专利名称：同步机的激励控制装置和交流电信号检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及交流电信号检测装置和同步机的激励控制装置，该装置即使在交流电量的频率发生变化的情况下，仍可正确地对与电力系统相连接的同步机的输出电压等的交流电量进行测定，另外可用于控制。
比如通过对同步机(发电机)的输出电压进行控制的自动电压调整装置(下面称为AVR)等，可对正弦波的交流电压进行测定。在该正弦波的交流电压的测定中，包括有对电压的振幅进行运算的振幅运算方式、对积分值进行运算的积分运算方式、在模拟信号的阶段转换为直流信号进行标准化运算的标准化运算方式等方式。
下面参照图20对已有的采用振幅运算方式的电压检测装置进行说明。
电压检测装置1按照下述方式构成，其由A/D转换处理部2和运算处理部3组成，交流电压V0输入到A/D转换处理部2中，A/D转换处理部2的输出作为数字信号矩阵D输入到运算处理部3中，此外运算处理部3的输出作为电压检测信号V1从电压检测装置1输出。下面对这些结构进行详细描述。
首先，在A/D转换处理部2中，交流电压V0的瞬时值按照一定周期转换为数字信号，数字信号矩阵D作为每个周期的数字信号输出。在运算处理部3中包括有振幅运算机构5，根据数字信号矩阵D对与交流电压V0的有效值或平均值成比例关系的电压检测信号V1进行运算，并将其输出。
如图21所示，在交流电压V0的场合，振幅运算机构5的运算方式在A/D转换处理部2的转换周期为交流电压V0的周期的1/12倍的情况下按照下面的式(1)进行运算。B＝K*SQRT|D-32-(D-0*D-6)|式(1)这里，K将振幅值转换为有效值或平均值的常数B振幅运算结果D-n数字信号矩阵D的值(n次之前)SQRT平方根在这里，输入电压的振幅为A的式(1)按照下面的式(2)表示。B＝K*SQRT|(Asin(wt-π/2))2-Asinwt*Asin(wt-π)| 式(2)此外，当采用三角函数分解式(2)的右边时，按照下面的式(3)表示。
B＝K*A 式(3)按照式(3)，判定振幅运算结果B与交流电压V0的振幅值A成比例关系、并且无运算误差。
图22为表示振幅减法运算方式的频率特性的说明图，当为使式(2)的条件成立的基准频率F0、交流电压V0的频率发生变化时，振幅运算结果B的电压检测信号V1按照图示方式变化。该方式具有下述的特性，即在按照基准频率F0运算误差很少、并且频率发生变化的场合，振幅运算输出B的电压检测信号V1降低。
下面参照图23对采用已有的积分运算方式的电压检测装置进行说明。
图23中的积分运算方式的电压检测装置将图20中的运算处理部3的内部机构作为积分运算机构6，根据用于将交流电压V0的瞬时值按照一定周期转换为数字信号的A/D转换处理部2的输出(数字信号矩阵D)，对与交流电压V0的有效值或平均值成比例关系的电压检测信号V1进行运算，并将其输出。
积分运算机构6按照下面的式(4)进行运算。[数学公式3]
这里，L将积分值转换为有效值或平均值的常数S积分运算结果D-n数字信号矩阵的值(n次之前)图24为积分运算方式的频率特性图。按照该运算方式，相对交流信号的周期的采样数N的值越大(在采样周期为一定的场合，交流电压V0的频率减小)，则运算精度越高。
比如，如果在A/D转换处理部2的转换周期为交流电压V0的周期的1/12倍的场合，进行半周期的积分运算，采样次数N为6。在此场合，具有下述的特性，即如果在运算误差(图中的波动宽度)约为1.7％。在相对交流电压V0的基准频率F0频率发生变化的场合，以半周期的积分运算为前提，在频率较低的区域，采样次数N增加，具有较高的精度。
下面参照图25对采用已有的标准化运算方式的电压检测装置进行描述。
在该图中，电压检测装置1包括将交流电压V0转换为直流电压V2的整流处理部9，使该直流电压V2保持平滑的滤波器10，A/D转换处理部11，该A/D转换处理部11按照一定周期将经过平滑处理的直流电压V3转换为数字信号、之后输出数字信号矩阵D1，运算处理部3，该运算处理部3根据数字信号矩阵D1对与交流电压V0的有效值或平均值成比例关系的电压检测信号V1进行运算，并输出，运算处理部3由标准化运算机构12构成，该标准化运算机构12使数字信号矩阵D1变为与有效值或平均值成比例关系的信号。
通过该标准化运算机构12，按照式(5)进行运算。G＝M*D-0式(5)这里，M将直流电压的值转换为有效值或平均值的常数G标准化运算结果D-n数字信号矩阵的值(n次之前)按照上述运算方式，虽然在对交流电压V0进行整流、进行平滑处理后，进行A/D转换处理，但是交流电压V0的整流后的波形不含波动，未通过滤波器去除的波动在输出中呈现波动。
图26为标准化运算方式的频率特性图，由于当通过该运算方式，输入电压V0的频率相对基准频率F0增加时，滤波器10的效果加强，波动降低，从而可获得电压检测精度较高的特性。
在这里，当对振幅运算方式、积分运算方式、标准化运算方式进行比较时，在基准频率F0附近，振幅运算方式具有最高的运算精度。积分运算方式在相对采样次数N，其精度在不同的基准频率F0的附近以外的区域，相对振幅运算方式其运算精度较高。标准化运算方式在相对滤波器性能精度不同的基准频率F0的附近以外的区域，相对振幅运算方式其运算精度较高。
此外，在当对积分运算方式与标准化运算方式进行比较时，在基准频率F0中的误差相同的场合，由于如果积分运算方式的频率降低，则精度较高，而如果标准化运算方式的频率增加时，则精度较高，这样在较低的频率中最好采用积分运算方式，在较高的频率中，最好采用标准化运算方式。
但是，采用振幅运算方式进行交流电压的测定具有下述的缺点，即如图22所示，在频率为交流电压V0的基准频率F0的场合，具有因运算方式造成的误差较小的特性，由于频率的变化，振幅运算结果B产生的电压检测信号V1降低。比如，在交流电压V0的频率为基准频率F0的1.5倍的场合，通过振幅运算机构5计算出的振幅运算结果B为50％。其还可如式(1)所示，采用根据基本波中的每90度(3采样之前的数据D-3等)的数据进行计算的方式，当待检测信号的频率改变时，由于相对90度产生偏差，这样会产生较大的误差。
此外，积分计算方式具有下述的缺点，即会经常因具有下述特性的运算方式而产生误差，该特性指在交流电压V0的频率发生变化的场合，当频率较低时，采样次数N增加，精度较高。其还可如式(4)所示，采用对一定时间的电压值进行累加而后计算平均值的方式，但是当频率产生变化时，相对正弦波的积分范围发生变化，从而不能进行稳定的输出。这样具有下述的缺点，即当获取较大的积分范围时，稳定性提高，但是反之，反应性会变差。
再有，标准化运算方式具有下述的缺点，即会经常因具有下述特性的输入电压V0的波动而产生误差，该特性指由于当输入电压V0的频率较高时，滤波器10的效果增加，波动降低，电压检测精度较高。另外，具有整流处理部9和滤波器10等的模拟电路，内部会受到温度偏移或高频的影响，从而精度不会较高。
按照上述方式，当电压检测中出现误差时，对于具有以对电压进行检测的方式对控制量进行运算的自动电压调整装置的同步机的激励控制装置，也会在控制量产生误差，同步机会产生错误的输出电压，从而会对电力系统产生不利的影响。
另外还会产生下述情况，即同步机的输出电压，在同步机的启动，或停止过程中在与系统的基本频率有较大偏差的区域进行运转控制，此外在正常运转时同步机的旋转次数会发生改变，这样必须有对付交流电量的频率发生变化时产生的影响的措施。
因此，本发明的目的在于提供一种电压检测装置和同步机的激励控制装置，该电压检测装置和同步机的激励控制装置在交流电量的检测中，即使在其交流电量的频率发生变化的情况下，仍可对电量(电压、电流等)的有效值或平均值进行较高精度的检测，并可用于控制。
(1)本发明的同步机的激励控制装置对激励同步机的激励电路的激励装置进行调整来控制与交流电力系统相连接的同步机的输出电压，该装置包括A/D转换处理机构，该A/D转换处理机构输入上述同步机的输出电压，按照规定周期将该输入电量的瞬时值转换为数字信号；多个运算机构，该多个运算机构采用上述A/D转换处理机构所输出的数字信号，按照频率特性不同的多个运算方式，对与上述同步机的输出电压的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算；频率检测机构，该频率检测机构检测上述同步机的输出交流电量的频率；输出机构，该输出机构根据上述频率检测机构所检测出的频率，将上述多个运算机构中的任何一个输出作为与上述同步机的输出电压的有效值或平均值相当的电量检测信号输出；自动电压调整机构，该自动电压调整机构根据上述输出机构所输出的电量检测信号进行激励控制运算，对送向上述激励装置的激励控制信号的输出进行调整。
(2)在上述第1方案中，上述多个运算机构包括基本运算机构，该基本运算机构采用由上述A/D转换处理机构输出的数字信号，按照对交流电量的振幅进行运算的振幅运算方式，对与上述同步机的输出电压的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算；预备运算机构，该预备运算机构采用由上述A/D转换处理机构输出的数字信号，按照对交流电量进行积分运算的积分运算方式或对交流电量进行标准化运算的标准化运算方式中的至少一种运算方式，对上述同步机的输出电压的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算。
(3)另外，在上述第(2)方案中，上述输出机构为下述的输出机构，其在上述频率检测机构所检测出的频率位于包含上述电力系统中的交流电量的基本频率的规定范围内时，输出上述基本运算机构所发出的电量检测信号，在上述频率检测机构所检测出的频率位于上述规定范围以外时，输出上述预备运算机构发出的电量检测信号。
(4)此外，本发明的同步机的激励控制装置对激励同步机的激励电路的激励装置进行调整来控制与交流电力系统相连接的同步机的输出电压，该装置包括A/D转换处理机构，该A/D转换处理机构输入上述同步机的输出电压，按照规定周期将该输入电量的瞬时值转换为数字信号；基本运算机构，该基本运算机构采用上述A/D转换处理机构所输出的数字信号，按照对交流电量的振幅进行运算的振幅运算方式，对与上述同步机的输出电压的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算；预备运算机构，该预备运算机构采用由上述A/D转换处理机构所输出的数字信号，按照对交流电量进行积分运算的积分运算方式，或对交流电量进行标准化运算的标准化运算方式中的任何一种，对与上述同步机的输出电压的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算；输出机构，该输出机构包括高值优先机构，该高值优先机构选择上述基本运算机构和预备运算机构所输出的每个电量检测信号中的较高值的信号，并将其输出；自动电压调整机构，该自动电压调整机构根据上述输出机构所输出的电量检测信号进行激励控制运算，对送向上述激励装置的激励控制信号的输出进行调整。
(5)还有，本发明的交流电信号检测装置包括A/D转换处理机构，该A/D转换处理机构输入交流电量，按照规定周期将该输入电量的瞬时值转换为数字信号；多个运算机构，该多个运算机构采用由上述A/D转换处理机构输出的数字信号，按照多个不同的运算方式对与上述交流电量的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算；频率检测机构，该频率检测机构检测上述交流电量的频率；输出机构，该输出机构根据上述频率检测机构所检测出的频率，将上述多个运算机构中的任何一个输出作为与上述交流电量的有效值或平均值相当的电量检测信号输出。
(6)此外，在上述第5方案中，上述多个运算机构包括基本运算机构，该基本运算机构采用由上述A/D转换处理机构输出的数字信号，按照对交流电量的振幅进行运算的振幅运算方式，对与上述交流电量的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算；
预备运算机构，该预备运算机构采用由上述A/D转换处理机构输出的数字信号，按照对交流电量进行积分运算的积分运算方式，对与上述交流电量的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算；(7)还有，在上述第5方案中，上述多个运算机构包括基本运算机构，该基本运算机构采用由上述A/D转换处理机构输出的数字信号，按照对交流电量的振幅进行运算的振幅运算方式，对与上述交流电量的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算；预备运算机构，该预备运算机构采用由上述A/D转换处理机构输出的数字信号，按照对交流电量进行标准化运算的标准化运算方式，对与上述交流电量的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算。
还有，(8)在上述第7方案中，上述预备运算机构为下述的运算机构，该运算机构采用将对上述输入电量进行整流处理而得到的直流电量转换为数字信号的第2个A/D转换处理机构所输出的数字信号，对上述电量检测信号进行运算。
(9)还有，在上述第5方案中，上述多个运算机构包括基本运算机构，该基本运算机构采用由上述A/D转换处理机构输出的数字信号，按照对交流电量的振幅进行运算的振幅运算方式，对与上述交流电量的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算；第1预备运算机构，该第1预备运算机构采用由上述A/D转换处理机构输出的数字信号，按照对交流电量进行积分运算的积分运算方式，对与上述交流电量的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算；第2预备运算机构，该第2预备运算机构采用由上述A/D转换处理机构输出的数字信号，按照对交流电量进行标准化运算的标准化运算方式，对与上述交流电量的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算。
(10)还有，在上述第(6)、(7)、(9)方案中，上述输出机构为下述的输出机构，该输出机构在上述频率检测机构所检测出的频率位于包含上述交流电量的规定的基本频率的规定范围内时输出上述基本运算机构发出的电量检测信号，在上述频率检测机构所检测出的频率位于上述规定范围以外时输出上述预备运算机构发出的电量检测信号。
(11)还有，在上述第(6)、(7)、(9)、(10)方案中，上述输出机构包括下述切换选择机构，该切换选择机构选择切换或以进行加权运算方式切换上述多个运算机构所输出的每个电量检测信号，并将其输出。
(12)上述输出机构的切换选择机构为在切换边界设置有规定磁滞宽度的切换选择机构。
(13)还有，本发明的交流电信号检测装置包括A/D转换处理机构，该A/D转换处理机构输入交流电量，按照规定周期将该输入电量的瞬时值转换为数字信号；多个运算机构，该多个运算机构采用由上述A/D转换处理机构输出的数字信号，按照多个不同的运算方式，对与上述交流电量的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算；输出机构，该输出机构包括高值选择机构，该高值选择机构选择上述多个运算机构所输出的每个电量检测信号中的高值信号，将其作为与上述交流电量的有效值或平均值相当的电量检测信号输出。
(14)另外，在上述第13方案中，上述多个运算机构包括基本运算机构，该基本运算机构采用由上述A/D转换处理机构输出的数字信号，按照对交流电量的振幅进行运算的振幅运算方式，对与上述交流电量的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算；预备运算机构，该预备运算机构采用由上述A/D转换处理机构输出的数字信号，按照对交流电量进行积分运算的积分运算方式或对交流电量进行标准化运算的标准化运算方式中的至少一种运算方式，对与上述交流电量的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算。
图1为本发明第1实施例的同步机的激励控制装置的结构图；图2为本发明的电压检测装置的第1实施例的结构图；图3为设置于图2中的电压检测装置中的函数发生机构的频率特性图；图4为图2中的另一实施例的函数发生机构的频率特性图；图5为本发明的电压检测装置的第2实施例的结构图；图6为设置于图5中的电压检测装置中的函数发生机构的频率特性图；图7为本发明的电压检测装置的第3实施例的结构图；图8为设置于图7中的电压检测装置中的函数发生机构的频率特性图；图9为图7中的另一实施例的函数发生机构的频率特性图10为本发明的电压检测装置的第4实施例的结构图；图11为设置于图10中的电压检测装置中的函数发生机构的频率特性图；图12为本发明的电压检测装置的第5实施例的结构图；图13为本发明的电压检测装置的第6实施例的结构图；图14为设置于图13中的电压检测装置中的函数发生机构的频率特性图；图15为本发明的电压检测装置的第7实施例的结构图；图16为设置于图15中的电压检测装置中的函数发生机构的频率特性图；图17为图15中的另一实施例的函数发生机构的频率特性图；图18为本发明的电压检测装置的第8实施例的结构图；图19为设置于图18中的电压检测装置中的函数发生机构的频率特性图；图20为已有的采用振幅运算方式的电压检测装置的结构图；图21为图20中的振幅运算方式的说明图；图22为图20中的振幅运算方式的特性图；图23为已有的采用积分运算方式的电压检测装置的结构图；图24为图23中的积分运算方式的特性图；图25为已有的采用标准化运算方式的电压检测装置的结构图；图26为图25中的标准化运算方式的特性图。
下面参照附图对本发明的实施例进行描述。
图1为本发明第1实施例的同步机的激励控制装置的结构图。
在图1中，与交流电力系统连接的同步机20的输出电压和输出电流通过变压器PT21和变流器CT22，作为交流电量(交流电压V0、交流电流I0)输入到激励控制装置23中。激励控制装置23具有交流电信号检测机构1X和自动电压调整运算机构24，其进行激励调整运算，通过构成其控制量的激励控制信号E对激励装置25进行控制，并对同步机的激励电路进行激励。
交流电信号检测机构1X对与交流电信号V0和/或I0的有效值或平均值相当的电量进行运算，输出电量检测信号V1和/或I1。之后，自动电压调整运算机构24根据这些信号，进行调整运算(比如按照电压设定值和检测值的偏差为零的方式对控制量进行计算)，将激励控制信号E朝向激励装置25输出。
图2为本发明的交流电信号检测机构(电压检测装置)的第1实施例的结构图。在图2中，电压检测装置1A按照下述方式构成，其由A/D转换处理部2和运算处理部3A组成，交流电压V0输入给A/D转换处理部2，该A/D转换处理部2的输出作为数字式信号矩阵D输入给运算处理部3，此外运算处理部3A的输出作为电压检测信号V1输出。
A/D转换处理部2按照一定的周期将交流电压V0的瞬时值转换为数字信号，输出数字信号矩阵D。
运算处理部3A为根据数字信号矩阵D对电压检测信号V1进行运算并输出的机构，该电压检测信号V1与交流电压V0的有效值或平均值成比例关系，该运算处理部3A包括频率检测机构4，该检测机构4根据数字信号矩阵D输出与交流电压V0的频率成比例关系的频率检测信号F；振幅运算机构5(基本运算机构)，该振幅运算机构5输出数字信号矩阵D的值的振幅运算结果B；积分运算机构6(预备运算机构)，该积分运算机构6对数字信号矩阵D的绝对值按照规定次数进行加法运算，并将积分运算结果S输出；函数发生机构7，该函数发生机构7根据频率检测信号F输出与振幅运算结果B和积分运算结果S相对的切换信号Q；切换机构8，该切换机构8根据切换信号Q对振幅运算结果B和积分运算结果S进行切换。
图3为表示本发明第1实施例作用的电压检测装置1A的频率特性图。
在该图中，频率检测信号F处于以基准频率F0为中心，从最小切换频率F1到最大切换频率F2的频率区域，函数发生机构7输出选择振幅运算结果B的切换信号Q，切换机构8将振幅运算结果B的值作为电压检测信号V1输出。
频率检测信号F处于小于最小频率F1或大于最大切换频率F2的频率，函数发生机构7按照选择积分运算结果S的方式输出切换信号Q，切换机构8将积分运算结果S的值作为电压检测信号V1输出。
按照上述结构，在振幅运算机构5中的精度较高的频率区域可输出振幅运算结果B，在精度较低的频率区域积分运算结果S可作为电压检测信号V1输出。因此，即使在交流电压V0的频率相对基准频率F0改变的情况下，仍可通过切换运算机构进行精度较高的电压检测。
如果按照上面描述方式采用第1实施例，可获得下述的同步机的激励控制装置，即即使在同步机的旋转次数发生改变，其输出的电量的频率相对基准频率F0发生改变的情况下，由于可以较高的精度获得电压检测信号，这样自动电压调整运算机构的输出也是正确的，从而该装置仍可进行精度较高的控制。
此外，本发明还可通过与第1实施例相同的结构，如图4所示，在函数发生机构7中，根据通过频率检测机构4计算出的频率检测信号F使切换信号Q保持磁滞特性。
即，频率检测信号F预先设定以基准频率F0为中心的最小切换频率F3和F4、最大切换频率F5和F6。在这里，最小切换频率F3为从振幅运算结果B切换为积分运算结果S的频率，最小切换频率F4为从积分运算结果S切换为振幅运算结果B的频率。此外，最大切换频率F5为从积分运算结果S切换为振幅运算结果B的频率，最大切换频率F6为从振幅运算结果B切换为积分运算结果S的频率。
由于最小切换频率F3和F4之间以及最大切换频率F5和F6之间保持磁滞特性，这样上述范围以内的频率检测信号F的改变不会使函数发生机构7的切换信号Q发生变化。
按照上述结构，除了本发明第1实施例的作用以外，还可获得下述的作用，该作用指即使在频率检测信号F位于切换频率附近的情况下，当其位于磁滞特性的范围内时，由于切换信号Q不发生变化，振幅运算结果B与积分运算结果S之间不进行切换，这样可控制因运算机构的不同而造成的运算输出V1的改变的反复出现。
图5为本发明的电压检测装置的第2实施例的结构图。
在图5中，相对图2的实施例，电压检测装置1B的输出部是不同的。对于相同的结构，采用相同的标号，在这里省略其说明，而仅仅对不同点进行说明。
运算处理部3B由函数发生机构7和运算机构13构成，该函数发生机构7根据频率检测信号F，输出分别相对于振幅运算结果B和积分运算结果S的加权信号R，上述运算机构13根据每个加权信号R，将加权信号R与振幅运算信号B和积分运算结果S进行乘法运算，对这些值进行加法运算，输出电压检测信号V1。
图6为表示本发明第2实施例的作用的电压检测装置的频率特性图。
在该图中，根据频率检测信号以基准频率F0为中心，预先设定最小加权频率F7和F8、最大加权频率F9和F10。在这里，在从最小加权频率F7至F8的范围内，当频率检测信号F增加时，按照使振幅运算结果B的权重增加、积分运算结果S的权重减少的方式使加权信号R变化。
此外，当在从最大加权频率F9至F10的范围，频率检测信号F增加时，按照振幅运算结果B的权重减少、积分运算结果S的权重增加的方式使加权信号R变化。
按照上述结构，在根据交流电压V0的频率，对振幅运算结果B与积分运算结果S进行加权的加法运算后，可获得电压检测信号V1。由此，即使在交流电压V0的频率改变的情况下，仍可获得精度较高的运算结果。此外，由于进行加权运算，这样基本不会因运算机构的不同而使输出出现不连续的变化。
图7为本发明的电压检测装置的第3实施例的结构图。本实施例相对与图2的实施例中积分运算方式采用预备运算机构的情况，其不同点在于采用标准化运算机构作为预备运算机构。
在图7中，电压检测装置1C包括A/D转换处理部2，该A/D转换处理部2按照一定周期将交流电压V0转换为数字信号，输出数字信号矩阵D；整流处理部9，该整流处理部9将交流电压V0转换为直流电压V2；滤波器10，该滤波器10使该直流电压V2保持平滑；A/D转换处理部11，该A/D转换处理部11按照一定周期将经过平滑处理的的直流电压V3转换为数字信号，输出数字信号矩阵D1；运算处理部3C。
此外，该运算处理部3C包括频率检测机构4，该频率检测机构4根据由交流电压V0的瞬时值计算出的数字信号矩阵D，输出与交流电压V0的频率成比例关系的频率检测信号F；振幅运算机构5(基本运算机构)，该振幅运算机构5输出数字信号矩阵D的振幅运算结果B；标准化运算机构12(预备运算机构)，该标准化运算机构12使根据经过平滑处理的直流电压计算出的数字信号矩阵D1变为与有效值或平均值成比例关系的信号。
另外，输出机构由函数发生机构7和切换机构8构成，上述函数发生机构7根据频率检测信号F输出与振幅运算结果B和标准化运算结果G相对的切换信号Q，该切换机构8根据切换信号Q，对振幅运算结果B和标准化运算结果G进行切换。
图8为表示本发明第3实施例的作用的电压检测装置的频率特性图。
如图所示，根据频率检测信号F，在以基准频率F0为中心的、从最小切换频率F11至最大切换频率F12的频率中，函数发生机构7输出选择振幅运算结果B的切换信号Q，切换机构8将振幅运算结果B的值作为电压检测信号V1输出。
频率检测信号F处于最小切换频率F11以下或最大频率F12以上的频率，函数发生机构7输出选择标准化运算结果G的切换信号Q，切换机构8将标准化运算结果G的值作为电压检测信号V1输出。
按照上述结构，在振幅运算机构5的精度较高的频率区域中，选择振幅运算结果B，在运算精度较低的频率区域中选择标准化运算结果G，从而可将上述结果作为电压检测信号V1输出。因此，即使在交流电压V0改变的情况下，仍可通过切换运算机构的方式进行较高精度的电压检测。
此外，本发明可按照与第3实施例相同的结构，如图9所示，在函数发生机构7中，使切换信号Q根据通过频率检测机构4计算出的频率检测信号F保持磁滞特性。
即，最小切换频率F13为从振幅运算结果B切换为标准化运算结果G的频率，最小切换频率F14为从标准化运算结果G切换为振幅运算结果B的频率。
另外，最大切换频率F15为从标准化运算结果G切换为振幅运算结果B的频率，最大切换频率F16为从振幅运算结果B切换为标准化运算结果G的频率。
由于在最小切换频率F13与F14之间以及在最大切换频率F15与F16之间保持磁滞特性，这样上述范围以内的频率检测信号F的变化不会使函数发生机构7的切换信号Q发生改变，可防止因靠近边界处的频率变化造成的过剩的切换、抑制运算输出V1的变化的反复出现。
图10为本发明的电压检测装置的第4实施例的结构图。
在图10中，相对图7的实施例，电压检测装置1D的输出部是不同的。相同的结构采用相同的标号，故省略其描述，在这里对不同之处进行描述。
运算处理部3D由函数发生机构7和运算机构13构成，该函数发生机构7根据频率检测信号F、输出与振幅运算结果B和标准化运算结果G相对的加权信号R，上述运算机构13根据加权信号R将加权信号R与振幅运算结果B和标准化运算结果G进行乘法运算，对这些值进行加法运算，输出电压检测信号V1。
按照上述结构，可获得根据交流电压V0的频率、对振幅运算结果B与标准化运算机构G进行加权运算的输出。由此，当按照预先在误差较少的运算机构中形成较多权重的方式发生函数时，即使在交流电压V0的频率改变的情况下，仍可获得具有较高精度的运算结果。
此外，由于进行加权运算，不会因运算机构的不同而造成输出的不连续变化，这样可获得稳定的运算结果。
图11为表示本发明第4实施例的作用的电压检测装置的频率特性图。
在该图中，预先设定以基准频率F0为中心的最小加权频率F17和F18、最大加权频率F19和F20。在这里，当在从最小加权频率F17至F18的范围内频率增加时，按照振幅运算结果B的权重增加、标准化运算结果G的权重减少的方式，加权信号信号R发生变化。
此外，在从最小加权频率F19至F20的范围内，当频率增加时，按照振幅运算结果B的权重减少、标准化运算结果G的权重增加的方式，加权信号R发生变化。
由此，由于不会因运算机构的不同而造成输出的不连续的变化，从而可获得稳定的运算结果。
图12为本发明第5实施例的结构图。本实施例与图2、图5、图7、图10的实施例的不同之处在于采用具有高值优先机构的输出机构。
在图12中，电压检测装置1E包括A/D转换处理部2，该A/D转换处理部按照一定周期将交流电压V0的瞬时值转换为数字信号并输出数字信号矩阵D；整流处理部9，该整流处理部9将交流电压V0转换为直流电压V2；滤波器10，该滤波器10使该直流电压V2保持平滑；运算处理部3E。
运算处理部3E包括振幅运算机构5，该振幅运算机构5输出数字信号矩阵D的振幅运算结果B；标准化运算机构12，该标准化运算机构12将根据经过平滑处理的直流电压V3计算出的数字信号矩阵D1运算处理为与有效值或平均值成比例关系的信号、并输出标准化运算结果G；高值优先机构14，该高值优先机构14对振幅运算结果B与标准化运算结果G进行比较，选择出较大者进行输出。
按照上述结构，作为运算输出可获得振幅运算结果B与标准化运算结果G的运算结果中的较大值。由于振幅运算机构5在由式(2)得到的基准频率F0附近具有最高的精度，随着相对基准频率变化，精度降低，输出减小，这样高值优先机构14在可进行最高精度运算的频率区域选择振幅运算结果，在其以外的范围可选择标准化运算结果。
此外，通过高值优先机构14，还可获得使在切换点处因运算机构的不同造成的不连续的变化减少的作用、效果。
图13为表示本发明的电压检测装置的第6实施例的作用的结构图。相对图12的结构，图13所示的电压检测装置1F的不同点在于根据所检测出的频率，对每个运算机构的输出进行加权运算。
运算处理部3F包括函数发生机构7，该函数发生机构7是根据频率检测信号F、输出与振幅运算结果B和标准化运算结果G相对的加权信号R；运算机构15，该运算机构15根据加权信号R将加权信号R与振幅运算结果B和标准化运算结果G进行乘法运算；高值优先机构14，该高值优先机构14选择经过与加权信号R进行乘法运算后得到的振幅运算结果B1与标准化运算结果G1中的较大值，并输出。
图14为表示本发明第6实施例的作用的电压检测装置的频率特性图。
如图所示，预先设定以基准频率F0为中心的最小加权频率F21～24和最大加权频率F25～28。在这里，F22处于从最小加权频率F21增加频率时使振幅运算结果B的权重增加的频率区域，F24处于从最小加权频率F23增加频率时使标准化运算结果的权重减少的频率区域。
此外，F26处于从最大加权频率F25增加频率时使标准化运算结果的权重增加的频率区域，F28处于从最大加权频率F27增加频率时使振幅运算结果B的权重减少的频率区域。
按照上述结构，在从最小加权频率F21至最大加权频率F28的频率区域中，作为运算输出可获得振幅运算结果B与标准化运算结果G的加权运算结果中的较大值。
另外，由于振幅运算机构5在式(2)所示的基准频率F0的附近处于最高的精度，随着频率改变、精度降低，则输出减少，这样高值优先机构14在通过振幅运算机构15可进行最高精度运算的频率区域选择振幅运算结果，在其以外的区域选择标准化运算结果。
此外，通过高值优先机构14，在切换点处的因运算机构不同造成的不连续输出的变化减小。
还有，在图12和图13的结构中，对基本运算机构采用振幅运算机构15的实施例进行了说明，对预备运算机构采用标准化运算机构12的实施例进行了说明，但是如图2所示，预备运算机构也可采用积分运算机构6。此外，预备运算机构还可为同时采用积分运算机构6和标准化运算机构12的结构。
图15为本发明的电压检测装置的第7实施例的结构图。
图15所示的电压检测装置1G是将图2所示的结构与图7所示的结构组合起来。即，作为基本运算机构采用振幅运算机构5，作为预备运算机构采用标准化运算机构12，作为输出机构采用切换机构，这样具有更高的精度。
运算处理部3G包括频率检测机构4，该频率检测机构4根据由交流电压瞬时值计算出的数字信号矩阵D、输出与交流电压V0的频率成比例关系的频率检测信号F；振幅运算机构5，该振幅运算机构5输出数字信号矩阵D的振幅运算结果B；积分运算机构6，该积分运算机构6按照规定次数对数字信号矩阵D的绝对值进行加法运算，输出积分运算结果S；标准化运算机构12，该标准化运算机构12使根据经过平滑处理的直流电压V3计算出的数字信号矩阵D1成为与有效值或平均值成比例关系的信号；函数发生机构7，该函数发生机构7根据频率检测信号、把切换振幅运算结果B和积分运算结果S和标准化运算结果G的信号输出；切换机构8，该切换机构8根据切换信号，切换振幅运算结果B和积分运算结果S和标准化运算结果G。
图16为表示本发明第7实施例的作用的电压检测装置的频率特性图。
在该频率特性图中，从以基准频率F0为中心的最小切换频率F29至最大切换频率F30的频率中，函数发生机构7根据频率检测信号F输出选择振幅运算结果B的切换信号，切换机构8将振幅运算结果B的值作为电压检测信号V1输出。
此外，频率检测信号F处于小于最小频率F29的频率，函数发生机构7输出选择积分运算结果S的切换信号Q，切换机构8将积分运算结果的值作为电压检测信号V1输出。
另外频率检测信号F处于大于最大频率F30的频率，函数发生机构7输出选择标准化运算结果G的切换信号，切换机构8将标准化运算结果G的值作为电压检测信号V1输出。
按照上述结构，在振幅运算结构B的精度较高的基准频率F0附近，振幅运算结果B作为电压检测信号V1输出，从精度降低的最小频率F29，在频率较低的区域，将精度较高的积分运算结果S作为电压检测信号V2输出。此外，从使振幅运算结果B的精度降低的最大频率F30，在频率较高的区域，将标准化运算结果G作为电压检测信号V1输出。
如果按照上面描述方式采用第7实施例，可根据交流电压V0的频率，切换到振幅运算结果、积分运算结果、标准化运算结果中的一个，从而获得运算输出。由此，如果按照预先选择误差较小的运算机构的方式产生函数，则即使在交流电压V0的频率改变的情况下，仍可获得精度较高的运算结果。
此外，本发明可通过与第7实施例相同的结构，如图17所示，在函数发生机构7中，根据由频率检测机构4计算出的频率检测信号F使切换信号Q保持磁滞特性。
即，预先设定以基准频率F0为中心的最小切换频率F31和F32、最大切换频率F33和F34。在这里，最小切换频率F31为从振幅运算结果B切换到积分运算结果S的频率，最小切换频率F32为从积分运算结果S切换到振幅运算结果S的频率。
此外，最大切换频率F33为从标准化运算结果G切换到振幅运算结果B的频率，最大切换频率F34为从振幅运算结果B切换到标准化运算结果G的频率。在这里，在最小切换频率F31和F32之间以及在最大切换频率F33和F34之间保持磁滞特性，该范围内的频率检测信号F的变化基本不会使函数发生机构7的切换信号Q发生变化。
按照上述结构，除了本发明第7实施例的作用以外，由于即使在频率检测信号F位于切换频率附近的情况下，当处于磁滞特性的范围时，切换信号Q不会发生变化，这样不进行切换，从而仍可抑制因运算机构的不同而造成的运算输出V1的变化的反复出现。
图18为本发明的电压检测装置的第8实施例的结构图。
在图18中，电压检测装置1H相对图15的结构的检测机构来说，其不同点在于采用加权、加法运算机构代替切换机构。
运算处理部3H由函数发生机构7和运算机构13构成，该函数发生机构7根据频率检测信号F输出与振幅运算结果B和积分运算结果S和标准化运算结果G相对的加权信号，上述运算机构13根据加权信号R，将加权信号与振幅运算结果B和积分运算结果S和标准化结果G进行乘法运算，之后将这些值进行加法运算，输出电压检测信号。
图19为表示本发明第8实施例的作用的电压检测装置的频率特性图。
该频率特性图预先设定以基准频率F0为中心的最小加权频率F35和F36、最大加权频率F37和F38。在这里，F36为从最小加权频率F35增加频率时使振幅运算结果B的权重增加、积分运算结果S的权重减少的频率区域。
另外，F38为从最大加权频率F37增加频率时使振幅运算结果B的权重减少、标准化运算结果G的权重增加的频率区域。
按照上述结构，在振幅运算结果B的精度较高的基准频率F0附近，将振幅运算结构B作为电压检测信号V1输出，从精度降低的最小频率F35，在频率较低的区域将精度较高的积分运算结果S作为电压检测信号V1输出。此外，从使振幅运算结果B的精度降低的最大频率F38，在频率较高的区域，将标准化运算结果G作为电压检测信号V1输出。
此外，在位于最小频率F35至F36之间以及最大频率F37和F38之间的频率区域，通过对每个运算结果进行加权，输出电压检测信号V1。此外，在图18的结构中，输出机构中的加法运算机构也可按照图13的结构方式作为高值优先机构。
在上面的描述中，运算方式以振幅运算方式、积分运算方式、标准化运算方式为实例，从而得到相应的式(1)、(4)、(5)，但是也可采用相同运算方式的其它方式(比如采用频率误差补正的方式)。作为交流的检测电量，除了电压、电流以外，还可对有效电力、无效电力进行检测。此外，也可与对交流电量的有效值或平均值进行运算的其它方式进行组合。
如上所述，如果将第1～第8的实施例的电压检测装置作为图1中的交流信号检测装置，则可获得下述的同步机的激励控制装置，该装置即使在频率产生变化的情况下仍可获得正确的电量，并可以更高的精度进行控制。
如果按照上面描述方式采用本发明，由于采用频率特性不同的多种运算方式对交流电信号(电压等)进行运算，根据频率特性将具有较高精度的运算结果作为电量检测信号输出，这样可获得下述的交流电信号检测装置和同步机的激励控制装置，该装置即使在待检测电量的频率产生变化的情况下，仍可计算正确的电量检测信号，并可强制地计算正确的控制量。
此外，由于通过以对交流电量的振幅进行运算的振幅运算方式作为基本运算方式，以积分运算方式或标准化运算方式作为预备运算方式，在基本频率附近特别采用精度较高的振幅运算方式的输出，在偏离基本频率的频率区域采用积分运算方式或标准化运算方式的输出，这样在较宽的频带范围精度较高，可进行正确的电量检测。
另外，如果设置多个预备运算方式，根据每个运算方式的频率特性采用最高的区域，则可期望获得更大的效果。
还有，由于作为输出机构，根据频率检测信号将加权信号与每个运算方式的电压检测信号进行乘法运算，另外对所获得的每个信号进行加法运算而形成电压检测信号，这样不会切换运算机构给出的输出，从而可避免因运算机构的输出值的不同而产生不连续的变化。
此外，由于输出机构采用高值优先机构，这样可避免因运算机构的输出值的不同而产生不连续的变化。另外，也无需根据情况采用频率检测机构。还有，按照本发明，由于在输出机构的切换中保持磁滞，这样可防止在切换点附近的反复切换，不会因每个运算机构的电压检测信号的不同而使输出产生变化，可输出稳定的、正确的电压检测信号。
权利要求
1.一种激励控制装置，该激励控制装置对激励同步机的激励电路的激励装置进行调整来控制与交流电力系统相连接的同步机的输出电压，其特征在于，该装置包括A/D转换处理机构，该A/D转换处理机构输入上述同步机的输出电压，按照规定周期将该输入电量的瞬时值转换为数字信号；多个运算机构，该多个运算机构采用上述A/D转换处理机构所输出的数字信号，按照频率特性不同的多个运算方式，对与上述同步机的输出电压的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算；频率检测机构，该频率检测机构检测上述同步机的输出交流电量的频率；输出机构，该输出机构根据上述频率检测机构所检测出的频率，将上述多个运算机构中的任何一个输出作为与上述同步机的输出电压的有效值或平均值相当的电量检测信号输出；自动电压调整机构，该自动电压调整机构根据上述输出机构所输出的电量检测信号进行激励控制运算，对送向上述激励装置的激励控制信号的输出进行调整。
2.根据权利要求1所述的同步机的激励控制装置，其特征在于，上述多个运算机构包括基本运算机构，该基本运算机构采用由上述A/D转换处理机构输出的数字信号，按照对交流电量的振幅进行运算的振幅运算方式，对与上述同步机的输出电压的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算；预备运算机构，该预备运算机构采用由上述A/D转换处理机构输出的数字信号，按照对交流电量进行积分运算的积分运算方式或对交流电量进行标准化运算的标准化运算方式中的至少一种运算方式，对与上述同步机的输出电压的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算。
3.根据权利要求2所述的同步机的激励控制装置，其特征在于，上述输出机构为下述的输出机构，其在上述频率检测机构所检测出的频率位于包含上述电力系统中的交流电量的基本频率的规定范围内时，输出上述基本运算机构所发出的电量检测信号，在上述频率检测机构所检测出的频率位于上述规定范围以外时，输出上述预备运算机构发出的电量检测信号。
4.一种激励控制装置，该激励控制装置对激励同步机的激励电路的激励装置进行调整来控制与交流电力系统相连接的同步机的输出电压，其特征在于，其包括A/D转换处理机构，该A/D转换处理机构输入上述同步机的输出电压，按照规定周期将该输入电量的瞬时值转换为数字信号；基本运算机构，该基本运算机构采用上述A/D转换处理机构所输出的数字信号，按照对交流电量的振幅进行运算的振幅运算方式，对与上述同步机的输出电压的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算；预备运算机构，该预备运算机构采用由上述A/D转换处理机构所输出的数字信号，按照对交流电量进行积分运算的积分运算方式或对交流电量进行标准化运算的标准化运算方式中的任何一种，对与上述同步机的输出电压的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算；输出机构，该输出机构包括高值优先机构，该高值优先机构选择上述基本运算机构和预备运算机构所输出的每个电量检测信号中的较高值的信号，并将其输出；自动电压调整机构，该自动电压调整机构根据上述输出机构所输出的电量检测信号进行激励控制运算，对送向上述激励装置的激励控制信号的输出进行调整。
5.一种交流电信号检测装置，其特征在于，该装置包括A/D转换处理机构，该A/D转换处理机构输入交流电量，按照规定周期将该输入电量的瞬时值转换为数字信号；多个运算机构，该多个运算机构采用由上述A/D转换处理机构输出的数字信号，按照多个不同的运算方式对与上述交流电量的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算；频率检测机构，该频率检测机构检测上述交流电量的频率；输出机构，该输出机构根据上述频率检测机构所检测出的频率，将上述多个运算机构中的任何一个输出作为与上述交流电量的有效值或平均值相当的电量检测信号输出。
6.根据权利要求5所述的交流电信号检测装置，其特征在于，上述多个运算机构包括基本运算机构，该基本运算机构采用由上述A/D转换处理机构输出的数字信号，按照对交流电量的振幅进行运算的振幅运算方式，对与上述交流电量的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算；预备运算机构，该预备运算机构采用由上述A/D转换处理机构输出的数字信号，按照对交流电量进行积分运算的积分运算方式，对与上述交流电量的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算；
7.根据权利要求5所述的交流电信号检测装置，其特征在于，上述多个运算机构包括基本运算机构，该基本运算机构采用由上述A/D转换处理机构输出的数字信号，按照对交流电量的振幅进行运算的振幅运算方式，对与上述交流电量的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算；预备运算机构，该预备运算机构采用由上述A/D转换处理机构输出的数字信号，按照对交流电量进行标准化运算的标准化运算方式，对与上述交流电量的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算。
8.根据权利要求7所述的交流电信号检测装置，其特征在于，上述预备运算机构为下述的运算机构，该运算机构采用将对上述输入电量进行整流处理而得到的直流电量转换为数字信号的第2个A/D转换处理机构所输出的数字信号，对上述电量检测信号进行运算。
9.根据权利要求5所述的交流电信号检测装置，其特征在于，上述多个运算机构包括基本运算机构，该基本运算机构采用由上述A/D转换处理机构输出的数字信号，按照对交流电量的振幅进行运算的振幅运算方式，对与上述交流电量的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算；第1预备运算机构，该第1预备运算机构采用由上述A/D转换处理机构输出的数字信号，按照对交流电量进行积分运算的积分运算方式，对与上述交流电量的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算；第2预备运算机构，该第2预备运算机构采用由上述A/D转换处理机构输出的数字信号，按照对交流电量进行标准化运算的标准化运算方式，对与上述交流电量的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算。
10.根据权利要求6，7或9所述的交流电信号检测装置，其特征在于，上述输出机构为下述的输出机构，该输出机构在上述频率检测机构所检测出的频率位于包含上述交流电量的规定的基本频率的规定范围内时输出上述基本运算机构发出的电量检测信号，在上述频率检测机构所检测出的频率位于上述规定范围以外时输出上述预备运算机构发出的电量检测信号。
11.根据权利要求6，7，9或10所述的交流电信号检测装置，其特征在于，上述输出机构包括下述切换选择机构，该切换选择机构选择切换或以进行加权运算方式切换上述多个运算机构所输出的每个电量检测信号，并将其输出。
12.根据权利要求11所述的交流电信号检测装置，其特征在于，上述输出机构的切换选择机构为在切换边界设置有规定磁滞宽度的切换选择机构。
13.一种交流电信号检测装置，其特征在于，该装置包括A/D转换处理机构，该A/D转换处理机构输入交流电量，按照规定周期将该输入电量的瞬时值转换为数字信号；多个运算机构，该多个运算机构采用由上述A/D转换处理机构输出的数字信号，按照多个不同的运算方式，对与上述交流电量的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算；输出机构，该输出机构包括高值选择机构，该高值选择机构选择上述多个运算机构所输出的每个电量检测信号中的高值信号，将其作为与上述交流电量的有效值或平均值相当的电量检测信号输出。
14.根据权利要求13所述的交流电信号检测装置，其特征在于，上述多个运算机构包括基本运算机构，该基本运算机构采用由上述A/D转换处理机构输出的数字信号，按照对交流电量的振幅进行运算的振幅运算方式，对与上述交流电量的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算；预备运算机构，该预备运算机构采用由上述A/D转换处理机构输出的数字信号，按照对交流电量进行积分运算的积分运算方式或对交流电量进行标准化运算的标准化运算方式中的至少一种运算方式，对与上述交流电量的有效值或平均值相当的电量检测信号进行运算。
全文摘要
本发明的目的在于即使交流信号的频率发生变化仍可进行高精度的电量检测。本发明的同步机的激励控制装置和电压检测装置(1A)包括:振幅运算机构(5)和积分运算机构(6),该振幅运算机构(5)按照一定周期将检测电量转换为数字信号并输入,根据该数字信号输出数字信号(D)的值的振幅振幅运算结果(B),上述积分运算机构(6)只按照规定次数对数字信号(D)的绝对值进行加法运算并输出积分运算结果(S),按照该交流电压(V0)的频率检测信号(F),对振幅运算结果(B)和积分运算结果(S)进行切换并输出。
文档编号H02P9/14GK1196606SQ98107378
公开日1998年10月21日 申请日期1998年2月3日 优先权日1997年2月3日
发明者佐藤进 申请人:株式会社东芝