特許 5977191 高調波抑制制御回路、高調波抑制装置および高調波抑制システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5977191

(24)【登録日】2016年7月29日

(45)【発行日】2016年8月24日

(54)【発明の名称】高調波抑制制御回路、高調波抑制装置および高調波抑制システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/01 20060101AFI20160817BHJP

   H02J 3/18 20060101ALI20160817BHJP

【ＦＩ】

   H02J3/01

   H02J3/18 142

【請求項の数】4

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-77379(P2013-77379)

(22)【出願日】2013年4月3日

(65)【公開番号】特開2014-204522(P2014-204522A)

(43)【公開日】2014年10月27日

【審査請求日】2015年6月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】特許業務法人サクラ国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100103333

【弁理士】

【氏名又は名称】菊池 治

(74)【代理人】

【識別番号】100173451

【弁理士】

【氏名又は名称】井澤 彪

(72)【発明者】

【氏名】青山 文夫

(72)【発明者】

【氏名】臼木 一浩

【審査官】 杉田 恵一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１−２０６４１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平９−５６０７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３０９０３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３５２９４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−４８５２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ３／０１

Ｈ０２Ｊ ３／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

自励式変換器を備えて負荷および高調波フィルタが接続された負荷系統における高調波を抑制する高調波抑制装置に実装される、前記負荷に流れる負荷電流を検出する電流変成器および前記負荷系統の電圧を検出する電圧変成器から検出信号を受ける高調波抑制制御回路であって、
前記負荷系統の電圧の検出信号から高調波成分を抽出して通過させる高域通過フィルタと、
前記高域通過フィルタから抽出されて通過した電圧に所定のゲインを乗じて第１電流指令値を演算して出力するゲイン調整部と、
前記負荷系統の電圧および前記負荷電流の検出信号に基づいて、前記負荷に流れる無効電力の変動成分を補償する第２電流指令値を演算して出力する電流指令演算部と、
前記第１電流指令値と前記第２電流指令値とを加算して補償電流指令値を求め、当該補償電流指令値に基づいて前記自励式変換器の電流を制御する変換器制御部と、
を備えることを特徴する高調波抑制制御回路。

【請求項2】

負荷および高調波フィルタが接続された負荷系統における高調波を抑制する高調波抑制装置であって、
前記負荷に流れる負荷電流を検出する電流変成器と、
前記負荷系統の電圧を検出する電圧変成器と、
前記負荷系統に接続される自励式変換器と、
検出した前記負荷系統の電圧から高調波成分を抽出して通過させる高域通過フィルタと、
前記高域通過フィルタから抽出されて通過した電圧に所定のゲインを乗じて第１電流指令値を演算して出力するゲイン調整部と、
検出した前記負荷系統の電圧および前記負荷電流に基づいて、前記負荷に流れる無効電力の変動成分を補償する第２電流指令値を演算して出力する電流指令演算部と、
前記第１電流指令値と前記第２電流指令値とを加算して補償電流指令値を求め、当該補償電流指令値に基づいて前記自励式変換器の電流を制御する変換器制御部と、
を備えることを特徴する高調波抑制装置。

【請求項3】

負荷および高調波フィルタが接続された負荷系統に設置され、負荷に起因する高調波を抑制する自励式無効電力補償装置および前記高調波フィルタに起因する高調波を抑制する高調波抑制装置を備える高調波抑制システムであって、
前記負荷に流れる負荷電流を検出する電流変成器と、
前記負荷系統の電圧を検出する電圧変成器とをさらに備え、
前記自励式無効電力補償装置は、
前記負荷系統に接続される第１自励式変換器と、
検出された前記負荷系統の電圧および前記負荷電流に基づいて、前記負荷に流れる無効電力の変動成分を補償する第１電流指令値を演算し、当該第１電流指令値に基づいて前記第１自励式変換器の電流を制御する制御回路と、を備え、
前記高調波抑制装置は、
前記負荷系統に接続される第２自励式変換器と、
検出された前記負荷系統の電圧から高調波成分を抽出する高域通過フィルタと、
前記高域通過フィルタから抽出された電圧に所定のゲインを乗じて第２電流指令値を演算して出力するゲイン調整部と、
前記第２電流指令値に基づいて、前記第２自励式変換器の電流を制御する変換器制御部と、を備える
ことを特徴する高調波抑制システム。

【請求項4】

負荷および高調波フィルタが接続された負荷系統に設置され、負荷に起因する無効電力の変動成分を抑制する他励式無効電力補償装置および前記高調波フィルタに起因する高調波を抑制する高調波抑制装置を備える高調波抑制システムであって、
前記負荷に流れる負荷電流を検出する電流変成器と、
前記負荷系統の電圧を検出する電圧変成器とをさらに備え、
前記他励式無効電力補償装置は、
複数の自己消孤能力を持たない電力用半導体素子を有する、前記負荷系統に接続される第１他励式変換器と、
検出された前記負荷系統の電圧および前記負荷電流に基づいて、前記負荷に流れる無効電力の変動成分を補償する第１電流指令値を演算し、当該第１電流指令値に基づいて前記第１他励式変換器を位相制御する制御回路と、を備え、
前記高調波抑制装置は、
前記負荷系統に接続される第２自励式変換器と、
検出された前記負荷系統の電圧から高調波成分を抽出する高域通過フィルタと、
前記高域通過フィルタから抽出された電圧に所定のゲインを乗じて第２電流指令値を演算して出力するゲイン調整部と、
前記第２電流指令値に基づいて、前記第２自励式変換器の電流を制御する変換器制御部と、を備える
ことを特徴する高調波抑制システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電圧フリッカを抑制するための高調波抑制装置に用いられる高調波抑制制御回路、高調波抑制装置および高調波抑制システムに関する。

【背景技術】

【0002】

交流系統の負荷側において、例えば負荷系統でアーク炉、溶接機などの設備による急峻な電流変動に起因し、照明のちらつきなど視覚的に不快感を与え、交流系統に接続されている機器の誤動作などを引き起こすフリッカが発生するため、このフリッカを抑制する技術が求められている。

【0003】

なお、アクティブフィルタ及び電圧フリッカ抑制制御方法において、配電線との接続点における電圧である設置点電圧を検出する電圧検出手段と、電圧検出手段によって検出された設置点電圧から補償電流指令値を生成する制御手段と、補償電流指令値に応じて補償電流を制御する電流制御手段とを有することが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８−４８５２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記技術は、配電系統のフリッカを抑制する技術であり、個々の負荷系統のフリッカを抑制するには限界がある。

【0006】

図９に、従来の無効電力補償装置の構成を示すブロック図を示す。図９に示すように、例えばフリッカ抑制対象となる負荷系統２４には、高調波フィルタ２８を次数毎（例えば、２次、３次等）に設置して負荷系統２４に流出する高調波成分を抑制し、さらに、無効電力補償装置１１０（ＳＶＣ：Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）を設置して電圧フリッカを抑制していた。

【0007】

図９に示す無効電力補償装置１１０は、複数の自己消孤型スイッチング素子を有して、交流系統から自律的に制御可能として負荷系統２４に接続される自励式変換器１１と、自励式変換器１１を制御する無効電力制御回路１０１とを備えている。さらに、無効電力制御回路１０１は、負荷２５に流れる無効電力の変動成分を補償する電流指令値ｉ_Ｆ^＊を演算する電流指令演算部１０２、および、当該電流指令値ｉ_Ｆ^＊および検出した負荷系統２４の負荷電圧ＶＴに同期して自励式変換器１１から供給する補償電流ｉ_Ｆを制御する変換器制御部１０３を有している。

【0008】

また、この他にも、負荷２５に流れる負荷電流ｉ_Ｌを検出する電流変成器２６、負荷系統２４の負荷電圧ＶＴを検出する電圧変成器２７などが設置されている。なお、受電系統２２は系統電源２１から受電し、負荷系統２４は受電変圧器２３を介して、受電系統２２に接続されている。

【0009】

しかし、負荷系統２４において、受電変圧器２３を含む系統インピーダンス２０（系統インダクタンスＬｓとする）と高調波フィルタ２８とに起因して並列共振回路が構成され、受電側から非整数次の高調波電流を引き込み、それによって負荷系統２４の電圧フリッカが増大する現象が発生していた。

【0010】

従来の無効電力補償装置１１０は、負荷電流ｉ_Ｌを検出することにより負荷２５に起因する電圧フリッカを抑制することは可能であったが、前述したような負荷系統２４に接続された高調波フィルタ２８に起因する並列共振によって発生する電圧フリッカを抑制できなかった。

【0011】

本発明が解決しようとする課題は、高調波フィルタを備えている負荷系統において、負荷および高調波フィルタに起因する電圧フリッカを抑制することができる高調波抑制制御回路、高調波抑制装置および高調波抑制システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を解決するために、本発明に係る高調波抑制制御回路は、自励式変換器を備えて負荷および高調波フィルタが接続された負荷系統における高調波を抑制する高調波抑制装置に実装される、前記負荷に流れる負荷電流を検出する電流変成器および前記負荷系統の電圧を検出する電圧変成器から検出信号を受ける高調波抑制制御回路である。当該高調波抑制制御回路は、前記負荷系統の電圧の検出信号から高調波成分を抽出して通過させる高域通過フィルタと、前記高域通過フィルタから抽出されて通過した電圧に所定のゲインを乗じて第１電流指令値を演算して出力するゲイン調整部と、前記負荷系統の電圧および前記負荷電流の検出信号に基づいて、前記負荷に流れる無効電力の変動成分を補償する第２電流指令値を演算して出力する電流指令演算部と、前記第１電流指令値と前記第２電流指令値とを加算して補償電流指令値を求め、当該補償電流指令値に基づいて前記自励式変換器の電流を制御する変換器制御部と、を備えることを特徴する。

【0013】

また、上記課題を解決するために、本発明に係る高調波抑制装置は、負荷および高調波フィルタが接続された負荷系統における高調波を抑制する高調波抑制装置である。当該高調波抑制装置は、前記負荷に流れる負荷電流を検出する電流変成器と、前記負荷系統の電圧を検出する電圧変成器と、前記負荷系統に接続される自励式変換器と、検出した前記負荷系統の電圧から高調波成分を抽出して通過させる高域通過フィルタと、前記高域通過フィルタから抽出されて通過した電圧に所定のゲインを乗じて第１電流指令値を演算して出力するゲイン調整部と、検出した前記負荷系統の電圧および前記負荷電流に基づいて、前記負荷に流れる無効電力の変動成分を補償する第２電流指令値を演算して出力する電流指令演算部と、前記第１電流指令値と前記第２電流指令値とを加算して補償電流指令値を求め、当該補償電流指令値に基づいて前記自励式変換器の電流を制御する変換器制御部と、を備えることを特徴する。

【0014】

また、上記課題を解決するために、本発明に係る一つの高調波抑制システムは、負荷および高調波フィルタが接続された負荷系統に設置され、負荷に起因する高調波を抑制する自励式無効電力補償装置および前記高調波フィルタに起因する高調波を抑制する高調波抑制装置を備える高調波抑制システムである。当該高調波抑制システムは、前記負荷に流れる負荷電流を検出する電流変成器と、前記負荷系統の電圧を検出する電圧変成器とをさらに備える。前記自励式無効電力補償装置は、前記負荷系統に接続される第１自励式変換器と、検出された前記負荷系統の電圧および前記負荷電流に基づいて、前記負荷に流れる無効電力の変動成分を補償する第１電流指令値を演算し、当該第１電流指令値に基づいて前記第１自励式変換器の電流を制御する制御回路と、を備え、前記高調波抑制装置は、前記負荷系統に接続される第２自励式変換器と、検出された前記負荷系統の電圧から高調波成分を抽出する高域通過フィルタと、前記高域通過フィルタから抽出された電圧に所定のゲインを乗じて第２電流指令値を演算して出力するゲイン調整部と、前記第２電流指令値に基づいて、前記第２自励式変換器の電流を制御する変換器制御部と、を備えることを特徴する。

【0015】

また、上記課題を解決するために、本発明に係る他の一つの高調波抑制システムは、負荷および高調波フィルタが接続された負荷系統に設置され、負荷に起因する無効電力の変動成分を抑制する他励式無効電力補償装置および前記高調波フィルタに起因する高調波を抑制する高調波抑制装置を備える高調波抑制システムである。当該高調波抑制システムは、前記負荷に流れる負荷電流を検出する電流変成器と、前記負荷系統の電圧を検出する電圧変成器とをさらに備える。前記他励式無効電力補償装置は、複数の自己消孤能力を持たない電力用半導体素子を有する、前記負荷系統に接続される第１他励式変換器と、検出された前記負荷系統の電圧および前記負荷電流に基づいて、前記負荷に流れる無効電力の変動成分を補償する第１電流指令値を演算し、当該第１電流指令値に基づいて前記第１他励式変換器を位相制御する制御回路と、を備え、前記高調波抑制装置は、前記負荷系統に接続される第２自励式変換器と、検出された前記負荷系統の電圧から高調波成分を抽出する高域通過フィルタと、前記高域通過フィルタから抽出された電圧に所定のゲインを乗じて第２電流指令値を演算して出力するゲイン調整部と、前記第２電流指令値に基づいて、前記第２自励式変換器の電流を制御する変換器制御部と、を備えることを特徴する。

【発明の効果】

【0016】

本発明に係る高調波抑制制御回路、高調波抑制装置および高調波抑制システムによれば、高調波フィルタを備えている負荷系統において、負荷および高調波フィルタに起因する電圧フリッカを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明に係る高調波抑制装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図。

【図2】図１の自励式変換器の構成の一例を示す図。

【図3】図１の高調波抑制装置が負荷系統に設置された場合の周波数特性の一例を示す図。

【図4】図１に示す負荷系統の等価回路を示す図。

【図5】本発明に係る高調波抑制装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図。

【図6】図５の既設ＴＣＲの構成の一例を示す図。

【図7】本発明に係る高調波抑制装置の第３の実施形態の構成を示すブロック図。

【図8】図７の既設ＳＶＣの構成の一例を示す図。

【図9】従来の無効電力補償装置の構成を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明に係る実施形態の高調波抑制制御回路、高調波抑制装置および高調波抑制システムについて、図面を参照して具体的に説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。ここで説明する下記の実施形態はいずれも、高調波フィルタが接続された負荷系統の一例をとりあげて説明する。

【0019】

［第１の実施形態］
図１は、本発明に係る高調波抑制装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。図２は、図１の自励式変換器の構成の一例を示す図である。また、図３は図１の高調波抑制装置が負荷系統に設置された場合の周波数特性の一例を示す図であり、図４は図１に示す負荷系統の等価回路を示す図である。以下、図１ないし図４を参照しながら第１の実施形態の高調波抑制装置について説明する。

【0020】

受電系統２２は、系統電源２１から受電している。負荷系統２４は、受電変圧器２３を介して、受電系統２２に接続されている。なお、受電変圧器２３を含む系統インピーダンス２０とし、系統インダクタンスをＬｓとする。

【0021】

負荷系統２４には、負荷２５が接続されている。また、負荷系統２４には、受電系統２２に流出する電源周波数（基本波周波数）に対する高調波成分を抑制するために、高調波フィルタ２８が接続されている。

【0022】

高調波フィルタ２８は、所定の高調波の次数を抑制するフィルタ特性を有している。高調波フィルタ２８は、例えば直列に接続されたコンデンサＣ_Ｆ１とインダクタンスＬ_Ｆ１とから構成される。所定の高調波の次数とは、例えば２次等であり、その場合は、図１に示す高調波電流ｉ_Ｆ１には基本波周波数（ｆ_０とする）の２次成分が含まれる。

【0023】

さらに、負荷系統２４には、負荷系統２４の無効電力を補償するために、高調波抑制装置１０ａが接続されている。

【0024】

負荷系統２４には受電系統２２から負荷系統電流ｉｓが流れ、負荷系統電流ｉｓには負荷２５の負荷電流ｉ_Ｌを含んでいる。電流変成器２６は、この負荷に流れる負荷電流ｉ_Ｌを検出する。電圧変成器２７は、負荷系統２４の電圧（負荷電圧ＶＴ）を検出する。これら検出された負荷電流ｉ_Ｌおよび負荷電圧ＶＴは、高調波抑制装置１０ａに入力される。

【0025】

高調波抑制装置１０ａは、図１に示すように、高調波抑制制御回路１ａおよび自励式変換器１１を備えており、負荷電流ｉ_Ｌおよび負荷電圧ＶＴに基づいて、負荷系統２４における無効電力を補償する。なお、高調波抑制装置１０ａが、電流変成器２６および電圧変成器２７を含める構成であってもよい。以下、高調波抑制制御回路１ａについて主に説明する。

【0026】

高調波抑制制御回路１ａは、負荷電圧ＶＴに基づいて、負荷電圧ＶＴに含まれる高調波成分を検出し、高調波フィルタ２８に起因する電圧フリッカを抑制するように、自励式変換器１１の電流を制御する。また、高調波抑制制御回路１ａは、負荷電圧ＶＴおよび負荷電流ｉ_Ｌに基づいて、負荷２５に起因する電圧フリッカを抑制するように、自励式変換器１１の電流を制御する。

【0027】

ここで、高調波フィルタ２８に起因する電圧フリッカとは、系統インピーダンス２０（系統インダクタンスＬｓ）および高調波フィルタ２８に起因する並列共振によって発生する電圧フリッカをいう。また、負荷２５に起因による電圧フリッカとは、負荷電流ｉ_Ｌに含まれる変動成分（高調波成分を含む）によって発生する電圧フリッカをいう。

【0028】

このために、高調波抑制制御回路１ａは、図１に示すように、変換器制御部２ａと、ＨＰＦ部３と、ゲイン調整部４と、電流指令演算部５とを備えている。

【0029】

ＨＰＦ部３は、高域通過フィルタ（Ｈｉｇｈ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）を有し、当該高域通過フィルタは所定のＨＰＦ定数を有している。ＨＰＦ部３は、負荷電圧ＶＴから高調波成分を抽出し、ゲイン調整部４に出力する。ＨＰＦ定数として、例えば基本周波数ｆ_０よりも高く、高調波フィルタ２８に起因する並列共振周波数ｆ_１よりも低い低域遮断周波数を有する。

【0030】

なお、ＨＰＦ部３に、帯域通過フィルタ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）を用いてもよい。この場合には、前述した低域遮断周波数に加えて、高域遮断周波数を定める。例えば、高域遮断周波数は、複数の高調波フィルタが負荷系統２４に接続されている場合に、最も高次の高調波フィルタに起因する並列共振周波数ｆ_１よりも高い周波数に定められる。または、所定の周波数通過域が定められた複数の帯域通過フィルタを有して、その帯域通過フィルタの出力ごとに、ゲイン調整部４が設けられてゲインＫが定められてもよい。

【0031】

ゲイン調整部４は、負荷電圧ＶＴから高調波成分を抽出した電圧に所定のゲインＫを乗じて、第１電流指令値ｉ_Ｈ^＊として変換器制御部２ａに出力する。

【0032】

以上のように、高調波フィルタ２８に起因する電圧フリッカを抑制するために、ＨＰＦ部３のＨＰＦ定数、および、ゲイン調整部４のゲインＫを定める。なお、詳しくは後述するが、例えば図３の破線に示す周波数特性のように、実線で示す並列共振点近傍の電流増幅率｜ｉｓ／ｉ_Ｌ｜を抑制する。

【0033】

電流指令演算部５は、負荷系統２４から検出される負荷電圧ＶＴと負荷電流ｉ_Ｌとを入力する。電流指令演算部５は、負荷電圧ＶＴおよび負荷電流ｉ_Ｌに基づいて、第２電流指令値ｉ_Ｆ^＊を算出する。この第２電流指令値ｉ_Ｆ^＊は、負荷２５に起因する電圧フリッカを抑制する周知の技術により算出される。

【0034】

変換器制御部２ａに入力される前に、加算器により第１電流指令値ｉ_Ｈ^＊と第２電流指令値ｉ_Ｆ^＊とが加算され、加算された結果である補償電流指令値ｉ_Ｃ^＊が変換器制御部２ａに入力される。

【0035】

変換器制御部２ａは、補償電流指令値ｉ_Ｃ^＊および検出された負荷電圧ＶＴに基づいて、自励式変換器１１を制御する。すなわち、変換器制御部２ａは、補償電流指令値ｉ_Ｃ^＊となるように、自励式変換器１１の電流制御を行い、検出された負荷電圧ＶＴにより、系統電圧の電圧位相に同期させて、変換器をＰＷＭ制御する。この結果、自励式変換器１１から補償電流ｉ_Ｃが出力される。

【0036】

自励式変換器１１は、図２に示すように、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＩＥＧＴ（Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｇａｔｅ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの自己消孤型スイッチング素子３１、リアクトル３２および平滑化コンデンサ３３などにより構成される。

【0037】

自励式変換器１１は、上述した高調波抑制制御回路１ａにより演算された補償電流指令値ｉ_Ｃ^＊に追従するようにＰＷＭ制御を行い、負荷系統２４に補償電流ｉ_Ｃを出力する。これにより、自励式変換器１１は、高調波フィルタ２８に起因する電圧フリッカを抑制することができ、また、負荷２５に起因する電圧フリッカも抑制することができる。

【0038】

以上の構成による効果を、図３を参照しながら説明する。図３に、高調波抑制装置１０ａを備えた負荷系統２４における周波数特性を従来例と比較して示す。特に、実線は比較のために示す従来の無効電力補償装置が負荷系統に設置された場合の周波数特性の一例であり、破線は図１の高調波抑制装置１０ａが負荷系統２４に設置された場合の周波数特性の一例である。

【0039】

図３において、横軸は周波数（Ｈｚ）であり、縦軸は電流増幅率｜ｉｓ／ｉ_Ｌ｜（ｄＢ）である。また、系統電源２１の基本波周波数ｆ_０、並列共振周波数ｆ_１、高調波フィルタ２８の直列共振周波数ｆ_２とする。また、図１に示す負荷系統２４を、例えば、近似的に図４に示す等価回路で表現して示す。なお、図４に示すダンピング抵抗Ｒｄは、高調波抑制装置１０ａを等価的に示したものである。

【0040】

ここで、例えば図４に示す等価回路に基づくと、系統インダクタンスＬｓと高調波フィルタ２８とに起因する並列共振について、並列共振周波数ｆ_１は式（１）のように求めることができる。また、高調波フィルタ２８の直列共振について、直列共振周波数ｆ_２は式（２）のように求めることができる。

【0041】

ｆ_１＝１／２π／√｛（Ｌ_Ｓ＋Ｌ_Ｆ１）・Ｃ_Ｆ１｝ ・・・（式１）
ｆ_２＝１／２π／√（Ｌ_Ｆ１・Ｃ_Ｆ１） ・・・（式２）
なお、高調波フィルタ２８のコンデンサ容量値Ｃ_Ｆ１、インダクタンス値Ｌ_Ｆ１とし、ここでは、便宜的に、高調波フィルタ２８の抵抗分は考慮しないこととする。

【0042】

変換器制御部２ａにおいて、高調波フィルタ２８に起因する電圧フリッカを抑制するために、図１に示すＨＰＦ部３のＨＰＦ定数、および、ゲイン調整部４のゲインＫを定める。例えば、図３の破線に示す周波数特性のように、実線で示す並列共振点近傍の電流増幅率を抑制する。すなわち、ＨＰＦ部３およびゲイン調整部４では、図３の破線に示す周波数特性を有するような、ＨＰＦ定数およびゲインＫが定められる。

【0043】

ＨＰＦ定数は、並列共振周波数ｆ_１を通過させる低域遮断周波数とし、また、ゲインＫは、並列共振周波数ｆ_１近傍で電流増幅率｜ｉｓ／ｉ_Ｌ｜を抑えるように定める。

【0044】

負荷２５の一例としてアーク炉等があり、アーク炉は急峻に電流が変化する負荷である。当該負荷が接続された負荷系統２４では、例えば高調波フィルタ２８に２次フィルタ等の低次のフィルタが用いられる。

【0045】

高調波フィルタ２８に２次フィルタを用いた場合には、前述した図３に示すように、例えば基本波周波数ｆ_０と高調波フィルタ２８の直列共振周波数ｆ_２（ｆ_２＝図３の２ｆ_０）との間に非整数次の並列共振周波数ｆ_１が現れる。

【0046】

例えば、従来の無効電力補償装置では、図１に示す受電変圧器２３を含む系統インピーダンス２０（系統インダクタンスＬｓ）と高調波フィルタ２８のインピーダンス（Ｃ_Ｆ１およびＬ_Ｆ１）とにより、図３の実線に示すような並列共振が発生することがあった。すなわち、負荷系統２４に流れ込む負荷系統電流ｉ_Ｓと、負荷２５の負荷電流ｉ_Ｌとの比率において、負荷系統電流ｉ_Ｓが大きくなることである。これは、図３において、例えば基本波周波数ｆ_０（Ｈｚ）と高調波フィルタ２８の直列共振周波数ｆ_２（Ｈｚ）との間に存在する並列共振周波数ｆ_１の共振点付近に対応するものであり、高調波フィルタ２８に流れ込む高調波電流ｉ_Ｆ１が増大している状態である。

【0047】

具体的な例として、例えば並列共振周波数ｆ_１がおよそ２ｆ_０−１０（Ｈｚ）程度の場合である。このような場合に、従来の無効電力補償装置が接続された負荷系統２４において非整数次の高調波が発生し、それによって負荷系統２４の電圧フリッカが増大する現象が発生していた。このような周波数成分の変動は、例えば負荷系統２４の電圧には１０Ｈｚ程度の脈動として現れることになるため、人間の目の性質上、電圧フリッカとして最も影響してくる。したがって、上述した高調波フィルタ２８に起因する並列共振による電圧フリッカは無視することができないものである。

【0048】

本実施形態の高調波抑制装置１０ａは、図３に示す破線のように、高調波フィルタ２８に起因する電圧フリッカを抑制することができる。換言すれば、高調波抑制装置１０ａが、高調波フィルタ２８に起因する並列共振周波数ｆ_１付近で負荷系統２４に対して、図４に示すダンピング抵抗Ｒｄのように作用することができる。

【0049】

以上説明したように、高調波抑制装置１０ａは、負荷電流ｉ_Ｌおよび負荷電圧ＶＴに基づいて、負荷２５の無効電力を補償することにより負荷２５に起因による電圧フリッカを抑制することができ、また、負荷電圧ＶＴに含まれる高調波成分を検出することにより高調波フィルタ２８に起因する電圧フリッカを抑制することができる。

【0050】

第１の実施形態によれば、高調波フィルタを備えている負荷系統において、負荷および高調波フィルタに起因する電圧フリッカを抑制することができる。

【0051】

［第２の実施形態］
図５は、本発明に係る高調波抑制装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。図６は、図５の既設ＴＣＲの構成の一例を示す図である。

【0052】

図５に示す高調波抑制システムは、高調波抑制装置１０ｂと、既設システム１１３とを備えるものとする。すなわち、高調波抑制システムにおいて、既設システム１１３に追加したものは、高調波抑制装置１０ｂである。

【0053】

既設システム１１３は、既設ＴＣＲ（Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ ｐｈａｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｒｅａｃｔｏｒ）１３ｂ、電流変成器２６、電圧変成器２７、高調波フィルタ２８および２９を備えている。なお、図５において、系統インピーダンス２０、系統電源２１、受電系統２２、受電変圧器２３、負荷系統２４、負荷２５等については、図１に含まれる構成と同様であるため、ここではその説明を省くものとする。また、既設ＴＣＲ１３ｂは既設システム１１３が備えるものとするが、新設のシステムで設置されてもよい。

【0054】

既設ＴＣＲ１３ｂは、他励式無効電力補償装置であり、主に負荷２５を起因とする電圧フリッカを抑制するために設けられている。

【0055】

既設ＴＣＲ１３ｂは、図６に示すように、第１他励式変換器４１および制御回路４４を備えている。第１他励式変換器４１は、複数の逆並列サイリスタ４２などの自己消孤能力を持たない電力用半導体素子、リアクトル４３などを有し、負荷系統２４に接続されている。この既設ＴＣＲ１３ｂは、点孤角を変化させることにより出力する遅相無効電力を変化させることができる。

【0056】

制御回路４４は、負荷電流ｉ_Ｌおよび負荷系統２４の負荷電圧ＶＴの検出信号に基づいて、負荷２５に流れる無効電力の変動分を補償する第１電流指令値を演算する。制御回路４４は、第１電流指令値に基づいて逆並列サイリスタ４２の点孤角を制御し、出力する遅相無効電力を制御する。

【0057】

負荷系統電流ｉｓの中に負荷電流ｉ_Ｌが含まれ、電流変成器２６は、この負荷２５に流れる負荷電流ｉ_Ｌを検出する。電圧変成器２７は、負荷系統２４にかかる負荷電圧ＶＴを検出する。これら検出された負荷電流ｉ_Ｌおよび負荷電圧ＶＴは、既設ＴＣＲ１３ｂに入力される。

【0058】

既設ＴＣＲ１３ｂは、検出された負荷電流ｉ_Ｌおよび負荷電圧ＶＴに基づいて、負荷系統２４に発生する無効電力を補償する。しかし、既設ＴＣＲ１３ｂは、他励式無効電力補償装置に分類され、高調波発生等の点で問題がある。そのため、負荷系統２４には、負荷系統２４に流出する電源周波数に対する高調波成分を抑制するために、高調波フィルタ２８および２９などが接続されている。高調波フィルタ２８および２９には、それぞれ高調波電流ｉ_Ｆ１およびｉ_Ｆ２が流れ込む。なお、この高調波フィルタ２８および２９は、他励式無効電力補償装置としての進相コンデンサとしても活用されることがある。

【0059】

しかしながら、高調波抑制装置１０ｂを設置しない場合、図５に示す受電変圧器２３を含む系統インピーダンス２０と高調波フィルタ２８のインピーダンスとにより、例えば前述したような高調波フィルタ２８に起因する並列共振（例えば図３に示す実線）が発生し、これによって電圧フリッカが発生することがある。なお、高調波フィルタ２９に起因する電圧フリッカについても同様である。以下では、主に高調波フィルタ２８について説明する。

【0060】

高調波抑制装置１０ｂは、主に負荷系統２４の系統インピーダンス２０、高調波フィルタ２８および２９に起因する電圧フリッカを抑制するために、図５に示すように、高調波抑制制御回路１ｂおよび自励式変換器１１を備えている。高調波抑制制御回路１ｂは、負荷電圧ＶＴに基づいて、負荷電圧ＶＴに含まれる高調波成分を検出し、高調波フィルタ２８に起因する電圧フリッカを抑制するように、自励式変換器１１を制御する。

【0061】

このために、高調波抑制制御回路１ｂは、図５に示すように、変換器制御部２ｂと、ＨＰＦ部３と、ゲイン調整部４とを備えている。

【0062】

ＨＰＦ部３は、高域通過フィルタ（Ｈｉｇｈ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）であり、所定のＨＰＦ定数を有している。ＨＰＦ部３は、負荷電圧ＶＴから高調波成分を抽出し、ゲイン調整部４に出力する。

【0063】

ゲイン調整部４は、負荷電圧ＶＴから高調波成分を抽出した電圧に所定のゲイン（Ｋ）倍にして、第１電流指令値ｉ_Ｈ^＊として変換器制御部２ｂに出力する。

【0064】

また、高調波フィルタ２８を起因とする並列共振による電圧フリッカを抑制するために、ＨＰＦ部３のＨＰＦ定数、および、ゲイン調整部４のゲインＫが定められる。例えば、前述した図３の破線に示す周波数特性のように、実線で示す並列共振点近傍の電流増幅率を抑制する。すなわち、ＨＰＦ部３およびゲイン調整部４では、図３の破線に示す周波数特性を有するように、ＨＰＦ定数およびゲインＫが定められている。

【0065】

変換器制御部２ｂには、第１電流指令値ｉ_Ｈ^＊が入力される。変換器制御部２ｂは、第１電流指令値ｉ_Ｈ^＊および検出された負荷電圧ＶＴに基づいて、自励式変換器１１を制御する。すなわち、変換器制御部２ｂは、第１電流指令値ｉ_Ｈ^＊となるように、自励式変換器１１の電流制御を行い、検出された負荷電圧ＶＴにより、系統電圧の電圧位相に同期させて、変換器をＰＷＭ制御する。この結果、自励式変換器１１から補償電流ｉ_Ｈが出力される。なお、自励式変換器１１は、前述した第１の実施形態と同様であり、ここではその説明を省くものとする。

【0066】

なお、高調波抑制装置１０ｂは、図１に示す高調波抑制装置１０ａの負荷２５に起因する電圧フリッカを抑制する機能部を除いたものである。

【0067】

以上により、図５に示す高調波抑制システムにおいて、例えば新設された高調波抑制装置１０ｂは、高調波フィルタ２８および２９に起因する電圧フリッカを抑制すればよいため、第１の実施形態の高調波抑制装置に比べて小容量、かつ、低コストとすることができる。

【0068】

以上説明したように、第２の実施形態によれば、高調波フィルタを備えている負荷系統において、負荷および高調波フィルタに起因する電圧フリッカを抑制することができる。また、既設のシステムに対しては、高調波抑制装置を新規に導入すればよい。

【0069】

さらに、第２の実施形態によれば、第１の実施形態の高調波抑制装置に比べて小容量で、かつ、より低コストの装置を適用することができる。

【0070】

［第３の実施形態］
図７は、本発明に係る高調波抑制装置の第３の実施形態の構成を示すブロック図である。図８は、図７の既設ＳＶＣの構成の一例を示す図である。

【0071】

図７に示す高調波抑制システムは、高調波抑制装置１０ｃと、既設システム１１４とを備えるものとする。すなわち、高調波抑制システムにおいて、既設システム１１４に追加したものは、高調波抑制装置１０ｃである。

【0072】

既設システム１１４は、既設ＳＶＣ（Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）１３ｃ、電流変成器２６、電圧変成器２７、高調波フィルタ２８および２９を備えている。なお、図７において、系統インピーダンス２０、系統電源２１、受電系統２２、受電変圧器２３、負荷系統２４、負荷２５等については、図１に含まれる構成と同様であるため、ここではその説明を省くものとする。また、既設ＳＶＣ１３ｃは既設システム１１４が備えるものとするが、新設のシステムとして設置されてもよい。

【0073】

既設ＳＶＣ１３ｃは、自励式無効電力補償装置である。既設ＳＶＣ１３ｃは、図８に示すように、第１自励式変換器５１および制御回路５５を備えている。第１自励式変換器５１は、複数の自己消孤型スイッチング素子５２、リアクトル５３および平滑化コンデンサ５４などを有し、負荷系統２４に接続されている。

【0074】

制御回路５５は、負荷電流ｉ_Ｌおよび負荷系統２４の負荷電圧ＶＴの検出信号に基づいて、負荷２５に流れる無効電力の変動成分を補償する第１電流指令値を演算する。制御回路５５は、第１電流指令値に基づいて、第１自励式変換器５１の電流を制御する。自己消孤型スイッチング素子５２は、例えばＧＴＯ（Ｇａｔｅ Ｔｕｒｎ−Ｏｆｆ Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子である。

【0075】

既設ＳＶＣ１３ｃは、検出された負荷電流ｉ_Ｌおよび負荷電圧ＶＴに基づいて、既設ＳＶＣ１３ｃが出力すべき補償電流を制御し、負荷２５の無効電力を補償する。これにより、既設ＳＶＣ１３ｃは、主に負荷２５に起因する電圧フリッカを抑制する。なお、負荷２５に起因する電圧フリッカを抑制する技術は、周知の技術が用いられる。

【0076】

高調波抑制装置１０ｃは、上述した既設システム１１４に追加されたものであり、負荷系統２４に接続された高調波フィルタ２８および２９に起因する電圧フリッカを抑制する。このために、高調波抑制装置１０ｃは、図７に示すように、高調波抑制制御回路１ｃおよび自励式変換器１１を備えている。また、高調波抑制制御回路１ｃは、変換器制御部２ｃと、ＨＰＦ部３と、ゲイン調整部４とを備えている。なお、これ以外の図７に示す機能部は、既設システム１１４で備えているものとする。また、図７に示す高調波抑制装置１０ｃは、図５に示す高調波抑制装置１０ｂと同様な機能であり、ここではその詳細な説明は省くものとする。

【0077】

高調波抑制装置１０ｃは、主に負荷系統２４のインピーダンス、高調波フィルタ２８および２９に起因する電圧フリッカを抑制する。以上により、図７に示す高調波抑制システムにおいて、例えば新設した高調波抑制装置１０ｃは、高調波フィルタ２８および２９に起因する電圧フリッカを抑制すればよいため、第１の実施形態の高調波抑制装置に比べて小容量、かつ、低コストとすることができる。

【0078】

以上説明したように、第３の実施形態によれば、高調波フィルタを備えている負荷系統において、負荷および高調波フィルタに起因する電圧フリッカを抑制することができる。また、既設のシステムに対しては、高調波抑制装置を新規に導入すればよい。

【0079】

さらに、第３の実施形態によれば、第１の実施形態の高調波抑制装置に比べて小容量で、かつ、より低コストの装置を適用することができる。

【0080】

［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。例えば、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形には、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0081】

１ａ、１ｂ、１ｃ…高調波抑制制御回路、２ａ、２ｂ、２ｃ、１０３…変換器制御部、３…ＨＰＦ部、４…ゲイン調整部、５、１０２…電流指令演算部、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…高調波抑制装置、１１…自励式変換器、１３ｂ…既設ＴＣＲ（Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ ｐｈａｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｒｅａｃｔｏｒ）、１３ｃ…既設ＳＶＣ（Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）、２０…系統インピーダンス、２１…系統電源、２２…受電系統、２３…受電変圧器、２４…負荷系統、２５…負荷、２６…電流変成器、２７…電圧変成器、２８、２９…高調波フィルタ、３１、５２…自己消孤型スイッチング素子、３２、４３、５３…リアクトル、３３、５４…平滑化コンデンサ、４１…第１他励式変換器、４２…逆並列サイリスタ、４４、５５…制御回路、５１…第１自励式変換器、１０１…無効電力制御回路、１１０…無効電力補償装置、１１３、１１４…既設システム、

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】