(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相の系統負荷電流を検出し、第１の３相／ｄｑ座標変換回路によりｄ軸電流，ｑ軸電流に変換したのちハイパスフィルタで高調波成分を抽出し、抽出した高調波成分を第１のｄｑ／３相変換回路を介して３相に変換した高周波電流と系統へ出力するインバータの出力電流とを比較し、その電流偏差がなくなるようにインバータを制御して高調波補償するものにおいて、
前記検出された負荷電流を３相／ｋω回転座標変換回路に導入し、この変換回路によって補償しようとする高調波電流の次数と電源角周波数との乗算値で回転する回転座標系により３相負荷電流を変換し、変換された負荷電流をローパスフィルタに出力して直流分を抽出し、この直流分をｋω／３相回転座標変換回路によって３相の補償しようとする次数の高調波電流に変換し、変換された高調波電流を電源角周波数で回転するｄｑ座標系に変換する第２の３相／ｄｑ座標変換回路に出力し、この変換回路によって変換された高調波電流の振幅と位相を振幅位相補正回路によって補正し、振幅位相補正後の高調波電流を第２のｄｑ／３相変換回路により振幅位相補正された３相の補償しようとする次数の高周波電流に変換し、変換された高周波電流を前記検出された負荷電流に逆極性に加算して前記第１の３相／ｄｑ座標変換回路の入力側に出力すると共に、前記第１のｄｑ／３相変換回路の出力と加算してインバータの出力電流と比較し、その電流偏差がなくなるようにインバータを制御することを特徴とした高調波補正方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電力系統の高調波を補償するアクティブフィルタ機能を有するアクティブフィルタやパワーラインコンデショナにおける高次高調波の補償に適した高調波補償方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３に従来のアクティブフィルタの回路構成を示す。図中、１０は高調波補償電力を系統に出力するインバータ、１２は電流検出器ＣＴ１で検出した負荷電流ｉLU〜ｉLWをｄｑ座標のｄ，ｑ軸電流ｉd，ｉqに変換する３相／ｄｑ座標変換回路、１３，１４はこのｄ，ｑ軸電流の交流分（高調波電流成分）〜ｉd，〜ｉqを抽出するハイパスフィルタ、１５はこのｄ，ｑ軸高調波電流成分を３相電流に変換するｄｑ／３相座標変換回路、３１はこの高調波電流と電流検出器ＣＴ２で検出したインバータ１０の出力電流との偏差を検出する減算器、３２はこの電流偏差をＰＩ演算し電流指令を出力する電流制御器、３３はこの電流指令を３角搬送波と比較してＰＷＭ制御信号に変換し、インバータ１０を制御するＰＷＭ制御回路である。この方式はＰＩコントローラによる電流制御、三角波比較によるＰＷＭ制御の例であるが、他にもヒステリシスコンパレータ方式，空間ベクトル方式の場合にも同様に適用できる。（ヒステリシスコンパレータ方式，空間ベクトル方式は電流制御部とＰＷＭ制御部が一緒になっている。）
電流検出器ＣＴ１によって検出された３相負荷電流ｉLU〜ｉLWと電源周波数ωで回転する回転座標系のｄ，ｑ軸の電流ｉd，ｉqとの関係は（１）式となる。
【０００３】
【数１】
0003798894.tif 000002
【０００４】
この電流ｉdは負荷電流の無効成分に、電流ｉqは有効成分となる。また、電流ｉd，ｉqの直流分は基本波電流成分に、交流分は高調波成分となる。
【０００５】
よって、図３のように電流ｉd，ｉqからハイパスフィルタ１３，１４によって交流分だけを検出し、この電流〜ｉd，〜ｉqを３相に変換し、電流制御により電圧形インバータから高調波電流を発生させ、系統に注入することにより、負荷電流に含まれる高調波電流を補償できる。これは一般に電力用アクティブフィルタの機能に相当する。
【０００６】
座標変換した電流ｉdの直流分（基本波無効成分）をローパスフィルタで抽出することにより無効電力の補償ができる。また、負荷電流を座標が逆回転する逆３相／ｄｑ座標変換回路で変換し、その変換した電流ｉd，ｉqの直流分（基本波逆相成分）をローパスフィルタで抽出すると逆相電力の補償ができる。上記アクティブフィルタの機能に加えて無効電力補償，逆相電力補償を行うものがパワーラインコンディショナの機能に相当する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
アクティブフィルタ，パワーラインコンデショナ等における高調波補償において、高次の高調波を補償する場合、制御周期、電流検出機器による電流検出の遅れ、電流制御の遅れにより十分な補償ができない。この対策として制御遅れ補償回路を付加する方式が考えられるが、微分動作となるため安定性に欠け、制御が困難となる。
【０００８】
この発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電力系統の高次高調波電流を遅れなく検出し振幅位相補正をして確実に補償することのできる高調波補償方式を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、３相の系統負荷電流を検出し、第１の３相／ｄｑ座標変換回路によりｄ軸電流，ｑ軸電流に変換したのちハイパスフィルタで高調波成分を抽出し、抽出した高調波成分を第１のｄｑ／３相変換回路を介して３相に変換した高周波電流と系統へ出力するインバータの出力電流とを比較し、その電流偏差がなくなるようにインバータを制御して高調波補償するものにおいて、
前記検出された負荷電流を３相／ｋω回転座標変換回路に導入し、この変換回路によって補償しようとする高調波電流の次数と電源角周波数との乗算値で回転する回転座標系により３相負荷電流を変換し、変換された負荷電流をローパスフィルタに出力して直流分を抽出し、この直流分をｋω／３相回転座標変換回路によって３相の補償しようとする次数の高調波電流に変換し、変換された高調波電流を電源角周波数で回転するｄｑ座標系に変換する第２の３相／ｄｑ座標変換回路に出力し、この変換回路によって変換された高調波電流の振幅と位相を振幅位相補正回路によって補正し、振幅位相補正後の高調波電流を第２のｄｑ／３相変換回路により振幅位相補正された３相の補償しようとする次数の高周波電流に変換し、変換された高周波電流を前記検出された負荷電流に逆極性に加算して前記第１の３相／ｄｑ座標変換回路の入力側に出力すると共に、前記第１のｄｑ／３相変換回路の出力と加算してインバータの出力電流と比較し、その電流偏差がなくなるようにインバータを制御することを特徴としたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１に実施の形態にかかるアクティブフィルタの回路構成を示す。
【００１３】
図１において、Ｓは系統３相交流電源、Ｌは系統負荷、１０はアクティブフィルタの補償電流を出力するインバータ、１１は電流検出器ＣＴ１で検出した負荷電流ｉLU〜ｉLWから後記するｋ次高調波振幅位相補正ブロック２１で検出され振幅位相補正されたｋ次高調波を引く減算器、１２〜１５は振幅位相補正を必要としない高調波を検出する高調波検出回路で、１２は減算器１１からのｋ次高調波が除去された負荷電流を電源周波数ωで回転するｄｑ座標系へ変換しｄ，ｑ軸電流ｉd，ｉqを得る３相／ｄｑ軸座標変換回路、１３，１４はこのｄ，ｑ軸電流の交流分（高調波電流成分）〜ｉd，〜ｉqを抽出するハイパスフィルタ、１５はこのｄ，ｑ軸高調波電流成分を３相電流に変換するｄｑ／３相座標変換回路。
【００１４】
２１（２２〜２９）は、ｋ次高調波振幅位相補正ブロックで、２２は上記ＣＴ１で検出した負荷電流を高調波次数ｋと回転角速度ωを掛けた値ｋωで回転するｄｑ座標系でｋ次高調波のみを直流分に変換する３相／ｋω回転座標変換回路、２３，２４はｋ次以外の高調波分を除去し、このｄ，ｑ軸電流の直流分ｉdk，ｉqkを抽出するローパスフィルタ、２５はこのｄ，ｑ軸の直流分−ｉdk，−ｉqkを（９）式の３相電流に変換するｋω／３相回転座標変換回路、２６はｋ次高調波成分の３相電流ｉka，ｉkb，ｉkcを電源周波数ωで回転するｄｑ座標系に変換する３相／ｄｑ座標変換回路、２７はこの変換されたｋ次高調波電流の振幅と位相に（１）式による補正を加える振幅位相補正回路、２８は振幅位相補正後のｄｑ軸ｋ次高調波成分〜ｉdk，〜ｉqkを３相電流に変換するｄｑ／３相座標変換回路、２９はｄｑ／３相座標変換回路路１５からの高調波に振幅位相補正回路２７で振幅位相補正され、更にｄｑ／３相座標変換回路２８で３相に変換されたｋ次高調波電流を加算する加算器。
【００１５】
３１は加算器２９からの高調波電流とＣＴ２で検出したインバータの出力電流との偏差を検出する減算器、３２はこの電流偏差をＰＩ演算し電流指令を出力する電流制御器、３３はこの電流指令を３角搬送波と比較してＰＷＭ制御信号に変換しインバータ１０を制御するＰＷＭ制御回路である。
【００１６】
上記ｋ次高調波振幅位相補正ブロック２１の動作を原理と共に説明する。
低次高調波の検出をハイパスフィルタを用いずに、この高調波の次数ｋと電源角周波数ωを掛けた値で回転する回転座標系に変換することによって検出する。
【００１７】
負荷電流ｉLU，ｉLV，ｉLWを（２）式のように定義する。
【００１８】
【数２】
0003798894.tif 000003
【００１９】
（２）式中のｎは整数であり、高調波の次数ｋを意味する。
負荷電流から第ｋ次高調波を検出、補償する場合を考える。
【００２０】
（２）式の負荷電流を高次高調波次数ｋと回転角速度ωを掛け合わせた値ｋωで回転する座標系へｄ，ｑ変換する。この場合の変換式は（３）式のように定義できる。
【００２１】
【数３】
0003798894.tif 000004
【００２２】
上式に（２）式を代入すると、
【００２３】
【数４】
0003798894.tif 000005
【００２４】
となる。ここで、高調波電流をｋωで回転す座標系へ変換した場合、高調波電流成分ｎ＝ｋ＋ｉ（ｉ＝０，±１，±２，±３…）の成分は（４）式（５）式より（６）式（７）式のようになる。
【００２５】
【数５】
0003798894.tif 000006
【００２６】
（６）式（７）式より、負荷電流中に含まれているｋ次高調波電流が直流値に、基本調波及びその他の次数の高調波電流は交流値になることがわかる。よって、３相／ｋω回転座標変換回路で変換した電流ｉd，ｉqの中からローパスフィルタ２３，２４により直流分だけを抽出すれば、（８）式に示すように系統電流中に含まれるｋ次高調波を検出することができる。高次高調波検出に微分動作となるハイパスフィルタを使用しないので、高精度に検出できる。
【００２７】
【数６】
0003798894.tif 000007
【００２８】
次に、（８）式を（９）式で座標変換し、更に（１０）式で座標変換すると、
【００２９】
【数７】
0003798894.tif 000008
【００３０】
ここで得られた電流〜ｉdk，〜ｉqkは角周波数３ｍω（ただしｋ＝３ｍ±１，ｍ＝整数）で回転する回転ベクトルとなる（図２参照）。
【００３１】
振幅補正係数をαm、位相補正係数をθmとすると、補正後の電流値〜ｉdk2，〜ｉqk2は（１１）式で求めることができる。
【００３２】
【数８】
0003798894.tif 000009
【００３３】
ｋω／３相回転座標変換回路２５はローパスフィルタ２３，２４からの直流分−ｉdk，−ｉqkを（９）式で３相の電流ｉka，ｉkb，ｉkcに変換して第ｋ次高調波を検出する。更に３相の電流ｉka，ｉkb，ｉkcを基本周波数ωで回転するｄｑ座標系に３相／ｄｑ座標変換回路２６で変換し、電流〜ｉdk，〜ｉqkを得る。
【００３４】
振幅位相補正回路２７は電流〜ｉdk，〜ｉqkを（１１）式でその振幅Ａと位相θを補正係数αmとθmで補正して〜ｉdk2，〜ｉqk2とし、これをｄｑ／３相座標変換回路２８で３相に変換して振幅位相補正を加えた第ｋ次高調波を出力する。
【００３５】
このように、補正係数により、制御周期、電流検出器による電流検出の遅れ、電流制御の遅れを補償することができる。この補償は回転ベクトル上で行うため、従来の遅れ補償のような微分動作は必要とせず、位相，振幅の独立した調整が可能である。
【００３６】
また、振幅補正係数、位相補正係数といったパラメータは制御回路の仕様から決定され、外部回路からは影響を受けない。
【００３７】
図１において、ｋ次高調波振幅位相補正ブロック２１を並列に複数設ければ、複数の高次高調波の検出と振幅位相補正を同時に行うことが可能となる。
【００３８】
【発明の効果】
この発明は、高調波成分を補正高調波のｋの次数と電源角周波数を掛けた値で回転するベクトルに変換し、このベクトル振幅と位相を補正するので、従来のハイパスフィルタによる微分動作方式よりも高精度で安定した高次高調波の補正ができる。
【００３９】
また、高次高調波の次数ｋの値の設定によって任意の高調波を振幅位相補償することができる。また、同時に複数の高調波の補正も可能である。
【００４０】
したがって、任意次数の高調波を制御遅れなく補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態にかかる電力用アクティブフィルタの回路構成図。
【図２】高次高調波電流の振幅位相補正を説明する回転ベクトル図。
【図３】従来例にかかる電力用アクティブフィルタの回路構成図。
【符号の説明】
１０…電力形インバータ
１２…３相／ｄq座標変換回路
１３，１４…ハイパスフィルタ
１５…ｄｑ／３相座標変換回路
２１…第ｋ次高調波振幅位相補正ブロック。
２２…３相／ｋω回転座標変換回路
２３，２４…ローパスフィルタ
２５…ｋω／３相回転座標変換回路。
２７…振幅位相補正回路
３２…電流制御回路
３３…ＰＷＭ制御回路。
【図１】
0003798894.tif 000010
【図２】
0003798894.tif 000011
【図３】
0003798894.tif 000012