JP6909548B1 - 系統周波数検出器 - Google Patents
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Abstract
Description
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、第1の実施形態に係る系統周波数検出器を模式的に表すブロック図である。
図1に表したように、系統周波数検出器10は、直交座標信号生成部12と、周波数演算部14と、を備える。系統周波数検出器10は、三相交流電力の電力系統の系統周波数を検出する。
Δθ=θn−θαβPLL≒sinθnとcosθαβPLL−cosθnとsinθαβPLL
として、誤差位相Δθを演算する。
なお、上記実施形態と機能・構成上実質的に同じものについては、同符号を付し、詳細な説明を省略する。
図2に表したように、系統周波数検出器10aでは、ローパスフィルタ44が、1/2πを乗算する演算器45の後に設けられている。このように、ローパスフィルタ44は、角周波数ωから変換された後の系統周波数fの高周波成分を直接的に抑制してもよい。
図3は、第2の実施形態に係る系統周波数検出器を模式的に表すブロック図である。
図3に表したように、系統周波数検出器10bでは、周波数演算部14が、レートリミッタ46をさらに有する。レートリミッタ46は、演算器45と直列に設けられる。レートリミッタ46は、例えば、加算器40とローパスフィルタ44との間に設けられ、ローパスフィルタ44を介して演算器45と直列に接続される。
図4は、第3の実施形態に係る系統周波数検出器を模式的に表すブロック図である。
図4に表したように、系統周波数検出器10cでは、周波数演算部14が、減算器47、48をさらに有する。減算器47は、レートリミッタ46の入力側及び出力側と接続されている。減算器47は、レートリミッタ46の入力値からレートリミッタ46の出力値を減算する。すなわち、減算器47は、レートリミッタ46の入力値と出力値との差分を演算する。角周波数ωの演算値が急に大きくなり、レートリミッタ46によって角周波数ωが制限され、レートリミッタ46の出力値がレートリミッタ46の入力値よりも小さくなると、その差分が減算器47によって演算される。減算器47は、差分の演算結果を減算器48に入力する。
図5は、第4の実施形態に係る系統周波数検出器を模式的に表すブロック図である。
図5に表したように、系統周波数検出器10dでは、周波数演算部14が、飽和リミッタ50と、スイッチング素子51と、切替回路52と、をさらに有する。
図6に表したように、切替回路52は、微分回路53と、絶対値演算回路54と、判定回路55と、を有する。切替回路52には、回転座標変換部21によって演算された電圧信号Vdが入力される。
図7(a)〜図7(g)の横軸は、時間である。
図7(a)の縦軸は、三相の電圧信号Vaの一例である。
図7(b)の縦軸は、三相の電圧信号Vbの一例である。
図7(c)の縦軸は、三相の電圧信号Vcの一例である。
図7(d)の縦軸は、回転座標系の電圧信号Vdの一例である。
図7(e)の縦軸は、加算器40によって演算された角周波数ωからローパスフィルタ44などを通すことなく、そのまま演算器45で演算した参考の系統周波数fの一例である。
図7(f)の縦軸は、系統周波数検出器10cの構成によって演算した系統周波数fの一例である。
図7(g)の縦軸は、系統周波数検出器10dの構成によって演算した系統周波数fの一例である。
図8は、第5の実施形態に係る系統周波数検出器を模式的に表すブロック図である。
図8に表したように、系統周波数検出器10eでは、系統周波数検出器10dの飽和リミッタ50が、スローレートリミッタ60に置き換えられている。スローレートリミッタ60は、レートリミッタ46の変化率よりも低い変化率で、系統周波数fの変化を制限する。
図9は、第6の実施形態に係る系統周波数検出器を模式的に表すブロック図である。
図9に表したように、系統周波数検出器10fでは、飽和リミッタ50が、レートリミッタ46と直列的に設けられる。また、系統周波数検出器10fでは、スイッチング素子51が、レートリミッタ46のみを演算器45に直列に接続する状態と、レートリミッタ46と飽和リミッタ50と演算器45とを直列に接続する状態と、を選択的に切り替える。
図10は、第7の実施形態に係る系統周波数検出器を模式的に表すブロック図である。
図10に表したように、系統周波数検出器10gでは、系統周波数検出器10dの飽和リミッタ50が、サンプルホールド回路62に置き換えられている。
図11は、第8の実施形態に係る系統周波数検出器を模式的に表すブロック図である。
図11に表したように、系統周波数検出器10hでは、周波数演算部14aの角周波数演算部AFPが、回転座標変換部70と、積分器71と、加算器72、73と、演算器74と、積分器75と、演算器76と、減算器77と、を有する。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
Claims (9)
- 電力系統の三相交流電力の三相の電圧信号を直交する二相の電圧信号に変換し、前記二相の電圧信号を回転座標系の電圧信号に変換し、前記回転座標系の電圧信号の移動平均を演算し、前記移動平均を演算した後の前記回転座標系の電圧信号を逆変換することにより、前記三相の電圧信号から直交する二相の電圧信号を生成する直交座標信号生成部と、
前記直交座標信号生成部によって生成された前記移動平均を演算した後の前記二相の電圧信号を基に、前記電力系統の角周波数を演算する角周波数演算部と、前記角周波数に1/2πを乗算することにより、前記角周波数から前記電力系統の系統周波数を演算する演算器と、を有する周波数演算部と、
を備え、
前記周波数演算部は、前記演算器と直列に設けられ、前記系統周波数の高周波成分を抑制するローパスフィルタをさらに有する系統周波数検出器。 - 前記周波数演算部は、前記演算器と直列に設けられ、所定の変化率以上の前記系統周波数の変化を制限するレートリミッタをさらに有する請求項1記載の系統周波数検出器。
- 前記角周波数演算部は、前記二相の電圧信号を基に、比例積分制御を行うことにより、前記角周波数を演算し、
前記周波数演算部は、前記レートリミッタの入出力差を前記角周波数演算部の前記比例積分制御の演算にフィードバックする請求項2記載の系統周波数検出器。 - 前記周波数演算部は、
前記レートリミッタと並列的に設けられ、公称の系統周波数に対する所定値以上の前記系統周波数の変化を制限する飽和リミッタと、
前記レートリミッタを用いる第1状態と、前記飽和リミッタを用いる第2状態と、を選択的に切り替える切替回路と、
をさらに有し、
前記直交座標信号生成部は、前記二相の電圧信号を回転座標系の電圧信号に変換することにより、前記電力系統の三相交流電力の有効成分を表す電圧信号を生成し、
前記切替回路は、前記有効成分を表す電圧信号の微分値の絶対値が所定値未満である場合に前記第1状態を選択し、前記有効成分を表す電圧信号の微分値の絶対値が前記所定値以上である場合に前記第2状態を選択する請求項3記載の系統周波数検出器。 - 前記周波数演算部は、
前記レートリミッタと並列的に設けられ、前記レートリミッタの変化率よりも低い変化率で前記系統周波数の変化を制限するスローレートリミッタと、
前記レートリミッタを用いる第1状態と、前記スローレートリミッタを用いる第2状態と、を選択的に切り替える切替回路と、
をさらに有し、
前記直交座標信号生成部は、前記二相の電圧信号を回転座標系の電圧信号に変換することにより、前記電力系統の三相交流電力の有効成分を表す電圧信号を生成し、
前記切替回路は、前記有効成分を表す電圧信号の微分値の絶対値が所定値未満である場合に前記第1状態を選択し、前記有効成分を表す電圧信号の微分値の絶対値が前記所定値以上である場合に前記第2状態を選択する請求項3記載の系統周波数検出器。 - 前記周波数演算部は、
前記レートリミッタと直列的に設けられ、公称の系統周波数に対する所定値以上の前記系統周波数の変化を制限する飽和リミッタと、
前記レートリミッタのみを用いる第1状態と、前記レートリミッタと前記飽和リミッタとの直列接続体を用いる第2状態と、を選択的に切り替える切替回路と、
をさらに有し、
前記直交座標信号生成部は、前記二相の電圧信号を回転座標系の電圧信号に変換することにより、前記電力系統の三相交流電力の有効成分を表す電圧信号を生成し、
前記切替回路は、前記有効成分を表す電圧信号の微分値の絶対値が所定値未満である場合に前記第1状態を選択し、前記有効成分を表す電圧信号の微分値の絶対値が前記所定値以上である場合に前記第2状態を選択する請求項3記載の系統周波数検出器。 - 前記周波数演算部は、
前記レートリミッタと並列的に設けられ、出力信号を入力信号に追従させるサンプルモードと、前記出力信号を所定のタイミングの値で実質的に一定となるようにホールドするホールドモードと、を有するサンプルホールド回路と、
前記レートリミッタを用いる第1状態と、前記サンプルホールド回路を用いる第2状態と、を選択的に切り替える切替回路と、
をさらに有し、
前記直交座標信号生成部は、前記二相の電圧信号を回転座標系の電圧信号に変換することにより、前記電力系統の三相交流電力の有効成分を表す電圧信号を生成し、
前記切替回路は、前記有効成分を表す電圧信号の微分値の絶対値が所定値未満である場合に前記第1状態を選択するとともに、前記サンプルホールド回路を前記サンプルモードで動作させ、前記有効成分を表す電圧信号の微分値の絶対値が前記所定値以上である場合に前記第2状態を選択するとともに、前記サンプルホールド回路を前記サンプルモードから前記ホールドモードに切り替える請求項3記載の系統周波数検出器。 - 前記角周波数演算部は、前記角周波数を基に、前記移動平均を演算した後の前記二相の電圧信号に同期した同期位相を検出するとともに、前記電力系統の公称の位相と前記同期位相との誤差位相を演算し、前記誤差位相をゼロにするように前記角周波数を演算する請求項1記載の系統周波数検出器。
- 前記角周波数演算部は、前記角周波数を基に、前記移動平均を演算した後の前記二相の電圧信号に同期した同期位相を検出するとともに、前記移動平均を演算した後の前記二相の電圧信号を回転座標変換することにより、前記電力系統の三相交流電力の無効成分を表す電圧信号を生成し、前記無効成分を表す電圧信号をゼロにするように前記角周波数を演算する請求項1記載の系統周波数検出器。
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