JP2013083566A - Unbalance rate detection device and unbalance rate detection method - Google Patents

Unbalance rate detection device and unbalance rate detection method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an unbalance rate detection device for detecting unbalance rate with simple operation processing.SOLUTION: The unbalance rate detection device 1 for detecting three phase AC unbalance rate is provided with: a three phase/two phase conversion part 21 for converting detected three phase voltage signals into an α axis voltage signal and a βaxis voltage signal; a positive-phase-sequence component extraction part 22 for extracting a signal of positive-phase-sequence component of the α axis voltage signal and βaxis voltage signal; a negative-phase-sequence component extraction part 23 for extracting a signal of a negative-phase-sequence component; and an unbalance rate calculation part 24 for calculating the unbalance rate from the extracted signal of positive-phase-sequence component and signal of negative-phase-sequence component. The positive-phase-sequence component extraction part 22 and negative-phase-sequence component extraction part 23 use complex coefficient filter to extract respective signals. Signals of positive-phase-sequence component and signals of negative-phase-sequence component are easily extracted respectively, and the unbalance rate is easily calculated, so that unbalance rate is detectable with simple operation processing.

Description

本発明は、三相交流の不平衡率を検出する不平衡率検出装置、および不平衡率検出方法に関する。   The present invention relates to an unbalance rate detection device and an unbalance rate detection method for detecting an unbalance rate of a three-phase alternating current.

従来、三相交流の不平衡率を検出する不平衡率検出装置が開発されている。   Conventionally, an unbalance rate detection device for detecting an unbalance rate of a three-phase alternating current has been developed.

図10は、従来の一般的な不平衡率検出装置を説明するためのブロック図である。   FIG. 10 is a block diagram for explaining a conventional general unbalance rate detection apparatus.

不平衡率検出装置100は、三相電力系統の三相交流電圧の不平衡率を検出するものである。なお、以下では三相電力系統の3つの相をそれぞれU相、V相およびW相とする。電圧センサ400は、三相電力系統の各線間電圧を検出するものであり、V相に対するU相の線間電圧を検出した線間電圧信号Vuv、W相に対するV相の線間電圧を検出した線間電圧信号Vvw、U相に対するW相の線間電圧を検出した線間電圧信号Vwuを不平衡率検出装置100に出力する。不平衡率検出装置100は、電圧センサ400より入力される線間電圧信号Vuv,Vvw,Vwuに基づいて不平衡率を検出する。   The unbalance rate detection apparatus 100 detects the unbalance rate of the three-phase AC voltage of the three-phase power system. Hereinafter, the three phases of the three-phase power system are referred to as a U phase, a V phase, and a W phase, respectively. The voltage sensor 400 detects each line voltage of the three-phase power system, and detects the line voltage signal Vuv that detects the line voltage of the U phase with respect to the V phase and the line voltage of the V phase with respect to the W phase. The line voltage signal Vvw and the line voltage signal Vwu, in which the W-phase line voltage relative to the U-phase is detected, are output to the unbalance rate detection apparatus 100. The unbalance rate detection apparatus 100 detects the unbalance rate based on the line voltage signals Vuv, Vvw, Vwu input from the voltage sensor 400.

不平衡率検出装置100は、演算部200および表示部300を備えている。演算部200は、不平衡率を演算するものであり、例えばマイクロコンピュータなどによって実現されている。演算部200は、演算結果である不平衡率kを表示部300に出力する。表示部300は、演算結果を表示するものであり、モニタなどの表示手段によって実現されている。表示部300は、演算部200より入力された不平衡率kを表示する。演算部200は、基準電圧算出部201、正相電圧算出部202、逆相電圧算出部203、および不平衡率算出部204を備えている。   The unbalance rate detection apparatus 100 includes a calculation unit 200 and a display unit 300. The calculation unit 200 calculates an unbalance rate, and is realized by, for example, a microcomputer. The calculation unit 200 outputs the unbalance rate k as a calculation result to the display unit 300. The display unit 300 displays the calculation result, and is realized by display means such as a monitor. The display unit 300 displays the unbalance rate k input from the calculation unit 200. The calculation unit 200 includes a reference voltage calculation unit 201, a normal phase voltage calculation unit 202, a negative phase voltage calculation unit 203, and an unbalance rate calculation unit 204.

基準電圧算出部201は、電圧センサ400より入力される線間電圧信号Vuv,Vvw,Vwuから、下記(1)式により、基準電圧Vsを算出するものである。基準電圧算出部201は、算出した基準電圧Vsを正相電圧算出部202および逆相電圧算出部203に出力する。

Vs = (Vuv+Vvw+Vwu)/2 ・・・・・(1)
The reference voltage calculation unit 201 calculates the reference voltage Vs from the line voltage signals Vuv, Vvw, Vwu input from the voltage sensor 400 according to the following equation (1). The reference voltage calculation unit 201 outputs the calculated reference voltage Vs to the normal phase voltage calculation unit 202 and the reverse phase voltage calculation unit 203.

Vs = (Vuv + Vvw + Vwu) / 2 (1)

正相電圧算出部202は、線間電圧信号Vuv,Vvw,Vwuと、基準電圧算出部201より入力される基準電圧Vsとから、下記(2)式により、正相電圧Vpを算出するものである。正相電圧算出部202は、算出した正相電圧Vpを不平衡率算出部204に出力する。

Figure 2013083566
The positive phase voltage calculation unit 202 calculates the positive phase voltage Vp from the line voltage signals Vuv, Vvw, Vwu and the reference voltage Vs input from the reference voltage calculation unit 201 by the following equation (2). is there. The positive phase voltage calculation unit 202 outputs the calculated positive phase voltage Vp to the unbalance rate calculation unit 204.
Figure 2013083566

逆相電圧算出部203は、線間電圧信号Vuv,Vvw,Vwuと、基準電圧算出部201より入力される基準電圧Vsとから、下記(3)式により、逆相電圧Vnを算出するものである。逆相電圧算出部203は、算出した逆相電圧Vnを不平衡率算出部204に出力する。

Figure 2013083566
The negative phase voltage calculation unit 203 calculates the negative phase voltage Vn from the line voltage signals Vuv, Vvw, Vwu and the reference voltage Vs input from the reference voltage calculation unit 201 by the following equation (3). is there. The negative phase voltage calculation unit 203 outputs the calculated negative phase voltage Vn to the unbalance rate calculation unit 204.
Figure 2013083566

不平衡率算出部204は、正相電圧算出部202より入力される正相電圧Vpと逆相電圧算出部203より入力される逆相電圧Vnとから、下記(4)式により、不平衡率kを算出するものである。不平衡率算出部204は、算出した不平衡率kを表示部3に出力する。

k = (Vn/Vp)×100 [%] ・・・・・(4)
The unbalance rate calculation unit 204 calculates the unbalance rate from the normal phase voltage Vp input from the normal phase voltage calculation unit 202 and the negative phase voltage Vn input from the negative phase voltage calculation unit 203 according to the following equation (4). k is calculated. The unbalance rate calculation unit 204 outputs the calculated unbalance rate k to the display unit 3.

k = (Vn / Vp) × 100 [%] (4)

特開平10−232254号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-232254

しかしながら、不平衡率検出装置100の場合、演算部200で行われる演算処理が複雑になるという問題があった。   However, in the case of the unbalance rate detection apparatus 100, there is a problem that the arithmetic processing performed by the arithmetic unit 200 is complicated.

本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、より簡単な演算処理で不平衡率を検出することができる不平衡率検出装置を提供することをその目的としている。   The present invention has been conceived under the circumstances described above, and an object of the present invention is to provide an unbalance rate detection device capable of detecting an unbalance rate with simpler arithmetic processing.

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。   In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical means.

本発明の第1の側面によって提供される不平衡率検出装置は、三相交流に基づく3つの信号を第1の信号および第2の信号に変換する三相二相変換手段と、前記第1の信号に含まれる正相分の信号である第1の正相分信号と、前記第2の信号に含まれる正相分の信号である第2の正相分信号とを、それぞれ抽出する正相分抽出手段と、前記第1の信号に含まれる逆相分の信号である第1の逆相分信号と、前記第2の信号に含まれる逆相分の信号である第2の逆相分信号とを、それぞれ抽出する逆相分抽出手段と、前記正相分抽出手段によって抽出された前記第1の正相分信号および前記第2の正相分信号と、前記逆相分抽出手段によって抽出された前記第1の逆相分信号および前記第2の逆相分信号とから、不平衡率を算出する不平衡率算出手段とを備えており、前記正相分抽出手段および前記逆相分抽出手段は、それぞれ複素係数フィルタを用いて各信号を抽出することを特徴とする。なお、「正相分の信号」とは、三相交流の基本波と周波数が同じで相順が同じ信号であり、「逆相分の信号」とは、三相交流の基本波と周波数が同じで相順が逆の信号である。   The unbalance rate detection apparatus provided by the first aspect of the present invention includes three-phase two-phase conversion means for converting three signals based on a three-phase alternating current into a first signal and a second signal, and the first A positive phase signal that is a positive phase signal included in the first signal and a second positive phase signal that is a positive phase signal included in the second signal are respectively extracted. Phase extraction means, a first negative phase signal that is a negative phase signal included in the first signal, and a second negative phase that is a negative phase signal included in the second signal A negative phase component extracting means for extracting the respective partial signals, the first positive phase signal and the second positive phase signal extracted by the positive phase component extracting means, and the negative phase component extracting means. An unbalance rate calculation for calculating an unbalance rate from the first antiphase component signal and the second antiphase component signal extracted by And a stage, the positive phase component extracting means and said reverse-phase extraction means, characterized by each extracting each signal using the complex coefficient filter. Note that the “positive phase signal” is a signal having the same frequency and the same phase order as the three-phase AC fundamental wave, and the “negative phase signal” is a three-phase AC fundamental wave and frequency. The signals are the same but in reverse phase order.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記正相分抽出手段または前記逆相分抽出手段が用いる複素係数フィルタは、帯域通過型の複素係数フィルタである。   In a preferred embodiment of the present invention, the complex coefficient filter used by the positive phase component extracting unit or the negative phase component extracting unit is a band pass type complex coefficient filter.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複素係数フィルタのz変換表現による伝達関数H(z)は、通過帯域の正規化中心角周波数をΩd(−π<Ωd<π)、通過帯域の帯域幅を決めるパラメータをr(0<r<1)、虚数単位をj、自然対数の底eの指数関数をexp()とした場合、 In a preferred embodiment of the present invention, the transfer function H (z) by the z-transform expression of the complex coefficient filter has a normalized central angular frequency of the pass band as Ω d (−π <Ω d <π), and a pass band. Where r (0 <r <1), the imaginary unit is j, and the exponential function of the base of natural logarithm is exp ().

Figure 2013083566
である。
Figure 2013083566
It is.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記正相分抽出手段または前記逆相分抽出手段が用いる複素係数フィルタは、帯域阻止型の複素係数フィルタである。   In a preferred embodiment of the present invention, the complex coefficient filter used by the positive phase component extracting unit or the negative phase component extracting unit is a band rejection type complex coefficient filter.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複素係数フィルタのz変換表現による伝達関数H(z)は、阻止帯域の正規化中心角周波数をΩd(−π<Ωd<π)、阻止帯域の帯域幅を決めるパラメータをr(0<r<1)、虚数単位をj、自然対数の底eの指数関数をexp()とした場合、 In a preferred embodiment of the present invention, the transfer function H (z) represented by the z-transform expression of the complex coefficient filter has a normalized central angular frequency of the stop band as Ω d (−π <Ω d <π), and a stop band. Where r (0 <r <1), the imaginary unit is j, and the exponential function of the base of natural logarithm is exp ().

Figure 2013083566
である。
Figure 2013083566
It is.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記正相分抽出手段または前記逆相分抽出手段は、複数の複素係数フィルタを多段に接続したフィルタを用いる。   In a preferred embodiment of the present invention, the normal phase extraction means or the reverse phase extraction means uses a filter in which a plurality of complex coefficient filters are connected in multiple stages.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記不平衡率算出手段は、前記第1の正相分信号をXα、前記第2の正相分信号をXβ、前記第1の逆相分信号をYα、前記第2の逆相分信号をYβとすると、下記式を用いて不平衡率kを算出する。   In a preferred embodiment of the present invention, the unbalance rate calculation means includes the first positive phase signal as Xα, the second positive phase signal as Xβ, and the first negative phase signal as Yα. If the second antiphase signal is Yβ, the unbalance rate k is calculated using the following equation.

Figure 2013083566
Figure 2013083566

本発明の好ましい実施の形態においては、前記不平衡率算出手段によって算出された不平衡率を表示するための表示手段をさらに備えている。   In a preferred embodiment of the present invention, there is further provided display means for displaying the unbalance rate calculated by the unbalance rate calculation means.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記3つの信号は、三相交流の各相電圧を検出した相電圧信号である。   In a preferred embodiment of the present invention, the three signals are phase voltage signals obtained by detecting each phase voltage of three-phase alternating current.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記3つの信号は、三相交流の各線間電圧を検出した線間電圧信号である。   In a preferred embodiment of the present invention, the three signals are line voltage signals obtained by detecting line voltages of three-phase alternating current.

本発明の第2の側面によって提供される不平衡率検出方法は、三相交流に基づく3つの信号を第1の信号および第2の信号に変換する第1の工程と、前記第1の信号に含まれる正相分の信号である第1の正相分信号と、前記第2の信号に含まれる正相分の信号である第2の正相分信号とを、それぞれ抽出する第2の工程と、前記第1の信号に含まれる逆相分の信号である第1の逆相分信号と、前記第2の信号に含まれる逆相分の信号である第2の逆相分信号とを、それぞれ抽出する第3の工程と、前記第2の工程で抽出された前記第1の正相分信号および前記第2の正相分信号と、前記第3の工程で抽出された前記第1の逆相分信号および前記第2の逆相分信号とから、不平衡率を算出する第4の工程とを備えており、前記第2の工程および前記第3の工程は、それぞれ複素係数フィルタを用いて各信号を抽出することを特徴とする。   The unbalance rate detection method provided by the second aspect of the present invention includes a first step of converting three signals based on a three-phase alternating current into a first signal and a second signal, and the first signal. A second positive phase signal that is a first positive phase signal that is a positive phase signal included in the second signal and a second positive phase signal that is a positive phase signal included in the second signal. A first negative phase signal that is a negative phase signal included in the first signal, and a second negative phase signal that is a negative phase signal included in the second signal, and Are extracted in the third step, the first positive phase signal and the second positive phase signal extracted in the second step, and the first step extracted in the third step. A fourth step of calculating an unbalance rate from one negative-phase component signal and the second negative-phase component signal, and the second step and Serial third step, characterized by respectively extracting each signal using the complex coefficient filter.

本発明によれば、正相分の信号と逆相分の信号とがそれぞれ容易に抽出され、これらの正相分の信号と逆相分の信号とから不平衡率が容易に算出される。したがって、簡単な演算処理で不平衡率を検出することができる。   According to the present invention, the signal for the positive phase and the signal for the negative phase are each easily extracted, and the unbalance rate is easily calculated from the signal for the positive phase and the signal for the negative phase. Therefore, the unbalance rate can be detected by a simple arithmetic process.

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。   Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.

第1実施形態に係る不平衡率検出装置を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the imbalance rate detection apparatus which concerns on 1st Embodiment. 複素係数バンドパスフィルタの演算処理を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the arithmetic processing of a complex coefficient band pass filter. 複素係数バンドパスフィルタの複素演算処理を行う回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure which performs the complex arithmetic process of a complex coefficient band pass filter. 複素係数バンドパスフィルタの周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of a complex coefficient band pass filter. 複素係数ノッチフィルタの演算処理を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the arithmetic processing of a complex coefficient notch filter. 複素係数ノッチフィルタの複素演算処理を行う回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure which performs the complex arithmetic process of a complex coefficient notch filter. 複素係数ノッチフィルタの周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of a complex coefficient notch filter. 第3実施形態に係る正相分抽出部の内部構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the internal structure of the positive phase part extraction part which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る正相分抽出部の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the positive phase part extraction part which concerns on 3rd Embodiment. 従来の一般的な不平衡率検出装置を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the conventional general unbalance rate detection apparatus.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。   Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.

図1は、第1実施形態に係る不平衡率検出装置を説明するためのブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram for explaining the unbalance rate detection apparatus according to the first embodiment.

不平衡率検出装置1は、三相電力系統の三相交流電圧の不平衡率を検出するものである。電圧センサ4は、三相電力系統の各相電圧を検出するものであり、U相の相電圧を検出した相電圧信号Vu、V相の相電圧を検出した相電圧信号Vv、W相の相電圧を検出した相電圧信号Vwを不平衡率検出装置1に出力する。不平衡率検出装置1は、電圧センサ4より入力される相電圧信号Vu,Vv,Vwに基づいて不平衡率を検出する。   The unbalance rate detector 1 detects the unbalance rate of the three-phase AC voltage of the three-phase power system. The voltage sensor 4 detects each phase voltage of the three-phase power system. The phase voltage signal Vu detects the phase voltage of the U phase, the phase voltage signal Vv detects the phase voltage of the V phase, and the phase of the W phase. The phase voltage signal Vw whose voltage has been detected is output to the unbalance rate detection device 1. The unbalance rate detection device 1 detects the unbalance rate based on the phase voltage signals Vu, Vv, Vw input from the voltage sensor 4.

不平衡率検出装置1は、演算部2および表示部3を備えている。演算部2は、不平衡率を演算するものであり、例えばマイクロコンピュータなどによって実現されている。演算部2は、演算結果である不平衡率kを表示部3に出力する。表示部3は、演算結果を表示するものであり、モニタなどの表示手段によって実現されている。表示部3は、演算部2より入力された不平衡率kを表示する。演算部2は、三相/二相変換部21、正相分抽出部22、逆相分抽出部23、および不平衡率算出部24を備えている。   The unbalance rate detection apparatus 1 includes a calculation unit 2 and a display unit 3. The computing unit 2 computes the unbalance rate, and is realized by, for example, a microcomputer. The calculation unit 2 outputs the unbalance rate k as a calculation result to the display unit 3. The display unit 3 displays the calculation result, and is realized by display means such as a monitor. The display unit 3 displays the unbalance rate k input from the calculation unit 2. The calculation unit 2 includes a three-phase / two-phase conversion unit 21, a normal phase extraction unit 22, a reverse phase extraction unit 23, and an unbalance rate calculation unit 24.

三相/二相変換部21は、電圧センサ4より入力される3つの相電圧信号Vu,Vv,Vwを、α軸電圧信号Vαおよびβ軸電圧信号Vβに変換するものである。三相/二相変換部21は、いわゆる三相/二相変換処理(αβ変換処理)を行うものであり、相電圧信号Vu,Vv,Vwを互いに直交するα軸成分とβ軸成分とにそれぞれ分解して、各軸成分をまとめることでα軸電圧信号Vαおよびβ軸電圧信号Vβを生成する。   The three-phase / two-phase converter 21 converts the three phase voltage signals Vu, Vv, Vw input from the voltage sensor 4 into an α-axis voltage signal Vα and a β-axis voltage signal Vβ. The three-phase / two-phase converter 21 performs a so-called three-phase / two-phase conversion process (αβ conversion process), and converts the phase voltage signals Vu, Vv, Vw into an α-axis component and a β-axis component orthogonal to each other. The α-axis voltage signal Vα and the β-axis voltage signal Vβ are generated by disassembling each of them and collecting the respective axis components.

三相/二相変換部21で行われる変換処理は、下記(5)式に示す行列式で表される。

Figure 2013083566
The conversion process performed in the three-phase / two-phase conversion unit 21 is represented by a determinant represented by the following equation (5).
Figure 2013083566

正相分抽出部22および逆相分抽出部23は、三相/二相変換部21より入力されるα軸電圧信号Vαおよびβ軸電圧信号Vβから、特定の周波数成分の信号を抽出するものであり、複素係数バンドパスフィルタ(帯域通過型の複素係数フィルタ)を備えている。   The normal phase extraction unit 22 and the reverse phase extraction unit 23 extract a signal having a specific frequency component from the α-axis voltage signal Vα and the β-axis voltage signal Vβ input from the three-phase / two-phase conversion unit 21. And a complex coefficient band-pass filter (band-pass complex coefficient filter).

当該複素係数バンドパスフィルタは、z変換表現による伝達関数H(z)が下記(6)式で表される複素係数の1次IIRフィルタで構成されている。下記(6)式において、複素係数a1におけるfdは、通過帯域の中心周波数f0をサンプリング周波数で正規化した正規化周波数である。また、Ωdは、正規化角周波数である。例えば、サンプリング周波数をfsrとすると、正規化周波数fdはf0/fsr、正規化角周波数Ωdは2π・fd=2π・(f0/fsr)となる。なお、正規化角周波数Ωdは、−π<Ωd<πである。また、rは通過帯域の帯域幅を決めるパラメータ(0<r<1)であり、jは虚数単位、exp()は自然対数の底eの指数関数である。 The complex coefficient bandpass filter is composed of a complex coefficient first-order IIR filter whose transfer function H (z) expressed by z-transform is expressed by the following equation (6). In the following equation (6), f d in the complex coefficient a 1 is a normalized frequency obtained by normalizing the center frequency f 0 of the passband with the sampling frequency. Ω d is a normalized angular frequency. For example, if the sampling frequency is f sr , the normalized frequency f d is f 0 / f sr , and the normalized angular frequency Ω d is 2π · f d = 2π · (f 0 / f sr ). The normalized angular frequency Ω d is −π <Ω d <π. R is a parameter (0 <r <1) that determines the bandwidth of the passband, j is an imaginary unit, and exp () is an exponential function of the base e of the natural logarithm.

Figure 2013083566
Figure 2013083566

図2は、上記(6)式の演算処理を示すブロック図である。同図に示すように、複素係数バンドパスフィルタは、上記(6)式の分母の演算処理がフィードバック回路で構成され、そのフィードバック回路の出力に分子の係数b0を乗算する回路によって構成される。 FIG. 2 is a block diagram showing the arithmetic processing of the above equation (6). As shown in the figure, the complex-coefficient bandpass filter is configured by a circuit that multiplies the denominator of the above equation (6) by a feedback circuit and multiplies the output of the feedback circuit by a numerator coefficient b 0. .

図2に示すブロック図において、u[k](k:離散時間を表すインデックス番号)は入力データ、x[k]は状態データ、y[k]は出力データである。入力データu[k]、状態データx[k]および出力データy[k]の間には、
x[k]=r・exp(j・Ωd)・x[k-1]+u[k] …(7)
y[k]=(1−r)・x[k] …(8)
が成立する。
In the block diagram shown in FIG. 2, u [k] (k: index number representing discrete time) is input data, x [k] is state data, and y [k] is output data. Between input data u [k], state data x [k] and output data y [k]
x [k] = r · exp (j · Ω d ) · x [k−1] + u [k] (7)
y [k] = (1-r) .x [k] (8)
Is established.

複素係数バンドパスフィルタにおいては、入力データu[k]が複素データか実データ(複素データの虚数部が「0」のデータ)かに関わらず、状態データx[k]および出力データy[k]が複素データとなる。したがって、入力データu[k]、状態データx[k]および出力データy[k]をそれぞれu[k]=ur[k]+j・uj[k]、x[k]=xr[k]+j・xj[k]、y[k]=yr[k]+j・yj[k]の複素データとし、複素係数a1をa1=r・exp(j・Ωd)=ar+j・aj=r・cos(Ωd)+j・r・sin(Ωd)として、上記(7)式および(8)式に代入して、実数部と虚数部の関係式に分けると、
r[k]=r・cos(Ωd)・xr[k-1]−r・sin(Ωd)・xj[k-1]+ur[k] …(9)
j[k]=r・cos(Ωd)・xj[k-1]+r・sin(Ωd)・xr[k-1]+uj[k] …(10)
r[k]=(1−r)・xr[k] …(11)
j[k]=(1−r)・xj[k] …(12)
となる。
In the complex coefficient bandpass filter, regardless of whether the input data u [k] is complex data or real data (data in which the imaginary part of the complex data is “0”), the state data x [k] and the output data y [k] ] Is complex data. Accordingly, the input data u [k], state data x [k] and the output data y [k], respectively u [k] = u r [ k] + j · u j [k], x [k] = x r [ k] + j · x j [k], y [k] = y r [k] + j · y j [k] complex data, and the complex coefficient a 1 is a 1 = r · exp (j · Ω d ) = a r + j · a j = r · cos (Ω d ) + j · r · sin (Ω d ) is substituted into the above equations (7) and (8) and divided into relational expressions of the real part and the imaginary part. When,
x r [k] = r · cos (Ω d) · x r [k-1] -r · sin (Ω d) · x j [k-1] + u r [k] ... (9)
x j [k] = r · cos (Ω d ) · x j [k−1] + r · sin (Ω d ) · x r [k−1] + u j [k] (10)
y r [k] = (1−r) · x r [k] (11)
y j [k] = (1−r) · x j [k] (12)
It becomes.

図3は、上記(9)式〜(12)式に基づき複素係数バンドパスフィルタの複素演算処理を行う回路構成を示す図である。同図において、係数arおよび係数ajは、それぞれ複素係数a1=r・exp(j・Ωd)の実数部および虚数部であり、ar=r・cos(Ωd)、aj=r・sin(Ωd)である。 FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration for performing complex arithmetic processing of the complex coefficient bandpass filter based on the above equations (9) to (12). In the figure, coefficient a r and coefficient a j are the real part and imaginary part of complex coefficient a 1 = r · exp (j · Ω d ), respectively, and a r = r · cos (Ω d ), a j = R · sin (Ω d ).

同図に示すように、複素係数バンドパスフィルタは、6個の乗算器12a〜12fと、2個の加算器12g,12hと、2個の遅延回路12i,12jで構成される。遅延回路12iは、状態データの実数部xr[k-1]を生成する回路であり、遅延回路12jは、状態データの虚数部xj[k-1]を生成する回路である。乗算器12a,12bはそれぞれ上記(9)式の第1項と第2項(負の符号を含む)を演算する演算器であり、加算器12gは上記(9)式の第1項と第2項と第3項を加算する演算器である。したがって、加算器12gから上記(9)式で示す状態データの実数部xr[k]が出力される。 As shown in the figure, the complex coefficient bandpass filter includes six multipliers 12a to 12f, two adders 12g and 12h, and two delay circuits 12i and 12j. The delay circuit 12i is a circuit that generates a real part x r [k-1] of state data, and the delay circuit 12j is a circuit that generates an imaginary part x j [k-1] of state data. The multipliers 12a and 12b are arithmetic units for calculating the first term and the second term (including a negative sign) of the equation (9), respectively, and the adder 12g is the first term and the second term of the equation (9). An arithmetic unit that adds the second term and the third term. Therefore, the real part x r [k] of the state data represented by the above equation (9) is output from the adder 12g.

一方、乗算器12c,12dはそれぞれ上記(10)式の第1項と第2項を演算する演算器であり、加算器12hは上記(10)式の第1項と第2項と第3項を加算する演算器である。したがって、加算器12hから上記(10)式で示す状態データの虚数部xj[k]が出力される。また、乗算器12e,12fはそれぞれ上記(11)式および(12)式を演算する演算器である。 On the other hand, the multipliers 12c and 12d are arithmetic units for calculating the first term and the second term of the equation (10), respectively, and the adder 12h is the first term, the second term and the third term of the equation (10). It is an arithmetic unit that adds terms. Therefore, the imaginary part x j [k] of the state data indicated by the above equation (10) is output from the adder 12h. The multipliers 12e and 12f are arithmetic units for calculating the expressions (11) and (12), respectively.

本実施形態では、三相/二相変換部21が、3つの相電圧信号Vu,Vv,Vwを、互いに直交するα軸電圧信号Vαおよびβ軸電圧信号Vβに変換している。α軸電圧信号Vαおよびβ軸電圧信号Vβは、それぞれ複素データur+j・ujの実数部と虚数部に対応させることができるので、α軸電圧信号Vαのサンプリングデータを入力データの実数部ur[k]として加算器12gに入力し、β軸電圧信号Vβのサンプリングデータを入力データの虚数部uj[k]として加算器12hに入力している。 In the present embodiment, the three-phase / two-phase converter 21 converts the three phase voltage signals Vu, Vv, Vw into an α-axis voltage signal Vα and a β-axis voltage signal Vβ that are orthogonal to each other. Since the α-axis voltage signal Vα and the β-axis voltage signal Vβ can respectively correspond to the real part and the imaginary part of the complex data u r + j · u j , the sampling data of the α-axis voltage signal Vα is used as the real part of the input data. u r [k] is input to the adder 12g, and sampling data of the β-axis voltage signal Vβ is input to the adder 12h as an imaginary part u j [k] of the input data.

α軸電圧信号Vαのサンプリングデータが入力される毎に、遅延回路12i、乗算器12a,12b,12eおよび加算器12gで上記(9)式および(11)式の演算処理が繰り返され、これにより、乗算器12eからは出力データyr[k]が出力される。出力データyr[k]は、α軸電圧信号Vαから正規化角周波数Ωdに対応する成分のみを抽出したものとなる。また、β軸電圧信号Vβのサンプリングデータが入力される毎に、遅延回路12j、乗算器12c,12d,12fおよび加算器12hで上記(10)式および(12)式の演算処理が繰り返され、これにより、乗算器12fからは出力データyj[k]が出力される。出力データyj[k]は、β軸電圧信号Vβから正規化角周波数Ωdに対応する成分のみを抽出したものとなる。 Each time sampling data of the α-axis voltage signal Vα is input, the delay circuit 12i, the multipliers 12a, 12b, and 12e and the adder 12g repeat the arithmetic processing of the above expressions (9) and (11). The output data y r [k] is output from the multiplier 12e. The output data y r [k] is obtained by extracting only the component corresponding to the normalized angular frequency Ω d from the α-axis voltage signal Vα. Further, every time sampling data of the β-axis voltage signal Vβ is input, the delay circuit 12j, the multipliers 12c, 12d, 12f, and the adder 12h repeat the arithmetic processing of the above expressions (10) and (12). As a result, output data y j [k] is output from the multiplier 12f. The output data y j [k] is obtained by extracting only the component corresponding to the normalized angular frequency Ω d from the β-axis voltage signal Vβ.

バンドパスフィルタを実係数の2次IIRフィルタで構成した場合、その2次IIRフィルタの伝達関数H(z)(z=exp(j・ω))は、
H(z)=(1-r2+2(r-1)・r・cos(Ωd)・z-1)/(1-2r・cos(Ωd)・z-1+ r2・z-2)
で表わされる。この伝達関数H(z)の振幅特性M(ω)を求めると、

Figure 2013083566
となり、(1−2r・cos(Ωd±ω)+r2)=0を満たすωで極が表れるから、2次IIRフィルタはその極の周波数を通過させる特性を有する。r≒1とすると、cos(Ωd±ω)≒1より、2次IIRフィルタを通過させる正規化周波数fdはfd=±Ωd/2πとなるから、実係数の2次IIRフィルタでは、正相分、逆相分とも通過させることになる。 When the bandpass filter is configured by a real coefficient second-order IIR filter, the transfer function H (z) (z = exp (j · ω)) of the second-order IIR filter is
H (z) = (1-r 2 +2 (r-1) · r · cos (Ω d ) · z -1 ) / (1-2r · cos (Ω d ) · z -1 + r 2 · z -2 )
It is represented by When the amplitude characteristic M (ω) of the transfer function H (z) is obtained,
Figure 2013083566
Since the pole appears at ω that satisfies (1-2r · cos (Ω d ± ω) + r 2 ) = 0, the second-order IIR filter has a characteristic of passing the frequency of the pole. When r≈1, the normalized frequency f d that passes through the second-order IIR filter is f d = ± Ω d / 2π from cos (Ω d ± ω) ≈1, and therefore the real coefficient second-order IIR filter Both the positive phase portion and the reverse phase portion are allowed to pass through.

一方、上記(6)式に示す伝達関数H(z)の振幅特性M(ω)求めると、
M(ω)=(1−r)/√{1−2r・cos(Ωd−ω)+r2
となり、(1−2r・cos(Ωd−ω)+r2)=0を満たすωだけに極が表れる。したがって、複素係数の1次IIRフィルタを通過させる正規化周波数fdはfd=Ωd/2πとなるから、複素係数の1次IIRフィルタでは、正相分または逆相分のいずれか一方のみを通過させることができる。
On the other hand, when the amplitude characteristic M (ω) of the transfer function H (z) shown in the above equation (6) is obtained,
M (ω) = (1-r) / √ {1-2r · cos (Ω d −ω) + r 2 }
Thus, a pole appears only in ω that satisfies (1-2r · cos (Ω d −ω) + r 2 ) = 0. Therefore, since the normalized frequency f d that passes through the first-order IIR filter with complex coefficients is f d = Ω d / 2π, in the first-order IIR filter with complex coefficients, only one of the positive phase component and the opposite phase component is obtained. Can be passed.

正相分抽出部22は、三相/二相変換部21より入力されるα軸電圧信号Vαおよびβ軸電圧信号Vβから、基本波の正相分信号を抽出するものである。抽出された正相分信号Vαp,Vβpは、不平衡率算出部24に出力される。正相分抽出部22が備える複素係数バンドパスフィルタの通過帯域を決定する正規化角周波数Ωdとして、系統電圧の基本波(正相分)の角周波数ω0(例えば、ω0=120π[rad/sec](60[Hz]))を正規化したωdがあらかじめ設定されている。正相分抽出部22は、α軸電圧信号Vαおよびβ軸電圧信号Vβを入力データur[k]およびuj[k](図3参照)として複素係数バンドパスフィルタに入力し、出力データyr[k]およびyj[k]を正相分信号Vαp,Vβpとして出力する。 The positive phase component extraction unit 22 extracts a fundamental phase positive phase signal from the α-axis voltage signal Vα and the β-axis voltage signal Vβ input from the three-phase / two-phase conversion unit 21. The extracted positive phase signals Vαp and Vβp are output to the unbalance rate calculation unit 24. As the normalized angular frequency Ω d for determining the pass band of the complex coefficient band pass filter included in the positive phase component extraction unit 22, the angular frequency ω 0 (for example, ω 0 = 120π [ [omega] d normalized rad / sec] (60 [Hz])) is set in advance. The positive phase extraction unit 22 inputs the α-axis voltage signal Vα and the β-axis voltage signal Vβ as input data u r [k] and u j [k] (see FIG. 3) to the complex coefficient bandpass filter, and outputs the output data. y r [k] and y j [k] are output as positive phase separated signals Vαp and Vβp.

図4(a)は、正相分抽出部22が備える複素係数バンドパスフィルタの周波数特性を示す図である。通過帯域の中心角周波数を系統電圧の基本波(正相分)の角周波数ω0としているので、その他の角周波数の信号(逆相分および高調波成分)を好適に除去して、正相分のみを抽出することができる。 FIG. 4A is a diagram illustrating frequency characteristics of the complex coefficient bandpass filter included in the positive phase component extraction unit 22. Since the central angular frequency of the passband is the angular frequency ω 0 of the fundamental wave (normal phase) of the system voltage, signals of other angular frequencies (anti-phase and harmonic components) are preferably removed and the positive phase Only minutes can be extracted.

逆相分抽出部23は、三相/二相変換部21より入力されるα軸電圧信号Vαおよびβ軸電圧信号Vβから、基本波の逆相分信号を抽出するものである。抽出された逆相分信号Vαn,Vβnは、不平衡率算出部24に出力される。逆相分抽出部23が備える複素係数バンドパスフィルタの通過帯域を決定する正規化角周波数Ωdとして、系統電圧の基本波の逆相分の角周波数があらかじめ設定されている。逆相分は正相分とは相順が逆なので、逆相分の角周波数は正相分の角周波数の負の値となる。つまり、正相分の角周波数ω0の負の値である「−ω0」を正規化した「−ωd」が、正規化角周波数Ωdとして設定されている。逆相分抽出部23は、α軸電圧信号Vαおよびβ軸電圧信号Vβを入力データur[k]およびuj[k](図3参照)として複素係数バンドパスフィルタに入力し、出力データyr[k]およびyj[k]を逆相分信号Vαn,Vβnとして出力する。 The negative phase component extraction unit 23 extracts a negative phase component signal of the fundamental wave from the α-axis voltage signal Vα and the β-axis voltage signal Vβ input from the three-phase / two-phase conversion unit 21. The extracted negative phase signals Vαn and Vβn are output to the unbalance rate calculation unit 24. As a normalized angular frequency Omega d which determines the pass band of the complex coefficient bandpass filter is reverse-phase extraction section 23 comprises, fundamental angular frequency of the reversed phase of the system voltage is preset. Since the phase sequence of the negative phase component is opposite to that of the positive phase component, the angular frequency of the negative phase component is a negative value of the angular frequency of the positive phase component. That is, “−ω d ” obtained by normalizing “−ω 0 ”, which is a negative value of the angular frequency ω 0 for the positive phase, is set as the normalized angular frequency Ω d . The anti-phase component extraction unit 23 inputs the α-axis voltage signal Vα and the β-axis voltage signal Vβ as input data u r [k] and u j [k] (see FIG. 3) to the complex coefficient bandpass filter, and outputs the output data. y r [k] and y j [k] are outputted as antiphase signals Vαn and Vβn.

図4(b)は、逆相分抽出部23が備える複素係数バンドパスフィルタの周波数特性を示す図である。通過帯域の中心角周波数を系統電圧の基本波の逆相分の角周波数「−ω0」としているので、その他の角周波数の信号(正相分および高調波成分)を好適に除去して、基本波の逆相分のみを抽出することができる。 FIG. 4B is a diagram illustrating the frequency characteristics of the complex coefficient bandpass filter provided in the antiphase component extracting unit 23. Since the central angular frequency of the passband is the angular frequency “−ω 0 ” of the negative phase of the fundamental wave of the system voltage, signals of other angular frequencies (positive phase and harmonic components) are preferably removed, Only the negative phase component of the fundamental wave can be extracted.

なお、正相分抽出部22および逆相分抽出部23が備える複素係数バンドパスフィルタは、上記(6)式に示す伝達関数H(z)のものに限定されない。例えば、複素係数の2次以上のIIRフィルタなどで構成された複素係数バンドパスフィルタであってもよい。   Note that the complex coefficient bandpass filter provided in the positive phase component extraction unit 22 and the negative phase component extraction unit 23 is not limited to that of the transfer function H (z) shown in the above equation (6). For example, it may be a complex coefficient band-pass filter configured by an IIR filter having a second or higher order complex coefficient.

不平衡率算出部24は、正相分抽出部22より入力される正相分信号Vαp,Vβpと、逆相分抽出部23より入力される逆相分信号Vαn,Vβnとから、下記(13)式を用いて、不平衡率kを算出するものである。不平衡率算出部24は、算出した不平衡率kを表示部3に出力する。

Figure 2013083566
The unbalance rate calculation unit 24 calculates the following (13) from the positive phase signals Vαp and Vβp input from the positive phase extraction unit 22 and the negative phase signals Vαn and Vβn input from the negative phase extraction unit 23. ) To calculate the unbalance rate k. The unbalance rate calculation unit 24 outputs the calculated unbalance rate k to the display unit 3.
Figure 2013083566

本実施形態において、3つの相電圧信号Vu,Vv,Vwが互いに直交するα軸電圧信号Vαおよびβ軸電圧信号Vβに変換される。α軸電圧信号Vαおよびβ軸電圧信号Vβから、正相分信号Vαp,Vβpと逆相分信号Vαn,Vβnとが、それぞれ複素係数バンドパスフィルタによって容易に抽出される。そして、抽出された正相分信号Vαp,Vβpと逆相分信号Vαn,Vβnとから、不平衡率kが容易に算出される。したがって、簡単な演算処理で不平衡率を検出することができる。   In the present embodiment, the three phase voltage signals Vu, Vv, Vw are converted into an α-axis voltage signal Vα and a β-axis voltage signal Vβ that are orthogonal to each other. From the α-axis voltage signal Vα and the β-axis voltage signal Vβ, the positive-phase component signals Vαp and Vβp and the negative-phase component signals Vαn and Vβn are easily extracted by complex coefficient band pass filters, respectively. Then, the unbalance rate k is easily calculated from the extracted positive phase signals Vαp and Vβp and the negative phase signals Vαn and Vβn. Therefore, the unbalance rate can be detected by a simple arithmetic process.

上記第1実施形態においては、複素係数バンドパスフィルタを用いて正相分信号および逆相分信号を抽出する場合について説明したが、複素係数ノッチフィルタ(帯域阻止型の複素係数フィルタ)を用いて正相分信号および逆相分信号を抽出するようにしてもよい。以下に、複素係数ノッチフィルタを用いる場合を第2実施形態として説明する。   In the first embodiment, the case of extracting a positive phase signal and a negative phase signal using a complex coefficient bandpass filter has been described. However, a complex coefficient notch filter (band rejection type complex coefficient filter) is used. A normal phase signal and a negative phase signal may be extracted. The case where a complex coefficient notch filter is used will be described below as a second embodiment.

第2実施形態に係る不平衡率検出装置の内部構成を説明するためのブロック図は、図1に示す第1実施形態の不平衡率検出装置1のものと共通する。第2実施形態においては、図1に示す正相分抽出部22および逆相分抽出部23が複素係数ノッチフィルタを備えている。正相分抽出部22は、複素係数ノッチフィルタが逆相分の通過を抑制することで正相分を抽出し、逆相分抽出部23は、複素係数ノッチフィルタが正相分の通過を抑制することで逆相分を抽出する。   The block diagram for explaining the internal configuration of the unbalance rate detection apparatus according to the second embodiment is common to that of the unbalance rate detection apparatus 1 of the first embodiment shown in FIG. In the second embodiment, the normal phase extraction unit 22 and the negative phase extraction unit 23 illustrated in FIG. 1 include complex coefficient notch filters. The positive phase component extraction unit 22 extracts the positive phase component by suppressing the passage of the negative phase component by the complex coefficient notch filter, and the negative phase component extraction unit 23 suppresses the passage of the positive phase component by the complex coefficient notch filter. To extract the reverse phase.

正相分抽出部22および逆相分抽出部23が備える複素係数ノッチフィルタは、z変換表現による伝達関数H(z)が下記(14)式で表される複素係数の1次IIRフィルタで構成されている。下記(14)式において、Ωdは阻止帯域の正規化中心角周波数(−π<Ωd<π)であり、rは阻止帯域の帯域幅を決めるパラメータ(0<r<1)であり、jは虚数単位、exp()は自然対数の底eの指数関数である。 The complex coefficient notch filter included in the positive phase component extraction unit 22 and the negative phase component extraction unit 23 includes a first-order IIR filter having a complex coefficient whose transfer function H (z) expressed by z-transform expression is expressed by the following equation (14). Has been. In the following equation (14), Ω d is the normalized center angular frequency of the stop band (−π <Ω d <π), r is a parameter (0 <r <1) that determines the bandwidth of the stop band, j is an imaginary unit, and exp () is an exponential function of the base e of the natural logarithm.

Figure 2013083566
Figure 2013083566

図5は、上記(14)式の演算処理を示すブロック図である。図5は、図2に示すブロック図に対して、出力データy[k]を入力データu[k]から減算した値を新しく出力データe[k]として出力する回路を追加したものである。出力データはe[k]となるので、以下では、y[k]を単にデータy[k]と記載する。図5に示すブロック図の詳細説明は省略する。   FIG. 5 is a block diagram showing the arithmetic processing of the above equation (14). FIG. 5 is obtained by adding a circuit that newly outputs a value obtained by subtracting output data y [k] from input data u [k] as output data e [k] to the block diagram shown in FIG. Since the output data is e [k], hereinafter, y [k] is simply referred to as data y [k]. Detailed description of the block diagram shown in FIG. 5 is omitted.

図6は、複素係数ノッチフィルタの複素演算処理を行う回路構成を示す図である。図6は、図3に示すブロック図に対して、実数部の乗算器12eの後段に加算器12nを追加し、当該加算器12nで入力データの実数部ur[k]からデータy[k]の実数部yr[k]を減算して出力データの実数部er[k]を出力する構成としている。また、虚数部の乗算器12fの後段に加算器12oを追加し、当該加算器12oで入力データの虚数部uj[k]からデータy[k]の虚数部yj[k]を減算して出力データの虚数部ej[k]を出力する構成としている。図6に示す回路の演算処理の詳細説明は省略する。 FIG. 6 is a diagram illustrating a circuit configuration for performing complex arithmetic processing of a complex coefficient notch filter. 6 adds an adder 12n to the subsequent stage of the multiplier 12e of the real part to the block diagram shown in FIG. 3, and the adder 12n converts the data y [k] from the real part u r [k] of the input data. ] Is subtracted from the real part y r [k] and the real part e r [k] of the output data is output. Further, an adder 12o is added to the subsequent stage of the imaginary part multiplier 12f, and the adder 12o subtracts the imaginary part y j [k] of the data y [k] from the imaginary part u j [k] of the input data. Thus, the imaginary part e j [k] of the output data is output. A detailed description of the arithmetic processing of the circuit shown in FIG. 6 is omitted.

乗算器12eより出力されるデータyr[k]を入力データur[k]から減算した値が、出力データer[k]として出力される。出力データer[k]は、α軸電圧信号Vαから正規化角周波数Ωdに対応する成分のみを抑制したものとなる。また、乗算器12fより出力されるデータyj[k]を入力データuj[k]から減算した値が、出力データej[k]として出力される。出力データej[k]は、β軸電圧信号Vβから正規化角周波数Ωdに対応する成分のみを抑制したものとなる。 A value obtained by subtracting the data y r [k] output from the multiplier 12e from the input data u r [k] is output as output data e r [k]. The output data er [k] is obtained by suppressing only the component corresponding to the normalized angular frequency Ω d from the α-axis voltage signal Vα. A value obtained by subtracting the data y j [k] output from the multiplier 12f from the input data u j [k] is output as output data e j [k]. The output data e j [k] is obtained by suppressing only the component corresponding to the normalized angular frequency Ω d from the β-axis voltage signal Vβ.

正相分抽出部22が備える複素係数ノッチフィルタの阻止帯域を決定する正規化角周波数Ωdとして、系統電圧の基本波の逆相分の角周波数「−ω0」を正規化した「−ωd」があらかじめ設定されている。正相分抽出部22は、α軸電圧信号Vαおよびβ軸電圧信号Vβを入力データur[k]およびuj[k]として複素係数ノッチフィルタに入力し、出力データer[k]およびej[k]を正相分信号Vαp,Vβpとして出力する。 As the normalized angular frequency Ω d that determines the stop band of the complex coefficient notch filter included in the positive phase extraction unit 22, the angular frequency “−ω 0 ” of the negative phase of the fundamental wave of the system voltage is normalized. d ”is preset. The positive phase extraction unit 22 inputs the α-axis voltage signal Vα and the β-axis voltage signal Vβ as input data u r [k] and u j [k] to the complex coefficient notch filter, and outputs the output data e r [k] and e j [k] is output as the positive phase signal Vαp, Vβp.

図7(a)は、正相分抽出部22が備える複素係数ノッチフィルタの周波数特性を示す図である。阻止帯域の中心角周波数を系統電圧の基本波の逆相分の角周波数「−ω0」としているので、その他の角周波数の信号(正相分)を好適に通過させて、正相分のみを抽出することができる。 FIG. 7A is a diagram illustrating frequency characteristics of the complex coefficient notch filter included in the positive phase component extraction unit 22. Since the central angular frequency of the stop band is the angular frequency “−ω 0 ” of the negative phase of the fundamental wave of the system voltage, signals of other angular frequencies (positive phase) are preferably passed through and only the positive phase component is passed. Can be extracted.

逆相分抽出部23が備える複素係数ノッチフィルタの阻止帯域を決定する正規化角周波数Ωdとして、系統電圧の基本波(正相分)の角周波数ω0を正規化したωdがあらかじめ設定されている。逆相分抽出部23は、α軸電圧信号Vαおよびβ軸電圧信号Vβを入力データur[k]およびuj[k]として複素係数ノッチフィルタに入力し、出力データer[k]およびej[k]を逆相分信号Vαn,Vβnとして出力する。 As the normalized angular frequency Ω d for determining the stop band of the complex coefficient notch filter included in the anti-phase component extraction unit 23, ω d obtained by normalizing the angular frequency ω 0 of the fundamental wave (positive phase component) of the system voltage is set in advance. Has been. Reverse-phase extraction unit 23, alpha input to complex coefficient notch filter axis voltage signals Vα and β-axis voltage signal Vβ as input data u r [k] and u j [k], the output data e r [k] and e j [k] is output as anti-phase signal Vαn, Vβn.

図7(b)は、逆相分抽出部23が備える複素係数ノッチフィルタの周波数特性を示す図である。阻止帯域の中心角周波数を系統電圧の基本波(正相分)の角周波数ω0としているので、その他の角周波数の信号(逆相分)を好適に通過させて、基本波の逆相分のみを抽出することができる。 FIG. 7B is a diagram illustrating frequency characteristics of the complex coefficient notch filter included in the antiphase component extraction unit 23. Since the center angular frequency of the stop band is the angular frequency ω 0 of the fundamental wave (forward phase) of the system voltage, signals of other angular frequencies (reverse phase) are preferably passed through, and the negative phase component of the fundamental wave is passed. Only can be extracted.

なお、正相分抽出部22および逆相分抽出部23が備える複素係数ノッチフィルタは、上記(14)式に示す伝達関数H(z)のものに限定されない。例えば、複素係数の2次以上のIIRフィルタなどで構成された複素係数ノッチフィルタであってもよい。   Note that the complex coefficient notch filter provided in the positive phase component extracting unit 22 and the negative phase component extracting unit 23 is not limited to the one having the transfer function H (z) shown in the above equation (14). For example, it may be a complex coefficient notch filter composed of a second or higher order IIR filter of complex coefficients.

本実施形態においても、正相分信号Vαp,Vβpと逆相分信号Vαn,Vβnとをそれぞれ容易に抽出することができる。そして、抽出された正相分信号Vαp,Vβpと逆相分信号Vαn,Vβnとから、不平衡率kが容易に算出される。したがって、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。   Also in this embodiment, the positive phase signals Vαp and Vβp and the negative phase signals Vαn and Vβn can be easily extracted. Then, the unbalance rate k is easily calculated from the extracted positive phase signals Vαp and Vβp and the negative phase signals Vαn and Vβn. Therefore, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

第2実施形態においては、正相分抽出部22が基本波の逆相分の通過を抑制することで正相分を抽出し、逆相分抽出部23が基本波(正相分)の通過を抑制することで逆相分を抽出する。したがって、α軸電圧信号Vαおよびβ軸電圧信号Vβに高調波成分が含まれていた場合、正相分抽出部22および逆相分抽出部23は、高調波成分も通過させてしまう。高調波成分が含まれている場合に当該高調波成分の通過も抑制することで、基本波の正相分または逆相分をより精度よく抽出する場合を、第3実施形態として、以下に説明する。   In the second embodiment, the positive phase component extraction unit 22 extracts the positive phase component by suppressing the passage of the fundamental wave in the negative phase component, and the negative phase component extraction unit 23 passes the fundamental wave (the positive phase component). The negative phase component is extracted by suppressing. Therefore, when the harmonic component is included in the α-axis voltage signal Vα and the β-axis voltage signal Vβ, the positive phase component extraction unit 22 and the negative phase component extraction unit 23 also pass the harmonic component. The case where the positive phase component or the reverse phase component of the fundamental wave is extracted with higher accuracy by suppressing the passage of the harmonic component when a harmonic component is included will be described below as a third embodiment. To do.

図8は、第3実施形態に係る正相分抽出部の内部構成を説明するためのブロック図である。   FIG. 8 is a block diagram for explaining the internal configuration of the positive phase extraction unit according to the third embodiment.

図8に示す正相分抽出部22’は、多段に接続された4つの複素係数ノッチフィルタ22a〜22dを備えている点で、第2実施形態に係る正相分抽出部22(図1参照)と異なる。複素係数ノッチフィルタ22aは、第2実施形態に係る正相分抽出部22が備える複素係数ノッチフィルタと同じものであり、基本波の逆相分を抑制するためのものである。複素係数ノッチフィルタ22aの阻止帯域を決定する正規化角周波数Ωdとして、系統電圧の基本波の逆相分の角周波数「−ω0」を正規化した「−ωd」があらかじめ設定されている。複素係数ノッチフィルタ22b〜22dは、それぞれ5次、7次、11次高調波(正相分)を抑制するためのものである。複素係数ノッチフィルタ22b〜22dの阻止帯域を決定する正規化角周波数Ωdとして、それぞれ「−5ωd」、「7ωd」、「−11ωd」があらかじめ設定されている。 The positive phase component extracting unit 22 ′ illustrated in FIG. 8 includes four complex coefficient notch filters 22a to 22d connected in multiple stages, and thus the positive phase component extracting unit 22 according to the second embodiment (see FIG. 1). ) Is different. The complex coefficient notch filter 22a is the same as the complex coefficient notch filter included in the positive phase component extraction unit 22 according to the second embodiment, and is for suppressing the negative phase component of the fundamental wave. As the normalized angular frequency Ω d that determines the stop band of the complex coefficient notch filter 22a, “−ω d ” obtained by normalizing the angular frequency “−ω 0 ” of the negative phase of the fundamental wave of the system voltage is set in advance. Yes. The complex coefficient notch filters 22b to 22d are for suppressing fifth, seventh, and eleventh harmonics (positive phase components), respectively. “−5ω d ”, “7ω d ”, and “−11ω d ” are set in advance as normalized angular frequencies Ω d that determine the stop bands of the complex coefficient notch filters 22b to 22d, respectively.

図9(a)は、正相分抽出部22’の周波数特性を示す図である。同図(a)によると、基本波の逆相分(角周波数「−ω0」)、5次高調波成分(角周波数「−5ω0」)、7次高調波成分(角周波数「7ω0」)、11次高調波成分(角周波数「−11ω0」)が抑制され、その他の成分が通過される。正相分抽出部22’では、複素係数ノッチフィルタ22a〜22dによって、基本波の逆相分だけではなく、5次、7次、11次高調波(正相分)も抑制されるので、基本波の正相分のみをより好適に通過させることができる。 FIG. 9A is a diagram illustrating the frequency characteristics of the positive phase extraction unit 22 ′. According in FIG. 6 (a), reverse phase (angular frequency "- [omega] 0 ') of the fundamental wave, the fifth harmonic component (angular frequency" -5Omega 0 "), the seventh harmonic component (angular frequency" 7Omega 0 )), The 11th harmonic component (angular frequency “−11ω 0 ”) is suppressed, and other components are passed. In the positive phase component extraction unit 22 ′, the complex coefficient notch filters 22a to 22d suppress not only the negative phase component of the fundamental wave but also the fifth, seventh, and eleventh harmonics (positive phase component). Only the positive phase portion of the wave can be passed more suitably.

一般的に、三相電力系統に重畳されている高調波は、5次、7次、11次高調波が多いので、本実施形態においては、これらを抑制するようにしている。なお、正相分抽出部22’は、抑制する必要がある高調波の次数に応じて設計すればよい。例えば、高調波としては5次高調波のみを抑制したい場合は、複素係数ノッチフィルタ22aおよび22bのみを備えていればよく、さらに13次高調波も抑制したい場合には、阻止帯域を決定する正規化角周波数Ωdとして「13ωd」を設定した複素係数ノッチフィルタをさらに備えるようにすればよい。 In general, since the harmonics superimposed on the three-phase power system have many fifth, seventh, and eleventh harmonics, these are suppressed in this embodiment. In addition, what is necessary is just to design positive phase part extraction part 22 'according to the order of the harmonic which needs to be suppressed. For example, when it is desired to suppress only the fifth harmonic as the harmonic, it is sufficient to provide only the complex coefficient notch filters 22a and 22b. A complex coefficient notch filter in which “13ω d ” is set as the angular frequency Ω d may be further provided.

同様に、第3実施形態に係る逆相分抽出部(図示しないが、説明上、「逆相分抽出部23’」とする。)は、第2実施形態に係る逆相分抽出部23が備える複素係数ノッチフィルタと、それぞれ5次、7次、11次高調波(正相分)を抑制するための複素係数ノッチフィルタ(図8に示す複素係数ノッチフィルタ22b〜22d)とを備えている。   Similarly, the negative phase component extraction unit 23 according to the second embodiment is the same as the negative phase component extraction unit (not shown, but referred to as “negative phase component extraction unit 23 ′”). And a complex coefficient notch filter (complex coefficient notch filters 22b to 22d shown in FIG. 8) for suppressing the fifth, seventh, and eleventh harmonics (positive phase components). .

図9(b)は、逆相分抽出部23’の周波数特性を示す図である。同図(b)によると、基本波の正相分(角周波数「ω0」)、5次高調波成分(角周波数「−5ω0」)、7次高調波成分(角周波数「7ω0」)、11次高調波成分(角周波数「−11ω0」)が抑制され、その他の成分が通過される。逆相分抽出部23’では、基本波の正相分だけではなく、5次、7次、11次高調波(正相分)も抑制されるので、基本波の逆相分のみをより好適に通過させることができる。 FIG. 9B is a diagram illustrating the frequency characteristics of the negative phase extraction unit 23 ′. According to FIG. 5B, the positive phase component (angular frequency “ω 0 ”) of the fundamental wave, the fifth harmonic component (angular frequency “−5ω 0 ”), and the seventh harmonic component (angular frequency “7ω 0 ”). ), The 11th harmonic component (angular frequency “−11ω 0 ”) is suppressed, and other components are passed. In the negative phase component extracting unit 23 ′, not only the positive phase component of the fundamental wave but also the fifth, seventh, and eleventh harmonics (positive phase component) are suppressed, so that only the negative phase component of the fundamental wave is more suitable. Can be passed through.

第3実施形態は、三相電力系統に高調波が重畳されている場合でも、基本波の正相分または逆相分を精度よく抽出することができる。   The third embodiment can accurately extract the normal phase component or the reverse phase component of the fundamental wave even when harmonics are superimposed on the three-phase power system.

上記第1ないし第3実施形態においては、正相分抽出部22(22’)および逆相分抽出部23(23’)がどちらも複素係数バンドパスフィルタまたは複素係数ノッチフィルタを用いる場合について説明したが、これに限られない。例えば、正相分抽出部22が複素係数バンドパスフィルタを用いて正相分信号を通過させることで抽出し、逆相分抽出部23(23’)が複素係数ノッチフィルタを用いて正相分信号の通過を抑制することで逆相分信号を抽出するようにしてもよい。また、正相分抽出部22(22’)が複素係数ノッチフィルタを用いて逆相分信号の通過を抑制することで正相分信号を抽出し、逆相分抽出部23が複素係数バンドパスフィルタを用いて逆相分信号を通過させることで抽出するようにしてもよい。   In the first to third embodiments, the case where both the positive phase extraction unit 22 (22 ′) and the negative phase extraction unit 23 (23 ′) use a complex coefficient bandpass filter or a complex coefficient notch filter will be described. However, it is not limited to this. For example, the positive phase component extraction unit 22 extracts the positive phase signal by passing the positive phase signal using the complex coefficient bandpass filter, and the negative phase component extraction unit 23 (23 ′) uses the complex coefficient notch filter to extract the positive phase component. You may make it extract a negative phase signal by suppressing passage of a signal. Further, the positive phase component extraction unit 22 (22 ′) extracts the positive phase signal by suppressing the passage of the negative phase signal using the complex coefficient notch filter, and the negative phase component extraction unit 23 detects the complex coefficient band pass. You may make it extract by allowing a negative phase signal to pass through using a filter.

上記第1ないし第3実施形態においては、正相分抽出部22(22’)および逆相分抽出部23(23’)で用いられる正規化角周波数Ωdをあらかじめ設定しておく場合について説明したが、これに限られない。信号処理のサンプリング周期が固定サンプリング周期の場合、系統電圧の基本波の角周波数を周波数検出装置などで検出して、検出された角周波数を正規化して用いるようにしてもよい。 In the first to third embodiments, the case where the normalized angular frequency Ω d used in the normal phase extraction unit 22 (22 ′) and the reverse phase extraction unit 23 (23 ′) is set in advance will be described. However, it is not limited to this. When the sampling period of the signal processing is a fixed sampling period, the angular frequency of the fundamental wave of the system voltage may be detected by a frequency detection device and the detected angular frequency may be normalized and used.

上記第1ないし第3実施形態においては、電圧センサ4が相電圧を検出する場合について説明したが、これに限られない。例えば、電圧センサ4が線間電圧を検出する場合でも、本発明を適用することができる。この場合、三相/二相変換部21で行われる変換処理に、上記(5)式に示す行列式に代えて、下記(15)式に示す行列式を用いるようにすればよい。また、三相/二相変換部21に、線間電圧信号を相電圧信号に変換する構成を追加して、線間電圧信号Vuv,Vvw,Vwuを相電圧信号Vu,Vv,Vwに変換してから、上記(5)式でα軸電圧信号Vαおよびβ軸電圧信号Vβに変換するようにしてもよい。

Figure 2013083566
In the first to third embodiments, the case where the voltage sensor 4 detects the phase voltage has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be applied even when the voltage sensor 4 detects a line voltage. In this case, the determinant represented by the following equation (15) may be used for the conversion process performed by the three-phase / two-phase converter 21 instead of the determinant represented by the above equation (5). Further, a configuration for converting a line voltage signal into a phase voltage signal is added to the three-phase / two-phase conversion unit 21 to convert the line voltage signals Vuv, Vvw, Vwu into phase voltage signals Vu, Vv, Vw. Then, it may be converted into the α-axis voltage signal Vα and the β-axis voltage signal Vβ by the above equation (5).
Figure 2013083566

また、電流センサから入力される電流信号Iu,Iv,Iwに基づいて不平衡率を検出するようにしてもよい。この場合は、上記第1ないし第3実施形態の構成をそのまま用いることができる。   Further, the unbalance rate may be detected based on current signals Iu, Iv, and Iw input from the current sensor. In this case, the configurations of the first to third embodiments can be used as they are.

上記第1ないし第3実施形態においては、算出された不平衡率kを表示部3に表示する場合について説明したが、これに限られない。例えば、不平衡率kが所定の閾値を超えた場合にブザーなどの音声で警告するようにしてもよい。   In the first to third embodiments, the case where the calculated unbalance rate k is displayed on the display unit 3 has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, when the unbalance rate k exceeds a predetermined threshold, a warning with a buzzer or the like may be given.

上記第1ないし第3実施形態においては、本発明に係る不平衡率検出装置を単体で用いる場合について説明したが、これに限られない。例えば、不平衡率検出装置を系統連系インバータシステムに組み込んで、不平衡率kが所定の閾値を超えた場合に、インバータを停止させ、三相電力系統との接続を切り離すようにしてもよい。この場合、不平衡率kを表示する必要はないので表示部3を設けなくてもよいし、系統連系インバータシステムの表示部に表示するようにしてもよい。また、系統連系インバータシステムの電圧センサが検出した電圧信号を、三相/二相変換部21に入力するようにすればよい。   In the first to third embodiments, the case where the unbalance rate detection apparatus according to the present invention is used alone has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, an unbalance rate detection device may be incorporated into a grid-connected inverter system, and when the unbalance rate k exceeds a predetermined threshold, the inverter is stopped and the connection with the three-phase power system may be disconnected. . In this case, since it is not necessary to display the unbalance rate k, the display unit 3 may not be provided, or may be displayed on the display unit of the grid interconnection inverter system. Further, the voltage signal detected by the voltage sensor of the grid-connected inverter system may be input to the three-phase / two-phase converter 21.

本発明に係る不平衡率検出装置、および不平衡率検出方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る不平衡率検出装置、および不平衡率検出方法の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。   The unbalance rate detection apparatus and the unbalance rate detection method according to the present invention are not limited to the above-described embodiments. The specific configuration of each part of the unbalance rate detection apparatus and the unbalance rate detection method according to the present invention can be varied in design in various ways.

1 不平衡率検出装置
2 演算部
21 三相/二相変換部
22,22' 正相分抽出部
23 逆相分抽出部
24 不平衡率算出部
3 表示部
4 電圧センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Unbalance rate detection apparatus 2 Computation part 21 Three-phase / two-phase conversion part 22,22 'Normal phase extraction part 23 Reverse phase extraction part 24 Unbalance rate calculation part 3 Display part 4 Voltage sensor

Claims (11)

三相交流に基づく3つの信号を第1の信号および第2の信号に変換する三相二相変換手段と、
前記第1の信号に含まれる正相分の信号である第1の正相分信号と、前記第2の信号に含まれる正相分の信号である第2の正相分信号とを、それぞれ抽出する正相分抽出手段と、
前記第1の信号に含まれる逆相分の信号である第1の逆相分信号と、前記第2の信号に含まれる逆相分の信号である第2の逆相分信号とを、それぞれ抽出する逆相分抽出手段と、
前記正相分抽出手段によって抽出された前記第1の正相分信号および前記第2の正相分信号と、前記逆相分抽出手段によって抽出された前記第1の逆相分信号および前記第2の逆相分信号とから、不平衡率を算出する不平衡率算出手段と、
を備えており、
前記正相分抽出手段および前記逆相分抽出手段は、それぞれ複素係数フィルタを用いて各信号を抽出する、
ことを特徴とする不平衡率検出装置。
Three-phase two-phase conversion means for converting three signals based on a three-phase alternating current into a first signal and a second signal;
A first positive phase signal that is a positive phase signal included in the first signal and a second positive phase signal that is a positive phase signal included in the second signal, respectively, Positive phase extraction means for extracting;
A first negative phase signal that is a negative phase signal included in the first signal and a second negative phase signal that is a negative phase signal included in the second signal, respectively, A reverse phase extraction means for extracting;
The first positive-phase component signal and the second positive-phase component signal extracted by the normal-phase component extraction unit, the first negative-phase component signal extracted by the negative-phase component extraction unit, and the first An unbalance rate calculating means for calculating an unbalance rate from the two negative phase signals;
With
The positive phase component extracting unit and the negative phase component extracting unit respectively extract each signal using a complex coefficient filter.
An unbalance rate detecting device characterized by that.
前記正相分抽出手段または前記逆相分抽出手段が用いる複素係数フィルタは、帯域通過型の複素係数フィルタである、請求項1に記載の不平衡率検出装置。   The unbalance rate detection apparatus according to claim 1, wherein the complex coefficient filter used by the positive phase component extracting unit or the negative phase component extracting unit is a band-pass type complex coefficient filter. 前記複素係数フィルタのz変換表現による伝達関数H(z)は、通過帯域の正規化中心角周波数をΩd(−π<Ωd<π)、通過帯域の帯域幅を決めるパラメータをr(0<r<1)、虚数単位をj、自然対数の底eの指数関数をexp()とした場合、
Figure 2013083566
である、請求項2に記載の不平衡率検出装置。
The transfer function H (z) represented by the z-transform representation of the complex coefficient filter has a normalized central angular frequency of the pass band Ω d (−π <Ω d <π), and a parameter that determines the pass band bandwidth r (0 <R <1), where imaginary unit is j and exponential function of base e of natural logarithm is exp (),
Figure 2013083566
The unbalance rate detection device according to claim 2, wherein
前記正相分抽出手段または前記逆相分抽出手段が用いる複素係数フィルタは、帯域阻止型の複素係数フィルタである、請求項1に記載の不平衡率検出装置。   The unbalance rate detection apparatus according to claim 1, wherein the complex coefficient filter used by the positive phase component extracting unit or the negative phase component extracting unit is a band rejection type complex coefficient filter. 前記複素係数フィルタのz変換表現による伝達関数H(z)は、阻止帯域の正規化中心角周波数をΩd(−π<Ωd<π)、阻止帯域の帯域幅を決めるパラメータをr(0<r<1)、虚数単位をj、自然対数の底eの指数関数をexp()とした場合、
Figure 2013083566
である、請求項4に記載の不平衡率検出装置。
The transfer function H (z) represented by the z-transform expression of the complex coefficient filter has a normalized central angular frequency of the stop band Ω d (−π <Ω d <π), and a parameter that determines the stop band bandwidth r (0 <R <1), where imaginary unit is j and exponential function of base e of natural logarithm is exp (),
Figure 2013083566
The unbalance rate detection apparatus according to claim 4, wherein
前記正相分抽出手段または前記逆相分抽出手段は、複数の複素係数フィルタを多段に接続したフィルタを用いる、請求項4または5に記載の不平衡率検出装置。   The unbalance rate detection apparatus according to claim 4 or 5, wherein the positive phase component extraction unit or the negative phase component extraction unit uses a filter in which a plurality of complex coefficient filters are connected in multiple stages. 前記不平衡率算出手段は、前記第1の正相分信号をXα、前記第2の正相分信号をXβ、前記第1の逆相分信号をYα、前記第2の逆相分信号をYβとすると、下記式を用いて不平衡率kを算出する、
請求項1ないし6のいずれかに記載の不平衡率検出装置。
Figure 2013083566
The unbalance rate calculation means is configured to output the first positive phase signal as Xα, the second positive phase signal as Xβ, the first negative phase signal as Yα, and the second negative phase signal as X2. Assuming Yβ, the unbalance rate k is calculated using the following equation:
The unbalance rate detection apparatus according to any one of claims 1 to 6.
Figure 2013083566
前記不平衡率算出手段によって算出された不平衡率を表示するための表示手段をさらに備えている、請求項1ないし7のいずれかに記載の不平衡率検出装置。   The unbalance rate detection apparatus according to claim 1, further comprising display means for displaying the unbalance rate calculated by the unbalance rate calculation means. 前記3つの信号は、三相交流の各相電圧を検出した相電圧信号である、請求項1ないし8のいずれかに記載の不平衡率検出装置。   The unbalance rate detection device according to any one of claims 1 to 8, wherein the three signals are phase voltage signals obtained by detecting respective phase voltages of three-phase alternating current. 前記3つの信号は、三相交流の各線間電圧を検出した線間電圧信号である、請求項1ないし8のいずれかに記載の不平衡率検出装置。   The unbalance rate detection device according to any one of claims 1 to 8, wherein the three signals are line voltage signals obtained by detecting line voltages of three-phase alternating current. 三相交流に基づく3つの信号を第1の信号および第2の信号に変換する第1の工程と、
前記第1の信号に含まれる正相分の信号である第1の正相分信号と、前記第2の信号に含まれる正相分の信号である第2の正相分信号とを、それぞれ抽出する第2の工程と、
前記第1の信号に含まれる逆相分の信号である第1の逆相分信号と、前記第2の信号に含まれる逆相分の信号である第2の逆相分信号とを、それぞれ抽出する第3の工程と、
前記第2の工程で抽出された前記第1の正相分信号および前記第2の正相分信号と、前記第3の工程で抽出された前記第1の逆相分信号および前記第2の逆相分信号とから、不平衡率を算出する第4の工程と、
を備えており、
前記第2の工程および前記第3の工程は、それぞれ複素係数フィルタを用いて各信号を抽出する、
ことを特徴とする不平衡率検出方法。
A first step of converting three signals based on a three-phase alternating current into a first signal and a second signal;
A first positive phase signal that is a positive phase signal included in the first signal and a second positive phase signal that is a positive phase signal included in the second signal, respectively, A second step of extracting;
A first negative phase signal that is a negative phase signal included in the first signal and a second negative phase signal that is a negative phase signal included in the second signal, respectively, A third step of extracting;
The first positive phase signal and the second positive phase signal extracted in the second step, the first negative phase signal and the second phase signal extracted in the third step A fourth step of calculating an unbalance rate from the negative phase signal;
With
In the second step and the third step, each signal is extracted using a complex coefficient filter.
An unbalance rate detection method characterized by the above.
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