JPH0736554U - アクティブフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高調波補償対象の負荷以外の負荷からの高調
波電流で過負荷となるのを防止したアクティブフィル
タ。 【構成】 系統母線２に接続された高調波補償対象の負
荷４で発生した高調波電流を打ち消す補償電流Ｉ_AFを発
生するアクティブフィルタ５に、補償電流Ｉ_AFの高調波
量の最大値を制限するリミッタ回路１２を付設する。リ
ミッタ回路１２は、他の負荷３からの高調波電流の分流
成分を含む補償電流Ｉ_AFの高調波量を検出する補償電流
検出部１３と、検出された高調波量の最大値とアクティ
ブフィルタ５の高調波耐量のリミッタ値との差に応じて
電流指令値を変化させて、補償電流Ｉ_AFの高調波量がリ
ミッタ値に制限されるように抑制する補償電流制御部１
４を有する。補償電流Ｉ_AFが他の負荷３からの高調波で
リミッタ値を超えると、補償電流ＩAFの最大値がリミッ
タ値に制限され、過負荷が防止される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、高調波発生源の負荷を有する系統母線に設置されて、系統母線の負 荷電流中に含まれる高調波電流を打ち消す注入回路方式のアクティブフィルタに 関する。

【０００２】

【従来の技術】

電力系統における系統母線に負荷と併設される高調波補償用アクティブフィル タは、高調波発生源の負荷に発生した高調波電流が系統母線の電源側に流出する のを抑制して、他の負荷の騒音や加熱などの高調波障害を低減させる。このアク ティブフィルタは、系統母線に接続されたコンデンサとリアクトルの直列回路で ある注入回路に、インバータから補償用高調波電流（インバータ電流）を注入す る注入回路方式のものが、運転効率に優れ、インバータ容量が小さくできること から多用されている。

【０００３】 図３に示される注入回路方式のアクティブフィルタ５を説明すると、これは商 用交流の電源１に系統母線２を介して複数の負荷３，４を接続した電力系統に設 置される。アクティブフィルタ５は、系統母線２の受電側下位に相当する高調波 補償対象の負荷４で発生した高調波を補償するもので、インバータ制御回路６と インバータ７と注入回路８を備える。

【０００４】 インバータ制御回路６は、検流器９で検出した高調波補償対象の負荷４による 負荷電流から高調波電流Ｉ_L1を検出し、検出した高調波電流Ｉ_L1に応じてインバ ータ７をオンオフ制御して高調波のインバータ電流Ｉ_INV を注入回路８に注入す る。注入回路８は、コンデンサ１０とリアクトル１１の直列回路で、コンデンサ １０とリアクトル１１の中間点にインバータ電流Ｉ_INV が注入されると、系統母 線２に注入回路８で拡大された補償電流Ｉ_AFが流れる。補償電流Ｉ_AFは、負荷４ の高調波電流Ｉ_L1と逆位相で、系統母線２の高調波電流Ｉ_L1を打ち消して、電力 系統の高調波障害を低減する。

【０００５】 また、アクティブフィルタ５の過負荷防止のため、インバータ制御回路６から 出力リミッタ信号である電流指令値Ｉ_ref 信号をインバータ７に出力し、電流指 令値Ｉ_ref に基づいてインバータ電流Ｉ_INV の出力制限を行い、補償電流Ｉ_AFの 高調波量の最大値がアクティブフィルタ５の定格の高調波耐量であるリミッタ値 Ｉ_LIM を超えないようにしている。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

上記アクティブフィルタ５においては、電流指令値信号Ｉ_ref にて補償電流Ｉ _AF の高調波量が所定のリミッタ値Ｉ_LIM の範囲内に抑制されるように制御して、 アクティブフィルタ５が過負荷状態になるのを防止している。ところが、系統母 線２の受電側上位に相当する他の負荷３からも高調波電流Ｉ_L2が系統母線２に流 れ、これの分流が高調波補償対象の負荷４における補償電流Ｉ_AFに加算され、こ のときにアクティブフィルタ５が過負荷状態になる問題があった。

【０００７】 例えば、注入回路８におけるコンデンサ１０とリアクトル１１の各インピーダ ンスをＸ_C （％），Ｘ_L （％）とし、系統母線２の負荷３より上位のインピーダ ンスをＸ_LS1 、下位のインピーダンスをＸ_LS2 として、図３の電力系統の等価回 路図である図４を参照してアクティブフィルタ５の補償電流Ｉ_AFの成分を求める と、次の式のように表される。 式 Ｉ_AF＝{(Ｘ_LS1＋Ｘ_LS2)／Ａ}Ｉ_L1 ＋(Ｘ_LS1／Ａ)Ｉ_L2＋(Ｘ_L／Ａ)Ｉ_INV （ただし Ａ＝Ｘ_LS1＋Ｘ_LS2＋Ｘ_C＋Ｘ_L）

【０００８】 つまり、補償電流Ｉ_AFは、負荷４の高調波電流Ｉ_L1の分流成分｛（Ｘ_LS1 ＋Ｘ _LS2 ）／Ａ｝Ｉ_L1と、他の負荷３の高調波電流Ｉ_L2の分流成分（Ｘ_LS1 ／Ａ）Ｉ _L2 と、インバータ電流Ｉ_INV の分流成分（Ｘ_L ／Ａ）Ｉ_INV が合流したものとな る。ここでインバータ電流Ｉ_INV は、 Ｉ_INV＝{（Ｘ_C＋Ｘ_L）／Ｘ_L}Ｉ_L1 と表されるから、この式を式に代入すると、補償電流Ｉ_AFは次の式のよう になる。 式 Ｉ_AF＝Ｉ_L1＋(Ｘ_LS1／Ａ)Ｉ_L2 従って、高調波補償対象外の負荷３による高調波電流Ｉ_L2が無いＩ_L2＝０の場 合は、Ｉ_AF＝Ｉ_L1となって高調波補償対象の負荷４の高調波補償がなされ、過負 荷の心配が無い。しかし、高調波補償対象外の負荷３による高調波電流Ｉ_L2が発 生すると、式のようにアクティブフィルタ５の補償電流Ｉ_AFに補償対象外の高 調波分流成分（Ｘ_LS1 ／Ａ）Ｉ_L2が誤差成分として流れ、この余分な誤差成分で 補償電流Ｉ_AFの最大振幅がリミッタ値Ｉ_LIM を超えて、アクティブフィルタ５が 過負荷になることがあった。

【０００９】 本考案の目的とするところは、高調波補償対象の負荷以外の負荷からの高調波 電流で過負荷となるのを防止したアクティブフィルタを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案の上記目的を達成する技術的手段は、系統母線に接続された負荷で発生 して系統母線に流れる高調波電流を検出し、この高調波電流を打ち消す補償電流 を、所定の電流指令値に基づき定格の高周波耐量であるリミッタ値以内に出力制 限して、系統母線に流すアクティブフィルタに、高調波補償対象の負荷と同じ系 統母線に接続された他の負荷からの高調波電流の分流成分を含む補償電流の高調 波量を検出する補償電流検出部と、補償電流検出部で検出された高調波量の最大 値とアクティブフィルタのリミッタ値との差を検出し、高調波量がリミッタ値以 下のときは電流指令値を変えず、高調波量がリミッタ値を超えるときの差に応じ て電流指令値を変化させて、補償電流の高調波量がリミッタ値に制限されるよう に抑制する補償電流制御部とを備えたリミッタ回路を付設したことにある。

【００１１】

【作用】

系統母線の高調波補償対象の負荷に対して設置されたアクティブフィルタの補 償電流に、他の負荷からの高調波電流の分流成分が流れて、この分流成分で補償 電流がアクティブフィルタの高調波耐量のリミッタ値を超えようとすると、補償 電流の高調波量の最大値とリミッタ値との差に応じて電流指令値が低減され、補 償電流の高調波量がリミッタ値に制限されて、アクティブフィルタの過負荷が防 止される。

【００１２】

【実施例】

以下、本考案の一実施例を、図１及び図２を参照して説明する。なお、図１及 び図２の図３と同一部分、又は、相当部分には同一符号が付してある。

【００１３】 図１に示されるアクティブフィルタ５は、過負荷防止用のリミッタ回路１２を 付設したことを特徴とする。リミッタ回路１２の具体例を図２に示すと、これは アクティブフィルタ５の補償電流Ｉ_AFの高調波量を検出する補償電流検出部１３ と、補償電流Ｉ_AFを可変制御する補償電流制御部１４で構成される。

【００１４】 補償電流検出部１３は、高調波補償対象で無い負荷３からの高調波電流Ｉ_L2の 分流成分（Ｘ_LS1 ／Ａ）Ｉ_L2を含むアクティブフィルタ５の補償電流Ｉ_AFの高調 波量を検出するもので、例えば検流器１５と基本波除去回路（ＢＥＦ）１６と絶 対値演算回路（ＡＢＳ）１７とピークホールド回路（Ｐ／Ｈ）１８を備える。検 流器１５で検出された補償電流Ｉ_AFは、まず基本波除去回路１６で基本波が除去 されて高調波成分だけとなり、絶対値演算回路１７で各高調波成分の合計された 振幅絶対値が演算され、その最大値がピークホールド回路１８でホールドされて 、補償電流検出値Ｉ_AFH 信号として補償電流制御部１４に出力される。

【００１５】 なお、補償電流検出部１３は、補償電流Ｉ_AFの実効値演算や平均値演算から高 調波量を検出する回路のものであってもよい。

【００１６】 補償電流制御部１４は、補償電流検出部１３からの補償電流検出値Ｉ_AFH と、 これに対応して設定されたアクティブフィルタ５の高調波耐量のリミッタ値Ｉ_{LI M} との差に基づいて、補償電流Ｉ_AFの高調波量の最大値がリミッタ値Ｉ_LIM に制 限されるように抑制する。補償電流制御部１４は、例えば誤差検出器１９と比例 積分回路（ＰＩ）２０と掛算器２１を備える。

【００１７】 誤差検出器１９は、補償電流検出値Ｉ_AFH からリミッタ値Ｉ_LIM を引いた誤差 値（Ｉ_AFH −Ｉ_AF）を演算し、補償電流検出値Ｉ_AFH がリミッタ値Ｉ_LIM 以下で 誤差値（Ｉ_AFH −Ｉ_AF）がマイナスの場合は比例積分回路２０に出力せず、補償 電流検出値Ｉ_AFH がリミッタ値Ｉ_LIM を超えたときだけプラスとなる誤差値（Ｉ _AFH −Ｉ_AF）信号をダイオードＤを介して比例積分回路２０に出力する。つまり 、補償電流Ｉ_AFに補償対象外の高調波分流成分（Ｘ_LS1 ／Ａ）Ｉ_L2が誤差成分と して含まれ、この誤差成分で補償電流Ｉ_AFの最大振幅がリミッタ値Ｉ_LIM を超え たときに、高調波分流成分（Ｘ_LS1 ／Ａ）Ｉ_L2に応じた量の誤差値（Ｉ_AFH −Ｉ _AF ）信号が比例積分回路２０に出力される。

【００１８】 比例積分回路２０は、入力される誤差値（Ｉ_AFH −Ｉ_AF）信号を低減させるよ うにフィードバック機能するもので、誤差値（Ｉ_AFH −Ｉ_AF）信号の電圧増幅値 と１Ｐ・Ｕ（パワーユニット＝定格電圧）の差に応じたリミット係数Ｋを算出し て掛算器２１に出力する。掛算器２１は、インバータ７の出力制限をする元の電 流指令値Ｉ_ref とリミット係数Ｋを掛算した電流指令値Ｉ'_refをインバータ７に 出力する。リミット係数Ｋは、補償電流検出値Ｉ_AFH がリミッタ値Ｉ_LIM 以下で 比例積分回路２０が動作しないときにＫ＝１と算出され、このときＩ_ref ＝Ｉ'_{r ef} となる。またリミット係数Ｋは、補償電流検出値Ｉ_AFH がリミッタ値Ｉ_LIM を 超えたときに、その差の誤差値（Ｉ_AFH −Ｉ_AF）に応じて０＜Ｋ＜１の範囲で算 出される。

【００１９】 従って、補償電流Ｉ_AFの高調波量が定格のリミッタ値Ｉ_LIM を超えない場合は 、比例積分回路２０が動作せず、Ｋ＝１、Ｉ_ref ＝Ｉ'_refが維持されて、アクテ ィブフィルタ５はリミット回路１２の無いときと同じ動作をして、負荷４の高調 波補償を行う。また、補償電流Ｉ_AFに補償対象外の高調波分流成分（Ｘ_LS1 ／Ａ ）Ｉ_L2が誤差成分として含まれ、この誤差成分で補償電流Ｉ_AFの最大振幅がリミ ッタ値Ｉ_LIM を超えると、高調波分流成分（Ｘ_LS1 ／Ａ）Ｉ_L2に応じた０＜Ｋ＜ １の値のリミット係数Ｋを元の電流指令値Ｉ_ref に掛算して得たＩ_ref ＞Ｉ'_ref なる電流指令値Ｉ'_refがインバータ７に送られる。このＩ_ref ＞Ｉ'_refなる電流 指令値Ｉ'_refで補償電流Ｉ_AFの最大振幅がリミッタ値Ｉ_LIM に制限されて、アク ティブフィルタ５が過負荷になるのが回避される。

【００２０】

【考案の効果】

本考案によれば、系統母線の高調波補償対象の負荷に対して設置されたアクテ ィブフィルタの補償電流に、他の負荷からの高調波電流の分流成分が流れても、 リミッタ回路で補償電流の高調波量がアクティブフィルタの高調波耐量のリミッ タ値を超えるときに、補償電流最大値をリミッタ値に制限するようにしたので、 他の負荷からの高調波電流でアクティブフィルタが過負荷状態になるのが回避さ れ、アクティブフィルタの信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示すアクティブフィルタの
ブロック図

【図２】図１のアクティブフィルタにおけるリミッタ回
路のブロック図

【図３】従来の注入回路方式のアクティブフィルタのブ
ロック図

【図４】図３のアクティブフィルタの等価回路図

【符号の説明】

２ 系統母線 ３ 負荷 ４ 負荷 ５ アクティブフィルタ １２ リミッタ回路 １３ 補償電流検出部 １４ 補償電流制御部 Ｉ_AF 補償電流 Ｉ_ref 電流指令値 Ｉ_LIM リミッタ値

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 系統母線に接続された負荷で発生して系
   統母線に流れる高調波電流を検出し、この高調波電流を
   打ち消す補償電流を、所定の電流指令値に基づき定格の
   高周波耐量であるリミッタ値以内に出力制限して、系統
   母線に流すアクティブフィルタであって、 前記負荷と同じ系統母線に接続された他の負荷からの高
   調波電流の分流成分を含む補償電流の高調波量を検出す
   る補償電流検出部と、補償電流検出部で検出された高調
   波量の最大値とアクティブフィルタの前記リミッタ値と
   の差を検出し、高調波量がリミッタ値以下のときは前記
   電流指令値を変えず、高調波量がリミッタ値を超えると
   きの差に応じて電流指令値を変化させて、補償電流の高
   調波量がリミッタ値に制限されるように抑制する補償電
   流制御部とを備えたリミッタ回路を付設したことを特徴
   とするアクティブフィルタ。