[論文レビュー] Enhanced active power filter control for nonlinear non-stationary reactive power compensation

Phen Chiak See, Vin Cent Taı+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 19, 2012

Power Quality and Harmonics参考文献 9被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、非線形かつ非定常な電力系における有効電力フィルタ制御戦略を、経験的モード分解（EMD）とp-q電力理論を組み合わせることで強化し、高調波および非定常電流歪みを分離・抑制する手法を提案する。EMDにより歪んだ波形から基本波電流成分を抽出し、p-q理論を用いて正確な無効電力補償を実現することで、計算複雑性を最小限に抑えつつ、動的システムにおける電力品質を顕著に向上させる。

ABSTRACT

This paper describes a method to implement Reactive Power Compensation (RPC) in power systems that possess nonlinear non-stationary current disturbances. The Empirical Mode Decomposition (EMD) introduced in the Hilbert-Huang Transform (HHT) is used to separate the disturbances from the original current waveform. These disturbances are subsequently removed. Following that, Power Factor Correction (PFC) based on the well-known p-q power theory is conducted to remove the reactive power. Both operations were implemented in a shunt Active Power Filter (APF). The EMD significantly simplifies the singulation and the removal of the current disturbances. This helps to effectively identify the fundamental current waveform. Hence, it simplifies the implementation of RPC on nonlinear non-stationary power systems.

研究の動機と目的

• 非線形かつ非定常な電流歪みを有する電力系における無効電力補償を解決すること。
• 動的かつ高調波が豊富な条件下での基本波電流推定の精度とロバスト性を向上させること。
• 複雑で現実的な電力系における有効電力フィルタ制御の実装を簡素化すること。
• 従来手法が波形の非定常性および非線形性のため失敗する状況においても、力率補正性能を向上させること。

提案手法

• 歪んだ三相電流波形を経験的モード分解（EMD）を用いて固有モード関数（IMFs）に分解し、高調波および非定常成分を分離する。
• 最初のIMF（基本周波数成分を表す）を抽出して、基本波電流波形を再構築する。
• 再構築された基本波電流にp-q電力理論を適用し、無効電力補償に必要な補償電流を計算する。
• 計算された補償電流を用いてシャント型有効電力フィルタ（APF）を実装し、電力系統に補償電流を注入する。
• EMDベースのアプローチにより、固定周波数の仮定に依存せずに、基本波および高調波成分のリアルタイム同定が可能である。
• 制御システムは変化する負荷条件に動的に適応可能であり、継続的かつ正確な補償を保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非線形で非定常な電流波形から、リアルタイムで基本波電流成分を正確に抽出する方法は何か？
• RQ2 従来手法と比較して、EMDは動的電力系における無効電力補償性能をどの程度向上させるか？
• RQ3 EMDとp-q理論の組み合わせは、有効電力フィルタ応用における高調波および非定常歪みを効果的に抑制できるか？
• RQ4 EMDはAPF制御システムの計算複雑性および安定性にどのような影響を与えるか？
• RQ5 変動する負荷条件および高調波歪み下での、提案手法の性能はいかがなものか？

主な発見

• EMDは、極めて歪みが大きく非定常な波形からも基本波電流成分を効果的に分離でき、正確な力率補正を可能にする。
• 提案手法は、系統電流における総高調波歪度（THD）を顕著に低減し、動的条件下でもほぼ力率1に近い性能を達成する。
• EMDベースのアプローチにより、複雑な周波数追跡アルゴリズムの必要性が排除され、制御設計が簡素化される。
• p-q理論に基づく補償は、負荷特性が急激に変化する場合でも、効果的な無効電力補償を実現する。
• EMDとp-q理論の統合により、非線形かつ時間変動する負荷を有する産業用電力系に適した、ロバストで適応型の制御戦略が実現される。