JP2859930B2 - Harmonic compensator - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電源系統および負荷設備間の系統ラインに設
けられた高調波補償装置の改良に関するものである。The present invention relates to an improvement of a harmonic compensator provided in a system line between a power supply system and a load facility.
〔従来の技術〕 3相PWMコンバータと、前記3相PWMコンバータの交流
側に電源に直列に接続される交流リアクトルと、前記3
相PWMコンバータの直流側に端子間に接続される直流コ
ンデンサとで構成されるアクティブフィルタは、アクテ
ィブフィルタ自身が発生するリップル電流を除去するた
めに高次フィルタが併設され、全体として高調波補償装
置が構成されるのが一般的である。[Prior Art] A three-phase PWM converter, an AC reactor connected in series to a power supply on the AC side of the three-phase PWM converter,
The active filter composed of a DC capacitor connected between the terminals on the DC side of the phase PWM converter is equipped with a higher-order filter to eliminate the ripple current generated by the active filter itself. Is generally configured.
このような高調波補償装置においては電源系統のイン
ピーダンスと高次フィルタの間で共振が発生し補償特性
が悪化することがある。このような共振をアクティブフ
ィルタによって抑制する制御方式として電源側高調波電
流をフィードバックする方法が、昭和62年電気学会全国
大会講演論文集の566として「アクティブフィルタの制
御方式に関する検討」に報告されている。In such a harmonic compensator, resonance may occur between the impedance of the power supply system and the high-order filter, and the compensation characteristics may be degraded. A method of feedbacking the power supply side harmonic current as a control method to suppress such resonance by an active filter was reported in "Study on Active Filter Control Method" as 566 in the 1987 IEEJ National Convention. I have.
以下、このような従来の高調波補償装置について図面
を参照しながら説明する。第3図は従来の高調波補償装
置を具えた3相交流電源系統の主回路構成図であり、第
4図は高調波補償時の系統のブロック図である。Hereinafter, such a conventional harmonic compensator will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a main circuit configuration diagram of a three-phase AC power supply system including a conventional harmonic compensator, and FIG. 4 is a block diagram of a system at the time of harmonic compensation.
第3図において、3は系統インピーダンスを示し、3
相交流系統電源1は系統インピーダンス3を経てサイリ
スタレオナード装置等の負荷2に負荷側交流リアクトル
8を介して電力を供給している。この系統ラインに3相
PWMコンバータ5,交流リアクトル4,直流コンデンサ6か
ら成るアクティブフィルタ及び高次フィルタ8で構成さ
れる高調波補償装置が接続されている。In FIG. 3, reference numeral 3 denotes a system impedance.
The phase AC system power supply 1 supplies power via a system impedance 3 to a load 2 such as a thyristor Leonard device via a load-side AC reactor 8. This system line has three phases
A harmonic compensator composed of an active filter including a PWM converter 5, an AC reactor 4, and a DC capacitor 6 and a high-order filter 8 is connected.
第4図において、33は電源電流の高調波分ISHのフィ
ードバック制御関数G、31はアクティブフィルタの伝達
関数GAF、32は電源側高調波流入インキーダンスZであ
り、電源側高調波流入インピーダンスZは系統の高調波
インピーダンスZsおよび高次フィルタ7のインピーダン
スZfより次の式で表される。In FIG. 4, reference numeral 33 denotes a feedback control function G for the harmonic component I SH of the power supply current, 31 denotes a transfer function GAF of the active filter, 32 denotes a power supply side harmonic inflow impedance Z, and a power supply side harmonic inflow impedance Z It is represented by the following formula from the impedance Z f of the harmonic impedance Z s and higher filter 7 strains.
このような伝達関数で構成される系統において、負荷
電流高調波分ILHと、電源電流高調波分ISHにフィードバ
ック制御関数Gを掛けたIGを加え合わせて、それらをア
クティブフィルタの伝達関数GAFの入力とする。 In a system configured with such a transfer function, a load current harmonic component I LH and an IG obtained by multiplying a power supply current harmonic component I SH by a feedback control function G are added, and these are added to the active filter transfer function GAF. Input.
その出力IFと負荷電流高調波分ILHの差を電源側高調
波流入インピーダンスZの入力とすると、その出力が電
源電流高調波分ISHとなる。 Assuming that the difference between the output IF and the load current harmonic component I LH is the input of the power source side harmonic inflow impedance Z, the output becomes the power source current harmonic component I SH .
ここで、フィードバック制御関数Gとして比例微分回
路を採用すれば、電源系統のインピーダンスと高次フィ
ルタ7の間で発生する共振を抑制し、補償性能を向上さ
せることができる。比例微分回路を採用した時、フィー
ドバック関数Gは比例微分回路の伝達関数となり次式で
表される。Here, if a proportional differentiation circuit is employed as the feedback control function G, resonance occurring between the impedance of the power supply system and the high-order filter 7 can be suppressed, and the compensation performance can be improved. When a proportional differentiating circuit is employed, the feedback function G becomes a transfer function of the proportional differentiating circuit and is represented by the following equation.
ここに K:比例微分回路のゲイン T:比例微分回路の時定数 を示す。 Here, K: Gain of proportional differentiator T: Time constant of proportional differentiator
第3図において、3相PWMコンバータ5に流入する補
償電流と、高次フィルタ7に流入するフィルタ電流との
ベクトル和で、負荷2に流入する負荷電流の高調波分を
打消すようにする高調波補償は、負荷電流と系統電圧お
よび電源電流を検出し、これらを図示しない演算回路に
送り高調波電流補償指令に相当する電流指令信号を生成
するとともに、この信号と交流リアクトル4に流れる補
償電流に比例する補償検出電流信号との大小を比較し、
その結果によって3相PWMコンバータ5のスイッチング
素子S1〜S6をオン/オフ制御することによって行われ
る。In FIG. 3, a vector sum of a compensation current flowing into the three-phase PWM converter 5 and a filter current flowing into the high-order filter 7 is used to cancel a harmonic component of the load current flowing into the load 2. The wave compensation detects a load current, a system voltage, and a power supply current, sends them to an arithmetic circuit (not shown), generates a current command signal corresponding to a harmonic current compensation command, and generates a current command signal corresponding to the harmonic current compensation command. Comparing the magnitude with the compensation detection current signal proportional to
According to the result, on / off control of the switching elements S1 to S6 of the three-phase PWM converter 5 is performed.
例えば、信号の大小比較結果が、電流指令信号>補償
検出電流信号であるときには、スイッチング素子S1〜S6
のいずれかをオンすることにより、直流コンデンサ6、
スイッチング素子S1〜S6のいずれか、および交流リアク
トル4、を通して放電回路が形成され、補償電流は急速
に立ち上がり瞬時に電流指令信号の指令する電流値に達
し、更に指令値を越えるようになる。For example, when the magnitude comparison result of the signals is: current command signal> compensation detection current signal, the switching elements S1 to S6
Is turned on, the DC capacitor 6,
A discharge circuit is formed through one of the switching elements S1 to S6 and the AC reactor 4, and the compensation current rapidly rises, instantaneously reaches the current value commanded by the current command signal, and further exceeds the command value.
このため、信号の大小比較結果は、電流指令信号<補
償検出電流信号に反転し、スイッチング素子S1〜S6のい
ずれかはオフすることになる。その結果今度は交流リア
クトル4、ダイオードD1〜D6のいずれか、および直流コ
ンデンサ6、を通して充電回路が形成され、補償電流は
急速に立ち下がり、指令値に達した後指令値を下廻り、
始めに戻る。For this reason, the magnitude comparison result of the signals is inverted to the current command signal <compensation detection current signal, and one of the switching elements S1 to S6 is turned off. As a result, a charging circuit is formed this time through the AC reactor 4, any one of the diodes D1 to D6, and the DC capacitor 6, and the compensation current falls rapidly, falls below the command value after reaching the command value,
Go back to the beginning.
このように、電流指令信号の大きさの変化の勾配より
も急峻な勾配を有する補償電流を、電流指令値より上廻
り/下廻って交互に流せるようスイッチング素子のオン
/オフが繰返され、電流指令信号に追従して高調波補償
が行われる。As described above, the switching element is repeatedly turned on / off so that the compensation current having a steeper gradient than the change in the magnitude of the current command signal can be alternately passed above / below the current command value. Harmonic compensation is performed following the signal.
しかしながら、第3図に示した負荷側交流リアクトル
8の値が小さい時には、負荷電流ILU,ILV,ILWの重な
り角が小さくなり、負荷電流の波形は、台形から矩形に
近くなり、多種類の高次高調波が重疊して立上り立下り
の部分が急峻な勾配を有するものとなる。However, when the value of the load-side AC reactor 8 shown in FIG. 3 is small, the overlapping angle of the load currents I LU , I LV , and I LW becomes small, and the waveform of the load current becomes close to a rectangle from a trapezoidal shape. The types of high-order harmonics overlap, and the rising and falling portions have a steep gradient.
このため、この電流波形を検出し演算し高調波分を打
消す補償指令として生成される電流指令信号の波形は、
第2図(a)に示すような鋸歯状のピークと正負に急峻
な勾配を有するものとなる。For this reason, the waveform of the current command signal generated as a compensation command for detecting and calculating this current waveform and canceling out the harmonic component is:
It has a saw-toothed peak as shown in FIG. 2 (a) and a steep positive and negative slope.
第2図(a)に示されるような負荷電流の転流時にお
ける電流指令信号において、鋸歯状波のピーク部分を僅
か過ぎた位置(図中ピーク部分より僅か右の位置)に相
当する時間タイミングと信号の大きさの補償検出電流信
号が存在する場合であって、図中の水平中心線より上部
の正側の電流信号との比較をなすときは、電流指令信号
はピーク部より右下方向に急峻に下降しており、信号大
小比較は、電流指令信号<補償検出電流信号、として比
較され、或いは、図中の水平中心線より下部の負側の電
流信号との比較をなすときには、電流指令信号はピーク
部より右上方向に急峻に上昇しており、電流指令信号>
補償検出電流信号、として大小比較がなされる。そし
て、この信号の大小比較関係を反転すべくスイッチング
素子はオフ或いはオンし、補償電流を急速に流し電流指
令値より下廻る或いは上廻るべく作用し電流指令に追従
して高調波電流補償しようとする。In the current command signal at the time of commutation of the load current as shown in FIG. 2A, a time timing corresponding to a position slightly past the peak portion of the sawtooth wave (a position slightly to the right of the peak portion in the figure). When there is a compensation detection current signal of the magnitude of the signal and there is a comparison with the current signal on the positive side above the horizontal center line in the figure, the current command signal is in the lower right direction from the peak portion. The signal magnitude is compared as the current command signal <compensation detection current signal, or when comparing with the current signal on the negative side below the horizontal center line in the figure, The command signal rises steeply to the upper right from the peak, and the current command signal>
A magnitude comparison is made as the compensation detection current signal. Then, the switching element is turned off or on to invert the magnitude comparison relationship of this signal, and the compensation current flows rapidly to act to fall below or exceed the current command value so as to follow the current command to compensate for the harmonic current. I do.
しかし、3相PWMコンバータ5に設けた有限な値を有
する交流リアクトル4によって、補償電流の立上り立下
り波形の勾配は制限を受け、補償検出電流信号の波形の
勾配が、電流指令信号の波形の勾配よりも緩やかなもの
となるときには、時間の経過とともに、緩やかな勾配で
変化する補償電流に、同一の時間の経過期間に急峻な勾
配で変化する電流指令値が波形のピークを過ぎて勾配が
反転し、補償電流の変化勾配と逆の勾配となって交叉し
ない限り、補償電流が電流指令値を上廻る或いは下廻る
ことはできず、電流指令信号と補償検出電流信号との大
小比較関係を両者同一の向きの傾斜勾配である正または
負の変化勾配の期間では反転できないので、スイッチン
グ素子は電流指令の変化に追従したオン/オフを繰返し
たことにはならず、補償電流は補償指令に瞬時に追従で
きないものとなる。However, the gradient of the rising and falling waveforms of the compensation current is limited by the AC reactor 4 having a finite value provided in the three-phase PWM converter 5, and the gradient of the waveform of the compensation detection current signal is changed to the waveform of the current command signal. When the slope becomes gentler than the slope, the current command value that changes with a steep slope during the same elapsed time becomes a compensation current that changes with a gentle slope as time passes. Unless it reverses and crosses with a gradient opposite to the change gradient of the compensation current, the compensation current cannot exceed or fall below the current command value, and the magnitude comparison relationship between the current command signal and the compensation detection current signal is determined. Since the switching element cannot be reversed during the period of the positive or negative change gradient, which is the same in both directions, the switching element does not repeat on / off following the change in the current command, and the switching element does not. Current is the thing that can not follow the instantaneous compensation command.
その結果、多くの高調波が抑制されず電源系統に残る
が、そのうち高次高調波については、アクティブフィル
タ自身が発生するリップル電流を除去するために設けた
高次フィルタ7で、フィルタ機能を兼用して抑制を行う
としても、低次高調波については抑制できず却って高次
フィルタ7と電源インピーダンス3との間で共振が拡大
し、フィードバック関数Gのゲインを上げても拡大され
増大した共振を抑制できないという不具合を生じること
があった。As a result, many harmonics are not suppressed and remain in the power supply system. Among them, high-order harmonics are also used by the high-order filter 7 provided for removing the ripple current generated by the active filter itself, and also serve as a filter function. Even if the suppression is performed, the low-order harmonics cannot be suppressed, and the resonance between the higher-order filter 7 and the power supply impedance 3 expands, and even if the gain of the feedback function G is increased, the expanded resonance increases. There was a problem that it could not be suppressed.
本発明は前記不具合を解消して、低次から高次に至る
高調波を抑制する高調波補償装置を提供するものであ
る。An object of the present invention is to provide a harmonic compensator that solves the above-mentioned problem and suppresses harmonics from low to high.
本発明にかかる高調波補償装置は電源系統および負荷
設備間の系統ラインに設けられる高調波補償装置であっ
て、3相PWMコンバータと、該3相PWMコンバータの交流
側各相に系統ラインに直列に接続された交流リアクトル
と、前記3相PWMコンバータの直流側端子間に接続され
た直流コンデンサと、前記交流リアクトルの電源側に併
設された高次フィルタと、前記3相PWMコンバータを制
御する制御装置を備え、該制御装置は負荷設備の瞬時実
電力および虚電力を演算する手段と、該瞬時実電力およ
び虚電力からその低次交流分を検出する手段と、該瞬時
実電力および虚電力の低次交流分より第1の電流指令信
号を生成する手段と、電源電流からその瞬時実電力およ
び虚電力を演算して第2の電流指令信号を生成する手段
と、該第2の電流指令信号を入力して比例微分を施し第
3の電流指令信号を生成する手段と、該第3の電流指令
信号と前記第1の電流指令信号を加算して電流指令信号
を生成する手段と、該電流指令信号と前記交流リアクト
ルに流れる補償電流検出値とを比較して3相PWMコンバ
ータの各相スイッチング素子を生成する手段とを具えた
ものにおいて、前記交流リアクトルの電源側に前記高次
フィルタを併設して用いることにより、交流リアクトル
の値が小さな負荷の転流時における前記3相PWMコンバ
ータで抑制しきれない高次高調波電流の補償手段とした
ことを特徴とするものである。A harmonic compensator according to the present invention is a harmonic compensator provided in a system line between a power supply system and a load facility. The harmonic compensator is connected in series with a three-phase PWM converter and each of the AC phases of the three-phase PWM converter. , A DC capacitor connected between the DC side terminals of the three-phase PWM converter, a high-order filter provided alongside a power supply side of the AC reactor, and control for controlling the three-phase PWM converter A control means for calculating instantaneous real power and imaginary power of the load equipment; a means for detecting a lower-order AC component from the instantaneous real power and imaginary power; Means for generating a first current command signal from the low-order AC component, means for calculating the instantaneous real power and imaginary power from the power supply current to generate a second current command signal, Means for inputting and performing proportional differentiation to generate a third current command signal, means for adding the third current command signal and the first current command signal to generate a current command signal, Means for comparing a signal and a compensation current detection value flowing in the AC reactor to generate each phase switching element of the three-phase PWM converter, wherein the high-order filter is provided in parallel with a power supply side of the AC reactor. In this case, the high-order harmonic current cannot be suppressed by the three-phase PWM converter during the commutation of a load having a small AC reactor value.
本発明にかかる高調波補償装置においては、負荷電流
の瞬時実電力および虚電力よりバンドパスを利用して、
低次の高調波分を検出して第1の電流指令信号を得る事
により、第1の電流指令信号の波形が従来は第2図
(a)に示すように鋸歯状にピークを有し勾配の急峻な
ものであったものがバンドパスにより第2図(b)に示
すように正弦波状にピークと勾配が緩やかなものとなる
ので、有限の値を有する交流リアクトル4により有限の
スイッチング周波数で殆んどの低次高調波分を抑制し、
実用上十分な低次補償性能を得る事ができる。In the harmonic compensator according to the present invention, utilizing the band pass from the instantaneous real power and imaginary power of the load current,
By detecting the lower harmonic components to obtain the first current command signal, the waveform of the first current command signal conventionally has a saw-toothed peak and a gradient as shown in FIG. 2 (a). The peaks and the gradients of the steep waves are gradually changed sinusoidally as shown in FIG. 2 (b) due to the bandpass, so that the AC reactor 4 having a finite value causes the AC reactor 4 to have a finite switching frequency. Most low-order harmonic components are suppressed,
Practically sufficient low-order compensation performance can be obtained.
高次の高調波分は高次フィルタにより抑制することが
できる。又、アクティブフィルタで抑制したにも拘らず
低次の高調波分が残り、電源インピーダンスと高次フィ
ルタとの間で共振が発生した場合には、電源電流の瞬時
実電力および虚電力より生成した第2の電流指令信号お
よびその値を比例微分した第3の電流指令信号により抑
制することができる。Higher-order harmonic components can be suppressed by a higher-order filter. Also, in spite of suppression by the active filter, low-order harmonic components remain, and when resonance occurs between the power supply impedance and the high-order filter, the power supply current is generated from the instantaneous real power and imaginary power of the power supply current. It can be suppressed by the second current command signal and the third current command signal obtained by proportionally differentiating the value of the second current command signal.
以上のようにして、交流リアクトルの値が小さい負荷
の転流時における高調波電流補償を良好に行うことがで
きる。As described above, harmonic current compensation during commutation of a load having a small value of the AC reactor can be favorably performed.
以下、一実施例につき図面を参照しつつ説明する。本
発明にかかる高調波補償装置を具えた3相交流電源系統
の主回路構成図は、従来の場合と同様に第3図に示した
通りであり、第1図は本考案にかかる高調波補償装置の
一実施例の制御装置のブロック図を示す。Hereinafter, an embodiment will be described with reference to the drawings. The main circuit configuration diagram of the three-phase AC power supply system including the harmonic compensator according to the present invention is as shown in FIG. 3 as in the conventional case, and FIG. 1 is the harmonic compensator according to the present invention. 1 shows a block diagram of a control device of an embodiment of the device.
3相交流系統電源1は系統インピーダンス3および負
荷側交流リアクトル8を経てサイリスタレオナード装置
等の負荷2に電力を供給し、負荷2の各相には負荷電流
ILU,ILV,ILWが流れ込んでいる。この系統ラインに負
荷2と並列に高次フィルタ7とアクティブフィルタが接
続されている。アクティブフィルタは3相PWMコンバー
タ5と、その交流側各相端子を系統ラインへ接続する交
流リアクトル4と、3相PWMコンバータの直流側端子間
に接続された直流コンデンサ6とから成っている。A three-phase AC system power supply 1 supplies power to a load 2 such as a thyristor Leonard device via a system impedance 3 and a load-side AC reactor 8, and a load current is supplied to each phase of the load 2.
I LU , I LV and I LW are flowing. A high-order filter 7 and an active filter are connected to this system line in parallel with the load 2. The active filter includes a three-phase PWM converter 5, an AC reactor 4 for connecting each AC-side phase terminal to a system line, and a DC capacitor 6 connected between the DC-side terminals of the three-phase PWM converter.
3相PWMコンバータ5はオン,オフ可能なスイッチン
グ素子S1〜S6およびダイオードD1〜D6から構成され、各
スイッチング素子S1〜S6はそれぞれダイオードD1〜D6を
並列接続された上、3相ブリッジ回路として接続され、
制御装置から供給されるスイッチング信号VGによりスイ
ッチング素子S1〜S6がオン,オフされて高調波補償を行
うものである。3-phase PWM converter 5 on, consists off Switching element S 1 to S 6 and the diode D 1 to D 6, each of the switching elements S 1 to S 6 are connected in parallel with diodes D 1 to D 6, respectively Above, connected as a three-phase bridge circuit,
Switching element S 1 to S 6 by the switching signal V G supplied from the control unit is on, and performs off has been harmonic compensation.
なお、3相PWMコンバータ5の交流側に直列に挿入さ
れた交流リアクトル4は、3相PWMコンバータ5の電流
の立ち上がりを制限するためのものであり、直流側に接
続された直流コンデンサ6は、3相PWMコンバータ5の
直流側の電圧を安定化させるためのものであって、通常
は3相交流系統電源1の電圧と等しい3相PWMコンバー
タ5の交流側電圧の2倍程度の電圧に充電されている。The AC reactor 4 inserted in series on the AC side of the three-phase PWM converter 5 is for limiting the rise of the current of the three-phase PWM converter 5, and the DC capacitor 6 connected to the DC side is This is for stabilizing the voltage on the DC side of the three-phase PWM converter 5 and is normally charged to a voltage which is about twice the AC side voltage of the three-phase PWM converter 5 which is equal to the voltage of the three-phase AC system power supply 1. Have been.
今、第3図に示す主回路構成において、負荷2に流入
する負荷電流をILU,ILV,ILW、アクティブフィルタす
なわち3相PWMコンバータ5に流入する補償電流をIU,I
V,IW、高次フィルタ7に流入するフィルタ電流をIFU,
IFV,IFWとすると、系統電源1に流れる電源電流ISU,I
SV,ISWは負荷電流と補償電流とフィルタ電流とをベク
トル的に加算したものとなる。従って、補償電流とフィ
ルタ電流のベクトル和IU+IFU,IV+IFV,IW+IFWがそ
れぞれ負荷電流ILU,ILV,ILWの高調波分を打ち消すも
のであればよい。Now, in the main circuit configuration shown in FIG. 3, the load current flowing into the load 2 is represented by I LU , I LV , I LW , and the compensation current flowing into the active filter, that is, the three-phase PWM converter 5 is represented by I U , I
V , I W and the filter current flowing into the high-order filter 7 are I FU ,
If I FV , I FW , power supply currents I SU , I
SV and ISW are obtained by adding the load current, the compensation current, and the filter current in a vector manner. Therefore, it is only necessary that the vector sums I U + I FU , I V + I FV , I W + I FW of the compensation current and the filter current cancel the harmonic components of the load currents I LU , I LV , and I LW , respectively.
前記のような高調波補償を行うため、ここでは以下に
説明するような3相〜2相変換を行い、実電力および虚
電力なる概念を導入している。この概念については昭和
58年7月発行の電気学会論文誌103巻B分冊7号掲載の
論文58−B60の「瞬時無効電力の一般化理論とその応
用」などとして発表されているが、以下、その演算法に
ついて説明する。In order to perform the harmonic compensation as described above, three-phase to two-phase conversion as described below is performed, and the concepts of real power and imaginary power are introduced. Showa about this concept
The paper was published as "Generalized Theory of Instantaneous Reactive Power and Its Application" in Paper 58-B60 published in IEEJ Transactions on Volume 103, Volume B, Issue 7, July 1983, etc. I do.
この概念は、まず次の(3)〜(5)式を用いて3相
の負荷電流ILU,ILV,ILWおよび系統電圧eU,eV,eWを
2相の電流IL α,IL βおよび電圧eα,eβに変換するも
のである。The concept is as follows. First, the three-phase load currents I LU , I LV , and I LW and the system voltages e U , e V , and e W are converted into two-phase currents I L α using the following equations (3) to (5). , I L β and voltages e α , e β .
ここで〔C〕は3相〜2相の変換行列である。 Here, [C] is a three- or two-phase transformation matrix.
上記の(3)〜(5)式より求めた2相の電圧および
電流を用いると、次の(6)式により実電力pおよび虚
電力qが求められる。Using the two-phase voltage and current obtained from the above equations (3) to (5), the real power p and the imaginary power q are obtained from the following equation (6).
これらの実電力pおよび虚電力qは、次の(7),
(8)式によりそれぞれ直流分,と低次交流分 および高次交流分 に分解される。 These real power p and imaginary power q are expressed by the following (7),
According to equation (8), DC component and low-order AC component respectively And higher order exchange Is decomposed into
ここで、2相負荷電流IL α,IL βの低次高調波分は実
電力の低次交流分 および虚電力の低次交流分 に変換されるので、バンドパスフィルタを通して分離す
ることができる。 Here, 2-phase load current I L α, I L low-order harmonics content of β is real power low-order AC component of And low-order AC component of imaginary power , And can be separated through a band-pass filter.
次に、以上の述べた原理に基づいて構成された第1図
の制御装置を説明する。Next, a description will be given of a control device shown in FIG. 1 configured based on the above-described principle.
電力演算回路11は負荷電流ILU,ILV,ILWに比例する
負荷電流信号iLU,iLV,iLWと、系統電圧eU,eV,eWと
を受けて、(3)〜(6)式に従って瞬時実電力p1およ
び瞬時虚電力q1を演算し、これらをバンドパスフィルタ
12へ送る。Power calculating circuit 11 receives the load current I LU, I LV, the load current signal i LU proportional to I LW, i LV, and i LW, system voltage e U, e V, and e W, (3) ~ (6) the instantaneous real power p 1 and the instantaneous imaginary power q 1 is calculated according to equation these bandpass filter
Send to 12.
バンドパスフィルタ12はこれらから直流分および高次
交流分を除去して、瞬時実電力の低次交流分1Lおよび
瞬時虚電力の低次交流分1Lを符号反転回路13へ送出す
る。符号反転回路13はこれらの符号を反転し、実電力指
令信号p1 *および虚電力指令信号q1 *として電流指令値演
算回路14へ出力する。Bandpass filter 12 removes a DC component and higher-order AC components therefrom, and sends the low-order AC component 1L of instantaneous real power of the low-order AC component 1L and instantaneous imaginary power to sign inverting circuit 13. The sign inverting circuit 13 inverts these signs and outputs them to the current command value calculating circuit 14 as the real power command signal p 1 * and the imaginary power command signal q 1 * .
これらは電流指令値演算回路14において生成する電流
指令信号の原形となるものである。すなわち、(9)式
により得られる実電力指令信号p1 *を基に低次高調波有
効電力が制御され、(10)式により得られる虚電力指令
信号q1 *を基に低次高調波無効電力が制御される。 These are the original forms of the current command signal generated in the current command value calculation circuit 14. That is, the low-order harmonic active power is controlled based on the real power command signal p 1 * obtained by the equation (9), and the low-order harmonic active power is controlled based on the imaginary power command signal q 1 * obtained by the equation (10). Reactive power is controlled.
電流指令値演算回路14は、実電力指令信号p1 *,虚電
力指令信号q1 *および系統電圧eU,eV,eWを受けて、前
記(3)式および次の(11)〜(13)式に従って、2相
電流指令信号iα1 *,iβ1 *を得、2相〜3相変換を
行って電流指令信号iU1,iV1,iW1を生成して加算回路1
5へ出力する。The current command value calculation circuit 14 receives the real power command signal p 1 * , the imaginary power command signal q 1 *, and the system voltages e U , e V , and e W and receives the above equation (3) and the following (11) to According to equation (13), two-phase current command signals i α1 * , i β1 * are obtained, two-phase to three-phase conversion is performed to generate current command signals i U1 , i V1 , i W1 and adder circuit 1
Output to 5.
なお、〔C〕-1は〔C〕の逆変換行列である。 [C] -1 is the inverse transformation matrix of [C].
次に、電力演算回路21は電源電流ISU,ISV,ISWに比
例する電源電流信号iSU,iSV,iSWと、系統電圧eU,
eV,eWとを受けて、(3)〜(6)式に従って瞬時実電
力p2および瞬時虚電力q2を演算し、これらをハイパスフ
ィルタ22へ送る。Then, the power calculation circuit 21 supply current I SU, I SV, the power source current signal i SU proportional to I SW, i SV, i SW and, system voltage e U,
In response to e V and e W , the instantaneous real power p 2 and the instantaneous imaginary power q 2 are calculated according to the equations (3) to (6), and these are sent to the high-pass filter 22.
ハイパスフィルタ22はこれらから直流分を除去して、
瞬時実電力の交流分 および瞬時虚電力の交流分 を符号反転回路23へ送出する。符号反転回路23はこれら
の符号を反転し、実電力指令信号p2 *および虚電力指令
信号q2 *として電流指令値演算回路24へ出力する。The high-pass filter 22 removes the DC component from these,
AC component of instantaneous real power And instantaneous imaginary power AC To the sign inversion circuit 23. The sign inverting circuit 23 inverts these signs and outputs them to the current command value calculating circuit 24 as the real power command signal p 2 * and the imaginary power command signal q 2 * .
電流指令値演算回路24は、実電力指令信号p2 *,虚電
力指令信号q2 *および系統電圧eU,eV,eWを受けて、前
記(3),(13)式および次の(16)〜(17)式に従っ
て2相電流指令信号iα2 *,iβ2 *を得、2相〜3相
変換を行って電流指令信号iU2,iV2,iW2を生成して比
例微分回路25へ出力する。 The current command value calculation circuit 24 receives the real power command signal p 2 * , the imaginary power command signal q 2 *, and the system voltages e U , e V , and e W and receives the above equations (3), (13) and The two-phase current command signals iα2 * , iβ2 * are obtained according to the equations (16) to (17), and the two-phase to three-phase conversion is performed to generate the current command signals iU2 , iV2 , iW2 and proportional differentiation. Output to the circuit 25.
比例微分回路25は電流指令信号iU2,iV2,iW2を得
て、(2)式の伝達関数に基づいて第3の電流指令信号
iU2′,iV2′,iW2′を演算し加算回路15へ出力する。 The proportional differentiating circuit 25 obtains the current command signals i U2 , i V2 , i W2 and obtains the third current command signal based on the transfer function of the equation (2).
i U2 ′, i V2 ′ and i W2 ′ are calculated and output to the adder circuit 15.
加算回路15は電流指令信号iU1,iV1,iW1と電流指令
信号iU2′,iV2′,iW2′とを各相それぞれ加算して電
流指令信号iU *,iV *,iW *を生成し、電流制御回路16へ
送出する。The adder circuit 15 adds the current command signals i U1 , i V1 , i W1 and the current command signals i U2 ′, i V2 ′, i W2 ′ in each phase, respectively, and outputs the current command signals i U * , i V * , i W * is generated and sent to the current control circuit 16.
電流制御回路16は電流指令信号iU *,iV *,iW *と補償
電流IU,IV,IWに比例する補償検出電流信号iU,iV,iW
とを比較し、例えば iU *≧0で且つiU≦iU * なるとき、3相PWMコンバータ5のスイッチング素子S4
をオンし、 iU *≧0で且つiU>iU * なるときスイッチング素子S4をオフし、また iU *<0で且つiU≦iU * なるとき、スイッチング素子S1をオフするようなスイッ
チング信号VGを生成するものであり、このスイッチング
信号VGによってスイッチング素子S1〜S6がオン,オフ制
御され、高調波補償装置の各相の電流瞬時値が制御され
る。The current control circuit 16 is the current command signal i U *, i V *, i W * with compensation current I U, I V, the compensation detected current signal i U proportional to I W, i V, i W
For example, when i U * ≧ 0 and i U ≦ i U * , the switching element S 4 of the three-phase PWM converter 5
Was on, i U * ≧ 0 and i U> i U * turns off the switching element S 4 when made in, also i U * <and i U ≦ i U * becomes time 0, turns off the switching element S 1 The switching signal V G is generated, and the switching elements S 1 to S 6 are turned on and off by the switching signal V G , and the current instantaneous value of each phase of the harmonic compensator is controlled.
このようにして、電流指令信号iU1,iV1,iW1により
低次の高調波成分が補償され、高次フィルタにより高次
の高調波成分が補償される。又、電源インピーダンスと
高次フィルタによる共振は電流指令信号iU2′,iV2′,
iW2′により抑制される。In this way, the low-order harmonic components are compensated by the current command signal i U1, i V1, i W1 , harmonic components of higher order can be compensated by higher-order filter. In addition, the resonance caused by the power supply impedance and the higher-order filter causes the current command signals i U2 ′, i V2 ′
i W2 ′.
以上、一実施例により詳細に説明したように、本発明
にかかる高調波補償装置は、負荷に接続される負荷側交
流リアクトルが小さい場合でも、低次の高調波をバンド
パスを使用して検出する事により良好に補償する事がで
き、高次の高調波は高次フィルタにより補償する事がで
きる。As described above in detail in one embodiment, the harmonic compensator according to the present invention detects a lower-order harmonic using a bandpass even when the load-side AC reactor connected to the load is small. By doing so, good compensation can be achieved, and higher order harmonics can be compensated for by higher order filters.
又、補償しきれなかった低次の高調波の、電源インピ
ーダンスと高次フィルタによる共振による増大も電源電
流を検出する事によって抑制できる。In addition, the increase in low-order harmonics, which could not be compensated, due to the power supply impedance and resonance caused by the high-order filter can be suppressed by detecting the power supply current.
第1図は本考案にかかる高調波補償装置の一実施例の制
御装置のブロック図、第2図は補償電流指令信号を示す
波形図、第3図はこの種の高調波補償装置を具えた3相
交流電源系統の主回路接続図、第4図は高調波補償時の
系統のブロック図である。 1……3相交流系統電源、2……負荷、3……系統イン
ピーダンス、4……交流リアクトル、5……3相PWMコ
ンバータ、6……直流コンデンサ、7……高次フィル
タ、8……負荷側交流リアクトル、11,21……電力演算
回路、12……バンドパスフィルタ、22……ハイパスフィ
ルタ、13,23……符号反転回路、14,24……電力指令演算
回路、15……加算回路、16……電流制御回路。FIG. 1 is a block diagram of a control device of an embodiment of a harmonic compensator according to the present invention, FIG. 2 is a waveform diagram showing a compensation current command signal, and FIG. 3 is equipped with such a harmonic compensator. FIG. 4 is a block diagram of a system at the time of harmonic compensation, while FIG. 4 is a main circuit connection diagram of a three-phase AC power system. 1 ... 3 phase AC system power supply, 2 ... load, 3 ... system impedance, 4 ... AC reactor, 5 ... 3 phase PWM converter, 6 ... DC capacitor, 7 ... high order filter, 8 ... Load-side AC reactor, 11, 21 Power calculation circuit, 12 Bandpass filter, 22 High-pass filter, 13, 23 Sign reversing circuit, 14, 24 Power command calculation circuit, 15 Addition Circuit, 16 ... Current control circuit.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02J 3/01 H02M 5/27 H02M 7/48 G05F 1/70──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H02J 3/01 H02M 5/27 H02M 7/48 G05F 1/70
Claims (1)
設けられる高調波補償装置であって、3相PWMコンバー
タと、該3相PWMコンバータの交流側各相に系統ライン
に直列に接続された交流リアクトルと、前記3相PWMコ
ンバータの直流側端子間に接続された直流コンデンサ
と、前記交流リアクトルの電源側に併設された高次フィ
ルタと、前記3相PWMコンバータを制御する制御装置を
備え、該制御装置は負荷設備の瞬時実電力および虚電力
を演算する手段と、該瞬時実電力および虚電力からその
低次交流分を検出する手段と、該瞬時実電力および虚電
力の低次交流分より第1の電流指令信号を生成する手段
と、電源電流からその瞬時実電力および虚電力を演算し
て第2の電流指令信号を生成する手段と、該第2の電流
指令信号を入力して比例微分を施し第3の電流指令信号
を生成する手段と、該第3の電流指令信号と前記第1の
電流指令信号を加算して電流指令信号を生成する手段
と、該電流指令信号と前記交流リアクトルに流れる補償
電流検出値とを比較して3相PWMコンバータの各相スイ
ッチング信号を生成する手段を具えたものにおいて、前
記交流リアクトルの電源側に前記高次フィルタを併設し
て用いることにより、交流リアクトルの値が小さな負荷
の転流時における前記3相PWMコンバータで抑制しきれ
ない高次の高調波電流の補償手段としたことを特徴とす
る高調波補償装置。1. A harmonic compensator provided in a system line between a power supply system and load equipment, comprising: a three-phase PWM converter; and a series line connected to each phase on the AC side of the three-phase PWM converter. An AC reactor, a DC capacitor connected between the DC side terminals of the three-phase PWM converter, a high-order filter provided alongside a power supply side of the AC reactor, and a control device for controlling the three-phase PWM converter, The control device includes means for calculating instantaneous real power and imaginary power of the load equipment, means for detecting a lower-order AC component from the instantaneous real power and imaginary power, and a lower-order AC component of the instantaneous real power and imaginary power. Means for generating a first current command signal, means for calculating the instantaneous real power and imaginary power from the power supply current to generate a second current command signal, and inputting the second current command signal. Proportional derivative Means for generating a third current command signal, means for adding the third current command signal and the first current command signal to generate a current command signal, and applying the third current command signal to the AC reactor. A means for generating a switching signal for each phase of the three-phase PWM converter by comparing the detected value of the flowing compensation current with the high-order filter provided on the power supply side of the AC reactor so that the AC reactor is used. A high-order harmonic current compensating means that cannot be suppressed by the three-phase PWM converter during the commutation of a load whose load is small.
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