JP7330394B2 - 電力計測装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電力計測装置に関する。

Fast Frequency Response市場において、発電・蓄電プラントなどの高速制御を実現可能とするために、電力系統の高速・高精度な平均皮相電力量の計測技術が求められている。

例えば、皮相電力の計測方法として、電力系統の三相交流電圧及び三相交流電流を高速サンプリングで取り込み、三相交流電圧及び三相交流電流に対してクラーク変換を行うことにより、有効電力の瞬時値と無効電力の瞬時値とを求めることが知られている。

また、大電流を半導体素子でスイッチングするパワーエレクトロニクス制御では、不平衡状態などの系統擾乱が発生した際に、高調波や歪み波などが、有効電力の瞬時値や無効電力の瞬時値に混入し易い。そこで、有効電力の瞬時値及び無効電力の瞬時値から電源周期に同期した平均値を演算することも提案されている。

平均値の演算には、例えば、移動平均フィルタが用いられる。しかしながら、公称周期で固定した移動平均フィルタでは、変動する電源周波数の状況下では、正確な平均値を演算することが難しい。このため、電力計測装置では、系統擾乱下において周波数変動が発生した際にも、平均皮相電力をより正確に計測できるようにすることが望まれる。

特許第６１９９２０６号公報

本発明の実施形態は、系統擾乱下において周波数変動が発生した際にも、平均皮相電力をより正確に計測できる電力計測装置を提供する。

本発明の実施形態によれば、三相交流電力の三相の電圧信号を二相の電圧信号に変換する第１三相二相変換部と、前記三相交流電力の三相の電流信号を二相の電流信号に変換する第２三相二相変換部と、前記二相の電圧信号及び前記二相の電流信号を基に、前記三相交流電力の有効電力の瞬時値及び無効電力の瞬時値を演算する瞬時電力演算部と、移動平均を演算するデータ数の異なる複数の第１移動平均フィルタを有し、前記複数の第１移動平均フィルタのそれぞれに移動平均のデータ数の異なる複数の有効電力の平均値を演算させる第１移動平均演算部と、移動平均を演算するデータ数の異なる複数の第２移動平均フィルタを有し、前記複数の第２移動平均フィルタのそれぞれに移動平均のデータ数の異なる複数の無効電力の平均値を演算させる第２移動平均演算部と、前記複数の有効電力の平均値及び前記三相交流電力の周波数を表す周波数情報を基に、前記三相交流電力の周波数に対応した有効電力の平均値を演算する第１平均値演算部と、前記複数の無効電力の平均値及び前記三相交流電力の周波数を表す周波数情報を基に、前記三相交流電力の周波数に対応した無効電力の平均値を演算する第２平均値演算部と、を備えた電力計測装置が提供される。

本発明の実施形態によれば、系統擾乱下において周波数変動が発生した際にも、平均皮相電力をより正確に計測できる電力計測装置が提供される。

第１の実施形態に係る電力計測装置を模式的に表すブロック図である。 図２（ａ）及び図２（ｂ）は、移動平均演算部を模式的に表すブロック図である。 図３（ａ）～図３（ｆ）は、第１の実施形態に係る電力計測装置の動作の一例を模式的に表すグラフである。 平均値演算部の動作の一例を模式的に表すグラフである。 第２の実施形態に係る電力計測装置を模式的に表すブロック図である。 第２の実施形態に係る電力計測装置の動作の一例を模式的に表すブロック図である。 第３の実施形態に係る電力計測装置を模式的に表すブロック図である。 周波数検出器を模式的に表すブロック図である。 切替回路を模式的に表すブロック図である。 予測演算器を模式的に表すブロック図である。 図１１（ａ）～図１１（ｇ）は、周波数検出器の動作の一例を模式的に表すグラフである。 図１２（ａ）～図１２（ｃ）は、周波数検出器の動作の一例を模式的に表すグラフである。 予測演算器の変形例を模式的に表すブロック図である。 周波数検出器の変形例を模式的に表すブロック図である。 周波数検出器の変形例を模式的に表すブロック図である。

以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電力計測装置を模式的に表すブロック図である。
図１に表したように、電力計測装置１０は、三相二相変換部１２（第１三相二相変換部）、三相二相変換部１４（第２三相二相変換部）と、瞬時電力演算部１６と、移動平均演算部１８（第１移動平均演算部）、移動平均演算部２０（第２移動平均演算部）と、平均値演算部２２（第１平均値演算部）、平均値演算部２４（第２平均値演算部）と、を備える。

電力計測装置１０は、三相交流電力の電力系統の平均皮相電力を計測する。電力計測装置１０は、例えば、太陽光発電や風力発電などの分散型電源と電力系統との連系点における平均皮相電力の計測に用いられる。但し、電力計測装置１０の計測する平均皮相電力は、これに限ることなく、任意の三相交流電力の平均皮相電力でよい。

三相二相変換部１２には、三相交流電力の三相の電圧信号Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ、Ｖ_ｃが入力される。三相二相変換部１２は、三相の電圧信号Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ、Ｖ_ｃをαβ変換（クラーク変換）により、α相とβ相の二相の電圧信号Ｖ_α、Ｖ_βに変換する。三相二相変換部１２は、変換後の電圧信号Ｖ_α、Ｖ_βを瞬時電力演算部１６に入力する。

三相の電圧信号Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ、Ｖ_ｃは、連系点などの電圧を計測する電圧計から三相二相変換部１２に入力してもよいし、上位のコントローラなどから三相二相変換部１２に入力してもよい。三相の電圧信号Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ、Ｖ_ｃの三相二相変換部１２への入力方法は、三相の電圧信号Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ、Ｖ_ｃを適切に三相二相変換部１２に入力可能な任意の方法でよい。

三相二相変換部１４には、三相交流電力の三相の電流信号Ｉ_ａ、Ｉ_ｂ、Ｉ_ｃが入力される。三相二相変換部１４は、三相の電流信号Ｉ_ａ、Ｉ_ｂ、Ｉ_ｃをαβ変換（クラーク変換）により、α相とβ相の二相の電流信号Ｉ_α、Ｉ_βに変換する。三相二相変換部１４は、変換後の電流信号Ｉ_α、Ｉ_βを瞬時電力演算部１６に入力する。

三相の電流信号Ｉ_ａ、Ｉ_ｂ、Ｉ_ｃは、連系点などの電流を計測する電流計から三相二相変換部１４に入力してもよいし、上位のコントローラなどから三相二相変換部１４に入力してもよい。三相の電流信号Ｉ_ａ、Ｉ_ｂ、Ｉ_ｃの三相二相変換部１４への入力方法は、三相の電流信号Ｉ_ａ、Ｉ_ｂ、Ｉ_ｃを適切に三相二相変換部１４に入力可能な任意の方法でよい。

瞬時電力演算部１６は、三相二相変換部１２から入力された電圧信号Ｖ_α、Ｖ_β、及び三相二相変換部１４から入力された電流信号Ｉ_α、Ｉ_βを基に、三相交流電力の有効電力の瞬時値Ｐ_ｉｎｓｔ、及び無効電力の瞬時値Ｑ_ｉｎｓｔを演算する。瞬時電力演算部１６は、例えば、以下の（Ａ）式によって有効電力の瞬時値Ｐ_ｉｎｓｔを演算し、（Ｂ）式によって無効電力の瞬時値Ｑ_ｉｎｓｔを演算する。
Ｐ_ｉｎｓｔ＝Ｖ_α・Ｉ_α＋Ｖ_β・Ｉ_β … （Ａ）
Ｑ_ｉｎｓｔ＝Ｖ_α・Ｉ_β－Ｖ_β・Ｉ_α … （Ｂ）
瞬時電力演算部１６は、演算した有効電力の瞬時値Ｐ_ｉｎｓｔを移動平均演算部１８に入力し、演算した無効電力の瞬時値Ｑ_ｉｎｓｔを移動平均演算部２０に入力する。

図２（ａ）及び図２（ｂ）は、移動平均演算部を模式的に表すブロック図である。
図２（ａ）に表したように、移動平均演算部１８は、移動平均を演算するデータ数の異なる複数の移動平均フィルタ１８ａ～１８ｇ（第１移動平均フィルタ）を有する。

移動平均演算部１８は、瞬時電力演算部１６から入力された有効電力の瞬時値Ｐ_ｉｎｓｔを複数の移動平均フィルタ１８ａ～１８ｇのそれぞれに入力し、移動平均フィルタ１８ａ～１８ｇのそれぞれに移動平均のデータ数の異なる複数の有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆを演算させる。移動平均演算部１８は、移動平均フィルタ１８ａ～１８ｇのそれぞれで演算された複数の有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆを平均値演算部２２に入力する。

複数の移動平均フィルタ１８ａ～１８ｇにおいて、データ数は、三相交流電力の周波数、及びデータ（電圧信号Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ、Ｖ_ｃ及び電流信号Ｉ_ａ、Ｉ_ｂ、Ｉ_ｃ）を取得する際のサンプリング周期と相関する。

移動平均フィルタ１８ａ～１８ｇのデータ数及びサンプリング周期は、三相交流電力の一周期分のデータを丁度取得する値に設定されることが好ましい。換言すれば、移動平均フィルタ１８ａ～１８ｇは、三相交流電力の一周期分のデータ（有効電力の瞬時値Ｐ_ｉｎｓｔ）の移動平均を演算することが好ましい。

例えば、三相交流電力の周波数が５０Ｈｚで、サンプリング周期が５０μｓである場合、三相交流電力の周期は、２００００μｓであるから、データ数は、２００００／５０で、４００個とすることが好適である。このように、三相交流電力の周波数が５０Ｈｚで、サンプリング周期が５０μｓある場合には、４００個のデータを取得し、４００個のデータを基に移動平均を演算する。これにより、三相交流電力の一周期分のデータの移動平均を演算することとなり、有効電力の瞬時値Ｐ_ｉｎｓｔに重畳する三相交流電力の周波数の成分の変動、及び三相交流電力の周波数の整数倍の成分の変動を抑制することができる。

例えば、上記の（Ａ）式及び（Ｂ）式に表したように、有効電力の瞬時値Ｐ_ｉｎｓｔ及び無効電力の瞬時値Ｑ_ｉｎｓｔは、電圧信号Ｖ_α、Ｖ_βと電流信号Ｉ_α、Ｉ_βとの積で表される。このため、例えば、電圧信号Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ、Ｖ_ｃ及び電流信号Ｉ_ａ、Ｉ_ｂ、Ｉ_ｃに不平衡が生じると、三角公式から、有効電力の瞬時値Ｐ_ｉｎｓｔ及び無効電力の瞬時値Ｑ_ｉｎｓｔが、三相交流電力の周波数の倍の周波数で変動してしまう。このように、有効電力の瞬時値Ｐ_ｉｎｓｔ及び無効電力の瞬時値Ｑ_ｉｎｓｔが倍の周波数で変動した場合にも、上記のように、三相交流電力の一周期分のデータの移動平均を演算することにより、変動の影響を抑制することができる。例えば、三相交流電力に不平衡状態などの系統擾乱が発生した際にも、系統擾乱の影響を抑制し、系統擾乱に起因する有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆの変動を抑制することができる。

このように、移動平均フィルタ１８ａ～１８ｇのデータ数をＬとし、三相交流電力の一周期をＴとし、データのサンプリング周期をΔｔとする時、データ数Ｌは、以下の（Ｃ）式によって表すことができる。
Ｌ＝Ｔ／Δｔ … （Ｃ）
なお、サンプリング周期Δｔは、三相交流電力の一周期Ｔに対して、十分に小さく設定することが好ましい。サンプリング周期Δｔは、例えば、三相交流電力の一周期Ｔの１０分の１以下に設定することが好ましい。

図２（ａ）では、データ数Ｌをそれぞれ３９７、３９８、３９９、４００、４０１、４０２、４０３とした７つの移動平均フィルタ１８ａ～１８ｇを移動平均演算部１８に設けた例を示している。データ数Ｌを３９７とした移動平均フィルタ１８ａは、三相交流電力の５０．３７７８Ｈｚの周波数に対応する。データ数Ｌを３９８とした移動平均フィルタ１８ｂは、三相交流電力の５０．２５１３Ｈｚの周波数に対応する。データ数Ｌを３９９とした移動平均フィルタ１８ｃは、三相交流電力の５０．１２５３Ｈｚの周波数に対応する。データ数Ｌを４００とした移動平均フィルタ１８ｄは、三相交流電力の５０Ｈｚの周波数に対応する。データ数Ｌを４０１とした移動平均フィルタ１８ｅは、三相交流電力の４９．８７５３Ｈｚの周波数に対応する。データ数Ｌを４０２とした移動平均フィルタ１８ｆは、三相交流電力の４９．７５１２Ｈｚの周波数に対応する。データ数Ｌを４０３とした移動平均フィルタ１８ｇは、三相交流電力の４９．６２７８Ｈｚの周波数に対応する。

三相交流電力の周波数が、５０Ｈｚである場合には、データ数Ｌを４００とした移動平均フィルタ１８ｄの演算結果を用いることにより、上記のように、有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆの変動を抑制することができる。一方で、三相交流電力の周波数が５０Ｈｚから変動した場合には、移動平均フィルタ１８ｄの演算結果を用いたとしても、有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆの変動を適切に抑制することが難しい。

このため、移動平均演算部１８は、移動平均を演算するデータ数の異なる複数の移動平均フィルタ１８ａ～１８ｇを用意する。これにより、移動平均演算部１８では、三相交流電力の複数の周波数に対応することができる。例えば、三相交流電力の周波数が、５０Ｈｚから変動した場合には、他の移動平均フィルタ１８ａ～１８ｃ、１８ｅ～１８ｇの演算結果を用いる。これにより、移動平均演算部１８では、三相交流電力の周波数が変動した場合にも、有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆの変動を抑制することができる。

なお、複数の移動平均フィルタ１８ａ～１８ｇに設定されるデータ数Ｌは、上記に限定されるものではない。複数の移動平均フィルタ１８ａ～１８ｇには、少なくとも三相交流電力の公称の周波数に対応するデータ数Ｌ（この例では４００個）が、移動平均フィルタ１８ａ～１８ｇのいずれかに設定されていればよい。

複数の移動平均フィルタ１８ａ～１８ｇのデータ数Ｌは、例えば、上記の例のように、三相交流電力の公称の周波数±１、±２、…±ｎといったように、三相交流電力の公称の周波数を中心に、周波数の高い側及び低い側にそれぞれ設定することが好ましい。これにより、三相交流電力の周波数の高い側への変動及び低い側への変動に適切に対応することができる。但し、移動平均フィルタ１８ａ～１８ｇのデータ数Ｌの設定方法は、上記に限ることなく、任意の方法でよい。例えば、周波数の高い側への変動の傾向が大きいなど、三相交流電力の周波数の変動の傾向が事前に分かっている場合などには、周波数の高い側あるいは低い側にデータ数Ｌの設定に偏りを設けてもよい。また、移動平均演算部１８に設けられる移動平均フィルタの数は、７つに限ることなく、任意の数でよい。

図２（ｂ）に表したように、移動平均演算部２０は、移動平均を演算するデータ数の異なる複数の移動平均フィルタ２０ａ～２０ｇ（第２移動平均フィルタ）を有する。

移動平均演算部２０は、瞬時電力演算部１６から入力された無効電力の瞬時値Ｑ_ｉｎｓｔを複数の移動平均フィルタ２０ａ～２０ｇのそれぞれに入力し、移動平均フィルタ２０ａ～２０ｇのそれぞれに移動平均のデータ数の異なる複数の無効電力の平均値Ｑ_ｍａｆを演算させる。移動平均演算部２０は、移動平均フィルタ２０ａ～２０ｇのそれぞれで演算された複数の無効電力の平均値Ｑ_ｍａｆを平均値演算部２４に入力する。以下、移動平均演算部２０の構成は、移動平均演算部１８の構成と同様であるから、詳細な説明は省略する。

図３（ａ）～図３（ｆ）は、第１の実施形態に係る電力計測装置の動作の一例を模式的に表すグラフである。
図３（ａ）は、電圧信号Ｖ_ａ及び電流信号Ｉ_ａの一例を模式的に表す。
図３（ｂ）は、電圧信号Ｖ_ｂ及び電流信号Ｉ_ｂの一例を模式的に表す。
図３（ｃ）は、電圧信号Ｖ_ｃ及び電流信号Ｉ_ｃの一例を模式的に表す。
図３（ｄ）は、瞬時電力演算部１６で演算された有効電力の瞬時値Ｐ_ｉｎｓｔ、及び移動平均演算部１８の複数の移動平均フィルタ１８ａ～１８ｇで演算された有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆの一例を模式的に表す。
図３（ｅ）は、瞬時電力演算部１６で演算された無効電力の瞬時値Ｑ_ｉｎｓｔ、及び移動平均演算部２０の複数の移動平均フィルタ２０ａ～２０ｇで演算された無効電力の平均値Ｑ_ｍａｆの一例を模式的に表す。
図３（ｆ）は、移動平均演算部１８の複数の移動平均フィルタ１８ａ～１８ｇで演算された有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆの一例を模式的に表す。

図３（ａ）～図３（ｃ）に表したように、この例では、電圧信号Ｖ_ａ＝１ｐｕ（Per Unit）、電圧信号Ｖ_ｂ＝０．９ｐｕ、電圧信号Ｖ_ｃ＝０．８ｐｕ、電流信号Ｉ_ａ＝１ｐｕ、電流信号Ｉ_ｂ＝０．９ｐｕ、電流信号Ｉ_ｃ＝０．８ｐｕとした不平衡状態の例を表している。また、この例において、電圧信号Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ、Ｖ_ｃ及び電流信号Ｉ_ａ、Ｉ_ｂ、Ｉ_ｃの周波数は、５０Ｈｚである。

図３（ｄ）に表したように、不平衡状態であるため、有効電力の瞬時値Ｐ_ｉｎｓｔには、１００Ｈｚの動揺成分が表れている。これに対し、有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆでは、データ長の２０ｍｓ以降については、有効電力の瞬時値Ｐ_ｉｎｓｔの動揺成分が、抑制できている。

なお、図３（ｄ）では、複数の移動平均フィルタ１８ａ～１８ｇで演算された有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆが重なって一本の線状に見えている。同様に、図３（ｅ）では、複数の移動平均フィルタ２０ａ～２０ｇで演算された無効電力の平均値Ｑ_ｍａｆが重なって一本の線状に見えている。

図３（ｆ）は、図３（ｄ）に表した移動平均フィルタ１８ａ～１８ｇの有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆの２０ｍｓ以降の部分を拡大して表している。図３（ｆ）に表したように、この例では、電圧信号Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ、Ｖ_ｃ及び電流信号Ｉ_ａ、Ｉ_ｂ、Ｉ_ｃの周波数が５０Ｈｚであるため、データ数Ｌを４００とした移動平均フィルタ１８ｄによって演算された有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆにおいて、有効電力の瞬時値Ｐ_ｉｎｓｔの動揺成分を最も良く抑制できている。そして、データ数Ｌが、４００から離れるほど、有効電力の瞬時値Ｐ_ｉｎｓｔの動揺成分の影響が残ってしまうことが分かる。

このように、三相交流電力の一周期分のデータの移動平均を演算することにより、有効電力の瞬時値Ｐ_ｉｎｓｔに重畳する三相交流電力の周波数の倍の周波数の成分の変動を適切に抑制することができる。

平均値演算部２２には、移動平均演算部１８から複数の有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆが入力されるとともに、三相交流電力の周波数を表す周波数情報ｆが入力される。周波数情報ｆは、例えば、外部の周波数検出器や上位のコントローラなどからネットワークなどを介して平均値演算部２２に入力される。

平均値演算部２２は、移動平均演算部１８から入力された複数の有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆ、及び周波数情報ｆを基に、三相交流電力の周波数に対応した有効電力の平均値Ｐ_ａｖｅを演算する。

図４は、平均値演算部の動作の一例を模式的に表すグラフである。
図４は、データ数Ｌ（三相交流電力の周波数）と、移動平均演算部１８で演算された有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆと、の関係の一例を表している。なお、図４に表した例では、図２（ａ）に表した例よりも多くの有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆを移動平均演算部１８で演算した例を表している。図４では、１９個の有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆを演算した例を表している。

図４に表したように、移動平均演算部１８で演算される有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆは、所定のデータ数Ｌに対応する離散的なデータとして取得される。このため、三相交流電力の現在の周波数が、各データ数Ｌの間にある場合には、移動平均演算部１８の演算結果からでは、有効電力の瞬時値Ｐ_ｉｎｓｔに重畳する三相交流電力の周波数の倍の周波数の成分の変動を適切に抑制することが難しい。

一方で、図４に表したように、各データ数Ｌの間の有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆの変化は、各データ数Ｌの有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆの間において、連続的かつ単調であると判断される。

このため、平均値演算部２２は、移動平均演算部１８で演算された複数の有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆのうち、周波数情報ｆの表す周波数に近い周波数（データ数Ｌ）の所定数の有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆを選択し、選択した所定数の有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆの線形内挿により、三相交流電力の周波数に対応した有効電力の平均値Ｐ_ａｖｅを演算する。所定数は、例えば、２つ又は３つ程度であることが好適である。但し、所定数は、これに限ることなく、サンプリング周期Δｔやデータ数Ｌなどの設定に応じた任意の数とすればよい。

例えば、周波数情報ｆの表す周波数が、５０．１Ｈｚである場合、上記の（Ｃ）式より、対応するデータ数Ｌは、約３９９．２となる。この場合、平均値演算部２２は、例えば、図４のデータ数Ｌ＝３９５の有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆとデータ数Ｌ＝４００の有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆとを選択し、選択した２つの有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆの線形内挿により、三相交流電力の周波数に対応した有効電力の平均値Ｐ_ａｖｅを演算する。これにより、三相交流電力の周波数が変動し、三相交流電力の現在の周波数が、各データ数Ｌの間にある場合にも、有効電力の瞬時値Ｐ_ｉｎｓｔに重畳する三相交流電力の周波数の倍の周波数の成分の変動を適切に抑制した有効電力の平均値Ｐ_ａｖｅを得ることができる。

なお、平均値演算部２２による有効電力の平均値Ｐ_ａｖｅの演算方法は、上記に限定されるものではない。例えば、図４において破線で表したように、移動平均演算部１８で演算された複数の有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆの近似曲線ＣＡを演算し、近似曲線ＣＡを基に、有効電力の平均値Ｐ_ａｖｅを演算してもよい。

しかしながら、この場合には、近似曲線ＣＡの演算が複雑になるとともに、複数の有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆのいずれかの部分において、電力値にずれが生じてしまう可能性がある。上記のように、移動平均演算部１８で演算された複数の有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆのうち、周波数情報ｆの表す周波数に近い周波数の所定数の有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆを選択し、選択した所定数の有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆの線形内挿により、三相交流電力の周波数に対応した有効電力の平均値Ｐ_ａｖｅを演算する。これにより、比較的簡単な演算で、有効電力の平均値Ｐ_ａｖｅをより適切に演算することができる。

平均値演算部２４には、移動平均演算部２０から複数の無効電力の平均値Ｑ_ｍａｆが入力されるとともに、三相交流電力の周波数を表す周波数情報ｆが入力される。平均値演算部２４は、平均値演算部２２と同様に、移動平均演算部２０から入力された複数の無効電力の平均値Ｑ_ｍａｆ、及び周波数情報ｆを基に、三相交流電力の周波数に対応した無効電力の平均値Ｑ_ａｖｅを演算する。

これにより、三相交流電力の周波数が変動し、三相交流電力の現在の周波数が、各データ数Ｌの間にある場合にも、無効電力の瞬時値Ｑ_ｉｎｓｔに重畳する三相交流電力の周波数の倍の周波数の成分の変動を適切に抑制した無効電力の平均値Ｑ_ａｖｅを得ることができる。

このように、本実施形態に係る電力計測装置１０では、系統擾乱下において周波数変動が発生した際にも、変動を適切に抑制した有効電力の平均値Ｐ_ａｖｅと無効電力の平均値Ｑ_ａｖｅとを得ることができる。従って、本実施形態に係る電力計測装置１０によれば、系統擾乱下において周波数変動が発生した際にも、有効電力の平均値Ｐ_ａｖｅと無効電力の平均値Ｑ_ａｖｅとを基に、平均皮相電力をより正確に計測することができる。平均皮相電力をＳとする時、Ｓ^２＝Ｐ_ａｖｅ ^２＋Ｑ_ａｖｅ ^２の式より、平均皮相電力を計測することができる。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る電力計測装置を模式的に表すブロック図である。
図５に表したように、電力計測装置１０ａは、中央値フィルタ２６（第１中央値フィルタ）、中央値フィルタ２８（第２中央値フィルタ）をさらに備える。なお、上記第１の実施形態と機能・構成上実質的に同じものについては、同符号を付し、詳細な説明は省略する。

中央値フィルタ２６には、平均値演算部２２によって演算された有効電力の平均値Ｐ_ａｖｅが入力される。中央値フィルタ２６は、平均値演算部２２によって演算された所定数の有効電力の平均値Ｐ_ａｖｅの中央値Ｐ_ｍｅｄを演算する。

中央値フィルタ２８には、平均値演算部２４によって演算された無効電力の平均値Ｑ_ａｖｅが入力される。中央値フィルタ２８は、中央値フィルタ２６と同様に、平均値演算部２４によって演算された所定数の無効電力の平均値Ｑ_ａｖｅの中央値Ｑ_ｍｅｄを演算する。

中央値フィルタ２６、２８が中央値Ｐ_ｍｅｄ、Ｑ_ｍｅｄを演算する所定数は、例えば、１０個～２０個程度である。但し、所定数は、これに限ることなく、任意の数でよい。所定数は、中央値フィルタ２６、２８で必ずしも同じである必要はなく、異なってもよい。

図６は、第２の実施形態に係る電力計測装置の動作の一例を模式的に表すブロック図である。
図６は、平均値演算部２２によって演算された有効電力の平均値Ｐ_ａｖｅ、中央値フィルタ２６によって演算された有効電力の平均値Ｐ_ａｖｅの中央値Ｐ_ｍｅｄ、及び有効電力の参考の平均値Ｐ_ｒｅｆの一例を模式的に表している。有効電力の参考の平均値Ｐ_ｒｅｆは、三相交流電力の公称の周波数に対応するデータ数Ｌの移動平均フィルタで演算された有効電力の移動平均値である。

図６では、三相交流電力のうちの一相の電圧及び電流をゼロとした不平衡状態とし、かつタイミングｔ１とタイミングｔ２との間において周波数が５０Ｈｚから５１Ｈｚに変動した場合の電力計測装置１０ａの動作の一例を模式的に表している。

図６に表したように、移動平均フィルタのデータ数Ｌを固定した有効電力の参考の平均値Ｐ_ｒｅｆは、周波数の変動が発生したタイミングｔ１とタイミングｔ２との間において、大きく変動している。

これに対し、平均値演算部２２によって演算された有効電力の平均値Ｐ_ａｖｅでは、有効電力の参考の平均値Ｐ_ｒｅｆと比べて、周波数の変動が発生したタイミングｔ１とタイミングｔ２との間においても、変動を適切に抑制できている。そして、中央値フィルタ２６によって演算された有効電力の平均値Ｐ_ａｖｅの中央値Ｐ_ｍｅｄでは、有効電力の平均値Ｐ_ａｖｅと比べて、周波数の変動が発生したタイミングｔ１とタイミングｔ２との間において、より変動を抑制できている。

このように、電力計測装置１０ａは、中央値フィルタ２６、２８をさらに備え、有効電力の平均値Ｐ_ａｖｅの中央値Ｐ_ｍｅｄ、及び無効電力の平均値Ｑ_ａｖｅの中央値Ｑ_ｍｅｄを演算する。これにより、本実施形態に係る電力計測装置１０ａでは、系統擾乱下において周波数変動が発生した際にも、有効電力の平均値Ｐ_ａｖｅの中央値Ｐ_ｍｅｄと無効電力の平均値Ｑ_ａｖｅの中央値Ｑ_ｍｅｄとを基に、平均皮相電力をより正確に計測することができる。

（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態に係る電力計測装置を模式的に表すブロック図である。
図７に表したように、電力計測装置１０ｂは、周波数検出器３０をさらに備える。周波数検出器３０は、三相交流電力の周波数を検出し、検出した周波数の周波数情報ｆを平均値演算部２２、２４に入力する。

電力計測装置１０ｂにおいて、平均値演算部２２は、移動平均演算部１８から入力された複数の有効電力の平均値Ｐ_ｍａｆ、及び周波数検出器３０から入力された周波数情報ｆを基に、三相交流電力の周波数に対応した有効電力の平均値Ｐ_ａｖｅを演算する。同様に、平均値演算部２４は、移動平均演算部１８から入力された複数の無効電力の平均値Ｑ_ｍａｆ、及び周波数検出器３０から入力された周波数情報ｆを基に、三相交流電力の周波数に対応した無効電力の平均値Ｑ_ａｖｅを演算する。

図８は、周波数検出器を模式的に表すブロック図である。
図８に表したように、周波数検出器３０は、直交座標信号生成部３２と、周波数演算部３４と、を備える。周波数検出器３０は、三相交流電力の電力系統の周波数を検出する。

直交座標信号生成部３２は、三相交流電力の三相の電圧信号Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ、Ｖ_ｃから直交する二相の電圧信号Ｖ_α´、Ｖ_β´を生成する。三相の電圧信号Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ、Ｖ_ｃは、例えば、電圧検出器などによって検出され、直交座標信号生成部３２に入力される。三相の電圧信号Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ、Ｖ_ｃは、例えば、所定のサンプリング周期で入力される三相交流電圧の瞬時値である。

直交座標信号生成部３２は、三相二相変換部４０と、回転座標変換部４１と、移動平均フィルタ４２、４３と、逆変換部４４と、を有する。

三相二相変換部４０は、三相の電圧信号Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ、Ｖ_ｃをαβ変換（クラーク変換）により、α相とβ相の二相の電圧信号Ｖ_α、Ｖ_βに変換する。

回転座標変換部４１には、二相の電圧信号Ｖ_α、Ｖ_βが入力されるとともに、電力系統の公称の角周波数ω_ｎを積分して得られる公称の位相θ_ｎが入力される。回転座標変換部４１は、いわゆるｄｑ変換（パーク変換）により、直交二軸座標の電圧信号Ｖ_α、Ｖ_βを位相θ_ｎに同期した座標系（ｄｑ座標）の電圧信号Ｖ_ｄ、Ｖ_ｑに回転座標変換する。電圧信号Ｖ_ｄは、三相交流電力（電圧信号Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ、Ｖ_ｃ）のｄ軸成分を表す電圧信号であり、電圧信号Ｖ_ｑは、電力系統の三相交流電力（電圧信号Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ、Ｖ_ｃ）のｑ軸成分を表す電圧信号である。

移動平均フィルタ４２は、電圧信号Ｖ_ｄの移動平均を演算することにより、移動平均演算後の電圧信号Ｖ_ｄ´を出力する。同様に、移動平均フィルタ４３は、電圧信号Ｖ_ｑの移動平均を演算することにより、移動平均演算後の電圧信号Ｖ_ｑ´を出力する。このように、移動平均フィルタ４２、４３は、電圧信号Ｖ_ｄ、Ｖ_ｑの移動平均を演算することにより、電圧信号Ｖ_ｄ、Ｖ_ｑの高周波成分を抑制する。移動平均フィルタ４２、４３は、例えば、電圧信号Ｖ_ｄ、Ｖ_ｑに含まれる高調波成分を抑制する。これにより、例えば、三相の電圧不平衡、高調波、及びノイズなどの電力系統側のトラブルが、周波数の検出に影響を与えてしまうことを抑制することができる。

逆変換部４４は、回転座標系の電圧信号Ｖ_ｄ´、Ｖ_ｑ´を直交二軸座標系に逆変換することにより、電圧信号Ｖ_ｄ´、Ｖ_ｑ´から移動平均演算後の直交二軸座標の電圧信号Ｖ_α´、Ｖ_β´に変換する。これにより、直交座標信号生成部３２は、三相の電圧信号Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ、Ｖ_ｃから直交する二相の電圧信号Ｖ_α´、Ｖ_β´を生成する。

周波数演算部３４は、直交座標信号生成部３２によって生成された二相の電圧信号Ｖ_α´、Ｖ_β´を基に、周波数情報ｆを演算する。周波数演算部３４は、ＰＬＬ（Phase-Locked-Loop）の演算を用いることにより、二相変換後の電圧信号Ｖ_α´、Ｖ_β´に同期した同期位相θ_{αβＰＬＬ}を検出するとともに、同期位相θ_{αβＰＬＬ}の検出過程で得られる角周波数ωから周波数情報ｆを演算する。

周波数演算部３４は、角周波数演算部ＡＦＰを有する。角周波数演算部ＡＦＰは、例えば、演算器５０、５１、５２と、乗算器５３、５４と、減算器５５と、演算器５６、５７と、積分器５８と、加算器５９、６０と、積分器６１と、演算器６２と、減算器６３と、を有する。

演算器５０は、二相の電圧信号Ｖ_α´、Ｖ_β´からｃｏｓθ_ｎとｓｉｎθ_ｎとを演算する。演算器５０は、Ｖ_α´／√（Ｖ_α´^２＋Ｖ_β´^２）の式により、ｃｏｓθ_ｎを演算し、Ｖ_β´／√（Ｖ_α´^２＋Ｖ_β´^２）の式により、ｓｉｎθ_ｎを演算する。演算器５０は、演算したｃｏｓθ_ｎを乗算器５３に入力し、演算したｓｉｎθ_ｎを乗算器５４に入力する。

演算器５１は、検出された同期位相θ_{αβＰＬＬ}を基に、ｓｉｎθ_{αβＰＬＬ}を演算し、ｓｉｎθ_{αβＰＬＬ}を乗算器５３に入力する。

演算器５２は、検出された同期位相θ_{αβＰＬＬ}を基に、ｃｏｓθ_{αβＰＬＬ}を演算し、ｃｏｓθ_{αβＰＬＬ}を乗算器５４に入力する。

乗算器５３は、入力されたｃｏｓθ_ｎとｓｉｎθ_{αβＰＬＬ}とを乗算し、乗算結果を減算器５５に入力する。

乗算器５４は、入力されたｓｉｎθ_ｎとｃｏｓθ_{αβＰＬＬ}とを乗算し、乗算結果を減算器５５に入力する。

減算器５５は、ｓｉｎθ_ｎ・ｃｏｓθ_{αβＰＬＬ}－ｃｏｓθ_ｎ・ｓｉｎθ_{αβＰＬＬ}を演算することにより、電力系統の位相θ_ｎと同期位相θ_{αβＰＬＬ}との誤差位相Δθを演算する。周波数演算部３４は、
Δθ＝θ_ｎ－θ_{αβＰＬＬ}≒ｓｉｎθ_ｎ・ｃｏｓθ_{αβＰＬＬ}－ｃｏｓθ_ｎ・ｓｉｎθ_{αβＰＬＬ}
として、誤差位相Δθを演算する。

演算器５６は、誤差位相Δθに比例ゲインＫ_Ｐを乗算し、乗算結果を加算器５９に入力する。

演算器５７は、誤差位相Δθに積分ゲインＫ_Ｉを乗算し、乗算結果を積分器５８に入力する。

積分器５８は、誤差位相Δθと積分ゲインＫ_Ｉとの乗算結果を積分し、積分値を加算器５９に入力する。

加算器５９は、演算器５６の乗算結果と積分器５８の積分値とを加算する。演算器５６、５７、積分器５８、及び加算器５９は、いわゆる比例積分制御により、誤差位相Δθをゼロにするための角周波数の指令値Δωを演算する。

加算器６０には、加算器５９によって演算された角周波数の指令値Δωが入力されるとともに、電力系統の公称の角周波数ω_ｎが入力される。加算器６０は、角周波数の指令値Δωと電力系統の公称の角周波数ω_ｎとを加算することにより、電力系統の角周波数ωを演算する。このように、角周波数演算部ＡＦＰは、二相の電圧信号Ｖ_α´、Ｖ_β´を基に、比例積分制御を行うことにより、角周波数ωを演算する。

積分器６１は、加算器６０によって演算された角周波数ωを積分することにより、角周波数ωから同期位相θを演算する。積分器６１は、演算した同期位相θを減算器６３に入力する。

演算器６２は、積分器５８の積分結果に定数Ｋ_φを乗算することにより、補正値を演算する。定数Ｋ_φは、Ｋ_φ＝（Ｔ_ω－Ｔ_ＳＰ）／２によって求められる。Ｔ_ＳＰは、電圧信号Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ、Ｖ_ｃのサンプリング周期を表す。Ｔ_ωは、移動平均フィルタ４２、４３の窓長を表す。Ｔ_ωは、移動平均フィルタ４２、４３の平均数をＮとするとき、Ｎ・Ｔ_ＳＰで表される。演算器６２は、演算した補正値を減算器６３に入力する。

減算器６３は、同期位相θから補正値を減算することにより、同期位相θを補正する。この補正により、減算器６３は、同期位相θ_{αβＰＬＬ}を演算する。

角周波数演算部ＡＦＰは、検出した同期位相θ_{αβＰＬＬ}を演算器５１、５２にフィードバックすることにより、同期位相θ_{αβＰＬＬ}を電力系統の位相θ_ｎと同期させる。このように、角周波数演算部ＡＦＰは、角周波数ωを基に、移動平均を演算した後の二相の電圧信号Ｖ_α´、Ｖ_β´に同期した同期位相θ_{αβＰＬＬ}を検出するとともに、電力系統の公称の位相θ_ｎと同期位相θ_{αβＰＬＬ}との誤差位相Δθを演算し、誤差位相Δθをゼロにするように角周波数ωを演算する。この例の角周波数演算部ＡＦＰ（周波数演算部３４）のＰＬＬの構成は、例えば、αβＥＰＭＡＦＰＬＬ（αβ Enhanced Pre-filtering Moving Average Filter PLL）と呼ばれる場合がある。

周波数演算部３４は、演算器６５と、レートリミッタ６６と、減算器６７、６８と、予測演算器７０と、スイッチング素子７１と、切替回路７２と、をさらに有する。周波数演算部３４は、演算した角周波数ωから周波数情報ｆを演算する。加算器６０は、演算した角周波数ωを積分器６１に入力するとともに、角周波数ωをレートリミッタ６６に入力する。

レートリミッタ６６は、所定の変化率以上の角周波数ωの変化を制限することにより、所定の変化率以上の周波数情報ｆの変化を制限する。レートリミッタ６６は、例えば、４Ｈｚ／ｓｅｃ以上の周波数情報ｆの変化を抑制する。

このように、レートリミッタ６６を設けることにより、三相交流電力に位相跳躍などが発生した場合にも、周波数情報ｆの急激な変動を抑制し、周波数情報ｆの演算の誤差を小さくすることができる。

減算器６７は、レートリミッタ６６の入力側及び出力側と接続されている。減算器６７は、レートリミッタ６６の入力値からレートリミッタ６６の出力値を減算する。すなわち、減算器６７は、レートリミッタ６６の入力値と出力値との差分を演算する。角周波数ωの演算値が急に大きくなり、レートリミッタ６６によって角周波数ωが制限され、レートリミッタ６６の出力値がレートリミッタ６６の入力値よりも小さくなると、その差分が減算器６７によって演算される。減算器６７は、差分の演算結果を減算器６８に入力する。

減算器６８は、角周波数演算部ＡＦＰの演算器５７と積分器５８との間に設けられる。減算器６８は、誤差位相Δθに積分ゲインＫ_Ｉを乗算した演算器５７の乗算結果から減算器６７の差分の演算結果を減算する。すなわち、減算器６８は、レートリミッタ６６が角周波数ωを制限した際に、レートリミッタ６６によって制限された分を比例積分制御の積分動作の演算から減算する。

このように、周波数演算部３４は、減算器６７、６８を設け、レートリミッタ６６の入出力差を角周波数演算部ＡＦＰの比例積分制御の演算にフィードバックする。これにより、三相交流電力に位相跳躍などが発生した場合にも、周波数情報ｆの急激な変動をより確実に抑制し、周波数情報ｆの演算の誤差をより小さくすることができる。こうしたフィードバックの制御は、例えば、Anti reset wind upと呼ばれる場合がある。

予測演算器７０は、レートリミッタ６６と直列的に設けられる。予測演算器７０は、レートリミッタ６６から出力された角周波数ω及びその角周波数ωの微分値を基に、所定時間経過後の角周波数ωの予測値ω´を演算する。

スイッチング素子７１は、レートリミッタ６６のみを演算器６５に直列に接続する状態と、レートリミッタ６６と予測演算器７０と演算器６５とを直列に接続する状態と、を選択的に切り替える。この際、スイッチング素子７１は、どちらの状態においてもレートリミッタ６６の出力を減算器６７に入力し、レートリミッタ６６の入出力差が、角周波数演算部ＡＦＰの比例積分制御の演算にフィードバックされるようにする。

切替回路７２は、レートリミッタ６６から出力された角周波数ωを演算器６５に入力する第１状態と、予測演算器７０から出力された予測値ω´を演算器６５に入力する第２状態と、を選択的に切り替える。切替回路７２は、例えば、スイッチング素子７１による経路の切り替えを制御することにより、第１状態と第２状態とを選択的に切り替える。

但し、第１状態と第２状態との切り替えは、これに限定されるものではない。例えば、レートリミッタ６６のみを動作させることによって第１状態とし、レートリミッタ６６と予測演算器７０とを動作させることによって第２状態としてもよい。この場合、スイッチング素子７１は、省略可能である。

切替回路７２には、直交座標信号生成部３２の回転座標変換部４１によって演算されたｄ軸成分の電圧信号Ｖ_ｄと、ｑ軸成分の電圧信号Ｖ_ｑと、が入力される。切替回路７２は、入力された電圧信号Ｖ_ｄ、Ｖ_ｑを基に、電力系統の位相跳躍の検出を行う。切替回路７２は、電力系統の位相跳躍を検出していない状態においては、第１状態を選択し、角周波数ωを演算器６５に入力する。そして、切替回路７２は、電力系統の位相跳躍を検出した際に、第２状態を一定時間選択し、予測値ω´を演算器６５に一定時間入力する。切替回路７２は、一定時間の経過の後、第２状態から第１状態に戻る。

演算器６５は、角周波数ω又は角周波数ωの予測値ω´に１／２πを乗算することにより、角周波数ω又は予測値ω´から周波数情報ｆを演算する。

このように、周波数演算部３４は、二相の電圧信号Ｖ_α´、Ｖ_β´から三相交流電力の周波数情報ｆを演算する。周波数検出器３０は、三相の電圧信号Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ、Ｖ_ｃから三相交流電力の周波数情報ｆを検出する。

図９は、切替回路を模式的に表すブロック図である。
図９に表したように、切替回路７２は、微分回路８０と、絶対値演算回路８１と、微分回路８２と、絶対値演算回路８３と、加算器８４と、判定回路８５と、を有する。切替回路７２には、回転座標変換部４１によって演算された電圧信号Ｖ_ｄ、Ｖ_ｑが入力される。

微分回路８０は、電圧信号Ｖ_ｄの微分値を演算する。換言すれば、微分回路８０は、電圧信号Ｖ_ｄの傾きを演算する。絶対値演算回路８１は、微分回路８０によって演算された電圧信号Ｖ_ｄの微分値の絶対値を演算する。

同様に、微分回路８２は、電圧信号Ｖ_ｑの微分値を演算する。換言すれば、微分回路８２は、電圧信号Ｖ_ｑの傾きを演算する。絶対値演算回路８３は、微分回路８２によって演算された電圧信号Ｖ_ｑの微分値の絶対値を演算する。

加算器８４は、電圧信号Ｖ_ｄの微分値の絶対値と、電圧信号Ｖ_ｑの微分値の絶対値と、の合計値を演算し、演算した合計値を判定回路８５に入力する。

判定回路８５は、入力された合計値が所定値以上か否かを判定する。三相交流電力に位相跳躍が発生すると、三相交流電力のｄ軸成分を表す電圧信号Ｖ_ｄ及びｑ軸成分を表す電圧信号Ｖ_ｑは、急激に変化する。このため、電圧信号Ｖ_ｄの微分値の絶対値と電圧信号Ｖ_ｑの微分値の絶対値との合計値が所定値以上になった場合には、三相交流電力に位相跳躍が発生したと考えることができる。

判定回路８５は、スイッチング素子７１の経路の切り替えを行う。判定回路８５は、合計値が所定値未満である場合には、スイッチング素子７１をレートリミッタ６６の出力を演算器６５に入力する状態とする。すなわち、判定回路８５は、電力系統に位相跳躍が発生していないと判断した場合には、第１状態を選択する。

判定回路８５は、合計値が所定値以上である場合には、スイッチング素子７１を予測演算器７０の出力を演算器６５に入力する状態とする。すなわち、判定回路８５は、三相交流電力に位相跳躍が発生していると判断した場合には、第２状態を選択する。

このように、切替回路７２は、電圧信号Ｖ_ｄの微分値の絶対値と電圧信号Ｖ_ｑの微分値の絶対値との合計値が所定値未満である場合に第１状態を選択し、合計値が所定値以上である場合に第２状態を選択する。

判定回路８５は、第１状態から第２状態に切り替えた場合、例えば、第１状態から第２状態への切り替えのタイミングから一定時間が経過したか否かを判定し、一定時間が経過した後に、第２状態から第１状態に戻す。

すなわち、周波数演算部３４は、レートリミッタ６６から出力された角周波数ωを基に系統周波数ｆを演算するとともに、電力系統に位相跳躍が発生していると判断した場合には、予測演算器７０から出力された予測値ω´に一定時間切り替え、位相跳躍の発生の判断から一定時間については、予測値ω´を基に系統周波数ｆを演算する。

なお、周波数検出器３０は、位相跳躍の発生の検出結果を外部に出力する機能を有してもよい。これにより、例えば、周波数検出器３０を備えた電力計測装置１０ｂなどにおいて、位相跳躍の発生の検出結果を活用することが可能となり、周波数検出器３０の機能性をより高めることができる。

図１０は、予測演算器を模式的に表すブロック図である。
図１０に表したように、予測演算器７０は、加算器９０と、微分回路９１と、積分回路９２と、を有する。

予測演算器７０は、レートリミッタ６６から出力された角周波数ωを加算器９０に入力するとともに、微分回路９１に入力する。予測演算器７０は、より詳しくは、三相交流電力に位相跳躍が発生していると判断された時点ｔ０における角周波数ω（ｔ０）を加算器９０及び微分回路９１に入力する。

微分回路９１は、入力された角周波数ω（ｔ０）を時間で微分した微分値ｄω（ｔ０）／ｄｔを演算する。積分回路９２は、微分値ｄω（ｔ０）／ｄｔを積分することにより、位相跳躍が発生していると判断された時点ｔ０から所定時間ｔ経過した後の角周波数ωの予測変化量（ｔ－ｔ０）×ｄω（ｔ０）／ｄｔを演算し、予測変化量（ｔ－ｔ０）×ｄω（ｔ０）／ｄｔを加算器９０に入力する。

加算器９０は、位相跳躍が発生していると判断された時点ｔ０における角周波数ω（ｔ０）と、予測変化量（ｔ－ｔ０）×ｄω（ｔ０）／ｄｔと、を加算することにより、角周波数ωの予測値ω´を演算する。すなわち、予測演算器７０は、以下の（１）式により、予測値ω´を演算する。

このように、予測演算器７０は、角周波数ω及びその角周波数ωの微分値を基に、所定時間経過後の角周波数ωの予測値ω´を演算する。予測演算器７０は、例えば、（１）式に表したように、予測値ω´の演算に用いる角周波数ω及び微分値を、位相跳躍が発生していると判断された時点ｔ０における角周波数ω（ｔ０）、及び微分値ｄω（ｔ０）／ｄｔに固定する。

図１１（ａ）～図１１（ｇ）は、周波数検出器の動作の一例を模式的に表すグラフである。
図１１（ａ）～図１１（ｇ）の横軸は、時間である。
図１１（ａ）の縦軸は、三相の電圧信号Ｖ_ａの一例である。
図１１（ｂ）の縦軸は、三相の電圧信号Ｖ_ｂの一例である。
図１１（ｃ）の縦軸は、三相の電圧信号Ｖ_ｃの一例である。
図１１（ｄ）の縦軸は、回転座標系の電圧信号Ｖ_ｄの一例である。
図１１（ｅ）の縦軸は、加算器６０によって演算された角周波数ωからレートリミッタ６６などを通すことなく、そのまま演算器６５で演算した参考の系統周波数ｆの一例である。
図１１（ｆ）の縦軸は、周波数検出器３０の構成において、位相跳躍が発生した場合にも、予測演算器７０に切り替えることなく、レートリミッタ６６から出力された角周波数ωを演算器６５に入力して演算した参考の周波数情報ｆの一例である。
図１１（ｇ）の縦軸は、周波数検出器３０の構成によって演算した周波数情報ｆの一例である。

図１１（ａ）～図１１（ｇ）では、時刻Ｔ１において約３０度の位相跳躍が発生した場合の一例を表している。また、図１１（ａ）～図１１（ｇ）では、三相交流電力の実際の周波数を５０Ｈｚに設定している。

図１１（ｄ）に表したように、位相跳躍が発生すると、三相交流電力のｄ軸成分を表す電圧信号Ｖ_ｄは、急激に変化する。同様に、ｑ軸成分を表す電圧信号Ｖ_ｑも、急激に変化する。

図１１（ｅ）に表したように、レートリミッタ６６などを用いることなく周波数情報ｆを演算した場合には、位相跳躍の発生時に５Ｈｚ程度の誤計測が発生している。

これに対して、図１１（ｆ）に表したように、レートリミッタ６６の入出力差を比例積分制御の演算にフィードバックする構成では、位相跳躍が発生した時の誤計測を１Ｈｚ程度に抑えることができている。

そして、位相跳躍の発生を検出した時にレートリミッタ６６の角周波数ωから予測演算器７０の予測値ω´に切り替える周波数検出器３０では、位相跳躍が発生した時の誤計測をさらに抑えることができている。周波数検出器３０では、誤計測を０．０１Ｈｚ程度に抑えることができている。

例えば、図１１に表した例のように、三相交流電力の実際の周波数が実質的に一定である場合、位相跳躍が発生していると判断された時点ｔ０における角周波数ω（ｔ０）の微分値ｄω（ｔ０）／ｄｔは、実質的に０である。従って、この場合には、ω´≒ω（ｔ０）となり、周波数情報ｆの変動を抑制することができる。

図１２（ａ）～図１２（ｃ）は、周波数検出器の動作の一例を模式的に表すグラフである。
図１２（ａ）～図１２（ｃ）の横軸は、時間である。
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）の縦軸は、周波数検出器３０の構成において、位相跳躍が発生した場合にも、予測演算器７０に切り替えることなく、レートリミッタ６６から出力された角周波数ωを演算器６５に入力して演算した参考の周波数情報ｆの一例である。 図１２（ｃ）の縦軸は、周波数検出器３０の構成によって演算した周波数情報ｆの一例である。

図１２（ａ）～図１２（ｃ）では、三相交流電力の実際の周波数Ｆ_Ｔが、レートリミッタ６６の変化率よりも小さい変化率で変動している条件において、演算された周波数情報ｆの一例を模式的に表している。また、図１２（ａ）では、時刻Ｔ２において正の方向に位相跳躍が発生した場合の一例を表している。図１２（ｂ）では、時刻Ｔ２において負の方向に位相跳躍が発生した場合の一例を表している。

本願発明者は、鋭意の検討の結果、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に表したように、三相交流電力の実際の周波数Ｆ_Ｔが、レートリミッタ６６の変化率よりも小さい変化率で変動している場合に、レートリミッタ６６から出力された角周波数ωを用いて周波数情報ｆを演算すると、周波数情報ｆの誤計測が発生し、レートリミッタ６６の変化率に応じて周波数情報ｆが変動してしまうことを見出した。また、本願発明者は、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に表したように、位相が正の方向に跳躍した場合には、周波数情報ｆが高くなる方向に変動し、位相が負の方向に跳躍した場合には、周波数情報ｆが低くなる方向に変動することを見出した。

これに対し、予測演算器７０の予測値ω´を用いて周波数情報ｆを演算する場合には、位相跳躍が発生していると判断された時点ｔ０における角周波数ω（ｔ０）の微分値ｄω（ｔ０）／ｄｔを基に、三相交流電力の実際の周波数Ｆ_Ｔの変動（傾き）を予測することができる。

従って、周波数検出器３０では、図１２（ｃ）に表したように、三相交流電力の実際の周波数Ｆ_Ｔが、レートリミッタ６６の変化率よりも小さい変化率で変動している状態で位相跳躍が発生した場合においても、位相跳躍が発生した時の周波数情報ｆの誤計測を抑制することができる。

以上、説明したように、本実施形態に係る周波数検出器３０は、レートリミッタ６６から出力された角周波数ωを基に周波数情報ｆを演算するとともに、三相交流電力に位相跳躍が発生していると判断した場合には、予測演算器７０から出力された予測値ω´に一定時間切り替え、位相跳躍の発生の判断から一定時間については、予測値ω´を基に周波数情報ｆを演算する。これにより、三相交流電力に位相跳躍などが発生した場合にも、周波数情報ｆの急激な変動を抑制し、周波数情報ｆの演算の誤差を小さくすることができる。また、周波数情報ｆの演算は、オープンループのため、周波数情報ｆを演算する部分にレートリミッタ６６を設けたとしても、ＰＬＬによる電圧位相追従の速度に影響を与えることを抑制することができる。従って、周波数情報ｆの変化に対して高速に追従できるとともに、系統擾乱が発生した際にも周波数情報ｆの誤検出を抑制できる周波数検出器３０を提供することができる。

予測演算器７０に切り替える一定時間は、例えば、１０ｍｓｅｃ以上３００ｍｓｅｃ以下程度である。一定時間が短すぎると、例えば、図１２（ａ）や図１２（ｂ）などに表したように、レートリミッタ６６によって演算される周波数情報ｆが変動している状態で、レートリミッタ６６を用いた周波数情報ｆの演算に戻ってしまうことが懸念される。このため、一定時間は、１０ｍｓｅｃ以上であることが好ましい。一方、一定時間が長すぎると、三相交流電力の実際の周波数Ｆ_Ｔの変化の傾きが変動した際に、周波数情報ｆの誤検出が発生してしまうことが懸念される。このため、一定時間は、３００ｍｓｅｃ以下であることが好ましい。一定時間は、例えば、１００ｍｓｅｃ以上２００ｍｓｅｃ以下程度であることがより好適である。これにより、周波数情報ｆの誤検出をより適切に抑制することができる。

このように、本実施形態に係る電力計測装置１０ｂは、周波数検出器３０をさらに備え、周波数検出器３０で検出された周波数情報ｆを基に、三相交流電力の周波数に対応した有効電力の平均値Ｐ_ａｖｅ、及び無効電力の平均値Ｑ_ａｖｅを演算する。これにより、三相交流電力に位相跳躍などが発生した場合にも、より正確な周波数情報ｆを基に、有効電力の平均値Ｐ_ａｖｅ、及び無効電力の平均値Ｑ_ａｖｅを演算することができ、平均皮相電力をより正確に計測することができる。

図１３は、予測演算器の変形例を模式的に表すブロック図である。
図１３に表したように、予測演算器７０ａは、移動平均フィルタ９３と、演算器９４と、をさらに有する。

移動平均フィルタ９３は、レートリミッタ６６から出力された角周波数ωの移動平均を演算し、移動平均演算後の角周波数ωを加算器９０及び微分回路９１に入力する。

微分回路９１は、移動平均フィルタ９３から入力された移動平均演算後の角周波数ω（ｔ０）を基に微分値ｄω（ｔ０）／ｄｔを演算し、微分値ｄω（ｔ０）／ｄｔを積分回路９２及び演算器９４に入力する。

積分回路９２は、上記と同様に、微分値ｄω（ｔ０）／ｄｔを積分することにより、角周波数ωの予測変化量（ｔ－ｔ０）×ｄω（ｔ０）／ｄｔを演算し、予測変化量（ｔ－ｔ０）×ｄω（ｔ０）／ｄｔを加算器９０に入力する。

演算器９４は、微分回路９１から入力された微分値ｄω（ｔ０）／ｄｔに所定の係数delaycompを乗算することにより、積分回路９２で演算される予測変化量の補正値を演算する。演算器９４は、演算した補正値を加算器９０に入力する。

加算器９０は、位相跳躍が発生していると判断された時点ｔ０における角周波数ω（ｔ０）と、予測変化量（ｔ－ｔ０）×ｄω（ｔ０）／ｄｔと、補正値と、を加算することにより、角周波数ωの予測値ω´を演算する。すなわち、予測演算器７０ａは、以下の（２）式により、予測値ω´を演算する。

このように、予測演算器７０ａは、角周波数ω（ｔ０）と、予測変化量（ｔ－ｔ０）×ｄω（ｔ０）／ｄｔと、補正値と、を基に、予測値ω´を演算する。

レートリミッタ６６から出力された角周波数ωには、電源ノイズや計測ノイズなどのノイズが乗っている可能性がある。微分回路９１で微分値ｄω（ｔ０）／ｄｔを演算する際に、角周波数ω（ｔ０）にノイズが乗っていると、ノイズに応じた傾きを誤って演算し、周波数情報ｆの誤検出を起こしてしまう可能性がある。

このため、予測演算器７０ａは、移動平均フィルタ９３をさらに有し、角周波数ωの移動平均を演算する。これにより、角周波数ωに乗るノイズの影響を抑制することができる。

一方で、移動平均フィルタ９３を設けると、移動平均フィルタ９３による位相遅れにより、予測値ω´に基づく周波数情報ｆの予測値に遅れが生じてしまう可能性がある。例えば、三相交流電力の実際の周波数Ｆ_Ｔが変動している状態で位相跳躍が発生した場合に、周波数情報ｆの予測値に遅れが生じてしまう可能性がある。

このため、予測演算器７０ａは、演算器９４をさらに有し、予測変化量の補正値を演算し、角周波数ω（ｔ０）と、予測変化量（ｔ－ｔ０）×ｄω（ｔ０）／ｄｔと、補正値と、を基に、予測値ω´を演算する。

演算器９４は、移動平均フィルタ９３による位相遅れを抑制するように補正値を演算する。演算器９４の係数delaycompは、例えば、移動平均フィルタ９３の窓長Ｔ_ωに応じて設定される。係数delaycompは、例えば、窓長Ｔ_ωの半分程度（０．４倍～０．６倍程度）の値に設定される。例えば、移動平均フィルタ９３の窓長Ｔ_ωが、４０ｍｓｅｃである場合には、係数delaycompは、２０ｍｓｅｃ（０．０２）の値に設定される。これにより、移動平均フィルタ９３による位相遅れを抑制することができる。

なお、移動平均フィルタ９３の窓長Ｔ_ωは、例えば、１０ｍｓｅｃ以上１００ｍｓｅｃ以下である。移動平均フィルタ９３の窓長Ｔ_ωを１０ｍｓｅｃ以上に設定することにより、角周波数ωに乗るノイズを適切に抑制することができる。移動平均フィルタ９３の窓長Ｔ_ωを１００ｍｓｅｃ以下に設定することにより、移動平均フィルタ９３による位相遅れが過度に長くなってしまうことを抑制することができる。

このように、予測演算器７０ａは、移動平均フィルタ９３によって角周波数ωに乗るノイズの影響を抑制するとともに、演算器９４によって移動平均フィルタ９３による位相遅れを抑制する。これにより、角周波数ωにノイズが乗っている場合においても、ノイズの影響を抑制し、周波数情報ｆの誤検出をより適切に抑制することができる。周波数情報ｆをより正確に検出することができる。

例えば、直交座標信号生成部３２に設けられた移動平均フィルタ４２、４３などで角周波数ωに乗るノイズを適切に抑制できる場合などには、移動平均フィルタ９３及び演算器９４を省略してもよい。すなわち、図１０に表した予測演算器７０の構成で周波数情報ｆを予測してもよい。

図１４は、周波数検出器の変形例を模式的に表すブロック図である。
図１４に表したように、周波数検出器３０ａでは、周波数演算部３４が、レートリミッタ７３（制限部）さらに有する。

レートリミッタ７３は、演算器６５とレートリミッタ６６との間、及び演算器６５と予測演算器７０との間に設けられる。換言すれば、レートリミッタ７３は、演算器６５とスイッチング素子７１との間に設けられる。これにより、レートリミッタ７３には、レートリミッタ６６から出力された角周波数ω及び予測演算器７０から出力された予測値ω´のいずれか一方が選択的に入力される。

レートリミッタ７３は、所定の変化率以上の角周波数ω又は予測値ω´の変化を制限することにより、所定の変化率以上の周波数情報ｆの変化を制限する。レートリミッタ７３は、例えば、４Ｈｚ／ｓｅｃ以上の周波数情報ｆの変化を抑制する。

このように、レートリミッタ７３を設けることにより、切替回路７２が第１状態と第２状態とを切り替えた際の周波数情報ｆの急激な変化を抑制することができる。すなわち、角周波数ωから予測値ω´に切り替わったタイミング、又は予測値ω´から角周波数ωに切り替わったタイミングにおいて、周波数情報ｆが急激に変化してしまうことを抑制することができる。

図１５は、周波数検出器の変形例を模式的に表すブロック図である。
図１５に表したように、周波数検出器３０ｂでは、周波数演算部３４が、ローパスフィルタ７４をさらに有する。ローパスフィルタ７４は、演算器６５と直列に設けられる。ローパスフィルタ７４は、例えば、演算器６５とレートリミッタ７３との間に設けられる。

ローパスフィルタ７４は、角周波数ω又は予測値ω´の高周波成分を抑制する。ローパスフィルタ７４は、角周波数ω又は予測値ω´の所定の周波数よりも高い周波数の成分を減衰させる。換言すれば、ローパスフィルタ７４は、角周波数ω又は予測値ω´の急激な変動を抑制する。ローパスフィルタ７４は、例えば、移動平均フィルタを用いてもよい。ローパスフィルタ７４は、高周波成分を抑制した後の角周波数ω又は予測値ω´を演算器６５に入力する。

ローパスフィルタ７４は、演算器６５と直列に設けられる。ローパスフィルタ７４は、角周波数ω又は予測値ω´の高周波成分を抑制することにより、周波数情報ｆの高周波成分を抑制する。ローパスフィルタ７４は、周波数情報ｆの急激な変動を抑制する。

このように、ローパスフィルタ７４を設けることにより、三相交流電力に位相跳躍などが発生した場合にも、周波数情報ｆの急激な変動を抑制し、周波数情報ｆの演算の誤差をより小さくすることができる。

なお、ローパスフィルタ７４は、演算器６５とレートリミッタ７３との間に限ることなく、レートリミッタ７３の前に設けてもよいし、演算器６５の後に設けてもよい。ローパスフィルタ７４の構成は、演算器６５と直列に設けられ、周波数情報ｆの高周波成分を抑制可能な任意の構成でよい。

なお、上記各実施形態では、周波数演算部３４の角周波数演算部ＡＦＰとしてαβＥＰＭＡＦＰＬＬの構成を模式的に表している。角周波数演算部ＡＦＰの構成は、これに限定されるものではない。角周波数演算部ＡＦＰの構成は、例えば、ＥＰＭＡＦＰＬＬ（Enhanced Pre-filtering Moving Average Filter PLL）の構成、ＰＭＡＦＰＬＬ（Pre-filtering Moving Average Filter PLL）の構成、あるいはＥＰＭＡＦＰＬＬ Ｔｙｐｅ２の構成などでもよい。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、電力計測装置１０、１０ａ、１０ｂに含まれる各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述した電力計測装置１０、１０ａ、１０ｂを基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての電力計測装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (8)

1. 三相交流電力の三相の電圧信号を二相の電圧信号に変換する第１三相二相変換部と、
   前記三相交流電力の三相の電流信号を二相の電流信号に変換する第２三相二相変換部と、
   前記二相の電圧信号及び前記二相の電流信号を基に、前記三相交流電力の有効電力の瞬時値及び無効電力の瞬時値を演算する瞬時電力演算部と、
   移動平均を演算するデータ数の異なる複数の第１移動平均フィルタを有し、前記複数の第１移動平均フィルタのそれぞれに移動平均のデータ数の異なる複数の有効電力の平均値を演算させる第１移動平均演算部と、
   移動平均を演算するデータ数の異なる複数の第２移動平均フィルタを有し、前記複数の第２移動平均フィルタのそれぞれに移動平均のデータ数の異なる複数の無効電力の平均値を演算させる第２移動平均演算部と、
   前記複数の有効電力の平均値及び前記三相交流電力の周波数を表す周波数情報を基に、前記三相交流電力の周波数に対応した有効電力の平均値を演算する第１平均値演算部と、
   前記複数の無効電力の平均値及び前記三相交流電力の周波数を表す周波数情報を基に、前記三相交流電力の周波数に対応した無効電力の平均値を演算する第２平均値演算部と、
   を備えた電力計測装置。
2. 前記第１平均値演算部は、前記複数の有効電力の平均値のうち、前記周波数情報の表す周波数に近い周波数の所定数の有効電力の平均値を選択し、選択した前記所定数の有効電力の平均値の線形内挿により、前記三相交流電力の周波数に対応した有効電力の平均値を演算し、
   前記第２平均値演算部は、前記複数の無効電力の平均値のうち、前記周波数情報の表す周波数に近い周波数の所定数の無効電力の平均値を選択し、選択した前記所定数の無効電力の平均値の線形内挿により、前記三相交流電力の周波数に対応した無効電力の平均値を演算する請求項１記載の電力計測装置。
3. 前記第１平均値演算部によって演算された所定数の前記有効電力の平均値の中央値を演算する第１中央値フィルタと、
   前記第２平均値演算部によって演算された所定数の前記無効電力の平均値の中央値を演算する第２中央値フィルタと、
   をさらに備えた請求項１記載の電力計測装置。
4. 前記三相交流電力の周波数を検出し、検出した周波数の前記周波数情報を前記第１平均値演算部及び前記第２平均値演算部に入力する周波数検出器をさらに備えた請求項１記載の電力計測装置。
5. 前記周波数検出器は、電力系統の前記三相交流電力の周波数の検出を行い、
   前記三相交流電力の三相の電圧信号を直交する二相の電圧信号に変換し、前記二相の電圧信号を回転座標系の電圧信号に変換し、前記回転座標系の電圧信号の移動平均を演算し、前記移動平均を演算した後の前記回転座標系の電圧信号を逆変換することにより、前記三相の電圧信号から直交する二相の電圧信号を生成する直交座標信号生成部と、
   前記直交座標信号生成部によって生成された前記移動平均を演算した後の前記二相の電圧信号を基に、前記電力系統の角周波数を演算する角周波数演算部と、前記角周波数に１／２πを乗算することにより、前記角周波数から前記電力系統の系統周波数を演算する演算器と、を有する周波数演算部と、
   を有し、
   前記角周波数演算部は、前記二相の電圧信号を基に、比例積分制御を行うことにより、前記角周波数を演算し、
   前記周波数演算部は、
   所定の変化率以上の前記系統周波数の変化を制限するレートリミッタを有し、前記レートリミッタの入出力差を前記角周波数演算部の前記比例積分制御の演算にフィードバックするとともに、
   前記レートリミッタから出力された前記角周波数及び前記角周波数の微分値を基に、所定時間経過後の前記角周波数の予測値を演算する予測演算器と、
   前記レートリミッタから出力された前記角周波数を前記演算器に入力する第１状態と、前記予測演算器から出力された前記予測値を前記演算器に入力する第２状態と、を選択的に切り替える切替回路と、
   をさらに有し、
   前記切替回路は、前記直交座標信号生成部によって演算された前記回転座標系の電圧信号を基に、前記電力系統の位相跳躍の検出を行い、前記電力系統の位相跳躍を検出していない状態においては、前記第１状態を選択し、前記電力系統の位相跳躍を検出した際に、前記第２状態を一定時間選択し、前記一定時間の経過の後、前記第２状態から前記第１状態に戻る請求項４記載の電力計測装置。
   
6. 前記予測演算器は、前記レートリミッタから出力された前記角周波数の移動平均を演算し、移動平均後の前記角周波数の微分値を演算するとともに、前記微分値に所定の係数を乗算した補正値を演算し、移動平均後の前記角周波数と前記微分値と前記補正値とを基に、前記予測値を演算する請求項５記載の電力計測装置。
7. 前記周波数演算部は、前記レートリミッタから出力された前記角周波数及び前記予測演算器から出力された前記予測値のいずれか一方が選択的に入力され、所定の変化率以上の前記角周波数又は前記予測値の変化を制限することにより、所定の変化率以上の前記系統周波数の変化を制限する制限部をさらに有する請求項５記載の電力計測装置。
8. 前記周波数演算部は、前記演算器と直列に設けられ、前記系統周波数の高周波成分を抑制するローパスフィルタをさらに有する請求項５記載の電力計測装置。

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