(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源系統に負荷と並列に接続され、系統に流れる電流を検出し、その中に含まれる高調波電流よりアクティブフィルタ補償電流を演算し、高調波電流を補償するアクティブフィルタであって、
上記アクティブフィルタは、電源系統に接続されたインバータ部と、インバータ部を制御する制御回路と、系統に流れる電流を検出する電流検出器と、該電流検出器の出力とアクティブフィルタ接続点の電圧から系統の潮流方向を監視する手段とを備え、
上記制御回路は、系統に流れる電流から高調波ひずみ有効電力と、高調波ひずみ無効電力を求めて、高調波ひずみ有効電力と高調波ひずみ無効電力とに基づき補償電流指令値を演算し、
上記系統の潮流方向を監視する手段により検出された潮流方向が、アクティブフィルタの接続点より上記電流検出器が負荷側となる逆潮流の場合には上記補償電流指令値を反転させ、また、上記系統の潮流方向を監視する手段により検出された潮流方向がアクティブフィルタの接続点より上記電流検出器が電源側となる正潮流の場合には、補償精度を上げるため上記補償電流指令値を所定のゲイン倍し、上記インバータ部の電流がこの指令値に追従するように制御する
ことを特徴としたアクティブフィルタ。
【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を配電系統に適用する場合のアクティブフィルタ制御回路技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、アクティブフィルタを配電系統に適用する場合、アクティブフィルタの補償電流を演算するために系統の電流を検出していた。また、アクティブフィルタの設置場所としては特定需要家引き込み口等で、電流検出器に流れる電流の向きは一定であった。
図３に従来のアクティブフィルタの適用例を示す。
同図において、１は電源、２は系統インピーダンス、３は負荷、４はアクティブフィルタであり、系統の電流を検出し補償電流を演算して高調波電流を補償する。
【０００３】
制御電流の検出・制御方法としては、次の方法がある。
▲１▼  負荷電流検出法
負荷電流ｉL を検出し、負荷で発生する高調波電流ｉLhを基にアクティブフィルタが注入する補償電流指令値を演算し、アクティブフィルタの出力電流ｉAFがｉLh＝−ｉAFと逆位相になるようにして、高調波電流を打ち消す。
▲２▼  電源電流検出法
電源電流ｉs を検出し、アクティブフィルタで、上記と同様に高調波電流を打ち消す。補償後の高調波含有率が低い高調波電流ｉshを検出するので、ゲインを上げて電流指令を演算する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来適用してきたアクティブフィルタでは、補償電流を演算するために電流検出器により電流を検出していたが、その電流検出器に流れる電流の向きは電源と負荷に対し一方向であった。
しかし、近年の配電系統においては配電系統のループ化や系統切り換えにより系統の潮流の向きが反転することがあり、その場合アクティブフィルタが設置されていると、潮流の向きが反転した電流を検出してアクティブフィルタの補償電流を演算し系統に注入してしまう。
【０００５】
このため、高調波電流と同位相の電流を注入して高調波を増加させてしまう場合や、増加させた電流を検出してさらに増加させるように働き、装置が過電流となり停止してしまう問題がある。
本発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、配電系統の潮流方向が反転した場合に、自動的にアクティブフィルタを停止させたり、補償性能を低下させることなく指令を反転させアクティブフィルタの運転継続を可能にすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、アクティブフィルタを以下のよう構成し、前記課題を解決する。
電源系統に接続されたインバータ部と、インバータ部を制御する制御回路と、系統に流れる電流を検出する電流検出器と、該電流検出器の出力とアクティブフィルタ接続点の電圧から系統の潮流方向を監視する手段とを設ける。
上記制御回路は、系統に流れる電流から高調波ひずみ有効電力と、高調波ひずみ無効電力を求めて、高調波ひずみ有効電力と高調波ひずみ無効電力とに基づき補償電流指令値を演算し、上記系統の潮流方向を監視する手段により検出された潮流方向が、アクティブフィルタの接続点より上記電流検出器が負荷側となる逆潮流の場合には上記補償電流指令値を反転させ、また、上記系統の潮流方向を監視する手段により検出された潮流方向がアクティブフィルタの接続点より上記電流検出器が電源側となる正潮流の場合には、補償精度を上げるため上記補償電流指令値を所定のゲイン倍し、上記インバータ部の電流がこの指令値に追従するように制御する。
【０００７】
本発明においては、上記のように、配電系統の潮流を監視する手段を設け、潮流方向が正潮流に対し反転したとき、指令値を反転させ高調波を打ち消す補償電流を注入するようにしたので、逆潮流になった場合でも、装置が過電流となって停止したり、アクティブフィルタの補償性能を低下させることなく運転を継続することができる。このため、アクティブフィルタ接続点が逆潮流となるループ状あるいは系統切り換えがある配電系統にアクティブフィルタを設置し、運転することが可能となる。
【０００８】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明のアクティブフィルタを系統に適用した場合の回路図の一例を示す図であり、図２にその制御装置内のブロック図を示す。
図１において、実際の配電系統では特定の負荷だけではなく不特定多数の負荷が配電系統に分散して配置されているが、ここでは正逆潮流の説明をするために簡略化した配電系統を示す。
【０００９】
図１において、１１，２１は電源、１２，２２は系統インピーダンス、１３，２３  は開閉器、１４，２４は負荷、３０はアクティブフィルタである。
アクティブフィルタ３０の主回路部は、ＰＴ３２、リップルフィルタ３３、トランス３４、ＡＣリアクトル３５、電流検出器３６、インバータ部３７から構成され、ＰＴ３２により電源電圧を検出し制御回路３８に取り込む。また、スイッチングリップルを吸収するリップルフィルタ３３を介してトランス３４に給電し、トランス３４の出力を電流のdi／dtを調整するＡＣリアクトル３５を介してインバータ部３７に供給する。インバータ部３７への電流は電流検出器３６で検出され制御回路３８に与えられる。
【００１０】
制御回路３８は、後述する瞬時電力演算方式によりアクティブフィルタ３０の補償電流指令値を演算し、電流検出器３６により検出される電流に基づき、インバータ部３７の電流が上記電流指令に追従するよう制御する。これにより、系統の高調波電流を打ち消す逆位相の補償電流が注入され高調波が抑制される。
系統の潮流方向は、電流検出器３１により検出される電流と、ＰＴ３２により検出されるアクティブフィルタ接続点Ｐの電圧から制御回路３８内で基本波有効電力を演算し、基本波有効電力の正負から求める。
【００１１】
図１において、アクティブフィルタ接続点Ｐに流れる電流の向きが正潮流の状態となるのは、例えば、開閉器２３が閉じて開閉器１３が開き、系統電源２１から負荷１４に給電され、負荷１４で発生する高調波を補償する場合である。この場合には、アクティブフィルタ３０に電流を取り込む電流検出器３１はアクティブフィルタ接続点Ｐより電源２１側に入るので、検出方法としては電源電流検出方法（前記▲２▼）となる。
また、逆潮流の状態となるのは、例えば、開閉器２３が開いて開閉器１３が閉じ、系統電源１１から負荷２４に給電され、負荷２４で発生する高調波を補償する場合である。この場合には、アクティブフィルタ３０に電流を取り込む電流検出器３１はアクティブフィルタ接続点より負荷２４側に入るので、検出方法としては極性が逆の負荷電流検出方法（前記▲１▼）となる。
【００１２】
ここで、逆潮流の場合、電流検出器３１の検出極性が反対となり、制御回路３８で演算した指令電流の極性も逆となる。この指令電流によりアクティブフィルタ３０から系統の高調波と同相の電流を注入すると、高調波が増大しそのままではアクティブフィルタ３０は高調波発生源となる。そこで、本発明では、制御回路３８において逆潮流を検出したとき、指令を反転させることにより高調波を打ち消す補償電流を注入する。
【００１３】
図２にアクティブフィルタ制御回路３８内のブロック図を示す。
補償電流を演算するため、電流検出器３１より電流ｉLu、ｉLv、アクティブフィルタ接続点より電圧ｅu 、ｅv 、インバータ部３７より直流電圧Ｖcd、電流検出器３６より補償電流ｉcu、ｉcvを制御回路３８内に取り込む。
３８０は補償電流を演算する制御回路ブロックであり、制御回路ブロック３８０において、アクティブフィルタの補償電流指令値を演算する。
上記補償電流指令値の演算には、既知の瞬時電力演算方式等を用いることができる（瞬時電力演算方式については例えば、特願平８−２１５５０４号、（社）電気学会編、1987年３月３１日電気学会発行「半導体電力変換回路」P228〜P235等を参照されたい）。
【００１４】
図２は上記瞬時電力演算方式により補償電流指令値を演算する場合を示しており、ＰＴ３２により検出したアクティブフィルタ接続点の電圧ｅu 、ｅv を３相−２相変換器３８Ａにより３相−２相変換するとともに、電流検出器３１により検出した電流ｉLu、ｉLvを３相−２相変換器３８Ｂにより３相−２相変換し、瞬時電力演算器３８Ｃにより瞬時実電力ｐL 、瞬時虚電力ｑL を求める。
そして、ローパスフィルタ３８Ｄにより高調波ひずみ有効電力ｐL'、高調波ひずみ無効電力ｑL'を取り出し、比較器３８Ｅにおいて高調波ひずみ有効電力ｐL'とインバータ部３７から与えられる直流電圧Ｖcdを加算し、高調波ひずみ無効電力ｑL'とともに補償電流演算回路３８Ｆに与える。
【００１５】
補償電流演算回路３８Ｆは、上記高調波ひずみ有効電力ｐL'と直流電圧Ｖcdの和ｐs と、高調波ひずみ無効電力ｑL'、３相−２相変換器３８Ａの出力から、補償電流ｉs α，ｉs βを演算する。
補償電流演算回路３８Ｆにおいて求めた補償電流ｉs α，ｉs βは２相−３相変換器３８Ｇにおいて２相−３相変換され比較器３８Ｎに与えられる。比較器３８Ｎは上記２相−３相変換器３８Ｇの出力から電流ｉLu、ｉLvを減算し補償電流指令値を求める。
上記補償電流指令値は、後述する選択回路３８Ｊ，３８Ｋ、ゲイン回路３８Ｌを介して比較器３８Ｍに与えられる。比較器３８Ｍは、電流検出器３６（図１参照）より検出された補償電流ｉcu、ｉcvと上記補償電流指令値の差を求め、その差により前記図１に示したインバータ部３７が制御される。
【００１６】
３８Ｈおよび３８Ｉは潮流方向を監視する手段であり、有効電力を演算し有効電力の正負で潮流方向を監視する。
潮流方向の演算としては、上記電流検出器３１より電流ｉLu、ｉLv、アクティブフィルタ接続点より電圧ｅu 、ｅv を検出し、演算部３８Ｈにて基本波有効電力を演算し判定回路３８Ｉに入力する。判定回路３８Ｉでは基本波有効電力の極性が正の場合“Ｈ”を出力し、負の場合“Ｌ”を出力する。
【００１７】
図２において、逆潮流時の制御は次のように行われる。
アクティブフィルタの指令値は比較器３８Ｎより選択回路３８Ｊ, ３８Ｋ  に出力されており、選択回路３８Ｋの出力は入力に対して１８０゜反転した指令値を出力するようになっている。
選択回路３８Ｊ，３８Ｋは判定回路３８Ｉの出力が“Ｈ”なら選択回路３８Ｊ側の指令値を補償電流指令として選択し、“Ｌ”なら選択回路３８Ｋ側の指令値を補償電流指令として選択する。
【００１８】
選択回路３８Ｊの出力を選択した場合は正潮流で、電流検出器がアクティブフィルタ接続点より電源側となる（前記▲２▼）。このため、検出する高調波電流が補償後の高調波含有率が低い電流値となるので、補償精度を上げるために補償電流指令値をゲイン回路３８ＬでＫ倍にした指令値を用いて運転する。
また、選択回路３８Ｋの出力を選択した場合は逆潮流の場合で演算結果を反転させた値を指令値とする。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、配電系統の潮流を監視する手段を設け、潮流方向が正潮流に対し反転したとき、指令値を反転させ高調波を打ち消す補償電流を注入するようにしたので、アクティブフィルタを設置した配電系統の潮流方向が正逆反転した場合でも、自動でアクティブフィルタを停止、または補償性能を下げることなく指令を反転させて運転継続可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアクティブフィルタを系統に適用した場合の回路図の一例である。
【図２】本発明の実施例の制御回路のブロック図である。
【図３】従来におけるアクティブフィルタの適用例を示す図である。
【符号の説明】
１, １１, ２１          系統電源
２, １２, ２２          系統インピーダンス
３, １４, ２４          負荷
４, ３０                アクティブフィルタ
１３, ２３              開閉器
３１, ３６              電流検出器
３２                    ＰＴ
３３                    フィルタ
３４                    トランス
３５                    ＡＣ  リアクトル
３７                    インバータ
３８                    制御回路
３８Ａ, ３８Ｂ          ３φ／２φ変換器
３８Ｃ                  瞬時電力演算回路
３８Ｄ                  ＬＰＦ
３８Ｅ, ３８Ｍ, ３８Ｎ  比較器
３８Ｆ                  補償電流演算回路
３８Ｇ                  ２φ／３φ変換器
３８Ｈ                  演算部
３８Ｉ                  判定回路
３８Ｊ, ３８Ｋ          選択回路
３８Ｌ                  ゲイン回路
３８０                  補償電流を演算する制御回路ブロック
【図１】
0003717275.tif 000002
【図２】
0003717275.tif 000003
【図３】
0003717275.tif 000004