(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンデンサとリアクトルを直列接続して系統母線に接続された注入回路部と、上記注入回路部のコンデンサとリアクトルの接続点にインバータ出力電流を注入する高周波インバータと、上記母線電圧から検出された高調波電圧成分を入力とするニューラルネットワーク制御で構成された調整手段により系統変動に対し最適の補償電流を出力させるインバータ出力電流指令値を算出して上記インバータに入力する演算部とを有し、系統母線に補償電流を注入して高調波電圧歪みを補償・低減する注入回路式アクティブフィルタを制御するにあたり、
上記ニューラルネットワーク制御の教師信号を、
｜Ｉｄ｜＝｜｛（０−Ｖｎ）／（Ｋ・Ｚｔ）｝＋Ｉａｒ｜−｜Ｉａｒ｜
（但し、｜Ｉｄ｜：教師信号、Ｖｎ：アクティブフィルタ接続点の高調波電圧成分、Ｉａｒ：補償電流注入基準信号、Ｋ：インバータ出力電流に対する補償電流の分流率、Ｚｔ：始動時のアクティブフィルタ接続点から見た系統インピーダンス）によって設定し、インバータ出力電流から補償電流への分流を考慮してニューラルネットワークを指令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、電力系統に発生する高調波電圧歪みを補償・低減する注入回路式アクティブフィルタの制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インバータエアコンのように半導体素子を用いた電力変換機器を有する電気製品が普及しており、それに伴って高調波障害が多発している。そのため、従来、高調波対策用アクティブフィルタ（能動型フィルタ）が導入されており、その一例を図１の一般的系統の等価回路を参照して次に示す。
【０００３】
まず図において（１）は系統電源、（２）は系統母線、（３）はアクティブフィルタ（以下、ＡＦと称す。）、（４）は負荷、（Ｚｓ）は系統インピーダンスである。上記系統電源（１）は基本波成分と共に高調波電圧成分（Ｖｎ）を含んだ電圧源で、系統母線（２）を介して負荷（４）に接続される。負荷（４）はアーク炉等の変動負荷で、ＡＦ（３）から見たインピ−ダンスは（ＺL ）である。系統インピーダンス（Ｚｓ）はＡＦ（３）から系統電源（１）側を見たインピーダンスである。
【０００４】
ＡＦ（３）は注入回路部（５）と高周波インバータ（６）と制御用演算部（７）とを有する注入回路式である。上記注入回路部（５）はコンデンサ（Ｃ）とリアクトル（Ｒ）を直列接続したもので、接続点（Ｍ）を介して系統母線（２）に接続される。そして、ＡＦ接続点（Ｍ）に接続されたＰＴ（８）により高調波電圧成分（Ｖｎ）を含んだ母線電圧（Ｖａ）を検出し、注入回路部（５）内に挿入されたＣＴ（９）により後述の補償電流（Ｉａ）を検出する。
【０００５】
高周波インバータ（６）はコンデンサ（Ｃ）とリアクトル（Ｒ）の接続点（Ｎ）にインバータ出力電流（Ｉｉ）を注入し、そこから系統母線（２）に注入されて高調波電圧歪みを補償・低減する補償電流（Ｉａ）を発生させる。演算部（７）は高調波電圧成分（Ｖｎ）及び出力された補償電流（Ｉａ）からインバータ出力電流（Ｉｉ）の指令値（Ｉｒ’）を算出してインバータ（６）に入力する。
【０００６】
上記演算部（７）は高調波検出部と振幅位相調整部（以下、調整部と称する。）とを有し、ＰＴ（８）の検出電圧（Ｖａ）から高調波検出部においてＡＦ接続点（Ｍ）の高調波電圧成分（Ｖｎ）を検出する。調整部は、高調波電圧成分（Ｖｎ）を入力とするニューラルネットワーク制御で構成された調整手段を有し、高調波電圧成分（Ｖｎ）に制御ゲイン（ベクトル）（Ｇ）を乗じて補償電流注入基準信号（実現したい補償電流値）（Ｉａｒ）を算出する。そして、基準信号（Ｉａｒ）にインバータ出力電流（Ｉｉ）に対する補償電流（Ｉａ）の分流率（Ｋ）の逆数を乗じ、所望の補償電流（Ｉａ）を実現するためのインバータ出力電流（Ｉｉ）の指令値（Ｉｒ’）を算出する。
【０００７】
この時、補償電流（Ｉａ）を、ＡＦ接続点（Ｍ）から電源及び負荷側を見た全系統インピーダンス（Ｚｔ）の位相に合わせて出力することが望ましい一方、系統インピーダンス（Ｚｔ）は常に変動している。そのため、ニューラルネットワークにより補償電流（Ｉａ）を常時調整して出力する必要がある。上記ニューラルネットワークはバックプロパゲーション法によって一定の演算サイクル毎に各ニューロン間結合荷重（Ｗ）を学習（変更）して見直す。それにより補償電流（Ｉａ）を系統インピーダンス（Ｚｔ）の変動に追従して一定サイクルで常時調整し、最適の補償電流（Ｉａ）を出力制御する。上記ニューロン間結合荷重（Ｗ）の学習を指令するニューラルネットワークの教師信号（Ｉｄ’）として次式（イ）が適用される。
【０００８】
｜Ｉｄ’｜＝｜｛（０−Ｖｎ）／Ｚｔ｝＋Ｉａｒ｜−｜Ｉａｒ｜…（イ）
Ｚｔ＝｛Ｖｎ（ｔ−１）−Ｖｎ（ｔ）｝／（Ｉａ−０）…（ロ）
｛但し、Ｖｎ：ＡＦ接続点（Ｍ）の高調波電圧成分、Ｉａｒ：補償電流注入基準信号、Ｚｔ：ＡＦ接続点（Ｍ）から見た系統インピーダンス、Ｖｎ（ｔ−１）：Ｉａ無し（ＡＦ非接続）時のＶｎ（始動時は０）、Ｖｎ（ｔ）：Ｉａ有り（ＡＦ接続）時のＶｎ｝
上記構成によれば、高調波電圧成分（Ｖｎ）に比例した補償電流（Ｉａ）をインバータ（６）から発生させ、高調波電圧成分（Ｖｎ）と補償電流（Ｉａ）とでＡＦ（３）が見掛け上、特定周波数において等価抵抗（Ｒａ＝Ｖｎ／Ｉａ）となる。そこで、電源側系統インピーダンス（Ｚｓ）の誘導性と負荷（ＺL ）の容量性（例えば力率改善用コンデンサ）とが共振して系統電源（１）の高調波電圧成分（Ｖｎ）が拡大した場合、等価抵抗（Ｒａ）がダンピング抵抗として作用し、結果として高調波電圧成分（Ｖｎ）を低減する。
【０００９】
この時、ＡＦ（３）をＡＦ接続点（Ｍ）から見た系統インピーダンス（Ｚｔ）と同位相の抵抗素子にすることが効果的であり、従って補償電流注入基準信号（Ｉａｒ）は系統インピーダンス（Ｚｔ）と高調波電圧成分（Ｖｎ）とで、Ｉａｒ＝Ｖｎ／Ｚｔより設定される。通常の系統では、系統インピーダンス（Ｚｔ）は常時変化し、それに応じてダンピング抵抗作用も変動する。そのため、上述したように、系統インピーダンス（Ｚｔ）の変動に追従してＡＦ（３）が最適なインピーダンスとして作用するようにニューラルネットワーク制御により補償電流注入基準信号（Ｉｒａ）を常時調整し、最適の補償電流（Ｉａ）を出力制御する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述の注入回路式ＡＦ（３）において、インバータ出力電流（Ｉｉ）に対する補償電流（Ｉａ）は次式（ハ）（ニ）で与えられる。
【００１１】
Ｉａ＝Ｋ・Ｉｉ…（ハ）、Ｋ＝Ｚｒ／（Ｚｔ＋Ｚｃ＋Ｚｒ）…（ニ）
｛但し、Ｋ：インバータ出力電流（Ｉｉ）に対する補償電流（Ｉａ）の分流率、Ｚｔ：ＡＦ接続点（Ｍ）から見た系統インピーダンス、Ｚｃ：注入回路部（５）のコンデンサ（Ｃ）のインピーダンス、Ｚｒ：注入回路部（５）のリアクトル（Ｒ）のインピーダンス｝
ここで、Ｚｔが容量性で、且つ、｜Ｚｔ＋Ｚｃ｜＞｜Ｚｒ｜の場合（例えば電源側インピーダンスと負荷側インピーダンスとが共振している場合）、インピーダンス（Ｚｔ＋Ｚｃ）及び（Ｚｒ）はそれぞれ負及び正で、（Ｚｔ＋Ｚｃ＋Ｚｒ）は負となり、分流率（Ｋ）も負となる。そのため、式（ハ）より指令値（Ｉｒ’）に対して補償電流（Ｉａ）の位相が反転し、正常な補償電流（Ｉａ）が得られず、補償効果が得られないという不具合が生じる。
【００１２】
例えば、ＡＦ接続点（Ｍ）を配電用変圧器の送り出し側とし、配電用変圧器のインピーダンス（Ｚｓ＝ｊ１７．４）と力率改善用コンデンサを含む負荷側インピーダンス（ＺL ＝−ｊ１４．５）とで共振により高調波拡大が発生しているとする。（但し、括弧内は７次調波に対するインピーダンスを示す。）
Ｚｔ＝（Ｚｓ・ＺL ）／（Ｚｓ＋ＺL ）＝−ｊ８７．０
Ｚｔ＋Ｚｃ＝−ｊ１０３．５、Ｚｒ＝ｊ７３．９
となって系統インピーダンス（Ｚｔ）が容量性で、｜Ｚｔ＋Ｚｃ｜＞｜Ｚｒ｜になる。ここで、Ｉｉ＝１（Ａ）とすると、
Ｉａ＝｛ｊ７３．９／（−ｊ１０３．５＋ｊ７３．９）｝×１≒−２．５（Ａ）
となって指令値（Ｉｒ’）に対して補償電流（Ｉａ）の位相が反転し、補償効果が得られない。
【００１３】
本発明の目的は、系統インピーダンス（Ｚｔ）が容量性で、且つ、｜Ｚｔ＋Ｚｃ｜＞｜Ｚｒ｜なる条件においても良好な補償効果が得られる注入回路式ＡＦの制御方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、コンデンサとリアクトルを直列接続して系統母線に接続された注入回路部と、上記注入回路部のコンデンサとリアクトルの接続点にインバータ出力電流を注入する高周波インバータと、上記母線電圧から検出された高調波電圧成分を入力とするニューラルネットワーク制御で構成された調整手段により系統変動に対し最適の補償電流を出力させるインバータ出力電流指令値を算出して上記インバータに入力する演算部とを有し、系統母線に補償電流を注入して高調波電圧歪みを補償・低減する注入回路式ＡＦを制御するにあたり、上記ニューラルネットワーク制御の教師信号を、
｜Ｉｄ｜＝｜｛（０−Ｖｎ）／（Ｋ・Ｚｔ）｝＋Ｉａｒ｜−｜Ｉａｒ｜
（但し、｜Ｉｄ｜：教師信号、Ｖｎ：ＡＦ接続点の高調波電圧成分、Ｉａｒ：補償電流注入基準信号、Ｋ：インバータ出力電流に対する補償電流の分流率、Ｚｔ：始動時のＡＦ接続点から見た系統インピーダンス）によって設定し、インバータ出力電流から補償電流への分流を考慮してニューラルネットワークを指令する。
【００１５】
上記構成によれば、本発明の教師信号は分流率（Ｋ）を加味することによりインバータ出力電流（Ｉｉ）から補償電流（Ｉａ）への分流を考慮してニューラルネットワークを学習指令し、補償電流注入基準信号（Ｉａｒ）を調整する。それによりインバータ出力電流（Ｉｉ）から補償電流（Ｉａ）への分流で指令値（Ｉｒ）に対し補償電流（Ｉａ）の位相反転が生じないようにインバータ出力電流（Ｉｉ）を制御する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係るＡＦの制御方法の実施の形態を図１を参照して次に説明する。本発明の特徴は、演算部（７）におけるニューラルネットワーク制御の教師信号を次式（ホ）によって設定することで、それに従って演算部（７）のプログラム内容を変更する。
｜Ｉｄ｜＝｜｛（０−Ｖｎ）／（Ｋ・Ｚｔ）｝＋Ｉａｒ｜−｜Ｉａｒ｜…（ホ）
［但し、｜Ｉｄ｜：教師信号、Ｖｎ：ＡＦ接続点（Ｍ）の高調波電圧成分、Ｉａｒ：補償電流注入基準信号、Ｋ：インバータ出力電流（Ｉｉ）に対する補償電流（Ｉａ）の分流率｛Ｋ＝Ｚｒ／（Ｚｔ＋Ｚｃ＋Ｚｒ）…（ニ）｝、Ｚｔ：始動時のＡＦ接続点（Ｍ）から見た系統インピーダンス、Ｚｃ：コンデンサ（Ｃ）のインピーダンス、Ｚｒ：リアクトル（Ｒ）のインピーダンス］
上記教師信号の式（ホ）によれば、分流率（Ｋ）によりインバータ出力電流（Ｉｉ）から補償電流（Ｉａ）への分流を考慮してニューラルネットワークを学習指令する。即ち、式（ホ）は分流率（Ｋ）を加味することによりインバータ出力電流（Ｉｉ）から補償電流（Ｉａ）への分流状態を考慮して補償電流注入基準信号（Ｉａｒ）を調整し、インバータ出力電流指令値（Ｉｒ）を出力する。結果としてインバータ出力電流（Ｉｉ）を介して所望の補償電流（Ｉａ）を直接出力制御出来る。
【００１７】
そこで、例えばＺｔが容量性、｜Ｚｔ＋Ｚｃ｜＞｜Ｚｒ｜で、分流率（Ｋ）が負となる場合、インバータ出力電流（Ｉｉ）がＡＦ接続点（Ｍ）を経て補償電流（Ｉａ）へ分流する際、インバータ出力電流指令値（Ｉｒ）に対し補償電流（Ｉａ）の位相反転が生じないようにニューラルネットワークを指令してインバータ出力電流（Ｉｉ）を出力制御出来、正常な補償効果が得られる。
【００１８】
一方、従来の教師信号の式（イ）はインバータ出力電流（Ｉｉ）から補償電流（Ｉａ）への分流を考慮せず、ニューラルネットワークを指令するため、インバータ出力電流（Ｉｉ）から補償電流（Ｉａ）への分流によって位相反転が生じる場合、それを回避出来ない。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、ニューラルネットワーク制御を有する注入回路式ＡＦの制御において、ニューラルネットワークの教師信号にインバータ出力電流に対する補償電流の分流率を加味することによりインバータ出力電流から補償電流への分流を考慮してニューラルネットワークを指令し、インバータ出力電流指令値を調整するようにしたから、ＡＦにおいてインバータ出力電流が補償電流へ分流する際、インバータ出力電流指令値に対して補償電流の位相反転が生じないようにインバータ出力電流を出力制御出来、正常な補償効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】注入回路式ＡＦの一般的な接続系統回路図。
【符号の説明】
２  系統母線
３  ＡＦ
４  負荷
５  注入回路部
６  高周波インバータ
７  演算部
Ｍ  ＡＦ接続点
Ｃ  コンデンサ
Ｒ  リアクトル
Ｎ  注入回路部のコンデンサとリアクトルの接続点
【図１】
0003818777.tif 000002