JP6214489B2 - Signal processing apparatus and signal processing method - Google Patents

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Description

本発明は、交流電力に関する電気量を計測可能な信号処理装置および信号処理方法に関する。   The present invention relates to a signal processing device and a signal processing method capable of measuring an electrical quantity related to AC power.

例えば、電力系統などの交流電力に関する電気量を計測する場合、高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform;離散フーリエ変換(DFT:Discrete Fourier Transform)とも称される)およびサンプリング定理をベースとして信号処理を用いることが一般的である。これに対して、本願発明者は、対称性理論の群論を用いて、各種の電気量を計測する手法を提案してきた(特許文献1および特許文献2)。   For example, when measuring the amount of electricity related to AC power such as an electric power system, signal processing is performed based on a fast Fourier transform (FFT: also called discrete Fourier transform (DFT)) and a sampling theorem. It is common to use. On the other hand, this inventor has proposed the method of measuring various electric quantities using the group theory of symmetry theory (patent document 1 and patent document 2).

特許第5214074号公報Japanese Patent No. 5214074 特開2013−092473号公報JP 2013-092473 A

IEEE Std. C37.118.1-2011, IEEE Standard for Synchrophasor Measurements for Power SystemsIEEE Std. C37.118.1-2011, IEEE Standard for Synchrophasor Measurements for Power Systems A.G. Phadke, J.S. Thorp, M.G. Adamiak, “A New Measurement Technique For Tracking Voltage Phasors, Local System Frequency, And rate of Change of frequency”, IEEE TRANSACTIONS ON POWER APPARATUS AND SYSTEMS, 1983-05-01, pages 1025-1038A.G. Phadke, J.S.Thorp, M.G.Adamiak, “A New Measurement Technique For Tracking Voltage Phasors, Local System Frequency, And rate of Change of frequency”, IEEE TRANSACTIONS ON POWER APPARATUS AND SYSTEMS, 1983-05-01, pages 1025-1038

本願発明者は、1つのゲージサンプリング周波数を用いて対称群を構成する方法について提案してきた。このような手法に比較して、より速度および精度を高めた新たな手法を発明した。本発明は、対称性理論の群論を用いた新たな信号処理の手法を提供することである。   The inventor of the present application has proposed a method of forming a symmetric group using one gauge sampling frequency. Compared with such a method, a new method with higher speed and accuracy has been invented. The present invention provides a new signal processing technique using the group theory of symmetry theory.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のある局面に従う信号処理装置は、測定対象を収集サンプリング周波数でサンプリングして瞬時値データを時系列に収集する収集手段と、複数のゲージサンプリング周波数のそれぞれに対応するゲージ回転位相角を計算する第1の計算手段とを含む。複数のゲージサンプリング周波数の各々は、収集サンプリング周波数を正の整数で除算した値であり、第1の計算手段は、ゲージサンプリング周波数の別に予め定められた換算係数を参照して、収集サンプリング周波数でサンプリングされた瞬時値データからそれぞれのゲージ回転位相角を計算する。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a signal processing device according to an aspect of the present invention includes a collection unit that samples a measurement object at a collection sampling frequency and collects instantaneous value data in time series, and a plurality of collection units. First calculating means for calculating a gauge rotation phase angle corresponding to each of the gauge sampling frequencies. Each of the plurality of gauge sampling frequencies is a value obtained by dividing the collected sampling frequency by a positive integer, and the first calculation means refers to a conversion factor determined in advance separately for the gauge sampling frequency, Each gauge rotation phase angle is calculated from the sampled instantaneous value data.

本発明の別の局面に従う信号処理方法は、測定対象を収集サンプリング周波数でサンプリングして瞬時値データを時系列に収集する収集ステップと、複数のゲージサンプリング周波数のそれぞれに対応するゲージ回転位相角を計算する第1の計算ステップとを含む。複数のゲージサンプリング周波数の各々は、収集サンプリング周波数を正の整数で除算した値であり、第1の計算ステップは、ゲージサンプリング周波数の別に予め定められた換算係数を参照して、収集サンプリング周波数でサンプリングされた瞬時値データからそれぞれのゲージ回転位相角を計算するステップを含む。   A signal processing method according to another aspect of the present invention includes a collection step of sampling a measurement object at a collection sampling frequency and collecting instantaneous value data in time series, and a gauge rotation phase angle corresponding to each of the plurality of gauge sampling frequencies. A first calculation step of calculating. Each of the plurality of gauge sampling frequencies is a value obtained by dividing the collected sampling frequency by a positive integer, and the first calculation step is performed by referring to a predetermined conversion factor for each of the gauge sampling frequencies. Calculating a respective gauge rotation phase angle from the sampled instantaneous value data.

本発明によれば、より速度および精度を高めた対称性理論の群論を用いた新たな信号処理の手法を提供する。   According to the present invention, a new signal processing technique using the group theory of symmetry theory with higher speed and accuracy is provided.

複素平面上の同期フェーザを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the synchronous phasor on a complex plane. 複素平面上のゲージ回転位相角を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the gauge rotation phase angle on a complex plane. 多重スケール法を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the multiscale method. ゲージ回転位相角と実周波数との対称性を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the symmetry of a gauge rotation phase angle and a real frequency. 複素平面上のゲージ電圧群を示す図である。It is a figure which shows the gauge voltage group on a complex plane. 複素平面上のゲージ差分電圧群を示す図である。It is a figure which shows the gauge difference voltage group on a complex plane. データ収集サンプリング周波数4000Hzにおけるゲージサンプリング点数とゲージサンプリング周期との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the number of gauge sampling points in a data collection sampling frequency 4000Hz, and a gauge sampling period. データ収集サンプリング周波数4000Hzにおけるゲージサンプリング点数とゲージサンプリング周波数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the number of gauge sampling points in the data collection sampling frequency 4000Hz, and a gauge sampling frequency. 図8に示すデータ収集サンプリング周波数4000Hzにおけるゲージサンプリング点数とゲージサンプリング周波数との関係を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows the relationship between the number of gauge sampling points in the data collection sampling frequency 4000Hz shown in FIG. 8, and a gauge sampling frequency. データ収集サンプリング周波数4000Hzにおけるゲージサンプリング点数に対する実周波数とゲージサンプリング周波数との比例係数の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the proportionality coefficient of the real frequency and the gauge sampling frequency with respect to the number of gauge sampling points in the data collection sampling frequency of 4000 Hz. データ収集サンプリング周波数4000Hzにおけるゲージサンプリング点数に対するゲージサンプリング周波数と実周波数との比例係数の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the proportionality coefficient of a gauge sampling frequency and an actual frequency with respect to the number of gauge sampling points in the data collection sampling frequency of 4000 Hz. データ収集サンプリング周波数4000Hzにおけるゲージサンプリング点数と実周波数50Hzでの周波数係数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the number of gauge sampling points in the data collection sampling frequency 4000Hz, and the frequency coefficient in the real frequency 50Hz. データ収集サンプリング周波数4000Hzにおけるゲージサンプリング点数と実周波数50Hzにおけるゲージ回転位相角および測定回転位相角との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the gauge sampling point in the data collection sampling frequency 4000Hz, the gauge rotation phase angle in the real frequency 50Hz, and a measurement rotation phase angle. データ収集サンプリング周波数4000Hzにおけるゲージサンプリング点数と実周波数50Hzにおける周波数換算係数kf1およびkf2との関係を示す図である。It is a graph showing a relationship between a frequency conversion coefficient k f1 and k f2 in gauge sampling points and the actual frequency 50Hz in the data collection sampling frequency 4000 Hz. データ収集サンプリング周波数4000Hzおよび実周波数50Hzにおける測定回転位相角の最適値を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the optimal value of the measurement rotation phase angle in the data collection sampling frequency 4000Hz and the real frequency 50Hz. 現時点での基本波周波数の推定方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the estimation method of the fundamental wave frequency at the present. 実施の形態1の信号処理装置の構成例を示す模式図である。2 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a signal processing device according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1の信号処理装置により実行される処理手順を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating a processing procedure executed by the signal processing apparatus according to the first embodiment. ケース1の基本波シミュレーションにおける電圧瞬時値および電圧実効値についてのシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result about the voltage instantaneous value and voltage effective value in the fundamental wave simulation of case 1. ケース1の基本波シミュレーションにおける瞬時周波数についてのシミュレーション結果を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a simulation result of an instantaneous frequency in the fundamental wave simulation of case 1. ケース2の実測例における観測電圧の時間波形を示す図である。6 is a diagram illustrating a time waveform of an observed voltage in an actual measurement example of case 2. FIG. ケース2の実測例における観測電圧の時間波形に対してFFTして得られたスペクトル計算結果を示す図である。It is a figure which shows the spectrum calculation result obtained by FFT with respect to the time waveform of the observation voltage in the actual measurement example of case 2. 図22に示すスペクトルの0〜840[Hz]の範囲を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows the range of 0-840 [Hz] of the spectrum shown in FIG. 図22に示すスペクトルの0〜420[Hz]の範囲を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows the range of 0-420 [Hz] of the spectrum shown in FIG. ケース2の実測例におけるゲージサンプリング点数N=1での瞬時周波数の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the instantaneous frequency in gauge sampling point number Ng = 1 in the actual measurement example of case 2. FIG. ケース2の実測例におけるゲージサンプリング点数N=2での瞬時周波数の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the instantaneous frequency in gauge sampling point number Ng = 2 in the actual measurement example of case 2. FIG. ケース2の実測例におけるゲージサンプリング点数N=3での瞬時周波数の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the instantaneous frequency in gauge sampling point number Ng = 3 in the actual measurement example of case 2. FIG. ケース2の実測例におけるゲージサンプリング点数N=12での瞬時周波数の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the instantaneous frequency in the number of gauge sampling points Ng = 12, in the actual measurement example of case 2. ケース2の実測例におけるゲージサンプリング点数N=17での瞬時周波数の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the instantaneous frequency in gauge sampling point number Ng = 17 in the actual measurement example of case 2. FIG. ケース2の実測例におけるゲージサンプリング点数N=117での瞬時周波数の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the instantaneous frequency in gauge sampling point number Ng = 117 in the actual measurement example of case 2. FIG. ケース2の実測例におけるゲージサンプリング点数N=217での瞬時周波数の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the instantaneous frequency in gauge sampling point number Ng = 217 in the actual measurement example of case 2. FIG. ケース2の実測例におけるゲージサンプリング点数N=317での瞬時周波数の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the instantaneous frequency in gauge sampling point number Ng = 317 in the actual measurement example of case 2. FIG. ケース2の実測例におけるゲージサンプリング点数N=417での瞬時周波数の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the instantaneous frequency in gauge sampling point number Ng = 417 in the actual measurement example of case 2. FIG. ケース2の実測例におけるゲージサンプリング点数N=983での瞬時周波数の測定結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a measurement result of an instantaneous frequency at the number of gauge sampling points N g = 983 in an actual measurement example of case 2. ケース2の実測例におけるそれぞれのゲージサンプリング点数における瞬時周波数の分布曲線を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a distribution curve of instantaneous frequency at each gauge sampling point in an actual measurement example of case 2. 図35に示す瞬時周波数の分布曲線の拡大図を示す。The enlarged view of the distribution curve of the instantaneous frequency shown in FIG. 35 is shown. ケース2の実測例におけるゲージサンプリング点数N=1,2,3,12での平均周波数の測定結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a measurement result of an average frequency at the number of gauge sampling points N g = 1, 2, 3, 12 in an actual measurement example of Case 2. ケース2の実測例におけるゲージサンプリング点数N=17,117での平均周波数の測定結果を示す図である。It is a graph showing measurement results of the average frequency of a gauge number of sampling points N g = 17, 117 in the actual example of the case 2. ケース2の実測例におけるゲージサンプリング点数N=17での電圧振幅の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the voltage amplitude in gauge sampling point number Ng = 17 in the actual measurement example of case 2. FIG. ケース2の実測例におけるゲージサンプリング点数N=17での直流成分測定結果を示す図である。It is a figure which shows the direct-current component measurement result in gauge sampling point number Ng = 17 in the actual measurement example of case 2. FIG. 複素平面上のゲージ同期フェーザ群を示す図である。It is a figure which shows the gauge synchronous phasor group on a complex plane. 複素平面上のゲージ差分同期フェーザ群を示す図である。It is a figure which shows the gauge difference synchronous phasor group on a complex plane. 実施の形態2の同期フェーザ測定装置の構成例を示す模式図である。6 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a synchronized phasor measuring device according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態2の同期フェーザ測定装置により実行される処理手順を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a processing procedure executed by the synchronized phasor measuring device according to the second embodiment. ケース3の基本波シミュレーションにおける同期フェーザについてのシミュレーション結果を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a simulation result for a synchronized phasor in a fundamental wave simulation of case 3. ケース3の基本波シミュレーションにおける同期フェーザ位相角についてのシミュレーション結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a simulation result of a synchronized phasor phase angle in a fundamental wave simulation of case 3. ケース3の基本波シミュレーションにおける時間同期フェーザについてのシミュレーション結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing simulation results for a time-synchronized phasor in a fundamental wave simulation of case 3. ケース4の実測例における同期フェーザの計測結果を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a measurement result of a synchronized phasor in an actual measurement example of case 4. 図48に示す同期フェーザの計測結果の拡大図である。It is an enlarged view of the measurement result of the synchronous phasor shown in FIG. ケース4の実測例における同期フェーザ位相角の計測結果を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a measurement result of a synchronized phasor phase angle in an actual measurement example of case 4. ケース4の実測例における時間同期フェーザの計測結果を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a measurement result of a time synchronization phasor in an actual measurement example of case 4. ケース4の実測例における時間同期フェーザの計測結果を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a measurement result of a time synchronization phasor in an actual measurement example of case 4. 複素平面上のゲージ電力群を示す図である。It is a figure which shows the gauge electric power group on a complex plane. 複素平面上のゲージ差分電力群を示す図である。It is a figure which shows the gauge difference electric power group on a complex plane. 複素平面上のゲージ双電圧群を示す図である。It is a figure which shows the gauge double voltage group on a complex plane. 複素平面上のゲージ差分双電圧群を示す図である。It is a figure which shows the gauge difference twin voltage group on a complex plane.

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に従う信号処理装置および信号処理方法について説明する。図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。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。   A signal processing apparatus and a signal processing method according to embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated. In addition, this invention is not limited by embodiment shown below.

[A.背景技術および概要]
本願発明者が特許文献1および特許文献2において提案してきた手法は、1つのゲージサンプリング周波数を用いた手法であった。この1つのゲージサンプリング周波数を用いる手法を本願の対比として「単重スケール法」と称する。これに対して、本願では、本願発明者が新たに見出した複数のゲージサンプリング周波数を用いるという手法を採用する。以下の説明において説明される新たな手法を、便宜上「多重スケール法」と称する。なお、この手法のネーミングについては説明の便宜上のものに過ぎず、本願発明の技術的範囲はその特許請求の範囲の記載に基づいて決定されるべきである。
[A. Background art and overview]
The technique proposed by the inventors of the present invention in Patent Document 1 and Patent Document 2 is a technique using one gauge sampling frequency. This method using one gauge sampling frequency is referred to as a “single scale method” for comparison with the present application. In contrast, in the present application, a technique of using a plurality of gauge sampling frequencies newly found by the inventor of the present application is adopted. The new method described in the following description is referred to as “multi-scale method” for convenience. Note that the naming of this method is merely for convenience of explanation, and the technical scope of the present invention should be determined based on the description of the claims.

本実施の多重スケール法では、複数のゲージサンプリング周波数を用いて同時に計測することにより、サンプリング定理の束縛から解放し、例えば、電力系統の基本波測定などにおける実波形の不特定多数の高調波成分の影響を大幅に低減できる。   In the multi-scale method of the present embodiment, by simultaneously measuring using a plurality of gauge sampling frequencies, it is freed from the constraint of the sampling theorem, for example, an unspecified number of harmonic components of an actual waveform in power system fundamental wave measurement etc. Can significantly reduce the effects of

本実施の多重スケール法における概略の理論的な説明をする。従来のFFTは、対象波形を分解して各周波数成分に分離する。これに対して、多重スケール法は、対称性理論の群論を用いて、対象波形を一つの対称基本波に統合する。   A schematic theoretical explanation of the multi-scale method of the present embodiment will be given. In the conventional FFT, the target waveform is decomposed and separated into frequency components. On the other hand, the multi-scale method integrates the target waveform into one symmetric fundamental wave using the group theory of symmetry theory.

高調波成分を含まない基本波を多重スケール法で計測した場合には、すべてのスケールにおいて同じ解析解が得られる。これに対して、FFTは基本波の計測においても、いくらサンプリング周波数を上げても近似解しか得られない。この点は、多重スケール法とFFTとの大きな違いである。また、計算量は、多重スケール法の方が少なく、より高速な演算を行なえる。   When a fundamental wave that does not contain harmonic components is measured by the multiscale method, the same analytical solution can be obtained at all scales. On the other hand, in FFT, only an approximate solution can be obtained in the measurement of the fundamental wave, no matter how much the sampling frequency is increased. This is a significant difference between the multi-scale method and FFT. In addition, the amount of calculation is smaller in the multi-scale method, and faster calculation can be performed.

電力系統では、系統事故、負荷の入り切り、天気の変化、イベントなどの様々な要因で擾乱を生じ得る。比較的大きな擾乱である電圧フリッカの処理に対して、すべてのスケールについての対称性破れ指標をそれぞれ設ける。これにより、基本波から離れたデータを生じるスケールについては、対応する対称群から除外して周波数などの計算を行なわない。これによって、部分的な擾乱と停電などとを区別することができる。また、相加性雑音(高調波)処理において、すべてのスケールにおいてスケール別に平均化処理を行なうことで雑音の影響を低減する。   In the electric power system, disturbances may occur due to various factors such as system faults, load on / off, weather changes, and events. For the processing of voltage flicker, which is a relatively large disturbance, symmetry breaking indices for all scales are provided. As a result, the scale that generates data away from the fundamental wave is excluded from the corresponding symmetric group and the frequency is not calculated. This makes it possible to distinguish between partial disturbances and power outages. In addition, in the additive noise (harmonic) processing, the influence of noise is reduced by performing averaging processing for each scale in all scales.

多重スケール法において、ゲージサンプリング周波数が小さいとき、瞬時周波数の計測結果および平均周波数の測定結果ともに基本波から外れるが、1つのスケールに対応する1つの平均周波数の測定結果が得られる。スケールが小さいほど、得られた平均周波数の測定結果は高くなる。これを利用して、単独運転の状態を高速に判定できる装置などに利用できる。   In the multi-scale method, when the gauge sampling frequency is small, the measurement result of the instantaneous frequency and the measurement result of the average frequency deviate from the fundamental wave, but the measurement result of one average frequency corresponding to one scale is obtained. The smaller the scale, the higher the average frequency measurement result obtained. By utilizing this, it can be used for an apparatus that can determine the state of isolated operation at high speed.

これに対して、FFTのメリットの1つとして、実波形の基本波成分を含む各周波数成分を解析することができることが挙げられる。しかしながら、FFT計算には多くのデータが必要であり、計算時間も長くなる。   In contrast, one of the merits of FFT is that each frequency component including the fundamental wave component of the actual waveform can be analyzed. However, the FFT calculation requires a lot of data, and the calculation time becomes long.

多重スケール法は、周波数計算参照表を用いることにより、FFTにより生じるエイリアシング現象を回避している。   The multi-scale method avoids aliasing phenomenon caused by FFT by using a frequency calculation reference table.

以上のように、電力系統の制御保護などの高いリアルタイム性が要求される処理において、高速性および高精度を維持した計測を行なうことが必要とされており、本実施の形態の多重スケール法を利用することのメリットは非常に大きい。一方、FFTはオフラインでの事後解析において、実波形の各高調波成分を計算することができるため、有力な補助ツールとして利用できる。以下、本実施の形態の多重スケール法とFFTとのメリット・デメリットの比較結果を以下の表に示す。   As described above, it is necessary to perform measurement while maintaining high speed and high accuracy in processing that requires high real-time properties such as control protection of the power system, and the multiple scale method of the present embodiment is used. The benefits of using it are enormous. On the other hand, FFT can be used as a powerful auxiliary tool because it can calculate each harmonic component of the actual waveform in offline post-mortem analysis. The following table shows the comparison results of the merits and demerits between the multi-scale method of this embodiment and FFT.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

次に、本実施の多重スケール法を従来の電力系統の解析理論と比較しつつ説明する。上述の非特許文献1(ページ8の式(7)など参照)によれば、基本波は、以下の(1)式のように定義される。   Next, the multi-scale method of the present embodiment will be described in comparison with a conventional power system analysis theory. According to Non-Patent Document 1 (see Equation (7) on page 8), the fundamental wave is defined as the following Equation (1).

x(t)=Xcos[Ψ(t)] …(1)
さらに、非特許文献1(ページ8の式(8)など参照)によれば、周波数は、以下の(2)式のように定義される。
x (t) = X m cos [Ψ (t)] (1)
Furthermore, according to Non-Patent Document 1 (see equation (8) on page 8), the frequency is defined as the following equation (2).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

非特許文献1に開示されるIEEEによる定義では、まず位相角Ψ(t)を計測し、それから基本波周波数を計測する。従来理論では、位相角Ψ(t)の計測について、FFTを用いて基本波を抽出するとされている(非特許文献2)。   According to the IEEE definition disclosed in Non-Patent Document 1, the phase angle Ψ (t) is first measured, and then the fundamental frequency is measured. According to the conventional theory, the fundamental wave is extracted using FFT for the measurement of the phase angle Ψ (t) (Non-patent Document 2).

このような従来理論での定義とは異なり、本実施の形態の多重スケール法では、まず群論の手法に従って複数ゲージ空間を導入し、それぞれスケールのゲージ空間で周波数測定を行ない、高調波成分の影響を大幅に低減した基本波の測定結果を得る。それから、安定的な基本波周波数の測定結果を用いて、同じ群論の手法に従って、電圧振幅、同期フェーザ、時間同期フェーザ(位相差)、空間同期フェーザ(相差角)などを計測する。このように、本実施の形態の多重スケール法では、基本波を中心にして計測を行なうことに対して、従来理論では、FFTを用いることで、実質的にすべての周波数成分を平等に扱うことになる。基本波を中心にして計測を行なうことで、本実施の形態の多重スケール法は、より高速かつより高精度に電気量を計測できる。   Unlike the definition in the conventional theory, the multiscale method of the present embodiment first introduces multiple gauge spaces according to the group theory method, performs frequency measurement in each gauge space, and affects the influence of harmonic components. The measurement result of the fundamental wave with greatly reduced is obtained. Then, voltage amplitude, synchronized phasor, time synchronized phasor (phase difference), spatially synchronized phasor (phase difference angle), etc. are measured according to the same group theory method using the measurement result of the stable fundamental wave frequency. As described above, in the multiscale method of the present embodiment, measurement is performed with the fundamental wave as the center, whereas in the conventional theory, substantially all frequency components are handled equally by using FFT. become. By measuring with the fundamental wave as the center, the multiscale method of the present embodiment can measure the quantity of electricity at higher speed and with higher accuracy.

電力系統の電気量(交流電圧電流や直流電圧電流)の計測については、本質的に時系列データの信号処理であり、一般的な信号処理と同じである。すなわち、本実施の形態の多重スケール法は、電力系統の電気量の計測に限られず、各種の時間波形や信号の処理に適用可能である。   The measurement of the amount of electricity (AC voltage current or DC voltage current) of the power system is essentially signal processing of time series data, which is the same as general signal processing. That is, the multi-scale method of the present embodiment is not limited to the measurement of the electric quantity of the power system, but can be applied to various time waveforms and signal processing.

上述したように、基本的な部分において、本願発明者が先に提案している手法とは異なる点が多いため、まず本願に用いられる用語の説明を行なう。   As described above, in the basic part, there are many points that are different from the technique previously proposed by the inventor of the present application, so the terms used in the present application will be explained first.

[B.用語の定義]
まず、本実施の形態の信号処理装置および信号処理方法を説明するにあたり、本明細書で使用する用語について説明する。
[B. Definition of terms]
First, terms used in this specification will be described in describing the signal processing device and the signal processing method of the present embodiment.

(1)回転ベクトル、複素数、複素平面
本実施の形態においては、複素数(complex number)を用いて複素平面(complex plane)上の回転ベクトルを模擬する。複素数zは、以下の(3)式に従って定義される。
(1) Rotation vector, complex number, complex plane In the present embodiment, a rotation vector on a complex plane is simulated using a complex number. The complex number z is defined according to the following equation (3).

z=a+jb …(3)
但し、j=√(−1)は虚数単位である。一般的には、虚数単位は、i=√(−1)と定義されている、電気工学ではiが電流符号であるため、jを虚数単位を示す符号して用いる。
z = a + jb (3)
However, j = √ (−1) is an imaginary unit. In general, an imaginary unit is defined as i = √ (−1). Since i is a current code in electrical engineering, j is used as a code indicating an imaginary unit.

(2)群論(group theory)
対称性(symmetry)を研究する数学理論を包含する。
(2) group theory
Includes mathematical theories to study symmetry.

(3)対称群(symmetry group)
複素平面上で回転している対称性(symmetry)を有している複数なベクトルにより構成した群(group)、または、複素平面上で静止している対称性を有している複数なベクトルにより構成した群を包含する。
(3) Symmetry group
By a group composed of multiple vectors having symmetry rotating on the complex plane, or by multiple vectors having symmetry stationary on the complex plane Includes configured groups.

(4)不変量(invariant)
不変量は、対称群が有している、ある変換の下では変化しない系の性質である。本実施の形態が想定している不変量としては、これらには限られないが、ゲージ回転位相角、測定回転位相角(回転位相角)、測定周波数係数(周波数係数)、ゲージ電圧、ゲージ差分電圧、ゲージ有効同期フェーザ、ゲージ無効同期フェーザ、ゲージ差分有効同期フェーザ、ゲージ差分無効同期フェーザ、ゲージ有効電力、ゲージ無効電力、ゲージ差分有効電力、ゲージ差分無効電力、ゲージ有効双電圧、ゲージ無効双電圧、ゲージ差分有効双電圧、ゲージ差分無効双電圧などがある。なお、不変量が分かれば、対称群の特性も分かる。
(4) Invariant
Invariants are the properties of systems that a symmetric group has that does not change under certain transformations. Invariants assumed in the present embodiment are not limited to these, but are not limited to gauge rotation phase angle, measurement rotation phase angle (rotation phase angle), measurement frequency coefficient (frequency coefficient), gauge voltage, and gauge difference. Voltage, Gauge Effective Synchronized Phaser, Gauge Invalid Synchronized Phaser, Gauge Differential Effective Synchronized Phaser, Gauge Differential Invalid Synchronized Phaser, Gauge Active Power, Gauge Reactive Power, Gauge Differential Active Power, Gauge Differential Reactive Power, Gauge Effective Dual Voltage, Gauge Invalid Dual Voltage, gauge differential effective dual voltage, gauge differential invalid dual voltage, etc. If the invariants are known, the characteristics of the symmetric group can also be known.

(5)単重スケール法(siglescale method)
例えば、特許文献1などにおいて、本願発明者が提案している測定方法である。概略すると、基本波周波数より大きい1つのゲージサンプリング周波数を用いて、基本波周波数を測定する手法に向けられる。
(5) Single scale method
For example, the measurement method proposed by the present inventor in Patent Document 1 and the like. In summary, it is directed to a technique for measuring the fundamental frequency using one gauge sampling frequency that is greater than the fundamental frequency.

(6)多重スケール法(multiscale method)
周波数計算参照表法とも呼ぶべきものであり、本願発明者が先に提案している単重スケール法から発展して、複数のゲージサンプリング周波数を用いて、同時に電気量を測定する手法に向けられる。後述するように、ゲージサンプリング周波数の下限は存在しない。設定したデータ収集サンプリング周波数(例えば、4000Hz)と系統定格周波数(例えば、60Hz)とから、周波数計算参照表を予め生成する。そして、測定処理においては、複数のゲージサンプリング周波数を選択し、実周波数が系統定格周波数であると仮定し、周波数計算参照表から対応する係数を取得して、実周波数を計算する。また、不特定基本波の測定では、複数の周波数計算参照表を用いて同時計算し、異なるスケールで得られた最も近い基本波測定値を利用する。以下の説明では、ある特定のゲージサンプリング点数を「スケール」とも称す。
(6) Multiscale method
It should also be called a frequency calculation reference table method, and is developed from the single scale method previously proposed by the present inventor, and is directed to a method of simultaneously measuring electricity using a plurality of gauge sampling frequencies. . As will be described later, there is no lower limit of the gauge sampling frequency. A frequency calculation reference table is generated in advance from the set data collection sampling frequency (for example, 4000 Hz) and the system rated frequency (for example, 60 Hz). In the measurement process, a plurality of gauge sampling frequencies are selected, the actual frequency is assumed to be the system rated frequency, the corresponding coefficient is obtained from the frequency calculation reference table, and the actual frequency is calculated. In the measurement of the unspecified fundamental wave, the closest fundamental wave measurement value obtained at a different scale is used by simultaneous calculation using a plurality of frequency calculation reference tables. In the following description, a specific number of gauge sampling points is also referred to as “scale”.

(7)定格周波数(system nominal frequency)
電力系統における定格周波数を意味し、典型的には、50Hzまたは60Hzである。
(7) System nominal frequency
It means a rated frequency in the power system, and is typically 50 Hz or 60 Hz.

(8)実周波数
電気回路における実際の周波数を意味する。現実の電力系統の場合、実周波数は定格周波数付近で頻繁に変動している。以下では、実周波数を符号fで表現し、その単位はヘルツ(Hz)とする。一方、実周期は、符号Tで表現し、その単位は秒(s)であるとする。実周期Tは、以下の(4)式に従って定義される。
(8) Actual frequency This means the actual frequency in the electric circuit. In the case of an actual power system, the actual frequency frequently fluctuates around the rated frequency. In the following, the actual frequency is expressed by the symbol f, and its unit is hertz (Hz). On the other hand, the real cycle is expressed by a code T, and its unit is seconds (s). The real period T is defined according to the following equation (4).

T=(1/f)(s) …(4)
また、電気回路における実際の角周波数は、符号ωで表現し、その単位はラジアン毎秒(rad/s)であるとする。角周波数ωは、以下の(5)式に従って定義される。
T = (1 / f) (s) (4)
Further, the actual angular frequency in the electric circuit is expressed by the symbol ω, and its unit is radians per second (rad / s). The angular frequency ω is defined according to the following equation (5).

ω=2πf(rad/s) …(5)
(9)振幅(amplitude)および実効値(root mean square)
振幅は、交流電圧(または、交流電流)の最大値を意味し、複素平面上の回転ベクトルの長さに相当する。実効値は、振幅(最大値)を√2で除算したものである。
ω = 2πf (rad / s) (5)
(9) Amplitude and root mean square
The amplitude means the maximum value of the alternating voltage (or alternating current) and corresponds to the length of the rotation vector on the complex plane. The effective value is obtained by dividing the amplitude (maximum value) by √2.

(10)データ収集サンプリング周波数(data collecting rate)
データ収集時のサンプリング周波数であり、高い方が精度がよい。データ収集サンプリング周波数は、符号fで表現し、その単位はヘルツ(Hz)とする。一方、データ収集サンプリング周期は、符号Tで表現し、その単位は秒(s)であるとする。データ収集サンプリング周期Tは、以下の(6)式に従って定義される。
(10) Data collecting rate
Sampling frequency at the time of data collection, the higher the better. The data collection sampling frequency is expressed by the symbol f 1 and its unit is hertz (Hz). On the other hand, the data collection sampling period is represented by a reference numeral T 1, and the unit is seconds (s). Data collection sampling period T 1 are defined according to the following equation (6).

=(1/f)(s) …(6)
また、データ収集サンプリング周期Tに対応するデータ収集回転位相角は、符号αで表現する。
T 1 = (1 / f 1 ) (s) (6)
Further, the data collection rotation phase angle corresponding to the data collection sampling period T 1 is expressed by the symbol α 1 .

(11)ゲージサンプリング周波数(gauge sampling frequency)
ゲージ対称群の計算に使用されるサンプリング周波数であり、符号fで表現し、その単位はヘルツ(Hz)とする。一方、ゲージサンプリング周期は、符号Tで表現し、その単位は秒(s)であるとする。ゲージサンプリング周期Tは、以下の(7)式に従って定義される。
(11) Gauge sampling frequency
A sampling frequency used in the calculation of the gauge symmetry group, represented by the symbol f g, the unit is the Hertz (Hz). On the other hand, the gauge sampling period is expressed by a symbol Tg , and its unit is seconds (s). The gauge sampling period Tg is defined according to the following equation (7).

=(1/f)(s) …(7)
なお、特許文献1に開示される手法とは異なり、本実施の形態では、複数のゲージサンプリング周波数を用いる。ゲージサンプリング周波数の最大値は、データ収集サンプリング周波数に等しくなる。
T g = (1 / f g ) (s) (7)
Note that, unlike the technique disclosed in Patent Document 1, a plurality of gauge sampling frequencies are used in the present embodiment. The maximum value of the gauge sampling frequency is equal to the data collection sampling frequency.

(12)ゲージサンプリング点数(スケール)
ゲージ回転位相角に対応するデータ収集サンプリングの点数(正の整数)を意味し、符号Nで表現する。
(12) Number of gauge sampling points (scale)
It means a number of data acquisition sampling corresponding to the gauge rotational phase angle (a positive integer), expressed by symbol N g.

(13)測定周波数係数
測定回転位相角の余弦関数値を意味し、以下の(8)式に従って定義される。
(13) Measurement frequency coefficient This means the cosine function value of the measured rotational phase angle, and is defined according to the following equation (8).

=cosα …(8)
(8)式から、測定周波数係数の絶対値は1以下であることが分かる。以下の説明では、簡単化のため、測定周波数係数を単に「周波数係数」とも称す。
f C = cos α (8)
From the equation (8), it can be seen that the absolute value of the measurement frequency coefficient is 1 or less. In the following description, the measurement frequency coefficient is also simply referred to as “frequency coefficient” for simplification.

(14)測定回転位相角
周波数係数の逆余弦関数値を意味し、その単位はラジアン(rad)とする。測定回転位相角は、以下の(9)式に従って定義される。
(14) Measurement rotational phase angle This means the inverse cosine function value of the frequency coefficient, and its unit is radians (rad). The measured rotational phase angle is defined according to the following equation (9).

α=cos−1 …(9)
(9)式から、測定回転位相角が取り得る範囲は、0〜πラジアンであることが分かる。以下の説明では、簡単化のため、測定回転位相角を単に「回転位相角」とも称す。
α = cos −1 f C (9)
From the equation (9), it can be seen that the range that the measured rotational phase angle can take is 0 to π radians. In the following description, for the sake of simplicity, the measured rotational phase angle is also simply referred to as “rotational phase angle”.

(15)ゲージ回転位相角(gauge rotation phase angle)
複素平面上で回転している回転ベクトルが、ゲージサンプリング周期において実際に回転した角度を意味し、符号αで表現する。
(15) Gauge rotation phase angle
The rotation vector rotating on the complex plane means the angle actually rotated in the gauge sampling period, and is expressed by the symbol α g .

(16)周波数計算参照表
主として、高速フーリエ変換(FFT)により生じるエイリアシング現象の影響を避けるため、本実施の形態の多重スケール法が採用する係数テーブルを意味する。典型的には、データ収集サンプリング周波数と系統定格周波数とを関連付けて、各係数が予め計算される。典型的には、周波数計算参照表は、信号処理装置内に格納され、適宜参照される。ゲージサンプリング周波数が実周波数(系統定格周波数に対して±数Hzの範囲内にあると想定)より低い場合、周波数計算参照表の対応する係数を参照して、測定回転位相角をゲージ回転位相角に換算し、実周波数を測定する。不特定基本波の測定できるように、予め複数の周波数計算参照表を用意することが好ましい。
(16) Frequency calculation reference table Mainly means a coefficient table adopted by the multiscale method of the present embodiment in order to avoid the influence of aliasing phenomenon caused by fast Fourier transform (FFT). Typically, each coefficient is calculated in advance by associating the data collection sampling frequency with the system rated frequency. Typically, the frequency calculation reference table is stored in the signal processing apparatus and is referred to as appropriate. When the gauge sampling frequency is lower than the actual frequency (assumed to be in the range of ± several Hz relative to the system rated frequency), refer to the corresponding coefficient in the frequency calculation reference table, and measure the measured rotation phase angle to the gauge rotation phase angle. Convert to, and measure the actual frequency. It is preferable to prepare a plurality of frequency calculation reference tables in advance so that an unspecified fundamental wave can be measured.

(17)周波数換算係数
ゲージ回転位相角と回転位相角とは、周波数換算係数kf1およびkf2に関係付けられる。周波数係数kf1は、段階的に変化する正の整数であり、周波数係数kf2は、1または−1の値をとる。
(17) and the frequency conversion factor gauge rotational phase angle and the rotation phase angle is related to the frequency conversion factor k f1 and k f2. The frequency coefficient k f1 is a positive integer that changes stepwise, and the frequency coefficient k f2 takes a value of 1 or −1.

(18)対称性破れ
対称群の周波数係数の計算結果の絶対値が1より大きい場合に、当該対称群の対称性が破れたと判定する。
(18) Symmetry breaking When the absolute value of the calculation result of the frequency coefficient of the symmetry group is larger than 1, it is determined that the symmetry of the symmetry group is broken.

(19)瞬時周波数
上述の(2)式で示される従来理論での定義とは異なり、本実施の形態の多重スケール法での定義は、1つスケールの対称群の周波数係数により計算されたゲージ回転位相角から計算された周波数を意味する。測定対象に高調波成分が含まれている場合、異なるスケールの瞬時周波数の測定結果は互いに異なる。以下に説明するそれぞれの実施の形態では、典型例として、ゲージ差分電圧群を用いて計算を行なう。
(19) Instantaneous frequency Unlike the definition in the conventional theory expressed by the above equation (2), the definition in the multiscale method of the present embodiment is a gauge calculated by the frequency coefficient of a symmetric group of one scale. It means the frequency calculated from the rotational phase angle. When a harmonic component is included in the measurement target, the measurement results of the instantaneous frequency of different scales are different from each other. In each embodiment described below, calculation is performed using a gauge differential voltage group as a typical example.

(20)平均周波数
瞬時周波数の平均値を意味し、典型的には、移動平均処理によって計算される。
(20) Average frequency This means an average value of instantaneous frequencies, and is typically calculated by moving average processing.

(21)ゲージ電圧群
連続した時間間隔がTである3つの電圧回転ベクトルにより構成した対称群を意味する。実測の電圧瞬時値は、電圧回転ベクトルの実数部に相当し、電圧の単位はボルト(V)である。
(21) consecutive time intervals gauge voltage group means a symmetric group constituted by three voltage rotation vector is T g. The actually measured voltage instantaneous value corresponds to the real part of the voltage rotation vector, and the unit of the voltage is volts (V).

(22)ゲージ差分電圧群
連続した時間間隔がTである3つの差分電圧回転ベクトルにより構成した対称群を意味する。
(22) consecutive time intervals gauge differential voltage group means a symmetric group constituted by three differential voltage rotation vector is T g.

(23)ゲージ同期フェーザ群
連続した時間間隔がTである3つの電圧回転ベクトルおよび3つの単位ベクトルにより構成した対称群を意味する。
(23) gauge synchronized phasor successive time intervals group means a symmetric group constituted by three voltage rotation vector and three unit vectors are T g.

(24)ゲージ差分同期フェーザ群
連続した時間間隔がTである3つの差分電圧回転ベクトルおよび3つの差分単位ベクトルにより構成した対称群を意味する。
(24) consecutive time intervals gauge differential synchronization phasor group means a symmetric group constituted by three differential voltage rotation vector and three differential unit vectors a T g.

(25)ゲージ電力群
連続した時間間隔がTである3つの電圧回転ベクトルおよび3つの電流回転ベクトルにより構成した対称群を意味する。ゲージ電力群を利用して、有効電力(単位はワット(W))、無効電力(単位はボルトアンペア(VA)))、皮相電力(単位はボルトアンペア(VA))、抵抗(単位はオーム(Ω))、リアクタンス(単位はオーム(Ω))などを測定できる。
(25) consecutive time intervals gauge power group means a symmetric group constituted by three voltage rotation vector and three current rotation vector is T g. Using the gauge power group, active power (unit: watt (W)), reactive power (unit: volt ampere (VA))), apparent power (unit: volt ampere (VA)), resistance (unit: ohm ( Ω)), reactance (unit: ohm (Ω)), etc.

(26)ゲージ差分電力群
連続した時間間隔がTである3つの差分電圧回転ベクトルおよび3つの差分電流回転ベクトルにより構成した対称群を意味する。ゲージ差分電力群を利用して、直流オフセットの影響を受けないで、上記ゲージ電力群と同様の計算を行なうこともできる。
(26) consecutive time intervals gauge differential power group means a symmetric group constituted by three differential voltage rotation vector and three differential current rotation vector is T g. The gauge differential power group can be used to perform the same calculation as the gauge power group without being affected by the DC offset.

(27)ゲージ双電圧群
連続した時間間隔がTである3つのある端子の3つの電圧回転ベクトルおよび別の端子の3つの電圧回転ベクトルにより構成した対称群を意味する。ゲージ双電圧群の対称性を利用して、2つの同じ角速度(すなわち、周波数)で回転しているベクトル間の相差角を測定できる。
(27) gauge bi voltage successive time intervals group means a symmetric group constituted by three voltage rotation vector three voltage rotation vector and another terminal of the three is the terminal of a T g. Using the symmetry of the gauge dual voltage group, the phase difference angle between two vectors rotating at the same angular velocity (ie, frequency) can be measured.

(28)ゲージ差分双電圧群
連続した時間間隔がTである3つのある端子の3つの差分電圧回転ベクトルおよび別の端子の3つの差分電圧回転ベクトルにより構成した対称群を意味する。ゲージ差分双電圧群の対称群を利用して、それぞれの直流オフセットの影響を受けないで、2つの同じ角速度(すなわち、周波数)で回転しているベクトル間の相差角を測定できる。
(28) Gauge differential dual voltage group This means a symmetric group composed of three differential voltage rotation vectors of three terminals having continuous time intervals of Tg and three differential voltage rotation vectors of another terminal. Using the symmetry group of the gauge differential dual voltage group, the phase difference angle between two vectors rotating at the same angular velocity (ie, frequency) can be measured without being affected by the respective DC offsets.

(29)単独運転判別装置
単独運転とは、複数の分散電源が連系している電力系統において事故等が発生することで、分散電源が系統電源とは切り離された状態であって、連系している分散電源の運転だけで発電を継続している状態を意味する。単独運転判別装置は、このような単独運転の状態を判別し、分散電源を遮断する。
(29) Isolated operation discriminating device Isolated operation is a state in which an accident or the like occurs in a power system in which a plurality of distributed power sources are connected, and the distributed power source is disconnected from the system power source. This means that power generation is continued only by operating the distributed power supply. The isolated operation determination device determines such an isolated operation state and shuts off the distributed power supply.

(30)同期フェーザ
複素平面上で回転しているベクトルを意味する。同期フェーザは、典型的には、電圧振幅、同期角速度(すなわち、周波数)、同期フェーザ位相角の3つの量により定義される。
(30) Synchronous phasor This means a vector rotating on the complex plane. A synchronized phasor is typically defined by three quantities: voltage amplitude, synchronized angular velocity (ie, frequency), and synchronized phasor phase angle.

(31)同期フェーザ測定装置(PMU:Phasor Measurement Unit)
同期フェーザを測定する装置である。
(31) Synchronous phasor measurement unit (PMU: Phasor Measurement Unit)
It is a device that measures synchronous phasors.

(32)時間同期フェーザ
同じ端子における異なる時間断面での同期フェーザ位相角の差分を意味する。
(32) Time-synchronized phasor This means the difference in synchronized phasor phase angle at different time sections at the same terminal.

(33)空間同期フェーザ
同じ時間断面における異なる端子での同期フェーザ位相角の差分を意味し、相差角とも称される。
(33) Spatial synchronized phasor This means a difference in synchronized phasor phase angle at different terminals in the same time section, and is also called a phase difference angle.

[C.多重スケール法のアルゴリズム]
本実施の形態の多重スケール法のアルゴリズムについてその概略を説明する。
[C. Multiscale algorithm]
An outline of the algorithm of the multiscale method of the present embodiment will be described.

電力系統の実電圧波形は、以下の(10)式に示すようなベクトル表現を用いて定義できる。   The actual voltage waveform of the power system can be defined using a vector expression as shown in the following equation (10).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

(10)式に示されるように、実電圧波形は、直流成分、基本波、および複数の高調波成分により構成される。本実施の形態の多重スケール法では、直流成分の影響を低減するため、ゲージ差分電圧群といった差分量で定義された対称群を利用する(詳細については後述する)。なお、直流成分については、ゲージ電圧群を利用して計算することも可能である。   As shown in the equation (10), the actual voltage waveform is composed of a DC component, a fundamental wave, and a plurality of harmonic components. In the multiscale method of the present embodiment, a symmetric group defined by a difference amount such as a gauge differential voltage group is used in order to reduce the influence of a direct current component (details will be described later). Note that the DC component can be calculated using a gauge voltage group.

以下では、主として、高調波成分の影響について注目する。高調波成分の影響の説明をする前に、まず、基本波である同期フェーザの定義を明確にする。   In the following, attention is focused on the influence of harmonic components. Before explaining the influence of harmonic components, first, the definition of the synchronized phasor, which is the fundamental wave, is clarified.

図1は、複素平面上の同期フェーザを説明するための模式図である。図1を参照して、同期フェーザを回転電圧ベクトルとして、以下の(11)式に示すように定義する。   FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a synchronized phasor on a complex plane. With reference to FIG. 1, a synchronous phasor is defined as a rotation voltage vector as shown in the following equation (11).

v1(t)=Vej(ωt+φ) …(11)
(11)式中、Vは交流電圧振幅、ωは角速度、φは同期フェーザ位相角である。上述の特許文献1に開示されるように、交流電圧振幅および角速度(周波数)は、ゲージ電圧群またはゲージ差分電圧群により求められ、同期フェーザ位相角は、ゲージ同期フェーザ群またはゲージ差分同期フェーザ群により求められる。
v1 (t) = Ve j (ωt + φ) (11)
In the equation (11), V is an AC voltage amplitude, ω is an angular velocity, and φ is a synchronized phasor phase angle. As disclosed in Patent Document 1 described above, the AC voltage amplitude and the angular velocity (frequency) are obtained by a gauge voltage group or a gauge differential voltage group, and the synchronized phasor phase angle is obtained by a gauge synchronized phasor group or a gauge differential synchronized phasor group. Is required.

特許文献1に開示される手法では、回転位相角の範囲は0〜πおよび−π〜0に限定されるので、高調波成分の影響を十分に低減できない場合があり得た。これに対して、本実施の形態においては、特許文献1に開示される手法における回転位相角に相当する物理量を「ゲージ回転位相角」として再定義して用いる。ゲージ回転位相角の範囲は、0を超える正数(上限は任意設定)とする。図2〜図4を参照して説明するように、本実施の形態において導入したゲージ回転位相角についても、特許文献1に開示される手法における回転位相角と同様に、対称性を有しており、群論の適用が可能である。   In the method disclosed in Patent Document 1, the range of the rotational phase angle is limited to 0 to π and −π to 0, and thus the influence of harmonic components may not be sufficiently reduced. In contrast, in the present embodiment, a physical quantity corresponding to the rotational phase angle in the method disclosed in Patent Document 1 is redefined and used as a “gauge rotational phase angle”. The range of the gauge rotation phase angle is a positive number exceeding 0 (the upper limit is arbitrarily set). As will be described with reference to FIGS. 2 to 4, the gauge rotation phase angle introduced in the present embodiment has symmetry as well as the rotation phase angle in the technique disclosed in Patent Document 1. And group theory can be applied.

すなわち、本実施の形態の多重スケール法の基本的な考え方は、図2〜図4に示すようなゲージ回転位相角と実周波数との対称性を利用する点である。   That is, the basic idea of the multiscale method of the present embodiment is to use the symmetry between the gauge rotation phase angle and the actual frequency as shown in FIGS.

図2は、複素平面上のゲージ回転位相角を説明するための模式図である。図3は、多重スケール法を説明するための概念図である。図4は、ゲージ回転位相角と実周波数との対称性を説明するための模式図である。   FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the gauge rotation phase angle on the complex plane. FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining the multi-scale method. FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the symmetry between the gauge rotation phase angle and the actual frequency.

まず、図1に示される位相角と図2に示される位相角とを比較すると、一見すると、両者は同じような技術的思想を表現しているように見えるが、2つの位相角は異なる技術的意義を有する。そこで、まずゲージ回転位相角と同期フェーザ位相角との相違について説明する。   First, when the phase angle shown in FIG. 1 is compared with the phase angle shown in FIG. 2, at first glance, both appear to express the same technical idea, but the two phase angles are different technologies. Has significant significance. First, the difference between the gauge rotation phase angle and the synchronized phasor phase angle will be described.

まず、電力系統周波数を一定であるとすると、図2に示すゲージサンプリング周期Tに対応するゲージ回転位相角αは不変量となる一方で、図1に示す同期フェーザ位相角φは時間ごとに変化する。また、値を取り得る範囲についてみれば、ゲージ回転位相角αの範囲は、0を超える上限設定値までの正数であるが、同期フェーザ位相角φの範囲は、−180°〜+180°の範囲である。 First, assuming that the power system frequency is constant, the gauge rotation phase angle α g corresponding to the gauge sampling period T g shown in FIG. 2 is invariant, while the synchronized phasor phase angle φ shown in FIG. To change. Further, regarding the range where the value can be taken, the range of the gauge rotation phase angle α g is a positive number up to the upper limit set value exceeding 0, but the range of the synchronized phasor phase angle φ is −180 ° to + 180 °. Range.

図2の複素平面上において、直観的には、実周期T、ゲージ回転位相角α、ゲージサンプリング周期Tは、以下の(12)式に示すような関係を有している。 Intuitively, on the complex plane of FIG. 2, the real period T, the gauge rotation phase angle α g , and the gauge sampling period T g have a relationship as shown in the following equation (12).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

図2に示す、ゲージ回転位相角αの大きさに依存した、3つの状態のそれぞれを説明する。 Each of the three states depending on the magnitude of the gauge rotation phase angle α g shown in FIG. 2 will be described.

(a)ゲージ回転位相角α<180°の場合
電圧回転ベクトルは、T時間経過で2πだけ回転するのであれば、T時間経過で位相角αだけ回転することになる。特許文献1に開示される手法に従って、群論を用いてゲージ回転位相角αを求め、実周期Tおよび実周波数fを求めることができる。この場合、測定範囲は、既存のサンプリング定理と同じになる。
(A) When Gauge Rotation Phase Angle α g <180 ° If the voltage rotation vector is rotated by 2π after a lapse of T time, the voltage rotation vector is rotated by a phase angle α g after the lapse of T g time. According to the technique disclosed in Patent Document 1, the gauge rotation phase angle α g can be obtained using group theory, and the real period T and the real frequency f can be obtained. In this case, the measurement range is the same as the existing sampling theorem.

(b)180°<ゲージ回転位相角α<360°の場合
電圧回転ベクトルは、T時間経過で2πだけ回転するのであれば、T時間経過で位相角αだけ回転することになる。特許文献1に開示される手法において、測定した回転位相角αを負数回転位相角として指定することで、実周期Tおよび実周波数fを求めることができる。本実施の形態の多重スケール法では、負数回転位相角の概念を放棄し、予め生成される周波数計算参照表からゲージ回転位相角を求める、ゲージ回転位相角の値は、0を超える正数(上限は任意設定)とする。
(B) When 180 ° <Gauge Rotation Phase Angle α g <360 ° If the voltage rotation vector is rotated by 2π after a lapse of T time, it will be rotated by a phase angle α g after the lapse of T g time. In the technique disclosed in Patent Document 1, the actual period T and the actual frequency f can be obtained by designating the measured rotation phase angle α as a negative rotation angle. In the multiscale method of the present embodiment, the concept of the negative rotation phase angle is abandoned, and the gauge rotation phase angle is obtained from a frequency calculation reference table generated in advance. The value of the gauge rotation phase angle is a positive number exceeding 0 ( The upper limit is arbitrarily set).

(c)ゲージ回転位相角α>360°の場合
電圧回転ベクトルは、T時間経過で2πだけ回転するのであれば、T時間経過で位相角αだけ回転することになる。この場合においても、3つの電圧回転ベクトルにより対称群を構築するができ、群論の操作により不変量を求めることができる。
(C) When Gauge Rotation Phase Angle α g > 360 ° If the voltage rotation vector rotates by 2π after a lapse of T time, it will rotate by a phase angle α g after the lapse of T g time. Also in this case, a symmetric group can be constructed by three voltage rotation vectors, and an invariant can be obtained by group theory operation.

但し、特許文献1に開示される手法に従って、瞬時周波数を計算すると、実周波数とは異なる計算結果は得られる(エイリアシング現象)ことがある。   However, when the instantaneous frequency is calculated according to the method disclosed in Patent Document 1, a calculation result different from the actual frequency may be obtained (aliasing phenomenon).

そこで、本実施の形態の多重スケール法では、周波数計算参照表を用いることで、エイリアシング現象の影響を避けることができた。従って、ゲージサンプリング周波数が実周波数より小さい場合、測定した回転位相角αから周波数計算参照表を参照することで、ゲージ回転位相角を求める。   Therefore, in the multiscale method of the present embodiment, the influence of the aliasing phenomenon can be avoided by using the frequency calculation reference table. Therefore, when the gauge sampling frequency is smaller than the actual frequency, the gauge rotation phase angle is obtained by referring to the frequency calculation reference table from the measured rotation phase angle α.

従って、上記の3つのいずれの場合においても、以下の(13)式に従って定義される。   Therefore, in any of the above three cases, it is defined according to the following equation (13).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、fは実周波数であり、αはゲージ回転位相角であり、fはゲージサンプリング周波数である。(13)式より、実周波数fは以下の(14)式に従って計算される。 Where f is the actual frequency, α g is the gauge rotation phase angle, and f g is the gauge sampling frequency. From the equation (13), the actual frequency f is calculated according to the following equation (14).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

本実施の形態の多重スケール法の基本的な概念は、異なるゲージサンプリング周波数を用いて、同時に電気量(例えば、電力系統周波数)を測定することである。図3には、基本波のゲージサンプリング周期Tg1(=データ収集サンプリング周期T)に対して、それぞれ周期が2倍および4倍である、ゲージサンプリング周期Tg2およびTg4からなる2つのゲージ電圧群を示す。これらのゲージ電圧群は、以下の(15)式に示すように示される。 The basic concept of the multiscale method of the present embodiment is to simultaneously measure an electric quantity (for example, power system frequency) using different gauge sampling frequencies. FIG. 3 shows two gauges composed of gauge sampling periods T g2 and T g4 each having a period twice and four times the gauge sampling period T g1 (= data collection sampling period T 1 ) of the fundamental wave. Indicates a voltage group. These gauge voltage groups are shown as shown in the following equation (15).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

次に、ゲージ回転位相角と実周波数との対称性について説明する。一般的に、サンプリング定理では、サンプリング周波数fsamplingと測定対象の実周波数fとが、以下の(16)式に示すような条件を満たす必要がある。 Next, the symmetry between the gauge rotation phase angle and the actual frequency will be described. In general, in the sampling theorem, the sampling frequency f sampling and the actual frequency f to be measured need to satisfy the conditions as shown in the following equation (16).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

つまり、実周波数fより大きいサンプリング周波数fsamplingとを用いて計算を行なう場合には、エイリアシング現象が発生し、正しく測定を行なうことはできない。多重スケール法においても、そのまま計算すると、同じくエイリアシング現象が発生する。そこで、本実施の形態の多重スケール法では、周波数計算参照表を用いることで、エイリアシング現象を回避する。 That is, when the calculation is performed using the sampling frequency f sampling larger than the actual frequency f, an aliasing phenomenon occurs, and the measurement cannot be performed correctly. In the multi-scale method, if the calculation is performed as it is, the aliasing phenomenon also occurs. Therefore, in the multiple scale method of the present embodiment, the aliasing phenomenon is avoided by using a frequency calculation reference table.

[D.周波数計算参照表の生成手順]
次に、本実施の形態の多重スケール法に用いられる周波数計算参照表の生成手順について説明する。先に、周波数計算参照表の生成に必要な、ゲージ電圧群およびゲージ差分電圧群について説明する。以下に説明するように、これらの対称群を用いて、対称群が回転した前後においてもその値が変化しないパラメータである不変量を算出する。
[D. Generation procedure of frequency calculation reference table]
Next, a procedure for generating a frequency calculation reference table used in the multiscale method of the present embodiment will be described. First, the gauge voltage group and the gauge differential voltage group necessary for generating the frequency calculation reference table will be described. As will be described below, by using these symmetry groups, invariants that are parameters whose values do not change before and after the symmetry group rotates are calculated.

(d1:ゲージ電圧群)
図5は、複素平面上のゲージ電圧群を示す図である。図5を参照して、直流成分VDCが存在しないと仮定し、複素平面上の3つの電圧回転ベクトルを、以下の(17)式に従って定義する。
(D1: gauge voltage group)
FIG. 5 is a diagram illustrating gauge voltage groups on the complex plane. Referring to FIG. 5, assuming that there is no DC component V DC , three voltage rotation vectors on the complex plane are defined according to the following equation (17).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、Vは交流電圧振幅であり、ωは回転角速度であり、Tはゲージサンプリング周期であり、αはTにおけるゲージ回転位相角である。特許文献1に開示される手法とは異なり、ゲージサンプリング周期Tは、上限無しの正数である。同様の考え方を、以下に説明する他の対称群の計算にも適用する。 Where V is the AC voltage amplitude, ω is the rotational angular velocity, T g is the gauge sampling period, and α g is the gauge rotational phase angle at T g . Unlike methods disclosed in Patent Document 1, the gauge sampling period The T g is a positive number of limit without. Similar considerations apply to the calculation of other symmetric groups described below.

特許文献1に開示される手法と同様に、ゲージ電圧群のベクトル群表を作成し、ゲージ電圧群の対称性を考察できる。その考察の手法は、特許文献1に開示されているので、詳細な説明は繰返さない。   Similar to the technique disclosed in Patent Document 1, a vector group table of gauge voltage groups can be created, and the symmetry of gauge voltage groups can be considered. Since the method of the consideration is disclosed in Patent Document 1, detailed description will not be repeated.

図5に示すゲージ電圧群の電圧回転ベクトルの実数部瞬時値は、以下の(18)式に従って計算される。   The real part instantaneous value of the voltage rotation vector of the gauge voltage group shown in FIG. 5 is calculated according to the following equation (18).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

上述の(18)式中のReは、複素数の実数部を示す。ゲージ電圧群の実数群表を以下の表に示す。   Re in the above equation (18) indicates the real part of the complex number. The real number group table of the gauge voltage group is shown in the following table.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

この実数群表を用いて、ゲージ電圧群の種々の不変量を計算できる。このような不変量の典型例として、周波数係数およびゲージ電圧の計算式を以下に示す。すなわち、周波数係数fおよびゲージ電圧Vは、それぞれ(19)式および(20)式に従って計算される。 Using this real group table, various invariants of the gauge voltage group can be calculated. As a typical example of such an invariant, a calculation formula for a frequency coefficient and a gauge voltage is shown below. That is, the frequency coefficient f C and the gauge voltage V g are calculated according to the equations (19) and (20), respectively.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

これらの不変量の計算式により、交流電圧振幅Vは、以下の(21)式に従って計算される。   The AC voltage amplitude V is calculated according to the following equation (21) using these invariant equations.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

次に、ゲージ電圧群による直流成分の計算方法について説明する。図5に示す直流成分VDCが存在している場合を考慮して、直流成分の計算式を導く。電圧瞬時値は、上述の(18)式に直流成分VDCが加算されることになり、以下の(22)式に従って計算される。 Next, a method for calculating a direct current component using a gauge voltage group will be described. Considering the case where the direct current component VDC shown in FIG. 5 exists, a calculation formula for the direct current component is derived. The instantaneous voltage value is obtained by adding the direct current component VDC to the above-described equation (18), and is calculated according to the following equation (22).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

上述の(19)式および(20)式に、それぞれ(22)式に示す電圧瞬時値を代入することで、直流成分VDCを考慮した周波数係数fとして(23)式が導出される。(23)式から、直流成分VDCを示す(24)式が得られる。 By substituting the voltage instantaneous values shown in the equation (22) into the above equations (19) and (20), the equation (23) is derived as the frequency coefficient f C in consideration of the DC component VDC . From the equation (23), the equation (24) indicating the direct current component VDC is obtained.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

(24)式に示される周波数係数fは、直流成分に影響されないゲージ差分電圧群で求めることになる。以下、ゲージ差分電圧群について説明する。 The frequency coefficient f C shown in the equation (24) is obtained from a gauge differential voltage group that is not affected by the DC component. Hereinafter, the gauge differential voltage group will be described.

(d2:ゲージ差分電圧群)
図6は、複素平面上のゲージ差分電圧群を示す図である。図6を参照して、複素平面上の3つの差分電圧回転ベクトルを、以下の(25)式に従って定義する。
(D2: gauge differential voltage group)
FIG. 6 is a diagram illustrating a group of gauge differential voltages on the complex plane. Referring to FIG. 6, three differential voltage rotation vectors on the complex plane are defined according to the following equation (25).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、Vは交流電圧振幅であり、ωは回転角速度であり、Tはゲージサンプリング周期であり、αはTにおけるゲージ回転位相角である。 Where V is the AC voltage amplitude, ω is the rotational angular velocity, T g is the gauge sampling period, and α g is the gauge rotational phase angle at T g .

特許文献1に開示される手法と同様に、ゲージ差分電圧群のベクトル群表を作成し、ゲージ差分電圧群の対称性を考察できる。その考察の手法は、特許文献1に開示されているので、詳細な説明は繰返さない。   Similar to the technique disclosed in Patent Document 1, a vector group table of gauge differential voltage groups can be created to consider the symmetry of the gauge differential voltage group. Since the method of the consideration is disclosed in Patent Document 1, detailed description will not be repeated.

図6に示すゲージ差分電圧群の差分電圧回転ベクトルの実数部瞬時値は、以下の(26)式に従って計算される。   The real part instantaneous value of the differential voltage rotation vector of the gauge differential voltage group shown in FIG. 6 is calculated according to the following equation (26).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

上述の(26)式中のReは、複素数の実数部を示す。ゲージ差分電圧群の実数群表を以下の表に示す。   Re in the above equation (26) represents the real part of the complex number. The real number group table of the gauge differential voltage group is shown in the following table.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

この実数群表を用いて、ゲージ差分電圧群の種々の不変量を計算できる。このような不変量の典型例として、周波数係数およびゲージ電圧の計算式を以下に示す。すなわち、周波数係数fおよびゲージ差分電圧Vgdは、それぞれ(27)式および(28)式に従って計算される。 Using this real group table, various invariants of the gauge differential voltage group can be calculated. As a typical example of such an invariant, a calculation formula for a frequency coefficient and a gauge voltage is shown below. That is, the frequency coefficient f C and the gauge differential voltage V gd are calculated according to the equations (27) and (28), respectively.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

これらの不変量の計算式により、交流電圧振幅Vは、以下の(29)式に従って計算される。   The AC voltage amplitude V is calculated according to the following equation (29) using these invariant equations.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

ゲージ差分電圧Vgdは、電圧瞬時値の差分より計算されるため、電圧波形に含まれる直流成分の影響を受けることなく、高速かつ高精度な測定が可能になる。 Since the gauge differential voltage V gd is calculated from the difference between the instantaneous voltage values, high-speed and high-precision measurement is possible without being affected by the direct current component included in the voltage waveform.

交流電圧振幅Vから電圧実効値Vrmsは、以下の(30)式に従って計算される。 The voltage effective value V rms is calculated from the AC voltage amplitude V according to the following equation (30).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

(d3:周波数計算参照表の作成)
上述したゲージ電圧群およびゲージ差分電圧群の考え方を用いて、本実施の形態の多重スケール法を実現するための周波数計算参照表を生成する手順について説明する。
(D3: Creation of frequency calculation reference table)
A procedure for generating a frequency calculation reference table for realizing the multi-scale method of the present embodiment will be described using the concept of the gauge voltage group and the gauge differential voltage group described above.

一例として、データ収集サンプリング周波数fを4000Hzと仮定し、実周波数fを系統定格周波数と同じく50Hzと仮定する。 As an example, the data collection sampling frequency f 1 is assumed to be 4000 Hz, and the actual frequency f is assumed to be 50 Hz, the same as the system rated frequency.

(i)ゲージサンプリング周期
ゲージサンプリング周期とゲージサンプリング点数との間には、以下の(31)式に示す関係式が成立する。
(I) Gauge sampling period The relational expression shown in the following expression (31) is established between the gauge sampling period and the number of gauge sampling points.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、Tはゲージサンプリング周期であり、Nはゲージサンプリング点数であり、Tはデータ収集サンプリング周期であり、fはデータ収集サンプリング周波数である。 However, T g is the gauge sampling period, N g is the gauge sampling points, T 1 is the data collection sampling period, f 1 is the data collection sampling frequency.

図7は、データ収集サンプリング周波数4000Hzにおけるゲージサンプリング点数とゲージサンプリング周期との関係を示す図である。図7および(31)式に示すように、ゲージサンプリング点数Nが大きいほど、ゲージサンプリング周期Tは大きくなる。 FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the number of gauge sampling points and the gauge sampling period at a data collection sampling frequency of 4000 Hz. As shown in FIG. 7 and (31) below, as the gauge number of sampling points N g is large, the gauge sampling period The T g increases.

(ii)ゲージサンプリング周波数
ゲージサンプリング周波数とゲージサンプリング点数との間には、以下の(32)式に示す関係式が成立する。
(Ii) Gauge sampling frequency The relational expression shown in the following equation (32) is established between the gauge sampling frequency and the number of gauge sampling points.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、fはゲージサンプリング周波数であり、Tはゲージサンプリング周期である。すなわち、複数のゲージサンプリング周波数fの各々は、収集サンプリング周波数を正の整数で除算した値である。 However, fg is a gauge sampling frequency and Tg is a gauge sampling period. That is, each of the plurality of gauges sampling frequency f g is a value obtained by dividing the collected sampling frequency a positive integer.

図8は、データ収集サンプリング周波数4000Hzにおけるゲージサンプリング点数とゲージサンプリング周波数との関係を示す図である。図9は、図8に示すデータ収集サンプリング周波数4000Hzにおけるゲージサンプリング点数とゲージサンプリング周波数との関係を拡大して示す図である。図8および図9ならびに(32)式に示すように、ゲージサンプリング点数Nが大きいほど、ゲージサンプリング周波数fは小さくなる。図8および図9に示す特性曲線は、非線形性が非常に強く、ゲージサンプリング周波数fが一定値以下になると、飽和状態になっていることが分かる。 FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the number of gauge sampling points and the gauge sampling frequency at a data collection sampling frequency of 4000 Hz. FIG. 9 is an enlarged view showing the relationship between the number of gauge sampling points and the gauge sampling frequency at the data collection sampling frequency of 4000 Hz shown in FIG. As shown in FIGS. 8, 9 and (32), the gauge sampling frequency f g decreases as the gauge sampling point number N g increases. It can be seen that the characteristic curves shown in FIGS. 8 and 9 are very non-linear, and are saturated when the gauge sampling frequency fg is below a certain value.

(iii)実周波数とゲージサンプリング周波数との係数
実周波数fとゲージサンプリング周波数fとは、ゲージサンプリング点数について、以下の(33)式に示す関係式が成立する。
The coefficient actual frequency f and the gauge sampling frequency f g of the (iii) actual frequency and the gauge sampling frequency, the gauge number of sampling points, equation is satisfied as shown in the following equation (33).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、Tはゲージサンプリング周期であり、Nはゲージサンプリング点数である。
図10は、データ収集サンプリング周波数4000Hzにおけるゲージサンプリング点数に対する実周波数とゲージサンプリング周波数との比例係数の関係を示す図である。図10および(33)式に示すように、ゲージサンプリング点数Nが大きいほど、実周波数fとゲージサンプリング周波数fとの比例係数Kfgは大きくなる。
However, Tg is a gauge sampling period and Ng is the number of gauge sampling points.
FIG. 10 is a diagram showing the relationship of the proportional coefficient between the actual frequency and the gauge sampling frequency with respect to the number of gauge sampling points at the data collection sampling frequency of 4000 Hz. As shown in FIGS. 10 and (33), the proportional coefficient K fg between the actual frequency f and the gauge sampling frequency f g increases as the number of gauge sampling points N g increases.

(iv)ゲージサンプリング周波数と実周波数との係数
ゲージサンプリング周波数fと実周波数fとは、ゲージサンプリング点数について、以下の(34)式に示す関係式が成立する。
(Iv) Coefficient of Gauge Sampling Frequency and Actual Frequency The gauge sampling frequency fg and the actual frequency f satisfy the relational expression shown in the following equation (34) for the number of gauge sampling points.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、Tはゲージサンプリング周期であり、Nはゲージサンプリング点数である。
図11は、データ収集サンプリング周波数4000Hzにおけるゲージサンプリング点数に対するゲージサンプリング周波数と実周波数との比例係数の関係を示す図である。図11および(34)式に示すように、ゲージサンプリング点数Nが大きいほど、ゲージサンプリング周波数fと実周波数fとの比例係数Kgfは小さくなる。
However, Tg is a gauge sampling period and Ng is the number of gauge sampling points.
FIG. 11 is a diagram showing the relationship of the proportional coefficient between the gauge sampling frequency and the actual frequency with respect to the number of gauge sampling points at the data collection sampling frequency of 4000 Hz. As shown in FIGS. 11 and (34), the proportional coefficient K gf between the gauge sampling frequency f g and the actual frequency f decreases as the number of gauge sampling points N g increases.

(v)周波数係数
図12は、データ収集サンプリング周波数4000Hzにおけるゲージサンプリング点数と実周波数50Hzでの周波数係数との関係を示す図である。ゲージサンプリング点数Nを異ならせて、上述のゲージ電圧群またはゲージ差分電圧群の周波数係数fを計算すると、図12のようになる。このように、周波数係数fの絶対値は1より小さい。
(V) Frequency coefficient FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the number of gauge sampling points at a data collection sampling frequency of 4000 Hz and the frequency coefficient at an actual frequency of 50 Hz. With different gauge sampling points N g, when calculating the frequency coefficient f C of the gauge voltage group or gauge differential voltage group mentioned above, is shown in Figure 12. Thus, the absolute value of the frequency coefficient f C is smaller than 1.

(vi)ゲージ回転位相角および測定回転位相角
図13は、データ収集サンプリング周波数4000Hzにおけるゲージサンプリング点数と実周波数50Hzにおけるゲージ回転位相角および測定回転位相角との関係を示す図である。説明の便宜上、図13においては、位相角を度数(°)で表示しているが、実際の計算ではラジアン(rad)を用いる。
(Vi) Gauge Rotation Phase Angle and Measurement Rotation Phase Angle FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the number of gauge sampling points at a data collection sampling frequency of 4000 Hz and the gauge rotation phase angle and measurement rotation phase angle at an actual frequency of 50 Hz. For convenience of explanation, in FIG. 13, the phase angle is expressed in degrees (°), but radians (rad) are used in the actual calculation.

ゲージ回転位相角とゲージサンプリング点数との間には、以下の(35)式に示す関係式が成立する。   The following relational expression (35) is established between the gauge rotation phase angle and the number of gauge sampling points.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

なお、測定回転位相角αは周波数係数fの逆余弦関数により計算されたものである。図13に示すように、測定回転位相角αは0°から180°の範囲で増加し、その後、反転して180°〜360°(0°)の範囲で減少する。以下、同様の挙動を繰返す。 The measured rotational phase angle α is calculated by the inverse cosine function of the frequency coefficient f C. As shown in FIG. 13, the measured rotational phase angle α increases in the range of 0 ° to 180 °, and then reverses and decreases in the range of 180 ° to 360 ° (0 °). Thereafter, the same behavior is repeated.

(vii)周波数換算係数
図13に示すゲージ回転位相角および回転位相角の関係を示す、周波数換算係数kf1およびkf2を導入する。周波数換算係数kf1およびkf2を用いて、ゲージ回転位相角αと回転位相角αとの関係を、以下の(36)式のように定義する。すなわち、ゲージサンプリング周波数の別に予め定められた換算係数を参照して、収集サンプリング周波数でサンプリングされた瞬時値データからそれぞれのゲージ回転位相角が計算される。
(Vii) Frequency conversion coefficient Frequency conversion coefficients kf1 and kf2 indicating the relationship between the gauge rotation phase angle and the rotation phase angle shown in FIG. 13 are introduced. Using the frequency conversion coefficients k f1 and k f2 , the relationship between the gauge rotation phase angle α g and the rotation phase angle α is defined as the following equation (36). That is, each gauge rotation phase angle is calculated from instantaneous value data sampled at the collected sampling frequency with reference to a predetermined conversion factor for each gauge sampling frequency.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

周波数換算係数kf1は階段状に増大していく関数であり、周波数換算係数kf2は1または−1の値をとる2値関数である。 The frequency conversion coefficient k f1 is a function that increases stepwise, and the frequency conversion coefficient k f2 is a binary function that takes a value of 1 or −1.

図14は、データ収集サンプリング周波数4000Hzにおけるゲージサンプリング点数と実周波数50Hzにおける周波数換算係数kf1およびkf2との関係を示す図である。 FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the number of gauge sampling points at a data collection sampling frequency of 4000 Hz and the frequency conversion coefficients k f1 and k f2 at an actual frequency of 50 Hz.

(viii)最適な回転位相角
測定対象の電気量に基本波のみが含まれる場合には、図7〜図14に示すすべてのゲージサンプリング点数を利用できる。しかしながら、現実の電力系統では基本波が変化する。シミュレーションを用いた研究の結果、回転位相角が90°であるときに、基本波測定に含まれる高調波成分の影響を最も低減できることが分かっている。この結果を図15に示す。図15は、データ収集サンプリング周波数4000Hzおよび実周波数50Hzにおける測定回転位相角の最適値を説明するための図である。
(Viii) Optimal rotational phase angle When only the fundamental wave is included in the quantity of electricity to be measured, all the gauge sampling points shown in FIGS. 7 to 14 can be used. However, the fundamental wave changes in an actual power system. As a result of research using simulations, it has been found that when the rotational phase angle is 90 °, the influence of harmonic components included in the fundamental wave measurement can be reduced most. The result is shown in FIG. FIG. 15 is a diagram for explaining the optimum value of the measured rotational phase angle at a data collection sampling frequency of 4000 Hz and an actual frequency of 50 Hz.

そこで、測定回転位相角(回転位相角)は、可能な限り90°に近い値となるように、最適な測定回転位相角を選択する。   Therefore, an optimal measurement rotation phase angle is selected so that the measurement rotation phase angle (rotation phase angle) is as close to 90 ° as possible.

(ix)周波数計算参照表の一例
以下の表に、データ収集サンプリング周波数が4000Hzであって、定格周波数が50Hzである場合の周波数計算参照表の一例を示す。表中において、ゲージ回転位相角が90°より小さいデータの表示は省略している。これらのデータの換算計算は、第1行目と同じである。表中に示すように、電力系統の実周波数が変動しても、周波数計算参照表を参照することで、それぞれのスケールに対応する正確なゲージ回転位相角を求めることができる。
(Ix) Example of Frequency Calculation Reference Table The following table shows an example of the frequency calculation reference table when the data collection sampling frequency is 4000 Hz and the rated frequency is 50 Hz. In the table, the display of data with a gauge rotation phase angle smaller than 90 ° is omitted. The conversion calculation of these data is the same as in the first row. As shown in the table, even if the actual frequency of the power system fluctuates, an accurate gauge rotation phase angle corresponding to each scale can be obtained by referring to the frequency calculation reference table.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

なお、参考のため、以下の表に、データ収集サンプリング周波数が4000Hzであって、定格周波数が60Hzである場合の周波数計算参照表の一例を示す。   For reference, the following table shows an example of a frequency calculation reference table when the data collection sampling frequency is 4000 Hz and the rated frequency is 60 Hz.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

(x)多重スケール法の物理的な意味について
測定対象の時間波形には、基本波成分以外に、様々な高調波成分が含まれている。対称性を利用した測定の結果として得られる周波数である等価測定周波数fは、以下の(37)式に示すように示される。
(X) Physical meaning of the multi-scale method The time waveform to be measured includes various harmonic components in addition to the fundamental component. An equivalent measurement frequency fe that is a frequency obtained as a result of the measurement using symmetry is expressed as shown in the following equation (37).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、fは基本波周波数であり、fは実電力系統に存在する不特定多数の高調波成分を示す周波数であり、fnoiseは測定における相加性ガウス雑音である。スケールが小さい(すなわち、サンプリング周波数が大きい、あるいはゲージサンプリング点数が少ない)場合には、ゲージ回転位相角が小さくなり、不特定多数の高調波成分の合成値は基本波周波数より大きな影響を与えることになる。この場合、以下の(38)式が成立する。 Here, f is the fundamental frequency, f k is a frequency indicating an unspecified number of harmonic components existing in the actual power system, and f noise is additive Gaussian noise in the measurement. When the scale is small (ie, the sampling frequency is large or the number of gauge sampling points is small), the gauge rotation phase angle becomes small, and the combined value of an unspecified number of harmonic components has a greater influence than the fundamental frequency. become. In this case, the following equation (38) is established.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

(38)式に示すように、相加性ガウス雑音の影響だけで、等価測定周波数fは基本波周波数よりも大きくなる。例えば、電力系統シミュレータを使用した場合、現実の電力系統に存在するはずの不特定多数の高調波成分が存在しないにもかかわらず、等価測定周波数fは基本波周波数fより大きく算出される。さらに、現実の電力系統において、不特定多数の高調波成分が加えると、等価測定周波数fはさらに大きく算出される。 As shown in the equation (38), the equivalent measurement frequency fe becomes higher than the fundamental frequency only by the influence of additive Gaussian noise. For example, when a power system simulator is used, the equivalent measurement frequency fe is calculated to be larger than the fundamental frequency f even though there are no unspecified number of harmonic components that should exist in the actual power system. Furthermore, when an unspecified number of harmonic components are added in an actual power system, the equivalent measurement frequency fe is calculated to be larger.

これに対して、スケールが大きい(すなわち、サンプリング周波数が小さい、あるいはゲージサンプリング点数が多い)場合には、ゲージ回転位相角が大きくなり、相加性ガウス雑音の影響が小さくなる。ここで、周波数計算参照表を用いることで、計算上利用可能なゲージ回転位相角を360°以上に拡大する。この場合、以下の(39)式が成立する。さらに、ゲージサンプリング点数が大きい場合には、不特定多数の高調波成分の合成値は互い打ち消すため、以下の(40)式が成立する。その結果、以下の(41)式に示すように、等価測定周波数fは基本波周波数fとほぼ等しくなる。 On the other hand, when the scale is large (that is, the sampling frequency is small or the number of gauge sampling points is large), the gauge rotation phase angle is large, and the influence of additive Gaussian noise is small. Here, by using the frequency calculation reference table, the gauge rotation phase angle that can be used for calculation is expanded to 360 ° or more. In this case, the following equation (39) is established. Furthermore, when the number of gauge sampling points is large, the combined values of an unspecified number of harmonic components cancel each other, and the following equation (40) is established. As a result, as shown in the following equation (41), the equivalent measurement frequency fe is substantially equal to the fundamental frequency f.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

つまり、本実施の多重スケール法では、周波数計算参照表を用いて、計算上利用可能なゲージ回転位相角を360°以上に拡大することで、不特定多数の高調波成分や相加性ガウス雑音の影響を取り除き、基本波周波数の計測精度を高めることができる。   In other words, in the multiscale method of the present embodiment, by using the frequency calculation reference table and expanding the gauge rotation phase angle that can be used for calculation to 360 ° or more, an unspecified number of harmonic components and additive Gaussian noise are obtained. The measurement accuracy of the fundamental frequency can be improved.

(xi)電力系統からの単独運転判別アルゴリズムの物理的な意味について
現実の電力系統に連系している場合、大規模な電力系統には不特定多数の高調波成分が存在しているため、等価測定周波数fは、上述の(37)式に従って算出される。
(Xi) About the physical meaning of the isolated operation discrimination algorithm from the power system When connected to the actual power system, a large number of unspecified harmonic components exist in the large-scale power system. The equivalent measurement frequency fe is calculated according to the above equation (37).

一方、電力系統から切り離されて単独運転している場合、大規模な電力系統との電気的な連系がなくなり、そこからの不特定多数の高調波成分が存在しなくなるので、単独系統での等価測定周波数fは、以下の(42)式に示されるようにより小さな値を示す。 On the other hand, when isolated and operating independently from the power system, there is no electrical connection with a large-scale power system, and there are no unspecified number of harmonic components from there. The equivalent measurement frequency fe is a smaller value as shown in the following equation (42).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

すなわち、常時運転している電力系統から得られる等価測定周波数fの測定値が常時の値から大きく低下することにより、系統電源とは切り離された単独運転の状態であると判別できる。 That is, when the measured value of the equivalent measurement frequency fe obtained from the power system that is always operating is greatly reduced from the normal value, it can be determined that the system is in a single operation state disconnected from the system power source.

(xii)不特定基本波の測定について
上述したように、電力系統の実周波数を計測するための周波数計算参照表について説明した。電力系統が定常運転している場合には、電力系統の実周波数は系統定格周波数を中心として数Hz程度以内にとどまっているため、単一の周波数計算参照表を用いて、実周波数を高速かつ高精度に測定することが可能である。
(Xii) Measurement of unspecified fundamental wave As described above, the frequency calculation reference table for measuring the actual frequency of the power system has been described. When the power system is in steady operation, the actual frequency of the power system remains within a few Hz centered on the system rated frequency. It is possible to measure with high accuracy.

しかしながら、発電機が起動する際には、発電機の周波数は0から系統定格周波数まで加速し、また発電機が停止する際には、発電機の周波数は系統定格周波数から0までに減速する。   However, when the generator is activated, the frequency of the generator is accelerated from 0 to the system rated frequency, and when the generator is stopped, the frequency of the generator is decelerated from the system rated frequency to 0.

また、一般的な信号処理において、測定対象の信号には様々な基本波成分が存在し、それらの基本波も変化している。これらの状況に対応するため、複数の周波数計算参照表を予め用意し、基本波が変化しているときには、現在の周波数計算参照表、より周波数の高い基本波の周波数計算参照表、より周波数の低い基本波の周波数計算参照表の3つを同時に計算し、さらに、対応する基本波の測定値が異なるスケールに収束するように、周波数計算参照表を利用して、その基本波の測定値を採用する。その後の処理において、採用した周波数計算参照表を中間の周波数計算参照表とし、同時に前後にある2つの周波数計算参照表を含めて合計3つの周波数計算参照表を用いて、基本波測定を行なう。このような手順を踏まえることで、周波数計算参照表を移動することができ、これによって基本波の変化に対応できる。   In general signal processing, various fundamental wave components exist in the signal to be measured, and these fundamental waves also change. In order to cope with these situations, a plurality of frequency calculation reference tables are prepared in advance, and when the fundamental wave is changing, the current frequency calculation reference table, the frequency calculation reference table of the higher fundamental frequency, Calculate the fundamental measurement value using the frequency calculation reference table so that the three fundamental frequency calculation reference tables for the lower fundamental wave are calculated simultaneously and the corresponding fundamental measurement value converges to a different scale. adopt. In the subsequent processing, the adopted frequency calculation reference table is used as an intermediate frequency calculation reference table, and at the same time, the fundamental wave measurement is performed using a total of three frequency calculation reference tables including two frequency calculation reference tables before and after. By taking such a procedure into consideration, it is possible to move the frequency calculation reference table, thereby responding to changes in the fundamental wave.

このように、本実施の形態においては、複数の基本波周波数の別に予め用意された、ゲージサンプリング周波数の別に予め定められた換算係数をそれぞれ参照することで、周波数の変化する測定対象に向けられた換算係数が算出される。   As described above, in the present embodiment, by referring to the conversion factor that is prepared in advance for each of the plurality of fundamental wave frequencies and that is determined in advance for each of the gauge sampling frequencies, it is directed to the measurement object whose frequency changes. A conversion factor is calculated.

(xiii)現時点での基本波周波数の推定方法について
上述した本実施の形態の多重スケールによれば、スケールが大きいほど、高調波成分の影響を低減でき、基本波周波数の計測精度を高めることができる。しかしながら、基本波周波数が早い速度で変化している場合には、大きいスケールで測定すると、その結果には測定時間の遅れが生じる。このような場合には、現時点での基本波周波数を以下のような手法で推定してもよい。
(Xiii) Current Fundamental Frequency Estimation Method According to the above-described multiple scale of the present embodiment, the larger the scale, the lower the influence of harmonic components and the higher the fundamental frequency measurement accuracy. it can. However, when the fundamental frequency is changing at a high speed, if the measurement is performed on a large scale, the measurement time is delayed. In such a case, the current fundamental frequency may be estimated by the following method.

図16は、現時点での基本波周波数の推定方法を説明するための図である。図16を参照して、現時点での基本波周波数fを以下の(43)式に従って計算できる。 FIG. 16 is a diagram for explaining a method of estimating the fundamental frequency at the present time. Referring to FIG. 16, the fundamental frequency f T at the present moment can be calculated according to the following expression (43).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、fは推定された現時点での基本波周波数であり、fおよびfは、それぞれ、現時点においてゲージサンプリング点数N=Mで測定した基本波周波数、および、T時点前においてゲージサンプリング点数N=Nで測定した基本波周波数である。また、T01およびT12は、それぞれのゲージサンプリング点数(スケール)での測定における時間遅れであり、その比例値は、以下の(44)式に従って計算される。 However, f T is the estimated fundamental wave frequency at the present time, and f M and f N are the fundamental wave frequency measured at the present time with the number of gauge sampling points N g = M, and the gauge wave before the TN time point, respectively. This is the fundamental frequency measured with the number of sampling points N g = N. Further, T 01 and T 12 are time delays in measurement at each gauge sampling point (scale), and the proportional value is calculated according to the following equation (44).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、αおよびαは、ゲージサンプリング点数N=MおよびN=Nにそれぞれ対応するゲージ回転位相角である。 Where α M and α N are gauge rotation phase angles corresponding to the gauge sampling points N g = M and N g = N, respectively.

図16に示すように、あるゲージサンプリング点数Nにおいて測定される周波数(測定周波数)の本来の基本周波数(理論周波数)からの時間遅れは、ゲージサンプリング点数Nの大きさ(数)に比例すると考えることができる。そこで、上述の(43)式および(44)式に示すように、複数のゲージサンプリング点数Nにおいて測定された周波数を用いて、現時点での基本周波数を推定することができる。 As shown in FIG. 16, the time delay from the original fundamental frequency of frequency (measurement frequency) to be measured in certain gauge number of sampling points N g (theoretical frequency), proportional to the magnitude of the gauge number of sampling points N g (number) Then you can think. Therefore, as shown in the above-mentioned (43) and (44) below, using the measured frequency in a plurality of gauges sampling points N g, it is possible to estimate the fundamental frequency at the moment.

すなわち、第1および第2のゲージサンプリング周波数(ゲージサンプリング点数またはスケール)にそれぞれ対応する第1および第2の瞬時周波数(測定した基本波周波数)がそれぞれ計算される。そして、計算により取得された第1および第2の瞬時周波数、ならびに、第1および第2のゲージサンプリング周波数にそれぞれ対応する第1および第2のゲージ回転位相角、に基づいて、現時点での基本波周波数が推定される。   That is, first and second instantaneous frequencies (measured fundamental wave frequencies) respectively corresponding to the first and second gauge sampling frequencies (the number of gauge sampling points or scale) are calculated. Based on the first and second instantaneous frequencies obtained by calculation and the first and second gauge rotation phase angles corresponding to the first and second gauge sampling frequencies, respectively, The wave frequency is estimated.

さらに、図16を参照して、基本波周波数の変化率は、以下の(45)式に従って計算される。   Further, referring to FIG. 16, the change rate of the fundamental frequency is calculated according to the following equation (45).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

(d4:変形例)
上述の説明では、上述の特許文献1に開示される手法を応用して、ゲージ電圧群およびゲージ差分電圧群を用いて、周波数計算参照表を生成する手法について説明したが、その他の手法を採用してもよい。
(D4: Modification)
In the above description, the technique disclosed in the above-mentioned Patent Document 1 is applied to generate the frequency calculation reference table using the gauge voltage group and the gauge differential voltage group, but other techniques are employed. May be.

例えば、ゲージ同期フェーザ群およびゲージ差分同期フェーザ群を用いて、周波数計算参照表を生成してもよい(実施の形態2参照)。また、ゲージ電力群またはゲージ差分電力群を用いて、周波数計算参照表を生成してもよい(実施の形態3参照)。また、ゲージ双電圧群およびゲージ差分双電圧群を用いて、周波数計算参照表を生成してもよい(実施の形態4参照)。   For example, a frequency calculation reference table may be generated using a gauge synchronous phasor group and a gauge differential synchronized phasor group (see Embodiment 2). Moreover, you may produce | generate a frequency calculation reference table using a gauge power group or a gauge difference power group (refer Embodiment 3). Further, a frequency calculation reference table may be generated using the gauge dual voltage group and the gauge differential dual voltage group (see Embodiment 4).

以下の説明では、実波形の例を用いて、まずFFTを用いて周波数成分を解析し、次に、多重スケール法で計測を行ない、その有効性を証明する。   In the following description, using an example of an actual waveform, first, frequency components are analyzed using FFT, and then measurement is performed by a multiscale method to prove its effectiveness.

[E.実施の形態1]
実施の形態1においては、上述のゲージ電圧群およびゲージ差分電圧群を用いて、各種の電気量を測定する構成について説明する。
[E. Embodiment 1]
In the first embodiment, a configuration for measuring various electric quantities using the above-described gauge voltage group and gauge differential voltage group will be described.

(e1:装置構成)
以下の説明では、上述の多重スケール法を用いて、電力系統の周波数を測定する機能、電力系統の電圧振幅を測定する機能、単独運転の状態であるか否かを判別する構成を有する、信号処理装置100を例示して説明する。説明の便宜上、信号処理装置100が上述したすべての機能を提供する構成について例示するが、適用先や用途などに応じて、必要な機能が取捨選択されたり、各機能が異なる処理装置に分散して実装されるようなこともできる。
(E1: Device configuration)
In the following description, a signal having a function of measuring the frequency of the power system, a function of measuring the voltage amplitude of the power system, and a configuration for determining whether or not the system is in a single operation state using the above-described multiscale method. The processing apparatus 100 will be described as an example. For convenience of explanation, the configuration in which the signal processing apparatus 100 provides all the functions described above is illustrated. However, necessary functions are selected or distributed to different processing apparatuses according to application destinations and uses. Can also be implemented.

図17は、実施の形態1の信号処理装置100の構成例を示す模式図である。図17を参照して、信号処理装置100は、その機能構成として、電圧瞬時値データ入力部101と、周波数係数計算部102と、対称性破れ判別部103と、停電/故障対処部104と、平均周波数係数計算部105と、ゲージ回転位相角計算部106と、ゲージ回転位相角平均化部107と、瞬時周波数計算部108と、瞬時周波数平均化部109と、単独運転判別部110と、基本波周波数選択部111と、ゲージ差分電圧計算部112と、ゲージ差分電圧平均化部113と、交流電圧振幅計算部114と、直流成分計算部115と、通信部116と、記憶部117と、インターフェース118とを含む。   FIG. 17 is a schematic diagram illustrating a configuration example of the signal processing device 100 according to the first embodiment. Referring to FIG. 17, signal processing apparatus 100 has, as its functional configuration, voltage instantaneous value data input unit 101, frequency coefficient calculation unit 102, symmetry breaking determination unit 103, power failure / failure handling unit 104, Average frequency coefficient calculation unit 105, gauge rotation phase angle calculation unit 106, gauge rotation phase angle averaging unit 107, instantaneous frequency calculation unit 108, instantaneous frequency averaging unit 109, isolated operation determination unit 110, basic Wave frequency selection unit 111, gauge difference voltage calculation unit 112, gauge difference voltage averaging unit 113, AC voltage amplitude calculation unit 114, DC component calculation unit 115, communication unit 116, storage unit 117, and interface 118.

これらの機能は、公知のハードウェアやソフトウェアによって実現される。具体的には、図17に示す機能の全部または一部をLSI(Large Scale Integration)などを用いて実現してもよいし、それに加えて、またはそれに代えて、CPU(Central Processing Unit)などのプロセッサでプログラムを実行させることで実現してもよい。また、単一の装置として実装することもできるし、ネットワークなどを介して複数の装置が連係することで全体として図17に示す機能を実現するような構成を採用することもできる。さらに、図17に示す信号処理装置100をより大型な装置(例えば、電力監視装置など)の一部の機能として実装することもできる。図17に示す信号処理装置100をどのように実装するのかについては、適用先などに応じて適宜設計される。   These functions are realized by known hardware and software. Specifically, all or part of the functions shown in FIG. 17 may be realized using LSI (Large Scale Integration) or the like, or in addition to or instead of a CPU (Central Processing Unit) or the like. You may implement | achieve by running a program with a processor. Further, it can be implemented as a single device, or a configuration that realizes the function shown in FIG. 17 as a whole by linking a plurality of devices via a network or the like can be employed. Furthermore, the signal processing apparatus 100 shown in FIG. 17 can be implemented as a partial function of a larger apparatus (for example, a power monitoring apparatus). How to implement the signal processing apparatus 100 shown in FIG. 17 is appropriately designed according to the application destination.

通信部116は、他の信号処理装置100や別の装置との間でデータを遣り取りするための機能を提供する。記憶部117は、計測データや演算情報などを記憶する。インターフェース118は、デジタル表示などのインターフェース機能を有している。図17のその他の機能については、後述の図18に示す処理手順の説明において、併せて説明する。   The communication unit 116 provides a function for exchanging data with another signal processing apparatus 100 or another apparatus. The storage unit 117 stores measurement data, calculation information, and the like. The interface 118 has an interface function such as digital display. The other functions of FIG. 17 will be described together in the description of the processing procedure shown in FIG.

(e2:処理手順)
次に、図17に示す信号処理装置100により実行される処理手順について説明する。図18は、実施の形態1の信号処理装置100により実行される処理手順を示すフローチャートである。図18に示す各ステップは、典型的には、図17に示す構成において実行される。
(E2: Processing procedure)
Next, a processing procedure executed by the signal processing device 100 shown in FIG. 17 will be described. FIG. 18 is a flowchart illustrating a processing procedure executed by the signal processing apparatus 100 according to the first embodiment. Each step shown in FIG. 18 is typically executed in the configuration shown in FIG.

図18を参照して、電圧瞬時値データ入力部101は、電力系統に設けられた計器用変圧器(PT)からの電圧瞬時値を取得する(ステップS101)。すなわち、電圧瞬時値データ入力部101は、測定対象を収集サンプリング周波数でサンプリングして瞬時値データを時系列に収集する。なお、読出された電圧瞬時値のデータは、時系列に記憶部117へ順次格納される。   Referring to FIG. 18, instantaneous voltage value data input unit 101 acquires an instantaneous voltage value from a voltage transformer (PT) provided in the power system (step S101). That is, the voltage instantaneous value data input unit 101 collects instantaneous value data in time series by sampling the measurement target at the collection sampling frequency. The read voltage instantaneous value data is sequentially stored in the storage unit 117 in time series.

続いて、周波数係数計算部102は、時系列に取得される電圧瞬時値から周波数係数の瞬時値を複数計算する(ステップS102)。計算される周波数係数は、複数のゲージ差分電圧群の瞬時周波数係数であり、以下の(46)式に従って計算される。   Subsequently, the frequency coefficient calculation unit 102 calculates a plurality of instantaneous values of frequency coefficients from the instantaneous voltage values acquired in time series (step S102). The calculated frequency coefficient is an instantaneous frequency coefficient of a plurality of gauge differential voltage groups, and is calculated according to the following equation (46).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、v21,v22,v23はそれぞれNに対応したゲージ差分電圧群の3つの差分電圧瞬時値である。 However, v 21, v 22, v 23 is the three differential voltage instantaneous value of the gauge differential voltage group corresponding to N g respectively.

続いて、対称性破れ判別部103は、複数のゲージ差分電圧群の対称性が破れているか否かをそれぞれ判別する(ステップS103)。つまり、対称性破れ判別部103は、測定された電気量が対称群の特性を有しているか否かを判別する。この対称性が破れているか否かの判別は、以下の(47)式に従って行われる。   Subsequently, the symmetry breaking determination unit 103 determines whether or not the symmetry of the plurality of gauge differential voltage groups is broken (step S103). That is, the symmetry breaking determination unit 103 determines whether or not the measured electric quantity has a symmetry group characteristic. Whether or not this symmetry is broken is determined according to the following equation (47).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

ゲージ差分電圧群の各々について、上述の(47)式が満足される場合、当該ゲージ差分電圧群の対称性が破れていると判定できる。すなわち、収集サンプリング周波数でのサンプリング間隔で時間的に連続するとともに、対称群を構成する4点の瞬時値データを用いて、複数のゲージサンプリング周波数fのそれぞれに対応する対称性が保持されているか否かがそれぞれ判定される。 When each of the gauge difference voltage groups satisfies the above-described expression (47), it can be determined that the symmetry of the gauge difference voltage group is broken. That is, the symmetry corresponding to each of the plurality of gauge sampling frequencies f g is maintained by using the instantaneous value data of the four points constituting the symmetry group while being temporally continuous at the sampling interval at the collection sampling frequency. Each of them is determined.

いずれかのゲージサンプリング点数Nについて、ゲージ差分電圧群の対称性が破れていると判定された場合(ステップS103においてYESの場合)には、ステップS104の処理が実行される。これに対して、いずれのゲージサンプリング点数Nについてもゲージ差分電圧群の対称性が破れていないと判定された場合(ステップS103においてNOの場合)、ステップS104の処理はスキップされる。 For any gauge number of sampling points N g, in a case where symmetry of the gauge differential voltage group is determined to be torn (YES in step S103), the process of step S104 is executed. In contrast, if the symmetry of the gauge differential voltage group for any gauge sampling points N g is determined not torn (NO in step S103), the process of step S104 is skipped.

対称性が破れていると判定されたゲージサンプリング点数Nについての対称群の周波数係数fについては、現ステップでは計算されず、前ステップの確定値を用いるために、ラッチされる(ステップS104)。一部のゲージサンプリング点数Nについて、対称群の対称性が破れている場合には、その原因は電圧フリッカなどの影響と考えられるので、これらの対称群についての周波数係数fは前ステップの確定値を利用する。すなわち、以下の(48)式に示すように、時間Tだけ前の確定値が用いられる。 The frequency coefficient f C of the symmetry group with respect to the number of gauge sampling points N g determined to be broken is not calculated in the current step, but is latched in order to use the determined value of the previous step (step S104). ). For some of the gauge number of sampling points N g, if the symmetry of the symmetric group is broken, because the cause is thought to influence of voltage flickering, the frequency coefficients f C before steps for these symmetric group Use a fixed value. That is, as shown in the following equation (48), a definite value that is only before time T 1 is used.

(t)=f(t−T) …(48)
なお、複数のゲージサンプリング点数Nについて、ゲージ差分電圧群の対称性が同時に敗れたと判定された場合には、電力系統に事故等の擾乱が発生したと判定できるので、擾乱による影響を低減するための処理を行なってもよい。
f C (t) = f C (t−T 1 ) (48)
Note that a plurality of gauges sampling points N g, if the symmetry of the gauge differential voltage group is determined to have lost at the same time, it can be determined with the disturbance such as an accident in the power system has occurred, to reduce the influence of disturbance You may perform the process for.

つまり、対称性破れ判別部103は、複数のゲージサンプリング周波数のうち、対称性が保持されていないと判定されたゲージサンプリング周波数の数に応じて、測定対象に生じている状態を判定する。   That is, the symmetry breaking determination unit 103 determines a state occurring in the measurement target according to the number of gauge sampling frequencies determined to have no symmetry maintained among a plurality of gauge sampling frequencies.

例えば、停電/故障対処部104は、停電発生や故障発生の影響を低減するための処理を高速に起動してもよい。例えば、信号処理装置100をUPS(Uninterruptible Power Supply)装置に応用する場合には、予備電源の投入を即時に行なう。また、信号処理装置100を保護継電装置に応用する場合には、リレーメイン演算を行ない、系統保護を実施する。   For example, the power failure / fault handling unit 104 may activate a process for reducing the influence of a power failure or a failure at a high speed. For example, when the signal processing apparatus 100 is applied to a UPS (Uninterruptible Power Supply) apparatus, the standby power supply is immediately turned on. Further, when the signal processing device 100 is applied to a protective relay device, relay main calculation is performed to protect the system.

続いて、平均周波数係数計算部105は、ゲージ差分電圧群の各々について、周波数係数fの平均値を計算する(ステップS105)。典型的には、平均周波数係数計算部105は、以下の(49)式に従って、複数のゲージサンプリング点数Nの各々について、周波数係数fに対する移動平均処理を実行する。 Subsequently, the average frequency coefficient calculation unit 105 calculates an average value of the frequency coefficients f C for each of the gauge differential voltage groups (step S105). Typically, the average frequency coefficient calculation unit 105 performs a moving average process on the frequency coefficient f C for each of the plurality of gauge sampling points N g according to the following equation (49).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、(49)式中のMは、現ステップを含めたデータ収集サンプリング点数である。平均周波数係数計算部105は、瞬時周波数を移動平均処理によって平均化する。   However, M in the equation (49) is the number of data collection sampling points including the current step. The average frequency coefficient calculation unit 105 averages the instantaneous frequency by moving average processing.

続いて、ゲージ回転位相角計算部106は、複数のスケールにそれぞれ対応するゲージ回転位相角α(N)を計算する(N)(ステップS106)。ゲージ回転位相角計算部106は、複数のゲージサンプリング周波数のそれぞれに対応するゲージ回転位相角を計算する。ゲージ回転位相角α(N)は、以下の(50)式に従って計算される。各スケールのゲージ回転位相角α(N)を計算にあたって、予め生成しておいた周波数計算参照表を参照して、必要な値が算出される。 Subsequently, the gauge rotation phase angle calculator 106 calculates the gauge rotation phase angle α g (N g ) corresponding to each of the plurality of scales (N g ) (step S106). The gauge rotation phase angle calculation unit 106 calculates a gauge rotation phase angle corresponding to each of a plurality of gauge sampling frequencies. The gauge rotation phase angle α g (N g ) is calculated according to the following equation (50). In calculating the gauge rotation phase angle α g (N g ) of each scale, a necessary value is calculated with reference to a frequency calculation reference table generated in advance.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

続いて、ゲージ回転位相角平均化部107は、複数のスケールにそれぞれ対応するゲージ回転位相角α(N)の平均値を計算する(ステップS107)。典型的には、ゲージ回転位相角平均化部107は、以下の(51)式に従って、複数のスケールの各々について、ゲージ回転位相角α(N)に対する移動平均処理を実行する。 Subsequently, the gauge rotation phase angle averaging unit 107 calculates an average value of the gauge rotation phase angles α g (N g ) respectively corresponding to the plurality of scales (step S107). Typically, the gauge rotation phase angle averaging unit 107 performs a moving average process on the gauge rotation phase angle α g (N g ) for each of the plurality of scales according to the following equation (51).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、(51)式中のMは、現ステップを含めたデータ収集サンプリング点数である。
続いて、瞬時周波数計算部108は、複数のスケールにそれぞれ対応する瞬時周波数f(N)を計算する(ステップS108)。瞬時周波数f(N)は、以下の(52)式に従って計算される。
However, M in the equation (51) is the number of data collection sampling points including the current step.
Subsequently, the instantaneous frequency calculation unit 108 calculates the instantaneous frequency f (N g ) corresponding to each of the plurality of scales (step S108). The instantaneous frequency f (N g ) is calculated according to the following equation (52).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、fはゲージサンプリング周波数である。(52)式に示すように、瞬時周波数計算部108は、複数のゲージサンプリング周波数の各々と、各ゲージサンプリング周波数についてのゲージ回転位相角とに基づいて、複数のゲージサンプリング周波数のそれぞれに対応する瞬時周波数をそれぞれ計算する。 Where f g is the gauge sampling frequency. As shown in the equation (52), the instantaneous frequency calculation unit 108 corresponds to each of the plurality of gauge sampling frequencies based on each of the plurality of gauge sampling frequencies and the gauge rotation phase angle for each gauge sampling frequency. Each instantaneous frequency is calculated.

続いて、瞬時周波数平均化部109は、複数のスケールにそれぞれ対応する瞬時周波数f(N)の平均値を計算する(ステップS109)。典型的には、瞬時周波数平均化部109は、以下の(53)式に従って、複数のスケールの各々について、瞬時周波数f(N)に対する移動平均処理を実行する。 Subsequently, the instantaneous frequency averaging unit 109 calculates an average value of the instantaneous frequencies f (N g ) corresponding to the plurality of scales (step S109). Typically, the instantaneous frequency averaging unit 109 performs a moving average process on the instantaneous frequency f (N g ) for each of the plurality of scales according to the following equation (53).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、(53)式中のMは、現ステップを含めたデータ収集サンプリング点数である。
続いて、単独運転判別部110は、複数のスケールにそれぞれ対応する高調波成分に基づいて、系統電源から切り離されて単独運転になっているか否かを判別する(ステップS110)。具体的には、単独運転判別部110は、以下の(54)式が満足されているか否かを判定する。
However, M in the equation (53) is the number of data collection sampling points including the current step.
Subsequently, the isolated operation determination unit 110 determines whether or not the operation is isolated from the system power supply based on the harmonic components corresponding to the plurality of scales (step S110). Specifically, the isolated operation determination unit 110 determines whether or not the following expression (54) is satisfied.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、fhSET[N]は、予め整定されたしきい値である。選択されたスケールにおいて(54)式が満足されている場合、すなわち、瞬時周波数の平均値がしきい値を下回っている場合には、電力系統の実電圧波形/実電流波形の高調波成分が急激に減少していると判断でき、単独運転判別部110は、電力系統が単独運転の状態になったと判定できる。すなわち、単独運転判別部110は、複数のゲージサンプリング周波数のうち相対的に高いゲージサンプリング周波数に対応する瞬時周波数の平均値の変化に基づいて、測定対象の状態変化を検出する。 However, f hSET [N g ] is a preset threshold value. When the equation (54) is satisfied at the selected scale, that is, when the average value of the instantaneous frequency is below the threshold value, the harmonic component of the actual voltage waveform / actual current waveform of the power system is It can be determined that it is rapidly decreasing, and the isolated operation determination unit 110 can determine that the power system is in an isolated operation state. That is, the isolated operation determination unit 110 detects a change in state of the measurement target based on a change in average value of instantaneous frequencies corresponding to a relatively high gauge sampling frequency among a plurality of gauge sampling frequencies.

例えば、データ収集サンプリング周波数4000Hzであって、定格周波数が50Hzの系統において、以下のような2つのスケールを選択し、以下の(55)式に示すしきい値をそれぞれ設定する。   For example, in a system with a data collection sampling frequency of 4000 Hz and a rated frequency of 50 Hz, the following two scales are selected, and the threshold values shown in the following equation (55) are respectively set.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

この場合、N=1およびN=2の平均周波数(瞬時周波数f(N)の平均値)がそれぞれ同時に200Hzおよび100Hzを下回った場合、電力系統の高調波成分が急激に減少し、単独運転になったと判別できる。 In this case, when the average frequency of N g = 1 and N g = 2 (the average value of the instantaneous frequency f (N g )) is simultaneously below 200 Hz and 100 Hz, respectively, the harmonic components of the power system rapidly decrease, It can be determined that it has become an independent operation.

実際にそれぞれのスケールについてのしきい値を具体的に設定する際には、対称の電力系統の電圧階級において、負荷の高調波成分の存在状況について調査および測定が必要であると考えられる。   When actually setting the threshold values for each scale, it is considered necessary to investigate and measure the presence of harmonic components in the load in the voltage class of the symmetric power system.

続いて、基本波周波数選択部111は、基本波周波数を選択する(ステップS111)。基本波周波数選択部111は、適切なゲージサンプリング点数Nに対応する平均周波数(瞬時周波数f(N)の平均値)を選択し、基本波周波数の測定結果として出力する。 Subsequently, the fundamental frequency selection unit 111 selects a fundamental frequency (step S111). The fundamental frequency selection unit 111 selects an average frequency (average value of the instantaneous frequency f (N g )) corresponding to an appropriate number of gauge sampling points N g, and outputs it as a measurement result of the fundamental frequency.

続いて、ゲージ差分電圧計算部112は、予め選定したゲージサンプリング点数Nに対応するゲージ差分電圧Vgdを計算する(ステップS112)。より具体的には、ゲージ差分電圧Vgdは、以下の(56)式に従って計算される。 Subsequently, the gauge difference voltage calculation unit 112 calculates a gauge difference voltage V gd corresponding to the gauge sampling number N g selected in advance (step S112). More specifically, the gauge differential voltage V gd is calculated according to the following equation (56).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

続いて、ゲージ差分電圧平均化部113は、ステップS112において計算されるゲージ差分電圧Vgdの平均値を計算する(ステップS113)。典型的には、ゲージ差分電圧平均化部113は、ゲージ差分電圧Vgdに対する移動平均処理を実行する。 Subsequently, the gauge difference voltage averaging unit 113 calculates the average value of the gauge difference voltage V gd calculated in step S112 (step S113). Typically, the gauge difference voltage averaging unit 113 performs a moving average process on the gauge difference voltage V gd .

続いて、交流電圧振幅計算部114は、交流電圧振幅Vを計算する(ステップS114)。交流電圧振幅Vは、以下の(57)式に従って計算される。   Subsequently, the AC voltage amplitude calculation unit 114 calculates the AC voltage amplitude V (step S114). The AC voltage amplitude V is calculated according to the following equation (57).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

一般的に(57)式中の周波数係数fに対応するゲージサンプリング点数Nは、交流電圧振幅を計算するためのゲージサンプリング点数Nより大きい。 Gauge sampling points N g that generally (57) corresponding to the frequency coefficient f C in the formula is greater than the gauge number of sampling points N g for calculating the AC voltage amplitude.

続いて、直流成分計算部115は、直流成分VDCを計算する(ステップS115)。直流成分VDCは、上述の(24)式に従って計算される。 Subsequently, the DC component calculation unit 115 calculates the DC component V DC (step S115). The direct current component V DC is calculated according to the above equation (24).

最終的に、上述の手順によって計算された各値が計測結果として出力される(ステップS116)。例えば、周波数リレーや電力系統の状態監視点の実周波数として利用される。そして、終了が指示されているか否かが判断される(ステップS117)。終了が指示されていなければ(ステップS117においてNO)、ステップS101以下の処理が繰返し実行される。終了が指示されていれば(ステップS117においてYES)、一連の処理は終了する。   Finally, each value calculated by the above-described procedure is output as a measurement result (step S116). For example, it is used as the actual frequency of a frequency relay or power system state monitoring point. Then, it is determined whether or not termination is instructed (step S117). If termination is not instructed (NO in step S117), the processing in step S101 and subsequent steps is repeatedly executed. If termination is instructed (YES in step S117), the series of processing ends.

(e3:有用性についての評価)
以下、図17に示す装置構成および図18に示す処理手順に従って、シミュレーションおよび実測値との比較によって、実施の形態1の多重スケール法の有用性について評価した結果について説明する。
(E3: Evaluation of usefulness)
Hereinafter, the results of evaluating the usefulness of the multiscale method of the first embodiment by comparison with simulation and actual measurement values according to the apparatus configuration shown in FIG. 17 and the processing procedure shown in FIG. 18 will be described.

(e3−1:ケース1:基本波シミュレーション)
まず、ある高調波成分を含まない基本波を想定し、実施の形態1の多重スケール法が当該基本波を適切に測定できていることをシミュレーションによって評価した結果を以下に示す。
(E3-1: Case 1: Fundamental wave simulation)
First, assuming a fundamental wave that does not include a certain harmonic component, the results of evaluation by simulation that the multiscale method of the first embodiment can appropriately measure the fundamental wave are shown below.

ケース1の基本波シミュレーションに用いたパラメータを以下の表に示す。   The parameters used for the fundamental wave simulation of Case 1 are shown in the following table.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

また、ケース1の基本波シミュレーションに用いた周波数計算参照表を以下に示す。この周波数計算参照表は、予め計算されている。   The frequency calculation reference table used for the fundamental wave simulation of Case 1 is shown below. This frequency calculation reference table is calculated in advance.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

まず、ケース1のパラメータに従えば、入力波形は、以下の(58)式に従って定義される。   First, according to the parameters of case 1, the input waveform is defined according to the following equation (58).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

交流電圧振幅および瞬時周波数測定のシミュレーション結果をそれぞれ図19および図20に示す。図19は、ケース1の基本波シミュレーションにおける電圧瞬時値および電圧実効値についてのシミュレーション結果を示す図である。図20は、ケース1の基本波シミュレーションにおける瞬時周波数についてのシミュレーション結果を示す図である。   The simulation results of AC voltage amplitude and instantaneous frequency measurement are shown in FIGS. 19 and 20, respectively. FIG. 19 is a diagram illustrating simulation results for the instantaneous voltage value and the effective voltage value in the fundamental wave simulation of Case 1. FIG. FIG. 20 is a diagram illustrating a simulation result of an instantaneous frequency in the fundamental wave simulation of case 1.

図19に示すように、スケールが異なっていても、高調波成分を含まない基本波は完全に対称であるため、ゲージサンプリング点数N=20,140,260のいずれも場合も、入力波形の正弦波振幅と一致し、交流電圧振幅について同じ計測結果が得られている。すなわち、基本波(高調波なし)測定において、すべての複数のゲージサンプリング周波数による瞬時周波数の計測結果は同じになる。この計測結果(シミュレーション結果)によれば、先願の単重スケール法と同様、提案手法は対称性を有し、多重スケール法の論理が正しいことが証明される。 As shown in FIG. 19, even if the scales are different, the fundamental wave that does not include harmonic components is completely symmetric. Therefore, in any case of the number of gauge sampling points N g = 20, 140, 260, the input waveform It agrees with the sine wave amplitude, and the same measurement result is obtained for the AC voltage amplitude. That is, in the fundamental wave (no harmonics) measurement, the measurement result of the instantaneous frequency by all the plurality of gauge sampling frequencies is the same. This measurement result (simulation result) proves that the proposed method has symmetry and the logic of the multiscale method is correct, like the single-scale method of the prior application.

また、図20に示すように、スケールが異なっていても、高調波成分を含まない基本波は完全に対称であるため、ゲージサンプリング点数N=20,140,260のいずれも場合も、入力される理論周波数と一致し、瞬時周波数について同じ計測結果が得られている。この計測結果(シミュレーション結果)についてもまた、多重スケール法の論理が正しいことを証明する。 Further, as shown in FIG. 20, even if the scales are different, the fundamental wave that does not include the harmonic component is completely symmetric. Therefore, in any case of the number of gauge sampling points N g = 20, 140, 260, the input The same measurement result is obtained for the instantaneous frequency. This measurement result (simulation result) also proves that the logic of the multi-scale method is correct.

(e3−2:ケース2:実測値との比較)
ケース2として、実際の電力系統から測定された時間波形を用いて、実施の形態1の多重スケール法の有用性について評価する。
(E3-2: Case 2: Comparison with measured values)
As Case 2, the usefulness of the multiscale method of Embodiment 1 is evaluated using a time waveform measured from an actual power system.

ケース2の実測値との比較に用いた信号処理装置100のパラメータを以下の表に示す。   The parameters of the signal processing device 100 used for comparison with the actual measurement values of Case 2 are shown in the following table.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

また、ケース2の実測値との比較に用いた周波数計算参照表を以下に示す。この周波数計算参照表は、予め計算されている。   In addition, a frequency calculation reference table used for comparison with the actual measurement value of Case 2 is shown below. This frequency calculation reference table is calculated in advance.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

ケース2の実測値との比較の結果を図21〜図40に示す。
図21は、ケース2の実測例における観測電圧の時間波形を示す図である。実際の電力系統から測定した記録データは3秒にわたるものであるが、説明の便宜上、時間スケールを拡大して0.2秒間のデータのみを表示する。図21には、一見すると基本波のみからなるきれいな正弦波を示しているように見えるが、現実には、様々な高調波成分が含まれることを確認できる。
The results of comparison with the actual measurement values of Case 2 are shown in FIGS.
FIG. 21 is a diagram illustrating a time waveform of the observed voltage in the actual measurement example of case 2. In FIG. The recorded data measured from the actual power system is for 3 seconds, but for convenience of explanation, the time scale is expanded to display only data for 0.2 seconds. FIG. 21 seems to show a clean sine wave consisting only of the fundamental wave at first glance, but it can be confirmed that various harmonic components are actually included.

図22は、ケース2の実測例における観測電圧の時間波形に対してFFTして得られたスペクトル計算結果を示す図である。図22には、高調波成分を確認するため、測定された3秒間のデータの全部を用いてFFTを実施したスペクトル計算結果を示す。図22に示すように、60Hzに基本波が表れるとともに、3940Hz(=4000Hz−60Hz)に基本波と同じ強度のエイリアシング現象によるピークが表れていることが確認できる。   FIG. 22 is a diagram illustrating a spectrum calculation result obtained by performing FFT on the time waveform of the observed voltage in the actual measurement example of case 2. FIG. FIG. 22 shows a spectrum calculation result obtained by performing FFT using all the measured data for 3 seconds in order to confirm the harmonic component. As shown in FIG. 22, it can be confirmed that a fundamental wave appears at 60 Hz, and a peak due to an aliasing phenomenon having the same intensity as that of the fundamental wave appears at 3940 Hz (= 4000 Hz-60 Hz).

図23は、図22に示すスペクトルの0〜840[Hz]の範囲を拡大して示す図である。図24は、図22に示すスペクトルの0〜420[Hz]の範囲を拡大して示す図である。   FIG. 23 is an enlarged view showing the range of 0 to 840 [Hz] of the spectrum shown in FIG. FIG. 24 is an enlarged view showing the range of 0 to 420 [Hz] of the spectrum shown in FIG.

図22に示すスペクトル計算結果の表示スケールを拡大した図23を参照すると、高調波の強度の大きさは、5次高調波(300Hz=5×60Hz)、次数間高調波(109Hz)、7次高調波(420Hz=7×60Hz)、13次高調波(780Hz=13×60Hz)という順番になっていることが分かる。   Referring to FIG. 23 in which the display scale of the spectrum calculation result shown in FIG. 22 is enlarged, the magnitudes of the harmonics are the fifth harmonic (300 Hz = 5 × 60 Hz), the interharmonic harmonic (109 Hz), and the seventh order. It can be seen that the order of the harmonics (420 Hz = 7 × 60 Hz) and the 13th harmonic (780 Hz = 13 × 60 Hz) are in order.

また、図24を参照すると、多くの種類の周波数成分が含まれていることが分かる。なお、3次高調波(180Hz=3×60Hz)の強度が小さいのは、一般的に、変圧器のΔ巻線(デルタ結線)において互いに打ち消し合うため、ブロックされて電源(発電所)から外部(電力系統)へ流出しないようになっているためである。   Referring to FIG. 24, it can be seen that many types of frequency components are included. Note that the third harmonic (180 Hz = 3 × 60 Hz) has a small intensity because it generally cancels each other out in the Δ winding (delta connection) of the transformer, and is blocked from the power source (power plant). This is because it does not flow out to the (electric power system).

図25〜図34に、各スケールにおける瞬時周波数測定結果を示す。図25は、ケース2の実測例におけるゲージサンプリング点数N=1での瞬時周波数の測定結果を示す図である。図26は、ケース2の実測例におけるゲージサンプリング点数N=2での瞬時周波数の測定結果を示す図である。図27は、ケース2の実測例におけるゲージサンプリング点数N=3での瞬時周波数の測定結果を示す図である。図28は、ケース2の実測例におけるゲージサンプリング点数N=12での瞬時周波数の測定結果を示す図である。図29は、ケース2の実測例におけるゲージサンプリング点数N=17での瞬時周波数の測定結果を示す図である。図30は、ケース2の実測例におけるゲージサンプリング点数N=117での瞬時周波数の測定結果を示す図である。図31は、ケース2の実測例におけるゲージサンプリング点数N=217での瞬時周波数の測定結果を示す図である。図32は、ケース2の実測例におけるゲージサンプリング点数N=317での瞬時周波数の測定結果を示す図である。図33は、ケース2の実測例におけるゲージサンプリング点数N=417での瞬時周波数の測定結果を示す図である。図34は、ケース2の実測例におけるゲージサンプリング点数N=983での瞬時周波数の測定結果を示す図である。 25 to 34 show the instantaneous frequency measurement results at each scale. FIG. 25 is a diagram illustrating the measurement result of the instantaneous frequency when the number of gauge sampling points N g = 1 in the actual measurement example of case 2. FIG. 26 is a diagram illustrating the measurement result of the instantaneous frequency at the number of gauge sampling points N g = 2 in the actual measurement example of case 2. FIG. 27 is a diagram illustrating the measurement result of the instantaneous frequency at the number of gauge sampling points N g = 3 in the actual measurement example of case 2. FIG. FIG. 28 is a diagram showing the measurement result of the instantaneous frequency at the number of gauge sampling points N g = 12 in the actual measurement example of Case 2. FIG. 29 is a diagram illustrating the measurement result of the instantaneous frequency at the number of gauge sampling points N g = 17 in the actual measurement example of case 2. FIG. FIG. 30 is a diagram illustrating the measurement result of the instantaneous frequency at the number of gauge sampling points N g = 117 in the actual measurement example of case 2. FIG. 31 is a diagram illustrating the measurement result of the instantaneous frequency at the number of gauge sampling points N g = 217 in the actual measurement example of case 2. FIG. FIG. 32 is a diagram illustrating the measurement result of the instantaneous frequency at the number of gauge sampling points N g = 317 in the actual measurement example of case 2. FIG. 33 is a diagram illustrating the measurement result of the instantaneous frequency at the number of gauge sampling points N g = 417 in the actual measurement example of case 2. FIG. FIG. 34 is a diagram showing the measurement result of the instantaneous frequency when the number of gauge sampling points N g = 983 in the actual measurement example of case 2.

図25〜図34に示すように、実施の形態1の多重スケール法は、不特定多数の高調波成分を含む実電圧波形/実電流波形にも適用できることが証明される。   As shown in FIGS. 25 to 34, it is proved that the multiscale method of the first embodiment can be applied to an actual voltage waveform / an actual current waveform including an unspecified number of harmonic components.

以下の表に、それぞれのゲージサンプリング点数Nに対応する瞬時周波数の測定結果の最大値および最小値を示す。さらに、以下の表に示す測定結果の最大値および最小値を直観的に表示するため、図35および図36には、それぞれのゲージサンプリング点数における瞬時周波数の分布曲線およびその拡大図を示す。 The table below shows the maximum and minimum values of the measurement results of the instantaneous frequencies corresponding to each of the gauge number of sampling points N g. Furthermore, in order to intuitively display the maximum value and the minimum value of the measurement results shown in the following table, FIG. 35 and FIG. 36 show distribution curves of instantaneous frequencies at respective gauge sampling points and their enlarged views.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

図35は、ケース2の実測例におけるそれぞれのゲージサンプリング点数における瞬時周波数の分布曲線を示す図である。図36は、図35に示す瞬時周波数の分布曲線の拡大図を示す。   FIG. 35 is a diagram showing a distribution curve of instantaneous frequency at each gauge sampling point in the actual measurement example of case 2. FIG. FIG. 36 shows an enlarged view of the instantaneous frequency distribution curve shown in FIG.

図25〜図36に示す測定結果によれば、ゲージサンプリング点数Nが小さいときには、その瞬時周波数の測定値の大部分は基本波周波数より大きくなる。従って、瞬時周波数の平均値である平均周波数についても基本波周波数の測定値より大きくなり、基本波周波数に対して非対称になっていることが分かる。図35および図36に示す。瞬時周波数の分布曲線の非対称性を示す部分を参照されたい。 According to the measurement results shown in FIGS. 25 to 36, when the number of gauge sampling points Ng is small, most of the measured value of the instantaneous frequency is larger than the fundamental frequency. Therefore, it can be seen that the average frequency, which is the average value of the instantaneous frequency, is also larger than the measured value of the fundamental frequency and is asymmetric with respect to the fundamental frequency. It is shown in FIGS. Please refer to the section showing the asymmetry of the distribution curve of the instantaneous frequency.

図25〜図36に示す測定結果によれば、ゲージサンプリング点数Nが一定値以上であれば、その瞬時周波数の測定値は基本波周波数の測定値に対して、対称的かつ正規分布になっている。瞬時周波数の測定値に平均化処理(例えば、移動平均処理)を実施すれば、基本波周波数の安定した測定値が得られる。例えば、電力系統の実波形は、基本波と不特定な複数の高調波成分とにより構成される。多重スケール法による電力系統の瞬時周波数分布曲線によれば、小さいスケール(すなわち、ゲージサンプリング点数Nが小さい、ゲージサンプリング周波数fが大きい)場合に、瞬時周波数測定値は基本波より大きくなる。そのため、複数のゲージサンプリング周波数は、測定対象に含まれる基本波成分および高調波成分の比率に応じて設定されることが好ましい。 According to the measurement results shown in FIG. 25 to FIG. 36, if the number of gauge sampling points Ng is equal to or greater than a certain value, the measured value of the instantaneous frequency is symmetric and normal with respect to the measured value of the fundamental frequency. ing. If averaging processing (for example, moving average processing) is performed on the measurement value of the instantaneous frequency, a stable measurement value of the fundamental frequency can be obtained. For example, the actual waveform of the power system is composed of a fundamental wave and a plurality of unspecified harmonic components. According to the instantaneous frequency distribution curve of the power system based on the multi-scale method, the instantaneous frequency measurement value is larger than the fundamental wave at a small scale (that is, when the gauge sampling point number Ng is small and the gauge sampling frequency fg is large). Therefore, it is preferable that the plurality of gauge sampling frequencies be set according to the ratio of the fundamental wave component and the harmonic component included in the measurement target.

一般的に、ゲージサンプリング点数Nが大きいほど、最大値と最小値との差は小さくなり、従って、高調波成分の影響を低減できる。図35および図36に示す。瞬時周波数の分布曲線の対称性を示す部分を参照されたい。 In general, the gauge number of sampling points N g is large, the difference between the maximum value and the minimum value is reduced, thus, it is possible to reduce the influence of harmonic components. It is shown in FIGS. Please refer to the part showing the symmetry of the distribution curve of the instantaneous frequency.

但し、スケールが非常に大きい(すなわち、ゲージサンプリング周波数が非常に小さい)場合には、高調波成分の影響を低減する機能が飽和し、高調波成分の影響をそれ以上低減できない。なお、量子力学の不確定性原理によれば、スケールをひたすら大きくしたとしても、高調波成分の影響をゼロにした完全な正弦波を得ることはできない。さらに、スケールが大きすぎると、計測時間が長くなり、系統制御保護には不利な面がある。そのため、適切なスケールを選択することが好ましい。   However, when the scale is very large (that is, the gauge sampling frequency is very small), the function of reducing the influence of the harmonic component is saturated, and the influence of the harmonic component cannot be further reduced. According to the uncertainty principle of quantum mechanics, even if the scale is increased, a complete sine wave in which the influence of the harmonic component is zero cannot be obtained. Furthermore, if the scale is too large, the measurement time becomes longer, which is disadvantageous for system control protection. Therefore, it is preferable to select an appropriate scale.

上述したような測定結果から、実施の形態1の多重スケール法は、以下のような応用が可能である。   From the measurement results as described above, the multiscale method of the first embodiment can be applied as follows.

(i)高調波成分測定の応用
実施の形態1の高調波成分測定は、系統単独運転の判別に応用できる。
(I) Application of harmonic component measurement The harmonic component measurement of the first embodiment can be applied to discriminating system independent operation.

図37は、ケース2の実測例におけるゲージサンプリング点数N=1,2,3,12での平均周波数の測定結果を示す図である。図37に示すように、一般的に、同じ定格周波数の交流で連系している大規模な電力系統では、不特定多数の高調波成分を含んでおり、単独運転になるとそこに含まれる高調波成分はかなり少なくなる。このような特徴を利用して、小さいスケールで測定した平均周波数が急激に小さくなれば、実電圧波形/実電流波形の高調波成分は急激に減少することになる。従って、観測点の電気所は、観測対象の系統が連系先の大規模な電力系統から切り離されていると判定し、単独運転に係る制御を実施する。このように、大規模な電力系統の複数の高調波成分が存在するという厄介な現象を逆手にとり、廉価でありながら、高精度な単独運転判別装置を実現できる。 FIG. 37 is a diagram showing the measurement result of the average frequency at the number of gauge sampling points N g = 1, 2, 3, 12 in the measurement example of Case 2. As shown in FIG. 37, in general, a large-scale power system interconnected by alternating current of the same rated frequency includes a large number of unspecified harmonic components. Wave components are considerably reduced. If the average frequency measured on a small scale is rapidly reduced by utilizing such a feature, the harmonic component of the actual voltage waveform / actual current waveform is rapidly decreased. Therefore, the electric station at the observation point determines that the system to be observed is disconnected from the large-scale power system connected to the interconnection destination, and performs control related to the single operation. In this way, the troublesome phenomenon that a plurality of harmonic components of a large-scale power system is present can be taken over, and an inexpensive and highly accurate isolated operation determination device can be realized.

(ii)安定的な基本波計測の応用
図38は、ケース2の実測例におけるゲージサンプリング点数N=17,117での平均周波数の測定結果を示す図である。ゲージサンプリング点数N=17における平均周波数の測定波形において、パルス状の変化(上昇および下降)は、電圧フリッカ(すなわち、負荷変動による位相急変)により生じたものである。図38に示す測定結果を見れば、実施の形態1の多重スケール法が高い時間分解能を有していることが分かる。
(Ii) Application of Stable Fundamental Wave Measurement FIG. 38 is a diagram showing the measurement results of the average frequency at the number of gauge sampling points N g = 17,117 in the actual measurement example of Case 2. In the measurement waveform of the average frequency at the number of gauge sampling points N g = 17, pulse-like changes (up and down) are caused by voltage flicker (that is, sudden phase change due to load change). From the measurement results shown in FIG. 38, it can be seen that the multiscale method of the first embodiment has a high time resolution.

また、ゲージサンプリング点数N=117における測定波形によれば、スケールが大きくなることで、電圧フリッカなどの影響が大幅に低減され、基本波周波数を安定して計測できることが分かる。 Further, according to the measurement waveform at the number of gauge sampling points N g = 117, it can be understood that the influence of voltage flicker is greatly reduced and the fundamental frequency can be stably measured by increasing the scale.

(iii)電圧振幅測定の応用
図39は、ケース2の実測例におけるゲージサンプリング点数N=17での電圧振幅の測定結果を示す図である。図39に示す測定結果は、N=117において得られた周波数係数と、N=17において得られたゲージ差分電圧群とを用いて、電圧振幅を計測した結果である。説明の便宜上、図39では、軸時間のスケールを大幅に拡大している。このように、オンラインで高速かつ高精度な電圧振幅の測定を実現できる。
(Iii) Application of Voltage Amplitude Measurement FIG. 39 is a diagram showing the measurement result of voltage amplitude at the number of gauge sampling points N g = 17 in the actual measurement example of Case 2. The measurement result shown in FIG. 39 is the result of measuring the voltage amplitude using the frequency coefficient obtained at N g = 117 and the gauge differential voltage group obtained at N g = 17. For convenience of explanation, in FIG. 39, the scale of the axial time is greatly expanded. In this way, high-speed and high-precision voltage amplitude measurement can be realized online.

(iv)直流成分測定の応用
図40は、ケース2の実測例におけるゲージサンプリング点数N=17での直流成分測定結果を示す図である。図40には、実施の形態1の多重スケール法による直流成分の測定結果を示す。図40によれば、時間分解能の高い直流成分の計測結果が得られていることが分かる。
(Iv) Application of DC Component Measurement FIG. 40 is a diagram showing a DC component measurement result at the number of gauge sampling points N g = 17 in the actual measurement example of Case 2. FIG. 40 shows the measurement result of the DC component by the multiscale method of the first embodiment. As can be seen from FIG. 40, the measurement result of the DC component with high time resolution is obtained.

なお、計測された直流成分は、電力系統内に存在しているものではなく、測定機器のDCオフセットであることも考えられる。そこで、この直流成分の平均値を利用して、測定機器のAI補正(測定機器のDCオフセットゲイン設定調整)にも利用できる。一般的なAI補正では、高精度な計測機器からの正弦波を入力する必要があるが、図40に示すように、様々な高調波成分を含む実電圧波形/実電流波形を用いて直流成分を高精度に測定できるため、高精度な測定機器を廉価に製造できる。   Note that the measured DC component does not exist in the power system but may be a DC offset of the measuring device. Therefore, the average value of the DC component can be used for AI correction of the measuring device (DC offset gain setting adjustment of the measuring device). In general AI correction, it is necessary to input a sine wave from a high-precision measuring device. However, as shown in FIG. 40, a direct current component using an actual voltage waveform / an actual current waveform including various harmonic components is used. Can be measured with high accuracy, and high-precision measuring equipment can be manufactured at low cost.

例えば、多重スケール法をデジタル制御保護装置に適用し、あらゆる周波数成分(入力データをそのまま利用)を同時に計測すれば、入力波形の前処理としているフィルター装置を不要にできる。これより、現状の高調波をカットするフィルターが必要とするデジタル制御保護装置と比較した場合に、より低廉化を実現できる。   For example, if a multi-scale method is applied to a digital control protection device and all frequency components (input data is used as they are) are measured simultaneously, the filter device used as a pre-processing of the input waveform can be eliminated. As a result, when compared with a digital control protection device required by a filter that cuts off current harmonics, a lower cost can be realized.

[F.実施の形態2]
実施の形態2としては、上述の多重スケール法を適用して、本願発明者が既に出願している特願2013−008598号において提案しているゲージ同期フェーザ群またはゲージ差分同期フェーザ群を用いて同期フェーザを測定する方法について説明する。
[F. Second Embodiment]
As the second embodiment, the above-described multiscale method is applied, and the gauge synchronous phasor group or the gauge differential synchronous phasor group proposed in Japanese Patent Application No. 2013-008598 already filed by the present inventor is used. A method for measuring the synchronized phasor will be described.

その応用例として、同期フェーザ測定装置(PMU:Phase Measurement Unit)について説明する。同期フェーザ測定装置は、現在研究開発が盛んに行われているスマートグリッドにおいて最重要な装置の一つされている。従来のFFT理論をベースにしている装置とは異なり、群論をベースとする新しい同期フェーザ測定装置を提案する。   As an application example thereof, a synchronous phasor measurement device (PMU: Phase Measurement Unit) will be described. Synchronous phasor measurement devices are one of the most important devices in smart grids where research and development are actively conducted. We propose a new synchronous phasor measurement device based on group theory, unlike the device based on conventional FFT theory.

特願2013−008598号に開示される手法に比較して進歩した点は、多重スケール法の導入であり、これに伴って、回転位相角に代えてゲージ回転位相角を用いるようになっている。   The advancement compared to the method disclosed in Japanese Patent Application No. 2013-008598 is the introduction of the multi-scale method, and along with this, the gauge rotation phase angle is used instead of the rotation phase angle. .

以下、まず、ゲージ同期フェーザ群およびゲージ差分同期フェーザ群について説明し、次に、同期フェーザ測定装置の装置構成および処理手順について説明する。最後に、基本波シミュレーションおよび実測値との比較例について説明する。   Hereinafter, first, the gauge synchronized phasor group and the gauge differential synchronized phasor group will be described, and then the apparatus configuration and processing procedure of the synchronized phasor measuring apparatus will be described. Finally, a comparison example between the fundamental wave simulation and the actually measured value will be described.

(f1:ゲージ同期フェーザ群)
図41は、複素平面上のゲージ同期フェーザ群を示す図である。図41を参照して、複素平面上の3つの電圧回転ベクトルを、以下の(59)式に従って定義する。
(F1: Gauge synchronized phasor group)
FIG. 41 is a diagram illustrating a gauge synchronous phasor group on a complex plane. Referring to FIG. 41, three voltage rotation vectors on the complex plane are defined according to the following equation (59).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、Vは交流電圧振幅であり、ωは回転角速度であり、Tはゲージサンプリング周期であり、αはTにおけるゲージ回転位相角であり、φは同期フェーザ位相角である。(59)式に示す3つの電圧回転ベクトルはゲージ電圧群である。 Where V is the AC voltage amplitude, ω is the rotational angular velocity, T g is the gauge sampling period, α g is the gauge rotational phase angle at T g , and φ is the synchronized phasor phase angle. The three voltage rotation vectors shown in the equation (59) are a gauge voltage group.

複素平面上に固定される3つの単位ベクトルを、以下の(60)式に従って表すと仮定する。   Assume that three unit vectors fixed on the complex plane are expressed according to the following equation (60).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

上述のゲージ電圧群と3つの単位ベクトルとを合成し、ゲージ同期フェーザ群とする。特願2013−008598号に開示される手法と同様に、ゲージ同期フェーザ群のベクトル群表を作成し、ゲージ同期フェーザ群の対称性を考察することができる。   The above-mentioned gauge voltage group and three unit vectors are combined to form a gauge synchronous phasor group. Similar to the technique disclosed in Japanese Patent Application No. 2013-008598, a vector group table of the gauge-synchronized phasor group can be created and the symmetry of the gauge-synchronized phasor group can be considered.

図41に示す、ゲージ電圧群の電圧回転ベクトルの実数部瞬時値は、以下の(61)式に従って計算され、3つの単位ベクトルの実数部瞬時値は、以下の(62)式に従って計算される。   The real part instantaneous value of the voltage rotation vector of the gauge voltage group shown in FIG. 41 is calculated according to the following equation (61), and the real part instantaneous value of the three unit vectors is calculated according to the following equation (62). .

Figure 0006214489
Figure 0006214489

上述の(61)式および(62)式中のReは、複素数の実数部を示す。ゲージ同期フェーザ群の実数群表を以下の表に示す。   Re in the above equations (61) and (62) represents the real part of the complex number. The real number group table of the gauge synchronous phasor group is shown in the following table.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

この実数群表を用いて、ゲージ同期フェーザ群の種々の不変量を計算できる。このような不変量の典型例として、周波数係数を以下に示す。ゲージ同期フェーザ群の周波数係数fは、(63)式に従って計算される。これより、ゲージ同期フェーザ群の対称性破れ指標を(64)式のように設定できる。 Using this real group table, various invariants of the gauge synchronous phasor group can be calculated. As a typical example of such an invariant, a frequency coefficient is shown below. The frequency coefficient f C of the gauge synchronous phasor group is calculated according to the equation (63). Thus, the symmetry breaking index of the gauge synchronous phasor group can be set as shown in Equation (64).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

同期フェーザ位相角は常に変化しているため、対称性が破れた場合、別のスケールの同期フェーザ測定結果を利用する。   Since the synchronized phasor phase angle is constantly changing, if the symmetry is broken, the result of the synchronized phasor measurement of another scale is used.

ゲージ有効同期フェーザは、以下の(65)式に従って計算され、ゲージ無効同期フェーザは、以下の(66)式に従って計算される。   The gauge effective synchronization phasor is calculated according to the following equation (65), and the gauge invalid synchronization phasor is calculated according to the following equation (66).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、kf2は対応する周波数計算参照表の周波数換算係数である。
電圧回転ベクトルの実数部および虚数部は、以下の(67)式に従って計算される。
However, kf2 is a frequency conversion coefficient of a corresponding frequency calculation reference table.
The real part and imaginary part of the voltage rotation vector are calculated according to the following equation (67).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

上述の(67)式より、同期フェーザ位相角は、以下の(68)式に従って計算される。   From the above equation (67), the synchronized phasor phase angle is calculated according to the following equation (68).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

(f2:ゲージ差分同期フェーザ群)
図42は、複素平面上のゲージ差分同期フェーザ群を示す図である。図42を参照して、複素平面上の3つの差分電圧回転ベクトルを、以下の(69)式に従って定義する。
(F2: Gauge differential synchronized phasor group)
FIG. 42 is a diagram illustrating a gauge differential synchronized phasor group on a complex plane. Referring to FIG. 42, three differential voltage rotation vectors on the complex plane are defined according to the following equation (69).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、Vは交流電圧振幅であり、Tはゲージサンプリング周期であり、αはTにおけるゲージ回転位相角であり、φは同期フェーザ位相角である。(69)式に示す3つの電圧回転ベクトルはゲージ差分電圧群である。 Where V is the AC voltage amplitude, T g is the gauge sampling period, α g is the gauge rotation phase angle at T g , and φ is the synchronized phasor phase angle. The three voltage rotation vectors shown in the equation (69) are a gauge differential voltage group.

複素平面上に固定される3つの差分単位ベクトルを、以下の(70)式に従って表すと仮定する。   Assume that three difference unit vectors fixed on the complex plane are expressed according to the following equation (70).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

上述のゲージ差分電圧群と3つの差分単位ベクトルとを合成し、ゲージ差分同期フェーザ群とする。特願2013−008598号に開示される手法と同様に、ゲージ差分同期フェーザ群のベクトル群表を作成し、ゲージ差分同期フェーザ群の対称性を考察することができる。詳細は省略する。   The above-described gauge difference voltage group and three difference unit vectors are combined to form a gauge difference synchronized phasor group. Similar to the technique disclosed in Japanese Patent Application No. 2013-008598, a vector group table of the gauge differential synchronized phasor group can be created and the symmetry of the gauge differential synchronized phasor group can be considered. Details are omitted.

図42に示す、ゲージ差分電圧群の差分電圧回転ベクトルの実数部瞬時値は、以下の(71)式に従って計算され、3つの差分単位ベクトルの実数部瞬時値は、以下の(72)式に従って計算される。   The real part instantaneous value of the differential voltage rotation vector of the gauge differential voltage group shown in FIG. 42 is calculated according to the following equation (71), and the real part instantaneous value of the three difference unit vectors is according to the following equation (72). Calculated.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

上述の(71)式および(72)式中のReは、複素数の実数部を示す。ゲージ差分同期フェーザ群の実数群表を以下の表に示す。   Re in the above equations (71) and (72) represents the real part of the complex number. The real number group table of the gauge differential synchronized phasor group is shown in the following table.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

この実数群表を用いて、ゲージ差分同期フェーザ群の種々の不変量を計算できる。このような不変量の典型例として、周波数係数を以下に示す。ゲージ差分同期フェーザ群の周波数係数fは、それぞれ(73)式に従って計算される。これより、ゲージ差分同期フェーザ群の対称性破れ指標を(74)式のように設定できる。 Using this real group table, various invariants of the gauge differential synchronized phasor group can be calculated. As a typical example of such an invariant, a frequency coefficient is shown below. The frequency coefficient f C of the gauge difference synchronized phasor group is calculated according to the equation (73). Thus, the symmetry breaking index of the gauge differential synchronization phasor group can be set as shown in the equation (74).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

ゲージ差分有効同期フェーザは、以下の(75)式に従って計算され、ゲージ差分無効同期フェーザは、以下の(76)式に従って計算される。   The gauge difference effective synchronization phasor is calculated according to the following equation (75), and the gauge difference invalid synchronization phasor is calculated according to the following equation (76).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、kf2は対応する周波数計算参照表の周波数換算係数である。
差分電圧回転ベクトルの実数部および虚数部は、以下の(77)式に従って計算される。(77)式より、同期フェーザ位相角は、以下の(78)式に従って計算される。
However, kf2 is a frequency conversion coefficient of a corresponding frequency calculation reference table.
The real part and imaginary part of the differential voltage rotation vector are calculated according to the following equation (77). From the equation (77), the synchronized phasor phase angle is calculated according to the following equation (78).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

以上説明したように、ゲージ差分同期フェーザ群は、ゲージ同期フェーザ群と同じ対称性を有している構造体であることが分かる。   As described above, it can be seen that the gauge differential synchronized phasor group is a structure having the same symmetry as the gauge synchronized phasor group.

(f3:装置構成)
図43は、実施の形態2の同期フェーザ測定装置200の構成例を示す模式図である。図43を参照して、同期フェーザ測定装置200は、その機能構成として、電圧瞬時値データ入力部201と、平均周波数計算部202と、基本波周波数係数選択部203と、交流電圧振幅計算部204と、差分単位ベクトルグループ生成部205と、対称性破れ判別部206と、ゲージ差分有効同期フェーザ計算部207と、ゲージ差分無効同期フェーザ計算部208と、同期フェーザ位相角計算部209と、同期フェーザ位相角選択部210と、時間同期フェーザ計算部211と、同期フェーザ受信部212と、空間同期フェーザ計算部213と、記憶部214と、インターフェース215とを含む。
(F3: Device configuration)
FIG. 43 is a schematic diagram illustrating a configuration example of the synchronized phasor measuring device 200 according to the second embodiment. Referring to FIG. 43, synchronous phasor measuring apparatus 200 has, as its functional configuration, voltage instantaneous value data input unit 201, average frequency calculation unit 202, fundamental frequency coefficient selection unit 203, and AC voltage amplitude calculation unit 204. A difference unit vector group generation unit 205, a symmetry breaking determination unit 206, a gauge difference effective synchronization phasor calculation unit 207, a gauge difference invalid synchronization phasor calculation unit 208, a synchronization phasor phase angle calculation unit 209, and a synchronization phasor. The phase angle selection unit 210, the time synchronization phasor calculation unit 211, the synchronization phasor reception unit 212, the space synchronization phasor calculation unit 213, the storage unit 214, and the interface 215 are included.

これらの機能は、公知のハードウェアやソフトウェアによって実現される。具体的には、図43に示す機能の全部または一部をLSIなどを用いて実現してもよいし、それに加えて、またはそれに代えて、CPUなどのプロセッサでプログラムを実行させることで実現してもよい。また、単一の装置として実装することもできるし、ネットワークなどを介して複数の装置が連係することで全体として図43に示す機能を実現するような構成を採用することもできる。さらに、図43に示す同期フェーザ測定装置200をより大型な装置(例えば、電力監視装置など)の一部の機能として実装することもできる。図43に示す同期フェーザ測定装置200をどのように実装するのかについては、適用先などに応じて適宜設計される。   These functions are realized by known hardware and software. Specifically, all or part of the functions shown in FIG. 43 may be realized using an LSI or the like, or in addition to or instead of being executed by causing a processor such as a CPU to execute a program. May be. Further, it can be implemented as a single device, or a configuration that realizes the function shown in FIG. 43 as a whole by linking a plurality of devices via a network or the like can be adopted. Furthermore, the synchronized phasor measuring device 200 shown in FIG. 43 can be implemented as a partial function of a larger device (for example, a power monitoring device). How to implement the synchronized phasor measuring device 200 shown in FIG. 43 is appropriately designed according to the application destination.

記憶部214は、計測データや演算情報などを記憶する。インターフェース215は、デジタル表示などのインターフェース機能を有している。図43のその他の機能については、後述の図44に示す処理手順の説明において、併せて説明する。   The storage unit 214 stores measurement data, calculation information, and the like. The interface 215 has an interface function such as digital display. The other functions of FIG. 43 will be described together in the description of the processing procedure shown in FIG. 44 described later.

(f4:処理手順)
次に、図43に示す同期フェーザ測定装置200により実行される処理手順について説明する。図44は、実施の形態2の同期フェーザ測定装置200により実行される処理手順を示すフローチャートである。図43に示す各ステップは、典型的には、図44に示す構成において実行される。
(F4: Processing procedure)
Next, a processing procedure executed by the synchronized phasor measuring device 200 shown in FIG. 43 will be described. FIG. 44 is a flowchart illustrating a processing procedure executed by the synchronized phasor measuring device 200 according to the second embodiment. Each step shown in FIG. 43 is typically executed in the configuration shown in FIG.

図43を参照して、電圧瞬時値データ入力部201は、電力系統に設けられた計器用変圧器(PT)からの電圧瞬時値を取得する(ステップS201)。なお、読出された電圧瞬時値のデータは、時系列に記憶部214へ順次格納される。   Referring to FIG. 43, instantaneous voltage value data input unit 201 acquires an instantaneous voltage value from a voltage transformer (PT) provided in the power system (step S201). The read voltage instantaneous value data is sequentially stored in the storage unit 214 in time series.

続いて、平均周波数計算部202は、複数のスケールにそれぞれ対応するゲージ差分電圧群からの各々について、瞬時周波数の平均値を計算する(ステップS202)。典型的には、平均周波数計算部202は、複数の瞬時周波数の各々について移動平均処理を実行する。   Subsequently, the average frequency calculation unit 202 calculates an average value of instantaneous frequencies for each of the gauge difference voltage groups corresponding to the plurality of scales (step S202). Typically, the average frequency calculation unit 202 performs a moving average process for each of a plurality of instantaneous frequencies.

続いて、基本波周波数係数選択部203は、基本波周波数係数を選択する(ステップS203)。基本波周波数係数選択部203は、複数のスケールにそれぞれ対応する基本波周波数係数の計算結果より、適切なスケールであって安定した基本波周波数係数を選択する。すなわち、基本波周波数係数選択部203は、複数のゲージサンプリング周波数のうち、不安定な第1のゲージサンプリング周波数について、安定な第2のゲージサンプリング周波数についての換算係数を適用する。   Subsequently, the fundamental frequency coefficient selection unit 203 selects a fundamental frequency coefficient (step S203). The fundamental frequency coefficient selection unit 203 selects a stable fundamental frequency coefficient having an appropriate scale from the calculation results of the fundamental frequency coefficients respectively corresponding to a plurality of scales. That is, the fundamental frequency coefficient selection unit 203 applies the conversion coefficient for the stable second gauge sampling frequency to the unstable first gauge sampling frequency among the plurality of gauge sampling frequencies.

続いて、交流電圧振幅計算部204は、選択した基本波周波数係数を用いて、選択したゲージ差分電圧群から交流電圧振幅を計算する(ステップS204)。   Subsequently, the AC voltage amplitude calculation unit 204 calculates the AC voltage amplitude from the selected gauge differential voltage group using the selected fundamental frequency coefficient (step S204).

続いて、差分単位ベクトルグループ生成部205は、複数のスケールにそれぞれ対応する差分単位ベクトルグループを生成する(ステップS205)。差分単位ベクトルグループ生成部205は、選択した基本波周波数係数によるゲージ回転位相角に基づいて、複数のスケールにそれぞれ対応する差分単位ベクトルグループを生成する。   Subsequently, the difference unit vector group generation unit 205 generates a difference unit vector group corresponding to each of a plurality of scales (step S205). The difference unit vector group generation unit 205 generates difference unit vector groups respectively corresponding to a plurality of scales based on the gauge rotation phase angle based on the selected fundamental frequency coefficient.

続いて、対称性破れ判別部206は、複数のスケールにそれぞれ対応する同期フェーザ群の対称性が破れているか否かをそれぞれ判別する(ステップS206)。この対称性が破れているか否かの判別は、上述の(74)式に示すゲージ同期フェーザ群の対称性破れ指標を用いて行われる。   Subsequently, the symmetry breaking determination unit 206 determines whether or not the symmetry of the synchronized phasor group corresponding to each of the plurality of scales is broken (step S206). Whether or not this symmetry is broken is determined using the symmetry breaking index of the gauge synchronous phasor group shown in the above equation (74).

続いて、ゲージ差分有効同期フェーザ計算部207は、複数のスケールにそれぞれ対応するゲージ差分同期フェーザ群を構成し、ゲージ差分有効同期フェーザを計算する(ステップS207)。   Subsequently, the gauge difference effective synchronization phasor calculation unit 207 configures a gauge difference synchronization phasor group corresponding to each of a plurality of scales, and calculates a gauge difference effective synchronization phasor (step S207).

続いて、ゲージ差分無効同期フェーザ計算部208は、先に構築された複数のスケールにそれぞれ対応するゲージ差分同期フェーザ群から、ゲージ差分無効同期フェーザを計算する(ステップS208)。   Subsequently, the gauge difference invalid synchronization phasor calculation unit 208 calculates a gauge difference invalid synchronization phasor from the gauge difference synchronization phasor groups respectively corresponding to the plurality of scales constructed previously (step S208).

続いて、同期フェーザ位相角計算部209は、複数のスケールにそれぞれ対応する同期フェーザ位相角を計算する(ステップS209)。さらに、同期フェーザ位相角選択部210は、同期フェーザ位相角を選択する(ステップS210)。同期フェーザ位相角は、常に変動しているため、対称性破れが発生した場合、同期フェーザ位相角をラッチすることは困難である。そこで、別スケールの同期フェーザ位相角の測定値を利用する。   Subsequently, the synchronized phasor phase angle calculation unit 209 calculates a synchronized phasor phase angle corresponding to each of a plurality of scales (step S209). Further, the synchronized phasor phase angle selection unit 210 selects a synchronized phasor phase angle (step S210). Since the synchronized phasor phase angle is constantly changing, it is difficult to latch the synchronized phasor phase angle when symmetry breaking occurs. Therefore, the measured value of the synchronized phasor phase angle of another scale is used.

続いて、時間同期フェーザ計算部211は、時間同期フェーザを計算する(ステップS211)。時間同期フェーザは、以下の(79)式に従って計算される。   Subsequently, the time synchronization phasor calculation unit 211 calculates a time synchronization phasor (step S211). The time synchronization phasor is calculated according to the following equation (79).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、Tは指定の時間刻み幅(例えば、電力系統定格周波数1周期時間)である。このように、時間同期フェーザは、同じノードの異なる時間断面の同期フェーザ位相角差分として定義される。 However, T 0 is the specified time step size (e.g., power system nominal frequency 1 cycle time). Thus, a time-synchronized phasor is defined as a synchronized phasor phase angle difference in different time sections of the same node.

続いて、同期フェーザ受信部212は、他の同期フェーザ測定装置200から同期フェーザを受信する(ステップS212)。同期フェーザ受信部212は、空間同期フェーザを計算するため、他の同期フェーザ測定装置200から同期フェーザ位相角と時刻情報(例えば、GPS時間スタンプ)とを受信する。   Subsequently, the synchronized phasor receiving unit 212 receives a synchronized phasor from another synchronized phasor measuring apparatus 200 (step S212). The synchronized phasor receiving unit 212 receives a synchronized phasor phase angle and time information (for example, GPS time stamp) from another synchronized phasor measuring device 200 in order to calculate a spatially synchronized phasor.

続いて、空間同期フェーザ計算部213は、空間同期フェーザを計算する(ステップS213)。空間同期フェーザは、以下の(80)式に従って計算される。   Subsequently, the space synchronization phasor calculation unit 213 calculates a space synchronization phasor (step S213). The space synchronization phasor is calculated according to the following equation (80).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、φ(t),φ(t)は、それぞれノード1およびノード2の同期フェーザ位相角である。このように、空間同期フェーザは、同じ時間断面の異なるノードの同期フェーザ位相角差分として定義される。 Where φ 1 (t) and φ 2 (t) are the synchronized phasor phase angles of node 1 and node 2, respectively. Thus, a spatially synchronized phasor is defined as a synchronized phasor phase angle difference of different nodes on the same time section.

最終的に、上述の手順によって計算された各値が計測結果として出力される(ステップS214)。そして、終了が指示されているか否かが判断される(ステップS215)。終了が指示されていなければ(ステップS215においてNO)、ステップS201以下の処理が繰返し実行される。終了が指示されていれば(ステップS215においてYES)、一連の処理は終了する。   Finally, each value calculated by the above-described procedure is output as a measurement result (step S214). Then, it is determined whether or not termination is instructed (step S215). If termination is not instructed (NO in step S215), the processing in step S201 and subsequent steps is repeatedly executed. If termination is instructed (YES in step S215), the series of processing ends.

(f5:シミュレーション例)
実施の形態2の多重スケール法をシミュレーション(ケース3)によって評価した結果を以下に示す。ケース3の基本波シミュレーションに用いたパラメータを以下の表に示す。
(F5: Simulation example)
The results of evaluating the multiple scale method of the second embodiment by simulation (Case 3) are shown below. The parameters used for the fundamental wave simulation of Case 3 are shown in the following table.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

また、ケース3のシミュレーションに用いた周波数計算参照表を以下に示す。この周波数計算参照表は、予め計算されている。   The frequency calculation reference table used for the simulation of case 3 is shown below. This frequency calculation reference table is calculated in advance.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

まず、ケース3のパラメータに従えば、入力波形は、以下の(81)式に従って定義される。   First, according to the parameters of case 3, the input waveform is defined according to the following equation (81).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

同期フェーザおよび時間同期フェーザ測定のシミュレーション結果をそれぞれ図45〜図47に示す。図45は、ケース3の基本波シミュレーションにおける同期フェーザについてのシミュレーション結果を示す図である。図46は、ケース3の基本波シミュレーションにおける同期フェーザ位相角についてのシミュレーション結果を示す図である。図47は、ケース3の基本波シミュレーションにおける時間同期フェーザについてのシミュレーション結果を示す図である。   Simulation results of the synchronized phasor and time synchronized phasor measurement are shown in FIGS. 45 to 47, respectively. FIG. 45 is a diagram illustrating simulation results for the synchronized phasor in the fundamental wave simulation of case 3. FIG. FIG. 46 is a diagram illustrating a simulation result of the synchronized phasor phase angle in the fundamental wave simulation of case 3. In FIG. FIG. 47 is a diagram showing simulation results for the time-synchronized phasor in the fundamental wave simulation of case 3. FIG.

図45に示すグラフにおいて、横軸は同期フェーザの実数部を示し、縦軸は同期フェーザの虚数部を示す。このように、複素平面上の同期フェーザの動的な計測結果を図として視覚化することができる。本シミュレーションでは、基本波のみを考慮し、高調波成分が存在していない前提であるため、同期フェーザの測定結果は、回転している円ベクトルとなる。同期フェーザの虚数部についても同時に計測することができることは、実施の形態2の大きな利点である。   In the graph shown in FIG. 45, the horizontal axis represents the real part of the synchronized phasor, and the vertical axis represents the imaginary part of the synchronized phasor. In this way, the dynamic measurement result of the synchronized phasor on the complex plane can be visualized as a diagram. In this simulation, it is assumed that only the fundamental wave is considered and no harmonic component is present. Therefore, the measurement result of the synchronized phasor is a rotating circle vector. The fact that the imaginary part of the synchronized phasor can be measured simultaneously is a great advantage of the second embodiment.

図46に示すように、同期フェーザ位相角は、−180°〜180°の範囲で繰返し変動する。本シミュレーションでは、基本波のみを考慮し、高調波成分が存在していない前提であるため、異なるスケール(ゲージサンプリング点数N=5およびゲージサンプリング点数N=25)間で、全く同じ同期フェーザ位相角の計測値が得られている。この計測結果(シミュレーション結果)によれば、多重スケール法の論理が正しいことが証明される。 As shown in FIG. 46, the synchronized phasor phase angle repeatedly varies in the range of −180 ° to 180 °. In this simulation, it is assumed that only the fundamental wave is considered and no harmonic component is present, and therefore the same synchronized phasor is used between different scales (gauge sampling points N g = 5 and gauge sampling points N g = 25). A measured value of the phase angle is obtained. This measurement result (simulation result) proves that the logic of the multi-scale method is correct.

理論的に、時間同期フェーザは、以下の(82)式に従って定義される。
φTP=(50−49)×360/50=7.2(deg) …(82)
上記の理論的な計算結果と図47に示す計測結果とは一致していることが分かる。なお、本シミュレーションでは、基本波のみを考慮し、高調波成分が存在していない前提であるため、異なるスケール(ゲージサンプリング点数N=5およびゲージサンプリング点数N=25)間で、全く同じ時間同期フェーザ計測値が得られている。この計測結果(シミュレーション結果)によっても、多重スケール法の論理が正しいことが証明される。
Theoretically, the time synchronization phasor is defined according to the following equation (82).
φ TP = (50-49) × 360 /50 = 7.2 (deg) ... (82)
It can be seen that the above theoretical calculation results agree with the measurement results shown in FIG. In this simulation, since only the fundamental wave is considered and no harmonic component is present, it is completely the same between different scales (gauge sampling points N g = 5 and gauge sampling points N g = 25). Time synchronized phasor measurements are obtained. This measurement result (simulation result) also proves that the logic of the multiscale method is correct.

(f6:実測値との比較)
上述したケース2において用いた実際の電力系統から測定された時間波形を再度用いて、実波形の同期フェーザを計測した結果を示す。この計測した結果を、説明の便宜上、ケース4とする。
(F6: Comparison with measured value)
The result of measuring a synchronized phasor of an actual waveform by using again the time waveform measured from the actual power system used in case 2 described above is shown. The measured result is referred to as Case 4 for convenience of explanation.

ケース4の実測値との比較に用いたパラメータを以下の表に示す。   The parameters used for comparison with the measured values of Case 4 are shown in the following table.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

また、ケース4の実測値との比較に用いた周波数計算参照表を以下に示す。この周波数計算参照表は、予め計算されている。   In addition, a frequency calculation reference table used for comparison with the actual measurement value of Case 4 is shown below. This frequency calculation reference table is calculated in advance.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

ケース4の実測値との比較の結果を図48〜図52に示す。
図48は、ケース4の実測例における同期フェーザの計測結果を示す図である。図49は、図48に示す同期フェーザの計測結果の拡大図である。図50は、ケース4の実測例における同期フェーザ位相角の計測結果を示す図である。図51および図52は、ケース4の実測例における時間同期フェーザの計測結果を示す図である。
Results of comparison with the actual measurement values of Case 4 are shown in FIGS.
FIG. 48 is a diagram illustrating the measurement result of the synchronized phasor in the actual measurement example of case 4. 49 is an enlarged view of the measurement result of the synchronized phasor shown in FIG. FIG. 50 is a diagram illustrating a measurement result of the synchronized phasor phase angle in the measurement example of case 4. 51 and 52 are diagrams showing measurement results of the time-synchronized phasor in the actual measurement example of case 4. FIG.

図48には、実波形の複素平面上の同期フェーザの動的な計測結果を示す。実際に測定された時間波形には、複数の高調波成分が含まれているため、同期フェーザの測定結果は、基本的に円を示しているが、円の外周線が太くなっている。図49には、高調波成分を確認するため、図48に示す時間波形を拡大して示す。図49に示すように、実際に測定された時間波形に含まれる高調波成分の影響を確認できる。   FIG. 48 shows a dynamic measurement result of the synchronized phasor on the complex plane of the real waveform. Since the actually measured time waveform includes a plurality of harmonic components, the measurement result of the synchronized phasor basically shows a circle, but the outer circumference of the circle is thick. FIG. 49 shows an enlarged view of the time waveform shown in FIG. 48 in order to confirm the harmonic component. As shown in FIG. 49, the influence of the harmonic component included in the actually measured time waveform can be confirmed.

図50に示すように、同期フェーザ位相角は、−180°〜180°の範囲で繰返し変動する。異なるスケール(ゲージサンプリング点数N=5およびゲージサンプリング点数N=25)間では、多くの高調波成分が存在しているにも関わらず、ほぼ同じ同期フェーザ位相角の計測値が得られていることが分かる。この理由としては、データ収集サンプリング周波数を4000Hzとしているのに対して、2つのスケールのゲージサンプリング周波数がそれぞれ235.29Hzおよび34.19Hzであり、大きなスケールを用いることにより、高調波成分の影響を大幅に低減できているためであると考えられる。 As shown in FIG. 50, the synchronized phasor phase angle repeatedly fluctuates in the range of −180 ° to 180 °. Between different scales (gauge sampling points N g = 5 and gauge sampling points N g = 25), almost the same measurement value of the synchronized phasor phase angle is obtained even though many harmonic components exist. I understand that. The reason for this is that while the data collection sampling frequency is 4000 Hz, the gauge sampling frequencies of the two scales are 235.29 Hz and 34.19 Hz, respectively. This is thought to be due to a significant reduction.

図51および図52には、それぞれ異なる時間期間における時間同期フェーザの計測結果を示す。   51 and 52 show the measurement results of the time synchronization phasor in different time periods.

図51に示すように、ゲージサンプリング点数N=17のスケールにおける計測において、0.09875秒の時点で対称性破れが発生している。この結果、時間同期フェーザがゼロになり、同期フェーザ位相角がラッチされるため、0.132秒の時において時間同期フェーザはパルス状に変化する。その値は約5.4度となっている。なお、一時間刻み幅において、同期フェーザ位相角の変化量は以下の(83)式のように計算することができる。 As shown in FIG. 51, in the measurement on the scale of the number of gauge sampling points N g = 17, symmetry breaking occurs at the time of 0.09875 seconds. As a result, the time synchronization phasor becomes zero and the synchronization phasor phase angle is latched, so that the time synchronization phasor changes in a pulse shape at 0.132 seconds. The value is about 5.4 degrees. Note that the change amount of the synchronized phasor phase angle can be calculated as shown in the following equation (83) in the unit of one hour.

φ=360×60/4000=5.4(deg) …(83)
上述の処理手順に従えば、あるステップにおいて、いずれかのスケールで対称性破れが発生すると、同じステップの別のスケールの同期フェーザ量が利用される。すなわち、対称性が保持されている同期フェーザ位相角の計測量のみを用いて空間同期フェーザを計測することになる。一方、すべてのスケールで対称性破れが発生すると、停電や故障などが発生したと判別できる。すなわち、多重スケール法においては、多重スケールのすべてのスケールにおいて対称性が同時に破れたとの情報に基づいて、停電または系統故障と判定し、例えば、UPSの投入を行ない、または、継電保護装置に応用して、故障の高速起動を行なう。
φ 1 = 360 × 60/4000 = 5.4 (deg) (83)
According to the above-described processing procedure, when a symmetry breaking occurs at any scale in a certain step, the synchronized phasor amount of another scale in the same step is used. That is, the spatially synchronized phasor is measured using only the measured amount of the synchronized phasor phase angle in which symmetry is maintained. On the other hand, if symmetry breaking occurs at all scales, it can be determined that a power failure or failure has occurred. That is, in the multi-scale method, it is determined that a power failure or a system failure has occurred based on the information that the symmetry is broken at the same time in all the multi-scales. For example, the UPS is turned on or the relay protection device is used. Apply and perform fast startup of failures.

図52には、対称性破れと高調波成分の影響とについて、追加検証を行った結果を示す。0.2〜0.4秒の時間帯において、ゲージサンプリング点数N=17の測定結果では、0.307秒と0.332秒との2回にわたって対称性破れが発生している。一方、スケールN=117の測定結果では、0.26125秒の1回だけ対称性破れが発生している。このように、スケールの大きい方が対称性破れ発生の回数が少なくなっており、高調波成分の影響を低減できていると言える。 FIG. 52 shows the result of additional verification of symmetry breaking and the influence of harmonic components. In the measurement result of the number of gauge sampling points N g = 17 in the time zone of 0.2 to 0.4 seconds, symmetry breaking occurs twice at 0.307 seconds and 0.332 seconds. On the other hand, in the measurement result of scale N g = 117, symmetry breaking occurs only once for 0.26125 seconds. Thus, it can be said that the larger the scale, the smaller the number of occurrences of symmetry breaking, and the lower the influence of harmonic components.

なお、大きいスケールにおいて対称性破れが発生したポイントであっても、小さいスケールにおいて対称性が保持されていることから、電力系統における電圧フリッカ現象は確率論的に存在し、1つのスケールにおいてあるポイントのデータが悪いというだけで、排除することは好ましくない。電力系統の全面停電などの場合を除いて、すべての入力データは有効であり、一部のスケールにおいて対称性破れが発生したとしても、他のスケールにおいては有効なデータである。このように、多重スケール法は種々の系統に適用できる相容性のよい方法である。   Note that even if the symmetry breaking occurs at the large scale, the symmetry is maintained at the small scale, so the voltage flicker phenomenon in the power system exists stochastically, and there is a point at one scale. It is not preferable to eliminate the data because it is bad. Except in the case of a complete power failure of the power system, all input data is valid, and even if symmetry breaking occurs in some scales, it is valid data in other scales. Thus, the multi-scale method is a compatible method that can be applied to various systems.

上記のように、時間同期フェーザの計測により、実波形の高調波成分の影響を調査できる。   As described above, the influence of the harmonic component of the actual waveform can be investigated by measuring the time-synchronized phasor.

[G.実施の形態3]
実施の形態3としては、上述の多重スケール法を適用して、本願発明者が既に出願している上述の特許文献2において提案しているゲージ電力群またはゲージ差分電力群を用いて、有効電力、無効電力およびインピーダンスを測定する方法について説明する。
[G. Embodiment 3]
As the third embodiment, the above-described multiscale method is applied, and the active power is obtained by using the gauge power group or the gauge differential power group proposed in the above-mentioned Patent Document 2 already filed by the present inventor. A method for measuring reactive power and impedance will be described.

以下、ゲージ電力群およびゲージ差分電力群の式展開について説明する。なお、実施の形態3の測定方法を実装する装置については、上述の実施の形態1において説明した信号処理装置100およびその処理方法、または、上述の実施の形態2において説明した同期フェーザ測定装置200およびその処理方法と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。以下、ゲージ電力群またはゲージ差分電力群について説明する。   Hereinafter, the expression expansion of the gauge power group and the gauge differential power group will be described. As for an apparatus that implements the measurement method of the third embodiment, the signal processing apparatus 100 and its processing method described in the first embodiment or the synchronized phasor measurement apparatus 200 described in the second embodiment. Since it is similar to the processing method, detailed description will not be repeated. Hereinafter, the gauge power group or the gauge differential power group will be described.

(g1:ゲージ電力群)
図53は、複素平面上のゲージ電力群を示す図である。図53に示す複素平面上の3つの電圧回転ベクトルを、以下の(84)式に従って定義する。
(G1: Gauge power group)
FIG. 53 is a diagram illustrating a gauge power group on a complex plane. Three voltage rotation vectors on the complex plane shown in FIG. 53 are defined according to the following equation (84).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、Vは交流電圧振幅であり、ωは回転角速度であり、Tはゲージサンプリング周期であり、αはTにおけるゲージ回転位相角であり、φは電圧電流間位相角である。(84)式に示す3つの電圧回転ベクトルはゲージ電圧群である。 Where V is the AC voltage amplitude, ω is the rotational angular velocity, T g is the gauge sampling period, α g is the gauge rotational phase angle at T g , and φ is the voltage-current phase angle. The three voltage rotation vectors shown in the equation (84) are a gauge voltage group.

また、図53に示す複素平面上の3つの電流回転ベクトルを、以下の(85)式に従って定義する。   Further, three current rotation vectors on the complex plane shown in FIG. 53 are defined according to the following equation (85).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、Iは電流振幅であり、(85)式に示す3つの電流回転ベクトルはゲージ電流群である。   However, I is a current amplitude, and the three current rotation vectors shown in the equation (85) are a gauge current group.

上述のゲージ電圧群とゲージ電流群とを合成し、ゲージ電力群とする。特許文献2に開示される手法と同様に、ゲージ電力群のベクトル群表を作成し、ゲージ電力群の対称性を考察することができる。   The above-mentioned gauge voltage group and gauge current group are combined to form a gauge power group. Similar to the technique disclosed in Patent Document 2, a vector group table of the gauge power group can be created and the symmetry of the gauge power group can be considered.

図53に示す、電圧回転ベクトルの実数部瞬時値は、以下の(86)式に従って計算され、電流回転ベクトルの実数部瞬時値、以下の(87)式に従って計算される。   The real part instantaneous value of the voltage rotation vector shown in FIG. 53 is calculated according to the following equation (86), and the real part instantaneous value of the current rotation vector is calculated according to the following equation (87).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

上述の(86)式および(87)式中のReは、複素数の実数部を示す。ゲージ電力群の実数群表を以下の表に示す。   Re in the above equations (86) and (87) indicates the real part of the complex number. The real number group table of the gauge power group is shown in the following table.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

この実数群表を用いて、ゲージ電力群の種々の不変量を計算することができる。このような不変量の典型例として、周波数係数を以下に示す。上述の(86)式および(87)式により、ゲージ電力群の周波数係数fは、(88)式に従って計算される。これより、ゲージ電力群の対称性破れ指標を(89)式のように設定できる。 Using this real group table, various invariants of the gauge power group can be calculated. As a typical example of such an invariant, a frequency coefficient is shown below. The frequency coefficient f C of the gauge power group is calculated according to the equation (88) by the above equations (86) and (87). Thus, the symmetry breaking index of the gauge power group can be set as shown in Equation (89).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

上述の(89)式が満足される場合、ゲージ電力群の計算を中止し、1ステップ前の計測値がラッチされる。この場合、新しいゲージ有効電力は、以下の(90)式に従って計算され、ゲージ無効電力は、以下の(91)式に従って計算される。   When the above equation (89) is satisfied, the calculation of the gauge power group is stopped, and the measurement value one step before is latched. In this case, the new gauge active power is calculated according to the following equation (90), and the gauge reactive power is calculated according to the following equation (91).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、kf2は対応する周波数計算参照表の周波数換算係数である。さらに、上述の結果と電力の定義とにより、有効電力および無効電力は、それぞれ以下の(92)式および(93)式に従って計算される。 However, kf2 is a frequency conversion coefficient of a corresponding frequency calculation reference table. Furthermore, active power and reactive power are calculated according to the following formulas (92) and (93), respectively, based on the above result and the definition of power.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

さらに、インピーダンスは、以下の(94)式に従って計算される。   Furthermore, the impedance is calculated according to the following equation (94).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、Iはゲージ電流である。上述の(94)式は、距離リレーの機能および周波数補正機能を有している高精度なインピーダンス測定方法を提供する。 However, Ig is a gauge current. The above equation (94) provides a highly accurate impedance measurement method having a distance relay function and a frequency correction function.

(g2:ゲージ差分電力群)
図54は、複素平面上のゲージ差分電力群を示す図である。図54に示す複素平面上の3つの差分電圧回転ベクトルを、以下の(95)式に従って定義する。
(G2: Gauge differential power group)
FIG. 54 is a diagram illustrating a gauge differential power group on a complex plane. Three differential voltage rotation vectors on the complex plane shown in FIG. 54 are defined according to the following equation (95).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、Vは交流電圧振幅であり、ωは回転角速度であり、Tはゲージサンプリング周期であり、αはTにおけるゲージ回転位相角であり、φは電圧電流間位相角である。(95)式に示す3つの電圧回転ベクトルはゲージ差分電圧群である。 Where V is the AC voltage amplitude, ω is the rotational angular velocity, T g is the gauge sampling period, α g is the gauge rotational phase angle at T g , and φ is the voltage-current phase angle. The three voltage rotation vectors shown in the equation (95) are a gauge differential voltage group.

また、図54に示す複素平面上の3つの差分電流回転ベクトルを、以下の(96)式に従って定義する。   Further, three differential current rotation vectors on the complex plane shown in FIG. 54 are defined according to the following equation (96).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、Iは電流振幅であり、(96)式に示す3つの電流回転ベクトルはゲージ差分電流群である。   However, I is a current amplitude, and the three current rotation vectors shown in the equation (96) are a gauge differential current group.

上述のゲージ差分電圧群とゲージ差分電流群とを合成し、ゲージ差分電力群とする。特許文献2に開示される手法と同様に、ゲージ差分電力群のベクトル群表を作成し、ゲージ差分電力群の対称性を考察することができる。   The above-described gauge differential voltage group and gauge differential current group are combined to form a gauge differential power group. Similar to the technique disclosed in Patent Document 2, a vector group table of the gauge differential power group can be created and the symmetry of the gauge differential power group can be considered.

図54に示す、差分電圧回転ベクトルの実数部瞬時値は、以下の(97)式に従って計算され、差分電流回転ベクトルの実数部瞬時値、以下の(98)式に従って計算される。   The real part instantaneous value of the differential voltage rotation vector shown in FIG. 54 is calculated according to the following equation (97), and the real part instantaneous value of the differential current rotation vector is calculated according to the following equation (98).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

上述の(97)式および(98)式中のReは、複素数の実数部を示す。ゲージ差分電力群の実数群表を以下の表に示す。   Re in the above equations (97) and (98) represents the real part of the complex number. The real number group table of the gauge differential power group is shown in the following table.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

この実数群表を用いて、ゲージ差分電力群の種々の不変量を計算することができる。このような不変量の典型例として、周波数係数を以下に示す。上述の(97)式および(98)式により、ゲージ差分電力群の周波数係数fは、(99)式に従って計算される。これより、ゲージ差分電力群の対称性破れ指標を(100)式のように設定できる。 Using this real group table, various invariants of the gauge differential power group can be calculated. As a typical example of such an invariant, a frequency coefficient is shown below. The frequency coefficient f C of the gauge differential power group is calculated according to the equation (99) by the above equations (97) and (98). Thus, the symmetry breaking index of the gauge differential power group can be set as shown in equation (100).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

上述の(100)式が満足される場合、ゲージ差分電力群の計算を中止し、1ステップ前の計測値がラッチされる。この場合、新しいゲージ差分有効電力は、以下の(101)式に従って計算され、ゲージ差分無効電力は、以下の(102)式に従って計算される。   When the above equation (100) is satisfied, the calculation of the gauge differential power group is stopped, and the measurement value one step before is latched. In this case, the new gauge difference active power is calculated according to the following equation (101), and the gauge difference reactive power is calculated according to the following equation (102).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、kf2は対応する周波数計算参照表の周波数換算係数である。さらに、上述の結果と電力の定義とにより、有効電力および無効電力は、それぞれ以下の(103)式および(104)式に従って計算される。 However, kf2 is a frequency conversion coefficient of a corresponding frequency calculation reference table. Furthermore, active power and reactive power are calculated according to the following formulas (103) and (104), respectively, based on the above result and the definition of power.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

さらに、インピーダンスは、以下の(105)式に従って計算される。   Further, the impedance is calculated according to the following equation (105).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、Igdはゲージ差分電流である。上述の(105)式は、距離リレーの機能および周波数補正機能を有している高精度なインピーダンス測定方法を提供する。 Where I gd is the gauge differential current. The above equation (105) provides a highly accurate impedance measurement method having a function of a distance relay and a frequency correction function.

[H.実施の形態4]
実施の形態4としては、上述の多重スケール法を適用して、本願発明者が既に出願している特願2013−114381号において提案しているゲージ双電圧群またはゲージ差分双電圧群を用いて、電力系統電圧間の相差角または電流間の相差角を測定する方法について説明する。
[H. Embodiment 4]
As the fourth embodiment, the above-described multi-scale method is applied, and the gauge double voltage group or the gauge differential double voltage group proposed in Japanese Patent Application No. 2013-11438 already filed by the present inventor is used. A method for measuring the phase difference angle between power system voltages or the phase difference angle between currents will be described.

以下、ゲージ双電圧群およびゲージ差分双電圧群の式展開について説明する。なお、実施の形態4の測定方法を実装する装置については、上述の実施の形態1において説明した信号処理装置100およびその処理方法、または、上述の実施の形態2において説明した同期フェーザ測定装置200およびその処理方法と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。以下、ゲージ双電圧群およびゲージ差分双電圧群について説明する。   Hereinafter, the expression expansion of the gauge dual voltage group and the gauge differential dual voltage group will be described. As for an apparatus that implements the measurement method according to the fourth embodiment, the signal processing apparatus 100 and its processing method described in the first embodiment or the synchronized phasor measurement apparatus 200 described in the second embodiment. Since it is similar to the processing method, detailed description will not be repeated. Hereinafter, the gauge dual voltage group and the gauge differential dual voltage group will be described.

(h1:ゲージ双電圧群)
図55は、複素平面上のゲージ双電圧群を示す図である。図55に示す複素平面上の端子Aの3つの電圧回転ベクトルを、以下の(106)式に従って定義する。
(H1: Gauge dual voltage group)
FIG. 55 is a diagram illustrating a gauge dual voltage group on a complex plane. Three voltage rotation vectors of the terminal A on the complex plane shown in FIG. 55 are defined according to the following equation (106).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、Vは端子Aの電圧振幅であり、ωは回転角速度であり、Tはゲージサンプリング周期であり、αはTにおけるゲージ回転位相角であり、φは双電圧間位相角である。(106)式に示す3つの電圧回転ベクトルはゲージ電圧群である。 Where V A is the voltage amplitude at terminal A, ω is the rotational angular velocity, T g is the gauge sampling period, α g is the gauge rotational phase angle at T g , and φ is the bi-voltage phase angle is there. The three voltage rotation vectors shown in the equation (106) are gauge voltage groups.

同様に、図55に示す複素平面上の端子Bの3つの電圧回転ベクトルを、以下の(107)式に従って定義する。   Similarly, three voltage rotation vectors of terminal B on the complex plane shown in FIG. 55 are defined according to the following equation (107).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、Vは端子Bの電圧振幅である。(107)式に示す3つの電圧回転ベクトルはゲージ電圧群である。 However, V B is the voltage amplitude of the terminal B. The three voltage rotation vectors shown in the equation (107) are a gauge voltage group.

上述の端子Aのゲージ電圧群と端子Bのゲージ電圧群とを合成し、ゲージ双電圧群とする。特願2013−114381号に開示される手法と同様に、ゲージ双電圧群のベクトル群表を作成し、ゲージ双電圧群の対称性を考察することができる。   The above-described gauge voltage group at the terminal A and the gauge voltage group at the terminal B are combined to form a gauge double voltage group. Similar to the technique disclosed in Japanese Patent Application No. 2013-114381, the vector group table of the gauge bivoltage group can be created and the symmetry of the gauge bivoltage group can be considered.

図55に示す、端子Aの電圧回転ベクトルの実数部瞬時値は、以下の(108)式に従って計算され、端子Bの電圧回転ベクトルの実数部瞬時値、以下の(109)式に従って計算される。   55, the real part instantaneous value of the voltage rotation vector at terminal A is calculated according to the following equation (108), and the real part instantaneous value of the voltage rotation vector at terminal B is calculated according to the following equation (109). .

Figure 0006214489
Figure 0006214489

上述の(108)式および(109)式中のReは、複素数の実数部を示す。ゲージ双電圧群の実数群表を以下の表に示す。   Re in the above equations (108) and (109) represents the real part of the complex number. The real number group table of the gauge dual voltage group is shown in the following table.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

この実数群表を用いて、ゲージ双電圧群の種々の不変量を計算することができる。このような不変量の典型例として、ゲージ双電圧群の周波数係数を以下に示す。上述の(108)式および(109)式により、ゲージ双電圧群の周波数係数fは、(110)式に従って計算される。これより、ゲージ双電圧群の対称性破れ指標を(111)式のように設定できる。 Using this real group table, various invariants of the gauge dual voltage group can be calculated. As a typical example of such an invariant, the frequency coefficient of the gauge twin voltage group is shown below. The frequency coefficient f C of the gauge dual voltage group is calculated according to the equation (110) by the above equations (108) and (109). Thus, the symmetry breaking index of the gauge dual voltage group can be set as shown in the formula (111).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

上述の(111)式が満足される場合、ゲージ双電圧群の計算を中止し、1ステップ前の計測値がラッチされる。この場合、新しいゲージ有効双電圧は、以下の(112)式に従って計算され、ゲージ無効双電圧は、以下の(113)式に従って計算される。   When the above equation (111) is satisfied, the calculation of the gauge dual voltage group is stopped, and the measurement value of the previous step is latched. In this case, the new gauge effective bi-voltage is calculated according to the following equation (112), and the gauge invalid bi-voltage is calculated according to the following equation (113).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、kf2は対応する周波数計算参照表の周波数換算係数である。さらに、ゲージ双電圧群による双電圧間位相角は、以下の(114)式に従って計算される。 However, kf2 is a frequency conversion coefficient of a corresponding frequency calculation reference table. Further, the phase angle between the two voltages by the gauge voltage group is calculated according to the following equation (114).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

(h2:ゲージ差分双電圧群)
図56は、複素平面上のゲージ差分双電圧群を示す図である。図56に示す複素平面上の端子Aの3つの電圧回転ベクトルを、以下の(115)式に従って定義する。
(H2: Gauge differential dual voltage group)
FIG. 56 is a diagram illustrating a gauge differential dual voltage group on a complex plane. Three voltage rotation vectors of the terminal A on the complex plane shown in FIG. 56 are defined according to the following equation (115).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、Vは端子Aの電圧振幅であり、ωは回転角速度であり、Tはゲージサンプリング周期であり、αはTにおけるゲージ回転位相角であり、φは双電圧間位相角である。(115)式に示す3つの電圧回転ベクトルはゲージ差分電圧群である。 Where V A is the voltage amplitude at terminal A, ω is the rotational angular velocity, T g is the gauge sampling period, α g is the gauge rotational phase angle at T g , and φ is the bi-voltage phase angle is there. The three voltage rotation vectors shown in Equation (115) are a gauge differential voltage group.

同様に、図55に示す複素平面上の端子Bの3つの差分電圧回転ベクトルを、以下の(116)式に従って定義する。   Similarly, three differential voltage rotation vectors of terminal B on the complex plane shown in FIG. 55 are defined according to the following equation (116).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、Vは端子Bの電圧振幅である。(116)式に示す3つの電圧回転ベクトルはゲージ差分電圧群である。 However, V B is the voltage amplitude of the terminal B. The three voltage rotation vectors shown in the equation (116) are a gauge differential voltage group.

上述の端子Aのゲージ差分電圧群と端子Bのゲージ差分電圧群とを合成し、ゲージ差分双電圧群とする。特願2013−114381号に開示される手法と同様に、ゲージ差分双電圧群のベクトル群表を作成し、ゲージ差分双電圧群の対称性を考察することができる。   The above-described gauge differential voltage group at the terminal A and the gauge differential voltage group at the terminal B are combined to obtain a gauge differential dual voltage group. Similar to the technique disclosed in Japanese Patent Application No. 2013-114381, a vector group table of the gauge differential bi-voltage group can be created and the symmetry of the gauge differential bi-voltage group can be considered.

図56に示す、端子Aの差分電圧回転ベクトルの実数部瞬時値は、以下の(117)式に従って計算され、端子Bの差分電圧回転ベクトルの実数部瞬時値、以下の(118)式に従って計算される。   56, the real part instantaneous value of the differential voltage rotation vector at the terminal A is calculated according to the following equation (117), and the real part instantaneous value of the differential voltage rotation vector at the terminal B is calculated according to the following equation (118). Is done.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

上述の(117)式および(118)式中のReは、複素数の実数部を示す。ゲージ差分双電圧群の実数群表を以下の表に示す。   Re in the above equations (117) and (118) represents the real part of the complex number. The real number group table of the gauge differential dual voltage group is shown in the following table.

Figure 0006214489
Figure 0006214489

この実数群表を用いて、ゲージ差分双電圧群の種々の不変量を計算することができる。このような不変量の典型例として、ゲージ差分双電圧群の周波数係数を以下に示す。上述の(117)式および(118)式により、ゲージ差分双電圧群の周波数係数fは、(119)式に従って計算される。これより、ゲージ差分双電圧群の対称性破れ指標を(120)式のように設定できる。 Using this real group table, various invariants of the gauge differential dual voltage group can be calculated. As a typical example of such an invariant, the frequency coefficient of the gauge differential dual voltage group is shown below. From the above-described equations (117) and (118), the frequency coefficient f C of the gauge differential dual voltage group is calculated according to the equation (119). Thus, the symmetry breaking index of the gauge differential dual voltage group can be set as shown in equation (120).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

上述の(120)式が満足される場合、ゲージ差分双電圧群の計算を中止し、1ステップ前の計測値がラッチされる。この場合、新しいゲージ差分有効双電圧は、以下の(121)式に従って計算され、ゲージ差分無効双電圧は、以下の(122)式に従って計算される。   When the above equation (120) is satisfied, the calculation of the gauge differential dual voltage group is stopped, and the measurement value of the previous step is latched. In this case, the new gauge differential effective dual voltage is calculated according to the following equation (121), and the gauge differential invalid dual voltage is calculated according to the following equation (122).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

但し、kf2は対応する周波数計算参照表の周波数換算係数である。さらに、ゲージ差分双電圧群による双電圧間位相角の正接関数値は、以下の(123)式に従って計算され、双電圧間位相角そのものは、以下の(124)式に従って計算される。 However, kf2 is a frequency conversion coefficient of a corresponding frequency calculation reference table. Further, the tangent function value of the phase angle between the two voltages by the gauge differential dual voltage group is calculated according to the following equation (123), and the phase angle between the two voltages itself is calculated according to the following equation (124).

Figure 0006214489
Figure 0006214489

[I.利点]
本実施の形態によれば、本願発明者が先に提案している単重スケール法(1つのゲージサンプリング周波数を用いる手法)から多重スケール法(複数のゲージサンプリング周波数を用いる手法)へ進化し、より高性能な新しい計測手法が提案される。より具体的には、データ収集サンプリング周波数と電力系統定格周波数とで定義される周波数計算参照表を作成し、複数のゲージサンプリング周波数を用いて、同時に電力系統の実周波数を測定する。本実施の形態によれば、新しいゲージ回転位相角などを定義し、従来理論のサンプリング定理の限界を越え、先願で提案されている対称性をさらに拡大した新しい計測手法を実現する。
[I. advantage]
According to the present embodiment, the present inventor has evolved from the single scale method (a method using one gauge sampling frequency) previously proposed to the multiscale method (a method using a plurality of gauge sampling frequencies), A new and higher performance measurement method is proposed. More specifically, a frequency calculation reference table defined by the data collection sampling frequency and the power system rated frequency is created, and the actual frequency of the power system is measured simultaneously using a plurality of gauge sampling frequencies. According to the present embodiment, a new gauge rotation phase angle and the like are defined, and a new measurement technique that exceeds the limit of the conventional sampling theorem and further expands the symmetry proposed in the prior application is realized.

[J.その他の実施形態]
上述の実施の形態として例示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能である。
[J. Other Embodiments]
The configuration illustrated as the above-described embodiment is an example of the configuration of the present invention, and can be combined with another known technique, and a part of the configuration is omitted without departing from the gist of the present invention. It is also possible to change the configuration.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

100 信号処理装置、101,201 電圧瞬時値データ入力部、102 周波数係数計算部、103,206 対称性破れ判別部、104 故障対処部、105 平均周波数係数計算部、106 ゲージ回転位相角計算部、107 ゲージ回転位相角平均化部、108 瞬時周波数計算部、109 瞬時周波数平均化部、110 単独運転判別部、111 基本波周波数選択部、112 ゲージ差分電圧計算部、113 ゲージ差分電圧平均化部、114,204 交流電圧振幅計算部、115 直流成分計算部、116 通信部、117,214 記憶部、118,215 インターフェース、200 同期フェーザ測定装置、202 平均周波数計算部、203 基本波周波数係数選択部、205 差分単位ベクトルグループ生成部、207 ゲージ差分有効同期フェーザ計算部、208 ゲージ差分無効同期フェーザ計算部、209 同期フェーザ位相角計算部、210 同期フェーザ位相角選択部、211 時間同期フェーザ計算部、212 同期フェーザ受信部、213 空間同期フェーザ計算部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Signal processing apparatus, 101,201 Voltage instantaneous value data input part, 102 Frequency coefficient calculation part, 103,206 Symmetry breaking determination part, 104 Failure handling part, 105 Average frequency coefficient calculation part, 106 Gauge rotation phase angle calculation part, 107 Gauge rotation phase angle averaging unit, 108 Instantaneous frequency calculation unit, 109 Instantaneous frequency averaging unit, 110 Isolated operation discrimination unit, 111 Fundamental frequency selection unit, 112 Gauge differential voltage calculation unit, 113 Gauge differential voltage averaging unit, 114, 204 AC voltage amplitude calculation unit, 115 DC component calculation unit, 116 communication unit, 117, 214 storage unit, 118, 215 interface, 200 synchronous phasor measurement device, 202 average frequency calculation unit, 203 fundamental frequency coefficient selection unit, 205 Difference unit vector group generation unit, 207 gauge Minute effective phasor calculation unit, 208 gauge differential invalid synchronization phasor calculation unit, 209 synchronization phasor phase angle calculation unit, 210 synchronization phasor phase angle selection unit, 211 time synchronization phasor calculation unit, 212 synchronization phasor reception unit, 213 spatial synchronization phasor calculation Department.

Claims (11)

信号処理装置であって、
測定対象を収集サンプリング周波数でサンプリングして瞬時値データを時系列に収集する収集手段と、
複数のゲージサンプリング周波数のそれぞれに対応するゲージ回転位相角を計算する第1の計算手段とを備え、
前記複数のゲージサンプリング周波数の各々は、前記収集サンプリング周波数を正の整数で除算した値であり、
前記第1の計算手段は、ゲージサンプリング周波数の別に予め定められた換算係数を参照して、前記収集サンプリング周波数でサンプリングされた瞬時値データからそれぞれのゲージ回転位相角を計算する、信号処理装置。
A signal processing device comprising:
Sampling means for sampling the measurement object at the collection sampling frequency and collecting instantaneous value data in time series;
First calculating means for calculating a gauge rotation phase angle corresponding to each of a plurality of gauge sampling frequencies,
Each of the plurality of gauge sampling frequencies is a value obtained by dividing the collected sampling frequency by a positive integer;
The signal processing device, wherein the first calculation means calculates each gauge rotation phase angle from instantaneous value data sampled at the collected sampling frequency with reference to a predetermined conversion factor for each gauge sampling frequency.
前記収集サンプリング周波数でのサンプリング間隔で時間的に連続するとともに、対称群を構成する4点の瞬時値データを用いて、前記複数のゲージサンプリング周波数のそれぞれに対応する対称性が保持されているか否かをそれぞれ判定する第1の判定手段をさらに備える、請求項1に記載の信号処理装置。   Whether or not symmetry corresponding to each of the plurality of gauge sampling frequencies is maintained by using the instantaneous value data of the four points constituting the symmetry group while being temporally continuous at the sampling interval at the collected sampling frequency. The signal processing apparatus according to claim 1, further comprising a first determination unit that determines whether or not each of them. 前記第1の判定手段は、前記複数のゲージサンプリング周波数のうち、対称性が保持されていないと判定されたゲージサンプリング周波数の数に応じて、測定対象に生じている状態を判定する、請求項2に記載の信号処理装置。 The first determination unit determines a state occurring in a measurement target according to the number of gauge sampling frequencies determined to be non-symmetrical among the plurality of gauge sampling frequencies. 3. The signal processing apparatus according to 2. 前記複数のゲージサンプリング周波数は、測定対象に含まれる基本波成分および高調波成分の比率に応じて、設定される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の信号処理装置。   The signal processing apparatus according to claim 1, wherein the plurality of gauge sampling frequencies are set according to a ratio of a fundamental wave component and a harmonic component included in a measurement target. 前記複数のゲージサンプリング周波数の各々と、各ゲージサンプリング周波数についてのゲージ回転位相角とに基づいて、前記複数のゲージサンプリング周波数のそれぞれに対応する瞬時周波数をそれぞれ計算する第2の計算手段をさらに備える、請求項1〜4のいずれか1項に記載の信号処理装置。   Second calculation means for calculating an instantaneous frequency corresponding to each of the plurality of gauge sampling frequencies based on each of the plurality of gauge sampling frequencies and a gauge rotation phase angle for each gauge sampling frequency is further provided. The signal processing device according to claim 1. 前記第2の計算手段により計算される、前記複数のゲージサンプリング周波数のうち相対的に高いゲージサンプリング周波数に対応する瞬時周波数の平均値の変化に基づいて、前記測定対象の状態変化を検出する第2の判定手段をさらに備える、請求項5に記載の信号処理装置。   A first state of the measurement object is detected based on a change in average value of instantaneous frequencies corresponding to a relatively high gauge sampling frequency among the plurality of gauge sampling frequencies calculated by the second calculation means. The signal processing apparatus according to claim 5, further comprising two determination means. 前記第2の計算手段により計算される瞬時周波数を移動平均処理によって平均化する平均化手段をさらに備える、請求項5または6に記載の信号処理装置。   The signal processing apparatus according to claim 5, further comprising an averaging unit that averages the instantaneous frequency calculated by the second calculation unit by a moving average process. 前記第2の計算手段は、第1および第2のゲージサンプリング周波数にそれぞれ対応する第1および第2の瞬時周波数をそれぞれ計算し、
前記第1および第2の瞬時周波数、ならびに、前記第1および第2のゲージサンプリング周波数にそれぞれ対応する第1および第2のゲージ回転位相角、に基づいて、現時点での基本波周波数を推定する第3の計算手段をさらに備える、請求項5〜7のいずれか1項に記載の信号処理装置。
The second calculating means calculates first and second instantaneous frequencies respectively corresponding to the first and second gauge sampling frequencies;
A current fundamental frequency is estimated based on the first and second instantaneous frequencies, and first and second gauge rotation phase angles corresponding to the first and second gauge sampling frequencies, respectively. The signal processing apparatus according to claim 5, further comprising a third calculation unit.
前記第1の計算手段は、複数の基本波周波数の別に予め用意された、ゲージサンプリング周波数の別に予め定められた換算係数をそれぞれ参照することで、周波数の変化する測定対象に向けられた換算係数を算出する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の信号処理装置。   The first calculating means refers to a conversion coefficient prepared in advance for each of the plurality of fundamental frequencies, and a conversion coefficient directed to a measurement object whose frequency varies by referring to a predetermined conversion coefficient for each of the gauge sampling frequencies. The signal processing device according to any one of claims 1 to 8, wherein 前記第1の計算手段は、前記複数のゲージサンプリング周波数のうち、不安定な第1のゲージサンプリング周波数について、安定な第2のゲージサンプリング周波数についての換算係数を適用する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の信号処理装置。   The first calculation means applies a conversion factor for a stable second gauge sampling frequency to an unstable first gauge sampling frequency among the plurality of gauge sampling frequencies. The signal processing device according to claim 1. 信号処理方法であって、
測定対象を収集サンプリング周波数でサンプリングして瞬時値データを時系列に収集する収集ステップと、
複数のゲージサンプリング周波数のそれぞれに対応するゲージ回転位相角を計算する第1の計算ステップとを備え、
前記複数のゲージサンプリング周波数の各々は、前記収集サンプリング周波数を正の整数で除算した値であり、
前記第1の計算ステップは、ゲージサンプリング周波数の別に予め定められた換算係数を参照して、前記収集サンプリング周波数でサンプリングされた瞬時値データからそれぞれのゲージ回転位相角を計算するステップを含む、信号処理方法。
A signal processing method comprising:
A collection step for sampling the measurement object at the collection sampling frequency and collecting instantaneous value data in time series,
A first calculation step for calculating a gauge rotation phase angle corresponding to each of the plurality of gauge sampling frequencies,
Each of the plurality of gauge sampling frequencies is a value obtained by dividing the collected sampling frequency by a positive integer;
The first calculation step includes a step of calculating each gauge rotation phase angle from instantaneous value data sampled at the collected sampling frequency with reference to a predetermined conversion factor for each gauge sampling frequency. Processing method.
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