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JP6247433B2 - Frequency detection device and isolated operation detection device including the frequency detection device - Google Patents

Frequency detection device and isolated operation detection device including the frequency detection device Download PDF

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JP6247433B2
JP6247433B2 JP2012035200A JP2012035200A JP6247433B2 JP 6247433 B2 JP6247433 B2 JP 6247433B2 JP 2012035200 A JP2012035200 A JP 2012035200A JP 2012035200 A JP2012035200 A JP 2012035200A JP 6247433 B2 JP6247433 B2 JP 6247433B2
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  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Description

本発明は、交流信号の周波数を検出する周波数検出装置、および、当該周波数検出装置を備え、電力系統に連系される系統連系インバータ装置の単独運転を検出する単独運転検出装置に関するものである。   The present invention relates to a frequency detection device that detects the frequency of an AC signal, and an isolated operation detection device that includes the frequency detection device and detects an isolated operation of a grid-connected inverter device that is linked to a power system. .

電力系統に接続される分散型電源には、逆潮流有りの条件で配電系統に連系する場合、単独運転を防止するために単独運転検出装置が設けられる。そして、分散電源の単独運転状態を検出する方式として、周波数変化率検出方式、QCモード周波数シフト方式、スリップモード周波数シフト方式、有効電力変動方式、無効電力変動方式等の単独運転時に発生する周波数変動を検出することによって単独運転を検出する種々の方式が知られている。周波数変化率検出方式は受動的な方式であるが、スリップモード周波数シフト方式、QCモード周波数シフト方式、有効電力変動方式、無効電力変動方式は能動的な方式である。   The distributed power source connected to the power system is provided with an isolated operation detection device in order to prevent an isolated operation when connected to the power distribution system under conditions of reverse power flow. As a method for detecting the single operation state of the distributed power source, frequency fluctuations that occur during single operation such as frequency change rate detection method, QC mode frequency shift method, slip mode frequency shift method, active power fluctuation method, reactive power fluctuation method, etc. Various systems are known for detecting islanding by detecting. The frequency change rate detection method is a passive method, but the slip mode frequency shift method, the QC mode frequency shift method, the active power fluctuation method, and the reactive power fluctuation method are active methods.

周波数変化率検出方式は、分散型電源の出力と負荷の不平衡に起因する分散型電源の出力周波数の急変を検出する方式である。スリップモード周波数シフト方式は、単独運転時に無効電力負荷のC(キャパシタンス)成分が大きければ分散型電源の出力周波数が上昇し、L(インダクタンス)成分が大きければ、分散型電源の出力周波数が低下する特性を利用し、分散型電源の出力周波数が基準の周波数から変動するときにはその出力周波数の変動量を増幅して検出する方式である。具体的には、PCS(Power Conditioning System)に周波数−位相特性を持たせて、分散型電源の出力周波数が基準の周波数に対して上昇するときにはPCSの出力電流の位相を進めて正帰還により出力周波数の上昇を加速させ、分散型電源の出力周波数が基準の周波数に対して低下するときにはPCSの出力電流の位相を遅らせて正帰還により出力周波数の低下を加速させることによりその出力周波数の変動量を増幅し、その変動量によって単独運転を検出する方式である。   The frequency change rate detection method is a method for detecting a sudden change in the output frequency of the distributed power source due to an imbalance between the output of the distributed power source and the load. In the slip mode frequency shift method, when the C (capacitance) component of the reactive power load is large during single operation, the output frequency of the distributed power source increases, and when the L (inductance) component is large, the output frequency of the distributed power source decreases. Using this characteristic, when the output frequency of the distributed power source fluctuates from the reference frequency, the amount of fluctuation of the output frequency is amplified and detected. Specifically, the PCS (Power Conditioning System) has frequency-phase characteristics, and when the output frequency of the distributed power source rises with respect to the reference frequency, the phase of the output current of the PCS is advanced and output by positive feedback. When the frequency increase is accelerated and the output frequency of the distributed power source decreases with respect to the reference frequency, the phase of the output current of the PCS is delayed and the decrease in the output frequency is accelerated by positive feedback. This is a method of detecting islanding by the amount of fluctuation.

QCモード周波数シフト方式は、スリップモード周波数シフト方式と同様に上記の周波数特性を利用するものであるが、出力周波数ではなく出力周波数の変化率を正帰還させることによってPCSの出力電流の位相を増幅させる方式である。   The QC mode frequency shift method uses the above frequency characteristics as in the slip mode frequency shift method, but amplifies the phase of the output current of the PCS by positively feeding back the rate of change of the output frequency instead of the output frequency. It is a method to make it.

有効電力変動方式は、PCSの出力に周期的な有効電力の変動を与え、PCSの出力電圧、出力電流、出力周波数の変動量に基づいて単独運転の有無を検出する方式である。また、無効電力変動方式は、PCSの出力に周期的な無効電力の変動を与え、PCSの出力電圧、出力電流、出力周波数の変動量に基づいて単独運転の有無を検出する方式である。   The active power variation method is a method in which periodic active power variation is given to the output of the PCS, and the presence or absence of independent operation is detected based on the variation amount of the output voltage, output current, and output frequency of the PCS. In addition, the reactive power fluctuation method is a method in which periodic reactive power fluctuations are given to the output of the PCS, and the presence or absence of an isolated operation is detected based on the fluctuation amounts of the PCS output voltage, output current, and output frequency.

特開平11−41820号公報JP 11-41820 A 特開2000−358331号公報JP 2000-358331 A 特開2002−281674号公報JP 2002-281684 A 特開2007−252127号公報JP 2007-252127 A 特開2011−30306号公報JP 2011-30306 A 特開2006−25550号公報JP 2006-25550 A

「電力系統事故時の異常電圧に対処したPLLおよび周波数検出方式」 電学論B,118巻9号,平成10年"PLL and frequency detection method to cope with abnormal voltage in case of power system failure" Denki Theory B, Vol. 118, No. 9, 1998

系統連系インバータ装置を用いた分散型電源では、単独運転状態を検出したときには、例えば、1秒以内に系統連系インバータ装置を需要家(負荷)から切り離すか、運転を停止させることが要望されている。上記の単独運転検出方式で検出パラメータとして分散型電源の出力周波数を用いる方式では、高速かつ高精度の周波数検出装置が必要になる。   In a distributed power source using a grid-connected inverter device, when an isolated operation state is detected, for example, it is desired to disconnect the grid-connected inverter device from a customer (load) within 1 second or to stop the operation. ing. The method using the output frequency of the distributed power source as a detection parameter in the above isolated operation detection method requires a high-speed and high-accuracy frequency detection device.

その一方、分散型電源の出力周波数を検出する方法として、分散型電源から出力される交流電圧の瞬時値を検出し、その検出値がゼロレベルを交差する点(ゼロクロス点)間の時間を計測することにより分散型電源の出力周波数を検出する方式(ゼロクロス点間カウント方式)が知られている(特許文献6参照)。また、非特許文献1には、乗算式PLL(Phase Locked Loop)を用いて分散型電源から出力される交流電圧の位相を検出する位相検出装置を用いてその交流電圧の周波数を求める方式が提案されている。   On the other hand, as a method to detect the output frequency of the distributed power supply, the instantaneous value of the AC voltage output from the distributed power supply is detected, and the time between the points where the detected value crosses the zero level (zero cross point) is measured. Thus, a method of detecting the output frequency of the distributed power supply (zero cross point counting method) is known (see Patent Document 6). Non-Patent Document 1 proposes a method for obtaining the frequency of the AC voltage using a phase detection device that detects the phase of the AC voltage output from the distributed power source using a multiplying PLL (Phase Locked Loop). Has been.

三相の電力系統の周波数(以下、「系統周波数」という。)には、基本波正相成分(以下、単に「基本波成分」という。)の他に低次の高調波成分(例えば、5次,7次,11次の高調波成分。以下、単に「高調波成分」という。)や基本波逆相成分(以下、「不平衡成分」という。)が含まれることが多く、これらの成分が検出電圧に含まれていると、検出電圧の波形が正確に基本波成分の波形にならず(波形歪が生じ)、これにより基本波成分のゼロクロス点を正確に検出できず、周波数の検出精度が低下するという問題がある。   In addition to the fundamental positive phase component (hereinafter simply referred to as “fundamental wave component”), the frequency of the three-phase power system (hereinafter referred to as “system frequency”) includes low-order harmonic components (for example, 5 Second, seventh, and eleventh harmonic components (hereinafter simply referred to as “harmonic components”) and fundamental wave antiphase components (hereinafter referred to as “unbalanced components”) are often included. Is included in the detection voltage, the waveform of the detection voltage does not accurately become the waveform of the fundamental wave component (waveform distortion occurs), and the zero-cross point of the fundamental wave component cannot be detected accurately, thereby detecting the frequency. There is a problem that accuracy decreases.

一方、乗算式PLL方式の位相検出装置を用いて周波数を検出する方法は、装置内で位相を生成し、その位相と入力される交流信号の位相との位相差を算出し、その位相差がゼロとなるように生成位相を制御するPLL処理によって、入力される交流信号の位相を検出する。交流信号に高調波成分や不平衡成分が含まれている場合、それらの成分がPLL処理に影響を与えて交流信号の位相を正確に検出することができないので、検出された位相から算出された周波数の精度も低下する。周波数の検出精度が低下すると、当該周波数を用いて単独運転を検出する場合に、高速かつ高精度に単独運転を検出することができない。   On the other hand, the method of detecting the frequency using the phase detection device of the multiplying PLL system generates a phase in the device, calculates the phase difference between the phase and the phase of the input AC signal, and the phase difference is The phase of the input AC signal is detected by a PLL process that controls the generation phase so as to be zero. If the AC signal contains harmonic components or unbalanced components, these components will affect the PLL processing and the phase of the AC signal cannot be detected accurately, so it is calculated from the detected phase. Frequency accuracy is also reduced. If the frequency detection accuracy decreases, it is not possible to detect the isolated operation at high speed and with high accuracy when the isolated operation is detected using the frequency.

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、不平衡成分や高調波成分の影響を抑制し、高い精度で交流信号の基本波成分の周波数を検出することができる周波数検出装置を提供することを目的とする。   The present invention has been conceived under the circumstances described above, and can suppress the influence of unbalanced components and harmonic components and detect the frequency of the fundamental component of the AC signal with high accuracy. An object of the present invention is to provide a frequency detection device.

本発明の第1の側面によって提供される周波数検出装置は、三相交流電圧を検出した検出信号の周波数を検出する周波数検出装置であって、三相の前記検出信号を静止座標系の互いに直交する第1の信号および第2の信号に変換して出力する三相二相変換手段と、前記第1の信号および前記第2の信号から基本波成分を抽出して、第1の基本波信号および第2の基本波信号を生成する基本波抽出手段と、前記第1の基本波信号および第2の基本波信号を用いて前記検出信号の基本波成分の周波数を検出する周波数検出手段とを備えており、前記基本波抽出手段は、回転座標変換処理、フィルタ処理および静止座標変換処理を計算によって1つにまとめた伝達関数行列の行列要素を用いており、線形時不変の処理を行うものであり、前記第1の信号を第1の伝達関数によって信号処理し、前記第2の信号を第2の伝達関数によって信号処理し、これらを加算することで前記第1の基本波信号を生成し、前記第1の信号を第3の伝達関数によって信号処理し、前記第2の信号を前記第1の伝達関数によって信号処理し、これらを加算することで前記第2の基本波信号を生成し、前記基本波成分の中心角周波数をω0前記フィルタ処理の時定数をTとした場合、前記第1の伝達関数は、
1(s)=(T・s+1)/{(T・s+1)2+(T・ω02
であり、 前記第2の伝達関数は、
2(s)=−T・ω0/{(T・s+1)2+(T・ω02
であり、前記第3の伝達関数は、
3(s)=T・ω0/{(T・s+1)2+(T・ω02
であることを特徴とする。
The frequency detection apparatus provided by the first aspect of the present invention is a frequency detection apparatus that detects the frequency of a detection signal that detects a three-phase AC voltage, and the three-phase detection signals are orthogonal to each other in a stationary coordinate system. first signal and the three-phase two-phase conversion means for converting the second signal to output, to extract the fundamental wave component from said first signal and said second signal, the first fundamental signal for And a fundamental wave extraction means for generating a second fundamental wave signal, and a frequency detection means for detecting the frequency of the fundamental wave component of the detection signal using the first fundamental wave signal and the second fundamental wave signal. The fundamental wave extracting means uses a matrix element of a transfer function matrix in which rotational coordinate transformation processing, filter processing, and stationary coordinate transformation processing are combined into one by calculation, and performs linear time-invariant processing. And the first The first signal is processed by a first transfer function, the second signal is processed by a second transfer function, and these are added to generate the first fundamental wave signal, and the first signal Is signal-processed by a third transfer function, the second signal is signal-processed by the first transfer function, and these are added to generate the second fundamental wave signal, and the fundamental wave component When the central angular frequency is ω 0 and the time constant of the filtering process is T, the first transfer function is
G 1 (s) = (T · s + 1) / {(T · s + 1) 2 + (T · ω 0 ) 2 }
And the second transfer function is
G 2 (s) = − T · ω 0 / {(T · s + 1) 2 + (T · ω 0 ) 2 }
And the third transfer function is
G 3 (s) = T · ω 0 / {(T · s + 1) 2 + (T · ω 0 ) 2 }
It is characterized by being.

本発明の第2の側面によって提供される周波数検出装置は、単相交流電圧を検出した検出信号の周波数を検出する周波数検出装置であって、前記検出信号である第1の信号およびゼロの信号である第2の信号から基本波成分を抽出して、第1の基本波信号および第2の基本波信号を生成する基本波抽出手段と、前記第1の基本波信号および第2の基本波信号を用いて前記検出信号の基本波成分の周波数を検出する周波数検出手段とを備えており、前記基本波抽出手段は、回転座標変換処理、フィルタ処理および静止座標変換処理を計算によって1つにまとめた伝達関数行列の行列要素を用いており、線形時不変の処理を行うものであり、前記第1の信号を第1の伝達関数によって信号処理し、前記第2の信号を第2の伝達関数によって信号処理し、これらを加算することで前記第1の基本波信号を生成し、前記第1の信号を第3の伝達関数によって信号処理し、前記第2の信号を前記第1の伝達関数によって信号処理し、これらを加算することで前記第2の基本波信号を生成し、前記基本波成分の中心角周波数をω  The frequency detection device provided by the second aspect of the present invention is a frequency detection device that detects the frequency of a detection signal that detects a single-phase AC voltage, and the first signal and the zero signal that are the detection signals. A fundamental wave extracting means for extracting a fundamental wave component from the second signal and generating a first fundamental wave signal and a second fundamental wave signal; and the first fundamental wave signal and the second fundamental wave Frequency detection means for detecting the frequency of the fundamental wave component of the detection signal using a signal, and the fundamental wave extraction means combines the rotation coordinate conversion process, the filter process, and the stationary coordinate conversion process into one by calculation. The matrix elements of the combined transfer function matrix are used to perform linear time-invariant processing, the first signal is processed by the first transfer function, and the second signal is transferred to the second transfer function. Signal processing by function Then, the first fundamental wave signal is generated by adding them, the first signal is signal-processed by a third transfer function, and the second signal is signal-processed by the first transfer function. By adding these, the second fundamental wave signal is generated, and the center angular frequency of the fundamental wave component is set to ω 00 、前記フィルタ処理の時定数をTとした場合、前記第1の伝達関数は、When the time constant of the filtering process is T, the first transfer function is
      G 11 (s)=(T・s+1)/{(T・s+1)(S) = (T · s + 1) / {(T · s + 1) 22 +(T・ω+ (T ・ ω 00 ) 22 }
であり、 前記第2の伝達関数は、And the second transfer function is
      G 22 (s)=−T・ω(S) = − T · ω 00 /{(T・s+1)/ {(T · s + 1) 22 +(T・ω+ (T ・ ω 00 ) 22 }
であり、前記第3の伝達関数は、And the third transfer function is
      G 3Three (s)=T・ω(S) = T · ω 00 /{(T・s+1)/ {(T · s + 1) 22 +(T・ω+ (T ・ ω 00 ) 22 }
であることを特徴とする。It is characterized by being.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第1の伝達関数を、前記GIn a preferred embodiment of the present invention, the first transfer function is the G 11 (s)に代(S)
えて、Yeah,
G’      G ’ 11 (s)(S)
=(T        = (T 22 ・s・ S 22 +T・s+T+ T · s + T 22 ・ω・ Ω 00 22 )/{(T・s+1)) / {(T · s + 1) 22 +(T・ω+ (T ・ ω 00 ) 22 }
とする。And

本発明の好ましい実施の形態においては、前記周波数検出手段は、前記第1の基本波信号および第2の基本波信号に基づく信号がゼロレベルを交差するゼロクロスタイミングを検出する検出手段と、前記検出手段により検出される前記ゼロクロスタイミングを用いて前記ゼロクロスタイミング間における所定のクロックパルスのパルス数をカウントし、そのカウント値を用いて前記検出信号の基本波成分の周波数を算出する周波数算出手段とを含む。 In a preferred embodiment of the present invention, the frequency detecting means detects a zero cross timing at which a signal based on the first fundamental wave signal and the second fundamental wave signal crosses a zero level, and the detection Frequency calculating means for counting the number of pulses of a predetermined clock pulse between the zero cross timings using the zero cross timing detected by means, and calculating the frequency of the fundamental wave component of the detection signal using the count value; Including.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第1の基本波信号および第2の基本波信号を3つの信号に変換する二相三相変換手段を更に備え、前記検出手段は、前記3つの信号のそれぞれがゼロレベルを交差するゼロクロスタイミングを検出する。   In a preferred embodiment of the present invention, the apparatus further comprises two-phase / three-phase conversion means for converting the first fundamental wave signal and the second fundamental wave signal into three signals, and the detection means comprises the three signals. The zero cross timing at which each crosses the zero level is detected.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記周波数検出手段は、通過帯域で位相が直線的に変化する位相特性を有する帯域通過型の複素係数フィルタからなるフィルタ手段と、前記フィルタ手段に入力される入力信号と前記フィルタ手段から出力される出力信号との位相差を算出する位相差算出手段と、前記フィルタ手段の前記位相特性を用いて前記位相差算出手段で算出された位相差から前記検出信号の基本波成分の周波数を算出する周波数算出手段とを含む。 In a preferred embodiment of the present invention, the frequency detection means is input to the filter means including a filter means including a band-pass type complex coefficient filter having a phase characteristic in which the phase linearly changes in the pass band, and the filter means. A phase difference calculating means for calculating a phase difference between an input signal and an output signal output from the filter means; and the detection signal based on the phase difference calculated by the phase difference calculating means using the phase characteristic of the filter means. Frequency calculating means for calculating the frequency of the fundamental wave component.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記周波数検出手段が検出した周波数に対応する角周波数を前記中心角周波数ω0とする。 In a preferred embodiment of the present invention, the angular frequency corresponding to the frequency detected by the frequency detecting means is the central angular frequency ω 0 .

本発明の第の側面によって提供される単独運転検出装置は、電力系統に連系される系統連系インバータ装置から出力される出力交流信号を検出する交流信号検出手段と、前記出力交流信号の周波数を検出する、本発明の第1または第2の側面によって提供される周波数検出装置と、前記周波数検出装置が検出した検出値に基づいて前記系統連系インバータ装置が単独運転状態に移行したことを検出する単独運転検出手段とを備えることを特徴とする。 An isolated operation detection device provided by the third aspect of the present invention includes an AC signal detection means for detecting an output AC signal output from a grid-connected inverter device linked to a power system, and the output AC signal. The frequency detection device provided by the first or second aspect of the present invention that detects the frequency, and the grid-connected inverter device has shifted to the single operation state based on the detection value detected by the frequency detection device. And an isolated operation detecting means for detecting

本発明の好ましい実施の形態においては、前記系統連系インバータ装置は、当該系統連系インバータ装置から出力される無効電力量を制御する電力メジャーループを有しており、前記周波数検出装置で検出される周波数に基づいて、前記無効電力量を揺動させる無効電力変動値を生成し、前記電力メジャーループにフィードバックする無効電力変動値生成手段を更に備え、前記単独運転検出手段は、前記周波数検出手段で検出される周波数の変動量を算出し、その変動量が所定の閾値を超えることにより前記系統連系インバータ装置が単独運転状態に移行したことを検出する。   In a preferred embodiment of the present invention, the grid-connected inverter device has a power major loop that controls the amount of reactive power output from the grid-connected inverter device, and is detected by the frequency detection device. A reactive power fluctuation value generating means for generating a reactive power fluctuation value for oscillating the reactive power amount based on a frequency to be fed back to the power major loop, wherein the isolated operation detecting means is the frequency detecting means. The variation amount of the frequency detected in step (b) is calculated, and when the variation amount exceeds a predetermined threshold, it is detected that the grid-connected inverter device has shifted to the single operation state.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記無効電力変動値生成手段は、前記周波数検出手段で検出される周波数を用いて周波数変化率を算出し、その周波数変化率に比例して変動する前記無効電力変動値を生成する。   In a preferred embodiment of the present invention, the reactive power fluctuation value generation means calculates a frequency change rate using a frequency detected by the frequency detection means, and the reactive power fluctuation varies in proportion to the frequency change rate. A power fluctuation value is generated.

本発明によれば、検出信号に不平衡成分や高調波成分が含まれていても、基本波抽出手段がそれらの成分を好適に除去して基本波成分を抽出する。周波数検出手段は抽出された基本波成分に基づいて周波数を検出する。したがって、交流信号に基本波成分以外の不平衡成分や高調波成分が含まれていても、それらの成分が周波数検出処理に影響を与えることを抑制して、交流信号の基本波成分の周波数を正確に検出することができる。 According to the present invention, even if an unbalanced component or a harmonic component is included in the detection signal , the fundamental wave extracting means suitably removes these components and extracts the fundamental wave component. The frequency detection means detects the frequency based on the extracted fundamental wave component. Therefore, even if the AC signal contains unbalanced components and harmonic components other than the fundamental wave component, the frequency of the fundamental wave component of the AC signal is suppressed by suppressing the influence of these components on the frequency detection process. It can be detected accurately.

本発明に係る単独運転検出装置を備えた系統連系インバータ装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the grid connection inverter apparatus provided with the isolated operation detection apparatus which concerns on this invention. 制御装置内のPWM信号を生成するための処理の基本構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the basic composition of the process for producing | generating the PWM signal in a control apparatus. 周波数検出器の第1実施形態のブロック構成を示す図である。It is a figure which shows the block configuration of 1st Embodiment of a frequency detector. 三相交流電圧の基本波成分と不平衡成分を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fundamental wave component and unbalance component of a three-phase alternating voltage. 系統電圧に含まれる周波数成分を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the frequency component contained in a system | strain voltage. 回転座標変換および静止座標変換を伴う処理を線形時不変の処理に変換する方法について説明するためのブロック線図である。It is a block diagram for demonstrating the method to convert the process accompanied by a rotation coordinate transformation and a stationary coordinate transformation into a linear time invariant process. 回転座標変換および静止座標変換を伴う処理を線形時不変の処理に変換する方法について説明するためのブロック線図であり、行列で表したものである。It is a block diagram for demonstrating the method to convert the process accompanied by a rotation coordinate transformation and a stationary coordinate transformation into a linear time invariant process, and is represented by the matrix. 行列の計算を説明するためのブロック線図である。It is a block diagram for demonstrating the calculation of a matrix. 回転座標変換を行ってからローパスフィルタ処理を行った後に静止座標変換を行う処理を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the process which performs a static coordinate transformation after performing a low-pass filter process after performing a rotational coordinate transformation. 行列GLPFの各要素である伝達関数を解析するためのボード線図である。It is a Bode diagram for analyzing a transfer function which is each element of matrix G LPF . 不平衡成分と5次、7次、11次の高調波成分を含む三相交流電圧の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the three-phase alternating current voltage containing an unbalance component and a 5th, 7th, 11th harmonic component. 図11に示す三相交流電圧を外乱除去部でフィルタリングした三相交流電圧の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the three-phase alternating current voltage which filtered the three-phase alternating current voltage shown in FIG. 11 by the disturbance removal part. 第1実施形態に係る周波数検出部の演算処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the arithmetic processing of the frequency detection part which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る周波数検出器の応答特性をシミュレーションした結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having simulated the response characteristic of the frequency detector which concerns on 1st Embodiment. 図14に示すシミュレーション結果のシミュレーション開始から0.3秒後に周波数検出装置から出力される周波数の変動状態を拡大した図である。It is the figure which expanded the fluctuation state of the frequency output from a frequency detection apparatus 0.3 second after the simulation start of the simulation result shown in FIG. 回転座標変換を行ってからハイパスフィルタ処理を行った後に静止座標変換を行う処理を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the process which performs a static coordinate transformation after performing a high-pass filter process after performing a rotational coordinate transformation. 行列GHPFの各要素である伝達関数を解析するためのボード線図である。It is a Bode diagram for analyzing a transfer function which is each element of matrix G HPF . 第2実施形態に係る基本波抽出部の内部構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the internal structure of the fundamental wave extraction part which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る基本波抽出部の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the fundamental wave extraction part which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る周波数検出器の応答特性をシミュレーションした結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having simulated the response characteristic of the frequency detector which concerns on 2nd Embodiment. 図20に示すシミュレーション結果のシミュレーション開始から0.3秒後に周波数検出装置から出力される周波数の変動状態を拡大した図である。It is the figure which expanded the fluctuation state of the frequency output from a frequency detection apparatus 0.3 second after the simulation start of the simulation result shown in FIG. 周波数検出器の第3実施形態のブロック構成を示す図である。It is a figure which shows the block configuration of 3rd Embodiment of a frequency detector.

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

図1は、本発明に係る単独運転検出装置を備えた系統連系インバータ装置の構成を示す図である。図2は、制御装置6内のPWM信号を生成するための処理の基本構成を示すブロック図である。電力系統には一般に三相電力系統と単相電力系統が含まれるが、本実施形態では電力系統Bを三相電力系統とし、系統連系インバータ装置Aは電力を三相交流で電力系統Bに出力する三相インバータ装置として説明する。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a grid-connected inverter device including an isolated operation detection device according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing a basic configuration of processing for generating a PWM signal in the control device 6. In general, a power system includes a three-phase power system and a single-phase power system. In this embodiment, the power system B is a three-phase power system, and the grid-connected inverter device A supplies power to the power system B through a three-phase AC. This will be described as a three-phase inverter device that outputs.

系統連系インバータ装置Aは、直流電源1で生成される直流電力をインバータ2で交流電力に変換し、インバータ2で生じるスイッチングノイズをフィルタ3で除去し、変圧器4で出力レベルを調整した後、遮断器5を介して電力系統Bに出力する基本的な構成を有する系統連系インバータ装置である。系統連系インバータ装置Aは、インバータ2の出力電力を制御する制御装置6と、系統連系インバータ装置Aが単独運転状態となったか否かを監視し、単独運転状態になったことを検出すると、遮断器5を開いて系統連系インバータ装置Aを解列させる単独運転検出装置7を備える。   The grid-connected inverter device A converts DC power generated by the DC power source 1 into AC power by the inverter 2, removes switching noise generated by the inverter 2 by the filter 3, and adjusts the output level by the transformer 4. This is a grid-connected inverter device having a basic configuration for outputting to the power system B via the circuit breaker 5. When the grid-connected inverter device A monitors the control device 6 that controls the output power of the inverter 2 and whether or not the grid-connected inverter device A is in a single operation state, The isolated operation detection device 7 for opening the circuit breaker 5 and disconnecting the grid interconnection inverter device A is provided.

制御装置6は、系統連系インバータ装置Aを電力系統Bに連系させるために、フィードバック制御により系統連系インバータ装置Aから出力される交流電圧を制御する。一方、単独運転検出装置7は、後述するように系統連系インバータ装置Aから出力される交流電圧の周波数fを検出し、その検出値を用いて系統連系インバータ装置Aが単独運転状態になったことを検出する。制御装置6のフィードバック制御のために、系統連系インバータ装置Aの出力ラインの適所には系統連系インバータ装置Aから出力される交流電流と交流電圧を検出する交流電流計9および交流電圧計10が設けられている。単独運転検出装置7は、交流電圧計10が検出する交流電圧の周波数fを検出する。   The control device 6 controls the AC voltage output from the grid interconnection inverter device A by feedback control in order to link the grid interconnection inverter device A to the power grid B. On the other hand, the isolated operation detection device 7 detects the frequency f of the AC voltage output from the grid connection inverter device A as described later, and the system connection inverter device A enters the single operation state using the detected value. Detect that. For feedback control of the control device 6, an AC ammeter 9 and an AC voltmeter 10 that detect an AC current and an AC voltage output from the grid-connected inverter device A are placed at appropriate positions on the output line of the grid-connected inverter device A. Is provided. The isolated operation detection device 7 detects the frequency f of the AC voltage detected by the AC voltmeter 10.

直流電源1は、例えば、太陽光発電、太陽熱発電、風力発電等によって生成される電気エネルギーを直流で出力する電源や燃料電池等の電池電源である。直流電源1には光エネルギー、機械エネルギー、熱エネルギー等の任意のエネルギーを直流出力する電源装置を適用することができるが、以下の説明では、直流電源1として太陽電池を用いた例で説明する。   The DC power source 1 is, for example, a power source that outputs electric energy generated by solar power generation, solar thermal power generation, wind power generation, or the like in a direct current or a battery power source such as a fuel cell. The DC power supply 1 can be applied with a power supply device that outputs any energy such as light energy, mechanical energy, thermal energy, etc., but in the following description, an example using a solar cell as the DC power supply 1 will be described. .

インバータ2は、例えば、6個のスイッチング素子(IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)やGTO(Gate Turn-Off thyristor)などの半導体スイッチング素子)をブリッジ接続したフル・ブリッジ回路で構成される電圧制御型インバータである。フル・ブリッジ回路は、2個のスイッチング素子を直列に接続した3個の直列回路(アーム)を一対の電源ラインに並列に接続し、各アームの接続点を出力端子とする周知の回路である。   Inverter 2, for example, six switching elements (IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), GTO (Gate Turn-Off thyristor) and other semiconductor switching elements) are bridge-connected. This is a voltage controlled inverter composed of a full bridge circuit. A full bridge circuit is a well-known circuit in which three series circuits (arms) in which two switching elements are connected in series are connected in parallel to a pair of power supply lines, and the connection point of each arm is the output terminal. .

各アームの一対のスイッチング素子は、制御装置6から入力される1組のパルス幅変調信号(PWM信号)によってそれぞれオン・オフ動作が制御される。各アームに入力される1組のPWM信号は、相互に位相が反転したPWM信号である。また、3個のアームに入力される3組のPWM信号は、パルス波形は同一であるが、位相が互いに2π/3ずつずれている。インバータ2は、3組のPWM信号によって3個のアームの接続点の相対的な電圧が順番に切り替えられ、これにより直流電源1から入力される直流電圧が三相交流電圧に変換されて3個のアームの接続点から出力する。   The pair of switching elements of each arm is controlled to be turned on / off by a set of pulse width modulation signals (PWM signals) input from the control device 6. A set of PWM signals input to each arm is a PWM signal whose phases are inverted. Further, the three sets of PWM signals input to the three arms have the same pulse waveform, but are out of phase with each other by 2π / 3. In the inverter 2, the relative voltages at the connection points of the three arms are sequentially switched by three sets of PWM signals, whereby the DC voltage input from the DC power source 1 is converted into a three-phase AC voltage and three Output from the connecting point of the arm.

フィルタ3は、インバータ2におけるスイッチング素子のスイッチング動作により三相交流電圧に含まれる高周波スイッチングノイズを除去する。フィルタ3は、リアクトルとコンデンサのL字型回路からなるローパスフィルタで構成される。変圧器4は、三相トランスで構成され、フィルタ3から出力される交流電圧を電力系統Bの系統電圧とほぼ同一のレベルに昇圧または降圧する。   The filter 3 removes high frequency switching noise included in the three-phase AC voltage by the switching operation of the switching element in the inverter 2. The filter 3 is composed of a low-pass filter including an L-shaped circuit of a reactor and a capacitor. The transformer 4 is constituted by a three-phase transformer, and boosts or steps down the AC voltage output from the filter 3 to a level almost the same as the system voltage of the power system B.

遮断器5は、例えば、電磁開閉器で構成される。遮断器5は、単独運転検出装置7から系統連系インバータ装置Aの単独運転状態を検出した検出信号が出力されると、開動作を行い、系統連系インバータ装置Aと電力系統Bとの接続を切断する。なお、遮断器5は制御装置6によっても制御され、系統連系インバータ装置Aの運転異常などのときには制御装置6が遮断器5によって系統連系インバータ装置Aと電力系統Bとの接続を切断するが、図1ではその構成は省略している。   The circuit breaker 5 is composed of, for example, an electromagnetic switch. The breaker 5 opens when a detection signal for detecting the isolated operation state of the grid-connected inverter device A is output from the isolated operation detection device 7 and connects the grid-connected inverter device A and the power system B. Disconnect. The circuit breaker 5 is also controlled by the control device 6, and the control device 6 disconnects the connection between the grid connection inverter device A and the power system B by the circuit breaker 5 when the operation of the grid connection inverter device A is abnormal. However, the configuration is omitted in FIG.

制御装置6は、マイクロコンピュータ若しくはFPGA(Field-Programmable Gate Array)により構成され、ディジタル演算処理によりPWM信号の生成処理を行う。制御装置6は、U,V,Wの各相について、インバータ2の出力電圧の制御目標vuo,vvo,vwo(フィルタ3を通過した正弦波の交流電圧)を変調波として生成し、その制御目標vuo,vvo,vwoを搬送波である所定の三角波vtと比較することによりPWM信号を生成する。 The control device 6 is configured by a microcomputer or an FPGA (Field-Programmable Gate Array), and performs a PWM signal generation process by digital arithmetic processing. The control device 6 generates the control targets v uo , v vo , and v wo (sine wave AC voltages that have passed through the filter 3) of the output voltage of the inverter 2 as modulated waves for the U, V, and W phases, A PWM signal is generated by comparing the control targets v uo , v vo , and v wo with a predetermined triangular wave v t that is a carrier wave.

U相の制御目標vuoは、インバータ2の出力電流iuがインバータ2と電力系統Bとの間のインピーダンス(主としてフィルタ3と変圧器4のリアクトルによるインピーダンス。以下、「連系用リアクトル」という。)を流れることによる電圧降下分の電圧を系統電圧にベクトル合成した電圧の振幅に相当する。系統電圧は電力系統Bにより制御されるので、制御装置6は、連系用リアクトルの電圧を制御することにより制御目標vuoを制御する。連系用リアクトルはフィルタ3及び変圧器4の設計値として固定されるから、連系用リアクトルの電圧は、インバータ2の出力電流iuにより制御される。従って、制御装置6は、実質的にインバータ2の出力電流iuを制御することによって制御目標vuoを制御する。V相,W相の制御目標vvo,vwoについても同様である。 The control target v uo of the U phase is that the output current i u of the inverter 2 is the impedance between the inverter 2 and the power system B (mainly the impedance due to the reactor of the filter 3 and the transformer 4; hereinafter referred to as “reactor for interconnection”) This corresponds to the amplitude of the voltage obtained by vector-combining the voltage corresponding to the voltage drop due to flowing through the system voltage. Since the system voltage is controlled by the power system B, the control device 6 controls the control target v uo by controlling the voltage of the interconnecting reactor. Since the interconnection reactor is fixed as design values of the filter 3 and the transformer 4, the voltage of the interconnection reactor is controlled by the output current i u of the inverter 2. Therefore, the control device 6 controls the control target v uo by substantially controlling the output current i u of the inverter 2. The same applies to the control targets v vo and v wo for the V phase and the W phase.

図2に示す制御装置6内のバス電圧目標値生成部6a、無効電力目標値生成部6b、無効電力算出部6c、uvw−dq変換部6d、PI補償部6e,6f,6g,6h、非干渉化部6i,6j、dq−uvw変換部6kは電力メジャーループにより出力電圧の制御目標vuo,vvo,vwoを生成するための処理ブロックである。点線で囲まれたブロック(uvw−dq変換部6d、PI補償部6g,6h、非干渉化部6i,6j及びdq−uvw変換部6kによる処理部分)は電流マイナーループを構成する部分である。また、PWM信号生成部6mは、制御目標vuo,vvo,vwoと三角波vtを比較してPWM信号を生成する処理ブロックである。なお、dq−uvw変換部6kの前段若しくは後段に系統電圧対抗分を加算する処理ブロックが設けられるが、図2ではその処理ブロックを省略している。 The bus voltage target value generation unit 6a, the reactive power target value generation unit 6b, the reactive power calculation unit 6c, the uvw-dq conversion unit 6d, the PI compensation units 6e, 6f, 6g, and 6h in the control device 6 illustrated in FIG. The interference units 6i and 6j and the dq-uvw conversion unit 6k are processing blocks for generating output voltage control targets v uo , v vo and v wo by a power major loop. A block surrounded by a dotted line (processing portion by the uvw-dq conversion unit 6d, the PI compensation units 6g and 6h, the non-interacting units 6i and 6j, and the dq-uvw conversion unit 6k) is a portion constituting a current minor loop. The PWM signal generator 6m is a processing block that compares the control targets v uo , v vo , and v wo with the triangular wave v t to generate a PWM signal. Note that a processing block for adding a system voltage counter component is provided at the front stage or the rear stage of the dq-uvw conversion unit 6k, but the processing block is omitted in FIG.

制御装置6は、dq回転座標系(電力系統Bの周波数で回転する座標系)でインバータ2の出力電流の制御目標Ido,Iqoを生成する。すなわち、制御装置6は、バス電圧目標値生成部6aでインバータ2に入力される直流電圧(以下、「バス電圧」という。)の基準値Vrefを設定し、そのバス電圧基準値Vrefに対する直流電圧計8で実測されるバス電圧Vdcの偏差ΔVdc=Vref−Vdcを求め、その偏差ΔVdcにPI補償部6eで所定のPI補償演算をしてdq回転座標系におけるインバータ2の出力電流の制御基準のd軸成分Idrefを設定する。 The control device 6 generates control targets I do and I qo for the output current of the inverter 2 in a dq rotating coordinate system (a coordinate system rotating at the frequency of the power system B). That is, the control device 6 sets the reference value V ref of the direct-current voltage (hereinafter referred to as “bus voltage”) input to the inverter 2 by the bus voltage target value generation unit 6a, and the bus voltage reference value V ref A deviation ΔV dc = V ref −V dc of the bus voltage V dc actually measured by the DC voltmeter 8 is obtained, and a predetermined PI compensation calculation is performed on the deviation ΔV dc by the PI compensation unit 6e. The d-axis component I dref of the output current control reference is set.

また、制御装置6は、無効電力目標値生成部6bで生成される無効電力目標値Qo(力率1の運転時ではQo=0)に後述する単独運転検出装置7から入力される無効電力変動値ΔQを加算して単独運転検出用の無効電力目標値Qo’=Qo+ΔQを設定する。無効電力変動値ΔQは、系統連系インバータ装置Aが単独運転状態に移行したことを検出するためにインバータ2から出力される無効電力目標値Qoを能動的に変動させるための変動値である。 In addition, the control device 6 receives the reactive power target value Q o generated by the reactive power target value generation unit 6b (Q o = 0 when operating with a power factor of 1) and is input from the isolated operation detection device 7 described later. The power fluctuation value ΔQ is added to set the reactive power target value Q o ′ = Q o + ΔQ for detecting an isolated operation. The reactive power fluctuation value ΔQ is a fluctuation value for actively changing the reactive power target value Q o output from the inverter 2 in order to detect that the grid-connected inverter device A has shifted to the single operation state. .

制御装置6は、交流電圧計10で実測されるインバータ2の出力電圧vu,vv,vw及び交流電流計9で実測されるインバータ2の出力電流iu,iv,iwを用いて無効電力算出部6cでインバータ2から出力される無効電力Qrを算出し、単独運転検出用の無効電力目標値Qo’に対する無効電力算出値Qrの偏差ΔQr=Qo’−Qrを求める。そして、PI補償部6fでその偏差ΔQrに所定のPI補償演算をしてdq回転座標系におけるインバータ2の出力電流の制御基準のq軸成分Iqrefを設定する。 The control device 6 uses the output voltages v u , v v , v w of the inverter 2 measured with the AC voltmeter 10 and the output currents i u , i v , i w of the inverter 2 measured with the AC ammeter 9. calculating the reactive power Q r output from the inverter 2 by the reactive power calculator 6c Te 'deviation ΔQ of the reactive power calculated value Q r for r = Q o' the reactive power target value Q o for islanding detection -Q Find r . Then, the PI compensation unit 6f performs a predetermined PI compensation operation on the deviation ΔQ r to set the control axis q-axis component I qref of the output current of the inverter 2 in the dq rotational coordinate system.

制御装置6は、交流電流計9で検出したインバータ2の出力電流iu,iv,iwをuvw−dq変換部6dで、
d=√(2/3)・(iu・cos(θ)+iv・cos(θ−2π/3)+iw・cos(θ−4π/3))
q=√(2/3)・(−iu・sin(θ)−iv・sin(θ−2π/3)−iw・sin(θ−4π/3))
但し、θ=2πfs・t(fs:系統周波数)
のuvw−dq座標変換式によりdq回転座標系のd軸成分Idとq軸成分Iqに変換し、制御基準Idref,Iqrefに対する実測値のdq回転座標系におけるdq軸成分Id,Iqの偏差ΔId=Idref−Id,ΔIq=Iqref−Iqをそれぞれ算出する。
The control device 6 uses the uvw-dq converter 6d to output the output currents i u , i v , i w of the inverter 2 detected by the AC ammeter 9,
I d = √ (2/3) · (i u · cos (θ) + iv · cos (θ-2π / 3) + i w · cos (θ-4π / 3))
I q = √ (2/3) · (−i u · sin (θ) −i v · sin (θ−2π / 3) −i w · sin (θ−4π / 3))
However, θ = 2πf s · t (f s : system frequency)
Are converted into the d-axis component I d and the q-axis component I q of the dq rotation coordinate system by the uvw-dq coordinate conversion formula, and the dq axis component I d , in the dq rotation coordinate system of the actually measured values with respect to the control references I dref and I qref Iq deviations ΔI d = I dref −I d and ΔI q = I qref −I q are calculated, respectively.

制御装置6は、PI補償部6gで偏差ΔIdに所定のPI補償演算をするとともに、実測値のdq回転座標系におけるq軸成分Iqにフィルタ3のインピーダンス成分ωLを乗じて干渉量を演算し、その演算値を偏差ΔIdのPI補償演算値に加算してdq回転座標系におけるインバータ2の出力電流の制御目標のd軸成分Idoを設定する。また、制御装置6は、PI補償部6hで偏差ΔIqに所定のPI補償演算をするとともに、実測値のdq回転座標系におけるd軸成分Idにフィルタ3のインピーダンス成分ωLを乗じて干渉量を演算し、その演算値を偏差ΔIqのPI補償演算値から減算してdq回転座標系におけるインバータ2の出力電流の制御目標のq軸成分Iqoを設定する。 Controller 6, as well as a predetermined PI compensation calculation on the deviation [Delta] I d by PI compensator 6 g, calculating the amount of interference to the q-axis component I q in the dq rotating coordinate system of the actual measurement value is multiplied by the impedance component ωL of the filter 3 Then, the calculated value is added to the PI compensation calculated value of the deviation ΔI d to set the control target d-axis component I do of the output current of the inverter 2 in the dq rotational coordinate system. In addition, the control device 6 performs a predetermined PI compensation calculation on the deviation ΔI q by the PI compensation unit 6h, and multiplies the d-axis component I d in the dq rotation coordinate system of the actually measured value by the impedance component ωL of the filter 3 to generate an interference amount. And the calculated value is subtracted from the PI compensation calculated value of the deviation ΔI q to set the q-axis component I qo of the control target of the output current of the inverter 2 in the dq rotating coordinate system.

そして、制御装置6は、その制御目標Ido,Iqoに図略の系統電圧対抗分をそれぞれ加算してdq回転座標系におけるインバータ2の出力電圧の制御目標のdq軸成分Vdo,Vqoを算出し、その制御目標Vdo,Vqoをdq−uvw変換部6kで、
uo=[√(2/3)]・[Vdo・cos(θ)−Vqo・sin(θ)]
vo=[√(2/3)]・[Vdo・cos(θ−2π/3)−Vqo・sin(θ−2π/3)]
wo=[√(2/3)]・[Vdo・cos(θ−4π/3)−Vqo・sin(θ−4π/3)]
のdq−uvw座標変換式により静止座標系における三相電圧に変換することで、U,V,Wの各相の制御目標vuo,vvo,vwoを生成する。
Then, the control device 6 adds a system voltage counter component (not shown) to the control targets I do and I qo , respectively, and dq axis components V do and V qo of the control target of the output voltage of the inverter 2 in the dq rotating coordinate system. And the control targets V do and V qo are calculated by the dq-uvw converter 6k.
v uo = [√ (2/3)] · [V do · cos (θ) −V qo · sin (θ)]
v vo = [√ (2/3)] · [V do · cos (θ−2π / 3) −V qo · sin (θ−2π / 3)]
v wo = [√ (2/3)] · [V do · cos (θ−4π / 3) −V qo · sin (θ−4π / 3)]
The control targets v uo , v vo , and v wo of the U, V, and W phases are generated by converting the three-phase voltages in the stationary coordinate system using the dq-uvw coordinate conversion formula.

そして、制御装置6は、PWM信号生成部6mで制御目標vuo,vvo,vwoのレベルをそれぞれ三角波vtのレベルと比較し、比較結果に応じたレベルのパルス信号を生成することでU,V,Wの各相に対するPWM信号を生成する。各相に対するPWM信号はインバータ2の各アームのスイッチング素子に入力される。 Then, the control device 6 compares the levels of the control targets v uo , v vo , and v wo with the level of the triangular wave v t in the PWM signal generation unit 6m, and generates a pulse signal having a level according to the comparison result. PWM signals for U, V, and W phases are generated. The PWM signal for each phase is input to the switching element of each arm of the inverter 2.

単独運転検出装置7は、QCモード周波数シフト方式により系統連系インバータ装置Aが単独運転状態となったか否かを検出する。QCモード周波数シフト方式は、上記したように、系統連系インバータ装置Aの出力周波数が基準の周波数(系統周波数)に対して上昇するときには系統連系インバータ装置Aの出力電流の位相を進めて正帰還により出力周波数の上昇を加速させ、系統連系インバータ装置Aの出力周波数が基準の周波数(系統周波数)に対して低下するときには系統連系インバータ装置Aの出力電流の位相を遅らせて正帰還により出力周波数の低下を加速させることによりその出力周波数の変動量を増幅し、その変動量によって単独運転を検出する方式である。   The isolated operation detection device 7 detects whether or not the grid interconnection inverter device A is in an isolated operation state by the QC mode frequency shift method. As described above, in the QC mode frequency shift method, when the output frequency of the grid interconnection inverter device A rises with respect to the reference frequency (system frequency), the phase of the output current of the grid interconnection inverter device A is advanced and corrected. The increase of the output frequency is accelerated by feedback, and when the output frequency of the grid connection inverter device A decreases with respect to the reference frequency (system frequency), the phase of the output current of the grid connection inverter device A is delayed and positive feedback is performed. In this method, the amount of fluctuation in the output frequency is amplified by accelerating the decrease in the output frequency, and the isolated operation is detected based on the amount of fluctuation.

系統連系インバータ装置Aの出力電流の位相は無効電力量を制御することにより制御されるから、単独運転検出装置7は、系統連系インバータ装置Aから出力される交流電流の周波数の変化率を検出し、その検出値に基づいて無効電力目標値Qoを変動させる無効電力変動値ΔQを設定し、制御装置6にフィードバックする。 Since the phase of the output current of the grid-connected inverter device A is controlled by controlling the reactive energy, the isolated operation detection device 7 determines the rate of change in the frequency of the alternating current output from the grid-connected inverter device A. A reactive power fluctuation value ΔQ for changing the reactive power target value Q o is set based on the detected value and fed back to the control device 6.

従って、単独運転検出装置7は、周波数変化率演算部71Aと無効電力変動値生成部71Bを含む無効電力変動制御器71、外乱除去部72Aと周波数検出部72Bを含む周波数検出器72及び単独運転検出器73を備える。単独運転検出装置7は、マイクロコンピュータ若しくはFPGAによって構成され、ディジタル演算処理によって各器の処理を行う。   Accordingly, the isolated operation detection device 7 includes the reactive power fluctuation controller 71 including the frequency change rate calculating unit 71A and the reactive power fluctuation value generating unit 71B, the frequency detector 72 including the disturbance removing unit 72A and the frequency detecting unit 72B, and the isolated operation. A detector 73 is provided. The isolated operation detection device 7 is constituted by a microcomputer or FPGA, and processes each unit by digital arithmetic processing.

無効電力変動制御器71は、周波数変化率演算部71Aで周波数検出器72によって検出される周波数fの変化率(df/dt)を演算し、無効電力変動値生成部71Bでその変化率(df/dt)の大きさと極性に応じて無効電力目標値Qoを変動させる無効電力変動値ΔQを生成する。無効電力変動値生成部71Bは、予め設定された周波数変化率(df/dt)と無効電力変動値ΔQの関係式を用いて無効電力変動値ΔQを生成し、その無効電力変動値ΔQを制御装置6に入力する。 The reactive power fluctuation controller 71 calculates the change rate (df / dt) of the frequency f detected by the frequency detector 72 by the frequency change rate calculation unit 71A, and the reactive power fluctuation value generation unit 71B calculates the change rate (df The reactive power fluctuation value ΔQ for changing the reactive power target value Q o according to the magnitude and polarity of / dt) is generated. The reactive power fluctuation value generation unit 71B generates a reactive power fluctuation value ΔQ using a relational expression between a preset frequency change rate (df / dt) and the reactive power fluctuation value ΔQ, and controls the reactive power fluctuation value ΔQ. Input to device 6.

制御装置6では、上述したように、無効電力目標値生成部6bで生成した無効電力目標値Qoに無効電力変動値生成部71Bから入力される無効電力変動値ΔQを加算する処理が行われる。これにより周波数変化率(df/dt)に応じて無効電力目標値Qo’が変動し、この無効電力目標値Qo’の変動に伴いdq回転座標系におけるインバータ2の出力電流の制御目標のq軸成分Iqoが変動するので、dq軸成分Ido,Iqoをdq−uvw変換して得られる三相電圧の制御目標vuo,vvo,vwoの位相が変動することになる。 In the control device 6, as described above, the process of adding the reactive power fluctuation value ΔQ input from the reactive power fluctuation value generation unit 71B to the reactive power target value Q o generated by the reactive power target value generation unit 6b is performed. . As a result, the reactive power target value Q o ′ fluctuates in accordance with the frequency change rate (df / dt), and the control target of the output current of the inverter 2 in the dq rotating coordinate system in accordance with the fluctuation of the reactive power target value Q o ′. Since the q-axis component I qo varies, the phases of the three-phase voltage control targets v uo , v vo , and v wo obtained by dq-uvw conversion of the dq-axis components I do and I qo vary.

そして、系統連系インバータ装置Aが単独運転状態になると、三相電圧の制御目標vuo,vvo,vwoの位相の変動量が増大し、制御目標vuo,vvo,vwoの周波数が系統周波数から大きく逸脱することになるので、後述するように単独運転検出装置7の単独運転検出器73がその状態を検出し、遮断器5によって系統連系インバータ装置Aを解列させることになる。 When the grid-connected inverter device A enters the single operation state, the amount of phase fluctuation of the control targets v uo , v vo , v wo of the three-phase voltage increases, and the frequency of the control targets v uo , v vo , v wo Will significantly deviate from the system frequency, so that the isolated operation detector 73 of the isolated operation detection device 7 detects the state and disconnects the grid-connected inverter device A by the circuit breaker 5 as will be described later. Become.

周波数検出器72は、交流電圧計10によって検出される系統連系インバータ装置Aの出力電圧の周波数fを検出する。本実施形態に係る単独運転検出装置7は、周波数検出器72の構成に特徴を有する。以下、周波数検出器72の構成について詳細に説明する。   The frequency detector 72 detects the frequency f of the output voltage of the grid interconnection inverter A detected by the AC voltmeter 10. The isolated operation detection device 7 according to the present embodiment is characterized by the configuration of the frequency detector 72. Hereinafter, the configuration of the frequency detector 72 will be described in detail.

図3は、周波数検出器72の第1実施形態のブロック構成を示す図である。   FIG. 3 is a diagram illustrating a block configuration of the frequency detector 72 according to the first embodiment.

図3に示す周波数検出器72は、交流電圧計10によって検出される三相交流電圧(U,V,Wの各相の相電圧)vu,vv,vwに含まれる不平衡成分や高調波成分など(周波数検出処理で外乱となる成分)を除去する外乱除去部72Aと、ゼロクロス点間カウント法により、外乱除去部72Aから出力される交流信号(三相交流の基本波成分)の周波数を算出する周波数検出部72Bとで構成されている。 The frequency detector 72 shown in FIG. 3 includes unbalanced components included in three-phase AC voltages (phase voltages of U, V, and W phases) v u , v v , and v w detected by the AC voltmeter 10. A disturbance removing unit 72A that removes harmonic components and the like (components that become disturbances in frequency detection processing) and an AC signal (three-phase AC fundamental wave component) output from the disturbance removing unit 72A by the zero cross point counting method It is comprised with the frequency detection part 72B which calculates a frequency.

外乱除去部72Aは、交流電圧計10から入力される三相交流電圧vu,vv,vw(所定のサンプリング周期で入力される瞬時値)を互いに直交する二相交流電圧vα,vβに変換する三相二相変換部721と、三相二相変換部721から出力される二相交流電圧vα,vβに含まれる不平衡成分と所定次数の高調波成分(主として5次高調波成分、7次高調波成分、11次高調波成分などの高調波成分)を除去して基本波成分を抽出する基本波抽出部722と、基本波抽出部722から出力される不平衡成分及び高調波成分を含まない二相交流電圧vr,vjを三相交流電圧vu’,vv’,vw’に変換する二相三相変換部723とを含む。 The disturbance removing unit 72A converts the three-phase AC voltages v u , v v , and v w (instantaneous values input at a predetermined sampling period) input from the AC voltmeter 10 into two-phase AC voltages vα and vβ that are orthogonal to each other. A three-phase to two-phase converter 721 to convert, an unbalanced component included in the two-phase AC voltages vα and vβ output from the three-phase to two-phase converter 721, and a harmonic component of a predetermined order (mainly a fifth-order harmonic component, A fundamental wave extraction unit 722 that extracts a fundamental wave component by removing harmonic components such as a 7th harmonic component and an 11th harmonic component), and an unbalanced component and a harmonic component output from the fundamental wave extraction unit 722 And a two-phase three-phase conversion unit 723 that converts two-phase AC voltages v r and v j that do not include the three-phase AC voltages v u ′, v v ′, and v w ′.

三相二相変換部721は、交流電圧計10から入力される三相交流電圧vu,vv,vwを二相交流電圧vα,vβに変換する処理を行う。図4(a)に示すように、静止座標系として水平方向のu軸を位相θの基準軸とし、u軸に対して±2π/3の角度で開いた方向にv軸とw軸を反時計回りに配置したuvw座標系と、u軸に沿うα軸とそのα軸に直交するβ軸とを配置したαβ座標系(静止直交座標系)とを設け、これらの座標系で角速度ωで反時計回りに回転する電圧ベクトルVを考えると、対称三相交流電圧vu,vv,vwは、電圧ベクトルVのu軸成分、v軸成分及びw軸成分と考えられ、二相交流電圧vα,vβは、電圧ベクトルVのα軸成分、β軸成分と考えることができる。 The three-phase to two-phase conversion unit 721 performs processing for converting the three-phase AC voltages v u , v v and v w input from the AC voltmeter 10 into two-phase AC voltages vα and vβ. As shown in FIG. 4A, the horizontal u-axis as a stationary coordinate system is used as a reference axis of phase θ, and the v-axis and w-axis are opposite to each other at an angle of ± 2π / 3 with respect to the u-axis. A uvw coordinate system arranged clockwise and an αβ coordinate system (stationary orthogonal coordinate system) arranged with an α axis along the u axis and a β axis orthogonal to the α axis are provided, and in these coordinate systems, the angular velocity ω Considering the voltage vector V rotating counterclockwise, the symmetric three-phase AC voltages v u , v v , and v w are considered to be the u-axis component, the v-axis component, and the w-axis component of the voltage vector V, and the two-phase AC The voltages vα and vβ can be considered as an α-axis component and a β-axis component of the voltage vector V.

従って、三相二相変換処理は、電圧ベクトルVのu軸成分vu、v軸成分vv及びw軸成分vwを電圧ベクトルVのα軸成分vαとβ軸成分vβに変換する処理である。なお、以下の説明では、交流信号と交流信号のベクトルを区別するため、交流信号を小文字で表記し、交流信号のベクトルを大文字で表記することとする。 Therefore, the three-phase to two-phase conversion process is a process for converting the u-axis component v u , v-axis component v v and w-axis component v w of the voltage vector V into an α-axis component vα and a β-axis component vβ of the voltage vector V. is there. In the following description, in order to distinguish between an AC signal and an AC signal vector, the AC signal is expressed in lower case and the AC signal vector is expressed in upper case.

三相交流電圧vu,vv,vwを二相交流電圧vα,vβに変換する変換式は、
である。
The conversion equation for converting the three-phase AC voltages v u , v v and v w into the two-phase AC voltages vα and vβ is as follows:
It is.

三相二相変換部721は、(1)式,(2)式の演算を行うことにより、交流電圧計10から入力される三相交流電圧vu,vv,vwを二相交流電圧vα,vβに変換する。 The three-phase to two-phase conversion unit 721 calculates the three-phase AC voltages v u , v v , and v w input from the AC voltmeter 10 by performing the calculations of the equations (1) and (2). Convert to vα, vβ.

交流電圧計10で検出される三相交流電圧vu,vv,vwは、一般に、基本波成分以外に不平衡成分や3次、5次、7次、11次などの奇数次の高調波成分(図5の周波数成分参照)が含まれる非対称三相交流電圧である。従って、三相二相変換部721からはこれらの成分についても三相二相変換した成分を含む二相交流電圧vα,vβが出力される。 In general, the three-phase AC voltages v u , v v and v w detected by the AC voltmeter 10 are unbalanced components and odd-order harmonics such as third, fifth, seventh and eleventh in addition to the fundamental component. It is an asymmetric three-phase AC voltage including a wave component (see the frequency component in FIG. 5). Therefore, the three-phase / two-phase conversion unit 721 outputs two-phase AC voltages vα and vβ including the components obtained by the three-phase / two-phase conversion for these components.

三相交流電圧vu,vv,vwの基本波成分vsu,vsv,vswは、基本波の電圧ベクトルVsのuvw座標系におけるu、v、wの各軸方向の成分として定義される。一方、三相交流電圧vu,vv,vwの不平衡成分vsu’,vsv’,vsw’は、図4(b)に示すように、uvw座標系に対してu軸、v軸及びw軸の配列順が逆になっているuwv座標系において、不平衡成分の電圧ベクトルVs’のu、v、wの各軸方向の成分として定義される。 The fundamental wave components v su , v sv , and v sw of the three-phase AC voltages v u , v v , and v w are components of u, v, and w in the uvw coordinate system of the fundamental wave voltage vector V s. Defined. On the other hand, the unbalanced components v su ′, v sv ′, v sw ′ of the three-phase AC voltages v u , v v , v w are represented by the u-axis with respect to the uvw coordinate system, as shown in FIG. In the uwv coordinate system in which the arrangement order of the v-axis and the w-axis is reversed, the components are defined as components in the u, v, and w axis directions of the voltage vector V s ′ of the unbalanced component.

従って、基本波成分vsu,vsv,vswを、
su=As・cos(ω0・t) …(3A)
sv=As・cos(ω0・t-2π/3) …(3B)
sw=As・cos(ω0・t-4π/3) …(3C)
但し、As;基本波成分の振幅、ω0;基本波成分の角周波数
とすると、不平衡成分vsu’,vsv’,vsw’は、
su’=As’・cos(ω0・t) …(4A)
sv’=As’・cos(ω0・t-4π/3) …(4B)
sw’=As’・cos(ω0・t-2π/3) …(4C)
但し、As’;不平衡成分の振幅
で表わされる。
Therefore, the fundamental wave components v su , v sv , v sw are
v su = A s · cos (ω 0 · t) (3A)
v sv = A s · cos (ω 0 · t -2π / 3) (3B)
v sw = A s · cos (ω 0 · t-4π / 3) (3C)
However, when A s is the amplitude of the fundamental wave component, ω 0 is the angular frequency of the fundamental wave component, the unbalanced components v su ′, v sv ′, and v sw ′ are
v su '= A s ' · cos (ω 0 · t) (4A)
v sv '= A s ' · cos (ω 0 · t-4π / 3) (4B)
v sw '= A s ' · cos (ω 0 · t-2π / 3) (4C)
However, A s ′ is represented by the amplitude of the unbalanced component.

(3A)式〜(3C)式を(1)式と(2)式に代入して基本波成分の二相交流電圧vsα,vsβを求めると、
sα=√(3/2)・As・cos(ω0・t) …(5)
sβ=√(3/2)・As・sin(ω0・t) …(6)
となる。また、(4A)式〜(4C)式を(1)式と(2)式に代入して不平衡成分の二相交流電圧vsα’,vsβ’を求めると、
sα’=√(3/2)・As’・cos(ω0・t)
sβ’=−√(3/2)・As’・sin(ω0・t)
となる。そして、cos(ω0・t)=cos(−ω0・t)、−sin(ω0・t)=sin(−ω0・t)であるから、不平衡成分の二相交流電圧vsα’,vsβ’は、
sα’=√(3/2)・As’・cos(−ω0・t) …(7)
sβ’=√(3/2)・As’・sin(−ω0・t) …(8)
となる。
Substituting Equations (3A) to (3C) into Equations (1) and (2) to obtain the two-phase AC voltages v s α and v s β of the fundamental wave component,
v s α = √ (3/2) · A s · cos (ω 0 · t) (5)
v s β = √ (3/2) · A s · sin (ω 0 · t) (6)
It becomes. Further, by substituting the equations (4A) to (4C) into the equations (1) and (2), the two-phase AC voltages v s α ′ and v s β ′ of the unbalanced components are obtained.
v s α ′ = √ (3/2) · A s ' · cos (ω 0 · t)
v s β ′ = − √ (3/2) · A s ′ · sin (ω 0 · t)
It becomes. Since cos (ω 0 · t) = cos (−ω 0 · t) and −sin (ω 0 · t) = sin (−ω 0 · t), the two-phase AC voltage vs s of the unbalanced component α ′, v s β ′ is
v s α ′ = √ (3/2) · A s ' · cos (−ω 0 · t) (7)
v s β ′ = √ (3/2) · A s ′ · sin (−ω 0 · t) (8)
It becomes.

(7)式及び(8)式と(5)式及び(6)式を比較すると、基本波成分の角周波数は「ω0」であるのに対し、不平衡成分の角周波数は「−ω0」である点が相違する。角周波数ω0を「正の周波数」とすると、不平衡成分の角周波数−ω0は「負の周波数」となるから、不平衡成分vsu’,vsv’,vsw’を三相二相変換して得られる二相交流電圧vsα’,vsβ’は負の周波数を有する電圧ということができる。 Comparing Equations (7) and (8) with Equations (5) and (6), the angular frequency of the fundamental component is “ω 0 ”, whereas the angular frequency of the unbalanced component is “−ω The difference is “ 0 ”. When the angular frequency ω 0 is “positive frequency”, the angular frequency −ω 0 of the unbalanced component becomes “negative frequency”, so the unbalanced components v su ′, v sv ′, and v sw ′ are changed to three-phase two. The two-phase AC voltages v s α ′ and v s β ′ obtained by phase conversion can be said to be voltages having a negative frequency.

図5において、基本波成分を正の周波数領域の周波数「f0」の位置に表示し、不平衡成分の周波数を「−f0」として不平衡成分を負の周波数領域の周波数「−f0」の位置に表示しているのは上記の周波数の関係を示している。なお、図5には、周波数検出に影響のある高調波成分として5次、7次、11次の高調波成分のみを描いている。3の整数倍の高調波成分は線間電圧には表れず、相電圧でもΔ結線のトランスで除去され、11次よりも大きい奇数次の高調波成分はレベルが小さく、無視し得るから、図5には記載していない。 5, displays a fundamental component in the position of the frequency "f 0" of the positive frequency domain, the frequency "-f 0 negative frequency domain unbalanced component frequencies of the unbalanced components as" -f 0 """ Indicates the relationship of the above frequencies. In FIG. 5, only the fifth-order, seventh-order, and eleventh-order harmonic components are depicted as the harmonic components that affect the frequency detection. The harmonic component of an integer multiple of 3 does not appear in the line voltage, and even the phase voltage is removed by the Δ-connected transformer, and the odd-order harmonic component larger than the 11th order has a low level and can be ignored. It is not described in 5.

基本波成分vsu,vsv,vswの5次、7次、11次の高調波成分vnu,vnv,vnw(nは次数。n=5,7,11)は、
nu=An・cos(n・ω0・t) …(9)
nv=An・cos(n・ω0・t-n・2π/3) …(10)
nw=An・cos(n・ω0・t-n・4π/3) …(11)
で表わされるから、(9)式〜(11)式を(1)式,(2)式に代入して5次,7次,11次の高調波成分の二相交流電圧(V5α,V5β),(V7α,V7β),(V11α,V11β)を求めると、
5α=√(3/2)・A5・cos(−5ω0・t) …(12)
5β=√(3/2)・A5・sin(−5ω0・t) …(13)
7α=√(3/2)・A7・cos(7ω0・t) …(14)
7β=√(3/2)・A7・sin(7ω0・t) …(15)
11α=√(3/2)・A11・cos(−11ω0・t) …(16)
11β=√(3/2)・A11・sin(−11ω0・t) …(17)
となる。
The fifth order, seventh order, and eleventh order harmonic components v nu , v nv , v nw (where n is the order, n = 5, 7, 11) of the fundamental wave components v su , v sv , v sw are
v nu = A n · cos ( n · ω 0 · t) ... (9)
v nv = A n · cos (n · ω 0 · t−n · 2π / 3) (10)
v nw = A n · cos (n · ω 0 · t−n · 4π / 3) (11)
Therefore, by substituting the equations (9) to (11) into the equations (1) and (2), the two-phase AC voltage (V 5 α, V 5 beta), when obtaining the (V 7 α, V 7 β ), (V 11 α, V 11 β),
v 5 α = √ (3/2) · A 5 · cos (−5ω 0 · t) (12)
v 5 β = √ (3/2) · A 5 · sin (−5ω 0 · t) (13)
v 7 α = √ (3/2) · A 7 · cos (7ω 0 · t) (14)
v 7 β = √ (3/2) · A 7 · sin (7ω 0 · t) (15)
v 11 α = √ (3/2) · A 11 · cos (−11ω 0 · t) (16)
v 11 β = √ (3/2) · A 11 · sin (−11ω 0 · t) (17)
It becomes.

不平衡成分が負の周波数になるのは、不平衡成分の相順(uvwが時計回りの順)が基本波成分の相順(uvwが反時計回りの順)に対して逆になるからである。従って、基本波成分の周波数f0をn倍(n:2以上の整数)したn次高調波成分を三相二相変換した二相交流電圧vnα,vnβ(添え字のnは次数。以下、同じ)の角周波数ωnが基本波成分の二相交流電圧vsα,vsβと同じの符号になる場合は、そのn次高調波成分の周波数fnは正の周波数となり、n次高調波成分vnu,vnv,vnwの相順は基本波成分vsu,vsv,vswの相順と同一になる。逆に、二相交流電圧vnα,vnβの角周波数ωnが基本波成分の二相交流電圧vsα,vsβと逆の符号になる場合は、そのn次高調波成分の周波数fnは負の周波数となり、n次高調波成分vnu,vnv,vnwの相順は基本波成分vsu,vsv,vswの相順と逆になる。 The unbalanced component has a negative frequency because the phase order of the unbalanced component (uvw is clockwise) is opposite to the phase order of the fundamental component (uvw is counterclockwise). is there. Accordingly, two-phase AC voltages v n α, v n β (subscript n is a subscript of three-phase two-phase conversion of an n-order harmonic component obtained by multiplying the frequency f 0 of the fundamental wave component by n (n: an integer of 2 or more). If the angular frequency ω n of the order (the same applies hereinafter) has the same sign as the two-phase AC voltages v s α and v s β of the fundamental component, the frequency f n of the n-order harmonic component is a positive frequency Thus, the phase order of the n-order harmonic components v nu , v nv , and v nw is the same as the phase order of the fundamental wave components v su , v sv , and v sw . Conversely, when the angular frequency ω n of the two-phase AC voltages v n α and v n β has a sign opposite to that of the two-phase AC voltages v s α and v s β of the fundamental wave component, the n-order harmonic component The frequency f n is a negative frequency, and the phase order of the n-th harmonic components v nu , v nv , v nw is opposite to the phase order of the fundamental wave components v su , v sv , v sw .

(12)式〜(17)式より、5次,11次の高調波成分は負の周波数を有し、7次の高調波成分は正の周波数を有するから、図5では、正相の5次高調波成分と11次高調波成分は、負の周波数領域の周波数「−5f0」と「−11f0」の位置にそれぞれ表示し、逆相の5次高調波成分と11次高調波成分は、正の周波数領域の周波数「5f0」と「11f0」の位置にそれぞれ表示している。また、正相の7次高調波成分は正の周波数領域の周波数「7f0」の位置に表示し、逆相の7次高調波成分は、負の周波数領域の周波数「−7f0」の位置に表示している。 From equations (12) to (17), the fifth and eleventh harmonic components have negative frequencies, and the seventh harmonic component has a positive frequency. The first harmonic component and the eleventh harmonic component are displayed at the positions of the frequencies “−5f 0 ” and “−11f 0 ” in the negative frequency region, respectively, and the negative fifth harmonic component and the eleventh harmonic component are displayed. Are displayed at the positions of the frequencies “5f 0 ” and “11f 0 ” in the positive frequency region, respectively. Further, the positive-phase seventh harmonic component is displayed at the position of the frequency “7f 0 ” in the positive frequency region, and the negative-phase seventh harmonic component is displayed at the position of the frequency “−7f 0 ” in the negative frequency region. Is displayed.

従って、三相二相変換部721からは(5)式〜(8)式、(12)式〜(17)式で表わされる基本波成分、不平衡成分及び5次、7次、11次の高調波成分の二相交流電圧(vsα,vsβ),(vsα’,vsβ’),(vnα,vnβ)(n=5,7,11)を含む二相交流電圧vα,vβが出力される。 Therefore, from the three-phase to two-phase conversion unit 721, the fundamental wave component, the unbalanced component, and the fifth, seventh, and eleventh orders represented by the expressions (5) to (8) and (12) to (17) are used. Includes two-phase AC voltages (v s α, v s β), (v s α ′, v s β ′), (v n α, v n β) (n = 5, 7, 11) of harmonic components Two-phase AC voltages vα and vβ are output.

基本波抽出部722は、三相二相変換部721より入力される二相交流電圧vα,vβから、基本波成分である二相交流電圧vsα,vsβを抽出するものである。基本波抽出部722は、回転座標変換を行ってからローパスフィルタ処理を行った後に静止座標変換を行う処理と同様の処理を行うものである。 The fundamental wave extraction unit 722 extracts the two-phase AC voltages v s α and v s β that are fundamental wave components from the two-phase AC voltages vα and vβ input from the three-phase to two-phase conversion unit 721. The fundamental wave extraction unit 722 performs the same process as the process of performing the stationary coordinate conversion after performing the low-pass filter process after performing the rotational coordinate conversion.

二相交流電圧vα,vβを、系統電圧の基本波の位相θに基づいて回転座標変換すると、基本波成分は直流成分に変換される。回転座標変換後の信号をローパスフィルタ処理すると、直流成分だけを通過させて交流成分を遮断することで、直流成分に変換された基本波成分だけを抽出することができる。抽出された直流成分に静止座標変換を行って基本波成分に戻すことで、基本波成分である二相交流電圧vsα,vsβを抽出することができる。基本波抽出部722は、これらの処理と同様の処理を線形時不変の処理で行う。 When the two-phase AC voltages vα and vβ are subjected to rotational coordinate conversion based on the phase θ of the fundamental wave of the system voltage, the fundamental wave component is converted into a DC component. When the signal after the rotation coordinate conversion is subjected to low-pass filter processing, only the direct current component is allowed to pass and the alternating current component is blocked, so that only the fundamental wave component converted to the direct current component can be extracted. By performing stationary coordinate transformation on the extracted DC component and returning it to the fundamental wave component, the two-phase AC voltages v s α and v s β that are fundamental wave components can be extracted. The fundamental wave extraction unit 722 performs the same processing as these processing as linear time invariant processing.

まず、回転座標変換および静止座標変換を伴う処理を線形時不変の処理に変換する方法について説明する。   First, a method for converting processing involving rotational coordinate transformation and stationary coordinate transformation into linear time-invariant processing will be described.

図6(a)は、回転座標変換および静止座標変換を伴う処理を説明するための図である。当該処理では、まず、信号αおよびβが、回転座標変換によって、信号dおよびqに変換される。信号dおよびqに対して、それぞれ所定の伝達関数F(s)で表される処理が行われ、信号d’およびq’が出力される。次に、信号d’およびq’が静止座標変換によって、信号α’およびβ’に変換される。図6(a)に示す非線形時変の処理を、図6(b)に示す線形時不変の伝達関数の行列Gを用いた処理に変換する。   FIG. 6A is a diagram for explaining processing involving rotational coordinate conversion and stationary coordinate conversion. In this processing, first, the signals α and β are converted into signals d and q by rotational coordinate conversion. The signals d and q are each processed by a predetermined transfer function F (s), and signals d 'and q' are output. Next, the signals d ′ and q ′ are converted into signals α ′ and β ′ by stationary coordinate transformation. The nonlinear time-varying process shown in FIG. 6A is converted into a process using the matrix G of the linear time-invariant transfer function shown in FIG. 6B.

図6(a)に示す回転座標変換は下記(18)式の行列式で表され、静止座標変換は下記(19)式の行列式で表される。
The rotational coordinate transformation shown in FIG. 6A is represented by a determinant of the following equation (18), and the stationary coordinate transformation is represented by a determinant of the following equation (19).

したがって、図6(a)に示す処理を、行列を用いて、図7(a)のように表すことができる。図7(a)に示す3つの行列の積を計算し、算出された行列を線形時不変の行列にすることで、図6(b)に示す行列Gを算出することができる。このとき、静止座標変換および回転座標変換の行列を行列の積に変換したうえで、算出を行う。   Therefore, the process shown in FIG. 6A can be expressed as shown in FIG. 7A using a matrix. The matrix G shown in FIG. 6B can be calculated by calculating the product of the three matrices shown in FIG. 7A and making the calculated matrix a linear time-invariant matrix. At this time, the calculation is performed after converting the matrix of the stationary coordinate conversion and the rotation coordinate conversion into a matrix product.

回転座標変換の行列は、下記(20)式に示す右辺の行列の積に変換することができる。
但し、jは虚数単位であり、exp()は自然対数の底eの指数関数であり、
である。なお、T-1は、Tの逆行列である。
The matrix of rotational coordinate conversion can be converted into the product of the right-hand side matrix shown in the following equation (20).
Where j is the imaginary unit, exp () is the exponential function of the base e of the natural logarithm,
It is. T −1 is an inverse matrix of T.

となり、オイラーの公式より、exp(jθ)=cosθ+jsinθ、exp(−jθ)=cosθ−jsinθを代入して計算すると、
であることが、確認できる。
From the Euler's formula, calculating by substituting exp (jθ) = cos θ + jsin θ and exp (−jθ) = cos θ−jsin θ,
It can be confirmed that

また、静止座標変換の行列は、下記(21)式に示す右辺の行列の積に変換することができる。当該行列の積の中央の行列は線形時不変の行列である。
但し、jは虚数単位であり、exp()は自然対数の底eの指数関数であり、
である。なお、T-1は、Tの逆行列である。
Further, the matrix of the static coordinate conversion can be converted into the product of the right-side matrix shown in the following equation (21). The matrix in the middle of the matrix product is a linear time-invariant matrix.
Where j is the imaginary unit, exp () is the exponential function of the base e of the natural logarithm,
It is. T −1 is an inverse matrix of T.

となり、オイラーの公式より、exp(jθ)=cosθ+jsinθ、exp(−jθ)=cosθ−jsinθを代入して計算すると、
であることが、確認できる。
From the Euler's formula, calculating by substituting exp (jθ) = cos θ + jsin θ and exp (−jθ) = cos θ−jsin θ,
It can be confirmed that

上記(20)式および(21)式を用いて、図7(a)に示す3つの行列の積を計算して、行列Gを算出すると、下記(22)式のように計算される。
When the product of the three matrices shown in FIG. 7A is calculated using the above equations (20) and (21) and the matrix G is calculated, the following equation (22) is obtained.

上記(22)式の中央の3つの行列の1行1列目の要素に注目し、これをブロック線図で表すと、図8に示すブロック線図になる。図8に示すブロック線図の入出力特性を計算すると、
となる。ただし、F(s)はインパルス応答f(t)をもつ一入力一出力伝達関数である。
When attention is paid to the element in the first row and the first column of the three matrixes in the center of the above equation (22) and this is expressed in a block diagram, the block diagram shown in FIG. 8 is obtained. When calculating the input / output characteristics of the block diagram shown in FIG.
It becomes. Where F (s) is a one-input one-output transfer function having an impulse response f (t).

ここで、θ(t)=ω0tとすると、θ(t)−θ(τ)=ω0t−ω0τ=ω0(t−τ)=θ(t−τ)となるので、図8に示すブロック線図の入出力特性は、インパルス応答f(t)exp(−jω0t)を持つ線形時不変系のものに等しい。インパルス応答f(t)exp(−jω0t)をラプラス変換すると、伝達関数F(s+jω0)が得られる。また、図8に示すブロック線図のexp(jθ(t))とexp(−jθ(t))とを入れ換えた場合の入出力特性は、伝達関数F(s−jω0)の入出力特性になる。 Here, when θ (t) = ω 0 t, θ (t) −θ (τ) = ω 0 t−ω 0 τ = ω 0 (t−τ) = θ (t−τ). The input / output characteristics of the block diagram shown in FIG. 8 are equal to those of a linear time invariant system having an impulse response f (t) exp (−jω 0 t). When the impulse response f (t) exp (−jω 0 t) is Laplace transformed, a transfer function F (s + jω 0 ) is obtained. The input / output characteristics when exp (jθ (t)) and exp (−jθ (t)) in the block diagram shown in FIG. 8 are interchanged are the input / output characteristics of the transfer function F (s−jω 0 ). become.

したがって、上記(22)式からさらに計算を進めると、
と計算される。
Therefore, when the calculation is further advanced from the above equation (22),
Is calculated.

これにより、図7(a)に示す処理を、図7(b)に示す処理に変換することができる。図7(b)に示す処理は、回転座標変換を行ってから所定の伝達関数F(s)で表される処理を行った後に静止座標変換を行う処理と等価の処理であって、当該処理のシステムは線形時不変のシステムである。   Thereby, the process shown in FIG. 7A can be converted into the process shown in FIG. The process shown in FIG. 7B is a process equivalent to the process of performing the stationary coordinate conversion after performing the process represented by the predetermined transfer function F (s) after performing the rotational coordinate conversion. This system is a linear time-invariant system.

ローパスフィルタの伝達関数は、時定数をTとすると、F(s)=1/(Ts+1)で表される。したがって、図9に示す処理、すなわち、回転座標変換を行ってからローパスフィルタ処理を行った後に静止座標変換を行う処理と等価の処理を示す伝達関数の行列GLPFは、上記(23)式を用いて、下記(24)式のように算出される。
The transfer function of the low-pass filter is represented by F (s) = 1 / (Ts + 1), where T is the time constant. Therefore, the transfer function matrix G LPF showing the process shown in FIG. 9, that is, the process equivalent to the process of performing the low-pass filter process after performing the rotary coordinate conversion and then performing the static coordinate conversion is expressed by the above equation (23). And is calculated as shown in the following equation (24).

図10は、行列GLPFの各要素である伝達関数を解析するためのボード線図である。同図(a)は行列GLPFの1行1列要素(以下では、「(1,1)要素」と記載する。他の要素についても同様に記載する。)および(2,2)要素の伝達関数を示しており、同図(b)は行列GLPFの(1,2)要素の伝達関数を示しており、同図(c)は行列GLPFの(2,1)要素の伝達関数を示している。同図は、中心周波数を系統周波数fs=60Hzとした場合(すなわち、中心周波数に対応する角周波数ω0=120πの場合)のものであり、時定数Tを「0.1」,「1」,「10」,「100」とした場合を示している。 FIG. 10 is a Bode diagram for analyzing a transfer function that is each element of the matrix G LPF . FIG. 5A shows a 1-row and 1-column element of matrix G LPF (hereinafter referred to as “(1,1) element”. Other elements are also described in the same manner) and (2,2) element. It shows a transfer function, Fig. (b) shows a transfer function of (1,2) element of the matrix G LPF, FIG. (c) the transfer function of the (2,1) element of the matrix G LPF Is shown. The figure shows the case where the center frequency is the system frequency f s = 60 Hz (that is, the angular frequency ω 0 = 120π corresponding to the center frequency), and the time constant T is set to “0.1”, “1”. ”,“ 10 ”, and“ 100 ”.

同図(a),(b)および(c)が示す振幅特性は、いずれも、中心周波数にピークがあり、振幅特性のピークは−6dB(=1/2)である。また、時定数Tが大きくなると、通過帯域が小さくなっている。同図(a)が示す位相特性は、中心周波数で0度になる。つまり、行列GLPFの(1,1)要素および(2,2)要素の伝達関数は、中心周波数(中心角周波数)の信号を位相を変化させることなく通過させる。同図(b)が示す位相特性は、中心周波数で90度になる。つまり、行列GLPFの(1,2)要素の伝達関数は、中心周波数(中心角周波数)の信号の位相を90度進めて通過させる。一方、同図(c)が示す位相特性は、中心周波数で−90度になる。つまり、行列GLPFの(2,1)要素の伝達関数は、中心周波数(中心角周波数)の信号の位相を90度遅らせて通過させる。以下に、三相二相変換部721から出力される二相交流電圧vα,vβに対する伝達関数の行列GLPFに示す処理について検討する。 The amplitude characteristics shown in FIGS. 4A, 4B, and 5C all have a peak at the center frequency, and the peak of the amplitude characteristic is −6 dB (= 1/2). Further, as the time constant T increases, the pass band decreases. The phase characteristic shown in FIG. 5A is 0 degree at the center frequency. That is, the transfer function of the (1, 1) element and the (2, 2) element of the matrix G LPF passes the signal of the center frequency (center angular frequency) without changing the phase. The phase characteristic shown in FIG. 5B is 90 degrees at the center frequency. That is, the transfer function of the (1,2) element of the matrix G LPF passes the phase of the signal of the center frequency (center angular frequency) by 90 degrees. On the other hand, the phase characteristic shown in FIG. 4C is −90 degrees at the center frequency. That is, the transfer function of the (2, 1) element of the matrix G LPF passes the signal of the center frequency (center angular frequency) delayed by 90 degrees. In the following, the processing shown in the matrix G LPF of the transfer function for the two-phase AC voltages vα and vβ output from the three-phase to two-phase converter 721 will be considered.

二相交流電圧vα,vβのうちの基本波成分の二相交流電圧vsα,vsβにおいては、上記(5)、(6)式に示すように、交流電圧vsαが交流電圧vsβより90度位相が進んでいる。交流電圧vsαに行列GLPFの(1,1)要素の伝達関数に示す処理を行った場合、振幅が半分になって、位相は変化しない(図10(a)参照)。また、交流電圧vsβに行列GLPFの(1,2)要素の伝達関数に示す処理を行った場合、振幅が半分になって、位相が90度進む(図10(b)参照)。したがって、両者の位相が交流電圧vsαと同じ位相になるので、両者を加算することで交流電圧vsαが再現される。一方、交流電圧vsαに行列GLPFの(2,1)要素の伝達関数に示す処理を行った場合、振幅が半分になって、位相が90度遅れる(図10(c)参照)。また、交流電圧vsβに行列GLPFの(2,2)要素の伝達関数に示す処理を行った場合、振幅が半分になって、位相は変化しない。したがって、両者の位相が交流電圧vsβと同じ位相になるので、両者を加算することで交流電圧vsβが再現される。 In the two-phase AC voltages v s α and v s β of the fundamental wave component of the two-phase AC voltages vα and vβ, as shown in the above formulas (5) and (6), the AC voltage v s α is an AC voltage. The phase is advanced 90 degrees from v s β. When the process indicated by the transfer function of the (1, 1) element of the matrix G LPF is performed on the AC voltage v s α, the amplitude becomes half and the phase does not change (see FIG. 10A). Further, when the processing indicated by the transfer function of the (1,2) element of the matrix G LPF is performed on the AC voltage v s β, the amplitude is halved and the phase advances by 90 degrees (see FIG. 10B). Therefore, since both phases becomes the same phase as the AC voltage v s alpha, AC voltage v s alpha is reproduced by adding the both. On the other hand, when the process indicated by the transfer function of the (2, 1) element of the matrix G LPF is performed on the AC voltage v s α, the amplitude is halved and the phase is delayed by 90 degrees (see FIG. 10C). In addition, when the process indicated by the transfer function of the (2, 2) element of the matrix G LPF is performed on the AC voltage v s β, the amplitude is halved and the phase does not change. Therefore, since both phases becomes the same phase as the AC voltage v s beta, the AC voltage v s beta is reproduced by adding the both.

また、二相交流電圧vα,vβのうちの不平衡成分の二相交流電圧vsα’,vsβ’においては、上記(7)、(8)式に示すように、交流電圧vsα’が交流電圧vsβ’より90度位相が遅れている。交流電圧vsα’に行列GLPFの(1,1)要素の伝達関数に示す処理を行った場合、振幅が半分になって、位相は変化しない。また、交流電圧vsβ’に行列GLPFの(1,2)要素の伝達関数に示す処理を行った場合、振幅が半分になって、位相が90度進む。したがって、両者の位相が逆位相になるので、両者を加算することで打ち消し合うことになる。一方、交流電圧vsα’にGLPFの(2,1)要素の伝達関数に示す処理を行った場合、振幅が半分になって、位相が90度遅れる。また、交流電圧vsβ’に行列GLPFの(2,2)要素の伝達関数に示す処理を行った場合、振幅が半分になって、位相は変化しない。したがって、両者の位相が逆位相になるので、両者を加算することで打ち消し合うことになる。 Further, the two-phase AC voltage v?, The two-phase AC voltage v s alpha unbalanced component of v? ', V s beta' in the above (7), as shown in equation (8), the AC voltage v s α 'is the AC voltage v s β' than 90 degrees out of phase is delayed. When the process indicated by the transfer function of the (1, 1) element of the matrix G LPF is performed on the AC voltage v s α ′, the amplitude becomes half and the phase does not change. Further, when the process indicated by the transfer function of the (1,2) element of the matrix G LPF is performed on the AC voltage v s β ′, the amplitude is halved and the phase advances by 90 degrees. Therefore, since the phases of both are reversed, adding them together cancels each other. On the other hand, when the process indicated by the transfer function of the (2,1) element of the G LPF is performed on the AC voltage v s α ′, the amplitude is halved and the phase is delayed by 90 degrees. In addition, when the process indicated by the transfer function of the (2, 2) element of the matrix G LPF is performed on the AC voltage v s β ′, the amplitude becomes half and the phase does not change. Therefore, since the phases of both are reversed, adding them together cancels each other.

つまり、伝達関数の行列GLPFは、基本波成分の二相交流電圧vsα,vsβを通過させ、不平衡成分の二相交流電圧vsα’,vsβ’を遮断する。また、基本波成分と不平衡成分以外の周波数の信号(高調波成分の信号など)は基本波成分より減衰されるので、伝達関数の行列GLPFに示す処理は、基本波成分の二相交流電圧vsα,vsβを抽出するバンドパスフィルタ処理であることが確認できる。 That is, the transfer function matrix G LPF passes the two-phase AC voltages v s α and v s β of the fundamental wave component, and blocks the two-phase AC voltages v s α ′ and v s β ′ of the unbalanced components. In addition, since signals of frequencies other than the fundamental wave component and the unbalanced component (such as harmonic wave signals) are attenuated by the fundamental wave component, the processing shown in the transfer function matrix G LPF is a two-phase alternating current of the fundamental wave component. It can be confirmed that the band-pass filter processing is to extract the voltages v s α and v s β.

基本波抽出部722は、三相二相変換部721より入力される二相交流電圧vα,vβから、基本波成分である二相交流電圧vsα,vsβを抽出するものである。基本波抽出部722は、基本波成分抽出後の二相交流電圧vr,vjを二相三相変換部723に出力する。基本波抽出部722は、上記(24)式に示す、基本波成分を抽出するための伝達関数の行列GLPFに表される処理を行う。つまり、下記(25)式に示す処理を行っている。角周波数ω0は、系統周波数fs=60Hzに対応する角周波数ωs=120π[rad/sec]があらかじめ設定されており、時定数Tはあらかじめ設計されている。
The fundamental wave extraction unit 722 extracts the two-phase AC voltages v s α and v s β that are fundamental wave components from the two-phase AC voltages vα and vβ input from the three-phase to two-phase conversion unit 721. The fundamental wave extraction unit 722 outputs the two-phase AC voltages v r and v j after extraction of the fundamental wave component to the two-phase three-phase conversion unit 723. The fundamental wave extraction unit 722 performs processing represented by the transfer function matrix G LPF for extracting the fundamental wave component shown in the above equation (24). That is, the process shown in the following equation (25) is performed. As the angular frequency ω 0 , the angular frequency ω s = 120π [rad / sec] corresponding to the system frequency f s = 60 Hz is set in advance, and the time constant T is designed in advance.

なお、基本波抽出部722で用いられる角周波数ω0は、あらかじめ設定しておく場合に限られない。信号処理のサンプリング周期が固定サンプリング周期の場合、系統周波数fsを周波数検出装置などで検出して、検出された周波数に基づいて角周波数ω0を算出して用いるようにしてもよい。この場合、遮断器5の電力系統B側に設けられた交流電圧計が検出する交流電圧から系統周波数fsを検出すればよいが、この周波数検出装置として周波数検出器72と同様の構成のものを用いることができる。また、周波数検出器72が出力する周波数fに基づいて角周波数ω0を算出して用いるようにしてもよい。 Note that the angular frequency ω 0 used in the fundamental wave extraction unit 722 is not limited to being set in advance. When the sampling period of the signal processing is a fixed sampling period, the system frequency f s may be detected by a frequency detection device or the like, and the angular frequency ω 0 may be calculated and used based on the detected frequency. In this case, the system frequency f s may be detected from the AC voltage detected by the AC voltmeter provided on the power system B side of the circuit breaker 5, but this frequency detection device has the same configuration as the frequency detector 72. Can be used. Further, the angular frequency ω 0 may be calculated and used based on the frequency f output from the frequency detector 72.

二相三相変換部723は、基本波抽出部722から入力される二相交流電圧vr,vjを三相交流電圧vu’,vv’,vw’に変換するものである。二相交流電圧vr,vjを三相交流電圧vu’,vv’,vw’に変換する変換式は、
である。
The two-phase three-phase conversion unit 723 converts the two-phase AC voltages v r and v j input from the fundamental wave extraction unit 722 into three-phase AC voltages v u ′, v v ′, and v w ′. The conversion equation for converting the two-phase AC voltages v r and v j into the three-phase AC voltages v u ′, v v ′, and v w ′ is
It is.

従って、二相三相変換部723は、(26)式〜(28)式の演算を行うことにより、基本波抽出部722から入力される二相交流電圧vr,vjを三相交流電圧vu’,vv’,vw’に変換する。 Therefore, the two-phase / three-phase conversion unit 723 performs the calculations of the equations (26) to (28) to convert the two-phase AC voltages v r and v j input from the fundamental wave extraction unit 722 into the three-phase AC voltage. Convert to v u ', v v ', v w '.

図11は、不平衡成分と5次、7次、11次の高調波成分をそれぞれ10%ずつ含む三相交流電圧vu,vv,vwの波形を示す図である。図12は、図11に示す三相交流電圧vu,vv,vwを三相二相変換部721及び角周波数ω0を系統周波数fs=60Hzに対応する角周波数ωs=120π[rad/sec]に設定した基本波抽出部722によってフィルタリング処理をした後、二相三相変換部723によって逆変換して得た三相交流電圧vu’,vv’,vw’をシミュレートした波形を示す図である。図12に示されるように、基本波抽出部722が三相交流電圧vu,vv,vwに含まれる不平衡成分と5次、7次、11次の高調波成分を好適に除去できることが分かる。 FIG. 11 is a diagram illustrating waveforms of three-phase AC voltages v u , v v , and v w each including 10% of unbalanced components and fifth, seventh, and eleventh harmonic components. 12 shows the three-phase AC voltages v u , v v , and v w shown in FIG. 11 as the three-phase two-phase converter 721 and the angular frequency ω 0 as the system frequency f s = 60 Hz, and the angular frequency ω s = 120π [ rad / sec], the three-phase AC voltages v u ′, v v ′, and v w ′ obtained by performing the reverse conversion by the two-phase / three-phase conversion unit 723 after the filtering process by the fundamental wave extraction unit 722 is set. FIG. As shown in FIG. 12, the fundamental wave extraction unit 722 can suitably remove unbalanced components and fifth, seventh, and eleventh harmonic components included in the three-phase AC voltages v u , v v , and v w. I understand.

周波数検出部72Bは、二相三相変換部723から入力される三相交流電圧vu’,vv’,vw’のレベルを、それぞれ基準レベル(0v)と比較するレベル比較部724と、レベル比較部724の比較結果に基づいて各三相交流電圧vu’,vv’,vw’が基準レベル(0v)を交差するタイミング(ゼロクロスタイミング)を検出するゼロクロス検出部725と、系統周波数fsよりも高周波のクロックパルスを発生するパルス発生部726と、ゼロクロス検出部725から出力されるゼロクロスタイミングによってパルス発生部726から出力されるクロックパルスのカウントを制御することにより各三相交流電圧vu’,vv’,vw’の半周期若しくは1周期の時間を計測し、その時間を用いて系統の周波数fを算出する周波数算出部727とを含む。 The frequency detection unit 72B includes a level comparison unit 724 that compares the levels of the three-phase AC voltages v u ′, v v ′, and v w ′ input from the two-phase / three-phase conversion unit 723 with the reference level (0v). A zero-cross detection unit 725 that detects a timing (zero-cross timing) at which each of the three-phase AC voltages v u ′, v v ′, v w ′ crosses the reference level (0v) based on the comparison result of the level comparison unit 724; A pulse generator 726 that generates a clock pulse with a frequency higher than the system frequency f s, and the count of clock pulses output from the pulse generator 726 according to the zero cross timing output from the zero cross detector 725, thereby controlling each of the three phases. AC voltage v u ', v v', v w ' measures the time of the half period or one period of a frequency calculation unit 72 that calculates the frequency f of the system using the time Including the door.

レベル比較部724は、所定のサンプリング周期で入力される三相交流電圧vu’の電圧レベルを基準レベル(ゼロレベル)と比較する。ゼロクロス検出部725は、レベル比較部724の比較結果に基づいて、電圧レベルがゼロレベルを超えると、ハイレベルになり、電圧レベルがゼロレベル以下になると、ローレベルになるパルスPuを周波数算出部727に出力する。レベル比較部724およびゼロクロス検出部725は、三相交流電圧vv’,vw’についても同様の処理を行い、それぞれパルスPvとパルスPwを周波数算出部727に出力する。 The level comparison unit 724 compares the voltage level of the three-phase AC voltage v u ′ input at a predetermined sampling period with a reference level (zero level). Based on the comparison result of the level comparison unit 724, the zero-cross detection unit 725 calculates the frequency of the pulse Pu that becomes high when the voltage level exceeds the zero level and becomes low when the voltage level falls below the zero level. Output to the unit 727. The level comparison unit 724 and the zero cross detection unit 725 perform the same processing on the three-phase AC voltages v v ′ and v w ′, and output the pulse P v and the pulse P w to the frequency calculation unit 727, respectively.

図13に示すように、パルスPuの立上がりタイミングは、三相交流電圧vu’が負レベルから正レベルにゼロレベルをクロスする点tu+に対応し、パルスPuの立下がりタイミングは、三相交流電圧vu’が正レベルから負レベルにゼロレベルをクロスする点tu-に対応する。同様に、パルスPvの立上がりタイミングと立下がりタイミングは、三相交流電圧vv’が負レベルから正レベルにゼロレベルをクロスする点tv+と三相交流電圧vv’が正レベルから負レベルにゼロレベルをクロスする点tv-とに対応し、パルスPwの立上がりタイミングと立下がりタイミングは、三相交流電圧vw’が負レベルから正レベルにゼロレベルをクロスする点tw+と三相交流電圧vw’が正レベルから負レベルにゼロレベルをクロスする点tw-とに対応する。 As shown in FIG. 13, the pulse rising timing of P u corresponds to the zero level in t u + a point to cross the positive level of a three-phase AC voltage v u 'is a negative level, the falling timing of the pulse P u is This corresponds to the point t u− where the three-phase AC voltage v u ′ crosses the zero level from the positive level to the negative level. Negative Similarly, the rising timing and falling timing of the pulse P v is a three-phase AC voltage v v 'point crosses the zero level from a negative level to a positive level t v + and three-phase AC voltage v v' is a positive level Corresponding to the point t v− where the zero level crosses the level, the rising timing and falling timing of the pulse P w are the points t w + where the three-phase AC voltage v w ′ crosses the zero level from the negative level to the positive level. And the point t w− at which the three-phase AC voltage v w ′ crosses the zero level from the positive level to the negative level.

周波数算出部727は、ゼロクロス検出部725から入力されるパルスPu,Pv,Pwの立上がりまたは立下がりに基づいて、三相交流電圧vu’,vv’,vw’のゼロクロスタイミングを検出する。図12に示したように、二相三相変換部723から入力される三相交流電圧vu’,vv’,vw’は三相交流電圧vu,vv,vwの基本波成分(対称三相交流)を抽出したものであるので、三相交流電圧vu’,vv’,vw’の周波数fsu,fsv,fswは同一になる。従って、三相交流電圧vu’,vv’,vw’のゼロクロスタイミングは、交流信号の基本波成分の周期の1/6のタイミングで検出される。また、周波数算出部727にはパルス発生部726から系統周波数fsの数百倍〜千数百倍の周波数を有するクロックパルスCKが入力されている。周波数算出部727は、ゼロクロスタイミングの検出に応じてクロックパルスCKをカウントし、そのカウント値から周波数fを算出する。 The frequency calculation unit 727 generates zero-cross timings of the three-phase AC voltages v u ′, v v ′, and v w ′ based on the rise or fall of the pulses P u , P v , and P w input from the zero cross detection unit 725. Is detected. As shown in FIG. 12, the three-phase AC voltages v u ′, v v ′, v w ′ input from the two-phase three-phase converter 723 are the fundamental waves of the three-phase AC voltages v u , v v , v w . Since the components (symmetric three-phase alternating current) are extracted, the frequencies f su , f sv , and f sw of the three-phase alternating voltages v u ′, v v ′, and v w ′ are the same. Therefore, the zero cross timing of the three-phase AC voltages v u ′, v v ′, v w ′ is detected at a timing that is 1/6 of the period of the fundamental wave component of the AC signal. In addition, a clock pulse CK having a frequency several hundred to several hundreds of times the system frequency f s is input from the pulse generator 726 to the frequency calculator 727. The frequency calculation unit 727 counts the clock pulse CK according to the detection of the zero cross timing, and calculates the frequency f from the count value.

周波数算出部727は、図13に示すように、ゼロクロス検出部725から入力されるパルスPuの立上がりタイミングtu+でクロックパルスCKのカウントを開始し、その立上がりタイミングtu+に続くパルスPwの立下がりタイミングtw-でクロックパルスCKのカウントを停止し、そのカウント値Nを一時保存する。周波数算出部727は、カウント値NにクロックパルスCKの周期τ[sec]を乗じてゼロクロス点tu+−tw-間の時間T=τ・N[sec]を算出し、そのゼロクロス点間の時間Tの6倍の時間の逆数を演算して基本波成分の周波数f=1/(6T)=1/(6・τ・N)を算出し、その算出結果を周波数検出値として出力する。 Frequency calculator 727, as shown in FIG. 13, and starts counting the clock pulses CK by a pulse P u rise timing t u input from the zero-cross detector 725 +, the rising timing t u + subsequent pulse P w The count of the clock pulse CK is stopped at the falling timing tw− , and the count value N is temporarily stored. The frequency calculation unit 727 multiplies the count value N by the period τ [sec] of the clock pulse CK to calculate the time T = τ · N [sec] between the zero cross points t u + -t w−, and between the zero cross points The frequency f = 1 / (6T) = 1 / (6 · τ · N) of the fundamental wave component is calculated by calculating the inverse of the time six times the time T, and the calculation result is output as a frequency detection value.

また、周波数算出部727は、ゼロクロス検出部725から入力されるパルスPwの立下がりタイミングtw-でクロックパルスCKのカウントを開始し、その立下がりタイミングtw-に続くパルスPvの立上がりタイミングtv+でクロックパルスCKのカウントを停止し、そのカウント値NについてもクロックパルスCKの周期τ[sec]を乗じてゼロクロス点tw-−tv+間の時間T[sec]を算出する。以下、周波数算出部727は、パルスPv,Pu,Pwの立上がりタイミングと立下りタイミングが順番に検出される毎にゼロクロス点tv+−tu-間,tu-−tw+間,tw+−tv-間,tv-−tu+間,tu+−tw-間,…の各時間T[sec]を算出し、各ゼロクロス点間の時間Tの6倍の時間の逆数を演算して基本波成分の周波数fを算出し、その算出結果を周波数検出値として出力する。すなわち、周波数算出部727は、ゼロクロスタイミングを検出する毎に基本波成分の周波数fを算出する。 Further, the frequency calculation unit 727 starts counting the clock pulse CK at the falling timing t w− of the pulse P w input from the zero-cross detection unit 725, and the rising of the pulse P v following the falling timing t w−. At the timing t v + , the counting of the clock pulse CK is stopped, and the count value N is also multiplied by the period τ [sec] of the clock pulse CK to calculate the time T [sec] between the zero cross points t w−− t v + . Hereinafter, the frequency calculation unit 727 calculates the pulse P v , P u , P w every time the rising timing and falling timing are detected in order, between the zero cross points t v + -t u-, between t u- -t w + , Each time T [sec] of t w + -t v- , t v- -t u + , t u + -t w- ,... is calculated, and the reciprocal of the time 6 times the time T between the zero cross points. Is calculated to calculate the frequency f of the fundamental wave component, and the calculation result is output as a frequency detection value. That is, the frequency calculation unit 727 calculates the frequency f of the fundamental wave component every time zero cross timing is detected.

ゼロクロス点間カウント法は、三相交流電圧vu,vv,vwのレベルを所定の周期でサンプリングするため、サンプリング周期の間にゼロクロス点が入る場合は線形補間などによってそのゼロクロス点を検出する必要がある。また、三相交流電圧vu,vv,vwに不平衡成分や高調波成分が含まれる場合は電圧波形の歪みによりゼロクロス点の周期が正確に基本波成分の周波数f0に対応する周期にはならないので、周波数fを数周期分にわたって算出し、それらの算出結果の平均値を取るなどして不平衡成分や高調波成分の悪影響を抑制する必要がある。 In the zero cross point counting method, the level of the three-phase AC voltages v u , v v , and v w is sampled at a predetermined cycle. If the zero cross point enters during the sampling cycle, the zero cross point is detected by linear interpolation or the like. There is a need to. When the three-phase AC voltages v u , v v , and v w include an unbalanced component or a harmonic component, the cycle of the zero cross point accurately corresponds to the frequency f 0 of the fundamental component due to the distortion of the voltage waveform. Therefore, it is necessary to calculate the frequency f over several cycles and take the average value of the calculation results to suppress the adverse effects of unbalanced components and harmonic components.

本実施形態に係る周波数検出器72では、周波数検出部72Bに入力される三相交流電圧が基本波成分を抽出した三相交流電圧vu’,vv’,vw’なので、不平衡成分や高調波成分の影響が抑制されて、ゼロクロス点の周期が正確に基本波成分の周波数f0に対応する周期の6倍となっている。従って、本実施形態に係る周波数検出器72によれば、ゼロクロス点とサンプリング点との誤差を無視し得る程度にサンプリング周波数を高くすることにより、従来のゼロクロス点間カウント法よりも高速かつ高精度で周波数fを検出することができる。また、交流電圧計10などで混入するノイズの周波数成分も抑制されるので、このノイズを除去するためのフィルタを新たに設ける必要がない。 In the frequency detector 72 according to the present embodiment, the three-phase AC voltage input to the frequency detector 72B is the three-phase AC voltage v u ′, v v ′, v w ′ obtained by extracting the fundamental wave component. And the influence of harmonic components are suppressed, and the period of the zero cross point is exactly six times the period corresponding to the frequency f 0 of the fundamental wave component. Therefore, according to the frequency detector 72 according to the present embodiment, the sampling frequency is increased to such an extent that the error between the zero cross point and the sampling point can be ignored, so that it is faster and more accurate than the conventional zero cross point counting method. Can detect the frequency f. Moreover, since the frequency component of the noise mixed in with the AC voltmeter 10 or the like is suppressed, it is not necessary to newly provide a filter for removing this noise.

図14は、第1実施形態に係る周波数検出器72(図3参照)で検出される周波数fの応答特性をシミュレーションした結果である。具体的には、電力系統の三相交流電圧の周波数が系統周波数fs=60[Hz]で安定している状態でシミュレーションを開始し、シミュレーション開始から0.2秒後に系統周波数fsを瞬時的に60.3[Hz]に変化させた場合の周波数検出器72の応答特性を示している。また、図15は、シミュレーション開始から0.3秒後に周波数検出器72から出力される周波数fの変動状態を拡大した図である。入力される三相交流電圧vu,vv,vwに含まれる不平衡成分と5次、7次、11次の高調波成分の含有条件をそれぞれ10%とし、クロックパルスCKの周波数を100[kHz]の高周波としている。また、基本波抽出部722の角周波数ω0は、系統周波数fs=60Hzに対応する角周波数ωs=120π[rad/sec]に設定している。 FIG. 14 shows the result of simulating the response characteristic of the frequency f detected by the frequency detector 72 (see FIG. 3) according to the first embodiment. Specifically, the simulation is started in a state where the frequency of the three-phase AC voltage of the power system is stable at the system frequency f s = 60 [Hz], and the system frequency f s is instantaneously 0.2 seconds after the simulation starts. Specifically, the response characteristic of the frequency detector 72 when the frequency is changed to 60.3 [Hz] is shown. FIG. 15 is an enlarged view of the fluctuation state of the frequency f output from the frequency detector 72 after 0.3 seconds from the start of the simulation. The content condition of the unbalanced component and the fifth, seventh and eleventh harmonic components included in the input three-phase AC voltages v u , v v and v w is 10%, respectively, and the frequency of the clock pulse CK is 100 The frequency is [kHz]. Further, the angular frequency ω 0 of the fundamental wave extraction unit 722 is set to an angular frequency ω s = 120π [rad / sec] corresponding to the system frequency f s = 60 Hz.

図14に示すように、シミュレーション開始から0.2秒後に系統周波数fsを瞬時的に60.0[Hz]から60.3[Hz]に上昇させると、周波数検出器72から出力される周波数fは、系統周波数fsの急変に追従しようとしてパルス状に急変するが、周波数急変時(時刻0.2秒)から凡そ0.05秒後には60.3[Hz]付近に収束することが分かる。また、周波数急変時から0.1秒経過した時(時刻0.3秒)には、図15に示すように、周波数検出器72から出力される周波数fは、60.24[Hz]と60.315[Hz]とで切り替わる状態になっている。ゼロクロス点間カウント法では、クロックパルスCKのカウント数の逆数を用いて周波数fを算出するので、割り切れない場合に誤差が生じることになる。クロックパルスCKの周波数を大きくすれば精度がよくなるので、実際には、制御装置6を構成するマイクロコンピュータ等の性能を考慮して、クロックパルスCKの周波数を設計すればよい。入力される三相交流電圧vu,vv,vwに不平衡成分や高調波成分が含まれている状態であっても、周波数検出器72から出力される周波数fは、周波数急変時(時刻0.2秒)から0.1秒以内には変化後の系統周波数fsに整定するということができる。 As shown in FIG. 14, when the system frequency f s is instantaneously increased from 60.0 [Hz] to 60.3 [Hz] 0.2 seconds after the simulation starts, the frequency output from the frequency detector 72 Although f fluctuates in a pulse shape in an attempt to follow a sudden change in the system frequency f s , it may converge to around 60.3 [Hz] approximately 0.05 seconds after the sudden frequency change (time 0.2 seconds). I understand. Further, when 0.1 second has elapsed since the sudden frequency change (time 0.3 second), the frequency f output from the frequency detector 72 is 60.24 [Hz] and 60 as shown in FIG. . 315 [Hz]. In the zero cross point counting method, the frequency f is calculated using the reciprocal of the count number of the clock pulses CK, and therefore an error occurs when the frequency f cannot be divided. Since the accuracy is improved by increasing the frequency of the clock pulse CK, in practice, the frequency of the clock pulse CK may be designed in consideration of the performance of the microcomputer or the like constituting the control device 6. Even if the input three-phase AC voltages v u , v v , and v w include an unbalanced component and a harmonic component, the frequency f output from the frequency detector 72 is a frequency change ( It can be said that the system frequency f s after the change is settled within 0.1 seconds from the time 0.2 seconds).

なお、周波数算出部727での周波数の算出方法は、上述したものに限定されない。例えば、ゼロクロス検出部725から入力されるパルスPuの立上がりタイミングtu+と立下がりタイミングtu-との間のクロックパルスCKのパルス数3Nをカウントし、そのカウント値3NにクロックパルスCKの周期τ[sec]を乗じてパルスPuのハイレベル期間Tu[sec]を算出し、そのハイレベル期間Tuの2倍の期間の逆数を演算して周波数f=1/(2Tu)=1/(6N・τ)を算出するようにしてもよい。ゼロクロス検出部725から入力されるパルスPv,Pwについても同様である。 Note that the frequency calculation method in the frequency calculation unit 727 is not limited to the above-described one. For example, counting the number of pulses 3N of clock pulses CK during the rising timing t u + and pulse P u which is input from the zero-cross detector 725 and the falling timing t u-, the period of the clock pulse CK to the count value 3N Multiplying τ [sec] to calculate the high level period T u [sec] of the pulse P u and calculating the reciprocal of the period twice the high level period T u , the frequency f = 1 / (2T u ) = 1 / (6N · τ) may be calculated. The same applies to the pulses P v and P w input from the zero cross detector 725.

また、例えば、パルスPuの立上がりタイミングtu+から次の立上がりタイミングtu+までクロックパルスCKをカウントし、そのカウント値Nu=6NにクロックパルスCKの周期τ[sec]を乗じて基本波成分の周期2T[sec]を算出し、その算出値の逆数1/(6N・τ)を演算して周波数fを算出するようにしてもよい。パルスPv,Pwについても同様である。 Further, for example, the clock pulse CK is counted from the rising timing t u + of the pulse P u to the next rising timing t u +, and the fundamental value component is obtained by multiplying the count value N u = 6N by the cycle τ [sec] of the clock pulse CK. The frequency f may be calculated by calculating the period 2T [sec] of the first and calculating the reciprocal 1 / (6N · τ) of the calculated value. The same applies to the pulses P v and P w .

また、二相三相変換部723を設けずに二相交流電圧vr,vjを用いて、周波数を算出するようにしてもよい。すなわち、レベル比較部724が二相交流電圧vr,vjのそれぞれまたはいずれか一方を基準レベル(0v)と比較して、ゼロクロス検出部725がレベル比較部724の比較結果に基づいてゼロクロスタイミングを検出し、周波数算出部727がゼロクロスタイミングに基づいてカウントしたクロックパルスCKのパルス数から周波数fを算出するようにしてもよい。 Further, the frequency may be calculated using the two-phase AC voltages v r and v j without providing the two-phase / three-phase converter 723. That is, the level comparison unit 724 compares each or one of the two-phase AC voltages v r and v j with the reference level (0 v), and the zero cross detection unit 725 determines the zero cross timing based on the comparison result of the level comparison unit 724. And the frequency f may be calculated from the number of clock pulses CK counted by the frequency calculation unit 727 based on the zero cross timing.

図1に戻り、単独運転検出器73は、周波数検出器72により検出される周波数fの系統周波数fsからの変動量Δf(=f−fs)を演算し、その変動量Δfが予め設定した閾値fthを超えたか否かを判定する。そして、変動量Δfが閾値fthを超えると、単独運転検出器73は、系統連系インバータ装置Aが単独運転状態に移行したとして遮断器5に解列信号を出力する。遮断器5は、単独運転検出器73からの解列信号によって系統連系インバータ装置Aと電力系統Bとの接続を切断する。 Returning to FIG. 1, the isolated operation detector 73 calculates a fluctuation amount Δf (= f−f s ) of the frequency f detected by the frequency detector 72 from the system frequency f s , and the fluctuation amount Δf is set in advance. It is determined whether the threshold value f th is exceeded. When the fluctuation amount Δf exceeds the threshold f th , the isolated operation detector 73 outputs a disconnect signal to the circuit breaker 5 on the assumption that the grid-connected inverter device A has shifted to the isolated operation state. The circuit breaker 5 disconnects the connection between the grid interconnection inverter device A and the power system B by the disconnection signal from the isolated operation detector 73.

以上のように、本実施形態によれば、周波数検出器72が系統連系インバータ装置Aの出力電圧の周波数を高速かつ高精度で検出することができるので、系統連系インバータ装置Aが単独運転状態に移行したことを高速かつ高い精度で検出することができ、系統連系インバータ装置Aを電力系統Bから切り離すことができる。   As described above, according to the present embodiment, since the frequency detector 72 can detect the frequency of the output voltage of the grid interconnection inverter device A at high speed and with high accuracy, the grid interconnection inverter device A is operated independently. The transition to the state can be detected at high speed and with high accuracy, and the grid-connected inverter device A can be disconnected from the power system B.

上記第1実施形態では、基本波抽出部722がローパスフィルタに代わる処理を行って基本波成分を抽出する場合について説明したが、これに限られない。抑制したい不平衡成分や高調波成分が判っているのであれば、それらの成分を抑制することで基本波成分を抽出するようにしてもよい。この場合、ハイパスフィルタに代わる処理を行うことで、ノッチフィルタとして機能させることができる。基本波抽出部722がハイパスフィルタに代わる処理で基本波成分を抽出する場合を第2実施形態として、以下に説明する。   In the first embodiment, the case where the fundamental wave extraction unit 722 extracts a fundamental wave component by performing processing instead of the low-pass filter has been described, but the present invention is not limited thereto. If the unbalanced component and the harmonic component to be suppressed are known, the fundamental wave component may be extracted by suppressing those components. In this case, it can function as a notch filter by performing processing in place of the high-pass filter. A case where the fundamental wave extraction unit 722 extracts a fundamental wave component by processing instead of the high-pass filter will be described below as a second embodiment.

ハイパスフィルタの伝達関数は、時定数をTとすると、F(s)=Ts/(Ts+1)で表される。したがって、図16に示す処理、すなわち、回転座標変換を行ってからハイパスフィルタ処理を行った後に静止座標変換を行う処理と等価の処理を示す伝達関数の行列GHPFは、上記(23)式を用いて、下記(29)式のように算出される。
The transfer function of the high-pass filter is represented by F (s) = Ts / (Ts + 1), where T is the time constant. Therefore, the transfer function matrix G HPF showing the process shown in FIG. 16, that is, the process equivalent to the process of performing the static coordinate conversion after performing the high-pass filter process after performing the rotation coordinate conversion, And is calculated as shown in the following equation (29).

図17は、行列GHPFの各要素である伝達関数を解析するためのボード線図である。同図(a)は行列GHPFの(1,1)要素および(2,2)要素の伝達関数を示しており、同図(b)は行列GHPFの(1,2)要素の伝達関数を示しており、同図(c)は行列GHPFの(2,1)要素の伝達関数を示している。同図は、中心周波数を系統周波数fs=60Hzとした場合のものであり、時定数Tを「0.1」,「1」,「10」,「100」とした場合を示している。 FIG. 17 is a Bode diagram for analyzing a transfer function which is each element of the matrix G HPF . FIG (a) shows a transfer function of (1, 1) element and (2,2) element of the matrix G HPF, FIG (b) the transfer function of the (1,2) element of the matrix G HPF FIG. 4C shows the transfer function of the (2, 1) element of the matrix G HPF . This figure shows the case where the center frequency is the system frequency f s = 60 Hz, and the time constant T is “0.1”, “1”, “10”, “100”.

同図(a)が示す振幅特性は中心周波数近辺で減衰しており、中心周波数での振幅特性は−6dB(=1/2)である。また、時定数Tが大きくなると、遮断帯域が小さくなっている。同図(b)および(c)が示す振幅特性は、いずれも、中心周波数にピークがあり、振幅特性のピークは−6dB(=1/2)である。また、時定数Tが大きくなると、通過帯域が小さくなっている。また、同図(a)が示す位相特性は、中心周波数で0度になる。つまり、行列GHPFの(1,1)要素および(2,2)要素の伝達関数は、中心周波数の信号を位相を変化させることなく通過させる。同図(b)が示す位相特性は、中心周波数で−90度になる。つまり、行列GHPFの(1,2)要素の伝達関数は、中心周波数の信号の位相を90度遅らせて通過させる。一方、同図(c)が示す位相特性は、中心周波数で90度になる。つまり、行列GHPFの(2,1)要素の伝達関数は、中心周波数の信号の位相を90度進めて通過させる。以下に、三相二相変換部721から出力される二相交流電圧vα,vβに対する伝達関数の行列GHPFに示す処理について検討する。 The amplitude characteristic shown in FIG. 6A is attenuated in the vicinity of the center frequency, and the amplitude characteristic at the center frequency is −6 dB (= ½). Further, as the time constant T increases, the cutoff band decreases. The amplitude characteristics shown in FIGS. 5B and 5C both have a peak at the center frequency, and the peak of the amplitude characteristics is −6 dB (= ½). Further, as the time constant T increases, the pass band decreases. Further, the phase characteristic shown in FIG. 5A is 0 degree at the center frequency. That is, the transfer function of the (1, 1) element and the (2, 2) element of the matrix G HPF passes the signal of the center frequency without changing the phase. The phase characteristic shown in FIG. 5B is −90 degrees at the center frequency. That is, the transfer function of the (1,2) element of the matrix G HPF passes the signal of the center frequency signal delayed by 90 degrees. On the other hand, the phase characteristic shown in FIG. 4C is 90 degrees at the center frequency. That is, the transfer function of the (2, 1) element of the matrix G HPF passes the phase of the signal at the center frequency by 90 degrees. In the following, the process shown in the matrix G HPF of the transfer function for the two-phase AC voltages vα and vβ output from the three-phase to two-phase converter 721 will be considered.

二相交流電圧vα,vβのうちの基本波成分の二相交流電圧vsα,vsβにおいては、上記(5)、(6)式に示すように、交流電圧vsαが交流電圧vsβより90度位相が進んでいる。交流電圧vsαに行列GHPFの(1,1)要素の伝達関数に示す処理を行った場合、振幅が半分になって、位相は変化しない(図17(a)参照)。また、交流電圧vsβに行列GHPFの(1,2)要素の伝達関数に示す処理を行った場合、振幅が半分になって、位相が90度遅れる(図17(b)参照)。したがって、両者の位相が逆位相になるので、両者を加算することで打ち消し合うことになる。一方、交流電圧vsαに行列GHPFの(2,1)要素の伝達関数に示す処理を行った場合、振幅が半分になって、位相が90度進む(図17(c)参照)。また、交流電圧vsβに行列GHPFの(2,2)要素の伝達関数に示す処理を行った場合、振幅が半分になって、位相は変化しない。したがって、両者の位相が逆位相になるので、両者を加算することで打ち消し合うことになる。 In the two-phase AC voltages v s α and v s β of the fundamental wave component of the two-phase AC voltages vα and vβ, as shown in the above formulas (5) and (6), the AC voltage v s α is an AC voltage. The phase is advanced 90 degrees from v s β. When the processing shown in the transfer function of the (1, 1) element of the matrix G HPF is performed on the AC voltage v s α, the amplitude is halved and the phase does not change (see FIG. 17A). Further, when the processing shown in the transfer function of the (1,2) element of the matrix G HPF is performed on the AC voltage v s β, the amplitude is halved and the phase is delayed by 90 degrees (see FIG. 17B). Therefore, since the phases of both are reversed, adding them together cancels each other. On the other hand, when the process indicated by the transfer function of the (2,1) element of the matrix G HPF is performed on the AC voltage v s α, the amplitude is halved and the phase is advanced by 90 degrees (see FIG. 17C). Further, when the process indicated by the transfer function of the (2, 2) element of the matrix G HPF is performed on the AC voltage v s β, the amplitude becomes half and the phase does not change. Therefore, since the phases of both are reversed, adding them together cancels each other.

また、二相交流電圧vα,vβのうちの不平衡成分の二相交流電圧vsα’,vsβ’においては、上記(7)、(8)式に示すように、交流電圧vsα’が交流電圧vsβ’より90度位相が遅れている。交流電圧vsα’に行列GHPFの(1,1)要素の伝達関数に示す処理を行った場合、振幅が半分になって、位相は変化しない。また、交流電圧vsβ’に行列GHPFの(1,2)要素の伝達関数に示す処理を行った場合、振幅が半分になって、位相が90度遅れる。したがって、両者の位相が交流電圧vsα’と同じ位相になるので、両者を加算することで交流電圧vsα’が再現される。一方、交流電圧vsα’に行列GHPFの(2,1)要素の伝達関数に示す処理を行った場合、振幅が半分になって、位相が90度進む(図17(c)参照)。また、交流電圧vsβ’に行列GHPFの(2,2)要素の伝達関数に示す処理を行った場合、振幅が半分になって、位相は変化しない。したがって、両者の位相が交流電圧vsβ’と同じ位相になるので、両者を加算することで交流電圧vsβ’が再現される。 Further, the two-phase AC voltage v?, The two-phase AC voltage v s alpha unbalanced component of v? ', V s beta' in the above (7), as shown in equation (8), the AC voltage v s α 'is the AC voltage v s β' than 90 degrees out of phase is delayed. When the processing indicated by the transfer function of the (1, 1) element of the matrix G HPF is performed on the AC voltage v s α ′, the amplitude becomes half and the phase does not change. Further, when the process indicated by the transfer function of the (1,2) element of the matrix G HPF is performed on the AC voltage v s β ′, the amplitude is halved and the phase is delayed by 90 degrees. Therefore, 'since the same phase as the AC voltage v s alpha by adding both' both phase AC voltage v s alpha is reproduced. On the other hand, when the process indicated by the transfer function of the (2,1) element of the matrix G HPF is performed on the AC voltage v s α ′, the amplitude is halved and the phase advances by 90 degrees (see FIG. 17C). . In addition, when the processing indicated by the transfer function of the (2, 2) element of the matrix G HPF is performed on the AC voltage v s β ′, the amplitude is halved and the phase does not change. Therefore, 'since the same phase as the AC voltage v s beta by adding both' both phase AC voltage v s beta is reproduced.

つまり、伝達関数の行列GHPFは、不平衡成分の二相交流電圧vsα’,vsβ’を通過させ、基本波成分の二相交流電圧vsα,vsβを遮断する。また、基本波成分と不平衡成分以外の周波数の信号(高調波成分の信号など)は、行列GHPFの(1,1)要素および(2,2)要素の伝達関数に示す処理を行った場合はそのまま通過し(図17(a)参照)、(1,2)要素および(2,1)要素の伝達関数に示す処理を行った場合は減衰するので(図17(b)、(c)参照)、ほぼそのまま通過する。したがって、伝達関数の行列GHPFに示す処理は、基本波成分の二相交流電圧vsα,vsβだけを除去するノッチフィルタ処理であることが確認できる。 That is, the matrix G HPF of the transfer function passes the two-phase AC voltages v s α ′ and v s β ′ that are unbalanced components, and blocks the two-phase AC voltages v s α and v s β that are fundamental wave components. In addition, signals of frequencies other than the fundamental wave component and the unbalanced component (such as harmonic component signals) were processed as shown in the transfer functions of the (1, 1) element and (2, 2) element of the matrix G HPF . In this case, it passes as it is (see FIG. 17A), and when the processing shown in the transfer function of the (1,2) element and the (2,1) element is performed, it attenuates (FIGS. 17B and 17C). )), Pass almost as it is. Therefore, it can be confirmed that the process shown in the matrix G HPF of the transfer function is a notch filter process that removes only the two-phase AC voltages v s α and v s β of the fundamental wave component.

伝達関数の行列GHPFの(1,2)要素と(2,1)要素とを入れ換えた場合、上記とは逆に、不平衡成分の二相交流電圧vsα’,vsβ’を遮断し、基本波成分の二相交流電圧vsα,vsβおよび高調波成分の信号などを通過させる。つまり、伝達関数の行列GHPFの(1,2)要素と(2,1)要素とを入れ換えた行列に示す処理は、不平衡成分の二相交流電圧vsα’,vsβ’だけを除去するノッチフィルタ処理である。また、当該行列は、伝達関数の行列GHPFにおいて、角周波数ω0に代えて「−ω0」を設定したものと考えることもできる。つまり、伝達関数の行列GHPFに示す処理は、角周波数ω0として設定された周波数成分だけを除去するノッチフィルタ処理である。 When the (1,2) and (2,1) elements of the matrix G HPF of the transfer function are interchanged, the two-phase AC voltages v s α ′ and v s β ′ of the unbalanced components are reversed from the above. The two-phase AC voltages v s α and v s β of the fundamental wave component and the signal of the harmonic component are passed. In other words, the processing shown in the matrix in which the (1,2) element and the (2,1) element of the transfer function matrix G HPF are exchanged is only the two-phase AC voltages v s α ′ and v s β ′ of the unbalanced components. Is a notch filter process. Further, the matrix can be considered to be obtained by setting “−ω 0 ” instead of the angular frequency ω 0 in the transfer function matrix G HPF . That is, the process shown in the transfer function matrix G HPF is a notch filter process that removes only the frequency component set as the angular frequency ω 0 .

例えば、抑制したい周波数成分が不平衡成分(−f0)と5次、7次、11次の高調波成分(−5f0,+7f0,−11f0)の場合、それらの周波数成分毎にノッチフィルタ処理を行えば、基本波成分のみを抽出することができる。 For example, when the frequency components to be suppressed are an unbalanced component (−f 0 ) and fifth, seventh, and eleventh harmonic components (−5f 0 , + 7f 0 , −11f 0 ), a notch is provided for each frequency component. If the filter process is performed, only the fundamental wave component can be extracted.

第2実施形態に係る周波数検出装置のブロック構成を示す図は、図3に示す第1実施形態に係る周波数検出器72において、基本波抽出部722を、基本波抽出部722’(後述する図18参照)に変更したものになる(なお、基本波抽出部722’以外の図示は省略する。)。なお、第1実施形態に係る周波数検出器72と区別するために、第2実施形態に係る周波数検出装置を周波数検出器72’とする。   The block diagram of the frequency detection apparatus according to the second embodiment is different from the frequency detector 72 according to the first embodiment shown in FIG. 3 in that the fundamental wave extraction unit 722 is replaced with a fundamental wave extraction unit 722 ′ (a diagram to be described later). 18) (the illustration other than the fundamental wave extraction unit 722 'is omitted). In order to distinguish from the frequency detector 72 according to the first embodiment, the frequency detector according to the second embodiment is referred to as a frequency detector 72 ′.

図18は、第2実施形態に係る基本波抽出部722’の内部構成を説明するためのブロック図である。   FIG. 18 is a block diagram for explaining the internal configuration of the fundamental wave extraction unit 722 'according to the second embodiment.

基本波抽出部722’は、不平衡成分除去部722a、5次高調波除去部722b、7次高調波除去部722c、および11次高調波除去部722dを備えている。不平衡成分除去部722aは、不平衡成分の信号の通過を抑制するものであり、三相二相変換部721(図3参照)より入力される二相交流電圧vα,vβから不平衡成分を除去して出力する。不平衡成分除去部722aは、上記(29)式に示す伝達関数の行列GHPFにおいて、角周波数ω0に代えて「−ω0」とした処理を行うものであり、不平衡成分除去部722aから出力される信号をvα’,vβ’とすると、下記(30)式に示す処理を行っている。角周波数ω0は、系統周波数fs=60Hzに対応する角周波数ωs=120π[rad/sec]があらかじめ設定されており、時定数Tはあらかじめ設計されている。
The fundamental wave extraction unit 722 ′ includes an unbalanced component removal unit 722a, a fifth harmonic removal unit 722b, a seventh harmonic removal unit 722c, and an eleventh harmonic removal unit 722d. The unbalanced component removal unit 722a suppresses the passage of unbalanced component signals, and removes unbalanced components from the two-phase AC voltages vα and vβ input from the three-phase to two-phase conversion unit 721 (see FIG. 3). Remove and output. The unbalanced component removing unit 722a performs a process of setting “−ω 0 ” in place of the angular frequency ω 0 in the transfer function matrix G HPF shown in the above equation (29), and the unbalanced component removing unit 722a. Assuming that the signals output from vα ′ and vβ ′ are the processing shown in the following equation (30). As the angular frequency ω 0 , the angular frequency ω s = 120π [rad / sec] corresponding to the system frequency f s = 60 Hz is set in advance, and the time constant T is designed in advance.

5次高調波除去部722b、7次高調波除去部722c、および11次高調波除去部722dは、それぞれ、5次高調波、7次高調波、11次高調波の通過を抑制するものであり、上記(29)式に示す伝達関数の行列GHPFにおいて、角周波数ω0に代えてそれぞれ「−5ω0」、「7ω0」、「−11ω0」とした処理を行うものである。角周波数ω0は、系統周波数fs=60Hzに対応する角周波数ωs=120π[rad/sec]があらかじめ設定されている。 The 5th harmonic removal unit 722b, the 7th harmonic removal unit 722c, and the 11th harmonic removal unit 722d suppress the passage of the 5th harmonic, the 7th harmonic, and the 11th harmonic, respectively. in the matrix G HPF transfer function shown in the equation (29), respectively "-5Omega 0" in place of the angular frequency omega 0, "7Omega 0", "- 11ω 0" and the process which is the one that performs. As the angular frequency ω 0 , an angular frequency ω s = 120π [rad / sec] corresponding to the system frequency f s = 60 Hz is set in advance.

なお、基本波抽出部722’で用いられる角周波数ω0は、あらかじめ設定しておく場合に限られない。信号処理のサンプリング周期が固定サンプリング周期の場合、系統周波数fsを周波数検出装置などで検出して、検出された周波数に基づいて角周波数ω0を算出して用いるようにしてもよい。また、周波数検出器72が出力する周波数fに基づいて角周波数ω0を算出して用いるようにしてもよい。 Note that the angular frequency ω 0 used in the fundamental wave extraction unit 722 ′ is not limited to being set in advance. When the sampling period of the signal processing is a fixed sampling period, the system frequency f s may be detected by a frequency detection device or the like, and the angular frequency ω 0 may be calculated and used based on the detected frequency. Further, the angular frequency ω 0 may be calculated and used based on the frequency f output from the frequency detector 72.

図19は、基本波抽出部722’の周波数特性を示す図である。不平衡成分除去部722a、5次高調波除去部722b、7次高調波除去部722c、および11次高調波除去部722dは、それぞれ、不平衡成分(−f0)、5次高調波成分(−5f0)、7次高調波成分(7f0)、11次高調波成分(−11f0)の通過を抑制する周波数特性を有しているので、基本波抽出部722’全体としての周波数特性は、図19のようになる。同図によると、不平衡成分(−f0)、5次高調波成分(−5f0)、7次高調波成分(7f0)、11次高調波成分(−11f0)がそれぞれ抑制され、その他の成分である基本波成分(f0)が通過する。したがって、基本波抽出部722’は、基本波成分を好適に通過させることができ、二相交流電圧vα,vβから基本波成分である二相交流電圧vsα,vsβを抽出する。 FIG. 19 is a diagram illustrating the frequency characteristics of the fundamental wave extraction unit 722 ′. The unbalanced component removing unit 722a, the fifth harmonic removing unit 722b, the seventh harmonic removing unit 722c, and the eleventh harmonic removing unit 722d are respectively an unbalanced component (−f 0 ), a fifth harmonic component ( −5f 0 ), seventh harmonic component (7f 0 ), and eleventh harmonic component (−11f 0 ) have a frequency characteristic that suppresses the passage, so that the fundamental wave extraction unit 722 ′ as a whole has a frequency characteristic. Is as shown in FIG. According to the figure, the unbalanced component (−f 0 ), the fifth harmonic component (−5f 0 ), the seventh harmonic component (7f 0 ), and the eleventh harmonic component (−11f 0 ) are suppressed, The fundamental wave component (f 0 ) that is the other component passes. Therefore, the fundamental wave extraction unit 722 ′ can suitably pass the fundamental wave component, and extracts the two-phase AC voltages v s α and v s β that are the fundamental wave components from the two-phase AC voltages vα and vβ.

一般的に、電力系統に重畳されている高調波は、5次、7次、11次高調波が多いので、本実施形態においては、これらと不平衡成分を抑制するようにしている。なお、基本波抽出部722’は、抑制する必要がある高調波の次数に応じて設計すればよい。例えば、高調波としては5次高調波のみを抑制したい場合は、7次高調波除去部722cおよび11次高調波除去部722dを備えている必要がなく、さらに13次高調波も抑制したい場合には、上記(29)式に示す伝達関数の行列GHPFにおいて、角周波数ω0として「13ω0」を設定した13次高調波除去部をさらに備えるようにすればよい。また、電力系統に重畳されている高調波成分が少なく無視できる場合は、不平衡成分除去部722aのみとしてもよい。また、交流電圧計10などで混入するノイズを除去するために、当該ノイズの周波数成分を除去するための除去部を、基本波抽出部722’にさらに設けるようにしてもよい。 Generally, the harmonics superimposed on the electric power system include many fifth-order, seventh-order, and eleventh-order harmonics. In the present embodiment, these and the unbalanced components are suppressed. The fundamental wave extraction unit 722 ′ may be designed according to the harmonic order that needs to be suppressed. For example, when it is desired to suppress only the fifth harmonic as the harmonic, it is not necessary to include the seventh harmonic removing unit 722c and the eleventh harmonic removing unit 722d, and further, the thirteenth harmonic is also desired to be suppressed. In the transfer function matrix G HPF shown in the above equation (29), a 13th-order harmonic removal unit in which “13ω 0 ” is set as the angular frequency ω 0 may be further provided. Moreover, when there are few harmonic components superimposed on the electric power system and can be disregarded, it is good also as only the unbalanced component removal part 722a. Further, in order to remove noise mixed in with the AC voltmeter 10 or the like, a removing unit for removing the frequency component of the noise may be further provided in the fundamental wave extracting unit 722 ′.

第2実施形態においても、基本波抽出部722’が不平衡成分や所定次数の高調波成分を除去することで基本波成分のみを抽出することができるので、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。   Also in the second embodiment, since the fundamental wave extraction unit 722 ′ can extract only the fundamental wave component by removing the unbalanced component and the harmonic component of the predetermined order, the same effect as the first embodiment can be obtained. Can play.

図20は、第2実施形態に係る周波数検出器72’で検出される周波数fの応答特性をシミュレーションした結果である。また、図21は、シミュレーション開始から0.3秒後に周波数検出器72’から出力される周波数fの変動状態を拡大した図である。シミュレーションの条件は、図14,図15に示すシミュレーション結果と同じである。   FIG. 20 shows the result of simulating the response characteristic of the frequency f detected by the frequency detector 72 'according to the second embodiment. FIG. 21 is an enlarged view of the fluctuation state of the frequency f output from the frequency detector 72 '0.3 seconds after the simulation starts. The simulation conditions are the same as the simulation results shown in FIGS.

図20に示すように、第2実施形態の場合もシミュレーション開始から0.2秒後に系統周波数fsを瞬時的に60.0[Hz]から60.3[Hz]に上昇させると、周波数検出器72’から出力される周波数fはパルス状に急変するが、周波数急変時(時刻0.2秒)から凡そ0.02秒後にはほぼ60.3[Hz]に収束することが分かる。また、図21に示すように、周波数急変時から0.1秒経過した時(時刻0.3秒)には、周波数検出器72’から出力される周波数fが60.24[Hz]と60.315[Hz]とで切り替わる状態になっており、第1実施形態の場合のシミュレーション(図14,図15)と同様の誤差が生じている。従って、応答速度においては、第2実施形態に係る周波数検出器72’の方が、第1実施形態に係る周波数検出器72よりも高い性能であることが確認できた。つまり、バンドパスフィルタとしての基本波抽出部722を用いるより、ノッチフィルタとしての基本波抽出部722’を用いる方が、高速の周波数検出特性を得ることができる。 As shown in FIG. 20, also in the case of the second embodiment, when the system frequency f s is instantaneously increased from 60.0 [Hz] to 60.3 [Hz] after 0.2 seconds from the start of the simulation, the frequency detection is performed. It can be seen that the frequency f output from the device 72 'suddenly changes in a pulse shape, but converges to approximately 60.3 [Hz] approximately 0.02 seconds after the sudden frequency change (time 0.2 seconds). Further, as shown in FIG. 21, when 0.1 second has elapsed since the sudden frequency change (time 0.3 second), the frequency f output from the frequency detector 72 ′ is 60.24 [Hz] and 60. .315 [Hz], and the same error as in the simulation (FIGS. 14 and 15) in the first embodiment occurs. Therefore, in response speed, it was confirmed that the frequency detector 72 ′ according to the second embodiment had higher performance than the frequency detector 72 according to the first embodiment. In other words, faster frequency detection characteristics can be obtained by using the fundamental wave extraction unit 722 ′ as a notch filter than using the fundamental wave extraction unit 722 as a bandpass filter.

また、周知のように、ノッチフィルタ及びバンドパスフィルタを多段構成とすれば、急峻なフィルタ特性とすることができるとともに、不平衡成分や高調波成分の除去特性や応答性を容易に調整できるので、実装する場合は適当な段数の多段構成にするとよい。例えば、第1実施形態に係る周波数検出器72(図3参照)において、基本波抽出部722の後段にさらに基本波抽出部722を設けるようにしてもよい。また、ノッチフィルタとバンドパスフィルタとを組み合わせれば、両者の特性の相乗効果を期待することができ、より高速かつ高精度の周波数検出特性を得ることができる。したがって、例えば、第1実施形態に係る周波数検出器72(図3参照)において、基本波抽出部722の後段にさらに基本波抽出部722’を設けるようにしてもよい。   As is well known, if the notch filter and the bandpass filter have a multi-stage configuration, it is possible to achieve steep filter characteristics and easily adjust the removal characteristics and responsiveness of unbalanced components and harmonic components. When mounting, a multi-stage configuration with an appropriate number of stages is preferable. For example, in the frequency detector 72 (see FIG. 3) according to the first embodiment, a fundamental wave extraction unit 722 may be further provided after the fundamental wave extraction unit 722. In addition, when a notch filter and a bandpass filter are combined, a synergistic effect of both characteristics can be expected, and a faster and more accurate frequency detection characteristic can be obtained. Therefore, for example, in the frequency detector 72 (see FIG. 3) according to the first embodiment, a fundamental wave extraction unit 722 ′ may be further provided after the fundamental wave extraction unit 722.

なお、周波数検出部72Bの構成は、上述したものに限定されない。例えば、非特許文献1に記載の乗算式PLL方式の位相検出装置によって交流電圧の位相を検出し、その位相検出装置に内蔵される積分器の分子を2πとすることにより積分器の入力を周波数と見なして周波数を検出したり、積分器に入力される角周波数を2πで割って周波数を求めたりするようにしてもよい。また、出願人が出願している特願2011−208365号に記載の周波数検出装置のように、帯域通過型の複素係数フィルタ(複素係数バンドパスフィルタ)の通過帯域における位相特性(周波数に対する位相の特性)が直線近似で表わされる特性を有していることを利用して、複素係数バンドパスフィルタの入力信号と出力信号との位相差から周波数を算出するようにしてもよい。   Note that the configuration of the frequency detection unit 72B is not limited to that described above. For example, the phase of the AC voltage is detected by the phase detector of the multiplying PLL system described in Non-Patent Document 1, and the input of the integrator is set to the frequency by setting the numerator of the integrator built in the phase detector to 2π. The frequency may be detected by assuming that the frequency is obtained, or the angular frequency input to the integrator may be divided by 2π to obtain the frequency. In addition, as in the frequency detection device described in Japanese Patent Application No. 2011-208365 filed by the applicant, the phase characteristics in the passband of the bandpass type complex coefficient filter (complex coefficient bandpass filter) The frequency may be calculated from the phase difference between the input signal and the output signal of the complex-coefficient bandpass filter using the fact that the (characteristic) has a characteristic represented by linear approximation.

上記第1および第2実施形態では、QCモード周波数シフト方式の単独運転検出装置について説明したが、本発明は、スリップモード周波数シフト方式等の他の周波数シフト方式の単独運転検出装置にも適用できる。例えば、スリップモード周波数シフト方式では、図1の周波数変化率演算部71Aを除去し、周波数検出器72で検出された周波数fを用いて無効電力変動値生成部71Bで無効電力変動値ΔQを設定するようにすればよい。また、本発明は、周波数を検出し、その周波数の変動量を用いて単独運転検出を行う方式であれば、周波数シフト方式以外の他の方式にも広く適用することができる。   In the first and second embodiments, the QC mode frequency shift type isolated operation detection device has been described. However, the present invention can also be applied to other frequency shift type isolated operation detection devices such as a slip mode frequency shift method. . For example, in the slip mode frequency shift method, the frequency change rate calculation unit 71A in FIG. 1 is removed, and the reactive power fluctuation value generation unit 71B sets the reactive power fluctuation value ΔQ using the frequency f detected by the frequency detector 72. You just have to do it. In addition, the present invention can be widely applied to other systems other than the frequency shift system as long as the system detects the frequency and performs the isolated operation detection using the fluctuation amount of the frequency.

また、上記第1および第2実施形態では、入力信号として三相交流電圧vu,vv,vwが入力される場合について説明したが、本発明に係る周波数検出装置は、単相交流電圧vが入力される場合にも適用することができる。単相交流電圧vの周波数を検出するための周波数検出装置について、第3実施形態として、以下に説明する。 In the first and second embodiments, the case where the three-phase AC voltages v u , v v , and v w are input as input signals has been described. However, the frequency detection device according to the present invention is a single-phase AC voltage. The present invention can also be applied when v is input. A frequency detection device for detecting the frequency of the single-phase AC voltage v will be described below as a third embodiment.

図22は、第3実施形態に係る周波数検出器72”のブロック図であるが、図3の周波数検出器72に対して三相二相変換部721が設けられていない点が異なるだけである。単相の場合は、単相交流電圧vのみが入力されるので、その単相交流電圧vのサンプリングデータと「0」とが基本波抽出部722に入力される。なお、図3の周波数検出器72において、三相二相変換部721を除去し、U,V,Wのいずれかの相の交流電圧vのサンプリングデータを入力するようにしてもよい。   FIG. 22 is a block diagram of a frequency detector 72 ″ according to the third embodiment, except that a three-phase / two-phase converter 721 is not provided for the frequency detector 72 of FIG. In the case of a single phase, only the single-phase AC voltage v is input, so that sampling data of the single-phase AC voltage v and “0” are input to the fundamental wave extraction unit 722. In the frequency detector 72 of FIG. 3, the three-phase / two-phase converter 721 may be removed and sampling data of the AC voltage v of any of U, V, and W phases may be input.

基本波抽出部722では、単相交流電圧vが入力された場合でも三相の場合と同様に互いに直交する二相交流電圧vr,vj(正弦波と余弦波の信号)が出力されるので、基本波抽出部722,二相三相変換部723及び周波数検出部72Bは、図3に示す三相用の周波数検出器72と同様の構成で実現することができる。 In the fundamental wave extraction unit 722, even when the single-phase AC voltage v is input, the two-phase AC voltages v r and v j (sine wave and cosine wave signals) that are orthogonal to each other are output as in the case of the three-phase. Therefore, the fundamental wave extraction unit 722, the two-phase three-phase conversion unit 723, and the frequency detection unit 72B can be realized with the same configuration as the three-phase frequency detector 72 shown in FIG.

上記第1ないし第3実施形態では、単独運転検出装置7が系統連系インバータ装置Aの単独運転を検出する場合について説明したが、これに限られない。本発明に係る単独運転検出装置は、例えば同期発電機などの系統連系機器の単独運転を検出する場合にも用いることができる。   In the first to third embodiments, the case where the isolated operation detecting device 7 detects the isolated operation of the grid interconnection inverter device A has been described. However, the present invention is not limited to this. The isolated operation detection device according to the present invention can also be used when detecting isolated operation of a grid interconnection device such as a synchronous generator.

上記第1ないし第3実施形態では、周波数検出器72(72’、72”)を単独運転検出装置7に用いた場合について説明したが、これに限られない。本発明に係る周波数検出装置は、他のシステムに用いることもできるし、単体で所定の交流信号の周波数を検出する検出装置として用いることもできる。例えば、電力系統Bの系統周波数fsを検出するための周波数検出装置として用いることもできる。 In the first to third embodiments, the case where the frequency detector 72 (72 ′, 72 ″) is used in the isolated operation detection device 7 has been described, but the present invention is not limited to this. The frequency detection device according to the present invention is It can also be used for other systems, or can be used alone as a detection device for detecting the frequency of a predetermined AC signal, for example, as a frequency detection device for detecting the system frequency f s of the power system B. You can also

本発明に係る周波数検出装置および単独運転検出装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る周波数検出装置および単独運転検出装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。   The frequency detection device and the isolated operation detection device according to the present invention are not limited to the above-described embodiments. The specific configuration of each part of the frequency detection device and the isolated operation detection device according to the present invention can be varied in design in various ways.

A 系統連系インバータ装置
B 電力系統
1 直流電源
2 インバータ
3 フィルタ
4 変圧器
5 遮断器
6 制御装置
6a バス電圧目標値生成部
6b 無効電力目標値生成部
6c 無効電力算出部
6d uvw−dq変換部
6e,6f,6g,6h PI補償部
6i,6j 非干渉化部
6k dq−uvw変換部
6m PWM信号生成部
7 単独運転検出装置
71 無効電力変動制御器
71A 周波数変化率演算部
71B 無効電力変動値生成部
72,72’,72” 周波数検出器
72A 外乱除去部
72B 周波数検出部
721 三相二相変換部
722,722’ 基本波抽出部
722a 不平衡成分除去部
722b 5次高調波除去部
722c 7次高調波除去部
722d 11次高調波除去部
723 二相三相変換部
724 レベル比較部(検出手段)
725 ゼロクロス検出部(検出手段)
726 パルス発生部
727 周波数算出部
73 単独運転検出器
8 直流電圧計
9 交流電流計
10 交流電圧計(交流信号検出手段)
A system interconnection inverter device B power system 1 DC power supply 2 inverter 3 filter 4 transformer 5 circuit breaker 6 control device 6a bus voltage target value generation unit 6b reactive power target value generation unit 6c reactive power calculation unit 6d uvw-dq conversion unit 6e, 6f, 6g, 6h PI compensation unit 6i, 6j Decoupling unit 6k dq-uvw conversion unit 6m PWM signal generation unit 7 Independent operation detection device 71 Reactive power fluctuation controller 71A Frequency change rate calculation unit 71B Reactive power fluctuation value Generation unit 72, 72 ', 72 "Frequency detector 72A Disturbance removal unit 72B Frequency detection unit 721 Three-phase to two-phase conversion unit 722, 722' Fundamental wave extraction unit 722a Unbalanced component removal unit 722b 5th harmonic removal unit 722c 7 Second harmonic removal unit 722d 11th harmonic removal unit 723 Two-phase three-phase conversion unit 724 Level comparison unit (detection means)
725 Zero cross detector (detection means)
726 Pulse generator 727 Frequency calculator 73 Independent operation detector 8 DC voltmeter 9 AC ammeter 10 AC voltmeter (AC signal detection means)

Claims (10)

三相交流電圧を検出した検出信号の周波数を検出する周波数検出装置であって、
三相の前記検出信号を静止座標系の互いに直交する第1の信号および第2の信号に変換して出力する三相二相変換手段と、
前記第1の信号および前記第2の信号から基本波成分を抽出して、第1の基本波信号および第2の基本波信号を生成する基本波抽出手段と、
前記第1の基本波信号および第2の基本波信号を用いて前記検出信号の基本波成分の周波数を検出する周波数検出手段と、
を備えており、
前記基本波抽出手段は、
回転座標変換処理、フィルタ処理および静止座標変換処理を計算によって1つにまとめた伝達関数行列の行列要素を用いており、
線形時不変の処理を行うものであり、
前記第1の信号を第1の伝達関数によって信号処理し、前記第2の信号を第2の伝達関数によって信号処理し、これらを加算することで前記第1の基本波信号を生成し、前記第1の信号を第3の伝達関数によって信号処理し、前記第2の信号を前記第1の伝達関数によって信号処理し、これらを加算することで前記第2の基本波信号を生成し、
前記基本波成分の中心角周波数をω0前記フィルタ処理の時定数をTとした場合、
前記第1の伝達関数は、
1(s)=(T・s+1)/{(T・s+1)2+(T・ω02
であり、
前記第2の伝達関数は、
2(s)=−T・ω0/{(T・s+1)2+(T・ω02
であり、
前記第3の伝達関数は、
3(s)=T・ω0/{(T・s+1)2+(T・ω02
である、
ことを特徴とする周波数検出装置。
A frequency detection device that detects the frequency of a detection signal that detects a three-phase AC voltage ,
Three-phase two-phase conversion means for converting the three-phase detection signal into a first signal and a second signal orthogonal to each other in a stationary coordinate system and outputting the same;
It extracts the fundamental wave component from said first signal and said second signal, and the fundamental wave extracting means for generating a first fundamental signal and the second fundamental signal,
Frequency detecting means for detecting a frequency of a fundamental wave component of the detection signal using the first fundamental wave signal and the second fundamental wave signal;
With
The fundamental wave extracting means includes
Using the matrix elements of the transfer function matrix that combines the rotation coordinate transformation process, the filter process and the static coordinate transformation process into one by calculation,
It performs linear time invariant processing,
The first signal is signal-processed by a first transfer function, the second signal is signal-processed by a second transfer function, and these are added to generate the first fundamental wave signal, The first signal is signal-processed by a third transfer function, the second signal is signal-processed by the first transfer function, and these are added to generate the second fundamental wave signal,
When the central angular frequency of the fundamental wave component is ω 0 and the time constant of the filter processing is T,
The first transfer function is:
G 1 (s) = (T · s + 1) / {(T · s + 1) 2 + (T · ω 0 ) 2 }
And
The second transfer function is
G 2 (s) = − T · ω 0 / {(T · s + 1) 2 + (T · ω 0 ) 2 }
And
The third transfer function is
G 3 (s) = T · ω 0 / {(T · s + 1) 2 + (T · ω 0 ) 2 }
Is,
A frequency detection apparatus characterized by that.
単相交流電圧を検出した検出信号の周波数を検出する周波数検出装置であって、
前記検出信号である第1の信号およびゼロの信号である第2の信号から基本波成分を抽出して、第1の基本波信号および第2の基本波信号を生成する基本波抽出手段と、
前記第1の基本波信号および第2の基本波信号を用いて前記検出信号の基本波成分の周波数を検出する周波数検出手段と、
を備えており、
前記基本波抽出手段は、
回転座標変換処理、フィルタ処理および静止座標変換処理を計算によって1つにまとめた伝達関数行列の行列要素を用いており、
線形時不変の処理を行うものであり、
前記第1の信号を第1の伝達関数によって信号処理し、前記第2の信号を第2の伝達関数によって信号処理し、これらを加算することで前記第1の基本波信号を生成し、前記第1の信号を第3の伝達関数によって信号処理し、前記第2の信号を前記第1の伝達関数によって信号処理し、これらを加算することで前記第2の基本波信号を生成し、
前記基本波成分の中心角周波数をω0前記フィルタ処理の時定数をTとした場合、
前記第1の伝達関数は、
1(s)=(T・s+1)/{(T・s+1)2+(T・ω02
であり、
前記第2の伝達関数は、
2(s)=−T・ω0/{(T・s+1)2+(T・ω02
であり、
前記第3の伝達関数は、
3(s)=T・ω0/{(T・s+1)2+(T・ω02
である、
ことを特徴とする周波数検出装置。
A frequency detection device that detects a frequency of a detection signal that detects a single-phase AC voltage ,
Fundamental wave extraction means for extracting a fundamental wave component from the first signal that is the detection signal and the second signal that is a zero signal to generate a first fundamental wave signal and a second fundamental wave signal;
Frequency detecting means for detecting a frequency of a fundamental wave component of the detection signal using the first fundamental wave signal and the second fundamental wave signal;
With
The fundamental wave extracting means includes
Using the matrix elements of the transfer function matrix that combines the rotation coordinate transformation process, the filter process and the static coordinate transformation process into one by calculation,
It performs linear time invariant processing,
The first signal is signal-processed by a first transfer function, the second signal is signal-processed by a second transfer function, and these are added to generate the first fundamental wave signal, The first signal is signal-processed by a third transfer function, the second signal is signal-processed by the first transfer function, and these are added to generate the second fundamental wave signal,
When the central angular frequency of the fundamental wave component is ω 0 and the time constant of the filter processing is T,
The first transfer function is:
G 1 (s) = (T · s + 1) / {(T · s + 1) 2 + (T · ω 0 ) 2 }
And
The second transfer function is
G 2 (s) = − T · ω 0 / {(T · s + 1) 2 + (T · ω 0 ) 2 }
And
The third transfer function is
G 3 (s) = T · ω 0 / {(T · s + 1) 2 + (T · ω 0 ) 2 }
Is,
A frequency detection apparatus characterized by that.
前記第1の伝達関数を、前記G1(s)に代えて、
G’1(s)
=(T2・s2+T・s+T2・ω0 2)/{(T・s+1)2+(T・ω02
とする、
請求項1または2に記載の周波数検出装置。
Instead of the first transfer function G 1 (s),
G ' 1 (s)
= (T 2 · s 2 + T · s + T 2 · ω 0 2 ) / {(T · s + 1) 2 + (T · ω 0 ) 2 }
And
The frequency detection apparatus according to claim 1 or 2 .
前記周波数検出手段は、
前記第1の基本波信号および第2の基本波信号に基づく信号がゼロレベルを交差するゼロクロスタイミングを検出する検出手段と、
前記検出手段により検出される前記ゼロクロスタイミングを用いて前記ゼロクロスタイミング間における所定のクロックパルスのパルス数をカウントし、そのカウント値を用いて前記検出信号の基本波成分の周波数を算出する周波数算出手段と、
を含む、
請求項1ないしのいずれかに記載の周波数検出装置。
The frequency detection means includes
Detecting means for detecting a zero cross timing at which a signal based on the first fundamental wave signal and the second fundamental wave signal crosses a zero level;
Frequency calculation means for counting the number of pulses of a predetermined clock pulse between the zero cross timings using the zero cross timing detected by the detection means and calculating the frequency of the fundamental wave component of the detection signal using the count value. When,
including,
Frequency detection apparatus according to any one of claims 1 to 3.
前記第1の基本波信号および第2の基本波信号を3つの信号に変換する二相三相変換手段を更に備え、
前記検出手段は、前記3つの信号のそれぞれがゼロレベルを交差するゼロクロスタイミングを検出する、
請求項に記載の周波数検出装置。
Two-phase three-phase conversion means for converting the first fundamental wave signal and the second fundamental wave signal into three signals;
The detecting means detects a zero cross timing at which each of the three signals crosses a zero level.
The frequency detection apparatus according to claim 4 .
前記周波数検出手段は、
通過帯域で位相が直線的に変化する位相特性を有する帯域通過型の複素係数フィルタからなるフィルタ手段と、
前記フィルタ手段に入力される入力信号と前記フィルタ手段から出力される出力信号との位相差を算出する位相差算出手段と、
前記フィルタ手段の前記位相特性を用いて前記位相差算出手段で算出された位相差から前記検出信号の基本波成分の周波数を算出する周波数算出手段と、
を含む、
請求項1ないしのいずれかに記載の周波数検出装置。
The frequency detection means includes
Filter means comprising a bandpass type complex coefficient filter having a phase characteristic in which the phase varies linearly in the passband;
A phase difference calculating means for calculating a phase difference between an input signal input to the filter means and an output signal output from the filter means;
Frequency calculating means for calculating the frequency of the fundamental component of the detection signal from the phase difference calculated by the phase difference calculating means using the phase characteristic of the filter means;
including,
Frequency detection apparatus according to any one of claims 1 to 3.
前記周波数検出手段が検出した周波数に対応する角周波数を前記中心角周波数ω0とす
る、
請求項1ないしのいずれかに記載の周波数検出装置。
The angular frequency corresponding to the frequency detected by the frequency detection means is the central angular frequency ω 0 ,
Frequency detection apparatus according to any one of claims 1 to 6.
電力系統に連系される系統連系インバータ装置から出力される出力交流信号を検出する交流信号検出手段と、
前記出力交流信号の周波数を検出する、請求項1ないしのいずれかに記載の周波数検出装置と、
前記周波数検出装置が検出した検出値に基づいて前記系統連系インバータ装置が単独運転状態に移行したことを検出する単独運転検出手段と、
を備えることを特徴とする単独運転検出装置。
AC signal detecting means for detecting an output AC signal output from the grid-connected inverter device linked to the power system;
The frequency detection device according to any one of claims 1 to 7 , which detects a frequency of the output AC signal;
Isolated operation detecting means for detecting that the grid-connected inverter device has shifted to the isolated operation state based on the detection value detected by the frequency detection device;
An isolated operation detection device comprising:
前記系統連系インバータ装置は、当該系統連系インバータ装置から出力される無効電力量を制御する電力メジャーループを有しており、
前記周波数検出装置で検出される周波数に基づいて、前記無効電力量を揺動させる無効電力変動値を生成し、前記電力メジャーループにフィードバックする無効電力変動値生成手段を更に備え、
前記単独運転検出手段は、前記周波数検出手段で検出される周波数の変動量を算出し、その変動量が所定の閾値を超えることにより前記系統連系インバータ装置が単独運転状態に移行したことを検出する、
請求項に記載の単独運転検出装置。
The grid-connected inverter device has a power major loop that controls the amount of reactive power output from the grid-connected inverter device,
Reactive power fluctuation value generating means for generating a reactive power fluctuation value for oscillating the reactive power amount based on the frequency detected by the frequency detection device and feeding back to the power major loop;
The islanding detection means calculates a fluctuation amount of the frequency detected by the frequency detection means, and detects that the grid-connected inverter device has shifted to an islanding state when the fluctuation amount exceeds a predetermined threshold. To
The isolated operation detection device according to claim 8 .
前記無効電力変動値生成手段は、前記周波数検出手段で検出される周波数を用いて周波数変化率を算出し、その周波数変化率に比例して変動する前記無効電力変動値を生成する、請求項に記載の単独運転検出装置。 The reactive power fluctuation value generating means, said generating a reactive power fluctuation value calculating a frequency change rate varies in proportion to the frequency change rate by using the frequency detected by said frequency detecting means, claim 9 The isolated operation detection device according to 1.
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