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JP5438037B2 - Active filter device - Google Patents

Active filter device Download PDF

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JP5438037B2 JP2011000299A JP2011000299A JP5438037B2 JP 5438037 B2 JP5438037 B2 JP 5438037B2 JP 2011000299 A JP2011000299 A JP 2011000299A JP 2011000299 A JP2011000299 A JP 2011000299A JP 5438037 B2 JP5438037 B2 JP 5438037B2
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Description

この発明は、負荷が発生する電源高調波を抑制するためのアクティブフィルタ装置に関するものである。   The present invention relates to an active filter device for suppressing power supply harmonics generated by a load.

従来のアクティブフィルタ装置は、系統電源に接続された高調波発生負荷に並列に接続され、高調発生負荷の負荷入力を検出し、負荷入力に含まれる高調波成分を抽出し、高調波成分を相殺するための補償出力をスイッチング素子のオン/オフ制御により発生させる。そして、このアクティブフィルタ装置の制御では、電源電圧位相を検出する位相検出手段と、位相毎に補償出力指令と主回路が出力する実際の補償出力との誤差量を演算する誤差量演算手段と、位相毎に誤差量を積分し記憶する誤差量積分手段と、記憶された誤差量の積分値から補償出力の制御量を演算する制御量演算手段とを備えて、制御量から主回路の制御信号を生成する。誤差量積分手段内には制御位相に対応するN個の誤差積分器を有しており、誤差量は制御位相に応じて切り替え手段により選択された誤差積分器により積分され、制御位相に応じて切り替え手段により選択された誤差積分器より得られる誤差積分値を出力する。
このように、従来のアクティブフィルタ装置は電源周期1周期において制御周期により分割された位相毎に誤差量の積分値を設け、電源周期に同期した補償出力を可能にしている(例えば、特許文献1参照)。
The conventional active filter device is connected in parallel to the harmonic generation load connected to the system power supply, detects the load input of the harmonic generation load, extracts the harmonic component contained in the load input, and cancels the harmonic component Compensation output is generated by on / off control of the switching element. In the control of the active filter device, a phase detection unit that detects the power supply voltage phase, an error amount calculation unit that calculates an error amount between the compensation output command and the actual compensation output output by the main circuit for each phase, An error amount integrating means for integrating and storing the error amount for each phase, and a control amount calculating means for calculating the control amount of the compensation output from the integrated value of the stored error amount. Is generated. The error amount integration means has N error integrators corresponding to the control phase, and the error amount is integrated by the error integrator selected by the switching means according to the control phase, and according to the control phase. An error integrated value obtained from the error integrator selected by the switching means is output.
As described above, the conventional active filter device provides an integrated value of the error amount for each phase divided by the control cycle in one power cycle, and enables compensation output synchronized with the power cycle (for example, Patent Document 1). reference).

特開2001−186752号公報JP 2001-186752 A

従来のアクティブフィルタ装置では、電源周期内の制御周期の個数がN個と固定で、電源周期と制御周期とが同期することが制御の前提であり、電源周期と制御周期とが完全に同期しない場合や、電源電圧位相の検出に誤差がある場合に、電源の実位相に応じて選択すべき誤差積分器を正しく選択できず、制御精度が劣化して高調波抑制性能を保てないという問題点があった。
また、制御周期を電源周期と同期させる必要があるため、異なる電源周波数の電源に用いる場合は、制御周期の変更を要し、制御系の設計が複雑化するものであった。
In the conventional active filter device, the number of control cycles in the power cycle is fixed to N, and it is a premise of control that the power cycle and the control cycle are synchronized, and the power cycle and the control cycle are not completely synchronized. If there is an error in the detection of the power supply voltage phase, the error integrator that should be selected according to the actual phase of the power supply cannot be selected correctly, and the control accuracy deteriorates and the harmonic suppression performance cannot be maintained. There was a point.
Further, since it is necessary to synchronize the control cycle with the power supply cycle, when used for power supplies with different power supply frequencies, the control cycle needs to be changed, and the design of the control system becomes complicated.

この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、電源周期と制御周期とが同期しない場合や、電源電圧位相の検出に誤差がある場合にも、高い制御精度および高調波抑制性能が得られるアクティブフィルタ装置を提供することを目的とする。
さらに、アクティブフィルタ装置において、電源周波数に応じて制御周期の変更が不要で制御系の設計を容易にすることを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides high control even when the power supply cycle and the control cycle are not synchronized or when there is an error in detection of the power supply voltage phase. An object of the present invention is to provide an active filter device capable of obtaining accuracy and harmonic suppression performance.
It is another object of the present invention to make it easy to design a control system without changing the control cycle in accordance with the power supply frequency in the active filter device.

この発明に係るアクティブフィルタ装置は、交流電源と負荷との間で該負荷と並列に接続される電力変換器を備え、負荷入力に含まれる高調波成分を相殺する補償出力を発生する。このアクティブフィルタ装置は、交流電源電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出手段と、上記負荷入力から上記高調波成分を抽出し該高調波成分を相殺する補償出力指令値を演算する補償出力指令演算手段と、上記補償出力指令値と上記電力変換器の出力である上記補償出力の検出値との誤差量を、一定の制御周期毎に演算する誤差量演算手段と、各々アドレスを有し入力される上記誤差量を積分して誤差量積分値を記憶するN個の誤差積分器と入出力切り換え手段とを備えて、上記制御周期毎に上記誤差量を入力して上記誤差量積分値を出力する誤差量積分手段と、上記ゼロクロス点に基づいて上記交流電源電圧の各周期における上記制御周期の数をカウントアップし、上記制御周期毎にその時点のカウント値に基づいて上記入出力切り換え手段が選択する上記誤差積分器のアドレスを決定するアドレス決定手段と、上記誤差量積分値に基づいて上記制御周期毎に制御量を演算する制御量演算手段と、上記制御量から上記電力変換器への制御信号を生成する制御信号生成手段とを備える。そして、上記誤差量積分手段では、該誤差量積分手段内の上記誤差積分器の個数Nが、上記制御周期dtと上記交流電源の周波数fsの積の逆数である1/(fs・dt)より大きく設定され、上記制御周期毎に、上記入出力切り換え手段が上記N個の誤差積分器の中から上記アドレス決定手段で決定されたアドレスに対応する誤差積分器を選択し、該選択された誤差積分器に上記誤差量を入力し、該選択された誤差積分器に記憶された上記誤差量積分値を上記誤差量積分手段から出力するものである。   The active filter device according to the present invention includes a power converter connected in parallel with the load between the AC power source and the load, and generates a compensation output that cancels a harmonic component included in the load input. The active filter device includes a zero-cross detection unit that detects a zero-cross point of the AC power supply voltage, and a compensation output command calculation unit that calculates the compensation output command value that extracts the harmonic component from the load input and cancels the harmonic component. And error amount calculation means for calculating an error amount between the compensation output command value and the detected value of the compensation output, which is the output of the power converter, for each predetermined control period, each having an address and being input N error integrators for integrating the error amounts and storing the error amount integral values and input / output switching means are provided, and the error amounts are input and the error amount integral values are output at each control period. The number of control cycles in each cycle of the AC power supply voltage is counted up based on the error amount integrating means and the zero cross point, and the input / output is performed on the basis of the count value at that time for each control cycle. Address determining means for determining an address of the error integrator selected by the switching means, control amount calculating means for calculating a control amount for each control period based on the error amount integrated value, and power conversion from the control amount Control signal generating means for generating a control signal to the device. In the error amount integrating means, the number N of error integrators in the error amount integrating means is 1 / (fs · dt), which is the reciprocal of the product of the control period dt and the frequency fs of the AC power supply. For each control cycle, the input / output switching means selects an error integrator corresponding to the address determined by the address determination means from among the N error integrators, and the selected error The error amount is input to an integrator, and the error amount integration value stored in the selected error integrator is output from the error amount integration means.

この発明によれば、誤差量積分手段内に、制御周期dtと電源周波数fsの積の逆数である1/(fs・dt)より大きい数の誤差積分器を備えておき、交流電源電圧の各周期における制御周期の数をカウントアップし、制御周期毎にその時点のカウント値に基づいて誤差積分器を選択するため、電源周期と制御周期とが同期する必要はない。このため、電源周期と制御周期とが同期しない場合や、電源電圧位相の検出に誤差がある場合にも、アクティブフィルタ装置は高い制御精度および高調波抑制性能を維持することができる。また、電源周波数に依らず一定の制御周期を用いることができ制御系の設計が容易になる。   According to the present invention, the number of error integrators larger than 1 / (fs · dt), which is the reciprocal of the product of the control period dt and the power supply frequency fs, is provided in the error amount integrating means, and each AC power supply voltage is set. Since the number of control cycles in the cycle is counted up and an error integrator is selected for each control cycle based on the count value at that time, the power cycle and the control cycle do not need to be synchronized. For this reason, even when the power supply cycle and the control cycle are not synchronized, or when there is an error in the detection of the power supply voltage phase, the active filter device can maintain high control accuracy and harmonic suppression performance. In addition, a constant control cycle can be used regardless of the power supply frequency, and the control system can be easily designed.

この発明の実施の形態1によるアクティブフィルタ装置の構成図である。It is a block diagram of the active filter apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1によるアドレス決定手段を示す制御ブロック図である。It is a control block diagram which shows the address determination means by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1によるアクティブフィルタ装置における各部の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of each part in the active filter apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1によるアドレス決定手段の説明図である。It is explanatory drawing of the address determination means by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1による誤差量積分手段と制御量演算手段とを示す制御ブロック図である。It is a control block diagram which shows the error amount integration means and control amount calculation means by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1によるアクティブフィルタ装置における各部の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of each part in the active filter apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2によるアドレス決定手段を示す制御ブロック図である。It is a control block diagram which shows the address determination means by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2によるアドレス決定手段を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the address determination means by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態3による誤差量積分手段と制御量演算手段とを示す制御ブロック図である。It is a control block diagram which shows the error amount integration means and control amount calculation means by Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態3の別例による誤差量積分手段と制御量演算手段とを示す制御ブロック図である。It is a control block diagram which shows the error amount integration means and control amount calculation means by another example of Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態3の別例による誤差量積分手段と制御量演算手段とを示す制御ブロック図である。It is a control block diagram which shows the error amount integration means and control amount calculation means by another example of Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態3の別例による誤差量積分手段と制御量演算手段とを示す制御ブロック図である。It is a control block diagram which shows the error amount integration means and control amount calculation means by another example of Embodiment 3 of this invention.

実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1によるアクティブフィルタ装置について説明する。
図1は、この発明の実施の形態1による、電源高調波発生負荷より発生する高調波を抑制するアクティブフィルタ装置を示す構成図である。
図1に示すように、交流電源としての系統電源1に電源高調波発生負荷である負荷2が接続され、アクティブフィルタ装置3は、系統電源1と負荷2との間で負荷2と並列に接続され、負荷2に入力される負荷電流Ifを電流検出器4にて検出し、負荷電流Ifに含まれる高調波成分を相殺する補償出力としての高調波補償電流Ia(以下、単に補償電流Iaと称す)を発生する。
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, an active filter device according to Embodiment 1 of the present invention will be described.
1 is a block diagram showing an active filter device for suppressing harmonics generated from a power supply harmonic generation load according to Embodiment 1 of the present invention.
As shown in FIG. 1, a load 2 that is a power harmonic generation load is connected to a system power source 1 as an AC power source, and an active filter device 3 is connected in parallel with the load 2 between the system power source 1 and the load 2. The load current If input to the load 2 is detected by the current detector 4, and a harmonic compensation current Ia (hereinafter simply referred to as a compensation current Ia) as a compensation output for canceling out the harmonic component included in the load current If. ).

また、アクティブフィルタ装置3は、電源電圧ゼロクロス点の検出を行い検出信号であるゼロクロス信号Szcを発生するゼロクロス検出手段5と、ノイズフィルタ6と、交流リアクトル7と、補償電流Iaを検出する補償電流検出器8と、複数のスイッチング素子を有するインバータ回路などから成り補償電流Iaを出力するアクティブフィルタ装置3の主回路である電力変換器9と、電力変換器9の直流部に接続された電解コンデンサ10と、電力変換器9内のスイッチング素子を駆動するためのゲート駆動回路11と、与えられた制御量Icnからゲート駆動回路11への制御信号を生成する制御信号生成手段12とを備える。   The active filter device 3 detects a power supply voltage zero-cross point and generates a zero-cross signal Szc as a detection signal, a noise filter 6, an AC reactor 7, and a compensation current for detecting a compensation current Ia. A power converter 9 that is a main circuit of the active filter device 3 that includes a detector 8 and an inverter circuit having a plurality of switching elements and outputs a compensation current Ia, and an electrolytic capacitor connected to a DC portion of the power converter 9 10, a gate drive circuit 11 for driving the switching element in the power converter 9, and control signal generation means 12 for generating a control signal from the given control amount Icn to the gate drive circuit 11.

さらに、アクティブフィルタ装置3は、ゼロクロス信号Szcに基づいて後述する誤差量積分手段16で用いる入力アドレスおよび出力アドレスを決定するアドレス決定手段13と、検出された負荷電流Ifから高調波成分を抽出し該高調波成分を相殺する補償電流の指令値Iaを演算する補償出力指令演算手段14と、補償電流指令値Iaと補償電流検出器8にて検出された補償電流Iaとの誤差量ΔIaを演算する誤差量演算手段15と、誤差量ΔIaを入力して誤差量積分値ΔIaiを出力する誤差量積分手段16と、誤差量積分値ΔIaiと誤差量ΔIaとに基づいて制御量Icnを演算して制御信号生成手段12に出力する制御量演算手段20とを備える。 Furthermore, the active filter device 3 extracts an harmonic component from the detected load current If and an address determination unit 13 for determining an input address and an output address used in an error amount integration unit 16 to be described later based on the zero-cross signal Szc. Compensation output command calculation means 14 for calculating a compensation current command value Ia * for canceling out the harmonic component, and an error amount ΔIa between the compensation current command value Ia * and the compensation current Ia detected by the compensation current detector 8. An error amount calculating means 15 for calculating the error amount, an error amount integrating means 16 for inputting the error amount ΔIa and outputting an error amount integrated value ΔIai, and calculating a control amount Icn based on the error amount integrated value ΔIai and the error amount ΔIa And a control amount calculating means 20 for outputting to the control signal generating means 12.

誤差量積分手段16は、各々アドレスm〜mN−1を有するN個の誤差積分器17と入出力切り換え手段としての入力切り換え手段18および出力切り換え手段19とを備える。そして、入力切り換え手段18は、アドレス決定手段13からの入力アドレスに応じて誤差量演算手段15からの誤差量ΔIaを入力する誤差積分器17を選択する。各誤差積分器17は、自身に入力された誤差量ΔIaを積分して誤差量積分値ΔIaiを記憶し、出力切り換え手段19は、アドレス決定手段13からの出力アドレスに応じて、記憶された誤差量積分値ΔIaiを出力する誤差積分器17を選択する。
なお、21は、負荷2およびアクティブフィルタ装置3を系統電源1に接続する受電点である。
The error amount integrating means 16 includes N error integrators 17 each having addresses m 0 to m N−1 , an input switching means 18 as an input / output switching means, and an output switching means 19. Then, the input switching unit 18 selects the error integrator 17 that inputs the error amount ΔIa from the error amount calculation unit 15 in accordance with the input address from the address determination unit 13. Each error integrator 17 integrates the error amount ΔIa input to itself to store the error amount integrated value ΔIai, and the output switching means 19 corresponds to the stored error in accordance with the output address from the address determining means 13. The error integrator 17 that outputs the quantity integration value ΔIai is selected.
Reference numeral 21 denotes a power receiving point for connecting the load 2 and the active filter device 3 to the system power supply 1.

上記のように構成されたアクティブフィルタ装置3の動作について図1を参照して説明する。なお、アクティブフィルタ装置には負荷入力に含まれる高調波電流を補償する電流補償型のものと高調波電圧を補償する電圧補償型のものがあり、ここでは前者の電流補償型を例にとり説明するが、電圧補償型にも同様に適用できる。また、この場合系統電源1は三相交流電源とするが、単相交流電源にも同様に適用できる。   The operation of the active filter device 3 configured as described above will be described with reference to FIG. The active filter device includes a current compensation type that compensates the harmonic current included in the load input and a voltage compensation type that compensates the harmonic voltage. Here, the former current compensation type will be described as an example. However, it can be similarly applied to the voltage compensation type. Further, in this case, the system power supply 1 is a three-phase AC power supply, but can be similarly applied to a single-phase AC power supply.

まず、アクティブフィルタ装置3の主回路である電力変換器9は、ゲート駆動回路11からの駆動信号によりスイッチング素子がオン/オフ制御され、電力変換器9の出力電流(補償電流Ia)が交流リアクトル7およびノイズフィルタ6を介して受電点21に供給される。
系統電源1に接続された高調波発生負荷2を動作させた場合、系統電源1から負荷2へ電源高調波を含んだ負荷電流Ifが入力される。負荷2が発生する高調波成分は、アクティブフィルタ装置3から出力される補償電流Iaにより相殺され、系統電源1に高調波電流が流入しないように補償される。
First, in the power converter 9 which is the main circuit of the active filter device 3, the switching element is ON / OFF controlled by the drive signal from the gate drive circuit 11, and the output current (compensation current Ia) of the power converter 9 is changed to the AC reactor. 7 and the noise filter 6 are supplied to the power receiving point 21.
When the harmonic generation load 2 connected to the system power supply 1 is operated, the load current If including the power supply harmonic is input from the system power supply 1 to the load 2. The harmonic component generated by the load 2 is canceled by the compensation current Ia output from the active filter device 3 and compensated so that the harmonic current does not flow into the system power supply 1.

次に、アクティブフィルタ装置3の制御系の動作について説明する。
アクティブフィルタ装置3のアドレス決定手段13、補償出力指令演算手段14、誤差量演算手段15、誤差量積分手段16および制御量演算手段20は、制御周期dtにて離散時間的に処理を行う。
ここでは、制御周期dtは、電力変換器9のスイッチング素子をオン/オフ制御するキャリア周期と同周期とする。なお、キャリア周期は制御周期dtの1/2倍、あるいは2以上の整数倍であっても良い。
Next, the operation of the control system of the active filter device 3 will be described.
The address determination means 13, the compensation output command calculation means 14, the error amount calculation means 15, the error amount integration means 16 and the control amount calculation means 20 of the active filter device 3 perform processing in discrete time in the control cycle dt.
Here, the control cycle dt is set to the same cycle as the carrier cycle for controlling on / off of the switching element of the power converter 9. The carrier period may be 1/2 times the control period dt or an integer multiple of 2 or more.

制御周期dt[1/Hz]と系統電源1の周波数fs[Hz]が決まれば電源電圧1周期内に生じる理想的な制御回数Niが、Ni=1/(fs・dt)により得られる。誤差量積分手段16内の誤差積分器17は、電源電圧1周期内の制御周期毎に選択して用いるため、系統電源1や電圧ゼロクロス検出の誤差を考慮して、誤差積分器17の個数Nは、Niより大きく、例えば1.1倍程度に設定する。
例えば電源周波数は50.1Hz、キャリア周波数は15kHzとする。この時、制御周期dtがキャリア周期と等しいとすると、電源電圧1周期内に生じる理想的な制御回数Niは、約299.4となり、例えばN=330とする。
If the control cycle dt [1 / Hz] and the frequency fs [Hz] of the system power supply 1 are determined, an ideal control number Ni generated within one cycle of the power supply voltage can be obtained by Ni = 1 / (fs · dt). Since the error integrator 17 in the error amount integrating means 16 is selected and used for each control cycle within one cycle of the power supply voltage, the number N of error integrators 17 is considered in consideration of errors in the system power supply 1 and voltage zero cross detection. Is larger than Ni, for example, about 1.1 times.
For example, the power supply frequency is 50.1 Hz and the carrier frequency is 15 kHz. At this time, if the control cycle dt is equal to the carrier cycle, the ideal number of times of control Ni generated within one cycle of the power supply voltage is about 299.4, for example, N = 330.

図2は、アドレス決定手段13の制御ブロック図であり、図3は各部の波形図、図4はアドレス決定手段13の動作を説明する図である。
ゼロクロス検出手段5は、アクティブフィルタ装置3に入力される電源電圧の負から正へ切り替わるゼロクロスを検出し、ゼロクロス信号Szcを生成する。
2 is a control block diagram of the address determining means 13, FIG. 3 is a waveform diagram of each part, and FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the address determining means 13.
The zero cross detection means 5 detects a zero cross where the power supply voltage input to the active filter device 3 is switched from negative to positive, and generates a zero cross signal Szc.

アドレス決定手段13では、誤差量積分手段16内の誤差積分器17を選択するための入力アドレスA1と出力アドレスA2を、以下のように決定する。
カウントアップ手段22は、制御周期dtとゼロクロス信号Szcを入力し、ゼロクロス信号Szcをリセット信号としてクロック信号である制御周期dtの数をカウントアップする。即ち、制御周期dtの信号の立ち上がりにてカウントアップを実行してカウント値nを生成する。また、カウント値nはゼロクロス信号Szcが入力されると、次の制御周期dtでn=0にリセットされ、電源周期毎に制御周期dtの総数値Nmaxを生成する。即ち、Nmaxは直前の電源周期のリセット直前のカウント値+1となる。そして、カウント値nは入力アドレスA1として出力される。
カウントアップ手段22の出力であるカウント値nと制御周期dtの総数値Nmaxとは、無駄時間補償部23に入力される。無駄時間補償部23は、マイクロコンピュータでの演算遅れ等に起因する制御遅れを補償するために、制御に反映される無駄時間である制御周期dtの2カウント分が加算されたn+2を出力アドレスA2として出力する。このとき、制御周期dtの総数値Nmaxを上限値としてリセット値に用いて出力アドレスA2を補正して出力する。即ち、n+2がNmax以上になるとNmaxを減算して出力アドレスA2を0にリセットする。
The address determining means 13 determines the input address A1 and the output address A2 for selecting the error integrator 17 in the error amount integrating means 16 as follows.
The count-up means 22 receives the control cycle dt and the zero cross signal Szc, and counts up the number of control cycles dt that are clock signals using the zero cross signal Szc as a reset signal. That is, the count value n is generated by executing the count-up at the rising edge of the signal in the control cycle dt. When the zero cross signal Szc is input, the count value n is reset to n = 0 in the next control cycle dt, and the total value Nmax of the control cycle dt is generated for each power cycle. That is, Nmax becomes the count value +1 immediately before the reset of the immediately preceding power cycle. The count value n is output as the input address A1.
The count value n and the total value Nmax of the control period dt, which are outputs from the count-up means 22, are input to the dead time compensation unit 23. The dead time compensator 23 outputs n + 2 obtained by adding 2 counts of the control cycle dt, which is a dead time reflected in the control, to compensate for a control delay caused by a calculation delay in the microcomputer. Output as. At this time, the output address A2 is corrected and output using the total value Nmax of the control cycle dt as an upper limit value as a reset value. That is, when n + 2 becomes equal to or greater than Nmax, Nmax is subtracted and the output address A2 is reset to zero.

図3、図4に示すように、入力アドレスA1は、ゼロクロス点から次のゼロクロス点になるまで、制御周期毎に0からカウントした値で、例えば299までとする。このとき、その周期のNmaxは300となる。次の周期において、入力アドレスA1を同様に生成すると0から298となり、このとき、出力アドレスA2は2から299まで増えた後、入力アドレスA1が298の時点で、2加算した値が直前周期のNmaxと等しくなるので0にリセットされる。なお、制御周期dtの総数値Nmaxは、電源周期が終了した段階で決定され、現在周期の出力アドレスA2の上限値として用いるNmaxは、直前周期のNmaxであり、図4でも直前周期のNmaxを示している。   As shown in FIGS. 3 and 4, the input address A <b> 1 is a value counted from 0 every control cycle until the next zero cross point is reached, for example, up to 299. At this time, Nmax of the cycle is 300. In the next cycle, when the input address A1 is generated in the same manner, it becomes 0 to 298. At this time, after the output address A2 increases from 2 to 299, the value obtained by adding 2 when the input address A1 is 298 is the previous cycle. Since it becomes equal to Nmax, it is reset to 0. Note that the total value Nmax of the control cycle dt is determined at the stage when the power cycle ends, and Nmax used as the upper limit value of the output address A2 of the current cycle is Nmax of the immediately preceding cycle. In FIG. Show.

高調波を含んだ負荷電流Ifは、制御周期毎に電流検出器4にて検出される。補償出力指令演算手段14は、検出された負荷電流Ifから高調波成分を抽出し該高調波成分を相殺する補償電流Iaの指令値Iaを演算する。誤差量演算手段15は、補償電流指令値Iaと補償電流検出器8にて検出された実際の補償電流Iaとの誤差量ΔIaを演算する。 The load current If including harmonics is detected by the current detector 4 every control cycle. The compensation output command calculation means 14 extracts a harmonic component from the detected load current If and calculates a command value Ia * of the compensation current Ia that cancels the harmonic component. The error amount calculation means 15 calculates an error amount ΔIa between the compensation current command value Ia * and the actual compensation current Ia detected by the compensation current detector 8.

誤差量積分手段16は、制御周期毎に、誤差量演算手段15からの誤差量ΔIaと、アドレス決定手段13からの入力アドレスA1、出力アドレスA2とを入力として誤差量積分値ΔIaiを、以下のように出力する。
上述したように誤差量積分手段16は、各々アドレスを有するN個、この場合330個の誤差積分器17と入力切り換え手段18および出力切り換え手段19とを備える。入力切り換え手段18は、入力アドレスA1に対応する誤差積分器17(以下、A1誤差積分器と称す)を選択し、誤差量演算手段15からの誤差量ΔIaをA1誤差積分器に入力する。A1誤差積分器では、既に入力された誤差量ΔIaの積分値が記憶されており、新たに入力された誤差量ΔIaも加えて、誤差量ΔIaを積分した誤差量積分値ΔIaiを記憶する。同時に、出力切り換え手段19は、出力アドレスA2に対応する誤差積分器17(以下、A2誤差積分器と称す)を選択し、A2誤差積分器に記憶されている誤差量積分値ΔIaiを誤差量積分手段16の出力に接続する。
The error amount integrating means 16 receives the error amount integrated value ΔIai from the error amount calculating means 15 and the input address A1 and the output address A2 from the address determining means 13 for each control cycle as follows: Output as follows.
As described above, the error amount integrating unit 16 includes N error integrators 17 each having an address, in this case, 330 error integrators 17, an input switching unit 18, and an output switching unit 19. The input switching means 18 selects the error integrator 17 (hereinafter referred to as A1 error integrator) corresponding to the input address A1, and inputs the error amount ΔIa from the error amount calculation means 15 to the A1 error integrator. The A1 error integrator stores the integrated value of the error amount ΔIa that has already been input, and stores the error amount integrated value ΔIai obtained by integrating the error amount ΔIa in addition to the newly input error amount ΔIa. At the same time, the output switching means 19 selects the error integrator 17 (hereinafter referred to as A2 error integrator) corresponding to the output address A2, and uses the error amount integration value ΔIai stored in the A2 error integrator as the error amount integration. Connect to the output of means 16.

図5は、補償電流指令値Iaから制御量Icnを導出するまでの行程(誤差量演算手段15、誤差量積分手段16および制御量演算手段20)の流れを示した制御ブロック図である。この制御ブロックは繰り返し制御を用いた制御手段であり、アクティブフィルタ装置3内の制御回路に組み込まれたマイクロコンピュータの中で演算処理される。制御ブロックにおいて、24は繰り返し制御部、25はデジタル制御における出力を1制御周期dt遅らせる遅れ要素、26は繰り返し制御部24内の制御ゲインである。また、繰り返し制御部24内の制御ゲイン26と、誤差量ΔIaに乗じる比例ゲイン27とを有して制御量演算手段20が構成される。 FIG. 5 is a control block diagram showing the flow of the process (error amount calculation means 15, error amount integration means 16 and control amount calculation means 20) until the control amount Icn is derived from the compensation current command value Ia * . This control block is a control means using repetitive control and is processed in a microcomputer incorporated in a control circuit in the active filter device 3. In the control block, 24 is a repetitive control unit, 25 is a delay element that delays the output in digital control by one control cycle dt, and 26 is a control gain in the repetitive control unit 24. Further, the control amount calculation means 20 includes the control gain 26 in the repetitive control unit 24 and a proportional gain 27 that multiplies the error amount ΔIa.

図5に示すように、誤差量演算手段15は、補償出力指令演算手段14にて生成された補償電流指令値Iaと実際の補償電流Iaとの差から誤差量ΔIaを演算する。誤差積分器17では、誤差量ΔIaはNmax個の制御周期dt前の誤差量ΔIaとの和をとり再び、Nmax個の遅れ要素25のループに入る。そして、ゼロクロス信号Szcが発生するたびにNmaxは更新され、遅れ要素25の個数Nmaxは変化する。
例えば、その時点の入力アドレスA1が2であれば、Nmax個の制御周期dt前の入力アドレスA1も2で同じとなり、そのアドレスで指定される誤差積分器17に誤差量ΔIaが積分され記憶される。またその時、出力アドレスA2は4であり、そのアドレスで指定される誤差積分器17に記憶された誤差量積分値ΔIaiに制御ゲイン26を乗じて繰り返し制御部24の出力とする。そして、制御量演算手段20では、誤差量演算手段15からの誤差量ΔIaに比例ゲイン27を乗じて、誤差量積分値ΔIaiに制御ゲイン26を乗じた値に加算し、誤差量ΔIaが0となるように制御量Icnを演算する。
As shown in FIG. 5, the error amount calculation means 15 calculates the error amount ΔIa from the difference between the compensation current command value Ia * generated by the compensation output command calculation means 14 and the actual compensation current Ia. In the error integrator 17, the error amount ΔIa is summed with the error amount ΔIa before Nmax control cycles dt, and enters the loop of Nmax delay elements 25 again. Each time the zero cross signal Szc is generated, Nmax is updated, and the number Nmax of the delay elements 25 changes.
For example, if the input address A1 at that time is 2, the input address A1 before Nmax control cycles dt is also the same at 2, and the error amount ΔIa is integrated and stored in the error integrator 17 specified by the address. The At that time, the output address A2 is 4, and the error amount integrated value ΔIai stored in the error integrator 17 designated by the address is multiplied by the control gain 26 to obtain the output of the controller 24 repeatedly. Then, the control amount calculation means 20 multiplies the error amount ΔIa from the error amount calculation means 15 by the proportional gain 27 and adds it to the value obtained by multiplying the error amount integral value ΔIai by the control gain 26, so that the error amount ΔIa is zero. The control amount Icn is calculated as follows.

そして、制御信号生成手段12では、制御量Icnに応じて電力変換器9をPWM制御する制御信号を生成し、この制御信号によりゲート駆動回路11は電力変換器9内の各スイッチング素子をオン/オフ制御する。   Then, the control signal generation means 12 generates a control signal for PWM control of the power converter 9 according to the control amount Icn, and the gate drive circuit 11 turns on / off each switching element in the power converter 9 by this control signal. Control off.

以上のようにアクティブフィルタ装置3は動作し、例えば、負荷2をインバータを搭載した空気調和機とした時の各部の波形を図6に示す。負荷電流Ifは電源周期と同期した周期的な波形となる。そのため、電源高調波を補償するための補償電流指令値Iaも電源周期に同期した周期的な波形となる。つまり、電源周期毎の同電源電圧位相における補償電流Iaは毎周期ほぼ同出力となる。従って、電源1周期において電源電圧のゼロクロス点を検出し、アドレス決定手段13にて決定したアドレスに応じた補償電流Iaを毎周期出力することにより、補償電流Iaは補償電流指令値Iaに追従するように高精度に制御される。これにより、負荷電流Ifの高調波成分は補償電流Iaにより相殺され、系統電源1の電源電流Isは正弦波電流となる。 The active filter device 3 operates as described above. For example, the waveforms of the respective parts when the load 2 is an air conditioner equipped with an inverter are shown in FIG. The load current If has a periodic waveform synchronized with the power supply cycle. Therefore, the compensation current command value Ia * for compensating the power supply harmonics also has a periodic waveform synchronized with the power supply period. That is, the compensation current Ia at the same power supply voltage phase for each power supply cycle has substantially the same output every cycle. Therefore, by detecting the zero cross point of the power supply voltage in one cycle of the power supply and outputting the compensation current Ia corresponding to the address determined by the address determination means 13 every cycle, the compensation current Ia follows the compensation current command value Ia * . To be controlled with high accuracy. Thereby, the harmonic component of the load current If is canceled by the compensation current Ia, and the power source current Is of the system power source 1 becomes a sine wave current.

この実施の形態では、電源電圧のゼロクロス点の検出に外乱がなく、正しく検出できるとするならば、電源周期毎に生成される制御周期dtの総数値Nmaxは299、300、299、300、…と振動し、平均値が299.4となるように動作する。このようにNmaxは振動しており制御周期dtと電源周期とは同期が取れず、アドレス決定手段13が決定するアドレスA1、A2は本来の電源位相角から若干ずれたものになるが、誤差量積分手段16の制御応答は遅く問題ない。また、電源電圧の同位相において、アドレス決定手段13が決定するアドレスA1、A2が振動的に動作することになり、誤差量積分手段16内の各誤差積分器17には平均的に本来の電源位相角の誤差量ΔIaが蓄積されるのと同じ動作になる。
また電源電圧のゼロクロス点の検出に外乱が入って、本来検出される位置からズレが生じたとしても、制御周期dtと電源周期とは同期する必要がないため、同様に動作し誤差量積分手段16内の各誤差積分器17には平均的に本来の電源位相角の誤差量ΔIaが蓄積されるのと同じ動作になる。
In this embodiment, if there is no disturbance in the detection of the zero cross point of the power supply voltage and the detection can be performed correctly, the total value Nmax of the control periods dt generated for each power supply period is 299, 300, 299, 300,. And operate so that the average value becomes 299.4. Nmax vibrates in this way, and the control cycle dt and the power supply cycle are not synchronized, and the addresses A1 and A2 determined by the address determining means 13 are slightly shifted from the original power supply phase angle. The control response of the integrating means 16 is slow and causes no problem. Further, in the same phase of the power supply voltage, the addresses A1 and A2 determined by the address determining means 13 operate in a oscillating manner, and each error integrator 17 in the error amount integrating means 16 is averaged to the original power supply. The operation is the same as when the phase angle error amount ΔIa is accumulated.
Further, even if a disturbance occurs in the detection of the zero cross point of the power supply voltage and a deviation occurs from the position where it is originally detected, the control cycle dt and the power supply cycle do not need to be synchronized. Each error integrator 17 in 16 operates in the same manner as an error amount ΔIa of the original power supply phase angle is accumulated on average.

このように、電源周期と制御周期dtとが同期しない場合や、電源電圧位相の検出に誤差がある場合にも、アクティブフィルタ装置3は高い制御精度および高調波抑制性能を維持することができる。また、制御周期dtと電源周期とは同期する必要がないため、電源周波数に依らず一定の制御周期dtを用いることができ、スイッチング素子の制御に用いるキャリア周期も固定にでき、制御系の設計が容易になる。
また、誤差積分器17の個数NをNi個より1.1倍程度の大きい数にしておくことで、電源系統やゼロクロス点の検出の誤差が発生し、Nmaxの数が多少変化したとしても誤差積分器17は不足せず、制御を安定に継続させることができる。
また、制御量演算手段20では、上記繰り返し制御と誤差量ΔIaの比例制御を合わせて用いることで、電源周期と異なる周期の瞬間的な負荷電流Ifの変化にも追従が可能となり、電源高調波抑制能力を向上できる。
Thus, even when the power supply cycle and the control cycle dt are not synchronized or when there is an error in detection of the power supply voltage phase, the active filter device 3 can maintain high control accuracy and harmonic suppression performance. Further, since it is not necessary to synchronize the control cycle dt and the power supply cycle, a constant control cycle dt can be used regardless of the power supply frequency, the carrier cycle used for controlling the switching element can be fixed, and the control system can be designed. Becomes easier.
Further, by setting the number N of error integrators 17 to be about 1.1 times larger than Ni, an error in detecting the power supply system and the zero cross point occurs, and even if the number of Nmax slightly changes, The integrator 17 is not insufficient, and the control can be continued stably.
Further, the control amount calculation means 20 can use the above repeat control and the proportional control of the error amount ΔIa together to follow the change in the instantaneous load current If with a period different from the power supply period, and the power supply harmonics. The suppression ability can be improved.

実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2によるアクティブフィルタ装置について説明する。
上記実施の形態1では、カウントアップ手段22により入力アドレスA1となるカウント値nと制御周期dtの総数値Nmaxとを生成し、直前周期のNmaxを現在周期のカウント値nの上限値に用いたが、この実施の形態2では、アドレス決定手段13を以下のように構成する。なお、その他の構成は上記実施の形態1と同様で、図1で示す全体構成も同様で、アドレス決定手段13以外の動作も上記実施の形態1と同様である。
Embodiment 2. FIG.
Next, an active filter device according to Embodiment 2 of the present invention will be described.
In the first embodiment, the count value n that is the input address A1 and the total value Nmax of the control cycle dt are generated by the count-up means 22, and Nmax of the immediately preceding cycle is used as the upper limit value of the count value n of the current cycle. However, in the second embodiment, the address determination means 13 is configured as follows. The rest of the configuration is the same as in the first embodiment, the overall configuration shown in FIG. 1 is the same, and the operations other than the address determination means 13 are the same as in the first embodiment.

図7は、この実施の形態2のアドレス決定手段13の制御ブロック図であり、図8はアドレス決定手段13でのNmaxの決定動作を説明するフローチャートである。
アドレス決定手段13は、制御周期カウンタ22a、アドレス総数決定手段22b、カウントアップ手段22cおよび無駄時間補償部23を備え、誤差量積分手段16内の誤差積分器17を選択するための入力アドレスA1と出力アドレスA2を、以下のように決定する。
制御周期カウンタ22aおよびカウントアップ手段22cは制御周期毎に動作し、アドレス総数決定手段22bは、ゼロクロス信号毎に制御周期カウンタ22aの出力が更新された時に動作する。すなわち電源1周期に1回の動作となる。
FIG. 7 is a control block diagram of the address determining unit 13 according to the second embodiment, and FIG. 8 is a flowchart for explaining the Nmax determining operation in the address determining unit 13.
The address determination unit 13 includes a control cycle counter 22a, an address total number determination unit 22b, a count-up unit 22c, and a dead time compensation unit 23, and an input address A1 for selecting the error integrator 17 in the error amount integration unit 16 The output address A2 is determined as follows.
The control cycle counter 22a and the count-up unit 22c operate every control cycle, and the address total number determination unit 22b operates when the output of the control cycle counter 22a is updated every zero cross signal. That is, the operation is performed once in one cycle of the power source.

制御周期カウンタ22aは、制御周期dtとゼロクロス信号Szcを入力し、ゼロクロス信号Szcをリセット信号としてクロック信号である制御周期dtの数をカウントアップする。即ち、制御周期dtの信号の立ち上がりにてカウントアップを実行し、カウント値はゼロクロス信号Szcが入力されると、次の制御周期dtで0にリセットされ、電源周期毎に制御周期dtの総数値Nxを生成する。即ち、Nxは直前の電源周期のリセット直前のカウント値+1となる。また、過去数周期のNxの平均値Nxaveも出力する。この平均値Nxaveは過去数周期のゼロクロス点からゼロクロス点間の制御周期dtの平均個数を示しており、Nxが振動していれば、小数部まで演算する。   The control cycle counter 22a receives the control cycle dt and the zero cross signal Szc, and counts up the number of control cycles dt that are clock signals using the zero cross signal Szc as a reset signal. That is, the count-up is executed at the rising edge of the signal in the control cycle dt. When the zero-cross signal Szc is input, the count value is reset to 0 in the next control cycle dt, and the total number of control cycles dt for each power cycle. Nx is generated. That is, Nx becomes the count value +1 immediately before the reset of the immediately preceding power cycle. Further, an average value Nxave of Nx in the past several cycles is also output. This average value Nxave indicates the average number of control cycles dt between the zero-cross point and the zero-cross point in the past several cycles. If Nx vibrates, the calculation is performed up to the decimal part.

アドレス総数決定手段22bは、直前周期の制御周期dtの総数値Nxと過去の数周期のNxの平均値Nxaveとを入力とし、アドレス総数Nmaxを決定する。このアドレス総数Nmaxの決定は、図8に示す流れで行う。
まず、NxからNxaveを減算して誤差Neを計算し、誤差Neの総和Netを計算する。そして、基準アドレス総数NNmaxを設定し、誤差調整用アドレスAdを設けて、誤差Neの総和Netおよび基準アドレス総数NNmaxを調整した後に、NNmaxにAdを加算してアドレス総数Nmaxを決定する。
The address total number determining means 22b receives the total value Nx of the control cycle dt of the immediately preceding cycle and the average value Nxave of Nx of the past several cycles, and determines the total number Nmax of addresses. This address total number Nmax is determined according to the flow shown in FIG.
First, Nxave is subtracted from Nx to calculate the error Ne, and the total Net of the errors Ne is calculated. Then, a reference address total number NNmax is set, an error adjustment address Ad is provided, and after adjusting the total Net of errors Ne and the reference address total number NNmax, Ad is added to NNmax to determine the address total number Nmax.

誤差Neの総和Netおよび基準アドレス総数NNmaxの調整は、Netの値によって以下に示す5つの条件(i)〜(v)に分離して行う。
条件(i)は、誤差Neの総和NetがNet≧2で、基準アドレス総数NNmaxが過剰であり、誤差調整用アドレスAdだけでは調整できないので、NNmaxを1減少させ誤差調整用アドレスAdは0とする。その際、誤差Neの総和Netを0にリセットする。
条件(ii)は、2>Net≧1で、基準アドレス総数NNmaxが過剰であり、誤差調整用アドレスAd=−1とする。誤差Neの総和Netも調整分だけ変更する必要があり、1減少させる。
条件(iii)は、1>Net≧−1で、基準アドレス総数NNmaxが適正であり、誤差調整用アドレスAd=0とする。
条件(iv)は、−1>Net≧−2で、基準アドレス総数NNmaxが不足であり、誤差調整用アドレスAd=1とする。誤差Neの総和Netも調整分だけ変更する必要があり、1増加させる。
条件(v)は、−2>Netで、基準アドレス総数NNmaxが不足であり、誤差調整用アドレスAdだけでは調整できないので、NNmaxを1増加させ誤差調整用アドレスAdは0とする。その際、誤差Neの総和Netを0にリセットする。
Adjustment of the total Net of errors Ne and the total number of reference addresses NNmax is performed by separating the following five conditions (i) to (v) according to the value of Net.
Condition (i) is that the total Net of errors Ne is Net ≧ 2, the reference address total number NNmax is excessive, and cannot be adjusted only by the error adjustment address Ad. Therefore, NNmax is decreased by 1, and the error adjustment address Ad is 0. To do. At that time, the total Net of errors Ne is reset to zero.
Condition (ii) is 2> Net ≧ 1, the reference address total number NNmax is excessive, and the error adjustment address Ad = −1. The total Net of the errors Ne needs to be changed by the adjustment amount, and is reduced by one.
The condition (iii) is 1> Net ≧ −1, the reference address total number NNmax is appropriate, and the error adjustment address Ad = 0.
The condition (iv) is -1> Net ≧ -2, the reference address total number NNmax is insufficient, and the error adjustment address Ad = 1. The total Net of the errors Ne needs to be changed by the adjustment amount, and is increased by 1.
Condition (v) is −2> Net, the total number of reference addresses NNmax is insufficient, and adjustment cannot be made only by the error adjustment address Ad. Therefore, NNmax is increased by 1, and the error adjustment address Ad is set to 0. At that time, the total Net of errors Ne is reset to zero.

このように、誤差Neの総和Netが正側に大きくなると、アドレス決定手段13によるアドレスと電源位相でズレが生じてアドレス総数Nmaxが過剰であるので、Nmaxを減少させるように制御する。逆に誤差Neの総和Netが負側に大きくなるとアドレス総数Nmaxが不足しているので、Nmaxを増加させるように制御する。   As described above, when the total Net of the errors Ne increases to the positive side, a deviation occurs between the address and the power supply phase by the address determination unit 13 and the total number Nmax of the address is excessive, so that the control is performed to decrease Nmax. On the contrary, when the total Net of the errors Ne becomes larger on the negative side, the total number of addresses Nmax is insufficient, so that control is performed to increase Nmax.

生成されたアドレス総数Nmaxは、制御周期dtが入力されるカウントアップ手段22cに入力され、カウントアップ手段22cではアドレス総数Nmaxを上限値としてリセット値に用い、クロック信号である制御周期dtの数をカウントアップしてカウント値nを生成する。即ち、制御周期dtの信号の立ち上がりにてカウントアップを実行し、カウント値nはアドレス総数Nmaxと等しくなるとき0にリセットされる。そして、カウント値nは入力アドレスA1として出力される。
カウントアップ手段22cの出力であるカウント値nとアドレス総数決定手段22bからのアドレス総数Nmaxとは無駄時間補償部23に入力される。無駄時間補償部23は、上記実施の形態1と同様に、マイクロコンピュータでの演算遅れ等に起因する制御遅れを補償するために、制御に反映される無駄時間である制御周期dtの2カウント分が加算されたn+2を出力アドレスA2として出力する。このとき、アドレス総数Nmaxを上限値としてリセット値に用い、出力アドレスA2を補正して出力する。即ち、n+2がNmax以上になるとNmaxを減算して出力アドレスA2を0にリセットする。
The generated total number of addresses Nmax is input to the count-up unit 22c to which the control cycle dt is input. The count-up unit 22c uses the total number of addresses Nmax as an upper limit value as a reset value, and the number of control cycles dt that are clock signals is used. Count up to generate a count value n. That is, the count-up is executed at the rising edge of the signal in the control cycle dt, and is reset to 0 when the count value n becomes equal to the total number of addresses Nmax. The count value n is output as the input address A1.
The count value n output from the count-up means 22c and the address total number Nmax from the address total number determination means 22b are input to the dead time compensation unit 23. As in the first embodiment, the dead time compensation unit 23 compensates for a control delay caused by a calculation delay or the like in the microcomputer by 2 counts of a control cycle dt that is a dead time reflected in the control. N + 2 obtained by adding is output as the output address A2. At this time, the total address Nmax is used as the reset value as the upper limit value, and the output address A2 is corrected and output. That is, when n + 2 becomes equal to or greater than Nmax, Nmax is subtracted and the output address A2 is reset to zero.

この実施の形態では、制御周期dtの数をカウントアップして入力アドレスA1となるカウント値nを生成する際、リセット値に用いる制御周期数の上限値を、過去の数周期における制御周期総数値Nxの平均値Nxaveと直前周期の制御周期総数値Nxとに基づいて決定したアドレス総数Nmaxとする。この場合も、上記実施の形態1と同様に、制御周期dtと電源周期とが同期しない場合はNmaxは振動し、電源電圧の同位相において、アドレス決定手段13が決定するアドレスA1、A2が振動的に動作することになり、誤差量積分手段16内の各誤差積分器17には平均的に本来の電源位相角の誤差量ΔIaが蓄積されるのと同じ動作になり、上記実施の形態1と同様の効果が得られる。
このように、電源周期と制御周期dtとが同期しない場合や、電源電圧位相の検出に誤差がある場合にも、アクティブフィルタ装置3は高い制御精度および高調波抑制性能を維持することができる。また、制御周期dtと電源周期とは同期する必要がないため、電源周波数に依らず一定の制御周期dtを用いることができ、スイッチング素子の制御に用いるキャリア周期も固定にでき、制御系の設計が容易になる。
In this embodiment, when generating the count value n to be the input address A1 by counting up the number of control cycles dt, the upper limit value of the number of control cycles used for the reset value is set to the total number of control cycles in the past several cycles. The total number Nmax of addresses determined based on the average value Nxave of Nx and the total control period value Nx of the immediately preceding cycle is used. Also in this case, as in the first embodiment, when the control cycle dt and the power supply cycle are not synchronized, Nmax vibrates, and the addresses A1 and A2 determined by the address determining means 13 vibrate in the same phase of the power supply voltage. Thus, each error integrator 17 in the error amount integrating means 16 is on average the same operation as when the error amount ΔIa of the original power supply phase angle is accumulated. The same effect can be obtained.
Thus, even when the power supply cycle and the control cycle dt are not synchronized or when there is an error in detection of the power supply voltage phase, the active filter device 3 can maintain high control accuracy and harmonic suppression performance. Further, since it is not necessary to synchronize the control cycle dt and the power supply cycle, a constant control cycle dt can be used regardless of the power supply frequency, the carrier cycle used for controlling the switching element can be fixed, and the control system can be designed. Becomes easier.

また、制御周期dtの数をカウントアップして入力アドレスA1となるカウント値nを生成する際のリセット信号にゼロクロス信号Szcを直接用いずに、過去周期における制御周期総数値Nxに基づいて生成したアドレス総数Nmaxを用いるため、電圧検出の誤差によるゼロクロス信号Szcの脈動に強固となり、アクティブフィルタ装置3の高調波抑制性能が向上する。   In addition, the zero-cross signal Szc is not directly used as a reset signal when generating the count value n serving as the input address A1 by counting up the number of control periods dt, and is generated based on the total number Nx of control periods in the past period. Since the total number Nmax of addresses is used, the pulsation of the zero cross signal Szc due to the voltage detection error becomes strong, and the harmonic suppression performance of the active filter device 3 is improved.

なお、上記実施の形態1、2において、制御遅れを補償するために、出力アドレスA2は入力アドレスA1よりも制御周期dtの2個分に相当してアドレスを進めるものとしたが、制御周期dtの1個分または2以外の複数個分でも可能である。
また、制御遅れを考慮せず入力アドレスA1と出力アドレスA2とを同数としても良い。
In the first and second embodiments, in order to compensate for the control delay, the output address A2 is advanced by an amount corresponding to two control cycles dt than the input address A1, but the control cycle dt It is also possible to use one piece or a plurality of pieces other than two.
In addition, the input address A1 and the output address A2 may be the same number without considering the control delay.

実施の形態3.
次に、この発明の実施の形態3によるアクティブフィルタ装置について説明する。
上記実施の形態1では、制御量演算手段20は誤差量ΔIaと誤差量積分手段16からの誤差量積分値ΔIaiとに基づいて制御量Icnを演算するものを示したが、この実施の形態3では、上記実施の形態1と異なる制御量演算手段20aを備える。なお、その他の構成は上記実施の形態1と同様で、図1で示す全体構成も同様で、制御量演算手段20a以外の動作も上記実施の形態1と同様である。
Embodiment 3 FIG.
Next, an active filter device according to Embodiment 3 of the present invention will be described.
In the first embodiment, the control amount calculation unit 20 calculates the control amount Icn based on the error amount ΔIa and the error amount integration value ΔIai from the error amount integration unit 16. Then, the control amount calculation means 20a different from the first embodiment is provided. The other configurations are the same as those in the first embodiment, the overall configuration shown in FIG. 1 is also the same, and the operations other than the control amount calculation means 20a are the same as those in the first embodiment.

図9は、この実施の形態3による補償電流指令値Iaから制御量Icnを導出するまでの行程(誤差量演算手段15、誤差量積分手段16および制御量演算手段20a)の流れを示した制御ブロック図である。制御量演算手段20a以外の動作については上記実施の形態1と同様であるため説明は省略する。
制御量演算手段20aは、誤差量積分手段16の出力である誤差量積分値ΔIaiに乗じる制御ゲイン26と、誤差量ΔIaに乗じる比例ゲイン27と、誤差量ΔIaを積分する積分手段28および積分ゲイン29とを備える。制御量演算手段20aでは、誤差量演算手段15からの誤差量ΔIaと、誤差量積分手段16からの誤差量積分値ΔIaiとを入力として、誤差量積分値ΔIaiに制御ゲイン26を乗じた値と、誤差量ΔIaに比例ゲイン27を乗じた値と、誤差量ΔIaを積分手段28にて積分して積分ゲイン29を乗じた値とを加算し、誤差量ΔIaが0となるように制御量Icnを演算する。
このように、制御量演算手段20aでは、上記繰り返し制御と誤差量ΔIaの比例制御および積分制御を合わせて用いることで、さらに制御精度が向上して電源高調波抑制能力を向上できる。
FIG. 9 shows the flow of the process (error amount calculation means 15, error amount integration means 16 and control amount calculation means 20a) until the control amount Icn is derived from the compensation current command value Ia * according to the third embodiment. It is a control block diagram. Since the operation other than the control amount calculation means 20a is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.
The control amount calculation means 20a includes a control gain 26 that multiplies the error amount integration value ΔIai that is the output of the error amount integration means 16, a proportional gain 27 that multiplies the error amount ΔIa, an integration means 28 that integrates the error amount ΔIa, and an integration gain. 29. In the control amount calculation means 20a, the error amount ΔIa from the error amount calculation means 15 and the error amount integration value ΔIai from the error amount integration means 16 are input, and a value obtained by multiplying the error amount integration value ΔIai by the control gain 26 Then, the value obtained by multiplying the error amount ΔIa by the proportional gain 27 and the value obtained by integrating the error amount ΔIa by the integrating means 28 and multiplying by the integral gain 29 are added, and the control amount Icn is set so that the error amount ΔIa becomes zero. Is calculated.
As described above, in the control amount calculation means 20a, the control accuracy is further improved and the power supply harmonic suppression capability can be improved by using the repetitive control and the proportional control and integral control of the error amount ΔIa in combination.

なお、図10に示すように、積分手段28および積分ゲイン29の替わりに変化量を演算する微分手段30および微分ゲイン31を備えた制御量演算手段20bを用いても良く、上記繰り返し制御と誤差量ΔIaの比例制御および微分制御を合わせて用いることで、制御精度が向上して電源高調波抑制能力を向上できる。   As shown in FIG. 10, instead of the integration means 28 and the integration gain 29, a control amount calculation means 20b having a differentiation means 30 and a differentiation gain 31 for calculating the amount of change may be used. By using the proportional control and differential control of the amount ΔIa together, the control accuracy can be improved and the power supply harmonic suppression capability can be improved.

さらにまた、図11に示すように、積分手段28と微分手段30との双方を備えた制御量演算手段20cを用いても良く、上記繰り返し制御と誤差量ΔIaの比例制御、微分制御および積分制御を合わせて用いることで、さらに制御精度が向上して電源高調波抑制能力を向上できる。
また、図12に示すように、制御量演算手段20dに誤差量積分値ΔIaiのみ入力して、繰り返し制御のみで制御ゲイン26を用いて制御量Icnを演算させても良い。
Furthermore, as shown in FIG. 11, a control amount calculating means 20c having both an integrating means 28 and a differentiating means 30 may be used, and the above-described repetitive control and error amount ΔIa proportional control, differential control and integral control. By using together, it is possible to further improve the control accuracy and improve the power supply harmonic suppression capability.
Also, as shown in FIG. 12, only the error amount integral value ΔIai may be input to the control amount calculation means 20d, and the control amount Icn may be calculated using the control gain 26 only by repeated control.

1 交流電源としての系統電源、2 負荷、3 アクティブフィルタ装置、
5 ゼロクロス検出手段、9 電力変換器、12 制御信号生成手段、
13 アドレス決定手段、14 補償出力指令演算手段、15 誤差量演算手段、
16 誤差量積分手段、17 誤差積分器、18 入力切り替え手段、
19 出力切り換え手段、20,20a〜20d 制御量演算手段、
22 カウントアップ手段、22a 制御周期カウンタ、
22b アドレス総数決定手段、22c カウントアップ手段、
23 無駄時間補償部、28 積分手段、30 微分手段、A1 入力アドレス、
A2 出力アドレス、dt 制御周期、Ia 補償出力としての補償電流、
Ia 補償出力指令値としての補償電流指令値、ΔIa 誤差量、
ΔIai 誤差量積分値、Icn 制御量、Is 電源電流、
If 負荷入力としての負荷電流、n カウント値、
Nmax 上限値(制御周期の総数値/アドレス総数)、Nx 制御周期の総数値、
Nxave 制御周期の総数値平均、Szc ゼロクロス信号。
1 System power supply as AC power supply 2 Load 3 Active filter device
5 zero cross detection means, 9 power converter, 12 control signal generation means,
13 address determining means, 14 compensation output command calculating means, 15 error amount calculating means,
16 error amount integration means, 17 error integrator, 18 input switching means,
19 Output switching means, 20, 20a to 20d Control amount calculating means,
22 count-up means, 22a control cycle counter,
22b Address total number determining means, 22c counting up means,
23 dead time compensation unit, 28 integrating means, 30 differentiating means, A1 input address,
A2 output address, dt control cycle, Ia compensation current as compensation output,
Ia * Compensation current command value as compensation output command value, ΔIa error amount,
ΔIai error amount integral value, Icn control amount, Is power supply current,
If load current as load input, n count value,
Nmax upper limit value (total number of control cycles / total number of addresses), total number of Nx control cycles,
Nxave Average total number of control cycles, Szc zero cross signal.

Claims (12)

交流電源と負荷との間で該負荷と並列に接続される電力変換器を備え、負荷入力に含まれる高調波成分を相殺する補償出力を発生するアクティブフィルタ装置において、
交流電源電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出手段と、
上記負荷入力から上記高調波成分を抽出し該高調波成分を相殺する補償出力指令値を演算する補償出力指令演算手段と、
上記補償出力指令値と上記電力変換器の出力である上記補償出力の検出値との誤差量を、一定の制御周期毎に演算する誤差量演算手段と、
各々アドレスを有し入力される上記誤差量を積分して誤差量積分値を記憶するN個の誤差積分器と入出力切り換え手段とを備えて、上記制御周期毎に上記誤差量を入力して上記誤差量積分値を出力する誤差量積分手段と、
上記ゼロクロス点に基づいて上記交流電源電圧の各周期における上記制御周期の数をカウントアップし、上記制御周期毎にその時点のカウント値に基づいて上記入出力切り換え手段が選択する上記誤差積分器のアドレスを決定するアドレス決定手段と、
上記誤差量積分値に基づいて上記制御周期毎に制御量を演算する制御量演算手段と、
上記制御量から上記電力変換器への制御信号を生成する制御信号生成手段とを備え、
上記誤差量積分手段では、該誤差量積分手段内の上記誤差積分器の個数Nが、上記制御周期dtと上記交流電源の周波数fsの積の逆数である1/(fs・dt)より大きく設定され、上記制御周期毎に、上記入出力切り換え手段が上記N個の誤差積分器の中から上記アドレス決定手段で決定されたアドレスに対応する誤差積分器を選択し、該選択された誤差積分器に上記誤差量を入力し、該選択された誤差積分器に記憶された上記誤差量積分値を上記誤差量積分手段から出力することを特徴とするアクティブフィルタ装置。
In an active filter device that includes a power converter connected in parallel with an AC power supply and a load, and generates a compensation output that cancels a harmonic component included in the load input.
Zero-cross detection means for detecting the zero-cross point of the AC power supply voltage;
Compensation output command calculating means for extracting the harmonic component from the load input and calculating a compensation output command value for canceling the harmonic component;
An error amount calculation means for calculating an error amount between the compensation output command value and the detected value of the compensation output, which is an output of the power converter, for each constant control cycle;
N error integrators each integrating an error amount inputted and storing an error amount integral value and an input / output switching means are provided, and the error amount is inputted every control period. An error amount integrating means for outputting the error amount integrated value;
The number of the control cycles in each cycle of the AC power supply voltage is counted up based on the zero cross point, and the error integrator selected by the input / output switching unit based on the count value at that time for each control cycle. An address determining means for determining an address;
Control amount calculation means for calculating a control amount for each control period based on the error amount integral value;
Control signal generating means for generating a control signal from the control amount to the power converter,
In the error amount integrating means, the number N of error integrators in the error amount integrating means is set to be larger than 1 / (fs · dt) which is the reciprocal of the product of the control period dt and the frequency fs of the AC power supply. In each control cycle, the input / output switching means selects an error integrator corresponding to the address determined by the address determination means from the N error integrators, and the selected error integrator An active filter device, wherein the error amount is input to the selected error integrator, and the error amount integration value stored in the selected error integrator is output from the error amount integration means.
上記アドレス決定手段は、上記アドレスとして上記制御周期毎にその時点の上記カウント値に対応する入力アドレスと、該入力アドレスより所定のカウント分進んだ出力アドレスとを決定し、
上記誤差量積分手段は、上記入力アドレスにて選択された上記誤差積分器に上記誤差量を入力して積分した上記誤差積分値を記憶し、上記出力アドレスにて選択された上記誤差積分器に記憶された上記誤差量積分値を出力することを特徴とする請求項1に記載のアクティブフィルタ装置。
The address determining means determines an input address corresponding to the count value at that time and an output address advanced by a predetermined count from the input address for each control cycle as the address,
The error amount integrating means stores the error integrated value obtained by integrating the error amount into the error integrator selected at the input address, and stores the error integrated value in the error integrator selected at the output address. 2. The active filter device according to claim 1, wherein the stored error amount integral value is output.
上記アドレス決定手段は、上記ゼロクロス点の検出信号をリセット信号として上記制御周期の数をカウントアップし、該カウント値に基づいて上記アドレスを決定することを特徴とする請求項1または2に記載のアクティブフィルタ装置。   3. The address determination unit according to claim 1, wherein the address determination unit counts up the number of the control periods using the zero cross point detection signal as a reset signal, and determines the address based on the count value. 4. Active filter device. 上記アドレス決定手段は、上記ゼロクロス点に基づいて上記交流電源電圧の各周期毎の上記制御周期の総数値を生成する手段を備え、過去周期における上記制御周期の総数値に基づいて現在周期において上記制御周期数の上限値を決定し、該上限値をリセット値として上記制御周期の数をカウントアップし、該カウント値に基づいて上記アドレスを決定することを特徴とする請求項1または2に記載のアクティブフィルタ装置。   The address determining means includes means for generating a total value of the control periods for each period of the AC power supply voltage based on the zero cross point, and the current period based on the total value of the control periods in the past period. The upper limit value of the number of control cycles is determined, the number of control cycles is counted up using the upper limit value as a reset value, and the address is determined based on the count value. Active filter device. 上記アドレス決定手段は、上記ゼロクロス点の検出信号をリセット信号として上記制御周期の数をカウントアップし、上記交流電源電圧の各周期毎の上記制御周期の総数値を生成すると共に、現在周期において上記制御周期の数のカウント値に基づいて上記入力アドレスを決定し、該入力アドレスより所定のカウント分進んだアドレスを、直前周期における上記制御周期の総数値を上限値として補正して上記出力アドレスを決定することを特徴とする請求項2に記載のアクティブフィルタ装置。   The address determining means counts up the number of the control periods by using the zero cross point detection signal as a reset signal, generates the total number of the control periods for each period of the AC power supply voltage, and in the current period, The input address is determined based on the count value of the number of control cycles, the address advanced by a predetermined count from the input address is corrected with the total number of control cycles in the immediately preceding cycle as an upper limit value, and the output address is The active filter device according to claim 2, wherein the active filter device is determined. 上記アドレス決定手段は、上記ゼロクロス点に基づいて上記交流電源電圧の各周期毎の上記制御周期の総数値を生成する手段を備え、過去周期における上記制御周期の総数値に基づいて現在周期において上記制御周期数の上限値を決定し、該上限値をリセット値として上記制御周期の数をカウントアップし、該カウント値に基づいて上記入力アドレスを決定すると共に、該入力アドレスより所定のカウント分進んだアドレスを、上記上限値により補正して上記出力アドレスを決定することを特徴とする請求項2に記載のアクティブフィルタ装置。   The address determining means includes means for generating a total value of the control periods for each period of the AC power supply voltage based on the zero cross point, and the current period based on the total value of the control periods in the past period. An upper limit value for the number of control cycles is determined, the number of control cycles is counted up using the upper limit value as a reset value, the input address is determined based on the count value, and a predetermined count is advanced from the input address. 3. The active filter device according to claim 2, wherein the output address is determined by correcting the address by the upper limit value. 上記制御周期数の上限値は、過去の複数周期における上記制御周期の総数値の平均値と、直前周期の上記制御周期の総数値とに基づいて決定されることを特徴とする請求項4または6に記載のアクティブフィルタ装置。   The upper limit value of the number of control cycles is determined based on an average value of the total number of the control cycles in a plurality of past cycles and a total value of the control cycles of the immediately preceding cycle. 6. The active filter device according to 6. 上記負荷入力と上記補償出力は電流であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のアクティブフィルタ装置。   The active filter device according to claim 1, wherein the load input and the compensation output are currents. 上記制御量演算手段は、さらに上記誤差量演算手段からの上記誤差量に基づいて上記制御量を演算することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のアクティブフィルタ装置。   9. The active filter device according to claim 1, wherein the control amount calculation unit further calculates the control amount based on the error amount from the error amount calculation unit. 上記制御量演算手段は、上記誤差量演算手段からの上記誤差量を積分して積分値を演算し、さらに該積分値に基づいて上記制御量を演算することを特徴とする請求項9に記載のアクティブフィルタ装置。   10. The control amount calculation unit according to claim 9, wherein the control amount calculation unit calculates an integral value by integrating the error amount from the error amount calculation unit, and further calculates the control amount based on the integration value. Active filter device. 上記制御量演算手段は、上記誤差量演算手段からの上記誤差量の変化量を演算し、さらに該変化量に基づいて上記制御量を演算することを特徴とする請求項9または10に記載のアクティブフィルタ装置。   11. The control amount calculation unit according to claim 9, wherein the control amount calculation unit calculates a change amount of the error amount from the error amount calculation unit, and further calculates the control amount based on the change amount. Active filter device. 上記電力変換器は複数のスイッチング素子を有し、所定のキャリア周期を用いた上記複数のスイッチング素子のオン/オフ制御により上記補償出力を出力し、上記キャリア周期は、上記制御周期の1/2倍、あるいは整数倍であることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載のアクティブフィルタ装置。   The power converter includes a plurality of switching elements, and outputs the compensation output by on / off control of the plurality of switching elements using a predetermined carrier period, and the carrier period is 1/2 of the control period. The active filter device according to claim 1, wherein the active filter device is a multiple or an integral multiple.
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