JPH1132436A - アクティブフィルタの制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】系統母線に補償電流注入用インバータを接続
し、制御サイクル毎に、高調波電圧をインバータ接続点
から系統を見たインピーダンスで除し、その除算値に補
償電流を加算した値を次回の補償電流指令値としてイン
バータに入力するアクティブフィルタを制御する際、力
率改善用コンデンサ装置の追加投入や開放等の補償対象
の状態が変化しても状態変化前のインピーダンスを用い
て補償電流指令値を算出しているため、補償動作中に補
償対象としている状態のインピーダンスと、補償電流指
令値を決定するのに用いるインピーダンスとに差異が生
じる。 【解決手段】一定時間毎に高調波電圧及び補償電流を検
出し、現在の補償電流が前回の補償電流と異なる場合、
式［｛（前回の高調波電圧）−（現在の高調波電圧）｝
／｛（現在の補償電流）−（前回の補償電流）｝］によ
り演算したインピーダンスＺｔを用いて次回の補償電流
指令値Ｉｒ（ｋ＋１）を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、系統電圧に含まれ
る高調波電圧を検出して補償電流を決定し、高調波電圧
を抑制する電圧検出型アクティブフィルタの制御方法に
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
てきている。それに伴って高調波障害が多発しているた
め、高調波対策としてアクティブフィルタ（以下、ＡＦ
と称す）を導入するケースが増えつつある。上記ＡＦ
は、サイリスタ制御機器等の高調波発生源から発生する
高調波電流を打ち消す補償電流をインバータから系統母
線に注入して系統の高調波を抑制する。この場合、高調
波発生源が補償点（ＡＦ接続点）から見て負荷側（下流
側）にのみ存在することを前提とし、 負荷電流中に含ま
れる高調波電流を検出して補償している。

【０００３】ところが、ＡＦ接続点から上流側に高調波
発生源がある場合、又は補償しようとする系統母線が他
の系統とループを形成し、別の高調波発生源から自系統
に高調波が流入する場合、下流側の高調波電流を補償し
ても上流側又は他系統から系統インピーダンスを通して
流入する高調波電流によってＡＦ接続点に高調波電圧が
発生してしまう。

【０００４】そこで、従来、高調波電圧を補償対象とす
るＡＦが知られており、その一例を図３に示すＡＦ接続
系統図を参照して次に説明する。図において（Ｖｓ）は
系統電源、（Ｚｓ）は系統インピーダンス、（１）はＡ
Ｆ、（２）は系統母線で、負荷（ＺL ）が系統母線
（２）を介して系統電源（Ｖｓ）に接続され、系統母線
（２）の分路にＡＦ（１）が接続される。

【０００５】ＡＦ（１）は、出力側を系統母線（２）に
接続した高周波インバータ（３）と演算部（４）と補償
電流検出用変流器（ＣＴ）と高調波電圧検出用変成器
（ＰＴ）とを具備し、インバータ（３）から系統母線
（２）に補償電流（Ｉａ）を注入する。演算部（４）は
高調波検出器を内蔵し、変成器（ＰＴ）で検出したＡＦ
接続点電圧（Ｖｍ）から高調波検出器により高調波電圧
（Ｖｎ）を検出する。又、インバータ（３）から出力し
た補償電流（Ｉａ）を変流器（ＣＴ）で検出して演算部
（４）に入力し、後述のように、高調波電圧（Ｖｎ）
と、補償電流（Ｉａ）と、接続点（Ｍ）から系統を見た
インピーダンス（Ｚｔｏ）とで補償電流指令値（Ｉｒ）
を演算してインバータ（３）に入力する。

【０００６】即ち、ＡＦ接続点（Ｍ）における高調波電
圧（Ｖｎ）に対しＡＦ（１）を等価インピーダンス０の
要素として作用させれば、系統に発生した高調波電流が
ＡＦ（１）に吸収されて高調波電圧（Ｖｎ）を抑制する
ことが出来る。従って、テブナンの定理によりＩａ＝Ｖ
ｎ／（Ｚｔｏ＋Ｚａ）（但し、Ｚａ：ＡＦの等価インピ
ーダンス）において、Ｚａ＝０として、Ｉａ＝Ｖｎ／Ｚ
ｔｏ となる。

【０００７】実際の制御において補償電流指令値（Ｉ
ｒ）を演算するに際しては、高調波電圧（Ｖｎ）の時間
的変化と補償誤差を考慮する必要があり、ＡＦ（１）の
１制御サイクル毎に高調波電圧（Ｖｎ）と補償電流（Ｉ
ａ）を検出し、次式（イ）により算出する。

【０００８】 Ｉｒ（ｋ＋１）＝Ｉａ（ｋ）＋｛Ｖｎ（ｋ）／Ｚｔｏ｝…（イ） 但し、Ｉｒ（ｋ＋１）：次回の補償電流指令値、Ｉａ
（ｋ）：現在の補償電流、Ｖｎ（ｋ）：現在の高調波電
圧、Ｚｔｏ：ＡＦ接続点から系統を見たインピーダンス 次に、式（イ）の演算ブロック（４）を図４に示すと、
（６）は電圧｛Ｖｎ（ｋ）｝とインピーダンス｛Ｚｔ
ｏ｝を除算する除算器、（７）は電流｛Ｉａ（ｋ）｝と
除算値｛Ｖｎ（ｋ）／Ｚｔｏ｝を加算して次回の指令値
｛Ｉｒ（ｋ＋１）｝を出力する加算器である。ここで、
インピーダンス（Ｚｔｏ）は補償対象の等価回路（Ｒ、
Ｌ、Ｃを集約した値で表示）からＡＦ補償動作前に計算
して設定している。図３では、Ｚｔｏ＝（Ｚｓ・ＺL ）
／（Ｚｓ＋ＺL ）（但し、ＺL ：負荷側インピーダン
ス）となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のＡＦの制御
方法によれば、力率改善用コンデンサ装置の追加投入や
開放等の補償対象の状態が変化しても依然として状態変
化前に得たインピーダンス（Ｚｔｏ）を用いて式（イ）
により補償電流指令値（Ｉｒ）を算出している。そのた
め、補償動作中に補償対象としている状態のインピーダ
ンス（Ｚｔ）と、補償電流指令値（Ｉｒ）を決定するの
に用いるインピーダンス（Ｚｔｏ）とに差異が生じる。
この時、補償対象としている状態のインピーダンス（Ｚ
ｔ）がインピーダンス（Ｚｔｏ）の（１／２）以下の大
きさに変化、又は位相差が１８０ｄｅｇとなると、安定
動作が出来なくなるという不具合が生じる。

【００１０】本発明の目的は、補償動作中に補償対象と
している状態のインピーダンスを一定時間毎に常に演算
し、そのインピーダンスを用いて補償電流指令値を算出
し、補償対象の状態変化に追従して補償電流指令値を更
新するＡＦの制御方法を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、系統母線に補
償電流を注入するインバータを有し、制御サイクル毎
に、上記インバータ接続点の系統電圧から検出した高調
波電圧をインバータ接続点から系統を見たインピーダン
スで除し、その除算値に補償電流を加算した値を次回の
補償電流指令値として上記インバータに入力するＡＦを
制御するにあたり、一定時間毎に上記高調波電圧及び補
償電流を検出し、現在の補償電流が前回の補償電流と異
なる場合、式［｛（前回の高調波電圧）−（現在の高調
波電圧）｝／｛（現在の補償電流）−（前回の補償電
流）｝］により演算したインピーダンスを用いて次回の
上記補償電流指令値を算出してインバータに入力し、補
償対象の状態変化に追従して補償電流指令値を更新する
ことを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明に係るＡＦの制御方法の実
施の形態を図１を参照して以下に説明する。最初に本発
明方法の技術的考え方を述べる。まず図２（ａ）に示す
本発明に係るＡＦ（８）の接続系統図においてＡＦ接続
点（Ｍ）から系統を見たインピーダンス（Ｚｔ）を、Ｚ
ｔ＝Ｚｓ・ＺL ／（Ｚｓ＋ＺL ）（但し、Ｚｓ：系統イ
ンピーダンス、ＺL：負荷側インピーダンス） とする
と、ＡＦ接続系統を図２（ｂ）の等価回路図で示すこと
が出来る。

【００１３】そこで、図２（ｂ）においてＡＦ接続点
（Ｍ）の高調波電圧を（Ｖｎ）とし、接続点（Ｍ）から
ＡＦ（１）側に流入する方向を正電流とすると、図２
（ｃ）に示すように、ＡＦ（１）から出力して接続点
（Ｍ）に注入される補償電流は（−Ｉａ）となる。そし
て、或る一定時間間隔で高調波電圧（Ｖｎ）及び補償電
流（Ｉａ）を常に検出し、前回及び現在の高調波電圧を
｛Ｖｎ（ｋ−１）｝、｛Ｖｎ（ｋ）｝、前回及び現在の
補償電流を｛Ｉａ（ｋ−１）｝、｛Ｉａ（ｋ）｝とする
と、それぞれの時刻に対して次式が成り立つ。

【００１４】 Ｖｎ（ｋ−１）＝−Ｚｔ・Ｉａ（ｋ−１）…（ロ） Ｖｎ（ｋ）＝−Ｚｔ・Ｉａ（ｋ）…（ハ） そこで、減算｛（ロ）−（ハ）｝より Ｖｎ（ｋ−１）−Ｖｎ（ｋ）＝−Ｚｔ・Ｉａ（ｋ−１）＋Ｚｔ・Ｉａ（ｋ） ＝Ｚｔ｛Ｉａ（ｋ）−Ｉａ（ｋ−１）｝ これより補償動作中に補償対象としている状態の系統か
ら見たインピーダンス（Ｚｔ）は、 Ｚｔ＝｛Ｖｎ（ｋ−１）−Ｖｎ（ｋ）｝／｛Ｉａ（ｋ）−Ｉａ（ｋ−１）｝… （ニ） 但し、Ｉａ（ｋ）≠Ｉａ（ｋ−１） 従って、ＡＦ（８）の演算部で式（ニ）より一定時間間
隔で時々刻々インピーダンス（Ｚｔ）を常に検出し、Ｉ
ａ（ｋ）≠Ｉａ（ｋ−１）の場合、最新のインピーダン
ス（Ｚｔ）を用いて前述の式（イ）により次回の補償電
流指令値｛Ｉｒ（ｋ＋１）｝を算出してＡＦ（８）のイ
ンバータに入力する。それにより補償対象の状態変化に
追従して補償電流指令値｛Ｉｒ（ｋ＋１）｝を常に更新
する。

【００１５】次に、図１は本発明に係るＡＦ（８）の演
算部において補償電流指令値（Ｉｒ）を算出するための
演算ブロック（９）を示す。上記演算ブロック（９）は
本発明に係るインピーダンス（Ｚｔ）を用いて式（イ）
を実行するもので、図１において（１０）は記憶装置、
（１１）は比較器、（１２）（１３）は減算器、（１
４）（１５）は除算器、（１６）は加算器である。

【００１６】上記記憶装置（１０）はＡＦ接続点（Ｍ）
の高調波電圧｛Ｖｎ（ｋ）｝と補償電流｛Ｉａ（ｋ）｝
を制御サイクル毎に一定時間間隔で記憶する。比較器
（１１）は、記憶装置（１０）から出力した前回の補償
電流｛Ｉａ（ｋ−１）｝と現在の補償電流｛Ｉａ
（ｋ）｝が入力して両者が等しいか否かを検出する。減
算器（１２）は、前回及び現在の各高調波電圧｛Ｖｎ
（ｋ−１）｝と｛Ｖｎ（ｋ）｝の減算値｛Ｖｎ（ｋ−
１）−Ｖｎ（ｋ）｝を出力する。減算器（１３）は現在
と前回の各補償電流｛Ｉａ（ｋ）｝と｛Ｉａ（ｋ−
１）｝の減算値｛Ｉａ（ｋ）−Ｉａ（ｋ−１）｝を出力
する。

【００１７】除算器（１４）は減算値｛Ｖｎ（ｋ−１）
−Ｖｎ（ｋ）｝と｛Ｉａ（ｋ）−Ｉａ（ｋ−１）｝の除
算値、即ち式（ニ）によるインピーダンス（Ｚｔ）を出
力する。除算器（１５）は現在の高調波電圧｛Ｖｎ
（ｋ）｝とインピーダンス（Ｚｔ）の除算値｛Ｖｎ
（ｋ）／Ｚｔ｝を出力する。加算器（１６）は補償電流
｛Ｉａ（ｋ）｝と除算値｛Ｖｎ（ｋ）／Ｚｔ｝を加算
し、式（イ）により次回の補償電流指令値｛Ｉｒ（ｋ＋
１）｝を出力する。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、系統母線に補償電流を
注入するインバータを有し、制御サイクル毎に、上記イ
ンバータ接続点の系統電圧から検出した高調波電圧を、
インバータ接続点から系統を見たインピーダンスで除
し、その除算値に補償電流を加算した値を次回の補償電
流指令値として上記インバータに入力するＡＦを制御す
るにあたり、一定時間毎に上記高調波電圧及び補償電流
を検出し、現在の補償電流が前回の補償電流と異なる場
合、式［｛（前回の高調波電圧）−（現在の高調波電
圧）｝／｛（現在の補償電流）−（前回の補償電
流）｝］により演算したインピーダンスを用いて次回の
上記補償電流指令値を算出してインバータに入力し、補
償対象の状態変化に追従して補償電流指令値を更新する
ようにしたから、補償対象の状態変化に対応するインピ
ーダンスを得ることが出来、常に最良のＡＦ補償効果を
維持出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るＡＦの制御方法の実施の形態を示
す補償電流指令値の演算ブロック図。

【図２】（ａ）は本発明に係るＡＦの接続系統図。
（ｂ）（ｃ）は図２（ａ）の等価回路図。

【図３】ＡＦの接続系統図。

【図４】従来のＡＦの制御方法の一例を示す補償電流指
令値の演算ブロック図。

【符号の説明】

９ インピーダンスの演算ブロック

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】系統母線に補償電流を注入するインバータ
   を有し、制御サイクル毎に、上記インバータ接続点の系
   統電圧から検出した高調波電圧をインバータ接続点から
   系統を見たインピーダンスで除し、その除算値に補償電
   流を加算した値を次回の補償電流指令値として上記イン
   バータに入力するアクティブフィルタを制御するにあた
   り、 一定時間毎に上記高調波電圧及び補償電流を検出し、現
   在の補償電流が前回の補償電流と異なる場合、式
   ［｛（前回の高調波電圧）−（現在の高調波電圧）｝／
   ｛（現在の補償電流）−（前回の補償電流）｝］により
   演算したインピーダンスを用いて次回の上記補償電流指
   令値を算出してインバータに入力し、補償対象の状態変
   化に追従して補償電流指令値を更新することを特徴とす
   るアクティブフィルタの制御方法。