[論文レビュー] Design of Three-Phase Hybrid Active Power Filter for Compensating the Harmonic Currents of Three-Phase System

Zubair Ahmed Memon, Muhammad Aslam Uqaili+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 9, 2016

Power Quality and Harmonics参考文献 20被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、瞬時pq理論を用いて高調波電流を検出するとともに、ヒステリシス電流制御器を用いて参照電流を追跡する3段階のハイブリッドアクティブパワーフィルタを提案する。シミュレーション結果は、IEEE 519基準に準拠した三相システムにおける総高調波歪み（THD）の低減と電力品質の向上を確認した。

ABSTRACT

Power quality standards (IEEE-519) require to limit the total harmonic distortion within satisfactory range caused by power electronic based devices. Our work deals with the design of hybrid active filter to reduce current perturbations produced by power electronics based devices. The Instantaneous Active and Reactive Power Method (pq) is used to perform the identification of disturbing currents. The pq algorithm creates a reference current, whereas, this reference current is tracked by the current of the voltage source converter. The currents of the voltage source converter are controlled by hysteresis controller. Simulation results showed that the hybrid active filter can compensate the harmonic currents effectively and improve power quality.

研究の動機と目的

• 三相システムにおけるパワーエレクトロニクス機器に起因する高調波電流に起因する電力品質の問題を解決すること。
• 高調波電流を効果的に補償するとともに、システムの安定性を維持するハイブリッドアクティブパワーフィルタを設計すること。
• 負荷電流の高調波成分を正確に検出するために、瞬時pq理論を実装すること。
• 電圧源コンバータにおける参照電流の正確な追従を、ヒステリシス電流制御器を用いて確保すること。
• 総高調波歪み（THD）の低減性能を検証し、IEEE 519基準を満たすことを確認すること。

提案手法

• 負荷電流の基本波成分および高調波成分を抽出するために、瞬時有効電力および無効電力（pq）理論が適用される。
• pqアルゴリズムにより、補償すべき高調波成分を表す参照電流信号が生成される。
• 電圧源コンバータ（VSC）を用いて、検出された高調波電流と大きさは同じだが位相反転した補償電流を注入する。
• ヒステリシス電流制御器によりVSCのスイッチングが制御され、参照電流の高速かつ正確な追従が保証される。
• 三相構成のシミュレーションにより、高調波低減性能の評価が行われる。
• パッシブLCフィルタとアクティブフロントエンドを組み合わせることで、アクティブ部の定格容量とコストを低減する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非線形負荷を有する三相システムにおいて、pq理論はどの程度効果的に高調波電流を検出できるか？
• RQ2 ヒステリシス電流制御器は、pq法により生成された参照電流を正確に追従できるか？
• RQ3 ハイブリッドアクティブフィルタは、供給電流における総高調波歪み（THD）をどの程度低減するか？
• RQ4 パッシブフィルタとアクティブフィルタの組み合わせは、システム効率の向上およびアクティブフィルタ定格の低減にどの程度寄与するか？
• RQ5 提案されたフィルタ設計は、電力品質に関するIEEE 519基準で定められた高調波限度を満たしているか？

主な発見

• pq理論により、負荷電流の高調波成分が高精度で同定され、効果的な補償が可能となった。
• ヒステリシス電流制御器により、参照電流の高速かつ安定した追従が確保され、追従誤差が最小限に抑えられた。
• ハイブリッドフィルタ設計により、供給電流における総高調波歪み（THD）が顕著に低減され、電力品質が向上した。
• パッシブおよびアクティブフィルタの統合により、アクティブコンバータの必要定格が低減され、コスト効果が向上した。
• シミュレーション結果により、フィルタがIEEE 519基準に準拠した許容範囲内に高調波電流レベルを維持することが確認された。
• 変動する負荷条件下でも、システムは強固な性能を示し、実用的応用の有効性が検証された。