JP3890583B2 - アクティブフィルタの制御方法 - Google Patents
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- Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics
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- Power Conversion In General (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高調波発生源の負荷を有する系統母線に設置されて負荷電流中に含まれる高調波成分を打ち消すアクティブフィルタの制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インバータエアコンのように半導体素子を用いた電力変換機器を有する電気製品が普及してきている。それに伴って高調波障害が多発しているため、高調波対策としてアクティブフィルタ（以下、ＡＦと称す）を導入するケースが増えつつある。上記ＡＦは、高周波インバータを電流制御することにより負荷電流と逆位相の補償電流を系統母線に注入して負荷電流の高調波成分を打ち消し補償するもので、その一例を図２（ａ）（ｂ）の一般的接続系統を参照して次に示す。図２（ａ）において（１）は系統母線、（２）は系統母線（１）を介して商用交流電源（Ｖｓ）に接続された高調波発生を伴う負荷、（３）は系統に設置されたＡＦ、（Ｚｓ）は系統インピーダンス、（Ｃａ）はリアクトル（Ｌａ）を含む力率改善用進相コンデンサ設備である。
【０００３】
上記ＡＦ（３）は、直流電流を所定周波数の交流に変換する電流制御型高周波インバータと、そのインバータ制御回路とを有し、負荷電流（ＩL ）の高調波成分（ＩL ｈ）と逆位相の補償電流（Ｉａ＝−ＩL ｈ）をインバータによって系統母線（１）に注入し、インバータ駆動を制御回路によって制御する。
【０００４】
上記構成によれば、高調波成分を含む負荷電流（ＩL ）を変流器（ＣＴａ）で直接検出して制御回路でその高調波成分（５次、７次、１１次、１３次）（ＩL ｈ）を取り出し、高調波成分（ＩL ｈ）と補償電流（Ｉａ）の加算値（ＩL ｈ＋Ｉａ）が零になるようにインバータを駆動制御して高調波成分（ＩL ｈ）を打ち消し補償する。
【０００５】
又、図２（ｂ）に示す他の従来例は、負荷電流（ＩL ）を直接検出する代わりに、電源受電端（Ｐ）側に設置された変流器（ＣＴｂ）と、進相コンデンサ設備（Ｃａ）側に設置された変流器（ＣＴｃ）とでそれぞれ検出された母線電流（Ｉｓ）と進相コンデンサ電流（−Ｉｓｃ）を合成（Ｉｓ−Ｉｓｃ）して負荷電流（ＩL ＝Ｉｓ−Ｉｓｃ）を間接に検出し、前記同様、その高調波成分（ＩL ｈ）を打ち消し補償するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＡＦ（３）による高調波補償において、例えば対象となる高圧需要家母線において高調波負荷を徐々に増やして構内に分散している場合、電源受電端（Ｐ）以外の場所で負荷の高調波発生量を判別出来ず、高調波を正しく抑制出来ないという不具合が生じる。又は、進相コンデンサ設備（Ｃａ）に変流器（ＣＴｃ）が付設されておらず、進相コンデンサ電流（−Ｉｓｃ）が計測出来ない場合、同様に負荷の高調波発生量が判別出来ず、高調波を正しく抑制出来ない。
【０００７】
又、進相コンデンサ設備（Ｃａ）にリアクトル（Ｌａ）がない場合、又はリアクトル（Ｌａ）が小さい場合、系統条件が不安定になって高調波の位相が負に反転し、負荷高調波電流（ＩL ｈ）の系統側とコンデンサ側に分流する分流比が負になり、その結果、ＡＦ（３）から出力される補償電流（Ｉａ）が負に反転して高調波抑制とは反対に高調波を拡大させてしまうことになる。
【０００８】
この場合、設置可能なリアクトルを付加すれば良いが、リアクトルが小さいと、設置可能であっても受電点の減圧歪みや電力供給側からの電圧歪みが大きい場合、リアクトルが燃えてしまうことがある。又、大きいリアクトルを付加する場合、電気的設定も変更する必要があってコンデンサ設備も共に新たに設置し直さなければならず、実際上、困難である。又、前述のように、高調波負荷が構内に分散している場合、各々にリアクトルを設置することは不可能であり、一括して設置しようとしても、設備全体を変更しなければならず、コスト高にもなって同様に非常に困難である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、負荷電流の高調波成分と逆位相の補償電流を系統母線に注入して負荷電流の高調波成分を打ち消し補償するアクティブフィルタを制御するにあたり、アクティブフィルタから補償対象次数近辺の高調波電流を発生させ、その時の母線電流の高調波成分を計測してアクティブフィルタ設置系統の補償対象次数の拡大率と位相変化量を予め決定し、Ｉan＝（｜Ｉsn｜／ｋn ）・sin（２πｆ０・ｎ＋φon−φn ）｛但し、ｎ：補償対象次数、Ｉan：ｎ次の補償電流、Ｉsn＝｜Ｉsn｜・sin（２πｆ０・ｎ＋φon ）：ｎ次の母線電流からＩan’を差し引いた電流、ｋｎ：ｎ次の拡大率、φｎ：ｎ次の位相変化量、ｆ０：基本周波数、φon：ｎ次の母線電流位相｝により補償電流の発生量を設定することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に係るＡＦの制御方法の実施の形態を図１を参照して以下に説明する。図２に示す部分と同一部分には同一参照符号を付してその説明を省略する。
【００１１】
本発明方法によれば、まずＡＦ（３）から補償対象次数近辺、例えば５．４次、７．４次、１１．４次、１３．４次の高調波電流（Ｉｂ）を１Ａ発生させて系統母線（１）に注入する。その時の母線電流（Ｉｓ）を、電源受電端（Ｐ）側に設置した変流器（ＣＴｄ）で自動又は一時刻毎に検出することによりＡＦ設置系統における系統条件、即ち５、７、１１、１３次の拡大率（ｋn ：ｎ＝５、７、１１、１３）と位相変化量（φn ：ｎ＝５、７、１１、１３）を予め決定する。
【００１２】
即ち、実際の系統では抵抗等の介在により周波数特性がなだらかに変化するため、若干の次数変動によるレベル変動は微小になる。そこで、実際の補償対象次数と混同しないようにするため、定常的には発生し得ない５．４次等の補償対象次数近辺をもって５次等の補償対象次数と見做し、補償対象次数近辺の高調波電流（Ｉｂ）をＡＦ（３）から人工的に発生させて系統母線（１）に注入する。そして、母線に流れる高調波電流（Ｉｓ）がどれくらい拡大し、又、位相が変化しているか、変化の度合いを予め確かめておく。そこで、計測された各次の拡大率（ｋn ）と位相変化量（φn ）を用いて次式（イ）により、変化の度合いを見込んで補償電流（Ｉan）の発生量を設定し、負荷電流（ＩL ）の高調波成分（ＩL ｈ）を正しく打ち消し補償する。
【００１３】
Ｉan＝（｜Ｉsn｜／ｋn ）・sin（２πｆ０・ｎ＋φon−φn ）・・・（イ）
但し、ｎ：補償対象次数、Ｉan：ｎ次の補償電流、Ｉsn＝｜Ｉsn｜・sin（２πｆ０・ｎ＋φon ）：ｎ次の母線電流からＩan’を差し引いた電流、ｋｎ：ｎ次の拡大率、φｎ：ｎ次の位相変化量とする。
【００１４】
式（イ）によれば、予めゲイン（｜Ｉsn｜）を拡大率（ｋn ）分だけ除し、位相（φon）を位相変化量（φn ）分だけ減じ、且つ、基本周波数（ｆo ）をｎ倍しておく。これによりｎ次の補償電流（Ｉan）の発生量を設定してＡＦ（３）から系統母線（１）に注入し、負荷電流（ＩL ）の高調波成分（ＩL ｈ）を正しく打ち消し補償する。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、ＡＦから補償対象次数近辺の高調波電流を発生させ、その時の母線電流を計測してＡＦ設置系統の補償対象次数の拡大率と位相変化量を予め決定し、Ｉan＝（｜Ｉsn｜／ｋn ）・ｓｉｎ（２πｆo ・ｎ＋φon−φn ）により補償電流の発生量を設定したから、対象母線における高調波発生負荷の分散や進相コンデンサ電流の計測不能等により電源受電端以外で負荷の高調波発生量を判別出来なくても負荷電流の高調波成分を正しく打ち消し補償出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＡＦの制御方法の実施手段を示す回路図。
【図２】（ａ）（ｂ）はそれぞれ従来のＡＦの制御方法の実施手段を示す各回路図。
【符号の説明】
１ 系統母線
２ 負荷
３ ＡＦ
Ｖｓ 電源
ＣＴｄ 変流器
【発明の属する技術分野】
本発明は、高調波発生源の負荷を有する系統母線に設置されて負荷電流中に含まれる高調波成分を打ち消すアクティブフィルタの制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インバータエアコンのように半導体素子を用いた電力変換機器を有する電気製品が普及してきている。それに伴って高調波障害が多発しているため、高調波対策としてアクティブフィルタ（以下、ＡＦと称す）を導入するケースが増えつつある。上記ＡＦは、高周波インバータを電流制御することにより負荷電流と逆位相の補償電流を系統母線に注入して負荷電流の高調波成分を打ち消し補償するもので、その一例を図２（ａ）（ｂ）の一般的接続系統を参照して次に示す。図２（ａ）において（１）は系統母線、（２）は系統母線（１）を介して商用交流電源（Ｖｓ）に接続された高調波発生を伴う負荷、（３）は系統に設置されたＡＦ、（Ｚｓ）は系統インピーダンス、（Ｃａ）はリアクトル（Ｌａ）を含む力率改善用進相コンデンサ設備である。
【０００３】
上記ＡＦ（３）は、直流電流を所定周波数の交流に変換する電流制御型高周波インバータと、そのインバータ制御回路とを有し、負荷電流（ＩL ）の高調波成分（ＩL ｈ）と逆位相の補償電流（Ｉａ＝−ＩL ｈ）をインバータによって系統母線（１）に注入し、インバータ駆動を制御回路によって制御する。
【０００４】
上記構成によれば、高調波成分を含む負荷電流（ＩL ）を変流器（ＣＴａ）で直接検出して制御回路でその高調波成分（５次、７次、１１次、１３次）（ＩL ｈ）を取り出し、高調波成分（ＩL ｈ）と補償電流（Ｉａ）の加算値（ＩL ｈ＋Ｉａ）が零になるようにインバータを駆動制御して高調波成分（ＩL ｈ）を打ち消し補償する。
【０００５】
又、図２（ｂ）に示す他の従来例は、負荷電流（ＩL ）を直接検出する代わりに、電源受電端（Ｐ）側に設置された変流器（ＣＴｂ）と、進相コンデンサ設備（Ｃａ）側に設置された変流器（ＣＴｃ）とでそれぞれ検出された母線電流（Ｉｓ）と進相コンデンサ電流（−Ｉｓｃ）を合成（Ｉｓ−Ｉｓｃ）して負荷電流（ＩL ＝Ｉｓ−Ｉｓｃ）を間接に検出し、前記同様、その高調波成分（ＩL ｈ）を打ち消し補償するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＡＦ（３）による高調波補償において、例えば対象となる高圧需要家母線において高調波負荷を徐々に増やして構内に分散している場合、電源受電端（Ｐ）以外の場所で負荷の高調波発生量を判別出来ず、高調波を正しく抑制出来ないという不具合が生じる。又は、進相コンデンサ設備（Ｃａ）に変流器（ＣＴｃ）が付設されておらず、進相コンデンサ電流（−Ｉｓｃ）が計測出来ない場合、同様に負荷の高調波発生量が判別出来ず、高調波を正しく抑制出来ない。
【０００７】
又、進相コンデンサ設備（Ｃａ）にリアクトル（Ｌａ）がない場合、又はリアクトル（Ｌａ）が小さい場合、系統条件が不安定になって高調波の位相が負に反転し、負荷高調波電流（ＩL ｈ）の系統側とコンデンサ側に分流する分流比が負になり、その結果、ＡＦ（３）から出力される補償電流（Ｉａ）が負に反転して高調波抑制とは反対に高調波を拡大させてしまうことになる。
【０００８】
この場合、設置可能なリアクトルを付加すれば良いが、リアクトルが小さいと、設置可能であっても受電点の減圧歪みや電力供給側からの電圧歪みが大きい場合、リアクトルが燃えてしまうことがある。又、大きいリアクトルを付加する場合、電気的設定も変更する必要があってコンデンサ設備も共に新たに設置し直さなければならず、実際上、困難である。又、前述のように、高調波負荷が構内に分散している場合、各々にリアクトルを設置することは不可能であり、一括して設置しようとしても、設備全体を変更しなければならず、コスト高にもなって同様に非常に困難である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、負荷電流の高調波成分と逆位相の補償電流を系統母線に注入して負荷電流の高調波成分を打ち消し補償するアクティブフィルタを制御するにあたり、アクティブフィルタから補償対象次数近辺の高調波電流を発生させ、その時の母線電流の高調波成分を計測してアクティブフィルタ設置系統の補償対象次数の拡大率と位相変化量を予め決定し、Ｉan＝（｜Ｉsn｜／ｋn ）・sin（２πｆ０・ｎ＋φon−φn ）｛但し、ｎ：補償対象次数、Ｉan：ｎ次の補償電流、Ｉsn＝｜Ｉsn｜・sin（２πｆ０・ｎ＋φon ）：ｎ次の母線電流からＩan’を差し引いた電流、ｋｎ：ｎ次の拡大率、φｎ：ｎ次の位相変化量、ｆ０：基本周波数、φon：ｎ次の母線電流位相｝により補償電流の発生量を設定することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に係るＡＦの制御方法の実施の形態を図１を参照して以下に説明する。図２に示す部分と同一部分には同一参照符号を付してその説明を省略する。
【００１１】
本発明方法によれば、まずＡＦ（３）から補償対象次数近辺、例えば５．４次、７．４次、１１．４次、１３．４次の高調波電流（Ｉｂ）を１Ａ発生させて系統母線（１）に注入する。その時の母線電流（Ｉｓ）を、電源受電端（Ｐ）側に設置した変流器（ＣＴｄ）で自動又は一時刻毎に検出することによりＡＦ設置系統における系統条件、即ち５、７、１１、１３次の拡大率（ｋn ：ｎ＝５、７、１１、１３）と位相変化量（φn ：ｎ＝５、７、１１、１３）を予め決定する。
【００１２】
即ち、実際の系統では抵抗等の介在により周波数特性がなだらかに変化するため、若干の次数変動によるレベル変動は微小になる。そこで、実際の補償対象次数と混同しないようにするため、定常的には発生し得ない５．４次等の補償対象次数近辺をもって５次等の補償対象次数と見做し、補償対象次数近辺の高調波電流（Ｉｂ）をＡＦ（３）から人工的に発生させて系統母線（１）に注入する。そして、母線に流れる高調波電流（Ｉｓ）がどれくらい拡大し、又、位相が変化しているか、変化の度合いを予め確かめておく。そこで、計測された各次の拡大率（ｋn ）と位相変化量（φn ）を用いて次式（イ）により、変化の度合いを見込んで補償電流（Ｉan）の発生量を設定し、負荷電流（ＩL ）の高調波成分（ＩL ｈ）を正しく打ち消し補償する。
【００１３】
Ｉan＝（｜Ｉsn｜／ｋn ）・sin（２πｆ０・ｎ＋φon−φn ）・・・（イ）
但し、ｎ：補償対象次数、Ｉan：ｎ次の補償電流、Ｉsn＝｜Ｉsn｜・sin（２πｆ０・ｎ＋φon ）：ｎ次の母線電流からＩan’を差し引いた電流、ｋｎ：ｎ次の拡大率、φｎ：ｎ次の位相変化量とする。
【００１４】
式（イ）によれば、予めゲイン（｜Ｉsn｜）を拡大率（ｋn ）分だけ除し、位相（φon）を位相変化量（φn ）分だけ減じ、且つ、基本周波数（ｆo ）をｎ倍しておく。これによりｎ次の補償電流（Ｉan）の発生量を設定してＡＦ（３）から系統母線（１）に注入し、負荷電流（ＩL ）の高調波成分（ＩL ｈ）を正しく打ち消し補償する。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、ＡＦから補償対象次数近辺の高調波電流を発生させ、その時の母線電流を計測してＡＦ設置系統の補償対象次数の拡大率と位相変化量を予め決定し、Ｉan＝（｜Ｉsn｜／ｋn ）・ｓｉｎ（２πｆo ・ｎ＋φon−φn ）により補償電流の発生量を設定したから、対象母線における高調波発生負荷の分散や進相コンデンサ電流の計測不能等により電源受電端以外で負荷の高調波発生量を判別出来なくても負荷電流の高調波成分を正しく打ち消し補償出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＡＦの制御方法の実施手段を示す回路図。
【図２】（ａ）（ｂ）はそれぞれ従来のＡＦの制御方法の実施手段を示す各回路図。
【符号の説明】
１ 系統母線
２ 負荷
３ ＡＦ
Ｖｓ 電源
ＣＴｄ 変流器
Claims (1)
- 負荷電流の高調波成分と逆位相の補償電流を系統母線に注入して負荷電流の高調波成分を打ち消し補償するアクティブフィルタを制御するにあたり、
アクティブフィルタから補償対象次数近辺の高調波電流を発生させ、その時の母線電流の高調波成分を計測してアクティブフィルタ設置系統の補償対象次数の拡大率と位相変化量を予め決定し、
Ｉan＝（｜Ｉsn｜／ｋn ）・sin（２πｆ０・ｎ＋φon−φn ）
｛但し、ｎ：補償対象次数、Ｉan：ｎ次の補償電流、Ｉsn＝｜Ｉsn｜・sin（２πｆ０・ｎ＋φon ）：ｎ次の母線電流からＩan’を差し引いた電流、ｋｎ：ｎ次の拡大率、φｎ：ｎ次の位相変化量、ｆ０：基本周波数、φon：ｎ次の母線電流位相｝により補償電流の発生量を設定する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 |
|---|---|---|---|
| JP29254798A JP3890583B2 (ja) | 1998-10-14 | 1998-10-14 | アクティブフィルタの制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29254798A JP3890583B2 (ja) | 1998-10-14 | 1998-10-14 | アクティブフィルタの制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000125470A JP2000125470A (ja) | 2000-04-28 |
| JP3890583B2 true JP3890583B2 (ja) | 2007-03-07 |
Family
ID=17783192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29254798A Expired - Fee Related JP3890583B2 (ja) | 1998-10-14 | 1998-10-14 | アクティブフィルタの制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3890583B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100407540C (zh) * | 2007-02-15 | 2008-07-30 | 湖南大学 | 注入式混合型有源电力滤波器的复合控制方法 |
-
1998
- 1998-10-14 JP JP29254798A patent/JP3890583B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000125470A (ja) | 2000-04-28 |
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| A521 | Written amendment |
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