JPH07298494A

JPH07298494A - アクティブフィルタの制御回路

Info

Publication number: JPH07298494A
Application number: JP6086082A
Authority: JP
Inventors: Koichi Sano; 耕市佐野
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1994-04-25
Filing date: 1994-04-25
Publication date: 1995-11-10

Abstract

(57)【要約】【目的】系統電流から補償電流を減算して検出した高
調波電流を打ち消すアクティブフィルタの制御回路にお
いて、アクティブフィルタ運転時に高調波電流の拡大が
生じると、それを各高調波次数毎に検知して拡大を防止
する。【構成】高調波検出器13内で各次調波演算部9aと各次
調波加算部9bとの間に各高調波次数毎に挿入された第１
ゲート回路13a…と、系統電流Isを各高調波次数毎に直
流変換する直流変換器14と、各直流変換器出力信号を２
値化する比較器15a…と、各入力側を各比較器出力に接
続して各出力側を各高調波次数毎に第１反転器21a…を
介して各第１ゲート信号入力に接続した第２ゲート回路
16a…と、運転指令信号を入力信号とし、出力側を第１
タイマ19を介して各第２ゲート信号入力に接続したアン
ド回路17と、オア回路18を介して入力側を各第２ゲート
回路出力に接続し、出力側を第２反転器22を介してアン
ド回路入力に接続した第２タイマ20とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、負荷側で発生した高調
波電流を打ち消すアクティブフィルタの制御回路に関す
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
てきており、それに伴って高調波障害が多発している。
そのため、従来、高調波対策としてアクティブフィルタ
（能動型フィルタ）を導入するケースが増えつつあり、
その一具体例を図２（ａ）（ｂ）を参照して次に説明す
る。まず図２（ａ）において（１）は電源、（２）は系
統母線、（３）は負荷、（４）はアクティブフィルタ
（以下、ＡＦと称する。）、（５）は系統電流検出用第
１変流器、（６）は補償電流検出用第２変流器である。
上記電源（１）は系統母線（２）を介して高調波発生源
となる負荷（３）に接続される。ＡＦ（４）は図２
（ｂ）に示す制御回路（７）及び高周波インバータ（図
示せず）を有し、負荷（３）側で発生した高調波電流
（IL）を打ち消す逆位相の補償電流（Ia）を上記インバ
ータによって系統母線（２）に注入するもので、そのイ
ンバータ駆動を制御回路（７）によって制御する。

【０００３】上記制御回路（７）は、図２（ｂ）に示す
ように、電源受電端に設けた第１変流器（５）によって
検出した系統電流（Is）（但し、母線電流と同一記号を
使用する）から高調波成分打ち消し用補償電流（Ia）を
減算し、負荷側で発生した高調波電流（IL=Is-Ia）を検
出する第１加算器（８）と、高調波電流（IL）から補償
対象となる所定次数の高調波成分（ILh）を検出する高
調波検出器（９）と、第２変流器（６）によって検出し
た補償電流（Ia）（但し、母線電流と同一記号を使用す
る）と高調波成分（ILh）とを加算する第２加算器（1
0）と、第２加算器出力側に接続され、第２加算器出力
信号（ILh+Ia）の正負を判別する零クロスヒステリシス
比較器（11）と、上記比較器出力側に接続され、その出
力信号が正の場合は補償電流（Ia）を増加させる方向、
負の場合は補償電流（Ia）を減少させる方向にインバー
タを駆動制御するインバータ駆動部（12）とを具備す
る。

【０００４】ここで、上記高調波検出器（９）は、図２
（ｃ）に示すように、高調波電流（IL）から相異なる次
数、例えば５次、７次、11次、及び13次の４個の高調波
成分を算出して取り出す各次調波演算部（9a）と、上記
演算部（9a）から取り出した複数の高調波成分を加算し
て出力する各次調波加算部（9b）とを具備し、高調波電
流（IL）から所定の複数の高調波次数を含む高調波成分
（ILh）を検出する。又、特に複数の負荷（３）が並列
的に複数フィーダに分岐している場合、各フィーダ線毎
に変流器を設け、Ｃ方向に流れる負荷電流を直接的に検
出して合成しようとしても、例えばフィーダ線が多くな
ってくると、その作業が甚だしく困難になる。そこで、
制御回路（７）では、直接、負荷電流を検出する代わり
に、上述したように、過電流検出及び保護用として電源
受電端に設けられている第１変流器（５）により検出し
た系統電流（Is）から第１加算器（８）で補償電流（I
a）を減算して負荷側で発生した合成高調波電流（IL）
を間接的に検出している。

【０００５】又、図２（ａ）の等価回路を図２（ｄ）に
示すと、上記等価回路は電源（１）を系統インピーダン
スで表現し、負荷（３）及びＡＦ（４）をそれぞれ電流
源で表現したもので、補償電流（Ia）をＡＦ（４）から
反Ｂ方向に系統母線（２）に注入し、それによって負荷
（３）側でＣ方向に発生した高調波成分（ILh）を打ち
消して零にする構成になっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする課題
は、負荷側においてコンデンサ等の高調波に対して低イ
ンピーダンスとなる負荷（3a）が系統条件に加わった場
合にＡＦ（４）を運転すると、負荷インピーダンス（-X
c）と系統インピーダンス（Xs）との間で高調波電流（I
L）の拡大が生じ、ＡＦ（４）による高調波電流（IL）
の打ち消しが不能になる点である。即ち、例えば図２
（ｅ）の等価回路に示すように、系統インピーダンス
（Xs）に負荷インピーダンス（-Xc）が電流源側から見
て並列につながれ、且つ、電流源｛負荷（３）｝から発
生する電流を（Io）、系統インピーダンス（Xs）及び負
荷インピーダンス（-Xc）への分流電流をそれぞれ（Is
x）（Ic）、各インピーダンスの図中下から上に向う電
流方向を正とすると、

【０００７】Isx={-Xc/(Xs-Xc)}・Io …（イ）、Ic={Xs/
(Xs-Xc)}・Io …（ロ）となる。

【０００８】ここで、Xs＞Xcとなる場合、電流（Io）が
正方向に流れれば、分流電流（Isx）は負方向（上から
下）、分流電流（Ic）は正方向（下から上）へそれぞれ
流れる。そこで、電流（Io）として負荷（３）から高調
波成分（ILh）が正方向に流れた場合、第１変流器
（５）で負方向（反Ａ方向）に流れる分流電流（Isx）
を検出するため、補償電流（Ia）は図２（ｄ）とは逆向
き（Ｂ方向）に流れる。そうすると、補償電流（Ia）は
高調波成分（ILh）と同様、正方向に流れるため、
（イ）式と同様、補償電流（Ia）の系統インピーダンス
（Xs）を流れる分流電流（Isa）は負となって分流電流
（Isx）と同じ方向（反Ａ方向）に流れる。その結果、
第１変流器（５）において負方向（反Ａ方向）の検出電
流が更に増加するため、補償電流（Ia）が益々、増加し
て高調波電流（IL）の拡大が生じ、制御不能になる状態
が生じる。

【０００９】上記負荷インピーダンス（-Xc）が加わる
のは稀であるが、上記のような制御不能状態が発生する
と、系統インピーダンス（Xs）及び負荷インピーダンス
（-Xc）の分流電流（Isx）（Ic）は共に大きくなり、本
来の電源系統の高調波成分の打ち消しが出来ないばかり
でなく、負荷側コンデンサの加熱等の不具合を生じる。

【００１０】尚、Xs＜Xcとなる場合、電流（Io）が正方
向に流れれば、分流電流（Isx）は正方向（下から
上）、分流電流（Ic）は負方向（上から下）へそれぞれ
流れる。そこで、負荷（３）から高調波成分（ILh）が
正方向に流れた場合、第１変流器（５）において正方向
（Ａ方向）に分流電流（Isx）を検出するため、補償電
流（Ia）は図２（ｄ）と同方向（反Ｂ方向）に流れ、本
来の高調波成分の打ち消しを行なう。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、高調波電流か
ら相異なる次数の複数の高調波成分を算出して取り出す
各次調波演算部と、上記演算部から取り出した複数の高
調波成分を合成して出力する各次調波加算部とを具備し
た高調波検出器を有し、系統電流から第１加算器で高調
波成分打ち消し用補償電流を減算して負荷側で発生した
高調波電流を検出し、上記高調波電流から上記高調波検
出器により所定の複数次数からなる高調波成分を検出し
て第２加算器で補償電流と加算し、その第２加算器出力
信号が零になるように補償電流発生用インバータを駆動
制御して上記高調波成分を打ち消すアクティブフィルタ
の制御回路において、上記高調波検出器内で各次調波演
算部出力と各次調波加算部入力との間に各高調波次数毎
に挿入され、その各次数毎に上記演算部と加算部を導通
又は遮断する複数の第１ゲート回路と、上記系統電流が
入力し、それを演算して各高調波次数毎に直流変換して
出力する直流変換器と、各高調波次数毎に独立に設けら
れ、各一方の入力側に上記直流変換器出力が各高調波次
数毎に入力し、各直流変換器出力信号と所定レベルの設
定値とを比較して上記系統電流を各高調波次数毎に２値
化して出力する複数の比較器と、各高調波次数毎に独立
に設けられ、各入力側を上記比較器の各高調波次数毎の
出力に接続して各出力側を各高調波次数毎に複数の第１
反転器を介して上記各第１ゲート回路のゲート信号入力
に接続した複数の第２ゲート回路と、アクティブフィル
タ運転指令信号を一方の入力信号とし、出力側を第１タ
イマを介して上記各第２ゲート回路の各ゲート信号入力
に接続したアンド回路と、上記各第２ゲート回路出力が
同時入力したオア回路を介して入力側を上記各第２ゲー
ト回路出力に接続し、出力側を第２反転器を介して上記
アンド回路の他方の入力に接続した第２タイマとを具備
したことを特徴とする。

【００１２】

【作用】上記技術的手段によれば、ＡＦ運転時に系統電
流を補償対象となる高調波次数毎に直流変換し、その内
の特定次数の直流変換出力が所定レベルの設定値以上に
なったことを検出すると、その高調波次数に対して系統
条件に低インピーダンスとなる負荷が加わって該当次数
成分電流の拡大が生じたと判定し、その次数についてＡ
Ｆ出力を零にして運転を遮断し、負荷側の高調波発生量
以上に該当次数成分電流が拡大しないようにする。又、
特定の高調波次数のＡＦ運転を遮断すると、第２タイマ
によって決まる時間経過後、該当次数成分について通常
のＡＦ運転モードに強制的に戻し、その時の上記系統電
流をチェックした後、各次数毎にＡＦ運転を適宜、継続
又は遮断する。

【００１３】

【実施例】本発明に係るアクティブフィルタの制御回路
の実施例を図１を参照して以下に説明する。図２（ｂ）
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。図において（13）は高調波検出器、（13
a）〜（13d）は複数の第１ゲート回路、（14）は直流変
換器、（15a）〜（15d）は複数の比較器、（16a）〜（1
6d）は複数の第２ゲート回路、（17）はアンド回路、
（18）はオア回路、（19）（20）それぞれ第１、第２タ
イマである。上記第１ゲート回路（13a）〜（13d）は高
調波検出器（13）内にあって各次調波演算部（9a）と各
次調波加算部（9b）との間に挿入され、５次、７次、11
次、13次の各高調波次数毎に入力する第１ゲート信号
（Ga）〜（Gd）によって両者間を導通又は遮断（出力ロ
ウ）する。直流変換器（14）は第１変流器（５）で検出
した系統電流（Is）が入力し、それを各次調波演算して
各高調波次数毎に直流に変換して各次数毎の直流信号
（振幅値に比例した信号）（Pa）〜（Pd）を出力する。
比較器（15a）〜（15d）は、各高調波次数毎に独立に設
けられ、各一方の入力側に直流変換器（14）の出力が各
高調波次数毎に入力し、各直流変換器出力である直流信
号（Pa）〜（Pd）と所定レベルの設定値（Pr）とを比較
して各高調波次数毎に系統電流（Is）を２値化して出力
する。

【００１４】第２ゲート回路（16a）〜（16d）は各高調
波次数毎に独立に設けられ、各入力側を比較器（15a）
〜（15d）の各高調波次数毎の出力に接続して各出力側
を各高調波次数毎に複数の第１反転器（21a）〜（21d）
を介して各第１ゲート回路（13a）〜（13d）のゲート信
号入力に接続する。アンド回路（17）はアクティブフィ
ルタ運転指令信号を一方の入力信号（Ha）とし、出力側
を第１タイマ（19）を介して各第２ゲート回路（16a）
〜（16d）の各ゲート信号入力に接続する。第２タイマ
（20）は、各高調波次数毎の各第２ゲート回路出力が同
時入力したオア回路（18）を介して入力側を各第２ゲー
ト回路出力に接続し、出力側を第２反転器（22）を介し
てアンド回路（17）の他方の入力に接続する。

【００１５】上記構成に基づき本発明の動作を次に説明
する。まずＡＦ運転開始時、第２タイマ（20）の出力信
号がロウであるため、それが第２反転器（22）を介して
ハイに反転されてアンド回路（17）の他方の入力信号と
なる。そこで、ＡＦ運転と同時にハイの運転指令信号
（Ha）をアンド回路（17）の一方の端子に入力すると、
アンド回路出力がハイとなり、それが第１タイマ（19）
に入力されて一定時間経過後に第２ゲート信号（Go）と
なり、第２ゲート回路（16a）〜（16d）が導通する。即
ち、ＡＦ運転開始後、第１タイマ（19）によって決まる
一定時間経過後に上記構成の検出制御系が作動する。

【００１６】そこで、従来同様、第１変流器（５）によ
って検出した系統電流（Is）から第１加算器（８）で補
償電流（Ia）を減算して高調波電流（IL）を検出し、更
に、それを高調波検出器（13）に入力する。同時に、Ａ
Ｆ運転を開始して一定時間経過後、系統電流（Is）を直
流変換器（14）において各次調波演算し、５次、７次、
11次、13次の各高調波次数毎に直流変換して直流信号
（Pa）〜（Pd）を出力する。そして、比較器（15a）〜
（15d）において直流信号（Pa）〜（Pd）と設定値（P
r）とを各高調波次数毎に比較して系統電流（Is）を２
値化して出力し、第２ゲート回路（16a）〜（16d）に入
力する。そこで、系統電流（Is）の各直流信号（Pa）〜
（Pd）が設定値（Pr）以下であると、各比較器出力信号
（Pe）〜（Ph）がロウとなる。それが第２ゲート回路
（16a）〜（16d）の出力に現われ、第１反転器（21a）
〜（21d）を介してハイに反転されて第１ゲート信号（G
a）〜（Gd）となる。それにより第１ゲート回路（13a）
〜（13d）が導通して通常のＡＦ運転モードになり、補
償対象となる５次、７次、11次、13次の各高調波次数を
含む高調波成分（ILh）を検出して第２加算器（10）で
補償電流（Ia）と加算し、それ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（ILh）を打ち消す。

【００１７】一方、負荷側にコンデンサ等の高調波に対
して低インピーダンスとなる負荷（3a）が加わって高調
波電流（IL）の拡大が生じ、系統電流（Is）に含まれる
高調波成分（Ish）が増加すると、その拡大は特定の周
波数について生じており、例えば13次の高調波成分（Is
h）で拡大が生じたとする。そうすると、13次の直流信
号（Pd）が設定値（Pr）を越えて比較器出力信号（Ph）
がハイになり、更にその出力信号（Ph）が第２ゲート回
路（16d）の出力に現われ、第１反転器（21d）を介して
ロウに反転されて第１ゲート信号（Gd）となる。それに
より系統条件において高調波電流（IL）の内、13次成分
が拡大する状態になっていることを検知すると共に、第
１ゲート回路（13d）を遮断する。そこで、高調波成分
（ILh）内に５次、７次、11次のみ含まれることになっ
て13次成分が第２加算器（10）に入力されず、その該当
次数成分についてはＡＦ運転を遮断して高調波電流拡大
を助勢しないようにする。この時、他の５次、７次、11
次の補償対象次数については通常のＡＦ運転を継続して
おり、ＡＦによって補償可能である。

【００１８】同時に、第２ゲート回路（16a）〜（16d）
の出力信号は各々、オア回路（18）に入力されており、
第２ゲート回路（16d）からハイ信号が入力されると、
そのオア出力信号（ハイ）が第２タイマ（20）に入力さ
れ、設定された一定時間、ハイ信号が入力として継続す
ると、第２タイマ出力がハイとなり、更にそれが第２反
転器（22）を介してロウに反転されてアンド回路（17）
の他方の入力信号となる。そうすると、アンド回路（1
7）の出力信号がロウとなって第１タイマ出力がロウと
なり、第２ゲート信号（Go）がロウとなって第２ゲート
回路（16d）が遮断（出力ロウ）する。そして、その出
力信号が第１反転器（21d）を介してハイに反転されて
第１ゲート信号（Gd）となり、第１ゲート回路（13d）
が導通し、それにより一旦、13次の成分について通常の
ＡＦ運転モードに強制的に戻す。尚、第２ゲート回路
（16d）の出力信号がロウになった時点で、オア回路出
力がロウになって第２タイマ出力がロウとなり、それが
第２反転器（22）を介してハイに反転されてアンド回路
（17）の他方の入力信号となる。それにより第１タイマ
（19）で決まる時間経過後、第２ゲート信号（Go）が再
びハイとなって第２ゲート回路（16a）〜（16d）が導通
する。

【００１９】そこで、通常のＡＦ運転モードにおいて各
直流信号（Pa）〜（Pd）が設定値（Pr）以下であれば、
そのままＡＦ運転モードを継続する一方、通常のＡＦ運
転モードに戻しても依然として特定の高調波次数の直流
信号（Pa）〜（Pd）が設定値（Pr）以上の場合には、該
当次数の比較器出力信号（Pe）〜（Ph）が再びハイにな
り、第１タイマ（19）で決まる時間経過後、第２ゲート
回路（16a）〜（16d）の出力にそのまま現われ、更にそ
れが第１反転器（21a）〜（21d）を介してロウに反転さ
れて第１ゲート信号（Ga）〜（Gd）となり、第１ゲート
回路（13a）〜（13d）が遮断して該当次数成分について
第２加算器（10）に入力しないようにする。

【００２０】又、第２ゲート回路（16a）〜（16d）の出
力信号がハイになった時点で上記同様にオア回路（18）
を介して第２タイマ（20）が作動し、一定時間経過後、
再び該当次数成分が通常のＡＦ運転モードに戻る。上記
動作を繰り返す。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、系統電流から高調波成
分打ち消し用補償電流を減算して負荷側で発生した高調
波電流を検出した後、改めて補償電流を加算して高調波
電流を打ち消すアクティブフィルタの制御回路におい
て、負荷側にコンデンサ等の高調波に対して低インピー
ダンスとなる負荷が加わって高調波電流の拡大が生じた
場合、それを各高調波次数毎に検知して拡大を助勢する
高調波次数成分を遮断するようにしたから、該当次数の
高調波成分電流が負荷側の高調波発生源の発生量以上に
拡大すること及び負荷側コンデンサの加熱等を防止出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るアクティブフィルタの制御回路の
実施例を示すブロック図である。

【図２】（ａ）はアクティブフィルタの動作例を示すブ
ロック図である。（ｂ）は従来のアクティブフィルタの
制御回路の一例を示すブロック図である。（ｃ）は従来
の高調波検出器のブロック図である。（ｄ）は図２
（ａ）の等価回路図である。（ｅ）は本発明の課題を説
明する等価回路図である。

【符号の説明】

８第１加算器 10 第２加算器 13 高調波検出器 13a〜13d 第１ゲート回路 14 直流変換器 15a〜15d 比較器 16a〜16d 第２ゲート回路 17 アンド回路 18 オア回路 19 第１タイマ 20 第２タイマ 21a〜21d 第１反転器 22 第２反転器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高調波電流から相異なる次数の複数の高
調波成分を算出して取り出す各次調波演算部と、上記演
算部から取り出した複数の高調波成分を合成して出力す
る各次調波加算部とを具備した高調波検出器を有し、系
統電流から第１加算器で高調波成分打ち消し用補償電流
を減算して負荷側で発生した高調波電流を検出し、上記
高調波電流から上記高調波検出器により所定の複数次数
からなる高調波成分を検出して第２加算器で補償電流と
加算し、その第２加算器出力信号が零になるように補償
電流発生用インバータを駆動制御して上記高調波成分を
打ち消すアクティブフィルタの制御回路において、上記高調波検出器内で各次調波演算部出力と各次調波加
算部入力との間に各高調波次数毎に挿入され、その各次
数毎に上記演算部と加算部を導通又は遮断する複数の第
１ゲート回路と、上記系統電流が入力し、それを各次調
波演算して各高調波次数毎に直流変換して出力する直流
変換器と、各高調波次数毎に独立に設けられ、各一方の
入力側に上記直流変換器出力が各高調波次数毎に入力
し、各直流変換器出力信号と所定レベルの設定値とを比
較して上記系統電流を各高調波次数毎に２値化して出力
する複数の比較器と、各高調波次数毎に独立に設けら
れ、各入力側を上記比較器の各高調波次数毎の出力に接
続して各出力側を各高調波次数毎に複数の第１反転器を
介して上記各第１ゲート回路のゲート信号入力に接続し
た複数の第２ゲート回路と、アクティブフィルタ運転指
令信号を一方の入力信号とし、出力側を第１タイマを介
して上記各第２ゲート回路の各ゲート信号入力に接続し
たアンド回路と、上記各第２ゲート回路出力が同時入力
したオア回路を介して入力側を上記各第２ゲート回路出
力に接続し、出力側を第２反転器を介して上記アンド回
路の他方の入力に接続した第２タイマとを具備したこと
を特徴とするアクティブフィルタの制御回路。