(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振周波数の異なる複数の正弦波信号を合成した同定用信号に基づいて電力系統の周波数特性を同定する際に、
前記同定用信号を構成する個々の正弦波信号の位相を前回より２π／ｎ〔ｒａｄ〕（ｎ：複数）ずつ変位させつつ電力系統にｎ回注入し、この注入された同定用信号に基づく前記電力系統の応答から、ｎ個の同定用信号と応答との相関関数を求め、求めたｎ個の相関関数の加算平均値をフーリエ変換して相互スペクトル密度を求め、この相互スペクトル密度を前記同定用信号の自己スペクトル密度で除算演算した値を前記周波数特性の同定値としたことを特徴とする電力系統の周波数特性同定方法。
【請求項２】
発振周波数の異なる複数の正弦波信号を合成した同定用信号に基づいて電力系統の周波数特性を同定する際に、
それぞれの前記正弦波信号の振幅を互いに等しくし、該正弦波信号の位相を前回より２π／ｎ〔ｒａｄ〕（ｎ：複数）ずつ変位させつつ電力系統にｎ回注入し、この注入された同定用信号に基づく前記電力系統の応答から、ｎ個の同定用信号と応答との相関関数を求め、求めたｎ個の相関関数の加算平均値をフーリエ変換した値を前記周波数特性の同定値としたことを特徴とする電力系統の周波数特性同定方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電力系統の周波数特性同定方法において、
前記同定用信号は、電力系統と連系運転する半導体電力変換装置に付加的に指令される同定用信号指令値に基づき該電力変換装置で生成することを特徴とする電力系統の周波数特性同定方法。
【請求項４】
請求項３に記載の電力系統の周波数特性同定方法において、
前記同定用信号を半導体電力変換装置の出力電流又は出力電圧とし、前記応答を上位の電力系統と前記電力系統との間の電流又は電圧として前記周波数特性の同定値を演算することを特徴とする電力系統の周波数特性同定方法。
【請求項５】
請求項３に記載の電力系統の周波数特性同定方法において、
前記同定用信号を前記同定用信号指令値とし、前記応答を上位の電力系統と前記電力系統との間の電流又は電圧として前記周波数特性の同定値を演算することを特徴とする電力系統の周波数特性同定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電力系統と連系運転される半導体電力変換装置などを介して、該電力系統の周波数特性の同定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動機駆動用インバータに代表される半導体電力変換装置の普及に伴って、電力系統の高調波歪みの増大など電力環境の悪化が問題となり、この悪化を補正するために電力系統と連系運転される半導体電力変換装置として、例えばアクティブフィルタなどを設置することが行われている。
【０００３】
このアクティブフィルタにおいて、上述の電力環境の悪化をより良く補正するためには電力系統の周波数特性を同定する必要があり、発振周波数の異なる複数の正弦波信号を合成した同定用信号〔ｘ（ｔ）〕に基づいて前記周波数特性〔Ｇ（ｊω）〕を同定する際の従来の方法について、図４（イ）のブロック線図と図４（ロ）のフローチャートとを参照しつつ、以下に説明する。
【０００４】
図４（イ）において、電力系統に注入された同定用信号に基づく応答ｙ（ｔ）としては図示の電力系統と上位の電力系統との間の電圧または電流とする。
【０００５】
図４（ロ）に示す如く、ステップＳ１でｘ（ｔ）の相関関数〔Ｒxx（τ）〕として、下記式（１）の演算を行う。
【０００６】
【数１】
0003676133.tif 000002
【０００７】
ここで、τは相関関数演算の際の仮想的な時間パラメータであり、ｘ* （ｔ）はｘ（ｔ）の共役関数である。
【０００８】
ステップＳ２で同定用信号ｘ（ｔ）を電力系統に注入し、ｙ（ｔ）を検出する（ステップＳ３）。
【０００９】
次にステップＳ４において、下記式（２）の演算を行い、ｘ（ｔ）とｙ（ｔ）との相関関数〔Ｒxy（τ）〕を求める。
【００１０】
【数２】
0003676133.tif 000003
【００１１】
ここで、ｙ* （ｔ）はｙ（ｔ）の共役関数である。
【００１２】
さらにステップＳ５において、前記式（１），式（２）それぞれをフーリエ変換し、この変換結果を自己スペクトル密度および相互スペクトル密度として、ステップＳ６へ移る。
【００１３】
ステップＳ６では相互スペクトル密度／自己スペクトル密度の演算を行い、この演算結果を図４（イ）に示した電力系統の周波数特性Ｇ（ｊω）の同定値としている。
【００１４】
上述のステップＳ１〜Ｓ６による電力系統の周波数特性同定方法はスペクトル解析法と称され、比較的ノイズに強いため、微弱な同定用信号で前記周波数特性を同定でき、フーリエ変換を用いて複数の周波数点における特性を一度に求められるので、短時間に前記周波数特性を同定できるなどの特長を有している。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
図５は、アクティブフィルタにより電力系統の高調波成分を抑制する概念的な機器構成図である。
【００１６】
図５において、１ａは上位の電力系統、１ｂはこの発明の対象となる下位の電力系統、２は下位の電力系統１ｂの負荷としての高調波電流発生源、４は電圧整合用の変圧器、５は上位の電力系統１ａと下位の電力系統１ｂとの間の電流を検出する電流検出器、６は一般負荷、７はＬＣフィルタ、１０はアクティブフィルタ、１４はアクティブフィルタ１０の出力電流を検出する電流検出器、２０，３０，４０のいずれかは下位の電力系統１ｂの周波数特性を導出し、この導出値をアクティブフィルタ１０へ伝達するための同定回路であり、同定回路２０は同定用信号指令値〔ｘ* （ｔ）〕をアクティブフィルタ１０へ指令し、この指令に基づいてアクティブフィルタ１０の出力電流が〔ｘ（ｔ）〕になるとして、前述の図４（ロ）に示したフローチャートの動作を行う。
【００１７】
この同定回路２０では、電力系統１ｂの周波数特性Ｇ（ｊω）＝〔電流検出器５の検出値ｙ（ｔ）／電流検出器１４の検出値ｘ（ｔ）〕の演算を行っている。
【００１８】
図５からも明らかなように、アクティブフィルタ１０以外の他の機器が全て稼働している状態で下位の電力系統１ｂの周波数特性を同定する必要があるが、このとき、前記他の機器の内には高調波電流発生源２があるために、図６のブロック図に示す如く、この高調波電流〔ｈ（ｔ）〕が外乱となり、同定回路２０が導出した同定値には外乱誤差が含まれることとなる。
【００１９】
すなわち、電流検出器５の検出値ｙ（ｔ）は、電流検出器１４の検出値ｘ（ｔ）＋高調波電流発生源２の高調波電流ｈ（ｔ）に系統の周波数特性Ｇ（ｊω）が作用したものとなる。
なお、言うまでもないことであるが、前記電流検出器５および１４の検出値ｙ（ｔ）およびｘ（ｔ）は高調波電流成分のみを示している。
【００２０】
この発明の目的は、上位の電力系統と下位の電力系統との間の検出値から前記同定用信号による成分のみを抽出しつつ、電力系統の周波数特性同定方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
この第１の発明は、発振周波数の異なる複数の正弦波信号を合成した同定用信号に基づいて電力系統の周波数特性を同定する際に、  前記同定用信号を構成する個々の正弦波信号の位相を前回より２π／ｎ〔ｒａｄ〕（ｎ：複数）ずつ変位させつつ電力系統にｎ回注入し、この注入された同定用信号に基づく前記電力系統の応答から、ｎ個の同定用信号と応答との相関関数を求め、求めたｎ個の相関関数の加算平均値をフーリエ変換して相互スペクトル密度を求め、この相互スペクトル密度を前記同定用信号の自己スペクトル密度で除算演算した値を前記周波数特性の同定値としたことを特徴とする。
【００２２】
第２の発明は、発振周波数の異なる複数の正弦波信号を合成した同定用信号に基づいて電力系統の周波数特性を同定する際に、それぞれの前記正弦波信号の振幅を互いに等しくし、該正弦波信号の位相を前回より２π／ｎ〔ｒａｄ〕（ｎ：複数）ずつ変位させつつ電力系統にｎ回注入し、この注入された同定用信号に基づく前記電力系統の応答から、ｎ個の同定用信号と応答との相関関数を求め、求めたｎ個の相関関数の加算平均値をフーリエ変換した値を前記周波数特性の同定値としたことを特徴とする。
【００２３】
第３の発明は前記第１又は第２の発明において、前記同定用信号は、電力系統と連系運転する半導体電力変換装置に付加的に指令される同定用信号指令値に基づき該電力変換装置で生成することを特徴とする。
【００２４】
第４の発明は前記第３の発明において、前記同定用信号を半導体電力変換装置の出力電流又は出力電圧とし、前記応答を上位の電力系統と前記電力系統との間の電流又は電圧として前記周波数特性の同定値を演算することを特徴とする。
【００２５】
第５の発明は前記第３の発明において、前記同定用信号を前記同定用信号指令値とし、前記応答を上位の電力系統と前記電力系統との間の電流又は電圧として前記周波数特性の同定値を演算することを特徴とする。
【００２６】
この発明は、以下に記載の作用に着目してなされたものである。
【００２７】
例えば、ｃｏｓ波形信号で、一方をＡｃｏｓ（ωｔ＋φ1 ）とし、他方をＢｃｏｓ（ωｔ＋φ2 ）とすると、両者の間の相関関数は式（３）で表される。
【００２８】
【数３】
（ＡＢ／２）ｃｏｓ｛ωｔ＋（φ2 −φ1 ）｝      …（３）
すなわち、上記相関関数には前記両者間の位相差成分が現れる。
【００２９】
そこで、前記Ａｃｏｓ（ωｔ＋φ1 ）を同定用信号を構成する前記正弦波信号の一部とし、前記Ｂｃｏｓ（ωｔ＋φ2 ）をその応答分のみとした場合に、前記φ1 を前回より２π／ｎ〔ｒａｄ〕，（ｎ：複数）ずつ変位させつつ電力系統に注入して得られるｎ組の上記式（３）で示した相関関数それぞれの〔φ2 −φ1 〕の値が同じになることから、上述の如くφ1 を変位させてもそれぞれの同定用信号に対応する相関関数値は変わらない。
【００３０】
しかしながら、図６に示した高調波電流ｈ（ｔ）に起因する分も含んだ応答のうち、該ｈ（ｔ）による応答分は同定用信号による応答分とは無関係なある固定された位相にあるため、得られる前記式（３）で示した相関関数における〔φ2 −φ1 〕が、上述の如くφ1 を変位させたときにそれぞれ異なり、得られた相関関数それぞれのベクトル的な加算平均値が零となり、その結果、前記ｈ（ｔ）による応答分を排除することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の第１の実施例を示すフローチャートであり、図５に示した同定回路３０における動作を示している。
【００３２】
同定用信号指令値〔ｘ* （ｔ）〕をアクティブフィルタ１０へ指令したときに、この指令に基づいてアクティブフィルタ１０が同定用信号〔ｘ（ｔ）〕なる電流を発生する。このとき、ｘ（ｔ）は複数のｃｏｓ波電流の合成したものとすると、ｘ（ｔ）は式（４）で表される。
【００３３】
【数４】
0003676133.tif 000004
【００３４】
先ず、ステップＳ１１では上記式（４）の相関関数Ｒxx（τ）を演算し、この演算結果は、式（５）で表される。
【００３５】
【数５】
0003676133.tif 000005
【００３６】
次に、ステップＳ１２では式（５）をフーリエ変換して得られ、式（６）で表される自己スペクトル密度Ｓxx（ｊω）を求めている。
【００３７】
【数６】
0003676133.tif 000006
【００３８】
ステップＳ１３では式（４）で示したｘ（ｔ）のθ1 ，θ2 ，・・・が初期値の状態（すなわち、前記ｎ＝ｎとして）で、図５に示した下位の電力系統１ｂへ注入する。
【００３９】
この電力系統１ｂには高調波電流発生源２が動作中であり、この高調波電流が下記式（７）で表される外乱〔ｈ（ｔ）〕となる。
【００４０】
【数７】
0003676133.tif 000007
【００４１】
すなわち、ステップＳ１４で検出した〔ｙ（ｔ）〕は、式（８）で表される。
【００４２】
【数８】
0003676133.tif 000008
【００４３】
ここで、Ｋk は周波数ωk における電力系統１ｂのゲイン、ψk は周波数ωk における位相遅れを示し、右辺の第１群は同定用信号ｘ（ｔ）による応答を示し、また、右辺の第２群は外乱ｈ（ｔ）による応答を示している。
【００４４】
ステップＳ１５では、前記式（４）で示したｘ（ｔ）と、式（８）で示したｙ（ｔ）とを前記式（２）の定義に従った相関関数Ｒxy（ｔ）を式（９）に示す如く求めている。
【００４５】
【数９】
0003676133.tif 000009
【００４６】
上述のステップＳ１３からステップＳ１５の動作をステップＳ１６とステップＳ１７のシーケンスにより、同定用信号ｘ（ｔ）を構成する個々の正弦波信号の位相を前回より２π／ｎ〔ｒａｄ〕，（ｎ：複数）ずつ変位させつつ電力系統に注入し、従って、それぞれのｘ（ｔ）とｙ（ｔ）とによるｎ個の式（９）で表される相関関数が得られるので、ステップＳ１８へ移る。
【００４７】
ステップＳ１８では得られたｎ個の相関関数の加算平均値を求め、この加算平均値Ｒxy（ｔ）のバーは式（１０）で表される。
【００４８】
【数１０】
0003676133.tif 000010
【００４９】
この式から明らかなように、外乱ｈ（ｔ）に対する項が消去されている。
【００５０】
ステップＳ１９において式（１０）をフーリエ変換し、式（１１）で示される相互スペクトル密度Ｓxy（ｊω）を求めている。
【００５１】
【数１１】
0003676133.tif 000011
【００５２】
さらに、ステップＳ２０ではステップＳ１９で求めた相互スペクトル密度を、ステップ１２で求めた自己スペクトル密度で除算演算して、式（１２）で示す如く、それぞれの周波数における図５に示した下位の電力系統１ｂの周波数特性Ｇ（ｊω）の演算値としている。
【００５３】
【数１２】
0003676133.tif 000012
【００５４】
図２は、この発明の第２の実施例を示すフローチャートであり、図５に示した同定回路４０における動作を示している。
【００５５】
同定用信号指令値〔ｘ* （ｔ）〕をアクティブフィルタ１０へ指令したときに、この指令に基づいてアクティブフィルタ１０が同定用信号〔ｘ（ｔ）〕なる電流を発生する。このとき、ｘ（ｔ）は複数のｃｏｓ波電流の合成し、それぞれのｃｏｓ波電流の振幅が「１」となるように規格化すると、ｘ（ｔ）は式（１３）で表される。
【００５６】
【数１３】
0003676133.tif 000013
【００５７】
先ず、ステップＳ３１では式（１３）で示したｘ（ｔ）のθ1 ，θ2 ，・・・が初期値の状態（すなわち、前記ｎ＝ｎとして）で、図５に示した下位の電力系統１ｂへ注入する。
【００５８】
この電力系統１ｂには高調波電流発生源２が動作中であり、この高調波電流が前記式（７）で表される外乱〔ｈ（ｔ）〕となる。
【００５９】
すなわちステップＳ３２で検出した〔ｙ（ｔ）〕は、式（１４）で表される。
【００６０】
【数１４】
0003676133.tif 000014
【００６１】
ここで、Ｋk は周波数ωk における電力系統１ｂのゲイン、ψk は周波数ωk における位相遅れを示し、右辺の第１群は同定用信号ｘ（ｔ）による応答を示し、また、右辺の第２群は外乱ｈ（ｔ）による応答を示している。
【００６２】
ステップＳ３３では、前記式（１３）で示したｘ（ｔ）と、式（１４）で示したｙ（ｔ）とを前記式（２）の定義に従った相関関数Ｒxy（ｔ）を式（１５）に示す如く求めている。
【００６３】
【数１５】
0003676133.tif 000015
【００６４】
上述のステップＳ３１からステップＳ３３の動作をステップＳ３４とステップＳ３５のシーケンスにより、同定用信号ｘ（ｔ）を構成する個々の正弦波信号の位相を前回より２π／ｎ〔ｒａｄ〕，（ｎ：複数）ずつ変位させつつ電力系統に注入し、従って、それぞれのｘ（ｔ）とｙ（ｔ）とによるｎ個の式（１５）で表される相関関数が得られるので、ステップＳ３６へ移る。
【００６５】
ステップＳ３６では得られたｎ個の相関関数の加算平均値を求め、この加算平均値Ｒxy（ｔ）のバーは式（１６）で表される。
【００６６】
【数１６】
0003676133.tif 000016
【００６７】
この式から明らかなように、外乱ｈ（ｔ）に対する項が消去されている。
【００６８】
ステップＳ３７において式（１６）をフーリエ変換し、さらにステップＳ３８では式（１７）で示す如く、それぞれの周波数における図５に示した下位の電力系統１ｂの周波数特性Ｇ（ｊω）の演算値としている。
【００６９】
【数１７】
0003676133.tif 000017
【００７０】
図３は、この発明の第３の実施例を示す電力系統における機器構成図であり、この実施例において図５に示した構成と異なる点は、同定回路４０または同定回路４０に代えて、同定回路５０を備えていることである。
【００７１】
すなわち、同定回路５０ではアクティブフィルタ１０に入力される同定用信号指令値〔ｘ* （ｔ）〕に基づき下位の電力系統１ａの周波数特性の同定を行うようにしており、その際の演算処理は、図１または図２に示したフローチャートと同じでよい。
【００７２】
なお、上述の実施例では同定用信号として一般的な電流を用い、電力系統の電流を検出して行う例について説明したが、同定用信号として電圧を用い、電力系統の電圧を検出して、この発明の同定方法を行ってもよい。
【００７３】
【発明の効果】
この発明によれば、上位の電力系統と下位の電力系統との間の検出値から該電力系統をスペクトル解析法に基づく同定用信号による成分のみを抽出できるので、この電力系統の周波数特性を同定の際の外乱としての高調波電流発生源の影響を除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例を示すフローチャート
【図２】この発明の第２の実施例を示すフローチャート
【図３】この発明の第３の実施例を示す機器構成図
【図４】従来例を示すフローチャート
【図５】電力系統の機器構成図
【図６】図５のブロック図
【符号の説明】
１ａ…上位の電力系統、１ｂ…下位の電力系統、２…高調波電流発生源、４…変圧器、５…電流検出器、６…負荷、７…ＬＣフィルタ、１０…アクティブフィルタ、１４…電流検出器、２０，３０，４０，５０…同定回路。
【図１】
0003676133.tif 000018
【図２】
0003676133.tif 000019
【図３】
0003676133.tif 000020
【図４】
0003676133.tif 000021
【図５】
0003676133.tif 000022
【図６】
0003676133.tif 000023