JPH09189729A - 配電系統の高調波インピーダンス測定方法 - Google Patents

配電系統の高調波インピーダンス測定方法

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JPH09189729A
JPH09189729A JP168596A JP168596A JPH09189729A JP H09189729 A JPH09189729 A JP H09189729A JP 168596 A JP168596 A JP 168596A JP 168596 A JP168596 A JP 168596A JP H09189729 A JPH09189729 A JP H09189729A
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harmonic
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voltage
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JP168596A
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Osamu Yoshida
修 吉田
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Nissin Electric Co Ltd
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Nissin Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】配電系統の高調波インピーダンスを測定する際
に、系統に与える外乱を低減して、高調波障害の発生を
抑える。 【解決手段】配変トランス二次側にある配電系統母線の
電圧を計測し、計測された電圧の波形に基づいて所望次
数の高調波成分の電圧値を抽出し、等価抵抗Reqの値を
設定し、当該高調波成分の電圧値を等価抵抗Reqで割る
ことにより配電系統に注入する高調波電流の値を求め、
当該高調波電流の値に相当する交流電流であって配電系
統の当該次数の高調波電圧と同位相の高調波電流を生成
して配電系統に注入し、当該注入した電流と前記高調波
電圧とに基づいて配電系統の高調波インピーダンスを測
定する。 【効果】測定対象次数において測定装置を純抵抗Req
見せることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、配電系統の母線か
ら負荷側及び電源側見た高調波インピーダンスの測定方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】配電系統(例えば6.6kV高圧)に接
続される負荷設備の力率改善は、進相コンデンサによる
方法が一般的である。ところが、前記進相コンデンサ
(力率改善用コンデンサともいう)を設置すると、電力
側系統リアクタンスと力率改善用コンデンサとの間に高
調波による共振現象が発生して、系統に大きな高調波電
流が流れることがある。
【0003】高調波の発生原因を詳しく述べると、前記
のように力率改善用コンデンサと電力側系統リアクタン
スとの直列共振現象の発生と同時に、軽負荷に基づくダ
ンピング効果の減少が起こることである。特に、夜間の
軽負荷時には、高調波が拡大しやすい。高調波が大量に
発生すると、負荷に入っているリアクトルの耐圧を超え
た高電圧が負荷にかかり、負荷のリアクトルが焼損す
る。
【0004】そこで、配電系統の高調波障害を未然に防
止するため、高調波障害が発生する可能性のある配変バ
ンクを特定し、系統変更、フィルタ対策等の適切な処置
を行う必要がある。このためには、配電系統の状態を把
握しておく必要があり、配電系統のインピーダンスの測
定が不可欠となる。
【0005】配電系統のインピーダンスを測定する方法
として、従来より、配電系統の母線にコンデンサを並列
に挿入して電圧歪みを測定する方法がある。図5は、変
電所に設置された配変トランスを通して供給された電力
が母線に接続された複数の配電線に分配される一般的な
配電系統を示す概略図であって、各配電線には、負荷Z
11,Z12,…,Z21,…等が接続されている。
【0006】図6は、1つの負荷Zの素子構成の一例を
示す図であって、負荷Zは、柱上トランスと需要家設備
とを直列に接続し、これに力率改善用コンデンサを並列
に接続した構成になっている。図7は、図5の配電線系
統の第5次高調波(高調波電流の中で最も問題になるの
は第5次高調波である。)に注目した回路図であり、等
価的な高調波電圧源に、配変トランスと、各配電線に接
続された負荷(1つにまとめたもの)とがつながれてい
る。高調波電圧源の高調波電圧をEs 、配変トランスの
高調波インダクタンスをXS 、負荷の高調波インピーダ
ンスをZL とする。母線(図7では黒点で表されてい
る)には、開閉器SWを介してコンデンサが接続されて
いる。コンデンサのリアクタンスをXc 、母線の高調波
電圧測定値をVs とする。
【0007】開閉器SWを開いた状態では、電流連続則
により、 (Vs −Es )/jXS +Vs /ZL =0 が成り立つ。開閉器SWを閉じると、母線の高調波電圧
s がVs ′に変化し、コンデンサに電流Iscが流れた
とすると、 Vs ′/jXc =Isc (Vs ′−Es )/jXS +Vs ′(1/ZL +1/j
c )=0 が成り立つ。
【0008】上の3つの式から、 (Vs ′−Vs )(1/ZL +1/jXS )=−Isc が導かれる。負荷のインピーダンスZL の逆数と配変ト
ランスのインダクタンスXS の逆数の和は、コンデンサ
の接続点から見た系統の高調波アドミタンスであり、こ
れは、 1/ZL +1/jXS =−Isc/(Vs ′−Vs )=I
sc/(Vs −Vs ′) で表される。系統の高調波インピーダンスZは、 Z=(Vs −Vs ′)/Isc で求められる。
【0009】したがって、コンデンサの接続点より見た
系統の高調波インピーダンスは、コンデンサの投入前後
の電圧差と、投入後の電流とから求められる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】前記の系統の高調波イ
ンピーダンスの測定方法を実施する場合、測定精度を上
げようと思えばVs −Vs ′を大きくしなければならな
い。このためには、大容量のコンデンサを使用して測定
しなければならない。ところが、大容量のコンデンサを
並列に挿入するので、共振Q拡大の方向で共振条件が変
わるおそれがある。このため、高調波インピーダンスの
測定が直接の原因となって高調波障害が発生し、負荷に
大きなダメージを与えるおそれがある。
【0011】しかも、大容量のコンデンサを使用する
と、容積、重量の点から持ち運びに不便となるととも
に、コンデンサ開閉による系統の電圧変動を考慮する必
要がある。したがって、大容量のコンデンサを用いるこ
とはできず、実際には300kVA程度のものを用いて
いる。このため、測定誤差が増えるので、現在ではさら
に簡便な装置で、系統の高調波インピーダンスを正確に
測定することのできる方法が求められている。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の高調波インピー
ダンス測定方法は、配変トランス二次側にある配電系統
母線の電圧を計測し、計測された電圧の波形に基づいて
所望次数の高調波成分の電圧値を抽出し、等価抵抗Req
の値を設定し、当該高調波成分の電圧値を等価抵抗Req
で割ることにより配電系統に注入する高調波電流の値を
求め、当該高調波電流の値に相当する交流電流であっ
て、配電系統の当該次数の高調波電圧と同位相の高調波
電流を生成して配電系統に注入し、当該注入した電流
と、前記高調波電圧とに基づいて配電系統の高調波イン
ピーダンスを測定する方法である。
【0013】この方法によれば、配電線母線の高調波電
圧に基づいて、それと同位相の高調波電流波形を作り出
し、同じ箇所に注入する。これによって、配電系統の高
調波インピーダンスを測定することができる。図1は、
本発明の内容を説明するための配電線系統の高調波等価
回路であり、高調波電圧源が、配変トランスを通して配
電線負荷につながれている。高調波電圧源の電源電圧を
s 、配変トランスの高調波インダクタンスをXS 、負
荷のインピーダンスをZL とし、測定系の等価抵抗をR
eqとする。
【0014】等価抵抗Reqが接続されている点(以下
「結合点」という)の高調波電圧をV S 、結合点に電源
側から流れ込む高調波電流をIS 、負荷側から流れ込む
高調波電流をIL 、等価抵抗Reqから流れ込む高調波電
流をIR とする。いずれも結合点に流れ込む向きを正に
とる。等価抵抗Reqは、 Req=−VS /IR (1) で表され、高調波電流IS は、 IR =(ES −VS )/XS 高調波電流IL は、 IL =−VS /ZL で表される。このときキルヒホフの法則から、次の式が
成り立つ。
【0015】 (ES −VS )/XS −VS /ZL +IR =0 (2) この(2) 式において、ES ,ZL ,XS の時間変化や外
乱による変化を無視できる位の短時間、例えば0.5秒
から1秒程度で等価抵抗Reqを変化させることにより、
S ,IR をそれぞれ変化させる。変化前後の値を
S1,IR1,VS2,I R2とする。すると、2つの方程式
が得られ、これらの方程式を解くことにより、 1/〔(1/XS )+(1/ZS )〕=(VS2−VS1)/(IR2−IR1)(3) が得られる。この(3) 式の左辺は、結合点から見た系統
のインピーダンスに他ならない。したがって、等価抵抗
eqを変化させることにより、VS ,IR をそれぞれ変
化させ、結合点から見た系統のインピーダンスを求める
ことができる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面を参照しながら詳細に説明する。図2は、本発明
の高調波インピーダンスの測定方法を実施する装置を説
明する図であり、配電系統母線には計器用変圧器PTが
接続され、電流を系統に注入し又は電流を系統から引き
込む結合回路3が接続されている。
【0017】計器用変圧器PTの計測電圧は、高調波発
生回路1に入力されている。高調波発生回路1の電流指
令値によりインバータ2を駆動し、インバータ2から結
合回路3を介して系統へ高調波電流を注入するようにな
っている。前記高調波発生回路1は、図3に示すよう
に、計器用変圧器PTによって取り込まれた系統電圧に
対して離散フーリエ変換を行い、所望次数nの高調波電
圧値を抽出する高速フーリエ変換回路(FFT)1a、
設定値Reqに基づいて前記次数nの高調波電圧値を高調
波電流値に変換する変換回路1b、前記(1) 式に示され
る必要な大きさの高調波電流IS が最終的に得られるよ
うに、変換回路1bから出力された高調波電流値を所定
倍率で増幅する補正回路1c、並びに前記(3)式の演算
を行う演算回路1dを備えている。
【0018】図4は、インバータ2から結合回路3を介
して系統へ高調波電流を注入する回路の回路図である。
インバータ2は一般的なヒステリシスコンパレート方式
を採用している。インバータ2のコンデンサC1 は、コ
ンバータ若しくは系統から基本波のパワーを取込み充電
するものである。なお、インバータ2として、これ以外
にPWM方式を採用することも可能である(このときは
図4の変流器CTは不要となる)。
【0019】前記の高調波発生回路1を用いて高調波イ
ンピーダンスの測定をする手順を説明すると、計器用変
圧器PTで電圧を計測し、計測された電圧の波形に基づ
いて所望次数n(例えばn=5)の高調波成分の電圧値
を抽出する。そして、設定値Reqを1つの値に設定して
高調波電流値IS を得る。この高調波電流値IS に基づ
いて、所定倍率の補正をかけ、補正後の値をインバータ
2に供給する。インバータ2は、計器用変圧器PTで計
測された電圧波形に含まれる第n次高調波成分と同位相
の高調波電流IS を発生し、結合回路3に供給する。
【0020】これによって、系統には、第n次高調波電
圧と同位相の高調波電流IR1が供給される。次に、設定
値Reqを他の値に設定してもう1つの高調波電流値IS
を得る。この設定値Reqの他の値としては、有限値でも
よく、無限大(IS =0)を設定することも可能であ
る。この高調波電流値IS に基づいて、同一倍率の補正
をかけ、補正後の値をインバータ2に供給し、インバー
タ2で、計器用変圧器PTで計測された電圧波形に含ま
れる第n次高調波と同位相の高調波電流IS を発生し、
結合回路3に供給する。
【0021】これによって、系統には、第n次高調波電
圧と同位相の高調波電流IR2が流れる。そこで、演算回
路1dは、第n次高調波電圧VS1,VS2(これは高速フ
ーリエ変換回路1aから得られる。)と高調波電流
R1,IR2を下式(前記(3) 式と同じ式)に当てはめ
て、系統のインピーダンスZを得る。
【0022】Z=(VS2−VS1)/(IR2−IR1) このようにして、計器用変圧器PTで計測された電圧波
形に含まれる第n次高調波電圧と同位相の高調波電流I
S を発生し、結合回路3に供給することができるので、
共振の拡大を抑制しながら、系統の高調波インピーダン
スを測定することができる。
【0023】
【発明の効果】以上のように本発明の配電系統の高調波
インピーダンス測定方法によれば、第n次高調波電圧と
同位相の高調波電流を発生し、系統母線に供給するの
で、測定対象次数において本装置を純抵抗に見せること
ができる。したがって、系統の高調波インピーダンスを
測定するときに、共振周波数の変動もなく、共振回路の
ダンピングとして作用するため、電圧歪の増大を避ける
ことができるので、負荷に高調波障害を与えるおそれが
ない。
【0024】また、小型の測定装置で測定可能なため、
車載も可能となり、あらゆる場所で測定できるようにな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】高調波インピーダンスを測定する原理を説明す
るための高調波の等価回路である。
【図2】配電線に接続された、本発明の高調波インピー
ダンスの測定方法を実施する装置の概略図である。
【図3】高調波発生回路の内部機能を示すブロック図で
ある。
【図4】インバータ及び結合回路の具体例を示す図であ
る。
【図5】変電所に設置された配変トランスを通して供給
された電力が母線に接続された複数の配電線に分配され
る一般的な配電系統を示す概略図である。
【図6】1つの負荷の素子構成の一例を示す図である。
【図7】図5の配電線系統の第5次高調波に注目した等
価回路図である。
【符号の説明】
1 高調波発生回路 1a高速フーリエ変換回路 1b変換回路 1c補正回路 1d演算回路 2 インバータ 3 結合回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】配変トランス二次側にある配電系統母線の
    電圧を計測し、 計測された電圧の波形に基づいて所望次数の高調波成分
    の電圧値を抽出し、 等価抵抗Reqの値を設定し、 当該高調波成分の電圧値を等価抵抗Reqで割ることによ
    り配電系統に注入する高調波電流の値を求め、 当該高調波電流の値に相当する交流電流であって、配電
    系統の当該次数の高調波電圧と同位相の高調波電流を生
    成して配電系統に注入し、 当該注入した電流と、前記高調波電圧とに基づいて、配
    電系統の高調波インピーダンスを測定することを特徴と
    する配電系統の高調波インピーダンス測定方法。
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