(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
系統母線を介して系統電源に接続した負荷に発生する高調波電流から相異なる次数の高調波成分の発生量を検出し、前記各次高調波成分のうち最も発生率の高い次数の高調波成分を基準とし、その基準次数の高調波成分に基づいて各次高調波成分ごとに所定の相互比率を設定し、前記各次高調波成分の発生量と前記各次高調波成分ごとの相互比率とによる演算処理でもって、アクティブフィルタから出力される補償量が、高調波ガイドラインにより規制される高調波成分の上限量を前記各次高調波成分の発生量から差し引いた目標量と一致するようにしたことを特徴とするアクティブフィルタの制御装置。
【請求項２】
系統母線を介して系統電源に接続した負荷に発生する高調波電流からフーリエ級数展開により相異なる次数の高調波成分の発生量を検出する高調波検出回路と、前記各次高調波成分のうち最も発生率の高い次数の高調波成分を基準とし、高調波ガイドラインに基づいて基準次数の高調波成分についてその発生量に対する目標量比率を設定し、前記基準次数以外の各次高調波成分について基準次数の目標量に対する相互比率を前記各次高調波成分ごとに設定する設定器と、前記設定器から出力される基準次数の高調波成分についての目標量比率を前記高調波検出回路から出力される各次高調波成分の発生量に乗算する第１乗算器と、第１乗算器の出力から各次高調波成分の振幅平均値を算出する平均値化回路と、前記平均値化回路から出力される基準次数の高調波成分についての振幅平均値を前記設定器から出力される基準次数以外の各次高調波成分の相互比率に乗算する第２乗算器と、前記第２乗算器の出力を平均値化回路から出力される基準次数以外の各次高調波成分の振幅平均値で除算する除算器と、前記除算器の出力に前記高調波検出回路から出力される基準次数以外の各次高調波成分の発生量を乗算する第３乗算器と、前記第１乗算器から出力される基準次数の高調波成分の補償量と前記第３乗算器から出力される基準次数以外の各次高調波成分の補償量とを加算する加算器とを具備したことを特徴とするアクティブフィルタの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアクティブフィルタの制御装置に関し、詳しくは、負荷電流の高調波成分に基づいて電力系統に発生する高調波電圧歪みを補償・低減するアクティブフィルタの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、図２に示すように系統電源１に電力需要家の負荷２が接続された電力系統では、負荷電流ＩL の高調波成分に基づいて電力系統に発生する高調波電圧歪みを補償・低減する高調波対策として、アクティブフィルタ３（能動型フィルタ）を設置するようにしている。
【０００３】
このアクティブフィルタ３は、図示しないが制御装置及び高周波インバータを具備し、負荷電流ＩL を変流器４により検出してその負荷電流ＩL に含有する高調波電流を打ち消す逆位相の補償電流ＩC を前記高周波インバータによって系統母線５に注入するもので、そのインバータ駆動を制御装置によって実行する。
【０００４】
アクティブフィルタ３では、具体的に、負荷電流ＩL に含有する高調波電流について、相異なる次数（例えば、５次、７次、１１次、１３次等）の高調波成分の位相及び振幅をフーリエ級数展開でもってそれぞれ個別に検出する。そして、各次高調波成分と同一振幅で位相を１８０°ずらした逆位相の補償電流ＩC を生成し、この補償電流ＩC により高調波電流を打ち消して、この高調波電流が系統母線５に出力しないようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、電力需要家の高調波ガイドラインが通産省より通達され、電力需要家の負荷２により系統電源１へ流出してよい高調波電流の上限量が定められた。その結果、電力需要家の負荷２で発生する高調波電流が高調波ガイドラインの上限量より小さい場合には問題ないが、前述した高調波電流が高調波ガイドラインの上限量より大きい場合には、アクティブフィルタ３から補償電流ＩC を出力させて高調波電流を低減して高調波ガイドラインの上限量内に抑制する必要がある。
【０００６】
この時、アクティブフィルタ３による補償量が問題となる。即ち、アクティブフィルタ３では、前述したように負荷電流ＩL のうちに含有する各次高調波成分を検出し、同振幅で逆位相の補償電流ＩC を生成するようにしているが、その補償量は、各次高調波成分のうち最も発生率が高い次数の高調波成分を基準として設定する手法が考えられる。
【０００７】
例えば、５次の高調波成分の発生率が最も高い場合、アクティブフィルタ３における必要容量は以下の通りとなる。例えば、５次の高調波成分の発生量が２００ｋＶＡであったのに対して、高調波ガイドラインの上限量が１００ｋＶＡであれば、アクティブフィルタ３における補償量は、高調波成分の発生量から高調波ガイドラインの上限量を差し引いた量となるので１００ｋＶＡであればよい。
【０００８】
従って、高調波成分の発生量に対する補償量の目標量比率を０．５に設定すればよいことになる。このようにして得られた補償量の目標量比率（０．５）を基準次数以外の各次高調波成分についても適用し、前述の目標量比率（０．５）でもって７次、１１次、１３次の高調波成分の各補償量を設定すればよい。
【０００９】
例えば、前述した５次の高調波成分を基準として目標量比率を０．５に設定した場合、７次、１１次、１３次の高調波成分の発生量がそれぞれ１６０ｋＶＡ、１２０ｋＶＡ、８０ｋＶＡであれば、基準次数（５次）の高調波成分による、目標量比率（０．５）により、７次、１１次、１３次の各補償量は、それぞれ８０ｋＶＡ、６０ｋＶＡ、４０ｋＶＡとなる。
【００１０】
しかしながら、基準次数以外の高調波成分については、高調波成分の発生量に対する補償量の目標量比率が基準次数の高調波成分の場合と必ずしも一致するとは限らない。例えば、７次、１１次、１３次の高調波成分の発生量がそれぞれ１６０ｋＶＡ、１２０ｋＶＡ、８０ｋＶＡであっても、高調波ガイドラインの上限量が、７次、１１次、１３次の高調波成分について、それぞれ１１０ｋＶＡ、９５ｋＶＡ、８０ｋＶＡであれば、７次、１１次、１３次の各補償量は、それぞれ５０ｋＶＡ、２５ｋＶＡ、０ｋＶＡとなる。
【００１１】
従って、アクティブフィルタ３の容量としては、√１００2 ＋５０2 ＋２５2 ＋０2 ＝１１５ｋＶＡであれば十分であるのに対して、前述したように７次、１１次、１３次の各補償量が、それぞれ８０ｋＶＡ、６０ｋＶＡ、４０ｋＶＡとなった場合には、アクティブフィルタ３の容量として、√１００2 ＋８０2 ＋６０2 ＋４０2 ＝１４７ｋＶＡが必要となって、大容量のアクティブフィルタ３を設置しなければならないという問題があった。
【００１２】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、アクティブフィルタの容量を必要最小限に抑制することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための技術的手段として、系統母線を介して系統電源に接続した負荷に発生する高調波電流から相異なる次数の高調波成分の発生量を検出し、前記各次高調波成分のうち最も発生率の高い次数の高調波成分を基準とし、その基準次数の高調波成分に基づいて各次高調波成分ごとに所定の相互比率を設定し、前記各次高調波成分の発生量と前記各次高調波成分ごとの相互比率とによる演算処理でもって、アクティブフィルタから出力される補償量が、高調波ガイドラインにより規制される高調波成分の上限量を前記各次高調波成分の発生量から差し引いた目標量と一致するようにしたことを特徴とする。
【００１４】
具体的に、本発明は、系統母線を介して系統電源に接続した負荷に発生する高調波電流からフーリエ級数展開により相異なる次数の高調波成分の発生量を検出する高調波検出回路と、前記各次高調波成分のうち最も発生率の高い次数の高調波成分を基準とし、高調波ガイドラインに基づいて基準次数の高調波成分についてその発生量に対する目標量比率を設定し、前記基準次数以外の各次高調波成分について基準次数の目標量に対する相互比率を前記各次高調波成分ごとに設定する設定器と、前記設定器から出力される基準次数の高調波成分についての目標量比率を前記高調波検出回路から出力される各次高調波成分の発生量に乗算する第１乗算器と、第１乗算器の出力から各次高調波成分の振幅平均値を算出する平均値化回路と、前記平均値化回路から出力される基準次数の高調波成分についての振幅平均値を前記設定器から出力される基準次数以外の各次高調波成分の相互比率に乗算する第２乗算器と、前記第２乗算器の出力を平均値化回路から出力される基準次数以外の各次高調波成分の振幅平均値で除算する除算器と、前記除算器の出力に前記高調波検出回路から出力される基準次数以外の各次高調波成分の発生量を乗算する第３乗算器と、前記第１乗算器から出力される基準次数の高調波成分の補償量と前記第３乗算器から出力される基準次数以外の各次高調波成分の補償量とを加算する加算器とを具備したことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図１に示して以下に説明する。尚、以下の実施形態では、図２に示す電力系統のアクティブフィルタ３に適用した場合について詳述し、同一部分には同一参照符号を付して重複説明は省略する。
【００１６】
図１に示す実施形態のアクティブフィルタ３は、同図に示すような回路構成を制御装置に付設する。このアクティブフィルタ３の制御装置は、系統母線５を介して系統電源１に接続した負荷２に発生する高調波電流からフーリエ級数展開により相異なる次数、即ち、５次、７次、１１次、１３次の高調波成分の発生量を検出する高調波検出回路１１ａ〜１１ｄと、各次高調波成分のうち最も発生率の高い次数、例えば５次の高調波成分を基準とし、その基準次数である５次の高調波成分についてその発生量に対する目標量比率を設定する設定器１２ａ、及び５次以外、即ち、７次、１１次、１３次の高調波成分について５次の目標量に対する相互比率を各次高調波成分ごとに設定する設定器１２ｂ〜１２ｄと、設定器１２ａから出力される５次の高調波成分についての目標値比率を高調波検出回路１１ａ〜１１ｄから出力される５次、７次、１１次、１３次の高調波成分の発生量に乗算する第１乗算器１３ａ〜１３ｄと、第１乗算器１３ａ〜１３ｄの出力から各次高調波成分の振幅平均値を算出する平均値化回路１４ａ〜１４ｄと、平均値化回路１４ａから出力される５次の高調波成分についての振幅平均値を設定器１２ｂ〜１２ｄから出力される７次、１１次、１３次の高調波成分の相互比率に乗算する第２乗算器１５ｂ〜１５ｄと、第２乗算器１５ｂ〜１５ｄの出力を平均値化回路１４ｂ〜１４ｄから出力される７次、１１次、１３次の高調波成分の振幅平均値で除算する除算器１６ｂ〜１６ｄと、除算器１６ｂ〜１６ｄの出力に高調波検出回路１１ｂ〜１１ｄから出力される７次、１１次、１３次の高調波成分の発生量を乗算する第３乗算器１７ｂ〜１７ｄと、高調波検出回路１１ａから出力される５次の高調波成分の補償量と第３乗算器１７ｂ〜１７ｄから出力される７次、１１次、１３次の高調波成分の補償量とを加算する加算器１８とを具備する。
【００１７】
本発明のアクティブフィルタ３における必要容量は以下の通りとなる。例えば、各次高調波成分のうち最も発生率の高い次数である５次の高調波成分の発生量が２００ｋＶＡ、高調波ガイドラインの上限量が１００ｋＶＡであれば、アクティブフィルタ３における補償電流の目標量は、高調波成分の発生量から高調波ガイドラインの上限量を差し引いた量となるので１００ｋＶＡであればよい。従って、５次の高調波成分の発生量に対する補償電流の目標量比率を０．５に設定する。この補償電流の目標量比率（０．５）を設定器１２ａに設定する。
【００１８】
また、７次、１１次、１３次の高調波成分の発生量がそれぞれ１６０ｋＶＡ、１２０ｋＶＡ、８０ｋＶＡ、高調波ガイドラインの上限量が、７次、１１次、１３次の高調波成分について、それぞれ１１０ｋＶＡ、９５ｋＶＡ、８０ｋＶＡであれば、アクティブフィルタ３における補償電流の目標量は、高調波成分の発生量から高調波ガイドラインの上限量を差し引いた量となるので、７次、１１次、１３次の各補償電流の目標量は、それぞれ５０ｋＶＡ、２５ｋＶＡ、０ｋＶＡとなって高調波成分の発生量に対する補償電流の目標量比率が５次の高調波成分の場合と一致しなくなる。
【００１９】
そこで、７次、１１次、１３次の高調波成分について５次の高調波成分の目標量（１００ｋＶＡ）に対する相互比率を各次高調波成分ごとに設定器１２ｂ〜１２ｄに設定する。即ち、７次、１１次、１３次の各相互比率は、０．５（５０ｋＶＡ／１００ｋＶＡ）、０．２５（２５ｋＶＡ／１００ｋＶＡ）、０（０ｋＶＡ／１００ｋＶＡ）の各値を設定器１２ｂ〜１２ｄに設定する。
【００２０】
高調波検出回路１１ａ〜１１ｄにより検出された５次、７次、１１次、１３次の各次高調波成分の発生量（２００ｋＶＡ、１６０ｋＶＡ、１２０ｋＶＡ、８０ｋＶＡ）に、５次の高調波成分についての発生量（２００ｋＶＡ）に対する目標量比率０．５を第１乗算器１３ａ〜１３ｄにより乗算する。この第１乗算器１３ａ〜１３ｄの出力（１００ｋＶＡ、８０ｋＶＡ、６０ｋＶＡ、４０ｋＶＡ）を平均値化回路１４ａ〜１４ｄにより平均し、５次の高調波成分についての平均値化回路１４ａの出力（１００）を７次、１１次、１３次の各高調波成分についての設定器１２ｂ〜１２ｄの出力、即ち、０．５、０．２５、０に第２乗算器１５ｂ〜１５ｄにより乗算する。そして、これら第２乗算器１５ｂ〜１５ｄの出力（０．５×１００、０．２５×１００、０×１００）を、前述の７次、１１次、１３次の高調波成分についての平均値化回路１４ｂ〜１４ｄの出力（８０、６０、４０）でもって除算器１６ｂ〜１６ｄにより除算する。この７次、１１次、１３次の高調波成分についての除算器１６ｂ〜１６ｄの出力（５０／８０、２５／６０、０／４０）を７次、１１次、１３次の高調波成分についての第１乗算器１３ｂ〜１３ｄの出力（８０ｋＶＡ、６０ｋＶＡ、４０ｋＶＡ）に第３乗算器１７ｂ〜１７ｄにより乗算する。これら７次、１１次、１３次の高調波成分についての第３乗算器１７ｂ〜１７ｄの出力（５０ｋＶＡ、２５ｋＶＡ、０ｋＶＡ）と５次の高調波成分についての出力（１００ｋＶＡ）とを加算器１８により加算して出力する。
【００２１】
その結果、５次の高調波成分についての補償量は１００ｋＶＡとなり、７次の高調波成分についての補償量は、８０×（０．５×１００）／８０＝５０ｋＶＡとなり、１１次の高調波成分についての補償量は、６０×（０．２５×１００）／６０＝２５ｋＶＡとなり、１３次の高調波成分についての補償量は、４０×（０×１００）／４０＝０ｋＶＡとなる。このようにして５次、７次、１１次、１３次の各次高調波成分についての補償量（１００ｋＶＡ、５０ｋＶＡ、２５ｋＶＡ、０ｋＶＡ）が、各次高調波成分についての目標量（１００ｋＶＡ、５０ｋＶＡ、２５ｋＶＡ、０ｋＶＡ）と一致することになる。
【００２２】
従来装置では、アクティブフィルタ３の容量として、√１００2 ＋８０2 ＋６０2 ＋４０2 ＝１４７ｋＶＡが必要であったのに対して、本発明装置では、√１００2 ＋５０2 ＋２５2 ＋０2 ＝１１５ｋＶＡとなる。
【００２３】
尚、上述した実施形態では、５次の高調波成分を基準とした場合について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、他の次数（７次、１１次、１３次）の高調波成分の発生率が最も高い場合には、その次数の高調波成分を基準とすることも可能であり、５次の高調波成分を該当次数の高調波成分に置き換えて回路構成すればよい。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、基準次数以外の各次高調波成分の発生量に対する補償電流の目標量比率が基準次数の高調波成分の場合と必ずしも一致しない場合であっても、各次高調波成分についてアクティブフィルタの補償量を高調波ガイドラインによる目標量と一致させることができ、アクティブフィルタ容量を必要最小限に抑えることが実現容易となり、コンパクトなアクティブフィルタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アクティブフィルタの制御回路に付設した本発明の実施形態の回路構成を示すブロック図
【図２】アクティブフィルタを設置した電力系統を示す回路ブロック図
【符号の説明】
１ 系統電源
２ 負荷
３ アクティブフィルタ
５ 系統母線
１１ａ〜１１ｄ 高調波検出回路
１２ａ〜１２ｄ 設定器
１３ａ〜１３ｄ 第１乗算器
１４ａ〜１４ｄ 平均値化回路
１５ｂ〜１５ｄ 第２乗算器
１６ｂ〜１６ｄ 除算器
１７ｂ〜１７ｄ 第３乗算器
１８ 加算器
【図１】
0003723967.tif 000002
【図２】
0003723967.tif 000003