(57)【要約】【課題】実際の高圧需要家内の高調波発生源から流出する正味の高調波流出電流を求めることができる高調波計測方法を提供する。【解決手段】高圧需要家内の負荷機器から流出する高調波流出電流を、高圧需要家の設備を等価回路に置き換えた高調波等価回路１による演算で求める高調波計測方法であって、高調波等価回路１は、高圧需要家の受電設備に設置された変圧器２と、変圧器２の一次側に置いた電源である高調波電圧源３と、力率改善用の進相コンデンサ設備４と、高圧需要家内で使用される負荷機器の消費電力に相当する回路である「負荷」５と、負荷機器のうち高調波電流を発生する機器を対象とした電流値が一定の回路である「高調波電流源」６と、「高調波電流源」と並列に配置された固定値のアドミタンスである「固定アドミタンス」７で構成されている。【選択図】図１
2014044188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧需要家内の負荷機器から流出する高調波流出電流を、高圧需要家の設備を等価回路に置き換えた高調波等価回路による演算で求める高調波計測方法であって、
前記高調波等価回路は、
高圧需要家の受電設備に設置された変圧器と、該変圧器の一次側に置いた電源である高調波電圧源と、力率改善用の進相コンデンサ設備と、高圧需要家内で使用される負荷機器の消費電力に相当する回路である「負荷」と、負荷機器のうち高調波電流を発生する機器を対象とした電流値が一定の回路である「高調波電流源」と、該「高調波電流源」と並列に配置された固定値のアドミタンスである「固定アドミタンス」で構成されている
ことを特徴とする高調波計測方法。
【請求項２】
前記高調波等価回路において、前記進相コンデンサ設備は、
前記変圧器の低圧側（二次側）に配置され、進相コンデンサと直列リアクトルを直列に接続してなる進相コンデンサ群を１以上配置して構成されている
請求項１に記載の高調波計測方法。
【請求項３】
前記請求項１または２に記載の高調波等価回路を実装し、
高圧受電設備の変圧器等の電圧と電流を入力する入力部と、入力部に入力された電圧と電流から高調波電圧と高調波電流を算出する第１演算部と、変圧器インピーダンス等の等価回路演算に使用する定数を保存しておく記憶部と、等価回路による演算を行い高調波流出電流を算出する第２演算部を備えて構成した
高調波計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、実際の高圧需要家内の高調波発生源から流出する正味の高調波流出電流を求めることができる高調波計測方法および高調波計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  高圧需要家では、受電点の力率を改善するために進相コンデンサが設置される。この進相コンデンサは、従来は高圧母線に設置されることが多かった。しかし、中小規模の高圧需要家では、コスト削減の観点から進相コンデンサが変圧器の低圧側に設置される場合もある。
進相コンデンサを低圧側に設置することの高圧需要家へのメリットとしては、変圧器損失の削減効果と、高調波流出電流の低減効果がある。これらのうち、高調波流出電流の低減効果は、簡易な計算では高調波発生源を定電流源と見立てた図１１のような等価回路を考え、配電系統や進相コンデンサなどのインピーダンスを用いて、分流計算により求めることができる。【０００３】  図１１の等価回路において、「配電系統＋変圧器」は、配電系統の配電線のインピーダンスと、高圧需要家の受電設備に設置された高圧（６６００Ｖ）を低圧（２１０Ｖ）に降圧する変圧器のインピーダンスを合計したインピーダンスである。
「直列リアクトル付き進相コンデンサ」は、高圧需要家の受電設備に設置された力率改善用進相コンデンサと、それに直列に接続された進相コンデンサ開閉時の突入電流抑制のために設置される直列リアクトルのインピーダンスである。以降、これを「進相コンデンサ設備」という。
「負荷」は、高圧需要家内で使用される負荷機器の消費電力に相当する回路を抵抗とリアクタンスで表現した回路である。負荷機器とは、例えば一般的なビルの場合は、空調機，エレベータ，照明器具，ＯＡ機器などの機器が該当する。
「高調波電流源」は、空調機，エレベータ，照明器具，ＯＡ機器などの機器のうち、高調波電流を発生する機器を対象とし、発生する高調波電流が配電系統等の他の条件によらず一定であるという仮定のもと、電流値が一定の電流源として置いた回路である。代表的な高調波電流を発生する機器としては、インバータ式エアコンや、パソコン等のＯＡ機器があり、一般的なビルでは、高調波電流を発生する機器の大部分がインバータ式エアコンである。
図１１の等価回路によれば、高圧需要家から配電系統に流出する高調波電流Ｉｈｏｕｔは、次の式で算出される。
2014044188.tif 000003
【０００４】  なお、図１１の等価回路は、高調波を発生する源として、高調波電流源しか想定していない。つまり、配電系統には高調波が存在しないことを前提としたものである。
しかしながら実際の配電系統では、高圧需要家が接続される前から、１〜２％程度の高調波電圧が存在している場合が殆どである。そのため、図１１の等価回路において、高調波電流源以外にも高調波を発生する源があることになる。
このことは、高圧需要家の受電点には、高調波発生源から流出する高調波電流（流出分）と、配電系統から進相コンデンサ等へ流入する高調波電流（流入分）が混在していることを意味する。そのため、実態に合った高調波計算を行うには、流出分と流入分を精度よく分離することが必要である。【０００５】  そこで、分離のための等価回路を図１２に示す。
これは、高圧需要家の変圧器二次側において、高調波電圧が測定できることを利用して、図１１の等価回路の配電系統側に高調波電圧源を置いたものである。
図１２の等価回路を用いることで、変圧器二次側の高調波電圧と高調波電流の実効値と位相角を測定できれば、次の計算手順により、受電点の高調波電流を流出分と流入分に適切に分離できる。
ここで、変圧器二次側電圧・電流をＶＴ，ＩＴとし、配電系統へ流出する電流はＩｈｏｕｔする。また、ＺＳＴ，ＺＳＣ，ＺＬは既知であるとして計算を行なっている。
2014044188.tif 000004
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】  高調波計測方法および高調波計測装置に関する先行技術文献は見当たらない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  図１２の高調波等価回路では、需要家の高調波発生源を、電流値が一定の電流源と仮定していた。しかし、汎用インバータ等で頻繁に用いられている三相ブリッジコンデンサ平滑回路では、配電系統の高調波電圧が変化すると、高調波発生源からの高調波流出電流も変化し一定ではない。このため、図１２の高調波等価回路を用いた高調波計算は、実際の状況に対して誤差を生じていた。【０００８】  より具体的に説明すると、図１２において、高圧需要家の受電点の高調波電圧ＶＴと高調波電流ＩＴの測定値を用いて、高圧需要家内にある高調波電流源の大きさを推定することを考える。
実際の配電系統では、時間帯，曜日，季節などによってＶＳの値は変化する。そのため、測定値が取得された状況によってＶＳの値が異なっているため、結果的に高調波発生源の稼働状態が同じ場合であっても、時間帯，曜日，季節によってＩｈの値が異なって算出されることになる。
しかしながら、実際には高圧需要家内に設置された高調波発生装置自体の容量が変化するわけではなく、ＶＳが変化する影響を受けて、高調波発生装置から流出する高調波電流が変化する。つまり、図１２でＩｈと表現した電流には、ＶＳの影響を受けない成分（即ち、ＶＳがゼロの場合のＩｈ）と、ＶＳの影響を受ける成分（即ち、実際のＩｈとＶＳがゼロの場合のＩｈの差分）が混在しているということである。よって、実用的にはＶＳの影響を受けない成分（即ち、ＶＳがゼロの場合のＩｈ）を正確に求めることが、実際の高圧需要家内の高調波発生源から流出する正味の（つまりＶＳの影響を受けないＩｈ）高調波流出電流を求めることと等価である。
これに対し、図１２の高調波等価回路では、Ｉｈ自体を求めることはできるものの、Ｉｈを、ＶＳの影響を受けない成分と、ＶＳの影響を受ける成分に分離することが不可能であるため、実際の高圧需要家内の高調波発生源から流出する正味の高調波流出電流を求めることができないという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  本発明は、実際の高圧需要家内の高調波発生源から流出する正味の高調波流出電流を求めることができる高調波計測方法および高調波計測装置の提供を目的とし、この目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
本発明の高調波計測方法は、高圧需要家内の負荷機器から流出する高調波流出電流を、高圧需要家の設備を等価回路に置き換えた高調波等価回路による演算で求める高調波計測方法であって、
前記高調波等価回路は、
高圧需要家の受電設備に設置された変圧器と、該変圧器の一次側に置いた電源である高調波電圧源と、力率改善用の進相コンデンサ設備と、高圧需要家内で使用される負荷機器の消費電力に相当する回路である「負荷」と、負荷機器のうち高調波電流を発生する機器を対象とした電流値が一定の回路である「高調波電流源」と、該「高調波電流源」と並列に配置された固定値のアドミタンスである「固定アドミタンス」で構成されていることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１０】  本発明の高調波計測方法では、高調波発生源である負荷機器を想定した「高調波電流源」と、並列に、固定値のアドミタンスである「固定アドミタンス」を置いた高調波等価回路により、高調波電圧源の変化によって固定アドミタンスに流れる電流が変化することで、高調波電圧源の影響を受けない成分と高調波電圧源の影響を受ける成分の両方を考慮できるようになり、計算の精度が向上し、実際の高圧需要家内の高調波発生源から流出する正味の高調波流出電流を求めることができる。【００１１】  また、本発明の高調波計測方法の前記高調波等価回路において、前記進相コンデンサ設備は、前記変圧器の低圧側（二次側）に配置され、進相コンデンサと直列リアクトルを直列に接続してなる進相コンデンサ群を１以上配置して構成されているものとすることもできる。
こうすれば、進相コンデンサ設備が変圧器の低圧側（二次側）に配置されている中小規模の高圧需要家内の高調波発生源から流出する正味の高調波流出電流を求めることができる。【００１２】  また、本発明の高調波計測装置は、前記請求項１または２に記載の高調波等価回路を実装し、高圧受電設備の変圧器等の電圧と電流を入力する入力部と、入力部に入力された電圧と電流から高調波電圧と高調波電流を算出する第１演算部と、変圧器インピーダンス等の等価回路演算に使用する定数を保存しておく記憶部と、等価回路による演算を行い高調波流出電流を算出する第２演算部を備えて構成したことを要旨とする。
本発明の高調波計測装置では、高圧需要家内の高調波発生源（負荷機器）から流出する正味の高調波流出電流を算出でき、この高調波計測装置を進相コンデンサ用制御装置に組み込む等して、高調波計測装置による高調波流出電流の算出結果を用いて、進相コンデンサ群を１以上配置した進相コンデンサ設備を開閉制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】  本発明の改良した高調波等価回路の構成図である。
【図２】  高調波電圧源の位相を変えて固定アドミタンス値Ａを求めた説明図である。
【図３】  本発明の高調波等価回路の精度を示す説明図である。
【図４】  固定アドミタンス値Ａ算出のための高圧需要家とインバータ装置のモデル図である。
【図５】  直列リアクトル付き進相コンデンサ装置を低圧側に接続した高圧需要家のモデル図である。
【図６】  直列リアクトル付き進相コンデンサ装置を低圧側に接続した高圧需要家の高調波等価回路図である。
【図７】  直列リアクトル付き進相コンデンサ装置を高圧側に接続した高圧需要家のモデル図である。
【図８】  直列リアクトル付き進相コンデンサ装置を高圧側に接続した高圧需要家の高調波等価回路図である。
【図９】  本発明の高調波計測装置を組み込んだ進相コンデンサ制御装置の構成図である。
【図１０】  高調波計測装置を組み込んだ進相コンデンサ制御装置における内部処理のフローチャート図である。
【図１１】  従来の簡易な計算をする場合の高調波等価回路の構成図である。
【図１２】  高調波電流の流出分と流入分を分離することができる高調波等価回路の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】  本発明は、図１２の高調波等価回路をさらに改良することによって、高調波計算の精度を向上するものであり、図１は、本発明の高調波等価回路の構成図である。
【００１５】  等価回路構成上の図１２との違いは、高調波発生源を想定した電流源と並列に固定値のアドミタンスを置いた点である。
図１において、配電系統，変圧器，直列リアクトル付き進相コンデンサ，負荷の状態が一定のまま高調波電圧源が変化すると、固定アドミタンスに印加される高調波電圧が変化する。固定アドミタンスを一定値としておけば、固定アドミタンスには高調波電圧に比例した高調波電流が流れ込むことになる。こうして、高調波電圧源の変化によって固定アドミタンスに流れる電流が変化することで、ＶＳの影響を受けない成分とＶＳの影響を受ける成分の両方を考慮できるようになり、計算の精度が向上する。
ここで、固定アドミタンス値Ａは次の式で決定する。但し、ＶＬは、高調波発生源の電圧であり、Ｉｈは、高調波発生源から発生する高調波電流である。ここでΔは変化分を表す。特に、Ｉｈの変化はＩｈｖで表すこととする。
2014044188.tif 000005
【００１６】  本発明の等価回路において、固定アドミタンス値Ａを他の回路要素の条件によらず一定値にできればより実用的である。しかし、シミュレーションにより高調波電圧源の位相を変えてＡを求めると図２に示す結果となり、一定ではない。そこで、これまでに多数の高圧需要家で実測した高調波電圧を分析した結果を用いて、Ａを設定する。
具体的には、第５調波電圧位相は、基本波電圧を基準とした場合、０°付近に集中して発生する特徴を利用し、Ａを直線のように０°の値として一定であるとおく。これにより、位相変化分による誤差を最小にする。
図３に等価回路と詳細シミュレーションの計算結果の比較を示すが、実用上十分な精度である。
【００１７】  固定アドミタンス値Ａの計算方法を、具体的な数値を交えて解説する。
Ａは前述のとおり配電系統に高調波電圧がある場合の高調波流出電流と、ない場合の高調波流出電流の差分に相当する値である。このため、Ａを実在の配電系統での実測により算出することは困難である。そのため、高調波電圧を任意に調整できる実験装置を用い、実際のインバータ装置の高調波電流を実測して算出するか、若しくはインバータ装置の内部回路等を正確にモデル化でき、電圧や電流の波形の詳細計算が可能なシミュレーションソフトウェアを用いて算出するかの何れかの方法によらなければならない。ここでは、より汎用性の高いシミュレーションソフトウェアを用いる方法を説明する。
また、Ａは高調波発生源の回路種類毎に決定する必要があるが、ここではビルで使用されるエアコンに最もよく使用される回路である三相ブリッジコンデンサ平滑回路を有する高調波発生源に適用するＡの値の算出方法を説明する。
【００１８】  まず、計算する上での想定条件を図４のとおりとする。
これは、比較的小規模な高圧需要家においてインバータ装置を接続した状況を想定したものである。しかしながら、計算の目的は高調波電圧がある場合とない場合の差異を求めることであり、別の状況を想定した計算を行なっても、算出されるＡの値に実用上問題となる差異は生じない。
この高圧需要家とインバータ装置の詳細モデルを、シミュレーションソフトウェアであるＭａｔｌａｂ／ｓｉｍｕｌｉｎｋ上にて作成してシミュレーションを行い、その結果を用いてＡを決定する。その具体的な手順は次のとおりである。
【００１９】  図中の文字の説明は、以下のとおりである。
ＶＳ：配電系統の第５調波電圧
ＶＬ：負荷にかかる第５調波電圧
Ｉｈ：高調波発生源の第５調波電流
また、回路の条件設定は、以下のとおりである。
配電系統：変圧器一次側での短絡電流が１２．５ｋＡとなるインピーダンス
変圧器：３０ｋＶＡ
高調波発生源：ビルで使用されるエアコンに最もよく使用される回路である三相ブリッジコンデンサ平滑回路を有するインバータ駆動モータとし、モータ出力を１５ｋＷとする。
低圧直列リアクトル付き進相コンデンサ：変圧器容量の１／３程度とし、１２ｋｖａｒとする。
負荷：高調波発生源であるインバータ駆動モータと並列に接続された、高調波を発生しないモータ等を想定した負荷機器であり、出力を５ｋＷとする。
【００２０】  手順１：ＶＳ＝０の場合の、ＶＬ（＝ＶＬ０）とＩｈを求める。但し、電圧源の基本波相電圧を位相基準とする。実際にシミュレーションをした結果は、次のとおりである。
2014044188.tif 000006
手順２：ＶＳを基本波の５％で位相差をゼロに設定し、その時のＶＬとＩｈを求める。
2014044188.tif 000007
手順３：それぞれの差を求める
2014044188.tif 000008
手順４：ΔＶＬ＝ＶＬ−ＶＬ０，ΔＩｈ＝Ｉｈｖとし、式（５）のＡ＝Ｉｈｖ／ΔＶＬからＡを求める。
2014044188.tif 000009
【実施例１】
【００２１】  低圧進相コンデンサがある高圧需要家における、変圧器二次側の実測データから、この需要家の高調波流出電流を算出する実施例を説明する。
（ａ）等価回路の作成
実際の高圧需要家への適用例を述べる。
図５に示すような６６００Ｖで受電しているビルを想定する。
この高圧需要家と配電系統を提案する等価回路に置き換えると図６となる。
（ｂ）等価回路の各回路定数の決定方法
図５の各回路定数の決定方法を、以下に説明する。
［電源］
配電用変電所を表しており、電気回路的には電圧源として考え、高圧配電系統の基準電圧である６６００Ｖとする。第５調波電圧は基本波電圧の４％以下に維持することを目標に運用されている。需要家が負荷機器を使用する昼間では、高調波電圧は比較的小さいため、このモデルでは２．５％とする。この条件から、実際にＶＳを求める。電圧は低圧側電圧を基準とするため２１０Ｖである。また、相電圧で計算するので、電圧を１／√３倍する。第５調波電圧は基本波電圧の２．５％と設定したので、これらから以下のように計算される。
2014044188.tif 000010
【００２２】  ［配電系統］
配電系統とは、高圧需要家までの配電線であり、そのインピーダンスは配電線の種類，太さ，こう長（長さ）により決まるが、このモデルでは高圧需要家の高圧遮断器の一般的な定格値である短絡電流１２．５ｋＡから想定する。配電線のインピーダンスは一般的にリアクタンス成分の方が大きいため、このモデルでは簡単化のために抵抗分はゼロとし、リアクタンス分のみ考えるとする。これらの条件から、配電線のインピーダンスは以下のように計算される。なお、第５調波を対象としたモデルであるため、リアクトルのインピーダンスが周波数に比例することを考慮し、基本波インピーダンスの５倍とした。
2014044188.tif 000011
【００２３】  ［高調波電流源］
高調波電流源とは、高圧需要家内で使用されているエアコンなどの負荷機器のうちインバータで駆動されているものであり、定格出力を１５ｋＷとした。この高調波電流源から発生する第５調波電流の大きさは、高圧または特別高圧で受電する需要家の高調波抑制対策ガイドラインに定められた高調波発生機器のうち、エアコンなどの負荷機器でよく用いられる、三相ブリッジコンデンサ平滑（交流・直流リアクトルあり）であるとする。
また、固定アドミタンスＡは三相ブリッジコンデンサ平滑回路を有する場合として、前述の計算事例から求めた０．１３２−ｊ０．２４６［Ｓ］を用いる。【００２４】  ［負荷］
高圧需要家内で使用されている負荷機器のうち高調波電流源以外のものを表しており、具体的には、インバータが使用されていないエアコン，エレベータ，給水ポンプなどがある。このモデルでは、これらの合計消費電力を３０ｋＷとし、力率は遅れ９０％とした。また、負荷は抵抗とリアクトルの並列回路であるとする。
以上の条件から、負荷の第５調波インピーダンスを算出すると以下のとおりである。
2014044188.tif 000012
【００２５】  ［変圧器］
高調波発生源と負荷の合計容量が４５ｋＷであることから、それよりも大きい７５ｋＶＡ（Ｙ−Δ結線）とした。変圧器の等価回路は、抵抗とリアクトルの直列であるとした。また、代表的なメーカのカタログ値を参考に、負荷損を１２８０Ｗ、短絡インピーダンスを２．７５％とした。これらの条件から変圧器の第５調波インピーダンスを求めると次のとおりである。
2014044188.tif 000013
【００２６】  ［低圧進相コンデンサ］
進相コンデンサは、一般的に変圧器容量の１／３程度の容量に選定されることから、このモデルでは２４ｋｖａｒとした。また、直列リアクトルが進相コンデンサに直列に接続されているものとし、直列リアクトルの容量は進相コンデンサ容量の６％とした。
この条件で、進相コンデンサの第５調波インピーダンスＺＣＬを求める。定格電圧は２３４Ｖであり、損失はカタログから０．０２５％とすると、ＺＣＬは以下のとおりである。ここで、コンデンサのインピーダンスは周波数に反比例するので、キャパシタの第５調波インピーダンスは基本波の１／５になる。
2014044188.tif 000014
また、直列リアクトルの第５調波インピーダンスＺＳＲＬを求める。直列リアクトルは損失を示す抵抗とリアクトルの直列接続であるとし、直列リアクトル容量は２４×０．０６＝１．４４ｋｖａｒである。
定格電圧は２２０×０．０６／（１−０．０６）＝１４．０［Ｖ］、損失はカタログから７８Ｗとすると、ＺＳＲＬは以下のように計算できる。
但し、リアクトルの第５調波インピーダンスは基本波の５倍になる。
2014044188.tif 000015
合計のインピーダンスであるＺＳＣＬは、ＺＣＬとＺＳＲＬの和であり、次のとおりである。
2014044188.tif 000016
以上の方法で、本例の等価回路である図６が作成された。【００２７】  （ｃ）実測値
本例では、変圧器二次側の測定点において、第５調波電圧と電流を測定した結果を用いて、需要家からの正味の第５調波流出電流（配電系統の第５調波電圧ＶＳがゼロの時の第５調波流出電流）を求める。
ここで、測定結果としては、前述したシミュレーションソフトウェアを用いて図７の状況の詳細をモデル化し、電圧と電流波形を計算した結果から算出した第５調波電圧と電流の値（それぞれＶＴ，ＩＴとする）を用いる。なお、一般的に実際に測定できる電圧は線間電圧であるが、ここでは相電圧に変換した値を用いる。
以下に、本事例で用いるＶＴ，ＩＴとの数値を示す。位相は測定点の基本波線間電圧ＶＴを基準とした。
2014044188.tif 000017
【００２８】  （ｄ）本例等価回路を用いた第５調波流出電流の計算式
本例等価回路を用いた第５調波流出電流の計算方法を示す。この時ＶＴ，ＩＴ，及び等価回路の各パラメータ（電源，高調波発生源以外）は既知であるとして計算を行なっている。
まずは、電源の第５調波電圧ＶＳを求める。
2014044188.tif 000018
但し、Ｚｓｔは次のとおりである。
2014044188.tif 000019
次に、Ｉｈ＋Ｉｈｖを求める。但し、高調波発生源から発生する電流Ｉｈ＋Ｉｈｖを定電流源と考える。
まず、重ね合わせの定理から、電圧源ＶＳがない時のＩＴを求める。この時のＩＴをＩＴｉとすると、次のとおりである。
2014044188.tif 000020
但し、Ｚｋは次のとおりである。
2014044188.tif 000021
よって、Ｉｈ＋Ｉｈｖは、以下の式で求められる。但し、ＩＴとＩｈ＋Ｉｈｖは、等価回路で示す電流の向きが逆となるので、次のとおりである。
2014044188.tif 000022
次に、Ｉｈｖを求める。これは、電流源がない時（１／Ａはある）を想定し、ＶＳによって１／Ａに流れる電流を計算すればよい。よって、次のとおりである。
2014044188.tif 000023
となる。但し、ＺＰは次のとおりである。
2014044188.tif 000024
これらから、需要家内の負荷機器から発生する正味の第５調波電流Ｉｈが求められる。よって、配電系統に流出する第５調波電流は、Ｉｈｏｕｔをもとに次の式で計算できる。
2014044188.tif 000025
【００２９】  （ｅ）本例回路を用いた第５調波流出電流の数値計算
それぞれ、シミュレーションデータと等価回路の各パラメータを用いて計算した。
式（６），（７）より
2014044188.tif 000026
式（８），（９），（１０）より
2014044188.tif 000027
式（１１），（１２）より
2014044188.tif 000028
よってＩｈは次のとおりになる。
2014044188.tif 000029
【００３０】  （ｆ）図１２の従来等価回路を用いた第５調波流出電流の数値計算
図１２の従来等価回路は、図６の本例等価回路から１／Ａを除いた回路であるため、高調波発生源から流出する電流Ｉｈ＋ＩｈｖはＩｈとＩｈｖに分離することができない。そこで、図１２の従来等価回路では、本例等価回路で求めたＩｈ＋Ｉｈｖを一つに統合し、定電流源Ｉｈ’と考える。よって次のとおりとなる。
2014044188.tif 000030
【００３１】  （ｇ）計算結果の妥当性
需要家内の負荷機器から発生する正味の第５調波電流Ｉｈは、配電系統の第５調波電圧ＶＳがゼロの時における高調波発生源から発生する第５調波電流である。そこで、第５調波電圧ＶＳがゼロの時の詳細シミュレーションを行い、高調波発生源から発生する第５調波電流を求め、本例等価回路および従来等価回路から求めたＩｈとＩｈ’の妥当性を評価する。
実際に詳細シミュレーションを実施した結果は、次のとおりである。
2014044188.tif 000031
本例等価回路および従来等価回路から求めたＩｈとＩｈ’と、上の値を比較すると、本例等価回路で求めたＩｈの方が、差異が小さいことが分かる。
よって、本例等価回路では従来等価回路よりも精度よく需要家内の負荷機器から発生する正味の第５調波電流を求めることができている。【００３２】  （ｈ）需要家からの高調波流出電流の数値計算
本例等価回路から求めたＩｈを用い、需要家からの配電系統へ流出する高調波流出を求める。
式（１３）より、次のとおりになる。
2014044188.tif 000032
以上の結果から、需要家内の負荷機器から配電系統に流出する正味の第５調波流出電流Ｉｅは５．５５Ａであることが導き出される。
【実施例２】
【００３３】  高圧進相コンデンサがある高圧需要家における受電点の実測データから、この需要家の高調波流出電流を算出する実施例を説明する。
（ａ）等価回路の作成
実際の高圧需要家への適用例を述べる。
図７に示すような６６００Ｖで受電しているビルを想定する。この高圧需要家と配電系統を等価回路に置き換えると図８となる。【００３４】  （ｂ）等価回路の各回路定数の決定方法
図８の回路定数の決定方法を、以下に説明する。
図８の定数は、高圧に接続された進相コンデンサ以外、実施例１と全て同じ値に設定した。
高圧進相コンデンサの回路定数の決定方法について説明する。
進相コンデンサは、一般的に変圧器容量の１／３程度の容量に選定されることから、このモデルでも実施例１と同様に２４ｋｖａｒとした。また、直列リアクトルが進相コンデンサに直列に接続されているものとし、直列リアクトルの容量は進相コンデンサ容量の６％とした。
この条件で、進相コンデンサの第５調波インピーダンスＺＣＨを求める。
実施例１と異なり、高圧接続なので低圧電圧基準に換算すると、
定格電圧は２１０／（１−０．０６）＝２２３Ｖとなる。また、損失はカタログから０．０２５％とすると、ＺＣＨは以下のとおりである。ここで、コンデンサのインピーダンスは周波数に反比例するので、キャパシタの第５調波インピーダンスは基本波の１／５になる。
2014044188.tif 000033
また、直列リアクトルの第５調波インピーダンスＺＳＲＨを求める。
直列リアクトルは損失を示す抵抗とリアクトルの直列接続であるとし、直列リアクトル容量は２４×０．０６＝１．４４ｋｖａｒである。定格電圧は２１０×０．０６／（１−０．０６）＝１３．４［Ｖ］、損失はカタログから７６Ｗとすると、ＺＳＲＨは以下のように計算できる。但し、リアクトルの第５調波インピーダンスは基本波の５倍になる。
2014044188.tif 000034
合計のインピーダンスであるＺＳＣＨは、ＺＣＨとＺＳＲＨの和であり、次のとおりである。
2014044188.tif 000035
【００３５】  （ｃ）実測値
本実施例では、受電点の測定点において、第５調波電圧と電流を測定した結果を用いて、需要家からの正味の第５調波流出電流（配電系統の第５調波電圧ＶＳがゼロの時の第５調波流出電流）を求める。
ここで、測定結果としては、前述したシミュレーションソフトウェアを用いて図７の状況の詳細をモデル化し、電圧と電流波形を計算した結果から算出した第５調波電圧と電流の値（それぞれＶＲ，ＩＲとする）を用いる。なお、一般的に実際に測定できる電圧は線間電圧であるが、ここでは相電圧に変換した値を用いる。
以下に、本事例で用いるＶＲ，ＩＲとの数値を示す。位相は測定点の基本波相電圧ＶＲを基準とした。
2014044188.tif 000036
2014044188.tif 000037
等価回路計算では、低圧基準とするため、ＶＲ，ＩＲは低圧換算を行った。
2014044188.tif 000038
【００３６】  （ｄ）本例等価回路を用いた第５調波流出電流の計算式
本例等価回路を用いた第５調波流出電流の計算方法を示す。この時ＶＲ，ＩＲ，及び等価回路の各回路定数（電源，高調波発生源以外）は既知であるとして計算を行なっている。
まずは、電源の第５調波電圧ＶＳを求める。
2014044188.tif 000039
次に、Ｉｈ＋Ｉｈｖを求める。但し、高調波発生源から発生する電流Ｉｈ＋Ｉｈｖを定電流源と考える。
まず、重ね合わせの定理から、電圧源ＶＳがない時のＩＲを求める。この時のＩＲをＩＲｉとすると、次のとおりになる。
2014044188.tif 000040
但し、ＺＷは次のとおりになる。
2014044188.tif 000041
次に、電圧源ＶＳがない時のＩＴを求める。変圧器の巻線がＹ−Δであることを考慮して、位相を＋３０ｄｅｇ回転させる。この時のＩＴをＩＴｉとすると次のとおりになる。
2014044188.tif 000042
よって、Ｉｈ＋Ｉｈｖは、以下の式で求められる。但し、ＩＴとＩｈ＋Ｉｈｖは、等価回路で示す電流の向きが逆となるので次のとおりになる。
2014044188.tif 000043
但し、ＺＦは次のとおりになる。
2014044188.tif 000044
次に、Ｉｈｖを求める。これは、電流源がない時（１／Ａはある）を想定し、ＶＳによって１／Ａに流れる電流を計算すればよい。また、変圧器の巻線がＹ−Δであることを考慮して、位相を＋３０ｄｅｇ回転させる。但し、ＩｈｖとＶＳは、等価回路で示す向きが逆となるので次のとおりになる。
2014044188.tif 000045
但し、ＺＭ，ＺＸは次のとおりになる。
2014044188.tif 000046
これらから、需要家内の負荷機器から発生する正味の第５調波電流Ｉｈが求められる。
よって、配電系統に流出する第５調波電流Ｉｈｏｕｔは、Ｉｈをもとに次の式で計算できる。
2014044188.tif 000047
【００３７】  （ｅ）本例回路を用いた第５調波流出電流の数値計算
それぞれ、シミュレーションデータと等価回路の各回路定数を用いて計算した。
式（１４）より、
2014044188.tif 000048
式（１５），（１６）より、
2014044188.tif 000049
式（１７）より、
2014044188.tif 000050
式（１８），（１９）より、
2014044188.tif 000051
式（２１），（２２），（２３）より、
2014044188.tif 000052
よって式（２０）より次のとおりになる。
2014044188.tif 000053
【００３８】  （ｆ）従来等価回路を用いた第５調波流出電流の数値計算
従来等価回路は、図６の本例等価回路から１／Ａを除いた回路であるため、高調波発生源から流出する電流Ｉｈ＋ＩｈｖはＩｈとＩｈｖに分離することができない。そこで、従来等価回路では、本例等価回路で求めたＩｈ＋Ｉｈｖを一つに統合し、定電流源１ｈ’と考える。よって次のとおりとなる。
2014044188.tif 000054
【００３９】  （ｇ）計算結果の妥当性
需要家内の負荷機器から発生する正味の第５調波電流Ｉｈは、配電系統の第５調波電圧ＶＳがゼロの時における高調波発生源から発生する第５調波電流である。そこで、第５調波電圧ＶＳがゼロの時の詳細シミュレーションを行い、高調波発生源から発生する第５調波電流を求め、本例等価回路及び従来等価回路から求めたＩｈとＩｈ’の妥当性を評価する。
実際に詳細シミュレーションを実施した結果は、次のとおりである。
2014044188.tif 000055
本例等価回路及び従来等価回路から求めたＩｈとＩｈ’と、上の値を比較すると、本例等価回路で求めたＩｈの方が、差異が小さいことが分かる。よって、本例等価回路では従来等価回路よりも精度よく需要家内の負荷機器から発生する正味の第５調波電流を求めることができている。【００４０】  （ｈ）需要家からの高調波流出電流の数値計算
本例等価回路から求めたＩｈを用い、需要家からの配電系統へ流出する高調波流出を求める。
式（２４）より次のとおりになる。
2014044188.tif 000056
以上の結果から、需要家内の負荷機器から配電系統に流出する正味の第５調波流出電流Ｉｈｏｕｔは６．７２Ａであることが導き出される。
【実施例３】
【００４１】  図９に本発明の実現方法として、本発明の等価回路を実装した進相コンデンサ制御装置１０の構成を示す。
高圧受電設備の変圧器等の電圧と電流を入力する入力部１１，それらから高調波電圧と電流を演算する演算部１２，変圧器インピーダンス等の等価回路演算に使用する定数を保存しておく記憶部１３，実際に等価回路による演算を行う演算部１４，演算結果を用いて進相コンデンサ（進相コンデンサ設備４）を制御する進相コンデンサ制御部１５から構成される。
このうち、入力部１１，演算部１２，記憶部１３，演算部１４で本発明の高調波計測装置１０Ａが構成されている。
なお、進相コンデンサ設備４は、進相コンデンサと直列リアクトルと開閉器を直列に接続してなる進相コンデンサ群を１以上配置して構成されているものとする。【００４２】  進相コンデンサ制御装置１０における内部処理の概略フローを図１０に示す。
電圧と電流を入力し、それらから高調波電圧と電流を算出する。それらの値と予め設定し保存させておいた変圧器インピーダンス等の設定値および現在の進相コンデンサ投入台数を用いて、本発明の等価回路から（正味の）高調波発生源電流を算出する。さらにその結果を用いて、受電点からの（正味の）高調波流出電流を算出する。この算出結果を用いて、進相コンデンサ制御ロジックに基づき進相コンデンサを開閉するための制御信号を出力し、進相コンデンサ群の投入台数を変化させる制御を行うことができる。
即ち、本発明の高調波計測装置１０Ａにより、高圧需要家内の高調波発生源（負荷機器）から流出する正味の高調波流出電流を算出でき、この高調波計測装置１０Ａを進相コンデンサ用制御装置１０に組み込むことで、高調波計測装置１０Ａによる高調波流出電流の算出結果を用いて、進相コンデンサ群を１以上配置した進相コンデンサ設備４を開閉制御することができる。
【符号の説明】
【００４３】１  高調波等価回路
２ａ  変圧器
２ｂ  配電線
３  高調波電圧源
４  進相コンデンサ設備
５  負荷
６  高調波電流源
７  固定アドミタンス
１０  進相コンデンサ制御装置
１０Ａ  高調波計測装置
１１  電圧・電流入力部
１２  高調波電圧・高調波電流演算部
１３  記憶部
１４  等価回路による演算部
１５  進相コンデンサ制御部
【図１】
2014044188.tif 000057
【図２】
2014044188.tif 000058
【図３】
2014044188.tif 000059
【図４】
2014044188.tif 000060
【図５】
2014044188.tif 000061
【図６】
2014044188.tif 000062
【図７】
2014044188.tif 000063
【図８】
2014044188.tif 000064
【図９】
2014044188.tif 000065
【図１０】
2014044188.tif 000066
【図１１】
2014044188.tif 000067
【図１２】
2014044188.tif 000068