JP5181427B2 - Phase / amplitude detection apparatus and method - Google Patents
Phase / amplitude detection apparatus and method Download PDFInfo
- Publication number
- JP5181427B2 JP5181427B2 JP2006110169A JP2006110169A JP5181427B2 JP 5181427 B2 JP5181427 B2 JP 5181427B2 JP 2006110169 A JP2006110169 A JP 2006110169A JP 2006110169 A JP2006110169 A JP 2006110169A JP 5181427 B2 JP5181427 B2 JP 5181427B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- phase
- fourier transform
- data
- series data
- time series
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims description 81
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 33
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 160
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 82
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims description 43
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 42
- 238000013500 data storage Methods 0.000 claims description 27
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 23
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 18
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 13
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims 4
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 30
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 29
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 7
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 3
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N (2s)-2-[[4-[2-(2,4-diaminoquinazolin-6-yl)ethyl]benzoyl]amino]-4-methylidenepentanedioic acid Chemical compound C1=CC2=NC(N)=NC(N)=C2C=C1CCC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CC(=C)C(O)=O)C(O)=O)C=C1 NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measuring Phase Differences (AREA)
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
Description
本発明は、交流電気量(電圧、電流)の位相および/または振幅を検出する位相・振幅検出装置および方法に関する。 The present invention relates to a phase / amplitude detection apparatus and method for detecting the phase and / or amplitude of an AC electric quantity (voltage, current).
例えば、インバータ型の分散電源が電力系統に連系されて運転する場合、系統側の電圧位相に同期させてインバータの出力電流を制御するようにしている。このため、電力系統の電圧位相および振幅を精度良く検出することが要請されている。交流電圧の位相を検出する方法として、電圧ゼロクロス点でリセットを行う積分回路を用いる方法、PLL(Phase Locked Loop)を用いる方法、離散型フーリエ変換DFT(Discrete Fourier Transform)を用いる方法等がある。離散フーリエ変換DFTを用いた場合は振幅も同時に検出できる。 For example, when an inverter-type distributed power supply is connected to a power system for operation, the output current of the inverter is controlled in synchronization with the voltage phase on the system side. For this reason, it is required to accurately detect the voltage phase and amplitude of the power system. As a method for detecting the phase of the AC voltage, there are a method using an integration circuit that resets at a voltage zero cross point, a method using a PLL (Phase Locked Loop), a method using a discrete Fourier transform DFT (Discrete Fourier Transform), and the like. When the discrete Fourier transform DFT is used, the amplitude can be detected simultaneously.
図18は、離散型フーリエ変換DFTを用いた位相・振幅検出装置の一例を示す構成図である。図18では交流電気量として交流電圧信号v(t)が入力された場合を示している。以下、交流電気量として交流電圧信号v(t)の場合について説明する。電力系統の交流電気量である交流電圧信号v(t)は入力部11により所定のサンプリング間隔で読み込まれ、時系列データ保存部12に順次記憶される。
FIG. 18 is a configuration diagram illustrating an example of a phase / amplitude detection apparatus using a discrete Fourier transform DFT. FIG. 18 shows a case where an AC voltage signal v (t) is input as an AC electricity amount. Hereinafter, the case of the AC voltage signal v (t) as the AC electricity amount will be described. The AC voltage signal v (t), which is the AC electricity quantity of the power system, is read at a predetermined sampling interval by the
いま、交流電気量の1周期分の時系列データはM個であるとすると、時系列データ保存部12は、少なくとも交流電気量の1周期分のM個の時系列データを記憶できる容量を有している。図18では、時系列データ保存部12にはM個のデータが更新記憶される場合を示している。すなわち、最新のサンプリングデータv(k)が入力されると、時系列データは順次1個ずつシフトし、最古のサンプリングデータv{k-(M-1)}は破棄され、サンプリングデータv{k-(M-2)}が新たに最古のサンプリングデータv{k-(M-1)}となる。
Assuming that there are M pieces of time-series data for one period of AC electricity, the time-series
離散フーリエ変換手段13は、交流電圧信号v(t)の1周期分の時系列データv(k)〜v{k-(M-1)}を取り込み、フーリエ変換を施して、交流電圧信号v(t)の1周期に同期したリアルタイムDFT処理を行う。リアルタイムDFT処理は、(1)式に示すように定式化される。
(1)式に示すように、フーリエ変換信号an(k)+jbn(k)は複素数で表される。従って、これから交流電圧信号v(t)の位相および振幅を求めることができる。位相・振幅演算手段14は離散値フーリエ変換手段13で得られたフーリエ変換信号an(k)+jbn(k)に基づいて交流電気量の位相θおよび振幅Vmを求める。
As shown in equation (1), the Fourier transform signal a n (k) + jb n (k) is expressed by a complex number. Therefore, the phase and amplitude of the AC voltage signal v (t) can be obtained from this. Phase and
また、交流電圧信号v(t)を取り込んでからサンプリング間隔Δtの間に、位相・振幅演算手段14は演算処理を実行し、次のサンプリングタイミングで最終的な位相θmを出力することになるので、そのサンプリング間隔Δtの間に、位相θはサンプリング間隔Δtに対応する位相Δθだけ進んでいることから、その分を見込んで位相補正手段24で位相補正を行い、演算処理が終了した時点での位相θmを求める。
In addition, during the sampling interval Δt after the AC voltage signal v (t) is taken in, the phase / amplitude calculation means 14 executes calculation processing and outputs the final phase θ m at the next sampling timing. Therefore, during the sampling interval Δt, the phase θ is advanced by the phase Δθ corresponding to the sampling interval Δt. Therefore, the
図19は、電力系統の交流電圧信号v(t)の位相の変化に対して、図20は、電力系統の交流電圧信号v(t)の振幅の変化に対して、従来の位相・振幅検出装置で位相・振幅を検出した場合の特性図である。図19、図20では、基本波成分(n=1)の場合の特性を示している。交流電圧信号v(t)の位相または振幅の変化に対して、リアルタイムDFT処理による交流電圧信号v1(t)は交流電圧信号v(t)の1周期分の遅れを持って追従する。これは、(1)式に示すように、リアルタイムDFT処理は、交流電圧信号v(t)の1周期分のM個の時系列データv(k)〜v{k-(M-1)}を用いて位相・振幅を求めるからである。位相・振幅が同時に変化した場合についても同様である。 19 shows a conventional phase / amplitude detection with respect to a change in the phase of the AC voltage signal v (t) of the power system, and FIG. 20 shows a conventional phase / amplitude detection with respect to a change in the amplitude of the AC voltage signal v (t) of the power system. It is a characteristic view at the time of detecting a phase and an amplitude with an apparatus. 19 and 20 show characteristics in the case of the fundamental wave component (n = 1). The AC voltage signal v1 (t) by the real-time DFT processing follows the change of the phase or amplitude of the AC voltage signal v (t) with a delay of one cycle of the AC voltage signal v (t). As shown in the equation (1), the real-time DFT processing is performed using M time-series data v (k) to v {k− (M−1)} for one cycle of the AC voltage signal v (t). This is because the phase and amplitude are obtained by using. The same applies when the phase and amplitude change simultaneously.
次に、計算量削減のために再帰的アルゴリズムを採用した従来の位相・振幅検出装置の一例を図21に示す。再帰的アルゴリズムを採用する場合は、図18に示した位相・振幅検出装置に対し、1サンプリング間隔前のフーリエ変換信号an(k-1)+jbn(k-1)を記憶する変換信号保存部15を設け、1サンプリング間隔前のフーリエ変換信号an(k-1)+jbn(k-1)を用いて、再帰的離散フーリエ変換手段16によりフーリエ変換信号an(k)+jbn(k)を求めることになる。すなわち、(1)式を変形すると、(2)式が得られる。
フーリエ変換信号an(k)+jbn(k)は、(2)式から分かるように、1サンプリング間隔前のフーリエ変換信号an(k-1)+jbn(k-1)と、最新のサンプリングデータv(k)と、1周期前のサンプリングデータv(k-M)とを用いて算出することができる。ここで、(2)式の第3項2/M×exp(j2nπ(k-M)/M)*v(k-M)は、第2項2/M×exp(j2nπk/M)*v(k)のM個前のデータであるので、各サンプリング毎に(2)式の第2項を記憶しておくことにより、Mサンプリング後において(2)式の第3項をその都度計算する必要がなくなる。すなわち、(1)式では、各サンプリング毎のM個の時系列データに対するM回の積和演算が必要であるが、(2)式では最新のサンプリングデータv(k)に対する1回の積和演算で済むので、通常のDFT処理に対し積和演算量を1/Mに減らすことができる。
Fourier transform signal a n (k) + jb n (k) is the (2) As can be seen from
なお、位相・振幅検出装置を立ち上げる際には、時系列データの蓄積がないので、最初に変換信号保存部15に初期値(例えば、0)を設定しておく。そして、再帰的離散フーリエ変換手段16で求めたフーリエ変換信号an(k)+jbn(k)を変換信号保存部15に保存し、次のサンプリング時の1サンプリング間隔前のフーリエ変換信号an(k-1)+jbn(k-1)とすることにより、1周期後には正しいフーリエ変換信号を得ることができる。
Note that when starting up the phase / amplitude detection device, since no time-series data is accumulated, an initial value (for example, 0) is first set in the converted
ここで、(2)式の第3項は、第2項のM個前のデータであるので、図22に示すように、時系列データ保存部12に代えて、(2)式の第2項の時系列データを記憶する積算結果データ保存部23を設け、各サンプリング毎に(2)式の第2項の時系列データを記憶しておくことにより、Mサンプリング後において(2)式の第3項が得られる。従って、(2)式の第3項をその都度計算する必要がなくなる。なお、係数2/Mをかける演算は、最終的に(2)式に基づいて再帰的離散フーリエ変換手段16においてフーリエ変換信号an(k)+jbn(k)を演算する際に実行すればよいが、入力部11においてv(k)を得た時点ですべての操作に先立って実行しておくこともでき、演算処理系に応じて演算誤差が最小になるように最適な方法を選択することができる。
Here, since the third term of the equation (2) is M data before the second term, the second term of the equation (2) is used instead of the time-series
このようにリアルタイムDFT処理の高速化において、フーリエ変換信号の計算における積和計算量削減が鍵となるので、再帰的アルゴリズムにより積和計算処理を大幅に削減することも行われている。また、再帰的アルゴリズムによらずに積和計算量を削減できるようにしたアルゴリズムがある(例えば、非特許文献1参照)。 Thus, since the reduction of the product-sum calculation amount in the calculation of the Fourier transform signal is a key in speeding up the real-time DFT processing, the product-sum calculation processing is also greatly reduced by a recursive algorithm. In addition, there is an algorithm that can reduce the product-sum calculation amount without using a recursive algorithm (see, for example, Non-Patent Document 1).
この非特許文献に示されるDFTの積和計算量を削減する計算アルゴリズムは、フーリエ変換係数である正・余弦波形の対称性や相似性を利用し、フーリエ成分の計算を1/4周期ずつに区切って考え、3/4周期前、2/4周期前、1/4周期前の積和計算結果を利用して、新たに計算した1/4周期分の積和計算結果とこれらの以前の積和計算結果を加算して1周期分のフーリエ成分を計算する。 The calculation algorithm for reducing the product-sum calculation amount of the DFT shown in this non-patent document uses the symmetry and similarity of the positive and cosine waveforms, which are Fourier transform coefficients, and calculates the Fourier component every ¼ period. Using the product-sum calculation results of 3/4 cycles ago, 2/4 cycles ago, and 1/4 cycles ago, the newly calculated product-sum calculation results for 1/4 cycle and these previous The product-sum calculation results are added to calculate a Fourier component for one period.
なお、再帰的アルゴリズムを採用した場合、(2)式から分かるように、1サンプリング間隔前のフーリエ変換信号an(k-1)+jbn(k-1)に対して、最新のサンプリングデータv(k)と乗数との積と、1周期前のサンプリングデータv(k-M)に基づく積算結果を加減算することにより、新たなフーリエ変換信号an(k)+jbn(k)を算出しているため、加減算を繰り返すことで数値誤差が蓄積するため、適当な間隔でこれをリセットするようにしたものもある(例えば、非特許文献2参照)。 In the case of employing a recursive algorithm, (2) As can be seen from equation for the Fourier transform signal before one sampling interval a n (k-1) + jb n (k-1), latest sampling data A new Fourier transform signal a n (k) + jb n (k) is calculated by adding / subtracting the product of v (k) and the multiplier and the integration result based on the sampling data v (kM) of the previous cycle. For this reason, numerical errors accumulate by repeating addition and subtraction, and some of them are reset at appropriate intervals (see, for example, Non-Patent Document 2).
図23は図22に示した位相・振幅検出装置に数値誤差をリセットするための蓄積誤差リセット手段25を追加して設けたものである。蓄積誤差リセット手段25の逐次積和演算手段26は、サンプリング間隔Δtごとに得られる交流電気量v(k)に対して2/M×exp(j2nπk/M)*v(k)を演算して加算する逐次積和演算を行う。つまり、各サンプリングごとに(1)式に基づいて2/M×exp(j2nπk/M)*v(k)の積算を行い逐次加算していく演算を行う。逐次積和演算手段26で求めた和は逐次フーリエ変換信号anRES(k)+jbnRES(k)としてリセット用フーリエ変換信号保存部27に保存される。そして、リセット用フーリエ変換信号保存部27は交流電気量v(t)の個数が1周期分のM個となると、そのときの逐次フーリエ変換信号anRES(k)+jbnRES(k)は蓄積誤差を含まないフーリエ変換信号となるので、これを補正用フーリエ変換信号として再帰的離散フーリエ変換手段16に出力する。
FIG. 23 is the same as the phase / amplitude detection apparatus shown in FIG. The sequential product-
その後、逐次積和演算手段26は逐次フーリエ変換信号anRES(k)+jbnRES(k)をリセットし(0+j0とし)、再度、(1)式に示すようにサンプリング間隔Δtごとに得られる交流電気量v(k)に対して2/M×exp(j2nπk/M)*v(k)を演算して加算する逐次積和演算を行い、交流電気量v(t)の個数が1周期分のM個となる逐次フーリエ変換信号anRES(k)+jbnRES(k) すなわち蓄積誤差を含まないフーリエ変換信号が求まるとリセットし、以下同様の演算を繰り返し行う。 Thereafter, the successive product-sum operation means 26 resets the successive Fourier transform signal anRES (k) + jbnRES (k) (0 + j0) and again obtains the alternating current obtained at each sampling interval Δt as shown in the equation (1). Performs sequential product-sum operation that calculates and adds 2 / M x exp (j2nπk / M) * v (k) to the electric quantity v (k), and the number of AC electric quantity v (t) is one cycle When the M number of successive Fourier transform signals anRES (k) + jbnRES (k), that is, Fourier transform signals not including an accumulation error, are reset, the same operation is repeated thereafter .
再帰的離散フーリエ変換手段16はリセット用フーリエ変換信号保存部27から補正用フーリエ変換信号anRES(k)+jbnRES(k)を入力するとフーリエ変換信号an(k)+jbn(k)を補正用フーリエ変換信号anRES(k)+jbnRES(k)に置き換える。これにより、再帰的離散フーリエ変換手段16は補正用フーリエ変換信号anRES(k)+jbnRES(k)にてMサンプリング(1周期)ごとにフーリエ変換信号an(k)+jbn(k)を補正することになる。従って、加減算による数値誤差をリセットすることができる。
インバータ型の分散型電源が連系された電力系統において、系統電圧位相または振幅が急変した場合、インバータの制御装置が系統電圧位相検出にPLLを用いている場合、位相の検出に2〜3周期かかり、DFT(Discrete Fourier Transform)を用いている場合は振幅も同時に検出できるが、位相および振幅の検出に1周期かかる。そのため、同期するまでの間にインバータ型の分散型電源と電力系統との連系点およびインバータ内部において過電流や過電圧が発生することがある。過電流や過電圧が発生すると、例えば、インバータ型の分散型電源がインバータの変換素子の保護のため、インバータを停止させなければならない可能性がある。 In a power system in which inverter-type distributed power sources are connected, when the system voltage phase or amplitude changes suddenly, when the inverter control device uses a PLL for system voltage phase detection, two to three cycles for phase detection In the case of using DFT (Discrete Fourier Transform), the amplitude can be detected simultaneously, but it takes one cycle to detect the phase and amplitude. As a result, overcurrent and overvoltage may occur at the connection point between the inverter-type distributed power source and the electric power system and within the inverter until synchronization is achieved. When an overcurrent or overvoltage occurs, for example, the inverter type distributed power supply may have to stop the inverter to protect the conversion element of the inverter.
ここで、非特許文献1のDFTでは、正・余弦波形の対称性や相似性を利用して積和計算量を少なくし、1周期分のフーリエ成分の計算を高速で行うようにしているが、交流電圧位相および振幅の計算には、交流電圧の過去の1周期分のデータを基に行っているので、交流電圧位相および振幅の検出に1周期かかる点には違いはない。
Here, in the DFT of
また、再帰的アルゴリズムを用いたDFTでは、さらに計算量を削減できるが、やはり、交流電圧位相および振幅の計算には、交流電圧の過去の1周期分のデータを基に行っているので、交流電圧位相および振幅の検出に1周期かかる。これは、非特許文献2の方法により検出精度を挙げた場合でも同様である。
In addition, the DFT using the recursive algorithm can further reduce the amount of calculation, but the AC voltage phase and amplitude are still calculated based on the data for the past AC voltage cycle. It takes one cycle to detect the voltage phase and amplitude. This is the same even when the detection accuracy is raised by the method of
本発明の目的は、交流電気量の位相および振幅を交流電気量の1周期未満で検出できる位相・振幅検出装置および方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a phase / amplitude detection apparatus and method capable of detecting the phase and amplitude of an AC electric quantity in less than one cycle of the AC electric quantity.
請求項1の発明に係わる位相・振幅検出装置は、交流電気量を所定のサンプリング間隔で読み込む入力部と、前記入力部で読み込んだ交流電気量の時系列データを保存する時系列データ保存部と、前記交流電気量の半周期分の時系列データが得られたときは、前記交流電気量の半周期分の時系列データを符号反転して残りの半周期分の時系列データを推定し、前記交流電気量の1周期分の時系列データを作成してフーリエ変換を施しフーリエ変換信号を求める2倍速離散フーリエ変換手段と、前記2倍速離散フーリエ変換手段で得られたフーリエ変換信号に基づいて交流電気量の位相および/または振幅を求める位相・振幅演算手段とを備えたことを特徴とする。 The phase / amplitude detection device according to the first aspect of the present invention includes an input unit that reads AC electric quantity at a predetermined sampling interval, and a time series data storage unit that stores time series data of AC electric quantity read by the input unit; When the time series data for the half cycle of the AC electricity amount is obtained, the time series data for the half cycle of the AC electricity amount is sign-inverted to estimate the time series data for the remaining half cycle, Based on the double-speed discrete Fourier transform means for creating a time-series data for one period of the AC electric quantity and performing Fourier transform to obtain a Fourier transform signal, and the Fourier transform signal obtained by the double-speed discrete Fourier transform means And a phase / amplitude calculating means for obtaining the phase and / or amplitude of the AC electric quantity.
請求項2の発明に係わる位相・振幅検出装置は、交流電気量を所定のサンプリング間隔で読み込む入力部と、1サンプリング間隔前のフーリエ変換信号を記憶する変換信号保存部と、最新のサンプリングデータ、半周期前のサンプリングデータ、および前記変換信号保存部に記憶された1サンプリング間隔前のフーリエ変換信号に基づいて、前記最新のサンプリングデータを符号反転して半周期先のサンプリングデータを推定しつつ、フーリエ変換信号を順次求める2倍速再帰的離散フーリエ変換手段と、前記2倍速再帰的離散フーリエ変換手段で得られたフーリエ変換信号に基づいて交流電気量の位相および/または振幅を求める位相・振幅演算手段とを備えたことを特徴とする。
The phase / amplitude detection device according to the invention of
請求項3の発明に係わる位相・振幅検出装置は、交流電気量を所定のサンプリング間隔で読み込む入力部と、前記入力部で読み込んだ交流電気量の時系列データを保存する時系列データ保存部と、前記交流電気量の1/4周期分の時系列データが得られたときは前記交流電気量の1/4周期分の時系列データの一部または全部に基づいてπ/2位相のずれた前記交流電気量の1/4周期分の時系列データを演算する補完データ演算手段と、前記交流電気量の1/4周期分の時系列データに加えて、前記交流電気量の1/4周期分の時系列データを符号反転した時系列データ、前記補完データ演算手段で得られた時系列データ、前記補完データ演算手段で得られた時系列データを符号反転した時系列データにより、残りの3/4周期分の時系列データを推定して、前記交流電気量の1周期分の時系列データを作成してフーリエ変換を施しフーリエ変換信号を求める4倍速離散フーリエ変換手段と、前記4倍速離散フーリエ変換手段で得られたフーリエ変換信号に基づいて交流電気量の位相および/または振幅を求める位相・振幅演算手段とを備えたことを特徴とする。 A phase / amplitude detection device according to a third aspect of the invention includes an input unit that reads an alternating current electric quantity at a predetermined sampling interval, and a time series data storage unit that saves time series data of the alternating current electric quantity read by the input unit; When the time series data corresponding to 1/4 period of the AC electricity amount is obtained, the phase is shifted by π / 2 based on part or all of the time series data corresponding to 1/4 period of the AC electricity amount. In addition to the complementary data calculation means for calculating time series data for a quarter cycle of the AC electricity quantity, in addition to the time series data for a quarter period of the AC electricity quantity, a quarter period of the AC electricity quantity The time series data obtained by reversing the time series data of minutes, the time series data obtained by the complementary data computing means, and the time series data obtained by sign inverting the time series data obtained by the complementary data computing means, / 4 time series Obtained by a quadruple speed discrete Fourier transform means for generating a time series data for one period of the alternating current electric quantity and performing a Fourier transform to obtain a Fourier transform signal, and the quadruple speed discrete Fourier transform means. And a phase / amplitude calculation means for obtaining the phase and / or amplitude of the AC electric quantity based on the Fourier transform signal.
請求項4の発明に係わる位相・振幅検出装置は、交流電気量を所定のサンプリング間隔で読み込む入力部と、サンプリングデータのπ/2位相のずれたサンプリングデータを演算する補完データ演算手段と、1サンプリング間隔前のフーリエ変換信号を記憶する変換信号保存部と、最新のサンプリングデータ、1/4周期前のサンプリングデータ、最新のπ/2位相のずれたサンプリングデータ、1/4周期前のπ/2位相のずれたサンプリングデータ、および前記変換信号保存部に記憶された1サンプリング間隔前のフーリエ変換信号に基づいて、前記最新のサンプリングデータを符号反転したデータ、最新のπ/2位相のずれたサンプリングデータおよびこれを符号反転したデータにより半周期先・1/4周期先・3/4周期先のサンプリングデータを推定しつつ、フーリエ変換信号を順次求める4倍速再帰的離散フーリエ変換手段と、前記4倍速再帰的離散フーリエ変換手段で得られたフーリエ変換信号に基づいて交流電気量の位相および/または振幅を求める位相・振幅演算手段とを備えたことを特徴とする。 A phase / amplitude detection apparatus according to a fourth aspect of the invention comprises an input unit for reading an alternating current electric quantity at a predetermined sampling interval, complementary data calculation means for calculating sampling data having a π / 2 phase shift of sampling data, A transform signal storage unit for storing a Fourier transform signal before the sampling interval; the latest sampling data; the sampling data before ¼ period; the latest sampling data with a phase shift of π / 2 phase; Based on sampling data with two phase shifts and a Fourier transform signal stored one time before the sampling interval stored in the conversion signal storage unit, data obtained by sign-inversion of the latest sampling data, and the latest π / 2 phase shift Sampling data and half-cycle ahead, 1 / 4-cycle ahead, 3 / 4-cycle ahead sampled data A quadruple-speed recursive discrete Fourier transform means for sequentially obtaining Fourier transform signals while estimating the data, and the phase and / or amplitude of the AC electric quantity based on the Fourier transform signals obtained by the quadruple-speed recursive discrete Fourier transform means And a phase / amplitude calculation means for obtaining the value.
請求項5の発明に係わる位相・振幅検出装置は、請求項3または4の発明において、前記補完データ演算手段の出力信号は、前記交流電気量の位相や振幅の急変に伴う過大信号を抑制するためのリミッタを介して出力されることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the invention, in the phase / amplitude detection device according to the third or fourth aspect of the invention, the output signal of the complementary data calculation means suppresses an excessive signal associated with a sudden change in the phase or amplitude of the AC electric quantity. Output through a limiter.
請求項6の発明に係わる位相・振幅検出装置は、請求項2または4の発明において、前記2倍速再帰的離散フーリエ変換手段または前記4倍速再帰的離散フーリエ変換手段で求めたフーリエ変換信号に蓄積する数値誤差をリセットする蓄積誤差リセット手段を備えたことを特徴とする。 A phase / amplitude detection apparatus according to a sixth aspect of the present invention is the phase / amplitude detection apparatus according to the second or fourth aspect, wherein the phase / amplitude detection apparatus stores the Fourier transform signal obtained by the double speed recursive discrete Fourier transform means or the quadruple speed recursive discrete Fourier transform means. And a storage error reset means for resetting the numerical error.
請求項7の発明に係わる位相・振幅検出装置は、請求項3乃至5のいずれか一の発明において、前記補完データ演算手段は、中心差分法により前記交流電気量の1/4周期分の時系列データの一部または全部に基づいてπ/2位相のずれた前記交流電気量の1/4周期分の時系列データを演算することを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the phase / amplitude detection device according to any one of the third to fifth aspects, the complementary data calculation means is a time corresponding to a quarter period of the AC electric quantity by a central difference method. Time series data for ¼ period of the AC electric quantity shifted by π / 2 phase is calculated based on part or all of the series data.
請求項8の発明に係わる位相・振幅検出方法は、交流電気量を所定のサンプリング間隔で読み込み、読み込んだ交流電気量の時系列データを保存し、交流電気量の半周期分の時系列データを取り出し、取り出した交流電気量の半周期分の時系列データを符号反転して残りの半周期分の時系列データを推定し、交流電気量の1周期分の時系列データを作成してフーリエ変換を施しフーリエ変換信号を求め、得られたフーリエ変換信号に基づいて交流電気量の位相および/または振幅を求めることを特徴とする。
In the phase / amplitude detection method according to the invention of
請求項9の発明に係わる位相・振幅検出方法は、交流電気量を所定のサンプリング間隔で読み込み、1サンプリング間隔前のフーリエ変換信号を記憶し、最新のサンプリングデータ、半周期前のサンプリングデータ、および記憶された1サンプリング間隔前のフーリエ変換信号に基づいて、前記最新のサンプリングデータを符号反転して半周期先のサンプリングデータを推定しつつ、フーリエ変換信号を順次求め、得られたフーリエ変換信号に基づいて交流電気量の位相および/または振幅を求めることを特徴とする。 The phase / amplitude detection method according to the invention of claim 9 reads an alternating current electric quantity at a predetermined sampling interval, stores a Fourier transform signal before one sampling interval, stores the latest sampling data, sampling data before half a cycle, and based on the stored one sampling interval before the Fourier transform signal, the latest sampling data while estimating the sampling data of the sign-inverted to half periods later, sequentially obtains the Fourier transform signal, the obtained Fourier transform signal Based on this, the phase and / or amplitude of the AC electric quantity is obtained .
請求項10の発明に係わる位相・振幅検出方法は、交流電気量を所定のサンプリング間隔で読み込み、読み込んだ交流電気量の時系列データを保存し、交流電気量の1/4周期分の時系列データを取り出して1区分めの1/4周期分の時系列データとし、取り出した交流電気量の1/4周期分の時系列データの一部または全部に基づいて演算されたπ/2位相のずれた時系列データを2区分めまたは4区分めの1/4周期分の時系列データとして推定し、1区分めの1/4周期分の時系列データを符号反転させて3区分めの1/4周期分の時系列データとして推定し、2区分めまたは4区分めの1/4周期分の時系列データを符号反転させて4区分めまたは2区分めの1/4周期分の時系列データとして推定し、1区分めから4区分めの各々の1/4周期分の時系列データに基づいて交流電気量の1周期分の時系列データを作成し、作成した交流電気量の1周期分の時系列データにフーリエ変換を施しフーリエ変換信号を求め、得られたフーリエ変換信号に基づいて交流電気量の位相および/または振幅を求めることを特徴とする。
The phase / amplitude detection method according to the invention of
請求項11の発明に係わる位相・振幅検出方法は、交流電気量を所定のサンプリング間隔で読み込み、サンプリングデータのπ/2位相のずれたサンプリングデータを演算し、1サンプリング間隔前のフーリエ変換信号を記憶し、最新のサンプリングデータ、1/4周期前のサンプリングデータ、最新のπ/2位相のずれたサンプリングデータ、1/4周期前のπ/2位相のずれたサンプリングデータ、および記憶された1サンプリング間隔前のフーリエ変換信号に基づいて、前記最新のサンプリングデータを符号反転したデータ、最新のπ/2位相のずれたサンプリングデータおよびこれを符号反転したデータにより半周期先・1/4周期先・3/4周期先のサンプリングデータを推定しつつ、フーリエ変換信号を順次求め、得られたフーリエ変換信号に基づいて交流電気量の位相および/または振幅を求めることを特徴とする。
The phase / amplitude detection method according to the invention of
請求項12の発明に係わる位相・振幅検出方法は、請求項10または11の発明において、π/2位相のずれた時系列データまたはサンプリングデータに対して、前記交流電気量の位相や振幅の急変に伴う過大信号を抑制するリミッタを掛けることを特徴とする。 A phase / amplitude detection method according to a twelfth aspect of the present invention is the method according to the tenth or eleventh aspect, wherein the phase or amplitude of the AC electric quantity is abruptly changed with respect to time-series data or sampling data having a π / 2 phase shift. The present invention is characterized by applying a limiter that suppresses an excessive signal associated with.
請求項13の発明に係わる位相・振幅検出方法は、前記フーリエ変換信号に蓄積する数値誤差を所定の周期でリセットすることを特徴とする請求項9または11記載の位相・振幅検出方法。
The phase / amplitude detection method according to
請求項14の発明に係わる位相・振幅検出方法は、請求項10乃至12のいずれか一の発明において、前記交流電気量の1/4周期分の時系列データの一部または全部に基づいてπ/2位相のずれた前記交流電気量の1/4周期分の時系列データを中心差分法により演算することを特徴とする。 A phase / amplitude detection method according to a fourteenth aspect of the present invention is the method according to any one of the tenth to twelfth aspects, wherein the phase / amplitude detection method is based on a part or all of the time-series data corresponding to a quarter period of the AC electric quantity. A time-series data for a quarter period of the AC electric quantity with a phase shift of / 2 is calculated by a central difference method.
本発明によれば、交流電気量の位相または振幅が急変した場合に、半周期または1/4周期で高速に位相および振幅を検出できるので、同期を取るための制御を早期に行える。従って、インバータ型の分散型電源と電力系統との連系点およびインバータ内部において過電流や過電圧の発生を抑制することができ、電力系統に連系しているインバータの運転継続性能を向上できる。これにより、系統切換時の位相急変や、系統事故による瞬時電圧低下等の系統動揺時のインバータ型の分散型電源の一斉脱落による系統への影響も軽減できる。 According to the present invention, when the phase or amplitude of the AC electrical quantity changes suddenly, the phase and amplitude can be detected at high speed in a half cycle or a quarter cycle, so that control for achieving synchronization can be performed at an early stage. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of overcurrent and overvoltage at the connection point between the inverter-type distributed power source and the power system and within the inverter, and to improve the operation continuation performance of the inverter connected to the power system. Thereby, it is possible to reduce the influence on the system due to the sudden dropout of the inverter type distributed power source when the system is shaken such as a sudden phase change at the time of system switching or an instantaneous voltage drop due to a system fault.
以下、本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係わる位相・振幅検出装置の構成図である。この第1の実施の形態は、図18に示した従来例に対し、離散フーリエ変換手段13に代えて2倍速離散フーリエ変換手段17を設け、2倍速離散フーリエ変換手段17により、半周期分の交流電圧信号v(t)の時系列データv(k)〜v{k-(M/2-1)}から残りの半周期の時系列データv{k-(M/2)}〜v{k-(M-1)}を推定演算して、半周期で交流電圧信号v(t)の位相を検出するようにしたものである。図18に示したものと同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a block diagram of a phase / amplitude detection apparatus according to the first embodiment of the present invention. In the first embodiment, a double speed discrete Fourier transform means 17 is provided in place of the discrete Fourier transform means 13 with respect to the conventional example shown in FIG. From the time series data v (k) to v {k- (M / 2-1)} of the AC voltage signal v (t), the remaining half cycle time series data v {k- (M / 2)} to v { k- (M-1)} is estimated and calculated, and the phase of the AC voltage signal v (t) is detected in a half cycle. The same elements as those shown in FIG. 18 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
電力系統の交流電気量である交流電圧信号v(t)は入力部11により所定のサンプリング間隔で読み込まれ、時系列データとして時系列データ保存部12に順次記憶される。交流電気量の1周期分の時系列データがM個であるとすると、時系列データ保存部12には、少なくとも交流電気量の半周期分のM/2個の時系列データを更新記憶させる。これは、第1の実施の形態では、半周期分の交流電圧信号v(t)の時系列データから残りの半周期の時系列データを推定演算して、1周期分の時系列データを得るので、必要なデータは、少なくとも交流電気量の半周期分のM/2個の時系列データであるからである。
The AC voltage signal v (t), which is the AC electricity quantity of the power system, is read at a predetermined sampling interval by the
2倍速離散フーリエ変換手段17は、最新のサンプリングデータv(t)が得られる度に、交流電圧信号の半周期分の時系列データv(k)〜v{k-(M/2-1)}を取り込み、交流電圧信号v(t)の半周期分の時系列データv(k)〜v{k-(M/2-1)}を符号反転して残りの半周期分の時系列データv{k-(M/2)}〜v{k-(M-1)}を推定して求め、交流電圧信号v(t)の1周期分の時系列データv(k)〜v{k-(M-1)}を作成してフーリエ変換を施し、フーリエ変換信号an(k)+jbn(k)を求める。そして、位相・振幅演算手段14は、2倍速離散フーリエ変換手段17で得られたフーリエ変換信号an(k)+jbn(k)に基づいて交流電圧信号v(t)の位相および振幅を求める。
The double-speed discrete Fourier transform means 17 generates time series data v (k) to v {k− (M / 2-1) corresponding to a half cycle of the AC voltage signal every time the latest sampling data v (t) is obtained. }, And the time series data v (k) to v {k- (M / 2-1)} for the half cycle of the AC voltage signal v (t) is inverted and the time series data for the remaining half cycle v {k- (M / 2)} to v {k- (M-1)} are estimated and obtained, and time series data v (k) to v {k for one period of the AC voltage signal v (t) - performing a Fourier transform to create the (M-1)}, obtaining the Fourier transform signal a n (k) + jb n (k). The phase and
次に、2倍速離散フーリエ変換手段17での演算処理内容について説明する。まず、(1)式に示されるリアルタイムDFT処理の基本式は、1周期を2区分すると(3)式に示すように変形できる。
すなわち、交流電圧信号v(t)の1周期分の時系列データv(k)〜v{k-(M-1)}は、第1項に示す半周期分の時系列データv(k)〜v{k-(M/2-1)}と、第2項に示す残りの半周期分の時系列データv{k-(M/2)}〜v{k-(M-1)}とに区分できる。第2項でm’=m-M/2とおくと、(3)式は(4)式で示される。
ここで、交流電圧信号v(t)に直流分および偶数調波が含まれないとした場合には、交流電圧信号v(t)の残りの半周期分は、交流電圧信号v(t)の半周期分を符号反転させた信号となる。交流電圧信号v(t)に直流分および偶数調波が含まれない場合は(5)式が成立する。
いま、交流電圧信号v(t)に直流分および偶数調波が含まれないとし、(5)式を(4)式に代入すると(6)式となる。
(6)式の第2項のm’をmに置き換えて整理すると(7)式となる。
交流電圧信号v(t)に直流分および偶数調波が含まれないと仮定しているので、nが偶数の場合を除くと、(7)式は(8)式で示される。
フーリエ変換信号an(k)+jbn(k)は、(8)式に示すように複素数で表され、交流電圧信号v(t)の基本波の半周期分の信号から実軸成分an(k)および虚軸成分bn(k)を推定できる。従って、交流電圧信号v(t)に直流分および偶数調波が含まれない条件では通常DFT処理の2倍速で位相および振幅の検出が可能となる。 The Fourier transform signal a n (k) + jb n (k) is represented by a complex number as shown in Equation (8), and the real axis component a is derived from the signal corresponding to the half cycle of the fundamental wave of the AC voltage signal v (t). n (k) and the imaginary axis component b n (k) can be estimated. Therefore, it is possible to detect the phase and amplitude at double the speed of normal DFT processing under the condition that the AC voltage signal v (t) does not include a DC component and even harmonics.
図2は、電力系統の交流電圧信号v(t)の位相の変化に対して第1の実施の形態の位相・振幅検出装置で位相および振幅を検出した場合の特性図である。図2では、基本波成分(n=1)の場合の特性を示しており、交流電圧信号v(t)の位相の変化に対して、第1の実施の形態による2倍速DFT処理による交流電圧信号v2(t)は交流電圧信号v(t)の半周期で追従する。(8)式に示すように、第1の実施の形態による2倍速DFT処理は、交流電圧信号v(t)の半周期分のM/2個の時系列データv(k)〜v{k-(M/2-1)}を用いて位相および振幅を求めるので、通常DFT処理の2倍速で位相および振幅の検出が可能となる。 FIG. 2 is a characteristic diagram when the phase and amplitude are detected by the phase / amplitude detection apparatus of the first embodiment with respect to the phase change of the AC voltage signal v (t) of the power system. FIG. 2 shows the characteristics in the case of the fundamental wave component (n = 1), and the AC voltage by the double speed DFT processing according to the first embodiment with respect to the phase change of the AC voltage signal v (t). The signal v2 (t) follows in the half cycle of the AC voltage signal v (t). As shown in the equation (8), the double speed DFT processing according to the first embodiment performs M / 2 time-series data v (k) to v {k for a half cycle of the AC voltage signal v (t). Since the phase and amplitude are obtained using-(M / 2-1)}, it is possible to detect the phase and amplitude at double the speed of normal DFT processing.
図3は、電力系統の交流電圧信号v(t)の振幅の変化に対して第1の実施の形態の位相・振幅検出装置で位相および振幅を検出した場合の特性図であり、図2に示した位相の変化に対する場合と同様に振幅の変化に対しても、第1の実施の形態による2倍速DFT処理による交流電圧信号v2(t)は交流電圧信号v(t)の半周期で追従する。 FIG. 3 is a characteristic diagram in the case where the phase and amplitude are detected by the phase / amplitude detection device of the first embodiment with respect to the change in the amplitude of the AC voltage signal v (t) of the power system. The AC voltage signal v2 (t) by the double speed DFT processing according to the first embodiment follows the half cycle of the AC voltage signal v (t) even when the amplitude changes as in the case of the shown phase change. To do.
また、第1の実施の形態による2倍速DFT処理は、再帰的アルゴリズムと併用することも可能である。図4は、計算量削減のために再帰的アルゴリズムを採用した第1の実施の形態の位相・振幅検出装置の一例を示す構成図である。再帰的アルゴリズムを採用する場合は、図1に示した位相・振幅検出装置に対し、1サンプリング間隔前のフーリエ変換信号an(k-1)+jbn(k-1)を記憶する変換信号保存部15を設け、1サンプリング間隔前のフーリエ変換信号an(k-1)+jbn(k-1)を用いて、2倍速再帰的離散フーリエ変換手段21によりフーリエ変換信号an(k)+jbn(k)を求めることになる。
Further, the double speed DFT processing according to the first embodiment can be used in combination with a recursive algorithm. FIG. 4 is a configuration diagram illustrating an example of the phase / amplitude detection apparatus according to the first embodiment that employs a recursive algorithm for reducing the amount of calculation. When employing a recursive algorithm to the phase and amplitude detecting apparatus shown in FIG. 1, 1 Fourier transform signal before sampling interval a n (k-1) + jb n (k-1) conversion signal for storing the
すなわち、図21に示す従来の位相・振幅検出装置の再帰的離散フーリエ変換手段16が2倍速再帰的離散フーリエ変換手段21に置き換わった構成となっており、時系列データ保存部12には、少なくとも交流電気量の半周期分のM/2個の時系列データが更新記憶されている。2倍速再帰的離散フーリエ変換手段21は(9)式を用いて、1サンプリング間隔前のフーリエ変換信号an(k-1)+jbn(k-1)と、最新のサンプリングデータv(k)と、半周期前のサンプリングデータv(k-M/2)とを用いてフーリエ変換信号an(k)+jbn (k)を算出することになる。
この場合、位相・振幅検出装置を立ち上げる際には、時系列データの蓄積がないので、最初に変換信号保存部15に初期値(例えば、0+j0)を設定しておく。そして、2倍速再帰的離散フーリエ変換手段21で求めたフーリエ変換信号an(k)+jbn(k)を変換信号保存部15に保存し、次のサンプリング時の1サンプリング間隔前のフーリエ変換信号an (k-1)+jbn(k-1)とすることにより、半周期後には正しいフーリエ変換信号を得ることができる。
In this case, when starting up the phase / amplitude detection device, since time series data is not accumulated, an initial value (for example, 0 + j0) is first set in the converted
ここで、(9)式の第3項2×2/M×exp(j2nπ(k-M/2)/M)*v(k-M/2) は、第2項2×2/M×exp(j2nπk/M)*v(k)のM/2個前のデータであるので、図5に示すように、時系列データ保存部12に代えて、(9)式の第2項の時系列データを記憶する積算結果データ保存部23を設け、各サンプリング毎に(9)式の第2項の時系列データを記憶しておくことにより、M/2サンプリング後において(9)式の第3項が得られる。従って(9)式の第3項をその都度計算する必要がなくなる。
Here, the
なお、再帰的アルゴリズムを採用した場合には、加減算に伴う数値誤差が蓄積されるので、その加減算に伴う数値誤差の蓄積をリセットすることが必要となる。そこで、例えば、非特許文献2に記載された手法で数値誤差の蓄積を所定の周期でリセットする。
When a recursive algorithm is adopted, numerical errors associated with addition / subtraction are accumulated, and it is necessary to reset the accumulation of numerical errors associated with the addition / subtraction. Therefore, for example, the accumulation of numerical errors is reset at a predetermined cycle by the method described in
図6は図4に示した位相・振幅検出装置に数値誤差をリセットするための蓄積誤差リセット手段25を追加して設けたものである。蓄積誤差リセット手段25の2倍速逐次積和演算手段28は、サンプリング間隔Δtごとに得られる交流電気量v(k)に対して4/M×exp(j2nπk/M)*v(k)を演算して加算する逐次積和演算を行う。つまり、各サンプリングごとに(8)式に基づいて4/M×exp(j2nπk/M)*v(k)の積算を行い逐次加算していく演算を行う。2倍速逐次積和演算手段28で求めた和は逐次フーリエ変換信号anRES(k)+jbnRES(k)としてリセット用2倍速フーリエ変換信号保存部29に保存される。そして、リセット用2倍速フーリエ変換信号保存部29は交流電気量v(t)の個数が半周期分のM/2個となると、そのときの逐次フーリエ変換信号anRES(k)+jbnRES(k) は蓄積誤差を含まない2倍速フーリエ変換信号となるので、これを補正用フーリエ変換信号として2倍速再帰的離散フーリエ変換手段21に出力する。
FIG. 6 is the same as the phase / amplitude detector shown in FIG. 4 except that an accumulation error resetting means 25 for resetting numerical errors is added. The double speed sequential product-sum calculation means 28 of the accumulation error reset means 25 calculates 4 / M × exp (j2nπk / M) * v (k) with respect to the AC electric quantity v (k) obtained at every sampling interval Δt. Then, a sequential product-sum operation is performed. That is, for each sampling, an operation is performed in which 4 / M × exp (j2nπk / M) * v (k) is integrated and sequentially added based on the equation (8). The sum obtained by the double-speed sequential product-sum operation means 28 is stored in the reset double-speed Fourier transform
その後、2倍速逐次積和演算手段28は逐次フーリエ変換信号anRES(k)+jbnRES(k)をリセットし(0+j0とし)、再度、(8)式に示すようにサンプリング間隔Δtごとに得られる交流電気量v(t)に対して4/M×exp(j2nπk/M)*v(k)を演算して加算する逐次積和演算を行い、交流電気量v(t)の個数が半周期分のM/2個となる逐次フーリエ変換信号anRES(k)+jbnRES(k) すなわち蓄積誤差を含まない2倍速フーリエ変換信号が求まるとリセットし、以下同様の演算を繰り返し行う。 Thereafter, the double-speed sequential product-sum operation means 28 resets the sequential Fourier transform signal anRES (k) + jbnRES (k) (0 + j0) and obtains it again every sampling interval Δt as shown in equation (8). 4 / M × exp (j2nπk / M) * v (k) is calculated and added to the AC electrical quantity v (t), and the number of AC electrical quantities v (t) is reduced by half. When a sequential Fourier transform signal anRES (k) + jbnRES (k) corresponding to M / 2 for a period, that is, a double-speed Fourier transform signal that does not include an accumulation error is obtained, the reset is performed, and thereafter the same calculation is repeated.
2倍速再帰的離散フーリエ変換手段21はリセット用2倍速フーリエ変換信号保存部29から補正用フーリエ変換信号anRES(k)+jbnRES(k)を入力するとフーリエ変換信号an(k)+jbn(k)を補正用フーリエ変換信号anRES(k)+jbnRES(k)に置き換える。これにより、2倍速再帰的離散フーリエ変換手段21は補正用フーリエ変換信号anRES(k)+jbnRES(k)にてM/2サンプリング(半周期)ごとにフーリエ変換信号an(k)+jbn(k)を補正することになる。このように、2倍速DFT処理の場合、リセットする所定の周期は交流電圧信号v(t)の半周期の整数倍となり、その周期で加減算による数値誤差をリセットすることができる。
When the double-speed recursive discrete
2倍速DFT処理に再帰的アルゴリズムを採用した場合には、再帰的アルゴリズムを採用しない2倍速DFT処理に対し積和演算量を2/Mに減らすことができる。なお、通常のDFT処理に対して積和演算量を1/Mに減らすことができる。 When a recursive algorithm is adopted for the double speed DFT processing, the product-sum operation amount can be reduced to 2 / M compared to the double speed DFT processing that does not employ the recursive algorithm. Note that the product-sum calculation amount can be reduced to 1 / M with respect to the normal DFT processing.
第1の実施の形態によれば、2倍速離散フーリエ変換手段17または再帰的アルゴリズムを採用する場合は2倍速離散フーリエ変換による2倍速再帰的離散フーリエ変換手段21により、半周期分の交流電圧信号の時系列データv(k)〜v{k-(M/2-1)}から残りの半周期の時系列データを推定演算して、半周期で交流電圧信号v(t)の位相および振幅を検出するので、通常DFT処理の倍速で位相および振幅の検出が可能となる。また、再帰的アルゴリズムを採用した場合に蓄積誤差リセット手段25を追加して設けた場合には、加減算に伴う数値誤差をリセットすることができるので、演算精度が向上する。 According to the first embodiment, when the double speed discrete Fourier transform means 17 or the recursive algorithm is adopted, the AC voltage signal for a half cycle is obtained by the double speed recursive discrete Fourier transform means 21 by the double speed discrete Fourier transform. The time series data of the remaining half cycle is estimated from the time series data v (k) to v {k- (M / 2-1)}, and the phase and amplitude of the AC voltage signal v (t) in the half cycle Therefore, it is possible to detect the phase and amplitude at double the speed of normal DFT processing. In addition, when the recursive algorithm is employed and the accumulation error resetting means 25 is additionally provided, the numerical error associated with addition / subtraction can be reset, so that the calculation accuracy is improved.
次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。図7は本発明の第2の実施の形態に係わる位相・振幅検出装置の構成図である。この第2の実施の形態は、図1に示した第1の実施の形態に対し、2倍速離散フーリエ変換手段17に代えて、補完データ演算手段18、時系列補完データ保存部30および4倍速離散フーリエ変換手段19を設け、1/4周期分の交流電圧信号v(t)の時系列データv(k)〜v{k-(M/4-1)}の一部または全部から残りの3/4周期の時系列データv{k-(M/4)}〜v{k-(M-1)}を推定演算して、交流電圧信号v(t)の位相および振幅を検出するようにしたものである。図1に示したものと同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a block diagram of a phase / amplitude detection apparatus according to the second embodiment of the present invention. This second embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that it replaces the double speed discrete Fourier transform means 17 with a complementary data calculation means 18, a time series complementary
電力系統の交流電気量である交流電圧信号v(t)は入力部11により所定のサンプリング間隔で読み込まれ、時系列データとして時系列データ保存部12に順次記憶される。交流電気量の1周期分の時系列データがM個であるとすると、時系列データ保存部12には、少なくとも交流電気量の1/4周期分のM/4個の時系列データを更新記憶させる。これは、第2の実施の形態では、1/4周期分の交流電圧信号v(t)の時系列データの一部または全部から残りの3/4周期の時系列データを推定演算して、1周期分の時系列データを得るので、必要なデータは、少なくとも交流電気量の半周期分のM/4個の時系列データであるからである。
The AC voltage signal v (t), which is the AC electricity quantity of the power system, is read at a predetermined sampling interval by the
補完データ演算手段18は、交流電圧信号v(t)の1/4周期分の時系列データv(k)〜v{k-(M/4-1)}が得られたときは、交流電圧信号v(t)の1/4周期分の時系列データv(k)〜v{k-(M/4-1)}のπ/2位相のずれた時系列データを演算する。補完データ演算手段18で得られたπ/2位相のずれた交流電圧信号v'(t)の時系列データは、時系列補完データ保存部30に保存される。π/2位相のずれた交流電圧信号v'(t)の時系列データを求めるのは、次の1/4周期分の時系列データ(v{k-(3M/4)}〜v{k-(M-1)}に相当)、最後の1/4周期分の時系列データ(v{k-(M/4)}〜v{k-(M/2-1)}に相当)の推定演算に使用するためである。
When the complementary data calculation means 18 obtains the time series data v (k) to v {k− (M / 4-1)} for ¼ period of the AC voltage signal v (t), the AC voltage signal v (t) Time-series data having a π / 2 phase shift of time-series data v (k) to v {k− (M / 4-1)} corresponding to a quarter period of the signal v (t) is calculated. The time-series data of the AC voltage signal v ′ (t) with a π / 2 phase shift obtained by the complementary data calculation means 18 is stored in the time-series complementary
なお、補完データ演算手段18での交流電圧信号v(t)の1/4周期分の時系列データv(k)〜v{k-(M/4-1)}のπ/2位相のずれた成分の生成に当たっては、微分演算(=差分演算)、積分演算、ヒルベルト変換等の手法を用いることができる。微分演算やヒルベルト変換を用いるときは1/4周期分の時系列データv(k)〜v{k-(M/4-1)}のうちの一部のデータを用いてπ/2位相のずれた時系列データを演算することができる。 In addition, the π / 2 phase shift of the time series data v (k) to v {k− (M / 4-1)} for ¼ period of the AC voltage signal v (t) in the complementary data calculation means 18. In generating the components, methods such as differential calculation (= difference calculation), integration calculation, and Hilbert transform can be used. When using differential operation or Hilbert transform, a π / 2 phase is obtained using a part of 1/4 of the time series data v (k) to v {k- (M / 4-1)}. The shifted time-series data can be calculated.
4倍速離散フーリエ変換手段19は、最新のサンプリングデータv(t)が得られる度に、交流電圧信号v(t)の1/4周期分の時系列データv(k)〜v{k-(M/4-1)}に加えて、交流電圧信号v(t)の1/4周期分の時系列データv(k)〜v{k-(M/4-1)}を符号反転した時系列データ、補完データ演算手段18で得られた時系列データ、補完データ演算手段18で得られた時系列データを符号反転した時系列データにより、残りの3/4周期分の時系列データを推定して、交流電圧信号v(t)の1周期分の時系列データを作成してフーリエ変換を施し、フーリエ変換信号an(k)+jbn(k)を求める。そして、位相・振幅演算手段14は、4倍速離散フーリエ変換手段19で得られたフーリエ変換信号an(k)+jbn(k)に基づいて交流電圧信号v(t)の位相および振幅を求める。
Each time the latest sampling data v (t) is obtained, the quadruple-speed discrete Fourier transform means 19 generates time-series data v (k) to v {k− (1/4) of the AC voltage signal v (t). In addition to M / 4-1)}, when the time series data v (k) to v {k- (M / 4-1)} for ¼ period of the AC voltage signal v (t) is inverted The time series data for the remaining 3/4 period is estimated from the series data, the time series data obtained by the complementary data computing means 18 and the time series data obtained by inverting the sign of the time series data obtained by the complementary data computing means 18. to, Fourier-transform to create the time series data for one period of the AC voltage signal v (t), determining the Fourier transform signal a n (k) + jb n (k). The phase and
次に、4倍速離散フーリエ変換手段19での演算処理内容について説明する。まず、(1)式に示されるリアルタイムDFT処理の基本式は、1周期を4区分すると(10)式に示すように変形できる。
すなわち、交流電圧信号v(t)の1周期分の時系列データv(k)〜v{k-(M-1)}は、第1項に示す1/4周期分の時系列データv(k)〜v{k-(M/4-1)}、第2項に示す2区分めの1/4周期分の時系列データv{k-(M/4)}〜v{k-(M/2-1)}、第3項に示す3区分めの1/4周期分の時系列データv{k-(M/2)}〜v{k-(3M/4-1)}、第4項に示す4区分めの1/4周期分の時系列データv{k-(3M/4)}〜v{k-(M-1)}に区分できる。ここで、4区分めに相当する第4項が次の1/4周期分の時系列データの推定に使用され、3区分めに相当する第3項がその次の1/4周期分(1/2周期先)の時系列データの推定に使用され、2区分めに相当する第2項は最後の1/4周期分の時系列データの推定に使用される。第2項でm’=m-M/4、第3項でm”=m-M/2、第4項でm’”=m-3M/4とおくと、(10)式は(11)式で示される。
ここで、交流電圧信号v(t)に直流分および偶数調波が含まれないとした場合には、3区分めに相当する第3項は1区分めの交流電圧信号v(t)の1/4周期分を符号反転させた信号となる。従って、交流電圧信号v(t)に直流分および偶数調波が含まれない場合は(12)式が成立する。
いま、交流電圧信号v(t)に直流分および偶数調波が含まれないとし、(12)式を(11)式の第3項に代入すると(13)式となる。
これにより、1/2周期先の(次の次の1/4周期分の)時系列データを推定することができる。 This makes it possible to estimate time-series data that is 1/2 cycle ahead (for the next 1/4 cycle).
また、交流電圧信号v(t)のπ/2位相進み成分をv'(t)とし、交流電圧信号v(t)に直流分や偶数調波や4n−1調波が含まれないとすると、2区分めに相当する第2項は、交流電圧信号v(t)のπ/2位相進み成分v'(t)を符号反転させた信号となり、(14)式が成立する。 Also, suppose that the π / 2 phase lead component of the AC voltage signal v (t) is v ′ (t), and the AC voltage signal v (t) does not include a DC component, even harmonics, or 4n−1 harmonics. The second term corresponding to the second section is a signal obtained by inverting the sign of the π / 2 phase advance component v ′ (t) of the AC voltage signal v (t), and Equation (14) is established.
ここで、4n−1調波が含まれないとするのは、4n−1調波を含む交流電圧信号v(t)のπ/2位相進み成分v'(t)の4n−1調波は、基本波に対して符号反転の仕方が異なってくるからである。符号反転させて対称性を保つためには、高調波も基本波に対して符号反転の仕方が同じであることが必要であるからである。4n+1調波は基本波に対して符号反転の仕方が同じになるので、符号反転させても対称性を保つことができる。
同様に、4区分めに相当する第4項は、交流電圧信号v(t)のπ/2位相進み成分v'(t)の1/4周期分の信号となり、(15)式が成立する。
従って、(14)式を(11)式の第2項に代入すると、第2項は(16)式で示される。
これにより、3/4周期先の(最後の1/4周期分の)時系列データを推定することができる。 また、(15)式を(11)式の第4項に代入すると、第4項は(17)式で示される。
これにより、1/4周期先の(次の1/4周期分の)時系列データを推定することができる。 This makes it possible to estimate time-series data that is 1/4 cycle ahead (for the next 1/4 cycle).
(13)式、(16)式および(17)式を(11)式に代入すると、フーリエ変換信号an(k)+jbn(k)は、(18)式で示される。
(18)式の第2項のm’、第3項のm”、第4項のm’”をmに置き換えて整理すると(19)式となる。
交流電圧信号v(t)に直流分および偶数調波が含まれないと仮定しているので、nが偶数の場合を除くと、(19)式は(20)式で示される。
フーリエ変換信号an(k)+jbn(k)は、(20)式に示すように複素数で表され、交流電圧信号v(t)の基本波の1/4周期分の信号から実軸成分an(k)および虚軸成分bn(k)を推定できる。従って、交流電圧信号v(t)に直流分や偶数調波および4n−1調波が含まれない条件では通常DFT処理の4倍速で位相および振幅の検出が可能となる。以上の説明では、補完データ演算手段18では、交流電圧信号v'(t)のπ/2位相進み成分v'(t)を用いた場合について説明したが、交流電圧信号v(t)のπ/2位相遅れ成分v”(t)を用いても同様に適用できる。その場合は、(14)式および(15)式の符号が反転するだけである。
The Fourier transform signal a n (k) + jb n (k) is represented by a complex number as shown in the equation (20), and the real axis is derived from a signal corresponding to ¼ period of the fundamental wave of the AC voltage signal v (t). The component a n (k) and the imaginary axis component b n (k) can be estimated. Therefore, it is possible to detect the phase and amplitude at a quadruple speed of the normal DFT processing under the condition that the AC voltage signal v (t) does not include the DC component, even harmonics, and 4n-1 harmonics. In the above description, the complementary
このように、第2の実施の形態では、数式(10)における4つに区分した時系列データのうち、2区分めの1/4周期の時系列データは、元の信号(入力した交流電圧信号v(t)の1/4周期分の時系列データ)のπ/2位相進み成分の符号反転したもの(またはπ/2位相遅れ成分)と同じと推定しこれを3/4周期先の(最後の1/4周期分の)時系列データとし、3区分め1/4周期の時系列データは元の信号の符号反転したものと推定しこれを1/2周期先の(次の次の1/4周期分の)時系列データとする。そして、4区分めの1/4周期は元の信号のπ/2位相進み成分(またはπ/2位相遅れ成分の符号反転したもの)と同じと推定しこれを1/4周期先の(次の1/4周期分の)時系列データとする。従って、交流電圧信号v(t)の1/4周期分の時系列データから交流電圧信号v(t)の1周期分の時系列データを推定演算できる。従って、交流電圧信号v(t)の1/4周期で位相および振幅の検出が可能となり通常の4倍速で位相および振幅の検出ができる。 Thus, in the second embodiment, among the time series data divided into four in the formula (10), the time series data of the second quarter period is the original signal (input AC voltage). The signal v (t) is estimated to be the same as the π / 2 phase advance component (or π / 2 phase lag component) of the π / 2 phase advance component of the ¼ period time sequence data), and this is 3/4 cycle ahead Time series data (for the last quarter cycle) is assumed, and the time series data for the third quarter cycle is estimated to have been inverted in sign of the original signal, and this is the next cycle (next next) Time series data). The quarter period of the fourth segment is estimated to be the same as the π / 2 phase advance component (or the sign inverted version of the π / 2 phase lag component) of the original signal, and this is the 1/4 cycle ahead (next) Time series data). Therefore, the time series data for one period of the AC voltage signal v (t) can be estimated and calculated from the time series data for a quarter period of the AC voltage signal v (t). Therefore, the phase and amplitude can be detected in a quarter cycle of the AC voltage signal v (t), and the phase and amplitude can be detected at a normal quadruple speed.
図8は、電力系統の交流電圧信号v(t)の位相の変化に対して第2の実施の形態の位相・振幅検出装置で位相および振幅を検出した場合の特性図である。図8では、基本波成分(n=1)の場合の特性を示しており、交流電圧信号v(t)の位相の変化に対して、第2の実施の形態による4倍速DFT処理による交流電圧信号v4(t)は交流電圧信号v(t)の1/4周期で追従する。(20)式に示すように、第2の実施の形態による4倍速DFT処理は、交流電圧信号v(t)の1/4周期分のM/4個の時系列データv(k)〜v{k-(M/4-1)}を用いて位相を求めるので、通常DFT処理の4倍速で位相および振幅の検出が可能となる。 FIG. 8 is a characteristic diagram when the phase and amplitude are detected by the phase / amplitude detection device of the second embodiment with respect to the phase change of the AC voltage signal v (t) of the power system. FIG. 8 shows the characteristics in the case of the fundamental wave component (n = 1), and the AC voltage by the quadruple speed DFT processing according to the second embodiment with respect to the phase change of the AC voltage signal v (t). The signal v4 (t) follows in a quarter cycle of the AC voltage signal v (t). As shown in the equation (20), the quadruple-speed DFT processing according to the second embodiment performs M / 4 time series data v (k) to v for 1/4 period of the AC voltage signal v (t). Since the phase is obtained using {k− (M / 4-1)}, it is possible to detect the phase and amplitude at a quadruple speed of normal DFT processing.
図9は、電力系統の交流電圧信号v(t)の振幅の変化に対して第2の実施の形態の位相・振幅検出装置で位相および振幅を検出した場合の特性図であり、位相の変化に対する場合と同様に振幅の変化に対しても、第2の実施の形態による4倍速DFT処理による交流電圧信号v4(t)は交流電圧信号v(t)の1/4周期で追従する。 FIG. 9 is a characteristic diagram in the case where the phase and amplitude are detected by the phase / amplitude detection apparatus of the second embodiment with respect to the change in the amplitude of the AC voltage signal v (t) of the power system. As in the case of, the AC voltage signal v4 (t) obtained by the quadruple-speed DFT processing according to the second embodiment follows the ¼ period of the AC voltage signal v (t) even when the amplitude changes.
また、第2の実施の形態による4倍速DFT処理は、再帰的アルゴリズムと併用することも可能である。図10は、計算量削減のために再帰的アルゴリズムを採用した第2の実施の形態の位相・振幅検出装置の一例を示す構成図である。再帰的アルゴリズムを採用する場合は、図7に示した位相・振幅検出装置に対し、1サンプリング間隔前のフーリエ変換信号an(k-1)+jbn(k-1)を記憶する変換信号保存部15を設け、1サンプリング間隔前のフーリエ変換信号an(k-1)+jbn(k-1)を用いて、4倍速再帰的離散フーリエ変換手段22によりフーリエ変換信号an(k)+jbn(k)を求めることになる。
The quadruple speed DFT processing according to the second embodiment can also be used in combination with a recursive algorithm. FIG. 10 is a configuration diagram illustrating an example of a phase / amplitude detection apparatus according to the second embodiment that employs a recursive algorithm for reducing the amount of calculation. When employing a recursive algorithm to the phase and amplitude detecting apparatus shown in FIG. 7, 1 Fourier transform signal before sampling interval a n (k-1) + jb n (k-1) conversion signal for storing the
すなわち、図4に示す第1の実施の形態の位相・振幅検出装置の2倍速再帰的離散フーリエ変換手段21が4倍速再帰的離散フーリエ変換手段22に置き換り、補完データ演算手段18および時系列補完データ保存部30が追加された構成となっている。4倍速再帰的離散フーリエ変換手段22は(21)式を用いて、フーリエ変換信号an(k)+jbn(k)を算出することになる。
すなわち、1サンプリング間隔前のフーリエ変換信号an(k-1)+jbn(k-1)と、最新のサンプリングデータv(k)と、1/4周期前のサンプリングデータv(k-M/4)と、最新のサンプリングデータv(k) のπ/2位相のずれた信号v'(k)と、1/4周期前のサンプリングデータv(k-M/4) のπ/2位相のずれた信号v'(k-M/4)とを用いてフーリエ変換信号an(k)+jbn(k)を算出する。 That is, the Fourier transform signal a n (k−1) + jb n (k−1) before one sampling interval, the latest sampling data v (k), and the sampling data v (kM / 4) before ¼ period. ), Π / 2 phase shifted signal v ′ (k) of latest sampling data v (k), and π / 2 phase shifted signal of sampling data v (kM / 4) ¼ period ago v 'to calculate the Fourier transform signal a n (k) + jb n (k) by using the (kM / 4).
この場合、位相・振幅検出装置を立ち上げる際には、時系列データの蓄積がないので、最初に変換信号保存部15に初期値(例えば、0+j0)を設定しておく。そして、4倍速再帰的離散フーリエ変換手段22で求めたフーリエ変換信号an(k)+jbn(k)を変換信号保存部15に保存し、次のサンプリング時の1サンプリング間隔前のフーリエ変換信号an(k-1)+jbn(k-1)とすることにより、1/4周期後には正しいフーリエ変換信号を得ることができる。この場合は、補完データ演算手段18では、最新のサンプリングデータのπ/2位相のずれたサンプリングデータ、1/4周期前のサンプリングデータのπ/2位相のずれた1/4周期前のサンプリングデータを演算することになる。
In this case, when starting up the phase / amplitude detection device, since time series data is not accumulated, an initial value (for example, 0 + j0) is first set in the converted
ここで、(21)式の第4項2×2/M×exp(j2nπ(k-M/4)/M)*v(k-M/4)は第2項2×2/M×exp(j2nπk/M)*v(k)のM/4個前のデータである。また、(21)式の第5項2×2/M×exp(j2nπ(k-M/2)/M)*v’(k-M/4)は第3項2×2/M×exp(j2nπ(k-M/4)/M)*v’(k)ののM/4個前のデータである。従って、図11に示すように、時系列データ保存部12に代えて、(21)式の第2項の時系列データおよび第3項の時系列データを記憶する積算結果データ保存部23を設け、各サンプリング毎に(21)式の第2項および第3項の時系列データを記憶しておくことにより、M/4サンプリング後において(21)式の第4項および第5項が得られる。従って(21)式の第4項や第5項をその都度計算する必要がなくなる。
Here, the
なお、再帰的アルゴリズムを採用した場合には、加減算に伴う数値誤差が蓄積されるので、その加減算に伴う数値誤差の蓄積をリセットすることが必要となる。そこで、例えば、非特許文献2に記載された手法で数値誤差の蓄積を所定の周期でリセットする。
When a recursive algorithm is adopted, numerical errors associated with addition / subtraction are accumulated, and it is necessary to reset the accumulation of numerical errors associated with the addition / subtraction. Therefore, for example, the accumulation of numerical errors is reset at a predetermined cycle by the method described in
図12は図11に示した位相・振幅検出装置に数値誤差をリセットするための蓄積誤差リセット手段25を追加して設けたものである。蓄積誤差リセット手段25の4倍速逐次積和演算手段31は、サンプリング間隔Δtごとに得られる交流電気量v(t)およびπ/2位相のずれた交流電気量v'(k)に対して4/M{exp(j2nπk/M)*v(k)-exp{j2nπ(k-M/4)/M}*v'(k)}を演算して加算する逐次積和演算を行う。つまり、各サンプリングごとに(20)式に基づいて4/M{exp(j2nπk/M)*v(k)-exp{j2nπ(k-M/4)/M}*v'(k)}の積算および減算を行い逐次加算していく演算を行う。4倍速逐次積和演算手段31で求めた和は逐次フーリエ変換信号anRES(k)+jbnRES(k)としてリセット用4倍速フーリエ変換信号保存部32に保存される。そして、リセット用4倍速フーリエ変換信号保存部32は交流電気量v(t)の個数が1/4周期分のM/4個となると、そのときの逐次フーリエ変換信号anRES(k)+jbnRES(k) は蓄積誤差を含まない4倍速フーリエ変換信号となるので、これを補正用フーリエ変換信号として4倍速再帰的離散フーリエ変換手段22に出力する。
FIG. 12 is the same as the phase / amplitude detection device shown in FIG. 11 except that an accumulation error resetting means 25 for resetting numerical errors is added. The quadruple-speed sequential product-sum operation means 31 of the accumulation error reset means 25 is 4 for AC electric quantity v (t) obtained at every sampling interval Δt and AC electric quantity v ′ (k) shifted by π / 2 phase. A sequential product-sum operation is performed in which / M {exp (j2nπk / M) * v (k) −exp {j2nπ (kM / 4) / M} * v ′ (k)} is calculated and added. That is, for each sampling, the integration of 4 / M {exp (j2nπk / M) * v (k) −exp {j2nπ (kM / 4) / M} * v ′ (k)} based on equation (20) and Performs subtraction and sequential addition. The sum obtained by the quadruple- speed sequential product-sum operation means 31 is stored in the reset quadruple- speed Fourier transform
その後、4倍速逐次積和演算手段31は逐次フーリエ変換信号anRES(k)+jbnRES(k)をリセットし(0+j0とし)、再度、(20)式に示すようにサンプリング間隔Δtごとに得られる交流電気量v(t)に対して4/M{exp(j2nπk/M)*v(k)-exp{j2nπ(k-M/4)/M}*v'(k)}を演算して加算する逐次積和演算を行い、交流電気量v(t)の個数が1/4周期分のM/4個となる逐次フーリエ変換信号anRES(k)+jbnRES(k) すなわち蓄積誤差を含まない4倍速フーリエ変換信号が求まるとリセットし、以下同様の演算を繰り返し行う。 After that, the quadruple- speed sequential product-sum operation means 31 resets the sequential Fourier transform signal anRES (k) + jbnRES (k) (0 + j0) and obtains it again every sampling interval Δt as shown in the equation (20). 4 / M {exp (j2nπk / M) * v (k) -exp {j2nπ (kM / 4) / M} * v '(k)} is added to the AC electric quantity v (t) Incremental product-sum operation is performed, and the number of AC electrical quantities v (t) becomes M / 4 for a quarter period. Sequential Fourier transform signal anRES (k) + jbnRES (k), that is, an accumulation error is included If no quadruple-speed Fourier transform signal is found, it is reset, and the same calculation is repeated thereafter.
4倍速再帰的離散フーリエ変換手段22はリセット用4倍速フーリエ変換信号保存部32から補正用フーリエ変換信号anRES(k)+jbnRES(k)を入力するとフーリエ変換信号an(k)+jbn(k)を補正用フーリエ変換信号anRES(k)+jbnRES(k)に置き換える。これにより、4倍速再帰的離散フーリエ変換手段22は補正用フーリエ変換信号anRES(k)+jbnRES(k)にてM/4サンプリング(半周期)ごとにフーリエ変換信号an(k)+jbn(k)を補正することになる。このように、4倍速DFT処理の場合、リセットする所定の周期は交流電圧信号v(t)の1/4周期の整数倍となり、その周期で加減算による数値誤差をリセットすることができる。 4x recursive discrete Fourier transform means 22 by entering a correction Fourier transform signal a NRES from reset quadruple speed Fourier transform signal storage section 32 (k) + jb nRES ( k) Fourier transform signal a n (k) + jb n (k) is replaced with a correction Fourier transform signal anRES (k) + jbnRES (k). Thus, 4x recursive discrete Fourier transform means 22 correction Fourier transform signal a NRES (k) + jb Fourier transform NRES at (k) for each M / 4 sampling (half cycle) signals a n (k) + jb n (k) is corrected. Thus, in the case of quadruple speed DFT processing, the predetermined cycle to be reset is an integral multiple of a quarter cycle of the AC voltage signal v (t), and numerical errors due to addition and subtraction can be reset in that cycle.
4倍速DFT処理に再帰的アルゴリズムを採用した場合には、再帰的アルゴリズムを採用しない4倍速DFT処理に対し積和演算量を4/Mに減らすことができる。なお、4倍速DFT処理は、通常DFTと比較すると、時系列データv(k) のπ/2位相のずれた信号の生成のためのアルゴリズムが別途必要となるため、採用するアルゴリズムによっては計算量削減効果はさほどではなくなる。従って、位相検出の速度向上が必要な場合に有効な方法となる。 When the recursive algorithm is adopted for the quadruple speed DFT processing, the product-sum operation amount can be reduced to 4 / M with respect to the quadruple speed DFT processing that does not employ the recursive algorithm. Note that the quadruple-speed DFT processing requires a separate algorithm for generating a signal with a π / 2 phase shift of the time series data v (k) compared to the normal DFT. The reduction effect is not so great. Therefore, this method is effective when it is necessary to improve the speed of phase detection.
ここで、補完データ演算手段18での交流電圧信号v(t)の1/4周期分の時系列データv(k)〜v{k-(M/4-1)}のπ/2位相進み(遅れ)成分を差分演算で求める場合、後退差分法と中心差分法とがある。 Here, the π / 2 phase advance of the time-series data v (k) to v {k− (M / 4-1)} for ¼ period of the AC voltage signal v (t) in the complementary data calculation means 18. When the (delay) component is obtained by difference calculation, there are a backward difference method and a center difference method.
図13は後退差分法によるπ/2位相進み成分の演算処理内容を示すブロック構成図である。後退差分法による場合は、補完データ演算手段18は(22)式を用いてπ/2位相進み成分の交流電圧信号の時系列データv'(k)を演算する。
すなわち、補完データ演算手段18は、入力部11により所定のサンプリング間隔で読み込まれ保存部12に順次記憶される交流電圧信号v(t)の時系列データのうち、交流電圧信号v(k)と1サンプリング前の交流電圧信号v(k-1)を入力し、(22)式を用いてπ/2位相進み成分の時系列データv'(k)を演算し、時系列補完データ保存部30に保存する。
That is, the complementary data calculation means 18 reads the AC voltage signal v (k) from the time series data of the AC voltage signal v (t) that is read by the
この後退差分法の場合、時系列データv(k)と1サンプリング前の時系列データv(k-1)との微係数であるので、実際には時系列データv(k)の時点よりΔt/2だけ遅れた時刻での微係数に相当するため、これに基づき4倍速DFTを実施した場合、推定された時系列データに基づく正弦波波形の収縮・伸張が繰り返され、算出されたフーリエ係数に基本波の2倍周期での振動を生じる。 In the case of this backward difference method, since it is a derivative of the time series data v (k) and the time series data v (k-1) before one sampling, in actuality, Δt from the time of the time series data v (k). This corresponds to a differential coefficient at a time delayed by / 2, so when quadruple-speed DFT is performed based on this, the contraction / extension of the sine wave waveform based on the estimated time series data is repeated, and the calculated Fourier coefficient Vibrates at twice the period of the fundamental wave.
図14は中心差分法によるπ/2位相進み成分の演算処理内容を示すブロック構成図である。中心差分法による場合は、補完データ演算手段18は(23)式を用いてπ/2位相進み成分の時系列データv'(k')=v'(k-1)を演算する。
すなわち、入力部11により所定のサンプリング間隔で読み込まれた交流電圧信号v(t)の時系列データv(k)を補完データ演算手段18に入力するとともに、データ一時保存部33に入力する。データ一時保存部33は、連続する2つの時系列データv(k-1)、v(k-2)を一時的に保存する。いま、k'=k-1とする。時系列データv(k')を時系列データ保存部12に順次記憶するとともに、時系列データv(k-2)を補完データ演算手段18に出力する。補完データ演算手段18は、時系列データv(k)と時系列データv(k-2)とを用いて、(23)式によりπ/2位相進み成分の時系列データv'(k-1)を演算し、時系列補完データ保存部30に保存する。
That is, the time series data v (k) of the AC voltage signal v (t) read by the
この中心差分法の場合、サンプリング間隔Δtだけ遅れた時刻での微係数に相当するため、(23)式で求めた微係数をv'(k')=v'(k-1)とし、これとv(k-1)に基づき、4倍速DFTを実施してサンプリング間隔Δtだけ遅れた時刻でのフーリエ係数を算出する。これらの演算処理を交流信号v(t)を取り込んでからサンプリング間隔Δtの間に実行するため、この間に位相θはサンプリング間隔Δtに相当する位相Δθだけ進んでいることを考え合わせれば、最終段階で位相補正手段24(図7,図10,図11,図12参照)によりサンプリング間隔の2倍の2×Δt分に相当する位相補正(2×Δθ分の補正)を行うことにより、正しい位相を検出できるようにする。すなわち、補完データ演算手段18において中心差分法を用いた場合、位相補正手段24において、通常行っているサンプリング間隔Δtに相当する位相Δθの補正に代えて、その2倍の2×Δθの位相補正が、演算処理が終了した時点での位相θmを求めるために必要となる。 In the case of this central difference method, since it corresponds to the derivative at the time delayed by the sampling interval Δt, the derivative obtained by the equation (23) is set as v ′ (k ′) = v ′ (k−1). And v (k−1), a quadruple speed DFT is performed to calculate a Fourier coefficient at a time delayed by the sampling interval Δt. Since these arithmetic processes are executed during the sampling interval Δt after the AC signal v (t) is taken in, it is considered that the phase θ is advanced by the phase Δθ corresponding to the sampling interval Δt during this period. The phase correction means 24 (see FIGS. 7, 10, 11, and 12) performs phase correction (correction of 2 × Δθ) corresponding to 2 × Δt, which is twice the sampling interval. Can be detected. That is, when the center difference method is used in the complementary data calculation means 18, the phase correction means 24, instead of correcting the phase Δθ corresponding to the sampling interval Δt that is normally performed, twice the phase correction of 2 × Δθ. However, it is necessary to obtain the phase θ m at the time when the arithmetic processing is completed.
第2の実施の形態によれば、補完データ演算手段18および4倍速離散フーリエ変換手段19および4倍速離散フーリエ変換による4倍速再帰的離散フーリエ変換手段22により、1/4周期分の交流電圧信号の時系列データv(k)〜v{k-(M/4-1)}から残りの3/4周期の時系列データを推定演算して、1/4周期で交流電圧信号v(t)の位相および振幅を検出するので、通常DFT処理の4倍速で位相および振幅の検出が可能となる。また、再帰的アルゴリズムを採用した場合に蓄積誤差リセット手段25を追加して設けた場合には、加減算に伴う数値誤差をリセットすることができるので、演算精度が向上する。 According to the second embodiment, the complementary voltage calculation means 18, the quadruple-speed discrete Fourier transform means 19 and the quadruple-speed recursive discrete Fourier transform means 22 using the quadruple-speed discrete Fourier transform make the AC voltage signal for ¼ period. Time series data v (k) to v {k- (M / 4-1)} are used to estimate and calculate the remaining 3/4 period time series data, and the AC voltage signal v (t) is 1/4 period. Therefore, the phase and amplitude can be detected at a speed four times that of normal DFT processing. In addition, when the recursive algorithm is employed and the accumulation error resetting means 25 is additionally provided, the numerical error associated with addition / subtraction can be reset, so that the calculation accuracy is improved.
次に、本発明の第3の実施の形態を説明する。図15は本発明の第3の実施の形態に係わる位相・振幅検出装置の構成図である。この第3の実施の形態は、図7に示した第2の実施の形態に対し、補完データ演算手段18と時系列補完データ保存部30との間にリミッタ20を追加して設けたものである。図7と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 15 is a block diagram of a phase / amplitude detection apparatus according to the third embodiment of the present invention. In the third embodiment, a
補完データ演算手段18での交流電圧信号v(t)のπ/2位相のずれた成分を演算する際に、微分演算を使用した場合には、交流電気量の位相や振幅の急変した場合、その微分値は過大信号となり、一時的に交流電圧信号v(t)のπ/2位相のずれた成分の誤差が大きくなる。この対策として、補完データ演算手段18の出力部にリミッタ20を設け、交流電圧信号v(t)のπ/2位相のずれた成分に上下限値による制限を加える。このリミッタ20を通した交流電圧信号v(t)のπ/2位相のずれた時系列データは時系列補完データ保存部30に保存される。このリミッタ20を通した交流電圧信号v(t)のπ/2位相のずれた成分を基に4倍速離散フーリエ変換手段19は4倍速DFT処理を行う。
When calculating the component of the alternating voltage signal v (t) shifted by π / 2 phase in the complementary data calculation means 18, if differential calculation is used, if the phase or amplitude of the AC electrical quantity changes suddenly, The differential value becomes an excessive signal, and an error of a component having a phase shift of π / 2 phase of the AC voltage signal v (t) temporarily increases. As a countermeasure, a
図16は、電力系統の交流電圧信号v(t)の位相の変化に対して第3の実施の形態の位相・振幅検出装置で位相および振幅を検出した場合の特性図である。図16では、基本波成分(n=1)の場合の特性を示しており、交流電圧信号v(t)の位相の変化に対して、第3の実施の形態によるリミッタ付4倍速DFT処理による交流電圧信号v4’(t)は、図8に示した第2の実施の形態のリミッタ無し4倍速DFT処理に比較し、滑らかに交流電圧信号v(t)の1/4周期で追従している。 FIG. 16 is a characteristic diagram when the phase and amplitude are detected by the phase / amplitude detection device of the third embodiment with respect to the phase change of the AC voltage signal v (t) of the power system. FIG. 16 shows the characteristics in the case of the fundamental wave component (n = 1), which is obtained by the quadruple speed DFT processing with limiter according to the third embodiment with respect to the phase change of the AC voltage signal v (t). The AC voltage signal v4 ′ (t) smoothly follows the quarter cycle of the AC voltage signal v (t) as compared with the quadruple speed DFT processing without limiter of the second embodiment shown in FIG. Yes.
図17は、電力系統の交流電圧信号v(t)の振幅の変化に対して第3の実施の形態の位相・振幅検出装置で位相および振幅を検出した場合の特性図であり、位相の変化に対する場合と同様に振幅の変化に対しても、第3の実施の形態によるリミッタ付き4倍速DFT処理による交流電圧信号v4'(t)は、図9に示した第2の実施の形態のリミッタ無し4倍速DFT処理に比較し、滑らかに交流電圧信号v(t)の1/4周期で追従している。 FIG. 17 is a characteristic diagram when the phase and amplitude are detected by the phase / amplitude detection device of the third embodiment with respect to the change in the amplitude of the AC voltage signal v (t) of the power system. Similarly to the case of FIG. 9, the AC voltage signal v4 ′ (t) obtained by the quadruple-speed DFT processing with the limiter according to the third embodiment is also applied to the change in the amplitude according to the limiter of the second embodiment shown in FIG. Compared with none 4x DFT processing, it follows smoothly with 1/4 period of AC voltage signal v (t).
また、第3の実施の形態によるリミッタ付き4倍速DFT処理においても、計算量削減のために再帰的アルゴリズムを併用することが可能である。 Also in the quadruple speed DFT processing with limiter according to the third embodiment, a recursive algorithm can be used in combination to reduce the amount of calculation.
第3の実施の形態によれば、リミッタ20により過大な信号の出力を抑制するので、交流電圧信号v(t)の位相や振幅の急変に伴う過大信号を抑制することができ、交流電圧信号v(t)のπ/2位相のずれた成分の誤差を低減できる。これにより、より精度良く位相および振幅の検出を行うことができる。
According to the third embodiment, since the
以上の各実施の形態においては、交流電気量として交流電圧信号v(t)の場合について説明したが、交流電流信号i(t)の場合についても同様に適用できることは言うまでもない。 In each of the embodiments described above, the case of the AC voltage signal v (t) as the AC electric quantity has been described, but it goes without saying that the same applies to the case of the AC current signal i (t).
11…入力部、12…時系列データ保存部、13…離散フーリエ変換手段、14…位相・振幅演算手段、15…変換信号保存部、16…再帰的離散フーリエ変換手段、17…2倍速離散フーリエ変換手段、18…補完データ演算手段、19…4倍速離散フーリエ変換手段、20…リミッタ、21…2倍速再帰的離散フーリエ変換手段、22…4倍速再帰的離散フーリエ変換手段、23…積算結果データ保存部、24…位相補正手段、25…蓄積誤差リセット手段、26…逐次積和演算手段、27…リセット用フーリエ変換信号保存部、28…2倍速逐次積和演算手段、29…リセット用2倍速フーリエ変換信号保存部、30…時系列補完データ保存部、31…4倍速逐次積和演算手段、32…リセット用4倍速フーリエ変換信号保存部、33…データ一時保存部
DESCRIPTION OF
Claims (14)
Based on a part or all of the time series data for 1/4 period of the AC electricity amount, time series data for 1/4 period of the AC electricity amount shifted by π / 2 phase is calculated by the central difference method. The phase / amplitude detection method according to any one of claims 10 to 12.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006110169A JP5181427B2 (en) | 2005-04-14 | 2006-04-12 | Phase / amplitude detection apparatus and method |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005117104 | 2005-04-14 | ||
JP2005117104 | 2005-04-14 | ||
JP2006110169A JP5181427B2 (en) | 2005-04-14 | 2006-04-12 | Phase / amplitude detection apparatus and method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006317435A JP2006317435A (en) | 2006-11-24 |
JP5181427B2 true JP5181427B2 (en) | 2013-04-10 |
Family
ID=37538218
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006110169A Expired - Fee Related JP5181427B2 (en) | 2005-04-14 | 2006-04-12 | Phase / amplitude detection apparatus and method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5181427B2 (en) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5334401B2 (en) * | 2007-10-19 | 2013-11-06 | 中国電力株式会社 | Sampling pulse generator |
JP5071342B2 (en) * | 2008-10-23 | 2012-11-14 | 日新電機株式会社 | Signal processing device, signal processing method, and current measurement device |
CN102301247B (en) * | 2011-06-17 | 2014-01-01 | 华为技术有限公司 | Method for recognizing AC voltage phase, power module and power supply system |
CN102495281B (en) * | 2011-12-14 | 2013-09-04 | 广东易事特电源股份有限公司 | Method for measuring phasor frequency of power system |
CN107144734B (en) * | 2017-05-15 | 2019-09-27 | 北京理工大学 | A kind of power distribution network high-precision phasor measurement method suitable for PMU |
CN108614155B (en) * | 2018-05-31 | 2020-10-27 | 许继集团有限公司 | Synchronous phasor measurement method and system for adding Hamming window |
CN110974418B (en) * | 2019-12-19 | 2022-09-16 | 上海宏桐实业有限公司 | Error calibration method for electric field positioning demodulation system |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4748410A (en) * | 1986-08-06 | 1988-05-31 | Stanford University | Rapid NMR imaging system |
JP3505626B2 (en) * | 1994-03-16 | 2004-03-08 | 株式会社日立製作所 | Power converter and power converter controller |
JPH09318682A (en) * | 1996-06-03 | 1997-12-12 | Mitsubishi Electric Corp | Frequency measuring device and frequency modulation data judging device |
JP3805718B2 (en) * | 2002-05-30 | 2006-08-09 | 独立行政法人科学技術振興機構 | Power system frequency fluctuation occurrence detection method, power system frequency deviation measurement method, and power system frequency measurement method |
JP4135461B2 (en) * | 2002-10-15 | 2008-08-20 | ブラザー工業株式会社 | Karaoke device, program and recording medium |
-
2006
- 2006-04-12 JP JP2006110169A patent/JP5181427B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2006317435A (en) | 2006-11-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5181427B2 (en) | Phase / amplitude detection apparatus and method | |
JP6503418B2 (en) | Frequency analysis device, signal processing device using the frequency analysis device, and high frequency measurement device using the signal processing device | |
JP5178374B2 (en) | Detection device | |
CN103904693B (en) | Based on the synchronized method that frequency self adaptation Virtual shipyard is estimated | |
CN103941088A (en) | Method for quickly measuring frequency of electric power system based on three-phase signals | |
Liao et al. | Robust dichotomy solution-based model predictive control for the grid-connected inverters with disturbance observer | |
CN107144734A (en) | A kind of high-precision phasor measurement method of power distribution network suitable for PMU | |
KR20160064695A (en) | Apparatus and method for detecting phase and harmonic using fast fourier transform | |
Petrović et al. | Computational effective modified Newton–Raphson algorithm for power harmonics parameters estimation | |
JP3805718B2 (en) | Power system frequency fluctuation occurrence detection method, power system frequency deviation measurement method, and power system frequency measurement method | |
CN115001016B (en) | Converter grid-connected optimization control method and system based on model-free prediction | |
CN102539913B (en) | Higher harmonic component testing apparatus | |
CN103543331A (en) | Method for calculating harmonics and inter-harmonics of electric signal | |
JP2776871B2 (en) | Fourier transform bandpass filter controller | |
Orallo et al. | Study on Single-bin Sliding DFT algorithms: Comparison, stability issues and frequency adaptivity | |
CN108226607B (en) | Harmonic current detection method applied to APF (active power filter) in static coordinate system | |
JP5830941B2 (en) | Phase synchronization detection circuit | |
JP4488496B2 (en) | Signal processing method and signal processing apparatus | |
Serov et al. | Sample rate converter as a means of reducing measurment error of the voltage spectrum by application of fft | |
JP5579087B2 (en) | Protective relay device | |
KR20070108294A (en) | A method for estimating phase angle of time series data by discrete fourier transform | |
CN114460363A (en) | Synchronous sampling method and device for alternating current signals and alternating current sampling equipment | |
JP2010136548A (en) | Individual operation detecting apparatus for distributed power supply | |
JP5517723B2 (en) | Harmonic current compensation apparatus and harmonic current compensation method | |
Ahmed et al. | Fundamental frequency sequence amplitude estimator for power and energy applications |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090226 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120321 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120514 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20121218 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20121231 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5181427 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160125 Year of fee payment: 3 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |