特開 2024-174517 高調波を抑制するフィルタを設計するための装置、プログラム、および方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024174517

(43)【公開日】2024-12-17

(54)【発明の名称】高調波を抑制するフィルタを設計するための装置、プログラム、および方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/01 20060101AFI20241210BHJP

【ＦＩ】

H02J3/01

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023092377

(22)【出願日】2023-06-05

(71)【出願人】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】長門 秀一

(72)【発明者】

【氏名】石井 佑季

【テーマコード（参考）】

5G066

【Ｆターム（参考）】

5G066EA01

(57)【要約】

【課題】高調波を抑制するフィルタの品質を向上させる。
【解決手段】装置１の処理部１００は、品質に関する指標値に対する最適化によってフィルタの回路定数を決定する。処理部１００は、電力変換器と第１回路定数を有するフィルタとを含む回路の第１高調波歪みを算出し、予め定められた基準において定められた制限値よりも第１高調波歪みが小さいことを示す第１条件が成立する場合の第１回路定数に対して、第１回路定数が含まれる基準範囲内の少なくとも１つの第２回路定数にそれぞれ対応する少なくとも１つの第２高調波歪みの中に制限値より大きい第２高調波歪みがあるか否かを判定する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力変換器から発生する高調波を抑制するフィルタを設計するための装置であって、
前記フィルタの品質に関する指標値に対する最適化によって前記フィルタの回路定数を決定する処理部と、
前記最適化の第１処理結果が保存される記憶部とを備え、
前記処理部は、
前記電力変換器と第１回路定数を有する前記フィルタとを含む回路の第１高調波歪みを算出し、
予め定められた基準において定められた制限値よりも前記第１高調波歪みが小さいことを示す第１条件が成立する場合の前記第１回路定数に対して、前記第１回路定数が含まれる基準範囲内の少なくとも１つの第２回路定数にそれぞれ対応する少なくとも１つの第２高調波歪みの中に前記制限値より大きい第２高調波歪みがあるか否かを判定する特定処理を行い、
前記少なくとも１つの第２高調波歪みの中に前記制限値より大きい第２高調波歪みがないことを示す第２条件が成立する場合、前記第１処理結果に前記第１回路定数を追加する、装置。

【請求項2】

前記第１条件は、前記制限値よりも小さい閾値よりも前記第１高調波歪みが大きいことをさらに示す、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記処理部は、前記第１条件が成立したタイミングにおける前記第１回路定数を前記特定処理において使用する、請求項２に記載の装置。

【請求項4】

前記記憶部には、前記第１条件が成立する場合の前記フィルタの回路定数を含む第２処理結果が保存され、
前記処理部は、前記第１条件が成立する場合、前記特定処理に必要な前記第１回路定数を前記第２処理結果から取得する、請求項２に記載の装置。

【請求項5】

前記処理部は、前記第１条件が成立する場合、前記最適化によって前記第１回路定数を変更して、前記第１高調波歪みを再算出し、前記特定処理を再実行し、前記第２条件が成立する場合の前記第１回路定数を前記第１処理結果にさらに追加する、請求項１～４のいずれか１項に記載の装置。

【請求項6】

電力変換器から発生する高調波を抑制するフィルタを設計するためのプログラムであって、前記プログラムは、処理回路に実行されることによって、前記処理回路に、
前記フィルタの品質に関する指標値に対する最適化によって前記フィルタの回路定数を決定させ、
前記電力変換器と第１回路定数を有する前記フィルタとを含む回路の第１高調波歪みを算出させ、
予め定められた基準において定められた制限値よりも前記第１高調波歪みが小さことを示す第１条件が成立する場合の前記第１回路定数に対して、前記第１回路定数が含まれる基準範囲内の少なくとも１つの第２回路定数にそれぞれ対応する少なくとも１つの第２高調波歪みの中に前記制限値より大きい第２高調波歪みがあるか否かを判定する特定処理を行わせ、
前記少なくとも１つの第２高調波歪みの中に前記制限値より大きい第２高調波歪みがないことを示す第２条件が成立する場合、前記最適化の処理結果に前記第１回路定数を追加させる、プログラム。

【請求項7】

電力変換器から発生する高調波を抑制するフィルタを設計するための方法であって、
前記フィルタの品質に関する指標値に対する最適化によって前記フィルタの回路定数を決定するステップと、
前記電力変換器と第１回路定数を有する前記フィルタとを含む回路の第１高調波歪みを算出するステップと、
予め定められた基準において定められた制限値よりも前記第１高調波歪みが小さいことを示す第１条件が成立する場合の前記第１回路定数に対して、前記第１回路定数が含まれる基準範囲内の少なくとも１つの第２回路定数にそれぞれ対応する少なくとも１つの第２高調波歪みの中に前記制限値より大きい第２高調波歪みがあるか否かを判定する特定処理を行うステップと、
前記少なくとも１つの第２高調波歪みの中に前記制限値より大きい第２高調波歪みがないことを示す第２条件が成立する場合、前記最適化の処理結果に前記第１回路定数を追加するステップとを含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、高調波を抑制するフィルタを設計するための装置、プログラム、および方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、高調波を抑制するフィルタ（高調波抑制フィルタ）を設計するための構成が知られている。たとえば、特許第６２７２３９６号（特許文献１）には、高圧直流送電システムの複同調フィルタの設計方法が開示されている。特許文献１の設計方法によれば、効率性および高調波の低減を考慮して、高調波電圧規制値および高調波電流許容レベルを満足する最適なＲ，Ｌ，Ｃコンビネーションを有する、高圧直流送電システムの複同調フィルタを実現することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６２７２３９６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

高調波抑制フィルタの品質に関する指標値（たとえば、電圧歪み、電流歪み、製造コスト、回路定数の値、あるいは電力損失等）が所望の値となるように高調波抑制フィルタの回路定数を選択化することによって、高調波抑制フィルタを最適化することができる。しかし、高調波抑制フィルタの最適化に基づいて高調波抑制フィルタが製造されても、様々な要因（たとえば製造誤差（製造ばらつき）あるいは経年劣化）によって実際の高調波抑制フィルタにおいては最適な回路定数が実現されない可能性がある。このような場合、実際に製造された高調波抑制フィルタは、最適な回路定数から想定される品質を有さず、高調波に関して予め定められた基準（たとえば「高圧または特別高圧で受電する需要家の高調波抑制ガイドライン」）を満たさない可能性がある。

【0005】

特許文献１においては、Ｌ，Ｃコンビネーションケースに対して高調波を低減するための最適化を行うことが開示されている。しかし、高調波抑制フィルタの最適化に基づいて実際に製造された高調波抑制フィルタに最適な回路定数が実現されないことについて考慮されていない。

【0006】

本開示は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、高調波を抑制するフィルタの品質を向上させることである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一局面に係る装置は、電力変換器から発生する高調波を抑制するフィルタを設計するための装置である。装置は、処理部と、記憶部とを備える。処理部は、フィルタの品質に関する指標値に対する最適化によってフィルタの回路定数を決定する。記憶部には、最適化の第１処理結果が保存される。処理部は、電力変換器と第１回路定数を有するフィルタとを含む回路の第１高調波歪みを算出し、予め定められた基準において定められた制限値よりも第１高調波歪みが小さいことを示す第１条件が成立する場合の第１回路定数に対して、第１回路定数が含まれる基準範囲内の少なくとも１つの第２回路定数にそれぞれ対応する少なくとも１つの第２高調波歪みの中に制限値より大きい第２高調波歪みがあるか否かを判定する特定処理を行い、少なくとも１つの第２高調波歪みの中に制限値より大きい第２高調波歪みがないことを示す第２条件が成立する場合、第１処理結果に第１回路定数を追加する。

【0008】

本開示の他の局面に係るプログラムは、電力変換器から発生する高調波を抑制するフィルタを設計するためのプログラムである。プログラムは、処理回路に実行されることによって、処理回路に、フィルタの品質に関する指標値に対する最適化によってフィルタの回路定数を決定させ、電力変換器と第１回路定数を有するフィルタとを含む回路の第１高調波歪みを算出させ、予め定められた基準において定められた制限値よりも第１高調波歪みが小さことを示す第１条件が成立する場合の第１回路定数に対して、第１回路定数が含まれる基準範囲内の少なくとも１つの第２回路定数にそれぞれ対応する少なくとも１つの第２高調波歪みの中に制限値より大きい第２高調波歪みがあるか否かを判定する特定処理を行わせ、少なくとも１つの第２高調波歪みの中に制限値より大きい第２高調波歪みがないことを示す第２条件が成立する場合、最適化の処理結果に第１回路定数を追加させる。

【0009】

本開示の他の局面に係る方法は、電力変換器から発生する高調波を抑制するフィルタを設計するための方法である。当該方法は、フィルタの品質に関する指標値に対する最適化によってフィルタの回路定数を決定するステップと、電力変換器と第１回路定数を有するフィルタとを含む回路の第１高調波歪みを算出するステップと、予め定められた基準において定められた制限値よりも第１高調波歪みが小さいことを示す第１条件が成立する場合の第１回路定数に対して、第１回路定数が含まれる基準範囲内の少なくとも１つの第２回路定数にそれぞれ対応する少なくとも１つの第２高調波歪みの中に制限値より大きい第２高調波歪みがあるか否かを判定する特定処理を行うステップと、少なくとも１つの第２高調波歪みの中に制限値より大きい第２高調波歪みがないことを示す第２条件が成立する場合、最適化の処理結果に第１回路定数を追加するステップとを含む。

【発明の効果】

【0010】

本開示に係る装置、プログラム、および方法によれば、予め定められた基準において定められた制限値よりも第１高調波歪みが小さいことを示す第１条件が成立する場合の第１回路定数に対して、第１回路定数が含まれる基準範囲内の少なくとも１つの第２回路定数にそれぞれ対応する少なくとも１つの第２高調波歪みの中に制限値より大きい第２高調波歪みがあるか否かを判定することにより、高調波を抑制するフィルタの品質を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】高調波抑制フィルタとしてのフィルタ装置が配置された構成の一例を示す図である。

【図2】図１の連系点における電圧歪みおよび電流歪みをシミュレートするための図１の構成の等価回路のブロック図である。

【図3】図１のフィルタ装置の回路構成の一例を示す図である。

【図4】図１のフィルタ装置の回路構成の他の例を示す図である。

【図5】図１のフィルタ装置の回路構成の他の例を示す図である。

【図6】図１のフィルタ装置１４０を設計するための、実施の形態１に係る情報処理装置１の構成を示すブロック図である。

【図7】図６の情報処理装置１のハードウェア構成の一例を示す図である。

【図8】図７のフィルタ設計プログラムＰｇを実行する処理回路１１によって行われる最適化計算処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図9】図８の尤度評価処理Ｓ１２の具体的な処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図10】図１のフィルタ装置１４０を設計するための、実施の形態２に係る情報処理装置２の構成を示すブロック図である。

【図11】図１０の情報処理装置２のハードウェア構成の一例を示す図である。

【図12】図１１のフィルタ設計プログラムＰｇ１を実行する処理回路１１によって行われる最適化計算処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図13】図１１の尤度評価プログラムＰｇ２を実行する処理回路１１によって行われる尤度評価処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰り返さない。

【0013】

図１は、高調波抑制フィルタとしてのフィルタ装置１４０が配置された構成の一例を示す図である。図１に示されるように、当該構成には、上位系統１１０と、電力変換器１２０と、変圧器１３０と、フィルタ装置１４０と、負荷９００とが含まれる。上位系統１１０は、交流電力系統であり、連系点Ｐｉｃに接続されている。変圧器１３０は、連系点Ｐｉｃと電力変換器１２０との間に接続されている。負荷９００は、連系点Ｐｉｃに接続されている。フィルタ装置１４０は、高調波抑制フィルタを含み、電力変換器１２０と変圧器１３０とを接続する接続線１５０に接続されている。電力変換器１２０は、たとえば、交流／直流（ＡＣ／ＤＣ）変換器である。

【0014】

連系点Ｐｉｃにおける電圧歪み（総合電圧歪率）および電流歪み（総合電流歪率）が、高調波に関して予め定められた基準（たとえば「高圧または特別高圧で受電する需要家の高調波抑制ガイドライン」）において規定されたガイドライン値（制限値）の範囲に収まるように、フィルタ装置１４０は、電力変換器１２０からの高調波の電圧歪みおよび電流歪みを軽減する。制限値の範囲としては、たとえば、電圧歪みが５％以内という範囲、および電流歪みが５％以内という範囲が用いられる。

【0015】

図２は、図１の連系点Ｐｉｃにおける電圧歪みおよび電流歪みをシミュレートするための図１の構成の等価回路２００のブロック図である。図２において、ω_ｎは、周波数ν_ｎを有する高調波に対応するｎ次の角速度を表す（ω_ｎ＝２πν_ｎ）。周波数ν_ｎは、基本波周波数ν_１（たとえば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）のｎ倍（ｎは自然数）の周波数である。

【0016】

図１および図２を併せて参照しながら、等価回路２００は、系統特性回路２１０と、変換器特性回路２２０と、変圧器特性回路２３０と、フィルタ特性回路２４０と、電圧特性回路２５０とを備える。系統特性回路２１０、変換器特性回路２２０、変圧器特性回路２３０、およびフィルタ特性回路２４０は、図１の上位系統１１０、電力変換器１２０、変圧器１３０、およびフィルタ装置１４０にそれぞれ対応する。

【0017】

系統特性回路２１０および電圧特性回路２５０は、接地点に接続されている。変圧器特性回路２３０および変換器特性回路２２０は、系統特性回路２１０および電圧特性回路２５０の間でこの順に直列に接続されている。フィルタ特性回路２４０は、変圧器特性回路２３０および変換器特性回路２２０を接続する接続線に接続されている。系統特性回路２１０と変圧器特性回路２３０との接続ノードＮｉｃは、図１の連系点Ｐｉｃに対応する。

【0018】

電力変換器１２０が高調波の発生源となるので、電力変換器１２０の出力電圧特性をシミュレートするが等価回路２００の電圧源とされる。すなわち、等価回路２００においては、電圧特性回路２５０は、電力変換器１２０の電圧特性Ｖｃ（ω_ｎ）を出力する。電圧特性Ｖｃ（ω_ｎ）は、角速度ω_ｎに応じて、異なる大きさの電圧を出力する。

【0019】

系統特性回路２１０、変換器特性回路２２０、変圧器特性回路２３０、およびフィルタ特性回路２４０は、角速度ω_ｎに対応するインピーダンスｆ_１（ω_ｎ），ｆ_２（ω_ｎ），ｆ_３（ω_ｎ），ｆ_４（ω_ｎ）をそれぞれ有する。

【0020】

系統特性回路２１０と接続されている変圧器特性回路２３０の側（高圧側）と、変換器特性回路２２０と接続されている変圧器特性回路２３０の側（低圧側）とで電圧が異なるので、一般にインピーダンスは単位法で表記される。フィルタ特性回路２４０のインピーダンスｆ_４（ω_ｎ）には、フィルタ装置１４０に含まれる複数の回路要素のインピーダンスの合成値が用いられる。系統特性回路２１０のインピーダンスｆ_１（ω_ｎ）には、背後インピーダンスおよび送電インピーダンス等が合成された値が用いられる。接地点に接続されている系統特性回路２１０の側（電源側）は、たとえば、図１の上位系統１１０に電力を供給する電力会社の電源に対応する。接続ノードＮｉｃにおける電圧歪みＴＨＤ（Total Harmonic Distortion）＿Ｖおよび電流歪みＴＨＤ＿Ｉは、以下の式（１），（２）を用いてそれぞれ求められる。

【0021】

【数1】

【0022】

式（１）において、Ｖ_１は、接続ノードＮｉｃにおける基本波電圧の実効値（電圧実行値）である。Ｖ_ｎは、接続ノードＮｉｃにおける第ｎ次高調波電圧の実効値である。式（２）において、Ｉ_１は、接続ノードＮｉｃにおける基本波電流の実効値（電流実行値）である。Ｉ_ｎは、接続ノードＮｉｃにおける第ｎ次高調波電流の実効値である。

【0023】

図３，図４，図５の各々は、図１のフィルタ装置１４０の回路構成の一例を示す図である。図３に示されるように、フィルタ装置１４０Ａは、抵抗Ｒと、インダクタＬと、キャパシタＣ１とを含む。抵抗ＲおよびインダクタＬは、キャパシタＣ１の一方の電極と接地点との間で並列に接続されている。キャパシタＣ１の他方の電極は、接続線１５０に接続される。フィルタ装置１４０Ａの回路定数は、抵抗Ｒの抵抗値、インダクタＬのインダクタンス、およびキャパシタＣ１の静電容量を含む。当該回路定数によって、フィルタ装置１４０Ａのフィルタ特性（インピーダンスｆ_４（ω_ｎ））が決定される。

【0024】

図４に示されるフィルタ装置１４０Ｂは、図３のフィルタ装置１４０ＡにキャパシタＣ２が追加された構成である。キャパシタＣ２は、インダクタＬと接地点との間に接続されている。フィルタ装置１４０Ｂの回路定数は、抵抗Ｒの抵抗値、インダクタＬのインダクタンス、およびキャパシタＣ１，Ｃ２の静電容量を含む。当該回路定数によって、フィルタ装置１４０Ｂのフィルタ特性（インピーダンスｆ_４（ω_ｎ））が決定される。

【0025】

図５に示されるフィルタ装置１４０Ｃは、図３のフィルタ装置１４０ＡにキャパシタＣ３が追加された構成である。キャパシタＣ３は、キャパシタＣ１と抵抗Ｒとの間に接続されている。フィルタ装置１４０Ｃの回路定数は、抵抗Ｒの抵抗値、インダクタＬのインダクタンス、およびキャパシタＣ１，Ｃ３の静電容量を含む。当該回路定数によって、フィルタ装置１４０Ｃのフィルタ特性（インピーダンスｆ_４（ω_ｎ））が決定される。

【0026】

フィルタ装置１４０の品質に関する指標値（品質指標値）が所望の値となるようにフィルタ装置１４０の回路定数を選択することによって、高調波抑制フィルタを最適化することができる。しかし、フィルタ装置１４０の最適化に基づいてフィルタ装置１４０が製造されても、様々な要因（たとえば製造誤差（製造ばらつき）あるいは経年劣化）によって、実際のフィルタ装置１４０においては最適な回路定数が実現されない可能性がある。このような場合、実際に製造されたフィルタ装置１４０は、最適な回路定数から想定される品質を有さず、高調波に関して予め定められた基準を満たさない可能性がある。

【0027】

たとえば、品質指標値の改善が優先される場合、フィルタ装置１４０の電圧歪みおよび電流歪みの少なくとも１つ（高調波歪み）が、高調波に関して予め定められた基準の制限値（基準制限値）より小さいものの、ほぼ基準制限値に等しくなるように回路定数が選択されることがある。このような場合、製造誤差の影響によって実際のフィルタ装置１４０の高調波歪みは基準制限値を超えてしまう可能性がある。一方、高調波に関して予め定められた基準の充足が優先される場合、実際のフィルタ装置１４０の高調波歪みが製造誤差によって基準制限値を超えないように、基準制限値からある程度のマージン（たとえば５％）だけ小さい値（基準制限値の９５％の値）がフィルタ装置１４０の設計においての制限値（設計制限値）として使用されることがある。このような場合、基準制限値を下回る高調歪みと品質指標値の改善とを実現する回路定数であっても、当該回路定数の下では高調波歪み（たとえば基準制限値の９８％）が設計制限値を超える場合には、当該回路定数は選択されない。

【0028】

そこで、本開示においては、フィルタ装置１４０の品質に関する指標値が所望の値となるように選択された回路定数を、実際に製造されたフィルタ装置１４０において想定される基準範囲において変動させて、高調波に関して予め定められた基準を逸脱しないか否かの判定（尤度評価）を行う。本開示によれば、回路定数の変動が想定される実際に製造されたフィルタ装置１４０が予め定められた基準を逸脱しないことを、フィルタ装置１４０の品質に関する指標値を所望の値とする回路定数の下で担保することができるという点で、フィルタ装置１４０の品質を向上させることができる。

【0029】

以下では、実施の形態１において、フィルタ装置１４０の品質に関する指標値を所望の値とするための最適化によって回路定数が選択される度に当該回路定数に対する尤度評価（特定処理）を行う構成について説明する。実施の形態２においては、当該最適化によって回路定数が選択される度に、当該回路定数を記憶部に保存し、記憶部に保存された少なくとも１つの回路定数の各々に対して尤度評価を行う構成について説明する。

【0030】

実施の形態１．
図６は、図１のフィルタ装置１４０を設計するための、実施の形態１に係る情報処理装置１の構成を示すブロック図である。図６に示されるように、情報処理装置１は、処理部１００と、記憶部５０とを備える。処理部１００は、条件抽出部２０と、最適化計算部３０と、尤度評価部４０とを備える。

【0031】

記憶部５０には、入力データファイル５１と、評価結果データファイル５２（第１処理結果）とが保存されている。入力データファイル５１は、フィルタ装置１４０の最適化の前提条件および初期設定に関する複数のデータセットを含む。当該複数のデータセットの各々には、たとえば、等価回路２００の構成を決定するインピーダンスｆ_１～ｆ_３と電圧特性Ｖｃとの組合せ（系統ケース）、フィルタ装置１４０の初期回路定数、最適化計算に必要なフィルタ装置１４０の回路定数の探索範囲と閾値、ならびに最適化計算における回路定数について反復回数および系統ケースについての反復回数等が含まれる。評価結果データファイル５２は、最適化計算部３０の計算結果を含む。

【0032】

条件抽出部２０は、最適化計算部３０によって行われる処理に必要なデータを入力データファイル５１から抽出する。

【0033】

最適化計算部３０は、回路定数選択部３１と、回路計算部３２と、目的関数抽出部３３とを含む。以下では、目的関数とは、フィルタ装置１４０の回路定数と、フィルタ装置１４０の品質に関する指標値との間の対応関係を規定する関数あるいはデータであるとする。当該指標値には、たとえば、電圧歪み、電流歪み、フィルタ装置１４０の製造コスト、フィルタ装置１４０の抵抗、フィルタ装置１４０の静電容量、フィルタ装置１４０のインダクタンス、およびフィルタ装置１４０の電力損失（電力費用）が含まれる。フィルタ装置１４０の電力損失とは第１次～第ｎ次高調波に対する、等価回路２００の電力損失の総和の値である。また、目的関数の値とは、回路定数を引数とした場合に目的関数から出力される指標値を表す。

【0034】

回路定数選択部３１は、最適化手法（最適化計算、最適化処理、あるいは最適化アルゴリズム）を用いて、目的関数を評価して、最適化計算部３０による処理の反復によって当該目的関数が最小化するように、フィルタ装置１４０の回路定数を予め定められた探索範囲から選択する。初回の回路定数の選択においては、条件抽出部２０によって与えられた初期値が選択される。最適化手法には、たとえば、１つの目的関数を評価する単目的最適化、および複数の目的関数を評価する多目的最適化が含まれる。単目的最適化には、たとえば単目的遺伝的アルゴリズムが含まれる。多目的最適化には、たとえば進化型多目的最適化アルゴリズムが含まれる。なお、複数の目的関数に対して、単目的最適化を行う場合、複数の重み係数（たとえば、経験則から決定された値）がそれぞれ乗じられた複数の目的関数の総和が１つの目的関数と等価に扱われる。

【0035】

回路計算部３２は、複数の系統ケースの各々について、回路定数選択部３１によって選択された回路定数および当該系統ケースの下での等価回路２００の接続ノードＮｉｃにおける電圧実効値Ｖ_１～Ｖ_ｎおよび電流実効値Ｉ_１～Ｉ_ｎを計算する。回路計算部３２は、式（１），（２）に基づいて、電圧歪みＴＨＤ＿Ｖおよび電流歪みＴＨＤ＿Ｉを算出する。電圧歪みＴＨＤ＿Ｖまたは電流歪みＴＨＤ＿Ｉが、制限値よりも小さい予め設定された閾値を超える場合、回路計算部３２は、回路定数を尤度評価部４０へ送信する。電圧歪みＴＨＤ＿Ｖまたは電流歪みＴＨＤ＿Ｉが当該閾値以下である場合、回路計算部３２は、回路定数を目的関数抽出部３３へ送信する。なお、各系統ケースにおける各次電流歪率の最大値を指標値とする目的関数が追加されてもよい。当該閾値を用いることによって、尤度評価部４０による尤度評価の対象を、実際のフィルタ装置１４０の高調波歪みが基準制限値を下回るものの基準制限値を超える可能性が比較的高い場合の回路定数に限定することができる。その結果、処理部１００によるフィルタ装置１４０の最適化処理を高速化することができる。

【0036】

尤度評価部４０は、回路計算部３２から受けた回路定数に含まれる抵抗値、インダクタンス、および静電容量値を当該値が含まれる基準範囲（たとえば初期値±５％の範囲）で変動させて、変動させた回路定数（変動回路定数）の下での電圧歪みまたは電流歪みが制限値を超えるか否かを判定する。具体的には、尤度評価部４０は、電圧歪みおよび電流歪みの各々を新たに目的関数に設定し、変動回路定数に対する目的関数が制限値を超えるか否かを判定する。目的関数が制限値を超える場合、尤度評価部４０は最適化計算の制御を回路定数選択部３１に戻す。回路定数選択部３１は、今回の回路定数とは異なる回路定数を選択し、最適化計算を再実行する。目的関数が制限値以下である場合、尤度評価部４０は、最適化計算の制御を目的関数抽出部３３に渡す。なお、最適化計算の制御が回路定数選択部３１に戻される場合、今回の回路定数が最適化計算の解とならないように目的関数が補正されてもよい。

【0037】

目的関数抽出部３３は、複数の系統ケースにおいて、目的関数の最大値を抽出する。複数の目的関数が用いられる場合、複数の目的関数の各々について複数の系統ケースにおける最大値が抽出される。目的関数抽出部３３は、回路定数選択部３１によって選択された回路定数と、当該最大値とを関連付けて評価結果データファイル５２に記録する。ユーザは、優先度の高い指標値に関する目的関数に対応する回路定数を用いて、フィルタ装置１４０を設計することができる。

【0038】

最適化計算部３０による処理の終了後に、評価結果データファイル５２に記録された複数の回路定数の中からフィルタ装置１４０を設計するための回路定数が選択される。たとえば、複数の目的関数に対する多目的最適化の解である複数のパレート解から回路定数が選択されてもよい。

【0039】

図７は、図６の情報処理装置１のハードウェア構成の一例を示す図である。図７に示されるように、情報処理装置１は、処理回路１１（処理部）と、メモリ１２（記憶部）と、入力部１３と、出力部１４と、バス１５とを含む。処理回路１１、メモリ１２、入力部１３、および出力部１４は、バス１５によって互いに通信可能に接続されている。情報処理装置１は、たとえば、ＰＣ（Personal Computer）、あるいはワークステーションを含む。

【0040】

処理回路１１は、メモリ１２に格納されるプログラムを実行する少なくとも１つのＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む。処理回路１１は、少なくとも１つのＧＰＵ（Graphics Processing Unit）を含んでもよい。情報処理装置１の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアあるいはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ１２に格納される。処理回路１１は、メモリ１２に記憶されたプログラムを読み出して実行する。なお、ＣＰＵは、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、あるいはＤＳＰ（Digital Signal Processor）とも呼ばれる。

【0041】

メモリ１２には、不揮発性または揮発性の半導体メモリ（たとえばＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、あるいはＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory））、および磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、あるいはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）が含まれる。メモリ１２には、フィルタ設計プログラムＰｇ、入力データファイル５１と、評価結果データファイル５２とが保存されている。フィルタ設計プログラムＰｇを実行する処理回路１１は、図６の処理部１００に対応する。図１に示されてはいないが、メモリ１２には、ＯＳ（Operating System）が保存されていてもよい。

【0042】

入力部１３は、ユーザからの操作を受ける。入力部１３は、マウス、キーボード、マイク、およびタッチパネルを含む。出力部１４は、処理回路１１の処理結果をユーザに出力する。出力部１４は、たとえば、タッチパネル、ディスプレイ、およびスピーカを含む。

【0043】

図８は、図７のフィルタ設計プログラムＰｇを実行する処理回路１１によって行われる最適化計算処理の流れの一例を示すフローチャートである。図８に示されるフローチャートは、情報処理装置１を統合的に制御する不図示のメインルーチンによって呼び出される。以下では、ステップを単にＳと記載する。また、電圧歪みおよび電流歪みの少なくとも１つを含む用語として、高調波歪みが使用される。

【0044】

図８に示されるように、処理回路１１は、Ｓ１０１において、フィルタ装置１４０の回路定数の探索範囲から、目的関数が最小化されるように未検証の回路定数（今回の回路定数）を決定し、処理をＳ１０２に進める。処理回路１１は、Ｓ１０２において、複数の系統ケースの中から、未検証の系統ケース（今回の系統ケース）を決定し、処理をＳ１０３に進める。処理回路１１は、Ｓ１０３において、今回の回路定数および今回の系統ケースの下での等価回路２００における高調波歪みを計算し、処理をＳ１０４に進める。

【0045】

処理回路１１は、Ｓ１０４において、高調波歪みが制限値（たとえば５％）を超えるか否かを判定する。高調波歪みが制限値を超える場合（Ｓ１０４においてＹＥＳ）、処理回路１１は、今回までの最適化計算で検証された全系統ケースの各々を未検証にリセットして、処理をＳ１０１に戻す。高調波歪みが制限値以下である場合（Ｓ１０４においてＮＯ）、処理回路１１は、処理をＳ１０５に進める。

【0046】

処理回路１１は、Ｓ１０５において、高調波歪みが閾値を超えるか否かを判定する。高調波歪みが閾値以下である場合（Ｓ１０５においてＮＯ）、処理回路１１は、処理をＳ１０６に進める。高調波歪みが閾値を超える場合（Ｓ１０５においてＹＥＳ）、処理回路１１は、処理をＳ１２に進める。なお、当該閾値は、制限値よりも小さく、たとえば、制限値の９５％に設定される。

【0047】

処理回路１１は、Ｓ１２において、今回の回路定数に対する尤度評価を行って処理をＳ１１１に進める。処理回路１１は、Ｓ１１１において、尤度評価の結果が合格か否かを判定する。尤度評価が不合格である場合（Ｓ１１１においてＮＯ）、処理回路１１は、今回の回路定数を検証済みとするとともに検証済みの全系統ケースを未検証とし、処理をＳ１０１に戻す。尤度評価が合格である場合（Ｓ１１１においてＹＥＳ）、処理回路１１は、処理をＳ１０６に進める。

【0048】

処理回路１１は、Ｓ１０６において、今回の回路定数および今回の系統ケースの下での目的関数の値を算出し、処理をＳ１０７に進める。処理回路１１は、Ｓ１０７において、今回の系統ケースを検証済みとするとともに、今回までに検証された系統ケースの数（系統ケースの検証数）が系統ケースについての反復回数に達したか否か（系統ケースについての反復処理の終了条件）の判定を行う。系統ケースの検証数が当該反復回数未満である場合（Ｓ１０７においてＮＯ）、処理回路１１は、処理をＳ１０２に戻す。系統ケースの検証数が当該反復回数に達している場合（Ｓ１０７においてＹＥＳ）、処理回路１１は、今回の回路定数の下での系統ケースについての反復処理を終了し、処理をＳ１０８に進める。

【0049】

処理回路１１は、Ｓ１０８において、全系統ケースの下で算出された目的関数の値のうちの最大値を、今回の回路定数に対応する目的関数の値に設定し、処理をＳ１０９に進める。処理回路１１は、Ｓ１０９において、目的関数を評価結果データファイル５２に保存して処理をＳ１１０に進める。処理回路１１は、Ｓ１１０において、今回の回路定数を検証済みとし、検証済みの全系統ケースを未検証とし、今回までに検証された回路定数の数（回路定数の検証数）が回路定数についての反復回数に達したか否か（回路定数についての反復処理の終了条件）の判定を行う。回路定数の検証数が当該反復回数未満である場合（Ｓ１１０においてＮＯ）、処理回路１１は、処理をＳ１０１に戻す。回路定数の検証数が当該反復回数に達している場合（Ｓ１１０においてＹＥＳ）、処理回路１１は、回路定数についての反復処理を終了し、処理をメインルーチンに返す。

【0050】

図９は、図８の尤度評価処理Ｓ１２の具体的な処理の流れの一例を示すフローチャートである。図９のＳ１２２，Ｓ１２３，Ｓ１２４，Ｓ１２６，Ｓ１２７，Ｓ１２８，Ｓ１３０は、図８のＳ１０２，Ｓ１０３，Ｓ１０４，Ｓ１０６，Ｓ１０７，Ｓ１０８，Ｓ１１０にそれぞれ対応している。図９に示されるフローチャートにおいては、電圧歪みおよび電流歪みの各々が目的関数とされる。以下では主に図９を参照し、必要に応じて図８を参照する。

【0051】

図９に示されるように、処理回路１１は、Ｓ１２０において図８の最適化計算処理から今回の回路定数を取得して処理をＳ１２１に進める。処理回路１１は、Ｓ１２１において、今回の回路定数を基準範囲において変動させた回路定数のうち、目的関数が最大化されるように未検証の回路定数（今回の変動回路定数）を決定し、処理をＳ１２２に進める。Ｓ２１においては、たとえば、複数の目的関数に対応することが可能な進化型多目的最適化アルゴリズムが用いられる。

【0052】

処理回路１１は、Ｓ１２２において、図８のＳ１０２と同様に今回の系統ケースを決定し、処理をＳ１２３に進める。処理回路１１は、Ｓ１２３において、今回の変動回路定数および今回の系統ケースの下での等価回路２００における高調波歪みを計算し、処理をＳ１２４に進める。

【0053】

処理回路１１は、Ｓ１２４において、高調波歪みが制限値を超えるか否かを判定する。高調波歪みが制限値を超える場合（Ｓ１２４においてＹＥＳ）、処理回路１１は、不合格判定をメインルーチンに返す。高調波歪みが制限値以下である場合（Ｓ１２４においてＮＯ）、処理回路１１は、処理をＳ１２６に進める。

【0054】

処理回路１１は、Ｓ１２６において、今回の変動回路定数および今回の系統ケースの下での目的関数（電流歪みおよび電圧歪み）の値を算出し、処理をＳ１２７に進める。処理回路１１は、Ｓ１２７において、図８のＳ１０７と同様に系統ケースについての反復処理の終了条件を判定する。系統ケースの検証数が当該反復回数未満である場合（Ｓ１２７においてＮＯ）、処理回路１１は、処理をＳ１２２に戻す。系統ケースの検証数が当該反復回数に達している場合（Ｓ１２７においてＹＥＳ）、処理回路１１は、今回の変動回路定数の下での系統ケースについての反復処理を終了し、処理をＳ１２８に進める。

【0055】

処理回路１１は、Ｓ１２８において、全系統ケースの下で算出された目的関数の値のうちの最大値を、今回の変動回路定数に対応する目的関数の値に設定し、処理をＳ１３０に進める。処理回路１１は、Ｓ１３０において、今回の変動回路定数を検証済みとし、検証済みの全系統ケースを未検証とし、今回までに検証された変動回路定数の数（変動回路定数の検証数）が変動回路定数についての反復回数に達したか否かを判定する。変動回路定数の検証数が当該反復回数未満である場合（Ｓ１３０においてＮＯ）、処理回路１１は、処理をＳ１２１に戻す。変動回路定数の検証数が当該反復回数に達している場合（Ｓ１３０においてＹＥＳ）、処理回路１１は、変動回路定数についての反復処理を終了し、合格判定をメインルーチンに返す。

【0056】

以上、実施の形態１に係る装置、プログラム、および方法によれば、高調波を抑制するフィルタの品質を向上させることができる。

【0057】

実施の形態２．
図１０は、図１のフィルタ装置１４０を設計するための、実施の形態２に係る情報処理装置２の構成を示すブロック図である。情報処理装置２の構成は、図６の図６の条件抽出部２０、回路計算部３２、尤度評価部４０、および入力データファイル５１が条件抽出部２０Ａ、回路計算部３２Ａ、尤度評価部４０Ａ、および入力データファイル５１Ａにそれぞれ置き換えられているとともに、記憶部５０に閾値越えデータファイル５３（第２処理結果）が追加された構成である。これら以外の情報処理装置２の構成は情報処理装置１の構成と同様であるため、同様の構成についての説明を繰り返さない。以下では主に図１０を参照しながら、必要に応じて図６を参照する。

【0058】

入力データファイル５１Ａにおいては、図６の入力データファイル５１に含まれる複数のデータセットの各々に、最適化計算あるいは尤度評価を示すフラグが付されている。条件抽出部２０Ａは、図６の条件抽出部２０の機能に加えて、入力データファイル５１Ａに含まれる複数のデータセットに付されたフラグを取得する機能を有する。条件抽出部２０Ａは、データセットに付されたフラグが最適化計算を示す場合、当該データセットを最適化計算部３０に出力し、当該フラグが尤度評価を示す場合、当該データセットを尤度評価部４０Ａに出力する。

【0059】

回路計算部３２Ａは、今回の回路定数の下での高調波歪みが閾値を超える場合に、今回の回路定数を尤度評価部４０Ａに出力せずに閾値越えデータファイル５３に記録する。尤度評価部４０Ａは、閾値越えデータファイル５３に記録された複数の回路定数を順番に読み込んで、当該回路定数に対して図６の尤度評価部４０と同様の尤度評価を行う。尤度評価部４０Ａの処理は、最適化計算部３０の処理と並行して行われてもよいし、最適化計算部３０の処理の後に行われてもよい。閾値越えデータファイル５３を介して最適化計算部３０の処理結果が尤度評価部４０Ａに伝達されることにより、最適化計算部３０の処理および尤度評価部４０Ａの処理の各々を必要に応じて適時に実行およびメンテナンスすることができる。

【0060】

図１１は、図１０の情報処理装置２のハードウェア構成の一例を示す図である。情報処理装置２のハードウェア構成は、図７の情報処理装置２のメモリ１２のフィルタ設計プログラムＰｇがＰｇ１に置き換えられているとともに、尤度評価プログラムＰｇ２および閾値越えデータファイル５３が追加された構成である。これら以外の情報処理装置２の構成は、情報処理装置１と同様であるため、同様の構成についての説明を繰り返さない。

【0061】

図１２は、図１１のフィルタ設計プログラムＰｇ１を実行する処理回路１１によって行われる最適化計算処理の流れの一例を示すフローチャートである。図１２に示されるフローチャートは、図８のＳ１２およびＳ１１１がＳ２１１に置き換えられたフローチャートである。これら以外の図１２の処理は図８の処理と同様であるため、同様の処理についての説明を繰り返さない。

【0062】

図１２に示されるように、処理回路１１は、実施の形態１と同様にＳ１０１～Ｓ１０５を行う。Ｓ１０５においてＹＥＳの場合、処理回路１１は、Ｓ２１１において、今回の回路定数を検証済みとし、検証済みの全系統ケースを未検証とし、今回の回路定数を閾値越えデータファイル５３に記録して、処理をＳ１０１に戻す。Ｓ１０５においてＮＯの場合、処理回路１１は、実施の形態１と同様にＳ１０６～Ｓ１１０を実行し、処理をメインルーチンに返す。

【0063】

図１３は、図１１の尤度評価プログラムＰｇ２を実行する処理回路１１によって行われる尤度評価処理の流れの一例を示すフローチャートである。図１３に示されるフローチャートは、図９のＳ１２０がＳ２２０に置き換えられているとともに、Ｓ２２９，Ｓ２３１が追加されたフローチャートである。これら以外の図１３の処理は図９の処理と同様であるため、同様の処理についての説明を繰り返さない。

【0064】

図１３に示されるように、処理回路１１は、Ｓ２２０において、閾値越えデータファイル５３から今回の回路定数を取得し、処理をＳ１２１に進める。処理回路１１は、実施の形態１と同様にＳ１２１～Ｓ１２４，Ｓ１２６～Ｓ１２８を実行した後、Ｓ２２９において、目的関数を評価結果データファイル５２に保存して処理をＳ１３０に進める。処理回路１１は、実施の形態１と同様にＳ１３０を実行した後、処理をＳ２３１に進める。処理回路１１は、Ｓ２３１において、今回の回路定数を検証済みとして、閾値越えデータファイル５３に記録された全回路定数を検証したか否かを判定する。閾値越えデータファイル５３に記録された全回路定数を検証していない場合（Ｓ２３１においてＮＯ）、処理回路１１は、処理をＳ２２０に戻す。閾値越えデータファイル５３に記録された全回路定数を検証している場合（Ｓ２３１においてＹＥＳ）、処理回路１１は、閾値越えデータファイル５３に記録された回路定数についての反復処理を終了し、処理をメインルーチンに返す。

【0065】

以上、実施の形態２に係る装置、プログラム、および方法によれば、高調波を抑制するフィルタの品質を向上させることができる。

【0066】

今回開示された各実施の形態は、矛盾しない範囲で適宜組み合わせて実施することも予定されている。今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0067】

１，２ 情報処理装置、１１ 処理回路、１２ メモリ、１３ 入力部、１４ 出力部、１５ バス、２０，２０Ａ 条件抽出部、３０ 最適化計算部、３１ 回路定数選択部、３２，３２Ａ 回路計算部、３３ 目的関数抽出部、４０，４０Ａ 尤度評価部、５０ 記憶部、５１，５１Ａ 入力データファイル、５２ 評価結果データファイル、５３ 閾値越えデータファイル、１００ 処理部、１１０ 上位系統、１２０ 電力変換器、１３０ 変圧器、１４０，１４０Ａ～１４０Ｃ フィルタ装置、１５０ 接続線、２００ 等価回路、２１０ 系統特性回路、２２０ 変換器特性回路、２３０ 変圧器特性回路、２４０ フィルタ特性回路、２５０ 電圧特性回路、９００ 負荷、Ｃ１～Ｃ３ キャパシタ、Ｉ_１～Ｉ_ｎ 電流実効値、Ｌ インダクタ、Ｎｉｃ 接続ノード、Ｐｇ，Ｐｇ１ フィルタ設計プログラム、Ｐｇ２ 尤度評価プログラム、Ｐｉｃ 連系点、Ｒ 抵抗、Ｖ_１～Ｖ_ｎ 電圧実効値、Ｖｃ 電圧特性。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】