JP5517646B2 - AC electric quantity measuring device and AC electric quantity measuring method - Google Patents
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Description
本発明は、交流電気量測定装置および交流電気量測定方法に関する。 The present invention relates to an AC electricity quantity measuring device and an AC electricity quantity measuring method.
近年、電力系統内の潮流が複雑化するにつれ、信頼性および品質の高い電力の供給が要求されるようになっており、特に、電力系統の保護制御装置に必須とされる単相回路、三相回路、任意の多相回路における交流電気量測定装置の性能向上の必要性は、ますます高くなっている。 In recent years, as the power flow in the power system has become more complex, the supply of highly reliable and high-quality power has been demanded. In particular, single-phase circuits and three-phase circuits that are essential for power system protection control devices are required. The need to improve the performance of AC electric quantity measuring devices in phase circuits and arbitrary multiphase circuits is increasing.
本発明者は、既に電力系統の制御および保護性能を向上するために、複素平面上の回転ベクトルによる対処法が有用であることを提案している(例えば、特許文献1)。この提案手法は、交流電圧および交流電流を複素平面上において反時計方向に回転するベクトルとして表現する基本的手法に基づくものである。具体的には、基準波の1周期を4N(Nは正の整数)等分するタイミングで電力系統の電圧を計測し、この計測した電圧を実数部座標とし、90度先に計測した電圧を虚数部座標とした先端を有する電圧回転ベクトルを求め、その電圧回転ベクトルの先端と1つ前の電圧回転ベクトルの先端とを結ぶ弦の弦長を算出し、1のタイミングと基準波の1周期前との間で計測した電圧から電圧実効値を求め、前記弦長の加算値と上記電圧実効値とに基づき算出した電圧回転ベクトルの位相角から電力系統の周波数を算出している。 The present inventor has already proposed that a countermeasure using a rotation vector on a complex plane is useful in order to improve control and protection performance of the power system (for example, Patent Document 1). This proposed method is based on the basic method of expressing AC voltage and AC current as a vector that rotates counterclockwise on a complex plane. Specifically, the voltage of the power system is measured at the timing of dividing one cycle of the reference wave equally by 4N (N is a positive integer), and the measured voltage is set to the real part coordinates, and the voltage measured 90 degrees ahead is measured. A voltage rotation vector having a tip with imaginary part coordinates is obtained, the chord length of the string connecting the tip of the voltage rotation vector and the tip of the previous voltage rotation vector is calculated, one timing and one period of the reference wave The voltage effective value is obtained from the voltage measured between before and the frequency of the power system is calculated from the phase angle of the voltage rotation vector calculated based on the added value of the chord length and the voltage effective value.
一方、上記のような複素平面上の回転ベクトルを用いずに交流電気量を測定する手法を開示した文献も幾つか存在する(例えば、非特許文献1、特許文献2など)。この非特許文献1では、各種交流電気量の計算式が提示されている。また、特許文献2では、被測定系の交流電流および交流電圧から無効電力を演算する装置において、演算処理の高速化と、装置のローコスト化とを実現可能な回路構成を開示している。
On the other hand, there are some documents that disclose a method for measuring an alternating current electric quantity without using a rotation vector on the complex plane as described above (for example, Non-Patent
上記非特許文献1においては、各種交流電気量を測定するときには系統定格周波数(50Hzもしくは60Hz)を用いることになっている。また、上記特許文献2では、無効電力量を算出するときに、瞬時電圧波形の90度移相操作を行う必要があるが、この移相操作では、固定のサンプリング刻み幅を利用している。
In the said
したがって、上記非特許文献1および特許文献2の処理では、測定対象が系統定格周波数で動作している場合のみ、精度のよい値が得られることになる。裏を返せば、測定対象が系統定格周波数から外れて動作している場合には、測定誤差が生じることになり、系統定格周波数からの外れ度合いが大きいほど、測定誤差が大きくなるという課題があった。
Therefore, in the processes of Non-Patent
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、測定対象が系統定格周波数から外れて動作している場合であっても、高精度な交流電気量の測定を可能とする交流電気量測定装置および交流電気量測定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and even when the measurement object is operating outside the system rated frequency, the AC electricity quantity measurement that enables highly accurate measurement of the AC electricity quantity is possible. It is an object of the present invention to provide an apparatus and an AC electric quantity measurement method.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる交流電気量測定装置は、測定対象となる交流電圧を当該交流電圧の周波数の2倍以上のサンプリング周波数でサンプリングした連続する少なくとも4点の電圧瞬時値データの二乗積分演算により求めた電圧振幅を前記交流電圧の振幅値で正規化した正規化電圧振幅を算出する正規化電圧振幅算出部と、前記サンプリング周波数でサンプリングされ、前記正規化電圧振幅を算出する際に用いた4点の電圧瞬時値データを含む連続する少なくとも5点の電圧瞬時値データにおける隣接する2点の電圧瞬時値データ間の先端間距離を表す4点の電圧弦長瞬時値データの二乗積分演算により求めた電圧弦長を前記交流電圧の振幅値で正規化した正規化電圧弦長を算出する正規化電圧弦長算出部と、前記正規化電圧振幅および前記正規化電圧弦長を用いてサンプリング1周期時間における回転位相角を算出する回転位相角算出部と、前記正規化電圧振幅および前記回転位相角を用いて前記交流電圧振幅の真値である実電圧振幅を算出する実電圧振幅算出部と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the AC electrical quantity measuring device according to the present invention is configured to sample at least four consecutive AC voltages to be measured at a sampling frequency that is twice or more the frequency of the AC voltage. A normalized voltage amplitude calculation unit that calculates a normalized voltage amplitude obtained by normalizing a voltage amplitude obtained by square integral calculation of the voltage instantaneous value data of a point with the amplitude value of the AC voltage, and is sampled at the sampling frequency, 4 voltages representing the tip-to-tip distance between two adjacent voltage instantaneous value data in at least 5 consecutive voltage instantaneous value data including the 4 voltage instantaneous value data used in calculating the normalized voltage amplitude Normalized voltage chord length calculation for calculating a normalized voltage chord length obtained by normalizing the voltage chord length obtained by the square integral calculation of the chord length instantaneous value data with the amplitude value of the AC voltage. A rotation phase angle calculation unit that calculates a rotation phase angle in one cycle time of sampling using the normalized voltage amplitude and the normalized voltage chord length, and using the normalized voltage amplitude and the rotation phase angle And an actual voltage amplitude calculator that calculates an actual voltage amplitude that is a true value of the AC voltage amplitude.
本発明にかかる交流電気量測定装置によれば、測定対象が系統定格周波数から外れて動作している場合であっても、高精度な交流電気量の測定が可能になるという効果を奏する。 The AC electricity quantity measuring apparatus according to the present invention has an effect that it is possible to measure the AC electricity quantity with high accuracy even when the measurement target is operating outside the system rated frequency.
以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態にかかる交流電気量測定装置について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。 With reference to the accompanying drawings, an AC electric quantity measuring device according to an embodiment of the present invention will be described below. In addition, this invention is not limited by embodiment shown below.
<実施の形態>
本実施の形態にかかる交流電気量測定装置および交流電気量測定方法を説明するにあたり、まず、本実施の形態の要旨を成す交流電気量測定手法の概念(アルゴリズム)について説明し、その後、本実施の形態にかかる交流電気量測定装置の構成および動作について説明する。
<Embodiment>
In describing the AC electricity quantity measuring apparatus and the AC electricity quantity measuring method according to the present embodiment, first, the concept (algorithm) of the AC electricity quantity measuring method forming the gist of the present embodiment will be described, and then the present embodiment will be described. The configuration and operation of the AC electricity quantity measuring device according to the embodiment will be described.
図1は、複素平面上の電圧回転ベクトルグループを示す図である。図1において、複素平面上には、それぞれ現時点の電圧回転ベクトルv(t)、現時点よりもサンプリング1周期T(サンプリング周波数1刻み幅分に相当する時間)前時点の電圧回転ベクトルv(t−T)、現時点よりもサンプリング2周期(2T)前時点の電圧回転ベクトルv(t−2T)、現時点よりもサンプリング3周期(3T)前時点の電圧回転ベクトルv(t−3T)および、現時点よりもサンプリング4周期(4T)前時点の電圧回転ベクトルv(t−4T)が示されている。この4個の電圧回転ベクトルは一つの電圧回転ベクトルグループを形成し、同じ回転速度で複素平面上に反時計回りに回転する。
FIG. 1 is a diagram illustrating voltage rotation vector groups on a complex plane. In FIG. 1, on the complex plane, the current voltage rotation vector v (t) and the voltage rotation vector v (t−) at the time before the
ここで、この電圧回転ベクトルグループを一つの等価ベクトルに縮約する。この縮約された等価ベクトルの回転軸は、電圧回転ベクトルv(t−T)とv(t−2T)との間の対称中心にあり、正規化電圧回転軸と称し、記号Rvで表す。また、この等価ベクトルの振幅を正規化電圧振幅と称し、次式を用いて計算する。 Here, this voltage rotation vector group is reduced to one equivalent vector. The rotation axis of the reduced equivalent vector is at the center of symmetry between the voltage rotation vectors v (t−T) and v (t−2T), is referred to as a normalized voltage rotation axis, and is represented by the symbol Rv. The amplitude of this equivalent vector is referred to as a normalized voltage amplitude, and is calculated using the following equation.
ここで、上式におけるサンプリング周期(サンプリング1周期の時間)Tは、サンプリング周波数fsの逆数として、次式で表すことができる。 Here, the sampling period (time of one sampling period) T in the above expression can be expressed by the following expression as an inverse number of the sampling frequency f s .
なお、本明細書では、計算式の展開を容易とするため、電圧回転ベクトルの実数部に相当する瞬時値{vre(t),vre(t−T),…}を、単に{v(t),v(t−T),…}と表現する。 In this specification, in order to facilitate the development of the calculation formula, instantaneous values {v re (t), v re (t−T),. (t), v (t−T),.
この表現により、電圧回転ベクトルグループに属する4個の電圧回転ベクトルの実数瞬時値は、次式のように表すことができる。 With this expression, the real number instantaneous values of the four voltage rotation vectors belonging to the voltage rotation vector group can be expressed as the following equation.
上式において、Vは実電圧振幅、αはサンプリング1周期に対応する回転位相角、ω1=2πf1は、系統の角周波数である。なお、実電圧振幅Vは、測定対象における交流電圧振幅の真値であり、交流電圧の周波数に依存しない値である。 In the above equation, V is an actual voltage amplitude, α is a rotation phase angle corresponding to one sampling period, and ω 1 = 2πf 1 is an angular frequency of the system. The actual voltage amplitude V is a true value of the AC voltage amplitude in the measurement target, and is a value that does not depend on the frequency of the AC voltage.
また、回転位相角αは、次式のように計算される。 Further, the rotational phase angle α is calculated as follows.
上式において、Vf2は正規化電圧弦長であり、次式を用いて計算される。 In the above equation, V f2 is a normalized voltage chord length and is calculated using the following equation.
また、上記(5)式において、v2(t),v2(t−T),v2(t−2T),v2(t−3T)は差分電圧瞬時値であり、次式で表される。 In the above equation (5), v 2 (t), v 2 (t−T), v 2 (t−2T), and v 2 (t−3T) are differential voltage instantaneous values, which are expressed by the following equations. Is done.
なお、実際の周波数は、サンプリング周期Tと、上記(4)式で求められる回転位相角αを用いて、次式のように計算される。 The actual frequency is calculated as follows using the sampling period T and the rotational phase angle α obtained by the above equation (4).
また、上記(3)式の各式を上記(1)式の右辺に代入して整理すれば、次式のように簡略化される。 Further, if each expression of the above expression (3) is substituted into the right side of the above expression (1) and rearranged, the following expression is simplified.
さらに、上記(8)式を(1)式に代入すれば、次式に示す正規化電圧振幅の解析解が得られる。 Further, if the above equation (8) is substituted into the equation (1), an analytical solution of the normalized voltage amplitude shown in the following equation can be obtained.
なお、正規化電圧振幅とは、複素平面上の電圧回転ベクトルグループデータを利用して計算した電圧振幅である。また、正規化電圧振幅Vfは、上述した実電圧振幅Vとは異なり、交流電圧の周波数に依存性があるという性質がある。 The normalized voltage amplitude is a voltage amplitude calculated using voltage rotation vector group data on the complex plane. In addition, the normalized voltage amplitude V f has a property of being dependent on the frequency of the AC voltage, unlike the actual voltage amplitude V described above.
上記(9)式に示されるように、正規化電圧振幅Vfは実電圧振Vと回転位相角αのサイン関数との掛け算結果であることが分かる。また、その性質として、回転速度と、回転位相角αと、正規化電圧振幅との間には、回転位相角αの値に応じて以下の関係がある。 As shown in the above equation (9), it can be seen that the normalized voltage amplitude V f is a result of multiplication of the actual voltage swing V and the sine function of the rotation phase angle α. Further, as a property thereof, the following relationship exists between the rotation speed, the rotation phase angle α, and the normalized voltage amplitude according to the value of the rotation phase angle α.
回転位相角αが90度より小さい場合、回転速度が速いほど、回転位相角αは大きくなり、正規化電圧振幅も大きくなる。 When the rotational phase angle α is smaller than 90 degrees, the higher the rotational speed, the larger the rotational phase angle α and the normalized voltage amplitude.
また、回転位相角αが90度となる場合、正規化電圧振幅Vfと実電圧振幅Vとは等しくなる。例えば、サンプリング周波数が600Hzで、測定対象の入力周波数が150Hzの場合、回転位相角αは90度となり、正規化電圧振幅と実電圧振幅は同じである。 When the rotation phase angle α is 90 degrees, the normalized voltage amplitude V f and the actual voltage amplitude V are equal. For example, when the sampling frequency is 600 Hz and the input frequency to be measured is 150 Hz, the rotational phase angle α is 90 degrees, and the normalized voltage amplitude and the actual voltage amplitude are the same.
一方、回転位相角αが90度より大きい場合、回転速度が速いほど、回転位相角αは大きくなり、正規化電圧振幅も小さくなる。 On the other hand, when the rotational phase angle α is greater than 90 degrees, the faster the rotational speed, the larger the rotational phase angle α and the smaller the normalized voltage amplitude.
また、回転位相角αが180度より大きい場合、周波数を正しく測定することができない条件となり、実電圧振幅Vの測定は不可能である。なお、周波数を正しく測定することができない条件とは、サンプリング周波数は測定周波数の2倍以上必要であるという標本化定理を満足しないことに他ならない。 When the rotational phase angle α is larger than 180 degrees, the frequency cannot be correctly measured, and the actual voltage amplitude V cannot be measured. The condition under which the frequency cannot be correctly measured is none other than satisfying the sampling theorem that the sampling frequency is required to be twice or more the measurement frequency.
上記(9)式から、実電圧振幅Vは、次式を用いて計算される。 From the above equation (9), the actual voltage amplitude V is calculated using the following equation.
正規化電圧振幅Vfおよび回転位相角αは、それぞれ直接時系列電圧瞬時値を利用して算出し、実電圧振幅Vが求められる。更に、上式から求められる値は交流電圧の周波数に依存しない真値である。 The normalized voltage amplitude V f and the rotation phase angle α are calculated directly using the instantaneous time-series voltage values, respectively, and the actual voltage amplitude V is obtained. Further, the value obtained from the above equation is a true value that does not depend on the frequency of the AC voltage.
つぎに、サンプリング分割数の概念について説明する。表1は、サンプリング分割数の一覧表である。 Next, the concept of the sampling division number will be described. Table 1 is a list of sampling division numbers.
この表1では、最左欄にサンプリング分割数Nを示し、以下、サンプリング分割数Nに応じて変化する電圧振幅回転ベクトルグループのサンプリング数、電圧弦長回転ベクトルグループのサンプリング数および、サンプリング1周期時間の回転位相角を表している。なお、最右欄に示す回転位相角の変化を見れば分かるように、サンプリング分割数Nは、回転位相角を小さくする(整数分の1にする)ための設定値(整定値)である。 In Table 1, the sampling division number N is shown in the leftmost column. Hereinafter, the sampling number of the voltage amplitude rotation vector group, the sampling number of the voltage chord length rotation vector group, and one sampling period that change according to the sampling division number N It represents the rotational phase angle of time. As can be seen from the change in the rotational phase angle shown in the rightmost column, the sampling division number N is a set value (settling value) for reducing the rotational phase angle (set to 1 / integer).
なお、図1は、サンプリング分割数N=1であるときの電圧回転ベクトルグループを示している。 FIG. 1 shows a voltage rotation vector group when the sampling division number N = 1.
また、表1の電圧を電流に入れ替えれば、電流回転ベクトルの演算にも適用可能である。なお、電流と電圧は同じ周波数で振動していると考え、電圧計算から得られた回転位相角を利用する場合には、電流弦長回転ベクトルの計算は不要である。 Moreover, if the voltage of Table 1 is replaced with a current, it can also be applied to the calculation of a current rotation vector. When the current and voltage are assumed to vibrate at the same frequency and the rotation phase angle obtained from the voltage calculation is used, the calculation of the current chord length rotation vector is not necessary.
つぎに、サンプリング分割数が任意の値をとるときの正規化電圧振幅計算式を提案する。次式は、サンプリング分割数Nの電圧回転ベクトルグループに対応する正規化電圧振幅Vfを表す式である。 Next, a normalized voltage amplitude calculation formula when the sampling division number takes an arbitrary value is proposed. The following expression is an expression representing the normalized voltage amplitude V f corresponding to the voltage rotation vector group of the sampling division number N.
ここで、サンプリング分割数Nの電圧回転ベクトルv(t)の実数部瞬時値は、次式で与えられる。 Here, the real part instantaneous value of the voltage rotation vector v (t) of the sampling division number N is given by the following equation.
同様に、サンプリング分割数Nの電圧回転ベクトルグループに対応する正規化電圧弦長Vf2は、次式のように表される。 Similarly, the normalized voltage chord length V f2 corresponding to the voltage rotation vector group of the sampling division number N is expressed as the following equation.
また、差分電圧瞬時値は、上記(6)式を拡張することで、次式のように表される。 Further, the differential voltage instantaneous value is expressed as the following equation by extending the above equation (6).
(12)式を正規化電圧振幅計算式(11)の右辺に代入して整理すれば、次式のように簡略化される。 By substituting the expression (12) into the right side of the normalized voltage amplitude calculation expression (11) and rearranging it, the following expression can be simplified.
さらに、上記(15)式を(11)式に代入すれば、次式に示す正規化電圧振幅の計算式が得られる。 Further, if the above equation (15) is substituted into the equation (11), the calculation equation of the normalized voltage amplitude shown in the following equation is obtained.
ここで、この(16)式に着目すれば、サンプリング分割数N=1の場合ときと同様に、次のことが明らかとなる。 Here, paying attention to the equation (16), the following becomes clear as in the case of the sampling division number N = 1.
回転位相角αのN倍が90度となる場合、正規化電圧振幅Vfと実電圧振幅Vは等しくなる。例えば、サンプリング周波数が600Hzで、サンプリング分割数N=3の測定装置において、測定対象の入力周波数が50Hzの場合、回転位相角αのN倍は90度となり(表1参照)、正規化電圧振幅Vfと実電圧振幅Vは同じ値をとる。 When N times the rotation phase angle α is 90 degrees, the normalized voltage amplitude V f and the actual voltage amplitude V are equal. For example, in a measuring apparatus with a sampling frequency of 600 Hz and a sampling division number N = 3, when the input frequency to be measured is 50 Hz, N times the rotational phase angle α is 90 degrees (see Table 1), and the normalized voltage amplitude Vf and actual voltage amplitude V take the same value.
上記(16)式から、実電圧振幅Vは、次式を用いて計算される。 From the above equation (16), the actual voltage amplitude V is calculated using the following equation.
なお、回転位相角αのN倍が第3象限(180度〜270度或いはその倍数)或いは第4象限(270度〜360度或いはその倍数)にある場合、sin(Nα)の値はマイナスになるため、sin(Nα)の絶対値をとる式としている。 If N times the rotational phase angle α is in the third quadrant (180 degrees to 270 degrees or a multiple thereof) or the fourth quadrant (270 degrees to 360 degrees or a multiple thereof), the value of sin (Nα) is negative. Therefore, an equation that takes the absolute value of sin (Nα) is used.
また、交流電圧実効値Veffと実電圧振幅Vとの関係は、次式のとおりである。 The relationship between the AC voltage effective value V eff and the actual voltage amplitude V is as follows.
実電流振幅Iについても、実電圧振幅Vのときと同じ手法での測定が可能であり、具体的には、以下のとおりである。 The actual current amplitude I can also be measured by the same method as that for the actual voltage amplitude V. Specifically, the actual current amplitude I is as follows.
まず、サンプリング分割数Nの電流回転ベクトルグループに対応する正規化電流振幅Ifは、次式で表される。 First, the normalized current amplitude I f corresponding to the current rotation vector group sampling division number N is expressed by the following equation.
また、(17)式と同様に、実電流振幅Iは、次式を用いて計算される。 Similarly to the equation (17), the actual current amplitude I is calculated using the following equation.
なお、電流は電圧と同じ周波数で振動していることを想定するため、電圧回転ベクトルグループにより得られた回転位相角αのN倍の値を用いて、実電流振幅Iを計算しても構わない。 Since it is assumed that the current is oscillating at the same frequency as the voltage, the actual current amplitude I may be calculated using a value N times the rotation phase angle α obtained by the voltage rotation vector group. Absent.
また、交流電流実効値Ieffと実電流振幅Iとの関係は、次式のとおりである。 The relationship between the AC current effective value I eff and the actual current amplitude I is as follows.
つぎに、交流単相回路の有効電力および無効電力の算出手法について、図2および図3を参照して説明する。まず、図2は、複素平面上における正規化有効電力実効値の算出手法を説明するための電圧回転ベクトルグループおよび電流回転ベクトルグループの一例を示す図である。正規化有効電力実効値とは、複素平面上の電圧回転ベクトルグループおよび電流回転ベクトルグループの各データを利用して計算した有効電力の実効値であり、交流電圧および交流電流の周波数に依存性があるという性質がある。また、この正規化有効電力実効値は、次式を用いて計算される。 Next, a method for calculating the active power and reactive power of the AC single-phase circuit will be described with reference to FIGS. First, FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a voltage rotation vector group and a current rotation vector group for explaining a method of calculating a normalized effective power effective value on a complex plane. Normalized effective power effective value is the effective value of active power calculated using each data of voltage rotation vector group and current rotation vector group on the complex plane, and it depends on the frequency of AC voltage and AC current. There is a nature of being. The normalized effective power effective value is calculated using the following equation.
また、電圧回転ベクトルの実数部瞬時値は、上記(3)式に示したとおりであり、ここに再掲する。 Further, the real part instantaneous value of the voltage rotation vector is as shown in the above equation (3), and it will be described again here.
一方、電流回転ベクトルの実数部瞬時値は、次式のように表すことができる。 On the other hand, the real part instantaneous value of the current rotation vector can be expressed as follows.
ここで、上記(3)式および(23)式で示される電圧および電流の各実数部瞬時値を上記(22)式に代入して整理すれば、正規化有効電力実効値Pfは、次式のように簡略化される。 Here, if the real part instantaneous values of the voltage and current expressed by the above equations (3) and (23) are substituted into the above equation (22) and rearranged, the normalized effective power effective value P f is It is simplified like the formula.
上記の結果は、電圧回転ベクトルおよび電流回転ベクトルが複素平面上において対称性を有しているためであり、電圧回転ベクトルおよび電流回転ベクトルを利用する限り、この関係は成立する。すなわち、電圧回転ベクトルおよび電流回転ベクトルに基づいて、正規化有効電力実効値Pfを計算する場合、次式が成立する。 The above result is because the voltage rotation vector and the current rotation vector have symmetry on the complex plane, and this relationship is established as long as the voltage rotation vector and the current rotation vector are used. That is, when calculating the normalized effective power effective value P f based on the voltage rotation vector and the current rotation vector, the following equation is established.
また、図3は、複素平面上における正規化無効電力実効値の算出手法を説明するための電圧回転ベクトルグループおよび電流回転ベクトルグループの一例を示す図である。正規化無効電力実効値とは、複素平面上の電圧回転ベクトルグループおよび電流回転ベクトルグループの各データを利用して計算した無効電力の実効値であり、交流電圧および交流電流の周波数に依存性があるという性質がある。また、この正規化無効電力実効値は、次式を用いて計算される。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a voltage rotation vector group and a current rotation vector group for explaining a method of calculating a normalized reactive power effective value on the complex plane. Normalized reactive power effective value is the effective value of reactive power calculated using each data of voltage rotation vector group and current rotation vector group on the complex plane, and it depends on the frequency of AC voltage and AC current. There is a nature of being. The normalized reactive power effective value is calculated using the following equation.
ここで、上記(3)式および(23)式で示される電圧および電流の各実数部瞬時値を上記(26)式に代入して整理すれば、正規化無効電力実効値Qfは、次式のように簡略化される。 Here, if the real part instantaneous values of the voltage and current shown in the above equations (3) and (23) are substituted into the above equation (26) and rearranged, the normalized reactive power effective value Q f is It is simplified like the formula.
上記の結果は、電圧回転ベクトルおよび電流回転ベクトルが複素平面上において対称性を有しているためであり、電圧回転ベクトルおよび電流回転ベクトルを利用する限り、この関係は成立する。すなわち、電圧回転ベクトルおよび電流回転ベクトルに基づいて、正規化無効電力実効値Qfを計算する場合、次式が成立する。 The above result is because the voltage rotation vector and the current rotation vector have symmetry on the complex plane, and this relationship is established as long as the voltage rotation vector and the current rotation vector are used. That is, when the normalized reactive power effective value Q f is calculated based on the voltage rotation vector and the current rotation vector, the following equation is established.
上記(25)および(28)式から、正規化有効電力実効値Pfと正規化無効電力実効値Qfを用いて計算された交流電圧と交流電流との間の位相角(以下「正規化電圧電流間位相角」という)φは、次式にて算出される。 From the above formulas (25) and (28), the phase angle between the alternating voltage and the alternating current calculated using the normalized active power effective value P f and the normalized reactive power effective value Q f (hereinafter referred to as “normalized”). Φ (referred to as “phase angle between voltage and current”) is calculated by the following equation.
また、上記(29)式において、回転位相角αが90度の場合には次式が成立する。 In the above equation (29), the following equation is established when the rotational phase angle α is 90 degrees.
上記(30)式の第1式において、「P」および「Q」は、それぞれ測定対象における有効電力実効値の真値である実有効電力実効値および、測定対象における無効電力実効値の真値である実無効電力実効値であり、上記(30)式の第2式で表される。なお、φrealは実電圧電流間位相角である。 In the first expression of the above expression (30), “P” and “Q” are the actual effective power effective value that is the true value of the effective power effective value in the measurement object and the true value of the reactive power effective value in the measurement object, respectively. The actual reactive power effective value is expressed by the second equation of the above equation (30). Φ real is the phase angle between actual voltages and currents.
また、上記(30)式の第1式における「Pf」および「Qf」は、それぞれ正規化有効電力実効値および正規化無効電力実効値であり、上記(30)式の第3式で表される。なお、φfは正規化電圧電流間位相角であり、この正規化電圧電流間位相角φfと実電圧電流間位相角φrealとは、異なるものである。数学的な言葉で言えば、両者は異なる位相空間の要素である。 In addition, “P f ” and “Q f ” in the first equation of the above equation (30) are the normalized effective power effective value and the normalized reactive power effective value, respectively, and in the third equation of the above equation (30), expressed. Note that φ f is a normalized voltage-current phase angle, and the normalized voltage-current phase angle φ f and the actual voltage-current phase angle φ real are different. In mathematical terms, they are elements of different topological spaces.
このように、回転位相角αが90度である場合、正規化有効電力実効値と正規化無効電力実効値との関係は、実有効電力実効値と実無効電力実効値との関係と比例関係にあり、より詳細には、それぞれの位相空間における電圧電流間位相角の余弦関数と正弦関数との比が等しい関係にあるので、周波数補正は不要となる。 Thus, when the rotational phase angle α is 90 degrees, the relationship between the normalized active power effective value and the normalized reactive power effective value is proportional to the relationship between the actual active power effective value and the actual reactive power effective value. More specifically, since the ratio between the cosine function and the sine function of the phase angle between the voltage and current in each phase space is the same, frequency correction is not necessary.
また、サンプリング分割数が任意の値をとるときも正規化有効電力実効値Pfを同様に計算することができる。次式は、サンプリング分割数Nの正規化有効電力実効値Pfの計算式である。 Also, the normalized effective power effective value P f can be calculated similarly when the sampling division number takes an arbitrary value. The following equation is a formula for calculating the normalized effective power effective value P f of the sampling division number N.
また、サンプリング分割数Nの電圧瞬時値および電流瞬時値は、次式で与えられる。 The instantaneous voltage value and current instantaneous value of the sampling division number N are given by the following equations.
上記(32)式を正規化有効電力実効値の計算式である(31)式に代入して整理すれば、次式のように簡略化される。 Substituting the above equation (32) into equation (31), which is a calculation formula for the normalized effective power effective value, simplifies the following equation.
上記の結果は、電圧回転ベクトルおよび電流回転ベクトルが複素平面上において対称性を有しているためであり、電圧回転ベクトルおよび電流回転ベクトルを利用する限り、この関係は成立する。すなわち、電圧回転ベクトルおよび電流回転ベクトルに基づいて、サンプリング分割数Nの正規化有効電力実効値Pfを計算する場合、次式が成立する。 The above result is because the voltage rotation vector and the current rotation vector have symmetry on the complex plane, and this relationship is established as long as the voltage rotation vector and the current rotation vector are used. That is, when the normalized effective power effective value P f of the sampling division number N is calculated based on the voltage rotation vector and the current rotation vector, the following equation is established.
また、サンプリング分割数が任意の値をとるときも正規化無効電力実効値Qfを同様に計算することができる。次式は、サンプリング分割数Nの正規化無効電力実効値Qfの計算式である。 Also, the normalized reactive power effective value Q f can be calculated similarly when the sampling division number takes an arbitrary value. The following formula is a formula for calculating the normalized reactive power effective value Q f of the sampling division number N.
上記(32)式を正規化無効電力実効値の計算式である(35)式に代入して整理すれば、次式のように簡略化される。 Substituting the above equation (32) into equation (35), which is a calculation formula for the normalized reactive power effective value, simplifies the following equation.
上記の結果は、電圧回転ベクトルおよび電流回転ベクトルが複素平面上において対称性を有しているためであり、電圧回転ベクトルおよび電流回転ベクトルを利用する限り、この関係は成立する。すなわち、電圧回転ベクトルおよび電流回転ベクトルに基づいて、サンプリング分割数Nの正規化無効電力実効値Qfを計算する場合、次式が成立する。 The above result is because the voltage rotation vector and the current rotation vector have symmetry on the complex plane, and this relationship is established as long as the voltage rotation vector and the current rotation vector are used. That is, when calculating the normalized reactive power effective value Q f of the sampling division number N based on the voltage rotation vector and the current rotation vector, the following equation is established.
上記(34)式と(37)式とから、サンプリング分割数Nの正規化有効電力と正規化無効電力との間には、次式の関係が成り立つ。 From the above formulas (34) and (37), the relationship of the following formula is established between the normalized active power and the normalized reactive power of the sampling division number N.
また、上記(38)式において、回転位相角αのN倍が90度の場合には、上記(30)式に示した関係が成立する。 In the above equation (38), when N times the rotational phase angle α is 90 degrees, the relationship shown in the above equation (30) is established.
このように、回転位相角αのN倍が90度である場合、正規化有効電力実効値と正規化無効電力実効値との関係は、実有効電力実効値と実無効電力実効値との関係と比例関係にあり、それぞれの位相空間における電圧電流間位相角の余弦関数と正弦関数との比が等しい関係にあるので、周波数補正は不要となる。 Thus, when N times the rotation phase angle α is 90 degrees, the relationship between the normalized active power effective value and the normalized reactive power effective value is the relationship between the actual active power effective value and the actual reactive power effective value. Since the ratio of the cosine function and the sine function of the phase angle between the voltage and current in each phase space is equal, the frequency correction is not necessary.
例えば、定格周波数50Hzの電力系統において、実測周波数は50Hzである場合、サンプリング周波数を600Hzとし、サンプリング分割数N=3とすれば、回転位相角αが30度であり、回転位相角αのN倍が90度になるので、実有効電力実効値と実無効電力実効値との比は、正規化有効電力実効値と正規化無効電力実効値との比に等しくなり、周波数補正は不要となる。 For example, in an electric power system with a rated frequency of 50 Hz, when the actually measured frequency is 50 Hz, if the sampling frequency is 600 Hz and the sampling division number N = 3, the rotational phase angle α is 30 degrees, and the rotational phase angle α is N Since the multiplication factor is 90 degrees, the ratio between the actual effective power effective value and the actual reactive power effective value is equal to the ratio between the normalized active power effective value and the normalized reactive power effective value, and frequency correction is not necessary. .
また、(38)式より、正規化電圧電流間位相角は、次式を用いて算出することができる。 Further, from the equation (38), the phase angle between the normalized voltage currents can be calculated using the following equation.
上記(39)式において、φをφfに変更するのは、この式により計算される正規化電圧電流間位相角が周波数に依存しているためである。 In the above formula (39), to change the phi to phi f, the normalized voltage-current between the phase angle calculated by the equation is because it is dependent on the frequency.
図4は、サンプリング周波数600Hzにおける周波数−正規化電圧電流間位相角(N=3,φ=0)を示す図であり、図5は、サンプリング周波数600Hzにおける正規化/実電圧電流間位相角(N=3,f=50Hz)を示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing a frequency-normalized voltage-current phase angle (N = 3, φ = 0) at a sampling frequency of 600 Hz, and FIG. 5 is a normalized / real voltage-current phase angle (at a sampling frequency of 600 Hz). N = 3, f = 50 Hz).
図4に示されるように、周波数f=50Hzの場合には、正規化電圧電流間位相角φfと実電圧電流間位相角φとが一致することが分かる。また、図5に示されるように、周波数f=50Hzの場合には、正規化電圧電流間位相角φfの値に関わらず、正規化電圧電流間位相角φfと実電圧電流間位相角φの値が一致していることが分かる。 As can be seen from FIG. 4, when the frequency f = 50 Hz, the normalized voltage-current phase angle φ f matches the actual voltage-current phase angle φ. Further, as shown in FIG. 5, when the frequency f = 50 Hz, regardless of the value of the normalized voltage current between the phase angle phi f, between the normalized voltage current between the phase angle phi f and the actual voltage-current phase angle It can be seen that the values of φ match.
また、サンプリング周波数600Hzでサンプリング分割数N=3の測定装置において、系統周波数が50Hz〜75Hzまでの実電圧電流間位相角φの補正計算式は以下のようになる。 Further, in a measuring apparatus with a sampling frequency of 600 Hz and a sampling division number N = 3, the correction calculation formula of the phase angle φ between the actual voltage and current when the system frequency is 50 Hz to 75 Hz is as follows.
上記(40)式において、φH90は実電圧電流間位相角φが90度に対応する正規化電圧電流間位相角φfの上限値であり、次式のとおりである。 In the above equation (40), φ H90 is the upper limit value of the normalized voltage-current phase angle φ f corresponding to the actual voltage-current phase angle φ of 90 degrees, and is expressed by the following equation.
また、サンプリング周波数600Hzでサンプリング分割数N=3の測定装置において、系統周波数が25Hz〜50Hzの場合の実電圧電流間位相角φの補正計算式は、次式のとおりである。 Further, in the measurement apparatus having the sampling frequency of 600 Hz and the sampling division number N = 3, the correction calculation formula of the phase angle φ between the actual voltage and current when the system frequency is 25 Hz to 50 Hz is as follows.
上記(42)式において、φL90は実電圧電流間位相角φが90度に対応する正規化電圧電流間位相角φfの下限値であり、次式のとおりである。 In the above equation (42), φ L90 is the lower limit value of the normalized voltage-current phase angle φ f corresponding to the actual voltage-current phase angle φ of 90 degrees, and is expressed by the following equation.
最後に、正規化有効電力と正規化無効電力の値により補正の方向を決定し、次式を用いて実電圧電流間位相角φ(ここではφreal)を計算する。 Finally, the correction direction is determined based on the values of the normalized active power and the normalized reactive power, and the actual voltage-current phase angle φ (here, φ real ) is calculated using the following equation.
上記では、系統周波数が25Hz〜75Hzの場合の補正計算式を示したが、他の系統周波数についても同様な補正計算式を導くことができる。 In the above description, the correction calculation formula when the system frequency is 25 Hz to 75 Hz is shown, but the same correction calculation formula can be derived for other system frequencies.
また、実有効電力Pおよび実無効電力Qは、それぞれ次式を用いて計算される。 Further, the actual active power P and the actual reactive power Q are calculated using the following equations, respectively.
上記(45)および(46)式において、Vは実電圧振幅、Iは実電流振幅、φrealは実電流電圧間位相角である。 In the above equations (45) and (46), V is the actual voltage amplitude, I is the actual current amplitude, and φ real is the phase angle between the actual current voltages.
比較のため、単相回路における交流電圧、交流電流、有効電力、無効電力および、皮相電力の交流回路理論上の計算式(解析解)を以下に示す。 For comparison, a calculation formula (analysis solution) in the AC circuit theory of AC voltage, AC current, active power, reactive power, and apparent power in a single-phase circuit is shown below.
まず、瞬時電圧回転ベクトルは以下のとおりである。 First, the instantaneous voltage rotation vector is as follows.
また、瞬時電流回転ベクトルは以下のとおりである。 The instantaneous current rotation vector is as follows.
また、有効電力実効値は以下のとおりである。 The effective power effective value is as follows.
また、無効電力実効値は以下のとおりである。 The reactive power effective value is as follows.
また、皮相電力実効値は以下のとおりである。 The apparent power effective value is as follows.
上記のように、本実施の形態において導いた上記(45)および(46)式は、単相回路における解析解である(49)および(50)式を含んでおり、本実施の形態による手法の正しさが証明されたことになる。 As described above, the equations (45) and (46) derived in the present embodiment include equations (49) and (50) that are analytical solutions in a single-phase circuit, and the method according to the present embodiment. The correctness of this is proved.
つぎに、本実施の形態にかかる交流電気量測定装置の機能構成と、その動作について、図6および図7を参照して説明する。ここで、図6は本実施の形態にかかる交流電気量測定装置1の機能構成を示す図であり、図7は交流電気量測定装置1における処理の流れを示すフローチャートである。
Next, the functional configuration and operation of the AC electricity quantity measuring apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7. Here, FIG. 6 is a diagram showing a functional configuration of the AC electricity
図6に示すように、本実施の形態にかかる交流電気量測定装置1は、交流電圧・電流瞬時値データ入力部2、正規化電圧振幅算出部3、正規化電圧弦長算出部4、回転位相角算出部5、周波数算出部6、実電圧振幅算出部7、正規化電流振幅算出部8、実電流振幅算出部9、正規化有効電力実効値算出部10、正規化無効電力実効値算出部11、正規化電圧電流間位相角算出部12、実電圧電流間位相角算出部13、実有効電力実効値算出部14、実無効電力実効値算出部15、インターフェース16および、記憶部17を備えて構成される。なお、インターフェース16は、演算結果等を表示装置や外部装置に出力する処理を行い、記憶部17は、計測データや演算結果などを記憶する処理を行う。
As shown in FIG. 6, the AC electrical
上記の構成において、交流電圧・電流瞬時値データ入力部2は、電力系統に設けられた計器用変圧器(PT)および変流器(CT)からの電圧瞬時値および電流瞬時値を取り込む処理を行う(ステップS101)。なお、取り込まれた電圧瞬時値および電流瞬時値の各データは、記憶部17に格納される。
In the above configuration, the alternating voltage / current instantaneous value
正規化電圧振幅算出部3は、上記した電圧振幅回転ベクトルグループをなす複数の電圧瞬時値データを用いて正規化電圧振幅を演算する(ステップS102)。この正規化電圧振幅の演算処理については、上述したアルゴリズの概念も含めて総括的に説明すると、つぎのように説明できる。すなわち、正規化電圧振幅算出部3は、標本化定理を満足させるため、測定対象となる交流電圧の周波数の2倍以上のサンプリング周波数でサンプリングした連続する少なくとも4点の瞬時値データの例えば二乗積分演算により求めた電圧振幅を交流電圧の振幅値で正規化して正規化電圧振幅として算出する処理を行う。 The normalized voltage amplitude calculation unit 3 calculates the normalized voltage amplitude using a plurality of voltage instantaneous value data forming the voltage amplitude rotation vector group described above (step S102). The calculation processing of the normalized voltage amplitude can be explained as follows when it is described in a comprehensive manner including the above-described algorithm concept. That is, the normalized voltage amplitude calculation unit 3 satisfies, for example, the sampling theorem, for example, square integration of at least four consecutive instantaneous value data sampled at a sampling frequency twice or more the frequency of the AC voltage to be measured. A process of calculating the normalized voltage amplitude by normalizing the voltage amplitude obtained by the calculation with the amplitude value of the AC voltage is performed.
また、正規化電圧弦長算出部4は、上記した電圧振幅回転ベクトルグループをなす複数の電圧瞬時値データを用いて正規化電圧弦長を演算する(ステップS103)。この正規化電圧弦長算出部4についても、つぎのように総括的に説明することができる。すなわち、正規化電圧弦長算出部4は、上記サンプリング周波数でサンプリングされ、上記正規化電圧振幅を算出する際に用いた4点の瞬時値データを含む連続する少なくとも5点の瞬時値データにおける隣接する2点の瞬時値データ間の先端間距離を表す4点の瞬時値データ(弦長瞬時値データ)の例えば二乗積分演算により求めた電圧弦長を交流電圧の振幅値で正規化して正規化電圧弦長として算出する処理を行う。
Further, the normalized voltage string
回転位相角算出部5は、正規化電圧振幅算出部3にて算出された正規化電圧振幅と、正規化電圧弦長算出部4にて算出された正規化電圧弦長を用いて、サンプリング1周期に対応する回転位相角を測定する(ステップS104)。なお、回転位相角の計算式は上記(4)式に示したとおりである。
The rotational
周波数算出部6は、回転位相角算出部5にて算出された回転位相角およびサンプリング周期を用いて、測定対象の周波数を測定する(ステップS105)。なお、周波数測定の計算式は上記(7)式に示したとおりである。
The
実電圧振幅算出部7は、正規化電圧振幅算出部3にて算出された正規化電圧振幅と、回転位相角算出部5にて算出された回転位相角を用いて、実電圧振幅を計算する(ステップS106)。なお、実電圧振幅の計算式は上記(10)および(17)式に示したとおりである。
The actual voltage
正規化電流振幅算出部8は、上記した電流振幅回転ベクトルグループをなす複数の電流瞬時値データを用いて正規化電流振幅を演算する(ステップS107)。正規化電流振幅算出部8は、標本化定理を満足させるため、測定対象となる交流電流の周波数の2倍以上のサンプリング周波数でサンプリングした連続する少なくとも4点の瞬時値データの例えば二乗積分演算により求めた電流振幅を交流電流の振幅値で正規化して正規化電流振幅として算出する処理を行う。
The normalized current
実電流振幅算出部9は、正規化電流振幅算出部8にて算出された正規化電流振幅と、回転位相角算出部5にて算出された回転位相角を用いて、実電流振幅を計算する(ステップS108)。なお、実電流振幅の計算式は上記(20)式に示したとおりである。
The actual current
正規化有効電力実効値算出部10は、上記した電圧振幅回転ベクトルグループをなす複数の電圧瞬時値データと、電流振幅回転ベクトルグループをなす複数の電流瞬時値データを用いて正規化有効電力実効値を計算する(ステップS109)。より詳細に説明すると、正規化有効電力実効値算出部10は、測定対象となる交流電圧の周波数の2倍以上のサンプリング周波数でサンプリングした連続する所定4点の瞬時値データと、測定対象となる交流電流の周波数の2倍以上のサンプリング周波数でサンプリングした連続する所定3点の瞬時値データとの積(電圧・電流積)を例えば二乗積分演算することで算出する(上記(22)および(31)式参照)。
The normalized effective power effective
正規化無効電力実効値算出部11は、上記した電圧振幅回転ベクトルグループをなす複数の電圧瞬時値データと、電流振幅回転ベクトルグループをなす複数の電流瞬時値データを用いて正規化無効電力実効値を計算する(ステップS110)。より詳細に説明すると、正規化無効電力実効値算出部11は、測定対象となる交流電圧の周波数の2倍以上のサンプリング周波数でサンプリングした連続する所定3点の瞬時値データと、測定対象となる交流電流の周波数の2倍以上のサンプリング周波数でサンプリングした連続する所定3点の瞬時値データとの積(電圧・電流積)を例えば二乗積分演算することで算出する(上記(26)および(35)式参照)。
The normalized reactive power effective
正規化電圧電流間位相角算出部12は、正規化有効電力実効値算出部10にて算出された正規化有効電力実効値、正規化無効電力実効値算出部11にて算出された正規化無効電力実効値、回転位相角算出部5にて算出された回転位相角および、サンプリング分割数を用いて、正規化電圧電流間位相角を計算する(ステップS111)。なお、正規化電圧電流間位相角の計算式は上記(39)式に示したとおりである。
The normalized voltage-current phase
実電圧電流間位相角算出部13は、正規化電圧電流間位相角算出部12にて算出された正規化電圧電流間位相角、周波数算出部6にて算出された周波数および、サンプリング分割数を用いて、実電圧電流間位相角を計算する(ステップS112)。なお、実電圧電流間位相角の計算式は上記(40)〜(44)式に示したとおりである。
The actual voltage-current phase
実有効電力実効値算出部14は、実電圧振幅算出部7にて算出された実電圧振幅、実電流振幅算出部9にて算出された実電流振幅および、実電圧電流間位相角算出部13にて算出された実電圧電流間位相角を用いて実有効電力実効値を算出する(ステップS113)。なお、実有効電力実効値の計算式は上記(45)式に示したとおりである。
The actual effective power effective
実無効電力実効値算出部15は、実電圧振幅算出部7にて算出された実電圧振幅、実電流振幅算出部9にて算出された実電流振幅および、実電圧電流間位相角算出部13にて算出された実電圧電流間位相角を用いて実無効電力実効値を算出する(ステップS114)。なお、実無効電力実効値の計算式は上記(46)式に示したとおりである。
The actual reactive power effective
最後のステップS115では、上述した全体のフローを終了するか否かの判定処理を行い、終了でなければ(ステップS115,No)、ステップS101〜S114までの処理を繰り返し行う。 In the last step S115, it is determined whether or not to end the above-described overall flow. If not (No in step S115), the processing from step S101 to S114 is repeated.
つぎに、本実施の形態の交流電気量測定装置に対して行ったシミュレーション結果について説明する。なお、本シミュレーションにおけるパラメータは、下記表2に示すとおりである。表2に示すように、本シミュレーションでは、交流電圧周波数を非整数としている。 Next, a simulation result performed on the AC electricity quantity measuring device of the present embodiment will be described. The parameters in this simulation are as shown in Table 2 below. As shown in Table 2, in this simulation, the AC voltage frequency is a non-integer.
また、図8は、本シミュレーションにおけるモデル系統図である。図8に示すように、本シミュレーションでは、交流単相回路を一例として示している。以下、本実施の形態では、交流単相回路を一例として説明するが、本発明は、これに限定されるものではなく、三相回路および任意の多相回路に適用することも無論可能である。 FIG. 8 is a model system diagram in this simulation. As shown in FIG. 8, in this simulation, an AC single phase circuit is shown as an example. Hereinafter, in the present embodiment, an AC single-phase circuit will be described as an example. However, the present invention is not limited to this, and can naturally be applied to a three-phase circuit and an arbitrary multiphase circuit. .
図9は、本シミュレーションにおける入力電圧および入力電流の各瞬時値を示す図であり、黒三角記号を結んだ波形v1が電圧瞬時値を表し、黒四角記号を結んだ波形i1が電流瞬時値を表している。 FIG. 9 is a diagram showing the instantaneous values of the input voltage and input current in this simulation. A waveform v1 connected with a black triangle symbol represents an instantaneous voltage value, and a waveform i1 connected with a black square symbol represents an instantaneous current value. Represents.
図9に示す電圧瞬時値波形v1のデータを用いて正規化電圧振幅を計算すると、以下に示す値が得られる。なお、このとき得られる正規化電圧振幅の値は一定である。 When the normalized voltage amplitude is calculated using the data of the voltage instantaneous value waveform v1 shown in FIG. 9, the following values are obtained. Note that the value of the normalized voltage amplitude obtained at this time is constant.
また、図9に示す電圧瞬時値波形v1のデータを用いて正規化電圧弦長を計算すると、以下に示す値が得られる。なお、このとき得られる正規化電圧弦長の値は一定である。 Further, when the normalized voltage chord length is calculated using the data of the voltage instantaneous value waveform v1 shown in FIG. 9, the following values are obtained. Note that the value of the normalized voltage chord length obtained at this time is constant.
また、入力周波数62.07Hzに対応する回転位相角を計算すると、以下に示す値が得られる。 Further, when the rotational phase angle corresponding to the input frequency of 62.07 Hz is calculated, the following values are obtained.
なお、正規化電圧振幅および正規化電圧弦長の各値が一定であるため、回転位相角の計算値も図10に示すように、一定の値が得られている。また、回転位相角の計算値が一定であるため、周波数の計算値も図11および次式に示すように、一定の値が得られている。 Since the values of the normalized voltage amplitude and the normalized voltage chord length are constant, the calculated value of the rotational phase angle is also constant as shown in FIG. Further, since the calculated value of the rotational phase angle is constant, the calculated value of the frequency is also a constant value as shown in FIG. 11 and the following equation.
上記(55)式に示されるように、表1に示した本シミュレーションにおける入力周波数のパラメータ(62.07Hz)が正しく測定されていることが分かる。 As shown in the above equation (55), it can be seen that the input frequency parameter (62.07 Hz) in this simulation shown in Table 1 is correctly measured.
図12は、本シミュレーションにおける正規化電圧振幅および実電圧振幅を示す図であり、比較の観点で、図9に示したものと同一の電圧瞬時値波形を併せて示している。なお、図12において、黒菱形記号を結んだ波形v1が電圧瞬時値を表し、黒四角記号を結んだ波形Vfが正規化電圧振幅を表し、黒三角記号を結んだ波形Vが実電圧振幅を表している。 FIG. 12 is a diagram showing the normalized voltage amplitude and the actual voltage amplitude in this simulation, and also shows the same voltage instantaneous value waveform as that shown in FIG. 9 from the viewpoint of comparison. In FIG. 12, a waveform v1 connected with a black diamond symbol represents an instantaneous voltage value, a waveform V f connected with a black square symbol represents a normalized voltage amplitude, and a waveform V connected with a black triangle symbol represents an actual voltage amplitude. Represents.
上記(52)式で得られた正規化電圧振幅の値と、上記(54)式で得られた回転位相角の値を用いて、実電圧振幅を計算すると、以下に示す値が得られる。 When the actual voltage amplitude is calculated using the normalized voltage amplitude value obtained by the above equation (52) and the rotational phase angle value obtained by the above equation (54), the following values are obtained.
上記(56)式の値は、表1に示される入力電圧の振幅値に一致している。このように、正規化電圧振幅の値と実電圧振幅の値とが異なるにも関わらず、回転位相角に基づく周波数補正により、実電圧振幅は正しく測定されている。なお、本ケースの場合、入力周波数が50Hzであれば、回転位相角αが30度となり、回転位相角αの3倍(N=3)が90度となって、正規化電圧振幅と実電圧振幅とが等しくなる。 The value of the above equation (56) matches the amplitude value of the input voltage shown in Table 1. As described above, although the normalized voltage amplitude value and the actual voltage amplitude value are different, the actual voltage amplitude is correctly measured by the frequency correction based on the rotation phase angle. In this case, if the input frequency is 50 Hz, the rotational phase angle α is 30 degrees, and the triple of the rotational phase angle α (N = 3) is 90 degrees. The amplitude is equal.
また、本シミュレーションにおいて、交流電圧実効値は以下のように求められる。 Further, in this simulation, the AC voltage effective value is obtained as follows.
図13は、本シミュレーションにおける正規化電流振幅および実電流振幅を示す図であり、比較の観点で、図9に示したものと同一の電流瞬時値波形を併せて示している。なお、図13において、黒菱形記号を結んだ波形i1が電流瞬時値を表し、黒四角記号を結んだ波形Ifが正規化電流振幅を表し、黒三角記号を結んだ波形Iが実電流振幅を表している。 FIG. 13 is a diagram showing the normalized current amplitude and the actual current amplitude in this simulation, and also shows the same current instantaneous value waveform as that shown in FIG. 9 from the viewpoint of comparison. In FIG. 13, the waveform i1 connected with the black diamond symbol represents the instantaneous current value, the waveform If connected with the black square symbol represents the normalized current amplitude, and the waveform I connected with the black triangle symbol represents the actual current amplitude. Represents.
図13に示す電流瞬時値波形i1のデータを用いて正規化電流振幅Ifを計算すると、If=0.743172(一定値)が得られる(計算式は省略)。このIfの値と、上記(54)式で得られた回転位相角の値を用いて、実電流振幅を計算すると、以下に示す値が得られる。 When the normalized current amplitude If is calculated using the data of the instantaneous current value waveform i1 shown in FIG. 13, I f = 0.743172 (constant value) is obtained (the calculation formula is omitted). The value of this I f, using the value of the rotational phase angle obtained in the above (54) wherein, when calculating the actual current amplitude is obtained the following values.
上記(58)式の値は、表1に示される入力電流の振幅値に一致している。このように、正規化電流振幅の値と実電流振幅の値とが異なるにも関わらず、回転位相角に基づく周波数補正により、実電流振幅は正しく測定されている。なお、本ケースの場合、入力周波数が50Hzであれば、回転位相角αが30度となり、回転位相角αの3倍(N=3)が90度となって、正規化電流振幅と実電流振幅とが等しくなる。 The value of the above equation (58) matches the amplitude value of the input current shown in Table 1. As described above, although the value of the normalized current amplitude is different from the value of the actual current amplitude, the actual current amplitude is correctly measured by the frequency correction based on the rotation phase angle. In this case, when the input frequency is 50 Hz, the rotation phase angle α is 30 degrees, and the rotation phase angle α is three times (N = 3) is 90 degrees. The amplitude is equal.
また、本シミュレーションにおいて、交流電流実効値は以下のように求められる。 In this simulation, the AC current effective value is obtained as follows.
また、本シミュレーションにおいて、図9に示す電圧瞬時値波形v1および電流瞬時値波形i1の各データを用いて正規化有効電力実効値を計算すると、以下に示す値が得られる。なお、このとき得られる正規化有効電力実効値は一定である。 In this simulation, when the normalized effective power effective value is calculated using the data of the instantaneous voltage value waveform v1 and the instantaneous current value waveform i1 shown in FIG. 9, the following values are obtained. The normalized effective power effective value obtained at this time is constant.
同様に、図9に示す電圧瞬時値波形v1および電流瞬時値波形i1の各データを用いて正規化無効電力実効値を計算すると、以下に示す値が得られる。なお、このとき得られる正規化無効電力実効値は一定である。 Similarly, when the normalized reactive power effective value is calculated using the data of the voltage instantaneous value waveform v1 and the current instantaneous value waveform i1 shown in FIG. 9, the following values are obtained. Note that the normalized reactive power effective value obtained at this time is constant.
また、上記(60)式で得られた正規化有効電力実効値、上記(61)式で得られた正規化無効電力および、上記(54)式で得られた回転位相角の値を用いて、正規化電圧電流間位相角を計算すると、以下に示す値が得られる。 Further, using the normalized effective power effective value obtained by the above equation (60), the normalized reactive power obtained by the above equation (61), and the rotational phase angle value obtained by the above equation (54). When the normalized voltage-current phase angle is calculated, the following values are obtained.
また、本シミュレーションにおいて、実電圧電流間位相角φが90度に対応する正規化電圧電流間位相角φH90は、上記(41)式を用いて計算すると、以下に示す値が得られる。 In this simulation, when the normalized voltage-current phase angle φ H90 corresponding to the actual voltage-current phase angle φ of 90 degrees is calculated using the above equation (41), the following values are obtained.
ここで、上記(62)および(63)式の結果から、正規化電圧電流間位相角φfが正規化電圧電流間位相角φfの上限値であるφH90より小さく、また、上記(60)式の結果から、正規化有効電力実効値もゼロより大きい。このため、これらの条件を満たす上記(40)式を用いて、実電圧電流間位相角φrealを計算すると、以下に示す値が得られる。 Here, from the results of the above equations (62) and (63), the normalized voltage-current phase angle φ f is smaller than φ H90 which is the upper limit value of the normalized voltage-current phase angle φ f , and the above (60 ) From the result of the equation, the normalized effective power effective value is also larger than zero. Therefore, when the phase angle φ real between the actual voltages and currents is calculated using the above equation (40) that satisfies these conditions, the following values are obtained.
図14は、本シミュレーションにおける正規化電圧電流間位相角と実電圧電流間位相角との関係を示す図である。図14において、点K1は正規化電圧電流間位相角φfの上限値であるφH90であり、直線波形K2,K3は、上記(40)式を表している。また、上記(62)式の計算結果である“−23.542(Deg)”に対応する直線波形K2上の点K4を参照すると、φ=20(Deg)となっており、表1に示す入力データと一致している。 FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the normalized voltage-current phase angle and the actual voltage-current phase angle in this simulation. In FIG. 14, the point K1 is φ H90 which is the upper limit value of the normalized voltage-current phase angle φ f , and the linear waveforms K2 and K3 represent the above equation (40). Further, referring to the point K4 on the linear waveform K2 corresponding to “−23.542 (Deg)” which is the calculation result of the above formula (62), φ = 20 (Deg), which is shown in Table 1. It matches the input data.
図15は、本シミュレーションにおける正規化電圧電流間位相角および実電圧電流間位相角を示す図である。図15において、黒四角記号を結んだ波形drealが実電圧電流間位相角を表し、黒三角記号を結んだ波形dvi1が正規化電圧電流間位相角を表している。 FIG. 15 is a diagram showing the normalized voltage-current phase angle and the actual voltage-current phase angle in this simulation. In FIG. 15, a waveform dreal connecting black square symbols represents a phase angle between actual voltage currents, and a waveform dvi1 connecting black triangle symbols represents a phase angle between normalized voltage currents.
このように、正規化電圧電流間位相角の値と実電圧電流間位相角の値とが異なるにも関わらず、回転位相角に基づく周波数補正により、実電圧電流間位相角は正しく測定されている。なお、本ケースの場合、入力周波数が50Hzであれば、回転位相角αが30度となり、回転位相角αの3倍(N=3)が90度となって、正規化電圧電流間位相角と実電圧電流間位相角は等しくなる。 In this way, even though the value of the normalized voltage-current phase angle is different from the value of the actual voltage-current phase angle, the actual voltage-current phase angle is correctly measured by the frequency correction based on the rotational phase angle. Yes. In this case, when the input frequency is 50 Hz, the rotation phase angle α is 30 degrees, and the rotation phase angle α is three times (N = 3) is 90 degrees, and the normalized voltage-current phase angle is And the phase angle between the actual voltage and current becomes equal.
図16は、本シミュレーションにおける正規化有効電力実効値および実有効電力実効値を示す図である。いま、入力電圧電流振幅および電圧電流間位相角の各値を(45)式に代入して実有効電力を計算すると、以下に示す値が得られる。 FIG. 16 is a diagram showing the normalized effective power effective value and the actual effective power effective value in this simulation. Now, when the actual active power is calculated by substituting the values of the input voltage current amplitude and the voltage-current phase angle into the equation (45), the following values are obtained.
詳細な計算式の提示は省略するが、定常交流回路理論計算式((45)式)を用いて得られる結果((65)式)と、(60)式に基づき、表2に示されるパラメータを用いて計算された有効電力実効値とを比較すると、これらの値は一致する。このように、正規化有効電力実効値と実有効電力実効値とは異なるにも関わらず、回転位相角に基づく周波数補正により、実有効電力実効値は正しく測定される。なお、本ケースの場合、入力周波数が50Hzであれば、回転位相角αが30度となり、回転位相角αの3倍(N=3)が90度となって、正規化有効電力実効値と実有効電力実効値とは等しくなる。 Although the presentation of the detailed calculation formula is omitted, based on the result ((65)) obtained using the steady AC circuit theory calculation formula ((45)) and the formula (60), the parameters shown in Table 2 are shown. These values agree with each other when compared with the effective power effective value calculated by using. Thus, although the normalized effective power effective value is different from the actual effective power effective value, the actual effective power effective value is correctly measured by the frequency correction based on the rotation phase angle. In this case, when the input frequency is 50 Hz, the rotation phase angle α is 30 degrees, and the rotation phase angle α is three times (N = 3) is 90 degrees, and the normalized effective power effective value and It becomes equal to the actual effective power effective value.
また、図17は、本シミュレーションにおける正規化無効電力実効値および実無効電力実効値を示す図である。いま、入力電圧電流振幅および電圧電流間位相角の各値を(46)式に代入して実無効電力を計算すると、以下に示す値が得られる。 FIG. 17 is a diagram showing the normalized reactive power effective value and the actual reactive power effective value in this simulation. Now, when the actual reactive power is calculated by substituting the values of the input voltage current amplitude and the voltage-current phase angle into the equation (46), the following values are obtained.
詳細な計算式の提示は省略するが、定常交流回路理論計算式((46)式)を用いて得られる結果((66)式)と、(61)式に基づき、表2に示されるパラメータを用いて計算された、無効電力実効値とを比較すると、これらの値は一致する。このように、正規化無効電力実効値と実無効電力実効値とは異なるにも関わらず、回転位相角に基づく周波数補正により、実有効電力実効値は正しく測定される。なお、本ケースの場合、入力周波数が50Hzであれば、回転位相角αが30度となり、回転位相角αの3倍(N=3)が90度になるので、実有効電力実効値と実無効電力実効値との比は、正規化有効電力実効値と正規化無効電力実効値との比に等しくなり、周波数補正は不要となる。 Although the presentation of the detailed calculation formula is omitted, the parameters shown in Table 2 based on the result (Equation (66)) obtained using the steady AC circuit theory calculation equation (Equation (46)) and the equation (61) are shown. These values agree with each other when compared with the reactive power effective value calculated by using. Thus, although the normalized reactive power effective value is different from the actual reactive power effective value, the actual effective power effective value is correctly measured by the frequency correction based on the rotation phase angle. In this case, if the input frequency is 50 Hz, the rotational phase angle α is 30 degrees, and three times the rotational phase angle α (N = 3) is 90 degrees. The ratio of the reactive power effective value is equal to the ratio of the normalized active power effective value and the normalized reactive power effective value, and frequency correction is unnecessary.
以上説明したように、本実施の形態の交流電気量測定装置によれば、測定対象となる交流電圧の周波数の2倍以上のサンプリング周波数でサンプリングした連続する少なくとも4点の瞬時値データの二乗積分演算により求めた電圧振幅を交流電圧の振幅値で正規化して正規化電圧振幅として算出し、当該サンプリング周波数でサンプリングされ、正規化電圧振幅を算出する際に用いた4点の瞬時値データを含む連続する少なくとも5点の瞬時値データにおける隣接する2点の瞬時値データ間の先端間距離を表す4点の弦長瞬時値データの二乗積分演算により求めた電圧弦長を交流電圧の振幅値で正規化して正規化電圧弦長として算出し、これらの正規化電圧振幅および正規化電圧弦長を用いてサンプリング1周期時間における回転位相角を算出し、算出した回転位相角、正規化電圧振幅および正規化電流振幅を用いて交流電圧振幅、交流電流振幅、有効電力、無効電力に関する真値を算出することとしたので、測定対象が系統定格周波数から外れて動作している場合であっても、高精度な交流電気量の測定が可能となる。 As described above, according to the AC electrical quantity measurement device of the present embodiment, the square integral of at least four consecutive instantaneous value data sampled at a sampling frequency that is twice or more the frequency of the AC voltage to be measured. The voltage amplitude obtained by the calculation is normalized with the amplitude value of the AC voltage and calculated as a normalized voltage amplitude, sampled at the sampling frequency, and includes instantaneous data of four points used in calculating the normalized voltage amplitude The voltage chord length obtained by the square integration calculation of the four chord length instantaneous value data representing the distance between the two adjacent instantaneous value data in the continuous instantaneous value data of at least five points is the amplitude value of the AC voltage. Normalized and calculated as the normalized voltage chord length, and using these normalized voltage amplitude and normalized voltage chord length, the rotation phase angle in one sampling period is calculated. Since the calculated rotation phase angle, normalized voltage amplitude, and normalized current amplitude are used to calculate the true values for AC voltage amplitude, AC current amplitude, active power, and reactive power, the measurement target is the system rated frequency. Even when the operation is out of the range, it is possible to measure the amount of alternating current electricity with high accuracy.
また、本実施の形態の交流電気量測定装置によれば、計算量や計算負荷が大きくなる最小二乗法を使用せず、測定した回転位相角、正規化電圧振幅、正規化電流振幅などを用いて実電圧振幅、実電流振幅などの交流電気量を算出することができ、また、測定した回転位相角、正規化電圧振幅、正規化電流振幅、正規化有効電力実効値、正規化無効電力実効値、正規化電圧電流間位相角などを用いて実有効電力実効値、実無効電力実効値などの交流電気量を算出することができるので、高速かつ高精度な交流電気量の測定が可能となる。 In addition, according to the AC electrical quantity measuring apparatus of the present embodiment, the measured rotational phase angle, normalized voltage amplitude, normalized current amplitude, etc. are used without using the least square method that increases the calculation amount and the calculation load. AC voltage such as actual voltage amplitude and actual current amplitude can be calculated, and measured rotational phase angle, normalized voltage amplitude, normalized current amplitude, normalized active power effective value, normalized reactive power effective AC electric quantity such as actual effective power effective value and actual reactive power effective value can be calculated using the value, phase angle between normalized voltage and current, etc., enabling high-speed and highly accurate measurement of AC electric quantity. Become.
以上のように、本発明にかかる交流電気量測定装置は、測定対象が系統定格周波数から外れて動作している場合であっても、高精度な交流電気量の測定を可能とする発明として有用である。 As described above, the AC electricity quantity measuring device according to the present invention is useful as an invention that enables high-accuracy AC electricity quantity measurement even when the measurement target is operating outside the system rated frequency. It is.
1 交流電気量測定装置
2 交流電圧・電流瞬時値データ入力部
3 正規化電圧振幅算出部
4 正規化電圧弦長算出部
5 回転位相角算出部
6 周波数算出部
7 実電圧振幅算出部
8 正規化電流振幅算出部
9 実電流振幅算出部
10 正規化有効電力実効値算出部
11 正規化無効電力実効値算出部
12 正規化電圧電流間位相角算出部
13 実電圧電流間位相角算出部
14 実有効電力実効値算出部
15 実無効電力実効値算出部
16 インターフェース
17 記憶部
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記サンプリング周波数でサンプリングされ、前記正規化電圧振幅を算出する際に用いた4点の電圧瞬時値データを含む連続する少なくとも5点の電圧瞬時値データにおける隣接する2点の電圧瞬時値データ間の先端間距離を表す4点の電圧弦長瞬時値データの二乗積分演算により求めた電圧弦長を前記交流電圧振幅で正規化した正規化電圧弦長を算出する正規化電圧弦長算出部と、
前記正規化電圧振幅および前記正規化電圧弦長を用いてサンプリング1周期時間における回転位相角を算出する回転位相角算出部と、
前記正規化電圧振幅および前記回転位相角を用いて前記交流電圧振幅の真値である実電圧振幅を算出する実電圧振幅算出部と、
を備えたことを特徴とする交流電気量測定装置。 The voltage amplitude obtained by the square integral calculation of at least four continuous voltage instantaneous value data obtained by sampling the AC voltage to be measured at a sampling frequency twice or more the frequency of the AC voltage is the amplitude value of the AC voltage. and the normalized voltage amplitude calculating unit for calculating a normalized voltage amplitude normalized by the AC voltage amplitude,
Between the adjacent two voltage instantaneous value data in at least five consecutive voltage instantaneous value data including the four voltage instantaneous value data sampled at the sampling frequency and used for calculating the normalized voltage amplitude. A normalized voltage chord length calculation unit for calculating a normalized voltage chord length obtained by normalizing a voltage chord length obtained by square integral calculation of four voltage chord length instantaneous value data representing a tip-to-tip distance with the AC voltage amplitude ;
A rotational phase angle calculator that calculates a rotational phase angle in one cycle time of sampling using the normalized voltage amplitude and the normalized voltage chord length;
An actual voltage amplitude calculation unit that calculates an actual voltage amplitude that is a true value of the AC voltage amplitude using the normalized voltage amplitude and the rotation phase angle;
An AC electric quantity measuring device comprising:
前記サンプリング周波数でサンプリングされ、前記正規化電流振幅を算出する際に用いた4点の電流瞬時値データを含む連続する少なくとも5点の電流瞬時値データにおける隣接する2点の電流瞬時値データ間の先端間距離を表す4点の電流弦長瞬時値データの二乗積分演算により求めた電流弦長を前記交流電流振幅で正規化した正規化電流弦長を算出する正規化電流弦長算出部と、
前記正規化電流振幅および前記正規化電流弦長を用いてサンプリング1周期時間における回転位相角を算出する回転位相角算出部と、
前記正規化電流振幅および前記回転位相角を用いて前記交流電流振幅の真値である実電流振幅を算出する実電流振幅算出部と、
を備えたことを特徴とする交流電気量測定装置。 Certain current amplitude determined by the square integral calculation of at least four points the current instantaneous value data successive sampled at least twice the sampling frequency of the frequency of the alternating current the alternating current to be measured in the amplitude of the alternating current A normalized current amplitude calculation unit that calculates a normalized current amplitude normalized by an alternating current amplitude ;
Between two adjacent current instantaneous value data in at least five continuous current instantaneous value data including four current instantaneous value data sampled at the sampling frequency and used for calculating the normalized current amplitude. A normalized current chord length calculation unit for calculating a normalized current chord length obtained by normalizing a current chord length obtained by square integral calculation of current chord length instantaneous value data of four points representing a distance between tips with the alternating current amplitude ;
A rotational phase angle calculation unit that calculates a rotational phase angle in one sampling period using the normalized current amplitude and the normalized current chord length;
An actual current amplitude calculating unit that calculates an actual current amplitude that is a true value of the alternating current amplitude using the normalized current amplitude and the rotation phase angle;
An AC electric quantity measuring device comprising:
前記サンプリング周波数でサンプリングされ、前記正規化電圧振幅を算出する際に用いた4点の電圧瞬時値データを含む連続する少なくとも5点の電圧瞬時値データにおける隣接する2点の電圧瞬時値データ間の先端間距離を表す4点の電圧弦長瞬時値データの二乗積分演算により求めた電圧弦長を前記交流電圧振幅で正規化した正規化電圧弦長を算出する正規化電圧弦長算出部と、
測定対象となる交流電流を当該交流電流の周波数の2倍以上のサンプリング周波数でサンプリングした連続する少なくとも4点の電流瞬時値データの二乗積分演算により求めた電流振幅を前記交流電流の振幅値である交流電流振幅で正規化した正規化電流振幅を算出する正規化電流振幅算出部と、
前記正規化電圧振幅および前記正規化電圧弦長を用いてサンプリング1周期時間における回転位相角を算出する回転位相角算出部と、
前記正規化電圧振幅および前記回転位相角を用いて前記交流電圧振幅の真値である実電圧振幅を算出する実電圧振幅算出部と、
前記正規化電流振幅および前記回転位相角を用いて前記交流電流振幅の真値である実電流振幅を算出する実電流振幅算出部と、
を備えたことを特徴とする交流電気量測定装置。 The voltage amplitude obtained by the square integral calculation of at least four continuous voltage instantaneous value data obtained by sampling the AC voltage to be measured at a sampling frequency twice or more the frequency of the AC voltage is the amplitude value of the AC voltage. and the normalized voltage amplitude calculating unit for calculating a normalized voltage amplitude normalized by the AC voltage amplitude,
Between the adjacent two voltage instantaneous value data in at least five consecutive voltage instantaneous value data including the four voltage instantaneous value data sampled at the sampling frequency and used for calculating the normalized voltage amplitude. A normalized voltage chord length calculation unit for calculating a normalized voltage chord length obtained by normalizing a voltage chord length obtained by square integral calculation of four voltage chord length instantaneous value data representing a tip-to-tip distance with the AC voltage amplitude ;
Certain current amplitude determined by the square integral calculation of at least four points the current instantaneous value data successive sampled at least twice the sampling frequency of the frequency of the alternating current the alternating current to be measured in the amplitude of the alternating current A normalized current amplitude calculation unit that calculates a normalized current amplitude normalized by an alternating current amplitude ;
A rotational phase angle calculator that calculates a rotational phase angle in one cycle time of sampling using the normalized voltage amplitude and the normalized voltage chord length;
An actual voltage amplitude calculation unit that calculates an actual voltage amplitude that is a true value of the AC voltage amplitude using the normalized voltage amplitude and the rotation phase angle;
An actual current amplitude calculating unit that calculates an actual current amplitude that is a true value of the alternating current amplitude using the normalized current amplitude and the rotation phase angle;
An AC electric quantity measuring device comprising:
前記サンプリングした連続する少なくとも4点の電圧瞬時値データと、前記サンプリングした連続する少なくとも3点の電流瞬時値データとの積を二乗積分演算することで得られる有効電力実効値を正規化した正規化有効電力実効値を算出する正規化有効電力実効値算出部と、
前記サンプリングした連続する少なくとも3点の電圧瞬時値データと、前記サンプリングした連続する少なくとも3点の電流瞬時値データとの積を二乗積分演算することで得られる無効電力実効値を正規化した正規化無効電力実効値を算出する正規化無効電力実効値算出部と、
前記正規化有効電力実効値、前記正規化無効電力実効値および、前記回転位相角を用いて前記正規化有効電力実効値と前記正規化無効電力実効値との間の正規化電圧電流間位相角を算出する正規化電圧電流間位相角算出部と、
前記周波数算出部が算出した周波数および前記正規化電圧電流間位相角を用いて前記交流電圧と前記交流電流との間の位相角の真値である実電圧電流間位相角を算出する実電圧電流間位相角算出部と、
前記有効電力実効値の真値である実有効電力実効値を算出する実有効電力実効値算出部と、
を備えたことを特徴とする請求項3に記載の交流電気量測定装置。 A frequency calculator that calculates the frequency of the AC voltage using the rotational phase angle;
Normalization obtained by normalizing the effective power effective value obtained by square-integral calculation of the product of the sampled voltage instantaneous value data of at least four consecutive points and the sampled current instantaneous value data of at least three points. A normalized active power effective value calculation unit for calculating an effective power effective value;
Normalization obtained by normalizing a reactive power effective value obtained by performing a square integration operation on a product of the sampled voltage instantaneous value data of at least three consecutive points and the sampled instantaneous current value data of at least three points. A normalized reactive power effective value calculation unit for calculating a reactive power effective value;
The normalized voltage-current phase angle between the normalized active power effective value and the normalized reactive power effective value using the normalized active power effective value, the normalized reactive power effective value, and the rotational phase angle A normalized voltage-current phase angle calculation unit for calculating
An actual voltage current that calculates a phase angle between actual voltage currents that is a true value of a phase angle between the AC voltage and the AC current, using the frequency calculated by the frequency calculation unit and the phase angle between the normalized voltage currents. An interphase angle calculation unit;
An actual active power effective value calculation unit that calculates an actual active power effective value that is a true value of the effective power effective value; and
The AC electric quantity measuring device according to claim 3, comprising:
前記サンプリングした連続する少なくとも4点の電圧瞬時値データと、前記サンプリングした連続する少なくとも3点の電流瞬時値データとの積を二乗積分演算することで得られる有効電力実効値を正規化した正規化有効電力実効値を算出する正規化有効電力実効値算出部と、
前記サンプリングした連続する少なくとも3点の電圧瞬時値データと、前記サンプリングした連続する少なくとも3点の電流瞬時値データとの積を二乗積分演算することで得られる無効電力実効値を正規化した正規化無効電力実効値を算出する正規化無効電力実効値算出部と、
前記正規化有効電力実効値、前記正規化無効電力実効値および、前記回転位相角を用いて前記正規化有効電力実効値と前記正規化無効電力実効値との間の正規化電圧電流間位相角を算出する正規化電圧電流間位相角算出部と、
前記周波数算出部が算出した周波数および前記正規化電圧電流間位相角を用いて前記交流電圧と前記交流電流との間の位相角の真値である実電圧電流間位相角を算出する実電圧電流間位相角算出部と、
前記無効電力実効値の真値である実無効電力実効値を算出する実無効電力実効値算出部と、
を備えたことを特徴とする請求項3に記載の交流電気量測定装置。 A frequency calculator that calculates the frequency of the AC voltage using the rotational phase angle;
Normalization obtained by normalizing the effective power effective value obtained by square-integral calculation of the product of the sampled voltage instantaneous value data of at least four consecutive points and the sampled current instantaneous value data of at least three points. A normalized active power effective value calculation unit for calculating an effective power effective value;
Normalization obtained by normalizing a reactive power effective value obtained by performing a square integration operation on a product of the sampled voltage instantaneous value data of at least three consecutive points and the sampled instantaneous current value data of at least three points. A normalized reactive power effective value calculation unit for calculating a reactive power effective value;
The normalized voltage-current phase angle between the normalized active power effective value and the normalized reactive power effective value using the normalized active power effective value, the normalized reactive power effective value, and the rotational phase angle A normalized voltage-current phase angle calculation unit for calculating
An actual voltage current that calculates a phase angle between actual voltage currents that is a true value of a phase angle between the AC voltage and the AC current, using the frequency calculated by the frequency calculation unit and the phase angle between the normalized voltage currents. An interphase angle calculation unit;
And the actual reactive power effective value calculating section for calculating an actual reactive power effective value is the true value of the reactive power effective value,
The AC electric quantity measuring device according to claim 3, comprising:
前記サンプリングした連続する少なくとも4点の電圧瞬時値データと、前記サンプリングした連続する少なくとも3点の電流瞬時値データとの積を二乗積分演算することで得られる有効電力実効値を正規化した正規化有効電力実効値を算出する正規化有効電力実効値算出部と、
前記サンプリングした連続する少なくとも3点の電圧瞬時値データと、前記サンプリングした連続する少なくとも3点の電流瞬時値データとの積を二乗積分演算することで得られる無効電力実効値を正規化した正規化無効電力実効値を算出する正規化無効電力実効値算出部と、
前記正規化有効電力実効値、前記正規化無効電力実効値および、前記回転位相角を用いて前記正規化有効電力実効値と前記正規化無効電力実効値との間の正規化電圧電流間位相角を算出する正規化電圧電流間位相角算出部と、
前記周波数算出部が算出した周波数および前記正規化電圧電流間位相角を用いて前記交流電圧と前記交流電流との間の位相角の真値である実電圧電流間位相角を算出する実電圧電流間位相角算出部と、
前記有効電力実効値の真値である実有効電力実効値を算出する実有効電力実効値算出部と、
前記無効電力実効値の真値である実無効電力実効値を算出する実無効電力実効値算出部と、
を備えたことを特徴とする請求項3に記載の交流電気量測定装置。 A frequency calculator that calculates the frequency of the AC voltage using the rotational phase angle;
Normalization obtained by normalizing the effective power effective value obtained by square-integral calculation of the product of the sampled voltage instantaneous value data of at least four consecutive points and the sampled current instantaneous value data of at least three points. A normalized active power effective value calculation unit for calculating an effective power effective value;
Normalization obtained by normalizing a reactive power effective value obtained by performing a square integration operation on a product of the sampled voltage instantaneous value data of at least three consecutive points and the sampled instantaneous current value data of at least three points. A normalized reactive power effective value calculation unit for calculating a reactive power effective value;
The normalized voltage-current phase angle between the normalized active power effective value and the normalized reactive power effective value using the normalized active power effective value, the normalized reactive power effective value, and the rotational phase angle A normalized voltage-current phase angle calculation unit for calculating
An actual voltage current that calculates a phase angle between actual voltage currents that is a true value of a phase angle between the AC voltage and the AC current, using the frequency calculated by the frequency calculation unit and the phase angle between the normalized voltage currents. An interphase angle calculation unit;
An actual active power effective value calculation unit that calculates an actual active power effective value that is a true value of the effective power effective value; and
And the actual reactive power effective value calculating section for calculating an actual reactive power effective value is the true value of the reactive power effective value,
The AC electric quantity measuring device according to claim 3, comprising:
前記実電圧振幅、前記実電流振幅、前記正規化有効電力実効値および、前記正規化無効電力実効値、前記正規化電圧電流間位相角のうち、前記回転位相角の情報を必要とする算出値を算出する際、前記回転位相角の値に前記サンプリング分割数を乗じて算出することを特徴とする請求項4〜6の何れか1項に記載の交流電気量測定装置。 The number of samplings in the data group including the four-point instantaneous value data to be processed by the normalized voltage amplitude calculation unit according to the sampling division number which is a set value for reducing the rotation phase angle in one sampling period And changing the number of samples in the data group including the instantaneous value data of 5 points to be processed by the normalized voltage chord length calculation unit,
Of the actual voltage amplitude, the actual current amplitude, the normalized active power effective value, the normalized reactive power effective value, and the normalized voltage / current phase angle, a calculated value that requires information on the rotational phase angle 7. The AC electrical quantity measurement device according to claim 4 , wherein the value is calculated by multiplying the value of the rotational phase angle by the sampling division number. 8.
前記求めた電圧振幅を前記交流電圧の振幅値である交流電圧振幅で正規化して正規化電圧振幅として算出するステップと、
前記サンプリング周波数でサンプリングされ、前記正規化電圧振幅を算出する際に用いた4点の電圧瞬時値データを含む連続する少なくとも5点の電圧瞬時値データにおける隣接する2点の電圧瞬時値データ間の先端間距離を表す4点の電圧弦長瞬時値データの二乗積分演算により電圧弦長を求めるステップと、
前記求めた電圧弦長を前記交流電圧振幅で正規化した正規化電圧弦長を算出するステップと、
前記正規化電圧振幅および前記正規化電圧弦長を用いてサンプリング1周期時間における回転位相角を算出するステップと、
前記正規化電圧振幅および前記回転位相角を用いて前記交流電圧振幅の真値である実電圧振幅を算出するステップと、
を含むことを特徴とする交流電気量測定方法。 Obtaining the voltage amplitude of the AC voltage by square integration of at least four consecutive voltage instantaneous value data obtained by sampling the AC voltage to be measured at a sampling frequency that is twice or more the frequency of the AC voltage;
Normalizing the obtained voltage amplitude with an AC voltage amplitude that is an amplitude value of the AC voltage , and calculating as a normalized voltage amplitude;
Between the adjacent two voltage instantaneous value data in at least five consecutive voltage instantaneous value data including the four voltage instantaneous value data sampled at the sampling frequency and used for calculating the normalized voltage amplitude. Obtaining a voltage chord length by a square integral operation of four voltage chord length instantaneous value data representing the distance between the tips;
Calculating a normalized voltage string length obtained by normalizing the obtained voltage string length with the AC voltage amplitude ;
Calculating a rotational phase angle in one sampling period using the normalized voltage amplitude and the normalized voltage chord length;
Calculating an actual voltage amplitude that is a true value of the AC voltage amplitude using the normalized voltage amplitude and the rotation phase angle;
A method for measuring the amount of alternating current electricity, comprising:
前記求めた電流振幅を前記交流電流の振幅値である交流電流振幅で正規化して正規化電流振幅として算出するステップと、
前記サンプリング周波数でサンプリングされ、前記正規化電流振幅を算出する際に用いた4点の電流瞬時値データを含む連続する少なくとも5点の電流瞬時値データにおける隣接する2点の電流瞬時値データ間の先端間距離を表す4点の電流弦長瞬時値データの二乗積分演算により電流弦長を求めるステップと、
前記求めた電流弦長を前記交流電流振幅で正規化した正規化電流弦長を算出するステップと、
前記正規化電流振幅および前記正規化電流弦長を用いてサンプリング1周期時間における回転位相角を算出するステップと、
前記正規化電流振幅および前記回転位相角を用いて前記交流電流振幅の真値である実電流振幅を算出するステップと、
を含むことを特徴とする交流電気量測定方法。 Obtaining a current amplitude of the alternating current by square integration calculation of at least four continuous current instantaneous value data obtained by sampling the alternating current to be measured at a sampling frequency that is twice or more the frequency of the alternating current;
Normalizing the obtained current amplitude with an alternating current amplitude which is an amplitude value of the alternating current and calculating as a normalized current amplitude;
Between two adjacent current instantaneous value data in at least five continuous current instantaneous value data including four current instantaneous value data sampled at the sampling frequency and used for calculating the normalized current amplitude. Obtaining a current chord length by a square integral operation of four points of current chord length instantaneous value data representing the distance between the tips;
Calculating a normalized current string length obtained by normalizing the obtained current string length by the alternating current amplitude ;
Calculating a rotation phase angle in one sampling period using the normalized current amplitude and the normalized current chord length;
Calculating an actual current amplitude that is a true value of the alternating current amplitude using the normalized current amplitude and the rotation phase angle;
A method for measuring the amount of alternating current electricity, comprising:
前記求めた電圧振幅を前記交流電圧の振幅値である交流電圧振幅で正規化して正規化電圧振幅として算出するステップと、
前記サンプリング周波数でサンプリングされ、前記正規化電圧振幅を算出する際に用いた4点の電圧瞬時値データを含む連続する少なくとも5点の電圧瞬時値データにおける隣接する2点の電圧瞬時値データ間の先端間距離を表す4点の電圧弦長瞬時値データの二乗積分演算により電圧弦長を求めるステップと、
前記求めた電圧弦長を前記交流電圧振幅で正規化した正規化電圧弦長を算出するステップと、
測定対象となる交流電流を当該交流電流の周波数の2倍以上のサンプリング周波数でサンプリングした連続する少なくとも4点の電流瞬時値データの二乗積分演算により前記交流電流の電流振幅を求めるステップと、
前記求めた電流振幅を前記交流電流の振幅値である交流電流振幅で正規化して正規化電流振幅として算出するステップと、
前記正規化電圧振幅および前記正規化電圧弦長を用いてサンプリング1周期時間における回転位相角を算出するステップと、
前記正規化電圧振幅および前記回転位相角を用いて前記交流電圧振幅の真値である実電圧振幅を算出するステップと、
前記正規化電流振幅および前記回転位相角を用いて前記交流電流振幅の真値である実電流振幅を算出するステップと、
を含むことを特徴とする交流電気量測定方法。 Obtaining the voltage amplitude of the AC voltage by square integration of at least four consecutive voltage instantaneous value data obtained by sampling the AC voltage to be measured at a sampling frequency that is twice or more the frequency of the AC voltage;
Normalizing the obtained voltage amplitude with an AC voltage amplitude that is an amplitude value of the AC voltage , and calculating as a normalized voltage amplitude;
Between the adjacent two voltage instantaneous value data in at least five consecutive voltage instantaneous value data including the four voltage instantaneous value data sampled at the sampling frequency and used for calculating the normalized voltage amplitude. Obtaining a voltage chord length by a square integral operation of four voltage chord length instantaneous value data representing the distance between the tips;
Calculating a normalized voltage string length obtained by normalizing the obtained voltage string length with the AC voltage amplitude ;
Obtaining a current amplitude of the alternating current by square integration calculation of at least four continuous current instantaneous value data obtained by sampling the alternating current to be measured at a sampling frequency that is twice or more the frequency of the alternating current;
Normalizing the obtained current amplitude with an alternating current amplitude which is an amplitude value of the alternating current and calculating as a normalized current amplitude;
Calculating a rotational phase angle in one sampling period using the normalized voltage amplitude and the normalized voltage chord length;
Calculating an actual voltage amplitude that is a true value of the AC voltage amplitude using the normalized voltage amplitude and the rotation phase angle;
Calculating an actual current amplitude that is a true value of the alternating current amplitude using the normalized current amplitude and the rotation phase angle;
A method for measuring the amount of alternating current electricity, comprising:
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