JP3220327B2 - 周波数検出方法と装置および電力系統安定化システム - Google Patents
周波数検出方法と装置および電力系統安定化システムInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、周波数検出装置に係
り、特に電力系統における交流入力量の周波数検出方式
に関する。
り、特に電力系統における交流入力量の周波数検出方式
に関する。
【０００２】
【従来の技術】電力系統における交流量の周波数検出方
法として、特公昭６３−４６６４８号公報等に明らかな
ように、交流量の零点の直前、直後のサンプリング値か
ら直線近似により零点を求める方式が周知である。この
改良案として、特開昭５７−１２９１２６号公報に開示
のように、零点を検出する度に、その零点から過去の任
意倍数半サイクル前の零点までの時間を求めて、周波数
の検出精度を向上する方法がある。
法として、特公昭６３−４６６４８号公報等に明らかな
ように、交流量の零点の直前、直後のサンプリング値か
ら直線近似により零点を求める方式が周知である。この
改良案として、特開昭５７−１２９１２６号公報に開示
のように、零点を検出する度に、その零点から過去の任
意倍数半サイクル前の零点までの時間を求めて、周波数
の検出精度を向上する方法がある。
【０００３】一方、直線近似によらない周波数検出方法
として、特開平２−１８７６６９号公報などに記載のよ
うに、複数のサンプリング値を入力として逆三角関数演
算により周波数を求めるものが公知である。
として、特開平２−１８７６６９号公報などに記載のよ
うに、複数のサンプリング値を入力として逆三角関数演
算により周波数を求めるものが公知である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】直線近似による方法
は、零点前後のサンプリング値から直接に零点を求める
ために、周波数が５％変化した場合の演算誤差が約０．
０６％とその検出精度が低く、周波数変化幅の検出など
には困難があった。
は、零点前後のサンプリング値から直接に零点を求める
ために、周波数が５％変化した場合の演算誤差が約０．
０６％とその検出精度が低く、周波数変化幅の検出など
には困難があった。
【０００５】一方、上記した逆三角関数による方法は、
半周期に３〜５点の入力サンプリング値を必要とするの
で、その値にピークの近傍を含むことが多い。交流量の
測定を共用する場合には、特定の用途の検出精度をあげ
るためにフルスケールを低く抑えることがあり、交流波
形によってはピークの近傍がＡ／Ｄ変換部のフルスケー
ルを超えてしまうことがある。しかし、１点でもフルス
ケールを超えた場合は、周波数の測定が不可能になると
いう問題点がある。
半周期に３〜５点の入力サンプリング値を必要とするの
で、その値にピークの近傍を含むことが多い。交流量の
測定を共用する場合には、特定の用途の検出精度をあげ
るためにフルスケールを低く抑えることがあり、交流波
形によってはピークの近傍がＡ／Ｄ変換部のフルスケー
ルを超えてしまうことがある。しかし、１点でもフルス
ケールを超えた場合は、周波数の測定が不可能になると
いう問題点がある。
【０００６】本発明の目的は、上記した従来の直線近似
方式と逆三角関数方式の問題点を克服し、測定不能を生
じることなく高精度で信頼性の高い周波数検出方法及び
装置を提供することにある。
方式と逆三角関数方式の問題点を克服し、測定不能を生
じることなく高精度で信頼性の高い周波数検出方法及び
装置を提供することにある。
【０００７】本発明の他の目的は、系統周波数を高速且
つ高精度に監視して、周波数の異常時に所定の安定化制
御を可能にする信頼性の高い電力系統安定化システムを
提供することにある。
つ高精度に監視して、周波数の異常時に所定の安定化制
御を可能にする信頼性の高い電力系統安定化システムを
提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、正弦波
の交流の周波数をリアルタイムに検出する周波数検出方
法において、交流の電圧または電流の瞬時量を所定の周
期でサンプリングし、サンプリング値の極性変化から零
点の存在を検知し、前記零点に対するサンプリングの位
相時間差を当該零点の直前及び直後のサンプリング値か
ら逆三角関数演算（ｔａｎ~1）により算出し、前回の零
点から今回の零点までの検出区間の時間を前記位相時間
差とこの間のサンプリング回数に基づいて算出し、前記
検出区間の時間の逆数より正弦波の交流の周波数を求め
ることにより達成される。
の交流の周波数をリアルタイムに検出する周波数検出方
法において、交流の電圧または電流の瞬時量を所定の周
期でサンプリングし、サンプリング値の極性変化から零
点の存在を検知し、前記零点に対するサンプリングの位
相時間差を当該零点の直前及び直後のサンプリング値か
ら逆三角関数演算（ｔａｎ~1）により算出し、前回の零
点から今回の零点までの検出区間の時間を前記位相時間
差とこの間のサンプリング回数に基づいて算出し、前記
検出区間の時間の逆数より正弦波の交流の周波数を求め
ることにより達成される。
【０００９】また、検出区間は、所定回（ｎ回）前の零
点から今回の零点までとし、この間の最初と最後の前記
位相時間差と前記サンプリング回数から前記検出区間の
時間を零点毎に算出し、該時間の逆数のｎ／２として正
弦波の交流の周波数を求めることにより達成される。
点から今回の零点までとし、この間の最初と最後の前記
位相時間差と前記サンプリング回数から前記検出区間の
時間を零点毎に算出し、該時間の逆数のｎ／２として正
弦波の交流の周波数を求めることにより達成される。
【００１０】
【作用】図２を参照しながら本発明の原理を説明する。
交流入力波形のピーク値をｖｍ、サンプリング時刻Ｔ１
とＴ２間の零点からＴ２の位相角をθ1、一定サンプリ
ング周期△Ｔを電気角ｄで表現とすると、零点の直前、
直後のサンプリング値ｖ１、ｖ２は数式（１），（２）
より求まる。
交流入力波形のピーク値をｖｍ、サンプリング時刻Ｔ１
とＴ２間の零点からＴ２の位相角をθ1、一定サンプリ
ング周期△Ｔを電気角ｄで表現とすると、零点の直前、
直後のサンプリング値ｖ１、ｖ２は数式（１），（２）
より求まる。
【００１１】
【数３】 ｖ１＝ｖｍ・ｓｉｎ（θ1−ｄ） ……（１） ｖ２＝ｖｍ・ｓｉｎθ1 ……（２） 式（１）を展開すると、式（３）となる。
【００１２】
【数４】 ｖ１＝ｖｍ（ｓｉｎθ1・ｃｏｓｄ−ｃｏｓθ1・ｓｉｎｄ） ……（３） 数式（２）と（３）より、数式（４）と数式（５）が得
られる。
られる。
【００１３】
【数５】 ｖ２/ｓｉｎθ1＝ｖ１/(ｓｉｎθ1・ｃｏｓｄ−ｃｏｓθ1・ｓｉｎｄ)…（４） ｔａｎθ1＝ｖ２・ｓｉｎｄ／(ｖ２・ｃｏｓｄ−ｖ１) …（５） 式（５）において、ｖ１とｖ２の符号は常に反対となる
から、サンプリング角ｄが０〜９０度（通常はｄ＝３０
度）では、右辺の分母項が０となることがないので、い
わゆる不定処理の必要がない。また、右辺の演算結果は
常に０または正の値となる。
から、サンプリング角ｄが０〜９０度（通常はｄ＝３０
度）では、右辺の分母項が０となることがないので、い
わゆる不定処理の必要がない。また、右辺の演算結果は
常に０または正の値となる。
【００１４】この式（５）の逆正接として、位相角θ1
は数式（６）により求まる。
は数式（６）により求まる。
【００１５】
【数６】 θ1＝ｔａｎ~1（ｖ２・ｓｉｎｄ／（ｖ２・ｃｏｓｄ−ｖ１）） …（６） サンプリング間隔△Ｔが定められると、その電気角ｄ及
びｓｉｎｄ，ｃｏｓｄは定数となる。
びｓｉｎｄ，ｃｏｓｄは定数となる。
【００１６】位相角θ1は、零点に対するサンプリング
時刻Ｔ２の位相時間差△ｔ２の電気角表現であり、△ｔ
２は数式（７）により求まる。
時刻Ｔ２の位相時間差△ｔ２の電気角表現であり、△ｔ
２は数式（７）により求まる。
【００１７】
【数７】 △ｔ２＝（θ1／ｄ）・△Ｔ＝（△Ｔ／ｄ）・ｔａｎ~1(ｖ２・ｓｉｎｄ ／（ｖ２・ｃｏｓｄ−ｖ１）） ……（７） 同様に、半サイクル後の零点直後の電気角をθ2とする
と、△ｔ６は数式（８）より求まる。
と、△ｔ６は数式（８）より求まる。
【００１８】
【数８】 △ｔ６＝（θ2／ｄ）・△Ｔ＝（△Ｔ／ｄ）・ｔａｎ~1(ｖ６・ｓｉｎｄ ／（ｖ６・ｃｏｓｄ−ｖ５）） ……（８） よって、零点から零点までの半サイクルを周波数算出の
検出区間とすれば、毎回の検出区間の時間Ｔｓは数式
（９）、そのときの周波数ｆはＴｓの逆数の１／２とし
て、数式（１０）により求まる。
検出区間とすれば、毎回の検出区間の時間Ｔｓは数式
（９）、そのときの周波数ｆはＴｓの逆数の１／２とし
て、数式（１０）により求まる。
【００１９】
【数９】 Ｔｓ＝△ｔ２＋４△Ｔ−△ｔ６ ……（９） ｆ＝１／（２Ｔｓ）＝１／（２（△ｔ２＋４△Ｔ−△ｔ６））……（１０） 数式（９）、（１０）を一般化すると、数式（１１）、
（１２）が得られる。
（１２）が得られる。
【００２０】
【数１０】 Ｔｓ＝△ｔ(1)i＋Ｋ・△Ｔ−△ｔi ……（１１） ｆ＝１／（２Ｔｓ）＝１／（２（△ｔ(1)i＋Ｋ・△Ｔ−△ｔi））…（１２） ここで、△ｔ(1)i：前回の零点との時間位相差、△
ｔi：今回の零点との時間位相差、Ｋ：前回の零点直後
の次のサンプリングから今回の零点直後までのサンプリ
ング回数である。
ｔi：今回の零点との時間位相差、Ｋ：前回の零点直後
の次のサンプリングから今回の零点直後までのサンプリ
ング回数である。
【００２１】本発明の周波数検出によれば、正弦波の交
流の半サイクルにおいて、零点前後の２のサンプリング
値を基に逆三角関数（ｔａｎ~1）により演算したサンプ
リング位相時間差を用いて、半サイクルの検出区間の実
時間をリアルタイムに算出し、この逆数より周波数を求
めているので、従来の直線近似に比べて検出精度を向上
できる。
流の半サイクルにおいて、零点前後の２のサンプリング
値を基に逆三角関数（ｔａｎ~1）により演算したサンプ
リング位相時間差を用いて、半サイクルの検出区間の実
時間をリアルタイムに算出し、この逆数より周波数を求
めているので、従来の直線近似に比べて検出精度を向上
できる。
【００２２】また、周波数の演算には零点の直前、直後
の２のサンプリング値を用いるので、サンプリング周期
を通常用いられる３０度ていどにすれば、交流のピーク
値より十分に小さい値となり、Ａ／Ｄ変換時にスケール
オーバーして測定不能に陥ることがなく、信頼性の高い
周波数検出が可能になる。
の２のサンプリング値を用いるので、サンプリング周期
を通常用いられる３０度ていどにすれば、交流のピーク
値より十分に小さい値となり、Ａ／Ｄ変換時にスケール
オーバーして測定不能に陥ることがなく、信頼性の高い
周波数検出が可能になる。
【００２３】なお、上記における周波数の検出周期は、
零点毎の半サイクルとしているが、１サイクルにするこ
ともできる。即ち、サンプリング値の乗算による正負判
定が負の場合に、零点後のサンプリング値が正（または
負）となる零点のみを採用し、周波数演算を行う。
零点毎の半サイクルとしているが、１サイクルにするこ
ともできる。即ち、サンプリング値の乗算による正負判
定が負の場合に、零点後のサンプリング値が正（または
負）となる零点のみを採用し、周波数演算を行う。
【００２４】さらに、本発明の拡張として、周波数算出
の検出区間を数式（１１）の半サイクルから任意倍数
（ｎ）半サイクルとし、且つ、周波数の検出周期は半サ
イクルとする方法が可能となる。この場合の検出区間の
時間Ｔｓと周波数ｆは、数式（１３）、（１４）により
求まる。
の検出区間を数式（１１）の半サイクルから任意倍数
（ｎ）半サイクルとし、且つ、周波数の検出周期は半サ
イクルとする方法が可能となる。この場合の検出区間の
時間Ｔｓと周波数ｆは、数式（１３）、（１４）により
求まる。
【００２５】
【数１１】 Ｔｓ＝△ｔ(n)i＋Ｋn・△Ｔ−△ｔi ……（１３） ｆ＝ｎ／(２Ｔｓ)＝ｎ／（２（△ｔ(n)i＋Ｋn・△Ｔ−△ｔi））…（１４） ここで、△ｔ(n)i：ｎ倍半サイクル前の零点直後の位相
時間差、Ｋn：ｎ倍半サイクル前の零点直後の次から今
回零点直後までのサンプリング回数である。
時間差、Ｋn：ｎ倍半サイクル前の零点直後の次から今
回零点直後までのサンプリング回数である。
【００２６】これによれば、式（１４）の分母項におけ
るＫn・△Ｔは式（１２）のＫ・△Ｔの約ｎ倍となるの
で、分母項の位相時間差に含まれる誤差の影響がそのぶ
ん低下し、半サイクル毎の高速検出を維持しながら、周
波数の検出精度をさらに向上できる。
るＫn・△Ｔは式（１２）のＫ・△Ｔの約ｎ倍となるの
で、分母項の位相時間差に含まれる誤差の影響がそのぶ
ん低下し、半サイクル毎の高速検出を維持しながら、周
波数の検出精度をさらに向上できる。
【００２７】これによれば、従来専用ハードによらなけ
れば困難であった周波数の変化幅の検出ができ、電力安
定化装置への適用が可能になる。
れば困難であった周波数の変化幅の検出ができ、電力安
定化装置への適用が可能になる。
【００２８】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照しながら説明す
る。
る。
【００２９】図３は、本発明の一実施例による周波数検
出装置の構成を示したものである。電圧変成器４で計測
実測される電力系統３の電圧（電流でも可）は、高調波
成分を除去するフィルタ５、アナログ／デジタル変換す
るＡ／Ｄ変換器６を介して周波数検出装置１に取り込ま
れる。Ａ／Ｄ変換器６は周波数検出装置１から制御され
るサンプリング周期△Ｔ毎に、デジタル量のサンプリン
グ値を出力する。周波数検出装置１によって検出された
周波数は、表示手段などの出力装置７に出力される。な
お、フィルタ５やＡ／Ｄ変換器６を含めて、周波数検出
装置と呼んでもよい。
出装置の構成を示したものである。電圧変成器４で計測
実測される電力系統３の電圧（電流でも可）は、高調波
成分を除去するフィルタ５、アナログ／デジタル変換す
るＡ／Ｄ変換器６を介して周波数検出装置１に取り込ま
れる。Ａ／Ｄ変換器６は周波数検出装置１から制御され
るサンプリング周期△Ｔ毎に、デジタル量のサンプリン
グ値を出力する。周波数検出装置１によって検出された
周波数は、表示手段などの出力装置７に出力される。な
お、フィルタ５やＡ／Ｄ変換器６を含めて、周波数検出
装置と呼んでもよい。
【００３０】周波数検出装置１は、処理の全体を制御す
る制御部１０、サンプリング値の取り込みや演算結果を
出力する入出力処理部１１及び周波数検出処理部１２を
具備している。記憶装置２は制御部１０によって書き込
み／読出しされ、演算に必要な範囲のサンプリング値の
時系列や、各部の演算結果などを格納する記憶エリアを
有している。
る制御部１０、サンプリング値の取り込みや演算結果を
出力する入出力処理部１１及び周波数検出処理部１２を
具備している。記憶装置２は制御部１０によって書き込
み／読出しされ、演算に必要な範囲のサンプリング値の
時系列や、各部の演算結果などを格納する記憶エリアを
有している。
【００３１】周波数検出処理部１２は、時系列のサンプ
リング値の符号変化から零点を検知する零点検出手段１
２１、周波数の検出区間のサンプリング回数をカウント
するサンプリング回数積算手段１２２、零点直後のサン
プリング点の位相差を逆三角関数により演算する位相差
演算手段１２３、位相差とサンプリング回数を用いて算
出した検出区間の時間から、系統の周波数を演算する周
波数演算手段１２４からなる。
リング値の符号変化から零点を検知する零点検出手段１
２１、周波数の検出区間のサンプリング回数をカウント
するサンプリング回数積算手段１２２、零点直後のサン
プリング点の位相差を逆三角関数により演算する位相差
演算手段１２３、位相差とサンプリング回数を用いて算
出した検出区間の時間から、系統の周波数を演算する周
波数演算手段１２４からなる。
【００３２】本例の周波数検出装置１はＣＰＵを利用
し、各部の機能を実行するプログラムやデータからなる
ソフトウエアで構成している。この場合、記憶装置２は
主メモリであり、これらプログラムやデータを記憶して
いる。
し、各部の機能を実行するプログラムやデータからなる
ソフトウエアで構成している。この場合、記憶装置２は
主メモリであり、これらプログラムやデータを記憶して
いる。
【００３３】図１は、本実施例の周波数検出装置の動作
を説明するフローチャートで、被測定交流の半サイクル
を周波数算出の検出区間及び検出周期とした例である。
なお、サンプリング間隔ｄは、電力系統用保護リレーで
広く採用されている電気角３０度としている。
を説明するフローチャートで、被測定交流の半サイクル
を周波数算出の検出区間及び検出周期とした例である。
なお、サンプリング間隔ｄは、電力系統用保護リレーで
広く採用されている電気角３０度としている。
【００３４】本処理は、サンプリングデータが入力され
る度に起動される。まず、今回のサンプリング値ｖiを
取り込んで記憶し（ｓ１０１）、サンプリング数Ｋを＋
１する（ｓ１０２）。なお、サンプリング数Ｋは、前回
の零点の検出時に０クリアされている。
る度に起動される。まず、今回のサンプリング値ｖiを
取り込んで記憶し（ｓ１０１）、サンプリング数Ｋを＋
１する（ｓ１０２）。なお、サンプリング数Ｋは、前回
の零点の検出時に０クリアされている。
【００３５】次に、時系列に入力される前回のサンプリ
ング値ｖi-1と今回のサンプリング値ｖiを乗算する（ｓ
１０３）。の間の極性変化の有無を判定する。これはｖ
i-1とｖiを乗算し、乗算結果の正負を判定する（ｓ１０
４）。判定の結果が正であれば、両者のサンプリングの
間に極性（符号）の変化がない。即ち、前回と今回のサ
ンプリングの間に正弦波の交流の零点は存在しないの
で、処理を終了して次のサンプリングデータを待つ。
ング値ｖi-1と今回のサンプリング値ｖiを乗算する（ｓ
１０３）。の間の極性変化の有無を判定する。これはｖ
i-1とｖiを乗算し、乗算結果の正負を判定する（ｓ１０
４）。判定の結果が正であれば、両者のサンプリングの
間に極性（符号）の変化がない。即ち、前回と今回のサ
ンプリングの間に正弦波の交流の零点は存在しないの
で、処理を終了して次のサンプリングデータを待つ。
【００３６】一方、正負の判定結果が負であれば、前回
と今回の間に正弦波の交流の零点（ゼロクロス）が存在
するので、この零点と今回サンプリング点の位相時間差
△ｔiを数式（７）より求める（ｓ１０５）。
と今回の間に正弦波の交流の零点（ゼロクロス）が存在
するので、この零点と今回サンプリング点の位相時間差
△ｔiを数式（７）より求める（ｓ１０５）。
【００３７】本例はｄ＝３０度で、ｃｏｓｄ＝√３／
２，ｓｉｎｄ＝１／２となるので、数式（７）は数式
（１５）に置き替えられる。
２，ｓｉｎｄ＝１／２となるので、数式（７）は数式
（１５）に置き替えられる。
【００３８】
【数１２】 △ｔi＝△Ｔ／３０・ｔａｎ~1(ｖi／(２√３・ｖi−４・ｖi-1)) …（１５） 今回の零点直後の位相時間差△ｔiは、次回の周波数演
算にも利用するために記憶される（ｓ１０６）。
算にも利用するために記憶される（ｓ１０６）。
【００３９】なお、逆正接の変数部の値と△ｔiの対応
関係を、予めデータテーブル化して記憶装置２に格納し
ておけば、式（１５）の演算速度を上げることができ
る。
関係を、予めデータテーブル化して記憶装置２に格納し
ておけば、式（１５）の演算速度を上げることができ
る。
【００４０】次に、数式（１１）に従い、前回の零点か
ら今回の零点までの時間、即ち検出区間の実時間を算出
し、その逆数を１／２して、半サイクルの検出区間にお
ける周波数を求める（ｓ１０７）。その後、Ｋを０クリ
アして（ｓ１０８）終了し、次のサンプリング待ちとな
る。
ら今回の零点までの時間、即ち検出区間の実時間を算出
し、その逆数を１／２して、半サイクルの検出区間にお
ける周波数を求める（ｓ１０７）。その後、Ｋを０クリ
アして（ｓ１０８）終了し、次のサンプリング待ちとな
る。
【００４１】なお、周波数の検出周期を１サイクルとす
る場合は、上記のステップｓ１０２後に今回の入力デー
タｖiの正負判定を行い、正の場合のみステップｓ１０
３に移行し、負の場合は終了する。周波数は、検出区間
が１サイクルの実時間の逆数として計算されることはも
ちろんである。
る場合は、上記のステップｓ１０２後に今回の入力デー
タｖiの正負判定を行い、正の場合のみステップｓ１０
３に移行し、負の場合は終了する。周波数は、検出区間
が１サイクルの実時間の逆数として計算されることはも
ちろんである。
【００４２】また、零点の直前のサンプリング点の位相
時間差△ｔi-1（＝△Ｔ−△ｔi）を算出し、前回の零点
直後の位相時間差と今回の零点直前の位相時間差とその
間のサンプリング回数から、検出区間の時間を求めるよ
うにしてもよい。さらには、零点の直後に代えて、零点
の直前のサンプリングの位相時間差△ｔi-1を基に、検
出区間の時間を算出することも可能である。
時間差△ｔi-1（＝△Ｔ−△ｔi）を算出し、前回の零点
直後の位相時間差と今回の零点直前の位相時間差とその
間のサンプリング回数から、検出区間の時間を求めるよ
うにしてもよい。さらには、零点の直後に代えて、零点
の直前のサンプリングの位相時間差△ｔi-1を基に、検
出区間の時間を算出することも可能である。
【００４３】本実施例によれば、半サイクルの短い検出
周期で、直線近似に比べ精度の高い周波数検出が可能で
ある。また、サンプリング周期ｄ＝３０度で、演算式の
分母項は０になることがないので、演算処理が簡単にな
る。しかも、演算に用いるサンプリング値は零点の直前
及び直後に限定されるので（他は符号のみを監視）、オ
ーバースケールによる測定不能を生じることもないの
で、信頼性が高い。
周期で、直線近似に比べ精度の高い周波数検出が可能で
ある。また、サンプリング周期ｄ＝３０度で、演算式の
分母項は０になることがないので、演算処理が簡単にな
る。しかも、演算に用いるサンプリング値は零点の直前
及び直後に限定されるので（他は符号のみを監視）、オ
ーバースケールによる測定不能を生じることもないの
で、信頼性が高い。
【００４４】次に、本発明の第二の実施例を説明する。
【００４５】図４は、本実施例が適用される電力系統安
定化システムの概略の構成を示したものである。電力系
統は、点線内に模式的に示すように、複数の発電機４０
０から発電された電力を送電線３００を介して負荷に供
給する。発電機４００と送電線３００の接続を断／続す
る遮断器５００は、安定化装置１００の子局２００によ
って制御される。安定化装置１００は、通信線６００を
経由して電力系統の電圧や電流あるいは保護リレー等に
よる事故情報が取り込まれる。
定化システムの概略の構成を示したものである。電力系
統は、点線内に模式的に示すように、複数の発電機４０
０から発電された電力を送電線３００を介して負荷に供
給する。発電機４００と送電線３００の接続を断／続す
る遮断器５００は、安定化装置１００の子局２００によ
って制御される。安定化装置１００は、通信線６００を
経由して電力系統の電圧や電流あるいは保護リレー等に
よる事故情報が取り込まれる。
【００４６】安定化装置１００は、周波数監視装置１０
０ａと図示していない電力系統の周波数整定値の設定手
段を具備し、周波数整定値に対する系統周波数が過大ま
たは過小となる場合に、子局２００に対して制御指令２
００ａを出力する。周波数監視装置１００ａは、安定化
装置１００が受信した電圧（または電流）をサンプリン
グ値（ｖｉ）として、系統の周波数を検出する。
０ａと図示していない電力系統の周波数整定値の設定手
段を具備し、周波数整定値に対する系統周波数が過大ま
たは過小となる場合に、子局２００に対して制御指令２
００ａを出力する。周波数監視装置１００ａは、安定化
装置１００が受信した電圧（または電流）をサンプリン
グ値（ｖｉ）として、系統の周波数を検出する。
【００４７】子局２００は、制御指令２００ａに応じて
電力系統の遮断器５００の断／続や負荷制限あるいは系
統分離などの制御２００ｂを行い、脱調などの発生を防
止する。
電力系統の遮断器５００の断／続や負荷制限あるいは系
統分離などの制御２００ｂを行い、脱調などの発生を防
止する。
【００４８】図５は、周波数監視装置１００ａの動作を
説明するフローチャートである。本例の周波数算出のた
めの検出区間はｎ倍の半サイクル、周波数の検出周期は
半サイクルである。通常、ｎは３〜５に設定される。
説明するフローチャートである。本例の周波数算出のた
めの検出区間はｎ倍の半サイクル、周波数の検出周期は
半サイクルである。通常、ｎは３〜５に設定される。
【００４９】周波数監視装置１００ａの処理動作は、周
波数整定値の変更要求が有る場合またはサンプリングデ
ータが入力される場合に起動される。変更要求の有る場
合は（ｓ２０１）、あらたな周波数整定値ｆ0を取り込
みまたは設定する（ｓ２０２）。なお、検出区間を設定
するための半サイクルの倍数ｎを変更する場合も、この
ステップで設定する。
波数整定値の変更要求が有る場合またはサンプリングデ
ータが入力される場合に起動される。変更要求の有る場
合は（ｓ２０１）、あらたな周波数整定値ｆ0を取り込
みまたは設定する（ｓ２０２）。なお、検出区間を設定
するための半サイクルの倍数ｎを変更する場合も、この
ステップで設定する。
【００５０】整定値変更要求が無いときは、今回のサン
プリング値ｖiを取り込んで記憶し（ｓ２０３）、前回
の零点以後のサンプリング数Ｋを＋１する（ｓ２０
４）。次に、前回のサンプリング値ｖi-1と今回のサン
プリング値ｖiを乗算し、その正負を判定し（ｓ２０
５）、判定が正の場合は終了する。
プリング値ｖiを取り込んで記憶し（ｓ２０３）、前回
の零点以後のサンプリング数Ｋを＋１する（ｓ２０
４）。次に、前回のサンプリング値ｖi-1と今回のサン
プリング値ｖiを乗算し、その正負を判定し（ｓ２０
５）、判定が正の場合は終了する。
【００５１】判定が負の場合は、前回と今回のサンプリ
ングの間に零点が存在するので、以下の処理を行う。
ングの間に零点が存在するので、以下の処理を行う。
【００５２】まず、ｎ回半サイクルの検出区間に亘っ
て、△Ｔ毎のサンプリング数Ｋnをカウントする（ｓ２
０６）。このＫnは半サイクル毎の積算値の積み重ねと
して、下記の式順（矢印）で算出される。
て、△Ｔ毎のサンプリング数Ｋnをカウントする（ｓ２
０６）。このＫnは半サイクル毎の積算値の積み重ねと
して、下記の式順（矢印）で算出される。
【００５３】
【数１３】Ｋn＝Ｋn-1＋Ｋ ↓ Ｋn-1＝Ｋn-2＋Ｋ ↓ ・・・・・・・・ ↓ Ｋ2＝Ｋ1＋Ｋ ↓ Ｋ1＝Ｋ すなわち、前回の（ｎ−１）半サイクル前〜半サイクル
前までの積算値Ｋn-1，Ｋn-2，．．．．Ｋ2，Ｋ1の各々
に、今回の半サイクルのＫを順次加算し、１歩進された
今回のｎ半サイクル前〜１サイクル前までの積算値（Ｋ
n，．．．Ｋ2）を算出する。今回の半サイクル前の積算
値Ｋ1＝Ｋとなる。
前までの積算値Ｋn-1，Ｋn-2，．．．．Ｋ2，Ｋ1の各々
に、今回の半サイクルのＫを順次加算し、１歩進された
今回のｎ半サイクル前〜１サイクル前までの積算値（Ｋ
n，．．．Ｋ2）を算出する。今回の半サイクル前の積算
値Ｋ1＝Ｋとなる。
【００５４】次に、数式（１５）より今回のサンプリン
グの位相時間差△ｔiを算出し（ｓ２０７）、記憶する
（ｓ２０８）。さらにｎ回前の零点から今回の零点まで
の検出区間の時間Ｔｓを数式（１３）、周波数ｆを数式
（１４）より求める（ｓ２０９）。この後、Ｋを０クリ
アする（ｓ２１０）。
グの位相時間差△ｔiを算出し（ｓ２０７）、記憶する
（ｓ２０８）。さらにｎ回前の零点から今回の零点まで
の検出区間の時間Ｔｓを数式（１３）、周波数ｆを数式
（１４）より求める（ｓ２０９）。この後、Ｋを０クリ
アする（ｓ２１０）。
【００５５】次に、周波数整定値ｆ0に対する検出周波
数ｆの偏差△ｆを求め、偏差△ｆが許容範囲内にあるか
判定し（ｓ２１１）、許容範囲内にあれば正常とみて検
出周波数のみを出力し（ｓ２１３）、表示または記録さ
れる。
数ｆの偏差△ｆを求め、偏差△ｆが許容範囲内にあるか
判定し（ｓ２１１）、許容範囲内にあれば正常とみて検
出周波数のみを出力し（ｓ２１３）、表示または記録さ
れる。
【００５６】いっぽう、検出周波数が整定値以上であれ
ば、負荷電力量に比べて発電量が大きく、整定値以下で
あれば発電量が少ない。いずれの場合にも、許容範囲を
超える異常周波数となれば系統に脱調を生じるので、電
力系統の発電量制限または負荷制限あるいは系統分離な
どの安定化制御を行う必要がある。
ば、負荷電力量に比べて発電量が大きく、整定値以下で
あれば発電量が少ない。いずれの場合にも、許容範囲を
超える異常周波数となれば系統に脱調を生じるので、電
力系統の発電量制限または負荷制限あるいは系統分離な
どの安定化制御を行う必要がある。
【００５７】そこで、検出周波数の整定値の許容範囲を
超えている場合は、周波数の異常信号を安定化装置１０
０に出力する（ｓ２１２）。
超えている場合は、周波数の異常信号を安定化装置１０
０に出力する（ｓ２１２）。
【００５８】本実施例によれば、ｎ倍の半サイクルに延
長された検出区間によって、系統の周波数が高精度に且
つ半サイクル毎に検出できる。ちなみに、本実施例によ
る周波数の検出誤差は、周波数５％の変動時で、従来の
０．０６％から０．００９％と、１桁ちかく改善されて
いる。
長された検出区間によって、系統の周波数が高精度に且
つ半サイクル毎に検出できる。ちなみに、本実施例によ
る周波数の検出誤差は、周波数５％の変動時で、従来の
０．０６％から０．００９％と、１桁ちかく改善されて
いる。
【００５９】この結果、系統周波数の整定値変更などの
場合にも、周波数変化幅の検出が高速且つ高精度に実現
できるので、電力系統安定化システムの信頼性を一段と
向上できる。
場合にも、周波数変化幅の検出が高速且つ高精度に実現
できるので、電力系統安定化システムの信頼性を一段と
向上できる。
【００６０】上記の実施例で、周波数監視装置１００ａ
は安定化装置１００に付設したが、子局２００に付設し
て、同様な監視を行わせることも可能である。
は安定化装置１００に付設したが、子局２００に付設し
て、同様な監視を行わせることも可能である。
【００６１】
【発明の効果】本発明の周波数検出方法によれば、交流
の零点前後のサンプリング値を元に、零点とサンプリン
グ周期の位相差を逆三角関数により演算し、これより零
点から零点までの検出区間の時間を算出するので、検出
精度を向上できる効果がある。しかも、半サイクルの検
出周期を維持しながら、任意倍数の半サイクルに検出区
間を延長することが可能で、より精度を向上できる効果
がある。
の零点前後のサンプリング値を元に、零点とサンプリン
グ周期の位相差を逆三角関数により演算し、これより零
点から零点までの検出区間の時間を算出するので、検出
精度を向上できる効果がある。しかも、半サイクルの検
出周期を維持しながら、任意倍数の半サイクルに検出区
間を延長することが可能で、より精度を向上できる効果
がある。
【００６２】本発明の周波数検出装置によれば、ソフト
機能によって専用のハードと同等以上のものを安上がり
に実現でき、かつ、零点近傍のサンプリング値を利用す
る検出原理から測定不能を生じることがなく、信頼性を
向上できる効果がある。
機能によって専用のハードと同等以上のものを安上がり
に実現でき、かつ、零点近傍のサンプリング値を利用す
る検出原理から測定不能を生じることがなく、信頼性を
向上できる効果がある。
【００６３】本発明の電力系統安定化システムによれ
ば、半サイクル毎に系統周波数を高精度に検出して整定
値に対する変化幅を監視し、系統周波数の過大または過
小を正確に評価して所定の安定化制御を実行するので、
電力系統における脱調などを防止でき、システムの信頼
性を一段と向上できる効果がある。
ば、半サイクル毎に系統周波数を高精度に検出して整定
値に対する変化幅を監視し、系統周波数の過大または過
小を正確に評価して所定の安定化制御を実行するので、
電力系統における脱調などを防止でき、システムの信頼
性を一段と向上できる効果がある。
【図１】本発明の一実施例の周波数検出方法を説明する
フローチャート。
フローチャート。
【図２】被測定交流の波形とサンプリング時間の関係を
説明する説明図。
説明する説明図。
【図３】本発明の一実施例の周波数検出装置を説明する
構成図。
構成図。
【図４】電力系統安定化システムの概略を説明する構成
図。
図。
【図５】第二の実施例の周波数監視方法を説明するフロ
ーチャート。
ーチャート。
１…周波数検出装置（ＣＰＵ）、２…記憶装置（主メモ
リ）、３…電力系統、４…電圧変成器、５…フィルタ、
６…Ａ／Ｄ変換器、７…出力装置、１０…制御部、１１
…入出力処理部、１２…周波数検出処理部、１００…電
力系統安定化装置、１００ａ…周波数監視装置、１２１
…零点検出手段、１２２…サンプリング回数積算手段、
１２３…位相差演算手段、１２４…周波数演算手段、△
Ｔ…サンプリング周期、ｄ…サンプリング周期の電気角
表現、ｖｉ…サンプリング値、θｉ…零点から直後のサ
ンプリング点までの位相角、△ｔｉ…零点から直後のサ
ンプリング点までの位相時間差、Ｔｓ…検出区間の時
間、ｆ…検出周波数。
リ）、３…電力系統、４…電圧変成器、５…フィルタ、
６…Ａ／Ｄ変換器、７…出力装置、１０…制御部、１１
…入出力処理部、１２…周波数検出処理部、１００…電
力系統安定化装置、１００ａ…周波数監視装置、１２１
…零点検出手段、１２２…サンプリング回数積算手段、
１２３…位相差演算手段、１２４…周波数演算手段、△
Ｔ…サンプリング周期、ｄ…サンプリング周期の電気角
表現、ｖｉ…サンプリング値、θｉ…零点から直後のサ
ンプリング点までの位相角、△ｔｉ…零点から直後のサ
ンプリング点までの位相時間差、Ｔｓ…検出区間の時
間、ｆ…検出周波数。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−142469（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−187668（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−187669（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−200521（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01R 23/02
Claims (10)
- 【請求項１】 正弦波の交流の周波数をリアルタイムに
検出する周波数検出方法において、 交流の電圧または電流の瞬時量を所定の周期でサンプリ
ングし、サンプリング値の極性変化から零点の存在を検
知し、前記零点に対するサンプリングの位相時間差を当
該零点の直前及び直後のサンプリング値から逆三角関数
演算（ｔａｎ~1）により算出し、前回の零点から今回の
零点までの検出区間の時間を前記位相時間差とこの間の
サンプリング回数に基づいて算出し、前記検出区間の時
間の逆数より正弦波の交流の周波数を求めることを特徴
とする周波数検出方法。 - 【請求項２】 請求項１において、 前記サンプリングの位相時間差は、前記零点に対する直
後のサンプリングの位相時間差△ｔであり、（数１）に
より算出されることを特徴とする周波数検出方法。 【数１】△ｔ＝（△Ｔ／ｄ）・ｔａｎ~1（ｖ２・ｓｉｎｄ
／(ｖ２・ｃｏｓｄ−ｖ１)） ここで、△Ｔはサンプリング周期、ｄは△Ｔの電気角、
ｖ１は零点直前のサンプリング値、ｖ２は零点直後のサ
ンプリング値である。 - 【請求項３】 請求項２において、 前記前回の零点は正弦波交流の半サイクル前であり、前
記検出区間の時間Ｔｓは（数２）により算出され、Ｔｓ
の逆数の１／２として周波数を求めることを特徴とする
周波数検出方法。 【数２】Ｔｓ＝△ｔｉ(1)＋Ｋ△Ｔ−△ｔｉ ここで、△ｔｉ(1)は前回の位相時間差、△ｔｉは今回
の位相時間差、Ｋは前記サンプリング回数である。 - 【請求項４】 請求項１または２または３において、 前記周波数は半サイクル毎に検出されることを特徴とす
る周波数検出方法。 - 【請求項５】 請求項１または２において前記零点は、
前記零点直後のサンプリング値が正または負となる場合
のみを採用し、前回の零点が正弦波交流の１サイクル前
となる前記検出区間の時間の逆数として、１サイクル毎
に周波数を求めることを特徴とする周波数検出方法。 - 【請求項６】 正弦波の交流の周波数を半サイクル毎に
検出する周波数検出方法において、 交流の瞬時量を所定の周期でサンプリングし、サンプリ
ング値の極性変化から零点の存在を検知し、その零点の
直前及び直後のサンプリング値から前記サンプリングの
位相時間差を逆三角関数演算（ｔａｎ~1）により算出
し、所定回数（以下、ｎ回と呼ぶ）前の半サイクルの零
点に対応する位相時間差と今回の零点に対応する位相時
間差及びｎ回前の零点から今回の零点までの検出区間の
サンプリング回数に基づいて前記検出区間の時間を算出
し、該時間の逆数のｎ／２として正弦波の交流の周波数
を求めることを特徴とする周波数検出方法。 - 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか１項において、 前記サンプリングの所定の周期は、電気角表現で３０度
に設定されることを特徴とする周波数検出方法。 - 【請求項８】 正弦波の交流の周波数をリアルタイムに
検出する周波数検出装置において、 交流の電圧または電流の瞬時量を所定の周期でサンプリ
ングするサンプリング手段と、 時系列に入力されるサンプリング値の極性変化から零点
の存在を検知する零点検知手段と、 前記零点に対するサンプリングの位相時間差を当該零点
の直前及び直後のサンプリング値から逆三角関数演算
（ｔａｎ~1）により算出する位相差演算手段と、 所定回（以下、ｎ回）前の零点から今回の零点までの検
出区間におけるサンプリング回数をカウントするサンプ
リング回数積算手段と、 ｎ回前の零点に対応する位相時間差と今回の零点に対応
する位相時間差及び前記サンプリング回数に基づいて前
記検出区間の時間を算出し、該時間の逆数から正弦波の
交流の周波数を算出する周波数演算手段と、 ｎ回前から今回までの前記位相時間差を記憶する記憶手
段と、を備えることを特徴とする周波数検出装置。 - 【請求項９】 請求項８において、 前記サンプリング手段は、アナログ量の前記瞬時量をデ
ジタル量に変換するＡ／Ｄ変換器を有し、前記所定の周
期を電気角表現で３０度に設定されてなることを特徴と
する周波数検出装置。 - 【請求項１０】 負荷と複数の発電機と、負荷へ電力を
供給する送電線から構成される電力系統の周波数の異常
時に、電源や系統構成の制御を行う電力系統安定化シス
テムにおいて、 電力系統の交流量を電気角３０度の周期でサンプリング
し、交流の零点の直前及び直後のサンプリング値から前
記サンプリングの位相時間差を逆三角関数演算（ｔａｎ
~1）により算出し、所定回数前の半サイクルの零点から
今回の零点までの検出区間の時間を前記位相時間差とサ
ンプリング回数を基に算出して電力系統の周波数を求め
る周波数検出手段と、 電力系統の周波数制定値に対する前記周波数検出手段に
よる周波数の偏差を求め、所定の範囲を超えているとき
に異常信号を出力する周波数変化幅監視手段と、を設け
ることを特徴とする電力系統安定化システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13558694A JP3220327B2 (ja) | 1994-06-17 | 1994-06-17 | 周波数検出方法と装置および電力系統安定化システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13558694A JP3220327B2 (ja) | 1994-06-17 | 1994-06-17 | 周波数検出方法と装置および電力系統安定化システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH085679A JPH085679A (ja) | 1996-01-12 |
| JP3220327B2 true JP3220327B2 (ja) | 2001-10-22 |
Family
ID=15155293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13558694A Expired - Fee Related JP3220327B2 (ja) | 1994-06-17 | 1994-06-17 | 周波数検出方法と装置および電力系統安定化システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3220327B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102508022A (zh) * | 2011-11-03 | 2012-06-20 | 四川大学 | 采用最优乘子牛顿算法检测电网频率的方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100432681C (zh) * | 2005-02-02 | 2008-11-12 | 艾默生网络能源系统有限公司 | 交流电频率监测方法 |
| JP5549842B2 (ja) * | 2009-09-15 | 2014-07-16 | 横河電機株式会社 | コリオリ流量計および周波数測定方法 |
| CN102116798A (zh) * | 2011-03-07 | 2011-07-06 | 深圳市锐能微科技有限公司 | 一种电网频率测量方法及装置 |
| CN102809687B (zh) * | 2012-07-26 | 2015-01-28 | 南京邮电大学 | 一种交流电频率的数字化测量方法 |
| KR101498115B1 (ko) * | 2014-02-06 | 2015-03-04 | 광주과학기술원 | 디지털 방식을 이용한 주파수 측정 방법 |
| CN104502701B (zh) * | 2014-12-10 | 2018-01-30 | 广东电网有限责任公司电力科学研究院 | 基于相位调制检测电力信号频率的方法和系统 |
| JPWO2017002154A1 (ja) | 2015-06-29 | 2018-04-19 | 富士機械製造株式会社 | 非接触給電装置 |
| FR3055417B1 (fr) * | 2016-08-24 | 2020-10-02 | Schneider Electric Ind Sas | Determination de la frequence d'un signal alternatif |
| CN106872771A (zh) * | 2017-02-24 | 2017-06-20 | 广东工业大学 | 一种交流伺服系统谐振频率检测方法及装置 |
| CN109633265B (zh) * | 2019-01-14 | 2020-12-15 | 武汉益坤先舰电气有限公司 | 一种基于电压幅值的电网频率实时测量方法及系统 |
| CN110470903B (zh) * | 2019-07-31 | 2021-08-17 | 山东建筑大学 | 一种电压频率软测量装置和方法 |
-
1994
- 1994-06-17 JP JP13558694A patent/JP3220327B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102508022A (zh) * | 2011-11-03 | 2012-06-20 | 四川大学 | 采用最优乘子牛顿算法检测电网频率的方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH085679A (ja) | 1996-01-12 |
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