JP3076107B2 - アクティブフィルタ - Google Patents
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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
- Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics
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- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電源系統および負荷設備
間の系統ラインに設けられるアクティブフィルタに関す
るものである。
間の系統ラインに設けられるアクティブフィルタに関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】高速スイッチング素子で構成される三相
PWM コンバータと、この三相PWM コンバータの交流側に
電源系統に直列に接続される交流リアクトルおよび三相
PWM コンバータの直流端子間に接続される直流コンデン
サ等を基礎構成とする高調波補償装置（以下アクティブ
フィルタという）は公知であり、これは次のごときもの
である。
PWM コンバータと、この三相PWM コンバータの交流側に
電源系統に直列に接続される交流リアクトルおよび三相
PWM コンバータの直流端子間に接続される直流コンデン
サ等を基礎構成とする高調波補償装置（以下アクティブ
フィルタという）は公知であり、これは次のごときもの
である。
【０００３】図４は従来のアクティブフィルタを具えた
系統ラインの主回路図であり、図５はその補償指令のた
めの入力回路を示している。
系統ラインの主回路図であり、図５はその補償指令のた
めの入力回路を示している。
【０００４】すなわち、三相交流の系統電源１は電源イ
ンピーダンス２を介してサイリスタレオナード装置等の
非線形の負荷装置３に電力を供給しており、系統ライン
には高調波電流が流れる。４はアクティブフィルタであ
る。
ンピーダンス２を介してサイリスタレオナード装置等の
非線形の負荷装置３に電力を供給しており、系統ライン
には高調波電流が流れる。４はアクティブフィルタであ
る。
【０００５】この系統ラインの交流側の各相に交流リア
クトル５を直列に挿入して三相PWMコンバータ６が接続
され、三相PWM コンバータの直流側に直流コンデンサ７
が接続され、また交流リアクトル５と系統電源１に並列
に高周波フィルタ９が接続される。さらに、負荷電流検
出のための変流器11より、負荷電流に基づき補償電流を
演算し、三相PWM コンバータ６のオンオフ可能なスイッ
チング素子のスイッチング指令を送出する制御装置８を
備えてアクティブフィルタ４が構成される。
クトル５を直列に挿入して三相PWMコンバータ６が接続
され、三相PWM コンバータの直流側に直流コンデンサ７
が接続され、また交流リアクトル５と系統電源１に並列
に高周波フィルタ９が接続される。さらに、負荷電流検
出のための変流器11より、負荷電流に基づき補償電流を
演算し、三相PWM コンバータ６のオンオフ可能なスイッ
チング素子のスイッチング指令を送出する制御装置８を
備えてアクティブフィルタ４が構成される。
【０００６】さらに図５においては、変流器11により検
出された負荷電流ＩL （111 は負荷電流検出器を示す）
が負荷電流検出のための抵抗112 により電圧に変換さ
れ、負荷電流検出電圧ＶL として補償指令のための入力
端子Ａ，Ｂに出力される。ここで、このように入力端子
Ａ，Ｂに得られた負荷電圧ＶL により、三相二相変換を
用いた負荷電流ＩL の高調波を打ち消す補償電流指令Ｉ
C * を演算する方法は公知であるので説明を省略する。
出された負荷電流ＩL （111 は負荷電流検出器を示す）
が負荷電流検出のための抵抗112 により電圧に変換さ
れ、負荷電流検出電圧ＶL として補償指令のための入力
端子Ａ，Ｂに出力される。ここで、このように入力端子
Ａ，Ｂに得られた負荷電圧ＶL により、三相二相変換を
用いた負荷電流ＩL の高調波を打ち消す補償電流指令Ｉ
C * を演算する方法は公知であるので説明を省略する。
【０００７】よって、制御装置８により演算出力された
補償電流指令ＩC * と補償電流検出のための変流器10よ
り検出される補償電流ＩC とが比較され、三相PWM コン
バータ６のスイッチング素子がオンオフされ、アクティ
ブフィルタ４の電流瞬時値が制御されるものである。
補償電流指令ＩC * と補償電流検出のための変流器10よ
り検出される補償電流ＩC とが比較され、三相PWM コン
バータ６のスイッチング素子がオンオフされ、アクティ
ブフィルタ４の電流瞬時値が制御されるものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】この種の従来のアクテ
ィブフィルタにおいては、三相PWM コンバータを構成す
るスイッチング素子のスイッチングにより、三相交流系
統電源に高周波リップル電流が流れ、かかる高周波リッ
プル電流を打ち消すため、コンデンサと抵抗からなる高
周波フィルタが設けられてきた。
ィブフィルタにおいては、三相PWM コンバータを構成す
るスイッチング素子のスイッチングにより、三相交流系
統電源に高周波リップル電流が流れ、かかる高周波リッ
プル電流を打ち消すため、コンデンサと抵抗からなる高
周波フィルタが設けられてきた。
【０００９】しかしながら、このような高周波フィルタ
は三相交流系統電源との間で共振が発生し、低次の高周
波電流の特性が悪化するという不具合があった。
は三相交流系統電源との間で共振が発生し、低次の高周
波電流の特性が悪化するという不具合があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は上述したような
点に鑑みてなされたものであり、電源系統および負荷設
備間の系統ラインに配されるアクティブフィルタであっ
て、特にアクティブフィルタ電流を検出する、アクティ
ブフィルタ電流検出用変流器を付設するとともに、その
制御装置においては負荷電流検出用変流器の一方の出力
端に直列に設けた負荷電流検出用抵抗と、前記負荷電流
検出用変流器の他方の出力端に直列に設けた電源電流検
出用抵抗およびこの抵抗に並列に設けた電源電流検出用
リアクトルとを備え、その抵抗とリアクトルの並列接続
の両端に前記アクティブフィルタ電流検出用変流器の出
力端を接続し、前記抵抗とリアクトルの並列接続にさら
に負荷電流検出用抵抗を直列接続した構成をなし、この
直列回路の両端を補償電流指令用入力端子としてなるも
のである。
点に鑑みてなされたものであり、電源系統および負荷設
備間の系統ラインに配されるアクティブフィルタであっ
て、特にアクティブフィルタ電流を検出する、アクティ
ブフィルタ電流検出用変流器を付設するとともに、その
制御装置においては負荷電流検出用変流器の一方の出力
端に直列に設けた負荷電流検出用抵抗と、前記負荷電流
検出用変流器の他方の出力端に直列に設けた電源電流検
出用抵抗およびこの抵抗に並列に設けた電源電流検出用
リアクトルとを備え、その抵抗とリアクトルの並列接続
の両端に前記アクティブフィルタ電流検出用変流器の出
力端を接続し、前記抵抗とリアクトルの並列接続にさら
に負荷電流検出用抵抗を直列接続した構成をなし、この
直列回路の両端を補償電流指令用入力端子としてなるも
のである。
【００１１】
【作用】かくのごとき解決手段により、後述するごとく
電源インダクタンスと高周波フィルタのインピーダンス
との間の共振を抑制するように効用し、電源電流の高調
波成分を減少することができる。
電源インダクタンスと高周波フィルタのインピーダンス
との間の共振を抑制するように効用し、電源電流の高調
波成分を減少することができる。
【００１２】また、系統電源の電圧に高調波電圧が含ま
れていても系統ラインに高調波電流がほとんど流れない
ものとすることができる。
れていても系統ラインに高調波電流がほとんど流れない
ものとすることができる。
【００１３】
【実施例】以下、実施例について図面に基づいて本発明
を詳細に説明する。図１は本発明が適用された制御装置
の補償電流指令用入力回路の一例の要部構成を示し、図
２は本発明に係るアクティブフィルタの主回路の一例を
示す。
を詳細に説明する。図１は本発明が適用された制御装置
の補償電流指令用入力回路の一例の要部構成を示し、図
２は本発明に係るアクティブフィルタの主回路の一例を
示す。
【００１４】図１および図２において、４′はアクティ
ブフィルタ、８′はアクティブフィルタ電流検出のため
の変流器12の出力端が導入された制御装置、121 はアク
ティブフィルタ電流検出器、122 は抵抗、123 はリアク
トル、Ａ′，Ｂ′は入力端子である。図中、図４および
図５と同一の符号は同じ機能を有する部分を示してい
る。
ブフィルタ、８′はアクティブフィルタ電流検出のため
の変流器12の出力端が導入された制御装置、121 はアク
ティブフィルタ電流検出器、122 は抵抗、123 はリアク
トル、Ａ′，Ｂ′は入力端子である。図中、図４および
図５と同一の符号は同じ機能を有する部分を示してい
る。
【００１５】すなわち、かかる一実施例のアクティブフ
ィルタ４′は、三相PWM コンバータ６のスイッチング素
子のスイッチングにより発生するリップル電流の高周波
フィルタの吸収効果を高め、その際に発生する電源イン
ピーダンス２と高周波フィルタ９との低周波数の共振現
象を抑制するものであり、その機能は次のことくであ
る。
ィルタ４′は、三相PWM コンバータ６のスイッチング素
子のスイッチングにより発生するリップル電流の高周波
フィルタの吸収効果を高め、その際に発生する電源イン
ピーダンス２と高周波フィルタ９との低周波数の共振現
象を抑制するものであり、その機能は次のことくであ
る。
【００１６】変流器11により負荷電流が検出されて、負
荷電流検出器111 に接続された抵抗112 の両端に負荷電
流検出電圧ＶLが出力される。さらに、変流器12により
アクティブフィルタ電流を検出し、アクティブフィルタ
電流検出器121 に抵抗122 とリアクトル123 との並列回
が接続され、その並列回路の両端に電源電流検出電圧Ｖ
C が出力される。
荷電流検出器111 に接続された抵抗112 の両端に負荷電
流検出電圧ＶLが出力される。さらに、変流器12により
アクティブフィルタ電流を検出し、アクティブフィルタ
電流検出器121 に抵抗122 とリアクトル123 との並列回
が接続され、その並列回路の両端に電源電流検出電圧Ｖ
C が出力される。
【００１７】この負荷電流検出電圧ＶL と電源電流検出
電圧ＶCとは、直列接続回路によりその加算値が補償電
流指令のための入力端子Ａ′，Ｂ′に加えられる。
電圧ＶCとは、直列接続回路によりその加算値が補償電
流指令のための入力端子Ａ′，Ｂ′に加えられる。
【００１８】ここで、補償電流方式の基本技術思想を図
３を参照して説明する。図３はアクティブフィルタが設
けられた系統ラインのシステム構成を示すもので、ＶS
は系統電圧、ＺS は系統インピーダンス、ＩLは負荷電
流源、ＩCCは三相PWM コンバータ６による補償電流ＩC
を発生する補償電流源、ＺC は高周波フィルタ９のイン
ピーダンスを示す。
３を参照して説明する。図３はアクティブフィルタが設
けられた系統ラインのシステム構成を示すもので、ＶS
は系統電圧、ＺS は系統インピーダンス、ＩLは負荷電
流源、ＩCCは三相PWM コンバータ６による補償電流ＩC
を発生する補償電流源、ＺC は高周波フィルタ９のイン
ピーダンスを示す。
【００１９】図３において、電源電流ＩS は式(1) のよ
うに示される。 ＩS ＝ＺC （ＩL ＋ＩC ）／（ＺS ＋ＺC ）＋ＶS ／（ＺS ＋ＺC ） (1) この式(1) は、（ＺS ＋ＺC ）が最小となるとき右辺第
１項は（ＩL ＋ＩC ）が零でない場合に拡大されて電源
に流れることを、また、右辺第２項は系統電圧ＶS に高
調波電圧がある場合に系統から高調波電流が注入される
ことを表す。
うに示される。 ＩS ＝ＺC （ＩL ＋ＩC ）／（ＺS ＋ＺC ）＋ＶS ／（ＺS ＋ＺC ） (1) この式(1) は、（ＺS ＋ＺC ）が最小となるとき右辺第
１項は（ＩL ＋ＩC ）が零でない場合に拡大されて電源
に流れることを、また、右辺第２項は系統電圧ＶS に高
調波電圧がある場合に系統から高調波電流が注入される
ことを表す。
【００２０】さらに、補償電流ＩC を式(2) のように制
御すると、電源電流ＩS は式(3) のように示される。 ＩC ＝−ＧN （Ｓ）〔Ｇ（Ｓ）ＩS ＋ＩC 〕 (2) ＩS ＝｛１−ＧN （Ｓ）｝ＺC ／〔ＺS ＋｛１＋ＧN （Ｓ）｝Ｇ（Ｓ）ＺC 〕 ＋ＶS ／〔ＺS ＋｛１＋ＧN （Ｓ）｝Ｇ（Ｓ）ＺC 〕 (3) ただし、ＧN （Ｓ）は基本波に対するノッチフィルタで
あり、ここにＧ（Ｓ）を式(4) で表し高調波のみに着目
すると、電源の高調波電流ＩSHは式(5) のように示され
る。 Ｇ（Ｓ）＝ＫＳ (4) ＩSH＝ＺC ΔＩLH／〔ＺS ＋ＺC ＋ＫＳ・ＺC 〕 ＋ＶSH／〔ＺS ＋ＺC ＋ＫＳ・ＺC 〕 (5) 式(5) から判るように、（ＺS ＋ＺC ）が最小となって
も〔ＫＳ・ＺC ＝（Ｋ／Ｃ）〕すなわち純抵抗の効果と
なる。
御すると、電源電流ＩS は式(3) のように示される。 ＩC ＝−ＧN （Ｓ）〔Ｇ（Ｓ）ＩS ＋ＩC 〕 (2) ＩS ＝｛１−ＧN （Ｓ）｝ＺC ／〔ＺS ＋｛１＋ＧN （Ｓ）｝Ｇ（Ｓ）ＺC 〕 ＋ＶS ／〔ＺS ＋｛１＋ＧN （Ｓ）｝Ｇ（Ｓ）ＺC 〕 (3) ただし、ＧN （Ｓ）は基本波に対するノッチフィルタで
あり、ここにＧ（Ｓ）を式(4) で表し高調波のみに着目
すると、電源の高調波電流ＩSHは式(5) のように示され
る。 Ｇ（Ｓ）＝ＫＳ (4) ＩSH＝ＺC ΔＩLH／〔ＺS ＋ＺC ＋ＫＳ・ＺC 〕 ＋ＶSH／〔ＺS ＋ＺC ＋ＫＳ・ＺC 〕 (5) 式(5) から判るように、（ＺS ＋ＺC ）が最小となって
も〔ＫＳ・ＺC ＝（Ｋ／Ｃ）〕すなわち純抵抗の効果と
なる。
【００２１】かようにして、前述した如き補償電流指令
入力回路により入力端子Ａ′，Ｂ′に検出電圧（ＶC ＋
ＶL ）を得るこにより、制御装置８′は例えば公知の三
相二相変換を行い補償電流指令ＩC * を演算出力し、変
流器10より検出される補償電流ＩC との比較により、三
相PWM コンバータ６のスイッチング素子がオンオフされ
てアクティブフィルタ４′の瞬時値制御を行うことがで
きる。
入力回路により入力端子Ａ′，Ｂ′に検出電圧（ＶC ＋
ＶL ）を得るこにより、制御装置８′は例えば公知の三
相二相変換を行い補償電流指令ＩC * を演算出力し、変
流器10より検出される補償電流ＩC との比較により、三
相PWM コンバータ６のスイッチング素子がオンオフされ
てアクティブフィルタ４′の瞬時値制御を行うことがで
きる。
【００２２】なお、図１におけるリアクトル123 は式
(4) に示した電源電流の微分を行うもので、特に制御対
象となる電源インダクタンス２と高周波フィルタ９との
共振周波数近傍以下の周波数の微分を行うものである。
(4) に示した電源電流の微分を行うもので、特に制御対
象となる電源インダクタンス２と高周波フィルタ９との
共振周波数近傍以下の周波数の微分を行うものである。
【００２３】また、抵抗122 は大きい出力電圧を発生さ
せて制御に有害な影響を与える前述の共振周波数近傍以
上の高周波の電源電流をバイパスさせ、補償電流指令用
入力端子Ａ′，Ｂ′に出力させないようにしたものであ
る。
せて制御に有害な影響を与える前述の共振周波数近傍以
上の高周波の電源電流をバイパスさせ、補償電流指令用
入力端子Ａ′，Ｂ′に出力させないようにしたものであ
る。
【００２４】かくのごとく、電源インダクタンス２およ
び高周波フィルタ９の共振現象によって起こる低次の高
調波電流の増幅を抑えることができ、低次の高調波電流
および高調波リップル電流を含まない電源電流波形を得
ることができる。
び高周波フィルタ９の共振現象によって起こる低次の高
調波電流の増幅を抑えることができ、低次の高調波電流
および高調波リップル電流を含まない電源電流波形を得
ることができる。
【００２５】なお、高調波電流補償についてのみ説明し
たが、負荷装置３の基本波無効電流の補償を行う場合
も、電源電流検出用リアクトルによる基本波電源電流の
微分値が僅かなものであるため、無効電力を補償する制
御系に大きい影響を与えずに無効電力補償が可能である
ことは明らかである。
たが、負荷装置３の基本波無効電流の補償を行う場合
も、電源電流検出用リアクトルによる基本波電源電流の
微分値が僅かなものであるため、無効電力を補償する制
御系に大きい影響を与えずに無効電力補償が可能である
ことは明らかである。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、リ
ップル電流抑制効果を高めた高周波フィルタの電源イン
ダクタンスとの共振現象を抑えた補償を行い得ることに
より、低次の高調波電流から高周波電流までも広く抑制
可能な実用効果の顕著な装置を提供できる。
ップル電流抑制効果を高めた高周波フィルタの電源イン
ダクタンスとの共振現象を抑えた補償を行い得ることに
より、低次の高調波電流から高周波電流までも広く抑制
可能な実用効果の顕著な装置を提供できる。
【００２７】また、高周波フィルタの抵抗が削減されて
リップル電流がさらに抑制され、リップル電流に基づく
受電端の電圧歪みを抑制でき、さらには抵抗削減によ
り、および三相PWM コンバータのスイッチング周波数を
必要以上に上げる必要がなく、装置全体の効率を上昇可
能なことは勿論である。
リップル電流がさらに抑制され、リップル電流に基づく
受電端の電圧歪みを抑制でき、さらには抵抗削減によ
り、および三相PWM コンバータのスイッチング周波数を
必要以上に上げる必要がなく、装置全体の効率を上昇可
能なことは勿論である。
【図１】本発明が適用された制御装置の補償電流指令用
入力回路の一例の要部構成を示す系統図である。
入力回路の一例の要部構成を示す系統図である。
【図２】本発明に係るアクティブフィルタの主回路の一
例を示す接続図である。
例を示す接続図である。
【図３】アクティブフィルタが設けられた系統ラインの
システム構成を示す系統図である。
システム構成を示す系統図である。
【図４】従来のアクティブフィルタを具えた系統ライン
の主回路図である。
の主回路図である。
【図５】従来のアクティブフィルタの補償指令のための
入力回路を示す系統図である。
入力回路を示す系統図である。
１ 系統電源 ２ 電源インピーダンス ３ 負荷装置 ４，４′ アクティブフィルタ ５ 交流リアクトル ６ 三相PWM コンバータ ７ 直流コンデンサ ８，８′ 制御装置 ９ 高周波フィルタ 10, 11, 12 変流器 Ａ，Ｂ，Ａ′，Ｂ′ 入力端子 111 負荷電流検出器 112, 122 抵抗 121 アクティブフィルタ電流検出器 123 リアクトル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塩田 剛 神奈川県海老名市東柏ケ谷４丁目６番32 号 東洋電機製造株式会社 相模工場内 (72)発明者 木幡 雅一 神奈川県海老名市東柏ケ谷４丁目６番32 号 東洋電機製造株式会社 相模工場内 (56)参考文献 特開 平４−200242（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−23322（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−240327（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02J 3/01
Claims (1)
- 【請求項１】 電源系統および負荷設備間の系統ライン
に設けられたアクティブフィルタであって、三相PWM コ
ンバータと、該三相PWM コンバータの交流側に各相に設
けられた交流リアクトルと、該交流リアクトルと電源に
並列に設けられた高周波フィルタと、前記三相PWM コン
バータの直流側に設けられた直流コンデンサと、負荷電
流を検出する第１の変流器と、アクティブフィルタ電流
を検出する第２の変流器と、前記三相PWM コンバータを
制御する制御装置とを具備するとともに、該制御装置は
前記第１の変流器の一方の出力端に直列に設けられた負
荷電流検出のための第１の抵抗と、前記第１の変流器の
他方の出力端に直列に設けられた電源電流検出のための
第２の抵抗と、該第２の抵抗と並列に設けられたリアク
トルとを具え、前記第２の抵抗の両端に前記第２の変流
器の出力端を接続し、前記第１の抵抗と第２の抵抗を直
列接続し、該直列接続回路の両端を補償電流指令のため
の入力端子と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 |
|---|---|---|---|
| JP03241638A JP3076107B2 (ja) | 1991-09-20 | 1991-09-20 | アクティブフィルタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03241638A JP3076107B2 (ja) | 1991-09-20 | 1991-09-20 | アクティブフィルタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0583856A JPH0583856A (ja) | 1993-04-02 |
| JP3076107B2 true JP3076107B2 (ja) | 2000-08-14 |
Family
ID=17077296
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03241638A Expired - Fee Related JP3076107B2 (ja) | 1991-09-20 | 1991-09-20 | アクティブフィルタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3076107B2 (ja) |
-
1991
- 1991-09-20 JP JP03241638A patent/JP3076107B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH0583856A (ja) | 1993-04-02 |
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