JP3435198B2 - Harmonic current suppression method of power factor improving capacitor - Google Patents
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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、配電系統に接続設置さ
れている力率改善用コンデンサに、同一系統あるいは上
位系統における高調波の増加に伴う高調波電流の流入に
よって発生している障害、例えば異常騒音あるいは加熱
等の異常状態を防止する、力率改善用コンデンサの高調
波電流抑制方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】最近、半導体応用変換装置の普及に伴
い、それらの発生する高調波が同一系統に接続されてい
る他の機器、例えば力率改善用コンデンサに高調波電流
を流し込み、異常騒音を発生させたり、あるいは加熱焼
損等の障害を引き起こす問題が増加している。
【０００３】これらの高調波による障害を抑制する方法
として、直列リアクトルをコンデンサに追加することに
より、例えば第５高調波に対して、力率改善用コンデン
サを遅相インピーダンスにすることにより、高調波の流
入を防止していた。
【０００４】図４は従来例の系統ラインブロック線図
で、ＶS は系統電圧、ＺS は系統インピーダンス、ＩLC
は自家負荷電流源、ＸC は力率改善用コンデンサのイン
ピーダンス、ＸL は直列リアクトルのインピーダンス
で、ＸC とＸL との合成インピーダンスをＺC とする。
系統インピーダンスＺS を流れる電源電流ＩS は、自家
負荷電流ＩL と力率改善用コンデンサを含む回路に流入
する電流ＩSCとに分流される。
【０００５】力率改善用コンデンサを含む回路に流入す
る電流ＩSCは、式（１）のように表すことができる。
【数１】
【０００６】一方、電源電流ＩS は式（２）のように表
すことができる。
【数２】
【０００７】式（１）と式（２）とからＩSCは式（３）
のように表すことができる。
【数３】
【０００８】式（３）において、右辺第１項は系統電圧
に高調波電圧がある場合系統から高調波電流が注入され
ることを示している。
【０００９】そこで、高調波についてのみ着目すると、
系統電圧ＶS に高調波電圧ＶSHがあった場合、力率改善
用コンデンサ回路へ流入する高調波電流ＩSCH は式
（４）のように表すことができる。
【数４】
なお、ＩLHは負荷電流含有高調波電流である。
【００１０】ここで、Ｃを力率改善用コンデンサのキャ
パシタンス、Ｌを直列リアクトルのインダクタンスとす
ると、
【数５】
より、式（４）は式（６）で表すことができる。
【数６】
【００１１】以上のように、直列リアクトルがあれば、
高調波抑制降下があることは理解できよう。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
抑制方法では、対象としている高調波発生負荷機器以外
からの高調波、例えば外部あるいは上位系統での高調波
の増加があった場合、再び同じ障害が発生することは式
（６）からもわかる。更に直列リアクトルが高調波障害
を受けてしまうことになる。対策としては、直列リアク
トルのリアクタンス増加で対応することになるが、高調
波環境の整備，規制を実施しない限り現状の高調波歪み
を許容した当面の暫定対策としかならない。
【００１３】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、系統電源の電圧に高調波が含ま
れていても、既設設備である力率改善用コンデンサに流
入する高調波電流を減少することができる、力率改善用
コンデンサの高調電流波抑制方法を提供することを目的
とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明による力率改善用
コンデンサの高調波電流抑制方法は、配電系統中に設け
られている力率改善用コンデンサと並列にアクティブフ
ィルタを接続し、そのアクティブフィルタの制御装置
は、前記アクティブフィルタと前記力率改善用コンデン
サとの合成電流を検出する電流検出器を備え、該電流検
出器は、電流検出用抵抗器と、該抵抗器の出力を２重微
分する手段と、該２重微分値より高調波電流指令を出力
する手段とを有することにより高調波電流を抑制するこ
とを特徴としている。
【００１５】本発明は、アクティブフィルタを適用して
力率改善用コンデンサへ流入する高調波電流を減少せし
めるようにしたものであり、特に配電系統に設けられて
いる力率改善用コンデンサと並列にアクティブフィルタ
を接続し、アクティブフィルタ電流を検出する電流検出
器を付設するとともに、力率改善用コンデンサとアクテ
ィブフィルタとが接続された点より電源側に電流検出器
を設け、該電流検出器には、電流検出用抵抗器と、この
抵抗器と並列にリアクトルを具備して、この抵抗器とリ
アクトルとの並列接続の両端間電圧を微分回路を通して
後、アクティブフィルタ制御装置の補償電流指令値とし
てなるものである。
【００１６】
【作用】かくのごとき解決手段により、系統電源の電圧
に高調波が含まれていても、アクティブフィルタを制御
することによって、あたかも力率改善用コンデンサに直
列リアクトルを挿入したごとく作用し、力率改善用コン
デンサに流入する高調波電流を減少せしめることができ
る。
【００１７】
【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。
【００１８】図１は、本発明に適用されるアクティブフ
ィルタ制御装置の補償電流指令用入力回路の要部構成の
一実施例を示している。図１において、121 は電流検出
器であり、122 は電流検出器121 の負荷抵抗器である。
負荷抵抗器122 に並列に接続されたリアクトル123 は、
電流検出器121 で検出した電流の微分を行うためのもの
である。124 は微分回路で、抵抗器122 とリアクトル12
3 との並列接続の両端出力を微分して、アクティブフィ
ルタの制御装置へ出力している。
【００１９】図２は本発明にかかる力率改善用コンデン
サの高調波電流抑制方法における主回路の一例を示す。
図２において、１は交流の系統電源、２は電源インピー
ダンス、３は自家負荷機器、４は力率改善用コンデン
サ、５はアクティブフィルタ装置である。自家負荷機器
３と並列に力率改善用コンデンサ４が系統電源１に接続
されている。
【００２０】アクティブフィルタ装置５は、ＰＷＭコン
バータ７と、ＰＷＭコンバータ７の直流側に接続された
直流コンデンサ８と、ＰＷＭコンバータ７へスイッチン
グ指令を出力する制御装置９とを備え、系統へは交流リ
アクトル６を介して力率改善用コンデンサ４と並列に接
続されている。また、交流リアクトル６と系統電源１と
の間には、ＰＷＭコンバータ７と並列に高周波フィルタ
10を備えて、ＰＷＭコンバータ７のスイッチングリップ
ルの流出を抑制している。
【００２１】アクティブフィルタ装置５と力率改善用コ
ンデンサ４との合成電流を検出する電流検出器121 によ
り検出された電流は、例えば図１にて示すような２重微
分回路12を通して制御装置９へ出力される。制御装置９
では、前記２重微分回路12により得られた出力に基づい
て三相−二相変換を用いて高調波のみを演算した補償電
流指令ＩC * と、アクティブフィルタ装置５内に設けて
あるＰＷＭコンバータ７の補償電流検出器11により検出
される補償電流ＩC とを比較し、ＰＷＭコンバータ７の
電流瞬時値を制御する。
【００２２】ここで、電流瞬時値の制御方法の基本技術
思想を図３を参照して説明する。図３はアクティブフィ
ルタが設けられた図２に示す系統ラインのブロック線図
で、図４と同一の符号は同一部分を示し、補償電流源Ｉ
CCが力率改善用コンデンサの合成インピーダンスＺC と
並列に接続されて、補償電流ＩC が流入している。
【００２３】ＩSCは電流検出器121 で検出される電流
で、式（７）のように表すことができる。
【数７】
【００２４】そこで、電流検出器121 で検出される電流
ＩSCから基本波電流を除去して、補償すべき高調波電流
を求め、ＰＷＭコンバータ７を制御すると、補償電流Ｉ
C は式（８）で表すことができる。
【数８】
【００２５】ここでＧN （Ｓ）は基本波に対するノッチ
フィルタで、Ｇ（Ｓ）は伝達関数である。従って式
（７）は式（９）のように表すことができる。
【数９】
【００２６】一方Ｇ（Ｓ）は前述のごとく、二重積分特
性を持たせてあるため、式（10）で表すことができる。
【数１０】式（10）においてＫは制御ゲインである。
【００２７】以上の条件により式（９）において高調波
についてのみ着目すると、系統電圧ＶS に高調波電圧Ｖ
SHがあった場合、力率改善用コンデンサへ流入する高調
波電流ＩSCH は式（11）のように表すことができる。
【数１１】
【００２８】ここで
【数１２】
より
【数１３】
となり、式（11）は式（14）のように表すことができ
る。
【数１４】
【００２９】従って、式（14）は式（６）と全く同一と
なる。すなわち、力率改善用コンデンサに直列リアクト
ルが接続されたここと等価である。
【００３０】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、同一系統あるいは上位系統において高調波の増加
があった場合、その影響を顕著に受けていた、例えば力
率改善用コンデンサに、比較的小容量のアクティブフィ
ルタを接続することによって、あたかも直列にリアクト
ルが挿入されているかのごとく作用し、高調波電流の流
入を減少させることができ、その障害を抑制できる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power factor improving capacitor connected to a power distribution system, wherein the power factor improving capacitor is provided with a harmonic accompanying an increase in the harmonic in the same system or a higher system. The present invention relates to a method for suppressing a harmonic current of a power factor improving capacitor, which prevents an abnormal state such as abnormal noise or heating caused by inflow of current. 2. Description of the Related Art Recently, with the spread of semiconductor-applied converters, harmonics generated by the converters are applied to other devices connected to the same system, for example, a power factor improving capacitor, and a harmonic current is applied to the devices. The problem of generating abnormal noise or causing troubles such as heat burning has been increasing. [0003] As a method of suppressing the disturbance due to these harmonics, a series reactor is added to the capacitor, for example, by setting the power factor improving capacitor to a slow impedance with respect to the fifth harmonic, thereby increasing the harmonics. Was prevented. FIG. 4 is a system line block diagram of a conventional example, where V S is system voltage, Z S is system impedance, and I LC
Autologous load current source, the X C impedance of the power factor improving capacitor, X L is the impedance of the series reactor, the combined impedance of the X C and X L and Z C.
The power supply current I S flowing through the system impedance Z S is divided into a private load current I L and a current I SC flowing into a circuit including a power factor improving capacitor. A current I SC flowing into a circuit including a power factor improving capacitor can be expressed by equation (1). (Equation 1) On the other hand, the power supply current I S can be expressed as in equation (2). (Equation 2) From equations (1) and (2), I SC is given by equation (3)
Can be expressed as (Equation 3) In equation (3), the first term on the right-hand side indicates that when a system voltage has a harmonic voltage, a harmonic current is injected from the system. Therefore, focusing only on harmonics,
When the system voltage V S has the harmonic voltage V SH, the harmonic current I SCH flowing into the power factor improving capacitor circuit can be expressed as in equation (4). (Equation 4) Note that I LH is a load current-containing harmonic current. Here, assuming that C is the capacitance of the power factor improving capacitor and L is the inductance of the series reactor, Therefore, equation (4) can be expressed by equation (6). (Equation 6) As described above, if there is a series reactor,
It can be seen that there is a harmonic suppression drop. [0012] However, in the conventional suppression method, when there is an increase in harmonics from a device other than the target harmonic generation load device, for example, when there is an increase in harmonics in an external or higher system. It can be seen from equation (6) that the same fault occurs again. Further, the series reactor will be subject to harmonic interference. As a countermeasure, it is necessary to increase the reactance of the series reactor, but this is only an immediate provisional measure that allows the current harmonic distortion unless the harmonic environment is maintained and regulated. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. Even if the voltage of the system power supply contains harmonics, the harmonics flowing into the power factor improving capacitor, which is the existing equipment, are provided. It is an object of the present invention to provide a method for suppressing a harmonic current of a power factor improving capacitor, which can reduce a wave current. According to the present invention, there is provided a method for suppressing harmonic current of a power factor improving capacitor, comprising connecting an active filter in parallel with a power factor improving capacitor provided in a power distribution system. The control device for the active filter includes a current detector that detects a combined current of the active filter and the power factor improving capacitor.The current detector outputs a current detection resistor and an output of the resistor. It is characterized in that harmonic current is suppressed by having means for performing double differentiation and means for outputting a harmonic current command from the double differential value. According to the present invention, an active filter is applied to reduce a harmonic current flowing into a power factor improving capacitor. In particular, the present invention is used in parallel with a power factor improving capacitor provided in a power distribution system. An active filter is connected, a current detector for detecting an active filter current is provided, and a current detector is provided on a power supply side from a point where the power factor improving capacitor and the active filter are connected. A current detecting resistor, and a reactor in parallel with the resistor. After a voltage between both ends of the parallel connection of the resistor and the reactor passes through a differentiating circuit, the voltage becomes a compensation current command value of the active filter control device. Things. According to the above-described solution, even if the voltage of the system power supply includes a harmonic, by controlling the active filter, it works as if a series reactor is inserted in the power factor improving capacitor. The harmonic current flowing into the power factor improving capacitor can be reduced. Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of a main configuration of a compensation current command input circuit of an active filter control device applied to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 121 denotes a current detector, and reference numeral 122 denotes a load resistor of the current detector 121.
The reactor 123 connected in parallel to the load resistor 122 is
This is for differentiating the current detected by the current detector 121. Reference numeral 124 denotes a differentiating circuit, which includes a resistor 122 and a reactor 12
The output of both ends of the parallel connection with 3 is differentiated and output to the control device of the active filter. FIG. 2 shows an example of a main circuit in a method for suppressing a harmonic current of a power factor improving capacitor according to the present invention.
In FIG. 2, 1 is an AC system power supply, 2 is a power supply impedance, 3 is a self-load device, 4 is a power factor improving capacitor, and 5 is an active filter device. A power factor improving capacitor 4 is connected to the system power supply 1 in parallel with the self load device 3. The active filter device 5 includes a PWM converter 7, a DC capacitor 8 connected to the DC side of the PWM converter 7, and a control device 9 for outputting a switching command to the PWM converter 7, and an AC reactor is connected to the system. 6 is connected in parallel with the power factor improving capacitor 4. A high frequency filter is provided between the AC reactor 6 and the system power supply 1 in parallel with the PWM converter 7.
10 is provided to suppress the outflow of the switching ripple of the PWM converter 7. The current detected by the current detector 121 for detecting the combined current of the active filter device 5 and the power factor improving capacitor 4 is sent to the control device 9 through, for example, a double differentiating circuit 12 as shown in FIG. Is output. Control device 9
A compensation current command I C * , which calculates only harmonics using a three-phase to two-phase conversion based on the output obtained by the double differentiating circuit 12, and a PWM converter provided in the active filter device 5 The current instantaneous value of the PWM converter 7 is controlled by comparing the compensation current I C detected by the compensation current detector 11 of FIG. Here, the basic technical concept of the control method of the instantaneous current value will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a block diagram of the system line shown in FIG. 2 provided with an active filter, and the same reference numerals as those in FIG.
CC is connected in parallel with the combined impedance Z C of the power factor improving capacitor, and the compensation current I C flows therein. I SC is a current detected by the current detector 121 and can be expressed as in equation (7). (Equation 7) Therefore, the fundamental current is removed from the current I SC detected by the current detector 121 to obtain a harmonic current to be compensated, and the PWM converter 7 is controlled.
C can be represented by equation (8). (Equation 8) Here, G N (S) is a notch filter for the fundamental wave, and G (S) is a transfer function. Therefore, equation (7) can be expressed as equation (9). (Equation 9) On the other hand, since G (S) has a double integral characteristic as described above, it can be expressed by equation (10). (Equation 10) In the equation (10), K is a control gain. Focusing only harmonic in equation (9) by [0027] the above conditions, the harmonic voltage V in system voltage V S
When SH is present, the harmonic current I SCH flowing into the power factor improving capacitor can be expressed as in equation (11). (Equation 11) Where: From [Equation 13] Expression (11) can be expressed as Expression (14). [Equation 14] Therefore, equation (14) is exactly the same as equation (6). That is, this is equivalent to the case where the series reactor is connected to the power factor improving capacitor. As described above in detail, according to the present invention, when an increase in harmonics occurs in the same system or a higher system, the increase in the harmonics is significantly affected, for example, when the power factor is improved. By connecting a relatively small-capacity active filter to the capacitor for use, it works as if a reactor is inserted in series, it is possible to reduce the inflow of harmonic current, and to suppress the trouble.
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に適用されるアクティブフィルタ制御装
置の補償電流指令用入力回路の要部構成の一実施例を示
している。
【図２】本発明にかかる力率改善用コンデンサの高調波
電流抑制方法における主回路の一例を示す。
【図３】力率改善用コンデンサと並列にアクティブフィ
ルタ装置が設けられた図２に示す系統ラインのブロック
線図である。
【図４】従来例の力率改善用コンデンサと直列にリアク
トルを設けられた系統ラインブロック線図を示してい
る。
【符号の説明】
１ 交流の系統電源
２ 電源インピーダンス
３ 自家負荷機器
４ 力率改善用コンデンサ
５ アクティブフィルタ装置
６ 交流リアクトル
７ ＰＷＭコンバータ
８ 直流コンデンサ
９ 制御装置
10 高周波フィルタ
11 補償電流検出器
12 ２重微分回路
121 電流検出器
122 電流検出器の負荷抵抗器
123 リアクトル
124 微分回路
ＩC 補償電流
ＩCC 補償電流源
ＩL 自家負荷電流
ＩLC 自家負荷電流源
ＩS 電源電流
ＩSC 力率改善用コンデンサを含む回路に流入する電流
ＶS 系統電圧
ＸC 力率改善用コンデンサのインピーダンス
ＸL 直列リアクトルのインピーダンス
ＺC ＸC とＸL との合成インピーダンス
ＺS 系統インピーダンスBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows an embodiment of a main configuration of a compensation current command input circuit of an active filter control device applied to the present invention. FIG. 2 shows an example of a main circuit in the harmonic current suppressing method for the power factor improving capacitor according to the present invention. 3 is a block diagram of a system line shown in FIG. 2 in which an active filter device is provided in parallel with a power factor improving capacitor. FIG. 4 is a system line block diagram in which a reactor is provided in series with a conventional power factor improving capacitor. [Description of Signs] 1 AC system power supply 2 Power supply impedance 3 Self load equipment 4 Power factor improvement capacitor 5 Active filter device 6 AC reactor 7 PWM converter 8 DC capacitor 9 Control device 10 High frequency filter 11 Compensation current detector 12 Double Differentiator circuit 121 Current detector 122 Load resistor of current detector 123 Reactor 124 Differentiator circuit I C compensation current I CC compensation current source I L Self load current I LC Self load current source I S Power supply current I SC Capacitor for power factor improvement combined impedance Z S system impedance between the impedance Z C X C and X L of the impedance X L series reactor current V S system voltage X C power factor correction capacitors which flows into the circuit containing the
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G05F 1/70 H02J 3/01 H02J 3/18 H02M 1/12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G05F 1/70 H02J 3/01 H02J 3/18 H02M 1/12
Claims (1)
コンデンサと並列にアクティブフィルタを接続し、その
アクティブフィルタの制御装置は、前記アクティブフィ
ルタと前記力率改善用コンデンサとの合成電流を検出す
る電流検出器を備え、該電流検出器は、電流検出用抵抗
器と、該抵抗器の出力を２重微分する手段と、該２重微
分値より高調波電流指令を出力する手段とを有すること
により高調波電流を抑制することを特徴とする力率改善
用コンデンサの高調波電流抑制方法。(57) [Claim 1] An active filter is connected in parallel with a power factor improving capacitor provided in a power distribution system, and a control device for the active filter includes the active filter and the power filter. A current detector for detecting a combined current with the rate improving capacitor, the current detector comprising: a current detecting resistor; a means for double differentiating the output of the resistor; and a higher harmonic than the double differential value. And a means for outputting a wave current command, thereby suppressing the harmonic current.
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| Publication Number | Publication Date |
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| JPH07160345A JPH07160345A (en) | 1995-06-23 |
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- 1993-12-13 JP JP31201093A patent/JP3435198B2/en not_active Expired - Fee Related
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