JP3119541B2 - 周波数検出方式 - Google Patents

周波数検出方式

Info

Publication number
JP3119541B2
JP3119541B2 JP05090776A JP9077693A JP3119541B2 JP 3119541 B2 JP3119541 B2 JP 3119541B2 JP 05090776 A JP05090776 A JP 05090776A JP 9077693 A JP9077693 A JP 9077693A JP 3119541 B2 JP3119541 B2 JP 3119541B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
frequency
equation
detection method
value obtained
frequency detection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP05090776A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH06281679A (ja
Inventor
保広 黒沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP05090776A priority Critical patent/JP3119541B2/ja
Priority to US08/215,575 priority patent/US5523675A/en
Priority to DE69424459T priority patent/DE69424459T2/de
Priority to EP94104721A priority patent/EP0617291B1/en
Publication of JPH06281679A publication Critical patent/JPH06281679A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3119541B2 publication Critical patent/JP3119541B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Frequencies, Analyzing Spectra (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電力系統の交流電気量
の周波数を高精度に算出する周波数検出方式に関する。
【0002】
【従来の技術】電力系統の電源脱落事故などにより、系
統の供給力が不足すると系統は減速し、周波数が低下す
る。その逆に負荷が脱落すると系統は加速され周波数は
増加する。従って電力系統を安定に運転するためには周
波数を高精度に検出する必要がある。更には発電機の励
磁制御等には高速度に、かつ広い範囲にわたって高精度
に周波数を検出することが必要になってきている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】以上のような技術的な
背景から基本周波数からのズレ分を下記のようなアルゴ
リズムを適用して検出する方法が提案されている。
【数1】 なお、mはサンプリング時系列,サンプリング周波数は
交流電気量の基本周波数の12倍としている。従って時
系列m−3は時系列mに対して1/4サイクル遅れのデ
ータを意味する。又、右辺の値でεは基本周波数を1と
した時の比誤差であり、比誤差は電力系統の基本周波数
をf0 ,基本周波数f0 からのズレ分をΔfとすれば、
比誤差をε=Δf/f0 で表される。図3に周波数特性
を示す。図から明らかなように比誤差εが大きくなる
(電力系統の周波数fの基本周波数f0 からのズレ分が
大きくなる)と周波数特性の直線性が失われていくこと
が分かる。そのためズレ分を検出するには(1a)式の値を
予め既知のテーブルに入力しておいて、(1a)式の演算結
果と照合してテーブルから比誤差εを算出等する処置が
とられてきた。しかし、いずれにせよ高い精度で周波数
を検出できるのは、図3に示す周波数特性の直線性が維
持されている比誤差εの零点近傍、つまり基本周波数近
傍の極めて狭い周波数範囲内に限定されていた。本発明
は上記問題点を解決するためになされたものであり、電
力系統の周波数が基本周波数に対して大きく変化して
も、周波数を正確に検出することが可能な周波数検出方
式を提供することを目的としている。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係る
周波数検出方式は、電力系統の交流電気量の周波数を算
出する方式において、系統の電気量のサンプリング時刻
mとm−nのサンプリング値vm とvm-n とから、それ
らの和wm =(vm +vm-n )の実効値に比例する量を
算出する第1の手段と、下記同一電気量の時間微分量の
実効値に比例する量を算出する第2の手段と、前記第2
の手段による算出値を第1の手段による算出値で除する
第3の手段とからなることを特徴とする周波数検出方
式。
【数2】 本発明の請求項2に係る周波数検出方式は、請求項1に
おいて、第1,第2の各手段は以下の電気量を算出する
ものである。
【数3】 第1の手段では、wm-k 2 −wm ・wm-2k 第2の手段では、um-k 2 −um ・um-2k kは任意のサンプリング時刻を示す整数。 本発明の請求項3に係る周波数検出方式は、請求項1に
おいて、第1,第2の各手段は以下の電気量を算出する
ものである。
【数4】 本発明の請求項4に係る周波数検出方式は、請求項1に
おいて、第1,第2の各手段は以下の電気量を算出する
ものである。
【数5】 本発明の請求項5に係る周波数検出方式は、請求項1に
おいて、第1,第2の各手段は以下の電気量を算出する
ものである。
【数6】 本発明の請求項6に係る周波数検出方式は、請求項1に
おいて、第3の手段で得られる値と所定の定数とを比較
し、大なる時に動作と判定する過周波検出の第4の手段
を付加するものである。本発明の請求項7に係る周波数
検出方式は、請求項1において、第3の手段で得られる
値と所定の定数とを比較し、小なる時に動作と判定する
不足周波検出の第4の手段を付加するものである。本発
明の請求項8に係る周波数検出方式は、請求項1におい
て、第2の手段で得られる実効値に比例する量と第1の
手段で得られる実効値に比例する量に所定の定数を乗じ
た値とを比較し、大なる時、動作と判定する過周波検出
の第4の手段を付加するものである。本発明の請求項9
に係る周波数検出方式は、請求項1において、第2の手
段で得られる実効値に比例する量と第1の手段で得られ
る実効値に比例する量に所定の定数を乗じた値とを比較
し、小なる時、動作と判定する不足周波検出の第4の手
段を付加するものである。
【作用】本発明では電力系統の周波数を系統の電気量V
・ sin(ωt)とそれを時間微分した電気量ω・V cos
(ωt)とから、後者の交流量の振幅がωに比例してい
る点に着目してなされたものである。詳細は実施例にゆ
ずるが請求項1について、vm = sin(ωtm )とし、
m =vm +vm-n とwm の時間微分量um を求める。
そして前記wm とum の実効値に比例した量を算出し、
m によって計算された実効値に比例した量をwm によ
って計算された実効値に比例した量で割った値、つまり
ωにより決まる値F(ω)は周波数の2乗に比例した量
(ω)2 となることがわかった。その他の請求項も同様
である。
【0005】
【実施例】以下図面を参照して実施例を説明する。図2
は本発明による方式が適用されるディジタル継電器の概
略構成図である。図において、入力電圧vは、先ずサン
プルホールド回路S/Hでサンプリングされ、マルチプ
レクサMPXで切り替えてアナログ・ディジタル変換器
A/Dに入力されて、更に変換されたディジタル値が演
算部CPUへ印加される。そしてCPUでは本発明に基
づく所定の動作判定演算を行ない、その結果を出力する
構成を有している。同図において電圧vのS/H回路の
出力をvm と記しているが、ディジタル演算部CPU内
のディジタル処理においても区別せずに同様に記す。図
2の演算部CPUにおけるディジタル継電器の処理内容
において、本発明は方向距離継電器に関するものであ
る。図1は本発明による周波数検出方式の一実施例を説
明するブロック図である。先ず第1の手段1では交流電
気量vm とvm-n の和wm =vm +vm-n の実効値に比
例した量を算出し、第2の手段2では前記交流電気量w
m の時間微分量下記um の実効値に比例した量を算出す
る。第3の手段3は第2の手段で得られた値を、第1の
手段で得られた値で除して周波数に比例した量を算出す
るものである。
【数7】
【0006】次に上記した図1の演算結果を検証する。
今、n=1,微分補正をl=0,1とする。lは微分補
正次数(l=0,1,2,…)であり、通常は演算時間
と誤差精度の兼あいからl=0,1が用いられる。更に
サンプリング時刻tm のサンプリング値vm をvm =v
・ sin(ωtm)とすると、
【数8】 wm =vm +vm-1 =2V・cos(ωT/2)・sin(ωtm −ωT/2) …………(1) um =Σkp ・(vm+l −vm-l-n ) =k1・(vm −vm-1 )+k2・(vm+1 −vm-2 ) =2V・(k1・sin(ωT/2)+k2・ sin(3ωT/2))・cos(ωtm −ωT/2) …………(2) wm ′=d(vm +vm-1 )/dt =2V・ω・cos(ωT/2)・cos(ωtm −ωT/2) …………(3) (Tはサンプリング周期) したがって(2) 式のk1・ sin(ωT/2)+k2・ s
in(3ωT/2)(以下この部分を計算部Xと称す)と
(3) 式のω・ cos(ωT/2)(以下この部分を計算部
Yと称す)が等しくなるように、k1,k2を決定すれ
ばよい。詳細は特公平3−20969号公報に記されて
いるため、ここでは微分等式として(3)式を使用する。
又、同上式の振幅に掛かる2・ cos(ωT/2)及び s
in, cosの中の(ωtm −ωT/2)は全て同じであ
り、略しても物理的に変わることはない。
【0007】又、交流量w,uの実効値に比例した量の
算出量は以下のようになる。
【数9】 ここで(5) 式を(4) 式で割った値F(ω)は下式のよう
に周波数の2乗に比例した量となる。精度は(6) 式の時
間微分の近似精度に依存する。詳細は特公平3−209
69号公報に記載されており、本発明の中核ではないの
で省略する。
【数10】
【0008】以上のとおり本発明により従来の(1a)式で
示す算出方式に比べて、系統の周波数を広い帯域で高精
度に算出することができることがわかる。即ち、従来技
術の特性を示す図3と、本発明の特性を示す図4の横軸
周波数帯域をみると分るように本発明の特性図4は基本
波の2.5倍近傍までΔfが0.01Hzを維持してい
るのに対して、従来の(1a)式では基本波の1.2倍近傍
までしか、精度±0.1Hzを維持できていない。即
ち、本発明は周波数算出精度を(1a)式の方法により広い
帯域で維持できるからである。従来の方法の着目点は交
流量の基本周波数近傍付近の直線性を利用するものであ
り、全領域を利用するものではなかった。本発明は交流
電気量の全周波数領域での時間微分量を使うものであ
り、交流量の使用領域に左右されずに連続して広い領域
にわたって周波数を高精度に算出することができる。前
述したとおりω=ω1とω=ω2では誤差は零である
が、その他の周波数では図4に示す特性となる(但し、
図ではω1=基本周波数,ω2=2.5・基本周波数の
例を示す)。誤差は下式のとおりである。
【数11】
【0009】図5に図1の第1,第2の手段として得ら
れる交流電気量wm ,um の実効値に比例する量を算出
する方法として、既知(電気書院:電気計算1983年
11月号VOL.51のP49(3) 式)である面積法による
算出方式の実施例を示す。
【数12】 (10)式を(9) 式で割るとωに基づく量を得ることができ
る。次に図6に図5と同様に、図2の第1,第2の手段
として得られる交流電気量wm ,um の実効値に、既知
(電気書院:電気計算1983年11月号VOL.51のP
49(4) 式)である2値加算法による算出方式の実施例
を示す。
【数13】
【0010】又、図7に図1の第1,第2の手段として
交流電気量wm ,um の実効値に比例した量を下式の演
算式により算出する実施例を示す。
【数14】
【0011】図8は応用例であり、本例では図1の第3
の手段の出力F(ω)の大小を判定するものである。4
は第4の手段であって、過周波検出手段として作用し、
下式に示すように予め設定された(ωk)2 より大か否
かを判定するものである。ωkは系統の許容周波数の上
限値を示す。
【数15】F(ω)=(ω)2 >(ωk)2 図9は他の応用例であり、本例では第4の手段4によっ
て第3の手段の出力F(ω)の値が下式の予め設定され
た(ωh)2 より小か否かを判定する。ωhは系統の許
容周波数の下限値を示す。即ち、第4の手段4は不足周
波数検出手段とするものである。
【数16】F(ω)=(ω)2 <(ωh)2
【0012】図10は更に他の応用例であり、本例では第
4の手段4を過周波判定手段としたものである。そして
第1の手段の出力wm-k 2 −wm ・wm-2k=V2 [1−
cos(2k・ωT)]/2と、第2の手段の出力um-k
2 −um ・um-2k=(ωV)2 [1− cos(2k・ω
T)]/2とから、下式により周波数が予め設定した周
波数ωkより大か否かを判定する。
【数17】 um-k 2 −um ・um-2k =(ωV)2 [1− cos(2k・ωT)]/2 >(ωk)2 ・(wm-k 2 −wm ・wm-2k) =V2 [1− cos(2k・ωT)]/2
【0013】図11は更に他の応用例であり、本例では図
10の第4の手段4を不足周波数検出手段としたものであ
る。そして、大小比較は下式としたものである。
【数18】 um-k 2 −um ・um-2k =(ωV)2 [1− cos(2k・ωT)]/2 <(ωh)2 ・(wm-k 2 −wm ・wm-2k) =V2 [1− cos(2k・ωT)]/2
【0014】
【発明の効果】以上のように本発明では電力系統の周波
数を系統の電気量V・ sin(ωt)とそれを時間微分し
た電気量ωV cos(ωt)とから、後者の交流量の振幅
がωに比例している点に着目して系統の周波数を高精度
に検出しようとするものであり、時間微分量を交流電気
量のサンプリング値から高精度に算出するアルゴリズム
を適用することにより、広い周波数帯域にわたって所望
の精度で周波数を検出することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による周波数検出方式を説明する実施例
のブロック図。
【図2】本発明が適用されるディジタル継電器の概略構
成図。
【図3】従来の特性を説明する図。
【図4】本発明の効果を説明する図。
【図5】本発明の他の実施例を説明する図。
【図6】本発明の他の実施例を説明する図。
【図7】本発明の他の実施例を説明する図。
【図8】本発明の応用例を説明する図。
【図9】本発明の応用例を説明する図。
【図10】本発明の応用例を説明する図。
【図11】本発明の応用例を説明する図。
【符号の説明】
1 第1の手段 2 第2の手段 3 第3の手段 4 第4の手段 S/H サンプリングホールド回路 MPX マルチプレクサ A/D アナログ・ディジタル回路 CPU 演算部

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電力系統の交流電気量の周波数を算出す
    る方式において、系統の電気量のサンプリング時刻mと
    m−nのサンプリング値vm とvm-nとから、それらの
    和wm =(vm +vm-n )の実効値に比例する量を算出
    する第1の手段と、下記同一電気量の時間微分量の実効
    値に比例する量を算出する第2の手段と、前記第2の手
    段による算出値を第1の手段による算出値で除する第3
    の手段とからなることを特徴とする周波数検出方式。【数1】
  2. 【請求項2】 第1,第2の各手段は以下の電気量を算
    出することを特徴とする請求項1記載の周波数検出方
    式。 【数2】 第1の手段では、wm-k 2 −wm ・wm-2k 第2の手段では、um-k 2 −um ・um-2k kは任意のサンプリング時刻を示す整数。
  3. 【請求項3】 第1,第2の各手段は以下の電気量を算
    出することを特徴とする請求項1記載の周波数検出方
    式。 【数3】
  4. 【請求項4】 第1,第2の各手段は以下の電気量を算
    出することを特徴とする請求項1記載の周波数検出方
    式。 【数4】
  5. 【請求項5】 第1,第2の各手段は以下の電気量を算
    出することを特徴とする請求項1記載の周波数検出方
    式。 【数5】
  6. 【請求項6】 第3の手段で得られる値と所定の定数と
    を比較し、大なる時に動作と判定する過周波検出の第4
    の手段を付加したことを特徴とする請求項1記載の周波
    数検出方式。
  7. 【請求項7】 第3の手段で得られる値と所定の定数と
    を比較し、小なる時に動作と判定する不足周波検出の第
    4の手段を付加したことを特徴とする請求項1記載の周
    波数検出方式。
  8. 【請求項8】 第2の手段で得られる実効値に比例する
    量と第1の手段で得られる実効値に比例する量に所定の
    定数を乗じた値とを比較し、大なる時、動作と判定する
    過周波検出の第4の手段を付加したことを特徴とする請
    求項1記載の周波数検出方式。
  9. 【請求項9】 第2の手段で得られる実効値に比例する
    量と第1の手段で得られる実効値に比例する量に所定の
    定数を乗じた値とを比較し、小なる時、動作と判定する
    不足周波検出の第4の手段を付加したことを特徴とする
    請求項1記載の周波数検出方式。
JP05090776A 1993-03-25 1993-03-25 周波数検出方式 Expired - Fee Related JP3119541B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP05090776A JP3119541B2 (ja) 1993-03-25 1993-03-25 周波数検出方式
US08/215,575 US5523675A (en) 1993-03-25 1994-03-22 Method and an apparatus for detecting a frequency of a power system
DE69424459T DE69424459T2 (de) 1993-03-25 1994-03-24 Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung der Frequenz einer Spannungsversorgung
EP94104721A EP0617291B1 (en) 1993-03-25 1994-03-24 A method and an apparatus for detecting a frequency of a power system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP05090776A JP3119541B2 (ja) 1993-03-25 1993-03-25 周波数検出方式

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06281679A JPH06281679A (ja) 1994-10-07
JP3119541B2 true JP3119541B2 (ja) 2000-12-25

Family

ID=14008012

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP05090776A Expired - Fee Related JP3119541B2 (ja) 1993-03-25 1993-03-25 周波数検出方式

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5523675A (ja)
EP (1) EP0617291B1 (ja)
JP (1) JP3119541B2 (ja)
DE (1) DE69424459T2 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3322996B2 (ja) * 1994-07-01 2002-09-09 東京電力株式会社 保護継電方式
JP5813455B2 (ja) * 2011-10-24 2015-11-17 株式会社東芝 電力系統の周波数測定装置および周波数測定方法
CN103995180B (zh) * 2014-06-13 2017-05-03 重庆大学 一种考虑不等式约束的电力系统频率估计方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57133362A (en) * 1981-02-10 1982-08-18 Mitsubishi Electric Corp Frequency detector
US4547726A (en) * 1983-08-01 1985-10-15 General Electric Company Means and method for measuring power system frequency
JPS6039312A (ja) * 1983-08-10 1985-03-01 株式会社東芝 保護継電装置
US4779044A (en) * 1987-09-08 1988-10-18 Zion Educational Foundation Voltage, current and frequency measuring of non-standard waveforms
JPH0737998B2 (ja) * 1988-11-16 1995-04-26 三菱電機株式会社 電気量検出器
US5122731A (en) * 1991-02-25 1992-06-16 The United States Of America As Represented By The Administrator, National Aeronautics And Space Adnministration Method and apparatus for frequency spectrum analysis
JP3147566B2 (ja) * 1993-02-01 2001-03-19 日本精工株式会社 周波数スペクトル分析装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP0617291A1 (en) 1994-09-28
US5523675A (en) 1996-06-04
EP0617291B1 (en) 2000-05-17
DE69424459T2 (de) 2001-01-18
DE69424459D1 (de) 2000-06-21
JPH06281679A (ja) 1994-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3338159B2 (ja) 振幅・位相検出装置
JP2689343B2 (ja) 交流電力測定装置
JPH06105266B2 (ja) デジタル保護継電器
JP3220327B2 (ja) 周波数検出方法と装置および電力系統安定化システム
JP3119541B2 (ja) 周波数検出方式
JPH0769401B2 (ja) 誘導電動機の定数測定方法
Bucci et al. Power measurements on high distorted signals: experimental comparison between two alternative developed device solutions
JPS6019492Y2 (ja) 地絡距離継電器
EP0367563B1 (en) Detector of quantity of electricity
JP3030481B2 (ja) 周波数検出装置
JPH0777547A (ja) 正弦波交流信号の周波数検出方法
JP2946152B2 (ja) 周波数検出装置
JP3182777B2 (ja) 電力量測定方法
JP3543380B2 (ja) ディジタル形電圧平衡継電器
JP2633637B2 (ja) 対称分保護リレー
JPH07181207A (ja) 多相交流電圧の瞬時値の測定方法
JP2657414B2 (ja) デジタル形保護制御装置
JP2523787B2 (ja) デイジタル形保護継電器
JPH0755900A (ja) インバータ装置
JPS6259526B2 (ja)
JPS59195165A (ja) 3相交流電源の電力計測装置
JPH0381105B2 (ja)
JPH09171038A (ja) 周波数検出方式
SU798880A1 (ru) Четырехквадратное множительноеуСТРОйСТВО
JPH07106024B2 (ja) デジタル保護継電器

Legal Events

Date Code Title Description
S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081013

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081013

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091013

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101013

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111013

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111013

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121013

Year of fee payment: 12

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees