JPH11164481A - アクティブフィルタの制御方法 - Google Patents

アクティブフィルタの制御方法

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JPH11164481A
JPH11164481A JP9341901A JP34190197A JPH11164481A JP H11164481 A JPH11164481 A JP H11164481A JP 9341901 A JP9341901 A JP 9341901A JP 34190197 A JP34190197 A JP 34190197A JP H11164481 A JPH11164481 A JP H11164481A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】三相PWMコンバータによる高周波リップル電
流を吸収する高周波フィルタを備えたアクティブフィル
タにおいて、高周波フィルタ内のフィルタコンデンサと
他のリアクトルとの共振現象を抑制する制御方法を提供
し、ダンピング抵抗を設けなくて済むアクティブフィル
タの制御方法を提供することにある。 【解決手段】スイッチング抑制用交流リアクトルの電源
側に接続された高周波フィルタの電圧を検出して、その
高調波分の逆符号のゲインK倍値を従来の補償電流指令
値に加算する制御方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、負荷機器が電源系
統に流出している高調波電流を補償して、電源系統の電
流歪みを低減するアクティブフィルタに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図3はアクティブフィルタを備えた系統
ラインの主回路図である。図3に示すようにアクティブ
フィルタ41は、系統電源1と高調波電流を発生してい
る負荷機器3との間に設けられ、負荷電流に含まれる高
調波電流を電源系統に流出させないように補償電流を出
力している。2は電源インピーダンスである。アクティ
ブフィルタ41は、高速スイッチング素子で構成される
三相PWMコンバータ6と、三相PWMコンバータ6の
直流側に設けた直流コンデンサ7と、三相PWMコンバ
ータ6の交流側に設けた交流リアクトル5と、交流リア
クトル5より電源側に電源と並列に設けた高周波フィル
タ91と、負荷電流検出用変流器11によって検出され
た負荷電流に基づいて補償電流を演算し、三相PWMコ
ンバータ6のスイッチング素子へスイッチグ指令を出力
する制御装置81を備えて構成される。
【0003】変流器11で検出された負荷電流から、三
相二相変換方式を用いて負荷電流の高調波電流を打ち消
す補償電流指令を演算出力する方法は、公知であるので
説明を省略するが、制御装置81によって演算出力され
た補償電流指令と、補償電流検出用変流器10で検出さ
れる補償電流とが比較され、三相PWMコンバータ6の
スイッチング素子がオン,オフされ、アクティブフィル
タ41の電流瞬時値が制御されるものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図3で説明した通り、
アクティブフィルタにおいて三相PWMコンバータを構
成するスイッチング素子の高速スイッチングにより、高
周波リップル電流が発生し、係る高周波リップル電流を
吸収するためコンデンサと抵抗器から成る高周波フィル
タ91が設けられて来た。しかしながら、このような高
周波フィルタの定数選定は電源インピーダンスによって
大きく左右され、フィルタ抵抗値を大きくすると損失が
増え、小さすぎるとフィルコンデンサと電源インピーダ
ンスとの間で、発生する共振現象を抑制することでき
ず、電源電圧を大きく変動させ、リップル吸収フィルタ
に過大な電流を流すのみならず、系統に接続される他の
機器へも悪影響を及ぼすと言う不具合があった。本発明
は上述した点に鑑みて創案されたもので、その目的とす
るところは、これらの欠点を解決し、三相PWMコンバ
ータ6による高周波リップル電流を吸収する高周波フィ
ルタ91を備えた図3の如きアクティブフィルタ41に
おいて、高周波フィルタ91内のフィルタコンデンサと
他のリアクトル(電源インピーダンス2)との共振現象
を抑制する制御方法を提供しダンピング抵抗を設けなく
て済むアクティブフィルタの制御方法を提供することに
ある。
【0005】
【課題を解決するための手段】つまり、その目的を達成
するための手段は、以下の如く構成したものである。系
統電源と負荷機器間の系統ラインに設けられたアクティ
ブフィルタと、負荷電流を検出してその出力を前記アク
ティブフイルタに供給する負荷電流検出用変流器とを有
するアクティブフイルタの制御装置であって、該アクテ
ィブフイルタは、直流側に設けられた直流コンデンサと
交流側の各相に設けられた交流リアクトルを有する三相
PWMコンバータと、前記交流リアクトルと電源に並列
に設けられた高周波フィルタコンデンサと、該高周波フ
ィルタの電圧を検出する変成器と、三相PWMコンバー
タ電流を検出する補償電流検出用変流器と、前記三相P
WMコンバータを制御する制御装置から構成され、該制
御装置は、負荷電流検出用変流器と補償電流検出用変流
器及び変成器のそれぞれの出力を入力し、該変成器で得
られた高周波フィルタコンデンサ電圧の高調波分を電圧
高調波分とすると共に、該電圧高調波分をゲイン倍して
高調波電流とし、該高調波電流と前記負荷電流検出用変
流器で得られた電流を加算して補償電流を算出し、該補
償電流によって三相PWMコンバータの出力電流が追従
するように、前記三相PWMコンバータのスイッチング
を制御することにある。
【0006】その作用は、かくのごとき解決手段によ
り、アクティブフィルタの高周波フィルタ9に並列にダ
ンピング抵抗を接続したと同様の効果を持たせ、電源イ
ンピーダンス2と高周波フィルタ9のインピーダンスと
の間の共振現象を抑制するように効用し、電源電流の高
調波を減少することができる。以下、本発明の一実施例
を図面に基づいて詳述する。
【0007】
【発明の実施の形態】図1は本発明に係わるアクティブ
フィルタの主回路の一例を示す構成図で、4はアクティ
ブフィルタ、8はリップル吸収フィルタコンデンサ9の
電圧検出のための変成器12の出力が入力された制御装
置である。図中、図3と同符号のものは同一構成,機能
を有する部分を示す。図1において、係る一実施例のア
クティブフィルタ4は、従来のアクティブフイルタ4に
比較して三相PWMコンバータ6のスイッチング素子の
スイッチングにより発生するリップル電流を吸収する高
周波フィルタ効果を高めると共に、該高周波フィルタコ
ンデンサ9と電源インピーダンスによって発生する共振
現象も当然抑制するものであり、その機能は次の通りで
ある。
【0008】変流器11により検出された負荷電流と、
変成器12により検出された高周波フィルタコンデンサ
9の電圧とを制御装置8で加算し、三相二相変換を用い
た補償電流指令演算回路で、従来の電流指令に高周波フ
ィルタコンデンサ9の電圧の高調波分の逆符号のゲイン
K倍値が加算された補償電流指令値Ic*を演算出力す
る。ここで、補償電流方式の基本的な技術思想を図2を
用いて説明する。図2はアクティブフィルタが設けられ
た系統ブロック図で、Vsは系統電圧、Zsは系統イン
ピーダンス、Isは系統インピーダンスを流れる電流、
Il cは高調波電流を含んだ負荷電流Il を発生する負
荷機器を電流源として表したもの、Iccは三相PWM
コンバータ6による補償電流Icを発生する補償電流
源、Zfは高周波フィルタ9のインピーダンスを示して
いる。図2において、電源電流Isは(1)式のように
表せる。 Is=Zf(Il +Ic)/(Zs+Zf)+Vs/(Zs+Zf) (1)
【0009】ZsはsLs代表され、Zfは1/sCf
であることから、(1)式は(2)式のように表すこと
ができる。 Is={(Il +Ic)/(s・sLs×Cf+1)} +sCf×Vs/(s・sLs×Cf+1) (2) (2)式は分母にダンピング要素が無いため(Il +I
c)が零でない場合、電源電流は振動し拡大されること
を表している。そこで、高周波フィルタコンデンサ9の
電圧Vfを検出して、その高調波分Vfhの符号を反転
し、ゲインK倍して従来の補償電流指令Ic*に加えて
PWMコンバータ6を制御すると、補償電流Icは
(3)式で表せる。
【0010】 Ic=−Gn(s)×(−KVf+Il ) (3) ここでGn(s)は基本波に対するノッチフィルタで、
G(s)は伝達関数である。従って、(1)式は(4)
式のように表せる。 Is=Zf〔Il −Gn(s)×(−KVf+Il )〕/(Zs+Zf) +Vs/(Zs+Zf) (4) Vfは高調波フィルタコンデンサ9の電圧であるから、
(5)式で表すことができる。 Vf=Vs−Zs×Is (5)
【0011】以上の条件より、(4)式において高調波
についてのみ着目すると、基本波はノッチフィルタで除
去され、電源へ流出する高調波電流Ishは(6)式で
表せる。 Ish=△Il h/(1+K×Zs+Zs/Zf) +(K+1/Zf)×Vsh/(1+K×Zs+Zs/Zf) (6) (6)式において、△Il hは負荷電流に含まれる高調
波電流であって、アクティブフィルタで補償しきれなか
った分であり、Vshは電源電圧にある高調波電圧を示
す。一方、ZsはsLsで代表され、Zfは1/sCf
で表せる。これを(6)式に代入すると、(7)式とな
る。 Ish=△Il h/(1+K×sLs+s・sLs×Cf) +(K+sCf)×Vsh/(1+K×sLs+s・sLs×Cf) (7) この(7)式の分母には、ダンピング要素K×sLsが
存在する。従って、電源に流出する高調波電流によって
電源インピーダンスと高調波フィルタコンデンサとの共
振現象を抑制することができる。
【0012】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ア
クティブフィルタのリップル吸収高周波フィルタコンデ
ンサの電圧を検出して、その高調波分を補償電流指令値
へ加えることによって、電源系統インピーダンスとアク
ティブフィルタの高調波フィルタコンデンサとの共振現
象を抑制することができ、ダンピングのための抵抗を削
減でき、これによってアクティブフィルタのリップル電
流が更に良く吸収され、併せてアクティブフィルタ装置
の効率もアップ出来ると言う利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明に係わるアクティブフィルタ主回
路の一実施例を示す構成図である。
【図2】図2はアクティブフィルタが設けられた系統ラ
インの説明図である。
【図3】図3は従来のアクティブフィルタ主回路の一例
を示す構成図である。
【符号の説明】
1 系統電源 2 電源インピーダンス 3 負荷機器 41,4 アクティブフィルタ 5 交流リアクトル 6 三相PWMコンバータ 7 直流コンデンサ 81,8 制御装置 91,9 高周波フィルタ 10 電流検出器 11 変流器 12 変成器 Ic 補償電流 Icc 補償電流を発生する補償電流源 Il 負荷電流 Il c 負荷電流を発生する負荷電流源 Is 系統電流 Vs 系統電圧 Zs 系統インピーダンス Ls 系統インダクタンス Zf 高周波フィルタのインピーンス Cf 高周波フィルタコンデンサの容量

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 系統電源と負荷機器間の系統ラインに設
    けられたアクティブフィルタと、負荷電流を検出してそ
    の出力を前記アクティブフィルタに供給する負荷電流検
    出用変流器とを有するアクティブフィルタの制御装置で
    あって、該アクティブフィルタは、直流側に設けられた
    直流コンデンサと交流側の各相に設けられた交流リアク
    トルを有する三相PWMコンバータと、前記交流リアク
    トルと電源に並列に設けられた高周波フィルタコンデン
    サと、該高周波フィルタの電圧を検出する変成器と、三
    相PWMコンバータ電流を検出する補償電流検出用変流
    器と、前記三相PWMコンバータを制御する制御装置か
    ら構成され、 該制御装置は、負荷電流検出用変流器と補償電流検出用
    変流器及び変成器のそれぞれの出力を入力し、該変成器
    で得られた高周波フィルタコンデンサ電圧の高調波分を
    電圧高調波分とすると共に、該電圧高調波分をゲイン倍
    して高調波電流とし、該高調波電流と前記負荷電流検出
    用変流器で得られた電流を加算して補償電流を算出し、
    該補償電流によって三相PWMコンバータの出力電流が
    追従するように、前記三相PWMコンバータのスイッチ
    ングを制御することを特徴とするアクティブフィルタの
    制御方法。
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