第 203 号・2023 年 7 月

住友電工テクニカルレビュー

環境エネルギー

最近の高調波問題と対策について〜再エネ主力電源化を迎えて〜

Possible Harmonic Resonance Problems and Mitigation Proposals-Preparing for the age of renewable energy resources as major power generation-

田中康博

黒田和宏

太田一雄

Yasuhiro Tanaka

Kazuhiro Kuroda

植村浩之

荻原義也 *Hiroyuki Uemura

長崎則久

真山

修二

Norihisa Nagasaki

Yoshiya Ogihara

Shuji Mayama

Kazuo Ota

電力系統における電力品質は、供給される電圧の振幅・周波数が一定であること、三相電圧の各振幅が等しく位相差が120度であること、基本波周波数（50Hz/60Hz）のみで表される正弦波であること、そして電力供給が瞬時も途切れないことが理想であり、それぞれ規格で決められた指標で評価される。日新電機㈱は、電力品質改善に寄与する対策技術・機器の専門メーカとして、各種電力機器・システムを開発・製品化してきた。本稿では、電力品質の中でも「高調波問題と対策」に焦点をあて、再エネ主力電源化の進⾏によって懸念される、新たな高調波問題と対策について報告する。

In an electrical network, achieving optimal power quality entails maintaining a steady amplitude and frequency of thesupplied voltage, characterized by a sinusoidal waveform at 50/60Hz, while ensuring uninterrupted power supply. Nissin
Electric Co., Ltd., a leading manufacturer of power equipment, has been at the forefront of addressing power quality
issues. This paper aims to examine potential harmonic resonance challenges arising from the increasing penetration oflarge-capacity renewable energy resources in a power system, and propose mitigation measures.
キーワード：高調波、共振拡大、高調波フィルタ、風力発電、ケーブル系統

1.

緒

言

電力系統における電力品質は、供給される電圧の振幅・顕著になるたびに一般社団法人 電気学会、一般社団法人電気協同研究会などで調査研究がおこなわれてきた。

周波数が一定であること、三相電圧の各振幅が等しく位相再⽣可能エネルギー（再エネ）の主力電源化を迎え、新差が120度であること、基本波周波数（50Hz/60Hz）のみたな高調波問題の顕在化も懸念されることを以下の章構成で表される正弦波であること、そして電力供給が途切れなで説明する。

いことが理想である。

2.

高調波とは何か

これに対し、実際の電力系統では、接続される電力機器

3.

高調波電流の発⽣源と発⽣原理

や負荷機器の運転特性、⾃然災害などの影響を受けて、「電4.

高調波による障害事例力品質が低下する」状況が発⽣し、系統に接続される複数

5.

高調波抑制のための管理⽅法の機器の安定運転ができない状態につながることがある。

6.

再エネ、特にWF（Wind Farm）における高調波問題

そこで、電源供給側の管理目標値の考え⽅、品質に影響

7.

⼤容量 WF 設置により複雑化しつつある高調波問題する外乱の測定評価法、機器からの外乱発⽣量の許容限

これらを体系的に説明することにより、電力系統側、再度値、機器の外乱に対する耐量（安定運転のための限度

エネ電源側、連系設備（長距離ケーブル系の高調波フィル値）などが標準化されている。代表例として、ヨーロッパ

タ対策含む）製作側の間の迅速で正確な情報交換の実施をの低圧配電系統電圧の品質（EN 50160で指定）を表1に期待するものである。

示す（1）。
日新電機㈱は、電力用コンデンサ、分路リアクトル、SVC

2.

（静⽌型無効電力補償装置）、高調波フィルタ、瞬低・停電

高調波とは何か対策装置など、電力品質の改善に係る機器の製作や、その供給される電圧波形が理想とする正弦波形（50Hz/60Hz）

検討のための系統解析技術で産業の発展に貢献してきた。

より歪んでいるのは、高調波と呼ばれる基本波周波数の整

本稿では、電力品質の中の高調波を取り上げ、その問題数倍の周波数成分が重畳しているためで、主に以下の高調と対策を説明する。

波成分が含まれている。

高調波問題は、古くて新しいものであり、過去、問題が最近の高調波問題と対策について〜再エネ主力電源化を迎えて〜

57（1）住友電工テクニカルレビュー

第 203 号・2023 年 7 月

表1 ヨーロッパの低圧配電系統電圧の品質（EN50160）
連系系統

年間の99%
年間の1%

周波数変動

±1％以内
±6％以内

孤立系統

年間の95％
年間の5％

周波数変動

±2％以内
±6％以内

ゆっくりした変動（10分rms）

一週間の95％

電圧変動±10％以内

電圧変動

±5％以内

一週間の95％

P st＝1

P lt＝0.8

電圧ディップ

年間数十～千回

0.5秒以内電圧低下60%以内

瞬停

年間数回～数百回

その70％は1秒以下

停

電

年間10～50回

3分以上継続系統周波数（10秒平均）

電圧変動

フリッカ生じない速い変動
フリッカを生じる変動

電圧不平衡

逆相電圧値（10分rms）

一週間の95％

正相分の2％以内

電圧高調波（10分rms）

一週間の95％

各次調波は別表の値以下
総合電圧ひずみ率8％以内

電力線搬送信号

一日の95％以上

別図の大きさ以下

過渡過電圧

系統事故時
µs － ms

数秒程度以下、1.5kV程度
一般に6kV以下

異常電圧サージ

文献（1）中の第1-7表をもとに作成

3次調波：150Hz/180Hz、
5次調波：250Hz/300Hz、
7次調波：350Hz/420Hz・・・
つまり、歪んだ波形を周波数分析（フーリエ展開）することで各次調波成分に分解される。
例えば、矩形波をフーリエ展開すると、基本波振幅を100％として式（1）のように多項式であらわされ、複数の高調波次数成分に分解される。
100･sin(ω0･t) + 33･sin(3ω0･t)+ 20･sin(5ω0･t) + 14･sin(7ω0･t) + ............（1）ここで、
ω0＝2πf0f0＝50/60Hz

その逆の過程を基本波から7次調波までの合成で表したものが図1である。このように、定常的には歪波形は複数の高調波次数成分の重畳として表現される。
発電機の作り出す電圧が正弦波であっても、つながる電力機器、負荷機器の運転特性により、高調波電流が機器に流れた場合（機器が高調波電流を発⽣する、と表現する）、これによる線路や変圧器のインピーダンス電圧降下が⽣じ、

図1

式（1）の各次調波合成（重畳）波形歪んだ電圧波形が機器の接続点に現れる。
三相回路で多く問題になるのは、5次調波、7次調波といった⽐較的低次の高調波成分である。2次、4次といった3.

偶数次調波も存在するが、通常その⼤きさが問題になるこ

高調波電流の発生源と発生原理とは少ない。ただし、無負荷変圧器投入時の過⼤な励磁突高調波電流を発⽣する機器は、家電製品（TV、エアコ入電流には、過渡的な直流成分に加え、偶数次調波成分もン、冷蔵庫、充電器・・・）、直流電気鉄道の変電所の整流存在するため、過渡的な共振性過電圧や過電流の発⽣に注器、製鐵所の圧延設備（可変速駆動）など多種多様である。

意が必要である。

わずかながら、変圧器の定常時の励磁電流にも高調波成分が含まれる。
発電所から正弦波の電圧を送っても、これらの機器は基本波電流で仕事をするだけでなく、高調波電流というノイズ成分を出す。わかりやすいたとえ話として、多くの⽀流
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58（2）住友電工テクニカルレビュー

第 203 号・2023 年 7 月から集まった⽔が⼤きな川となり海に流れ混む⽔系のモデルがある。
各⽀流にはノイズ成分（高調波）を発⽣する不特定多数の機器がたくさんつながっており、浄化装置を備えて、⼤半を除去する需要家もあれば、少量と判断しそのまま流出させている需要家もある。流出したノイズ成分（高調波）の総和として、⽀流あるいは、⼤きな川、最終的に海（系統）のノイズ成分（高調波）のレベルが増加していくことになる。
高調波電流を発⽣する代表例として、高調波抑制対策技

図3 図2の整流回路の主要波形イメージ（平滑コンデンサあり、かつ平滑リアクトルなし）（3）
術指針（2）、
より、図2に示すインバータの三相全波整流回路部（ダイオードブリッジ、平滑コンデンサあり、かつ平滑リアクトルなし）から発⽣する高調波電流発⽣量（定格基本波電流に対する％値）の一部を表2に示す。のモデルとし、発⽣源を定電流源として、次数成分ごとに（3）独⽴した等価回路で計算される（2）、。

実際には、高調波電流にも三相間不平衡が存在し、一般負荷（動力機器、照明等）にも一部の高調波電流が分流するが、それらは単相等価回路上で力率を仮定した線形要素（5）（R － L）で表現して、解析することが一般的である（4）、。

4.

高調波による障害事例

負荷機器から発⽣した高調波電流は、流れやすい所に流れるため、インピーダンスの低い力率改善用コンデンサ設

図2 三相全波整流回路部（平滑コンデンサ付き、かつ平滑リアクトルなし）

備に多く流入して、コンデンサ設備内の直列リアクトルを過熱させたり、通過する途中の機器（変圧器など）に過熱あるいは騒音を発⽣させる問題が起きることがある。

表2 図2の整流器の高調波電流発生量（平滑コンデンサあり、かつ平滑リアクトルなし）
交流
リアクトル（%X） n＝5次

さらに、「共振」現象が起きると、高調波による過電圧や機器に対する過電流・過負荷などの事故を引き起こす。

In／基本波電流値（%）
7次

11次

13次

17次

19次

23次

25次

1.0

65.0

41.0

8.5

7.7

4.33.1

2.6

1.8

5.0

31.0

8.7

6.2

3.3

2.3

1.9

1.0

1.0

文献（3）のp.268をもとに作成

よく知られているのは、1994年3月24日の午後10時過ぎに、某科学教育施設の電気室で力率改善用コンデンサ設備の直列リアクトル（L ＝6％）に過剰な5次調波電流が流れ込み、直列リアクトルの焼損に至った事例である。
この事故は、某科学教育施設の設備や付近の特定機器から発⽣した高調波ではなく、不特定多数の機器から発⽣し

図2において、平滑コンデンサ電圧よりも交流電圧が高いた電流が系統に流れ込み、それが特定の機器（事故が発⽣期間に、パルス状の電流がコンデンサに流入してコンデンした力率改善用コンデンサ）に流入したためと考えられてサ電圧をピーク値まで充電する。それを過ぎるとコンデンいる（6）。

サが放電することで、電圧がゆっくりと下がっていくが、この事象は、「家電・汎用品高調波抑制対策ガイドライ

コンデンサ電圧が交流電圧よりも高ければ充電電流は流れン」、「高圧または特別高圧で受電する需要家の高調波抑制込まないため、図3のような交流入力電流となる。

対策ガイドライン」が1994年10月に通商産業省（現、経図3では、A 相－ B 相、A 相－ C 相のルートで A 相に充電済産業省）から通知される直前のタイミングで起きたこと電流が流れるため、半波で2つのパルス状電流波形となり、もあり、広く高調波対策の重要性を認識させるものとなっ「ウサギの⽿」波形とも呼ばれている。なお、表2は、図2た（2）。

において PWM インバータと電動機を等価抵抗 R で置き換えての高調波電流発⽣量の計算値である。

このように、特定の需要家（特定の発⽣源）からの高調波分流ではなく、不特定多数の機器から高調波電流が系統

このような特定機器からの高調波電流が系統側に流出すに注入された結果として、あたかも電力系統の背後に高調る計算は、電力系統側、需要家構内の機器（受電変圧器、波電圧源 En が存在すると等価表現して、高調波分流状態を力率改善用コンデンサ、高調波フィルタなど）を線形特性検討する場合も増えてきている。
最近の高調波問題と対策について〜再エネ主力電源化を迎えて〜

59（3）住友電工テクニカルレビュー

第 203 号・2023 年 7 月

図4にて、低いインピーダンスとなる回路ルートに高調り共振角周波数ω’が求められる。

波電流が流れ込むことを説明する。

ω’= 1/ √ LC ...........................................................（4）ここで、
ω’＝ 2πf’f’＝共振周波数

高調波拡⼤率｜ Vn/En ｜は、図4（b）において、次数 nにおけるグラフ①とグラフ②の⽐率に相当する。Zcn にインピーダンス Zfn の高調波フィルタを並列に接続することで、式（3）の低減、すなわち図4（b）に示す高調波拡⼤率を低減できることがわかる。

5.

高調波抑制のための管理方法

高調波対策もノイズ対策と同様に、①発⽣させない、②伝えない（系統に流出させない）、③機器の耐量を高くする（体力をつける）、という3つの⽅法が ある。
①と②は、家電製品・汎用品など個別機器からの発⽣量を抑制する「家電・汎用品高調波抑制対策ガイドライン」、あるいは、それ以外の機器を対象に定められた「高圧または特別高圧で受電する需要家の高調波抑制対策ガイドライン」を、機器メーカ、需要家がそれを遵守することに対応する。後者のガイドラインに対して実⾏するための具体的な技術指針（JEAG9702- 1995）が産業界に示された。需要家の契約電力相当値 kW ベースで、mA/kW の（2）形で各次高調波電流（単位 mA）の系統への流出上限値を
図4

高調波拡大現象の説明図抑制するために、パワエレ機器からの発⽣量を低減する⽅法（多相化、PWM 化、リアクトル挿入）や流出量を低減する⽅法（受動型フィルタ・能動型フィルタ対策など）の原理と運用法が示されている。なお、現在の技術指針最新

図4（a）において、系統側インピーダンス Zsn と需要家版は、平成30年11月に改訂されたものである（3）。また、側インピーダンス Zcn で決まる共振周波数（次数）が高調JIS C 61000-3-2（2003）「電磁両立性－第3-2部：限度

波電圧源の次数 n と一致すると、式（2）において、Zsn ＋値－高調波電流発生限度値（1相当たりの入力電流が20AZcn ≒ 0となり、共振次数 n の電流が需要家側に集中して以下の機器）」の制定に伴い、平成16年（2004年）に「家流れるとともに、高調波電圧 Vn が拡⼤して、接続機器に電・汎用品高調波抑制対策ガイドライン」が廃止され、ガ障害を起こすことになる。図4（b）は7次調波共振の例でイドラインにおいては JIS C 61000-3-2を引用することとある。

なった（3）。
ここで、受動型高調波フィルタ（以下、高調波フィルタ）

Vn/En = Zcn/(Zsn + Zcn)
= (Zsn//Zcn) / Zsn................................（2）の構成と特性について、基本的な説明を⾏う。高調波フィルタには多くの回路構成があるが、図5に示す3タイプが代表例として知られている。

ここで、Zsn//Zcn は、式（3）で表すとおり、Zsn 要素と Zcn 要素の並列インピーダンスを意味している。
Zsn//Zcn = Zsn × Zcn/(Zsn + Zcn) ............（3）

以下の説明は、特定の高調波発⽣源（整流器など）があり、その対策として近傍にフィルタを設置して、高調波電流をフィルタに分流させる（系統流出電流値をガイドライン上限値以下に抑制する）ことを想定している。
高調波フィルタには、特定の高調波次数を対象とした単系統側を変圧器・送電線などの誘導性インピーダンス、一同調フィルタと、特定の高調波次数よりも高い領域を広需要家側をコンデンサ負荷による容量性インピーダンスの（7）く対象としたハイパスフィルタがある（4）、。以降に、各ように単純化して表現すると、フィルタの構成を簡単に記載する。

Zsn = j･ ω’
L、Zcn= － j･1/ω’
C となるので、式（4）よ最近の高調波問題と対策について〜再エネ主力電源化を迎えて〜

60（4）住友電工テクニカルレビュー

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これは、フィルタの基本波進相容量を⼤きくする、または、リアクトルの損失を小さく（Q を⼤きく）することによって可能である。しかし、Q を過剰に⼤きくした場合、同調ずれδにより、高調波吸収効果が急減すること、およびフィルタの流入電流増⼤による過負荷をもたらすことに注意が必要である。同調ずれの要因としては、系統の周波数変動、機器の製作誤差、機器パラメータの温度による変化がある。
図6は、単一同調フィルタ特性の式（6）を一般化した変数、
すなわち、横軸を Q･δ、縦軸を絶対値｜Z｜/R で表現したも
図5

主な高調波フィルタの構成のである（7）。
（b）ハイパスフィルタ
設定した周波数（高調波次数）以上の広い周波数領域で低い抵抗性のインピーダンスを持つ。L と R の並列回路と C（a）単一同調フィルタの直列構成となる。
ハイパスフィルタのインピーダンスは、式（7）で表現さ設定した周波数（高調波次数）に対して、系統インピーダンスよりも十分低いフィルタインピーダンスとなるようれる。に、L － C － R 直列回路として構成する。角周波数ωとインピーダンス Z の関係式は式（5）となる。
Z = R + j･( ωL －1/ωC)

Z = 1/jωC + 1/(1/R + 1/jωL).......................................（5）..........................（7）図7はハイパスフィルタ特性として、式（7）を一般化した変数、すなわち、横軸をω/ω’、縦軸を｜Z/Z’｜で表現

同調角周波数ω’を中⼼として、その前後の周波数に対すしたものである。

るインピーダンス近似を⾏うと、式（6）のように表される。
Z ≒ R(1 + j･2･Q･δ)=｜Z’｜(1/Q + j･2･δ)..................................（6）(1+4(Q･δ) )｜Z｜≒ R2

ここで、ω’= 1/ √LCω’からの同調ずれ δ = ( ω－ω’)/ ω
固有インピーダンス
共振の鋭さ

｜Z’
｜ = ω’
L = 1/ ω’C

Q = ω’
L/R = ｜Z’｜/R

式（6）より、｜Z’｜を小さくするか、または、Qを⼤きくすれば、フィルタインピーダンスは低くなることがわかる。
図7

ハイパスフィルタのインピーダンス特性
文献（7）中の図6-2-12を一部編集

図7は、同調角周波数ω’において、最小となるインピーダンスを示し、γの値によって低いインピーダンスとなる周波数帯域が決まる。
γは共振の鋭さであり、単一同調フィルタと逆の表現、
すなわち、γ＝ R/ω’L となる。γ＝1〜5程度に選定され、同調角周波数ω’付近でも同調ずれによる影響は小さい。
γ＝1に設定すると理想的な低インピーダンス（抵抗性）
図6

単一同調フィルタのインピーダンス特性
文献（7）中の図6-2-11を一部編集となるが、基本波成分の流入も含めた抵抗器での損失が非常に⼤きくなる。
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61（5）住友電工テクニカルレビュー

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一般には、単一同調フィルタとハイパスフィルタを組合共振次数 n ＝（短絡容量（MVA）／充電容量（MVA）） ...（8）わせて用いられる。高調波発⽣量の多い低次調波を各次数の単一同調フィルタで分担し、高次高調波全体の吸収を目電力系統（発電機、送電線、変圧器）をインダクタンス、的としてハイパスフィルタで分担する構成である。

地中ケーブルをキャパシタンスとおき、単純な等価回路で（c）C-Type フィルタ（ハイパスフィルタ）

表わすことにより、基本波、5次調波、7次調波電圧の変化

C-Type フィルタは、高調波インピーダンス特性がハイを図8で説明する。

パスフィルタ特性とほぼ同じである。
基本波電流による抵抗器での損失を防⽌するために、図5（c）に示すように抵抗器と並列に L － C2の基本波共振回路を設けたものである。図5（b）ハイパスフィルタと同様に、同調角周波数ω’以下では抵抗器によるダンピング効果は期待できないが、ω’よりも高い周波数成分に対してダンピング効果を示す。5次程度以下の同調周波数が必要な場合に、C-Type フィルタがしばしば採用されている（8）。
これは、電力系統のインピーダンス変化に対応するための低インピーダンス特性と基本波成分を含めた抵抗器の損失低減を両⽴するためと考えられる。

6.

再エネ、特に WF（Wind Farm）における高調波問題

再エネ（太陽光発電、風力発電※）の多くは、電力用変換器を介して系統と接続（連系）されるため、電力用変換器の瞬時電流制御により、ほとんど歪のない電流が系統に注入されると考えられる。
※最近の⼤容量 WF では、二次励磁型誘導発電機（DFIG）

図8

各自調波電圧に分解して説明するイメージ図⽅式（誘導発電機二次巻線と系統の間に Back-ToBack 接続の電力用変換器が入る）の風⾞と、フルコンバータ同期発電機⽅式（同期発電機出力と系統の間に図8は、風⾞側が開放されている条件での説明であり、Back-To-Back 接続の電力用変換器が入る）の風⾞が（a）系統側の基本波インピーダンス＝ j･5％（誘導性）、ケー主流であると考えられる。

ブルの対地インピーダンス＝－ j･250％（容量性）となお、電力用変換器の電流制御系の応答周波数領域やスイッチング周波数が式（2）の共振次数に近づくと、電力用している。％値は100MVA ベースである。
また、系統背後電圧は、基本波＝100％、5次調波電圧変換器特性を含んだ高調波拡⼤現象が発⽣するといわれている（9）。こういった現象の解析は、単純な固定の電流源や＝1％、7次調波電圧＝0.5％と設定している（図8（a））。

電圧源モデルは使えず、対策検討も含めて風⾞メーカ側の（b）基本波電圧の拡⼤
系統とケーブルの接続点の基本波電圧は検討領域となる。
以降では、これら再エネ電源の内、⼤容量ウィンドファー

V1 ＝ 100％ ×（－ j･250) / (j･5－ j･250) ≒ 102％ム（WF）が長距離ケーブルで系統連系される場合を扱う。となる。電圧が2％上昇することを意味し、抑制するため

具体的には、風⾞⾃⾝が発⽣する高調波ではなく、⼤容量には、分路リアクトルを設ける必要がある（図8（b））。

WF が長距離ケーブルで系統連系されるときの、系統背後（c）5次調波電圧の変化
系統とケーブルの接続点の5次調波電圧はに等価的に存在する高調波電圧を共振拡⼤させる現象につV5 ＝ 1％ × ( － j･50) / (j･25－ j･50) ＝ 2％

いての説明である。
WF がケーブルを介して系統と連系される場合には、となる。系統背後の5次調波電圧 E5を2倍に拡⼤すること

図4で示したように連系点から上位系を眺めたインピーダになる（図8（c））。

ンス（あるいは短絡容量）とケーブルの対地インピーダン（d）7次調波電圧の変化
系統とケーブルの接続点の7次調波電圧はス（あるいは充電容量 Qc）によって、低次高調波で共振

V7 ＝ 0.5％ × ( － j･35.7) / (j･35－ j･35.7) ≒ 26％

条件が成⽴することがある。共振次数の簡略算定式として
式（8）が良く知られている。

（10）、（11）となる。実際には回路抵抗や負荷が存在するので、V7は26％よりも小さくなるが、共振拡⼤による電力機器への影
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62（6）住友電工テクニカルレビュー

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響が懸念される（図8（d））。

（1）ケーブル a だけの場合は、高調波は拡⼤しないため以上の簡略計算でもわかるように、以下の特性が変化する（系統背後の8次調波成分は非常に小さい）、フィルと、ケーブルと系統の接続点での高調波電圧値が変化し、タ対策不要である。

フィルタ効果も変化することが予想される。

（2）ケーブル b の事業者は、ケーブル a の情報を持たな

ⅰ）系統側の高調波インピーダンス特性

いと、高調波は拡⼤しないと判断しフィルタ対策をⅱ）ケ ーブルも含む WF 側の高調波インピーダンス実施しない。

特性（3）ケーブル a とケーブル b が接続された時点で、7次調ⅲ）系統背後に想定している高調波電圧値波共振が発⽣し、変電所接続点での V7が拡⼤し、i ）では、系統構成・並列発電機数、調相設備の投入状態3％を超過する。よって、7次調波フィルタが必要にの変化、ii）では、同一接続点でのケーブルによる WF 連系の増加や、接続点付近の負荷（ダンピング効果が期待されなる。
7－2 高調波共振周波数の変化による高調波対策効果の変化
図10では、短絡容量2000MVA の系統に、充電容量がる）の変化、iii）では、家電・産業機器などのパワエレ機器の増加が、それぞれ対応する。

40〜80MVA 相当の⾃営線（ケーブル）がつながる場合を説明している。

7.

大容量 WF 設置により複雑化しつつある
高調波問題

WF の建設は風況の良い地域に集中するため、複数の WFが電力系統の同一変電所⺟線に接続、または電気的に近接して接続される状況が発⽣すると推測される。
また、近年の⾃営線で連系する⼤容量 WF では、雷害・積雪対策や運転開始までの⾒通しの容易さから、高電圧（66〜154kV クラス）で長距離（30〜50km）のケーブルによる連系案件が増加していくと考えられる。
このような長距離ケーブルを伴う風力発電所が、同一の変電所⺟線、または電気的に近接して接続される場合には、以降に示す高調波問題が発⽣する可能性がある。その対策・運用については個別の WF プロジェクトごとではな
く、関係者が課題を共有し合理的に検討する必要がある。
7－1

高調波共振現象による高調波電圧の拡大

図9では、短絡容量2000MVA の系統に、充電容量が10

図10WF ケーブル連系の増加による高調波フィルタ効果の変化〜30MVA 相当の⾃営線（ケーブル）がつながる場合を説明している。
（1）ケーブル c だけの場合は、7次調波で共振拡⼤するので7次調波対策が必要であり、7次調波フィルタを設置する。
（2）ケーブル d の事業者は、ケーブル c の情報を持たな
いと、ケーブル c と同様に7次調波対策が必要と判断して、7次調波フィルタを設置する。
（3）ケーブル c とケーブル d が系統に接続された時点で、5次調波共振が発⽣し、変電所接続点の V5が拡⼤して3％を超過する。よって、5次調波フィルタが必要になる。
以上の説明は、課題をわかりやすく示すためのものである。実際には系統に7次調波フィルタを設置する場合には、その低次側、つまり5次調波での拡⼤を避けるために5次調波フィルタも併せて設置している。
図9

WF ケーブル連系の増加による高調波共振の発生

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63（7）住友電工テクニカルレビュー
7－3

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高調波フィルタ対策の留意点

主にコンデンサとリアクトル、抵抗器で構成される受動型フィルタは、設計・使用に際して、いくつかの留意点がWF 検討段階から、電力系統、WF 連系システムなどの関係者間で情報交換を密とし、将来計画も⾒据えて合理的な（13）
高調波対策の検討を進めていくことが望まれる（7）、。

指摘されている。
（7）
これらの留意点について、文献（2）、をもとに若⼲の編集を加え、以下に整理する。
①同調周波数よりも低次側は、容量性のリアクタンスとみなせるので、系統側と新たな共振周波数を作り出し、フィルタ⾃⾝が過負荷になる場合がある。
ただし、存在する共振周波数の高調波成分が小さければ、問題にはならない。
②6章で述べたように、周囲の電気回路条件の影響を受けるため、事前情報をもとに十分なシミュレーション（系統解析）が必要である。
また、条件変化に対して設計裕度を確保しておく必要がある。
③フィルタは、進みの無効電力設備としてふるまうため、分路リアクトルを設けて無効電力を打ち消す場合もある。逆に、フィルタの力率改善効果を活用する場合もある。
④高調波フィルタ設備（リアクトル）から発⽣する騒音への対策が必要となる場合がある。
⑤高調波フィルタ設備の保守停⽌時の代替対策を考慮しておく必要がある。

8.

結

言

前半では、特定の負荷から発⽣する高調波に関して一般

参 考 文 献（1）	
「電力品質に関する動向と将来展望」、電気協同研究第55巻第3号、p.10（平成12年1月、2000年）（2）	日本電気協会、「高調波抑制対策技術指針」、JEAG 9702-1995（平成7年6月、1995年）（3）	日本電気協会、「高調波抑制対策技術指針」、JEAG 9702-2018（2019年5月）（4）	山⼝、「電力系統の高調波とその対策」、電学誌95巻4号、pp.19-26（1975年）（5）	室⾕、「Ⅵ. 高調波計算」、電学誌100巻1号、pp.25-28（1980年）（6）	中部電気管理技術者協会、「協会の窓」2021年春号、pp.21-22（7）	高調波対策専門委員会、「電力系統における高調波とその対策」、電気協同研究第46巻第2号、pp.62-64、p.164（1990年）（8）	WG B3.26,“Guidelines for the design and Construction of
AC Offshore Substations for Wind Power Plant,”CIGRE, pp.6165（2011年11月）（9）	Christoph Buchhagen, et.al,“BorWin1 － First Experiences withharmonic interactions in converter dominated grids,”International
ETG Congress, VDE（2019年11月17-18日）（10）	WG C4.502,“Power System Technical Performance IssuesRelated to the Application of Long HVAC Cable“s,”CIGRE, p.23
（2013年10月）（11）	M. ValEscudero, et.al,“TECHINICAL CHALLENGES ASSOCIATED
WITH THE INTEGRATION OF LONG HVAC CABLES AND
INVERTER BASED RENEWABLE GENERATION IN WEAK
TRANSMISSION NETWORKS・・・Irish Experiences,”CIGRE,
C4-110 2018（12）	雪平、「電圧歪を中⼼とした電力品質の統計分析結果」、電力中央研究所研究報告 R07006（平成20年5月、2008年）（13）	田中 他、「持続的な成長を⽀えるスマート電力供給システム（SPSS）」、
日新電機技報 Vol.66、No.2、pp.54-56（2021年11月）

的な説明を⾏い、後半では、不特定多数の高調波発⽣源から系統に注入された結果として電気的に発⽣源がどう⾒えているか、さらにはそれが再エネ連系、特に⼤容量 WF 連系システムにどのような影響を及ぼすかを単純化した等価回路で説明した。
研究報告（12）によると、8年間の年度実績推移から、少な
くとも超高圧系統と商業地域の6.6kV 配電系統で総合電圧歪が減少していること、1994年に制定された高調波抑制対策ガイドライン、翌年に制定された高調波抑制対策技術指針などによる高調波の低減効果が確実に現れていることが報告されている。
一⽅で、⼤容量 WF を連系するケーブル系統の導入は今後ますます進んでいくと予想され、電力系統との間で高調波共振問題の発⽣が懸念される。この問題は、WF 導入拡⼤とともに、様相が複雑に変化していく可能性を秘めている。
WF 運転開始後に高調波対策の追加が必要となった場合、既存のフィルタ設備の過負荷、追加するフィルタ設備の設置スペースの確保や、分路リアクトル追加による電流ゼロミス現象（過渡時に交流電流波形がゼロ点を横切らない状態が続くこと）などの系統対策の変化により、WF 連系システム全体に影響を及ぼすことが想定される。よって、最近の高調波問題と対策について〜再エネ主力電源化を迎えて〜

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第 203 号・2023 年 7 月

執 筆 者 ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー
田中康 博 ：日新電機㈱室長植村浩 之 ：日新電機㈱参与

長崎則 久 ：特別フェロー
日新電機㈱ 部長

黒田

和 宏 ：日新電機㈱荻原義 也 ＊ ：特別フェロー
日新電機㈱ 所長

真山

修 二 ：電力プロジェクト事業部

太田一 雄 ：電線・エネルギー事業本部

副所長

技師長

技師長ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー＊主執筆者

出典元：田中康博 他、「最近の高調波問題と対策について～再エネ主力電源化を迎えて～」日新電機技報 Vol.68、No.1、pp.33-42（2023年5月）

最近の高調波問題と対策について〜再エネ主力電源化を迎えて〜

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