JPH07177662A - 電力ネットワークに接続されたコンポーネントのモニタ／コントロール方法 - Google Patents

電力ネットワークに接続されたコンポーネントのモニタ／コントロール方法

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JPH07177662A
JPH07177662A JP6223476A JP22347694A JPH07177662A JP H07177662 A JPH07177662 A JP H07177662A JP 6223476 A JP6223476 A JP 6223476A JP 22347694 A JP22347694 A JP 22347694A JP H07177662 A JPH07177662 A JP H07177662A
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signal
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JP6223476A
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Krister Nyberg
ニィベルグ クリステル
Urban Aastroem
アーストローム ウルバン
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Asea Brown Boveri AB
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Publication date
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    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 電力ネットワークに接続されたフィルタ等の
プラントコンポーネントにおいて、選択されたトーンの
電圧／電流成分間の位相差を高精度で決定できるモニタ
／コントロール方法を提供する。 【構成】 高電圧直流用のコンバータプラントにおい
て、無効電力を発生するコンデンサバンクまたは、高調
波濾波用の同調可能なフィルタをモニタ／コントロール
するに方法において、このプラントコンポーネントで発
生する電圧と、これを通る電流との積を生成すると共
に、サイン信号およびコサイン信号を、上記積の積分値
を加算、掛算および商発生処理を行なうことによって生
成する。これら信号の周波数は、選択されたトーンの序
数の積および、このネットワークと組合わされた基本周
波数に等しく、更に、これら積を積分し、位相差および
／またはこれらトーンの電圧成分と電流成分との間の振
幅値を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電力ネットワークに接
続されたプラントのコンポーネントをモニタ／コントロ
ールする方法および装置に関し、例えば、高調波濾波の
ため、高電圧直流用コンバータプラントに設置されたフ
ィルタや、無効電力を発生するためのコンデンサバンク
をモニタ／コントロールする方法および装置に関する。
【０００２】
【従来技術】ＡＣネットワークに接続されたコンバー
タ、例えば、高電圧直流用のコンバータプラント内に設
置されたコンバータによって、それ自身の基本的動作に
基いて、ＡＣ側に高調波電流を発生させると共に、ＤＣ
側に高調波電圧を発生させている。これに関連して、原
理上、ＡＣネットワークの基本周波数に対して、ｎ＝ｋ
ｐ±１次数の高調波のみがＡＣ側に発生すると共に、Ｄ
Ｃ側にはｎ＝ｋｐ次数の高調波が発生し、ここで“ｐ”
はコンバータのパルス数であると共に、“ｋ”は正の整
数である。また、他の次数の高調波は、この種の電力ネ
ットワーク内で発生し、これは、例えば、ＡＣネットワ
ークの位相間における非対称性によって生じるものであ
る。
【０００３】これら高調波から発生され、電力ネットワ
ーク内のコンポーネントでのストレスを減少させると共
に、このネットワークおよび通信妨害に課せられた要件
を満すために、一般に、分流接続されたフィルタを設置
して、このネットワーク中の妨害の伝搬を制限してい
る。低い次数の高調波、例えば、ｋ＝１に対応すると共
に、６パルスコンバータではｋ＝２である高調波は、一
般に、これら高調波に同調したフィルタを用いて濾波
し、他方、高い次数の高調波は、ハイパスフィルタによ
って濾波している。これらフィルタは、受動コンポーネ
ントから構成されており、更に、これを設計する場合に
は、ＡＣ側のフィルタは、無効電力を発生する部材とし
て作用するように考慮されている。しかし乍ら、一般
に、高電圧直流電力用のコンバータプラントにおいて無
効電力を発生させる要件としては、これの交流側に、１
個またはそれ以上の高電圧コンデンサバンクを設置する
必要が生じてしまうことである。また、或る条件の下で
は、このコンバータの直流電圧側にも、同調させたフィ
ルタおよびハイパスフィルタを設置する必要になる。高
電圧直流用のコンバータプラントにおいては、これらフ
ィルタおよびコンデンサバンクによって、プラントのコ
ンポーネント（構成要素）が構成され、これらコンポー
ネントによってこのプラントのコスト、機能および容量
が実質管に影響されるようになる。
【０００４】一般に、同調型フィルタは、直列共振回路
として設計されており、容量性素子、誘導性素子、およ
び場合によっては抵抗性素子から構成されている。ま
た、これら同調型フィルタは、電力ネットワークにおい
て予期される１つまたはそれ以上の高調波周波数におい
て、純粋な抵抗インピーダンスを呈するように同調され
ている。
【０００５】狭帯域フィルタにおいて、このフィルタに
包含されているインピーダンスエレメントのリアクタン
スにおける僅かな変化によって、このフィルタの機能
に、大きな低下がもたらされてしまう。このような僅か
な変化は、例えば、容量性インピーダンス素子の一部分
における故障によって基因するものである。このような
故障をモニタする既知の方法としては、フィルタ内に生
じる電圧およびこれを通る電流を検出すると共に、バン
ドパスフィルタ手段によって選択された周波数の電圧お
よび電流の成分間における位相差を形成する方法があ
り、この周波数は、このフィルタが同調された高調波ま
たはこれら高調波の内の１つに対応している。この位相
差は、このフィルタが正しく同調した場合には、ゼロと
なるものである。この位相差に依存して形成された状態
信号をアラームユニットに供給して、この位相差が予じ
め決められた値を越えた場合に、故障アラームを放出す
るようになる。
【０００６】しかし乍ら、例えば、温度変化や経年変化
に基因した、ネットワーク周波数における変化およびコ
ンポーネント値におけるドリフトは、このフィルタ内
に、直接的な故障は生じないが、一般に、正確な同調を
維持できないことを意味するものである。従って、同調
ユニットを有するフィルタが提案されており、これら同
調ユニットは、フィルタの共振周波数を制御部材を介し
て調整できるようになっており、この制御部材によっ
て、このフィルタの誘導インピーダンスを変化させてい
る。これに関連して、既知の一方法によれば、上述した
方法で状態信号が生成され、この状態信号を制御部材に
供給している。これによって、位相差の大きさが最小値
となるようにフィルタの誘導インピーダンスに影響を与
えるようにする。これら同調ユニットは、例えば、切換
え可能なコンデンサバンクまたはリアクタで構成され、
これを、半導体接続手段によって制御することができ
る。この場合の問題点としては、このような位相角測定
用の寸法は、周波数変位に対して、極めて反応しやすい
ことである。即ち、この既知の位相角測定方法は、周波
数が概数でしか知られていない２つの信号間における時
間的な差を測定している点が問題である。このことは、
上述した方法は、極めて狭い帯域のフィルタで利用する
には、極めて不適切なことを意味するものである。
【０００７】コンデンサバンクにおける故障を検出する
ために、現在のこのバンクの容量を、既知の電流および
電圧の振幅値からオームの法則に基いて直接的に演算す
ると共に、このコンデンサバンクの正規の容量値と比較
することによって演算できる。しかし乍ら、十分な感度
を得るためには、この方法では、上述した振幅値を高い
精度で決定する必要がある。
【０００８】
【発明の要旨】本発明の目的は、本明細書の導入部分に
記載された種類の方法において、プラントのコンポーネ
ント中に発生する電圧およびこのコンポーネント中を流
れる電流に対して、電力ネットワーク中の選択されたト
ーン（ｔｏｎｅ）の電圧および電流成分間の位相差を決
定する際に高精度が達成されると共に、これら成分の振
幅を決定する際に、高精度が達成される方法を提供する
ことである。この方法によって、同調可能なフィルタの
極めて正確な同調作業が可能となると共に、コンデンサ
バンクの高い感度でのモニタリングが可能となる。これ
に関連して、電力ネットワークにおけるトーンによると
は、以下のことを意味する。即ち、このパワーネットワ
ークと組合わされた基本周波数、または、この基本周波
数の整数倍に等しい周波数を意味するものとし、この基
本周波数は、ｎ＝１の次数の周波数である。例えば、交
流ネットワークに対して、基本周波数は、通常、５０ま
たは６０Ｈｚのネットワークのシステム周波数を意味す
るものである。例えば、高電圧直流伝送用の直流ネット
ワークに対して、基本周波数とは、この直流ネットワー
クに対して、コンバータを介して接続された交流ネット
ワーク用のシステム周波数を意味する。
【０００９】本発明によれば、上述した目的は、以下の
ようにして達成される。即ち、プラントのコンポーネン
ト内で発生する電圧およびこの中を通る電流間のそれぞ
れの積を形成すると共に、サインおよびコサイン信号間
の積を形成する。これら信号の周波数は、この電力ネッ
トワークと組合わされた基本周波数と、選択したトーン
の次数との積に等しいものである。また、これら積を、
時間に関して積分すると共に、上述した位相差および振
幅の値を、これら積分した積の加算、掛算および商の生
成によって決定することによって達成される。
【００１０】本発明の利点は、以下の記載ならびに添付
の請求項より明白になる。
【００１１】
【実施例】図１は、位相Ａ、Ｂ、Ｃを有する３相の電力
ネットワークＮ1 を表わす。このネットワークは、変圧
器接続部“Ｔ”およびコンバータＳＣＲを介して、２本
のラインＬ1 ，Ｌ2 を有する直流（ＤＣ）電力ネットワ
ークＮ2 に接続されている。このネットワークＮ1 の基
本周波数は、“ｆ”と指定されている。この変圧器部分
“Ｔ”は、通常の方法で、このコンバータが１２パルス
接続部として設計されている場合には、Ｙ−Ｙ接続およ
びＹ−Δ接続された変圧器が設けられている。プラント
コンポーネント４Ａが、それのターミナルの一方４１Ａ
によってネットワークＮ1 中の位相Ａに接続されると共
に、他方４２Ａによって、接地Ｇされている。このプラ
ントコンポーネント４Ａと同一の構成であるプラントコ
ンポーネント４Ｂ，４Ｃが、位相Ｂと接地との間および
位相Ｃと接地との間に、ターミナル４１Ｂ，４１Ｃ，４
２Ｂ，４２Ｃの各々によって同様な方法で接続されてい
る。１つのプラントコンポーネント４Ｄを、ネットワー
クＮ2 中のラインＬ1 ，Ｌ2 間に、ターミナル４１Ｄお
よび４２Ｄ手段によって接続される。このラインＬ2 を
接地Ｇに接続する。
【００１２】図１（Ｂ）によれば、このプラントコンポ
ーネント４Ａには、同調可能なフィルタが設けられてい
る。このフィルタには、主コンデンサＣ0 、主リアクタ
Ｌ0および３つのブランチ（分岐）１，２，３が設けら
れている。このブランチ１にはリアクタＬ1 、ブランチ
２にはリアクタＬ2 （コンデンサ２に直列接続されてい
る）が設けられている。またブランチ３にはコンデンサ
Ｃ3 が設けられている。これら３つのブランチ中に設け
られたリアクタおよびコンデンサに対してリアクタンス
値およびキャパシタンス値を、それぞれ適切な値に選択
することによって、このフィルタを、３つの独立した周
波数ｆ1 ＝ｎ1 ＊ｆ1 、ｆ2 ＝ｎ2 ＊ｆ、およびｆ3 ＝
ｎ3 ＊ｆに同調させることができ、ここで、ｎ1 ，
ｎ2 ，ｎ3 は、互いに異なった３つの整数値である。こ
のフィルタで生じる電圧ＵA は、電圧測定用部材７Ａに
よって測定され、この測定用部材７Ａによって、この電
圧ＵAに比例した信号Ｕを送給すると共に、このフィル
タを流れる電流ＩA を電流測定用部材８Ａによって測定
され、この部材８Ａによって、この電流ＩA に比例した
信号Ｉを送給する。この電流ＩA には、成分ＩAf1 ，Ｉ
Af2 ，ＩAf3 が含まれているものとし、更に、電圧ＵA
には、周波数ｆ1 ，ｆ2 ，ｆ3 の成分ＵAf1 ，Ｕ Af2 ，
ＵAf3 が含まれているものとする。これによって、３つ
のブランチの同調によって、ブランチ１を通過する電流
の成分ＩAf1 の少なくとも主要部分、ブランチ２を通過
する電流の成分ＩAf2 の少なくとも主要部分、およびブ
ランチ３を通過する電流の成分ＩAf3 の少なくとも主要
部分が得られる。ネットワーク周波数および／または成
分値におけるドリフトに関連して、各ブランチの正確な
同調を維持する目的のために、各ブランチと直列に、同
調ユニットＴＵ1 ，ＴＵ2 ，ＴＵ3 が各ブランチと接地
との間に接続されている。これら信号ＵおよびＩを同調
ユニットＴＵ1 ，ＴＵ2 およびＴＵ3 に供給する。
【００１３】図２（Ａ）、同調ユニットＴＵ1 の一実施
例を示す。この同調ユニットＴＵ1には、リアクタＬ11
および４つのコンデンサＣ11〜Ｃ14が設けられている。
このリアクタＬ11と直列接続されたコンデンサの数量
は、スイッチング部材Ｓ12〜Ｓ 14、図２（Ａ）では機械
式接点として表わされているスイッチング部材によって
制御できるようになっている。これらの容量値は、同調
ユニットのインピーダンスが、これらコンデンサ素子の
数の半分がリアクタＬ11に接続された時に、それの最小
値となるように好適に選択される。信号ＵおよびＩが検
出器１０に供給され、この検出器１０によって、電圧成
分ＵAf1 と電流成分ＩAf1 との間の位相差に依存して状
態信号ＳＵＩＴＡＧ1 を発生するように選定されてい
る。この状態信号ＳＵＩＴＡＧ1 をコントロールユニッ
ト１１に供給する。このコントロールユニット１１は、
この状態信号ＳＵＩＴＡＧ1 に依存して、スイッチング
部材Ｓ 12〜Ｓ14を以下のように作動させる。即ち、リア
クタＬ11に直列接続されたコンデンサの数量が、この状
態信号ＳＵＩＴＡＧ1 （即ち、電圧成分ＵAf1 および電
流成分ＩAf1 の間の位相差）が、自動的にゼロの値に向
うように減少または増大されるようになる。
【００１４】図２（Ｂ）には、この同調ユニットＴＵ1
の他の実施例が表わされている。コンデンサＣ11を２つ
のリアクタＬ11およびＬ12と直列接続する。このリアク
タＬ 11の有効インピーダンスは、点孤パルスＦＰ1 ，Ｆ
Ｐ2 の制御角度の変化によって可変できる。これら点孤
パルスＦＰ1 ，ＦＰ2 は、このリアクタＬ11と直列接続
された、逆並列接続された２つのサイリスタＴ11，Ｔ12
に、周波数ｆ1 で供給される。これら点孤パルスは、上
記状態信号ＳＵＩＴＧ1 に応じてコントロールパルス部
材１２によって以下のように発生される。即ち、電圧成
分ＵAf1 と電流成分ＩAf1 との間の位相差を、自動的に
ゼロの値に向うようにする。
【００１５】同調ユニットＴＵ2 およびＴＵ3 を上述の
同調ユニットＴＵ1 と同様な方法で構成するが、これら
状態信号ＳＵＩＴＧ2 およびＳＵＩＴＧ3 のそれぞれ
は、電圧成分ＵAf2 と電流成分ＩAf2 との間の位相差な
らびに電圧成分ＵAf3 と電流成分ＩAf3 との間の位相差
に依存して発生する点のみが相違する。
【００１６】プラント成分４Ｄには、図１（Ｃ）による
同調可能なフィルタが設けられている。このフィルタに
は、コンデンサＣ14、リアクタＬ14、および抵抗Ｒ
14が、同調ユニットＴＵ4 と直列に接続されている。リ
アクタおよびコンデンサのリアクタンスおよびキャパシ
タンスを、適切に選択することによって、このフィルタ
を周波数ｆ4 ＝ｎ4 ＊ｆに同調させることが可能とな
り、ここで、ｎ4 は、整数値である。パーツ４Ａ〜４Ｄ
と同様な方法で、このフィルタ間の電圧ＵD を電圧測定
用部材７Ｄによって測定し、この部材７Ｄによって、こ
の電圧ＵD に比例した信号Ｕを送給すると共に、このフ
ィルタを流れる電流ＩD を電流測定部材８Ｄによって測
定し、この部材８Ｄによって、この電流ＩD に比例した
信号Ｉを送給する。これら信号Ｕ，Ｉ，ＵＮ1 （これら
の機能については後で詳述する）が、同調ユニットＴＵ
4 に送給される。この同調ユニットＴＵ4 は、前述した
ユニットＴＵ1 と同様な方法で構成されるが、これの状
態信号ＳＵＩＴＧＩ4 が、電圧成分ＵAf4 と電流成分Ｉ
Af4 との間の位相差に依存して発生される点が相違す
る。本例の場合、この電圧検知部材７Ｄは、ＤＣライン
間の電圧のＡＣ電圧成分のみを検知できるように構成す
ることが好適である。
【００１７】プラントのコンポーネント４Ａを、図１
（Ｄ）のようにコンデンサバンクＣＢで構成または、こ
のバンクＣＢのみによって構成することもできる。上述
した方法と同様な方法で、このコンデンサバンク間の電
圧ＵA を、電圧測定部材７Ｃによって測定し、この部材
７Ｃによって、この電圧ＵA に比例した信号Ｕを送給す
ると共に、このバンクＣＤを通る電流を、電流測定部材
８Ｃによって測定し、この部材８Ｃによってこの電流Ｉ
ACに比例した信号Ｉを送給する。これら信号ＵおよびＩ
を検出器およびアラームユニットＡＬに供給する。
【００１８】本発明による方法が、ブロックダイヤグラ
ムを介して、以下に記載されており、これらブロックに
よって表示された動作の結果が信号または値によって指
示されている。
【００１９】図３は、本発明による位相差および振幅を
決定する方法を、ブロックダイヤグラムの形態で表わし
ている。セレクタ２２で選択された信号を、電力ネット
ワークＮ1 の基本周波数“ｆ”に同調したバンドパスフ
ィルタ１３１に供給する。この本発明の方法を、図１
（Ａ）のプラントコンポーネント４Ｄに示したように、
ＤＣネットワークに接続されたフィルタに適用する場合
には、上述した信号ＵＮ 1 を選択し、この信号ＵＮ
1 は、このネットワークＮ1 で検知した電圧または電流
の値を表わす。また、この本発明の方法をＡＣネットワ
ークに接続したプラントコンポーネントに適用した場合
には、信号Ｕが選択される。この方法を実行する場合に
おいて、これら信号ＵおよびＵＮ1 の一方が、この方法
を実行するための手段に与えられ、これによって、セレ
クタ２２によって、供給された電圧の選択がシンボル化
されるように、適切に選択が行われる。時間測定回路１
３２によって、バンドパスフィルタからの出力信号が検
出されると共に、基本周波数の周期を表わす値Ｔを送給
する。商発生器において、商Ｔ／ｎが値Ｔと数ｎとの間
で生成され、ここでｎは正の整数であり、この整数は、
電力ネットワークにおける選択されたトーンの序数であ
る。例えば、高電圧直流用のプラントにおける１２−パ
ルスコンバータの交流側に設置されたフィルタデバイス
に対して、この数“ｎ”を、例えば、ｎ＝１１またはｎ
＝１３で選択することができる。同一の適用例を有した
ＤＣ電圧側のフィルタデバイスに対しては、この数
“ｎ”は、例えば、ｎ＝１２で選択できる。この商Ｔ／
ｎをサイン（正弦波）発生器１３４に供給し、このサイ
ン発生器１３４によって、角周波数ｎ＊２πｔ／Ｔのサ
イン信号Ｓｎsin を発生するようにする。即ち、これ
は、選択したトーンの序数と、パワーネットワークと組
合わせられた基本周波数との積に相当する。また、コサ
イン（余弦）発生器１３５にも供給して、ｎ＊２πｔ／
Ｔの角周波数のコサイン信号Ｓｎcos を発生するように
する。
【００２０】また、信号Ｕをハイパスフィルタ１４１に
も供給し、このフィルタは、周波数ｎ／Ｔより低い周波
数の信号Ｕの成分を阻止するように設計されている。こ
のハイパスフィルタからの出力信号をマルチプライヤ１
４２に供給して、このマルチプライヤ１４２によって、
サイン信号Ｓｎsin を掛算すると共に、この出力信号
を、コサイン信号Ｓｎcos による掛算を行なうためのマ
チルプライヤ１４３にも供給する。このマチルプライヤ
１４２からの掛算結果を、積分器１４４に供給して、基
本周波数の周期Ｔに等しい期間に亘って積分を実行する
と共に、この積分結果を商発生器１４５に供給し、ここ
では、この結果をＴ／２で割算する。他方、マルチプラ
イヤ１４３からの結果Ｒ2 を積分器１４６に供給し、こ
れによって、基本周波数の周期Ｔに等しい周期に亘って
積分を実行すると共に、この積分結果を商発生器１４７
に供給し、ここでは、この積分結果をＴ／２で割算す
る。
【００２１】ここで、信号Ｕを、以下のようにフーリエ
級数として表わせるものと仮定する：
【数１】
【００２２】数式（１）に従って、Ｕ（ｔ）を係数
【外１】 で掛算することによって、信号Ｓ′を得る。ここでｎは
自然数１，２，３であり；この積を周期Ｔに亘って集積
すると共に係数Ｔ／２で割算し；数式（１）に従って、
Ｕ（ｔ）を係数
【外２】 で掛算することによって信号Ｓ″を得る。この積を周期
Ｔに亘って積分すると共に、係数Ｔ／２で割算する。即
ち、
【数２】
【００２３】数式（１）に三角法による項を展開し、数
式（２ａ）および（２ｂ）に挿入し、更に、既知の三角
法の関係および三角法積分を用いて、以下の式が得られ
る：
【数３】
【００２４】図３との直接比較およびこれに関連した説
明によって、商発生器１４５からの結果（ＳＵＣＯＳｎ
で指定されている）は以下のものであることが表わされ
ている：
【数４】 また、商発生器１４７からの結果（ＳＵＳＩＮｎで指定
されている）が以下のように表わされている：
【数５】 ここで、この結果として、Ｕn は振幅を指定し、ψ
unは、周波数ｎ＊２πｔ／Ｔを有する信号Ｕの成分に対
する位相角を指定している。
【００２５】この信号Ｉをハイパスフィルタ１５１へ供
給する。このハイパスフィルタ１５１によって、周波数
ｎ／Ｔより低い周波数の信号Ｉの成分を阻止することが
望しいと共に、その後、この信号Ｉを、上述の信号Ｕに
対するのと同様な方法でマルチプライヤ１５２で処理す
る。即ち、このマルチプライヤ１５２によって、サイン
信号Ｓｎsin で掛算することにより、結果Ｒ3 が得ら
れ、また、マルチプライヤ１５３でコサイン信号Ｓｎ
cos で掛算することによって結果Ｒ4 が得られる。ま
た、積分器１５４，１５６，および商発生器１５５，１
５７で同様に処理する。前述した信号Ｕに関する理由と
同様の理由に基いて、商発生器１５５からの結果（ＳＩ
ＣＯＳｎで指定されている）は以下となる：
【数６】 また、商発生器１５７からの結果（ＳＩＳＩＮｎで指定
されている）は、以下となる：
【数７】 ここで、Ｉn は振幅を表わし、ψInは周波数ｎ＊２πｔ
／Ｔを有する信号Ｉの成分に対する位相角を表わす。
【００２６】上述の結果ＳＵＳＩＮｎを、商発生器１６
０において、他の結果ＳＵＣＯＳｎによって割算して、
これによって、結果ＳＵＴＧｎ＝ｔｇψunが得られると
共に、結果ＳＩＳＩＮｎを、商発生器１６１において他
の結果ＳＩＣＯＳｎで割算して、これによって、結果Ｓ
ＳＩＴＧｎ＝ｔｇψInが得られる。ＳＩＴＧｎを、加算
器１６２において、ＳＵＴＧｎから引算すると共に、Ｓ
ＵＴＧｎをマルチプライヤ１６３において、ＳＩＴＧｎ
によって、掛算をし、その後で、この積を、加算器１６
４内で、数字の１に加える。商発生器１６５において、
結果ＳＵＩＴＧｎが、加算器１６２と１６３との間の商
として得られる。
【００２７】既知の関係、即ち、
【数８】 との比較によって、信号ＳＵＩＴＧｎは、信号Ｕおよび
Ｉ間の位相差の基準であることを表わしており、以下の
ようになる：
【数９】 ここで、ψunは信号Ｕ（周波数ｎ＊２πｔ／Ｔを有す
る）の成分に対する位相角であり、ψInは、信号Ｉ（周
波数ｎ＊２πｔ／Ｔを有する）の成分に対する位相角で
ある。
【００２８】適当な信号適合処理の後に、この信号ＳＵ
ＩＴＧｎを、図２（Ａ）および２（Ｂ）に関連して記載
したように、コントロールユニット１１またはコントロ
ールパルス部材１２に供給することが好ましく、この場
合、正接関数の特性を利用して、図１〜２に従って構成
された閉ループコントロールシステムにおいて、位相差
を減少させながら増幅すると共に、大きな位相差で高増
幅が実現できる。
【００２９】この代りに、ａｒｃｔｇ（ＳＵＩＴＧｎ）
信号をコントロールユニット１１またはコントロールパ
ルス部材１２に供給することもでき、このａｒｃｔｇ信
号は、位相差（ψun−ψIn）の直接的な基準であり、こ
の信号を、適切な信号適合処理ならびに、例えば、積分
機能のような信号処理をした後で、供給する。
【００３０】結果ＳＵＣＯＳｎをマルチプライヤ１７１
に供給し、結果ＳＵＳＩＮｎをマルチプライヤ１７２に
供給し、積を加算器１７３で加算し、次に、演算部材１
７４によって和の平方根を抽出することによって、ＳＵ
ｎを得る。数式（４ａ）および（４ｂ）ならびに既知三
角法関係から実現されるように、この結果の値ＳＵｎ
は、周波数ｎ＊２πｔ／Ｔを有する信号Ｕの成分に対す
る振幅値である。
【００３１】また、マルチプライヤ１８１，１８２，加
算器１８３および演算部材１８４における結果ＳＩＣＯ
ＳｎおよびＳＩＳＩＮｎを同様に処理することによっ
て、同様に、周波数ｎ＊２πｔ／Ｔを有する信号Ｕの成
分の振幅Ｉｎの値を持つ結果ＳＩｎが得られる。
【００３２】本発明の一好適実施例においては、例えば
コントロールユニット１１およびコントロールパルス部
材１２に、それぞれ設置され、図２（Ａ）および図２
（Ｂ）で参照番号２１で表わされたメモリ部材を、連続
的または周期的に更新する。この場合、ＳＵＩＴＧｎの
最新値で更新する。本例の場合、スイッチング部材Ｓ12
−Ｓ14が作動されると共に、点孤パルスＦＰ1 およびＦ
Ｐ2 が、メモリにストアされた信号ＳＵＩＴＧｎの値に
依存して、それぞれ発生される。フィルタの同調がそれ
自身の理想値の方向へ向って変化するように処理してい
る間では、このフィルタ用の電流および電圧間の位相差
ならびに、状態信号ＳＵＩＴＧｎ、このフィルタ間の電
圧の大きさ、従って、信号ＵＳは、ゼロへ向うようにな
る。次に、メモリ部材に構成した比較回路における振幅
信号ＳＵｎの大きさを検出することが望しいと共に、こ
の大きさが、それ自身既知の方法によってメモリ部材に
影響が与えられる、選択された比較レベルより低い場合
に好適である。即ち、振幅信号ＵＳｎの大きさが、この
比較値より低いままである限りにおいて、この部材は、
信号ＳＵｎの大きさが比較レベルより低くなった場合
に、有効となる信号ＳＵＩＴＧｎの値を保持する。
【００３３】図４（Ａ）は、粗Ａ，Ｂ，Ｃを有する３相
ネットワークＮに接続された３個の単相フィルタにおけ
る故障をモニタするための方法を、ブロックダイヤグラ
ム形態で示す。例えば同調可能なフィルタにおける容量
性インピーダンス素子の一部分における故障をモニタす
る方法である。信号ＳＵＩＴＧｎがこれらフィルタの各
々に対して生成され、各位相と組合わされた値はＳＵＩ
ＴＧｎＡ、ＳＵＩＴＧｎＢ、ＳＵＩＴＧｎＣとして規定
されている。これらの値に依存して、変位値ＳＥＡ、Ｓ
ＥＢおよびＳＥＣが適合ユニット１９１Ａ、１９１Ｂ、
１９１Ｃで信号を処理することによって生成される。こ
れらユニットには、積分機能が保有されている。これら
変位値が加算器１９２で加算されると共に、この加算結
果が商発生器１９３中で数字の３で割算される。この発
生器１９３の出力信号は、これら変位値の平均値を構成
するものである。これら変位値の各々と、上述した平均
値とを一緒に、アラームユニット１９４に供給し、ここ
において、これら変位値の各々と、それらの平均値とを
加算器１９５Ａ、１９５Ｂ、１９５Ｃで比較する。これ
らの差の値が、比較部材１９６Ａ、１９６Ｂ、１９６Ｃ
において、予じめ決められた値と比較される。上述した
信号ＳＵＩＴＧｎＡ、ＳＵＩＴＡＧｎＢ、ＳＵＩＴＡＧ
ｎＣは、各フィルタの同調ユニット内のコントロールユ
ニット１１またはコントロールパルス部材１２に供給さ
れ、これら信号によって各位相差の最小化が、これらコ
ントロールユニット１１，１２の機能によつて達成され
る。しかし乍ら、あるフィルタの一つのコンポーネント
に故障が発生した場合には、このフィルタの共振決定素
子に影響が発生し、これら共振決定素子は、故障が発生
していないフィルタにおける影響から変位している。こ
のことは、対応する適合ユニット１９１Ａ、１９１Ｂ、
１９１Ｃ自身の積分機能によって、これら変位値ＳＥ
Ａ、ＳＥＢ、ＳＥＣを、他の値から変位している値とな
るように制御することによって達成される。また、この
変位値が上述した予じめ決められた値を超過した場合に
は、信号がアラーム部材１９７へ送給され、このアラー
ム部材１９７によって、例えば、プラント内のオペレー
タパネルまたは、オーバライドモニタシステムにアラー
ム（警報）を与える。比較部材１９６Ａ、１９６Ｂ、１
９６Ｃは、図示しない方法で、追加の比較レベルで二重
化することもできる。これら部材によって、アラーム部
材を介して、信号ＴＡ、ＴＢ、ＴＣを送給して、対応す
るフィルタを電力ネットワークより切離すことができ
る。
【００３４】図４（Ｂ）は、単相プラントコンポーネン
トをモニタする方法を、ブロックダイヤグラムの形態で
示すものであり、非同調型フィルタおよびコンデンサバ
ンクをモニタする場合に、好適に利用できるものであ
る。値ＳＵｎ、ＳＩｎを演算ユニット２０１に供給す
る。これら値は、周波数ｎ＊２πｔ／Ｔを有する信号Ｕ
およびＩの成分のための、振幅Ｕn およびＩn に対応し
たもので、上述した方法で生成される。更にまた、この
演算ユニット２０１には、モニタしているプラントのコ
ンポーネントの既知の抵抗値Ｒおよびインダクタンス値
Ｌならびに、選択したトーンの周期Ｔ／ｎの値を供給す
る。この演算ユニットにおいて、周波数ｎ＊２πｔ／Ｔ
におけるこのプラントコンポーネントのインピーダンス
Ｘn が以下のように演算される：
【数１０】 ここで、数式（７）において、記号Ｒはプラントコンポ
ーネントの抵抗を表わし、記号Ｘc は、これの容量性リ
アクタンスを表わし、記号Ｘc は、これの誘導性リアク
タンスを表わす。これから明らかなように、誘導性素子
のキャパシタンスＣは、Ｒ、Ｌ、Ｔ／ｎが既知である場
合に、演算することが可能となる。上述したモニタ対象
のプラントコンポーネントが、同調可能なフィルタを構
成し、このフィルタの誘導性インピーダンスが制御可能
なリアクタによって影響を受ける場合には、インダクタ
ンスＬの値を、インダクタンス値Ｌと状態信号ＳＵＩＴ
Ｇｎとの間の関係から、または信号の依存性から導出す
ることができ、この関係はこのシステムの設計値によっ
て与えられるものである。演算においては、既知の方法
に基いて最新の周囲温度の値ＴＥＭＰまたは、それ自身
の動作温度に関連した他の温度値を補正することが好ま
しい。これは、これらの値を演算部材に供給して、補正
し、少なくとも容量性素子の温度依存性のために補正す
る。更に、キャパシタンスＣの演算に当って、電力ネッ
トワークと組合わされた基本周波数を利用することが望
しいものである。即ち、ｎ＝１に相当する序数と共にト
ーンを選択することが望ましいものである。従って、こ
のように演算されたキャパシタンスＣの値を、アラーム
ユニット２０２に既知の正規の値と比較のために供給す
る。この変位の大きさに依存して、アラームユニットに
よって、アラームを、例えば、プラント内のオペレータ
パネルまたはオーバーライドモニタシステムに送給する
と共に／または、この変位の所定のレベルで、信号ＴＣ
を送給して、このプラントコンポーネントを電力ネット
ワークから切離している。
【００３５】多相プラントにおいては、図４（Ｂ）で表
わした方法を、これら相の各々におけるプラントコンポ
ーネントに適用することができる。
【００３６】また、図４（Ａ）に示した方法を、数個の
プラントコンポーネントが電力ネットワーク中の同一位
相または同一ラインに接続されているケースにも適用で
きる。
【００３７】積分器１４４，１４６，１５４，１５６で
実行されている積分動作を基本周波数の周期Ｔを複数有
するものにも適用でき、この場合には、商発生器１４
５，１４７，１５５，１５７における除数の大きさを選
択した数の周期に適用できる。
【００３８】対象とするプラントコンポーネント間の電
圧の合計値を測定するための他の方法としては、この方
法に好適である、プラントコンポーネントにおけるコン
ポーネント間の電圧を測定することである。
【００３９】また、この周期Ｔは、本発明の概念に基い
て、電力ネットワークＮ1 における周波数の測定値の逆
数として決定できることは勿論である。
【００４０】また、ハイパスフィルタに信号Ｕおよび信
号Ｉを供給する間、このことは本発明の方法を実行する
必要がなくなる。
【００４１】また、本発明は、カウンタで実行された演
算として実現できると共に、この代りに、アナログおよ
び／またはディジタル技術に基いて動作するハードウェ
ア回路で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａは、ＡＣネットワークを表わす図で、このネ
ットワークは、ＤＣネットワークに、既知手段でネット
ワークに接続されたコンバータ、フィルタおよび／また
はコンデンサバンクを介して接続される。Ｂ〜Ｃは、同
調可能なフィルタの既知の実施例を示す図である。Ｄ
は、モニタユニット付きコンデンサバンクを示す図であ
る。
【図２】同期ユニットの既知の実施例を示す図である。
【図３】本発明による位相差および振幅を決定する方法
を、ブロックダイヤグラムの形態で示す図である。
【図４】Ａは、３相ネットワークに接続された３個の単
相フィルタをモニタする方法をブロックダイヤグラムの
形態で示す図である。Ｂは、単相フィルタまたはコンデ
ンサバンクをモニタする方法をブロックダイヤグラムの
形態で示す図である。
【符号の説明】
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ プラントコンポーネント ４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ ターミナル ２２ セレクタ １３１ バンドパスフィルタ １３２ 時間計測回路 １３３，１４５，１４７，１５５，１６０，１６１，１
９３ 商発生器 １４１ ハイパスフィルタ １４２，１４３，１５２，１５３，１６３，１７２，１
８１，１８２ マルチプライヤ １４４，１４６，１５４，１５６ 積分器 １６２，１６３，１６４，１７３ 加算器 １８４ 演算部材 １９１Ａ〜１９１Ｃ 適合ユニット １９４，２０２ アラームユニット １９６Ａ〜１９６Ｃ 比較部材
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年１１月１１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１６】プラント成分４Ｄには、図１（Ｃ）による
同調可能なフィルタが設けられている。このフィルタに
は、コンデンサＣ１４、リアクタＬ１４、および抵抗Ｒ
１４が、同調ユニットＴＵ４と直列に接続されている。
リアクタおよびコンデンサのリアクタンスおよびキャパ
シタンスを、適切に選択することによって、このフィル
タを周波数ｆ４＝ｎ４＊ｆに同調させることが可能とな
り、ここで、ｎ４は、整数値である。パーツ４Ａ〜４Ｃ
と同様な方法で、このフィルタ間の電圧ＵＤを電圧測定
用部材７Ｄによって測定し、この部材７Ｄによって、こ
の電圧ＵＤに比例した信号Ｕを送給すると共に、このフ
ィルタを流れる電流ＩＤを電流測定部材８Ｄによって測
定し、この部材８Ｄによって、この電流ＩＤに比例した
信号Ｉを送給する。これら信号Ｕ，Ｉ，ＵＮ１（これら
の機能については後で詳述する）が、同調ユニットＴＵ
４に送給される。この同調ユニットＴＵ４は、前述した
ユニットＴＵ１と同様な方法で構成されるが、これの状
態信号ＳＵＩＴＧＩ４が、電圧成分ＵＡｆ４と電流成分
ＩＡｆ４との間の位相差に依存して発生される点が相違
する。本例の場合、この電圧検知部材７Ｄは、ＤＣライ
ン間の電圧のＡＣ電圧成分のみを検知できるように構成
することが好適である。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電力ネットワーク（Ｎ1 ，Ｎ2 ）に接続
    されたプラントコンポーネント（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４
    Ｄ）、例えば、高電圧直流用のコンバータプラント内の
    高調波濾波用の同調可能なフィルタをモニタすると共に
    制御するに当り、このフィルタのリアクティブインピー
    ダンスがコントロール部材を介して影響を受け、このプ
    ラントコンポーネント中に発生する電圧（ＵA ，ＵB ，
    ＵC ，ＵD ）およびこのプラントコンポーネントを流れ
    る電流を検知し、前記電力ネットワーク内の選択された
    トーンの電圧成分および電流成分間の位相差（ψUn−ψ
    zn）を生成し、この位相差に依存して生成した状態信号
    （ＳＵＩＴＧｎ）を前記コントロール部材に供給して、
    この位相差がその大きさに関して最小値となるように前
    記プラントコンポーネントのリアクティブインピーダン
    スに影響を与える方法において、 ａ） 両者の周波数（ｎ＊２πｔ／Ｔ）が前記選択され
    たトーンに等しい、サイン信号およびコサイン信号（Ｓ
    ｎsin ，Ｓｎcos ）を生成し； ｂ） 前記電圧の検出した値と前記サイン信号との間で
    第１の積（Ｒ1 ）を生成し、この電圧の検出した値と前
    記コサイン信号との間で第２の積（Ｒ2 ）を生成し、前
    記電流の検出した値と前記サイン信号との間で第３の積
    （Ｒ3 ）を生成し、前記電流の検出した値と前記コサイ
    ン信号との間で第４の積（Ｒ4 ）を生成し； ｃ） 前記積の各々を、前記電力ネットワークと組合わ
    された基本周波数（ｆ）の周期（Ｔ）と等しい時間期間
    または、この周期の倍数と等しい時間期間に亘って積分
    し； ｄ） 前記位相差を、前記積分した積の加算、掛算およ
    び商発生処理によって決定したことを特徴とするプラン
    トコンポーネントモニタ／コントロール方法。
  2. 【請求項２】 電力ネットワーク（Ｎ1 ，Ｎ2 ）に接続
    された少なくとも２個のプラントコンポーネント、例え
    ば、高電圧直流用のコンバータステーションにおける高
    調波濾波用フィルタをモニタするに当り、これらプラン
    トコンポーネントの各々に対して、このプラントコンポ
    ーネント中で発生する電圧（ＵA ，Ｕ B ，ＵC ，ＵD ）
    およびこのコンポーネントを通過する電流（ＩA ，
    ＩB ，ＩC，ＩD ，ＩAC）を検出し、このネットワーク
    中の選択したトーンの電圧および電流成分間の位相差
    （ψUn−ψIn）を生成すると共に、この位相差に依存し
    て生成した状態信号（ＳＵＩＴＧｎ）をアラームユニッ
    トに供給するようにしたモニタ方法において； ａ） 両者の周波数（ｎ＊２πｔ／Ｔ）が前記選択され
    たトーンに等しい、サイン信号およびコサイン信号を生
    成し； ｂ） 前記電圧の検出した値と前記サイン信号との間で
    第１の積（Ｒ1 ）を生成し、この電圧の検出した値と前
    記コサイン信号との間で第２の積（Ｒ2 ）を生成し、前
    記電流の検出した値と前記サイン信号との間で第３の積
    （Ｒ3 ）を生成し、前記電流の検出した値と前記コサイ
    ン信号との間で第４の積（Ｒ4 ）を生成し； ｃ） 前記積の各々を、前記電力ネットワークと組合わ
    された基本周波数（ｆ）の周期（Ｔ）と等しい時間期間
    または、この周期の倍数と等しい時間期間に亘って積分
    し； ｄ） 前記位相差を、前記積分した積の加算、掛算およ
    び商発生処理によって決定し、ならびに、 ｅ） 前記位相差に応じて生成した信号を前記アラーム
    ユニットに供給して、これら位相差に依存して生成した
    信号と、前記電力ネットワーク中に設置されたプラント
    コンポーネントの１つ以上に対して比較したことを特徴
    とするプラントコンポーネントモニタ方法。
  3. 【請求項３】 少なくとも１つの容量性インピーダンス
    素子（Ｃ14，Ｃ13）を有し、電力ネットワーク（Ｎ1 ，
    Ｎ2 ）に接続されたプラントコンポーネント、例えば、
    高電圧直流用のコンバータプラントにおいて、無効電力
    を発生するコンデンサバンクまたは高調波濾波用フィル
    タをモニタするに当り、このプラントコンポーネント中
    で発生する電圧（ＵA ，ＵB ，ＵC ，ＵD ）およびこの
    コンポーネント内を通る電流（ＩA ，ＩB ，ＩC ，
    ＩD ，ＩAC）を検出すると共に、この電力ネットワーク
    中の選択されたトーンの電圧および電流の成分（ＳＵ
    ｎ，ＳＩｎ）に対する振幅値を生成するモニタ方法にお
    いて； ａ） 両者の周波数（ｎ＊２πｔ／Ｔ）が前記選択され
    たトーンに等しい、サイン信号およびコサイン信号を生
    成し； ｂ） 前記電圧の検出した値と前記サイン信号との間で
    第１の積（Ｒ1 ）を生成し、この電圧の検出した値と前
    記コサイン信号との間で第２の積（Ｒ2 ）を生成し、前
    記電流の検出した値と前記サイン信号との間で第３の積
    （Ｒ3 ）を生成し、前記電流の検出した値と前記コサイ
    ン信号との間で第４の積（Ｒ4 ）を生成し； ｃ） 前記積の各々を、前記電力ネットワークと組合わ
    された基本周波数（ｆ）の周期（Ｔ）と等しい時間期間
    または、この周期の倍数と等しい時間期間に亘って積分
    し； ｄ） 前記振幅値を、前記積分した積を加算、掛算およ
    び商発生処理することにより決定し、 ｅ） 前記振幅値、前記選択したトーン値またはそれの
    周期（Ｔ／ｎ）、前記プラントコンポーネントの抵抗
    （Ｒ）の既知の値、およびこのコンポーネントのインダ
    クタンス（Ｌ）の既知の値を、前記容量性インピーダン
    ス素子のキャパシタンス（Ｃ）を演算するための演算ユ
    ニット（２０１）に供給し；および ｆ） この容量性インピーダンス素子のキャパシタンス
    値をアラームユニット（２０２）に送給して、予じめ決
    められた値と比較するようにしたことを特徴とするプラ
    ントコンポーネントモニタ方法。
  4. 【請求項４】 前記電圧成分に対する位相角度の正接値
    （ｔｇψUn）および前記電流成分に対する位相角度の正
    接値（ｔｇψIn）を、前記積分した積の商を発生させる
    ことによって生成すると共に、前記位相差に依存した信
    号を、これら正接値の加算、掛算および商生成処理によ
    って形成したことを特徴とする請求項１項または２項記
    載のモニタ方法。
  5. 【請求項５】 前記プラントコンポーネントの各々に対
    して、前記位相差に応じて生成した信号（ＳＥＡ，ＳＥ
    Ｂ，ＳＥＣ）を、前記アラームユニットに供給して、前
    記位相差の平均値に依存して形成した信号と比較し、こ
    の比較動作を、前記電力ネットワーク内に構成されたプ
    ラントコンポーネントの１個以上のコンポーネントに対
    して実行するようにしたことを特徴とする請求項２項記
    載のモニタ方法。
  6. 【請求項６】 前記振幅値を、前記積分した積の平方、
    加算および平方根処理を実行して得るようにしたことを
    特徴とする請求項３項記載のモニタ方法。
  7. 【請求項７】 前記演算ユニットには、少なくとも前記
    容量性インピーダンス素子の動作温度に関連した値、例
    えば、前記容量性インピーダンス素子のキャパシタンス
    を演算する時のパラメータとして包含されるべき、プラ
    ントコンポーネントの動作温度に関する値を供給するよ
    うにしたことを特徴とする請求項６項記載のモニタ方
    法。
  8. 【請求項８】 前記選択されたトーンを、選択された整
    数（ｎ）の積および、前記電力ネットワークと組合せた
    基本周波数（ｆまたは１／Ｔ）の検出した値として決定
    するようにしたことを特徴とする請求項１〜７項のいず
    れか１項記載のモニタ方法。
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