JPH077026B2 - 周波数検出装置 - Google Patents
周波数検出装置Info
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- JPH077026B2 JPH077026B2 JP699489A JP699489A JPH077026B2 JP H077026 B2 JPH077026 B2 JP H077026B2 JP 699489 A JP699489 A JP 699489A JP 699489 A JP699489 A JP 699489A JP H077026 B2 JPH077026 B2 JP H077026B2
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Description
この発明は電力系統の交流電気量を一定周期でサンプリ
ングし、ディジタル変換後の前記サンプリング値列に基
づいて電気量演算処理を実行し、前記交流電気量の周波
数を検出する周波数検出装置に関するものである。
ングし、ディジタル変換後の前記サンプリング値列に基
づいて電気量演算処理を実行し、前記交流電気量の周波
数を検出する周波数検出装置に関するものである。
第４図は例えば特開昭57−133362号公報に示された従来
の周波数検出装置のブロック接続図である。図におい
て、１は一定周期Ｔにてサンプリングされた第１から第
４までの４個のサンプリング値、２は第１のサンプリン
グ値から第４のサンプリング値を減算する第１の減算
器、３は第２のサンプリング値から第３のサンプリング
値を減算する第２の減算器、４は第１の減算器２の出力
を第２の減算器３の出力で除算する除算器、14は上記各
演算機器より構成される演算処理手段、15は前記演算処
理手段14の最終的な出力の逆三角関数に基づいて、周波
数の絶対値を出力する逆三角関数演算手段である。 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圧とし、最大値をV,
瞬時値をv,周波数をf,サンプリング周期をＴとする。 また、所定時刻ｔから周期Ｔずつ離れた時の各サンプリ
ング時刻ｔ−nT（ｎ＝0,1,2,…）とした時の各電圧のサ
ンプリング値をｖ（nT）（ｎ＝0,1,2,…）と表現する。 ここで演算処理手段14の入力となる４個のサンプリング
値１を時刻t,t−T,t−3T,t−4Tにおいて、ｖ（０）,v
（Ｔ）,v（3T）,v（4T）とすると、第１の減算器２の出
力は｛ｖ（０）−ｖ（4T）｝、第２の演算器３の出力
は、｛ｖ（Ｔ）−ｖ（3T）｝となり、除算器４により、
演算処理手段14の出力Ｙは となり、各サンプリング時刻毎に前記電気量Ｙを求め、
これの逆三角関数を解く逆三角関数演算手段15により、
周波数ｆを求めることが出来る。
の周波数検出装置のブロック接続図である。図におい
て、１は一定周期Ｔにてサンプリングされた第１から第
４までの４個のサンプリング値、２は第１のサンプリン
グ値から第４のサンプリング値を減算する第１の減算
器、３は第２のサンプリング値から第３のサンプリング
値を減算する第２の減算器、４は第１の減算器２の出力
を第２の減算器３の出力で除算する除算器、14は上記各
演算機器より構成される演算処理手段、15は前記演算処
理手段14の最終的な出力の逆三角関数に基づいて、周波
数の絶対値を出力する逆三角関数演算手段である。 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圧とし、最大値をV,
瞬時値をv,周波数をf,サンプリング周期をＴとする。 また、所定時刻ｔから周期Ｔずつ離れた時の各サンプリ
ング時刻ｔ−nT（ｎ＝0,1,2,…）とした時の各電圧のサ
ンプリング値をｖ（nT）（ｎ＝0,1,2,…）と表現する。 ここで演算処理手段14の入力となる４個のサンプリング
値１を時刻t,t−T,t−3T,t−4Tにおいて、ｖ（０）,v
（Ｔ）,v（3T）,v（4T）とすると、第１の減算器２の出
力は｛ｖ（０）−ｖ（4T）｝、第２の演算器３の出力
は、｛ｖ（Ｔ）−ｖ（3T）｝となり、除算器４により、
演算処理手段14の出力Ｙは となり、各サンプリング時刻毎に前記電気量Ｙを求め、
これの逆三角関数を解く逆三角関数演算手段15により、
周波数ｆを求めることが出来る。
従来の周波数検出装置は以上のように構成されているの
で、前記演算処理手段では、前記電圧の周波数とそのサ
ンプリング時刻とサンプリング周期の３者の関係によっ
て、第２の減算器の出力、つまり出力Ｙの分母｛ｖ
（Ｔ）−ｖ（3T）｝が０となることがあり、その結果、
出力Ｙの大きさが無限大となる不具合が発生する。 従って、従来の周波数検出装置の演算処理手段では、解
不能としてそのサンプリング時刻での判定を無視し、そ
のサンプリング時刻より１サンプリング時刻前の判定を
利用する等の方法で処理していた。 ここで、前記演算処理手段の出力Ｙの分母項をＤとすれ
ば、 Ｄ＝ｖ（Ｔ）−ｖ（3T） ｖ（nT）＝Ｖ・sin（θ−nT），（ｎ＝0,1,2,…）であ
るから ＝Ｖ・sin（θ−Ｔ）−Ｖ・sin（θ−3T） ＝2V・sin（Ｔ）・cos（θ−2T） ……（２） となり、これは、2V・sin（Ｔ）を振幅値とする余弦の
周期関数であり、前記電圧の周波数と電圧のサンプリン
グ時刻とサンプリング周期の３者の関係から、Ｄ＝０と
なり得る。 このため、分母項が０となる場合は、周波数を判定する
時間が遅れ、極端な場合は、前記電圧の周波数と電圧の
サンプリング時刻とサンプリング周期の３者の関係か
ら、毎サンプリング時刻での演算処理で分母項が０とな
る最悪の場合には、検出に大幅な遅れが生じる可能性が
あり、電力系統の交流電気量の周波数検出に悪影響を及
ぼす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、電気量の演算処理手段において、出力Ｙの分
母項が０とならない演算式を使用するようにして、判定
の時間遅れを無くした高信頼度の周波数検出装置を得る
ことを目的とする。
で、前記演算処理手段では、前記電圧の周波数とそのサ
ンプリング時刻とサンプリング周期の３者の関係によっ
て、第２の減算器の出力、つまり出力Ｙの分母｛ｖ
（Ｔ）−ｖ（3T）｝が０となることがあり、その結果、
出力Ｙの大きさが無限大となる不具合が発生する。 従って、従来の周波数検出装置の演算処理手段では、解
不能としてそのサンプリング時刻での判定を無視し、そ
のサンプリング時刻より１サンプリング時刻前の判定を
利用する等の方法で処理していた。 ここで、前記演算処理手段の出力Ｙの分母項をＤとすれ
ば、 Ｄ＝ｖ（Ｔ）−ｖ（3T） ｖ（nT）＝Ｖ・sin（θ−nT），（ｎ＝0,1,2,…）であ
るから ＝Ｖ・sin（θ−Ｔ）−Ｖ・sin（θ−3T） ＝2V・sin（Ｔ）・cos（θ−2T） ……（２） となり、これは、2V・sin（Ｔ）を振幅値とする余弦の
周期関数であり、前記電圧の周波数と電圧のサンプリン
グ時刻とサンプリング周期の３者の関係から、Ｄ＝０と
なり得る。 このため、分母項が０となる場合は、周波数を判定する
時間が遅れ、極端な場合は、前記電圧の周波数と電圧の
サンプリング時刻とサンプリング周期の３者の関係か
ら、毎サンプリング時刻での演算処理で分母項が０とな
る最悪の場合には、検出に大幅な遅れが生じる可能性が
あり、電力系統の交流電気量の周波数検出に悪影響を及
ぼす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、電気量の演算処理手段において、出力Ｙの分
母項が０とならない演算式を使用するようにして、判定
の時間遅れを無くした高信頼度の周波数検出装置を得る
ことを目的とする。
この発明に係る周波数検出装置は、演算処理手段におい
て、第１から第５までの５個のサンプリング値を入力と
し、第３のサンプリング値を２乗器で２乗し、第１及び
第５のサンプリング値を第１の乗算器で乗算した出力で
減算する第１の減算器の出力を、上記２乗器の出力から
第２及び第４のサンプリング値を乗算する第２の乗算器
の出力を減算する第２の減算器の出力で除算し、さらに
逆三角関数演算手段により交流電気量の周波数を検出す
るようにしたものである。
て、第１から第５までの５個のサンプリング値を入力と
し、第３のサンプリング値を２乗器で２乗し、第１及び
第５のサンプリング値を第１の乗算器で乗算した出力で
減算する第１の減算器の出力を、上記２乗器の出力から
第２及び第４のサンプリング値を乗算する第２の乗算器
の出力を減算する第２の減算器の出力で除算し、さらに
逆三角関数演算手段により交流電気量の周波数を検出す
るようにしたものである。
この発明における周波数検出装置の演算処理手段は、交
流電気量の５個のサンプリング値を使用して、高速度の
演算出力を得るとともに、前記演算処理手段の出力の分
母項が０にならないようにして、演算出力に不能解が出
ないで、信頼度を高める。
流電気量の５個のサンプリング値を使用して、高速度の
演算出力を得るとともに、前記演算処理手段の出力の分
母項が０にならないようにして、演算出力に不能解が出
ないで、信頼度を高める。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の周波数検出装置の演算処理手段及び逆三
角関数演算手段を示したブロック接続図であり、図にお
いて、５は当該時刻ｔの交流電圧のサンプリング値をｖ
（０），前記当該時刻より周期T,2T,3T,4T前のサンプリ
ング値をそれぞれｖ（Ｔ）,v（2T）,v（3T）,v（4T）と
する第１から第５までの５個のサンプリング値、６は第
１及び第５のサンプリング値を乗算する第１の乗算器、
７は第３のサンプリング値を２乗する２乗器、８は第２
及び第４のサンプリング値を乗算器する第２の乗算器、
９は前記２乗器７の出力を第１の乗算器６の出力で減算
する第１の減算器、10は前記２乗器７の出力を第２の乗
算器８の出力で減算する第２の減算器、11は第１の減算
器９の出力を第２の減算器10の出力で除算する除算器、
12は前記除算器11の出力の逆三角関数から周波数を検出
する逆三角関数演算手段、13は５個のサンプリング値５
を入力とする演算処理手段である。 次に動作について説明する。 第３のサンプリング値を２乗する２乗器７の出力ｖ（2
T）2を、第１及び第５のサンプリング値を乗算する第１
の乗算器６の出力で減算する第１の減算器９の出力は
｛ｖ（2T）2−Ｖ（０）・Ｖ（4T）｝で、前記２乗器７
の出力を第１及び第４のサンプリング値を乗算する第２
の乗算器８の出力で減算する第２の減算器10の出力は
｛ｖ（2T）2−Ｖ（Ｔ）・Ｖ（3T）｝である。さらに演
算処理手段13の出力Ｙは第１の減算器９の出力を第２の
減算器10の出力で除算する除算器11の出力であり、下式
のようになる。 ｖ（nT）＝Ｖ・sin（θ−nT）（ｎ＝0,1,2,…）で、三
角関数の公式により展開すると、 この演算処理手段13の出力Ｙ（第４式）から逆三角関数
演算手段12により周波数ｆを求めることができる。 第４式は電圧ｖの大きさＶには全く関係なく、サンプリ
ング周期Ｔの関数である。 ここで、サンプリング周期Ｔは角度の単位で表現されて
おり、一般に電圧ｖの基本周波数f0に対して、1/（12
f0）に選ばれることが多く（電力系統の分野では、30度
サンプリングと呼ぶ。30度＝π/6ラジアン。）、従っ
て、Ｔ＝（２・π・ｆ）／（12・f0）ラジアンであり、
求める周波数ｆは逆三角関数演算手段により、第５式の
様にして求められる。 次に、第４式の分母項については、これをＤとして、 ただし、ｍ＝f/f0 となり、この第６式は、＜ｍ＜６の範囲で０にならな
い。 サンプリング周期Ｔを、30度（π/6ラジアン）サンプリ
ング、60度（π/3ラジアン）サンプリング、90度（π/2
ラジアン）サンプリングに変化させた時の、第４式の分
母項Ｄの値を、０＜ｍ＜２（周波数ｆが基本周波数f0の
２倍）の範囲で示すと、第２図となる。 第３図は、この発明の周波数検出装置20のハードウェア
構成図例であり、図に於て、21は電力系統、22は電流変
成器、23は電圧変成器、24は電力系統の電流及び電圧を
処理容易な値に変換する入力変換器、25は前記電流及び
電圧に含まれる高調波の内、サンプリング周波数の1/2
以上の周波数成分を除去するフィルタ、26はサンプリン
グ値を次のサンプリング周期まで保持するサンプルホー
ルド、27はサンプルホールド26の出力を順次切り替えて
アナログ／ディジタル変換器28に伝達するマルチプレク
サ、29はメモリ30にあらかじめ収納されているプログラ
ムを利用して演算処理手段と逆三角関数演算手段を実施
し、その出力を出力回路31から、端子32に出力させるマ
イクロプロセッサであり、前記符号24〜32を付した各部
によって、前記周波数検出装置20を構成している。 なお、前記実施例では、周波数ｆを求める手段として、
演算処理手段の電気量出力から、逆三角関数演算手段に
よる第５式を用いた逆三角関数（cos-1）の計算で求め
るとしたが、一般に使用されている電気量の演算処理手
段の出力をアドレスとして、逆三角関数のテーブルを参
照する方法であってもよい。 また、前記実施例では、電圧をサンプリングし、そのサ
ンプリング値を入力するとする演算処理手段により電気
量を出力し、逆三角関数演算手段により周波数を求める
としたが、サンプリングする交流電気量は電流であって
も同様の効果を奏する。
図はこの発明の周波数検出装置の演算処理手段及び逆三
角関数演算手段を示したブロック接続図であり、図にお
いて、５は当該時刻ｔの交流電圧のサンプリング値をｖ
（０），前記当該時刻より周期T,2T,3T,4T前のサンプリ
ング値をそれぞれｖ（Ｔ）,v（2T）,v（3T）,v（4T）と
する第１から第５までの５個のサンプリング値、６は第
１及び第５のサンプリング値を乗算する第１の乗算器、
７は第３のサンプリング値を２乗する２乗器、８は第２
及び第４のサンプリング値を乗算器する第２の乗算器、
９は前記２乗器７の出力を第１の乗算器６の出力で減算
する第１の減算器、10は前記２乗器７の出力を第２の乗
算器８の出力で減算する第２の減算器、11は第１の減算
器９の出力を第２の減算器10の出力で除算する除算器、
12は前記除算器11の出力の逆三角関数から周波数を検出
する逆三角関数演算手段、13は５個のサンプリング値５
を入力とする演算処理手段である。 次に動作について説明する。 第３のサンプリング値を２乗する２乗器７の出力ｖ（2
T）2を、第１及び第５のサンプリング値を乗算する第１
の乗算器６の出力で減算する第１の減算器９の出力は
｛ｖ（2T）2−Ｖ（０）・Ｖ（4T）｝で、前記２乗器７
の出力を第１及び第４のサンプリング値を乗算する第２
の乗算器８の出力で減算する第２の減算器10の出力は
｛ｖ（2T）2−Ｖ（Ｔ）・Ｖ（3T）｝である。さらに演
算処理手段13の出力Ｙは第１の減算器９の出力を第２の
減算器10の出力で除算する除算器11の出力であり、下式
のようになる。 ｖ（nT）＝Ｖ・sin（θ−nT）（ｎ＝0,1,2,…）で、三
角関数の公式により展開すると、 この演算処理手段13の出力Ｙ（第４式）から逆三角関数
演算手段12により周波数ｆを求めることができる。 第４式は電圧ｖの大きさＶには全く関係なく、サンプリ
ング周期Ｔの関数である。 ここで、サンプリング周期Ｔは角度の単位で表現されて
おり、一般に電圧ｖの基本周波数f0に対して、1/（12
f0）に選ばれることが多く（電力系統の分野では、30度
サンプリングと呼ぶ。30度＝π/6ラジアン。）、従っ
て、Ｔ＝（２・π・ｆ）／（12・f0）ラジアンであり、
求める周波数ｆは逆三角関数演算手段により、第５式の
様にして求められる。 次に、第４式の分母項については、これをＤとして、 ただし、ｍ＝f/f0 となり、この第６式は、＜ｍ＜６の範囲で０にならな
い。 サンプリング周期Ｔを、30度（π/6ラジアン）サンプリ
ング、60度（π/3ラジアン）サンプリング、90度（π/2
ラジアン）サンプリングに変化させた時の、第４式の分
母項Ｄの値を、０＜ｍ＜２（周波数ｆが基本周波数f0の
２倍）の範囲で示すと、第２図となる。 第３図は、この発明の周波数検出装置20のハードウェア
構成図例であり、図に於て、21は電力系統、22は電流変
成器、23は電圧変成器、24は電力系統の電流及び電圧を
処理容易な値に変換する入力変換器、25は前記電流及び
電圧に含まれる高調波の内、サンプリング周波数の1/2
以上の周波数成分を除去するフィルタ、26はサンプリン
グ値を次のサンプリング周期まで保持するサンプルホー
ルド、27はサンプルホールド26の出力を順次切り替えて
アナログ／ディジタル変換器28に伝達するマルチプレク
サ、29はメモリ30にあらかじめ収納されているプログラ
ムを利用して演算処理手段と逆三角関数演算手段を実施
し、その出力を出力回路31から、端子32に出力させるマ
イクロプロセッサであり、前記符号24〜32を付した各部
によって、前記周波数検出装置20を構成している。 なお、前記実施例では、周波数ｆを求める手段として、
演算処理手段の電気量出力から、逆三角関数演算手段に
よる第５式を用いた逆三角関数（cos-1）の計算で求め
るとしたが、一般に使用されている電気量の演算処理手
段の出力をアドレスとして、逆三角関数のテーブルを参
照する方法であってもよい。 また、前記実施例では、電圧をサンプリングし、そのサ
ンプリング値を入力するとする演算処理手段により電気
量を出力し、逆三角関数演算手段により周波数を求める
としたが、サンプリングする交流電気量は電流であって
も同様の効果を奏する。
以上のように、この発明によれば、交流電気量の振幅値
の演算処理のため、５個のサンプリング値を入力として
現実しているので、周波数が広範囲に変化しても演算処
理手段の出力Ｙの分母が０にならないため、高速度に演
算出力が得られるとともに、演算出力の信頼度を高める
という効果がある。
の演算処理のため、５個のサンプリング値を入力として
現実しているので、周波数が広範囲に変化しても演算処
理手段の出力Ｙの分母が０にならないため、高速度に演
算出力が得られるとともに、演算出力の信頼度を高める
という効果がある。
第１図はこの発明の周波数検出装置の演算処理手段を示
すブロック図、第２図はこの発明による演算処理手段の
出力Ｙの分母項の存在範囲を示す図、第３図はこの発明
の演算処理手段を実現する周波数検出装置のハードウェ
ア構成を示すブロック図、第４は従来の周波数検出装置
の演算処理手段を示すブロック図である。 図において、５は５個のサンプリング値、６は第１の乗
算器、７は２乗器、８は第２の乗算器、９は第１の減算
器、10は第２の減算器、11は除算器、12は逆三角関数演
算手段、13は演算処理手段である。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。
すブロック図、第２図はこの発明による演算処理手段の
出力Ｙの分母項の存在範囲を示す図、第３図はこの発明
の演算処理手段を実現する周波数検出装置のハードウェ
ア構成を示すブロック図、第４は従来の周波数検出装置
の演算処理手段を示すブロック図である。 図において、５は５個のサンプリング値、６は第１の乗
算器、７は２乗器、８は第２の乗算器、９は第１の減算
器、10は第２の減算器、11は除算器、12は逆三角関数演
算手段、13は演算処理手段である。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】電力系統の交流電気量を、一定の周期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ィジタル値に変換するアナログ
／ディジタル変換手段と、ディ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、前記交流電気量の周波
数を検出する演算処理手段とを有する周波数検出装置に
おいて、前記サンプリング手段にサンプリングされた第
１から第５までの５個のサンプリング値を入力とし、第
１及び第５のサンプリング値を乗算する第１の乗算器
と、第３のサンプリング値を２乗する２乗器と、第２及
び第４のサンプリング値を乗算する第２の乗算器と、前
記２乗器の出力から第１の乗算器の出力を減算する第１
の減算器と、前記２乗器の出力から第２乗算器の出力を
減算する第２の減算器と、第１の減算器の出力を第２の
減算器の出力で除算する除算器から構成される演算処理
手段と、前記演算処理手段の出力の逆三角関数に基づい
て、前記交流電気量の周波数の絶対値を検出する逆三角
関数演算手段とを備えたことを特徴とする周波数検出装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP699489A JPH077026B2 (ja) | 1989-01-13 | 1989-01-13 | 周波数検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP699489A JPH077026B2 (ja) | 1989-01-13 | 1989-01-13 | 周波数検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02187669A JPH02187669A (ja) | 1990-07-23 |
| JPH077026B2 true JPH077026B2 (ja) | 1995-01-30 |
Family
ID=11653686
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP699489A Expired - Fee Related JPH077026B2 (ja) | 1989-01-13 | 1989-01-13 | 周波数検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH077026B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011106876A (ja) * | 2009-11-13 | 2011-06-02 | Mitsubishi Electric Corp | 周波数測定装置および周波数測定方法 |
-
1989
- 1989-01-13 JP JP699489A patent/JPH077026B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02187669A (ja) | 1990-07-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |