JP6023292B2 - 高圧直流送電システムの複同調フィルタの設計方法 - Google Patents

Description

本発明は、高圧直流送電（ＨＶＤＣ：Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ、以下、「ＨＶＤＣ」と称する）システムの特性による複同調フィルタ（ＭＴＦ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｔｕｎｅｄ Ｆｉｌｔｅｒ、以下、「ＭＴＦ」と称する）の設計方法に関するものである。

ＨＶＤＣシステムにおいて、高調波フィルタはコンバータ運転を介した電力変換の際に発生する高調波がＡＣ系統に流入されることを抑制し、無効電力の消耗による無効電力の高級源としての役割もする。大部分の電流型ＨＶＤＣシステムは１２個のパルスで動作するため１１，１３，２３，２５次のような１２ｎ±１の特性高調波を発生し、特に１１次と１３次の高調波の大きさが大きいためそれを減少するために１１次及び１３次のフィルタを使用する。

電流型ＨＶＤＣシステムにおいて、コンバータは大部分１２個のパルスで動作し、現在済州島に設置されている８０ｋＶ ６０ＭＷ級のＨＶＤＣシステムも同じく２つの６パルスグループの直列連結を利用した１２パルスのコンバータで構成されている。

ＨＶＤＣシステムでは高調波フィルタとしてＳｉｎｇｌｅ Ｔｕｎｅｄ Ｆｉｌｅｔｅｒ（ＳＴＥ）又はＤｏｕｂｌｅ Ｔｕｎｅｄ Ｆｉｌｔｅｒ（ＤＴＦ）が広範囲に使用されているが、このようなフィルタを設計するためにフィルタの直並列インピーダンスに関する式が利用される。

フィルタの設計がフィルタに含まれた手動素子を設計定格乃至性能などを基準に手動的な計算によって算出されることで、正確で効率的で整形化された方式乃至方法が存在しない問題点がある。
また、フィルタを設計する際に価格を考慮した方法が存在しないため、製造会社の立場で性能だけでなく製造コストも共に考慮する設計方法が提案されていない。

本発明は、ＨＶＤＣシステムの特性によるＭＴＦ及びＤａｍｅｐｅｄ−ｔｙｐｅ ＭＴＦの設計方法及びその設計装置を提供するのにその目的がある。

ＨＶＤＣシステムで発生する高周波次数に応じて一般に設計される高調波フィルタの設計による空間確保を減らすことができ、損失と価格の両側面を全て考慮してフィルタを設計することができるアルゴリズムを提案する。

実施例の高圧直流送電システムの複同調フィルタの設計方法は複同調フィルタ（ＭＴＦ）を設計する方法であって、前記ＭＴＦを構成する入力パラメータを選定するステップと、前記ＭＴＦの共振周波数を設定するステップと、前記入力パラメータと共振周波数に基づいて前記ＭＴＦのフィルタパラメータとなるＬ値とＣ値を演算するステップと、前記フィルタパラメータに抵抗値を組み合わせ、前記組み合わせによる価格を計算するステップと、前記計算された価格が予め設定された価格範囲内に属する場合、前記組み合わせられた抵抗値、Ｌ値及びＣ値を貯蔵するステップと、を含む。

提案される設計方法を介して、同じＭＴＦを設計しても経済性を考慮した最適なフィルタ構成要素（Ｒ，Ｌ，Ｃ）の組み合わせとしての設計が可能になる。

そして、フィルタを構成するそれぞれの手動素子に対する価格に関する事項と、素子それぞれの損失に関する事項を反映したフィルタの設計を可能にするこことで、結果的に最小限のコストで高い効率のフィルタを設計可能な長所がある。

一般的なＨＶＤＣシステムを示す構成図である。 高調波フィルタが挿入されたＨＶＤＣシステムに当たる高調波等価モデルを示す構成図である。 等価回路方式を利用したＭＴＦの設計方法を示す例示図である。 本発明の一実施例によるＭＴＦの設計方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施例による価格及び損失の最適化過程を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施例が適用されるＭＴＦのフィルタパラメータ設定装置を示す構成図である。 本発明の第２実施例によるＭＴＦ設計方法を説明するためのフローチャートである。

添付した図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、一般的なＨＶＤＣシステムを示す構成図である。

図１を参照すると、ＨＶＤＣシステムは８０ｋＶ級のＨＶＤＣシステムに設置されるＭＴＦが示されている。８０ｋＶ級のＨＶＤＣシステムは典型的な両極システムを有しており、８０ｋＶ級のＨＶＤＣシステムの特徴としては２つの極が同じ１２パルスのコンバータで形成されている。

このようなＨＶＤＣのコンバータは規定値以上の高調波電流を発生する。よって、フィルタリングをしなければ高調波電流は交流電圧に歪曲を発生するため正常なシステムの運転が妨害される恐れがある。

高調波フィルタはインピーダンスが小さい並列線路を形成し、高調波電流が流れ出されるようにすることで交流電圧の歪曲を収容可能な範囲以内にする役割をする。

１２パルスのコンバータは１２±１次の特性高調波を有する。よって、フィルタが必要な高調波成分は１１次、１３次、２３次及び２５次の成分である。それ以上高い次数の高調波成分は高帯域（ｈｉｇｈ ｐａｓｓ）フィルタによって減殺される。

８０ｋＶ級のＨＶＤＣシステムでは１７Ｍｖａｒの無効電力を補償するＭＴＦフィルタと１７Ｍｖａｒの無効電力を補償する広帯域フィルタが使用される。ＭＴＦは一つの高電圧キャパシタバンクと低電圧空気コアリアクタが直列に連結され、低電圧キャパシタバンクと空気コアリアクタが並列に連結されている。ここで、高調波フィルタは６０Ｈｚで無効電力をシステムに供給する役割をする。

図２は、高調波フィルタが挿入されたＨＶＤＣシステムに当たる高調波等価モデルを示す構成図である。

図２を参照すると、電流型ＨＶＤＣコンバータはＡＣ系統から無効電力を吸収し、高調波フィルタを介してコンバータに必要とする無効電力を供給する。

このようなＨＶＤＣコンバータは交流端で静電流の高調波電源としてモデリングすることができ、直流端では静電圧高調波電源としてモデリングすることができる。高調波フィルタはＨＶＤＣコンバータから発生する高調波がＡＣ系統への流入を抑制する役割をするため、図２でのような交流端の静電流高調波電源を利用した高調波等価モデルが使用される。

ここで、ＩｎはＨＶＤＣコンバータから発生される高調波電流であり、ＩｆｎとＩｓｎそれぞれはフィルタとＡＣ系統に流入される高調波電流を示す。ＺｆｎとＺｓｎはそれぞれＡＣ系統の高調波インピーダンスを示し、ＶｓｎはＡＣ系統の高調波電圧を意味する。

高調波フィルタの性能はＡＣ系統のアドミタンス値に依存し、このような系統のアドミタンスは実際の電力系統の状態に応じて時変するため与えられた周波数から正確なアドミタンス値を得ることが難しい。よって、高調波を設計する際にアドミタンス角を境界にする複素平面上で与えられた周波数に応じたアドミタンスをプロットして決定する。

図３は、等価回路方式を利用したＭＴＦの設計方法を示す例示図である。

図３を参照すると、ＨＶＤＣシステムで交流フィルタ(又は高調波フィルタ)を設計する際、高調波歪形、システム信頼度、コストなどを考慮する必要がある。

高調波フィルタは一つのバンク（ｂａｎｋ）に対応するコストが発生するため、図３（ａ）のように２つの高調波を除去するために２つのｓｉｎｇｌｅ ｔｕｎｅｄフィルタ（以下、「ＳＴＦ」と称する）を使用するより図３（ｂ）又は図３（ｃ）のように一つのフィルタバンクを並列に連結して具現することが同じ数の高調波を除去しようとする際に空間を少なく活用するため経済的に有利である。これはＳＴＦに比べＭＴＦがたった一つのスイッチギアのみを要求する長所があるためである。

また、図３（ｃ）のように並列ＬＣ共振タンクに並列に連結されるダンピング抵抗Ｒを含むＤａｍｐｅｄ−ｔｙｐｅ ＭＴＦの形態も使用される。

等価回路方式はＭＦＴ設計の際に比較的容易に接近する方法である。

ＭＴＦ設計のために、まず補償すべき総無効電力量をそれぞれのＳＴＦに均等に分配した後、各ＳＴＦのパラメータ値を選定する。

ＳＴＦのパラメータ値の選定において、まずフィルタに印加される電圧の大きさとフィルタが補償すべき無効電力量を決定する。

この際、フィルタの構造上直列ＬＣフィルタでキャパシタとインダクタが直列に連結されているため、フィルタのリアクタンスはキャパシタのリアクタンスとインダクタのリアクタンスとの差となる。

一方、除去すべきｈ差の高調波でのフィルタ全体のインピーダンスは０の値を有するべきであるため、キャパシタのリアクタンスはインダクタのリアクタンスにｈの自乗をかけた値と同じくなる。

上述した一般的なＭＦＴの設計方法によると、ＨＶＤＣのコンバータは規定値以上の高調波電流を発生するため、高調波フィルタを設置して高調波電流を流れ出すことで交流電圧の歪曲を収容可能な範囲以内にする役割をする。

１２パルスのコンバータは１２±１の特性高調波を有する。よって、フィルタが必要な高調波成分は１１次、１３次、２３次及び２５次の成分であり、それ以上高い次数の高調波成分は広帯域フィルタによって減殺される。

ＭＴＦは一つの高電圧キャパシタバンクと低電圧空気コアリアクタが直列に連結され、低電圧キャパシタバンクと空気コアリアクタが並列に連結される。また、除去しようとする高調波による並列ＬＣ共振タンクを直列に複数個連結して構成する。

高調波フィルタは６０Ｈｚで無効電力をシステムに供給する役割をする。よって、整流器とインバータのターミナルはコンバータと交流システム間で互いに交換する有効電力に比例して無効電力を吸収する。高調波フィルタはキャパシタを利用するため、コンバータに必要な無効電力を供給することができる。フィルタから無効電力が十分に補償されないと、ターミナルでの交流電圧はコンバータを正常動作するための十分な大きさを有することができない。

一方、ＨＶＤＣコンバータは直流端では静電圧高調波電源として、交流端では静電流高調波電源としてモデリングする。ＨＶＤＣコンバータから発生する高調波が系統に流入されることを防ぐことがフィルタの役割のうち一つであるため、交流端で高調波を分析するためのモデリングが要求される。

ここで、フィルタ及びフィルタに連結された電力系統（例えば、ＡＣ系統）はインピーダンスとして表現又はモデリングされる。

図２のモデルを利用し、コンバータから発生する高調波電流が系統に流れ込む程度とそれによる電圧の高調波特性を把握してからフィルタを設計する。

また、フィルタ及びフィルタに連結される電力系統との関係の安定化を増大するために、フィルタでの抵抗値の変更による容易な具現が可能である。

以下、図４乃至図６を参照して、本発明の第１実施例によるＭＴＦ設計アルゴリズムについて詳細に説明する。

図４は、本発明の第１実施例によるＭＴＦ設計方法を説明するためのフローチャートである。

図４を参照すると、本発明の実施例によるＭＴＦ設計アルゴリズムは以下のようなステップで行われる。

まず、ＭＴＦに当たる入力パラメータを設定するＳ４１０。ＭＴＦに当たる最適なフィルタパラメータの設定において、ＭＴＦに当たる入力パラメータが設定されるべきである。

入力パラメータはＭＴＦの定格乃至目標性能に関するパラメータになり、ＭＴＦに連結される負荷又は系統の定格電圧、ＭＴＦによって補償されるべき無効電力及びフィルタリングのうち少なくとも一つを含む。

ＭＴＦに連結される負荷又は系統はＨＶＤＣシステムの電力系統（例えば、ＡＣ系統）である。

そして、フィルタリング周波数はＭＴＦによってフィルタリングされるべき周波数であり、第１フィルタリング周波数と、第１フィルタリング周波数より大きい第２フィルタリング周波数を含む。例えば、フィルタリングする高調波成分が上述した１１次及び１３次の高調波成分である場合、第１フィルタリング周波数は１１次の高調波成分に当たる周波数であり、第２フィルタリング周波数は１３次の高調波成分に当たる周波数である。

そして、ＭＴＦの共振周波数を設定するＳ４２０。即ち、共振周波数の初期値を設定し、このような共振周波数の設定は複同調フィルタにフィルタリングされるべきフィルタリング周波数に基づいて行われる。

例えば、共振周波数は第１フィルタリング周波数と第２フィルタリング周波数との間の範囲に属する周波数として設定され、共振周波数設定ステップはフィルタパラメータを設定するために初期に入力される共振周波数としてＬ値とＣ値の組み合わせを介して価格帯の範囲を満足しない場合に再設定される。

共振周波数は初期値として第１フィルタリング周波数に設定される。

次に、フィルタのインピーダンスを構成するパラメータになるＬ値とＣ値を演算するＳ４３０。

例えば、ＭＴＦは互いに直列に連結される第１ＬＣ回路部、第２ＬＣ回路部及び第３ＬＣ回路部を含むように構成する。そして、第１ＬＣ回路部は第１キャパシタと第１インダクタが直列連結され、第２ＬＣ回路部は第２キャパシタと第２インダクタが並列に連結される。そして、第３ＬＣ回路部は第３キャパシタと第３インダクタが並列連結される構造を有する。

この場合、ＭＴＦパラメータは第１キャパシタのキャパシタンス値、第１インダクタのインダクタンス値、第２キャパシタのキャパシタンス値、第２インダクタのインダクタンス値、第３キャパシタのキャパシタンス値及び第３インダクタのインダクタンス値のうち少なくとも一つを含む。そして、フィルタの共振周波数は第２ＬＣ回路部及び第３ＬＣ回路部に当たる並列共振周波数である。

次に、演算されたＬとＣに対するフィルタインピーダンス特性を確認しＳ４４０、共振周波数別Ｌ値とＣ値を組み合わせて貯蔵するＳ４５０。即ち、確認されるフィルタインピーダンスが予め設定された基準値範囲に属する場合を共振周波数別Ｌ値とＣ値をテーブル化して貯蔵する。

次に、フィルタ素子である抵抗成分を設定し、抵抗成分が含まれたフィルタの価格を計算する過程が行われるＳ４６０。

例えば、抵抗成分の値（抵抗値）は抵抗最小値及び抵抗最大値として設定され、ＭＴＦに連結される負荷又は系統との安定化に要求される無効電力量を考慮してその最小値と最大値を設定する。

即ち、フィルタインピーダンスが予め設定された基準値を満足する範囲内のＬ値のＣ値に対して、無効電力量を考慮して設計される抵抗値が追加されたＲ，Ｌ，Ｃの組み合わせテーブルが作成される。

次に、Ｒ，Ｌ及びＣ値が決定されたそれぞれの場合に対して予め設定された価格範囲を逸脱するのか否かが判断されＳ４７０、判断結果、予め設定された価格範囲を超える場合には該当Ｒ，Ｌ及びＣ値に設定された共振周波数を再設定する過程Ｓ４８０を行う。

即ち、フィルタインピーダンスが基準値を満足するＬ値及びＣ値であっても、フィルタ素子である抵抗成分が追加されたフィルタに対して価格に関する市場競争性を判断し、その判断結果、予想された金額より大きく設計される場合には共振周波数を再設定することで、再設定される共振周波数に対するＬ，Ｃ及びＲ値の再設定が行われる。

一方、設計されたＬ，Ｃ及びＲ値に対する価格範囲が上限値に設定された価格の範囲以内であれば、満足した該当Ｌ，Ｃ及びＲ値とその際に設定された共振周波数値を共にテーブルに貯蔵するＳ４９０。

次に、フィルタの価格とフィルタの性能損失の観点から最適のＲ，Ｌ及びＣの組み合わせを設定するための価格及び損失の最適化過程が行われるＳ５００。

ここで、価格及び損失の最適化過程Ｓ５００については図５に記載される過程を中心に説明する。

価格及び損失の最適化は、フィルタを構成するＲ，Ｌ及びＣそれぞれの価格とそれらの組み合わせで行われたフィルタの価格に関する部分と、価格を基準に作成されるフィルタの組み合わせに対して性能損失を確認する過程で大きく区分される。

まず、価格及び損失の目的関数を構成するＳ５０１。

即ち、フィルタの個別素子に対する価格関数である第１目的関数を下記数式１のような例で構成する。
ここで、ｎ：フィルタの個数、ａ：キャパシタに対する価格乗数、ｂ：レジスタに対する価格乗数、ｃ：リアクタに対する価格乗数になる。

即ち、フィルタを構成するＲ，Ｌ及びＣそれぞれに対する価格情報と各素子が構成される個数を利用して設計されるフィルタそれぞれに対して価格情報を付加することができる。

そして、第２目的関数として損失に対する関するを下記数式２のように構成する。
ここで、ｎ：フィルタの個数、ｄ：キャパシタに対する損失乗数、ｅ：レジスタに対する損失乗数、ｆ：リアクタに対する損失乗数になる。

即ち、フィルタを構成するＲ，Ｌ及びＣそれぞれに対する損失情報と各素子が構成される個数を利用して設計されるフィルタそれぞれに対して損失情報を付加することができる。

一方、フィルタを設計する際に損失を考慮する理由は、総損失又は構成要素の損失が関連規格で明示した限界値を超過するか全体のシステム損失の１０％を超過する場合に該当機関（例えば、韓国電力公社）が設備の引渡を拒否する権利を有するため、ＨＶＤＣシステムを設計／設置する者は損失を考慮しなければならない。

そして、該当機関が設備を引き渡すと決定する場合、契約者は以下の数式３から算出される賠償金額を該当機関に支払うこともある。
ここで、ΣＰｅｘｃｅｓｓは、無効電力補償装置の確立分布平均の超過損失であって、単位はｋＷｈになる。

超過損失ΣＰｅｘｃｅｓｓは以下の数式４乃至数式６のうちいずれか一つによって決定され、無効電力の大きさに応じて数式４乃至数式６のうちいずれか一つが選択される。

数式４は、±４００ＭＶａｒの範囲内の無効電力の場合に発生し得る超過損失の量を示す数式である。

数式５は、±４５０ＭＶａｒのＳＶＣ（対称）範囲の無効電力の場合に発生し得る超過損失の量を示す数式である。

数式６は、−２２５ＭＶａｒ〜＋６７５ＭＶａｒ ＳＶＣ（非対称）の範囲内の無効電力の場合に発生し得る超過損失の量を示す数式である。

一方、前記のようにフィルタを構成する素子に対する価格の目的関数（第１目的関数）と各素子から発生する損失量を演算するための目的関数（第２目的関数）を選定すれば、価格と損失に関するフィルタ素子設計のテーブルが構成される。

次に、制約条件を選定する過程を行うＳ５０２。ここで、制約条件としては全高調波歪率（ＴＨＤ：Ｔｏｔａｌ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）値になり、全高調波歪率値は適合度の評価に直接関連する事項ではなく、Ｌ，Ｃの組み合わせを選定することにおける最小限の必要条件として適用される。例えば、適合度評価で規格が明示された限界範囲内のＬ，Ｃの組み合わせを選定しても、それをシステム連結してＴＨＤを評価した際に基準値（例えば、ＴＨＤ １．５％）以下であれば該当フィルタの設計は不合格と判断する。

即ち、価格と損失の側面で、設計されるフィルタに対して全高調波歪率値を利用して不合格設計を容易に除去することができる。

次に、個別目的関数（第１及び第２目的関数）に関する加重値ｗを選定する過程を行うＳ５０３。加重値ｗは損失に対するペナルティのコストになり、目的関数の単位統合に利用される。

ペナルティを付加する必要がある場合に加重値を適用すると、加重値ｗはｋＷｈにかけられる乗数の積で表現される。

加重値ｗの適用は数式７で表現される規格に従い、多様な状況及び条件に応じて互いに異なる値として示される。全体のシステムではなく高調波フィルタに限る場合であれば、全体のシステム損失から高調波フィルタが占める損失を考慮した新たなファクタを取り入れて加重値ｗを構成することもできる。

次に、目的関数による適合度を評価する過程が行われるＳ５０４。目的関数について加重値ｗを付加することで下記数式８のような単位が統合された目的関数を演算し、それから適合度を評価する。

フィルタの設計を介して価格帯の範囲を満足したＬ及びＣ値の組み合わせのうち、適合度評価を介して企画に明示された限界範囲内の組み合わせに縮小する。即ち、フィルタに対する価格情報が含まれた関数と、フィルタの性能損失に対する関するを単一の関数（Ｇ（ｘ））で表現することで、設計されるＬ及びＣ値の組み合わせのうち予め決定された基準範囲内に該当Ｇ（ｘ）が含まれない場合の設計を除去することができる。

次に、フィルタ構成要素であるＲ，Ｌ及びＣの組み合わせの数が最大反復回数になり、最大反復回数だけ適合度を評価しＳ５０５、最小値の適合度を有する場合のＲ，Ｌ及びＣを決定した後、アルゴリズムを終了する。

そして、演算された個別高調波成分又は全高調波歪率が予め設定された基準値以下であるのか否かを判断Ｓ５１０するが、ここで、基準値はＭＴＦに要求される性能、規格又は設計仕様に基づいて決定される。例えば、基準値はＩＥＥＥ Ｓｔｄ．５１９の許容レベルに基づいて決定される。

全高調波歪率が許容レベルを満足しなければ、Ｒ，Ｌ及びＣの組み合わせを変更して全高調波歪率を更に計算する。そして、予め設定された許容レベルを満足するＲ，Ｌ及びＣ値とそれに当たる共振周波数を一緒に貯蔵して管理するＳ５２０。

次に、前記で組み合わせられた抵抗値に基づいてＭＴＦを負荷又は系統に連結する。

このような過程を介し、同じＭＴＦを設計しても経済性を考慮した最適のフィルタ構成要素（Ｒ，Ｌ，Ｃ）の組み合わせとしての設計が可能になる。

そして、基準になる価格範囲はＲ，Ｌ及びＣ値それぞれに対してその価格が予め貯蔵されており、Ｒ，Ｌ及びＣの組み合わせの際に決定される価格が予め設定された価格範囲を逸脱すればＲ，Ｌ及びＣの組み合わせを全て変更することで簡便に多様な組み合わせに対する経済性を判断することができる長所がある。

図６は、本発明の実施例が適用されるＭＴＦのフィルタパラメータの設定装置を示す構成図である。

図６を参照すると、フィルタパラメータ設定装置１００は入力部１１０、貯蔵部１２０及び制御部１３０を含む。

入力部１１０はＭＴＦに当たる入力パラメータ及び抵抗値を入力される役割をする。

入力部１１０はユーザがフィルタパラメータ設定装置１００の動作を制御するための入力データを発生する。入力部１１０はキーパッド、ドームスイッチ、タッチパッド、ジョグホイール、ジョグスイッチなどで構成される。

また、入力部１１０はフィルタパラメータ設定装置１００に連結される全ての外部機器とのインターフェースの役割をする。

貯蔵部１２０は制御部１３０の処理及び制御のためのプログラムが貯蔵され、入出力されるデータ（入力パラメータ、抵抗値）及び制御部１３０によって演算及び算出される結果データを臨時貯蔵するか最終結果データを貯蔵するための機能を行う。

制御部１３０はフィルタパラメータ設定装置１００に実行されるフィルタパラメータ設定装置１００の動作を全般的に制御する役割をする。

制御部１３０はマイクロコントローラ、マイクロプロセッサの形態で具現される。制御部１３０はＭＴＦに当たる共振周波数及び予め設定された基準値内での抵抗値を設定する。また、制御部１３０は入力パラメータ、共振周波数及び抵抗値に基づいてＭＴＦに当たるパラメータ値を設定する。

制御部１３０は個別高調波成分又は全高調波歪率が基準値レベルを満足するのか否かを判断し、判断結果に応じて共振周波数を再設定する。

制御部１３０は負荷又は系統がＭＴＦに連結されることによる安全性の確保に応じて抵抗値を予め設定された基準点位以内で設定するか再設定する。

一方、ＭＴＦ設計方法について他の実施例を図７と共に詳細に説明する。

図７は、本発明の第２実施例によるＭＴＦ設計方法を説明するためのフローチャートである。

図４を参照すると、本発明の実施例によるＭＴＦの設計アルゴリズムは以下のようなステップで行われる。

まず、ＭＴＦに当たる入力パラメータを設定するＳ４０２。ＭＴＦに当たる最適のフィルタパラメータの設定において、ＭＴＦに当たる入力パラメータが設定されるべきである。

入力パラメータはＭＴＦの定格目標乃至定格性能に関するパラメータになり、ＭＴＦに連結される負荷又は系統の定格電圧、ＭＴＦによって補償されるべき無効電力及びフィルタリング周波数のうち少なくとも一つを含む。

ＭＴＦに連結される負荷又は系統はＨＶＤＣシステムの電力系統（例えば、ＡＣ系統）である。

そして、フィルタリング周波数はＭＴＦによってフィルタリングされるべき周波数であり、第１フィルタリング周波数と第１フィルタリング周波数より大きい第２フィルタリング周波数を含む。例えば、フィルタリングすべき高調波成分が上述した１１次及び１３次の高調波成分である場合、第１フィルタリング周波数は１１次の高調波成分に当たる周波数であり、第２フィルタリング周波数は１３次の高調波成分に当たる周波数である。

そして、ＭＴＦの共振周波数を設定するＳ４０２。即ち、共振周波数の初期値を設定し、このような共振周波数の設定は複同調フィルタにフィルタリングされるべきフィルタリング周波数に基づいて行われる。

例えば、共振周波数は第１フィルタリング周波数と第２フィルタリング周波数との間の範囲に属する周波数に設定され、共振周波数設定ステップはフィルタパラメータを設定するために初期に入力される共振周波数としてＬとＣ値との組み合わせを介して価格帯の範囲を満足しなければ再設定される。

共振周波数は初期値として第１フィルタリング周波数に設定される。

次に、フィルタのインピーダンスを構成するフィルタパラメータになるＬ値とＣ値を演算するＳ４０３。

例えば、ＭＴＦは互いに直列に連結される第１ＬＣ回路部、第２ＬＣ回路部及び第３ＬＣ回路部を含むように構成される。そして、第１ＬＣ回路部は第１キャパシタと第１インダクタが直列連結され、第２ＬＣ回路部は第２キャパシタと第２インダクタが並列連結される。また、第３ＬＣ回路部は第３キャパシタと第３インダクタが並列連結される構造を有する。

この場合、ＭＴＦパラメータは第１キャパシタのキャパシタンス値、第１インダクタのインダクタンス値、第２キャパシタのキャパシタンス値、第２インダクタのインダクタンス値、第３キャパシタのキャパシタンス値及び第３インダクタのインダクタンス値のうち少なくとも一つを含む。そして、フィルタの共振周波数は第２ＬＣ回路部及び第３ＬＣ回路部に当たる並列共振周波数である。

次に、演算されたＬとＣに対するフィルタインピーダンス特性を確認しＳ４０４、共振周波数別Ｌ値とＣ値を組み合わせて貯蔵するＳ４０５。即ち、確認されるフィルタインピーダンスが予め設定された基準値の範囲内に属する場合を共振周波数別Ｌ値よＣ値をテーブル化して貯蔵する。

次に、フィルタ素子である抵抗成分を設定し、抵抗成分が含まれたフィルタの価格を計算する過程が行われるＳ４０６。

例えば、抵抗成分の値（抵抗値）は抵抗最小値及び抵抗最大値に設定され、ＭＴＦに連結される負荷又は系統との安定化に要求される無効電力量を考慮してその最小値と最大値を設定する。

即ち、フィルタインピーダンスが予め設定された基準値を満足する範囲内のＬ値とＣ値に対して、無効電力量を考慮して設計される抵抗値が追加されたＲ，Ｌ，Ｃの組み合わせのテーブルが作成される。

次に、Ｒ、Ｌ及びＣ値が決定されたそれぞれの場合について予め設定された価格範囲を逸脱するのか否かが判断されＳ４０７、判断結果、予め設定された価格範囲を超過すれば該当Ｒ，Ｌ及びＣ値に設定された共振周波数を再設定する過程Ｓ４０８を行う。

即ち、フィルタインピーダンスが基準値を満足するＬ値及びＣ値であっても、フィルタ素子である抵抗成分が追加されたフィルタに対して価格に関する市場競争力を判断し、その判断結果、予想された金額より大きく設計される場合には共振周波数を再設定することで再設定される共振周波数に対するＬ，Ｃ及びＲ値の再設定が行われる。

一方、設計されたＬ，Ｃ及びＲ値に対する価格範囲が上限値として設定された価格範囲以内であれば、満足した該当Ｌ，Ｃ及びＲ値とその際に設定された共振周波数値を共にテーブルに貯蔵するＳ４０９。

次に、それぞれの共振周波数別に対するＲ，Ｌ及びＣ値に基づいてＭＴＦに当たる個別高調波成分又は全高調波歪率を計算するＳ４１０。

一実施例によると、個別高調波成分はＨＶＤＣシステムに含まれたＨＶＤＣコンバータが発生する高調波電流に当たる高調波成分になり、全高調波歪率は高調波電流に当たるＴＨＤである。

そして、演算された個別高調波成分又は全高調波歪率が予め設定された基準値以下であるのか否かを判断するがＳ４１１、ここで、基準値はＭＴＦに要求される性能、規格又は設計仕様に基づいて決定される。例えば、基準値はＩＥＥＥ Ｓｔｄ．５１９の許容レベルに基づいて決定される。

全高調波歪率が許容レベルを満足しなければＲ，Ｌ及びＣの組み合わせを変更して全高調波歪率を更に計算するＳ４１２。そして、予め設定された許容レベルを満足するＲ，Ｌ及びＣ値とそれに当たる共振周波数を共に貯蔵して管理するＳ４１２。次に、前記で組み合わせられた抵抗値に基づいてＭＴＦを負荷又は系統に連結する。

このような過程を介して、同じＭＴＦを設計しても経済性を考慮した最適のフィルタ構成要素（Ｒ，Ｌ、Ｃ）の組み合わせとしての設計が可能になる。

そして、基準になる価格範囲はＲ，Ｌ及びＣ値それぞれに対してその価格が予め貯蔵されており、Ｒ，Ｌ及びＣの組み合わせの際に決定される価格が予め設定された価格範囲を逸脱すればＲ，Ｌ及びＣの組み合わせを全て変更することで簡便に多様な組み合わせに対する経済性を判断することができる長所がある。

Claims (10)

1. 複同調フィルタ（ＭＴＦ）を設計する方法であって、
   前記ＭＴＦを構成する入力パラメータを選定するステップと、
   前記ＭＴＦの共振周波数を設定するステップと、
   前記入力パラメータと共振周波数に基づいて前記ＭＴＦのフィルタパラメータとなるＬ値とＣ値を演算するステップと、
   前記フィルタパラメータに抵抗値を組み合わせ、前記組み合わせによる価格を計算するステップと、
   前記計算された価格が予め設定された価格範囲内に属する場合、前記組み合わせられた抵抗値、Ｌ値及びＣ値を貯蔵するステップと、を含む高圧直流送電システムの複同調フィルタの設計方法。
2. 前記計算された価格が予め設定された価格範囲を逸脱すれば、前記共振周波数を再設定するステップを更に含む、請求項１に記載の高圧直流送電システムの複同調フィルタの設計方法。
3. 前記共振周波数を再設定した後、前記再設定された周波数に基づいてＬ値とＣ値を際演算するステップを更に含む、請求項２に記載の高圧直流送電システムの複同調フィルタの設計方法。
4. 前記組み合わせられた抵抗値、Ｌ値及びＣ値を貯蔵した後、
   前記抵抗値、Ｌ値及びＣ値に対する個別高調波成分又は全高調波歪率を算出するステップと、
   前記算出された個別高調波成分又は全高調波歪率が許容値を満足するのか否かを判断するステップと、を更に含む、請求項１に記載の高圧直流送電システムの複同調フィルタの設計方法。
5. 前記算出された個別高調波成分又は全高調波歪率が許容値を満足すれば、前記組み合わせられた抵抗値に基づいて負荷又は系統を連結するステップを更に含む、請求項４に記載の高圧直流送電システムの複同調フィルタの設計方法。
6. 前記算出された個別高調波成分又は全高調波歪率が許容値を逸脱すれば、前記組み合わせられた抵抗値、Ｌ値及びＣ値の組み合わせを変更するステップを更に行う、請求項４に記載の高圧直流送電システムの複同調フィルタの設計方法。
7. 前記組み合わせられた抵抗値、Ｌ値及びＣ値に対応する素子それぞれの価格に対する第１目的関数と、素子の性能損失を表現するための第２目的関数を利用して前記組み合わせられた抵抗値、Ｌ値及びＣ値の適合度を評価するステップを更に含む、請求項１に記載の高圧直流送電システムの複同調フィルタの設計方法。
8. 前記組み合わせられた抵抗値、Ｌ値及びＣ値の適合度を評価するステップは、
   前記抵抗値、Ｌ値及びＣ値に対する個別高調波成分又は全高調波歪率を算出するステップと、
   前記算出された個別高調波成分又は全高調波歪率が許容値を満足するのか否かを判断するステップと、を更に含む、請求項７に記載の高圧直流送電システムの複同調フィルタの設計方法。
9. 前記組み合わせられた抵抗値、Ｌ値及びＣ値の適合度を評価するステップは、前記第１目的関数又は第２目的関数に予め決定される加重値を付与した後、前記第１目的関数及び第２目的関数を合算することで単一の目的関数を演算するステップを更に含む、請求項８に記載の高圧直流送電システムの複同調フィルタの設計方法。
10. 前記決定される単一の目的関数の値が予め決定された基準範囲内に属すれば該当抵抗値、Ｌ値及びＣ値の組み合わせで構成されたフィルタの設計を許容する、請求項９に記載の高圧直流送電システムの複同調フィルタの設計方法。