JP3261852B2 - アクティブフィルタの補償電流指令値演算回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、配電系統電力から高調
波電力を除去するアクティブフィルタ（電力用高調波補
償装置）の補償電流指令値演算回路に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、配電系統に接続されている電力
変換装置における整流回路は、前記系統からみると、基
本波有効電流を消費する負荷であると同時に基本波無効
電流の発生源であり、また高調波電流の発生源でもある
から、整流回路を用いた電力変換装置においては、配電
系統に悪影響を及ぼす前記基本波無効電流と前記高調波
電流を何等かの方法で分離し除去する必要がある。アク
ティブフィルタは、前記高調波電流を分離し除去するも
のとして周知のものである。

【０００３】図３は、アクティブフィルタの基本原理を
示すものであり、アクティブフィルタ（１）は、系統電
源（２）から高調波電流発生源である負荷（３，整流回
路など）へ流れる負荷電流ｉr（ｉr ＝ｉf＋ｉh ）から
高調波電流検出器（１Ａ）により高調波電流ｉhを検出
して、電流発生源（１Ｂ）に補償電流指令値ｉc*（ｉc*
＝ｋｉh ）を送り、電流発生源（１Ｂ）において前記高
調波電流ｉhと等しい大きさと位相を持つ補償電流ｉc
（ｉc＝ｉh ）を系統（２）に送出して前記高調波電流
ｉhとキャンセルさせ、系統（負荷）電流ｉs（ｉr）を
基本波電流ｉfのみとし、高調波電流（電力）の補償を
行うものである。

【０００４】このようなアクティブフィルタ（１）とし
ては、種々の提案がなされているが、その性能は、負荷
電流ｉrから高調波電流ｉhを検出して補償電流指令値ｉ
c*（ｉc*＝ｋｉh ）を得る高調波電流検出器（１Ａ）、
及び補償電流指令値ｉc*に応じて補償電流ｉc（ｉc＝ｉ
n ）を発生させる電流発生源（１Ｂ）の特性に係わって
くるものである。

【０００５】図４は、図３におけるアクティブフィルタ
（１）の高調波電流検出器（１Ａ）に相当し、前記補償
電流指令値ｉc*を求める補償電流指令値演算回路の従来
例を示すものである。

【０００６】図４に示す従来の補償電流指令値演算回路
において、負荷電流（ｉr,図３参照）を検出した負荷検
出電流ｉr は、相数変換回路（12）により三相信号から
二相信号に変換され、更に、座標変換器（13）において
系統電源（２，図３参照）の角速度基準でもある基本周
波の電圧位相基準信号ωt により回転座標変換されて基
本周波の直交座標上の基本波電流（ｉf，図３参照）の
正相有効分電流ｉpを含む有効分電流信号と正相無効分
電流ｉq を含む無効分電流信号に分離される。その結
果、基本波電流（ｉf）の正相有効分電流ｉpと正相無効
分電流ｉq は、それぞれ一定の直流成分として取り扱う
ことができ、アクティブフィルタの補償（除去）の対象
外であるため、次段のローパスフィルタ（11,11'）にて
検出され、それぞれ突合せ回路（15，15'）にて前記負
荷検出電流ｉr（有効分、無効分）から減算され該負荷
検出電流ｉrから除去される。

【０００７】この場合、基本波正相無効分電流ｉq は、
アクティブフィルタが高周波補償のみを行う場合は、上
記のごときローパスフィルタで検出され除去されるが、
高調波電流補償のみならず無効電流（ｉq ）の補償を行
う場合はこの直流成分を除去しない構成とする。

【０００８】このようにして、基本波正相分電流ｉf
（有効分ｉp,無効分ｉq）が除去された負荷検出電流ｉr
は、アクティブフィルタが補償する高調波電流成分ｉh
（有効分ｉhp、無効分ｉhq）のみとなるから、この高調
波電流成分ｉhを座標変換器（13'）にて座標逆変換し、
更に相変換器（12’）により三相信号に変換すれば、ア
クティブフィルタの補償電流指令値ｉc*が得られる。な
お、一般に、アクティブフィルタ（１，図３参照）にお
いては、回路損失があるため、補償電流発生源（１Ｂ）
の直流側電圧が変化してしまい補償電流指令値ｉc*どお
りの補償電流ｉc が得られなくなるので、前記直流側電
圧を一定に保つ制御ループを設け、直流側電圧設定値Ｖ
s と直流側電圧検出値Ｖd とを比較し、その比較偏差信
号により電圧制御器（14）を制御し、その出力である直
流側電圧一定制御信号を突合せ回路（16）において前記
高調波有効分電流信号ｉhpに加算して補償電流指令値ｉ
c*を回路損失分だけ増加させて補償するものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の補
償電流指令値演算回路は、基本波正相分の有効分電流及
び無効分電流は直流成分として扱うことができその分離
が容易であるが、負荷不平衡などに伴い発生する２次調
波成分となる基本波逆相分電流については、その他の高
調波電流との区別、分離が容易にできないため、基本波
逆相分電流をもアクティブフィルタが補償する対象の補
償電流として演算してしまうことになる。したがって、
アクティブフィルタは、負荷不平衡時などに発生する基
本波逆相分電流をも補償することになるから、本来補償
しようとする高調波電流成分が増加したとき、アクティ
ブフィルタ装置の出力容量の制限からその高調波電流成
分を補償することができないという問題がある。すなわ
ち、実系統における基本波逆相分電流（２次調波成分電
流）は他の高調波電流に比較しその割合が大きく、ま
た、該基本波逆相分電流は低周波の交流成分であるか
ら、これら基本波逆相分電流の補償分を含めその他の高
調波電流成分の全てを補償しようとすると、その装置容
量が増大し設備容量（設備費用）に対し弊害を生じさせ
る。

【００１０】この基本波逆相分（２次調波分）電流の分
離方法としては、一般的には、２次調波のバンドパスフ
ィルタの挿入が考えられるが、過渡安定度、周波数変動
に対する位相差の影響などを考慮すると必ずしも良い方
法とはいえない。

【００１１】また、アクティブフィルタ装置の容量の関
係で基本波逆相分（２次調波成分）電流をリミット制限
しようとしても、その基本波逆相分電流が交流成分であ
るため、その取扱が非常に困難となり実現することがで
きない。

【００１２】本発明は、以上の点に鑑みてなされたもの
であり、特に、負荷不平衡時などに伴って発生する基本
波逆相分（２次調波成分）電流をも系統（負荷）電流か
ら容易に分離し補償の対象外とすることができるなど、
負荷状況に応じた補償対象電流の選択ができる補償電流
指令値演算回路を有するアクティブフィルタを得ること
を目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決する手段、作用】系統（負荷）電流を検出
した負荷検出電流を三相−二相相変換器により相変換し
て二相負荷検出電流に変換し、前記系統の二倍周波の電
圧位相基準信号によって動作する回転座標変換器により
前記系統の二倍周波の直交座標上に座標変換し前記系統
の基本周波逆相分電流を直流分化して該基本周波逆相分
電流をローパスフィルタによって検出し分離し、前記二
相負荷検出電流から基本周波逆相分電流を除去して前記
二相負荷検出電流から基本周波逆相分電流を除去して前
記系統の基本周波の二倍周波の電圧位相基準信号によっ
て動作する回転座標変換器により座標逆変換して二相負
荷検出電流に変換し、三相−二相相変換器によって相変
換して得られた負荷検出電流をアクティブフィルタの補
償電流指令値とする。

【００１４】

【実施例】本発明の補償電流指令演算回路の実施例を、
図１に基づいて説明する。

【００１５】図１において、ローパスフィルタ11,11'、
相変換器12,12'、座標変換器13,13'、及び電圧制御器14
は、図４に示す従来の補償電流指令演算回路に用いられ
るものと同一機能を有する同一機器を示すものである。

【００１６】この実施例においては、従来の補償電流指
令演算回路に、系統（２，図３参照）の基本周波の２倍
周波数の電圧位相基準信号（２ωt ）による座標変換器
19、２次調波成分（基本波逆相分）を検出するローパス
フィルタ18,18'及び突合せ回路20,20'からなる基本波逆
相成分（２次調波成分）分離除去回路、並びに座標を元
に戻すための系統の基本周波の２倍周波数の電圧位相基
準信号（２ωt ）による座標逆変換器19' を付加したも
のである。

【００１７】次に、この補償電流指令値演算回路の動作
を説明する。

【００１８】系統（負荷）電流を検出した三相負荷検出
電流（ｉr） は、相数変換回路12により三相信号から二
相信号に変換され、更に、座標変換器13において系統の
基本周波の電圧位相基準信号（ωt ）により回転座標変
換され、前記系統の基本周波の直交座標上における基本
波正相分電流（ｉ1）の正相有効分電流（ｉ1p ）を含む
有効分電流と正相無効分電流（ｉ1q）を含む無効分電流
とに分離される。この直交座標上における正相有効分電
流（ｉ1p）と正相無効分電流（ｉ1q）は、それぞれ一定
の直流成分として取り扱うことができ、アクティブフィ
ルタの補償の対象外であるから、次段のローパスフィル
タ11、11'にて検出し分離して、それぞれ突合せ回路15,1
5' にて二相負荷検出電流（ｉr）から減算することによ
り該二相負荷検出電流（ｉr）から除去される。

【００１９】この場合、基本波正相無効分電流（ｉ1q）
は、アクティブフィルタが高調波補償のみを行う場合
は、上記のごとくローパスフィルタ11’で除去し補償対
象外にされるが、高調波電流補償のみならず無効電流補
償をも行う場合はこの直流成分を除去しない構成、すな
わち、ローパスフィルタ11のみとするのは当然である。
更に、突合せ回路15,15'にて基本波正相分電流（ｉ1）
の正相有効分電流（ｉ1p）及び正相無効分電流（ｉ1q）
が除去された二相負荷検出電流（ｉr）は、系統の基本
周波の２倍周数の電圧位相基準信号（２ωt ）による座
標変換器19により回転座標変換され、系統の２倍周波の
直交座標上における基本波逆相分電流（ｉ2）の逆相有
効分電流（ｉ2p）を含む有効分電流と 逆相無効分電流
（ｉ2q）を含む無効分電流とに分離され、分離された逆
相有効分電流（ｉ2p）と逆相無効分電流（ｉ2q）は、そ
れぞれ一定の直流成分として取り扱うことができるよう
になる。

【００２０】そこで、この実施例ににおいては、基本波
逆相分電流（ｉ2 ）をもアクティブフィルタの補償の対
象外とするものであるから、基本波逆相分電流（ｉ2 ）
の逆相有効分電流（ｉ2p）と逆相無効分電流（ｉ2q）を
次段のローパスフィルタ18、18'にて検出分離して、それ
ぞれ突合せ回路20、20'にて前記二相負荷検出電流（ｉ
r）から減算することにより、前段の基本波正相分電流
（ｉ1）と同様に、基本波逆相分（２次調波成分）電流
（ｉ2）も前記二相負荷検出電流（ｉr）から除去され
る。

【００２１】基本波正相分電流（ｉ1）と基本波逆相分
電流（ｉ2）が除去された前記二相負荷検出電流（ｉr
）は、アクティブフィルタの補償対象である高調波成
分電流のみとなり、座標を元に戻すための系統の基本周
波の２倍周波の電圧位相基準信号（２ωt）による座標
逆変換器19’、基本周波の電圧位相基準信号（ωt）に
よる座標逆変換器13'、及び相変換器12'を介することに
よりアクティブフィルタの三相補償電流指令値（ｉc*）
が得られる。

【００２２】次ぎに、図２により、アクティブフィルタ
の装置容量の制限に伴うリミット回路を付加した本発明
の他の実施例を説明する。

【００２３】図２において、図１と同一の符号を付与し
ているものは、図１に示すものと同一の機能を有する同
一機器を示すものである。

【００２４】この実施例は、図１に示す補償電流指令値
演算回路において、系統２（図３参照）に悪影響を及ぼ
す各成分（基本波正相無効分、基本波逆相分、高調波成
分）電流に対してリミット回路を施すものであり、その
他の回路部分については図１に示す補償電流指令値演算
回路と同一の動作をするものであるから、リミット回路
についての説明にとどめることとする。

【００２５】図２において、22はローパスフィルタ11’
で検出された基本波正相無効分電流（ｉ1q ）から最小
限の基本波正相無効分電流（ｉ1q'）をアクティブフィ
ルタの補償対象とするための基本波無効分電流リミット
回路、23は補償対象とする高調波成分（有効分，無効
分）電流（ｉh ）の上限を定めるための高調波成分電流
リミット回路、24はローパスフィルタ18,18'で検出され
た基本波逆相分（有効分、無効分）電流（ｉ2 ）から最
小限の基本波逆相分電流をアクティブフィルタの補償対
象とするための基本波逆相電流リミット回路、25-1,25-
2,26-1,26-2 はそれぞれ所定値以下の電流はそのまま通
過させ所定値以上の電流に対してのみ前記所定値に制限
するリミッターである。

【００２６】以下、この実施例におけるリミット回路の
動作について説明をする。

【００２７】アクティブフィルタの補償の対象である高
調波成分電流（ｉh ）については、高調波成分電流リミ
ット回路23において、基本正相分電流（ｉ1 ）と基本波
逆相分電流（ｉ2）が除去された高調波成分（有効分ｉh
p，無効分ｉhq）電流（ｉh）を取入れ、その高調波成分
電流（ｉh）がある所定値を越えるとリミッタ25-1,25-2
にリミット信号を出力し、そのリミッタ25-1,25-2 を作
動させ高調波成分電流（ｉh ）を前記所定値に制限する
ことにより前記所定値を下回る高調波成分電流（ｉh ）
ついてのみアクティブフィルタの補償対象とするもので
ある。また、アクティブフィルタの補償の対象外とした
基本波正相無効分電流（ｉ1q）に対して、基本波無効分
電流リミット回路22において、ローパスフィルタ11’に
より検出分離された基本波正相無効分電流（ｉ1q）を取
入れ、所定値を下回る基本波正相無効分電流（ｉ1q'）
を出力して突合せ回路16'にて既に基本波正相無効分電
流（ｉ1q ）が除去されている二相負荷検出電流（ｉr）
に加算することによって、前記所定値を下回る基本波正
相無効分電流（ｉ1q’）に対してはアクティブフィルタ
の補償対象とするものである。更に、アクティブフィル
タの補償の対象外とした基本波逆相分電流（ｉ2 ）に対
しても、基本波逆相分電流リミット回路24において、ロ
ーパスフィルタ18,18'により検出分離された基本波逆相
分（有効分ｉ2p，無効分ｉ2q）電流（ｉ2）を取入れ、
該基本波逆相分電流（ｉ2）が所定値を越えるとリミッ
タ26-1,26-2にリミット信号を出力し、該リミット回路2
6-1,26-2を作動させ基本波逆相分電流（ｉ2 ）をある所
定値に制限することにより該所定値を下回る基本波逆相
分電流（ｉ2'）を出力して突合せ回路21,21'にて既に基
本波逆相分電流（ｉ2）が除去されている二相負荷検出
電流（ｉr）に敢えて加算することによって、前記所定
値を下回る基本波逆相分電流（ｉ2'）に対してもアクテ
ィブフィルタの補償の対象とするものである。

【００２８】本来、アクティブフィルタは、高調波成分
電流（ｉh ）を補償の対象とし、基本波正相無効分電流
（ｉ1q）や基本波逆相分電流（ｉ2 ）は補償の対象外と
するものであるが、叙上のように、それら基本波正相無
効分電流（ｉ1q）や基本波逆相分電流（ｉ2 ）は系統２
（図３参照）に対し悪影響を及ぼすものであるから何等
かの方法で系統（負荷）電流から除去する必要があるも
のである。

【００２９】したがって、この実施例回路によれば、系
統に悪影響を及ぼす各成分電流に対して所定のリミット
値を有するリミット回路22,23,24を施すことにより、ア
クティブフィルタ装置容量、及び系統（負荷）電流（ｉ
r ）に含まれている高調波成分電流（ｉh）、基本波正
相無効分電流（ｉ1q）、基本波逆相分電流（ｉ2）の大
きさに応じて、それらの成分電流を補償の対象とすれ
ば、アクティブフィルタ装置のみを施すだけで系統２
（図３参照）に悪影響を及ぼす成分電流の全てを系統
（負荷）電流（ｉr ）から除去することも可能な補償電
流指令値（ｉc*）が得られる。

【００３０】この場合、リミット回路、及びリミット値
の選択は、負荷状況に応じフィルタの許容容量内におい
て適宜決定すればよく、また、基本波無効分電流リミッ
ト回路22及び基本波逆相分電流リミット回路24のリミッ
ト値を「零」にすることもできること当然のことであ
る。

【００３１】なお、図１，２に示す実施例回路におけ
る、アクティブフィルタの回路損失に伴う電流発生源
（図３、１Ｂ）の直流側電圧の変動による補償電流指令
値（ｉc*）の補償を行うため、前記直流側電圧を一定に
保つ制御ループを設け、直流側電圧設定値Ｖs と直流側
電圧検出値Ｖd とを比較し、その比較偏差信号により電
圧制御器14を制御し、その出力である直流側電圧一定制
御信号を突合せ回路16において前記負荷検出電流（ｉ
r）の高調波有効分電流（ｉhp ）に加算することにより
補償電流指令値（ｉc*）を回路損失分だけ増加させ補償
することは、図４に示す従来の補償電流指令値演算回路
と同様である。

【００３２】

【発明の効果】以上のとおり、基本波正相分電流や基本
波逆相分電流など各成分電流を直流成分として取り扱う
ことができることを基本とした本発明の補償電流指令値
演算回路によれば、系統の負荷（系統）電流を検出した
負荷検出電流から基本波正相分電流だけではなく基本波
逆相分電流も簡単に分離することができるので、系統に
悪影響を及ぼす高調波電流成分はもちろんのこと、基本
波正相分電流や基本波逆相分電流など負荷状況に応じて
補償対象電流の選択ができ、負荷（系統）電流からそれ
ら補償対象電流を除去することができる。また、負荷検
出電流からの各成分電流の分離は、単に直流分を分離す
ればよい時定数の長い一次遅れ要素の簡単なフィルタの
使用で充分であるにもかかわらず、負荷変動に対する過
渡安定度がよく、かつ、系統電源周波数の変動に対して
も逐次電源周波数による回転座標変換により各成分電流
の直流値に変動を与えない周波数安定度のよいローパス
フィルタによる分離動作が得られる。

【００３３】更に、各成分電流を直流成分として取り扱
うことができることは、各成分電流に対するリミット回
路の構成も簡単になり容易に設置することができるか
ら、リミット回路の設置により、アクティブフィルタ装
置容量の算定が容易になるばかりではなく、実際の運転
においてフィルタ装置が過負荷状態になることが防止さ
れると共に、フィルタの許容容量内において所定量の基
本波正相分無効電流、基本波逆相分電流の除去を行うこ
ともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のアクティブフィルタの補償電流指令
値演算回路の実施例

【図２】 本発明のアクティブフィルタの補償電流指令
値演算回路の他の実施例

【図３】 アクティブフィルタの基本原理図

【図４】 従来のアクティブフィルタの補償電流指令値
演算回路

【符号の説明】

１ アクティブフィルタ ２ 配電系統 ３ 系統負荷 11,11',18,18' ローパスフィルタ 12,12' 相変換器 13,13',19,19' 座標変換器 22 基本波無効分電流リミット回路 23 高調波成分電流リミット回路 24 基本波逆相分電流リミット回路

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 三相系統の負荷電流を検出した三相負荷
   検出電流を相変換して二相負荷検出電流とし、該二相負
   荷検出電流からアクティブフィルタの補償対象電流を検
   出し、該補償対象検出電流を相変換して三相補償対象検
   出電流とした補償電流指令値により前記補償対象電流を
   復元して前記三相系統の負荷電流から減算することによ
   り、該三相系統の負荷電流から前記補償対象電流を除去
   するアクティブフィルタの補償電流指令値演算回路であ
   って、 前記二相負荷検出電流を前記系統の二倍周波の直交座標
   上の二相負荷検出電流に座標変換する前記系統の二倍周
   波の電圧位相基準信号によって動作する回転座標変換器
   と、 前記系統の二倍周波の直交座標上に座標変換した二相負
   荷検出電流から前記系統の二次調波成分電流を検出し分
   離するローパスフィルタと、 前記ローパスフィルタによって検出し分離した前記二次
   調波成分電流を前記系統の二倍周波の直交座標上に座標
   変換した二相負荷検出電流から減算し除去する突合せ回
   路と、 前記突合せ回路の出力である前記二次調波成分電流を除
   去した前記系統の二倍周波の直交座標上に座標変換した
   二相負荷検出電流を前記系統の基本周波の二相負荷検出
   電流に変換して前記補償対象検出電流とする前記系統の
   二倍周波の電圧位相基準信号によって動作される回転座
   標逆変換器と、 を備えることを特徴としたアクティブフィルタの補償電
   流指令値演算回路。
2. 【請求項２】 前記補償対象検出電流の電流量を制限す
   る電流リミット回路を備えることを特徴とした請求項１
   記載のアクティブフィルタの補償電流指令値演算回路。