JPH1132435A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 交流電源１からの交流電流Ｉｓの歪みを抑制
して、所望の波形（正弦波）に近い交流電流波形を得る
ことができる電力変換装置を得ることを目的とする。 【解決手段】 制御部２３が、当該交流電源１からみた
電力変換装置のインピーダンス特性が上記電力変換装置
へ流入する高調波電流Ｉｓを抑制する特性となるように
変化する電力指令値Ｉｒｅｆを電流出力部２２に出力す
るものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、無停電電源装
置、サイリスタコンバータ、サイクロコンバータ、高力
率コンバータ、アクティブフィルタ、ＳＶＧ、自励式Ｂ
ＴＢ、自励式直流送電変換器などの電力変換装置に係
り、詳しくは、交流電源に接続されたインバータを有
し、このインバータから交流電源に対して適当な電流を
供給することにより当該交流電源との間で有効電力や無
効電力、高調波電力の融通を行う電力変換装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図１０は、従来の電力変換装置を示すブ
ロック図であり、例えば特公平５−７６２５６号公報の
無停電電源装置などにおいて採用されている構成のもの
である。図において、電力変換装置は電力系統２を介し
て商用電源やディーゼル発電機などといった交流電源１
に接続されている。

【０００３】また、４は直流電圧源、３は当該直流電圧
源４と上記交流電源１との間に接続され、この直流電圧
源４の出力電圧をスイッチングして交流電圧に変換する
電圧型インバータ、６は上記交流電源１からみて当該電
圧型インバータ３と並列に接続されたコンデンサ、５は
この電圧型インバータ３とコンデンサ６との間に接続さ
れたリアクトル、７ａはこのリアクトル５からコンデン
サ６に流れ込む電流を検出する第一の電流検出器、８は
当該電流の目標値となる電流指令値Ｉｒｅｆを出力する
基本電流指令作成回路、９はこの電流指令値Ｉｒｅｆと
検出電流Ｉａとの差に応じて変化する電圧指令Ｖｒｅｆ
を出力する電流制御回路、１０はこの電圧指令Ｖｒｅｆ
に基づいて所定のパルスを発生するＰＷＭ回路、１１は
当該パルスに基づいたタイミングにて電圧型インバータ
３をＯＮ／ＯＦＦするドライブ回路である。

【０００４】次に動作について説明する。基本電流指令
作成回路８が運転状態に応じた電流指令値Ｉｒｅｆを出
力する。この電流指令値Ｉｒｅｆを受け取った電流制御
回路９ではこの電流指令値Ｉｒｅｆならびに電流検出器
７ａにて検出したリアクトル５に流れる電流Ｉａに応じ
た電圧指令Ｖｒｅｆを出力し、ＰＷＭ回路１０ではこの
電圧指令Ｖｒｅｆに応じたパルスを出力し、ドライブ回
路１１はこのパルスに応じたタイミングにて電圧型イン
バータ３をスイッチングする。その結果、この電圧型イ
ンバータ３からは上記直流電圧源４からの直流電圧を所
定のタイミングでＯＮ／ＯＦＦすることにより生成され
る交流電圧が出力され、リアクトル５にはこの電圧型イ
ンバータ３の出力電圧とコンデンサ６の充電電圧Ｖｃと
の電位差に応じた電流が流れる。また、このリアクトル
５に流れる電流Ｉａは第一の電流検出器７ａにより検出
され、電流制御回路９がこの検出電流Ｉａと上記電流指
令値Ｉｒｅｆとの差に応じて電圧指令Ｖｒｅｆを調整す
るので、検出電流Ｉａの値は電流指令値Ｉｒｅｆにほぼ
一致するものとなる。従って、インバータ３から電流指
令値Ｉｒｅｆにほぼ一致した電流が出力され、これによ
りコンデンサ６を充放電することができる。

【０００５】従って、例えば、交流電源１から電力系統
２に交流電圧が出力されている状態において、上記電流
指令値Ｉｒｅｆを交流電源１の交流電圧に同期して変化
させることにより、インバータ３の出力電流Ｉａにより
コンデンサ６を充放電しつつ、電力系統２に対して所定
の電流を供給することができる。これにより、例えば、
交流電源１から出力された交流電力の交流電圧と交流電
流との位相が電力系統２のリアクタンス成分などにより
ずれてしまったとしても、電力変換装置により電流を適
当に補償することで、その位相差を調整することが可能
となる。

【０００６】なお、コンデンサ６は、このようにインバ
ータ３から出力される電流Ｉａを電力系統２側に供給す
る際に、そのリップル成分を除去する働きも有する。ま
た、コンデンサ６には、コンデンサ６に印可される電圧
の振幅をＶｃ、電圧Ｖｃの周波数をｆ、コンデンサの容
量をＣ、円周率をπとすると、式１に示された電流Ｉｃ
が流れる。 Ｉｃ＝２＊π＊ｆ＊Ｖｃ＊Ｃ （式１）

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の電力変換装置は
以上のように構成されているので、交流電源１から出力
される交流電圧に高調波成分などの高調波電圧歪みが含
まれている場合には、電力変換装置を交流電源１に接続
しなかった場合よりも交流電流の高調波電流歪みが大き
くなってしまい、ひいては交流電源１に接続された他の
負荷等へ供給される電力の品質を悪化させてしまうとい
う問題点があった。具体的に説明すると、交流電源１か
ら出力される交流電圧に高調波成分などの高調波電圧歪
みが含まれている場合には、その高調波電圧歪みによる
高調波電流Ｉｓが式１に従ってコンデンサ６に流れ込
み、その分、電力系統２を介して交流電源１から出力さ
れる交流電流の高調波歪みが増大してしまうためであ
る。

【０００８】なお、以上の説明において電力変換装置の
具体例としては無停電電源装置を一例に挙げているが、
商用電源からの交流電圧に含まれた高調波歪みに起因し
て交流電流に高調波歪みが発生してしまうという問題点
は、交流電源からみて電流出力装置と並列にコンデンサ
が配設された電力変換装置であるならば同様に発生する
問題である。

【０００９】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、交流電源からの交流電流の歪みを
抑制して、所望の波形に近い交流電流波形を得ることが
できる電力変換装置を得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
る電力変換装置は、制御部が、当該交流電源からみた電
力変換装置のインピーダンス特性が上記電力変換装置へ
流入する高調波電流を抑制する特性となるように変化す
る電力指令値を電力出力部に出力するものである。

【００１１】請求項２記載の発明に係る電力変換装置
は、電流出力部を、電圧型インバータの交流電圧出力に
応じた電流をリアクトルを介して出力し、この変換後の
交流電流を検出して電圧型インバータのＯＮ／ＯＦＦタ
イミングを制御するものである。

【００１２】請求項３記載の発明に係る電力変換装置
は、交流電源からコンデンサに流れ込む電流を、当該コ
ンデンサと電流出力部との接続点よりも上記交流電源寄
りの位置にて検出するとともに、その検出電流の高調波
成分に対して所定の伝達関数を掛け合わせて電流指令値
の補正値を得るようにしたものである。

【００１３】請求項４記載の発明に係る電力変換装置
は、交流電源からコンデンサに流れ込む電流を、上記負
荷と電力変換装置との接続点から上記コンデンサと上記
電流出力部との接続点までの間にて検出するとともに、
その検出電流の高調波成分に対して所定の伝達関数を掛
け合わせて電流指令値の補正値を得るようにしたもので
ある。

【００１４】請求項５記載の発明に係る電力変換装置
は、交流電源からコンデンサに流れ込む電流を、上記電
力変換装置と負荷との接続点よりも上記交流電源寄りの
位置にて検出するとともに、その検出電流の高調波成分
に対して所定の伝達関数を掛け合わせて電流指令値の補
正値を得るようにしたものである。

【００１５】請求項６記載の発明に係る電力変換装置
は、インピーダンスをＺ、コンデンサの容量をＣ、ラプ
ラス微分演算子をＳとした場合の伝達関数を（Ｚ＊Ｃ＊
Ｓ−１）としたものである。

【００１６】請求項７記載の発明に係る電力変換装置
は、交流電源からコンデンサに流れ込む電流を、上記コ
ンデンサと電流出力部との接続点よりも当該コンデンサ
寄りの位置にて検出するとともに、その検出電流の高調
波成分に対して所定の伝達関数を掛け合わせて電流指令
値の補正値を得るようにしたものである。

【００１７】請求項８記載の発明に係る電力変換装置
は、伝達関数を（Ｚ＊Ｃ＊Ｓ−１）／（Ｚ＊Ｃ＊Ｓ）と
したものである。

【００１８】請求項９記載の発明に係る電力変換装置
は、コンデンサに発生する電圧を検出するとともに、そ
の検出電流の高調波成分に対して所定の伝達関数を掛け
合わせて電流指令値の補正値を得るようにしたものであ
る。

【００１９】請求項１０記載の発明に係る電力変換装置
は、伝達関数を（Ｃ＊Ｓ−１／Ｚ）としたものである。

【００２０】請求項１１記載の発明に係る電力変換装置
は、交流電源からみた電力変換装置のインピーダンス特
性を抵抗特性としたものである。

【００２１】請求項１２記載の発明に係る電力変換装置
は、交流電源からみた電力変換装置のインピーダンス特
性をインダクタンス特性としたものである。

【００２２】請求項１３記載の発明に係る電力変換装置
は、基本電流指令作成手段が、電力変換装置と負荷との
接続点よりも負荷寄りの位置にて電流を検出して、当該
電流に含まれる高調波成分を抑制するように変化する電
流指令値を出力するものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１による
電力変換装置を示すブロック図である。図において、電
力変換装置は電力系統２を介して商用電源、ディーゼル
発電機などの交流電源１に接続されている。また、４は
直流電圧源、３は当該直流電圧源４と上記交流電源１と
の間に接続され、この直流電圧源４の出力電圧をスイッ
チングして交流電圧に変換する電圧型インバータ（イン
バータ）、６は上記交流電源１からみて当該電圧型イン
バータ３と並列に接続されたコンデンサ、５はこの電圧
型インバータ３とコンデンサ６との間に接続されたリア
クトル、７ａはこのリアクトル５に流れる電流Ｉａを検
出する第一の電流検出器、８は当該電流Ｉａの基本的な
目標値となる基本電流指令値Ｉａｒｅｆを出力する基本
電流指令作成回路、７ｂは交流電源１からコンデンサ６
に流れ込む電流Ｉｓを、コンデンサ６とリアクトル５と
の接続点よりも交流電源１寄りの位置にて検出する第二
の電流検出器、１２はこの第二の電流検出器７ｂに検出
された電流Ｉｓに含まれる高調波成分に応じた電流補正
値Ｉｈｒｅｆを出力する電流補正回路、１３ａはこの電
流補正値Ｉｈｒｅｆと上記基本電流指令値Ｉａｒｅｆと
を足した電流指令値Ｉｒｅｆを出力する加算回路、９は
この電流指令値Ｉｒｅｆと上記検出電流Ｉａとの差に応
じて変化する電圧指令Ｖｒｅｆを出力する電流制御回
路、１０はこの電圧指令Ｖｒｅｆに基づいて所定のパル
スを発生するＰＷＭ回路、１１は当該パルスに基づいた
タイミングにて電圧型インバータ３をＯＮ／ＯＦＦする
ドライブ回路である。

【００２４】図２は、電流指令値Ｉｒｅｆに応じた電圧
指令Ｖｒｅｆを出力する電流制御回路９の詳細なブロッ
ク図の一例である。図において、１４ａは電流指令値Ｉ
ｒｅｆから上記第一の電流検出器７ａにより検出された
電流値Ｉａを引く減算回路、１５ａはこの減算回路１４
ａの減算結果を比例倍する比例回路、１６ａは上記減算
回路１４ａの減算結果を積分する積分回路、１７ａは上
記減算回路１４ａの減算結果を微分する微分回路、１３
ｂはこれら各演算回路１５ａ，１６ａ，１７ａの演算出
力を加算してその値を電圧指令Ｖｒｅｆとして出力する
加算回路である。なお、このように電圧型インバータ３
の出力電流Ｉａを電流指令値Ｉｒｅｆの帰還値として使
用するとともに、比例回路１５ａ、積分回路１６ａ、微
分回路１７ａによる演算を行う制御回路は線形フィード
バック制御回路と呼ばれ、指令値に含まれる各指令値成
分（この実施の形態で言えば基本電流指令値Ｉａｒｅｆ
と補正電流値Ｉｈｒｅｆ）は独立した指令値として取り
扱うことができる。

【００２５】図３は、上記電流補正回路１２の詳細なブ
ロック図である。図において、１８ａは第二の電流検出
器７ｂの検出電流Ｉｓから商用周波数よりも高い周波数
を有する高調波電流成分を抽出するハイパスフィルタ、
１９はこのハイパスフィルタ１８ａから出力される電流
値に対して下記（式２）の伝達関数を用いて演算を行う
演算回路である。 （Ｚ＊Ｃ＊Ｓ−１） （式２） 但し、Ｚはインピーダンス特性、Ｃはコンデンサの容
量、Ｓはラプラス微分演算子である。上記（式２）を用
いて演算を行い、第二の電流検出器７ｂの検出電流Ｉｓ
の高調波成分から電流補正値Ｉｈｒｅｆを作成し、電圧
型インバータ３がこの電流補正値Ｉｈｒｅｆに一致した
電流Ｉａを出力した場合、リアクトル５とコンデンサ６
と交流電源１との接続点に流れ込む電流は、図１に示す
向きの電流を定義すると、 Ｉｓ＝Ｉｃ−Ｉａ （式３） の関係となり、コンデンサ６に発生する電圧Ｖｃは、 Ｖｃ＝Ｉｃ／（Ｃ＊Ｓ） （式４） となるので、 Ｉｓ＝Ｖｃ／Ｚ （式５） の関係を得ることができる。

【００２６】この（式５）は、交流電源１からコンデン
サ６に流入する高周波交流電流を上記（式２）の伝達関
数に基づいて演算し、その演算結果を電圧型インバータ
３から出力される電流Ｉａの電流補正値Ｉｈｒｅｆとし
て使用することにより、当該交流電源１からコンデンサ
６に流入する高周波交流電流を１／Ｚにまで削減するこ
とができることを意味する。また、コンデンサ６に発生
する電圧Ｖｃは交流電源１が出力する電圧とほぼ等しい
ことからすれば、上記（式５）は交流電源１から見た電
力変換装置のインピーダンス特性を示すものであり、こ
のインピーダンス特性は電力変換装置へ流入する高調波
電流を抑制する特性となっていることが判る。

【００２７】なお、上記（式５）を導出するにあたって
は上記（式２）に示す伝達関数としたが、この実施の形
態１の構成において伝達関数がこの（式２）に示される
ものに限られることはなく、交流電源１からみた電力変
換装置のインピーダンス特性が上記電力変換装置へ流入
する高調波電流を抑制する特性となる伝達関数であれば
如何なるものでもよい。また、上記（式２）に示すイン
ピーダンス特性Ｚも、電力変換装置へ流入する高調波電
流を抑制する特性のものであれば如何なるものであって
もよく、例えば、抵抗とコンデンサとが直列に接続され
たインピーダンス特性であっても、リアクトルとコンデ
ンサとが直列に接続されたインピーダンス特性であって
もよい。好ましくは、抵抗特性やインダクタンス特性と
なるようにするとよい。抵抗特性であれば、比較的に簡
単な電圧制御により電圧型インバータ３からコンデンサ
６に流れ込む電流Ｉａを制御することができ、他方、イ
ンダクタンス特性であれば、抵抗特性とした場合などに
比べて、交流電源１から出力される周波数の高い成分に
対して高い抑制効果を発揮し、高調波電流の発生を効果
的に抑制することができるからである。

【００２８】次に動作について説明する。基本電流指令
作成回路８が運転状態に応じた基本電流指令値Ｉａｒｅ
ｆを出力すると、電流補正値Ｉｈｒｅｆがない場合に
は、加算回路１３ａはこの基本電流指令値Ｉａｒｅｆを
そのまま電流指令値Ｉｒｅｆとして出力する。この電流
指令値Ｉｒｅｆを受け取った電流制御回路９ではこの電
流指令値Ｉｒｅｆに応じた電圧指令Ｖｒｅｆを出力し、
ＰＷＭ回路１０ではこの電圧指令Ｖｒｅｆに応じたパル
スを出力し、ドライブ回路１１はこのパルスに応じたタ
イミングにて電圧型インバータ３をスイッチングする。
その結果、この電圧型インバータ３からは上記直流電圧
源４からの直流電圧を所定のタイミングでＯＮ／ＯＦＦ
することにより生成される交流電圧が出力され、リアク
トル５にはこの電圧型インバータ３の出力電圧とコンデ
ンサ６の充電電圧Ｖｃとの電位差に応じた電流が流れ
る。また、このリアクトル５に流れる電流Ｉａは第一の
電流検出器７ａにより検出され、電流制御回路９がこの
検出電流Ｉａと上記電流指令値Ｉｒｅｆとの差に応じて
電圧指令Ｖｒｅｆを調整するので、検出電流Ｉａの値は
電流指令値Ｉｒｅｆにほぼ一致するものとなる。従っ
て、電圧型インバータ３から電流指令値Ｉｒｅｆにほぼ
一致した電流Ｉａが出力され、これによりコンデンサ６
を充放電することができ、電圧型インバータ３は本発明
の電流出力部として作用する。

【００２９】従って、例えば、交流電源１から電力系統
２に交流電圧が出力されている状態において、上記電流
指令値Ｉａｒｅｆを交流電源１の交流電圧に同期して変
化させることにより、電圧型インバータ３の出力電流Ｉ
ａによりコンデンサ６を充放電しつつ、電力系統２に対
して所定の電流を供給することができる。これにより、
例えば、交流電源１から出力された交流電力の交流電圧
と交流電圧との位相が電力系統２のリアクタンス成分な
どによりずれてしまったとしても、電力変換装置により
電流を適当に補償することで、その位相差を調整するこ
とが可能となる。

【００３０】また、交流電源１から出力される交流電圧
に高調波電圧成分が含まれている場合、この高調波電圧
に応じた高調波電流Ｉｓが電力系統２を介して交流電源
１からコンデンサ６に対して流れる。第二の電流検出器
７ｂがコンデンサ６に流入する上記高調波電流Ｉｓを検
出し、電流補正回路１２がその高調波電流成分に対して
上記（式２）の伝達関数を積算して電流補正値Ｉｈｒｅ
ｆを出力する。これに応じて、上記加算回路１３ａはこ
の電流補正値Ｉｈｒｅｆを上記基本電流指令値Ｉａｒｅ
ｆに加算した電流指令値Ｉｒｅｆを出力し、上記リアク
トル５にはこの電流指令値Ｉｒｅｆに応じた電流Ｉａが
流れる。従って、リアクトル５からも上記高調波交流電
流Ｉｓに応じた電流Ｉａがコンデンサ６に流れ込み、そ
の分、交流電源１からコンデンサ６に流れ込む高調波交
流電流Ｉｓが減少し、当該交流電源１の交流電流Ｉｓに
含まれる高調波交流電流は抑制され、交流電流Ｉｓをほ
ぼ正弦波にすることができる。

【００３１】なお、基本電流指令作成回路８から出力さ
れる基本電流指令値Ｉａｒｅｆは、電力変換装置の使用
目的や運転状態に応じて異なるものになる。例えば、電
力変換装置を高力率コンバータとして用いるのであれ
ば、直流電圧源４の電圧指令値と電圧帰還信号とから基
本電流指令値Ｉａｒｅｆを作成し、無停電電源装置や二
次電池を用いた負荷平準化インバータとして用いるので
あれば直流電圧源４に流れる直流電流指令と直流電流帰
還信号から基本電流指令値Ｉａｒｅｆを作成し、ＳＶＧ
等の系統安定化機器として用いるのであれば、交流電源
電圧指令値と交流電源１の電圧帰還値とから基本電流指
令値Ｉａｒｅｆを作成し、自励式ＢＴＢや直流送電用サ
イリスタ変換器等の送電機器として用いるのであれば交
流電源１に供給する電力指令値と電力帰還値とから基本
電流指令値Ｉａｒｅｆを作成し、アクティブフィルタ等
の電流補償機器として用いるのであれば、交流電源１に
流す電流指令と電流帰還値とから基本電流指令値Ｉａｒ
ｅｆを作成すればよい。

【００３２】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、交流電源１からコンデンサ６に流れ込む電流Ｉｓ
を、第二の電流検出器７ｂがコンデンサ６とリアクトル
５との接続点よりも上記交流電源１寄りの位置にて検出
するとともに、この検出電流Ｉｓの高調波電流成分に対
して上記（式２）の伝達関数で演算して電圧型インバー
タ３から出力する電流Ｉａを補正するようにしたので、
当該電圧型インバータ３の出力電流Ｉａによって高調波
電流Ｉａの流入を効果的に抑制するインピーダンス特性
となり、上記交流電源１の出力電圧に高調波電圧が含ま
れていたとしても、交流電源１からコンデンサ６に流れ
込む高調波電流Ｉｓは効果的に抑制される。従って、交
流電源１からの交流電流Ｉｓの歪みが効果的に抑制さ
れ、当該交流電流Ｉｓの波形が正弦波に近いものとな
る。

【００３３】また、実施の形態１では、電流出力部２２
が、電圧型インバータ３の交流電圧出力に応じてリアク
トル５に交流電流Ｉａが流れ、この変換後の交流電流Ｉ
ａを検出して電圧型インバータ３のＯＮ／ＯＦＦタイミ
ングを制御する構成となっているので、簡単な構成にて
高調波電流Ｉｓを制御するために必要な電流制御を行う
ことができる。

【００３４】なお、交流電源１からコンデンサ６に流れ
る電流Ｉｓを直接第二の電流検出器７ｂにて検出した
が、リアクトル５から流れ出る電流Ｉａとコンデンサ６
に流れ込む電流Ｉｃとの差から当該電流Ｉｓを求めるよ
うにしても良い。

【００３５】実施の形態２．図４は、この発明の実施の
形態２による電力変換装置の構成を示すブロック図であ
る。２０は交流電源１に接続された負荷であり、この負
荷２０は交流電源１からみて電力変換装置と並列に接続
されている。また、第二の電流検出器７ｃは、この負荷
２０と電力変換装置との接続点からコンデンサ６とリア
クトル５との接続点までの間に流れる電流Ｉｂを検出す
る。第二の電流検出器７ｃならびに負荷２０を除くその
他の構成は実施の形態１と同様なので説明を省略する。

【００３６】次に動作について説明する。図において、
負荷２０と電力変換装置とは交流電源１から見て並列に
接続されているので、交流電源１から出力される交流電
圧はそのまま負荷あるいは電力変換装置に供給される。
従って、この交流電圧に高調波交流電圧が含まれていた
場合には、その高調波交流電圧はそのまま電力変換装置
に供給され、且つ、そのまま負荷に接続される。この電
力変換装置は、この高調波交流電圧に対して実施の形態
１の電力変換装置と同様に動作し、この高調波交流電圧
がコンデンサ６に流れ込むことにより発生する高調波交
流電流Ｉｓの発生を抑制する。

【００３７】なお、この実施の形態２では電力変換装置
に流れ込む電流がＩｓからＩｂに変更されているので上
記（式５）は下記（式６）に変更される。 Ｉｂ＝Ｖｃ／Ｚ （式６）

【００３８】以上のように、この実施の形態２によれ
ば、電力系統２を介して交流電源１から流れる高調波交
流電流Ｉｓは、負荷２０に流れ込む分を除いて抑制する
ことができ、実施の形態１と同様に、交流電源１から出
力される交流電流Ｉｓを正弦波に近いものにすることが
できる。その他の効果も実施の形態１と同様である。

【００３９】実施の形態３．図５は、この発明の実施の
形態３による電力変換装置の構成を示すブロック図であ
る。交流電源１から負荷２０に流れ込む電流ＩＬを、電
力変換装置と負荷２０との接続点よりも負荷２０寄りの
位置にて検出する負荷電流検出器２４を設けるととも
に、この負荷電流検出器２４に検出された電流ＩＬに含
まれる高調波成分を抑制するように基本電流指令作成回
路８が基本電流指令値Ｉａｒｅｆを出力する。

【００４０】図６に当該基本電流指令作成回路８の詳細
なブロック図の一例を示す。図において、１８ｂは負荷
電流検出器２４の検出電流ＩＬから商用周波数よりも高
い周波数を有する高調波電流成分を抽出するハイパスフ
ィルタ、１５ｂはこのハイパスフィルタ１８ｂから出力
される電流値に対して電流補償率に応じた比例演算を行
う比例回路である。

【００４１】負荷電流検出器２４および基本電流指令作
成回路８を除くその他の構成は実施の形態２と同様なの
で説明を省略する。

【００４２】次に動作について説明する。負荷電流検出
器２４は交流電源１から負荷２０に流れる電流ＩＬを検
出し、基本電流指令作成回路８はこの電流ＩＬに含まれ
る高調波成分を所定の電流補償率にて打ち消すような基
本電流指令値Ｉａｒｅｆを出力し、この交流電源１の電
流が電圧型インバータ３から電力変換装置と負荷２０と
の接続点に供給される。従って、負荷２０に流れ込む高
調波交流電流ＩＬの一部あるいは全部が電力変換装置に
より供給され、その分交流電源１の交流電流波形Ｉｓは
正弦波化される。また、この実施の形態３の電力変換装
置は、それ自体に流れ込む高調波交流電流Ｉｂも実施の
形態２と同様に抑制し、これによっても交流電源１の交
流電流波形Ｉｓは正弦波化される。

【００４３】以上のように、この実施の形態３に示す電
力変換装置は、交流電源１から出力される交流電流Ｉｓ
に負荷２０に起因して生じる高調波成分を含むことを抑
制することができ、アクティブフィルタとして動作す
る。特に、この実施の形態３のアクティブフィルタで
は、それ自身に分流される電流Ｉｂの高調波成分をも抑
制するように動作しているので、コンデンサを接続した
ことによる交流電流波形Ｉｓの歪みを抑制しつつ、負荷
２０による高調波電流の発生を抑制しているので、従来
のものよりもはるかに精度よく電流波形Ｉｓを正弦波に
近いものにすることができる。また、電流補償率を１０
０％としたときに、電流波形Ｉｓは最も正弦波に近いも
のになる。

【００４４】実施の形態４．図７は、この発明の実施の
形態４による電力変換装置の構成を示すブロック図であ
る。図において、第二の電流検出器７ｄは、交流電源１
からコンデンサ６に流れ込む電流Ｉｃを、コンデンサ６
とリアクトル５との接続点よりもコンデンサ６寄りの位
置にて検出する。また、電流補正回路１２の演算回路１
９が用いる伝達関数を下記（式７）に変更した。 （Ｚ＊Ｃ＊Ｓ−１）／（Ｚ＊Ｃ＊Ｓ） （式７） 但し、Ｚはインピーダンス特性、Ｃはコンデンサの容
量、Ｓはラプラス微分演算子である。なお、電力変換装
置に流れ込む電流Ｉｂは、実施の形態２と同様に、 Ｉｂ＝Ｖｃ／Ｚ （式８） となる。

【００４５】第二の電流検出器７ｄならびに上記演算回
路１９を除くその他の構成は実施の形態２と同様なので
説明を省略する。

【００４６】次に動作について説明する。図において、
負荷２０と電力変換装置とは交流電源１から見て並列に
接続されているので、交流電源１から出力される交流電
圧はそのまま負荷２０あるいは電力変換装置に供給され
る。従って、この交流電圧に高調波交流電圧が含まれて
いた場合には、その高調波交流電圧はそのまま電力変換
装置に供給され、且つ、そのまま負荷２０に接続され
る。この電力変換装置は、この高調波交流電圧に対して
実施の形態１の電力変換装置と同様に動作し、この高調
波交流電圧がコンデンサ６に印加されることにより発生
する高調波交流電流Ｉｂの発生を抑制する。

【００４７】以上のように、この実施の形態４によれ
ば、電力系統２を介して交流電源１から流れる高調波交
流電流Ｉｓは、負荷２０に流れ込む分ＩＬを除いて抑制
することができ、実施の形態２と同程度に、交流電源１
から出力される交流電流Ｉｓを正弦波に近いものにする
ことができる。その他の効果も実施の形態２と同様であ
る。

【００４８】また、図７に示す電力変換装置において、
実施の形態３と同様に負荷２０の電流ＩＬを検出する負
荷電流検出器２４を設けるとともに、基本電流指令作成
回路８がこの検出電流ＩＬの高調波成分に対して所定の
電流補償率となる基本電流指令値Ｉａｒｅｆを出力する
ように構成した場合には、実施の形態３と同様の作用効
果を発揮することは言うまでもない。

【００４９】実施の形態５．図８は、この発明の実施の
形態５による電力変換装置の構成を示すブロック図であ
る。図において、第二の電流検出器７ｅは、交流電源１
からコンデンサ６に流れ込む電流Ｉｓを、電力変換装置
と負荷２０との接続点よりも交流電源１寄りの位置にて
検出する。また、電流補正回路１２の演算回路１９が用
いる伝達関数を、実施の形態２と同様の下記（式９）に
変更した。 （Ｚ＊Ｃ＊Ｓ−１） （式９） 但し、Ｚはインピーダンス特性、Ｃはコンデンサの容
量、Ｓはラプラス微分演算子である。従って、交流電源
１から負荷２０に流れ込む高調波電流成分ＩＬが無い場
合には、交流電源１の高調波電流Ｉｓは全て電力変換装
置に流れ込む電流Ｉｂとなり、 Ｉｓ＝Ｖｃ／Ｚ （式１０） の関係が成立する。

【００５０】第二の電流検出器７ｅを除くその他の構成
は実施の形態２と同様なので説明を省略する。

【００５１】次に動作について説明する。図において、
負荷２０と電力変換装置とは交流電源１から見て並列に
接続されているので、交流電源１から出力される交流電
圧はそのまま負荷２０および電力変換装置に供給され
る。従って、この交流電圧に高調波交流電圧が含まれて
いた場合には、その高調波交流電圧はそのまま電力変換
装置に供給される。電力変換装置は、この高調波交流電
圧に対して実施の形態１の電力変換装置と同様に動作
し、この高調波交流電圧がコンデンサ６に印加されるこ
とにより発生する高調波交流電流の発生を抑制する。従
って、少なくとも上記コンデンサ６に起因する交流電源
の高調波交流電流Ｉｓは抑制される。

【００５２】以上のように、この実施の形態５によれ
ば、電力系統２を介して交流電源１から流れる高調波交
流電流Ｉｓは、負荷２０に流れ込む分ＩＬを除いて抑制
することができ、実施の形態２と同様に、交流電源から
出力される交流電流Ｉｓを正弦波に近いものにすること
ができる。その他の効果も実施の形態２と同様である。

【００５３】また、図８に示す電力変換装置において、
実施の形態３と同様に負荷２０の電流ＩＬを検出する負
荷電流検出器２４を設けるとともに、基本電流指令作成
回路８がこの検出電流ＩＬの高調波成分に対して所定の
電流補償率となる基本電流指令値Ｉａｒｅｆを出力する
ように構成した場合には、実施の形態３と同様の作用効
果を発揮することは言うまでもない。

【００５４】実施の形態６．図９は、この発明の実施の
形態６による電力変換装置の構成を示すブロック図であ
る。同図において、２１はコンデンサ６に発生する電圧
Ｖｃを検出する電圧検出器であり、この検出電圧Ｖｃが
電流補正回路１２に入力される。また、電流補正回路１
２のハイパスフィルタ１８ａは商用周波数以上の周波数
の交流電圧のみを抽出し、演算回路１９は下記（式１
１）の伝達達関数にて演算を行い電流補正値Ｉｈｒｅｆ
を出力する。 （Ｃ＊Ｓ−１／Ｚ） （式１１） 但し、Ｚはインピーダンス特性、Ｃはコンデンサの容
量、Ｓはラプラス微分演算子である。なお、電力変換装
置に流れ込む電流Ｉｂは、実施の形態２と同様に、 Ｉｂ＝Ｖｃ／Ｚ （式１２） となる。

【００５５】電圧検出器２１ならびに上記電流補正回路
１２を除くその他の構成は実施の形態２と同様なので説
明を省略する。

【００５６】次に動作について説明する。図９におい
て、負荷２０と電力変換装置とは交流電源１から見て並
列に接続されているので、交流電源１から出力される交
流電圧はそのまま負荷２０および電力変換装置に供給さ
れる。従って、この交流電圧に高調波交流電圧が含まれ
ていた場合には、その高調波交流電圧はそのまま電力変
換装置に供給される。この高調波交流電圧によりコンデ
ンサ６の電位Ｖｃが商用周波数よりも高い周波数にて変
化すると、電流補正回路１２から電流補正値Ｉｈｒｅｆ
が出力され、電圧型インバータ３はこの電流補正値Ｉｈ
ｒｅｆにより補正された電流Ｉａを出力する。従って、
コンデンサ６を交流電源１の高周波交流電圧に追従した
電位まで充放電するための電流Ｉｃの一部は、電圧型イ
ンバータ３の出力電流Ｉａにより供給され、その分、交
流電源１からの高周波交流電流Ｉｂは抑制される。

【００５７】以上のように、この実施の形態６によれ
ば、電力系統２を介して交流電源１から流れる高調波交
流電流Ｉｓは、負荷２０に流れ込む分ＩＬを除いて抑制
することができ、実施の形態２と同様に、交流電源１か
ら出力される交流電流Ｉｓを正弦波に近いものにするこ
とができる。その他の効果も実施の形態２と同様であ
る。

【００５８】また、図９に示す電力変換装置において、
実施の形態３と同様に負荷２０の電流ＩＬを検出する負
荷電流検出器２４を設けるとともに、基本電流指令作成
回路８がこの検出電流ＩＬの高調波成分に対して所定の
電流補償率となる基本電流指令値Ｉａｒｅｆを出力する
ように構成した場合には、実施の形態３と同様の作用効
果を発揮することは言うまでもない。

【００５９】なお、以上の実施の形態の説明では、電流
指令値Ｉｒｅｆに追従する電流Ｉａを出力する電流出力
部２２を、自励式の電圧型インバータ３の出力にリアク
トル５を設けるとともに、このリアクトル５に流れる電
流Ｉａを電流指令値Ｉｒｅｆと一致させるためのフィー
ドバック制御回路９，１０，１１とで構成したが、代わ
りに、電流Ｉａを直接出力することができるサイリスタ
変換器などの電流型インバータを用いて電流出力部２２
を構成しても良い。

【００６０】また、電圧型インバータ３の出力にリアク
トル５を設けた構成となっているが、コンデンサ６との
間に配設されて、適当なインダクタンス値を有するもの
であれば、例えば変圧器などの漏れインダクタンスなど
を代わりに利用するようにしても構わない。

【００６１】更に、電流制御回路９が電圧指令Ｖｒｅｆ
を作成し、これに応じてＰＷＭ回路１０やドライブ回路
１１が電圧型インバータ３をスイッチングする構成とな
っているが、これらの代わりに誤差追従式インバータな
どを用いても構わない。

【００６２】他方、以上の実施の形態の説明では、電圧
型インバータ３に直流電圧を与えるものとして直流電圧
源４を使用した構成となっているが、直流電圧を与える
ことができるものであれば如何なるものも使用できるの
で、例えばコンデンサや二次電池や交直変換器や整流器
などを代わりに用いてもよい。

【００６３】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、制御部が、当該交流電源からみた電力変換装置の
インピーダンス特性が上記電力変換装置へ流入する高調
波電流を抑制する特性となるように変化する電流指令値
を電力出力部に出力するように構成されているので、交
流電源からの交流電圧に高調波成分が含まれ、その高調
波電圧に起因してコンデンサに高調波電流が流れ込んだ
としても、それに応じて上記電力出力部からもコンデン
サへ電流が流れ込み、交流電源からコンデンサに流れる
高調波電流の増加を抑制することができる。従って、交
流電源からの交流電流の歪みが抑制され、当該交流電流
の波形が所望の波形に近いものとなる。

【００６４】請求項２記載の発明によれば、電流出力部
を、電圧型インバータの交流電圧出力に応じた電流をリ
アクトルを介して出力し、この電流を検出して電圧型イ
ンバータのＯＮ／ＯＦＦタイミングを制御するようにし
たので、簡単な構成にて高調波電流を制御するために必
要な電流制御を行うことができる。

【００６５】請求項３記載の発明によれば、交流電源か
らコンデンサに流れ込む電流を、当該コンデンサと上記
電流出力部との接続点よりも上記交流電源寄りの位置に
て検出するとともに、その検出電流の高調波成分に対し
て所定の伝達関数を掛け合わせて電流指令値の補正値を
得るようにしたので、交流電源からみた電力変換装置の
インピーダンス特性を上記電力変換装置へ流入する高調
波電流を抑制する特性とすることができる。

【００６６】請求項４記載の発明によれば、交流電源か
ら上記コンデンサに流れ込む電流を、上記負荷と電力変
換装置との接続点から上記コンデンサと上記電流出力部
との接続点までの間にて検出するとともに、その検出電
流の高調波成分に対して所定の伝達関数を掛け合わせて
電流指令値の補正値を得るようにしたので、交流電源か
らみた電力変換装置のインピーダンス特性を上記電力変
換装置へ流入する高調波電流を抑制する特性とすること
ができる。

【００６７】請求項５記載の発明によれば、交流電源か
ら上記コンデンサに流れ込む電流を、上記電力変換装置
と負荷との接続点よりも上記交流電源寄りの位置にて検
出するとともに、その検出電流の高調波成分に対して所
定の伝達関数を掛け合わせて電流指令値の補正値を得る
ようにしたので、交流電源からみた電力変換装置のイン
ピーダンス特性を上記電力変換装置へ流入する高調波電
流を抑制する特性とすることができる。

【００６８】請求項６記載の発明によれば、インピーダ
ンスをＺ、コンデンサの容量をＣ、ラプラス微分演算子
をＳとした場合の伝達関数が（Ｚ＊Ｃ＊Ｓ−１）である
ので、コンデンサに流れ込む電流を１／Ｚまでに最も効
果的に削減することができる。

【００６９】請求項７記載の発明によれば、交流電源か
ら上記コンデンサに流れ込む電流を、上記コンデンサと
上記電流出力部との接続点よりも当該コンデンサ寄りの
位置にて検出するとともに、その検出電流の高調波成分
に対して所定の伝達関数を掛け合わせて電流指令値の補
正値を得るようにしたので、交流電源からみた電力変換
装置のインピーダンス特性を上記電力変換装置へ流入す
る高調波電流を抑制する特性とすることができる。

【００７０】請求項８記載の発明によれば、伝達関数が
（Ｚ＊Ｃ＊Ｓ−１）／（Ｚ＊Ｃ＊Ｓ）であるので、コン
デンサに流れ込む電流を１／Ｚまでに最も効果的に削減
することができる。

【００７１】請求項９記載の発明によれば、コンデンサ
に発生する電圧を検出するとともに、その検出電流の高
調波成分に対して所定の伝達関数を掛け合わせて電流指
令値の補正値を得るようにしたので、交流電源からみた
電力変換装置のインピーダンス特性を上記電力変換装置
へ流入する高調波電流を抑制する特性とすることができ
る。

【００７２】請求項１０記載の発明によれば、伝達関数
が（Ｃ＊Ｓ−１／Ｚ）であるので、コンデンサに流れ込
む電流を１／Ｚまでに最も効果的に削減することができ
る。

【００７３】請求項１１記載の発明によれば、交流電源
からみた電力変換装置のインピーダンス特性を抵抗特性
としたので、比較的簡単な電圧制御により電流出力部か
らコンデンサに流れ込む電流を制御することができる。

【００７４】請求項１２記載の発明によれば、交流電源
からみた電力変換装置のインピーダンス特性をインダク
タンス特性としたので、抵抗特性とした場合などに比べ
て、交流電源から出力される周波数の高い成分に対して
高い抑制効果を発揮し、高調波電流の発生を効果的に抑
制することができる。

【００７５】請求項１３記載の発明によれば、基本電流
指令作成手段が、電力変換装置と負荷との接続点よりも
負荷寄りの位置にて電流を検出して、当該電流に含まれ
る高調波成分を抑制するように変化する電流指令値を出
力するので、負荷に流入する高調波電流を抑制するアク
ティブフィルタとして動作する。それとともに、アクテ
ィブフィルタ（電力変換装置）のコンデンサに流れ込む
高調波電流を抑制するように動作しているので、コンデ
ンサを設けたことによる交流電流波形の悪化を防止する
ことができる。従って、負荷に流入する交流電流の波形
自体の悪化を抑制しつつ高周波電流の流入を抑制するこ
とができるので、負荷への高調波電流の流入を抑制する
アクティブフィルタとしての性能を相乗効果により格段
に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による電力変換装置
を示すブロック図である。

【図２】 図１の電流制御回路を示すブロック図であ
る。

【図３】 図１の電流補正回路を示すブロック図であ
る。

【図４】 この発明の実施の形態２による電力変換装置
を示すブロック図である。

【図５】 この発明の実施の形態３による電力変換装置
を示すブロック図である。

【図６】 図５の電流指令作成回路を示すブロック図で
ある。

【図７】 この発明の実施の形態４による電力変換装置
を示すブロック図である。

【図８】 この発明の実施の形態５による電力変換装置
を示すブロック図である。

【図９】 この発明の実施の形態６による電力変換装置
を示すブロック図である。

【図１０】 従来の電力変換装置を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１ 交流電源、３ 電圧型インバータ（インバータ）、
４ 直流電圧源、５リアクトル、６ コンデンサ、７ａ
第一の電流検出器、７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ 第二の
電流検出器、８ 基本電流指令作成回路、１２ 電流補
正回路、１３ａ，１３ｂ 加算回路、２０ 負荷、２２
電流出力部、２３ 制御部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 融真 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 大島 正明 神奈川県横浜市鶴見区江ケ崎町４番１号 東京電力株式会社電力技術研究所内 (72)発明者 宮崎 聡 神奈川県横浜市鶴見区江ケ崎町４番１号 東京電力株式会社電力技術研究所内

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源に接続されたインバータを有
   し、電流指令値に追従する電流を出力する電流出力部
   と、上記交流電源からみて当該インバータと並列に接続
   されたコンデンサと、上記電流出力部への電流指令値を
   出力する制御部とを備えた電力変換装置において、 上記制御部は、当該交流電源からみた電力変換装置のイ
   ンピーダンス特性が上記電力変換装置へ流入する高調波
   電流を抑制する特性となるように変化する電流指令値を
   出力することを特徴とする電力変換装置。
2. 【請求項２】 電流出力部は、直流電圧源と、この直流
   電圧源の出力電圧をスイッチングして交流電圧に変換す
   る電圧型インバータと、この電圧型インバータとコンデ
   ンサとの間に接続されたリアクトルと、このリアクトル
   に流れる電流を検出する第一の電流検出器と、電流指令
   値と当該第一の電流検出器による検出電流値との差に応
   じて電圧型インバータのＯＮ／ＯＦＦタイミングを制御
   するインバータ制御回路とを有することを特徴とする請
   求項１記載の電力変換装置。
3. 【請求項３】 制御部が、 交流電流を調整するための基本電流指令値を出力する基
   本電流指令作成手段と、 交流電源から流れる電流を、当該コンデンサと電流出力
   部との接続点よりも上記交流電源寄りの位置にて検出す
   る第二の電流検出器と、 当該第二の電流検出器により検出された電流に含まれる
   高調波成分に対して所定の伝達関数を掛け合わせた電流
   補正値を出力する電流補正回路と、 上記基本電流指令値と当該電流補正値とを足し合わせて
   なる電流指令値を出力する加算回路とからなることを特
   徴とする請求項１記載の電力変換装置。
4. 【請求項４】 交流電源からみた場合に並列に負荷が接
   続された電力変換装置において、 制御部が、 交流電力を調整するための基本電流指令値を出力する基
   本電流指令作成手段と、 上記交流電源から流れる電流を、上記負荷と電力変換装
   置との接続点から上記コンデンサと電流出力部との接続
   点までの間にて検出する第二の電流検出器と、 当該第二の電流検出器により検出された電流に含まれる
   高調波成分に対して所定の伝達関数を掛け合わせた電流
   補正値を出力する電流補正回路と、 上記基本電流指令値と当該電流補正値とを足し合わせて
   なる電流指令値を出力する加算回路とからなることを特
   徴とする請求項１記載の電力変換装置。
5. 【請求項５】 交流電源からみた場合に並列に負荷が接
   続された電力変換装置において、 制御部が、 交流電力を調整するための基本電流指令値を出力する基
   本電流指令作成手段と、 交流電源から流れる電流を、電力変換装置と負荷との接
   続点よりも上記交流電源寄りの位置にて検出する第二の
   電流検出器と、 当該第二の電流検出器により検出された電流に含まれる
   高調波成分に対して所定の伝達関数を掛け合わせた電流
   補正値を出力する電流補正回路と、 上記基本電流指令値と当該電流補正値とを足し合わせて
   なる電流指令値を出力する加算回路とからなることを特
   徴とする請求項１記載の電力変換装置。
6. 【請求項６】 インピーダンスをＺ、コンデンサの容量
   をＣ、ラプラス微分演算子をＳとした場合、伝達関数が
   （Ｚ＊Ｃ＊Ｓ−１）であることを特徴とする請求項３か
   ら請求項５のうちのいずれか１項記載の電力変換装置。
7. 【請求項７】 交流電源からみた場合に並列に負荷が接
   続された電力変換装置において、 制御部が、 交流電流を調整するための基本電流指令値を出力する基
   本電流指令作成手段と、 上記交流電源から流れる電流を、上記コンデンサと電流
   出力部との接続点よりも当該コンデンサ寄りの位置にて
   検出する第二の電流検出器と、 当該第二の電流検出器により検出された電流に含まれる
   高調波成分に対して所定の伝達関数を掛け合わせた電流
   補正値を出力する電流補正回路と、 上記基本電流指令値と当該電流補正値とを足し合わせて
   なる電流指令値を出力する加算回路とからなることを特
   徴とする請求項１記載の電力変換装置。
8. 【請求項８】 インピーダンスをＺ、コンデンサの容量
   をＣ、ラプラス微分演算子をＳとした場合、伝達関数が
   （Ｚ＊Ｃ＊Ｓ−１）／（Ｚ＊Ｃ＊Ｓ）であることを特徴
   とする請求項７記載の電力変換装置。
9. 【請求項９】 交流電源からみた場合に並列に負荷が接
   続された電力変換装置において、 制御部が、 交流電流を調整するための基本電流指令値を出力する基
   本電流指令作成手段と、 コンデンサに発生する電圧を検出する電圧検出器と、 当該電圧検出器により検出された電圧に含まれる高調波
   成分に対して所定の伝達関数を掛け合わせた電流補正値
   を出力する電流補正回路と、 上記基本電流指令値と当該電流補正値とを足し合わせて
   なる電流指令値を出力する加算回路とからなることを特
   徴とする請求項１記載の電力変換装置。
10. 【請求項１０】 インピーダンスをＺ、コンデンサの容
    量をＣ、ラプラス微分演算子をＳとした場合、伝達関数
    が（Ｃ＊Ｓ−１／Ｚ）であることを特徴とする請求項９
    記載の電力変換装置。
11. 【請求項１１】 交流電源からみた電力変換装置のイン
    ピーダンス特性が電力変換装置へ流入する高調波電流を
    抑制する抵抗特性であることを特徴とする請求項１から
    請求項１０のうちのいずれか１項記載の電力変換装置。
12. 【請求項１２】 交流電源からみた電力変換装置のイン
    ピーダンス特性が電力変換装置へ流入する高調波電流を
    抑制するインダクタンス特性であることを特徴とする請
    求項１から請求項１０のうちのいずれか１項記載の電力
    変換装置。
13. 【請求項１３】 基本電流指令作成手段が、電力変換装
    置と負荷との接続点よりも負荷寄りの位置にて電流を検
    出する負荷電流検出器と、 当該負荷電流検出器により検出された電流に含まれる高
    調波成分を抑制するように変化する電流指令値を出力す
    る基本電流指令作成回路とで構成されていることを特徴
    とする請求項３から請求項１２のうちのいずれか１項記
    載の電力変換装置。