JP2005233951A - 単相電圧を測定する方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】単相ＡＣ電圧信号Ｖeの瞬時値を測定する方法を提供すること。
【解決手段】本方法は、位相比較回路の第１の入力に前記電圧信号Ｖeを印加し、前記位相比較回路の第２の入力に基準信号を印加する工程と、前記位相比較回路において前記基準信号と前記電圧信号Ｖeの間の位相差から訂正信号を導出し、前記訂正信号を出力する工程と、前記訂正信号をろ波する工程と、前記ろ波された訂正信号を使用して前記基準信号を調節する工程と、前記基準信号と前記電圧信号Ｖeの間の位相差が相殺されたときに、前記電圧信号Ｖeの瞬時値を決定する工程とを含む。
【選択図】図３
【解決手段】本方法は、位相比較回路の第１の入力に前記電圧信号Ｖeを印加し、前記位相比較回路の第２の入力に基準信号を印加する工程と、前記位相比較回路において前記基準信号と前記電圧信号Ｖeの間の位相差から訂正信号を導出し、前記訂正信号を出力する工程と、前記訂正信号をろ波する工程と、前記ろ波された訂正信号を使用して前記基準信号を調節する工程と、前記基準信号と前記電圧信号Ｖeの間の位相差が相殺されたときに、前記電圧信号Ｖeの瞬時値を決定する工程とを含む。
【選択図】図３
Description
本発明は、単相波高電圧の瞬時値を測定する方法に関する。
単相ネットワークにおいて動作する電力システムの制御に関する問題を解決するためには、基礎の瞬時値の知識が不可欠である。典型的な手法において、測定方法は、単相電圧を整流し、その後得られた信号をろ波することからなる。この方法は、２つの重要な欠点を有する。すなわち
整流された電圧ろ波が非常に弱い場合、電圧振幅は、波高値と比較して小さい値にわたって変動する。
整流された電圧ろ波が非常に弱い場合、電圧振幅は、波高値と比較して小さい値にわたって変動する。
平均値の安定した読出しを得るために何らかのろ波が推奨される。しかしながら、ろ波が強すぎると、応答時間が長くなりすぎて、ネットワーク電圧の迅速な変化を測定することができなくなる。
本発明は、従来技術の解決策の問題を克服する単相波高電圧の瞬時値を測定する方法を提供することを目的とする。
本発明は、単相波高電圧信号Ｖeの瞬時値を測定する方法であって、
位相比較回路の第１の入力に前記電圧信号Ｖeを印加し、前記位相比較回路の第２の入力に基準信号を印加する工程と、
前記位相比較回路において前記基準信号と前記電圧信号Ｖeの間の位相差から訂正信号を導出し、前記訂正信号を出力する工程と、
前記訂正信号をろ波する工程と、
前記ろ波された訂正信号を使用して前記基準信号を調節する工程と、
前記基準信号と前記電圧信号Ｖeの間の位相差が相殺されたときに、前記電圧信号Ｖeの瞬時値を決定する工程と
を含む方法に関する。
位相比較回路の第１の入力に前記電圧信号Ｖeを印加し、前記位相比較回路の第２の入力に基準信号を印加する工程と、
前記位相比較回路において前記基準信号と前記電圧信号Ｖeの間の位相差から訂正信号を導出し、前記訂正信号を出力する工程と、
前記訂正信号をろ波する工程と、
前記ろ波された訂正信号を使用して前記基準信号を調節する工程と、
前記基準信号と前記電圧信号Ｖeの間の位相差が相殺されたときに、前記電圧信号Ｖeの瞬時値を決定する工程と
を含む方法に関する。
好ましい実施形態において、前記基準信号は、約５０Ｈｚの周波数を有する。
有利には、前記ろ波工程は、低域通過ろ波とそれに続くＰＩ調整を含む。
好ましくは、前記訂正信号は、前記電圧信号Ｖeと前記基準信号の瞬時位相のコサインとの積と、前記電圧信号Ｖeと前記基準信号の瞬時位相のサインとの積との線形結合である。
有利には、前記ろ波工程は、低域通過ろ波とそれに続くＰＩ調整を含む。
好ましくは、前記訂正信号は、前記電圧信号Ｖeと前記基準信号の瞬時位相のコサインとの積と、前記電圧信号Ｖeと前記基準信号の瞬時位相のサインとの積との線形結合である。
本発明はまた、上述の方法を実行する、単相波高電圧の瞬時値を測定するための装置に関する。
図１は、まず単相電圧信号が整流され、その後帯域通過フィルタによってろ波される、従来技術の解決策を示す。
本発明の方法において、単相電圧の瞬時値は、強いろ波を必要としないで、決定される。
本発明の方法において、単相電圧の瞬時値は、強いろ波を必要としないで、決定される。
本設定は、本質的に、システム上で同期する必要がある位相ロックループを備える。これは、ＡＣ電圧信号のゼロパスの瞬間を探索する必要性およびそれに伴う不確定性を回避する。このようにして、システム上に存在するＡＣ電圧位相を反映するマイクロプロセッサ内の正弦波位相基準が得られる。電圧信号は、非常に良好な周波数安定性を有する。したがって、位相ロックループは、非常に高い動作安定性を依然として与えながら、比較的遅くすることができる。
本方法は、すべての計画を企てる際の基になるデジタル基準に基づく。システム電圧のデジタル基準は、好ましくは、以下の理由でＡＣ電圧Ｖe自体に関係する。すなわち
それはシステムの調波を含まず、ブリッジ自体によって生成された調波さえも含まない。
それはシステムの調波を含まず、ブリッジ自体によって生成された調波さえも含まない。
それは１つが同相になり、１つが入力電圧に対して直角位相にある２つの正弦波からなり、これは、たとえば電流の無効成分のおよび有効成分の計算を容易にする。
入力ＡＣ電圧との関係を有する基準ベクトルを得るために、位相ロックループが、使用される。このループの基本式は、以下の通りである（図２参照）。
入力ＡＣ電圧との関係を有する基準ベクトルを得るために、位相ロックループが、使用される。このループの基本式は、以下の通りである（図２参照）。
ここで
ただしθは、ＥdおよびＥqがそれぞれ回転（単位）ベクトルの瞬時同相成分および直角位相成分を示すように、回転ベクトルの瞬時位相を示す。さらに、ωsは、５０Ｈｚシステムの近似的な（および一定の）基準脈動を示し、εは、この理論脈動ωsの値に対する訂正信号を表し、ωrは、回転ベクトルのデジタル基準の得られた脈動を表す。
位相ロックループは、脈動（ωs＋ε）における信号と、同調させたい外部入力信号（この場合Ｖe）との間の位相差を相殺する。基準脈動ωsにおける信号は、基準信号と入力電圧との間の位相差に依存する値εを加算または減算することによって調節される（下記参照）。（脈動ωrにおける）得られた信号の瞬時位相が決定され、したがって
Ａ＝Ｅd・Ｖe
Ｂ＝Ｅq・Ｖe
が得られる（図３参照）。
値Ａは、電圧Ｖeと内部基準正弦波の間の位相差のサインに依存する。それは、大きい位相差の場合にのみ使用される。Ｂは、位相差のコサインに依存する。パラメータＡは、大きい位相シフトに対してのみ使用されるので、Ａの負値のみが使用される。このようにして、ＰＬＬにおいてＰＩ調整器に特権的な回転方向が生じる。
Ａ＝Ｅd・Ｖe
Ｂ＝Ｅq・Ｖe
が得られる（図３参照）。
値Ａは、電圧Ｖeと内部基準正弦波の間の位相差のサインに依存する。それは、大きい位相差の場合にのみ使用される。Ｂは、位相差のコサインに依存する。パラメータＡは、大きい位相シフトに対してのみ使用されるので、Ａの負値のみが使用される。このようにして、ＰＬＬにおいてＰＩ調整器に特権的な回転方向が生じる。
値Ｃは
Ｃ＝０ Ａ＞０の場合
Ｃ＝Ａ Ａ＜０の場合
となるように定義される。
その場合、調整器への入力信号ｅkは
ｅk＝−Ｂ＋Ｃ Ｂ＞０の場合
ｅk＝−Ｂ−Ｃ Ｂ＜０の場合
のように計算される。
したがって、調整器入力ｅkに対する誤差は、Ａの符号に応じて異なる値をとる。これは、システムが連続的に機能することを保証し、１８０°の位相差までシステムとの同期を防ぐ。
Ｃ＝０ Ａ＞０の場合
Ｃ＝Ａ Ａ＜０の場合
となるように定義される。
その場合、調整器への入力信号ｅkは
ｅk＝−Ｂ＋Ｃ Ｂ＞０の場合
ｅk＝−Ｂ−Ｃ Ｂ＜０の場合
のように計算される。
したがって、調整器入力ｅkに対する誤差は、Ａの符号に応じて異なる値をとる。これは、システムが連続的に機能することを保証し、１８０°の位相差までシステムとの同期を防ぐ。
低域通過フィルタは、ネットワーク正弦波と基準脈動との乗算から得られるｅkに含まれる二重周波数成分をなくす。最も好ましくは、次にＰＩ調整器が、位相ロックループに使用される。ＰＩ調整器の出力において、誤差信号εが得られ、
によって与えられる。ＫpおよびＫiは、本明細書ではそれぞれ調整器の比例パラメータおよび積分パラメータを示す。
たとえば、電力が投入され、入力電圧が過渡効果を受けると、位相ロックループは、非同期過渡モードになる。ＰＬＬの同期を達成するために、それを定常状態領域にする（すなわちεを一定にする）必要がある。その場合、高域フィルタ（図３には図示せず）を追加し、次いで高域通過フィルタの出力にＡＣ信号がないことを監視することによって、εを一定に保つ。
たとえば、電力が投入され、入力電圧が過渡効果を受けると、位相ロックループは、非同期過渡モードになる。ＰＬＬの同期を達成するために、それを定常状態領域にする（すなわちεを一定にする）必要がある。その場合、高域フィルタ（図３には図示せず）を追加し、次いで高域通過フィルタの出力にＡＣ信号がないことを監視することによって、εを一定に保つ。
同様に、ＰＬＬに関連するセキュリティ上の理由で、偏差εは、約３０ラジアン／秒（５０Ｈｚシステムの公差）を超えてはならない。
電圧波高値は、瞬時電圧測定によって容易に得ることができる（図４も参照）。
電圧波高値は、瞬時電圧測定によって容易に得ることができる（図４も参照）。
Claims (5)
- 単相波高電圧信号Ｖeの瞬時値を測定する方法であって、
位相比較回路の第１の入力に前記電圧信号Ｖeを印加し、前記位相比較回路の第２の入力に基準信号を印加する工程と、
前記位相比較回路において前記基準信号と前記電圧信号Ｖeの間の位相差から訂正信号を導出し、前記訂正信号を出力する工程と、
前記訂正信号をろ波する工程と、
前記ろ波された訂正信号を使用して前記基準信号を調節する工程と、
前記基準信号と前記電圧信号Ｖeの間の位相差が相殺されたときに、前記電圧信号Ｖeの瞬時値を決定する工程と、
を含む方法。 - 前記ろ波工程が、低域通過ろ波とそれに続くＰＩ調整を含む、請求項１に記載の方法。
- 前記訂正信号が、前記電圧信号Ｖeと前記基準信号の瞬時位相のコサインとの積と、前記電圧信号Ｖeと前記基準信号の瞬時位相のサインとの積との線形結合である、請求項１または２に記載の方法。
- 前記基準信号が、約５０Ｈｚの周波数を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項１から４のいずれか一項に記載の方法を実行する、単相波高電圧の瞬時値を測定するための装置。
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