(57)【要約】【課題】高調波抑制効果を発揮しつつ、電圧階級を下げるとともに、装置を小型化する。【解決手段】電力線６１の交流電圧に含まれる高調波成分を抑制する高調波フィルタ装置１００であって、電力線６１に接続される降圧変圧器１と、降圧変圧器１の出力側に接続されたコンデンサ１１とを備え、降圧変圧器１の巻線及びコンデンサ１１によりＬＣ直列共振回路１０１を構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力線の交流電圧に含まれる高調波成分を抑制する高調波フィルタ装置であって、
前記電力線に接続される降圧変圧器と、
前記降圧変圧器の低圧側に接続されたコンデンサとを備え、
前記降圧変圧器の巻線及び前記コンデンサによりＬＣ直列共振回路が構成される、高調波フィルタ装置。
【請求項２】
前記降圧変圧器の低圧側において、前記コンデンサと並列に接続された進相分補償リアクトルをさらに備える、請求項１記載の高調波フィルタ装置。
【請求項３】
前記降圧変圧器の低圧側において、前記コンデンサに直列に接続された１つ又は複数のＬＣ並列共振回路をさらに備える、請求項１又は２記載の高調波フィルタ装置。
【請求項４】
前記ＬＣ並列共振回路のコンデンサに対して直列又は並列に接続された抵抗器をさらに備える、請求項３記載の高調波フィルタ装置。
【請求項５】
前記ＬＣ直列共振回路と前記ＬＣ並列共振回路との間に接続された避雷器をさらに備える、請求項２又は３記載の高調波フィルタ装置。
【請求項６】
前記降圧変圧器を単巻変圧器としている、請求項１乃至５の何れか一項に記載の高調波フィルタ装置。
【請求項７】
前記降圧変圧器を三巻線変圧器とし、
前記低圧側の素子が、前記三巻線変圧器の三次側に接続されている、請求項１乃至６の何れか一項に記載の高調波フィルタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電圧に含まれる高調波成分を抑制する高調波フィルタ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
交流電圧に含まれる高調波成分を抑制する高調波フィルタ装置としては、コンデンサｎ素子とリアクトルｎ素子とにより構成される複同調フィルタが知られている。
【０００３】
例えば、複同調フィルタとしては、例えば非特許文献１に示すように、高調波抑制対象である母線にコンデンサＣ１とリアクトルＬ１とを直列に接続して、さらにコンデンサＣ２及びリアクトルＬ２の並列回路を直列に接続する構成である（図７参照）。この複同調フィルタでは、コンデンサＣ１及びリアクトルＬ１の直列共振特性と、コンデンサＣ２及びリアクトルＬ２の並列共振特性による直列共振により、２つの共振点を形成することで、２つの周波数にてフィルタ効果を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】IEC/TR  62001-1, “6.4.2 Double tuned filters” “6.4.3 Triple tuned filters” Ed. 1.0, 2016.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的な高調波フィルタ装置は、電圧歪を抑制したい箇所（母線など）の電圧階級が高い場合には、装置を構成する各機器（コンデンサ、リアクトル）及び関連機器（遮断器、分路リアクトル（ＳｈＲ）など）を含めた全体を母線の電圧階級に合わせた絶縁性能を有するものにしなければならない。その結果、装置が大型化してしまうだけでなく、設備コストが大きくなってしまう。
【０００６】
そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、高調波抑制効果を発揮しつつ、降圧により必要な絶縁性能を低減することで、装置を小型化することをその主たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち本発明に係る高調波フィルタ装置は、電力線の交流電圧に含まれる高調波成分を抑制する高調波フィルタ装置であって、前記電力線に接続される降圧変圧器と、前記降圧変圧器の低圧側に接続されたコンデンサとを備え、前記降圧変圧器の漏れリアクタンス及び前記コンデンサによりＬＣ直列共振回路が構成されることを特徴とする。
【０００８】
このような高調波フィルタ装置であれば、降圧変圧器の漏れリアクタンス及び降圧変圧器の低圧側に接続されたコンデンサによりＬＣ直列共振回路を構成しているので、高調波抑制効果を発揮しつつ、降圧変圧器の低圧側の電圧階級を下げることができる。その結果、降圧変圧器の低圧側に設ける機器の耐電圧を小さくすることができ、装置の小型化及び低コスト化をすることができる。
【０００９】
ここで、電圧階級を下げるためには、降圧変圧器を介して低圧側にリアクトル及びコンデンサのＬＣ直列共振回路を設けることが考えられる。ところが、降圧変圧器を介してＬＣ直列共振回路を設けた場合、所望の共振特性を得るためには、リアクトルのリアクタンスだけでなく、降圧変圧器の漏れリアクタンス（％Ｘ）を考慮する必要があり、フィルタ性能を実現できる降圧変圧器の％Ｘに制約が生じる。また、その構成から、共振次数のフィルタ尖鋭度の調整が難しく、試行錯誤的に設計する必要がある。一方で、本発明では、ＬＣ直列共振回路を構成する上で、リアクトルを用いることなく、降圧変圧器の漏れリアクタンスを積極的に用いることにより、上記の問題点が解消し、且つ、複数の次数の高調波を抑制する場合のリアクトルの低減も可能となる。さらに、降圧変圧器の一次側の回路にフィルタを設置した場合と電気的に等価なインピーダンス特性を持つフィルタを容易に構成することができる。その上、フィルタの尖鋭度も適切に設定が可能である。
【００１０】
高調波フィルタ装置を設けることによる進相無効電力を補償して電圧を安定化するためには、前記降圧変圧器の低圧側において、前記コンデンサと並列に接続された進相分補償リアクトルをさらに備えることが望ましい。
【００１１】
複数の次数の高調波を抑制するためには、前記降圧変圧器の低圧側において、前記コンデンサに直列に接続された１又は複数のＬＣ並列共振回路をさらに備えることが望ましい。
【００１２】
負荷変動時などの過渡的な振動現象を抑制するためには、前記ＬＣ並列共振回路のコンデンサに対して直列又は並列に接続されたダンピング抵抗器をさらに備えることが望ましい。
【００１３】
ＬＣ並列共振回路を過渡的な過電圧から保護するためには、前記ＬＣ直列共振回路と前記ＬＣ並列共振回路との間に接続された避雷器をさらに備えることが望ましい。
【００１４】
高調波フィルタ装置を小型化するためには、前記降圧変圧器は、単巻変圧器であることが望ましい。
【００１５】
前記降圧変圧器は、三巻線変圧器であり、前記低圧側の素子は、前記三巻線変圧器の三次側に接続されていることが望ましい。この構成であれば、三巻線変圧器の二次側を別の負荷用母線として用いることができる。また、降圧変圧器を中性点機器設置用の変圧器として兼用することができる。
【発明の効果】
【００１６】
このように構成した本発明によれば、高調波抑制効果を発揮しつつ、電圧階級を下げるとともに、装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態の高調波フィルタ装置の構成を示す模式図である。
【図２】高調波フィルタ装置の変形例を示す模式図である。
【図３】高調波フィルタ装置の変形例を示す模式図である。
【図４】従来構成及び本実施形態の周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図５】変形実施形態の高調波フィルタ装置の構成を示す模式図である。
【図６】変形実施形態の高調波フィルタ装置の構成を示す模式図である。
【図７】従来の高調波フィルタ（複同調フィルタ）の構成及び共振周波数を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明に係る高調波フィルタ装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１９】
本実施形態の高調波フィルタ装置１００は、図１に示すように、電力線である高圧側母線（例えば１５４ｋＶ母線）６１の交流電圧に含まれる例えば５次高調波、７次高調波、１１次高調波、１３次高調波などの高調波成分を抑制するものである。
【００２０】
具体的にこの高調波フィルタ装置１００は、高圧側母線６１に接続される降圧変圧器１と、当該降圧変圧器１に接続されたコンデンサ１１とを備え、降圧変圧器１の巻線及びコンデンサ１１により所望の高調波成分を抑制するＬＣ直列共振回路１０１が構成されたものである。
【００２１】
本実施形態の降圧変圧器１は例えば単巻変圧器であり、高圧側母線６１の１５４ｋＶを例えば２２ｋＶに降圧するものである。この降圧変圧器１は、遮断器４１を介して高圧側母線６１に接続されている。なお、降圧変圧器１は、負荷用の変圧器又は中性点機器設置用の変圧器を兼用しても良い。これらを兼用することにより、設備コストを低減することができる。
【００２２】
また、コンデンサ１１は、降圧変圧器１に接続された低圧側母線（例えば２２ｋＶ母線）６２に開閉器４２を介して接続されている。
【００２３】
また、高調波フィルタ装置１００は、降圧変圧器１の低圧側において、コンデンサ１１と並列に接続された進相分補償リアクトル（分路リアクトル）３１をさらに備えている。この進相分補償リアクトル３１は、開閉器４３を介して低圧側母線６２に接続されている。この開閉器４３の開閉により、基本波進相容量の補償の有無を切り替えることができる。
【００２４】
そして、高調波フィルタ装置１００は、２段の複同調フィルタ（double tuned filters）として機能するために、降圧変圧器１の低圧側において、コンデンサ１１に直列に接続された１つのＬＣ並列共振回路１０２をさらに備えている。このＬＣ並列共振回路１０２は、リアクトル２１及びコンデンサ１２を並列接続したものである。つまり、この高調波フィルタ装置１００は、降圧変圧器１の巻線及びコンデンサ１１からなるＬＣ直列共振回路１０１と、リアクトル２１及びコンデンサ１２からなるＬＣ並列共振回路１０２とから構成される。
【００２５】
図１では、１つのＬＣ並列共振回路１０２を有する構成であったが、図２に示すように、２つ以上のＬＣ並列共振回路１０２をコンデンサ１１に直列に接続して３段以上の複同調フィルタとして機能するように構成しても良い。なお、図２では３つの次数に対する高調波抑制効果を示すフィルタであるが、４つ以上の次数に対する高調波抑制効果を示すフィルタとする場合には、ＬＣ並列共振回路１０２を直列に追加する。
【００２６】
さらに、図３に示すように、ＬＣ並列共振回路１０２において、コンデンサ１２に対して直列又は並列にダンピング抵抗器７１を接続しても良い。このダンピング抵抗器７１により、負荷変動時などの過渡的な振動現象を抑制することができる。
【００２７】
次に、図４（ａ）に示すように、１５４ｋＶ／２２ｋＶの降圧変圧器を用いて１５４ｋＶ母線における２つの次数の高調波抑制効果が得られる高調波フィルタ装置（本実施例）を設計して、シミュレーションを行った。図４（ｂ）に示すように、本実施例において、従来構成と同様に、２つの次数にて低インピーダンスとなっていることが確認できた。
【００２８】
このように構成した本実施形態の高調波フィルタ装置１００によれば、降圧変圧器１の巻線及び降圧変圧器１の低圧側に接続されたコンデンサ１１によりＬＣ直列共振回路１０１を構成しているので、高調波抑制効果を発揮しつつ、降圧変圧器１の低圧側の電圧階級を下げることができる。その結果、降圧変圧器１の低圧側に設ける機器（コンデンサ１１、１２やリアクトル２１、３１等）の耐電圧を小さくすることができ、装置の小型化及び低コスト化をすることができる。
【００２９】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００３０】
また、図５に示すように、コンデンサ１１及びＬＣ並列共振回路の間に避雷器５１を設けても良い。この構成により、ＬＣ並列共振回路を過渡的な過電圧から保護することができる。
【００３１】
さらに、図６に示すように、降圧変圧器１を三巻線変圧器により構成して、三巻線変圧器の２つの低圧側母線６２、６３の一方（三次側母線６３）にコンデンサ１１を接続しても良い。この場合、１次側母線（高圧側母線）６１にて高調波抑制効果をもたらすように変圧器の１次−３次の漏れインピーダンスＸｐｔを考慮して設計する必要がある。この構成であれば、三巻線変圧器の二次側を別の負荷用母線として用いることができる。
【００３２】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３３】
１００・・・高調波フィルタ装置
６１  ・・・高圧側母線
１    ・・・降圧変圧器
１１  ・・・コンデンサ
１０１・・・ＬＣ直列共振回路
３１  ・・・進相分補償リアクトル
１０２・・・ＬＣ並列共振回路
２１  ・・・リアクトル
１２  ・・・コンデンサ
７１  ・・・ダンピング抵抗
５１  ・・・避雷器
【図１】
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【図２】
2020191731.tif 000004
【図３】
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【図４】
2020191731.tif 000006
【図５】
2020191731.tif 000007
【図６】
2020191731.tif 000008
【図７】
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