JP7509417B2 - Harmonic measuring device and islanding detection method using the device - Google Patents

Harmonic measuring device and islanding detection method using the device Download PDF

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Description

本発明は、交流信号の基本波成分および高調波成分を逐次測定可能な高調波計測装置と、それを用いた単独運転検出方式に関するものである。 The present invention relates to a harmonic measuring device capable of sequentially measuring the fundamental and harmonic components of an AC signal, and an islanding detection method using the same.

従来より、商用電源等のように基本周波数が概一定な交流電圧や交流電流の波形をサンプリングして高調波成分を計測する際には、離散フ-リエ変換(Discrete Fourier Transform、以下、「DFT」という。)および、DFTの処理を高速化したアルゴリズムである高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform、以下、「FFT」という。)が用いられている。 Conventionally, when sampling the waveform of an AC voltage or current whose fundamental frequency is roughly constant, such as from a commercial power source, to measure the harmonic components, the Discrete Fourier Transform (hereinafter referred to as "DFT") and the Fast Fourier Transform (hereinafter referred to as "FFT"), which is an algorithm that speeds up the DFT processing, have been used.

計測対象の波形1周期分のサンプリングデ-タ用いて、それぞれのサンプリングデ-タに対して演算を行い、波形の周波数スペクトルを求めることにより、直流成分、基本波成分および高調波成分を算出することができる。FFTを用いた高調波成分の算出には、本来、基本波1周期分のサンプリングデータが必要である。対して、基本波1周期分のサンプリングデータの蓄積を待たず、サンプリング周期ごとに逐次高調波を算出する方式として、例えば特許文献1のような技術が知られている。 By using sampling data for one cycle of the waveform to be measured and performing calculations on each sampling data to obtain the frequency spectrum of the waveform, it is possible to calculate the DC component, fundamental wave component, and harmonic components. Calculating harmonic components using FFT essentially requires sampling data for one cycle of the fundamental wave. In contrast, technology such as that described in Patent Document 1 is known as a method of calculating harmonics sequentially for each sampling cycle without waiting for the accumulation of sampling data for one cycle of the fundamental wave.

また、パワーコンディショナ(以下「PCS」という。)を用いた系統連系システムでも高調波分析が用いられる例がある。PCSは、太陽電池等の分散型の直流電源で発電した直流電力を交流電力に変換するインバータ部を有し、直流電源を電力系統に連系させて使用するために、周波数や電圧を電力系統に適合させる装置である。このような装置を電力系統と接続して使用するには、電力系統の停電時に、PCSが電力供給を継続することで、電力系統の保守作業の障害となることを避ける必要がある。この単独運転検出方法や単独運転検出装置に関しては、例えば非特許文献1、2のような規格がある。これらの規格に挙げられている「ステップ注入付周波数フィードバック方式」では、商用電源周波数を基本波の周波数として7次高調波までの高調波の周波数成分の振幅に基づく条件判定が必要とされる。これらの高調波電圧の振幅演算には、離散フーリエ解析を用いてよい旨が、これらの規格において記載されている。 Harmonic analysis is also used in grid-connected systems that use power conditioners (hereinafter referred to as "PCS"). A PCS has an inverter unit that converts DC power generated by distributed DC power sources such as solar cells into AC power, and is a device that adapts the frequency and voltage to the power system in order to connect the DC power source to the power system and use it. In order to use such a device connected to the power system, it is necessary to prevent the PCS from continuing to supply power during a power outage in the power system, which would hinder maintenance work on the power system. There are standards for this islanding detection method and islanding detection device, such as Non-Patent Documents 1 and 2. The "frequency feedback method with step injection" listed in these standards requires condition judgment based on the amplitude of the frequency components of harmonics up to the seventh harmonic, with the commercial power frequency as the fundamental frequency. These standards state that discrete Fourier analysis may be used to calculate the amplitude of these harmonic voltages.

また、高調波計測に関連した単独運転検出方式の先行技術としては、例えば特許文献2がある。 Also, prior art for an islanding detection method related to harmonic measurement is, for example, Patent Document 2.

特開1999-094887号公報JP 1999-094887 A 特開2019-193318号公報JP 2019-193318 A

一般社団法人 日本電機工業会 日本電機工業会規格JEM1498 分散型電源用単相パワーコンディショナの標準形能動的単独運転検出方式(ステップ注入付周波数フィードバック方式)Japan Electrical Manufacturers' Association Japan Electrical Manufacturers' Association Standard JEM1498 Standard active islanding detection method for single-phase power conditioners for distributed power sources (frequency feedback method with step injection) 一般社団法人 日本電機工業会 日本電機工業会規格JEM1505 低圧配電線に連系する太陽光発電用三相パワーコンディショナの標準形能動的単独運転検出方式(ステップ注入付周波数フィードバック方式)Japan Electrical Manufacturers' Association Japan Electrical Manufacturers' Association Standard JEM1505 Standard active islanding detection method (frequency feedback method with step injection) for three-phase power conditioners for photovoltaic power generation connected to low-voltage distribution lines

従来のFFTによりリアルタイムで高調波を解析するためには、1周期分のデ-タをサンプリングが完了したあと、次の周期の最初のサンプリングまでの時間に1周期目のFFT演算を行うことが必要である。複数の次数の高調波を解析するには、各次数に対応した三角関数の演算が必要となり、四則演算のような演算に比べ、演算時間が長くかかる。さらに、FFTで演算回数の効率化の効果を得るには、データ点数を例えば1024点(=210点)のような2のべき乗の点数にするなど、データ点数の自由度が低く設計上の制約を受ける。 In order to analyze harmonics in real time using conventional FFT, after sampling of one period of data is completed, it is necessary to perform FFT calculations for the first period in the time until the first sampling of the next period. In order to analyze harmonics of multiple orders, trigonometric functions corresponding to each order are required, and the calculation time is longer than that of calculations such as arithmetic operations. Furthermore, in order to obtain the effect of improving the efficiency of the number of calculations with FFT, the number of data points is limited, and design restrictions are imposed, such as setting the number of data points to a power of 2, such as 1024 points (= 2 × 10 points).

本発明では、より安価で高速に高調波に関する振幅の情報を算出可能な高調波計測装置およびその演算方式を用いた単独運転検出方式を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a harmonic measuring device that can calculate amplitude information related to harmonics more inexpensively and quickly, and an islanding detection method that uses the calculation method.

上記の目的を達成するために、本発明の高調波計測装置は、信号入力部と、サンプリング部と、高調波演算部と、を有し、前記信号入力部は、計測対象となる入力信号から出力信号を生成し、前記サンプリング部は、前記信号入力部からの前記出力信号を受けて、サンプリング周期ごとにサンプリングデータを出力し、前記高調波演算部は、前記サンプリング部からの前記サンプリングデータを受けて、離散フーリエ解析により0次以上のk次高調波に関する振幅の情報を演算し、前記高調波演算部は、離散フーリエ解析により0次以上のk次高調波に関する振幅の情報を演算するにあたり、前記サンプリング部が前記出力信号の一周期にM点分の前記サンプリングデータを出力するときに、サンプリング周期ごとにnの値を0から1ずつM-1までカウントするM進カウンタと、前記M進カウンタでカウントしたnの値を用いて、高調波の次数kに依存しない三角関数の値を出力する三角関数出力部と、を備え、前記M進カウンタがnの値をカウントするたびに、前記三角関数出力部から出力される三角関数の値を用いて、k次高調波に関する振幅の情報の演算を可能にするk次高調波の余弦係数および正弦係数をそれぞれ逐次演算する構成としたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the harmonic measuring device of the present invention has a signal input section, a sampling section, and a harmonic calculation section, the signal input section generates an output signal from an input signal to be measured, the sampling section receives the output signal from the signal input section and outputs sampling data for each sampling period, the harmonic calculation section receives the sampling data from the sampling section and calculates amplitude information relating to zeroth-order or higher k-th order harmonics by discrete Fourier analysis, and the harmonic calculation section calculates amplitude information relating to zeroth-order or higher k-th order harmonics by discrete Fourier analysis. The present invention is characterized in that it is equipped with an M-ary counter that counts the value of n from 0 to M-1 by 1 for each sampling period when the sampling unit outputs the sampling data for M points in one period of the output signal, and a trigonometric function output unit that outputs a trigonometric function value independent of the order k of the harmonic using the value of n counted by the M-ary counter, and is configured to sequentially calculate the cosine coefficient and sine coefficient of the k-th harmonic, which enables calculation of amplitude information related to the k-th harmonic, using the trigonometric function value output from the trigonometric function output unit each time the M-ary counter counts the value of n .

上記構成において、前記高調波演算部は、2次以上のk次高調波に関する振幅の情報を演算するk次高調波演算部と、(k-1)次高調波に関する振幅の情報を演算する(k-1)次高調波演算部と、(k-2)次高調波に関する振幅の情報を演算する(k-2)次高調波演算部と、を備え、
前記k次高調波演算部は、前記M進カウンタがnの値をカウントするたびに、前記三角関数出力部から出力される三角関数の値に加えて、前記(k-1)次高調波演算部による演算処理の過程で算出された(k-1)次高調波の余弦中間値と、前記(k-2)次高調波演算部による演算処理の過程で算出された(k-2)次高調波の余弦中間値および正弦中間値を用いて、チェビシェフの多項式から導出されるk次高調波の余弦係数および正弦係数をそれぞれ逐次演算する構成とするのが好ましい。
In the above configuration, the harmonic calculation unit includes a k-th harmonic calculation unit that calculates amplitude information related to a k-th harmonic (second or higher), a (k-1)-th harmonic calculation unit that calculates amplitude information related to a (k-1)-th harmonic, and a (k-2)-th harmonic calculation unit that calculates amplitude information related to a (k-2)-th harmonic;
It is preferable that the k-th harmonic calculation unit is configured to sequentially calculate a cosine coefficient and a sine coefficient of the k-th harmonic derived from a Chebyshev polynomial, using, in addition to the value of the trigonometric function output from the trigonometric function output unit, the cosine intermediate value of the (k-1)th harmonic calculated in the process of calculation by the (k-1)th harmonic calculation unit, and the cosine intermediate value and sine intermediate value of the (k-2)th harmonic calculated in the process of calculation by the (k-2)th harmonic calculation unit, each time the M-ary counter counts the value of n.

さらに、前記三角関数出力部から出力される三角関数の値が、次の余弦関数F[n]と正弦関数F[n]の値であり、 Furthermore, the values of the trigonometric functions output from the trigonometric function output unit are the values of the following cosine function F c [n] and sine function F s [n],

Figure 0007509417000001
Figure 0007509417000001

前記(k-1)次高調波演算部で算出された(k-1)次高調波の余弦中間値をV[k-1,n]とし、前記(k-2)次高調波演算部で算出された(k-2)次高調波の余弦中間値および正弦中間値を、それぞれV[k-2,n]およびV[k-2,n]としたときに、前記k次高調波演算部は、次の式に基づいて、 When the cosine intermediate value of the (k-1)th harmonic calculated by the (k-1)th harmonic calculation unit is V A [k-1, n], and the cosine intermediate value and sine intermediate value of the (k-2)th harmonic calculated by the (k-2)th harmonic calculation unit are V A [k-2, n] and V B [k-2, n], respectively, the kth harmonic calculation unit calculates based on the following equation:

Figure 0007509417000002
Figure 0007509417000002

(ただし、nの値が0のときの初期値として、A[k,-1]=0、B[k,-1]=0とする。また、前記サンプリングデータをv[n]としたときに、V[0,n]=v[n]であり、V[0,n]=0であり、V[1,n]=v[n]・F[n]であり、V[1,n]=v[n]・F[n]である。)k次高調波の余弦中間値V[k,n]およびV[k,n]と、k次高調波の余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]を、それぞれ逐次演算する構成とするのが好ましい。 (However, when the value of n is 0, the initial values are A[k,-1] = 0 and B[k,-1] = 0. Furthermore, when the sampling data is vd [n], V A [0,n] = vd [n], V B [0,n] = 0, V A [1,n] = vd [n] · Fc [n], and V B [1,n] = vd [n] · Fs [n].) It is preferable to configure the cosine intermediate values V A [k,n] and V B [k,n] of the kth harmonic, and the cosine coefficient A[k,n] and sine coefficient B[k,n] of the kth harmonic to be calculated sequentially.

さらに、前記k次高調波演算部は、第1および第2の乗算器と、減算器と、第1~第3の加算器と、nの値に対する1段のシフトレジスタからなる第1および第2のレジスタと、を含み、
(k-1)次高調波の余弦中間値V[k-1,n]と、前記三角関数出力部からの余弦関数F[n]を2倍にした値を前記第1の乗算器で乗算し、前記第1の乗算器の演算結果となる値2F[n]・V[k-1,n]に、(k-2)次高調波の余弦中間値V[k-2,n]を前記減算器で減算し、前記減算器の演算結果となるk次高調波の余弦中間値V[k,n]と、前記第1のレジスタから出力される前回のサンプリング時におけるk次高調波の余弦係数A[k,n-1]とを前記第1の加算器で加算して、前記第1の加算器の演算結果となるk次高調波の余弦係数A[k,n]を前記第1のレジスタに入力し、(k-1)次高調波の余弦中間値V[k-1,n]と、前記三角関数出力部からの正弦関数F[n]を2倍にした値を前記第2の乗算器で乗算し、前記第2の乗算器の演算結果となる値2F[n]・V[k-1,n]に、(k-2)次高調波の正弦中間値V[k-2,n]を前記第2の加算器で加算し、前記第2の加算器の演算結果となるk次高調波の正弦中間値V[k,n]と、前記第2のレジスタから出力される前回のサンプリング時におけるk次高調波の正弦係数B[k,n-1]とを前記第3の加算器で加算して、前記第3の加算器の演算結果となるk次高調波の正弦係数B[k,n]を前記第2のレジスタに入力することで、k次高調波の余弦中間値V[k,n]および正弦中間値V[k,n]と、k次高調波の余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]を、それぞれ出力する構成とするのが好ましい。
Furthermore, the k-th harmonic calculation unit includes first and second multipliers, a subtractor, first to third adders, and first and second registers each consisting of a one-stage shift register for the value of n;
The first multiplier multiplies the cosine intermediate value V A [k-1,n] of the (k-1)th harmonic by twice the cosine function F c [n] from the trigonometric function output unit, and the subtractor subtracts the cosine intermediate value V A [k-2,n] of the (k-2)th harmonic from the value 2F c [n]·V A [k-1,n] that is the calculation result of the first multiplier. The first adder adds the cosine intermediate value V A [ k,n] of the kth harmonic that is the calculation result of the subtractor and the cosine coefficient A[k,n-1] of the kth harmonic at the previous sampling time that is output from the first register, and the cosine coefficient A[k,n] of the kth harmonic that is the calculation result of the first adder is input to the first register, and the cosine intermediate value V A The second multiplier multiplies F s [n] by a value obtained by multiplying the sine function F s [n] from the trigonometric function output unit by two, and the second adder adds a sine intermediate value V B [k-2,n] of the (k-2)th harmonic to the value 2F s [n]·V A [k-1,n] which is the calculation result of the second multiplier, and the third adder adds the sine intermediate value V B [k,n] of the kth harmonic which is the calculation result of the second adder and the sine coefficient B[k,n-1] of the kth harmonic at the previous sampling time which is output from the second register, and the sine coefficient B[k,n] of the kth harmonic which is the calculation result of the third adder is input to the second register, thereby obtaining the cosine intermediate value V A [k,n] and the sine intermediate value V B It is preferable that the cosine coefficient A[k,n] and the sine coefficient B[k,n] of the kth harmonic are output.

代わりに上記構成において、前記高調波演算部は、1次以上のk次高調波に関する振幅の情報を演算するk次高調波演算部と、(k-1)次高調波に関する振幅の情報を演算する(k-1)次高調波演算部と、を備え、
前記k次高調波演算部は、前記M進カウンタがnの値をカウントするたびに、前記三角関数出力部から出力される三角関数の値に加えて、前記(k-1)次高調波演算部による演算処理の過程で算出された(k-1)次高調波の余弦中間値および正弦中間値を用いて、三角関数の加法定理から導出されるk次高調波の余弦係数および正弦係数をそれぞれ逐次演算する構成としてもよい。
Alternatively, in the above configuration, the harmonic calculation unit includes a k-th harmonic calculation unit that calculates amplitude information related to a k-th harmonic, which is 1st or higher, and a (k-1)-th harmonic calculation unit that calculates amplitude information related to a (k-1)-th harmonic,
The k-th harmonic calculation unit may be configured to sequentially calculate a cosine coefficient and a sine coefficient of the k- th harmonic derived from the addition theorem of trigonometric functions using, in addition to the value of the trigonometric function output from the trigonometric function output unit, a cosine intermediate value and a sine intermediate value of the (k-1)th harmonic calculated during the calculation process by the (k-1)th harmonic calculation unit, each time the M-ary counter counts the value of n.

この場合はさらに、前記三角関数出力部から出力される三角関数の値が、次の余弦関数F[n]と正弦関数F[n]の値であり、 In this case, the values of the trigonometric functions output from the trigonometric function output unit are the values of the following cosine function F c [n] and sine function F s [n],

Figure 0007509417000003
Figure 0007509417000003

前記(k-1)次高調波演算部で算出された(k-1)次高調波の余弦中間値および正弦中間値を、それぞれV[k-1,n]およびV[k-1,n]としたときに、前記k次高調波演算部は、次の式に基づいて、 When the cosine intermediate value and the sine intermediate value of the (k-1)th harmonic calculated by the (k-1)th harmonic calculation unit are V A [k-1,n] and V B [k-1,n], respectively, the kth harmonic calculation unit calculates based on the following equation:

Figure 0007509417000004
Figure 0007509417000004

(ただし、nの値が0のときの初期値として、A[k,-1]=0、B[k,-1]=0とする。また、前記サンプリングデータをv[n]としたときに、V[1,n]=v[n]・F[n]であり、V[1,n]=v[n]・F[n]である。)k次高調波の余弦中間値V[k,n]および正弦中間値V[k,n]と、k次高調波の余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]を、それぞれ逐次演算する構成とするのが好ましい。 (However, when the value of n is 0, the initial values are A[k,-1] = 0 and B[k,-1] = 0. Furthermore, when the sampling data is vd [n], V A [1,n] = vd [n] · Fc [n] and V B [1,n] = vd [n] · Fs [n].) It is preferable to configure the cosine intermediate value V A [k,n] and sine intermediate value V B [k,n] of the kth harmonic, and the cosine coefficient A[k,n] and sine coefficient B[k,n] of the kth harmonic to be calculated sequentially.

さらに、前記k次高調波演算部は、第1~第4の乗算器と、減算器と、第1~第3の加算器と、nの値に対する1段のシフトレジスタからなる第1および第2のレジスタと、を含み、
(k-1)次高調波の余弦中間値V[k-1,n]と、前記三角関数出力部からの余弦関数F[n]の値を前記第1の乗算器で乗算し、(k-1)次高調波の正弦中間値V[k-1,n]と、前記三角関数出力部からの正弦関数F[n]の値を前記第2の乗算器で乗算し、前記第1の乗算器の演算結果となる値V[k-1,n]・F[n]に、前記第2の乗算器の演算結果となる値V[k-1,n]・F[n]を前記減算器65で減算し、前記減算器の演算結果となるk次高調波の余弦中間値V[k,n]と、前記第1のレジスタから出力される前回のサンプリング時におけるk次高調波の余弦係数A[k,n-1]とを前記第1の加算器で加算して、前記第1の加算器の演算結果となるk次高調波の余弦係数A[k,n]を前記第1のレジスタに入力し、(k-1)次高調波の正弦中間値V[k-1,n]と、前記三角関数出力部からの余弦関数F[n]の値を前記第3の乗算器で乗算し、(k-1)次高調波の余弦中間値V[k-1,n]と、前記三角関数出力部からの正弦関数F[n]の値を前記第4の乗算器で乗算し、前記第3の乗算器の演算結果となる値V[k-1,n]・F[n]に、前記第4の乗算器の演算結果となる値V[k-1,n]・F[n]を前記第2の加算器で加算し、前記第2の加算器の演算結果となるk次高調波の正弦中間値V[k,n]と、前記第2のレジスタから出力される前回のサンプリング時におけるk次高調波の正弦係数B[k,n-1]とを前記第3の加算器で加算して、前記第3の加算器の演算結果となるk次高調波の正弦係数B[k,n]を前記第2のレジスタに入力することで、k次高調波の余弦中間値V[k,n]および正弦中間値V[k,n]と、k次高調波の余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]を、それぞれ出力する構成とするのが好ましい。
Furthermore, the k-th harmonic calculation unit includes first to fourth multipliers, a subtractor, first to third adders, and first and second registers each consisting of a one-stage shift register for the value of n;
The cosine intermediate value V A [k-1,n] of the (k-1)th harmonic is multiplied by the value of the cosine function F c [n] from the trigonometric function output unit in the first multiplier, the sine intermediate value V B [k-1,n] of the (k-1)th harmonic is multiplied by the value of the sine function F S [n] from the trigonometric function output unit in the second multiplier, and the value V B [k-1,n] ·F S [n] which is the calculation result of the second multiplier is subtracted from the value V A [k-1,n] ·F c [n] which is the calculation result of the first multiplier in the subtractor 65, thereby obtaining the cosine intermediate value V A a cosine coefficient A[k,n] of the kth harmonic at the time of the previous sampling output from the first register is added by the first adder, and the cosine coefficient A[k,n] of the kth harmonic which is the operation result of the first adder is input to the first register, a sine intermediate value V B [k-1,n] of the (k-1)th harmonic is multiplied by the value of the cosine function F c [n] from the trigonometric function output unit by the third multiplier, a cosine intermediate value V A [k-1,n] of the (k-1)th harmonic is multiplied by the value of the sine function F S [n] from the trigonometric function output unit by the fourth multiplier, and the value V B [k-1,n]·F c [n] which is the operation result of the third multiplier is input to the first register . It is preferable to configure the digital multiplier to add the k-th harmonic sine intermediate value V B [k,n] of the k-th harmonic at the previous sampling time which is output from the second register, and then add the k-th harmonic sine intermediate value V B [k,n] of the k-th harmonic at the previous sampling time which is output from the second register, in the third adder, and input the k-th harmonic sine coefficient B[k,n] of the k-th harmonic at the previous sampling time which is output from the second register, thereby outputting the cosine intermediate value V A [k,n] and sine intermediate value V B [k,n] of the k-th harmonic, and the cosine coefficient A[k,n] and sine coefficient B[k,n] of the k-th harmonic, respectively.

上記構成において、前記高調波演算部は、演算開始後からM点後にk次高調波に関する振幅の情報をサンプリング周期ごとに演算可能にするリアルタイム高調波解析部をさらに備えるのが好ましい。 In the above configuration, it is preferable that the harmonic calculation unit further includes a real-time harmonic analysis unit that can calculate amplitude information related to the kth harmonic for each sampling period M points after the start of calculation.

上記構成において、前記高調波演算部は、k次高調波の余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]が、次の式に基づいて逐次演算されるように、 In the above configuration, the harmonic calculation unit sequentially calculates the cosine coefficient A[k,n] and sine coefficient B[k,n] of the kth harmonic based on the following formula:

Figure 0007509417000005
Figure 0007509417000005

演算開始後からM点後にk次高調波に関する振幅の情報をサンプリング周期ごとに演算可能にするリアルタイム高調波解析部を、前記k次高調波演算部にさらに備えるのが好ましい。 It is preferable that the k-th harmonic calculation unit further includes a real-time harmonic analysis unit that can calculate amplitude information related to the k-th harmonic for each sampling period M points after the start of calculation.

この場合、前記リアルタイム高調波解析部は、第1および第2の加減算器と、nの値に対する1段のシフトレジスタからなる第1および第2のレジスタと、nの値に対するM段のシフトレジスタからなる第3および第4のレジスタと、を含み、
k次高調波の余弦中間値V[k,n]を前記第3のレジスタに入力し、前記第1の加減算器により、k次高調波の余弦中間値V[k,n]に、前記第1のレジスタから出力される前回のサンプリング時におけるk次高調波の余弦係数A[k,n-1]を加算した値から、前記第3のレジスタから出力されるM回前のk次高調波の余弦中間値V[k,n-M]を減算して、前記第1の加減算器の演算結果となるk次高調波の余弦係数A[k,n]を前記第1のレジスタに入力し、k次高調波の正弦中間値V[k,n]を前記第4のレジスタに入力し、前記第2の加減算器により、k次高調波の正弦中間値V[k,n]に、前記第2のレジスタから出力される前回のサンプリング時におけるk次高調波の正弦係数B[k,n-1]を加算した値から、前記第4のレジスタから出力されるM回前のk次高調波の正弦中間値V[k,n-M]を減算して、前記第2の加減算器の演算結果となるk次高調波の正弦係数B[k,n]を前記第2のレジスタに入力することで、k次高調波の余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]を出力する構成とするのが好ましい。
In this case, the real-time harmonic analysis unit includes first and second adder-subtractors, first and second registers each consisting of a one-stage shift register for the value of n, and third and fourth registers each consisting of M-stage shift registers for the value of n,
The cosine intermediate value V A [k,n] of the k-th harmonic is input to the third register, and the first adder/subtractor subtracts the cosine intermediate value V A [k,n-M] of the k-th harmonic M times earlier output from the third register from a value obtained by adding the cosine intermediate value V A [k,n] of the k-th harmonic cosine coefficient A[k,n-1] of the k-th harmonic at the previous sampling time output from the first register to the cosine intermediate value V A [k,n] of the k-th harmonic, and inputs the cosine coefficient A[k,n] of the k-th harmonic which is the calculation result of the first adder/subtractor to the first register, and the sine intermediate value V B [k,n] of the k-th harmonic is input to the fourth register, and the second adder/subtractor subtracts the cosine intermediate value V B [k, n ] of the k-th harmonic M times earlier output from the third register from the sum of the cosine intermediate value V A [k,n] of the k-th harmonic and the cosine coefficient A[k,n] of the k-th harmonic It is preferable to have a configuration in which the cosine coefficient A[k,n] and sine coefficient B[k,n] of the k-th harmonic M times earlier output from the fourth register are subtracted from the value obtained by adding the sine coefficient B[k,n-1] of the k-th harmonic at the previous sampling time output from the second register to A[k,n], and the sine intermediate value V B [k,n-M] of the k-th harmonic M times earlier output from the fourth register is input to the second register as the result of the calculation by the second adder-subtractor.

上記構成において、直流電源と電力系統との間に電力変換部を有して配置されるパワーコンディショナユニットに設けられ、前記直流電源が前記電力系統から切り離されて単独運転をしているか否かを検出する単独運転検出方式であって、
上述した何れかの特徴を有する高調波計測装置により構成され、前記電力変換部の出力側の高調波電圧を計測する高調波計測部と、前記高調波計測部で計測された高調波電圧に変動が発生すると無効電力のステップ注入を開始し、前記単独運転をしているか否かを検出させるステップ注入処理部と、を備えた単独運転検出方式とするのが好ましい。
In the above configuration, an isolated operation detection method is provided in a power conditioner unit having a power conversion unit arranged between a DC power source and a power grid, and detects whether the DC power source is disconnected from the power grid and is operating alone,
It is preferable that the islanding detection method is composed of a harmonic measuring device having any of the above-mentioned characteristics, and includes a harmonic measuring unit that measures the harmonic voltage on the output side of the power conversion unit, and a step injection processing unit that starts a step injection of reactive power when a fluctuation occurs in the harmonic voltage measured by the harmonic measuring unit, and detects whether or not the islanding operation is occurring .

本発明にかかる高調波計測装置とそれを用いた単独運転検出方式によれば、信号入力部と、サンプリング部と、高調波演算部と、を有する簡素な構成で、サンプリング部により高調波演算部の演算に必要なサンプリングデータを得ることができ、高調波演算部により直流成分や基本波成分を含んだk次高調波に関する振幅の情報を算出できる。また、M進カウンタがnの値をカウントするたびに、三角関数出力部からの高調波の次数kに依存しない三角関数の値を用いて、k次高調波の余弦係数および正弦係数をそれぞれ逐次演算することで、どの次数kであっても位相がk倍の三角関数を用いることなく、より安価で高速にk次高調波に関する振幅の情報を算出することができる。 The harmonic measuring device and islanding detection method using the harmonic measuring device of the present invention have a simple configuration with a signal input section, a sampling section, and a harmonic calculation section, and the sampling section can obtain the sampling data required for the calculation of the harmonic calculation section, and the harmonic calculation section can calculate amplitude information related to the kth harmonic including a DC component and a fundamental wave component. In addition, by sequentially calculating the cosine coefficient and sine coefficient of the kth harmonic using the trigonometric function value independent of the harmonic order k from the trigonometric function output section each time the M-ary counter counts the value of n, it is possible to calculate amplitude information related to the kth harmonic more cheaply and quickly without using a trigonometric function whose phase is k times higher, regardless of the order k.

第1の実施の形態にかかる高調波計測装置の全体構成の一例を示す図である。1 is a diagram illustrating an example of an overall configuration of a harmonic measuring device according to a first embodiment; 高調波演算部の中で、直流成分および基本波の演算処理の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a calculation process of a DC component and a fundamental wave in a harmonic calculation unit. 高調波演算部の中で、2次以上の高調波の演算処理の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a calculation process of second or higher harmonics in the harmonic calculation unit. 第2の実施の形態にかかる高調波演算部の中で、2次以上の高調波の演算処理の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a calculation process of second or higher harmonics in the harmonic calculation unit according to the second embodiment. 第3の実施の形態にかかる高調波演算部の一例を示す図である。FIG. 13 illustrates an example of a harmonic calculation unit according to a third embodiment; JEM1498およびJEM1505に記載のパワーコンディショナシステムを簡略化した構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a simplified configuration example of a power conditioner system described in JEM1498 and JEM1505.

以下、本発明の実施の形態等について説明する。ただし、本発明は、以下の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、または発明を実施するための形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能である。そのような変形や変更も、当然本発明の範囲に含まれる。 The following describes the embodiments of the present invention. However, the present invention is not limited to the following description, and various modifications and changes are possible for those skilled in the art based on the gist of the invention described in the claims or disclosed in the description for carrying out the invention. Such modifications and changes are naturally included in the scope of the present invention.

[第1の実施の形態]
図1、図2(A)および図2(B)は、第1の実施の形態に係る高調波計測装置の例を示す図である。
図1は、第1の実施の形態にかかる高調波計測装置の全体構成の一例を示す図である。
図2(A)は、高調波演算部の中で、直流成分および基本波の演算処理の一例を示す図である。
図2(B)は、高調波演算部の中で、2次以上の高調波の演算処理の一例を示す図である。
[First embodiment]
1, 2A, and 2B are diagrams showing an example of a harmonic measuring device according to a first embodiment.
FIG. 1 is a diagram showing an example of the overall configuration of a harmonic measuring device according to a first embodiment.
FIG. 2A is a diagram showing an example of the calculation process of the DC component and the fundamental wave in the harmonic calculation section.
FIG. 2B is a diagram showing an example of calculation processing of second and higher harmonics in the harmonic calculation section.

図1は、第1の実施の形態にかかる高調波計測装置の全体構成の一例を示す。高調波計測装置10は、信号入力部11と、信号入力部11より入力された信号をサンプリングし数値化するサンプリング部12と、数値化されたデータを基に高調波演算を行う高調波演算部13と、を備える。 Figure 1 shows an example of the overall configuration of a harmonic measurement device according to a first embodiment. The harmonic measurement device 10 includes a signal input unit 11, a sampling unit 12 that samples and digitizes a signal input from the signal input unit 11, and a harmonic calculation unit 13 that performs harmonic calculations based on the digitized data.

信号入力部11は、入力信号vが入力され、この後段に続くサンプリング部12への入力とするのに適した振幅への変換や、ナイキスト周波数以上の信号成分に対するフィルタリングなどの処理を行い、出力信号vとして出力する部位である。入力信号vや出力信号vは、例えば電圧信号であるが、電流などの他の物理量であっても構わず、入力信号が電流、出力信号が電圧、というように入出力間が別の物理量であっても構わない。 The signal input unit 11 is a section that receives an input signal v, converts it to an amplitude suitable for input to the subsequent sampling unit 12, filters signal components at or above the Nyquist frequency, and outputs the result as an output signal v a . The input signal v and the output signal v a are, for example, voltage signals, but may be other physical quantities such as current, or the input and output may be different physical quantities, such as the input signal being a current and the output signal being a voltage.

サンプリング部12は、信号入力部11からの出力vを入力とし、これを例えば20μsなどの所定のサンプリング周期Tでサンプリングし、サンプリング周期Tごとにサンプリングデータv[n]として出力する部位である。このような機能は、例えば市販のA/Dコンバータや、A/Dコンバータの機能を内蔵したマイクロプロセッサなどで構成できる。 The sampling unit 12 receives the output v a from the signal input unit 11, samples it at a predetermined sampling period T s , such as 20 μs, and outputs the sampled data v d [n] for each sampling period T s . This function can be realized, for example, by a commercially available A/D converter or a microprocessor having a built-in A/D converter function.

高調波演算部13は、Mを2以上の整数として、サンプリング周期Tごとに得られるM点分のサンプリングデータv[n]から、基本周期T=M・Tである周波数を基本波成分として、その直流成分、基本波成分や高調波成分に関する振幅の情報を演算する部位である。なお、以下では、直流成分を0次高調波として、また、基本波を1次高調波として広くとらえることとし、「高調波」の用語についても2次以上の高調波に限らず、広く直流分や基本波も含まれる用語として使用する。 The harmonic calculation unit 13 is a part that calculates amplitude information related to the DC component, the fundamental wave component , and the harmonic component from M points of sampling data vd [n] obtained for each sampling period Ts, where M is an integer equal to or greater than 2, with the frequency having a fundamental period T a =M· Ts being the fundamental wave component. Note that, hereinafter, the DC component will be broadly defined as the zeroth harmonic and the fundamental wave as the first harmonic, and the term "harmonic" will be used to broadly include not only second or higher harmonics but also the DC component and the fundamental wave.

以下、サンプリング周期Tの逆数をサンプリング周波数f(=1/T)とし、基本周期Tの逆数を基本周波数f(=1/T)とする。例えば、先ほど挙げたサンプリング周期Tが20μsの場合、サンプリング周波数fは50kHzである。また、このサンプリング周期Tに対してMが1000の場合、基本周期Tは20msであり、基本周波数fは50Hzである。このような設定は、例えば、東日本側での商用電源の基本波や高調波の解析をする際に都合がよい。ただし、これらの周期や周波数に限定するものではない。 Hereinafter, the reciprocal of the sampling period Ts is the sampling frequency fs (=1/ Ts ), and the reciprocal of the fundamental period T is the fundamental frequency f a (=1/T a ). For example, when the sampling period Ts mentioned above is 20 μs, the sampling frequency fs is 50 kHz. Furthermore, when M is 1000 for this sampling period Ts , the fundamental period T a is 20 ms, and the fundamental frequency f a is 50 Hz. Such a setting is convenient, for example, when analyzing the fundamental wave and harmonics of commercial power sources in eastern Japan. However, the periods and frequencies are not limited to these.

ここで、離散フーリエ解析における、n=0,1,・・・,M-1のM点のv[n]に対する、1以上(M-1)/2以下の整数hとしたときのh次高調波に関する振幅の情報として、h次高調波の余弦成分A[h]および正弦成分B[h]、ならびにh次高調波の振幅Harm[h]は、以下の式で表わせる。 Here, in discrete Fourier analysis, for M points v d [n] (n = 0, 1, ..., M-1), where h is an integer between 1 and (M-1)/2, the amplitude information regarding the h-th harmonic, the cosine component A[h] and sine component B[h] of the h-th harmonic, and the amplitude H arm [h] of the h-th harmonic, can be expressed by the following equations.

Figure 0007509417000006
Figure 0007509417000006

また、直流成分をA[0]とすると、A[0]は以下で表わせる。なお、この式は、M点分のv[n]の平均値であり、便宜上余弦成分の0次高調波に準じた扱いとしておく。 Furthermore, if the DC component is A[0], A[0] can be expressed as follows: Note that this formula is the average value of v d [n] for M points, and for convenience, it is treated as equivalent to the zeroth harmonic of the cosine component.

Figure 0007509417000007
Figure 0007509417000007

また、同様に正弦成分の0次高調波にあたるB[0]は0としておく。
これらの演算により得られる結果について、一定の条件のもとで効率的に演算ができることが、この第1の実施の形態にかかる高調波計測装置10の特徴であり、そのことを以下で説明する。
Similarly, B[0], which corresponds to the zeroth harmonic of the sine component, is set to 0.
The harmonic measuring device 10 according to the first embodiment is characterized in that the results obtained by these calculations can be calculated efficiently under certain conditions, and this will be explained below.

図2(A)は、高調波演算部13の中で、直流成分および基本波の演算処理の流れの一例を示す。以下の式において、nを0からM-1までの整数とし、n・Tの時点におけるサンプリングデータをv[n]で表わす。またこれ以降、高調波の次数hは、k(≧0)として表わす。そして、時間Tごとに得られるサンプリングデータv[n]から、以下のように処理を行う。 2A shows an example of the flow of calculation processing of the DC component and the fundamental wave in the harmonic calculation unit 13. In the following formula, n is an integer from 0 to M-1, and the sampling data at time n· Ts is represented as v d [n]. In addition, hereafter, the order h of the harmonic is represented as k (≧0). Then, processing is performed as follows from the sampling data v d [n] obtained at each time Ts .

図2(A)は、この直流成分および基本波に関する一連の処理を、ブロック図の形で示したものである。こうした一連の演算処理を実現するために、高調波演算部13は、M進カウンタ21と、三角関数出力部22と、低次成分演算部23と、をそれぞれ含む。 Figure 2 (A) shows the series of processes related to the DC component and the fundamental wave in the form of a block diagram. To realize this series of calculation processes, the harmonic calculation unit 13 includes an M-ary counter 21, a trigonometric function output unit 22, and a low-order component calculation unit 23.

M進カウンタ21は、サンプリング周期Tごとにnの値が1ずつM-1まで増加し、0に戻る動作をする部位である。1ずつ増加する変数をMで割った余りを出力する、とした構成で捉えてもよい。
このnの値により、余弦関数F[n]と正弦関数F[n]の各値を出力するのが三角関数出力の部位、すなわち三角関数出力部22である。
それぞれ、以下で表わされる関数である。
The M-ary counter 21 is a part that increases the value of n by 1 to M-1 every sampling period Ts and returns to 0. It may be understood as a configuration that outputs the remainder when a variable that increases by 1 is divided by M.
The trigonometric function output section 22 outputs the values of the cosine function F c [n] and the sine function F s [n] according to the value of n.
These are functions expressed as follows, respectively.

Figure 0007509417000008
Figure 0007509417000008

そして、入力信号vがサンプリング周期Tの間隔でサンプリングされる毎に、サンプリングデータv[n]が低次成分演算部23に入力される。 Then, every time the input signal v is sampled at intervals of a sampling period T s , sampling data v d [n] is input to the low-order component calculation unit 23 .

低次成分演算部23は、M進カウンタ21でカウントされるnの値を受ける毎に、サンプリング部12からのサンプリングデータv[n]と、三角関数出力部22から出力される余弦関数F[n]および正弦関数F[n]の各値とによる演算処理を行い、離散フーリエ解析における、直流の余弦成分A[0]のM倍となる余弦係数A[0,M-1]と、基本波の余弦成分A[1]のM/2倍となる余弦係数A[1,M-1]と、基本波の正弦成分B[1]のM/2倍となる正弦係数B[1,M-1]をそれぞれ算出するものである。また低次成分演算部23は、前記演算処理の過程で、直流の余弦係数A[0,M-1]を算出するための余弦中間値V[0,n]と、基本波の余弦係数A[1,M-1]を算出するための余弦中間値V[1,n]と、基本波の正弦係数B[1,M-1]を算出するための正弦中間値V[1,n]をそれぞれ出力し、また直流の正弦成分B[0]と等しい正弦中間値V[0,n](=0)を出力することができる。 Each time the low-order component calculation unit 23 receives the value of n counted by the M-ary counter 21, it performs calculation processing using the sampling data v d [n] from the sampling unit 12 and the values of the cosine function F c [n] and sine function F s [n] output from the trigonometric function output unit 22, to calculate, in discrete Fourier analysis, a cosine coefficient A[0,M-1] that is M times the DC cosine component A[0], a cosine coefficient A[1,M-1] that is M/2 times the fundamental wave cosine component A[1], and a sine coefficient B[1,M-1] that is M/2 times the fundamental wave sine component B[1]. In addition, in the course of the calculation process, the low-order component calculation unit 23 outputs a cosine intermediate value V A [0, n] for calculating the DC cosine coefficient A [0, M-1], a cosine intermediate value V A [1, n] for calculating the fundamental wave cosine coefficient A [1, M-1], and a sine intermediate value V B [1, n] for calculating the fundamental wave sine coefficient B [1, M-1], and can also output a sine intermediate value V B [0, n] (= 0) that is equal to the DC sine component B [0].

まず、このサンプリングデータv[n]を、この後で必要な演算を行うための中間値として、k=0に対する余弦中間値V[k,n]、すなわちV[0,n]に保持する。
そして、k=0に対する余弦係数A[k,n]、すなわちA[0,n]が、前回のサンプリング時の余弦係数であるA[0,n-1]を用いて、以下の様な演算を行い保持される。
First, this sampling data v d [n] is held as an intermediate value for performing necessary calculations later, the cosine intermediate value V A [k,n] for k=0, that is, V A [0,n].
Then, the cosine coefficient A[k,n] for k=0, that is, A[0,n], is stored by performing the following calculation using A[0,n-1], which is the cosine coefficient at the time of the previous sampling:

Figure 0007509417000009
Figure 0007509417000009

このように低次成分演算部23は、サンプリングデータv[n]から、直流の余弦係数A[0,n]を算出する直流成分演算部31を備える。直流成分演算部31は、加算器32とレジスタ33とを含み、サンプリング部12からのサンプリングデータv[n]となる直流の余弦中間値V[0,n]と、レジスタ33から出力される前回のサンプリング時における直流の余弦係数A[0,n-1]とを加算器32で加算し、加算器32の演算結果となる直流の余弦係数A[0,n]をレジスタ33に入力することで、直流の余弦中間値V[0,n]と直流の余弦係数A[0,n]を、後述する高次成分演算部24にそれぞれ出力するものである。 In this way, the low-order component calculation unit 23 includes a DC component calculation unit 31 that calculates a DC cosine coefficient A[0,n] from the sampling data v d [n]. The DC component calculation unit 31 includes an adder 32 and a register 33, and adds a DC cosine intermediate value V A [0,n], which is the sampling data v d [n] from the sampling unit 12, to a DC cosine coefficient A[0,n-1] at the previous sampling time output from the register 33 by the adder 32, and inputs the DC cosine coefficient A[0,n], which is the calculation result of the adder 32, to the register 33, thereby outputting the DC cosine intermediate value V A [0,n] and the DC cosine coefficient A[0,n] to the high-order component calculation unit 24 described later.

なお、図中でレジスタ33のSR(1)とある部位は、nに対する1段のシフトレジスタを表わす。同様に、M段のシフトレジスタであればSR(M)のように表わす。後述する他のレジスタ46,47,57,58,73,74についても、シフトレジスタとして同様に表記する。 In the figure, the portion of register 33 marked SR(1) represents a one-stage shift register for n. Similarly, an M-stage shift register would be represented as SR(M). The other registers 46, 47, 57, 58, 73, and 74, described below, will also be represented as shift registers in the same way.

ここで、この演算処理から明らかなように、A[0,n]は、サンプリングデータv[n]を積算した値である。そして、nは、0からM-1までを出力するM進カウンタ21の出力値であるから、nの値が0のときの初期値として、A[0,-1]=0と定義しておくことにより、n=M-1におけるA[0,n]の値、すなわちA[0,M-1]は、nが0からM-1までのM点分のサンプリングデータv[n]の合計となることがわかる。
すなわち、以下の様になる。
As is clear from this calculation process, A[0,n] is the value obtained by accumulating the sampling data v d [n]. Since n is the output value of the M-ary counter 21 that outputs 0 to M-1, by defining A[0,-1]=0 as the initial value when the value of n is 0, it can be seen that the value of A[0,n] when n=M-1, i.e., A[0,M-1], is the sum of M points of sampling data v d [n] where n is from 0 to M-1.
That is, it looks like this:

Figure 0007509417000010
Figure 0007509417000010

この値は、直流成分A[0]のM倍の値であり、Mは設定で決まる既知の値であるから、このことにより直流成分演算部31で直流成分A[0]が得られたといえる。後段での演算の便宜と、余分な演算による処理時間が延びることを避けるため、このまま扱う体で説明を進めるが、必要であれば、その際にA[0,M-1]をMで割ればよい。 This value is M times the DC component A[0], where M is a known value determined by the settings, so it can be said that the DC component A[0] has been obtained by the DC component calculation unit 31. For the convenience of calculations in later stages and to avoid extending the processing time due to unnecessary calculations, we will continue the explanation as if it were treated as is, but if necessary, A[0,M-1] can be divided by M at that time.

次に、のちの演算の便宜のため、ここでk=0に対する正弦中間値V[k,n]、すなわちV[0,n]として、以下の様に常時0として定義しておく。直流成分演算部31は、直流の正弦中間値V[0,n]をnの値に関係なく常時0に設定して、後段の高次成分演算部24に出力する中間値出力部34をさらに備える。 Next, for convenience of subsequent calculations, the sine intermediate value VB [k,n] for k=0, i.e., VB [0,n], is defined as always 0 as follows: The DC component calculation unit 31 further includes an intermediate value output unit 34 that always sets the DC sine intermediate value VB [0,n] to 0 regardless of the value of n and outputs it to the subsequent high-order component calculation unit 24.

Figure 0007509417000011
Figure 0007509417000011

次に、k=1に対応する演算、すなわち基本波成分を演算する部分について述べる。
k=1に対する余弦中間値V[1,n]および正弦中間値V[1,n]として、以下の演算を行う。
Next, the calculation corresponding to k=1, that is, the part that calculates the fundamental wave component, will be described.
The following calculations are performed with the cosine intermediate value V A [1,n] and the sine intermediate value V B [1,n] for k=1.

Figure 0007509417000012
Figure 0007509417000012

そして、この余弦中間値V[1,n]および正弦中間値V[1,n]をそれぞれ以下の様に積算していく。 Then, the cosine intermediate value V A [1, n] and the sine intermediate value V B [1, n] are respectively integrated as follows.

Figure 0007509417000013
Figure 0007509417000013

このように低次成分演算部23は、サンプリングデータv[n]と、余弦関数F[n]および正弦関数F[n]の各値から、基本波の余弦係数A[1,n]と基本波の正弦係数B[1,n]をそれぞれ算出する基本波成分演算部41を備える。基本波成分演算部41は、乗算器42,43と、加算器44,45と、レジスタ46,47とを含み、サンプリング部12からのサンプリングデータv[n]と、三角関数出力部22からの余弦関数F[n]とを乗算器42で乗算し、乗算器42の演算結果となる基本波の余弦中間値V[1,n]と、レジスタ46から出力される前回のサンプリング時における基本波の余弦係数A[1,n-1]とを加算器44で加算して、加算器44の演算結果となる基本波の余弦係数A[1,n]をレジスタ46に入力する一方で、サンプリング部12からのサンプリングデータv[n]と、三角関数出力部22からの正弦関数F[n]とを乗算器43で乗算し、乗算器43の演算結果となる基本波の正弦中間値V[1,n]と、レジスタ47から出力される前回のサンプリング時における基本波の正弦係数B[1,n-1]とを加算器45で加算して、加算器45の演算結果となる基本波の余弦係数B[1,n]をレジスタ47に入力することで、基本波の余弦中間値V[1,n]と、基本波の正弦中間値V[1,n]と、基本波の余弦係数A[1,n]と、基本波の正弦係数B[1,n]を、後述する高次成分演算部24にそれぞれ出力するものである。 In this way, the low-order component calculation unit 23 includes a fundamental wave component calculation unit 41 that calculates the cosine coefficient A[1, n] of the fundamental wave and the sine coefficient B[1, n] of the fundamental wave from the sampling data v d [n] and the values of the cosine function F c [n] and the sine function F s [n]. The fundamental wave component calculation unit 41 includes multipliers 42 and 43, adders 44 and 45, and registers 46 and 47. The multiplier 42 multiplies the sampling data v d [n] from the sampling unit 12 by the cosine function F c [n] from the trigonometric function output unit 22, and the adder 44 adds the cosine intermediate value V A [1, n] of the fundamental wave which is the calculation result of the multiplier 42 and the cosine coefficient A [1, n-1] of the fundamental wave at the previous sampling time which is output from the register 46, and inputs the cosine coefficient A [1, n] of the fundamental wave which is the calculation result of the adder 44 to the register 46. Meanwhile, the multiplier 43 multiplies the sampling data v d [n] from the sampling unit 12 by the sine function F s [n] from the trigonometric function output unit 22, and the multiplier 43 multiplies the sine intermediate value V B [1,n] and the sine coefficient B[1,n-1] of the fundamental wave at the previous sampling time output from register 47 are added by adder 45, and the cosine coefficient B[1,n] of the fundamental wave which is the calculation result of adder 45 is input to register 47, thereby outputting the cosine intermediate value V A [1,n] of the fundamental wave, the sine intermediate value V B [1,n] of the fundamental wave, the cosine coefficient A[1,n] of the fundamental wave, and the sine coefficient B[1,n] of the fundamental wave to the higher-order component calculation unit 24 described later.

ここで、これらの演算処理から明らかなように、A[1,n]は、k=1に対する余弦中間値V[1,n]を積算した値であり、B[1,n]は、k=1に対する正弦中間値V[1,n]を積算した値である。そして、nは、0からM-1までを出力するM進カウンタ21の出力値であるから、nの値が0のときの初期値として、A[1,-1]=0、B[1,-1]=0と定義しておくことにより、k=1およびn=M-1における余弦係数A[1,M-1]、正弦係数B[1,M-1]は、それぞれ以下の様になっていることがわかる。 As is clear from these calculation processes, A[1,n] is the value obtained by accumulating the cosine intermediate value V A [1,n] for k=1, and B[1,n] is the value obtained by accumulating the sine intermediate value V B [1,n] for k=1. Since n is the output value of the M-ary counter 21, which outputs values from 0 to M-1, by defining A[1,-1]=0 and B[1,-1]=0 as the initial values when the value of n is 0, it can be seen that the cosine coefficient A[1,M-1] and sine coefficient B[1,M-1] for k=1 and n=M-1 are as follows:

Figure 0007509417000014
Figure 0007509417000014

これらは、基本波の離散フーリエ変換に、M/2を乗算した値となる。これらの値は、直流成分のときと同様、基本波成分のM/2倍の値であり、Mは設定で決まる既知の値であるから、このことにより基本波成分演算部41で基本波の余弦成分A[1]と基本波の正弦成分B[1]がそれぞれ得られたといえる。後段での演算の便宜と、余分な演算による処理時間が延びることを避けるため、このまま扱う体で説明を進めるが、必要であれば、その際にそれぞれM/2で割ればよい。 These are the values obtained by multiplying the discrete Fourier transform of the fundamental wave by M/2. As with the DC component, these values are M/2 times the fundamental wave component, where M is a known value determined by settings, so it can be said that the fundamental wave component calculation unit 41 has obtained the fundamental wave cosine component A[1] and the fundamental wave sine component B[1]. For the convenience of calculations in later stages and to avoid extending the processing time due to unnecessary calculations, we will continue with the explanation as if they were used as is, but if necessary, they can be divided by M/2 at that time.

なお、以下で2次以上の高調波成分の演算結果を得る際も同様である。
図2(B)は、高調波演算部13における演算処理の流れの一例で、図2(A)の直流成分および基本波の処理により得られた演算結果があることを前提に、2以上であるkに対し、(k-2)次と(k-1)次の高調波演算を利用して、k次の高調波成分を逐次演算する流れを示している。こうした一連の演算処理を実現するために、高調波演算部13は、前述したM進カウンタ21と、三角関数出力部22と、低次成分演算部23の他に、図2(B)に示す高次成分演算部24をさらに含む。
The same applies when obtaining the calculation results of second and higher harmonic components below.
Fig. 2(B) shows an example of the flow of calculation processing in the harmonic calculation unit 13, which shows a flow of sequentially calculating a k-th harmonic component using (k-2)th and (k-1)th harmonic calculations for k equal to or greater than 2, assuming that there are calculation results obtained by processing the DC component and fundamental wave in Fig. 2(A).To realize this series of calculation processing, the harmonic calculation unit 13 further includes a high-order component calculation unit 24 shown in Fig. 2(B) in addition to the above-mentioned M-ary counter 21, trigonometric function output unit 22, and low-order component calculation unit 23.

高次成分演算部24は、次数kが2以上であるとして、M進カウンタ21でカウントされるnの値を受ける毎に、低次成分演算部23や高次成分演算部24から出力される(k-2)次高調波の余弦中間値V[k-2,n]、(k-2)次高調波の正弦中間値V[k-2,n]、および(k-1)次高調波の余弦中間値V[k-1,n]と、三角関数出力部22から出力される余弦関数F[n]および正弦関数F[n]の各値とによる演算処理を行い、離散フーリエ解析における、k次高調波の余弦成分A[k]のM/2倍となる余弦係数A[k,M-1]と、k次高調波の正弦成分B[k]のM/2倍となる正弦係数B[k,M-1]をそれぞれ算出するものである。 The high-order component calculation unit 24, assuming that the order k is 2 or more, performs calculation processing each time it receives the value of n counted by the M-ary counter 21 using the cosine intermediate value V A [k-2,n] of the (k-2)th harmonic, the sine intermediate value V B [k-2,n] of the (k-2)th harmonic, and the cosine intermediate value V A [k-1,n] of the (k-1)th harmonic output from the low-order component calculation unit 23 and the high-order component calculation unit 24, and the values of the cosine function F c [n] and sine function F s [n] output from the trigonometric function output unit 22, to calculate a cosine coefficient A[k,M-1] that is M/2 times the cosine component A[k] of the kth harmonic and a sine coefficient B[k,M-1] that is M/2 times the sine component B[k] of the kth harmonic in discrete Fourier analysis.

ここでは、(k-2)次に対する余弦中間値V[k-2,n]および正弦中間値V[k-2,n]、ならびに(k-1)次に対する余弦中間値V[k-1,n]、ならびにすでに求まっている余弦関数F[n]と正弦関数F[n]を用いて、以下の演算を行う。 Here, the following calculation is performed using the cosine intermediate value V A [k-2,n] and sine intermediate value V B [k-2,n] for the (k-2)th order, the cosine intermediate value V A [k-1,n] for the (k-1)th order, and the already calculated cosine function F c [n] and sine function F s [n].

Figure 0007509417000015
Figure 0007509417000015

ただし、nの値が0のときの初期値として、A[k,-1]=0、B[k,-1]=0と定義する。 However, when the value of n is 0, the initial values are defined as A[k,-1]=0 and B[k,-1]=0.

このような演算処理を実現するために、高次成分演算部24は、乗算器51,52と、減算器53と、加算器54,55,56と、レジスタ57,58とを含む。そして高次成分演算部24は、低次成分演算部23または高次成分演算部24から出力される(k-1)次高調波の余弦中間値V[k-1,n]と、三角関数出力部22からの余弦関数F[n]を2倍にした値(=2F[n])を乗算器51で乗算し、乗算器51の演算結果となる値2F[n]・V[k-1,n]に、低次成分演算部23または高次成分演算部24から出力される(k-2)次高調波の余弦中間値V[k-2,n]を減算器53で減算し、減算器53の演算結果となるk次高調波の余弦中間値V[k,n]と、レジスタ57から出力される前回のサンプリング時におけるk次高調波の余弦係数A[k,n-1]とを加算器55で加算して、加算器55の演算結果となるk次高調波の余弦係数A[k,n]をレジスタ57に入力する一方で、低次成分演算部23または高次成分演算部24から出力される(k-1)次高調波の余弦中間値V[k-1,n]と、三角関数出力部22からの正弦関数F[n]を2倍にした値(=2F[n])を乗算器52で乗算し、乗算器52の演算結果となる値2F[n]・V[k-1,n]に、低次成分演算部23または高次成分演算部24から出力される(k-2)次高調波の正弦中間値V[k-2,n]を加算器54で加算し、加算器54の演算結果となるk次高調波の正弦中間値V[k,n]と、レジスタ58から出力される前回のサンプリング時におけるk次高調波の正弦係数B[k,n-1]とを加算器56で加算して、加算器56の演算結果となるk次高調波の正弦係数B[k,n]をレジスタ58に入力することで、k次高調波成分の演算結果となる余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]をそれぞれ出力し、さらに(k+1)次高調波成分や(k+2)次高調波成分を演算する別な高次成分演算部24に対して、k次高調波の余弦中間値V[k,n]および正弦中間値V[k,n]を出力するように構成される。 To realize such calculation processing, high-order component calculation unit 24 includes multipliers 51 and 52 , a subtractor 53 , adders 54 , 55 and 56 , and registers 57 and 58 . Then, high-order component calculation unit 24 multiplies, in multiplier 51, the cosine intermediate value V A [k-1,n] of the (k-1)th harmonic output from low-order component calculation unit 23 or high-order component calculation unit 24 by twice the value (=2F c [n]) of the cosine function F c [n] from trigonometric function output unit 22, and subtracts, in subtractor 53, the cosine intermediate value V A [k-2,n] of the (k-2)th harmonic output from low-order component calculation unit 23 or high-order component calculation unit 24 from the value 2F c [n]·V A [k-1,n] that is the calculation result of multiplier 51, to obtain the cosine intermediate value V A [k-2,n] of the kth harmonic that is the calculation result of subtractor 53. An adder 55 adds together A[k,n] and the cosine coefficient A[k,n-1] of the k-th harmonic at the time of the previous sampling output from a register 57, and the cosine coefficient A[k,n] of the k-th harmonic which is the calculation result of the adder 55 is input to a register 57. Meanwhile, a multiplier 52 multiplies the cosine intermediate value V A [k-1,n] of the (k-1)th harmonic which is output from the low-order component calculation unit 23 or the high-order component calculation unit 24 by a value obtained by multiplying the sine function F s [n] from the trigonometric function output unit 22 by two (=2F s [n]), and inputs the value 2F s [n]·V A [k-1,n] which is the calculation result of the multiplier 52 to the sine intermediate value V B The kth harmonic wave component is calculated by adding the kth harmonic intermediate value V B [k,n] and the sine coefficient B[k,n-1] of the kth harmonic at the previous sampling time output from register 58 to adder 56, and the sine coefficient B[k,n] of the kth harmonic at the previous sampling time output from register 58 is input to register 58, thereby outputting the cosine coefficient A[k,n] and sine coefficient B[k,n] which are the calculation results of the kth harmonic component, and further outputting the cosine intermediate value V A [k,n] and sine intermediate value V B [k,n] of the kth harmonic to another high-order component calculation unit 24 which calculates the (k+1)th harmonic component and the (k+2 ) th harmonic component.

ここで、余弦中間値V[k,n]および正弦中間値V[k,n]の演算について説明を加える。
三角関数に関して、以下の式が恒等式として成り立つことは、例えば右辺の第1項を展開して具体的に指数関数同士の計算することで容易に確かめられる。
Here, the calculation of the cosine intermediate value V A [k,n] and the sine intermediate value V B [k,n] will be explained.
Regarding trigonometric functions, it is easy to verify that the following equation holds as an identity by, for example, expanding the first term on the right-hand side and calculating specific exponential functions.

Figure 0007509417000016
ここで、eは自然対数の底であり、jは虚数単位である。
Figure 0007509417000016
Here, e is the base of the natural logarithm and j is the imaginary unit.

Figure 0007509417000017
左辺および右辺それぞれの実部同士および虚部同士それぞれが等しいことから、
Figure 0007509417000017
Since the real parts and imaginary parts of the left and right sides are equal,

Figure 0007509417000018
となる。この式は、k倍角の余弦関数と正弦関数を表わすチェビシェフの多項式として知られている。
Figure 0007509417000018
This formula is known as the Chebyshev polynomial, which represents the k-fold cosine and sine functions.

これらの結果を用いると、余弦中間値V[k,n]および正弦中間値V[k,n]はそれぞれ、以下の様に変形できる。 Using these results, the cosine intermediate value V A [k,n] and the sine intermediate value V B [k,n] can be transformed as follows:

Figure 0007509417000019
Figure 0007509417000019

これらのことから、A[k,n]および正弦中間値V[k,n]が、それぞれ以下と同値であることがわかる。 From these, it can be seen that A[k,n] and the sine intermediate value V B [k,n] are equal to the following values, respectively.

Figure 0007509417000020
Figure 0007509417000020

このような高次成分演算部24による演算処理により、位相がk倍の三角関数を用いることなく、(k-1)次までの高調波演算で得られた結果だけを用いて、A[k,M-1]としてk次高調波の余弦成分に、B[k,M-1]としてk次高調波の正弦成分にそれぞれM/2を乗じた値が求まることがわかる。 By performing this calculation process using the high-order component calculation unit 24, it is possible to obtain the cosine component of the kth harmonic as A[k, M-1] and the sine component of the kth harmonic as B[k, M-1] by multiplying them by M/2 using only the results of the harmonic calculations up to the (k-1)th order, without using a trigonometric function with a phase that is k times higher.

さらに、A[k,M-1]およびB[k,M-1]がk次高調波の余弦成分および正弦成分のそれぞれM/2倍の振幅であるから、二乗平均によりk次高調波の振幅のM/2倍を求めることができる。
さらに、必要があればk次高調波の位相成分も求めることができる。
Furthermore, since A[k, M-1] and B[k, M-1] are M/2 times the amplitude of the cosine component and sine component of the kth harmonic, respectively, it is possible to obtain M/2 times the amplitude of the kth harmonic by taking the mean square.
Furthermore, if necessary, the phase component of the kth harmonic can also be obtained.

このようにして、高調波計測装置10の信号入力部11に入力される入力信号vについて、k次高調波の余弦の振幅および正弦の振幅の情報を、基本周期T(サンプリングM点)毎に得ることができる構成が得られることがわかる。 In this way, it can be seen that a configuration can be obtained that can obtain information on the cosine amplitude and sine amplitude of the kth harmonic for each fundamental period T a (M sampling points) for the input signal v input to the signal input section 11 of the harmonic measuring device 10.

[第2の実施の形態]
図3は、第2の実施の形態に係る高調波計測装置10の構成例を示す図である。
第1の実施の形態では、k=1から連続する次数の高調波の振幅を、2つのそれより低い次数での結果、例えばk=2の場合については、k=1とk=0により得られている結果を基にした逐次演算として求める構成とした例であるが、第2の実施の形態は、一つ低い次数だけの結果を基にした逐次演算として求める構成例である。したがって、図1に示す高調波計測装置10の中で、高調波演算部13の構成だけが第1の実施の形態と異なる。なお、k=0に対しては第1の実施の形態と同様の構成であり、図2Aで示した直流成分の演算処理にかかる構成を、第2の実施の形態でもそのまま適用できる。また、図2Aに示す低次成分演算部23の中で、基本波の演算処理にかかる基本波成分演算部41は第2の実施の形態で省略できる。
[Second embodiment]
FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of a harmonic measuring device 10 according to the second embodiment.
In the first embodiment, the amplitude of the harmonics of consecutive orders from k=1 is calculated as a sequential calculation based on the results of two lower orders, for example, the results obtained by k=1 and k=0 in the case of k=2. In the second embodiment, the amplitude is calculated as a sequential calculation based on the results of only the next lower order. Therefore, in the harmonic measuring device 10 shown in FIG. 1, only the configuration of the harmonic calculation unit 13 is different from that of the first embodiment. Note that the configuration for k=0 is the same as that of the first embodiment, and the configuration for the calculation processing of the DC component shown in FIG. 2A can be applied as it is to the second embodiment. In addition, in the low-order component calculation unit 23 shown in FIG. 2A, the fundamental wave component calculation unit 41 for the calculation processing of the fundamental wave can be omitted in the second embodiment.

図3に示す高調波演算部13の高次成分演算部24では、k≧1に対して、以下の演算を行う。第1の実施の形態では、k次高調波に関する演算に、V[k-2,n]およびV[k-2,n]を演算に使用しているが、V[k-1,n]は演算には使用していなかった。それに対し、この第2の実施の形態では、k次高調波に関する演算に、その2次下の高調波成分である(k-2)次高調波に関する情報であるV[k-2,n]およびV[k-2,n]は使用せず、代わりにV[k-1,n]を演算に使用して同様の結果を得るようにしている。 The high-order component calculation unit 24 of the harmonic calculation unit 13 shown in Fig. 3 performs the following calculation for k ≥ 1. In the first embodiment, V A [k-2,n] and V B [k-2,n] were used in the calculation related to the k-th harmonic, but V B [k-1,n] was not used in the calculation. In contrast, in the second embodiment, V A [k-2,n] and V B [k-2,n], which are information related to the (k-2)th harmonic, which is the harmonic component two orders lower, are not used in the calculation related to the k-th harmonic, but instead V B [k-1,n] is used in the calculation to obtain similar results.

つまり、ここでの高次成分演算部24は、次数kが1以上であるとして、M進カウンタ21でカウントされるnの値を受ける毎に、低次成分演算部23や高次成分演算部24から出力される(k-1)次高調波の余弦中間値V[k-1,n]および(k-1)次高調波の正弦中間値V[k-1,n]と、三角関数出力部22から出力される余弦関数F[n]および正弦関数F[n]の各値とによる演算処理を行い、離散フーリエ解析における、k次高調波の余弦成分A[k]のM/2倍となる余弦係数A[k,M-1]と、k次高調波の正弦成分B[k]のM/2倍となる正弦係数B[k,M-1]をそれぞれ算出する構成となっている。 In other words, here, assuming that the order k is 1 or more, each time high-order component calculation unit 24 receives the value of n counted by M-ary counter 21, it performs arithmetic processing using the cosine intermediate value V A [k-1,n] of the (k-1)th harmonic and the sine intermediate value V B [k-1,n] of the (k-1)th harmonic output from low-order component calculation unit 23 and high-order component calculation unit 24, and the values of the cosine function F c [n] and sine function F s [n] output from trigonometric function output unit 22, to calculate a cosine coefficient A[k,M-1] that is M/2 times the cosine component A[k] of the kth harmonic and a sine coefficient B[k,M-1] that is M/2 times the sine component B[k] of the kth harmonic in discrete Fourier analysis.

Figure 0007509417000021
Figure 0007509417000021

このような演算処理を実現するために、高次成分演算部24は、乗算器61,62,63,64と、減算器65と、加算器55,56,66と、レジスタ57,58とを含む。そして高次成分演算部24は、低次成分演算部23または高次成分演算部24から出力される(k-1)次高調波の余弦中間値V[k-1,n]と、三角関数出力部22からの余弦関数F[n]の値を乗算器61で乗算し、低次成分演算部23または高次成分演算部24から出力される(k-1)次高調波の正弦中間値V[k-1,n]と、三角関数出力部22からの正弦関数F[n]の値を乗算器64で乗算し、乗算器61の演算結果となる値V[k-1,n]・F[n]に、乗算器64の演算結果となる値V[k-1,n]・F[n]を減算器65で減算し、減算器65の演算結果となるk次高調波の余弦中間値V[k,n]と、レジスタ57から出力される前回のサンプリング時におけるk次高調波の余弦係数A[k,n-1]とを加算器55で加算して、加算器55の演算結果となるk次高調波の余弦係数A[k,n]をレジスタ57に入力する一方で、低次成分演算部23または高次成分演算部24から出力される(k-1)次高調波の正弦中間値V[k-1,n]と、三角関数出力部22からの余弦関数F[n]の値を乗算器63で乗算し、低次成分演算部23または高次成分演算部24から出力される(k-1)次高調波の余弦中間値V[k-1,n]と、三角関数出力部22からの正弦関数F[n]の値を乗算器62で乗算し、乗算器63の演算結果となる値V[k-1,n]・F[n]に、乗算器62の演算結果となる値V[k-1,n]・F[n]を加算器66で加算し、加算器66の演算結果となるk次高調波の正弦中間値V[k,n]と、レジスタ58から出力される前回のサンプリング時におけるk次高調波の正弦係数B[k,n-1]とを加算器56で加算して、加算器56の演算結果となるk次高調波の正弦係数B[k,n]をレジスタ58に入力することで、k次高調波成分の演算結果となる余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]をそれぞれ出力し、さらに(k+1)次高調波成分を演算する別な高次成分演算部24に対して、k次高調波の余弦中間値V[k,n]および正弦中間値V[k,n]を出力するように構成される。 To realize such calculation processing, high-order component calculation section 24 includes multipliers 61 , 62 , 63 , and 64 , a subtractor 65 , adders 55 , 56 , and 66 , and registers 57 and 58 . Then, high-order component calculation unit 24 multiplies the cosine intermediate value V A [k-1,n] of the (k-1)th harmonic output from low-order component calculation unit 23 or high-order component calculation unit 24 by the value of the cosine function F c [n] from trigonometric function output unit 22 in multiplier 61, multiplies the sine intermediate value V B [k-1,n] of the (k-1)th harmonic output from low-order component calculation unit 23 or high-order component calculation unit 24 by the value of the sine function F S [n] from trigonometric function output unit 22 in multiplier 64, and subtracts the value V B [k-1,n] ·F S [n] which is the calculation result of multiplier 61 from the value V A [k-1,n] ·F c [n] which is the calculation result of multiplier 61 in subtractor 65, thereby obtaining the cosine intermediate value V A [k,n] and the cosine coefficient A[k,n-1] of the k-th harmonic at the time of the previous sampling output from register 57 are added by adder 55, and the cosine coefficient A[k,n] of the k-th harmonic which is the calculation result of adder 55 is input to register 57. Meanwhile, the sine intermediate value V B [k-1,n] of the (k-1)th harmonic which is output from low-order component calculation unit 23 or high-order component calculation unit 24 is multiplied by the value of the cosine function F c [n] from trigonometric function output unit 22 by multiplier 63, and the cosine intermediate value V A [k-1,n] of the (k-1)th harmonic which is output from low-order component calculation unit 23 or high-order component calculation unit 24 is multiplied by the value of the sine function F S [n] from trigonometric function output unit 22 by multiplier 62, and the value V B [k-1,n]·F c The adder 66 adds the value V A [k-1,n]·F S [n] which is the calculation result of the multiplier 62 to F S [n], and the adder 56 adds the sine intermediate value V B [k,n] of the kth harmonic which is the calculation result of the adder 66 and the sine coefficient B[k,n-1] of the kth harmonic at the previous sampling time which is output from the register 58, and the sine coefficient B[k,n] of the kth harmonic which is the calculation result of the adder 56 is input to the register 58, thereby outputting the cosine coefficient A[k,n] and sine coefficient B[k,n] which are the calculation results of the kth harmonic component, and further outputs the cosine intermediate value V A [k,n] and sine intermediate value V B [k,n] of the kth harmonic to another high-order component calculation unit 24 which calculates the (k+1)th harmonic component.

なお、上式における逐次演算は、三角関数に関する以下の式の関係において、左辺と右辺の実部および虚部それぞれが等しいことに基づいている。この等式が成り立つことは、右辺の指数部を指数法則に基づいて加算することにより容易に示すことができる。また、別の見方をすれば、2つの偏角を(k-1)θとθとして、三角関数の加法定理に基づいた演算による結果であるともいえる。なお、ここでも、nの値が0のときの初期値として、A[k,-1]=0、B[k,-1]=0と定義する。 The sequential calculations in the above formula are based on the fact that the real and imaginary parts of the left and right sides of the following formula, which relates to trigonometric functions, are equal. That this equality holds can be easily shown by adding the exponents on the right side based on the law of exponents. From another perspective, this can also be said to be the result of calculations based on the addition theorem of trigonometric functions, with the two argument angles being (k-1)θ and θ. Note that here too, the initial values when the value of n is 0 are defined as A[k,-1]=0 and B[k,-1]=0.

Figure 0007509417000022
Figure 0007509417000022

Figure 0007509417000023
これらの結果を用いると、余弦中間値V[k,n]および正弦中間値V[k,n]はそれぞれ、以下の様に変形できる。
Figure 0007509417000023
Using these results, the cosine intermediate value V A [k,n] and the sine intermediate value V B [k,n] can be transformed as follows:

Figure 0007509417000024
これらのことから、A[k,n]および正弦中間値V[k,n]が、第1の実施の形態と同様、それぞれ以下と同値であることがわかる。
Figure 0007509417000024
From these, it can be seen that A[k,n] and the sine intermediate value V B [k,n] are the same as in the first embodiment, respectively, as follows:

Figure 0007509417000025
Figure 0007509417000025

このような高次成分演算部24による演算処理により、位相がk倍の三角関数を用いることなく、(k-1)次までの高調波演算で得られた結果だけを用いて、A[k,M-1]としてk次高調波の余弦成分に、B[k,M-1]としてk次高調波の正弦成分にそれぞれM/2を乗じた値が求まることがわかる。 By performing this calculation process using the high-order component calculation unit 24, it is possible to obtain the cosine component of the kth harmonic as A[k, M-1] and the sine component of the kth harmonic as B[k, M-1] by multiplying them by M/2 using only the results of the harmonic calculations up to the (k-1)th order, without using a trigonometric function with a phase that is k times higher.

さらに、A[k,M-1]およびB[k,M-1]がk次高調波の余弦成分および正弦成分のそれぞれM/2倍の振幅であるから、二乗平均によりk次高調波の振幅のM/2倍を求めることができる。
さらに、必要があればk次高調波の位相成分も求めることができる。
Furthermore, since A[k, M-1] and B[k, M-1] are M/2 times the amplitude of the cosine component and sine component of the kth harmonic, respectively, it is possible to obtain M/2 times the amplitude of the kth harmonic by taking the mean square.
Furthermore, if necessary, the phase component of the kth harmonic can also be obtained.

このようにして、高調波計測装置10の信号入力部11に入力される入力信号vについて、k次高調波の余弦の振幅および正弦の振幅の情報を、基本周期T(サンプリングM点)毎に得ることができる構成が得られることがわかる。 In this way, it can be seen that a configuration can be obtained that can obtain information on the cosine amplitude and sine amplitude of the kth harmonic for each fundamental period T a (M sampling points) for the input signal v input to the signal input section 11 of the harmonic measuring device 10.

[第3の実施の形態]
図4は、第3の実施の形態にかかる高調波演算部13の一例を示す図である。図中、高調波演算部13を構成する高次成分演算部24には、図2(B)や図3で示した加算器55,56に代わって加減算器71,72が設けられ、またレジスタ57,58とは別なレジスタ73,74が設けられる。ここでの高次成分演算部24は、高次成分演算部24で算出されるk次高調波の余弦中間値V[k,n]をM段のシフトレジスタSR(M)からなるレジスタ73に入力し、加減算器71により、k次高調波の余弦中間値V[k,n]に、レジスタ57から出力される前回のサンプリング時におけるk次高調波の余弦係数A[k,n-1]を加算した値から、レジスタ73から出力されるM回前のk次高調波の余弦中間値V[k,n-M]を減算して、加減算器71の演算結果となるk次高調波の余弦係数A[k,n]をレジスタ57に入力する一方で、高次成分演算部24で算出されるk次高調波の正弦中間値V[k,n]をM段のシフトレジスタSR(M)からなるレジスタ74に入力し、加減算器72により、k次高調波の正弦中間値V[k,n]に、レジスタ58から出力される前回のサンプリング時におけるk次高調波の正弦係数B[k,n-1]を加算した値から、レジスタ74から出力されるM回前のk次高調波の正弦中間値V[k,n-M]を減算して、加減算器72の演算結果となるk次高調波の正弦係数B[k,n]をレジスタ58に入力することで、k次高調波の余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]を出力して、演算開始後からM回後にk次高調波に関する振幅の情報をサンプリング周期Tごとに演算可能にするリアルタイム高調波解析部70を備えている。
[Third embodiment]
4 is a diagram showing an example of the harmonic calculation unit 13 according to the third embodiment. In the figure, a high-order component calculation unit 24 constituting the harmonic calculation unit 13 is provided with adders and subtractors 71 and 72 instead of the adders 55 and 56 shown in Fig. 2(B) and Fig. 3, and also provided with registers 73 and 74 in addition to the registers 57 and 58. In this case, the high-order component calculation unit 24 inputs the cosine intermediate value V A [k,n] of the k-th harmonic calculated by the high-order component calculation unit 24 to a register 73 consisting of an M-stage shift register SR(M), and an adder-subtractor 71 subtracts the cosine intermediate value V A [k,n-M] of the k-th harmonic M times earlier output from the register 73 from a value obtained by adding the cosine intermediate value V A [k,n] of the k-th harmonic at the previous sampling time output from the register 57 to the cosine intermediate value V A [k,n] of the k-th harmonic, and inputs the cosine coefficient A[k,n] of the k-th harmonic calculated by the high-order component calculation unit 24 to the register 57. a k-th harmonic intermediate value VB[k,n] of the k-th harmonic M sampling periods earlier output from register 74, from which an adder/subtractor 72 subtracts the sine intermediate value VB [k,n-M] of the k-th harmonic M sampling periods earlier output from register 74 from a value obtained by adding the sine intermediate value VB[k,n] of the k-th harmonic to the sine coefficient B [k,n-1] of the k-th harmonic at the previous sampling time output from register 58, and inputs the sine coefficient B[k,n] of the k-th harmonic resulting from the calculation by adder/subtractor 72 to register 58, thereby outputting the cosine coefficient A[k,n] and sine coefficient B[k,n] of the k-th harmonic, thereby making it possible to calculate amplitude information related to the k-th harmonic for each sampling period Ts M sampling periods after the start of calculation.

第1および第2の実施の形態では、周期Tごとに、つまり(n=0、1、2、・・・、M-1)のM点分のサンプリングごとに、k次高調波の振幅が求まる。第3の実施の形態では、この出力段の手前にある加算器55,56の部分に、M段のシフトレジスタSR(M)によるレジスタ73,74を用意し、M点前のVおよびVの値が減算されるように、加算器55,56を加減算器71,72に置き換えてリアルタイム高調波解析部70を構成する。なお、M段のシフトレジスタSR(M)の初期値は、M段とも0としておくとよい。
このとき、A[k,n]およびB[k,n]は以下のように表わされる。
In the first and second embodiments, the amplitude of the k-th harmonic is obtained for each period T a , that is, for each M sampling points (n=0, 1, 2, ..., M-1). In the third embodiment, registers 73 and 74 using M-stage shift registers SR(M) are provided in the place of the adders 55 and 56 located before the output stage, and the adders 55 and 56 are replaced with adders and subtractors 71 and 72 to configure a real-time harmonic analyzer 70 so that the values of V A and V B M points before are subtracted. The initial values of the M-stage shift registers SR(M) are preferably set to 0 for all M stages.
In this case, A[k, n] and B[k, n] are expressed as follows:

Figure 0007509417000026
Figure 0007509417000026

このようにすることで、高調波演算部13における演算開始からM点のデータ取得後からは、A[k,n]およびB[k,n]の演算結果は、その直前のM点分の取得データに基づいた演算結果となる。そのため、演算開始からM点のデータ取得後からは、k次高調波に関する振幅の情報(A[k]、B[k]、Harm[k])が、サンプリング周期Tごとに得られるように動作する。 In this way, after acquiring data for M points from the start of calculation in the harmonic calculation unit 13, the calculation results of A[k,n] and B[k,n] will be the calculation results based on the data acquired for the immediately preceding M points. Therefore, after acquiring data for M points from the start of calculation, the amplitude information (A[k], B[k], Harm [k]) relating to the kth harmonic is obtained for each sampling period Ts .

[第4の実施の形態]
図5は、日本電機工業会の規格であるJEM1498やJEM1505に記載のパワーコンディショナを例に、それらの構成を簡略化した図である。これらの規格で定められているステップ注入付周波数フィードバック方式においては、商用電源の電圧を監視し、商用周波数に対する基本波および2次から7次までの高調波成分をから、ステップ注入の開始要否を判断している。7次までという比較的小さな有限次数までの高調波成分を算出すればよく、その一方で、安全にかかわる検出手段であるため、応答の高速性が求められる。そのため、これまでの構成例のような高調波計測装置10に基づいた高調波分析を用いる好例と言える。
[Fourth embodiment]
FIG. 5 is a simplified diagram of the configuration of a power conditioner described in JEM1498 and JEM1505, which are standards of the Japan Electrical Manufacturers' Association. In the frequency feedback method with step injection defined in these standards, the voltage of the commercial power supply is monitored, and the necessity of starting step injection is judged from the fundamental wave and the second to seventh harmonic components for the commercial frequency. It is sufficient to calculate the harmonic components up to a relatively small finite order, up to the seventh order, while at the same time, since it is a detection means related to safety, a high speed response is required. Therefore, it can be said to be a good example of using harmonic analysis based on the harmonic measuring device 10 like the configuration example so far.

図5のPCS100の動作について、各部の概要を簡単に説明する。
PCS100は、太陽電池等の直流電源200と電力系統(例えば、商用電力系統)300との間に配置される。このPCS100は、ステップ注入付周波数フィードバック方式の単独運転検出装置を備え、ハードウェア部110とソフトウェア部120とで構成された例である。ハードウェア部110は、直流電源200から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータ部111と、系統周波数検出部112と、基本波計測や高調波計測を行う電圧計測部113とで構成された例を示している。ここで、インバータ部111は、直流電源200からの供給電力を交流電力に変換する装置である。
The operation of each part of the PCS 100 in FIG. 5 will be briefly described below.
The PCS 100 is disposed between a DC power source 200 such as a solar cell and a power system (for example, a commercial power system) 300. This PCS 100 is an example equipped with an islanding detection device of a frequency feedback method with step injection, and is configured with a hardware unit 110 and a software unit 120. The hardware unit 110 is configured with an inverter unit 111 that converts DC power supplied from the DC power source 200 into AC power, a system frequency detection unit 112, and a voltage measurement unit 113 that performs fundamental wave measurement and harmonic measurement. Here, the inverter unit 111 is a device that converts the power supplied from the DC power source 200 into AC power.

ソフトウェア部120は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、マイクロプロセッサ、FPGA(Field Programmable Gate Array)、PLD(Programmable Logic Device)などで構成される、数値データやロジック信号を基に数値演算や論理判断を実行する部位である。ソフトウェア部120は、インバータ部111を適切に動作させるための制御を行う電流制御処理部121を有し、この電流制御処理部121は、位相差計測同期処理部122および加算部123からの情報に基づき制御される。 The software unit 120 is a part that performs numerical calculations and logical judgments based on numerical data and logic signals, and is composed of, for example, a CPU (Central Processing Unit), a microprocessor, an FPGA (Field Programmable Gate Array), or a PLD (Programmable Logic Device). The software unit 120 has a current control processing unit 121 that performs control to operate the inverter unit 111 appropriately, and this current control processing unit 121 is controlled based on information from a phase difference measurement synchronization processing unit 122 and an adder unit 123.

位相差計測同期処理部122は、商用電源を含む電力系統300の周波数を検出する部位である系統周波数検出部112から得られた信号を処理する系統周波数計測処理部124で生成された信号に基づき動作する。 The phase difference measurement synchronization processing unit 122 operates based on a signal generated by the system frequency measurement processing unit 124, which processes a signal obtained from the system frequency detection unit 112, which is the part that detects the frequency of the power system 300 including the commercial power source.

加算部123は、無効電力注入処理部125およびステップ注入処理部126からの信号を加算する部位である。これらの加算により得られた情報が、電流制御処理部121においてインバータ部111の制御に必要な情報として使用される。 The adder 123 is a part that adds up the signals from the reactive power injection processor 125 and the step injection processor 126. The information obtained by these additions is used by the current control processor 121 as information necessary for controlling the inverter unit 111.

ステップ注入処理部126は、系統周波数計測処理部124および電圧算出部127からの情報に基づき、インバータ部111の制御に必要な情報であるステップ注入量の算出を行う部位である。 The step injection processing unit 126 is a component that calculates the step injection amount, which is information necessary for controlling the inverter unit 111, based on information from the system frequency measurement processing unit 124 and the voltage calculation unit 127.

単独運転判定部128は、系統周波数の変化によって単独運転の発生の有無判定を行う。 The isolated operation determination unit 128 determines whether or not isolated operation has occurred based on changes in the system frequency.

このようなPCS100において、商用電源VACの基本波成分および2次から7次までの高調波成分を用いた動作の判定条件が前述のJEM規格で定められており、前述の高調波計測装置10を電圧計測部113と電圧算出部127からなるPCS100の高調波計測部130に適用することが可能である。 In such a PCS 100, the conditions for determining operation using the fundamental wave component and second to seventh harmonic components of the commercial power supply VAC are defined in the aforementioned JEM standard, and the aforementioned harmonic measuring device 10 can be applied to the harmonic measuring unit 130 of the PCS 100, which is composed of a voltage measuring unit 113 and a voltage calculating unit 127.

PCS100には、電力系統300が何らかの原因で停止しているときに、PCS100を含む直流電源200の設備が単独運転の状態で系統負荷に電力を供給し続けないように、直流電源200が電力系統300から切り離されて単独運転をしているか否かを検出する単独運転検出システムが設けられる。当該システムは、インバータ部111の出力側の高調波電圧を高調波計測部130で計測し、その高調波電圧に変動が発生するとステップ注入処理部126により無効電力のステップ注入を開始し、単独運転を検出させる構成となっている。 The PCS100 is provided with an islanding detection system that detects whether the DC power supply 200 is isolated from the power grid 300 and in islanding operation, so that the DC power supply 200 equipment including the PCS100 does not continue to supply power to the system load in an islanding operation state when the power grid 300 is stopped for some reason. This system is configured to measure the harmonic voltage on the output side of the inverter unit 111 with the harmonic measurement unit 130, and when a fluctuation occurs in the harmonic voltage, the step injection processing unit 126 starts step injection of reactive power, thereby detecting islanding operation.

[まとめ]
以上のように、第1~第4の実施の形態にかかる高調波計測装置10は、図1に示すように、信号入力部11と、サンプリング部12と、高調波演算部13と、を有する簡素な構成とすることができる。
[summary]
As described above, the harmonic measuring device 10 according to the first to fourth embodiments can have a simple configuration having a signal input unit 11, a sampling unit 12, and a harmonic calculation unit 13, as shown in FIG. 1.

ここでの信号入力部11は、計測対象となる入力信号vから出力信号vを生成し、サンプリング部12は、信号入力部11からの出力信号vを受けて、サンプリング周期Tごとにサンプリングデータv[n]を出力する構成とすることで、サンプリング部12により高調波演算部13の演算に必要なサンプリングデータv[n]を得ることができる。 Here, the signal input unit 11 generates an output signal v a from the input signal v to be measured, and the sampling unit 12 is configured to receive the output signal v a from the signal input unit 11 and output sampling data v d [n] for each sampling period Ts , thereby enabling the sampling unit 12 to obtain the sampling data v d [n] required for calculations by the harmonic calculation unit 13.

さらに高調波演算部13は、サンプリング部12からのサンプリングデータv[n]を受けて、離散フーリエ解析により0次以上のk次高調波に関する振幅の情報として、k次高調波の余弦成分A[k]や、k次高調波の正弦成分B[k]や、k次高調波の振幅Harm[k]を演算する構成となっており、高調波演算部13により直流成分や基本波成分を含んだk次高調波に関する振幅の情報を算出できる。 Furthermore, the harmonic calculation unit 13 receives the sampling data v d [n] from the sampling unit 12, and uses discrete Fourier analysis to calculate amplitude information related to the k-th harmonic (0th or higher), such as the cosine component A[k] of the k-th harmonic, the sine component B[k] of the k-th harmonic, and the amplitude H arm [k] of the k-th harmonic. The harmonic calculation unit 13 can calculate amplitude information related to the k-th harmonic including a DC component and a fundamental wave component.

上述した構成の高調波計測装置10において、高調波演算部13は、離散フーリエ解析により0次以上のk次高調波に関する振幅の情報を演算するにあたり、サンプリング部12が出力信号vの一周期にM点分のサンプリングデータv[n]を出力するときに、サンプリング周期Tごとにnの値を0から1ずつM-1までカウントするM進カウンタ21と、M進カウンタ21でカウントしたnの値を用いて、高調波の次数kに依存しない三角関数の値として、余弦関数F[n]や正弦関数F[n]の値を出力する三角関数出力部22と、を備え、M進カウンタ21がnの値をカウントするたびに、三角関数出力部22から出力される三角関数の値を用いて、k次高調波に関する振幅の情報の演算を可能にするk次高調波の余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]をそれぞれ逐次演算する構成となっている。 In the harmonic measuring device 10 configured as described above, the harmonic calculation unit 13 is provided with an M-ary counter 21 that counts the value of n from 0 to M-1 in increments of 1 for each sampling period Ts when the sampling unit 12 outputs M points of sampling data vd [n] in one period of the output signal v a , and a trigonometric function output unit 22 that uses the value of n counted by the M-ary counter 21 to output values of a cosine function Fc [n] and a sine function Fs [n] as trigonometric function values independent of the harmonic order k, and is configured to sequentially calculate the cosine coefficient A[k,n] and sine coefficient B[k,n] of the k-th harmonic, which enable calculation of amplitude information related to the k-th harmonic, using the value of the trigonometric function output from the trigonometric function output unit 22 each time the M-ary counter 21 counts the value of n.

そのため、M進カウンタ21がnの値をカウントするたびに、高調波演算部13が三角関数出力部22からの高調波の次数kに依存しない三角関数の値を用いて、k次高調波の余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]をそれぞれ逐次演算することで、どの次数kであっても位相がk倍の三角関数を用いることなく、より安価で高速にk次高調波に関する振幅の情報を算出することができる。 Therefore, each time the M-ary counter 21 counts the value of n, the harmonic calculation unit 13 sequentially calculates the cosine coefficient A[k,n] and sine coefficient B[k,n] of the kth harmonic using the trigonometric function value that is independent of the harmonic order k from the trigonometric function output unit 22, thereby making it possible to calculate amplitude information related to the kth harmonic more cheaply and quickly without using a trigonometric function whose phase is k times higher, regardless of the order k.

また、第1の実施の形態にかかる高調波計測装置10の高調波演算部13は、2次以上のk次高調波に関する振幅の情報を演算するk次高調波演算部と、(k-1)次高調波に関する振幅の情報を演算する(k-1)次高調波演算部と、(k-2)次高調波に関する振幅の情報を演算する(k-2)次高調波演算部と、を備える。ここでいうk次高調波演算部は、2次以上の次数kの全てで、図2(B)に示す高次成分演算部24となる。また(k-1)次高調波演算部は、k=2であれば、図2(A)に示す基本波成分演算部41となり、k≧3であれば、図2(B)に示す高次成分演算部24となる。さらに、(k-2)次高調波演算部は、k=2であれば、図2(A)に示す直流成分演算部31となり、k=3であれば、図2(A)に示す基本波成分演算部41となり、k≧4であれば、図2(B)に示す高次成分演算部24となる。 The harmonic calculation unit 13 of the harmonic measuring device 10 according to the first embodiment includes a k-th harmonic calculation unit that calculates amplitude information related to the k-th harmonic of the second or higher order, a (k-1)-th harmonic calculation unit that calculates amplitude information related to the (k-1)-th harmonic, and a (k-2)-th harmonic calculation unit that calculates amplitude information related to the (k-2)-th harmonic. The k-th harmonic calculation unit here is the high-order component calculation unit 24 shown in FIG. 2(B) for all orders k of the second or higher order. The (k-1)-th harmonic calculation unit is the fundamental wave component calculation unit 41 shown in FIG. 2(A) when k=2, and is the high-order component calculation unit 24 shown in FIG. 2(B) when k≧3. Furthermore, if k=2, the (k-2)th harmonic calculation unit becomes the DC component calculation unit 31 shown in FIG. 2(A), if k=3, it becomes the fundamental wave component calculation unit 41 shown in FIG. 2(A), and if k≧4, it becomes the higher-order component calculation unit 24 shown in FIG. 2(B).

そして、いずれの場合もk次高調波演算部に相当する高次成分演算部24は、M進カウンタ21がnの値をカウントするたびに、三角関数出力部22から出力される三角関数の値に加えて、(k-1)次高調波演算部による演算処理の過程で算出された(k-1)次高調波の余弦中間値V[k-1,n]と、(k-2)次高調波演算部による演算処理の過程で算出された(k-2)次高調波の余弦中間値V[k-2,n]および正弦中間値V[k-2,n]を用いて、チェビシェフの多項式から導出されるk次高調波の余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]をそれぞれ逐次演算する構成となっている。 In either case, each time M-ary counter 21 counts the value of n, high-order component calculation unit 24 corresponding to the k-th harmonic calculation unit is configured to sequentially calculate the cosine coefficient A[k,n] and sine coefficient B[k,n] of the k-th harmonic derived from the Chebyshev polynomial, using, in addition to the trigonometric function value output from trigonometric function output unit 22, the cosine intermediate value V A [k-1,n] of the (k-1)th harmonic calculated in the process of calculation by the (k-1)th harmonic calculation unit, and the cosine intermediate value V A [k-2,n] and sine intermediate value V B [k-2,n] of the (k-2)th harmonic calculated in the process of calculation by the (k-2)th harmonic calculation unit.

そのため高次成分演算部24は、(k-1)次高調波の余弦中間値V[k-1,n]と、(k-2)次高調波の余弦中間値V[k-2,n]および正弦中間値V[k-2,n]を用いて、チェビシェフの多項式を利用した演算処理で、k次高調波の余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]をそれぞれ逐次演算することが可能になる。 Therefore, high-order component calculation unit 24 is able to sequentially calculate the cosine coefficient A [k,n] and sine coefficient B[k,n] of the k-th harmonic through calculation processing employing Chebyshev polynomials, using the cosine intermediate value V A [k-1,n] of the (k-1)th harmonic, and the cosine intermediate value V A [k-2,n] and sine intermediate value V B [k-2,n] of the (k-2)th harmonic.

また、第1の実施の形態にかかる高調波計測装置10では、三角関数出力部22から出力される三角関数の値が、上記の数8で示した余弦関数F[n]と正弦関数F[n]の値であり、(k-1)次高調波演算部で算出された(k-1)次高調波の余弦中間値をV[k-1,n]とし、(k-2)次高調波演算部で算出された(k-2)次高調波の余弦中間値および正弦中間値を、それぞれV[k-2,n]およびV[k-2,n]としたときに、k次高調波演算部となる高次成分演算部24が、上記の数15で示した式に基づいて、k次高調波の余弦中間値V[k,n]およびV[k,n]と、k次高調波の余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]を、それぞれ逐次演算する構成となっている。 In the harmonic measuring device 10 according to the first embodiment, the values of the trigonometric functions output from the trigonometric function output unit 22 are the values of the cosine function F c [n] and sine function F s [n] shown in the above equation 8, and when the cosine intermediate value of the (k-1)th harmonic calculated by the (k-1)th harmonic calculation unit is V A [k-1,n] and the cosine intermediate value and sine intermediate value of the (k-2)th harmonic calculated by the (k-2)th harmonic calculation unit are V A [k-2,n] and V B [k-2,n], respectively, the high-order component calculation unit 24 serving as the kth harmonic calculation unit calculates the cosine intermediate value V A [k,n] and the sine intermediate value V B [k-2,n] of the kth harmonic based on the equation shown in the above equation 15. [k, n], and the cosine coefficient A[k, n] and sine coefficient B[k, n] of the kth harmonic are sequentially calculated.

ただしここでは、nの値が0のときの初期値として、A[k,-1]=0、B[k,-1]=0とする。また、サンプリングデータをv[n]としたときに、k=2の場合の(k-2)次高調波の余弦中間値が、V[0,n]=v[n]であり、(k-2)次高調波の正弦中間値が、V[0,n]=0であり、k=2の場合の(k-1)次高調波の余弦中間値若しくはk=3の場合の(k-2)次高調波の余弦中間値が、V[1,n]=v[n]・F[n]であり、k=3の場合の(k-2)次高調波の正弦中間値が、V[1,n]=v[n]・F[n]である。 Here, A[k,-1]=0 and B[k,-1]=0 as initial values when the value of n is 0. In addition, when the sampling data is v d [n], the intermediate cosine value of the (k-2)th harmonic when k=2 is V A [0,n]=v d [n], the intermediate sine value of the (k-2)th harmonic is V B [0,n]=0, the intermediate cosine value of the (k-1)th harmonic when k=2 or the intermediate cosine value of the (k-2)th harmonic when k=3 is V A [1,n]=v d [n]·F c [n], and the intermediate sine value of the (k-2)th harmonic when k=3 is V B [1,n]=v d [n]·F s [n].

これにより高次成分演算部24は、M進カウンタ21がnの値をカウントするたびに、k次高調波の余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]だけでなく、演算処理の過程でk次高調波の余弦中間値V[k,n]およびV[k,n]を逐次演算することが可能になる。 This enables the high-order component calculation unit 24 to sequentially calculate not only the cosine coefficient A[k,n] and sine coefficient B[k,n] of the k-th harmonic, but also the cosine intermediate values V A [k,n] and V B [k,n] of the k-th harmonic during the calculation process, each time the M-ary counter 21 counts the value n.

さらに、第1の実施の形態にかかる高調波計測装置10では、k次高調波演算部となる高次成分演算部24が、第1および第2の乗算器51,52と、減算器53と、第1~第3の加算器54,55,56と、nの値に対する1段のシフトレジスタからなる第1および第2のレジスタ57,58と、を含み、
(k-1)次高調波の余弦中間値V[k-1,n]と、三角関数出力部22からの余弦関数F[n]を2倍にした値(=2F[n])を第1の乗算器51で乗算し、第1の乗算器51の演算結果となる値2F[n]・V[k-1,n]に、(k-2)次高調波の余弦中間値V[k-2,n]を減算器53で減算し、減算器53の演算結果となるk次高調波の余弦中間値V[k,n]と、第1のレジスタ57から出力される前回のサンプリング時におけるk次高調波の余弦係数A[k,n-1]とを第1の加算器55で加算して、第1の加算器55の演算結果となるk次高調波の余弦係数A[k,n]を第1のレジスタ57に入力し、(k-1)次高調波の余弦中間値V[k-1,n]と、三角関数出力部22からの正弦関数F[n]を2倍にした値(=2F[n])を第2の乗算器52で乗算し、第2の乗算器52の演算結果となる値2F[n]・V[k-1,n]に、(k-2)次高調波の正弦中間値V[k-2,n]を第2の加算器54で加算し、第2の加算器54の演算結果となるk次高調波の正弦中間値V[k,n]と、第2のレジスタ58から出力される前回のサンプリング時におけるk次高調波の正弦係数B[k,n-1]とを第3の加算器56で加算して、第3の加算器56の演算結果となるk次高調波の正弦係数B[k,n]を第2のレジスタ58に入力することで、k次高調波の余弦中間値V[k,n]および正弦中間値V[k,n]と、k次高調波の余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]を、それぞれ出力する構成となっている。
Furthermore, in the harmonic measuring device 10 according to the first embodiment, the high-order component calculation unit 24 serving as the k-th harmonic calculation unit includes first and second multipliers 51, 52, a subtractor 53, first to third adders 54, 55, 56, and first and second registers 57, 58 each consisting of a one-stage shift register for the value of n,
The cosine intermediate value V A [k-1,n] of the (k-1)th harmonic is multiplied by a value obtained by multiplying the cosine function F c [n] output from the trigonometric function output unit 22 by two (=2F c [n]) in a first multiplier 51, and the cosine intermediate value V A [k-2,n] of the (k-2)th harmonic is subtracted by a subtractor 53 from the value 2F c [n]·V A [k-1,n] that is the calculation result of the first multiplier 51 to obtain the cosine intermediate value V A A first adder 55 adds A[k,n] and the cosine coefficient A[k,n-1] of the k-th harmonic at the previous sampling time output from a first register 57, and the cosine coefficient A[k,n] of the k-th harmonic which is the calculation result of the first adder 55 is input to the first register 57. A second multiplier 52 multiplies the cosine intermediate value V A [k-1,n] of the (k-1)th harmonic by twice the sine function F s [n] from the trigonometric function output unit 22 (=2F s [n]), and the value 2F s [n]·V A [k-1,n] which is the calculation result of the second multiplier 52 is input to the first register 57. The kth harmonic intermediate value V A [k,n] and the sine intermediate value V B [k,n] of the kth harmonic at the previous sampling time output from the second register 58 are added in a third adder 56, and the sine coefficient B[k,n] of the kth harmonic at the previous sampling time output from the second register 58 is input to the second register 58, thereby outputting the cosine intermediate value V A [k,n] and sine intermediate value V B [k,n] of the kth harmonic, and the cosine coefficient A[k,n] and sine coefficient B[k,n] of the kth harmonic.

そのため高次成分演算部24は、6個の演算器である乗算器51,52、減算器53、および加算器54,55,56と、2個のレジスタ57,58だけで、k次高調波の余弦中間値V[k,n]および正弦中間値V[k,n]と、k次高調波の余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]を、それぞれ逐次演算することが可能になる。 Therefore, high-order component calculation unit 24 is capable of sequentially calculating the cosine intermediate value V A [k,n] and sine intermediate value V B [k,n] of the k-th harmonic, and the cosine coefficient A[k,n] and sine coefficient B [k,n] of the k-th harmonic, using only six calculation units, namely multipliers 51 and 52, subtractor 53, and adders 54, 55, and 56, and two registers 57 and 58.

代わりに、第2の実施の形態にかかる高調波計測装置10の高調波演算部13は、1次以上のk次高調波に関する振幅の情報を演算するk次高調波演算部と、(k-1)次高調波に関する振幅の情報を演算する(k-1)次高調波演算部と、を備える。ここでいうk次高調波演算部は、1次以上の次数kの全てで、図3に示す高次成分演算部24となる。また(k-1)次高調波演算部は、k=1であれば、図2(A)に示す直流成分演算部31となり、k≧2であれば、図3に示す高次成分演算部24となる。 Instead, the harmonic calculation unit 13 of the harmonic measuring device 10 according to the second embodiment includes a k-th harmonic calculation unit that calculates amplitude information related to the k-th harmonic, which is 1st or higher, and a (k-1)-th harmonic calculation unit that calculates amplitude information related to the (k-1)-th harmonic. The k-th harmonic calculation unit here is the high-order component calculation unit 24 shown in FIG. 3 for all orders k of 1st or higher. In addition, the (k-1)-th harmonic calculation unit is the DC component calculation unit 31 shown in FIG. 2(A) when k=1, and is the high-order component calculation unit 24 shown in FIG. 3 when k≧2.

そして、いずれの場合もk次高調波演算部に相当する高次成分演算部24は、M進カウンタ21がnの値をカウントするたびに、三角関数出力部22から出力される三角関数の値に加えて、(k-1)次高調波演算部による演算処理の過程で算出された(k-1)次高調波の余弦中間値V[k-1,n]および正弦中間値V[k-1,n]を用いて、三角関数の加法定理から導出されるk次高調波の余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]をそれぞれ逐次演算する構成となっている。 In either case, the high-order component calculation unit 24 corresponding to the k-th harmonic calculation unit is configured to sequentially calculate the cosine coefficient A[k,n] and sine coefficient B[k,n] of the k-th harmonic derived from the addition theorem of trigonometric functions, using the cosine intermediate value V A [k-1,n] and sine intermediate value V B [k-1,n] of the (k-1)th harmonic calculated in the course of the calculation process by the (k-1)th harmonic calculation unit, in addition to the trigonometric function value output from the trigonometric function output unit 22, each time the M-ary counter 21 counts the value of n.

そのため高次成分演算部24は、(k-1)次高調波の余弦中間値V[k-1,n]および正弦中間値V[k-1,n]を用いて、三角関数の加法定理を利用した演算処理で、k次高調波の余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]をそれぞれ逐次演算することが可能になる。 Therefore, the high-order component calculation unit 24 is able to sequentially calculate the cosine coefficient A [k,n] and sine coefficient B[k,n] of the k-th harmonic using the cosine intermediate value V A [k-1,n] and sine intermediate value V B [k-1,n] of the (k-1)th harmonic through calculation processing utilizing the addition theorem of trigonometric functions.

また、第2の実施の形態にかかる高調波計測装置10では、三角関数出力部22から出力される三角関数の値が、上記の数8で示した余弦関数F[n]と正弦関数F[n]の値であり、(k-1)次高調波演算部で算出された(k-1)次高調波の余弦中間値および正弦中間値を、それぞれV[k-1,n]およびV[k-1,n]としたときに、k次高調波演算部となる高次成分演算部24が、上記の数21で示した式に基づいて、k次高調波の余弦中間値V[k,n]およびV[k,n]と、k次高調波の余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]を、それぞれ逐次演算する構成となっている。 Furthermore, in the harmonic measuring device 10 according to the second embodiment, when the values of the trigonometric functions output from the trigonometric function output unit 22 are the values of the cosine function F c [n] and the sine function F s [n] shown in the above equation 8, and the cosine intermediate value and the sine intermediate value of the (k-1)th harmonic calculated by the (k-1)th harmonic calculation unit are V A [k-1, n] and V B [k-1, n], respectively, the high-order component calculation unit 24 serving as the kth harmonic calculation unit sequentially calculates the cosine intermediate values V A [k, n] and V B [k, n] of the kth harmonic and the cosine coefficient A [k, n] and sine coefficient B [k, n] of the kth harmonic based on the formula shown in the above equation 21.

ただしここでは、nの値が0のときの初期値として、A[k,-1]=0、B[k,-1]=0とする。また、サンプリングデータをv[n]としたときに、k=2の場合の(k-1)次高調波の余弦中間値が、V[1,n]=v[n]・F[n]であり、k=2の場合の(k-1)次高調波の正弦中間値が、V[1,n]=v[n]・F[n]である。 Here, A[k,-1]=0 and B[k,-1]=0 as initial values when the value of n is 0. Furthermore, when the sampling data is v d [n], the intermediate cosine value of the (k-1)th harmonic when k=2 is V A [1,n]=v d [n]·F c [n], and the intermediate sine value of the (k-1)th harmonic when k=2 is V B [1,n]=v d [n]·F s [n].

これにより高次成分演算部24は、M進カウンタ21がnの値をカウントするたびに、k次高調波の余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]だけでなく、演算処理の過程でk次高調波の余弦中間値V[k,n]およびV[k,n]を逐次演算することが可能になる。 This enables the high-order component calculation unit 24 to sequentially calculate not only the cosine coefficient A[k,n] and sine coefficient B[k,n] of the k-th harmonic, but also the cosine intermediate values V A [k,n] and V B [k,n] of the k-th harmonic during the calculation process, each time the M-ary counter 21 counts the value n.

さらに、第2の実施の形態にかかる高調波計測装置10では、k次高調波演算部となる高次成分演算部24が、第1~第4の乗算器61~64と、減算器65と、第1~第3の加算器55,56,66と、nの値に対する1段のシフトレジスタからなる第1および第2のレジスタ57,58と、を含み、
(k-1)次高調波の余弦中間値V[k-1,n]と、三角関数出力部22からの余弦関数F[n]の値を第1の乗算器61で乗算し、(k-1)次高調波の正弦中間値V[k-1,n]と、三角関数出力部22からの正弦関数F[n]の値を第2の乗算器64で乗算し、第1の乗算器61の演算結果となる値V[k-1,n]・F[n]に、第2の乗算器64の演算結果となる値V[k-1,n]・F[n]を減算器65で減算し、減算器65の演算結果となるk次高調波の余弦中間値V[k,n]と、第1のレジスタ57から出力される前回のサンプリング時におけるk次高調波の余弦係数A[k,n-1]とを第1の加算器55で加算して、第1の加算器55の演算結果となるk次高調波の余弦係数A[k,n]を第1のレジスタ57に入力し、(k-1)次高調波の正弦中間値V[k-1,n]と、三角関数出力部22からの余弦関数F[n]の値を第3の乗算器63で乗算し、(k-1)次高調波の余弦中間値V[k-1,n]と、三角関数出力部22からの正弦関数F[n]の値を第4の乗算器62で乗算し、第3の乗算器63の演算結果となる値V[k-1,n]・F[n]に、第4の乗算器62の演算結果となる値V[k-1,n]・F[n]を第2の加算器66で加算し、第2の加算器66の演算結果となるk次高調波の正弦中間値V[k,n]と、第2のレジスタ58から出力される前回のサンプリング時におけるk次高調波の正弦係数B[k,n-1]とを第3の加算器56で加算して、第3の加算器56の演算結果となるk次高調波の正弦係数B[k,n]を第2のレジスタ58に入力することで、k次高調波の余弦中間値V[k,n]および正弦中間値V[k,n]と、k次高調波の余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]を、それぞれ出力する構成となっている。
Furthermore, in the harmonic measuring device 10 according to the second embodiment, the high-order component calculation unit 24 serving as the k-th harmonic calculation unit includes first to fourth multipliers 61 to 64, a subtractor 65, first to third adders 55, 56, and 66, and first and second registers 57 and 58 each consisting of a one-stage shift register for the value of n,
The cosine intermediate value V A [k-1,n] of the (k-1)th harmonic is multiplied by the value of the cosine function F c [n] from the trigonometric function output unit 22 in a first multiplier 61, and the sine intermediate value V B [k-1,n] of the (k-1)th harmonic is multiplied by the value of the sine function F S [n] from the trigonometric function output unit 22 in a second multiplier 64. The value V A [k-1,n] · F c [n] which is the calculation result of the first multiplier 61 is subtracted by the value V B [k-1,n] · F S [n] which is the calculation result of the second multiplier 64 in a subtractor 65, to obtain the cosine intermediate value V A A first adder 55 adds V B [k-1,n] and the cosine coefficient A[k,n-1] of the kth harmonic at the time of the previous sampling output from the first register 57, and the cosine coefficient A[k,n] of the kth harmonic which is the calculation result of the first adder 55 is input to the first register 57. A third multiplier 63 multiplies the sine intermediate value V B [k-1,n] of the (k-1)th harmonic by the value of the cosine function F c [n] from the trigonometric function output unit 22. A fourth multiplier 62 multiplies the cosine intermediate value V A [k-1,n] of the (k-1)th harmonic by the value of the sine function F S [n] from the trigonometric function output unit 22. A fourth multiplier 62 multiplies the value V B [k-1,n]·F c [n] which is the calculation result of the third multiplier 63 by the value V A The second adder 66 adds the k-th harmonic sine intermediate value V B [k,n] which is the calculation result of the second adder 66, and the k-th harmonic sine coefficient B[k,n-1] at the previous sampling time which is output from the second register 58, and the third adder 56 adds the k-th harmonic sine intermediate value V B [k,n] which is the calculation result of the third adder 56, and inputs the k-th harmonic sine coefficient B[k,n] which is the calculation result of the third adder 56 to the second register 58, thereby outputting the cosine intermediate value V A [k,n] and sine intermediate value V B [k,n] of the k-th harmonic, and the cosine coefficient A[k,n] and sine coefficient B[k,n] of the k-th harmonic, respectively.

そのため高次成分演算部24は、8個の演算器である乗算器61~64、減算器65、および加算器55,56,66と、2個のレジスタ57,58だけで、k次高調波の余弦中間値V[k,n]および正弦中間値V[k,n]と、k次高調波の余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]を、それぞれ逐次演算することが可能になる。 Therefore, high-order component calculation unit 24 is capable of sequentially calculating the cosine intermediate value V A [k,n] and sine intermediate value V B [k,n] of the k-th harmonic, and the cosine coefficient A[k,n] and sine coefficient B [k,n] of the k-th harmonic, using only eight calculation units, namely multipliers 61 to 64, subtractor 65, and adders 55, 56, 66, and two registers 57, 58.

また、第3の実施の形態にかかる高調波計測装置10の高調波演算部13は、演算開始後からM点後にk次高調波に関する振幅の情報をサンプリング周期Tごとに演算可能にするリアルタイム高調波解析部70をさらに備えている。 Moreover, the harmonic calculation unit 13 of the harmonic measuring device 10 according to the third embodiment further includes a real-time harmonic analysis unit 70 that makes it possible to calculate amplitude information related to the kth harmonic for each sampling period Ts M points after the start of calculation.

そのため高調波演算部13は、演算開始からM点のデータ取得後から、その直前のM点分の取得データに基づいた演算結果を、k次高調波の余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]として逐次演算することが可能となり、k次高調波に関する振幅の情報をサンプリング周期Tごとに取得できる。 Therefore, after acquiring data for M points from the start of calculation, the harmonic calculation unit 13 can sequentially calculate the calculation results based on the acquired data for the M points immediately prior to that as the cosine coefficient A[k, n] and sine coefficient B[k, n] of the kth harmonic, and can acquire amplitude information related to the kth harmonic for each sampling period Ts .

さらに、第3の実施の形態にかかる高調波計測装置10の高調波演算部13は、k次高調波の余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]が、上記の数26で示した式に基づいて逐次演算されるように、演算開始後からM点後にk次高調波に関する振幅の情報をサンプリング周期Tごとに演算可能にするリアルタイム高調波解析部70を、第1の実施の形態の図2(B)や、第2の実施の形態の図3で示したk次高調波演算部となる高次成分演算部24にさらに備えている。 Furthermore, the harmonic calculation unit 13 of the harmonic measuring device 10 according to the third embodiment further includes a real-time harmonic analysis unit 70 that enables amplitude information regarding the k-th harmonic to be calculated for each sampling period Ts M points after the start of calculation so that the cosine coefficient A[k, n] and sine coefficient B[k, n] of the k-th harmonic are sequentially calculated based on the formula shown in the above equation 26. This real-time harmonic analysis unit 70 is included in the high-order component calculation unit 24 that serves as the k- th harmonic calculation unit shown in FIG. 2(B) of the first embodiment and FIG. 3 of the second embodiment.

そのため高調波演算部13は、M進カウンタ21がnの値をカウントするたびに、その直前のM点分の取得データに基づいた演算結果を、k次高調波の余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]として逐次演算することが可能となり、k次高調波に関する振幅の情報をサンプリング周期Tごとに取得できる。 Therefore, each time the M-ary counter 21 counts the value of n, the harmonic calculation unit 13 can sequentially calculate the calculation results based on the acquired data for the immediately preceding M points as the cosine coefficient A[k, n] and sine coefficient B[k, n] of the k-th harmonic, and can acquire amplitude information related to the k-th harmonic for each sampling period Ts .

また、上記のリアルタイム高調波解析部70は、第1および第2の加減算器71,72と、nの値に対する1段のシフトレジスタからなる第1および第2のレジスタ57,58と、nの値に対するM段のシフトレジスタからなる第3および第4のレジスタ73,74と、を含み、
k次高調波の余弦中間値V[k,n]を第3のレジスタ73に入力し、第1の加減算器71により、k次高調波の余弦中間値V[k,n]に、第1のレジスタ57から出力される前回のサンプリング時におけるk次高調波の余弦係数A[k,n-1]を加算した値から、第3のレジスタ73から出力されるM回前のk次高調波の余弦中間値V[k,n-M]を減算して、第1の加減算器71の演算結果となるk次高調波の余弦係数A[k,n]を第1のレジスタ57に入力し、k次高調波の正弦中間値V[k,n]を第4のレジスタ74に入力し、第2の加減算器72により、k次高調波の正弦中間値V[k,n]に、第2のレジスタ58から出力される前回のサンプリング時におけるk次高調波の正弦係数B[k,n-1]を加算した値から、第4のレジスタ74から出力されるM回前のk次高調波の正弦中間値V[k,n-M]を減算して、第2の加減算器72の演算結果となるk次高調波の正弦係数B[k,n]を第2のレジスタ58に入力することで、k次高調波の余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]を出力する構成となっている。
The real-time harmonic analyzer 70 includes first and second adder-subtractors 71, 72, first and second registers 57, 58 each consisting of a one-stage shift register for the value of n, and third and fourth registers 73, 74 each consisting of an M-stage shift register for the value of n,
The cosine intermediate value V A [k,n] of the k-th harmonic is input to the third register 73, and the first adder/subtractor 71 subtracts the cosine intermediate value V A [k,n-M] of the k-th harmonic M times earlier output from the third register 73 from a value obtained by adding the cosine intermediate value V A [k,n] of the k-th harmonic at the previous sampling time output from the first register 57 to the cosine intermediate value V A [k,n] of the k-th harmonic to obtain the cosine coefficient A[k,n] of the k - th harmonic obtained as a result of the calculation by the first adder/subtractor 71, and inputs the cosine intermediate value V B [k,n] of the k-th harmonic to the fourth register 74. The sine intermediate value V B [k,n-M] of the k-th harmonic M times earlier output from the fourth register 74 is subtracted from the value obtained by adding the sine coefficient B[k,n-1] of the k-th harmonic at the previous sampling time output from the second register 58 to [k,n], and the sine intermediate value V B [k,n-M] of the k-th harmonic M times earlier output from the fourth register 74 is input to the second register 58 as the calculation result of the second adder-subtractor 72. In this way, the cosine coefficient A[k,n] and sine coefficient B[k,n] of the k-th harmonic are output.

そのためリアルタイム高調波解析部70は、nの値に対するM段のシフトレジスタからなる第3および第4のレジスタ73,74を付加するだけで、k次高調波に関する振幅の情報をサンプリング周期Tごとに取得できる。 Therefore, the real-time harmonic analyzer 70 can obtain amplitude information regarding the k-th harmonic for each sampling period Ts simply by adding third and fourth registers 73 and 74, each of which is made up of an M-stage shift register for the value of n.

また、PCS100に高調波計測装置10を適用した第4の実施の形態では、直流電源200と電力系統300との間に電力変換部となるインバータ部111を有して配置されるPCS100に、直流電源200が電力系統300から切り離されて単独運転をしているか否かを検出する単独運転検出方式(システム)が設けられる。ここでの単独運転検出方式は、上記第1~第3の実施の形態の中で、何れかの高調波計測装置10により構成され、インバータ部111の出力側の高調波電圧を計測する高調波計測部130と、この高調波計測部130で計測された高調波電圧に変動が発生すると無効電力のステップ注入を開始し、直流電源200を含むPCS100の単独運転を検出させるステップ注入処理部126と、を備えて構成される。 In addition, in a fourth embodiment in which the harmonic measuring device 10 is applied to the PCS 100, the PCS 100 is provided with an inverter unit 111, which serves as a power conversion unit, between the DC power source 200 and the power system 300, and is provided with an islanding detection method (system) for detecting whether the DC power source 200 is isolated from the power system 300 and operating alone. The islanding detection method here is configured with any of the harmonic measuring devices 10 in the first to third embodiments, and includes a harmonic measuring unit 130 that measures the harmonic voltage on the output side of the inverter unit 111, and a step injection processing unit 126 that starts step injection of reactive power when a fluctuation occurs in the harmonic voltage measured by the harmonic measuring unit 130, thereby detecting the islanding operation of the PCS 100 including the DC power source 200.

これにより、より安価で高速な演算処理を実現した高調波計測装置10による単独運転検出方式を提供できる。 This makes it possible to provide an islanding detection method using the harmonic measuring device 10 that achieves cheaper and faster calculation processing.

PCS100は、図以外の構成に変更しても良い。直流電源200は、太陽電池等の直流電源に限定されず、風力発電、燃料電池、蓄電池等の他の直流電源であっても良い。又、ハードフェア部110、ソフトウェア部120には、他の機能を付加する等して図示以外の構成に変更しても良い。上述の高調波計測装置10は、PCS100以外に入力信号vの高調波分析を必要とするあらゆる機器に適用できる。 The PCS 100 may be modified to a configuration other than that shown in the figure. The DC power source 200 is not limited to a DC power source such as a solar cell, but may be other DC power sources such as wind power generation, fuel cells, and storage batteries. In addition, the hardware section 110 and the software section 120 may be modified to a configuration other than that shown in the figure by adding other functions. The above-mentioned harmonic measuring device 10 can be applied to any device that requires harmonic analysis of the input signal v, in addition to the PCS 100.

10 高調波計測装置
11 信号入力部
12 サンプリング部
13 高調波演算部
21 M進カウンタ
22 三角関数出力部
23 低次成分演算部
24 高次成分演算部
31 直流成分演算部
32,44,45,54,55,56,66 加算器
33,46,47,57,58,73,74 レジスタ(シフトレジスタ)
34 中間値出力部
41 基本波成分演算部
42,43,51,52,61,62,63,64 乗算器
53,65 減算器
70 リアルタイム高調波解析部
71,72 加減算器
100 PCS(パワーコンディショナ)
110 ハードウェア部
111 インバータ部(電力変換部)
112 系統周波数検出部
113 電圧計測部
120 ソフトウェア部
121 電流制御処理部
122 位相差計測同期処理部
123 加算部
124 系統周波数計測処理部
125 無効電力注入処理部
126 ステップ注入量処理部(単独運転検出方式)
127 電圧算出部
128 単独運転判定部
130 高調波計測部(単独運転検出方式)
200 直流電源(太陽電池)
300 電力系統(商用電源 VAC
10 Harmonic measuring device 11 Signal input section 12 Sampling section 13 Harmonic calculation section 21 M-ary counter 22 Trigonometric function output section 23 Low-order component calculation section 24 High-order component calculation section 31 DC component calculation section 32, 44, 45, 54, 55, 56, 66 Adder 33, 46, 47, 57, 58, 73, 74 Register (shift register)
34 Intermediate value output section 41 Fundamental wave component calculation section 42, 43, 51, 52, 61, 62, 63, 64 Multiplier 53, 65 Subtractor 70 Real-time harmonic analysis section 71, 72 Adder/subtractor 100 PCS (power conditioner)
110 Hardware section 111 Inverter section (power conversion section)
112 System frequency detection unit 113 Voltage measurement unit 120 Software unit 121 Current control processing unit 122 Phase difference measurement synchronization processing unit 123 Addition unit 124 System frequency measurement processing unit 125 Reactive power injection processing unit 126 Step injection amount processing unit (islanding operation detection method)
127 Voltage calculation unit 128 Islanding operation determination unit 130 Harmonic measurement unit (islanding operation detection method)
200 DC power source (solar cell)
300 Power system (commercial power supply V AC )

Claims (11)

信号入力部と、
サンプリング部と、
高調波演算部と、
を有し、
前記信号入力部は、計測対象となる入力信号から出力信号を生成し、
前記サンプリング部は、前記信号入力部からの前記出力信号を受けて、サンプリング周期ごとにサンプリングデータを出力し、
前記高調波演算部は、前記サンプリング部からの前記サンプリングデータを受けて、離散フーリエ解析により0次以上のk次高調波に関する振幅の情報を演算し、
前記高調波演算部は、離散フーリエ解析により0次以上のk次高調波に関する振幅の情報を演算するにあたり、
前記サンプリング部が前記出力信号の一周期にM点分の前記サンプリングデータを出力するときに、サンプリング周期ごとにnの値を0から1ずつM-1までカウントするM進カウンタと、
前記M進カウンタでカウントしたnの値を用いて、高調波の次数kに依存しない三角関数の値を出力する三角関数出力部と、を備え、
前記M進カウンタがnの値をカウントするたびに、前記三角関数出力部から出力される三角関数の値を用いて、k次高調波に関する振幅の情報の演算を可能にするk次高調波の余弦係数および正弦係数をそれぞれ逐次演算する構成としたことを特徴とする高調波計測装置。
A signal input unit;
A sampling unit;
A harmonic calculation unit;
having
The signal input unit generates an output signal from an input signal to be measured,
the sampling unit receives the output signal from the signal input unit and outputs sampling data for each sampling period;
the harmonic calculation unit receives the sampling data from the sampling unit and calculates amplitude information related to zeroth or higher k-th harmonics by discrete Fourier analysis;
The harmonic calculation unit calculates amplitude information regarding zeroth or higher k-th harmonics by discrete Fourier analysis,
an M-ary counter that counts the value of n from 0 to M-1 in increments of 1 for each sampling period when the sampling unit outputs M points of sampling data in one period of the output signal;
a trigonometric function output unit that uses the value of n counted by the M-ary counter to output a value of a trigonometric function that does not depend on the order k of a harmonic,
a trigonometric function output unit that outputs a trigonometric function value to the harmonic measuring device, the trigonometric function output unit being used to sequentially calculate a cosine coefficient and a sine coefficient of a k-th harmonic, the cosine coefficient and the sine coefficient being sequentially calculated ...
前記高調波演算部は、
2次以上のk次高調波に関する振幅の情報を演算するk次高調波演算部と、
(k-1)次高調波に関する振幅の情報を演算する(k-1)次高調波演算部と、
(k-2)次高調波に関する振幅の情報を演算する(k-2)次高調波演算部と、を備え、
前記k次高調波演算部は、
前記M進カウンタがnの値をカウントするたびに、前記三角関数出力部から出力される三角関数の値に加えて、前記(k-1)次高調波演算部による演算処理の過程で算出された(k-1)次高調波の余弦中間値と、前記(k-2)次高調波演算部による演算処理の過程で算出された(k-2)次高調波の余弦中間値および正弦中間値を用いて、チェビシェフの多項式から導出されるk次高調波の余弦係数および正弦係数をそれぞれ逐次演算する構成としたことを特徴とする請求項記載の高調波計測装置。
The harmonic calculation unit includes:
a k-th harmonic calculation unit that calculates amplitude information relating to a k-th harmonic, which is second or higher;
A (k-1)th harmonic calculation unit that calculates amplitude information related to a (k-1)th harmonic;
A (k-2)th harmonic calculation unit that calculates amplitude information related to a (k-2)th harmonic,
The k-th harmonic calculation unit is
2. The harmonic measuring device according to claim 1, wherein each time the M-ary counter counts the value of n, a cosine coefficient and a sine coefficient of a k-th harmonic derived from a Chebyshev polynomial are sequentially calculated using, in addition to the value of the trigonometric function output from the trigonometric function output unit, the cosine intermediate value of the (k-1)th harmonic calculated in the process of calculation by the (k- 1 )th harmonic calculation unit, and the cosine intermediate value and sine intermediate value of the (k-2)th harmonic calculated in the process of calculation by the (k-2)th harmonic calculation unit.
前記三角関数出力部から出力される三角関数の値が、次の余弦関数F[n]と正弦関数F[n]の値であり、
Figure 0007509417000027
前記(k-1)次高調波演算部で算出された(k-1)次高調波の余弦中間値をV[k-1,n]とし、
前記(k-2)次高調波演算部で算出された(k-2)次高調波の余弦中間値および正弦中間値を、それぞれV[k-2,n]およびV[k-2,n]としたときに、
前記k次高調波演算部は、次の式に基づいて、
Figure 0007509417000028
(ただし、nの値が0のときの初期値として、A[k,-1]=0、B[k,-1]=0とする。また、前記サンプリングデータをv[n]としたときに、V[0,n]=v[n]であり、V[0,n]=0であり、V[1,n]=v[n]・F[n]であり、V[1,n]=v[n]・F[n]である。)
k次高調波の余弦中間値V[k,n]およびV[k,n]と、k次高調波の余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]を、それぞれ逐次演算する構成としたことを特徴とする請求項記載の高調波計測装置。
The trigonometric function values output from the trigonometric function output unit are the following cosine function F c [n] and sine function F s [n] values,
Figure 0007509417000027
The cosine intermediate value of the (k-1)th harmonic calculated by the (k-1)th harmonic calculation unit is defined as V A [k-1, n];
When the cosine intermediate value and the sine intermediate value of the (k-2)th harmonic calculated by the (k-2)th harmonic calculation unit are V A [k-2, n] and V B [k-2, n], respectively,
The k-th harmonic calculation unit is configured to calculate the k-th harmonic based on the following formula:
Figure 0007509417000028
(However, when the value of n is 0, the initial values are A[k,-1]=0 and B[k,-1]=0. Furthermore, when the sampling data is vd [n], V A [0,n]= vd [n], V B [0,n]=0, V A [1,n]= vd [n]· Fc [n], and V B [1,n]= vd [n]· Fs [n].)
3. The harmonic measuring device according to claim 2, wherein the cosine intermediate values V A [k,n] and V B [k,n] of the kth harmonic and the cosine coefficient A [k,n] and sine coefficient B [k,n] of the kth harmonic are sequentially calculated.
前記k次高調波演算部は、
第1および第2の乗算器と、減算器と、第1~第3の加算器と、nの値に対する1段のシフトレジスタからなる第1および第2のレジスタと、を含み、
(k-1)次高調波の余弦中間値V[k-1,n]と、前記三角関数出力部からの余弦関数F[n]を2倍にした値を前記第1の乗算器で乗算し、前記第1の乗算器の演算結果となる値2F[n]・V[k-1,n]に、(k-2)次高調波の余弦中間値V[k-2,n]を前記減算器で減算し、前記減算器の演算結果となるk次高調波の余弦中間値V[k,n]と、前記第1のレジスタから出力される前回のサンプリング時におけるk次高調波の余弦係数A[k,n-1]とを前記第1の加算器で加算して、前記第1の加算器の演算結果となるk次高調波の余弦係数A[k,n]を前記第1のレジスタに入力し、
(k-1)次高調波の余弦中間値V[k-1,n]と、前記三角関数出力部からの正弦関数F[n]を2倍にした値を前記第2の乗算器で乗算し、前記第2の乗算器の演算結果となる値2F[n]・V[k-1,n]に、(k-2)次高調波の正弦中間値V[k-2,n]を前記第2の加算器で加算し、前記第2の加算器の演算結果となるk次高調波の正弦中間値V[k,n]と、前記第2のレジスタから出力される前回のサンプリング時におけるk次高調波の正弦係数B[k,n-1]とを前記第3の加算器で加算して、前記第3の加算器の演算結果となるk次高調波の正弦係数B[k,n]を前記第2のレジスタに入力することで、
k次高調波の余弦中間値V[k,n]および正弦中間値V[k,n]と、k次高調波の余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]を、それぞれ出力する構成としたことを特徴とする請求項記載の高調波計測装置。
The k-th harmonic calculation unit is
The input/output circuit includes first and second multipliers, a subtractor, first to third adders, and first and second registers each consisting of a one-stage shift register for the value of n;
a cosine intermediate value V A [k-1,n] of the (k-1)th harmonic is multiplied by a value obtained by multiplying the cosine function F c [n] output from the trigonometric function output unit by two in the first multiplier, and the cosine intermediate value V A [k-2,n] of the (k-2)th harmonic is subtracted by the subtractor from a value 2F c [n]·V A [k-1,n] which is the result of the operation of the first multiplier, and the cosine intermediate value V A [k-2,n] of the kth harmonic is added by the first adder to the cosine intermediate value V A [k,n] of the kth harmonic at the previous sampling time which is output from the first register, and the cosine coefficient A[k,n-1] of the kth harmonic at the previous sampling time which is output from the first register is input to the first register;
the second multiplier multiplies the cosine intermediate value V A [k-1,n] of the (k-1)th harmonic by twice the sine function F s [n] from the trigonometric function output unit, the second adder adds the sine intermediate value V B [k-2,n] of the (k-2)th harmonic to the value 2F s [n]·V A [k-1,n] which is the calculation result of the second multiplier, the third adder adds the sine intermediate value V B [k,n] of the kth harmonic which is the calculation result of the second adder and the sine coefficient B[k,n-1] of the kth harmonic at the previous sampling time which is output from the second register, and the sine coefficient B[k,n] of the kth harmonic which is the calculation result of the third adder is input to the second register;
4. The harmonic measuring device according to claim 3, wherein the device is configured to output a cosine intermediate value V A [k,n] and a sine intermediate value V B [k,n] of the kth harmonic, and a cosine coefficient A [k,n] and a sine coefficient B [k,n] of the kth harmonic, respectively.
前記高調波演算部は、
1次以上のk次高調波に関する振幅の情報を演算するk次高調波演算部と、
(k-1)次高調波に関する振幅の情報を演算する(k-1)次高調波演算部と、を備え、
前記k次高調波演算部は、
前記M進カウンタがnの値をカウントするたびに、前記三角関数出力部から出力される三角関数の値に加えて、前記(k-1)次高調波演算部による演算処理の過程で算出された(k-1)次高調波の余弦中間値および正弦中間値を用いて、三角関数の加法定理から導出されるk次高調波の余弦係数および正弦係数をそれぞれ逐次演算する構成としたことを特徴とする請求項記載の高調波計測装置。
The harmonic calculation unit includes:
a k-th harmonic calculation unit that calculates amplitude information regarding a k-th harmonic, which is 1st or higher;
A (k-1)th harmonic calculation unit that calculates amplitude information related to a (k-1)th harmonic,
The k-th harmonic calculation unit is
2. The harmonic measuring device according to claim 1, wherein each time the M-ary counter counts the value of n , a cosine coefficient and a sine coefficient of a k-th harmonic derived from an addition theorem of trigonometric functions are sequentially calculated using, in addition to the trigonometric function value output from the trigonometric function output unit, a cosine intermediate value and a sine intermediate value of the (k-1)th harmonic calculated in the course of calculation processing by the (k -1) th harmonic calculation unit.
前記三角関数出力部から出力される三角関数の値が、次の余弦関数F[n]と正弦関数F[n]の値であり、
Figure 0007509417000029
前記(k-1)次高調波演算部で算出された(k-1)次高調波の余弦中間値および正弦中間値を、それぞれV[k-1,n]およびV[k-1,n]としたときに、
前記k次高調波演算部は、次の式に基づいて、
Figure 0007509417000030
(ただし、nの値が0のときの初期値として、A[k,-1]=0、B[k,-1]=0とする。また、前記サンプリングデータをv[n]としたときに、V[1,n]=v[n]・F[n]であり、V[1,n]=v[n]・F[n]である。)
k次高調波の余弦中間値V[k,n]および正弦中間値V[k,n]と、k次高調波の余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]を、それぞれ逐次演算する構成としたことを特徴とする請求項記載の高調波計測装置。
The trigonometric function values output from the trigonometric function output unit are the following cosine function F c [n] and sine function F s [n] values,
Figure 0007509417000029
When the cosine intermediate value and the sine intermediate value of the (k-1)th harmonic calculated by the (k-1)th harmonic calculation unit are V A [k-1,n] and V B [k-1,n], respectively,
The k-th harmonic calculation unit is configured to calculate the k-th harmonic based on the following formula:
Figure 0007509417000030
(However, when the value of n is 0, the initial values are A[k,-1]=0 and B[k,-1]=0. In addition, when the sampling data is vd [n], V A [1,n]= vd [n]· Fc [n], and V B [1,n]= vd [n]· Fs [n].)
6. The harmonic measuring device according to claim 5, wherein the cosine intermediate value V A [k,n] and the sine intermediate value V B [k,n] of the kth harmonic, and the cosine coefficient A [k,n] and the sine coefficient B [k,n] of the kth harmonic are sequentially calculated.
前記k次高調波演算部は、
第1~第4の乗算器と、減算器と、第1~第3の加算器と、nの値に対する1段のシフトレジスタからなる第1および第2のレジスタと、を含み、
(k-1)次高調波の余弦中間値V[k-1,n]と、前記三角関数出力部からの余弦関数F[n]の値を前記第1の乗算器で乗算し、(k-1)次高調波の正弦中間値V[k-1,n]と、前記三角関数出力部からの正弦関数F[n]の値を前記第2の乗算器で乗算し、前記第1の乗算器の演算結果となる値V[k-1,n]・F[n]に、前記第2の乗算器の演算結果となる値V[k-1,n]・F[n]を前記減算器で減算し、前記減算器の演算結果となるk次高調波の余弦中間値V[k,n]と、前記第1のレジスタから出力される前回のサンプリング時におけるk次高調波の余弦係数A[k,n-1]とを前記第1の加算器で加算して、前記第1の加算器の演算結果となるk次高調波の余弦係数A[k,n]を前記第1のレジスタに入力し、
(k-1)次高調波の正弦中間値V[k-1,n]と、前記三角関数出力部からの余弦関数F[n]の値を前記第3の乗算器で乗算し、(k-1)次高調波の余弦中間値V[k-1,n]と、前記三角関数出力部からの正弦関数F[n]の値を前記第4の乗算器で乗算し、前記第3の乗算器の演算結果となる値V[k-1,n]・F[n]に、前記第4の乗算器の演算結果となる値V[k-1,n]・F[n]を前記第2の加算器で加算し、前記第2の加算器の演算結果となるk次高調波の正弦中間値V[k,n]と、前記第2のレジスタから出力される前回のサンプリング時におけるk次高調波の正弦係数B[k,n-1]とを前記第3の加算器で加算して、前記第3の加算器の演算結果となるk次高調波の正弦係数B[k,n]を前記第2のレジスタに入力することで、
k次高調波の余弦中間値V[k,n]および正弦中間値V[k,n]と、k次高調波の余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]を、それぞれ出力する構成としたことを特徴とする請求項記載の高調波計測装置。
The k-th harmonic calculation unit is
The input/output circuit includes first to fourth multipliers, a subtractor, first to third adders, and first and second registers each consisting of a one-stage shift register for the value of n;
a cosine intermediate value V A [k-1,n] of the (k-1)th harmonic is multiplied by the value of the cosine function F c [n] from the trigonometric function output unit in the first multiplier, a sine intermediate value V B [k-1,n] of the (k-1)th harmonic is multiplied by the value of the sine function F S [n] from the trigonometric function output unit in the second multiplier, and a value V B [k-1,n] ·F S [n] which is the calculation result of the second multiplier is subtracted from a value V A [k-1,n] ·F c [n] which is the calculation result of the first multiplier in the subtractor, [k, n] and the cosine coefficient A[k, n-1] of the kth harmonic at the previous sampling time output from the first register are added by the first adder, and the cosine coefficient A[k, n] of the kth harmonic which is the calculation result of the first adder is input to the first register;
The third multiplier multiplies the sine intermediate value V B [k-1,n] of the (k-1)th harmonic by the value of the cosine function F c [n] from the trigonometric function output unit, the fourth multiplier multiplies the cosine intermediate value V A [k-1,n] of the (k-1)th harmonic by the value of the sine function F S [n] from the trigonometric function output unit, and the second adder adds the value V A [k-1,n] ·F S [n] that is the result of the operation of the third multiplier to the value V B [k-1,n] ·F c [n] that is the result of the operation of the second adder, to obtain the kth harmonic sine intermediate value V B [k, n] and the sine coefficient B[k, n-1] of the kth harmonic at the previous sampling time output from the second register are added by the third adder, and the sine coefficient B[k, n] of the kth harmonic which is the calculation result of the third adder is input to the second register,
7. The harmonic measuring device according to claim 6, wherein the device is configured to output a cosine intermediate value V A [k,n] and a sine intermediate value V B [k,n] of the kth harmonic, and a cosine coefficient A [k,n] and a sine coefficient B [k,n] of the kth harmonic, respectively.
前記高調波演算部は、
演算開始後からM点後にk次高調波に関する振幅の情報をサンプリング周期ごとに演算可能にするリアルタイム高調波解析部をさらに備えたことを特徴とする請求項の何れか一つに記載の高調波計測装置。
The harmonic calculation unit includes:
The harmonic measuring device according to any one of claims 1 to 7, further comprising a real-time harmonic analysis unit that is capable of calculating amplitude information relating to the kth harmonic for each sampling period M points after the start of calculation.
前記高調波演算部は、
k次高調波の余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]が、次の式に基づいて逐次演算されるように、
Figure 0007509417000031
演算開始後からM点後にk次高調波に関する振幅の情報をサンプリング周期ごとに演算可能にするリアルタイム高調波解析部を、前記k次高調波演算部にさらに備えたことを特徴とする請求項またはに記載の高調波計測装置。
The harmonic calculation unit includes:
The cosine coefficient A[k,n] and the sine coefficient B[k,n] of the kth harmonic are calculated successively based on the following formula:
Figure 0007509417000031
The harmonic measuring device according to claim 3 or 6, characterized in that the k-th harmonic calculation unit further comprises a real-time harmonic analysis unit that can calculate amplitude information regarding the k-th harmonic for each sampling period M points after the start of calculation.
前記リアルタイム高調波解析部は、
第1および第2の加減算器と、nの値に対する1段のシフトレジスタからなる第1および第2のレジスタと、nの値に対するM段のシフトレジスタからなる第3および第4のレジスタと、を含み、
k次高調波の余弦中間値V[k,n]を前記第3のレジスタに入力し、前記第1の加減算器により、k次高調波の余弦中間値V[k,n]に、前記第1のレジスタから出力される前回のサンプリング時におけるk次高調波の余弦係数A[k,n-1]を加算した値から、前記第3のレジスタから出力されるM回前のk次高調波の余弦中間値V[k,n-M]を減算して、前記第1の加減算器の演算結果となるk次高調波の余弦係数A[k,n]を前記第1のレジスタに入力し、
k次高調波の正弦中間値V[k,n]を前記第4のレジスタに入力し、前記第2の加減算器により、k次高調波の正弦中間値V[k,n]に、前記第2のレジスタから出力される前回のサンプリング時におけるk次高調波の正弦係数B[k,n-1]を加算した値から、前記第4のレジスタから出力されるM回前のk次高調波の正弦中間値V[k,n-M]を減算して、前記第2の加減算器の演算結果となるk次高調波の正弦係数B[k,n]を前記第2のレジスタに入力することで、
k次高調波の余弦係数A[k,n]および正弦係数B[k,n]を出力する構成としたことを特徴とする請求項記載の高調波計測装置。
The real-time harmonic analysis unit is
a first and second adder/subtractor, a first and second register each consisting of a one-stage shift register for the value of n, and a third and fourth register each consisting of an M-stage shift register for the value of n;
a cosine intermediate value V A [k,n] of the k-th harmonic is input to the third register, and the first adder/subtractor subtracts the cosine intermediate value V A [k,n-M] of the k-th harmonic M times earlier output from the third register from a value obtained by adding the cosine coefficient A[k,n-1] of the k-th harmonic at the previous sampling time output from the first register to the cosine intermediate value V A [k,n] of the k-th harmonic, and inputs the cosine coefficient A[k,n] of the k-th harmonic which is the calculation result of the first adder/subtractor to the first register;
The sine intermediate value V B [k,n] of the k-th harmonic is input to the fourth register, and the second adder/subtractor subtracts the sine intermediate value V B [k,n-M] of the k-th harmonic M times earlier output from the fourth register from a value obtained by adding the sine coefficient B[k,n-1] of the k-th harmonic at the previous sampling time output from the second register to the sine intermediate value V B [k,n] of the k-th harmonic, and inputs the sine coefficient B[k,n] of the k-th harmonic which is the calculation result of the second adder/subtractor to the second register;
10. The harmonic measuring device according to claim 9 , wherein the device is configured to output a cosine coefficient A[k, n] and a sine coefficient B[k, n] of the kth harmonic.
直流電源と電力系統との間に電力変換部を有して配置されるパワーコンディショナユニットに設けられ、前記直流電源が前記電力系統から切り離されて単独運転をしているか否かを検出する単独運転検出方式であって、
請求項1~10の何れか一つに記載の高調波計測装置により構成され、前記電力変換部の出力側の高調波電圧を計測する高調波計測部と、
前記高調波計測部で計測された高調波電圧に変動が発生すると無効電力のステップ注入を開始し、前記単独運転をしているか否かを検出させるステップ注入処理部と、を備えたことを特徴とする高調波計測装置を用いた単独運転検出方式。
An isolated operation detection method is provided in a power conditioner unit having a power conversion unit arranged between a DC power source and a power grid, and detects whether the DC power source is disconnected from the power grid and is operating alone,
A harmonic measuring unit configured by the harmonic measuring device according to any one of claims 1 to 10 and measuring a harmonic voltage on an output side of the power conversion unit;
and a step injection processing unit which, when a fluctuation occurs in the harmonic voltage measured by the harmonic measuring unit, starts a step injection of reactive power, thereby detecting whether or not the plant is operating alone.
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