(57)【要約】【課題】電力変換器の周波数を同期対象の検出信号に速やかに同期させる。【解決手段】周波数検出装置１０は、同期対象の検出信号を入力して電力変換器から電力系統へ出力される交流電力の周波数ｆと検出信号Ｖｒの周波数ｆｒとの周波数偏差Δｆに基づいて周波数ｆを調整する周波数調整部１１と、周波数ｆの所定の位相タイミングに基づいてサンプリング値を保持するための割込信号を発生させる割込発生部１３とを備えている。周波数調整部１１は、割込信号に基づいて検出信号Ｖｒをサンプリングして記憶部３４に保持し、その複数のサンプリング値を用いて所定の演算式により周波数偏差Δｆを求め、周波数偏差Δｆが零となるように周波数ｆを調整する。【選択図】図２
2015025726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期対象の検出信号を入力し、予め定められた基準周波数を基に算出した第１の周波数と前記検出信号の第２の周波数との周波数偏差に基づいて、前記第１の周波数を調整する周波数調整部と、
前記第１の周波数における所定の位相タイミングに基づき、前記検出信号をサンプリングするための割込信号を発生する割込発生部と、を備え、
前記周波数調整部は、前記割込信号に基づいて前記検出信号をサンプリングし、現在及びそれ以前の複数のサンプリング値を保持し、当該保持した複数のサンプリング値を用いて所定の演算式により前記周波数偏差を求めて、前記周波数偏差が零となるように前記第１の周波数を調整する
ことを特徴とする周波数検出装置。
【請求項２】
前記第１の周波数における前記所定の位相タイミングに応じて、前記割込信号の現在の割込タイミングでサンプリングされた前記検出信号のサンプリング値をｖｍ、当該現在の割込タイミングから９０°前の割込タイミングでサンプリングされた前記検出信号のサンプリング値をｖｍ-1、当該同じく１８０°前の割込タイミングでサンプリングされた前記検出信号のサンプリング値をｖｍ−2、当該同じく３６０°前の割込タイミングでサンプリングされた前記検出信号のサンプリング値をｖｍ−4、当該同じく４５０°前の割込タイミングでサンプリングされた前記検出信号のサンプリング値をｖｍ−5として、前記複数のサンプリング値を保持し、
前記第１の周波数について１周期の時間をＴとし、前記周波数偏差をΔｆとした場合に、前記所定の演算式は、
【数１】
2015025726.tif 000015
である
ことを特徴とする請求項１に記載の周波数検出装置。
【請求項３】
同期対象の検出信号を入力する周波数検出装置に用いられる周波数検出方法であって、
前記周波数検出装置が、前記検出信号をサンプリングするサンプリングステップと、
前記周波数検出装置が、予め定められた基準周波数を基に算出した第１の周波数における所定の位相タイミングに基づき、前記検出信号のサンプリング値を保持するための割込信号を発生する割込発生ステップと、
前記周波数検出装置が、前記割込信号に基づき、前記検出信号の現在及びそれ以前の複数のサンプリング値を保持する保持ステップと、
前記周波数検出装置が、前記保持ステップにおいて保持した前記複数のサンプリング値を用いて、所定の演算式により前記第１の周波数と前記検出信号の第２の周波数との周波数偏差を求める周波数偏差演算ステップと、
前記周波数検出装置が、前記周波数偏差が零となるように前記第１の周波数を調整する周波数調整ステップと、を含む
ことを特徴とする周波数検出方法。
【請求項４】
前記第１の周波数における前記所定の位相タイミングに応じて、前記割込信号の現在の割込タイミングでサンプリングされた前記検出信号のサンプリング値をｖｍ、当該現在の割込タイミングから９０°前の割込タイミングでサンプリングされた前記検出信号のサンプリング値をｖｍ-1、当該同じく１８０°前の割込タイミングでサンプリングされた前記検出信号のサンプリング値をｖｍ−2、当該同じく３６０°前の割込タイミングでサンプリングされた前記検出信号のサンプリング値をｖｍ−4、当該同じく４５０°前の割込タイミングでサンプリングされた前記検出信号のサンプリング値をｖｍ−5として、前記複数のサンプリング値を保持し、
前記第１の周波数について１周期の時間をＴとし、前記周波数偏差をΔｆとした場合に、前記所定の演算式は、
【数２】
2015025726.tif 000016
である
ことを特徴とする請求項３に記載の周波数検出方法。
【請求項５】
電源に接続されて当該電源から供給される電力を所定の周波数の交流電力に変換する電力変換器と、同期対象の検出信号に基づき前記電力変換器から出力される交流電力の電圧および周波数を制御する変換器制御部と、前記同期対象と同期するために前記変換器制御部を制御するための位相信号を生成する同期部と、前記電力変換器の前記所定の周波数を前記同期対象における系統電圧の周波数に一致するように調整して当該調整した周波数を前記位相信号の同期基準となるように前記同期部に出力する周波数検出装置とを備える電力変換装置であって、
前記周波数検出装置は、
前記同期対象の検出信号を入力し、予め定められた基準周波数を基に算出した第１の周波数と前記検出信号の第２の周波数との周波数偏差に基づいて、前記第１の周波数を調整する周波数調整部と、
前記第１の周波数における所定の位相タイミングに基づき、前記検出信号をサンプリングするための割込信号を発生する割込発生部と、を備え、
前記周波数調整部は、前記割込信号に基づいて前記検出信号をサンプリングし、現在及びそれ以前の複数のサンプリング値を保持し、当該保持した複数のサンプリング値を用いて所定の演算式により前記周波数偏差を求めて、前記周波数偏差が零となるように前記第１の周波数を前記所定の周波数として調整する
ことを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出信号に同期する機能を有する周波数検出装置、周波数検出方法および電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
入力信号（検出信号）に同期する機能を有する周波数検出装置において、割込周期が固定である演算の場合に、周波数検出を行う際、周波数偏差の検出に原理的に誤差が生じるため、入力信号と同期するために時間が掛かることがあった。
【０００３】
なお、電力供給システムにおいて、負荷に対して半導体電力変換装置から電力を供給、又は負荷に対して交流系統から電力を供給、或いは連系により負荷に対して電力を供給するもので、半導体電力変換装置の自立運転から交流系統の連系への切換えを行う際に、負荷の出力周波数と交流系統の周波数の偏差を検出する周波数差検出器と、周波数差検出器からの周波数の偏差を０にするように制御する周波数合わせ制御器などを備えたシステムが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２２６８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した電力供給システムでは、母線電圧の振幅および位相が発電機の出力電圧の振幅および位相にそれぞれ一致するように静止形電力変換装置（電力変換器）が制御される。
【０００６】
上述したような電力供給システムにおいては、発電機の出力電圧と電力変換器の出力電圧とに周波数偏差があると、発電機と電力変換器との間に不要な横流が流れる。このような横流を防止し、かつ、発電機の同期装置を不要として、速やかに発電機を電力系統に並入することを可能とするために、双方の出力電圧の周波数および位相を一致させる電力変換器の周波数制御が必要となる。
【０００７】
すなわち、母線電圧と発電機出力電圧の位相差が零になると共に、母線電圧と発電機出力電圧の周波数偏差が零になるように、電力変換器を制御する必要がある。しかしながら、母線電圧と発電機出力電圧の位相差が零になるように、静止形変換器を制御するものの、周波数を一致させるための制御については具体的方法が開示されていない。
【０００８】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、電力変換器の周波数を同期対象の検出信号に速やかに同期させることができる周波数検出装置、周波数検出方法および電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る周波数検出装置は、同期対象の検出信号を入力し、予め定められた基準周波数を基に算出した第１の周波数と前記検出信号の第２の周波数との周波数偏差に基づいて、前記第１の周波数を調整する周波数調整部と、前記第１の周波数における所定の位相タイミングに基づき、前記検出信号をサンプリングするための割込信号を発生する割込発生部と、を備え、前記周波数調整部は、前記割込信号に基づいて前記検出信号をサンプリングし、現在及びそれ以前の複数のサンプリング値を保持し、当該保持した複数のサンプリング値を用いて所定の演算式により前記周波数偏差を求めて、前記周波数偏差が零となるように前記第１の周波数を調整することを特徴とする。
【００１０】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る周波数検出方法は、同期対象の検出信号を入力する周波数検出装置に用いられる周波数検出方法である。当該周波数検出方法は、前記周波数検出装置が、前記検出信号をサンプリングするサンプリングステップと、前記周波数検出装置が、予め定められた基準周波数を基に算出した第１の周波数における所定の位相タイミングに基づき、前記検出信号のサンプリング値を保持するための割込信号を発生する割込発生ステップと、前記周波数検出装置が、前記割込信号に基づき、前記検出信号の現在及びそれ以前の複数のサンプリング値を保持する保持ステップと、前記周波数検出装置が、前記保持ステップにおいて保持した前記複数のサンプリング値を用いて、所定の演算式により前記第１の周波数と前記検出信号の第２の周波数との周波数偏差を求める周波数偏差演算ステップと、前記周波数検出装置が、前記周波数偏差が零となるように前記第１の周波数を調整する周波数調整ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る電力変換装置は、電源に接続されて当該電源から供給される電力を所定の周波数の交流電力に変換する電力変換器と、同期対象の検出信号に基づき前記電力変換器から出力される交流電力の電圧および周波数を制御する変換器制御部と、前記同期対象と同期するために前記変換器制御部を制御するための位相信号を生成する同期部と、前記電力変換器の前記所定の周波数を前記同期対象における系統電圧の周波数に一致するように調整して当該調整した周波数を前記位相信号の同期基準となるように前記同期部に出力する周波数検出装置とを備える電力変換装置である。前記周波数検出装置は、前記同期対象の検出信号を入力し、予め定められた基準周波数を基に算出した第１の周波数と前記検出信号の第２の周波数との周波数偏差に基づいて、前記第１の周波数を調整する周波数調整部と、前記第１の周波数における所定の位相タイミングに基づき、前記検出信号をサンプリングするための割込信号を発生する割込発生部と、を備え、前記周波数調整部は、前記割込信号に基づいて前記検出信号をサンプリングし、現在及びそれ以前の複数のサンプリング値を保持し、当該保持した複数のサンプリング値を用いて所定の演算式により前記周波数偏差を求めて、前記周波数偏差が零となるように前記第１の周波数を前記所定の周波数として調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る周波数検出装置、周波数検出方法および電力変換装置によれば、電力変換器の周波数を同期対象の検出信号に速やかに同期させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る周波数検出装置が用いられる電力系統システムの構成を示すブロック図。
【図２】本発明に係る周波数検出装置の実施形態の構成を示すブロック図。
【図３】算出した周波数に対する位相信号と検出信号のサンプリングとの関係の一例を示す図。
【図４】算出した周波数に対する位相信号と検出信号のサンプリングとの関係の他の一例を示す図。
【図５】複数のサンプリング値の更新処理の処理動作の一例を示す図。
【図６】図２に示す周波数検出装置に用いられる周波数検出処理フローを示すフロー図。
【図７】比較のための周波数検出装置の構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る実施形態の周波数検出装置、周波数検出方法および電力変換装置について、図面を参照して具体的に説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。ここで説明する下記の実施形態は、電力系統に用いられる電力変換装置の一例をとりあげて説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る周波数検出装置が用いられる電力系統システムの構成を示すブロック図である。また、図２は、本発明に係る周波数検出装置の実施形態の構成を示すブロック図である。
【００１６】
本発明に係る周波数検出装置は、例えば図１に示すような電力系統システムに用いられる。なお、以降では、図１に示す電力変換装置１に、電力用スイッチング素子として電圧型自励式変換器を用いた場合の例として説明する。
【００１７】
図１に示す電力系統システムは、電力系統５に、開閉器４および変圧器３を介して、電力変換装置１が接続されている。この電力変換装置１は、電源２から供給される電力を電力変換し、変換した交流電力を電力系統５に供給する。
【００１８】
電源２は、例えば蓄電池や太陽光パネルなどの直流電源、または、風力発電などの交流電源である。または、電力系統５とは異なる電力系統の交流電源でも構わない。また、同期部２３が変換器制御部２２に包含している構成でも差し支えない。
【００１９】
図１において、電力系統５には、開閉器４を介して、電力変換装置１に接続された変圧器３が接続される。
【００２０】
電源２は、開閉器４が閉状態にて電力系統５に接続されている場合に、電力変換装置１を介して電力系統５に交流電力を供給可能である。これにより、電源２から電力変換装置１を介して電力変換された交流電力が、電力系統５に供給される。
【００２１】
検出器（計器用変圧器）６は、電力系統５の系統電圧ＶＢを検出する。検出器６は、検出した検出信号Ｖｒを電力変換装置１に出力する。
【００２２】
図１において、電力系統５の系統電圧ＶＢは、検出器６により検出される。検出された系統電圧ＶＢは、検出器６から電力変換装置１に検出信号Ｖｒとして入力される。検出信号Ｖｒは、例えば系統電圧ＶＢが降圧され、かつ、系統電圧ＶＢの周波数および位相関係を保持する信号である。
【００２３】
図１に示す電力系統システムは、電源２を電力系統５に並入する際に、例えば電力系統５の系統電圧ＶＢの振幅と電力変換装置１の出力電圧の振幅とが一致し、かつ系統電圧ＶＢと電力変換装置１の出力電圧との周波数および位相差が零になるように、電力変換装置１が出力電圧を周波数制御する構成である。
【００２４】
なお、電源２として電源を限定しているわけではなく、直流電源あるいは交流電源のどちらでも良い。電源２が直流電源の場合には、電源２から供給される直流電力を交流電力に変換する。一方、電源２が交流電源の場合には、電源２から供給される交流電力を最終的に交流電力に変換する。以降では、直流電圧源として説明する。
【００２５】
図１に示す電力変換装置１は、周波数検出装置１０による周波数制御により、発電機等に用いる同期装置を別途設ける必要がなく、速やかに電力系統５に並入することができる。これにより、安定性および応答性の高い電力系統システムを実現することができる。
【００２６】
次に、本実施形態の周波数検出装置１０を用いる電力変換装置１の構成について説明する。
【００２７】
電力変換装置１は、図１に示すように、電力変換器２１、変換器制御部２２、同期部２３および周波数検出装置１０を備えている。
【００２８】
電力変換器２１は、電源２に接続され、例えば電源２から供給される直流電力を周波数ｆの交流電力に変換する。電力変換器２１には、例えば複数の電力用スイッチング素子が用いられる。
【００２９】
周波数検出装置１０は、電力変換器２１の周波数ｆを系統電圧ＶＢの周波数ｆｒに一致するように調整する。周波数検出装置１０は、調整した周波数ｆを同期部２３に出力する。
【００３０】
同期部２３は、同期対象と同期するために、変換器制御部２２が制御する複数の電力用スイッチング素子におけるスイッチングなどのタイミングを制御するための位相信号を生成する。
【００３１】
変換器制御部２２は、検出信号Ｖｒおよび同期部２３から出力される位相信号に基づき、電力変換器２１から出力される交流電力の電圧、周波数などを制御する。同期部２３及び変換器制御部２２は従来から知られている既存の方法でも差し支えない。また、同期部２３が変換器制御部２２に包含している構成でも差し支えない。
【００３２】
以上説明した構成により、周波数検出装置１０は、電力変換器２１が系統同期する際に、電力変換器２１の出力電圧の周波数ｆを系統電圧ＶＢの周波数ｆｒに合わせることができる。そして、周波数検出装置１０は、電力変換器２１の出力電圧の周波数ｆを系統に合わせておくことで、さらに、位相を振動なしでスムーズに同期させることができる。
【００３３】
次に、図２に示す実施形態の周波数検出装置１０の構成について説明する。
【００３４】
周波数検出装置１０は、前述したように、電力系統５の系統電圧ＶＢと同期するために、電力変換器２１から出力される交流電力の周波数ｆを制御する。
【００３５】
このために、周波数検出装置１０は、図２に示すように、周波数調整部１１と、発振部１２と、割込発生部１３とを備えている。
【００３６】
周波数調整部１１は、同期対象の検出信号Ｖｒを入力する。周波数調整部１１は、入力した検出信号Ｖｒの周波数ｆｒに合わせるように、周波数検出装置１０の周波数ｆを調整する。
【００３７】
具体的には、周波数調整部１１は、検出信号Ｖｒを入力して、演算などに用いる算出した周波数ｆと検出信号の周波数ｆｒとの周波数偏差Δｆに基づいて、新たに周波数ｆを算出する。算出した周波数ｆは、例えば５０Ｈｚや６０Ｈｚなどに対応するディジタル値またはアナログ値である。
【００３８】
発振部１２は、算出した周波数ｆに応じて位相信号θｆを調整し、その位相信号θｆを割込発生部１３に出力する。すなわち、発振部１２は、検出信号Ｖｒの周波数ｆｒに一致するように算出した周波数ｆの位相信号θｆを生成する。
【００３９】
割込発生部１３は、算出した周波数ｆの所定の位相タイミングに基づいて、サンプリングのための割込信号を発生させる。
【００４０】
具体的には、周波数調整部１１は、割込発生部１３から出力される割込信号のタイミング（割込タイミング）に基づき、入力した検出信号をサンプリングして、所定のタイミングごとにサンプリング値を保持する。周波数調整部１１は、所定のタイミングごとの複数のサンプリング値を用いて、周波数偏差Δｆを演算する。周波数調整部１１は、この演算した周波数偏差Δｆに基づいて、検出信号Ｖｒの周波数ｆｒと一致するように周波数ｆを調整する。
【００４１】
このために、周波数調整部１１は、周波数偏差検出部３１と、制御部３２と、記憶部３４とを有している。なお、周波数調整部１１内で生成する基準周波数をｆ０とする。
【００４２】
周波数偏差検出部３１は、周波数検出装置１０に入力された検出信号Ｖｒを入力する。
【００４３】
周波数偏差検出部３１は、検出信号Ｖｒをサンプリングする。周波数偏差検出部３１は、割込タイミングに基づき、検出信号のサンプリング値を記憶部３４に保持（記憶）する。記憶部３４では、それ以前にサンプリングした複数の検出信号のサンプリング値も保持（記憶）している。
【００４４】
周波数偏差検出部３１は、記憶部３４に保持した複数のサンプリング値を所定の演算式に代入して、算出した周波数ｆ（第１の周波数）と検出信号の周波数ｆｒ（第２の周波数）との周波数偏差Δｆ（＝ｆ−ｆｒ）を求める。
【００４５】
以上により、周波数偏差検出部３１は、入力された検出信号Ｖｒの周波数ｆｒと算出された周波数ｆとの周波数偏差Δｆを演算する。なお、周波数偏差Δｆの演算方法については、詳しくは後述する。
【００４６】
演算した周波数偏差Δｆが零となるように、以下のように周波数ｆが調整される。
【００４７】
制御部３２は、割込タイミングごとに、周波数偏差検出部３１から周波数偏差Δｆを入力する。制御部３２は、予め定められた制御方法により周波数偏差Δｆに応じた制御を行う。制御方法は、例えばＰＩ（比例積分）制御などである。
【００４８】
制御部３２は、周波数偏差Δｆに応じて、この周波数偏差Δｆが零となるように、制御演算Ｙ（Δｆ）を行い、その結果ｆｃを出力する。つまりここでは、ｆｃ＝Ｙ（Δｆ）となる。算出した周波数ｆは、例えば制御演算の結果ｆｃと予め定められた基準周波数ｆ０との加算により算出される。すなわち、算出した周波数ｆ＝ｆ０＋ｆｃとして出力される。この算出した周波数ｆが、発振部１２に入力される。
【００４９】
発振部１２は、基準周波数ｆ０を基に算出した周波数ｆに応じて、その周波数ｆの位相信号θｆを割込発生部１３に出力する。割込発生部１３は、位相信号θｆにおける所定の位相タイミングに基づき、検出信号Ｖｒのサンプリング値を保持するための割込信号を発生する。例えば、図３に示す算出した周波数ｆの位相タイミングで、割込発生部１３は割込信号を発生させる。
【００５０】
図２に示す周波数偏差Δｆの所定の演算式を（式１）に示す。
【００５１】
【数１】
2015025726.tif 000003
【００５２】
周波数偏差Δｆは、（式１）に示す近似計算により算出される。（式１）は近似式であるため、周波数偏差Δｆがゼロの時以外は誤差を有する。Δｆがゼロになると、誤差はなくなる。
【００５３】
図３および図４に、算出した周波数ｆに対する位相信号θｆと検出信号Ｖｒのサンプリングとの関係の例を示す。特に、図３に、算出した周波数ｆの位相信号θｆ＝０°における、検出信号Ｖｒに対する割込タイミングの関係を示す。また、図４に、算出した周波数ｆの位相信号θｆ＝９０°における、検出信号Ｖｒに対する割込タイミングの関係を示す。
【００５４】
図３において、同一時間の時間軸を横軸にして、上段の縦軸に算出した周波数ｆによる正弦波の振幅を示し、中段の縦軸に算出した周波数ｆの位相信号θｆを示し、下段の縦軸に検出信号Ｖｒの振幅を示す。また、位相信号θｆ＝０°での割込タイミングが現在のタイミングであり、時間軸の右方向が次回、次々回などの将来のタイミングであり、時間軸（ｔｉｍｅ）の左方向が前回、前々回などの過去のタイミングである。同様に、図４では、位相信号θｆ＝９０°での割込タイミングで、これらの関係が示されている。
【００５５】
例えば、図３および図４に示す位相タイミングは、以下に説明する割込タイミングとの関係にある。
【００５６】
ｖ（０）：現在の割込タイミングでの検出信号のサンプリング値
ｖ（９０）：現在の割込タイミングから９０°前の検出信号のサンプリング値
ｖ（１８０）：現在の割込タイミングから１８０°前の検出信号のサンプリング値
ｖ（２７０）：現在の割込タイミングから２７０°前の検出信号のサンプリング値
ｖ（３６０）：現在の割込タイミングから３６０°前の検出信号のサンプリング値
ｖ（４５０）：現在の割込タイミングから４５０°前の検出信号のサンプリング値
なお、以降では、ｖ（０）をｖｍと記し、また、ｖ（９０）、ｖ（１８０）、ｖ（２７０）、ｖ（３６０）およびｖ（４５０）を、ｖｍ−1、ｖｍ−2、ｖｍ−3、ｖｍ−4、ｖｍ−5とも記すこととする。
【００５７】
Ｔ：１周期の時間（算出した周波数ｆの０〜３６０°の時間、なお、上記４５０°は１周期（３６０°）前よりもさらに９０°前の時間に相当する）。１周期の時間Ｔは、図３に示すように、発振部１２から出力される位相信号θｆの１周期の時間である。
【００５８】
（１）図３および図４の例では、説明を簡易にするため、９０°間隔の割込信号とし、その９０°の割込タイミングごとに周波数偏差Δｆを演算することとしているが、９０°間隔は割込タイミングの一例である。
【００５９】
（２）図３では、θｆ＝０°での割込タイミングにおける、検出信号Ｖｒ（例えば、電圧）に対するサンプリングタイミングの関係を示す。同じく、図４では、θｆ＝９０°での割込タイミングにおける、検出信号Ｖｒに対するサンプリングタイミングの関係を示す。
【００６０】
（３）ただし、周波数偏差検出部３１における（式１）の演算を実施するために、検出信号Ｖｒに対する現在の割込タイミングから正確に、前述したタイミングでのサンプリング値（ｖｍ、ｖｍ−1、ｖｍ−2、ｖｍ−3、ｖｍ−5）を保持している必要がある。
【００６１】
（４）上述した割込タイミングは、９０°間隔で限定するものではなく、９０°よりも短い間隔でサンプリングおよび演算を実施してもよい。例えば、割込タイミングが３０°間隔などである。
【００６２】
（５）なお、（３）および（４）を踏まえて、定間隔で行う場合には、検出信号Ｖｒに対してサンプリングを行う割込タイミングは、少なくとも基本割込タイミングの整数倍で９０°となるようなタイミングが必要である。基本割込タイミングφ、整数ｎとすると、φ×ｎ＝９０°（ｎ＝１，２，３・・・）となる。例えば、基本割込タイミングφ＝５°の場合にはｎ＝１８であり、基本割込タイミングφ＝３０°の場合にはｎ＝３である。
【００６３】
（６）前述した（３）のように、周波数偏差検出部３１は、現在のサンプリングタイミングでの更新（サンプリング値ｖｍの更新）と共に、前回のサンプリングタイミングでの複数のサンプリング値（ｖｍ、ｖｍ−1、ｖｍ−2、ｖｍ−3、ｖｍ−4、ｖｍ−5）の関係を順次シフト（移動）しながら保持（記憶部３４に記憶）し、それらの保持したサンプリング値を記憶部３４から取り出す。なお、順次シフトする方法は、所定のメモリエリア範囲をリング状に周回させて保持するなどである。
【００６４】
図５に、複数のサンプリング値の更新処理の処理動作の一例を示す。
【００６５】
図５に示すように、周波数偏差検出部３１は、前述した現在のサンプリングタイミングでの更新と共に、保持する複数のサンプリング値を記憶部３４のメモリ上に順次シフトする。
【００６６】
次に、（式１）の近似式の導出方法について説明する。ここでは、一例として、割込タイミングを９０°ごととする。
【００６７】
算出した周波数をｆ（角周波数ω＝２πｆ）、振幅をＶｐとし、例えば時刻ｔにおける検出信号ｖｍ（ｔ）を（式２）に示す。
【００６８】
【数２】
2015025726.tif 000004
【００６９】
電気角９０°（９０ｄｅｇとも記す）相当の時間Δｔ前（例えば６０Ｈｚでは４．１６７ｍｓ前）の検出信号のサンプリング値ｖｍ−１は、周波数が定格の場合、ωΔｔ＝９０°（＝π／２）となるので、（式３）のようになる。
【００７０】
【数３】
2015025726.tif 000005
【００７１】
まず、ここでは、算出した周波数ｆが定格からΔｆ（Δω／２π）だけずれた場合を検討する。割込発生部１３に基づいたサンプリング周期が一定の場合、検出信号Ｖｒの位相は、例えば算出した周波数ｆの９０°の位相タイミングでは、（ω＋Δω）Δｔ＝９０°＋ΔωΔｔとなり、９０°からΔωΔｔだけ異なることになる。
【００７２】
算出した周波数ｆが検出信号Ｖｒの周波数ｆｒからずれているときの（式２）および（式３）に対応する式は、次の（式４）および（式５）のようになる。
【００７３】
【数４】
2015025726.tif 000006
【００７４】
さらに、同じく算出した周波数ｆの１８０°前の位相タイミング、３６０°前の位相タイミングおよび４５０°前の位相タイミングのそれぞれにおける検出信号Ｖｒのサンプリング値は、（式６）、（式７）および（式８）から求められる。
【００７５】
【数５】
2015025726.tif 000007
【００７６】
これらを用いて（式１）をさらにまとめると、（式１）の分子は、（式９）のように計算される。
【００７７】
【数６】
2015025726.tif 000008
【００７８】
ｓｉｎα・ｃｏｓβ＝｛ｓｉｎ（α＋β）＋ｓｉｎ（α−β）｝／２を適用して、（式９）を簡単化すると、（式１０）のようになる。
【００７９】
【数７】
2015025726.tif 000009
【００８０】
さらに、（式１０）において、ΔωΔｔは十分小さいとすると、（式１１）のように近似できる。
【００８１】
【数８】
2015025726.tif 000010
【００８２】
一方、（式１）の分母の方は、以下のように計算される。
【００８３】
【数９】
2015025726.tif 000011
【００８４】
ここで、ΔωΔｔは十分小さいとすると、（式１２）は（式１３）のように近似できる。
【００８５】
【数１０】
2015025726.tif 000012
【００８６】
したがって、（式１）全体は、（式１１）および（式１３）から、（式１４）に示すΔωΔｔに比例した量の計算式となる。
【００８７】
【数１１】
2015025726.tif 000013
【００８８】
ここで、Δｔは周波数ｆの電気角９０°の時間であるから、（式１４）における４Δｔは１周期の時間Ｔとなる。したがって、（式１４）から（式１５）、そして、（式１６）を導出することができる。
【００８９】
【数１２】
2015025726.tif 000014
【００９０】
すなわち、（式１６）より、（式１）が導出できたことになる。
【００９１】
周波数偏差検出部３１は、サンプリングした検出信号Ｖｒに基づいて、（式１）の周波数偏差Δｆを求める。例えば、割込発生部１３は、図３に示すように、発振部１２から出力される位相信号θｆを入力して、算出した周波数ｆの位相タイミングを監視する。
【００９２】
割込発生部１３は、例えば算出した周波数ｆの９０°ごとの位相タイミングごとに、割込信号を発生させる。割込発生部１３は、発生させた割込信号を、周波数調整部１１に出力する。
【００９３】
周波数偏差検出部３１は、検出信号Ｖｒをサンプリングする。前述したように、周波数偏差検出部３１は、割込信号に基づいて、算出した周波数ｆの０〜３６０°の１周期の間に、検出信号Ｖｒについて所定の間隔でサンプリングした値を保持する。なお、図３および図４では、例として、９０°間隔の場合を示している。
【００９４】
一方、現在の割込タイミングでのサンプリング値ｖｍ（＝ｖ（０））は、記憶部３４に保持しておき、さらに、現在の割込タイミングのサンプリングを行ったタイミングより９０°前のサンプリング値ｖｍ−1（＝ｖ（９０））、同様にｖｍ−2（＝ｖ（１８０））、ｖｍ−4（＝ｖ（３６０））、ｖｍ−5（＝ｖ（４５０））と判別可能なように保持していく。
【００９５】
周波数偏差検出部３１は、割込タイミングごとに、これらのサンプリング値を（式１）に代入して、周波数偏差Δｆを算出する。制御部３２は、周波数偏差Δｆに応じて、所定の制御演算Ｙ（Δｆ）を行い、この制御演算Ｙ（Δｆ）の結果ｆｃを出力する。そして、基本周波数ｆ０と結果ｆｃとが加算され、算出した周波数ｆ＝ｆ０＋ｆｃとして算出される。この算出した周波数ｆが、発振部１２に入力される。
【００９６】
発振部１２は、この算出した周波数ｆに応じて、その周波数ｆにおける位相信号θｆを出力する。
【００９７】
周波数検出装置１０は、所定の周波数偏差の算出方法を用いて、サンプリングおよび演算を行うタイミングの基となる発振周波数を調整し、周波数偏差Δｆを零にするように制御を実施することができる。これにより、検出信号の周波数ｆｒを算出することができる。
【００９８】
図７に、本実施形態によらない比較のための周波数検出装置１００の構成を示すブロック図を示す。
【００９９】
図７に示す周波数検出装置１００は、周波数調整部１１１、発振部１１２、割込発生部１１３を備えている。また、周波数調整部１１１は、周波数偏差検出部１３１、加算部１３３および記憶部１３４を有している。
【０１００】
図７に示す周波数検出装置１００において、算出した周波数ｆを発振部１１２に入力せずに、かつ、図２に示す制御部３２を有しない構成でも、検出信号Ｖｒの周波数をある程度の精度で検出することができる。つまり、発振部１１２の周波数を調整することなく、発振部１１２が有する固定の周波数の割込信号により、周波数偏差検出部１３１による計算を行う場合である。
【０１０１】
しかし、その場合は、前述したような図２に示す周波数偏差検出部３１が実施する式（１）の周波数偏差の計算において誤差を有することになり、周波数調整部１１１による算出した周波数ｆも誤差を含むことになる。そのため、発振部１１２が持っている固定の周波数と、検出対象の周波数ｆｒが最初から一致していないと、正確な周波数を検出することがない。
【０１０２】
よって、本発明による周波数検出装置１０の方法を用いて、発振部１１の周波数を変えて制御することにより、誤差なく検出対象の周波数を検出することができるという効果を有する。
【０１０３】
次に、図６を参照しながら、図２に示す周波数検出装置１０に用いられる周波数検出処理フローについて説明する。
【０１０４】
周波数検出装置１０の起動開始後、周波数調整部１１の周波数偏差検出部３１は、検出信号Ｖｒをサンプリングする（ステップＳ１）。
【０１０５】
次に、周波数偏差検出部３１は、割込発生部１３から割込信号が発生したかチェックする（ステップＳ２）。割込信号が発生していない場合（ステップＳ２のＮｏ）、処理をステップＳ１に戻す。
【０１０６】
割込信号が発生した場合（ステップＳ２のＹｅｓ）、周波数偏差検出部３１は、当該位相タイミングでサンプリングした検出信号Ｖｒのサンプリング値を保存（記録）する（ステップＳ３）。
【０１０７】
次に、周波数偏差検出部３１は、所定の周波数偏差Δｆの演算式に検出信号Ｖｒの複数のサンプリング値を用いて、周波数偏差Δｆを算出する（ステップＳ４）。
【０１０８】
次に、制御部３２が算出された周波数偏差Δｆを受けて所定の制御演算Ｙ（Δｆ）を行い、この制御演算Ｙ（Δｆ）の結果ｆｃを用いて、周波数ｆを出力する（ステップＳ５）。
【０１０９】
発振部１２は、周波数調整部１１から算出した周波数ｆを入力する（ステップＳ６）。
【０１１０】
発振部１２は、この算出した周波数ｆに基づいて位相信号θｆを調整して、位相信号θｆを割込発生部１３に出力する（ステップＳ７）。この後、ステップＳ１に処理を戻し、以降はステップＳ１〜Ｓ７の処理が繰り返される。
【０１１１】
ここで、図２に示す周波数検出装置１０の主な構成として、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＩＯ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）、クロック供給回路などを備える構成であってもよい。この場合には、例えば前述した周波数検出処理などの処理を実行するプログラムが周波数検出装置１０に備えられ、ＣＰＵ、ＲＡＭ等により当該プログラムに従って、図２に示した各々の処理部における処理を実行することになる。
【０１１２】
以上説明したように、本発明に係る周波数検出装置、周波数検出方法および電力変換装置によれば、電力変換器の周波数を速やかに電力系統の周波数に合わせることができる。また、前述した例の他の具体的例にも適用可能である。
【０１１３】
［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、本実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。本実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１１４】
１…電力変換装置、２…電源、３…変圧器、４…開閉器、５…電力系統、６…検出器（計器用変圧器）、１０、１００…周波数検出装置、１１、１１１…周波数調整部、１２、１１２…発振部、１３、１１３…割込発生部、２１…電力変換器、２２…変換器制御部、２３…同期部、３１、１３１…周波数偏差検出部、３２…制御部、３４、１３４…記憶部、１３３…加算部
【図１】
2015025726.tif 000017
【図２】
2015025726.tif 000018
【図３】
2015025726.tif 000019
【図４】
2015025726.tif 000020
【図５】
2015025726.tif 000021
【図６】
2015025726.tif 000022
【図７】
2015025726.tif 000023