び電解コンデンサの検出電圧
をもとに、基本波発生回路10より出力される方形波信号
を振幅変調し、第２図（ｂ）の点線S1に示すような振幅
Ａの方形波信号を作る。一方、位相情報は、PLL回路８
より出力される同期信号とともに三角波キャリア発生回
路12に入力され、第２図（ｂ）の実線S2に示すような電
源電圧に同期し、φだけ位相制御され振幅が一定のｎ次
調波のキャリア信号を得る。コンパレータ13において
は、第２図（ｂ）に示す２つの波形を比較してパルス幅
制御信号を作り、これにもとずきインバータのゲートを
制御する。 次に、上述実施例の作用について述べる。例えば、負
荷２にて発生した第５次高調波の補償に関して説明す
る。インバータ制御部のPLL回路８よりの同期信号にも
とずいて電源電圧の基本波に同期する方形波を基本波発
生回路10により発生させる。これとともに、電源電圧の
FFT演算回路９による第５次高調波の振幅情報及びイン
バータのコンデンサ電圧Vdの値にもとずき、前述方形波
の振幅調整を行う。一方、三角波発生回路12では、PLL
回路８の同期信号及びFFT演算回路９の位相情報をもと
に、位相制御された第５次高調波三角波キャリア信号を
作る。コンパレータ13では、この三角波キャリア信号と
振幅制御された方形波が比較されてパルス幅制御信号が
得られ、これによりインバータ4Aのゲート信号を制御す
る。さらに詳述すれば、Ｎ次高調波の振幅は、インバー
タ4Aの直流電源としての電解コンデンサ5Aの電圧Vdによ
って制御され、また電解コンデンサ5Aの電圧Vdは第２図
（ｂ）の基本波指令値S1の振幅Ａにより制御される。す
なわち、インバータ制御部（第２図（ａ））の電源電圧
veより検出したＮ次高調波電圧（共振フィルタ3Aの抵抗
分による電圧降下により残るＮ次高調波成分）を補償す
るためのインバータ出力電圧の振幅と位相は、基本波指
令値S1の振幅Ａにより制御される電解コンデンサ5Aの電
圧VdとＮ次高調波三角波キャリア信号S2の位相によって
制御される。これによって、インバータ4Aの出力電圧は
電解コンデンサ5Aの電圧を制御するための基本波と高調
波を補償するためのＮ次高調波の合成となり、共振フィ
ルタ3Aの抵抗分の電圧降下によって残ったＮ次高調波が
補償される従って、インバータ4Aの出力には、振幅調整
及び位相調整された第５次高調波電圧が発生する。この
結果共振フィルタ3Aの抵抗分による電圧降下分が補償さ
れるので、抵抗分が等価的に零になり、以て高調波が補
償される。 ここで第１図に示す回路を用いて高調波補償の効果を
確認するために、スペクトル振幅と線間電圧波形とを調
べたところ、結果は第３図及び第４図に示すようであっ
た。実験条件については、系統電圧100V,系統のインダ
クタンス5mH,負荷電流9.6Aであり、また負荷としては10
00μＦの容量及び13Ωの抵抗をもつコンデンサ入力型整
流回路を用いた。この例においては第５次高調波成分に
ついては0.3％以下、第７次高調波成分については0.1％
以下であって、このため線間電圧波形は歪みの少ないも
のとなっており、良好な補償がされている。これに対し
同様の条件でインバータ4A,4Bを使用しない場合には、
第５図に示すように高調波成分が可成り残っており、こ
のため線間電圧波形も第６図に示すように歪んでいる。 H.発明の効果 以上のように本発明によれば、共振フィルタに存在す
る抵抗分によって生じる電圧降下を打ち消すような高調
波電圧をインバータから発生させ、これにより前記抵抗
分を等価的に零になるようにしているため、高調波の低
減効果が大幅に向上する。しかもインバータの出力側は
共振フィルタにより共振しているため、出力側の電圧は
略零（共振フィルタの抵抗分による電圧分のみ）であ
り、従ってインバータの容量は小さくて済む。また共振
フィルタの抵抗分による電圧損失分を変えることができ
るから、共振フィルタと電源インピーダンスとの反共振
を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例を示す回路図、第２図（ａ）及
び（ｂ）は夫々インバータ制御部の構成図及び制御信号
波形図、第３図及び第４図は、夫々本発明におけるスペ
クトル振幅と電圧周波数との関係図及び線間電圧波形
図、第５図及び第６図は、夫々従来例におけるスペクト
ル振幅と電圧周波数との関係図及び線間電圧波形図、第
７図は従来例を示す回路図である。 １……電源、２……負荷、3,3A,3B……共振フィルタ、4
A,4B……インバータ、６……電圧検出部、7A,7B……イ
ンバータ制御部。
び（ｂ）は夫々インバータ制御部の構成図及び制御信号
波形図、第３図及び第４図は、夫々本発明におけるスペ
クトル振幅と電圧周波数との関係図及び線間電圧波形
図、第５図及び第６図は、夫々従来例におけるスペクト
ル振幅と電圧周波数との関係図及び線間電圧波形図、第
７図は従来例を示す回路図である。 １……電源、２……負荷、3,3A,3B……共振フィルタ、4
A,4B……インバータ、６……電圧検出部、7A,7B……イ
ンバータ制御部。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．電源に接続された負荷と並列に接続され、コンデン
サ及びリアクトルからなり前記負荷が発生する高調波に
対して共振する共振フィルタと、この共振フィルタと直
列に接続され、その出力が制御装置によって制御される
インバータとによって構成されるアクティブフィルタに
おいて、 前記制御装置は、 前記電源電圧から前記共振フィルタの抵抗分によって残
存するＮ次高調波の振幅と位相を得て、この振幅と等し
い振幅で前記電源電圧に同期した方形波信号と、前記電
源電圧に同期し前記位相だけ位相制御されたＮ次高彫波
の三角波キャリア信号とを生成する手段と、 前記方形波信号をインバータの基本波生成信号とし同信
号の振幅により制御されるインバータの直流電源の電圧
値によって出力の波高値を設定し、前記三角波キャリア
信号の位相によって出力の位相を設定する手段を備え、 前記設定された波高値と位相の高調波電圧を前記インバ
ータより出力し、前記共振フィルタの抵抗分による電圧
降下を打ち消すようにしたことを特徴とするアクティブ
フィルタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62292584A JP2666305B2 (ja) | 1987-11-19 | 1987-11-19 | アクティブフィルタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62292584A JP2666305B2 (ja) | 1987-11-19 | 1987-11-19 | アクティブフィルタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01136529A JPH01136529A (ja) | 1989-05-29 |
| JP2666305B2 true JP2666305B2 (ja) | 1997-10-22 |
Family
ID=17783665
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62292584A Expired - Fee Related JP2666305B2 (ja) | 1987-11-19 | 1987-11-19 | アクティブフィルタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2666305B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61150621A (ja) * | 1984-12-24 | 1986-07-09 | 株式会社明電舎 | 高調波抑制装置 |
| JPS6216065A (ja) * | 1985-07-12 | 1987-01-24 | Toshiba Corp | 電力変換装置用高調波抑制装置 |
| JPH0744783B2 (ja) * | 1985-07-18 | 1995-05-15 | 日新電機株式会社 | アクテイブフイルタ |
-
1987
- 1987-11-19 JP JP62292584A patent/JP2666305B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01136529A (ja) | 1989-05-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |