APF が負荷高調波を増幅するのはなぜですか?

一見すると、何かの間違いではないかとタイトルを疑う人もいるかもしれない。アクティブ パワー フィルタ (APF) は従来、高調波を緩和し、配電ネットワーク内の高調波成分を低減すると考えられていましたが、どのようにして負荷高調波を増幅できるのでしょうか?あなたはそれを正しく読んでいます、そして私も間違いを犯していません。 APF は確かに高調波を低減しますが、同時に高調波を増幅します。グリッド側に流れる高調波を低減し、負荷側から発生する高調波を増幅します。これを理解していないと、APF 容量を正しく設定して安全に使用することはできません。以下では、この興味深い現象について説明していきたいと思います。

上の図は、配電ネットワークに接続された典型的な非線形負荷を示しています。この図では、Ls は配電網変圧器の等価内部インピーダンスを表し、L1 は非線形負荷の入力インピーダンスを表し、APF 接続点は Ls と L1 の間にあります。固定負荷の場合、負荷高調波の大きさは Ls と L1 の合計に直接関係します。 Ls + L1 が大きいほど負荷高調波は小さくなり、その逆も同様です。 APFを接続しない場合、負荷高調波に対する入力インピーダンスはLs+L1となります。ただし、APF が接続され、配電変圧器に流れるすべての高調波が理論的に軽減されると、高調波に対する理想的な三相電圧源は Ls と L1 の間の中間位置に移動します。この時点で、負荷高調波の入力インピーダンスは L1 であるため、負荷 - 側の高調波は (Ls + L1) / L1 にほぼ等しい増幅量で同期して増幅されます。

上記の分析に基づいて、APF 接続は一般に負荷側の高調波を増幅します。 Ls と L1 がほぼ等しい場合、高調波の増幅は大きくなります。一般的な周波数変換器の負荷入力リアクタンスは配電変圧器の内部インピーダンスに匹敵するため、入力高調波を抑制するように APF を構成しても、周波数変換器の入力高調波が顕著に増幅されます。これは、入力インダクタを使用せず、代わりにトランスの等価内部インピーダンスを入力インダクタンスとして使用する一部の高電力周波数コンバータに特に当てはまります。{4}}この場合、理論的には、APF を使用して周波数コンバータの入力高調波を抑制した後、負荷 (つまり、周波数コンバータ) の入力電流高調波が無限大になり、合計入力電流が無限大になり、周波数コンバータが損傷する可能性があります。実際に、APF 接続点で系統電圧を観察すると、電圧が直線的に大幅に低下および上昇していることがわかり、系統内の他の機器に損傷を与える可能性さえあります。したがって、そのような状況では、追加の入力リアクタンスを周波数コンバータと直列に接続する必要があります。

最初の質問に戻りますが、APF 接続による負荷高調波の増幅については、APF の容量を設定する際には、この増幅を十分に考慮する必要があります。実際の APF 容量は、APF が負荷から系統に流れる高調波を緩和するのに十分な容量を確保できるように、APF 接続前の高調波振幅の少なくとも (Ls+L1)/L1 倍である必要があります。入力リアクタンスのないものなど、入力インピーダンスが非常に低いインバータ負荷の場合、APF 接続点と負荷の間にリアクタンスを直列に接続する必要があります。リアクタンス値は通常、少なくとも 3% のリアクタンス率として考慮する必要があり、APF 構成容量は、直列接続された入力リアクタンスのインダクタンスに対する Ls の比に基づいて計算する必要があります。-