JPH0737997B2 - 電気量検出器 - Google Patents

電気量検出器

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JPH0737997B2
JPH0737997B2 JP63276807A JP27680788A JPH0737997B2 JP H0737997 B2 JPH0737997 B2 JP H0737997B2 JP 63276807 A JP63276807 A JP 63276807A JP 27680788 A JP27680788 A JP 27680788A JP H0737997 B2 JPH0737997 B2 JP H0737997B2
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    • G01R19/25Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G01R19/255Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques using analogue/digital converters of the type with counting of pulses during a period of time proportional to voltage or current, delivered by a pulse generator with fixed frequency

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電力系統の交流電圧,交流電流等の電気量
の振幅値を検出する電気量検出器、特にその周波数特性
の改善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号明細書に示された従
来の交流電気量のデジタル処理装置の原理を説明する図
であり、交流電流を電気角90゜毎にサンプリングして、
3個のデーターを用いて、その振幅値を求めようとした
ものであり、図において、当該時刻のサンプリング値
(1)をi(0),1周期(T)前のサンプリング値
(2)をi(T),2周期(2T)前のサンプリング値
(3)をi(2T)とし、それぞれのサンプリング値
(1)〜(3)を2乗演算手段(5)〜(7)にて2乗
し、2乗演算手段(6)の結果のみを、2倍演算手段
(32)で2倍する。
前記2乗演算手段(5)と(7)及び前記2倍演算手段
(29)で得られた結果を加算手段(11)で加算して総和
を得て、除算演算手段(30)により2で除算し、平方根
演算手段(13)でその平方根を求めると、その出力Fnが
端子(14)に得られるので、これが交流電流の振幅値と
なる。
次の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基本周波数f0の周期の1/4としT
とする。また、サンプリング時刻毎のデーターを区別す
るためにnT(n=0,1,2,…とし、n=0は当該サンプリ
ング時刻とする)をサフイクスとして、i(0),i
(T),i(2T),…と表現する。
これを式で表わせば、第(1)式が得られる。
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。しかし、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要求がある。
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(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=0.997I〜1.003I ……(4) となり、定格周波数50Hzの時の振幅値演算に比べ−0.3
%〜0.3%の誤差が発生する。
〔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、周波数が±5%程度変化した場合の振幅値演算誤差
が比較的に大きいという問題点があった。
この発明は上記のような課題を解決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1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は、サンプリング値を4個
使用し、第1個目〜第4個目のサンプリング値をそれぞ
れ2乗すると共に、第2個目と第3個目のサンプリング
値の2乗値のみ3倍して、その総和を得るようにして、
振幅値を演算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演算は、4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
大幅に向上させることになる。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の一実施例を電力系統の電流をサンプリ
ングする場合について図により説明する。第1図におい
て、交流電流を電気角90゜毎にサンプリングして、4個
のデータを用いて、その振幅値を求めようとしたもので
あり、当該時刻のサンプリング値(1)をi(0),1周
期(T)前のサンプリング値(2)をi(T),2周期
(2T)前のサンプリング値(3)をi(2T),3周期(3
T)前のサンプリング値(4)をi(3T)とし、それぞ
れのサンプリング値(1)〜(4)を2乗演算手段
(5)〜(8)にて2乗し、そのうち2乗演算手段
(6)と(7)の結果を、3倍演算手段(9)と(10)
で3倍する。
前記2乗演算手段(5)と(8)及び前記3倍演算手段
(9)と(10)で得られた結果を加算手段(11)で加算
して総和を得て、除算演算手段(12)により4で除算
し、平方根演算手段(13)でその平行根を求める。その
結果が、出力として端子(14)に得られる。
これを式に表わせば、第(5)式が得られる。
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−cos3(94.5゜)・cos(2θ−3×94.5゜)〕1/2 =I〔1+4.83×10-4cos(2θ−283.5゜)〕1/2 ……
(6) となり、Iに対して、振幅が4.83×10-4Iで、かつ2倍
周波の振動波が重畳された形となる。
cos(2θ−283.5゜)は、+1.0〜−1.0まで変化し得る
ので、 Fn=0.99976I〜1.00024I ……(7) となり、定格周波数50Hzの時の振幅値演算に比べて、−
0.024%〜+0.024%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結果Fnを、図示はしないが、
比較演算手段によって所定値(整定値とも言う)比較し
て、その大きさを比較し、電力系統の事故を検出するの
が、デジタル保護継電器であり、また、その得られたFn
によって、図示はしないが、スタテイクコンデンサ等の
入切り制御等に利用するのが、制御装置である。
なお、前記説明では、加算手段(11)の出力を除算演算
手段(12)と平方根演算手段(13)で加工するとした
が、前記デジタル保護継電器や制御装置の前記所定値
(整定値)を2乗した値に設定しておけば、前記平行根
演算手段(13)を不要とすることができ、また、前記所
定値(整定値)を2乗して4倍した値に設定しておけ
ば、前記除算演算手段(12)と前記平方根演算手段(1
3)とを不要とすることができる。
また、前記実施例では、2乗演算手段(6),(7)の
出力を、3倍演算手段(9),(10)でそれぞれ3倍す
るとしたが、2乗演算手段(6),(7)の和を求め
て、3倍演算する等の、公知の演算法則の変更をしても
同じ結果が得られることは言うまでもない。
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 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−cos3(T)・cos(2θ−3T)〕1/2 =I〔1−cos3(90゜m)・cos(2θ−3×90゜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、振幅値演算で使用するサンプリング値は、所定時
刻サンプリング値を含めて、4個のサンプリング値で実
現できるため、90゜×4=360゜相当時間で結果を得る
ことが出来るため、従来に比べてほとんど変らない高速
化が実現できるとともに、計算処理に必要なメモリー量
もほとんど変らなく実現することができる。
第3図は前記振幅値演算を実施する電気量検出器(28)
のハードウエア構成図である。図において、(15)は電
圧変成器、(16)は電流変成器、(17),(18)は入力
変換器で、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、(19),(20)はフィルタで、周知
の如く、電圧及び電流に含まれる高周波のうち、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。(21),(22)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。
(23)はマルチプレクサでサンプルホールド(21),
(22)の出力を順次切り替えて、アナログ・デジタル変
換器(24)に伝達するものである。(25)はマイクロプ
ロセッサで、メモリー(26)にあらかじめ収納されてい
るプログラムを利用して演算を実施し、その結果を、出
力回路(27)に出力させるものである。(28)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、連続してサンプリン
グ値を4個使用し、各サンプリング値を2乗するととも
に、第2番目と第3番目の2乗値を3倍して、その総和
を得るように構成し、交流電気量の周波数が±5%程度
変化しても、精度良くその振幅値を演算でき、かつ、演
算結果を高速度に得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による振幅値演算手段を示
す原理を示すブロック図、第2図はこの発明の演算手段
により得られる振幅値演算結果の周波数特性を示す図、
第3図はこの発明の演算手段を実現する電気量検出器の
ハードウエア構成を示すブロック図、第4図は従来の振
幅値演算手段を説明するブロック図である。 図において、(1)〜(4)は交流電流のサンプリング
値、(5)〜(8)は2乗演算手段、(9),(10)は
3倍演算手段、(11)は加算手段、(12),(30)は除
算演算手段、(13)は平方根演算手段、(14)は端子で
ある。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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ジタル値に変換
    するアナログ/デジタル変換手段と、デジタル変換され
    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、当該サンプリングの時刻より所定サ
    ンプリング周期数nだけ離れた時刻nT(n=0,1,2,3と
    しn=0は当該サンプリング時刻)における前記サンプ
    リング手段による前記交流電気量のサンプリング値y
    (0),y(T),y(2T),y(3T),から、前記演算処理
    手段が下式 Y=[1/4・〔y(0)+3・{y(T)+y(2T)}+y(3T)〕]1/2 で演算処理、または、同等の演算処理を前期演算処理手
    段が実行することを特徴とする電気量検出器。
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