JP3191055B2 - パッシブ併用アクティブフィルタの制御回路 - Google Patents

パッシブ併用アクティブフィルタの制御回路

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JP3191055B2 JP07061491A JP7061491A JP3191055B2 JP 3191055 B2 JP3191055 B2 JP 3191055B2 JP 07061491 A JP07061491 A JP 07061491A JP 7061491 A JP7061491 A JP 7061491A JP 3191055 B2 JP3191055 B2 JP 3191055B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電源系統に負荷に並列接
続されるリアクトルとコンデンサを直列に接続したパッ
シブフィルタとスイッチング素子により構成される電力
変換器を直列接続したパッシブ併用アクティブフィルタ
の制御回路の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】リアクトルおよびコンデンサの直列回路
よりなるパッシブフィルタとスイッチング素子により構
成される電力変換器を直列接続してなるパッシブ併用ア
クティブフィルタは「交流フィルタとパルス幅変調方式
電力変換器を直列接続した高調波抑制装置」等でも解説
されている通り公知である。図3はパッシブ併用アクテ
ィブフィルタの主回路構成図、図4はその制御回路のブ
ロック図である。
【0003】図3において、三相交流系統電源1よりサ
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
るラインで、負荷に並列にLCフィルタ3が接続され、そ
のLCフィルタ3はコンデンサ31およびリアクトル32の直
列回路からなる第5調波同調フィルタとコンデンサ33お
よびリアクトル34の直列回路からなる第7調波同調フィ
ルタと抵抗35およびリアクトル36の並列回路とコンデン
サ37との直列回路からなる高次フィルタで構成されてい
る。
【0004】LCフィルタ3の各相の他端は(Y−Y)の
変圧器7の一次側に接続し、その変圧器7の一次側の他
端はスター結線され、二次側の一方の端も各相スター結
線になっていると共に、他端は各相に交流リアクトル4
が直列接続され、また、変圧器7の二次側と交流リアク
トル4との各相接続点には、コンデンサ8が接続されて
いる。
【0005】交流リアクトル4の反変圧器側にはPWM
変圧器5が接続され、このPWM変換器5の直流側端子
には直流コンデンサ6が接続され、その直流コンデンサ
6には並列に単相ダイオード整流回路9を接続してい
る。PWM変換器5はオンオフ可能なスイッチング素子
S1〜S6にそれぞれダイオードD1〜D6を並列接続した三相
ブリッジ回路を形成し、これは図4に示す制御回路で生
成されるトリガ信号VGによりスイッチング素子S1〜S6
がオンオフして高調波抑制を行うものである。交流リア
クトル4およびコンデンサ8はスイッチングリップル抑
制用のLCフィルタであり、PWM変換器5のスイッチン
グ周波数が高いときには無くてもよい。かような高調波
抑制回路はLCフィルタ3の部分、変圧器7、交流リアク
トル4、コンデンサ8、PWM変換器5、直流コンデン
サ6、単相ダイオード整流回路9と、図4に示す制御回
路を主構成部とするものである。
【0006】基本波に対して、LCフィルタ3は進相コン
デンサとして動作させ、PWM変換器5は零インピーダ
ンスとして動作させると、PWM変換器5には基本波電
圧が印加されない。また、高調波に対しては、PWM変
換器5は電源電流の高調波成分を阻止するように高調波
電圧を発生させるものであり、LCフィルタ3の問題点で
ある反共振や上位系統からの高調波電流の流入を抑制す
ることができる。そのため、ここでは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、これを以下
数式を用いて詳述する。
【0007】まず、つぎの式(1) 〜(3) で三相の電源電
流ISU, ISV, ISWおよび電源電圧VU,VV,VW,を二相
の電流ISα、ISβおよび二相の電圧Vα、Vβに変換す
る。
【0008】ここで、〔C〕は三相〜二相の変換行列で
ある。この式(1) 〜(3) により求めた二相の電圧および
電流から、次の式(4)によって瞬時実電力Pおよび虚電
力Qが求められる。
【0009】この電力P、Qがそれぞれ従来の有効電
力、無効電力に対応するもので,これら瞬時実電力Pお
よび虚電力Qは、次の式(5) 〜(6) のように直流分PDC
とQDC交流分PACとQACに分解される。 P=PDC+PAC ─────(5) Q=QDC+QAC ─────(6) ここで、二相電源電流ISα,ISβの基本波分は直流分P
DC,QDCに高調波分は交流分PAC, QACに変換される。
実際には、これら直流分交流分の分離はハイパスフィル
タにより行われる。図4において、101 は電力演算回
路,102はハイパスフィルタ,103は電流指令値演算回路,1
04は増幅回路,105は三角波発生回路,106は電圧制御回路
である。電力演算回路101 は系統電圧VU,VV,VW と電
源電流ISU, ISV, ISWの検出値から式(1) 〜(4) に従
って瞬時実電力P及び瞬時虚電力Qを演算し、ハイパス
フィルタ102 へ出力する。ハイパスフィルタ102 は直流
分を除去し、瞬時実電力Pの交流分PAC及び瞬時虚電力
Qの交流分QACをそれぞれ実電力指令信号P* 及び虚電
力指令信号Q* として電流指令値演算回路103 に送出す
る。
【0010】 P* =PAC ─────(7) Q* =QAC ─────(8) 電流指令値演算回路103 は実電力指令信号P* 及び虚電
力指令信号Q* 及び系統電圧VU,VV,VW を受け、式
(1) 及び次の式(9) 〜(11)に従い二相電流指令信号を
得、更に式(10)に従って二相〜三相変換を行い、三相の
電流指令信号IU*,IV*, IW*を生成し増幅回路104 に
送出する。
【0011】 なお、〔C〕-1は〔C〕の逆行列である。増幅回路10
4 は電流指令信号IU*, IV*, IW*を入力し、ゲインK
倍して電圧指令信号VU*, VV*, VW*を生成し,電圧制
御回路106 へ出力する。
【0012】電圧制御回路106 は三角波発生回路105 よ
り出力される三角波キャリア電圧Sと電圧指令信号VU
*, VV*,VW*を入力し、電圧指令信号VU*≧三角波キャ
リア電圧Sならばスイッチング素子S1 をオン, スイッ
チング素子S6 をオフにし、電圧指令信号VU*<三角波
キャリア電圧Sならばスイッチング素子S1 をオフ、ス
イッチング素子S6 をオンにする。
【0013】また, 電圧指令信号VV*≧三角波キャリア
電圧Sならばスイッチング素子S3をオン, スイッチン
グ素子S2 をオフにするようなトリガ信号VG を生成す
るものである。このトリガ信号VG により、スイッチン
グ素子S1 〜S6 がオン、オフされ、PWM変換器5の
各相の電圧瞬時値が制御される。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】このようなPWM変換
器は高調波電圧だけを発生しているため、負荷の高調波
電流を打ち消す高調波電流及びLCフィルタの基本波進相
電流は流れるがPWM変換器には基本波電圧は掛からな
い。したがって、負荷の高調波が増加すると、LCフィル
タ及びPWM変換器に流れる補償電流が増加して過負荷
となり、LCフィルタ及びPWM変換器の焼損や破壊を招
く場合がある。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の如き点に
鑑みなされたもので、電源系統に負荷と並列に接続され
たLCフィルタとPWM変換器の直列回路よりなる高調波
補償装置において、制御回路で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、LCフィルタ電流を検出
しその平均値を算出し、その平均値が一定値を越えると
ゲインを減少せしむる手段と、前記高調波電流をゲイン
倍して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PWM変換器へのスイッ
チ指令を生成する手段を具える。
【0016】
【作用】LCフィルタの電流を検出しその平均値を算出
し、その平均値が限界値より少ない時は、ゲイン倍した
電圧指令信号を出力し、その平均値が限界値より大きい
時は、ゲインを減少せしめ、更に大きい時は、ゲインを
負側に増加させた電圧指令信号を得ることにより、PW
M変換器が発生する電圧はLCフィルタおよびPWM変換
器に流れる電流を抑止するように働くので、負荷の高調
波電流が増加してもLCフィルタおよびPWM変換器は過
負荷にならない。
【0017】
【実施例】図1は本発明を適用したパッシブ併用アクテ
ィブフィルタの制御回路の一実施例を表すブロック図で
104'は掛算器、107 はゲイン演算回路を示し、IFU, I
FV, IFWは各相のLCフィルタ電流、図2はゲインKとLC
フィルタ電流平均値との関係を示す説明図で、IFA はフ
ィルタ電流平均値、IFB はその限界値、IFC はその境界
値を示し、その他、図3及び図4と同符号は同一構成部
分を表す。図1において、電力演算回路101 、ハイパス
フィルタ102 、電流指令値演算回路103 は各相電源電流
ISU, ISV,ISW及び各相電源電圧VU,VV,VW を入力
して式(1) 〜(11)により電流指令信号IU*, IV*,IW*
を生成し、掛算器104'へ出力する。
【0018】ゲイン演算回路107 は各相のLCフィルタ電
流IFU, IFV, IFWを入力してその平均値IFAを求め、
図2に示す様に、LCフィルタ電流平均値IFAが限界値I
FBより少ない時は、ゲインKをK1の一定値として掛算器
108 へ送出し、LCフィルタ電流平均値IFAが限界値IFB
より大きくなると、ゲインKを減少させ、更にLCフィル
タ電流平均値IFAが大きくなり、境界値IFCより増加す
ると、負のゲインKとして掛算器104'へ出力する。掛算
器104'は電流指令信号IU*, IV*,IW*をゲインK倍し
て電圧指令信号VU*, VV*, VW*を生成し、電圧制御回
路106 へ送出する。
【0019】電圧制御回路106 は、三角波制御回路105
より出力される三角波キャリア電圧Sと電圧指令信号V
U*, VV*, VW*を入力し、例えば、電圧指令信号VU*≧
三角波キャリア電圧Sであれば、スイッチング素子S1を
オン、スイッチング素子S6をオフにさせ、電圧指令信号
VU*<三角波キャリア電圧Sであれば、スイッチング素
子S1をオフ、スイッチング素子S6をオンさせる様トリガ
信号VGを生成する。トリガ信号VGによりスイッチング素
子S1〜S6が交互にオン、オフされ、PWM変換器5の各
相の電圧瞬時値が制御される。
【0020】このように、制御されるPWM変換器5
は、LCフィルタ電流平均値IFAが境界値IFCより少ない
時、負荷2の高調波電流が電源側に流れないように、LC
フィルタ側に流れるように高調波電圧を発生させる。ま
た、LCフィルタ電流平均値IFAが限界値IFBよりも少な
い時、一定の正のゲインK1により高調波電圧を発生させ
るため、電源側に流れる高調波電流とLCフィルタ側に流
れる高調波電流の割合が一定であるが、LCフィルタ電流
平均値IFAが限界値IFBより大きく境界値IFCより少な
い時、ゲインKが減少するため、電源側に流れる高調波
電流の割合が増える。更に、LCフィルタ電流平均値IFA
が境界値IFCより増加すると、ゲインKが負側に増加す
るため、なお一層電源側に流れる高調波電流の割合が増
加する。
【0021】この結果、LCフィルタ3及びPWM変換器
5に流れる電流は制限されるため、過負荷から防ぐこと
ができる。なお、ここでは、LCフィルタ電流平均値IFA
によりゲインKを制御したが、負荷の高調波電流の平均
値により、ゲインを制御しても同様な効果が得られる。
また、LCフィルタ電流平均値IFA が限界値IFBを超える
と、ゲインKを負の一定値とすることによっても同様な
効果が得られる。
【0022】
【発明の効果】以上の動作説明から明らかなように、本
発明によれば、LCフィルタ電流平均値がある一定値を超
えると、電流指令信号により電圧指令信号を算出するゲ
インを減少させることにより、LCフィルタおよびPWM
変換器に流れる電流を制限するパッシブ併用アクティブ
フィルタの制御回路を提供出来る。
【0023】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用したパッシブ併用アクティブフィ
ルタの制御回路のブロック図である。
【図2】本発明のLCフィルタ電流平均値に対するゲイ
ンの関係を表わす説明図である。
【図3】パッシブ併用アクティブフィルタを説明するた
めの主回路構成図である。
【図4】従来のパッシブ併用アクティブフィルタの制御
回路のブロック図である。
【符号の説明】
1 交流電源 2 負荷 3 LCフィルタ 5 PWM変換器 101 電力演算回路 102 バイパスフィルタ 103 電流指令値演算回路 104 増幅回路 104’掛算器 105 三角波発生回路 106 電圧制御回路 107 ゲイン演算回路

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したL
    CフィルタとPWM変換器を直列に接続してなるパッシ
    ブ併用アクティブフィルタの制御回路において、該制御
    回路は電源電流を検出して高調波電流を演算する手段
    と、LCフィルタ電流を検出して該LCフィルタ電流の
    平均値よりゲインを出力する手段と、前記高調波電流を
    ゲイン倍して電圧指令信号を出力する手段と、該電圧指
    令信号と三角波キャリア電圧を比較してPWM変換器へ
    のスイッチ指令を出力する手段とを具えた事を特徴とす
    るパッシブ併用アクティブフィルタの制御回路。
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