JP2012050215A - Single-phase signal input device and system interconnection device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To estimate a phase (instantaneous phase) of an AC single-phase signal with a low operation load.SOLUTION: A filter 11 generates a filter signal vby delaying the phase of a target single-phase signal v(vs) only by θ(0<θ<π/2). A vector component calculation part 12 can convert a signal vand a signal vinto a rotation vector on a fixed coordinate system using the phase difference θbetween the signal vand signal vand can also convert the signal vand signal vinto a vector on a rotating coordinate system using θand θ. θ represents a phase of the rotating coordinate system viewed from the fixed coordinate system. A phase difference calculation part 13 calculates a phase difference Δθ between θ and the phase of the target single-phase signal vbased on two orthogonal components vand vof the vector on the rotating coordinate system. An addition part 14 calculates an estimate θof the phase of the target single-phase signal vby adding θ to Δθ.

Description

本発明は、単相信号の位相状態等の推定を行う単相信号入力装置に関する。また、本発明は、系統連系に関する制御を行う系統連系装置に関する。   The present invention relates to a single-phase signal input device that estimates a phase state or the like of a single-phase signal. The present invention also relates to a grid interconnection device that performs control related to grid interconnection.

交流の単相信号の瞬時位相を推定する様々な方法が提案されている。この中で、単相信号のゼロクロスタイミングから単相信号の位相や周波数を検出する方法が広く知られている。しかしながら、ゼロクロスタイミングを利用する方法では、信号に含まれるノイズや高調波成分によってゼロクロスタイミングが容易に変化するため、ノイズや高調波成分に対して脆弱である。これを考慮し、単相信号の位相状態等の推定に寄与する様々な方法が提案されている。   Various methods for estimating the instantaneous phase of an alternating single-phase signal have been proposed. Among these, a method for detecting the phase and frequency of a single-phase signal from the zero-cross timing of the single-phase signal is widely known. However, the method using zero cross timing is vulnerable to noise and harmonic components because the zero cross timing easily changes depending on noise and harmonic components included in the signal. In view of this, various methods have been proposed that contribute to estimation of the phase state of a single-phase signal.

第1従来方法では、ヒルベルト変換を用いて単相信号から複素ベクトル(回転ベクトル)を得ている(例えば、下記特許文献1参照)。   In the first conventional method, a complex vector (rotation vector) is obtained from a single-phase signal using Hilbert transform (see, for example, Patent Document 1 below).

第2従来方法では、バンドパスフィルタに積分又は微分特性を付与したフィルタを用いて単相信号との位相差がπ/2の信号を生成し、生成信号を用いて単相信号の位相を推定している(例えば、下記特許文献2及び3参照)。   In the second conventional method, a signal having a phase difference of π / 2 with respect to a single-phase signal is generated using a filter obtained by adding integral or differential characteristics to the band-pass filter, and the phase of the single-phase signal is estimated using the generated signal. (For example, see Patent Documents 2 and 3 below).

第3従来方法では、単相信号から擬似三相信号を生成し、擬似三相信号を三相/dq変換している(下記非特許文献1参照)。   In the third conventional method, a pseudo three-phase signal is generated from a single-phase signal, and the pseudo three-phase signal is three-phase / dq converted (see Non-Patent Document 1 below).

第4従来方法では、位相遅れ単相交流生成器を用いた単相電圧型交直変換装置を提案している(例えば、下記特許文献4参照)   The fourth conventional method proposes a single-phase voltage type AC / DC converter using a phase-delayed single-phase AC generator (for example, see Patent Document 4 below).

特開2003−143860号公報JP 2003-143860 A 特開2006−129681号公報JP 2006-129681 A 特開2008−141935号公報JP 2008-141935 A 特開2009−219263号公報JP 2009-219263 A

長石、他4名,「擬似三相変換を用いた単相回路の高速電圧検出とPLL」,パワーエレクトロニクス学会誌,平成18年3月,Vol.31,JIPE−31−18,p.136−142Nagaishi, et al., “High-speed voltage detection and PLL of single-phase circuit using pseudo three-phase conversion”, Journal of Power Electronics Society, March, 2006, Vol. 31, JISE-31-18, p. 136-142

しかしながら、第1及び第2従来方法では、高次のフィルタが必要であるため演算負荷が重い。   However, in the first and second conventional methods, a high-order filter is required, so that the calculation load is heavy.

また、第3従来方法では、擬似三相信号の生成が必要となる分、演算負荷が重くなる。   Further, in the third conventional method, the calculation load becomes heavy because the generation of the pseudo three-phase signal is required.

また、第4従来方法にて成されるフィルタ処理の位相遅れはπ/2(90度)である。π/2の位相遅れを実現するには高次のフィルタが必要となるため演算負荷が重い。尚、位相の遅れ量がπ/2のからずれた場合(特許文献4におけるωとωcoが等しくない場合)でも近似解を得ることができるとの開示が特許文献4にはあるが、特許文献4に記載の方法は位相の遅れ量がπ/2であることを前提としたものであるため、位相の遅れ量がπ/2からずれると近似による誤差が発生し、精度上の問題が生じる。 Further, the phase delay of the filter processing performed by the fourth conventional method is π / 2 (90 degrees). In order to realize a phase delay of π / 2, a high-order filter is required, so that the calculation load is heavy. Note that Patent Document 4 discloses that an approximate solution can be obtained even when the phase delay amount deviates from π / 2 (when ω s and ω co in Patent Document 4 are not equal). Since the method described in Patent Document 4 is based on the premise that the phase delay amount is π / 2, an error due to approximation occurs when the phase delay amount deviates from π / 2, which causes a problem in accuracy. Occurs.

そこで本発明は、簡素な演算で単相信号の状態(例えば位相状態)の推定を可能ならしめる単相信号入力装置を提供することを目的とする。また本発明は、そのような単相信号入力装置を利用した系統連系装置を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a single-phase signal input device that makes it possible to estimate a state (for example, a phase state) of a single-phase signal with a simple calculation. It is another object of the present invention to provide a grid interconnection device using such a single-phase signal input device.

本発明に係る第1の単相信号入力装置は、交流の対象単相信号から、前記対象単相信号との位相差がπ/2よりも小さな信号又は該信号の反転信号をフィルタ信号として生成するフィルタ部と、前記対象単相信号及び前記フィルタ信号を用いて導出対象を導出する信号導出部と、を備え、前記導出対象は、前記対象単相信号との位相差がπ/2であるπ/2位相差信号、又は、前記対象単相信号の周波数と同期した回転座標系上におけるベクトル信号の成分を含むことを特徴とする。   The first single-phase signal input device according to the present invention generates, as a filter signal, a signal whose phase difference from the target single-phase signal is smaller than π / 2 or an inverted signal of the target single-phase signal. And a signal derivation unit for deriving a derivation target using the target single-phase signal and the filter signal, and the derivation target has a phase difference of π / 2 with respect to the target single-phase signal. It includes a component of a vector signal on a rotating coordinate system synchronized with the frequency of the π / 2 phase difference signal or the target single phase signal.

これにより、対象単相信号の位相情報等の導出元となるπ/2位相差信号などを、対象単相信号との位相差がπ/2未満のフィルタ信号を用いて導出することができる。対象単相信号との位相差がπ/2未満のフィルタ信号は、低次のフィルタによって生成可能であるため、演算負荷が小さくて済む。   Thereby, a π / 2 phase difference signal or the like that is a derivation source of phase information or the like of the target single-phase signal can be derived using a filter signal whose phase difference from the target single-phase signal is less than π / 2. Since a filter signal having a phase difference from the target single-phase signal of less than π / 2 can be generated by a low-order filter, the calculation load is small.

具体的には例えば、前記第1の単相信号入力装置において、前記信号導出部は、前記対象単相信号及び前記フィルタ信号間の位相差を用いた三角関数と、前記対象単相信号及び前記フィルタ信号間の振幅比とに基づき、前記導出対象を導出する。   Specifically, for example, in the first single-phase signal input device, the signal derivation unit includes a trigonometric function using a phase difference between the target single-phase signal and the filter signal, the target single-phase signal, and the The derivation target is derived based on the amplitude ratio between the filter signals.

本発明に係る第2の単相信号入力装置は、交流の対象単相信号から、前記対象単相信号よりも位相が遅れた位相遅れ信号及び前記対象単相信号よりも位相が進んだ位相進み信号を生成するフィルタ部と、前記位相遅れ信号及び前記位相進み信号を用いて導出対象を導出する信号導出部と、を備え、前記導出対象は、前記対象単相信号との位相差がπ/2であるπ/2位相差信号、又は、前記対象単相信号の周波数と同期した回転座標系上におけるベクトル信号の成分を含むことを特徴とする。   The second single-phase signal input device according to the present invention includes a phase lag signal that is delayed in phase from the target single-phase signal and a phase advance that is advanced in phase from the target single-phase signal. A filter unit that generates a signal, and a signal derivation unit that derives a derivation target using the phase lag signal and the phase advance signal, and the derivation target has a phase difference of π / from the target single-phase signal. 2 or a π / 2 phase difference signal which is 2, or a vector signal component on a rotating coordinate system synchronized with the frequency of the target single-phase signal.

π/2位相差信号などを導出するための位相遅れ信号及び位相進み信号は、低次のフィルタによって生成可能であるため、演算負荷が小さくて済む。   Since the phase delay signal and the phase advance signal for deriving the π / 2 phase difference signal and the like can be generated by a low-order filter, the calculation load is small.

具体的には例えば、前記第2の単相信号入力装置において、前記信号導出部は、前記対象単相信号と前記位相遅れ信号又は前記位相進み信号との間の位相差を用いた三角関数に基づき、前記導出対象を導出する。   Specifically, for example, in the second single-phase signal input device, the signal derivation unit uses a trigonometric function that uses a phase difference between the target single-phase signal and the phase delay signal or the phase advance signal. Based on this, the derivation target is derived.

また例えば、前記信号導出部の導出結果を用いて前記対象単相信号の位相情報を推定する単相信号情報推定部を、前記第1又は第2の単相信号入力装置に更に設けるようにしてもよい。   In addition, for example, a single-phase signal information estimation unit that estimates phase information of the target single-phase signal using a derivation result of the signal derivation unit may be further provided in the first or second single-phase signal input device. Also good.

また例えば、前記第1又は第2の単相信号入力装置において、前記単相信号情報推定部は、前記信号導出部の導出結果を用いて、前記対象単相信号の周波数及び振幅の内、少なくとも1つを更に推定してもよい。   Further, for example, in the first or second single-phase signal input device, the single-phase signal information estimation unit uses at least a frequency and an amplitude of the target single-phase signal by using a derivation result of the signal derivation unit. One may be further estimated.

本発明に係る第3の単相信号入力装置は、交流の対象単相信号から、前記対象単相信号との位相差がπ/4である信号又は該信号の反転信号をフィルタ信号として生成するフィルタ部と、前記対象単相信号及び前記フィルタ信号を用いて前記対象単相信号の位相情報を推定する単相信号情報推定部と、を備えたことを特徴とする。   The third single-phase signal input device according to the present invention generates, as a filter signal, a signal having a phase difference of π / 4 from the target single-phase signal or an inverted signal of the target single-phase signal. And a single phase signal information estimation unit configured to estimate phase information of the target single phase signal using the target single phase signal and the filter signal.

上記のフィルタ信号は、低次のフィルタによって生成可能であるため、演算負荷が小さくて済む。また、対象単相信号及びフィルタ信号間の位相差をπ/4に設定することで、該位相差をπ/4以外とするよりも、位相情報の推定用演算を更に低減することが可能である。   Since the above filter signal can be generated by a low-order filter, the calculation load is small. In addition, by setting the phase difference between the target single-phase signal and the filter signal to π / 4, it is possible to further reduce the calculation for estimating the phase information, compared to setting the phase difference to other than π / 4. is there.

また例えば、前記第3の単相信号入力装置において、前記単相信号情報推定部は、推定した前記位相情報を用いて、前記対象単相信号の周波数をも更に推定してもよい。   Further, for example, in the third single-phase signal input device, the single-phase signal information estimation unit may further estimate the frequency of the target single-phase signal using the estimated phase information.

本発明に係る系統連系装置は、電力系統に接続される電力変換回路と、前記電力変換回路を制御する制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記電力系統及び前記電力変換回路間における交流の単相信号を対象単相信号として受ける上記の何れかに記載の単相信号入力装置と、前記単相信号入力装置を用いて前記電力変換部の単独運転状態を検出する単独運転検出部と、を有することを特徴とする   A grid interconnection apparatus according to the present invention includes a power conversion circuit connected to a power system, and a control circuit that controls the power conversion circuit, the control circuit being between the power system and the power conversion circuit. The single-phase signal input device according to any one of the above that receives an alternating single-phase signal as a target single-phase signal, and an isolated operation detection unit that detects an isolated operation state of the power conversion unit using the single-phase signal input device And characterized by having

本発明によれば、簡素な演算で単相信号の状態(例えば位相状態)の推定が可能となる。   According to the present invention, it is possible to estimate a state of a single-phase signal (for example, a phase state) with a simple calculation.

本発明の第1実施形態に係る位相差推定ユニットの内部ブロック図である。It is an internal block diagram of the phase difference estimation unit which concerns on 1st Embodiment of this invention. αβ座標系とPQ座標系との関係を示す図(a)と、αβ座標系上における対象単相信号及びフィルタ信号の軌跡を示す図(b)である。FIG. 4A is a diagram illustrating a relationship between an αβ coordinate system and a PQ coordinate system, and FIG. 4B is a diagram illustrating a locus of a target single-phase signal and a filter signal on the αβ coordinate system. 図1のベクトル成分算出部の内部構成例を示す図である。It is a figure which shows the example of an internal structure of the vector component calculation part of FIG. 図1の位相差推定ユニット内の各信号の波形の第1例を示す図である。It is a figure which shows the 1st example of the waveform of each signal in the phase difference estimation unit of FIG. 図1の位相差推定ユニット内の各信号の波形の第2例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd example of the waveform of each signal in the phase difference estimation unit of FIG. 本発明の第1実施形態に係る位相推定ユニットの内部ブロック図である。It is an internal block diagram of the phase estimation unit which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る位相/周波数/振幅推定ユニットの内部ブロック図である。It is an internal block diagram of the phase / frequency / amplitude estimation unit according to the first embodiment of the present invention. 図7の位相/周波数/振幅推定ユニットにおける入出力信号及び中間生成信号の波形例を示す図である。It is a figure which shows the example of a waveform of the input-output signal and intermediate generation signal in the phase / frequency / amplitude estimation unit of FIG. 本発明の第1実施形態に係る位相/周波数推定ユニットの内部ブロック図である。It is an internal block diagram of the phase / frequency estimation unit which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る位相/周波数推定ユニットの内部ブロック図である。It is an internal block diagram of the phase / frequency estimation unit which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る位相差推定ユニットの内部ブロック図である。It is an internal block diagram of the phase difference estimation unit which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図11のベクトル成分算出部の内部構成例を示す図である。It is a figure which shows the example of an internal structure of the vector component calculation part of FIG. 図11の位相差推定ユニット内の各信号の波形の第1例を示す図である。It is a figure which shows the 1st example of the waveform of each signal in the phase difference estimation unit of FIG. 図11の位相差推定ユニット内の各信号の波形の第2例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd example of the waveform of each signal in the phase difference estimation unit of FIG. 本発明の第2実施形態に係る位相推定ユニットの内部ブロック図である。It is an internal block diagram of the phase estimation unit which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る位相/周波数/振幅推定ユニットの内部ブロック図である。It is an internal block diagram of the phase / frequency / amplitude estimation unit according to the second embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態に係る位相/周波数推定ユニットの内部ブロック図である。It is an internal block diagram of the phase / frequency estimation unit which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る位相/周波数推定ユニットの内部ブロック図である。It is an internal block diagram of the phase / frequency estimation unit which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る系統連系システムの構成ブロック図である。It is a block diagram of the configuration of the grid interconnection system according to the third embodiment of the present invention. 図19の座標変換部の内部ブロック図である。FIG. 20 is an internal block diagram of the coordinate conversion unit in FIG. 19. 本発明の第3実施形態に係り、単独運転時における過渡応答シミュレーション結果を示す図である。It is a figure which concerns on 3rd Embodiment of this invention and shows the transient response simulation result at the time of a single operation. 本発明の第3実施形態に係り、単独運転時における過渡応答シミュレーション結果を示す図である。It is a figure which concerns on 3rd Embodiment of this invention and shows the transient response simulation result at the time of a single operation. 本発明の第4実施形態に係る単相アクティブフィルタを含む電源システムの構成ブロック図である。It is a block diagram of the configuration of a power supply system including a single-phase active filter according to a fourth embodiment of the present invention. 図23の座標変換部の内部ブロック図である。FIG. 24 is an internal block diagram of a coordinate conversion unit in FIG. 23. 本発明の第5実施形態に係るモータ駆動システムの構成ブロック図である。It is a block diagram of the configuration of a motor drive system according to a fifth embodiment of the present invention. 図25の座標変換部の内部ブロック図である。FIG. 26 is an internal block diagram of a coordinate conversion unit in FIG. 25. 図25の電圧演算部に内包させることのできる回転速度変動推定部の内部ブロック図である。FIG. 26 is an internal block diagram of a rotation speed variation estimation unit that can be included in the voltage calculation unit of FIG. 25. 本発明の第6実施形態に係るアクチュエータシステムの構成ブロック図である。It is a block diagram of the configuration of an actuator system according to a sixth embodiment of the present invention. 図28の推定ユニットの内部ブロック図である。It is an internal block diagram of the estimation unit of FIG.

以下、本発明の実施形態の例を、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、同一の部分には同一の符号を付し、同一の部分に関する重複する説明を原則として省略する。尚、本明細書では、記述の簡略化上、物理量等を表す記号又は部品等を参照する符号を付記することによって該記号又は符号に対応する名称を省略又は略記することがある。例えば、フィルタ信号を記号vによって表す場合、フィルタ信号vを、例えば信号vと表記する場合もある。 Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. In each of the drawings to be referred to, the same part is denoted by the same reference numeral, and redundant description regarding the same part is omitted in principle. In addition, in this specification, for simplification of description, a symbol that represents a physical quantity or a symbol that refers to a component or the like is added, and a name corresponding to the symbol or the symbol may be omitted or abbreviated. For example, when referring to the filter signal by the symbol v 2, the filter signal v 2, for example it may be referred to as a signal v 2.

<<第1実施形態>>
図1に、本発明の第1実施形態に係る位相差推定ユニット1(以下、推定ユニット1と略記することがある)の内部ブロック図を示す。推定ユニット1は、フィルタ11、ベクトル成分算出部12及び位相差算出部13を備える。
<< First Embodiment >>
FIG. 1 shows an internal block diagram of a phase difference estimation unit 1 (hereinafter sometimes abbreviated as estimation unit 1) according to the first embodiment of the present invention. The estimation unit 1 includes a filter 11, a vector component calculation unit 12, and a phase difference calculation unit 13.

記号vsは、位相情報等が導出されるべき交流且つ単相の信号を表し、以下、信号vsを対象単相信号とも呼ぶ。対象単相信号vsが表す物理量(電圧、電流、速度など)の種類は任意である。記号v及びvも信号を表す記号である。特に記述なき限り、信号vは対象単相信号vsと同じものである。故に、以下では、vsだけでなく、vをも対象単相信号と呼ぶことがある。信号vは、信号vにフィルタ処理を施して得られる信号であり、信号vを特にフィルタ信号とも呼ぶ。 The symbol vs represents an alternating current and single phase signal from which phase information and the like are to be derived. Hereinafter, the signal vs is also referred to as a target single phase signal. The type of physical quantity (voltage, current, speed, etc.) represented by the target single-phase signal vs is arbitrary. Symbols v 1 and v 2 are also symbols representing signals. Unless otherwise stated, the signal v 1 is the same as the target single-phase signal vs. Therefore, hereinafter, not only vs but also v 1 may be referred to as a target single-phase signal. The signal v 2 is a signal obtained by performing a filtering process on the signal v 1 , and the signal v 2 is particularly called a filter signal.

図2(a)に、αβ座標系とPQ座標系との関係を示す。αβ座標系は、固定軸であるα及びβ軸を座標軸とする二次元固定座標系である。α及びβ軸は互いに直交しており、β軸はα軸から電気角で90度だけ進んでいる。図2(a)を含む任意の座標系を示す図において、反時計回り方向が位相の進み方向に対応する。PQ座標系は、回転軸であるP及びQ軸を座標軸とする二次元回転座標系である。P及びQ軸は互いに直交しており、Q軸はP軸から電気角で90度だけ進んでいる。α軸から見たP軸の位相をθにて表す。θは、α軸を基準とするP軸の位相の進み角度を表している。   FIG. 2A shows the relationship between the αβ coordinate system and the PQ coordinate system. The αβ coordinate system is a two-dimensional fixed coordinate system having α and β axes as fixed axes as coordinate axes. The α and β axes are orthogonal to each other, and the β axis is advanced from the α axis by 90 degrees in electrical angle. In the figure showing an arbitrary coordinate system including FIG. 2A, the counterclockwise direction corresponds to the phase advance direction. The PQ coordinate system is a two-dimensional rotational coordinate system having the rotation axes P and Q as coordinate axes. The P and Q axes are orthogonal to each other, and the Q axis is advanced from the P axis by an electrical angle of 90 degrees. The phase of the P axis viewed from the α axis is represented by θ. θ represents the advance angle of the phase of the P axis with respect to the α axis.

図2(a)において、符号800は任意の座標系上のベクトルを表している。ベクトル800は、任意の信号の位相及び振幅状態を表している。従って、ベクトル800によって位相及び振幅状態が表される信号を、ベクトル信号と呼ぶこともできる。今、ベクトル800が、PQ座標系の回転に同期して回転するベクトルであるとする。そうすると、αβ座標系上においてベクトル800は回転するため、αβ座標系上におけるベクトル800は回転ベクトルとも呼べる。ベクトル800のα軸、β軸、P軸及びQ軸成分を、夫々、vα、vβ、v及びvにて表す。vα、vβ、v及びvの夫々も信号の一種である。例えば、vαは、α軸成分のみを持つ信号である(vβ、v及びvも同様)。vα及びvβは、αβ座標系上における回転ベクトル800の直交2成分(互いに直交する2つの成分)であり、v及びvは、PQ座標系上におけるベクトル800の直交2成分である。 In FIG. 2A, reference numeral 800 represents a vector on an arbitrary coordinate system. Vector 800 represents the phase and amplitude state of any signal. Therefore, a signal whose phase and amplitude state are represented by the vector 800 can also be called a vector signal. Assume that the vector 800 is a vector that rotates in synchronization with the rotation of the PQ coordinate system. Then, since the vector 800 rotates on the αβ coordinate system, the vector 800 on the αβ coordinate system can also be called a rotation vector. The α axis, β axis, P axis, and Q axis components of the vector 800 are represented by v α , v β , v p, and v q, respectively. Each of v α , v β , v p and v q is a kind of signal. For example, v α is a signal having only an α-axis component (the same applies to v β , v p and v q ). v α and v β are two orthogonal components (two components orthogonal to each other) of the rotation vector 800 on the αβ coordinate system, and v p and v q are two orthogonal components of the vector 800 on the PQ coordinate system. .

対象単相信号vの周波数として与えられた既知の周波数をωにて表す。ωは、高調波成分を無視した、信号vの基本波成分の角周波数に相当する。PQ座標系の回転における角周波数をωに設定することができる。従って、PQ座標系は、対象単相信号vの周波数ωと同期して回転する回転座標系と言える。 A known frequency given as the frequency of the target single-phase signal v 1 is represented by ω n . ω n corresponds to the angular frequency of the fundamental wave component of the signal v 1 , ignoring the harmonic component. The angular frequency in the rotation of the PQ coordinate system can be set to ω n . Therefore, it can be said that the PQ coordinate system is a rotating coordinate system that rotates in synchronization with the frequency ω n of the target single-phase signal v 1 .

信号v及びvは、
=AMPv1・cos(θv1)、
=AMPv2・cos(θv2)、
によって表される。AMPv1及びAMPv2は、それぞれ信号v及びvの振幅を表し、θv1及びθv2は、それぞれ信号v及びvの位相を表している。信号v及びv間の位相差をθにて表す。“θ=θv1−θv2”である。従って、信号vは、
=AMPv2・cos(θv1−θ)、
とも表現される。θが正のとき、信号vは信号vよりもθだけ位相が遅れる。
Signals v 1 and v 2 are
v 1 = AMP v1 · cos (θ v1 ),
v 2 = AMP v2 · cos (θ v2 ),
Represented by AMP v1 and AMP v2, respectively represent the amplitude of the signal v 1 and v 2, theta v1 and theta v2 are respectively represents the phase of the signal v 1 and v 2. The phase difference between the signals v 1 and v 2 is represented by θ 1 . “Θ 1 = θ v1 −θ v2 ”. Therefore, the signal v 2 is
v 2 = AMP v2 · cos (θ v1 −θ 1 ),
It is also expressed. When θ 1 is positive, the signal v 2 is delayed in phase by θ 1 relative to the signal v 1 .

図2(b)において、実線802及び803は、それぞれαβ座標系上における信号v及びvの軌跡を表している。図2(b)から分かるように、信号vがα軸成分のみを持つようにα軸は設定される。従って、v=vαであると共に、信号vβと対象単相信号vとの位相差はπ/2である。故に、対象単相信号vを基準にして考えた場合、信号vβをπ/2位相差信号と呼ぶこともできる。本明細書において、πは円周率を表し、特に記述なき限り、位相又は角度は電気角における位相又は角度であると共に、πを用いて表した位相又は角度の単位はラジアンである。 In FIG. 2B, solid lines 802 and 803 represent the trajectories of the signals v 1 and v 2 on the αβ coordinate system, respectively. As can be seen from FIG. 2B, the α axis is set so that the signal v 1 has only the α axis component. Therefore, v 1 = v α and the phase difference between the signal v β and the target single-phase signal v 1 is π / 2. Therefore, when considering the target single-phase signal v 1 as a reference, the signal v β can also be called a π / 2 phase difference signal. In this specification, π represents a pi, unless otherwise specified, the phase or angle is a phase or angle in electrical angle, and the unit of phase or angle expressed using π is radians.

下記式(A−1)の行列C(θ)を用いると、信号v及びvを、αβ座標系上における回転ベクトル800の直交2成分vα及びvβに変換することができる。即ち、式(A−1)の行列C(θ)を用いて、式(A−1a)が成立する。ここで、
AMP=AMPv1/AMPv2
である。即ち、RAMPは、信号v及びv間の振幅比である。また、
θ=π/2−θ
である。また、式(A−1)及び(A−1a)から明らかなように、π/2位相差信号としての信号vβを、式(A−1b)又は(A−1c)によって表すことができる。尚、行列C(θ)は、θにも依存すると言えるので、“C(θ)”を“C(θ)”と表記することもできる。
When the matrix C 11 ) of the following equation (A-1) is used, the signals v 1 and v 2 can be converted into orthogonal two components v α and v β of the rotation vector 800 on the αβ coordinate system. . That is, Expression (A-1a) is established using the matrix C 11 ) of Expression (A-1). here,
R AMP = AMP v1 / AMP v2 ,
It is. That is, R AMP is the amplitude ratio between the signals v 1 and v 2 . Also,
θ 2 = π / 2−θ 1
It is. As apparent from the equation (A-1) and (A-1a), a signal v beta as [pi / 2 phase difference signal can be represented by the formula (A-1b) or (A-1c) . Since the matrix C 11 ) can also be said to depend on θ 2 , “C 11 )” can also be expressed as “C 12 )”.

Figure 2012050215
Figure 2012050215

行列C(θ)は、例えば、θがπ/4であるときには式(A−2)によって表され、θがπ/3であるときには式(A−2a)によって表される。 The matrix C 11 ) is represented by, for example, an expression (A-2) when θ 1 is π / 4, and is represented by an expression (A-2a) when θ 1 is π / 3.

Figure 2012050215
Figure 2012050215

αβ座標系上の回転ベクトル800を角度θだけ回転させることで、PQ座標系上のベクトル800を得ることができる。αβ座標系上の回転ベクトル800を角度θだけ回転させるための行列C(θ)は下記式(A−3)によって表され、行列C(θ)及びC(θ)の積である行列C(θ)は下記式(A−4)によって表される。行列C(θ)を用いれば、信号v及びvを、PQ座標系上におけるベクトル800の直交2成分v及びvに変換することができる。即ち、v及びvとv及びvとの間には、式(A−4a)が成立する。 The vector 800 on the PQ coordinate system can be obtained by rotating the rotation vector 800 on the αβ coordinate system by the angle θ. A matrix C 2 (θ) for rotating the rotation vector 800 on the αβ coordinate system by an angle θ is represented by the following equation (A-3), and is a product of the matrices C 11 ) and C 2 (θ). A certain matrix C (θ) is represented by the following formula (A-4). Using the matrix C (θ), the signals v 1 and v 2 can be converted into orthogonal two components v p and v q of the vector 800 on the PQ coordinate system. That is, the equation (A-4a) is established between v 1 and v 2 and v p and v q .

Figure 2012050215
Figure 2012050215

図1のフィルタ11は、フィルタリング対象信号の位相を遅らせる又は進ませるフィルタ処理をフィルタリング対象信号としての信号vに施すことによりフィルタ信号vを生成する。フィルタ11の伝達関数はF(s)で表される。フィルタ11において、周波数ωにおける信号vのゲインは1/RAMPである。従って、フィルタ11を通すことにより、信号vにおける周波数ωの信号成分の振幅は1/RAMPになる。 Filter 11 of Figure 1 generates a filter signal v 2 by performing filtering processing for delaying or advancing the phase of the filtered target signal to the signal v 1 of the filtering target signal. The transfer function of the filter 11 is represented by F (s). In the filter 11, the gain of the signal v 1 at frequency omega n is 1 / R AMP. Therefore, by passing through the filter 11, the amplitude of the signal component of the frequency ω n in the signal v 1 becomes 1 / R AMP .

ベクトル成分算出部12は、θ及びθを用いた上記式(A−4)及び(A−4a)に従う座標変換を行うことによって、信号v及びvから信号v及びvを算出する。ベクトル成分算出部12として、図3のベクトル成分算出部12Aを用いることも可能である。ベクトル成分算出部12Aには座標変換部14及び15が設けられている。座標変換部14は、θに基づき上記式(A−1)及び(A−1a)に従って信号v及びvから信号vα及びvβを算出する。座標変換部15は、座標変換部14にて算出された信号vα及びvβを要素とする行列に行列C(θ)を乗じることにより信号v及びvを算出する。即ち、信号vα及びvβを直交二成分とする、αβ座標系上の回転ベクトル800を、行列C(θ)を用いてθだけ回転させることにより、信号v及びvを直交二成分とする、PQ座標系上のベクトル800を算出する。 The vector component calculation unit 12 calculates the signals v p and v q from the signals v 1 and v 2 by performing coordinate transformation according to the above equations (A-4) and (A-4a) using θ 1 and θ. To do. As the vector component calculation unit 12, the vector component calculation unit 12A in FIG. 3 can be used. The vector component calculation unit 12A is provided with coordinate conversion units 14 and 15. The coordinate conversion unit 14 calculates the signals v α and v β from the signals v 1 and v 2 according to the above formulas (A-1) and (A-1a) based on θ 1 . The coordinate conversion unit 15 calculates signals v p and v q by multiplying a matrix having elements of the signals v α and v β calculated by the coordinate conversion unit 14 by a matrix C 2 (θ). That is, by rotating the rotation vector 800 on the αβ coordinate system having the signals v α and v β as two orthogonal components by θ using the matrix C 2 (θ), the signals v p and v q are converted into two orthogonal signals. A vector 800 on the PQ coordinate system is calculated as a component.

位相差算出部13は、ベクトル成分算出部12にて算出されたv及びvから、θと対象単相信号vの位相θv1との間の位相差Δθを求める。位相差Δθの導出式及び位相差Δθの利用方法については後述する。 The phase difference calculation unit 13 obtains a phase difference Δθ between θ and the phase θ v1 of the target single-phase signal v 1 from v p and v q calculated by the vector component calculation unit 12. A formula for deriving the phase difference Δθ and a method of using the phase difference Δθ will be described later.

本実施形態及び後述の他の実施形態において、演算動作(フィルタ処理等をも含む)を行う各部位は、各時点で得られている最新の信号の値を用いて自身が成すべき演算を行い、所定の更新周期で自身が算出して出力すべき信号の値を更新する。従って、演算動作を行う任意の部位にて導出される導出対象の値は、その導出対象の瞬時値を表している。例えば、或る時刻tにおいてフィルタ11が導出するフィルタ信号vの値は、時刻tにおけるフィルタ信号vの瞬時値であり、或る時刻tにおいて位相差算出部13が導出する位相差Δθの値は、時刻tにおける位相差Δθの瞬時値である。同様に例えば、後述の位相推定ユニット2(図6参照)が時刻tにおいて導出するθestは、時刻tにおける対象単相信号vの位相の瞬時値(瞬時位相)である。 In this embodiment and other embodiments described later, each part that performs a calculation operation (including filter processing and the like) performs a calculation to be performed by itself using the latest signal value obtained at each time point. The signal value to be calculated and output by itself is updated at a predetermined update period. Therefore, the value of the derivation target derived at any part where the calculation operation is performed represents the instantaneous value of the derivation target. For example, the value of the filter signal v 2 derived by the filter 11 at a certain time t is an instantaneous value of the filter signal v 2 at the time t, and the phase difference Δθ derived by the phase difference calculation unit 13 at a certain time t. The value is an instantaneous value of the phase difference Δθ at time t. Similarly, for example, θ est derived by a phase estimation unit 2 (see FIG. 6) described later at time t is an instantaneous value (instantaneous phase) of the phase of the target single-phase signal v 1 at time t.

信号v及びv間の位相差θがπ/4又はπ/3であるときを想定し、フィルタ11及びベクトル成分算出部12の具体的演算動作を説明する。但し、“0<|θ|<π/2”が満たされる限り、θの値はπ/4及びπ/3以外であってもよい。 Assuming that the phase difference θ 1 between the signals v 1 and v 2 is π / 4 or π / 3, specific calculation operations of the filter 11 and the vector component calculation unit 12 will be described. However, as long as “0 <| θ 1 | <π / 2” is satisfied, the value of θ 1 may be other than π / 4 and π / 3.

[θ=π/4の場合の具体例]
信号v及びv間の位相差θがπ/4であるときにおけるフィルタ11及びベクトル成分算出部12の具体的演算動作を説明する。θ=π/4であるとき、フィルタ11は、信号vにフィルタ11の伝達関数“F(s)=2ω/(s+ω)”を作用させる下記式(A−5)に従ってフィルタ信号vを生成する。式(A−5)のフィルタ信号vは、信号vからπ/4だけ位相が遅れた位相遅れ信号である。式(A−5)及び後述の幾つかの式に現われる演算記号“s”は、ラプラス演算子である。
[Specific example when θ 1 = π / 4]
A specific calculation operation of the filter 11 and the vector component calculation unit 12 when the phase difference θ 1 between the signals v 1 and v 2 is π / 4 will be described. When θ 1 = π / 4, the filter 11 applies the filter signal according to the following equation (A-5) that causes the transfer function “F (s) = 2ω n / (s + ω n )” of the filter 11 to act on the signal v 1. v to generate the 2. Filter signal of the formula (A-5) v 2 is a phase delay signal whose phase is delayed by [pi / 4 from the signal v 1. An operation symbol “s” appearing in the expression (A-5) and some expressions described later is a Laplace operator.

Figure 2012050215
Figure 2012050215

上記式(A−1a)及び(A−2)に基づく下記式(A−6)により、信号v及びvをαβ座標系上の回転ベクトル800の直交2成分vα及びvβに変換することができる。ここで、信号vの振幅が信号vの振幅の√2倍となるように、式(A−5)に対応するフィルタ11のゲインは設定されている。即ち、RAMP=1/√2である。尚、“√2”は、2の正の平方根である。 The signals v 1 and v 2 are converted into orthogonal two components v α and v β of the rotation vector 800 on the αβ coordinate system by the following equation (A-6) based on the above equations (A-1a) and (A-2). can do. Here, as the amplitude of the signal v 2 is √2 times the amplitude of the signal v 1, the gain of the filter 11 corresponding to the formula (A-5) is set. That is, R AMP = 1 / √2. “√2” is a positive square root of 2.

Figure 2012050215
Figure 2012050215

式(A−6)で得られたvα及びvβを、下記式(A−7)により、PQ座標系上のベクトル800の直交2成分v及びvに変換することもできる。 V α and v β obtained by the equation (A-6) can be converted into orthogonal two components v p and v q of the vector 800 on the PQ coordinate system by the following equation (A-7).

Figure 2012050215
Figure 2012050215

式(A−6)を用いて一旦vα及びvβを算出してから式(A−7)によりv及びvを算出するのではなく、下記式(A−8)を用いてv及びvから直接的にv及びvを求めることもできる。 Rather than calculating v α and v β once using equation (A-6) and then calculating v p and v q using equation (A-7), v v and v q are calculated using equation (A-8) below. It is also possible to obtain v p and v q directly from 1 and v 2 .

Figure 2012050215
Figure 2012050215

更に、本例の如く位相差θがπ/4の場合には、次式(A−9)を用いてv及びvから直接的にv及びvを求めることもできる。 Furthermore, when the phase difference θ 1 is π / 4 as in this example, v p and v q can be directly obtained from v 1 and v 2 using the following equation (A-9).

Figure 2012050215
Figure 2012050215

以上のように、一次のフィルタを用いた比較的簡単な演算によって、回転座標系上における単相のベクトル信号(直交2成分がv及びvであるベクトル信号)を得ることができる。図4に、θがπ/4であるときにおける、推定ユニット1内の各信号の波形例を示す。図4において、曲線810v、810v、810vα、810vβ、810v及び810vは、夫々、信号v、v、vα、vβ、v及びvの波形例を表している。図4のグラフにおける横軸は時間に対応し、横軸の数値の単位は秒である(後述の図5、図8、図13、図14、図21及び図22も同様)。図4から、過渡応答時においても、対象単相信号vの半周期程度でPQ座標系上のベクトルが正確に(或いは概ね正確に)得られていることが分かる。 As described above, a single-phase vector signal (vector signal having two orthogonal components v p and v q ) on the rotating coordinate system can be obtained by a relatively simple calculation using a primary filter. FIG. 4 shows a waveform example of each signal in the estimation unit 1 when θ 1 is π / 4. In FIG. 4, curves 810v 1 , 810v 2 , 810v α , 810v β , 810v p and 810v q represent waveform examples of signals v 1 , v 2 , v α , v β , v p and v q , respectively. Yes. The horizontal axis in the graph of FIG. 4 corresponds to time, and the unit of numerical values on the horizontal axis is seconds (the same applies to FIGS. 5, 8, 13, 14, 21, and 22 described later). From FIG. 4, it can be seen that the vector on the PQ coordinate system is accurately (or substantially accurately) obtained in about a half cycle of the target single-phase signal v 1 even during the transient response.

上記式(A−5)に従って得られるフィルタ信号vは信号vに対してπ/4だけ位相が遅れているが、信号vに対してπ/4だけ位相を進ませた信号をフィルタ信号vとして生成するようにしてもよく、この場合には、下記式(A−5a)に従ってフィルタ信号vを生成すればよい。式(A−5a)のフィルタ信号vは、信号vからπ/4だけ位相が進んだ位相進み信号であり、式(A−5a)にてフィルタ信号vを生成する場合、“θ=−π/4”である。 The formula (A-5) filter the signal v 2 obtained according to the the signal v by one for [pi / 4 phase is delayed, filter a signal is advanced the phase by [pi / 4 with respect to the signal v 1 The signal v 2 may be generated. In this case, the filter signal v 2 may be generated according to the following equation (A-5a). Filter signal v 2 of the formula (A-5a) is a phase advance signal is advanced in phase by [pi / 4 from the signal v 1, when generating a filter signal v 2 by a formula (A-5a), "θ 1 = −π / 4 ″.

Figure 2012050215
Figure 2012050215

また、フィルタ11において、式(A−5)の右辺にて表される信号の反転信号をフィルタ信号vとして生成するようにしても良い。任意の注目信号の反転信号とは、該注目信号の符号を反転した信号を指す。即ち例えば、信号vの反転信号は(−v)である。従って、式(A−5)の右辺にて表される信号の反転信号は
“−(2ω/(s+ω))”で表される。式(A−5)の右辺にて表される信号の反転信号は、信号vに対して3π/4だけ位相が進んだ信号である。このように、一次のフィルタ11にて信号の位相をπ/2以上進めることもできる。同様に、フィルタ11において、式(A−5a)の右辺にて表される信号の反転信号(−(2sv/(s+ω))をフィルタ信号vとして生成するようにしても良い。式(A−5a)の右辺にて表される信号の反転信号は、信号vに対して3π/4だけ位相が遅れた信号である。このように、一次のフィルタ11にて信号の位相をπ/2以上遅らせることもできる。
Further, the filter 11 may be generating an inverted signal of the signal represented by the right-hand side of the formula (A-5) as a filtered signal v 2. An inversion signal of an arbitrary signal of interest refers to a signal obtained by inverting the sign of the signal of interest. That is, for example, the inverted signal of the signal v 1 is (−v 1 ). Therefore, the inverted signal of the signal represented by the right side of the equation (A-5) is represented by “− (2ω n v 1 / (s + ω n ))”. Inverted signal of the signal represented by the right-hand side of the formula (A-5) is 3 [pi] / 4 by signal advanced in phase with respect to the signal v 1. Thus, the primary filter 11 can advance the phase of the signal by π / 2 or more. Similarly, in the filter 11, the inverted signal of the signal represented by the right-hand side of the formula (A-5a) (-. (2sv 1 / (s + ω n)) may also be generated as a filter signal v 2 Equation The inverted signal of the signal represented on the right side of (A-5a) is a signal delayed in phase by 3π / 4 with respect to the signal v 1. In this way, the phase of the signal is changed by the primary filter 11. It can also be delayed by π / 2 or more.

[θ=π/3の場合の具体例]
信号v及びv間の位相差θがπ/3であるときにおけるフィルタ11及びベクトル成分算出部12の具体的演算動作を説明する。θ=π/3であるとき、フィルタ11は、信号vにフィルタ11の伝達関数F(s)を作用させる下記式(A−10)に従ってフィルタ信号vを生成する。式(A−10)のフィルタ信号vは、信号vからπ/3だけ位相が遅れた位相遅れ信号である。
[Specific example when θ 1 = π / 3]
A specific calculation operation of the filter 11 and the vector component calculation unit 12 when the phase difference θ 1 between the signals v 1 and v 2 is π / 3 will be described. When θ 1 = π / 3, the filter 11 generates the filter signal v 2 according to the following equation (A-10) that causes the transfer function F (s) of the filter 11 to act on the signal v 1 . Filter signal of the formula (A-10) v 2 is a phase delay signal whose phase is delayed by [pi / 3 from the signal v 1.

Figure 2012050215
Figure 2012050215

上記式(A−1a)及び(A−2a)に基づく下記式(A−11)により、信号v及びvをαβ座標系上の回転ベクトル800の直交2成分vα及びvβに変換することができる。ここで、信号vの振幅が信号vの振幅と同じになるように、式(A−10)に対応するフィルタ11のゲインは設定されている。即ち、RAMP=1である。 The signals v 1 and v 2 are converted into orthogonal two components v α and v β of the rotation vector 800 on the αβ coordinate system by the following equation (A-11) based on the above equations (A-1a) and (A-2a). can do. Here, as the amplitude of the signal v 2 is the same as the amplitude of the signal v 1, the gain of the filter 11 corresponding to the formula (A-10) is set. That is, R AMP = 1.

Figure 2012050215
Figure 2012050215

式(A−11)で得られたvα及びvβを、下記式(A−12)により、PQ座標系上のベクトル800の直交2成分v及びvに変換することもできる。 V α and v β obtained by the equation (A-11) can be converted into orthogonal two components v p and v q of the vector 800 on the PQ coordinate system by the following equation (A-12).

Figure 2012050215
Figure 2012050215

式(A−11)を用いて一旦vα及びvβを算出してから式(A−12)によりv及びvを算出するのではなく、下記式(A−13)を用いてv及びvから直接的にv及びvを求めることもできる。 Rather than calculating v α and v β once using equation (A-11) and then calculating v p and v q using equation (A-12), it is possible to calculate v using equation (A-13) below. It is also possible to obtain v p and v q directly from 1 and v 2 .

Figure 2012050215
Figure 2012050215

以上のように、一次のフィルタを用いた比較的簡単な演算によって、回転座標系上における単相のベクトル信号(直交2成分がv及びvであるベクトル信号)を得ることができる。図5に、θがπ/3であるときにおける、推定ユニット1内の各信号の波形例を示す。図5において、曲線815v、815v、815vα、815vβ、815v及び815vは、夫々、信号v、v、vα、vβ、v及びvの波形例を表している。図5から、過渡応答時においても、対象単相信号vの半周期程度でPQ座標系上のベクトルが正確に(或いは概ね正確に)得られていることが分かる。 As described above, a single-phase vector signal (vector signal having two orthogonal components v p and v q ) on the rotating coordinate system can be obtained by a relatively simple calculation using a primary filter. FIG. 5 shows a waveform example of each signal in the estimation unit 1 when θ 1 is π / 3. In FIG. 5, curves 815v 1 , 815v 2 , 815v α , 815v β , 815v p and 815v q represent waveform examples of the signals v 1 , v 2 , v α , v β , v p and v q , respectively. Yes. From FIG. 5, it can be seen that the vector on the PQ coordinate system is obtained accurately (or substantially accurately) in about a half cycle of the target single-phase signal v 1 even during the transient response.

上記式(A−10)に従って得られるフィルタ信号vは信号vに対してπ/3だけ位相が遅れているが、信号vに対してπ/3だけ位相を進ませた信号をフィルタ信号vとして生成するようにしてもよく、この場合には、下記式(A−10a)に従ってフィルタ信号vを生成すればよい。式(A−10a)のフィルタ信号vは、信号vからπ/3だけ位相が進んだ位相進み信号であり、式(A−10a)にてフィルタ信号vを生成する場合、“θ=−π/3”である。 The formula (A-10) filter signal obtained according to v 2 is only the signal v 1 against [pi / 3 phase is delayed, filter a signal is advanced the phase by [pi / 3 with respect to the signal v 1 The signal v 2 may be generated. In this case, the filter signal v 2 may be generated according to the following equation (A-10a). Filter signal v 2 of the formula (A-10a) is a phase advance signal is advanced in phase by [pi / 3 from the signal v 1, when generating a filter signal v 2 by a formula (A-10a), "θ 1 = −π / 3 ″.

Figure 2012050215
Figure 2012050215

また、フィルタ11において、式(A−10)の右辺にて表される信号の反転信号をフィルタ信号vとして生成するようにしても良い。式(A−10)の右辺にて表される信号の反転信号は、信号vに対して2π/3だけ位相が進んだ信号である。このように、一次のフィルタ11にて信号の位相をπ/2以上進めることもできる。同様に、フィルタ11において、式(A−10a)の右辺にて表される信号の反転信号をフィルタ信号vとして生成するようにしても良い。式(A−10a)の右辺にて表される信号の反転信号は、信号vに対して2π/3だけ位相が遅れた信号である。このように、一次のフィルタ11にて信号の位相をπ/2以上遅らせることもできる。 Further, the filter 11 may be generating an inverted signal of the signal represented by the right side of the equation (A-10) as a filtered signal v 2. Inverted signal of the signal represented by the right side of the equation (A-10) is a 2 [pi / 3 only signal advanced in phase with respect to the signal v 1. Thus, the primary filter 11 can advance the phase of the signal by π / 2 or more. Similarly, the filter 11 may be generating an inverted signal of the signal represented by the right-hand side of the formula (A-10a) as a filtered signal v 2. The inverted signal of the signal represented by the right side of the equation (A-10a) is a signal delayed in phase by 2π / 3 with respect to the signal v 1 . Thus, the primary filter 11 can delay the phase of the signal by π / 2 or more.

[位相、周波数及び振幅の推定方法]
ベクトル成分算出部12にて利用する角度θと信号vの位相θv1との間の位相差Δθは、次式(A−14)にて求めることができる。式(A−14)による位相差Δθの算出を位相差算出部13にて成すことができる(図1参照)。“Δθ=θv1−θ”であるから、対象単相信号vの位相θv1を式(A−15)に従って求めることもできる。これを実現すべく、図6に示されるような位相推定ユニット2(以下、推定ユニット2と略記することがある)を形成しても良い。推定ユニット2は、図1の推定ユニット1に加算部14を追加したものである。加算部14は、位相差算出部13にて算出された位相差Δθに角度θを加算することによって位相θestを算出する。加算部14にて算出された位相θestは位相推定ユニット2にて推定された位相θv1の値を表している。
[Estimation method of phase, frequency and amplitude]
The phase difference Δθ between the angle θ used in the vector component calculation unit 12 and the phase θ v1 of the signal v 1 can be obtained by the following equation (A-14). The phase difference Δθ can be calculated by the phase difference calculation unit 13 using the equation (A-14) (see FIG. 1). Since “Δθ = θ v1 −θ”, the phase θ v1 of the target single-phase signal v 1 can also be obtained according to the equation (A-15). In order to realize this, a phase estimation unit 2 (hereinafter sometimes abbreviated as estimation unit 2) as shown in FIG. 6 may be formed. The estimation unit 2 is obtained by adding an adding unit 14 to the estimation unit 1 of FIG. The adder 14 calculates the phase θ est by adding the angle θ to the phase difference Δθ calculated by the phase difference calculator 13. The phase θ est calculated by the adding unit 14 represents the value of the phase θ v1 estimated by the phase estimation unit 2.

Figure 2012050215
Figure 2012050215

或いは、図7に示すような位相/周波数/振幅推定ユニット3(以下、推定ユニット3と略記することがある)を形成するようにしても良い。推定ユニット3は、図1の推定ユニット1に、PI制御部16、加算部17及び積分部18を追加したものである。推定ユニット3では、Δθがゼロに収束させるための下記式(A−16)及び(A−17)に従うPLL(Phase Locked Loop)を構成することによってθestをθv1に一致させる。K及びKは、夫々、PI制御部16にて実行される比例積分制御の比例係数及び積分係数である。 Alternatively, a phase / frequency / amplitude estimation unit 3 (hereinafter sometimes abbreviated as estimation unit 3) as shown in FIG. 7 may be formed. The estimation unit 3 is obtained by adding a PI control unit 16, an addition unit 17, and an integration unit 18 to the estimation unit 1 of FIG. In the estimation unit 3, θ est is matched with θ v1 by configuring a PLL (Phase Locked Loop) according to the following equations (A-16) and (A-17) for allowing Δθ to converge to zero. K P and K i are the proportional coefficient and integral coefficient of the proportional-integral control executed by the PI control unit 16, respectively.

Figure 2012050215
Figure 2012050215

具体的には、位相差算出部13にて算出されたΔθと既知の角周波数として与えられたωとに基づき、PI制御部16及び加算部17にて、式(A−16)に従い周波数ωestを算出する。積分部18は、式(A−17)に従い、算出された周波数ωestを積分することにより位相θestを算出する。推定ユニット3のベクトル成分算出部12では、積分部18にて算出された位相θestがベクトル成分算出部12の座標変換における位相θとして利用される。推定ユニット3では、座標変換における位相θ(=θest)と信号vの位相θv1との間の位相差Δθがゼロに収束するようにPLLが構成されているため、位相θestは、位相θv1の推定値として機能する。従って、位相θv1の推定値θestの元となる周波数ωestは、対象単相信号vの角周波数の推定値に相当する。例えば、対象単相信号vの周波数は、既知の公称周波数ω(例えば、60×2π)としてシステムに与えられるが、実際の対象単相信号vの周波数(例えば、59.5×2π)は公称周波数ωからずれることも多い。推定ユニット3によれば、対象単相信号vの真の周波数を周波数ωestとして推定することができる。 Specifically, based on Δθ calculated by the phase difference calculation unit 13 and ω n given as a known angular frequency, the PI control unit 16 and the addition unit 17 perform frequency according to the equation (A-16). ω est is calculated. The integrator 18 calculates the phase θ est by integrating the calculated frequency ω est according to the equation (A-17). In the vector component calculation unit 12 of the estimation unit 3, the phase θ est calculated by the integration unit 18 is used as the phase θ in the coordinate conversion of the vector component calculation unit 12. In the estimation unit 3, since the PLL is configured such that the phase difference Δθ between the phase θ (= θ est ) in the coordinate conversion and the phase θ v1 of the signal v 1 converges to zero, the phase θ est is It functions as an estimated value of the phase θ v1 . Therefore, the frequency ω est that is the basis of the estimated value θ est of the phase θ v1 corresponds to the estimated value of the angular frequency of the target single-phase signal v 1 . For example, the frequency of the target single-phase signal v 1 is given to the system as a known nominal frequency ω n (eg 60 × 2π), but the actual frequency of the target single-phase signal v 1 (eg 59.5 × 2π). ) Often deviates from the nominal frequency ω n . According to estimation unit 3 can estimate the true frequency of interest single-phase signal v 1 as a frequency omega est.

また、Δθがゼロである場合、PQ座標系は対象単相信号vの周波数と完全に同期して回転すると共に対象単相信号vはQ軸成分を持たない。即ち、Δθがゼロであるとき、対象単相信号vは、P軸成分のみを持つP軸上の信号となる。故に、推定ユニット3のベクトル成分算出部12にて算出される信号vの値は、対象単相信号vの振幅を表すこととなる。推定ユニット3では、ベクトル成分算出部12にて算出される信号vの値を振幅AMPestとして出力する。上述の説明から明らかなように、振幅AMPestは、対象単相信号vの振幅(即ち、信号vの振幅AMPv1)の推定値を表している。 Also, if Δθ is zero, PQ coordinate system target single-phase signal v 1 with rotated fully synchronized with the frequency of interest single-phase signal v 1 has no Q-axis component. That is, when Δθ is zero, the target single-phase signal v 1 is a signal on the P axis having only the P axis component. Therefore, the value of the signal v p calculated by the vector component calculation unit 12 of the estimation unit 3 represents the amplitude of the target single-phase signal v 1 . In the estimation unit 3, the value of the signal v p calculated by the vector component calculation unit 12 is output as the amplitude AMP est . As is clear from the above description, the amplitude AMP est represents an estimated value of the amplitude of the target single-phase signal v 1 (that is, the amplitude AMP v1 of the signal v 1 ).

図7の推定ユニット3の入出力信号及び中間生成信号の波形例を図8に示す。図8において、曲線820v、820v、820v及び820vは、夫々、推定ユニット3における信号v、v、v及びvの波形例を表しており、曲線821は、推定ユニット3にて算出された周波数ωestを2πで割った信号の波形例を表しており、鋸状の線822は、推定ユニット3にて算出された位相θestの信号(信号値が−π〜π間で振動)の波形例を表している。図8の各波形の導出の際、ω/2π=60に設定され、また上記式(A−5)及び(A−9)が利用された。図8から、過渡応答時においても、対象単相信号vの半周期程度で対象単相信号vの位相、周波数及び振幅が正確(或いは概ね正確に)に推定されていることが分かる。 FIG. 8 shows a waveform example of the input / output signal and the intermediate generation signal of the estimation unit 3 in FIG. In FIG. 8, curves 820v 1 , 820v 2 , 820v p and 820v q represent waveform examples of signals v 1 , v 2 , v p and v q in the estimation unit 3, respectively, and a curve 821 represents the estimation unit. 3 represents an example of a waveform of a signal obtained by dividing the frequency ω est calculated in 3 by 2π, and a sawtooth line 822 represents a signal of the phase θ est calculated in the estimation unit 3 (signal value is −π˜ An example of a waveform of vibration between π is shown. At the time of derivation of each waveform in FIG. 8, ω n / 2π = 60 was set, and the above equations (A-5) and (A-9) were used. 8, even during the transient response, the target single-phase signal v 1 of the target single-phase signal v 1 of the phase in about half cycle, we can be seen that the frequency and amplitude are estimated exactly (or, generally accurate).

図7の推定ユニット3の構成を簡素化して、図9に示すような位相/周波数推定ユニット4(以下、推定ユニット4と略記することがある)を形成するようにしても良い。推定ユニット4は、フィルタ11、ベクトル成分算出部12、PI制御部19及び積分部20を備える。推定ユニット4では、vがゼロに収束するようにPLLを構成することによってθestをθv1に一致させている。このため、推定ユニット4のベクトル成分算出部12では、PQ座標系上のベクトル800の直交2成分v及びvの内、vのみを導出すれば足る。vの導出方法は上述した通りである。但し、推定ユニット4のベクトル成分算出部12では、積分部20にて算出された位相θestがベクトル成分算出部12の座標変換における位相θとして利用される。PI制御部19は、ベクトル成分算出部12にて算出されたvがゼロに収束するように比例積分制御によって位相θestの元となる周波数ωestを算出し、積分部20は、PI制御部19にて算出された周波数ωestを積分することにより位相θestを算出する。vをゼロに収束させれば、対象単相信号vはP軸成分のみを持つP軸上の信号となり、この状態はΔθがゼロの状態に相当する。従って、図7の推定ユニット3と同様、図9の推定ユニット4にて算出される位相θest及び周波数ωestも、対象単相信号vの位相及び周波数(角周波数)の推定値として機能する。 The configuration of the estimation unit 3 in FIG. 7 may be simplified to form a phase / frequency estimation unit 4 (hereinafter sometimes abbreviated as the estimation unit 4) as shown in FIG. The estimation unit 4 includes a filter 11, a vector component calculation unit 12, a PI control unit 19, and an integration unit 20. In the estimation unit 4, θ est is matched with θ v1 by configuring the PLL so that v q converges to zero. Thus, the vector component calculator 12 of the estimation unit 4, of the two orthogonal components v p and v q vector 800 on PQ coordinate system, sufficient if derive v q only. The method for deriving v q is as described above. However, in the vector component calculation unit 12 of the estimation unit 4, the phase θ est calculated by the integration unit 20 is used as the phase θ in the coordinate conversion of the vector component calculation unit 12. The PI control unit 19 calculates the frequency ω est that is the source of the phase θ est by proportional-integral control so that v q calculated by the vector component calculation unit 12 converges to zero, and the integration unit 20 The phase θ est is calculated by integrating the frequency ω est calculated by the unit 19. v If caused to converge q to zero, the target single-phase signal v 1 becomes a signal on P axis with only P-axis component, this state Δθ corresponds to the state of zero. Accordingly, similarly to the estimation unit 3 of FIG. 7, the phase θ est and the frequency ω est calculated by the estimation unit 4 of FIG. 9 also function as estimated values of the phase and frequency (angular frequency) of the target single-phase signal v 1. To do.

また、図10に示す如く、推定ユニット4において、周波数ωの代わりに周波数ωestを用いてフィルタ11におけるフィルタ処理を実行するようにしても良い。即ち、フィルタ11は、PI制御部19にて算出された周波数ωestを周波数ωとして用いた上で、信号vからフィルタ信号vを生成するようにしても良い。これは、図7の推定ユニット3にも適用可能である。即ち、推定ユニット3のフィルタ11は、PI制御部16及び加算部17によって算出された周波数ωestを周波数ωとして用いた上で、信号vからフィルタ信号vを生成するようにしても良い。周波数ωestを用いてフィルタ処理を行うことで、周波数変動にも適切に対応することができる。 Further, as shown in FIG. 10, the estimation unit 4 may execute the filter processing in the filter 11 using the frequency ω est instead of the frequency ω n . That is, the filter 11 may generate the filter signal v 2 from the signal v 1 after using the frequency ω est calculated by the PI control unit 19 as the frequency ω n . This is also applicable to the estimation unit 3 in FIG. That is, the filter 11 of the estimation unit 3 may generate the filter signal v 2 from the signal v 1 after using the frequency ω est calculated by the PI control unit 16 and the addition unit 17 as the frequency ω n. good. By performing the filter processing using the frequency ω est , it is possible to appropriately cope with frequency fluctuations.

上述の如く、本実施形態に係る各推定ユニット(1、2、3又は4)は、対象単相信号vの位相情報等を推定する。対象単相信号vの位相情報として、本実施形態に係る各推定ユニット(1、2、3又は4)では、Δθ又はθestが導出されている。本実施形態に係る各推定ユニット(1、2、3又は4)において、フィルタ11は、対象単相信号vに対してフィルタ処理を実行することにより、対象単相信号vとの位相差がπ/2よりも小さな信号又は対象単相信号vとの位相差がπ/2よりも小さな信号の反転信号をフィルタ信号vとして生成する。 As described above, the estimation unit according to the present embodiment (1, 2, 3 or 4) estimates the phase information of the target single-phase signal v 1 and the like. As the phase information of the target single-phase signal v 1 , Δθ or θ est is derived in each estimation unit (1, 2, 3, or 4) according to the present embodiment. In each estimation unit (1, 2, 3, or 4) according to the present embodiment, the filter 11 performs a filtering process on the target single-phase signal v 1 to thereby obtain a phase difference from the target single-phase signal v 1. There generates an inverted signal of the smaller signal than the phase difference is [pi / 2 between the small signal or target single-phase signal v 1 than [pi / 2 as a filter signal v 2.

各推定ユニット(1、2、3又は4)におけるベクトル成分算出部12は、信号導出部としての機能を備える。この信号導出部は、対象単相信号v及びフィルタ信号vを用いて導出対象を導出する。この導出対象は、例えば、対象単相信号vとの位相差がπ/2であるπ/2位相差信号vβ、又は、対象単相信号vの周波数と同期した回転座標系(PQ座標系)上におけるベクトル信号の成分(v及びv、又は、vのみ)である。各推定ユニット(1、2、3又は4)には、信号導出部の導出結果を用いて対象単相信号vの位相情報を推定する単相信号情報推定部が設けられていると考えることができる。例えば、図1の位相差算出部13を含む部位、図6の位相差算出部13及び加算部14を含む部位、図7の位相差算出部13、PI制御部16、加算部17及び積分部18を含む部位、又は、図9(若しくは図10)のPI制御部19及び積分部20を含む部位が、単相信号情報推定部として機能すると考えることができる。幾つかの単相信号情報推定部は、信号導出部の導出結果を用いて、対象単相信号vの周波数及び振幅の内、少なくとも1つを更に推定することもできる。 The vector component calculation unit 12 in each estimation unit (1, 2, 3, or 4) has a function as a signal derivation unit. The signal derivation unit derives a derivation target using the target single-phase signal v 1 and the filter signal v 2 . The deriving target, for example, the target single-phase signal v 1 phase difference [pi / 2 and is [pi / 2 phase difference signal v beta with or rotating coordinate system that is synchronized with the frequency of the target single-phase signal v 1 (PQ It is a vector signal component (v p and v q , or v q only) on the coordinate system). Each estimator unit (1, 2, 3 or 4), be considered as a single-phase signal information estimation unit for estimating the phase information of the target single-phase signal v 1 using the derived result of the signal derivation unit is provided Can do. For example, the part including the phase difference calculation unit 13 in FIG. 1, the part including the phase difference calculation unit 13 and the addition unit 14 in FIG. 6, the phase difference calculation unit 13, the PI control unit 16, the addition unit 17 and the integration unit in FIG. 18 or the part including the PI control unit 19 and the integration unit 20 in FIG. 9 (or FIG. 10) can be considered to function as a single-phase signal information estimation unit. Some single-phase signal information estimation units may further estimate at least one of the frequency and amplitude of the target single-phase signal v 1 using the derivation result of the signal derivation unit.

フィルタ11としてのフィルタ部、上記の信号導出部及び単相信号情報推定部を有する単相信号入力装置が、本実施形態に係る各推定ユニット(1、2、3又は4)に内包されていると考えることもできるし、各推定ユニット(1、2、3又は4)が単相信号入力装置に相当すると考えることもできる。   A single-phase signal input device having a filter unit as the filter 11, the signal derivation unit, and the single-phase signal information estimation unit is included in each estimation unit (1, 2, 3, or 4) according to the present embodiment. It can also be considered that each estimation unit (1, 2, 3 or 4) corresponds to a single-phase signal input device.

上記の信号導出部は、対象単相信号v及びフィルタ信号v間の位相差θを用いた三角関数(正弦又は余弦関数)と、対象単相信号v及びフィルタ信号v間の振幅比RAMPと、に依存する演算処理を用いて上記導出対象を導出する。この演算処理は、導出対象がπ/2位相差信号vβである場合、例えば上記式(A−1b)又は(A−1c)によるvβの算出処理であり、導出対象が回転座標系上におけるベクトル信号の成分である場合、例えば上記式(A−4)及び式(A−4a)による該成分の算出処理である。 Additional signal derivation unit includes a trigonometric function using the phase difference theta 1 between the target single-phase signal v 1 and the filter signal v 2 (sine or cosine function) between the target single-phase signal v 1 and the filter signal v 2 of The derivation target is derived using an arithmetic process depending on the amplitude ratio R AMP . This calculation process is, for example, a calculation process of v β by the above formula (A-1b) or (A-1c) when the derivation target is a π / 2 phase difference signal v β , and the derivation target is on the rotating coordinate system. In the case of the vector signal component in, the component is calculated by, for example, the above formula (A-4) and formula (A-4a).

<<第2実施形態>>
本発明の第2実施形態を説明する。第2実施形態において、特に記述なき事項に関しては、第1実施形態における記載を第2実施形態にも適用することができる。
<< Second Embodiment >>
A second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, with respect to matters that are not particularly described, the description in the first embodiment can be applied to the second embodiment.

図11に、本発明の第2実施形態に係る位相差推定ユニット31(以下、推定ユニット31と略記することがある)の内部ブロック図を示す。推定ユニット31は、フィルタ41及び41、ベクトル成分算出部42及び位相差算出部43を備える。信号vと同様、信号vは信号vにフィルタ処理を施して得られる信号であるため、信号vもフィルタ信号と呼ぶことができる。
信号v〜vは、
=AMPv1・cos(θv1)、
=AMPv2・cos(θv1−θ)、
=AMPv3・cos(θv1+θ)、
によって表される。AMPv1、AMPv2及びAMPv3は、それぞれ信号v、v及びvの振幅を表し、θv1、(θv1−θ)及び(θv1+θ)は、それぞれ信号v、v及びvの位相を表している。本実施形態では、θが正であるとする。従って、信号vは信号vに対して位相がθだけ遅れた位相遅れ信号であり、信号vは信号vに対して位相がθだけ進んだ位相進み信号である。
FIG. 11 shows an internal block diagram of a phase difference estimation unit 31 (hereinafter sometimes abbreviated as estimation unit 31) according to the second embodiment of the present invention. The estimation unit 31 includes filters 41 A and 41 B , a vector component calculation unit 42, and a phase difference calculation unit 43. Similarly to the signal v 2, the signal v 3 is for a signal obtained by performing filter processing on the signal v 1, can also signal v 3 is referred to as a filtered signal.
Signals v 1 to v 3 are
v 1 = AMP v1 · cos (θ v1 ),
v 2 = AMP v2 · cos (θ v1 −θ 1 ),
v 3 = AMP v3 · cos (θ v1 + θ 1 ),
Represented by AMP v1 , AMP v2 and AMP v3 represent the amplitudes of the signals v 1 , v 2 and v 3 , respectively, and θ v1 , (θ v1 −θ 1 ) and (θ v1 + θ 1 ) are the signals v 1 , v, respectively. 2 and v 3 phases are represented. In this embodiment, the theta 1 is positive. Therefore, the signal v 2 is the phase lag signal whose phase is delayed by theta 1 with respect to the signal v 1, the signal v 3 is the phase advance signal advanced in phase by theta 1 with respect to the signal v 1.

下記式(B−1)の行列C(θ)を用いると、信号v及びvを、αβ座標系上における回転ベクトル800の直交2成分vα及びvβに変換することができる。即ち、式(B−1)の行列C(θ)を用いて、式(B−1a)が成立する。また、式(B−1)及び(B−1a)から明らかなように、π/2位相差信号としての信号vβを、式(B−1b)によって表すことができる。 Using the matrix C A1 ) of the following equation (B-1), the signals v 2 and v 3 can be converted into orthogonal two components v α and v β of the rotation vector 800 on the αβ coordinate system. . That is, Expression (B-1a) is established using the matrix C A1 ) of Expression (B-1). Moreover, as is clear from the formula (B-1) and (B-1a), a signal v beta as [pi / 2 phase difference signal can be represented by the formula (B-1b).

Figure 2012050215
Figure 2012050215

行列C(θ)は、例えば、θがπ/4であるときには式(B−2)によって表され、θがπ/3であるときには式(B−2a)によって表される。 The matrix C A1 ) is represented by, for example, an expression (B-2) when θ 1 is π / 4, and is represented by an expression (B-2a) when θ 1 is π / 3.

Figure 2012050215
Figure 2012050215

αβ座標系上の回転ベクトル800を角度θだけ回転させることで、PQ座標系上のベクトル800を得ることができる。αβ座標系上の回転ベクトル800を角度θだけ回転させるための行列C(θ)は下記式(B−3)によって表される。行列C(θ)及びC(θ)の積である行列C’(θ)は下記式(B−4)によって表される。行列C’(θ)を用いれば、信号v及びvを、PQ座標系上におけるベクトル800の直交2成分v及びvに変換することができる。即ち、v及びvとv及びvとの間には、式(B−4a)が成立する。 The vector 800 on the PQ coordinate system can be obtained by rotating the rotation vector 800 on the αβ coordinate system by the angle θ. A matrix C B (θ) for rotating the rotation vector 800 on the αβ coordinate system by an angle θ is expressed by the following equation (B-3). A matrix C ′ (θ), which is the product of the matrices C A1 ) and C B (θ), is expressed by the following equation (B-4). Using the matrix C ′ (θ), the signals v 2 and v 3 can be converted into orthogonal two components v p and v q of the vector 800 on the PQ coordinate system. That is, the equation (B-4a) is established between v 2 and v 3 and v p and v q .

Figure 2012050215
Figure 2012050215

図11のフィルタ41は、フィルタリング対象信号の位相を遅らせるフィルタ処理をフィルタリング対象信号としての信号vに施すことにより位相遅れ信号vを生成する。フィルタ41は、即ち、フィルタリング対象信号の位相を進ませるフィルタ処理をフィルタリング対象信号としての信号vに施すことにより位相進み信号vを生成する。フィルタ41及び41の伝達関数は夫々F(s)及びF(s)で表される。 Filter 41 A in FIG. 11, to generate a phase lag signal v 2 by performing filter processing to delay the phase of the filtered target signal to the signal v 1 of the filtering target signal. That is, the filter 41 B generates a phase advance signal v 3 by applying a filter process for advancing the phase of the filtering target signal to the signal v 1 as the filtering target signal. The transfer functions of the filters 41 A and 41 B are represented by F A (s) and F B (s), respectively.

ベクトル成分算出部42は、θ及びθを用いた上記式(B−4)及び(B−4a)に従う座標変換を行うことによって、信号v及びvから信号v及びvを算出する。ベクトル成分算出部42として、図12のベクトル成分算出部42Aを用いることも可能である。ベクトル成分算出部42Aには座標変換部44及び45が設けられている。座標変換部44は、θに基づき上記式(B−1)及び(B−1a)に従って信号v及びvから信号vα及びvβを算出する。座標変換部45は、座標変換部44にて算出された信号vα及びvβを要素とする行列に行列C(θ)を乗じることにより信号v及びvを算出する。即ち、信号vα及びvβを直交二成分とする、αβ座標系上の回転ベクトル800を、行列C(θ)を用いてθだけ回転させることにより、信号v及びvを直交二成分とする、PQ座標系上のベクトル800を算出する。 The vector component calculation unit 42 calculates the signals v p and v q from the signals v 2 and v 3 by performing coordinate transformation according to the above formulas (B-4) and (B-4a) using θ 1 and θ. To do. As the vector component calculation unit 42, the vector component calculation unit 42A of FIG. 12 may be used. The vector component calculation unit 42A is provided with coordinate conversion units 44 and 45. The coordinate conversion unit 44 calculates the signals v α and v β from the signals v 2 and v 3 according to the above formulas (B-1) and (B-1a) based on θ 1 . The coordinate conversion unit 45 calculates signals v p and v q by multiplying a matrix having elements of the signals v α and v β calculated by the coordinate conversion unit 44 by a matrix C B (θ). That is, by rotating the rotation vector 800 on the αβ coordinate system having the signals v α and v β as orthogonal two components by θ using the matrix C B (θ), the signals v p and v q are converted into two orthogonal signals. A vector 800 on the PQ coordinate system is calculated as a component.

位相差算出部43は、ベクトル成分算出部42にて算出されたv及びvから、θと対象単相信号vの位相θv1との間の位相差Δθを求める。 The phase difference calculation unit 43 obtains a phase difference Δθ between θ and the phase θ v1 of the target single-phase signal v 1 from v p and v q calculated by the vector component calculation unit 42.

[θ=π/4の場合の具体例]
位相差θがπ/4であるときにおけるフィルタ41及び41並びにベクトル成分算出部42の具体的演算動作を説明する。θ=π/4であるとき、フィルタ41及び41は、信号vにフィルタ41の伝達関数“F(s)=ω/(s+ω)”及びフィルタ41の伝達関数“F(s)=s/(s+ω)”を作用させる下記式(B−5)に従って、信号vからπ/4だけ位相が遅れた位相遅れ信号v及び信号vからπ/4だけ位相が進んだ位相進み信号vを生成する。
[Specific example when θ 1 = π / 4]
A specific calculation operation of the filters 41 A and 41 B and the vector component calculation unit 42 when the phase difference θ 1 is π / 4 will be described. When a θ 1 = π / 4, the filter 41 A and 41 B, the transfer function of the filter 41 A to the signal v 1 "F A (s) = ω n / (s + ω n)" and the transfer function of the filter 41 B according "F B (s) = s / (s + ω n)" formula for applying a (B-5), the signal v 1 from [pi / 4 by a phase lag signal phase is delayed v 2 and the signal v 1 from [pi / A phase advance signal v 3 whose phase is advanced by 4 is generated.

Figure 2012050215
Figure 2012050215

上記式(B−1a)及び(B−2)に基づく下記式(B−6)により、信号v及びvをαβ座標系上の回転ベクトル800の直交2成分vα及びvβに変換することができる。ここでは、信号v及びvの各振幅が信号vの振幅の1/√2倍となるように、式(B−5)に対応するフィルタ41及び41のゲインを設定している。このため、係数“1/√2”分だけ、式(B−6)に内包される行列が式(B−2)の行列と異なっていることに注意されたい。尚、vα=vであるから、信号v及びvを用いることなく信号vそのものを信号vαとして求めるようにしてもよい。 The signals v 2 and v 3 are converted into orthogonal two components v α and v β of the rotation vector 800 on the αβ coordinate system by the following equation (B-6) based on the above equations (B-1a) and (B-2). can do. Here, the gains of the filters 41 A and 41 B corresponding to the equation (B-5) are set so that the amplitudes of the signals v 2 and v 3 are 1 / √2 times the amplitude of the signal v 1. Yes. Therefore, it should be noted that the matrix included in the formula (B-6) is different from the matrix of the formula (B-2) by the coefficient “1 / √2”. Since v α = v 1 , the signal v 1 itself may be obtained as the signal v α without using the signals v 2 and v 3 .

Figure 2012050215
Figure 2012050215

式(B−6)で得られたvα及びvβを、下記式(B−7)により、PQ座標系上のベクトル800の直交2成分v及びvに変換することもできる。 V α and v β obtained by the equation (B-6) can be converted into orthogonal two components v p and v q of the vector 800 on the PQ coordinate system by the following equation (B-7).

Figure 2012050215
Figure 2012050215

式(B−6)を用いて一旦vα及びvβを算出してから式(B−7)によりv及びvを算出するのではなく、上記式(B−4)及び(B−4a)を用いてv及びvから直接的にv及びvを求めることもできる。 Rather than calculating v α and v β using equation (B-6) and then calculating v p and v q using equation (B-7), the above equations (B-4) and (B− It is also possible to determine v p and v q directly from v 2 and v 3 using 4a).

以上のように、一次のフィルタを用いた比較的簡単な演算によって、回転座標系上における単相のベクトル信号(直交2成分がv及びvであるベクトル信号)を得ることができる。図13に、θがπ/4であるときにおける、推定ユニット31内の各信号の波形例を示す。図13において、曲線830v、830v、830v、830vα、830vβ、830v及び830vは、夫々、信号v、v、v、vα、vβ、v及びvの波形例を表している。図13から、過渡応答時においても、対象単相信号vの半周期程度でPQ座標系上のベクトルが正確に(或いは概ね正確に)得られていることが分かる。 As described above, a single-phase vector signal (vector signal having two orthogonal components v p and v q ) on the rotating coordinate system can be obtained by a relatively simple calculation using a primary filter. FIG. 13 shows a waveform example of each signal in the estimation unit 31 when θ 1 is π / 4. In FIG. 13, curves 830v 1 , 830v 2 , 830v 3 , 830v α , 830v β , 830v p, and 830v q are signals v 1 , v 2 , v 3 , v α , v β , v p, and v q, respectively. This shows an example waveform. From FIG. 13, it can be seen that the vector on the PQ coordinate system is obtained accurately (or substantially accurately) in the half cycle of the target single-phase signal v 1 even during the transient response.

[θ=π/3の場合の具体例]
位相差θがπ/3であるときにおけるフィルタ41及び41並びにベクトル成分算出部42の具体的演算動作を説明する。θ=π/3であるとき、フィルタ41及び41は、信号vにフィルタ41及び41の伝達関数F(s)及びF(s)を作用させる下記式(B−8)に従って、信号vからπ/3だけ位相が遅れた位相遅れ信号v及び信号vからπ/3だけ位相が進んだ位相進み信号vを生成する。
[Specific example when θ 1 = π / 3]
A specific calculation operation of the filters 41 A and 41 B and the vector component calculation unit 42 when the phase difference θ 1 is π / 3 will be described. When θ 1 = π / 3, the filters 41 A and 41 B cause the transfer functions F A (s) and F B (s) of the filters 41 A and 41 B to act on the signal v 1 (B− according 8) to generate a phase lag signal v 2 and the signal v 1 from [pi / 3 by the phase-lead signal v 3 advanced phase with the signal v 1 [pi / 3 by a phase is delayed.

Figure 2012050215
Figure 2012050215

上記式(B−1a)及び(B−2a)に基づく下記式(B−9)により、信号v及びvをαβ座標系上の回転ベクトル800の直交2成分vα及びvβに変換することができる。ここでは、信号v及びvの各振幅が信号vの振幅と同じになるように、式(B−8)に対応するフィルタ41及び41のゲインを設定している。このため、式(B−9)に内包される行列が式(B−2a)の行列と同じとなっている。尚、vα=vであるから、信号v及びvを用いることなく信号vそのものを信号vαとして求めるようにしてもよい。 The signals v 2 and v 3 are converted into orthogonal two components v α and v β of the rotation vector 800 on the αβ coordinate system by the following equation (B-9) based on the above equations (B-1a) and (B-2a). can do. Here, the gains of the filters 41 A and 41 B corresponding to the equation (B-8) are set so that the amplitudes of the signals v 2 and v 3 are the same as the amplitude of the signal v 1 . For this reason, the matrix included in Formula (B-9) is the same as the matrix of Formula (B-2a). Since v α = v 1 , the signal v 1 itself may be obtained as the signal v α without using the signals v 2 and v 3 .

Figure 2012050215
Figure 2012050215

式(B−9)で得られたvα及びvβを、下記式(B−10)により、PQ座標系上のベクトル800の直交2成分v及びvに変換することもできる。 V α and v β obtained by the equation (B-9) can be converted into orthogonal two components v p and v q of the vector 800 on the PQ coordinate system by the following equation (B-10).

Figure 2012050215
Figure 2012050215

式(B−9)を用いて一旦vα及びvβを算出してから式(B−10)によりv及びvを算出するのではなく、上記式(B−4)及び(B−4a)を用いてv及びvから直接的にv及びvを求めることもできる。 Rather than calculating v α and v β using equation (B-9) and then calculating v p and v q using equation (B-10), the above equations (B-4) and (B− It is also possible to determine v p and v q directly from v 2 and v 3 using 4a).

以上のように、一次のフィルタを用いた比較的簡単な演算によって、回転座標系上における単相のベクトル信号(直交2成分がv及びvであるベクトル信号)を得ることができる。図14に、θがπ/3であるときにおける、推定ユニット31内の各信号の波形例を示す。図14において、曲線835v、835v、835v、835vα、835vβ、835v及び835vは、夫々、信号v、v、v、vα、vβ、v及びvの波形例を表している。図14から、過渡応答時においても、対象単相信号vの半周期程度でPQ座標系上のベクトルが正確に(或いは概ね正確に)得られていることが分かる。 As described above, a single-phase vector signal (vector signal having two orthogonal components v p and v q ) on the rotating coordinate system can be obtained by a relatively simple calculation using a primary filter. FIG. 14 shows a waveform example of each signal in the estimation unit 31 when θ 1 is π / 3. In FIG. 14, curves 835v 1 , 835v 2 , 835v 3 , 835v α , 835v β , 835v p, and 835v q are signals v 1 , v 2 , v 3 , v α , v β , v p, and v q, respectively. This shows an example waveform. From FIG. 14, it can be seen that the vector on the PQ coordinate system is accurately (or substantially accurately) obtained in about a half cycle of the target single-phase signal v 1 even during the transient response.

[位相、周波数及び振幅の推定方法]
ベクトル成分算出部42にて得られたv及びvを利用して、位相差Δθを算出することができると共に対象単相信号vの位相、周波数及び振幅の推定値θest、ωest及びAMPestを算出することができ、それらを算出するための構成及び方法として、第1実施形態で述べた構成及び方法を採用することができる。
[Estimation method of phase, frequency and amplitude]
The phase difference Δθ can be calculated using v p and v q obtained by the vector component calculation unit 42 and the estimated values θ est and ω est of the phase, frequency and amplitude of the target single-phase signal v 1 can be calculated. And AMP est can be calculated, and the configuration and method described in the first embodiment can be adopted as the configuration and method for calculating them.

即ち例えば、位相差算出部43は、ベクトル成分算出部42にて得られたv及びvに基づき上記式(A−14)に従って位相差Δθを算出することができる。“Δθ=θv1−θ”であるから、対象単相信号vの位相θv1を上記式(A−15)に従って求めることもできる。これを実現すべく、図15に示されるような位相推定ユニット32(以下、推定ユニット32と略記することがある)を形成しても良い。推定ユニット32は、図11の推定ユニット31に加算部44を追加したものである。加算部44は、位相差算出部43にて算出された位相差Δθに角度θを加算することによって位相θestを算出する。加算部44にて算出された位相θestは推定ユニット32にて推定された位相θv1の値を表している。 That is, for example, the phase difference calculation unit 43 can calculate the phase difference Δθ according to the above equation (A-14) based on v p and v q obtained by the vector component calculation unit 42. Since “Δθ = θ v1 −θ”, the phase θ v1 of the target single-phase signal v 1 can also be obtained according to the above equation (A-15). In order to realize this, a phase estimation unit 32 (hereinafter sometimes abbreviated as estimation unit 32) as shown in FIG. 15 may be formed. The estimation unit 32 is obtained by adding an addition unit 44 to the estimation unit 31 of FIG. The adding unit 44 calculates the phase θ est by adding the angle θ to the phase difference Δθ calculated by the phase difference calculating unit 43. The phase θ est calculated by the adding unit 44 represents the value of the phase θ v1 estimated by the estimation unit 32.

或いは、図16に示すような位相/周波数/振幅推定ユニット33(以下、推定ユニット33と略記することがある)を形成するようにしても良い。推定ユニット33は、図11の推定ユニット31に、PI制御部46、加算部47及び積分部48を追加したものである。PI制御部46、加算部47及び積分部48は、夫々、図7のPI制御部16、加算部17及び積分部18と同じものであり、図7の推定ユニット3に対する説明が推定ユニット33にも適用される。この適用の際、第1実施形態の説明文における“推定ユニット3、ベクトル成分算出部12、位相差算出部13、PI制御部16、加算部17及び積分部18”を、“推定ユニット33、ベクトル成分算出部42、位相差算出部43、PI制御部46、加算部47及び積分部48”に読み替えればよい。   Alternatively, a phase / frequency / amplitude estimation unit 33 (hereinafter sometimes abbreviated as estimation unit 33) as shown in FIG. 16 may be formed. The estimation unit 33 is obtained by adding a PI control unit 46, an addition unit 47, and an integration unit 48 to the estimation unit 31 of FIG. The PI control unit 46, the addition unit 47, and the integration unit 48 are the same as the PI control unit 16, the addition unit 17 and the integration unit 18 in FIG. 7, respectively, and the description of the estimation unit 3 in FIG. Also applies. In this application, “estimation unit 3, vector component calculation unit 12, phase difference calculation unit 13, PI control unit 16, addition unit 17 and integration unit 18” in the explanatory text of the first embodiment are referred to as “estimation unit 33, What is necessary is just to read as the vector component calculation part 42, the phase difference calculation part 43, the PI control part 46, the addition part 47, and the integration part 48 ''.

また、図16の推定ユニット33の構成を簡素化して、図17に示すような位相/周波数推定ユニット34(以下、推定ユニット34と略記することがある)を形成するようにしても良い。推定ユニット34は、フィルタ41及び41、ベクトル成分算出部42、PI制御部49並びに積分部50を備える。PI制御部49並びに積分部50は、夫々、図9のPI制御部19並びに積分部20と同じものであり、図9の推定ユニット4に対する説明が推定ユニット34にも適用される。この適用の際、第1実施形態の説明文における“推定ユニット4、ベクトル成分算出部12、PI制御部19並びに積分部20”を、“推定ユニット34、ベクトル成分算出部42、PI制御部49並びに積分部50”に読み替えればよい。 Further, the configuration of the estimation unit 33 in FIG. 16 may be simplified to form a phase / frequency estimation unit 34 (hereinafter, abbreviated as the estimation unit 34) as shown in FIG. The estimation unit 34 includes filters 41 A and 41 B , a vector component calculation unit 42, a PI control unit 49, and an integration unit 50. The PI control unit 49 and the integration unit 50 are the same as the PI control unit 19 and the integration unit 20 in FIG. 9, respectively, and the description for the estimation unit 4 in FIG. 9 is also applied to the estimation unit 34. In this application, “estimation unit 4, vector component calculation unit 12, PI control unit 19 and integration unit 20” in the explanatory text of the first embodiment are referred to as “estimation unit 34, vector component calculation unit 42, PI control unit 49. In addition, the integration unit 50 ″ may be read.

また、図18に示す如く、推定ユニット34において、周波数ωの代わりに周波数ωestを用いてフィルタ41及び41におけるフィルタ処理を実行するようにしても良い。即ち、フィルタ41及び41は、PI制御部49にて算出された周波数ωestを周波数ωとして用いた上で、信号vから信号v及びvを生成するようにしても良い。これは、図16の推定ユニット33にも適用可能である。即ち、推定ユニット33のフィルタ41及び41は、PI制御部46及び加算部47によって算出された周波数ωestを周波数ωとして用いた上で、信号vから信号v及びvを生成するようにしても良い。 Further, as shown in FIG. 18, the estimation unit 34 may execute the filter processing in the filters 41 A and 41 B using the frequency ω est instead of the frequency ω n . That is, the filters 41 A and 41 B may generate the signals v 2 and v 3 from the signal v 1 after using the frequency ω est calculated by the PI control unit 49 as the frequency ω n. . This is also applicable to the estimation unit 33 in FIG. That is, the filters 41 A and 41 B of the estimation unit 33 use the frequency ω est calculated by the PI control unit 46 and the addition unit 47 as the frequency ω n , and then use the signals v 1 to v 2 and v 3 . You may make it produce | generate.

上述の如く、本実施形態に係る各推定ユニット(31、32、33又は34)は、対象単相信号vの位相情報等を推定する。対象単相信号vの位相情報として、本実施形態に係る各推定ユニット(31、32、33又は34)では、Δθ又はθestが導出されている。本実施形態に係る各推定ユニット(31、32、33又は34)において、フィルタ41及び41から成るフィルタ部は、対象単相信号vに対してフィルタ処理を実行することにより、対象単相信号vよりも位相が遅れた位相遅れ信号v及び対象単相信号vよりも位相が進んだ位相進み信号vを生成する。 As described above, the estimation unit according to this embodiment (31, 32, 33 or 34) estimates the phase information of the target single-phase signal v 1 and the like. As the phase information of the target single-phase signal v 1 , Δθ or θ est is derived in each estimation unit (31, 32, 33, or 34) according to the present embodiment. In each estimation unit (31, 32, 33, or 34) according to the present embodiment, the filter unit composed of the filters 41 A and 41 B performs the filter process on the target single-phase signal v 1 , thereby performing the target unit. The phase delay signal v 2 whose phase is delayed from the phase signal v 1 and the phase advance signal v 3 whose phase is advanced from the target single phase signal v 1 are generated.

各推定ユニット(31、32、33又は34)におけるベクトル成分算出部42は、信号導出部としての機能を備える。この信号導出部は、信号v及びvを用いて導出対象を導出する。この導出対象は、例えば、対象単相信号vとの位相差がπ/2であるπ/2位相差信号vβ、又は、対象単相信号vの周波数と同期した回転座標系(PQ座標系)上におけるベクトル信号の成分(v及びv、又は、vのみ)である。各推定ユニット(31、32、33又は34)には、信号導出部の導出結果を用いて対象単相信号vの位相情報を推定する単相信号情報推定部が設けられていると考えることができる。例えば、図11の位相差算出部43を含む部位、図15の位相差算出部43及び加算部44を含む部位、図16の位相差算出部43、PI制御部46、加算部47及び積分部48を含む部位、又は、図17(若しくは図18)のPI制御部49及び積分部50を含む部位が、単相信号情報推定部として機能すると考えることができる。幾つかの単相信号情報推定部は、信号導出部の導出結果を用いて、対象単相信号vの周波数及び振幅の内、少なくとも1つを更に推定することもできる。 The vector component calculation unit 42 in each estimation unit (31, 32, 33, or 34) has a function as a signal deriving unit. The signal derivation unit derives a derivation target using the signals v 2 and v 3 . The deriving target, for example, the target single-phase signal v 1 phase difference [pi / 2 and is [pi / 2 phase difference signal v beta with or rotating coordinate system that is synchronized with the frequency of the target single-phase signal v 1 (PQ It is a vector signal component (v p and v q , or v q only) on the coordinate system). Each estimator unit (31, 32, 33 or 34), be considered as a single-phase signal information estimation unit for estimating the phase information of the target single-phase signal v 1 using the derived result of the signal derivation unit is provided Can do. For example, the part including the phase difference calculation unit 43 in FIG. 11, the part including the phase difference calculation unit 43 and the addition unit 44 in FIG. 15, the phase difference calculation unit 43, the PI control unit 46, the addition unit 47, and the integration unit in FIG. It can be considered that the part including 48 or the part including the PI control unit 49 and the integration unit 50 in FIG. 17 (or FIG. 18) functions as a single-phase signal information estimation unit. Some single-phase signal information estimation units may further estimate at least one of the frequency and amplitude of the target single-phase signal v 1 using the derivation result of the signal derivation unit.

上記のフィルタ部、上記の信号導出部及び単相信号情報推定部を有する単相信号入力装置が、本実施形態に係る各推定ユニット(31、32、33又は34)に内包されていると考えることもできるし、各推定ユニット(31、32、33又は34)が単相信号入力装置に相当すると考えることもできる。   The single-phase signal input device including the filter unit, the signal derivation unit, and the single-phase signal information estimation unit is considered to be included in each estimation unit (31, 32, 33, or 34) according to the present embodiment. It can also be considered that each estimation unit (31, 32, 33 or 34) corresponds to a single-phase signal input device.

上記の信号導出部は、対象単相信号vと信号v(又はv)との間の位相差θを用いた三角関数(正弦又は余弦関数)に依存する演算処理を用いて上記導出対象を導出する。この演算処理は、導出対象がπ/2位相差信号vβである場合、例えば上記式(B−1b)によるvβの算出処理であり、導出対象が回転座標系上におけるベクトル信号の成分である場合、例えば上記式(B−4)及び式(B−4a)による該成分の算出処理である。 The signal deriving unit uses the arithmetic processing that depends on the trigonometric function (sine or cosine function) using the phase difference θ 1 between the target single-phase signal v 1 and the signal v 2 (or v 3 ). Deriving the derivation target. This calculation process is, for example, a calculation process of v β by the above formula (B-1b) when the derivation target is a π / 2 phase difference signal v β , and the derivation target is a component of a vector signal on the rotating coordinate system. In some cases, for example, the component is calculated by the above formula (B-4) and formula (B-4a).

<<第3実施形態>>
本発明の第3実施形態を説明する。第1又は第2実施形態で述べた技術を、第3実施形態及び後述の各実施形態に適用することができる。第3実施形態及び後述の各実施形態にて挙げられる各種システムの具体例では、主として、第1実施形態で述べた技術が用いられているが、それらの具体例に対して第2実施形態で述べた技術を用いても構わない。
<< Third Embodiment >>
A third embodiment of the present invention will be described. The technique described in the first or second embodiment can be applied to the third embodiment and the embodiments described later. In the specific examples of the various systems given in the third embodiment and each of the embodiments described later, the technique described in the first embodiment is mainly used. However, in the second embodiment, those specific examples are used. The described technique may be used.

図19は、第3実施形態に係る系統連系システムの構成ブロック図である。図19の系統連系システムには、直流電力源である太陽電池201と、電力変換回路である単相インバータ202と、単相インバータ202を制御する制御装置(制御回路)203と、単相の交流電力を出力する電力系統204と、が含まれている。制御装置203には、符号221〜229によって参照される各部位が備えられている。制御装置203のみを含む装置、又は、単相インバータ202及び制御装置203を含む装置を、系統連系装置と捉えることが可能である。単相インバータ202及び制御装置203以外の、図19に示される任意の部位(例えば、電流検出センサ205並びに電圧検出センサ206及び207)も系統連系装置の構成要素に含まれる、と捉えることも可能である。   FIG. 19 is a configuration block diagram of a grid interconnection system according to the third embodiment. The grid interconnection system of FIG. 19 includes a solar cell 201 that is a DC power source, a single-phase inverter 202 that is a power conversion circuit, a control device (control circuit) 203 that controls the single-phase inverter 202, a single-phase inverter And an electric power system 204 that outputs AC power. The control device 203 is provided with each part referred to by reference numerals 221 to 229. A device including only the control device 203 or a device including the single-phase inverter 202 and the control device 203 can be regarded as a grid interconnection device. Arbitrary parts (for example, current detection sensor 205 and voltage detection sensors 206 and 207) shown in FIG. 19 other than the single-phase inverter 202 and the control device 203 may be regarded as being included in the components of the grid interconnection device. Is possible.

図19には、太陽電池201の等価回路が示されている。太陽電池201は、太陽エネルギーに基づく発電を行い、直流電圧を発生させる。直流電圧保持部Cは、太陽電池201が発生した直流電圧に応じた電荷を蓄えることにより該直流電圧を保持する。電圧検出センサ207は、直流電圧保持部Cにて保持された直流電圧Eの電圧値を検出し、検出した電圧値を信号値として有する信号Eを直流電圧制御部221に送る。 FIG. 19 shows an equivalent circuit of the solar cell 201. The solar cell 201 generates power based on solar energy and generates a DC voltage. DC voltage holding unit C d holds the DC voltage by storing charge corresponding to a DC voltage solar cell 201 occurs. The voltage detection sensor 207 detects the voltage value of the DC voltage E d held by the DC voltage holding unit C d and sends a signal E d having the detected voltage value as a signal value to the DC voltage control unit 221.

複数のスイッチング素子を有する単相インバータ202は、各スイッチング素子のスイッチング動作を用いたパルス幅変調により、直流電圧保持部Cからの直流電圧を単相の交流電圧に変換する。単相インバータ202にて得られた交流電圧は、端子210の電位を基準として端子210及び211から出力される。電力系統204は、交流電圧源を有し、端子212の電位を基準として端子212及び213から単相の交流電圧(例えば、いわゆる商用交流電圧)を出力する。 Single phase inverter 202 having a plurality of switching elements by pulse width modulation using a switching operation of the switching elements and converts a DC voltage from the DC voltage holding unit C d to an AC voltage of a single phase. The AC voltage obtained by the single-phase inverter 202 is output from the terminals 210 and 211 with the potential of the terminal 210 as a reference. The power system 204 has an AC voltage source, and outputs a single-phase AC voltage (for example, so-called commercial AC voltage) from the terminals 212 and 213 with the potential of the terminal 212 as a reference.

端子210及び212間を接続する配線上に連系点208が設けられていると共に端子211及び213間を接続する配線上に連系点209が設けられ、連系点208及び209間の交流電圧を駆動電圧として作動する負荷214が連系点208及び209間に接続されている。このように、図19の系統連系システムでは、単相インバータ202の出力交流電力と電力系統204の出力交流電力を用いて負荷214の駆動が成される。   An interconnection point 208 is provided on the wiring connecting the terminals 210 and 212, and an interconnection point 209 is provided on the wiring connecting the terminals 211 and 213, and an AC voltage between the interconnection points 208 and 209 is provided. Is connected between the connection points 208 and 209. As described above, in the grid interconnection system of FIG. 19, the load 214 is driven using the output AC power of the single-phase inverter 202 and the output AC power of the power system 204.

Lcは、端子210及び連系点208間の屋内配線のリアクタンス成分及び端子211及び連系点209間の屋内配線のリアクタンス成分を表し、Rcは、それらの各屋内配線の抵抗成分を表している。Lsは、端子212及び連系点208を接続する屋外配線のリアクタンス成分及び端子213及び連系点209を接続する屋外配線のリアクタンス成分を表し、Rsは各屋外配線の抵抗成分を表している。   Lc represents the reactance component of the indoor wiring between the terminal 210 and the connection point 208 and the reactance component of the indoor wiring between the terminal 211 and the connection point 209, and Rc represents the resistance component of each of the indoor wirings. . Ls represents the reactance component of the outdoor wiring connecting the terminal 212 and the interconnection point 208 and the reactance component of the outdoor wiring connecting the terminal 213 and the interconnection point 209, and Rs represents the resistance component of each outdoor wiring.

電流検出センサ205は、単相インバータ202の出力電流の電流値を検出し、検出電流値を信号値として有する信号iを座標変換部225に送る。電圧検出センサ206は、単相インバータ202の出力電圧(即ち、端子210の電位を基準とした端子210及び211間の電圧)の電圧値を検出し、検出電圧値を信号値として有する信号vをバンドパスフィルタ(BPF)227に送る。本実施形態において、ωは、電力系統204側にて定められた公称周波数であり、例えば60×2π又は50×2πである。BPF227は、信号vに含まれる高調波成分(ωの高次成分)を減衰させ、この減衰の成された信号vを信号v’として出力する。例えば、次式(C−1)に従って信号vから信号v’を生成することができる。ζは所定の減衰係数である、尚、高調波成分の存在が問題とならないシステムにおいては、BPF227を割愛することも可能である。 Current sensor 205 detects a current value of the output current of the single-phase inverter 202, sends a signal i z having a detected current value as the signal value to the coordinate converter 225. The voltage detection sensor 206 detects the voltage value of the output voltage of the single-phase inverter 202 (that is, the voltage between the terminals 210 and 211 with the potential of the terminal 210 as a reference), and a signal v z having the detected voltage value as a signal value. Is sent to a band pass filter (BPF) 227. In the present embodiment, ω n is a nominal frequency determined on the power system 204 side, and is, for example, 60 × 2π or 50 × 2π. BPF227 attenuates the harmonic components included in the signal v z (high-order components of omega n), and outputs the done signal v z of this attenuation as the signal v z '. For example, it is possible to generate a signal v z 'from the signal v z according to the following formula (C-1). ζ is a predetermined attenuation coefficient. In a system where the presence of harmonic components does not matter, BPF 227 can be omitted.

Figure 2012050215
Figure 2012050215

推定ユニット228は、信号v’を対象単相信号vsとして受け、対象単相信号vsとしての信号v’の位相、周波数及び振幅の推定値を、夫々、θest、ωest及びAMPestとして出力する。例えば、図7の推定ユニット3又は図16の推定ユニット33を、推定ユニット228として用いることができる。尚、θest、ωest及びAMPestの全てを算出する必要が無い場合、推定ユニット2、4、32又は34を推定ユニット228として用いることも可能である(図6等参照)。 The estimation unit 228 receives the signal v z ′ as the target single-phase signal vs, and estimates the phase, frequency, and amplitude of the signal v z ′ as the target single-phase signal vs, θ est , ω est, and AMP est, respectively. Output as. For example, the estimation unit 3 in FIG. 7 or the estimation unit 33 in FIG. 16 can be used as the estimation unit 228. Note that if it is not necessary to calculate all of θ est , ω est, and AMP est , the estimation unit 2, 4, 32, or 34 can be used as the estimation unit 228 (see FIG. 6 and the like).

単相インバータ202の出力電流は有効電流と無効電流から形成される。座標変換部225は、推定ユニット228からの位相θestに基づいて信号iを回転座標系上のベクトルの直交2成分に変換することにより単相インバータ202の出力電流を形成する有効電流及び無効電流を算出し、有効電流の電流値を信号値として有する有効電流信号i及び無効電流の電流値を信号値として有する無効電流信号iを生成する。 The output current of the single phase inverter 202 is formed from an effective current and a reactive current. Coordinate conversion unit 225, the active current forms the output current of the single-phase inverter 202 by converting a signal i z into two orthogonal components of the vector on the rotating coordinate system based on the phase theta est from estimation unit 228 and disabled current is calculated, to generate a reactive current signal i y having a current value of the active current signal i x and reactive current having a current value of the active current as the signal value as the signal value.

図20に、座標変換部225の内部ブロック図の例を示す。座標変換部225は、フィルタ241及びベクトル成分算出部242を有する。フィルタ241及びベクトル成分算出部242は、図1のフィルタ11及びベクトル成分算出部12と同じものである。但し、座標変換部225では、信号iが対象単相信号vsとして取り扱われると共に信号i及びiが夫々信号v及びvとして取り扱われ(図1も参照)、且つ、位相θとして位相θestが用いられる。 FIG. 20 shows an example of an internal block diagram of the coordinate conversion unit 225. The coordinate conversion unit 225 includes a filter 241 and a vector component calculation unit 242. The filter 241 and the vector component calculation unit 242 are the same as the filter 11 and the vector component calculation unit 12 in FIG. However, in the coordinate conversion unit 225, the signal iz is handled as the target single-phase signal vs, the signals i x and i y are handled as the signals v p and v q (see also FIG. 1), and the phase θ The phase θ est is used.

直流電圧制御部221には、信号Eに加えて、直流電圧指令値E が与えられる。
直流電圧指令値E は、太陽電池201から最大電力を得るための信号E(換言すれば、単相インバータ202の出力電力を最大とするための信号E)の値と合致する。直流電圧制御部221は、比例積分制御などによって信号Eの値が指令値E と一致するように有効電流指令値i を算出及び出力する。また、無効電流指令値i はゼロとされる。有効電流制御部222及び無効電流制御部223は、夫々、比例積分制御などによって有効電流信号iの値及び無効電流信号iの値が指令値i 及びi と一致するように電圧指定値v 及びv を算出し、座標変換部224は、推定ユニット228からの位相θestに基づき指定値v 及びv を電圧指令値v に変換する。電圧指令値v は、単相インバータ202の出力電圧の目標値である。従って、PWM回路226は、単相インバータ202の出力電圧値が電圧指令値v と一致するように、単相インバータ2内の各スイッチング素子を制御する。
In addition to the signal E d , a DC voltage command value E d * is given to the DC voltage control unit 221.
DC voltage command value E d * matches the value of signal E d for obtaining maximum power from solar cell 201 (in other words, signal E d for maximizing the output power of single-phase inverter 202). The DC voltage control unit 221 calculates and outputs an active current command value i x * so that the value of the signal E d matches the command value E d * by proportional integral control or the like. The reactive current command value i y * is set to zero. Active current controller 222 and the reactive current controller 223, respectively, so that the value of the value and the reactive current signal i y of the active current signal i x, such as by the proportional integral control is coincident with the command value i x * and i y * The voltage specified values v x * and v y * are calculated, and the coordinate conversion unit 224 converts the specified values v x * and v y * into voltage command values v z * based on the phase θ est from the estimation unit 228. The voltage command value v z * is a target value of the output voltage of the single-phase inverter 202. Therefore, the PWM circuit 226 controls each switching element in the single-phase inverter 2 so that the output voltage value of the single-phase inverter 202 matches the voltage command value v z * .

下記式(C−2)〜(C−5)は、制御装置203において利用可能な、指定値i 、v 、v 及びv の算出式である。Kpe及びKは比例積分制御における比例係数であり、Kie及びKは比例積分制御における積分係数である。 The following formulas (C-2) to (C-5) are calculation formulas of designated values i x * , v x * , v y *, and v z * that can be used in the control device 203. K pe and K p are proportional coefficients in the proportional-integral control, and K ee and K i are integral coefficients in the proportional-integral control.

Figure 2012050215
Figure 2012050215

推定ユニット228によって推定された周波数ωest及び振幅AMPestを、単独運転の検出などに利用することができる。単独運転とは、単相インバータ202のみで負荷214に電力を供給している状態を指す。単独運転は、電力系統204側に停電が発生した場合に発生しうる。安全性確保等を目的として、単独運転の発生時には、速やかにこれを検知し、単相インバータ202の出力を停止させることが求められる。 The frequency ω est and the amplitude AMP est estimated by the estimation unit 228 can be used for detecting an isolated operation. Independent operation refers to a state in which power is supplied to the load 214 only by the single-phase inverter 202. An isolated operation can occur when a power failure occurs on the power system 204 side. For the purpose of ensuring safety or the like, when an isolated operation occurs, it is required to quickly detect this and stop the output of the single-phase inverter 202.

単独運転検出部229は、推定ユニット228によって推定された周波数ωest又は振幅AMPestに基づき、単相インバータ202の単独運転状態を検出することができる(即ち、単独運転が発生しているか否かを検出することができる)。単独運転が発生すると、単相インバータ202の出力電圧の周波数が電力系統204側にて定められた公称周波数ωから大きくずれうる。従って例えば、周波数ωestと公称周波数ωを比較し、それらの差分絶対値|ωest−ω|が所定の判定周波数ωTHを超えていたら単独運転が発生していると判断し、差分絶対値|ωest−ω|が判定周波数ωTH以下であるなら単独運転は発生していないと判断することができる。また、単独運転が発生すると、単相インバータ202の出力電圧の振幅が電力系統204側にて定められた公称電圧振幅AMPから大きくずれうる。従って例えば、振幅AMPestと公称電圧振幅AMPを比較し、それらの差分絶対値|AMPest−AMP|が所定の判定振幅AMPTHを超えていたら単独運転が発生していると判断し、差分絶対値|AMPest−AMP|が判定振幅AMPTH以下であるなら単独運転は発生していないと判断することができる。 The isolated operation detection unit 229 can detect the isolated operation state of the single-phase inverter 202 based on the frequency ω est or the amplitude AMP est estimated by the estimation unit 228 (that is, whether or not an isolated operation has occurred). Can be detected). When the single operation occurs, the frequency of the output voltage of the single-phase inverter 202 can greatly deviate from the nominal frequency ω n determined on the power system 204 side. Therefore, for example, the frequency ω est and the nominal frequency ω n are compared, and if the difference absolute value | ω est −ω n | exceeds a predetermined determination frequency ω TH , it is determined that the isolated operation has occurred, and the difference If the absolute value | ω est −ω n | is equal to or lower than the determination frequency ω TH , it can be determined that no isolated operation has occurred. In addition, when the single operation occurs, the amplitude of the output voltage of the single-phase inverter 202 can greatly deviate from the nominal voltage amplitude AMP n determined on the power system 204 side. Therefore, for example, the amplitude AMP est is compared with the nominal voltage amplitude AMP n , and if the difference absolute value | AMP est −AMP n | exceeds a predetermined determination amplitude AMP TH , it is determined that the isolated operation has occurred. If the difference absolute value | AMP est −AMP n | is equal to or less than the determination amplitude AMP TH , it can be determined that no isolated operation has occurred.

インバータの出力電圧のゼロクロスタイミングやピークタイミングを検知することによって単独運転を検出する方法も存在するが、それらの方法では、単独運転の検出に数周期分の対象単相信号が必要となる。これに対し、単独運転検出部229では、ゼロクロスタイミング等を利用する方法に比べて単独運転を高速に検出することができる。   There are also methods for detecting an isolated operation by detecting a zero-cross timing or a peak timing of the output voltage of the inverter. However, these methods require a target single-phase signal for several cycles for detecting the isolated operation. On the other hand, the isolated operation detection unit 229 can detect the isolated operation at a higher speed than the method using the zero cross timing or the like.

単独運転によって、信号v(又はv’)としての対象単相信号vの周波数を5Hz(ヘルツ)だけ公称周波数から急激にシフトさせたときにおける、過渡応答シミュレーション結果を図21に示す(0.06秒の時刻において周波数が急激にシフト)。図21において、曲線840v、840v、840v及び840vは、夫々、推定ユニット228における信号v、v、v及びvの波形例を表しており、曲線841は、推定ユニット228にて算出された周波数ωestを2πで割った信号の波形例を表しており、鋸状の線842は、推定ユニット228にて算出された位相θestの信号(信号値が−π〜π間で振動)の波形例を表している。図21に対応するシミュレーションにおいて、公称周波数ωは(60×2π)に設定された。図21より、対象単相信号vの周波数のシフト後、僅か約0.01秒程度で、シフトされた周波数が推定されていることが分かる。 FIG. 21 shows a transient response simulation result when the frequency of the target single-phase signal v 1 as the signal v z (or v z ′) is abruptly shifted from the nominal frequency by 5 Hz (Hertz) by single operation. The frequency suddenly shifts at the time of 0.06 seconds). In FIG. 21, curves 840v 1 , 840v 2 , 840v p and 840v q represent waveform examples of signals v 1 , v 2 , v p and v q in the estimation unit 228, respectively, and a curve 841 represents the estimation unit. 8 shows an example of a waveform of a signal obtained by dividing the frequency ω est calculated in 228 by 2π, and a sawtooth line 842 indicates a signal of the phase θ est calculated in the estimation unit 228 (signal value is −π˜ An example of a waveform of vibration between π is shown. In the simulation corresponding to FIG. 21, the nominal frequency ω n was set to (60 × 2π). FIG. 21 shows that the shifted frequency is estimated only about 0.01 seconds after the frequency of the target single-phase signal v 1 is shifted.

単独運転によって、信号v(又はv’)としての対象単相信号vの振幅を10%だけ公称電圧振幅から急激にシフトさせたときにおける、過渡応答シミュレーション結果を図22に示す(0.06秒の時刻において振幅が急激にシフト)。図22において、曲線845v、845v及び845vは、夫々、推定ユニット228における信号v、v及びvの波形例を表しており、曲線846は、推定ユニット228にて算出された周波数ωestを2πで割った信号の波形例を表しており、鋸状の線847は、推定ユニット228にて算出された位相θestの信号(信号値が−π〜π間で振動)の波形例を表している。図22に対応するシミュレーションにおいて、公称周波数ωは(60×2π)に設定された。図22より、対象単相信号vの振幅のシフト後、約0.01秒の経過を待たずに、シフト後の振幅を表す信号vが正しく推定されていることが分かる。 FIG. 22 shows a transient response simulation result when the amplitude of the target single-phase signal v 1 as the signal v z (or v z ′) is abruptly shifted from the nominal voltage amplitude by 10% by single operation. .. Amplitude suddenly shifts at time of 06 seconds). In FIG. 22, curves 845v 1 , 845v 2, and 845v p represent examples of waveforms of the signals v 1 , v 2, and v p in the estimation unit 228, respectively, and the curve 846 is calculated by the estimation unit 228. An example of a waveform of a signal obtained by dividing the frequency ω est by 2π is shown, and a sawtooth line 847 is a signal of the phase θ est calculated by the estimation unit 228 (signal value oscillates between −π to π). An example of a waveform is shown. In the simulation corresponding to FIG. 22, the nominal frequency ω n was set to (60 × 2π). FIG. 22 shows that the signal v p representing the amplitude after the shift is correctly estimated without waiting for about 0.01 second after the shift of the amplitude of the target single-phase signal v 1 .

<<第4実施形態>>
本発明の第4実施形態を説明する。図23は、第4実施形態に係る単相アクティブフィルタを含む電源システムの構成ブロック図である。図23の電源システムには、単相の交流電力を出力する交流電力源301、単相アクティブフィルタ302、整流ブリッジ303及び負荷304が設けられている。単相アクティブフィルタ302は、符号311〜315及びCdによって参照される各部位を備える。但し、符号311〜315及びCdによって参照される各部位以外の、図23に示される任意の部位(例えば、整流ブリッジ303)も単相アクティブフィルタ302の構成要素に含まれる、と捉えることも可能であるし、符号311〜315及びCdによって参照される各部位の内、一部の部位は単相アクティブフィルタ302の構成要素ではない、と考えることも可能である。高調波電流検出部311は、符号321〜326によって参照される各部位を備える。
<< Fourth Embodiment >>
A fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 23 is a configuration block diagram of a power supply system including a single-phase active filter according to the fourth embodiment. The power supply system of FIG. 23 includes an AC power source 301 that outputs single-phase AC power, a single-phase active filter 302, a rectifier bridge 303, and a load 304. The single-phase active filter 302 includes portions that are referred to by reference numerals 311 to 315 and Cd. However, any part (for example, rectification bridge 303) shown in FIG. 23 other than each part referenced by reference numerals 311 to 315 and Cd can also be regarded as being included in the components of the single-phase active filter 302. It can also be considered that some of the parts referenced by reference numerals 311 to 315 and Cd are not components of the single-phase active filter 302. The harmonic current detection unit 311 includes portions that are referred to by reference numerals 321 to 326.

交流電力源301からの交流電圧は整流ブリッジ303にて直流電圧へと整流されてから負荷304に供給される。ここにおける負荷304の等価回路は、例えば、容量成分と抵抗成分の並列回路である。交流電力源301から出力される電流をisrにて表す。整流ブリッジ303の出力が負荷304に供給される場合、交流電力源301の出力電圧が正弦波電圧であっても交流電力源301の出力電流isrの電流波形は正弦波状とならず、歪みを含む。高調波規制を考慮すると、このような歪みは除去された方が好ましく、単相アクティブフィルタ302によって歪みの除去が成される。 The AC voltage from the AC power source 301 is rectified to a DC voltage by the rectifier bridge 303 and then supplied to the load 304. The equivalent circuit of the load 304 here is, for example, a parallel circuit of a capacitance component and a resistance component. The current output from the AC power source 301 is represented by i sr . When the output of the rectifying bridge 303 is supplied to the load 304, even if the output voltage of the AC power source 301 is a sine wave voltage, the current waveform of the output current i sr of the AC power source 301 does not become a sine wave, and distortion is caused. Including. In consideration of harmonic regulation, it is preferable that such distortion is removed, and the single-phase active filter 302 removes the distortion.

直流電圧保持部Cにて保持される直流電圧をvdcにて表す。直流電圧vdcは、図19の単相インバータ202と同等の単相インバータ315によって交流電圧に変換される。単相インバータ315からの交流電圧が印加される配線と交流電力源301からの交流電圧が印加される配線は、接続点305にて接続される。上記電流isrは交流電力源301から接続点305に流れる電流である。単相インバータ315から接続点305に流れる電流をiCrにて表し、電流isr及びiCrの合成電流である、接続点305から整流ブリッジ303に流れる電流をiLrにて表す。図23において、Ls及びRsは、夫々、交流電力源301及び接続点305間を接続する配線のリアクタンス成分及び抵抗成分を表している。接続点305及び整流ブリッジ303間及び接続点305及び単相インバータ315間にも、必要に応じてリアクタンス成分が挿入される。 The DC voltage is maintained at a DC voltage holding unit C d expressed by v dc. The DC voltage v dc is converted into an AC voltage by a single-phase inverter 315 equivalent to the single-phase inverter 202 of FIG. The wiring to which the AC voltage from the single-phase inverter 315 is applied and the wiring to which the AC voltage from the AC power source 301 is applied are connected at a connection point 305. The current i sr is a current that flows from the AC power source 301 to the connection point 305. Represents current flowing from the single-phase inverter 315 to the connection point 305 at i Cr, represent a combined current of the currents i sr and i Cr, the current flowing from the connection point 305 to the rectifier bridge 303 at i Lr. In FIG. 23, Ls and Rs respectively represent the reactance component and the resistance component of the wiring connecting the AC power source 301 and the connection point 305. A reactance component is also inserted between the connection point 305 and the rectifier bridge 303 and between the connection point 305 and the single-phase inverter 315 as necessary.

尚、第4実施形態を含む本明細書の説明において、任意の物理量を表す記号(isr、iCr及びiLrなど)は、対応する物理量の値を表す記号、又は、対応する物理量の値を信号値として有する信号の記号としても用いられうる。従って例えば、iLrは、接続点305から整流ブリッジ303に流れる電流の記号、該電流の電流値の記号、又は、該電流値を信号値として有する信号(電流信号)の記号として用いられうる。 In the description of the present specification including the fourth embodiment, a symbol representing an arbitrary physical quantity (such as i sr , i Cr, and i Lr ) is a symbol representing a corresponding physical quantity value, or a corresponding physical quantity value. Can also be used as a symbol of a signal having as a signal value. Therefore, for example, i Lr can be used as a symbol of a current flowing from the connection point 305 to the rectifying bridge 303, a symbol of a current value of the current, or a symbol of a signal (current signal) having the current value as a signal value.

電流iLrの電流値は図示されない電流検出センサによって検出され、検出電流値を信号値として有する信号iLrが、高調波電流検出部311に入力される。推定ユニット321は、信号iLrを対象単相信号vsとして受け、対象単相信号vsとしての信号iLrの位相の推定値をθestとして出力する。例えば、第1又は第2実施形態で述べた任意の推定ユニット(2、3、4、32、33又は34)を推定ユニット321として用いることができる。 A current value of the current i Lr is detected by a current detection sensor (not shown), and a signal i Lr having the detected current value as a signal value is input to the harmonic current detection unit 311. The estimation unit 321 receives the signal i Lr as the target single-phase signal vs, and outputs an estimated value of the phase of the signal i Lr as the target single-phase signal vs as θ est . For example, any estimation unit (2, 3, 4, 32, 33, or 34) described in the first or second embodiment can be used as the estimation unit 321.

座標変換部322は、推定ユニット321からの位相θestに基づいて信号iLrを回転座標系上のベクトルの直交2成分iLd及びiLqに変換する。iLdは、交流電力源301の出力電流isrの基本波成分と同相の信号成分である。図24に、座標変換部322の内部ブロック図の例を示す。座標変換部322は、フィルタ341及びベクトル成分算出部342を有する。フィルタ341及びベクトル成分算出部342は、図1のフィルタ11及びベクトル成分算出部12と同じものである。但し、座標変換部322では、信号iLrが対象単相信号vsとして取り扱われると共に信号iLd及びiLqが夫々信号v及びvとして取り扱われ(図1も参照)、且つ、位相θとして位相θestが用いられる。 The coordinate conversion unit 322 converts the signal i Lr into vector orthogonal two components i Ld and i Lq on the rotating coordinate system based on the phase θ est from the estimation unit 321. i Ld is a signal component in phase with the fundamental wave component of the output current i sr of the AC power source 301. FIG. 24 shows an example of an internal block diagram of the coordinate conversion unit 322. The coordinate conversion unit 322 includes a filter 341 and a vector component calculation unit 342. The filter 341 and the vector component calculation unit 342 are the same as the filter 11 and the vector component calculation unit 12 in FIG. However, in the coordinate transformation unit 322, the signal i Lr is handled as the target single-phase signal vs, the signals i Ld and i Lq are handled as the signals v p and v q (see also FIG. 1), and the phase θ The phase θ est is used.

本実施形態において、ωは、交流電力源301側にて定められた公称周波数であり、例えば60×2π又は50×2πである。信号iLrの周波数成分には、交流電力源301の出力交流電圧の周波数ωと一致する基本波成分と、該基本波成分に対する高調波成分と、が含まれる。従って、信号iLrに基づく信号iLd及びiLqの夫々にも、基本波成分と高調波成分が含まれる。LPF(ローパスフィルタ)323及び324は、夫々、信号iLd及びiLqに含まれる高調波成分を低減させるローパスフィルタ処理を実行する。ローパスフィルタ処理後の信号iLd及びiLqを、夫々iLd’及びiLq’にて表す。 In the present embodiment, ω n is a nominal frequency determined on the AC power source 301 side, and is, for example, 60 × 2π or 50 × 2π. The frequency component of the signal i Lr includes a fundamental wave component that matches the frequency ω n of the output AC voltage of the AC power source 301 and a harmonic component corresponding to the fundamental wave component. Therefore, each of the signals i Ld and i Lq based on the signal i Lr includes a fundamental wave component and a harmonic component. LPFs (low-pass filters) 323 and 324 execute low-pass filter processing for reducing harmonic components contained in the signals i Ld and i Lq , respectively. The signals i Ld and i Lq after the low-pass filter processing are represented by i Ld ′ and i Lq ′, respectively.

単相アクティブフィルタ302によって高調波による電流歪みを適切に除去するためには、直流電圧値vdcを所望の電圧値に保つ(例えば一定電圧に保つ)制御が必要である。直流電圧制御部312は、比例積分制御などを利用して、該所望の電圧値を表す電圧指令値vdc と直流電圧値vdcとの差をゼロにするための、信号iLd’に対する補正量ΔiLdを生成する。座標変換部325は、信号(iLd’+ΔiLd)及びiLq’を直交2成分として持つ回転座標系上のベクトル信号を、推定ユニット321からの位相θestに基づいて、信号iLrと同期した単相信号iLr1に変換する。信号iLr1は、信号iLrに含まれる基本波成分に相当する。減算部326は、信号iLr1から信号iLrを減算することにより、電流iCrの目標値に相当する電流指令値iCr (=iLr1−iLr)を生成する。iCr は、信号iLrに含まれる高調波成分(歪み成分)に相当する。電流制御部313は、比例積分制御などを利用しつつ、電流検出センサ(不図示)によって検出された電流値iCrが電流指令値iCr と一致するように、PWM回路314を介して単相インバータ315を制御する。 In order to appropriately remove current distortion due to harmonics by the single-phase active filter 302, it is necessary to control the DC voltage value v dc to be a desired voltage value (for example, to maintain a constant voltage). The direct-current voltage control unit 312 uses proportional integral control or the like for the signal i Ld ′ to make the difference between the voltage command value v dc * representing the desired voltage value and the direct-current voltage value v dc zero. A correction amount Δi Ld is generated. The coordinate conversion unit 325 synchronizes the vector signal on the rotating coordinate system having the signal (i Ld ′ + Δi Ld ) and i Lq ′ as orthogonal two components with the signal i Lr based on the phase θ est from the estimation unit 321. Converted to the single-phase signal i Lr1 . The signal i Lr1 corresponds to a fundamental wave component included in the signal i Lr . Subtraction unit 326 subtracts the signal i Lr from the signal i Lr1, to generate a current command value i Cr * corresponds to the target value of the current i Cr (= i Lr1 -i Lr ). iCr * corresponds to a harmonic component (distortion component) included in the signal iLr . The current control unit 313 performs simple integration via the PWM circuit 314 so that the current value iCr detected by a current detection sensor (not shown) matches the current command value iCr * while using proportional-integral control or the like. The phase inverter 315 is controlled.

尚、図23の例では、固定座標系上における交流電流に対して電流制御を行っているが、それ以外の様々な電流制御を行うことも可能である。例えば、回転座標系上において電流制御を成すようにしても構わない。   In the example of FIG. 23, the current control is performed on the alternating current on the fixed coordinate system, but various other current controls can be performed. For example, the current control may be performed on the rotating coordinate system.

<<第5実施形態>>
本発明の第5実施形態を説明する。図25は、第5実施形態に係るモータ駆動システムの構成ブロック図である。図25のモータ駆動システムには、永久磁石を備えた回転子(不図示)及びU相、V相及びW相の電機子巻線を備えた固定子(不図示)を有する三相永久磁石同期モータ401(以下、モータ401と略記する)と、直流電圧にパルス幅変調を施すことにより得た三相交流電圧をモータ401に供給することによってモータ401を駆動するインバータ402と、インバータ402の制御を介してモータ401の回転を制御するモータ制御装置403と、電流検出センサ404と、が設けられている。モータ制御装置403には、符号411〜414によって参照される各部位が設けられている。
<< Fifth Embodiment >>
A fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 25 is a configuration block diagram of a motor drive system according to the fifth embodiment. The motor drive system of FIG. 25 includes a three-phase permanent magnet synchronization having a rotor (not shown) with permanent magnets and a stator (not shown) with U-phase, V-phase and W-phase armature windings. Motor 401 (hereinafter abbreviated as motor 401), inverter 402 that drives motor 401 by supplying three-phase AC voltage obtained by applying pulse width modulation to the DC voltage, and control of inverter 402 A motor control device 403 that controls the rotation of the motor 401 via a current detection sensor 404 is provided. The motor control device 403 is provided with respective parts referred to by reference numerals 411 to 414.

インバータ402によってモータ401に供給される三相交流電圧は、U相、V相及びW相の電機子巻線への印加電圧を表すU相、V相及びW相電圧から成る。U相、V相及びW相電圧の合成電圧である、モータ401への、全体の印加電圧をモータ電圧と呼ぶ。モータ電圧の印加によってインバータ402からモータ401へ供給される電流のU相成分、V相成分及びW相成分、即ちU相、V相及びW相の電機子巻線に流れる電流を、夫々、U相、V相及びW相電流と呼ぶ。U相、V相及びW相電流の合成電流である、モータ401への、全体の供給電流をモータ電流と呼ぶ。   The three-phase AC voltage supplied to the motor 401 by the inverter 402 is composed of U-phase, V-phase, and W-phase voltages representing voltages applied to the U-phase, V-phase, and W-phase armature windings. The total applied voltage to the motor 401, which is a combined voltage of the U-phase, V-phase, and W-phase voltages, is referred to as a motor voltage. The U-phase component, the V-phase component and the W-phase component of the current supplied from the inverter 402 to the motor 401 by the application of the motor voltage, that is, the currents flowing through the U-phase, V-phase and W-phase armature windings, respectively, Called phase, V phase and W phase currents. The total supply current to the motor 401, which is a combined current of the U-phase, V-phase, and W-phase currents, is referred to as a motor current.

電流検出センサ404は、U相、V相及びW相電流の内、1相分の電流の電流値を検出する。図25の例では、電流検出センサ404によりW相電流値iが検出されているが、代わりに、U相又はV相電流値が検出されても構わない。 The current detection sensor 404 detects the current value of the current for one phase among the U-phase, V-phase, and W-phase currents. In the example of FIG. 25, the W-phase current value iw is detected by the current detection sensor 404, but a U-phase or V-phase current value may be detected instead.

座標変換部411は、位置/速度推定部412にて推定された位相θestに基づきW相電流値iを回転座標系上のベクトル信号の直交2成分i及びiに変換する。ここで得られるi及びiは、夫々、モータ電流のd軸成分及びq軸成分に相当するd軸電流及びq軸電流である。モータ401の永久磁石が作る磁束の回転速度と同じ速度で回転する回転座標系において、永久磁石が作る磁束の向きに沿った軸がd軸であり、d軸から電気角で90度だけ位相が進んだ軸がq軸である。 Coordinate conversion unit 411 converts the W-phase current value i w on the basis of the estimated phase theta est at a position / speed estimator 412 in two orthogonal components i d and i q of the vector signal on the rotating coordinate system. The i d and i q obtained here are a d-axis current and a q-axis current corresponding to the d-axis component and the q-axis component of the motor current, respectively. In a rotating coordinate system that rotates at the same speed as the rotational speed of the magnetic flux generated by the permanent magnet of the motor 401, the axis along the direction of the magnetic flux generated by the permanent magnet is the d-axis, and the phase is 90 degrees in electrical angle from the d-axis. The advanced axis is the q axis.

図26に、座標変換部411の内部ブロック図の例を示す。座標変換部411は、フィルタ441及びベクトル成分算出部442を有する。フィルタ441及びベクトル成分算出部442は、図1のフィルタ11及びベクトル成分算出部12と同じものである。但し、座標変換部411では、信号iが対象単相信号vsとして取り扱われると共に信号i及びiが夫々信号v及びvとして取り扱われ(図1も参照)、且つ、位相θとして位相θestが用いられる。また、フィルタ441では、位置/速度推定部412にて推定されたωest又は電圧演算部413に与えられるωがωとして用いられる。 FIG. 26 shows an example of an internal block diagram of the coordinate conversion unit 411. The coordinate conversion unit 411 includes a filter 441 and a vector component calculation unit 442. The filter 441 and the vector component calculation unit 442 are the same as the filter 11 and the vector component calculation unit 12 in FIG. However, in the coordinate conversion unit 411, the signal i w is handled as the target single-phase signal vs, the signals i d and i q are handled as the signals v p and v q (see also FIG. 1), and the phase θ The phase θ est is used. Further, the filter 441, the position / estimated by the speed estimating section 412 omega est or given to the voltage calculation unit 413 omega * is used as the omega n.

位置/速度推定部412は、i、i、v 及びv の全部又は一部に基づいて、モータ401の回転子位置及び回転速度を推定し、推定回転子位置及び推定回転速度を夫々θest及びωestとして出力する。回転子位置及び回転速度の推定方法として、公知の任意の方法を利用可能である。推定回転子位置θestは、U相の電機子巻線固定軸から見たd軸の位相の推定値に相当し、推定回転速度ωestはd軸の回転における角周波数の推定値に相当する。 The position / speed estimation unit 412 estimates the rotor position and rotation speed of the motor 401 based on all or part of i d , i q , v d *, and v q * , and the estimated rotor position and estimated rotation. The speed is output as θ est and ω est , respectively. Any known method can be used as a method for estimating the rotor position and the rotational speed. The estimated rotor position θ est corresponds to an estimated value of the d-axis phase viewed from the U-phase armature winding fixed axis, and the estimated rotational speed ω est corresponds to an estimated value of angular frequency in the d-axis rotation. .

電圧演算部413は、位置/速度推定部412からの推定回転速度ωestと座標変換部411からの電流値i及びiとに基づき、比例積分制御などを利用して、推定回転速度ωestが所望の回転速度指定値ωと一致するように電圧指令値v 及びv を算出する。電圧指令値v 及びv は、夫々、モータ電圧のd軸成分及びq軸成分の目標値である。座標変換部414は、推定回転子位置θestに基づき、回転座標系上の電圧指令値であるv 及びv を三相の固定座標系上の電圧指令値v 、v 及びv に変換する。電圧指令値v 、v 及びv は、夫々U相、V相及びW相電圧の目標値である。インバータ402は、モータ401に実際に印加されるU相、V相及びW相電圧の電圧値が夫々v 、v 及びv と一致するように、パルス幅変調を用いてモータ401に対する三相交流電圧を生成し、生成した三相交流電圧をモータ401に印加する。 Voltage calculation unit 413, based on the current value i d and i q from the estimated rotation speed omega est and coordinate conversion unit 411 from the position / speed estimator 412 utilizes such proportional-integral control, the estimated rotation speed omega The voltage command values v d * and v q * are calculated so that est matches the desired rotation speed designated value ω * . The voltage command values v d * and v q * are target values for the d-axis component and the q-axis component of the motor voltage, respectively. Based on the estimated rotor position θ est , the coordinate conversion unit 414 converts the voltage command values v d * and v q * on the rotating coordinate system into voltage command values v u * and v v on a three-phase fixed coordinate system. Convert to * and v w * . The voltage command values v u * , v v *, and v w * are target values for the U-phase, V-phase, and W-phase voltages, respectively. The inverter 402 uses a pulse width modulation so that the voltage values of the U-phase, V-phase, and W-phase voltages that are actually applied to the motor 401 coincide with v u * , v v *, and v w * , respectively. A three-phase AC voltage for 401 is generated, and the generated three-phase AC voltage is applied to the motor 401.

このように、対象単相信号の位相等を推定する本発明の方法を用いれば、多相モータにおける1相分の電流情報から電流ベクトル(i及びiを直交2成分として有する電流ベクトル)情報を得ることができる。図25のモータ制御装置403はベクトル制御用の制御構成を有しているが、本発明の方法は他の制御構成にも適用可能である。例えば、印加しているモータ電圧のベクトルである電圧ベクトルと検出したモータ電流のベクトルである電流ベクトルとの間の位相差に基づきモータへの印加電圧の位相を調整するような制御構成にも、本発明の方法は適用可能である。 As described above, when the method of the present invention for estimating the phase of the target single-phase signal is used, the current vector (current vector having i d and i q as two orthogonal components) from the current information for one phase in the multiphase motor. Information can be obtained. Although the motor control device 403 of FIG. 25 has a control configuration for vector control, the method of the present invention can be applied to other control configurations. For example, in a control configuration that adjusts the phase of the voltage applied to the motor based on the phase difference between the voltage vector that is the vector of the applied motor voltage and the current vector that is the detected motor current vector, The method of the present invention is applicable.

[周期的な回転速度変動の推定]
図25の電圧演算部413内に、図27に示すような回転速度変動推定部450(以下、推定部450と略記することがある)を設けるようにしてもよい。推定部450は、符号451〜456によって参照される各部位を備える。モータ401の負荷状態が周期的に変動することにより、回転速度指定値ωが一定であるにも関わらずモータ401の回転速度が周期的に変動することがある。推定部450は、このような変動の位相及び振幅、即ち信号(ω−ωest)の位相及び振幅を推定することができる。
[Estimation of periodic rotational speed fluctuation]
In the voltage calculation unit 413 of FIG. 25, a rotation speed fluctuation estimation unit 450 (hereinafter sometimes abbreviated as the estimation unit 450) as shown in FIG. 27 may be provided. The estimation part 450 is provided with each site | part referred with the codes | symbols 451-456. When the load state of the motor 401 fluctuates periodically, the rotation speed of the motor 401 may fluctuate periodically even though the specified rotation speed value ω * is constant. The estimation unit 450 can estimate the phase and amplitude of such fluctuation, that is, the phase and amplitude of the signal (ω * −ω est ).

フィルタ451、ベクトル成分算出部452及び位相差算出部453は、図1のフィルタ11、ベクトル成分算出部12及び位相差算出部13と同じものである。但し、推定部450では、ω及びωest間の差を表す信号(ω−ωest)が対象単相信号vsとして取り扱われ、信号(ω−ωest)の変動の角周波数ωがフィルタ451におけるωとして取り扱われ、角周波数ωを積分することで得た位相がベクトル成分算出部452におけるθとして取り扱われる。積分部454は、角周波数ωを積分することで位相θを算出する。加算部455は、位相差算出部453及び積分部454にて算出された位相差Δθ及び位相θを足し合わせることにより、信号(ω−ωest)の位相の推定値θを求める。振幅算出部456は、ベクトル成分算出部452からのv及びvに基づき、信号(ω−ωest)の振幅の推定値Δωを求める。θ=Δθ+θ、且つ、Δω=√(v +v )、である。尚、ωの値は既知であることが多い。例えば、モータ401の負荷が洗濯機のドラムの場合、ドラムの機械的な回転速度からωの値が定まる。 The filter 451, vector component calculation unit 452, and phase difference calculation unit 453 are the same as the filter 11, vector component calculation unit 12, and phase difference calculation unit 13 of FIG. However, in the estimation unit 450, the signal (ω * −ω est ) representing the difference between ω * and ω est is handled as the target single-phase signal vs, and the angular frequency ω r of the fluctuation of the signal (ω * −ω est ). Is handled as ω n in the filter 451, and the phase obtained by integrating the angular frequency ω r is handled as θ in the vector component calculation unit 452. Integral unit 454, to calculate the phase θ by integrating the angular frequency ω r. The adder 455 adds the phase difference Δθ and the phase θ calculated by the phase difference calculator 453 and the integrator 454 to obtain the estimated value θ r of the phase of the signal (ω * −ω est ). The amplitude calculation unit 456 obtains an estimated value Δω of the amplitude of the signal (ω * −ω est ) based on v p and v q from the vector component calculation unit 452. θ r = Δθ + θ and Δω = √ (v p 2 + v q 2 ). It should be noted that the value of ω r is often known. For example, when the load of the motor 401 is a drum of a washing machine, the value of ω r is determined from the mechanical rotation speed of the drum.

位相及び振幅の推定値θ及びΔωに基づいてモータ401の負荷状態の変動に応じたトルク指令を生成することにより、該変動による振動の抑制を図ることが可能である。トルクとはモータ401のトルクを指し、トルク指令とは、モータ401のトルクの目標値を指す。 By generating a torque command according to the variation of the load state of the motor 401 based on the phase and the estimated value of the amplitude theta r and [Delta] [omega, it is possible to achieve the suppression of vibration due to the fluctuation. The torque refers to the torque of the motor 401, and the torque command refers to the target value of the torque of the motor 401.

或いは、モータ401が洗濯機用モータである場合、推定値θ及びΔωを負荷バランス状態の判断にも利用することができる。負荷バランス状態の判断には、洗濯機のドラム内に衣類が均等に分散しているのか否かの判断や、洗濯機のドラム内に衣類が均等に分散していないならば該ドラム内のどの部分に衣類が集中配置されているかの判断などが含まれる。ドラム内に衣類が均等に分散している状態におけるΔωは、ドラム内に衣類が均等に分散していない状態におけるΔωよりも小さい。従って例えば、Δωに基づき、ドラム内に衣類が均等に分散しているか否かを判断することできる。また、洗濯機のドラム内に衣類が均等に分散していないとき、θを参照することで、ドラム内のどの部分に衣類が集中配置されているのかを類推できる。この類推結果を利用して、衣類の均等配置を図るモータ制御を成すことが可能である。 Alternatively, when the motor 401 is a motor for a washing machine, it can also be utilized an estimate theta r and Δω to the determination of the load balancing state. The load balance state can be determined by determining whether the clothes are evenly distributed in the drum of the washing machine, or if the clothes are not evenly distributed in the drum of the washing machine. This includes determining whether clothing is concentrated on the part. Δω in a state where clothing is evenly dispersed in the drum is smaller than Δω in a state where clothing is not evenly dispersed in the drum. Therefore, for example, based on Δω, it can be determined whether clothing is evenly distributed in the drum. Further, when clothing is not evenly distributed in the drum of the washing machine, it is possible to infer which part of the drum the clothing is concentrated by referring to θ r . Using this analogy result, it is possible to perform motor control for uniform clothing distribution.

また、回転速度の変動における位相及び振幅の推定方法を、トルクの変動に対しても適用することができる。この場合、公知のトルク計算式に基づいて推定したトルク又はq軸電流値iをバンドパスフィルタに通すことにより、トルクの変動成分のみを抽出する。そして、抽出した変動成分の信号を信号(ω−ωest)の代わりに図27の推定部450に入力すればよい。そうすると、信号(ω−ωest)を推定部450に入力したときと同様に、トルクの変動における位相及び振幅を推定することができる。トルクに関する、これらの推定結果を基に、負荷バランス状態の判断を行うこともできる。 In addition, the method for estimating the phase and amplitude in the fluctuation of the rotation speed can be applied to the fluctuation of the torque. In this case, by passing the torque or q-axis current value i q was estimated based on the known torque equation to the band-pass filter extracts only the fluctuation component of the torque. Then, the extracted fluctuation component signal may be input to the estimation unit 450 in FIG. 27 instead of the signal (ω * −ω est ). Then, as in the case where the signal (ω * −ω est ) is input to the estimation unit 450, the phase and amplitude in the torque variation can be estimated. The load balance state can also be determined based on these estimation results regarding torque.

<<第6実施形態>>
本発明の第6実施形態を説明する。図28は、第6実施形態に係るアクチュエータシステムの構成ブロック図である。図28のアクチュエータシステムには、リニア振動アクチュエータ(Linear Oscillatory Actuator)であるアクチュエータ501と、直流電圧にパルス幅変調を施すことにより得た単相の交流電圧をアクチュエータ501に供給することによってアクチュエータ501を駆動するインバータ502と、インバータ502の制御を介してアクチュエータ501の振動状態を制御するアクチュエータ制御装置503と、電流検出センサ504と、が設けられている。アクチュエータ制御装置503には、推定ユニット511及び単相電圧指令部512が設けられている。アクチュエータ501は、固定子と、固定子の位置を基準として振動する可動子が設けられている。例えば、アクチュエータ501の固定子にインバータ502からの電流を流すための電機子巻線を設け、アクチュエータ501の可動子に永久磁石を設けることができる。
<< Sixth Embodiment >>
A sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 28 is a configuration block diagram of an actuator system according to the sixth embodiment. The actuator system shown in FIG. 28 includes an actuator 501 that is a linear vibration actuator and a single-phase AC voltage obtained by applying pulse width modulation to a DC voltage. An inverter 502 to be driven, an actuator control device 503 for controlling the vibration state of the actuator 501 through the control of the inverter 502, and a current detection sensor 504 are provided. The actuator control device 503 is provided with an estimation unit 511 and a single-phase voltage command unit 512. The actuator 501 is provided with a stator and a mover that vibrates with reference to the position of the stator. For example, an armature winding for flowing a current from the inverter 502 can be provided in the stator of the actuator 501, and a permanent magnet can be provided in the mover of the actuator 501.

電流検出センサ504は、単相の交流電圧をアクチュエータ501に印加することによってインバータ502からアクチュエータ501に供給される電流の電流値を検出し、検出した電流値を信号値として有する信号iを出力する。 Current sensor 504 detects a current value of the current supplied from the inverter 502 to the actuator 501 by applying an AC voltage of a single phase to the actuator 501, the output signal i s with the detected current value as the signal value To do.

図29に、推定ユニット511の内部ブロック図の例を示す。推定ユニット511は、図1のフィルタ11、ベクトル成分算出部12及び位相差算出部13と同じ機能を有するフィルタ521、ベクトル成分算出部522及び位相差算出部523を備える。但し、推定ユニット511では、アクチュエータ501の可動子における振動の角周波数がωとして取り扱われ、単相電圧指令部512からのθestがベクトル成分算出部522におけるθとして利用される。そうすると、可動子の永久磁石で誘起される誘起電圧ベクトルの向きと同相の電流信号成分が、ベクトル成分算出部522から信号vとして出力されることとなる。 FIG. 29 shows an example of an internal block diagram of the estimation unit 511. The estimation unit 511 includes a filter 521, a vector component calculation unit 522, and a phase difference calculation unit 523 having the same functions as the filter 11, the vector component calculation unit 12, and the phase difference calculation unit 13 in FIG. However, in the estimation unit 511, the angular frequency of vibration in the mover of the actuator 501 is handled as ω n , and θ est from the single-phase voltage command unit 512 is used as θ in the vector component calculation unit 522. Then, the current signal component of the orientation and phase of the induced voltage vectors induced by the permanent magnet of the mover, and outputted as the signal v q from the vector component calculation unit 522.

単相電圧指令部512は、位相差算出部523にて算出される位相差Δθに基づき、単相電圧指令値vLOA 及び位相θestを算出する。位相差Δθに基づく位相θestの算出方法として、上述した他の実施形態の方法を利用可能である。インバータ502は、アクチュエータ501の電機子巻線に印加される電圧の電圧値が電圧指令値vLOA と一致するようにパルス幅変調を用いて単相の交流電圧を生成し、生成した交流電圧をアクチュエータ501に供給する。 The single-phase voltage command unit 512 calculates a single-phase voltage command value v LOA * and a phase θ est based on the phase difference Δθ calculated by the phase difference calculation unit 523. As a method for calculating the phase θ est based on the phase difference Δθ, the methods of the other embodiments described above can be used. The inverter 502 generates a single-phase AC voltage using pulse width modulation so that the voltage value of the voltage applied to the armature winding of the actuator 501 matches the voltage command value v LOA *, and the generated AC voltage Is supplied to the actuator 501.

リニア振動アクチュエータであるアクチュエータ501では、共振を利用した運転が行われる。アクチュエータ501の電機子巻線のインダクタンスによる誘起電圧が、アクチュエータ501の永久磁石による誘起電圧(逆起電力)に比べて無視できる程度に小さいとすると、共振時には、インバータ502からアクチュエータ501に印加される電圧のベクトルの位相と、インバータ502からアクチュエータ501に供給される電流のベクトルの位相は一致する。従って、ΔθがゼロになるようにvLOA の周波数を調整することで共振運転が行える。即ち、単相電圧指令部512において、比例積分制御などを利用しつつ推定ユニット511からのΔθがゼロに収束するようにvLOA の周波数を調整すればよい。上記インダクタンスによる誘起電圧が無視できない場合には、インバータ502からアクチュエータ501に印加される電圧のベクトルの位相と、インバータ502からアクチュエータ501に供給される電流のベクトルの位相との差を考慮して、Δθが所定値となるようにvLOA の周波数を調整すればよい。 In the actuator 501 which is a linear vibration actuator, an operation using resonance is performed. Assuming that the induced voltage due to the inductance of the armature winding of the actuator 501 is negligibly small compared to the induced voltage (back electromotive force) due to the permanent magnet of the actuator 501, it is applied from the inverter 502 to the actuator 501 at the time of resonance. The phase of the voltage vector coincides with the phase of the vector of the current supplied from the inverter 502 to the actuator 501. Therefore, the resonance operation can be performed by adjusting the frequency of v LOA * so that Δθ becomes zero. That is, the single-phase voltage command unit 512 may adjust the frequency of v LOA * so that Δθ from the estimation unit 511 converges to zero while using proportional-integral control or the like. When the induced voltage due to the inductance is not negligible, considering the difference between the phase of the voltage vector applied from the inverter 502 to the actuator 501 and the phase of the current vector supplied from the inverter 502 to the actuator 501, The frequency of v LOA * may be adjusted so that Δθ becomes a predetermined value.

上述の各実施形態では、対象単相信号との位相差がπ/2未満のフィルタ信号(位相遅れ信号又は位相進み信号)を生成し、対象単相信号及びフィルタ信号から或いは位相遅れ信号及び位相進み信号から、対象単相信号の位相情報等の導出元となるπ/2位相差信号(vβ)や回転座標系上のベクトル信号の成分を求める。対象単相信号との位相差がπ/2未満のフィルタ信号は、低次のフィルタによって生成可能であるため、演算負荷が小さくて済む。また、上記位相差が幾らであっても精度良くπ/2位相差信号等を生成することができる。また、上記の第4従来方法のように擬似三相信号を生成する必要もない。 In each of the embodiments described above, a filter signal (phase lag signal or phase advance signal) having a phase difference of less than π / 2 with respect to the target single phase signal is generated, and from the target single phase signal and filter signal or from the phase lag signal and phase. From the advance signal, a π / 2 phase difference signal (v β ), which is a derivation source of phase information of the target single-phase signal, and a vector signal component on the rotating coordinate system are obtained. Since a filter signal having a phase difference from the target single-phase signal of less than π / 2 can be generated by a low-order filter, the calculation load is small. In addition, a π / 2 phase difference signal or the like can be generated with high accuracy regardless of the phase difference. Further, it is not necessary to generate a pseudo three-phase signal as in the fourth conventional method.

また、π/2位相差信号(vβ)の生成を介することなく回転座標系上のベクトル信号を生成するようにすれば(即ち例えば、上記式(A−6)及び(A−7)ではなく、上記式(A−8)又は(A−9)によってv及びvを算出するようにすれば)、回転座標系への変換に要する演算負荷が小さくて済む。 Further, if the vector signal on the rotating coordinate system is generated without the generation of the π / 2 phase difference signal (v β ) (that is, in the above formulas (A-6) and (A-7), for example) If v p and v q are calculated by the above formula (A-8) or (A-9), the calculation load required for conversion to the rotating coordinate system can be reduced.

対象単相信号とフィルタ信号との位相差をπ/4に設定することにより、演算負荷は更に小さくなる。例えば上記式(A−6)と式(A−11)との比較から分かるように、位相差θがπ/4と異なる場合には、π/2位相差信号vβを生成するために対象単相信号vとフィルタ信号vの夫々に異なるゲインを乗じる必要があるが、位相差θがπ/4である場合には、対象単相信号vとフィルタ信号vの差をとるだけでπ/2位相差信号vβを生成することができるからである。 By setting the phase difference between the target single-phase signal and the filter signal to π / 4, the calculation load is further reduced. For example, as can be seen from the comparison between the above formula (A-6) and formula (A-11), in order to generate the π / 2 phase difference signal v β when the phase difference θ 1 is different from π / 4. Although it is necessary to multiply the target single-phase signal v 1 and the filter signal v 2 by different gains, if the phase difference θ 1 is π / 4, the difference between the target single-phase signal v 1 and the filter signal v 2 This is because the π / 2 phase difference signal v β can be generated simply by taking.

本発明に係る位相状態等の推定技術を系統連系システムや単相アクティブフィルタ等に適用すれば、それらのシステムの制御系における演算負荷の低減が期待される。   If the estimation technique for the phase state and the like according to the present invention is applied to a grid interconnection system, a single-phase active filter, or the like, it is expected to reduce a calculation load in a control system of those systems.

<<変形等>>
本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。以上の実施形態は、あくまでも、本発明の実施形態の例であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以上の実施形態に記載されたものに制限されるものではない。上述の説明文中に示した具体的な数値は、単なる例示であって、当然の如く、それらを様々な数値に変更することができる。上述の実施形態に適用可能な注釈事項として、以下に、注釈1〜注釈3を記す。各注釈に記載した内容は、矛盾なき限り、任意に組み合わせることが可能である。
<< Deformation, etc. >>
The embodiment of the present invention can be appropriately modified in various ways within the scope of the technical idea shown in the claims. The above embodiment is merely an example of the embodiment of the present invention, and the meaning of the term of the present invention or each constituent element is not limited to that described in the above embodiment. The specific numerical values shown in the above description are merely examples, and as a matter of course, they can be changed to various numerical values. As annotations applicable to the above-described embodiment, notes 1 to 3 are described below. The contents described in each comment can be arbitrarily combined as long as there is no contradiction.

[注釈1]
各実施形態において、導出されるべき全ての値(v、v等)の導出方法は任意である。即ち例えば、それらを、演算によって導出するようにしてもよいし、予め設定しておいたテーブルデータから導出するようにしてもよい。
[Note 1]
In each embodiment, a method for deriving all values (v 2 , v p, etc.) to be derived is arbitrary. That is, for example, they may be derived by calculation, or may be derived from preset table data.

[注釈2]
各実施形態における演算動作を行う任意の部位を、ソフトウェアによって、或いは、ハードウェアによって、或いは、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせによって形成することができる。
[Note 2]
Arbitrary portions for performing the arithmetic operation in each embodiment can be formed by software, hardware, or a combination of software and hardware.

[注釈3]
本明細書及び図面において下記の点に留意すべきである。上記の数と表記した墨付きかっこ内の式(式(A−1b)等)の記述又は図面において、所謂下付き文字として表現されているギリシャ文字(α、βを含む)は、それらの墨付きかっこ外において、下付き文字でない標準文字として表記されうる。このようなギリシャ文字における下付き文字と標準文字との相違は、電子出願用ソフトウェアが実行したフォント変換によって生じたものであり、本明細書を読むに当たり、その相違は適宜無視されるべきである。
[Note 3]
The following points should be noted in this specification and the drawings. The Greek letters (including α and β) expressed as so-called subscripts in the description or drawing of the formula (formula (A-1b) etc.) in the black brackets expressed as the above numbers are those black marks. Outside of the parentheses, it can be written as a standard character that is not a subscript. Such differences between subscripts and standard characters in Greek letters are caused by font conversion performed by the electronic application software, and should be ignored as appropriate when reading this specification. .

Figure 2012050215
Figure 2012050215

1、31 位相差推定ユニット
2、32 位相推定ユニット
3、33 位相/周波数/振幅推定ユニット
4、34 位相/周波数推定ユニット
11 フィルタ
12 ベクトル成分算出部
13 位相差算出部
41、41 フィルタ
42 ベクトル成分算出部
43 位相差算出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 31 Phase difference estimation unit 2, 32 Phase estimation unit 3, 33 Phase / frequency / amplitude estimation unit 4, 34 Phase / frequency estimation unit 11 Filter 12 Vector component calculation part 13 Phase difference calculation part 41 A , 41 B filter 42 Vector component calculator 43 Phase difference calculator

Claims (9)

交流の対象単相信号から、前記対象単相信号との位相差がπ/2よりも小さな信号又は該信号の反転信号をフィルタ信号として生成するフィルタ部と、
前記対象単相信号及び前記フィルタ信号を用いて導出対象を導出する信号導出部と、を備え、
前記導出対象は、前記対象単相信号との位相差がπ/2であるπ/2位相差信号、又は、前記対象単相信号の周波数と同期した回転座標系上におけるベクトル信号の成分を含む
ことを特徴とする単相信号入力装置。
A filter unit that generates, as a filter signal, a signal whose phase difference from the target single-phase signal of AC is smaller than π / 2 or an inverted signal of the signal, from the target single-phase signal;
A signal derivation unit for deriving a derivation target using the target single-phase signal and the filter signal,
The derivation target includes a π / 2 phase difference signal having a phase difference of π / 2 with respect to the target single phase signal, or a vector signal component on a rotating coordinate system synchronized with the frequency of the target single phase signal. A single-phase signal input device.
前記信号導出部は、前記対象単相信号及び前記フィルタ信号間の位相差を用いた三角関数と、前記対象単相信号及び前記フィルタ信号間の振幅比とに基づき、前記導出対象を導出する
ことを特徴とする請求項1に記載の単相信号入力装置。
The signal derivation unit derives the derivation target based on a trigonometric function using a phase difference between the target single-phase signal and the filter signal and an amplitude ratio between the target single-phase signal and the filter signal. The single-phase signal input device according to claim 1.
交流の対象単相信号から、前記対象単相信号よりも位相が遅れた位相遅れ信号及び前記対象単相信号よりも位相が進んだ位相進み信号を生成するフィルタ部と、
前記位相遅れ信号及び前記位相進み信号を用いて導出対象を導出する信号導出部と、を備え、
前記導出対象は、前記対象単相信号との位相差がπ/2であるπ/2位相差信号、又は、前記対象単相信号の周波数と同期した回転座標系上におけるベクトル信号の成分を含む
ことを特徴とする単相信号入力装置。
A filter unit that generates a phase lag signal that is delayed in phase from the target single phase signal and a phase advance signal that is advanced in phase from the target single phase signal, from an alternating target single phase signal;
A signal derivation unit for deriving a derivation target using the phase lag signal and the phase advance signal, and
The derivation target includes a π / 2 phase difference signal having a phase difference of π / 2 with respect to the target single phase signal, or a vector signal component on a rotating coordinate system synchronized with the frequency of the target single phase signal. A single-phase signal input device.
前記信号導出部は、前記対象単相信号と前記位相遅れ信号又は前記位相進み信号との間の位相差を用いた三角関数に基づき、前記導出対象を導出する
ことを特徴とする請求項3に記載の単相信号入力装置。
The signal derivation unit derives the derivation target based on a trigonometric function using a phase difference between the target single phase signal and the phase lag signal or the phase advance signal. Single-phase signal input device as described.
前記信号導出部の導出結果を用いて前記対象単相信号の位相情報を推定する単相信号情報推定部を更に備えた
ことを特徴とする請求項1〜請求項4の何れかに記載の単相信号入力装置。
The single-phase signal information estimation part which estimates the phase information of the said object single phase signal using the derivation | leading-out result of the said signal derivation | leading-out part was further provided, The single in any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. Phase signal input device.
前記単相信号情報推定部は、前記信号導出部の導出結果を用いて、前記対象単相信号の周波数及び振幅の内、少なくとも1つを更に推定する
ことを特徴とする請求項5に記載の単相信号入力装置。
The said single phase signal information estimation part further estimates at least 1 among the frequency and amplitude of the said object single phase signal using the derivation | leading-out result of the said signal derivation | leading-out part, The Claim 6 characterized by the above-mentioned. Single-phase signal input device.
交流の対象単相信号から、前記対象単相信号との位相差がπ/4である信号又は該信号の反転信号をフィルタ信号として生成するフィルタ部と、
前記対象単相信号及び前記フィルタ信号を用いて前記対象単相信号の位相情報を推定する単相信号情報推定部と、を備えた
ことを特徴とする単相信号入力装置。
A filter unit that generates, as a filter signal, a signal having a phase difference of π / 4 from the target single-phase signal of AC or an inverted signal of the signal;
A single-phase signal input device, comprising: a single-phase signal information estimation unit that estimates phase information of the target single-phase signal using the target single-phase signal and the filter signal.
前記単相信号情報推定部は、推定した前記位相情報を用いて、前記対象単相信号の周波数をも更に推定する
ことを特徴とする請求項7に記載の単相信号入力装置。
The single-phase signal input device according to claim 7, wherein the single-phase signal information estimation unit further estimates a frequency of the target single-phase signal using the estimated phase information.
電力系統に接続される電力変換回路と、
前記電力変換回路を制御する制御回路と、を備えた系統連系装置において、
前記制御回路は、前記電力系統及び前記電力変換回路間における交流の単相信号を対象単相信号として受ける請求項1〜請求項8の何れかに記載の単相信号入力装置と、前記単相信号入力装置を用いて前記電力変換部の単独運転状態を検出する単独運転検出部と、を有する
ことを特徴とする系統連系装置。
A power conversion circuit connected to the power system;
In a grid interconnection device comprising a control circuit for controlling the power conversion circuit,
The single-phase signal input device according to any one of claims 1 to 8, wherein the control circuit receives an alternating single-phase signal between the power system and the power conversion circuit as a target single-phase signal, and the single-phase signal. An independent operation detection unit that detects an isolated operation state of the power conversion unit using a signal input device.
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