JP5871832B2 - Active filter - Google Patents
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Description
この発明は、負荷電流に含まれる高調波成分を低減するアクティブフィルタに関する。 The present invention relates to an active filter that reduces harmonic components contained in a load current.
図４は、アクティブフィルタ１の基本的な導入例を示している。アクティブフィルタ１は、電源２と、高調波を発生する高調波発生負荷３との間に接続され、高調波発生負荷３から出力された負荷電流ｉＬを負荷電流検出部１１で検出、高調波成分を抽出するとともに、その高調波成分の逆位相の補償電流ｉＡＦを電源２側に注入することで総合電流ｉＳにおける高調波電流を低減するものである（例えば特許文献１参照）。 FIG. 4 shows a basic introduction example of the active filter 1. The active filter 1 is connected between a power source 2 and a harmonic generation load 3 that generates harmonics, and a load current i L output from the harmonic generation load 3 is detected by a load current detection unit 11. A component is extracted and a harmonic current in the total current i S is reduced by injecting a compensation current i AF in the opposite phase of the harmonic component into the power source 2 (see, for example, Patent Document 1).
ところで、アクティブフィルタは、通常、補償電流が瞬間的に過大となる場合に、瞬時に出力を停止させる過電流保護機能を備えている。これは、過大な電流による装置の故障を防止して安全性の確保を図るためのものであり、いずれかの相の電流値が予め設定してある値を超えた場合に出力を停止するようになっている。 By the way, the active filter is usually provided with an overcurrent protection function that instantaneously stops the output when the compensation current instantaneously becomes excessive. This is to prevent device failure due to excessive current and to ensure safety. When the current value of any phase exceeds a preset value, the output is stopped. It has become.
また、その他に、アクティブフィルタの出力電流が定格以上である場合に補償電流の実効値を自動的に定格以下に抑える出力抑制機能を備えている。この機能は、アクティブフィルタの内部発熱を抑制することを主目的としたものであるため、内部発熱に最も関係する各相の電流実効値をもとに補償電流の実効値を制御するようになっているが、結果として、過電流保護機能が動作する前に出力を抑制することに繋がるため、装置の安定的な動作にも寄与するものである。 In addition, when the output current of the active filter is greater than or equal to the rating, an output suppression function is provided that automatically suppresses the effective value of the compensation current below the rating. Since this function is mainly intended to suppress the internal heat generation of the active filter, the effective value of the compensation current is controlled based on the effective current value of each phase most related to the internal heat generation. However, as a result, the output is suppressed before the overcurrent protection function operates, which contributes to stable operation of the apparatus.
そして、従来のアクティブフィルタにおいては、上記２つの機能により、装置の安定的な動作と安全性の確保を図っていたが、電源電圧の不平衡等によって負荷電流が歪み、高調波が歪むことにより、各相の電流実効値は低いものの特定相の電流波高値のみが突出しているような場合（図３（ａ）参照）には、出力抑制機能が動作せず、過電流保護機能の動作による装置の停止が多くなる可能性があり、装置を安定して動作させるといった点では改善の余地があった。 In the conventional active filter, the two functions described above ensure stable operation of the device and ensure safety. However, the load current is distorted and harmonics are distorted due to unbalanced power supply voltage. When the effective current value of each phase is low but only the current peak value of a specific phase is protruding (see FIG. 3A), the output suppression function does not operate and the overcurrent protection function operates. There is a possibility that the apparatus stops frequently, and there is room for improvement in terms of stable operation of the apparatus.
そこで、この発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、電源電圧が不平衡等であっても安定した動作を可能とするアクティブフィルタの提供を目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide an active filter capable of stable operation even when the power supply voltage is unbalanced.
上記課題を解決するため、本発明のアクティブフィルタ１は、電源２に接続され、負荷３から出力される負荷電流ｉＬを検出し、負荷電流ｉＬに含まれる高調波電流を打ち消す補償電流ｉＡＦを電源２側に注入するアクティブフィルタであって、上記負荷電流ｉＬを検出する負荷電流検出部１１と、上記補償電流ｉＡＦを出力する電流出力部１３と、上記電流出力部１３の出力電流を検出する出力電流検出部１５と、上記電流出力部１３を制御する制御部１２とを具備し、上記制御部１２は、負荷電流ｉＬに含まれる高調波電流と、電流出力部１３の出力電流のいずれか一方又は双方の各相の電流値が第１の電流値より小である場合には、上記電流出力部１３の出力ゲインを増加させ、負荷電流ｉＬに含まれる高調波電流と、電流出力部１３の出力電流のいずれか一方又は双方の各相の電流値のうち少なくとも１相の電流値が、上記第１の電流値を超えるが、第１の電流値より大とされた第２の電流値以下である場合には、上記電流出力部１３の出力ゲインを低下させ、負荷電流ｉＬに含まれる高調波電流と、電流出力部１３の出力電流のいずれか一方又は双方の各相の電流値のうち少なくとも１相の電流値が上記第２の電流値を超える場合には、上記電流出力部１３の出力を停止させることを特徴としている。 In order to solve the above-mentioned problem, the active filter 1 of the present invention is connected to the power source 2, detects the load current i L output from the load 3, and compensates the harmonic current included in the load current i L. An active filter for injecting AF into the power supply 2 side, the load current detection unit 11 for detecting the load current i L , the current output unit 13 for outputting the compensation current i AF, and the output of the current output unit 13 An output current detection unit 15 that detects current; and a control unit 12 that controls the current output unit 13. The control unit 12 includes a harmonic current included in the load current i L , and a current output unit 13. If the current value of each phase of either or both of the output current is less than the first current value increases the output gain of the current output unit 13, the harmonic current contained in the load current i L And current output section A second current in which at least one of the current values of each of the 13 output currents exceeds the first current value but is greater than the first current value. If it is less than or equal to the value, the output gain of the current output unit 13 is reduced, and the current of each phase of either or both of the harmonic current included in the load current i L and the output current of the current output unit 13 When the current value of at least one phase among the values exceeds the second current value, the output of the current output unit 13 is stopped.
この発明のアクティブフィルタでは、制御部において、負荷電流に含まれる高調波電流と、電流出力部の出力電流のいずれか一方又は双方の各相の電流値のうち少なくとも１相の電流値が、第１の電流値を超えるが、第１の電流値より大とされた第２の電流値以下である場合には、電流出力部の出力ゲインを低下させるといった制御を行うことから、電源電圧の不平衡等によって、各相の電流実効値は低いものの特定相の電流波高値のみが突出しているような場合であっても、補償電流の電流値を低下させることができ、結果、過電流保護機能の動作による装置の停止を極力抑え、安定した動作を実現することができる。また、負荷電流に含まれる高調波電流と、電流出力部の出力電流のいずれか一方又は双方の各相の電流値のうち少なくとも１相の電流値が第２の電流値を超える場合には、電流出力部の出力を停止させるため、過電流による装置の故障を防止して安全性の確保を図ることができる。さらに、負荷電流に含まれる高調波電流と、電流出力部の出力電流のいずれか一方又は双方の各相の電流値が第１の電流値より小さい場合には、電流出力部の出力ゲインを増加させるため、高調波抑制機能を良好に維持することができる。 In the active filter of the present invention, in the control unit, the current value of at least one phase of the harmonic current included in the load current and the current value of one or both of the output currents of the current output unit is the first value. If the current value exceeds 1 but is less than or equal to the second current value greater than the first current value, control is performed to reduce the output gain of the current output unit. The current value of the compensation current can be reduced even if only the current peak value of a specific phase is protruding due to the balance, etc., although the effective current value of each phase is low, resulting in an overcurrent protection function. It is possible to suppress the stoppage of the apparatus due to the operation as much as possible and realize a stable operation. Moreover, when the current value of at least one phase out of the current value of each phase of either one or both of the harmonic current included in the load current and the output current of the current output unit exceeds the second current value, Since the output of the current output unit is stopped, it is possible to prevent the device from being damaged due to overcurrent and to ensure safety. Furthermore, when the current value of each phase of either or both of the harmonic current included in the load current and the output current of the current output unit is smaller than the first current value, the output gain of the current output unit is increased. Therefore, the harmonic suppression function can be maintained satisfactorily.
次に、この発明のアクティブフィルタ１の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。この発明のアクティブフィルタ１は、従来のアクティブフィルタ同様、電源２と、高調波を発生する高調波発生負荷３との間に接続され、高調波発生負荷３から出力された負荷電流ｉＬを検出、高調波電流を抽出するとともに、その高調波電流の逆位相の補償電流ｉＡＦを電源２側に注入することで総合電流ｉＳに含まれる高調波電流を低減するものである。 Next, an embodiment of the active filter 1 of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The active filter 1 of the present invention is connected between a power source 2 and a harmonic generation load 3 that generates harmonics, and detects a load current i L output from the harmonic generation load 3, as in the conventional active filter. The harmonic current contained in the total current i S is reduced by extracting the harmonic current and injecting the compensation current i AF in the opposite phase of the harmonic current into the power supply 2 side.
上記アクティブフィルタ１は、図１に示すように、負荷電流検出部１１と、制御部１２と、電流出力部１３とを備えている。負荷電流検出部１１は、電源２と高調波発生負荷３との間に接続されたＡＣＣＴであって、高調波発生負荷３から出力された負荷電流ｉＬを検出するものであり、制御部１２は、負荷電流検出部１１によって検出された負荷電流ｉＬから高調波電流を抽出し、この高調波電流に基づいて電流出力部１３に対してＰＷＭパルス信号を発するものであり、電流出力部１３は、この信号に基づいて出力電流を出力し、リアクトル１４を介して高調波電流の逆位相となる補償電流ｉＡＦを電源２側に出力するものである。 As shown in FIG. 1, the active filter 1 includes a load current detection unit 11, a control unit 12, and a current output unit 13. The load current detection unit 11 is an ACCT connected between the power source 2 and the harmonic generation load 3, and detects the load current i L output from the harmonic generation load 3. The control unit 12 Extracts a harmonic current from the load current i L detected by the load current detection unit 11, and generates a PWM pulse signal to the current output unit 13 based on the harmonic current. Outputs an output current based on this signal, and outputs a compensation current iAF, which is in the opposite phase of the harmonic current, to the power supply 2 side via the reactor 14.
ところで、本発明のアクティブフィルタ１は、負荷電流検出部１１や制御部１２、電流出力部１３の他に出力電流検出部１５を備えている。出力電流検出部１５は、図１に示すように、電流出力部１３とリアクトル１４との間に設けられたＤＣＣＴであり、リアクトル１４を通過前の電流値、すなわち、電流出力部１３の出力電流の電流値を検出し、制御部１２へと提供するものである。 Incidentally, the active filter 1 of the present invention includes an output current detection unit 15 in addition to the load current detection unit 11, the control unit 12, and the current output unit 13. As shown in FIG. 1, the output current detection unit 15 is a DCCT provided between the current output unit 13 and the reactor 14. The current value before passing through the reactor 14, that is, the output current of the current output unit 13. Is detected and provided to the control unit 12.
そして、制御部１２は、出力電流検出部１５からの電流値（電流波高値）をもとに電流出力部１３を制御していく。電流出力部１３の制御にあたっては、図２に示すように、まず、電流出力部１３の出力電流の各相の電流値を出力電流検出部１５にて検出する（Ｓ１）。次に、これら電流値と予め設定された設定値とを比較する。設定値としては、高調波電流の打ち消しや装置の維持に好ましい電流値である第１の電流値と、この第１の電流値より大とされ、安全性を確保するための上限値である第２の電流値とが予め設定されており、まず、電流出力部１３の出力電流の各相の電流値の全てが第１の電流値より小さいかどうかを判断する（Ｓ２）。そして、各相の電流値が全て第１の電流値より小さい場合には、各相の出力ゲインを増加させ（Ｓ３）、この出力ゲインをもとに電流出力部１３に対してＰＷＭパルス信号を発し（Ｓ４）、Ｓ１に戻る。 Then, the control unit 12 controls the current output unit 13 based on the current value (current peak value) from the output current detection unit 15. In the control of the current output unit 13, as shown in FIG. 2, first, the output current detection unit 15 detects the current value of each phase of the output current of the current output unit 13 (S1). Next, these current values are compared with preset setting values. As the set value, a first current value which is a preferable current value for canceling the harmonic current and maintaining the apparatus, and a first value which is larger than the first current value and is an upper limit value for ensuring safety. The current value of 2 is set in advance. First, it is determined whether or not all the current values of the respective phases of the output current of the current output unit 13 are smaller than the first current value (S2). When all the current values of each phase are smaller than the first current value, the output gain of each phase is increased (S3), and a PWM pulse signal is sent to the current output unit 13 based on this output gain. (S4) and return to S1.
各相の電流値のうち少なくとも１相の電流値が第１の電流値を超えている場合には、次に、当該相の電流値が第２の電流値以下であるかどうかを判断する（Ｓ５）。そして、電流出力部１３の出力電流の各相の電流値のうち少なくとも１相の電流値が第１の電流値を超えるが第２の電流値以下である場合には、各相の出力ゲインを低下させ（Ｓ６）、この出力ゲインに基づいてＰＷＭパルス信号を発し（Ｓ４）、Ｓ１に戻る。 When the current value of at least one phase among the current values of each phase exceeds the first current value, it is next determined whether or not the current value of the phase is equal to or less than the second current value ( S5). If at least one phase current value exceeds the first current value but is equal to or less than the second current value among the current values of each phase of the output current of the current output unit 13, the output gain of each phase is set to The PWM pulse signal is generated based on the output gain (S4), and the process returns to S1.
Ｓ５の条件に該当しなかったものについては、過電流保護機能の動作条件に該当するかどうか判断する（Ｓ７）。具体的には、電流出力部１３の出力電流の各相の電流値のうち少なくとも１相の電流値が第２の電流値を超えるかどうかを判断する。そして、ある１相の電流値が第２の電流値を超える場合には、過電流保護機能によって電流出力部１３の各相の出力（全出力）を停止させる（Ｓ８）。条件を満たさない場合、すなわち、各相の電流値が第１の電流値と同値である場合には、そのままの出力ゲインでＰＷＭパルス信号を出力し（Ｓ４）、Ｓ１に戻るといった制御を繰り返し行う。 For those not satisfying the condition of S5, it is determined whether or not the operating condition of the overcurrent protection function is satisfied (S7). Specifically, it is determined whether or not at least one phase of the current value of each phase of the output current of the current output unit 13 exceeds the second current value. If the current value of one phase exceeds the second current value, the output (all outputs) of each phase of the current output unit 13 is stopped by the overcurrent protection function (S8). When the condition is not satisfied, that is, when the current value of each phase is the same value as the first current value, the PWM pulse signal is output with the output gain as it is (S4), and the control of returning to S1 is repeatedly performed. .
従って、上記制御部１２を用いた場合、電流出力部１３の出力電流のいずれかの相の電流波高値が第１の電流値を超えると、制御部１２により瞬時に全部の相の出力ゲインを一定割合（例えば１％程度）下げることができ、電流波高値が過電流保護機能の動作条件に該当し難くなる（過電流保護機能の閾値を超え難くなる）。特に、フィードバック制御であるため、出力ゲインを下げても電流波高値が設定値を超えている場合には、さらに出力ゲインを下げることができ、これを繰り返すことにより、図３（ｂ）に示すように、補償電流の電流値を適正な値（図３（ｂ）においてはｉ２）内に維持し続けることができる。従って、装置の停止を極力抑えることができ、装置の安定した動作を実現することができる。なお、出力ゲインを下げることで高調波抑制機能は低下するが、一定の電源電圧不平衡環境下でも過電流保護機能を動作させることなく運転を良好に維持することができることから、停止による無補償期間を生じさせる場合に比べて有益である。 Therefore, when the control unit 12 is used, if the current peak value of any phase of the output current of the current output unit 13 exceeds the first current value, the control unit 12 instantaneously increases the output gain of all phases. It can be reduced by a certain percentage (for example, about 1%), and the current peak value hardly falls under the operating condition of the overcurrent protection function (it is difficult to exceed the threshold value of the overcurrent protection function). In particular, because of feedback control, when the current peak value exceeds the set value even if the output gain is lowered, the output gain can be further lowered, and by repeating this, as shown in FIG. Thus, the current value of the compensation current can be kept within an appropriate value (i2 in FIG. 3B). Therefore, the stop of the apparatus can be suppressed as much as possible, and a stable operation of the apparatus can be realized. Although the harmonic suppression function is reduced by lowering the output gain, the operation can be maintained satisfactorily without operating the overcurrent protection function even in a constant power supply voltage unbalanced environment. It is beneficial compared to the case of generating a period.
また、負荷の急変等により急峻に電流値が上昇し、出力ゲインの低減動作が追随できず、電流出力部１３の出力電流の電流波高値が第２の電流値を超えた場合には、過電流保護機能が有効に動作し電流出力部１３の出力を停止させることができるため、装置の故障を防止して安全性を確保することができる。 Also, if the current value rises sharply due to a sudden change in the load, the output gain reduction operation cannot follow, and the current peak value of the output current of the current output unit 13 exceeds the second current value, Since the current protection function operates effectively and the output of the current output unit 13 can be stopped, the apparatus can be prevented from malfunctioning and safety can be ensured.
さらに、電流波高値が第１の電流値以下の場合である場合には、全部の相の出力ゲインを一定割合（例えば１％程度）上げることにより（出力ゲインの上限は１）、高調波抑制機能を良好に発揮させることができる。 Further, when the current peak value is equal to or lower than the first current value, harmonics are suppressed by increasing the output gain of all phases by a certain ratio (for example, about 1%) (the upper limit of the output gain is 1). The function can be exhibited well.
上記制御は、負荷電流検出部１１によって検出された負荷電流ｉＬに含まれる高調波電流をもとに行っても良い。具体的には、上記制御においては、電流出力部１３の出力電流を用いていたが、これに代えて負荷電流ｉＬに含まれる高調波電流を用いても良い。この場合、図２のＳ１において、負荷電流検出部１１にて負荷電流ｉＬを検出するとともに、制御部１２において負荷電流ｉＬに含まれる高調波電流の各相の電流値を抽出しておき、Ｓ２以降は、図２に示す過程に則って判断を行っていく。また、電流出力部１３の出力電流の各相の電流値と、負荷電流ｉＬに含まれる高調波電流の各相の電流値の双方をもとに制御を行うようにしても良い。さらに、例えばＳ２では、出力電流の電流値を用い、Ｓ５では、高調波電流の電流値を用い、Ｓ７では双方の電流値を用いるといった制御を行っても良い。これら場合においても、上記制御と同様の作用効果を得られる。 The control described above, a harmonic current contained in the load current i L detected by the load current detection unit 11 may be performed based on. Specifically, in the control, had using the output current of the current output section 13, it may be used harmonic current contained in the load current i L instead. In this case, in S1 of FIG. 2, and detects the load current i L at a load current detector 11, leave extracts the current value of each phase of the harmonic current contained in the load current i L in the control unit 12 After S2, the determination is made according to the process shown in FIG. Moreover, each phase current value of the output current of the current output section 13, both may be performed based on control of the current values of the respective phases of the harmonic current contained in the load current i L. Further, for example, control may be performed such that the current value of the output current is used in S2, the current value of the harmonic current is used in S5, and both current values are used in S7. In these cases, the same effect as the above control can be obtained.
以上に、この発明の具体的な実施形態について説明したが、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、上記アクティブフィルタ１に、従来から用いられている出力抑制機能を付加しても良い。この場合、過電流保護機能が動作する前に出力を低下させる機能が追加されることとなるため、装置のより安定した動作を実現することができる。また、第１、第２の電流値は、ジャンパーピン等により自由に設定できるようにすることも可能であり、使用状態に合わせて適宜変更可能である。また、図１において、電流出力部１３として、ＩＰＭ等の電力用半導体素子を用いていたが、これに限らず公知の種々のものを用いることができる。その他、負荷電流検出部１１としてＡＣＣＴ、出力電流検出部１５としてＤＣＣＴが用いられていたが、あくまで例示であってこれに限らず種々の公知のものを使用可能である。また、制御部１２に対して、電流出力部１３側からのＤＣ電圧や、電流出力部１３からの出力であってリアクトル１４を通過したもののＡＣ電圧が入力されていたが、その他、制御に必要なものがあれば適宜入力可能である。 Although specific embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention. For example, a conventional output suppression function may be added to the active filter 1. In this case, since a function for reducing the output is added before the overcurrent protection function operates, a more stable operation of the apparatus can be realized. Further, the first and second current values can be freely set by a jumper pin or the like, and can be appropriately changed according to the use state. In FIG. 1, a power semiconductor element such as an IPM is used as the current output unit 13. However, the present invention is not limited to this, and various known devices can be used. In addition, although the ACCT is used as the load current detection unit 11 and the DCCT is used as the output current detection unit 15, it is merely an example and various known ones can be used. Further, although the DC voltage from the current output unit 13 and the AC voltage that is output from the current output unit 13 and passed through the reactor 14 are input to the control unit 12, other control is required. If there is something, it can be input as appropriate.
また、上記実施例の制御部１２は、はじめに電流値が第１の電流値より小さいか否かを判断していたが、あくまで例示であって、例えば、はじめに電流値が第２の電流値を超えているか否かを判断するようにしても良い。また、上記実施例では、一連の流れの中で３つの条件のあてはめを行っていたが、これら条件を独立して同時並行的に判断するようにしても良い。すなわち、負荷電流ｉＬに含まれる高調波電流と、電流出力部１３の出力電流のいずれか一方又は双方の各相の電流値が第１の電流値より小さい場合には、電流出力部１３の出力ゲインを増加させ、負荷電流ｉＬに含まれる高調波電流と、電流出力部１３の出力電流のいずれか一方又は双方の各相の電流値のうち少なくとも１相の電流値が第１の電流値を超えるが第２の電流値以下である場合には、電流出力部１３の出力ゲインを低下させ、負荷電流ｉＬに含まれる高調波電流と、電流出力部１３の出力電流のいずれか一方又は双方の各相の電流値のうち少なくとも１相の電流値が第２の電流値を超える場合には、電流出力部１３の出力を停止させるといった判断を個々に行うようにしても良い。この場合、瞬時の対応が可能となるため、急峻な電流値変化にも追随しやすくなる。 Moreover, although the control part 12 of the said Example had first judged whether the electric current value was smaller than the 1st electric current value, it is an illustration to the last, for example, an electric current value is the 2nd electric current value first. You may make it judge whether it has exceeded. In the above embodiment, three conditions are applied in a series of flows. However, these conditions may be determined independently and simultaneously. That is, when the current value of each phase of either or both of the harmonic current included in the load current i L and the output current of the current output unit 13 is smaller than the first current value, The output gain is increased, and the current value of at least one phase of the harmonic current included in the load current i L and the current value of one or both of the output current of the current output unit 13 is the first current. If it exceeds the value but is equal to or less than the second current value to lower the output gain of the current output section 13, and the harmonic current contained in the load current i L, either the output current of the current output section 13 Alternatively, when the current value of at least one phase out of the current values of both phases exceeds the second current value, the determination of stopping the output of the current output unit 13 may be performed individually. In this case, since an instantaneous response is possible, it becomes easy to follow a steep current value change.
１・・アクティブフィルタ、２・・電源、３・・高調波発生負荷、１１・・負荷電流検出部、１２・・制御部、１３・・電流出力部、１５・・出力電流検出部 1 ·· Active filter 2 ·· Power supply 3 · · Harmonic generation load 11 · · Load current detection unit 12 · · Control unit 13 · · Current output unit 15 · · Output current detection unit
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