JP2022091420A - Measuring device, measuring method, and power converter - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、計測装置、計測方法及び電力変換装置に関する。 The present disclosure relates to a measuring device, a measuring method and a power conversion device.
従来、周波数計測対象信号の波形の1周期のクロックをカウンタによりカウントし、そのカウント値から周波数を求める周波数計測装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, there is known a frequency measuring device that counts a clock of one cycle of a waveform of a frequency measurement target signal by a counter and obtains a frequency from the count value (see, for example, Patent Document 1).
図1は、一比較形態における周波数計測装置(以下、"周波数計測装置1"と称する)による周波数計測方法の一例を説明するためのタイミングチャートである。周波数計測装置1は、アナログの交流電圧波形wmをサンプリングすることによって、交流電圧波形wmの測定値wsを取得する。測定値wsは、交流電圧波形wmの時系列のサンプル値を表す。周波数計測装置1は、測定値wsを一つの閾値(この場合、0)と大小比較することにより、一つの方形波w0を生成する。交流電圧波形wmの周波数が例えば定格周波数50Hzの場合、方形波w0の周期は、20ms(=1/50)になることが期待される。周波数計測装置1は、一つの方形波w0の立ち下がり又は立ち上がり(ゼロクロス点)を検出し、その検出した立ち下がり又は立ち上がりの周期を計測することにより、交流電圧波形wmの周波数fmを計測する。
FIG. 1 is a timing chart for explaining an example of a frequency measurement method using a frequency measurement device (hereinafter, referred to as “
しかしながら、この計測手法では、原理的に、交流電圧波形wmのサンプリング周期の1/2幅(例えば、サンプリング周期が0.5msの場合、0.25ms幅)で、ゼロクロス点の検出時刻がばらつく。その結果、交流電圧波形wmの設定周波数fsに対して、計測された周波数fmがばらつくことがある。また、交流電圧波形wmの振幅とオフセットの少なくとも一方が変動すると、周波数fmを適切に計測できない場合がある。 However, in this measurement method, in principle, the detection time of the zero cross point varies at 1/2 width of the sampling cycle of the AC voltage waveform wm (for example, 0.25 ms width when the sampling cycle is 0.5 ms). As a result, the measured frequency fm may vary with respect to the set frequency fs of the AC voltage waveform wm. Further, if at least one of the amplitude and the offset of the AC voltage waveform wm fluctuates, the frequency fm may not be measured appropriately.
本開示は、交流電圧波形の周波数の計測精度を向上させた計測装置、計測方法及び電力変換装置を提供する。 The present disclosure provides a measuring device, a measuring method, and a power conversion device having improved measurement accuracy of the frequency of an AC voltage waveform.
本開示の一態様では、
交流電圧波形を測定する測定部と、
前記交流電圧波形の測定値が第1閾値をクロスする第1クロス時刻と前記第1クロス時刻での前記交流電圧波形の第1測定値とを検出する第1検出部と、
前記交流電圧波形の測定値が前記第1閾値よりも低い第2閾値をクロスする第2クロス時刻と前記第2クロス時刻での前記交流電圧波形の第2測定値とを検出する第2検出部と、
前記交流電圧波形の測定値が前記第1クロス時刻と前記第2クロス時刻との間で前記第1測定値と前記第2測定値の間の基準値をクロスする基準クロス時刻を推定する推定部と、
前記基準クロス時刻の時間間隔を用いて、前記交流電圧波形の周波数を計算する計算部と、を備え、
前記測定部は、前記交流電圧波形を第1電圧検出範囲で検出して第1デジタル測定値を出力する第1アナログ-デジタル変換器と、前記交流電圧波形を第2電圧検出範囲で検出して第2デジタル測定値を出力する第2アナログ-デジタル変換器とを有し、
前記第1電圧検出範囲は、前記第2電圧検出範囲よりも広く且つ前記第2電圧検出範囲を包含する範囲であり、
前記第2電圧検出範囲は、前記第1閾値から前記第2閾値までの数値範囲に対応する電圧範囲を包含する範囲である、計測装置が提供される。
In one aspect of the disclosure,
A measuring unit that measures AC voltage waveforms,
A first detection unit that detects a first cross time at which the measured value of the AC voltage waveform crosses the first threshold and a first measured value of the AC voltage waveform at the first cross time.
A second detector that detects a second cross time at which the measured value of the AC voltage waveform crosses a second threshold value lower than the first threshold value and a second measured value of the AC voltage waveform at the second cross time. When,
An estimation unit that estimates a reference cross time in which the measured value of the AC voltage waveform crosses the reference value between the first measurement value and the second measurement value between the first cross time and the second cross time. When,
A calculation unit for calculating the frequency of the AC voltage waveform using the time interval of the reference cross time is provided.
The measuring unit detects the AC voltage waveform in the first voltage detection range and outputs the first digital measurement value, and detects the AC voltage waveform in the second voltage detection range. It has a second analog-digital converter that outputs a second digital measurement.
The first voltage detection range is wider than the second voltage detection range and includes the second voltage detection range.
A measuring device is provided in which the second voltage detection range includes a voltage range corresponding to a numerical range from the first threshold value to the second threshold value.
本開示の一態様によれば、交流電圧波形の周波数の計測精度を向上できる。 According to one aspect of the present disclosure, it is possible to improve the measurement accuracy of the frequency of the AC voltage waveform.
以下、本開示に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、適宜、「以上」と「超える」は、相互に読み替えてもよく、「以下」と「未満」は、相互に読み替えてもよい。 Hereinafter, embodiments according to the present disclosure will be described with reference to the drawings. In addition, "greater than or equal to" and "greater than or equal to" may be read interchangeably, and "less than or equal to" and "less than" may be read interchangeably.
図2は、第1実施形態における周波数計測装置の構成例を示す図である。図2に示す周波数計測装置100は、系統4の送電ライン3における交流電圧波形wmの周波数を計測する装置である。周波数計測装置100は、送電ライン3に接続される単独の装置でもよいし、系統4に連系する機器2(例えば、パワーコンディショナ(PCS)など)に内蔵されてもよい。PCSは、ソーラパネル等で発電した直流電力を交流電力に変換する変換回路5を備え、変換後の交流電力を送電ライン3に出力する装置である。なお、変換回路5は、直流又は交流の入力電力を、交流電圧波形wmを有する交流電力に変換する回路でもよいし、交流電圧波形wmを有する交流電力を、直流又は交流の出力電力に変換する回路でもよい。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the frequency measuring device according to the first embodiment. The
周波数計測装置100は、例えば、交流電圧波形wmの計測された周波数を、表示や通信などにより出力したり、電力変換や異常検知などの所定の制御に出力(提供)したりする。そのようなアプリケーションの機能を向上させる上で、交流電圧波形wmの周波数を高精度に計測することが求められることがある。
The
周波数計測装置100は、交流電圧波形wmの周波数を計測する周波数計測回路101を備え、周波数計測回路101によって計測された周波数を出力する装置である。周波数計測回路101は、測定部90、検出部30、推定部40、計算部91及び変更部110を備える。
The
周波数計測回路101は、例えば、メモリとプロセッサ(例えば、CPU(Central Processing Unit))を有する。測定部90、検出部30、推定部40、計算部91及び変更部110の一部又は全部の構成は、メモリに記憶されたプログラムによって、プロセッサが動作することにより実現される。計算部91等の一部又は全部の構成は、FPGA(Field Programmable Gate Array)によって形成されてもよい。
The
以下、図3,4,5を適宜参照して、図2に示す周波数計測装置100の各構成について説明する。
Hereinafter, each configuration of the
測定部90は、交流電圧波形wmを測定し、例えば、アナログの交流電圧波形wmを一定のサンプリング周期でサンプリングすることによって、交流電圧波形wmの測定値wsを取得する。測定値wsは、交流電圧波形wmの時系列のサンプル値を表す。測定部90は、例えば、アナログの交流電圧波形wmをアナログ-デジタル変換器で一定のサンプリング周期でサンプリングすることでデジタル値に変換することによって、交流電圧波形wmの時系列の測定値ws(波形データ)を取得する。
The
測定部90は、例えば、瞬時電圧測定部10及び方形波変換部20を有する。
The
瞬時電圧測定部10は、アナログの交流電圧波形wmをアナログ-デジタル変換器で一定のサンプリング周期でサンプリングすることで、交流電圧波形wmのサンプリング毎の瞬時電圧(時系列の測定値ws)を測定する。
The instantaneous
方形波変換部20は、図3に示すように、交流電圧波形wmの測定値wsと正の閾値th1との大小比較によって第1方形波w1を生成し、且つ、交流電圧波形wmの測定値wsと負の閾値th2との大小比較によって第2方形波w2を生成する。例えば、方形波変換部20は、測定値wmが正の閾値th1以上になると、第1方形波w1のレベルを第1レベル(この例では、ハイレベル)に切り替え、測定値wmが正の閾値th1未満になると、第1方形波w1のレベルを第2レベル(この例では、ローレベル)に切り替える。同様に、方形波変換部20は、測定値wmが負の閾値th2以上になると、第2方形波w2のレベルを第1レベル(この例では、ハイレベル)に切り替え、測定値wmが負の閾値th2未満になると、第2方形波w2のレベルを第2レベル(この例では、ローレベル)に切り替える。正の閾値th1は、所定の基準値Rよりも高く設定された第1閾値の一例である。負の閾値th2は、第1閾値よりも低い第2閾値の一例であり、所定の基準値Rよりも低く設定された閾値である。基準値Rは、この例では、ゼロである。
As shown in FIG. 3, the square
検出部30は、交流電圧波形wmの測定値wsが所定の閾値をクロスする時点(クロス時刻)と、そのクロス時刻での交流電圧波形wmの測定値wsとを検出する。検出部30は、交流電圧波形wmの測定値が正の閾値th1をクロスする時点である第1クロス時刻とその第1クロス時刻での交流電圧波形wmの正の測定値wspとを検出する第1検出部と、交流電圧波形wmの測定値wsが負の閾値th2をクロスする第2クロス時刻とその第2クロス時刻での交流電圧波形wmの負の測定値wsnとを検出する第2検出部とを有する。検出部30は、第1検出部の一例として、第1立ち上がり検出部31と第1立ち下がり検出部33との少なくとも一方を有する。検出部30は、第2検出部の一例として、第2立ち上がり検出部32と第2立ち下がり検出部34との少なくとも一方を有する。正の測定値wspは、第1クロス時刻での交流電圧波形の第1測定値の一例である。負の測定値wsnは、第2クロス時刻での交流電圧波形の第2測定値の一例である。
The
第1立ち上がり検出部31は、交流電圧波形wmの測定値wsが正の閾値th1以上になる第1立ち上がり時刻とその第1立ち上がり時刻での交流電圧波形wmの正の測定値wsとを検出する。第1立ち上がり時刻は、第1クロス時刻の一例である。
The first
第2立ち上がり検出部32は、交流電圧波形wmの測定値wsが負の閾値th2以上になる第2立ち上がり時刻とその第2立ち上がり時刻での交流電圧波形wmの負の測定値wsとを検出する。第2立ち上がり時刻は、第2クロス時刻の一例である。
The second
第1立ち下がり検出部33は、交流電圧波形wmの測定値wsが正の閾値th1未満になる第1立ち下がり時刻とその第1立ち下がり時刻での交流電圧波形wmの正の測定値wsとを検出する。第1立ち下がり時刻は、第1クロス時刻の一例である。
The first falling
第2立ち下がり検出部34は、交流電圧波形wmの測定値wsが負の閾値th2未満になる第2立ち下がり時刻とその第2立ち下がり時刻での交流電圧波形wmの負の測定値wsとを検出する。第2立ち下がり時刻は、第2クロス時刻の一例である。 The second falling detection unit 34 sets the second falling time at which the measured value ws of the AC voltage waveform wm is less than the negative threshold value th2 and the negative measured value ws of the AC voltage waveform wm at the second falling time. Is detected. The second fall time is an example of the second cross time.
推定部40は、交流電圧波形wmの測定値wsが第1クロス時刻と第2クロス時刻との間で正の測定値wspと負の測定値wsnとの間のゼロをクロスするゼロクロス時刻t0を推定する。図4は、測定値wsが第1立ち下がり時刻と第2立ち下がり時刻との間で正の測定値wspと負の測定値wsnとの間のゼロをクロスするゼロクロス時刻t0を推定する場合を例示する。正の測定値wspと負の測定値wsnとの間のゼロは、第1測定値と第2測定値との間の基準値Rの一例である。ゼロクロス時刻t0は、交流電圧波形の測定値が基準値Rをクロスする基準クロス時刻の一例である。
In the
推定部40は、第1補正演算部41と第2補正演算部42との少なくとも一方を有する。第1補正演算部41は、測定値wsが第2立ち上がり時刻から第1立ち上がり時刻までの間で正の測定値と負の測定値との間のゼロをクロスする時点である立ち上がりゼロクロス時刻を推定する第1推定部の一例である。第2補正演算部42は、測定値wsが第1立ち下がり時刻から第2立ち下がり時刻までの間で正の測定値th1と負の測定値th2との間のゼロをクロスする時点である立ち下がりゼロクロス時刻を推定する第2推定部の一例である。立ち上がりゼロクロス時刻は、交流電圧波形の測定値が第2立ち上がり時刻から第1立ち上がり時刻までの間で第1測定値と第2測定値との間の基準値をクロスする時点である立ち上がり基準クロス時刻の一例である。立ち下がりゼロクロス時刻は、交流電圧波形の測定値が第1立ち下がり時刻から第2立ち下がり時刻までの間で第1測定値と第2測定値との間の基準値をクロスする時点である立ち下がり基準クロス時刻の一例である。
The
計算部91は、ゼロクロス時刻t0の時間間隔を用いて、交流電圧波形wmの周波数を測定する。計算部91は、例えば、周期計算部50及び周波数計算部60を有する。
The
周期計算部50は、ゼロクロス時刻t0の時間間隔を用いて、交流電圧波形wmの周期を計算する。例えば図5に示すように、隣り合う2つのゼロクロス時刻t01,t02に挟まれる一つの時間間隔T1は、交流電圧波形wmの1周期に相当する(t01<t02)。したがって、周期計算部50は、例えば、隣り合う2つのゼロクロス時刻t01,t02に挟まれる一つの時間間隔T1を計測することで、交流電圧波形wmの1周期を計算する。
The
なお、図5に示すように、隣り合う3つのゼロクロス時刻t01,t02,t03に挟まる2つの時間間隔T1,T2の合計は、交流電圧波形wmの2周期に相当する(t01<t02<t03)。したがって、例えば、周期計算部50は、隣り合うn個のゼロクロス時刻t0に挟まれる(n-1)個の時間間隔の合計を(n-1)で除算することで、交流電圧波形wmの1周期を計算してもよい。nは、2以上の整数を表す。
As shown in FIG. 5, the sum of the two time intervals T 1 and T 2 sandwiched between the three adjacent zero cross times t 01 , t 02 , and t 03 corresponds to two cycles of the AC voltage waveform wm (t). 01 <t 02 <t 03 ). Therefore, for example, the
周期計算部50は、例えば、立ち上がり周期計算部51と立ち下がり周期計算部52との少なくとも一方を有する。立ち上がり周期計算部51は、第1補正演算部41により推定された立ち上がりゼロクロス時刻の時間間隔を用いて、交流電圧波形wmの立ち上がり周期を計算する。立ち下がり周期計算部52は、第2補正演算部42により推定された立ち下がりゼロクロス時刻の時間間隔を用いて、交流電圧波形wmの立ち下がり周期を計算する。図5は、立ち下がり周期の計算を例示する。
The
周波数計算部60は、周期計算部50により計算された交流電圧波形wmの周期の逆数を算出することによって、交流電圧波形wmの周波数を計算する。周波数計算部60は、例えば、立ち上がり周波数計算部61と立ち下がり周波数計算部62との少なくとも一方を有する。
The
立ち上がり周波数計算部61は、立ち上がり周期計算部51により計算された立ち上がり周期の逆数を算出することで、交流電圧波形wmの立ち上がり周波数fuを計算する。立ち下がり周波数計算部62は、立ち下がり周期計算部52により計算された立ち下がり周期の逆数を算出することで、交流電圧波形wmの立ち下がり周波数fdを計算する。図5は、立ち下がり周波数fdの計算を例示する。
The rising
なお、交流電圧波形wmの周期(周波数)が頻繁に変動する場合、交流電圧波形wmの周期(周波数)を高精度に計測する点で、ゼロクロス時刻t0を検出するたびに、交流電圧波形wmの1周期及び周波数を計算することが好ましい。 When the cycle (frequency) of the AC voltage waveform wm fluctuates frequently, the AC voltage waveform wm is measured every time the zero cross time t 0 is detected in that the cycle (frequency) of the AC voltage waveform wm is measured with high accuracy. It is preferable to calculate one cycle and frequency of.
このように、第1実施形態によれば、例えば図4の場合、正の閾値th1と負の閾値th2を用いて、第1立ち下がり時刻と第2立ち下がり時刻とを検出する。正の閾値th1と負の閾値th2を用いることで、交流電圧波形wmのサンプリング周期が比較的短くなくても(サンプリング周波数が比較的高くなくても)、比較的短い時間間隔の2つの立ち下がり時刻(第1立ち下がり時刻と第2立ち下がり時刻)を検出できる。そして、測定値wsが第1立ち下がり時刻から第2立ち下がり時刻までの間で正の測定値wspと負の測定値wsnとの間のゼロをクロスする時点である立ち下がりゼロクロス時刻を推定する。比較的短い時間間隔の2つの立ち下がり時刻から立ち下がりゼロクロス時刻を推定するので、立ち下がりゼロクロス時刻の推定精度が向上する。そして、このように推定された立ち下がりゼロクロス時刻の時間間隔を用いて、交流電圧波形wmの立ち下がり周波数fdを計算するので、立ち下がり周波数fdの計測精度が向上する。立ち上がり周波数fuを計測する場合も同様に考えることができ、立ち上がり周波数fuの計測精度が向上する。 As described above, according to the first embodiment, for example, in the case of FIG. 4, the first fall time and the second fall time are detected by using the positive threshold value th1 and the negative threshold value th2. By using the positive threshold th1 and the negative threshold th2, even if the sampling cycle of the AC voltage waveform wm is not relatively short (even if the sampling frequency is not relatively high), two falling edges with a relatively short time interval are used. The time (first fall time and second fall time) can be detected. Then, the fall zero cross time, which is the time point at which the measured value ws crosses zero between the positive measured value wsp and the negative measured value wsn between the first fall time and the second fall time, is estimated. .. Since the fall zero cross time is estimated from two fall times with relatively short time intervals, the estimation accuracy of the fall zero cross time is improved. Then, since the falling frequency fd of the AC voltage waveform wm is calculated using the time interval of the falling zero cross time estimated in this way, the measurement accuracy of the falling frequency fd is improved. The same can be considered when measuring the rising frequency fu, and the measurement accuracy of the rising frequency fu is improved.
なお、第1実施形態において、立ち上がり周波数fuの計測が不要であれば、第1立ち上がり検出部31、第2立ち上がり検出部32、第1補正演算部41、立ち上がり周期計算部51及び立ち上がり周波数計算部61は、無くてもよい。同様に、第1実施形態において、立ち下がり周波数fdの計測が不要であれば、第1立ち下がり検出部33、第2立ち下がり検出部34、第2補正演算部42、立ち下がり周期計算部52及び立ち下がり周波数計算部62は、無くてもよい。
If it is not necessary to measure the rising frequency fu in the first embodiment, the first rising
図4において、測定部90は、第1立ち下がり時刻から立ち下がりゼロクロス時刻t0までの間に1回以上、且つ、立ち下がりゼロクロス時刻t0から第2立ち下がり時刻までの間に1回以上、交流電圧波形wmをサンプリングすることによって、交流電圧波形wmの測定値wsを取得する。これにより、立ち下がりゼロクロス時刻t0の検出精度が向上するので、立ち下がり周波数fdの計測精度も向上する。
In FIG. 4, the measuring
同様に、測定部90は、第2立ち上がり時刻から立ち上がりゼロクロス時刻までの間に1回以上、且つ、立ち上がりゼロクロス時刻から第1立ち上がり時刻までの間に1回以上、交流電圧波形wmをサンプリングすることによって、交流電圧波形wmの測定値wsを取得する。これにより、立ち上がりゼロクロス時刻の検出精度が向上するので、立ち上がり周波数fuの計測精度も向上する。
Similarly, the measuring
このように、測定部90は、第1クロス時刻とゼロクロス時刻との間に1回以上、且つ、ゼロクロス時刻と第2クロス時刻との間に1回以上、交流電圧波形wmをサンプリングすることによって、交流電圧波形wmの測定値wsを取得するのが好ましい。言い換えれば、測定部90は、第1クロス時刻とゼロクロス時刻との間に1回以上、且つ、ゼロクロス時刻と第2クロス時刻との間に1回以上、交流電圧波形wmをサンプリングするように、正の閾値th1及び負の閾値th2を設定するのが好ましい。
In this way, the measuring
正の閾値th1と負の閾値th2は、絶対値が同じであることが好ましい。これにより、第1クロス時刻とゼロクロス時刻との間のサンプリング回数と、ゼロクロス時刻と第2クロス時刻との間のサンプリング回数とをほぼ同じにできる。その結果、ゼロクロス時刻の検出精度が向上するので、交流電圧波形wmの周波数の計測精度も向上する。 It is preferable that the positive threshold value th1 and the negative threshold value th2 have the same absolute value. As a result, the number of samplings between the first crossing time and the zero crossing time and the number of samplings between the zero crossing time and the second crossing time can be made substantially the same. As a result, the detection accuracy of the zero cross time is improved, so that the measurement accuracy of the frequency of the AC voltage waveform wm is also improved.
図4において、例えば、第1立ち下がり検出部33は、第1方形波w1の立ち下がりエッジを検出したタイミングを、第1立ち下がり時刻t1として検出してもよい。例えば、第2立ち下がり検出部34は、第2方形波w2の立ち下がりエッジを検出したタイミングを、第2立ち下がり時刻t2として検出してもよい。
In FIG. 4, for example, the first falling
第1立ち下がり検出部33は、複数の測定値wsのうち第1立ち下がり時刻t1での測定値を、正の測定値v1として検出する。第2立ち下がり検出部34は、複数の測定値wsのうち第2立ち下がり時刻t2での測定値を、負の測定値v2として検出する。
The first
第2補正演算部42は、第1立ち下がり時刻t1、第2立ち下がり時刻t2、正の測定値v1及び負の測定値v2を用いた補間演算を行うことにより、立ち下がりゼロクロス時刻t0を推定する。例えば、第2補正演算部42は、第1立ち下がり時刻t1を0に設定すると、演算式『t0=-v1・t2/(v2-v1)』を用いた補間演算によって、測定値wsがゼロをクロスする立ち下がりゼロクロス時刻t0を推定できる。同様に、第1補正演算部41は、第1立ち上がり時刻、第2立ち上がり時刻、正の測定値及び負の測定値を用いた補間演算を行うことにより、立ち上がりゼロクロス時刻を推定できる。
The second
図6は、一比較形態における周波数計測装置による周波数計測方法(一つの閾値(=0)を用いて周波数fmを計測する場合)のシミュレーション結果の一例を示す図である。図7は、第1実施形態における周波数計測装置による上述の周波数計測方法(正負の二つの)の閾値を用いて周波数fmを計測する場合)のシミュレーション結果の一例を示す図である。図6の場合、計測される周波数fmは、実際の設定周波数fsに対してずれているのに対し、図7の場合、計測される周波数fmは、実際の設定周波数fsと同じという結果が得られた。 FIG. 6 is a diagram showing an example of a simulation result of a frequency measurement method (when measuring frequency fm using one threshold value (= 0)) by a frequency measuring device in one comparative mode. FIG. 7 is a diagram showing an example of a simulation result of the frequency fm measured using the threshold values of the above-mentioned frequency measuring method (two positive and negative) by the frequency measuring device in the first embodiment. In the case of FIG. 6, the measured frequency fm deviates from the actual set frequency fs, whereas in the case of FIG. 7, the measured frequency fm is the same as the actual set frequency fs. Was done.
図2において、周波数計測回路101は、変更部110を備える。変更部110は、交流電圧波形wmの振幅Aとオフセット量Bの少なくとも一方に応じて、第1閾値th1及び第2閾値th2を変更する。これにより、振幅Aとオフセット量Bの少なくとも一方が何らかの要因によって変動しても、第1閾値th1及び第2閾値th2は、それぞれ、その変動に応じた適切な値に調整可能となるので、交流電圧波形wmの周波数の計測精度が向上する。
In FIG. 2, the
図11は、振幅Aが通常値であり且つオフセット量Bがゼロである場合の交流電圧波形wmの測定値wsの一例を示す図である。変更部110又は瞬時電圧測定部10は、複数の測定値wsに基づいて、振幅A及びオフセット量Bを検出する。振幅A及びオフセット量Bのそれぞれの検出方法は、公知の任意の方法でよい。変更部110又は瞬時電圧測定部10は、例えば、複数の測定値wmのピーク値を検出することで、振幅Aを検出する。変更部110又は瞬時電圧測定部10は、例えば、複数の測定値wmを積分する又はローパスフィルタにかけることによって、オフセット量Bを検出する。
FIG. 11 is a diagram showing an example of the measured value ws of the AC voltage waveform wm when the amplitude A is a normal value and the offset amount B is zero. The changing
図11に示す例では、変更部110は、振幅Aの通常値が検出され且つオフセット量Bのない状態が検出されている場合、第1閾値th1を第1デフォルト値"+0.2"に設定し、第2閾値th2を第2デフォルト値"-0.2"に設定する。
In the example shown in FIG. 11, when the normal value of the amplitude A and the state without the offset amount B are detected, the
図12は、振幅Aが通常値の20%まで低下し且つオフセット量Bがゼロである場合の交流電圧波形wmの測定値wsの一例を示す図である。変更部110は、振幅Aの大きさに応じて、第1閾値th1と第2閾値th2との差Δthを変更する。例えば、変更部110は、振幅Aが小さくなるほど、差Δthを小さくし、振幅Aが大きくなるほど、差Δthを大きくする。
FIG. 12 is a diagram showing an example of the measured value ws of the AC voltage waveform wm when the amplitude A drops to 20% of the normal value and the offset amount B is zero. The changing
振幅Aの大きさに応じて差Δthが変更されることで、振幅Aに対する第1閾値th1及び第2閾値th2の相対的な位置(大きさ)が、振幅Aが変化する前後で大きく変化することを抑制できる。したがって、振幅Aが何らかの要因によって変動しても、差Δthは、振幅Aの大きさに応じた適切な値に調整可能となるので、交流電圧波形wmの周波数の計測精度が向上する。 By changing the difference Δth according to the magnitude of the amplitude A, the relative positions (magnitudes) of the first threshold value th1 and the second threshold value th2 with respect to the amplitude A change significantly before and after the amplitude A changes. Can be suppressed. Therefore, even if the amplitude A fluctuates due to some factor, the difference Δth can be adjusted to an appropriate value according to the magnitude of the amplitude A, so that the measurement accuracy of the frequency of the AC voltage waveform wm is improved.
変更部110は、振幅Aに対する差Δthの割合(A/Δth)が一定になるように、振幅Aの大きさに応じて差Δthを変更してもよい。これにより、振幅Aに対する第1閾値th1及び第2閾値th2の相対的な位置(大きさ)は、振幅Aが変化する前後でほぼ維持される。したがって、振幅Aが何らかの要因によって変動しても、差Δthは、振幅Aの大きさに応じたより適切な値に調整可能となるので、交流電圧波形wmの周波数の計測精度が更に向上する。
The changing
変更部110は、振幅Aの変化率と同じ変化率で第1閾値th1及び第2閾値th2をそれぞれ変更してもよい。これにより、振幅Aの変化前後で、振幅Aに対する差Δthの割合が一定になるので、交流電圧波形wmの周波数の計測精度が更に向上する。
The changing
図12は、振幅Aが通常値の20%まで低下した状態を例示する。変更部110は、この状態を検出した場合、第1閾値th1を"+0.2"から"+0.04(=+0.2×20%)"に変更し、第2閾値th2を"-0.2"から"-0.04(=-0.2×20%)"に変更する。つまり、変更部110は、振幅Aの変化率と同じ変化率で第1閾値th1及び第2閾値th2をそれぞれ変更する。これにより、差Δthは、デフォルト値"0.4"から"0.08(=0.4×20%)"に変更されることになる。図11では、振幅Aに対する差Δthの割合(A/Δth)は、0.4(=0.4/1.0)である。一方、図12でも、振幅Aに対する差Δthの割合(A/Δth)は、0.4(=0.08/0.2)である。つまり、差Δthは、振幅Aに対する差Δthの割合が一定になるように、振幅Aの大きさに応じて変更されている。
FIG. 12 illustrates a state in which the amplitude A is reduced to 20% of the normal value. When this state is detected, the changing
変更部110は、振幅Aの変化量が第1所定量を超えてから、第1閾値th1及び第2閾値th2を変更してもよい。換言すれば、変更部110は、振幅Aの変化量が第1所定量を超えるまで、第1閾値th1及び第2閾値th2を変更しなくてもよい。これにより、振幅Aの変化量が第1所定量を超えるまで、第1閾値th1及び第2閾値th2の変更を止めることができるので、第1閾値th1及び第2閾値th2が変化しない不感帯を設けることができる。その結果、例えば、第1閾値th1及び第2閾値th2の過剰な変化に伴って、周波数の計測精度が低下することを抑制できる。
The changing
図13は、振幅Aが通常値であり且つ振幅Aの通常値の10%のオフセット量Bがある場合の交流電圧波形wmの測定値wsの一例を示す図である。変更部110は、交流電圧波形wmのオフセット量Bと同じオフセット量で、基準値R、第1閾値th1及び第2閾値th2をそれぞれ変更する。これにより、複数の測定値wmで表される波形に対する、基準値R、第1閾値th1及び第2閾値th2の相対的な位置(大きさ)は、オフセット量Bが変化する前後でほぼ維持される。したがって、オフセット量Bが何らかの要因によって変動しても、基準値R、第1閾値th1及び第2閾値th2は、オフセット量Bの大きさに応じた適切な値に調整可能となるので、交流電圧波形wmの周波数の計測精度が向上する。
FIG. 13 is a diagram showing an example of the measured value ws of the AC voltage waveform wm when the amplitude A is a normal value and there is an offset amount B of 10% of the normal value of the amplitude A. The changing
例えば、オフセット量Bが"ゼロ(図11)"から"+0.1(図13)"に変化したとする。変更部110は、この変化を検出した場合、基準値Rを"ゼロ"から"+0.1"に変更し、第1閾値th1を"+0.2"から"+0.3"に変更し、第2閾値th2を"-0.2"から"-0.1"に変更する。
For example, it is assumed that the offset amount B changes from "zero (FIG. 11)" to "+0.1 (FIG. 13)". When the
変更部110は、交流電圧波形wmのオフセット量Bが第2所定量を超えてから、基準値R、第1閾値th1及び第2閾値th2をそれぞれ変更してもよい。換言すれば、変更部110は、交流電圧波形wmのオフセット量Bが第2所定量を超えるまで、基準値R、第1閾値th1及び第2閾値th2を変更しなくてもよい。これにより、オフセット量Bが第2所定量を超えるまで、基準値R、第1閾値th1及び第2閾値th2の変更を止めることができるので、基準値R、第1閾値th1及び第2閾値th2が変化しない不感帯を設けることができる。その結果、例えば、基準値R、第1閾値th1及び第2閾値th2の過剰な変化に伴って、周波数の計測精度が低下することを抑制できる。
The changing
図14は、交流電圧波形を測定する瞬時電圧測定部の構成例を示す図である。図14に示す瞬時電圧測定部10は、第1アナログ-デジタル変換器11(第1ADC11)、第2アナログ-デジタル変換器12(第2ADC12)、第1保護回路13、第2保護回路14、第1分圧回路15及び第2分圧回路16を有する。
FIG. 14 is a diagram showing a configuration example of an instantaneous voltage measuring unit that measures an AC voltage waveform. The instantaneous
第1分圧回路15及び第2分圧回路16は、それぞれ、アナログの交流電圧波形wmを抵抗等により分圧する回路であり、比較的大きな振幅Aを有するアナログの交流電圧波形wmを比較的小さな振幅Aを有するアナログの交流電圧波形wmに変換して出力する。
The first
第1保護回路13は、第1電圧検出範囲D1を超えるアナログ電圧が第1ADC11に入力されることを防ぐ回路である。第1電圧検出範囲D1は、第1ADC11が検出可能なアナログ入力電圧の範囲を表す。第1保護回路13は、例えば、第1分圧回路15により分圧された交流電圧波形wmを、第1ADC11の電源電圧(正電源電圧"+VCC1"と負電源電圧"-VCC1"との間の電位差)に、複数のダイオードによりクランプするダイオードクランプ回路である。
The
第2保護回路14は、第2電圧検出範囲D2を超えるアナログ電圧が第2ADC12に入力されることを防ぐ回路である。第2電圧検出範囲D2は、第2ADC12が検出可能なアナログ入力電圧の範囲を表す。第2保護回路14は、例えば、第2分圧回路16により分圧された交流電圧波形wmを、第2ADC12の電源電圧(正電源電圧"+VCC2"と負電源電圧"-VCC2"との間の電位差)に、複数のダイオードによりクランプするダイオードクランプ回路である。
The
なお、負電源電圧"-VCC1","-VCC2"は、零(グランド電圧)に置換されてもよい。 The negative power supply voltages "-VCC1" and "-VCC2" may be replaced with zero (ground voltage).
第1ADC11は、アナログの交流電圧波形wmを第1電圧検出範囲D1で検出して第1デジタル測定値ws1を出力する。第2ADC12は、アナログの交流電圧波形wmを第2電圧検出範囲D2で検出して第2デジタル測定値ws2を出力する。第1デジタル測定値ws1及び第2デジタル測定値ws2は、いずれも、デジタル値である上述の測定値wsの一例である。
The
図15は、第1電圧検出範囲及び第2電圧検出範囲を例示する図である。第1電圧検出範囲D1は、第2電圧検出範囲D2よりも広く且つ第2電圧検出範囲D2を包含する範囲である。これにより、第1ADC11は、第2ADC12よりも広い範囲で交流電圧波形wmを検出できる。
FIG. 15 is a diagram illustrating a first voltage detection range and a second voltage detection range. The first voltage detection range D1 is wider than the second voltage detection range D2 and includes the second voltage detection range D2. As a result, the
ところが、交流電圧波形wmの振幅AとオフセットBの少なくとも一方は、何らかの要因によって変動することがある。 However, at least one of the amplitude A and the offset B of the AC voltage waveform wm may fluctuate due to some factor.
例えば図11において、振幅AとオフセットBの少なくとも一方の変動により、第1ADC11から出力される第1デジタル測定値ws1の極大値又は極小値が、第1閾値th1と第2閾値th2との間の数値範囲Ed1の外側から内側に遷移する場合がある。この場合、第1デジタル測定値ws1は第1閾値th又は第2閾値thをクロスしなくなるため、第1デジタル測定値ws1の利用では、交流電圧波形wmの周波数の計測が不能になる。
For example, in FIG. 11, due to fluctuations in at least one of the amplitude A and the offset B, the maximum value or the minimum value of the first digital measurement value ws1 output from the
これを防ぐため、図15に示されるように、第2ADC12は、電圧範囲Eaを包含する第2電圧検出範囲D2で交流電圧波形wmを測定する。電圧範囲Eaは、第1閾値th1と第2閾値th2との間の数値範囲Ed2(図12参照)に対応するアナログ電圧範囲である。数値範囲Ed2は、数値範囲Ed1よりも狭い。第2電圧検出範囲D2がアナログ電圧範囲Eaを包含することで、第2ADC12から出力される第2デジタル測定値ws2の極大値及び極小値は、数値範囲Ed1の内側に遷移しても数値範囲Ed2の内側に遷移しなければ、第1閾値th1及び第2閾値th2をクロスする。よって、第2デジタル測定値ws2を利用することで、交流電圧波形wmの周波数の計測が可能になる。
To prevent this, as shown in FIG. 15, the
このように、第2ADC12の第2電圧検出範囲D2が、第1閾値th1と第2閾値th2との間の数値範囲Ed2に対応する電圧範囲Eaを包含することで、上述の変更部110の有無にかかわらず、交流電圧波形wmの周波数の計測精度を向上できる。
As described above, the presence or absence of the above-mentioned
第2電圧検出範囲D2は、第1電圧検出範囲D1よりも狭いので、第2ADC12が検出対象とする電圧範囲は、第1ADC11が検出対象とする電圧範囲よりも狭い。したがって、第2ADC12の分解能は、第1ADC11の分解能以下でも、第2ADC12の電圧検出精度を確保できる。分解能は、ビット数で表現される。分解能が第1ADC11よりも低い第2ADC12を採用することで、例えば、第2ADC12の電圧検出精度を確保した上で、第2ADC12の回路規模の縮小化が可能となる。
Since the second voltage detection range D2 is narrower than the first voltage detection range D1, the voltage range targeted by the
第2電圧検出範囲D2が第1電圧検出範囲D1の(1/N)倍であり(Nは1よりも大きい数)、第1ADC11の分解能から第2ADC12の分解能を減じたビット数をXとする。このとき、Xは、-log2(1/N)の小数点以下を切り捨てた値であると、第2ADC12の電圧検出精度を確保した上で、第2ADC12の回路規模の縮小化が可能となる。
The second voltage detection range D2 is (1 / N) times the first voltage detection range D1 (N is a number larger than 1), and the number of bits obtained by subtracting the resolution of the
例えば、図15において、第2電圧検出範囲D2が、第1電圧検出範囲D1の(1/4)倍であるとする(N=4)。この場合、「-log2(1/4)=2.43」であることから、電圧検出精度の確保と回路規模の縮小化を両立させる上で、第2ADC12の分解能として下げられるビット数Xは、2となる。X=2の場合、第1ADC11の分解能が例えば12ビットであるとすると、第2ADC12の分解能は10ビット以上であればよい。
For example, in FIG. 15, it is assumed that the second voltage detection range D2 is (1/4) times the first voltage detection range D1 (N = 4). In this case, since "-log 2 (1/4) = 2.43", the number of bits X that can be lowered as the resolution of the
図14において、瞬時電圧測定部10は、交流電圧波形wmの周波数fmの計測に使用するデジタル測定値を、第1デジタル測定値ws1とするのか第2デジタル測定値ws2とするのか切り替えてもよい。これにより、例えば、第1ADC11と第2ADC12のうち、どちらか一方に異常が発生しても、異常が発生していない方のADCを利用して、周波数fmの計測が可能となる。
In FIG. 14, the instantaneous
瞬時電圧測定部10は、第1デジタル測定値ws1を、交流電圧波形wmの振幅Aの検出に使用し、第2デジタル測定値ws2を、交流電圧波形wmの周波数fmの計測に使用してもよい。これにより、周波数計測装置100は、周波数fmを計測するだけでなく、振幅Aを検出できる。このとき、第1電圧検出範囲D1は、交流電圧波形wmの振幅定格値以上の範囲に設定され、第2電圧検出範囲D2は、交流電圧波形wmの振幅定格値未満の範囲に設定されてもよい。このとき、図14のような分圧回路15,16がある場合、第1電圧検出範囲D1及び第2電圧検出範囲D2は、分圧後の交流電圧波形wmの振幅定格値によって規定される。例えば図15において、第1電圧検出範囲D1は、振幅定格値の±120%の範囲に設定され、第2電圧検出範囲D2は、振幅定格値の±30%の範囲に設定されてもよく、この場合、第2電圧検出範囲D2が、第1電圧検出範囲D1の(1/4)倍に相当する。
Even if the instantaneous
図16は、第2電圧検出範囲D2を超える交流電圧波形wmが入力された第2ADC12から出力される第2デジタル測定値ws2の波形の一例を示す図である。第2電圧検出範囲D2が交流電圧波形wmの振幅定格値未満の範囲に設定されると、図16に示すように、第2デジタル測定値ws2の波形は、台形波に近くなる。しかしながら、このような波形でも、第2デジタル測定値ws2が第1閾値th1及び第2閾値th2をクロスすることで、周波数fmの計測が可能である。
FIG. 16 is a diagram showing an example of a waveform of a second digital measured value ws2 output from a
瞬時電圧測定部10は、交流電圧波形wmの振幅Aに応じて、周波数fmの計測に使用するデジタル測定値を、第1デジタル測定値ws1とするのか第2デジタル測定値ws2とするのかを切り替えてもよい。この場合、振幅Aは、第1ADC11から出力される複数の第1デジタル測定値ws1に基づいて検出された振幅検出値であるが、周波数計測装置100の外部装置などの他の手段によって取得された値でもよい。
The instantaneous
例えば図15において、瞬時電圧測定部10は、振幅Aが第2電圧検出範囲D2の外側にある場合、第1デジタル測定値ws1を周波数fmの計測に使用し、振幅Aが第2電圧検出範囲D2の内側にある場合、第2デジタル測定値ws2を周波数fmの計測に使用してもよい。これにより、振幅Aの変動に応じて、第1デジタル測定値ws1と第2デジタル測定値ws2とのうち、周波数fmの計測に適切な方のデジタル測定値を使用できる。
For example, in FIG. 15, when the amplitude A is outside the second voltage detection range D2, the instantaneous
例えば、検出部30(図2参照)は、第1デジタル測定値ws1が図11に示す数値範囲Ed1を画定する第1閾値th1及び第2閾値th2をクロスする各時刻と、当該各時刻での第1デジタル測定値ws1とを検出できる。一方、検出部30は、第2デジタル測定値ws2が図12に示す数値範囲Ed2を画定する第1閾値th1及び第2閾値th2をクロスする各時刻と、当該各時刻での第2デジタル測定値ws2とを検出できる。
For example, the detection unit 30 (see FIG. 2) has a time at which the first digitally measured value ws1 crosses the first threshold value th1 and the second threshold value th2 that define the numerical range Ed1 shown in FIG. The first digital measured value ws1 can be detected. On the other hand, the
瞬時電圧測定部10は、周波数計測装置100の外部装置からの要求信号に応じて、周波数fmの計測に使用するデジタル測定値を、第1デジタル測定値ws1とするのか第2デジタル測定値ws2とするのかを切り替えてもよい。これにより、当該外部装置が要求するADCを利用して、周波数fmの計測が可能となる。
In response to the request signal from the external device of the
例えば図15において、瞬時電圧測定部10は、交流電圧波形wmの振幅Aが第2電圧検出範囲D2の外側から内側に遷移した場合、振幅Aの検出に使用するデジタル測定値を、第1デジタル測定値ws1から第2デジタル測定値ws2に切り替えてもよい。これにより、振幅Aが第2電圧検出範囲D2の外側から内側に遷移することで、振幅Aの検出に第1デジタル測定値ws1を利用できなくなっても、振幅Aの検出に第2デジタル測定値ws2を利用することが可能となる。例えば図11において、瞬時電圧測定部10は、第1デジタル測定値ws1が数値範囲Ed1の外側から内側に遷移したことを検知した場合、振幅Aが第2電圧検出範囲D2の外側から内側に遷移したと判定する。
For example, in FIG. 15, when the amplitude A of the AC voltage waveform wm transitions from the outside to the inside of the second voltage detection range D2, the instantaneous
例えば図15において、瞬時電圧測定部10は、交流電圧波形wmの振幅Aが第2電圧検出範囲D2の内側から外側に遷移した場合、振幅Aの検出に使用するデジタル測定値を、第2デジタル測定値ws2から第1デジタル測定値ws1に切り替えてもよい。これにより、振幅Aが第2電圧検出範囲D2の内側から外側に遷移することで、振幅Aの検出に第2デジタル測定値ws2を利用できなくなっても、振幅Aの検出に第1デジタル測定値ws1を利用することが可能となる。例えば図12において、瞬時電圧測定部10は、第2デジタル測定値ws2が数値範囲Ed2の内側から外側に遷移したことを検知した場合、振幅Aが第2電圧検出範囲D2の内側から外側に遷移したと判定する。
For example, in FIG. 15, when the amplitude A of the AC voltage waveform wm transitions from the inside to the outside of the second voltage detection range D2, the instantaneous
図8は、第2実施形態における周波数計測装置の構成例を示す図である。図9は、第2実施形態における周波数計測装置による周波数計測方法の一例を説明するためのタイミングチャートである。第2実施形態において、第1実施形態と同様の構成についての説明は、上述の説明を援用することで省略する。図8に示す周波数計測装置200は、平均周波数計測回路201を備え、平均周波数計測回路201は、周波数計測回路101(図2)と平均化回路70とを備える。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of the frequency measuring device according to the second embodiment. FIG. 9 is a timing chart for explaining an example of the frequency measurement method by the frequency measuring device in the second embodiment. In the second embodiment, the description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted by referring to the above description. The
周波数計測回路101内の計算部91は、立ち下がり周波数fdと立ち上がり周波数fdとの平均をとることで、交流電圧波形vmの周波数を計算する平均化回路70を有する。平均化回路70は、立ち下がり周波数fdと立ち上がり周波数fdとの和を加算器71により算出し、その和を除算器72により2で除算することによって、立ち下がり周波数fdと立ち上がり周波数fdとの平均値(交流電圧波形vmの平均周波数)を算出する。
The
交流電圧波形vmの周波数をこのように算出することで、平均化による周波数の値の精度が向上する。また、交流電圧波形vmの周波数の算出に、半周期だけシフトしたタイミングで立ち上がりゼロクロス時刻と立ち下がりゼロクロス時刻がそれぞれ反映されるので(図9参照)、周波数の計測精度が向上すると共に、計測の時間的応答速度が向上する。 By calculating the frequency of the AC voltage waveform vm in this way, the accuracy of the frequency value by averaging is improved. In addition, since the rising zero cross time and the falling zero cross time are reflected in the calculation of the frequency of the AC voltage waveform vm at the timing shifted by half a cycle (see FIG. 9), the frequency measurement accuracy is improved and the measurement is performed. The time response speed is improved.
図10は、第3実施形態にける周波数計測装置の構成例を示す図である。第3実施形態において、第1実施形態又は第2実施形態と同様の構成についての説明は、上述の説明を援用することで省略する。図10に示す周波数計測装置300は、平均周波数計測回路301を備える。平均周波数計測回路301は、三相の交流電圧波形Vmの平均周波数を検出する。平均周波数計測回路301は、周波数計測回路101(図2)とそれぞれ同じ回路構成の複数の周波数計測回路101a,101b,101cと、平均化回路80とを備える。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of the frequency measuring device according to the third embodiment. In the third embodiment, the description of the same configuration as that of the first embodiment or the second embodiment will be omitted by referring to the above description. The
周波数計測回路101a内の測定部90は、送電ライン3におけるA相の交流電圧波形wmの相電圧(A相電圧)を測定し、周波数計測回路101a内の推定部40は、A相電圧のゼロクロス時刻を推定する。周波数計測回路101a内の計算部91は、A相電圧のゼロクロス時刻の時間間隔を用いて、A相電圧の周波数を計算する。同様に、周波数計測回路101bは、B相電圧の周波数を計算し、周波数計測回路101cは、C相電圧の周波数を計算する。平均周波数計測回路301は、複数相の相電圧の周波数を平均することで、交流電圧波形Vmの周波数(三相平均周波数)を計算する平均化回路80を計算部として備える。平均化回路80は、A相電圧、B相電圧及びC相電圧の各々の周波数の和を加算器81により算出し、その和を除算器82により3で除算することによって、三相平均周波数を算出する。これにより、平均化による周波数の値の精度が向上すると共に、3分の1周期だけシフトしたタイミングで各相電圧のゼロクロス時刻が周波数の算出にそれぞれ反映されるので、計測の時間的応答速度が向上する。
The
あるいは、周波数計測回路101a内の測定部90は、A相の送電ライン3とB相の送電ライン3との間のAB線間電圧(交流波形のAB相間電圧)を測定し、周波数計測回路101a内の推定部40は、AB線間電圧のゼロクロス時刻を推定する。周波数計測回路101a内の計算部91は、AB線間電圧のゼロクロス時刻の時間間隔を用いて、AB線間電圧の周波数を計算する。同様に、周波数計測回路101bは、BC線間電圧の周波数を計算し、周波数計測回路101cは、CA線間電圧の周波数を計算する。平均周波数計測回路301は、3つの線間電圧の周波数を平均することで、交流電圧波形Vmの周波数(三相平均周波数)を計算する平均化回路80を計算部として備える。平均化回路80は、AB線間電圧、BC線間電圧及びCA線間電圧の各々の周波数の和を加算器81により算出し、その和を除算器82により3で除算することによって、三相平均周波数を算出する。これにより、平均化による周波数の値の精度が向上すると共に、3分の1周期だけシフトしたタイミングで各線間電圧のゼロクロス時刻が周波数の算出にそれぞれ反映されるので、計測の時間的応答速度が向上する。
Alternatively, the measuring
なお、平均周波数計測回路301は、平均周波数計測回路201(図8)とそれぞれ同じ回路構成の複数の平均周波数計測回路201a,201b,201cと、平均化回路80とを備えるものでもよい。
The average
以上、計測装置、計測方法及び電力変換装置を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。 Although the measuring device, the measuring method, and the power conversion device have been described above by the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment. Various modifications and improvements, such as combinations and substitutions with some or all of the other embodiments, are possible within the scope of the present invention.
例えば、第1測定値と第2測定値との間の基準値(言い換えれば、第1閾値と第2閾値との間の基準値)は、ゼロに限られず、正の値でも負の値でもよい。また、第1閾値及び第2閾値は、両方とも、正の値でもよいし、負の値でもよい。 For example, the reference value between the first and second measurements (in other words, the reference value between the first and second thresholds) is not limited to zero and can be positive or negative. good. Further, both the first threshold value and the second threshold value may be positive values or negative values.
また、計測装置は、周波数を計測する専用の装置に限られず、周波数を計測する機能を有する装置でもよい。周波数計測機能を有する計測装置として、電力計、スマートメータ、PMU(Phasor Measurement Unit)などが挙げられる。また、周波数計測機能を有する計測装置は、系統連系保護継電器(保護リレー)などの系統連系機器に備えられるものでもよい。 Further, the measuring device is not limited to a dedicated device for measuring a frequency, and may be a device having a function of measuring a frequency. Examples of the measuring device having a frequency measuring function include a power meter, a smart meter, and a PMU (Phasor Measurement Unit). Further, the measuring device having a frequency measuring function may be provided in a grid interconnection device such as a grid interconnection protection relay (protection relay).
計測装置を備える電力変換装置は、太陽光、蓄電池、燃料電池などを利用するPCSに限られない。計測装置を備える電力変換装置には、EV用充電器、UPS(系統に連系する整流器側、又は、負荷に接続するインバータ側)、整流器、汎用インバータ(モータ駆動用のインバータなど)、自励式又は他励式のSVC(静止型無効電力補償装置、Static Var Compensator)、自励式のSTATCOM(静止型無効電力補償装置、STATic synchronous COMpensator)、周波数変換装置(50Hzと60Hzを相互変換する機器)などがある。 The power conversion device provided with the measuring device is not limited to the PCS that uses sunlight, a storage battery, a fuel cell, or the like. Power converters equipped with measuring devices include EV chargers, UPS (rectifier side connected to the grid or inverter side connected to the load), rectifiers, general-purpose inverters (inverter for driving motors, etc.), and self-excited type. Alternatively, a separately-excited SVC (Static Var Compensator), a self-excited STATCOM (Static Synchron Compensator), a frequency converter (a device that mutually converts 50Hz and 60Hz), etc. be.
PCSは、例えば、計測された周波数を、系統連系規定にある系統保護機能(周波数低下リレー、周波数上昇リレー、単独運転検出)、スマートインバータのFrequency-Watt機能などの出力制御などに使用する。UPSは、例えば、整流器側の系統へ電力回生する機能がある場合は、計測された周波数を、その電力回生の制御に使用し、インバータ側の系統電圧との並列駆動型の場合は、計測された周波数を、系統側停電時のインバータ出力のための同期投入制御に使用する。整流器及び汎用インバータは、例えば、系統へ電力回生する機能がある場合は、計測された周波数を、その電力回生の制御に使用する。SVC及びSTATCOMは、例えば、計測された周波数を、系統連系規定にある系統保護機能(周波数低下リレー、周波数上昇リレー、単独運転検出)に使用する。周波数変換装置は、例えば、計測された周波数を、基本的な機器の出力制御に使用する。系統連系保護継電器は、例えば、計測された周波数を、系統連系規定にある系統保護機能(周波数低下リレー、周波数上昇リレー、単独運転検出)に使用する。電力計、スマートメータ及びPMUは、例えば、計測された周波数を監視する。 For example, the PCS uses the measured frequency for output control such as a system protection function (frequency decrease relay, frequency increase relay, independent operation detection) specified in the system interconnection regulation, a frequency-Watt function of a smart inverter, and the like. For example, if the UPS has a function of regenerating power to the system on the rectifier side, the measured frequency is used to control the power regeneration, and in the case of a parallel drive type with the system voltage on the inverter side, it is measured. The frequency is used for synchronous input control for inverter output in the event of a system side power failure. The rectifier and the general-purpose inverter use the measured frequency to control the power regeneration, for example, when the system has a function of regenerating the power. The SVC and STATCOM use, for example, the measured frequency for system protection functions (frequency drop relay, frequency rise relay, isolated operation detection) in the grid interconnection regulations. The frequency converter uses, for example, the measured frequency for output control of a basic device. The grid interconnection protection relay uses, for example, the measured frequency for the grid protection function (frequency drop relay, frequency rise relay, independent operation detection) specified in the grid interconnection regulation. Power meters, smart meters and PMUs monitor, for example, the measured frequency.
電圧検出範囲が定格電圧より大きな範囲に設定された第1ADCで計測される電圧値は、例えば、機器の制御のため(電圧振幅検出、実効値検出、瞬時値検出など)、機器保護のため(過電圧検出、不足電圧検出など)、系統保護のため(地絡過電圧リレー、過電圧リレー、不足電圧リレーなど)、計量、計測又は監視のため(電力計やスマートメータなど、計測そのものが目的の機器の場合)に使用される。 The voltage value measured by the first ADC whose voltage detection range is set to a range larger than the rated voltage is, for example, for controlling the device (voltage amplitude detection, effective value detection, instantaneous value detection, etc.) and for device protection (for device protection (voltage amplitude detection, effective value detection, instantaneous value detection, etc.). For system protection (ground fault overvoltage relay, overvoltage relay, undervoltage relay, etc.), for weighing, measurement or monitoring (power meter, smart meter, etc.) If) used for.
2 機器
3 送電ライン
4 系統
5 変換回路
10 瞬時電圧測定部
11 第1アナログ-デジタル変換器
12 第2アナログ-デジタル変換器
13 第1保護回路
14 第2保護回路
15 第1分圧回路
16 第2分圧回路
20 方形波変換部
30 検出部
31 第1立ち上がり検出部
32 第2立ち上がり検出部
33 第1立ち下がり検出部
34 第2立ち下がり検出部
40 推定部
50 周期計算部
60 周波数計算部
70,80 平均化回路
71,81 加算器
72,82 除算器
90 測定部
91 計算部
100,200,300 周波数計測装置
101,101a,101b,101c 周波数計測回路
110 変更部
201,201a,201b,201c,301 平均周波数計測回路
A 振幅
B オフセット量
2
Claims (12)
前記交流電圧波形の測定値が第1閾値をクロスする第1クロス時刻と前記第1クロス時刻での前記交流電圧波形の第1測定値とを検出する第1検出部と、
前記交流電圧波形の測定値が前記第1閾値よりも低い第2閾値をクロスする第2クロス時刻と前記第2クロス時刻での前記交流電圧波形の第2測定値とを検出する第2検出部と、
前記交流電圧波形の測定値が前記第1クロス時刻と前記第2クロス時刻との間で前記第1測定値と前記第2測定値の間の基準値をクロスする基準クロス時刻を推定する推定部と、
前記基準クロス時刻の時間間隔を用いて、前記交流電圧波形の周波数を計算する計算部と、を備え、
前記測定部は、前記交流電圧波形を第1電圧検出範囲で検出して第1デジタル測定値を出力する第1アナログ-デジタル変換器と、前記交流電圧波形を第2電圧検出範囲で検出して第2デジタル測定値を出力する第2アナログ-デジタル変換器とを有し、
前記第1電圧検出範囲は、前記第2電圧検出範囲よりも広く且つ前記第2電圧検出範囲を包含する範囲であり、
前記第2電圧検出範囲は、前記第1閾値から前記第2閾値までの数値範囲に対応する電圧範囲を包含する範囲である、計測装置。 A measuring unit that measures AC voltage waveforms,
A first detection unit that detects a first cross time at which the measured value of the AC voltage waveform crosses the first threshold and a first measured value of the AC voltage waveform at the first cross time.
A second detector that detects a second cross time at which the measured value of the AC voltage waveform crosses a second threshold value lower than the first threshold value and a second measured value of the AC voltage waveform at the second cross time. When,
An estimation unit that estimates a reference cross time in which the measured value of the AC voltage waveform crosses the reference value between the first measurement value and the second measurement value between the first cross time and the second cross time. When,
A calculation unit for calculating the frequency of the AC voltage waveform using the time interval of the reference cross time is provided.
The measuring unit detects the AC voltage waveform in the first voltage detection range and outputs the first digital measurement value, and detects the AC voltage waveform in the second voltage detection range. It has a second analog-digital converter that outputs a second digital measurement.
The first voltage detection range is wider than the second voltage detection range and includes the second voltage detection range.
The second voltage detection range is a range including a voltage range corresponding to a numerical range from the first threshold value to the second threshold value.
Xは、-log2(1/N)の小数点以下を切り捨てた値である、
請求項3に記載の計測装置。 The second voltage detection range is (1 / N) times the first voltage detection range (N is a number larger than 1), and the second analog-to-digital conversion is performed from the resolution of the first analog-digital converter. Assuming that the number of bits obtained by subtracting the resolution of the device is X,
X is the value rounded down to the nearest whole number of -log 2 (1 / N).
The measuring device according to claim 3.
前記第1デジタル測定値を、前記交流電圧波形の振幅の検出に使用し、
前記第2デジタル測定値を、前記周波数の計測に使用する、
請求項1から5のいずれか一項に記載の計測装置。 The measuring unit
The first digital measurement is used to detect the amplitude of the AC voltage waveform.
The second digital measurement is used to measure the frequency.
The measuring device according to any one of claims 1 to 5.
前記交流電圧波形の振幅が前記第2電圧検出範囲の外側から内側に遷移した場合、前記交流電圧波形の振幅の検出に使用するデジタル測定値を、前記第1デジタル測定値から前記第2デジタル測定値に切り替え、
前記交流電圧波形の振幅が前記第2電圧検出範囲の内側から外側に遷移した場合、前記交流電圧波形の振幅の検出に使用するデジタル測定値を、前記第2デジタル測定値から前記第1デジタル測定値に切り替える、請求項1から9のいずれか一項に記載の計測装置。 The measuring unit
When the amplitude of the AC voltage waveform transitions from the outside to the inside of the second voltage detection range, the digital measurement value used for detecting the amplitude of the AC voltage waveform is measured from the first digital measurement value to the second digital measurement. Switch to value,
When the amplitude of the AC voltage waveform transitions from the inside to the outside of the second voltage detection range, the digital measurement value used for detecting the amplitude of the AC voltage waveform is measured from the second digital measurement value to the first digital measurement. The measuring device according to any one of claims 1 to 9, which switches to a value.
前記変換回路は、入力電力を、前記交流電圧波形を有する交流電力に変換する、又は、前記交流電圧波形を有する交流電力を、出力電力に変換する、電力変換装置。 The measuring device according to any one of claims 1 to 10 and a conversion circuit are provided.
The conversion circuit is a power conversion device that converts input power into AC power having the AC voltage waveform, or converts AC power having the AC voltage waveform into output power.
交流電圧波形を測定部により測定し、
前記交流電圧波形の測定値が第1閾値をクロスする第1クロス時刻と前記第1クロス時刻での前記交流電圧波形の第1測定値とを検出し、
前記交流電圧波形の測定値が前記第1閾値よりも低い第2閾値をクロスする第2クロス時刻と前記第2クロス時刻での前記交流電圧波形の第2測定値とを検出し、
前記交流電圧波形の測定値が前記第1クロス時刻と前記第2クロス時刻との間で前記第1測定値と前記第2測定値の間の基準値をクロスする基準クロス時刻を推定し、
前記基準クロス時刻の時間間隔を用いて、前記交流電圧波形の周波数を計算し、
前記測定部は、前記交流電圧波形を第1電圧検出範囲で検出して第1デジタル測定値を出力する第1アナログ-デジタル変換器と、前記交流電圧波形を第2電圧検出範囲で検出して第2デジタル測定値を出力する第2アナログ-デジタル変換器とを有し、
前記第1電圧検出範囲は、前記第2電圧検出範囲よりも広く且つ前記第2電圧検出範囲を包含する範囲であり、
前記第2電圧検出範囲は、前記第1閾値から前記第2閾値までの数値範囲に対応する電圧範囲を包含する範囲である、計測方法。 It is a measurement method performed by a measuring device.
The AC voltage waveform is measured by the measuring unit,
The first cross time at which the measured value of the AC voltage waveform crosses the first threshold value and the first measured value of the AC voltage waveform at the first cross time are detected.
The second cross time at which the measured value of the AC voltage waveform crosses the second threshold value lower than the first threshold value and the second measured value of the AC voltage waveform at the second cross time are detected.
The reference cross time at which the measured value of the AC voltage waveform crosses the reference value between the first measured value and the second measured value between the first cross time and the second cross time is estimated.
Using the time interval of the reference cross time, the frequency of the AC voltage waveform is calculated.
The measuring unit detects the AC voltage waveform in the first voltage detection range and outputs the first digital measurement value, and detects the AC voltage waveform in the second voltage detection range. It has a second analog-digital converter that outputs a second digital measurement.
The first voltage detection range is wider than the second voltage detection range and includes the second voltage detection range.
The measurement method, wherein the second voltage detection range includes a voltage range corresponding to a numerical range from the first threshold value to the second threshold value.
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