JPH03264867A

JPH03264867A - ディジタル信号処理方法及びその装置

Info

Publication number: JPH03264867A
Application number: JP2064939A
Authority: JP
Inventors: Mitsuyasu Kido; 三安城戸; Tomio Chiba; 千葉　富雄; Hiroyuki Kudo; 博之工藤; Junzo Kawakami; 川上　潤三; Tadao Kawai; 河合　忠雄
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-03-15
Filing date: 1990-03-15
Publication date: 1991-11-26
Anticipated expiration: 2014-12-06
Also published as: JP2987635B2

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〕本発明はディジタル信号処理方法及びその装置に係り、
特に、電力系統などの交流信号をディジタル信号に変換
し、変換されたディジタル信号から交流信号の電気量を
検出するに好適なディジタル信号処理方法及びその装置
に関する。

〔従来の技術〕

従来、電力系統における保護装置として日立評論Ｖｏ１
．６１Ｎα１１に記載されているように、電力計等の交
流信号を変成器を介してアナログフィルタに入力し、ア
ナログフィルタの出力信号をディジタル信号に変換し、
変換されたディジタル信号から交流信号の電気量、例え
ば送電線の電流及び電圧を算出し、この算出結果に基づ
いて事故点等を検出し、事故点近傍の遮断器を引き離す
ようにする装置が提案されている。

又この種の装置を適用した電力用制御装置としては、昭
和６２年電気学会全国大会９４６第１２００頁〜１２０
１頁に示されているような電圧−無効電力制御装置が知
られている。

一方、電力制御装置などを駆動するに際しては、電力系
統の交流信号の実効値を検出することが行われており、
交流信号の実効値を検出するに際して、交流信号をフィ
ルタに入力して交流信号の高調波成分を減衰させ、フィ
ルタの出力信号から交流信号の周波数を検出し、検出し
た周波数に基づいてフィルタの出力信号のゲインを補正
し、補正された信号を基に交流信号の実効値を算出する
方法が採用されている。この方法によれば、交流信号の
周波数が変動してもフィルタの出力信号が一定レベルに
なるように補正されるため、周波数の変動に合せて実効
値を求めることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来技術においては、以下に示すよ
うに入力フィルタの特性について充分な配慮がされてお
らず、交流信号の周波数が変動すると交流信号の電気量
を正確に求めることができない場合がある。

（１）　　入力フィルタをアナログフィルタで構成して
いるため、素子のバラツキ、経年変化による特性劣化、
チャネル間のバラツキが生じる。

（２）入力信号を６００止（または、７２０止：基本波
の電気角３０°）でサンプリングしているため、高精度
に周波数を求めるには複雑なアルゴリズムを実行する必
要があり、多くの演算ユニットを追加する必要がある。

（３）入力フィルタのゲイン特性が固定であるため、入
力信号の周波数が変動した場合、ゲイン補正処理が必要
である。

（４）交流信号の周波数が変動した場合、変動した交流
信号の基本波を充分に減衰させることができず、実効値
の検出誤差が大きくなる。

本発明の目的は、交流信号の周波数が変動しても交流信
号の電気量を正確に求めることができるディジタル信号
処理方法、ディジタル信号処理装置、ディジタル処理装
置を適用した電力系統用電圧・無効電力制御装置及びデ
ィジタルマルチメータを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、第１の方法とし
て、交流信号をサンプリングしてディジタル信号に変換
し、このディジタル信号にゲイン可変型ディジタルフィ
ルタによるフィルタ処理を施し、ディジタルフィルタの
出力信号から交流信号の電気量を求めるに際して、ディ
ジタルフィルタの出力信号から交流信号の周波数を検出
し、検出した周波数に応じてディジタルフィルタのゲイ
ン特性を調整するディジタル信号処理方法を採用したも
のである。

第２の方法として、交流信号をサンプリングしてディジ
タル信号に変換し、このディジタル信号にゲイン可変型
ディジタルフィルタによるフィルタ処理を施し、ディジ
タルフィルタの出方信号がら交流信号の電気量を求める
に際して、ディジタルフィルタの出力信号から交流信号
の周波数を検出し、検出した周波数とディジタルフィル
タの設定周波数とを一致させるためのフィルタ係数を算
出し、算出したフィルタ係数に従ってディジタルフィル
タのゲイン特性を調整するディジタル信号処理方法を採
用したものである。

第３の方法として、交流信号をサンプリングしてディジ
タル信号に変換し、このディジタル信号にゲイン可変型
ディジタルフィルタによるフィルタ処理を施し、ディジ
タルフィルタの出方信号から交流信号の電気量を求める
に際して、ディジタルフィルタの出力信号から交流信号
の周波数を検出し、検出した周波数とディジタルフィル
タの設定周波数とを一致させるためのフィルタ係数を、
指定の周波数に対応して予め設定されたフィルタ係数群
の中から検出周波数を基に選択し、選択したフィルタ係
数に従ってディジタルフィルタのゲイン特性を調整する
ディジタル信号処理方法を採用したものである。

第４の方法として、交流信号をサンプリングしてディジ
タル信号に変換し、このディジタル信号にゲイン可変型
ディジタルフィルタによるフィルタ処理を施し、ディジ
タルフィルタの出力信号から交流信号の電気量を求める
に際して、前記ディジタルフィルタ信号をゲイン固定型
ディジタルフィルタに入力してフィルタ処理を施し、こ
のディジタルフィルタの出力信号から交流信号の周波数
を検出し、検出した周波数とゲイン可変型ディジタルフ
ィルタの設定周波数とを一致させるためのフィルタ係数
を算出し、算出したフィルタ係数に従ってゲイン可変型
ディジタルフィルタのゲイン特性を調整するディジタル
信号処理方法を採用したものである。

第１乃至第４の方法のうち１の方法を含む第５の方法と
して、ゲイン可変型ディジタルフィルタの出力信号のう
ち交流信号の基本周波数に対する信号のゲインを一定値
に補正し、補正した信号から電気量を求めるディジタル
信号処理方法を採用したものである。

第１乃至第５の方法のうちｌの方法を含む第６の方法と
して、交流信号の電気量として、ゲイン可変型ディジタ
ルフィルタの出力信号から交流信号のピーク値を検出し
、検出したピーク値から交流信号の実効値を算出するデ
ィジタル信号処理方法を採用したものである。

第１の装置として、交流信号をサンプリングしてホール
ドするサンプリングホールド手段と、サンプリングホー
ルド手段によりホールドされた信号をディジタル信号に
変換するアナログディジタル変換手段と、前記ディジタ
ル信号にフィルタ処理を施して特定の周波数成分のディ
ジタル信号を抽出するゲイン可変型ディジタルフィルタ
手段と、ディジタルフィルタ手段の出力信号から交流信
号の周波数を検出する周波数検出手段と、周波数検出手
段の検出出力に基づいてディジタルフィルタ手段のゲイ
ン特性を調整するゲイン調整壬段と、ディジタルフィル
タ手段の出力信号から交流信号の電気量を算出する電気
量算出手段とを有するディジタル信号処理装置を構成し
たものである。

第２の装置として、交流信号をサンプリングしてホール
ドするサンプリングホールド手段と、サンプリングホー
ルド手段によりホールドされた信号をディジタル信号に
変換するアナログディジタル変換手段と、前記ディジタ
ル信号にフィルタ処理を施して特定の周波数成分のディ
ジタル信号を検出するゲイン可変型ディジタルフィルタ
手段と、ディジタルフィルタ手段の出力信号から交流信
号の周波数を検出する周波数検出手段と、周波数検出手
段の検出出力に基づいてディジタルフィルタ手段の設定
周波数とを一致させるためのフィルタ係数を検出するフ
ィルタ係数算出手段と、フィルタ係数算出手段の算出に
よるフィルタ係数に従ってディジタルフィルタ手段のゲ
イン特性を調整するゲイン調整手段と、ディジタルフィ
ルタ手段の出力信号から交流信号の電気量を算出する電
気量算出手段とを有するディジタル信号処理装置を構成
したものである。

第４の装置として、電力系統の交流信号をディジタル信
号に変換し、変換されたディジタル信号から交流信号の
電気量として交流信号の実効値を検出すると共に、交流
信号の無効電力を求め、これらの電気量を目標値に適合
させるように電力制御機器を制御する電力系統用の電圧
・無効電力制御装置において、電力系統の交流信号をデ
ィジタル信号に変換する手段として、第１又は第２の装
置を有する電力系統用電圧・無効電力制御装置を構成し
たものである。

第４の装置として、交流信号をディジタル信号に変換し
、変換されたディジタル信号から交流信号の電気量とし
て交流信号の実効値を検出し、検出した実効値を表示す
るディジタルマルチメータにおいて、交流信号をディジ
タル信号に変換する手段として、第１又は第２の装置を
有するディジタルマルチメータを構成したものである。

〔作用〕

ディジタルフィルタの出力信号から交流信号の周波数を
検出し、検出周波数に合せてディジタルフィルタのゲイ
ン特性を調整するようにしたため、交流信号の周波数が
変動しても交流信号の高調波成分を常に除去することが
でき、ディジタルフィルタの出力信号から交流信号の正
確な電気量を求めることが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図において、アダプティブディジタルフィルタ１ａ
はゲイン可変型のフィルタとして構成されており、交流
信号をサンプリングしてホールドするサンプリングホー
ルダの出力信号をディジタル信号に変換するアナログデ
ィジタル変換器からの出力信号が入力されている。ディ
ジタルフィルタｌａは入力されたディジタル信号にフィ
ルタ処理を施し、ディジタル信号成分の中から特定の周
波数成分の信号を抽出し、抽出した信号をピーク値検出
処理部１ｂと周波数検出処理部１ｄに出力するようにな
っている。フィルタ１ａの出力信号から交流信号のピー
ク値を検出するに際しては、フィルタ１ａの出力信号を
半サイクル毎の最大値を検出することによっても求まる
が１本実施例においては、サンプリング位相の影響を無
くすために、次の（１）式に従ってピーク値Ｖを求める
こととしている。

但し、Ｖａ、Ｖｂ：連続した任意の２点のサンプル値ω：入方
角周波数　　Δｔ：サンプリング間隔ピーク値検出処理
部１ｂの出力信号は実効値算出演算部１ｃに入力される
。この演算部ＩＣにおいては、ピーク値Ｖを基に次の（
２）式に従って実効値Ｖｒｍｓを算出するようになって
いる。

環部１ｄに入力されており、この処理部１ｄにおいて交
流信号の周波数が検出される。この検出結果を基に、フ
ィルタ係数算出処理部１ｅにおいて、検出周波数がディ
ジタルフィルタ１ａの中心周波数（ゲインがｇｏ）とな
るようなフィルタ係数が算出されるようになっている。

そして算出されたフィルタ係数に従ってディジタルフィ
ルタ１ａのゲイン特性が調整されるようになっている。

例えば、第２図に示されてるように、電力系統から取り
込んだ入力信号の周波数が特性２ａで示されるような場
合、交流信号の基本周波数とディジタルフィルタ１ａの
零点周波数ｆｏとが一致するようにフィルタ係数が算出
される。そして、交流信号の周波数がｆＯからｆｏ’に
変動した場合、検出周波数ｆｏ’　に応じてフィルタ係
数が算出され、このフィルタ係数に従ってディジタルフ
ィルタ１ａのゲイン特性が調整される。即ち、特性２ｂ
に示されるようなフィルタ特性となり、交流信号の周波
数が変動しても交流信号の高調波成分（第２、第３．第
４・・・・・・）を充分に減衰させることができる。こ
のためディジタルフィルタ１ａに入力される交流信号の
ゲイン（出力−人力の比）を常に一定にすることができ
る。従ってディジタルフィルタ１ａの出力信号から実効
値を求めれば、周波数の変動によらず実効値を高精度に
求めることが可能となる。

次に、アダプティブディジタルフィルタ１ａの具体的構
成及び動作について説明する。

第３図は、ディジタルフィルタの代表的なブロック概念
構成を示す。第３図の（ａ）はＩＩＲ形（Ｉｎｆｉｎｉ
ｔｅ−ｅｘｔｅｎｔ　Ｉｍｐｕｌｓｅ　Ｒｅ５ｐｏｎｓ
ｅフイルタ、（ｂ）はＦＩＲ形（Ｆｉｎｉｔｅ−ｅｘｔ
ｅｎｔ　Ｉｍｐｕｌｓｅ　Ｒｅ５−ｐｏｎｓｅ）フィル
タである。

同図（ａ）において、Ｘｎは入力信号３ａは各々係数ブ
ロックであり、Ｋはゲイン係数、Ａ工。

Ａ、、Ｂ１およびＢ２はフィルタ係数である。３ｂは遅
延ブロックであり、信号Ｗｎを周期Ｔの１時刻分遅延す
るブロック（Ｗｎ−１）と、同様に２時刻分遅延するブ
ロック（Ｗｎ−２）とがある。

３Ｃは加算ブロック、Ｙｎはフィルタ出力データである
。

図から判るように、図の構成において、フィルタ係数を
設計することにより、次式（３）、（４）（５）、（６
）、（７）に示す各種のフィルタを実現できる。

（ローパスフィルタ）（バンドパスフィルタ）（バイパスフィルタ）（ノツチフィルタ）ここで、ｒ＝２・ｃｏｓ２πｆｏ−ＴＴ：サンプリング周期ｆＯ：阻止周波数（オールパスフィルタ）同図を演算式で示すとへ次式表わされる。

Ｙｎ＝Ｗｎ十Ａ１・Ｗｎ−１＋Ａ２・Ｗｎ−２・・・（
８）Ｗｎ＝に−Ｘｎ＋Ｂ１・Ｗｎ−４十Ｂ２・Ｗｎ−２
・・・　（９）第３図（ｂ）において、Ｘ’ｎは入力データを、Ｙ’ｎ
は出力データを示す。３ｄ遅延ブロツクであり、Ｘｎ−
１は前述と同様に１時刻分遅延するブロック、Ｘｏ−２
は２時刻分遅延するブロックを示す。３ｅはフィルタ係
数ブロックであり、各フィルタ係数をＡ′。、　Ａ’ｌ
、　Ａ′２が設定される。

３ｆは加算ブロックである。

同図を演算式で示すと、次式（１０）で表わせる。

Ｙｌ　ｎ＝Ａ　ｊ　、　、　Ｘ　ｊ　、　＋　Ａ　１１
・ＸＩ　Ｉｎ＋、＋Ｊ＋２．ｊＸｌ、、、　　　・　（
１０）上記したように、本実施例では、ディジタルシグ
ナルプロセッサ（ＤＳＰ）を用いたディジタルフィルタ
手段により入力信号のフィルタ処理を行う構成とし、予
め設定されたフィルタ係数に基づきサンプリング周期Ｔ
ごとに繰り返して行うようにしている。従って、入力点
数に応じて時分割によりフィルタ処理を、ソフトウェア
的に行わせることができ、入力点数の増減、特性の変更
、プリント基板の標準化に対応することが可能である。

また、アナログフィルタを用いずにフィルタ処理できる
ことから、アナログフィルタのように、抵抗、コンデン
サ等の素子の初期値偏差１周囲温度による素子値の変動
、経年変化による素子の劣化などの要因が全くなく、高
精度化、無調整化が達成できる。

また、外付けの点検回路が不要で、内部のソフトウェア
で対応可能であるから、製作工程を大巾に短縮でき、メ
ンテナンスも不要となり、保護リレー装置の高精度化、
低コスト化等のメリットが非常に大きい。

次に、アダプティブフィルタを構成する上で重要となる
フィルタ係数算出処理について説明する。

先に述べたが、（３）〜（７）式に示した各種ディジタ
ルフィルタの伝達関数は、アナログフィルタ（Ｓ関数）
の伝達関数から、一般的によく知られている双一次２変
換及び周波数変換により、Ｚ平面上の関数として求めた
ものである。

第４図には、ローパスノツチ、ローパス、バンドパスフ
ィルタの各係数を求めるための演算式をしめす。

第４図中の演算式から明らかなように、サンプリング周
期Ｔ、フィルタの選択度Ｑ、フィルタの中に（しゃ断）
周波数ｆｏ（に信号の周波数ｆＯのに倍：には実数）が
既知であれば、全ての係数を求めることができる。

従って、上記サンプリング周期Ｔ、選択度Ｑ、及び入力
信号の周波数とフィルタの中心（しゃ断周波数との比（
ｋ倍））は全て、前もって設定するので、入力信号の周
波数のみが求まれば、第あ４図中の演算式を解くことに
より、全てのフィルタ係数を求めることができる。

次に、周波数検出処理を第５図及び第６図に基づいて説
明する。

まず、ディジタルフィルタ１ａの出力信号を順次取り込
み、入力データがゼロクロスをしたか否かを判定する（
ステップ５ｂ）。このカウント値は入力データの一周期
間のサンプリング回数を示すことになる。

一方、入力データがゼロクロスしたときにはゼロクロス
が２回目か否かを判定する（ステップ５Ｃ）。即ち、一
周期分のゼロクロスを検出する処理を行なう。そしてゼ
ロクロスが２回目でないとき、即ちゼロクロスが１回目
のときには１時刻前のデータＶ（ｔ−１）をｖｌとし、
現時点のデータＶ　（ｔ）を■２とする（ステップ５ｄ
）。このあとカウンタ値をクリアする（ステップ５ｅ）
。

即ち、サンプリング毎にカウントアツプしたカウント値
を零にし、ゼロクロスした時点から再びカウントアツプ
を開始する。

一方、ゼロクロスが２回目と判定されたときには、１時
刻前のデータｖ　（ｋ＋ｔ−１）をＶ３とし、現時点の
データＶ　（ｋ＋ｔ）をｖ４とする（ステップ５ｆ）。

このあとカウンタのカウント値を零にしくステップ５ｇ
）、カウンタ値を基に周波数の検出演算を実行する（ス
テップ５ｈ）。

周波数検出演算を行うに際しては、ゼロクロ２、時点の
正、負の電圧Ｖｌ、Ｖ２．Ｖ３及びＶ４゜入力信号の一
周期内のサンプリング回数に、４１Ｊンプリング周期Ｔ
を用いて、以下に示す（１１）式により周波数ｆを求め
る。

・・・　（１１）但し α＝ｌＶ１１＋ｌＶ２　　　　　　　・・・（１２）β
”　ｌ　Ｖ　３　ｌ　＋ｉ　Ｖ　４１　　　　　・・・
（１３）又周波数を検どコする場合、サンプリング周波
数を交流信号の、Ｉｊ本局周波数５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ
）の２４倍以上とすれば、検出精度を高めることができ
る。又、実施零においてはゼロクロスとして入力データ
が負から正に変わる点を用いたが、入力データが正から
負に変わるときをゼロクロスとすることも用いることが
できると共に、両者を組合せた状態によってもゼロクロ
スを検出することは可能である。

次に、本発明を実施するためのハードウェアの具体的構
成及び動作タイミングについて説明する。

第７図には、ディジタル信号処理装置の全体構成が示さ
れている。第７図において、複数のチャンネルの交流信
号がローパスフィルタ６ａに入力されている。このロー
パスフィルタ６ａは交流入力信号に重畳する高調波成分
を除去するように構成されていると共に、複数のチャン
ネルの折り返し誤差を防止するように構成されている。

ローパスフィルタ６ａの出力信号はチャンネル毎にサン
プルホールド回路６ｂに入力されている。このサンプリ
ングホールド回路６ｂは全チャンネル同時にサンプリン
グを行う方式になっており、タイミング信号発生回路６
ｇからの指令に従って入力信号を順次サンプリングし、
サンプリングした信号をホールドし、ホールドした信号
を順次マルチプレクサ６ｃへ出力するようになっている
。マルチプレクサ６ｃの出力信号はアナログディジタル
変換か６ｄへ入力され、ディジタルデータに変換される
。そしてこのディジタルデータは、デュアルポート・ラ
ンダム・アクセス・メモリを用いたデュアルポートのバ
ッファメモリ６ｅに格納される。

バッファメモリ６ｅに格納されたデジタルデータはロー
カルバス６ｈを介してデジタルシグナルプロセッサ６ｆ
に転送される。このプロセッサ６ｆには、システムバス
６ａに接続された演算ボードなどからのデータがインタ
フェイス回路６ｋ、デュアルポートメモリ６ｉ、ローカ
ルバス６ｈを介して入力されており、プロセッサ６ｆは
、命令語などを格納したプログラムメモリ６ｊのプログ
ラムに従って各種の演算を行うように構成されている。

こプロセッサ６ｆとしては、固定小数点演算型及び浮動
小数点演算型があり、ディジタルフィルタ演算を実行す
るプロセッサとしては、両方適用可能であるが、浮動小
数点型ディジタルシグナルプロセッサを用いれば、広い
ダイナミックエンジンが確保できると共に、オーバーフ
ローやアンダーフローを特に意識することなく用いるこ
とができる。　次に、このディジタルシグナルプロセッ
サ６５の具体的構成について説明する。

第８図にＤＳＰの一実施例の構成の詳細図を示す。

本実施例のＤＳＰは、図示のように、外部メモリのアド
レス指定を行うアドレスレジスタ７ａ、パラレル・ポー
トとして使用するデータレジスタ７ｂ、データＲＡＭ７
ｃ、ｍビットＸｍビットの高速並列乗算７ｄ、インスト
ラクション用ＲＯＭ７ｅ、加減算等を行うＡ　Ｌ　Ｕ　
８　Ａｒ１ｔｈａ＋ｅｔｉｃ　ＬｏｇｉｃＬｌｎｉｔ）
　７　ｆ、アキュムレータ等のレジスタ７ｇ、外部との
制御信号（ａ、ｂおよびＣなど）の割込み等をコントロ
ールする制御回路７ｈ、ＤＳＰ内の内部バス７１を含ん
で構成されている。

前記乗算機７ｄは、１インストラクシヨンサイクルの間
に入力信号Ａ、Ｂの内容を乗算し、その結果Ｃお、内部
バス７１に出力するものである。

また、ＡＬＵ７ｆは、内部バス７１からのデータとレジ
スタ７ｇのデータとを加減算し、結果をレジスタ７ｇに
書き込む。

なお、ＤＳＰは、周知のように、１インストラクシヨン
サイクルの間に積和演算が可能であること、パイプライ
ン処理が可能であることなどにより、固定および浮動小
数点データの高速な数値演算を実現できることを特徴と
する。これにより、多入力点数に係る入力データを実時
間でフィルタリング可能とするものである。この点、汎
用のマイクロプロセッサでは処理速度が遅いので、適用
できない。

さらに、三角関数などを含んだ数式を解く場合も、非常
に高速に実行できるため、第４図に示した各フィルタ係
数を求める場合にも、非常に有効である。

次に、第７図及び第８図に示す装置により、交流信号の
電気量、例えば交流電圧の実効値を検出する場合には、
第９図に示されるように、交流信号をローパスフィルタ
６ａに入力し、ローパスフィルタ６ａの出力信号をサン
プルホールド回１ａ６ｂに取り込み、タイミング信号発
生回路６ｇから出力されるサンプリング周期Ｔのサンプ
リング信号により順次サンプリングし、サンプリングし
てホールドされた信号をマルチプレクサ６ｃを介してア
ナログ−ディジタル変換回路６ｄに入力する。

ここで、アナログ信号がディジタルデータに変換され、
変換されたデータがバッファメモリ６ｅに格納される。

バッファメモリ６ｅに格納されたディジタルデータは順
次プロセッサ６ｆに転送され、プロセッサ６ｆにおいて
ピーク値検出演算、実効値算出演算、フィルタ検出演算
及びフィルタ係数算出演算が行われる。即ち、入力デー
タを基に交流信号のピーク値が検出されると共にピーク
値を基に実効値が検出される。そして入力データがゼロ
クロスした場合には交流信号の周波数が検出される。そ
して検出された周波数に基づいて各種フィルタの係数を
算出する処理が行われる。周波数は出力信号がｌサイク
ル経過する毎に求まるので、フィルタ係数は１サイクル
の間に求めることができる。そして全てのフィルタの係
数が算出された後は、旧フィルタ係数に代わって新たな
フィルタ係数が用いられ５デイジタルフイルタｌａの周
波数ゲイン特性が調整される。

ここで、交流入力信号の基本周波数５０Ｈｚが４５　Ｈ
ｚ〜５５Ｈｚの間で変動した場合について、本発明方式
と従来方式とを用いて交流信号の実効値検出誤差を測定
したところ、第１０図に示されるような測定結果が得ら
れた。

第１０図から理解されるように、本発明では入力信号の
周波数の変動に合せてフィルタのゲインが一定に調整さ
れるため、入力信号の周波数が変動しても、実効値の検
出誤差を小さくすることができる。これに対して従来方
式のものは、入力信号の周波数が５０Ｈｚの場合には検
出誤差は小さくなるが、周波数が５０Ｈｚから離れるに
従って誤差が大きくなる。

なお、フィルタ係数を検出する場合にはサンプリング毎
に各フィルタの係数を求めることも可能であり、また処
理時間に余裕がある場合には全ての係数を１度に求める
ことも可能である。

又、前記実施例においては、周波数を求めた後巻サンプ
リング毎にフィルタ係数を求めるものについて述べたが
、第１１図に示されるように、プロセッサ６ｆ内に、検
出周波数１例えば４５Ｈｚ〜５５　Ｈｚに対応した係数
群のデータを格納したフィルタ係数パンク部１０ａを設
け、第１２図に示されるように、検出周波数に対応して
指定のフィルタ係数をバンク部１０ａから選択し、選択
したフィルタ係数をディジタルフィルタ１ａへ転送する
ことも可能である。この場合には係数を求めるための演
算が不要となるので、ディジタルフィルタｌａのゲイン
特性の変更を迅速に行うことができる。

次に、入力信号の周波数を検出する場合には、第１３図
に示されるように、プロセッサ６ｆにゲイン固定型のデ
ィジタルフィルタｌｌａを設け。

ディジタルフィルタｌｌａの出力信号から入力信号の周
波数を検出し、この検出した周波数に従ってフィルタ係
数を算出し、算出したフィルタ係数に従ってアダプティ
ブディジタルフィルタ１ａの周波数−ゲイン特性を調整
することも可能である。

この場合には入力信号の周波数がディジタルフィルタｌ
ｌａの出力信号によって検出されるため、ディジタルフ
ィルタ１ａの安定性を増すことができる。

次に、第１４図に示されるように、ディジタルフィルタ
ｌａとピーク値検出処理部１ｂの間にゲイン補正処理部
１２ａを設け、ゲイン補正処理部１２ａにおいてディジ
タルフィルタ１ａの出力信号のうち基本周波数に対する
信号のゲインを一定値に補正するようにすれば、ディジ
タルフィルタ１ａの遮断周波数やサンプリング周波数の
関連でディジタルフィルタｌａのゲインを一定にできな
い場合でも、ピーク値及び実効値を精度良く検出するこ
とができる。

次に、本発明を適用した電圧・電力制御装置の構成を第
１５図により説明する。

電圧・電力制御装置ＶＱＣは電流変成器ＣＴ及び電圧変
成器ＰＴを介して電力系統の交流信号を取り込み、この
交流信号をサンプリングしてディジタル信号に変換し、
変換したディジタルデータから交流信号の実効値を算出
し、この実効値から電力系統の電圧及び無効電力を求め
、算出した電圧及び無効電力に従って各種機器を制御す
るようになっている。制御装置ＶＱＣは具体的には、第
１６図に示されるように、Ｑ検出部１４ａ、■検出部１
４ｂ、加算器１４ｃ、１４ｄ、プログラム設定部１４ｅ
、積分リレーｘ４ｊ、　１４ｇ、１４ｈ、操作機器判定
・論理回路１４ｉ、ＬＲ制御回路１４ｊ、電力用コンデ
ンサＳＣ９分路リアクトル５ｈＲ１制御回路１４ｋを備
えて構成されている。そしてＱ検出部１４ａ及びＶ検出
部１４ｂにプロセッサ６ｆと同じ機能を有するものが用
いられており、電圧の実効値及び無効電力が高精度に検
出されるようになっている。

制御装置ＶＱＣには予め目標電圧値及び無効電力値が設
定されており、制御装置ＶＱＣは入力信号が目標値に適
用するように無効電力制御機器及びＬＲタップを制御す
るようになっている。即ち、ある予測に基づいて決めた
電圧・無効電力潮流パターンに追従させ、目標値と検出
値とのずれを補正するために、負荷時電圧調整変圧器Ｌ
ＲＴ、電力用コンデンサＳＣ及び分路リアクトルＳｈＲ
の調整制御を行うようになっている。なお、一般的には
目標電圧の維持を優先し、同時に送電損失の軽減を図る
ようになっている。

次に、本発明を適用したディジタル信号処理装置の応用
例を第１７図により説明する。

本実施例におけるディジタル信号処理装置１５はアナロ
グセンサ１６ａ〜１６ｎ、Ａ／Ｄ変換器１７ａ〜１７ｎ
、ディジタルシグナルプロセッサ１８ａを備えて構成さ
れており、プロセッサ１８ａの出力側がＤ／Ａ変換器１
９　ａ　−１９ｎを介してアナログ制御回路２０ａ〜２
Ｏｎに接続されている。

本実施例における装置は振動などの物理量をアナログセ
ンサ１６ａ〜１６ｎにより電気信号に変換し、変換され
た電気信号をＡ／Ｄ変換器１７ａ〜１７ｎにおいてディ
ジタル信号に変換し、変換したディジタル信号に従って
プロセッサ１８ａにおいて各種の演算を行っている。即
ち各アナログセンサによって検出された交流信号の実効
値を求め、この実効値に従って各種負荷を制御するため
の信号を生成し、生成したディジタル信号をディジタル
／アナログ変換器１９ａ〜１９ｎを介してアナログ制御
回路２０ａ〜２Ｏｎに出方し、各種負荷を制御するよう
になっている。

本実施例においても、アナログセンサによって検出され
る交流信号の実効値を精度良くできるため、負荷を７ｔ
１′＃１度に制御することが可能となる。

次に１本実施例をディジタルマルチメータに適用した場
合の実施例を第１８図により説明する。

ディジタルマルチメータ２２、Ａ／Ｄ変換器２３、ディジタルシグナルプロセッ
サ２４、表示器２５を備えて構成されており、アナログ
センサ２２で検出された交流信号の電圧及び電流がアナ
ログディジタル変換器２３でディジタル信号に変換され
るようになっている。

そしてディジタル信号がプロセッサ２４に入力されると
，プロセッサ２４において交流信号の電圧の実効値及び
電流の実効値を算出し、算出した電圧の実効値と電流の
実効値を表示器２５の画面上に表示できるようになって
いる。この場合にも、アナログセンサ２２で検出された
交流信号の実効値を精度良く検出できるため、測定精度
の向上に寄与することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、交流信号の周波
数に合せてディジタルフィルタのゲイン特性を調整する
ようにしたため、交流信号の周波数が変動しても、交流
信号の電気量を精度良く検出することができる。この電
気量として、交流信号のピーク値及び実効値を求めた場
合、これらの値を精度良く検出することができる。又周
波数の変動によってもフィルタのゲイン変動が無いため
、補償演算が不要となる。又電力系統の電気量を検出す
る場合、周波数の変動によっても高調波が確実に減衰す
るため、高調波の影響を受けることなく電力系統の電気
量を精度良く検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示す構成図、第２図はアダ
プティブディジタルフィルタのゲイン−周波数特性図、
第３図はディジタルフィルタの構成説明図、第４図はデ
ィジタルフィルタの係数演算方法を説明するための図、
第５図は周波数検出処理を説明するためのフローチャー
ト、第６図は周波数検出方法を説明するための波形図、
第７図は本発明を適用したアナログ入カニニットのブロ
ック構成図、第８図はディジタルプロセッサのブロック
構成図，第９図はアナログ入カニニットの作用を説明す
るための波形図，第１０図は実効値検出誤差の実測例を
示す図、第１１＠は本発明の外の実施例を示す基本構成
図、第１２図はフィルタ係数バンク部の構成説明図、第
１３図はゲイン固定型ディジタルフィルタを用いたとき
の基本構成図、第１４図はゲイン補正処理部を備えた実
施例の基本構成図，第１５図は本発明を適用した電圧・
無効電力制御装置の全体構成図、第１６図は本発明を適
用した電圧・無効電力制御装置の具体的構成図、第１７
図は本発明を適用したディジタル信号処理装置のブロッ
ク構成図，第１８図は本発明を適用したディジタルマル
チメータの構成図である。１ａ・・・アダプティブディジタルフィルタ、１ｂ・・
・ピーク値検出処理部。１ｃ・・・実効値算出演算部、ｄ・・・周波数検出処理部、ｅ・・・フィルタ係数算出処理部、ａ・・・ローパスフィルタ、ｂ・・・サンプルホールド回路、Ｃ・・マルチプレクサ、６ｄ・・・Ａ／Ｄ変換器。ｅ・・・バッファメモリ、ｆ・・・ディジタルシグナルプロセッサ、ｇ・・・タイ
ミング信号発生回路。

Claims

【特許請求の範囲】１、交流信号をサンプリングしてディジタル信号に変換
し、このディジタル信号にゲイン可変型ディジタルフィ
ルタによるフィルタ処理を施し、ディジタルフィルタの
出力信号から交流信号の電気量を求めるに際して、ディ
ジタルフィルタの出力信号から交流信号の周波数を検出
し、検出した周波数に応じてディジタルフィルタのゲイ
ン特性を調整するディジタル信号処理方法。２、交流信号をサンプリングしてディジタル信号に変換
し、このディジタル信号にゲイン可変型ディジタルフィ
ルタによるフィルタ処理を施し、ディジタルフィルタの
出力信号から交流信号の電気量を求めるに際して、ディ
ジタルフィルタの出力信号から交流信号の周波数を検出
し、検出した周波数とディジタルフィルタの設定周波数
とを一致させるためのフィルタ係数を算出し、算出した
フィルタ係数に従ってディジタルフィルタのゲイン特性
を調整するディジタル信号処理方法。３、交流信号をサンプリングしてディジタル信号に変換
し、このディジタル信号にゲイン可変型ディジタルフィ
ルタによるフィルタ処理を施し、ディジタルフィルタの
出力信号から交流信号の電気量を求めるに際して、ディ
ジタルフィルタの出力信号から交流信号の周波数を検出
し、検出した周波数とディジタルフィルタの設定周波数
とを一致させるためのフィルタ係数を、指定の周波数に
対応して予め設定されたフィルタ係数群の中から検出周
波数を基に選択し、選択したフィルタ係数に従ってディ
ジタルフィルタのゲイン特性を調整するディジタル信号
処理方法。４、交流信号をサンプリングしてディジタル信号に変換
し、このディジタル信号にゲイン可変型ディジタルフィ
ルタによるフィルタ処理を施し、ディジタルフィルタの
出力信号から交流信号の電気量を求めるに際して、前記
ディジタルフィルタ信号をゲイン固定型ディジタルフィ
ルタに入力してフィルタ処理を施し、このディジタルフ
ィルタの出力信号から交流信号の周波数を検出し、検出
した周波数とゲイン可変型ディジタルフィルタの設定周
波数とを一致させるためのフィルタ係数を算出し、算出
したフィルタ係数に従ってゲイン可変型ディジタルフィ
ルタのゲイン特性を調整するディジタル信号処理方法。５、ゲイン可変型ディジタルフィルタの出力信号のうち
交流信号の基本周波数に対する信号のゲインを一定値に
補正し、補正した信号から電気量を求める請求項１、２
、３又は４記載のディジタル信号処理方法。６、交流信号の電気量として、ゲイン可変型ディジタル
フィルタの出力信号から交流信号のピーク値を検出し、
検出したピーク値から交流信号の実効値を算出する請求
項１、２、３、４又は５記載のディジタル信号処理方法
。７、交流信号をサンプリングしてホールドするサンプリ
ングホールド手段と、サンプリングホールド手段により
ホールドされた信号をディジタル信号に変換するアナロ
グディジタル変換手段と、前記ディジタル信号にフィル
タ処理を施して特定の周波数成分のディジタル信号を抽
出するゲイン可変型ディジタルフィルタ手段と、ディジ
タルフィルタ手段の出力信号から交流信号の周波数を検
出する周波数検出手段と、周波数検出手段の検出出力に
基づいてディジタルフィルタ手段のゲイン特性を調整す
るゲイン調整手段と、ディジタルフィルタ手段の出力信
号から交流信号の電気量を算出する電気量算出手段とを
有するディジタル信号処理装置。８、交流信号をサンプリングしてホールドするサンプリ
ングホールド手段と、サンプリングホールド手段により
ホールドされた信号をディジタル信号に変換するアナロ
グディジタル変換手段と、前記ディジタル信号にフィル
タ処理を施して特定の周波数成分のディジタル信号を検
出するゲイン可変型ディジタルフィルタ手段と、ディジ
タルフィルタ手段の出力信号から交流信号の周波数を検
出する周波数検出手段と、周波数検出手段の検出出力に
基づいてディジタルフィルタ手段の設定周波数とを一致
させるためのフィルタ係数を検出するフィルタ係数算出
手段と、フィルタ係数算出手段の算出によるフィルタ係
数に従ってディジタルフィルタ手段のゲイン特性を調整
するゲイン調整手段と、ディジタルフィルタ手段の出力
信号から交流信号の電気量を算出する電気量算出手段と
を有するディジタル信号処理装置。９、電力系統の交流信号をディジタル信号に変換し、変
換されたディジタル信号から交流信号の電気量として交
流信号の実効値を検出すると共に、交流信号の無効電力
を求め、これらの電気量を目標値に適合させるように電
力制御機器を制御する電力系統用の電圧・無効電力制御
装置において、電力系統の交流信号をディジタル信号に
変換する手段として、請求項７又は８記載のものを有す
ることを特徴とする電力系統用電圧・無効電力制御装置
。１０、交流信号をディジタル信号に変換し、変換された
ディジタル信号から交流信号の電気量として交流信号の
実効値を検出し、検出した実効値を表示するディジタル
マルチメータにおいて、交流信号をディジタル信号に変
換する手段として、請求項７又は８記載のものを有する
ディジタルマルチメータ。