(57)【要約】【課題】  単相交流電圧の電圧値を単相交流電圧の位相を９０度遅らせたときよりも高速に検出すること。【解決手段】  単相交流電圧による入力信号Ｖａを第１の乗算器１０１で乗算して（Ｖａ）２を求めるとともに、入力信号Ｖａを信号遅延器１０２において１／１２サイクルに相当する時間だけ遅延させ、この信号を第１の倍数器で２倍し、さらに入力信号Ｖａを第２の倍数器１０４で√３倍し、第１の倍数器１０３の出力から第２の倍数器１０４の出力を減算器１０５で減算し、減算器１０５の出力を第２の乗算器１０６で乗算して（Ｖａｃｏｓ）２を求め、加算器１０７で第１の乗算器１０１の出力（Ｖａ）２と第２の乗算器１０６の出力（Ｖａｃｏｓ）２を加算して電圧振幅の２乗値Ａ２を出力する。【選択図】        図１
2005043310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単相交流電圧による信号を入力して入力信号の２乗値を演算する第１の乗算器と、前記入力信号をその定格周期の１／１２サイクルに相当する時間だけ遅延させて出力する信号遅延器と、前記信号遅延器の出力値を２倍する第１の倍数器と、前記入力信号を√３倍する第２の倍数器と、前記第２の倍数器の出力から前記第１の倍数器の出力を減算する減算器と、前記減算器の出力信号の２乗値を演算する第２の乗算器と、前記第１の乗算器の出力値と前記第２の乗算器の出力値とを加算する加算器とを備え、前記加算器は、前記入力信号の電圧振幅の２乗値を出力してなる交流電圧検出装置。
【請求項２】
単相交流電圧を３０度間隔でサンプリングして得られた信号を入力して入力信号の２乗値を演算する第１の乗算器と、前記入力信号を順次保持するとともに一つ前に保持した入力信号を順次出力する信号保持器と、前記信号保持器の出力値を２倍する第１の倍数器と、前記入力信号を√３倍する第２の倍数器と、前記第２の倍数器の出力から前記第１の倍数器の出力を減算する減算器と、前記減算器の出力信号の２乗値を演算する第２の乗算器と、前記第１の乗算器の出力値と前記第２の乗算器の出力値とを加算する加算器とを備え、前記加算器は、前記入力信号の電圧振幅の２乗値を出力してなる交流電圧検出装置。
【請求項３】
単相交流電圧による信号を入力して入力信号の２乗値を演算する第１の乗算器と、前記入力信号の位相を３０度遅らせる移相器と、前記移相器の出力値を２倍する第１の倍数器と、前記入力信号を√３倍する第２の倍数器と、前記第２の倍数器の出力から前記第１の倍数器の出力を減算する減算器と、前記減算器の出力信号の２乗値を演算する第２の乗算器と、前記第１の乗算器の出力値と前記第２の乗算器の出力値とを加算する加算器とを備え、前記加算器は、前記入力信号の電圧振幅の２乗値を出力してなる交流電圧検出装置。
【請求項４】
三相電力系統の各相の交流電圧を検出する交流電圧検出装置として、請求項１、２または３のうちいずれか１項に記載の交流電圧検出装置を各相毎に備えているとともに、前記各相の交流電圧検出装置のうちいずれか１つの交流電圧検出装置の検出電圧が設定値より低下したことを判定したときに前記三相電力系統と負荷とを結ぶ遮断器に遮断信号を出力する電圧低下判定器とを備えてなることを特徴とする遮断器制御装置。
【請求項５】
三相電力系統の各相の交流電圧を検出する交流電圧検出装置として、請求項１、２または３のうちいずれか１項に記載の交流電圧検出装置を各相毎に備えているとともに、前記各相の交流電圧検出装置のうちいずれか１つの交流電圧検出装置の検出電圧が異常値であると判定したときに前記三相電力系統と負荷とを結ぶ遮断器に遮断信号を出力する電圧異常判定器とを備えてなることを特徴とする遮断器制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電圧検出装置に係り、特に、交流電圧信号の電圧値を高速に検出するに好適な交流電圧検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、交流電力系統においては、上位電力系統からの電力を変圧器、高速遮断器を介して負荷に供給するとともに、負荷に自家発電からの電力を供給し、系統の事故時に電圧が低下したときあるいは系統に過電圧が発生したときには、遮断器を遮断し、負荷を瞬時電圧低下から保護したり、あるいは系統の過電圧から負荷を保護したりする構成が採用されている。系統の電圧低下を検出する機器としては、例えば、電圧低下リレーが用いられ、系統の過電圧を検出する機器としては、例えば、過電圧検出リレーが用いられている。電圧低下リレーや過電圧検出リレーを用いて遮断器を高速に遮断するに際しては、電圧の低下あるいは過電圧を高速に検出する必要がある。ところが、電圧低下検出リレーの場合は、系統の電圧が低下してから電圧の低下を実際に検出するまでは、１／２サイクルから１サイクル程度の遅れがある。
【０００３】
一方、系統の電圧低下あるいは系統の過電圧を検出するに際しては、三相交流電圧を全波整流し、全波整流された信号をフィルタを通して滑らかな信号波形とし、この信号波形から電圧値を得る方式がある。また交流電圧信号から位相を９０度（１／４サイクル）遅らせた信号を生成し、この信号を基に電圧振幅の２乗値を演算する方式がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
瞬時電圧低下を防止する目的で使用される高速遮断器の遮断信号として、交流電圧検出装置の検出信号を用いる場合、交流電圧検出装置としてはできる限り電圧低下を高速に検出できるものが必要であるが、三相交流を全波整流して電圧値を得る方式の場合、電圧の変化が出力に反映されるまで、フィルタの影響により１サイクル程度の遅れが生じる。さらに、三相交流電圧を全波整流しなければならないので、特定の相に事故が生じても、特定相の電圧を検出することができない。
【０００５】
一方、交流電圧信号からその位相を９０度（１／４サイクル）遅らせた信号を用いる方式では、電圧の変化がその出力に反映されるまで１／４サイクル程度の遅れが生じる。
【０００６】
本発明の課題は、単相交流電圧の電圧値を単相交流電圧の位相を９０度遅らせたときよりも高速に検出することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明は、単相交流電圧による信号を入力して入力信号の２乗値を演算する第１の乗算器と、前記入力信号をその定格周期の１／１２サイクルに相当する時間だけ遅延させて出力する信号遅延器と、前記信号遅延器の出力値を２倍する第１の倍数器と、前記入力信号を√３倍する第２の倍数器と、前記第２の倍数器の出力から前記第１の倍数器の出力を減算する減算器と、前記減算器の出力信号の２乗値を演算する第２の乗算器と、前記第１の乗算器の出力値と前記第２の乗算器の出力値とを加算する加算器とを備え、前記加算器は、前記入力信号の電圧振幅の２乗値を出力してなる交流電圧検出装置を構成したものである。
【０００８】
前記交流電圧検出装置を構成するに際しては、第１の乗算器として、単相交流電圧を３０度間隔でサンプリングして得られた信号を入力して入力信号の２乗値を演算するものを用い、信号遅延器の代わりに、サンプリングして得られた信号を順次保持するとともに１つ前に保持した入力信号を順次出力する信号保持器を用いることができる。また信号遅延器または信号保持器の代わりに、入力信号の位相を３０度送らせる移相器を用いることができる。
【０００９】
ここで、前記手段を用いて電圧振幅の２乗値が求められる理由を数式を用いて説明する。まず、単相交流電圧による信号を入力し、この入力信号＝入力電圧Ｖａを正弦波信号とすると、入力信号Ｖａは次の（１）式で表される。
【００１０】
【数１】
2005043310.tif 000003
次に、入力信号Ｖａに対して位相を３０度遅らせ、且つ振幅を２倍である正弦波をＶ３０とすると、Ｖ３０は次の（２）式で表される。
【００１１】
【数２】
2005043310.tif 000004
入力電圧Ｖａの位相を３０度遅らせることは、Ｖａを１／１２サイクルに相当する時間だけ遅延させた信号を意味する。またＶａを３０度ずつサンプリングして得られた信号を保持し、そのときのサンプリングされた入力電圧Ｖａの１つ前の信号を用いることができる。またＶａの位相を３０度遅らせた信号を用いることができる。
【００１２】
一方、正弦波関数で表されたＶａに対して、振幅が同じ余弦関数で表される信号Ｖａｃｏｓは次の（３）式で表される。
【００１３】
【数３】
2005043310.tif 000005
（３）式に示すように、Ｖａｃｏｓは、ＶａとＶ３０を用いて表すことができる。次に、（４）式で示すように、ＶａとＶａｃｏｓの２乗和を取ることによって、振幅の２乗値Ａ２を得ることができる。
【００１４】
【数４】
2005043310.tif 000006
以上から、正弦波信号と元の正弦波信号から３０度位相を遅らせた信号を用いることで、入力された正弦波信号の振幅の２乗値を得ることができる。位相３０度は１／１２サイクルに相当するので、電圧検出の遅れは１／１２サイクル程度で済むことになる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、単相交流電圧の電圧値を１／１２サイクル程度の検出遅れで高速に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示す交流電圧検出装置のブロック構成図である。図１において、交流電圧検出装置１００は、第１の乗算器１０１、信号遅延器１０２、第１の倍数器１０３、第２の倍数器１０４、減算器１０５、第２の乗算器１０６、加算器１０７を備えて構成されている。
【００１７】
第１の乗算器１０１、信号遅延器１０２、第２の倍数器１０４にはそれぞれ単相交流電圧による信号が入力されており、この入力信号Ｖａ＝Ａｓｉｎωｔは第１の乗算器１０１において乗算され、第１の乗算器１０１からはＶａの２乗値（Ｖａ）２が出力される。入力信号Ｖａは信号遅延器１０２において、１／１２サイクル相当の時間だけ遅延され、遅延された信号は第１の倍数器１０３で２倍され、第１の倍数器１０３からは（２）式で示される信号が出力される。また入力信号Ｖａは、第２の倍数器１０４に入力されて√３倍され、第２の倍数器１０４からは√３Ｖａが出力される。第１の倍数器１０３の出力と第２の倍数器１０４の出力は減算器１０５に入力され、減算器１０５において、第１の倍数器１０３の出力から第２の倍数器１０４の出力が減算され、減算器１０５からは、（３）式に示すように、Ｖａｃｏｓ＝Ａｃｏｓωｔの信号が出力される。この信号は第２の乗算器１０６に入力され、Ｖａｃｏｓの２乗値（Ｖａｃｏｓ）２が出力される。第１の乗算器１０１の出力と第２の乗算器１０６の出力は加算器１０７に入力され、加算器１０７においては、（４）式に示すように、Ｖａの２乗値（Ｖａ）２とＶａｃｏｓの２乗値（Ｖａｃｏｓ）２との和が出力される。すなわち、加算器１０７からは、電圧振幅の２乗値Ａ２が出力される。
【００１８】
本実施形態によれば、入力信号Ｖａを１／１２サイクル相当に時間だけ遅延させた信号を基に電圧振幅の２乗値Ａ２を求めているため、電圧振幅の２乗値を検出するための電圧検出の遅れは１／１２サイクル程度で済むことになり、単相交流電圧の振幅値を高速に検出することができる。
【００１９】
次に、本発明の第２実施形態を図２にしたがって説明する。本実施形態は、信号遅延器１０２の代わりに信号保持器３０４を用い、入力信号Ｖａとして、入力信号Ｖａを３０度間隔でサンプリングして得られた信号を用いたものであり、他の構成は図１のものと同様である。すなわち、電圧検出リレーや周波数検出リレーなどに用いられるディジタルリレー３０３には、電力系統の母線３０１の電圧が電圧用変成器３０２を介して入力され、第１の乗算器１０１、信号保持器３０４、第２の倍数器１０４には、デジタルリレー３０３で母線３０１からの単相交流電圧を電気角３０度ピッチでサンプリングして得られた信号Ｖａが入力されている。信号保持器３０４は、電気角３０度ピッチ（間隔）でサンプリングして得られた信号Ｖａを順次保持するとともに、保持された信号のうち１つ前に保持した入力信号Ｖａを順次出力するようになっている。すなわち入力信号Ｖａの位相を３０度遅らせるために、３０度ピッチでサンプリングされた信号を保持したあと１つ前の信号を順次出力することとしている。
【００２０】
本実施形態においても、前記実施形態と同様に、加算器１０７からは、電圧振幅の２乗値Ａ２を出力することができる。
【００２１】
次に、本発明の第３実施形態を図３にしたがって説明する。本実施形態は、信号遅延器１０２の代わりに移相器４０１を用いたものであり、他の構成は図１のものと同様である。
【００２２】
本実施形態においては、入力信号Ｖａを１／１２サイクルに相当する時間だけ遅延させる代わりに、入力信号Ｖａの位相を３０度遅らせた信号を移相器４０１から第１の倍数器１０３に出力するようにしているため、前記各実施形態と同様に、加算器１０７からは、電圧振幅の２乗値Ａ２を出力することができる。
【００２３】
本実施形態によれば、入力信号Ｖａの位相を３０度（定格周期の１／１２サイクルに相当する角度）遅らせるようにしているため、電圧検出の遅れは１／１２サイクル程度で済むことになり、電圧振幅の２乗値を高速に検出することができる。
【００２４】
次に、前記いずれかの実施形態に用いられる交流電圧検出装置１００を遮断器制御装置に適用したときの実施形態を図４にしたがって説明する。本実施形態においては、上位電力系統５０１からの交流電力が送電線５０２、変圧器５０３、母線３０１、高速遮断器５０４を介して負荷５０５に供給されているとともに、負荷５０５には、電池貯蔵システムや自家発電設備で構成される電源５０６からの交流電力が供給されるようになっている。また母線３０１には電圧用変成器３０２が接続されており、電圧用変成器３０２には交流電圧検出装置１００が接続されている。交流電圧検出装置１００には電圧低下判定器５０８が接続されており、出圧低下判定器５０８は高速遮断器５０４に接続されている。なお、交流電圧検出装置１００、電圧低下判定器５０８、高速遮断器５０４としては単相のものが示されているが、実際には三相各相に対応して各装置が設けられている。
【００２５】
交流電圧検出装置１００は、電圧用変成器３０２からの電圧を取り込み、入力した単相交流電圧の電圧振幅の２乗値Ａ２に関する信号を電圧低下判定器５０８に出力するようになっている。出圧低下判定器５０８は、交流電圧検出装置１００から出力される出圧振幅の２乗値Ａ２と設定値とを比較し、電圧振幅の２乗値が設定値より低下したと判定したときに高速遮断器５０４に対して遮断信号を出力するようになっている。
【００２６】
上記構成において、例えば、送電線５０２で地絡事故などが発生し、母線３０１の電圧が低下した場合、交流電圧検出装置１００において電圧振幅の２乗値の低下を約１／１２サイクルの遅れで検出し、この検出結果を電圧低下判定器５０８に出力する。電圧低下判定器５０８は、電圧振幅の２乗値が設定値より低下したと判定したときには、高速遮断器５０４に対して遮断信号を出力し、高速遮断器５０４を高速に遮断し、負荷５０５を電圧低下から保護することができる。
【００２７】
また、電圧低下判定器５０８の代わりに、交流電圧検出装置１００の出力による電圧振幅の２乗値が異常値であるか否かを判定し、電圧振幅の２乗値が異常値を示すとき、例えば、過電圧が発生したことを示すときに高速遮断器５０４に対して遮断信号を出力する電圧異常判定器を用いることもできる。
【００２８】
本実施形態によれば、単相の交流電圧（正弦波電圧）と、元の正弦波交流電圧信号から３０度位相を遅らせた信号とを用いることで、入力された正弦波の振幅の２乗値を得ることができ、しかも位相の３０度遅れは１／１２サイクルに相当する。したがって、電圧検出の遅れは１／１２サイクル程度に済み、高速に高速遮断器５０４を遮断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態を示す交流電圧検出装置のブロック構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示す交流電圧検出装置のブロック構成図である。
【図３】本発明の第３実施形態を示す交流電圧検出装置のブロック構成図である。
【図４】交流電圧検出装置を遮断器制御装置に適用したときの電力系統の構成図である。
【符号の説明】
【００３０】
１００  交流電圧検出装置
１０１  第１の乗算器
１０２  信号遅延器
１０３  第１の倍数器
１０４  第２の倍数器
１０５  減算器
１０６  第２の乗算器
１０７  加算器
３０１  母線
３０２  電圧用変成器
３０４  信号保持器
４０１  移相器
５０１  上位電力系統
５０２  送電線
５０３  変圧器
５０４  高速遮断器
５０５  負荷
５０６  電源
５０８  電圧低下判定器
【図１】
2005043310.tif 000007
【図２】
2005043310.tif 000008
【図３】
2005043310.tif 000009
【図４】
2005043310.tif 000010