JP7256948B2 - 電圧異常検出装置及び電圧異常検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば瞬時電圧低下や電圧上昇などの電圧異常を検出する電圧異常検出装置及び電圧低下検出方法に関するものである。

従来、商用交流電源の瞬時電圧低下（以下、瞬低ともいう。）を検出するものとして、特許文献１に示すものが考えられている。

この瞬時電圧低下検出装置の瞬時電圧低下の検出方法は以下のとおりである。
単相の入力交流電圧Ｖｉｎ（ｔ）と１周期の時間Ｔだけ前の入力交流電圧Ｖｉｎ（ｔ－Ｔ）とから、瞬低検出用の信号Ｖｉｎ（ｔ）／Ｖｉｎ（ｔ－Ｔ）を生成する。そして、瞬低検出用の信号Ｖｉｎ（ｔ）／Ｖｉｎ（ｔ－Ｔ）と瞬低の異常判定基準となる基準値（瞬時電圧低下の大きさ）Ｓとを比較して、基準値Ｓを超えた場合に瞬低検出信号を出力する。瞬時電圧低下検出装置は、この瞬低検出信号の継続時間が瞬低以上を検出する基準時間を超えた場合に瞬低異常を検出する。

この瞬時電圧低下検出装置では、入力交流電圧Ｖｉｎ（ｔ）がゼロ点を中心とする所定電圧の範囲内である場合には、瞬低検出信号を出力しないように構成されている。これにより、入力交流電圧Ｖｉｎ（ｔ）がゼロ点近傍で、電気機器に悪影響を及ぼす原因とならないゼロクロス点近傍での瞬低異常を検出しないようにされている。

しかしながら、上記の構成では、ゼロクロス点近傍で電圧低下の検出を実行しないので、電圧低下のタイミングによって、その検出が遅れてしまう。また、入力交流電圧の変化分であるＶｉｎ（ｔ）／Ｖｉｎ（ｔ－Ｔ）を用いているので、電圧低下の形態によっては電圧低下の検出が遅れてしまう。さらに、基準値Ｓに満たない緩やかな電圧低下の場合には、電圧低下を検出することができない、或いは、その検出が遅れてしまう。

特開２０１４－１６００１１号公報

そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、三相の電力系統で生じる電圧異常を瞬時且つ正確に検出することをその主たる課題とするものである。

すなわち本発明に係る電圧異常検出装置は、電力系統における三相交流電圧の異常を検出する電圧異常検出装置であって、前記三相交流電圧と同期した三相交流波形の包絡線波形から得られる閾値波形と前記三相交流電圧とを比較する電圧比較部と、前記電圧比較部の比較結果に基づいて、前記三相交流電圧の異常を検出する電圧異常検出部とを備えることを特徴とする。なお、三相交流波形の包絡線波形とは、三相交流波形の各位相の最大値を結んで得られた曲線（正電圧側の包絡線波形）又は最小値を結んで得られた曲線（負電圧側の包絡線波形）である。

このような電圧異常検出装置であれば、三相交流電圧と同期した三相交流波形の包絡線波形から得られる閾値波形と電力系統の三相交流電圧とを比較しているので、三相分の電圧波形をまとめて判断することができ、三相の電力系統で生じる電圧異常を瞬時且つ正確に検出することができる。

ここで、電圧比較部は、前記閾値波形が正電圧側の包絡線波形を電圧シフトした正電圧側の閾値波形の場合には、当該正電圧側の閾値波形と前記三相交流電圧の各位相の最大値とを比較する。
一方、電圧比較部は、前記閾値波形が負電圧側の包絡線波形を電圧シフトした負電圧側の閾値波形の場合には、当該負電圧側の閾値波形と前記三相交流電圧の各位相の最小値とを比較する。

測定された三相交流電圧からリアルタイムに閾値波形を生成することによって電圧異常をより正確に検出するためには、前記閾値波形を生成する閾値波形生成部を更に備えることが望ましい。

三相の電力系統で生じる電圧異常をより瞬時且つ正確に検出するためには、前記閾値波形生成部は、前記閾値波形として、正電圧側の閾値波形と、負電圧側の閾値波形とを生成するものであることが望ましい。この場合、電圧比較部は、前記正電圧側の閾値波形と前記三相交流電圧の各位相の最大値とを比較し、前記負電圧側の閾値波形と前記三相交流電圧の各位相の最小値とを比較する。

電力系統で生じる電圧異常には、電圧低下だけでなく電圧上昇もある。このため、前記閾値波形生成部は、前記閾値波形として、電圧ピーク値の絶対値が大きい上側閾値波形と、電圧ピーク値の絶対値が小さい下側閾値波形とを生成するものであることが望ましい。

前記閾値波形生成部の具体的な実施の態様としては、前記三相交流電圧と同期した三相交流波形の包絡線波形を電圧シフトして前記閾値波形を生成すること、又は、前記三相交流電圧と同期した三相交流波形の包絡線波形の振幅に係数を乗じて前記閾値波形を生成することが考えられる。

電圧異常の誤検出を回避するためには、前記電圧異常検出部は、前記電圧比較部の比較結果が所定の電圧異常条件を２カウント連続で満たした場合に、前記三相交流電圧の異常を検出することが望ましい。

本発明の電圧異常検出装置は、前記三相交流電圧と前記閾値波形との電圧差の傾きを算出する傾き算出部と、前記傾き算出部により得られた傾きと、所定の傾き閾値とを比較する傾き比較部とをさらに備えていても良い。
この場合、前記電圧異常検出部は、前記傾き比較部の比較結果が所定の傾き異常条件を２カウント連続で満たし、且つ、前記電圧比較部の比較結果が所定の電圧異常条件を満たした場合に、前記三相交流電圧の異常を検出することが望ましい。
この構成であれば、三相交流電圧が正常な状態から異常な状態に変化する過程も異常検出に用いることができるので、電圧異常をより瞬時に検出することができる。具体的には電圧異常条件を２カウント連続で満たすことを待つことなく、電圧異常条件が１カウント満たされた段階で電圧異常を検出することができる。

本発明の電圧異常検出装置は、前記三相交流電圧の異常を検出するための教師信号を用いた機械学習アルゴリズムによって前記三相交流電圧の異常が発生する可能性を示すスコアを算出するスコア算出部と、前記スコア算出部により得られたスコアと所定のスコアしきい値とを比較するスコア比較部とをさらに備えていても良い。
この場合、前記電圧異常検出部は、前記スコア比較部の比較結果が所定のスコア異常条件を満たし、且つ、前記電圧比較部の比較結果が所定の電圧異常条件を満たした場合に、前記三相交流電圧の異常を検出することが望ましい。
この構成であれば、蓄積された過去の電圧異常を示すデータ（教師信号）を用いた機械学習により電圧異常が発生する可能性を求めているので、電圧異常をより瞬時に検出することができる。具体的には電圧異常条件を２カウント連続で満たすことを待つことなく、電圧異常条件が１カウント満たされた段階で電圧異常を検出することができる。

また、電圧異常検出装置は、前記三相交流電圧の周波数の異常を検出する周波数異常検出部と、前記電圧異常検出部の検出信号と前記周波数異常検出部の検出信号とに基づいて、電圧異常であるか周波数異常であるかを識別する異常識別部とを備えることが望ましい。ここで、前記周波数異常検出部は、前記周波数異常として、ランプ変化又はステップ変化を検出するものであることが考えられる。

また本発明に係る電圧異常検出方法は、電力系統における三相交流電圧の異常を検出する電圧異常検出方法であって、前記三相交流電圧と同期した三相交流波形の包絡線波形から得られる閾値波形と前記三相交流電圧とを比較し、その比較結果に基づいて、前記三相交流電圧の異常を検出することを特徴とする。

このように構成した本発明によれば、三相交流電圧と同期した三相交流波形の包絡線波形から得られる閾値波形と電力系統の三相交流電圧とを比較しているので、三相分の電圧波形をまとめて判断することができ、三相の電力系統で生じる電圧異常を瞬時且つ正確に検出することができる。

第１実施形態の電圧異常検出装置における機能ブロックの概略図である。 第１実施形態の電圧異常検出装置における機能ブロックの詳細図である。 正常時の測定電圧（基準波形）の最大値及び最小値並びに各閾値波形を示す図である。 電圧低下時の測定電圧の最大値及び最小値並びに各閾値波形を示す図である。 第２実施形態の電圧異常検出装置における機能ブロックの概略図である。 第２実施形態における補償開始点（検出点）を示すグラフである。 第２実施形態においてノイズ等による誤検出が生じないことを示すグラフである。 第３実施形態の電圧異常検出装置における機能ブロックの概略図である。 第３実施形態の機械学習アルゴリズムを示す模式図である。 第３実施形態における補償開始点（検出点）を示すグラフである。 第４実施形態の電圧異常検出装置における機能ブロックの概略図である。 第４実施形態の位相同期回路及び周波数異常検出部を示す図である。 第４実施形態の電圧異常・周波数異常識別ブロックを示す図である。 第４実施形態におけるステップ変化の補償開始点を示すグラフである。 変形実施形態の電圧異常検出装置における機能ブロックの詳細図である。 正常時の測定電圧（基準波形）の最大値及び最小値並びに各閾値波形を示す図である。

＜第１実施形態＞
以下に、本発明に係る電圧異常検出装置の第１実施形態について、図面を参照して説明する。

本実施形態の電圧異常検出装置１００は、三相の電力系統における三相交流電圧の異常を検出するものである。以下に示す電圧異常検出装置１００は、三相交流電圧の異常として、瞬時電圧低下及び所定値以上の電圧上昇を検出する。なお、三相交流電圧は、系統電圧の線間電圧Ｖｕｖ、Ｖｖｗ、Ｖｗｕである。この三相交流電圧は、電力系統との連系点において電圧検出器により検出される。電圧検出器は、例えば計器用変圧器（ＶＴ：Voltage Transformer）を用いたものであり、三相交流電圧を所定のサンプリング周期で検出する。

具体的に電圧異常検出装置１００は、図１に示すように、電力系統の三相分の電圧波形の判定基準となる閾値波形を生成する閾値波形生成部２と、電圧検出器により検出された三相交流電圧と閾値波形とを比較する電圧比較部３と、電圧比較部３の比較結果に基づいて、三相交流電圧の異常を検出する電圧異常検出部４とを備えている。

閾値波形生成部２は、三相交流電圧と同期した三相交流波形の包絡線波形を電圧シフトした閾値波形を生成するものである。ここで、三相交流波形の包絡線波形とは、三相交流波形の各位相の最大値を結んで得られた曲線（正電圧側の包絡線波形）及び最小値を結んで得られた曲線（負電圧側の包絡線波形）である。

具体的に閾値波形生成部２は、図２に示すように、電圧検出器により検出された三相交流電圧（以下、測定電圧ともいう。）を二相電圧値に変換する三相／二相変換部（αβ変換部）２ａと、二相電圧値を極座標変換してその位相を算出する極座標変換部２ｂと、極座標変換部２ｂにより得られた位相と同期した同期信号を生成する位相同期回路２ｃと、位相同期回路２ｃにより得られた同期信号から三相交流の基準波形（三相正弦波形）を生成する基準波形生成部２ｄと、基準波形の振幅を例えば正常時の系統電圧の振幅に調整する振幅調整部２ｅと、基準波形の電圧シフト量を調整するシフト量調整部２ｆと、振幅及び電圧シフト量が調整された基準波形から閾値波形を算出する閾値波形算出部２ｇとを有している。

本実施形態のシフト量調整部２ｆは、基準波形を高電圧側にシフト（オフセット）して第１基準波形を生成する第１調整部２ｆ１と、基準波形を低電圧側にシフト（オフセット）して第２基準波形を生成する第２調整部２ｆ２とを有している。ここでは、第１調整部２ｆ１及び第２調整部２ｆ２のシフト量の絶対値は同一としてある。

また、閾値波形算出部２ｇは、第１基準波形及び第２基準波形から、図３に示すように、以下の（１）～（４）の閾値波形を算出する。ここで、（１）及び（２）は、第１算出部２ｇ１により算出され、（３）及び（４）は、第２算出部２ｇ２により算出される。
（１）第１基準波形の各位相の最大値を結んで得られた曲線である上側閾値波形Ｐ１
（２）第１基準波形の各位相の最小値を結んで得られた曲線である下側閾値波形Ｎ２
（３）第２基準波形の各位相の最大値を結んで得られた曲線である下側閾値波形Ｐ２
（４）第２基準波形の各位相の最小値を結んで得られた曲線である上側閾値波形Ｎ１

なお上記では、第１基準波形及び第２基準波形を算出した後にそれら基準波形の包絡線波形を算出することにより各閾値波形Ｐ１、Ｐ２、Ｎ１、Ｎ２を生成しているが、振幅が調整された基準波形の包絡線波形を算出した後に、当該包絡線波形それぞれを高電圧側及び低電圧側にシフト（オフセット）して各閾値波形Ｐ１、Ｐ２、Ｎ１、Ｎ２を生成してもよい。

電圧比較部３は、閾値波形生成部２により得られた各閾値波形Ｐ１、Ｐ２、Ｎ１、Ｎ２と、測定電圧とを比較する。具体的に電圧比較部３は、図２に示すように、測定電圧において測定時（サンプリング時）の位相における最大値及び最小値を取り出す（演算器３ａ）。そして、電圧比較部３は、前記測定電圧の最大値と正電圧側の各閾値波形Ｐ１、Ｐ２における測定時の位相における値とを比較する（比較器３ｂ）。また、電圧比較部３は、前記測定電圧の最小値と負電圧側の各閾値波形Ｎ１、Ｎ２における測定時の位相における値とを比較する（比較器３ｃ）。

そして電圧比較部３は、所定の電圧異常条件、つまり以下の式（１）～（４）の何れかを満たした場合に、測定電圧（三相交流電圧）が異常状態であると判別する（論理和演算器３ｄ）。
（正電圧側の上側閾値波形Ｐ１の値）≦（測定電圧の最大値）・・・（１）
（負電圧側の上側閾値波形Ｎ１の値）≧（測定電圧の最小値）・・・（２）
（正電圧側の下側閾値波形Ｐ２の値）≧（測定電圧の最大値）・・・（３）
（負電圧側の下側閾値波形Ｎ２の値）≦（測定電圧の最小値）・・・（４）

電圧比較部３は、上記（１）～（４）の何れかの式を満たした場合には、真（ＴＲＵＥ）信号を生成して電圧異常検出部４に出力する。一方、電圧比較部３は、上記（１）～（４）の何れの式もみなさない場合には、偽（ＦＡＬＳＥ）信号を生成して電圧異常検出部４に出力する。

電圧異常検出部４は、電圧比較部３の比較結果であるＴＲＵＥ信号又はＦＡＬＳＥ信号を取得して、その信号をカウントするものである。具体的に電圧異常検出部４は、図２に示すように、ＴＲＵＥ＝１、ＦＡＬＳＥ＝０に変換して（変換器４ａ）、その値をカウントする（カウンタ４ｂ）。そして、電圧異常検出部４は、ＴＲＵＥ信号を２サンプル以上連続で取得してカウント値が２以上となった場合に（比較器４ｃ）、電圧異常であると判定する。そして、電圧異常検出部４は、電力系統の電圧異常の補償を開始するための補償開始信号を瞬低補償装置などに出力する。また、電圧異常検出部４は、カウント値が２となる前にＦＡＬＳＥ信号を受け取った場合には、カウント値を０にリセットする。

以下に測定電圧が正常の場合と以上の場合について説明する。
・測定電圧が正常の場合（図３参照）
測定電圧が正常の場合、測定電圧は、正電圧側では、上側閾値波形Ｐ１よりシフト量だけ低い位置、下側閾値波形Ｐ２よりシフト量だけ高い位置にある。また、測定電圧は、負電圧側では、上側閾値波形Ｎ１よりシフト量だけ高い位置、下側閾値波形Ｎ２よりシフト量だけ低い位置にある。このとき、電圧比較部３からはＦＡＬＳＥ信号が出力され、電圧異常検出部４のカウント値は０である。

・測定電圧が異常の場合（図４参照）
測定電圧の異常が正電圧側で発生し、測定電圧が下側閾値波形Ｐ２を下回った状態には、電圧比較部３から２カウント連続でＴＲＵＥ信号が出力され、電圧異常検出部４のカウント値は２となる。この場合、電圧異常検出部４は、電圧異常と判定して補償開始信号を出力する。その後、測定電圧が正常範囲（下側閾値波形Ｐ２＜測定電圧の最大値＜上側閾値波形Ｐ１）に戻った場合は、電圧比較部３からはＦＡＬＳＥ信号が出力され、電圧異常検出部４のカウント値は０となる。このとき電圧異常検出部４は、測定電圧が正常状態に戻ったと判定して、再連系動作を開始するための再連系開始信号を出力する。

＜第１実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態の電圧異常検出装置１００によれば、三相交流電圧と同期した三相交流波形の包絡線波形を電圧シフトした閾値波形Ｐ１、Ｐ２、Ｎ１、Ｎ２と電力系統の三相交流電圧とを比較しているので、三相分の電圧波形をまとめて判断することができ、三相の電力系統で生じる電圧異常を瞬時且つ正確に検出することができる。

また、電圧異常検出部４は、所定の電圧異常条件を２カウント連続で満たした場合に、三相交流電圧が異常状態であると判定しているので、電圧異常の誤検出を回避することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明に係る電圧異常検出装置１００の第２実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態の電圧異常検出装置１００は、前記第１実施形態の機能に加えて、測定電圧が正常範囲から異常範囲に移行する過程を異常判定基準に加えたものである。

具体的に電圧異常検出装置１００は、前記第１実施形態の構成に加えて、図５に示すように、三相交流電圧と閾値波形との電圧差の傾きを算出する傾き算出部５と、傾き算出部５により得られた傾きと所定の傾き閾値とを比較する傾き比較部６とをさらに備えている。

傾き算出部５は、各サンプリング毎に三相交流電圧と閾値波形との電圧差を算出するとともに、連続する２つのサンプル（１サンプル前の値との差）の傾きを算出する。傾き算出部５は、例えば、三相交流電圧の最大値と正電圧側の下側閾値波形Ｐ２との電圧差を算出して、連続する２つのサンプルにおける電圧差の傾きを算出する。

その他、傾き算出部５は、三相交流電圧の最大値と正電圧側の上側閾値波形Ｐ１との電圧差を算出して傾きを算出しても良いし、三相交流電圧の最小値と負電圧側の上側閾値波形Ｎ１又は下側閾値波形Ｎ２との電圧差を算出して傾きを算出しても良い。

傾き比較部６は、算出された傾きと所定の傾き閾値とを比較して、算出された傾きが傾き閾値よりも大きい場合には、真（ＴＲＵＥ）信号を生成して電圧異常検出部４に出力する。一方、傾き比較部６は、算出された傾きが傾き閾値よりも小さい場合には、偽（ＦＡＬＳＥ）信号を生成して電圧異常検出部４に出力する。

そして、電圧異常検出部４は、傾き比較部６の比較結果が所定の傾き異常条件を２カウント連続で満たし、且つ、電圧比較部３の比較結果が所定の電圧異常条件を満たした場合に、三相交流電圧の異常を検出する。

具体的に電圧異常検出部４は、傾き比較部６の比較結果であるＴＲＵＥ信号又はＦＡＬＳＥ信号を取得して、その信号をカウントする（カウンタ４ｄ）。ここで、電圧異常検出部４は、ＴＲＵＥ＝１、ＦＡＬＳＥ＝０としてカウントし、ＴＲＵＥ信号を２サンプル以上連続で取得してカウント値が２以上となった場合に、傾き異常であると判定する。

また、電圧異常検出部４は、電圧比較部３の比較結果であるＴＲＵＥ信号又はＦＡＬＳＥ信号を取得して、傾き異常であるか否かを示す信号との論理積を演算する（論理積演算器４ｅ）。具体的に電圧異常検出部４は、電圧比較部３からＴＲＵＥ信号を取得し、且つ、傾き異常であることを示す信号を取得した場合に、そのことを示す第１出力信号を生成する。

さらに、電圧異常検出部４は、電圧比較部３からＴＲＵＥ信号を２サンプル以上連続で取得してカウント値が２以上となった場合に、そのことを示す第２出力信号を生成する（カウンタ４ｆ）。そして、電圧異常検出部４は、第１出力信号と第２出力信号の論理和を演算して（論理和演算器４ｇ）、電力系統の電圧異常の補償を開始するための補償開始信号を瞬低補償装置などに出力する。

＜第２実施形態の効果＞
第２実施形態の電圧異常検出装置によれば、前記第１実施形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。つまり、三相交流電圧が正常な状態から異常な状態に変化する過程も異常検出に用いることができるので、電圧異常をより瞬時に検出することができる。具体的には、図６に示すように、電圧異常条件を２カウント連続で満たすことを待つことなく、電圧異常条件が１カウント満たされた段階で電圧異常を検出することができる。

また、電圧異常検出部４は、所定の傾き異常条件を２カウント連続で満たした場合に、傾き状態であると判定しているので、測定電圧がノイズやビット化けなどの１サンプルのみ異常値となった場合であっても、図７に示すように、誤検出することを防ぐことができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明に係る電圧異常検出装置の第３実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態の電圧異常検出装置１００は、前記第１実施形態の機能に加えて、三相交流電圧の波形パターンを異常判定基準に加えたものである。

具体的に電圧異常検出装置１００は、前記実施形態の構成に加えて、図８に示すように、三相交流電圧の異常を検出するための教師信号を用いた機械学習アルゴリズムによって三相交流電圧の異常が発生する可能性を示すスコアを算出するスコア算出部７と、スコア算出部７により得られたスコアと所定のスコアしきい値とを比較するスコア比較部８とをさらに備えている。

スコア算出部７は、機械学習アルゴリズムとして人工ニューラルネットワーク（ＡＮＮ）を用いた機械学習部７１を有し（図９参照）、当該機械学習部７１により得られた学習データを用いて測定電圧から電圧異常が発生する可能性を示すスコアを算出するものである。

具体的に機械学習部７１は、教師信号が入力される入力層７１ａと、少なくとも１つの中間層７１ｂと、出力層７１ｃとを有し、出力層７１ｃにより得られる教師信号との誤差ｅが小さくなるように、入力層７１ａと中間層７１ｂとの結合係数ｗｉと中間層７１ｂと出力層７１ｃとの結合係数ｗｏを調整することによって学習するものである。なお、入力層７１ａには、電圧異常を示す電圧波形における所定範囲の電圧データが入力される。そして、スコア算出部７は、機械学習部７１により得られた学習データを用いて、測定電圧から電圧異常が発生する可能性を示すスコア（０～１００％）を算出する。

なお、機械学習部７１は、人工ニューラルネットワークに限られず、サポートベクターマシン（ＳＶＭ）、決定木、ランダムフォレスト、ディープラーニング手法などを用いたものであっても良い。

スコア比較部８は、算出されたスコアと所定のスコア閾値（例えば５０％）とを比較して、算出されたスコアがスコア閾値よりも大きい場合には、真（ＴＲＵＥ）信号を生成して電圧異常検出部４に出力する。一方、スコア比較部８は、算出されたスコアがスコア閾値よりも小さい場合には、偽（ＦＡＬＳＥ）信号を生成して電圧異常検出部４に出力する。

そして、電圧異常検出部４は、スコア比較部８の比較結果が所定のスコア異常条件を満たし、且つ、電圧比較部３の比較結果が所定の電圧異常条件を満たした場合に、三相交流電圧の異常を検出する。

具体的に電圧異常検出部４は、スコア比較部８の比較結果であるＴＲＵＥ信号又はＦＡＬＳＥ信号を取得する。また、電圧異常検出部４は、電圧比較部３の比較結果であるＴＲＵＥ信号又はＦＡＬＳＥ信号を取得する。そして、電圧異常検出部４は、スコア比較部８からＴＲＵＥ信号を取得し、且つ、電圧比較部３からＴＲＵＥ信号を取得した場合に、電圧異常であると判定する（論理積演算器４ｈ）。そして、電圧異常検出部４は、電力系統の電圧異常の補償を開始するための補償開始信号を瞬低補償装置などに出力する。

＜第３実施形態の効果＞
第３実施形態の電圧異常検出装置によれば、前記第１実施形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。つまり、蓄積された過去のデータ（教師信号）を用いた機械学習により電圧異常が発生する可能性を求めているので、電圧異常をより瞬時に検出することができる。具体的には、図１０に示すように、電圧異常条件を２カウント連続で満たすことを待つことなく、電圧異常条件が１カウント満たされた段階で電圧異常を検出することができる。なお、学習していない電圧異常である場合には、前記第１実施形態の構成を用いることによって、その電圧異常に対処することができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明に係る電圧異常検出装置の第４実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態の電圧異常検出装置１００は、前記第１実施形態の機能に加えて、三相交流電圧の周波数の異常を検出するとともに、三相交流電圧の電圧異常及び周波数異常を識別するものである。

具体的に電圧異常検出装置１００は、前記実施形態の構成に加えて、図１１に示すように、三相交流電圧の周波数の異常を検出する周波数異常検出部９と、三相交流電圧の異常が電圧異常であるか周波数異常であるかを識別する異常識別部１０とを備えている。

周波数異常検出部９は、図１２に示すように、位相同期回路２ｃにより得られる位相（ωｔ_ＰＬＬ）を用いて三相交流電圧の周波数のランプ変化及びステップ変化を検出するものである。

具体的に周波数異常検出部９は、以下の式により周波数ｆを計算する。
ｆ＝Δωｔ_ＰＬＬ×ｆ_Ｓ／２π
Δωｔ_ＰＬＬ＝ωｔ_２_ＰＬＬ－ωｔ_１_ＰＬＬ
（ｔ_２＞ｔ_１，ｆ_Ｓ：サンプリング周波数）

周波数異常検出部９は、上記の式により求めた周波数ｆについて周波数閾値を設定し、それを超えた状態が所定時間（１秒程度）継続する場合に、ランプ変化（周波数上昇、周波数低下）を検出する。

また、周波数異常検出部９は、位相同期回路の位相（ωｔ_ＰＬＬ）と測定電圧の位相との位相差を求めて、その位相差に位相差閾値を設定して、それを超えた場合に、ステップ変化（周波数上昇、周波数低下）を検出する。

異常識別部１０は、図１３に示すように、電圧異常検出部４の検出信号と周波数異常検出部９の検出信号とに基づいて、電圧異常であるか周波数異常であるかを識別するものである。

具体的に異常識別部１０は、電圧上昇・電圧低下又はランプ変化の周波数上昇・周波数低下の場合に各ＴＲＵＥ信号の論理和を取り、補償開始信号を出力する。

一方、異常識別部１０は、ステップ変化の周波数上昇・周波数低下の場合は、包絡線を用いた電圧上昇・電圧低下の検出と併せて判定するために、それらのＴＲＵＥ信号の論理積を取り、補償開始信号を出力する。なお、図１４にステップ変化の周波数上昇における補償開始点と、周波数低下における補償開始点とを示している。その後、測定電圧が正常範囲に戻った場合は、異常識別部１０は、測定電圧が正常状態に戻ったと判定して、再連系動作を開始するための再連系開始信号を出力する。

＜第４実施形態の効果＞
第４実施形態の電圧異常検出装置１００によれば、前記第１実施形態の効果に加えて、三相の電力系統で生じる周波数異常を瞬時且つ正確に検出することができる。また、三相交流電圧で生じた異常が電圧以上であるか周波数以上であるかを識別することができる。

＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記第１実施形態では、上側閾値波形を生成して電圧上昇を検出するものであったが、上側閾値波形を生成しない、つまり、電圧上昇を検出しないように構成しても良い。

また、前記第１実施形態では、上側閾値波形の電圧シフト量（絶対値）と下側閾値波形の電圧シフト量（絶対値）とが同一であったが、互いに異なる値としても良い。

さらに、前記第１実施形態の閾値波形生成部２は、三相交流電圧と同期した三相交流波形の包絡線波形の振幅に係数を乗じて閾値波形を生成するものであっても良い。

具体的に閾値波形生成部２は、図１５に示すように、電圧検出器により検出された三相交流電圧（以下、測定電圧ともいう。）を二相電圧値に変換する三相／二相変換部（αβ変換部）２ａと、二相電圧値を極座標変換してその位相を算出する極座標変換部２ｂと、極座標変換部２ｂにより得られた位相と同期した同期信号を生成する位相同期回路２ｃと、位相同期回路２ｃにより得られた同期信号から三相交流の基準波形（三相正弦波形）を生成する基準波形生成部２ｄと、例えば正常時の系統電圧の振幅に所定の係数を乗じる係数乗算部２ｈと、係数乗算部２ｈにより得られた振幅を基準波形に乗じる振幅乗算部２ｉと、振幅が調整された基準波形から閾値波形を算出する閾値波形算出部２ｊとを有している。

係数乗算部２ｈは、正常時の系統電圧の振幅（基準振幅）に上側閾値用係数（例えば１３０％）を乗じる第１係数乗算部２ｈ１と、基準振幅に下側閾値用係数（例えば７０％）を乗じる第２係数乗算部２ｈ２とを有している。

振幅乗算部２ｉは、第１係数乗算部２ｈ１により得られた振幅と基準波形とを乗算して第１基準波形を生成する第１振幅乗算部２ｉ１と、第２係数乗算部２ｈ２により得られた振幅と基準波形とを乗算して第２基準波形を生成する第２振幅乗算部２ｉ２とを有している。

また、閾値波形算出部２ｊは、第１基準波形及び第２基準波形から、図１６に示すように、以下の（１）～（４）の閾値波形を算出する。ここで、（１）及び（２）は、第１算出部２ｊ１により算出され、（３）及び（４）は、第２算出部２ｊ２により算出される。
（１）第１基準波形の各位相の最大値を結んで得られた曲線である上側閾値波形Ｐ１
（２）第１基準波形の各位相の最小値を結んで得られた曲線である下側閾値波形Ｎ１
（３）第２基準波形の各位相の最大値を結んで得られた曲線である下側閾値波形Ｐ２
（４）第２基準波形の各位相の最小値を結んで得られた曲線である上側閾値波形Ｎ２

さらに、前記第２実施形態の構成（傾き異常判定）と第３実施形態の構成（機械学習）とを組み合わせたものであっても良い。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・電圧異常検出装置
２・・・閾値波形生成部
Ｐ１・・・正電圧側の上側閾値波形
Ｐ２・・・正電圧側の下側閾値波形
Ｎ１・・・負電圧側の上側閾値波形
Ｎ２・・・負電圧側の下側閾値波形
３・・・電圧比較部
４・・・電圧異常検出部
５・・・傾き算出部
６・・・傾き比較部
７・・・スコア算出部
８・・・スコア比較部
９・・・周波数異常検出部
１０・・・異常識別部

Claims (11)

1. 電力系統における三相交流電圧の異常を検出する電圧異常検出装置であって、
   前記三相交流電圧と同期した三相交流波形の包絡線波形から得られる閾値波形と前記三相交流電圧とを比較する電圧比較部と、
   前記電圧比較部の比較結果に基づいて、前記三相交流電圧の異常を検出する電圧異常検出部とを備え、
   前記包絡線波形は、前記三相交流電圧と同期した前記三相交流波形の各位相の最大値を結んで得られた曲線である正電圧側の包絡線波形、及び前記三相交流波形の各位相の最小値を結んで得られた曲線である負電圧側の包絡線波形から成り、
   前記電圧比較部は、前記閾値波形が前記正電圧側の包絡線波形から得られた場合の正電圧側の閾値波形、及び前記閾値波形が前記負電圧側の包絡線波形から得られた場合の負電圧側の閾値波形の両方と前記三相交流電圧とを比較するものであって、前記正電圧側の閾値波形と前記三相交流電圧の各位相の最大値とを比較し、前記負電圧側の閾値波形と前記三相交流電圧の各位相の最小値とを比較することを特徴とする電圧異常検出装置。
2. 前記閾値波形を生成する閾値波形生成部を更に備える、請求項１記載の電圧異常検出装置。
3. 前記閾値波形生成部は、前記閾値波形として、前記正電圧側の閾値波形と、前記負電圧側の閾値波形とを生成するものである、請求項２記載の電圧異常検出装置。
4. 前記閾値波形生成部は、前記閾値波形として、電圧ピーク値の絶対値が大きい上側閾値波形と、電圧ピーク値の絶対値が小さい下側閾値波形とを生成するものである、請求項２又は３記載の電圧異常検出装置。
5. 前記閾値波形生成部は、前記正電圧側の包絡線波形を電圧シフトして前記正電圧側の閾値波形を生成し、前記負電圧側の包絡線波形を電圧シフトして前記負電圧側の閾値波形を生成するものである、請求項２乃至４の何れか一項に記載の電圧異常検出装置。
6. 前記閾値波形生成部は、前記正電圧側の包絡線波形の振幅に係数を乗じて前記正電圧側の閾値波形を生成し、前記負電圧側の包絡線波形の振幅に係数を乗じて前記負電圧側の閾値波形を生成するものである、請求項２乃至４の何れか一項に記載の電圧異常検出装置。
7. 前記電圧異常検出部は、前記電圧比較部の比較結果が所定の電圧異常条件を２カウント連続で満たした場合に、前記三相交流電圧の異常を検出する、請求項１乃至６の何れか一項に記載の電圧異常検出装置。
8. 前記三相交流電圧の最大値と前記正電圧側の閾値波形との電圧差、又は前記三相交流電圧の最小値と前記負電圧側の閾値波形との電圧差の傾きを算出する傾き算出部と、
   前記傾き算出部により得られた傾きと、所定の傾き閾値とを比較する傾き比較部とをさらに備え、
   前記電圧異常検出部は、前記傾き比較部の比較結果が所定の傾き異常条件を２カウント連続で満たし、且つ、前記電圧比較部の比較結果が所定の電圧異常条件を満たした場合に、前記三相交流電圧の異常を検出する、請求項１乃至６の何れか一項に記載の電圧異常検出装置。
9. 前記三相交流電圧の周波数の異常を検出する周波数異常検出部と、
   前記電圧異常検出部の検出信号と前記周波数異常検出部の検出信号とに基づいて、電圧異常であるか周波数異常であるかを識別する異常識別部とを備える、請求項１乃至８の何れか一項に記載の電圧異常検出装置。
10. 前記三相交流電圧を二相電圧値に変換する三相／二相変換部と、
    前記二相電圧値を極座標変換してその位相を算出する極座標変換部と、
    前記極座標変換部により得られた位相と同期した同期信号を生成する位相同期回路とを備え、
    前記周波数異常検出部は、前記周波数異常として、ランプ変化又はステップ変化を検出するものであり、
    前記位相同期回路により生成された同期信号の位相を用いて計算した周波数について周波数閾値を設定し、それを超えた状態が所定時間継続する場合に、前記ランプ変化を検出し、
    前記位相同期回路により生成された同期信号の位相と測定電圧の位相との位相差を求めて、その位相差に位相差閾値を設定して、それを超えた場合に前記ステップ変化を検出する、請求項９記載の電圧異常検出装置。
11. 電力系統における三相交流電圧の異常を検出する電圧異常検出方法であって、
    前記三相交流電圧と同期した三相交流波形の包絡線波形から得られる閾値波形と前記三相交流電圧とを比較し、その比較結果に基づいて、前記三相交流電圧の異常を検出する方法であり、
    前記包絡線波形は、前記三相交流電圧と同期した前記三相交流波形の各位相の最大値を結んで得られた曲線である正電圧側の包絡線波形、及び前記三相交流波形の各位相の最小値を結んで得られた曲線である負電圧側の包絡線波形から成り、
    前記閾値波形が前記正電圧側の包絡線波形から得られた場合の正電圧側の閾値波形、及び前記閾値波形が前記負電圧側の包絡線波形から得られた場合の負電圧側の閾値波形の両方と前記三相交流電圧とを比較するものであって、前記正電圧側の閾値波形と前記三相交流電圧の各位相の最大値とを比較し、前記負電圧側の閾値波形と前記三相交流電圧の各位相の最小値とを比較する、電圧異常検出方法。

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