有源滤波装置、空调装置及空调系统的制作方法

本发明涉及一种有源滤波装置、空调装置及空调系统。

背景技术：

在空调装置等中，为了防止高次谐波电流流入电力系统(例如包括商用电源在内的电力系统)，有时会设置有源滤波装置(例如参照专利文献1)。

专利文献1：日本公开专利公报特开2016－116330号公报

技术实现要素：

－发明要解决的技术问题－

然而，在与空调装置相连的电力系统上，有时还连接有该空调装置以外的负载(例如具有直交流转换电路等的设备。作为一例可列举出电梯等)，空调装置以外的负载有时会成为高次谐波电流的产生源。在此情况下，仅采取应对空调装置的高次谐波电流的对策是不够的，还需要对其他设备的高次谐波电流也采取对策。并且，从降低设备容量、节能的观点等出发，还要求改善基波功率因数。

本发明正是鉴于上述问题而完成的，其目的在于：在与空调装置一起还连接有其他负载的情况下，谋求实现降低高次谐波电流和改善基波功率因数中的至少一者。

－用以解决技术问题的技术方案－

为了解决所述问题，第一方面的发明涉及一种有源滤波装置，其与经配电盘60接受供电的功率转换装置11相连，其特征在于：所述有源滤波装置具有电流源30及控制器40，所述电流源30的输出与所述功率转换装置11的受电路径12相连，且可生成第一补偿量i1的电流，该第一补偿量i1用以进行降低该功率转换装置11的高次谐波电流和改善基波功率因数中的至少一者，当所述电流源30的输出电流容量cap与所述第一补偿量i1之差即剩余量res大于第二补偿量i2时，该控制器40使所述电流源30生成将该第二补偿量i2的电流与所述第一补偿量i1的电流叠加而成的电流，其中，该第二补偿量i2用以进行降低所述配电盘60的受电路径61中的高次谐波电流和改善基波功率因数中的至少一者。

在该构成方式下，当有源滤波装置20的能力有剩余时，第一补偿量i1的电流与第二补偿量i2的电流叠加后，被供给用于进行降低高次谐波电流和改善基波功率因数中的至少一者。

第二方面的发明在第一方面的发明的基础上，其特征在于：当所述第二补偿量i2在所述剩余量res以上时，所述控制器40使所述电流源30生成相当于所述输出电流容量cap的电流。

在该构成方式下，当有源滤波装置20的能力没有剩余时，就按照电流源30的能力，进行降低高次谐波电流和改善基波功率因数中的至少一者。

第三方面的发明在第一或第二方面的发明的基础上，其特征在于：所述有源滤波装置具有第一电流值检测部41和第二电流值检测部42，所述第一电流值检测部41检测所述功率转换装置11的受电路径12中的电流值，所述第二电流值检测部42检测所述配电盘60的受电路径61中的电流值。

第四方面的发明在第三方面的发明的基础上，其特征在于：所述第一电流值检测部41和所述第二电流值检测部42中的至少一者通过无线方式向所述控制器40发送电流值。

在该构成方式下，通过采用无线方式，而能够省略布线。

第五方面的发明涉及一种空调装置，其特征在于：所述空调装置具有第一到第四方面中的任一方面所述的有源滤波装置20。

第六方面的发明涉及一种空调系统，其特征在于：所述空调系统具有多台第一到第四方面中任一方面所述的有源滤波装置20、和多台空调装置10，当各有源滤波装置20的所述剩余量res的总和s大于所述第二补偿量i2时，各有源滤波装置20生成下述电流，所述电流为：不是将该第二补偿量i2的电流，而是将用于分担所述第二补偿量i2的一部分的分担补偿量i3的电流与所述第一补偿量i1的电流叠加而成的电流。

在该构成方式下，利用多台有源滤波装置20，进行降低高次谐波电流和改善基波功率因数中的至少一者。

第七方面的发明在第六方面的发明的基础上，其特征在于：各有源滤波装置20被装入所述空调装置10中。

－发明的效果－

根据第一方面的发明，在与空调装置一起还连接有其他负载的情况下，能够实现降低高次谐波电流和改善基波功率因数中的至少一者。

根据第二方面的发明，在与空调装置一起还连接有其他负载的情况下，在与电流源30的能力相应的范围内，能够实现降低高次谐波电流和改善基波功率因数中的至少一者。

根据第四方面的发明，有源滤波装置的设置变得容易。

根据第五方面的发明，利用被装入空调装置中的有源滤波装置就能够达到所述效果。

根据第六方面的发明，通过使用多台有源滤波装置，能够更可靠地达到所述效果。

根据第七方面的发明，利用被装入空调装置中的有源滤波装置就能够达到所述效果。

附图说明

图1是第一实施方式所涉及的空调装置的方框图。

图2是第二实施方式所涉及的空调系统的方框图。

图3是第三实施方式所涉及的空调系统的方框图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明的实施方式。需要说明的是，下面的实施方式是本质上优选的示例，并没有对本发明、其应用对象或其用途的范围加以限制的意图。

(发明的第一实施方式)

图1是示出本发明的第一实施方式所涉及的空调装置10的方框图。空调装置10设置在大楼、工厂、公寓、独立式住宅等(以下称作大楼等)中，对室内空气进行调节(制冷和制热)。从包括交流电源70在内的电力系统向设有空调装置10的大楼等供电。在该大楼等中设有配电盘60，配电盘60与交流电源70相连，并接受来自交流电源70的交流电。配电盘60具有多个断路器，并且经各断路器将来自交流电源70的交流电分配给多台设备。在该示例中，上述断路器中的一个与空调装置10相连。空调装置10利用经配电盘60供来的交流电进行工作。

并且，除了空调装置10以外，负载80也与配电盘60相连。在该示例中，负载80具有直交流转换电路等可成为高次谐波电流的产生源的电路。可例举出的负载80例如有设在大楼中的电梯、led等照明设备、空调装置10以外的其它空调装置等。

〈空调装置10〉

空调装置10包括：具有压缩机的制冷剂回路(省略图示)、功率转换装置11和有源滤波装置20。功率转换装置11经配电盘60与交流电源70相连。该功率转换装置11具有交直流转换电路和直交流转换电路(均省略图示)，已供给到功率转换装置11中的交流电由功率转换装置11转换成具有所期望的频率和所期望的电压的交流电后，被供向压缩机(更具体而言是压缩机所具有的电动机)。这样一来，压缩机工作，制冷剂回路发挥作用，其结果是，室内空气得到调节。

在空调装置10中，若功率转换装置11、压缩机的电动机工作，则有时就会产生高次谐波电流。该高次谐波电流可能经从配电盘60向空调装置10供电的电流路径(以下称为受电路径12)流向交流电源70。一般而言，上述高次谐波电流向交流电源70侧流出的流出大小会受到限制，因此，在空调装置10中要利用有源滤波装置20来谋求降低所流出的高次谐波电流。并且，从设备容量、节能的观点等出发，还要求改善基波功率因数，于是本实施方式的有源滤波装置20还具有改善基波功率因数的功能。下面来说明有源滤波装置20的结构。

〈有源滤波装置20〉

有源滤波装置20被装入空调装置10中，并具有消除在功率转换装置11的受电路径12中出现的高次谐波电流的功能。即，有源滤波装置20流出电流(补偿电流)，以便使连接交流电源70与配电盘60的电流路径(以下称作受电路径61)中的电流接近正弦波。更具体而言，检测出在受电路径12中出现的高次谐波电流后，生成与所检测出的高次谐波电流反相的补偿电流并供往空调装置10的受电路径12。

可以认为当空调装置10的负载最大时(例如制冷输出最大时)，在空调装置10中产生的高次谐波电流就会达到最大。因此，有源滤波装置20的能力(可生成的电力的大小)是在设想到当空调装置10的负载最大时的高次谐波电流的情况下进行设定的。一般而言，空调装置10在中间负载下使用的情况多于在最大负载的状态下使用的情况，因此，可以认为：按照上述方式进行了能力设定的有源滤波装置20在工作过程中能力出现剩余的期间较多。

并且，该有源滤波装置20具有改善基波功率因数的功能。在该示例中，通过使有源滤波装置20构成为流出还会补偿基波的无效成分的补偿电流，由此来进行基波功率因数的改善。如图1所示，为了实现有源滤波装置20的上述功能，本实施方式的有源滤波装置20具有电流源30和控制器40。

－电流源30－

电流源30生成用于降低高次谐波电流和改善基波功率因数的电流(即补偿电流)。电流源30的输出端子与功率转换装置11的受电路径12相连，所生成的补偿电流输出给受电路径12。本实施方式的电流源30用所谓的直交流转换电路构成。后述的开关指令值g被输入电流源30，电流源30根据开关指令值g进行开关，由此而生成补偿电流。

－控制器40－

控制器40控制电流源30的输出电流。在该示例中，控制器40具有第一电流值检测部41、第二电流值检测部42、相位检测部43、第一补偿量运算部44、第一电流指令运算部45、电流源容量存储部46、剩余量运算部47、第二补偿量运算部48、第二电流指令运算部49、加法器50和门脉冲发生器51。该控制器40例如可以由微型计算机和存储装置构成，该存储装置中存储有用以让该微型计算机工作的程序。

第一电流值检测部41检测功率转换装置11的受电路径12中的电流值。第一电流值检测部41检测出的电流值被发送给第一补偿量运算部44。该第一电流值检测部41的构成并没有被特别加以限定，例如可以采用电流互感器等。需要说明的是，第一电流值检测部41既可以构成为通过有线方式发送检测值，又可以构成为通过无线方式发送检测值。

第二电流值检测部42检测连接交流电源70和配电盘60的受电路径61中的电流值。第二电流值检测部42检测出的电流值被发送给第二补偿量运算部48。该第二电流值检测部42的构成也没有被特别加以限定，例如可以想到采用电流互感器等。需要说明的是，第二电流值检测部42既可以构成为通过有线方式发送检测值，又可以构成为通过无线方式发送检测值。并且，第二电流值检测部42还可以构成为设置在配电盘60内。

相位检测部43检测受电路径12中的电流的相位ωt，并将检测结果发送给第一补偿量运算部44和第二补偿量运算部48。

第一补偿量运算部44根据由相位检测部43检测出的相位ωt和由第一电流值检测部41检测出的电流值，求出下述值(将该值命名为第一补偿量i1)，该值表示为了进行受电路径12中的高次谐波电流的补偿(降低高次谐波电流)和基波的无效成分的补偿(改善基波的功率因数)这两种补偿所需要的电流值，并将该第一补偿量i1输出给第一电流指令运算部45和剩余量运算部47。

第一电流指令运算部45根据第一补偿量i1生成第一电流指令值i1*，并将该第一电流指令值i1*输出给加法器50。在该示例中，第一电流指令运算部45将第一补偿量i1作为第一电流指令值i1*输出。

电流源容量存储部46由构成控制器40的存储装置构成。电流源容量存储部46中存储有有源滤波装置20可补偿的电流的大小，即，电流源30可输出的最大电流值(例如额定值)。此处，将电流源容量存储部46中存储的值命名为输出电流容量cap。剩余量运算部47求出该输出电流容量cap与第一补偿量i1之差(将其命名为剩余量res)，然后将所求出的剩余量res输出给第二电流指令运算部49。即，剩余量res＝输出电流容量cap－第一补偿量i1。

第二补偿量运算部48根据由相位检测部43检测出的相位ωt和由第二电流值检测部42检测出的电流值，求出下述值(将该值命名为第二补偿量i2)，该值表示为了进行受电路径61中的高次谐波电流的补偿(降低高次谐波电流)和基波的无效成分的补偿(改善基波的功率因数)这两种补偿所需要的电流值，并将该第二补偿量i2输出给第二电流指令运算部49。

第二电流指令运算部49根据剩余量res和第二补偿量i2生成第二电流指令值i2*，然后将该第二电流指令值i2*输出给加法器50。具体而言，本实施方式的第二电流指令运算部49按照以下条件生成第二电流指令值i2*。

(1)当第二补偿量i2≥剩余量res时，

第二电流指令值i2*＝剩余量res

(2)当第二补偿量i2＜剩余量res时，

第二电流指令值i2*＝第二补偿量i2

如上所述，在本实施方式中，根据剩余量res，来决定用于补偿的电流的大小。

加法器50生成第一电流指令值i1*与第二电流指令值i2*之和(将其命名为电流指令值i*)后输出给门脉冲发生器51。门脉冲发生器51生成开关指令值g，该开关指令值g对构成电流源30的直交流转换电路的开关进行指示。具体而言，门脉冲发生器51根据电流源30的输出电流值和电流指令值i*的偏差进行反馈控制，在该反馈控制下，反复进行生成开关指令值g的动作。这样一来，就从电流源30向受电路径12供给相当于电流指令值i*的电流(补偿电流)。也就是说，利用有源滤波装置20，将相当于第一电流指令值i1*的电流与相当于第二电流指令值i2*的电流叠加而成的补偿电流供往受电路径12。

〈有源滤波装置20的动作〉

如果空调装置10起动，则有源滤波装置20也会进入工作状态。这样一来，在控制器40中，第一补偿量运算部44就根据由相位检测部43检测出的相位ωt和由第一电流值检测部41检测出的电流值，求出第一补偿量i1。与此对应，第一电流指令运算部45生成第一电流指令值i1*。并且，第二补偿量运算部48根据由相位检测部43检测出的相位ωt和由第二电流值检测部42检测出的电流值，求出第二补偿量i2。

第二电流指令运算部49生成第二电流指令值i2*。例如，当第二补偿量i2≥剩余量res时(补偿能力没有足够剩余时)，第二电流指令运算部49就将剩余量res作为第二电流指令值i2*输出给加法器50。因为剩余量res＝输出电流容量cap－第一补偿量i1，所以由加法器50生成的电流指令值i*即为输出电流容量cap。

当第二补偿量i2＜剩余量res时(有源滤波装置20的补偿能力有足够剩余时)，第二电流指令运算部49就将第二补偿量i2作为第二电流指令值i2*输出。其结果是，由加法器50生成的电流指令值i*即为第一补偿量i1与第二补偿量i2的合计值。

如上所述，生成电流指令值i*后，门脉冲发生器51就会生成开关指令值g，相当于电流指令值i*的补偿电流便从电流源30向受电路径12输出。例如，当补偿能力没有足够剩余时(第二补偿量i2≥剩余量res时)，相当于输出电流容量cap的电流(换言之，即与第一电流值检测部41的检测值相应的电流和相当于剩余量res的电流叠加而成的电流)便会作为补偿电流流出。此时，主要谋求的是降低起因于功率转换装置11的高次谐波电流、改善基波功率因数。需要说明的是，可以想到成为上述状态的一个示例是：在空调装置10的负载达到最大的状态(例如制冷达到最大输出时)下加以使用的情况等。

另一方面，当补偿能力有足够剩余时(第二补偿量i2＜剩余量res时)，与第一电流值检测部41的检测值相应的电流和与第二电流值检测部42的检测值相应的电流叠加而成的电流便会作为补偿电流流出。此时，不仅可以降低起因于空调装置10的高次谐波电流，还可以降低起因于其他负载80的高次谐波电流，改善基波功率因数。需要说明的是，可以想到的、有源滤波装置20的补偿能力出现剩余的情况例如是：在中间负载状态下使用空调装置10的情况等。

〈本实施方式的效果〉

如上所述，根据本实施方式，在与空调装置10一起还连接有其他负载的情况下，能够谋求降低高次谐波电流。而且，在本实施方式中，还能够谋求改善基波功率因数。

(发明的第二实施方式)

图2是示出第二实施方式所涉及的空调系统1的方框图。该空调系统1具有多台空调装置10。各空调装置10包括：具有压缩机的制冷剂回路(省略图示)、功率转换装置11和有源滤波装置20。即，空调系统1包括多台有源滤波装置20。

在该示例中，在一台空调装置10中装入了一台有源滤波装置20。各有源滤波装置20具有与第一实施方式的有源滤波装置20大致相同的结构，但第二电流指令值i2*的生成机制与第一实施方式不同。本实施方式的各有源滤波装置20为了分担生成第二补偿量i2的一部分而生成第二电流指令值i2*。

为了实现上述分担，本实施方式的有源滤波装置20是通过下述方式构成的，即：在第一实施方式的有源滤波装置20中增设通信部52，并对第二电流指令运算部49的功能做出后述改变。需要说明的是，在图2所示的控制器40中，仅示出第二补偿量运算部48和通信部52，而省略了其他构成要素的图示。并且，如图2所示，在该空调系统1中，所有有源滤波装置20共用一个第二电流值检测部42。

在本实施方式的控制器40中，剩余量运算部47的输出(剩余量res)不是输入第二电流指令运算部49，而是输入通信部52。各有源滤波装置20的通信部52将由剩余量运算部47求出的剩余量res发送给其他有源滤波装置20的通信部52，并接收其他有源滤波装置20的通信部52发送来的剩余量res。需要说明的是，各通信部52之间的通信既可以通过有线方式实现，也可以通过无线方式实现。

各通信部52将表示从其他通信部52接收到的剩余量res的信号输出给第二电流指令运算部49。第二电流指令运算部49构成为：利用经通信部52得到的其他有源滤波装置20的剩余量res的信息，来计算空调系统1整体的剩余量res的总和(将其命名为剩余量总和s)。具体而言，第二电流指令运算部49计算由通信部52接收到的各有源滤波装置20的所有剩余量res和自身的剩余量运算部47求出的剩余量res的总和。

并且，第二电流指令运算部49根据剩余量总和s和在第二补偿量运算部48中求出的第二补偿量i2，计算自身应分担的分担补偿量i3来作为第二补偿量i2的一部分。具体而言，在本实施方式中，各第二电流指令运算部49按照以下条件生成第二电流指令值i2*。

(1)当第二补偿量i2≥剩余量总和s时，

分担补偿量i3＝由自身的剩余量运算部47求出的剩余量res

(2)当第二补偿量i2＜剩余量总和s时，

分担补偿量i3＝在不超过由自身的剩余量运算部47求出的剩余量res的范围内适当分担

也就是说，在本实施方式中，当第二补偿量i2小于剩余量总和s时，由各有源滤波装置20分担生成第二补偿量i2的电流。在不超过各自的剩余量res的范围内，对补偿电流进行分担的方法例如可以想到：由各有源滤波装置20平均分担或按照各自的剩余量res的比例进行分担。

如上所述，求出各有源滤波装置20的分担补偿量i3后，在各有源滤波装置20中，第二电流指令运算部49根据分担补偿量i3来生成第二电流指令值i2*。生成第二电流指令值i2*后，与第一实施方式的有源滤波装置20相同，在各有源滤波装置20中，第一电流指令值i1*和第二电流指令值i2*相加而生成电流指令值i*。其结果是，在有源滤波装置20中，生成与电流指令值i*相应的补偿电流。

例如，当第二补偿量i2≥剩余量总和s时(空调系统1整体的补偿能力没有足够剩余时)，与第一电流值检测部41的检测值相应的电流和相当于各剩余量res的电流叠加而成的电流便作为补偿电流从各有源滤波装置20中流出。即，由整个空调系统1来看，当有源滤波装置20的能力没有足够剩余时，主要进行降低起因于各空调装置10的高次谐波电流、改善基波功率因数。

另一方面，当第二补偿量i2＜剩余量总和s时(空调系统1整体的补偿能力有足够剩余时)，与各第一电流值检测部41的检测值相应的电流和与分担补偿量i3相应的电流叠加而成的电流便作为补偿电流从各有源滤波装置20中流出。这样一来，当空调系统1整体的补偿能力有足够剩余时，不仅可以降低起因于各空调装置10的高次谐波电流，还可以降低起因于其他负载80的高次谐波电流，改善基波功率因数。

〈本实施方式的效果〉

如上所述，在本实施方式中，在与空调装置10一起还连接有其他负载的情况下，也能够降低高次谐波电流、改善基波功率因数。而且，在本实施方式中，由各有源滤波装置20分担地进行补偿，因此能够更可靠地谋求降低高次谐波电流。

需要说明的是，本实施方式还可以将构成方式变成由任一有源滤波装置20统括管理其他有源滤波装置20的动作。例如可以想到的构成方式有：任一有源滤波装置20根据剩余量总和s，求出其自身及其他有源滤波装置20的分担补偿量i3后将该信息发送给其他有源滤波装置20，其他有源滤波装置20根据该信息进行动作。

(发明的第三实施方式)

图3是示出第三实施方式所涉及的空调系统1的方框图。在该示例中，从包括高压(例如6.6kv)的交流电源(以下称作高压交流电源100)在内的电力系统向大楼等供电。在该大楼等中，利用单相变压器91将从高压交流电源100接收到的交流电转换为电压比其低的单相交流电后，供往各种负载80。

并且，在该示例中，利用三相变压器90将来自高压交流电源100的交流电转换为电压比其低的三相交流电。由三相变压器90得到的三相交流电经配电盘60供往空调装置10和负载80，还经其他配电盘60供往其他负载80。

如图3所示，在该示例中，设有接受三相交流电供给的多台空调装置10。针对一台空调装置10相应地设置有一台有源滤波装置20。各有源滤波装置20构成与空调装置10分开的独立装置。如上所述，有源滤波装置20并不一定要像所述实施方式那样装入空调装置10中。

并且，在该示例中，所有有源滤波装置20也共用一个第二电流值检测部42。该第二电流值检测部42检测高压交流电源100的电流。更具体而言，第二电流值检测部42连接在比三相变压器90、单相变压器91与高压交流电源100的连接点更靠近高压交流电源100的点上。第二电流值检测部42的检测值通过无线方式发送给各有源滤波装置20。当然，还可以构成为通过有线方式发送第二电流值检测部42的检测值。

需要说明的是，第一电流值检测部41是对应每个有源滤波装置20而设置的，并且检测各有源滤波装置20所对应的空调装置10中的受电路径12的电流。

在本实施方式中也与第二实施方式相同，由各有源滤波装置20分担生成第二补偿量i2的电流。这样一来，在本实施方式中，在与空调装置10一起还连接有其他负载的情况下，也能够谋求降低高次谐波电流。而且，在本实施方式中，还能够谋求改善基波功率因数。需要说明的是，在将构成方式变为省略了本实施方式的单相变压器91侧的系统的情况下，也能够收到相同的效果。

(其他实施方式)

需要说明的是，有源滤波装置20并不一定要具有基波功率因数改善功能。即，有源滤波装置20也可以构成为仅具有降低高次谐波电流的功能。有源滤波装置20还可以构成为仅具有基波功率因数改善功能。

此外，也可以构成为：相对于一台空调装置10设置多台有源滤波装置20。此时，与第二实施方式相同，由各有源滤波装置20分担生成第二补偿量i2的电流即可。

－产业实用性－

本发明对有源滤波装置、空调装置及空调系统很有用。

－符号说明－

1空调系统

10空调装置

12受电路径

20有源滤波装置

30电流源

40控制器

41第一电流值检测部

42第二电流值检测部

60配电盘

61受电路径