JPH09133717A - 電力系統高調波解析方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力系統の各地点で発生しまたは流入する高
調波を監視し、総合的に高調波による障害を把握する。 【解決手段】 各地点に設置された高調波解析部１１と
電波時計部１２とモデム１３からなる子局１０と、伝送
路２９を介してモデム２１により接続された集中処理部
２５を含む親局２０があり、親局２０からの指示で所定
の時刻に、所定の時間間隔で定期的に高調波を測定する
定時測定と、常時電力系統を監視しており、異常な高調
波の発生を検知したときには、その検知を子局１０から
親局２０へ報知し、親局２０では全ての子局１０へ所定
の測定（トリガ測定）を指示し、定時測定およびトリガ
測定で得たデータを親局２０で解析し総合的に処理する
ようにした。これにより、広範囲な地域での高調波の流
出流入状態を的確に検知できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力系統に発生す
る高調波を測定し解析する方法と装置であり、具体的に
は、複数地点で子局により取り込んだ電力系統の高調波
の伝搬状況を親局において解析し、一地点では理解しに
くい高調波電流の流入流出を正しく測定解析しようとす
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の電力制御用半導体デバイスを用い
た各種の電力機器の広範な普及にともない、電力系統に
おける高調波の発生は年々増加傾向にあり、高調波変化
が大きくなって障害の発生範囲も広く、電力系統の設備
および電力機器の被害も無視できない状況にある。これ
らの高調波発生状況の把握は電力系統の各所に個別の波
形解析装置を接続して高調波の発生を個別に監視してい
た。

【０００３】系統高調波の簡易測定とその発生源探査用
の高調波解析装置の紹介が文献１に、また、変電所母線
における高調波発生フィーダの探索に関する論文が文献
２に開示されている。

【０００４】文献１：“新型高調波解析装置の開発”中
部電力（株） 技術開発ニュース９〜１０頁 平成５年
１月発行

【０００５】文献２：中村、藤田、東井“変電所母線に
おける高調波発生フィーダの探索に関する検討” 電気
学会研究会 ＰＥ−９３−１４８ ８３〜９０頁 平成
５年１１月発行

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】電力系統の高調波の伝
搬を測定するためには、測定個所に接続する、多要素の
同時測定が必要である。また、連系する他の地点で取り
込んだデータと一致する必要があるため、それらのデー
タを処理して同一画面に表示する必要がある。とくに、
高調波電流の流入流出は大きさと位相（ベクトル）に大
きく関係するにもかかわらず、このような多様なデータ
を一括表示し判断することができないという解決されね
ばならない課題があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】電力系統の各地点に設け
られた、電波時計部と高調波解析部とモデムを有するデ
ータ収録装置である子局と、各子局を遠隔操作してデー
タを取り込むために伝送路で接続されたモデムと集中処
理部を有する集中解析装置である親局とを設けた。

【０００８】各子局は親局からの指示により電波時計で
校正した所定の時刻に定期的に電力系統に発生する高調
波を測定し、解析してそのデータを親局に送る。また、
各子局では電力系統に発生する高調波を常時監視して所
定値以上の高調波を検出したときにはトリガを発生し
て、親局に通知する。親局は所定の子局に対して時間を
指定して測定しデータを送るように指示する。親局で
は、各子局からのデータをもとに高調波電流の流入およ
び流出やその範囲などの総合的情報を同一画面に表示す
ることができる。したがって、高調波による障害の発生
に対して適切な対策を速やかにとることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１には本発明の一実施例の回路
構成が示されている。ここで１０−１〜１０−６は電力
系統の、たとえば６個所の地点に設けられたデータ収録
装置である子局であり、すべて同じ構成であるから、子
局１０−１（以下、単に子局１０という）のみを例に説
明する。

【００１０】子局１０には高調波解析部１１，電波時計
部１２，モデム１３が含まれている。高調波解析部１１
には、たとえば１６チャンネルの入力端子１９から印加
された電力系統の信号波形をＦＦＴ（高速フーリエ変
換）解析といわれる高調波解析して、そのデータを記録
し、必要に応じてプリントアウトする。

【００１１】電波時計部１２では時報受信機が内蔵さ
れ、たとえばＦＭ放送の時報により校正された時刻信号
を高調波解析部１１に対して送出している。

【００１２】親局２０にはモデム２１−１〜２１−６
（以下、単にモデム２１という）と集中処理部２５があ
り、電話回線などの伝送路２９−１〜２９−６（以下単
に伝送路２９という）によりモデム２１と１３を介して
集中処理部２５は高調波解析部１１に各種の指示を出
し、そこから各種のデータを得ている。

【００１３】子局１０の高調波解析部１１は、親局２０
の集中処理部２５からの指示によって動作するばかりで
なく、高調波解析部１１に設けた図示されてはいないキ
ーボードから各種の設定、たとえば測定開始，終了の時
刻設定などを入力することも可能である。

【００１４】子局１０における測定および解析は、その
測定タイミングにより定時測定とトリガ測定とに別れ
る。

【００１５】定時測定では、電波時計部１２の示す時刻
に従い、あらかじめ設定した所定時刻ごとに測定し、測
定値の処理をする。この定時測定の測定開始時刻，測定
終了時刻および測定間隔（たとえば、最小１０秒）は親
局１０の集中処理部２５から指示され、または、高調波
解析部１１に設けたキーボードから指示する。

【００１６】子局１０の高調波解析部１１では測定間隔
ごとにＦＦＴ解析を行い、その解析結果を記憶保存す
る。この高調波解析部１１におけるＦＦＴ解析とその結
果の保存は、夜間の無人測定を可能とするために、たと
えば測定間隔を１分間としたとき測定可能時間は２４時
間程度とするように解析結果の記憶内容を設定してい
る。

【００１７】トリガ測定では、高調波解析部１１におい
て常時６０サイクル（又は５０サイクル、以下、単に６
０サイクルという）の電力系統を測定し、常に６０サイ
クル分以上の測定波形を連続記憶する。この測定波形が
所定のトリガ条件を満足した場合には、子局１０からト
リガ条件満足信号が親局２０に対して送信される。これ
を受けると、親局２０では全子局に対してトリガ起動信
号ならびにトリガ起動による測定開始時刻を送信する。
これらの時刻設定は、伝送路２９における遅延時間を見
込んでなされる。

【００１８】ここにおけるトリガ条件は、 1) 電圧総合歪みがｘ％以上で連続ｋ測定サンプル回数
継続したとき。 2) ｎ測定点の第ｍ調波電流がｙ％以上となり、それが
連続ｋ測定サンプル回数継続したとき。 の２つの条件のうちの１つの条件が満たされたときであ
り、ｋ，ｍ，ｎ，ｘ，ｙは任意に設定できる。

【００１９】このトリガ条件を最初に感知した子局１０
の高調波解析部１１は、その後に親局２０からトリガ起
動による測定開始時刻を受信する迄の期間が長くなって
も、トリガ条件感知時点の記録が消失しないように連続
記録できるだけの記憶容量を有している。

【００２０】子局１０における高調波解析部１１の入力
端子１９の数はたとえば１６個であり、１６チャンネル
の波形を同時に記憶し解析することができるが、このう
ちの１チャンネル（１つの端子）を電波時計部１２から
の時刻信号データを記憶するために切り替えて使用する
こともできる。

【００２１】親局２０の集中処理部２５は、たとえばパ
ーソナル・コンピュータを含んでおり、全ての子局１０
に対する指令，制御，データの収集，管理を行ってい
る。そして、トリガ測定ではトリガ条件を最初に感知し
た子局１０からの波形データのＦＦＴおよび逆ＦＦＴ処
理を行い、高調波成分の分析をして、全ての子局１０に
対してトリガ起動信号ならびにトリガ起動による測定開
始時刻を送信することを決定している。

【００２２】図２には図１に示した本装置の動作の流れ
が示されている。動作が開始すると、本装置全体の立ち
上げが行われ（Ｓ１０、図２）、各子局１０において測
定がなされその処理がされる（Ｓ２０）。親局２０では
各子局１０からの測定データを解析し処理して（Ｓ５
０）、ファイル操作が実行され（Ｓ６０）、さらに動作
を継続する場合は（Ｓ７０Ｙ）、ステップＳ２０に戻
り、動作を継続しない場合は（Ｓ７０Ｎ）終了する。

【００２３】図３にはステップ１０の装置立ち上げのサ
ブルーチンが示されている。装置立ち上げの動作に入る
と、親局２０は各子局１０を遠隔制御可能であることを
確認し（Ｓ１１）、それを確認すると（Ｓ１２Ｙ）、各
子局１０へセットアップを指示する（Ｓ１３）。その指
示により各子局１０が動作を始めると立ち上げの完了を
確認して（Ｓ１４）、つぎの測定処理（Ｓ２０）に移行
する。

【００２４】図４，図５および図６にはステップＳ２０
の測定処理のサブルーチンが示されている。測定処理の
動作に入ると、各子局１０の高調波解析部１１では電力
系統の電圧および（または）電流の波形を監視する（Ｓ
２１、図４）。ＦＦＴ（高速フーリエ変換）解析により
波形中の高調波成分の測定がなされる（Ｓ２２）。この
測定により、特定チャンネルの波形の高調波による歪が
所定の比率以上になったときには（Ｓ２３Ｙ）、トリガ
測定に入る（Ｓ４０）。

【００２５】高調波による歪が所定の比率以上にならな
かった場合は（Ｓ２３Ｎ）入力波形を正常時の波形（定
常波形）と比較し（Ｓ２４）、波形差が所定値より大き
い場合には（Ｓ２５Ｙ）、トリガ測定に入る（Ｓ４
０）。波形差が所定値より大きくない場合には（Ｓ２５
Ｎ）、定時測定に入る（Ｓ３０）。

【００２６】定時測定においては、親局２０から子局１
０に対して測定条件が設定されており（Ｓ３１、図
５）、それに従って各子局１０では電波時計部１２の時
刻により、所定の時刻に所定の間隔で測定し波形データ
を取り込む（Ｓ３２）。取り込んだ波形データは各子局
１０の高調波解析部１１においてＦＦＴ解析がなされ
（Ｓ３３）、所定のデータ量を記録する。その解析デー
タ中に特定チャンネルの電圧の総合歪が所定の比率以上
になったとき、および特定チャンネルの電流の基本波ま
たは指定の次数の高調波の実効値があらかじめ設定した
値以上ななったとき、高調波波形解析部１１では必要事
項をプリントアウトして（Ｓ３５，Ｓ３６）、解析処理
（Ｓ５０）へ移行する。

【００２７】ステップＳ４０のトリガ測定に入ると、ト
リガ条件をステップＳ２３ＹまたはＳ２５Ｙで検出した
子局１０はトリガ信号の発生を親局２０へ通知し（Ｓ４
１、図６）、同時にその発生時の波形および時刻データ
を記憶する（Ｓ４２）。トリガ信号発生の通知を受けた
親局２０は、発生時の波形および時刻データを検討して
全ての子局１０へトリガ測定の開始時刻を設定する（Ｓ
４３）。各子局１０では設定された時刻に設定された条
件に従って波形データを収録する（Ｓ４４）。この波形
データの収録が所定の回数（所定のサンプル数）行われ
るまでステップＳ２２〜Ｓ２５，Ｓ４０〜Ｓ４４の動作
が行われると（Ｓ４５）、解析処理（Ｓ５０）へ移行す
る。

【００２８】図７にはステップＳ５０の解析処理のサブ
ルーチンが示されている。解析処理の動作に入ると、定
時測定あるいはトリガ測定において各子局１０に記録
（Ｓ３４）または収録（Ｓ４４）したデータを親局２０
へ転送する（Ｓ５１、図７）。親局２０では、これらの
データを集中処理部に収録し（Ｓ５２）、そのデータを
解析し（Ｓ５３）、各種のグラフを表示するための処理
をする（Ｓ５４）。これらのグラフ表示には、たとえ
ば、高調波の含有率推移グラフ（Ｓ５５）、スペクトラ
ム３次元表示（Ｓ５６）、高調波の流入流出のベクトル
とその地域範囲を示す図（Ｓ５７）、逆ＦＦＴ処理をし
た波形表示（Ｓ５８）がある。これらのグラフ表示が終
わるとファイル操作（Ｓ６０）に移行する。

【００２９】図８にはステップＳ６０のファイル操作の
サブルーチンが示されている。ファイル操作に入ると、
ファイルを整理するための操作処理がなされる（Ｓ６
１、図８）。これらの操作処理には、たとえば、保存フ
ァイルの一覧表（Ｓ６２）、特定データの他の記録媒体
（たとえば、フロッピー・ディスク）へのコピー（Ｓ６
３）、不要になったデータの削除（Ｓ６４）、メモリの
初期化（Ｓ６５）である。これを終るとステップ７０へ
移行する。

【００３０】図９には定時測定の機能の一例が示されて
いる。ここにおいてチャンネル数（入力端子１９の数）
が２〜１６の場合の１回の波形測定に必要なバイト数を
１回の容量として表し、そのときの測定可能回数、およ
び１分間隔測定の連続日数を高調波解析部１１に含まれ
るデータ収録容量を４０Ｍバイトとして、算出し表した
ものである。すなわち、定時間測定においては、チャン
ネル数１６では１回の測定で４４４８バイトのメモリ容
量を必要とし、約５０００回の測定が可能で３日間連続
測定できることを表している。

【００３１】図１０にはトリガ測定におけるタイムチャ
ートが示されている。同図（ｂ）の地点Ａにおいて子局
１０が波形を常時監視していたとき（Ｓ２１、図４）、
異常波形を検出し、トリガ測定に入り（Ｓ４０）、波形
の２サイクル分のデータを記録し、同図（ａ）に示すよ
うにトリガ条件を満足した信号であるトリガ信号の発生
を親局２０へ通知した（Ｓ４１、図６）。そこで親局２
０はすべての子局１０（ここでは地点Ａ，Ｂの２つの子
局）に時刻ｔ１において測定開始時刻ｔ２を設定してい
る（Ｓ４３）。そこで地点Ａ，Ｂの子局１０は同図
（ｂ），（ｃ）に示す時刻ｔ２になると、３０サイクル
分のデータを時刻ｔ３まで測定し収録する（Ｓ４４）。
地点Ａ，Ｂのデータから親局２０では解析処理（Ｓ５
０、図２）をしている。

【００３２】

【実施例】以上の説明において、子局１０における定時
測定およびトリガ測定は親局２０から指示された時刻に
電波時計部１２の時刻が一致したときに測定を行うもの
であった。しかしながら、これらの測定タイミングは電
波時計部１２を用いることなく親局２０から定期的に伝
送路２９の遅延時間を考慮して測定タイミング信号を送
出し、それによって各子局１０が定時測定をするように
してもよい。また、常時電力系統の波形監視をしている
子局１０のうちの１つが異常な高調波を検知したとき、
これを親局２０にトリガ信号により通知し、親局２０は
各子局１０に対してトリガ測定タイミング信号を送出
し、それによって各子局１０がトリガ測定を行ってもよ
いことは、以上の説明から明らかであろう。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によるならば、電力系統の各地点の子局からの定期測定
あるいはトリガ測定によって得た解析データを親局にお
いて総合的に処理し、高調波による障害を適格に把握
し、適切な対策を速やかにとることができるようになっ
た。したがって本発明の効果はきわめて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路構成図である。

【図２】図１の装置の動作の流れを示すフローチャート
である。

【図３】図２の装置立ち上げのサブルーチンを示すフロ
ーチャートである。

【図４】図２の測定処理のサブルーチンを示すフローチ
ャートである。

【図５】図４とともに図２の測定処理のサブルーチンを
示すフローチャートである。

【図６】図４および図５とともに図２の測定処理のサブ
ルーチンを示すフローチャートである。

【図７】図２の解析処理のサブルーチンを示すフローチ
ャートである。

【図８】図２のファイル操作のサブルーチンを示すフロ
ーチャートである。

【図９】図１の装置による定時測定の機能図である。

【図１０】図１の装置によるトリガ測定のタイムチャー
トである。

【符号の説明】

１０ 子局 １１ 高調波解析部 １２ 電波時計部 １３ モデム １９ 入力端子 ２０ 親局 ２１ モデム ２５ 集中処理部 ２９ 伝送路 ｔ１〜ｔ３ 時刻

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 俊弘 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の１ 中部電力株式会社電力技術研究所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力系統の各地点の、高調波測定と、高
   調波データを得るための高調波解析処理（１１）方法に
   おいて最大６地点の高調波データを受けて電力系統の１
   地点で発生した高調波と残り５地点と同時に正確に測定
   して集中処理（２５）を行う、 電力系統高調波解析方法。
2. 【請求項２】 前記高調波解析処理（１１）が親局の指
   示によって実行される請求項１の電力系統高調波解析方
   法。
3. 【請求項３】 前記各地点のうちの１つにおける高調波
   の測定において所定の値を越えた高調波が発生したこと
   を検出したときには、すべての地点のデータを収集し高
   調波解析処理（１１）をする請求項１の電力系統高調波
   解析方法。
4. 【請求項４】 電力系統の各地点に設けられた高調波の
   測定にもとづく高調波解析手段（１１）と、前記高調波
   データを伝送路（２９）に送出し、この伝送路（２９）
   側から高調波の測定のための測定指示を受けるための通
   信手段（１３）とを有するデータ収録のための子局（１
   ０）と、 各子局（１０）に高調波測定のための測定指示を出して
   遠隔操作し、高調波データを受けるための前記伝送路
   （２９）に接続された送受信手段（２１）と、送受信手
   段（２１）を介して前記測定指示を出し前記高調波デー
   タを収録して集中解析処理して前記電力系統の高調波の
   発生状況を把握するための集中処理手段（２５）とを有
   する親局（２０）を具備した電力系統高調波解析装置。
5. 【請求項５】 前記子局（１０）の高調波解析手段（１
   １）が、前記高調波の測定を所定時に実行する請求項４
   の電力系統高調波解析装置。
6. 【請求項６】 前記子局（１０）が、前記高調波の測定
   を正確な時間で実行する場合の時間基準を供給するため
   の電波時計手段（１２）を具備した請求項５の電力系統
   高調波解析装置。
7. 【請求項７】 子局（１０）のうちの１つが、前記高調
   波の測定において所定の値を越えた高調波が発生したこ
   とを検出したときには、親局（２０）に報知し、 親局（２０）は、この報知を受けて所定の子局（１０）
   に対して高調波の測定を指示するようにした請求項４の
   電力系統高調波解析装置。