JP6292880B2 - 電力測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力測定装置に関し、詳しくは、高調波測定機能を有する電力測定装置の改善に関する。

図５は、従来の電力測定装置の一例を示すブロック図である。図５において、電力測定装置全体は、入力部１０と、演算部２０と、ＣＰＵ部３０とで構成されている。入力部１０の出力信号は演算部２０に入力され、演算部２０はバスを介してＣＰＵ部３０に接続されている。

入力部１０は、電圧入力部１１と、電圧入力部１１から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１２と、電流入力部１３と、電流入力部１３から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１４と、高電圧の測定時に電圧入力端子の外部に接続される分圧器１５と、大電流の測定時に電流入力端子の外部に接続される分流器１６とで構成されている。

電圧入力部１１は分圧抵抗１１ａと演算増幅器１１ｂとで構成され、分圧抵抗１１ａの分圧出力は演算増幅器１１ｂで正規化されてＡ／Ｄ変換器１２に入力される。高電圧の測定時に電圧入力端子の外部に接続される分圧器１５は、入力可能範囲を超える高電圧を入力可能範囲の電圧に変換する。

電流入力部１３は分流抵抗１３ａと演算増幅器１３ｂとで構成され、分流抵抗１３ａの分流出力は演算増幅器１３ｂで正規化されてＡ／Ｄ変換器１４に入力される。大電流の測定時に電流入力端子の外部に接続される分流器１６は、入力可能範囲を超える大電流を入力可能範囲の電流に変換する。これらＡ／Ｄ変換器１２および１４の出力は、演算部２０に入力される。

演算部２０はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）で構成されていて、複数系統の入力部１０からＡ／Ｄ変換器１２および１４の出力が入力されている。

演算部２０には、各入力系統のＡ／Ｄ変換器１２の出力に基づき電圧の瞬時値を演算する電圧演算部２１、Ａ／Ｄ変換器１４の出力に基づき電流の瞬時値を演算する電流演算部２２、Ａ／Ｄ変換器１２および１４の出力に基づき電力の瞬時値を演算する電力演算部２３、これら電圧演算部２１と電流演算部２２および電力演算部２３で演算された瞬時値を格納する瞬時値格納部２４、瞬時値格納部２４に格納されている電圧値と電流値および電力値についてそれぞれ所定区間（たとえば５０ｍｓｅｃ〜２０ｓｅｃ）の平均値を演算する平均値演算部２５、これら平均値演算部２５で演算された平均値を格納する平均値格納部２６が設けられている。平均値格納部２６に格納されている平均値は、ＣＰＵ３１からの割り込みに応じてＣＰＵ部３０の測定データ格納部３４に転送格納される。

また、演算部２０には、ＣＰＵ部３０の電圧オフセット格納部３６および電流オフセット格納部３７に格納されている各入力系統の電圧オフセット値および電流オフセット値が転送格納されるオフセット格納部２７が設けられている。このオフセット格納部２７に転送格納される電圧オフセット値および電流オフセット値は、電圧演算部２１および電流演算部２２における瞬時値の演算に用いられる。

さらに、演算部２０には、複数系統の入力部１０から入力されるデジタル信号に対してＦＦＴ演算を行って実数部と虚数部に分けるＦＦＴ演算部２８も設けられている。

これら入力部１０および演算部２０をたとえば３系統実装することにより、三相の各相を同時に並行して測定できる。

ＣＰＵ部３０は、相互にバス接続されたＣＰＵ３１、操作部３２、表示部３３などで構成されている。ＣＰＵ３１は、装置全体の動作を統括制御する。操作部３２は、測定条件やオフセット処理条件などを設定入力する。表示部３３は、測定条件、オフセット処理条件、測定結果などを表示する。

さらにＣＰＵ部３０には、測定データ格納部３４、測定値演算部３５、電圧オフセット格納部３６、電流オフセット格納部３７、オフセット処理部３８などが設けられている。

測定データ格納部３４には、前述のように、ＣＰＵ３１からの割り込みに応じて、平均値格納部２６に格納されている平均値が転送格納されるとともに、ＦＦＴ演算部２８で演算された実数部と虚数部のデータ、測定値演算部３５における各種の演算結果なども格納される。

測定値演算部３５は、測定データ格納部３４に転送格納される電圧値、電流値、電力値の平均値、実数部と虚数部のデータなどに基づいて、各種電力、力率、位相差、負荷回路の各種パラメータ、電圧・電流・有効電力の高調波含有率や全高調波歪などを演算し、これらの演算結果を測定データ格納部３４に格納する。

電圧オフセット格納部３６には、電圧入力信号の変化に伴い行われる電圧測定レンジ変更時に、電圧入力端子の外部に接続される分圧器１５の入力端子を短絡した状態で測定される各入力系統の電圧オフセット値が格納される。

電流オフセット格納部３７には、電流入力信号の変化に伴い行われる電流測定レンジ変更時に、電流入力端子の外部に接続される分流器１６の入力端子を短絡した状態で測定される各入力系統の電流オフセット値が格納される。

オフセット処理部３８は、測定データ格納部３４に転送格納される電圧値および電流値の平均値に対して、電圧オフセット格納部３６に格納される電圧オフセット値および電流オフセット格納部３７に格納される電流オフセット値に基づく電圧測定値および電流測定値の直流オフセット補償演算処理を行う。具体的には、電圧測定値の平均値から電圧オフセット値を差し引き、電流測定値の平均値から電流オフセット値を差し引く。

なお、ＣＰＵ部３０には装置と外部装置との間で各種データの授受などを行うための通信部なども設けられるが図示しない。

図６は、図５の構成における高調波測定動作の流れを説明するフローチャートである。まず、高調波の測定開始に先立ち、測定条件を含む各種パラメータの設定が行われる（ステップＳ１）。

高調波を測定するための測定系統の各種パラメータの設定が完了すると、操作部３２に設けられている図示しない測定開始ボタンが押し下げられたか否かが判断される（ステップＳ２）。測定開始ボタンが押し下げられると入力信号に対する高調波測定が開始され、表示器３３に測定された高調波の測定データが表示される（ステップＳ３）。

高調波の測定データが表示されるごとに、操作部３２に設けられている図示しない測定停止ボタンが押し下げられたか否かが判断される（ステップＳ４）。

このようにして、高調波測定動作は、操作部３２に設けられている図示しない測定停止ボタンの押し下げが検出されるまで繰り返して実行される。

測定停止ボタンの押し下げが検出されるとステップＳ１まで戻り、次の測定を行うための各種パラメータ設定を待機する。

なお、ステップＳ２において、測定開始ボタンの押し下げが検出されるまで、ステップＳ１への戻りを繰り返す。

非特許文献１には、高調波測定を有し、三相インバータの効率を１台で測定できる電力測定装置の構成が記載されている。

岩瀬 久、伊東 修、橘 勝也、「プレシジョンパワーアナライザＷＴ３０００」、横河技報、横河電機株式会社、２００５年１月２０日、Ｖｏｌ．４９ Ｎｏ．１（２００５） ｐ．１７−２０

ところで、高調波測定をエラーなく正しく行うためには、複数の測定条件や測定データの解析条件を、適切に設定しなければならない。

すなわち、正しい高調波測定結果を得るためには、たとえば、
ａ）アクイジションモードをノーマルまたはアベレージに設定し、
ｂ）タイムベースを内部に設定し、
ｃ）時間軸を２ｍｓ／ｄｉｖ以上に設定し、
ｄ）サンプルレートを２ＭＳ／ｓ以上に設定
する必要がある。

しかし、高調波測定結果がエラーになった場合、ユーザがそのエラーになった要因を数多くの条件から即座に特定することは困難であり、正しい高調波測定結果を得るまでにかなりの作業工数を要することが多い。

本発明は、このような課題を解決するものであり、その目的は、高調波測定結果がエラーになった場合に、その原因を視覚的に確認してその原因を解決するための適切な条件変更設定を迅速に行うことにより、効率よく高調波測定が行える電力測定装置を提供することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
高調波測定機能を有する電力測定装置において、
高調波測定処理実行前における処理状況を表示手段に可視化表示するように管理する高調波測定管理手段を設け、
前記高調波測定管理手段は、高調波測定前に高調波測定の実行に必要な設定条件が全て成立しているか否かを判定してその結果を可視化表示するとともに不成立の場合はその原因の内容を表示手段にメッセージとして表示し、
前記高調波測定の実行に必要な設定条件は、タイムベースの設定、時間軸の設定、サンプルレートの設定のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の電力測定装置において、
前記電力測定装置は、測定データを格納するアクイジションメモリを有し、
前記高調波測定の実行に必要な設定条件は、アクイジションモードの設定を含むことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の電力測定装置において、
前記高調波測定管理手段は、
高調波測定処理実行前後における処理状況を表示手段に可視化表示するように管理し、
高調波測定後に高調波解析の実行に必要な設定条件が全て成立しているか否かを判定して不成立の場合はその原因の内容を表示手段にメッセージとして表示し、
前記高調波解析の実行に必要な設定条件は、ＰＬＬソースの周波数であることを特徴とする。

これらにより、高調波測定にあたり、設定で満たしていない条件や解析エラー原因がメッセージとして視覚的にユーザに明示されるので、ユーザは原因をひとつずつ取り除くことができ、短時間で効率よく正確な高調波測定結果が得られる。

本発明の一実施例を示すブロック図である。 本発明に基づく電力測定装置における表示器３３の表示画面例図である。 図１の構成における高調波測定動作の流れを説明するフローチャートである。 本発明の他の実施例を示すブロック図である。 従来の電力測定装置の一例を示すブロック図である。 図５の構成における高調波測定動作の流れを説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示すブロック図であり、図５と共通する部分には同一の符号を付けている。図１と図５の相違点は、ＣＰＵ部３０の構成にある。

すなわち、図１のＣＰＵ部３０には、高調波測定管理部３９が設けられている。この高調波測定管理部３９は、高調波測定処理実行前後におけるステータスを、表示器３３にメッセージとして表示して可視化するように管理する機能を有している。

高調波測定をエラーなく正しく行うためには、複数のメニューの設定条件とデータの解析条件を満たさなければならない。

高調波測定管理部３９は、高調波測定に関連するパラメータを設定した後に設定条件を判定する測定前処理機能と、測定中に解析条件および設定条件を判定する測定後処理機能と、高調波ステータス表示機能を有するもので、測定前処理と測定後処理に応じて高調波ステータス表示を変更する。

図２は、本発明に基づく電力測定装置における表示器３３の表示画面例図である。図２において、表示画面には、中央部分の測定結果表示領域ａと、測定結果表示領域ａの上部に隣接する測定条件設定表示領域ｂと、測定結果表示領域ａの下部に隣接する波形取り込み情報表示領域ｃと、測定結果表示領域ａの右側上部に隣接する入力モジュール情報表示領域ｄと、測定結果表示領域ａの右側下部に隣接する高調波ステータス表示領域ｅが設けられている。

測定結果表示領域ａは上下の領域ａ１、ａ２に分割されていて、上部領域ａ１には複数信号の測定値がデジタル表示され、下部領域ａ２には上部領域ａ１に表示されている複数の測定値の信号波形が表示されている。

測定条件設定表示領域ｂには、左側領域ｂ１と右側領域ｂ２と中央領域ｂ３が設けられている。

左側領域ｂ１には、測定結果表示領域ａに表示されている信号波形に関わる設定チャネルとその測定レンジと垂直ポジションなどの各種設定情報が表示されている。

右側領域ｂ２には、表示レコード長やアクイジションモードやサンプルレートが表示されるとともに高調波設定ステータスが表示されている。

中央領域ｂ３には、各測定チャネルのレンジステータスをあらかじめ割り当てられた青／緑／黄色／オレンジ／グレー／赤などの所定の色で表示するレンジステータスインジケータや、スケーリング、アベレージング、ラインフィルタ、周波数フィルタのオン／オフ設定情報が表示されている。

波形取り込み情報表示領域ｃには、波形取り込み状態、波形取り込み回数、波形の測定開始時刻、トリガ情報など、波形の取り込みに関する各種の情報が表示されている。

入力モジュール情報表示領域ｄには、接続された入力モジュールに設定されている電圧レンジや電流レンジなどの設定情報が、モジュール単位で表示されている。

高調波ステータス表示領域ｅには、ＰＬＬソースやＰＬＬソースの周波数や状態を示すメッセージなどが表示されている。この高調波ステータス表示領域ｅの表示内容は、測定前処理と測定後処理とで変更される。

表示画面の下部中央には、リモートＬＥＤ４０と高調波イネーブルＬＥＤ５０が設けられている。リモートＬＥＤ４０はリモート状態で点灯されてローカル状態で消灯され、高調波イネーブルＬＥＤ５０は高調波測定が可能な設定条件のときに点灯される。

高調波ステータスの表示について説明する。
設定ステータスでは、測定前に判明するタイプの設定エラーの原因を表示する。
解析ステータスでは、測定後に判明するタイプの解析エラーや設定エラーに関する原因を表示する。

これら測定前処理および測定後処理の基本動作について説明する。
＜測定前処理＞
１）高調波測定に関連するパラメータを設定する。
２）測定条件が成立しているかチェックする。
３）条件が全て成立している場合、高調波イネーブルＬＥＤ５０を点灯させる。一つでも条件が不成立の場合、高調波イネーブルＬＥＤ５０を消灯させ、高調波ステータス表示領域ｅにエラーメッセージを表示させる。

条件不成立時、高調波ステータス表示領域ｅに表示するエラーメッセージの例を以下に示す。
・波形を表示する時間範囲が２ｍｓ／ｄｉｖ未満の設定の場合
"Hrm Disabled:T/div ≧ 2ms/div"

＜測定後処理＞
１）測定開始ボタンを押下する。
２）測定データ格納部３４に格納されたデータに対して、解析条件が成立しているかチェックする。
３）一つでも条件が不成立の場合、高調波ステータス表示領域ｅにエラーメッセージを表示させる。条件が全て成立している場合には、高調波ステータス表示領域ｅにエラーメッセージを表示させない。
４）測定停止ボタンが押下されるまで、２）、３）を繰り返す。

条件不成立時、高調波ステータス表示領域ｅに表示するエラーメッセージの例を以下に示す。
・ＰＬＬ周波数が範囲超える場合
"PLL Err: Freq Over"設定エラー（測定後に判明するタイプ）
・解析開始位置からの測定データ点数が不足
“PLL Err: ACQ Points”解析エラー

図３は、図１の構成における高調波測定動作の流れを説明するフローチャートである。図５と同様に、高調波の測定開始に先立ち、測定条件を含む各種パラメータの設定が行われる（ステップＳ１）。

高調波を測定するための測定系統の各種パラメータの設定が完了すると、高調波を測定するためのたとえば前述の従来の正しい高調波測定結果を得るための測定条件と同様の高調波測定条件が成立しているか否かが判断される（ステップＳ２）。

高調波を測定するための測定条件が成立していると判断されると、高調波イネーブルＬＥＤ５０が点灯される（ステップＳ３）。

高調波イネーブルＬＥＤ５０が点灯されると、図示しない測定開始ボタンが押し下げられたか否かが判断される（ステップＳ４）。測定開始ボタンが押し下げられたことが確認されると、高調波測定解析条件が成立しているか否かが判断される（ステップＳ５）。

高調波測定解析条件が成立していると入力信号に対する高調波測定解析動作が開始実行され、表示器３３に測定解析された高調波の測定データが表示される（ステップＳ６）。

高調波の測定データが表示されるごとに、操作部３２に設けられている図示しない測定停止ボタンが押し下げられたか否かが判断される（ステップＳ７）。

このようにして、高調波測定動作は、操作部３２に設けられている図示しない測定停止ボタンの押し下げが検出されるまで繰り返して実行される。

ステップＳ７において、測定停止ボタンの押し下げが検出されるとステップＳ１まで戻り、次の測定を行うための各種パラメータ設定を待機する。

ステップＳ２において、高調波測定条件が成立していないと判断されると高調波イネーブルＬＥＤ５０は消灯状態になり、表示器３３に高調波測定条件の設定ステータスが表示される（ステップＳ８）。

ステップＳ４において、測定開始ボタンが押し下げられていないと判断されるとステップＳ１まで戻り、次の測定を行うための各種パラメータ設定を待機する。

ステップＳ５において、高調波測定解析条件が成立していないと判断されると、表示器３３に解析ステータスが表示される（ステップＳ９）。

ステップＳ７において、測定停止ボタンの押し下げられていないと判断されるとステップＳ５まで戻り、再び高調波測定解析条件が成立しているか否かが判断される。

このような構成によれば、高調波測定を行うのにあたり、設定で満たしていない条件や解析エラー原因が表示器３３にメッセージとして視覚的に表示されるので、ユーザはそれらの原因をメッセージに基づいて順次ひとつずつ取り除くことができ、従来の装置よりも短時間で確実に高調波測定を行うことができる。

これにより、ユーザは、測定条件を設定した時点で、高調波測定を行う前に高調波測定が可能かどうかを把握でき、適切な測定条件を再設定することで効率よく高調波測定が行える。

また、高調波測定を行った後に演算エラーとなった場合に、表示されるメッセージに基づいてエラー原因を的確に把握でき、エラー原因を解決するための適切な対策を施すことで演算エラーを短時間で解消できる。

図４は本発明の他の実施例を示すブロック図であり、図１と共通する部分には同一の符号を付けている。図１と図４の相違点は、測定データ（サンプリングデータ）を格納するアクイジションメモリ６０の有無にある。すなわち、図４において、入力部１０と演算部２０とＣＰＵ部３０は、測定データ（サンプリングデータ）を格納するアクイジションメモリ６０を介して互いに接続されている。

図４の実施例では、サンプリングデータである各入力部１０の出力信号は、一旦アクイジションメモリ６０に格納される。そして、演算部２０およびＣＰＵ部３０は、表示器３３への波形表示処理、各種演算処理、表示画面に表示される波形上の所望の位置にカーソルを設定することによる波形パラメータの測定など、処理目的に応じてアクイジションメモリ６０との間で各種データの授受を行う。

このように入力部１０と演算部２０とＣＰＵ部３０がアクイジションメモリ６０を介して互いに接続されていることにより、アクイジションメモリ６０に格納されている過去の測定データ（サンプリングデータ）についても必要に応じて読みだして高調波測定を行うことができる。

なお、本発明は、高調波測定機能を有する電力解析器の全般に展開できる。

また、本発明は、波形データのロード時における高調波解析にも適用できる。

さらに、上記実施例では、高調波測定処理状況の可視化表示を、高調波測定処理実行前後で行う例について説明したが、測定対象とする信号の状況によっては前後のいずれか一方のみで行うようにしてもよい。たとえば、測定ステータスは安定しているが解析ステータスは不安定になることが多い場合には、高調波解析処理状況だけを可視化表示させてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、高調波測定にあたり、設定で満たしていない条件や解析エラー原因をメッセージとして視覚的にユーザに明示でき、ユーザが原因をひとつずつ取り除くことができて短時間で効率よく正確な高調波測定結果が得られる電力測定装置が実現できる。

１０ 入力部
１１ 電圧入力部
１２、１４ Ａ／Ｄ変換器
１３ 電流入力部
２０ 演算部（ＦＰＧＡ）
２１ 電圧演算部
２２ 電流演算部
２３ 電力演算部
２４ 瞬時値格納部
２５ 平均値演算部
２６ 平均値格納部
２７ オフセット格納部
２８ ＦＦＴ演算部
３０ ＣＰＵ部
３１ ＣＰＵ
３２ 操作部
３３ 表示部
３４ 測定データ格納部
３５ 測定値演算部
３６ 電圧オフセット格納部
３７ 電流オフセット格納部
３８ オフセット処理部
３９ 高調波測定管理部
４０ リモートＬＥＤ
５０ 高調波イネーブルＬＥＤ
６０ アクイジションメモリ

Claims (3)

1. 高調波測定機能を有する電力測定装置において、
   高調波測定処理実行前における処理状況を表示手段に可視化表示するように管理する高調波測定管理手段を設け、
   前記高調波測定管理手段は、高調波測定前に高調波測定の実行に必要な設定条件が全て成立しているか否かを判定してその結果を可視化表示するとともに不成立の場合はその原因の内容を表示手段にメッセージとして表示し、
   前記高調波測定の実行に必要な設定条件は、タイムベースの設定、時間軸の設定、サンプルレートの設定のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする電力測定装置。
2. 前記電力測定装置は、測定データを格納するアクイジションメモリを有し、
   前記高調波測定の実行に必要な設定条件は、アクイジションモードの設定を含むことを特徴とする請求項１記載の電力測定装置。
3. 前記高調波測定管理手段は、
   高調波測定処理実行前後における処理状況を表示手段に可視化表示するように管理し、
   高調波測定後に高調波解析の実行に必要な設定条件が全て成立しているか否かを判定して不成立の場合はその原因の内容を表示手段にメッセージとして表示し、
   前記高調波解析の実行に必要な設定条件は、ＰＬＬソースの周波数であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電力測定装置。