(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
系統電源と負荷機器間の系統ラインに設けられたアクティブフィルタと、負荷電流を検出してその出力を前記アクティブフィルタに供給する負荷電流検出用変流器とを有するアクティブフィルタの制御装置であって、該アクティブフィルタは、直流側に設けられた直流コンデンサと交流側の各相に設けられた交流リアクトルを有する三相ＰＷＭコンバータと、前記交流リアクトルと電源に並列に設けられた高周波フィルタコンデンサと、該高周波フィルタの電圧を検出する変成器と、三相ＰＷＭコンバータ電流を検出する補償電流検出用変流器と、前記三相ＰＷＭコンバータを制御する制御装置から構成され、該制御装置は、負荷電流検出用変流器と補償電流検出用変流器及び変成器のそれぞれの出力を入力し、該変成器で得られた高調波フィルタコンデンサ電圧の高調波分を電圧高調波分とすると共に、該電圧高調波分の逆符号のゲインＫ倍値を高調波電流とし、該高調波電流と前記負荷電流検出用変流器で得られた電流を加算して補償電流を算出し、該補償電流によって三相ＰＷＭコンバータの出力電流が追従するように、前記三相ＰＷＭコンバータのスイッチングを制御することを特徴とするアクティブフィルタの制御方法
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷機器が電源系統に流出している高調波電流を補償して、電源系統の電流歪みを低減するアクティブフィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３はアクティブフィルタを備えた系統ラインの主回路図である。図３に示すようにアクティブフィルタ４１は、系統電源１と高調波電流を発生している負荷機器３との間に設けられ、負荷電流に含まれる高調波電流を電源系統に流出させないように補償電流を出力している。２は電源インピーダンスである。
アクティブフィルタ４１は、高速スイッチング素子で構成される三相ＰＷＭコンバータ６と、三相ＰＷＭコンバータ６の直流側に設けた直流コンデンサ７と、三相ＰＷＭコンバータ６の交流側に設けた交流リアクトル５と、交流リアクトル５より電源側に電源と並列に設けた高周波フィルタ９１と、負荷電流検出用変流器１１によって検出された負荷電流に基づいて補償電流を演算し、三相ＰＷＭコンバータ６のスイッチング素子へスイッチグ指令を出力する制御装置８１を備えて構成される。
【０００３】
変流器１１で検出された負荷電流から、三相二相変換方式を用いて負荷電流の高調波電流を打ち消す補償電流指令を演算出力する方法は、公知であるので説明を省略するが、制御装置８１によって演算出力された補償電流指令と、補償電流検出用変流器１０で検出される補償電流とが比較され、三相ＰＷＭコンバータ６のスイッチング素子がオン，オフされ、アクティブフィルタ４１の電流瞬時値が制御されるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図３で説明した通り、アクティブフィルタにおいて三相ＰＷＭコンバータを構成するスイッチング素子の高速スイッチングにより、高周波リップル電流が発生し、係る高周波リップル電流を吸収するためコンデンサと抵抗器から成る高周波フィルタ９１が設けられて来た。
しかしながら、このような高周波フィルタの定数選定は電源インピーダンスによって大きく左右され、フィルタ抵抗値を大きくすると損失が増え、小さすぎるとフィルコンデンサと電源インピーダンスとの間で、発生する共振現象を抑制することできず、電源電圧を大きく変動させ、リップル吸収フィルタに過大な電流を流すのみならず、系統に接続される他の機器へも悪影響を及ぼすと言う不具合があった。
本発明は上述した点に鑑みて創案されたもので、その目的とするところは、これらの欠点を解決し、三相ＰＷＭコンバータ６による高周波リップル電流を吸収する高周波フィルタ９１を備えた図３の如きアクティブフィルタ４１において、高周波フィルタ９１内のフィルタコンデンサと他のリアクトル（電源インピーダンス２）との共振現象を抑制する制御方法を提供しダンピング抵抗を設けなくて済むアクティブフィルタの制御方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
つまり、その目的を達成するための手段は、以下の如く構成したものである。系統電源と負荷機器間の系統ラインに設けられたアクティブフィルタと、負荷電流を検出してその出力を前記アクティブフィルタに供給する負荷電流検出用変流器とを有するアクティブフィルタの制御装置であって、該アクティブフィルタは、直流側に設けられた直流コンデンサと交流側の各相に設けられた交流リアクトルを有する三相ＰＷＭコンバータと、前記交流リアクトルと電源に並列に設けられた高調波フィルタコンデンサと、該高調波フィルタの電圧を検出する変成器と、三相ＰＷＭコンバータ電流を検出する補償電流検出用変流器と、前記三相ＰＷＭコンバータを制御する制御装置から構成され、該制御装置は、負荷電流検出用変流器と補償電流検出用変流器及び変成器のそれぞれの出力を入力し、該変成器で得られた高調波フィルタコンデンサ電圧の高調波分を電圧高調波分とすると共に、該電圧高調波分の逆符号のゲインＫ倍値を高調波電流とし、該高調波電流と前記負荷電流検出用変流器で得られた電流を加算して補償電流を算出し、該補償電流によって三相ＰＷＭコンバータの出力電流が追従するように、前記三相ＰＷＭコンバータのスイッチングを制御することにある。
【０００６】
その作用は、かくのごとき解決手段により、アクティブフィルタの高周波フィルタ９に並列にダンピング抵抗を接続したと同様の効果を持たせ、電源インピーダンス２と高周波フィルタ９のインピーダンスとの間の共振現象を抑制するように効用し、電源電流の高調波を減少することができる。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳述する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係わるアクティブフィルタの主回路の一例を示す構成図で、４はアクティブフィルタ、８はリップル吸収フィルタコンデンサ９の電圧検出のための変成器１２の出力が入力された制御装置である。図中、図３と同符号のものは同一構成，機能を有する部分を示す。
図１において、係る一実施例のアクティブフィルタ４は、従来のアクティブフイルタ４に比較して三相ＰＷＭコンバータ６のスイッチング素子のスイッチングにより発生するリップル電流を吸収する高周波フィルタ効果を高めると共に、該高周波フィルタコンデンサ９と電源インピーダンスによって発生する共振現象も当然抑制するものであり、その機能は次の通りである。
【０００８】
変流器１１により検出された負荷電流と、変成器１２により検出された高周波フィルタコンデンサ９の電圧とを制御装置８で加算し、三相二相変換を用いた補償電流指令演算回路で、従来の電流指令に高周波フィルタコンデンサ９の電圧の高調波分の逆符号のゲインＫ倍値が加算された補償電流指令値Ｉｃ＊を演算出力する。
ここで、補償電流方式の基本的な技術思想を図２を用いて説明する。
図２はアクティブフィルタが設けられた系統ブロック図で、Ｖｓは系統電圧、Ｚｓは系統インピーダンス、Ｉｓは系統インピーダンスを流れる電流、Ｉl ｃは高調波電流を含んだ負荷電流Ｉl を発生する負荷機器を電流源として表したもの、Ｉｃｃは三相ＰＷＭコンバータ６による補償電流Ｉｃを発生する補償電流源、Ｚｆは高周波フィルタ９のインピーダンスを示している。
図２において、電源電流Ｉｓは（１）式のように表せる。
Ｉｓ＝Ｚｆ（Ｉl ＋Ｉｃ）／（Ｚｓ＋Ｚｆ）＋Ｖｓ／（Ｚｓ＋Ｚｆ）  （１）
【０００９】
ＺｓはｓＬｓ代表され、Ｚｆは１／ｓＣｆであることから、（１）式は（２）式のように表すことができる。
Ｉｓ＝｛（Ｉl ＋Ｉｃ）／（ｓ・ｓＬｓ×Ｃｆ＋１）｝＋ｓＣｆ×Ｖｓ／（ｓ・ｓＬｓ×Ｃｆ＋１）  （２）
（２）式は分母にダンピング要素が無いため（Ｉl ＋Ｉｃ）が零でない場合、電源電流は振動し拡大されることを表している。
そこで、高周波フィルタコンデンサ９の電圧Ｖｆを検出して、その高調波分Ｖｆｈの符号を反転し、ゲインＫ倍して従来の補償電流指令Ｉｃ＊に加えてＰＷＭコンバータ６を制御すると、補償電流Ｉｃは（３）式で表せる。
【００１０】
Ｉｃ＝−Ｇｎ（ｓ）×（−ＫＶｆ＋Ｉ１）      （３）
ここでＧｎ（ｓ）は基本波に対するノッチフィルタである。従って、（１）式は（４）式のように表せる。
Ｉｓ＝Ｚｆ〔Ｉ１−Ｇｎ（ｓ）×（−ＫＶｆ＋Ｉ１）〕／（Ｚｓ＋Ｚｆ）
＋Ｖｓ／（Ｚｓ＋Ｚｆ）      （４）
Ｖｆは高調波フィルタコンデンサ９の電圧であるから、（５）式で表すことができる。
Ｖｆ＝Ｖｓ−Ｚｓ×Ｉｓ      （５）
【００１１】
以上の条件より、（４）式において高調波についてのみ着目すると、基本波はノッチフィルタで除去され、電源へ流出する高調波電流Ｉｓｈは（６）式で表せる。
Ｉｓｈ＝△Ｉl ｈ／（１＋Ｋ×Ｚｓ＋Ｚｓ／Ｚｆ）＋（Ｋ＋１／Ｚｆ）×Ｖｓｈ／（１＋Ｋ×Ｚｓ＋Ｚｓ／Ｚｆ）  （６）
（６）式において、△Ｉl ｈは負荷電流に含まれる高調波電流であって、アクティブフィルタで補償しきれなかった分であり、Ｖｓｈは電源電圧にある高調波電圧を示す。
一方、ＺｓはｓＬｓで代表され、Ｚｆは１／ｓＣｆで表せる。これを（６）式に代入すると、（７）式となる。
Ｉｓｈ＝△Ｉl ｈ／（１＋Ｋ×ｓＬｓ＋ｓ・ｓＬｓ×Ｃｆ）
＋（Ｋ＋ｓＣｆ）×Ｖｓｈ／（１＋Ｋ×ｓＬｓ＋ｓ・ｓＬｓ×Ｃｆ）  （７）
この（７）式の分母には、ダンピング要素Ｋ×ｓＬｓが存在する。
従って、電源に流出する高調波電流によって電源インピーダンスと高調波フィルタコンデンサとの共振現象を抑制することができる。
【００１２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、アクティブフィルタのリップル吸収高周波フィルタコンデンサの電圧を検出して、その高調波分を補償電流指令値へ加えることによって、電源系統インピーダンスとアクティブフィルタの高調波フィルタコンデンサとの共振現象を抑制することができ、ダンピングのための抵抗を削減でき、これによってアクティブフィルタのリップル電流が更に良く吸収され、併せてアクティブフィルタ装置の効率もアップ出来ると言う利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係わるアクティブフィルタ主回路の一実施例を示す構成図である。
【図２】図２はアクティブフィルタが設けられた系統ラインの説明図である。
【図３】図３は従来のアクティブフィルタ主回路の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１        系統電源
２        電源インピーダンス
３        負荷機器
４１，４    アクティブフィルタ
５        交流リアクトル
６        三相ＰＷＭコンバータ
７        直流コンデンサ
８１，８    制御装置
９１，９    高周波フィルタ
１０      電流検出器
１１      変流器
１２      変成器
Ｉｃ      補償電流
Ｉｃｃ      補償電流を発生する補償電流源
Ｉl       負荷電流
Ｉl ｃ      負荷電流を発生する負荷電流源
Ｉｓ      系統電流
Ｖｓ      系統電圧
Ｚｓ      系統インピーダンス
Ｌｓ      系統インダクタンス
Ｚｆ      高周波フィルタのインピーンス
Ｃｆ      高周波フィルタコンデンサの容量
【図１】
0003758062.tif 000002
【図２】
0003758062.tif 000003
【図３】
0003758062.tif 000004