JPS62116266A - 電力計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は一般に電力計測装置に関し、より詳しくは例
えばエネルギとしての電力の管理運用全行なうに際して
電力系統の潮流の測定を行なうために用いられる電力計
測装置に関する。

〔従来の技術〕

周知のように、エネルギとしての電力の管理運用を行な
うに当っては、電力系統の潮流の測定を行なうことが不
可欠である。そこで従来からこのような電力系統の潮流
の測定方法として種々のものが創案されてきた。

第６図は、上述した電力系統の潮流の測定の主流をなす
アナログ量としての電圧検出値、電流検出値から電力（
無効電力）Ｋ比例した電圧（電流）をアナログ的に導出
して演算処理を行なう電力計測装置の一例を示した図で
ある。第６図にて図示した電力計測装置の概要は、以下
のごとくである。

即ち、系統の電圧を計測する計器用受圧器（Ｘ／Ｊ、下
１’−ＰＴＪという〕の二次側に接続される電圧入力用
変成器１．前記系統の電流を計測する変流器（以下［Ｃ
ＴＪという）の二次側に接続される電流入力用変成器２
から夫々出力された検出値は、電力／電圧変換回路（以
下「Ｗ／Ｖ変換回路」という）３に与えられる。前記二
種の検出値は、前記Ｗ／Ｖ変換回路３に具備されている
例えばホール素子のごとき電圧と電流の内積に比例した
電圧信号を出力する素子によって、前記二種の検出値の
大きさに応じた直流電圧信号に変換されす／プルホール
ドアンプ４によって保持された後、適切なタイミングで
フィルタ付き電圧／周波数変換回路（以下「フィルタ付
きＶ／Ｆ変換回路」という）５に印加される。このよう
にして前記直流電圧信号がフィルタ付きＶ／Ｆ変換回路
５にサンプルホールドアンプ４を介して与えられること
によって、前記フィルタ付きＶ／Ｆ変換回路５から前記
直流電圧信号の大きさに比例した周波数の電圧信号が出
力されることとなシ、該電圧信号がマイクロプロセッサ
（以下［ＭＰＵＪという）６に与えられると該ＭＰＵ６
によって演算処理が施されて所望のディジタル出力が得
られることとなる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の電力計測装置は以上のように構成されていたので
、以下に記載するような問題点があった。

即ち、前述した電力計測装置は、該装置を形成する■夕
変換回路３を始めとする各種機器類にアナログ式電子回
路機器類が用いられているのを、ディジタル式のものに
置き換えた構成となっている。

そのため、各種機器類の性能が理解しやすく操作が比較
的容易ではあるものの、前述したＷへ変換回路３がホー
ル素子のごとき出力信号のオーダが小さい素子を具備し
ているので、前記■■変換回路３から出力された信号を
増幅したり或いは混入したノイズをＰ波したりしなけれ
ばならないこととなる。そのうえ、前記フィルタ付きＶ
／Ｆ変換回路５についても、電力系統のように潮流変化
の激しい所に用いた場合にはタイミングコントロールが
容易であるという該フィルタ付きＶ／Ｆ変換回路５の特
長が減殺されてしｆうばかりかかえって該特長が不利に
作用することもあり得るので、電力計測機能が充分に発
揮できないという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、電力系統のごとき潮流変化の激しい箇所にあ
っても充分実用に耐え得るとともに高速な電力／電圧変
換機能を具備し、電力系統の計測、制御、保護、監視に
広く適用可能な電力計測装置金得ることを目的とする。

〔問題点全解決するための手段〕

この発明に係る電力計測装置は、瞬時電圧和分値及び差
分値と対応する瞬時電力値データを予め記憶している記
憶手段と、瞬時電圧和分値・差分値出力手段から出力さ
れた瞬時電圧和分値、瞬時電圧差分値に応じて記憶手段
に記憶されている瞬時電力値データの中から該当する瞬
時電力値データを抽出する瞬時電力値データ抽出手段と
、瞬時電力値データ抽出手段によって抽出された瞬時電
力値データを受けて所足数累算する瞬時電力値データ累
算手段と、瞬時電力値データ累算手段によって累算され
た瞬時電力値データ累計値から所定周期毎の電力平均値
を演算する電力平均値演算手段と、電力平均値演算手段
によって演算された電力平均値を積算する電力平均値積
算手段とを有することを特徴とするものである。

〔作用〕 この発明における瞬時電力値データ抽出手段は。

瞬時電圧和分値・差分値出力手段から出力された瞬時電
圧和分値、瞬時電圧差分値に応じて記憶手段に記憶され
ている瞬時電力値データの中から該当する瞬時電力値デ
ータを抽出し、瞬時電力値データ累算手段は、瞬時電力
値データ抽出手段によって抽出された瞬時電力値データ
を受けて所定数累算し、電力平均値演算手段は、瞬時電
力値データ累算手段によって累算された瞬時電力値デー
タ累計値から所定周期毎の電力平均値を演算し、電力平
均値積算手段は、電力平均値演算手段によって演算され
た電力平均値を積算するものである。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図は、この発明の一実施例に従う電力計測装置の構
成を示すブロック図、第２図は、前記第１図にて図示し
た和分値Φ差分値導出回路の回路構成を示した図、第３
図、第４図は前記第１図にて図示し九構成のフローチャ
ートである。

第１図において、１は電圧入力用変成器、２は電流入力
用変成器、３１は瞬時電圧和分値・差分値出力手段即ち
和分値・差分値導出回路（以下「ＡＤＤ／ＳＵＢ　導出
回路」という）、４はす／プルホールドアンプ（ＰＪ、
下「８ＨＡＪという）、５１はマルチブレフサ（以下［
ＭＰＸＪという）、５２はアナログ／ディジタル変換回
路（以下１’−ＡＤＣＪという）、６はマイクロプロセ
ッサ（以下［ＰＵ」という）、７Ｆｉ記憶手段即ちメモ
リである。

前述した電圧入力用変成器１は、電力系統の電圧を計測
するＰＴの二次側に接続されており、該ＰＴの二次側電
圧（例えばｅ　＝　Ｅｓｔｎωｔによって得られる系統
の瞬時電圧値：ｅ）ｅ検知して出力するものである。前
記電流入力用賛成器２は、前述した電力系統の電流を計
測するＣＴの二次側に接続されており、該ＣＴの二次側
電流（例えばｌ−Ｉｇｔｏ（ωを一ψ）、ψ：ｌのｅに
対する遅れ角；によって得られる系統の瞬時電流値：ｌ
）を検知して出力する。前記ＡＤＤ７　　　導出回路３
１の入ＵＢ 力側には、前記電圧入力用変成器１の出力側及び電流入
力用変成器２の出力側が夫々接続されている。前記ＡＤ
Ｄ７　　　導出回路３１は、前記電圧入ＵＢ 力用変成器１から与えられる瞬時値ｅ及び前記電流入力
用変成器２から与えられる瞬時値１を採り込んで、瞬時
値ｅ十ｋｌ　、ｅ−ｋｌ　、ｅを出力するようになって
いる。前述したＡ　Ｄ　Ｄ／ｓ　ｕ　ｎ導出回路３１は
、第２図にて図示するように前記電圧入力用変成器１の
出力側と接続され該電圧入力用変成器１によって検知さ
れた電力系統の瞬時電圧値ｅが印加されるトランスＴ１
）前記電流入力用変成器２の出力側と接続され該電流入
力用変成器２によって検知された前記電力系統の瞬時電
流値量が与えられるトラフ１）２８回路定数たるイ／ビ
ーダ／スがｋでｅ十ｋ　ｉなる瞬時電圧値が印加される
抵抗Ｒ、前記抵抗Ｒ工と回路定数たるインピーダンスが
同−仮）でｅ−ｋｉなる瞬時電圧値が印加される抵抗Ｒ
２，前記瞬時電圧値ｅ　十ｋ　ｌ　ｋ出力する端子ｖｐ
、前記瞬時電圧値ｅ−ｋｌｔ−出力する端子ｖＮ及び端
子０を夫々具備している。

なお、前記ＡＤＤ７　　　導出回路３１の詳細についＵ
Ｂ ては１例えば三菱電機株式会社発行のパンフレツ）　ｒ
ＤＧＢ−３−Ｄ形三菱方向地絡継電器５頁〜６頁」を参
照されたい。前記５ＨＡ４の入力側には、前述したＡＤ
Ｄ７　　　導出回路３１の端子ｖｐ＆端子ＵＢ ｖＮが夫々接続されており、前記ＭＰＵ６の制御下でｖ
ＩＭＰＨ６から出力されるす／プルホールド指令信号に
従ってＡ　ＤＤ／ｓ　ｔｙ　ｎ導出回路３１から出力さ
れた瞬時電圧値ｅ＋ｋｉ、ｅ−ｋｉ、ｅを所定期間ホー
ルドするように構成されている。前記ＭＰＸ５１は、前
述したＭＰＵ６の制御下で該ＭＰＵ６から出力されるタ
イミングコントロール信号に従って前記５ＨＡ４から出
力された瞬時電圧値データｅ＋ｋｌ、ｅ−に１．ｅｔ採
り込むタイミングが調整されるものである。前記ＡＤＣ
５２は、前述したＭＰＵ６の制御下で該ＭＰＵ６から出
力される駆動指令信号に従って駆動して、前記ＭＰＸ５
１を介して与えられるアナログ信号をディジタル信号に
変換して出力する。前述したメモリＴは、制御プログラ
ム等を内蔵し又必要データを記憶する。前記メモリＴは
、ＭＰＵ６の制御下で該ＭＰＵ６によって演算処理され
たデータを記憶するようになっている。

前記メモリ７には１例えば前述したＡＤＤ／ｓＵＢ導出
回路３１のＶｐ端子から出力される瞬時値ｅ十ｋｉｅ表
わすＶｐの自乗値■ｐ２と該ｖ７に対応する瞬時電力値
Ｗｐ、前記導出回路３１の■Ｎ端子から出力される瞬時
値ｅ−ｋｉｔ表わすｖＮの自乗値ＶＮと該ｖＮ　に対応
する瞬時電力値Ｗ、、前記瞬時電力値ＷｐとｗＮとの差
分によって求まる瞬時電力値Ｗ等のデータがテーブルと
して記憶されている。前記ＭＰＵ６は、算術論理演算及
び比較演算を行なうとともに、前述した５ＨＡ４に対し
てはサンプルホールド指令信号ｉ　ＭＰＸ５１に対して
はタイミ／グコントロールｍ号ｔ、ＡＤＣ５２に対して
は駆動指令信号を夫々出力することによってこれら各種
機器類の駆動タイミングを制御する。前記ＭＰＵ６は、
交流信号１周期、即ち瞬時電力値Ｗデータのす／プリン
グ周期のタイミングを設定するためのタイマを内蔵して
いる。

前述した機能の他に前記ＭＰＵ６は以下に記載するごと
き諸機能を具備している。■ＡＤＣ５２等を介してＡＤ
Ｄ７　　　導出回路３１から出力されたＵＢ ｅ十ｋｌ、ｅ−ｋｌの値を読み込んで前述し几Ｖｐ　　
、ＶＮ全演算し、該演算したＶｐ　　、ＶＮ　に対応す
る瞬時電力値データＷｐ、Ｗｌｉテーブルルックアップ
によって前記メモリーから読み出す。

前記メモリーからデータＷｐ、Ｗ、ｔ−読み出した後、
ｗ＝ｗｐ−ｗＮを演算することによってＷｐとｗＮとの
差分値たる瞬時電力値ｗｌ算出する。

■ので求めた瞬時電力値Ｗと前記瞬時電圧値ｅとが共に
０になった時点をカウントシ、該カウントした回数が２
となった時点で前記電力系統における交流信号の１周期
と判定して前記瞬時電力値Ｗをサンプリングして平均値
ケ求めるに際しての１周期とする。■■で決定したす／
ブリング値を平均化するための周期において前記瞬時電
力値Ｗのす／プリ／グ回数が所定回数に達したことを認
識すると所謂波形平均化処理を行なって各々の周期毎の
瞬時電力値Ｗデータの平均値を演算する。■■で行なっ
た各々の周期毎の電力平均値データに基づいて単位時間
当りの積算電力値を演算する。

次に上述した構成の電力計測装置の動作を、主にタイミ
ング制御と時間積算の手順を示す第３図のフローチャー
ト、定周期処理を行なう第４図のフローチャートを併用
して以下に説明する。

オペレータによってＭＰＵ６の駆動電源が投入されると
、該ＭＰＵ８は制御動作を開始する。ＭＰＵ６は、前記
メモリ７のテーブルをクリアするとともに（ステップ１
００．ステップ１０１）、各周期毎に累計された電力積
算値をもクリアする（ステップ１０２）。ステップ１０
１，１０２において紙上のごとき処理を行なうと、ＡＤ
Ｃ５２等を介してＡＤＤ／ＳＵＢ導出回路３１から出力
されたｅ十ｋｌ、ｅ−ｋｌｅ読り込ンテ（ｘｆッフｌ　
０３　）Ｖｐ２＝（ｅ＋ｋｌ　）”　、ＶＮ２＝（ｅ−
ｋｌ）’に演算しくステップ１０４）、該演算したｖｐ
　　、ＶＮ２に対応する瞬時電力値データＷ　ｐｅＷＮ
ｋテーブルルックアップによって前記メモリ１から読み
出す（ステップ１０５）ｏステップ１０５においてＷｐ
、ＷＮを読み出した後、ｗ−ｗｐ−ｗＨ＝（ｅ十ｋｉ）
−（ｅ−ｋｌ）−４ｋｅｌｍ４ｋＥＩｄｏω１−ｇｔｎ
（ωを一ψ）の値を算出し、更に、４ｋｅｌ−４ｋＢ１
ｍ１ｍＱｌｔ　　＠５ｌｎ（（ｄｔ　−ψ　）−４ｋ　
Ｅ　Ｉ［ｃｍψ−α肩（２ωを一ψ）〕を演算すること
によってＷｐとｗＮとの差分値たる瞬時電力値Ｗの一種
を算出する（ステップ１０６）。

ステップ１０６において瞬時電力値Ｗ′を求めると。

該求めた瞬時電力値Ｗが０であるか否かの大きさ判定を
行ないＷ＝０と認識したときにはステップ１０８に移行
する（ステップ１０１）。ステップＤＤ １０７においてＷ−０と認識すると前記　　／８ＵＢ４
出回路３１に入力された瞬時電圧値ｅ及び瞬時電流値１
が０であるか否かの大きさ判定を行ない（ステップ１０
８）、瞬時電力値Ｗと瞬時電圧値ｅが同時にＯＫなった
と認識した時点で（ステップ１０９）、該時点を前述し
た瞬時電力値Ｗのす／プリング開始時点として（第４図
にて図示する）周期測定割込ルーチンへと移行する（ス
テップ１）０）。ステップ１０６において示した式％式
％） 明らかなように、前記瞬時電力値ＷがＷ−０となるのは
自ωｔ＝０１画（ωを一ψ）＝０のとき即ちωｔ＝０．
π、２π・・・、ωｔ−ψ、π十ψ。

２π十ψ、・・・のときであるから、Ｗ＝０となるのは
交流信号１周期の間にωｔ＝０．９．π、π＋ψ、（２
π）の計４回である。換言すれば瞬時電力値Ｗが０とな
る回数４回が、前記交流信号の１周期を表わすこととな
る。一方、瞬時電圧値ｅは明らかに交流信号の１周期の
間にＯ１π、２πの２回だけＯとなるので、最初にＷ　
（！：　ｅとが０になった時点を前記１周期の始期即ち
瞬時電力値Ｗのサンプリング開始の時点とし、該サンプ
リング開始の時点から２回目にＷとｅとが共にＯになっ
た時点を前記１周期の終期即ち瞬時電力値Ｗのサンブリ
ング終了の時点とすればよいことになる。従って後述す
る周期測定割込ルーチンは、前述したサンプリング開始
時点からサンプリング終了時点ｆで全１周期として各周
期毎に実行されることとなり、サンプリング終了時点に
達すると同時にＭＰＵ６は次のす／プリフグ周期のタイ
ミングを設定するための内部タイマを始動させる。

ステップ１）０において周期測定割込ルーチ／に移行す
ると、ＭＰＵ６は、前述したメモリ７のテープ、Ａ／全
クリアしくステップ１２１）％ＡＤＣ５２等を介して前
記ＡＤ０／ｓＵＢ導出回路３１から出力されたｅ＋ｋｉ
、ｅ−ｋｌを読み込んで（ステップ１２２　）ｖｐ　＝
＝（ｅ　＋ｋ　ｌ　）　　、ｖＮ＝＝（＄−ｋｌ）２ｔ
−演算しくステップ１２３）、該演算したｖｐ　ｌｖＮ
　に対応する瞬時電力値データＷｐ。

Ｗ、をテーブルルックアップによって前記メモリ７から
読み出す（ステップ１２４）。ステップ１２４において
Ｗｐ、ＷＮを読み出した後、Ｗ；Ｗｐ−ＷＮ＝（ｅ＋ｋ
　ｉ　）　−（ｅ−ｋ　ｌ　）”＝４ｋｅｉ＝４ｋＥＩ
ｄｎωｔ　ａ内（ωを一ψ）の値を算出し、更に６４　
ｋ　ｅ　ｉ−４ｋ　Ｆ２　Ｉ　ｓｈ＋　ωｔ　＠ｓｉｎ
　（Ｑ’　ｔ−９’　）＝４ｋＥＩ（閏ψ−１（２ωを
一ψ）〕を演算することによってＷｐとＷＮとの差分値
たる瞬時電力値Ｗを算出する（ステップ１２５）。前述
したステップ１０７において行なったようなステップ１
２５において求めた瞬時電力値Ｗが０であるか否かの大
きさ判定は本ルーチンでは行なわず、別途定めるレベル
監視アルゴリズムによって前記ステップ１２５において
求めた瞬時電力値Ｗに異常があるか否かの判定を行なう
（ステップ１２６）。

ステップ１２６において前述したレベル監視アルゴリズ
ムに基づき前記Ｗの値に異常がないと判定されれば、前
記Ｗのデータを前述したメモリＴにストアする（ステッ
プ１２７）。ステップ１２７における表示は、単純な記
憶処理を表わしているものであるが、以萌に求められた
瞬時値を利用して後述するような波形処理を行うに際し
ては前記瞬時値に所定の係数を乗じて補正をも行なうこ
ととなる。上述したようなプロセスで瞬時電力値Ｗの測
定を繰シ返し、測定回数が所定回数に達したときには交
流信号の１周期分が経過したものと認識して（ステップ
１２Ｂ）、ステップ１）３０周期測定終了処理に移行す
る（ステップ１２９）。

ステップ１２Ｂにおいて周期測定終了処理に移行すると
、前述し友交流信号１周期分の間に前記メモリ７に蓄積
されたデータに基づいて波形平均化処理（Ｗｋ＋Ｗｊ）
を行なう（ステップ１）３）。

ステップ１）３において行なわれる波形平均化処理とし
ては、単純な平均値処理から各種積分処理が考えられる
が１例えばフーリエ解析であればステップ１２７におい
てストアされている係数処理後のデータａｉＷｌｔ蓄積
したうえ、木精を行なうこととしてもよい。このように
して周期測定終了処理が施され走電力値Ｗデータは、各
周期毎に所定期間前記メモリ７に記憶され（ステップ１
）４　）。

以下に記載する電力の時間積算値を求めるルーチンへと
移行することとなる。ステップ１）４において前記メモ
リ７に記憶されている交流信号１周期毎の電力値Ｗは、
前記ＭＰＵ６によって読み出され積算累計されて積算累
計値ＷＨｋとして前記メモリＴに記憶される（ステップ
１）５）。ステップ１）５における処理が開始されてか
ら予め設定された時間（或いは交流信号の複数周期）が
経過したことを認識すると（ステップ１）８）％前述し
たような平均化処理を行ない（ステップ１）７）。

ＷＨ出力として所定の工学処理を行なった値を出力する
（ステップ１）８）。

以上説明したように、交流信号の１周期内の複数のサン
プリングデータから瞬時電力の平均値を求め、各周期毎
の平均値データを単位時間毎に積算することによって積
算電力値を求めることが出来る。

第５図は、この発明の別の実施例に従う電力計測装置の
構成を示すブロック図である。本実施例と、前記第１図
にて図示した実施例とでは繭記第１図にて図示したＡＤ
Ｃ５２に代えてコンパレータ５３　、　Ｄ／Ａコンバー
タ（以下「ＤＡＣ」という）５４を使用して逐次比較形
のＡＤＣ回路を構成した点において相違する。本実施例
は前述したコンパレータ５３が、ＭＰＵ６で設定したデ
ィジタル基準値ｅＤＡｃ　５４でディジタル／アナログ
変換した出力値とアナログ入力値とを比較して、該比較
結果がコンパレータ５３の所定不感帯内に入れば所定の
信号を出力するようにしたもので、　ＭＰＵ６の前記デ
ィジタル基準値設定機能と併行して逐次比較ＡＤＣａ能
を実行するものである。このような構成によれば、ＭＰ
Ｕ６の処理速度が適切である限り、計測された瞬時電力
値Ｗをアナログ出力するためのＤＡＣ５４が共用できる
という利点がある。

〔発明の効果〕 以上のように、この発明によれば、瞬時電力値データ抽
出手段は、瞬時電圧和分値・差分値出力手段から出力さ
れた瞬時電圧和分値、瞬時電圧差分値に応じて記憶手段
に記憶されている瞬時電力値の中から該当する瞬時電力
値データを抽出し。

瞬時電力値データ累算手段は、瞬時電力値データ抽出手
段によって抽出された瞬時電力値データを受けて所定数
累算し、電力平均値演算手段は、瞬時電力値データ累算
手段によって累算された瞬時電力値データ累計値から所
定周期毎の電力平均値を演算し、電力平均値積算手段は
、電力平均値演算手段によって演算された電力平均値を
積算することとしたので、電力系統のごとき潮流変化の
激しい箇所にあっても充分実用に耐え得るとともに高速
な電力／電圧便換機能を具備し、電力系統の計測、制御
、保瞳、監視に広く適用可能な電力計測装置が得られる
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従う電力計測装置の構成
を示すブロック図、第２図は前記第１図にて図示した和
分値・差分値導出回路の回路構成を示した回路図、第３
図、＠４図は前記第１図にて図示した構成のフローチャ
ート、第５図は、この発明の別の実施例に従う電力計測
装置の構成を示すブロック図、第６図は、従来の電力計
測装置の構成を示すブロック図である。 図において％４はサンプルホールドアンプ、６はマイク
ロプロセッサ、７はメモリ、３１は和分値・差分値導出
回路％　５１はマルチプレクサ、５２はＡ／Ｄ変換器で
ある。 なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 特許出願人　　三便電機株式会社 〔外２名〕−゛′

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）外部から与えられた瞬時電圧検出値と瞬時電流検
   出値とを受けて前記瞬時電圧検出値と瞬時電流検出値に
   よって求まる電圧値との瞬時電圧和分値及び差分値を夫
   々出力する瞬時電圧和分値・差分値出力手段と、前記瞬
   時電圧和分値及び差分値と対応する瞬時電力値データを
   予め記憶している記憶手段と、前記瞬時電圧和分値・差
   分値出力手段から出力された瞬時電圧和分値、瞬時電圧
   差分値に応じて前記記憶手段に記憶されている瞬時電力
   値データの中から該当する瞬時電力値データを抽出する
   瞬時電力値データ抽出手段と、前記瞬時電力値データ抽
   出手段によって抽出された瞬時電力値データを受けて所
   定数累算する瞬時電力値データ累算手段と、前記瞬時電
   力値データ累算手段によって累算された瞬時電力値デー
   タ累計値から所定周期毎の電力平均値を演算する電力平
   均値演算手段と、前記電力平均値演算手段によって演算
   された電力平均値を積算する電力平均値積算手段とを有
   する電力計測装置。
2. （２）前記瞬時電圧和分値・差分値出力手段から出力さ
   れた瞬時電圧和分値・差分値を、逐次比較形のアナログ
   ／ディジタル変換回路を介して前記瞬時電力値データ抽
   出手段に与えるようにしたことを特徴とする特許請求の
   範囲第（１）項記載の電力計測装置。