JPH095362A

JPH095362A - 波形検出方法およびその装置

Info

Publication number: JPH095362A
Application number: JP15069395A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Yoshida; 和芳吉田; Koichi Waku; 耕一和久; Moriyasu Oshiro; 守康大城; Masafumi Hotta; 雅史堀田; Takeshi Kamio; 剛神尾
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; USC Corp; Koyo Electric Co Ltd
Current assignee: USC Corp; Koyo Electric Co Ltd; Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 1995-06-16
Filing date: 1995-06-16
Publication date: 1997-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】正確に交流波形を検出できる波形検出装置を
提供する。【構成】ＰＴ１により交流電圧波形を入力し、ローパ
スフィルタ２により５０Ｈｚ程度以外の高周波を除去す
る。入力した交流電圧波形をサンプルクロック出力回路
５の２５．６ｋＨｚの出力クロックで５０ｍｓ間サンプ
リングし、２．５周期分のサンプリングする。サンプリ
ングしたデータをもとに２つのゼロクロスを算出して半
周期を算出し、周波数を算出する。算出した周波数が４
９Ｈｚより高く５１Ｈｚより低いかを判断し、４９Ｈｚ
以下あるいは５１Ｈｚ以上である場合にはデータを無効
とする。サンプリング間隔を１周期の１／５１２となる
ように、ニュートン補間を用いて５１２回再サンプリン
グし、再サンプリングデータを算出する。再サンプリン
グしたデータをＦＦＴ処理手段15で高速フーリエ変換
し、電力系統の高調波の含有率、逆実行値を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば電力系統の電
圧または電流の波形を検出する波形検出方法およびその
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電力系統の高調波の含有率を測定する際
には、一般に高速フーリエ変換を用いている。

【０００３】そして、この高速フーリエ変換を用いる際
には、対象となる交流波形の１周期を正確にサンプリン
グしなければならない。

【０００４】この交流波形のサンプリングの方法として
は、従来、たとえば固定周波数方式により求める方法が
ある。この固定周波数方式は、対象となる交流波形のサ
ンプリング周波数を、水晶発振子などにより固定として
波形のサンプリングを行なうものである。

【０００５】ところが、この固定周波数方式による場合
には、入力される交流周波数が変動すると、演算誤差が
発生してしまう。

【０００６】また、他の方法としては、ＰＬＬ（Ｐｈａ
ｓｅ−ＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）周波数追従方式があ
る。このＰＬＬ周波数追従方式は、変動する周波数にハ
ード的に追従して交流波形の１周期をサンプリングする
もので、一般的な交流波形は比較的正確にサンプリング
できる。

【０００７】しかしながら、追従に時間を要するため、
急峻な周波数変動に対応できないとともに、周波数が追
従範囲を逸脱した場合には、演算誤差が生じる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来用
いている固定周波数方式あるいはＰＬＬ周波数追従方式
による波形検出方法では、必ずしも交流波形を正確に検
出できない問題を有している。

【０００９】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、正確に交流波形を検出できる波形検出方法およびそ
の装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の波形検出
方法は、被検出対象となる電圧および電流のいずれか一
方を入力し、この入力された電圧および電流のいずれか
一方を第１のサンプリングデータにサンプリングし、こ
のサンプリングされた第１のサンプリングデータの符号
反転前のデータおよび符号反転後のデータに基づき補間
によりゼロクロス点を複数算出し、前記第１のサンプリ
ングデータを周波数の１周期の１／２ⁿに補間により再
サンプリングして第２のサンプリングデータを算出する
ものである。

【００１１】請求項２記載の波形検出装置は、被検出対
象となる電圧および電流のいずれか一方を入力する入力
手段と、この入力手段により入力された電圧および電流
のいずれか一方を第１のサンプリングデータにサンプリ
ングする第１のサンプリング手段と、この第１のサンプ
リング手段でサンプリングされた第１のサンプリングデ
ータの符号反転前のデータおよび符号反転後のデータに
基づき補間によりゼロクロス点を複数算出するゼロクロ
ス算出手段と、前記第１のサンプリングデータを周波数
の１周期の１／２ⁿに補間により再サンプリングして第
２のサンプリングデータを算出する再サンプリング手段
とを具備したものである。

【００１２】

【作用】請求項１記載の波形検出方法は、被検出対象と
なる電圧および電流のいずれか一方を入力し、第１のサ
ンプリングデータにサンプリングし、符号反転前のデー
タおよび符号反転後のデータに基づき補間によりゼロク
ロス点を複数算出し、周波数の１周期の１／２ⁿに補間
により再サンプリングして第２のサンプリングデータを
算出するため、対象となる波形を正確に検出できるとと
もに、データは２ⁿ個になるため、このデータをもとに
たとえば高速フーリエ変換も容易にできる。

【００１３】請求項２記載の波形検出装置は、入力手段
で被検出対象となる電圧および電流のいずれか一方を入
力し、この入力手段により入力された電圧および電流の
いずれか一方を第１のサンプリング手段で第１のサンプ
リングデータにサンプリングし、この第１のサンプリン
グ手段でサンプリングされた第１のサンプリングデータ
の符号反転前のデータおよび符号反転後のデータに基づ
きゼロクロス算出手段で補間によりゼロクロス点を複数
算出し、第１のサンプリングデータを周波数の１周期の
１／２ⁿに再サンプリング手段で補間により再サンプリ
ングして第２のサンプリングデータを算出するため、対
象となる波形を正確に検出できるとともに、データは２
ⁿ個になるため、このデータをもとにたとえば高速フー
リエ変換も容易にできる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の波形検出装置の一実施例を図
面を参照して説明する。

【００１５】図１において、１は基本波の交流電圧波形
を入力する入力手段としてのＰＴで、このＰＴ１は変電
所あるいは工場などの電力系統から基本となるたとえば
周波数が５０Ｈｚ±０．１％の交流電圧波形を入力す
る。また、このＰＴ１には、５０Ｈｚ用のローパスフィ
ルタ２が接続され、このローパスフィルタ２はカットオ
フ周波数が１５１．５Ｈｚに設定され、ゼロクロスが複
数発生することを防止する。すなわち、入力された交流
電圧波形は、図３に示す交流電圧の基本波形に対して、
図４に示すように高周波が重畳されているため、ローパ
スフィルタ２により図５に示すように高周波成分を除去
する。

【００１６】さらに、このローパスフィルタ２は、増幅
用のアンプ３を介してアナログデジタル変換器４に接続
され、このアナログデジタル変換器４には水晶発振子な
どの固定周波数により２５．６ｋＨｚのクロック信号を
入力するサンプルクロック出力回路５が接続されてい
る。

【００１７】また、６は１ないし６チャンネルの交流電
圧波形を入力するＰＴで、このＰＴ６には、アンチエイ
リアシングフィルタ７が接続されている。そして、この
アンチエイリアシングフィルタ７は、増幅用のアンプ８
を介してアナログデジタル変換器９に接続され、このア
ナログデジタル変換器９にも、同様に、サンプルクロッ
ク出力回路５が接続されている。

【００１８】さらに、アナログデジタル変換器４および
アナログデジタル変換器９は、ＣＰＵ11に接続されてい
る。このＣＰＵ11は、５０Ｈｚの交流電圧波形を１周期
を固定幅の２⁹である５１２サンプリングで約２．５周
期、すなわち５０ｍＳの間サンプリングする第１のサン
プリング手段12を有している。

【００１９】また、この第１のサンプリング手段12でサ
ンプリングされた第１のサンプリングデータをもとに、
図６に示すように、符号反転前のデータおよび符号反転
後のデータを３つづつ抽出し、これら３つの符号反転前
のデータおよび符号反転後のデータにより、３つのゼロ
クロス点を求め、入力された交流電圧波形の周波数を算
出するゼロクロス周波数検出手段13も有している。

【００２０】なお、第１のサンプリング手段12でサンプ
リングされたデータは、必ずしもゼロクロスにおけるデ
ータではないので、図６に示すように、符号反転前のデ
ータおよび符号反転後のデータを抽出し、符号反転前の
データおよび符号反転後のデータの２つのデータをニュ
ートン補間により、正確なゼロクロスを求める。

【００２１】このニュートン補間によるゼロクロスの算
出は、図７に示すように、時間軸をｘ軸とし、電圧軸を
ｙ軸とし、データ０を（ｘ０，ｙ０）、データ１を（ｘ
１，ｙ１）、データ２を（ｘ３，ｙ３）とし、Ｃ０＝（ｘ１−ｘ０）／（ｙ１−ｙ０）Ｃ１＝（ｘ２−ｘ１）／（ｙ２−ｙ１）Ｄ０＝（Ｃ１−Ｃ０）／（ｙ２−ｙ０）Ｘ＝ｙ０＋（−ｘ０×（Ｃ０＋Ｄ０×（ｙ−ｘ１））により算出する。

【００２２】さらに、このゼロクロス周波数検出手段13
で検出されサンプリングされたデータは、周波数変動な
どにより必ずしも５１２個ではなく、周波数が高くなっ
ている場合にはサンプリング数が５１２より少なくな
り、反対に周波数が低くなっている場合にはサンプリン
グ数が５１２より多くなっているので、補間により正確
に５１２のサンプリング数に再サンプリングして第２の
サンプリングデータを算出する再サンプリング手段14を
有している。

【００２３】そして、再サンプリングに関してもニュー
トン補間を用い、図８に示すように、所定の前側のデー
タ１つと、後側のデータ２つとを用い、中間値を求め
て、検出された交流電圧波形のサンプリングの時間ｔ
１，ｔ２，ｔ３……を、所定の時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３…
…に変換する。

【００２４】すなわち、この場合にも、データ０を（ｘ
０，ｙ０）、データ１を（ｘ１，ｙ１）、データ２を
（ｘ３，ｙ３）とし、求めたいデータｎを（Ｘｎ，Ｙ
ｎ）とすると、Ｃ０＝（ｙ１−ｙ０）／（ｘ１−ｘ０）Ｃ１＝（ｙ２−ｙ１）／（ｘ２−ｘ１）Ｄ０＝（Ｃ１−Ｃ０）／（ｘ２−ｘ０）Ｘｎ＝ｙ０＋（Ｘｎ−ｘ０）×（Ｃ０＋Ｄ０×（Ｘｎ−
ｘ１））により算出する。なお、Ｘｎは算出しようとする再サン
プリングの時間Ｔｎであるため、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３……
より既知の値である。

【００２５】そして、この計算を１周期当たり５１２回
行ない、１周期につき５１２個の再サンプリングデータ
を算出して、５１２個の再サンプリングデータを求め
る。

【００２６】また、この再サンプリング手段14で再サン
プリングされた５１２のサンプリングを、高速フーリエ
変換するＦＦＴ処理手段15が設けられている。なお、再
サンプリングされた５１２は、２⁹、すなわち２ⁿであ
るので、容易に高速フーリエ変換できる。

【００２７】さらに、ＣＰＵ11には、このＣＰＵ11内の
第１のサンプリング手段12、ゼロクロス周波数検出手段
13、再サンプリング手段14およびＦＦＴ処理手段15で算
出されたデータなどを記憶格納するメモリ16が接続され
ている。

【００２８】次に、上記実施例の動作を、図２を参照し
て説明する。

【００２９】まず、ＰＴ１により検出しようとする交流
電圧波形を入力し（ステップ１）、この交流電圧波形は
図４に示すように高周波成分が含まれているので、ロー
パスフィルタ２により５０Ｈｚ程度以外の高周波を除去
して図５に示すような交流電圧波形とする（ステップ
２）。

【００３０】そして、入力された交流電圧波形をサンプ
ルクロック出力回路５の２５．６ｋＨｚの出力クロック
で５０ｍｓ間サンプリングを行ない、５０Ｈｚの場合に
は約２．５周期分のサンプリングを行なう（ステップ
３）。

【００３１】また、サンプリングされたデータをもとに
２つのゼロクロスを算出し、この算出された２つのゼロ
クロスから半周期を算出して、周波数を算出する（ステ
ップ４）。

【００３２】そして、この算出された周波数が４９Ｈｚ
より高く５１Ｈｚより低いかを判断し（ステップ５）、
４９Ｈｚ以下あるいは５１Ｈｚ以上である場合にはデー
タを無効とし（ステップ６）、ステップ１に戻る。

【００３３】さらに、サンプリング間隔を１周期の１／
５１２となるように、ニュートン補間を用いて、図８に
示すように、５１２回再サンプリングし、１周期につき
５１２個の再サンプリングデータを算出する（ステップ
７）。

【００３４】また、再サンプリングされたデータをＦＦ
Ｔ処理手段15で高速フーリエ変換し（ステップ８）、デ
ータを表示するとともにメモリ16に記憶格納させ（ステ
ップ９）、ステップ１に戻る。

【００３５】そして、高速フーリエ変換により、電力系
統の高調波の含有率、あるいは、逆相実行値を測定す
る。

【００３６】上記実施例によれば、ＣＰＵ11でソフト的
に再サンプリングして、高速フーリエ変換に必要な２ⁿ
個の再サンプリングデータを用いるため、周波数変動の
影響を受けずに精度が高いとともに、周囲環境の影響を
受けにくく、また、周波数を検出しているため一定以上
の周波数変動が発生した場合には計測をしないことがで
きるので、必要範囲内のデータのみを算出できる。

【００３７】なお、交流電流波形を入力する場合には、
入力手段にはＰＴ１に代えてＣＴを用い、入力電流波形
を入力して、入力電圧の場合と同様に行なう。

【００３８】また、上記実施例の場合には、２つのゼロ
クロス点を求めて半周期を検出して周波数を算出した
が、３つのゼロクロス点を求めて１周期から周波数を算
出しても良い。

【００３９】さらに、５０Ｈｚの交流電圧波形を用いた
場合について説明したが、それぞれ対応した数値に置き
換えて処理を行なえば、５０Ｈｚ以外の任意の周波数た
とえば６０Ｈｚにも容易に対応できる。

【００４０】

【発明の効果】請求項１記載の波形検出方法によれば、
被検出対象となる電圧および電流のいずれか一方を入力
し、第１のサンプリングデータにサンプリングし、符号
反転前のデータおよび符号反転後のデータに基づき補間
によりゼロクロス点を複数算出し、周波数を算出し、算
出された周波数の１周期の１／２ⁿに補間により再サン
プリングして第２のサンプリングデータを算出するた
め、対象となる波形を正確に検出できるとともに、デー
タは２ⁿ個になるため、このデータをもとにたとえば高
速フーリエ変換も容易にできる。

【００４１】請求項２記載の波形検出装置によれば、入
力手段で被検出対象となる電圧および電流のいずれか一
方を入力し、この入力手段により入力された電圧および
電流のいずれか一方を第１のサンプリング手段で第１の
サンプリングデータにサンプリングし、この第１のサン
プリング手段でサンプリングされた第１のサンプリング
データの符号反転前のデータおよび符号反転後のデータ
に基づきゼロクロス算出手段で補間によりゼロクロス点
を複数算出し、このゼロクロス算出手段で算出されたゼ
ロクロス点に基づき周波数算出手段で入力された電圧お
よび電流のいずれか一方の周波数を算出し、第１のサン
プリングデータを前記周波数算出手段で算出された周波
数の１周期の１／２ⁿに再サンプリング手段で補間によ
り再サンプリングして第２のサンプリングデータを算出
するため、対象となる波形を正確に検出できるととも
に、データは２ⁿ個になるため、このデータをもとにた
とえば高速フーリエ変換も容易にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の波形検出装置の一実施例を示すブロッ
ク図である。

【図２】同上動作を示すフローチャートである。

【図３】同上交流電圧の基本波の波形を示す波形図であ
る。

【図４】同上高周波が含まれている交流電圧の基本波の
波形を示す波形図である。

【図５】同上ローパスフィルタで高周波を除去した状態
の波形を示す波形図である。

【図６】同上ゼロクロスの検出を示す波形図である。

【図７】同上ゼロクロスをニュートン補間により算出す
る状態を示す図である。

【図８】同上再サンプリングをニュートン補間により算
出する状態を示す図である。

【符号の説明】

１入力手段としてのＰＴ 12 第１のサンプリング手段 13 ゼロクロス周波数検出手段 14 再サンプリング手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０１Ｒ 29/00 Ｇ０１Ｒ 29/00 Ｆ (72)発明者和久耕一東京都千代田区内幸町一丁目１番３号東京電力株式会社内 (72)発明者大城守康神奈川県横浜市港北区新羽町2100 向陽電気株式会社内 (72)発明者堀田雅史東京都中央区新富一丁目15番３号向陽電気株式会社内 (72)発明者神尾剛神奈川県横浜市青葉区四丁目６番株式会社ユーエスシー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検出対象となる電圧および電流のいず
れか一方を入力し、この入力された電圧および電流のいずれか一方を第１の
サンプリングデータにサンプリングし、このサンプリングされた第１のサンプリングデータの符
号反転前のデータおよび符号反転後のデータに基づき補
間によりゼロクロス点を複数算出し、前記第１のサンプリングデータを周波数の１周期の１／
２ⁿに補間により再サンプリングして第２のサンプリン
グデータを算出することを特徴とする波形検出方法。
【請求項２】被検出対象となる電圧および電流のいず
れか一方を入力する入力手段と、この入力手段により入力された電圧および電流のいずれ
か一方を第１のサンプリングデータにサンプリングする
第１のサンプリング手段と、この第１のサンプリング手段でサンプリングされた第１
のサンプリングデータの符号反転前のデータおよび符号
反転後のデータに基づき補間によりゼロクロス点を複数
算出するゼロクロス算出手段と、前記第１のサンプリングデータを周波数の１周期の１／
２ⁿに補間により再サンプリングして第２のサンプリン
グデータを算出する再サンプリング手段とを具備したこ
とを特徴とする波形検出装置。