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【発明の名称】 高調波測定用の電流注入装置
【発明者】 【氏名】香田 勲

【氏名】塚本 政和

【氏名】西村 荘治

【氏名】夏田 育千

【氏名】蓑輪 義文
【要約】 【課題】測定対象の高調波の上下の系統基本周波数の非整数倍周波数の各中間高調波の電流を短時間に電流が系統に注入し得るようにして小容量化及び小型化を図る。

【解決手段】出力周波数が各中間高調波の周波数に連続的に変化するインバータ２０と、各中間高調波のほぼ中間に共振点を設定した共振回路からなり，インバータ２０の出力から前記各中間高調波の電流を出力するフィルタ部２５と、このフィルタ部２５から出力された前記各中間高調波の電流を電力系統１に注入する結合トランス１９とを備える。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 系統に測定対象の高調波の上下の系統基本周波数の非整数倍の周波数の電流を中間高調波の電流としてそれぞれ注入し、系統の計測電流，計測電圧の周波数解析により系統の前記各中間高調波の電流，電圧を検出して系統の前記各中間高調波についての等価回路のアドミタンス又はインピーダンスを求め、該各等価回路のアドミタンス又はインピーダンスから着目高調波についての系統の等価回路のアドミタンス又はインピーダンスを補間演算して決定し、系統の前記測定対象の高調波についての高調波特性を測定する際に、系統に前記各中間高調波の電流を注入する高調波測定用の電流注入装置において、出力周波数が前記各中間高調波の周波数に連続的に変化するインバータと、前記各中間高調波のほぼ中間に共振点を設定した共振回路からなり、前記インバータの出力から前記各中間高調波の電流を出力するフィルタ部と、該フィルタ部から出力された前記各中間高調波の電流を系統に注入する結合トランスとを備えたことを特徴とする高調波測定用の電流注入装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力系統の高調波特性の測定に用いられる電流注入装置に関し、詳しくはその小型化に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、電力の送，配電においては、高調波を低減することが重要である。
【０００３】そして、ｎ次（ｎは１，２，３，…の整数）の高調波は系統基本周波数ｆs の整数倍であり、代表的な５次，７次の高調波は５×ｆs ，７×ｆs である。
【０００４】この高調波の低減は高調波レベル（電圧レベル）を予測し、その周波数のフィルタ設備をコンデンサ設備に付設等して行われる。
【０００５】そして、高調波レベルを予測する場合、電力系統の例えば前記フィルタ設備の接続点より下位（下流）又は上位（上流）の高調波特性を把握し、その等価回路（高調波等価回路）を求める必要がある。
【０００６】この高調波等価回路は、例えばノートンの定理で表示した場合、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Ｂ１０１巻８号，Ｐ．４５１−４５８，（昭５６−８）には、配電系統の第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、その結果から高調波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】しかし、前記論文誌に記載の高調波測定方法の場合、系統の計測の基本波電圧・電流を計測し、そ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，位相等を推定して高調波特性を測定するため、精度の高い測定が行えない。
【０００９】すなわち、前記の測定方法にあっては、測定対象の高調波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）から測定対象の高調波の大きさ（べクトル値）を推定するに過ぎないため、その高調波特性を精度よく求めて測定することができない。
【００１０】そのため、従来は電力系統の例えばフィルタ設備の接続点より下位の高調波特性を正確に把握して適当なフィルタ設備を設けたりすることができず、高調波レベルを良好に低減することができなかった。
【００１１】そこで、本出願人は特願平８−３１０１９２号の出願により、系統の高調波注入点に測定対象の高調波（測定調波）の上下の系統基本周波数の非整数倍の２周波数の電流（中間高調波の電流）をそれぞれ注入し、各中間高調波の電圧，電流の実測結果から、系統の高調波注入点より下位または上位の各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、それらを用いた補間処理により、高調波注入点より下位又は上位の測定対象の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ことを既に発明している。
【００１２】この場合、測定対象の高調波の上下の各中間高調波の電流が系統に本来存在しない系統基本周波数の非整数倍周波数の電流であり、それらの等価回路のアドミタンスが、系統に存在する各高調波の影響を受けることなく、実測により精度よく求まるため、この結果を用いて系統の例えば５次，７次の高調波の特性を精度よく測定して把握することができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】前記既出願の高調波測定方法を実施する場合、注入装置が必要となり、計測装置全体が大型化されることが懸念されるため、小型の注入装置で各中間高調波の電流をどのようにして形成して系統に注入するかが重要な課題である。
【００１４】本発明は、各中間高調波の電流を短時間に注入し得るようにして、電流注入装置を小容量化し、小型化することを課題とする。
【００１５】
【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、本発明の高調波測定用の電流注入装置は、出力周波数が各中間高調波の周波数に連続的に変化するインバータと、各中間高調波のほぼ中間に共振点を設定した共振回路からなり、インバータの出力から各中間高調波の電流を抽出するフィルタ部と、フィルタ部から出力された各中間高調波の電流を系統に注入する結合トランスとを備える。したがって、インバータの出力が連続的に各中間高調波の周波数に変化する。
【００１６】さらに、インバータの各中間高調波の周波数成分にフィルタ部が共振し、この共振による周波数の選択に基づき、フィルタ部が系統基本周波数の成分や各中間高調波の逓倍周波数の成分等の不要な周波数成分を排除してインバータの出力から各中間高調波の電流を抽出する。
【００１７】そして、フィルタ部の各中間高調波の電流が結合トランスを介して系統に注入される。
【００１８】この場合、各中間高調波の電流を１台の電流注入装置から系統に注入することができる。
【００１９】しかも、この電流注入装置の出力が各中間高調波の周波数に連続的に変化し、各中間高調波の電流の注入が短時間で終了するため、電流注入装置はいわゆる短時間定格を満足すればよく、小容量，小型に形成することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明の実施の１形態について、図１ないし図３を参照して説明する。まず、図２は測定の対象となる電力系統１の単線表記の等価回路を示し、この電力系統１の配電用変電所２の低圧２次側（６６００Ｖ側）の高調波特性を測定するため、配電用変電所２の配電トランス３の２次側から引出された配電母線４に高調波注入・計測点ａが設定される。
【００２１】この注入・計測点ａに配電用変電所２の低圧トランス５の高圧側（６６００Ｖ），低圧側（２２０Ｖ）を介して高調波測定用の電流注入装置６が接続され、この電流注入装置６及びＡ／Ｄ変換器７，信号処理装置８，演算処理装置９，表示装置１０，記録装置１１により、高調波測定装置１２が形成される。
【００２２】ところで、電力系統１には系統基本周波数ｆs の整数倍の周波数ｎ×ｆs （ｎは１，２，…の整数）の種々の高調波が存在し、これらの高調波に対して、高調波注入点ａからみたその右側の下位（下流）の等価回路１３は、例えばノートンの定理で表現すると、アドミタンス１４と電流源１５との並列回路とみなすことができる。
【００２３】なお、電流源１５は、通常、実際に電流源が存在するのではなく、負荷による電流歪み等に起因して発生したものである。
【００２４】そして、例えば代表的な第５調波（ｎ＝５），第７調波（ｎ＝７）を測定対象の高調波（着目高調波）とし、この着目高調波についての等価回路１３の時々刻々変化する回路定数を求めてその高調波特性を測定する場合、まず、電流注入装置６から高調波注入・計測点ａに、着目高調波の周波数の上，下近傍の系統基本周波数の非整数倍周波数の複数の中間高調波の電流を個別に注入する。
【００２５】このとき、各中間高調波の電流は電力系統１に本来存在しない周波数の電流であり、高調波注入・計測点ａからみたその下位側及び上位側の各中間高調波についての等価回路は、理想的な場合、ノートンの定理で表現すると、それぞれアドミタンスのみとなる。
【００２６】そして、高調波注入・計測点ａに注入された各中間高調波の電流は、その下位側及び上位側の各中間高調波についてのアドミタンスに応じて下位側，上位側に分流する。
【００２７】そのため、高調波注入・計測点ａの各中間高調波の注入電流Ｉ(m)，注入電圧Ｖ(m)を注入ラインに設けた計器用変流器１６の計測電流，計器用変圧器１７の計測電圧から検出し、高調波注入・計測点ａの上位に分流した各中間高調波の電流Ｉx(m)を高調波注入・計測点ａの上位に測圧計器変流器１８の計測電流から検出すると、高調波注入・計測点ａの下位に分流した各中間高調波の電流Ｉy(m)は、Ｉy(m)＝Ｉ(m)−Ｉx(m)の演算から求まる。
【００２８】そして、高調波注入・計測点ａからみた各中間高調波についての下位の等価回路のアドミタンスをＹy(m)とすると、高調波注入・計測点ａからみた下位及び上位の各中間高調波の電圧がそれぞれの注入電圧Ｖ(m)に等しくなることから、アドミタンスＹy(m)はＹy(m)＝（Ｉ(m)−Ｉx(m)）／Ｖ(m)の演算から求まる。
【００２９】さらに、説明を簡単にするため、着目高調波を挟むその上，下の２中間高調波についてのアドミタンスＹy(m)をＹ1(m)，Ｙ2(m)とすると、着目高調波についての等価回路１３のアドミタンス１４が、最も簡単にはＹ(n)＝（Ｙ1(m)＋Ｙ2(m)）／２の補間演算からＹ(n)として求まる。
【００３０】また、電流注入装置６の電流注入が終了した後、計器用変圧器１７の計測電圧，計器用変流器１８の計測電流から配電母線４を下位方向に流れる着目高調波の電圧Ｖ(n)，電流Ｉ(n)を求めることにより、ＩG(n)＝Ｙ(n)×Ｖ(n)−Ｉ(n)の演算から等価回路１３の電流源１５がＩG(n)として求まる。
【００３１】そして、着目高調波についての等価回路１３のアドミタンス１４，電流源１５が求まると、高調波注入・計測点ａより下位の着目高調波についての特性を測定して把握することができる。
【００３２】そして、電流注入装置６は各中間高調波の電流を設定時間ずつ連続的に順次に注入して高調波特性の測定を短時間に終了するため、図１に示すように構成され、低圧トランス５の低圧側に結合トランス１９の第１の巻線１９ａが接続され、この結合トランス１９の第２の巻線１９ｂに電圧型のインバータ２０が接続される。
【００３３】このインバータ２０は例えばタイマ動作により、ＲＯＭ等のメモリに保持された各中間高調波の１又は数周期のデータを設定された順に設定時間ずつ読出し、読出したデータに基づき出力部のブリッジ構成の半導体スイッチング素子を駆動し、図３に示すように連続的に各中間高調波の周波数に変化するインバータ出力（電圧出力）を形成する。なお、図３のｔ1 ，ｔ2 はインバータ出力の周波数の変化タイミングを示す。
【００３４】そして、インバータ２０の出力は、この形態では、その電流が例えば１２Ａから６０Ａに増大するように、巻数比１：５のステップアップトランス２１により変圧され、このトランス２１を介した設定電流のインバータ出力がコンデンサ２２，抵抗２３，コイル２４の直列共振回路が形成するフィルタ部２５を通って結合トランス１９の第３の巻線１９ｃに供給される。
【００３５】このとき、本実施の形態にあっては、実際の高調波計測に最も重要な第５調波又は第７調波を着目高調波とし、その近傍周波数の各中間高調波の電流のみを結合トランス１９，低圧トランス５を介して高調波注入・計測点ａに注入するため、フィルタ部２５は共振点が各中間高調波のほぼ中間の第６調波の前後に設定され、その共振特性がほぼ第５調波ないし第７調波の範囲をカバーする平坦なＱ特性に設定される。
【００３６】そのため、低圧トランス５から高調波注入点ａに、不要な中間高調波の逓倍周波数成分を排除して、着目高調波を挟むその上下の各中間高調波の電流が、途切れることなく設定時間ずつ順次に注入され、１台の注入装置で短時間に測定が終了する。
【００３７】したがって、インバータ２０等は短時間定格を満足すればよく、小容量，小型に形成することができるとともに、それらの放熱フィンの省略等も図ることができる。
【００３８】しかも、フィルタ部２５の直列共振回路のコンデンサ２２が電力系統１の商用周波数電圧（系統基本波の電圧）を分担し、この点から、トランス１９，２１等の小容量，小型化を図ることができる。
【００３９】そのため、電流注入装置６を小容量かつ小型，軽量に形成することができ、可搬型の装置に形成することも可能になる。
【００４０】つぎに、電流注入装置６から高調波注入・計測点ａに注入された各中間高調波の電流に基づく高調波特性の具体的な測定方法を説明する。
【００４１】まず、説明を簡単にするため、電流注入装置６から高調波注入・計測点ａに、着目高調波（周波数ｎ×ｆs ）を挟むその上，下の２周波数ｆ1 ，ｆ2 （ｆ1 ＜ｎ×ｆs ＜ｆ2 ）の中間高調波の電流Ｉy1(m)，Ｉy2(m)（＝Ｉyi(m)，ｉ＝１，２）が順次に注入されて測定が行われるとする。
【００４２】この場合、電流Ｉy1(m)，Ｉy2(m)それぞれの注入時、計器用変流器１６により高調波注入・計測点ａの注入電流を計測し、かつ、計器用変圧器１７，計器用変流器１８により高調波注入・計測点ａの電圧（系統電圧），その上位を流れる電流を計測し、それらの計測信号を測定装置１２のＡ／Ｄ変換器７によりそれぞれデジタルの計測データに変換する。
【００４３】さらに、Ａ／Ｄ変換器７の各計測データを信号処理装置８のＦＦＴ解析等により処理し、高調波注入・計測点ａに注入された電流Ｉ1(m)，Ｉ2(m)（＝Ｉi(m)，ｉ＝１，２）それぞれにつき、高調波注入・計測点ａの電圧Ｖ1(m)，Ｖ2(m)（＝Ｖi(m)）及び高調波注入・計測点ａの上位への分流Ｉx1(m)，Ｉx2(m)（＝Ｉxi(m)，ｉ＝１，２）の計測結果を得る。
【００４４】そして、信号処理装置８の計測出力を後段の演算処理装置９に供給し、この処理装置９により、計測された電流Ｉxi(m)に基づき、Ｉyi(m)＝Ｉi(m)−Ｉxi(m)の演算から高調波注入点ａの下位への分流Ｉy1(m)，Ｉy2(m)を求め、Ｙyi(m)＝Ｉyi(m)／Ｖi(m)の演算から電流Ｉy1(m)，Ｉy2(m)それぞれについてのアドミタンスＹy1(m)，Ｙy2(m)（＝Ｙyi(m)）を求める。
【００４５】このとき、電流Ｉyi(m)が電力系統１に存在しない周波数の電流であるため、電流注入装置６の注入電力量が微小であっても、アドミタンスＹyi(m)は電力系統１の高調波等の影響を受けることなく正確に求まる。
【００４６】なお、中間高調波の電流Ｉi(m)の代わりに測定調波の高調波電流を注入しても、この高調波が電力系統１に存在しているため、注入した高調波電流に基づくアドミタンスを求めることはできない。
【００４７】また、高調波注入・計測点ａの下位を流れる電流を計測し、その計測電流から電流Ｉyi(m)を求めてもよい。
【００４８】そして、演算処理装置９は例えばＹy(n)＝（Ｙy1(m)＋Ｙy2(m)）／２の補間演算を実行し、高調波注入・計測点ａより下位の着目高調波についてのアドミタンスＹy1(n)を求めて決定する。
【００４９】このとき、アドミタンスＹy1(m)，Ｙy2(m)が電力系統１の高調波の影響を受けることなく正確に算出されるため、着目高調波についてのアドミタンスＹy(n)（アドミタンス１４）が正確に求まる。
【００５０】つぎに、電流注入装置６の電流注入の終了直後、計器用変圧器１７の計測電圧，計器用変流器１８の計測電流の周波数分析から系統母線４の着目高調波の電圧Ｖ(n)，下位方向の電流Ｉy(n)を求める。
【００５１】そして、アドミタンスＹy(n)及び電圧Ｖ(n)，電流Ｉy(n)に基づき、ＩGy(n)＝Ｙy(n)×Ｖ(n)−Ｉy(n)の演算から電流源ＩGy(n)（電流源１５）を求め、等価回路１３を同定して高調波注入・計測点ａより下位の着目高調波についての高調波特性の完全な測定を行う。
【００５２】ところで、高調波注入・計測点ａより上位の高調波特性も、前記と同様にして同時に測定することができる。
【００５３】この場合、計測電流Ｉxi(m)，計測電圧Ｖ(m)に基づいて得られた中間高調波の分流Ｉx1(m)，Ｉx2(m)（＝Ｉxi(m)）から、高調波注入・計測点ａの上位の中間調 波についてのアドミタンスＹx1(m)，Ｙx2(m)（＝Ｙxi(m)）はＹxi(m)＝Ｉxi(m) ／Ｖi(m)の演算により求まる。
【００５４】また、Ｙx(n)＝（Ｙx1(m)＋Ｙx2(m)）／２の補間演算から、アドミタンスＹy(n)と同様の高調波注入・計測点ａ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Ｙx(n)が求まる。
【００５５】さらに、アドミタンスＹx(n)及び電圧Ｖ(n)，電流Ｉx(n)に基づき、ＩGx(n)＝Ｙx(n)×Ｖ(n)＋Ｉx(n)の演算から、電流源１５と同様の高調波注入点ａより上位 の着目高調波についての等価回路の電流源ＩGx(n)が求まる。
【００５６】そして、アドミタンスＹx(n)，電流源ＩGx(n)により、等価回路１３と同様の高調波注入・計測点ａより上位の着目高調波についての等価回路を同定し、高調波注入・計測点ａより上位の高調波特性を測定できる。
【００５７】つぎに、前記実施の形態においては、高調波注入・計測点ａを高調波の注入と計測とに兼用したが、高調波注入点と高調波計測点とを別個に設定にし、高調波注入点に電流注入装置６を接続し、高調波計測点側に計器用変圧器１７，計器用変流器１８を設け、高調波計測点より下位，上位の着目高調波についての等価回路を同定して高調波特性を測定してもよく、この場合、電流注入装置を小型，軽量にして可搬性を向上することにより、高調波注入点への電流注入装置の運搬等が極めて容易に行える利点がある。
【００５８】また、高調波計測点と高調波注入点とを別個に設ける場合、高調波注入点を系統の分枝した各母線等に複数設定して電流注入装置６を複数にし、各電流注入装置６から各中間高調波の電流を注入して高調波特性を測定することができ、この場合は、各電流注入装置６が一層小型，軽量になる利点がある。
【００５９】そして、高調波注入点及び高調波計測点の数や位置等をどのように設定した場合にも本発明を適用することができるのは勿論である。
【００６０】つぎに、例えば着目高調波の上，下の中間高調波をそれぞれ複数にする場合や複数の着目高調波について一括して測定する場合には、インバータ２０の出力周波数を３種以上の多数の周波数に連続的に切換るようにすればよいのは勿論である。
【００６１】つぎに、インバータ２０は出力周波数がタイマ制御等で設定された各中間高調波の周波数に連続的に変化するものであれば、どのような構成であってもよい。
【００６２】また、インバータ２０の後段のステップアップトランス２１は、インバータ２０の出力電流が十分大きいような場合は省くことができる。
【００６３】さらに、直列共振回路２５の共振特性は、取出す中間高調波の周波数範囲等に応じて設定すればよく、各中間高調波の電流が極力同じ共振特性で抽出されるように、必要な周波数範囲でいわゆるＱ値が平坦であることが望ましい。
【００６４】つぎに、等価回路１３等をアドミタンスと電流源との並列回路とする代わりに、インピーダンスと電圧源との直列回路として高調波特性を測定する場合にも同様に適用することができるのは勿論である。
【００６５】
【発明の効果】本発明は、以下に記載する効果を奏する。インバータ２０の出力が連続的に各中間高調波の周波数に変化する。そして、インバータ２０の各中間高調波の周波数成分にフィルタ部２５が共振し、この共振による周波数の選択に基づき、フィルタ部２５により系統基本周波数の成分や各中間高調波の逓倍周波数の成分等の不要な周波数成分を排除してインバータ２０の出力から各中間高調波の電流を抽出することができる。
【００６６】さらに、フィルタ部２５の各中間高調波の電流を結合トランス１９を介して系統に注入することができる。
【００６７】この場合、各中間高調波の電流を１台の電流注入装置６から系統に注入することができる。
【００６８】しかも、この電流注入装置６の出力が各中間高調波の周波数に連続的に変化し、各中間高調波の電流の注入が短時間に終了するため、電流注入装置６はいわゆる短時間定格を満足すればよく、小容量，小型に形成することができる。
【００６９】したがって、小容量で小型の電流注入装置６により、精度の高い高調波特性の測定が行える。
【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１１−２３６２６
【公開日】 平成１１年（１９９９）１月２９日
【出願番号】 特願平９−１９７８０９