JPH01267464A - 交流電気量の計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ディジタル保護継電装置等において。

電力系統の電圧、電流値等の交流電気量をサンプリング
してＡ／ＤＣアナログ／ディジタル）変換を行い、マイ
クロコンピュータの演算処理により前記電気量を計測し
て系統事故の監視や各種の保護制御動作を行わせるため
の交流電気量の計測装置に関する。

（従来の技術） 従来この種の計測装置において、交流電気量に対するサ
ンプリング周波数が一定（例えば、系統電圧等の周波数
が５０＆の場合６００Ｈｚ、同６〇七の場合７２０Ｈｚ
）であるため、サンプリング周期も通常。

時間的に一定である。この場合、系統の周波数が通常の
±１七程度以内で変動するときには大きな問題はないが
、単独水力発電系統のように周波数が大幅に変化するお
それのある場合には、サンプリングによる電気量の計測
誤差が大きくなってしまう欠点があった。

例えば、系統の電圧や電流の実効値を求める方法として
、電気角が９０″′離れた２点のサンプリングデータを
２乗してこれらを加算し、この加算値の平方根を算出す
ることにより交流の波高値ｖｍを求め、次いで実効値Ｖ
Ｗ／（τを算出する方法が知られているが、この方法で
は糸紐の周波数が大きく変動した場合でも常に定格周波
数における電気角９０’間隔のものを採用するため、定
格以外の周波数では電気角９０″間隔でのサンプリング
データを採用したことにはならず、上記の方法で演算し
た実効値と実際の値との間に誤差を生ずることになる。

ここで、第３図は。

誤差；（（検出値）−（真値））　ｘ　１００／真値［
％］として、サンプリング周波数が例えば６００［Ｈｚ
ｌで定格周波数における電気角９０”間隔相当の連続す
る２点のサンプリングデータを採用した場合の測定誤差
の周波数特性を、系統の周波数ｆ　［Ｈｚｌを横軸に、
誤差［％］を縦軸にとって示した図であり、系統の周波
数ｆが定格周波数５０［Ｈｚｌから離れるに従って測定
誤差が大きくなることが明らかである。

このような測定誤差を低減する方法として、使用サンプ
ル数を増やす方法があり１例えばサンプル数を連続する
８データとしてこれらの２乗の和の平方根の１／２から
実効値を算出することにより、測定誤差の周波数特性を
第４図のように一応。

改善することができる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、この方法でも本質的に誤差をゼロにする
ことはできず、また、演算に要する時間が連続した２デ
ータを用いる場合に比べて４倍と大幅に遅延することは
自明であり、これは系統事故の早期検出のような用途に
対しては致命的な欠点となる。更に連続した２データを
用いる方式と演算プログラムが異なる点でも、管理面、
製作面でコスト高となる。これらの欠点は、何れにして
も系統周波数の変動に拘らずサンプリング周波数ないし
周期を固定していることに起因している。

本発明は上記問題点を解決するべく提案されたもので、
その目的とするところは、交流電気量の周波数が変化し
た場合にも、演算プログラム等の大幅な変更を要するこ
となくその実効値等を高速かつ高精度で測定可能とした
計測装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明は、電圧、電流等の交
流電気量のサンプリングデータの正負の符号変化から２
つの零交差点の存在を確認し、これらの零交差点間のサ
ンプリング回数、サンプリング周期、前記零交差点の直
前及び直後のサンプリングデータから前記零交差点間の
時間を求めると共に、この時間を前記サンプリング周期
にて除算した値が一定となるように前記交流電気量の周
波数に応じてサンプリング周波数を制御することを特徴
とする。

（作用） 本発明によれば、交流電気量の周波数が変動した場合に
も、交流電気量の零交差点間の時間（例えば１周期）を
サンプリング周期にて除算した値が一定となるようにサ
ンプリング周波数が制御される。より詳細には、サンプ
リングパルスを生成するためのクロック信号の分周比を
交流電気量の周波数に応じて変化させることにより、上
記作用が果たされる。

（実施例） 以下、図に沿って本発明の一実施例を説明する。

まず、第１図はこの実施例にかかる計測装置１００の構
成を示すブロック図である。同図において。

１は、ディジタル保護継電装置等による監視や保護制御
の対象となる電力系統の電圧Ｖや電流ｉの如き交流電気
量（アナログ値）が入力されるアナログ入力部であり、
図示されていないがサンプルホールド回路やＡ／Ｄ変換
回路を備えている。なお、前記交流電気量の周波数（系
統周波数）はｆｉｎであるとする。

また、２はＣＰＵを備えたマイクロコンピュータであり
、前記アナログ入力部１からの出力データに基づいて系
統の電気量を演算し、その結果に応じて種々の保護、制
御指令を出力するものである。

更に、３はクロック発振器であり、この発振器３は基準
周波数ｆ、のクロック信号を出力すると共に、かかるク
ロック信号は分周器４に入力されている。分周器４は、
前記マイクロコンピュータ２から出力される分周比ｎに
基づきクロック信号の基準周波数ｆ１を分周し、交流電
気量に対するサンプリング周波数ｆｓのサンプリングパ
ルスをアナログ入力部１に出力するようになっている。

次に、この動作を第２図を参照しつつ説明する。

第２図は、サンプリング周波数ｆｓで周波数ｆｉｎの交
流電気量をサンプリングした時の交流入力波形及びサン
プリングデータを示している。同図において、Ａ、Ｂは
サンプリングデータの符号が負から正に変化することに
より検出される零交差点、Ｘａｌ、Ｘａ、、　Ｘｂｌ、
Ｘｂ、は各零交差点Ａ、Ｂにそれぞれ隣合うサンプリン
グデータ、ｔａ、、ｔａ、。

ｔｂｌ、ｔｂ２はそれぞれ零交差点Ａ、Ｂから各サンプ
リング点までの時間、ｔ、はサンプリング周期、Ｔは零
交差点Ａ、Ｂ点間の時間で交流入力の１周期を表してい
る。

ここで、ｔ、及びＴは次の（１）、（２）式で表すこと
ができる。

ｔ、＝　１　／　ｆｓ　　・・・（１）Ｔ　　＝　　１
　　／　　ｆｉｎ　　　　＝１２）また、周期Ｔの間に
おけるサンプリング数をＮとすると、（２）式は以下の
（３）式のように変形される。

Ｔ＝（Ｎ−１）Ｘ　ｔｓ＋ｔａ１＋ｔｂ、　　−（３）
更に、零交差点Ａ、Ｂ近傍の交流入力波形を直線近似し
た場合、　ｔａｌ、　ｔｂ、はそれぞれ（４）、（５）
式で表される。

従って、（３）、（４）、（５）式から。

とおくと、 Ｔ　　＝　ｍ　　ｘ　　ｔ、　　　　　・・・（ｓ）ｍ
　＝　Ｔ　／　　ｔ、　　　　　・・・（９）となる、
（９）式に（１）、（２）を代入すれば、ｍ　　＝　　
ｆｓ　　／　　ｆｉｎ　　　　　＝（１０）となる。

サンプリングパルスは、第１図におけるクロック発振器
３のクロック信号の基準周波数ｆ１を分局器４によりｎ
分周して作るため、サンプリング周波数ｆｓは、 ｆｓ　＝　　ｆｔ　／　ｎ　　　　　・・・（１１）と
なる。

よって（１０）、　（１１）式により、ｍ　＝　　ｆ、
　／　（ｆｉｎ　Ｘ　　ｎ　）　　−（１２）を得る。

ここで、仮りに系統周波数ｆｉｎが変動したとしても、
サンプリング周波数ｆｓを系統周波数ｆｉｎに比例して
変化させれば交流入力を常に一定の電気角の周期でサン
プリングすることになるため、測定誤差を生じなくなる
。すなわち、前記（１０）式において系統周波数ｆｉｎ
が変動した場合にもｍが一定値になるようにサンプリン
グ周波数ｆｓを制御すればよい。

このことは、　（１１）式において系統周波数ｆｉｎの
変動に伴って分局比ｎを制御することに等しい。

いま、ｎ＝ｎ、である時に系統周波数がｆ　ｉｎ、であ
るとすると、サンプリング周波数ｆｓ、は、（１１）式
から、 ｆｓ１＝　　Ｌ　／　Ｊ　　　　　−（１３）であり、
その時のｍ（−ｍｌ）は、　（１２）式からｍ、　＝　
　ｆＬ　／　（ｆｉｎ、Ｘ　　ｎｔ）　　・（１４）で
ある、ここで、系統周波数がｆ　ｉｎ、に変化した場合
のｍをｍ２とおき、ｍよ＝ｍ２とすれば、ｆ　１／（ｆ
　ｉｎｈ　Ｘｎ　ｔ）＝ｆ　ｘ／　（ｆ　ｘｎ＠　Ｘ　
ｎ　２）　・＝　（１５）であり、この（１５）式から ｎ、＝ｎ、Ｘ（ｆｉｎｘ　／　ｆｉｎｓ）　　　　　・
＝（１６）となる、また、この（１６）式は、　（１４
）式からＨ２＝ｆ１／（ｍｔＸ　　ｆｉｎ、）　　　　
　−（１７）となる。

従って、系統周波数ｆｉｎが変化した場合、基準周波数
ｆ１と、系統周波数ｆｉｎが変化する前のｍｌと、変化
した後の系統周波数ｆ　ｉｎ、とを用いて（１７）式か
ら新たな分周比ｎ２を求めることができる。

かかる演算は第１図のマイクロコンピュータ２により行
われ、新たな分周比ｎ２が分周器４に入力されることと
なる。

そして、上記分周比ｎ２と基準に波数ｆ１とにより１分
周器４からはサンプリング周波数ｆＳ２が次の如く求め
られる。

ｆｓ、　＝　　ｆｔ　／　　ｎ２　　　　−・−（１８
）ここで前記（１３）、　（１６）式により、ｆｓ、／
　　ｆｓ、＝　　ｎ、／　ｎ。

＝　ｆ　ｉｎ、　／　ｆ　ｉｎ□−（１９）であるから
、系統周波数の変化時にサンプリング周波数もこれに比
例して変化し、この新たなサンプリング周波数ｆｓ２に
よってアナログ入力部１におけるサンプリングが行われ
ることになる。

これにより、系統周波数が変化しても常にその変化後の
周波数に対して所定の電気角の間隔でサンプリングする
ことになり、例えば９０°間隔の連続した２データを用
いる実効値の計測に際しても測定誤差を生じることはな
い。

なお、上記実施例では交流電気量の１周期をサンプリン
グ周期にて除算した値を一定にするべくサンプリング周
波数を制御しているが１本発明では交流電気量の半周期
に基づいて制御することもできる。また、本発明はディ
ジタル保護継電装置を始めとして、その他一般の交流電
気量の実効値。

波高値等を測定する際に適用可能である。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、サンプリング周波数を交
流電気量の周波数に対応させて変化させるものであるか
ら、交流電気量に周波数の変動があっても常に一定の電
気角間隔によるサンプリングが可能になり、測定誤差を
大幅に低減することができる。

また、従来の９０°間隔の２データを用いて実効値等を
算出する方法をそのまま適用することができ、連続する
８データを用いる場合に比べて演算の高速化が図れると
共に、演算プログラムの変更が不要で経済的である等の
効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
交流入力とサンプリングデータの説明図、第３図及び第
４図は従来例の欠点を説明するための測定誤差の周波数
特性図である。 １・・・アナログ入力部 ２・・・マイクロコンピュータ ３・・・クロック発振器　　　４・・・分周器１００・
・・計測装置 特許出願人　　　　富士電機株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 交流電気量のサンプリングデータを用いてマイクロコン
   ピュータにより前記交流電気量を計測する計測装置にお
   いて、 前記サンプリングデータの正負の符号変化から２つの零
   交差点の存在を確認し、これらの零交差点間のサンプリ
   ング回数、サンプリング周期、前記零交差点の直前及び
   直後のサンプリングデータから前記零交差点間の時間を
   求めると共に、この時間を前記サンプリング周期にて除
   算した値が一定になるように前記交流電気量の周波数に
   応じてサンプリング周波数を制御することを特徴とする
   交流電気量の計測装置。