JPH07298495A - アクティブフィルタの制御回路 - Google Patents

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で低インピー
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、それを検知して拡大を防止する。 【構成】 高調波検出器9と第2加算器10との間に接続し
た第1ゲート回路13と、系統電流Isが通って高調波成分I
shを通過させる帯域濾波器14と、帯域濾波器出力信号Pt
を設定値Prと比較して2値化出力する比較器15と、入力
側を比較器出力に接続して出力側を第1反転器23を介し
て第１ゲート回路13のゲート信号入力に接続した第2ゲ
ート回路16と、アクティブフィルタ運転指令信号Haを一
方の入力とし、出力側を第1タイマ18を介して第2ゲート
回路16のゲート信号入力に接続したアンド回路17と、入
力側を第2ゲート回路出力に接続して出力側を第2反転器
24を介してアンド回路17に入力した第2タイマ19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、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検出した負荷側の高調
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）で発生した高調波電流（I
L）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それぞれ
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。尚、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。そのため、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（Ia）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。

【０００４】ここで、図２（ａ）の等価回路を図２
（ｃ）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（IL
h）を打ち消して零にする構成になっている。

【０００５】

【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
（ｄ）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、

【０００６】Isx={-Xc/(Xs-Xc)}・Io …（イ）、Ic={Xs/
(Xs-Xc)}・Io …（ロ）となる。

【０００７】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（ｃ）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。

【０００８】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。

【０００９】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）を電流（Io）と（Ic）の
合成電 流として検出するため、補償電流（Ia）は図２
（ｃ）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。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、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、その高調波電流
から高調波検出器により所定次数の高調波成分を検出し
て第２加算器で上記補償電流と加算し、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、上記高調波検出器と第２加算器入
力との間に接続され、両者間を導通又は遮断する第１ゲ
ート回路と、上記系統電流が入力してその高調波成分を
通過させる帯域濾波器と、一方の入力側に上記帯域濾波
器出力が直流変換器を介して接続され、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の
高調波成分を２値化して出力する比較器と、入力側を上
記比較器出力に接続して出力側を第１反転器を介して第
１ゲート回路のゲート信号入力に接続した第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第２ゲート回
路のゲート信号入力に接続したアンド回路と、入力側を
上記第２ゲート回路出力に接続して出力側を第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。

【００１１】

【作用】上記技術的手段によれば、ＡＦ運転時に系統電
流の高調波成分が所定レベルの設定値以上になったこと
を検出すると、系統条件に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と
判定し、ＡＦ運転を遮断して補償電流を零に制御して負
荷側の高調波発生量以上に高調波電流が拡大しないよう
にする。又、第２タイマによって決まる時間経過後、通
常のＡＦ運転モードに強制的に戻し、その時の系統電流
の上記高調波成分をチェックした後、ＡＦ運転を継続又
は遮断する。

【００１２】

【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。相違する点は図示点線内に示す検出制御
系を付加したことで、図において（13）は第１ゲート回
路、（14）は帯域濾波器（Band Pass Filter）、（15）
は比較器、（16）は第２ゲート回路、（17）はアンド回
路、（18）（19）はそれぞれ第１、第２タイマである。
上記第１ゲート回路（13）は高調波検出器（９）と第２
加算器（10）の入力との間に接続され、第１ゲート信号
（Ga）によって両者間を導通又は遮断（出力ロウ）す
る。帯域濾波器（14）は、第１変流器（５）によって検
出した系統電流（Is）が入力し、補償対象次数の高調波
成分（Ish）を通過させて出力する。比較器（15）は、
一方の入力側に帯域濾波器（14）の出力が直流変換器
（20）を介して接続され、直流変換器出力である直流信
号（Pq）と所定レベルの設定値（Pr）とを比較して帯域
濾波器出力信号（Pt＝Ish）を２値化して出力する。こ
こで、直流変換器（20）は全波整流器（21）と時定数大
のフィルタ（22）とを直列接続してなる。

【００１３】第２ゲート回路（16）は入力側を比較器出
力に接続して出力側を第１反転器（23）を介して第１ゲ
ート回路（13）のゲート信号入力に接続する。アンド回
路（17）はＡＦ運転指令のハイ信号（Ha）を一方の入力
信号とし、出力側を第１タイマ（18）を介して第２ゲー
ト回路（16）のゲート信号入力に接続する。第２タイマ
（19）は入力側を第２ゲート回路（16）の出力に接続し
て出力側を第２反転器（24）を介してアンド回路（17）
の他方の入力に接続する。

【００１４】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（19）の出力信
号がロウであるため、それが第２反転器（24）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（18）
に入力されて一定時間経過後に第２ゲート信号（Gb）と
なり、第２ゲート回路（16）が導通する。即ち、ＡＦ運
転開始後、第１タイマ（18）によって決まる一定時間経
過後に図示点線内の検出制御系が作動する。

【００１５】そこで、ＡＦ運転を開始して一定時間経過
後、系統電流（Is）を帯域濾波器（14）に入力して補償
対象次数の高調波成分（Ish）を通過させ、その帯域濾
波器出力信号（Pt＝Ish）を直流変換器（20）を介して
直流信号（Pq）に変換して出力する。そして、比較器
（15）において直流信号（Pq）と設定値（Pr）とを比較
して帯域濾波器出力信号（Pt）を２値化して出力し、第
２ゲート回路（16）に入力する。そこで、ＡＦ（４）に
よる補償動作が正常で系統電流（Is）に含まれる高調波
成分（Ish）が少なく、帯域濾波器出力信号（Pt）、即
ち直流信号（Pq）が設定値（Pr）以下であれば、比較器
出力信号（Ps）がロウとなる。それが第２ゲート回路
（16）の出力に現われ、更に、それが第１反転器（23）
を介してハイに反転されて第１ゲート信号（Ga）とな
る。それにより第１ゲート回路（13）が導通して通常の
ＡＦ運転モードになり、高調波成分（ILh）が第２加算
器（10）で補償電流（Ia）と加算され、その加算値が限
りなく零に近付いて高調波成分（ILh）が打ち消され
る。

【００１６】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）の拡大が生じると、系統電流（Is）に含ま
れる高調波成分（Ish）が増加して帯域濾波器出力信号
（Pt）が大きくなる。そうすると、直流信号（Pq）が設
定値（Pr）を越えて比較器出力信号（Ps）がハイにな
り、更にその出力信号（Ps）が第２ゲート回路（16）の
出力に現われ、第１反転器（23）を介してロウに反転さ
れて第１ゲート信号（Ga）となる。それにより高調波電
流（IL）の拡大が生じたことを検知すると共に、第１ゲ
ート回路（13）が遮断して補償電流（Ia）を零に制御
し、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。

【００１７】同時に、第２ゲート回路（16）の出力信号
（ハイ）は第２タイマ（19）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（24）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（17）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（Gb）がロウとなって第２ゲート回路（16）が遮断
（出力ロウ）する。そして、第１反転器（23）を介して
反転されて第１ゲート信号（Ga）がハイとなって第１ゲ
ート回路（13）が導通し、それにより一旦、通常のＡＦ
運転モードに強制的に戻す。

【００１８】尚、第２ゲート回路（16）の出力信号がロ
ウになった時点で、第２タイマ出力がロウとなり、それ
が第２反転器（24）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（18）で決まる時間経過後、第２ゲート信号（Gb）が
再びハイとなって第２ゲート回路（16）が導通する。

【００１９】そこで、通常のＡＦ運転モードにおいて直
流信号（Pq）が設定値（Pr）以下であれば、そのままＡ
Ｆ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直流信号（Pq）が設定値（Pr）以上
の場合には、比較器出力信号（Ps）が再びハイになって
第２ゲート回路（16）の出力にそのまま現われ、更にそ
れが第１反転器（23）を介してロウに反転されて第１ゲ
ート信号（Ga）となり、第１ゲート回路（13）が遮断し
て補償電流（Ia）を零に制御する。

【００２０】又、第２ゲート回路（16）の出力信号がハ
イになった時点で上記同様に第２タイマ（19）が作動
し、一定時間経過後、再び通常の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、それを検知して補償電流を零に制御するようにし
たから、負荷側の高調波発生源の発生量以上に高調波電
流が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）は図２
（ａ）の等価回路図である。（ｄ）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 ９ 高調波検出器 10 第２加算器 13 第１ゲート回路 14 帯域濾波器 15 比較器 16 第２ゲート回路 17 アンド回路 18 第１タイマ 19 第２タイマ 20 直流変換器 23 第１反転器 24 第２反転器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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、その高調波電流から高調波検出器により所
   定次数の高調波成分を検出して第２加算器で上記補償電
   流と加算し、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、 上記高調波検出器と第２加算器入力との間に接続され、
   両者間を導通又は遮断する第１ゲート回路と、上記系統
   電流が入力してその高調波成分を通過させる帯域濾波器
   と、一方の入力側に上記帯域濾波器出力が直流変換器を
   介して接続され、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の高調波成分を２値化し
   て出力する比較器と、入力側を上記比較器出力に接続し
   て出力側を第１反転器を介して第１ゲート回路のゲート
   信号入力に接続した第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第２ゲート回路のゲート信号入力に
   接続したアンド回路と、入力側を上記第２ゲート回路出
   力に接続して出力側を第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。