JP2002345172A

JP2002345172A - 電力系統における高調波監視システム

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Publication number: JP2002345172A
Application number: JP2001148577A
Authority: JP
Inventors: Masanori Toi; 雅則戸井; Koji Yutani; 浩次湯谷; Hideki Ota; 英樹太田
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2001-05-18
Publication date: 2002-11-29
Anticipated expiration: 2021-05-18
Also published as: JP4110747B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電力系統における同時多地点の電圧・電流を
収集して系統全体の高調波発生状態の把握を容易にす
る。一過性の高調波についても正確に測定すると共に、
高調波発生源または吸収源である端子群の特定を容易に
する。【解決手段】電力系統における送配電線の各端子近傍
に設置されて所定のサンプリング周波数にて送配電線の
電気量を収集すると共に、収集電気量から監視対象の高
調波成分が抽出され、または、強制的な起動指令が発生
した際に、ＧＰＳ衛星５００による時刻情報と共に計測
値としての収集電気量を自動的に保存し、かつ、前記計
測値及び時刻情報を外部へ伝送可能とした複数のデータ
収集装置４００と、複数のデータ収集装置４００から伝
送される計測値及び時刻情報を受信して系統全体の高調
波発生状態を解析する集約装置６００と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力系統の送配電
線に設置されたデータ収集装置により高調波を抽出し、
その周波数、波形の検出や高調波発生源または吸収源で
あることの特定を容易にして電力系統全体の高調波発生
状況を把握するために使用される高調波監視システムに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電力系統の送配電線に存在する高調波
は、リアクトル付コンデンサやリアクトルの異常音・焼
損、制御機器や保護リレーの誤動作・誤不動作などの障
害原因となる。そのため、送配電線各端子に接続される
需要家及び分散電源保有者に対し、「通産省高調波抑制
対策ガイドライン」にて高調波の許容発生率が規定され
ている。

【０００３】現在の送配電線に接続されている各種機器
のうち大容量のものは、殆どが「通産省高調波抑制対策
ガイドライン」に遵守した高調波抑制手段もしくは高調
波の流入を防ぐ防護手段を備えているので、これらの大
容量機器が同時に多数故障したり不適切な運用が行われ
ることによって系統に障害を与えるほどの大きな高調波
が発生することは稀である。このような大きな高調波が
発生している場合の多くは、特定の１箇所または数カ所
の端子における設備故障・設備不備・不適切な運用、も
しくは一般家電製品等から発生する不特定多数高調波の
集まりが主原因と考えられる（参考：電気共同研究第
５４巻第２号２−１−４章等）。

【０００４】高調波は、長時間発生するものと一過性の
ものとがあるが、いずれにおいても一度高調波障害が発
生した場合には、迅速に高調波発生源を特定して対策を
とる必要がある。しかし、その高調波が一過性であると
その発生源を特定できない場合がある。また、どのよう
な形態すなわち周波数及び波形を有する高調波が発生し
たかが判明しないと、的確な対策をとれない恐れがあ
る。

【０００５】従来の技術では、単一または複数台の高調
波計測装置を高調波発生源または高調波吸収源と思われ
る送配電線の端子近傍に配置し、高調波発生時に電圧・
電流波形を計測する方法が一般的であった。この場合、
通常は各計測装置が同時サンプリングを行っていないた
め、計測高調波の周波数分布、大きさ、相別または電圧
・電流の位相関係をもとに同時刻のデータを推定する方
法が採られていた（参考：中部電力技術開発ニュース５
８号９〜１０頁、同６６号１７〜１８頁）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来技術における高調
波監視手段では、系統に高調波が発生した時に発生源ま
たは吸収源と考えられる端子を人間が判断し、電圧また
は電流収集手段を端子近傍に個別に配置して次の高調波
発生を待つことになる。この場合、一過性の高調波につ
いては測定不可能であり、また、電圧や電流収集手段が
同時性を持ってデータを収集できないので、ある時刻に
おける同時多地点の高調波の相互位相関係が不明であ
る。同時多地点の高調波の位相関係を知ることは、特に
高調波発生源や吸収源が高調波のレベルだけでは判定し
得ない場合、たとえば発生源が系統に複数存在する場合
などに有効である。

【０００７】従来の技術範疇では、系統の電圧基本波成
分が送配電線上の全ての地点でほぼ同じ波形・位相であ
ることを前提とし、電圧基本波成分を位相基準にして複
数地点の高調波位相関係を比較する方法が考えられてい
るが、負荷電流と送配電線線路インピーダンスとの積で
決まる電圧降下の影響により、電圧基本波成分の位相は
各地点で異なる。測定する高調波次数が高次であるほ
ど、基準とする基本波成分の位相の違いが大きく影響す
る。これは、主にリアクタンス成分を含む線路インピー
ダンス値が周波数により異なることに起因する電圧降下
量の差異と、複数地点でのデータ収集時間ずれに起因す
る位相ずれ量が高調波次数に比例して大きくなることに
よる。

【０００８】そこで本発明は、電力系統における同時多
地点の電圧・電流を収集して系統全体の高調波発生状態
の把握を容易にし、また、一過性の高調波についても正
確に測定すると共に、高調波発生源または吸収源である
端子群の特定を容易にした高調波監視システムを提供し
ようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、グローバルポジショニングシステム
（ＧＰＳ）等により取得した時刻情報を用いて送配電線
における同時刻の電気量を収集可能としたデータ収集装
置を使用する。なお、この種のデータ収集装置は、例え
ば特開２０００−３４１８８２号公報（特願平１１−１
５０８４０）に記載されており、送配電線から収集した
アナログ電気量をディジタル値に変換するディジタル変
換手段と、このディジタル変換手段の出力を用いて電気
量を演算する手段と、この演算手段により演算された電
気量を伝送する伝送手段とを備え、送配電線の任意の地
点に設けられた鉄塔または電柱に設置可能となってい
る。また、上記データ収集装置は、ＧＰＳを用いた時計
機能を備え、この時計機能により取得した時刻データを
電気量に付加して伝送可能であり、収集電気量の集約先
で各収集データの時刻差を補正すること等により、実質
的に各収集装置における電気量の同時刻収集を可能にし
ている。

【００１０】本発明では、上述の如く送配電線における
同時刻の電気量を収集可能としたデータ収集装置を送配
電線の各端子近傍にそれぞれ配置し、これらのデータ収
集装置による収集データを１箇所に集約して高調波解析
を行うようにした。

【００１１】更に、収集電気量の保存動作及び集約装置
への伝送動作を起動するトリガを工夫することで、高調
波が発生していない期間における不要なデータ保存を防
止する構成とする。すなわち、系統の電気量をデータ収
集装置にて常時収集しつつ、フーリエ変換や高調波成分
抽出フィルタにより抽出した電圧または電流の高調波成
分のレベル計算や基本波成分に対する比率計算を常時実
行する。そして、これらの演算結果が所定のしきい値を
越えた場合に収集電気量の自動保存を実行し、予め指定
された集約装置への伝送を実行する。また、高調波の多
寡に関わらず系統全体、送配電線全体の高調波状態を把
握するために、高調波成分のレベルや基本波成分に対す
る比率がしきい値を越えたデータ収集装置が一つでも発
生したら、これをトリガとして他のデータ収集装置が一
斉に収集電気量を自動的に保存するようにした。

【００１２】さて、送配電線に発生する高調波、特に電
流の高調波成分は、基本波と同様にキルヒホッフの第１
法則に基づいて系統に流入する量と流出する量とが必ず
等しくなる。更に、流入高調波と流出高調波とのベクト
ル位相関係は互いに逆位相になる。厳密には、流入高調
波の総和（＝合成）ベクトルと流出高調波の総和ベクト
ルとが互いに逆位相になるのであって、系統における電
源端及び負荷端の総和が３端子以上の場合、各端個々に
着目すると各端に流入もしくは流出する高調波の個別の
ベクトル関係は必ずしも互いに同量かつ逆位相とは限ら
ない。

【００１３】しかし、高調波の主要発生源と吸収源とが
各々特定の一端子である場合、発生源端子と吸収源端子
における高調波ベクトルの位相関係はほぼ互いに逆位相
となる。また、多数端子につながる不特定多数の家電製
品等からの高調波が特定端子の設備に障害を発生させた
場合、障害を被った端子の高調波ベクトル位相と多数端
子の高調波ベクトルの合成位相とが互いに逆位相とな
り、もし系統外部からの高調波流入がなければベクトル
の大きさもほぼ等しくなる。

【００１４】請求項１〜３に記載した発明により同時多
地点での電気量収集を行えば、系統各端子における高調
波ベクトルを正確に知ることができる。また、請求項４
に記載した発明により、各端子、特に障害が発生し、も
しくは許容値を越える高調波が検出された端子における
高調波ベクトルと、このベクトルに対し逆位相になる単
独端子もしくはベクトル合成値が逆位相になる複数端子
を判定することで、高調波の流入及び流出実態を明確に
把握することができる。

【００１５】すなわち請求項１記載の発明は、電力系統
における送配電線の各端子近傍に設置されて所定のサン
プリング周波数にて送配電線の電気量を収集すると共
に、収集電気量から監視対象の高調波成分が抽出され、
または、強制的な起動指令が発生した際に、グローバル
ポジショニングシステム等による時刻情報と共に計測値
としての収集電気量を自動的に保存し、かつ、前記計測
値及び時刻情報を外部へ伝送可能とした複数のデータ収
集装置と、複数のデータ収集装置から伝送される計測値
及び時刻情報を受信して系統全体の高調波発生状態を解
析する集約装置と、を備えたものである。

【００１６】請求項２記載の発明は、請求項１記載の電
力系統における高調波監視システムにおいて、前記デー
タ収集装置はロジック判定部を備え、このロジック判定
部は、収集電気量に含まれる監視対象の高調波成分のレ
ベル判定、及び、同時刻に収集された高調波成分と基本
波成分との比率判定のうち少なくとも一方を実行してそ
の判定結果により保存動作及び伝送動作を起動する自動
起動判定処理と、外部のデータ伝送装置から伝送された
瞬時起動指令及び設定時刻に基づく起動指令に応じて保
存動作及び伝送動作を起動する強制起動判定処理とを実
行するものである。

【００１７】請求項３記載の発明は、請求項２記載の電
力系統における高調波監視システムにおいて、前記デー
タ収集装置は、自己の自動起動判定が成立したときに他
のデータ収集装置に対する起動時刻を出力するものであ
る。

【００１８】請求項４記載の発明は、請求項１，２また
は３記載の電力系統における高調波監視システムにおい
て、前記集約装置は、各データ収集装置により収集した
各端子近傍における高調波成分のうち、大きさが最大の
高調波成分に対して所定の位相範囲にあり、かつ、大き
さが一定値以上であって最大の高調波成分に対する比率
が一定値以上である高調波成分について端子及び次数を
パラメータとして第１のグループに帰属させ、同様にし
て、前記最大の高調波成分とは逆位相である成分に対し
て所定の位相範囲にあり、かつ、大きさが一定値以上で
あって最大の高調波成分に対する比率が一定値以上であ
る高調波成分について端子及び次数をパラメータとして
第２のグループに帰属させ、これら第１のグループに属
するすべての高調波成分の大きさの和と第２のグループ
に属するすべての高調波成分の大きさの和とがほぼ等し
いときに、各グループに属する高調波成分を生じた端子
が高調波発生源または高調波吸収源であると判定するも
のである。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図に沿って本発明の実施形
態を説明する。始めに、図７は、従来技術としての送配
電線における高調波測定システムの一例を示す構成図で
あり、中部電力技術開発ニュース第５８号第９頁の第１
図に記載されているものである。

【００２０】図７において、１００は変電所、１０１は
変電所子局、１０２は高圧側配電線、１０３は配電用変
圧器、１０４，１０５は計器用変圧器（ＰＴ）、１０６
は変流器（ＣＴ）、２００は低圧側配電線、２０１は配
電線２００の任意区間に設置された電圧・電流センサと
しての光センサ、２０２は配電線用子局、３０１は親局
である。また、変電所１００内のＦxxは、xx番フィーダ
を意味する。

【００２１】図７のシステムでは、配電用変圧器１０３
の高圧側、低圧側の電圧・電流、各フィーダの電流を測
定して変電所用子局１０１に集約し、また、配電線２０
０の電圧・電流を光センサ２０１により測定して配電線
用子局２０２により収集すると共に、変電所用子局１０
１及び配電線用子局２０２から親局３０１に測定データ
を伝送して親局３０１が集中的に高調波の監視（記録、
解析、統計処理等）を行っている。更に、親局３０１は
各子局１０１，２０２の動作を全体的に制御している。
ここで、配電線２００の電気量収集に当たり、光センサ
２０１間での時刻同期は特に考慮されていない。

【００２２】各子局１０１，２０２は電圧・電流波形を
常時監視し、例えば１０分ごとの収集データから必要な
波形データ（連続した８サイクル）を抽出して親局３０
１へ送信し、親局３０１では、５０次までの高調波の電
圧・電流の測定、歪率や位相差の解析、高調波電力の流
入・流出方向の判定、表示を行っている。

【００２３】次に、上記従来技術との比較において本発
明の実施形態を説明する。図１は、本実施形態の高調波
監視システムの全体構成を示す図である。図１におい
て、４１０，４２０は変電所であり、それぞれ送配電線
４４１，４４２に接続されている。４１１，４２１は配
電用変圧器、Ｆは各変電所４１０，４２０間の配電線
（フィーダ）、４３０は鉄塔または電柱である。図１に
おいて、区間開閉器、遮断器等は便宜上、図示を省略し
てある。

【００２４】４００は電圧・電流を収集するデータ収集
装置であり、本実施形態では、配電線Ｆ上の端末近傍の
位置に接続されている。ここで、端末とは、負荷、分散
電源、変電所を含む概念である。なお、データ収集装置
４００の内部構成については後述する。データ収集装置
４００は、図１１に示した光センサ２０１のように配電
線２００の主な区間に配置しても良いが、図７のような
配置形態とした場合には、例えば、ある区間に複数の端
末（例えば負荷）があったときに最終的に区間内のどの
端末が高調波発生源（吸収源を含む）であるかを判別で
きないおそれがあるので、図１のような配置形態をとる
こととした。

【００２５】なお、図１の破線で囲った領域の負荷また
は電源端Ｃのように、直近にデータ収集装置４００が設
置されていない場合には、最寄り（Ａ及びＢ）のデータ
収集装置４００の電流計測値の差分を取る数値計算によ
り、端Ｃの電流を計測する。また、端Ｃの電圧は、（Ａ
〜Ｃ間線路インピーダンス）×（Ａにおける計測
電流）または（Ａ〜Ｂ間線路インピーダンス）×
（Ｂにおける計測電流）の数値計算によって求められ
る。

【００２６】更に、図１において、５００はＧＰＳ衛星
であり、この衛星５００からは高精度かつ汎用の時刻情
報が各データ収集装置４００に常時送られている。６０
０は各データ収集装置４００による収集データを受信し
て集約し、高調波解析や統計処理等を行うパソコン等の
集約装置である。各データ収集装置４００は、上記時刻
情報を利用して電気量の同時収集を可能にしている。こ
こでいう同時収集には、以下に述べる二つの態様があ
る。

【００２７】第１の方法は、各データ収集装置４００が
任意のタイミングで電気量を収集し、この収集データに
ＧＰＳ衛星５００から取得した時刻情報を付加すること
で、集約装置６００による高調波分析において、対象と
する高調波の周波数と収集時刻差との積を補正位相量と
して補正することにより、各収集データを実質的に同時
刻に収集されたものとして扱う方法である。第２の方法
は、各データ収集装置４００における収集タイミング
を、ＧＰＳ衛星５００から取得した時刻情報によって制
御する方法である。この場合、各データ収集装置４００
における収集時刻は等しくなるので、集約装置６００に
おける位相補正は不要になる。上記第１，第２の同時収
集方法は、例えば特開２０００−３４１８８２号公報に
記載されている公知の技術である。

【００２８】次に、図２は上記データ収集装置４００の
一例を示す機能ブロック図である。図２において、４５
１は配電線Ｆの高電圧、大電流から後続の各ブロックを
保護するための保護回路、４５２は電圧、電流のレベル
等を変換する入力変換器、４５３，４５４は直流量等の
不要な成分を除去するためのアナログフィルタ、４５５
はアナログ信号をディジタル信号に変換してサンプリン
グするＡ／Ｄ変換部、４５６，４５７はフーリエ変換等
を行って電圧、電流の所定次数の高調波成分を抽出する
ディジタルフィルタ、４５８は計測値（Ａ／Ｄ変換部４
５５の出力及びフィルタ４５６，４５７の出力）及び現
在時刻を保存するメモリである。上記Ａ／Ｄ変換部４５
５はサンプルホールド回路（図示せず）を含むものと
し、そのサンプリング周波数は例えば監視対象の高調波
周波数の２倍以上とする。

【００２９】ここで、アナログフィルタ４５３，４５４
やディジタルフィルタ４５６，４５７により実現される
高調波抽出フィルタの例として、下記の数式１，２があ
る。数式１は、基本波成分を完全に除去することを目的
としたノッチ形フィルタの伝達関数例であり、数式２
は、基本波以下の周波数成分を除去するハイパス形フィ
ルタの伝達関数例である。データ収集装置４００は、例
えば数式１，２のフィルタをアナログフィルタ４５３，
４５４またはディジタルフィルタ４５６，４５７の一部
として搭載し、電気量に含まれる高調波成分を抽出す
る。

【００３０】

【数１】

【００３１】

【数２】

【００３２】図３は、数式１のノッチ形フィルタと、計
測対象外の高次高調波及び直流成分の除去を目的とした
バンドパス形フィルタとを組み合わせたフィルタの総合
特性例を示している。バンドパスフィルタの高次側減衰
特性は、計測対象の高調波領域、例えば「通産省高調波
抑制対策ガイドライン」で規定されている５次以上の奇
数倍調波を通過させ、かつ、計測対象外の高次高調波及
びＡ／Ｄ変換部４５５のサンプリング定理に基づく折り
返し誤差を発生する周波数領域を減衰させる特性とす
る。

【００３３】図４は前記メモリ４５８としてリングバッ
ファを用いた場合のデータ書込状態を概念的に示したも
のである。図示する書込方向に従い、Ａ／Ｄ変換ごとの
計測値（Ａ／Ｄ変換部４５５の出力及びフィルタ４５
６，４５７の出力）及びそのときの時刻がロジック判定
部４６０からのラッチ指令によってメモリ４５８に保存
される様子を示す。

【００３４】一方、図２における４５９は前記ＧＰＳ衛
星５００からの時刻情報を受信するＧＰＳ受信機等の現
在時刻取得手段であり、取得した現在時刻は前記メモリ
４５８及びロジック判定部４６０に送られている。ロジ
ック判定部４６０は、メモリ４５８への計測値及び現在
時刻を保存する処理と、これらを伝送部４６２に転送し
て集約装置６００へ伝送する処理を起動するために、
高調波発生判定に基づく自動起動判定、強制起動判定
を実行する。

【００３５】ここで、高調波発生判定に基づく自動起
動判定とは、例えば数式３に示すように任意次数の高調
波のレベルがしきい値（定数）を越えたことを判定する
レベル判定と、数式４に示すように任意次数の高調波の
レベルと同時刻の基本波のレベルとの比がしきい値（定
数）を越えたことを判定する比率判定との何れか一方
（論理和）または両方（論理積）を用いて、高調波の発
生を検出し、メモリ４５８に計測値及び現在時刻を自動
的に保存すると共にこれらのデータを伝送部４６２へ転
送し、更に、データ伝送指令により伝送部４６２から集
約装置６００へデータを伝送させる動作である。

【００３６】

【数３】

【００３７】

【数４】

【００３８】また、強制起動判定とは、設定時刻起動
及び瞬時起動を含む判定処理である。ここで、設定時刻
起動とは、伝送部４６２からメモリ４６１に設定された
起動時刻を設定時刻として、現在時刻取得手段４５９か
ら入力された現在時刻が上記設定時刻に一致したときに
メモリ４５８への保存、伝送部４６２への転送、集約装
置６００への伝送を起動するための判定処理をいう。瞬
時起動とは、他のデータ収集装置から伝送部４６２を介
して起動指令（瞬時起動指令）が送られてきた時に、上
述の設定時刻起動と同様の動作を起動するための判定処
理をいう。

【００３９】次に、図５はロジック判定部４６０におけ
る起動判定のフローチャートである。この図５における
ステップＳ４の処理により、系統内の複数のデータ収集
装置は同時刻における電気量データを取得可能になる。
まず、現在時刻がメモリ４６１に保存された設定時刻に
なっているか否かを判断し（Ｓ１）、設定時刻以後であ
れば伝送部４６２に対しメモリ４５８内のデータ（計測
値及び現在時刻）を集約装置６００へ伝送するように伝
送指令を発する（Ｓ２）。設定時刻前であれば、ステッ
プＳ３へジャンプする。ステップＳ１，Ｓ２の処理は、
前述の強制起動判定における設定時刻起動の判定に相
当する。ここで、集約装置６００に伝送される計測値
は、上記設定時刻前後のデータである。

【００４０】次いで、前述の高調波発生判定に基づく
自動起動判定条件が成立したかどうかを判断する（Ｓ
３）。すなわち、数式３，４の判定を行う。自動起動判
定条件が成立した場合、つまり、高調波の発生を検出し
たときには、他のデータ収集装置に対する瞬時起動指令
（図２における伝送部４６２に入力されている瞬時起動
指令に相当）を送るために起動時刻情報を伝送部４６２
を介して出力する（Ｓ４）。ここでいう起動時刻とはス
テップＳ３の自動起動判定条件の成立時刻である。

【００４１】自動起動判定条件が成立しない場合には、
他のデータ収集装置からの瞬時起動指令を伝送部４６２
を介して検出したか否かを判断する（Ｓ６）。瞬時起動
指令が検出された場合にはステップＳ５にジャンプし、
検出されない場合には処理を終了する。上記ステップＳ
６の処理は、前述の強制起動判定における瞬時起動の
判定に相当する。その後、伝送部４６２に対しメモリ４
５８内のデータ（計測値及び現在時刻）を集約装置６０
０へ伝送するように伝送指令を発する（Ｓ５）。なお、
集約装置６００に伝送されるデータは、ステップＳ３の
自動起動判定条件が成立しているときには上記条件成立
時刻前後のデータである。

【００４２】上記のように、ステップＳ４において他の
データ収集装置に起動時刻を出力することで各データ収
集装置が同じ起動時刻を持つことにより、各データ収集
装置による電圧・電流の同時刻収集・保存並びに集約装
置６００への伝送を実現している。また、任意時刻に一
過性的に発生した高調波に対しては、各データ収集装置
がステップＳ３により高調波の発生を判定して自動起動
することで、同時刻におけるデータ収集・保存、及び集
約装置６００への伝送を可能にした。

【００４３】なお、送配電線における基本波及び高調波
の分布は線路上の各地点で一様でないため、ステップＳ
３では高調波の発生を判定できず、当該ステップの自動
起動を行えないデータ収集装置が発生する場合がある。
そこで、ステップＳ４では、自動起動したデータ収集装
置４００が自動起動時の時刻情報を付加し、他のデータ
収集装置に送信する。未起動のデータ収集装置は、伝送
部４６２を経由して起動時刻情報を認識し、メモリ４６
１に保存する。ロジック判定部４６０では、前記ステッ
プＳ１，〜Ｓ２により自動起動した装置の起動時刻にお
ける収集データを集約装置６００に出力する。

【００４４】ここで、各データ収集装置４００は、集約
装置６００に伝送するデータ時間幅よりも長時間の収集
データを、前述したリングバッファ構造のメモリ４５８
に常時保存し、ラッチ指令が入力されるたびに更新す
る。メモリ４５８におけるデータの記録時間幅は、自動
起動したデータ収集装置４００が自己のデータ保存・伝
送動作を起動し、起動できなかった他のデータ収集装置
に対して起動指令を出力するための所要時間以上に設定
される。

【００４５】以上の構成により、送配電線上に発生した
電圧・電流の高調波成分を同時刻かつ多地点において収
集・保存し、このデータを集約装置６００に送って系統
全体の高調波の計測及び解析を可能にしている。以下
に、高調波解析の一例として、高調波発生源（流出源）
または高調波吸収源（流入源）を特定する処理につき説
明する。

【００４６】図６は高調波発生源または高調波吸収源を
特定する（高調波発生源であること、または高調波吸収
源であることを特定するのではなく、これらの何れかで
あることを特定する）処理を示すフローチャートであ
り、図１における集約装置６００によって実行される。
なお、図６のフローチャートでは、便宜的にデータ収集
装置をＭとして表記してある。まず、送配電線上の全端
子に設置されたデータ収集装置４００からデータを収集
して集約装置６００に集約させる（Ｓ１１，Ｓ１２）。
次に、計測可能範囲の高調波領域で、端子NO.及び高調
波次数をパラメータとして、最大スカラ量の高調波を計
測した端子Tm及び高調波次数Nを判定する（Ｓ１３）。
この処理によって特定された端子が、仮の主要な高調波
発生源もしくは吸収源の端子Tmとなり、このステップＳ
１３で着目した次数の高調波（この例では電流の高調波
成分）のみが、以後の処理対象となる。

【００４７】次いで、数式５により、端子Tmにおける高
調波とほぼ同位相、すなわち、∠Ｉ _NTm±θ
_１（θ_１は設定値）の位相差であるN次高調波Ｉ_Nxを計
測した端子群ΣTxを判定する（Ｓ１４）。言い換えれ
ば、数式５を満たす端子を端子群（第１のグループ）Σ
Txに帰属させる。これらの端子が、系統全体から見て高
調波発生源または高調波吸収源の何れかとなる。

【００４８】

【数５】

【００４９】なお、三相の送配電線においては、高調波
最大スカラ量を検出した相と同相の各端子データのみに
着目する。対称座標法に基づく零相等の座標変換を行っ
たデータに対する高調波に着目する場合、全ての端子に
おいて同じ相、この例では零相成分のみに着目する。ま
た、数式５では、着目高調波レベル値｜Ｉ_Nx｜が、設定
値であるしきい値ε _１を下回り、かつ、｜Ｉ_Nx｜と端子
Tmにおける高調波レベル値｜Ｉ_NTm｜との比率がη
_１（可変の設定値）を下回る端子については、データ収
集装置の大きな計測誤差及び演算誤差が見込まれるの
で、端子群ΣTxから除外する。

【００５０】次に、数式６により、端子Tmとほぼ逆位
相、正確には端子Tmにおける高調波を１８０度ベクトル
回転したもの（∠Ｉ_NTm＋１８０°）を基準として&p
lusmn;θ_２（θ_２は設定値）の位相差であるN次高調波
Ｉ_Nxを計測した端子を検出し、これらの端子を端子群
（第２のグループ）ΣTyに帰属させる（Ｓ１５）。

【００５１】

【数６】

【００５２】この数式６においても、数式５と同様に、
着目高調波レベル値｜Ｉ_Nx｜が、設定値であるしきい値
ε_２を下回り、かつ、｜Ｉ_Nx｜と端子Tmにおける高調波
レベル値｜Ｉ_NTm｜との比率がη_２（可変の設定値）を
下回る端子については、データ収集装置の大きな計測誤
差及び演算誤差が見込まれるので、端子群ΣTyから除外
する。端子群ΣTyにおける高調波は、端子群ΣTxにおけ
る高調波に対して逆位相であり、端子群ΣTxに属する複
数の端子と端子群ΣTyに属する複数の端子とは、互いに
高調波の発生源と吸収源という関係にある。

【００５３】以後のステップＳ１６〜Ｓ２０は、端子群
ΣTxと端子群ΣTyとのグループ分けの妥当性を判定する
処理である。まず、妥当性の判定には数式７を用いる
（Ｓ１６）。数式７において、η_３は設定値である。

【００５４】

【数７】

【００５５】これは、端子群ΣTxの合成高調波ベクトル
の大きさ｜ΣＩ_NTx｜と端子群ΣTyの合成高調波ベクト
ルの大きさ｜ΣＩ_NTy｜とがほぼ等しければ、高調波の
発生と吸収がつり合うこととなり、キルヒホッフの第１
法則に基づいて判定がほぼ妥当であると判断する考えを
フローに実現したものである。

【００５６】｜ΣＩ_NTx｜と｜ΣＩ_NTy｜とがほぼ同量で
はないと判定された場合、両者の大小関係を判断して
（Ｓ１７）、可変の設定値η_１，η_２を下限値になるま
で小さくし（Ｓ１８，Ｓ１９，Ｓ２１，Ｓ２２）、ステ
ップＳ１４からの演算をやり直す。設定値η_１，η_２を
低下させることは、数式５または数式６に基づく端子群
ΣTxまたはΣTyの構成端子数を増やすことであり、合成
高調波ベクトルの大きさ｜ΣＩ_NTx｜，｜ΣＩ_NTy｜を大
きくすることにより、ステップＳ１６における数式７の
成立を容易にする作用がある。その反面、端子群ΣTxま
たはΣTyの構成端子数が増えることによって高調波発生
源または高調波吸収源の端子数が増えることになり、
「高調波発生端子または吸収端子の特定」という見地か
らは好ましくない。

【００５７】ステップＳ１９，Ｓ２２の下限値判定に基
づく複数回の設定値η_１，η_２の変更及びステップＳ１
４〜１６の処理によっても数式７を満足する解が求めら
れなかった場合、判定精度不良と判断して出力する（Ｓ
２０）。この場合、数式７の左辺が最小となる設定値η
_１，η_２における端子群ΣTx，ΣTyのグループ分けを最
善解として出力する（Ｓ２１）。

【００５８】ステップＳ１６において数式７が成立した
場合、端子群ΣTx，ΣTyに属する端子番号の出力と共
に、判定の確度を表す指標として数式７を満足する解で
あるか否かと、判定精度の指標値としてη_１，η_２の値
を出力する（Ｓ２２）。これらのη_１，η_２の値が小さ
いほど端子群ΣTx，ΣTyの各グループに含まれる端子数
が少ないことになり、高調波発生源または高調波吸収源
である端子を明確に限定できたことになる。判定精度の
指標値としては、η_１，η_２の値の代わりに端子群ΣT
x，ΣTyに属する端子数を用いても良い。

【００５９】なお、図６に示したフローチャートでは、
端子群ΣTxに属する各端子が高調波発生源または高調波
吸収源のどちらであるかについて判定することができな
い。これは、端子群ΣTyについても同様である。従っ
て、例えば端子群ΣTxが高調波発生源または高調波吸収
源のどちらであるかを判定するには、端子群ΣTxに含ま
れる各端子の特性（電源であるか負荷であるか等）、計
測時刻、障害を受けた端子を含むグループであるか否か
の情報により、人間が経験的に判定することにする。以
上により、系統に発生した高調波の発生源または吸収源
であることを端子群として特定する。

【００６０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ＧＰＳ等
の時刻情報を用いて電気量を収集するデータ収集装置に
より電力系統における同時多地点の電圧・電流を収集
し、それらの計測値を１箇所に集約することで系統全体
の高調波発生状態を把握することができる。また、一過
性の高調波が一部のデータ収集装置により検出された場
合でも、他のデータ収集装置にトリガを送ることでほぼ
同時かつ多地点での計測が可能になる。更に、集約され
た各端子の高調波の大きさや位相に基づいて、高調波発
生源または吸収源である端子群を容易に特定することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の高調波監視システムの全体構成を
示す図である。

【図２】本実施形態のデータ収集装置の一例を示す機能
ブロック図である。

【図３】本実施形態における高調波成分抽出用のフィル
タの総合的な特性図である。

【図４】本実施形態における計測データ保存用メモリの
説明図である。

【図５】本実施形態におけるデータ収集装置内のロジッ
ク判定部における起動判定のフローチャートである。

【図６】本実施形態において高調波発生源または高調波
吸収源を特定する処理を示すフローチャートである。

【図７】従来技術としての送配電線における高調波測定
システムの一例を示す構成図である。

【符号の説明】４００データ収集装置４１０，４２０変電所４１１，４２１配電用変圧器４３０鉄塔または電柱４４１，４４２送配電線４５１保護回路４５２入力変換器４５３，４５４，４５６，４５７フィルタ４５８，４６１メモリ４５９現在時刻取得手段４６０ロジック判定部４６２伝送部５００ＧＰＳ衛星６００データ集約装置（パソコン）Ｆ配電線（フィーダ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者太田英樹神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内Ｆターム(参考） 5G064 AA01 AB03 AC01 AC03 AC09 BA02 BA09 CB08 CB18 CB19 DA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電力系統における送配電線の各端子近傍
に設置されて所定のサンプリング周波数にて送配電線の
電気量を収集すると共に、収集電気量から監視対象の高
調波成分が抽出され、または、強制的な起動指令が発生
した際に、グローバルポジショニングシステム等による
時刻情報と共に計測値としての収集電気量を自動的に保
存し、かつ、前記計測値及び時刻情報を外部へ伝送可能
とした複数のデータ収集装置と、複数のデータ収集装置から伝送される計測値及び時刻情
報を受信して系統全体の高調波発生状態を解析する集約
装置と、を備えたことを特徴とする電力系統における高調波監視
システム。
【請求項２】請求項１記載の電力系統における高調波
監視システムにおいて、前記データ収集装置はロジック判定部を備え、このロジ
ック判定部は、収集電気量に含まれる監視対象の高調波成分のレベル判
定、及び、同時刻に収集された高調波成分と基本波成分
との比率判定のうち少なくとも一方を実行してその判定
結果により保存動作及び伝送動作を起動する自動起動判
定処理と、外部のデータ伝送装置から伝送された瞬時起
動指令及び設定時刻に基づく起動指令に応じて保存動作
及び伝送動作を起動する強制起動判定処理とを実行する
ことを特徴とする電力系統における高調波監視システ
ム。
【請求項３】請求項２記載の電力系統における高調波
監視システムにおいて、前記データ収集装置は、自己の自動起動判定が成立した
ときに他のデータ収集装置に対する起動時刻を出力する
ことを特徴とする電力系統における高調波監視システ
ム。
【請求項４】請求項１，２または３記載の電力系統に
おける高調波監視システムにおいて、前記集約装置は、各データ収集装置により収集した各端子近傍における高
調波成分のうち、大きさが最大の高調波成分に対して所
定の位相範囲にあり、かつ、大きさが一定値以上であっ
て最大の高調波成分に対する比率が一定値以上である高
調波成分について端子及び次数をパラメータとして第１
のグループに帰属させ、同様にして、前記最大の高調波
成分とは逆位相である成分に対して所定の位相範囲にあ
り、かつ、大きさが一定値以上であって最大の高調波成
分に対する比率が一定値以上である高調波成分について
端子及び次数をパラメータとして第２のグループに帰属
させ、これら第１のグループに属するすべての高調波成分の大
きさの和と第２のグループに属するすべての高調波成分
の大きさの和とがほぼ等しいときに、各グループに属す
る高調波成分を生じた端子が高調波発生源または高調波
吸収源であると判定することを特徴とする電力系統にお
ける高調波監視システム。