JPH09304452A - 高調波監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機器への高調波電流の流入による異音、振
動、過熱、焼損等の障害や、機器への高調波電圧の印加
による誤動作や誤制御等の障害が生じる危険性のある高
調波の発生有無を確実に監視する。 【解決手段】 電力系統の電圧信号または電流信号を一
定時間間隔で繰り返し高調波分析し、所定次数の含有率
についての度数分布を求め、累積確率度数が指定した値
となる含有率を測定結果として求め、これと判定レベル
とを比較することによって監視を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電力系統や電気
負荷の電圧信号または電流信号の高調波成分を監視する
高調波監視装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より受変電設備や電気負荷に対する
高調波による障害を未然に防止するために、電力系統に
重畳されている高調波成分または電力系統に存在する電
気機器の発生する高調波成分を分析して監視する高調波
監視装置が用いられている。

【０００３】高調波による障害の要因は次の３つに大別
できる。

【０００４】 機器への高調波電流の流入による異
音、振動、過熱、焼損等 機器への高調波電圧の印加による絶縁破壊等の損傷 機器への高調波電圧の印加によるゼロクロスポイン
トのふらつき等による誤制御・誤動作等 このうち、は高調波電圧電流レベルとその発生時間と
の積に関係し、，は主に高調波電圧のレベルおよび
波形に関係する。

【０００５】上記障害を未然に防止するため、従来の高
調波監視装置は、高調波のレベルを常時監視し、一定の
判定レベルを超過したときに警報を発するようにしてい
る。

【０００６】その判定方式は次の通りである。

【０００７】ｎ次の高調波電圧含有率をＶｎ、ｎ次の高
調波電流含有値をＩｎ、総合電圧歪率をＶ_THD 、総合電
流歪をＩ_THD とし、ｎ次の高調波電圧含有率，高調波電
流含有値の判定レベルをそれぞれＶｈｎ，Ｉｈｎとすれ
ば、Ｖｎ≧Ｖｈｎ，Ｖ_THD ≧Ｖｈ_THD ，Ｉｎ≧Ｉｈｎ，
Ｉ_THD ≧Ｉｈ_THD のいずれかまたは全てが満足する状態
が設定時間継続した場合に警報信号を出力する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の高調波監視装置においては、高調波レベルとその
継続時間を基に単純に判定を行うものであるため、次の
ような問題が生じる場合があった。

【０００９】 判定レベルを大きく超過する高調波の
発生状態と、判定レベルを僅かに超過する高調波の発生
状態との区別がつかない。

【００１０】 判定レベルを超える高調波が継続する
場合であっても、その継続時間中に短時間でも高調波レ
ベルが判定レベルを下回って継続時間が設定時間に満た
なくなると警報が出力されない。

【００１１】 高調波のレベルは、一般に、高調波を
発生する発生源の運転状態、負荷の大小、電力系統の構
成によって大きく変化し、そのため特定の負荷が短時間
運転している時にのみ高調波レベルが極端に高くなる場
合も生じるが、従来の高調波監視装置では判定レベルを
超える高調波が設定時間継続しない限り警報が出力され
ない。このような短時間の高調波レベルの増大を検知し
て警報を出力するために、上記設定時間を短く設定する
ことも考えられるが、その場合、上記の障害には結びつ
かない例えばモータやトランスなどの負荷に対する電源
投入時に生じる過渡的に増大する高調波レベルをも検出
して直ちに警報が出力されることになり、前述した高調
波による障害を防止する目的には適さなくなる。

【００１２】この発明の目的は、機器への高調波電流の
流入による異音、振動、過熱、焼損等の障害が生じる危
険性のある高調波の発生有無を確実に監視し得る高調波
監視装置を提供することにある。

【００１３】この発明の他の目的は、過渡的に生じる高
調波による誤警報を発することなく、機器への高調波電
圧の印加による誤動作や誤制御等の障害が生じる危険性
のある高調波の発生有無を確実に監視し得る高調波監視
装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明の高調波監視装
置は、例えばモータやトランス等の負荷に対する電源供
給開始時に流れる突入電流等により生じるごく過渡的な
高調波による影響を受けずに、且つ比較的短時間でも特
定負荷の運転等による過大な高調波レベルが生じたこと
を確実に検知して警報信号を出力できるようにするた
め、請求項１に記載のとおり、電力系統の電圧信号また
は電流信号を被測定信号として入力し、該被測定信号の
所定次数の高調波成分の含有値または含有率を、所定の
判定時間に一定時間間隔で繰り返し求めて、含有値また
は含有率の度数を累積するとともに、予め定めた累積度
数の含有値または含有率が予め定めた判定レベルを超え
るときに警報を発する。

【００１５】このようにしたため、全度数より少し下回
った累積度数（全度数を１００％とする累積確率度数で
表せば、例えば９７％）となる含有値または含有率を上
記一定時間における最高値として見なすことになり、こ
の値が判定レベルを超えるとき警報を発することにな
る。

【００１６】ここで、ｍ回の測定を行って求めた第ｎ次
の高調波についての度数分布データをヒストグラムで表
せば、例えば図３に示すようになる。この例では、第ｎ
次高調波の含有率は０〜９．０％に分布していて、含有
率の最高値は約９％（８．５〜９．０％に含まれる値）
である。本願発明は、このｍ回の測定における最高値９
％と判定レベルとを比較するのではなく、図３の例では
累積確率度数が９７％となる含有率７．５％をｍ回の測
定における最高値と見なし、この値と判定レベルとの比
較を行う。すなわち、含有率が７．５％を超えるもの
（度数では全体の３％）を結果的に無視する。上述した
ようにモータやトランスなどの負荷に対する電源供給開
始時に発生する高調波成分はその含有率が相対的に高い
が、その発生時間は相対的に短く、ｍ回の測定のうちに
占める割合は少ない。図３の例では、含有率が７．５％
を超える範囲（累積確率度数で９８％〜１００％の３
％）に入る。したがって、このような過渡的な高調波成
分で警報を発することなく、実質的に機器の誤制御や誤
動作に与える危険性を示す量を基に監視が行える。

【００１７】また、この発明の高調波監視装置は、機器
への高調波電流の流入による実質的な過熱や焼損のおそ
れがあっても、従来の高調波監視装置における判定レベ
ルを設定時間継続せずに、その判定レベルを超えたり下
がったりして、いつまでも警報が出力されないといった
問題を解消するため、請求項２に記載のとおり、電力系
統の電圧信号または電流信号を被測定信号として入力
し、高調波分析によって被測定信号の所定次数の高調波
成分の含有値または含有率を求め、所定の判定時間に一
定時間間隔で繰り返し求められた含有値または含有率の
平均値を求め、その平均値が予め定めた判定レベルを超
えるときに警報を発する。

【００１８】このように所定の判定時間に一定時間間隔
で繰り返し求めた高調波成分の含有値または含有率の平
均値を求めて、これが予め定めた判定レベルを超えた時
に警報を発するようにしたため、高調波レベルの変動パ
ターンに関わらず、実質的に機器への高調波電流の流入
による過熱や焼損のおそれがある時に確実に警報を発す
ることができるようになる。

【００１９】また、この発明の高調波監視装置は、請求
項３に記載のとおり、上記累積度数によるものと上記平
均化によるものとを組み合わせて、累積度数による測定
結果および平均値が予め定めた判定レベルを超える時に
警報信号を外部へ出力する。この構成によって、比較的
高い高調波レベルまで、その度数分布が広がっていて、
且つ高調波レベルの平均値の高い場合にのみ警報を発す
るようになる。

【００２０】さらに、発明の高調波監視装置は、請求項
４に記載のとおり、前記判定時間と判定レベルを複数組
設定できるようにする。これによって例えば比較的短時
間であればレベルの高い高調波を検出しても警報を発し
ないようにし、且つ高調波レベルが比較的低くともそれ
が長時間継続する場合には警報を発する、といった設定
も容易になる。

【００２１】

【発明の実施の形態】この発明の第１の実施形態である
高調波監視装置の構成を図１〜図３を基に説明する。

【００２２】図１は高調波監視装置の構成を示すブロッ
ク図である。図１においてＣＰＵ９はＲＯＭ１０に予め
書き込まれたプログラムを実行して、後述する各種処理
によって高調波監視を行う。ＲＡＭ１１はそのプログラ
ムの実行に際して、高調波成分分析のための演算用ワー
キングエリアなどとして用いる。入力回路１は電力系統
の被測定点の電圧信号または電流信号を被測定信号とし
て入力し、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２はサンプリン
グによる折り返し誤差による影響を受けぬように、入力
信号の所定周波数帯域以上を除去する。サンプルホール
ド回路３はローパスフィルタ２の出力信号をサンプリン
グパルスに応じてサンプリングし、ホールドする。Ａ／
Ｄコンバータ４はその電圧信号をディジタルデータに変
換する。Ｉ／Ｏポート５はサンプルホールド回路３およ
びＡ／Ｄコンバータ４に対しタイミング信号を出力する
とともにＡ／Ｄ変換された結果のデータを入力する。Ｃ
ＰＵ９はＩ／Ｏポート５を介して被測定信号のディジタ
ルデータを読み取る。時計回路（ＲＴＣ）６は現在の日
付および時刻を計時し、ＣＰＵ９はこのＲＴＣ６から現
在の日時を読み取る。メモリカード７は毎回の測定によ
り求めた各次高調波成分のデータを逐次記憶する。ＣＰ
Ｕ９はインタフェース８を介してその書込／読出制御を
行う。このメモリカード７は図１に示した高調波監視装
置を単に高調波測定器として用い、その判定による警報
信号の出力を別の装置で行う場合にデータの媒体として
用いる。キー入力部１３は監視対象次数、測定間隔、デ
ータ数、指定累積確率度数および判定レベルなどの各種
条件を設定する入力装置として用いる。ＣＰＵ９はイン
タフェース１２を介してキー操作内容を読み取る。表示
部１５はキー入力部１３からの入力データの表示などを
行う。ＣＰＵ９はインタフェース１４を介してその表示
の制御を行う。ＣＯ１６は接点信号出力回路であり、Ｃ
ＰＵ９は高調波測定の結果、警報信号を出力すべき時
に、この接点信号出力回路により警報接点信号を出力す
る。

【００２３】図２はＣＰＵの処理手順を示すフローチャ
ートである。まず監視対象次数ｎ、測定間隔ｔ、データ
数ｍ、指定累積確率度数ｘおよび判定レベルＶｈｎ
（ｘ），Ｖｈ_THD （ｘ）などの各種パラメータを設定す
る。測定間隔ｔに応じた測定タイミングとなれば、被測
定信号（ここでは電圧信号）をサンプリングし、そのデ
ィジタルデータを読み取る。例えば基本波周波数の１周
期分に相当する期間について一定点数のサンプリングを
行う。続いてこの一定点数のサンプリングデータを基に
ＦＦＴにより各次高調波の含有値を算出し、さらに基本
波周波数の含有値に対する比率を各次高調波の含有率と
して算出する。その後、各次数高調波含有率の度数を加
算する。例えば０．５％ステップで含有率の度数をカウ
ントすることとし、今回算出した第ｎ次の高調波の含有
率が５．３５であれば、第ｎ次の高調波についての含有
率が５．０〜５．５の度数を＋１する。以上の処理をｍ
回繰り返して累積度数ｍの度数分布データを得る。第ｎ
次の高調波についての度数分布データをヒストグラムで
表せば、図３に示したようになる。このｍ回の測定を行
った後は、各次数の累積確率度数データを作成するとと
もに、指定累積確率度数ｘ％に対応する含有率Ｖｎ
（ｘ）を抽出する。図３に示した例では、指定累積確率
度数９７％に対応する含有率Ｖｎ（９７％）は７．５％
である。この指定累積確率度数に対応する含有率は監視
対象次数だけでなく、測定により求めた全ての次数につ
いても同様に求め、それらの含有率を加算して指定累積
確率度数における総合電圧歪率Ｖ_THD （ｘ）を抽出す
る。そして、Ｖｎ（ｘ）またはＶ_THD （ｘ）が予め定め
た判定レベルＶｈｎ（ｘ）またはＶｈ_THD （ｘ）以上で
あるとき警報信号を出力する。この条件を満たさない場
合には警報信号を出力しない。以上の処理を繰り返すこ
とによって高調波監視を行う。

【００２４】次に、この発明の第２の実施形態である高
調波監視装置におけるＣＰＵの処理手順をフローチャー
トとして図４に示す。まず監視対象次数ｎ、測定間隔
ｔ、データ数ｍおよび判定レベルＩｈ等の各種パラメー
タを設定する。測定間隔ｔに応じた測定タイミングとな
れば、被測定信号（ここでは電流信号）を例えば基本波
周波数の１周期分に相当する期間について一定点数のサ
ンプリングを行い、そのデータを読み取る。続いてこの
一定点数のサンプリングデータを基にＦＦＴにより各次
高調波の含有値を算出する。その後、全ての次数につい
ての含有値を２乗加算した値の平方根を総合電流歪Ｉ
_THD として求め、第ｎ次高調波電流の含有値Ｉｎと、総
合電流歪Ｉ_THD とをそれぞれ算術加算する。以上の処理
をｍ回繰り返した後、ΣＩｎをｍで除することによって
第ｎ次の高調波電流の平均値Ｉｎ′を求め、またΣＩ
_THD をｍで除することによって総合電流歪の平均値Ｉ
_THD ′を算出する。そして、Ｉｎ′またはＩ_THD ′が予
め定めた判定レベルＩｈｎまたはＩｈ_THD 以上であると
き警報信号を出力する。この条件を満たさない場合には
警報信号を出力しない。以上の処理を繰り返すことによ
って高調波監視を行う。

【００２５】次に、この発明の第３の実施形態である高
調波監視装置におけるＣＰＵの処理手順をフローチャー
トとして図５に示す。まず監視対象次数ｎ、測定間隔
ｔ、データ数ｍ、指定累積確率度数ｘおよび判定レベル
Ｖｈｎ（ｘ），Ｖｈｎなどの各種パラメータを設定す
る。測定間隔ｔに応じた測定タイミングとなれば、被測
定信号（ここでは電圧信号）を一定点数サンプリング
し、そのディジタルデータを読み取る。続いてこの一定
点数のサンプリングデータを基にＦＦＴにより各次高調
波の含有値を算出し、さらに基本波周波数の含有値に対
する比率を各次高調波の含有率として算出する。その
後、各次数の高調波含有率についてその度数を加算し、
また、第ｎ次高調波電圧の含有率Ｖｎを算術加算する。
以上の処理をｍ回繰り返した後は、第ｎ次の累積確率度
数データを作成するとともに、指定累積確率度数ｘ％に
対応する含有率Ｖｎ（ｘ）を抽出する。また、ΣＶｎを
ｍで除することによって第ｎ次の高調波電圧の平均値Ｖ
ｎ′を求める。そして、Ｖｎ（ｘ）が判定レベルＶｈｎ
（ｘ）以上で且つＶｎ′が判定レベルＶｈｎ以上である
とき警報信号を出力する。この条件を満たさない場合に
は警報信号を出力しない。以上の処理を繰り返すことに
よって高調波監視を行う。

【００２６】次に、この発明の第４の実施形態である高
調波監視装置におけるＣＰＵの処理手順をフローチャー
トとして図６に示す。まず監視対象次数ｎ、測定間隔
ｔ、データ数ｍ１，ｍ２および判定レベルＩｈｎ１，Ｉ
ｈｎ２等の各種パラメータを設定する。測定間隔ｔに応
じた測定タイミングとなれば、被測定信号である電流信
号を一定点数サンプリングし、そのデータを読み取る。
続いてこの一定点数のサンプリングデータを基にＦＦＴ
により第ｎ次高調波の含有値を算出し、さらに基本波周
波数の含有値に対する比率を含有率として算出する。そ
の後、この第ｎ次高調波電流の含有値を、この例ではΣ
Ｉｎ１，ΣＩｎ２として２系統で算術加算する。上記の
測定をｍ１回繰り返したとき、ΣＩｎ１をｍ１で除する
ことによって第ｎ次高調波電流のｍ１回の測定における
平均値Ｉｎ１′を求める。そして、Ｉｎ１′が予め定め
た判定レベルＩｈｎ１以上であるとき警報信号を出力す
る。また上記測定をｍ２回繰り返したとき、ΣＩｎ２を
ｍ２で除することによって第ｎ次高調波電流のｍ２回の
測定における平均値Ｉｎ２′を求める。そして、Ｉｎ
２′が予め定めた判定レベルＩｈｎ２以上であるとき警
報信号を出力する。以上の処理を繰り返すことによって
高調波監視を行う。

【００２７】上記第４の実施形態は、複数組の判定時間
と判定レベルを設定して監視する手法を平均化処理に適
用した例を示したが、累積確率度数を求める場合にも同
様に適用できる。すなわち、指定累積確率度数に対応す
る高調波成分の含有率を複数の異なる判定時間につい
て、すなわち複数の異なるデータ数についてそれぞれ求
めて、指定累積確率度数に対応する高調波成分の含有率
をそれぞれの判定時間毎に設定した判定レベルで判定す
ればよい。

【００２８】なお、上述の各実施形態では、電圧信号ま
たは電流信号のみを監視対象としたが、監視対象である
電力系統の特性に応じて、または監視目的に応じて、電
圧・電流の双方を監視対象として、電圧と電流のそれぞ
れについて判定レベルを設定して双方が判定レベルを超
えた時、またはいずれか一方が判定レベルを超えた時に
警報信号を出力するようにしてもよい。

【００２９】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、高調波
成分の含有値または含有率の累積度数が予め指定された
値となる含有値または含有率を求め、その値と判定レベ
ルとの比較によって警報を発するようにしたため、例え
ば累積確率度数が１００％未満の比較的高い値となる高
調波成分の含有値または含有率を求めて、これを判定対
象として扱うことによって、モータやトランスなどの負
荷に対する電源供給開始時にごく短時間に発生する過渡
的な高調波成分の影響が除かれて、実質的に機器の誤制
御や誤動作に与える危険性を示す量を基に監視が行え
る。

【００３０】請求項２に記載の発明によれば、所定の判
定時間に一定時間間隔で繰り返し求められた高調波成分
の含有値または含有率の平均値が求められて、これが予
め定めた判定レベルを超えた時に警報信号が出力される
ため、高調波レベルの変動パターンに関わらず、実質的
に機器への高調波電流の流入による過熱や焼損のおそれ
がある時に確実に警報を発することができるようにな
る。

【００３１】請求項３に記載の発明によれば、比較的高
い高調波レベルまで、その度数分布が広がっていて、且
つ高調波レベルの平均値の高い場合にのみ警報を発する
ことができるようになる。

【００３２】請求項４に記載の発明によれば、例えば比
較的短時間であればレベルの高い高調波を検出しても警
報を発しないようにし、且つ高調波レベルが比較的低く
ともそれが長時間継続する場合には警報を発する、とい
った設定も容易になり、監視対象である電力系統の特性
に応じて、または監視目的に応じて、警報の発生条件を
細かく設定できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る高調波監視装置の構成を
示すブロック図である。

【図２】第１の実施形態に係る高調波監視装置における
ＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。

【図３】高調波含有率とその度数分布および累積確率度
数の例を示す図である。

【図４】第２の実施形態に係る高調波監視装置における
ＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。

【図５】第３の実施形態に係る高調波監視装置における
ＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。

【図６】第４の実施形態に係る高調波監視装置における
ＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力系統の電圧信号または電流信号を被
   測定信号として入力し、該被測定信号の所定次数の高調
   波成分の含有値または含有率を求める高調波分析手段
   と、 前記高調波分析手段により所定の判定時間に一定時間間
   隔で含有値または含有率を繰り返し求めて、含有値また
   は含有率の度数を累積するとともに、予め定めた累積度
   数の含有値または含有率が予め定めた判定レベルを超え
   るときに警報を発する手段とを設けて成る高調波監視装
   置。
2. 【請求項２】 電力系統の電圧信号または電流信号を被
   測定信号として入力する被測定信号入力回路と、 前記被測定信号の所定次数の高調波成分の含有値または
   含有率を求める高調波分析手段と、 前記高調波分析手段により所定の判定時間に一定時間間
   隔で繰り返し求められた含有値または含有率の平均値を
   求める手段と、 前記平均値が予め定めた判定レベルを超えるとき、警報
   を発する手段とを設けて成る高調波監視装置。
3. 【請求項３】 電力系統の電圧信号または電流信号を被
   測定信号として入力する被測定信号入力回路と、 前記被測定信号の所定次数の高調波成分の含有値または
   含有率を求める高調波分析手段と、 前記高調波分析手段により所定の判定時間に一定時間間
   隔で含有値または含有率を繰り返し求めて、含有値また
   は含有率の度数を累積するとともに、予め定めた累積度
   数の含有値または含有率を測定結果として求める手段
   と、 前記高調波分析手段により求められた前記判定時間にお
   ける含有値または含有率の平均値を求める手段と、 前記測定結果および前記平均値が予め定めた判定レベル
   を超えるとき、警報を発する手段とを設けて成る高調波
   監視装置。
4. 【請求項４】 前記判定時間と前記判定レベルを複数組
   設定できるようにした請求項１〜３のうちいずれか１項
   に記載の高調波監視装置。