AF を三相接続時の高調波抑制法 .1 AF を三相接続時の制御の指標

第4章で示したように，AFが二相接続されている場合には，すべての高調波電流 を∆接続された負荷および単相AF内を介して環流させ，その∆結線外への流出抑 制が可能となる。したがって，AFを三相接続時においては高調波電流抑制という目 的の他に，異なる指標がなければAFの動作を一意に決定することができない。以下 では，AF三相接続時の動作を決定するための二つの指標を示す。

相電流も含めた高調波電流抑制を行う場合

本論の目的は ∆接続負荷の外部へ流出する高調波電流を抑制することであるが，

AFがすべての相に接続された場合，∆接続負荷の相電流の高調波電流も抑制可能で ある。この動作は，各AF近傍の高調波電流を補償する従来法で達成できる。この方 法の利点の一つは，各単相負荷が発生する高調波電流を各負荷の近傍で抑制するため，

電力品質改善効果が最も高い点である。その他の利点として，この方法では∆接続負

荷を環流する電流が発生しないため，環流電流に伴う損失を低減可能である。環流電 流に伴う損失としては，送配電線の抵抗成分による損失や，柱上変圧器における損失 などが挙げられる。欠点は，すべての高調波電流を近傍で補償するため，AFが必要と する容量は最も大きいことである。

環流電流を除いた高調波抑制を行う場合

∆接続負荷の外部へ流出する高調波電流のみに着目した場合，その∆結線内を環流 する高調波電流は問題とならない。そこで，元々環流している高調波成分を除いて高 調波補償を行うことで，最小限のAF出力で目的が達成可能となる。この方法を用い た場合，∆接続負荷を環流する電流は残留することになるが，AFの動作によって増 加することはないため大きな問題にはならないと考えられる。また，環流電流を補償 しないことで，各AFの出力電流が小さくなるため，AFの損失を小さくすることが 可能であることも利点の一つである。

5.1.2 環流電流を除いた高調波抑制の実験

本研究では，DGが十分な余剰容量を有すると仮定しているため，容量が不足するこ とを考慮していない。しかしながら，実際にはDGの容量は有限であるため，限られ た電力容量で高調波抑制を行う必要がある。したがって，高調波抑制に必要な所要容 量は小さいことが望ましい。そこで，本節では5.1.1節で述べた「環流電流を除いた高 調波抑制」に着目し，どの程度の電力容量低減効果があるのかを実験により確認する。

これまでに述べたように，負荷平衡状態においては3次高調波電流は∆接続負荷を 環流することでその流出が抑制される。また，逆相·^{正相成分のみから成る}5·7次高 調波電流は，∆接続負荷を環流せず，外部に流出する電流となる。したがって負荷平 衡時において，3次高調波を補償せず，5·7次高調波成分のみを補償することで，環流 電流を除いた高調波抑制が達成できる。

本実験におけるAFの動作は以下の二種類である。

従来法 · · · 近傍に接続された負荷が発生するすべての高調波を抑制

周波数制限 · · · 3次高調波を除いて，近傍負荷からのすべての高調波電流を抑制

(V) 0 350

-350 Line voltage (vab, vbc, vca)

(A) 0 5

-5 Line current (ipa, ipb, ipc)

(A) 0 5

-5 Compensation current (i_{AF I}) (a) No compensation

(A) 0 5

-5 Line current (ipa, ipb, ipc)

(A) 0 5

-5 Compensation current (i_{AF I}) (b) Conventional control

(A) 0 5

-5 Line current (i_pa, i_pb, i_pc)

(A) 0 5

-5 10 ms Compensation current (iAF I) (c) Frequency limitation control

v_ab v_bc v_ca

i_pa i_pb i_pc

図5.1 実験結果

表5.1 三相変圧器一次電流の次数別高調波電流量とTHD（図5.1）

current i₃ (A) i₅ (A) i₇ (A) THD (%)

ipa 0.08 0.58 0.09 27.6

(a) No compensation ipb 0.16 0.65 0.16 33.3

i_pc 0.15 0.51 0.49 27.1

ipa 0.09 0.04 0.08 5.4 ( - 80.4%) (b) Conventional control i_pb 0.10 0.03 0.06 5.2 ( - 84.4%) ipc 0.02 0.08 0.04 4.2 ( - 84.5%) i_pa 0.05 0.05 0.01 3.2 ( - 88.4%) (c) Proposed control i_pb 0.17 0.09 0.02 8.7 ( - 73.9%) ipc 0.18 0.07 0.05 8.9 ( - 67.1%)

図5.1は，実験回路における（a）AF動作前，（b）従来動作後，（c）周波数制限動作 後における三相変圧器の一次電流波形i_pa，i_pb，i_pcとAF出力電流波形i_{AF I}を示す。

（a）AF動作前において，すべての線電流が大きく歪んでおり，ipa，ipb，ipcのTHD はそれぞれ27.6%，33.3%，27.1%であった。また，線電流のすべての波形がほぼ同一 の波形となっていることから，負荷平衡に近い状態であることが確認できる。（b）従 来法動作において，線電流の波形が正弦波形状に改善している。このときのipa，ipb， i_pcのTHDはそれぞれ5.4%，5.2%，4.2% であり，AF動作前と比較して大きく低減 されている。（c）従来法動作においても，線電流の波形がほぼ正弦波形状に改善して いる。しかしながら，i_pa，i_pb，i_pcのTHDはそれぞれ3.2%，8.7%，8.9% と，従来 動作の結果と比較してi_pb，i_pcのTHDが大きい値となった。

表5.1は，三相変圧器一次電流の各次高調波成分と THDをまとめたものである。

5・7次調波の実験結果は，従来法と周波数制限法の間で大きな差異がない。一方，3 次高調波電流に関して，周波数制限法のipb，ipc には従来法よりも大きな3次高調波 電流が含まれている。その理由は，使用した負荷が完全な平衡状態ではないことによ り，3次高調波の特性が異なっていたためである。（a）と（c）の3次高調波の値に着 目するとほぼ等しい結果となっていることがわかる。すなわち，正確な負荷平衡であ れば，（c）に含まれる3次高調波電流はゼロとなり，従来法と同等の線電流波形にな ると考えられる。

補償電流波形の振幅に着目すると，従来法よりも周波数制限の方が小さくなってい る。（b）従来法，（c）周波数制限の時の補償電流はそれぞれ（b）1.82 A，（c）0.78 A であり，周波数制限時は従来法に対して42%に低減された。単相ダイオード負荷にお いて3次高調波電流の発生量はもっとも多いため，環流電流を補償しないことは容量 低減効果が高いと言える。

以上より，負荷平衡状態における単相高調波補償に関して，以下の結論が得られた。

• 線電流の高調波電流に着目した場合，∆接続負荷を環流する電流を補償せずと も，補償した場合と同等の高調波補償効果を得ることが可能

• 環流電流の補償を制限することで，補償電流の大幅な低減が可能

最後に，本実験においては制御の簡易化のため平衡負荷を使用したが，不平衡負荷 にも対応する場合には各AFの制御指令値は以下のように設定される。

i_{AF I} =i_{Lab h}−i_{zero h} i_{AF II} =i_{Lbc h}−i_{zero h} i_{AF III} =i_{Lca h}−i_{zero h}

ただし，i_{zero h}は負荷が発生する高調波電流の零総成分を表し，以下式で与えられる。

i_{zero h}= i_{Lab h}+i_{Lbc h}+i_{Lca h}

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