JP2995769B2

JP2995769B2 - 電気的変量の測定方法

Info

Publication number: JP2995769B2
Application number: JP1320816A
Authority: JP
Inventors: 好博川崎; 浩章白砂
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 1989-12-11
Filing date: 1989-12-11
Publication date: 1999-12-27
Anticipated expiration: 2014-12-27
Also published as: JPH03180770A

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野この発明は、電線路の電圧，電流，位相，有効電力，
無効電力，高調波等を測定する方法に関し、特に、電
圧，電流のアナログ検出信号をディジタル信号に変換し
てデータ処理の高精度化を図ったものである。

B.発明の概要この発明は電線路の電圧，電流をアナログ量で検出し
て電流値，電圧値，位相，有効電力，無効電力又は高調
波成分等を測定する測定方法において、前記電線路から同期入力信号と測定入力信号を取り出
し、同期入力信号の１周期分における同期入力信号と測
定入力信号を一定間隔でサンプリングし、このサンプリ
ングした同期入力データと測定入力データを使用し、同
期入力データにより１周期分のサンプリング個数を判定
し、そのサンプリング数により演算に使用する測定入力
データを決定するとともに、この決定された測定入力デ
ータを使用してフーリエ変換手段により、基本波成分の
みを抽出し直流分、高調波を取り除くようにすることに
より、直流分及び高調波成分を含む入力による誤差と周波数
変動による誤差を防ぐ技術を提供するものである。

C.従来の技術電線路の電圧，電流を検出して電圧値，電流，位相，
有効電力，無効電力等のデータを測定する方法として
は、一般に電圧と電流をアナログ量で検出し、これをデ
ィジタル変換してコンピュータでデータ処理され電圧
値，電流値，位相，有効，無効電力等の測定を行ってい
る。

D.発明が解決しようとする課題しかしながら、従来の測定方式には下記の課題があっ
た。

（１）アナログの検出入力信号には直流分や高調波を含
有するため測定結果に誤差を生ずる。

（２）また、アナログの検出入力信号の周波数変動が起
こると測定結果に誤差を生ずる。

本発明は、このような課題に鑑みて創案されたもの
で、直流分及び高調波成分を含む入力による誤差や周波
数変動による誤差を防いだ測定方法を提供することを目
的とする。

E.課題を解決するための手段本発明における上記課題を解決するための手段は、電
線路の電圧，電流をアナログ量で検出して電流値，電圧
値，位相，有効電力，無効電力又は高調波成分の電気的
変量を測定する測定方法において、複数電線路の各母線電圧を加算手段により加算して同
期入力信号を得、この同期入力信号から基本波を取り出
すとともに、各電線路から測定入力信号を検出し、該測
定入力信号から測定対象より高い高調波をカットし、こ
れら同期入力信号と測定入力信号を一定間隔でサンプリ
ングし、このサンプリングした同期入力データと測定入
力データを使用し、同期入力データにより１周期分のサ
ンプリング個数を判定し、そのサンプリング数により演
算に使用する測定入力データを決定するとともに、この
決定された測定入力データを使用してフーリエ変換手段
により基本波成分のみを抽出し直流分，高調波を取り除
くようにし、整定パネルで設定した測定の起動条件によ
り電気的変量を測定し、計測パネルにてこの電気的変量
を表示するとともに、内部メモリに記録する。

F.作用本発明は、直流及び高調波成分を確実に削除して基本
波のみを抽出し、その基本波の周波数を周波数変動に合
わせるようにしたもので、高調波の測定も可能とする。
その方法としてはフーリエ変換手段により基本波を抽出
するようにし、周波数が変動したことは同期入力により
検出する。

本発明の測定方法はアナログディジタル変換部（以
下、A/D変換部と略称する）とプロセッサ部とを備え、A
/D変換部は１周期分のサンプリングデータを同期入力さ
せてその個数を検出し、高速サンプリング及びフーリエ
変換で測定データを２値化し、プロセッサ部はフーリエ
変換部で測定テデータを演算処理する。そのサンプリン
グ周波数は同期入力周波数の整数倍とし、測定部は２つ
の母線電圧の和を同期入力する。プロセッサ部は、デー
タを記録する半導体メモリを備えると共に、計測パネル
が接続されていて、操作者はその計測パネルの画面との
対話処理により演算測定を行うものとする。

G.実施例以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明
する。

第１図は、本発明の一実施例の構成図である。図中、
１は補助検出部、２はA/D変換部、３はプロセッサ部、
４は整定パネル、５は計測パネルである。

A/D変換部２は下記の如く構成されている。

（１）同期入力信号に対しては、正確に１サイクル周期
を測定するため基本波付近を透過させるバンドパスフィ
ルタ（BPF）を配設した。

（２）測定入力信号に対しては、測定対象となる高調波
より高い周波数をカットするローパスフィルタ（LPF）
を配設した。

（３）高調波の測定には１周期（１サイクル）のサンプ
リングデータによるフーリエ変換を使用し、高精度の測
定を実現するため高速サンプリングを行う。プロセッサ
部３は、アナログ／ディジタル変換されたデータを使用
してフーリエ変換方式により電圧，電流，位相，有効電
力，無効電力，高調波等の値を演算する部分で、得られ
た結果は内部メモリに記録する。

整定パネル４は、測定の起動条件等を設定するために
配設されている。

計測パネル５は、測定値を表示するために配設されて
いる。

第２図は、第１図に示した実施例の測定処理のフロー
チャートである。同図において、フローの開始は入力
で、補助検出部１の変成器を介して同期入力信号と測定
入力信号が、A/D変換部２に入力される。A/D変換部２で
は、同期入力信号をバンドパスフィルタに通して正確な
１サイクル周期を測定し、測定入力信号をローパスフィ
ルタに通して測定対象よりも高い高調波をカットする。
次は１サイクル分の記憶で、前記フィルタより取り出さ
れた各入力信号はそれぞれサンプリングホールド回路
（S/H）でサンプリングホールドされたのち、それらを
マルチプレクサ（MPX）で総括され、アナログディジタ
ル変換器（A/D）でディジタル化されてプロセッサ部３
へ出力される。このとき高調波の測定に１サイクルのサ
ンプリングデータを使用したフーリエ変換を行い、高精
度測定を実現するために高速サンプリングを行う。最後
にプロセッサ部３でA/D変換されたデータを使用し、フ
ーリエ変換手段により基本波成分演算を行う。

第３図は、上記実施例に使用される測定部位の一例を
示す回路図である。同図に示す如く、同期入力信号は、
周波数が常に得られるように母線ＡとＢから電圧V₁,V₂
を取り、加算手段31を介して、補助検出部１（第１図）
に入力する。V₁,V₂を加算するのは、片母線停電の場合
でも測定を可能にするためである。一方で測定入力信号
は、測定内容によって異なるが、電線路、即ち、母線A,
Bの電圧V₁,V₂及び配電線路に設けた変流器CT₁〜CT_nによ
り検出され、補助検出部１に入力される。

第４図は、上記測定処理の概要を示す説明図である。
同図に示す所定の間隔△ｔでサンプリングした同期入力
データx₀,x₁〜x_m,x_m+1と測定入力データy₀,y₁〜y_m,y_m+1
とが入力されると、下記の処理を行う。

（１）入力モード（１サイクル分）同期入力信号より１サイクル分のサンプリング個数
（本例ではｍ）を判定し、その個数（ｍ）により、演算
に使用する測定入力データy₁〜y_m,を決定する。

（２）処理モード上記（１）で決定された測定入力データy₁〜y_m,を使
用し、フーリエ変換方式により高調波分析及び各種測定
処理を行う。

上記の測定処理について更に詳細に説明する。

一定の周期Ｔ＝1/f＝２π／ωで同一波形が繰り返さ
れる歪波交流ｙ（ｔ）は、で表される。

一定サンプリング期間Ｔで△ｔ毎にサンプリングして
ｘ個（１〜ｍ個）のサンプリング値を得るとしてy_x（ｘ
＝1,〜ｍ）のデータを使用すると、第ｎ調波の実効値と
して、が近似的に成立する。但し、であり、y_xはサンプリングしたデータの瞬時値で、ｎ＝
１（基本波）、２（第２調波）、３（第３調波）…であ
る。そこで、総合歪みの実効値は下式で演算される。

ここで、高調波成分の影響や周波数変動の影響を受け
ないようにするには、前記（１）式の基本波成分に着目
すればよい。

例えば、電圧（Ｖ）又は電流（Ｉ）の実効値を求める
場合は、電圧又は電流のサンプリング値をy_xとして、
（２）式のを求めればよい。即ち、c,yの代わりに電圧はＶの記号
を用い、又電流はＩの記号を用い、ｎは基本波の１を代
入すれば、それぞれV₁,I₁,θ_v1,θ_i1が求められる。ま
た、インピーダンス（）を求める場合は、（２）式に
よりV₁,I₁,θ_v1,θ_i1を求めたのち、Ｚ＝₁/_１＝V₁/I₁ ×｛cos（θ_V1−θ_i1）＋j sin（θ_V1−θ_i1）｝を求めればよい。また、有効電力（Ｐ）又は無効電力
（Ｑ）を求める場合は、やはり（２）式によりV₁,I₁,θ
_i1を求めたのち、Ｐ＝VI・cosθ＝V₁・I₁・cos（θ_V1−θ_i1）Ｑ＝VI・sinθ＝V₁・I₁・sin（θ_V1−θ_i1）を求めればよい。

第５図は、本発明の別な一実施例の構成図及びフロー
チャートである。本実施例は、一定間隔のサンプリング
を同期入力信号の周波数により決定する方法であり、第
１図実施例と異なるのはA/D変換部52の内部構成であ
る。即ち、本実施例で、測定入力信号は第１図と同様ロ
ーパスフィルタ（LPF）及びサンプルホールド回路（S/
H）を経由してマルチプレクサ（MPX）へ入力されるが、
同期入力信号は周波数検出ファームウェアにより周波数
Ｆを検出され、その周波数Ｆによりf_s＝Ｆ×ｍの演算を
行ってサンプリング周波数f_sを算出（但し、ｍは予め決
定した整数）し、これをアナログディジタル変換器（A/
D）へ入力する。本実施例は、入力データの個数（ｍ）
が正確な１周期分データなので、フーリエ変換の誤差が
一層小さくなる。

H.発明の効果以上、説明したとおり、本発明によれば、直流分及び
高調波成分を含む入力による誤差と周波数変動による誤
差を防ぐことができるとともに下記の効果を奏する。

（１）同期入力信号により１サイクル分のサンプリング
個数又はサンプリング周波数を決定するので、測定入力
の周波数が変動しても電圧値，電流値及び位相を正確に
測定できる。

（２）アナログ／ディジタル変換された測定データは、
フーリエ変換による演算が行われていて、基本波の測定
値は、高調波による誤差がカットされている。

（３）１サイクルのデータを高速サンプリングしてフー
リエ変換を行うので、高調波の測定を正確に行うことが
できる。

（４）同期入力信号に２つの母線電圧の和を使用すれ
ば、片方の母線停止時にも測定可能である。

（５）プロセッサ部に半導体メモリを内蔵し、更に整定
用のパネルを接続することにより、測定値が整定値を越
えたとき記録が起動されるようにし、その過渡応動を前
記半導体メモリ上に記録することができ、このデータに
より過渡応動の解析が可能になる。

（６）プロセッサ部に計測用パネルを接続することによ
り、演算処理の結果である周波数，電圧，電流，有効電
力，無効電力のすべての要素について、該パネル上で測
定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は実施例の
測定処理のフローチャート、第３図は実施例の測定部位
の回路図、第４図は実施例の測定処理の説明図、第５図
は本発明の別な実施例の構成図及びフローチャートであ
る。１……補助検出部、2,52……A/D変換部、３……プロセ
ッサ部、４……整定パネル、５……計測パネル。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01R 19/00 - 19/32 G01R 21/133 G01R 23/16 - 23/20 G01R 25/00 - 25/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電線路の電圧，電流をアナログ量で検出し
て電流値，電圧値，位相，有効電力，無効電力又は高調
波成分の電気的変量を測定する測定方法において、複数電線路の各母線電圧を加算手段により加算して同期
入力信号を得、この同期入力信号から基本波を取り出す
とともに、各電線路から測定入力信号を検出し、該測定
入力信号から測定対象より高い高調波をカットし、これ
ら同期入力信号と測定入力信号を一定間隔でサンプリン
グし、このサンプリングした同期入力データと測定入力
データを使用し、同期入力データにより１周期分のサン
プリング個数を判定し、そのサンプリング数により演算
に使用する測定入力データを決定するとともに、この決
定された測定入力データを使用してフーリエ変換手段に
より基本波成分のみを抽出し直流分，高調波を取り除く
ようにし、整定パネルで設定した測定の起動条件により
電気的変量を測定し、計測パネルにてこの電気的変量を
表示するとともに、内部メモリに記録するようにしたこ
とを特徴とする電気的変量の測定方法。
【請求項２】前記一定間隔のサンプリングは、同期入力
信号の周波数Ｆを検出し、該周波数Ｆによりサンプリン
グ周波数f_sを、f_s＝Ｆ×ｍ（ｍは予め決定した整数）に
より算出して決定することを特徴とする請求項（１）記
載の電気的変量の測定方法。