JP2673191B2 - 共振形アクティブフィルタ - Google Patents

共振形アクティブフィルタ

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JP2673191B2 JP1275460A JP27546089A JP2673191B2 JP 2673191 B2 JP2673191 B2 JP 2673191B2 JP 1275460 A JP1275460 A JP 1275460A JP 27546089 A JP27546089 A JP 27546089A JP 2673191 B2 JP2673191 B2 JP 2673191B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電源系統の負荷設備に並列に接続され、負
荷設備に流入する高調波電流を電源系統へ補償する共振
形アクティブフィルタに関するものである。
〔従来の技術〕
高速スイッチング素子で構成される3相PWMコンバー
タ、該3相PWMコンバータの交流側に直列に接続される
交流リアクトル、前記3相PWMコンバータの直流端子間
に接続される直流コンデンサ、前記交流リアクトルの電
源側に直列に接続される第1のリアクトルとコンデンサ
で電源周波数に並列共振する共振回路、前記交流リアク
トルと共振回路の接続点に並列に接続される第2のリア
クトルを基本構成とする共振形アクティブフィルタは、
昭和63年11月電気学会発行の「半導体電力変換研究会資
料」SPC88−67に掲載された「並列共振回路を有するア
クティブフィルタ」等でも解説されている通り公知であ
る。
以下、上記従来の共振形アクティブフィルタについて
説明する。
第3図は従来の共振形アクティブフィルタを具えた3
相交流系統の主回路構成図であり、第4図は共振形アク
ティブフィルタの制御装置のブロック図である。
第3図において、3相交流系統電源1はサイリスタレ
オナード装置等の負荷2に電力を供給しており、系統ラ
インには高周波電流が流れる。この系統ラインに各相に
第1のリアクトル32とコンデンサ31で構成され電源周波
数に並列共振する共振回路3が接続され、共振回路3の
反電源側に各相に直列に交流リアクトル4が接続され、
交流リアクトル4と共振回路3の接続点に並列に第2の
リアクトル7が接続され、交流リアクトル4の反共振回
路側に3相PWMコンバータ5が接続され、3相PWMコンバ
ータ5の直流側には直流コンデンサ6が接続されてい
る。
3相PWMコンバータ5はオン,オフ可能なスイッチン
グ素子S1〜S6およびダイオードD1〜D6から構成され、各
スイッチング素子S1〜S6はそれぞれダイオードD1〜D6
並列接続されたうえ3相ブリッジ回路として接続され、
第4図に示す制御装置で生成されるトリガ信号VGにより
スイッチング素子S1〜S6がオンオフされて高調波補償を
行う。
共振回路3は電源系統周波数に並列共振するよう構成
されて電源系統に直列に挿入されているため、電源系統
の電圧は共振回路3より交流リアクトル4側に接続され
たリアクトル7の端子間にはほとんど現れない。
すなわち、交流リアクトル4を介して接続される3相
PWMコンバータ5の交流端子間には電源系統の基本波電
圧は印加されなくなり、3相PWMコンバータ5の直流端
子間に接続される直流コンデンサ6の電圧値を大巾に減
少させても高調波補償を行うことができる。
いま、第3図に示した主回路構成において、負荷2に
流入する負荷電流をiLU,iLV,iLWとし、共振形アクティ
ブフィルタに流入する電流をiU,iV,iWとすると、3相交
流系統電源1には負荷電流および補償電流をそれぞれの
相でベクトル的に加算した電流(iLU+iU),(iLV
iV),(iLW+iW)が流れる。よって、高調波補償装置
に流入する補償電流iU,iV,iWはそれぞれ負荷電流iLU,i
LV,iLWの高調波成分を打ち消す成分となっていればよ
い。
上述のような高調波補償を行うため、ここでは以下に
説明するような3相〜2相変換を行い、実電力および虚
電力なる概念を導入している。この概念は、まずつぎの
式〜を用いて3相の負荷電流iLU,iLV,iLWおよび系
統電圧eU,eV,eWを2相の電流iLα,iLβおよび電圧e
α,eβに変換するものである。
ここで〔C〕は3相〜2相の変換行列である。式〜
により求めた2相の電圧および電流を使うと、つぎの
式により負荷瞬時実電力pLおよび虚電力qLが求められ
る。
これら負荷瞬時実電力pLおよび虚電力qLが従来の有効
電力および無効電力に対応するものであり、負荷瞬時実
電力pLおよび虚電力qLはつぎの式,によりそれぞれ
直流分▲▼,▲▼と交流分 に分解される。
ここで、2相の負荷電流iLα,iLβの基本波分は直
流分▲▼,▲▼に、高周波分は交流分 に変換され、これら直流分と交流分は一般にハイパスフ
ィルタを通して分離することができる。
つぎに、かような原理に基づいて構成された制御装置
の一例を第4図によって説明する。
電力演算回路101は系統電圧eU,eV,eWと負荷電流iLU,i
LV,iLWの検出値から、式〜に従って負荷瞬時実電力
pLおよび虚電力qLを演算し、これらをハイパスフィルタ
102へ送る。
ハイパスフィルタ102はこれらから直流分を除去し
て、負荷瞬時実電力の交流分 および負荷瞬時虚電力の交流分qLを符号反転回路103へ
送出する。符号反転回路103はこれらの符号を反転し、
負荷実電力指令信号pL および負荷虚電力指令信号qL
として電流指令値演算回路104へ出力する。
これらは電流指令値演算回路において生成する電流指
令信号の原形をなすものである。すなわち、式により
得られる負荷実電力指令信号pL を基に高調波有効電力
が制御され、式により得られる負荷虚電力指令信号qL
を基に高調波無効電力が制御される。
電流指令値演算回路104は、負荷実電力指令信号
pL ,負荷虚電力指令信号qL および系統電圧eU,eV,eW
を受けて、前記式およびつぎの式〜に従って、2
相電流指令信号iα ,iβ を得、2相〜3相変換を行
って3相の電流指令信号iU ,iV ,iW を生成し、電流
制御回路105へ出力する。
なお、〔C〕-1は〔C〕の逆変換行列である。
電流制御回路105はヒステリシスコンパレータを具
え、電流指令信号iU ,iV ,iW と補償電流iPU,iPV,i
PWの検出値を比較し、例えば iU ≧0で且つiPU≦iU なるとき、3相PWMコンバータ5のスイッチング素子S4
をオンし、 iU ≧0で且つiPU>iU なるとき、スイッチング素子S4をオフし、また iU <0で且つiPU≦iU なるとき、スイッチング素子S1をオフするようなトリガ
信号VGを生成するものであり、このトリガ信号VGによっ
てスイッチング素子S1〜S6がオンオフされ、アクティブ
フィルタの各相の電流瞬時値が制御される。
〔発明が解決しようとする課題〕
第3図に示した従来の共振形アクティブフィルタにお
いて、共振回路の並列共振を持続させるために必要な励
磁電流を流す第2のリアクトルは、3相PWMコンバータ
の出力である補償電流の一部がこれに流れ、電源系統側
へ流入する補償電流が減少して補償性能が悪くなるとい
う不具合があった。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、並列共振を持続させるために必要な励磁電
流を流す第2のリアクトルを除去し、3相PWMコンバー
タを高調波電圧源となすことにより、この励磁電流を3
相PWMコンバータを通して流すようにしたもので、本出
願人は、先に特願平1−180697号出願の「共振形アクテ
ィブフィルタ」(H1.7.13出願)を提案し、さらに関連
して本発明を実現したものである。
すなわち、電源系統に負荷設備と並列に接続されるも
のであって、3相PWMコンバータと、3相PWMコンバータ
の交流側の各相に直列に挿入された交流リアクトルと、
交流リアクトルの電源側に各相直列に接続された第1の
リアクトルとコンデンサにより電源周波数に並列共振す
る共振回路と、3相PWMコンバータの直流側端子間に接
続された直流コンデンサと、3相PWMコンバータを制御
する制御装置より構成され、制御装置は電源系統の電流
を検出して高調波電流を演算する手段と、高調波電流を
入力しゲイン倍した電圧指令信号を出力する手段と、電
圧指令信号と三角波キャリア電圧を比較して3相PWMコ
ンバータへのスイッチ指令とを生成する手段とを備えて
なるものである。
〔作 用〕
しかして、従来の第2のリアクトルを除去してなる構
成で、3相PWMコンバータを高調波電圧源として動作さ
せることにより、基本波に対しては3相PWMコンバータ
を零インピーダンスとなし、並列共振を持続させるに必
要な励磁電流を3相PWMコンバータより流すようにし
た。その結果並列共振を持続しながら従来の補償電流の
一部が第2のリアクトルを通って損失する不具合もな
く、補償性能の向上に寄与する格別な装置を実現したも
のである。
以下、本発明を図面に基づいてさらに詳細説明をす
る。
〔実 施 例〕
第1図および第2図は第3図および第4図に類して表
わした本発明の一実施例を示し、106は増巾回路、107は
三角波発生回路、108は電圧制御回路である。図中、第
3図,第4図と同符号の部分は同じ機能を有する部分を
示す。
第1図において、サイリスタレオナード装置等の負荷
2に電力を供給している3相交流系統電源1の各相に直
列に第1のリアクトル32とコンデンサ31で構成され電源
周波数に並列共振する共振回路3を接続し、この共振回
路23の反電源側に各相に直列に交流リアクトル4を接続
し、この交流リアクトル4の反共振回路3側に3相PWM
コンバータ5を接続してなる。この3相PWMコンバータ
5は第3図と同様にスイッチング素子とダイオードで構
成され、直流端子間には直流コンデンサ6が接続されて
おり、第2図で説明する制御装置の生成するトリガ信号
VGによって3相PWMコンバータ5のスイッチング素子が
オンオフされる。
第2図においては、電力演算回路101は(1),
(3),(12),(13)式を用いて3相の電源電流iSU,
iSV,iSWおよび系統電圧eU,eV,eWより電源瞬時実電力pS
および虚電力qSをハイパスフィルタ102に出力する。
これら電源瞬時実電力pSおよび虚電力qSはハイパスフ
ィルタ102により直流分を除去して(14),(15)式の
如く交流分 を、それぞれ電源実電力指令信号pS および電源虚電力
指令信号qS として電流指令値演算回路103へ出力す
る。
電流指令値演算回路104は、電源実電力指令信号
pS 、虚電力指令信号qS および系統電圧eU,eV,eWを受
け、(1),(11),(16),(17)式に従って2相電
流指令信号を得、さらに2相〜3相変換を行い、3相の
電源電流指令信号iSU ,iSV ,iSW を増巾回路106へ出
力する。この電源電流指令信号iSU ,iSV ,iSW は電
源系統の高調波電流に相当する信号である。
増巾回路106は電源電流指令信号iSU ,iSV ,iSW
入力し、ゲインK倍して電圧指令信号VU ,VV ,VW
生成して電圧制御回路108へ出力する。
電圧制御回路108は、三角波発生回路107より出力され
る三角波キヤリア電圧Sと電圧指令信号VU ,VV ,VW
を入力し、例えば(電圧指令信号VU ≧三角波キヤリア
電圧S)であれば、スイッチング素子S1をオン,S6をオ
フさせ(電圧指令信号VU <三角波キヤリア電圧S)で
あればスイッチング素子S1をオフ,S6をオンさせ、また
(電圧指令信号VV ≧三角波キヤリア電圧S)であれ
ば、スイッチング素子S3をオン,S2をオフするようなト
リガ信号VGを生成するものである。これにより、トリガ
信号VGによってスイッチング素子S1〜S6がオン,オフさ
れ、PWM変換器5の各相の電圧瞬時値が制御されるもの
となる。
このようなPWM変換器5は高調波電圧だけを発生して
いるため、負荷2の高調波電流を打ち消す高調波電流お
よび並列共振回路3と電源1を循環する基本波励磁電流
がPWM変換器5に流れる。
〔発明の効果〕
以上説明した様に、本発明によれば並列共振を持続さ
せるに必要な励磁電流を第2のリアクトルなしに、3相
PWMコンバータを高調波電圧源となすことにより流すこ
とができる。
またこの結果、3相PWMコンバータの交流側には基本
波電圧が印加されず、3相PWMコンバータの直流コンデ
ンサの充電電圧を低い状態で高調波補償が出来るので3
相PWMコンバータの装置容量の減少が可能である。
さらに、従来は第2のリアクトルにより補償電流の一
部が損失していたものが、前記リアクトルを除去し得た
ため部品点数の低減と補償性能の向上をもたらした格別
な装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明の一実施例を示す主回路構
成図ならびにその制御装置のブロック図、第3図および
第4図は従来の共振形アクティブフィルタを備えた3相
交流系統を示す主回路構成図およびその制御装置のブロ
ック図である。 1……3相交流系統電源、2……負荷、3……共振回
路、31……コンデンサ、32……リアクトル、4……交流
リアクトル、5……3相PWMコンバータ、6……直流コ
ンデンサ、7……リアクトル、101……電力演算回路、1
02……バイパスフイルタ、103……符号反転回路、104…
…電流指令値演算回路、105……電流制御回路、106……
増巾回路、107……三角波発生回路、108……電圧制御回
路。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電源系統に負荷設備と並列に接続される高
    調波補償設備にあって、3相PWMコンバータと、該3相P
    WMコンバータの交流側の各相に直列に挿入された交流リ
    アクトルと、該交流リアクトルの電源側に各相直列に接
    続された第1のリアクトルとコンデンサによりなる電源
    周波数に並列共振する共振回路と、前記3相PWMコンバ
    ータの直流側端子間に接続された直流コンデンサと、前
    記3相PWMコンバータを制御する制御装置より構成され
    る共振形アクティブフィルタを、前記電源系統の電流お
    よび電圧をそれぞれ直交座標軸上でのd,q2軸成分に分解
    し、両軸電力を演算のうえその交流分を電源実施電力指
    令信号および虚電力指令信号として出力し、2相から3
    相へ逆変換をして3相の電源電流指令信号を出力し、該
    電源電流指令信号を入力してゲイン倍した電圧指令信号
    を出力し、前記電圧指令信号を三角波キャリア電圧と比
    較して3相PWMコンバータへのスイッチ指令を生成して
    制御する前記共振形アクティブフイルタにおいて、前記
    3相PWMコンバータを高調波電圧源とし、前記共振回路
    の基本波励磁電流を電源系統との間に循環させる構成と
    したことを特徴とする共振形アクテイブフイルタ。
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