JP5665250B2 - 電力品質評価システム - Google Patents

Description

本発明は、電力系統に生じる高調波、電圧変動、電圧不平衡、瞬時電圧低下等による電力品質の悪化を評価する電力品質評価システムに関する。

電力品質の程度は、電力系統に生じる電圧変動、電圧不平衡、瞬時電圧低下または高調波によって判断される。電力品質の程度を測定または解析する電力品質測定装置または電力品質解析装置は、例えば、特開２００３−２９８１４７号公報（特許文献１）に開示されている。
特開２００３−２９８１４７号公報

しかしながら、収集された需要家の電圧および電流等の電気的物理量に基づき、電力品質の一要素を担う高調波の発生要因を推定する電力品質評価システムは存在していない。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたものであり、上位の電力系統から電力供給を受ける需要家の電流および電圧等の電気的物理量を収集し、収集した電気的物理量に基づき高調波の発生要因を推定する電力品質評価システムを提供する。

本発明に係る電力品質評価システムは、上述した課題を解決するため、電力系統の少なくとも１箇所以上で測定された電流および電圧の少なくとも何れかを含む電気的物理量のうち、１箇所の測定箇所で測定された前記電気的物理量に基づき、当該測定箇所で測定された電気的物理量の２次から所定次数までの高調波成分を計算する高調波成分計算手段と、前記高調波成分計算手段が算出した前記電気的物理量の２次から所定次数までの高調波成分の合計が１となるように規格化した結果と、高調波を発生させる機器と当該機器の２次から前記所定次数までの高調波成分とを対応させた前記高調波を発生させる機器毎の２次から前記所定次数までの高調波成分の合計が１となるように規格化したデータとの差分の絶対値を次数毎に計算して得られる結果に基づいて、前記高調波成分計算手段が算出した高調波成分と前記高調波を発生させる機器毎のデータの高調波成分とが一致する程度を前記高調波を発生させる機器毎に計算する高調波成分一致度計算手段とを具備することを特徴とする。

本発明に係る電力品質評価システムによれば、上位の電力系統から電力供給を受ける需要家の電流および電圧等の電気的物理量を収集し、収集した電気的物理量に基づき高調波の発生要因を推定する電力品質評価システムを提供することができる。

また、測定箇所が複数あり、各々の測定箇所を流れる高調波電流の方向がわかれば、高調波発生場所を推定することもできる。さらに、高調波発生機器を制御可能に構成すれば、高調波の影響で危険な事態が生じ得る場合に高調波発生機器を制御することによって高調波による災害発生を防止することができる。

以下、本発明に係る電力品質評価システムを実施するための最良の形態について、添付の図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電力品質評価システムの一例である第１の電力品質評価システム１Ａの適用例を示す説明図である。

第１の電力品質評価システム１Ａは、例えば、電力系統（上位電力系統）から受電して電気を使用する需要家２のフィーダ３と電気的に接続された負荷設備４に供給される電力の品質について歪みの観点から評価するシステムである。第１の電力品質評価システム１Ａは、例えば、ハードウェアとしてのコンピュータと電力の品質について歪みの観点から評価するソフトウェアとしてのプログラムとが協働することによって実現される。

図１に示されるように、需要家２の母線５と電気的に接続されたフィーダ３に少なくとも電流および電圧を含む電気的物理量の情報（以下、電気物理量情報とする）６を取得する測定装置７が設置されている。第１の電力品質評価システム１Ａは、測定装置７から取得した電気物理量情報６に基づき、電流および電圧に高調波が重畳している場合、当該高調波の発生要因を推定する。

図２は、第１の電力品質評価システム１Ａの構成および機能を示す概略図である。

第１の電力品質評価システム１Ａは、図２に示されるように、高調波成分計算手段８、データ記録手段９、高調波成分一致度計算手段１０、高調波推定手段１１および出力手段としての表示手段１２を具備する。

高調波成分計算手段８は、測定装置７が測定した電気物理量情報６を取得して波形分析を行う。そして、測定される電気的物理量の高調波成分を算出する。高調波とは、基本波に重畳する基本波のｎ倍（ｎは２以上の整数）の周波数を持つ正弦波であって、高調波成分が重畳する電気的物理量の波形は、商用周波数を基本周波数とする基本波と周波数が基本周波数のｎ倍（周期は１／ｎ）となる各正弦波（高調波成分）との和で表される。以下の説明では、基本波を１次成分、周期が基本波の１／２（周波数は２倍）となる正弦波を２次成分、周期が基本波の１／３（周波数は３倍）となる正弦波を３次成分とし、以下同様にして周期が基本波の１／ｎ（周波数はｎ倍）となる正弦波をｎ次成分と称する。

データ記録手段９は、電子情報を記録し格納する記憶領域である。このデータ記録手段９には、高調波成分計算手段８が計算した結果を表す情報（以下、実測高調波成分計算結果とする）１４が必要に応じて記録され保存される。また、データ記録手段９には、高調波成分一致度計算手段１０が計算の際に参照する情報を予めデータベース（以下、ＤＢと省略する）化した高調波発生機器ＤＢ１５が格納される。高調波発生機器ＤＢ１５は、高調波を発生させる主要因となり得る多種の高調波発生機器と各々の高調波発生機器が発生する高調波成分の情報が関連付けられている。つまり、高調波成分のパターンが特定されると一義的に高調波発生機器を特定することができる。

高調波成分一致度計算手段１０は、実測高調波成分計算結果１４と高調波発生機器ＤＢ１５を参照して得られる各々の高調波成分パターンとを比較して一致度を算出する。一致度の算出結果を表す情報（以下、高調波成分一致度計算結果とする）１６は、高調波要因推定手段１１へ送られる。

高調波要因推定手段１１は、受け取った高調波成分一致度計算結果１６に基づき一致度の最も高い高調波成分パターンを発生させる高調波発生機器を高調波の主要因と推定する。そして、推定結果を表す情報（以下、高調波要因推定結果とする）１７を出力手段としての表示手段１２へ送る。

表示手段１２は、例えば、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、またはＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）等のユーザへ評価結果を視覚的に表示する手段である。表示手段１２は、高調波要因推定結果１７を受け取ると、高調波要因推定結果１７の内容を画像表示する。

尚、図２に示される第１の電力品質評価システム１Ａは、評価結果を含む必要な情報をユーザが認識できる形式で出力する出力手段としての表示手段１２を具備しているが、表示手段１２の代わりに、例えば、印字手段等の他の出力手段を具備していても構わない。また、第１の電力品質評価システム１Ａは、表示手段１２を具備していなくても構わない。すなわち、第１の電力品質評価システム１Ａは、高調波要因推定結果１７のみを第１の電力品質評価システム１Ａの外部の出力手段へ出力する場合もある。

次に、第１の電力品質評価システム１Ａの作用を説明する。

図３は、測定装置７が実測した電気的物理量の波形の一例として線間２相分の電圧波形を概略的に示したグラフである。

例えば、第１の電力品質評価システム１Ａ等の本発明に係る電力品質評価システムでは、図３に示されるような電気的物理量の波形を表す情報を取得し、取得した波形の情報に基づいて高調波成分計算手段８が高調波成分の算出を行う。ここで、図２に示されるグラフの横軸は時間であり、縦軸は電圧である。また、Ｖａｂとは３相（ａ相、ｂ相およびｃ相）のａ相とｂ相間の線間電圧をいい、Ｖｂｃとはｂ相とｃ相間の線間電圧をいう。

図３に示されるＶａｂおよびＶｂｃは、理想的には、商用周波数の正弦波である。この商用周波数の正弦波（基本波）に何らかの要因で高調波が入る（高調波が重畳する）と、ＶａｂおよびＶｂｃは、歪んでいると称される。

図４は、第１の電力品質評価システム１Ａにおける高調波成分計算手段８の一例を示す説明図である。

高調波成分計算手段８は、高調波を各次数成分の和とみなし、次数毎の成分を計算する。高調波成分はフーリエ変換等で求めることができる。高調波成分を計算する最も一般的な手法の一つとしては、高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ：ＦＦＴ）が知られている。ＦＦＴのうち、離散信号から高調波成分を求める手法（離散型フーリエ変換）を離散型ＦＦＴという。

高調波成分計算手段８は、電気物理量情報６を時間的に連続する連続信号としてではなく、情報量削減の観点から所定の時間間隔でサンプリングした離散信号として取得する。これは、電気物理量情報６の情報量削減のためである。尚、サンプリング周波数は、標本化定理に基づくナイキスト周波数（基本波の周波数の２倍）よりも大きな任意の周波数であり、サンプリング値から波形の再現が可能な周波数である。

高調波成分計算手段８は、ＦＦＴを行うＦＦＴ処理部２０を備える。ＦＦＴ処理部２０は、ＦＦＴ機能（高速フーリエ変換を行う機能）を有し、このＦＦＴ機能により取得した電気物理量情報６が示す電気的物理量の離散信号について離散型ＦＦＴを行う。そして、電気物理量情報６に基づく電気的物理量の高調波成分を計算する。

図５は高調波成分計算手段８が図３に示された電気物理量情報６、すなわち、Ｖａｂ、Ｖｂｃについて高調波成分を計算した実測高調波成分計算結果１４の一例を示す説明図である。尚、図５における縦軸は、高調波含有率、横軸は高調波の次数を示している。

図５に示される実測高調波成分計算結果１４は、高調波成分計算手段８のＦＦＴ処理部２０がＦＦＴ機能を使い、図３に示されたＶａｂ、Ｖｂｃについて算出した高調波の次数毎の成分（含有率）を示す。高調波含有率は、高調波の次数毎に計算され、以下の式（１）に基づいて計算される。

［数１］
高調波含有率（次数）＝高調波の大きさ（次数）÷基本波の大きさ ……（１）

図６〜図９は、高調波発生機器が発生する高調波の次数とその成分（含有率）との関係（以下、高調波パターンとする）を表した説明図である。より具体的に説明すると、図６では電力変換装置（６相）、図７ではアーク炉、図８ではエアコン、図９では一般照明を高調波発生機器の一例とした場合における高調波パターンを表した説明図である。

図６〜図９に示されるように、機器によって高調波の含有率が多くなる次数が異なり、高調波パターンは異なる。つまり、高調波パターンと高調波発生機器とは１対１の関係にあるので、高調波パターンがわかれば、当該高調波パターンと一致度が高い高調波パターンをもつ機器が高調波発生機器であると推定することができる。

図１０は、高調波成分一致度計算手段１０の機能および処理内容を示す説明図である。

高調波成分一致度計算手段１０は、実測高調波成分計算結果１４の高調波成分の合計が１になる様に規格化する機能（以下、規格化計算機能とする）を有する規格化計算処理部２１と、実測高調波成分計算結果１４を規格化した結果と高調波発生機器ＤＢ１５に格納される高調波発生機器の高調波成分（規格化した値）との一致度を計算する機能（以下、高調波パターン一致度計算機能とする）を有する高調波パターン一致度計算処理部２２とを備える。

高調波成分一致度計算手段１０は、実測高調波成分計算結果１４を受け取ると、まず、規格化計算処理部２１が規格化計算機能を用いて、実測高調波成分計算結果１４の高調波成分の合計が１になる様に規格化する。規格化に際しては、以下の式（２）を用いて規格化後のｊ次（ｊは２以上の自然数）の成分を算出する。

尚、高調波発生機器ＤＢ１５にある高調波発生機器の高調波成分の最大次数と、実測高調波成分計算結果１４における高調波の最大次数が一致していない場合もある。この場合、上記（２）式の分母である「規格化前の高調波成分の合計値」が高調波発生機器ＤＢ１５に格納される高調波発生機器の高調波成分と実測高調波成分計算結果１４とで異なってしまい、高調波成分の一致度を計算する上で好ましくない。

そこで、高調波発生機器ＤＢ１５にある高調波発生機器高調波成分の最大次数と、実測高調波成分計算結果１４における高調波の最大次数が一致していない場合には、高調波の最大次数が低い方に高調波の最大次数を一致させる。尚、どちらの最大次数も設計事項として予め決定することが可能なため、最大次数を一致させることは問題ない。

図１１は、高調波発生機器ＤＢ１５にある高調波発生機器高調波成分の最大次数と実測高調波成分計算結果１４における高調波の最大次数が一致していない場合における高調波成分の規格化の概要を示した説明図である。

図１１によれば、高調波発生機器ＤＢ１５にある高調波発生機器高調波成分の最大次数が２５次の場合が例示されている。図１１に例示される場合において、例えば、実測高調波成分計算結果１４における高調波の最大次数が２０次までの場合、規格する最大次数を両者のうち低い次数、すなわち、実測高調波成分計算結果１４の高調波の最大次数の２０次に一致させ、規格化は両方とも２０次までの高調波成分を抽出して行う。この場合、上記式（２）の分母は、規格化前の高調波成分の２０次までの合計値となる。

また、図１１に示される場合と逆の場合、すなわち、高調波発生機器ＤＢ１５にある高調波発生機器高調波成分の最大次数の方が実測高調波成分計算結果１４における高調波の最大次数よりも低い場合には、高調波発生機器ＤＢ１５にある高調波発生機器高調波成分の最大次数に合わせる。

高調波成分一致度計算手段１０が実測高調波成分計算結果１４の高調波成分について規格化すると、続いて、高調波パターン一致度計算処理部２２が高調波パターン一致度計算処理機能を用いて規格化した実測高調波成分計算結果（以下、規格化実測高調波成分計算結果とする）２３と高調波発生機器ＤＢ１５に格納される高調波発生機器の規格化した高調波成分（以下、規格化高調波発生機器高調波成分とする）２４に基づいて高調波成分一致度を計算する。

高調波発生機器ＤＢ１５に格納される高調波発生機器の高調波成分は、高調波成分の合計が１になる様に規格化されている。このため、高調波成分一致度計算手段１０は、規格化実測高調波成分計算結果２３と高調波発生機器ＤＢ１５に格納される高調波発生機器の高調波成分との一致度（以下、高調波パターン一致度とする）を計算できる。

高調波パターン一致度の計算では、まず、規格化実測高調波成分計算結果２３と高調波発生機器ＤＢ１５にある高調波発生機器の高調波成分の規格化した値との差分の絶対値を次数毎にとり、式（３）に示す様に合計値（以下、規格化差分合計値）を計算する。

［数３］
規格化差分合計値＝｜規格化後の２次成分（実測高調波成分計算結果１４）−高調波発生機器の高調波の２次成分|＋｜規格化後の３次成分（実測高調波成分計算結果１４）−高調波発生機器の高調波の３次成分|＋・・・＋｜規格化後のｎ次成分（実測高調波成分計算結果１４）−高調波発生機器の高調波のｎ次成分|＝｜規格化実測高調波成分計算結果２３の２次成分−規格化高調波発生機器高調波成分２４の２次成分|＋｜規格化実測高調波成分計算結果２３の３次成分−規格化高調波発生機器高調波成分２４の３次成分|＋・・・｜規格化実測高調波成分計算結果２３のｎ次成分−規格化高調波発生機器高調波成分２４のｎ次成分| ……（３）

規格化差分合計値を算出すると、続いて、算出した規格化差分合計値に基づいて高調波パターン一致度を計算する。規格化差分合計値と高調波パターン一致度とは一定の関係を有するので、高調波パターン一致度は規格化差分合計値を用いて算出することができる。ここで、図１２〜図１６を引用して上記式（３）に示される規格化差分合計値と高調波パターン一致度との関係および高調波成分一致度について説明する。

図１２〜図１４は、規格化差分合計値の計算の具体例を示した説明図であり、図１５は、規格化差分合計値と高調波パターン一致度との関係を概略的に示した説明図である。

図１２は、規格化実測高調波成分計算結果２３と規格化高調波発生機器高調波成分２４が完全に一致している場合を示している。図１２に示されるように、規格化実測高調波成分計算結果２３と規格化高調波発生機器高調波成分２４が完全に一致している場合、すなわち、規格化実測高調波成分計算結果２３と規格化高調波発生機器高調波成分２４の各次成分（図１２においては３次、５次および７次成分）が全て一致している場合、上記式（３）からも明らかなように規格化差分合計値は０となる。

図１３は、規格化実測高調波成分計算結果２３と規格化高調波発生機器高調波成分２４が完全に一致していない場合を示している。図１３に示されるように、規格化実測高調波成分計算結果２３と規格化高調波発生機器高調波成分２４が完全に一致していない場合（全てが不一致の場合）、規格化実測高調波成分計算結果２３と規格化高調波発生機器高調波成分２４の各次成分（図１３においては３次、５次および７次成分）が全てにおいて不一致となるので、規格化差分合計値は全成分の和となり２となる。

図１４は、規格化実測高調波成分計算結果２３と規格化高調波発生機器高調波成分２４が部分的に一致している場合を示している。図１４に示されるように、規格化実測高調波成分計算結果２３と規格化高調波発生機器高調波成分２４のある次数成分が一致し、その他の次数成分が一致しない場合の規格化差分合計値は、図１２に示される場合と図１３に示される場合との間の範囲、すなわち、０から２の範囲をとる。図１４に示される例を具体的に計算すれば、上記式（３）の項のうち一致していない３次および７次成分の項が残り、｜０．６−０|＋｜０−０．６|＝０．６＋０．６＝１．２となる。

図１２〜図１４に示される結果をまとめたのが図１５であり、図１５では規格化差分合計値を横軸に、高調波パターン一致度［％］を縦軸にとって両者の関係が示されている。図１５に示されるように、規格化差分合計値は、高調波パターン一致度１００％（高調波の全ての次数で一致）の場合の０と、高調波パターン一致度０％（高調波の全ての次数で不一致）の場合の２とを結ぶ直線（一次関数）として表すことができる。

しかしながら、実際の演算処理では、高調波パターン一致度を用いて０〜１００％で表すよりも、高調波の全ての次数で一致する場合を＋１００％とし高調波の全ての次数で不一致の場合を−１００％とした方が、高調波発生要因となり得るのか否かがより明確となる。そこで、全ての次数で一致する場合（高調波パターン一致度が１００％の場合）を＋１００％とし全く一致しない場合（高調波パターン一致度が０％の場合）を−１００％とした高調波成分一致度という概念を導入する。高調波成分一致度は以下の式（４）で表すことができる。

［数４］
高調波成分一致度（％）＝（１−規格化差分合計値）×１００ ……（４）

図１６は、規格化差分合計値と高調波成分一致度との関係を概略的に示した説明図である。規格化差分合計値を横軸に、高調波成分一致度［％］を縦軸にとって両者の関係を表すと、規格化差分合計値が０の場合（高調波の全ての次数で一致する）場合、高調波成分一致度は１００％となり、規格化差分合計値が２の場合（高調波の全ての次数で不一致）場合、高調波成分一致度は−１００％となる。高調波パターン一致度計算処理部２２は、算出した規格化差分合計値を上記式（４）に代入し演算することで高調波成分一致度（％）を算出する。算出結果は、高調波成分一致度計算結果１６として高調波要因推定手段１１へ送られる。

図１７は、高調波要因推定手段１１の機能および処理内容を示す説明図である。

高調波要因推定手段１１は、高調波成分一致度に応じて高調波発生機器（高調波要因）の表示位置を並び替える高調波一致度並び替え手段としての一致度並び替え処理部２７と、高調波要因と推定される高調波発生機器を抽出する高調波要因抽出処理部２８とを備える。

一致度並び替え処理部２７は、高調波発生機器の高調波成分一致度を予め定義した規則に則して並び替える機能を有する。一致度並び替え処理部２７は、受信した各高調波発生機器の高調波成分一致度を、例えば、高調波成分一致度が高い順に並び替える。

高調波要因抽出処理部２８は、高調波要因と推定される高調波発生機器を抽出する。高調波要因を抽出する際には、例えば、高調波成分一致度に対して閾値（しきいち）を設定しておき、この閾値を超える高調波成分一致度を持つ高調波発生機器を高調波要因と推定して抽出する。高調波要因抽出処理部２８は、抽出した高調波発生機器を高調波要因推定結果１７として表示手段１２へ送る。尚、高調波要因抽出処理部２８において、設定する閾値およびその個数は表示内容等により任意に設定可能である。

図１８および図１９は、高調波要因推定手段１１から送られた高調波要因推定結果１７が表示手段１２に表示される一例を示した説明図である。

図１８および図１９に示されるように、例えば、高調波発生要因として推定される高調波発生機器が高調波成分一致度の高い順に左側から表示される。また、設定する閾値および規格化実測高調波成分計算結果２３によっては、図１８に示されるように、例えば８アイテム等抽出される高調波発生機器が多い場合もあれば、図１９に示されるように、例えば３アイテム等抽出される高調波発生機器の個数が少ない場合もある。

第１の電力品質評価システム１Ａによれば、電力系統から電力の供給を受ける需要家２に設置した測定装置７から電気物理量情報６を取得し、取得した電気物理量情報６に基づいて電力品質の一要素である歪みの観点から電力品質を評価することができる。具体的には、予め照合用の高調波パターン（規格化高調波発生機器高調波成分２４）を高調波発生要因となり得る機器毎に用意し、取得した電気物理量情報６に基づいて得られた規格化実測高調波成分計算結果２３と各機器の規格化高調波発生機器高調波成分２４について高調波成分一致度を算出し高調波成分一致度の高い機器を高調波要因として推定することができる。

尚、電力品質評価システム１Ａは、ユーザ等からの実行要求により電力品質評価を行うが、タイマー機能を付加し、所定の時間毎に電力品質評価（高調波要因の推定）の算出を繰り返すように電力品質評価システム１Ａを構成しても良い。

また、電力品質評価システム１Ａでは、表示手段１２に最終結果である高調波要因推定結果１７が表示されると説明したが、途中経過である電気物理量情報６、実測高調波成分計算結果１４および高調波成分一致度計算結果１６やその他適宜必要な情報を表示することを妨げない。

さらに、本実施形態では、電力品質評価システム１Ａが高調波要因推定手段１１を具備しているが、必ずしも具備している必要はない。一定の高調波成分一致度を持つ高調波発生機器を高調波要因として推定しない場合、例えば、全高調波発生機器に対する高調波成分一致度を表示手段１２に表示したい場合、高調波要因を抽出する必要はなくなるからである。

さらにまた、本実施形態では、高調波要因推定手段１１が一致度並び替え処理部２７を備えているが、一致度並び替え処理部２７は高調波要因推定手段１１と独立していても構わない。すなわち、高調波要因推定手段１１が一致度並び替え処理部２７を必ずしも備えている必要はない。さらにまた、電力品質評価システム１Ａは、高調波一致度並び替え手段（一致度並び替え処理部２７）を具備していなくても良い。出力手段としての表示手段１２に高調波要因推定結果１７を並び替えて表示しない場合、高調波発生機器の高調波成分一致度を並び替える機能は不要だからである。

［第２の実施の形態］
第２の電力品質評価システム１Ｂは、測定装置７から電気物理量情報６を取得して高調波要因を推定するのに加えてさらに測定装置７を流れる電流の方向を計算するように構成される。第２の電力品質評価システム１Ｂの適用例は、基本的には第１の電力品質評価システム１Ａと同様であり、図１において第１の電力品質評価システム１Ａを第２の電力品質評価システム１Ｂと読み替えれば、読み替えた図１が第２の電力品質評価システム１Ｂの適用例を示す説明図となる。

また、第２の電力品質評価システム１Ｂは、図２に示される第１の電力品質評価システム１Ａに対して、高調波成分計算手段８の代わりに測定装置７を流れる電流の方向を計算する機能を有する高調波成分計算手段３０を具備する。すなわち、第２の電力品質評価システム１Ｂは、高調波成分計算手段３０、データ記録手段９、高調波成分一致度計算手段１０、高調波推定手段１１および表示手段１２を具備する点で異なる。しかしながら、その他の構成は実質的に異ならない。そこで、第２の電力品質評価システム１Ｂの説明では、第１の電力品質評価システム１Ａにおける構成要素と実質的に相違しない構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。

図２０は、第２の電力品質評価システム１Ｂが備える高調波成分計算手段３０の一例を示す説明図である。

高調波成分計算手段３０は、ＦＦＴ処理部２０と、測定装置７を流れる電流の方向を計算する機能を有する高調波電流方向計算手段としての電流方向計算処理部３２を備える。すなわち、高調波成分計算手段３０は、第１の電力品質評価システム１Ａにおける高調波成分計算手段８にさらに測定装置７を流れる電流の方向を計算する機能を付加して構成される。

電流方向計算処理部３２は、ある次数の高調波であるｋ次（ｋは２以上ｎ以下を満たす自然数）の高調波電圧の方向と高調波電流の方向とが同方向か逆方向かを電圧ベクトルと電流ベクトルとの位相差から判断する。

図２１は、電流方向計算処理部３２が行う高調波電流の方向（電流ベクトル）の計算の概要を示した説明図である。

図２１には、高調波ｋ次の電圧ベクトルと電流ベクトル（第１の電流ベクトル〜第４の電流ベクトル）が示されている。電流ベクトルの向きが電圧ベクトルに対して同方向か逆方向かの判断は、電圧ベクトルの位相に対する電流ベクトルの位相の遅れまたは進み（位相差）が９０度以内であれば同方向とし、位相差が９０度を超えている場合には逆方向と判断する。従って、図２１に示される第１の電流ベクトルおよび第２の電流ベクトルは同方向と判断し、第３の電流ベクトルおよび第４の電流ベクトルは逆方向と判断する。

高調波成分計算手段３０は、ＦＦＴ処理部２０が計算したＦＦＴの結果を表す情報と電流方向計算処理部３２が計算した高調波電流の方向の結果の情報をデータ記録手段９に保存したり、実測高調波計算結果１４として高調波成分一致度計算手段１０へ送る。以降の処理は第１の電力品質評価システム１Ａと実質的に同様である。但し、高調波成分計算手段３０から出力される実測高調波計算結果１４には高調波電流の方向について算出した結果の情報が含まれるので、表示手段１２に表示される表示内容には高調波電流の方向の情報が含まれる。

第２の電力品質評価システム１Ｂによれば、高調波電流の方向も判定するので、第１の電力品質評価システム１Ａの作用および効果に加えて高調波発生要因がどちらの方向にあるかについても判断できる。従って、高調波発生要因を推定する精度を第１の電力品質評価システム１Ａよりも向上させることができる。

尚、本実施形態では、高調波成分計算手段３０が電流方向計算処理部３２を備える場合を説明したが、電流方向計算処理部３２は独立していても構わない。すなわち、第１の電力品質評価システム１Ａに電流方向計算処理部３２をさらに具備する第２の電力品質評価システム１Ｂを構成しても良い。

［第３の実施の形態］
図２２は、本発明の第３の実施の形態に係る電力品質評価システムの一例である第３の電力品質評価システム１Ｃの適用例を示す説明図である。

第３の電力品質評価システム１Ｃは、図２２に示されるように、需要家２の電力系統において、上位電力系統側と母線５とを接続する送電線路３３と複数（図２２においては一例として２つの場合を示す）のフィーダ３ａ，３ｂにそれぞれ測定装置７ａ〜７ｃを設置して各測定装置７ａ〜７ｃから電気物理量情報６を取得して電力の品質評価を行うように構成される。尚、図２２に示される符号Ｉは高調波電流を示す。

図２３は、第３の電力品質評価システム１Ｃの構成および機能を示す概念図である。

第３の電力品質評価システム１Ｃは、図２３に示されるように、高調波成分計算手段３０、データ記録手段９、高調波成分一致度計算手段１０、高調波要因推定手段３５、および表示手段１２を具備する。第３の電力品質評価システム１Ｃは、各測定装置７ａ〜７ｃから取得される各々の電気物理量情報６を取得して高調波発生要因の推定、高調波電流の方向および高調波発生源となる負荷設備４の特定を行う。

図２４は、第３の電力品質評価システム１Ｃが具備する高調波要因推定手段３５の構成および機能を示す概念図である。

高調波要因推定手段３５は、高調波要因推定手段１１が備える一致度並び替え処理部２７および高調波要因抽出処理部２８に加え、各測定装置７ａ〜７ｃを流れる高調波電流の方向から高調波発生源を推定する高調波発生源推定手段としての高調波発生源特定処理部３６をさらに備える。

高調波発生源特定処理部３６は、高調波発生源から高調波電流が流れ込んでくるという点に着目して高調波発生源を絞り込む。例えば、図２２に示される負荷設備４ｂに高調波発生源がある場合、高調波電流Ｉは、フィーダ３ｂおよび母線５を経由して送電線路３３を通って上位電力系統へ流れ込むかフィーダ３ａを通り負荷設備４ａに流れ込むことになる。つまり、各測定装置７ａ〜７ｃで観測される高調波電流Ｉの方向がわかれば高調波発生源を絞り込むことができ、高調波発生源を推定することができる。高調波発生源特定処理部３６が推定した高調波発生源の情報（高調波発生源推定結果）３７は、高調波要因推定結果１７とともに表示手段１２へ出力される。

図２５は、高調波発生源特定処理部３６が行う高調波発生源特定処理における判定ロジックを示した説明図である。

高調波発生源特定処理部３６は、まず、第１の高調波発生源特定ロジックに従い高調波発生源の特定を行う。第１の高調波発生源特定ロジックは、高調波発生が１箇所の場合に有効なロジックであり、各測定装置７ａ〜７ｃで測定された高調波電流Ｉが一定の条件となる場合、１箇所の高調波発生源が特定される。例えば、測定装置７ａで観測される高調波電流Ｉの方向が母線５側（条件１）、かつ、測定装置７ｂで観測される高調波電流Ｉの方向が母線５側（条件２）、かつ、測定装置７ｃで観測される高調波電流Ｉの方向が上位電力系統側（条件３）の条件１から条件３の全条件が真ならば、高調波発生源が上位電力系統であると特定される。

但し、第１の高調波発生源特定ロジックで高調波発生源を特定できない場合がある。この場合には、続いて、第２の高調波発生源特定ロジックに従い高調波発生源の特定を行う。第１の高調波発生源特定ロジックで高調波発生源を特定できない場合には、高調波発生源が複数存在することを意味する。

第３の電力品質評価システム１Ｃによれば、第２の電力品質評価システム１Ｂの作用および効果に加えて、複数の測定装置７ａ〜７ｃを通る高調波電流Ｉの方向から、高調波発生源がどの設備にあるのかといったより具体的な特定をすることができる。

尚、第３の電力品質評価システム１Ｃは、一致度並び替え処理部２７および高調波要因抽出処理部２８に加え高調波発生源推定手段としての高調波発生源特定処理部３６をさらに備える高調波要因推定手段３５を具備しているが、高調波要因推定手段３５の代わりに、高調波要因推定手段１１（一致度並び替え処理部２７および高調波要因抽出処理部２８）および高調波発生源推定手段（高調波発生源特定処理部３６）を具備する構成にしても良い。

［第４の実施形態］
図２６は、本発明の第４の実施の形態に係る電力品質評価システムの一例である第４の電力品質評価システム１Ｄの適用例を示す説明図である。

第４の電力品質評価システム１Ｄは、需要家２の電力系統において、上位電力系統側と母線５とを接続する送電線路３３と複数（図２６においては一例として２つの場合を示す）のフィーダ３ａ，３ｂにそれぞれ測定装置７ａ〜７ｃを設置して各測定装置７ａ〜７ｃから電気物理量情報６を取得して電力の品質評価を行うように構成される。

また、第４の電力品質評価システム１Ｄは、負荷設備４ａ，４ｂと電気的に接続されており、負荷設備４ａ，４ｂ内の負荷監視装置（図を省略）または高調波発生機器に対して高調波発生を警告するための情報（以下、アラーム情報とする）３９や高調波発生機器を制御する制御信号４０を伝送可能に構成される。

さらに、第４の電力品質評価システム１Ｄは、負荷設備４ａ，４ｂの監視および制御を行う監視制御センタ４１と電気的に接続されており、アラーム情報３９を伝送することができるように構成される。尚、図２６に示される符号Ｉは高調波電流を示す。

図２７は、第４の電力品質評価システム１Ｄの構成および機能を示す概念図である。

第４の電力品質評価システム１Ｄは、図２７に示されるように、高調波成分計算手段３０、データ記録手段９、高調波成分一致度計算手段１０、高調波要因推定手段３５、表示手段１２に加え、さらに、アラーム発生処理手段４５と、制御指令発生処理手段４６とを具備する。

アラーム発生処理手段４５は、高調波の程度が任意に設定される一定水準（警告レベル）より大きい場合にアラーム情報３９を生成する機能と生成したアラーム情報３９を監視制御センタ４１等の外部へ送信する機能を有する。また、制御指令発生処理手段４６は、高調波の程度が任意の一定水準（強制制御レベル）より大きく、需要家２内の負荷設備４ａ，４ｂに存在する高調波発生機器が存在する場合、当該高調波発生機器を制御する制御信号４０を生成する機能と生成した制御信号４０を制御対象（負荷設備４ａ，４ｂに存在する高調波発生機器またはそのコントローラ）へ送信する機能を有する。尚、強制制御レベルは一般に警告レベルよりも高い水準に設定される。

第４の電力品質評価システム１Ｄは、各測定装置７ａ〜７ｃから取得される各々の電気物理量情報６を取得して高調波発生要因の推定、高調波電流の方向および高調波発生源を推定する。そして、高調波の程度が警告レベルを超えると、アラーム発生処理手段４５が高調波発生を警告するアラーム情報３９を生成して監視制御センタ４１等の外部へ送信する。さらに、高調波発生源が需要家２の制御可能な機器であって、高調波の程度が警告レベルを超え強制制御レベル以上となっている場合、制御指令発生処理手段４６が制御信号４０を生成して制御対象へ送信することで高調波の発生を強制的な抑止を図る。

アラーム情報３９および制御信号４０の生成の要否を判断するためには、高調波の程度がどの程度かを判断する必要がある。そのため、第４の電力品質評価システム１Ｄでは、高調波の程度を示す指標の一例として総合ひずみ率を用いる。総合ひずみ率は、以下の式（５）で表される。

［数５］
総合ひずみ率＝高調波分のみの実効値÷実効値 ……（５）

図２８は、高調波の程度を示す一指標である総合ひずみ率の時間推移と、アラーム情報３９および制御信号４０の生成のタイミングとの関係を説明する説明図である。尚、図２８において、横軸は時間、縦軸は総合ひずみ率である。

第４の電力品質評価システム１Ｄでは、まず、警告レベルＲa未満で推移していた総合ひずみ率が警告レベルＲaに達すると、アラーム発生処理手段４５は総合ひずみ率が警告レベルＲaに達した時間ｔ_０から総合ひずみ率が警告レベルＲa未満となるまで時間のカウントを開始する。そして、カウントした時間が予め設定した所定時間ｔa（以下、アラーム発生時限値とする）以上となった場合、アラーム発生処理手段４５はアラーム情報３９を生成する。

さらに、総合ひずみ率が上昇して強制制御レベルＲcに達すると、制御指令発生処理手段４６は総合ひずみ率が強制制御レベルＲcに達した時間ｔ_１から総合ひずみ率がレベルＲc未満となるまで時間のカウントを開始する。そして、カウントした時間が予め設定した所定時間ｔc（以下、制御信号発生時限値とする）以上となった場合、制御指令発生処理手段４６は制御信号４０を生成する。

第４の電力品質評価システム１Ｄによれば、高調波の程度が任意に設定された警告レベルを超えた場合にアラーム情報３９を生成して外部へ出力するアラーム発生処理手段４５を具備するので、高調波発生源やその管理元に対して高調波発生の警告を発することができる。また、高調波の程度が任意に設定された強制制御レベルを超えた場合に制御信号４０を生成して強制制御対象へ出力する制御指令発生処理手段４６を具備するので、高調波発生源となる機器を強制的に制御して高調波の程度を低減または高調波の発生を抑えることができる。

従って、第４の電力品質評価システム１Ｄは、第３の電力品質評価システム１Ｃの作用および効果に加えて、推定した高調波発生源に警告を発したり、強制的に制御したりすることができるので、従来の電力評価システムまたは第１〜第３の電力品質評価システム１Ａ〜１Ｃに比べて高調波による災害の抑止力を高めることができる。

尚、第４の電力品質評価システム１Ｄは、アラーム発生処理手段４５と、制御指令発生処理手段４６とを具備すると説明したが、両方の手段４５，４６を具備している必要はない。すなわち、第３の電力品質評価システム１Ｃにアラーム発生処理手段４５を具備した第４の電力品質評価システム１Ｄまたは、第３の電力品質評価システム１Ｃに制御指令発生処理手段４６を具備した第４の電力品質評価システム１Ｄを構成しても良い。

以上、本発明に係る電力品質評価システムによれば、上位の電力系統から電力の供給を受ける需要家２の電圧や電流等の電気物理量情報６を収集し、電力品質の一つである高調波の発生要因（発生させている機器の種類）および発生源（どの負荷設備または上位電力系統にあるのか）を推定することができる。また、高調波の影響により負荷設備４に災害等の危険が生じていると判断される場合には、高調波発生機器を強制的に制御することで、高調波による災害発生の未然防止を図ることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る電力品質評価システムの適用例を示す説明図。 本発明の第１の実施の形態に係る電力品質評価システムの構成および機能を説明する概略図。 測定装置が実測した電気的物理量の波形の一例として線間２相分の電圧波形を概略的に示したグラフ。 本発明の第１の実施の形態に係る電力品質評価システムにおける高調波成分計算手段の一例を示す説明図。 本発明に係る電力品質評価システムにおける高調波成分計算手段が図３に示されるＶａｂ、Ｖｂｃについて高調波成分を計算した実測高調波成分計算結果の一例を示す説明図。 高調波発生機器の一例である電力変換装置（６相）の高調波の次数とその成分（含有率）との関係を表した説明図。 高調波発生機器の一例であるアーク炉の高調波の次数とその成分（含有率）との関係を表した説明図。 高調波発生機器の一例であるエアコンの高調波の次数とその成分（含有率）との関係を表した説明図。 高調波発生機器の一例である一般照明の高調波の次数とその成分（含有率）との関係を表した説明図。 本発明に係る電力品質評価システムの高調波成分一致度計算手段の機能および処理内容を示す説明図。 高調波発生機器ＤＢにある高調波発生機器高調波成分の最大次数と実測高調波成分計算結果における高調波の最大次数が一致していない場合における高調波成分の規格化の概要を示した説明図。 規格化実測高調波成分計算結果と規格化高調波発生機器高調波成分が完全に一致している場合における規格化差分合計値の計算の具体例を示した説明図。 規格化実測高調波成分計算結果と規格化高調波発生機器高調波成分が完全に一致していない場合（完全不一致の場合）における規格化差分合計値の計算の具体例を示した説明図。 規格化実測高調波成分計算結果と規格化高調波発生機器高調波成分が部分的に一致している場合における規格化差分合計値の計算の具体例を示した説明図。 規格化差分合計値と高調波パターン一致度との関係を概略的に示した説明図。 規格化差分合計値と高調波成分一致度との関係を概略的に示した説明図。 本発明の第１の実施の形態に係る電力品質評価システムにおける高調波要因推定手段の機能および処理内容を示す説明図。 本発明に係る電力品質評価システムにおける評価結果（高調波要因推定結果）の表示例を示した説明図。 本発明に係る電力品質評価システムにおける評価結果（高調波要因推定結果）の他の表示例を示した説明図。 本発明の第２の実施の形態に係る電力品質評価システムにおける高調波成分計算手段の一例を示す説明図。 本発明に係る電力品質評価システムの電流方向計算処理部が行う高調波電流の方向（電流ベクトル）の計算の概要を示した説明図。 本発明の第３の実施の形態に係る電力品質評価システムの適用例を示す説明図。 本発明の第３の実施の形態に係る電力品質評価システムの構成および機能を示す概念図。 本発明の第３の実施の形態に係る電力品質評価システムにおける高調波要因推定手段の構成および機能を示す概念図。 本発明の第３の実施の形態に係る電力品質評価システムにおける高調波要因推定手段の高調波発生源特定処理部が行う高調波発生源特定処理の判定ロジックを示した説明図。 本発明の第４の実施の形態に係る電力品質評価システムの適用例を示す説明図。 本発明の第４の実施の形態に係る電力品質評価システムの構成および機能を示す概念図。 本発明の第４の実施の形態に係る電力品質評価システムにおいて生成されるアラーム情報および制御信号の生成タイミングと高調波の程度を示す一指標である総合ひずみ率の時間推移との関係を説明する説明図。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 電力品質評価システム
２ 需要家
３（３ａ，３ｂ） フィーダ
４（４ａ，４ｂ） 負荷設備
５ 母線
７（７ａ，７ｂ，７ｃ） 測定装置
８ 高調波成分計算手段
９ データ記録手段
１０ 高調波成分一致度計算手段
１１ 高調波推定手段
１２ 表示手段（出力手段）
１５ 高調波発生機器ＤＢ
２０ ＦＦＴ処理部
２１ 規格化計算処理部
２２ 高調波パターン一致度計算処理部
２７ 一致度並び替え処理部
２８ 高調波要因抽出処理部
３０ 高調波成分計算手段
３２ 電流方向計算処理部
３３ 送電線路
３５ 高調波要因推定手段
３６ 高調波発生源特定処理部
４１ 監視制御センタ
４５ アラーム発生処理手段
４６ 制御指令発生処理手段

Claims (9)

1. 電力系統の少なくとも１箇所以上で測定された電流および電圧の少なくとも何れかを含む電気的物理量のうち、１箇所の測定箇所で測定された前記電気的物理量に基づき、当該測定箇所で測定された電気的物理量の２次から所定次数までの高調波成分を計算する高調波成分計算手段と、
   前記高調波成分計算手段が算出した前記電気的物理量の２次から所定次数までの高調波成分の合計が１となるように規格化した結果と、高調波を発生させる機器と当該機器の２次から前記所定次数までの高調波成分とを対応させた前記高調波を発生させる機器毎の２次から前記所定次数までの高調波成分の合計が１となるように規格化したデータとの差分の絶対値を次数毎に計算し、当該計算結果の合計値を用いて、前記高調波成分計算手段が算出した高調波成分と前記高調波を発生させる機器毎のデータの高調波成分とが一致する程度を前記高調波を発生させる機器毎に計算する高調波成分一致度計算手段とを具備することを特徴とする電力品質評価システム。
2. 前記高調波成分一致度計算手段が計算した結果に基づき高調波発生要因となる機器および高調波発生要因とならない機器の少なくとも一方を絞り込む高調波要因推定手段をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の電力品質評価システム。
3. 前記高調波成分一致度計算手段が計算した結果を所定の順番に並び替える高調波一致度並び替え手段をさらに具備することを特徴とする請求項１または２記載の電力品質評価システム。
4. 前記測定箇所は複数であり、各測定箇所で測定される電流および電圧に基づき、高調波電圧に対する高調波電流の方向を計算する機能を有する高調波電流方向計算手段をさらに具備することを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の電力品質評価システム。
5. 前記高調波電流方向計算手段が計算した各測定箇所を流れる高調波電流の方向に基づいて、高調波発生源の方向を判断し、前記高調波発生源を推定する機能を有する高調波発生源推定手段をさらに具備することを特徴とする請求項４記載の電力品質評価システム。
6. 高調波の程度が任意に設定される一定水準よりも大きい場合、警告を示すアラーム情報を生成し外部へ送信する機能を有するアラーム発生処理手段を具備することを特徴とする請求項５記載の電力品質評価システム。
7. 前記高調波発生源推定手段が推定した高調波発生源が自己制御可能な機器であり、高調波の程度が任意に設定される一定水準よりも大きい場合、前記高調波発生源となる機器を強制的に制御する制御信号を生成し、前記高調波発生源となる機器および当該機器を制御するコントローラへ生成した制御信号を送信する機能を有する制御指令発生処理手段を具備することを特徴とする請求項５または６記載の電力品質評価システム。
8. 前記高調波成分計算手段は、タイマー機能をさらに備え、前記測定箇所毎の高調波成分を所定の時間毎に算出し、前記高調波成分一致度計算手段は、前記高調波成分計算手段が所定の時間毎に算出した前記測定箇所毎の高調波成分と高調波を発生させる機器と当該機器の高調波成分とを対応させたデータとを照合して前記高調波成分計算手段が算出した高調波成分が前記データの高調波成分と一致する程度を計算するように構成されることを特徴とする請求項１記載の電力品質評価システム。
9. 少なくとも前記高調波成分一致度計算手段が算出した算出結果を含む必要な情報をユーザが認識できる形式で出力する出力手段をさらに具備する請求項１記載の電力品質評価システム。

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