JP2000354361A - Active filter - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電力系統の高調波
負荷などから発生する高調波電流を除去するアクティブ
フィルタに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an active filter for removing a harmonic current generated from a harmonic load of an electric power system.
【０００２】[0002]
【従来の技術】アクティブフィルタは、電力系統と高調
波負荷との間に設置され、電力系統の代わりに高調波電
流を供給することにより、電力系統に高調波電流が発生
するのを抑制する。2. Description of the Related Art An active filter is installed between a power system and a harmonic load, and suppresses generation of a harmonic current in the power system by supplying a harmonic current instead of the power system.
【０００３】従来のアクティブフィルタの構成は、図２
に示すように、系統電源１から各種負荷２に電力供給す
るにおいて、負荷２に整流器などの高調波電流発生機器
が含まれる場合に高調波電流が発生するのを、アクティ
ブフィルタ（ＡＦ）３が負荷電流を検出し、この負荷電
流に含まれる高調波電流の逆極性の補償電流を電源ライ
ンに供給することで電力系統に高調波電流が発生するの
を抑制する。The configuration of a conventional active filter is shown in FIG.
As shown in (1), when power is supplied from the system power supply 1 to the various loads 2, when the load 2 includes a harmonic current generating device such as a rectifier, the active filter (AF) 3 By detecting a load current and supplying a compensation current having a polarity opposite to that of the harmonic current included in the load current to the power supply line, generation of a harmonic current in the power system is suppressed.
【０００４】図示のアクティブフィルタ３は、ＩＧＢＴ
を半導体スイッチとする高周波インバータＩＮＶをアク
ティブフィルタ本体とし、この交流側に交流リアクトル
ＡＣＬを設け、直流側に直流電源としてのコンデンサＣ
０を設け、制御回路ＣＯＮでは系統の負荷電流に含まれ
る高調波電流の検出信号に応じてインバータＩＮＶのゲ
ート制御でその入出力電流を制御し、インバータＩＮＶ
から系統には高調波電流を抑制する補償電流を供給す
る。[0004] The active filter 3 shown in FIG.
Is a semiconductor switch, a high-frequency inverter INV is an active filter main body, an AC reactor ACL is provided on the AC side, and a capacitor C as a DC power supply is provided on the DC side.
0, the control circuit CON controls the input / output current of the inverter INV by the gate control of the inverter INV according to the detection signal of the harmonic current included in the load current of the system.
Supplies a compensation current for suppressing the harmonic current to the system.
【０００５】ここで、負荷２が発生する高調波電流は、
負荷の整流回路や順変換回路等の構成が単相、３相、さ
らには多重化した６相、１２相、２４相などによって異
なり、ｎ相構成では６ｎ±１、１２ｎ±１、２４ｎ±
１、…のようになる。すなわち、５、７、１１、１３、
…、２３、２５、…、３５、３７、…という次数の高調
波が発生する。Here, the harmonic current generated by the load 2 is
The configuration of the load rectifier circuit, the forward conversion circuit, and the like differs depending on single-phase, three-phase, and multiplexed six-phase, twelve-phase, twenty-four-phase, and the like. In the n-phase configuration, 6n ± 1, 12n ± 1, and 24n ±
It looks like 1, ... That is, 5, 7, 11, 13,
, 23, 25,..., 35, 37,.
【０００６】このような高い次数まで発生する高調波電
流に対し、一般には、第５次、第７次、第１１次、第１
３次程度の高調波を抑制すればよいとされ、アクティブ
フィルタ３では第１７次、第１９次程度までの高調波抑
制機能をもつよう設計される。そして、これ以上の高次
の高調波の抑制には、それらが比較的小電流になること
もあって、アクティブフィルタ３の交流側に小さな容量
のコンデンサＣｈを並列に設け、このコンデンサによっ
て高次高調波を抑制するようにしている。[0006] Generally, the fifth, seventh, eleventh, and first harmonics are generated with respect to the harmonic current generated to such a high order.
It is sufficient to suppress the third harmonic, and the active filter 3 is designed to have a function of suppressing the 17th and 19th harmonics. In order to suppress higher-order harmonics, a small-capacity capacitor Ch is provided in parallel on the AC side of the active filter 3 because the current becomes relatively small. Harmonics are suppressed.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】従来のアクティブフィ
ルタは、高調波負荷が比較的小さい容量の場合には適切
な高調波抑制装置になる。しかし、高調波負荷が数千キ
ロワットを越える大容量のものでは、第２３次以上の高
調波発生量も大きくなり、従来のアクティブフィルタで
は対応できなくなる。The conventional active filter becomes an appropriate harmonic suppression device when the harmonic load has a relatively small capacity. However, in the case of a large-capacity harmonic load exceeding several thousand kilowatts, the amount of harmonics of the 23rd or higher order also becomes large and cannot be handled by the conventional active filter.
【０００８】この問題に対しては、図３に示すように、
アクティブフィルタ３の他に、高次ハイパスフィルタ４
を併設し、低次の高調波にはアクティブフィルタ３で補
償し、第２３次〜第３７次等の高次の高調波にはハイパ
スフィルタ４で補償する方法が考えられる。To solve this problem, as shown in FIG.
In addition to the active filter 3, a high-order high-pass filter 4
It is conceivable that low order harmonics are compensated by the active filter 3 and high order harmonics such as the 23rd to 37th order are compensated by the high pass filter 4.
【０００９】しかしながら、ハイパスフィルタ４をアク
ティブフィルタ３に併設する構成では、ハイパスフィル
タ４が吸収する対象次数よりも低次側の高調波におい
て、ハイパスフィルタ４を構成するＬ（リアクトル）、
Ｃ（コンデンサ）と負荷２がもつインピーダンス要素と
の間で共振現象が起きることがあり、負荷２が発生する
低次高調波電流よりも数倍から十数倍の高調波電流が発
生してしまい、これに伴いアクティブフィルタが補償す
る高調波電流も増大してしまう。However, in the configuration in which the high-pass filter 4 is provided along with the active filter 3, L (reactor), which constitutes the high-pass filter 4 at higher harmonics lower than the target order absorbed by the high-pass filter 4, is used.
A resonance phenomenon may occur between C (capacitor) and the impedance element of the load 2, and a harmonic current several to ten and several times higher than the low-order harmonic current generated by the load 2 is generated. Accordingly, the harmonic current compensated by the active filter also increases.
【００１０】例えば、下記の表１は、負荷２として、第
４〜第７の負荷がそれぞれ発生する第５次〜第２５次の
高調波電流と、アクティブフィルタが補償すべき次数別
の補償電流及びハイパスフィルタを設けた場合の流出電
流を示す。For example, Table 1 below shows, as the load 2, the fifth to 25th harmonic currents generated by the fourth to seventh loads, respectively, and the compensation current for each order to be compensated by the active filter. And the outflow current when a high-pass filter is provided.
【００１１】[0011]
【表１】 [Table 1]
【００１２】この表から明らかなように、ハイパスフィ
ルタを設けた場合、第２３次、第２５次の高調波電流は
抑制できるが、逆に第５次及び第７次の高調波電流が増
大してしまう。As apparent from this table, when the high-pass filter is provided, the 23rd and 25th harmonic currents can be suppressed, but the 5th and 7th harmonic currents increase. Would.
【００１３】この対策として、高調波電流が増大する次
数に合わせて、低次のローパスフィルタを併設すること
もあるが、多数のハイパスフィルタとローパスフィルタ
を併設した装置構成になり、多数のフィルタ設備が必要
となる。As a countermeasure, a low-order low-pass filter may be provided in accordance with the order in which the harmonic current increases. However, a large number of high-pass filters and a low-pass filter are provided, and a large number of filter facilities are provided. Is required.
【００１４】また、ハイパスフィルタを系統母線に直接
接続すると、ハイパスフィルタ４には電源１側からの高
調波電流も発生し、ハイパスフィルタ４には余分な電流
容量を持たせなければならない。これには、図３中に示
すように、負荷２の入力トランスを介した位置にハイパ
スフィルタ４Ａを設けることにより、トランスのインピ
ーダンスにより電源側からの高調波電流の発生をブロッ
クできる。しかし、この場合には、ハイパスフィルタ４
Ａを多数の負荷２に個別に、しかも負荷２の特性に応じ
たものを設けなければならず、さらにはローパスフィル
タも負荷別に設けなければならなくなり、膨大なフィル
タ設備が必要となってくる。When the high-pass filter is directly connected to the system bus, a high-frequency current from the power supply 1 is also generated in the high-pass filter 4, and the high-pass filter 4 must have an extra current capacity. For this purpose, as shown in FIG. 3, by providing the high-pass filter 4A at a position via the input transformer of the load 2, generation of harmonic current from the power supply side can be blocked by the impedance of the transformer. However, in this case, the high-pass filter 4
A must be provided individually for a large number of loads 2 and further according to the characteristics of the loads 2, and a low-pass filter must also be provided for each load, which requires an enormous amount of filter equipment.
【００１５】上記のハイパスフィルタの併設方式とは別
の高次高調波抑制方式として、アクティブフィルタ３の
高周波インバータＩＮＶに使用されるＩＧＢＴ素子のス
イッチング周波数を上げ、アクティブフィルタ３で補償
できる高周波次数を高めるものがある。As a high-order harmonic suppression system different from the above-described high-pass filter side-by-side system, the switching frequency of the IGBT element used in the high-frequency inverter INV of the active filter 3 is increased, and the high-frequency order that can be compensated by the active filter 3 There is something to enhance.
【００１６】この方式では、例えば、５０ＨZ系統での
第２３次高調波の周波数は１１５０ＨZ、第３７次高調
波の周波数は１８５０ＨZになり、このような高い周波
数に応動させようとするインバータＩＮＶは、その約１
０倍〜２０倍のスイッチング周波数（１０ＫＨZ〜４０
ＫＨZ）が必要となり、ＩＧＢＴにはそのスイッチング
速度の高い素子が必要となるし、そのスイッチングロス
が極めて高くなり、高価で電力変換効率の悪いアクティ
ブフィルタになってしまう。The inverter in this manner, for example, 50H frequency of the 23rd harmonic of the Z lines 1150H Z, the frequency of the 37th harmonic becomes 1850H Z, attempts to response to such a high frequency INV is about 1
0 to 20 times of the switching frequency (10KH Z ~40
KH Z ) is required, and an IGBT requires an element having a high switching speed, and its switching loss becomes extremely high, resulting in an expensive active filter with poor power conversion efficiency.
【００１７】本発明の目的は、フィルタ設備による不要
な現象や設備の複雑化を招くことなく、比較的低コスト
で電力変換効率を高めながら、低次から高次までの広い
周波数帯域で高調波電流を補償できるアクティブフィル
タを提供することにある。An object of the present invention is to increase the power conversion efficiency at a relatively low cost without causing unnecessary phenomena and complication of the filter equipment, and to increase the harmonics in a wide frequency band from low to high. An object of the present invention is to provide an active filter capable of compensating a current.
【００１８】[0018]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するため、低次用アクティブフィルタと高次用アク
ティブフィルタを併設し、低次用アクティブフィルタで
は従来のそれと同様に第５次〜第１３次などの低次の高
調波電流を補償し、高次用アクティブフィルタでは従来
のハイパスフィルタで補償する第１７次〜第２５次など
の高次の高調波電流を補償するようにしたもので、以下
の構成を特徴とする。According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, a low-order active filter and a high-order active filter are provided side by side. Higher order active current filters compensate for low order harmonic currents such as the 17th to 25th order, which are compensated by conventional high-pass filters. And is characterized by the following configuration.
【００１９】電力系統と負荷との間に設置され、負荷又
は系統に含まれる高調波電流を検出し、この高調波電流
を抑制するための補償電流を発生するアクティブフィル
タにおいて、前記アクティブフィルタは、低次の高調波
電流を抑制するための補償電流を発生する低次用アクテ
ィブフィルタと、このアクティブフィルタで補償されな
い高次の高調波電流を抑制するための補償電流を発生す
る高次用アクティブフィルタとを併設した構成を特徴と
する。An active filter installed between a power system and a load, for detecting a harmonic current contained in the load or the system and generating a compensation current for suppressing the harmonic current, the active filter includes: A low-order active filter that generates a compensation current for suppressing a low-order harmonic current, and a high-order active filter that generates a compensation current for suppressing a high-order harmonic current that is not compensated by the active filter And a configuration in which both are provided.
【００２０】また、前記低次用アクティブフィルタと高
次用アクティブフィルタの制御装置は、検出した高調波
電流を次数別または低次高調波電流と高次高調波電流に
分離して各アクティブフィルタの制御電流を得る１つの
制御装置で構成したことを特徴とする。Further, the control device for the low-order active filter and the high-order active filter controls the active filter of each active filter by separating the detected harmonic current into a different order or a low-order harmonic current and a high-order harmonic current. It is characterized by comprising one control device for obtaining a control current.
【００２１】[0021]
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態を示す
アクティブフィルタの構成図である。系統電源１から各
種負荷２に電力供給する系統に設けるアクティブフィル
タとして、低次の高調波抑制能力をもつ第１のアクティ
ブフィルタ５と、高次の高調波抑制能力をもつ第２のア
クティブフィルタ６を併設する。FIG. 1 is a configuration diagram of an active filter according to an embodiment of the present invention. A first active filter 5 having a low-order harmonic suppression capability and a second active filter 6 having a high-order harmonic suppression capability are provided as active filters provided in a system for supplying power from the system power supply 1 to the various loads 2. Is attached.
【００２２】第１のアクティブフィルタ５は、従来のア
クティブフィルタ３と同様に、ＩＧＢＴを半導体スイッ
チとする高周波インバータＩＮＶをアクティブフィルタ
本体とし、この交流側に交流リアクトルＡＣＬを設け、
直流側に直流電源としてのコンデンサＣ０を設け、制御
回路ＣＯＮでは系統の負荷電流に含まれる低次の高調波
電流の検出信号に応じてインバータＩＮＶのゲート制御
でその入出力電流を制御し、インバータＩＮＶから系統
には低次の高調波電流を抑制する補償電流を供給する。
このアクティブフィルタ５が補償する高調波電流は、例
えば、第５次、第７次、第１１次、第１３次である。The first active filter 5 is, like the conventional active filter 3, a high-frequency inverter INV having an IGBT as a semiconductor switch as an active filter main body, and an AC reactor ACL provided on the AC side thereof.
A capacitor C0 as a DC power supply is provided on the DC side, and the control circuit CON controls the input / output current by gate control of the inverter INV according to a detection signal of a low-order harmonic current included in the load current of the system. A compensation current for suppressing low-order harmonic currents is supplied from the INV to the system.
The harmonic currents compensated by the active filter 5 are, for example, the fifth, seventh, eleventh, and thirteenth orders.
【００２３】第２のアクティブフィルタ６は、電力用Ｆ
ＥＴを半導体スイッチとする高周波インバータＩＮＶA
をアクティブフィルタ本体とし、この交流側に交流リア
クトルＡＣＬを設け、直流側に直流電源としてのコンデ
ンサＣ１を設け、制御回路ＣＯＮでは系統の負荷電流に
含まれる高次の高調波電流の検出信号に応じてインバー
タＩＮＶAのゲート制御でその入出力電流を制御し、イ
ンバータＩＮＶAから系統には高次の高調波電流を抑制
する補償電流を供給する。このアクティブフィルタ６が
補償する高調波電流は、例えば、第１７次〜第２５次で
ある。The second active filter 6 has a power F
High frequency inverter INV A using ET as a semiconductor switch
As an active filter body, an AC reactor ACL is provided on the AC side, a capacitor C1 is provided on the DC side as a DC power supply, and the control circuit CON responds to a detection signal of a higher-order harmonic current included in the load current of the system. control its output current by the gate control of the inverter INV a Te supplies suppressing compensating currents higher order harmonic currents to the grid from the inverter INV a. The harmonic current compensated by the active filter 6 is, for example, the 17th to 25th orders.
【００２４】以上の構成において、負荷２が発生する高
調波電流は、前記表に示すように、第５次〜第１３次の
電流に比べて、第１７次〜第２５次の電流が小さくなる
ことから、アクティブフィルタ６に要求される補償電流
も小さくなり、そのインバータＩＮＶAに使用されるＦ
ＥＴには高周波性能はＩＧＢＴに比べて高い能力のもの
が要求されるが、制御電流能力はＩＧＢＴに比べて小さ
いものにされる。In the above configuration, as shown in the above table, the 17th to 25th currents of the harmonic current generated by the load 2 are smaller than the 5th to 13th currents. F, since, also small compensation current required for active filter 6, is used in the inverter INV a
The ET is required to have a high frequency performance higher than that of the IGBT, but the control current capability is made smaller than that of the IGBT.
【００２５】同様に、アクティブフィルタ６のリアクト
ルＡＣＬやコンデンサＣ１は、アクティブフィルタ５の
それらに比べて小容量で小型のものにされる。Similarly, the reactor ACL and the capacitor C1 of the active filter 6 have a smaller capacity and a smaller size than those of the active filter 5.
【００２６】制御装置ＣＯＮは、検出入力される高調波
電流から高調波次数別に分離、または高次と低次の２つ
の帯域に分離し、これら分離した電流のうち、低次の高
調波電流をアクティブフィルタ５の制御電流とし、高次
の高調波電流をアクティブフィルタ６の制御電流とした
制御を行う。The control unit CON separates the detected and inputted harmonic currents into harmonics, or separates them into two bands of higher and lower orders. Of these separated currents, the lower harmonic currents are separated. Control is performed using the higher-order harmonic current as the control current of the active filter 6 as the control current of the active filter 5.
【００２７】したがって、本実施形態による高調波抑制
は、従来のハイパスフィルタやローパスフィルタを使用
することなく、低次用のアクティブフィルタ５と高次用
のアクティブフィルタ６の併設した構成とする。Therefore, the harmonic suppression according to the present embodiment has a configuration in which the low-order active filter 5 and the high-order active filter 6 are provided side by side without using a conventional high-pass filter or low-pass filter.
【００２８】これにより、ハイパスフィルタやローパス
フィルタの設置による流出電流の増大現象や負荷特性を
考慮したフィルタ設計が不要になる。As a result, it is not necessary to design a filter in consideration of an increase in outflow current due to the installation of a high-pass filter or a low-pass filter and a load characteristic.
【００２９】また、アクティブフィルタを低次用と高次
用に分離した構成により、低次用のアクティブフィルタ
５は、その動作周波数を比較的低いものにした素子（Ｉ
ＧＢＴ）を使用して電力変換効率を高めた構成にでき、
高次用のアクティブフィルタ６は数分の１の電流容量を
もつ小型の素子（ＦＥＴ）やコンデンサＣ１を使用して
低いコストで小型化を図った構成にできる。すなわち、
アクティブフィルタ５と６により低次高調波補償と高次
高調波補償を合理的に分担させることにより、低次から
高次までの広い帯域の高調波電流を補償することがで
き、しかも比較的低コストで電力変換効率を高めた高調
波抑制ができる。Further, by virtue of the configuration in which the active filter is separated into low order and high order, the low order active filter 5 has an element (I) whose operating frequency is relatively low.
(GBT) to increase the power conversion efficiency.
The high-order active filter 6 can be reduced in size at low cost by using a small element (FET) having a current capacity of one-several or a capacitor C1. That is,
By rationally sharing low-order harmonic compensation and high-order harmonic compensation by the active filters 5 and 6, harmonic current in a wide band from low order to high order can be compensated, and relatively low Harmonic suppression with high power conversion efficiency at low cost.
【００３０】また、制御装置ＣＯＮは、アクティブフィ
ルタ５と６に共通の制御装置とすることができ、その構
成には少しの回路を増設することで済む。Further, the control device CON can be a common control device for the active filters 5 and 6, and its configuration requires only a few additional circuits.
【００３１】なお、アクティブフィルタ５及び６の回路
構成は、適宜設計変更できるものである。例えば、イン
バータＩＮＶの半導体スイッチとしてＩＧＢＴに代えて
ＧＴＯ等の他の素子を使用できるし、インバータＩＮＶ
Aの半導体スイッチとしてＦＥＴに代えてパワートラン
ジスタ等の他の素子を使用できる。The circuit configurations of the active filters 5 and 6 can be appropriately changed in design. For example, as the semiconductor switch of the inverter INV, another element such as GTO can be used instead of the IGBT.
As the semiconductor switch of A , another element such as a power transistor can be used instead of the FET.
【００３２】[0032]
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、低次用
アクティブフィルタと高次用アクティブフィルタを併設
し、低次用アクティブフィルタでは低次の高調波電流を
補償し、高次用アクティブフィルタでは高次の高調波電
流を補償するようにしたため、ハイパスフィルタやロー
パスフィルタ設備による不要な現象や設備の複雑化を招
くことなく、比較的低コストで電力変換効率を高めなが
ら、低次から高次までの広い周波数帯域で高調波電流を
補償できる。As described above, according to the present invention, the low-order active filter and the high-order active filter are provided side by side, and the low-order active filter compensates for the low-order harmonic current, and The filter compensates for high-order harmonic currents, so it does not cause unnecessary phenomena or complicated equipment due to high-pass or low-pass filter equipment, while increasing power conversion efficiency at a relatively low cost, Harmonic current can be compensated in a wide frequency band up to higher orders.
【図１】本発明の実施形態を示す装置構成図。FIG. 1 is an apparatus configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
【図２】従来の装置構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of a conventional apparatus.
【図３】従来の他の装置構成図。FIG. 3 is a diagram showing another conventional apparatus configuration.
１…系統電源 ２…負荷 ３…アクティブフィルタ ４、４Ａ…ハイパスフィルタ ５…低次用アクティブフィルタ ６…高次用アクティブフィルタ ＩＮＶ、ＩＮＶA…インバータ ＣＯＮ…制御装置1 ... system power supply 2 ... load 3 ... active filter 4, 4A ... high-pass filter 5 ... lower order for active filter 6 ... order for the active filter INV, INV A ... inverter CON ... controller
Claims (2)
又は系統に含まれる高調波電流を検出し、この高調波電
流を抑制するための補償電流を発生するアクティブフィ
ルタにおいて、 前記アクティブフィルタは、低次の高調波電流を抑制す
るための補償電流を発生する低次用アクティブフィルタ
と、このアクティブフィルタで補償されない高次の高調
波電流を抑制するための補償電流を発生する高次用アク
ティブフィルタとを併設した構成を特徴とするアクティ
ブフィルタ。1. An active filter installed between an electric power system and a load for detecting a harmonic current contained in the load or the system and generating a compensation current for suppressing the harmonic current. Is a low-order active filter that generates a compensation current for suppressing low-order harmonic currents, and a high-order active filter that generates compensation currents for suppressing high-order harmonic currents that are not compensated by this active filter. An active filter characterized by a configuration provided with an active filter.
アクティブフィルタの制御装置は、検出した高調波電流
を次数別または低次高調波電流と高次高調波電流に分離
して各アクティブフィルタの制御電流を得る１つの制御
装置で構成したことを特徴とする請求項１に記載のアク
ティブフィルタ。2. The control device for the low-order active filter and the high-order active filter, wherein the detected harmonic currents are separated into orders or low-order harmonic currents and high-order harmonic currents. The active filter according to claim 1, wherein the active filter is configured by one control device that obtains a control current.
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