JP3706960B2

JP3706960B2 - ディジタル制御装置の信号検出回路

Info

Publication number: JP3706960B2
Application number: JP30618194A
Authority: JP
Inventors: 穣小泉; 実萬城; 剛湧川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-12-09
Filing date: 1994-12-09
Publication date: 2005-10-19
Anticipated expiration: 2020-10-19
Also published as: JPH07218557A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、同期機用励磁装置とか自動電圧調整器等のディジタル制御装置の信号検出回路、特に交流瞬時値信号から直接制御に必要な状態量を検出するディジタル制御装置の信号検出回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタル制御装置は、計器用変成器ＰＴ，計器用変流器ＣＴから交流瞬時値を取り込み直接制御に必要な状態量を検出しそれによる制御を行う。
【０００３】
その状態量の検出に際しては、例えば特開昭６３−３０５７１５号公報に示されているように、従来は、系統事故発生時における直流分の除去及びサージ信号の吸収は全てディジタル処理にて行われていたが、これによる場合、直流分除去及びサージ吸収を十分に行うことができなかった。また、特開平４−２１３号公報に示されているように、アナログフィルターを設け、これにより直流分除去及びサージ吸収を行うことが知られたものとなっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の方法では、系統事故時等により直流分信号及びサージ信号分が乗っていても、通常時と同様に信号検出が行われているため、制御が不安定になってしまう不具合があり、この解決手段として直流分除去及びサージ吸収用にアナログフィルターが採用され、これにより改善が図られていたものである。
【０００５】
しかしながら、アナログフィルターによる場合には、検出されるべき信号が減衰される等の不具合が発生することが新たに判った次第である。
【０００６】
本発明の目的は、前記アナログフィルターによる不具合を解決された、ディジタル制御装置の信号検出回路を供するにある。
【０００７】
本発明の基本的な特徴は、アナログフィルターからの信号に対し、周波数によるたゲイン補正及び位相遅れ補正を行うことによって前記不具合を解決することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、計器用変成器ＰＴまたは計器用変流器ＣＴから得られる交流瞬時値信号から直接制御に必要な状態量を検出すべく、前記交流瞬時値信号に対し直流分除去及びサージ吸収を行うアナログフィルターと、該アナログフィルターを通過した信号に対して、該信号の周波数を検出し前記アナログフィルターの周波数伝達関数のゲインを用い、前記アナログフィルターを通過した信号の検出周波数によるゲイン補正を行う手段とを設けることで達成される。
【０００９】
また、上記構成に加え、前記アナログフィルターを通過した信号の位相遅れを進み伝進達関数を以って補正する手段を設けるようにしたものである。アナログフィルターは遅れ伝達関数を用いてサージ吸収を行っており、その際に生じる位相遅れを補正すべく、進み伝達関数を以って位相遅れ補正を行う手段が設けられているものである。
【００１０】
更に、電圧確立前に前記アナログフィルターを通過した信号が一定振幅値以下のときは、電圧確立前の発電機周波数が系統基準周波数にほぼ等しいことに着目して、該信号の該系統基準周波数によるゲイン補正を行い、前記信号が一定振幅値以上のときは、該信号の検出周波数によるゲイン補正を行うようにした。電圧確立前にはＰＴ又はＣＴからの交流瞬時値信号の振幅レベルが小さく、したがって、周波数を正しく検出することが困難である。そこで、電圧確立前発電機がほぼ系統基準周波数に等しいことに着目の上、アナログフィルターからの信号の振幅レベルが一定値以下の時は、アナログフィルターを通過した信号に対し、基準系統周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）によるゲイン補正を行うこととし、また、その信号の振幅レベルが一定以上では、アナログフィルターを通過した信号に対し、検出周波数によるゲイン補正を行うようにしたものである。
【００１１】
更にまた、発電機が電力系統と接続されている条件下で機能する周波数リミッタを周波数検出手段の後段に設け、系統事故時であっても、前記周波数検出手段からの検出周波数を、系統基準周波数を中心とする許容範囲内に抑制することで、アナログフィルターを通過した信号に対し、過大な周波数変動によるゲイン補正を制限するようにしたものである。
この背景について詳しく説明すれば、ＰＴ又はＣＴからの交流瞬時値信号を用いて周波数が検出される場合、電力系統事故時には電圧・電流波形が歪むとともに、直流分が重畳されるため、周波数自体の検出が困難となり、検出周波数の誤差が非常に大きくなる。したがって、系統事故時に検出された周波数によりアナログフィルターを通過した信号に対しゲイン補正が行われる場合は、過大な周波数変動によるゲイン補正が行われることとなり、電圧制御の不安定さは否めないものとなる。しかしながら、発電機と電力系統が接続されている場合、周波数(商用周波数：５０Ｈｚ，６０Ｈｚ)の変動は殆ど起こらないことから、発電機と電力系統を接続する交流遮断器（通称circuit breaker ５２Ｇ）が閉状態におかれる条件下で機能する周波数リミッタ（検出周波数を、例えば５０Ｈｚ±２Ｈｚ内に抑制）が設けられる場合は、過大な周波数変動によるゲイン補正が制限されるものである。これにより不平衝系統事故や検出回路での異常周波数検出、１相断などに対しては、過大な周波数変動によるゲイン補正が制限され得るものである。
【００１２】
【作用】
ＰＴ，ＣＴから直接に交流瞬時値を用いて信号検出を行うとき、アナログフィルターでは、直流分及びサージ信号が除去される。しかしながら、アナログフィルターを介された信号には、信号波形の減衰、位相遅れが生じることになる。
【００１３】
そのうち、信号波形の減衰は、その信号から検出された周波数によるゲイン補正により補正され得るというものである。
【００１４】
また、位相遅れは、進みの伝達関数を追加することで、周波数による位相補正により補正され得るというものである。
【００１５】
更に、発電機と電力系統が接続されている条件下では、周波数（ｆ）検出手段により検出されるべき周波数の範囲として、系統基準周波数とその近傍に制限される場合は、不平衝系統事故や異常周波数検出、１相断などに対しては、過大な周波数変動によるゲイン補正や位相補正が防止されているものである。
【００１６】
【実施例】
本発明に関する一実施例として、以下にディジタル自動電圧調整装置を例に説明する。
【００１７】
このディジタル自動電圧調整装置は、図１に示す様に、発電機Ｇ８の端子電圧及び電流を計器用変成器（ＰＴ）１０及び計器用変流器（ＣＴ）９により取り込み、アナログフィルター２１，２２、実効値検出手段１０２，１１２、ｆ検出手段１０３、ｆ補正手段１０４，１１４を介しディジタル自動電圧調整器１２０に制御信号として入力させる。入力された信号は、ディジタル自動電圧調整器１２０で予め設定されている設定値と比較され、その偏差に応じた信号を出力し、サイリスタ（ＴＨＹ）６の点弧角を変え、発電機（Ｇ）８の界磁電流を変化させることにより発電機（Ｇ）８の端子電圧を一定に制御する。
【００１８】
界磁変圧器（ＥＸ−ＴＲ）１１は発電機８の出力とサイリスタ６の間に接続され、Ｆield circuit breaker （通称４１：Ｆield discharge circuit breaker)７はサイリスタ６と界磁の間に接続される。
【００１９】
この装置の中の信号検出回路のＰＴ１０，ＣＴ９，アナログフィルター２１，２２、実効値検出手段１０２，１１２、ｆ検出手段１０３、ｆ補正手段１０４，１１４について次に説明する。
【００２０】
ＰＴ１０及びＣＴ９は発電機８の端子電圧及び電流を交流瞬時値で取り込み、アナログフィルター２１，２２は直流分の除去及びサージ吸収を行ない、ディジタル信号に変換した後、次に、ｆ検出手段１０３及び実効値検出手段１０２，１１２による検出を実施する。この検出された実効値に対しては、ｆ検出手段１０３で検出された周波数を用いｆ補正手段１０４，１１４でゲイン補正を行い、ゲイン補正されたその実効値がディジタル自動電圧調整装置１２０に入力されることによって、ディジタル自動電圧調整装置１２０では、安定な自動電圧調整制御を行い得るものである。
【００２１】
図２の実施例は、図１の実施例の構成に加え、ｆ補正回路１０４，１１４の後段に、アナログフィルターに２１，２２より生じる位相遅れを補正する為に、位相遅れ補正手段１０５，１１５を追加したものである。これによりアナログフィルター２１，２２による位相遅れを補正して、位相遅れのない信号がディジタル自動電圧調整器１２０に入力されることで、安定した自動電圧調整制御が実現されたものとなっている。
【００２２】
図３は、図２に示した実施例の処理機能を具体的に示したものである。
【００２３】
この実施例においては、端子電圧及び電流がＰＴ１０及びＣＴ９により取り込まれた後、アナログフィルター２１，２２を介し制御用計算機１００に入力される。制御用計算機１００は、処理プログラムによって、ディジタルフィルター１０１，１１１、実効値検出手段１０２，１１２、周波数（ｆ）検出手段１０３、周波数（ｆ）補正手段１０４，１１４及び位相遅れ補正手段１０５，１１５の他、ディジタル自動電圧調整器１２０の一部分を構成する。そして、入力された信号を処理することにより検出信号としてディジタル自動電圧調整器１２０に与える。
【００２４】
次に前述したアナログフィルター２１，２２，ｆ補正手段１０４，１１４，位相遅れ補正手段１０５，１１５の伝達関数の例を図４に示す。尚、以下の式において、Ｇは伝達関数、ｊは虚数、ωは周波数、Ｔは時定数である。
【００２５】
１）アナログフィルター２１，２２の伝達関数は数９で表される。
【００２６】
【数９】

【００２７】
２）ｆ補正手段１０４，１１４の伝達関数は数１０及び数１１で表される。
【００２８】
【数１０】

【００２９】
【数１１】

【００３０】
３）位相遅れ補正手段１０５，１１５の伝達関数は数１２で表される。
【００３１】
【数１２】

【００３２】
なお、ｆ補正手段１０４，１１４にはリミッタ１０４ａ，１１４ａが付加されている。このリミッタ１０４ａ，１１４ａは、発電機８と電力系統が接続されている場合は、周波数の変動が殆ど起こらないことから、交流遮断器（通称５２Ｇ）１３を閉状態とする条件下でリミッタ１０４ａ，１１４ａが動作状態におかれることで、周波数検出手段１０３で如何なる周波数が検出されようとも、リミッタ１０４ａ，１１４ａ各々からは、例えば５０Ｈｚ±２Ｈｚの範囲内の周波数が得られた上、周波数（ｆ）補正手段１０４，１１４に与えられているものである。
【００３３】
これにより不平衝系統事故や検出回路での異常周波数検出、１相断などに対しては、過大な周波数変動によるゲイン補正が防止されているものである。
【００３４】
図５は図４に示した実施例の処理機能をより具体的に示したものである。
【００３５】
この実施例においては、端子電圧及び電流をＰＴ１０及びＣＴ９により取り込み、アナログフィルター２１，２２を介して、前述の図３に示した制御用計算機１００に入力させる。制御用計算機１００は制御プログラムを変えることによって、アナログフィルター２１，２２からの信号はディジタルフィルター１０１，１１１を介し整えられた後、実効値検出手段１０２，１１２に入力される。そして、ｆ補正手段１０４，１１４にはリミッタ１０４ａ，１１４ａが付加されており、図４で説明したように、交流遮断器１３を閉状態とする条件下でリミッタ１０４ａ，１１４ａを動作状態におくことで、実効値検出手段１０２，１１２各々からの信号は、不平衝系統事故や検出回路での異常周波数検出、１相断などによる過大な周波数変動に対しても、その周波数変動によるゲイン補正が防止された状態としてｆ補正手段１０４，１１４各々から得られた上、位相遅れ相正が行われた後、ディジタル自動電圧調整器１２０に与えられているものである。
【００３６】
また、これまで説明した実施例において、ＰＴ１０又はＣＴ９の信号振幅レベルが小さい時は、正しい周波数検出が困難となる虞がある。これに対する対策としては、ＰＴ１０又はＣＴ９の入力信号振幅レベルが一定値以下の時は、固定値として基準系統周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）によるゲイン補正をｆ補正手段１０４，１１４で行うこととし、ＰＴ１０又はＣＴ９の入力信号振幅レベルが一定値以上の時には、ｆ検出手段１０３により検出された周波数によるゲイン補正をｆ補正手段１０４，１１４にて実施する構成が考えられる。図６にその構成の実施例を示す。
【００３７】
図６において、ｆ検出手段１０３の他にｆｏ固定周波数（基準系統周波数）発生手段１０３ａを設け、このｆ検出手段１０３及びｆｏ固定周波数発生手段１０３ａの出力を検出周波数補正手段１０３ｂに入力する。検出周波数補正手段１０３ｂは、検出信号の判別切替器１０３ｅと切替接点１０３ｃ，１０３ｄよりなる。判別切替器１０３ｅは検出信号の実効値Ｖｒｍｓを設定値Ｖεと比較し、一定値以下（Ｖｒｍｓ＜Ｖε）のときに常閉接点１０３ｃを開き、常開接点１０３ｄを閉じるよう切替る。このときは、実効値検出手段１０２からの信号に対しては、ｆｏ固定周波数発生手段１０３ａからの基準系統周波数によるゲイン補正をｆ補正手段１０４により行う。また、一定値以上（Ｖｒｍｓ＞Ｖε）では、常閉接点１０３ｃを閉じて実効値検出手段１０２からの信号に対しては、ｆ検出手段１０３からの検出周波数によるゲイン補正がｆ補正手段１０４で行われた上、ディジタル自動電圧調整器１２０に与えられているものである。
【００３８】
また、図６に示した実施例の構成において、位相遅れを併せて補正するには、図７に示すように、ｆ補正手段１０４からの信号を周波数による位相遅れ補正手段１０５を介し、ディジタル自動電圧調整器１２０に供給するように構成すればよいものである。
【００３９】
なお、図６では信号検出回路の１系統についてのみ図示したが、ＰＴ及びＣＴによる２系統の信号検出回路についても同様の回路が利用できる。
【００４０】
また、周波数の検出に代えて、発電機の回転数を検出してもよい。定常時には、検出周波数と検出回転数とは一致しているが、系統事故時での周波数検出に際しては、信号波形歪や直流分重畳等により周波数自体の検出が困難であり、周波数が検出されたとしても大きな誤差を含むことになる。しかしながら、発電機の回転数検出は、周波数検出とは異なり、系統事故に伴う電圧波形歪みや直流分重畳による影響を受けることなく，確実に検出可とされているから、この点では優れているといえる。換言すれば、系統事故時での影響までを考慮すれば、周波数検出と回転数検出とは同一ではなく、周波数検出に代わって、回転数検出を採用することにはそれなりに意味があるものとなっている。
【００４１】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、ＰＴ，ＣＴ信号検出にアナログフィルターを用いたことにより、直流分除去及びサージ吸収が行われ、安定した制御入力が得られる。
【００４２】
また、アナログフィルターを通過した信号の周波数（ｆ）検出を行い、交流瞬時値の実効値に対しては、検出周波数によるゲイン補正を行うようにしたので、アナログフィルターを通過することによる減衰を補正できる。更に、アナログフィルターによる位相遅れに対しても、検出周波数による位相補正が行われるようにしたので、これによりＰＴ，ＣＴからの交流瞬時値信号からは、直接制御に必要な状態量が状態良好にして安定に検出されるものとなっている。
【００４３】
更にまた、ＰＴ又はＣＴからの交流瞬時値信号が０の時、周波数（ｆ）補正に用いるωがω＝０となり、０デバイドが発生して装置故障となることから、検出周波数による自動ゲイン補正を行う条件を設定し、その条件不成立時には固定周波数、即ち、系統基準周波数によるゲイン補正が行われるようにしたので、０デバイドの発生を防止できる。
【００４４】
以上に加え、発電機が電力系統に接続されている場合には、ｆ補正手段に付加されているリミッタが動作状態におかれることで、過大な周波数変動が防止されるようにしたので、発電機がトリップするのを防ぐことができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例回路構成図である。
【図２】本発明の他の実施例回路構成図である。
【図３】本発明の他の実施例回路構成図である。
【図４】本発明の他の実施例回路ブロック図である。
【図５】本発明の他の実施例回路ブロック図である。
【図６】本発明の他の実施例回路構成図である。
【図７】本発明の他の実施例回路構成図である。
【符号の説明】
２１，２２…アナログフィルター、１００…制御用計算機、１０１，１１１…ディジタルフィルター、１０２，１１２…実効値検出手段、１０３…ｆ検出手段、１０４，１１４…ｆ補正手段、１０４ａ，１１４ａ…リミッタ、１０５，１１５…位相遅れ補正手段、１２０…ディジタル自動電圧調整器、６…サイリスタ、７…界磁遮断器４１、８…発電機Ｇ、９…計器用変流器ＣＴ、１０…計器用変成器ＰＴ、１１…界磁変圧器、１３…交流遮断器５２Ｇ、１０３ａ…ｆｏ固定周波数発生手段、１０３ｂ…検出周波数補正手段、１０３ｃ…常閉接点、１０３ｄ…常開接点、１０３ｅ…判別切替器

Claims

計器用変成器ＰＴまたは計器用変流器ＣＴから得られる交流瞬時値信号から直接制御に必要な状態量を検出するために、前記交流瞬時値信号に対し直流分除去及びサージ吸収を行うアナログフィルターに対し、該アナログフィルターを通過した信号の周波数を検出し、該検出周波数によるアナログフィルターのゲイン補正を行う信号検出回路において、
上記アナログフィルターの下記数式（Ｇは伝達関数、ｊは虚数、ωは周波数、Ｔは時定数である）の周波数伝達関数のゲインを用いて、該信号の周波数によるゲイン補正を行う手段を設けたことを特徴とするディジタル制御装置の信号検出回路。
計器用変成器ＰＴまたは計器用変流器ＣＴから得られる交流瞬時値信号から直接制御に必要な状態量を検出するために、前記交流瞬時値信号に対し直流分除去及びサージ吸収を行うアナログフィルターに対し、該アナログフィルターを通過した信号の周波数を検出し、該検出周波数によるアナログフィルターの下記数式（Ｇは伝達関数、ｊは虚数、ωは周波数、Ｔは時定数である）の伝達関数を用いてゲイン補正を行う信号検出回路であって、
前記アナログフィルターを通過した該信号の位相遅れを進み伝達関数を以って補正する手段を設けたことを特徴とするディジタル制御装置の信号検出回路。
前記周波数によるゲイン補正を行う手段として、電圧確立前に前記アナログフィルターを通過した信号が一定振幅値以下のときは、電圧確立前の発電機周波数が系統基準周波数にほぼ等しいことに着目して、該系統基準周波数を用い該信号の周波数によるゲイン補正を行い、前記信号が一定振幅値以上のときは、検出周波数変化に応じた該信号の周波数によるゲイン補正を行うものを設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のディジタル制御装置の信号検出回路。
前記周波数によるゲイン補正を行う手段として、発電機が電力系統との並列運転条件下で機能する周波数リミッタを周波数検出手段の後段に設け、系統事故時であっても、前記周波数検出手段からの検出周波数を系統基準周波数を中心とする許容範囲内に抑制することで、信号ゲインの過大な周波数補正を制限するものを設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のディジタル制御装置の信号検出回路。
計器用変成器ＰＴまたは計器用変流器ＣＴから得られる交流瞬時値信号から、系統事故時における電圧波形歪み、３相交流信号間位相ずれ、直流成分重畳による影響を受けることなく、直接制御に必要な状態量を検出するディジタル制御装置の信号検出回路において、前記交流瞬時値信号に対し直流分除去及びサージ吸収を行うアナログフィルターと、該アナログフィルターを通過した信号に対して、発電機の回転数を検出し該回転数の変化に応じて、上記アナログフィルターの下記数式（Ｇは伝達関数、ｊは虚数、ωは周波数、Ｔは時定数である）による周波数伝達関数のゲインを用いて該信号の周波数によるゲイン補正を行う手段を設けたことを特徴とするディジタル制御装置の信号検出回路。
計器用変成器ＰＴまたは計器用変流器ＣＴから得られる交流瞬時値信号から、系統事故時における電圧波形歪み、３相交流信号間位相ずれ、直流成分重畳による影響を受けることなく、直接制御に必要な状態量を検出するディジタル制御装置の信号検出回路において、前記交流瞬時値信号に対し直流分除去及びサージ吸収を行うアナログフィルターと、該アナログフィルターを通過した信号に対して、発電機の回転数を検出し該回転数の変化に応じて、上記アナログフィルターの下記数式（Ｇは伝達関数、ｊは虚数、ωは周波数、Ｔは時定数である）による周波数伝達関数のゲインを用いて該信号の周波数によるゲイン補正を行う手段と、前記アナログフィルターを通過した信号の位相遅れを進み伝達関数を以って補正する手段とを設けたことを特徴とするディジタル制御装置の信号検出回路。