JPS6335132A

JPS6335132A - 配電系統高調波制御方式

Info

Publication number: JPS6335132A
Application number: JP61177498A
Authority: JP
Inventors: 寺田　眞; 浩鈴木; 功伊与田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-07-30
Filing date: 1986-07-30
Publication date: 1988-02-15
Anticipated expiration: 2011-05-29
Also published as: JP2501798B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、配電系統高調波制御方式、特に配電系統の
高調波を抑制するようにした配電系統高調波制御方式に
関するものである。

〔従来の技術〕

従来、配電系統は系統的には大容量のネットワーク単位
の機器を持つものではないが、ネットワークの枝別れの
数が多く且つネットワークの負荷に様々な機器が接続さ
れている。ここで特に注目すべき点は、サイリスタの点
弧角を制御して電力の制御を行なうような機器を接続し
た場合である。

その他にも非線凰入出力特性をもつ電気機器があるが、
このような電気機器を接続した場合、配電系統の正弦波
電圧源に対して比較的低次の高調波を発生する事があシ
、それで配電系統の高調波問題が研究されて来ているの
が現状である。

このようなサイリスタ応用機器の内で、大容量のものに
ついては、設定時に発生高調波の程度をある程度予測し
て対策をとることも意味があるが、小容量のものＫつい
ては設置時にこのような発生高調波の程度を把握して対
策をとることはむずかしく、特に家庭用電気製品の中の
該当製品（例えば、テレビ１電気毛布など）は、その導
入及び特性の把握などを行ないにくい。そのために、最
近は、利用変動の著しい小容量負荷（例えば、テレビな
ど）からの高調波の発生が特に問題となってきている。

この詳細の一例は文献（電気学会誌、第１θ）巻、第ｇ
号（昭和５６年ｇ月号）、第１７頁〜第２μ頁に掲載さ
れた井上著の論文：「配電線の第Ｓ調波電流発生源と負
荷の等両回路の推定法」）に示されているが、この文献
に示されている範囲では、この高調波対策として、電力
系統上位の電気機器の運転状況を変更することが推奨さ
れている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のよ５に従来においてもいろいろな高調波発生対策
がそれなシにとられているが、対策によってはその状況
に応じてこの対策がと力にくく、あらゆる場合に対して
その対策が実施可能と云い切れない等の問題点があった
。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、あらゆる現状九対して、比較的単純な構成で配電
系統の変動にも適合できる配電系統高調波制御方式を得
ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る配電系統高調波制御方式は、配電系統の
母線と、前記母線から引き出されたフィーダと、前記フ
ィーダから更に分岐した複数の分岐線と、前記複数の分
岐線のそれぞれに接続された負荷と、前記フィーダの各
相の高調波電流値及び前記分岐線の各相が高調波電圧値
を計測する複数の配電系統計測及び制御手段と、各配電
系統計測及び制御手段に接続され且つ各分岐線に接続さ
れた可変アドミッタンス手段とを備え、配電系統特性及
び高調波量を前記配電系統計測及び制御手段によって計
測し、この計測値に応じて前記可変アドミッタンスを制
御するようにしたものである。

〔作用〕

この発明においては、配電系統の特性及び高調波量を検
出し、所定の高調波を抑制するために必要なフィルタ量
を計算し、内蔵スイッチによシそのフィルタを配電系統
に自動的に投入するので、比較的単純な構成で配電系統
の変動にも適合できる。

〔実施例〕

まず、この発明の詳細な説明するのに先立って、この発
明の原理である配電系統における高調波分布の予測を第
３図について説明する。

第５図（ａ）は高調波成分の予測を行なうためにこの発
明の基本原理を説明するのに好適な検討モデル図であシ
、図において、（／／）はＰ点（ｐ、−ｐ、）から見た
電源側電流源であって、電流源（ＩＨｏ）とアドミッタ
ンス（Ｙヨ５）との並列接続体から構成される。（／コ
）はＰ点（ｐ、−ｐよ）から見た負荷側電流源であって
、電流源（工、ρとアドミッタンス（ＹＬ５）との並列
接続体から構成される。（／３）はＰ点（ｐ、−ｐ、）
から見た電源側において電源側電流源（ｌ／）と直列に
接続される配電用変圧器のインビーダンス（ｚ、ρ、（
ハ０はＰ点（ｐ、−ｐユ）から見た負荷側において負荷
側電流源（／２）と直列に接続される負荷インピーダン
ス（２，）でアル。

第５図（ｂ）は第左図（ａ）の検討モデルをＰ点（ｐ、
−ｐユ）から電源側を見たときの等価回路図である。

一般に、高調波発生源は定電流源であシ、第５図（ｂ）
のＰ点で発生する電圧（Ｖ、）の電流源を工。。

工、とするとき、次式のようになる。

ここで、Ｙ８はＰ点より電源側を見たアドミッタンスＹＬはＰ点よシ負荷側を見たアドミッタンス実際には電源側、負荷側に直列、並列のインピーダンス
を呈する線路、機器が接続されるので、Ｙ８．ＹＬは次
のような式になる。

上記のＹ、　、　ＹＬは周波数に依存するので、高調波
電流発生源の発生する第９次の高調波に対してＰ点で発
生する電圧（ｖＯｎ）は（１）式より次のような式が成
立する。

この際、工、ｎ、ＩＬｎはＰ点を短絡した時に流れる電
流値であるので検出可能である。また、電圧（ｖＯｎ）
も計測可能であるので、が求まる。Ｐ点を短絡するには、第り次の高調波に対し
てインピーダンス０となるようなネットワークを接続す
る。

次に第（ｒ）式で得られた（ＹＳｎ＋ＹＬｎ）の値を知
った上で適当なアドミッタンスＹ。ｎを挿入すると次式
のようになる。

従って第（３）式よシとなる。即ち、第ｎ次高調波に対してインピーダンスＯ
となるネットワークを試し接続した後、■。ｎ’　工Ｌ
ｎｌ　ｖＯｎを実測して、電源側のアＰミツタンスＹｓ
ｎ、負荷側のアドミッタンスＹＬｎを検出した後、第ｎ
次高調波に対して適当なアＦ％　ミツタンスの値Ｙ。を
設定し、第ｎ次高調波電圧が所望の値ｖｏｎＬになった
とすると、下記のような式が成立する。

ここで右辺第２項は計測可能である。

以上により現在の抑制対称である次数の高調波成分の電
圧レベルを水準以下に低減する事ができる。

この高調波次数として現在話題となっているのは、第３
次〜第１次であシ、第３次、第６次、第９次などの３の
倍数の高調波成分は、変圧器の△結線に環流するので機
器外部に存在する事は考慮しなくてもよい。又、第１／
次以上は現在の配電系統において問題となる程度の量は
存在していないので、特に問題としなくてよいとされて
いる。

以上によって上記の抑制用アドミッタンスＹ。ｎの周波
数特性は通常知られたもの（例えば受動形素子の組合せ
）でよい事が多いとされている。

次に実施例の説明をする。第１図はこの発明による配電
系統高調波抑制方式の一実施例の概略図であシ、図にお
いて、（Ｏ／）は配電系統の母線、（０コ）はこの母線
（θ／）から引出されたフィーダ、（２）はこのフィー
ダ（θ２）から更に分岐された分岐線、（３）は分岐線
（２）に接続された負荷、（り）は配電系統計測及び制
御手段であって、フィーダ（０ユ）の各相に流れる電流
を計測するための一流計測用変成器（＋−ａ）、（乙−
ｂ）、（乙−Ｃ）のそれぞれに接続され、さらに分岐線
（コ）の各相の電圧を計測するための電圧計測用変成器
（クーａ）　、　（７−ｂ）　、　（７−Ｃ）のそれぞ
れに接続されている。（５）は可変アＰミツタンス手段
であって、分岐線（−）の各相に接続され、さらに配電
系統計測及び制御手段（り）に接続されている。なお、
電流計測用変成器（乙）、電圧計測用変成器（７）は共
に計測しようとする高調波が存在する周波数の約ａ倍以
上程度迄の満足な周波数特性を有するものであるとする
。

第２図は第１図に示した配電系統計測及び制御手段（ｔ
Ｉ）及び可変アＰミツタンス手段（５）の各部の詳細構
成図であシ、図において、第１図と同一符号のものは第
１図のものと同−又は相当なものであるので説明は省略
する。配電系統計測及び制御手段（りは、分岐線（２）
の各相の瞬時電圧値をサンプルホールｒする第１手段（
ｌＩ−ｐ）と、フィーｆ　（Ｏｘ）の各相の瞬時電流値
をサンプルホールドする１１手段（ｇ−ｃ）と、これら
第１手段（ｘ−ｐ）及び第一手段（ｐ−ｃ）の出力側に
接続された計測手段（＋−ｄ）とからなる。可変アＰミ
ツタンス手段（５）は、フィーダ（θコ）の各相に接続
されたフィルタ（Ｊ−Ｆ）と、このフィルタ（、ｔ−Ｆ
）および上述した計測手段（＋−ｄ）に接続されたスイ
ッチ手段（ｙ−ｓ）とから構成される。第３図は第２図
に示した配電系統計測及び制御手段（ｌｌ′）の各部の
よシ詳細な構成図であり、図において、第１図と同一符
号のものは第１図のものと同−又は相当なものであるの
で説明は省略する。瞬時電圧値をサンプルホールドする
第１手段（＋−ｐ）は、電圧計測用変成器（７−ａ）。

（７−ｂ）　、　（？−Ｃ）にそれぞれ接続された第１
補助変成器（＜ｚｌ−ａ）　、　（１，ｔＩ−ｂ）　、
　（ｚｌ−ｃ）　　と、これら第１補助変成器に接続さ
れた３相分の第１レベルコン・マークＬ　／　ｃ　（ｌ
Ｉ３−／）と、この第１　Ｌ　／ｃ　（ｚ３−／）に接
続された第〆サンプルホールドアンプ（ＳＨＡ）　（ｔ
ｉ＜ｔ　−／）とから構成され、３相各相の線間電圧に
対応する電圧値を第１補助変成器（４７メーａ）　、　
（ｚｌ−ｂ）　、　（ｌＩ／−ｃ）でそれぞれ計測し、
第１　Ｌ／Ｃ（ｌＩ３−／）でこの計測値をレベル変換
し、後述のマイクロプロセッサユニツ）（ＭＰＴＴ）か
ら与えられる時点の瞬時値を第１５ＨＡ（ｕ＊−／）で
サンプルして保持する。

瞬時電流値をサンプルホールドする第２手段（’ｚ−ｃ
）は、電流計測用変成器ＩＡ−ａ）　、　（Ａ−ｂ）　
、　（Ａ−Ｃ）にそれぞれ接続された第一補助変成器（
＋２−ａ）　、　（＋ニーｂ）。

（ｌｌＸ−Ｃ）と、これら第一補助変成器に接続されて
第１　Ｌ　／　ｃ　（ｇ３−／）と同様な第２Ｌ　／ｃ
　（ｕ３−、ｚ）と、この第２Ｌ／ｃ（ｙ３−一）に接
続されて第１ｓＨＡ（ｇダー／）と同様な第一５ＨＡ（
ｔｌＩ−コ）とから構成され、３相各相の線電流に対応
する電流値を第一補助変成器（１−ａ）　、　（／Ｉｘ
−ｂ）　、　（ｕｕ−ｃ）でそれぞれ計測し、第ｓ　Ｌ
　／　Ｃ（ｚ３−２）でこの計測値をノベル変換し、Ｍ
ｐｎ（ｌ１７）から与えられる時点の瞬時値を第一５Ｈ
Ａ（ｘ＋−、ｚ）でサンプルして保持する。計測手段（
グーｄ）は、第１ＳＨＡ（４ｔｌＩ−７）、第ｘ　５Ｈ
Ａ（弘グ弓）にそれぞれ接続されたマルチプレクサ（Ｍ
ＰＸ）　（＜ｚｔ）と、このＭｐｘ（＜ｚｔ）の出力側
に接続されたこのアナログ／ディジタル（Ａ／ｂ）変換
器（ダ６）と、このＡ／Ｄ変換器（り６）の出力データ
を処理するＭＰＴＴ（４）とから構成されている。

第９図は第−図及び第３図に示した可変アＰミツタンス
手段（５）のフィルタ（５−Ｆ）とスイッチ手段（ｔ−
Ｓ）の具体的な回路図であり、図において、第１図と同
一符号のものは第１図と同−又は相当するものなので説
明を省略する。フィルタ（５−Ｆ）はＬＯＣＯ並列共振
フィルタ（ｔＩ−ａ）　、　（ｔＩ−ｂ）　。

（、ｔＩ−Ｃ）とＬｓＣ８直列共振フィルタ（ｒｘ−ａ
）　、　（、ｔｘ−ｂ）　、　０ｕ−ｃ）とから構成さ
れる。これら２つのフィルタはそれぞれ直列に接続され
、Ｌｏｃｏ並列共振フィルタ（左１−ａ）　、　（夕／
−ｂ）、（左／−Ｃ）は分岐線（ａ）の各相にそれぞれ
接続されている。スイッチ手段（、ｔ−ｓ）は、サイリ
スタスイッチ（、ｔ、、７−ａ）　、　（，５−３−ｂ
）　。

（ｔ、、７−ｃ）から構成されてフィルタ（！ｒ−Ｆ）
に接続され、可変アト°ミツタンス手段（りを配電系統
から切離したり、コンデンサｃｓを微調整したりすると
きに使用される。サイリスタスイッチ（、ｔ３−ａ）　
。

（ｔ３−ｂ）　、　（ｒ３−ｃ）の各入力は計測手段（
ｚ−ａ）に接続され、この計測手段（ｐ−ａ）からサイ
リスタスイッチ（ｒ３−ａ）　、　（、ｔ３−ｂ）　、
（！ｒ３−ｃ）はそれぞれトリがされる。

上記のように構成された配電系統高調波制御方式では、
＠／図において、まず、配電系統の母線（θ／）に接続
されたフィーダ（θコ）に高調波が流れる。フィーダ（
０２）から分岐した分岐線（２）から配電系統側を見た
アドミッタンスと、同じように分岐線（＝）から負荷側
を見たアドミッタンスとを検出するために、分岐ｍ　（
ｘ）に接続されている可変アｈｅ　ミツタンス手段（夕
）をまず配電系統計測及び制御手段（りで制御する。そ
して、電流計測用変成器（６−ａ）、（６−ｂ）、（ｘ
−ｃ）　、電圧計測用変成器（７−ａ）　、　（クーｂ
）　、　（７−ｃ）によって変成された電流、電圧を配
電系統計測及び制御手段（＆）に加える。配電系統計測
及び制御手段（りにおいては、電流計測用変成器（Ａ−
ａ）　、　（＋−ｂ）　、　Ｃｂ−ｃ）からの電流及び
電圧計測用変成器（７−ａ）　、　（７−ｂ）　、　（
７−Ｃ）からの電圧を瞬時計測し、波形分析を行なって
配電系統側及び負荷側のアドミッタンスを前述のこの発
明の原理に基づいて検出する。

次に、この検出結果から分岐線（＝）の引込点における
高調波電圧抑制目標値を満足するために必要なアドミッ
タンス変化の最小値を決定して、所定量が本地点で満足
できるかどうかの判定の上、可変アドミッタンス手段（
５）の接続／切離しなどの操作を行う。もし、この可変
アドミッタンス手段（りの接続／切離しなどの操作をし
て満足できない場合には、その状況を適当な伝送手段、
例えば配電線搬送方式などで隣接の高調波抑制装置設置
点迄伝送する。この設置点では、この状況を考慮に入れ
て更に確実な配電系統側及び負荷側のアドミッタンス検
出を行なって、同様にその地点での可変アト°ミツタン
ス手段（５）の接続／切離しの制御をする。

以上の事を繰返して配電系統全体の主要点における高調
波電圧を重点的に抑制する。第２図における動作は＠／
図の動作と同じであるので省略する。第３図において、
第１５ＨＡ（ダグ−／）、第コ５ＨＡ（ｌｌｐ−、ｚ）
のそれぞれで得られた出力値をＭｐｘ（＜＜ｇに加え、
ＭＰＬ（グア）からのコマンｒによシＭＰＸ　（ダ５）
を順次切換えてその出力をＡ／Ｄ変換器（ｑ６）に印加
する。このＡ／Ｄ変換器（ｑル）はｔ、＋ｐ＊（ｔｌ左
）の出力のアナログ値をディジタル値に変換し、これを
■ｒｙ（ｐり）に入力する。このＭＰＴＴ（ｌｌり）は
前記の電圧−電流瞬時値の変換されたディジタル値を高
調波分析して各高調波成分毎の振幅を求める。この結果
、求めた高調波成分値から各次数の高調波毎のアドミッ
タンスを算出し、前述の基本原理のように配電系統側の
アドミッタンスを検出してデータを１組を得る。同様な
測定を必要回数繰返してデータを蓄積する。更に、この
データなＭＰＬ（ｌｌ７）で処理して、この地点におけ
る挿入必要なアドミツタンス値を算出する。第１図にお
いて、Ｌｏｃ。

並列共振フィルタ（左〆−ａ）、（夕／−１））　、　
（、ｔｔ−ｃ）はそれぞれ配電系統の商用周波数に並列
共振して配電系統からの電流分流を阻止する。ＬｓＣＢ
直列共振フィルタ（、ｔ、２−ａ）、（ｔ、２−ｂ）　
、（ｒ、ｚ−ｃ）のそれぞれは低減しようとする次数の
高調波に対し、Ｌｏｃｏ並列共撮フ共振タ（、Ｒ−ａ）
　、　（ｙ／−ｂ）　、　（、ｔｌ−ｃ）とそれぞれ直
列共振する。

いま、この高調波の次数をｋとすると、下記のような式
が得られる。

Ｃ８を側路した時である。

このようにして選んだＬ８０８にょシ対象とする次数の
高調波のアドミッタンスを無限大としテ側路する事にな
る。ここでコンデンサｃ８はインダクタンスＬｓで直列
共振が調整しにくい場合の微調整用に用いればよい。

なお、上記実施例では、可変アＰミツタンス手段（５）
の内部回路はフィルタを用いたものを示したが、配電系
統周波数成分のフィルタへの分流阻止と特定周波数の高
調波に対する短絡側路及びその周波数に対する微細調整
ができればよく、種々の変形が考えられる。

たとえば、イン・々−夕を用いたアクティブフィルタは
注入点インピーダンスが可変の上制御によって各種の高
調波成分を含んだ波形にできることから適当である。

この形式のものでは、配電系統に存在する高調波の内、
成分の大きい周波数を探索し、その後、この周波数に対
する配電系統のアドミッタンスを検出し、この検出結果
に基づいて高調波吸収のために必要なアドミッタンス値
を挿入接続する。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、配電系統に配電系統特
性及び高調波量を計測する配電系統計測及び制御手段と
、この計測値に応じて制御するような可変アドミッタン
ス手段とを設けたので、比較的簡単な回路構成で高調波
を抑制するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の概略図、第２図は第１図
に示した配電系統計測及び制御手段（り及び可変アドミ
ッタンス手段（５）の各部の詳細構成図、第３図は第２
図に示した配電系統計測及び制御手段（り）のより詳細
な構成図、第ダ図は第２図に示した可変アドミッタンス
手段（５）のフィルタ（Ｊ−Ｆ）とスイッチ手段（、ｔ
−Ｓ）の具体的な回路図、第Ｓ図はこの発明の基本原理
を説明するのに好適なモデル図である。図において、（Ｏ／）・・母線、（０２）・・フィーダ
、（２）・・分岐線、（３）・・負荷、（す・・配電系
統計測及び制御手段、（３）・・可変アドミッタンス手
段、（６）・・電流計測用変成器、（７）・・電圧ｕ　
測用変成器、（／／）　−−’１を諒１ｉ１１１電流源
、（／ユ）・・負荷側電流源、（／３）・・配電用変圧
器のインピーダンス、　（ｌ＊）・・負荷のインピーダ
ンス、（ｌＩ／）・・第１補助変成器、（ｌＩコ）・・
第１補助変成器、（ダ３−／・）・・第１Ｌ／Ｃ，Ｃグ
３−２）・・第コＬ／Ｃ。（グダー／）・・１ｌｓＨＡ、（グ弘−２）・・第２　
ＳＨＡ　。（ｔｌｒ）・・ｖｐｘ　、　（Ｉｌ＋）・・Ａ／Ｄ変換
器、（グア）・・ＭＰＴＴ、（Ｓ／）・・並列共振フィ
ルタ、　０．２）・・直列共振フィルタ、（５３）・・
サイリスタスイッチである。なお、各図中同一符号は同−又は相当部分を示す。第２図第５因Ｖｏ＝■Ｓｃ　”　ＬＬ’ ＹＳ　＋　、ＹＬ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）配電系統の母線と、前記母線から引き出されたフ
ィーダと、前記フィーダから更に分岐した複数の分岐線
と、前記複数の分岐線のそれぞれに接続された負荷と、
前記フィーダの各相の高調波電流値及び前記分岐線の各
相の高調波電圧値を計測する複数の配電系統計測及び制
御手段と、各配電系統計測及び制御手段に接続され且つ
各分岐線にに接続された可変アドミッタンス手段とを備
え、配電系統特性及び高調波量を前記配電系統計測及び
制御手段によつて計測し、この計測値に応じて前記可変
アドミッタンスを制御するようにしたことを特徴とする
配電系統高調波制御方式。
（２）配電系統計測及び制御手段は、分岐線の各相の瞬
時電圧値をサンプルホールドする第１手段と、フィーダ
の各相の瞬時電流値をサンプルホールドする第２手段と
、これら第１手段及び第２手段の出力側に接続された計
測手段とから構成されることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の配電系統高調波制御方式。
（３）可変アドミッタンス手段は、フィーダの各相に接
続されたフィルタと、このフィルタに接続されたスイッ
チ手段とから構成されることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の配電系統高調波制御方式。
（４）計測手段は、マルチプレクサと、このマルチプレ
クサの出力側に接続されたＡ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ
変換器の出力側に接続されたマイクロプロセッサユニッ
トとから構成されることを特徴とする特許請求の範囲第
２項記載の配電系統高調波制御方式。
（５）フィルタは、ＬＣ並列共振フィルタとＬＣ直列共
振フィルタとの直列回路から構成されることを特徴とす
る特許請求の範囲第３項記載の配電系統高調波制御方式
。
（６）スイッチ手段はサイリスタスイッチから構成され
ることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の配電系
統高調波制御方式。