JP6710291B2 - 高調波電流補償装置および空気調和システム - Google Patents

Description

本発明は、系統電源に流れる電流の高調波成分を抑制する高調波電流補償装置および空気調和システムに関するものである。

従来の高調波電流補償装置は、系統電源と系統電源に接続された高調波発生負荷との間に、並列に接続されている。従来の高調波電流補償装置は、負荷電流に急激な変化がなく、また周期性があることを前提として高調波発生負荷の負荷電流を検出し、高調波発生負荷によって発生した、負荷電流に含まれる高調波成分を抽出する。そして、従来の高調波電流補償装置は、電源周期が１周期分だけ遅れている高調波成分から補償量を演算し、演算した補償量に基づきスイッチング素子のＯＮ状態およびＯＦＦ状態を制御することにより、抽出した高調波成分を相殺する補償電流を発生させる。

従来の高調波電流補償装置は、制御周期間隔で二線間の線間電圧を検出し、検出した線間電圧に基づき、系統電源の電源周期を電源電圧のゼロ点で判定する。
また、従来の高調波電流補償装置は、ゼロ点の判定により得られた電源周期と、検出した線間電圧とに基づいて相電圧実効値を演算し、演算した相電圧実効値と制御周期間隔で検出した位相θとに基づき、相電圧瞬時値を演算する。

また、このような高調波電流補償装置では、装置の構成要素となるトランスによる系統電源の電圧歪みを抑制することが提案されている。具体的には、例えば、上述したようにして相電圧、負荷電流および位相を検出することに加えて、トランスの励磁電流成分を検出することにより、励磁電流の補償電流および高調波成分を相殺するために必要な補償電流を発生させる方法が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開平１１−３０８７７３号公報

ところで、従来の高調波電流補償装置は、補償電流の瞬時値が予め設定された値以上となった場合に、過大な電流が流れることによる装置の故障防止機能として、停止状態となる機能を有している。また、高調波電流補償装置の故障防止機能として、出力電流が予め設定された実効値以上とならないように、あるいは、高調波電流補償装置の皮相電力が予め設定された値以上にならないように出力を抑制する出力抑制機能を有している。

さらに、高調波電流補償装置は、その他の機能として、瞬時的な出力電流値が予め設定された値以上となる場合に、出力電流の瞬時値を自動的に設定値以下に抑制する機能を有している。このように、従来の高調波電流補償装置は、上述した３つの機能を組み合わせることにより、装置の安定的な動作を行っている。

しかしながら、高調波電流補償装置は、負荷電流に急激な変化がないことを利用して、負荷電流から補償電流の制御量を決定している。そのため、例えば、系統電源における電源電圧の電圧不平衡または電圧の大きな歪み等が発生した場合、高調波電流補償装置は、電源電圧環境の変動の影響を反映するのが遅れてしまう。すなわち、電圧不平衡または電圧の大きな歪み等が発生した場合には、系統電源周期中の予期しない位相において、補償電流が瞬時的に増加してしまう可能性がある。

この場合、原理的には補償の必要がない負荷電流の直流成分および偶数次の高調波成分が増加する可能性がある。上述した出力抑制機能は、系統電源の影響で負荷電流の瞬時値の変化が大きくなった場合に動作して補償電流の上限を抑制するため、この増加した高調波成分を抑制することができない。そのため、受電設備機器の発熱により、電源設備が停止する可能性があり、空気調和装置を安定して動作させる点で、改善の余地があった。

また、空気調和装置の発停の頻度が高くなると、空気調和装置では、冷房または暖房等の空気調和の動作の起動および停止を繰り返す状態が発生する。そのため、システム全体として能力不足に陥る虞があった。

本発明は、上記従来の技術における課題に鑑みてなされたものであって、系統電源の影響で設備機器に流入する負荷電流に発熱の原因となる高調波成分が発生しても、補償電流を過剰に増加させることなく、また、電源設備を異常停止させることなく空気調和装置の運転を継続させることができる高調波電流補償装置および空気調和システムを提供することを目的とする。

本発明は、系統電源に接続された負荷に並列に接続され、補償電流を供給することにより、前記系統電源から前記負荷に入力される負荷電流に含まれる高調波成分を抑制する高調波電流補償装置であって、前記負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、前記補償電流を検出する補償電流検出手段と、前記負荷電流検出手段で検出された前記負荷電流に含まれる前記高調波成分、および前記補償電流検出手段で検出された前記補償電流に基づき、前記補償電流の制御量を演算する制御量演算手段と、前記制御量が設定値を超える場合に、前記制御量を前記設定値に抑制するリミッタと、前記系統電源の線間電圧を検出する線間電圧検出手段と、前記線間電圧検出手段で検出された前記線間電圧に基づき、前記系統電源の変動に追従した相電圧指令を演算する相電圧指令演算手段と、前記制御量および前記相電圧指令に基づき、制御信号を生成する制御信号生成手段と、前記制御信号生成手段で生成された前記制御信号に基づき、前記補償電流を生成する主回路とを備え、前記リミッタは、前記線間電圧検出手段で検出された前記線間電圧に基づき、該線間電圧の不平衡率を演算するとともに、前記線間電圧に含まれる高調波成分を抽出して歪み率を演算し、演算した前記不平衡率または前記歪み率に基づき、前記設定値を調整するものである。

以上のように、本発明によれば、系統電源の変動に追従した相電圧指令に基づき、補償電流を生成することにより、系統電源の影響で設備機器に流入する負荷電流に発熱の原因となる高調波成分が発生しても、補償電流を過剰に増加させることなく、また、電源設備を異常停止させることなく負荷の運転を継続させることができる。

実施の形態に係る空気調和システムの構成の一例を示すブロック図である。 図１に示す高調波電流補償装置における処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図１に示す高調波電流補償装置における相電圧演算処理の流れの一例を示すフローチャートである。

実施の形態．
以下、本発明の実施の形態に係る空気調和システムについて説明する。この空気調和システムでは、例えば、高調波電流補償装置が、交流電源等の系統電源から負荷に対して流れる負荷電流の高調波成分を抑制することにより、負荷電流を補償するものである。

［空気調和システムの構成］
図１は、本実施の形態に係る空気調和システム１の構成の一例を示すブロック図である。図１に示すように、空気調和システム１は、系統電源２、高調波発生負荷３、高調波電流補償装置４および冷媒回路５等を備えている。この空気調和システム１では、系統電源２に高調波発生負荷３が接続され、高調波発生負荷３に冷媒回路５が接続されている。また、高調波電流補償装置４は、系統電源２と高調波発生負荷３との間で、高調波発生負荷３に並列に接続されている。系統電源２は、例えば三相交流電源であり、接続された高調波発生負荷３に対して負荷電流ＩＬを供給する。

高調波発生負荷３は、例えば、整流器、直流リアクタ、および平滑コンデンサ（いずれも不図示）等を備えた電力変換装置である。高調波発生負荷３は、系統電源２の交流電力をＰＷＭ制御によって任意の周波数の交流電力に変換し、冷媒回路５に供給する。このとき、高調波発生負荷３は、例えば交流電力を変換する際に、高調波を発生させる。

冷媒回路５は、例えば、圧縮機、熱源側熱交換器、膨張装置、四方弁、および負荷側熱交換器等が冷媒配管を介して接続されて構成されたものである。冷媒回路５では、圧縮機が圧縮して吐出した冷媒が冷媒配管内を循環することにより、冷凍サイクルが形成されている。

（高調波電流補償装置）
高調波電流補償装置４は、例えば、系統電源２と高調波発生負荷３との間の三相（Ｒ相、Ｓ相およびＴ相）に設けられたそれぞれの負荷電流検出器６Ｒ、６Ｓおよび６Ｔで、系統電源２から高調波発生負荷３に供給される三相の負荷電流ＩＬを検出する。高調波電流補償装置４は、検出した負荷電流ＩＬに基づいて補償電流Ｉａを生成する。そして、高調波電流補償装置４は、生成した補償電流Ｉａを系統電源２と高調波発生負荷３との間に設けられた受電点１０Ｒ、１０Ｓおよび１０Ｔに供給し、負荷電流ＩＬを補償する。これにより、高調波発生負荷３から発生する高調波が抑制される。

負荷電流検出器６Ｒ、６Ｓおよび６Ｔは、例えば、それぞれＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）等の電流センサで構成されている。なお、これに限られず、負荷電流検出器６Ｒ、６Ｓおよび６Ｔは、例えば、シャント抵抗で構成されてもよい。なお、以下の説明において、負荷電流検出器６Ｒ、６Ｓおよび６Ｔを特に区別する必要がない場合には、単に「負荷電流検出器６」と総称して説明する。また、負荷電流検出器６は、単一および複数の双方の場合を含むものとする。

図１に示すように、高調波電流補償装置４は、例えば、補償電流検出器１１、位相検出手段１２、補償出力指令演算手段１３、補償出力指令抑制判定レベル設定手段１４、補償出力指令抑制判定手段１５、補償出力指令抑制演算手段１６、誤差量演算手段１７、制御量演算手段１８、線間電圧検出手段１９、相電圧指令演算手段２０、リミッタ２１、制御信号生成手段２２、および主回路２３を備えている。

補償電流検出器１１Ｒ、１１Ｓおよび１１Ｔは、主回路２３の出力側に設けられ、主回路２３から出力される各相（Ｒ相、Ｓ相およびＴ相）の補償電流Ｉａを検出する。補償電流検出器１１Ｒ、１１Ｓおよび１１Ｔは、検出結果を誤差量演算手段１７および補償出力指令抑制判定手段１５に供給する。補償電流検出器１１Ｒ、１１Ｓおよび１１Ｔは、例えば、ＣＴまたはシャント抵抗等で構成されている。なお、以下の説明において、補償電流検出器１１Ｒ、１１Ｓおよび１１Ｔを特に区別する必要がない場合には、単に「補償電流検出器１１」と総称して説明する。また、補償電流検出器１１は、単一および複数の双方の場合を含むものとする。

位相検出手段１２は、系統電源２の電源電圧の位相を検出する。位相検出手段１２は、例えば、系統電源２の電源電圧のゼロ点を検出する検出回路を備え、検出した系統電源２の電源電圧のゼロ点から電源電圧の位相θを、予め設定された制御周期毎に演算する。制御周期は、例えば、後述する主回路２３に設けられているスイッチング素子のＯＮ状態とＯＦＦ状態とを制御する周期を示すキャリア周期と同周期に設定される。

補償出力指令演算手段１３は、負荷電流検出器６から供給された負荷電流ＩＬから基本波成分を取り除き、負荷電流ＩＬに含まれる高調波成分を抽出する。補償出力指令演算手段１３は、例えば、位相検出手段１２によって演算された位相θ毎に、負荷電流ＩＬに含まれる高調波成分を演算する。補償出力指令演算手段１３は、演算により得られた高調波成分に対応する信号を補償出力指令として、補償出力指令抑制演算手段１６または誤差量演算手段１７に供給する。

補償出力指令演算手段１３は、例えば、バンドパスフィルタで構成され、予め設定された周波数範囲の高調波成分を抽出する。また、これに限られず、補償出力指令演算手段１３は、例えばハイパスフィルタで構成され、予め設定された周波数以上の高調波成分を抽出してもよい。

補償出力指令抑制判定レベル設定手段１４は、後述する補償出力指令抑制判定手段１５における抑制判定値を設定するために設けられている。補償出力指令抑制判定レベル設定手段１４は、抑制判定値を、例えば予め設定された第１〜第４の値といった任意の値に設定することができる。抑制判定値は、系統電源２における線間電圧の不平衡の度合い、または電圧歪みの大きさに応じて設定される。

補償出力指令抑制判定手段１５は、補償電流検出器１１で検出された補償電流Ｉａと、補償出力指令抑制判定レベル設定手段１４で設定された抑制判定値とを比較し、補償出力指令を抑制するか否かを判定する。補償出力指令抑制判定手段１５は、判定結果を示す情報を、補償出力指令抑制演算手段１６に供給する。

補償出力指令抑制演算手段１６は、補償出力指令抑制判定手段１５の判定結果に基づき、補償出力指令演算手段１３から供給された補償出力指令を抑制する。補償出力指令抑制演算手段１６は、抑制した補償出力指令を誤差量演算手段１７に供給する。

誤差量演算手段１７は、補償出力指令演算手段１３または補償出力指令抑制演算手段１６から供給された補償出力指令と、補償電流検出器１１で検出された補償電流Ｉａとに基づき、補償出力指令と補償電流Ｉａとの誤差量を演算する。誤差量演算手段１７は、演算により得られた誤差量を制御量演算手段１８に供給する。

制御量演算手段１８は、誤差量演算手段１７から供給された誤差量に基づき、制御量を演算する。制御量演算手段１８は、演算により得られた制御量をリミッタ２１に供給する。ここで、制御量演算手段１８は、制御周期間隔で負荷電流ＩＬを位相毎に補償する。本実施の形態において、制御量演算手段１８は、これに加えて、負荷電流ＩＬが周期性を有するとして、１８０度離れた２つの位相における誤差量から平均の誤差量を算出する。そして、２つの位相には、符号の異なる同じ大きさの補償量を供給し、１周期の補償量の和がゼロとなるように制御する。このように、負荷電流ＩＬにおける１周期の補償量の和がゼロとなるようにすることにより、系統電源２に不平衡または歪みが発生した場合に、負荷電流ＩＬにおいて原理的に補償する必要のない直流成分および偶数次の高調波成分が増加することが回避される。

線間電圧検出手段１９は、主回路２３の出力側に設けられ、主回路２３に供給される系統電源２の電源電圧である三相分の線間電圧瞬時値を制御周期間隔で検出する。線間電圧検出手段１９は、検出した各相の線間電圧瞬時値を相電圧指令演算手段２０に供給する。

相電圧指令演算手段２０は、線間電圧検出手段１９によって制御周期間隔で検出された線間電圧瞬時値に基づき、補償された相電圧瞬時値を演算して取得する。相電圧指令演算手段２０は、取得した相電圧瞬時値を相電圧指令として制御信号生成手段２２に供給する。

ここで、従来の高調波電流補償装置４は、系統電源２の各相の相電圧実効値を取得する際に、３つの線間電圧のうちいずれか一つの線間電圧のみを検出し、検出した線間電圧に基づいて各相の相電圧実効値を演算している。しかしながら、このようにして各相の相電圧実効値を取得した場合には、系統電源２の電源電圧に不平衡または歪み等が発生したときに、不平衡および歪み等を考慮して各相の相電圧実効値を得ることができない。そのため、高調波の抑制能力が低下してしまう。

そこで、本実施の形態に係る高調波電流補償装置４は、すべての線間電圧瞬時値を検出し、検出した線間電圧瞬時値に基づいて各相の相電圧実効値をそれぞれ演算する。具体的には、相電圧指令演算手段２０は、線間電圧検出手段１９によって制御周期間隔で検出された線間電圧瞬時値に基づき、系統電源２の１周期毎に相電圧実効値を演算する。このとき、Ｒ相の相電圧実効値は、Ｒ相とＳ相との線間電圧から算出される。また、Ｓ相の相電圧実効値は、Ｔ相とＲ相との線間電圧から算出される。さらに、Ｔ相の相電圧実効値は、Ｓ相とＴ相との線間電圧から算出される。

また、相電圧指令演算手段２０は、算出された相電圧実効値と、位相検出手段１２で検出された位相θとに基づいて、相電圧瞬時値を演算する。相電圧指令演算手段２０は、線間電圧検出手段１９で検出された線間電圧瞬時値の絶対値を相毎に算出するとともに、算出された相電圧瞬時値に基づき線間電圧瞬時値を相毎に算出し、算出した線間電圧瞬時値の絶対値を相毎に算出する。

そして、相電圧指令演算手段２０は、算出した２つの線間電圧瞬時値の絶対値の差分を誤差量として相毎に算出し、算出した誤差量に対してＰＩ制御等の負帰還制御を行い、制御量を算出する。相電圧指令演算手段２０は、算出した制御量を相電圧瞬時値に加算し、相電圧瞬時値を補償した相電圧指令を取得する。このとき、Ｒ相とＳ相との線間電圧に基づき算出した制御量は、Ｒ相電圧およびＳ相電圧に加える。また、Ｓ相とＴ相の線間電圧に基づき算出した制御量は、Ｓ相電圧およびＴ相電圧に加える。さらに、Ｔ相とＲ相の線間電圧に基づき算出した制御量は、Ｔ相電圧およびＲ相電圧に加える。

例えば、系統電源２の電源電圧の振幅が電源周期以下の極僅かな時間で大きくなった場合について考える。この場合、従来は、相電圧実効値から相電圧瞬時値を演算するだけであり、瞬時的な電圧振幅変化に追従することができない。

これに対して、本実施の形態では、線間電圧の演算値と、線間電圧検出手段１９で検出された実際の検出値との誤差に対する負帰還制御を追加する。これにより、線間電圧の瞬時的な変化に追従することができ、実際の相電圧と制御信号生成手段２２で使用する相電圧指令との誤差量が減少するため、補償電流Ｉａを抑制できずに過電流となる事態が回避される。

リミッタ２１は、制御量演算手段１８から供給された制御量を抑制し、制御信号生成手段２２に供給する。リミッタ２１は、補償電流Ｉａが補償電流Ｉａの過電流レベルを超えないように、当該制御量を設定値として予め設定されたリミット値に抑制する。ここで、過電流レベルとは、絶縁破壊等の電気回路の損傷を回避するための、補償電流Ｉａの振幅の絶対値の上限である。

また、リミッタ２１は、線間電圧検出手段１９で検出された線間電圧瞬時値から各次数の高調波成分を抽出して全高調波歪みを算出する。そして、リミッタ２１は、算出した全高調波歪みによって得られる歪み率が予め設定された設定値以上となった場合に、リミット値を調整する。なお、高調波の歪み率は、例えば後述する主回路２３で補償電流が生成される前に、補償電流Ｉａをゼロとした状態で制御を行っている際に、系統電源２の電源電圧を検出することによって求める。

さらに、リミッタ２１は、線間電圧検出手段１９で検出された線間電圧瞬時値から、各線間電圧における不平衡の度合いを示す不平衡率を算出する。そして、リミッタ２１は、算出した不平衡率に基づいてリミット値を調整する。リミッタ２１は、リミット値に抑制された制御量を制御信号生成手段２２に供給する。

制御信号生成手段２２は、リミッタ２１から供給された制御量と、キャリア周期と、相電圧指令演算手段２０から供給された相電圧指令とに基づき、制御信号を生成する。制御信号生成手段２２は、生成した制御信号を主回路２３に供給する。

主回路２３は、制御信号生成手段２２から供給された制御信号に基づき、補償電流Ｉａを生成し、生成した補償電流Ｉａを受電点１０Ｒ、１０Ｓおよび１０Ｔに供給する。これにより、負荷電流ＩＬの高調波成分が抑制されるため、系統電源２に高調波成分を含む電流が流入しないように負荷電流ＩＬが補償される。

主回路２３は、例えば、三相電力変換器における一般的な回路構成であり、ゲート駆動回路と、スイッチング素子および転流ダイオードで構成されるアームを６つ備えたブリッジ回路と、ブリッジ回路の上アームと下アームとの間のそれぞれの中点に接続された３つのリアクトルと、ブリッジ回路の直流部に設けられたエネルギー蓄積用のコンデンサとを備え、順変換器と逆変換器との機能を有するものである。

［高調波電流補償装置の動作］
次に、本実施の形態に係る空気調和システム１における高調波電流補償装置４の動作について説明する。図２は、図１に示す高調波電流補償装置４における処理の流れの一例を示すフローチャートである。

まず、高調波電流補償装置４において、補償出力指令抑制判定レベル設定手段１４は、抑制判定値が設定されたか否かを判断する（ステップＳ１）。抑制判定値が設定されたと判断した場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）には、処理がステップＳ２に移行する。一方、抑制判定値が設定されていないと判断した場合（ステップＳ１；Ｎｏ）には、処理がステップＳ１に戻り、抑制判定値が設定されるまで、ステップＳ１の処理を繰り返す。

次に、位相検出手段１２は、系統電源２における電源電圧のゼロ点を検出したか否かを判断する（ステップＳ２）。電源電圧のゼロ点を検出したと判断した場合（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、高調波電流補償装置４は、補償電流Ｉａに初期値を設定する（ステップＳ３）。一方、電源電圧のゼロ点を検出しないと判断した場合（ステップＳ２；Ｎｏ）には、処理がステップＳ４に移行する。

位相検出手段１２は、位相θを検出する（ステップＳ４）。そして、高調波電流補償装置４は、検出した位相θに基づき、制御周期が到来したか否かを判断する（ステップＳ５）。制御周期が到来したと判断した場合（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、補償出力指令演算手段１３は、負荷電流検出器６で検出された負荷電流ＩＬの高調波成分を抽出する（ステップＳ６）。一方、制御周期が到来していないと判断した場合（ステップＳ５；Ｎｏ）には、処理がステップＳ４に戻る。

次に、高調波電流補償装置４は、負荷電流ＩＬの高調波成分の指令値の抑制判定を行うか否かを判断する（ステップＳ７）。負荷電流ＩＬの高調波成分の指令値の抑制判定を行わない（ステップＳ７；Ｎｏ）と判断した場合、誤差量演算手段１７は、負荷電流ＩＬの高調波成分と、補償電流Ｉａとに基づき、誤差量を算出する（ステップＳ８）。また、制御量演算手段１８は、ステップＳ８で算出した誤差量に基づき、制御量を算出する（ステップＳ９）。

高調波電流補償装置４は、ステップＳ７で負荷電流ＩＬの高調波成分の指令値の抑制判定を行ったか否かを判断する（ステップＳ１０）。負荷電流ＩＬの高調波成分の指令値の抑制判定を行っていないと判断した場合（ステップＳ１０；Ｎｏ）には、処理がステップＳ１１に移行する。一方、ステップＳ１０において、負荷電流ＩＬの高調波成分の指令値の抑制判定を行ったと判断した場合（ステップＳ１０；Ｙｅｓ）には、処理がステップＳ１３に移行する。

次に、高調波電流補償装置４は、ステップＳ９で算出した制御量がリミット値を超えるか否かを判断する（ステップＳ１１）。制御量がリミット値を超えると判断した場合（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）には、処理がステップＳ１２に移行する。一方、制御量がリミット値を超えないと判断した場合（ステップＳ１１；Ｎｏ）には、処理がステップＳ１３に移行する。

リミッタ２１は、制御量をリミット値に抑制する（ステップＳ１２）。また、制御信号生成手段２２は、相電圧指令および制御量基づき、制御信号を生成する（ステップＳ１３）。主回路２３は、ステップＳ１３で生成した制御信号に基づいてスイッチング素子を制御し（ステップＳ１４）、スイッチング素子の動作に応じて、受電点１０Ｒ、１０Ｓおよび１０Ｔに補償電流Ｉａを供給する（ステップＳ１５）。

そして、高調波電流補償装置４は、終了指令を受けたか否かを判断する（ステップＳ１６）。終了指令を受けたと判断した場合（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）には、一連の処理が終了する。一方、終了指令を受けていないと判断した場合（ステップＳ１６；Ｎｏ）には、処理がステップＳ２に戻る。

一方、ステップＳ７において、負荷電流ＩＬの高調波成分の指令値の抑制判定を行うと判断した場合（ステップＳ７；Ｙｅｓ）には、処理がステップＳ１７に移行する。補償出力指令抑制判定手段１５は、補償出力指令抑制判定レベル設定手段１４に設定された抑制判定値と、補償電流検出器１１によって検出された補償電流Ｉａとを比較し、三相の補償電流Ｉａのうち、一相でも補償電流Ｉａが抑制判定値に達しているか否かを判断する（ステップＳ１７）。

三相の補償電流Ｉａのうち、一相でも抑制判定値に達していると判断した場合（ステップＳ１７；Ｙｅｓ）、補償出力指令抑制演算手段１６は、高調波電流補償装置４は、負荷電流ＩＬの高調波成分の指令値を抑制する（ステップＳ１８）。一方、三相の補償電流Ｉａのうち、一相でも抑制判定値に達していないと判断した場合（ステップＳ１７；Ｎｏ）には、処理がステップＳ１０に移行する。

このように、本実施の形態に係る高調波電流補償装置４は、前回供給した補償電流Ｉａの制御量と、予め設定された設定値とに基づいて次回の補償電流Ｉａを制御する動作構成である。つまり、高調波電流補償装置４は、制御周期の１周期分の遅れ成分があったとしても、高調波発生負荷３等に急激な変化がなく、負荷電流ＩＬに周期性があれば、次回の負荷電流ＩＬを予測することができる。そのため、キャリア周波数を高速な値に設定し、高速動作可能なスイッチング素子を用いてＯＮ状態とＯＦＦ状態とを制御すれば、実使用上問題ない程度まで負荷電流ＩＬの高調波成分を抑制することができる。

次に、相電圧演算処理を行う際の高調波電流補償装置４の動作について説明する。図３は、図１に示す高調波電流補償装置４における相電圧演算処理の流れの一例を示すフローチャートである。

まず、位相検出手段１２は、系統電源２における電源電圧のゼロ点を検出したか否かを判断する（ステップＳ２１）。電源電圧のゼロ点を検出したと判断した場合（ステップＳ２１；Ｙｅｓ）、相電圧指令演算手段２０は、線間電圧検出手段１９によって検出された各線間電圧瞬時値に基づき、各相の相電圧実効値を演算する（ステップＳ２２）。一方、電源電圧のゼロ点を検出しないと判断した場合（ステップＳ２１；Ｎｏ）には、処理がステップＳ２３に移行する。

次に、高調波電流補償装置４は、位相検出手段１２で検出された位相θに基づき、制御周期が到来したか否かを判断する（ステップＳ２３）。制御周期が到来したと判断した場合（ステップＳ２３；Ｙｅｓ）、相電圧指令演算手段２０は、算出された相電圧実効値と位相θとに基づき、各相の相電圧瞬時値を算出する（ステップＳ２４）。一方、制御周期が到来していないと判断した場合（ステップＳ２３；Ｎｏ）には、処理がステップＳ２３に戻り、制御周期が到来するまでステップＳ２３の処理を繰り返す。

また、線間電圧検出手段１９は、系統電源２の線間電圧瞬時値を相毎に検出する（ステップＳ２５）。相電圧指令演算手段２０は、ステップＳ２４で算出された相電圧瞬時値に基づき線間電圧瞬時値を相毎に算出し、算出した線間電圧瞬時値の絶対値を相毎に算出するとともに、ステップＳ２５で検出された線間電圧瞬時値の絶対値を相毎に算出する。そして、相電圧指令演算手段２０は、得られた２つの線間電圧瞬時値の絶対値の差分を誤差量として相毎に算出する（ステップＳ２６）。

次に、相電圧指令演算手段２０は、ステップＳ２６で算出した誤差量に対して負帰還制御を行い、制御量を算出する（ステップＳ２７）。そして、相電圧指令演算手段２０は、ステップＳ２４で算出した各相電圧瞬時値に対して、ステップＳ２７で算出した制御量を相毎に加算し、相電圧指令を取得する（ステップＳ２８）。このようにして得られた相電圧指令は、制御信号生成手段２２に供給され、制御信号生成手段２２で制御信号を生成する際に用いられる。

以上のように、本実施の形態に係る高調波電流補償装置４は、系統電源２に接続された高調波発生負荷３に並列に接続され、補償電流Ｉａを供給することにより、系統電源２から高調波発生負荷３に入力される負荷電流ＩＬに含まれる高調波成分を抑制するものである。高調波電流補償装置４は、負荷電流ＩＬを検出する負荷電流検出器６と、補償電流Ｉａを検出する補償電流検出器１１と、負荷電流検出器６で検出された負荷電流ＩＬに含まれる高調波成分、および補償電流検出手段で検出された補償電流Ｉａに基づき、補償電流Ｉａの制御量を演算する制御量演算手段１８と、制御量が設定値を超える場合に、制御量を設定値に抑制するリミッタ２１と、系統電源２の線間電圧を検出する線間電圧検出手段１９と、線間電圧検出手段１９で検出された線間電圧に基づき、系統電源２の変動に追従した相電圧指令を演算する相電圧指令演算手段２０と、制御量および相電圧指令に基づき、制御信号を生成する制御信号生成手段２２と、制御信号生成手段２２で生成された制御信号に基づき、補償電流Ｉａを生成する主回路２３とを備えている。このように、高調波電流補償装置４では、系統電源２の変動に追従した相電圧指令を演算し、この相電圧指令と制御量とに基づく制御信号によって補償電流Ｉａが生成されるため、負荷電流ＩＬに含まれる高調波成分の抑制能力を向上させることができる。

また、本実施の形態に係る高調波電流補償装置４において、リミッタ２１は、線間電圧検出手段１９で検出された線間電圧に基づき、線間電圧の不平衡率を演算するとともに、線間電圧に含まれる高調波成分を抽出して歪み率を演算し、演算した不平衡率または歪み率に基づき、設定値を調整する。これにより、系統電源２棟の影響で負荷電流ＩＬの変化が大きくなるに伴い、原理的に補償の必要がない直流成分および偶数次の高調波成分を増加させるような補償出力指令の変化があった場合でも、補償電流Ｉａが大きくなることを抑制できる。

また、これにより、負荷電流ＩＬの直流成分および偶数次の高調波成分を増加させることなく、高調波発生負荷３の運転を継続させることができる。例えば、高調波発生負荷３が電力変換装置であり、電力変換装置からの電力を冷媒回路５に供給する場合には、冷媒回路５を含む空気調和システム１の運転を継続させることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上述した本発明の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、上述した例では、高調波電流補償装置４の構成要素として、補償出力指令抑制判定レベル設定手段１４、補償出力指令抑制判定手段１５および補償出力指令抑制演算手段１６を備えるように説明したが、補償出力指令を抑制する必要がない場合には、これらを設ける必要はない。

１ 空気調和システム、２ 系統電源、３ 高調波発生負荷、４ 高調波電流補償装置、５ 冷媒回路、６、６Ｒ、６Ｓ、６Ｔ 負荷電流検出器、１０Ｒ、１０Ｓ、１０Ｔ 受電点、１１、１１Ｒ、１１Ｓ、１１Ｔ 補償電流検出器、１２ 位相検出手段、１３ 補償出力指令演算手段、１４ 補償出力指令抑制判定レベル設定手段、１５ 補償出力指令抑制判定手段、１６ 補償出力指令抑制演算手段、１７ 誤差量演算手段、１８ 制御量演算手段、１９ 線間電圧検出手段、２０ 相電圧指令演算手段、２１ リミッタ、２２ 制御信号生成手段、２３ 主回路。

Claims (4)

1. 系統電源に接続された負荷に並列に接続され、補償電流を供給することにより、前記系統電源から前記負荷に入力される負荷電流に含まれる高調波成分を抑制する高調波電流補償装置であって、
   前記負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、
   前記補償電流を検出する補償電流検出手段と、
   前記負荷電流検出手段で検出された前記負荷電流に含まれる前記高調波成分、および前記補償電流検出手段で検出された前記補償電流に基づき、前記補償電流の制御量を演算する制御量演算手段と、
   前記制御量が設定値を超える場合に、前記制御量を前記設定値に抑制するリミッタと、
   前記系統電源の線間電圧を検出する線間電圧検出手段と、
   前記線間電圧検出手段で検出された前記線間電圧に基づき、前記系統電源の変動に追従した相電圧指令を演算する相電圧指令演算手段と、
   前記制御量および前記相電圧指令に基づき、制御信号を生成する制御信号生成手段と、
   前記制御信号生成手段で生成された前記制御信号に基づき、前記補償電流を生成する主回路と
   を備え、
   前記リミッタは、
   前記線間電圧検出手段で検出された前記線間電圧に基づき、該線間電圧の不平衡率を演算するとともに、前記線間電圧に含まれる高調波成分を抽出して歪み率を演算し、
   演算した前記不平衡率または前記歪み率に基づき、前記設定値を調整する高調波電流補償装置。
2. 前記リミッタは、前記主回路により前記補償電流が生成される前に前記線間電圧検出手段で検出された前記線間電圧に基づき、前記不平衡率および前記歪み率を演算する
   請求項１に記載の高調波電流補償装置。
3. 前記高調波成分に基づく補償出力指令と前記補償電流との誤差量を演算する誤差量演算手段をさらに備え、
   前記制御量演算手段は、
   位相が１８０度離れた２つの位相に対応するそれぞれの誤差量に基づき、該誤差量の平均値を演算し、
   演算した前記誤差量の平均値に基づき、前記制御量を演算する
   請求項１または２に記載の高調波電流補償装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の高調波電流補償装置と、
   前記系統電源に接続され、前記系統電源から供給される電流で駆動する冷媒回路と
   を備えた空気調和システム。

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