JPH10246740A - コンデンサ形計器用変圧器による高調波測定方法および測定装置 - Google Patents

コンデンサ形計器用変圧器による高調波測定方法および測定装置

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JPH10246740A
JPH10246740A JP4918597A JP4918597A JPH10246740A JP H10246740 A JPH10246740 A JP H10246740A JP 4918597 A JP4918597 A JP 4918597A JP 4918597 A JP4918597 A JP 4918597A JP H10246740 A JPH10246740 A JP H10246740A
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JP
Japan
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harmonic
voltage
secondary side
harmonics
transformer
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JP4918597A
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English (en)
Inventor
Kunio Matsushita
邦雄 松下
Yoshihiko Matsuura
芳彦 松浦
Hiroshi Ishiyama
宏 石山
Takanori Tsunoda
孝典 角田
Tsutomu Kamura
勉 加村
Yasuyuki Miyata
泰之 宮田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shikoku Research Institute Inc
Shikoku Electric Power Co Inc
Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Shikoku Research Institute Inc
Shikoku Electric Power Co Inc
Nissin Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】コンデンサ形計器用変圧器の各高調波次数ごと
の四端子定数を予め求めておき、この定数を用いること
により、任意の時点での一次側の高調波を演算によって
高精度に算出する。 【解決手段】コンデンサ形計器用変圧器を四端子回路網
とした時の四端子定数のうちA(n) *、B(n) *を予め
求めておき、このA(n) *、B(n) *と測定時のV2(n)
*およびI2(n)*とから、 V1(n)*=A(n) * V2(n)* + B(n) * I2(n)
* を演算することにより、V1(n)*を求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、コンデンサ形計
器用変圧器を用いて電力系統、特に特別高圧系統に含ま
れる高調波を測定する方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】昨今のパワーエレクトロニクス機器の普
及に伴い、電力系統、特に特高系統における高調波の問
題が指摘されるようになってきており、電力系統での高
調波測定の高精度化のニーズが高まっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一般に、特高以上の高
電圧系統での高調波測定については、その測定部位の大
半がPD(コンデンサ形計器用変圧器)となるが、PD
は原理的に基本波に対して共振する回路を形成している
ために、PDを用いて高調波測定を行おうとすると、P
D自体の周波数、位相特性、または負担の影響によっ
て、測定誤差が大きくなり、高精度の測定が困難になる
問題がある。
【0004】この発明の目的は、コンデンサ形計器用変
圧器の各高調波次数ごとの四端子定数を予め求めてお
き、この定数を用いることにより、任意の時点での一次
側の高調波を演算によって高精度に算出することのでき
る高調波測定方法および装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明は、PDを一次
側から二次側への信号伝達特性を持つ四端子回路網と考
えた時、その四端子定数A(n) *、B(n) *、C
(n) *、およびD(n) *は、四端子回路網であるPD自
体が持つ、一義的に決まる固有の値であることに着目し
てなされたものであり、この発明の請求項1に係るコン
デンサ形計器用変圧器の高調波測定方法は、コンデンサ
形計器用変圧器を、この計器用変圧器の2次側に外部か
ら電流を流入させるかまたはフィルタ等のインピーダン
スを挿入することなどにより2次負担に変動を与え、式
(6)(*はベクトルを表す)、
【0006】
【数6】
【0007】で表される四端子回路網とした時の四端子
定数A(n) *、B(n) *を、式(6)に基づく、下記式
(7)(8)
【0008】
【数7】
【0009】
【数8】
【0010】の連立方程式から求めて予め記憶してお
き、任意の時点のV1(n)*をその時点の測定値V
2(n)*、I2(n)*を用い、上記(7)式から求めること
を特徴とするものである。
【0011】また、この発明の請求項2に係るコンデン
サ形計器用変圧器による高調波測定装置は、PD自体の
四端子定数が負担の状態に依存しないことに着目し、予
め測定によって求めた四端子定数をメモリに記憶してお
き、任意の時点に、この四端子定数と二次側の測定電圧
および測定電流とから一次側の高調波を求めるようにし
たものである。
【0012】すなわち、コンデンサ形計器用変圧器を、
式(9)(*はベクトルを表す)、
【0013】
【数9】
【0014】で表される四端子回路網とした時のA(n)
*、B(n) *を予め記憶する手段と、任意の時点のV
1(n)*を、その時点の測定値V2(n)*、I2(n)*を用
い、
【0015】
【数10】
【0016】により求める手段と、を備えてなることを
特徴とする。
【0017】図1は、系統に接続されたPDの状態を示
している。なお、各図においては、ベクトル表示をドッ
ト(・)で示しているが、本明細書では*で示す。
【0018】PDは、図示のように、系統の電圧である
一次側電圧V1(n)*に対して直列に接続されるコンデン
サC1とC2、コンデンサC2に接続されるインダクタ
Lおよび変圧器Trで構成されている。負担は変圧器T
rの二次側に接続される。なお、サフイックス(n)は
高調波次数を表している。
【0019】図2は、図1のPDをブラックボックスと
して扱った場合の四端子回路網を示す。この回路網の特
性を四端子定数(A、B、C、D)で表現すると、
【0020】
【数11】
【0021】が成立する。式(11)は第n次調波ごと
にそれぞれ異なる複素ベクトルであるから、サフイック
ス(n)と*(ベクトルを表す)を用いている。これを
展開してたときのV1(n)*は、
【0022】
【数12】
【0023】となる。ここで、V1(n)*、V2(n)*、I
2(n)*が変化した場合を考えると、
【0024】
【数13】
【0025】が設立する。
【0026】上記式(12)および(13)から、ある
高調波次数nに関してPDの内部回路のみによって定ま
る定数A(n) *、B(n) *が求まり、これを今後の測定
の補正係数として用いる。すなわち、任意の時点のV
1(n)*を、上記のようにして求めた補正係数であるA
(n) *とB(n) *およびその時点の二次側測定値V2(n)
*およびI2(n)*を上記式(12)に代入して求める。
【0027】このように、予め補正係数である定数A
(n) *、B(n) *を決定しておくと、定数A(n) *、B
(n) *は、一次側、二次側の条件によっては変動するこ
とのないPD固有の値であるから、任意の時点にV2(n)
*およびI2(n)*を測定し演算処理することで、特高側
系統電圧の高調波を高精度に測定することが可能とな
る。
【0028】
【発明の実施の形態】この発明に係る高調波測定方法を
実施するには、PDの二次側に負担として高調波測定器
を接続する構成となるが、その測定を行う前に、事前に
PDの四端子定数のうち必要な定数(上述のようにこの
定数は、A(n) *とB(n) *である)を求めておく必要
がある。
【0029】定数A(n) *およびB(n) *は次のように
して求める。
【0030】図3は、PDの上記定数A(n) *、B(n)
*を求めるための試験回路系を示している。
【0031】IVRで変圧された400V程度の電圧
を、歪み波発生回路1により歪ませて高調波を重畳す
る。この場合の歪み率は可変抵抗Rによって変化する。
高調波の重畳された電圧は昇圧用の変圧器によって30
0kV程度の高電圧に変圧され一次側電圧としてPDの
一次側に入力する。この一次側高電圧はPDによって直
接検出されるようになっている。すなわち、昇圧用の変
圧器の二次側に接続されたPTの二次側には一次側高調
波測定器2が接続されており、これにより、上記一次側
高電圧の各次数ごとの高調波電圧V1(n)*が測定され
る。なお、PTは、PDに比して、その負担の状態や周
波数によって受ける影響はかなり小さい。このため、一
次側高調波測定器2で測定される一次側電圧の高調波測
定精度は比較的高いものとなる。PDの二次側には二次
側高調波測定器3が接続され、ここで、PDの二次側に
表れる各次数ごとの高調波電圧V2(n)*および高周波電
流I2(n)*が測定される。V1(n)*、V2(n)*、I2(n)
*の各値を、測定条件を変えて最低二回測定することに
より、それらの値を上記式(12)に代入して連立方程
式を解くことで次数(n)の定数A(n) *およびB(n)
*を求めることができる。
【0032】測定条件を変える方法としては、図3に示
すように、測定毎に歪み波発生回路1の可変抵抗Rを適
当に変化させてPDの一次側の条件を変える方法があ
る。また、図4に示すようにPDの二次側にインピーダ
ンスZとスイッチSの直列回路を接続し、スイッチSを
開閉することによりPDの二次側負担を変化させる方法
がある。また、求めた定数A(n) *およびB(n) *の誤
差を少なくするために、PDの一次側または二次側負担
の条件を数多く変化させ、これによって得られる多数の
(n) *およびB(n) *を平均あるいは最小二乗法等の
平均化処理によって求めることもできる。
【0033】また、図3ではPDを試験回路系に接続す
ることによってそのPDの定数A(n) *およびB(n)
を測定しているが、実際の系統に配置されているPDの
定数を求めるには現実的でない。そこで、このようなP
Dに対しては、図5に示すように一次側電流I1(n)*を
電流検出器4で検出し、これを電流積分回路5で積分す
ることによってV1(n)*を測定することが可能である。
また、一次側にPTが配置されている場合には、このP
Tの二次側出力でV1(n)*を測定することもできる。
【0034】次に、上記のようにして求められた四端子
定数A(n) *、B(n) *を用いて、任意の時点の系統の
1(n)*を測定する装置について説明する。
【0035】図6は、A(n) *およびB(n) *が既知の
PDの二次側に高調波測定器6を接続した状態を示して
いる。図7は、この高調波測定器6の構成図を示す。P
Dの二次側電圧、電流は、それぞれPT(計器用変圧
器)およびCT(計器用変成器)を介してレベル調整回
路10a、10bに入力され、適当な電圧レベルに変換
されたのちローパスフィルタ11a、11bに入力され
る。ここでは、後のディジタル処理による折り返し誤差
によって影響を受けるのを避けるた めに、所定周波数
以上の周波数成分を阻止する低域濾過を行う。サンプル
ホールド回路12a、12bは入力信号を所定周期でサ
ンプリングしホールドする。ADコンバータ13a、1
3bは、ホールドされた信号をディジタルデータに変換
する。CPU14は、メモリ15に予め記憶されている
四端子定数A(n) *およびB(n) *と測定データV2(n)
*およびI2(n)*を用いてV1(n)*を求める動作を行
う。なお、各n次調波の高調波V2(n)*およびI2(n)
は、測定された二次電圧および二次電流をFFT処理す
ることによって求められる。さらに、CPU14は、イ
ンターフェイス16を介してプリンタ17に対し所定次
数までのV1(n)*を印字し、必要に応じてそのスペクト
ル強度をグラフィック出力する。時計回路18は、現在
の日付および時刻を計時する。CPU14は、この時計
回路18の計時に応じて、所定のタイミングで一定数の
サンプリングを行い、順次自動的に高調波分析を行って
いく。
【0036】図8は、上記高調波測定器6の概略の動作
を示すフローチャートである。
【0037】測定タイミングになると(n1)二次電圧
eと二次電流iを一定数サンプリングし(たとえば基本
波1周期分)、FFTにより二次側の高調波成分V2(n)
*2およびI2(n)*を抽出する(n3)。次に、この抽
出した高調波成分とメモリに予め記憶しているA(n)
およびB(n) *を上記式(12)に代入することにより
所定次数までのV1(n)*を算出して(n4)印字出力す
る(n5)。
【0038】なお、メモリ15にA(n) *およびB(n)
*を記憶するには、入力キーを用いることができる。す
なわち、PDのA(n) *およびB(n) *は予め測定され
ているから、そのPDに高調波測定器6を接続した状態
でA(n) *B(n) *を入力してメモリ15に記憶させ
る。
【0039】図9は、図3に示す試験回路系によって、
あるPDの四端子定数A(n) *およびB(n) *を演算に
よって求めた結果を示している。図において各実測値は
基本波に対する第3次調波の含有率および位相をそれぞ
れ示している。10個の実測値において、それぞれ試験
条件の組み合わせを変えて定数A(n) *およびB(n)
を求める。たとえば、1回目の実測値と7回目の実測値
を試験条件として用いた場合(図3の表の上から5番目
の試験条件)、A(n) *およびB(n) *として、それぞ
れ、665.38+j15.046および151.86
+j8113.7が上記式(12)および式(13)か
ら求められる。なお、試験条件として複数の組を用いた
場合は、A(n) *およびB(n) *について各試験条件で
求められたものが平均処理される。
【0040】上記の演算結果に示すように、求めたA
(n) *およびB(n) *を用いて式(12)により演算し
た一次電圧の演算値と実測値との差である誤差は、二次
電圧と一次電圧の差が大きくない場合(実測値1から6
は両者の差がそれほど大きくない)1%を超えていない
ことがわかる。通常、実測値9や10のように一次電圧
と二次電圧の実測値が大きく違うケースはそれほどない
と考えられるために、A(n) *およびB(n) *は負担の
変化にほとんど依存することがないといえる。第5次調
波や第7次調波などの他の高調波についても同様であ
る。このため、このようにして求めた四端子定数A(n)
*およびB(n) *を補正係数として求めて式(12)に
代入することにより任意の時点のV1(n)*を高精度に測
定することができる。
【0041】
【発明の効果】この発明によれば、系統の変化や負担の
変化があっても一次側の高調波を簡単に正確に測定でき
るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】系統に接続されたPDを示す図
【図2】上記PDを四端子回路網として表した図
【図3】PDの4端子定数を求めるための試験回路系を
示す図
【図4】図3の試験回路系において測定条件を変える他
の例を示す図
【図5】系統の一次側電圧を測定する他の例を示す図
【図6】PDを用いた高調波測定装置の構成図
【図7】高調波測定器のブロック図
【図8】高調波測定器の概略の動作を示すフローチャー
【図9】各実測値に基づいて求めた定数A(n) *および
(n) *と、その定数を用いた演算値、および実測値と
演算値との誤差を示す表を示す図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松浦 芳彦 香川県高松市屋島西町2109番地8 株式会 社四国総合研究所内 (72)発明者 石山 宏 香川県高松市屋島西町2109番地8 株式会 社四国総合研究所内 (72)発明者 角田 孝典 京都府京都市右京区梅津高畝町47番地 日 新電機株式会社内 (72)発明者 加村 勉 京都府京都市右京区梅津高畝町47番地 日 新電機株式会社内 (72)発明者 宮田 泰之 京都府京都市右京区梅津高畝町47番地 日 新電機株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】コンデンサ形計器用変圧器を、式(1)
    (*はベクトルを表す)、 【数1】 で表される四端子回路網とした時の四端子定数A
    (n) *、B(n) *を、式(1)に基づく、下記式(2)
    (3)、 【数2】 【数3】 の連立方程式から求めて予め記憶しておき、任意の時点
    のV1(n)*をその時点の測定値V2(n)*、I2(n)*を用
    い、上記(2)式から求めることを特徴とする、コンデ
    ンサ形計器用変圧器による高調波測定方法。
  2. 【請求項2】コンデンサ形計器用変圧器を、式(4)
    (*はベクトルを表す)、 【数4】 で表される四端子回路網とした時のA(n) *、B(n)
    を予め記憶する手段と、 任意の時点のV1(n)*を、その時点の測定値V2(n)*、
    2(n)*を用い、 【数5】 により求める手段と、を備えてなるコンデンサ形計器用
    変圧器による高調波測定装置。
JP4918597A 1997-03-04 1997-03-04 コンデンサ形計器用変圧器による高調波測定方法および測定装置 Pending JPH10246740A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109856585A (zh) * 2019-02-28 2019-06-07 国网福建省电力有限公司莆田供电公司 一种电压互感器串联谐振升压过程中谐振状态判断方法
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