トップ :: G 物理学 :: G01 測定;試験




【発明の名称】 電力系統の高調波測定方法
【発明者】 【氏名】香田 勲

【氏名】塚本 政和

【氏名】西村 荘治

【氏名】鵜野 克彦
【要約】 【課題】着目高調波を挟む系統基本周波数の非整数倍の２周波数の電流を注入して系統上位側の高調波特性を測定する際に、両周波数の電流を注入する装置の電圧階級を低くして小型かつ簡素な構成で安価に測定し得るようにする。

【解決手段】系統１の高調波計測点ｂより下位低圧側に高調波注入点ａを設定し、電流注入装置１６から注入点ａに計測対象の着目高調波を挟む系統基本周波数の非整数倍の２周波数ｆ1 ，ｆ2 の電流を中間高調波の電流としてそれぞれ注入し、計測点ｂの周波数ｆ1 ，ｆ2 の電流，電圧を検出して計測点ｂより上位の周波数ｆ1 ，ｆ2 の中間高調波それぞれについての等価回路のアドミタンスを求め、両アドミタンスから計測点ｂより上位の着目高調波についての等価回路９のアドミタンス１０を補間演算して決定し、注入点ａの上位に設定した計測点ｂより上位の着目高調波についての高調波特性を測定する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 系統の高調波計測点より下位低圧側に高調波注入点を設定し、該高調波注入点に接続した電流注入装置から前記高調波注入点に、計測対象のｎ次の着目高調波（周波数ｎ×ｆs ）を挟む系統基本周波数ｆs の非整数倍の２周波数ｆ1 ，ｆ2 （ｆ1 ＜ｎ×ｆs ＜ｆ2 ）の電流を中間高調波の電流としてそれぞれ注入し、前記高調波計測点の前記周波数ｆ1 ，ｆ2 それぞれの電流，電圧を検出して前記高調波計測点より上位の前記周波数ｆ1 ，ｆ2 の中間高調波それぞれについての等価回路のアドミタンスを求め、該両アドミタンスから前記高調波計測点より上位の前記着目高調波についての等価回路のアドミタンスを補間演算して決定し、前記高調波注入点の上位に設定した前記高調波計測点より上位の前記着目高調波についての高調波特性を測定することを特徴とする電力系統の高調波測定方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力系統の高調波計測点より上位の着目高調波についての特性（高調波特性）を測定する電力系統の高調波測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電力系統の送，配電系統においては、高調波を低減することが重要である。
【０００３】ところで、高調波の周波数は、系統基本周波数ｆs の整数倍であり、代表的な第５調波の周波数は５×ｆs である。
【０００４】また、高調波の低減は高調波のレベルを予測等し、適当な周波数のフィルタを設置して行われる。
【０００５】そして、高調波の電圧レベルの予測等を行うには、電力系統のフィルタ設備の接続点を高調波計測点とし、この計測点より上位（上流），下位（下流）の高調波に対する特性を把握してその等価回路を求める必要がある。
【０００６】この高調波等価回路は、ノートンの定理で表現されたアドミタンスと電流源との並列回路とみなすことができる。
【０００７】そして、電気学会論文誌Ｂ，１０１巻８号，ｐ．４５１−４５８，（昭５６−８）には、配電線の第５調波についての高調波等価回路を求める際、系統の基本波の電圧，電流を計測し、その結果から等価回路のアドミタンス，電流源の大きさ、位相等を算出して推定することが記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】前記論文誌に記載の高調波測定方法で電力系統のｎ次の着目高調波（周波数ｎ×ｆs ）についての等価回路を求める場合、系統の基本波電圧・電流の計測結果から高調波アドミタンス、高調波電流源の大きさ、位相を推定して決定するため、高調波等価回路のアドミタンス等を精度よく求めることができない。
【０００９】すなわち、前記従来の高調波測定方法の場合、計測対象の着目高調波についての等価回路のアドミタンスや電流源を実測して求めたわけではなく、基本波の計測情報に基づき、基本波の大きさ（ベクトル値）から着目高調波の大きさ（ベクトル値）を推定して求めるに過ぎないため、その等価回路を精度よく求めることはできない。
【００１０】この結果、電力系統の高調波特性を正確に把握して適当なフィルタを設ける等することができず、高調波レベルの良好な低減が困難になる。
【００１１】そこで、本出願人は特願平８−３１０１９２号の出願により、電力系統の高調波注入点に測定調波（着目高調波）の上，下両側の基本波の非整数倍周波数の電流（中間高調波の電流）それぞれを注入し、その注入点における注入周波数の電圧及び注入点の上位，下位に流れる注入周波数の電流の実測結果に基づき、系統の注入点の上位，下位それぞれにつき、着目高調波の上，下両側の注入周波数の等価回路のアドミタンスを求め、それらの補間処理により着目高調波の等価回路のアドミタンスを決定してその高調波等価回路を求めることを既に発明している。
【００１２】この場合、前記注入周波数の電流が系統に本来存在しない基本波の非整数倍周波数の電流であり、注入周波数についての等価回路のアドミタンスが実測により精度よく求まるため、この結果を用いて着目高調波についての高調波特性を精度よく把握し得る。
【００１３】しかし、前記既出願の測定方法は、高調波注入点と高調波計測点とが同じ点になるため、例えば、系統の上位の高調波特性を測定する場合、高調波注入点を高電圧の上位母線等に設定しなければならない。
【００１４】この場合、高調波注入点が高電圧になるため、この注入点に前記中間高調波の電流を注入する装置の電圧階級（絶縁階級）を十分に高くする必要があり、しかも、その十分な保護対策を講じる必要もある。
【００１５】そのため、装置が大型かつ複雑になって高価になり、小型かつ簡素な構成で安価に系統上位側の高調波特性を精度よく測定することができない問題点がある。
【００１６】本発明は、着目高調波を挟む２周波数ｆ1 ，ｆ2 の中間高調波の電流を注入して系統上位側の高調波特性を測定する際に、両中間高調波の電流を注入する装置に必要な電圧階級を低くし、小型かつ簡素な構成で安価に測定し得るようにすることを課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するために、本発明の電力系統の高調波測定方法においては、系統の高調波計測点より下位低圧側に高調波注入点を設定し、この高調波注入点に接続した電流注入装置から高調波注入点に、計測対象のｎ次の着目高調波を挟む系統基本周波数ｆs の非整数倍の２周波数ｆ1 ，ｆ2 （ｆ1 ＜ｎ×ｆs ＜ｆ2 ）の電流を中間高調波の電流としてそれぞれ注入し、高調波計測点の周波数ｆ1 ，ｆ2 それぞれの電流，電圧を検出して高調波計測点より上位の周波数ｆ1 ，ｆ2 の中間高調波それぞれについての等価回路のアドミタンスを求め、両アドミタンスから高調波計測点より上位の着目高調波についての等価回路のアドミタンスを補間演算して決定し、高調波注入点の上位に設定した高調波計測点より上位の着目高調波についての高調波特性を測定する。
【００１８】したがって、高調波注入点が高調波計測点より下位低圧側に設定され、高調波注入点に周波数ｆ1 ，ｆ2 の中間高調波の電流を注入する電流注入装置は、高調波注入点が高調波計測点と同じ点になる場合より電圧階級を低くすることができ、その保護回路等も簡素化することができる。そのため、電流注入装置を小型かつ簡素な構成にして安価にすることができる。
【００１９】そして、電流注入装置から高調波注入点に系統に本来は存在しない周波数ｆ1，ｆ2 の中間高調波の電流を注入し、高調波計測点における周波数ｆ1 ，ｆ2 の中間高調波の電流，電圧を検出し、この検出に基づいて高調波計測点より上位側の両中間高調波についての等価回路のアドミタンスを求め、この両アドミタンスから高調波計測点より上位の着目高調波についての等価回路のアドミタンスを決定してその高調波特性を測定するため、小型かつ簡素な構成で安価に、高調波注入点の上位に設定した高調波計測点より上位の着目高調波についての高調波特性の精度の高い測定が行える。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明の実施の１形態につき、図１を参照して説明する。図１は例えば電力系統１の７７ｋＶ系高圧母線２の高調波特性を、その下位低圧側の６．６ｋＶ系配電母線３に電流を注入して測定する場合の単線系統図を示す。
【００２１】そして、高圧母線２に遮断器４，上位線路インピーダンス５，上位変電所（２次変電所）トランス６，例えば２２ｋＶの第２の高圧母線７，配電用変電所トランス８を介して配電母線３が接続され、この配電線３のトランス８の２次側近傍に高調波注入点ａが設定され、トランス８の１次側近傍に高調波計測点ｂが設定される。
【００２２】このとき、電力系統１には系統基本周波数ｆs の整数倍の種々の高調波が存在し、測定対象のｎ次の着目高調波（ｎ×ｆs ）についての高圧母線２を含む上位の等価回路９は、ノートンの定理で表現すると、アドミタンス１０と電流源１１との並列回路になる。
【００２３】なお、着目高調波についての高調波注入点ａの下位の等価回路１２も、ノートンの定理で表現すると、アドミタンス１３と電流源１４との並列回路になる。
【００２４】そして、高調波注入点ａに高調波測定装置１５の電流注入装置１６が接続され、この注入装置１６は高調波特性をくり返し測定するため、系統基本周波数ｆsの非整数倍の周波数ｆ1 ，ｆ2 （ｆ1 ＜ｎ×ｆs ＜ｆ2 ）の中間高調波の電流Ｉ1 ，Ｉ2 を一定時間ずつ順に高調波注入点ａに注入することを、例えば３０分周期でくり返えす。
【００２５】このとき、中間高調波の電流Ｉ1 ，Ｉ2 が系統電源に同期，非同期のいずれの電流であっても測定可能であるが、後述の注入周波数の電流，電圧の検出をＤＦＴ，ＦＦＴ等のデジタル周波数解析で行うことが現実的であるため、実用上は、電流Ｉ1 ，Ｉ2 を系統電源に同期して形成する必要がある。
【００２６】したがって、例えば高調波測定装置１５に図示省略された同期装置が設けられ、この同期装置が配電母線３の系統基本周波数ｆs の系統電圧に同期したその逓倍周波数の同期制御信号を形成し、この同期制御信号が電流注入装置１６に供給され、この電流注入装置１６は同期制御信号に基づくＰＬＬ同期発振により周波数ｆ1 ，ｆ2 の中間高調波の電流Ｉ1 ，Ｉ2 を形成する。
【００２７】さらに、前記の３０分毎に、形成した中間高調波の電流Ｉ1 ，Ｉ2 を、例えばタイマ動作で順次に一定時間ずつ出力して高調波注入点ａに注入する。
【００２８】なお、着目高調波を第５調波（ｎ＝５）とすると、中間高調波の電流Ｉ1 ，Ｉ2 は、具体的には、例えば着目調波から０．５調波ずれた４．５調波，５．５調波の電流に設定される。
【００２９】そして、高調波注入点ａに注入された中間高調波の電流Ｉ1 ，Ｉ2 が電力系統１に本来は存在しない周波数の電流であるため、電流注入装置１６を電流容量が小さい小型の装置にしても、高調波注入点ａの上位側及び下位側において、計測可能なレベルの中間高調波の電流Ｉ1 ，Ｉ2 を確保できる。
【００３０】また、高調波計測点ｂからみた周波数ｆ1 ，ｆ2 の中間高調波についての高圧母線２の等価回路，高調波注入点ａからみた配電系統３の下位の等価回路は、ノートンの定理で表現すると、いずれも等価回路９，１２のアドミタンス１０，１３と同様のアドミタンスのみとなる。
【００３１】そして、説明を簡単にするため、線路インピーダンス５等を無視し、高調波計測点ｂより上位が等価回路９で表されるとし、かつ、高調波注入点ａから分流して高調波計測点ｂを上位方向に通流する周波数ｆ1 ，ｆ2 の電流をＩiu（ｉ＝１，２）とし、その電圧をＶiu（ｉ＝１，２）とすると、高調波計測点ｂからみたその上位の等価回路のアドミタンスＹiu（ｉ＝１，２）は、つぎの数１の式の演算から求まる。
【００３２】
【数１】Ｙiu＝Ｉiu／Ｖiu【００３３】さらに、周波数ｆ1 ，ｆ2 の中間高調波についてのアドミタンスＹiu（＝Ｙ1u，Ｙ2u）が求まれば、最も簡単には、例えば（Ｙ1u＋Ｙ2u）／２の補間演算により、その中間の周波数ｎ×ｆs の着目高調波についての等価回路９のアドミタンス１０がＹu(n)として求まる。
【００３４】そして、着目高調波についてのアドミタンスＹu(n)が求まると、高調波計測点ｂを流れる着目高調波の電流Ｉ(n)，電圧Ｖ(n)の実測に基づき、着目高調波についての等価回路９の電流源１１がつぎの数２の式の演算から、電流源ＩGu(n)として求まる。
【００３５】
【数２】ＩGu(n)＝Ｉ(n)−Ｖ(n)×Ｙu(n)【００３６】なお、数１の式の演算から求まるアドミタンスＹiu 及びアドミタンスＹu(n)，数２の式の演算から求まる電流源ＩGu(n)は、高圧母線７から上位側をみたとき の値であり、例えば、アドミタンスＹu(n)，電流源ＩGu(n)を、トランス６の変 圧比等に基づき、高圧母線２から上位側をみたときの値に換算して求めてもよい。
【００３７】また、アドミタンスＹiu，Ｙu(n)及び電流源ＩGu(n)は、線路インピーダンス５等による電圧降下を考慮することにより、一層精度よく求まる。
【００３８】そして、アドミタンスＹu(n)，電流源ＩGu(n)等を求めるため、高調波計測点ｂに計器用変圧器１７の１次側が接続されるとともに、計測点ｂの上位側近傍に計器用変流器１８が設けられ、高調波計測点ｂの電圧及びこの計測点ｂを通流する系統電流が計測される。
【００３９】そして、計器用変圧器１７の電圧の計測出力，計器用変流器１８の電流の計測出力が高調波計測装置１５のＡ／Ｄ変換器１９に供給され、このＡ／Ｄ変換器１９はそれぞれサンプリングしてデジタルの計測データに変換する。
【００４０】このとき、後段の周波数解析を正確に行うため、Ａ／Ｄ変換器１９のサンプリングは、系統基本波に同期したタイミングで行う必要がある。
【００４１】そのため、同期装置の同期制御信号がＡ／Ｄ変換器１９に計測指令信号として伝送され、この計測指令信号のタイミング制御に基づき、高調波注入点ａに中間高調波の電流Ｉ1 ，Ｉ2 が注入されたときに、Ａ／Ｄ変換器１９は系統基本波すなわち両中間高調波に同期して計器用変圧器１７，計器用変流器１８の計測出力をサンプリングする。
【００４２】なお、Ａ／Ｄ変換器１９のサンプリング周波数は周波数ｆ1 ，ｆ2 それぞれより十分高い周波数である。
【００４３】また、この実施の形態にあっては、高調波注入点ａより下位側の着目高調波についての等価回路１２についてもそのアドミタンス１３，電流源１４を求めて同定するため、電流注入装置１６の注入ラインに計器用変流器２０が設けられ、この変流器２０が中間高調波の注入電流Ｉ1 ，Ｉ2 を計測し、その計測出力もＡ／Ｄ変換器１９によりサンプリングされる。
【００４４】そして、Ａ／Ｄ変換器１９の各計測データが信号処理装置２１に供給され、この信号処理装置２１は計器用変圧器１７の系統電圧，計器用変流器１８の系統電流のＤＦＴ解析，ＦＦＴ解析等のデジタル周波数解析により、それぞれの計測データに含まれた高調波計測点ｂの周波数ｆ1 ，ｆ2 それぞれの中間高調波の電圧Ｖiu及び電流Ｉiuを検出する。
【００４５】この電圧Ｖiu ，電流Ｉiu のデータが演算処理装置２２に供給され、この演算処理装置２２は電圧Ｖiu ，電流Ｉiu に基づき、前記数１の式の演算からアドミタンスＹiuを求める。
【００４６】つぎに、演算処理装置２２はアドミタンスＹiuを用いた前記の補間演算により、着目高調波についてのアドミタンス１０，すなわちアドミタンスＹu(n)を決定し、高調波計測点ｂより上位の高圧母線２の高調波特性を測定する。
【００４７】ところで、この実施の形態にあっては、高調波特性の測定により、電流源１１も決定して等価回路９を完全に同定する。
【００４８】そのため、高調波計測装置１５は前記の同期制御信号の受信停止等により中間高調波の電流注入の終了を検知すると、Ａ／Ｄ変換器１９の計測データに基づく信号処理装置２１の周波数分析により電力系統１に存在する着目高調波の電流Ｉ(n)，電圧Ｖ(n)を実測する。
【００４９】そして、決定したアドミタンスＹu(n)と実測した電流Ｉ(n)，電圧Ｖ(n)とに基づき、演算処理装置２２は前記数２の式の演算から着目高調波についての電流源１１をＩGu(n)として決定し、アドミタンスＹu(n)及び電流源ＩGu(n)により等価回路９を完全に同定する。
【００５０】また、高調波注入点ａより下位の等価回路１２を同定するため、演算処理装置２２は、電流Ｉiu，電圧Ｖiuをそれぞれ高調波注入点ａからみた値に換算し、換算後の電流Ｉiu，すなわち電流Ｉ1u，Ｉ2uと、実測した注入電流Ｉ1 ，Ｉ2 とに基づき、Ｉ1d＝Ｉ1 −Ｉ1u，Ｉ2d＝Ｉ2 −Ｉ2uの演算により、高調波注入点ａから下位に分流した周波数ｆ1 ，ｆ2 の中間高調波の電流Ｉ1d，Ｉ2dを求める。
【００５１】さらに、中間高調波の電流Ｉ1 ，Ｉ2 の注入に基づく高調波注入点ａの下位の周波数ｆ1 ，ｆ2 の電圧Ｖ1d，Ｖ2dが換算後の電圧Ｖiu（＝Ｖ1u，Ｖ2u）に等しくなるため、電流Ｉ1d，Ｉ2dと換算後の電圧Ｖ1u，Ｖ2uとに基づき、数１の式の演算と同様の演算により、高調波注入点ａの下位の周波数ｆ1 ，ｆ2 の中間高調波についての等価回路のアドミタンスＹid（ｉ＝１，２）も求める。
【００５２】そして、アドミタンスＹidを用いた補間演算により、アドミタンス１０と同様にして、着目高調波についてのアドミタンス１３，すなわちアドミタンスＹd(n)を決定し、配電系統３の下位の高調波特性を測定する。
【００５３】また、アドミタンスＹd(n)と着目高調波の電流Ｉ(n)，電圧Ｖ(n)とに基づき、前記数２の式の演算と同様の演算により、電流源１０を電流源Ｉgd(n)として決定し、アドミタンスＹd(n)及び電流源ＩGd(n)により等価回路１２を同定する。
【００５４】そして、周波数ｆ1 ，ｆ2 の中間高調波の電流が注入される毎に、前記と同様にしたアドミタンスＹu(n)，Ｙd(n)，電流源ＩGu(n)，ＩGd(n)が求められ、着目高調波についての上位側，下位側それぞれの最新の等価回路９，１２がくり返し同定される。
【００５５】さらに、その結果は、表示部２３に例えば図１のような等価回路図でモニタ表示されるとともに、記憶部２４に記録情報として保持される。
【００５６】そして、高調波注入点ａが高圧母線７の高調波計測点ｂより下位低圧側の配電母線３に設定されるため、電流注入装置１６の電圧階級を、高調波注入点ａと高調波計測点ｂとを同じ点に設定する場合より低くすることができ、その小型化が図れるとともに保護回路構成を簡素化することができる。
【００５７】したがって、電力系統１に本来存在しない周波数ｆ1 ，ｆ2 の中間高調波の電流Ｉ1 ，Ｉ2 を流入するため、電流注入装置１６の電流容量を低減してその小型化を図ることができるだけでなく、前記の電圧階級の低減に基づいて電流注入装置１６の一層の小型化及び簡素化を図ることができ、電流注入装置１６が極めて小型かつ簡素な構成で安価になる。
【００５８】そのため、小型かつ簡素で安価な高調波計測装置１５により、高調波注入点ａの上位に高調波計測点ｂを設け、この計測点ｂより上位の着目高調波についての高調波特性を精度よく測定することができる。
【００５９】しかも、この実施の形態にあっては、高調波計測装置ｂより上位の高調波特性の測定に用いたデータを流用して、この測定と同時に、高調波注入点ａより下位の着目高調波についての高調波特性も精度よく測定することができる。
【００６０】ところで、Ａ／Ｄ変換器１９，信号処理装置２１，演算処理装置２２はコンピュータのソフトウエアにより実現することが可能であり、この場合、Ａ／Ｄ変換器１９，信号処理装置２１，演算処理装置２２及び表示部２３，記憶部２４をいわゆる携帯型のパソコン等の１台のコンピュータ装置により形成することができる。
【００６１】また、計器用変圧器１７及び計器用変換器１８，２０の計測出力は無線でＡ／Ｄ変換器１９に伝送するようにしてもよい。
【００６２】そして、高調波注入点ａ及び高調波計測点ｂは、高調波注入点ａが高調波計測点ｂの下位側に位置するように電力系統１に任意に設定することができる。
【００６３】そのため、例えば、配電系統３に高調波計測点ｂを設定してその下位のポールトランス２次側に高調波注入点ａを設定し、配電系統３を含む上位の高調波特性をその下位側から電流を注入して測定することもでき、本発明は電力系統１の任意の点より上位の高調波特性の測定に適用することができる。
【００６４】その際、周波数ｆ1 ，ｆ2 は着目高調波を挟む系統基本周波数ｆs の非整数倍の適当な中間高調波の周波数に設定してよいのは勿論である。
【００６５】なお、実際の系統にあっては、相毎に、中間高調波の電流Ｉ1 ，Ｉ2 を注入して等価回路９，１２を同定することになる。
【００６６】
【発明の効果】本発明は、以下に記載する効果を奏する。高調波注入点ａを高調波計測点ｂより下位低圧側に設定したため、高調波注入点ａに周波数ｆ1 ，ｆ2 の中間高調波の電流を注入する電流注入装置１６の電圧階級を、高調波注入点ａが高調波計測点ｂと同じ点になる場合より低くすることができ、その保護回路等も簡素化することができる。
【００６７】そのため、電流注入装置１６を小型かつ簡素な構成にして安価にすることができる。
【００６８】そして、電流注入装置１６から高調波注入点ａに系統１に本来は存在しない周波数ｆ1 ，ｆ2 の中間高調波の電流を注入し、高調波計測点ｂにおける周波数ｆ1 ，ｆ2 の中間高調波の電流，電圧を検出し、この検出に基づき、高調波計測点ｂより上位側の両中間高調波についての等価回路のアドミタンスを求め、この両アドミタンスから着目高調波についての高調波計測点ｂより上位の着目高調波についての等価回路９のアドミタンスを決定してその高調波特性を測定することができる。
【００６９】そのため、小型かつ簡素な構成で安価に、高調波注入点ａの上位に設定した高調波計測点ｂより上位の着目高調波についての高調波特性の精度の高い測定を行うことができる。
【出願人】 【識別番号】０００２１３２９７
【氏名又は名称】中部電力株式会社
【識別番号】０００００３９４２
【氏名又は名称】日新電機株式会社
【出願日】 平成９年（１９９７）７月７日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 龍太郎
【公開番号】 特開平１１−２３６２４
【公開日】 平成１１年（１９９９）１月２９日
【出願番号】 特願平９−１９７８０６