JP6465242B2 - アクティブフィルタシステム、空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、アクティブフィルタシステム、及び空気調和装置に関するものである。

工場・ビル等には、例えば電動機の電源として大型電力変換装置（大型のインバータ装置等）が多数設置されている。これらの大型電力変換装置は、高調波電流を発生させるので、ビル等には、高調波電流が電力系統に及ぼす悪影響を抑制するために、アクティブフィルタ装置が設置される例がある（例えば特許文献１を参照）。この文献の例では、複数台のアクティブフィルタ装置によって、負荷電流の逆位相の高調波電流を電力系統へ流すことにより、その電力系統における高調波電流を低減させている。

特開平７−1３５７３６号公報

しかしながら、例えば、複数台のアクティブフィルタ装置で出力を均等に分担したのでは、各アクティブフィルタ装置を効率よく動作させるのは困難である。それは、アクティブフィルタ装置に用いられる電力変換用のスイッチング素子は、許容される最大電流を流した場合に効率が最もよくなるように設計されるのが一般的であり、複数台のアクティブフィルタ装置で単に均等に出力を分担したのでは、効率のよくない動作点で各アクティブフィルタ装置が動作する可能性が高くなるからである。

本発明は前記の問題に着目してなされたものであり、安価に複数台のアクティブフィルタ装置を備えたアクティブフィルタシステムにおける効率の向上を図ることを目的としている。

前記の課題を解決するため、第１の態様は、
高調波発生負荷器（2）に出力が接続され、該高調波発生負荷器（2）の高調波電流の低減及び基本波力率の改善の少なくとも一方を行うための補償電流を生成可能な複数のアクティブフィルタ装置（41,42,43）を備え、
前記複数のアクティブフィルタ装置（41,42,43）には、２種類以上の容量が含まれ、
前記補償電流の大きさに応じて、前記アクティブフィルタ装置（41,42,43）の稼働台数および組合せが変化するものであり、
前記アクティブフィルタ装置（41,42,43）の稼働台数および組合せが、稼動している前記アクティブフィルタ装置（41,42,43）の合計容量に対する前記補償電流の比率が最大となるように変化することを特徴とするアクティブフィルタシステムである。

この構成では、補償電流の大きさに応じて、異なる容量の組み合わせを含んで、稼動するアクティブフィルタ装置の合計容量が変更される。

この構成では、2種類以上の容量のアクティブフィルタ装置（41,42,43）の中から、必要最小限の合計容量となるアクティブフィルタ装置を稼動して、補償電流が生成される。

また、第２の態様は、第１の態様において、
容量の大きい前記アクティブフィルタ装置（41,42,43）を優先して稼動することを特徴とするアクティブフィルタシステムである。

この構成では、必要最小限の合計容量となるアクティブフィルタ装置の組み合わせの中から、最小の稼動台数の組み合わせが選定される。

また、第３の態様は、第１または第２の態様において、
前記補償電流が、前記複数のアクティブフィルタ装置（41,42,43）から１台以上を選択する全ての組み合わせにおける各合計容量に応じた前記補償電流の何れかの値を超過または下回る時に、稼動するアクティブフィルタ装置（41,42,43）の組み合わせが変化することを特徴とするアクティブフィルタシステムである。

この構成では、補償電流の大きさに基づいて、アクティブフィルタ装置の組み合わせ変更タイミングが決定される。

また、第４の態様は、第１から第３の態様の何れかにおいて、
前記高調波発生負荷器（2）は、電力変換装置であることを特徴とするアクティブフィルタシステムである。

また、第５の態様は、第１から第４の態様の何れかのアクティブフィルタシステムを備えたことを特徴とする空気調和装置である。

第１の態様によれば、2種類以上の容量のアクティブフィルタ装置を用いることから、同一容量のアクティブフィルタ装置を用いるよりも少ない台数で、同程度のきめ細かさでの容量変更が可能なアクティブフィルタシステムを実現することが可能になる。

また、第１の態様によれば、必要最小限の合計容量となるアクティブフィルタ装置が稼動するため、全てのアクティブフィルタ装置で補償電流を均等に分担するよりも効率の良い状態でアクティブフィルタシステムを運用することができる。

また、第２の態様によれば、稼動するアクティブフィルタ装置の台数が最小となることから、出力の大きさによらない定常的に発生する損失を低減することができ、さらに効率の良い状態でアクティブフィルタシステムを運用することができる。

また、第３の態様によれば、稼動するアクティブフィルタ装置の組み合わせ変更タイミングを容易に設定することが可能となる。

また、第４の態様によれば、電力変換装置に接続されたアクティブフィルタシステムにおいて前記効果を得ることが可能になる。

また、第５の態様によれば、アクティブフィルタシステムを備えた空気調和装置において前記効果を得ることが可能になる。

図１は、実施形態１におけるアクティブフィルタの容量の例を示す。 図２は、同一容量の複数台アクティブフィルタ装置におけるアクティブフィルタシステムの容量の例を示す。 図３は、実施形態２の空気調和装置を示すブロック図である。 図４は、実施形態２の第１制御器の構成例を示すブロック図である。 図５は、実施形態２の第２制御器の構成例を示すブロック図である。 図６は、実施形態２の第３制御器の構成例を示すブロック図である。 図７は、実施形態２におけるアクティブフィルタ装置の組み合わせ例を示す。 図８は、実施形態３におけるアクティブフィルタ装置の組み合わせ例を示す。 図９は、実施形態５におけるアクティブフィルタシステムの容量の例を示す。 図１０は、実施形態５におけるアクティブフィルタ装置の組み合わせ例を示す。 図１１は、実施形態２の変形例１の空気調和装置を示すブロック図である。 図１２は、実施形態２の変形例１の第１制御器の構成例を示すブロック図である。 図１３は、アクティブフィルタ装置の組み合わせの変形例を示す。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

《発明の実施形態１》
図１は、本発明の実施形態１のアクティブフィルタ装置の組み合わせを示したものである。この例では、AF1、AF2、AF3の3台のアクティブフィルタ装置が存在する。それぞれのアクティブフィルタ装置の容量については、AF1の容量とAF3の容量が等しく、AF2の容量はAF1の容量とAF3の容量の和と等しくなっている。これら3台のアクティブフィルタ装置の中から1台以上を選んで組み合わせることにより実現できるアクティブフィルタシステムの容量は全部で４種類となる。

一方、図２は、同一容量のアクティブフィルタ装置の組み合わせを示したものである。図1と同じ4種類のアクティブフィルタシステムの容量を実現するためには、図１のAF1およびAF3と同じ容量のアクティブフィルタ装置が4台（AF１、AF2、AF3、AF4）必要となる。

〈本実施形態における効果〉
2種類の容量のアクティブフィルタ装置を用いることにより、幅広い高調波発生負荷器の電力容量に対して、同一容量のアクティブフィルタ装置を用いるよりも少ない台数で、同程度のきめ細かさでの容量変更が可能なアクティブフィルタシステムを実現することが可能になる。例えば、同一容量のアクティブフィルタ装置2台のコストに対して、2倍の容量のアクティブフィルタ装置１台のコストが低い場合、アクティブフィルタシステム全体のコストを低くすることができる。

《発明の実施形態２》
図３は、本発明の実施形態２の空気調和装置（5）を示すブロック図である。空気調和装置（5）は、マンション、工場、ビルや戸建て住宅等（以下、ビル等）に設置され、室内の空気調和（冷房や暖房）を行う。空気調和装置（5）が設置されるビル等には、交流電源（1）を含む電力系統から電力が供給されている。この例では、交流電源（1）は、三相の交流電源（例えば三相の商用電源）である。

〈空気調和装置（5）〉
空気調和装置（5）は、圧縮機を有した冷媒回路（図示を省略）、電力変換装置（2）、及びアクティブフィルタシステム（4）を備えている。電力変換装置（2）は、交流電源（1）に接続され、交流電力が供給されている。この電力変換装置（2）は、コンバータ回路とインバータ回路とを有している（何れも図示を省略）。電力変換装置（2）に供給された交流電力は、電力変換装置（2）内のインバータ回路等によって、所望周波数及び所望電圧を有した交流電力に変換され、圧縮機（より詳しくは圧縮機が備える電動機）に供給されている。それにより、圧縮機が稼働して冷媒回路が機能し、その結果、室内の空気調和が行われる。

空気調和装置（5）において電力変換装置（2）や圧縮機の電動機が稼働すると、高調波電流が発生する場合がある。例えば、電力変換装置（2）が備えるインバータ回路では、スイッチング素子によってスイッチング動作が行われ、その際に高調電流波が発生する。すなわち、電力変換装置（2）は、本発明の高調波発生負荷器の一例である。この高調波電流は、交流電源（1）から空気調和装置（5）へ電力を供給する受電経路を介して、交流電源（1）に流出する可能性がある。このような高調波電流は、一般的には、交流電源（1）側への流出レベルが規制されているので、空気調和装置（5）ではアクティブフィルタシステム（4）によって、流出する高調波電流の低減を図っている。また、設備容量や省エネルギーの観点などから、配電・受電端の基本波力率の改善が求められるところ、本実施形態のアクティブフィルタシステム（4）は、基本波力率の改善機能も備えている。以下では、アクティブフィルタシステム（4）の構成について説明する。

〈アクティブフィルタシステム（4）〉
アクティブフィルタシステム（4）は、第１アクティブフィルタ装置（41）と第２アクティブフィルタ装置（42）と第３アクティブフィルタ装置（43）を備え、空気調和装置（5）に組み込まれている。第１ないし第３アクティブフィルタ装置（41,42,43）は、共通のケーシングに収容されている。これらのアクティブフィルタ装置（41,42,43）は、電力変換装置（2）に起因して前記受電経路に現れる高調波電流を打ち消すための電流を出力する機能を有する。すなわち、これらのアクティブフィルタ装置（41,42,43）は、交流電源（1）と電力変換装置（2）とを結ぶ受電経路における電流が正弦波に近づくように電流（以下、補償電流と呼ぶ）を流す。より具体的に、これらのアクティブフィルタ装置（41,42,43）は、交流電源（1）と空気調和装置（5）を結ぶ受電経路に現れている高調波電流を検出し、検出した高調波電流とは逆位相の補償電流を生成して空気調和装置（5）の受電経路に供給する。

空気調和装置（5）において発生する高調波電流が最も大きくなるのは、空気調和装置（5）の負荷がもっとも大きな場合（例えば暖房運転における最大出力時）と考えられる。そのため、これらのアクティブフィルタ装置（41,42,43）は、空気調和装置（5）の負荷最大時における高調波電流を想定して容量（出力可能な電力の大きさ）が設定されている。

本実施形態の空気調和装置（5）では、これらのアクティブフィルタ装置（41,42,43）の容量は2種類あり、３台のアクティブフィルタ装置（41,42,43）のうちの２台は空気調和における中間負荷で使用できる容量で設計され、残りの１台は、中間負荷の2倍で使用できる容量で設計されている。また、本実施形態では、定格負荷は中間負荷の3倍、最大負荷と定格負荷との差は中間負荷以下であるものとする。これにより、全てのアクティブフィルタ装置（41,42,43）を最大出力の状態で制御した場合に、空気調和装置（5）の負荷最大時における高調波電流を打ち消すことができる。また、これらのアクティブフィルタ装置（41,42,43）は、基本波力率改善の機能を有する。具体的には、基本波の無効成分も補償する補償電流を流すようにアクティブフィルタ装置（41,42,43）を構成することで、基本波の力率改善を行っている。

アクティブフィルタ装置（41,42,43）におけるこれらの機能を実現するため、第１アクティブフィルタ装置（41）は、図３に示すように、第１電流源（411）、第１制御器（412）、電圧検出器（414）、２つの電流検出器（413a,413b）を備えている。また、第２アクティブフィルタ装置（42）は、第２電流源（421）、第２制御器（422）、電圧検出器（424）、２つの電流検出器（423a,423b）を備えている。また、第３アクティブフィルタ装置（43）は、第３電流源（431）、第３制御器（432）、電圧検出器（434）、２つの電流検出器（433a,433b）を備えている。

電圧検出器（414,424,434）は、それぞれ,交流電源（1）の電圧（電源電圧（Vrs））を検出する。２つの電流検出器（413a,413b）は、第１アクティブフィルタ装置（41）へ入力される電流（Ir1a,It1a）を検出する。また、２つの電流検出器（423a,423b）は、第２アクティブフィルタ装置（42）へ入力される電流（Ir2a,It2a）を検出する。また、２つの電流検出器（433a,433b）は、第３アクティブフィルタ装置（43）へ入力される電流（Ir3a,It3a）を検出する。なお、図３では、それぞれのアクティブフィルタ装置（41,42,43）に、電流検出器（413a,413b,423a,423b,433a,433b）を２相分だけ設けた例を記載しているが、それぞれ3相に電流検出器を設置して、３相の電流を検出する構成でも問題ない。

空気調和装置（5）には、電流検出器（3a,3b）も設けられている。具体的に、電流検出器（3a,3b）は、高調波発生負荷器である電力変換装置（2）と交流電源（1）とを結ぶ受電経路に設けられて、電力変換装置（2）に流れる電流の値（以下、負荷電流（Irf,Itf））を検出する。電流検出器（3a,3b）の構成には、特に限定はないが、例えばカレントトランスを採用することなどが考えられる。これらの電流検出器（3a,3b）による検出値は、第１制御器（412）と第２制御器（422）と第３制御器（432）の全てに送信されている。なお、これらの電流検出器（3a,3b）は、各制御器（412,422,432）に対して、有線方式で検出値を送信するように構成してもよいし、無線方式で検出値を送信するように構成してもよい。

電流検出器（3a,3b）の検出値を無線方式で各制御器（412,422,432）に送信するように構成した場合には、有線の工事が削減できる。また、電流検出器（3a,3b）に流れる電流により電流検出器を貫く磁束が時間に対して変化する現象を電磁誘導と言うが、無線方式を採用した場合には、その電磁誘導によって生じる起電力である誘導起電力を、電流検出器を駆動させる電源として利用しても良い。そのことにより、電流検出器（3a,3b）は，無線及び無電源で構成でき、工事の手間などを削減できる効果がある。

−電流源（411,421,431）−
第１ないし第３電流源（411,421,431）は、それぞれ、具体的にはインバータ回路で構成されている。第１ないし第３電流源（411,421,431）は、高調波電流の低減、及び基本波力率改善を行うための電流（すなわち補償電流）を生成する。第１電流源（411）における補償電流の生成を制御するために、第１電流源（411）には、後述するスイッチング指令値（G）が第１制御器（412）から入力されている。同様に、第２電流源（421）には、スイッチング指令値（G）が第２制御器（422）から入力されている。さらに、第３電流源（431）には、スイッチング指令値（G）が第３制御器（432）から入力されている。各電流源（411,421,431）では、スイッチング指令値（G）に応じて、インバータ回路が有するスイッチング素子がスイッチング動作を行って補償電流を生成する。それぞれの電流源（411,421,431）の出力端子は、電力変換装置（2）の受電経路に接続されており、生成された補償電流は受電経路に出力される。

−第１制御器（412）−
図４は、第１制御器（412）の構成例を示すブロック図である。第１制御器（412）は、第１電流源（411）の出力電流を制御する。この例では、第１制御器（412）は、ゲートパルス発生器（4121）、電流指令演算部（4122）、第１電流演算部（4123）、第２電流演算部（4124）、位相検出部（4125）、及び動作判断部（4126）を備えている。第１制御器（412）は、例えば、マイクロコンピュータと、それを動作させるためのプログラムを格納したメモリディバイスを用いて構成することができる。

位相検出部（4125）は、受電経路における電源電圧（Vrs）の位相を検出する。位相検出部（4125）は、求めた電源位相を第１電流演算部（4123）及び第２電流演算部（4124）に送信する。

第１電流演算部（4123）は、電流検出器（3a,3b）によって検出された負荷電流（Irf,Itf）を入力としている。第１電流演算部（4123）は、負荷電流（Irf,Itf）と、位相検出部（4125）によって検出された電源位相とに基づいて、交流電源（1）と電力変換装置（2）を結ぶ受電経路における高調波電流の補償（高調波電流の低減）と、基本波の無効成分の補償（基本波の力率改善）との双方を行うために必要な電流（第１の電流値（i1）とする）を求め、第１の電流値（i1）を電流指令演算部（4122）に出力する。

第２電流演算部（4124）は、電流検出器（413a,413b）によって検出された電流（Ir1a,It1a）を入力としている。電流（Ir1a,It1a）は、第１アクティブフィルタ装置（41）に入力される電流である。第２電流演算部（4124）は、電流（Ir1a,It1a）と、位相検出部（4125）で検出された電源位相とに基づいて、第２の電流値（i2）を演算する。この第２の電流値（i2）は、現時点において、高調波電流の補償（高調波電流の低減）と、基本波の無効成分の補償（基本波の力率改善）の双方を行う場合に、第１アクティブフィルタ装置（41）に流れ込む電流である。第２電流演算部（4124）では、第２の電流値（i2）を相毎に演算しており、第２電流演算部（4124）は、第２の電流値（i2）を相毎にゲートパルス発生器（4121）に出力する。

電流指令演算部（4122）は、第１の電流値（i1）の逆位相の電流を演算して、その値を電流指令値（Iref1）としてゲートパルス発生器（4121）に出力する。

動作判断部（4126）は、動作電流範囲設定部（4127）と比較器（4128）とを備えている。動作判断部（4126）では、第１の電流値（i1）に基づいて、第１電流源（411）を動作させるか否かを決める。この例では、動作判断部（4126）は、第１の電流値（i1）が所定の動作電流範囲内である場合に第１電流源（411）の動作を許可する動作開始信号（S）をゲートパルス発生器（4121）に出力するように構成されている。本実施形態では、動作電流範囲は、全ての負荷電流（Irf,Itf）に相当する値である。動作電流範囲は、動作電流範囲設定部（4127）に設定されている。例えば、図７に示すように、第１アクティブフィルタ装置（41）は、全ての補償電流値において動作するように設定されている。また、補償電流値とは負荷電流（Irf,Itf）に基づいて求められる第１の電流値（i1）である。動作判断部（4126）では、動作電流範囲と、第１の電流値（i1）とが比較器（4128）において比較される。第１の電流値（i1）の値が動作電流範囲内になると、比較器（4128）からゲートパルス発生器（4121）に、動作開始信号（S）が出力される。

図７は、本実施形態におけるアクティブフィルタ装置の組み合わせを示したものであり、AF1、AF2、AF3がそれぞれ第１アクティブフィルタ装置（41）、第２アクティブフィルタ装置（42）、第３アクティブフィルタ装置（43）に対応しいる。図７では、補償電流に対して稼動させるアクティブフィルタ装置とその容量を領域として示しており、補償電流が容量以内であれば、必要な補償電流の出力が可能となる。また、複数のアクティブフィルタ装置については容量を積み上げる形で示しており、領域の最上部が稼働中のアクティブフィルタ装置の合計容量となる。なお、補償電流に対して、図中に示されていないアクティブフィルタ装置については、休止中となる。

ゲートパルス発生器（4121）では、第１電流源（411）が出力する電流値（第２の電流値（i2））と電流指令値（Iref1）とが一致するようにスイッチング指令値（G）を生成して第１電流源（411）に出力する。スイッチング指令値（G）は、第１電流源（411）を構成するインバータ回路におけるスイッチングを指示するものである。本実施形態では、ゲートパルス発生器（4121）は、第１電流源（411）の出力電流値（第２の電流値（i2））と電流指令値（Iref1）との偏差に基づいてスイッチング指令値（G）を生成する動作を繰り返すフィードバック制御を行う。それにより、第１電流源（411）からは、電流指令値（Iref1）に相当する電流（補償電流）が受電経路に供給される。

−第２制御器（422）−
図５は、第２制御器（422）の構成例を示すブロック図である。第２制御器（422）は、第２電流源（421）の出力電流を制御する。この例では、第２制御器（422）は、ゲートパルス発生器（4221）、電流指令演算部（4222）、第１電流演算部（4223）、第２電流演算部（4224）、位相検出部（4225）、及び動作判断部（4226）を備えている。第２制御器（422）も、例えば、マイクロコンピュータと、それを動作させるためのプログラムを格納したメモリディバイスを用いて構成することができる。

位相検出部（4225）は、受電経路における電源電圧（Vrs）の位相を検出する。位相検出部（4225）は、この電源位相を第１電流演算部（4223）及び第２電流演算部（4224）に送信する。

第１電流演算部（4223）は、電流検出器（3a,3b）によって検出された負荷電流（Irf,Itf）を入力としている。第１電流演算部（4223）は、負荷電流（Irf,Itf）と、位相検出部（4225）によって検出された電源位相とに基づいて、交流電源（1）と電力変換装置（2）とを結ぶ受電経路における高調波電流の補償（高調波電流の低減）と、基本波の無効成分の補償（基本波の力率改善）との双方を行うために必要な電流（第３の電流値（i3）とする）を求め、第３の電流値（i3）を電流指令演算部（4222）、及び動作判断部（4226）に出力する。

第２電流演算部（4224）は、電流検出器（423a,423b）によって検出された電流（Ir2a,It2a）を入力としている。電流（Ir2a,It2a）は、第１アクティブフィルタ装置（41）に入力される電流である。第２電流演算部（4224）は、電流（Ir2a,It2a）と、位相検出部（4225）で検出された電源位相とに基づいて、第４の電流値（i4）を演算する。この第４の電流値（i4）は、現時点において、高調波電流の補償（高調波電流の低減）と、基本波の無効成分の補償（基本波の力率改善）の双方を行う場合に、第２アクティブフィルタ装置（42）に流れ込む電流である。第２電流演算部（4224）では、第４の電流値（i4）を相毎に演算しており、第２電流演算部（4224）は、第４の電流値（i4）を相毎にゲートパルス発生器（4221）に出力する。

電流指令演算部（4222）は、第３の電流値（i3）の逆位相の電流を演算して、その値を電流指令値（Iref2）としてゲートパルス発生器（4221）に出力する。

動作判断部（4226）は、動作電流範囲設定部（4227）と比較器（4228）とを備えている。動作判断部（4226）では、第３の電流値（i3）に基づいて、第２電流源（421）を動作させるか否かを決める。この例では、動作判断部（4226）は、第３の電流値（i3）が所定の動作電流範囲内である場合に第２電流源（421）の動作を許可する動作開始信号（S）をゲートパルス発生器（4221）に出力するように構成されている。本実施形態では、動作電流範囲は、空気調和の中間負荷の２倍よりも大きい負荷電流（Irf,Itf）に相当する値である。動作電流範囲は、動作電流範囲設定部（4227）に設定されている。例えば、図７に示すように、第２アクティブフィルタ装置（42）は、第１アクティブフィルタ装置（41）と第３アクティブフィルタ装置（43）の合計容量を上回る補償電流が必要となった場合に動作するように設定されている。また、補償電流とは負荷電流（Irf,Itf）に基づいて求められる第３の電流値（i3）である。動作判断部（4226）では、動作電流範囲と、第３の電流値（i3）とが比較器（4228）において比較される。第３の電流値（i3）の値が動作電流範囲内になると、比較器（4228）からゲートパルス発生器（4221）に、動作開始信号（S）が出力される。

ゲートパルス発生器（4221）では、動作判断部（4226）から動作開始信号（S）が入力されている場合に、第２アクティブフィルタ装置（42）に入力される各相の第４の電流値（i4）が電流指令値（Iref2）に一致するようにスイッチング指令値（G）を生成して第２電流源（421）に出力する。スイッチング指令値（G）は、第２電流源（421）を構成するインバータ回路におけるスイッチングを指示するものである。本実施形態では、ゲートパルス発生器（4221）は、第２電流源（421）の出力電流値（第４の電流値（i4））と電流指令値（Iref2）との偏差に基づいてスイッチング指令値（G）を生成する動作を繰り返すフィードバック制御を行う。それにより、第２電流源（421）からは、電流指令値（Iref2）に相当する電流（補償電流）が受電経路に供給される。

−第３制御器（432）−
図６は、第３制御器（432）の構成例を示すブロック図である。第３制御器（432）は、第３電流源（431）の出力電流を制御する。この例では、第３制御器（432）は、ゲートパルス発生器（4321）、電流指令演算部（4322）、第１電流演算部（4323）、第２電流演算部（4324）、位相検出部（4325）、及び動作判断部（4326）を備えている。第３制御器（432）も、例えば、マイクロコンピュータと、それを動作させるためのプログラムを格納したメモリディバイスを用いて構成することができる。

位相検出部（4325）は、受電経路における電源電圧（Vrs）の位相を検出する。位相検出部（4325）は、この電源位相を第１電流演算部（4323）及び第２電流演算部（4324）に送信する。

第１電流演算部（4323）は、電流検出器（3a,3b）によって検出された負荷電流（Irf,Itf）を入力としている。第１電流演算部（4323）は、負荷電流（Irf,Itf）と、位相検出部（4325）によって検出された電源位相とに基づいて、交流電源（1）と電力変換装置（2）とを結ぶ受電経路における高調波電流の補償（高調波電流の低減）と、基本波の無効成分の補償（基本波の力率改善）との双方を行うために必要な電流（第５の電流値（i5）とする）を求め、第５の電流値（i5）を電流指令演算部（4322）、及び動作判断部（4326）に出力する。

第２電流演算部（4324）は、電流検出器（433a,433b）によって検出された電流（Ir3a,It3a）を入力としている。電流（Ir3a,It3a）は、第３アクティブフィルタ装置（43）に入力される電流である。第２電流演算部（4324）は、電流（Ir3a,It3a）と、位相検出部（4325）で検出された電源位相とに基づいて、第６の電流値（i6）を演算する。この第６の電流値（i6）は、現時点において、高調波電流の補償（高調波電流の低減）と、基本波の無効成分の補償（基本波の力率改善）の双方を行う場合に、第３アクティブフィルタ装置（43）に流れ込む電流である。第２電流演算部（4324）では、第６の電流値（i6）を相毎に演算しており、第２電流演算部（4324）は、第６の電流値（i6）を相毎にゲートパルス発生器（4321）に出力する。

電流指令演算部（4322）は、第５の電流値（i5）の逆位相の電流を演算して、その値を電流指令値（Iref3）としてゲートパルス発生器（4321）に出力する。

動作判断部（4326）は、動作電流範囲設定部（4327）と比較器（4328）とを備えている。動作判断部（4326）では、第５の電流値（i5）に基づいて、第３電流源（431）を動作させるか否かを決める。この例では、動作判断部（4326）は、第５の電流値（i5）が所定の動作電流範囲内である場合に第３電流源（431）の動作を許可する動作開始信号（S）をゲートパルス発生器（4321）に出力するように構成されている。本実施形態では、動作電流範囲は、空気調和の中間負荷から中間負荷の２倍までの負荷電流（Irf,Itf）に相当する補償電流値と、定格負荷から最大負荷までの負荷電流（Irf,Itf）に相当する補償電流値である。動作電流範囲は、動作電流範囲設定部（4327）に設定されている。例えば、図７に示すように、第３アクティブフィルタ装置（43）は、第１アクティブフィルタ装置（41）容量を上回る補償電流から第１アクティブフィルタ装置（41）と第３アクティブフィルタ装置（43）の合計容量の補償電流までの範囲と、第１アクティブフィルタ装置（41）と第２アクティブフィルタ装置（42）の合計容量を超える補償電流範囲で動作するように設定されている。また、補償電流とは、負荷電流（Irf,Itf）に基づいて求められる第５の電流値（i5）である。動作判断部（4326）では、動作電流範囲と、第５の電流値（i5）とが比較器（4328）において比較される。第５の電流値（i5）の値が動作電流範囲内になると、比較器（4328）からゲートパルス発生器（4321）に、動作開始信号（S）が出力される。

ゲートパルス発生器（4321）では、動作判断部（4326）から動作開始信号（S）が入力されている場合に、第３アクティブフィルタ装置（43）に入力される各相の第６の電流値（i6）が電流指令値（Iref3）に一致するようにスイッチング指令値（G）を生成して第３電流源（431）に出力する。スイッチング指令値（G）は、第３電流源（431）を構成するインバータ回路におけるスイッチングを指示するものである。本実施形態では、ゲートパルス発生器（4321）は、第３電流源（431）の出力電流値（第６の電流値（i6））と電流指令値（Iref3）との偏差に基づいてスイッチング指令値（G）を生成する動作を繰り返すフィードバック制御を行う。それにより、第３電流源（431）からは、電流指令値（Iref3）に相当する電流（補償電流）が受電経路に供給される。

なお、本実施形態では、アクティブフィルタ装置（41,42,43）の動作電流範囲はあらかじめ動作電流範囲設定部（4127,4227,4327）に設定されているものとしているが、アクティブフィルタシステム（4）に電源が投入された後に、お互いのアクティブフィルタ装置（41,42,43）間で通信を行い、それぞれの容量に基づいて動作電流範囲を決定してもよい。通信方法については、一般的に空気調和装置（5）内の機器の通信に用いられているシリアル通信等の方法を用いればよい。

〈空気調和装置（5）の動作〉
空気調和装置（5）が起動すると、各アクティブフィルタ装置（41,42,43）の制御器（412,422,432）も動作を開始する。それにより、第１アクティブフィルタ装置（41）では、第１電流演算部（4123）が第１の電流値（i1）を算出し、第２電流演算部（4124）が第２の電流値（i2）を算出する。第２の電流値（i2）が求められると、第１アクティブフィルタ装置（41）の第１電流源（411）からは、補償電流が出力される。すなわち、第１アクティブフィルタ装置（41）は稼動状態となる。

このとき、例えば、空気調和装置（5）における負荷が中間負荷よりも小さい場合には、負荷電流（Irf,Itf）が小さく、第２制御器（422）の第１電流演算部（4223）が算出する第３の電流値（i3）の値は第２アクティブフィルタ装置の動作電流範囲外である。そのため、第２アクティブフィルタ装置（42）では、動作判断部（4226）からは動作開始信号（S）が出力されない。したがって、第２アクティブフィルタ装置（42）の第２電流源（421）からは補償電流が出力されない。すなわち、第２アクティブフィルタ装置（42）は、休止状態である。

同様に、第３制御器（432）の第１電流演算部（4323）が算出する第５の電流値（i5）の値も第３アクティブフィルタ装置の動作電流範囲外である。そのため、第３アクティブフィルタ装置（43）では、動作判断部（4326）からは動作開始信号（S）が出力されない。したがって、第３アクティブフィルタ装置（43）の第３電流源（431）からは補償電流が出力されない。すなわち、第３アクティブフィルタ装置（43）も、休止状態である。

空気調和装置（5）の負荷が中間負荷よりも大きくなると、第１アクティブフィルタ装置（41）は、最大出力状態となる。このとき、第３アクティブフィルタ装置（43）では、第３制御器（432）の第１電流演算部（4323）が算出する第５の電流値（i5）の値が第３アクティブフィルタ装置（43）の動作電流範囲内となる。そのため、動作判断部（4326）から動作開始信号（S）が出力されて、第３アクティブフィルタ装置（43）の第３電流源（431）から補償電流が出力される。すなわち、第３アクティブフィルタ装置（43）は、休止状態から稼動状態となる。

空気調和装置（5）の負荷が中間負荷の2倍よりも大きくなると、第１アクティブフィルタ装置（41）と第３アクティブフィルタ装置（43）は、ともに最大出力状態となる。このとき、第２アクティブフィルタ装置（42）では、第２制御器（422）の第１電流演算部（4223）が算出する第３の電流値（i3）の値が第２アクティブフィルタ装置の動作電流範囲内となる。そのため、動作判断部（4226）から動作開始信号（S）が出力されて、第２アクティブフィルタ装置（42）の第２電流源（421）から補償電流が出力される。すなわち、第２アクティブフィルタ装置（42）は、休止状態から稼動状態となる。同時に、第３アクティブフィルタ装置（43）では、第３制御器（432）の第１電流演算部（4323）が算出する第５の電流値（i5）の値が第３アクティブフィルタ装置（43）の動作電流範囲外となる。そのため、動作判断部（4326）から動作開始信号（S）が出力されなくなり、第３アクティブフィルタ装置（43）の第３電流源（431）から補償電流が出力されなくなる。つまり、第３アクティブフィルタ装置（43）は稼動状態から休止状態となる。

空気調和装置（5）の負荷が定格負荷よりも大きくなると、第１アクティブフィルタ装置（41）と第２アクティブフィルタ装置（42）は、ともに最大出力状態となる。このとき、第３アクティブフィルタ装置（43）では、第３制御器（432）の第１電流演算部（4323）が算出する第５の電流値（i5）の値が第３アクティブフィルタ装置の動作電流範囲内となる。そのため、動作判断部（4326）から動作開始信号（S）が出力されて、第３アクティブフィルタ装置（43）の第３電流源（431）から補償電流が出力される。すなわち、第３アクティブフィルタ装置（43）は、休止状態から稼動状態となる。したがって、定格負荷から最大負荷までは、全てのアクティブフィルタ装置（41,42,43）が稼動状態となる。

このように、アクティブフィルタシステム（4）が動作することで、適切な補償電流が出力され、空気調和装置（5）では、電力変換装置（2）に流れる電流に含まれている高調波成分と補償電流とが相殺される。したがって、交流電源（1）から流れる電流は高調波電流が除去された正弦波となり、力率も改善される。

以上の通り、本実施形態では、空気調和装置（5）において、容量が異なる複数台（この例では３台）のアクティブフィルタ装置（41,42,43）を用いるとともに、稼動しているアクティブフィルタ装置の合計容量に対する前記補償電流の比率が最大となるようにアクティブフィルタ装置（41,42,43）の組み合わせを変更している。

〈本実施形態における効果〉
本実施形態では、稼動しているアクティブフィルタ装置（41,42,43）の合計容量に対する前記補償電流の比率が最大となるようにアクティブフィルタ装置（41,42,43）を組み合わせており、単に各アクティブフィルタ装置（41,42,43）で均等に補償電流を分担する場合よりも、稼働中のアクティブフィルタ装置（41,42,43）が最大電流乃至はそれに近い大きさの電流で利用される可能性が高くなる。一般的に、電流源を構成するスイッチング素子は、許容される最大電流を流した場合に効率が最もよくなるように設計されるので、稼働中のアクティブフィルタ装置（41,42,43）が最大電流乃至はそれに近い大きさの電流で利用されるように稼働台数と合計容量を組み合わせると、３台のアクティブフィルタ装置（41,42,43）をそれぞれ均等に動作させるよりも、効率のよい状態でアクティブフィルタシステム（4）の運用が可能になる。

《発明の実施形態３》
本発明の実施形態３では、アクティブフィルタ装置（41,42,43）の稼動台数が最小となる例を説明する。図８は、本実施例におけるアクティブフィルタ装置の組み合わせを示したものである。

空気調和装置（5）の負荷が中間負荷よりも大きくなると、第３アクティブフィルタ装置（43）を稼動させるか、第２アクティブフィルタ装置（42）を稼動させて第１アクティブフィルタ装置（41）を休止させるかの選択肢がある。このとき、｛第１アクティブフィルタ装置（41）の容量｝＜｛第２アクティブフィルタ装置（42）の容量｝≦｛第１アクティブフィルタ装置（41）と第３アクティブフィルタ装置（43）の合計容量｝の関係があることから、稼動しているアクティブフィルタ装置の合計容量に対する補償電流の比率が最大かつ稼動台数が最小とするためには、第２アクティブフィルタ装置（42）を稼動させて第１アクティブフィルタ装置（41）を休止すればよい。

同様の考え方で稼動するアクティブフィルタ装置の組み合わせを選定した結果が図８である。図７の例と比較すると、複数の組み合わせの選択肢がある電流範囲においては、容量の大きなアクティブフィルタ装置を優先して稼動させていることがわかる。

〈本実施形態における効果〉
本実施形態では、必要な補償電流に対して、稼動しているアクティブフィルタ装置の合計容量に対する補償電流の比率が最大かつ稼動台数が最小となることから、さらに効率の良い状態でアクティブフィルタシステムを運用することができる。アクティブフィルタ装置では、制御回路で消費される電力のように、出力の大きさによらず稼働中は常に消費されている電力が存在する。これらの消費電力は、稼動台数の増加に応じて増加することから、稼動台数を最小とすることで小さく抑えることが可能となる。

《発明の実施形態４》
本発明の実施形態４では、アクティブフィルタ装置（41,42,43）の稼動台と組み合わせが変化するタイミングの例を説明する。

図１に示すように、2種類の容量のアクティブフィルタ装置を3台用いた場合、全ての組み合わせにより実現できる合計容量は、4種類となる。この4種類の合計容量に応じた補償電流または負荷電流を超過または下回るタイミングにおいて組み合わせの変更を行う。また、タイミングについては、負荷の増減状態を見ることで、予測することも可能である。

〈本実施形態における効果〉
各アクティブフィルタ装置の容量が分かれば、稼動するアクティブフィルタ装置の組み合わせを変更する補償電流値または負荷電流値が決まる。そのため、組み合わせの変更たタイミングを容易に設定することが可能となる。

《発明の実施形態５》
本発明の実施形態５では、アクティブフィルタ装置（41,42,43）の稼動台と組み合わせが変化するタイミングの他の例を説明する。

図１では、2種類の容量のアクティブフィルタ装置を3台用いた場合、全ての組み合わせにより実現できる合計容量を示した。これに対して、図９は、それぞれの合計容量に対して、アクティブフィルタ装置の効率が最大となる点を示している。この例では、アクティブフィルタ装置の最大出力に対して、約8割程度の出力において効率が最大となっている。このような装置を用いる場合、必要な補償電流に対するアクティブフィルタ装置の組み合わせは、容量ではなく、効率が最大となる出力を用いて設定を行う。図１０に補償電流に対するアクティブフィルタ装置の組み合わせ例を示す。補償電流の増加に伴い、稼働中のアクティブフィルタ装置の出力が最大となる前に組み合わせが変化していることが分かる。

〈本実施形態における効果〉
補償電流に対して、稼働中のアクティブフィルタ装置を最大出力まで使用しないことから、効率の良い状態での稼働時間を増やすことができる。そのため、さらに効率の良い状態でアクティブフィルタシステムを運用することができる。

《実施形態２の変形例１》
変形例１では、アクティブフィルタ装置（41,42,43）の動作判断を電力（P）に基づいて判断する例を説明する。図１１に、変形例１の空気調和装置（5）の構成をブロック図で示す。変形例１でも、アクティブフィルタ装置（41,42,43）が3台で構成されている。なお、以下では、実施形態２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ述べる。

変形例１では、アクティブフィルタ装置（41,42,43）の構成が実施形態２と異なっている。図１１に示すように、変形例１のアクティブフィルタ装置（41,42,43）は、実施形態２のアクティブフィルタ装置（41,42,43）が備える第１制御器（412）と第２制御器（422）と第３制御器（432）を、第１制御器（415）と第２制御器（425）と第３制御器（435）に置き換えたものである。図１２は、変形例１の第１制御器（415）の構成を示すブロック図である。この第１制御器（415）では、実施形態２の第１制御器（412）が備える動作判断部（4126）に代えて、動作判断部（4129）が設けられている。

動作判断部（4129）は、電力変換装置（2）に供給される電力（P）に基づいて第１電流源（411）の動作可否を判断する。具体的には、動作判断部（4129）は、掛け算器（4130）、比較器（4131）、及び動作電力範囲設定部（4132）を備えている。この掛け算器（4130）は、電源電圧（Vrs）と負荷電流（Irf,Itf）とを掛けることにより電力変換装置（2）の電力（P）を演算する。動作判断部（4129）では、動作電力範囲と、電力（P）の値とが比較器（4131）において比較される。動作電力範囲は、動作電力範囲設定部（4132）に設定されている。この構成によって、動作判断部（4129）では、電力（P）の値が動作電力範囲内になると、比較器（4131）から動作開始信号（S）がゲートパルス発生器（4121）に出力される。つまり、動作判断部（4129）では、電力変換装置（2）の電力（P）に応じて、第１電流源（411）の動作の要否を決めている。

ブロック図は示さないが、第２制御器、第３制御器も第１制御器と同様の構成となっており、実施形態２において第１制御器、第２制御器、第３制御器の動作電流範囲が異なっているのと同様に、動作電力範囲が異なっている。

〈空気調和装置（5）の動作〉
以上の構成でも、アクティブフィルタ装置（41,42,43）からは、補償電流が出力され、その際、電力（P）の値に応じて各アクティブフィルタ装置の稼動と休止の組み合わせが変化する。

〈変形例１における効果〉
変形例１でも、稼動しているアクティブフィルタ装置の合計容量に対する前記補償電流の比率が最大となるようにアクティブフィルタ装置（41,42,43）を組み合わせている。したがって、変形例１でも、実施形態２と同様の効果を得ることが可能になる。

また、変形例１は、交流電源（1）の電圧低下が懸念される場合に有用である。例えば、交流電源（1）の電圧が低下した場合に、電力変換装置（2）が電圧低下前と同じ電力（P）を発生しているとすれば、電力変換装置（2）では、電圧低下分の電流が増加することになる。そのため、電流値でアクティブフィルタ装置（41,42,43）の動作要否を判断すると、第１アクティブフィルタ装置（41）のみで補償電流を賄える場合に、第２アクティブフィルタ装置（42）が稼働する可能性がある。それに対して変形例１では、電力変換装置（2）の電力（P）の大きさで第２電流源（421）の動作要否を判断するので、電力変換装置（2）の電流値が変動する場合においても、確実に、アクティブフィルタ装置（41,42,43）の動作要否を判断することが可能になる。

《その他の実施形態》
なお、アクティブフィルタシステムを構成するアクティブフィルタ装置の台数は例示である。2台以上のアクティブフィルタ装置を用いることで、2種類以上の容量の組み合わせは可能である。2台のアクティブフィルタ装置を組み合わせる例としては、図１３のようなものが考えられる。

また、アクティブフィルタシステムの用途は、空気調和装置には限定されない。

また、各アクティブフィルタ装置は、基本波力率改善機能を必ずしも備える必要はない。すなわち、アクティブフィルタ装置は、高調波電流の低減機能のみを有する構成でもよい。また、アクティブフィルタ装置は、基本波力率改善機能のみを有する構成とすることも可能である。その場合、負荷電流に替えて電源電流を検出することで基本波力率を求め、その大きさにより無効電流のみを補償すればよい。

また、ビル等には、電力の使用量等の情報を電力会社などに送信する、いわゆるスマートメータが用いられる場合がある。そのような場合には、電源電流の検出器としてスマートメータを利用してもよい。

本発明は、アクティブフィルタシステム、及び空気調和装置として有用である。

１ 交流電源
２ 電力変換装置（高調波発生負荷器）
４ アクティブフィルタシステム
５ 空気調和装置
４１ 第１アクティブフィルタ装置
４２ 第２アクティブフィルタ装置
４３ 第３アクティブフィルタ装置

Claims (5)

1. 高調波発生負荷器（2）に出力が接続され、該高調波発生負荷器（2）の高調波電流の低減及び基本波力率の改善の少なくとも一方を行うための補償電流を生成可能な複数のアクティブフィルタ装置（41,42,43）を備え、
   前記複数のアクティブフィルタ装置（41,42,43）には、２種類以上の容量が含まれ、
   前記補償電流の大きさに応じて、前記アクティブフィルタ装置（41,42,43）の稼働台数および組合せが変化するものであり、
   前記アクティブフィルタ装置（41,42,43）の稼働台数および組合せが、稼動している前記アクティブフィルタ装置（41,42,43）の合計容量に対する前記補償電流の比率が最大となるように変化することを特徴とするアクティブフィルタシステム。
2. 請求項１において、
   容量の大きい前記アクティブフィルタ装置（41,42,43）を優先して稼動することを特徴とするアクティブフィルタシステム。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記補償電流が、前記複数のアクティブフィルタ装置（41,42,43）から１台以上を選択する全ての組み合わせにおける各合計容量に応じた前記補償電流の何れかの値を超過または下回る時に、稼動するアクティブフィルタ装置（41,42,43）の組み合わせが変化することを特徴とするアクティブフィルタシステム。
4. 請求項１から請求項３の何れかにおいて、
   前記高調波発生負荷器（2）は、電力変換装置であることを特徴とするアクティブフィルタシステム。
5. 請求項１から請求項４の何れかのアクティブフィルタシステムを備えたことを特徴とする空気調和装置。

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