AF 一相接続による THD の変化

本項では，線電流に含まれる次数別の高調波電流ではなく，線電流のひずみ率（Total Harmonic Distortion, THD）を評価基準とすることで，高調波電流の増加·^減少を明 確にする。ダイオード整流回路を負荷とした検討回路によるシミュレーションを行う。

図3.4はAFが一相のみ(a-b)に接続された状態の検討回路を示す。線間電圧200 V

i_sa i_sb i_sc

iab

i_bc

ica

iLab

iAF I 5 mH

2 mH

図3.4 シミュレーション回路

の負荷平衡システムとし，回路定数は図3.4中に記載された値とする。AFを高調波 フィルタとして動作させ，三相系統の線電流の変化を確認する。AFの出力電流i_AF は以下式で与える。

iAF I =kout×iLab h (3.40)

k_out は補償電流を制限するゲインであり，0 から 1 の範囲の値とする。すなわち，

k_out = 0のとき無補償の動作となり，k_out = 1のとき全高調波電流を補償する動作と なる。図3.5および図3.6は，koutを0.2刻みで変化させた際の，相電流および三相 変圧器二次電流の波形をそれぞれ示す。図3.5より，kout の増加に伴ってiab の波形 が正弦波に近づいているのが確認できる。AFが接続されていない相の相電流に関し ては変化はない。図3.6より，koutの変化に伴ってisaおよびiscの波形が変化してい る。ただし，相電流とは異なり，k_out= 1においてもi_saおよびi_sc は大きくひずんだ 電流となっている。

図3.7は，k_outを横軸とした (a)相電流および(b)三相変圧器二次電流が含む3次

·5次高調波成分およびTHDの変化を示す。図3.7中の縦軸は基本波に対する高調波 電流の振幅比を%表記している。図3.7(a)より，相電流iab に含まれる3次および 5次高調波電流はkoutの増加に伴い線形に減少する。また，そのTHDも同様にほぼ 線形に減少し，kout = 1のときTHDが最小となっている。一方，図3.7(b)における isaおよびisbのTHDに着目すると，kout = 1のとき最大の値となっている。すなわ

vab, vbc, vca

150 V 0

iab, ibc, ica

kout = 0 15 A

0

iab, ibc, ica

kout = 0.2 15 A

0

iab, ibc, ica

kout = 0.4 15 A

0

iab, ibc, ica

kout = 0.6 15 A

0

iab, ibc, ica

kout = 0.8 15 A

0

iab, ibc, ica

kout = 1.0 15 A

0

10 ms

図3.5 一相でAF動作時における相電流

ち，AFが最大限の高調波補償を行った場合に，THDが最大となっている。この理由 は，k_outの増加に伴って，i_saおよびi_sbに含まれる3次高調波電流が増加しているた めである。また，3.2.1にて述べたように，AFが高調波補償をしない状況(k_out = 0) では，3次高調波電流が三相変圧器側に流出していないこともわかる。5次高調波に関 してはkoutの増加に対して線形に減少している。

以上より，一相のみで従来の高調波補償を行うと，三相系統における3次高調波電

vab, vbc, vca

150 V 0

isa, isb, isc

kout = 0 15 A

0

isa, isb, isc

kout = 0.2 15 A

0

isa, isb, isc

kout = 0.4 15 A

0

isa, isb, isc

kout = 0.6 15 A

0

isa, isb, isc

kout = 0.8 15 A

0

isa, isb, isc

kout = 1.0 15 A

0

10 ms

図3.6 一相でAF動作時における三相変圧器二次電流

流の増加を引き起こすことを示した。5次高調波電流に関しては低減が可能であるが，

補償割合次第では3次高調波電流の増加量の方が大きくなりTHDが増大してしまう。

したがって，従来の高調波補償法は送配電系統の電力品質を低下させる可能性がある と言える。

(a)^相電流

THD i_ab THD i_bc THD i_ca

kout

100 80 60 40 20

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 (%)

i_{ab 3} iab f i_{bc 3} ibc f ica 3 i_{ca f}

k_out 100

80 60 40 20

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 (%)

i_{ab 5} iab f i_{bc 5} i_{bc f}

ica 5 ica f

k_out 100

80 60 40 20

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 (%)

(b)^{三相変圧器二次電流}

THD isa

THD i_sb THD i_sc

kout

100 80 60 40 20

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 (%)

i_{sa 3} i_{sa f}

i_{sb 3} isb f isc 3 i_{sc f}

k_out 100

80 60 40 20

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 (%)

i_{sa 5} i_{sa f} i_{sb 5} i_{sb f}

isc 5 isc f

k_out 100

80 60 40 20

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 (%)

図3.7 AF補償度合とTHD・3次高調波電流・5次高調波電流の関係