JP2004301550A - Operation device of power related quantity and phase angle - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電圧電流値の同期検波を利用した電力関連量、即ち、電力、無効電力、電力量、無効電力量およびこれらの高調波成分の少なくとも1つ並びに位相角を演算する電力関連量および位相角演算装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の位相角の演算は、所定相の電圧値V1と、その他の信号、例えば他相の電圧値V2、V3または電流値I1、I2、I3との位相角を演算する場合、所定相の電圧値V1の1周期の時間Aおよび所定相の電圧値V1と位相角を演算する他相の電圧または電流信号V2、V3、I1、I2、I3との0クロス点または事前に決められた一定レベルでのクロス点の時間のずれBを検出し、(B/A)×360°として算出していた。(例えば特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平7−120511号公報(段落0002、図4)
【特許文献2】
特開平6−300796号公報
【特許文献3】
特許第3206273号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の位相角の演算装置では、A/D変換器のサンプリング周波数が例えば4000Hzの場合、1/4000秒の精度でしか時間を検出できないため、0クロス点を正確に演算するために直線補間などの処理が必要であった。しかし、直線補間などの処理を行なっても、実際の時間ずれは正確に算出できないため、高精度の位相角算出は不可能であった。また、上記の時間の算出は0クロス点の時間のずれが必要であるため、リアルタイムで位相角を算出することが不可能であるという欠点も生じていた。さらに、0クロス点については、信号に基本波以外のノイズ信号が含まれる場合には、0クロス点が複数点発生することがあるため、正確な演算ができないという問題点があった。
【0005】
この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたもので、第1の目的は、0クロス点を用いずに高精度な位相角を求める電力関連量および位相角演算装置を提供することである。
【0006】
また、第2の目的は、信号に基本波以外のノイズ信号が含まれる場合でも、ノイズ信号の影響がほとんどない電力関連量および位相角演算装置を提供することである。
【0007】
さらに、第3の目的は、リアルタイムで演算可能な電力関連量および位相角演算装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電力関連量および位相角演算装置は、各相の電圧値および電流値にもとづいて各相の電力を演算する電力演算手段、上記電圧値および電流値を入力してそれぞれの間に90°の位相角を有する電圧出力および電流出力を得るヒルベルト変換手段、上記電圧出力および電流出力にもとづいて各相の無効電力を演算する無効電力演算手段、上記電力演算手段および無効電力演算手段の演算結果にもとづいて各相の電圧、電流間の位相角を演算する位相角演算手段を備えたものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1を図にもとづいて説明する。図1は、実施の形態1による電力関連量演算装置の構成を示すブロック図である。この図において、入力信号である各相の入力電圧をVin、各相の入力電流をIinで示している。
所定相の入力電圧である1側入力電圧Vin−1は、1側電圧センサ11AでA/D変換可能な電圧レベルに降圧し、さらに、1側電圧A/D変換器12Aでデジタル信号である1側電圧値V1に変換される。同様に、2側入力電圧Vin−2は2側電圧センサ21A、2側電圧A/D変換器22Aを介して2側電圧値V2に変換され、3側入力電圧Vin−3は3側電圧センサ31A、3側電圧A/D変換器32Aを介して3側電圧値V3に変換される。また、所定相の入力電流である1側入力電流Iin−1は、1側電流センサ11Bで電圧値に変換され、さらに、1側電流A/D変換器12Bでデジタル信号である1側電流値I1に変換される。同様に、2側入力電流Iin−2は2側電流センサ21B、2側電流A/D変換器22Bを介して2側電流値I2に変換され、3側入力電流Iin−3は3側電流センサ31B、3側電流A/D変換器32Bを介して3側電流値I3に変換される。
【0010】
また、1側電圧値V1と2側電圧値V2は積算器47Aに入力され、それぞれの信号が掛け合わされる。掛け合わされた信号は、ローパスフィルタ(以下、LPFという)48Aと加算平均器49Aで高周波成分とホワイトノイズの除去を行ない、V1とV2の仮想電力(以下、V1V2間同相乗算値という)41が得られる。同様に、1側電圧値V1と3側電圧値V3を積算器57Aで掛け合わせ、LPF58A、加算平均器59Aを経てV1とV3の仮想電力(以下、V1V3間同相乗算値という)51が得られる。また、1側電圧値V1と1側電流値I1を積算器17Aで掛け合わせ、LPF18A、加算平均器19Aを経て1側電力値W1を得、同様に、2側電圧値V2と2側電流値I2を積算器27Aで掛け合わせて2側電力値W2を得、3側電圧値V3と3側電流値I3を積算器37Aで掛け合わせて3側電力値W3を得ている。
【0011】
さらに、この実施の形態は2つの入力信号の位相を90°ずらせるための手段として、ヒルベルト直交相変換器15、25、35とヒルベルト同相変換器16、26、36、46、56を有し、ヒルベルト直交相変換器15を通った1側電圧値V1とヒルベルト同相変換器46を通った2側電圧値V2を積算器47Bに入力し、ここで掛け合わされた信号をLPF48Bと加算平均器49Bでノイズ除去することにより、V1とV2の仮想無効電力(以下、V1V2間直交相乗算値という)42を得ている。
同様に、ヒルベルト直交相変換器15を通った1側電圧値V1とヒルベルト同相変換器56を通った3側電圧値V3を積算器57Bに入力し、LPF58B、加算平均器59Bを経てV1とV3の仮想無効電力(以下、V1V3間直交相乗算値という)52を得ている。また、ヒルベルト直交相変換器15を通った1側電圧値V1とヒルベルト同相変換器16を通った1側電流値I1を積算器17Bに入力し、LPF18B、加算平均器19Bを経て1側無効電力値var1を得、ヒルベルト直交相変換器25を通った2側電圧値V2とヒルベルト同相変換器26を通った2側電流値I2を積算器27Bに入力し、LPF28B、加算平均器29Bを経て2側無効電力値var2を得、ヒルベルト直交相変換器35を通った3側電圧値V3とヒルベルト同相変換器36を通った3側電流値I3を積算器37Bに入力し、LPF38B、加算平均器39Bを経て3側無効電力値var3を得ている。
この実施の形態では、説明をわかりやすくするため、2側電圧値V2および3側電圧値V3にヒルベルト同相変換器46,56を通す例について説明したが、1側電圧値V1に図示しないヒルベルト同相変換器を通し、2側電圧値V2および3側電圧値V3は無効電力演算のために通すヒルベルト直交相変換器25,35の結果を用いれば、同様の機能をさらに演算量を削減して実現できる。
【0012】
この電力関連量演算装置においては、ホワイトノイズは、LPF18A〜58Bと加算平均器19A〜59Bを通すことにより除去することができ、また、n次高周波は、電流にのりやすく電圧にのりにくい性質であるため、積算器17A〜57Bにおいて電圧値Vnと電流値In(仮想のときは、電圧値Vm)の積をとることによってカットすることができ、ノイズを含んだ信号に対しても高精度な電力(仮想電力も含む)および無効電力(仮想無効電力も含む)の演算が可能である。
【0013】
次に、位相角を求める手順について説明する。図2は、電圧、電流の位相角を説明するためのベクトル図、図3は、電力と無効電力から位相角を求める場合の説明図、図4は、仮想電力と仮想無効電力から位相角を求める場合の説明図である。
【0014】
所定相の電圧値V1とその他の信号、例えば他相の電圧値V2、V3または電流値I1、I2、I3との位相角を演算する場合には、上述した電力関連量演算装置で算出ずみの各相の電力Wnおよび無効電力varnを利用して、図2に示すV1とI1間の位相角、V2とI2間の位相角、V3とI3間の位相角を算出する。
この場合、電力Wnおよび無効電力varnを(式1)に代入することにより、図3に示すように、Vnを基準としたVnIn間の位相角θを求めることができる。
しかし、(式1)で求めたVnIn間の位相角θは、0°≦θ≦180°の範囲に限られるので、位相角θが180°<θ<360°、つまりvarn<0の場合には、(式1)による演算結果を360°から減算する形で位相角を求める。
【0015】
【数4】
【0016】
また、V1とV2間の位相角およびV1とV3間の位相角は、上述した電力関連量演算装置にて算出したV1V2間同相乗算値、V1V2間直交相乗算値、V1V3間同相乗算値、V1V3間直交相乗算値を用いて位相角を演算する。即ち、V1Vn間同相乗算値、V1Vn間直交相乗算値を(式2)に代入することにより、図4に示すように、V1を基準としたV1Vn間位相角θを求めることができる。しかし、(式2)で求めたV1Vn間の位相角θは、0°≦θ≦180°の範囲に限られるので、位相角θが180°<θ<360°、つまりvarn<0の場合には、(式2)による演算結果を360°から減算する形で位相角を求める。
【0017】
【数5】
【0018】
なお、図2は、三相4線式の場合の入力電圧Vnおよび入力電流Inの関係を示すものであるため、V1V2間位相角、V1V3間位相角およびV1I1間位相角は、(式2)および(式1)で求めた位相角をそのまま利用することができる。また、V1I2間位相角は、V1V2間位相角とV2I2間位相角を加算することで求めることができ、V1I3間位相角は、V1V3間位相角とV3I3間位相角を減算することで求めることができる。さらに、位相角が360°を超えた場合は、360°を減算することで、出力範囲を0〜360°とすることができる。
【0019】
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2について説明する。電圧値V1、V2、V3と電流値I1、I2、I3はセンサ、例えば電圧トランスとCTなどの種類および基板のアナログ回路特性により、実際の信号とA/D変換器で取得する信号に位相ずれが発生することがあるため、この実施の形態は以下の処理をすることにより上述の位相ずれを調整するようにしたものである。
【0020】
例えば、1側電力W1を求める過程でLPF18Aから出力された値をW1in、加算平均器19Aに入力する値をW1outとし、1側無効電力var1を求める過程でLPF18Bから出力された値をvar1in、加算平均器19Bに入力する値をvar1outとし、LPF18A、18Bと加算平均器19A、19Bの間で
【数6】
の処理を行なうことにより位相ずれを調整することができる。φは位相ずれ角であるが、センサの種類や基板のアナログ特性にもとづく位相ずれ角φを初期設定時に予め求めておき、初期位相ずれ角φとして保持しておけば容易に演算を行なうことができる。他の各相についても同様の処理を行なうことにより、各相ごとに位相ずれを調整することができる。また、V1Vn間同相乗算値とV1Vn間直交相乗算値についても同様の処理を行なうことができる。
なお、各電圧値の位相については、同一のセンサ、例えば抵抗分圧回路などを用いる場合、位相ずれはほとんど生じないため問題はない。
【0021】
実施の形態3.
次に、この発明の実施の形態3について説明する。この実施の形態は、実施の形態1で求めた位相角の精度を上げるために、求める位相角の角度によって演算式を変えるようにしたものである。即ち、図3、図4において、位相角θが45°≦θ≦135°および225°≦θ≦315°のいずれかの領域にある場合、つまり|Wn|≦|varn|の場合には、位相角θが微小に変化したとき、Wnの変化量の方がvarnの変化量より大きいため、
【数7】
で求めた方が
【数8】
で求めるよりも精度がよくなる。
【0022】
逆に、位相角θが0°<θ<45°、135°<θ<225°および315°<θ<360°のいずれかの領域にある場合、つまり|Wn|>|varn|の場合には、位相角θが微小に変化したとき、varnの変化量の方がWnの変化量より大きいため、
【数9】
で求めた方が
【数10】
で求めるよりも精度がよくなる。
【0023】
ここで、
【数11】
によって求めた位相角θは、0°≦θ≦180°の範囲に限られるので、位相角θが180°<θ<360°、つまりvarn(またはV1Vn間直交相乗算値)<0の場合には、360°から演算結果を減算して位相角を求める。また、
【数12】
によって求めた位相角θは、−90°≦θ≦90°の範囲に限られるので、位相角θが90°<θ<270°、つまりWn(またはV1Vn間同相乗算値)<0の場合には、演算結果に180°を加算して位相角を求め、さらに、位相角θが270°≦θ<360°、つまりWn(またはV1Vn間同相乗算値)≧0で演算結果が負の場合には、演算結果に360°を加算して位相角を求める。
【0024】
よって、VnIn間の位相角θは、(式3)、(式4)によって求めることができる。
【数13】
【0025】
なお、(式3)の演算結果は表1の項目bとc、(式4)の演算結果は表1の項目aとdのように操作して補正される。
【表1】
【0026】
また、V1Vn間位相角θは、上述したVnIn間位相角と同様に(式5)、(式6)を用いて求めることができる。
【数14】
【0027】
なお、(式5)の演算結果は表2の項目fとg、(式6)の演算結果は表2の項目eとhのように操作して補正される。この表で「同相」は同相乗算値を、「直交相」は直交相乗算値をそれぞれ示す。
【表2】
【0028】
また、図2は、三相4線式の場合の入力電圧Vnおよび入力電流Inの関係を示すものであるため、V1V2間位相角、V1V3間位相角およびV1I1間位相角は、(式2)および(式1)で求めた位相角をそのまま利用することができる。また、V1I2間位相角は、V1V2間位相角とV2I2間位相角を加算することで求めることができ、V1I3間位相角は、V1V3間位相角とV3I3間位相角を減算することで求めることができる。さらに、位相角が360°を超えた場合は、360°を減算することで、出力範囲を0〜360°とすることができる。
【0029】
実施の形態4.
次に、この発明の実施の形態4を図にもとづいて説明する。図5は、実施の形態4による電力関連量演算装置の構成を示すブロック図である。この図において、図1と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。図1と異なる点は、図1のデジタル信号(1側電圧値V1、2側電圧値V2、3側電圧値V3、1側電流値I1、2側電流値I2、3側電流値I3)に対し、8点移動平均器13A、13B、23A、23B、33A、33B、で8点の移動平均をとり、その信号を1/4リサンプリング14A、14B、24A、24B、34A、34Bに入力することにより、入力信号を4回に1回しか通さず、電力(仮想電力を含む)および無効電力(仮想無効電力を含む)の演算量を1/4に間引いている点である。
【0030】
実施の形態1では、全てのサンプリング点で位相角演算を行なっているのに対し、実施の形態4では上述のように、サンプリング間隔を間引くことにより、演算量を削減することができ、位相角演算にかかる負荷を減らすことができる。
【0031】
【発明の効果】
この発明に係る電力関連量および位相角演算装置は、以上のように構成されているため、0クロス点を用いず各相の電力および無効電力とその演算ルーチンを利用して各相の電圧値から算出した仮想電力および仮想無効電力を利用し高精度で位相角を求めることができる。また、信号に基本波以外のノイズ信号が含まれる場合でも、ノイズ信号の影響をほとんど受けることなく位相角の演算ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1の構成を示すブロック図である。
【図2】この発明の実施の形態1における電圧間および電圧電流間の位相差の関係を示すベクトル図である。
【図3】この発明の実施の形態1において、電力と無効電力から位相角を求める場合の説明図である。
【図4】この発明の実施の形態1において、仮想電力と仮想無効電力から位相角を求める場合の説明図である。
【図5】この発明の実施の形態4の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
11A,11B,21A,21B,31A,31B 電圧センサ,
12A,12B,22A,22B,32A,32B電圧A/D変換器,
13A,13B,23A,23B,33A,33B 8点移動平均器,
14A,14B,24A,24B,34A,34B 1/4リサンプリング,
15,25,35 ヒルベルト直交相変換器,
16,26,36,46,56 ヒルベルト同相変換器,
17A,17B,27A,27B,37A,37B,47A,47B,57A,57B 積算器,
18A,18B,28A,28B,38A,38B,48A,48B,58A,58B ローパスフィルタ,
19A,19B,29A,29B,39A,39B,49A,49B,59A,59B 加算平均器,
41 V1V2間同相乗算値, 42 V1V2間直交相乗算値,
51 V1V3間同相乗算値, 52 V1V3間直交相乗算値。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a power-related amount utilizing synchronous detection of a voltage / current value, that is, a power-related amount for calculating at least one of power, reactive power, power amount, reactive power amount and harmonic components thereof and a phase angle, and The present invention relates to a phase angle calculation device.
[0002]
[Prior art]
Conventional phase angle calculation involves calculating the phase angle between a predetermined phase voltage value V1 and another signal, for example, a voltage value V2, V3 or a current value I1, I2, I3 of another phase. The time A of one cycle of the value V1, the voltage value V1 of the predetermined phase, and the zero cross point of the voltage or current signal V2, V3, I1, I2, I3 of the other phase for calculating the phase angle or a predetermined fixed level , The time lag B of the cross point at the time is detected and calculated as (B / A) × 360 °. (See, for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-7-120511 (paragraph 0002, FIG. 4)
[Patent Document 2]
JP-A-6-300796 [Patent Document 3]
Japanese Patent No. 3206273
[Problems to be solved by the invention]
In a conventional phase angle calculation device, when the sampling frequency of the A / D converter is, for example, 4000 Hz, time can be detected only with an accuracy of 1/4000 second. Was required. However, even if processing such as linear interpolation is performed, the actual time lag cannot be calculated accurately, so that it is impossible to calculate the phase angle with high accuracy. Further, since the above calculation of the time requires a time lag of the zero cross point, there is a disadvantage that it is impossible to calculate the phase angle in real time. In addition, when the signal includes a noise signal other than the fundamental wave, a plurality of zero cross points may occur at the zero cross point, so that there is a problem that accurate calculation cannot be performed.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and a first object of the present invention is to provide a power-related quantity and a phase angle calculation device for obtaining a highly accurate phase angle without using a zero cross point. It is to be.
[0006]
It is a second object of the present invention to provide a power-related amount and phase angle calculation device that is hardly affected by a noise signal even when the signal includes a noise signal other than the fundamental wave.
[0007]
Further, a third object is to provide a power-related amount and phase angle calculation device that can be calculated in real time.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A power-related quantity and phase angle calculation device according to the present invention includes: a power calculation means for calculating power of each phase based on a voltage value and a current value of each phase; A Hilbert transforming means for obtaining a voltage output and a current output having a phase angle of 90 °, a reactive power calculating means for calculating the reactive power of each phase based on the voltage output and the current output, a power calculating means and a reactive power calculating means. A phase angle calculating means for calculating a phase angle between a voltage and a current of each phase based on the calculation result is provided.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a power-related amount calculation device according to the first embodiment. In this figure, the input voltage of each phase as an input signal is indicated by Vin, and the input current of each phase is indicated by Iin.
The one-side input voltage Vin-1, which is an input voltage of a predetermined phase, is reduced to a voltage level that can be A / D converted by the one-
[0010]
The first-side voltage value V1 and the second-side voltage value V2 are input to an integrator 47A, and the respective signals are multiplied. The multiplied signal is subjected to removal of high-frequency components and white noise by a low-pass filter (hereinafter, referred to as LPF) 48A and an
[0011]
Furthermore, this embodiment has Hilbert
Similarly, the one-side voltage value V1 passing through the Hilbert
In this embodiment, an example has been described in which the Hilbert in-
[0012]
In this power-related amount calculation device, white noise can be removed by passing through
[0013]
Next, a procedure for obtaining the phase angle will be described. FIG. 2 is a vector diagram for explaining the phase angles of voltage and current, FIG. 3 is an explanatory diagram for obtaining a phase angle from power and reactive power, and FIG. 4 is a diagram showing a phase angle from virtual power and virtual reactive power. FIG. 9 is an explanatory diagram in the case of obtaining.
[0014]
When calculating the phase angle between the voltage value V1 of the predetermined phase and other signals, for example, the voltage values V2, V3 or the current values I1, I2, I3 of the other phases, the above-described power-related amount calculation device has already calculated the phase angle. The phase angle between V1 and I1, the phase angle between V2 and I2, and the phase angle between V3 and I3 shown in FIG. 2 are calculated using the power Wn and the reactive power varn of each phase.
In this case, by substituting the power Wn and the reactive power var into (Equation 1), the phase angle θ between VnIn with reference to Vn can be obtained as shown in FIG.
However, since the phase angle θ between VnIn obtained by (Equation 1) is limited to the range of 0 ° ≦ θ ≦ 180 °, when the phase angle θ is 180 ° <θ <360 °, that is, when varn <0, Finds the phase angle by subtracting the result of the operation according to (Equation 1) from 360 °.
[0015]
(Equation 4)
[0016]
The phase angle between V1 and V2 and the phase angle between V1 and V3 are the in-phase multiplied value between V1V2, the quadrature-phase multiplied value between V1V2, and the in-phase multiplied value between V1V3 calculated by the above-described power-related amount calculating device. , V1V3, the phase angle is calculated using the multiplication value. That is, by substituting the in-phase multiplication value between V1Vn and the quadrature phase multiplication value between V1Vn into (Equation 2), the phase angle θ between V1Vn with reference to V1 can be obtained as shown in FIG. However, since the phase angle θ between V1Vn obtained by (Equation 2) is limited to the range of 0 ° ≦ θ ≦ 180 °, when the phase angle θ is 180 ° <θ <360 °, ie, when varn <0, Calculates the phase angle by subtracting the result of the operation according to (Equation 2) from 360 °.
[0017]
(Equation 5)
[0018]
Since FIG. 2 shows the relationship between the input voltage Vn and the input current In in the case of the three-phase four-wire system, the phase angle between V1V2, the phase angle between V1V3, and the phase angle between V1I1 are represented by (Equation 2). And the phase angle obtained by (Equation 1) can be used as it is. Further, the phase angle between V1I2 can be obtained by adding the phase angle between V1V2 and the phase angle between V2I2, and the phase angle between V1I3 can be obtained by subtracting the phase angle between V1V3 and the phase angle between V3I3. it can. Further, when the phase angle exceeds 360 °, the output range can be set to 0 to 360 ° by subtracting 360 °.
[0019]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The voltage values V1, V2, V3 and the current values I1, I2, I3 are out of phase between the actual signal and the signal obtained by the A / D converter due to the type of sensor, for example, voltage transformer and CT, and the analog circuit characteristics of the board. Therefore, in this embodiment, the above-described phase shift is adjusted by performing the following processing.
[0020]
For example, the value output from the
By performing the above processing, the phase shift can be adjusted. φ is the phase shift angle, but if the phase shift angle φ based on the type of sensor and the analog characteristics of the board is determined in advance at the time of initial setting, and it is retained as the initial phase shift angle φ, the calculation can be easily performed. it can. By performing the same processing for the other phases, the phase shift can be adjusted for each phase. Similar processing can be performed on the in-phase multiplication value between V1Vn and the quadrature-phase multiplication value between V1Vn.
When the same sensor, for example, a resistance voltage dividing circuit, is used, there is no problem about the phase of each voltage value because there is almost no phase shift.
[0021]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, in order to improve the accuracy of the phase angle obtained in the first embodiment, the arithmetic expression is changed according to the angle of the obtained phase angle. That is, in FIGS. 3 and 4, when the phase angle θ is in any of the regions of 45 ° ≦ θ ≦ 135 ° and 225 ° ≦ θ ≦ 315 °, that is, when | Wn | ≦ | varn | When the phase angle θ slightly changes, the change amount of Wn is larger than the change amount of varn.
(Equation 7)
The one obtained with [Expression 8]
The accuracy is better than that obtained by
[0022]
Conversely, when the phase angle θ is in any of the regions of 0 ° <θ <45 °, 135 ° <θ <225 °, and 315 ° <θ <360 °, that is, when | Wn |> | varn | Is that when the phase angle θ is slightly changed, the change amount of var is larger than the change amount of Wn.
(Equation 9)
The one obtained in [Expression 10]
The accuracy is better than that obtained by
[0023]
here,
[Equation 11]
Is limited to the range of 0 ° ≦ θ ≦ 180 °, the phase angle θ is 180 ° <θ <360 °, that is, when varn (or the quadrature multiplication value between V1Vn) <0 Calculates the phase angle by subtracting the operation result from 360 °. Also,
(Equation 12)
Is limited to the range of -90 ° ≦ θ ≦ 90 °, the phase angle θ is 90 ° <θ <270 °, that is, when Wn (or the in-phase multiplication value between V1Vn) <0 , 180 ° is added to the operation result to obtain a phase angle. Further, if the phase angle θ is 270 ° ≦ θ <360 °, that is, Wn (or the in-phase multiplication value between V1Vn) ≧ 0, the operation result is negative. In this case, 360 ° is added to the calculation result to determine the phase angle.
[0024]
Therefore, the phase angle θ between VnIn can be obtained by (Equation 3) and (Equation 4).
(Equation 13)
[0025]
The calculation result of (Equation 3) is corrected by operating as shown in items b and c of Table 1, and the calculation result of (Equation 4) is corrected by operating as shown in items a and d of Table 1.
[Table 1]
[0026]
Further, the phase angle θ between V1 and Vn can be obtained by using (Equation 5) and (Equation 6) in the same manner as the above-described phase angle between VnIn.
[Equation 14]
[0027]
The calculation result of (Equation 5) is corrected by operating as shown in items f and g of Table 2, and the calculation result of (Equation 6) is corrected by operating as shown in items e and h of Table 2. In this table, “in-phase” indicates an in-phase multiplication value, and “quadrature” indicates a quadrature-phase multiplication value.
[Table 2]
[0028]
FIG. 2 shows the relationship between the input voltage Vn and the input current In in the case of the three-phase four-wire system. Therefore, the phase angle between V1V2, the phase angle between V1V3, and the phase angle between V1I1 are represented by (Equation 2). And the phase angle obtained by (Equation 1) can be used as it is. Further, the phase angle between V1I2 can be obtained by adding the phase angle between V1V2 and the phase angle between V2I2, and the phase angle between V1I3 can be obtained by subtracting the phase angle between V1V3 and the phase angle between V3I3. it can. Further, when the phase angle exceeds 360 °, the output range can be set to 0 to 360 ° by subtracting 360 °.
[0029]
Embodiment 4 FIG.
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a power-related amount calculating device according to the fourth embodiment. In this figure, the same or corresponding parts as those in FIG. The difference from FIG. 1 is that the digital signal (1 side voltage value V1, 2 side voltage value V2, 3 side voltage value V3, 1 side current value I1, 2 side current value I2, 3 side current value I3) of FIG. On the other hand, an 8-
[0030]
In the first embodiment, the phase angle calculation is performed at all sampling points, whereas in the fourth embodiment, as described above, the amount of calculation can be reduced by thinning out the sampling interval, and the phase angle can be reduced. The load on the calculation can be reduced.
[0031]
【The invention's effect】
Since the power-related quantity and phase angle calculation device according to the present invention is configured as described above, the power and reactive power of each phase and the voltage value of each phase are calculated using the calculation routine without using the zero cross point. The phase angle can be obtained with high accuracy using the virtual power and the virtual reactive power calculated from. Further, even when a signal includes a noise signal other than the fundamental wave, the phase angle can be calculated with little influence of the noise signal.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a vector diagram showing a relationship between phase differences between voltages and between currents and voltages in the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram in a case where a phase angle is obtained from power and reactive power in the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram in a case where a phase angle is obtained from virtual power and virtual reactive power in the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
11A, 11B, 21A, 21B, 31A, 31B Voltage sensor,
12A, 12B, 22A, 22B, 32A, 32B voltage A / D converter,
13A, 13B, 23A, 23B, 33A, 33B 8-point moving averager,
14A, 14B, 24A, 24B, 34A,
15, 25, 35 Hilbert quadrature phase converter,
16, 26, 36, 46, 56 Hilbert in-phase converter,
17A, 17B, 27A, 27B, 37A, 37B, 47A, 47B, 57A, 57B
18A, 18B, 28A, 28B, 38A, 38B, 48A, 48B, 58A, 58B low-pass filter,
19A, 19B, 29A, 29B, 39A, 39B, 49A, 49B, 59A, 59B arithmetic averager,
41 V1V2 in-phase multiplication value, 42 V1V2 quadrature-phase multiplication value,
51 In-phase multiplication value between V1V3, 52 Quadrature-phase multiplication value between V1V3.
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