JP2987635B2

JP2987635B2 - ディジタル信号処理方法及びその装置

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Publication number: JP2987635B2
Application number: JP6493990A
Authority: JP
Inventors: 三安城戸; 富雄千葉; 博之工藤; 潤三川上; 忠雄河合
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-03-15
Filing date: 1990-03-15
Publication date: 1999-12-06
Anticipated expiration: 2014-12-06
Also published as: JPH03264867A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はディジタル信号処理方法およびその装置に係
り、特に、電力系統などの交流信号をディジタル信号に
変換し、変換されたディジタル信号から交流信号の電気
量を検出するに好適なディジタル信号処理方法及びその
装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、電力系統における保護装置として日立評論Vol.
61No.11に記載されているように、電力計等の交流信号
を変成器を介してアナログフィルタに入力し、アナログ
フィルタの出力信号をディジタル信号に変換し、変換さ
れたディジタル信号から交流信号の電気量、例えば送電
線の電流及び電圧を算出し、この算出結果に基づいて事
故点等を検出し、事故点近傍の遮断器を引き離すように
する装置が提案されている。

又この種の装置を適用した電力用制御装置としては、
昭和62年電気学会全国大会946第1200頁〜1201頁に示さ
れているような電圧一無効電力制御装置が知られてい
る。

一方、電力制御装置などを駆動するに際しては、電力
系統の交流信号の実効値を検出することが行われてお
り、交流信号の実効値を検出するに際して、交流信号を
フィルタに入力して交流信号の高調波成分を減衰させ、
フィルタの出力信号から交流信号の周波数を検出し、検
出した周波数に基づいてフィルタの出力信号のゲインを
補正し、補正された信号を基に交流信号の実効値を算出
する方法が採用されている。この方法によれば、交流信
号の周波数が変動してもフィルタの出力信号が一定レベ
ルになるように補正されるため、周波数の変動に合せて
実効値を求めることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来技術においては、以下に示す
ように入力フィルタの特性について充分な配慮がされて
おらず、交流信号の周波数が変動すると交流信号の電気
量を正確に求めることができない場合がある。

（１）入力フィルタをアナログフィルタで構成してい
るため、素子のバラツキ、経年変化による特性劣化、チ
ャネル間のバラツキが生じる。

（２）入力信号を600Hz（または、720Hz:基本波の電
気角30゜）でサンプリングしているため、高精度に周波
数に求めるには複雑なアルゴリズムを実行する必要があ
り、多くの演算ユニットを追加する必要がある。

（３）入力フィルタのゲイン特性が固定であるため、
入力信号の周波数が変動した場合、ゲイン補正処理が必
要である。

（４）交流信号の周波数が変動した場合、変動した交
流信号の基本波を充分に減衰させることができず、実効
値の検出誤差が大きくなる。

本発明の目的は、交流信号の周波数が変動しても交流
信号の電気量を正確に求めることができるディジタル信
号処理方法、ディジタル信号処理装置、ディジタル処理
装置を適用した電力系統用電圧・無効電力制御装置及び
ディジタルマルチメータを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、第１の方法と
して、交流信号をサンプリングしてディジタル信号に変
換し、このディジタル信号にゲイン可変型ディジタルフ
ィルタによるフィルタ処理を施し、ディジタルフィルタ
の出力信号から交流信号の電気量を求めるに際して、デ
ィジタルフィルタの出力信号から交流信号の周波数を検
出し、検出した周波数に応じてディジタルフィルタのゲ
イン特性を調整するディジタル信号処理方法を採用した
ものである。

第２の方法として、交流信号をサンプリングしてディ
ジタル信号に変換し、このディジタル信号にゲイン可変
型ディジタルフィルタによるフィルタ処理を施し、ディ
ジタルフィルタの出力信号から交流信号の電気量を求め
るに際して、ディジタルフィルタの出力信号から交流信
号の周波数を検出し、検出した周波数とディジタルフィ
ルタの設定周波数とを一致させるためのフィルタ係数を
算出し、算出したフィルタ係数に従ってディジタルフィ
ルタのゲイン特性を調整するディジタル信号処理方法を
採用したものである。

第３の方法として、交流信号をサンプリングしてディ
ジタル信号に変換し、このディジタル信号にゲイン可変
型ディジタルフィルタによるフィルタ処理を施し、ディ
ジタルフィルタの出力信号から交流信号の電気量を求め
るに際して、ディジタルフィルタの出力信号から交流信
号の周波数を検出し、検出した周波数とディジタルフィ
ルタの設定周波数とを一致させるためのフィルタ係数
を、指定の周波数に対応して予め設定されたフィルタ係
数群の中から検出周波数を基に選択し、選択したフィル
タ係数に従ってディジタルフィルタのゲイン特性を調整
するディジタル信号処理方法を採用したものである。

第４の方法として、交流信号をサンプリングしてディ
ジタル信号に変換し、このディジタル信号にゲイン可変
型ディジタルフィルタによるフィルタ処理を施し、ディ
ジタルフィルタの出力信号から交流信号の電気量を求め
るに際して、前記ディジタルフィルタ信号をゲイン固定
型ディジタルフィルタに入力してフィルタ処理を施し、
このディジタルフィルタの出力信号から交流信号の周波
数を検出し、検出した周波数とゲイン可変型ディジタル
フィルタの設定周波数とを一致させるためのフィルタ係
数を算出し、算出したフィルタ係数に従ってゲイン可変
型ディジタルフィルタのゲイン特性を調整するディジタ
ル信号処理方法を採用したものである。

第１乃至第４の方法のうち１の方法を含む第５の方法
として、ゲイン可変型ディジタルフィルタの出力信号の
うち交流信号の基本周波数に対する信号のゲインを一定
値に補正し、補正した信号から電気量を求めるディジタ
ル信号処理方法を採用したものである。

第１乃至第５の方法のうち１の方法を含む第６の方法
として、交流信号の電気量として、ゲイン可変型ディジ
タルフィルタの出力信号から交流信号のピーク値を検出
し、検出したピーク値から交流信号の実効値を算出する
ディジタル信号処理方法を採用したものである。

第１の装置として、交流信号をサンプリングしてホー
ルドするサンプリングホールド手段と、サンプリングホ
ールド手段によりホールドされた信号をディジタル信号
に変換するアナログディジタル変換手段と、前記ディジ
タル信号にフィルタ処理を施して特定の周波数成分のデ
ィジタル信号を抽出するゲイン可変型ディジタルフィル
タ手段と、ディジタルフィルタ手段の出力信号から交流
信号の周波数を検出する周波数検出手段と、周波数検出
手段の検出出力に基づいてディジタルフィルタ手段のゲ
イン特性を調整するゲイン調整手段と、ディジタルフィ
ルタ手段の出力信号から交流信号の電気量を算出する電
気量算出手段とを有するディジタル信号処理装置を構成
したものである。

第２の装置として、交流信号をサンプリングしてホー
ルドするサンプリングホールド手段と、サンプリングホ
ールド手段によりホールドされた信号をディジタル信号
に変換するアナログディジタル変換手段と、前記ディジ
タル信号にフィルタ処理を施して特定の周波数成分のデ
ィジタル信号を検出するゲイン可変型ディジタルフィル
タ手段と、ディジタルフィルタ手段の出力信号から交流
信号の周波数を検出する周波数検出手段と、周波数検出
手段の検出出力に基づいてディジタルフィルタ手段の設
定周波数とを一致させるためのフィルタ係数を検出する
フィルタ係数算出手段と、フィルタ係数算出手段の算出
によるフィルタ係数に従ってディジタルフィルタ手段の
ゲイン特性を調整するゲイン調整手段と、ディジタルフ
ィルタ手段の出力信号から交流信号の電気量を算出する
電気量算出手段とを有するディジタル信号処理装置を構
成したものである。

第４の装置として、電力系統の交流信号をディジタル
信号に変換し、変換されたディジタル信号から交流信号
の電気量として交流信号の実効値を検出すると共に、交
流信号の無効電力を求め、これらの電気量を目標値に適
合させるように電力制御機器を制御する電力系統用の電
圧・無効電力制御装置において、電力系統の交流信号を
ディジタル信号に変換する手段として、第１又は第２の
装置を有する電力系統用電圧・無効電力制御装置を構成
したものである。

第４の装置として、交流信号をディジタル信号に変換
し、変換されたディジタル信号から交流信号の電気量と
して交流信号の実効値を検出し、検出した実効値を表示
するディジタルマルチメータにおいて、交流信号をディ
ジタル信号に変換する手段として、第１又は第２の装置
を有するディジタルマルチメータを構成したものであ
る。

〔作用〕

ディジタルフィルタの出力信号から交流信号の周波数
を検出し、検出周波数に合せてディジタルフィルタのゲ
イン特性を調整するようにしたため、交流信号の周波数
が変動しても交流信号の高調波成分を常に除去すること
ができ、ディジタルフィルタの出力信号から交流信号の
正確な電気量を求めることが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図において、アダプティブディジタルフィルタ1a
はゲイン可変型のフィルタとして構成されており、交流
信号をサンプリングしてホールドするサンプリングホー
ルダの出力信号をディジタル信号に変換するアナログデ
ィジタル変換器からの出力信号が入力されている。ディ
ジタルフィルタ1aは入力されたディジタル信号にフィル
タ処理を施し、ディジタル信号成分の中から特定の周波
数成分の信号を抽出し、抽出した信号をピーク値検出処
理部1bと周波数検出処理部1dに出力するようになってい
る。フィルタ1aの出力信号から交流信号のピーク値を検
出するに際しては、フィルタ1aの出力信号を半サイクル
毎の最大値を検出することによっても求まるが、本実施
例においては、サンプリング位相の影響を無くすため
に、次の（１）式に従ってピーク値Ｖを求めることとし
ている。

但し、 Va,Vb:連続した任意の２点のサンプル値 ω：入力角周波数 Δt:サンプリング間隔ピーク値検出処理部1bの出力信号は実効値算出演算部
1cに入力される。この演算部1cにおいては、ピーク値Ｖ
を基に次の（２）式に従って実効値Vrmsを算出するよう
になっている。

一方、フィルタ1aの出力信号は周波数検出処理部1dに
入力されており、この処理部1dにおいて交流信号の周波
数が検出される。この検出結果を基に、フィルタ係数算
出処理部1eにおいて、検出周波数がディジタルフィルタ
1aの中心周波数（ゲインがgo）となるようなフィルタ係
数が算出されるようになっている。そして算出されたフ
ィルタ係数に従ってディジタルフィルタ1aのゲイン特性
が調整されるようになっている。

例えば、第２図に示されてるように、電力系統から取
り込んだ入力信号の周波数が特性2aで示されるような場
合、交流信号の基本周波数とディジタルフィルタ1aの零
点周波数foとが一致するようにフィルタ係数が算出され
る。そして、交流信号の周波数がfoからfo′に変動した
場合、検出周波数fo′に応じてフィルタ係数が算出さ
れ、このフィルタ係数に従ってディジタルフィルタ1aの
ゲイン特性が調整される。即ち、特性2bに示されるよう
なフィルタ特性となり、交流信号の周波数が変動しても
交流信号の高調波成分（第２、第３、第４……）を充分
に減衰させることができる。このためディジタルフィル
タ1aに入力される交流信号のゲイン（出力−入力の比）
を常に一定にすることができる。従ってディジタルフィ
ルタ1aの出力信号から実効値を求めれば、周波数の変動
によらず実効値を高精度に求めることが可能となる。

次に、アダプティブディジタルフィルタ1aの具体的構
成及び動作について説明する。

第３図は、ディジタルフィルタの代表的なブロック概
念構成を示す。第３図の（ａ）はIIR形（Infinite−ext
ent Impulse Responseフィルタ、（ｂ）はFIR形（Finit
e−extent Impulse Response）フィルタである。

同図（ａ）において、Xnは入力信号3aは各々係数ブロ
ックであり、Ｋはゲイン係数、A₁,A₂,B₁およびB₂はフィ
ルタ係数である。3bは遅延ブロックであり、信号Wnを周
期Ｔの１時刻分遅延するブロック（Wn−１）と、同様に
２時刻分遅延するブロック（Wn−２）とがある。3Cは加
算ブロック、Ynはフィルタ出力データである。

図から判るように、図の構成において、フィルタ係数
を設計することにより、次式（３），（４），（５），
（６），（７）に示す各種のフィルタを実現できる。

ここで、ｒ＝２・cos2πfo・Ｔ T:サンプリング周期 fo:阻止周波数同図を演算式で示すとへ次式表わされる。

Yn＝Wn＋A1・W_n-1＋A2・W_n-2 …（８） Wn＝Ｋ・Xn＋B1・W_n-1＋B2・W_n-2 …（９）第３図（ｂ）において、Ｘ′ｎは入力データを、Ｙ′
ｎは出力データを示す。3d遅延ブロックであり、X_n-1は
前述と同様に１時刻分遅延するブロック、X_n-2は２時刻
分遅延するブロックを示す。3eはフィルタ係数ブロック
であり、各フィルタ係数をＡ′₀,A′₁,A′_２が設定され
る。

3fは加算ブロックである。

同図を演算式で示すと、次式（10）で表わせる。

Ｙ′_ｎ＝Ａ′_０・Ｘ′_ｎ＋Ａ′_１・Ｘ′_n-1＋Ａ′_２・
Ｘ′_n-2 …（10）上記したように、本実施例では、ディジタルシグナル
プロセッサ（DSP）を用いたディジタルフィルタ手段に
より入力信号のフィルタ処理を行う構成とし、予め設定
されたフィルタ係数に基づきサンプリング周期Ｔごとに
繰り返して行うようにしている。従って、入力点数に応
じて時分割によりフィルタ処理を、ソフトウエア的に行
わせることができ、入力点数の増減、特性の変更、プリ
ント基板の標準化に対応することが可能である。

また、アナログフィルタを用いずにフィルタ処理でき
ることから、アナログフィルタのように、抵抗、コンデ
ンサ等の素子の初期値偏差、周囲温度による素子値の変
動、経年変化による素子の劣化などの要因が全くなく、
高精度化、無調整化が達成できる。

また、外付けの点検回路が不要で、内部のソフトウエ
アで対応可能であるから、製作工程を大巾に短縮でき、
メンテナンスも不要となり、保護リレー装置の高精度
化、低コスト化等のメリットが非常に大きい。

次に、アダプティブフィルタを構成する上で重要とな
るフィルタ係数算出処理について説明する。

先に述べたが、（３）〜（７）式に示した各種ディジ
タルフィルタの伝達関数は、アナログフィルタ（Ｓ関
数）の伝達関数から、一般的によく知られている双一次
Ｚ変換及び周波数変換により、Ｚ平面上の関数として求
めたものである。

第４図には、ローパスノッチ、ローパス、バンドパス
フィルタの各係数を求めるための演算式をしめす。

第４図中の演算式から明らかなように、サンプリング
周期T,フィルタの選択度Q,フィルタの中に（しゃ断）周
波数fo（に信号の周波数foのｋ倍:kは実数）が既知であ
れば、全ての係数を求めることができる。

従って、上記サンプリング周期Ｔ、選択度Ｑ、及び入
力信号の周波数とフィルタの中心（しゃ断周波数との比
（ｋ倍））は全て、前もって設定するので、入力信号の
周波数のみが求まれば、第あ４図中の演算式を解くこと
により、全てのフィルタ係数を求めることができる。

次に、周波数検出処理を第５図及び第６図に基づいて
説明する。

まず、ディジタルフィルタ1aの出力信号を順次取り込
み、入力データがゼロクロスをしたか否かを判定する
（ステップ5b）。このカウント値は入力データの一周期
間のサンプリング回数を示すことになる。

一方、入力データがゼロクロスしたときにはゼロクロ
スが２回目か否かを判定する（ステップ5C）。即ち、一
周期分のゼロクロスを検出する処理を行なう。そしてゼ
ロクロスが２回目でないとき、即ちゼロクロスが１回目
のときには１時刻前のデータＶ（ｔ−１）をV1とし、現
時点のデータＶ（ｔ）をV2とする（ステップ5d）。この
あとカウンタ値をクリアする（ステップ5e）。即ち、サ
ンプリング毎にカウントアップしたカウント値を零に
し、ゼロクロスした時点から再びカウントアップを開始
する。

一方、ゼロクロスが２回目と判定されたときには、１
時刻前のデータＶ（ｋ＋ｔ−１）をV3とし、現時点のデ
ータＶ（ｋ＋ｔ）をV4とする（ステップ5f）。このあと
カウンタのカウント値を零にし（ステップ5g）、カウン
タ値を基に周波数の検出演算を実行する（ステップ5
h）。

周波数検出演算を行うに際しては、ゼロクロス時点の
正、負の電圧V1,V2,V3及びV4、入力信号の一周期内のサ
ンプリング回数ｋ、サンプリング周期Ｔを用いて、以下
に示す（11）式により周波数ｆを求める。

但し α＝|V1|＋|V2| …（12） β＝|V3|＋|V4| …（13）又周波数を検出する場合、サンプリング周波数を交流
信号の基本周波数（50Hz又は60Hz）の24倍以上とすれ
ば、検出精度を高めることができる。又、実施零におい
てはゼロクロスとして入力データが負から正に変わる点
を用いたが、入力データが正から負に変わるときをゼロ
クロスとすることも用いることができると共に、両者を
組合せた状態によってもゼロクロスを検出することは可
能である。

次に、本発明を実施するためのハードウエアの具体的
構成及び動作タイミングについて説明する。

第７図には、ディジタル信号処理装置の全体構成が示
されている。第７図において、複数のチャンネルの交流
信号がローパスフィルタ6aに入力されている。このロー
パスフィルタ6aは交流入力信号に重畳する高調波成分を
除去するように構成されていると共に、複数のチャンネ
ルの折り返し誤差を防止するように構成されている。ロ
ーパスフィルタ6aの出力信号はチャンネル毎にサンプル
ホールド回路6bに入力されている。このサンプリングホ
ールド回路6bは全チャンネル同時にサンプリングを行う
方式になっており、タイミング信号発生回路6gからの指
令に従って入力信号を順次サンプリングし、サンプリン
グした信号をホールドし、ホールドした信号を順次マル
チプレクサ6cへ出力するようになっている。マルチプレ
クサ6cの出力信号はアナログディジタル変換か6dへ入力
され、ディジタルデータに変換される。そしてこのディ
ジタルデータは、デュアルポート・ランダム・アクセス
・メモリを用いたデュアルポートのバッファメモリ6eに
格納される。バッファメモリ6eに格納されたデジタルデ
ータはローカルバス6hを介してデジタルシグナルプロセ
ッサ6fに転送される。このプロセッサ6fには、システム
バス6aに接続された演算ボードなどからのデータがイン
タフェイス回路6k、デュアルポートメモリ6i、ローカル
バス6hを介して入力されており、プロセッサ6fは、命令
語などを格納したプログラムメモリ6jのプログラムに従
って各種の演算を行うように構成されている。このプロ
セッサ6fとしては、固定小数点演算型及び浮動小数点演
算型があり、ディジタルフィルタ演算を実行するプロセ
ッサとしては、両方適用可能であるが、浮動小数点型デ
ィジタルシグナルプロセッサを用いれば、広いダイナミ
ックエンジンが確保できると共に、オーバーフローやア
ンダーフローを特に意識することなく用いることができ
る。次に、このディジタルシグナルプロセッサ65の具体
的構成について説明する。

第８図にDSPの一実施例の構成の詳細図を示す。

本実施例のDSPは、図示のように、外部メモリのアド
レス指定を行うアドレスレジスタ7a、パラレル・ポート
として使用するデータレジスタ7b、データRAM7c、ｍビ
ット×ｍビットの高速並列乗算7d、インストラクション
用ROM7e、加減算等を行うALU8Arithmetic Logic Unit）
7f、アキュムレータ等のレジスタ7g、外部との制御信号
（a,bおよびｃなど）の割込み等をコントロールする制
御回路7h、DSP内の内部バス7iを含んで構成されてい
る。

前記乗算機7dは、１インストラクションサイクルの間
に入力信号A,Bの内容を乗算し、その結果Ｃお、内部バ
ス7iに出力するものである。

また、ALU7fは、内部バス7iからのデータとレジスタ7
gのデータとを加減算し、結果をレジスタ7gに書き込
む。

なお、DSPは、周知のように、１インストラクション
サイクルの間に積和演算が可能であること、パイプライ
ン処理が可能であることなどにより、固定および浮動小
数点データの高速な数値演算を実現できることを特徴と
する。これにより、多入力点数に係る入力データを実時
間でフィルタリング可能とするものである。この点、汎
用のマイクロプロセッサでは処理速度が遅いので、適用
できない。

さらに、三角関数などを含んだ数式を解く場合も、非
常に高速に実行できるため、第４図に示した各フィルタ
係数を求める場合にも、非常に有効である。

次に、第７図及び第８図に示す装置により、交流信号
の電気量、例えば交流電圧の実効値を検出する場合に
は、第９図に示されるように、交流信号をローパスフィ
ルタ6aに入力し、ローパスフィルタ6aの出力信号をサン
プルホールド回路6bに取り込み、タイミング信号発生回
路6gから出力されるサンプリング周期Ｔのサンプリング
信号により順次サンプリングし、サンプリングしてホー
ルドされた信号をマルチプレクサ6cを介してアナログ−
ディジタル変換回路6dに入力する。ここで、アナログ信
号がディジタルデータに変換され、変換されたデータが
バッファメモリ6eに格納される。バッファメモリ6eに格
納されたディジタルデータは順次プロセッサ6fに転送さ
れ、プロセッサ6fにおいてピーク値検出演算、実効値算
出演算、フィルタ検出演算及びフィルタ係数算出演算が
行われる。即ち、入力データを基に交流信号のピーク値
が検出されると共にピーク値を基に実効値が検出され
る。そして入力データがゼロクロスした場合には交流信
号の周波数が検出される。そして検出された周波数に基
づいて各種フィルタの係数を算出する処理が行われる。
周波数は出力信号が１サイクル経過する毎に求まるの
で、フィルタ係数は１サイクルの間に求まることができ
る。そして全てのフィルタの係数が算出された後は、旧
フィルタ係数に代わって新たなフィルタ係数が用いら
れ、ディジタルフィルタ1aの周波数ゲイン特性が調整さ
れる。

ここで、交流入力信号の基本周波数50Hzが45Hz〜55Hz
の間で変動した場合について、本発明方式と従来方式と
を用いて交流信号の実効値検出誤差を測定したところ、
第10図に示されるような測定結果が得られた。

第10図から理解されるように、本発明では入力信号の
周波数の変動に合せてフィルタのゲインが一定に調整さ
れるため、入力信号の周波数が変動しても、実効値の検
出誤差を小さくすることができる。これに対して従来方
式のものは、入力信号の周波数が50Hzの場合には検出誤
差は小さくなるが、周波数が50Hzから離れるに従って誤
差が大きくなる。

なお、フィルタ係数を検出する場合にはサンプリング
毎に各フィルタの係数を求めることも可能であり、また
処理時間に余裕がある場合には全ての係数を１度に求め
ることも可能である。

又、前記実施例においては、周波数を求めた後各サン
プリング毎にフィルタ係数を求めるものについて述べた
が、第11図に示されるように、プロセッサ6f内に、検出
周波数、例えば45Hz〜55Hzに対応した係数群のデータを
格納したフィルタ係数バンク部10aを設け、第12図に示
されるように、検出周波数に対応して指定のフィルタ係
数をバンク部10aから選択し、選択したフィルタ係数を
ディジタルフィルタ1aへ転送することも可能である。こ
の場合には係数を求めるための演算が不要となるので、
ディジタルフィルタ1aのゲイン特性の変更を迅速に行う
ことができる。

次に、入力信号の周波数を検出する場合には、第13図
に示されるように、プロセッサ6fにゲイン固定型のディ
ジタルフィルタ11aを設け、ディジタルフィルタ11aの出
力信号から入力信号の周波数を検出し、この検出した周
波数に従ってフィルタ係数を算出し、算出したフィルタ
係数に従ってアダプティプディジタルフィルタ1aの周波
数−ゲイン特性を調整することも可能である。この場合
には入力信号の周波数がディジタルフィルタ11aの出力
信号によって検出されるため、ディジタルフィルタ1aの
安定性を増すことができる。

次に、第14図に示されるように、ディジタルフィルタ
1aとピーク値検出処理部1bの間にゲイン補正処理部12a
を設け、ゲイン補正処理部12aにおいてディジタルフィ
ルタ1aの出力信号のうち基本周波数に対する信号のゲイ
ンを一定値に補正するようにすれば、ディジタルフィル
タ1aの遮断周波数やサンプリング周波数の関連でディジ
タルフィルタ1aのゲインを一定にできない場合でも、ピ
ーク値及び実効値を精度良く検出することができる。

次に、本発明を適用した電圧・電力制御装置の構成を
第15図により説明する。

電圧・電力制御装置VQCは電流変成器CT及び電圧変成
器PTを介して電力系統の交流信号を取り込み、この交流
信号をサンプリングしてディジタル信号に変換し、変換
したディジタルデータから交流信号の実効値を算出し、
この実効値から電力系統の電圧及び無効電力を求め、算
出した電圧及び無効電力に従って各種機器を制御するよ
うになっている。制御装置VQCは具体的には、第16図に
示されるように、Ｑ検出部14a、Ｖ検出部14b、加算器14
c,14d、プログラム設定部14e、積分リレー14j,14g,14
h、操作機器判定・論理回路14i、LR制御回路14j,電力用
コンデンサSC,分路リアクトルShR、制御回路14kを備え
て構成されている。そしてＱ検出部14a及びＶ検出部14b
にプロセッサ6fと同じ機能を有するものが用いられてお
り、電圧の実効値及び無効電力が高精度に検出されるよ
うになっている。

制御装置VQCには予め目標電圧値及び無効電力値が設
定されており、制御装置VQCは入力信号が目標値に適用
するように無効電力制御機器及びLRタップを制御するよ
うになっている。即ち、ある予測に基づいて決めた電圧
・無効電力潮流パターンに追従させ、目標値と検出値と
のずれを補正するために、負荷時電圧調整電圧器LRT、
電力用コンデンサSC及び分路リアクトルShRの調整制御
を行うようになっている。なお、一般的には目標電圧の
維持を優先し、同時に送電損失の軽減を図るようになっ
ている。

次に、本発明を適用したディジタル信号処理装置の応
用例を第17図により説明する。

本実施例におけるディジタル信号処理装置15はアナロ
グセンサ16a〜16n、A/D変換器17a〜17n、ディジタルシ
グナルプロセッサ18aを備えて構成されており、プロセ
ッサ18aの出力側がD/A変換器19a〜19nを介してアナログ
制御回路20a〜20nに接続されている。

本実施例における装置は振動などの物理量をアナログ
センサ16a〜16nにより電気信号に変換し、変換された電
気信号をA/D変換器17a〜17nにおいてディジタル信号に
変換し、変換したディジタル信号に従ってプロセッサ18
aにおいて各種の演算を行っている。即ち各アナログセ
ンサによって検出された交流信号の実効値を求め、この
実効値に従って各種負荷を制御するための信号を生成
し、生成したディジタル信号をディジタル／アナログ変
換器19a〜19nを介してアナログ制御回路20a〜20nに出力
し、各種負荷を制御するようになっている。

本実施例においても、アナログセンサによって検出さ
れる交流信号の実効値を精度良くできるため、負荷を高
精度に制御することが可能となる。

次に、本実施例をディジタルマルチメータに適用した
場合の実施例を第18図により説明する。ディジタルマル
チメータ21はアナログセンサ22、A/D変換器23、ディジ
タルシグナルプロセッサ24、表示器25を備えて構成され
ており、アナログセンサ22で検出された交流信号の電圧
及び電流がアナログディジタル変換器23でディジタル信
号に変換されるようになっている。そしてディジタル信
号がプロセッサ24に入力されると、プロセッサ24におい
て交流信号の電圧の実効値及び電流の実効値を算出し、
算出した電圧の実効値と電流の実効値を表示器25の画面
上に表示できるようになっている。この場合にも、アナ
ログセンサ22で検出された交流信号の実効値を精度良く
検出できるため、測定精度の向上に寄与することができ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、交流信号の周
波数に合せてディジタルフィルタのゲイン特性を調整す
るようにしたため、交流信号の周波数が変動しても、交
流信号の電気量を精度良く検出することができる。この
電気量として、交流信号のピーク値及び実効値を求めた
場合、これらの値を精度良く検出することができる。又
周波数の変動によってもフィルタのゲイン変動が無いた
め、補償演算が不要となる。又電力系統の電気量を検出
する場合、周波数の変動によっても高調波が確実に減衰
するため、高調波の影響を受けることなく電力系統の電
気量を精度良く検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示す構成図、第２図はアダ
プティブディジタルフィルタのゲイン一周波数特性図、
第３図はディジタルフィルタの構成説明図、第４図はデ
ィジタルフィルタの係数演算方法を説明するための図、
第５図は周波数検出処理を説明するためのフローチャー
ト、第６図は周波数検出方法を説明するための波形図、
第７図は本発明を適用したアナログ入力ユニットのブロ
ック構成図、第８図はディジタルプロセッサのブロック
構成図、第９図はアナログ入力ユニットの作用を説明す
るための波形図、第10図は実効値検出誤差の実測例を示
す図、第11図は本発明の外の実施例を示す基本構成図、
第12図はフィルタ係数バンク部の構成説明図、第13図は
ゲイン固定型ディジタルフィルタを用いたときの基本構
成図、第14図はゲイン補正処理部を備えた実施例の基本
構成図、第15図は本発明を適用した電圧・無効電力制御
装置の全体構成図、第16図は本発明を適用した電圧・無
効電力制御装置の具体的構成図、第17図は本発明を適用
したディジタル信号処理装置のブロック構成図、第18図
は本発明を適用したディジタルマルチメータの構成図で
ある。 1a……アダプティブディジタルフィルタ、 1b……ピーク値検出処理部、 1c……実効値算出演算部、 1d……周波数検出処理部、 1e……フィルタ係数算出処理部、 6a……ローパスフィルタ、 6b……サンプルホールド回路、 6c……マルチプレクサ、6d……A/D変換器、 6e……バッファメモリ、 6f……ディジタルシグナルプロセッサ、 6g……タイミング信号発生回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川上潤三茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者河合忠雄茨城県日立市国分町１丁目１番１号株式会社日立製作所国分工場内 (56)参考文献特開平１−308120（ＪＰ，Ａ) 特開平２−101919（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−229618（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01R 19/00 - 19/32 H02H 3/02 G01R 31/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】交流信号をサンプリングしてディジタル信
号に変換し、このディジタル信号にゲイン可変型ディジ
タルフィルタによるフィルタ処理を施し、ディジタルフ
ィルタの出力信号から交流信号の電気量を求めるに際し
て、ディジタルフィルタの出力信号から交流信号の周波
数を検出し、検出した周波数に応じてディジタルフィル
タのゲイン特性を調整するディジタル信号処理方法。
【請求項２】交流信号をサンプリングしてディジタル信
号に変換し、このディジタル信号にゲイン可変型ディジ
タルフィルタによるフィルタ処理を施し、ディジタルフ
ィルタの出力信号から交流信号の電気量を求めるに際し
て、ディジタルフィルタの出力信号から交流信号の周波
数を検出し、検出した周波数とディジタルフィルタの設
定周波数とを一致させるためのフィルタ係数を算出し、
算出したフィルタ係数に従ってディジタルフィルタのゲ
イン特性を調整するディジタル信号処理方法。
【請求項３】交流信号をサンプリングしてディジタル信
号に変換し、このディジタル信号にゲイン可変型ディジ
タルフィルタによるフィルタ処理を施し、ディジタルフ
ィルタの出力信号から交流信号の電気量を求めるに際し
て、ディジタルフィルタの出力信号から交流信号の周波
数を検出し、検出した周波数とディジタルフィルタの設
定周波数とを一致させるためのフィルタ係数を、指定の
周波数に対応して予め設定されたフィルタ係数群の中か
ら検出周波数を基に選択し、選択したフィルタ係数に従
ってディジタルフィルタのゲイン特性を調整するディジ
タル信号処理方法。
【請求項４】交流信号をサンプリングしてディジタル信
号に変換し、このディジタル信号にゲイン可変型ディジ
タルフィルタによるフィルタ処理を施し、ディジタルフ
ィルタの出力信号から交流信号の電気量を求めるに際し
て、前記ディジタルフィルタ信号をゲイン固定型ディジ
タルフィルタに入力してフィルタ処理を施し、このディ
ジタルフィルタの出力信号から交流信号の周波数を検出
し、検出した周波数とゲイン可変型ディジタルフィルタ
の設定周波数とを一致させるためのフィルタ係数を算出
し、算出したフィルタ係数に従ってゲイン可変型ディジ
タルフィルタのゲイン特性を調整するディジタル信号処
理方法。
【請求項５】交流信号をサンプリングしてホールドする
サンプリングホールド手段と、サンプリングホールド手
段によりホールドされた信号をディジタル信号に変換す
るアナログディジタル変換手段と、前記ディジタル信号
にフィルタ処理を施して特定の周波数成分のディジタル
信号を抽出するゲイン可変型ディジタルフィルタ手段
と、ディジタルフィルタ手段の出力信号から交流信号の
周波数を検出する周波数検出手段と、周波数検出手段の
検出出力に基づいてディジタルフィルタ手段のゲイン特
性を調整するゲイン調整手段と、ディジタルフィルタ手
段の出力信号から交流信号の電気量を算出する電気量算
出手段とを有するディジタル信号処理装置。