(57)【要約】【課題】配電系統における電圧フリッカを抑制するとともに電圧の安定化を図る。【解決手段】配電線ＤＬとの接続点における電圧である設置点電圧ｖを検出する手段（２）、設置点電圧ｖから補償電流指令値ｉ＊Ｃを生成する手段（３）、補償電流指令値ｉ＊Ｃに応じて電圧フリッカを抑制する手段（４）、設置点電圧ｖの高調波成分ｖｈを抽出する手段（３ｂ）、高調波成分ｖｈにゲインＫｖを乗じて高調波抑制電流値ｉ＊Ｃｈを生成する手段（３ｃ）、設置点電圧ｖの瞬時電圧振幅ｖａｍｐを演算する手段（３ｇ）、系統電圧の基準値Ｖ＊ａｍｐとの差から得られた電圧フリッカ（Ｖ＊ａｍｐ−ｖａｍｐ）に基づいて、電圧フリッカを抑制するように基本波無効電流指令値ｉ＊Ｃｆｑを調整する手段（３ｉ）、高調波抑制電流値ｉ＊Ｃｈと基本波無効電流指令値ｉ＊Ｃｆｑから補償電流値ｉ＊Ｃを演算する手段（３ｄ）を有するアクティブフィルタＡＦを配電系統に設ける。【選択図】図３
2008048520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配電線との接続点における電圧である設置点電圧ｖを検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段によって検出された前記設置点電圧ｖから補償電流指令値ｉ＊Ｃを生成する制御手段と、
前記補償電流指令値ｉ＊Ｃに応じて補償電流ｉＣを制御する電流制御手段と
を有し、
前記制御手段は、
前記設置点電圧ｖの高調波成分ｖｈを抽出する高調波抽出手段と、
前記高調波成分ｖｈにゲインＫｖを乗じて高調波抑制電流指令値ｉ＊Ｃｈを生成する高調波抑制ゲイン乗算部と、
前記設置点電圧ｖの瞬時電圧振幅ｖａｍｐと系統電圧の基準値Ｖ＊ａｍｐとの差から電圧フリッカを演算する電圧フリッカ演算手段と、
前記電圧フリッカ演算手段で得られた電圧フリッカ（Ｖ＊ａｍｐ−ｖａｍｐ）に基づいて、電圧フリッカを抑制するように基本波無効電流指令値ｉ＊Ｃｆｑを調整する基本波無効電流指令演算手段と、
前記高調波抑制電流指令値ｉ＊Ｃｈと前記基本波無効電流指令値ｉ＊Ｃｆｑから前記補償電流指令値ｉ＊Ｃを演算する電流演算手段と
を有することを特徴とするアクティブフィルタ。
【請求項２】
請求項１に記載のアクティブフィルタであって、
前記基本波無効電流指令演算手段は、
前記電圧フリッカ（Ｖ＊ａｍｐ−ｖａｍｐ）の積分を演算する積分手段あるいは、前記電圧フリッカ（Ｖ＊ａｍｐ−ｖａｍｐ）の正負を検出する正負検出手段と前記正負検出手段で検出した正／負の数に応じた値を出力する計数手段とによる、Ｖ＊ａｍｐを出力する手段と、
前記電圧フリッカ（Ｖ＊ａｍｐ−ｖａｍｐ）に比例ゲインＫＰを乗じた値を生成する電圧補償ゲイン乗算部と、
ＰＩ制御器や位相補償、帯域制限などの伝達関数Ｇｐにより前記基本波無効電流指令値ｉ＊Ｃｆｑを生成する基本波無効電流指令値演算手段と
を有することを特徴とするアクティブフィルタ。
【請求項３】
請求項１に記載のアクティブフィルタであって、
前記基本波無効電流指令演算手段は、ローパスフィルタを含むこと
を特徴とするアクティブフィルタ。
【請求項４】
請求項３に記載のアクティブフィルタであって、
前記高調波抽出手段は、ハイパスフィルタを含むこと
を特徴とするアクティブフィルタ。
【請求項５】
配電線との接続点における電圧である設置点電圧ｖを検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段によって検出された前記設置点電圧ｖから補償電流指令値ｉ＊Ｃを生成する制御手段と、
前記補償電流指令値ｉ＊Ｃに応じて補償電流ｉＣを制御する電流制御手段と
を有し、
前記制御手段は、
前記設置点電圧ｖの高調波成分ｖｈを抽出する高調波抽出手段と、
前記高調波成分ｖｈにゲインＫｖを乗じて高調波抑制電流指令値ｉ＊Ｃｈを生成する高調波抑制ゲイン乗算部と、
前記設置点電圧ｖの瞬時電圧振幅ｖａｍｐと系統電圧の基準値Ｖ＊ａｍｐとの差から電圧フリッカを演算する電圧フリッカ演算手段と、
前記電圧フリッカ演算手段で得られた電圧フリッカ（Ｖ＊ａｍｐ−ｖａｍｐ）に基づいて、電圧フリッカを抑制するように基本波無効電流指令値ｉ＊Ｃｆｑを調整する基本波無効電流指令演算手段と、
前記高調波抑制電流指令値ｉ＊Ｃｈと前記基本波無効電流指令値ｉ＊Ｃｆｑから前記補償電流指令値ｉ＊Ｃを演算する電流演算手段と
を有してなるアクティブフィルタを配電線に接続することにより電圧フリッカを抑制する電圧フリッカ抑制方法。
【請求項６】
請求項５に記載の電圧フリッカ抑制方法であって、
前記基本波無効電流指令演算手段は、
前記電圧フリッカ（Ｖ＊ａｍｐ−ｖａｍｐ）の積分を演算する積分手段あるいは、前記電圧フリッカ（Ｖ＊ａｍｐ−ｖａｍｐ）の正負を検出する正負検出手段と前記正負検出手段で検出した正／負の数に応じた値を出力する計数手段とによる、Ｖ＊ａｍｐを出力する手段と、
前記電圧フリッカ（Ｖ＊ａｍｐ−ｖａｍｐ）に比例ゲインＫＰを乗じた値を生成する電圧補償ゲイン乗算部と、
ＰＩ制御器や位相補償、帯域制限などの伝達関数Ｇｐにより前記基本波無効電流指令値ｉ＊Ｃｆｑを生成する基本波無効電流指令値演算手段と
を有することを特徴とする電圧フリッカ抑制方法。
【請求項７】
請求項５に記載の電圧フリッカ抑制方法であって、
前記基本波無効電流指令演算手段は、ローパスフィルタを含むこと
を特徴とする電圧フリッカ抑制方法。
【請求項８】
請求項７に記載の電圧フリッカ抑制方法であって、
前記高調波抽出手段は、ハイパスフィルタを含むこと
を特徴とする電圧フリッカ抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配電系統に用いられるアクティブフィルタ及び電圧フリッカ抑制方法に関し、とくに電圧フリッカを抑制するとともに電圧の安定化を図る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電圧フリッカは系統電圧が１〜２０Ｈｚで変動する現象であり、需要家に照明のちらつきや機器の誤動作などの障害を引き起こすことがある。電圧フリッカは、大容量負荷の負荷変動や起動・停止に伴う突入電流により生じるもので、アーク炉、溶接機などが主なフリッカ発生源として知られている。
【０００３】
フリッカ抑制装置として、自励式無効電力補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ）が知られている。ＳＴＡＴＣＯＭをフリッカ発生源の近傍に設置し、電流フリッカを検出して無効電流を制御する。その結果、電流フリッカに伴う配電線の電圧降下を打ち消して系統の電圧フリッカを抑制できる。このようなフリッカ抑制装置は、フリッカ発生源を有する需要家側に設置される。
【特許文献１】特開２００４−３３６８７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、配電系統には不特定多数のフリッカ発生源が存在する。このため、フリッカ発生源を特定して個別に電流フリッカを検出することは困難である。また電流フリッカを検出できたとしても、フリッカ発生源と抑制装置の設置点が離れている場合、効果的な無効電流の指令値を決定することは困難である。
【０００５】
この発明は、このような背景に鑑みてなされたもので、電圧フリッカを抑制するとともに電圧の安定化を図ることが可能な配電系統に用いられるアクティブフィルタ及び電圧フリッカ抑制方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための、本発明のうち請求項１に記載の発明は、アクティブフィルタであって、配電線との接続点における電圧である設置点電圧ｖを検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段によって検出された前記設置点電圧ｖから補償電流指令値ｉ＊Ｃを生成する制御手段と、前記補償電流指令値ｉ＊Ｃに応じて補償電流ｉＣを制御する電流制御手段とを有し、前記制御手段は、前記設置点電圧ｖの高調波成分ｖｈを抽出する高調波抽出手段と、前記高調波成分ｖｈにゲインＫｖを乗じて高調波抑制電流指令値ｉ＊Ｃｈを生成する高調波抑制ゲイン乗算部と、前記設置点電圧ｖの瞬時電圧振幅ｖａｍｐと系統電圧の基準値Ｖ＊ａｍｐとの差から電圧フリッカを演算する電圧フリッカ演算手段と、前記電圧フリッカ演算手段で得られた電圧フリッカ（Ｖ＊ａｍｐ−ｖａｍｐ）に基づいて、電圧フリッカを抑制するように基本波無効電流指令値ｉ＊Ｃｆｑを調整する基本波無効電流指令演算手段と、前記高調波抑制電流指令値ｉ＊Ｃｈと前記基本波無効電流指令値ｉ＊Ｃｆｑから前記補償電流指令値ｉ＊Ｃを演算する電流演算手段とを有することとする。
【０００７】
本発明のアクティブフィルタは、設置点電圧ｖに基づいて高調波成分ｖｈを抽出し、高調波成分ｖｈにゲインＫｖを乗じて高調波抑制電流指令値ｉ＊Ｃｈを生成し、設置点電圧ｖの瞬時電圧振幅ｖａｍｐと系統電圧の基準値Ｖ＊ａｍｐとの差から電圧フリッカを演算し、電圧フリッカ（Ｖ＊ａｍｐ−ｖａｍｐ）に基づいて電圧フリッカを抑制するように基本波無効電流指令値ｉ＊Ｃｆｑを調整し、高調波抑制電流指令値ｉ＊Ｃｈと基本波無効電流指令値ｉ＊Ｃｆｑから補償電流指令値ｉ＊Ｃを演算し、この補償電流指令値ｉ＊Ｃに応じて電圧フリッカを抑制する。
【０００８】
このように本発明のアクティブフィルタは、配電系統の電圧フリッカ抑制の制御方法として電圧検出方式を採用し、アクティブフィルタの設置点の電圧ｖによって電圧フリッカを検出して制御を行うので、配電系統内に不特定多数のフリッカ発生源が存在する場合でも電圧フリッカを効果的に抑制することができる。従って、アクティブフィルタをフリッカ発生源の近傍に設置する必要がない。
【０００９】
また電圧フリッカ抑制と高調波抑制とを併用することで、進相コンデンサの存在等に起因する配電系統の共振を効果的に抑制することができ、電圧フリッカの抑制を安定して行うことができる。
【００１０】
また本発明のアクティブフィルタは、配電系統の高調波に対して１／ＫＶ ［Ω］のダンピング抵抗として動作するので、抵抗値を決めるゲインＫＶを調節することにより設置点だけでなくフィーダ全体の高調波拡大現象を抑制することができる。
【００１１】
本発明のうち請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のアクティブフィルタであって、前記基本波無効電流指令演算手段は、前記電圧フリッカ（Ｖ＊ａｍｐ−ｖａｍｐ）の積分を演算する積分手段あるいは、前記電圧フリッカ（Ｖ＊ａｍｐ−ｖａｍｐ）の正負を検出する正負検出手段と前記正負検出手段で検出した正／負の数に応じた値を出力する計数手段とによる、Ｖ＊ａｍｐを出力する手段と、前記電圧フリッカ（Ｖ＊ａｍｐ−ｖａｍｐ）に比例ゲインＫＰを乗じた値を生成する電圧補償ゲイン乗算部と、ＰＩ制御器や位相補償、帯域制限などの伝達関数Ｇｐにより前記基本波無効電流指令値ｉ＊Ｃｆｑを生成する基本波無効電流指令値演算手段とを有することとする。
【００１２】
本発明によれば、電圧フリッカ（Ｖ＊ａｍｐ−ｖａｍｐ）に応じた値に比例ゲインＫＰを乗じて得られた値に対し、ＰＩ制御器や位相補償、帯域制限などの伝達関数Ｇｐにより前記基本波無効電流指令値ｉ＊Ｃｆｑを生成することで、電圧フリッカと逆位相の電流を生成する。そしてこの電流によって生じた電圧降下が電圧フリッカと打ち消しあい、その結果、電圧フリッカを抑制することができる。
【００１３】
本発明のうち請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のアクティブフィルタであって、前記基本波無効電流指令演算手段は、ローパスフィルタを含むこととする。
【００１４】
配電系統には進相コンデンサ等の影響による共振点が存在するため、電圧フリッカ抑制のためのフィードバックゲインである比例ゲインＫＰを高く設定すると高調波電圧の増大が問題となるが、本発明のように基本波無効電流指令演算手段にローパスフィルタを用いることで、高調波成分に対するゲインを低減して高調波電圧を抑制することができる。なお、上記ローパスフィルタとしては、例えば、時定数をＴｃとした場合に伝達関数ＧＰが次式
2008048520.tif 000003
で表されるものを用いる。
【００１５】
本発明のうち請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のアクティブフィルタであって、
前記高調波抽出手段は、ハイパスフィルタを含むこととする。
【００１６】
上記のようにローパスフィルタにより共振点付近の高調波電圧を低減しようとした場合、電圧フリッカ抑制の位相特性に影響が現れるが、本発明のように高調波抽出手段にハイパスフィルタを用いて高調波拡大抑制を併用することで、配電系統の共振点付近の高調波電圧を低減することができる。なお、上記ハイパスフィルタとしては、例えば、時定数をＴｈとした場合に伝達関数Ｇｈが次式
2008048520.tif 000004
で表されるものを用いる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、変動負荷の電流を検出することなく、配電系統における電圧フリッカを効果的に抑制することができるとともに電圧の安定化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１に本発明の一実施形態として説明する配電系統モデル１の構成を示している。６．６ｋＶの配電系統をモデル化し、配電変電所を電圧源（ｖｓ）としている。実際の配電系統は４〜６フィーダで構成され、多数の需要家が接続しているが、ここでは１フィーダの幹線のみをモデル化している。
【００１９】
同図において、Ｌ１は配電変圧器の漏れインダクタンス、Ｌ２，Ｌ３は配電線ＤＬのインダクタンス、Ｃ１〜Ｃ３は力率改善用の進相コンデンサの静電容量、ｉＣはアクティブフィルタＡＦに引き込まれる高調波電流である。アクティブフィルタＡＦは、フィーダ幹線の末端に接続され、配電線ＤＬとの接続点における電圧（以下、設置点電圧ｖと称する。）により電圧フリッカを抑制する。配電系統末端電圧（設置点電圧ｖ）には電圧高調波が数倍に拡大する高調波拡大現象が確認できるが、アクティブフィルタＡＦはこの高調波の拡大を抑制する。
【００２０】
図２に本実施形態のアクティブフィルタＡＦの構成を示している。アクティブフィルタＡＦは、設置点電圧ｖを検出する電圧検出手段としての検出回路２と、設置点電圧ｖから補償電流指令値ｉ＊Ｃを生成する制御手段としてのコントローラ３と、コントローラ３によって駆動制御される電圧フリッカ抑制手段としての主回路４とを有している。
【００２１】
主回路４は、交流側の配電線ＤＬに接続した三相整合トランス４ａと三相リアクトル４ｂ（インダクタンスＬｃ）、ＩＧＢＴ（ゲート隔離型バイポーラトランジスタ）で構成される三相電圧型ＰＷＭ変換器４ｃ、及び直流コンデンサ４ｄ（容量Ｃｄｃ）を備えて構成される。主回路４は、直流コンデンサ４ｄの電圧ｖｄｃをコントローラ３に送る。
【００２２】
コントローラ３では、直流コンデンサ４ｄの電圧ｖｄｃと電圧基準値ｖ＊ｄｃとを比較し、基本波電流の電源電圧と同相の電流Δｉ＊ｃｄを調整して、直流コンデンサ４ｄの電圧ｖｄｃの平均電圧を一定にするように動作する。
【００２３】
図３にアクティブフィルタＡＦのコントローラ３の構成を示している。同図に示すように、コントローラ３は、図２の検出回路２で検出した三相交流電圧Ｖ＝（ｖｕ，ｖｖ，ｖｗ）を、回転座標の２成分（ｄ，ｑ）で表される値（ｖｄ，ｖｑ）に変換するｄ−ｑ変換回路３ａ、ｄ−ｑ変換回路３ａでｄ−ｑ変換された電圧の高調波成分を抽出する高調波抽出手段としてのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３ｂ、ハイパスフィルタ３ｂで抽出した電圧高調波成分に高調波抑制ゲインＫＶを乗算して高調波電流指令値（ｉ＊Ｃｈｄ，ｉ＊Ｃｈｑ）を生成する高調波抑制ゲイン乗算部３ｃ、後述のように構成した基本波無効電流指令演算回路３ｉから出力される基本波無効電流指令値ｉ＊Ｃｆｑと上記高調波抑制ゲイン乗算部３ｃのｑ出力成分ｉ＊Ｃｈｑとを加算する電流値演算手段としてのｑ成分加算部３ｄ、後述の直流成分ゲイン乗算部３ｋから出力された直流電流値Δｉ＊Ｃｄと高調波抑制ゲイン乗算部３ｃのｄ出力成分ｉ＊Ｃｈｄとを加算する電流値演算手段としてのｄ成分加算部３ｅ、上記ｑ成分加算部３ｄとｄ成分加算部３ｅの各出力（補償電流指令値ｉ＊Ｃのｑ，ｄ成分）ｉ＊Ｃｑ，ｉ＊Ｃｄを三相交流の電流指令値Ｉ＊Ｃ ＝（ｉ＊Ｃｕ，ｉ＊Ｃｖ，ｉ＊Ｃｗ）に変換するｄ−ｑ逆変換回路３ｆ、上記ｄ−ｑ変換回路３ａから出力された電圧（ｖｄ，ｖｑ）の振幅（二乗和の平方根）ｖａｍｐを演算する電圧振幅演算回路３ｇ、設置点電圧振幅ｖａｍｐが系統電圧の基準値Ｖ＊ａｍｐとなるように基本波無効電流指令値ｉ＊Ｃｆｑを自動調整する基本波無効電流指令演算回路３ｉ、主回路４から出力される直流電圧値ｖｄｃと所定の指令値（直流電圧設定値）ｖ＊ｄｃとの差をとる直流電圧差演算部３ｊ、直流電圧差演算部３ｊの出力（ｖｄｃ−ｖ＊ｄｃ）にゲインＫｄｃを乗算して直流電流値Δｉ＊Ｃｄを生成する直流成分ゲイン乗算部３ｋ、及び上記ｄ−ｑ変換回路３ａ及びｄ−ｑ逆変換回路３ｆに供給する三相交流の基本波（角周波数ωｔ ）を発生する基本波発生回路３ｐを有している。
【００２４】
図３に示したコントローラ３によれば、アクティブフィルタＡＦの電流指令値Ｉ＊Ｃ ＝（ｉ＊Ｃｕ，ｉ＊Ｃｖ，ｉ＊Ｃｗ）は、電圧フリッカ抑制制御、高調波拡大抑制制御、及び直流電圧制御によって決定される。このうち電圧フリッカ抑制制御の手順は次の通りである。電圧フリッカの抑制には電圧検出方式を用いる。すなわち、まず検出回路２で検出した設置点電圧ｖの成分ｖｕ，ｖｖ，ｖｗを、ｄ−ｑ変換回路３ａにより角周波数ωｔ でｄ−ｑ座標上の値ｖｄ，ｖｑに変換する。この変換は、次式に従って行われる。  
2008048520.tif 000005
次に、ｖｄ，ｖｑを電圧振幅演算回路３ｇに入力して、瞬時電圧振幅ｖａｍｐを次式で演算する。  
2008048520.tif 000006
そして基本波無効電流指令演算回路３ｉでｖａｍｐと系統電圧の基準値Ｖ＊ａｍｐとの差から基本波無効電流指令値のｑ成分ｉ＊Ｃｆｑを生成する。従って、電圧フリッカ抑制のための無効電流指令値ｉ＊Ｃｆｑは次式で与えられる。  
2008048520.tif 000007
なお、ＰＩ制御器や位相補償、帯域制限などの伝達関数をＧｐとし、フィードバックの偏差ｅ＝Ｖ＊ａｍｐ−ｖａｍｐを考慮すれば、電流指令値のラプラス変換は次式で表される。  
2008048520.tif 000008
一方、高調波拡大抑制制御の手順は次の通りである。すなわち、上記と同様に設置点電圧を検出してｄ−ｑ変換を行った後、ハイパスフィルタＧｈを用いて抽出した交流成分ｖｈｄ，ｖｈｑにゲインＫｖを乗じて、高調波拡大抑制制御のための電流指令値ｉ＊Ｃｈｄ，ｉ＊Ｃｈｑを次式から求める。  
2008048520.tif 000009
ここで、アクティブフィルタＡＦの電流制御が理想的に動作する電流値がｉＣｈｄ＝ｉ＊Ｃｈｄ, ｉＣｈｑ＝ｉ＊Ｃｈｑであると仮定すると、設置点電圧ｖの高調波成分ｖｈに対して、アクティブフィルタＡＦは１／ＫＶ ［Ω］の抵抗として動作する。つまり、アクティブフィルタＡＦは、配電系統の高調波に対してダンピング抵抗として動作し、抵抗値を決めるゲインＫＶを調整することにより設置点だけでなくフィーダ全体の高調波拡大現象を抑制することができる。
【００２５】
一方、直流電圧制御の手順は次の通りである。直流電圧制御は直流コンデンサ電圧ｖｄｃの平均値が一定となるようにフィードバック制御を行う。すなわち直流コンデンサ電圧ｖｄｃと指令値ｖ＊ｄｃとを比較し、フィードバックゲインＫｄｃを乗じて基本波有効電流指令値ｉ＊Ｃｆｄを次式で与える。  
2008048520.tif 000010
なお、アクティブフィルタＡＦは、瞬時無効電力を制御して電圧フリッカを抑制するため、原理的な直流コンデンサ電圧に変動は生じない。従って、直流電圧制御は、電圧フリッカ抑制制御及び高調波拡大抑制制御の特性にほとんど影響しない。
【００２６】
以上のようにして与えられる電圧フリッカ抑制制御、高調波拡大抑制制御、及び直流電圧制御の電流指令値をｄ−ｑ座標上で加算する。そして加算した電流指令値に逆変換を行って各相の電流指令値ｉ＊Ｃｕ, ｉ＊Ｃｖ，ｉ＊Ｃｗを得る。この各相の電流指令値ｉ＊Ｃｕ, ｉ＊Ｃｖ，ｉ＊Ｃｗを図２に示すＰＷＭ変換器４ｃに与えることにより、電圧フリッカ抑制制御、高調波拡大抑制制御、及び直流電圧制御が実現される。なお、電流制御には２サンプル設定のデッドビート制御を用いるが、この場合、電流制御系の伝達関数Ｇｃ（ｓ）は次式となる。  
2008048520.tif 000011
以下では直流電圧制御の影響を無視し、電流制御系の伝達関数を考慮する。この場合、電圧フリッカ抑制装置の伝達関数は、
2008048520.tif 000012
となる。
【００２７】
図４に基本波無効電流指令演算回路３ｉの構成を示している。この制御回路３ｉは、（Ｖ＊ａｍｐ−ｖａｍｐ）の正・負に応じて正又は負の信号を出力する正負検出手段としての正負（符号）検出器３１と、その出力の符号に応じてアップ／ダウンすることにより、正／負の数に応じた値を出力する計数手段としてのアップダウンカウンタ３２と、（Ｖ＊ａｍｐ−ｖａｍｐ）に比例ゲインＫＰを乗じる乗算部３３と、ＰＩ制御器や位相補償、帯域制限などの伝達関数Ｇｐ３４により前記基本波無効電流指令値ｉ＊Ｃｆｑを生成する基本波無効電流指令値演算手段を有している。
【００２８】
以上に説明したように、アクティブフィルタＡＦによる電圧フリッカの抑制は、電圧フリッカを検出して行われるフィードバック制御である。以下ではこのフィードバック制御の安定性について評価する。
【００２９】
＜特性解析＞
アクティブフィルタＡＦによる電圧フリッカ抑制の特性について解析する。まず配電系統を含むシステム全体をｄ−ｑ変換することによりフリッカ抑制制御の伝達関数を導出する。図５に伝達関数の導出に用いる簡略化された配電系統を示している。同図において、ｒは配電線ＤＬの抵抗成分、Ｌは配電線ＤＬのインダクタンス、Ｃは力率改善用の進相コンデンサの静電容量である。配電線ＤＬの末端には、アクティブフィルタＡＬ及びフリッカ発生装置ＦＧが接続している。
【００３０】
ここで図５に示す回路の各相の回路方程式は、
2008048520.tif 000013
と表すことができる。この式からｉＳを消去して整理すると、
2008048520.tif 000014
となる。ここでこの式は２次の微分を含んでいるが、ｎ次の微分項
2008048520.tif 000015
のｄ−ｑ変換は、
2008048520.tif 000016
であるので、これを用いて（１２）式をｄ−ｑ変換すると、
2008048520.tif 000017
となる。ただし、
2008048520.tif 000018
である。さらにこの式をラプラス変換すると、
2008048520.tif 000019
となる。ただし、
2008048520.tif 000020
である。
【００３１】
Ｉｄ＝Ｉｑ＝０のときは系統電圧に電圧変動がない初期状態である。このときの系統電圧をＶｄ０，Ｖｑ０とすると
2008048520.tif 000021
の関係となる。  
従って、（１７），（１９）式より、補償すべき電圧変動分ΔＶｄ＝Ｖｄ−Ｖｄ０，ΔＶｑ＝Ｖｑ−Ｖｑ０は、
2008048520.tif 000022
となる。
【００３２】
一方、ＩｄとＩｑはフリッカ発生源とアクティブフィルタに流れる電流の和であり、
2008048520.tif 000023
である。これを（２０）式に代入すると
2008048520.tif 000024
となる。ただし、Ｄ１＝Ａ１＋ＫＶＧｈＢ１，Ｄ２＝Ａ２＋ＫＶＧｈＢ２である。
【００３３】
図３のブロック線図における電圧振幅演算回路３ｇは非線形な伝達関数を持つが、ｖａｍｐについての小信号近似は、
2008048520.tif 000025
となる。ここでｖｑ０＝０と仮定すると、
2008048520.tif 000026
と近似することができる。（２２），（２４）式より、電圧フリッカ抑制の制御ループの一巡伝達関数は、
2008048520.tif 000027
となる。
【００３４】
またｖａｍｐとｖｄ０はほぼ等しいと考えると、電圧振幅の偏差ｅは、
2008048520.tif 000028
と近似することができる。（２６）式を（２２）式に代入すると、
2008048520.tif 000029
となる。従って、電圧フリッカ抑制を行った場合の電圧フリッカ発生源の電流と電圧フリッカΔＶamp（ｓ）の関係は、
2008048520.tif 000030
となる。
【００３５】
＜シミュレーション＞
次に、上記伝達関数によって導かれる電圧フリッカ抑制制御の制御特性評価を行うべく、図５に示すモデルについてシミュレーションを行った。またシミュレーションの結果をボード線図と比較した。図６にシミュレーションに用いた回路定数を示している。なお、シミュレーションには電力系統解析用ソフトウエアであるＰＳＣＡＤを用いた。またシミュレーションは図７に示す条件１，２のそれぞれについて行った。各条件１，２共に比例ゲインＫＰ＝０．３Ａ／Ｖに設定している。また条件２では高周波に対するゲインを低減するためカットオフ周波数３０Ｈｚのローパスフィルタを挿入している。
【００３６】
図８に電圧フリッカ抑制制御の一巡伝達関数のボード線図を示している。条件１では、ｄ−ｑ軸上で２８０Ｈｚの周波数にゲインの最大値で０dBに達し、位相が１８０度反転している。したがって、電圧フリッカ抑制制御を用いて電圧偏差に比例した補償電流を流すとＫｐ＝０．３Ａ／Ｖで安定限界に達してしまう。このゲイン特性のピークは回路の共振周波数付近に現れており、系統の共振によって電圧フリッカ抑制の安定性が決まる。これに対し、条件２ではゲイン特性は全周波数領域で−２０ｄＢ以下となっている。またフィルタによる位相遅れにより位相特性は１５０Ｈｚ付近で１８０゜となっているが、これによりカットオフ周波数以上のゲインが抑えられ、ゲイン余有が４７ｄＢに増加している。なお、このときの安定限界はＫｐ＝５０Ａ／Ｖ付近である。
【００３７】
図９Ａに条件１の場合のシミュレーション結果を、図９Ｂに条件２の場合のシミュレーション結果をそれぞれ示している。このシミュレーションでは、フリッカ発生源から周波数５Ｈｚ、実行値８Ａのフリッカ成分を持つ無効電流を流し、Ｋｖ＝２０Ａ／Ｖで電流制御を行った。
【００３８】
図９Ａは条件１についてゲインを（ａ）ＫＰ＝０．３Ａ／Ｖ，（ｂ）ＫＰ＝０．３５Ａ／Ｖとした場合の、比例ゲインＫＰ，補償すべき電圧変動分ΔＶｄ，アクティブフィルタＡＦに流れ込む電流ｉＣの波形である。ＫＰは当初０Ａ／Ｖに設定し、２００ｍｓの期間に増加させている。（ａ）ＫＰ＝０．３Ａ／Ｖの場合はΔＶｄ，ｉＣ共に安定に制御されているが、（ｂ）ＫＰ＝０．３５Ａ／Ｖの場合はΔＶｄ，ｉＣが２８０Ｈｚの振動を伴って発散している。
【００３９】
図９Ｂは、条件２についてゲインを（ａ）ＫＰ＝４５Ａ／Ｖ，（ｂ）ＫＰ＝５０Ａ／Ｖとした場合の、ＫＰ，ΔＶｄ，ｉＣの波形である。（ａ）ＫＰ＝４５Ａ／Ｖの場合は安定しているが、（ｂ）ＫＰ＝５０Ａ／Ｖの場合は不安定である。
【００４０】
以上のように、解析結果とシミュレーション結果とはほぼ一致しており、前出の（２５）式で表される伝達関数の妥当性を確認することができた。
【００４１】
次に、上記伝達関数を用いて、電圧フリッカ抑制を適用した場合の電圧フリッカ抑制効果を導出する。本実施形態では、電圧フリッカ抑制を適用した場合の抑制効果を、抑制前（ＫＰ,ＫＶ＝０Ａ／Ｖ）と抑制後の電圧フリッカの比により評価する。前出の（２８）式にＫＰ，ＫＶ＝０Ａ／Ｖを代入すると、フリッカ抑制前の電圧フリッカは、次式で表される。  
2008048520.tif 000031
そして電圧フリッカの抑制効果は、（２８）式のΔＶａｍｐを用いて、
2008048520.tif 000032
で表わすことができる。
【００４２】
＜高調波拡大抑制の併用＞
前述したように、配電系統には共振点が存在し、ゲイン特性にピークが存在する。このため、電圧フリッカ抑制のフィードバックゲインを高く設定することは困難である。そこで本実施形態では、高調波拡大抑制を併用することにより配電系統の共振を抑制している。
【００４３】
図１０に高調波拡大抑制を併用した場合の一巡伝達関数のボード線図を示している。同図は図３において高調波検出フィルタ（ハイパスフィルタ３ｂ）の部分に時定数Ｔｃｈ＝１／１５ｓ、Ｇｈが次式
2008048520.tif 000033
で定義される一次ローパスフィルタを用い、Ｋｖ＝１Ａ／Ｖとした場合である。図１０に示すように、高調波抑制制御によってゲイン特性に存在していたピークが良好に抑えられていることがわかる。なお、ゲイン余有は２４ｄＢであるので安定限界はＫＰ＝４．７Ａ／Ｖである。
【００４４】
図１１に電圧フリッカを制御する比例ゲインＫＰを４．５Ａ／Ｖに設定したときの電圧フリッカの抑制効果を示している。同図から理解されるように、高調波拡大抑制を併用することにより２０Ｈｚ以下の電圧フリッカに対する抑制効果を−５．７ｄＢに改善することができる。しかし３００Ｈｚ付近と１ｋＨｚ以上の高調波電圧が増幅されている。このうち３００Ｈｚの高調波電圧については制御ゲインＫＶを増加することにより抑制が可能であるが、１ｋＨｚの高調波電圧はむしろ増加する。これは電圧フリッカの検出値に高調波成分が混入し、位相遅れが生じるためである。
【００４５】
このような高調波電圧は、例えばローパスフィルタを用いて帯域制限を行うことで抑制することができる。ここでローパスフィルタを用いて配電系統の共振点付近の高調波電圧を低減するには遮断周波数を３０Ｈｚ程度に設定する必要があるが、この場合、電圧フリッカ抑制の位相特性に影響が現れる。一方、高調波拡大抑制を併用すれば配電系統の共振点付近の高調波電圧を低減させることができる。この場合、ローパスフィルタの遮断周波数は１ｋＨｚ以上の高調波成分の増大が低減されるように設定すればよく、これにより電圧フリッカ抑制の位相特性の変化を低減することができる。
【００４６】
図１２に帯域制限した一巡伝達関数のボード線図を示す（ＫＰ＝５３Ａ／Ｖ）。このボード線図では、電圧フリッカ抑制の補償器（基本波無効電流指令演算回路３ｉ）をＧＰが次式で表される二次のローパスフィルタとし、
2008048520.tif 000034
Ｔｃ＝１／５０ｓとした。また高調波拡大抑制には、Ｇｈが次式で表される二次のハイパスフィルタ
2008048520.tif 000035
を用い、Ｔｈ＝１／３０ｓ，Ｋｖ＝２Ａ／Ｖとした。図１２に示すように、ローパスフィルタを用いることで高周波成分に対するゲインを大幅に低減できることがわかる。またこのときの位相余有は４３゜であり、安定性も大幅に改善されている。
【００４７】
図１３に電圧フリッカ抑制効果ΔＶａｍｐ／ΔＶａｍｐ０を示している。同図に示すように１〜２０Ｈｚに対する抑制効果は−１６ｄＢ以下であり、１〜１０Ｈｚに限れば抑制効果は−２０ｄＢ以下であり、電圧フリッカが１／１０に低減されている。また配電系統の共振点３００Ｈｚ付近の高調波電圧は−６ｄＢ程度に、１ｋＨｚ以上の高調波電圧についてはほぼ０ｄＢに低減されている。
【００４８】
＜実験結果＞
図１４に実験波形を示している。実験では（３２）、（３３）式の伝達関数を有するフィルタを使用している。また電圧フリッカ抑制ゲインである比例ゲインＫＰ＝５３Ａ／Ｖ、高調波拡大抑制ゲインＫＶ＝２Ａ／Ｖとしている。
【００４９】
図１４はフリッカ発生源の無効電流が遅れ５Ａから進み５Ａにステップ的に変化した場合であり、（ａ）は電圧フリッカ抑制装置を停止している場合である。この場合は電流フリッカの位相変化に伴ってｄ軸電圧ΔＶｄに約５Ｖの電圧変化が現れている。またｄ軸電圧ΔＶｄ及びｑ軸電圧ΔＶｑには２次、６次の電圧高調波が含まれている。これは系統電圧の逆送電圧と５次、７次高調波成分によるものと考えられる。
【００５０】
一方、（ｂ）は電圧フリッカ抑制装置を動作した場合である。この場合はΔＶｄの電圧変化が抑制されている。またΔｖｑの６次高調波は抑制されているが、２次成分はほとんど低減していない。これは図１３に示すように１００Ｈｚ付近の抑制効果がほぼ０ｄＢであるためである。
【００５１】
図１５乃至図１７にフリッカ発生源の無効電流を正弦波状に±５Ａ変動させて電圧フリッカを発生した場合の実験結果を示している。図１５はフリッカ周波数ｆｆを１Ｈｚに、図１６はフリッカ周波数ｆｆを５Ｈｚに、図１７はフリッカ周波数ｆｆを２５Ｈｚにそれぞれ設定した場合である。いずれの場合においても（ａ）電圧フリッカ抑制装置を停止している場合はΔＶｄに約５Ｖの電圧フリッカが現れているが、（ｂ）電圧フリッカ抑制装置が動作した場合は電圧フリッカが約１／１０に抑制されている。
【００５２】
図１８は電圧フリッカの測定結果である。フリッカ発生源で１〜２５Ｈｚの正弦波状電流フリッカを発生し、フーリエ変換により電圧フリッカ抑制装置動作前後のΔＶａｍｐを求めた。実験では１〜１０Ｈｚの範囲で電圧フリッカを１８ｄＢ低減している。また実験結果と前述の理論値の特性とはほぼ一致している。
【００５３】
以上の実施形態の説明は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施形態として説明する配電系統モデル１の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態として説明するアクティブフィルタＡＦの構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態として説明するコントローラ３の構成を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態として説明する基本波無効電流指令演算回路３ｉの構成を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態として説明する伝達関数の導出に用いた簡略化された配電系統を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態として説明するシミュレーションに用いた回路定数を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態として説明するシミュレーションの条件を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態として説明する電圧フリッカ抑制制御の一巡伝達関数のボード線図である。
【図９Ａ】本発明の一実施形態として説明する条件１の場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図９Ｂ】本発明の一実施形態として説明する条件２の場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態として説明する高調波拡大抑制を併用した場合の一巡伝達関数のボード線図である。
【図１１】本発明の一実施形態として説明する電圧フリッカを制御する比例ゲインＫＰを４．５Ａ／Ｖに設定したときの電圧フリッカの抑制効果を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態として説明する帯域制限した一巡伝達関数のボード線図である。
【図１３】本発明の一実施形態として説明する電圧フリッカ抑制効果ΔＶａｍｐ／ΔＶａｍｐ０を示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態として説明する、フリッカ発生源の無効電流が遅れ５Ａから進み５Ａにステップ的に変化した場合の実験波形を示す図である。
【図１５】本発明の一実施形態として説明する、フリッカ発生源の無効電流を正弦波状に±５Ａ変動させて電圧フリッカを発生し、フリッカ周波数ｆｆを１Ｈｚに設定した場合の実験結果を示す図である。
【図１６】本発明の一実施形態として説明する、フリッカ発生源の無効電流を正弦波状に±５Ａ変動させて電圧フリッカを発生し、フリッカ周波数ｆｆを５Ｈｚに設定した場合の実験結果を示す図である。
【図１７】本発明の一実施形態として説明する、フリッカ発生源の無効電流を正弦波状に±５Ａ変動させて電圧フリッカを発生し、フリッカ周波数ｆｆを２５Ｈｚに設定した場合の実験結果を示す図である。
【図１８】本発明の一実施形態として説明する電圧フリッカの測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
ＡＦ  アクティブフィルタ
ＤＬ  配電線
Ｌ１〜Ｌ３  インダクタンス
ｖ  設置点電圧
２  検出回路
３ａ  ｄ−ｑ変換回路
３ｂ  ハイパスフィルタ
３ｃ  高調波抑制ゲイン乗算部
３ｄ，３ｅ  加算部
３ｆ  ｄ−ｑ逆変換回路
３ｇ  電圧振幅演算回路
３ｉ  基本波無効電流指令演算回路
３ｊ  直流電圧差演算部
３ｋ  直流成分ゲイン乗算部
３ｐ  基本波発生回路
４  主回路
４ａ  三相整合トランス
４ｂ  三相リアクトル
４ｃ  三相電圧型ＰＷＭ変換器
４ｄ  直流コンデンサ
３ｌ  正負検出器
３２  アップダウンカウンタ
３３  ゲイン乗算部
３４  ＰＩ制御器や位相補償、帯域制限などの伝達関数Ｇｐ
【図１】
2008048520.tif 000036
【図２】
2008048520.tif 000037
【図３】
2008048520.tif 000038
【図４】
2008048520.tif 000039
【図５】
2008048520.tif 000040
【図６】
2008048520.tif 000041
【図７】
2008048520.tif 000042
【図８】
2008048520.tif 000043
【図９Ａ】
2008048520.tif 000044
【図９Ｂ】
2008048520.tif 000045
【図１０】
2008048520.tif 000046
【図１１】
2008048520.tif 000047
【図１２】
2008048520.tif 000048
【図１３】
2008048520.tif 000049
【図１４】
2008048520.tif 000050
【図１５】
2008048520.tif 000051
【図１６】
2008048520.tif 000052
【図１７】
2008048520.tif 000053
【図１８】
2008048520.tif 000054