JP2000111591A - 瞬時電圧低下検出装置 - Google Patents

瞬時電圧低下検出装置

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JP2000111591A
JP2000111591A JP10284520A JP28452098A JP2000111591A JP 2000111591 A JP2000111591 A JP 2000111591A JP 10284520 A JP10284520 A JP 10284520A JP 28452098 A JP28452098 A JP 28452098A JP 2000111591 A JP2000111591 A JP 2000111591A
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voltage
supply voltage
instantaneous
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Norikazu Kawakami
了司 川上
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Nissin Electric Co Ltd
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Nissin Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電源電圧に含まれる高調波歪みや同期回路の
温度特性などによる誤動作が発生しないようにした瞬低
検出装置を提供することにある。 【解決手段】 電源系統から検出された電源電圧Vs を
2乗する2乗器11と、その2乗器11からの出力信号
から電源電圧Vs の2倍調波信号を除去する第1ノッチ
フィルタ12と、その第1ノッチフィルタ12からの出
力信号から電源電圧Vs の4倍調波信号を除去する第2
ノッチフィルタ13と、その第2ノッチフィルタ13か
らの出力信号から電源周波数の6倍以上の信号を減衰さ
せるローパスフィルタ14と、そのローパスフィルタ1
4から出力される電源電圧Vs の2乗に比例した直流信
号VDCと瞬低検出レベルMとを比較する比較器15とを
具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は瞬時電圧低下検出装
置に関し、例えば、無停電電源システム(UPS)や高
速不足電圧リレー(HUV)等に適用され、重要な負荷
設備に対する電圧補償のために、電源系統に発生した瞬
時電圧低下を速やかに検出する瞬時電圧低下検出装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】近年、CPUを用いた各種制御装置の普
及により、落雷などによる電源系統での瞬時電圧低下
(以下、瞬低と称す)による障害が問題となっている。
このため、銀行のオンライン、交通管制、コンピュータ
制御や産業用製造設備、計測・制御用電源などの重要な
負荷設備では、電源系統に発生した瞬低を速やかに検出
して負荷設備に供給すべき電源電圧を補償する無停電電
源システム(UPS)等が導入されている。
【0003】前述したように電源系統に発生した瞬低を
検出するための瞬低検出装置としては、例えば、図3に
示すような1/4サイクル積分検出方式のものがある。
【0004】この方式の瞬低検出装置としては、同図に
示すように電源回路1に電圧検出用変成器2を介して接
続され、電源電圧Vs と同期した出力信号を送出するP
LL等の同期回路3と、その同期回路3に接続され、電
源電圧Vs に同期した基準正弦波電圧Vsin を生成する
基準正弦波発生回路4と、基準正弦波発生回路4に接続
され、基準正弦波電圧Vsin を全波整流する第1の全波
整流回路5と、電源回路1に変成器2を介して接続さ
れ、電源電圧Vs を全波整流する第2の全波整流回路6
と、両全波整流回路5,6に接続され、両者の差電圧(
Vsin*−Vs*) を算出する減算器7と、その減算器7に
接続され、差電圧( Vsin*−Vs*) を1/4サイクル毎
にリセットして積分する積分回路8と、その積分回路8
に接続され、差電圧( Vsin*−Vs*) の積分値∫( Vsi
n*−Vs*)dt と瞬低検出レベルLとを比較し、その積分
値∫( Vsin*−Vs*)dt が瞬低検出レベルL以上となっ
た時点で瞬低と判定する比較回路9とで主要部が構成さ
れている。
【0005】この瞬低検出装置では、電源回路1におけ
る電源電圧Vs を変成器2により検出し、その検出され
た電源電圧Vs と同期した出力信号を同期回路3により
生成する。この同期信号を基準正弦波発生回路4により
電源電圧Vs と同期した基準正弦波電圧Vsin とし、そ
の電源電圧Vs と同期した基準正弦波電圧Vsin を第1
の全波整流回路5により全波整流する〔図4(a)参
照〕。
【0006】一方、変成器2により検出された電源電圧
Vs を第2の全波整流回路6により全波整流し〔図4
(a)参照〕、前述した第1の全波整流回路5から出力
される全波整流電圧Vsin*と第2の全波整流回路6から
出力される全波整流電圧Vs*との差電圧( Vsin*−Vs
*) を減算器7により算出する〔図4(b)参照〕。
尚、同図では基準正弦波電圧Vsin に基づく全波整流電
圧Vsin*は定格電圧値、電源電圧Vs に基づく全波整流
電圧Vs*は定格電圧値の10%低下(90%値)の場合
を示している。
【0007】この減算器7から出力される差電圧( Vsi
n*−Vs*) を積分回路8により1/4サイクル毎にリセ
ットして積分する〔図4(c)参照〕。この積分値∫(
Vsin*−Vs*)dt と瞬低検出レベルLとを比較回路9に
より比較し、その積分値∫(Vsin*−Vs*)dt が瞬低検
出レベルL以上となった時点で瞬低と判定する。尚、同
図では瞬低検出レベルLを定格電圧値の10%低下(9
0%値)としている。
【0008】この比較回路9での判定結果に基づいて、
図示しないがサイリスタをオフすると共にインバータを
オンする。このインバータの駆動により差電圧( Vsin*
−Vs*) に応じた電圧分を発生させて電源電圧Vs に加
算し、負荷に一定電圧を継続して印加するようにしてい
る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した従
来の瞬低検出装置では、基準正弦波電圧Vsin と電源電
圧Vs との差電圧( Vsin*−Vs*) を積分し、その積分
値∫( Vsin*−Vs*)dtが瞬低検出レベルL以上となっ
たことにより瞬低を判定しているため、基準正弦波電圧
Vsin が低下していないにもかかわらず、電源電圧Vs
に含まれる高調波、主に第3、第5、第7調波歪みによ
り、差電圧( Vsin*−Vs*) の積分値∫(Vsin*−Vs*)
dt が瞬低検出レベルL以上となることがあり、その結
果、瞬低検出の誤動作が発生する。
【0010】また、この瞬低検出装置では、電源電圧V
s と同期した基準正弦波電圧Vsinを生成するためにP
LL等の同期回路3を使用しているが、この同期回路3
を構成するPLLの温度特性などにより、基準正弦波電
圧Vsin と電源電圧Vs の位相ずれが生じ、これによっ
て基準正弦波電圧Vsin が低下していないにもかかわら
ず、基準正弦波電圧Vsin と電源電圧Vs の差電圧( V
sin*−Vs*) の積分値∫( Vsin*−Vs*)dt が瞬低検出
レベルL以上となって瞬低検出の誤動作が発生する。
【0011】例えば、PLLの温度特性において、1de
g の位相ずれが生じると、1.75%の積分出力が変動
し、瞬低検出レベルLを前述したように10%低下(9
0%値)に設定した場合、瞬低検出レベルLに0.17
PUの誤差を生じる。また、2deg の位相ずれが生じる
と、3.49%の積分出力が変動し、瞬低検出レベルL
に0.349PUの誤差を生じる。
【0012】そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提
案されたもので、その目的とするところは、電源電圧に
含まれる高調波歪みや同期回路の温度特性などによる誤
動作が発生しないようにした瞬低検出装置を提供するこ
とにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ための技術的手段として、本発明は、電源系統から検出
された電源電圧を2乗する2乗器と、その2乗器からの
出力信号から電源電圧の2倍調波信号を除去する第1ノ
ッチフィルタと、その第1ノッチフィルタからの出力信
号から電源電圧の4倍調波信号を除去する第2ノッチフ
ィルタと、その第2ノッチフィルタからの出力信号から
電源周波数の6倍以上の信号を減衰させるローパスフィ
ルタと、そのローパスフィルタから出力される電源電圧
の2乗に比例した直流信号と瞬低検出レベルとを比較す
る比較器とを備えたことを特徴とする。
【0014】この瞬低検出装置では、2乗器により電源
電圧の2乗に比例した直流信号と高調波信号が得られ、
その高調波信号のうち、第1ノッチフィルタにより電源
電圧の2倍調波信号を除去し、第2ノッチフィルタによ
り、第3、第5調波から発生する4倍調波信号を除去
し、更に、ローパスフィルタにより、第5、第7調波以
上から発生する6倍周波数以上の信号を減衰させる。こ
れにより、高調波リップルの小さい直流信号を得ること
ができる。この直流信号が瞬低検出レベル以上になった
時点で比較器からの出力信号でもって瞬低判定がなされ
る。
【0015】以上のように2乗器で電源電圧の2乗に比
例した直流信号を生成することにより、電源電圧と同期
させた基準正弦波との比較を行うことなく、電源電圧自
体を対象に検出するので、温度特性の影響による位相ず
れを考慮する必要がなくなる。また、低次の高調波信号
については第1、第2ノッチフィルタにより減衰させる
ことにより瞬低検出の応答速度を低下させることなく、
さらに高次の高調波信号についてはローパスフィルタに
より減衰させる。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明に係る瞬低検出装置の実施
形態を以下に詳述する。
【0017】図1に示す実施形態の瞬低検出装置は、2
乗器11、第1ノッチフィルタ12、第2ノッチフィル
タ13、ローパスフィルタ14、比較器15で主要部が
構成される。
【0018】具体的に、2乗器11は、例えば商用周波
数60Hzの電源回路16に電圧検出用変成器17(P
T)を介して接続され、その変成器17により検出され
た電源電圧Vs を2乗する。この2乗器11により電源
電圧Vs の2乗に比例した直流信号VDCと2倍周波数の
高調波信号が得られる。例えば、Vs =1.0PU×sin
ωt(但し、ω=2π×60Hz)とすると、Vs2
0.5PU×(1+sin 2ωt)となり、電源電圧Vs に
第3調波成分があると2倍及び4倍周波数成分が発生
し、また、第5調波成分があると4倍及び6倍周波数成
分が発生し、さらに、第7調波成分があると6倍及び8
倍周波数成分が発生する。
【0019】第1ノッチフィルタ12は、2乗器11の
出力側に接続され、電源電圧Vs の2倍の周波数、すな
わち120Hzを中心とする高調波フィルタで、2乗器
11からの出力信号から電源電圧Vs の2倍調波信号を
除去する。この第1ノッチフィルタ12の伝達関数を、 G1 (s)=(s2 +ω1 2)/(s2 +ω1 /Q1 +ω
1 2) 但し、ω1 =2π×120Hz、Q1 =感度(先鋭度)
とすることにより、第3調波から発生する2倍周波数成
分を減衰させ、直流信号VDCのみを検出する。
【0020】また、第2ノッチフィルタ13は、第1ノ
ッチフィルタ12の出力側に接続され、電源電圧Vs の
4倍の周波数、すなわち240Hzを中心とする高調波
フィルタで、第1ノッチフィルタ12からの出力信号か
ら電源電圧Vs の4倍調波信号を除去する。この第2ノ
ッチフィルタ13の伝達関数を、 G2 (s)=(s2 +ω2 2)/(s2 +ω2 /Q2 +ω
2 2) 但し、ω2 =2π×240Hz、Q2 =感度(先鋭度)
とすることにより、第3、第5調波から発生する4倍周
波数成分を減衰させる。
【0021】ローパスフィルタ14は、第2ノッチフィ
ルタ13の出力側に接続され、第2ノッチフィルタ13
からの出力信号から電源周波数の6倍以上の信号を減衰
させる。このローパスフィルタ14の伝達関数を、G
(s)=1/(1+sT)とし、短い時定数とすること
により瞬低検出の応答速度を低下させることなく、T=
1〜2ms程度で減衰させる。このローパスフィルタ1
4から出力される電源電圧Vs の2乗に比例した直流信
号VDCは、 電源電圧Vs =1PUのとき、直流信号VDC=0.50PU 電源電圧Vs =0.9PUのとき、直流信号VDC=0.4
05PU 電源電圧Vs =0.5PUのとき、直流信号VDC=0.1
25PU となり、高調波リップルの小さい直流信号VDCを得るこ
とができる。
【0022】さらに、比較器15は、ローパスフィルタ
14の出力側に接続されると共に基準電源18により瞬
低検出レベルMが入力され、ローパスフィルタ14から
出力される電源電圧Vs の2乗に比例した直流信号VDC
と瞬低検出レベルMとを比較し、その比較結果を出力す
る。なお、瞬低検出レベルMは、例えば、定格電圧値の
10%低下(90%値)とした場合、前述した電源電圧
Vs =0.9PUのときの直流信号VDC、すなわち、0.
405PUとすればよい。
【0023】この瞬低検出装置では、2乗器11により
電源電圧Vs の2乗に比例した直流信号VDCと高調波信
号が得られ、その高調波信号のうち、電源電圧Vs の2
倍調波信号を第1ノッチフィルタ12により除去し、次
段の第2ノッチフィルタ13により、第3、第5調波か
ら発生する4倍調波信号を除去し、更に、ローパスフィ
ルタ14により、第5、第7調波以上から発生する6倍
周波数以上の信号を減衰させる。これにより、高調波リ
ップルの小さい直流信号VDCを得ることができる。この
直流信号VDCが瞬低検出レベルM以上になった時点で比
較器15からの出力信号でもって瞬低判定がなされる。
【0024】例えば、第5、第7調波成分を含んだ電源
電圧Vs に対して300msで瞬低が発生して50%低
下した場合の波形図を図2(a)〜(c)に示す。な
お、同図(b)は同図(a)の横軸を拡大表示したもの
であり、また、同図(c)は同図(b)の縦軸を拡大表
示したものである。具体的に、同図(a)(b)は第5
調波を3%、第7調波を4%含んだ電源電圧Vs に対し
て得られる直流信号VDCを示す。その結果、同図(c)
に示すように瞬低が300msで発生してから2.5m
sでその瞬低を検出することが可能となる。
【0025】ここで、瞬低検出レベルMは、電源電圧V
s を2乗することにより直流信号V DCを得るようにして
いることから、例えば、定格電圧値の10%低下(90
%値)とした場合、すなわち、電源電圧Vs =1PUのと
き、直流信号VDC=0.50 PUであるのに対して、直流
信号VDCの定格値の0.81倍となり、すなわち、電源
電圧Vs =0.9PUのとき、直流信号VDC=0.405
PUとなり、高調波リップルに対する裕度も増加すること
により、誤動作を防止する効果をより一層発揮する。
【0026】以上のように2乗器11で電源電圧Vs の
2乗に比例した直流信号VDCを生成することにより、電
源電圧と同期させた基準正弦波との比較を行うことな
く、電源電圧自体を対象に検出するので、温度特性の影
響による位相ずれを考慮する必要がなくなる。また、低
次の高調波信号については第1、第2ノッチフィルタ1
2,13により減衰させることにより瞬低検出の応答速
度を低下させることなく、さらに高次の高調波信号につ
いてはローパスフィルタ14により減衰させる。
【0027】なお、前述した比較器15での判定結果に
基づいて、図示しないがサイリスタをオフすると共にイ
ンバータをオンし、このインバータの駆動により瞬低し
た電圧分を発生させて電源電圧Vs に加算し、負荷に一
定電圧を継続して印加することになる。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、2乗器で電源電圧の2
乗に比例した直流信号を生成することにより、電源電圧
と同期させた基準正弦波との比較を行うことなく、電源
電圧自体を対象に検出するので、温度特性の影響による
位相ずれを考慮する必要がなくなる。また、低次の高調
波信号については第1、第2ノッチフィルタにより減衰
させることにより瞬低検出の応答速度を低下させること
なく、さらに高次の高調波信号についてはローパスフィ
ルタにより減衰させる。このように電源電圧の高周波成
分を減衰させることができるので、この高調波信号や回
路温度特性などによる誤動作を未然に防止することがで
き、回路構成がシンプルで安価な瞬低検出装置を提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る瞬低検出装置の概略構成を示すブ
ロック図
【図2】(a)〜(c)は本発明装置による瞬低検出を
説明するための各波形図
【図3】従来の瞬低検出装置の概略構成を示すブロック
【図4】(a)〜(c)は従来の瞬低検出装置の瞬低検
出を説明するための各波形図
【符号の説明】
11 2乗器 12 第1ノッチフィルタ 13 第2ノッチフィルタ 14 ローパスフィルタ 15 比較器 Vs 電源電圧 VDC直流信号 M 瞬低検出レベル

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電源系統から検出された電源電圧を2乗
    する2乗器と、その2乗器からの出力信号から電源電圧
    の2倍調波信号を除去する第1ノッチフィルタと、その
    第1ノッチフィルタからの出力信号から電源電圧の4倍
    調波信号を除去する第2ノッチフィルタと、その第2ノ
    ッチフィルタからの出力信号から電源周波数の6倍以上
    の信号を減衰させるローパスフィルタと、そのローパス
    フィルタから出力される電源電圧の2乗に比例した直流
    信号と瞬低検出レベルとを比較する比較器とを備えたこ
    とを特徴とする瞬時電圧低下検出装置。
JP10284520A 1998-10-06 1998-10-06 瞬時電圧低下検出装置 Pending JP2000111591A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020051511A (ko) * 2000-12-22 2002-06-29 엘지전자 주식회사 로우 패스 필터의 필터링 특성 개선방법
KR100931537B1 (ko) * 2002-12-23 2009-12-14 주식회사 포스코 디지털 순시 저전압 고속 검출장치
CN103575987A (zh) * 2013-11-25 2014-02-12 国家电网公司 基于dsp间谐波检测仪器及其检测方法
CN104360154A (zh) * 2014-11-12 2015-02-18 天津理工大学 基于自适应低通滤波器的瞬时无功功率谐波检测系统

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