JPH0726976B2

JPH0726976B2 - 電気量検出器

Info

Publication number: JPH0726976B2
Application number: JP286089A
Authority: JP
Inventors: 愿鈴木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-01-11
Filing date: 1989-01-11
Publication date: 1995-03-29
Anticipated expiration: 2010-03-29
Also published as: JPH02184768A

Description

【発明の詳細な説明】【産業上の利用分野】

この発明は、電力系統の交流電気量の振幅値を検出する
電気量検出器に関するものである。

【従来の技術】

第４図は例えば特願昭62−333434号公報に示された従来
の交流電気量のディジタル処理装置のブロック接続図で
ある。図において、１は交流電流の電気角90゜毎にサンプリン
グした第１から第３までの３個のサンプリング値、２は
第１のサンプリング値を２乗する第１の２乗器、３は第
２のサンプリング値を２乗する第２の２乗器、４は第３
のサンプリング値を２乗する第３の２乗器、５は第２の
２乗器３の出力を定数倍する定数乗算器、６は第１及び
第３の２乗器2,4の出力と前記定数乗算器５の出力を加
算する加算器、７は前記加算器６の出力を定数で除算す
る定数除算器、８は前記定数除算器７の出力の平方根を
とり、交流電気量の振幅値を出力する平方根器である。次に動作について説明する。説明の都合上、交流電気量は交流電流とし、最大値を
Ｉ、瞬時値をｉ、基本周波数をf₀、サンプリング周期を
Ｔ（ただし、基本周波数f₀の周期の1/4）とする。また、サンプリング時刻毎のデータを区別するために時
刻ｔ−nT（ｎ＝0,1,2,…とし、所定時刻ｔよりサンプリ
ング数ｎだけ離れた時刻）における前記交流電流のサン
プリング値をｉ（nT）（ｎ＝0,1,2,…）と表現すること
とする。従って、３個のサンプリング値１はそれぞれｉ（０）,i（Ｔ）,i（2T）で各サンプリング値は、第１から第３までの２乗器2,3,4
により２乗され、さらに、第２の２乗器３の出力に対
し、定数２により乗算する定数乗算器５によりそれぞれ i(0)²，2i(T)²，i(2T)²となりこの各出力を入力とする加算器６により｛i(0)²＋2i(T)²＋i(2T)²｝が出力される。この出力から定数２により除算する定数除算器７によりを得る。ここで、Fnは前記交流電流の振幅値で、ｉ（nT）＝Ｉ・
sin（θ−nT）（ｎ＝0,1,2,…）であるから、さらに三角関数の公式よりこの定数除算器７の出力F²nを平方根器８に入力するこ
とで、交流電流の振幅値Fnが下式のごとく得られる。 Fn＝Ｉ｛１−cos²（Ｔ）・cos（２θ−2T）｝^1/2 …
（１）サンプリング周期Ｔは、交流電流の基本周波数f₀に対
し、1/4周期すなわち電気角で90゜相当時間間隔に固定
するが、周波数がｆであれば、第２式のように見えてく
る。例えば、交流電流の周波数がｆ＝f₀＝50Hzであれば、サ
ンプリング周期はＴ＝90゜となる。一般に、電力系統は定格周波数f₀で運用されているた
め、（１）式はFn＝Ｉとなり、電流の振幅値演算が可能
で、例えば交流過電流保護継電器や制御装置などに利用
されている。

【発明が解決しようとする課題】

従来の電気量検出器は以上のように構成されているの
で、電力系統の事故を検出する保護継電器や、電気量を
検出して運転用機器を制御する制御装置にとって、電力
系統の周波数は、f₀から変化している場合が多いため、
多少のずれがあっても正確に振幅値を求める必要があ
り、普通、±５％程度の変化に対して、可能な限り誤差
を少なくすることを要求されるが、例えば、周波数ｆ＝
52.5Hz（50Hzの５％増）となった場合を考えると、Ｔ＝
94.5゜となり、これを（１）式に代入すれば、 Fn＝Ｉ｛１−0.0062cos（２θ−189゜）｝^1/2 …（３）となり、一定値に２倍周波の振動波形が重畳された形と
なる。cos（２θ−189゜）は＋1.0〜−1.0まで変化し得
るので、第３式は Fn＝0.997 Ｉ〜1.003 Ｉ・・・・・（４）となり、定格周波数50Hzの時の振幅値出力に比べ−0.3
％〜＋0.3％の誤差が発生し、周波数変化に対し、振幅
値誤差が比較的大きいという問題点があった。この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、従来よりもサンプリング値を４個増加するだ
けで少ないサンプリング値を使用して高速度に計算処理
できるとともに、周波数が変化した場合の振幅値演算誤
差を小さくできる電気量検出器を得ることを目的とす
る。

【課題を解決するための手段】

この発明に係る電気量検出器の演算処理手段は、７個の
サンプリング値を入力とし、この第１から第７までのサ
ンプリング値を、２乗器を並列に配した２乗装置によ
り、それぞれ２乗すると共に、第２及び第６のサンプリ
ング値の２乗値を６倍し、第３及び第５のサンプリング
値の２乗値を15倍し、第４のサンプリング値の２乗値を
20倍して、第１及び第７のサンプリング値を加えて総和
を得るようにし、その総和を32で除算し、平方根をとる
ことで交流電気量の振幅値を出力するようにしたもので
ある。

【作用】

この発明における電気量検出器の振幅値出力は、７個の
サンプリング値を使用して、高速度で演算結果が得られ
ると共に、周波数変化があっても、高精度で演算ができ
るものであり、ディジタル保護継電器や、制御装置の性
能を大幅に向上させる。

【実施例】

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の電気量検出器の演算処理手段を示すブロ
ック接続図である。図において、10は所定時刻ｔの交流
電流のサンプリング値をｉ（０），前記当該時刻より周
期T,2T,3T,4T,5T,6T前のサンプリング値をそれぞれｉ
（Ｔ）,i（2T）,i（3T）,i（4T）,i（5T）,i（6T）とす
る７個のサンプリング値、11は前記サンプリング値10を
それぞれ２乗する第１から第７までの２乗器11aを並列
に配した２乗装置、12は前記第２から第６までの２乗器
の出力に定数を乗算する第１から第５までの定数乗算器
12aを並列に配した定数乗算装置、13は第１及び第７の
２乗器の出力と定数乗算装置12の各出力を加算する加算
器、14は前記加算器13の出力を定数で除算する定数除算
器、15は前記定数除算器14の出力の平方根をとる平方根
器である。次に動作について説明する。７個のサンプリング値10を２乗装置11に入力すると、そ
れぞれ出力はi²（０），i²（Ｔ），i²（2T），…，i
²（6T）となり、第２及び第６の２乗器の出力に定数６
を乗算した6i²（Ｔ），6i²（5T）と、第３及び第５の２
乗器の出力に定数15を乗算した15i²（2T），15i²（4T）
と、第４の２乗器の出力に定数20を乗算した20i²（3T）
と、第１及び第７のサンプリング値の２乗値i²（０），
i²（6T）との総和を加算器13により｛i²（０）＋6i
²（Ｔ）＋15i²（2T）＋20i²（3T）＋15i²（4T）＋6i
²（5T）＋i²（6T）｝を得る。ここで、交流電流の振幅
値をFnとすると、定数32で除算する定数除算器14によりを得る。さらにここで、ｉ（nT）＝Ｉ・sin（θ−nT）（ｎ＝0,1,2,
…）で、三角関数の公式より展開してよって、平方根器15により Fn＝Ｉ〔１−cos⁶（Ｔ）・cos2（θ−2T）〕^1/2 …
（５）を得る。今、周波数ｆ＝52.5Hz（50Hzの５％増）となった場合を
考えると、Ｔ＝94.5゜となり、これを第（５）式に代入
すれば、 Fn＝Ｉ〔１−cos⁶（94.5゜）・cos2（θ−２×94.5゜）〕^1/2 ＝Ｉ〔１−2.33×10^-7cos（２θ−378゜）〕^1/2 …
（６）となり、Ｉに対して、振幅値が2.33×10^-7Ｉで、かつ、
２倍周波の振動波形が重畳された形となる。cos（２θ
−378゜）は＋1.0〜−1.0まで変化し得るので、 Fn＝0.9999998I〜1.0000002I ・・・・（７）となり、定格周波数50Hzの時の振幅値演算に比べて、−
0.00002％〜＋0.00002％の誤差となり、非常に小さい値
となる。ここで得られた振幅値演算出力Fnを比較演算手
段（図示せず）によって所定値（整数値ともいう）と比
較して、電力系統の事故を検出する。なお、前述の説明では、加算器13の出力を定数除算器14
と平方根器15で加工するとしたが、前記比較演算手段で
比較する所定値（整数値）を２乗した値に設定しておけ
ば前記平方根器15を不要とすることができ、前記所定値
を２乗し32倍した値に設定しておけば、前記定数除算器
14及び前記平方根器15を不要とすることができる。ま
た、前述した実施例で示した演算処理手段の出力Fn（あ
るいはF²n）の演算式を公知の演算法則で変形したとし
ても、前記出力Fnは何ら制約を受けない。ここで、周波数を変化させた場合の振幅値演算結果Fnの
変化状況を第２図で説明する。変化後の周波数ｆと定格周波数f₀の比をｍ＝f/f₀で表わ
すと、第（２）式と第（５）式から第（８）式が得られ
る。 Fn＝Ｉ〔１−cos⁶（Ｔ）・cos2（θ−2T）〕^1/2 ＝Ｉ〔１−cos⁶（90゜ｍ）・cos2（θ−２×90゜ｍ）〕^1/2 ・・・・・（８）この（８）式のｍを変化させて図示すると、第２図の斜
線部分が得られ、ｍ＝１（ｆ＝f₀）の近傍では、大きさ
の変化がほとんど無くなり、振幅値演算結果の誤差が極
小となることがわかる。同様に従来の第（１）式を、このｍを使って表わすと、
第（９）式が得られ、第２図に点線で示したが、明らか
に、この発明による演算処理の方が誤差が小さくなって
いる。 Fn＝Ｉ〔１−cos²（90゜ｍ）・cos（２θ−２×90゜ｍ）〕^1/2 ・・・・・（９）また、第３図は前記振幅値演算を実施する電気量検出器
37のハードウェア構成図である。図において、24は電圧
変成器、25は電流変成器、26,27は入力変成器で、電力
系統の電圧及び電流を処理容易な値に変換するものであ
り、28,29はフィルタで、周知の如く、電圧及び電流に
含まれる高調波のうち、サンプリング周波数の1/2以上
の周波数を除去するものである。30,31はサンプルホー
ルドで、サンプリング値を次のサンプリング周期まで保
持するものである。32はマルチプレクサでサンプルホー
ルド30,31の出力を順次切り替えて、アナログ・ディジ
タル変換器33に伝達するものである。34はマイクロプロ
セッサで、メモリ35にあらかじめ収納されている演算処
理手段を実施し、その出力を、出力回路36に出力させる
ものである。37は電気量検出器である。なお、上記実施例では、交流電流の振幅値を求めるとし
て説明したが、交流電流は電力系統の相電流、線間電流
又は、前記相電流、線間電流から得られる対称部分、す
なわち、正相電流、逆相電流又は零相電流であっても同
様である。さらに同様に、交流電圧であっても、全く同様に適用し
て同様の効果を奏する。

【発明の効果】

以上のように、この発明によれば、交流電気量の振幅値
の演算処理のため、７個のサンプリング値を入力として
実現しているので、90゜×７＝630゜相当時間で結果を
得ることが出来るため、従来に比べても２倍程度の時間
及び処理に必要なメモリ量で実現でき、交流電気量の周
波数が±５％程度変化しても、精度の高い演算処理が可
能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による電気量検出器の演算
処理手段を示すブロック図、第２図はこの発明及び従来
処理技術の演算処理手段により得られる振幅値出力の周
波数特性を示す図、第３図はこの発明の演算処理手段を
実現する電気量検出器のハードウェア構成を示すブロッ
ク図、第４図は従来の振幅値の演算処理手段を示すブロ
ック図である。図において、10は７個のサンプリング値、11は２乗装
置、12は定数乗算装置、13は加算器、14は除算器、15は
平方根器である。なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電力系統の交流電気量を、前記交流電気量
の定格周波数における周期の1/4毎の周期Ｔでサンプリ
ングするサンプリング手段と、前記サンプリングされた
アナログ値をディジタル値に変換するアナログ／ディジ
タル変換手段と、ディジタル変換されたサンプリング値
に基づき演算処理して電力系統の交流電気量の振幅値を
検出する演算処理手段とを有する電気量検出器におい
て、前記演算処理手段は前記サンプリング手段によりサ
ンプリングされた第１から第７までの７個のサンプリン
グ値を入力し、各サンプリング値を２乗して出力する第
１から第７までの２乗器を並列に配した２乗装置と、第
２の２乗器から第６の２乗器の出力を各々定数倍する第
１から第５までの定数乗算器を並列に配した定数乗算装
置と、第１の２乗器の出力と第７の２乗器の出力及び定
数乗算装置により並列に処理された出力とを加算する加
算器と、前記加算器の出力を定数で除算する定数除算器
と、前記定数除算器の出力の平方根をとり、前記交流電
気量の振幅値を出力する平方根器とから構成されている
ことを特徴とする電気量検出器。