JP3447847B2 - アクテイブフイルタ機能付き直流電源装置 - Google Patents

アクテイブフイルタ機能付き直流電源装置

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克忠 斉藤
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は電源系統への高調波抑制
機能を有するアクテイブフイルタ機能付き直流電源装置
に関するものである。 【0002】 【従来の技術】電源系統に非線形負荷と並列に接続さ
れ、非線形負荷の高調波電流を抑制する機能を有すると
ともに、直流側負荷に電力を供給するアクテイブフイル
タ機能付き直流電源装置が知られている。 【0003】図2は従来例のアクテイブフイルタ機能付
き直流電源装置の要部系統を示すものであって、1は電
源系統、2は非線形負荷、3は直流側負荷、41は電力変
換器、42は直流電源部、43はスイッチングリップルを抑
制するためのリアクトルである。ここに、TBは系統接
続端子を示し、電力変換器41は逆並列ダイオードを具備
するスイッチング素子からブリッジ回路を構成した例を
示す。また、51は減算器、52は掛算器、53は加算器、54
は三角波発生器、55は比較器、61は高調波検出フイル
タ、62は逓倍器である。 【0004】すなわち、電源系統1のラインに接続され
る非線形負荷2に並列に、系統接続端子TBを介して電
力変換器41が設けられ、その電力変換器41出力側の直流
電源部42から直流側負荷3に電力を供給するものであ
る。電力変換器41の交流側にはリアクトル43が設けられ
ている。また、図2においては電源系統1に流れる系統
電流Isを得て、高調波検出フイルタ61により高調波分
の高調波電流Ihを逓倍器62に出力する。ここで、ゲイ
ンKを有する逓倍器62により、高調波電圧指令Vaを得
る。 【0005】さらにまた、減算器51にて直流側電圧指令
Vd*と直流側電圧Vdが演算され、直流側偏差ΔVd
が掛算器52に与えられる。掛算器52は、直流側偏差ΔV
dと系統電圧Vsの積により、基本波電圧指令Vrを得
るものである。さらには、加算器53にて高調波電圧指令
Vaと基本波電圧指令Vrを加算して電力電圧指令V*
となし、これより、比較器55は、出力電圧指令V*に基
づき三角波発生器54より与えられる三角波信号Stと比
較のうえ、電力変換器41のスイッチング素子のゲート信
号Sgを出力する。かようにして得られたゲート信号S
gにより、電圧変換器41はそのスイッチング素子がオン
オフされ、したがって、非線形負荷2の高調波電流が抑
制されるとともに、直流側負荷3へエネルギーを供給す
るものとなっていた。ここで、直流側負荷3は直流を交
流に変換するインバータ等である。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】この種のアクテイブフ
イルタ機能付き直流電源装置においては、前述した如き
高調波抑制および直流電圧の制御を行うためには、通
常、直流側電圧Vdは系統電圧Vsの2倍以上の値でな
いと良好な制御が得られず、また、このように直流側電
圧Vdが高く電力変換器の容量が大きくなる、という欠
点を有していた。本発明はかような欠点を解消するため
なされたものであって、その目的とするところは、電源
系統に直列に配したコンデンサの作用により電力変換器
容量を低減するとともに、電力変換器は進相電圧による
直流電圧制御を行い得る格別な装置を提供することにあ
る。 【0007】 【課題を解決するための手段】しかして、本発明はつぎ
の如く構成したものである。電源系統に接続された高調
波抑制制御および直流電圧制御を行うための電力変換器
と、該電力変換器にその直流側に並列接続される直流電
源部と、前記電力変換器の交流側に直列接続されるリア
クトルと、該リアクトルの電源系統側に直列接続される
コンデンサと、前記リアクトルに並列接続される過電圧
防止回路とを具備するとともに、 【0008】前記電力変換器の制御装置は、直流側電圧
指令と前記直流電源部の直流側電圧から直流側偏差を得
る第1の演算手段と、電源系統電圧から90°進み電圧を
得る進み電圧発生回路と、前記直流側偏差と90°進み電
圧の積より基本波電圧指令を得る掛算手段と、補償対象
高調波信号を得る高調波検出手段と、該高調波検出手段
出力をゲインK倍して高調波電圧指令を発生する手段
と、前記基本波電圧指令と高調波電圧指令を加算して出
力電圧指令を得る第2の演算手段と、該第2の演算手段
出力に基づき前記電力変換器のスイッチング素子のゲー
ト信号を発生する手段とを、具備して成るものである。 【0009】 【作用】かかる解決手段により、電力変換器の電源系統
側にコンデンサを接続することによっては、コンデンサ
で大部分の基本波電圧を負担させて電力変換器にかかる
基本波電圧を低減するようにしたものである。さらに、
系統電圧とは90°位相の進んだ基本波電圧を電力変換器
が発生して直流電源部へ電力供給することができる。な
お、電力変換器が高調波抑制機能を有していることは勿
論である。以下に、本発明を図面に基づいて、詳細説明
する。 【0010】 【実施例】図1は本発明の一実施例の要部構成を図2に
類して示したものであって、7はコンデンサ、8は過電
圧防止回路、9は進み電圧発生回路、52′は掛算器、5
3′は加算器、61′は高調波検出フイルタ、62′は逓倍
器である。すなわち、コンデンサ7がリアクトル43の電
源系統側に、過電圧防止回路8がリアクトル43トコンデ
ンサ1の接続点に電源系統に並列に接続された構成をな
すものである。また、進み電圧発生回路9は系統電圧V
sを入力し、90°位相の進んだ90°進み電圧Vcを掛算
器52′に出力する。ここに、90°進み電圧Vcは系統電
圧Vsに対する 270°遅れ回路等によっても実現でき
る。 【0011】さて、高調波検出フイルタは補償対象信号
である高調波信号Saを入力し、その高調波電圧Vhを
逓倍器62′に出力する。ここで、高調波信号Saは補償
しようとしている電流を電圧変換したもので、また補償
しようとする地点の電圧でもよく、したがって、これら
電流または電圧を正弦波にするように電力変換器4が制
御されるものとなる。逓倍器62は高調波電圧Vnを入力
して補償しようとする電流または補償しようとする地点
の電圧等が正弦波状になる如く作用し、したがって、ゲ
インK倍された高調波電圧指令Va′が加算器53′に与
えられるものとなる。 【0012】減算器51は、直流側電圧指令Vd*から直
流電源部42の直流側電圧Vdを減算し、直流側偏差ΔV
dを出力する。ここで、掛算器52′は減算器51の出力お
よび進み電圧発生回路9の出力を入力し、直流側偏差Δ
Vdと90°進み電圧Vcとの積を基本波電圧指令Vr′
として、加算器53′に出力する。加算器53′は、基本波
電圧指令Vr′と高調波電圧指令Va′とを加算した出
力電圧指令V*′を、比較器55に出力する。そして、出
力電圧指令V*′に基づく電圧を電力変換器41が発生す
るため、比較器55は、三角波発生器54出力の三角波信号
Stと出力電圧指令V*′を比較し、電力変換器41のス
イッチング素子のオンオフを行うゲート信号Sgを発生
できる。 【0013】かようにして、電力変換器41は基本波電圧
を発生するが、ここで系統電圧Vsとは90°位相の進ん
だ電圧であって、スイッチングリップルを抑制するため
のリアクトル43の基本波電圧降下を無視すれば、コンデ
ンサ7には、電源系統1の系統電圧Vsと90°位相の進
んだ電圧が加算された電圧が印加される、ものとするこ
とができる。なお、過電圧防止回路8は、電源投入時等
の過渡期に、電力変換器41に過電圧が印加されないよう
に設けられてなり、例えばリアクトル等で構成された定
格の十分小さいものでもよく、その機能を果すことがで
きることは明らかである。 【0014】また、高調波にとってはコンデンサ7の電
圧降下は小さく、リアクトル43を経て抑制のための高調
波電圧が電力変換器41より出力される。したがって、直
流電源部42の直流側電圧Vdが低くても、十分に電力変
換器4の基本波電圧制御によるエネルギーの授受および
高調波電圧制御による高調波補償を行うことができる。 【0015】 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、コ
ンデンサを電力変換器に直列接続することにより電力変
換器出力の直流電源部電圧を低減するとともに、直流電
源部へのエネルギーの授受を90°進んだ基本波電圧の制
御を行い、高調波補償はコンデンサの低インピーダンス
を利用して行い得るものとなすことにより、小容量の電
力変換器を効用して充分な効果を奏する、格別なアクテ
イブフイルタ機能付き直流電源装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】 【図1】図1は本発明の一実施例を示す構成ブロック図
である。 【図2】図2は従来例を示す系統ブロック図である。 【符号の説明】 1 電源系統 2 非線形負荷 3 直流側負荷 41 電力変換器 42 直流電源部 43 リアクトル 52 掛算器 52′ 掛算器 54 三角波発生器 55 比較器 61 高調波検出フイルタ 61′ 高調波検出フイルタ 62 逓倍器 62′ 逓倍器 7 コンデンサ 8 過電圧防止回路 9 進み電圧発生回路 TB 系統接続端子 Is 系統電流 Ih 高調波電流 Va 高調波電圧指令 Va′ 高調波電圧指令 Vd 直流側電圧 Vd* 直流側電圧指令 ΔVd 直流側偏差 Vs 系統電圧 Vr 基本波電圧指令 Vr′ 基本波電圧指令 V* 出力電圧指令 V*′ 出力電圧指令 St 三角波信号 Sg ゲート信号 Sa 高調波信号 Vh 高調波電圧 Vc 90°進み電圧
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−225455(JP,A) 特開 平3−203521(JP,A) 特開 昭60−247720(JP,A) 特開 平6−348353(JP,A) 特開 昭62−95969(JP,A) 特開 昭62−95970(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02J 3/00 - 3/50 H02J 1/10 H02M 1/12

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 電源系統に接続される非線形負荷に並列
    に電力変換器を備えるとともに、該電力変換器の直流電
    源部から直流側負荷へ直流電力を供給しかつ電源系統の
    高調波電流を抑制するアクテイブフルイタ機能付き直流
    電源装置において、 前記電力変換器の交流側に直列に接続されるスイッチン
    グリップル抑制のためのリアクトルと、該リアクトルの
    電源系統側に直列に接続されるコンデンサと、前記リア
    クトルに並列に接続される過電圧防止回路とを設け、 前記電力変換器の制御装置は、前記電源系統から90°進
    み電圧を得る進み電圧発生手段と、直流側電圧指令およ
    び直流側電圧の演算による直流側偏差と前記90°進み電
    圧との積より基本波電圧指令を与える掛算手段とを少な
    くとも備えるとともに、該掛算手段出力と高調波信号に
    基づき得られる高調波電圧指令とを加算して出力電圧指
    令を与え、 該出力電圧指令により前記電力変換器のスイッチング素
    子を制御するようにしたことを特徴とするアクテイブフ
    イルタ機能付き直流電源装置。
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