JPS6231329A - 高調波電流の検出方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分可〕 この発明は、負荷に供給され°る相電流の高調波電流を
検出する高調波電流の検出方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、産業用および家庭用の機器に、半導体整流装置な
どの高調波電流を多量に発生する装置を備えたものが多
く、このよめ電力会社の配電系統、需要家の所内電力系
統などの系まに１ざ調波電流が増加し、高調波電流によ
る被害が問題となっている。

そして従来は、−コンデンサとりアクドルあるいは抵抗
う）らなる受動フィルタ装置により、系統の負荷に供給
される各相の相電流の特定の高調波電流を分路し、系統
の高調波電流を低減することが行われている。

しかし、前述の受勘形フィルタ装置を用いる場合は、Ｃ
Ｉ）１台のフィルタ装置によって複数の次数の高調波電
流の低減が行えｋい、　（Ｉｆ）フ・ｆルタ装首によっ
て系統の周波数特性が変化する。（■）高調波電流が増
加するとフィルタ装置が過負荷になるなどの種々の不都
合がある。

そこでインバータを備えたアクティブフィルタ装置が考
案され、該アクティブフィルタ装置は系統から負荷に供
、給される角周波数ω０の基本波電流に、前記インバー
タによって形成された高調波電流を注入し、系統の高］
波電流を低減する。

そしてアクティブフィルタ装置の場合は、インバータに
よって複数の次数の高調波電流を形成でき、マタ、フィ
ルタ装置が系統から独立しているため、受動形フィルタ
装置を用いた場合の前述の各不都合が解消されろ。

ところで前述のアクティブフィルタ装置などにおいては
、負荷に供給される各相の高調波電流を正確に検出する
必要うりｔｙ）乙。

一方、帯域除去フ・ｒルタ（ノツチフィルタ）は（ｗＸ
は除去する帯域の角周波数ｙ　Ｑ　１丈共覆Ｃ１，）ず
乙どさ、Ｓは複素変数）のフィルタであり、前記伝の式
からも間らかなように、入力信号から角周波数ωＸの帯
域の信号をＸ算除去して出力する。

そして各相の基本波電流の角周波数がそれぞれ一定であ
るため、各相の高調波電流の検出て、前記帯域除去フィ
ルタを用いることが考ｔられる。

ところで″ｉｌ域除去フィルタは、産報出版株式会社ノ
電子科学シリーズ＠［アクティブフィルタの設計Ｊ　（
１９７３年１′２月１０日初版発行）などに記載されて
いるように、状態斐数形フィルタ回路を用いてたとえば
第２図に示すように構成される。

そして第２図において（１）はフィルタ入力端子、（２
）は入力１子ｆ１）の入力信号と後述の＠２積分器の出
力信号とを加算する第１加算器、（３）は加算器（２）
の出力信号が入力される第１積分器、＜４）は引分？３
（３）の出力信号を１／Ｑ（Ｑは共振のするどさ）に低
減して積分器（３）の入力側に帰還する定数回路、（５
）は積分器（３］の出力信号を積分して加算器（２）に
出力する第２積分器、（６）はり１傅器（２）、積分器
（３）　ｐ　（５）および定数回路（４）が形成する状
態変数形フィルタ回路であり、定数回路（４）の出力信
号がフィルタ回路（６）の出力信号を形成する。

（７）は定数回路（４）の出力信号を反転する反転アン
プ、（８）は入力端子（１］の変流信号とアンプ（７）
の出力信号とを加算する第２加算器、（９）は加算器（
８）に接続されたフィルタ出力端子である。

そして入力端子（１］の入力信号が角周波数ω０の基本
波成分と扁調波成分とからなる場合、基本波成分を除去
するために、フィルタ回路（６）の加算器（２）、積分
器（３）　、　（５）のループの共振角周波数ωＸがω
０に設定され、このとき積分器（３）の出力信号力；、
２ンドパスフィルタ信号になるとともに、積分器（５）
設定されたローパスフィルタ信号になる。

また、定数回路（４〕からアンプ（７）に出力される信
された基本波成分の抽出信号になり、このとき・π数回
路（４）の出力信号の位相は入力端子（１）の入力信号
の位相に一致する。

さらに、アンプ（７）によって定数回路（４）の出力信
号が反転され、アンプ（７）から加算器（８）に、定数
回路（４）の出力信号の符号反転信号が出力されるとと
もに、加算器（８）によって符号反転信号と入力端子（
１）の入力信号とが加算され、これにより加算器（８）
から出力端子（９）に出力される信号が、入力端子（１
］の入力信号から基本波成分を減算除去した信号。

すなわち入力信号の高調波成分の１３号てｉす、出力端
子（９）の信号により入力端子（１）の入力信号の高調
波成分が検出される。

そして＠２図の帯域除去フィルタを各相の高調波電流の
検出に用いる場合は、帯域除去フィルタを各桁毎に設け
、各帯域除去フィルタの入力端子（１）に、各相の相電
流を％ｊＪ流変成器などによって検出して形成された信
号、すなわち各相の相電流それぞれの波形の相電流検出
信号を入力すればよい。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで第２図の帯域除去フィルタの場合は、Ｑ値の大
、小によって過渡応答特性および定常特性が変化し、Ｑ
値を１，５それぞれに設定して入力端子（１）に１２０
°通電の方形波信号を入力した謁合は、過渡期；Ｃアン
プＣハ、積分器（５）の出力信号が第３６　、　ｑＭ４
図それぞれに示すようになる。なお、第３図（ａ）　、
　（ｂ）　、　（Ｃ）はＱ値が１に設定された場合の入
力端子（ＩＪの方形波信号、アンプ（７＞　、　積分器
（５）の出力信号を示し、＠４図（ａ）　、　（ｂ）　
、　（Ｃ）はＱ値が５に設定された場合の方形波信号、
アンプ（ハ、積分；岩（５）の出力信号を示す。

一方、定常時は、アンプ（７）、積分回路（５）の出力
信号が第５図、＠６図それぞれに示すようになる。

なお、第５図（ａ）、山）　、　（Ｃ）はＱ値が１に設
定された場合の入力端子（１）の方形波信器、アンプ（
’７）　ｅ　％！分器（５）の出力信号を示し、第６図
（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）はＱ値が５に設定され
た場合の方形波信号、アンプ（７）。

積分器（５）の出力信号を示す。

そして第３図（ｂ）、第４図（ｂ）の比較からも明らか
なようシて、Ｑ（直を大きくすれば過渡応答特性が劣化
する。

また、第゛５図（ｂ）　、　ｆＷ　６１ＥＩ中）の比較
からも明らかなように、Ｑ値を小さくすれば定常時の基
本波成分の除去率が低下して波形歪みが生じ乙。

すなわら、第２図の帯ｗＣ除去フィルタでは、応答速度
を速くするためシてＱ垣をｔ４）　；、μくす；ｔば定
常時に波形歪みが生じ、逆に定常時の波形歪みを匠減す
るためにＱ値を大きくすれば応答速度が遅くなり、過渡
応答特性および基本波成分の除去特性を共乞τ良好にす
ることが困難になる。

したがって、４２図の帯域除去フィルタを各相の高調波
電流の検出１で用い２！場合は、過渡応答特性および基
本波電流の除去時性のいずれか一方が実記しノ、良好な
検出が行えなくなる問題点があ杭そしてこの発明は、単
相あるいは多相の負荷に供給されるオ目ｉＩ流の高調波
電流を、良好な過渡応答特性および基本波４Ｊ流の除去
特性で迅速かつ波形歪みを少なくして検出することを技
術的課題とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、負荷に供給される相電流の波形の相電流（
ω０は基本波電流の角周波数、Ｑは共振のするどさ、Ｓ
は複素変数）のフィルタ回路により処理し、前記伝達関
数によって設定されたローパスフィルタ信号を得るとと
もに、該ローパスフィルタ信号を９０遅延して前記基本
波電流の波形の基本波電流検出信号を形成し、かつ前記
÷１゛１ｚ流′尖出侶号から前記基本波電流検出信号を
減算して高調波電流を検出することを特徴とする高調波
電流の検出方法である。

〔作用〕

イルタ回路は、たと、ｔば第２図のフィルタ回路（６）
の積分器（５）の出力信号を用い乙ことによって形成さ
れ、この場合積分器（５）の出力信号が積分器（３）の
出力信号より位相が９０進んだ信号になるため、フィル
タ回路のローパスフィルタ信号は、相電流中の基本波電
流の位相を９０進めた波形の信号になる。

また、第３図（Ｃ）および＠５図（Ｃ）の波形からも明
らかなよって、ローパスフィルタ信号は、Ｑ値を小さく
して過渡応答速度を速くしても、定常時に波形歪みが少
なく基本波電流にしたがって忠実に変化する。

基本波電流をＭ算することにより相電流中の高調波電流
が検出さ１する。

そしてフィルタ回路のＱ値を小さくすることにより、基
本波電流が過渡応答速度を速くして低波形歪みで検出さ
れ、こ九″ｌこより高調波電流が過渡応答特性および基
本波電流の除去特性を共に良好にして検出される。

〔実施例〕

つぎに、この発明を、その１実施例を示した第１図とと
もに詳細に説明する。

用１図ユＣおいて、（１りは相電流検出信号が入力され
るフィルタ入力端子、Ｃ１時は第２図の状態変数形フィ
ルタ回路（６）と同一′Ｌ構戎されたフィルタ回路、　
（７１＃　（８）　、　（９）　、αＯ１ｉ第１ｉの加
算器（２）、積分器（３）、定ｙＣ回洛１４）、積分器
（５）に相当する第３加算器。

第３１分器、１／Ｑの定数回路、第４積分器である。

そしてフィルタ＠　Ｌ６　（ｌυがフィルタ回路（６）
と異な６点は、積分器ＯＱの出力信号、すなわちローパ
スフィルタ信号をフィルタ回路αυの出力信号とした点
である。

また、（１のは積分器α０のローパスフィルタ信号の位
相を９０遅延して出力する遅延素子であり、ＢＢＤ（バ
ケソトプリガードヂバ１°ス）などにより形成されてい
乙。

０３は遅延素子α２の出力１号を符号反転して出力する
反転アンプ、’！４）はアンプ０３の出力信号と入力端
子（１１の相電流検出信号とを加算する＠４加算器で５
）石。ηは加算器０（イ）に接続されたフィルタ出力端
子である。

そして負侍に供給される相電流を電流変成器などによっ
て検出して形成された検出信号、すなわち相電流の波形
の相電流検出信号が入力端子（１ンに入力される。

ところで相電流に含まれた基本波９流の角周１皮数がω
０であれば、フィルタ回路αυはフィルタ回路（６）と
同様に、加算器（７）、積分器（８）　、　ＧＯのルー
プが基本波電流の角周波数ωＯに共振し、このとき積分
器（８）から出力されるバンドパスフィルタ信号が、さ
れた信号になり、積分器ＯＱによって積分器（８）のバ
ンドパスフィルタ信号がさらＫ　７７３分さｇるため、
積分器（８）のローパスフィルタ信号は、２次伝引な乙
。

ところで第３図（Ｃ）゛ぢよζｉζ二！Ｚ　５図（Ｃ）
からも明ら力）なように、積分器αｑのローパスフィル
タ信号は、Ｑ値を小さくして過渡応答速度を速くしても
、定常時に波形歪みが少なく、基本波電流に忠実な波形
の信号７Ｉ：なる。

一方、積分器（８）のバンドパスフィルタ信号の位相が
各相の基本波電流の位相に一致するため、積分器α１の
ローパスフィルタ信号は、各相の基本波電流の位相をそ
れぞれ９０進めた波形の信号になる。

すなわち、積分器αＱのローパスフィルタ信号は、入力
端子（１）の相電流検出信号の基本波電流成分の９０位
相が進んだ信号になる。

そして積分器００のローパスフィルタ信号の位相が遅延
素子（６）によって９０遅延されるため、遅延素子（６
）の出力信号は、相電流検出信号の基本波電流成分の信
号、すなわち基本波電流と同一波形かつ同一位相の基本
波電流検出信号ＶＣなる。

さらに、アンプα３によって基本波電流検出信号の符号
が反転されるとともに、加算器α菊によりアンプ０３の
出力信号と入力端子（υの用宜流検出信号とが加算され
るため、加算器α（イ）から出力端子０９には、入力端
子（１）の相電流検出信号から遅延素子０４の基本波電
流検出信号を減算した信号、すなわら高調波電流の波形
の高調波電流検出信号が出力され、出力端子Ｑ６の高調
波電流検出信号によって高調波電流が検出される。

そしてフィルタ回路ｏ］）のＱ値を小さくして過渡応答
速度を速くしても、定常時にローパスフィルタ信号に波
形歪みなどが生じないため、Ｑ値を小さくすることによ
り、良好な過渡応答特性で波形歪みを少なくして基本波
電流が検出され、過渡応答特性および基本波電流の除去
特性を共に良好にして高調波電流が検出され、たと、ｔ
ばアクティブフィルタ装置に適用すると、インバータに
よって高調波電流が忠実に形成され、高調波電流の良好
な低域井が行なえる。

ところで自相の相電流のみを用いて自相の高調波電流が
検出されるため、負荷が単相あるいは多相の平衡負荀、
不平衡負荷であっても、各桁毎に第１図のブロックを設
けることにより、各相の高調波電流がそれぞれ検出され
乙。

なお、フィルタ回路αηは、たとえば定数回路（９）の
出、力信号を符号反転して加算器（７）の入力側Ｖｃ帯
還するように構成してもよく、種々の構成のフィルタに
よって形成できるのは勿論である。

また、アクティブフィルタ装置だけでなく、高調波電流
の検出装置などの種々の装置に適用でき乙のも勿論であ
る。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の葛、：Ｉ３波電流の検出方法
によると、フィルタ回路０ηのＱ泣を小さく設定し、良
好な過渡応答特性で波形歪みを少なくして自相の相電流
検出信号から自相の基本波電流が検出できるため、負荷
の種類にかかわらず、過渡応答特性および基本波電流の
除去特性を共に良好にして高調波電流を検出することが
できるものであ乙。

【図面の簡単な説明】

＠１図はこの発明の？１″７調波電流の検出方法の１実
施例のブロック図、第２図は従来の帯域除去フィルタの
ブロック図、１万３図（ａ）〜（ｃ）　、　第４図（ａ
）〜（ｃ）　ハＱ　値を１．５それぞれに設定したとき
の第２図の過渡応答特性説明用の波形図、＠５図（ａ）
〜に）、第６図（ａ）〜（Ｃ）はＱ値を１，５それぞれ
に設定したときの第２図の定常特性説明用の波形図であ
る。 αυ・・・フィルタ回路、（６）・・・遅延素子、αト
・・反転アンプ、α萄・・・加算器。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）負荷に供給される相電流の波形の相電流検出信号
   を、２次伝達関数Ｇ（Ｓ）＝ωｏ＾２／｛Ｓ＾２＋（ω
   ｏ／Ｑ）Ｓ＋ωｏ＾２｝、（ωｏは基本波電流の角周波
   数、Ｑは共振のするどさ、Ｓは複素変数）のフィルタ回
   路により処理し、前記伝達関数によって設定されたロー
   パスフィルタ信号を得るとともに、該ローパスフィルタ
   信号を９０°遅延して前記基本波電流の波形の基本波電
   流検出信号を形成し、かつ前記相電流検出信号から前記
   基本波電流検出信号を減算して高調波電流を検出するこ
   とを特徴とする高調波電流の検出方法。