(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相電気システムを解析する方法であって、
前記多相電気システムの少なくとも１つの出力信号を測定するステップと、
基準ベクトルを生成するステップ（１１６）と、
前記出力信号および前記基準ベクトル間の位相角度差を測定するステップと、
前記測定された位相角度差の、前記出力信号および前記基準ベクトル間の所望な角度からのずれを決定するステップ（２００ａ、２００ｂ）と、
前記ずれに基づいて前記基準ベクトルの位相を変更し、ロックするステップと、
測定された出力信号および前記位相が変更された前記基準ベクトルに基づいて測定ベクトルの投影を得るステップ（１２６）と、
前記測定ベクトルの投影に基づいて、電圧あるいは電流の大きさ、電圧あるいは電流の位相および周波数の少なくとも１つを計算するステップとを含むことを特徴とする多相電気システムを解析する方法。
【請求項２】
前記出力信号および前記基準ベクトルの１つのそれぞれに応じてカウンタ（２２６）を増分し、かつ減分することをさらに含み、
前記カウンタは、前記基準ベクトルの中心周波数に加えられる必要のある周波数ヘルツの小数部分内に至るまでアップあるいはダウンをカウントし、
前記カウンタの出力に従って、前記基準ベクトルの中心周波数が変更されることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項３】
前記基準ベクトルが、それぞれ電圧制御発振器（１１６）によって発生されたベクトルのサイン成分およびコサイン成分であることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項４】
平衡負荷および不平衡負荷の両方の条件下で、実時間で、三相システム発電機の瞬時周波数（２２２）、三相電圧（１７６、１８０、１８４）三相電流（１８８、１９２、１９６）、その相対角（１７４、１７８、１８２、１８６、１９０、１９４）、電力および力率の少なくとも１つを測定し、かつ計算する方法であって、
前記発電機の少なくとも１つの出力信号を測定するステップ、
基準サイン成分およびコサイン成分を電圧制御発振器（１１６）から生成するステップ、
前記出力信号および前記基準サイン成分又はコサイン成分間の位相角度差を測定するステップと、
前記測定された位相角度差の、前記出力信号および前記基準サイン成分又はコサイン成分間の所望な角度からのずれを決定するステップ（２００ａ、２００ｂ）と、
前記ずれに基づいて前記基準サイン成分およびコサイン成分の位相を変更し、ロックするステップと、
前記発電機の前記出力信号を位相が変更し、ロックされた前記サイン成分およびコサイン成分のそれぞれと乗算するステップ（１１４ａ、１１４ｂ）、
前記乗算ステップの結果のそれぞれをフィルタリングするステップ（１２６ａ、１２６ｂ）、および
（ａ）前記フィルタリングステップの結果を二乗するステップ（１３２ａ、１３２ｂ）、 前記二乗ステップの結果を加算し、かつ平方根（１３６ａ）を生じる和から抽出するステップ、 前記抽出ステップの結果を増幅し、前記発電機の前記少なくとも１つの出力信号の大きさを得るステップ（１３８ａ）、および（ｂ）前記抽出ステップの前記結果を反転するステップ（１５０ａ）、
前記反転ステップの結果を前記フィルタリングの前記結果の１つと乗算するステップ（１５２ａ）と、
前記直前の乗算ステップの積を１の絶対最大値にクランプするステップ（１５４ａ）、および
アークコサイン関数を実行し、前記発電機の前記少なくとも１つの出力信号と前記コサイン成分との間の角度を得るステップ（１６０ａ）、を含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
前記発電機の前記出力信号および前記基準サイン成分およびコサイン成分の中の１つそれぞれに応じてカウンタ（２２６）を増分し、かつ減分することによって前記電圧制御発振器のための入力信号を制御することをさらに含むことを特徴とする請求項４の方法。
【請求項６】
さらに、 前記発電機の少なくとも２つの出力信号の大きさを測定し、それぞれの測定された振幅を得て、 測定された振幅の少なくとも１つを所定の閾値と比較し（２４０）、 前記比較ステップの結果に基づいて、前記少なくとも２つの出力信号と関連した異なる位相情報の中のどれが前記位相を変更し、ロックするステップを実行するために使用されることを制御すること（２４０、２０６）とを含むことを特徴とする請求項４の方法。
【請求項７】
多相電気システムを解析する装置であって、
前記多相電気システムの少なくとも１つの出力信号を測定する手段と、
基準ベクトルを生成する手段（１１６）と、
前記出力信号および前記基準ベクトル間の測定された位相角度差の、前記出力信号および前記基準ベクトル間の所望な角度からのずれを決定する手段と、
前記ずれに基づいて前記基準ベクトルの位相を変更し、ロックする手段と、
測定された出力信号および前記位相が変更し、ロックされた前記基準ベクトルに基づいて測定ベクトルの投影を得る手段と、
前記測定ベクトルの投影に基づいて作動可能で、電圧あるいは電流の大きさ、電圧あるいは電流の位相および周波数の少なくとも１つを計算する手段（１１４ａ、１１５ｂ、１２６ａ、１２６ｂ、１３２ａ、１３２ｂ、１３４ａ、１３６ａ、１３８ａ、１５２ａ、１５４ａ、１６０ａ）とを備えていることを特徴とする多相電気システムを解析する装置。
【請求項８】
前記基準ベクトルが、前記基準ベクトルを生成する手段（１１６）によって発生されたベクトルのサイン成分およびコサイン成分であり、
さらに、 前記サイン成分およびコサイン成分と前記出力信号とを混合する手段（１１４ａ、１１４ｂ）、フィルタリングする手段（１２６ａ、１２６ｂ）、および二乗する手段（１３２ａ、１３２ｂ）と、 前記混合手段、フィルタリング手段および二乗手段の結果を加算する手段（１３４ａ）と、 前記加算手段の結果の平方根（１３６ａ）を抽出する手段と、 前記抽出手段の結果を反転する手段（１５０ａ）と、 前記反転手段の結果を前記基準ベクトルの中の１つと混合する手段（１５２ａ）とを含み、 それによって前記測定ベクトルと前記基準ベクトルの中の前記１つとの関係が得られることを特徴とする請求項７の装置。
【請求項９】
平衡負荷および不平衡負荷の両方の条件下で、実時間で、三相システム発電機の瞬時周波数、三相電圧、三相電流、相間の相対角、電力および力率の少なくとも１つを測定し、かつ計算する装置であって、
前記発電機の少なくとも１つの出力信号を受信する手段、
基準サイン成分およびコサイン成分を生成する電圧制御発振器（ＶＣＯ）（１１６）であって、前記ＶＣＯが、
前記出力信号および前記基準サイン成分又はコサイン成分間の位相角度差を測定する手段、
前記測定された位相角度差の、前記出力信号および前記基準サイン成分又はコサイン成分間の所望な角度からのずれを決定する手段、
前記ずれに基づいて前記基準サイン成分およびコサイン成分の位相を変更し、ロックする手段、
前記発電機の前記出力信号を位相が変更し、ロックされた前記サイン成分およびコサイン成分のそれぞれと乗算する乗算ブロックする手段（１１４ａ、１１４ｂ）、
前記乗算ブロックによって出力される結果をそれぞれフィルタリングするローパスフィルタ（１２６ａ、１２６ｂ）、および
（ａ）前記ローパスフィルタの出力の二乗の和の平方根を得るための二乗関数（１３２ａ、１３２ｂ）、加算関数（１３４ａ）および平方根関数（１３６ａ）、および 前記生じる平方根を増幅する増幅器（１３８ａ）、および
（ｂ）前記生じる平方根を割る割算器（１５０ａ）、および
前記割算器によって出力された結果を前記ローパスフィルタの前記結果の１つと乗算する他の乗算ブロック（１５２ａ）、
前記他の乗算ブロックからの出力を１の絶対最大値にクランプするクランプ回路（１５４ａ）、および
前記クランプ回路から出力された結果で作動するアークコサイン関数（１６０ａ）、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項１０】
さらに、 前記発電機の少なくとも２つの出力信号の振幅を測定し、それぞれの測定振幅を得る手段と、
測定された振幅の少なくとも１つを所定の閾値と比較する手段（２４０）と、
前記比較手段から出力された結果に基づいて、前記少なくとも２つの出力信号と関連した異なる位相情報の中のどれが前記ＶＣＯに供給するために使用されるかを決定するためにスイッチを制御する手段（２４０、２０６）とを含むことを特徴とする請求項９の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
この発明は、電力、電圧、電流、および、周波数のような平衡あるいは不平衡三相の電気的なパラメータのリアルタイムな測定に関する。特に、この発明は、位相ロックされた直交ディテクタを用いる発電機における平衡あるいは不平衡三相の電気的なパラメータのリアルタイムな測定に関する。
【０００２】
【背景技術】
多相発電機、特に、三相発電機は、市場用におよび産業用の電力を生産するために広く使われており、従って、安定性があり、信頼性のある交流電力の供給を行なうことができる発電機が望まれている。このような発電機は、位相および周波数の変動と同様に、様々なタイプの電力変動、障害、電圧および電流の過負荷をしばしば受けるので、発電機の出力パラメータできるだけ確実にモニタできることが好ましい。特に、発電機の作動中は、システムの安全な稼動が望まれ、発電機の作動パラメータをオペレータが容易に入手でき、例えば、入力された機械的な動力と供給される電力間のミスマッチのような危険な状態が発生したときに、安全装置が、システムコントロールにフィードバック信号を送ることが好ましい。
【０００３】
例えば、ＧＥの  Ｍａｒｋ  Ｖ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ＣａｒｄＤＳ２００ＴＣＣＢＧ１Ｂのような従来技術である発電機のモニタが、三相のシステムにおいて、モニタされた電圧および電流信号が、それぞれの電圧および電流ベクトル間で１２０度位相の関係を有していると仮定する。しかしながら、システムの平衡が乱れている状態では、この１２０度位相の関係はもはや有効な仮定ではない。従って、この仮定された１２０度位相の関係に基づいたすべてのベクトル測定および電力計算も、もはや有効ではなくなる。
【０００４】
その他の従来技術における発電機モニタにおけるそれ以上の仮定は、発電機の周波数が、例えば、５０あるいは６０Ｈｚのような定格のシステム周波数に維持されるというようなものである。この仮定は、通常、特に、発電機が比較的大きな電力グリッドに接続されたとき、これによって発電機が公称周波数に近い周波数に維持する傾向にある電気的な「スチフネス」を受けることになるので正しい。他方で、発電機が、例えば、それ自身に発電能力を備えている製造設備のような大きな電力グリッドに接続されていないとき、および、発電機械設備がオンオフされるとき、あるいは、電力供給システムに信頼性が無い開発途上国においてすら、公称値からの４〜５Ｈｚの周波数変動は、まれではない。しかし、位相不平衡および周波数変動は回転機械、電気装置、その他発生された電気に依存している装置に望ましくない影響を生ずる。
【０００５】
【発明の概要】
従って、三相発電機の出力のキーとなるパラメータを決定する方法および装置の提供が望まれている。この発明の好ましい実施例によれば、直角の（直交する）一対の基準ベクトルが、選択された入力オープンデルタ線間電圧ベクトルに位相ロックされる。好ましくは、コサイン基準ベクトルが、選択された入力ベクトルから４５度だけ位相をずらせてロックされる。これは、引き続く大きさと位相の計算における精度を高めるような入力ベクトルの直交する対への最上の射影を可能にする。位相ロックされた基準ベクトルは、好ましい実施例におけるシステムに対する入力として与えられる残りのオープンデルタ線間電圧ベクトルおよび三つの線中性点間電流ベクトルに対する大きさおよび位相角度を計算する基礎となる。
【０００６】
選択された入力の計算された大きさおよび位相、三つの線間電圧および三つの線中性点間電流に対する大きさおよび位相角度の瞬時値の測定、発電機の有効電力（ワット）、ボルトアンペア無効電力（ＶＡＲＳ）、皮相電力（ＶＡ）、力率（ＰＦ）、および、位相ロックの結果としての発電機の精密な周波数を用いる。
【０００７】
【発明を実施するための最良の形態】
この発明の好ましい実施例は、図１Ａと図１Ｂにおいて、１００で示されている。一般的に、この実施例には、直交ディテクタと、位相ロックループおよび位相シフトフィードバックからなる三つの主要機能部分がある。以下に議論されるように、図１Ａが最初であるが、同じ機能の多くが、別の入力信号に対して働く図１Ｂにおいても繰り返される。
【０００８】
直交ディテクタ部分は、好ましくは、それぞれ、乗算ブロック１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄに接続される信号入力１１０ａ、１１０ｂからなり、これらの乗算ブロックはまた、電圧制御された発信器（ＶＣＯ）１１６から出る基準サイン信号１１８および基準コサイン信号１２０に接続されている。乗算ブロック１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄは、それぞれ、ローパスフィルタ１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ、１２６ｄに接続され、これらのローパスフィルタは、それぞれ、サイン信号１１８およびコサイン信号１２０のそれぞれの平方機能１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ，１３２ｄに接続されている。さらに、加算接続１３４ａ、１３４ｂ、平方根機能１３６ａ、１３６ｂ、および、利得ブロック１３８ａ，１３８ｂが一体的に信号の大きさ１７６、１８０を与えるように接続されている。ここで開示されている実施例の基礎とする数学については、後で説明する。
【０００９】
上述の事項に加えて、直交ディテクタ部分は、好ましくは、それぞれ、平方根機能１３６ａ、１３６ｂの後に接続されるインバータ１５０ａ、１５０ｂとクランプ回路１５４ａ、１５４ｂにそれぞれ接続された乗算ブロック１５２ａ、１５２ｂを有し、そのクランプ回路が後に、アークコサイン機能１６０ａ、１６０ｂに接続される。直交ディテクタ部分の上述の構成は、基準ベクトルに関する、すなわち、コサイン信号１２０に関する入力信号の位相関係を内容とする信号１７４、１７８を発生する。最終的に、ブロック１７０、１７２が入力信号のサイン信号１１８へのフィルタリングされた射影が得られることを示す。
【００１０】
この発明による好ましい実施例による位相ロックされたループは、以下に詳しく説明される所望のフィードバック信号を選択するためのＶＣＯ１１６（図２に詳細が示されている）、アップダウンカウンタ２２６、２３０、ローパスフィルタ２２４、２２８、飽和リミッタ２１４、および、論理回路制御されるスイッチ２０６からなる。図２に示されるようなＶＣＯ１１６は、好ましくは、ディジタル的に実行され、入力２５０、ディスクリートな時間積分器２５２、ロールオーバ機能２５４、利得ブロック２５６、度・ラジアンコンバータ２５８、および、サインおよびコサイン信号１１８、１２０をそれぞれ導くサイン機能ブロック２６０およびコサイン機能ブロック２６２からなる。ロールオーバ機能２５４において展開されるアルゴリズムは、図２に示されている。
【００１１】
図１Ａに示される実施例における位相シフトフィードバック部分は、好ましくは、選択された入力ベクトルおよびコサイン基準信号１２０間の位相角度差を測定する機能２００ａ、２００ｂを有する。この場合は４５度（５．４９７８ラジアン）である所望な角度からのずれは、付勢されたときに、ディスクリートな時間飽和リセット積分器２０２ａあるいは２０２ｂを介して積分され、ＶＣＯ１１６に対する周波数・位相エラーフィードバックへのバイアスとしてスイッチ２０４を介して加算ブロック２１０によって加算(あるいは減算)されて、サイクルに変換される。すなわち、周波数・位相エラーフィードバックは、エラーフィードバックをＶＣＯの中心周波数２２０に加算する加算ブロック２１６に導かれる。調節された周波数は、２２２において見出すことができ、信号周波数２２２を示す信号は、入力２５０を介してＶＣＯ１１６に導かれる（図２）。入力１１０ａ、１１０ｂは、Ｖ１２、Ｖ２３およびＶ３１によって図１Ａおよび図１Ｂに示されているオープンデルタ線間電圧ベクトルを示す。この表現は、位相Ａ、Ｂ、Ｃを備える三相システムにおけるＶＡＢ、ＶＢＣおよびＶＣＡに同じである。三相システムにおける第３の線間電圧は従来周知の電位トランス（ＰＴ）によって直接モニタできるが、モニタリングシステム全体のコストダウンという観点から、図１Ｂに示すように、第３の線間電圧が、否定ブロック１１２を介してその他の二つにおける線間電圧の否定によって取り出されることが明らかである。二つのその他の電圧と同様に、取り出された第３の電圧は、乗算ブロック１１４ｅ、１１４ｆを介してサインおよびコサイン信号１１８、１２０に混合され、得られた積は、フィルタ１２６ｅ、１２６ｆによりフィルタリングされ、フィルタリングされた成分は、すなわち、コサイン射影１２８ｃおよびサイン射影１３０ｃは、平方機能１３２ｅ、１３２ｆを通過し、得られた結果は、加算ブロック１３４ｃにおいて加算され、平方根機能１３６ｃを通過する。平方根値は利得ブロック１３８ｃにおいて増幅されて第３の線間電圧の大きさ１８４が決定される。コサイン基準信号１２０に関する第３の線間電圧の角度は、インバータ１５０ｃを介して平方根値を逆数にし、得られた商を乗算ブロック１５２ｃにおいてコサイン射影１２８ｃに乗ずることによって得られる。得られた積は、クランプ機能１５４ｃにおいて＋/−１にクランプされ、最終的に、アークコサイン機能１６０ｃが、クランプ機能１５４ｃからの値に加えられて角度出力１８２が得られることになる。
【００１２】
三相電流の基準コサイン信号１２０に関しての大きさおよび位相信号を得るための構成は、第３の線間電圧に関連して上述した構成と同一である。
【００１３】
特に、電流信号は、入力１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅにおいて入力する。それらの信号は、乗算ブロック１１４ｇ、１１４ｈ、１１４i、１１４ｊ、１１４ｋ、１１４ｌにおいて基準サインおよびコサイン信号１１８、１２０と乗算される。得られた積は、それぞれのコサインおよびサイン射影１２８ｄ、１３０ｄ、１２８ｅ、１３０ｅ、１２８ｆ、１３０ｆを生じるローパスフィルタ１２６ｇ、１２６ｈ、１２６ｉ、１２６ｊ、１２６ｋ、１２６ｌにおいてフィルタリングされる。これらの射影のそれぞれは、平方機能１３２ｇ、１３２ｈ、１３２ｉ、１３２ｊ、１３２ｋ、１３２ｌによって平方され、図示のように加算ブロック１３４ｄ、１３４ｅ、および、１３４ｆにおいて加算される。その後、平方根機能１３６ｄ、１３６ｅ、１３６ｆが設けられ、これらは利得ブロック１３８ｄ、１３８ｅ、１３８ｆに導かれ、１８８、１９２、１９６においてそれぞれの位相電流の大きさが得られる。  コサイン基準信号１２０に関しての位相電流角度のために、コサイン射影１２８ｄ、１２８ｅ、１２８ｆは、乗算ブロック１５２ｄ、１５２ｅ、１５２ｆにおいてインバータ１５０ｄ、１５０ｅ、１５０ｆにおいて逆数を取られた平方根値に乗算される。この乗算の積は、クランプ機能１５４ｄ、１５４ｅ、１５４ｆにおいてクランプされ、次に、アークコサイン機能が、ブロック１６０ｄ、１６０ｅ、１６０ｆによって与えられて１８６、１９０、１９４において必要な角度が得られることになる。
【００１４】
図示のように、電力計算に用いられるベクトルの大きさおよび角度（図３）は、直交ディテクタ部分におけるそれぞれのローパスフィルタから出てくるコサインおよびサイン射影１２８ａ、１３０ａ、１２８ｂ、１３０ｂ、１２８ｃ、１３０ｃ、１２８ｄ、１３０ｄ、１２８ｅ、１３０ｅ、１２８ｆ、１３０ｆを用いて決定される。一対の二つの射影におけるその平方の和の平方根は、入力信号の大きさの１／２である。このようにして、信号の大きさは、この量に２を乗算することにより得られる。上述の事柄のより正確な説明に対しては後でする数学的な解析を参照されたい。さらに、コサインの射影と、サインおよびコサインの射影を平方したものの和の平方根との比は入力信号およびコサイン基準間の角度のコサインであるので、位相関係は、この比のアークコサインを取ることによって求められる。
【００１５】
好ましい実施例に従って取り出されたベクトルの大きさおよび位相の関係に基づいた電力計算が、図３に示されている。特に、角度１７４、１８６は、加算ブロック３１０において加算される。サインおよびコサインは、ブロック３１６、３１８から生じた和から求められる。これらの構成要素は、次いで、乗算ブロック３２０、３２２において第１の線間電圧の大きさである大きさ１７６と混合される。これらの処理は再び乗算ブロック３２４、３２６において位相Ａの電流の大きさ１８８と乗算される。一方、第２の線間電圧角度１７８および１８０度入力３００は、基準コサイン信号１２０に関して位相ＣとＢの間の電圧に対する角度を与える加算ブロック３１２において加算される。この値は、ブロック３１４内における位相Ｃ電流のマイナスの角度に加えられる。このブロックは、その出力が乗算ブロック３５４、３５６内で位相ＢとＣ１８０の間の電圧の大きさと混合されるサインおよびコサイン機能３５０、３５２に接続されている。ブロック３５４、３５６は、位相Ｃ電流の大きさ１９６に接続された入力をさらに備えた乗算ブロック３５８、３６０に接続されている。乗算ブロック３５８の出力は、その出力が有効電力Ｐ３３０を内容としている加算ブロック３２８における乗算ブロック３２６の出力に加算される。この有効電力Ｐ３３０は、Ｓ（以下に説明される）によって割られると、力率値３３４となる。図３においてＳと記号化された皮相電力（ＶＡ）は、ワット数の平方和の平方根、すなわち、Ｓ＝√Ｐ2＋Ｑ2として計算される。図３において、この関係は、乗算ブロック３２４および３６０の出力を取り出し、これを加算ブロック３６２において加算することによって得られ、これは、図３においてＱと記号化された無効電力ＶＡＲＳ、３６４を与える。Ｑは、次いで、平方機能３３６における電力Ｐとして平方機能３６６において平方される。これらの平方値は、加算ブロック３３８において加算され、その結果としての和の平方根が、機能ブロック３４０において皮相電力ＶＡである値Ｓを生じる。
【００１６】
ここで開示されるシステムの動作が、以下に説明される。位相ロックされたループは、周波数・位相エラーディテクタの動作によって制御され、このディテクタは、入力信号、例えば、１１０ａ、１１０ｂの上昇方向にそれぞれ０交差するとアップダウンカウンタ２２６、２３０を増加させる。他方、アップダウンカウンタ２２６、２３０は、コサイン基準ベクトル１２０の上昇方向においてそれぞれ０交差すると、減少させられる。カウンタ２２６、２３０は、入力信号の周波数にマッチするようにＶＣＯ中心周波数に加えられる必要のある周波数ヘルツの小数部分内に至るまでアップあるいはダウンをカウントする。図４、５および６は、可能なカウンタ出力値を示している。図４は、高い方の周波数に向けて駆動するアップダウンカウンタを示し、図５は、高い方のカウントとパルス幅に転移しているアップダウンカウンタを示し、および、図６は、安定状態の周波数にロックされたアップダウンカウンタを示している。ロックを維持するのに必要な小数部分ヘルツは、アップダウンカウンタのパルス幅内に埋没している。周波数位相アップダウンカウンタ２２６、２３０の出力は、ローパスフィルタ２２４、２２８、によって平滑化され、スイッチ２０６を介して位相シフトフィードバック信号に加えられる。応答を早めるためのこれら二つのフィードバック信号と増幅器２１２を介した利得との加算は、ＶＣＯ中心周波数２２０を所望の量だけバイアスしてＶＣＯ１１６の出力を入力信号と同じ周波数に維持するのに用いられる。
【００１７】
位相シフトフィードバック、すなわち、入力信号ベクトルおよびコサイン基準ベクトル１２０および所望の位相シフト（この場合４５度）の間のエラーは、ディスクリートな時間飽和リセット積分器２０２ａ、２０２ｂを介して積分され、加算ブロック２１０において適切にフィルタリングされた周波数・位相エラーアプウダウンカウンタの値に加算される。この位相シフトフィードバックは、二つのフィードバック信号の加算をバイアスし、周波数・位相エラーアプウダウンカウンタのパルス幅が、コサイン基準信号１２０に対して所望の位相角度に維持されている入力ベクトルを備えた安定状態平衡点に到達するようにする。入力信号の周波数は、利得が加えられたフィードバック信号とＶＣＯ中心周波数との和である。
【００１８】
具体的には、機能２００ａは、好ましくは、図８に概略が示されているものと同じソフトウェアコードに従って実行される。図から明らかなように、例えば、１７０であるフィルタリングされたサイン射影は、適正な計算結果を保証するために用いられる。同じアルゴリズムが機能２２０ｂフィードバック路に用いられるが、Ｖ１２およびＶ２３間の１２０度の差が、Ｖ１２路における４５度に対して１６５度にするという所望の差を与えるように加えられるところだけが異なっている。このようにして、アルゴリズムのＶ２３フィードバック路において、３．４０３３９２０４１ラジアン（１９５度）が、Ｖ１２路における５．４９７７８７１４４ラジアン（３１５度）の代わりに引かれる。
【００１９】
フィードバック制御スイッチ２４０は、図９に関連して以下のように働く。位相ロックされたループにおける正常なフィードバック選択は、１１０ａにおける入力信号の大きさが所定の閾値（ステップ８００、８１０、８２０、８３０）よりも大きい限りにおいて、Ｖ１２入力信号１１０ａを用いる。  そうでないときは、Ｖ２３の大きさ、すなわち、入力信号１１０ｂは、同じ閾値（ステップ８４０、８５０）と比較される。Ｖ２３の信号レベルが十分に大きいときは（ステップ８５０）、フィードバック選択として使われる（ステップ８６０、８７０）。フィードバック制御のためのスイッチングは、図１Ａに示されるブロック２４０において実行される。Ｖ１２もＶ２３も閾値を超えずに、しかも、Ｖ２３がＶ１２よりも非常に大きいときは（例えば、１５０％あるいはその他の適当な値）、Ｖ２３は、フィードバック選択として使われる（ステップ８８０、８６０、８７０）。それ以外は、Ｖ１２が使われる。Ｖ１２の既定値あるいは本来の使用は任意であり、Ｖ２３は、代わりに本来のものとして使用できることに注意すべきである。このルーチンは、システムが「生きた」入力信号に基づいてモニタされていることに確信を得るため適切に繰り返される。すなわち、このスイッチング論理は、システムの故障それに引続いて一方のあるいは他方の入力信号に電圧損失があるときに有効である。従って、電力計算は、発電機位相の一方に電力がある限り行なうことができる。
【００２０】
別のやり方で説明すると、ディスクリートなアップダウンカウンタ２２６あるいは２３０は、アップあるいはダウンをカウントして粗い整数の周波数調節や、パルス幅を増加あるいは減少させて細かい周波数調節を行う。アップカウントが生じるかあるいはパルス幅が一定のままで残り、平衡点に達するまで、パルス幅は増加することは図５−図７から明らかである。同様の効果が、パルス幅の減少とダウンカウントにより得られる。アップダウンカウンタにすぐ追随するローパスフィルタ２２４、２２８が、カウンタ出力を平滑化し、アップダウンカウンタパルス列の平均値を定める。このようにして、バーニヤ（小数部分）周波数成分は、アップダウンカウンタパルス幅内に埋没する。問題は、入力ベクトルがコサイン基準信号１２０からずれた一定の４５度に維持されることを如何にして保証するかである。前に述べたように、４５度のずれは、基準コサインおよびサインベクトル上の射影により平衡を取らせるとともにより正確な測定を可能にすする。位相シフトフィードバック路は、これを望ましい関係に確保する。所望の位相角度とコサイン基準位相にたいするフィードバック入力と差を積分し、次いで、これをアップダウンカウンタに加えることによって、必要な周波数および位相角度においてロックを保持するために必要なバイアスが得られる。換言すると、アップダウンカウンタは、ＶＣＯ中心周波数に加えるのに必要な正しいフィードバックを正確に与えて、入力（発電機Ｖ１２あるいはＶ２３）と同じ周波数にＶＣＯ出力周波数を維持する。しかしながら、位相関係は、アップダウンカウンタフィードバックにおける如何なる構成によっても制御できない。位相シフトフィードバック路を加えることによって、周波数および位相が特定できる。
【００２１】
以下に示すのは、この発明の実施例に関連して用いられるベクトルの乗算の数学的な分析である。
（ベクトルの乗算の数学的な分析）
いずれかの基準ベクトルによる入力の乗算は、以下の三角法の恒等式に従う。
[ＡinＳＩＮ（ωinｔ＋ψin）][ＡrefＳＩＮ（ωrefｔ＋ψref）]＝
[（ＡinＡref／２）ＣＯＳ（（ωinｔ＋ψin）−（ωrefｔ＋ψref））]・
[（ＡinＡref／２）ＣＯＳ（（ωinｔ＋ψin）＋（ωrefｔ＋ψref））]（式１）
同じ周波数における二つのベクトルに対して、すなわち、ω＝ωin ＝ωrefに対して式１は、以下のようになる。
[ＡinＳＩＮ（ωinｔ＋ψin）] [ＡrefＳＩＮ（ωrefｔ＋ψref）]＝
[（ＡinＡref／２）ＣＯＳ（ψin−ψref）]−
[（ＡinＡref／２）ＣＯＳ（２ωｔ＋ψin＋ψref）]  （式２）
これから、Ｄ．Ｃ．項が、すなわち、第１のかっこであり、および、Ａ．Ｃ．項が、すなわち、第２のかっこであることが分かる。Ｄ．Ｃ．項は、二つのベクトルが同じ周波数であるときにのみ存在する。式２がＤ．Ｃ．項成分を通過させつつＡ．Ｃ．項成分を除去するローパスフィルタを通過するとき、式２は、以下のように簡単にできる。
【００２２】
フィルタリングされた[[ＡinＳＩＮ（ωinｔ＋ψin）] [ＡrefＳＩＮ（ωrefｔ＋ψref）]]＝[（ＡinＡref／２）ＣＯＳ（ψin−ψref）]（式３）
基準ベクトルを単位ベクトル、すなわち、Ａref≡１であるとしたき、式３はさらに以下のように簡単にできる。
【００２３】
フィルタリングされた[[ＡinＳＩＮ（ωinｔ＋ψin）] [ＡrefＳＩＮ（ωrefｔ＋ψref）]]＝[（Ａin／２）ＣＯＳ（ψin−ψref）]（式４）
これは、図７を参照するとき好都合である。
【００２４】
定義により
ＣＯＳ（ψin−ψref）≡（隣接辺／斜辺）＝（ＡinのＡrefへの射影）／Ａin
（式５）
項（ＡinのＡrefへの射影）について式５を解くと、以下のようになる。
（ＡinのＡrefへの射影）＝ＡinＣＯＳ（ψin−ψref）（式６）
式６と式４を比較すると、以下のことが明らかである。
フィルタリングされた[[ＡinＳＩＮ（ωinｔ＋ψin）] [ＡrefＳＩＮ（ωrefｔ＋ψref）]]＝（ＡinのＡrefへの射影）／２（式７）
換言すると、フィルタ出力は、基準ベクトルに対する入力ベクトル射影の１／２となる。
【００２５】
角度出力１７４、１７８、１８２、１８６、１９０、１９４において、角度出力は、入力ベクトル（線間電圧あるいは線中性点間電流）とコサイン基準信号１２０との間の角度である。しかしながら、０度基準に対する真の位相角度は、図１０から、コサイン基準角度と、コサイン基準および関心あるモジュロ３６０のベクトル間の角度との和であることが分かる。すなわち、図１０および図７において「ファイ入力」という角度を与えるために、ＶＣＯ１１６のコサイン出力１２０を角度に変換し、上述した計算を実行するアークコサインブロック(図示せず)を図１に加える必要がある。
【００２６】
【産業上の利用可能性】
このようにして、ここで述べた好ましい実施例に従って、リアルタイムに、平衡あるいは不平衡負荷の状態の下で、瞬時周波数、三相電圧、三相電流、位相間の角度、電力（ワット、ＶＡＲＳ、ＶＡ）、および、力率を含む発電機の動作パラメータを正確に測定するとともに計算する方法および装置が提供される。直交し、好ましくは約４５度で選択された入力にロックされている一対のベクトルを用い、共通の基準として使うことによって、発電機の動作パラメータを計算するのに必要な入力ベクトルのすべてが、非常に正確に測定できる。共通の基準の使用は、仮定される位相角度および／あるいは周波数を使うときの問題を解決し、より強靭な測定を可能にする。特に、基準の直交対から４５度だけ入力ベクトルをずらす技術および位相ロックされたループを用いて同じ４５度にこれを維持する技術は、電気的なパラメータのさらに正確な最高の測定を約束する。従って、例えば、発電機の原動機の正確な速度制御を行なって供給される電力の周波数および位相をさらに正確に制御することが可能になる。
【００２７】
この発明は好ましい実施例について説明されたが、当該技術に通常の知識を備えた者であれば、この発明の技術的な範囲を逸脱することなく、種々の変更を行なうとともに部材の入れ替えを行なうことは極めて容易に行ない得ることであろう。さらに、この発明の基本的な範囲を外れることなく、その示唆するところに従って特定の状況や材料を適用して多くの修正を行なえることも明らかであろう。従って、この発明は、これを実施するために意図された最上の態様として開示されている特定の実施例に限定されるものではなく、この発明は、添付の特許請求の範囲に記載の技術的な範囲に含まれるすべての実施例を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】  この発明の好ましい実施例の説明図である。
【図１Ｂ】  この発明の好ましい実施例の説明図である。
【図２】  この発明の好ましい実施例による電圧制御された発信器の構成をしめす。
【図３】  この発明の好ましい実施例による種々の電力パラメータを得るための構成の説明図である。
【図４】  この発明の好ましい実施例におけるアップダウンカウンタに可能な出力を示すグラフである。
【図５】  この発明の好ましい実施例におけるアップダウンカウンタに可能な出力を示すグラフである。
【図６】  この発明の好ましい実施例におけるアップダウンカウンタに可能な出力を示すグラフである。
【図７】  一旦、位相ロックが達成されたときの、入力信号と、発生されたサインおよびコサイン基準信号成分間の関係を示す図である。
【図８】  この発明によるエラー関数ブロック２００ａを実行するための好ましい指令を示す図である。
【図９】  この発明の実施例に従ってどの入力信号に対して基準が位相ロックされるべきかを選択する論理回路を示すフロー図である。
【図１０】  この発明の好ましい実施例による種々のベクトルにおける位相角度間の関係を示す図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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