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WO2018221624A1 - 電源品質管理システムならびに空気調和装置 - Google Patents

電源品質管理システムならびに空気調和装置 Download PDF

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WO2018221624A1
WO2018221624A1 PCT/JP2018/020854 JP2018020854W WO2018221624A1 WO 2018221624 A1 WO2018221624 A1 WO 2018221624A1 JP 2018020854 W JP2018020854 W JP 2018020854W WO 2018221624 A1 WO2018221624 A1 WO 2018221624A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
power
current
harmonic
power factor
active filter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2018/020854
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
河野 雅樹
川嶋 玲二
崇之 藤田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to US16/614,861 priority patent/US11374487B2/en
Priority to EP18808873.6A priority patent/EP3620886A4/en
Priority to AU2018276600A priority patent/AU2018276600B2/en
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02J3/18Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1821Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators
    • H02J3/1835Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control
    • H02J3/1842Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein at least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. active filters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • F24F11/46Improving electric energy efficiency or saving
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24F11/00Control or safety arrangements
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    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Definitions

  • the present invention relates to a power quality management system and an air conditioner.
  • an active filter device may be provided in order to prevent harmonic current from flowing into a power system (for example, a power system including a commercial power supply). .
  • the power system to which the air conditioner is connected may be connected to a load other than the air conditioner (for example, a device having an inverter circuit, etc., for example, an elevator). May be a source of current. In that case, it is not sufficient to take measures against the harmonic current of the air conditioner, and it is desirable to improve the power supply quality, such as measures against the harmonic current of the entire system including the load and the air conditioner. It is. In addition, from the viewpoint of reduction of equipment capacity and energy saving, improvement of power source quality such as improvement of fundamental wave power factor as the whole system is also required.
  • the present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to improve the power supply quality in the entire system in which a plurality of devices that are the sources of harmonic current are connected to the power supply.
  • a first aspect of the present disclosure includes a load device (3) that is connected to a power source (4) and operates by being supplied with power from the power source (4), and the load device (3) with respect to the power source (4).
  • a load device (3) that is connected to a power source (4) and operates by being supplied with power from the power source (4), and the load device (3) with respect to the power source (4).
  • a plurality of connected devices (41, 42) including a current source (30) having outputs connected in parallel; the power supply (4) to the load device (3) and the plurality of harmonic generators (1, 2) a control unit (43, 47, 52, 62) for controlling the harmonic current flowing in the power receiving path (13) to the power receiving path (13) or the power source power factor of the power source (4).
  • the input power factor at least one input of the plurality of connected devices (41, 42) is the power source power factor.
  • the power source power factor is changed in the advanced direction by performing the first control for controlling the power source harmonic of the power source power factor or the harmonic current in the harmonic current so as to change in a more advanced direction, a plurality of the connected devices (41, 42) wherein at least one of the input power factors is subjected to second control for controlling the power source power factor or the power source harmonic so as to change in a direction lagging the power source power factor. It is a power quality management system.
  • the power supply quality control includes the connected device (41, 42) including the current source (30) and the harmonic generator (1, 2), and the load device (3) separately from the connected device (41, 42).
  • the first aspect at least one of reduction of harmonic current and improvement of fundamental wave power factor of the corresponding harmonic generation device (1, 2) and the load device (3).
  • the control unit (43, 47) performs the first control and the second control, a plurality of the harmonic generators (1, 2) and the load can be generated.
  • the sum of the harmonic currents generated in each device (3) is distributed to each current source (30) to compensate, and the compensation amount of each current source (30) is the maximum of the current source (30).
  • a calculation unit (90) that calculates an amount of the compensation current corresponding to the compensation amount to be generated by each of the current sources (30) so as to satisfy a condition that the output capacity is equal to or less than an output capacity; 43, 47) perform the first control and the second control based on the calculation result of the calculation unit (90).
  • the sum of the harmonic currents generated by the plurality of harmonic generators (1, 2) and the load device (3) is supplied to the plurality of current sources (30).
  • the amount of compensation is determined so as not to exceed the maximum output capacity of each current source (30) itself.
  • each current source (30) was effectively used without applying an excessive load to at least a part of the plurality of current sources (30).
  • the power quality can be improved (reduction of harmonic current and improvement of fundamental current) in the state.
  • the calculation unit (90) is configured so that each of the current sources (30) includes a plurality of harmonic generators (1, 2) and the load device (3 ) To calculate a first compensation amount for compensating the harmonic current generated in some of the harmonic generators (1, 2) and the load device (3), and a plurality of the current sources For each (30), calculating a surplus that is the difference between the maximum output capacity and the first compensation amount, and calculating the compensation current of each current source (30) according to the surplus.
  • This is a power quality control system.
  • the compensation current of each current source (30) is a surplus that is the difference between the first compensation amount already compensated by each current source (30) and the maximum output capacity of the current source (30) itself. Will be decided accordingly. As a result, the compensation current is determined so as to ensure that the maximum output capacity is not exceeded.
  • the calculation unit (90) increases the number of the harmonic generation devices (1, 2) and the load device (3) as the surplus is larger. Of these, the harmonics generated by the remaining harmonic generators (1, 2) and the load device (3), excluding some of the harmonic generators (1, 2) and the load device (3).
  • the maximum output capacity is a maximum compensation current value indicating a maximum value of a current that can be generated by the current source (30), (90) is a power quality management system characterized in that the surplus is calculated by subtracting a current value for a first compensation corresponding to the first compensation amount from the maximum compensation current value. .
  • the surplus is calculated using the maximum compensation current value that each current source (30) can output as the maximum output capacity.
  • the maximum output capacity is a maximum compensation power value indicating a maximum value of power that can be output by the current source (30)
  • the calculation unit (90) is a power quality management system characterized in that the surplus is calculated by subtracting a power value corresponding to the first compensation amount from the maximum compensation power value.
  • the surplus is calculated using the maximum compensation power value that can be output from each current source (30) as the maximum output capacity.
  • Power is equal to the product of current and voltage. Therefore, the amount of compensation current can be calculated flexibly according to various combination patterns of current and voltage without being aware of individual values of current and voltage by obtaining the surplus by electric power. 5,6) is relatively easy to design.
  • the power source (4) is an AC power source
  • the plurality of harmonic generation devices (1, 2) At least one of the power quality management systems is a power converter that receives power from the power source (4).
  • An eighth aspect of the present disclosure is provided in the power quality management system according to any one of the second to seventh aspects, and includes the power source (4), the load device (3), and the harmonic generator.
  • a ninth aspect of the present disclosure is an air conditioner including the active filter device (5) described in the eighth aspect.
  • each of the plurality of connection devices (41, 42) is included in an air conditioner (11, 12), and the control unit (52, 62)
  • the control unit (52, 62) In the first control and the second control, on the basis of the harmonic current or the power source power factor, a plurality of the air conditioners (so that the harmonic current is reduced or the power source power factor is increased or decreased is improved. 11, 12), after changing the input power factor or the input harmonics of the first air conditioner (11) which is a part of the first air conditioner (11, 12), the first air from the plurality of air conditioners (11, 12).
  • Power quality improvement control for controlling the power source power factor or the power source harmonic by changing the input power factor or the input harmonic for the remaining second air conditioner (12) excluding the air conditioner (11). It is a power quality control system characterized by performing.
  • power quality improvement control is performed in the first control and the second control.
  • the input power factor or the input harmonic of the second air conditioner (12) is changed after the change of the input power factor or the input harmonic of the first air conditioner (11).
  • the eleventh aspect further includes a target setting unit (527) that sets a target value of the harmonic current or the power source power factor, and the control unit (52) In the power quality improvement control, the harmonic current or the power factor is changed so as to approach the target value.
  • a twelfth aspect of the present disclosure is the power quality management system according to the eleventh aspect, wherein the target value is set to a value within a range of 0.9950 to 1.0049.
  • each of the plurality of air conditioners (11, 12) includes the harmonic generator (1, 2).
  • a power quality management system comprising a power converter and an active filter device (5, 6) including the current source (30) and connected to the power converter.
  • each air conditioner (11, 12) includes a power conversion device that is a source of harmonic current and an active filter device (5, 6) that improves power quality.
  • the power quality management system has a harmonic generation device (3) different from the power converter, the power quality as a whole power quality management system can be improved by the power quality improvement control.
  • control unit (52) includes the active filter included in the first air conditioner (11) in the power quality improvement control in the second control.
  • the control unit (52) includes the active filter included in the first air conditioner (11) in the power quality improvement control in the second control.
  • the operation of the active filter device (6) included in the second air conditioner (12) is stopped. This is a power quality management system.
  • the operation of the active filter device (6) is also stopped by the second control when the power source power factor of the AC power supply (4) changes in the advanced direction. As a result, the power quality is further increased and improved.
  • the active filter device (5) included in the first air conditioner (11) includes the control unit. (52) is incorporated into the power quality management system.
  • control unit (52) that plays the role of a control tower for power quality improvement control is included.
  • the load device (3) includes a capacitor (32a to 32c) and a reactor (31a to 31c). It is a power quality management system characterized by being a facility.
  • phase adjusting equipment is included, the power factor is likely to change in the forward direction.
  • the power supply quality improvement control is performed in the second control, so that the power supply power factor changes in a delayed direction, so that the power supply quality is improved.
  • the power supply (4) is connected between the plurality of air conditioners (11, 12), A power quality management system further comprising a power factor detection unit (70) for detecting a power factor.
  • connection device (41, 42) including the current source (30) and the harmonic generation device (1, 2) and the connection device (41, 42) are separated from the load device (3).
  • the input current of at least one connected device (41, 42) in the power quality management system including the power quality of the system as a whole can be improved.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an overall outline and a configuration of an air conditioning system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the first control and the second control associated with the changing direction of the power factor in the overall outline.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a controller in the active filter device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of the load sharing device according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of compensation current adjustment control according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of an air conditioning system according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of a controller in the active filter device according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an overall outline and a configuration of an air conditioning system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the first control and the second control associated with the changing direction of the power factor in
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration of the load sharing device according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of compensation current adjustment control according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of an air conditioning system according to the third embodiment.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration of a controller in the active filter device (5) according to the third embodiment.
  • FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration of an air conditioning system according to the fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration of a controller in the first active filter device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration of a controller in the second active filter device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 15 is a diagram for explaining a case where the power source power factor is a delayed power factor among the operations of the power source quality improvement control according to the fourth embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining a case where the power source power factor is the advance power factor among the operations of the power source quality improvement control according to the fourth embodiment.
  • FIG. 17 is a block diagram illustrating a configuration of an air conditioning system according to the fifth embodiment.
  • FIG. 18 is a diagram for explaining a case where the power source power factor is a delayed power factor among the operations of the power source quality improvement control according to the fifth embodiment.
  • FIG. 19 is a block diagram illustrating a configuration of an air conditioning system according to the sixth embodiment.
  • FIG. 20 is a diagram for explaining a case where the power source power factor is the advance power factor among the operations of the power source quality improvement control according to the sixth embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an air conditioning system (100) corresponding to a power quality management system.
  • the air conditioning system (100) is installed in a building or a detached house (hereinafter referred to as a building, etc.).
  • a harmonic generation loader (3) as a load device, a current source (30), and the A plurality of connection devices (41, 42) each including a power conversion device (1, 2) as a harmonic generation load device different from the load device (3) and a controller (43) are mainly provided.
  • One power conversion device (1, 2) and one current source (30) (that is, one connection device (41, 42)) and one controller (43) are composed of one air conditioner (11, 12). ) Is included. Therefore, the air conditioning system (100) of FIG. 1 includes one harmonic generation loader (3) and a plurality of air conditioning apparatuses (11, 12).
  • the AC power supply (4) is a three-phase AC power supply (for example, a three-phase commercial power supply), and is connected to the harmonic generation loader (3) and each air conditioner (11, 12) to branch power. Supply.
  • the harmonic generation loader (3) operates by being supplied with power from the AC power supply (4).
  • the power converters (1, 2) included in the connected devices (41, 42) are connected in parallel with the harmonic generation loader (3) to the AC power source (4), and supply power from the AC power source (4). Supplied and works.
  • the current source (30) is connected so that its output is parallel to the corresponding power converter (1, 2) with respect to the AC power source (4).
  • the air conditioning system (100) not only the power conversion device (1, 2) but also the harmonic generation loader (3) generates harmonic current from the AC power supply (4) via the power receiving path (13). It can be said that there is a possibility of leakage.
  • the current source (30) is an active filter inverter unit, and is a component of the active filter device (5, 6) together with the corresponding controller (43).
  • the controller (43) is connected to the corresponding current source (30). By controlling the operation of the current source (30) and the like, the AC power source (4) and the harmonic generation loader (3) and The harmonic current flowing through the power receiving path (13) to the plurality of power converters (1, 2) or the power source power factor of the AC power source (4) is controlled.
  • the AC power supply (4) is connected to various devices depending on the installation conditions, such as multiple devices (1 to 3) that generate harmonics. Even under circumstances, it is desirable to improve the power factor of the air conditioning system (100) as a whole.
  • the power factor of the power supply is improved when viewed as the system (100) as a whole The purpose is to produce.
  • the controller (43) grasps the power source power factor every predetermined time (pt), for example, and presents the current power source power factor value and the last known power source power factor value. From this, grasp the state of change in the power factor. Specifically, the controller (43) grasps whether the current power factor has changed in the direction delayed from the previous power factor or has changed in the advanced direction. When the power source power factor changes in the delayed direction (bt1, bt2, bt3), the controller (43) performs the first control. On the other hand, when the power source power factor changes in the advanced direction (bt4), the controller (43) performs the second control.
  • pt predetermined time
  • the first control is to directly adjust the power source power factor so that the input power factor at at least one input of the plurality of connected devices (41, 42) changes in a direction that advances more than the power source power factor, or
  • the power source power factor is indirectly adjusted by adjusting the power source harmonic in the harmonic current.
  • the power factor is directly adjusted so that at least one input power factor of the plurality of connected devices (41, 42) changes in a direction lagging the power factor, or the harmonic current is adjusted.
  • This is a control for indirectly adjusting the power factor by adjusting the power factor.
  • the power factor of the power supply sometimes changes in the advanced direction and sometimes in the delayed direction depending on the environmental conditions in which the air conditioning system (100) is constructed, the power supply circumstances, and the like.
  • Second control is performed.
  • the first control is always performed when the power source power factor always changes in the delayed direction
  • the second control is always performed when the power source power factor always changes in the advanced direction.
  • the first control was performed.
  • the control content is 2 control can be switched.
  • the power factor of the connected device (41, 42) alone is not necessarily improved, but the air including the connected device (41, 42) and the harmonic generation loader (3) From the whole harmony system (100), the power quality including the power factor of the system (100) is improved.
  • the power source power factor can be controlled so as to be within a reference range predetermined by an electric power company or the like. Therefore, since the power source power factor exceeds the reference range, it is possible to avoid as much as possible a situation in which a penalty such as an increase in the electricity bill is imposed on an administrator of a building or the like.
  • the power source power factor converges within a reference range (for example, “0.9950 to 1.0049”) by continuously performing the first control and the second control while being switched as necessary, and eventually the reference range. It is also possible to converge to a target value (for example, “1”). Therefore, a manager of a building or the like can also obtain a privilege related to the electricity charge such as receiving a preferential treatment of the electricity charge based on the power source power factor.
  • a plurality of power filters are connected in the power system, and a countermeasure is taken to reduce the harmonic current using a plurality of active filter devices (5, 6).
  • the ability to reduce the harmonic current in the active filter device (5, 6) is limited to each individual, and the active filter device (5, 6) in a state where a load exceeding its own harmonic current reduction capability is applied. ) May occur in the active filter device (5, 6), and harmonic measures may not be sufficiently taken.
  • the active filter device (5, 6) reduces the harmonic current without applying excessive load. It is desired to improve at least one of the fundamental wave power factor.
  • each compensation amount of the current source (30) of the active filter device (5, 6) is less than the maximum output capacity of the current source (30).
  • the current source (30) shares and compensates the total sum of the harmonic currents generated at each of the plurality of harmonic current generation sources (1 to 3) while satisfying the above conditions.
  • FIG. 1 shows a configuration of an air conditioning system (100) corresponding to the power quality management system according to the first embodiment.
  • the air conditioning system (100) includes a plurality of air conditioning devices (11, 12) (here, two are illustrated) and a distribution board (60).
  • the air conditioning system (100) performs indoor air conditioning (cooling and heating) in an installed building or the like.
  • the distribution board (60) is connected to the AC power source (4) and receives AC power from the AC power source (4).
  • the distribution board (60) includes a plurality of breakers, and distributes the AC power from the AC power supply (4) to the plurality of devices via each breaker.
  • the air conditioners (11, 12) are connected to some of these breakers. Each air conditioner (11, 12) is operated by AC power supplied via the distribution board (60).
  • a harmonic generation loader (3) is connected to a part of the plurality of breakers of the distribution board (60).
  • the harmonic generation loader (3) includes a circuit that can be a source of harmonic current, such as an inverter circuit.
  • the harmonic load generator (3) does not implement harmonic measures such as elevators installed in buildings, etc., fans, pumps, escalators, lighting driven by three-phase power supplies, and active filters.
  • An air conditioner other than the air conditioner (11, 12) can be exemplified.
  • Each air conditioner (11, 12) includes a refrigerant circuit (not shown) having a compressor, a power converter (1, 2), and an active filter device (5, 6).
  • the refrigerant circuit is configured by connecting a compressor, an outdoor heat exchanger, an expansion mechanism, and an indoor heat exchanger through a refrigerant pipe.
  • the refrigerant circuit is filled with a refrigerant, and the refrigerant circulates in the refrigerant circuit, thereby cooling or warming the room.
  • the power converter (1, 2) is connected to the AC power source (4) via the distribution board (60) and corresponds to a harmonic generation loader.
  • Each of the power converters (1, 2) includes a converter circuit and an inverter circuit, which are not shown.
  • each power conversion device (1, 2) converts the AC power into AC power having a desired frequency and a desired voltage, and converts the converted power to a compressor (more Specifically, it is supplied to an electric motor provided in the compressor. Thereby, the compressor operates and the refrigerant circuit functions, and as a result, indoor air conditioning is performed.
  • harmonic current May occur.
  • This harmonic current may flow out to the AC power source (4) through a current path that supplies power from the distribution board (60) to each air conditioner (11, 12).
  • the air conditioning system (100) attempts to reduce the flowing out harmonic current by each active filter device (5, 6). Further, from the viewpoint of equipment capacity and energy saving, improvement of the fundamental wave power factor is required, and the active filter device (5, 6) of Embodiment 1 also has a function of improving the fundamental wave power factor.
  • Each active filter device (5, 6) is incorporated in each corresponding air conditioner (11, 12). In FIG. 1, since there are two air conditioners (11, 12), the number of active filter devices (5, 6) is also two. The configurations of the two active filter devices (5, 6) are the same.
  • Each of the active filter devices (5, 6) is connected in parallel with the power converter (1, 2), which is a harmonic generation loader, to the AC power source (4). ) To cancel out the harmonic current that flows out from the AC power supply (4) and appears in the power receiving path (13). That is, each active filter device (5, 6) flows a compensation current so that the current in the power receiving path (13) of the AC power supply (4) approaches a sine wave. More specifically, each active filter device (5, 6) generates a compensation current having a phase opposite to that of the harmonic current appearing in the power reception path (13) and supplies it to the power reception path (13).
  • Each active filter device (5, 6) also has a power factor improvement function for improving the fundamental wave power factor by passing the compensation current described above.
  • the fundamental wave power factor is improved by configuring each active filter device (5, 6) to flow a compensation current that also compensates for the ineffective component of the fundamental wave.
  • each of the active filter devices (5, 6) includes a current source (30), a filter-side current detector (45a, 45b), voltage detection, as shown in FIG. A vessel (46) and a controller (43).
  • each active filter device (5, 6) has a capacity (the magnitude of current or power that can be generated without any problem) assuming the harmonic current at the maximum load of the corresponding air conditioner (11, 12). That is, the capacity is set. This capacity is called the maximum output capacity.
  • the air conditioners (11, 12) are more often used at a smaller load (for example, an intermediate load) than when used at a maximum load. Then, it is considered that the active filter device (5, 6) in which the maximum output capacity is set as described above often has a surplus capacity in almost all operating periods.
  • the current source (30) generates a compensation current for reducing the harmonic current and improving the fundamental wave power factor.
  • the output terminal of the current source (30) is connected to the plurality of power converters (1, 2), and the generated compensation current is output to the power receiving path (13).
  • the current source (30) of Embodiment 1 is configured using a so-called inverter circuit (active filter inverter unit).
  • a switching command value (G) described later is input to the current source (30) from the controller (43).
  • the current source (30) generates a compensation current by switching according to the switching command value (G).
  • the filter-side current detector (45a, 45b) detects a current value (Ir2a, It2a, Ir3a, It3a) input to the current source (30) of the corresponding active filter device (5, 6).
  • two filter-side current detectors (45a, 45b) are provided in one active filter device (5, 6).
  • the filter-side current detector (45a) detects the R-phase current value (Ir2a, Ir3a) input from the AC power supply (4) to the current source (30), and the filter-side current detector (45b) A T-phase current value (It2a, It3a) input from the power source (4) to the current source (30) is detected.
  • the current values (Ir2a, It2a, Ir3a, It3a) detected by the filter-side current detectors (45a, 45b) are transmitted to the corresponding controllers (43).
  • the filter-side current detector 45a, 45b
  • a current transformer may be adopted.
  • the filter-side current detector (45a, 45b) may be configured to transmit the detection result to the controller (43) by a wired method or may be configured to transmit by a wireless method.
  • the voltage detector (46) is connected to the R phase and the S phase of the AC power supply (4) and is not connected to the T phase.
  • the voltage detector (46) detects only the line voltage (Vrs) of the AC power supply (4) and inputs it to the corresponding controller (43).
  • each controller (43) is configured using a microcomputer and a memory device that stores a program for operating the microcomputer. As shown in FIG. 1, each controller (43) includes a corresponding current source (30), a filter-side current detector (45a, 45b), a voltage detector (46), and a distribution board (60) described later. Connected to the load divider (7). Based on the detection result of each detector (45a, 45b, 46) and the signal from the load sharing device (7), the controller (43) calculates the compensation current that is the output current of the corresponding current source (30). Adjust and control.
  • one distribution board (60) is provided in the air conditioning system (100).
  • the distribution board (60) is located between the AC power supply (4), each air conditioner (11, 12) and the harmonic generation loader (3), and the distribution board side current detector (4a 4b) and a load sharing device (7).
  • the distribution board side current detector (4a, 4b) detects the current (Irs, Its) output from the AC power supply (4).
  • two distribution board side current detectors (4a, 4b) are provided in one distribution board (60).
  • the distribution panel side current detector (4a) detects the R-phase current value (Irs) output from the AC power supply (4)
  • the distribution panel side current detector (4b) is the AC power supply (4).
  • the T-phase current value (Its) output from is detected.
  • the current values (Irs, Its) detected by the distribution board side current detectors (4a, 4b) are input to the load divider (7).
  • the configuration of the distribution board side current detector (4a, 4b) is not particularly limited, but for example, a current transformer may be adopted.
  • the distribution board side current detector (4a, 4b) may be configured to transmit the detection result to the load sharing device (7) in a wired manner or may be configured to transmit in a wireless manner.
  • the load sharing device (7) is configured using a microcomputer and a memory device storing a program for operating the microcomputer. As shown in FIG. 1, the load sharing device (7) is connected to a distribution board side current detector (4a, 4b) and a controller (43) included in each active filter device (5, 6). .
  • the load divider (7) is a compensation that is the output current of each current source (30) based on the detection result of the distribution board side current detector (4a, 4b) and the signal from each controller (43) The current is adjusted and controlled together with the controller (43).
  • the air conditioning system (100) has a plurality of harmonic generation loaders that cause harmonic currents (specifically, the harmonic generation loader (3), two Power converter (1,2)). Therefore, although the total value of the harmonic currents generated on the air conditioning system (100) is higher than that in the case where there is one harmonic generation loader, each active filter device (5, For 6), it is desirable to reliably reduce the harmonic current.
  • each active filter device (5, 6) can generate without problems for the reduction of the harmonic current is different from each active filter device (5 , 6) Limited based on the maximum output capacity. If the amount of compensation current generated by the active filter device (5, 6) exceeds its maximum output capacity, the active filter device (5, 6) is transiently loaded, and the active filter device (5, 6) May cause failure.
  • the controller (43) and the load divider (7) calculate the amount of compensation current based on the maximum output capacity of each current source (30) during the first control and the second control. It functions as a calculation unit (90) for calculating.
  • the calculation unit (90) includes the harmonic generation loader (3) and the plurality of power converters (1, 1) in the load sharing unit (7) while the first control and the second control are performed. 2) Adjust the sharing of each current source (30) so that each current source (30) compensates for the total harmonic current generated by each.
  • the calculation unit (90) causes the load sharing unit (7) to satisfy each condition so that the compensation amount of each current source (30) is less than or equal to the maximum output capacity of the current source (30). Determine the share of the current source (30).
  • the calculation unit (90) determines the sharing ratio of each current source (30) determined by the load sharing unit (7) while the first control and the second control are performed in each controller (43). Accordingly, the amount of compensation current to be output by the corresponding current source (30) is determined, and control for causing the current source (30) to generate is also performed.
  • the controller (43) includes a phase detector (436), a first current calculator (435), a second current calculator (434), a load current calculator (433), as shown in FIG.
  • the current command calculation unit (432), the gate pulse generation unit (431), the maximum allowable current setting unit (437), and the subtraction unit (438) are included.
  • the load divider (7) includes a plurality of division units (71a, 71b) (two here) and a plurality of multiplication units (72a, 72b, 72c, 72d) (four here). , And one adder (73).
  • the line voltage (Vrs) of the AC power source (4) detected by the corresponding voltage detector (46) is input to the phase detector (436) of each controller (43).
  • the phase detector (436) detects the phase of the power supply voltage in the power receiving path (13) using the input line voltage (Vrs), and the detected phase is detected by the first current calculator (435) and the second current. It outputs to a calculation part (434).
  • the first current calculation unit (435) of the controller (43) in the active filter device (5) includes the phase of the power supply voltage detected by the phase detection unit (436) and the distribution of power by the load divider (7).
  • An operation result (Its1, Irs1) using the panel-side current detector (4a, 4b) is input.
  • the first current calculation unit (435) of the controller (43) in the active filter device (6) includes the phase of the power supply voltage detected by the phase detection unit (436) and the distribution of power by the load divider (7).
  • An operation result (Its2, Irs2) using the panel-side current detector (4a, 4b) is input.
  • Each first current calculation unit (435) is configured so that the corresponding active filter device (5, 6) compensates for harmonic current in the power receiving path (13) (reduction of harmonic current) based on the input signal. ) And compensation of the invalid component of the fundamental wave (improvement of the fundamental wave power factor), a value indicating the current value (hereinafter referred to as the first current command value (i1)) is obtained. Each first current calculation unit (435) outputs the obtained first current command value (i1) to the corresponding load current calculation unit (433).
  • the second current calculation unit (434) of the controller (43) in the active filter device (5) includes the power supply phase detected by the phase detection unit (436), and the filter-side current detector in the active filter device (5).
  • the detection result (Ir2a, It2a) of (45a, 45b) (that is, the current input to the active filter device (5)) is input.
  • the second current calculation unit (434) of the controller (43) in the active filter device (6) includes a power supply phase detected by the phase detection unit (436), and a filter-side current detector in the active filter device (6).
  • the detection result (Ir3a, It3a) of (45a, 45b) (that is, the current input to the active filter device (6)) is input.
  • Each second current calculation unit (434) is configured to compensate the current harmonic current (reduction of the harmonic current) and the fundamental wave of the corresponding active filter device (5, 6) based on the input signal. In order to compensate for the ineffective component (improvement of the power factor of the fundamental wave), a value indicating the current flowing into the active filter device (5, 6) (hereinafter, second current command value (i2)) is obtained. Each second current calculation unit (434) outputs the obtained second current command value (i2) to the corresponding load current calculation unit (433).
  • each controller (43) receives the second current of the corresponding second current calculation unit (434) from the first current command value (i1) of the corresponding first current calculation unit (435).
  • the command value (i2) is subtracted, and the subtraction result is output to the corresponding current command calculation unit (432).
  • the above equation (2) is obtained from the output current (Irs, Iss, Its) of each phase of the AC power supply (4) to the input current (Ir2a, Is2a, It2a, Ir3a) to each active filter device (5, 6).
  • Is3a, It3a) means that the sum of currents flowing through the harmonic generation loader (3) and the power converter (1, 2) is found.
  • the load current calculation unit (433) subtracts the second current command value (i2) from the first current command value (i1), thereby generating the harmonic generation loader (3) and the power conversion device.
  • the sum of the current flowing through (1,2) is obtained.
  • a distribution board side current detector (4a, 4b) and a filter side current detector (45a, 45b) it is possible to improve the fundamental wave power factor at the distribution and receiving ends and reduce the harmonic current. It can be seen that it is not necessary to detect the input current (Ir2L, Is2L, It2L, Ir3L, Is3L, It3L) to the individual power converters (1, 2).
  • the current command calculation unit (432) of each controller (43) calculates the current value of the opposite phase of the calculation result of the corresponding load current calculation unit (433), and corresponds that value as the current command value (Iref) Output to the gate pulse generator (431).
  • the gate pulse generator (431) of each controller (43) generates a switching command value (G) instructing switching in the inverter circuit constituting the corresponding current source (30). Specifically, the gate pulse generator (431) repeats the operation of generating the switching command value (G) based on the deviation between the current value output from the current source (30) and the current command value (Iref). Perform feedback control. As a result, a compensation current corresponding to the current command value (Iref) is supplied from each current source (30) to the power receiving path (13). That is, each active filter device (5, 6) generates a compensation current obtained by superimposing a current corresponding to the first current command value (i1) and a current corresponding to the second current command value (i2) on the power receiving path (13). To be supplied.
  • the maximum allowable current setting section (437) of each controller (43) is the maximum current value (maximum) that the current source (30) of the corresponding active filter device (5, 6) can generate and flow without any problem. Output capacity).
  • the above maximum value can be appropriately determined for each active filter device (5, 6) at the time of manufacturing the active filter device (5, 6), for example.
  • the above maximum value depends on the capacity of the switching elements that make up the current source (30) and the rated current of the parts that make up each active filter device (5,6) such as the filter-side current detector (45a, 45b). It is determined.
  • each controller (43) determines the filter side current detector (5, 6) in the corresponding active filter device (5, 6) from the maximum current value set in the maximum allowable current setting unit (437). 45a) is subtracted from the detection result (Ir2a, Ir3a) (that is, the current that is currently flowing through the active filter device (5, 6)). This is because each subtractor (438) subtracts the active filter device (5, 6) by subtracting the current (corresponding to the first compensation amount) of the current active filter device (5, 6) from the maximum output capacity. 6) This means that current values (Irs1 *, Irs2 *) indicating the respective surplus capacity are being calculated.
  • each subtracting unit (438) sets its first compensation amount to compensate for the harmonic current generated in some of the devices (1 to 3) that generate a plurality of harmonics.
  • the surplus that is the difference between the maximum output capacity and the first compensation amount is the current value (Irs1 *, Irs2 *) It is calculated as
  • the output current (Irs, Its) of the AC power source (4) according to the above equation (1) is detected by the distribution board side current detector (4a, 4b), and the load divider (7 ).
  • the load sharing device (7) has a current value indicating the surplus capacity of each active filter device (5, 6), which is the calculation result of the subtraction unit (438) of each controller (43) ( Irs1 *, Irs2 *) is also entered.
  • the load divider (7) is a compensation current (Irs1, Its1), which is a compensation amount borne by the active filter device (5), and a compensation amount borne by the active filter device (6).
  • Compensation current (Irs2, Its2) is calculated.
  • the compensation amount borne by the active filter device (5, 6) having a large surplus capacity is as large as possible with respect to the current (Irs, Its) flowing through the AC power supply (4) as shown below.
  • a compensation amount (sharing compensation) shared by each active filter device (5, 6) is determined.
  • the adding unit (73) adds the current value (Irs1 *) indicating the surplus capacity of the active filter device (5) and the current value (Irs2 *) indicating the surplus capacity of the active filter device (6).
  • the addition result of the addition unit (73) is input to the two division units (71a, 71b).
  • a current value (Irs1 *) indicating the surplus capacity of the active filter device (5) is input to the division unit (71a), and a current value indicating the surplus capacity of the active filter device (6) is input to the division unit (71b).
  • (Irs2 *) is entered.
  • the division unit (71a) divides the current value (Irs1 *) by the addition result of the addition unit (73), and the division unit (71b) calculates the current value (Irs2 *) of the addition unit (73). Divide by the addition result. That is, each division unit (71a, 71b) has each active filter device (5, 6) for the total value of the surplus capacity at the present time of all active filter devices (5, 6) installed in the air conditioning system (100). 6) Find the ratio of surplus capacity at present.
  • the multiplication unit (72a) receives the division result of the division unit (71a) and the detection result (Its) of the distribution board side current detector (4b).
  • the multiplication unit (72b) receives the division unit (71a). And the detection result (Irs) of the distribution board side current detector (4a) are input.
  • the multiplication unit (72c) receives the division result of the division unit (71b) and the detection result (Its) of the distribution board side current detector (4b).
  • the multiplication unit (72d) receives the division unit (71b). And the detection result (Irs) of the distribution board side current detector (4a) are input.
  • Each multiplier (72a to 72d) multiplies the input signal and outputs the result to the controller (43) of each active filter device (5, 6). Specifically, the multiplication result (Irs1, Its1) of the multiplication unit (72b, 72a) is output to the controller (43) of the active filter device (5), and the multiplication result (Irs2, It2) of the multiplication unit (72d, 72c) Its2) is output to the controller (43) of the active filter device (6).
  • each multiplication unit (72a to 72d) has each active filter device (5, 6) with respect to the total value of the surplus capacity at the present time of all the active filter devices (5, 6) installed in the air conditioning system (100).
  • the compensation current (compensation amount borne by each active filter device (5,6)) ( Irs1, Its1, Irs2, Its2) is calculated.
  • each controller (43) Based on the compensation current (Irs1, Its1, Irs2, Its2), each controller (43) performs current generation control of the corresponding current source (30).
  • FIG. Fig.5 (a) has shown the operation state of each power converter device (1,2) which is a harmonic generation loader as the electric power on the vertical axis
  • the power converter (1) hardly operates
  • the power converter (2) consumes more power than the power converter (1), and its power consumption is its maximum power. It shows that it is operating in a state close to.
  • Fig.5 (a) the case where the maximum electric power of both power converter devices (1, 2) is comparable is illustrated.
  • FIG. 5B shows an active filter device (5, 6) (denoted as “AF” in FIG. 5) for compensating the power conversion device (1, 2) in each air conditioner (11, 12). Indicates the compensation current.
  • the operation state of the power converter (1, 2) is the same as that in FIG. 5A, and the amount of compensation current generated by each active filter device (5, 6) is as follows.
  • the magnitude correlates with the operating state of the power converter (1, 2) (FIG. 5 (a)).
  • the compensation current amount (first compensation amount) of the active filter device (5) is It is smaller than the compensation current amount (first compensation amount) of the active filter device (6).
  • the maximum output capacity of each active filter device (5, 6) is indicated by the maximum compensation current that is the maximum value of the current that can be generated without any problem by each current source (30).
  • the maximum output capacity of each active filter device (5, 6) is equal.
  • the compensation current of each active filter device (5, 6) is smaller than the maximum compensation current, and the difference between the maximum compensation current and the compensation current of each active filter device (5, 6) is the difference between each active filter device (5, 6). ) Represents the surplus (surplus capacity).
  • the compensation amount of the harmonic load generator (3) is set for each active filter device (5,6). 5 are shown in FIGS. 5C and 5D.
  • FIG.5 (c) shows the case where both active filter apparatus (5,6) bears equally the compensation amount (total value of the broken-line part of FIG.5 (c)) of a harmonic generation loader (3). .
  • the burden is evenly distributed, as shown in FIG.
  • the total value of the compensation amount of the generating loader (3) is less than the maximum allowable compensation current of itself, but the compensation amount (first compensation amount) for the power converter (2) is large.
  • the total compensation amount of the power conversion device (2) and the harmonic generation loader (3) exceeds the maximum allowable compensation current.
  • each active filter device (5, 6) more specifically, each active filter device (5, 6), as indicated by the broken line in FIG.
  • the surplus of each active filter device (5, 6) which is the difference between the first compensation amount compensating the corresponding power converter (1, 2) and the maximum compensation current of the active filter device (5, 6) itself
  • the compensation amount of the harmonic generation loader (3) is shared between the active filter device (5) and the active filter device (6).
  • the active filter device (5, 6) having a larger surplus is assigned to the harmonic generation loader (3) according to the surplus of each active filter device (5, 6).
  • the compensation current of each active filter device (5, 6) is calculated so that the second compensation amount to be compensated for is increased.
  • the compensation current amount of each active filter device (5, 6) in which the second compensation amount is superimposed on the first compensation amount may be less than the maximum compensation current. it can. Furthermore, the difference between the compensation current amounts of the active filter devices (5, 6) in which the second compensation amount is superimposed on the first compensation amount is reduced, and the compensation amount is averaged as much as possible. It becomes.
  • the compensation current adjustment control operation according to FIG. 5D is control performed in the first control and the second control.
  • the power factor is grasped every predetermined time (pt). Therefore, the compensation current adjustment control operation is also updated and updated every predetermined time (pt).
  • the first embodiment has the following effects in addition to the effects described in the overview.
  • the total sum of harmonic currents generated by the power converters (1, 2) and the harmonic generator (3) is shared by a plurality of current sources (30) and compensated. Is determined so as not to exceed the maximum output capacity of each current source (30) itself.
  • a plurality of harmonic generators specifically, power converters (1, 2) and harmonic generators (3)
  • the harmonic current can be reduced and the fundamental wave current can be reduced in a state where each current source (30) is effectively used without applying an excessive load to the section.
  • the compensation current of each current source (30) is the difference between the first compensation amount already compensated by each current source (30) and the maximum output capacity of the current source (30) itself. Is determined according to the surplus. As a result, the compensation current is determined so as to ensure that the maximum output capacity is not exceeded.
  • the calculation unit (90) increases the second compensation amount to share and compensate the harmonic current generated in the harmonic generator (3) as the surplus is larger. Calculate the compensation current of the current source (30). Thereby, the compensation amount of each current source (30) is averaged as much as possible. Therefore, it is possible to suppress an excessive load from being applied to any current source (30).
  • the maximum output capacity is the maximum compensation current value indicating the maximum value of the current that can be generated by the current source (30), and corresponds to the first compensation amount from the maximum compensation current value.
  • the surplus is calculated by subtracting the current value for the first compensation.
  • At least one of the plurality of devices (1 to 3) that are the generation sources of the harmonic current is a power converter that receives power supply from the power source. Furthermore, in the first embodiment, the active filter device (5, 6) is incorporated in the air conditioner (11, 12).
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of an air conditioning system (100) according to the second embodiment.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that the voltage detector (46) is connected to each phase of the AC power supply (4) and that the maximum output power is replaced with the maximum compensation current. However, the rest is the same as in the first embodiment. Below, only a different part from Embodiment 1 is demonstrated.
  • each voltage detector (46) is connected to the R phase, the S phase, and the T phase.
  • Each voltage detector (46) detects the line voltage (Vrs, Vst, Vtr) of the corresponding AC power supply (4) and inputs it to the controller (43).
  • the controller (43) calculates the power compensated by the corresponding active filter device (5, 6), and the calculation result is set by the maximum allowable power setting unit (440). By subtracting from the compensation power (maximum compensation power value) that can be allowed by the active filter device (5, 6), surplus compensation power is calculated and output to the load divider (7).
  • the controller (43) includes a phase detection unit (436), a first current calculation unit (435), a second current calculation unit (434), and a load current calculation unit (433. ), A current command calculation unit (432), a gate pulse generation unit (431), a power calculation unit (439), a maximum allowable power setting unit (440), and a subtraction unit (441).
  • the phase detector (436), the first current calculator (435), the second current calculator (434), the load current calculator (433), and the current command calculator that are denoted by the same reference numerals in the first embodiment. (432), similar to the gate pulse generator (431).
  • the power calculation unit (439) of the active filter device (5) includes a line voltage (Vrs, Vst, Vtr) detected by the voltage detector (46) in the active filter device (5) and a filter-side current detector (45a). 45b) is input as a detection result (Ir2a, It2a).
  • the power calculation unit (439) of the active filter device (6) includes a line voltage (Vrs, Vst, Vtr) detected by the voltage detector (46) in the active filter device (6) and a filter-side current detector (45a). 45b) is input as a detection result (Ir3a, It3a).
  • Each power calculation unit (439) applies these input signals to the following equations (3) and (4) to calculate the voltages V ⁇ , V ⁇ and i ⁇ , i ⁇ of the two rotation axes ( ⁇ axis).
  • the voltage used in the following equation (3) is a phase voltage (Vr, Vs, Vt), and can be easily converted from the detected line voltage (Vrs, Vst, Vtr) using electric circuit theory.
  • the following formula (4) illustrates the formula used by the power calculation unit (439) of the active filter device (5), it is used by the power calculation unit (439) of the active filter device (6). Is replaced by “Ir3a, It3a” in the equation (4).
  • the power calculation unit (439) applies the voltages V ⁇ , V ⁇ and currents i ⁇ , i ⁇ of the two rotation axes ( ⁇ axes) obtained by the above equations (3) and (4) to the following equation (5).
  • the effective power P ⁇ is calculated.
  • Each maximum allowable power setting section (440) outputs the compensation power allowable for the corresponding active filter device (5, 6), that is, the current source (30) of the corresponding active filter device (5, 6) without any problem.
  • the maximum power (maximum compensation power value) that can be used is set.
  • the said maximum compensation electric power value can be suitably determined for every active filter apparatus (5, 6) like the said Embodiment 1, for example at the time of manufacture of an active filter apparatus (5, 6).
  • the maximum compensation power value can be determined in accordance with the rated power of the components constituting each active filter device (5, 6), such as the rated capacity of the switching element constituting the current source (30).
  • Each subtraction unit (441) subtracts the power P ⁇ calculated by the power calculation unit (439) from the maximum compensated power value set by the maximum allowable power setting unit (440).
  • the active power P ⁇ calculated by each power calculation unit (439) means the power for compensation of the current active filter device (5, 6) (corresponding to the first compensation amount). Therefore, by subtracting the active power P ⁇ (that is, the first compensation amount) calculated by the power calculation unit (439) from the maximum compensation power value, the subtraction unit (441) of each active filter device (5, 6) The power values (P1 *, P2 *) indicating the current surplus capacity of the active filter devices (5, 6) can be calculated.
  • each subtraction unit (441) has a first compensation amount for compensating harmonic currents generated in some of the plurality of devices (1 to 3) that are the sources of harmonic currents,
  • the surplus (surplus capacity) which is the difference between the maximum output capacity and the first compensation amount, is calculated as the power value. Calculated as (P1 *, P2 *).
  • the power values (P1 *, P2 *) indicating the surplus capacity of each active filter device (5, 6) calculated by each subtraction unit (441) are supplied to one load divider (7). Entered.
  • the configuration of the load sharing device (7) according to the second embodiment is such that part of the input signals (P1 *, P2 *) is the load sharing device (7) according to the first embodiment.
  • each active filter device (5, 6) is replaced with a current value (Irs1 *, Irs2 *) indicating the surplus capacity.
  • the power values (P1 *, P2 *) indicating the current surplus capacity of the filter device (5, 6) are input to the adding unit (73) and the dividing unit (71a, 71b).
  • Each division unit (71a, 71b) of the load sharing device (7) is based on the power values (P1 *, P2 *), and the active filter device (5, 6) installed in the air conditioning system (100). The ratio of the current surplus capacity of each active filter device (5, 6) to the total value of all surplus capacity at the present time is obtained.
  • Each multiplication unit (72a to 72d) of the load sharing device (7) detects the detection result (Irs, Its) of the distribution panel side current detector (4a, 4b) in the ratio of the obtained surplus capacity. ) To calculate the compensation current (Irs1, Its1, Irs2, Its2) borne by each active filter device (5,6).
  • the current (Ir2a, Is2a, It2a, Ir3a, Is3a, It3a) flowing through each active filter device (5, 6) varies depending on the state of the power supply voltage of the AC power supply (4). For example, when the power supply voltage increases, the current (Ir2a, Is2a, It2a, Ir3a, Is3a, It3a) decreases. Therefore, by calculating the surplus capacity of the active filter device (5, 6) with electric power, taking into account the phenomenon that the current (Ir2a, Is2a, It2a, Ir3a, Is3a, It3a) varies depending on the power supply voltage, Adjustment control of the compensation current becomes possible.
  • each active filter device Compared with the first embodiment in which the compensation share of the load of each active filter device (5, 6) is changed according to the surplus current value, each active filter device according to the surplus power value as in the second embodiment.
  • the method of changing the compensation share ratio of the load (5, 6) makes it easier to design the active filter device (5, 6).
  • FIG. 9 (a) is similar to FIG. 5 (a), although the power converter (1) hardly operates, but the power converter (2) consumes more power than the power converter (1). It shows that the device is operating with its power consumption approaching its own maximum power.
  • Fig.9 (a) the case where the maximum electric power of both power converter devices (1, 2) is comparable is illustrated.
  • FIG. 9B shows an active filter device (5, 6) (denoted as “AF” in FIG. 9) for compensating the power converter (1, 2) in each air conditioner (11, 12). Indicates compensation power.
  • the operation state of the power conversion device (1, 2) is the same as that in FIG. 9A, and the compensation power value (first compensation amount) of each active filter device (5, 6) is The magnitude is correlated with the operating state of each power converter (1, 2).
  • the compensation power value (first compensation amount) of the active filter device (5) is smaller than the compensation power value (first compensation amount) of the active filter device (6). Yes.
  • the maximum output capacity of each active filter device (5, 6) is indicated by a maximum compensation power value that is the maximum value of power that each current source (30) can output.
  • the maximum compensation power values of the active filter devices (5, 6) are equal.
  • the compensation power value (first compensation amount) of each active filter device (5, 6) is smaller than the maximum compensation power value, and the maximum compensation power value and the compensation power value (first value) of each active filter device (5, 6).
  • the difference from the compensation amount represents the surplus (surplus capacity) of each active filter device (5, 6).
  • the compensation amount of the harmonic load generator (3) is set for each active filter device (5,6).
  • 9 (c) and 9 (d) are shown in FIG. FIG.9 (c) shows the case where both active filter apparatus (5,6) bears equally the compensation amount (total value of the broken-line part of FIG.9 (c)) of a harmonic load generator (3).
  • the burden is evenly distributed, as shown in FIG. 9C, in the active filter device (5) having a small compensation amount (first compensation amount) for the power conversion device (1), the power conversion device (1) and the harmonics are provided.
  • Active filter device (6) in which the total value of the compensation amount of the generating loader (3) is less than the maximum allowable compensation power value of itself, but the compensation amount (first compensation amount) for the power converter (2) is large In this case, the total value of the compensation amounts of the power converter (2) and the harmonic generation loader (3) exceeds the maximum allowable compensation power value.
  • each active filter device (5, 6) more specifically, each active filter device (5, 6), as indicated by the broken line in FIG. ) Is the difference between the first compensation amount for compensating the corresponding power conversion device (1, 2) and the maximum compensation power value of the active filter device (5, 6) itself.
  • the compensation amount of the harmonic generation loader (3) is shared between the active filter device (5) and the active filter device (6).
  • the active filter device (5, 6) having a larger surplus shares the harmonic generation loader (3) and compensates for the second compensation.
  • the compensation current accompanying the compensation electricity amount of each active filter device (5, 6) is calculated so that the amount increases.
  • the compensation power value correlated with the compensation current of each active filter device (5, 6) in which the second compensation amount is superimposed on the first compensation amount is the maximum compensation power. Can be less than or equal to the value. Further, the difference between the compensation power values correlated with the compensation current of each active filter device (5, 6) between the active filter devices (5, 6) is reduced, and the compensation amount is averaged as much as possible.
  • the operation of the compensation current adjustment control according to FIG. 9D is control performed in the first control and the second control as described above. As described in ⁇ Overview of Overall >>, in the first control and the second control, the power factor is grasped every predetermined time (pt). Therefore, the compensation current adjustment control operation is also updated and updated every predetermined time (pt).
  • the second embodiment has substantially the same effects as the effects described in the overview and the first embodiment described above.
  • the surplus is calculated using the maximum compensation power value that can be output by the current source (30) as the maximum output capacity. Power is equal to the product of current and voltage. Therefore, by calculating the surplus by power, it is possible to flexibly calculate the amount of compensation current according to various combination patterns of current and voltage without being aware of individual values of current and voltage.
  • the design of the active filter device (5, 6) becomes relatively easy.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of an air conditioning system (100) according to the third embodiment.
  • the load distributor (7) is not provided in the distribution board (60) as in the first embodiment, and the air conditioner (11) of the air conditioner (11) is not provided as shown in FIG.
  • the function of the load sharing device (7) is incorporated in the controller (47) of the active filter device (5).
  • Other configurations and controls are the same as those in the first embodiment.
  • the distribution board (60) of the third embodiment is provided with only the distribution board side current detectors (4a, 4b).
  • the active filter device (5) of the air conditioner (11) has a control with a combination of the load sharing device (7) and the controller (43) according to the first embodiment.
  • a vessel (47) is provided.
  • the controller (47) is configured using a microcomputer and a memory device that stores a program for operating the microcomputer, as in the controller (43). Accordingly, it is not necessary to prepare a microcomputer and a memory device separately for the load sharing device (7) of the first embodiment, but the cost can be reduced by that amount.
  • the controller (43) in the active filter device (6) of the air conditioner (12) is the same as the controller (43) according to the first embodiment.
  • the controller (47) of the active filter device (5) functions as a master device
  • the controller (43) of the active filter device (6) functions as a slave device.
  • the combination of the controller (43) and the controller (47) both corresponds to the calculation unit (90).
  • the controller (47) determines, for each active filter device (5, 6), from the surplus (surplus capacity) that is the difference between the maximum output capacity and the first compensation amount.
  • a burden ratio borne by the active filter device (5, 6) is obtained, and a compensation current (Irs1, Its1, Irs2, Its2) is calculated according to the ratio.
  • the controller (47) generates the switching command value (G) using the compensation current (Irs1, Its1), and outputs the corresponding current source (30) (that is, the current source (30 of the active filter device (5)). )).
  • the controller (47) outputs the compensation current (Irs2, Its2) to the controller (43) of the active filter device (6).
  • the controller (43) generates a switching command value (G) using the compensation current (Irs2, Its2), and a corresponding current source (30) (that is, a current source (30) of the active filter device (6)). Output to.
  • the third embodiment has the same effect as the first embodiment.
  • a plurality of harmonic current generation sources are connected in one power system.
  • a plurality of harmonic current generation sources are connected.
  • the active filter device (5, 6) shares the measures to reduce the harmonic current.
  • the sharing method is different from those in the first to third embodiments.
  • the plurality of active filter devices (5, 6) (specifically, the current source (30)) operate simultaneously. In .about.6, a time difference is generated at the timing when each active filter device (5, 6) starts operation.
  • FIG. 12 shows the configuration of an air conditioning system (100) corresponding to the power quality management system according to the fourth embodiment.
  • the air conditioning system (100) includes a harmonic generation loader (3), a plurality of air conditioning apparatuses (11, 12) including connected devices (41, 42) (here, two are illustrated), power factor detection And a container (70).
  • the air conditioning system (100) performs indoor air conditioning (cooling and heating) in an installed building or the like.
  • the harmonic generation loader (3) is an elevator provided in a building or the like, an air conditioner other than the air conditioners (11, 12), etc., as in the first to third embodiments.
  • Each air conditioner (11, 12) includes a refrigerant circuit (not shown) having a compressor, and a harmonic current generation source (harmonic generation loader) different from the harmonic generation loader (3).
  • the power converter (1, 2) is connected to the AC power source (4).
  • Each of the power converters (1, 2) includes a converter circuit and an inverter circuit (not shown).
  • each power conversion device (1, 2) converts the AC power into AC power having a desired frequency and desired voltage, and converts the converted power to a compressor (from Specifically, it is supplied to an electric motor provided in the compressor. Thereby, the compressor operates and the refrigerant circuit functions, and as a result, indoor air conditioning is performed.
  • each air conditioner (11, 12) when the power converter (1, 2) or the compressor motor operates, the harmonic current May occur.
  • This harmonic current may flow out to the AC power source (4) via a current path that supplies power from the AC power source (4) to each air conditioner (11, 12).
  • Such harmonic currents are generally regulated in terms of the outflow level to the AC power source (4) side.
  • the air conditioning system (100) attempts to reduce the flowing out harmonic current by the active filter devices (5, 6). Further, from the viewpoint of equipment capacity and energy saving, improvement of the fundamental wave power factor is required, and the active filter device (5, 6) of the fourth embodiment also has a fundamental wave power factor improvement function.
  • Each active filter device (5, 6) is incorporated in each corresponding air conditioner (11, 12).
  • Each of the active filter devices (5, 6) is connected in parallel with the power converter (1, 2), which is a harmonic generation loader, to the AC power source (4). ) To cancel out the harmonic current that flows out from the AC power supply (4) and appears in the power receiving path (13). That is, each active filter device (5, 6) flows a compensation current so that the current in the power receiving path (13) of the AC power supply (4) approaches a sine wave. More specifically, each active filter device (5, 6) generates a compensation current having a phase opposite to that of the harmonic current appearing in the power reception path (13) and supplies it to the power reception path (13).
  • Each active filter device (5, 6) also has a power factor improving function for improving the fundamental wave power factor by passing the compensation current described above.
  • the fundamental wave power factor is improved by configuring each active filter device (5, 6) to flow a compensation current that also compensates for the ineffective component of the fundamental wave.
  • each of the active filter devices (5, 6) includes a current source (30), a filter-side current detector (45a, 45b), a voltage, as shown in FIG. It has a detector (46) and a controller (52, 62).
  • each active filter device (5, 6) has a maximum output capacity set assuming a harmonic current at the maximum load of the corresponding air conditioner (11, 12). Yes.
  • the air conditioner (11, 12) is often used at a load (for example, an intermediate load) smaller than that used at the maximum load, the active filter device (5, 6) In most periods of operation, capacity is likely to be surplus.
  • the current source (30) generates a compensation current for reducing the harmonic current and improving the fundamental wave power factor.
  • the output terminal of the current source (30) is connected to the corresponding power converter (1, 2), and the generated compensation current is output to the power receiving path (13).
  • the current source (30) is configured using a so-called inverter circuit (active filter inverter unit).
  • the current source (30) generates a compensation current by switching according to the switching command value (G) input from the corresponding controller (52, 62).
  • the filter-side current detector (45a, 45b) detects a current value (Ir2a, It2a, Ir3a, It3a) input to the current source (30) of the corresponding active filter device (5, 6).
  • a current value Ir2a, It2a, Ir3a, It3a
  • two filter-side current detectors are provided in one active filter device (5, 6).
  • the filter-side current detector (45a) detects the R-phase current value (Ir2a, Ir3a) input from the AC power supply (4) to the current source (30), and the filter-side current detector (45b) A T-phase current value (It2a, It3a) input from the power source (4) to the current source (30) is detected.
  • the current values (Ir2a, It2a, Ir3a, It3a) detected by the filter-side current detectors (45a, 45b) are transmitted to the corresponding controllers (52, 62).
  • the filter-side current detector (45a, 45b) may be constituted by a current transformer, for example.
  • the filter-side current detector (45a, 45b) may be configured to transmit the detection result to each controller (52, 62) by a wired method or a wireless method.
  • the voltage detector (46) is connected to the R phase and the S phase of the AC power supply (4) and detects the line voltage (Vrs) of the AC power supply (4). The detection result is input to the corresponding controller (52, 62).
  • the controller (52, 62) is configured using a microcomputer and a memory device that stores a program for operating the microcomputer. As shown in FIG. 12, each controller (52, 62) is connected to a corresponding current source (30), filter-side current detector (45a, 45b), and voltage detector (46).
  • controller (52) is connected to the power factor calculator (7d) and the power source side current detector (7a) in the power factor detector (70), but the controller (62) It is not connected to the detector (70).
  • controller (52) and the controller (62) are connected to each other.
  • the controller (52) responds based on the detection results of the corresponding detectors (45a, 45b, 46, 7a) and the calculation result (power source power factor ⁇ ) in the power factor detector (70).
  • the compensation current which is the output current of the current source (30), is adjusted and controlled to change the input power factor of the air conditioner (11).
  • the controller (62) is a compensation current that is an output current of the corresponding current source (30). Is adjusted to change the input power factor of the air conditioner (12).
  • each controller 52, 62
  • the detailed configuration and operation of each controller will be described in ⁇ Power quality improvement control operation realized by the controller>.
  • the power factor detector (70) is located between the AC power source (4) and each air conditioner (11, 12) and harmonic generation load device (3). For example, the rate is detected every predetermined time ("pt" in FIG. 1).
  • the power factor detector (70) includes a power source side current detector (7a, 7b), a voltage detector (7c), and a power factor calculator (7d).
  • the power source side current detector (7a, 7b) detects the current (Irs, Its) output from the AC power source (4).
  • the power source side current detector (7a) detects the R-phase current value (Irs) output from the AC power source (4), and the power source side current detector (7b) is output from the AC power source (4).
  • T-phase current value (Its) is detected.
  • the current value (Irs) detected by the power supply side current detector (7a) is input to the power factor calculator (7d) and the controller (52), and the current value detected by the power supply side current detector (7b). (Its) is input to the power factor calculator (7b).
  • the power source side current detectors (7a, 7b) can be constituted by a current transformer, for example. Further, the power source side current detectors (7a, 7b) may be configured to transmit detection results by a wired method or a wireless method.
  • the voltage detector (7c) is connected to each phase of the AC power supply (4) and detects the line voltage (Vrs, Vst, Vtr) of the AC power supply (4).
  • the detection result of the voltage detector (7c) is input to the power factor calculator (7d).
  • the power factor calculator (7d) applies the input line voltage (Vrs, Vst, Vtr) and current value (Irs, Its) to the following formula (6) and the following formula (7).
  • the voltages V ⁇ , V ⁇ and currents i ⁇ , i ⁇ ( ⁇ axis) are obtained by calculation.
  • the voltage used in the following equation (6) is a phase voltage (Vr, Vs, Vt), and can be easily converted from the detected line voltage (Vrs, Vst, Vtr) using electric circuit theory.
  • the power factor calculator (7d) applies the voltages V ⁇ , V ⁇ and currents i ⁇ , i ⁇ of the two rotation axes ( ⁇ axes) obtained by the above equations (6) and (7) to the following equation (8).
  • the effective power P ⁇ is calculated.
  • the power factor calculator (7d) applies the voltages V ⁇ and V ⁇ and the currents i ⁇ and i ⁇ of the two rotation axes ( ⁇ axes) obtained by the above equations (6) and (7) to the following equation (9).
  • the reactive power P ⁇ is calculated.
  • the power factor calculator (7d) calculates the power source power factor ⁇ of the AC power source (4) by applying each of the obtained active power P ⁇ and reactive power P ⁇ to the following equation (10). That is, the power source power factor ⁇ obtained by the power factor calculator (7d) means the actual power source power factor ⁇ at the present time.
  • the power source power factor ⁇ which is the calculation result, is input to the controller (52) of the air conditioner (11).
  • the controllers (52, 62) in the air conditioners (11, 12) according to the fourth embodiment are adapted to adjust the output current of the current source (30) in the first control and the second control.
  • Power supply quality improvement control is performed to control the power supply power factor by adjusting the input power factor of the devices (11, 12).
  • the power supply quality improvement control is based on the power supply power factor, and the first air conditioner (11) that is a part of the plurality of air conditioners (11, 12) so that the power supply power factor is increased and decreased. Of changing the input power factor of the remaining second air conditioner (12) excluding the first air conditioner (11) from the plurality of air conditioners (11, 12) after changing the input power factor It is.
  • the controller (52) first adjusts the input power factor for the air conditioner (11) including itself, and then the controller (62) The input power factor for the air conditioner (12) including
  • the detailed configuration of the controller (52, 62) is not the same but different.
  • the target air conditioner (11) whose input power factor is changed first is referred to as “first air conditioner”, and the target air conditioner (12) whose input power factor is changed later is referred to as “first air conditioner”. “Two air conditioners”.
  • the controller (52) realizes the program stored in the memory device by the microcomputer, so that the phase detection unit (526), the first current calculation unit (525), and the second current calculation are performed.
  • the line voltage (Vrs) of the AC power supply (4) detected by the voltage detector (46) is input to the phase detector (526).
  • the phase detector (526) detects the phase of the power supply voltage in the power receiving path (13) using the line voltage (Vrs), and outputs the detected phase to each current calculator (524, 525).
  • the first current calculation unit (525) includes the phase of the power supply voltage detected by the phase detection unit (526) and the AC power supply (7a) detected by the power supply side current detector (7a) in the power factor detector (70).
  • the output current (Irs) of 4) and the power source power factor ⁇ calculated by the power factor calculator (7d) in the power factor detector (70) are input. Based on these input parameters, the first current calculation unit (525) performs both harmonic current compensation (reduction of harmonic current) and fundamental wave ineffective component compensation (improvement of power factor of fundamental wave).
  • the current required for performing the operation (referred to as the first current command value (i1)) is obtained, and the first current command value (i1) is output to the load current calculation unit (523).
  • Coupled ⁇ 1 in the numerator on the right side of the above formula (11) means the fundamental wave power factor.
  • the target value of the power source power factor ⁇ is a value “1.0” within the range “0.9950 to 1.0049”. Since the denominator on the right side of the above equation (11) is equivalent to the effective current value of the output current (Irs) of the AC power supply (4), it can be calculated using the output current (Irs) of the AC power supply (4). it can.
  • the first current command value (i1) is expressed by the following equation (12) by modifying the above equation (11).
  • the portion excluding the power source power factor ⁇ in the right side of the above equation (13) is equivalent to the effective current value in the output current (Irs) of the AC power source (4) as already described. Therefore, the first current command value (i1) can be expressed by the product of the power source power factor ⁇ and the current effective value of the output current (Irs) as shown in the above equation (13).
  • the first current calculation unit (525) obtains the first current command value (i1) from the detection result (Irs) of the power source side current detector (7a), the power source power factor ⁇ , and the phase of the power source voltage. Can do.
  • the second current calculator (524) detects the phase of the power supply voltage detected by the phase detector (526) and the filter-side current detector (45a, 45b) in the first air conditioner (11).
  • the input current (Ir2a, It2a) to the current source (30) is input.
  • the second current calculation unit (524) performs both the compensation of the current harmonic current (reduction of the harmonic current) and the compensation of the fundamental wave ineffective component (improvement of the power factor of the fundamental wave).
  • the current (referred to as the second current command value (i2)) that flows into the active filter device (5) performing the calculation is obtained, and the second current command value (i2) is output to the load current calculation unit (523).
  • the second current calculation unit (524) extracts the harmonic current component and the ineffective component of the fundamental wave from the detection result (Ir2a, It2a) of the filter-side current detector (45a, 45b) to obtain the second current. Output as command value (i2).
  • the load current calculator (523) is the sum of the currents input to the harmonic generation loader (3) and the power converter (1, 2) that are the sources of harmonic current in the air conditioning system (100). Is obtained by subtracting the second current command value (i2) from the first current command value (i1). The obtained calculation result is output to the current command calculation unit (522).
  • the current command calculation unit (522) calculates a current value in the reverse phase of the calculation result of the load current calculation unit (523) and outputs the value to the gate pulse generator (521) as a current command value (Iref). .
  • the gate pulse generator (521) generates a switching command value (G) for instructing switching in the inverter circuit constituting the current source (30).
  • the said switching command value (G) is a signal for outputting to the electric current source (30) in a 1st air conditioning apparatus (11).
  • the gate pulse generator (521) generates a switching command value (based on the deviation between the current value output from the current source (30) in the first air conditioner (11) and the current command value (Iref)). G) is repeatedly performed, so-called feedback control is performed. Thereby, a current (compensation current) corresponding to the current command value (Iref) is supplied to the power receiving path (13) from the current source (30) in the first air conditioner (11). That is, the gate pulse generator (521) causes a compensation current obtained by superimposing a current corresponding to the first current command value (i1) and a current corresponding to the second current command value (i2) to the power receiving path (13). Supplied.
  • the target setter (527) sets a target value of the power factor ⁇ of the entire air conditioning system (100), that is, the AC power source (4).
  • the target value is set to a value within the range of “0.9950 to 1.0049”, more preferably “1.0”.
  • the target value is set to “1.0” will be described.
  • the subtracter (528) receives the target value set by the target setter (527) and the power source power factor ⁇ detected by the power factor detector (70). When the subtracter (528) calculates the deviation of these input parameters, it outputs the calculated deviation to the time delay unit (529).
  • the deviation is output as a power factor command value ⁇ _AF2 of the active filter device (6) to the controller (62) of the active filter device (6) in the second air conditioner (12).
  • the power source power factor ⁇ does not need to operate quickly in units of, for example, several seconds, and the current flowing through the active filter device (6) is maximum until the capacity of the active filter device (5) reaches the allowable capacity. A certain amount of time (for example, several minutes) is required to control the power source power factor ⁇ until the current value that can be limited is reached.
  • the time delay unit (529) sets a delay time (for example, several tens of minutes) in view of the required time.
  • the time delay unit (529) calculates the power factor command value (ie, the second air conditioner (12)) at the timing when a predetermined delay time has elapsed from a predetermined timing (for example, the timing at which the deviation is calculated).
  • the target value of the power factor of the second air conditioner (12) is output to the active filter device (6) as ⁇ _AF2. That is, the time delay unit (529) is configured so that the second air conditioner (12) starts operating after the active filter device (5) of the first air conditioner (11) starts operating. The timing at which the active filter device (6) starts operation is delayed.
  • the controller (62) realizes the program stored in the memory device by the microcomputer, so that the phase detector (626), the first current calculator (625), the second current calculator, as shown in FIG. Section (624), load current calculation section (623), current command calculation section (622), and gate pulse generator (621).
  • phase detector (626) is the same as that of the phase detector (526) described above.
  • the power factor command value ⁇ _AF2 is input to the first current calculation unit (625).
  • the first current calculation unit (625) obtains the first current command value (i1) of the active filter device (6) according to the power factor command value ⁇ _AF2.
  • the first current calculation unit (625) uses the power factor command value ⁇ _AF2 and the first factor of the power factor command value ⁇ _AF2 and the first current command value (i1) of the active filter device (6) as the vertical axis.
  • the relationship with one current command value (i1) is stored in advance as table data, and the first power command value (i1) is uniquely determined by applying the input power factor command value ⁇ _AF2 to the table data. You may ask.
  • the second current calculation unit (624) detects the phase of the power supply voltage detected by the phase detection unit (626) and the filter-side current detector (45a, 45b) in the second air conditioner (12). The input current (Ir3a, It3a) to the current source (30) is input. Based on these parameters, the second current calculation unit (624) obtains the second current command value (i2) of the active filter device (5) in the same manner as the second current calculation unit (524).
  • the load current calculation unit (623) is the total value of the currents input to the harmonic generation loader (3) and the power converter (1, 2) that are the sources of harmonic current in the air conditioning system (100). By subtracting the second current command value (i2) that is the calculation result of the second current calculation unit (624) from the first current command value (i1) that is the calculation result of the first current calculation unit (625). Ask. The obtained calculation result is output to the current command calculation unit (622).
  • the current command calculation unit (622) calculates a current value in the reverse phase of the calculation result of the load current calculation unit (623), and outputs the value as a current command value (Iref) to the gate pulse generator (621). .
  • the gate pulse generator (621) uses the current command value (Iref), which is the calculation result output from the gate pulse generator (621), by the same method as the gate pulse generator (521) described above. 2 Generate a switching command value (G) for output to the current source (30) in the air conditioner (12).
  • FIG. 15 shows the power source power factor ⁇ , the input power factor of the first air conditioner (11), the input power factor of the second air conditioner (12), and the target value of the power source power factor set by the target setting unit (527).
  • An operation example of the change over time of ⁇ , the deviation calculated by the subtractor (528), and the power factor command value ⁇ _AF2 to the second air conditioner (12) is shown.
  • FIG. 15 shows an operation example when the power source power factor ⁇ is a delay power factor and the delay power factor is corrected.
  • the following example shows the power factor increase / decrease direction in an easy-to-understand manner.
  • the target power factor is set according to the magnitude of the power source current and the input current of the air conditioner (11, 12).
  • the amount of change in the input power factor of the air conditioner (11, 12) required to approach the value is different.
  • the actual power factor ⁇ is “0.93”. Since the first air conditioner (11) and the second air conditioner (12) include the active filter devices (5, 6), each input power factor until time t1 is “1.0”. Yes.
  • the set value of the target setter (527), that is, the target value of the power factor ⁇ of the entire air conditioning system (100) is always “1.0” regardless of the time.
  • the subtracter (528) obtains the deviation “0.07” by subtracting the current power factor ⁇ from the target value “1.0” set by the target setter (527).
  • the input power factor of the first air conditioner (11) changes from “1.0” in the direction of advancement to “1.05”. This is the power supply power before time t1. This is because the rate ⁇ is “0.93”, which is lower than the target value “1.0”, and the rate ⁇ is shifted in the direction of delay. That is, in order to correct that the power supply power factor ⁇ of the entire air conditioning system (100) is a delayed power factor, the first air conditioner (11) performs control to change the input power factor in the advancing direction (that is, first control). As a result, the input power factor of the first air conditioner (11) is changed in the advanced direction from “1.0” to “1.05”. By controlling the input power factor of the first air conditioner (11), the power source power factor ⁇ of the entire air conditioning system (100) is improved from “0.93” to “0.98” at time t1 ( It has increased.
  • the power source power factor ⁇ of the entire air conditioning system (100) has not yet reached the target value “1.0” set by the target setting device (527), and is in a state of a delayed power factor. .
  • the subtracter (528) causes the deviation “0.02” between the current power factor ⁇ “0.98” and the target value “1.0” set by the target setter (527). Is output to the second air conditioner (12) as the power factor command value ⁇ _FA2 at time t2 when a predetermined delay time has elapsed from time t1.
  • the second air conditioner (12) corrects the input power factor in the second air conditioner (12) in order to correct “0.02”, which is the power factor ⁇ of the entire air conditioning system (100), which is the delay power factor.
  • the input power factor of the second air conditioner (12) changes in the advanced direction and changes from “1.0” to “1.02. ”.
  • the power source power factor ⁇ of the entire air conditioning system (100) is improved (increased) from “0.98” at time t2, and the target setter The target value “1.0” of (527) has been reached.
  • FIG. 16 shows an example of operation when the power source power factor ⁇ is a lead power factor and this lead power factor is corrected.
  • the actual power factor ⁇ is “1.1”. Since the first air conditioner (11) and the second air conditioner (12) include the active filter devices (5, 6), each input power factor until time t1 is “1.0”. Yes.
  • the set value of the target setter (527), that is, the target value of the power factor ⁇ of the entire air conditioning system (100) is always “1.0” regardless of the time.
  • the subtracter (528) obtains the deviation “ ⁇ 0.1” by subtracting the current power factor ⁇ from the target value “1.0” set by the target setter (527). .
  • the input power factor of the first air conditioner (11) changes from “1.0” to a direction delayed from “1.05” to “0.95”. This is because the rate ⁇ is “1.1”, which is higher than the target value “1.0”, and the rate ⁇ is shifted in the forward direction. That is, in order to correct that the power supply power factor ⁇ of the entire air conditioning system (100) is the advance power factor, the first air conditioner (11) controls the input power factor to be delayed (ie, the second control). As a result, the input power factor of the first air conditioner (11) is changed in the delayed direction from “1.0” to “0.95”. By controlling the input power factor of the first air conditioner (11), the power source power factor ⁇ of the entire air conditioning system (100) is improved from “1.1” to “1.05” at time t1 ( is decreasing.
  • the power supply power factor ⁇ of the entire air conditioning system (100) has not yet reached the target value “1.0” set by the target setting device (527), and is in a state of a leading power factor. .
  • the subtractor (528) causes the deviation “ ⁇ 0.05 between the current power factor ⁇ “ 1.05 ”and the target value“ 1.0 ”set by the target setter (527). Is obtained and output as a power factor command value ⁇ _FA2 to the second air conditioner (12) at time t2 when a predetermined delay time has elapsed from time t1.
  • the second air conditioner (12) has an input power to correct the power factor ⁇ of the entire air conditioning system (100) by the amount of advance power factor “ ⁇ 0.05”.
  • the input power factor of the second air conditioner (12) is changed in the direction of lagging and is changed from “1.0” to “0.95”. ”.
  • the power source power factor ⁇ of the entire air conditioning system (100) is improved (decreased) from “1.05” at time t2, and is a target setter.
  • the target value “1.0” of (527) has been reached.
  • the operation time and time interval between time t1 and time t2 are set by the time delay unit (529).
  • the input power factor is controlled by the first air conditioner (11) which can be said to be a master machine, and thereafter it can be said to be a slave machine.
  • Power supply quality improvement control is performed in which the input power factor is controlled by the second air conditioner (12). In this power supply quality improvement control, it can be said that each input power factor is changed so that the power supply power factor ⁇ approaches the target value “1.0”.
  • the controller (52) that controls the time management and the command of the power factor ⁇ of the entire system (100) is included in the first air conditioner (11) that can be said to be a master machine. It is.
  • the power source power factor ⁇ is changed by changing the input power factor of the second air conditioner (12) after the input power factor of the first air conditioner (11) is changed.
  • Power quality improvement control is performed to improve the power.
  • the power supply quality including the power supply power factor ⁇ as the entire air conditioning system (100) can be improved reliably.
  • the power supply power factor ⁇ is controlled so as to approach the target value, so that the power supply quality of the air conditioning system (100) as a whole is reliably improved.
  • the target value is set to a value in the range of 0.9950 to 1.0049.
  • Each air conditioner (11, 12) includes a power conversion device (1, 2) that is a source of harmonic current and an active filter device (5, 6) that improves power quality.
  • the power quality management system (100) has a harmonic generation device (3) that is separate from the power converter (1, 2), but the power quality management system (100) as a whole is controlled by the power quality improvement control described above. As the power quality is improved.
  • the power quality management system (100) further includes a power factor detector (70) for detecting the power factor.
  • a power factor detector (70) for detecting the power factor.
  • FIG. 17 shows a configuration of an air conditioning system (100) corresponding to the power quality management system according to the fifth embodiment.
  • the main difference between the fifth embodiment and the fourth embodiment is that the power supply harmonic in the harmonic current is detected from the power supply current (Irs) instead of detecting the power supply power factor ⁇ . is there. Therefore, in the fifth embodiment, the parameters to be controlled in the power quality improvement control in the first control and the second control are the harmonic current and the input harmonic instead of the power factor and the input power factor. ing.
  • the air conditioning system (100) of FIG. 17 includes a plurality of air conditioning apparatuses (11, 12) including a single-phase harmonic generation loader (3) and connection devices (41, 42) (here Then, two are illustrated), and a power supply harmonic detector (80).
  • Each air conditioner (11, 12) includes an active filter device (5, 6) and a power converter (1, 2) serving as a source of harmonic current, as in FIG.
  • the active filter device (5, 6) includes a filter-side current detector (45a, 45b), a voltage detector (46), a current source (30), and a controller (52, 62).
  • the power harmonic detector (80) has a power source side current detector (7a) and a harmonic calculator (8d).
  • the power supply side current detector (7a) detects the R-phase current value (Irs) output from the AC power supply (4). Based on the R-phase current value (Irs), the harmonic calculator (8d), for example, the fifth-order component F5 of the power supply harmonic in the harmonic current (if the power supply frequency is 50 Hz, the frequency of the fifth-order component is 250 Hz) is calculated and output to the controller (52).
  • the current value (Irs) is not input in FIG. 13 of the fourth embodiment, and the power source power factor ⁇ is not used.
  • 13 is the same as FIG. 13 except that the fifth-order component F5 of harmonics is input.
  • the target setting device (527) sets the target value of the harmonic current, in particular, the target value of the fifth component of the power supply harmonic in the harmonic current, instead of the target value of the power source power factor ⁇ .
  • the time delay unit (529) outputs the power supply harmonic command value F5_AF2 (hereinafter referred to as harmonic command value) in the harmonic current to the second air conditioner (12) instead of the power factor command value ⁇ _AF2.
  • the detailed configuration of the controller (62) is the same as in FIG.
  • the controllers (52, 62) in the air conditioners (11, 12) according to the fifth embodiment are arranged in accordance with the adjustment of the output current of the current source (30) in the first control and the second control.
  • the power harmonics in the harmonic current are controlled by adjusting the input harmonics of the devices (11, 12), thereby performing power quality improvement control that indirectly controls the power factor.
  • This power quality improvement control is based on the harmonic current, and the input harmonics of the first air conditioner (11), which is a part of the plurality of air conditioners (11, 12), so that the harmonic current is reduced.
  • the input harmonics are changed for the remaining second air conditioner (12) obtained by removing the first air conditioner (11) from the plurality of air conditioners (11, 12).
  • the following example shows the increase / decrease direction of the harmonic current in an easy-to-understand manner.
  • the AC power supply (4) and the air conditioner (11, 12) The phase shift due to the wiring impedance between them is also taken into consideration.
  • the controller (52) first adjusts the input harmonics to the air conditioner (11) including itself, and then the controller (62) Adjustment of input harmonics to the air conditioner (12) including
  • FIG. 18 shows the fifth harmonic component F5 of the power supply harmonic in the harmonic current, the input harmonic (fifth component) of the first air conditioner (11), and the input harmonic of the second air conditioner (12) ( 5th order component), target value of the 5th order component of the power supply harmonic set by the target setter (527), deviation calculated by the subtractor (528), harmonic command to the second air conditioner (12)
  • An operation example of the change over time of the value F5_AF2 is shown.
  • the fifth-order component F5 of the power supply harmonic in the actual harmonic current is “7A”. Since the first air conditioner (11) and the second air conditioner (12) include the active filter devices (5, 6), the fifth-order component of each input harmonic up to time t1 is “3A”. It has become.
  • the set value of the target setter (527), that is, the target value of the fifth component of the power supply harmonic in the entire air conditioning system (100) is always “3A” regardless of the time.
  • the subtracter (528) subtracts the deviation “ ⁇ 4A” by subtracting the fifth component F5 of the current power supply harmonic from the target value “3A” set by the target setter (527). obtain.
  • This deviation is not output as the harmonic command value F5_AF2 to the second air conditioner (12).
  • control is performed to bring the fifth harmonic component F5 of the power supply harmonic closer to the target value only by the first air conditioner (11).
  • the input harmonics of the first air conditioner (11) decrease to “1A”. This is because the fifth-order component F5 of the power supply harmonics up to time t1 is the target value “ This is because the power source power factor of the AC power source (4) is shifted in a so-called delay direction. If the power harmonics increase, the power factor decreases. Conversely, if the power factor decreases, the power factor increases. Therefore, it is found from the fifth-order component F5 of the power supply harmonics up to time t1 that the power supply power factor of the entire air conditioning system (100) is in the state of the delayed power factor.
  • the first air conditioner (11) changes the input harmonics in the direction of decreasing, thereby making the control equivalent to advancing the input power factor over the power source power factor ( In other words, the first control) is performed, and as a result, the input harmonics of the first air conditioner (11) are reduced to “1A” from “3A”.
  • the fifth-order component of the power supply harmonics of the entire air conditioning system (100) is improved from “7A” to “5A” ( This represents an improvement (increase) in the direction in which the power factor of the air conditioning system (100) as a whole progresses.
  • the fifth-order component of the power supply harmonics of the entire air conditioning system (100) has not yet reached the target value “3A” set by the target setting device (527), and is in the state of a delayed power factor. ing.
  • the subtracter (528) causes the deviation “ ⁇ 2A” between the fifth-order component F5 “5A” of the current power supply harmonic and the target value “3A” set by the target setter (527). Is output to the second air conditioner (12) as a harmonic command value F5_AF2 at time t2 when a predetermined delay time has elapsed from time t1.
  • the operation time and time interval between time t1 and time t2 are set by the time delay unit (529) of the controller (52).
  • the input harmonics are first controlled by the first air conditioner (11) that can be said to be a master machine, and thereafter can be said to be a slave machine.
  • Power quality improvement control is performed in which the input harmonics are controlled by the second air conditioner (12).
  • the power harmonics are reduced by changing each input harmonic so that the harmonic current approaches the target value.
  • the power factor of the entire air conditioning system (100) is indirectly increased. It can be said that it has improved.
  • the controller (52) that controls the time management and the command of the fifth component F5 of the power supply harmonic of the entire system (100) is the first air conditioner (which can be said to be a master machine). 11) included.
  • the harmonic current so that the input power factor in at least one input of the plurality of connected devices (41, 42) changes in a direction that advances from the power source power factor.
  • 1st control which controls the power source harmonic in is performed.
  • the power source harmonics in the harmonic current are changed so that at least one input power factor among the plurality of connected devices (41, 42) changes in a direction lagging the power source power factor.
  • a second control is performed. Specifically, in the first control and the second control, the input harmonic of the second air conditioner (12) is changed after the change of the input harmonic of the first air conditioner (11) based on the harmonic current. Power quality improvement control is performed. This reduces the harmonic current and consequently improves the power source power factor. Therefore, the power supply quality as the whole air conditioning system (100) can be improved reliably.
  • the power quality improvement control since the harmonic current is controlled so as to approach the target value, the power quality of the air conditioning system (100) as a whole is reliably improved.
  • Each air conditioner (11, 12) includes a power conversion device (1, 2) that is a source of harmonic current and an active filter device (5, 6) that improves power quality.
  • the power quality management system (100) has a harmonic generation device (3) that is separate from the power converter (1, 2), but the power quality management system (100) as a whole is controlled by the power quality improvement control described above. As the power quality is improved.
  • FIG. 19 shows the configuration of an air conditioning system (100) corresponding to the power quality management system according to the sixth embodiment.
  • the difference between the sixth embodiment and the fourth embodiment is that the harmonic generation loader (3) is composed of phase adjusting equipment.
  • the sixth embodiment differs from the fourth embodiment in that when the power source power factor ⁇ cannot be controlled by the active filter device (5, 6), the operation of at least one of the active filter devices (5, 6) is stopped. Thus, an operation of bringing the power source power factor ⁇ closer to the target value “1.0” is performed.
  • the order of stopping the operation includes the active filter device (5) in the first air conditioner (11) that is the master machine, and then the active filter device (6) that is the slave machine. Others are almost the same as those in the fourth embodiment.
  • the air conditioning system (100) in FIG. 19 includes a plurality of harmonic generation loaders (3) that are phase adjusting devices and a plurality of air conditioning devices (11, 12) including connection devices (41, 42). (Two are illustrated here) and a power factor detector (70).
  • Each air conditioner (11, 12) includes an active filter device (5, 6) and a power converter (1, 2) serving as a source of harmonic current, as in FIG.
  • the active filter device (5, 6) includes a filter-side current detector (45a, 45b), a voltage detector (46), a current source (30), and a controller (52, 62).
  • the harmonic generation loader (3) is connected between the power factor detector (70) and each air conditioner (11, 12), and has three phases corresponding to each phase of the AC power supply (4). It has a phase reactor (31a, 31b, 31c) and three phase advance capacitors (32a, 32b, 32c).
  • the harmonic generation loader (3) has a power source power factor ⁇ that is a target value “1.0” when the first air conditioner (11) and the second air conditioner (12) are operated at maximum power. "It is designed to be. Therefore, when each air conditioner (11, 12) is operating with power lower than the maximum power, the power source power factor ⁇ is a leading power factor. Therefore, when the power source power factor ⁇ is a leading power factor, there is a possibility that the active filter device (5, 6) exceeds the controllable range. Therefore, when the power source power factor ⁇ is a leading power factor, control for stopping the operation of the active filter device (5, 6) is performed.
  • the controller (52, 62) in each air conditioner (11, 12) according to the sixth embodiment is similar to the fourth embodiment in that the output current of the current source (30) in the first control and the second control.
  • the power supply quality improvement control for controlling the power supply power factor is performed by adjusting the input power factor of the air conditioner (11, 12) along with the adjustment of the power supply.
  • the controller (52) first adjusts the input power factor for the air conditioner (11) including itself, and then the controller (62) includes the air conditioner including itself ( Adjust the input power factor for 12).
  • FIG. 20 shows power source power factor ⁇ , input power factor of first air conditioner (11), operation of active filter device (5) of first air conditioner (11), input of second air conditioner (12). Power factor, operation of the active filter device (6) of the second air conditioner (12), target value ⁇ of the power source power factor set by the target setting device (527), deviation calculated by the subtractor (528), second The operation example of change with time of the power factor command value ⁇ _AF2 to the air conditioner (12) is shown.
  • FIG. 20 shows an operation example in the case where the power source power factor ⁇ is a lead power factor and this lead power factor is corrected.
  • the actual power factor ⁇ is “1.14”.
  • each of the active filter devices (5, 6) is activated, and each input power factor up to time t1 is “1.0”. It has become.
  • the set value of the target setter (527), that is, the target value of the power factor ⁇ of the entire air conditioning system (100) is always “1.0” regardless of the time.
  • the subtracter (528) obtains the deviation “ ⁇ 0.14” by subtracting the current power source power factor ⁇ from the target value “1.0” set by the target setter (527). .
  • This deviation is not output as the power factor command value ⁇ _AF2 to the second air conditioner (12).
  • control is performed to bring the power source power factor ⁇ closer to the target value.
  • the input power factor of the first air conditioner (11) changes from “1.0” to the direction delayed from “1.03” to “0.93”. This is because the rate ⁇ is “1.14” which is higher than the target value “1.0”, and the rate ⁇ is shifted in the forward direction. That is, in order to correct that the power supply power factor ⁇ of the entire air conditioning system (100) is the advance power factor, the first air conditioner (11) has an active filter device ( Control for stopping the operation of 5) (that is, second control) is performed. As a result, the input power factor of the first air conditioner (11) is changed in the delayed direction from “1.0” to “0.93”. By controlling the input power factor of the first air conditioner (11), the power source power factor ⁇ of the entire air conditioning system (100) is improved from “1.14” to “1.07” at time t1 ( is decreasing.
  • a switching command value (G) for stopping the operation of the current source (30) is supplied to the controller (52) to the current source (30). Output.
  • the power supply power factor ⁇ of the entire air conditioning system (100) has not yet reached the target value “1.0” set by the target setting device (527), and is in a state of a leading power factor. .
  • the subtractor (528) causes the deviation “ ⁇ 0.07” between the current power factor ⁇ “1.07” and the target value “1.0” set by the target setter (527). Is obtained and output as a power factor command value ⁇ _FA2 to the second air conditioner (12) at time t2 when a predetermined delay time has elapsed from time t1.
  • the second air conditioner (12) has the input power to correct “ ⁇ 0.07” by the power factor ⁇ of the entire air conditioning system (100), which is the advance power factor.
  • Control to stop the operation of the active filter device (6) ie, second control
  • the input power factor of the second air conditioner (12) is changed in the direction of delaying from “1.0” to “0.93”.
  • the power source power factor ⁇ of the entire air conditioning system (100) is improved (decreased) from “1.07”, and the target setter The target value “1.0” of (527) has been reached.
  • the operation time and time interval between time t1 and time t2 are set by the time delay unit (529) of the controller (52).
  • the control of the input power factor (specifically, the active filter device ( 5), and then control the input power factor (specifically, control to stop the operation of the active filter device (6)) in the second air conditioner (12), which can be called a slave unit.
  • Power quality improvement control is performed. In this power supply quality improvement control, it can be said that each input power factor is changed so that the power supply power factor ⁇ approaches the target value “1.0”.
  • the controller (52) that controls the time management and the command of the power factor ⁇ of the entire system (100) is included in the first air conditioner (11) that can be said to be a master machine. It is.
  • the controller (52) stops the operation of the active filter device (5) included in the first air conditioner (11) in the power quality improvement control in the second control.
  • the operation of the active filter device (5) stops, the power supply quality improvement operation is not performed correspondingly, and the power supply power factor ⁇ decreases. Therefore, when the power source power factor of the AC power source (4) has changed in the advanced direction, the power source power factor is increased and improved by stopping the operation of the active filter device (5) in the second control. Is done.
  • the controller (52) still has advanced the power source power factor ⁇ after stopping the active filter device (5) included in the first air conditioner (11).
  • the operation of the active filter device (6) included in the second air conditioner (12) is stopped. This further increases and improves the power quality.
  • the controller (52) is incorporated in the active filter device (5) included in the first air conditioner (11). That is, here, the controller (52) serving as a control tower for the power quality improvement control is included in the same air conditioner (11) as the active filter device (5) that stops the operation first.
  • the load device (3) is a phase adjusting equipment including capacitors (32a to 32c) and reactors (31a to 31c).
  • the phase adjusting equipment is included in the system (100)
  • the power source power factor ⁇ is likely to change in the advancing direction.
  • the power supply quality improvement control is performed in the second control, so that the power supply power factor changes in a delayed direction, so that the power supply quality is improved.
  • the active filter devices (5, 6) according to the first to sixth embodiments may have a configuration having only a harmonic current reduction function.
  • the active filter device (5, 6) may have a configuration having only a power factor improvement function.
  • a plurality of active filter devices may be provided for one air conditioner (11, 12).
  • the active filter device (5, 6) is not necessarily incorporated in the air conditioner (11, 12).
  • the number of air conditioners (11, 12) is not limited to two as long as it is plural.
  • the power source power factor is the advance power factor and the case of the delay power factor have been described.
  • the first to sixth embodiments can be applied to cases where the power factor increases or decreases from moment to moment.
  • the harmonic generation loader in the air conditioner (11, 12) is the power converter (1, 2) has been described.
  • the harmonic generation loader may not be limited to the power conversion device.
  • the compensation amount shared by the active filter device (5, 6) increases as the surplus increases, but this is not essential.
  • the compensation amount of the current source (30) of each active filter device (5, 6) does not exceed the maximum output capacity of the current source (30)
  • the compensation amount of the harmonic generation loader (3) It may be shared by the active filter device (5, 6).
  • the target value does not necessarily have to be set within the range of “0.9950 to 1.0049”, and is appropriately determined according to the installation environment of the power quality management system (100) and the like. Can be.
  • the power source power factor ⁇ included in the range of “0.9950 to 1.0049” becomes equal to the target value “1.0” when rounded off. Therefore, when the power source power factor ⁇ is within the range of “0.9950 to 1.0049”, it is determined that the power source power factor ⁇ has substantially reached the target value, and the above-described control of the input power factor may not be performed. .
  • the controller (52) which is a control tower for power quality improvement control, is incorporated in the first air conditioner (11) that can be regarded as a master machine.
  • the position of) is not limited to this.
  • the controller (52) may be in the second air conditioner (12) that is a slave machine, or may be located separately from the first and second air conditioners (11, 12).
  • the position of the power factor detector (70) is not limited to FIGS.
  • the power source power factor ⁇ may be grasped, and the method for grasping the power source power factor ⁇ is not limited to the detection method described in the fourth and sixth embodiments.
  • the position of the power supply harmonic detector (80) is not limited to FIG. Moreover, in the said Embodiment 5, the power supply harmonic F5 should just be grasped
  • FIG. 1 the position of the power supply harmonic detector (80) is not limited to FIG.
  • the case where the power supply harmonic is the fifth order component is exemplified, but it is not limited to the fifth order component.
  • the second air conditioner (12) does not stop the operation.
  • the operation may be performed by changing the input power factor so as to be closer to the target value.
  • the harmonic generation loader (3) is a phase adjusting facility
  • the harmonic generation loader (3) may be a phase adjusting facility.
  • control for changing the input power factor instead of the control for changing the input power factor, the control for changing the input harmonics may be performed as in the fifth embodiment.
  • the power factor command value ⁇ _AF2 is externally applied to those capable of predicting the power factor change amount by the harmonic generation loader (3), such as the phase adjusting equipment using the capacitor.
  • An air conditioner (11, 12) that can be set may be used.
  • the power factor detector can be eliminated. In this case, however, a detector for the input current of the power converter (1, 2) or the air conditioner (11, 12) is required.
  • the present invention is useful for a power quality management system and an air conditioner.
  • Air conditioning system power quality control system
  • 1,2 Power converter Harmonic generator
  • load device Harmonic generation loader
  • AC power supply 5
  • 6 Active filter device 11
  • 12 Air conditioner 30
  • Current source 31a to 31c Reactor 32a to 32c
  • Control unit 70
  • Power factor detector Power factor detector

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Abstract

制御部(43,47,52,62)は、電源力率が遅れた方向に変化した場合、複数の接続機器(41,42)のうち少なくとも1つの入力力率が、電源力率より進む方向に変化するように、電源力率または高調波電流における電源高調波を制御する第1制御、を行う。また、制御部(43,47,52,62)は、電源力率が進んだ方向に変化した場合、複数の接続機器(41,42)のうち少なくとも1つの入力力率が、電源力率より遅れる方向に変化するように、電源力率または電源高調波を制御する第2制御、を行う。

Description

電源品質管理システムならびに空気調和装置
 本発明は、電源品質管理システムならびに空気調和装置に関するものである。
 空気調和装置などでは、例えば特許文献1に示されるように、高調波電流が電力系統(例えば商用電源を含む電力系統)に流出することを防止するために、アクティブフィルタ装置が設けられる場合がある。
特開2016-116330号公報
 空気調和装置が接続される電力系統には、空気調和装置以外の負荷(例えばインバータ回路などを有した機器。一例としてエレベータなど)も接続される場合があり、空気調和装置以外の負荷が高調波電流の発生源となることがある。その場合には、空気調和装置の高調波電流の対策を行うのみでは不十分であり、上記負荷及び空気調和装置を含めたシステム全体としての高調波電流の対策等の、電源品質の改善が望まれる。また、設備容量の低減や省エネルギーの観点などから、上記システム全体としての基本波力率の改善等の電源品質の改善も求められる。
 本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電源に高調波電流の発生源となる機器が複数接続されたシステム全体における、電源品質の改善を図ることである。
 本開示の第1の態様は、電源(4)に接続され、上記電源(4)から電源電力を供給されて動作する負荷装置(3)と、上記電源(4)に対し上記負荷装置(3)と並列に接続され上記電源(4)から上記電源電力を供給されて動作する高調波発生機器(1,2)と、上記電源(4)に対し上記高調波発生機器(1,2)に並列に出力が接続された電流源(30)と、を含む接続機器(41,42)が複数と、上記電源(4)から上記負荷装置(3)及び複数の上記高調波発生機器(1,2)への受電経路(13)を流れる高調波電流、または、上記電源(4)の電源力率、を制御する制御部(43,47,52,62)とを備え、上記制御部(43,47,52,62)は、上記電源力率が遅れた方向に変化した場合、複数の上記接続機器(41,42)のうち少なくとも1つの入力における入力力率が、上記電源力率より進む方向に変化するように、上記電源力率または上記高調波電流における電源高調波を制御する第1制御、を行い、上記電源力率が進んだ方向に変化した場合、複数の上記接続機器(41,42)のうち少なくとも1つの上記入力力率が、上記電源力率より遅れる方向に変化するように、上記電源力率または上記電源高調波を制御する第2制御、を行うことを特徴とする電源品質管理システムである。
 これにより、電流源(30)及び高調波発生機器(1,2)を含む接続機器(41,42)と、接続機器(41,42)とは別途負荷装置(3)とを備える電源品質管理システム内において、少なくとも1つの接続機器(41,42)の入力電流を変化させることにより、当該システム全体としての電源品質を改善させることができる。
 本開示の第2の態様は、第1の態様において、対応する上記高調波発生機器(1,2)及び上記負荷装置(3)の高調波電流の低減及び基本波力率の改善の少なくとも一方を行うための補償電流を生成可能であって、上記制御部(43,47)が上記第1制御及び上記第2制御を行う際、複数の上記高調波発生機器(1,2)及び上記負荷装置(3)それぞれにて発生する上記高調波電流の総和を各上記電流源(30)に分担して補償させ、且つ各上記電流源(30)の補償量が該電流源(30)の最大出力容量以下となる条件を満たすように、各上記電流源(30)が生成するべき上記補償量に対応する上記補償電流の量を算出する算出部(90)、を更に備え、上記制御部(43,47)は、上記算出部(90)の算出結果に基づいて上記第1制御及び上記第2制御を行うことを特徴とする電源品質管理システムである。
 ここでは、第1制御及び上記第2制御において、複数の高調波発生機器(1,2)及び上記負荷装置(3)にて発生する高調波電流の総和は、複数の電流源(30)に分担して補償され、その補償量は、各電流源(30)自身の最大出力容量を超えないように決定される。これにより、補償対象となる高調波電流の発生源が複数存在する場合において、複数の電流源(30)の少なくとも一部に過剰な負荷がかかることなく、各電流源(30)を有効利用した状態にて電源品質改善(高調波電流の低減及び基本波電流の改善)を図ることができる。
 本開示の第3の態様は、第2の態様において、上記算出部(90)は、各上記電流源(30)が、複数の上記高調波発生機器(1,2)及び上記負荷装置(3)のうち一部の上記高調波発生機器(1,2)及び上記負荷装置(3)にて発生する上記高調波電流を補償するための第1補償量、を算出し、複数の上記電流源(30)毎に、上記最大出力容量と上記第1補償量との差である余剰分を算出し、上記余剰分に応じて、各上記電流源(30)の上記補償電流を算出することを特徴とする電源品質管理システムである。
 ここでは、各電流源(30)の補償電流は、各電流源(30)が既に補償している第1補償量とその電流源(30)自身の最大出力容量との差である余剰分に応じて決定される。これにより、補償電流は、確実に最大出力容量を超えない条件を満たすように決定される。
 本開示の第4の態様は、第3の態様において、上記算出部(90)は、上記余剰分が大きい程、複数の上記高調波発生機器(1,2)及び上記負荷装置(3)のうち一部の上記高調波発生機器(1,2)及び上記負荷装置(3)を除いた残りの上記高調波発生機器(1,2)及び上記負荷装置(3)、にて発生する上記高調波電流の総和を分担して補償する第2補償量が大きくなるように、各上記電流源(30)の上記補償電流を算出することを特徴とする電源品質管理システムである。
 これにより、各電流源(30)の補償量はなるべく平均化される。従って、任意の電流源(30)に過剰な負荷がかかることを抑制できる。
 本開示の第5の態様は、第4の態様において、上記最大出力容量は、上記電流源(30)が生成することのできる電流の最大値を示す最大補償電流値であって、上記算出部(90)は、上記最大補償電流値から、上記第1補償量に相当する第1補償分の電流値を減算することで、上記余剰分を算出することを特徴とする電源品質管理システムである。
 ここでは、最大出力容量として、各電流源(30)が出力することのできる最大補償電流値を用いて余剰分が算出される。
 本開示の第6の態様は、第4の態様において、上記最大出力容量は、上記電流源(30)が出力することのできる電力の最大値を示す最大補償電力値であって、上記算出部(90)は、上記最大補償電力値から、上記第1補償量に相当する第1補償分の電力値を減算することで、上記余剰分を算出することを特徴とする電源品質管理システムである。
 ここでは、最大出力容量として、各電流源(30)が出力することのできる最大補償電力値を用いて余剰分が算出される。電力は、電流及び電圧の積に等しい。従って、電力によって余剰分を求めることにより、電流及び電圧の個々の値を意識せずとも電流と電圧との様々な組合せパターンに応じて柔軟に補償電流の量を算出できるため、アクティブフィルタ装置(5,6)の設計が比較的容易となる。
 本開示の第7の態様は、第2の態様から第6の態様のいずれか1つにおいて、上記電源(4)は、交流電源であって、複数の上記高調波発生機器(1,2)のうち少なくとも1つは、上記電源(4)から電力供給を受ける電力変換装置であることを特徴とする電源品質管理システムである。
 本開示の第8の態様は、第2の態様から第7の態様のいずれかに記載の電源品質管理システムに備えられ、上記電源(4)、上記負荷装置(3)及び上記高調波発生機器(1)に接続されたアクティブフィルタ装置(5)であって、上記電流源(30)と、上記算出部(90)が組み込まれた上記制御部(47)と、を備えることを特徴とするアクティブフィルタ装置である。
 本開示の第9の態様は、第8の態様に記載のアクティブフィルタ装置(5)を備えたことを特徴とする空気調和装置である。
 本開示の第10の態様は、第1の態様において、複数の上記接続機器(41,42)それぞれは空気調和装置(11,12)に含まれ、上記制御部(52,62)は、上記第1制御及び上記第2制御において、上記高調波電流または上記電源力率に基づいて、上記高調波電流が低減または上記電源力率が増減して改善するように、複数の上記空気調和装置(11,12)のうちの一部である第1空気調和装置(11)の上記入力力率または入力高調波を変化させた後、複数の上記空気調和装置(11,12)から上記第1空気調和装置(11)を除いた残りの第2空気調和装置(12)について入力力率または入力高調波を変化させることによって、上記電源力率または上記電源高調波を制御する電源品質改善制御、を行うことを特徴とする電源品質管理システムである。
 ここでは、第1制御及び第2制御において、電源品質改善制御が行われる。電源品質改善制御では、第1空気調和装置(11)の入力力率または入力高調波の変化後に、第2空気調和装置(12)の入力力率または入力高調波の変化がなされる。これにより、電源品質改善システム全体としての電源品質を改善させることができる。
 本開示の第11の態様は、第10の態様において、上記高調波電流または上記電源力率の目標値を設定する目標設定部(527)、を更に備え、上記制御部(52)は、上記電源品質改善制御において、上記高調波電流または上記電源力率を上記目標値に近づくように変化させることを特徴とする電源品質管理システムである。
 これにより、電源品質改善システム全体としての電源品質は確実に改善される。
 本開示の第12の態様は、第11の態様において、上記目標値は0.9950~1.0049の範囲内の値に設定されていることを特徴とする電源品質管理システムである。
 本開示の第13の態様は、第10の態様から第12の態様のいずれか1つにおいて、複数の上記空気調和装置(11,12)それぞれは、上記高調波発生機器(1,2)である電力変換装置と、上記電流源(30)を含み上記電力変換装置に接続されたアクティブフィルタ装置(5,6)とを含むことを特徴とする電源品質管理システムである。
 ここでは、各空気調和装置(11,12)が高調波電流の発生源である電力変換装置と、電源品質を改善するアクティブフィルタ装置(5,6)とを含んでいる。電源品質管理システムは、電力変換装置とは別の高調波発生機器(3)を有しているが、上記電源品質改善制御により、電源品質管理システム全体としての電源品質を改善させることができる。
 本開示の第14の態様は、第13の態様において、上記制御部(52)は、上記第2制御における上記電源品質改善制御では、上記第1空気調和装置(11)に含まれる上記アクティブフィルタ装置(5)の動作を停止させることを特徴とする電源品質管理システムである。
 アクティブフィルタ装置(5)の動作が停止すると、その分品質改善動作がなされないため、電源力率が低下する。交流電源(4)の電源力率が進んだ方向に変化していた場合には、第2制御にてアクティブフィルタ装置(5)の動作が停止することにより、電源品質は増加し改善される。
 本開示の第15の態様は、第14の態様において、上記制御部(52)は、上記第2制御における上記電源品質改善制御において、上記第1空気調和装置(11)に含まれる上記アクティブフィルタ装置(5)を停止した後の上記電源力率がなおも進んだ方向に変化している場合、上記第2空気調和装置(12)に含まれる上記アクティブフィルタ装置(6)の動作を停止させることを特徴とする電源品質管理システムである。
 アクティブフィルタ装置(5)の動作が停止してもなお交流電源(4)の電源力率が進んだ方向に変化した場合には、第2制御にてアクティブフィルタ装置(6)の動作も停止させることにより、電源品質は更に増加され改善される。
 本開示の第16の態様は、第13の態様から第15の態様のいずれか1つにおいて、上記第1空気調和装置(11)に含まれる上記アクティブフィルタ装置(5)には、上記制御部(52)が組み込まれていることを特徴とする電源品質管理システムである。
 ここでは、先に動作を停止するアクティブフィルタ装置(5)と同じ空気調和装置(11)内に、電源品質改善制御の司令塔の役割を担う制御部(52)が含まれている。
 本開示の第17の態様は、第10の態様から第16の態様のいずれか1つにおいて、上記負荷装置(3)は、コンデンサ(32a~32c)及びリアクタ(31a~31c)を含む調相設備であることを特徴とする電源品質管理システムである。
 調相設備が含まれていると、電源力率は進む方向に変化し易い。そのような場合に、第2制御において電源品質改善制御が行われることにより、電源力率は遅れる方向に変化するため、電源品質が改善する。
 本開示の第18の態様は、第10の態様から第17の態様のいずれか1つにおいて、上記電源(4)と複数の上記空気調和装置(11,12)との間に接続され、上記電源力率を検出する力率検出部(70)、を更に備えることを特徴とする電源品質管理システムである。
 ここでは、実際の電源力率に従って、より精度の高い電源品質改善制御が行われる。
 本開示の態様によれば、電流源(30)及び高調波発生機器(1,2)を含む接続機器(41,42)と、接続機器(41,42)とは別途負荷装置(3)とを備える電源品質管理システム内において、少なくとも1つの接続機器(41,42)の入力電流を変化させることにより、当該システム全体としての電源品質を改善させることができる。
図1は、全体の概要及び実施形態1に係る空気調和システムの構成を示すブロック図である。 図2は、全体の概要において、電源力率の変化方向に伴う第1制御及び第2制御を説明するための図である。 図3は、実施形態1に係るアクティブフィルタ装置内の制御器の構成を示すブロック図である。 図4は、実施形態1に係る負荷分担器の構成を示すブロック図である。 図5は、実施形態1に係る補償電流の調整制御の動作を説明するための図である。 図6は、実施形態2に係る空気調和システムの構成を示すブロック図である。 図7は、実施形態2に係るアクティブフィルタ装置内の制御器の構成を示すブロック図である。 図8は、実施形態2に係る負荷分担器の構成を示すブロック図である。 図9は、実施形態2に係る補償電流の調整制御の動作を説明するための図である。 図10は、実施形態3に係る空気調和システムの構成を示すブロック図である。 図11は、実施形態3に係るアクティブフィルタ装置(5)内の制御器の構成を示すブロック図である。 図12は、実施形態4に係る空気調和システムの構成を示すブロック図である。 図13は、実施形態4に係る第1アクティブフィルタ装置内の制御器の構成を示すブロック図である。 図14は、実施形態4に係る第2アクティブフィルタ装置内の制御器の構成を示すブロック図である。 図15は、実施形態4に係る電源品質改善制御の動作のうち、電源力率が遅れ力率である場合を説明するための図である。 図16は、実施形態4に係る電源品質改善制御の動作のうち、電源力率が進み力率である場合を説明するための図である。 図17は、実施形態5に係る空気調和システムの構成を示すブロック図である。 図18は、実施形態5に係る電源品質改善制御の動作のうち、電源力率が遅れ力率である場合を説明するための図である。 図19は、実施形態6に係る空気調和システムの構成を示すブロック図である。 図20は、実施形態6に係る電源品質改善制御の動作のうち、電源力率が進み力率である場合を説明するための図である。
 以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
 ≪全体の概要≫
 図1は、電源品質管理システムに相当する空気調和システム(100)の構成を示すブロック図である。空気調和システム(100)は、ビルや戸建て住宅(以下、ビル等)に設置され、図1に示すように、負荷装置としての高調波発生負荷器(3)と、電流源(30)及び当該負荷器(3)とは別の高調波発生負荷器としての電力変換装置(1,2)から成る接続機器(41,42)が複数と、制御器(43)と、を主に備える。
 1つの電力変換装置(1,2)及び1つの電流源(30)(即ち1つの接続機器(41,42))と1つの制御器(43)とは、1の空気調和装置(11,12)内に含まれている。従って、図1の空気調和システム(100)は、1つの高調波発生負荷器(3)及び複数の空気調和装置(11,12)を含む。
 ビル等には、交流電源(4)を含む電力系統から電力が供給されている。交流電源(4)は、三相の交流電源(例えば三相の商用電源)であって、高調波発生負荷器(3)及び各空気調和装置(11,12)と接続され、電力を分岐して供給する。
 具体的に、高調波発生負荷器(3)は、交流電源(4)から電源電力を供給されて動作する。接続機器(41,42)に含まれる電力変換装置(1,2)は、交流電源(4)に対し高調波発生負荷器(3)と並列に接続され、交流電源(4)から電源電力を供給されて動作する。電流源(30)は、その出力が、交流電源(4)に対し対応する電力変換装置(1,2)に並列となるように接続されている。
 従って、空気調和システム(100)では、電力変換装置(1,2)のみならず高調波発生負荷器(3)からも、高調波電流が、受電経路(13)を介して交流電源(4)に流出する可能性があると言える。
 電流源(30)は、アクティブフィルタインバータ部であって、対応する制御器(43)と共に、アクティブフィルタ装置(5,6)の構成要素となっている。
 制御器(43)は、対応する電流源(30)に接続されており、この電流源(30)等の動作制御を行うことで、交流電源(4)から高調波発生負荷器(3)及び複数の電力変換装置(1,2)への受電経路(13)を流れる高調波電流、または、交流電源(4)の電源力率、を制御する。
 このように、交流電源(4)には、高調波を発生する複数の機器(1~3)等のように、設置される状況下に応じた様々な装置が接続されるが、どのような状況下においても、空気調和システム(100)全体としての電源力率を改善することが望まれる。これに対し、以下では、たとえ接続機器(41,42)の個々の力率が改善しているとは言い難くとも、システム(100)全体として見ると電源力率の改善が図られている状態を作り出すことを目的とする。
 上記目的のため、図2に示すように、制御器(43)は、電源力率を例えば所定時間(pt)毎に把握し、現在の電源力率の値及び前回把握した電源力率の値から、電源力率の変化の状態を把握する。具体的に、制御器(43)は、現在の電源力率が前回の電源力率から遅れた方向に変化したのか、それとも進んだ向に変化したのかを把握する。電源力率が遅れた方向に変化した場合(bt1,bt2,bt3)、制御器(43)は第1制御を行う。逆に電源力率が進んだ方向に変化した場合(bt4)、制御器(43)は第2制御を行う。
 上記第1制御とは、複数の接続機器(41,42)のうち少なくとも1つの入力における入力力率が、電源力率より進む方向に変化するように、電源力率を直接調節するか、または高調波電流における電源高調波を調整することで電源力率を間接的に調節する制御である。
 第2制御とは、複数の接続機器(41,42)のうち少なくとも1つの入力力率が、電源力率より遅れる方向に変化するように、電源力率を直接調整するか、または高調波電流を調整することで電源力率を間接的に調整する制御である。
 つまり、空気調和システム(100)が構築された環境の状況や電源事情等に応じて、電源力率は時には進んだ方向に変化し、時には遅れた方向に変化することがある。ここでは、そのようなその時々の電源力率の変化に対し、当該変化とは逆方向(相殺する方向)に接続機器(41,42)の入力力率を変化させる制御として、第1制御及び第2制御が行われる。
 例えば、電源力率が常に遅れた方向に変化している場合は常に第1制御が行われ、電源力率が常に進んだ方向に変化している場合は常に第2制御が行われる。また、前回の把握タイミングでは、電源力率が遅れた方向に変化していたため第1制御が行われたところ、次の把握タイミングでは電源力率が進んだ方向に変化した場合、制御内容は第2制御に切り替えられる。
 上記第1制御及び第2制御では、接続機器(41,42)単体の力率が必ずしも改善するとは言い難いが、接続機器(41,42)及び高調波発生負荷器(3)を含んだ空気調和システム(100)全体からすれば、当該システム(100)の電源力率を含む電源品質は改善される。これにより、電源力率を、電力会社等が予め定めている基準範囲内に収まるように制御することができる。従って、電源力率が基準範囲を超えているために、ビル等の管理者に例えば電気料金の値上げ等のペナルティが課されるような事態をなるべく回避することができる。
 特に、第1制御及び第2制御が必要に応じて切り替えられながら継続して行われることにより、電源力率は、基準範囲(例えば“0.9950~1.0049”)内に収束し、やがては当該基準範囲内の目標値(例えば“1”)に収束することも可能である。従って、ビル等の管理者は、例えば、電源力率に基づく電気料金の優遇を受ける等の、電気料金に関する特典を得ることも可能となる。
 以下では、上述した第1制御及び第2制御において、更に具体的に行われる制御内容を、複数の実施形態にて構成と共に詳述していく。
 ≪実施形態1~実施形態3に関して≫
 実施形態1~実施形態3では、空気調和装置(11,12)に含まれる電力変換装置(1,2)以外の高調波発生負荷器(3)を含め、高調波電流の発生源が1つの電力系統内に複数接続されており、複数のアクティブフィルタ装置(5,6)を用いて高調波電流を低減する対策が行われる。しかしながら、アクティブフィルタ装置(5,6)における高調波電流の低減能力は個々に限られており、自己の高調波電流の低減能力を超えた負荷がかかっている状態のアクティブフィルタ装置(5,6)が存在すると、そのアクティブフィルタ装置(5,6)には故障等が生じ、高調波対策が十分になされない可能性がある。
 つまり、高調波を発生する複数の機器がアクティブフィルタ装置(5,6)に接続されていても、当該アクティブフィルタ装置(5,6)においては、過剰な負荷がかかることなく高調波電流の低減及び基本波力率の改善の少なくとも一方を図ることが望まれる。
 そこで、実施形態1~3では、上記第1制御及び第2制御において、アクティブフィルタ装置(5,6)の電流源(30)それぞれの補償量がその電流源(30)の最大出力容量以下となる条件を満たしつつ、複数の高調波電流の発生源(1~3)それぞれにて発生する高調波電流の総和を電流源(30)が分担して補償する制御が行われる。
 ≪実施形態1≫
 <空気調和システムの概要>
 本実施形態1に係る電源品質管理システムに相当する空気調和システム(100)の構成を、図1に示す。空気調和システム(100)は、複数の空気調和装置(11,12)と(ここでは2つを例示)、分電盤(60)とを備える。空気調和システム(100)は、設置されたビル等における室内の空気調和(冷房や暖房)を行う。
 分電盤(60)は、交流電源(4)に接続され、交流電源(4)からの交流電力を受電する。分電盤(60)は、複数のブレーカを備えており、各ブレーカを介して、交流電源(4)からの交流電力を複数の機器に分配している。この例では、それらのブレーカの一部に、空気調和装置(11,12)が接続されている。各空気調和装置(11,12)は、分電盤(60)を介して供給された交流電力によって稼働する。
 また、分電盤(60)の複数のブレーカのうちの一部には、高調波発生負荷器(3)が接続されている。この例では、高調波発生負荷器(3)は、インバータ回路などの高調波電流の発生源となり得る回路を備えているものとする。高調波発生負荷器(3)としては、ビル等に設けられたエレベータや、ファン、ポンプ、エスカレータ、三相電源で駆動する照明、更には、アクティブフィルタ等の高調波対策を実施していない、空気調和装置(11,12)とは別の空気調和装置などを例示できる。
 <空気調和装置の構成>
 各空気調和装置(11,12)は、圧縮機を有した冷媒回路(図示せず)、電力変換装置(1,2)、及びアクティブフィルタ装置(5,6)を備える。
 冷媒回路は、圧縮機、室外側熱交換器、膨張機構、室内側熱交換器が冷媒配管によって接続されることで構成される。冷媒回路内には冷媒が充填されており、冷媒が冷媒回路内を循環することによって、室内は冷却または暖められる。
 電力変換装置(1,2)は、分電盤(60)を介して交流電源(4)に接続されており、高調波発生負荷器に該当する。この電力変換装置(1,2)それぞれは、図示していないが、コンバータ回路とインバータ回路とを有する。各電力変換装置(1,2)は、交流電源(4)から交流電力を供給されると、これを所望周波数及び所望電圧を有した交流電力に変換し、変換後の電力を圧縮機(より詳しくは圧縮機が備える電動機)に供給する。それにより、圧縮機が稼働して冷媒回路が機能し、その結果、室内の空気調和が行われる。
 既に述べたように、高調波発生負荷器(3)のみならず、各空気調和装置(11,12)においても、電力変換装置(1,2)や圧縮機の電動機が稼働すると、高調波電流が発生する場合がある。この高調波電流は、分電盤(60)から各空気調和装置(11,12)へ電力を供給する電流経路を介して、交流電源(4)に流出する可能性がある。
 このような高調波電流は、一般的には、交流電源(4)側への流出レベルが規制されている。そのため、本実施形態1に係る空気調和システム(100)は、各アクティブフィルタ装置(5,6)によって、流出する高調波電流の低減を図っている。また、設備容量や省エネルギーの観点などから、基本波力率の改善が求められるところ、本実施形態1のアクティブフィルタ装置(5,6)は、基本波力率の改善機能も備えている。
 以下、アクティブフィルタ装置(5,6)の構成について説明する。
 <アクティブフィルタ装置の構成>
 各アクティブフィルタ装置(5,6)は、対応する各空気調和装置(11,12)に組み込まれている。図1では、空気調和装置(11,12)が2つのため、アクティブフィルタ装置(5,6)の数も2つである。なお、2つのアクティブフィルタ装置(5,6)の構成は同様である。
 各アクティブフィルタ装置(5,6)は、交流電源(4)に対し、高調波発生負荷器である電力変換装置(1,2)と並列に接続されており、該電力変換装置(1,2)から流出し交流電源(4)からの受電経路(13)に現れる高調波電流を打ち消す機能を有する。即ち、各アクティブフィルタ装置(5,6)は、交流電源(4)の受電経路(13)における電流が正弦波に近づくように補償電流を流す。より具体的には、各アクティブフィルタ装置(5,6)は、受電経路(13)に現れている高調波電流とは逆位相の補償電流を生成し、受電経路(13)に供給する。
 そして、各アクティブフィルタ装置(5,6)は、上述した補償電流を流すことにより、基本波力率を改善する力率改善の機能も有する。この例では、基本波の無効成分も補償する補償電流を流すように各アクティブフィルタ装置(5,6)を構成することで、基本波力率の改善を行う。
 上記機能を実現するため、本実施形態1に係るアクティブフィルタ装置(5,6)それぞれは、図1に示すように、電流源(30)、フィルタ側電流検出器(45a,45b)、電圧検出器(46)、及び制御器(43)を有する。
 なお、各空気調和装置(11,12)に含まれる電力変換装置(1,2)において発生する高調波電流が最も大きくなるのは、空気調和装置(11,12)の負荷がもっとも大きな場合(例えば冷房の最大出力時)と考えられる。そのため、各アクティブフィルタ装置(5,6)は、対応する空気調和装置(11,12)の負荷最大時における高調波電流を想定して、能力(問題なく生成可能な電流または電力の大きさ)、即ち容量が設定されている。この容量を、出力最大容量と言う。但し、一般的に、空気調和装置(11,12)は、最大負荷の状態で使用されることよりも小さい負荷(例えば中間の負荷)で使用される場合の方が多い。すると、上記のように出力最大容量が設定されたアクティブフィルタ装置(5,6)は、稼働中の殆どの期間において、能力が余剰となることが多いと考えられる。
  -電流源-
 電流源(30)は、高調波電流の低減及び基本波力率改善を行うための補償電流を生成する。電流源(30)の出力端子は、複数の電力変換装置(1,2)に接続されており、生成した補償電流は受電経路(13)に出力される。
 図示していないが、本実施形態1の電流源(30)は、いわゆるインバータ回路を用いて構成されている(アクティブフィルタインバータ部)。電流源(30)には、制御器(43)から、後述するスイッチング指令値(G)が入力される。電流源(30)は、スイッチング指令値(G)に応じてスイッチングすることによって、補償電流を生成する。
  -フィルタ側電流検出器-
 フィルタ側電流検出器(45a,45b)は、対応するアクティブフィルタ装置(5,6)の電流源(30)に入力される電流値(Ir2a,It2a,Ir3a,It3a)を検出する。
 この例では、フィルタ側電流検出器(45a,45b)は、1つのアクティブフィルタ装置(5,6)において2つ設けられている。フィルタ側電流検出器(45a)は、交流電源(4)から電流源(30)に入力されるR相の電流値(Ir2a,Ir3a)を検出し、フィルタ側電流検出器(45b)は、交流電源(4)から電流源(30)に入力されるT相の電流値(It2a,It3a)を検出する。フィルタ側電流検出器(45a,45b)によって検出された電流値(Ir2a,It2a,Ir3a,It3a)は、対応する制御器(43)に送信される。
 フィルタ側電流検出器(45a,45b)の構成には、特に限定はないが、例えばカレントトランスを採用することなどが考えられる。
 また、フィルタ側電流検出器(45a,45b)は、検出結果を制御器(43)に有線方式で送信する構成であってもよいし、無線方式で送信する構成であってもよい。
  -電圧検出器-
 電圧検出器(46)は、交流電源(4)のR相及びS相に接続され、T相には接続されていない。電圧検出器(46)は、交流電源(4)の線間電圧(Vrs)のみを検出して、対応する制御器(43)に入力する。
  -制御器-
 制御器(43)は、マイクロコンピュータと、当該マイクロコンピュータを動作させるためのプログラムを格納したメモリディバイスとを用いて構成される。図1に示すように、各制御器(43)は、対応する電流源(30)、フィルタ側電流検出器(45a,45b)及び電圧検出器(46)、後述する分電盤(60)内の負荷分担器(7)に接続されている。制御器(43)は、各検出器(45a,45b,46)の検出結果と負荷分担器(7)からの信号とに基づいて、対応する電流源(30)の出力電流である補償電流を調整制御する。
 <分電盤の構成>
 図1に示すように、分電盤(60)は、空気調和システム(100)において1つ設けられている。分電盤(60)は、交流電源(4)と各空気調和装置(11,12)及び高調波発生負荷器(3)との間に位置しており、分電盤側電流検出器(4a,4b)及び負荷分担器(7)を有する。
 分電盤側電流検出器(4a,4b)は、交流電源(4)から出力される電流(Irs,Its)を検出する。
 この例では、分電盤側電流検出器(4a,4b)は、1つの分電盤(60)において2つ設けられている。分電盤側電流検出器(4a)は、交流電源(4)から出力されるR相の電流値(Irs)を検出し、分電盤側電流検出器(4b)は、交流電源(4)から出力されるT相の電流値(Its)を検出する。分電盤側電流検出器(4a,4b)によって検出された電流値(Irs,Its)は、負荷分担器(7)に入力される。
 分電盤側電流検出器(4a,4b)の構成には、特に限定はないが、例えばカレントトランスを採用することなどが考えられる。
 また、分電盤側電流検出器(4a,4b)は、検出結果を負荷分担器(7)に有線方式で送信する構成であってもよいし、無線方式で送信する構成であってもよい。
 負荷分担器(7)は、マイクロコンピュータと、当該マイクロコンピュータを動作させるためのプログラムを格納したメモリディバイスとを用いて構成される。図1に示すように、負荷分担器(7)は、分電盤側電流検出器(4a,4b)及び各アクティブフィルタ装置(5,6)に含まれる制御器(43)と接続されている。負荷分担器(7)は、分電盤側電流検出器(4a,4b)の検出結果と各制御器(43)からの信号とに基づいて、各電流源(30)の出力電流である補償電流を、上記制御器(43)と共に調整制御する。
 <電流源の最大出力容量に基づく補償電流の調整制御>
 既に述べたように、空気調和システム(100)には、高調波電流を発生させる要因となる高調波発生負荷器が複数存在する(具体的には、高調波発生負荷器(3)、2つの電力変換装置(1,2))。それ故、空気調和システム(100)上にて発生する高調波電流の合計値は、高調波発生負荷器が1つの場合に比べて高くなるが、この状態においても、各アクティブフィルタ装置(5,6)は、高調波電流を確実に低減させることが望まれる。
 しかしながら、各アクティブフィルタ装置(5,6)が高調波電流の低減のために問題なく生成することのできる補償電流量(即ち、電流源(30)の補償量)は、各アクティブフィルタ装置(5,6)の最大出力容量に基づき限られている。アクティブフィルタ装置(5,6)が生成する補償電流量が自身の最大出力容量を超えると、アクティブフィルタ装置(5,6)には過渡的に負荷がかかり、アクティブフィルタ装置(5,6)の故障の要因となるおそれがある。
 そこで、本実施形態1に係る制御器(43)及び負荷分担器(7)は、上記第1制御及び第2制御の際、各電流源(30)の最大出力容量に基づく補償電流の量を算出する算出部(90)として機能する。
 具体的に、算出部(90)は、上記第1制御及び第2制御が行われる間、負荷分担器(7)にて、高調波発生負荷器(3)及び複数の電力変換装置(1,2)それぞれにて発生する高調波電流の総和を、各電流源(30)が分担して補償するように、各電流源(30)の分担を調整する。この分担にあたり、算出部(90)は、負荷分担器(7)にて、各電流源(30)の補償量が該電流源(30)の最大出力容量以下となる条件を満たすように、各電流源(30)の分担割合を決定する。そして、算出部(90)は、各制御器(43)にて、上記第1制御及び第2制御が行われる間、負荷分担器(7)が決定した各電流源(30)の分担割合に応じて対応する電流源(30)が出力するべき補償電流の量を決定し、当該電流源(30)に生成させる制御も行う。
 このため、制御器(43)は、図3に示すように、位相検出部(436)、第1電流演算部(435)、第2電流演算部(434)、負荷電流演算部(433)、電流指令演算部(432)、ゲートパルス発生部(431)、最大許容電流設定部(437)、及び減算部(438)を有する構成となっている。負荷分担器(7)は、図4に示すように、複数の除算部(71a,71b)(ここでは2つ)、複数の乗算部(72a,72b,72c,72d)(ここでは4つ)、及び1つの加算部(73)を有する構成となっている。
  -位相検出部-
 各制御器(43)の位相検出部(436)には、対応する電圧検出器(46)が検出した交流電源(4)の線間電圧(Vrs)が入力される。位相検出部(436)は、入力された線間電圧(Vrs)を用いて受電経路(13)における電源電圧の位相を検出し、検出した位相を第1電流演算部(435)及び第2電流演算部(434)に出力する。
  -第1電流演算部-
 アクティブフィルタ装置(5)における制御器(43)の第1電流演算部(435)には、位相検出部(436)によって検出された電源電圧の位相、及び、負荷分担器(7)による分電盤側電流検出器(4a,4b)を用いた演算結果(Its1,Irs1)が入力される。アクティブフィルタ装置(6)における制御器(43)の第1電流演算部(435)には、位相検出部(436)によって検出された電源電圧の位相、及び、負荷分担器(7)による分電盤側電流検出器(4a,4b)を用いた演算結果(Its2,Irs2)が入力される。
 各第1電流演算部(435)は、それぞれに入力された信号に基づいて、対応するアクティブフィルタ装置(5,6)が、受電経路(13)における高調波電流の補償(高調波電流の低減)と基本波の無効成分の補償(基本波の力率改善)の双方を行うために必要な電流値を示す値(以下、第1電流指令値(i1))を求める。各第1電流演算部(435)は、求めた第1電流指令値(i1)を、対応する負荷電流演算部(433)に出力する。
  -第2電流演算部-
 アクティブフィルタ装置(5)における制御器(43)の第2電流演算部(434)は、位相検出部(436)によって検出された電源位相、及び、アクティブフィルタ装置(5)におけるフィルタ側電流検出器(45a,45b)の検出結果(Ir2a,It2a)(即ち、アクティブフィルタ装置(5)に入力される電流)が入力される。アクティブフィルタ装置(6)における制御器(43)の第2電流演算部(434)は、位相検出部(436)によって検出された電源位相、及び、アクティブフィルタ装置(6)におけるフィルタ側電流検出器(45a,45b)の検出結果(Ir3a,It3a)(即ち、アクティブフィルタ装置(6)に入力される電流)が入力される。
 各第2電流演算部(434)は、それぞれに入力された信号に基づいて、対応するアクティブフィルタ装置(5,6)の現時点での高調波電流の補償(高調波電流の低減)及び基本波の無効成分の補償(基本波の力率改善)のために、該アクティブフィルタ装置(5,6)に流れ込んでいる電流を示す値(以下、第2電流指令値(i2))を求める。各第2電流演算部(434)は、求めた第2電流指令値(i2)を、対応する負荷電流演算部(433)に出力する。
  -負荷電流演算部-
 各制御器(43)の負荷電流演算部(433)は、対応する第1電流演算部(435)の第1電流指令値(i1)から対応する第2電流演算部(434)の第2電流指令値(i2)を減算し、その減算結果を対応する電流指令演算部(432)に出力する。
 ここで、交流電源(4)の各相の出力電流(Irs,Iss,Its)、高調波発生負荷器(3)の各相の入力電流(Ir1,Is1,It1)、空気調和装置(11)の各相の入力電流(Ir2,Is2,It2)、空気調和装置(11)内の電力変換装置(1)への各相の入力電流(Ir2L,Is2L,It2L)、空気調和装置(11)内のアクティブフィルタ装置(5)への各相の入力電流(Ir2a,Is2a,It2a)、空気調和装置(12)の各相の入力電流(Ir3,Is3,It3)、空気調和装置(12)内の電力変換装置(2)への各相の入力電流(Ir3L,Is3L,It3L)、空気調和装置(12)内のアクティブフィルタ装置(6)への各相の入力電流(Ir3a,Is3a,It3a)によれば、以下のような各相の電流の関係が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 交流電源(4)の各相の出力電流(Irs,Iss,Its)から各アクティブフィルタ装置(5,6)への各相の入力電流(Ir2a,Is2a,It2a,Ir3a,Is3a,It3a)を減算した結果は、上式(1)を用いて整理すると以下のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 上式(2)は、交流電源(4)の各相の出力電流(Irs,Iss,Its)から各アクティブフィルタ装置(5,6)への各相の入力電流(Ir2a,Is2a,It2a,Ir3a,Is3a,It3a)を減算することにより、高調波発生負荷器(3)及び電力変換装置(1,2)に流れる電流の総和が判明することを意味している。そのことを利用して、本実施形態1では、高調波発生負荷器(3)と電力変換装置(1,2)の基本波力率の改善及び発生する高調波の抑制を実現することにより、交流電源(4)付近の配電・受電端の基本波力率の改善及び高調波電流の低減を実現する。
 上記を利用して、負荷電流演算部(433)は、第1電流指令値(i1)から第2電流指令値(i2)を減算することにより、高調波発生負荷器(3)及び電力変換装置(1,2)に流れる電流の総和を求めている。
また上記より、分電盤側電流検出器(4a,4b)とフィルタ側電流検出器(45a,45b)があれば配電・受電端の基本波力率の改善及び高調波電流の低減は可能であり、個々の電力変換装置(1,2)への入力電流(Ir2L,Is2L,It2L, Ir3L,Is3L,It3L)を検出する必要はないことが分かる。
  -電流指令演算部-
 各制御器(43)の電流指令演算部(432)は、対応する負荷電流演算部(433)の演算結果の逆位相の電流値を演算して,その値を電流指令値(Iref)として対応するゲートパルス発生器(431)に出力する。
  -ゲートパルス発生部-
 各制御器(43)のゲートパルス発生部(431)は、対応する電流源(30)を構成するインバータ回路におけるスイッチングを指示するスイッチング指令値(G)を生成する。詳しくは、ゲートパルス発生器(431)は、電流源(30)が出力する電流値と上記電流指令値(Iref)との偏差に基づいてスイッチング指令値(G)を生成する動作を繰り返す、いわゆるフィードバック制御を行う。これにより、各電流源(30)からは、電流指令値(Iref)に相当する補償電流が受電経路(13)に供給される。つまり、各アクティブフィルタ装置(5,6)によって、第1電流指令値(i1)に相当する電流と第2電流指令値(i2)に相当する電流とを重畳した補償電流が受電経路(13)に供給される。
  -最大許容電流設定部-
 各制御器(43)の最大許容電流設定部(437)は、対応するアクティブフィルタ装置(5,6)の電流源(30)が問題なく生成して流すことのできる電流値の最大値(最大出力容量)を設定する。
 上記最大値は、例えば、アクティブフィルタ装置(5,6)の製造時に、アクティブフィルタ装置(5,6)毎に適宜決定されることができる。上記最大値は、電流源(30)を構成するスイッチング素子の容量やフィルタ側電流検出器(45a,45b)などの各アクティブフィルタ装置(5,6)を構成する部品の定格電流などに応じて決定される。
  -減算部-
 各制御器(43)の減算部(438)は、最大許容電流設定部(437)に設定された電流値の最大値から、対応するアクティブフィルタ装置(5,6)におけるフィルタ側電流検出器(45a)の検出結果(Ir2a,Ir3a)(即ち、現在アクティブフィルタ装置(5,6)に流れている電流)を減算する。これは、最大出力容量から現在のアクティブフィルタ装置(5,6)の補償分の電流(第1補償量に相当)を減算することにより、各減算部(438)が、アクティブフィルタ装置(5,6)それぞれの現在の余剰能力を示す電流値(Irs1*,Irs2*)を算出していることを意味する。即ち、各減算部(438)は、複数の高調波を発生させる機器(1~3)のうち一部の機器にて発生する高調波電流を補償するための第1補償量を、自身のアクティブフィルタ装置(5,6)における電流源(30)の最大出力容量から減算することにより、最大出力容量と第1補償量との差である余剰分を、上記電流値(Irs1*,Irs2*)として算出している。
 上記余剰能力を示す各減算部(438)の演算結果(Irs1*,Irs2*)は、負荷分担器(7)に出力される。
  -負荷分担器-
 図1に示すように、上式(1)に係る交流電源(4)の出力電流(Irs,Its)は、分電盤側電流検出器(4a,4b)によって検出され、負荷分担器(7)に入力される。図4に示すように、負荷分担器(7)には、各制御器(43)の減算部(438)の演算結果である各アクティブフィルタ装置(5,6)の余剰能力を示す電流値(Irs1*,Irs2*)も入力される。負荷分担器(7)は、これらの入力信号に基づいて、アクティブフィルタ装置(5)が負担する補償量である補償電流(Irs1,Its1)、アクティブフィルタ装置(6)が負担する補償量である補償電流(Irs2,Its2)を算出する。特に、この算出では、以下に示すように、交流電源(4)に流れる電流(Irs,Its)に対し、余剰能力が大きいアクティブフィルタ装置(5,6)程負担する補償量ができるだけ大きくなるように、各アクティブフィルタ装置(5,6)が分担する補償量(分担補償分)が決定される。
 先ず、加算部(73)は、アクティブフィルタ装置(5)の余剰能力を示す電流値(Irs1*)とアクティブフィルタ装置(6)の余剰能力を示す電流値(Irs2*)とを加算する。加算部(73)の加算結果は、2つの除算部(71a,71b)に入力される。
 除算部(71a)には、アクティブフィルタ装置(5)の余剰能力を示す電流値(Irs1*)が入力され、除算部(71b)には、アクティブフィルタ装置(6)の余剰能力を示す電流値(Irs2*)が入力される。除算部(71a)は、上記電流値(Irs1*)を、加算部(73)の加算結果で除算し、除算部(71b)は、上記電流値(Irs2*)を、加算部(73)の加算結果で除算する。即ち、各除算部(71a,71b)は、空気調和システム(100)に設置されているアクティブフィルタ装置(5,6)全ての現時点での余剰能力の合計値に対する、各アクティブフィルタ装置(5,6)の現時点での余剰能力の割合を求める。
 乗算部(72a)には、除算部(71a)の除算結果及び分電盤側電流検出器(4b)の検出結果(Its)が入力され、乗算部(72b)には、除算部(71a)の除算結果及び分電盤側電流検出器(4a)の検出結果(Irs)が入力される。乗算部(72c)には、除算部(71b)の除算結果及び分電盤側電流検出器(4b)の検出結果(Its)が入力され、乗算部(72d)には、除算部(71b)の除算結果及び分電盤側電流検出器(4a)の検出結果(Irs)が入力される。
 各乗算部(72a~72d)は、入力された信号を乗算し、その結果を各アクティブフィルタ装置(5,6)の制御器(43)に出力する。具体的に、乗算部(72b,72a)の乗算結果(Irs1,Its1)は、アクティブフィルタ装置(5)の制御器(43)に出力され、乗算部(72d,72c)の乗算結果(Irs2,Its2)は、アクティブフィルタ装置(6)の制御器(43)に出力される。
 即ち、各乗算部(72a~72d)は、空気調和システム(100)に設置されているアクティブフィルタ装置(5,6)全ての現時点での余剰能力の合計値に対する、各アクティブフィルタ装置(5,6)の現時点での余剰能力の割合に、交流電源(4)の出力電流(Irs,Its)を乗算することにより、各アクティブフィルタ装置(5,6)が負担する補償量である補償電流(Irs1,Its1,Irs2,Its2)を算出する。当該補償電流(Irs1,Its1,Irs2,Its2)に基づき、各制御器(43)は、対応する電流源(30)の電流生成制御を行う。
 <補償電流の調整制御の動作の詳細>
 図5を用いて、第1制御及び第2制御にて行われる、本実施形態1における電流源(30)の最大出力容量に基づく補償電流の調整制御の動作について説明する。図5(a)は、高調波発生負荷器である各電力変換装置(1,2)の動作状態を、縦軸を電力として示している。図5(a)では、電力変換装置(1)は殆ど動作していないものの、電力変換装置(2)は、電力変換装置(1)よりも消費電力が多く、その消費電力が自身の最大電力に近づく程度の状態で動作していることを示している。なお、図5(a)では、双方の電力変換装置(1,2)の最大電力が同程度である場合を例示している。
 図5(b)に、各空気調和装置(11,12)内の電力変換装置(1,2)の補償用であるアクティブフィルタ装置(5,6)(図5では“AF”と記載)の補償電流を示す。図5(b)では、電力変換装置(1,2)の動作状態が図5(a)と同様であって、各アクティブフィルタ装置(5,6)が生成する補償電流の電流量は、各電力変換装置(1,2)の動作状態(図5(a))に相関した大きさとなっている。具体的に、電力変換装置(1)の消費電力は電力変換装置(2)よりも小さいため、図5(b)では、アクティブフィルタ装置(5)の補償電流量(第1補償量)は、アクティブフィルタ装置(6)の補償電流量(第1補償量)よりも小さくなっている。
 なお、図5(b)では、各アクティブフィルタ装置(5,6)の最大出力容量を、各電流源(30)が問題なく生成することのできる電流の最大値である最大補償電流で示しており、各アクティブフィルタ装置(5,6)の最大出力容量は等しい。各アクティブフィルタ装置(5,6)の補償電流は、最大補償電流よりも小さく、最大補償電流と各アクティブフィルタ装置(5,6)の補償電流との差は、各アクティブフィルタ装置(5,6)の余剰分(余剰能力)を表す。
 電力変換装置(1,2)の補償(即ち、高調波の抑制及び基本波力率の改善)に加えて、高調波発生負荷器(3)の補償量をアクティブフィルタ装置(5,6)毎に示したものが、図5(c)(d)となる。図5(c)は、高調波発生負荷器(3)の補償量(図5(c)の破線部分の合計値)を、両アクティブフィルタ装置(5,6)が均等に負担する場合を示す。均等に負担する場合、図5(c)に示すように、電力変換装置(1)に対する補償量(第1補償量)が小さいアクティブフィルタ装置(5)では、電力変換装置(1)及び高調波発生負荷器(3)の補償量の合計値が、自身の許容できる最大補償電流以下であるが、電力変換装置(2)に対する補償量(第1補償量)が大きいアクティブフィルタ装置(6)では、電力変換装置(2)及び高調波発生負荷器(3)の補償量の合計値が、自身の許容できる最大補償電流を超えてしまっている。
 そのため、本実施形態1では、図5(d)の破線で表した部分のように、各アクティブフィルタ装置(5,6)の補償状態、より具体的には各アクティブフィルタ装置(5,6)が対応する電力変換装置(1,2)を補償している第1補償量とアクティブフィルタ装置(5,6)自身の最大補償電流との差である各アクティブフィルタ装置(5,6)の余剰分に応じて、高調波発生負荷器(3)の補償量を、アクティブフィルタ装置(5)とアクティブフィルタ装置(6)とで分担して負担する。この際、本実施形態1では、各アクティブフィルタ装置(5,6)の余剰分に応じて、余剰分が大きいアクティブフィルタ装置(5,6)程、高調波発生負荷器(3)を分担して補償する第2補償量が大きくなるように、各アクティブフィルタ装置(5,6)の補償電流が算出される。
 これにより、図5(d)に示すように、第1補償量に第2補償量を重畳した各アクティブフィルタ装置(5,6)の補償電流量は、それぞれの最大補償電流以下となることができる。更に、第1補償量に第2補償量を重畳した各アクティブフィルタ装置(5,6)の補償電流量の、アクティブフィルタ装置(5,6)間での差は縮まり、できる限り補償量は平均化される。
 図5(d)に係る補償電流の調整制御の動作は、既に述べたように、第1制御及び第2制御において行われる制御である。≪全体の概要≫で説明したように、第1制御及び第2制御では、電源力率を所定時間(pt)経過毎に把握し行われる。それ故、補償電流の調整制御の動作も、所定時間(pt)経過毎に更新され行われる。
 <効果>
 本実施形態1では、全体の概要で説明した効果に加え、以下の効果を奏する。
 本実施形態1では、電力変換装置(1,2)及び高調波発生機器(3)にて発生する高調波電流の総和は、複数の電流源(30)に分担して補償され、その補償量は、各電流源(30)自身の最大出力容量を超えないように決定される。これにより、補償対象となる高調波発生機器(具体的には電力変換装置(1,2)及び高調波発生機器(3))が複数存在する場合において、複数の電流源(30)の少なくとも一部に過剰な負荷がかかることなく、各電流源(30)を有効利用した状態にて高調波電流の低減及び基本波電流の改善を図ることができる。
 特に、本実施形態1では、各電流源(30)の補償電流は、各電流源(30)が既に補償している第1補償量とその電流源(30)自身の最大出力容量との差である余剰分に応じて決定される。これにより、補償電流は、確実に最大出力容量を超えない条件を満たすように決定される。
 本実施形態1では、算出部(90)は、余剰分が大きい程、高調波発生機器(3)にて発生する高調波電流を分担して補償する第2補償量が大きくなるように、各電流源(30)の補償電流を算出する。これにより、各電流源(30)の補償量はなるべく平均化される。従って、任意の電流源(30)に過剰な負荷がかかることを抑制できる。
 本実施形態1では、最大出力容量は、電流源(30)が生成することのできる電流の最大値を示す最大補償電流値であって、当該最大補償電流値から、第1補償量に相当する第1補償分の電流値を減算することで、余剰分が算出される。
 また、本実施形態1では、高調波電流の発生源である複数の機器(1~3)のうち少なくとも1つは、電源から電力供給を受ける電力変換装置である。更に、本実施形態1では、空気調和装置(11,12)にアクティブフィルタ装置(5,6)が組み込まれている。
 ≪実施形態2≫
 図6は、本実施形態2に係る空気調和システム(100)の構成を示すブロック図である。本実施形態2は、上記実施形態1に対し、電圧検出器(46)が交流電源(4)の各相に接続されていることと、最大出力容量を最大補償電流に代えて最大補償電力値として制御を行うことが異なっているが、その他は、上記実施形態1と同様である。以下では、実施形態1と異なる部分のみについて説明する。
 図6に示すように、各電圧検出器(46)は、R相、S相、T相に接続されている。各電圧検出器(46)は、対応する交流電源(4)の線間電圧(Vrs,Vst,Vtr)を検出して、制御器(43)に入力する。
 本実施形態2に係る制御器(43)は、対応するアクティブフィルタ装置(5,6)の補償している電力を算出し、その算出結果を最大許容電力設定部(440)にて設定されたアクティブフィルタ装置(5,6)が許容できる補償電力(最大補償電力値)から減算することにより、余剰の補償電力を算出して負荷分担器(7)に出力している。
 具体的には、制御器(43)は、図7に示すように、位相検出部(436)、第1電流演算部(435)、第2電流演算部(434)、負荷電流演算部(433)、電流指令演算部(432)、ゲートパルス発生部(431)、電力演算部(439)、最大許容電力設定部(440)、及び減算部(441)を有する構成となっている。位相検出部(436)、第1電流演算部(435)、第2電流演算部(434)、負荷電流演算部(433)、電流指令演算部(432)、ゲートパルス発生部(431)は、実施形態1にて同じ符号を付して表した位相検出部(436)、第1電流演算部(435)、第2電流演算部(434)、負荷電流演算部(433)、電流指令演算部(432)、ゲートパルス発生部(431)と同様である。
 アクティブフィルタ装置(5)の電力演算部(439)には、アクティブフィルタ装置(5)における電圧検出器(46)が検出した線間電圧(Vrs,Vst,Vtr)及びフィルタ側電流検出器(45a,45b)の検出結果(Ir2a,It2a)が入力される。アクティブフィルタ装置(6)の電力演算部(439)には、アクティブフィルタ装置(6)における電圧検出器(46)が検出した線間電圧(Vrs,Vst,Vtr)及びフィルタ側電流検出器(45a,45b)の検出結果(Ir3a,It3a)が入力される。各電力演算部(439)は、入力されたこれらの信号を下式(3)及び下式(4)に当てはめて、回転2軸(αβ軸)の電圧Vα,Vβ及びiα,iβを演算する。下式(3)で用いる電圧は相電圧(Vr,Vs,Vt)であり、検出した線間電圧(Vrs,Vst,Vtr)より電気回路理論を用いて容易に変換することができる。なお、下式(4)では、アクティブフィルタ装置(5)の電力演算部(439)が使用する式を例示しているが、アクティブフィルタ装置(6)の電力演算部(439)が使用する場合は、当該式(4)の“Ir2a,It2a”は“Ir3a,It3a”に置き換えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 次いで、電力演算部(439)は、上式(3)及び上式(4)で求めた回転2軸(αβ軸)の電圧Vα,Vβ及び電流iα,iβを、下式(5)に当てはめて、有効電力Pαを演算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 各最大許容電力設定部(440)は、対応するアクティブフィルタ装置(5,6)の許容できる補償電力、即ち、対応するアクティブフィルタ装置(5,6)の電流源(30)が問題なく出力することのできる電力の最大値(最大補償電力値)を設定する。
 なお、上記最大補償電力値は、上記実施形態1と同様、例えばアクティブフィルタ装置(5,6)の製造時に、アクティブフィルタ装置(5,6)毎に適宜決定されることができる。上記最大補償電力値は、電流源(30)を構成するスイッチング素子の定格容量などの、各アクティブフィルタ装置(5,6)を構成する部品の定格電力に応じて決定されることができる。
 各減算部(441)は、最大許容電力設定部(440)で設定された最大補償電力値から上記電力演算部(439)が演算した電力Pαを減算する。各電力演算部(439)が演算した有効電力Pαは、現在のアクティブフィルタ装置(5,6)の補償分の電力(第1補償量に相当)を意味する。従って、最大補償電力値から電力演算部(439)が演算した有効電力Pα(即ち第1補償量)を減算することにより、各アクティブフィルタ装置(5,6)の減算部(441)は、自身のアクティブフィルタ装置(5,6)の現在の余剰能力を示す電力値(P1*,P2*)を算出することができる。即ち、各減算部(441)は、高調波電流の発生源である複数の機器(1~3)のうち一部の機器にて発生する高調波電流を補償するための第1補償量を、自身のアクティブフィルタ装置(5,6)における電流源(30)の最大出力容量から減算することにより、最大出力容量と第1補償量との差である余剰分(余剰能力)を、上記電力値(P1*,P2*)として算出している。
 このようにして、各減算部(441)にて算出された各アクティブフィルタ装置(5,6)の余剰能力を示す電力値(P1*,P2*)は、1つの負荷分担器(7)に入力される。図8に示すように、本実施形態2に係る負荷分担器(7)の構成は、入力される信号(P1*,P2*)の一部が上記実施形態1に係る負荷分担器(7)と異なる他は、図4で示した上記実施形態1に係る負荷分担器(7)と同様である。
 図8に示すように、本実施形態2に係る負荷分担器(7)では、各アクティブフィルタ装置(5,6)の余剰能力を示す電流値(Irs1*,Irs2*)に代えて、各アクティブフィルタ装置(5,6)の現在の余剰能力を示す電力値(P1*,P2*)が、加算部(73)及び除算部(71a,71b)に入力される。負荷分担器(7)の各除算部(71a,71b)は、上記電力値(P1*,P2*)に基づいて、空気調和システム(100)に設置されているアクティブフィルタ装置(5,6)全ての現時点での余剰能力の合計値に対する、各アクティブフィルタ装置(5,6)の現時点での余剰能力の割合を求める。負荷分担器(7)の各乗算部(72a~72d)は、上記実施形態1と同様、求めた余剰能力の割合に分電盤側電流検出器(4a,4b)の検出結果(Irs,Its)を乗算することにより、各アクティブフィルタ装置(5,6)が負担する補償電流(Irs1,Its1,Irs2,Its2)を算出する。
 各アクティブフィルタ装置(5,6)に流れる電流(Ir2a,Is2a,It2a,Ir3a,Is3a,It3a)は、交流電源(4)の電源電圧の状態に応じて変化する。例えば、電源電圧が高くなると上記電流(Ir2a,Is2a,It2a,Ir3a,Is3a,It3a)は小さくなる。従って、アクティブフィルタ装置(5,6)の余剰能力を電力にて算出することにより、電源電圧によって上記電流(Ir2a,Is2a,It2a,Ir3a,Is3a,It3a)が変化する現象も加味した上で、補償電流の調整制御が可能となる。電流値の余剰分によって各アクティブフィルタ装置(5,6)の負荷の補償分担割合を変化させる上記実施形態1に比して、本実施形態2のように電力値の余剰分によって各アクティブフィルタ装置(5,6)の負荷の補償分担割合を変化させる手法の方が、アクティブフィルタ装置(5,6)の設計がし易くなる。
 図9を用いて、第1制御及び第2制御にて行われる、本実施形態2における電流源(30)の最大出力容量に基づく補償電流の調整制御の動作について説明する。図9(a)は、図5(a)と同様、電力変換装置(1)は殆ど動作していないものの、電力変換装置(2)は、電力変換装置(1)よりも消費電力が多く、その消費電力が自身の最大電力に近づく程度の状態で動作していることを示している。なお、図9(a)では、双方の電力変換装置(1,2)の最大電力が同程度である場合を例示している。
 図9(b)に、各空気調和装置(11,12)内の電力変換装置(1,2)の補償用であるアクティブフィルタ装置(5,6)(図9では“AF”と記載)の補償電力を示す。図9(b)では、電力変換装置(1,2)の動作状態が図9(a)と同様であって、各アクティブフィルタ装置(5,6)の補償電力値(第1補償量)は、各電力変換装置(1,2)の動作状態に相関した大きさとなっている。具体的に、図9(b)では、アクティブフィルタ装置(5)の補償電力値(第1補償量)は、アクティブフィルタ装置(6)の補償電力値(第1補償量)よりも小さくなっている。
 なお、図9(b)では、各アクティブフィルタ装置(5,6)の最大出力容量を、各電流源(30)が出力することのできる電力の最大値である最大補償電力値で示し、各アクティブフィルタ装置(5,6)の最大補償電力値は等しい。各アクティブフィルタ装置(5,6)の補償電力値(第1補償量)は、最大補償電力値よりも小さく、最大補償電力値と各アクティブフィルタ装置(5,6)の補償電力値(第1補償量)との差は、各アクティブフィルタ装置(5,6)の余剰分(余剰能力)を表す。
 電力変換装置(1,2)の補償(即ち、高調波の抑制及び基本波力率の改善)に加えて、高調波発生負荷器(3)の補償量をアクティブフィルタ装置(5,6)毎に示したものが、図9(c)(d)となる。図9(c)は、高調波発生負荷器(3)の補償量(図9(c)の破線部分の合計値)を、両アクティブフィルタ装置(5,6)が均等に負担する場合を示す。均等に負担する場合、図9(c)に示すように、電力変換装置(1)に対する補償量(第1補償量)が小さいアクティブフィルタ装置(5)では、電力変換装置(1)及び高調波発生負荷器(3)の補償量の合計値が、自身の許容できる最大補償電力値以下であるが、電力変換装置(2)に対する補償量(第1補償量)が大きいアクティブフィルタ装置(6)では、電力変換装置(2)及び高調波発生負荷器(3)の補償量の合計値が、自身の許容できる最大補償電力値を超えてしまっている。
 そのため、本実施形態2では、図9(d)の破線で表した部分のように、各アクティブフィルタ装置(5,6)の補償状態、より具体的には、各アクティブフィルタ装置(5,6)が対応する電力変換装置(1,2)を補償している第1補償量とアクティブフィルタ装置(5,6)自身の最大補償電力値との差である各アクティブフィルタ装置(5,6)の余剰分に応じて、高調波発生負荷器(3)の補償量を、アクティブフィルタ装置(5)とアクティブフィルタ装置(6)とで分担して負担する。この際、各アクティブフィルタ装置(5,6)の余剰分に応じて、余剰分が大きいアクティブフィルタ装置(5,6)程、高調波発生負荷器(3)を分担して補償する第2補償量が大きくなるように、各アクティブフィルタ装置(5,6)の補償電量に伴う補償電流が算出される。
 これにより、図9(d)に示すように、第1補償量に第2補償量を重畳した各アクティブフィルタ装置(5,6)の補償電流に相関する補償電力値は、それぞれの最大補償電力値以下となることができる。更に、各アクティブフィルタ装置(5,6)の補償電流に相関する補償電力値の、アクティブフィルタ装置(5,6)間での差は縮まり、できる限り補償量は平均化される。
 図9(d)に係る補償電流の調整制御の動作は、既に述べたように、第1制御及び第2制御において行われる制御である。≪全体の概要≫で説明したように、第1制御及び第2制御では、電源力率を所定時間(pt)経過毎に把握し行われる。それ故、補償電流の調整制御の動作も、所定時間(pt)経過毎に更新され行われる。
 <効果>
 本実施形態2は、全体の概要で説明した効果及び上述した実施形態1と、概ね同様の効果を奏する。
 特に、本実施形態2では、最大出力容量として、電流源(30)が出力することのできる最大補償電力値を用いて余剰分が算出される。電力は、電流及び電圧の積に等しい。従って、電力により余剰分を求めることにより、電流及び電圧の個々の値を意識せずとも、電流と電圧との様々な組合せパターンに応じて柔軟に補償電流の量を算出することができるため、アクティブフィルタ装置(5,6)の設計が比較的容易となる。
 ≪実施形態3≫
 図10は、本実施形態3に係る空気調和システム(100)の構成を示すブロック図である。本実施形態3では、上記実施形態1のように、負荷分担器(7)が分電盤(60)内には設けられておらず、図11に示すように、空気調和装置(11)のアクティブフィルタ装置(5)における制御器(47)内に負荷分担器(7)の機能が組み込まれている。その他の構成及び制御は、上記実施形態1と同様である。
 具体的に、図10に示すように、本実施形態3の分電盤(60)には、分電盤側電流検出器(4a,4b)のみが設けられている。そして、図11に示すように、空気調和装置(11)のアクティブフィルタ装置(5)には、上記実施形態1に係る負荷分担器(7)と制御器(43)とを組合せた構成の制御器(47)が設けられている。制御器(47)は、上記制御器(43)と同様、マイクロコンピュータと、当該マイクロコンピュータを動作させるためのプログラムを格納したメモリディバイスとを用いて構成される。そのことにより、上記実施形態1の負荷分担器(7)のために別途マイクロコンピュータ及びメモリディバイス等を用意する必要が本実施形態3では無く、その分コストダウンを図ることができる。
 なお、空気調和装置(12)のアクティブフィルタ装置(6)における制御器(43)は、上記実施形態1に係る制御器(43)と同様である。
 このような空気調和システム(100)では、アクティブフィルタ装置(5)の制御器(47)がマスター機、アクティブフィルタ装置(6)の制御器(43)がスレーブ機として機能する。本実施形態3では、制御器(43)及び制御器(47)の組合せが、共に算出部(90)に相当する。
 制御器(47)は、第1制御及び第2制御の際、各アクティブフィルタ装置(5,6)について、最大出力容量と第1補償量との差である余剰分(余剰能力)から、各アクティブフィルタ装置(5,6)が負担する負担割合を求め、当該割合に応じて補償電流(Irs1,Its1,Irs2,Its2)を算出する。このうち、制御器(47)は、補償電流(Irs1,Its1)を用いてスイッチング指令値(G)を生成し、対応する電流源(30)(即ちアクティブフィルタ装置(5)の電流源(30))に出力する。一方、制御器(47)は、補償電流(Irs2,Its2)をアクティブフィルタ装置(6)の制御器(43)に出力する。制御器(43)は、当該補償電流(Irs2,Its2)を用いてスイッチング指令値(G)を生成し、対応する電流源(30)(即ちアクティブフィルタ装置(6)の電流源(30))に出力する。
 本実施形態3は、上記実施形態1と同様の効果を奏する。
 なお、本実施形態3に係る構成は、上記実施形態2において採用されてもよい。
 ≪実施形態4~実施形態6について≫
 実施形態4~実施形態6では、上記実施形態1~3と同様、高調波電流の発生源が1つの電力系統内に複数接続されており、上記第1制御及び第2制御においては、複数のアクティブフィルタ装置(5,6)が分担して高調波電流を低減する対策が行われる。しかし、その分担手法は上記実施形態1~3とは異なる。上記第1制御及び第2制御において、上記実施形態1~3では、複数のアクティブフィルタ装置(5,6)(具体的には電流源(30))が一斉に動作を行うが、実施形態4~6では、各アクティブフィルタ装置(5,6)が動作を開始するタイミングにあえて時間差を生じさせている。
 ≪実施形態4≫
 <空気調和システムの概要>
 本実施形態4に係る電源品質管理システムに相当する空気調和システム(100)の構成を、図12に示す。空気調和システム(100)は、高調波発生負荷器(3)と、接続機器(41,42)を含む複数の空気調和装置(11,12)と(ここでは2つを例示)、力率検出器(70)とを備える。空気調和システム(100)は、設置されたビル等における室内の空気調和(冷房や暖房)を行う。
 高調波発生負荷器(3)は、上記実施形態1~3と同様、ビル等に設けられたエレベータや、空気調和装置(11,12)とは別の空気調和装置などである。
 <空気調和装置の構成>
 各空気調和装置(11,12)は、圧縮機を有した冷媒回路(図示を省略)、上記高調波発生負荷器(3)とは別の高調波電流の発生源(高調波発生負荷器)である電力変換装置(1,2)、及びアクティブフィルタ装置(5,6)を備える。
 電力変換装置(1,2)は、交流電源(4)に接続されている。電力変換装置(1,2)それぞれは、図示していないが、コンバータ回路とインバータ回路とを有する。各電力変換装置(1,2)は、交流電源(4)から交流電力が供給されると、これを所望周波数及び所望電圧を有した交流電力に変換し、変換後の電力を圧縮機(より詳しくは圧縮機が備える電動機)に供給する。それにより、圧縮機が稼働して冷媒回路が機能し、その結果、室内の空気調和が行われる。
 既に述べたように、高調波発生負荷器(3)のみならず、各空気調和装置(11,12)においても、電力変換装置(1,2)や圧縮機の電動機が稼働すると、高調波電流が発生する場合がある。この高調波電流は、交流電源(4)から各空気調和装置(11,12)へ電力を供給する電流経路を介して、交流電源(4)に流出する可能性がある。このような高調波電流は、一般的には、交流電源(4)側への流出レベルが規制されている。そのため、空気調和システム(100)は、各アクティブフィルタ装置(5,6)によって、流出する高調波電流の低減を図っている。また、設備容量や省エネルギーの観点などから、基本波力率の改善が求められるところ、本実施形態4のアクティブフィルタ装置(5,6)は、基本波力率の改善機能も備えている。
 以下、アクティブフィルタ装置(5,6)の構成について説明する。
 <アクティブフィルタ装置の構成>
 各アクティブフィルタ装置(5,6)は、対応する各空気調和装置(11,12)に組み込まれている。
 各アクティブフィルタ装置(5,6)は、交流電源(4)に対し、高調波発生負荷器である電力変換装置(1,2)と並列に接続されており、該電力変換装置(1,2)から流出し交流電源(4)からの受電経路(13)に現れる高調波電流を打ち消す機能を有する。即ち、各アクティブフィルタ装置(5,6)は、交流電源(4)の受電経路(13)における電流が正弦波に近づくように補償電流を流す。より具体的には、各アクティブフィルタ装置(5,6)は、受電経路(13)に現れている高調波電流とは逆位相の補償電流を生成し、受電経路(13)に供給する。
 また、各アクティブフィルタ装置(5,6)は、上述した補償電流を流すことにより、基本波力率を改善する力率改善の機能も有する。この例では、基本波の無効成分も補償する補償電流を流すように各アクティブフィルタ装置(5,6)を構成することで、基本波力率の改善を行う。
 上記機能を実現するため、実施形態1等と同様、アクティブフィルタ装置(5,6)それぞれは、図12に示すように、電流源(30)、フィルタ側電流検出器(45a,45b)、電圧検出器(46)、及び制御器(52,62)を有する。
 なお、上記実施形態1と同様、各アクティブフィルタ装置(5,6)は、対応する空気調和装置(11,12)の負荷最大時における高調波電流を想定して、出力最大容量が設定されている。但し、空気調和装置(11,12)は、最大負荷の状態で使用されることよりも小さい負荷(例えば中間の負荷)で使用される場合が多いため、アクティブフィルタ装置(5,6)は、稼働中の殆どの期間において、能力が余剰となることが多いと考えられる。
  -電流源-
 電流源(30)は、高調波電流の低減及び基本波力率改善を行うための補償電流を生成する。電流源(30)の出力端子は、対応する電力変換装置(1,2)に接続されており、生成した補償電流は受電経路(13)に出力される。
 上記実施形態1と同様、電流源(30)は、いわゆるインバータ回路を用いて構成される(アクティブフィルタインバータ部)。電流源(30)は、対応する制御器(52,62)から入力されたスイッチング指令値(G)に応じてスイッチングすることによって、補償電流を生成する。
  -フィルタ側電流検出器-
 フィルタ側電流検出器(45a,45b)は、対応するアクティブフィルタ装置(5,6)の電流源(30)に入力される電流値(Ir2a,It2a,Ir3a,It3a)を検出する。この例では、上記実施形態1と同様、フィルタ側電流検出器(45a,45b)は、1つのアクティブフィルタ装置(5,6)において2つ設けられている。
 フィルタ側電流検出器(45a)は、交流電源(4)から電流源(30)に入力されるR相の電流値(Ir2a,Ir3a)を検出し、フィルタ側電流検出器(45b)は、交流電源(4)から電流源(30)に入力されるT相の電流値(It2a,It3a)を検出する。フィルタ側電流検出器(45a,45b)によって検出された電流値(Ir2a,It2a,Ir3a,It3a)は、対応する制御器(52,62)に送信される。
 フィルタ側電流検出器(45a,45b)は、例えばカレントトランスによって構成されていてもよい。また、フィルタ側電流検出器(45a,45b)は、検出結果を各制御器(52,62)に有線方式または無線方式で送信する構成であることができる。
  -電圧検出器-
 電圧検出器(46)は、交流電源(4)のR相及びS相に接続され、交流電源(4)の線間電圧(Vrs)を検出する。検出結果は、対応する制御器(52,62)に入力される。
  -制御器-
 制御器(52,62)は、マイクロコンピュータと、当該マイクロコンピュータを動作させるためのプログラムを格納したメモリディバイスとを用いて構成される。図12に示すように、各制御器(52,62)は、対応する電流源(30)、フィルタ側電流検出器(45a,45b)及び電圧検出器(46)と接続されている。
 更に、制御器(52)は、力率検出器(70)内の力率演算器(7d)及び電源側電流検出器(7a)とも接続されているが、制御器(62)は、力率検出器(70)とは非接続である。
 また、制御器(52)と制御器(62)同士は、互いに接続されている。
 制御器(52)は、対応する検出器(45a,45b,46,7a)それぞれの検出結果、及び、力率検出器(70)内の演算結果(電源力率θαβ)に基づいて、対応する電流源(30)の出力電流である補償電流を調整制御して、空気調和装置(11)の入力力率を変化させる。
 制御器(62)は、制御器(52)からの信号と、対応する検出器(45a,45b,46)それぞれの検出結果に基づいて、対応する電流源(30)の出力電流である補償電流を調整制御して、空気調和装置(12)の入力力率を変化させる。
 制御器(52,62)それぞれの詳細構成と動作については、<制御器によって実現される電源品質改善制御動作>にて説明する。
 <力率検出器の構成>
 力率検出器(70)は、交流電源(4)と各空気調和装置(11,12)及び高調波発生負荷器(3)との間に位置しており、交流電源(4)の電源力率を例えば所定時間(図1の“pt”)毎に検出する。力率検出器(70)は、電源側電流検出器(7a,7b)、電圧検出器(7c)及び力率演算器(7d)を有する。
 電源側電流検出器(7a,7b)は、交流電源(4)から出力される電流(Irs,Its)を検出する。電源側電流検出器(7a)は、交流電源(4)から出力されるR相の電流値(Irs)を検出し、電源側電流検出器(7b)は、交流電源(4)から出力されるT相の電流値(Its)を検出する。電源側電流検出器(7a)によって検出された電流値(Irs)は、力率演算器(7d)及び制御器(52)に入力され、電源側電流検出器(7b)によって検出された電流値(Its)は、力率演算器(7b)に入力される。
 なお、電源側電流検出器(7a,7b)は、例えばカレントトランスによって構成されることができる。また、電源側電流検出器(7a,7b)には、有線方式または無線方式で検出結果を送信する構成が採用されてもよい。
 電圧検出器(7c)は、交流電源(4)の各相に接続され、交流電源(4)の線間電圧(Vrs,Vst,Vtr)を検出する。電圧検出器(7c)の検出結果は、力率演算器(7d)に入力される。
 力率演算器(7d)は、入力された線間電圧(Vrs,Vst,Vtr)及び電流値(Irs,Its)を下式(6)及び下式(7)に当てはめて、回転2軸(αβ軸)の電圧Vα,Vβ及び電流iα,iβを演算で求める。下式(6)で用いる電圧は相電圧(Vr,Vs,Vt)であり、検出した線間電圧(Vrs,Vst,Vtr)より電気回路理論を用いて容易に変換することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 次いで、力率演算器(7d)は、上式(6)及び上式(7)で求めた回転2軸(αβ軸)の電圧Vα,Vβ及び電流iα,iβを下式(8)に当てはめて、有効電力Pαを演算する。また、力率演算器(7d)は、上式(6)及び上式(7)で求めた回転2軸(αβ軸)の電圧Vα,Vβ及び電流iα,iβを下式(9)に当てはめて、無効電力Pβを演算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 力率演算器(7d)は、求めた有効電力Pα及び無効電力Pβそれぞれを下式(10)に当てはめて、交流電源(4)の電源力率θαβを演算する。即ち、力率演算器(7d)によって求められる電源力率θαβは、現時点での実際の電源力率θαβを意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 演算結果である電源力率θαβは、空気調和装置(11)の制御器(52)に入力される。
 <制御器によって実現される電源品質改善制御動作>
 本実施形態4に係る各空気調和装置(11,12)内の制御器(52,62)は、第1制御及び第2制御において、電流源(30)の出力電流の調整に伴って空気調和装置(11,12)の入力力率を調整することによって電源力率を制御する電源品質改善制御を行う。この電源品質改善制御は、電源力率に基づいて、電源力率が増減して改善するように複数の空気調和装置(11,12)のうちの一部である第1空気調和装置(11)の入力力率を変化させた後、複数の空気調和装置(11,12)から第1空気調和装置(11)を除いた残りの第2空気調和装置(12)について入力力率を変化させる制御である。
 上記電源品質改善制御を実現するため、本実施形態4では、先に制御器(52)が自身を含む空気調和装置(11)に対する入力力率の調整を行い、その後制御器(62)が自身を含む空気調和装置(12)に対する入力力率の調整を行う。
 以下、上記動作を実現するための、個々の制御器(52,62)の詳細な構成を説明する。
 なお、制御器(52,62)の詳細な構成は、同一ではなく異なっている。説明の便宜上、先に入力力率が変化される対象の空気調和装置(11)を“第1空気調和装置”、後で入力力率が変化される対象の空気調和装置(12)を“第2空気調和装置”と言う。
  -第1空気調和装置(11)に含まれる制御器(52)について-
 制御器(52)は、メモリディバイスに記憶されたプログラムをマイクロコンピュータが実現することにより、図13に示すように、位相検出部(526)、第1電流演算部(525)、第2電流演算部(524)、負荷電流演算部(523)、電流指令演算部(522)、ゲートパルス発生器(521)、目標設定部に相当する目標設定器(527)、減算器(528)、及び時間遅延部(529)として機能する。
 位相検出部(526)には、電圧検出器(46)が検出した交流電源(4)の線間電圧(Vrs)が入力される。位相検出部(526)は、当該線間電圧(Vrs)を用いて受電経路(13)における電源電圧の位相を検出し、検出した位相を各電流演算部(524,525)に出力する。
 第1電流演算部(525)には、位相検出部(526)によって検出された電源電圧の位相、力率検出器(70)内の電源側電流検出器(7a)によって検出された交流電源(4)の出力電流(Irs)、及び、力率検出器(70)内の力率演算器(7d)によって演算された電源力率θαβが入力される。第1電流演算部(525)は、入力されたこれらのパラメータに基づいて、高調波電流の補償(高調波電流の低減)と基本波の無効成分の補償(基本波の力率改善)の双方を行うために必要な電流(第1電流指令値(i1)とする)を求め、当該第1電流指令値(i1)を負荷電流演算部(523)に出力する。
 第1電流指令値(i1)を求める原理は、以下の式(11)である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
 上式(11)の右辺の分子における“cosθ1”は、基本波力率を意味する。ここで、電源力率θαβの目標値が、範囲“0.9950~1.0049”内の値“1.0”であるとする。上式(11)の右辺の分母は、交流電源(4)の出力電流(Irs)における電流実効値と同等であるため、交流電源(4)の出力電流(Irs)を用いて演算することができる。
 また、第1電流指令値(i1)は、上式(11)の変形により下式(12)にて表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
 上式(12)は、“cosθ1“を“1.0”とすると、下式(13)のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
 上式(13)の右辺のうち電源力率θαβを除いた部分は、既に述べたように、交流電源(4)の出力電流(Irs)における電流実効値と同等である。そのため、第1電流指令値(i1)は、上式(13)に示すように、電源力率θαβと出力電流(Irs)の電流実効値との積で表すことができる。
 以上より、第1電流演算部(525)は、電源側電流検出器(7a)の検出結果(Irs)、電源力率θαβおよび電源電圧の位相から、第1電流指令値(i1)を求めることができる。
 第2電流演算部(524)には、位相検出部(526)によって検出された電源電圧の位相、及び、第1空気調和装置(11)におけるフィルタ側電流検出器(45a,45b)によって検出された電流源(30)への入力電流(Ir2a,It2a)が入力される。第2電流演算部(524)は、これらのパラメータに基づいて、現時点での高調波電流の補償(高調波電流の低減)及び基本波の無効成分の補償(基本波の力率改善)の双方を行っているアクティブフィルタ装置(5)に流れ込む電流(第2電流指令値(i2)とする)を求め、当該第2電流指令値(i2)を負荷電流演算部(523)に出力する。例えば、第2電流演算部(524)は、フィルタ側電流検出器(45a,45b)の検出結果(Ir2a,It2a)から、高調波電流成分及び基本波の無効成分を抽出して、第2電流指令値(i2)として出力する。
 負荷電流演算部(523)は,空気調和システム(100)内の高調波電流の発生源となる高調波発生負荷器(3)及び電力変換装置(1,2)に入力される電流の合計値を、第1電流指令値(i1)から第2電流指令値(i2)を減算することによって求める。求めた演算結果は、電流指令演算部(522)に出力される。
 電流指令演算部(522)は、負荷電流演算部(523)の演算結果の逆位相の電流値を演算して、その値を電流指令値(Iref)としてゲートパルス発生器(521)に出力する。
 ゲートパルス発生器(521)は、電流源(30)を構成するインバータ回路におけるスイッチングを指示するためのスイッチング指令値(G)、を生成する。当該スイッチング指令値(G)は、第1空気調和装置(11)内の電流源(30)に出力するための信号である。
 詳しくは、ゲートパルス発生器(521)は、第1空気調和装置(11)内の電流源(30)が出力する電流値と上記電流指令値(Iref)との偏差に基づいてスイッチング指令値(G)を生成する動作を繰り返す、いわゆるフィードバック制御を行う。これにより、第1空気調和装置(11)内の電流源(30)からは、電流指令値(Iref)に相当する電流(補償電流)が受電経路(13)に供給される。つまり、ゲートパルス発生器(521)によって、第1電流指令値(i1)に相当する電流と第2電流指令値(i2)に相当する電流とを重畳した補償電流が、受電経路(13)に供給される。
 目標設定器(527)は、空気調和システム(100)全体、即ち交流電源(4)の電源力率θαβの目標値を設定する。本実施形態4では、当該目標値は、“0.9950~1.0049”の範囲内の値に設定され、より好ましくは、“1.0”と設定される。以下では、当該目標値が“1.0”と設定された場合について説明する。
 減算器(528)には、目標設定器(527)によって設定された目標値と、力率検出器(70)によって検出された電源力率θαβとが入力される。減算器(528)は、入力されたこれらのパラメータの偏差を求めると、求めた偏差を時間遅延部(529)に出力する。
 上記偏差は、第2空気調和装置(12)におけるアクティブフィルタ装置(6)の制御器(62)に、当該アクティブフィルタ装置(6)の力率指令値θαβ_AF2として出力される。しかし、電源力率θαβは例えば数秒の単位で早く動作する必要はなく、また、アクティブフィルタ装置(5)の容量が許容容量に到達するまで、及び、アクティブフィルタ装置(6)に流れる電流が最大限流すことのできる電流値に達するまで、電源力率θαβを制御するには、ある程度の所要時間(例えば数分)が必要となる。
 そこで、時間遅延部(529)は、この所要時間等に鑑みて、遅延時間(例えば数十分)を設定する。時間遅延部(529)は、所定タイミング(例えば上記偏差が算出されたタイミング)から所定の遅延時間が経過したタイミングで、上記偏差を、第2空気調和装置(12)の力率指令値(即ち、第2空気調和装置(12)の電源力率の目標値)θαβ_AF2としてアクティブフィルタ装置(6)に出力する。即ち、時間遅延部(529)は、第1空気調和装置(11)のアクティブフィルタ装置(5)が動作を開始した後に、第2空気調和装置(12)が動作を開始するように、第2アクティブフィルタ装置(6)が動作開始するタイミングを遅延させる。
  -第2空気調和装置(12)に含まれる制御器(62)について-
 制御器(62)は、メモリディバイスに記憶されたプログラムをマイクロコンピュータが実現することにより、図14に示すように、位相検出部(626)、第1電流演算部(625)、第2電流演算部(624)、負荷電流演算部(623)、電流指令演算部(622)、及びゲートパルス発生器(621)として機能する。
 位相検出部(626)の動作は、上述した位相検出部(526)と同一である。
 第1電流演算部(625)には、上記力率指令値θαβ_AF2が入力される。第1電流演算部(625)は、この力率指令値θαβ_AF2に応じて、アクティブフィルタ装置(6)の第1電流指令値(i1)を求める。この際、第1電流演算部(625)は、力率指令値θαβ_AF2を横軸、アクティブフィルタ装置(6)の第1電流指令値(i1)を縦軸とした、力率指令値θαβ_AF2と第1電流指令値(i1)との関係性をテーブルデータとして予め保持しておき、入力された力率指令値θαβ_AF2を当該テーブルデータに当てはめることで、第1電流指令値(i1)を一意的に求めても良い。
 第2電流演算部(624)には、位相検出部(626)によって検出された電源電圧の位相、及び、第2空気調和装置(12)におけるフィルタ側電流検出器(45a,45b)によって検出された電流源(30)への入力電流(Ir3a,It3a)が入力される。第2電流演算部(624)は、これらのパラメータに基づいて、上記第2電流演算部(524)と同様の手法にてアクティブフィルタ装置(5)の第2電流指令値(i2)を求める。
 負荷電流演算部(623)は、空気調和システム(100)内の高調波電流の発生源となる高調波発生負荷器(3)及び電力変換装置(1,2)に入力される電流の合計値を、第1電流演算部(625)の演算結果である第1電流指令値(i1)から第2電流演算部(624)の演算結果である第2電流指令値(i2)を減算することによって求める。求めた演算結果は、電流指令演算部(622)に出力される。
 電流指令演算部(622)は、負荷電流演算部(623)の演算結果の逆位相の電流値を演算して、その値を電流指令値(Iref)としてゲートパルス発生器(621)に出力する。
 ゲートパルス発生器(621)は、ゲートパルス発生器(621)が出力した演算結果である電流指令値(Iref)等を用いて、上述したゲートパルス発生器(521)と同様の手法により、第2空気調和装置(12)内の電流源(30)に出力するためのスイッチング指令値(G)を生成する。
  -電源品質改善制御動作の流れ-
 図15に、電源力率θαβ、第1空気調和装置(11)の入力力率、第2空気調和装置(12)の入力力率、目標設定器(527)が設定した電源力率の目標値θαβ、減算器(528)が演算した偏差、第2空気調和装置(12)への力率指令値θαβ_AF2の、経時的変化の動作例を示す。図15は、電源力率θαβが遅れ力率であって、この遅れ力率を補正する場合の動作例を表す。
 なお、以下の例は、力率の増減方向を分かり易く示したものであり、当然、電源電流と空気調和装置(11,12)の入力電流との大きさに応じて、電源力率を目標値に近づけるために必要な空気調和装置(11,12)の入力力率の変更量は異なる。
 先ず、時刻t1までは、実際の電源力率θαβが“0.93”となっている。第1空気調和装置(11)及び第2空気調和装置(12)は、アクティブフィルタ装置(5,6)それぞれを備えるため、時刻t1までの各入力力率は、“1.0”となっている。
 なお、目標設定器(527)の設定値、即ち空気調和システム(100)全体の電源力率θαβの目標値は、時刻に関係なく常に“1.0”である。
 時刻t1までは、減算器(528)は、目標設定器(527)が設定した目標値“1.0”から現在の電源力率θαβを減算することで、偏差“0.07”を得る。
 この偏差は、第2空気調和装置(12)に力率指令値θαβ_AF2としては出力されない。先ずは、第1空気調和装置(11)のみによって、電源力率θαβを目標値に近づける制御が行われる。
 時刻t1では、第1空気調和装置(11)の入力力率が“1.0”から進む方向に変化して“1.05”となっているが、これは、時刻t1前までの電源力率θαβが目標値“1.0”よりも低い“0.93”であり遅れる方向にシフトしていたからである。つまり、空気調和システム(100)全体の電源力率θαβが遅れ力率であることを補正するべく、第1空気調和装置(11)では入力力率を進む方向に変化させる制御(即ち第1制御)が行われ、その結果、第1空気調和装置(11)の入力力率が進んだ方向に変化して“1.0”から“1.05”となったことを表している。この第1空気調和装置(11)の入力力率の制御により、時刻t1では、空気調和システム(100)全体の電源力率θαβは、“0.93”から“0.98”へと改善(増加)している。
 しかしながら、空気調和システム(100)全体の電源力率θαβは、目標設定器(527)が設定した目標値“1.0”には未だ到達しておらず、遅れ力率の状態となっている。
 そこで、時刻t1の直後、減算器(528)は、現在の電源力率θαβ“0.98”と目標設定器(527)が設定した目標値“1.0”との偏差“0.02”を求め、これを、時刻t1から所定の遅延時間経過した時刻t2に、第2空気調和装置(12)に力率指令値θαβ_FA2として出力する。
 その結果、時刻t2直後では、空気調和システム(100)全体の電源力率θαβが遅れ力率であった分“0.02”を補正するべく、第2空気調和装置(12)では入力力率を進む方向に変化させる制御(即ち第1制御)が行われ、その結果、第2空気調和装置(12)の入力力率が進んだ方向に変化して“1.0”から“1.02”となったことを表している。この第2空気調和装置(12)の入力力率の制御により、時刻t2では、空気調和システム(100)全体の電源力率θαβは、“0.98”から改善(増加)して目標設定器(527)の目標値“1.0”に到達している。
 図16は、電源力率θαβが進み力率であって、この進み力率を補正する場合の動作例を表す。
 先ず、時刻t1までは、実際の電源力率θαβが“1.1”となっている。第1空気調和装置(11)及び第2空気調和装置(12)は、アクティブフィルタ装置(5,6)それぞれを備えるため、時刻t1までの各入力力率は、“1.0”となっている。
 なお、目標設定器(527)の設定値、即ち空気調和システム(100)全体の電源力率θαβの目標値は、時刻に関係なく常に“1.0”である。
 時刻t1までは、減算器(528)は、目標設定器(527)が設定した目標値“1.0”から現在の電源力率θαβを減算することで、偏差“-0.1”を得る。
 この偏差は、第2空気調和装置(12)に力率指令値θαβ_AF2としては出力されない。先ずは、第1空気調和装置(11)のみによって、電源力率θαβを目標値に近づける制御が行われる。
 時刻t1では、第1空気調和装置(11)の入力力率が“1.0”から遅れる方向に変化して“0.95”となっているが、これは、時刻t1直前までの電源力率θαβが目標値“1.0”よりも高い“1.1”であり進む方向にシフトしていたからである。つまり、空気調和システム(100)全体の電源力率θαβが進み力率であることを補正するべく、第1空気調和装置(11)では入力力率を遅れる方向に変化させる制御(即ち第2制御)が行われ、その結果、第1空気調和装置(11)の入力力率が遅れた方向に変化して“1.0”から“0.95”となったことを表している。この第1空気調和装置(11)の入力力率の制御により、時刻t1では、空気調和システム(100)全体の電源力率θαβは、“1.1”から“1.05”へと改善(減少)している。
 しかしながら、空気調和システム(100)全体の電源力率θαβは、目標設定器(527)が設定した目標値“1.0”には未だ到達しておらず、進み力率の状態となっている。
 そこで、時刻t1の直後、減算器(528)は、現在の電源力率θαβ“1.05”と目標設定器(527)が設定した目標値“1.0”との偏差“-0.05”を求め、これを、時刻t1から所定の遅延時間経過した時刻t2に、第2空気調和装置(12)に力率指令値θαβ_FA2として出力する。
 その結果、時刻t2直後では、空気調和システム(100)全体の電源力率θαβが進み力率であった分“-0.05”を補正するべく、第2空気調和装置(12)では入力力率を遅らす方向に変化させる制御(即ち第2制御)が行われ、その結果、第2空気調和装置(12)の入力力率が遅れる方向に変化して“1.0”から“0.95”となったことを表している。この第2空気調和装置(12)の入力力率の制御により、時刻t2では、空気調和システム(100)全体の電源力率θαβは、“1.05”から改善(減少)して目標設定器(527)の目標値である“1.0”に到達している。
 なお、時刻t1と時刻t2の動作時間、時間間隔は、時間遅延部(529)で設定される。
 このように、本実施形態4では、第1制御及び第2制御の際、先ずはマスター機とも言える第1空気調和装置(11)にて入力力率の制御を行い、その後にスレーブ機とも言える第2空気調和装置(12)にて入力力率の制御が行われる電源品質改善制御が行われる。この電源品質改善制御では、電源力率θαβが目標値“1.0”に近づくように各入力力率を変化させていると言える。
 また、本実施形態4では、このような時間管理及びシステム(100)全体の電源力率θαβの指令を司る制御器(52)は、マスター機とも言える第1空気調和装置(11)内に含まれている。
 <効果>
 ここでは、電源力率θαβが遅れた方向に変化した場合、複数の接続機器(41,42)のうち少なくとも1つの入力における入力力率が電源力率θαβより進む方向に変化するように、電源力率θαβを制御する第1制御が行われる。電源力率θαβが進んだ方向に変化した場合、複数の接続機器(41,42)のうち少なくとも1つの入力力率が電源力率θαβより遅れる方向に変化するように、電源力率θαβを制御する第2制御が行われる。具体的に、この第1制御及び第2制御では、第1空気調和装置(11)の入力力率の変化後に第2空気調和装置(12)の入力力率を変化させることで電源力率θαβを改善させる電源品質改善制御が行われる。これにより、空気調和システム(100)全体としての電源力率θαβを含む電源品質を、確実に改善させることができる。
 上記電源品質改善制御では、電源力率θαβを目標値に近づくように変化させる制御が行われるため、空気調和システム(100)全体としての電源品質は確実に改善される。
 ここで、上記目標値は0.9950~1.0049の範囲内の値に設定されている。
 また、各空気調和装置(11,12)は、高調波電流の発生源である電力変換装置(1,2)と、電源品質を改善するアクティブフィルタ装置(5,6)とを含んでいる。電源品質管理システム(100)は、電力変換装置(1,2)とは別の高調波発生機器(3)を有しているが、上記電源品質改善制御により、電源品質管理システム(100)全体としての電源品質が改善される。
 また、電源品質管理システム(100)は、電源力率を検出する力率検出器(70)を更に備えている。この力率検出器(70)によって、実際の電源力率に伴う、より精度の高い電源品質改善制御が行われる。
 ≪実施形態5≫
 <構成>
 実施形態5に係る電源品質管理システムに相当する空気調和システム(100)の構成を、図17に示す。本実施形態5と上記実施形態4とが主に異なる点は、電源力率θαβを検出する代わりに、電源電流(Irs)から高調波電流における電源高調波を検出する構成となっていることである。従って、実施形態5では、第1制御及び第2制御の際の電源品質改善制御にて制御対象となるパラメータは、電源力率及び入力力率に代えて、高調波電流及び入力高調波となっている。
 具体的に、図17の空気調和システム(100)は、単相の高調波発生負荷器(3)と、接続機器(41,42)を含む空気調和装置(11,12)が複数と(ここでは2つを例示)、電源高調波検出器(80)とを備える。各空気調和装置(11,12)は、上記図12と同様、アクティブフィルタ装置(5,6)と、高調波電流の発生源となる電力変換装置(1,2)とを備える。アクティブフィルタ装置(5,6)は、フィルタ側電流検出器(45a,45b)、電圧検出器(46)、電流源(30)及び制御器(52,62)を有する。
 電源高調波検出器(80)は、電源側電流検出器(7a)と、高調波演算器(8d)とを有する。電源側電流検出器(7a)は、交流電源(4)から出力されるR相の電流値(Irs)を検出する。高調波演算器(8d)は、R相の電流値(Irs)に基づいて、高調波電流における電源高調波の例えば第5次成分F5(電源周波数が50Hzの場合、第5次成分の周波数は250Hz)を演算して制御器(52)に出力する。
 なお、本実施形態に係る制御器(52)の詳細構成については図示していないが、上記実施形態4の図13において、電流値(Irs)が入力されず、電源力率θαβの代わりに電源高調波の第5次成分F5が入力されること以外は、図13と同様である。但し、目標設定器(527)は、電源力率θαβの目標値に代えて、高調波電流の目標値、特に高調波電流における電源高調波の第5次成分の目標値を設定する。時間遅延部(529)は、力率指令値θαβ_AF2に代えて、高調波電流における電源高調波の指令値F5_AF2(以下、高調波指令値)を、第2空気調和装置(12)に出力する。
 制御器(62)の詳細構成は、図14と同様である。
 <電源品質改善制御動作の流れ>
 本実施形態5に係る各空気調和装置(11,12)内の制御器(52,62)は、第1制御及び第2制御において、電流源(30)の出力電流の調整に伴って空気調和装置(11,12)の入力高調波を調整することにより高調波電流における電源高調波を制御し、これによって電源力率を間接的に制御する電源品質改善制御を行う。この電源品質改善制御は、高調波電流に基づいて、高調波電流が低減するように複数の空気調和装置(11,12)のうちの一部である第1空気調和装置(11)の入力高調波を変化させた後、複数の空気調和装置(11,12)から第1空気調和装置(11)を除いた残りの第2空気調和装置(12)について入力高調波を変化させる制御である。
 なお、以下の例は、高調波電流の増減方向を分かり易く示したものであり、当然、電源高調波を目標値に近づけるためには交流電源(4)と空気調和装置(11,12)との間の配線インピーダンスによる位相ずれも考慮されることになる。
 上記電源品質改善制御を実現するため、本実施形態5では、先に制御器(52)が自身を含む空気調和装置(11)に対する入力高調波の調整を行い、その後制御器(62)が自身を含む空気調和装置(12)に対する入力高調波の調整を行う。
 図18に、高調波電流における電源高調波の第5次成分F5、第1空気調和装置(11)の入力高調波(第5次成分)、第2空気調和装置(12)の入力高調波(第5次成分)、目標設定器(527)が設定した電源高調波の第5次成分の目標値、減算器(528)が演算した偏差、第2空気調和装置(12)への高調波指令値F5_AF2の、経時的変化の動作例を示す。
 先ず、時刻t1までは、実際の高調波電流における電源高調波の第5次成分F5が“7A”となっている。第1空気調和装置(11)及び第2空気調和装置(12)は、アクティブフィルタ装置(5,6)それぞれを備えるため、時刻t1までの各入力高調波の第5次成分は、“3A”となっている。
 なお、目標設定器(527)の設定値、即ち空気調和システム(100)全体における電源高調波の第5次成分の目標値は、時刻に関係なく常に“3A”である。
 時刻t1までは、減算器(528)は、目標設定器(527)が設定した目標値“3A”から現在の電源高調波の第5次成分F5を減算することで、偏差“-4A”を得る。
 この偏差は、第2空気調和装置(12)に高調波指令値F5_AF2としては出力されない。先ずは、第1空気調和装置(11)のみによって、電源高調波の第5次成分F5を目標値に近づける制御が行われる。
 時刻t1では、第1空気調和装置(11)の入力高調波が減少して“1A”となっているが、これは、時刻t1前までの電源高調波の第5次成分F5が目標値“3A”よりも高い“7A”であり、よって交流電源(4)の電源力率がいわば遅れる方向にシフトしていたからである。電源高調波が増加すれば電源力率は減少し、逆に電源力率が減少すれば電源力率は増加する。それ故、時刻t1までの間の電源高調波の第5次成分F5から、空気調和システム(100)全体の電源力率が遅れ力率の状態であることが判明する。この状態を補正するべく、時刻t1では、第1空気調和装置(11)では入力高調波を減少させる方向に変化させることで、入力力率を電源力率よりも進ませることと等価の制御(即ち第1制御)が行われ、その結果、第1空気調和装置(11)の入力高調波が減少して“3A”から“1A”となったことを表している。この第1空気調和装置(11)の入力高調波の制御により、時刻t1では、空気調和システム(100)全体の電源高調波の第5次成分は、“7A”から“5A”へと改善(減少)しており、このことは、空気調和システム(100)全体の電源力率が進む方向へと改善(増加)したことを表す。
 しかしながら、空気調和システム(100)全体の電源高調波の第5次成分は、目標設定器(527)が設定した目標値“3A”には未だ到達しておらず、遅れ力率の状態となっている。
 そこで、時刻t1の直後、減算器(528)は、現在の電源高調波の第5次成分F5“5A”と目標設定器(527)が設定した目標値“3A”との偏差“-2A”を求め、これを、時刻t1から所定の遅延時間経過した時刻t2に、第2空気調和装置(12)に高調波指令値F5_AF2として出力する。
 その結果、時刻t2直後では、空気調和システム(100)全体の高調波電流における電源高調波の第5次成分F5が遅れていたことにより目標値から乖離していた分“-2A”を補正するべく、第2空気調和装置(12)では入力高調波を減少させる方向に変化させることで、入力力率を電源力率よりも進ませることと等価の制御(即ち第1制御)が行われる。その結果、時刻t2直後では、第2空気調和装置(12)の入力高調波が“3A”から減少して“1A”となっている。この第2空気調和装置(12)の入力高調波の制御により、時刻t2では、空気調和システム(100)全体の電源高調波の第5次成分は、“5A”から改善(減少)して目標設定器(527)の目標値“3A”に到達している。
 なお、時刻t1と時刻t2の動作時間、時間間隔は、制御器(52)の時間遅延部(529)で設定される。
 このように、本実施形態5では、第1制御及び第2制御の際、先ずはマスター機とも言える第1空気調和装置(11)にて入力高調波の制御を行い、その後にスレーブ機とも言える第2空気調和装置(12)にて入力高調波の制御が行われる電源品質改善制御が行われる。この電源品質改善制御では、高調波電流が目標値に近づくように各入力高調波を変化させることで、電源高調波が低減され、その結果空気調和システム(100)全体の電源力率が間接的に改善させていると言える。
 また、本実施形態5では、このような時間管理及びシステム(100)全体の電源高調波の第5次成分F5の指令を司る制御器(52)は、マスター機とも言える第1空気調和装置(11)内に含まれている。
 なお、進み力率の場合の具体例は省略する。
 <効果>
 ここでは、電源力率が遅れた方向に変化した場合、複数の接続機器(41,42)のうち少なくとも1つの入力における入力力率が電源力率より進む方向に変化するように、高調波電流における電源高調波を制御する第1制御が行われる。電源力率が進んだ方向に変化した場合、複数の接続機器(41,42)のうち少なくとも1つの入力力率が電源力率より遅れる方向に変化するように、高調波電流における電源高調波を制御する第2制御が行われる。具体的に、この第1制御及び第2制御では、高調波電流に基づいて、第1空気調和装置(11)の入力高調波の変化後に第2空気調和装置(12)の入力高調波を変化させる電源品質改善制御が行われる。これにより、高調波電流が低減され、その結果電源力率は改善される。従って、空気調和システム(100)全体としての電源品質を確実に改善させることができる。
 上記電源品質改善制御では、高調波電流を目標値に近づくように変化させる制御が行われるため、空気調和システム(100)全体としての電源品質は確実に改善される。
 また、各空気調和装置(11,12)は、高調波電流の発生源である電力変換装置(1,2)と、電源品質を改善するアクティブフィルタ装置(5,6)とを含んでいる。電源品質管理システム(100)は、電力変換装置(1,2)とは別の高調波発生機器(3)を有しているが、上記電源品質改善制御により、電源品質管理システム(100)全体としての電源品質が改善される。
 ≪実施形態6≫
 <構成>
 実施形態6に係る電源品質管理システムに相当する空気調和システム(100)の構成を、図19に示す。本実施形態6が上記実施形態4と異なる点は、高調波発生負荷器(3)が調相設備で構成されていることである。更に、本実施形態6が上記実施形態4と異なる点は、電源力率θαβがアクティブフィルタ装置(5,6)によっては制御できない場合、少なくとも一方のアクティブフィルタ装置(5,6)の動作を停止させて電源力率θαβを目標値“1.0”に近づける動作が行われることである。動作を停止する順番としては、マスター機である第1空気調和装置(11)内のアクティブフィルタ装置(5)、次いでスレーブ機であるアクティブフィルタ装置(6)、が挙げられる。その他は、上記実施形態4と概ね同様である。
 具体的に、図19の空気調和システム(100)は、調相装置である高調波発生負荷器(3)と、接続機器(41,42)を含む空気調和装置(11,12)が複数と(ここでは2つを例示)、力率検出器(70)とを備える。各空気調和装置(11,12)は、上記図12と同様、アクティブフィルタ装置(5,6)及び高調波電流の発生源となる電力変換装置(1,2)を備える。アクティブフィルタ装置(5,6)は、上記図12と同様、フィルタ側電流検出器(45a,45b)、電圧検出器(46)、電流源(30)及び制御器(52,62)を有する。
 高調波発生負荷器(3)は、力率検出器(70)と各空気調和装置(11,12)との間に接続されており、交流電源(4)の各相に対応した3つの進相リアクタ(31a,31b,31c)と3つの進相コンデンサ(32a,32b,32c)とを有する。
 この高調波発生負荷器(3)は、第1空気調和装置(11)及び第2空気調和装置(12)それぞれが最大電力で動作した際に電源力率θαβが目標値である“1.0”となるように設計されている。そのため、各空気調和装置(11,12)が最大電力よりも低い電力で動作している場合は、電源力率θαβは進み力率となる。従って、電源力率θαβが進み力率の場合は、アクティブフィルタ装置(5,6)が制御可能な範囲を超えてしまっている可能性がある。このことから、電源力率θαβが進み力率の場合、アクティブフィルタ装置(5,6)の動作を停止する制御が行われる。
 なお、上記以外の空気調和システム(100)に係る詳細構成は、上記実施形態4と同様である。
 <電源品質改善制御動作の流れ>
 本実施形態6に係る各空気調和装置(11,12)内の制御器(52,62)は、上記実施形態4と同様、第1制御及び第2制御において、電流源(30)の出力電流の調整に伴って空気調和装置(11,12)の入力力率を調整することによって電源力率を制御する電源品質改善制御を行う。上記電源品質改善制御を実現するため、先に制御器(52)が自身を含む空気調和装置(11)に対する入力力率の調整を行い、その後制御器(62)が自身を含む空気調和装置(12)に対する入力力率の調整を行う。
 更に、本実施形態6では、図20に示すように、電源力率θαβが進み力率の場合、その進み具合に応じて、アクティブフィルタ装置(5,6)の動作を順次停止する制御が行われる。
 図20に、電源力率θαβ、第1空気調和装置(11)の入力力率、第1空気調和装置(11)のアクティブフィルタ装置(5)の動作、第2空気調和装置(12)の入力力率、第2空気調和装置(12)のアクティブフィルタ装置(6)の動作、目標設定器(527)が設定した電源力率の目標値θαβ、減算器(528)が演算した偏差、第2空気調和装置(12)への力率指令値θαβ_AF2の、経時的変化の動作例を示す。図20は、電源力率θαβが進み力率であって、この進み力率を補正する場合の動作例を表す。
 先ず、時刻t1までは、実際の電源力率θαβが“1.14”となっている。第1空気調和装置(11)及び第2空気調和装置(12)では、アクティブフィルタ装置(5,6)それぞれが起動しており、時刻t1までの各入力力率は、“1.0”となっている。
 なお、目標設定器(527)の設定値、即ち空気調和システム(100)全体の電源力率θαβの目標値は、時刻に関係なく常に“1.0”である。
 時刻t1までは、減算器(528)は、目標設定器(527)が設定した目標値“1.0”から現在の電源力率θαβを減算することで、偏差“-0.14”を得る。
 この偏差は、第2空気調和装置(12)に力率指令値θαβ_AF2としては出力されない。先ずは、第1空気調和装置(11)のアクティブフィルタ装置(5)を停止することによって、電源力率θαβを目標値に近づける制御が行われる。
 時刻t1では、第1空気調和装置(11)の入力力率が“1.0”から遅れる方向に変化して“0.93”となっているが、これは、時刻t1直前までの電源力率θαβが目標値“1.0”よりも高い“1.14”であり進む方向にシフトしていたからである。つまり、空気調和システム(100)全体の電源力率θαβが進み力率であることを補正するべく、第1空気調和装置(11)では入力力率を遅れる方向に変化させるためにアクティブフィルタ装置(5)の動作を停止させる制御(即ち第2制御)が行われている。その結果、第1空気調和装置(11)の入力力率が遅れた方向に変化して“1.0”から“0.93”となったことを表している。この第1空気調和装置(11)の入力力率の制御により、時刻t1では、空気調和システム(100)全体の電源力率θαβは、“1.14”から“1.07”へと改善(減少)している。
 なお、アクティブフィルタ装置(5)の動作を停止させる制御には、例えば電流源(30)の動作を停止させる旨のスイッチング指令値(G)を、制御器(52)が電流源(30)に出力することが挙げられる。
 しかしながら、空気調和システム(100)全体の電源力率θαβは、目標設定器(527)が設定した目標値“1.0”には未だ到達しておらず、進み力率の状態となっている。
 そこで、時刻t1の直後、減算器(528)は、現在の電源力率θαβ“1.07”と目標設定器(527)が設定した目標値“1.0”との偏差“-0.07”を求め、これを、時刻t1から所定の遅延時間経過した時刻t2に、第2空気調和装置(12)に力率指令値θαβ_FA2として出力する。
 その結果、時刻t2直後では、空気調和システム(100)全体の電源力率θαβが進み力率であった分“-0.07”を補正するべく、第2空気調和装置(12)では入力力率を遅らす方向に変化させるためにアクティブフィルタ装置(6)の動作を停止させる制御(即ち第2制御)が行われている。その結果、第2空気調和装置(12)の入力力率が遅れる方向に変化して“1.0”から“0.93”となったことを表している。この第2空気調和装置(12)の入力力率の制御により、時刻t2では、空気調和システム(100)全体の電源力率θαβは、“1.07”から改善(減少)して目標設定器(527)の目標値である“1.0”に到達している。
 なお、時刻t1と時刻t2の動作時間、時間間隔は、制御器(52)の時間遅延部(529)で設定される。
 このように、本実施形態6では、第1制御及び第2制御の際、先ずはマスター機とも言える第1空気調和装置(11)にて入力力率の制御(具体的にはアクティブフィルタ装置(5)の動作を停止する制御)を行い、その後にスレーブ機とも言える第2空気調和装置(12)にて入力力率の制御(具体的にはアクティブフィルタ装置(6)の動作を停止する制御)を行う電源品質改善制御、が行われる。この電源品質改善制御では、電源力率θαβが目標値“1.0”に近づくように各入力力率を変化させていると言える。
 また、本実施形態6では、このような時間管理及びシステム(100)全体の電源力率θαβの指令を司る制御器(52)は、マスター機とも言える第1空気調和装置(11)内に含まれている。
 <効果>
 本実施形態では、上記実施形態4に係る効果に加え、以下の効果を奏する。
 制御器(52)は、第2制御における電源品質改善制御では、第1空気調和装置(11)に含まれるアクティブフィルタ装置(5)の動作を停止させる。アクティブフィルタ装置(5)の動作が停止すると、その分電源品質改善動作がなされず、電源力率θαβが低下する。よって、交流電源(4)の電源力率が進んだ方向に変化していた場合には、第2制御にてアクティブフィルタ装置(5)の動作を停止させることにより、電源力率は増加し改善される。
 更に、制御器(52)は、第2制御における電源品質改善制御において、第1空気調和装置(11)に含まれるアクティブフィルタ装置(5)を停止した後の電源力率θαβがなおも進んだ方向に変化している場合、第2空気調和装置(12)に含まれるアクティブフィルタ装置(6)の動作を停止させる。これにより、電源品質は更に増加され改善される。
 また、第1空気調和装置(11)に含まれるアクティブフィルタ装置(5)には、制御器(52)が組み込まれている。即ちここでは、先に動作を停止するアクティブフィルタ装置(5)と同じ空気調和装置(11)内に、電源品質改善制御の司令塔の役割を担う制御器(52)が含まれている。
 また、負荷装置(3)は、コンデンサ(32a~32c)及びリアクタ(31a~31c)を含む調相設備である。このように調相設備がシステム(100)内に含まれていると、電源力率θαβは進む方向に変化し易い。そのような場合に、第2制御において電源品質改善制御が行われることにより、電源力率は遅れる方向に変化するため、電源品質が改善する。
 ≪その他の実施形態≫
 上記実施形態1~6に係るアクティブフィルタ装置(5,6)は、高調波電流の低減機能のみを有する構成でもよい。また、アクティブフィルタ装置(5,6)は、力率改善機能のみを有する構成であってもよい。
 上記実施形態1~6では、1台の空気調和装置(11,12)に対して、複数台のアクティブフィルタ装置(5,6)が設けられていてもよい。
 上記実施形態1~6では、アクティブフィルタ装置(5,6)は、必ずしも空気調和装置(11,12)に組み込まれていなくても良い。
 上記実施形態1~6では、空気調和装置(11,12)の台数は、複数であればよく、2台に限定されない。
 上記実施形態1~6では、説明の便宜上、電源力率が進み力率の場合と遅れ力率の場合との具体例を挙げて説明した。しかし、上記実施形態1~6は、時々刻々と電源力率が進んだり遅れたりする場合にも、適用可能である。
 上記実施形態1~3では、空気調和装置(11,12)内の高調波発生負荷器が電力変換装置(1,2)である場合について説明したが、空気調和装置(11,12)内の高調波発生負荷器は、電力変換装置に限定されずともよい。
 上記実施形態1~3では、余剰分が大きい程、アクティブフィルタ装置(5,6)が分担する補償量が大きくなると説明したが、これは必須ではない。各アクティブフィルタ装置(5,6)の電流源(30)の補償量が該電流源(30)の最大出力容量を超えない条件下にて、高調波発生負荷器(3)の補償分が各アクティブフィルタ装置(5,6)にて分担されればよい。
 上記実施形態4~6において、目標値は、必ずしも“0.9950~1.0049”の範囲内に設定されなくてもよく、電源品質管理システム(100)の設置環境等に応じて適宜決定されることができる。
 上記実施形態4~6において、“0.9950~1.0049”の範囲に含まれる電源力率θαβは、四捨五入すれば目標値の“1.0”と同等となる。そこで、電源力率θαβが“0.9950~1.0049”の範囲内の場合は、電源力率θαβが概ね目標値に達したと判断し、上述した入力力率の制御が行われずともよい。
 上記実施形態4~6では、マスター機と言える第1空気調和装置(11)内に、電源品質改善制御の司令塔である制御器(52)が組み込まれていると説明したが、制御器(52)の位置は、これに限定されない。制御器(52)は、スレーブ機である第2空気調和装置(12)内であってもよいし、第1及び第2空気調和装置(11,12)とは別途位置してもよい。
 上記実施形態4,6において、力率検出器(70)の位置は、図12及び図19に限定されない。また、上記実施形態4,6では、電源力率θαβが把握されればよく、電源力率θαβの把握方法は上記実施形態4,6で説明した検出方法に限定されない。
 上記実施形態5において、電源高調波検出器(80)の位置は、図17に限定されない。また、上記実施形態5では、電源高調波F5が把握されればよく、電源高調波F5の把握方法は上記実施形態5で説明した検出方法に限定されない。
 上記実施形態5では、電源高調波が第5次成分である場合を例示したが、第5次成分に限定されない。
 上記実施形態6において、第1空気調和装置(11)の動作を停止したことにより電源力率θαβが目標値の近傍に至れば、第2空気調和装置(12)は、動作を停止せずともよく、入力力率を目標値により近づける程度に変化させて動作していてもよい。
 上記実施形態6では、高調波発生負荷器(3)が調相設備である場合を説明したが、調相設備以外であってもよい。また、上記実施形態1~6において、高調波発生負荷器(3)が調相設備であってもよい。
 上記実施形態6では、入力力率を変化させる制御に代えて、上記実施形態5のように入力高調波を変化させる制御が行われても良い。
 また、上記実施形態1~6において、コンデンサを用いた調相設備のように、高調波発生負荷器(3)による力率の変化量が予測できるものについては、力率指令値θαβ_AF2を外部より設定可能とした空気調和装置(11,12)を用いても良い。高調波発生負荷器(3)に応じて空気調和装置(11,12)の力率指令値θαβ_AF2を変更することで、力率検出器を無くすことも可能となる。但し、この場合は電力変換装置(1,2)または空気調和装置(11,12)の入力電流の検出器が必要となる。
 以上説明したように、本発明は、電源品質管理システムならびに空気調和装置について有用である。
 100 空気調和システム(電源品質管理システム)
 1,2 電力変換装置(高調波発生機器)
 3 高調波発生負荷器(負荷装置)
 4 交流電源
 5,6 アクティブフィルタ装置
 11,12 空気調和装置
 30 電流源
 31a~31c リアクタ
 32a~32c コンデンサ
 41,42 接続機器
 43,47,52,62 制御部
 70 力率検出器(力率検出部)
 90 算出部
 526 目標設定器(目標設定部)

Claims (18)

  1.  電源(4)に接続され、上記電源(4)から電源電力を供給されて動作する負荷装置(3)と、
     上記電源(4)に対し上記負荷装置(3)と並列に接続され上記電源(4)から上記電源電力を供給されて動作する高調波発生機器(1,2)と、上記電源(4)に対し上記高調波発生機器(1,2)に並列に出力が接続された電流源(30)と、を含む接続機器(41,42)が複数と、
     上記電源(4)から上記負荷装置(3)及び複数の上記高調波発生機器(1,2)への受電経路(13)を流れる高調波電流、または、上記電源(4)の電源力率、を制御する制御部(43,47,52,62)と
    を備え、
     上記制御部(43,47,52,62)は、
     上記電源力率が遅れた方向に変化した場合、複数の上記接続機器(41,42)のうち少なくとも1つの入力における入力力率が、上記電源力率より進む方向に変化するように、上記電源力率または上記高調波電流における電源高調波を制御する第1制御、を行い、
     上記電源力率が進んだ方向に変化した場合、複数の上記接続機器(41,42)のうち少なくとも1つの上記入力力率が、上記電源力率より遅れる方向に変化するように、上記電源力率または上記電源高調波を制御する第2制御、を行う
    ことを特徴とする電源品質管理システム。
  2.  請求項1において、
     上記電流源(30)は、対応する上記高調波発生機器(1,2)及び上記負荷装置(3)の高調波電流の低減及び基本波力率の改善の少なくとも一方を行うための補償電流を生成可能であって、
     上記制御部(43,47)が上記第1制御及び上記第2制御を行う際、複数の上記高調波発生機器(1,2)及び上記負荷装置(3)それぞれにて発生する上記高調波電流の総和を各上記電流源(30)に分担して補償させ、且つ各上記電流源(30)の補償量が該電流源(30)の最大出力容量以下となる条件を満たすように、各上記電流源(30)が生成するべき上記補償量に対応する上記補償電流の量を算出する算出部(90)、
    を更に備え、
     上記制御部(43,47)は、上記算出部(90)の算出結果に基づいて上記第1制御及び上記第2制御を行う
    ことを特徴とする電源品質管理システム。
  3.  請求項2において、
     上記算出部(90)は、
     各上記電流源(30)が、複数の上記高調波発生機器(1,2)及び上記負荷装置(3)のうち一部の上記高調波発生機器(1,2)及び上記負荷装置(3)にて発生する上記高調波電流を補償するための第1補償量、を算出し、
     複数の上記電流源(30)毎に、上記最大出力容量と上記第1補償量との差である余剰分を算出し、
     上記余剰分に応じて、各上記電流源(30)の上記補償電流を算出する
    ことを特徴とする電源品質管理システム。
  4.  請求項3において、
     上記算出部(90)は、上記余剰分が大きい程、複数の上記高調波発生機器(1,2)及び上記負荷装置(3)のうち一部の上記高調波発生機器(1,2)及び上記負荷装置(3)を除いた残りの上記高調波発生機器(1,2)及び上記負荷装置(3)、にて発生する上記高調波電流の総和を分担して補償する第2補償量が大きくなるように、各上記電流源(30)の上記補償電流を算出する
    ことを特徴とする電源品質管理システム。
  5.  請求項4において、
     上記最大出力容量は、上記電流源(30)が生成することのできる電流の最大値を示す最大補償電流値であって、
     上記算出部(90)は、上記最大補償電流値から、上記第1補償量に相当する第1補償分の電流値を減算することで、上記余剰分を算出する
    ことを特徴とする電源品質管理システム。
  6.  請求項4において、
     上記最大出力容量は、上記電流源(30)が出力することのできる電力の最大値を示す最大補償電力値であって、
     上記算出部(90)は、上記最大補償電力値から、上記第1補償量に相当する第1補償分の電力値を減算することで、上記余剰分を算出する
    ことを特徴とする電源品質管理システム。
  7.  請求項2から請求項6のいずれか1項において、
     上記電源(4)は、交流電源であって、
     複数の上記高調波発生機器(1,2)のうち少なくとも1つは、上記電源(4)から電力供給を受ける電力変換装置である
    ことを特徴とする電源品質管理システム。
  8.  請求項2から請求項7のいずれかに記載の電源品質管理システムに備えられ、上記電源(4)、上記負荷装置(3)及び上記高調波発生機器(1)に接続されたアクティブフィルタ装置(5)であって、
     上記電流源(30)と、
     上記算出部(90)が組み込まれた上記制御部(47)と、
    を備えることを特徴とするアクティブフィルタ装置。
  9.  請求項8に記載のアクティブフィルタ装置(5)を備えたことを特徴とする空気調和装置。
  10.  請求項1において、
     複数の上記接続機器(41,42)それぞれは空気調和装置(11,12)に含まれ、
     上記制御部(52,62)は、上記第1制御及び上記第2制御において、
    上記高調波電流または上記電源力率に基づいて、上記高調波電流が低減または上記電源力率が増減して改善するように、複数の上記空気調和装置(11,12)のうちの一部である第1空気調和装置(11)の上記入力力率または入力高調波を変化させた後、複数の上記空気調和装置(11,12)から上記第1空気調和装置(11)を除いた残りの第2空気調和装置(12)について入力力率または入力高調波を変化させることによって、上記電源力率または上記電源高調波を制御する電源品質改善制御、を行う
    ことを特徴とする電源品質管理システム。
  11.  請求項10において、
     上記高調波電流または上記電源力率の目標値を設定する目標設定部(527)、
    を更に備え、
     上記制御部(52)は、上記電源品質改善制御において、上記高調波電流または上記電源力率を上記目標値に近づくように変化させる
    ことを特徴とする電源品質管理システム。
  12.  請求項11において、
     上記目標値は0.9950~1.0049の範囲内の値に設定されている
    ことを特徴とする電源品質管理システム。
  13.  請求項10から請求項12のいずれか1項において、
     複数の上記空気調和装置(11,12)それぞれは、上記高調波発生機器(1,2)である電力変換装置と、上記電流源(30)を含み上記電力変換装置に接続されたアクティブフィルタ装置(5,6)とを含む
    ことを特徴とする電源品質管理システム。
  14.  請求項13において、
     上記制御部(52)は、上記第2制御における上記電源品質改善制御では、上記第1空気調和装置(11)に含まれる上記アクティブフィルタ装置(5)の動作を停止させる
    ことを特徴とする電源品質管理システム。
  15.  請求項14において、
     上記制御部(52)は、上記第2制御における上記電源品質改善制御において、
     上記第1空気調和装置(11)に含まれる上記アクティブフィルタ装置(5)を停止した後の上記電源力率がなおも進んだ方向に変化している場合、上記第2空気調和装置(12)に含まれる上記アクティブフィルタ装置(6)の動作を停止させる
    ことを特徴とする電源品質管理システム。
  16.  請求項13から請求項15のいずれか1項において、
     上記第1空気調和装置(11)に含まれる上記アクティブフィルタ装置(5)には、上記制御部(52)が組み込まれている
    ことを特徴とする電源品質管理システム。
  17.  請求項10から請求項16のいずれか1項において、
     上記負荷装置(3)は、コンデンサ(32a~32c)及びリアクタ(31a~31c)を含む調相設備である
    ことを特徴とする電源品質管理システム。
  18.  請求項10から請求項17のいずれか1項において、
     上記電源(4)と複数の上記空気調和装置(11,12)との間に接続され、上記電源力率を検出する力率検出部(70)、
    を更に備えることを特徴とする電源品質管理システム。
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