(57)【要約】【課題】装置を構成する各部品の故障確率から電力品質を悪化させる当該装置の故障やその前兆となる異常を推定する。【解決手段】電力系統に接続される装置の各構成部品から得られる電気量から波形分析された実測高調波成分計算結果と予め記憶される各部品の故障やその前兆となる異常を示す高調波異常と推定される高調波異常パターンからなる複数の高調波異常高調波成分との高調波成分一致度を計算し、高調波成分一致度から各部品の異常や故障の前兆となる高調波異常パターンを特定し、高調波異常推定結果として出力する故障推定装置８ａ〜８ｄと、各故障推定装置から出力される高調波異常推定結果をそれぞれ故障確率に変換する複数の故障確率変換処理部１０Ａと、変換された各部品の故障確率から前記装置の全体異常推定値を推定する体故障確率推定処理部とを備えた電力品質評価システムである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に接続される装置を構成する複数の部品から取り出す電圧、電流等の電気量をそれぞれ波形分析して得られる実測高調波成分計算結果と予め記憶される前記各部品の故障やその前兆となる異常を示す高調波異常と推定される高調波異常パターンからなる複数の高調波異常高調波成分との高調波成分一致度を計算し、各高調波成分一致度から前記各部品の故障やその前兆となる異常を示す高調波異常パターンを特定し、高調波異常推定結果として出力する部品対応の故障推定装置と、
各故障推定装置から出力される高調波異常推定結果をそれぞれ故障確率に変換する複数の故障確率変換処理手段と、
各故障確率変換処理手段によって変換された各部品の故障確率から前記装置の装置全体の異常推定値を取り出す全体故障確率推定処理手段と
を備えたことを特徴とする電力品質評価システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電力品質評価システムにおいて、
前記主要部品毎の故障推定装置は、電力系統から装置を構成する複数の部品から得られる電圧、電流等の電気量をそれぞれ波形分析し、高調波成分を計算する高調波成分計算手段と、予め前記各部品の故障やその前兆となる異常を示す高調波異常と推定される複数の高調波異常高調波成分を記憶する高調波異常データベースと、前記高調波成分計算手段で得られる実測高調波成分計算結果と前記高調波異常データベースに記憶される複数の高調波異常高調波成分との高調波成分一致度を計算する高調波成分一致度計算手段と、この高調波成分一致度計算手段で算出された各高調波成分一致度から前記各部品の故障やその前兆となる異常を示す高調波異常パターンを特定し、高調波異常推定結果として出力する高調波異常推定手段とを有することを特徴とする電力品質評価システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電力品質評価システムにおいて、
前記部品毎の高調波成分一致度の高調波異常高調波成分をもつ高調波異常パターンについて、高調波成分一致度が高い高調波異常パターンの順番に表示装置に表示することを特徴とする電力品質評価システム。
【請求項４】
請求項２に記載の電力品質評価システムにおいて、
前記高調波異常推定手段に代えて、前記高調波成分一致度計算手段から高調波異常パターン毎の高調波成分一致度を表示装置に表示するとともに、所定の時間毎に繰り返し前記高調波成分一致度を計算して前記表示装置に前記高調波異常パターンと高調波成分一致度との時系列的な変化を表示する結果表示制御手段を設けたことを特徴とする電力品質評価システム。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の電力品質評価システムにおいて、
前記故障確率変換処理手段で得られる各部品の故障確率及び前記全体故障確率推定処理手段で得られる前記装置の異常推定結果である故障確率をそれぞれ前記表示装置に表示することを特徴とする電力品質評価システム。
【請求項６】
請求項５に記載の電力品質評価システムにおいて、
前記故障確率変換処理手段で得られる各部品の故障確率及び前記全体故障確率推定処理手段で得られる前記装置の異常推定結果である故障確率を、予め定められた期間に亘って折れ線グラフにより表示することを特徴とする電力品質評価システム。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の電力品質評価システムにおいて、
前記故障確率変換処理手段で得られる各部品の故障確率及び前記全体故障確率推定処理手段で得られる前記装置の異常推定結果である故障確率のうち、少なくとも当該装置の故障確率が予め定められたアラーム規定値以上となったときに注意を喚起するアラーム情報を送出する手段を設けたことを特徴とする電力品質評価システム。
【請求項８】
請求項５または請求項６に記載の電力品質評価システムにおいて、
前記故障確率変換処理手段で得られた各部品の過去の故障確率及び前記全体故障確率推定処理手段で得られた前記装置の異常推定結果である過去の故障確率のうち、少なくとも当該装置の過去の故障確率を当該装置の将来の故障確率とし、当該装置の現在の故障確率の変化から前記将来の故障確率への到達を予測し出力する手段を設けたことを特徴とする電力品質評価システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統に生じる高調波、電圧変動、電圧不平衡、瞬時電圧低下等による電力品質の悪化を評価する電力品質評価システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電力系統に生じる高調波、電圧変動、電圧不平衡、瞬時電圧低下等の電力品質の程度を測定または解析する電力品質測定装置や電力品質解析装置は実用化されている。
【０００３】
その１つの技術は、予め模擬高圧配電線を用いて故障要因別波形のサンプルを収集し、各々のサンプル波形の所定次数までの高調波成分を解析する。そして、故障要因別に高調波含有率の次数毎の平均値の総和を求めた後、故障要因別の総和データの最大値及び最小値を算出して記憶する。実際の高圧配電線の地絡故障時、その零相に流れる電流波形が故障要因別の最大値と最小値の間に入るか否かに基づいて高圧配電線の地絡故障の原因を推定する（特許文献１）。
【０００４】
他のもう１つの技術は、需要家の電源システムにおける基本波有効電力及び基本波無効電力の過度状態前後の変動有効分及び変動無効分を検出し、その変動分の大きさに基づいて需要家の負荷、力率改善コンデンサ、変圧器等の投入・停止といった運用状態を特定する。また、この技術は、電源システムの投入時の電流を周波数分析し、当該電源システムを構成する各装置毎に高調波成分の波形パターンが異なること、時間的に高調波成分比率が変化する変化パターンとなることを前提とし、需要家の電源システムの運用状態や障害発生装置を特定する（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０６−２８７４５１号公報
【特許文献２】特許第３１０５２３５５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前者の技術は高圧配電線の地絡故障の原因を特定するだけであり、後者の技術は主に需要家の電源システムの投入・停止の運用状態を特定するものであって、高調波の異常状態から電力系統に接続される装置の故障やその前兆となる異常を推定する電力品質評価システムではない。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、電力系統に接続される装置を構成する各部品に供給される電圧、電流等の電気量を取り込み、個々の部品の故障確率等を考慮しながら、前記装置の故障やその前兆となる異常を推定する電力品質評価システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る電力品質評価システムは、電力系統に接続される各種の装置、例えば無停電電源装置、発電機、負荷設備などの個別装置を構成する主要部品から取り出す電圧、電流等の電気量をそれぞれ波形分析して得られる実測高調波成分計算結果と予め記憶される前記各主要部品の故障やその前兆となる異常を示す高調波異常と推定される高調波異常パターンからなる複数の高調波異常高調波成分との高調波成分一致度を計算し、各高調波成分一致度から前記各主要部品の故障や前兆となる異常を示す高調波異常パターンを特定し、高調波異常推定結果として出力する前記主要部品毎の故障推定装置と、各故障推定装置から出力される高調波異常推定結果をそれぞれ故障確率に変換する複数の故障確率変換処理手段と、各故障確率変換処理手段によって得られる各主要部品の故障確率から前記装置の故障やその前兆となる異常を推定する全体故障確率推定処理手段とを備えた構成である。
【０００９】
なお、前記主要部品毎の故障推定装置としては、電力系統に接続される装置を構成する複数の主要部品に供給される電圧、電流等の電気量をそれぞれ波形分析し、高調波成分を計算する高調波成分計算手段と、予め前記各主要部品の故障やその前兆となる異常を示す高調波異常と推定される複数の高調波異常高調波成分を記憶する高調波異常データベースと、前記高調波成分計算手段で得られる実測高調波成分計算結果と前記高調波異常データベースに記憶される複数の高調波異常高調波成分との高調波成分一致度を計算する高調波成分一致度計算手段と、この高調波成分一致度計算手段で算出された各高調波成分一致度から前記各主要部品の故障やその前兆となる異常を示す高調波異常パターンを特定し、高調波異常推定結果として出力する高調波異常推定手段とを有する構成である。
【００１０】
また、本発明に係る電力品質評価システムは、前記装置を構成する複数の主要部品毎の高調波成分一致度の高い調波異常高調波成分をもつ高調波異常パターンについて、高調波成分一致度が高い高調波異常パターンの順番に表示する構成である。
【００１１】
さらに、本発明に係る電力品質評価システムは、前記高調波異常推定手段に代えて、前記高調波成分一致度計算手段から高調波異常パターン毎の高調波成分一致度を表示装置に表示するとともに、所定の時間毎に繰り返し前記高調波成分一致度を計算して前記表示装置に前記高調波異常パターンと高調波成分一致度との時系列的な変化を表示する結果表示制御手段を設けた構成である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電力系統に接続される装置を構成する各部品に供給される電圧、電流等の電気量を取り込んで波形分析により得られる高調波成分から各部品の故障確率及びこれら故障確率から装置の故障やその前兆となる異常を推定できる電力品質評価システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る電力品質評価システムを適用した需要家の電源システムの系統概念図。
【図２】本発明に係る電力品質評価システムの第１の実施形態を示す概略構成図。
【図３】装置を構成する各主要部品と電気量との関係を説明する図。
【図４】図２の装置異常推定装置の一具体例を示す構成図。
【図５】図２に示す装置異常推定装置の作用を説明するための説明図。
【図６】図４に示す全体故障確率推定処理部の作用を説明するための説明図。
【図７】図２に示す故障推定装置の一具体例を示す構成図。
【図８】電気量の一例である例えば線間２相分の電圧波形例を説明する図。
【図９】高調波成分計算手段の一具体例であるＦＦＴ処理部を用いた構成図。
【図１０】高調波成分計算手段で計算された実測高調波成分結果の一例を示す図。
【図１１】高調波異常データベースに記憶される高調波異常と推定される複数次数からなる複数の高調波異常パターンの例を示す説明図。
【図１２】高調波成分一致度計算手段の機能ブロック及び処理内容を説明する図。
【図１３】高調波成分一致度計算手段による高調波成分の規格化を説明する図。
【図１４】規格化された実測高調波成分結果と規格化された高調波発生機器高調波成分とが一致している例を説明する図。
【図１５】規格化された実測高調波成分結果と規格化された高調波発生機器高調波成分とが全く一致していない例を説明する図。
【図１６】規格化された実測高調波成分結果と規格化された高調波発生機器高調波成分とが一部一致している例を説明する図。
【図１７】規格化実測高調波成分計算結果と規格化高調波異常高調波成分との一致度の程度と規格化差合計値との関係を表わす図。
【図１８】高調波成分一致度と規格化差分合計値との関係を別の観点から表わした図。
【図１９】図７に示す高調波異常推定手段の一具体例を示す構成図。
【図２０】高調波異常高調波成分と高調波成分一致度との関係を説明する図。
【図２１】高調波成分一致度と高調波異常パターンとの表示例を示す図。
【図２２】本発明に係る電力品質評価システムの第２の実施形態を説明する故障推定装置の他の構成例図。
【図２３】一定時間毎に取得した複数の高調波異常パターン毎の高調波成分一致度の時系列的な変化の表示例を示す図。
【図２４】本発明に係る電力品質評価システムの第３の実施形態を示す概略構成図。
【図２５】装置を構成する主要部品の故障確率と装置の故障確率の一表示例を示す図。
【図２６】装置を構成する主要部品の故障確率と当該装置の故障確率を、予め定められた時間間隔をもって時系列的な変化として表示した例を示す図。
【図２７】装置を構成する主要部品の故障確率と当該装置の故障確率が予め定められた規定値より大きいときにアラーム情報を出力する例を説明する図。
【図２８】装置を構成する主要部品の故障確率と当該装置の故障確率から将来の故障確率を予報する例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明するに先立ち、本願発明を実現するに至った経緯を説明する。
【００１５】
上位の商用電力系統に接続される需要家の電力系統母線には電源システムを構成する各種の装置（例えば無停電電源装置（ＵＰＳ）、発電機、負荷設備など）が接続されている。このような電源システムの電力品質を評価する場合、ある装置が正常であっても、別の装置が故障やその前兆となる異常を有する場合、電力品質が悪化し、電源システム全体から見たとき、将来的には運用停止といった大きなダメージを蒙る可能性がある。
【００１６】
さらに、装置が故障やその前兆となる異常を有する場合、その装置を構成する主要部品の故障ないしその前兆異常となっている例が多い。そのため、装置を構成する主要部品の故障、異常の可能性を把握することが必要であり、ひいては装置の故障やその前兆となる異常をより正確に推定することが可能であると考える。
【００１７】
そこで、本発明者等は以上の状況を踏まえ、電力品質を適切に評価するシステムを実現するものである。
【００１８】
（第１の実施の形態）  
図１は本発明に係る電力品質評価システムを電力系統に適用した一例を示す系統概念図である。  
上位電力系統から供給される電力を受電する母線１には、需要家に応じて異なる各種の装置，例えば無停電電源装置（以下、ＵＰＳと呼ぶ）２ａ、発電機２ｂ、負荷設備２ｃその他多くの装置が接続されている。
【００１９】
ところで、ＵＰＳ２ａを例に挙げると、例えばフアン，コンデンサ，Ｄ／Ｄコンバータ，基板，電池等の主要部品１１ａ〜１１ｄで構成され、これら何れか１つの主要部品１１ａ〜１１ｄに故障ないしその前兆となる異常が生じている場合、電力品質を悪化させる原因となる。
【００２０】
そこで、主要部品１１ａ〜１１ｄにそれぞれ測定装置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを接続し、これら主要部品１１ａ〜１１ｄに供給される電圧及び電流を含む電気量４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを測定し、伝送系５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを通じて電力品質評価システム６に伝送する。電力品質評価システム６は、電圧及び電流に重畳される高調波成分を計算し、この計算された実測高調波成分計算結果と予め記憶される高調波異常高調波成分とに基づいて装置２ａの故障やその前兆となる異常を推定する。
【００２１】
なお、各主要部品１１ａ〜１１ｄに個別に測定装置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを接続したが、例えば１つの測定装置を各主要部品１１ａ〜１１ｄに選択的に接続し、所要とする電気量を取得する構成であってもよい。
【００２２】
図２は本発明に係る電力品質評価システム６の第１の実施形態を示す概略構成図である。なお、図２ないし図４は請求項１に対応する。  
電力品質評価システム６は、測定装置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄから伝送系５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを通じて送られてくる電気量４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを解析し、高調波異常推定結果７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを取り出す故障推定装置８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄと、これら高調波異常推定結果７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄから装置異常推定値９を出力する装置異常推定装置１０とで構成される。
【００２３】
ここで、装置２（例えばＵＰＳ２ａ）が図３に示すように例えば主要部品１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄで構成されている場合、これら主要部品１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの入・出力に現れる電気量４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを、それぞれ対応する故障推定装置８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄで取り込んだ後、それぞれ電気量４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを波形分析して得られる高調波成分から高調波異常推定結果７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを取り出し、装置異常推定装置１０に渡す。
【００２４】
装置異常推定装置１０は、高調波異常推定結果７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄから主要部品１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの故障確率に変換し、これら主要部品１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの故障確率から装置２全体の故障確率となる装置異常推定値９を出力する。
【００２５】
各故障推定装置８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄは、具体的にはそれぞれ後記する図７に示すように構成される。
【００２６】
故障推定装置８ａは、装置２を構成する主要部品１１ａに対応する測定装置３ａから当該主要部品１１ａの入力電圧、入力電流、出力電圧、出力電流等の電気量４ａを取り込み、主要部品１１ａの故障やその前兆となる異常を推定し、高調波異常推定結果７ａを出力する。同様に、故障推定装置８ｂは、装置２を構成する主要部品１１ｂに対応する測定装置３ｂから当該主要部品１１ｂの入力電圧、入力電流、出力電圧、出力電流等の電気量４ｂを取り込み、主要部品１１ｂの故障やその前兆となる異常を推定し、高調波異常推定結果７ｂを出力する。故障推定装置８ｃ，８ｄについても、同様に主要部品１１ｃ，１１ｄに関する電気量４ｃ，４ｄを取り込み、主要部品１１ｃ，１１ｄの故障やその前兆となる異常を推定し、高調波異常推定結果７ｃ，７ｄを出力する。
【００２７】
一方、装置異常推定装置１０は、図４に示すように各故障推定装置８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄから高調波異常推定結果７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを受け取り、それぞれ高調波異常推定結果７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄから主要部品１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの出荷後の経過年数と部品出荷から故障に至るまでの年数とから故障確率１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに変換し出力する故障確率変換処理部１０Ａと、各故障確率１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄから全体故障確率となる装置異常推定値９を出力する全体故障確率推定処理部１０Ｂとが設けられている。
【００２８】
図５（ａ）は装置異常推定装置１０の故障確率変換処理部１０Ａの作用を説明する図である。  
同図において、横軸は将来的な経過期間（年）、縦軸は高調波異常推定結果７（７ａ〜７ｄ）及び故障確率変換処理部１０Ａで得られる故障確率１２（１２ａ〜１２ｄ）を表している。高調波異常推定結果７（７ａ〜７ｄ）や故障確率１２（１２ａ〜１２ｄ）は統計的に求めることができる。具体的には、主要部品例えば１１ａの出荷後の経過年数と出荷から故障に至るまでの年数と当該主要部品１１ａの出荷台数とから故障確率１２ａを求めることができ、また、主要部品１１ａの出荷からの年数の高調波異常推定結果の平均値から、故障確率に対応する高調波異常推定結果７ａを求めることができる。
【００２９】
図５（ｂ）は装置異常推定装置１０の全体故障確率推定処理部１０Ｂの作用を説明する図である。  
全体故障確率推定処理部１０Ｂは、故障確率変換処理部１０Ａによって得られた各故障確率１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの相互の関係から全体の故障確率１２を求めることができる。
【００３０】
例えば、図６（ａ）に示すように、全部の故障確率１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄがＯＲの関係にあれば、全体の故障確率１２は、下式（１−１）から求める。  
全体の故障確率１２＝１−（１−故障確率１２ａ）×（１−故障確率１２ｂ）  
×（１−故障確率１２ｃ）×（１−故障確率１２ｄ）  …（１−１）
また、図６（ｂ）に示すように、全部の故障確率１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄがＡＮＤの関係にあれば、全体の故障確率１２は、下式（１−２）から求める。  
全体の故障確率１２＝故障確率１２ａ×故障確率１２ｂ  
×故障確率１２ｃ×故障確率１２ｄ            …（１−２）
さらに、図６（ｃ）に示すように、故障確率１２ａ，１２ｂがＯＲ、故障確率１２ｃ，１２ｄがＯＲ、各ＯＲ出力をＡＮＤとする関係にあれば、全体の故障確率１２は、下式（１−３）から求める。  
全体の故障確率１２＝｛１−（１−故障確率１２ａ）×（１−故障確率１２ｂ）｝  
×｛１−（１−故障確率１２ｃ）×（１−故障確率１２ｄ）｝  …（１−３）
さらに、図６（ｄ）に示すように、故障確率１２ａ，１２ｂがＡＮＤ、故障確率１２ｃ，１２ｄがＡＮＤ、各ＡＮＤ出力をＯＲとする関係にあれば、全体の故障確率１２は、下式（１−４）から求める。  
全体の故障確率１２＝１−（１−故障確率１２ａ×故障確率１２ｂ）  
×（１−故障確率１２ｃ×故障確率１２ｄ）      …（１−４）
従って、全体故障確率推定処理部１０Ｂは、以上のようにして全体の故障確率１２を推定し、装置異常推定値９として出力する。
【００３１】
図７は各故障推定装置８（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ）の具体的な構成例を示す図であって、請求項２に対応する。  
故障推定装置８（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ）は、コンピュータを用いて、一定の処理手順に従ってソフトウエア的に処理するものであって、機能的には，高調波成分計算手段２１と、データ記録手段２２と、高調波成分一致度計算手段２３と、高調波異常推定手段２４とで構成される。
【００３２】
高調波成分計算手段２１は、前述した電気量４（４ａ〜４ｄ）を波形分析して高調波成分を計算し、実測高調波成分計算結果２５を取得し、高調波成分一致度計算手段２３に送出する。
【００３３】
データ記録手段２２は、具体的には、高調波成分計算手段２１で取得された実測高調波成分計算結果２５を記憶する他、電力品質を評価するための各種のパターンデータを記憶する高調波異常データベース２６が設けられている。高調波異常データベース２６には予め各主要部品１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの異常や故障の前兆となる高調波異常と推定される高調波成分（以下、高調波異常高調波成分と呼ぶ）２７のパターン（以下、高調波異常パターンと呼ぶ）２８（後記する図１１参照）が記憶されている。
【００３４】
高調波成分一致度計算手段２３は、実測高調波成分計算結果２５と高調波異常データベース２６に保存される複数の次数からなる複数の高調波異常パターン２８を持つ高調波異常高調波成分２７とから高調波成分一致度２９を計算する機能を持っている。
【００３５】
高調波異常推定手段２４は、高調波成分一致度計算手段２３で算出された高調波成分一致度２９の中から高調波成分一致度２９が高い高調波異常パターン２８を、高調波異常の可能性が高い高調波異常パターン２８と推定し、この推定された高調波異常パターン２８を高調波異常推定結果７（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）として出力する。
【００３６】
高調波異常推定結果７の出力形式としては、例えば、表示装置に表示するとか、プリンタから印字出力し、あるいはデータ記録手段２２または別個の記憶手段に記憶し、あるいは専用伝送回線等を介して外部の出力装置に出力する形式などがある。
【００３７】
次に、以上のような故障推定装置８（８ａ,８ｂ,８ｃ,８ｄ）の作用を説明する。  
図８は電気量４の一例である例えば線間２相分の電圧波形例を説明する図である。
【００３８】
同図において、横軸は時間、縦軸は電圧を表わす。今、３相分の電圧をＶａ、Ｖｂ、Ｖｃとすると、３相分の線間電圧はＶａｂ、Ｖｂｃ、Ｖｃａとなる。２相分の例では、線間電圧はＶａｂ、Ｖｂｃとなる。
【００３９】
先ず、高調波成分計算手段２１は、装置２を構成する主要部品例えば１１ａに入出力される電圧、電流等の電気量４ａを取り込み、あるいは測定装置３ａから伝送系５ａを通じて伝送されてくる電気量４ａを受信し、当該電気量４ａに含む基本電圧波に含まれる高調波の次数毎の成分を計算する。すなわち、高調波成分計算手段２１は、高調波成分を各次数成分の和とみなし、次数毎の高調波成分を計算する。
【００４０】
高調波の次数毎の成分を計算する手法は、最も一般的に使用されている高速フーリェ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）が知られているが、本実施の形態では、一例として図９に示す高速フーリェ変換機能を持つＦＦＴ処理部２１ａを用いて高調波成分の計算処理を実行する。
【００４１】
高速フーリェ変換機能を持つＦＦＴ処理部２１ａを用いる理由は次の通りである。  
高調波は、一定の周期を持つ周期の異なる正弦波の集まりとして表される。基本波を一次とすると、周期が基本波の１／２（周波数は２倍）を２次、周期が基本波の１／３（周波数は３倍）を３次、基本波の１／ｎ（周波数はｎ倍）をｎ次と呼ぶ。
【００４２】
商用周波数に高調波が入ると、商用周波数が歪んでいると呼ばれ、フーリェ変換等により高調波成分を求めているが、観測データ（測定データ）が装置２や部品の動作特性から離散的なサンプリングデータである場合があり得る。このようなサンプリングデータから高調波成分を求める場合、離散型フーリェ変換と呼ばれる手法を用いる必要がある。その点、高速フーリェ変換機能を持つＦＦＴ処理部２１ａは、離散型フーリェ変換を高速に解けるように工夫された変換手法であり、連続的または離散的なサンプリングデータの何れにも対応でき、高調波解析に最も汎用的なものといえる。
【００４３】
そこで、ＦＦＴ処理部２１ａは、電気量４ａを波形分析し、当該電気量４ａに含まれる次数毎の高調波成分を取り出す。電気量４ｂ，４ｃ，４ｄについても同様に波形分析し、各電気量４ｂ，４ｃ，４ｄに含まれる次数毎の高調波成分を取り出す。
【００４４】
図１０は線間２相分の電圧波形について、高調波成分計算手段２１で計算された実測高調波成分結果の一例を示す図である。具体的には、図８に示される電気量４について、ＦＦＴ処理部２１ａを用いて、高調波の次数毎の高調波成分を計算した例である。この例では、Ｖａｂ、Ｖｂｃの高調波含有率を示している。同図において、横軸は高調波の次数、縦軸は高調波含有率を表わしている。
【００４５】
ここで、高調波含有率は、高調波の次数毎に計算されるもので、下式で表わされる。  
高調波含有率（次数）＝高調波の大きさ（次数）÷基本波の大きさ  ……（２）
一方、高調波異常データベース２６には前述したように高調波異常高調波成分２７が記憶されているが、高調波異常高調波成分２７としては図１１に示すように複数の次数成分及びそれら各次数成分の大きさ（高調波含有率）からなる高調波異常パターン２８で表わされ、それぞれ高調波異常と推定される次数成分の組み合わせで構成されるパターンに特徴を持っている。
【００４６】
ところで、高調波異常は、装置２を構成する主要部品１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの異常だけでなく、当該主要部品１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの故障の前兆となっている場合が多い。そのため、高調波異常データベース２６には、図１１に示すように装置２を構成する各主要部品１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの異常の他、故障の前兆となる次数成分の組み合わせ及び各次数成分の含有率からなる複数の高調波異常パターン２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃが保存されている。
【００４７】
ここで、図１１において、横軸は高調波の次数、縦軸は高調波含有率で表わしており、この高調波含有率は前述したように高調波の次数毎に式（２）で計算される。
【００４８】
図１２は高調波成分一致度計算手段２３の機能ブロック及び処理内容を説明する図である。
【００４９】
高調波成分一致度計算手段２３は、実測高調波成分計算結果２５の合計が１となるように規格化する処理を実行する規格化計算処理部２３ａと、この規格化計算処理部２３ａで得られた実測高調波成分計算結果２５の規格化結果（規格化した値）と高調波異常データベース２６に格納される高調波異常高調波成分２７毎に高調波成分の合計が１となるように規格化した値との一致度を計算する一致度計算処理部２３ｂとが設けられている。
【００５０】
高調波成分一致度計算手段２３は、実測高調波成分計算結果２５を受け取ると、規格化計算処理部２３ａが規格化処理を実行し、実測高調波成分計算結果２５に含む各次数の高調波成分の合計が１になるように規格化する。
【００５１】
規格化に際しては、次の式（３）を用いて、規格化後のｊ次（ｊは２以上の自然数）の成分を算出する。
【００５２】
規格化後のｊ次の成分＝規格化前ｊ次の高調波成分／規格化前の高調波成分の合計値
……（３）
図１３は高調波成分の規格化を説明する図である。
【００５３】
高調波成分としては、高調波異常データベース２６にある高調波異常高調波成分２７の最大次数と、実測高調波成分計算結果２５の高調波成分の最大次数が一致していない場合がある。例えば、実測高調波成分計算結果２５の高調波成分の最大次数が２５次まであるが、高調波異常高調波成分２７の最大次数が例えば２０次までしかない場合がある。このようなとき、両者の次数のうち低い次数、すなわち，最大次数の低い高調波異常高調波成分２７の最大次数２０次に一致させ、両者とも２０次までの高調波成分を抽出し規格化する。その結果、前記式（３）の分母は規格化前の高調波成分の２０次までの合計値となる。
【００５４】
一致度計算処理部２３ｂは、実測高調波成分計算結果２５の規格後の値（以下、規格化実測高調波成分計算結果３２と呼ぶ。図１４（ａ）参照）と、高調波異常データベース１７に格納される高調波異常高調波成分２７の規格後の値（以下、規格化高調波異常高調波成分３３と呼ぶ。図１４（ｂ）参照）との差分の絶対値を次数ごとに取り、式（４）のように合計値（以下、規格化差分合計値３４と呼ぶ）を計算する。
【００５５】
規格化差分合計値３４＝|規格化後の２次の成分（実測高調波成分計算結果２５）−規格化後の２次の成分（高調波異常高調波成分２７）|＋|規格化後の３次の成分（実測高調波成分計算結果２５）−規格化後の３次の成分（高調波異常高調波成分２７）|＋  ……  ＋|規格化後のｎ次の成分（実測高調波成分計算結果２５）−規格化後のｎ次の成分（高調波異常高調波成分２７）|  
＝|２次の成分（規格化実測高調波成分計算結果３２）−２次の成分（規格化高調波異常高調波成分３３）|＋|３次の成分（規格化実測高調波成分計算結果３２）−３次の成分（規格化高調波異常高調波成分３３）|＋  ……  ＋|ｎ次の成分（規格化実測高調波成分計算結果３２）−ｎ次の成分（規格化高調波異常高調波成分３３）|
…（４）
この式（４）から、規格化実測高調波成分計算結果３２と規格化高調波異常高調波成分３３が完全に一致している場合、規格化差分合計値３４はゼロとなる。
【００５６】
図１４は規格化実測高調波成分計算結果３２と規格化高調波異常高調波成分３３とが完全に一致している例を示す図である。すなわち、一致度計算処理部２３ｂは、式（４）に基づき、規格化実測高調波成分計算結果３２と規格化高調波異常高調波成分３３とが完全に一致している場合、規格化差分合計値３４がゼロとなる。
【００５７】
一方、式（４）に基づき、規格化実測高調波成分計算結果３２と規格化高調波異常高調波成分３３とが完全に一致していない場合、規格化実測高調波成分計算結果３２の合計値と、規格化高調波異常高調波成分３３の合計値がそれぞれ１であることから、規格化差分合計値３４は２となる。例えば、図１５に示すように、３次、５次の高調波成分を含む規格化実測高調波成分計算結果３２と、７次、１０次の高調波成分を含む規格化高調波異常高調波成分３３との場合、各次数が完全不一致となる。しかし、両者とも規格化されているので、それぞれ複数次数の合計値は１となる。その結果、規格化差分絶対値の合計値３４は２となる。
【００５８】
図１６は規格化実測高調波成分計算結果３２と規格化高調波異常高調波成分３３とが一部一致している例を示す図である。この例は、５次の高調波成分が一致しているが、他の次数の高調波成分は一致していない。このような場合、規格化実測高調波成分計算結果３２の合計値１のうち、一致していない３次の高調波成分をもつ規格化実測高調波成分計算結果３２が０．６であり、規格化高調波異常高調波成分３３の合計値１のうち、一致していない７次の高調波成分をもつ規格化高調波異常高調波成分３２が０．６である。その結果、規格化差分絶対値の合計値３４は、０．６＋０．６＝１．２となる。
【００５９】
従って、以上のように規格化実測高調波成分計算結果３２と、規格化高調波異常高調波成分３３との一致の度合いは、全く一致していない場合から、全く一致している場合までは、規格化差分合計値３４が２（全く一致してない場合）から０（全く一致している場合）までの値で表されることが分かる。
【００６０】
図１７は規格化実測高調波成分計算結果３２と規格化高調波異常高調波成分３３との一致度の程度と規格化差合計値３４との関係を示す図である。この図から明らかなように、全く一致していない場合の規格化差分合計値３４は２、完全に一致している場合の規格化差分合計値３４は０となり、部分的に一致している場合はその中間の値となることを表わしている。
【００６１】
ここで、高調波成分一致度２９の定義について考える。  
今、規格化実測高調波成分計算結果３２と規格化高調波異常高調波成分３３が完全に一致している場合を１００％、全く一致していない場合を−１００％、中間を０％となる様にすると、図１８に示すように表わすことができ、理解し易くなる。
【００６２】
そこで、図１８に示す高調波成分一致度２９と規格化差分合計値３４との間の変換式は、式（５）で表わせる。その結果、式（５）で計算された結果が高調波成分一致度２９と定義できる。  
高調波成分一致度２９＝（１−規格化差分合計値３４）×１００（％）  ……（５）  
すなわち、一致度計算処理部２３ｂは、高調波異常高調波成分２７ごとに、実測高調波成分計算結果２５との高調波成分一致度２９を式（５）によって計算し、高調波異常推定手段２４に渡す。
【００６３】
高調波異常推定手段２４は、高調波成分一致度計算手段２３から受け取った高調波異常高調波成分２７ごとの高調波成分一致度２９をもとに、高調波異常となる高調波異常パターン例えば２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃを推定する。
【００６４】
図１９は高調波異常推定手段２４の機能ブロック及び処理内容を説明する図である。
【００６５】
高調波異常推定手段２４は一致度並び替え処理部２４ａと高調波異常抽出部２４ｂで構成される。
【００６６】
一致度並び替え処理部２４ａは、高調波異常高調波成分２７の高調波成分一致度２９をもとに当該高調波異常高調波成分２７を並び替える処理を行うものであって、例えば高調波成分一致度２９の高いものから順に並び替える処理を実行する。
【００６７】
高調波異常抽出部２４ｂは、高調波成分一致度２９の高いものから順に並び替えた高調波異常高調波成分２７をもつ高調波異常パターン２８の中から、高調波異常と推定されるパターン２８を抽出し、高調波異常推定結果７として出力する。
【００６８】
図２０は高調波異常高調波成分２７と高調波成分一致度２９との関係を説明する図である。
【００６９】
高調波異常推定手段２４は、一致度並び替え処理部２４ａが高調波異常高調波成分２７に対応する高調波異常パターン２８を、高調波成分一致度２９の高いものから順に左側から並べていくと、図２０に示すように高調波成分一致度２９が１００％から−１００％の間に収まり、左側にあるほど高調波異常が高く、右側にあるほどほど高調波異常が低いと考えることができる。
【００７０】
従って、高調波異常推定手段２４の高調波異常抽出部２４ｂでは、実験の積み重ねや経験等を通して電力の品質に影響を与える可能性を考慮しつつ高調波異常抽出しきい値３５を設定し、高調波成分一致度２９が高調波異常抽出しきい値３５よりも高い高調波異常高調波成分２７をもつ高調波異常パターン２８を高調波異常として抽出することが可能である。つまり、高調波異常抽出部２４ｂは、図２０に示すように高調波異常抽出しきい値３５より上側に存在する高調波異常高調波成分２７を高調波異常推定結果７として出力する。
【００７１】
なお、高調波異常推定手段２４としては、高調波異常抽出しきい値３５を設けることなく、高調波成分一致度２９の高い順に並べ替えて高調波異常推定結果７として出力してもよい。
【００７２】
図２１は、高調波異常抽出しきい値３５を設けずに高調波異常推定結果７を表示装置に表示した一例を示す図である。同図において、縦軸が高調波成分一致度２９、横軸が高調波異常パターン２８であって、高調波成分一致度２９の高い順番に左側から右側に並べた表示例である。請求項３に対応する。
【００７３】
従って、以上のような実施の形態によれば、電力系統に接続される装置２の各主要部品１１ａ〜１１ｄより取得される電圧、電流等の電気量４ａ〜４ｄから電力品質の一つである高調波成分を取り出し、これら実測高調波成分と予め記憶される異常ないし故障の前兆となる高調波異常パターン２８を持つ高調波異常高調波成分２７との一致度を計算し、一致度の高い高調波異常パターン２８の高調波成分をそれぞれの主要部品１１ａ〜１１ｄの高調波異常推定結果とした後、これら高調波異常推定結果７ａ〜７ｄから各主要部品１１ａ〜１１ｄの故障確率を取り出し、最終的に装置２全体の異常推定値（故障確率）１２を取り出すので、何れの主要部品１１ａ〜１１ｄの故障確率が高いか、ひいては何れの主要部品１１ａ〜１１ｄに異常ないし故障となる前兆が生じているかを推定できる。
【００７４】
これにより、装置２自体の異常や故障の前兆が何れの主要部品１１ａ〜１１ｄに基づくものであるかなどを正確に推定できる。
【００７５】
（第２の実施の形態：請求項４に対応）  
図２２は電力品質評価システム６における故障推定装置８（８ａ〜８ｄ）の機能構成を示す図であって、特に前述した高調波異常推定手段２４に代えて、結果表示制御手段４１を設けた図である。
【００７６】
すなわち、電力品質評価システム６は、高調波成分計算手段２１にて実測高調波成分計算結果２５を計算し、高調波成分一致度計算手段２３に渡す。高調波成分一致度計算手段２３は、各高調波異常パターン２８毎の高調波成分一致度２９を計算し、例えばデータ記録手段２２の所定の領域に記憶し、出力する。
【００７７】
結果表示制御手段４１は、高調波成分一致度計算手段２３から出力される各高調波異常パターン２８毎の高調波成分一致度２９を表示装置４２に表示するとともに、一定時間毎に高調波成分計算手段２１に戻り、各構成手段２１，２３，４１による処理を繰り返し実行する。その結果、データ記録手段２２の所定の記録領域には、所要とする期間（例えば２４時間）にわたって各時間毎の各高調波異常パターン２８毎の高調波成分一致度２９が時系列的に記憶される。
【００７８】
図２３は、結果表示制御手段４１によって高調波異常パターン２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ、２８Ｄ毎の高調波成分一致度２９の表示例を示す図である。縦軸は高調波成分一致度２９、横軸は時間である。
【００７９】
図２３の例は、一日２４時間分の表示例である。すなわち、高調波成分一致度計算手段２３は、高調波異常パターン２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ、２８Ｄの高調波成分一致度２９を一日２４時間分にわたって時系列的に蓄積し、結果表示制御手段４１にて表示した例である。
【００８０】
この実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を奏する他、所要とする期間にわたって所定時間毎の各高調波異常パターン２８毎の高調波成分一致度２９の変化を表示できるので、各高調波異常パターン２８の時間的な変化の推移を把握でき、特定の高調波異常パターン２８が何れの時間帯に大きく異常となるかなどを判断することができる。
【００８１】
（第３の実施の形態）  
図２４は本発明に係る電力品質評価システム６の第３の実施形態を示す概略構成図であって、請求項５に対応する。
【００８２】
この実施の形態は、図４に示す故障確率変換処理部１０Ａ及び全体故障確率推定処理部１０Ｂの出力側にデータ収集処理部４３及び表示制御部４４を設け、データ収集処理部４３は、所定時間ごとあるいは所定月ごとに各主要部品１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの故障確率１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ及び装置２の故障確率１２を収集し、データ記録手段２２あるいは適宜な記憶手段に時系列的に記憶していく。表示制御部４４は、データ記録手段２２から各主要部品１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの故障確率１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ及び装置２の故障確率１２を読み出し、予め決められた表示形態に従って表示装置４２に表示する機能を有している。
【００８３】
図２５は予め決められた１つの表示形態を示す図である。すなわち、データ収集処理部４３は、所定時間ごとに各主要部品１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの故障確率１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ及び装置２の故障確率１２を収集し、データ記録手段２２の所定の記憶領域に格納するとともに、表示制御部４４に送出する。ここで、表示制御部４４は、図２５に示すように予め装置２を構成する主要部品１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの接続に従って部品名を表示するとともに、部品名の近傍に故障確率を書き込む表示領域が形成され、データ収集処理部４３から送られてくる各主要部品１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの故障確率１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ及び装置２の装置全体故障確率１２を対応表示領域に順次書き込むことにより、表示装置４２に表示する例である。
【００８４】
この構成によれば、予め決められた時間ごとに各主要部品１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ及び装置２に対応付けて主要部品１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの故障確率１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ及び装置２の装置全体故障確率１２を表示するので、装置２及び装置２を構成する主要部品１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの現在の状況を的確に把握できる。
【００８５】
図２６（ａ），（ｂ）は予め決められた他の表示形態を説明する図であって、請求項６に対応する。
【００８６】
データ記録手段２２の所定領域には所定時間ごとに例えば２４時間分または各月ごとに所定年分（例えば１０年分）に亘って、主要部品１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの故障確率１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ及び装置２の装置全体故障確率１２に関するデータが時系列的に蓄積されているので、表示制御部４４は、図２６（ａ）に示すように横軸が時間（例えば一日２４時間）、縦軸が故障確率とし、データ記録手段２２から主要部品１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの故障確率１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ及び装置２の装置全体故障確率１２に関するデータを読み出し、表示装置４２に折れ線グラフにより表示する例である。
【００８７】
図２６（ｂ）は、横軸が年（例えば１０年）、縦軸が故障確率とし、図２６（ａ）と同様にデータ記録手段２２から１０年分に亘って、主要部品１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの故障確率１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ及び装置２の装置全体故障確率１２に関するデータを読み出し、表示装置４２に折れ線グラフにより表示した例である。
【００８８】
さらに、図２７（ａ），（ｂ）は表示制御部４４による更に異なる表示形態を説明する図であって、請求項７に対応する。
【００８９】
すなわち、表示制御部４４は、主要部品７ａ，７ｂ，…の故障確率や装置２の故障確率について図２６に示すように表示するが、予めアラーム規定値４５を設定し、主要部品７ａ，７ｂ，…の故障確率１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄや装置２の故障確率１２がアラーム規定値４５より大きくなったとき、注意を喚起するためのアラーム情報を出力する例である。
【００９０】
さらに、図２８は、装置２を構成する主要部品１１ａ〜１１ｄや当該装置２の将来の故障確率を、データ記録手段２２などに記録される過去の故障確率から予測し、予報するための表示例である。請求項８に対応する。
【００９１】
予め図４で示す装置異常推定装置１０で得られた所定期間ごとに各主要部品１１ａ〜１１ｄの故障確率をデータ記録手段２２に記録しておけば、最小二乗法を用いて、記録されている過去の故障確率から下記式（６−１）の係数ａ，ｂ、または下記式（６−２）の係数ａとｂとｃ、または下記式（６−３）の係数ａを求めて式（６−１）または式（６−２）に将来の年を代入することにより、将来の故障確率を求めることができる。
【００９２】
将来の故障確率＝（ａ×年＋ｂ）×１００（％）                    …（６−１）  
将来の故障確率＝（ａ×年2＋ｂ×年＋ｃ）×１００（％）            …（６−２）  
将来の故障確率＝（１・ｅｘｐ（−ａ×年））×１００（％）          …（６−３）  
すなわち、故障確率変換処理部１０Ａで得られた各部品の過去の故障確率及び全体故障確率推定処理部１０Ｂで得られた装置の異常推定結果である過去の故障確率のうち、少なくとも当該装置の過去の故障確率を当該装置の将来の故障確率とし、当該装置の現在の故障確率の変化から前記将来の故障確率への到達を予測し、表示装置４２などに表示し予報することにより、電力品質の悪化を未然に回避することができる。
【００９３】
従って、この構成によれば、過去の故障確率から将来の故障確率を設定し、期間の経過とともに変化してくる現在の装置２の故障確率から当該装置２の異常や故障の前兆を的確に予測し、予報情報として出力することができる。
【００９４】
その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
【００９５】
例えば上記実施の形態では、装置２を構成する主要部品に供給される電電圧・電流の電気量に重畳される高調波から装置２の異常や故障の前兆を推定するが、この高調波に加えて、装置２や主要部品１１ａ〜１１ｄの動作を特長付ける例えば振動，回転数、騒音等を検知し、装置２の異常や故障の前兆を推定する際の補助データとして加えてもよい。
【符号の説明】
【００９６】
２…負荷装置、３（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）…測定装置、４（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）…電圧、電流等の電気量、５（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ）…伝送系、６…電力品質評価システム、７（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）…高調波異常推定結果、８（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ）…故障推定装置、１０…装置異常推定装置、１０Ａ…故障確率変換処理部、１０Ｂ…全体故障確率推定処理部、１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）…主要部品、２１…高調波成分計算手段、２１ａ…ＦＦＴ処理部、２２…データ記録手段、２３…高調波成分一致度計算手段、２３ａ…規格化計算処理部、２３ｂ…一致度計算処理部、２４…高調波異常推定手段、２４ａ…一致度並び替え処理部、２４ｂ…高調波異常抽出部、２５…実測高調波成分計算結果、２６…高調波異常データベース、２７…高調波異常高調波成分、２８…高調波異常パターン、２９…高調波成分一致度、４１…結果表示制御手段、４２…表示装置、４３…データ収集処理部、４４…表示制御部、４５…アラーム規定値。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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