(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相交流電圧及び３相交流電流から瞬時実電力及び瞬時虚電力を演算する第１の回路と、
前記瞬時虚電力からその直流分を抽出することによって無効電力を検出する第２の回路と、
前記３相交流電圧の基本周波数の２倍の遮断周波数に設定し、且つ逆相基本周波数成分の変動分の減衰時定数が一定の値になるように尖鋭度を設定し、前記瞬時実電力及び前記瞬時虚電力における特定の範囲の周波数成分を減衰させる第１のフィルタ回路と、前記３相交流電圧の基本周波数の２分の１以上の交流分を通過させることにより前記瞬時実電力及び前記瞬時虚電力の交流分を抽出する第２のフィルタ回路を有し、前記３相交流電流の高調波分及び逆相変動分を検出する第３の回路とを備えたことを特徴とする自励式無効電力補償装置の制御装置。
【請求項２】
３相交流電圧及び３相交流電流から瞬時実電力及び瞬時虚電力を演算する第１の回路と、
前記瞬時実電力及び前記瞬時虚電力からその直流分を抽出することによって有効電力及び無効電力を検出する第２の回路と、
前記３相交流電圧の基本周波数の２倍の遮断周波数に設定し、且つ逆相基本周波数成分の変動分の減衰時定数が一定の値になるように尖鋭度を設定し、前記瞬時実電力及び前記瞬時虚電力から特定の範囲の周波数成分を減衰させる第１のフィルタ回路と、
前記３相交流電圧の基本周波数の２分の１以上の交流分を通過させることにより前記瞬時実電力及び前記瞬時虚電力の交流分を抽出する第２のフィルタ回路を有し、前記３相交流電流の高調波分及び逆相変動分を検出する第３の回路とを備えたことを特徴とする自励式無効電力補償装置の制御装置。
【請求項３】
前記第３の回路は、前記第１のフィルタ回路の出力側に、前記第２のフィルタ回路の入力側をカスケード接続したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自励式無効電
力補償装置の制御装置。
【請求項４】
前記第３の回路にて検出した高調波分及び逆相変動分の有効電力及び無効電力を、回転座標系の値から３相交流電流値の瞬時高調波電流成分に変換し、前記第２の回路からの無効電力に基づき検出される瞬時無効電流成分を加算することで瞬時補償電流指令値を演算することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自励式無効電力補償装置の制御装置。
【請求項５】
３相交流電圧及び３相交流電流から瞬時実電力及び瞬時虚電力を演算する第１の回路と、
前記瞬時虚電力からその変動分を抽出して無効電力変動値を検出する回路と、
前記３相交流電圧の基本周波数の２倍の遮断周波数に設定し、且つ逆相基本周波数成分の変動分の減衰時定数が一定の値になるように尖鋭度を設定し、前記瞬時実電力及び前記瞬時虚電力における特定の範囲の周波数成分を減衰させる第１のフィルタ回路と、前記３相交流電圧の基本周波数の２分の１以上の交流分を通過させることにより前記瞬時実電力及び前記瞬時虚電力の交流分を抽出する第２のフィルタ回路を有し、前記３相交流電流の高調波分及び逆相変動分を検出する第３の回路と、
前記第３の回路にて検出した高調波／逆相変動分電力の関数として、この補償電力が大きくなるほど値の小さい補償ゲインを出力すると共に、この補償ゲインを高調波／逆相変動分電力に乗算する回路等の乗算手段とを備えた第４の回路と、
前記無効電力変動値を検出する回路からの無効電力変動値と前記第４の回路からの出力を加算し、加算した無効電力及び高調波／逆相変動分有効電力による瞬時補償電力の関数として，この補償電力が大きくなるほど値の小さい補償ゲインを出力し、かつこの補償ゲインを瞬時補償電力に乗算する演算回路と、
前記演算回路からの補償ゲインに「−１」を乗じて補償電力指令値を算出し，その補償電力指令値及び、前記３相交流電圧から瞬時電流指令値を演算する第６の回路と、
を備えたことを特徴とする自励式無効電力補償装置の制御装置。
【請求項６】
前記請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の自励式無効電力補償装置は、電力変換手段を有する無効電力補償要素を負荷と並列に接続し，前記負荷の無効電力を検出すると共に，この無効電力の検出値に対応して前記無効電力補償要素から供給すべき無効電力補償量を演算し，この無効電力補償量に基づいて前記電力変換手段を制御することを特徴とする無効電力補償装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、自励式無効電力補償装置の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自励式無効電力補償装置の一例として、基本波電流による電力を検出する第１の検出回路と、高調波電流による電力を検出する第2の検出回路、逆相電流による電力を検出する第3の検出回路とを備えたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２８３９７０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の従来の自励式無効電力補償装置では、第１、第２及び第３の検出回路を設ける必要があり、回路構成を簡素化することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態によれば、３相交流電圧及び３相交流電流から瞬時実電力及び瞬時虚電力を演算する第１の回路と、前記瞬時虚電力からその直流分を抽出することによって無効電力を検出する第２の回路と、前記３相交流電圧の基本周波数の２倍の遮断周波数に設定し、且つ逆相基本周波数成分の変動分の減衰時定数が一定の値になるように尖鋭度を設定し、前記瞬時実電力及び前記瞬時虚電力における特定の範囲の周波数成分を減衰させる第１のフィルタ回路と、前記３相交流電圧の基本周波数の２分の１以上の交流分を通過させることにより前記瞬時実電力及び前記瞬時虚電力の交流分を抽出する第２のフィルタ回路を有し、前記３相交流電流の高調波分及び逆相変動分を検出する第３の回路とを備えたことを特徴とする自励式無効電力補償装置の制御装置である。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態の概要を説明するための図。
【図２】実施形態１を説明するためのブロック図。
【図３】図２の３相交流電流側の各次数電流を、ｐ、ｑ側に変換した後の振動成分次数を示す図。
【図４】図２の［Ａ］点における正相基本周波数成分、逆相基本周波数成分、正相２次高調波成分の波形図。
【図５】図２の［Ａ］点及び［Ｂ］点における正相基本周波数成分波形の対比を示す図。
【図６】図２の［Ａ］点及び［Ｂ］点における逆相基本周波数成分波形の対比を示す図。
【図７】図２の［Ａ］点及び［Ｂ］点における正相２次高調波成分波形の対比を示す図。
【図８】図２の［Ａ］点及び［Ｃ］点における正相基本周波数成分波形の対比を示す図。
【図９】図２の［Ａ］点及び［Ｃ］点における逆相基本周波数成分波形の対比を示す図。
【図１０】図２の［Ａ］点及び［Ｃ］点における正相２次高調波成分波形の対比を示す図。
【図１１】実施形態２を説明するためのブロック図。
【図１２】実施形態３を説明するためのブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施の形態の概要について、図１を参照して説明する。図１において、負荷１には三相電源２より、インピーダンスをｊｘｓとする送電線３、及びインピーダンスをｊｘｔとする受電変圧器４を介して電力が供給される。そして自励式変換器１０は、負荷１に対して並列に設置され、制御装置２０によって制御される。制御装置２０には、変流器５によって検出される3相交流電流（負荷電流）ｉｌと、電圧検出用変圧器６によって検出される3相交流電圧（回路電圧）ｖが入力される。自励式変換器１０に流れる電流ｉｃは、変流器８によって検出され、同様に制御装置２０に入力される。電流ｉｆはフィルタ７に流れる電流を表す。
【０００８】
図２は、実施の形態１の制御装置２０の具体的な回路構成を示すブロック図である。
【０００９】
これは、第１の回路（負荷電流検出回路）１７と、第２の回路（基本波無効電力検出回路）２２と、第３の回路（逆相変動分・高調波検出回路）２３と、第４の回路を構成する瞬時電流検出回路２５と、第５の回路を構成する加算器２６を備えている。
【００１０】
第１の回路１７は、３相交流電流ｉｌを入力して２相に変換する３相２相変換回路１９と、3相交流電圧ｖを入力して３相同期検出を行い同期信号θを出力する３相同期検出回路１８と、３相２相変換回路１９の出力及び３相同期検出回路１８からの同期信号θを入力して瞬時実電力ｐ及び瞬時虚電力ｑを演算するｐｑ演算回路２1を備えている。
【００１１】
第２の回路２２は、ｐｑ演算回路２1により演算された瞬時虚電力ｑからその直流分を抽出することで無効電力ｑｆを検出するフィルタ回路例えばローパスフィルタ２２２と、ローパスフィルタ２２２により得られた無効電力ｑｆと３相同期検出回路からの同期信号θを入力し瞬時電流ｉｆを演算する瞬時電流検出回路２２３を備えている。
【００１２】
第３の回路２３は、3相交流電圧の基本周波数の2倍の遮断周波数と一定の尖鋭度を持ち、ｐｑ演算回路２1により演算された瞬時実電力ｐ及び瞬時虚電力ｑにおける特定の範囲の周波数成分を減衰させるフィルタ回路例えばノッチフィルタ（ＢＥＦ）２３１、２３３と、前記3相交流電圧の基本周波数の2分の1以上の交流分を通過させることにより前記瞬時実電力及び前記瞬時虚電力の交流分を抽出するフィルタ回路例えばハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２３２、２３４とを備えている。この場合、ノッチフィルタ２３１の出力側に対してハイパスフィルタ２３２の入力側となるようにカスケード接続され、同様にノッチフィルタ２３３の出力側に対してハイパスフィルタ２３４の入力側となるようにカスケード接続されている。
【００１３】
瞬時電流検出回路２５は、第３の回路２３で抽出した逆相変動分・高調波成分の有効電力ｐｈ及び無効電力ｑｈを，回転座標系の値から3相交流電流値の瞬時高調波電流成分(逆相変動分を含む)ｉｈに変換するものである。
【００１４】
加算器２６は、第２の回路２２からの瞬時無効電流成分ｉｆと瞬時電流検出回路２５からの瞬時高調波電流成分(逆相変動分を含む)ｉｈを加算して瞬時補償電流指令値ｉ＊を演算するものである。
【００１５】
以上述べた構成以外に、加算器２６の出力である瞬時補償電流指令値ｉ＊から自励式変換器１０の入力電流値ｉｃを減算する減算器２７と、減算器２７の出力を入力して電流制御信号を得る電流制御回路（ＡＣＲ）２８と、電流制御回路２８からの電流制御信号を入力しこれに基づき自励式変換器１０の各電力変換素子のゲートに与えるゲート信号を生成するゲート回路２９を備えている。
【００１６】
以下このように構成された図２の作用効果について、図３〜図１０を参照して説明する。
【００１７】
第１の回路１７は、回転座標系への変換により、3相交流電圧及び3相交流電流から瞬時実電力(瞬時有効電力:p)及び、瞬時虚電力(瞬時無効電力:q)を演算する。本演算により、3相側(ｉｌ)の各周波数成分は、回転座標系の瞬時実電力ｐ及び瞬時虚電力q側では、下記の電流成分の変換例のように変換される。図３に、3相交流電流側の各次数電流を、p、q側に変換した後の振動成分次数を示している。
【００１８】
以降の説明は、p及びqを各次数成分に分解し、下記の電流成分の変換例の成分を基に、フィルタ回路の動作を説明する。変換例の各成分に対するp、q側に変換した後の振動成分を図４に示している。
【００１９】
電流成分の変換例
・正相基本周波数成分(f0)     ⇒  (a) 直流成分 (0)
・逆相基本周波数成分         ⇒  (b) 基本周波数の2倍の周波数 (2f0)
・正相2次高調波成分          ⇒  (c) 基本周波数と同じ周波数 (f0)
図３は3相交流電流の各次数成分に対する、p、qの振動成分（回転座標系変換後の成分）を示している。
【００２０】
図４は、図２の［Ａ］点（回転座標系変換後）における波形例を示すもので、具体的には３相交流電流の各次数成分に対するｐ、ｑの振動成分の波形例を示している。図４（ａ）は正相基本周波数成分を示し、図４（ｂ）は逆相基本周波数成分を示し、図４（ｃ）は正相２次高調波成分を示している。
【００２１】
図５〜図７は、図２の［Ａ］点の波形及び図２の［Ｂ］の波形の対比を概念的に示すもので、具体的には３相交流電流の各次数成分に対するｐ、ｑの振動成分の波形例を示している。図５は正相基本周波数成分を示し、図６は逆相基本周波数成分を示し、図７は正相２次高調波成分を示している。
【００２２】
以上述べたことから、第２の回路（基本波無効電力検出回路）２２は、第１の回路１７からの瞬時虚電力ｑから直流分(低次成分)を抽出することにより，基本周波数成分の無効電力を抽出する。第２の回路２２の中のローパスフィルタ２２２の遮断周波数を選定することにより，p、q側の高調波成分の減衰程度を調整可能である。第２の回路２２の中にローパスフィルタ２２２を用いているため、高調波成分ほど減衰されることになる。
【００２３】
なお，第２の回路２２においては，フィルタ出力後の振幅は時間的に減衰するわけではない。
【００２４】
正相基本周波数成分に関しては，図５のように成分が減衰せずに抽出される。
【００２５】
図８〜図１０は、図２の［Ａ］点の波形及び図２の［Ｃ］の波形の対比を概念的に示すもので、具体的には３相交流電流の各次数成分に対するｐ、ｑの振動成分の波形例を示している。
【００２６】
図２の第３の回路２３は、次のような機能を有する。第１の回路１７からの瞬時実電力p及び瞬時虚電力qから、逆相変動分及び高調波成分を一括して抽出する。この場合、第３の回路２３に有するノッチフィルタ２３１、２３３において、遮断周波数を基本周波数の2倍に設定することにより、逆相基本周波数成分の変動分を抽出可能となる。ノッチフィルタ２３１、２３３のQ値(尖鋭度)を調整することにより，図9中の減衰時定数を変更可能である。
【００２７】
図９中の応動に関しては、逆相基本周波数成分を当該フィルタ回路に、入力開始点から入力が開始した場合に相当する。同図中では振幅が0まで減衰していないが，最終的には時間的に0まで減衰する。正相基本周波数成分に関しては、ハイパスフィルタ２３２、２３４によって振幅は0となる(図８参照)。正相2次高調波成分に関しては，ハイパスフィルタ２３２、２３４によってある程度振幅が減衰される(図１０参照)。ただし、図９のように，時間的に振幅が減衰するわけではない。
【００２８】
第３の回路２３のハイパスフィルタ２３２、２３４の遮断周波数を選定することにより、p、q側の低次高調波成分の減衰程度を調整可能である。
【００２９】
第３の回路２３の動作をまとめると以下のようになる。
【００３０】
基本的にはハイパスフィルタ２３２、２３４により、低次成分は減衰され、特に正相基本周波数成分に関しては、０まで減衰される。高次高調波成分に関しては、振幅がほとんど減衰されずにハイパスフィルタ２３２、２３４をそのまま通過することになる。逆相基本周波数成分に関しては、定常的に振幅が変化しない場合、ノッチフィルタ２３１、２３３により振幅が時間的に減衰する。ただし、減衰時定数より短い周期で振幅が変動する逆相基本周波数成分が入力されると、ほとんど減衰されずに出力されることになる。これにより、逆相基本周波数成分に関しては、時間的に変動する成分を抽出することが可能となる。
【００３１】
つまり、第３の回路２３を用いることにより、従来逆相成分を抽出する(特に逆相成分の変動分を抽出する)ために必要であった専用の回路、具体的には３相２相変換回路と、ｐ，ｑ演算回路と、ローパスフィルタなどのフィルタ回路と、瞬時電流演算回路を備えた回路を、別に設ける必要がなくなるので、構成の簡素化が図れる。
【００３２】
以上述べた実施の形態１によれば、3相交流電流の逆相分を検出する回路を別途設けずに、従来と同等以上に負荷変動に伴なう電圧変動を抑制できる。つまり、従来技術と同等以上の性能を持ちつつ、負荷電流の成分検出回路を簡素化可能である。
【００３３】
また、第3の回路は、第１のフィルタ回路の出力側に、第２のフィルタ回路の入力側をカスケード接続したことから、3相交流電流の高調波成分及び逆相変動分を一括して抽出することできる。
【００３４】
図１１は、実施の形態２の制御装置２０の具体的な回路構成を示すブロック図である。
【００３５】
これは3相交流電圧ｖ及び３相交流電流ｉｌから瞬時実電力ｐ及び瞬時虚電力ｑを演算する第1の回路例えばｐｑ演算回路２1Ａと、前記瞬時実電力ｐ及び前記瞬時虚電力ｑからその直流分を抽出することによって有効電力ｐｆ及び無効電力ｑｆを検出する第2の回路２２Ａ例えばローパスフィルタ２２１、２２２と、前記3相交流電圧の基本周波数の2倍の遮断周波数と一定の尖鋭度を持ち、前記瞬時実電力ｐ及び前記瞬時虚電力ｑにおける特定の範囲の周波数成分を減衰させる第1のフィルタ回路例えばノッチフィルタ（ＢＥＦ）２３１、２３３と、前記3相交流電圧の基本周波数の2分の1以上の交流分を通過させることにより前記瞬時実電力及び前記瞬時虚電力の交流分を抽出する第２のフィルタ回路例えばハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２３２、２３４を有し、前記3相交流電流の高調波分及び逆相変動分を検出する第３の回路２３Ａとを備えたものである。
【００３６】
これ以外の点は、図２と同一であり、実施形態２によれば、実施形態１のと同様な作用効果が得られる。
【００３７】
図１２は、実施の形態３の制御装置２０の具体的な回路構成を示すブロック図である。
【００３８】
第3の回路２３にて検出した高調波/逆相変動分電力の関数として、この補償電力が大きくなるほど値の小さい補償ゲインを出力すると共に、この補償ゲインを高調波/逆相変動分電力に乗算する回路等の乗算手段とを備えた第４の回路３０の出力と、第１の回路１７からの瞬時虚電力の変動分Δｑｆを無効電力変動検出回路６０にて検出し、この変動分Δｑｆとを加算し、この加算した無効電力及び高調波/逆相変動分有効電力による瞬時補償電力の関数として，この補償電力が大きくなるほど値の小さい補償ゲインを出力し、かつこの補償ゲインを瞬時補償電力に乗算する第５の回路４０と、第５の回路４０の演算結果に「−1」を乗じて補償電力指令値を算出し，その補償電力指令値及び同期信号θを瞬時電流演算回路に入力して瞬時補償電流指令値ｉ＊を演算する第６の回路５０とを備えたものである。
【００３９】
これ以外の点は、図２と同一であり、実施形態３によれば、実施形態１のと同様な作用効果が得られる。
【符号の説明】
【００４０】
１０…自励式変換器、１７…第１の回路（負荷電流検出回路）、１８…３相同期検出回路、１９…３相２相変換回路、２０…制御装置、２１、２１Ａ…ｐｑ演算回路、２２…第２の回路（無効電力検出回路）、２３…第３の回路（逆相変動分・高調波検出回路）、２５…瞬時電流検出回路、２６…加算器、２７…減算器、２８…電流制御回路、２９…ゲート回路、６０…無効電力変動検出回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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