JP3128985B2 - 高調波補償装置の制御回路 - Google Patents

高調波補償装置の制御回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、電力変換手段で構成
していて、電力系統で発生する高調波や無効電力を補償
する高調波補償装置の制御回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図5は電力系統に発生する高調波や無効
電力を高調波補償装置で補償する第1例を示した主回路
接続図である。この図5において、交流電源2は交流電
力を負荷3へ供給するのであるが、この負荷3が整流回
路や誘導性負荷の場合はその非線形性のために波形歪み
を生じたり、無効電力源となって力率が低下する。波形
歪みは電力機器の過熱、焼損、誤動作や通信線等への誘
導障害を引き起こすし、力率低下は送電損失の増加や系
統電圧の変動を引き起こす。これに対して従来はコンデ
ンサとリアクトルとで構成した所謂LCフィルタを使用
していたが、これは系統インピーダンスによって抑制効
果が変化したり高調波の周波数が変動すると抑制能力に
影響を受け、更に過負荷でLCフィルタ自体が焼損する
など、各種の不都合があった。
【0003】しかし半導体スイッチ素子で構成した電力
変換装置の優れた制御特性を利用すれば、LCフィルタ
の前述した欠点を排除し、不要な高調波電流のみを打ち
消す電流を発生させることも可能である。図5ではこの
電力変換手段としての高調波補償装置4を交流電源2と
負荷3との中間に接続するが、この高調波補償装置4の
直流側にはコンデンサ5を接続している。ここで負荷電
流検出器7が検出する負荷電流IL を高調波補償装置4
へ入力して、この負荷電流IL に含まれている高調波成
分や無効電流を補償する補償装置出力電流IC をこの高
調波補償装置4が出力する。
【0004】図6は電力系統に発生する高調波や無効電
力を高調波補償装置で補償する第2例を示した主回路接
続図である。この第2例回路は負荷3と高調波補償装置
4との間に負荷電流IL を検出するための電流検出手段
が設置出来ない場合であって、このとき高調波補償装置
4よりも電源側の交流電源出力電流IS を電源電流検出
器8で検出し、この交流電源出力電流IS を高調波補償
装置4へ入力して、前述と同様に交流電源出力電流IS
に含まれている高調波成分や無効電流を補償する補償装
置出力電流IC をこの高調波補償装置4が出力する。
【0005】図7は図5の第1例主回路に使用している
高調波補償装置の制御回路の従来例を示した回路図であ
る。この図7に示すように波形歪みを有する交流電源出
力電流IS を基本波電流検出回路13へ入力し、ここで
交流電源出力電流IS の基本波電流成分IS0を演算す
る。この演算結果である基本波電流IS0と交流電源出力
電流IS との差分を第2加算器18で演算すれば、その
演算結果が高調波電流指令値である。第1加算器17は
この高調波電流指令値と補償装置出力電流IC との偏差
を演算し、第1電流調節器14はこの偏差を零にする制
御信号を出力することになる。一方、電圧調節器11は
高調波補償装置4の直流側電圧即ちコンデンサ5の電圧
D を直流電圧指令値ED*に一致させる制御信号を出力
するので、乗算器12でこの電圧調節器11の出力信号
と交流電源電圧VS との乗算を行って交流電流指令値を
求め、この交流電流指令値を当該高調波補償装置4の損
失分を補償する極性で第1加算器17へ入力させる。第
1電流調節器14の出力信号とキャリア発振器15が出
力するキャリア信号とからコンパレータ16でパルス幅
変調を行い、その結果を図示していないパルス分配回路
へ与えることでこの高調波補償装置4を制御する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら図6に図
示の主回路構成(第2例)の場合は、負荷電流IL では
なくて交流電源出力電流IS を検出し、これで高調波補
償装置4を制御する。即ちこの場合は正弦波へ正極性で
補償するクローズドループの制御となる。無効電力を合
わせて制御するときは問題ないが、高調波電流制御だけ
の場合は、出力電流指令系統に無効分の誤差があるとこ
の誤差を新たに検出して正帰還するのでこの誤差が拡大
されて過負荷となるので、出力制限状態での制御か、又
は不安定になって過電流で停止してしまう。そこでこの
ような不具合を回避するべく、図8に図示の回路が実用
に供されている。
【0007】図8は図6に図示の主回路構成の場合の高
調波補償装置の制御の従来例を示した回路図であって、
「特願平3−248134号」に記載されているので、
この図8に図示の従来例回路の動作説明は省略するが、
この回路では電圧調節器11の出力に現れる変化を捕ら
えて位相補正をして、前述の不具合の解消を図るもので
あり、しかるべき効果が得られる。しかしながら速い誤
差拡大に対しては有効な手段とはならない欠点があり、
高調波の補償率が50%程度にとどまっていた。それ故
交流電源出力電流ISで高調波補償装置4を制御する場
合は負荷電流ILで高調波補償装置4を制御する場合に
比べて補償率が低下する。又、高調波補償装置4の出力
指令系に位相誤差や演算誤差が存在すると、交流電源出
力電流ISで制御する場合にこの誤差分が正帰還され
て、基本波無効分の発散による過電流や過電圧で異常動
作をしたり、停止してしまう不都合があった。
【0008】そこでこの発明の目的は、高調波補償装置
出力指令系に位相誤差や演算誤差があっても、交流電源
出力電流で制御する場合に過電流や過電圧にならずに安
定で高い補償率が得られるようにすることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めにこの発明の高調波補償装置の制御回路は、交流電源
に接続した負荷に並列接続した半導体スイッチ素子で構
成している高調波補償装置と、前記交流電源の出力電流
を入力してその基本波電流成分を検出する基本波電流検
出手段と、この検出した基本波電流と前記交流電源出力
電流との偏差から高調波電流指令値を演算する第2加算
手段と、この第2加算手段が出力する高調波電流指令値
と前記高調波補償装置の出力電流との偏差を演算する第
1加算手段と、この第1加算手段の演算結果を入力する
第1電流調節手段とを備え、前記高調波補償装置をこの
第1電流調節手段の出力信号に従って制御する構成の高
調波補償装置の制御回路において、前記第2加算手段の
出力信号を入力する第2電流調節手段を備え、この第2
電流調節手段の出力信号を新たな高調波電流指令値とし
て前記第1加算手段へ与え、当該第1加算手段において
この新たな高調波電流指令値と前記高調波補償装置出力
電流との偏差を演算させるものとするが、或いは、更に
前記高調波補償装置の出力電流に含まれている基本波電
流の無効分を検出して、この検出した基本波電流無効分
を補正信号として前記第2加算手段へ与える基本波無効
分検出手段を付け加えるものとする。
【0010】
【作用】この発明は、高調波電流指令値を高調波を演算
した結果の値そのままではなくて、調節手段を介した値
にすることで、制御偏差を減らして性能が良好な補償を
することができ、且つ高調波補償装置の出力指令系に生
じた位相誤差や演算誤差が原因で増大する無効分を、当
該高調波補償装置出力電流の無効分を検出してこの無効
分検出値を出力指令値に逆極性で与えることで減少させ
て、交流電源出力電流で制御する場合であっても、過電
流や過電圧にならずに安定で高い補償率が得られるよう
にするものである。
【0011】
【実施例】図1は本発明の第1実施例を表した回路図で
あるが、この図1の第1実施例回路に図示している電圧
調節器11、乗算器12、基本波電流検出回路13、第
1電流調節器14、キャリア発振器15、コンパレータ
16、第1加算器17、及び第2加算器18の名称・用
途・機能は図7で既述の従来例回路の場合と同じである
から、これらの説明は省略する。
【0012】この第1実施例回路では、第2加算器18
が演算する交流電源出力電流IS の基本波電流成分IS0
と、交流電源出力電流IS との偏差である高調波成分を
零に制御する第2電流調節器31を設けて、この第2電
流調節器31から第1加算器17へ補償装置電流指令値
H*を出力させる。この第2電流調節器31を設けるこ
とで、これの後段の第1電流調節器14のゲインを高く
する必要がなくなり、安定性の向上と制御偏差の減少と
補償動作の性能向上とが可能になる。
【0013】図2は本発明の第2実施例を表した回路図
であるが、この図2の第2実施例回路に図示している電
圧調節器11、乗算器12、基本波電流検出回路13、
第1電流調節器14、キャリア発振器15、コンパレー
タ16、第1加算器17、及び第2加算器18の名称・
用途・機能は図7で既述の従来例回路の場合と同じであ
り、第2電流調節器31の名称・用途・機能は図1の第
1実施例回路の場合と同じであるから、これらの説明は
省略する。
【0014】この第2実施例回路では、補償装置出力電
流IC を入力してその基本波無効分を検出する基本波無
効分検出回路32を備えて、この基本波無効分検出回路
32の出力を第2加算器18へ与えているのが前述の第
1実施例回路とは異なる点である。これにより基本波無
効分を補正して位相誤差や演算誤差に起因する不安定動
作を解消している。
【0015】図3は本発明の第3実施例を表した回路図
であるが、この図3の第3実施例回路に図示している電
圧調節器11、乗算器12、基本波電流検出回路13、
第1電流調節器14、キャリア発振器15、コンパレー
タ16、第1加算器17、及び第2加算器18の名称・
用途・機能は図7で既述の従来例回路の場合と同じであ
るから、これらの説明は省略する。
【0016】この第3実施例回路では、補償装置出力電
流IC の基本波無効分を直流量で検出し、この直流量を
交流量に変換して基本波無効分を補正するところが前述
の第2実施例回路とは異なっている。即ち基本波電流波
高値検出回路42と第3加算器43と基本波電流交流量
検出回路44とで基本波電流検出回路41を構成し、交
流電源出力電流IS を基本波電流波高値検出回路42へ
入力する。又補償装置出力電流IC を基本波無効分直流
量検出回路45へ入力する。第3加算器43は基本波電
流波高値検出回路42の出力値と基本波無効分直流量検
出回路45の出力値とを加算して基本波電流交流量検出
回路44へ与える。その結果、基本波電流交流量検出回
路44は基本波電流成分IS0を第2加算器18へ出力し
て基本波無効分を補正し、これにより位相誤差や演算誤
差に起因する不安定動作を解消している。
【0017】図4は本発明の第4実施例を表した回路図
であって、補償装置出力電流IC の検出点を示してい
る。一般に高調波補償装置4はフィルタ6を介して電力
系統に接続している。よって高調波補償装置4とフィル
タ6との間に補償装置側電流検出器51を設けて、この
補償装置側電流検出器51で補償装置出力電流IC を検
出する。或いはフィルタ6と電力系統との間に系統側電
流検出器52を設けて、この系統側電流検出器52で補
償装置出力電流IC を検出する。この補償装置出力電流
C から基本波無効分を検出する回路は電流と電圧から
検出する方法、無効電力検出モジュール等が用いられ
る。
【0018】
【発明の効果】この発明によれば、高調波補償装置を交
流電源出力電流で制御する場合は、高調波電流検出値
(一般に高調波を含んだ電流からこの電流の基本波成分
を差し引くことで高調波電流を検出する)を零値と比較
する第2の電流調節手段を設け、この第2電流調節手段
の出力をこの高調波補償装置の出力指令値とすること
で、制御偏差が少なく、補償性能が良好な高調波補償装
置が得られる。又、高調波を演算する際に位相誤差や演
算誤差があっても、この高調波補償装置の出力電流中の
無効分(無効電力や無効電流)を検出してこれを高調波
電流演算系にフィードバックさせ、出力指令値に加算す
ることで、高調波補償装置の出力電流の無効分を零に抑
制しているので、運転中に不安定動作となり、異常動作
や異常停止等の不具合が発生するのを防止出来る効果が
得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を表した回路図
【図2】本発明の第2実施例を表した回路図
【図3】本発明の第3実施例を表した回路図
【図4】本発明の第4実施例を表した回路図
【図5】電力系統に発生する高調波や無効電力を高調波
補償装置で補償する第1例を示した主回路接続図
【図6】電力系統に発生する高調波や無効電力を高調波
補償装置で補償する第2例を示した主回路接続図
【図7】図5の第1例主回路に使用している高調波補償
装置の制御回路の従来例を示した回路図
【図8】図6に図示の主回路構成の場合の高調波補償装
置の制御の従来例を示した回路図
【符号の説明】
2 交流電源 3 負荷 4 高調波補償装置 5 コンデンサ 6 フィルタ 11 電圧調節器 12 乗算器 13 基本波電流検出回路 14 第1電流調節器 15 キャリア発振器 16 コンパレータ 17 第1加算器 18 第2加算器 22 零点検出コンパレータ 23 モノステーブル回路 24 カウンタ 31 第2電流調節器 32 基本波無効分検出回路 41 基本波電流検出回路 42 基本波電流波高値検出回路 43 第3加算器 44 基本波電流交流量検出回路 45 基本波無効分直流量検出回路 51 補償装置側電流検出器 52 系統側電流検出器 ED 直流側電圧 ED* 直流電圧指令値 IC 補償装置出力電流 IH* 補償装置電流指令値 IL 負荷電流 IS 交流電源出力電流 IS0 基本波電流成分 VS 交流電源電圧
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−240327(JP,A) 特開 平5−91668(JP,A) 特開 平6−348353(JP,A) 特開 平5−68341(JP,A) 特開 昭61−125628(JP,A) 特開 昭60−167633(JP,A) 特開 平3−235675(JP,A) 特開 平4−46527(JP,A) 特開 平3−183324(JP,A) 特開 平2−287808(JP,A) 特開 昭63−242134(JP,A) 特開 平4−229024(JP,A) 特開 平3−15230(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02J 3/01 - 3/38 H02M 1/12

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】交流電源に接続した負荷に並列接続した半
    導体スイッチ素子で構成している高調波補償装置と、前
    記交流電源の出力電流を入力してその基本波電流成分を
    検出する基本波電流検出手段と、この検出した基本波電
    流と前記交流電源出力電流との偏差から高調波電流指令
    値を演算する第2加算手段と、この第2加算手段が出力
    する高調波電流指令値と前記高調波補償装置の出力電流
    との偏差を演算する第1加算手段と、この第1加算手段
    の演算結果を入力する第1電流調節手段とを備え、前記
    高調波補償装置をこの第1電流調節手段の出力信号に従
    って制御する構成の高調波補償装置の制御回路におい
    て、 前記第2加算手段の出力信号を入力する第2電流調節手
    段を備え、この第2電流調節手段の出力信号を新たな高
    調波電流指令値として前記第1加算手段へ与え、当該第
    1加算手段においてこの新たな高調波電流指令値と前記
    高調波補償装置出力電流との偏差を演算させることを特
    徴とする高調波補償装置の制御回路。
  2. 【請求項2】交流電源に接続した負荷に並列接続した半
    導体スイッチ素子で構成している高調波補償装置と、前
    記交流電源の出力電流を入力してその基本波電流成分を
    検出する基本波電流検出手段と、この検出した基本波電
    流と前記交流電源出力電流との偏差から高調波電流指令
    値を演算する第2加算手段と、この第2加算手段が出力
    する高調波電流指令値と前記高調波補償装置の出力電流
    との偏差を演算する第1加算手段と、この第1加算手段
    の演算結果を入力する第1電流調節手段とを備え、前記
    高調波補償装置をこの第1電流調節手段の出力信号に従
    って制御する構成の高調波補償装置の制御回路におい
    て、 前記高調波補償装置の出力電流に含まれている基本波電
    流の無効分を検出して、この検出した基本波電流無効分
    を補正信号として前記第2加算手段へ与える基本波無効
    分検出手段と、この第2加算手段の出力信号を入力する
    第2電流調節手段とを備え、この第2電流調節手段の出
    力信号を新たな高調波電流指令値として前記第1加算手
    段へ与え、当該第1加算手段においてこの新たな高調波
    電流指令値と前記高調波補償装置出力電流との偏差を演
    算させることを特徴とする高調波補償装置の制御回路。
  3. 【請求項3】交流電源に接続した負荷に並列接続した半
    導体スイッチ素子で構成している高調波補償装置と、前
    記交流電源の出力電流を入力してその基本波電流成分を
    検出する基本波電流検出手段と、この検出した基本波電
    流と前記交流電源出力電流との偏差から高調波電流指令
    値を演算する第2加算手段と、この第2加算手段が出力
    する高調波電流指令値と前記高調波補償装置の出力電流
    との偏差を演算する第1加算手段と、この第1加算手段
    の演算結果を入力する第1電流調節手段とを備え、前記
    高調波補償装置をこの第1電流調節手段の出力信号に従
    って制御する構成の高調波補償装置の制御回路におい
    て、 前記交流電源の出力電流を入力してその基本波電流波高
    値を検出する基本波電流波高値検出手段と、前記高調波
    補償装置の出力電流に含まれている基本波電流の無効分
    を直流量で検出する基本波無効分直流量検出手段と、こ
    れら基本波電流波高値検出値と基本波無効分直流量検出
    値とを加算する第3加算手段と、この第3加算手段の出
    力信号と前記基本波電流波高値検出手段の出力信号とを
    入力して交流量の基本波電流成分を検出する基本波電流
    交流量検出手段と、この基本波電流交流量検出値と前記
    交流電源出力電流との偏差を演算する第2加算手段と、
    この第2加算手段の出力信号を入力する第2電流調節手
    段とを備え、この第2電流調節手段の出力信号を新たな
    高調波電流指令値として前記第1加算手段へ与え、当該
    第1加算手段においてこの新たな高調波電流指令値と前
    記高調波補償装置出力電流との偏差を演算させることを
    特徴とする高調波補償装置の制御回路。
  4. 【請求項4】請求項2又は請求項3に記載の高調波補償
    装置の制御回路において、前記高調波補償装置の出力電
    流に含まれている基本波電流無効分は、この高調波補償
    装置の出力側に設けた電流検出手段、又はこの高調波補
    償装置に接続しているフィルタの出力側に設けた電流検
    出手段が取り出した電流から検出することを特徴とする
    高調波補償装置の制御回路。
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