JPH0737998B2

JPH0737998B2 - 電気量検出器

Info

Publication number: JPH0737998B2
Application number: JP63290701A
Authority: JP
Inventors: 愿鈴木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-11-16
Filing date: 1988-11-16
Publication date: 1995-04-26
Anticipated expiration: 2010-04-26
Also published as: US4943766A; KR920005055B1; AU606528B2; AU3626689A; KR900008284A; EP0371192A1; DE68904743D1; EP0371192B1; DE68904743T2; JPH02136751A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、電力系統の交流電圧，交流電流等の電気量
の振幅値を検出する電気量検出器、特にその周波数特性
の改善に関するものである。

〔従来の技術〕

第４図は例えば特願昭62−333434号明細書に示された従
来の交流電気量のデジタル処理装置の原理を説明する図
であり、交流電流を電気角90゜毎にサンプリングして、
３個のデーターを用いて、その振幅値を求めようとした
ものであり、図において、当該時刻のサンプリング値
（１）をｉ（０）,1周期（Ｔ）前のサンプリング値
（２）をｉ（Ｔ）,2周期（2T）前のサンプリング値
（３）をｉ（2T）とし、それぞれのサンプリング値
（１）〜（３）を２乗演算手段（６）〜（８）にて２乗
し、２乗演算手段（７）の結果のみを、２倍演算手段
（32）で２倍する。

前記２乗演算手段（６）と（８）及び前記２倍演算手段
（32）で得られた結果を加算手段（14）で加算して総和
を得て、除算演算手段（33）により２で除算し、平方根
演算手段（16）でその平方根を求めると、その出力Fnが
端子（17）に得られるので、これが交流電流の振幅値と
なる。

次に動作について説明する。説明の都合上、交流電気量
は、交流電流とし、最大値をI,瞬時値をi,基本周波数を
f₀,サンプリング周期を基本周波数f₀の周期の1/4としＴ
とする。また、サンプリング時刻毎のデーターを区別す
るためにnT（ｎ＝0,1,2,…とし、ｎ＝０は当該サンプリ
ング時刻とする）をサフイクスとして、ｉ（０）,i
（Ｔ）,i（2T），…と表現する。

これを式で表わせば、第（１）式が得られる。

サンプリング周期Ｔは、交流電流の基本周波数f₀に対
し、1/4周期すなわち、電気角で90゜相当時間間隔に固
定するが、周波数がｆであれば、第（２）式のように見
えてくる。

例えば、交流電流の周波数がｆ＝f₀＝50Hzであれば、サ
ンプリング周期はＴ＝90゜となる。

一般に、電力系統は定格周波数f₀で運用されているた
め、（１）式はFn＝Ｉとなり、電流の振幅値演算が可能
で、例えば交流過電流保護継電器や制御装置などに利用
されている。しかし、電力系統の事故を検出する保護継
電器や電気量を検出して運転用機器を制御する制御装置
にとって、電力系統の周波数は、f₀から変化している場
合が多いため、多少のずれがあっても正確に振幅値を求
める必要があり、普通±５％程度の変化に対して、可能
な限り誤差を少なくする要求がある。

今、周波数ｆ＝52.5Hz（50Hzの５％増）となった場合を
考えると、Ｔ＝94.5゜となり、これを（１）式に代入すれば、 Fn＝Ｉ｛１−0.0062cos（２θ−189゜）｝^1/2 ……
（３）となり、一定値に２倍周波の振動波形が重畳された形と
なる。cos（２θ−189゜）は＋1.0〜−1.0まで変化し得
るので、第（３）式は Fn＝0.997I〜1.003I ……（４）となり、定格周波数50Hzの時の振幅値演算に比べ−0.3
％〜0.3％の誤差が発生する。

〔発明が解決しようとする課題〕従来の電気量検出器は以上のように構成されているの
で、周波数が±５％程度変化した場合の振幅値演算誤差
が比較的に大きいという問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされた
もので、従来よりもサンプリング値を２個増加するだけ
で少ないサンプリング値を使用して高速度に計算処理で
きるとともに、周波数が変化した場合の振幅値演算誤差
を小さくできる電気量検出器を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る電気量検出器は、サンプリング値を５個
使用し、第１個目〜第５個目のサンプリング値をそれぞ
れ２乗すると共に、第２個目と第４個目のサンプリング
値の２乗値を４倍し、第３個目のサンプリング値の２乗
値を６倍して、それらの総和を得るようにして、振幅値
を演算するようにしたものである。

〔作用〕

この発明における電気量検出器の振幅値演算は、５個の
サンプリング値を使用して、高速度で演算結果が得られ
ると共に、周波数変化があっても、高精度で演算ができ
るものであり、デジタル保護継電器や制御装置の性能を
大幅に向上させることになる。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を電力系統の電流をサンプリ
ングする場合について図により説明する。第１図におい
て、交流電流を電気角90゜毎にサンプリングして、５個
のデータを用いて、その振幅値を求めようとしたもので
あり、当該時刻のサンプリング値（１）をｉ（０）,1周
期（Ｔ）前のサンプリング値（２）をｉ（Ｔ）,2周期
（2T）前のサンプリング値（３）をｉ（2T）,3周期（3
T）前のサンプリング値（４）をｉ（3T）,4周期（4T）
前のサンプリング値（５）をｉ（4T）とし、それぞれの
サンプリング値（１）〜（５）を２乗演算手段（６）〜
（10）にて２乗し、そのうち２乗演算手段（７）と
（９）の結果を、４倍演算手段（11）と（13）で４倍
し、２乗演算手段（８）の結果を、６倍演算手段（12）
で６倍する。

前記２乗演算手段（６）と（10）及び前記４倍演算手段
（11）と（13）及び前記６倍演算手段（12）で得られた
結果を加算手段（14）で加算して総和を得て、除算演算
手段（15）により８で除算し、平方根演算手段（16）で
その平行根を求める。その結果が、出力として端子（1
7）に得られる。

これを式に表わせば、第（５）式が得られる。

今、周波数ｆ＝52.5Hz（50Hzの５％増）となった場合を
考えると、Ｔ＝94.5゜となり、これを第（６）式に代入
すれば、 Fn＝Ｉ〔１−cos⁴（94.5゜）・cos（２θ−４×94.5
゜）〕^1/2 ＝Ｉ〔１−3.79×10^-5cos（２θ−378゜）〕^1/2 …
…（７）となり、Ｉに対して、振幅が3.79×10^-5Iで、かつ２倍
周波の振動波が重畳された形となる。

cos（２θ−378゜）は、＋1.0〜−1.0まで変化し得るの
で、 Fn＝0.99998I〜1.00002I ……（８）となり、定格周波数50Hzの時の振幅値演算に比べて、−
0.002％〜＋0.002％の誤差となり、非常に小さい値とな
る。

ここで得られた振幅値演算結果Fnを、図示はしないが、
比較演算手段によって所定値（整定値とも言う）比較し
て、その大きさを比較し、電力系統の事故を検出するの
が、デジタル保護継電器であり、また、その得られたFn
によって、図示はしないが、スタテイクコンデンサ等の
入切り制御等に利用するのが、制御装置である。

なお、前記説明では、加算手段（14）の出力を除算演算
手段（15）と平方根演算手段（16）で加工するとした
が、前記デジタル保護継電器や制御装置の前記所定値
（整定値）を２乗した値に設定しておけば、前記平行根
演算手段（16）を不要とすることができ、また、前記所
定値（整定値）を２乗して８倍した値に設定しておけ
ば、前記除算演算手段（15）と前記平方根演算手段（1
6）とを不要とすることができ、また、前記実施例で
は、２乗演算手段（７），（９）の出力を、４倍演算手
段（11），（13）でそれぞれ４倍するとしたが、２乗演
算手段（７），（９）の和を求めて、４倍演算する等
の、公知の演算法則の変更をしても同じ結果が得られる
ことは言うまでもなく、この発明に含まれるのである。

ここで、周波数を変化させた場合の振幅値演算結果Fnの
変化状況を第２図で説明する。

変化後の周波数ｆと定格周波数f₀の比をで表わすと、第（２）式と第（６）式から第（９）式が
得られる。

Fn＝Ｉ〔１−cos⁴（Ｔ）・cos（２θ−4T）〕^1/2 ＝Ｉ〔１−cos⁴（90゜ｍ）・cos（２θ−４×90゜
ｍ）〕^1/2 ……（９）この（９）式のｍを変化させて図示すると、第２図の斜
線部分が得られ、ｍ＝１（ｆ＝f₀）の近傍では、大きさ
の変化がほとんど無くなり、振幅値演算結果の誤差が極
小となることがわかる。

同様に、従来の第（１）式を、このｍを使って表わす
と、第（10）式が得られ、第２図に点線で示したが、明
らかに、この発明による演算処理の方が、誤差が小さく
なっている。

Fn＝Ｉ〔１−cos²（90゜ｍ）・cos（２θ−４×90゜
ｍ）〕^1/2 ……（10）また、振幅値演算で使用するサンプリング値は、所定時
刻サンプリング値を含めて、５個のサンプリング値で実
現できるため、90゜×５＝450゜相当時間で結果を得る
ことが出来るため、従来に比べてほとんど変らない高速
化が実現できるとともに、計算処理に必要なメモリー量
もほとんど変らなく実現することができる。

第３図は前記振幅値演算を実施する電気量検出器（31）
のハードウエア構成図である。図において、（18）は電
圧変成器、（19）は電流変成器、（20），（21）は入力
変換器で、電力系統の電圧及び電流を処理容易な値に変
換するものであり、（22），（23）はフィルタで、周知
の如く、電圧及び電流に含まれる高調波のうち、サンプ
リング周波数の1/2以上の周波数を除去するものであ
る。（24），（25）はサンプルホールドで、サンプリン
グ値を次のサンプリング周期まで保持するものである。
（26）はマルチプレクサでサンプルホールド（24），
（25）の出力を順次切り替えて、アナログ・デジタル変
換器（27）に伝達するものである。（28）はマイクロプ
ロセッサで、メモリー（29）にあらかじめ収納されてい
るプログラムを利用して演算を実施し、その結果を、出
力回路（30）に出力させるものである。（31）は電気量
検出器である。

なお、上記実施例では、交流電流の振幅値を求めるとし
て説明したが、交流電流は電力系統の相電流，線間電流
又は前記相電流，線間電流から得られる対称分、すなわ
ち正相電流，逆相電流、又は零相電流であっても同様で
あり、さらに同様に交流電圧であっても、全く同様に適
用して同様の効果を奏するものであり、これらを含め
て、上記（５）式を一般式として表わせば、振幅値ＹはＹ＝［1/8・〔ｙ（０）^２＋４・｛ｙ（Ｔ）^２＋ｙ（3
T）^２｝＋６・ｙ（2T）^２＋ｙ（4T）^２〕］^1/2 となる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、連続してサンプリン
グ値を５個使用し、各サンプリング値を２乗するととも
に、第２番目と第４番目の２乗値を４倍し、第３番目の
２乗値を６倍して、その総和を得るように構成し、交流
電気量の周波数が±５％程度変化しても、精度良くその
振幅値を演算でき、かつ、演算結果を高速度に得られる
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よる振幅値演算手段を示
す原理を示すブロック図、第２図はこの発明の演算手段
により得られる振幅値演算結果の周波数特性を示す図、
第３図はこの発明の演算手段を実現する電気量検出器の
ハードウエア構成を示すブロック図、第４図は従来の振
幅値演算手段を説明するブロック図である。図において、（１）〜（５）は交流電流のサンプリング
値、（６）〜（10）は２乗演算手段、（11），（13）は
４倍演算手段、（12）は６倍演算手段、（14）は加算手
段、（15），（33）は除算演算手段、（16）は平方根演
算手段、（17）は端子である。なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電力系統の交流電気量を前記交流電気量の
定格周波数における周期の1/4毎の周期Ｔでサンプリン
グするサンプリング手段と、前記サンプリングされたアナログ値をデジタル値に変換
するアナログ／デジタル変換手段と、デジタル変換され
たサンプリング値に基づき演算処理して電力系統の交流
電気量の振幅値を検出する演算処理手段とを有する電気
量検出器において、当該サンプリングの時刻より所定サ
ンプリング周期数ｎだけ離れた時刻nT（ｎ＝0,1,2,3,4
としｎ＝０は当該サンプリング時刻）における前記サン
プリング手段による前記交流電気量のサンプリング値ｙ
（０）,y（Ｔ）,y（2T）,y（3T）,y（4T）から、前記演
算処理手段が下式Ｙ＝［1/8・〔ｙ（０）^２＋４・｛ｙ（Ｔ）^２＋ｙ（3
T）^２｝＋６・ｙ（2T）^２＋ｙ（4T）^２〕］^1/2 に基づいて演算処理し振幅値を検出することを特徴とす
る電気量検出器。