JP2004156986A - 停電検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高速で誤検出の少ない停電検出を可能とし、また、フィルタを用いる場合でもその調整を容易とし柔軟な回路設計ができるようにする。
【解決手段】三線３相の電源に接続されてその電圧を検出する電圧検出器１と、電圧検出器１の検出信号に同期する信号を生成するＰＬＬ（位相同期）回路５と、電圧検出器１の検出信号をα，β成分の２相量に変換する変換回路２と、ＰＬＬ回路５からの同期信号を基準に回転座標変換する回転座標変換回路３と、この回転座標変換された信号の少なくとも１つの成分について、その成分と第１設定値との差が、その成分に対する第２成分と第３成分との間から外れたとき停電と判断する判定回路４とから構成する。
【選択図】 図１
【解決手段】三線３相の電源に接続されてその電圧を検出する電圧検出器１と、電圧検出器１の検出信号に同期する信号を生成するＰＬＬ（位相同期）回路５と、電圧検出器１の検出信号をα，β成分の２相量に変換する変換回路２と、ＰＬＬ回路５からの同期信号を基準に回転座標変換する回転座標変換回路３と、この回転座標変換された信号の少なくとも１つの成分について、その成分と第１設定値との差が、その成分に対する第２成分と第３成分との間から外れたとき停電と判断する判定回路４とから構成する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、無停電電源装置のように、電源が停電したときに動作を切り換える必要がある装置に用いて好適な停電検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の停電検出装置の例として、例えば特許文献１に示すものがある。これは、ウインドウコンパレータ形波形監視装置を設け、これにより検出される電圧を基準電圧と比較して、検出される電圧が例えば図１４に点線で示す所定範囲を超えていれば停電として検出するもので、迅速な停電検出を可能にするものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０６−２０５５４７号公報（図１、第４頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような装置で高速に停電を検出するためには、ウインドウコンパレータの正常電圧範囲を狭く設定する必要があるが、こうすると逆に本来停電と見なさなくても良いような小さい電圧の変動や、電圧不平衡により停電を誤検出する可能性がある。このような誤検出を避けるためにフィルタを設置する場合も、交流量をそのまま用いて停電判定を行なうこととなり、交流量を例えば一次遅れフィルタ等のフィルタを通すと位相遅れが生じることなどにより、電圧振幅の変動を通過させず、かつ位相遅れの無視できるフィルタを選定するなど、フィルタの定数の選定が難しいだけでなく、フィルタの選定に制限があるので柔軟な設計が難しいなどの問題がある。
したがって、この発明の課題は、高速で誤検出が少なく、しかもフィルタを用いる場合でもその調整や柔軟な設計を容易にできるようにすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、三相３線の電源に接続されて電源電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段による検出信号に同期した信号を生成する同期信号生成手段と、前記電圧検出手段による検出信号をα成分，β成分の２相量に変換し、前記同期信号生成手段からの同期信号を基準にして回転座標変換する変換手段と、この回転座標変換された信号のうちの少なくとも１つの成分について、この成分に対する第１設定値との差が、その成分に対する第２設定値とその成分に対する第３設定値との間から外れたとき停電と判定する判定手段とを設けたことを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明では、三相４線の電源に接続されて電源電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段による検出信号に同期した信号を生成する同期信号生成手段と、前記電圧検出手段による検出信号をα成分，β成分，０成分に変換し、そのうちのα成分，β成分を前記同期信号生成手段からの同期信号を基準にして回転座標変換する変換手段と、この回転座標変換された信号と前記０成分のうちの少なくとも１つの成分について、この成分に対する第１設定値との差が、その成分に対する第２設定値とその成分に対する第３設定値との間から外れたとき停電と判定することを特徴とする。
【０００７】
請求項３の発明では、三相３線の電源に接続されて電源電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段による検出信号に同期した信号を生成する同期信号生成手段と、前記電圧検出手段による検出信号をα成分，β成分の２相量に変換する変換手段と、このα成分，β成分を前記同期信号生成手段からの同期信号の正回転信号を基準にして回転座標変換しその出力の直流成分を抽出する正回転座標変換・抽出手段と、前記α成分，β成分を前記同期信号生成手段からの同期信号の逆回転信号を基準にして回転座標変換しその出力の直流成分を抽出する逆回転座標変換・抽出手段と、この正回転，逆回転座標変換され、抽出された信号のうちの少なくとも１つの成分について、この成分に対する第１設定値との差が、その成分に対する第２設定値とその成分に対する第３設定値との間から外れたとき停電と判定する判定手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項４の発明では、三相４線の電源に接続されて電源電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段による検出信号に同期した信号を生成する同期信号生成手段と、前記電圧検出手段による検出信号をα成分，β成分，０成分に変換する変換手段と、そのうちのα成分，β成分を前記同期信号生成手段からの同期信号の正回転信号を基準にして回転座標変換しその出力の直流成分を抽出する変換を行なう正回転座標変換・抽出手段と、前記α成分，β成分を前記同期信号生成手段からの同期信号の逆回転信号を基準にして回転座標変換しその出力の直流成分を抽出する変換を行なう逆回転座標変換・抽出手段と、この正回転，逆回転座標変換され、抽出された信号と前記０成分のうちの少なくとも１つの成分について、この成分に対する第１設定値との差が、その成分に対する第２設定値とその成分に対する第３設定値との間から外れたとき停電と判定する判定手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】上記請求項１ないし４のいずれかの発明においては、前記判定手段に入力される少なくとも１つの成分が、フィルタ要素を介して入力されることができ（請求項５の発明）、または、前記判定手段の後段に、前記差の値がその成分に対する第２設定値とその成分に対する第３設定値との間から外れた回数を計測する回数計測手段を設け、その回数が予め設定された回数連続して外れたとき停電と判定することができる（請求項６の発明）。
【００１０】
請求項１または２の発明においては、前記判定手段に入力される少なくとも１つの成分が、電源電圧の２倍周波数の周期で移動平均処理をする移動平均処理手段を介して入力されることができ（請求項７の発明）、また、請求項３または４の発明においては、前記正回転座標変換・抽出手段の代わりに、前記α成分，β成分を前記同期信号生成手段からの同期信号の正回転信号を基準にして回転座標変換し電源電圧の２倍周波数の周期で移動平均処理をする正回転座標変換・移動平均処理手段を、また前記逆回転座標変換・抽出手段の代わりに、前記α成分，β成分を前記同期信号生成手段からの同期信号の逆回転信号を基準にして回転座標変換し電源電圧の２倍周波数の周期で移動平均処理をする逆回転座標変換・移動平均処理手段をそれぞれ用いることができる（請求項８の発明）。
【００１１】
この発明は、電源健全時に三相電源に同期した回転座標系で電源電圧を監視することにより停電を監視するもので、まず、その原理について説明する。
電源電圧を三相の交流量からα−β成分、またはα−β−０成分に変換する方法としては、例えば「瞬時無効電力の一般化理論とその応用」電気学会論文誌Ｂ、１０３巻７号、ｐ４８３〜４８６に詳しく述べられているので、以下ではごく簡単に説明する。
検出された三相３線の電圧（相電圧：ＶＲ，ＶＳ，ＶＴ）の２相量（ＶＡ，ＶＢ）への変換は、次の数１に示す変換式▲１▼により行なうことができる。
【数１】
【００１２】
三相３線式の場合には、中性線がないため零相電圧が意味を持たないので、検出される量が線間電圧である場合には、ＶＲ＋ＶＳ＋ＶＴ＝０の条件を用い、検出された線間電圧より相電圧を導き出してから、上記▲１▼式を適用すれば良い。また、三相４線式の場合には、相電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴからα−β−０成分ＶＡ，ＶＢ，０への変換は次の数２に示す変換式▲２▼により行なうことができる。ただし、変換式▲１▼，▲２▼の変換行列の係数の選び方や基準軸の取り方は一意ではないため、全体の係数などは変更される場合もある。
【数２】
【００１３】
これらの変換により、三相の交流量からα成分，β成分が導き出されるが、これは、正相回転の成分と逆相回転の成分との合成に変換したものと考えることができる。つまり、仮に相電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴが三相平衡の交流電圧であったならば、その中には逆相成分は含まず、正相分のみ含むことになるため、変換後のＶＡ，ＶＢは正相回転成分のみを持ち、基準を余弦（ｃｏｓ）とするならば、ＶＡがＶＲと同相の余弦（ｃｏｓ）波、ＶＢが正弦（ｓｉｎ）波となる。
【００１４】
次に、２相量ＶＡ，ＶＢから、回転座標上の２軸量Ｖｄ，Ｖｑへの変換について説明する。
この変換は、次の数３に示す変換式▲３▼により行なうことができる。ただし、（ｃｏｓωｔ，ｓｉｎωｔ）、（−ｓｉｎωｔ，ｃｏｓωｔ）は、この回転座標変換の基準となる回転座標系（直交座標系）の単位ベクトルを、変換前の静止座標系で見たものである。ωは電源の角周波数である。
【数３】
【００１５】
上式から容易に分かるように、電源電圧が振幅１ｐｕ（ｐｅｒ−ｕｎｉｔ：１単位）の三相平衡交流である場合には、Ｖｄ＝Ｖｄ０（Ｖｄ０は定数であるが、変換行列の係数による。上記の係数の場合Ｖｄ０＝１）、Ｖｑ＝０となるので、電源健全時には電圧を直流量として監視できることが分かる。なお、三相４線式の場合には、電源健全時には電圧の零相成分はないことを考えると、Ｖ０＝０である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は以上のような原理に基づくこの発明の第１の実施の形態を示す構成図で、三相３線の電源に適用した例である。
電源の電圧は電圧検出器１で検出され、その出力はフェーズロックドループ（ＰＬＬ：位相同期回路）回路５に与えられる。ＰＬＬ５は電圧検出器１に同期した正弦波信号を出力するが、その位相は電源のＲ相に同期した余弦（ｃｏｓ）成分と、その９０°移相成分である正弦（ｓｉｎ）成分を出力する。なお、ＰＬＬ５での演算は電源の１相の信号を基準にする構成としても、または電源の３相の信号を基準にする構成としても良い。
【００１７】
また、電圧検出器１の出力である線間電圧ＶＲＳ，ＶＳＴが、α−β変換器２に入力される。α−β変換器２はここでは線間電圧ＶＲＳ，ＶＳＴを、
ＶＲ−ＶＳ＝ＶＲＳ
ＶＳ−ＶＴ＝ＶＳＴ
ＶＲ＋ＶＳ＋ＶＴ＝０
を連立して解いて求まるＶＲ，ＶＳ，ＶＴへの変換式で相電圧に直し、その後、α成分，β成分を導出する上記▲１▼式に従う演算を行なってα成分，β成分を求めるようにしている。なお、この場合は電源が三相３線なので、第３の式を仮定しても問題はない。
【００１８】
このα成分，β成分はＰＬＬ５の出力である余弦成分と正弦成分の信号を基準に、回転座標変換回路３にて回転座標変換されｄ成分とｑ成分に変換される。その結果は判定回路４に入力され、ここで停電かどうかが判断される。
判定回路４の例を図４に示す。一相判定回路６とオア回路７から構成され、図１の場合は図４の左側に示す入力端子にそれぞれｄ成分，ｑ成分が入力され、一相判定回路６の出力のどちらか一方が信号を出力した場合に、右側の出力端子に信号が出力される動作となる。
【００１９】
図５に図４の一相判定回路の具体例を示す。
設定器６１は、入力信号の正常値を設定するための設定器である。入力信号は減算回路６４で設定器６１の出力信号から減算され、その差信号が演算される。その結果の信号は、設定器６２の信号と比較される比較回路６５と、設定器６３の信号と比較される比較回路６６とに入力される。設定器６２の信号と比較される比較回路６５では、減算回路６４の出力信号が設定器６２の信号レベルを上回ったときに信号を出力する。一方、設定器６３の信号と比較される比較回路６６では、減算回路６４の出力信号が設定器６３の信号レベルを下回ったときに信号を出力する。これらの信号はオア回路６７に入力され、どちらかの信号が発生したときに信号を出力するように動作する。なお、ｑ軸成分は通常０であるので、判定回路４としては図４の回路を用いずに、図５の回路をｄ軸成分にのみ適用して停電検出するような、１相のみの信号を用いる簡略化した構成とすることもできる。
【００２０】
図２はこの発明の第２の実施の形態を示す構成図である。
図１との相違点は、電圧検出器１の出力に線間電圧ＶＲＳ，ＶＳＴ，ＶＴＲの三相の信号を用いた点にある。そのため、α−β変換器２１は、この場合ＶＲＳ，ＶＳＴ，ＶＴＲの信号から相電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴを演算し、その後、α成分，β成分を導出する上記▲１▼式に従う演算を行なってα成分，β成分を求めるようにしている。構成は多少異なるが、基本的に図１と同じ演算を行なっていることになる。
【００２１】
図３はこの発明の第３の実施の形態を示す構成図で、三相４線の電源に適用した例である。
そのため、電圧検出器１は電源のＮ相に対するＲ相，Ｓ相，Ｔ相の電圧を検出する。検出された電圧信号はα−β−０変換器２２に入力され、上記▲２▼式に従う演算を行なってα成分，β成分，０成分を求める。ＰＬＬ５の機能は図１，図２の場合と同じである。演算されたα成分，β成分はＰＬＬ５からの余弦成分，正弦成分の信号を基準に、回転座標変換回路３にて回転座標変換されｄ成分とｑ成分に変換される。そして、それらの結果は判定回路４に入力され、ここで停電かどうかが判断される。
【００２２】
図３で用いられる判定回路４の構成例を図６に示す。
この場合ｄ成分，ｑ成分，零成分が一相判定回路６にそれぞれ入力されるので、一相判定回路６が３個必要であるが、その数が異なるだけでその動作は図４と同様なので説明は省略する。また、一相判定回路における設定器８の設定値の一例は、ｄ軸成分１ｐｕで、ｑ軸成分と０成分はそれぞれ０である。そこで、図３の判定回路４を、ｄ軸成分の一相のみ、またはｄ軸成分とｑ軸成分の２相のみを検出するような、簡略化した構成とすることも可能である。
【００２３】
図７に図１の、図８に図２の、また図９に図３の変形例をそれぞれ示す。
各図からも明らかなように、いずれも回転座標変換されたα成分，β成分の２相量を変換回路８にて正相回転の座標変換をした後フィルタ１０を通過させる点、同じくα成分，β成分の２相量を変換回路９で逆相回転の座標変換（同期信号の逆回転信号を基準にした回転座標変換）をした後フィルタ１０１を通過させる点が特徴である。
すなわち、正相回転の座標変換を施すことにより、最初に検出した電圧に含まれる正相電圧成分は直流成分に、逆相電圧成分は基本波の２倍周波数成分に変換されるので、フィルタにより直流を抽出することにより、最初に検出した電圧の正相分のみを分離することができる。
【００２４】
また、逆相回転の座標変換を施すことにより、最初に検出した電圧に含まれる正相電圧成分は基本波の２倍周波数成分に、逆相電圧成分は直流成分に変換されるので、フィルタにより直流を抽出することにより、最初に検出した電圧の逆相分のみを分離することができる。こうすれば、正相，逆相それぞれの感度を変えたい場合に、独立して設定値を設けることができるようになり、柔軟な設定が実現可能となる。なお、逆相回転の座標変換は数４に示す▲４▼式で表わすことができる。
【数４】
【００２５】
図１０に第４の実施の形態を示す。
これは、図１〜図３の回転座標変換回路３と判定回路４との間、図７〜図９のフィルタ回路１０，１０１と判定回路４との間に、フィルタ回路１１をそれぞれ設けるもので、その他の部分は図示を省略している。フィルタ回路の具体例としては、１／（１＋ｓＴ）なる伝達関数で示される一次遅れフィルタがあり、ｄ軸成分，ｑ軸成分にそれぞれ対応して設けることができる。これにより、停電と見なしたくないような微小な電圧変動などを除去することが可能となる。
図１１に第５の実施の形態を示す。
これは、図１〜図３の回転座標変換回路３と判定回路４との間に移動平均回路１２をそれぞれ設けるもので、その他の部分は図示を省略している。なお、この移動平均回路１２は、図７〜図９ではフィルタ回路１０，１０１の代わりに用いることもできる。
つまり、検出した電圧に逆相成分が含まれる場合には、回転座標変換後の信号に電源電圧の２倍の周波数信号が重畳されて現われるので、この影響を除くべく回転座標変換した後の信号を、電源電圧の２倍の周期で移動平均をとるようにするものである。
【００２６】
図１２に第６の実施の形態を示す。
これは、図１〜図３と図７〜図９の判定回路４の後段に回数確認回路１３を設けるもので、その他の部分は図示を省略している。
図１３は回数確認回路１３の動作説明図である。横軸は時間軸で、縦線が判定時刻を示す。同図（ａ１），（ａ２）は回数確認回路１３の入力信号、同図（ｂ１），（ｂ２）は回数確認回路１３の出力信号を示す。すなわち、設定回数を「４」とした場合、図１３（ａ１）のように４回連続して判定回路４の出力が入力されると、図１３（ｂ１）のように４回目で出力が得られる。これに対し、図１３（ａ２）のように２回しか判定回路４の出力が入力されないと、図１３（ｂ２）のように出力は得られないことになる。このように、回数確認回路１３により、図１３（ａ２）のような小さい電圧変動を停電検出から除外して、より確実に停電検出を行なうことができる。
【００２７】
【発明の効果】
この発明によれば、小さな電圧の変動や電圧不平衡によっては誤検出しない高速な停電検出装置を提供できる。また、その調整も柔軟かつ容易なので、本装置を無停電電源装置に適用すれば、より高速に停電に対応できるだけでなく、誤検出が少なく調整も柔軟かつ容易な無停電電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す構成図
【図２】この発明の第２の実施の形態を示す構成図
【図３】この発明の第３の実施の形態を示す構成図
【図４】図１で用いられる判定回路の例を示す構成図
【図５】一相判定回路の具体例を示す回路図
【図６】図３で用いられる判定回路の例を示す構成図
【図７】図１の変形例を示す構成図
【図８】図２の変形例を示す構成図
【図９】図３の変形例を示す構成図
【図１０】この発明の第４の実施の形態を示す要部構成図
【図１１】この発明の第５の実施の形態を示す要部構成図
【図１２】この発明の第６の実施の形態を示す要部構成図
【図１３】回数確認回路の動作説明図
【図１４】従来例の動作原理説明図
【符号の説明】
１…電圧検出器、２，２１…α−β変換器、２２…α−β−０変換器、３…回転座標変換回路、４…判定回路、５…フェーズロックドループ（ＰＬＬ）、６…一相判定回路、７，６７…オア回路、８…正相回転座標変換回路、９…逆相回転座標変換回路、１０，１１，１０１…フィルタ回路、１２…移動平均回路、１３…回数確認回路、６１，６２，６３…設定器、６４…減算回路、６５，６６…比較回路。
【発明の属する技術分野】
この発明は、無停電電源装置のように、電源が停電したときに動作を切り換える必要がある装置に用いて好適な停電検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の停電検出装置の例として、例えば特許文献１に示すものがある。これは、ウインドウコンパレータ形波形監視装置を設け、これにより検出される電圧を基準電圧と比較して、検出される電圧が例えば図１４に点線で示す所定範囲を超えていれば停電として検出するもので、迅速な停電検出を可能にするものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０６−２０５５４７号公報（図１、第４頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような装置で高速に停電を検出するためには、ウインドウコンパレータの正常電圧範囲を狭く設定する必要があるが、こうすると逆に本来停電と見なさなくても良いような小さい電圧の変動や、電圧不平衡により停電を誤検出する可能性がある。このような誤検出を避けるためにフィルタを設置する場合も、交流量をそのまま用いて停電判定を行なうこととなり、交流量を例えば一次遅れフィルタ等のフィルタを通すと位相遅れが生じることなどにより、電圧振幅の変動を通過させず、かつ位相遅れの無視できるフィルタを選定するなど、フィルタの定数の選定が難しいだけでなく、フィルタの選定に制限があるので柔軟な設計が難しいなどの問題がある。
したがって、この発明の課題は、高速で誤検出が少なく、しかもフィルタを用いる場合でもその調整や柔軟な設計を容易にできるようにすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、三相３線の電源に接続されて電源電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段による検出信号に同期した信号を生成する同期信号生成手段と、前記電圧検出手段による検出信号をα成分，β成分の２相量に変換し、前記同期信号生成手段からの同期信号を基準にして回転座標変換する変換手段と、この回転座標変換された信号のうちの少なくとも１つの成分について、この成分に対する第１設定値との差が、その成分に対する第２設定値とその成分に対する第３設定値との間から外れたとき停電と判定する判定手段とを設けたことを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明では、三相４線の電源に接続されて電源電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段による検出信号に同期した信号を生成する同期信号生成手段と、前記電圧検出手段による検出信号をα成分，β成分，０成分に変換し、そのうちのα成分，β成分を前記同期信号生成手段からの同期信号を基準にして回転座標変換する変換手段と、この回転座標変換された信号と前記０成分のうちの少なくとも１つの成分について、この成分に対する第１設定値との差が、その成分に対する第２設定値とその成分に対する第３設定値との間から外れたとき停電と判定することを特徴とする。
【０００７】
請求項３の発明では、三相３線の電源に接続されて電源電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段による検出信号に同期した信号を生成する同期信号生成手段と、前記電圧検出手段による検出信号をα成分，β成分の２相量に変換する変換手段と、このα成分，β成分を前記同期信号生成手段からの同期信号の正回転信号を基準にして回転座標変換しその出力の直流成分を抽出する正回転座標変換・抽出手段と、前記α成分，β成分を前記同期信号生成手段からの同期信号の逆回転信号を基準にして回転座標変換しその出力の直流成分を抽出する逆回転座標変換・抽出手段と、この正回転，逆回転座標変換され、抽出された信号のうちの少なくとも１つの成分について、この成分に対する第１設定値との差が、その成分に対する第２設定値とその成分に対する第３設定値との間から外れたとき停電と判定する判定手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項４の発明では、三相４線の電源に接続されて電源電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段による検出信号に同期した信号を生成する同期信号生成手段と、前記電圧検出手段による検出信号をα成分，β成分，０成分に変換する変換手段と、そのうちのα成分，β成分を前記同期信号生成手段からの同期信号の正回転信号を基準にして回転座標変換しその出力の直流成分を抽出する変換を行なう正回転座標変換・抽出手段と、前記α成分，β成分を前記同期信号生成手段からの同期信号の逆回転信号を基準にして回転座標変換しその出力の直流成分を抽出する変換を行なう逆回転座標変換・抽出手段と、この正回転，逆回転座標変換され、抽出された信号と前記０成分のうちの少なくとも１つの成分について、この成分に対する第１設定値との差が、その成分に対する第２設定値とその成分に対する第３設定値との間から外れたとき停電と判定する判定手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】上記請求項１ないし４のいずれかの発明においては、前記判定手段に入力される少なくとも１つの成分が、フィルタ要素を介して入力されることができ（請求項５の発明）、または、前記判定手段の後段に、前記差の値がその成分に対する第２設定値とその成分に対する第３設定値との間から外れた回数を計測する回数計測手段を設け、その回数が予め設定された回数連続して外れたとき停電と判定することができる（請求項６の発明）。
【００１０】
請求項１または２の発明においては、前記判定手段に入力される少なくとも１つの成分が、電源電圧の２倍周波数の周期で移動平均処理をする移動平均処理手段を介して入力されることができ（請求項７の発明）、また、請求項３または４の発明においては、前記正回転座標変換・抽出手段の代わりに、前記α成分，β成分を前記同期信号生成手段からの同期信号の正回転信号を基準にして回転座標変換し電源電圧の２倍周波数の周期で移動平均処理をする正回転座標変換・移動平均処理手段を、また前記逆回転座標変換・抽出手段の代わりに、前記α成分，β成分を前記同期信号生成手段からの同期信号の逆回転信号を基準にして回転座標変換し電源電圧の２倍周波数の周期で移動平均処理をする逆回転座標変換・移動平均処理手段をそれぞれ用いることができる（請求項８の発明）。
【００１１】
この発明は、電源健全時に三相電源に同期した回転座標系で電源電圧を監視することにより停電を監視するもので、まず、その原理について説明する。
電源電圧を三相の交流量からα−β成分、またはα−β−０成分に変換する方法としては、例えば「瞬時無効電力の一般化理論とその応用」電気学会論文誌Ｂ、１０３巻７号、ｐ４８３〜４８６に詳しく述べられているので、以下ではごく簡単に説明する。
検出された三相３線の電圧（相電圧：ＶＲ，ＶＳ，ＶＴ）の２相量（ＶＡ，ＶＢ）への変換は、次の数１に示す変換式▲１▼により行なうことができる。
【数１】
三相３線式の場合には、中性線がないため零相電圧が意味を持たないので、検出される量が線間電圧である場合には、ＶＲ＋ＶＳ＋ＶＴ＝０の条件を用い、検出された線間電圧より相電圧を導き出してから、上記▲１▼式を適用すれば良い。また、三相４線式の場合には、相電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴからα−β−０成分ＶＡ，ＶＢ，０への変換は次の数２に示す変換式▲２▼により行なうことができる。ただし、変換式▲１▼，▲２▼の変換行列の係数の選び方や基準軸の取り方は一意ではないため、全体の係数などは変更される場合もある。
【数２】
これらの変換により、三相の交流量からα成分，β成分が導き出されるが、これは、正相回転の成分と逆相回転の成分との合成に変換したものと考えることができる。つまり、仮に相電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴが三相平衡の交流電圧であったならば、その中には逆相成分は含まず、正相分のみ含むことになるため、変換後のＶＡ，ＶＢは正相回転成分のみを持ち、基準を余弦（ｃｏｓ）とするならば、ＶＡがＶＲと同相の余弦（ｃｏｓ）波、ＶＢが正弦（ｓｉｎ）波となる。
【００１４】
次に、２相量ＶＡ，ＶＢから、回転座標上の２軸量Ｖｄ，Ｖｑへの変換について説明する。
この変換は、次の数３に示す変換式▲３▼により行なうことができる。ただし、（ｃｏｓωｔ，ｓｉｎωｔ）、（−ｓｉｎωｔ，ｃｏｓωｔ）は、この回転座標変換の基準となる回転座標系（直交座標系）の単位ベクトルを、変換前の静止座標系で見たものである。ωは電源の角周波数である。
【数３】
上式から容易に分かるように、電源電圧が振幅１ｐｕ（ｐｅｒ−ｕｎｉｔ：１単位）の三相平衡交流である場合には、Ｖｄ＝Ｖｄ０（Ｖｄ０は定数であるが、変換行列の係数による。上記の係数の場合Ｖｄ０＝１）、Ｖｑ＝０となるので、電源健全時には電圧を直流量として監視できることが分かる。なお、三相４線式の場合には、電源健全時には電圧の零相成分はないことを考えると、Ｖ０＝０である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は以上のような原理に基づくこの発明の第１の実施の形態を示す構成図で、三相３線の電源に適用した例である。
電源の電圧は電圧検出器１で検出され、その出力はフェーズロックドループ（ＰＬＬ：位相同期回路）回路５に与えられる。ＰＬＬ５は電圧検出器１に同期した正弦波信号を出力するが、その位相は電源のＲ相に同期した余弦（ｃｏｓ）成分と、その９０°移相成分である正弦（ｓｉｎ）成分を出力する。なお、ＰＬＬ５での演算は電源の１相の信号を基準にする構成としても、または電源の３相の信号を基準にする構成としても良い。
【００１７】
また、電圧検出器１の出力である線間電圧ＶＲＳ，ＶＳＴが、α−β変換器２に入力される。α−β変換器２はここでは線間電圧ＶＲＳ，ＶＳＴを、
ＶＲ−ＶＳ＝ＶＲＳ
ＶＳ−ＶＴ＝ＶＳＴ
ＶＲ＋ＶＳ＋ＶＴ＝０
を連立して解いて求まるＶＲ，ＶＳ，ＶＴへの変換式で相電圧に直し、その後、α成分，β成分を導出する上記▲１▼式に従う演算を行なってα成分，β成分を求めるようにしている。なお、この場合は電源が三相３線なので、第３の式を仮定しても問題はない。
【００１８】
このα成分，β成分はＰＬＬ５の出力である余弦成分と正弦成分の信号を基準に、回転座標変換回路３にて回転座標変換されｄ成分とｑ成分に変換される。その結果は判定回路４に入力され、ここで停電かどうかが判断される。
判定回路４の例を図４に示す。一相判定回路６とオア回路７から構成され、図１の場合は図４の左側に示す入力端子にそれぞれｄ成分，ｑ成分が入力され、一相判定回路６の出力のどちらか一方が信号を出力した場合に、右側の出力端子に信号が出力される動作となる。
【００１９】
図５に図４の一相判定回路の具体例を示す。
設定器６１は、入力信号の正常値を設定するための設定器である。入力信号は減算回路６４で設定器６１の出力信号から減算され、その差信号が演算される。その結果の信号は、設定器６２の信号と比較される比較回路６５と、設定器６３の信号と比較される比較回路６６とに入力される。設定器６２の信号と比較される比較回路６５では、減算回路６４の出力信号が設定器６２の信号レベルを上回ったときに信号を出力する。一方、設定器６３の信号と比較される比較回路６６では、減算回路６４の出力信号が設定器６３の信号レベルを下回ったときに信号を出力する。これらの信号はオア回路６７に入力され、どちらかの信号が発生したときに信号を出力するように動作する。なお、ｑ軸成分は通常０であるので、判定回路４としては図４の回路を用いずに、図５の回路をｄ軸成分にのみ適用して停電検出するような、１相のみの信号を用いる簡略化した構成とすることもできる。
【００２０】
図２はこの発明の第２の実施の形態を示す構成図である。
図１との相違点は、電圧検出器１の出力に線間電圧ＶＲＳ，ＶＳＴ，ＶＴＲの三相の信号を用いた点にある。そのため、α−β変換器２１は、この場合ＶＲＳ，ＶＳＴ，ＶＴＲの信号から相電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴを演算し、その後、α成分，β成分を導出する上記▲１▼式に従う演算を行なってα成分，β成分を求めるようにしている。構成は多少異なるが、基本的に図１と同じ演算を行なっていることになる。
【００２１】
図３はこの発明の第３の実施の形態を示す構成図で、三相４線の電源に適用した例である。
そのため、電圧検出器１は電源のＮ相に対するＲ相，Ｓ相，Ｔ相の電圧を検出する。検出された電圧信号はα−β−０変換器２２に入力され、上記▲２▼式に従う演算を行なってα成分，β成分，０成分を求める。ＰＬＬ５の機能は図１，図２の場合と同じである。演算されたα成分，β成分はＰＬＬ５からの余弦成分，正弦成分の信号を基準に、回転座標変換回路３にて回転座標変換されｄ成分とｑ成分に変換される。そして、それらの結果は判定回路４に入力され、ここで停電かどうかが判断される。
【００２２】
図３で用いられる判定回路４の構成例を図６に示す。
この場合ｄ成分，ｑ成分，零成分が一相判定回路６にそれぞれ入力されるので、一相判定回路６が３個必要であるが、その数が異なるだけでその動作は図４と同様なので説明は省略する。また、一相判定回路における設定器８の設定値の一例は、ｄ軸成分１ｐｕで、ｑ軸成分と０成分はそれぞれ０である。そこで、図３の判定回路４を、ｄ軸成分の一相のみ、またはｄ軸成分とｑ軸成分の２相のみを検出するような、簡略化した構成とすることも可能である。
【００２３】
図７に図１の、図８に図２の、また図９に図３の変形例をそれぞれ示す。
各図からも明らかなように、いずれも回転座標変換されたα成分，β成分の２相量を変換回路８にて正相回転の座標変換をした後フィルタ１０を通過させる点、同じくα成分，β成分の２相量を変換回路９で逆相回転の座標変換（同期信号の逆回転信号を基準にした回転座標変換）をした後フィルタ１０１を通過させる点が特徴である。
すなわち、正相回転の座標変換を施すことにより、最初に検出した電圧に含まれる正相電圧成分は直流成分に、逆相電圧成分は基本波の２倍周波数成分に変換されるので、フィルタにより直流を抽出することにより、最初に検出した電圧の正相分のみを分離することができる。
【００２４】
また、逆相回転の座標変換を施すことにより、最初に検出した電圧に含まれる正相電圧成分は基本波の２倍周波数成分に、逆相電圧成分は直流成分に変換されるので、フィルタにより直流を抽出することにより、最初に検出した電圧の逆相分のみを分離することができる。こうすれば、正相，逆相それぞれの感度を変えたい場合に、独立して設定値を設けることができるようになり、柔軟な設定が実現可能となる。なお、逆相回転の座標変換は数４に示す▲４▼式で表わすことができる。
【数４】
図１０に第４の実施の形態を示す。
これは、図１〜図３の回転座標変換回路３と判定回路４との間、図７〜図９のフィルタ回路１０，１０１と判定回路４との間に、フィルタ回路１１をそれぞれ設けるもので、その他の部分は図示を省略している。フィルタ回路の具体例としては、１／（１＋ｓＴ）なる伝達関数で示される一次遅れフィルタがあり、ｄ軸成分，ｑ軸成分にそれぞれ対応して設けることができる。これにより、停電と見なしたくないような微小な電圧変動などを除去することが可能となる。
図１１に第５の実施の形態を示す。
これは、図１〜図３の回転座標変換回路３と判定回路４との間に移動平均回路１２をそれぞれ設けるもので、その他の部分は図示を省略している。なお、この移動平均回路１２は、図７〜図９ではフィルタ回路１０，１０１の代わりに用いることもできる。
つまり、検出した電圧に逆相成分が含まれる場合には、回転座標変換後の信号に電源電圧の２倍の周波数信号が重畳されて現われるので、この影響を除くべく回転座標変換した後の信号を、電源電圧の２倍の周期で移動平均をとるようにするものである。
【００２６】
図１２に第６の実施の形態を示す。
これは、図１〜図３と図７〜図９の判定回路４の後段に回数確認回路１３を設けるもので、その他の部分は図示を省略している。
図１３は回数確認回路１３の動作説明図である。横軸は時間軸で、縦線が判定時刻を示す。同図（ａ１），（ａ２）は回数確認回路１３の入力信号、同図（ｂ１），（ｂ２）は回数確認回路１３の出力信号を示す。すなわち、設定回数を「４」とした場合、図１３（ａ１）のように４回連続して判定回路４の出力が入力されると、図１３（ｂ１）のように４回目で出力が得られる。これに対し、図１３（ａ２）のように２回しか判定回路４の出力が入力されないと、図１３（ｂ２）のように出力は得られないことになる。このように、回数確認回路１３により、図１３（ａ２）のような小さい電圧変動を停電検出から除外して、より確実に停電検出を行なうことができる。
【００２７】
【発明の効果】
この発明によれば、小さな電圧の変動や電圧不平衡によっては誤検出しない高速な停電検出装置を提供できる。また、その調整も柔軟かつ容易なので、本装置を無停電電源装置に適用すれば、より高速に停電に対応できるだけでなく、誤検出が少なく調整も柔軟かつ容易な無停電電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す構成図
【図２】この発明の第２の実施の形態を示す構成図
【図３】この発明の第３の実施の形態を示す構成図
【図４】図１で用いられる判定回路の例を示す構成図
【図５】一相判定回路の具体例を示す回路図
【図６】図３で用いられる判定回路の例を示す構成図
【図７】図１の変形例を示す構成図
【図８】図２の変形例を示す構成図
【図９】図３の変形例を示す構成図
【図１０】この発明の第４の実施の形態を示す要部構成図
【図１１】この発明の第５の実施の形態を示す要部構成図
【図１２】この発明の第６の実施の形態を示す要部構成図
【図１３】回数確認回路の動作説明図
【図１４】従来例の動作原理説明図
【符号の説明】
１…電圧検出器、２，２１…α−β変換器、２２…α−β−０変換器、３…回転座標変換回路、４…判定回路、５…フェーズロックドループ（ＰＬＬ）、６…一相判定回路、７，６７…オア回路、８…正相回転座標変換回路、９…逆相回転座標変換回路、１０，１１，１０１…フィルタ回路、１２…移動平均回路、１３…回数確認回路、６１，６２，６３…設定器、６４…減算回路、６５，６６…比較回路。
Claims (8)
- 三相３線の電源に接続されて電源電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段による検出信号に同期した信号を生成する同期信号生成手段と、前記電圧検出手段による検出信号をα成分，β成分の２相量に変換し、前記同期信号生成手段からの同期信号を基準にして回転座標変換する変換手段と、この回転座標変換された信号のうちの少なくとも１つの成分について、この成分に対する第１設定値との差が、その成分に対する第２設定値とその成分に対する第３設定値との間から外れたとき停電と判定する判定手段とを備えた停電検出装置。
- 三相４線の電源に接続されて電源電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段による検出信号に同期した信号を生成する同期信号生成手段と、前記電圧検出手段による検出信号をα成分，β成分，０成分に変換し、そのうちのα成分，β成分を前記同期信号生成手段からの同期信号を基準にして回転座標変換する変換手段と、この回転座標変換された信号と前記０成分のうちの少なくとも１つの成分について、この成分に対する第１設定値との差が、その成分に対する第２設定値とその成分に対する第３設定値との間から外れたとき停電と判定する判定手段とを備えた停電検出装置。
- 三相３線の電源に接続されて電源電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段による検出信号に同期した信号を生成する同期信号生成手段と、前記電圧検出手段による検出信号をα成分，β成分の２相量に変換する変換手段と、このα成分，β成分を前記同期信号生成手段からの同期信号の正回転信号を基準にして回転座標変換しその出力の直流成分を抽出する正回転座標変換・抽出手段と、前記α成分，β成分を前記同期信号生成手段からの同期信号の逆回転信号を基準にして回転座標変換しその出力の直流成分を抽出する逆回転座標変換・抽出手段と、この正回転，逆回転座標変換・抽出された信号のうちの少なくとも１つの成分について、この成分に対する第１設定値との差が、その成分に対する第２設定値とその成分に対する第３設定値との間から外れたとき停電と判定する判定手段とを備えた停電検出装置。
- 三相４線の電源に接続されて電源電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段による検出信号に同期した信号を生成する同期信号生成手段と、前記電圧検出手段による検出信号をα成分，β成分，０成分に変換する変換手段と、そのうちのα成分，β成分を前記同期信号生成手段からの同期信号の正回転信号を基準にして回転座標変換しその出力の直流成分を抽出する変換を行なう正回転座標変換・抽出手段と、前記α成分，β成分を前記同期信号生成手段からの同期信号の逆回転信号を基準にして回転座標変換しその出力の直流成分を抽出する変換を行なう逆回転座標変換・抽出手段と、この正回転，逆回転座標変換・抽出された信号と前記０成分のうちの少なくとも１つの成分について、この成分に対する第１設定値との差が、その成分に対する第２設定値とその成分に対する第３設定値との間から外れたとき停電と判定する判定手段とを備えた停電検出装置。
- 前記判定手段に入力される少なくとも１つの成分が、フィルタ要素を介して入力されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の停電検出装置。
- 前記判定手段の後段に、前記差の値がその成分に対する第２設定値とその成分に対する第３設定値との間から外れた回数を計測する回数計測手段を設け、その回数が予め設定された回数連続して外れたとき停電と判定することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の停電検出装置。
- 前記判定手段に入力される少なくとも１つの成分が、電源電圧の２倍周波数の周期で移動平均処理をする移動平均処理手段を介して入力されることを特徴とする請求項１または２に記載の停電検出装置。
- 前記正回転座標変換・抽出手段の代わりに、前記α成分，β成分を前記同期信号生成手段からの同期信号の正回転信号を基準にして回転座標変換し電源電圧の２倍周波数の周期で移動平均処理をする正回転座標変換・移動平均処理手段を、また前記逆回転座標変換・抽出手段の代わりに、前記α成分，β成分を前記同期信号生成手段からの同期信号の逆回転信号を基準にして回転座標変換し電源電圧の２倍周波数の周期で移動平均処理をする逆回転座標変換・移動平均処理手段をそれぞれ用いることを特徴とする請求項３または４に記載の停電検出装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|---|
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| KR100899560B1 (ko) | 2007-06-19 | 2009-05-27 | 한국전기연구원 | 좌표변환식 위상동기 검출 방법과 무충격 자동 동기장치 |
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-
2002
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