KR910003024B1

KR910003024B1 - 고조파 억제장치

Info

Publication number: KR910003024B1
Application number: KR1019870005928A
Authority: KR
Inventors: 마사도시 다께다; 가스오 이께다; 요시하루 도미나가
Original assignee: 미쓰비시전기주식회사; 시끼 모리야
Priority date: 1986-06-27
Filing date: 1987-06-11
Publication date: 1991-05-15
Also published as: KR880001104A

Abstract

내용 없음.

Description

고조파 억제장치

제1도는 이 발명의 한 실시예에 의한 고조파억제장치를 표시하는 회로도.

제2도는 이 발명의 장치를 간략화한 회로도이며, 제2a도는 종래의 장치, 제2b도는 동2a도의 등가회로도, 제2c도는 이 발명의 한 장치회로도, 제2d도는 동2c도의 등가회로도, 제2e도는 이 발명의 다른 장치회로도.

제3도는 게인(gain) G를 파라미터로 하여 고조파전류확대율

을 구한도.

제4도는 G=5의 경우 능동형고조파필터에 유입하는 전류

를 구한도.

제5도는 종래의 고조파억제장치를 표시하는 회로도.

제6도는 종래의 고조파억제장치의 고조파저감특성

표시도.

제7도는 제2e도를 등가회로로 표현한도.

제8도와 능동형고조파필터에 의한 반공진에 대한 제동효과 표시도.

제9도는 이 발명의 또 다른 실시예를 표시하는 회로도.

제10도는 동실시예의 등가회로도.

제11도는 동 등가회로의 임피던스 특성도.

제12도는 동 실시예에서의 능동형고조파필터의 동작범위를 표시하는 파형도.

제13도는 종래의 고조파제거장치를 구비한 수배전설비의 회로도.

제14도는 동 종래회로의 등가회로도.

제15도는 제14도 등가회로의 임피던스 특성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 3상교류전원 2 : 전원계통임피던스

3 : 고조파발생원(부하) 4 : 리액터

5 : 콘덴서 6 : 저항

7 : 수동형고조파필터(4), (5), (6) 8 : 리액터

9 : 콘덴서 10 : 동조형필터(8), (9)

11 : 트랜지스터스위치 12 : 리액터

13 : 콘덴서 14 : 능동형고조파필터(11), (12), (13)

15 : 전류변성기 16 : 고조파전류검출회로

17 : 전류변성기 18 : 감산회로

19 : 증폭회로 20 : 가산회로

21 : PWM 제어회로 22 : 전압변성기

23 : 게인회로 24 : 가변전류원(능동형고조파필터)

25 : 연산회로

그리고 도면중 동일부호는 동일 또는 상당부분을 표시한다.

이 발명은 고조파억제장치에 관한 것이다.

제5도는 예를 들면 일본에서 1979년 1월 발행한 닛싱뎅끼 기보에 표시된 종래의 고조파억제장치를 표시한다.

도면에서, 1은 3상교류전원, 2는 전원측임피던스, 3은 예를 들면 사이클로 콘버터등의 고조파발생원(부하), 4는 리액터, 5는 콘덴서, 6은 저항기, 7은 (4), (5), (6)으로 구성되는 수동형고조파필터이다.

다음은 동작에 관하여 설명한다.

예를 들면 고조파발생원(3)으로서 12상 사이클로콘버터를 고려하면 사이클로콘버터에서 발생하는 고조파 전류의 주성분은 11차, 13차가 된다.

이 때문에 통상적으로 수동형고조파필터(7)를 11차 부근에 동조시켜서 고조파필터를 구성하고 있다.

일반적으로 전선측 임피던스(2)는 유동성의 임피던스로 구성되므로 제5도의 회로에서 고조파전류발생량은 I_H, 전원측으로의 추출량을 Is라 하면은 Is/I_H는 제6도와 같은 특성이 있다.

즉 11차 부근의 수동형고조파필터의 동조점(도면의 A점)에서는 고조파발생량 I_H는 수동형고조파필터중(4) 및 (5)에 의하여 그 대부분이 흡수되므로 제6도의 A점에서 Is/I_H는 극소가 된다.

반면 동도의 B점에서는 수동형고조파필터(7)와 전원측 임피던스(2) 사이에서 반공진이 생기기 때문에 Is/I_H는 극대가 되어 소위 고조파전류의 확대현상이 생긴다.

이와 같은 고조파전류의 확대정도는 저항(6)에 의하여 제한되지만 저항치가 작으면은 10-20배의 고조파 전류의 확대가 생겨 전원측에 유출하는 고조파전류 Is는 대단히 크게 되어서 전원계통에 악영향을 주는 경우가 발생한다.

또한 제13도는 종래의 고조파제거장치를 갖춘 수배전설비의 회로도이며, 이 도면에서 1은 교류전원(교류발전기), 2는 전원(발전기)임피던스와 전로임피던스 즉 전원계통 임피던스 Lo, 3은 고조파발생원 예를 들면 사이클로콘버터와 같은 전력변환장치로서 그 동작시 고조파전류 I_H를 발생한다.

7은 수동형고조파필터이며 그 예로서 리액터(L1)(4)와 콘덴서(c)(5)로된 LC동조필터가 표시되어 있다.

제14도는 상기 계통의 등가회로도를 표시하며 제15도는 제14도에서 고조파발생원(3)에서 본 임피던스(Z)특성을 표시하고 있다.

이 구성에서는 고조파발생원(3)에서 발생하는 고조파전류 I_H의 주파수가 f_R이라면 동조주파수가 주파수 f_R이 되도록 수동형고조파필터(7)의 리액터(4)의 인덕던스치 L₁, 콘덴서(5)의 용량치 C를 결정하고,

고조파발생원(3)에서 발생하는 고조파전류 I_H를 수동형고조파필터(7)에서 흡수시킨다.

제13도에서 Ic는 수동형고조파필터(7)에 유입하는 전류를 표시하고 있다. 종래의 고조파억제장치는 상기와 같이 구성되어 있으므로 반드시 반공진점(反共振点)이 있으며 반공진점에서는 극히 큰 고조파전류의 확대현상이 생기게 된다.

이 때문에 수동형고조파필터의 설계시에는 반공진점(제6도의 B점)을 고조파발생차수에 일치시키지 않도록 고려하고 고조파의 확대로 의한 계통측으로의 악영향을 받게하도록 하였디만은 고조파발생원(3)이 사이클로콘버터와 같은 경우에는 발생고조파전류의 주파수는 (2)식과 같이 사이클로콘버터의 출력주파수에 따라서 변환하기 때문에 발생고조파전류의 차수가 반공진점에 일치하는 상태가 반드시 생겨 그 상태에서는 극히 큰 고조파전류의 확대현상이 생기는 것을 피할 수 없다. 사이클로콘버터에서 발생하는 n차 고조파전류는 다음식으로 표시된다.

단 n : 고조파차수

f₁:기본주파수

fo : 사이클로콘버터출력주파수

m, k : 정수(=1, 2, …)

예를 들면 m=1, f₁=60㎐, fo=0∼10㎐, k=1의 경우를 생각하면, 5차고조파전류는 f₅=240㎐∼360㎐(즉 4차∼6차) 7차고조파전류는 f₇=360㎐∼480㎐(즉 6차∼8차)의 범위에서 변화하게 되고 5차와 7차를 합치면은 4차∼8차까지 사이를 연속적으로 변화하기 때문에 제6도의 반공진점 B점과 일치하는 상태가 반드시 발생하게 된다.

그리고 12상 사이클로콘버터에서는 이론적으로 11차 이상의 고조파가 발생하게 되며 5차, 7차는 발생하지 않지만은 실제로는 6상간의 불균형등이 있기 때문에 5차, 7차의 고조파가 발생하고 이 5차, 7차의 고조파전류가 반공진에 의하여 확대되는 것이 된다.

이와 같이 사이클로콘버터와 같은 발생고조파전류의 주파수가 변화하는 경우에는 종래의 수동형고조파필터에서는 반공진점에서의 고조파전류의 확대현상을 피할수가 없으며 계통측을 악영향을 준다는 문제점이 있었다.

또 고조파확대율을 저감하려면은 저항(6)치를 크게할 필요가 있지만은 저항치를 크게하면은 제6도의 점선에 표시한 바와 같이 반공진점(B'점)에서의 확대율이 낮게되지만 반면 A'점 부근에서의 고조파흡수율이 악화되는 동시에 저항에 의한 전기적 손실이 증가한다는 문제점도 있다.

또한 이 종래 방법에서는 제11도에 표시한 바와 같이 동조주파수가 f_R이므로 고조파전류 I_R가 변화하지 않고 일정한 경우에는 고조파전류 I_H의 교류전원(1)측으로의 유출(전원유출고조파전류 Is)을 억제할 수가 있지만은 주파수 f_R이 가변인 경우에는 그 수치가 임피던스 Lo와 수동형고조파필터의 공진주파수(반공진주파수) f_AR에 가까와짐에 따라

전원유출고조파전류 Is가 크게 되어 이 때문에 주파수 f_R의 변화범위가 반공진주파수 f_AR를 포함하는 넓은 범위에 이르는 경우에는 상기 수동형필터방식의 고조파억제방법은 적용하지 못한다는 문제가 있다.

이 발명은 상기한 종래의 문제를 해소하기 위한 것으로서 동조형의 고조파필터에 의하여 생기는 반공진현상을 억제하고 고조파전류의 주파수를 변화시키고 부하에 대하여도 충분한 고조파전류의 흡수효과를 발휘할 수 있는 고조파흡수장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

또한 이 발명은 부하에서 발생하는 고조파전류의 주파수가 가변인 경우에도 염가의 비용으로 그전 주파수범위에 걸쳐서 전원유출 고조파전류를 억제할 수가 있는 전원고조파억제장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

이 발명에 관한 고조파흡수장치는 고차고조파흡수용의 수동형고조파필터와 저차고조파흡수용의 능동형고조파필터를 조합 구성한 것이다.

이 발명에서의 고조파흡수장치는 11차 정도 이상의 고차고조파전류를 수동형고조파필터에 의하여 흡수하는 동시에 수동형고조파필터와 계통 임피던스에 의하여 발생하는 반공진을 능동형고조파필터로 억제하는 동시에 5차, 7차 등의 저차의 고조파를 능동형고조파필터로 흡수하도록 한 것이다.

또한 이 발명에서의 고조파흡수장치는 11차 정도 이상의 고차고조파전류를 수동형고조파필터에 의하여 흡수하는 동시에 수동형고조파필터와 계통임피던스에 의하여 발생하는 반공진을 억제하기 위하여 종래 수동형 고조파필터의 제동저항에 흐르던 전류와 등가의 전류를 능동형고조파필터에 흐르게 하므로서 제동저항을 사용하지 않고도 극히 제동효과가 좋은 특성을 얻을 수가 있는 것이다.

또한 이 발명에서는 전원유출 고조파전류가 증대하는 주파수 대역에서는 이 능동형고조파필터를 동작시킴으로써 상기 전원유출고조파전류를 억제할 수가 있다.

다음은 이 발명의 한 실시예를 도면에 의하여 설명한다.

제1도에서, 1은 3상교류전원, 2는 계통임피던스, 3은 고조파발생부하(원), 10은 리액터(8)와 콘덴서(9)로 구성되는 고조파필터, 11은 트랜지스터스위치, 12는 리액터, 13은 콘덴서, 14는 (11)-(13)으로 구성되는 능동형고조파필터, 15는 전원측 전류검출용 전류변성기, 16은 고조파전류검출회로, 17은 능동형고조파필터 전류검출용 전류변성기, 18은 감산회로, 19는 증폭회로, 20은 가산회로, 21은 PWM 제어회로, 22는 전압검출용 전압변성기, 23은 게인회로이다.

다음은 이 발명의 동작에 관하여 설명한다.

먼저 최초에 제1도에 표시한 이 발명의 장치의 동작원리는 제2도의 간략화회로도를 사용하여 설명한다.

제2c도에서는 제1도의 3상회로를 단상등가회로로서 표현하고 있으며, 1은 교류전원, 2는 계통측 임피던스, 3은 고조파발생부하, 4는 콘덴서, 5는 리액터, 6은 저항, 7은 (4), (5), (6)으로 구성되는 수동형고조파필터, 24는 가변전류원으로 등가적으로 표현한 능동형고조파필터, 25는 증폭을 G의 연산회로, 15는 전류검출용전류변성기이다.

제2a도는 종래의 수동형고조파필터(7)만을 사용한 경우를 표시하고, 제2b도는 제2a도의 등가회로를 표시하고 있다.

이들 도면에서, 고조파발생부하(3)에서 발생하는 고조파전류 I_H는 교류전원(1)측에 유출되지만 이때 계통임피던스(2)와 수동형고조파필터(7)간에 구성하는 공진회로에 의하여 다음식에서 표시되는 전류가 흐른다.

단 Z_S=LoS, Z_F=L₁S+

+R

그리고 Lo=전원측 임피던스의 인덕턴스분

L₁=고조파필터용 리액터의 인덕턴스

C=고조파필터용 콘덴서의 용량

R=고조파필터용 저항의 저항치

(4)식에서 |Z_F+Z_S|＜|Z_F|의 영역에서는 고조파전류의 확대현상이 발생한다. 이에 대하여 본 발명의 장치에서는 제2d도와 같이 수동형고조파필터(7)에 병렬로 능동형고조파필터(24)를 설치하여서 전류변성기(15)를 사용하여 전원측전류 Is를 연산회로(25)에 의하여 G배하여서 G·Is에 대응한 전류를 능동형고조파필터(24)에 흐르게 한다.

그 결과 전원(1)측에 흐르는 고조파전류 Is는 다음식으로 표시하게 된다.

한편 전원측에 유출하는 고조파전류 Is는 필터측의 임피던스를 Z_F로 하고 전원측 임피던스를 Z_S로 하였을때 제2c도의 등가회로를 표시하는 제2c도에 의하여 다음식으로 표현할 수 있다.

(6)식을 정리하면은 다음식을 얻는다.

(7)식에서 G의 수치를 변화시켜

를 도표로 표시하면은 제3도와 같이 된다.

제3도에서 G=0일때는 능동형고조파필터가 없는 상태를 표시하고 수동형고조파필터(7)는 11차에 직렬공진점이 있으며 또 약 6차에 반공진점을 가지고 있다.

또 G=0에서는 반공진점 부근에서 약 20배 정도로 고조파전류가 확대되는 것을 나타내고 있다.

이에 대하여 능동형고조파필터의 보상게인 G를 증가해가면은 반공진점에서의 고조파전류의 확대율

은 능동형고조파필터에 G치 증가에 따라서 억제되어가며 G=3∼5에서는 6차 부근에서

는 1이하, 즉 반공진에 의한 고조파의 확대현상이 없는 상태로 할수 있음을 알수 있다.

또 제4도는 능동형고조파필터에 흐르는 전류를 표시한 도표이며 제3도를 기준하여 얻은 것이지만 제4도에서 능동형고조파필터는 수동형고조파필터의 직렬공진점보다 낮은 차수에서 대략 I_H에 대응한 출력을 내며 수동형고조파필터의 직렬공진점보다 높은 차수에서는 능동형고조파필터의 출력 Ic는 I_H보다 훨씬 작게된다. 이로 인하여 다음 이점이 생긴다.

즉 예를 들면 12상 사이클로콘버터를 고려하면 사이클로콘버터에서 발생하는 고조파전류의 주된 차수는 11차, 13차이며 이것을 능동형고조파필터에서 전부 흡수하려면은 능동형고조파필터의 용량은 극히 커지고 가격도 비싸게 된다. 따라서 11차, 13차의 고조파전류는 비교적 가격이 싼 수동형고조파필터에서 흡수하고 수동형고조파필터에 의하여 발생하는 저차의 고조파확대현상을 능동형고조파필터로 억제하는 동시에 6상간의 불균형으로 생기는 비교적 작은 전류의 5차, 7차의 고조파전류를 능동형고조파필터에서 흡수하도록 하면은 능동형고조파필터의 용량을 작게하여도 되고 경제적인 시스템을 실현할 수 있게 된다.

제1도는 상기 요지의 구체적인 실시예이다.

제1도에서 전원측에 유출하는 전류 Is는 전류변성기(15a)∼(15c)에 의하여 검출된다.

검출된 전류는 기본파성분의 고조파성분을 포함하고 있으므로 고조파전류검출회로(16)에서 기본파성분을 제거하고 고조파성분만을 검출하도록 하고 있다.

이렇게 하여 검출된 고조파성분 I_Ha, I_Hb, I_Hc는 다음 스탭의 게인회로(23a)∼(23c)에 입력되어 여기서 각 고조파성분은 게인 G배되어

I_Ga=G·I_Ha

I_Gb=G·I_Hb

I_Gc=G·I_Hc

로 되어서 다음 스탭의 감산회로(18a)∼(18c)로 입력된다.

감산회로(18a)∼(18c)에서는 전류변성기(17a)∼(17c)에 의하여 검출된 능동형고조파필터(14)의 출력전류 I_Aa, I_Ab, I_Ac와 I_Ga, I_Gb, I_Gc의 차를 구하게 되고 그 차인 ΔIa, ΔIb, ΔIc는 다음 스탭의 증폭회로(19a)∼(19c)에 입력된다.

증폭회로에서는 ΔIa, ΔIb, ΔIc를 k배 증폭한후 그 출력을 다음 스탭의 가산회로(20a)∼(20c)로 입력시킨다.

가산회로(20a)∼(20c)에서는 전원전압 Va, Vb, Vc와 가산되고 그 출력 V_Ia, V_Ib, V_Ic는 PWM 제어회로(21)에 입력된다.

PWM 제어회로에서는 V_Ia, V_Ib, V_Ic는 예를 들면 삼각파반송신호에 의하여 변조되어 트랜지스터스위치(11a)∼(11f)로 변조후의 PWM 신호를 보낸다. 트랜지스터스위치는 이 PWM 신호에 따라 ON/OFF하며 제어신호 V_Ia, V_Ib, V_Ic에 대응하는 인버터출력전압 E_Ia, E_Ib, E_Ic를 출력한다.

이 결과 능동형고조파필터(14)에는 하기전류가 흐르게 된다.

여기서 I_Aa, I_Ab, I_Ac는 능동형고조파필터(14)에 흐르는 각상의 전류, X_L는 리액터(12)의 리액턴스이다.

게인 k를 충분히 크게 함으로서 I_Aa, I_Ab, I_Ac는 I_Ha, I_Hb, I_Hc와 같게 할 수가 있으며 능동형고조파필터(14)는 필요로 하는 전류 I_Ha, I_Hb, I_Hc를 흐르게 할 수가 있게 된다.

이와 같이 제어된 능동형고조파필터의 출력전류 I_A는 전원측전류 Is에 포함되는 고조파성분을 G배 한 것이 흐르므로,

I_A=G·I_H

로 할 수가 있으며 제3도 및 제4도에 표시한 특성을 얻을 수 있게 된다.

그리고 상기의 게인 G는 일정게인에만 한정된 것은 아니고 능동형고조파필터의 출력범위에 따라서 변화시키는 것도 가능하다.

예를 들면 G를

단, Go는 일정게인 정수

T는 시정수

로 선정하면은 시정수 T에 의하여 고차고조파에 대한 능동형고조파필터의 출력을 제한할 수가 있어 수동형고조파필터와의 부하분담을 더욱 미세하게 조정하는 것이 가능하게 되어 능동형고조파필터의 용량을 최적화 할 수가 있다.

또 상기 G는 1차 지연뿐만 아니고 2차 혹은 고차의 지연요소 또는 지연, 선행요소를 포함한 것도 되며 이 발명의 요지와 같은 효과를 얻을 수가 있다.

그리고 상기 실시예에서는 능동형고조파필터로서 전압형인버터를 사용한 경우를 표시하였지만 전류형인버터를 사용한 능동형고조파필터라도 상관없고 상기 실시예와 같은 효과를 나타낸다.

다음은 이 발명의 다른 실시예를 도면에 의하여 설명한다.

이 다른 실시예에서는, 23이 연산회로인 것과 수동형고조파필터(7)가 콘덴서(4)와 리액터(5)로 구성된 것을 제외하고는 제1도 및 제2c도와 같으며, 그 동작원리를 제2e도의 간략화회로도에 의하여 설명한다.

상기 (4)식에서

의 주파수특성을 도시하면은 제6도와 같이 되고 제동저항(6)의 저항치를 크게 함으로써 반공진점의 B점에서의 고조파확대율은 작아지지만 반면 동조점 A점에서의 고조파전류 흡수효율이 악화되는 것은 상술한 바와 같다.

이에 대하여 이 발명의 장치에서는 제2e도와 같이 수동형고조파필터(7)에 병렬로 능동형고조파필터(24)를 설치하고 있다. 또한 능동형고조파필터의 제어는 전류변성기(15)를 사용하여 전원측 고조파전류 Is를 검출하고 Is를 연산회로(25)에 의하여 전달함수 G(S)배하고, G(S), Is에 대응하는 전류를 능동형고조파필터(24)에 흘리도록 한다.

연산회로(25)의 전달함수로서는 전원측 고조파전류 Is에 대하여 90°위상을 선행시키기 위한 미분요소로 부터 성립되며 다음식에 표시하는 전달함수를 보유하고 있다.

단 T는 미분연산의 시정수이다.

상기와 같은 능동형고조파필터를 제어하므로서 능동형고조파필터(24)는 제7도의 저항(26)과 동일기능을 갖게할 수가 있다.

제7도는 고조파발생부하(3)를 전류원(27)으로 치환한 것으며 고조파전류의 분포를 계산하기 위한 등가회로이다.

제7도에서 고조파발생부하(3)를 전류원(27)으로 치환된 것이며 고조파전류의 분포를 계산하기 위한 등가회로이다.

제7도에서 전원측에 고조파전류 Is가 흐를경우 계통임피던스 Lo의 양단에 전압 V_L는

로 표시된다. 따라서 저항(26)에 흐르는 전류 I_R는

이 된다.

한편 제2e도의 능동형고조파필터에 흐르는 전류 I_A는 이 실시예의 제어방식을 사용한다.

이며

로 선정함으로써 (10)식과 (11)식은 일치하고 제2e도는 제7도와 완전히 등가가 된다.

따라서 제7도에서의 고조파전류의 유출특성을 구하면은 다음과 같이 된다.

수동형고조파필터(7)의 임피던스를 Z_F1으로 하면

로 표시되므로 제동저항(26)을 포함한 고조파필터측 총합 임피던스 Z_F는 다음식으로 표시된다.

또 전원측에 유출하는 고조파전류 Is는 다음식으로 표시된다.

단 Z_s=Lo·S이다.

(14)식의 주파수특성을 도시하면 제8도가 된다.

제8도에 의하여 명백한 바와 같이 Ro를 작게함에 따라서 B점의 반공진에 의한 고조파확대율(Is/I_H)는 완화되어 Ro를 적절히 선정함으로써 제8c도의 특성과 같이 저차에서 고차의 모든 영역에서 Is/I_H＜1로 할수가 있어 고조파전류의 확대없이 고대역으로 고조파전류를 흡수할 수 있는 이상적 고조파억제장치가 실현되게 되는 것이다.

제7도에 표시한 제동저항 Ro의 특성은 상술과 같이 능동형필터의 제어특성에 의하여 실현될 수 있으므로 저항 Ro에 의한 손실은 실제로는 존재하지 않으며 효율높은 고조파억제장치가 실현될 수 있다.

또 제7도와 같이 11차 이상의 고차영역의 고조파전류의 흡수는 그 대부분을 수동형고조파필터(7)가 행하므로, 11차 이상의 고차고조파에 대하여는 능동형고조파필터는 거의 흡수할 필요는 없으며 그만큼 능동형고조파필터용량도 소용량으로 족하므로 경제적인 고조파억제장치가 된다.

상기와 같은 특성이 있는 이 발명의 장치는 예를 들면 12상 사이클로콘버터의 고조파억제장치로서 사용되는 다음과 같은 이점이 생긴다.

사이클로콘버터에서 발생하는 고조파전류의 주성분은 11차, 13차 및 23차, 25차이며 이것을 능동형고조파필터에서 전부 흡수하려고 하면 능동형고조파필터용량이 상당히 커져서 가격도 비싸진다.

따라서 11차 13차 및 그 이상의 고차고조파전류는 비교적 가격이 싼 수동형고조파필터에서 흡수하고 수동형고조파필터에서 생기는 저차의 고조파확대현상을 능동형고조파필터에서 억제하는 동시에 6상간의 불균형으로 생기는 비교적 소전류인 5차, 7차 등의 저차고조파전류를 능동형고조파필터에서 흡수하도록 하면은 능동형고조파필터는 소용량으로 족하며 전체적으로 경제적인 시스템이 실현되게 된다.

제1도는 이 발명요지의 구체적인 실시예이다.

제1도에서 전원측으로 유출하는 전류 Is는 전류변성기(15a)∼(15c)에 의하여 검출된다.

검출된 전류는 기본파성분과 고조파성분을 포함하고 있으므로 고조파전류 검출회로(16)에서 기본파성분을 제거하고 고조파성분만을 검출하도록 하고 있다. 이렇게 하여 검출된 고조파성분 I_Ha, I_Hb, I_Hc는 다음 단계의 연산회로(23a)∼(23c)로 입력되어 거기서 각 고조파성분은 다음 식으로 표시하는 미분연산이 실행되어서,

I_Ga=G(S)·I_Ha=Ts·I_Ha

I_Gb=G(S)·I_Hb=Ts·I_Hb

I_Gc=G(S)·I_Hc=Ts·I_Hc

로 되고 다음 스탭의 감산회로(18a)∼(18c)로 입력된다.

감산회로(18a)∼(18c)에서는 전류변성기(17a)∼(17c)에 의하여 검출된 능동형고조파필터(14)의 출력전류 I_Aa, I_Ab, I_Ac와 I_Ga, I_Gb, I_Hc의 차를 구하게 되고 그 차인 ΔIa, ΔIb, ΔIc는 다음 스탭의 증폭회로(19a)∼(19c)로 입력된다.

증폭회로에서는 ΔIa, ΔIb, ΔIc를 k배 증폭한후 그 출력을 다음 스탭의 가산회로(20a)∼(20c)로 입력된다.

가산회로(20a)∼(20c)에서는 전원전압 Va, Vb, Vc가 가산되어 그 출력 V_Ia, V_Ib, V_Ic는 PWM 제어회로(21)에 입력된다.

PWM 제어회로에서는 V_Ia, V_Ib, V_Ic는 예를 들면 삼각파반송신호에 의하여 변조되어 트랜지스터스위치(11a)∼(11f)로 변조후의 PWM 신호를 보낸다.

트랜지스터스위치는 이 PWM 신호에 따라서 ON/OFF하며 제어신호 V_Ia, V_Ib, V_Ic에 걸맞는 임피던스 출력전압 E_Ia, E_Ib, E_Ic를 출력한다.

이 결과 능동형고조파필터(14)에는 하기전류가 흐르게 된다.

여기서, I_Aa, I_Ab, I_Ac는 능동형고조파필터(14)에 흐르는 각상의 전류, X_L는 리액터(12)의 리액턴스이다.

게인 k를 충분히 크게 하므로서 I_Aa, I_Ab, I_Ac는 각각 I_Ha, I_Hb, I_Hc와 같게 할 수가 있으며 능동형고조파필터(14)는 필요로 하는 전류 I_Ha, I_Hb, I_Hc를 흐르게 할 수가 있다.

이와 같이 제어된 능동형고조파필터의 출력전류 I_A는 전원측전류 Is에 포함되는 고조파성분을 G(S)배한것이 흐르므로

I_A=(GS)I_H=Ts·I_H

로 할 수가 있으며 제3도 및 제4도에 도시한 특성을 얻게 되는 것이다.

그리고 상기의 전달함수 G(S)로서 미분특성 Ts를 사용하였지만 1차 미분(1+Ts)또는 기타의 미분요소를 포함한 전달함수라도 되며 상기 실시예와 같은 효과를 낼수가 있다.

예를 들면 G(S)=1+Ts로 선정하면은 시정수 T에 의하여 고차고조파에서의 능동형고조파필터의 출력을 제한할 수가 있으며 수동형고조파필터와 부하분담을 더욱 미세하게 조정할 수가 있게 되어 능동형고조파필터의 용량을 최적화할 수가 있다.

그리고 상기 실시예에서는 능동형고조파필터로서 전압형인버터를 사용한 경우를 나타내었지만은 전류형인 버터를 사용한 능동형고조파필터라도 되고 상기 실시예와 같은 효과를 나타낸다.

다음은 이 발명의 또다른 실시예를 제9도∼제15도에 의하여 설명한다.

제9도의 등가회로는 제10도에 표시하고 있다.

양 도에서 1-4는 제13도의 구성요소와 동일구성요소이며, 24는 능동형고조파필터, 16은 고조파전류검출장치이다. 고조파전류검출장치(16)는 전원유출고조파전류 Is를 검출하고 그 검출신호를 능동형고조파필터(24)에 공급한다.

능동형고조파필터(24)는 주지하는 바와 같이 임의의 주파수로 임의치의 고조파전류 I_A를 발생시킬 수 있는 기능을 보유한 것으로서 예를 들면 PWM인버터를 사용하여 구성되고 이 실시예에서는 고조파전류검출장치(16)의 검출신호를 받아서 그 출력치 및 출력주파수가 제어되어 종래 방식에서는 전원유출고조파전류 Is가 증대하는 제11도에 표시하는 소정의 반공진주파수 대역에서 I_A=-I_H인 고조파전류를 발생한다(제12도).

따라서 이 실시예의 구성에서는 상기 반공진주파수에서는 능동형고조파필터(24)의 출력전류 I_A에 의하여 전원유출고조파전류 Is를 영레벨에 억제할 수가 있다.

또 수동형고조파필터(3)와 능동형고조파필터(24)를 조합하여 능동형고조파필터(24)에는 상기 반공진주파수 대역을 분담시키고 있으므로 이 능동형고조파필터(24)는 염가의 것으로 족하다.

상술한 바와 같이 이 발명에 의하면 콘덴서와 리액터로 구성한 수동형고조파필터에 의하여 부하에서 발생하는 주요고조파를 흡수하도록 하고 또한 수동형고조파필터에 병렬로 능동형고조파필터를 접속하여 수동형고조파필터와 전원측임피던스의 병렬공진을 억제하는 동시에 수동형고조파필터로 흡수할 수 없는 영역의 고조파만을 능동형고조파필터에서 흡수하도록 하고 혹은 수동형고조파필터에 병렬로 능동형고조파필터를 접속하여 전원측에 유출하는 고조파전류보다 위상이 선행한 전류를 흘리므로서 수동형고조파필터와 전원측임피던스의 병렬공진을 효과적으로 억제하는 동시에 수동형고조파필터에서 흡수할 수 없는 영역의 저차고조파를 능동형필터에서 흡수하도록 하였으므로 능동형고조파필터의 용량을 저감할 수 있고 장치가 염가로 되는 동시에 고조파의 확대가 생기지 않는 광대역의 고조파억제장치를 얻는 효과가 있다.

또한 이 발명은 수동형고조파필터와 능동형고조파필터를 조합하여 사용하므로 부하가 발생하는 고조파전류의 주파수가 가변이라도 그전 주파범위에 걸쳐서 전원유출고조파를 억제할 수가 있음은 물론 상기와 같이 수동형고조파필터와 능동형고조파필터를 병용하고 있으므로 염가의 비용으로 상기 효과를 얻을 수가 있다.

Claims

콘덴서와 리액터의 직렬회로로된 수동형고조파필터에 능동형고조파필터를 병렬로 접속하여 구성한 고조파억제장치에 있어서, 상기 수동형고조파필터와 전원계통의 접속점에서 전원측의 고조파전류를 검출하고 이 검출치에 대하여 일정게인배한 수치를 사용하여 상기 능동형고조파필터의 출력전류를 제어하는 것을 특징으로한 고조파억제장치.
제1항에 있어서, 상기 고조파전류검출치에 대하여 1차지연연산을 실시하고 그 결과를 사용하여 상기 능동형고조파필터의 출력전류를 제어하는 것을 특징으로 한 고조파억제장치.
제1항에 있어서, 상기 고조파전류검출치에 대하여 위상 선행(phase lead)연산을 실시한 결과에 의하여 상기 능동형고조파필터의 출력전류를 제어하도록 한 것을 특징으로 하는 고조파억제장치.
제3항에 있어서, 상기 위상선행연산회로를 미분회로로 구성한 고조파억제장치.
제1항에 있어서, 상기 위상선행연산회로가 1차 미분회로로 구성한 고조파억제장치.
부하로서 가변주파수의 고조파전류발생원이 있고 고조파억제장치로서 수동식고조파필터를 구비한 수배전 설비에 있어서, 능동형고조파필터를 부가하고 이 능동형고조파필터의 출력에 의하여 수동식고조파필터 동조주파수외의 소정주파수대역에서의 전원유출고조파전류를 제거하는 것을 특징으로 하는 고조파억제장치.