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発明の名称 高調波検出器
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平8−33318
公開日 平成8年(1996)2月2日
出願番号 特願平6−161647
出願日 平成6年(1994)7月14日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】江原 省吾 (外2名)
発明者 川上 了司
要約 目的
負荷電流の過渡的な基本波変動成分を除去し、アクティブフィルタ等で不要なインバータ電流を出力しないようにした高調波検出器を提供する。

構成
負荷電流ILを入力信号とし、その基本波成分を除去する2段構成のノッチフィルタ1415と、負荷電流ILの各次高調波をそれぞれ通過周波数とする複数の帯域濾波器16a〜16gの各入力側をノッチフィルタ15出力に多重並列接続してなり、負荷電流ILの各次高調波を検出すると共に、過渡的な基本波変動成分を除去する多重帯域濾波器16と、多重帯域濾波器16から出力した各次高調波を加算する加算器17と、入力側を加算器17出力に接続して負荷電流ILの高調波成分ILhを出力する高ゲインの低域濾波器18とを具備する。
特許請求の範囲
【請求項1】 負荷電流を入力信号とし、その基本波成分を除去する2段構成のノッチフィルタと、上記負荷電流の各次高調波をそれぞれ通過周波数とする複数の帯域濾波器の各入力側を上記ノッチフィルタ出力に多重並列接続してなり、負荷電流の各次高調波を検出すると共に、過渡的な基本波変動成分を除去する多重帯域濾波器と、上記多重帯域濾波器から出力した各次高調波を加算する加算器と、入力側を上記加算器出力に接続して負荷電流の高調波成分を出力する高ゲインの低域濾波器とを具備したことを特徴とする高調波検出器。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高調波抑制用アクティブフィルタ等に用いられる高調波検出器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】高調波検出器の一例を図6(a)を参照して以下に説明する。上記高調波検出器(1)はノッチフィルタ(2)と低域濾波器(3)とを直列接続したもので、ノッチフィルタ(2)は、図6(c)に示すように、基本波成分(基本周波数fc=商用周波数)でゲインが急激に低下する周波数特性を持ち、負荷電流(IL)を入力信号としてその基本波成分(fc)を除去する。又、低域濾波器(3)は高ゲインの伝達関数{K/(1+ST):例えばK=250T=0.0181}で示される濾波器で、アクティブフィルタが出力すべき高調波成分(ILh)を出力する。
【0003】上記高調波検出器(1)は例えば負荷電流(IL)の高調波成分(ILh)を検出してそれを抑制するアクティブフィルタに用いられ、その一例を図6(b)に示すと、(4)は系統電源、(5)は系統母線、(6)は負荷、(7)はアクティブフィルタ(以下、AFと称する。)、(8)は補償電流(インバータ出力電流)検出用第1変流器、(9)は負荷電流検出用第2変流器、(T)はトランスである。上記電源(4)は系統母線(5)を介して高調波発生源となる負荷(6)に接続される。AF(7)は、負荷電流(IL)の高調波成分(ILh)と逆位相の補償電流(Ia)を発生する高周波インバータ(10)と、インバータ(10)を駆動制御するインバータ制御回路(11)と、第2変流器(9)によって検出した負荷電流(IL)から補償対象となる所定次数の高調波成分(ILh)を検出する高調波検出器(1)と、基本波成分(fc)を除去した高調波成分(ILh)と補償電流(Ia)とを比較してその差を出力する比較器(12)とを具備する。
【0004】上記構成において、負荷(6)から高調波成分(ILh)が発生すると、それを高調波検出器(1)で検出して補償電流指令値として出力し、更に、比較器(12)において補償電流(Ia)と比較する。そして、インバータ制御回路(11)によって比較器出力信号が正の場合は補償電流(Ia)を増加させる方向、負の場合は補償電流(Ia)を減少させる方向にそれぞれインバータ(10)を制御する。それにより比較器出力が零になるように補償電流(Ia)をインバータ(10)からトランス(T)を介して系統母線(5)に注入して高調波成分(ILh)を打ち消す。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする課題は、負荷電流(IL)の基本波成分(fc)が、例えば図2(b)(c)(d)に示すように、過渡的にステップ状(ILa)や傘型ランプ状(ILb)や台形型ランプ状(ILc)に急激に変動した場合、AF(7)において高調波検出器(1)のノッチフィルタ(2)の過渡特性により非補償対象である定格外の基本波成分(fc)が過渡的に高調波検出器(1)の出力に現われ、且つ、低域濾波器(3)でゲイン増幅され、AF(7)の定格以上の容量を持つ電流を出力してしまい、必要な高調波補償が低減する点である。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、負荷電流を入力信号とし、その基本波成分を除去する2段構成のノッチフィルタと、上記負荷電流の各次高調波をそれぞれ通過周波数とする複数の帯域濾波器の各入力側を上記ノッチフィルタ出力に多重並列接続してなり、各次高調波を検出すると共に、負荷電流の過渡的な基本波変動成分を除去する多重帯域濾波器と、上記多重帯域濾波器から出力した各次高調波を加算する加算器と、入力側を上記加算器出力に接続して負荷電流の高調波成分を出力する高ゲインの低域濾波器とを具備したことを特徴とする。
【0007】
【作用】上記技術的手段によれば、負荷電流が高調波検出器に入力すると、2段のノッチフィルタで負荷電流の定常的な基本波成分を除去し、又、多重帯域濾波器で過渡的なステップ状、ランプ状の基本波変動成分を除去する。
【0008】
【実施例】本発明に係る高調波検出器の実施例を図1乃至図5を参照して以下に説明する。まず図1は本発明に係る高調波検出器(13)のブロック図を示し、図において(14)(15)は第1、第2ノッチフィルタ、(16)は多重帯域濾波器、(17)は加算器、(18)は低域濾波器である。上記第1、第2ノッチフィルタ(14)(15)は伝達関数[Gn=(s2c2)/{s2+(ωc/Qs)+ωc2}]で表され、従来同様、負荷電流(IL)を入力信号とし、その基本波成分(例えばfc=50Hz)を除去するもので、周波数変動を考慮して各中心周波数(fca)(fcb)が例えばfca=49.75Hz、fcb=50.25Hzとなる第1、第2ノッチフィルタ(14)(15)により2段で構成する。又、周波数変動を吸収するため、先鋭度(Q)を3程度に設定してゲインの低下勾配をなだらかにする。
【0009】多重帯域濾波器(16)は、伝達関数[Gb=(ωp/Qs)/{s2+(ωp/Qs)+ωp2}]で表されて負荷電流(IL)の各次高調波をそれぞれ通過周波数(fp)とする複数の帯域濾波器(16a)〜(16g)の各入力側をノッチフィルタ(15)の出力に多重並列接続したもので、負荷電流(IL)の各次高調波を検出すると共に、過渡的な基本波変動成分を除去する。上記各次高調波は、2次{基本波成分の2倍周波数(=100Hz)、以下同様}、3次、4次、5次、6次、7次、9次からなる。又、帯域濾波器(16a)〜(16g)の各先鋭度(Q)は周波数変動の点から小さい方が良いが、余りに小さいと、基本波成分(fc)が通過し易くなるため、その抑制の点からは、Qは大きい方が良い。そのため、両方の点を考慮して、Q=10〜20に設定することが好ましく、実施例では、Q=20に設定している。
【0010】加算器(17)は帯域濾波器(16a)〜(16g)の各出力毎に設けた加算器(17a)〜(17f)からなり、帯域濾波器(16a)〜(16g)で検出及び出力した各次高調波を加算する。低域濾波器(18)は高ゲインで、入力側を上記加算器出力に接続して負荷電流(IL)の高調波成分(ILh)をゲイン増幅して出力する。
【0011】上記構成に基づき本発明の動作を次に説明する。まず図1に示す本発明の高調波検出器(13)をAF(7)に適用する場合、それを図6(b)の負荷電流(IL)が入力する構成とし、第2変流器(9)に高調波検出器(13)を接続する。そして、図6(b)に示すように、従来同様、負荷電流(IL)が高周波検出器(13)に入力すると、まず2段のノッチフィルタ(14)(15)で負荷電流(IL)の基本波成分(fc)を除去する。次に、ノッチフィルタ(14)(15)の出力信号が多重帯域濾波器(16)に入力し、負荷電流(IL)の各次高調波、即ち2次、3次、4次、5次、6次、7次、9次の各周波数成分が各次毎に選択的に帯域濾波器(16a)〜(16g)を通過すると、その各出力を加算器(17)で加算して高調波成分(ILh)を検出する。同時に、それ以外の周波数成分は除去されるため、基本波成分(fc)が過渡的にステップ状、或いはランプ状に変動しても、それらの変動成分は多重帯域濾波器(16)で全て除去される。そして、低域濾波器(18)でAF補償対象となる高調波成分(ILh)をゲイン増幅して出力してインバータ(10)の電流指令値とする。
【0012】ここで、出力における基本波変動成分の低減効果を示す測定結果を図2(a)の表に示す。上記表において、例えばステップ状変動(ILa)の場合、入力電流120A(実効値)に対して出力信号最大値は30.29A(実効値)、又、(出力/入力)は0.252となり、従来方式に比べ、基本波出力値は約1/9に低減されることを確認した。尚、ランプ状変動(ILb)(ILc)に対しても同様である。又、シミュレーション波形を示すと、入力電流がステップ状に変動する場合は図3に示す波形図となり、又、傘型及び台形型ランプ状に変動する場合はそれぞれ図4及び図5に示す波形図となる。尚、各図において(a)は入力電流変動分(ステップ状及び傘型と台形型ランプ状)の波形図、(b)はノッチフィルタ出力の波形図、(c)は多重帯域濾波器出力の波形図、(d)は低域濾波器出力(電流指令値)の波形図、(e)はその限界値の波形図をそれぞれ示す。{但し、PU値は60MVA(1PU)ベースとする。}
【0013】
【発明の効果】本発明によれば、高調波検出器に入力した負荷電流の基本波成分を2段のノッチフィルタで除去した後、各次高調波を通過周波数とする多重帯域濾波器を通過させて負荷電流の高調波成分を検出したから、過渡的な基本波変動成分が多重帯域濾波器で除去され、出力に現われない。そこで、本発明に係る高調波検出器をアクティブフィルタの高調波成分検出用として用いると、非補償対象である基本波成分が出力に現われ難くなって、インバータ容量を低減出来、効率及び精度が高くなる。




 

 


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