JP4328241B2 - Active filter for power - Google Patents
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Description
本発明は、系統電圧の高調波歪みを抑制するために配電系統に接続される電力用アクティブフィルタに関するものである。 The present invention relates to a power active filter connected to a power distribution system in order to suppress harmonic distortion of system voltage.
配電系統では、高調波発生源から発生した高調波が進相コンデンサと配電線インピーダンスによる共振により拡大する現象が発生することがある。高調波の拡大現象が発生すると、高調波電圧の影響で進相コンデンサが過負荷となって焼損する等の事故が発生することがある。 In the distribution system, a phenomenon may occur in which the harmonics generated from the harmonic generation source expand due to resonance caused by the phase advance capacitor and the distribution line impedance. When the harmonic expansion phenomenon occurs, an accident may occur in which the phase advance capacitor is overloaded and burned out due to the influence of the harmonic voltage.
系統電圧の高調波歪みを抑制するために配電系統に設置される電力用アクティブフィルタとして、特許文献1に示されているような電圧検出形のアクティブフィルタが知られている。電圧検出形のアクティブフィルタは、配電系統の系統電圧を検出する系統電圧検出部と、系統電圧検出部により検出された系統電圧に含まれるn次(nは3以上の奇数)の高調波成分Vafを検出する高調波電圧成分検出部と、制御ゲインKを設定する制御ゲイン設定部と、下記の(1)式に示すように、制御ゲイン設定部により設定された制御ゲインKを高調波電圧成分検出部により検出されたn次高調波電圧成分Vafに乗じて求めた高調波補償電流Iafを出力する補償電流出力部とを備えていて、補償電流出力部が出力する高調波補償電流Iafを配電系統に注入することにより系統電圧の高調波歪みを抑制する。
Iaf=K×Vaf(ベクトル演算) …(1)
このアクティブフィルタは、高調波電圧に対してのみ作用する1/K[Ω]の抵抗として動作する。
As a power active filter installed in a distribution system in order to suppress harmonic distortion of a system voltage, a voltage detection type active filter as shown in
Iaf = K × Vaf (vector operation) (1)
This active filter operates as a 1 / K [Ω] resistor that acts only on the harmonic voltage.
高調波成分の検出を迅速に行わせるため、上記高調波電圧成分検出部においては、3相の系統電圧検出信号を、検出しようとする高調波成分の角速度と同じ角速度で回転する回転座標系の2相交流信号に変換して、該2相交流信号から高調波成分を検出する方法がとられている。3相の系統電圧検出信号を、高調波成分の角速度と同じ角速度で回転する回転座標系の信号に変換すると、該回転座標系においては、高調波成分が静止して直流成分として検出されるため、座標変換部の出力に平均化処理を施して直流分を抽出することにより、高調波成分を求めることができる。 In order to quickly detect the harmonic component, the harmonic voltage component detection unit uses a rotating coordinate system that rotates the three-phase system voltage detection signal at the same angular velocity as the angular velocity of the harmonic component to be detected. A method of converting to a two-phase AC signal and detecting a harmonic component from the two-phase AC signal is employed. When a three-phase system voltage detection signal is converted into a rotating coordinate system signal that rotates at the same angular velocity as the harmonic component angular velocity, the harmonic component is stationary and detected as a DC component in the rotating coordinate system. The harmonic component can be obtained by performing an averaging process on the output of the coordinate conversion unit and extracting a direct current component.
この場合、高調波電圧成分検出部は、系統電圧検出部から得られる3相の交流電圧検出信号を、d軸とq軸との2軸を有してn次高調波成分の角速度と同じ角速度nωtで回転する回転座標系の2相交流電圧信号に変換するdq変換部と、このdq変換部から得られる2相交流電圧信号から直流分を抽出するローパスフィルタとにより構成される。高調波電圧成分検出部をマイクロプロセッサにより構成する場合、上記フィルタは、dq変換部から得られる2相交流電圧信号の平均値(2相交流電圧信号に含まれる直流分)を求める平均値演算手段により構成される。平均値演算手段としては、dq変換部から得られる2相交流電圧信号のデジタル値に系統電圧の基本波成分の1周期の期間に亘って移動平均演算を施す手段がよく用いられる。 In this case, the harmonic voltage component detection unit converts the three-phase AC voltage detection signal obtained from the system voltage detection unit into the same angular velocity as the angular velocity of the nth harmonic component having two axes, d-axis and q-axis. The dq conversion unit converts the rotation coordinate system into a two-phase AC voltage signal rotating at nωt, and the low-pass filter extracts a DC component from the two-phase AC voltage signal obtained from the dq conversion unit. When the harmonic voltage component detection unit is constituted by a microprocessor, the filter calculates an average value of an average value of the two-phase AC voltage signal obtained from the dq conversion unit (DC component included in the two-phase AC voltage signal). Consists of. As the average value calculating means, a means for performing a moving average calculation over the period of one cycle of the fundamental component of the system voltage on the digital value of the two-phase AC voltage signal obtained from the dq converter is often used.
高調波電圧成分検出部が上記のように構成される場合、補償電流出力部は、直流分抽出部から得られる高調波電圧成分にそれぞれ制御ゲインKを乗じることにより、2相の高調波補償電流指令を発生する乗算手段と、該2相の高調波補償電流指令にdq変換部による変換と逆の変換を施すことにより3相の高調波補償電流指令を出力するdq逆変換部と、インバータと、dq逆変換部が出力した高調波補償電流指令により指令される大きさと位相とを有する高調波補償電流をインバータから出力させるように3相の高調波補償電流指令に応じてインバータを制御するインバータ制御部とにより構成される。
アクティブフィルタAFの設置点の系統電圧Vaは、重ね合わせの定理より、アクティブフィルタAFが出力する高調波補償電流Iaf以外の要因による電圧Va1と、アクティブフィルタが出力する高調波補償電流Iafとアクティブフィルタから見た系統インピーダンスとにより決まる電圧Va2とのベクトル和となる。そのため、アクティブフィルタによる高調波電圧補償制御には、図5に示したような制御ループが存在する。 From the superposition theorem, the system voltage Va at the installation point of the active filter AF is based on the voltage Va1 due to factors other than the harmonic compensation current Iaf output from the active filter AF, the harmonic compensation current Iaf output from the active filter, and the active filter. This is the vector sum of the voltage Va2 determined by the system impedance as seen from FIG. Therefore, the harmonic voltage compensation control by the active filter has a control loop as shown in FIG.
アクティブフィルタにおいては、限界ゲイン(アクティブフィルタを安定に動作させる制御ゲインKの最大値で、配電系統の負荷状況により異なる)を超えない範囲で、制御ゲインKを大きくすればするほど高調波補償効果が高くなる。しかし、制御ゲインKを大きくしていくと、配電系統の負荷状況が変化せず、限界ゲインが変化しない場合であっても、高調波電圧成分Vafの検出遅れ等に起因して生じる制御遅れにより制御系が不安定になり、かえって高調波成分が増幅されることがある。特に図5に示した制御ループに、アクティブフィルタAFが出力する高調波補償電流Iafにより設置点の系統電圧Vaが上昇するモードが存在すると、高調波補償電流Iafが無限に(実際には定格電流を超えないように制限されるが)大きくなり、系統電圧の高調波歪みが増大する。 In an active filter, the harmonic compensation effect increases as the control gain K is increased within a range that does not exceed the limit gain (the maximum value of the control gain K that causes the active filter to operate stably and varies depending on the load condition of the distribution system). Becomes higher. However, if the control gain K is increased, the load situation of the distribution system does not change, and even if the limit gain does not change, the control delay caused by the detection delay of the harmonic voltage component Vaf, etc. The control system may become unstable, and the harmonic components may be amplified. In particular, if the control loop shown in FIG. 5 includes a mode in which the system voltage Va at the installation point increases due to the harmonic compensation current Iaf output from the active filter AF, the harmonic compensation current Iaf becomes infinite (actually the rated current). And the harmonic distortion of the system voltage increases.
また配電系統の負荷状況が変化する状態では、限界ゲインが時々刻々変化するため、制御ゲインKを大きくすると、制御ゲインが限界ゲインを超える状態が生じ易くなって、制御系が不安定になり、高調波成分を増加させるおそれがある。 In addition, when the load status of the distribution system changes, the limit gain changes from moment to moment. Therefore, if the control gain K is increased, the control gain tends to exceed the limit gain, and the control system becomes unstable. There is a risk of increasing harmonic components.
上記のように、制御ゲインが大きすぎて、アクティブフィルタの制御が不安定になると、系統電圧に含まれる高調波成分をかえって増加させることがあるため、アクティブフィルタが系統に悪影響を与えることになり、好ましくない。 As described above, if the control gain is too large and the control of the active filter becomes unstable, the harmonic component contained in the system voltage may be increased, which will adversely affect the system. It is not preferable.
特許文献1に示されたような従来のアクティブフィルタでは、上記のような問題点について配慮されていないため、制御ゲインを大きくして高い高調波抑制効果を得ることが難しかった。
In the conventional active filter as shown in
また従来技術によった場合には、制御を不安定にすることがない範囲で、最大の高調波抑制効果を得るための最適の制御ゲインを決定するために、詳細な事前検討や、煩雑な現地調整試験を行う必要があったため、アクティブフィルタを設置する際の前準備が面倒になり、設置に要するコストが高くなるという問題があった。 Further, according to the prior art, in order to determine the optimum control gain for obtaining the maximum harmonic suppression effect within a range in which the control is not unstable, detailed prior examination or complicated Since it was necessary to conduct a field adjustment test, preparations for installing the active filter became troublesome, and there was a problem that the cost required for installation increased.
本発明の目的は、配電系統に悪影響を与えない範囲で、制御ゲインをできるだけ大きくして高い高調波補償効果を得ることができるようにした電力用アクティブフィルタを提供することにある。 It is an object of the present invention to provide a power active filter that can obtain a high harmonic compensation effect by increasing the control gain as much as possible within a range that does not adversely affect the power distribution system.
本発明の他の目的は、制御ゲインを設定するための煩雑な前準備を行うことなく配電系統に設置することができるようにした電力用アクティブフィルタを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a power active filter that can be installed in a power distribution system without performing complicated preparations for setting a control gain.
本発明は、配電系統の系統電圧を検出する系統電圧検出部と、系統電圧検出部により検出された系統電圧に含まれるn次(nは3以上の奇数)の高調波成分を検出する高調波電圧成分検出部と、制御ゲイン設定部と、制御ゲイン設定部により設定された制御ゲインを高調波電圧成分検出部により検出されたn次高調波電圧成分に乗じて求めた高調波補償電流を出力する補償電流出力部とを備えて、高調波補償電流を配電系統に注入することにより系統電圧の高調波歪みを抑制する電力用アクティブフィルタに係わるものである。 The present invention relates to a system voltage detection unit that detects a system voltage of a distribution system, and a harmonic that detects an nth-order (n is an odd number of 3 or more) harmonic component included in the system voltage detected by the system voltage detection unit. Outputs harmonic compensation current obtained by multiplying the nth harmonic voltage component detected by the harmonic voltage component detector by the control gain set by the voltage component detector, control gain setting unit, and control gain setting unit. And a compensation current output section that injects a harmonic compensation current into the distribution system to suppress a harmonic distortion of the system voltage.
本発明においては、制御ゲイン設定部が、補償電流出力部から出力される高調波補償電流を検出する補償電流検出部と、この補償電流検出部により検出された高調波補償電流のn次(nは3以上の奇数)高調波電流成分を検出する高調波電流成分検出器と、この高調波電流成分検出器により検出されたn次高調波電流成分の変動幅を系統電圧に影響を及ぼさない範囲に保つように制御ゲインを決定する制御ゲイン決定部とを備えている。 In the present invention, the control gain setting unit detects a harmonic compensation current output from the compensation current output unit, and an nth order (n of harmonic compensation current detected by the compensation current detection unit. Is an odd number of 3 or more) A harmonic current component detector for detecting a harmonic current component, and a range in which the fluctuation range of the n-th harmonic current component detected by the harmonic current component detector does not affect the system voltage. And a control gain determination unit that determines the control gain so as to maintain the control gain.
本発明の好ましい態様では、上記制御ゲイン決定部が、系統電圧の基本波成分の1周期の期間に補償電流検出部により検出される高調波補償電流に含まれるn次高調波電流成分の最大値と最小値との差を高調波電流成分の変動幅として演算する高調波電流成分変動幅演算手段と、演算された高調波電流成分の変動幅が系統電圧に影響を及ぼさない範囲の上限値に設定された第1の判定値以上であるときに制御ゲインを高調波電流成分の変動幅に第1の定数を乗じた分だけ減少させ、高調波電流成分の変動幅が上記第1の判定値よりも小さい値に設定された第2の判定値以下であるときに制御ゲインを高調波電流成分の変動幅に第2の定数を乗じた分だけ増加させることにより制御ゲインを演算する制御ゲイン演算部とにより構成される。 In a preferred aspect of the present invention, the control gain determination unit is configured to increase the maximum value of the n-th harmonic current component included in the harmonic compensation current detected by the compensation current detection unit during one period of the fundamental component of the system voltage. The harmonic current component fluctuation range calculation means that calculates the difference between the minimum value and the minimum value as the fluctuation range of the harmonic current component, and the upper limit value in the range where the calculated fluctuation range of the harmonic current component does not affect the system voltage When the value is equal to or greater than the set first determination value, the control gain is decreased by a value obtained by multiplying the fluctuation range of the harmonic current component by the first constant, and the fluctuation range of the harmonic current component is the first determination value. Control gain calculation for calculating the control gain by increasing the control gain by the second constant multiplied by the fluctuation range of the harmonic current component when the value is equal to or smaller than the second determination value set to a smaller value than Part.
上記の構成では、制御ゲイン決定部が、補償電流出力部から出力される高調波補償電流に含まれるn次高調波電流成分の変動幅を系統電圧に影響を及ぼさない範囲に保つように制御ゲインを決定するとしたが、制御ゲイン決定部は、高調波電圧成分検出部により検出されるn次高調波電圧成分の変動幅を系統電圧に影響を及ぼさない範囲に保つように制御ゲインを決定するものであってもよい。 In the above configuration, the control gain determining unit keeps the fluctuation range of the nth harmonic current component included in the harmonic compensation current output from the compensation current output unit within a range that does not affect the system voltage. However, the control gain determination unit determines the control gain so as to keep the fluctuation range of the nth harmonic voltage component detected by the harmonic voltage component detection unit within a range that does not affect the system voltage. It may be.
この場合、制御ゲイン決定部は、系統電圧の基本波成分の1周期の期間に高調波電圧成分検出部により検出されたn次高調波電圧成分の最大値と最小値との差を高調波電圧成分の変動幅として演算する高調波電圧成分変動幅演算手段と、演算された高調波電圧成分の変動幅が系統電圧に影響を及ぼさない範囲の上限値に設定された第1の判定値以上であるときに制御ゲインを高調波電圧成分の変動幅に第1の定数を乗じた分だけ減少させ、高調波電圧成分の変動幅が第1の判定値よりも小さい値に設定された第2の判定値以下であるときに制御ゲインを高調波電圧成分の変動幅に第2の定数を乗じた分だけ増加させることにより制御ゲインを演算する制御ゲイン演算部とにより構成するのが好ましい。 In this case, the control gain determination unit determines the difference between the maximum value and the minimum value of the nth-order harmonic voltage component detected by the harmonic voltage component detection unit during one period of the fundamental component of the system voltage as the harmonic voltage. Harmonic voltage component fluctuation width calculating means for calculating the fluctuation width of the component, and a first determination value that is set to an upper limit value in a range in which the calculated fluctuation width of the harmonic voltage component does not affect the system voltage When the control gain is decreased by a value obtained by multiplying the fluctuation width of the harmonic voltage component by the first constant at a certain time, the fluctuation width of the harmonic voltage component is set to a value smaller than the first determination value. It is preferable that the control gain is configured by a control gain calculation unit that calculates the control gain by increasing the control gain by the second constant multiplied by the fluctuation range of the harmonic voltage component when the value is equal to or less than the determination value.
上記高調波電圧成分検出部は、系統電圧検出部により検出された3相の交流電圧を、d軸及びq軸を有してn次高調波成分の角速度と同じ角速度で回転する回転座標系の2相の交流電圧に変換する第1のdq変換部(3相/2相変換部)と、この第1のdq変換部から得られる2相の交流電圧のデジタル値に系統電圧の基本波成分の1周期の期間に亘って移動平均演算を施して2相の交流電圧にそれぞれ含まれる直流分を抽出することにより2相の交流電圧にそれぞれ含まれる2相のn次高調波成分を求める第1の直流分抽出部とにより構成することができる。このように高調波電圧成分検出部を構成する場合、前記高調波電圧成分変動幅演算手段は、系統電圧の基本波成分の1周期の期間に求められた2相のn次高調波電圧成分の最大値と最小値との差のうちの大きい方を高調波電圧成分の変動幅として採用するように構成する。 The harmonic voltage component detection unit has a rotating coordinate system that rotates the three-phase AC voltage detected by the system voltage detection unit at the same angular velocity as the angular velocity of the n-th harmonic component having the d axis and the q axis. A first dq converter (3-phase / 2-phase converter) for converting into a two-phase AC voltage, and a fundamental component of the system voltage in the digital value of the two-phase AC voltage obtained from the first dq converter The second phase n-th harmonic component contained in each of the two-phase AC voltages is obtained by performing a moving average operation over a period of one cycle and extracting a DC component contained in each of the two-phase AC voltages. 1 DC component extraction unit. When the harmonic voltage component detection unit is configured as described above, the harmonic voltage component fluctuation range calculating means is configured to calculate the two-phase n-order harmonic voltage component obtained during one period of the fundamental wave component of the system voltage. The larger one of the differences between the maximum value and the minimum value is adopted as the fluctuation range of the harmonic voltage component.
また高調波電流成分検出部は、系統電流検出部により検出される3相の交流電流を、d軸及びq軸を有してn次高調波成分の角速度と同じ角速度で回転する回転座標系の2相交流電流に変換する第2のdq変換部(3相/2相変換部)と、この第2のdq変換部から得られる2相交流電流のデジタル値に系統電圧の基本波成分の1周期の期間に亘って移動平均演算を施して2相の交流電流にそれぞれ含まれる直流分を抽出することにより2相の交流電流にそれぞれ含まれる2相のn次高調波電流成分を求める第2の直流分抽出部とにより構成することができる。このように高調波電流成分検出部を構成する場合、前記高調波電流成分変動幅演算手段は、系統電圧の基本波成分の1周期の期間に求められた2相のn次高調波電流成分のそれぞれの最大値と最小値との差のうちの大きい方を高調波電流成分の変動幅として採用するように構成する。 Further, the harmonic current component detection unit has a rotating coordinate system that rotates the three-phase alternating current detected by the system current detection unit at the same angular velocity as the angular velocity of the n-th harmonic component having the d axis and the q axis. A second dq conversion unit (3-phase / 2-phase conversion unit) that converts to a two-phase alternating current, and a digital value of the two-phase alternating current obtained from the second dq conversion unit, 1 of the fundamental component of the system voltage A second calculation is performed to obtain a two-phase n-order harmonic current component included in each of the two-phase AC currents by performing a moving average operation over a period of the period and extracting a DC component included in each of the two-phase AC currents. And a direct current component extraction unit. When the harmonic current component detection unit is configured in this way, the harmonic current component fluctuation range calculation means is configured to calculate the two-phase n-order harmonic current component obtained during one period of the fundamental wave component of the system voltage. The larger one of the differences between the maximum value and the minimum value is adopted as the fluctuation range of the harmonic current component.
また補償電流出力部は、直流分抽出部により求められた2相の高調波電圧成分にそれぞれ制御ゲインを乗じて2相の高調波補償電流を求める乗算手段と、2相の高調波補償電流にdq変換部による変換と逆の変換を施すことにより、系統電流に含まれる高調波電圧成分を低減するために配電系統に注入する3相の高調波補償電流の大きさと位相とを与える3相の高調波補償電流指令を発生するdq逆変換部(2相/3相変換部)と、インバータと、dq逆変換部が発生した3相の高調波補償電流指令により指令される大きさと位相とを有する3相の高調波補償電流をインバータから出力させるように3相の高調波補償電流指令に応じてインバータを制御するインバータ制御部とを備えた構成とすることができる。 Further, the compensation current output unit multiplies the two-phase harmonic voltage component obtained by the DC component extraction unit by the control gain to obtain the two-phase harmonic compensation current, and the two-phase harmonic compensation current. By applying a conversion opposite to the conversion by the dq conversion unit, the three-phase harmonics giving the magnitude and phase of the three-phase harmonic compensation current injected into the distribution system in order to reduce the harmonic voltage component contained in the system current. The dq reverse conversion unit (2-phase / 3-phase conversion unit) that generates the harmonic compensation current command, the inverter, and the magnitude and phase commanded by the three-phase harmonic compensation current command generated by the dq reverse conversion unit An inverter control unit that controls the inverter in accordance with a three-phase harmonic compensation current command so as to output the three-phase harmonic compensation current from the inverter can be provided.
ここで、「系統電圧に影響を及ぼさない範囲」とは、系統電圧の変動範囲及び波形の歪み率が規格から外れることがない範囲を意味する。即ち、高調波補償電流に含まれるn次高調波電流成分の変動幅または系統電圧に含まれるn次高調波電圧成分の変動幅が「系統電圧に影響を及ぼさない範囲」にあるときに、配電系統に注入される高調波補償電流の変動によって、系統電圧の変動幅が規格から外れたり、系統電圧の波形の歪み率が規格から外れたりすることがないように、「系統電圧に影響を及ぼさない範囲」を設定するものとする。 Here, the “range that does not affect the system voltage” means a range in which the fluctuation range of the system voltage and the distortion rate of the waveform do not deviate from the standard. That is, when the fluctuation range of the n-order harmonic current component included in the harmonic compensation current or the fluctuation range of the n-order harmonic voltage component included in the system voltage is in the “range that does not affect the system voltage”, To prevent fluctuations in the system voltage from deviating from the standard and fluctuations in the system voltage waveform from deviating from the standard due to fluctuations in the harmonic compensation current injected into the system, “No range” shall be set.
上記のように、高調波補償電流に含まれるn次高調波電流成分または系統電圧に含まれるn次高調波電圧成分の変動幅を系統電圧に影響を及ぼさない範囲に保つように制御ゲインを決定すると、配電系統の回路定数が変化した時に、制御ゲインが、制御を安定に保つことができる範囲の値に自動調節されるため、制御を不安定にすることがない範囲で制御ゲインを適値に調節して、常に最大の高調波補償効果を得ることができる。 As described above, the control gain is determined so as to keep the fluctuation range of the n-order harmonic current component included in the harmonic compensation current or the n-order harmonic voltage component included in the system voltage within a range that does not affect the system voltage. Then, when the circuit constants of the power distribution system change, the control gain is automatically adjusted to a value that can keep the control stable. The maximum harmonic compensation effect can always be obtained by adjusting to.
また上記のように構成すると、系統条件に応じて制御ゲインを適当な値に設定するための詳細な事前検討や、煩雑な現地調整試験を行う必要がなくなるので、アクティブフィルタの設置を容易にすることができる。 In addition, the above configuration facilitates the installation of the active filter because it is not necessary to carry out a detailed preliminary study for setting the control gain to an appropriate value according to the system conditions and a complicated field adjustment test. be able to.
以上のように、本発明によれば、高調波補償電流に含まれるn次高調波電流成分または系統電圧に含まれるn次高調波電圧成分の変動幅を系統電圧に影響を及ぼさない範囲に保つように制御ゲインを決定するので、配電系統の回路定数が変化した時に、制御ゲインを、制御を安定に行わせる範囲の値に自動調節して、常に最大の高調波補償効果を得ることができる。 As described above, according to the present invention, the fluctuation range of the n-order harmonic current component included in the harmonic compensation current or the n-order harmonic voltage component included in the system voltage is maintained within a range that does not affect the system voltage. Thus, when the circuit constants of the distribution system change, the control gain is automatically adjusted to a value within a range where the control is stably performed, and the maximum harmonic compensation effect can always be obtained. .
また本発明によれば、系統条件に応じて制御ゲインを適当な値に設定するための詳細な事前検討や、煩雑な現地調整試験を行う必要がなくなるため、アクティブフィルタの設置を容易にすることができる。 Further, according to the present invention, it is not necessary to carry out a detailed preliminary study for setting the control gain to an appropriate value according to the system condition and a complicated field adjustment test, so that the active filter can be easily installed. Can do.
以下図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
第1の実施形態
図1は本発明の第1の実施形態の全体的な構成を示したもので、同図において、1uないし1wは配電系統に設けられたU,V,W3相の配電線、2は配電線1uないし1wの電圧を検出する系統電圧検出部、3は系統電圧検出部2により検出された3相の系統電圧Vu,Vv,Vwを2相交流電圧Vd,Vqに変換する第1のdq変換部(3相/2相変換部)、4は第1のdq変換部から得られる2相の交流電圧Vd,Vqにそれぞれ含まれる直流分を抽出して2相の交流電圧Vd,Vqにそれぞれ含まれる2相のn次(nは3以上の奇数)高調波電圧成分Vnd,Vnqを求める第1の直流分抽出部、5及び6は第1の直流分抽出部から得られる2相のn次高調波電圧成分Vnd及びVnqに制御ゲインKを乗じることにより2相の高調波補償電流Iad及びIaqを演算する乗算手段である。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First Embodiment FIG. 1 shows an overall configuration of a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1u to 1w are U, V, W3 phase distribution lines provided in a distribution system.
また7は後記する補償電流出力部から出力される高調波補償電流Iau,Iav,Iawを検出する補償電流検出部、8は補償電流検出部7により検出された3相の高調波補償電流Iau,Iav,Iawを2相の交流電流Id,Iqに変換する第2のdq変換部、9は第2のdq変換部から得られる2相の交流電流Id,Iqにそれぞれ含まれる直流分を抽出して2相の交流電流Id及びIqにそれぞれ含まれるn次高調波電流のd軸成分Ind及びq軸成分Inqを求める第2の直流分抽出部、10は第2の直流分抽出部から得られるn次高調波電流成分Ind及びInqに演算処理を施すことにより制御ゲインKを決定する制御ゲイン決定部で、補償電流検出部7と、第2のdq変換部8と、第2の直流分抽出部9と、制御ゲイン決定部10とにより制御ゲイン設定部11が構成されている。
更に12は高調波補償電流指令値Iad,Iaqを3相の高調波補償電流指令値Iau´ないしIaw´に変換するdq逆変換部、13はインバータ制御部、14はインバータで、乗算手段5,6と、dq逆変換部12と、インバータ制御部13と、インバータ制御部13により制御されて所定の補償電流IauなしIawを出力するインバータ14とにより補償電流出力部15が構成されている。 Further, 12 is a dq inverse conversion unit for converting the harmonic compensation current command values Iad and Iaq into three-phase harmonic compensation current command values Iau ′ to Iaw ′, 13 is an inverter control unit, 14 is an inverter, and multiplication means 5 6, the dq inverse conversion unit 12, the inverter control unit 13, and the inverter 14 that is controlled by the inverter control unit 13 and outputs a predetermined compensation current Iau-less Iaw constitutes a compensation current output unit 15.
図1に示したアクティブフィルタにおいて、系統電圧検出部2及び補償電流検出部7は電圧及び電流をそれぞれ検出するセンサを含むハードウェアにより構成され、インバータ14は半導体スイッチ素子のブリッジ回路により構成されている。またインバータ制御部13は、インバータ14を構成するスイッチ素子のオンオフ指令を発生するオンオフ指令発生手段と、該オンオフ指令に応じてインバータを構成するスイッチ素子に駆動信号を与えるドライバ回路とにより構成されている。
In the active filter shown in FIG. 1, the system
第1のdq変換部3、第1の直流分抽出部4、乗算手段5,6、第2のdq変換部8、第2の直流分抽出部9、制御ゲイン決定部10及びdq逆変換部12と、インバータ制御部13のオンオフ指令発生手段とは、マイクロプロセッサに所定のプログラムを実行させることにより構成される。
First
更に詳細に説明すると、系統電圧検出部2は、3相の配電線1uないし1wに接続されて3相の系統電圧に比例した系統電圧検出信号Vu,Vv及びVwを出力するPT(計器用電圧変成器)と、該PTの出力をデジタル値に変換するA/D変換器とにより構成されている。系統電圧検出部2から得られる系統電圧検出信号Vu,Vv及びVwのデジタル値は、第1のdq変換部3に与えられる。
More specifically, the
第1のdq変換部3は、下記の変換式(数1)を用いて、系統電圧検出部2により検出された3相の交流電圧Vu,Vv,Vwを、d軸及びq軸を有してn次高調波成分の角速度と同じ角速度nωtで回転する回転座標系の2相交流電圧Vd,Vqに変換する演算処理を行う。n次高調波成分の角速度と同じ角速度nωtで回転する回転座標系の2相交流電圧Vd,Vqには、n次高調波成分が直流分として含まれているため、2相の交流電圧Vd,Vqから直流分を抽出することにより、n次高調波成分を検出することができる。
第1のdq変換部3から得られる信号は第1の直流分抽出部4に与えられている。第1の直流分抽出部4は、dq変換部3から得られる2相の交流電圧Vd,Vqから直流分を抽出するローパスフィルタ(LPF)である。本実施形態の直流分抽出部4は、第1のdq変換部3から得られる2相の交流電圧のデジタル値を一定のサンプリング周波数(本実施形態では6[kHz])でサンプリングして、系統電圧の基本波成分の1周期の期間(系統電圧の周波数が50[Hz]の場合20[msec])に亘ってサンプリング値の移動平均演算を施す平均値演算手段からなっていて、2相交流電圧Vd,Vqの平均値を演算することにより両信号から直流分を抽出して系統電圧に含まれるn次高調波電圧成分Vnd及びVnqを求める。n次高調波電圧成分Vnd及びVnqはそれぞれ後記する制御ゲイン設定部から与えられる制御ゲインKとともに乗算手段5及び6に与えられる。本実施形態では、第1のdq変換部3と、第1の直流分抽出部4とにより、高調波電圧成分検出部が構成されている。
The signal obtained from the first
補償電流検出部7は、補償電流出力部15の出力電流を検出するCT(変流器)と、該CTの出力をデジタル値に変換するA/D変換器とにより構成されている。補償電流検出部7により検出された補償電流Iau,Iav及びIawのデジタル値は、第2のdq変換部8に与えられる。第2のdq変換部8は、前記の変換式(数1)の電圧を電流で置き換えた変換式を用いて、補償電流検出部7により検出された3相の高調波補償電流Iau,Iav,Iawを、d軸及びq軸を有してn次高調波成分の角速度と同じ角速度nωtで回転する回転座標系の2相交流電流Id,Iqに変換する。
The compensation
第2のdq変換部8の出力は第2の直流分抽出部9に与えられている。第2の直流分抽出部9は、第2のdq変換部8から得られる2相の交流電流のデジタル値を一定のサンプリング周波数(本実施形態では6[kHz])でサンプリングして、高調波補償電流の基本波成分の1周期の期間に亘ってサンプリング値の移動平均演算を施す平均値演算手段からなっていて、2相の交流電流Id及びIqの平均値を演算することにより両交流電流信号にそれぞれ含まれるn次高調波電流成分Ind及びInqを求める。本実施形態では、第2のdq変換部8と、第2の直流分抽出部9とにより、補償電流検出部7が検出した高調波補償電流に含まれるn次高調波成分を検出する高調波電流成分検出部が構成されている。
The output of the second
第2の直流分抽出部9から得られる高調波電流成分Ind及びInqは、制御ゲイン決定部10に与えられる。制御ゲイン決定部10は、後記するように、高調波電流成分Ind及びInqに所定の演算処理を施すことにより、高調波補償電流のn次高調波成分の変動幅を、系統電圧に影響を及ぼさない範囲に保つように制御ゲインKを決定する。制御ゲイン決定部10により決定された制御ゲインKは、乗算手段5及び6に与えられる。
The harmonic current components Ind and Inq obtained from the second DC
乗算手段5及び6は、高調波電圧成分Vnd及びVnqに制御ゲインKを乗じるベクトル演算を行って、2相の高調波補償電流Iad及びIaqを求め、これらをdq逆変換部12に与える。dq逆変換部12は、下記の演算式(数2)を用いて、dq変換部で行った変換と逆の変換を行うことにより、2相の高調波補償電流Iad及びIaqを3相の高調波補償電流指令Iau´,Iav´及びIaw´に変換する。
dq逆変換部12から得られる3相の高調波補償電流指令Iau´ないしIaw´は、インバータ制御部13に与えられる。インバータ制御部13は、3相の高調波補償電流指令Iau´ないしIaw´により指令される大きさと位相とを有する高調波補償電流Iau,Iav及びIawをインバータ14から出力させるようにインバータ14を制御する。インバータ14から出力される3相の高調波補償電流IauないしIawは、配電線1u,1v及び1wに注入される。この補償電流により系統電圧に含まれるn次高調波成分が低減され、系統電圧の波形歪みが改善される。 Three-phase harmonic compensation current commands Iau ′ to Iaw ′ obtained from the dq inverse conversion unit 12 are given to the inverter control unit 13. The inverter control unit 13 controls the inverter 14 so that the harmonic compensation currents Iau, Iav and Iaw having magnitudes and phases commanded by the three-phase harmonic compensation current commands Iau ′ to Iaw ′ are output from the inverter 14. To do. The three-phase harmonic compensation currents Iau to Iaw output from the inverter 14 are injected into the distribution lines 1u, 1v and 1w. This compensation current reduces the nth-order harmonic component included in the system voltage and improves the waveform distortion of the system voltage.
本実施形態において、アクティブフィルタの基本的な動作は従来のものと同様であるが、本発明においては、制御ゲイン決定部10が、高調波補償電流出力部から出力されるn次高調波電流成分の変動幅を系統電圧に影響を及ぼさない範囲に保つように制御ゲインを決定する。本実施形態では、この制御ゲイン決定部10が、系統電圧の基本波成分の1周期の期間に検出されたn次高調波電流成分のd軸成分Indの最大値と最小値との差ΔIndをn次高調波電流成分の変動幅ΔIとして演算する高調波電流変動幅演算手段と、演算されたn次高調波電流の変動幅ΔIが系統電圧に影響を及ぼさない値の上限値に設定された第1の判定値以上であるときにn次高調波電流成分の変動幅に第1の定数を乗じた分だけ制御ゲインを減少させ、n次高調波電流成分の変動幅ΔIが上記第1の判定値よりも小さい値に設定された第2の判定値以下であるときにn次高調波電流成分の変動幅ΔIに第2の定数を乗じた分だけ制御ゲインを増加させることにより制御ゲインを演算する制御ゲイン演算部とにより構成されている。上記第2の判定値は、高調波補償電流に含まれるn次高調波電流成分の変動幅が、系統電圧に影響を及ぼさない範囲でとり得る値の下限値に設定するのが好ましい。
In the present embodiment, the basic operation of the active filter is the same as that of the conventional one. However, in the present invention, the control
上記制御ゲイン決定部を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートを図2に示した。図2に示した例では、第5次高調波成分を補償する場合を例にとっている。マイクロプロセッサは、一定の制御周期で図2のルーチンを実行する。本実施形態では、第1の直流分抽出部4が第1のdq変換部3の出力をサンプリングする際のサンプリング周期と同じ周期で図2のルーチンを実行するようにしている。
A flowchart showing an algorithm of a program executed by the microprocessor to constitute the control gain determining unit is shown in FIG. In the example shown in FIG. 2, the case where the fifth harmonic component is compensated is taken as an example. The microprocessor executes the routine of FIG. 2 at a constant control cycle. In the present embodiment, the routine of FIG. 2 is executed at the same cycle as the sampling cycle when the first DC
図2に示したアルゴリズムによる場合には、先ずステップ1において、第2の直流分抽出部9から得られる2相の第5次高調波電流成分I5d及びI5qを読み込む。次いでステップ2において2相の第5次高調波電流のd軸成分I5d及びq軸成分I5qのそれぞれの最大値(I5dmax,I5qmax)及び最小値(I5dmin,I5qmin)を求めて、新たに求めた最大値及び最小値を既に求められている最大値及び最小値と置き換える(最大値及び最小値を更新する)。
In the case of the algorithm shown in FIG. 2, first, in
次いでステップ3において、系統電圧(この例では50Hz)の1周期の期間(20ms)が経過したか否かを判定する。その結果1周期の期間が経過しているときにはステップ4に移行して第5次高調波電流のd軸成分の最大値と最小値との差I5dmax−I5dminの絶対値を演算して、第5次高調波電流のd軸成分の変動幅ΔIdを演算し、第5次高調波電流のq軸成分の最大値と最小値との差I5qmax−I5qminの絶対値を演算して、第5次高調波電流のq軸成分の変動幅ΔIqを演算する。その後ステップ5で第5次高調波電流のd軸成分の変動幅ΔId及びq軸成分の変動幅ΔIqのうちの大きい方を高調波電流成分の変動幅ΔIとして採用する。このようにして高調波電流成分の変動幅ΔIを求めた後、ステップ6で高調波電流成分の変動幅ΔIが、系統電圧に影響を及ぼさない値の上限値に設定された第1の判定値以上であるか否かを判定し、高調波電流成分の変動幅ΔIが第1の判定値以上である場合には、ステップ7に進んで制御ゲインKを第5次高調波電流成分の変動幅に第1の定数G1を乗じた値ΔI×G1だけ減少させる。第1の判定値は、例えばアクティブフィルタの第5次高調波補償電流の定格値の1.0%に設定される。
Next, at
またステップ6で第5次高調波電流成分の変動幅ΔIが第1の判定値よりも小さいと判定されたときには、ステップ8に進んで、第5次高調波電流成分の変動幅ΔIが、第1の判定値よりも小さい値に設定された第2の判定値以下であるか否かを判定し、第5次高調波電流成分の変動幅ΔIが第2の判定値以下であるときに、ステップ9に進んで制御ゲインKを第5次高調波電流成分の変動幅ΔIに第2の定数G2を乗じた値ΔI×G2だけ増加させる。ここで、第2の判定値は、系統電圧に影響を及ぼさない範囲の下限値(零でない値)で、例えばアクティブフィルタの第5次高調波補償電流の定格値の0.3%に設定される。 When it is determined in step 6 that the fluctuation range ΔI of the fifth harmonic current component is smaller than the first determination value, the process proceeds to step 8 where the fluctuation width ΔI of the fifth harmonic current component is It is determined whether or not it is equal to or less than a second determination value set to a value smaller than the determination value of 1, and when the fluctuation range ΔI of the fifth harmonic current component is equal to or less than the second determination value, Proceeding to step 9, the control gain K is increased by a value ΔI × G2 obtained by multiplying the fluctuation width ΔI of the fifth harmonic current component by the second constant G2. Here, the second determination value is a lower limit value (a non-zero value) in a range that does not affect the system voltage, and is set to, for example, 0.3% of the rated value of the fifth harmonic compensation current of the active filter. The
ステップ7またはステップ9で制御ゲインを減少または増加させた後、ステップ10に移行して、第5次高調波電流成分の最大値(I5dmax,I5qmax)及び最小値(I5dmin,I5qmin)をクリアし、ステップ11で新たな制御ゲインKを出力した後このルーチンを終了する。
After decreasing or increasing the control gain in
上記ステップ3において、系統電圧の1周期の期間が経過していないと判定されたときには、ステップ11に移行して、元の制御ゲインKを出力した後、このルーチンを終了する。
If it is determined in
上記のように、補償電流出力部から出力される高調波補償電流に含まれるn次高調波電流成分の変動幅ΔIが系統電圧に影響を与えない範囲の上限値以上になったときに制御ゲインKを減少させ、n次高調波電流成分の変動幅ΔIが系統電圧に影響を与えない範囲の下限値以下になったときに制御ゲインを増加させるように制御ゲイン設定部を構成すると、配電系統の回路定数が変化したときに、制御が安定に行われる範囲の適値に制御ゲインを自動調節して、常に最大の高調波補償効果を得ることができる。 As described above, when the fluctuation range ΔI of the n-th harmonic current component included in the harmonic compensation current output from the compensation current output unit is equal to or larger than the upper limit value in the range that does not affect the system voltage, the control gain When the control gain setting unit is configured to decrease K and increase the control gain when the fluctuation range ΔI of the n-th harmonic current component falls below the lower limit of a range that does not affect the system voltage, When the circuit constant changes, the control gain is automatically adjusted to an appropriate value within the range in which the control is stably performed, and the maximum harmonic compensation effect can always be obtained.
また上記のように構成すると、系統条件に応じて制御ゲインを適当な値に設定するための詳細な事前検討や、煩雑な現地調整試験を行う必要がなくなるので、アクティブフィルタの設置を容易にすることができる。 In addition, the above configuration facilitates the installation of the active filter because it is not necessary to carry out a detailed preliminary study for setting the control gain to an appropriate value according to the system conditions and a complicated field adjustment test. be able to.
第1の定数G1及び第2の定数G2は、例えば、G1=5,G2=0.1に設定される。これらの定数は、制御のレスポンスを調整するためのもので、第1の定数G1を大きくすると、高調波電流成分の変動幅ΔIが上限値を超えたときに、該変動幅ΔIを上限値以下に戻す制御を迅速に行わせることができる。また第2の定数G2を大きくすると、高調波電流成分の変動幅が下限値よりも小さくなったときに、該変動幅ΔIを下限値以上に戻す制御を迅速に行わせることができる。 The first constant G1 and the second constant G2 are set to G1 = 5 and G2 = 0.1, for example. These constants are for adjusting the control response. When the first constant G1 is increased, when the fluctuation range ΔI of the harmonic current component exceeds the upper limit value, the fluctuation range ΔI is less than the upper limit value. Control to return to can be performed quickly. In addition, when the second constant G2 is increased, when the fluctuation range of the harmonic current component becomes smaller than the lower limit value, the control for returning the fluctuation range ΔI to the lower limit value or more can be quickly performed.
なお上記第1の判定値と第2の判定値との間は不感帯となり、n次高調波電流成分の変動幅ΔIが第1の判定値と第2の判定値との間にあるときには制御ゲインの調節は行われない。 It should be noted that there is a dead band between the first determination value and the second determination value, and when the fluctuation range ΔI of the nth harmonic current component is between the first determination value and the second determination value, the control gain No adjustment is made.
図2に示したアルゴリズムによる場合には、ステップ2ないし5により、系統電圧の基本波成分の1周期の期間に検出されるn次高調波電流成分の最大値と最小値との差を高調波電流成分の変動幅として演算する高調波電流成分変動幅演算手段が構成される。またステップ6ないし9により、演算された高調波電流成分の変動幅が系統電圧に影響を及ぼさない範囲の上限値に設定された第1の判定値以上であるときに高調波電流成分の変動幅に第1の定数を乗じた分だけ制御ゲインを減少させ、高調波電流成分の変動幅が第1の判定値よりも小さい値に設定された第2の判定値以下であるときに高調波電流成分の変動幅に第2の定数を乗じた分だけ制御ゲインを増加させることにより制御ゲインを演算する制御ゲイン演算部が構成される。
In the case of the algorithm shown in FIG. 2, the difference between the maximum value and the minimum value of the nth-order harmonic current component detected during one cycle of the fundamental wave component of the system voltage is calculated by
第2の実施形態
図3は本発明の第2の実施形態の構成を示したもので、同図において、dq変換部3及び直流分抽出部4はそれぞれ図1に示した第1のdq変換部3及び第1の直流分抽出部4と同じものであり、dq変換部3と、直流分抽出部4とにより、高調波電圧成分検出部が構成されている。
Second Embodiment FIG. 3 shows the configuration of the second embodiment of the present invention. In FIG. 3, the
本実施形態では、高調波電圧成分検出部により検出されるn次高調波電圧成分Vnd及びVnqの変動幅を系統電圧に影響を及ぼさない範囲に保つように制御ゲインを決定する制御ゲイン決定部10´が設けられて、この制御ゲイン決定部10´により、制御ゲイン設定部11´が構成されている。その他の構成は図1に示した実施形態と同様である。
In the present embodiment, the control
図3に示した実施形態において、制御ゲイン決定部10´は、系統電圧の基本波成分の1周期の期間に高調波電圧成分検出部により検出されたn次高調波電圧成分のd軸成分Vndの最大値と最小値との差ΔVndと、基本波成分の1周期の期間に高調波電圧成分検出部により検出されたn次高調波電圧成分のq軸成分Vndの最大値と最小値との差ΔVnqとを演算して、ΔVnd及びΔVnqのうちの大きい方を高調波電圧成分の変動幅ΔVとして採用する高調波電圧成分変動幅演算手段と、演算された高調波電圧成分の変動幅が系統電圧に影響を及ぼさない範囲の上限値に設定された第1の判定値以上であるときに制御ゲインを高調波電圧成分の変動幅に第1の定数を乗じた分だけ減少させ、高調波電圧成分の変動幅が第1の判定値よりも小さい値に設定された第2の判定値以下であるときに制御ゲインを高調波電圧成分の変動幅に第2の定数を乗じた分だけ増加させることにより制御ゲインを演算する制御ゲイン演算部とにより構成されている。上記第2の判定値は、系統電圧に含まれるn次高調波電流成分の変動幅が系統電圧に影響を及ぼさない範囲でとり得る値の下限値に設定するのが好ましい。
In the embodiment shown in FIG. 3, the control
制御ゲイン決定部10´を構成するために所定の制御周期でマイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートを図4に示した。図4に示したアルゴリズムによる場合には、先ずステップ1において、第2の直流分抽出部9から得られる2相の第5次高調波電圧成分V5d及びV5qを読み込む。次いでステップ2において第5次高調波電圧のd軸成分V5d及びq軸成分V5qのそれぞれの最大値(V5dmax,V5qmax)及び最小値(V5dmin,V5qmin)を求めて、新たに求めた最大値及び最小値を既に求められている最大値及び最小値と置き換える(最大値及び最小値を更新する)。
FIG. 4 is a flowchart showing an algorithm of a program executed by the microprocessor at a predetermined control period in order to configure the control
次いでステップ3において、系統電圧(この例では50Hz)の1周期の期間(20ms)が経過したか否かを判定する。その結果1周期の期間が経過しているときにはステップ4に移行して第5次高調波電圧のd軸成分の最大値と最小値との差V5dmax−V5dminの絶対値を演算して、第5次高調波電圧のd軸成分の変動幅ΔVdを演算し、第5次高調波電圧のq軸成分の最大値と最小値との差V5qmax−V5qminの絶対値を演算して、第5次高調波電圧のq軸成分の変動幅ΔVqを演算する。その後ステップ5で第5次高調波電圧のd軸成分の変動幅ΔVd及びq軸成分の変動幅ΔVqのうちの大きい方を高調波電圧成分の変動幅ΔVとして採用する。このようにして高調波電圧成分の変動幅ΔVを求めた後、ステップ6で高調波電圧成分の変動幅ΔVが、系統電圧に影響を及ぼさない値の上限値に設定された第1の判定値以上であるか否かを判定し、高調波電圧成分の変動幅ΔVが第1の判定値以上である場合には、ステップ7に進んで制御ゲインKを第5次高調波電圧成分の変動幅に第1の定数G1を乗じた値ΔV×G1だけ減少させる。第1の判定値は、例えばアクティブフィルタの第5次高調波補償電流の定格値の0.1%に設定される。
Next, at
またステップ6で第5次高調波電圧成分の変動幅ΔVが第1の判定値よりも小さいと判定されたときには、ステップ8に進んで、第5次高調波電圧成分の変動幅ΔVが、第1の判定値よりも小さい値に設定された第2の判定値以下であるか否かを判定し、第5次高調波電圧成分の変動幅ΔVが第2の判定値以下であるときに、ステップ9に進んで制御ゲインKを第5次高調波電圧成分の変動幅ΔVに第2の定数G2を乗じた値ΔV×G2だけ増加させる。第2の判定値は、系統電圧に影響を及ぼさない範囲の下限値(零でない値)で、例えばアクティブフィルタの第5次高調波補償電圧の定格値の0.03%に設定される。 If it is determined in step 6 that the variation width ΔV of the fifth harmonic voltage component is smaller than the first determination value, the process proceeds to step 8 where the variation width ΔV of the fifth harmonic voltage component is It is determined whether or not it is equal to or less than a second determination value set to a value smaller than the determination value of 1, and when the fluctuation range ΔV of the fifth harmonic voltage component is equal to or less than the second determination value, Proceeding to step 9, the control gain K is increased by a value ΔV × G2 obtained by multiplying the fluctuation width ΔV of the fifth harmonic voltage component by the second constant G2. The second determination value is a lower limit value (a non-zero value) in a range that does not affect the system voltage, and is set to 0.03% of the rated value of the fifth harmonic compensation voltage of the active filter, for example.
ステップ7またはステップ9で制御ゲインを減少または増加させた後、ステップ10に移行して、第5次高調波電圧成分の最大値(V5dmax,V5qmax)及び最小値(V5dmin,V5qmin)をクリアし、ステップ11で新たな制御ゲインKを出力した後このルーチンを終了する。
After decreasing or increasing the control gain in
上記ステップ3において、系統電圧の1周期の期間が経過していないと判定されたときには、ステップ11に移行して、元の制御ゲインKを出力した後、このルーチンを終了する。
If it is determined in
上記のように、系統電圧に含まれるn次高調波電圧成分の変動幅ΔVが系統電圧に影響を与えない範囲の上限値以上になったときに制御ゲインKを減少させ、高調波電圧成分の変動幅ΔVが系統電圧に影響を与えない範囲の下限値以下になったときに制御ゲインを増加させるように制御ゲイン設定部を構成した場合にも、配電系統の回路定数が変化したときに、制御が安定に行われる範囲の適値に制御ゲインを自動調節して、常に最大の高調波補償効果を得ることができる。また系統条件に応じて制御ゲインを適当な値に設定するための詳細な事前検討や、煩雑な現地調整試験を行う必要がなくなるので、アクティブフィルタの設置を容易にすることができる。 As described above, when the fluctuation width ΔV of the nth-order harmonic voltage component included in the system voltage becomes equal to or larger than the upper limit value in the range that does not affect the system voltage, the control gain K is decreased, and the harmonic voltage component Even when the control gain setting unit is configured to increase the control gain when the fluctuation range ΔV is less than or equal to the lower limit value of the range that does not affect the system voltage, when the circuit constant of the distribution system changes, By automatically adjusting the control gain to an appropriate value within the range where the control is stably performed, the maximum harmonic compensation effect can always be obtained. In addition, since it is not necessary to perform detailed preliminary examination for setting the control gain to an appropriate value in accordance with the system condition and a complicated field adjustment test, it is possible to easily install the active filter.
図3に示した実施形態において、第1の定数G1及び第2の定数G2は制御のレスポンスを調整するための定数で、例えば、G1=1,G2=0.02に設定される。 In the embodiment shown in FIG. 3, the first constant G1 and the second constant G2 are constants for adjusting the control response, and are set to G1 = 1 and G2 = 0.02, for example.
図4に示したアルゴリズムによる場合には、ステップ2ないし5により、系統電圧の基本波成分の1周期の期間に検出されるn次高調波電圧成分の最大値と最小値との差を高調波電圧成分の変動幅として演算する高調波電圧成分変動幅演算手段が構成される。またステップ6ないし9により、演算された高調波電圧成分の変動幅が系統電圧に影響を及ぼさない範囲の上限値に設定された第1の判定値以上であるときに高調波電圧成分の変動幅に第1の定数を乗じた分だけ制御ゲインを減少させ、高調波電圧成分の変動幅が第1の判定値よりも小さい値に設定された第2の判定値以下であるときに高調波電圧成分の変動幅に第2の定数を乗じた分だけ制御ゲインを増加させることにより制御ゲインを演算する制御ゲイン演算部が構成される。
In the case of the algorithm shown in FIG. 4, the difference between the maximum value and the minimum value of the nth-order harmonic voltage component detected during one period of the fundamental wave component of the system voltage is calculated by
系統電圧検出部2により検出される系統電圧には、高調波と基本波とが含まれているため、図3に示すように構成した場合には、基本波の存在により、系統電圧の検出値Vu,Vv及びVwをA/D変換する際に、n次高調波成分のデジタル値に誤差が生じやすい。これに対し、図1に示したように構成した場合には、補償電流検出部7がn次高調波電流成分のみを検出するため、該検出部の出力をA/D変換する際に、n次高調波成分のデジタル値に生じる誤差を少なくすることができる。
Since the system voltage detected by the system
上記の実施形態では、第5次高調波成分を補償するとしたが、本発明は、一般に配電系統の系統電圧に含まれるn次(nは3以上の奇数)高調波成分を補償する場合に適用することができる。 In the above embodiment, the fifth harmonic component is compensated. However, the present invention is generally applied to the case where the nth harmonic component (n is an odd number of 3 or more) included in the system voltage of the distribution system is compensated. can do.
1u〜1w 配電線
2 系統電圧検出部
3 第1のdq変換部
4 第1の直流分抽出部
5 乗算手段
6 乗算手段
7 補償電流検出部
8 第2のdq変換部
9 第2の直流分抽出部
10 制御ゲイン決定部
11 制御ゲイン設定部
12 dq逆変換部
13 インバータ制御部
14 インバータ
15 補償電流出力部
1u to 1w
Claims (4)
前記制御ゲイン設定部は、前記補償電流出力部から出力される高調波補償電流を検出する補償電流検出部と、前記補償電流検出部により検出された高調波補償電流のn次高調波電流成分を検出する高調波電流成分検出部と、前記高調波電流成分検出部により検出されるn次高調波電流成分の変動幅を「系統電圧に影響を及ぼさない範囲」に保つように前記制御ゲインを決定する制御ゲイン決定部とを具備し、
前記n次高調波電流成分の変動幅が前記「系統電圧に影響を及ぼさない範囲」にあるときには、配電系統に注入される高調波補償電流の変動によって、系統電圧の変動幅が規格から外れることがなく、かつ前記系統電圧の波形の歪み率が規格から外れることがないように、前記「系統電圧に影響を及ぼさない範囲」が設定されること、
を特徴とする電力用アクティブフィルタ。 A system voltage detection unit that detects a system voltage of the distribution system, and a harmonic voltage component that detects an n-order (n is an odd number of 3 or more) harmonic voltage component included in the system voltage detected by the system voltage detection unit Outputs the harmonic compensation current obtained by multiplying the control gain set by the detection unit, the control gain setting unit, and the control gain setting unit by the nth harmonic voltage component detected by the harmonic voltage component detection unit An active filter for power that suppresses harmonic distortion of the system voltage by injecting the harmonic compensation current into the distribution system.
The control gain setting unit includes a compensation current detection unit that detects a harmonic compensation current output from the compensation current output unit, and an n-order harmonic current component of the harmonic compensation current detected by the compensation current detection unit. determining a harmonic current component detecting section, the control gain so as to keep the fluctuation range of the harmonic current components the n-th harmonic current components that will be detected by the detection unit in the "range which does not affect the system voltage" to be detected and a control gain determining unit for,
When the fluctuation range of the n-th harmonic current component is in the “range that does not affect the system voltage”, the fluctuation range of the system voltage deviates from the standard due to the fluctuation of the harmonic compensation current injected into the distribution system. The "range that does not affect the system voltage" is set so that the distortion rate of the waveform of the system voltage does not deviate from the standard,
Active filter for power.
前記制御ゲイン設定部は、前記高調波電圧成分検出部により検出されるn次高調波電圧成分の変動幅を、「系統電圧に影響を及ぼさない範囲」に保つように前記制御ゲインを決定する制御ゲイン決定部を備え、
系統電圧に含まれるn次高調波電圧成分の変動幅が前記「系統電圧に影響を及ぼさない範囲」にあるときには、配電系統に注入される高調波補償電流の変動によって、系統電圧の変動幅が規格から外れることがなく、系統電圧の波形の歪み率が規格から外れることがないように、前記「系統電圧に影響を及ぼさない範囲」が設定されること、
を特徴とする電力用アクティブフィルタ。 A system voltage detection unit that detects a system voltage of the distribution system, and a harmonic voltage component that detects an n-order (n is an odd number of 3 or more) harmonic voltage component included in the system voltage detected by the system voltage detection unit Outputs the harmonic compensation current obtained by multiplying the control gain set by the detection unit, the control gain setting unit, and the control gain setting unit by the nth harmonic voltage component detected by the harmonic voltage component detection unit An active filter for power that suppresses harmonic distortion of the system voltage by injecting the harmonic compensation current into the distribution system.
The control gain setting unit, controls the fluctuation range of the harmonic voltage component detector n-th harmonic voltage components that will be detected by, for determining the control gains so as to keep the "range that does not affect the system voltage" With a gain determination unit ,
When the fluctuation range of the nth-order harmonic voltage component included in the system voltage is in the above-mentioned “range not affecting the system voltage”, the fluctuation range of the system voltage is changed by the fluctuation of the harmonic compensation current injected into the distribution system. The above "range not affecting the system voltage" is set so that the distortion rate of the system voltage waveform does not deviate from the standard without deviating from the standard.
Active filter for power.
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