(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意の電源周波を当該周波とし、この当該周波の入力波に、当該周波とは異なる周波数を持つ異周波が重畳された場合に、前記入力波から異周波成分を除去する異周波除去装置において、
前記入力波を所定のサンプリング間隔でサンプリングしたサンプリング値を任意の時間幅の時系列データとして格納する時系列データ格納部と、
前記当該周波の周波数と、前記異周波の周波数と、基準となるサンプリング間隔の周期時間と、サンプリングした現在値を基準とした前記時系列データの過去順列数に相当するサンプリング回数とを定数として任意に設定する定数設定部と、
前記定数を用いて予め定めた論理式により、前記異周波の直交成分の総和を相殺するための異周波除去係数を算出する除去係数算出部と、
前記定数を用いて予め定めた論理式により、前記異周波との角速度位相差に応じて拡縮された前記当該周波を補償するための補償係数を算出する補償係数算出部と、
前記定数を格納する定数格納部と、
前記異周波除去係数及び前記補償係数を格納する係数格納部と、
サンプリングした現在値及び前記サンプリング回数分の過去値について、前記当該周波と前記異周波のそれぞれの角速度に応じた直交成分に分解し、これらの直交成分に前記異周波除去係数を乗じることにより前記異周波の直交成分の総和を相殺する演算を行う異周波除去演算部と、
前記当該周波の直交成分の総和に前記補償係数を乗じて前記当該周波の補償演算を行う当該周波補償演算部と、を備えたことを特徴とする異周波除去装置。
【請求項２】
前記当該周波を基準調波として前記異周波の除去演算を行うことにより前記当該周波を検出する当該周波検出部と、
前記異周波を基準調波として前記当該周波の除去演算を行うことにより前記異周波を検出する異周波検出部と、
前記当該周波の電流に重畳する誘導循環電流を監視する監視部と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の異周波除去装置。
【請求項３】
請求項１に記載の前記異周波除去装置を一組備え、一方が基準調波となる当該周波を抽出し、他方が当該周波の誘導調波となる異周波を抽出し、当該周波の電流に重畳する誘導循環電流を監視する監視部を備えたことを特徴とする異周波除去装置。
【請求項４】
当該周波の当該電源と異周波の異電源との混触を検出する電源混触検出部を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の異周波除去装置。
【請求項５】
サンプリングの都度、前記時系列データを更新する時系列データ更新部を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の異周波除去装置。
【請求項６】
任意の電源周波を当該周波とし、この当該周波の入力波に、当該周波とは異なる周波数を持つ異周波が重畳された場合に、前記入力波から異周波成分を除去する異周波除去方法において、
前記入力波を所定のサンプリング間隔でサンプリングしたサンプリング値を任意の時間幅の時系列データとして格納する時系列データ格納工程と、
前記当該周波の周波数と、前記異周波の周波数と、基準となるサンプリング間隔の周期時間と、サンプリングした現在値を基準とした前記時系列データの過去順列数に相当するサンプリング回数とを定数として任意に設定する定数設定工程と、
前記定数を用いて予め定めた論理式により、前記異周波の直交成分の総和を相殺するための異周波除去係数を算出する除去係数算出工程と、
前記定数を用いて予め定めた論理式により、前記異周波との角速度位相差に応じて拡縮された前記当該周波を補償するための補償係数を算出する補償係数算出工程と、
前記定数を格納する定数格納工程と、
前記異周波除去係数及び前記補償係数を格納する係数格納工程と、
サンプリングした現在値及び前記サンプリング回数分の過去値について、前記当該周波と前記異周波のそれぞれの角速度に応じた直交成分に分解し、これらの直交成分に前記異周波除去係数を乗じることにより前記異周波の直交成分の総和を相殺する演算を行う異周波除去演算工程と、
前記当該周波の直交成分の総和に前記補償係数を乗じて前記当該周波の補償演算を行う当該周波補償演算工程と、を含むことを特徴とする異周波除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、任意の電源周波に重畳された異周波成分を除去する異周波除去装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流送電線路において、互いに周波数の異なる電源周波の送電線路が近接して存在することがある。具体的には、５０Ｈｚが流れる送電線路と、６０Ｈｚが流れる送電線路とが、近接して平行に埋設されていたり、同一の鉄塔に平行に並架されていたりすることがある。一方の電源周波を当該周波と呼び、当該周波から見て他方の電源周波を異周波と呼んでいる。
【０００３】
これら異周波と当該周波の平行線路には、離隔及び平行距離に応じた線路相互と大地インダクタンスを介して、相互に電磁誘導が生じる。つまり、異周波と当該周波の平行線路は、それぞれ互いから、三相透磁率の不平衡分に応じた零相成分の電磁誘導を受ける。誘導電流は、誘導を受ける側の送電線路が並列ループで運用される時に最大となって並列ループ送電線路を循環する。
【０００４】
このため、異周波と当該周波の平行線路では、当該周波の本来電流に、異周波による誘導循環電流が重畳することになる。したがって、異周波と当該周波の平行線路が存在する状況下で、当該周波の送電線路に地絡故障が発生した場合、当該周波の地絡電流に、異周波の誘導循環電流が重畳することが考えられる。
【０００５】
異周波の誘導循環電流が当該周波の地絡電流に重畳すると、零相電流は、当該周波と異周波との角速度の異なる相互成分のベクトル和となって、互いの周波数差に応じた周期で拡縮し、零相電圧との位相は回転する。これにより、当該周波の送電線路に設置された保護装置が故障検知及び故障点標定を行う場合に、保護装置が周期的に動作と不動作を繰り返す、あるいは不要動作を行うといった不具合が生じる。このような不具合は、故障線路だけでなく、故障の無い健全線路にも生じるおそれがある。以上のような事象について、図５の等価回路及び図６の波形図を用いて説明する。図５は誘導循環電流の重畳を示す等価回路、図６において（ａ）は異周波の誘導循環電流の重畳例を示す波形図、（ｂ）は重畳する零相電流と零相電圧との位相差を示す波形図である。
【０００６】
［異周波の重畳概念］
図５では、当該送電路ｌ、ｎに流れる当該周波ｆｂの地絡電流Ｉｏｂに、異周波ｆｍの誘導循環電流ｋＩｏｍが重畳することを表している。異周波ｆｍの誘導循環電流ｋＩｏｍは、異周波ｆｍの送電線路ｍを流れる送電電流Ｉｏｍによる誘導磁界の三相不平衡透磁率（図５では誘導率）ｋに応じた値であり、当該周波の送電線路ｌと送電線路ｎを循環する。
【０００７】
送電線の地絡故障検出とは、送電線路端の零相電流Ｉｏと零相電圧Ｖｏから、当該線路方向に発生する故障電流を検出することであって、図５での地絡故障検出は、当該周波ｆｂの送電線路1の電気所Ａｓｓ端を代表に図示している。当該周波ｆｂの地絡電流Ｉｏｂに重畳する異周波ｆｍの誘導循環電流ｋＩｏｍは、電気所Ａｓｓ端の送電線路1に逆方向で重畳し、送電線路ｎに同方向で重畳している。
【０００８】
このとき、異周波ｆｍの誘導循環電流ｋＩｏｍの重畳方向は、異周波ｆｍ及びその送電線路ｍの送電電流Ｉｏｍの位相に支配されるので、不定である。また、零相電流Ｉｏと零相電圧Ｖｏとの位相は、当該周波ｆｂと異周波ｆｍの周波数差周期で振動しながら回転する。
【０００９】
図６に示す波形例は、零相電流Ｉｏと零相電圧Ｖｏとの位相の関係を簡略に示したものである。ここでは、当該周波ｆｂを５０Ｈｚとし、零相電流Ｉｏと零相電圧Ｖｏは同位相で共に１ＰＵにし、また、異周波ｆｍを６０Ｈｚとし、異周波ｆｍの誘導循環電流ｋＩｏｍを１ＰＵにして、静的に計算した波形を示している。
【００１０】
図６の（ａ）に示すように、異周波ｆｍの誘導循環電流ｋＩｏｍと当該周波ｆｂの地絡電流Ｉｏｂとが重畳した零相電流Ｉｏの重畳波は、両者の周波数差である１０Ｈｚ周期の振動波となる。図６の（ｂ）に示すように、零相電流Ｉｏと零相電圧Ｖｏとの位相差ΔφＶｏ∠Ｉｏは、両者の角速度差が２πとなる周期ｔ、つまり、
0006546026.tif 000002
で、回転する。その結果、当該周波ｆｂの地絡故障Ｉｏｂにおいて、故障検知及び故障点標定を行う保護装置が、周期的に動作と不動作を繰り返す、あるいは、不要動作を行う等の不具合が起きることになる。
【００１１】
以上述べたように、異周波ｆｍと当該周波ｆｂの平行線路が近接して存在する状況下では、異周波ｆｍの誘導循環電流ｋＩｏｍが当該周波ｆｂの地絡電流Ｉｏｂに重畳することにより、地絡故障検出に障害が生じるおそれがあった。そこで従来から、このような障害を無くすために、当該周波ｆｂの地絡電流Ｉｏｂから、重畳された異周波ｆｍの誘導循環電流ｋＩｏｍすなわち異周波成分を除去する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１２−３９７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
一般に、系統の安定化を図る上で、故障検知及び故障点標定においては高速性及び信頼性を高めることが重要である。そのため、異周波除去技術には、異周波除去の応答特性時間をより短縮化し、且つ除去性能の改善を図ることが要請されている。例えば、除去性能の改善に関して言えば、従来の異周波除去技術では、応答特性時間の間隔で異周波ｆｍ自体が大きく変化すると、その影響を受けて異周波ｆｍの除去が困難となっている。そこで従来から、除去すべき異周波自身が変化しても、異周波を確実に除去することが望まれている。
【００１４】
本発明の実施形態は、以上のような課題を解決するために提案されたものであり、応答特性時間の高速化及び除去性能の向上を図り、当該周波に重畳された異周波成分を迅速且つ正確に除去することができる異周波除去装置及びその方法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】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明の実施形態は、任意の電源周波を当該周波とし、この当該周波の入力波に、当該周波とは異なる周波数を持つ異周波が重畳された場合に、前記入力波から異周波成分を除去する異周波除去装置において、次の構成要素（１）〜（８）を備えている。
（１）前記入力波を所定のサンプリング間隔でサンプリングしたサンプリング値を任意の時間幅の時系列データとして格納する時系列データ格納部。
（２）前記当該周波の周波数と、前記異周波の周波数と、基準となるサンプリング間隔の周期時間と、サンプリングした現在値を基準とした前記時系列データの過去順列数に相当するサンプリング回数とを定数として任意に設定する定数設定部。
（３）前記定数を用いて予め定めた論理式により、前記異周波の直交成分の総和を相殺するための異周波除去係数を算出する除去係数算出部。
（４）前記定数を用いて予め定めた論理式により、前記異周波との角速度位相差に応じて拡縮された前記当該周波を補償するための補償係数を算出する補償係数算出部。
（５）前記定数を格納する定数格納部。
（６）前記異周波除去係数及び前記補償係数を格納する係数格納部。
（７）サンプリングした現在値及び前記サンプリング回数分の過去値について、前記当該周波と前記異周波のそれぞれの角速度に応じた直交成分に分解し、これらの直交成分に前記異周波除去係数を乗じることにより前記異周波の直交成分の総和を相殺する演算を行う異周波除去演算部。
（８）前記当該周波の直交成分の総和に前記補償係数を乗じて前記当該周波の補償演算を行う当該周波補償演算部。
また、異周波除去方法も本発明の実施形態として捉えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態の概念図。
【図３】第１の実施形態の効果を示すための波形図。
【図４】第１の実施形態の効果を示すための波形図。
【図５】誘導循環電流の重畳を示す等価回路。
【図６】（ａ）は異周波の誘導循環電流の重畳例を示す波形図、（ｂ）は重畳する零相電流と零相電圧との位相差を示す波形図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１の実施形態）
以下、本発明に係る第１の実施形態について、図１〜図４を用いて説明する。第１の実施形態は、当該周波の地絡電流に異周波の誘導循環電流が重畳された場合に用いる異周波除去装置及びその方法である。
【００１８】
［構成］
図１のブロック図に示すように、異周波除去装置１には、時系列データ格納・更新部２と、定数設定部３と、除去係数算出部４と、補償係数算出部５と、格納レジスタ６と、異周波除去演算部７と、当該周波補償演算部８が設けられている。異周波除去装置１は、記憶領域を持つ演算装置であって、例えば６０Ｈｚの当該周波ｆｂに対し、例えば５０Ｈｚの異周波ｆｍが重畳された入力波Ｚから、異周波ｆｍの成分を除去して、当該周波ｆｂの波形を生成、抽出するものである。
【００１９】
時系列データ格納・更新部２は、入力波Ｚを所定のサンプリング間隔ｔｓｐでサンプリングしたサンプリング値を、任意の時間幅の時系列データとして格納し、サンプリングの都度、この時系列データを更新する。定数設定部３は任意の定数ｋを設定する部分である。定数ｋには、抽出すべき当該周波ｆｂの周波数ｋｆｂ、除去すべき異周波ｆｍの周波数ｋｆｍ、基準サンプリング周期ｋｔｓｐ、サンプリング回数ｎなどが包含される。サンプリング回数ｎとは、サンプリングした現在値を基準とした時系列データの過去順列数に相当する数値であって、整数である。
【００２０】
除去係数算出部４は、前記の定数ｋを用いて予め定めた論理式により、入力波Ｚから異周波ｆｍを除去するための異周波除去係数ｋｓｉｎ、ｋｃｏｓを算出して、これらの係数を格納レジスタ６に送る。異周波除去係数ｋｓｉｎ、ｋｃｏｓは、分解した異周波ｆｍの直交成分の総和を相殺するための係数である。除去係数算出部４での論理式については、後段の［論理式］の部分で説明する。
【００２１】
補償係数算出部５は、前記の定数ｋを用いて予め定めた論理式により、当該周波ｆｂを補償するための補償係数ｋｂを算出して、これを格納レジスタ６に送る。当該周波ｆｂが異周波ｆｍとの角速度位相差に応じて拡縮されるため、これを元の値に戻すための相殺係数が補償係数ｋｂである。補償係数算出部５での論理式についても、後段の［論理式］の部分で説明する。
【００２２】
格納レジスタ６は、前記の定数ｋ、異周波除去係数ｋｓｉｎ、ｋｃｏｓ及び補償係数ｋｂをそれぞれ、定数設定部３、除去係数算出部４及び補償係数算出部５から受け取って格納する記憶部である。定数ｋや係数ｋｓｉｎ、ｋｃｏｓ、ｋｂは任意であり、定数設定部３が定数ｋの設定変更を行ったり、除去係数算出部４及び補償係数算出部５が異周波除去係数ｋｓｉｎ、ｋｃｏｓ及び補償係数ｋｂを算出し直すことが可能である。格納レジスタ６は定数設定部３、除去係数算出部４及び補償係数算出部５より、新たな定数ｋあるいは係数ｋｓｉｎ、ｋｃｏｓ、ｋｂを受け取ると、データの更新を行うようになっている。
【００２３】
異周波除去演算部７は、次のような演算を行う。異周波除去演算部７は、現在のサンプリング値Ｚ（０）及びこの値Ｚ（０）を基準にして、任意のサンプリング間隔で離散するサンプリング回数ｎ個の過去値Ｚ（−１）,... Ｚ（−ｎ）について、過去ｎ個の入力波Ｚの入力電気量を、各周波の回転ベクトル位相で直交成分に分解する。直交成分は当該周波と異周波のそれぞれの角速度に応じた値となる。
【００２４】
また、異周波除去演算部７は、現在のサンプリング値Ｚ（０）及び過去値Ｚ（−１）,... Ｚ（−ｎ）の分解した直交成分に、異周波除去係数ｋｓｉｎ、ｋｃｏｓを乗じて、異周波ｆｍの垂直成分の総和ΣｓｉｎＺｍを相殺する。さらに、異周波除去演算部７は、異周波ｆｍの水平成分の総和ΣｃｏｓＺｍも相殺して零にするといった演算を行う。異周波除去演算部７は、これらの演算処理を行うことで入力波Ｚから異周波ｆｍの成分を除去する。以上が、本実施形態における異周波除去の原理となる。
【００２５】
当該周波補償演算部８は、当該周波ｆｂの直交成分の総和に補償係数ｋｂを乗じる。これにより、当該周波補償演算部８は、異周波ｆｍとの角速度位相差に応じて拡縮した当該周波ｆｂを、元の値に戻す補償演算を行う。
【００２６】
［異周波除去方法］
具体的な例として、現在のサンプリング値（０）と、過去２点（−１），（−２）の３点による異周波除去方法について、図２の概念図を参照しつつ、具体的に記述する。図２では抽出すべき当該周波と除去すべき異周波のサンプリングベクトル位相を示しており、３点のサンプリング値をとっている。図２に示すように、抽出すべき当該周波ｆｂと除去すべき異周波ｆｍの入力電気量Ｚｂ，Ｚｍは、サンプリング値の３点０,−１,−２におけるそれぞれの周波ｆｂ、ｆｍの回転ベクトル位相ωｔｂ-0,ωｔｂ-1,ωｔｂ-2, ωｔｍ-0,ωｔｍ-1,ωｔｍ-0によって、直交成分に分解される。ωｔは、各周波ｆｂ、ｆｍのＲＭＳである|Ｚｂ|,|Ｚｍ|のサンプリング角速度である。
【００２７】
サンプリング間隔ｔｓｐは一定であり、当該周波ｆｂ及び異周波ｆｍの|Ｚｂ|,|Ｚｍ|は、現在のサンプリング値（０）を基準とし、それぞれ１ＰＵと置く。現在のサンプリング値（０）におけるそれぞれの周波ｆｂ、ｆｍの|Ｚｂ|,|Ｚｍ|の角速度は共にωｔｂ０＝０, ωｔｍ０＝０とする。つまりωｔｂ０及びωｔｍ０を角速度基準点とする。
【００２８】
サンプリング回数の０,−１,−２とした場合のそれぞれの周波ｆｂ、ｆｍの入力|Ｚｂ|,|Ｚｍ|のサンプリング角速度ωｔを、下記の表１に示す。
（表１）
0006546026.tif 000003
【００２９】
［論理式］
この表１と図２において、除去すべき異周波ｆｍを相殺し、抽出すべき当該周波ｆｂを補償する直交成分の総和ΣＺは、次の（式１）から導かれる。
（式１）
0006546026.tif 000004
【００３０】
除去係数算出部４では、当該周波ｆｂと異周波ｆｍとサンプリング間隔ｔｓｐを既知の定数ｋとして、異周波除去係数ｋｓｉｎ、ｋｃｏｓを求める。これらの係数は、上記式（１）の関数として定められる。このうち、係数ｋｓｉｎは、異周波ｆｍの垂直成分を除去するための係数であり、次の（式２）を満たしている。
（式２）
0006546026.tif 000005
【００３１】
Ｚ０が現在のサンプリング値、Ｚｍがｍ回前のサンプリング値、Ｚｎがｎ回前のサンプリング値とするとき、異周波ｆｍの垂直成分は次の（式３）のように表すことができる。ｋｆとは、異周波／当該周波であり、ここでは５０Ｈｚ／６０Ｈｚ＝０．８３３である。
（式３）
0006546026.tif 000006
【００３２】
Ｚ０は０度で、ｓｉｎ＝０であることから、上記の（式２）は、以下の（式４）ように書き換えることができる。
（式４）
0006546026.tif 000007
【００３３】
例えば、ｍ＝−４、ｎ＝−８と置くと、ｋｓｉｎは、−（０．３４２０２０１／−０．９８４８０８）＝０．３４７２９となる。ただし、基準点０からの値であれば、どこをとってもよく、次の（式５）のように表すことができる。
（式５）
0006546026.tif 000008
【００３４】
一方、係数ｋｃｏｓは、異周波ｆｍの水平成分を除去するための係数であり、次の（式６）を満たすものである。
（式６）
0006546026.tif 000009
【００３５】
Ｚ０が現在のサンプリング値、Ｚｍがｍ回前のサンプリング値、Ｚｎがｎ回前のサンプリング値として、異周波ｆｍの水平成分は次の（式７）のように表すことができる。
（式７）
0006546026.tif 000010
【００３６】
Ｚ０はｃｏｓ＝１であることから、上記の（式６）は、以下の（式８）ように書き換えることができる。
（式８）
0006546026.tif 000011
すなわち、
（式９）
0006546026.tif 000012
となる。
【００３７】
ところで、当該周波ｆｂ及び異周波ｆｍの入力電気量Ｚｂ，Ｚｍに上記の異周波除去係数ｋｓｉｎ、ｋｃｏｓを乗じたことで、当該周波分のゲインが変化してしまう。そのため、正確な当該周波ｆｂを抽出するためには、振幅幅を変化前に戻す必要がある。そこで、補償係数算出部５では、当該周波ｆｂと異周波ｆｍとサンプリング間隔ｔｓｐを既知として定数ｋとし、次の（式１０)で補償係数ｋｂを求める。この補償係数ｋｂもまた、上記（式１）の関数として定められる。
【００３８】
（式１０）
0006546026.tif 000013
上記の（式１０）の直交成分総和で通過する抽出周波つまり当該周波の位相は変位する。このとき、当該周波の変位角は、（式１０）において、正弦率（右辺の分母の左側）と余弦率（右辺の分母の右側）との傾斜角となるが、電気量演算に関係する全ての入力波について、（式１）の処理を行うことで、変位角を相対的に一致させることができる。
【００３９】
本実施形態では、除去すべき異周波ｆｍを直交成分に分解して、その総和ΣＺｍを相殺する原理式は、次の（式１１）であって、上述の（式１）はその一例である。上記の係数ｋｓｉｎ、ｋｃｏｓ、ｋｂの値、ならびに、どのサンプリング回数ｎのサンプリング値に対し各係数を乗じるかなどは任意である。例えば、異周波除去係数ｋｓｉｎ、ｋｃｏｓは、サンプリング値に乗じる任意回数０、−１、−２に応じ、直交成分（縦軸ｋｓｉｎ、横軸ｋｃｏｓ）の相殺係数として、予め計算して定めればよい。
（式１１）
0006546026.tif 000014
【００４０】
［作用及び効果］
本実施形態では、異周波除去装置１には、時系列データ格納・更新部２と、定数設定部３と、除去係数算出部４と、補償係数算出部５と、格納レジスタ６と、異周波除去演算部７と、当該周波補償演算部８を備えている。異周波除去演算部７では、サンプリングした現在値Ｚ（０）及びサンプリング回数ｎ分の過去値Ｚ（−１）,... Ｚ（−ｎ）について、当該周波ｆｂと異周波ｆｍのそれぞれの角速度に応じた直交成分に分解し、これらの直交成分に、除去係数算出部４で求めた異周波除去係数ｋｓｉｎ、ｋｃｏｓを乗じて、異周波ｆｍの垂直成分の総和ΣｓｉｎＺｍを相殺し、且つ異周波ｆｍの水平成分の総和ΣｃｏｓＺｍを零にする。
【００４１】
これにより、異周波ｆｍが重畳された入力波Ｚから異周波ｆｍの成分を除去することができる。また、当該周波補償演算部８は、当該周波ｆｂの直交成分の総和に、補償係数算出部５で求めた補償係数ｋｂを乗じ、異周波ｆｍとの角速度位相差に応じて拡縮した当該周波ｆｂを元の値に戻す。このようにして、異周波ｆｍが重畳された当該周波ｆｂの入力波Ｚから、正確な当該周波ｆｂだけを抽出することができる。
【００４２】
以上のような本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
（１）異周波自身の変化圧縮による除去性能の改善
本実施形態では、異周波ｆｍの除去に際して当該周波ｆｂの誘導元である異周波ｆｍの送電電流Ｉｏｍ自身の変化分が抽出されない。そのため、本実施形態においては、異周波ｆｍの除去応答特性時間の間隔で異周波ｆｍ自体が変化しても、この変化により異周波の除去性能が低下する心配が無い。すなわち、本実施形態によれば、除去すべき異周波ｆｍの大きさが変化しても、入力波Ｚに重畳した異周波ｆｍの成分を確実に除去することが可能であり、異周波自身の変化を圧縮して除去性能の改善を図ることができる。
【００４３】
［比較例による除去方法］
以下、本実施形態とは異なる方法で異周波除去を行った場合、つまり、本実施形態に対する比較例によって異周波除去を行った場合に、異周波ｆｍの送電電流Ｉｏｍ自身の変化分が抽出されることについて説明し、それによる不具合について述べる。比較例による除去方法では、例えば、サンプリングの都度、所定のサンプリング間隔周期の時系列データを、Ｚ０,Ｚ−１,Ｚ−２…として更新、格納する。そして、格納した時系列データについて現在サンプリング値Ｚ０と過去のサンプリング値Ｚｎ（所定の回数ｎ）とを用いて、次の式（１２）の論理式で、減算値ΣＩｏを演算したとする。
【００４４】
（式１２）において、ωθｂ、ωθｍは過去のサンプリング値のそれぞれの周波の角速度であり、Ｉｏｂは前記図５で示した当該周波の地絡電流、Ｉｏｍは同じく前記図５で示した異周波の送電線路電流である。
（式１２）
0006546026.tif 000015
【００４５】
所定のサンプリング間隔ｔｓｐに過去のサンプリング回数nを乗じた減算間隔周期ｎ・ｔｓｐは、当該周波ｆｂと異周波ｆｍとの角速度変位差がπとなる時間である。これらの関係は次の（式１３)となり、ｎは整数である。
（式１３）
0006546026.tif 000016
【００４６】
仮に、サンプリング間隔ｔｓｐ＝０．００１ｓｅｃが一定で、異周波ｆｍが５０Ｈｚ、当該周波ｆｂが６０Ｈｚならば、これらの数値を当てはめて、上述の（式１３）は、減算間隔周期ｎ・ｔｓｐ＝０．０５ｓｅｃ、過去のサンプリング回数＝５０回となる。故に、減算間隔周期ｎ・ｔｓｐ＝０．０５ｓｅｃを、前述の（式１２）に代入すれば、減算値ΣＩｏは次の（式１４)から求めることができる。
（式１４）
0006546026.tif 000017
【００４７】
このとき、当該周波ｆｂも異周波ｆｍも過去のサンプリング角速度ωθはπ／２であるとすれば、
（式１５）
0006546026.tif 000018
となる。
【００４８】
前述の（式１４)では、異周波成分の相殺除去部に、異周波ｆｍの送電電流Ｉｏｍを含んでいる。そのため、送電電流Ｉｏｍの今回値をＩｏｍ”、過去値をＩｏｍと置くとき、Ｉｏｍ＝Ｉｏｍ”であるならば、
（式１６）
0006546026.tif 000019
となり、異周波成分を相殺することが可能である。
【００４９】
しかし、送電電流Ｉｏｍの今回値Ｉｏｍ”と過去値Ｉｏｍとが等しくない場合には、
（式１７）
0006546026.tif 000020
となり、送電電流Ｉｏｍの今回値Ｉｏｍ”と過去値Ｉｏｍとの差、すなわち異周波ｆｍの送電電流Ｉｏｍ自身の変化分が抽出されることになる。
【００５０】
以上のように、比較例では、異周波ｆｍの送電電流Ｉｏｍ自身の変化分が抽出されるため、異周波ｆｍの除去応答特性時間の間隔で異周波ｆｍ自身が変化すると、その影響を受けてしまい、異周波成分の相殺が難しくなる。これに対して、実施形態では、除去すべき異周波ｆｍを相殺する論理式において、異周波ｆｍの送電電流Ｉｏｍ自身の変化分が抽出されることがない。
【００５１】
そのため、異周波ｆｍの除去応答特性時間の間隔で異周波ｆｍ自身が変化しても、その影響を受けることがない。また、仮に応答特性時間の間隔で異周波ｆｍが大きく変化したとしても、入力波Ｚに重畳した異周波ｆｍの成分を確実に除去することができる。これにより、異周波ｆｍの除去性能を向上させることが可能である。
【００５２】
（２）異周波除去の応答特性時間の短縮化
上述した比較例による除去方法において、前記の（式１３)で示した減算間隔周期ｎ・ｔｓｐは、当該周波ｆｂと異周波ｆｍとの角速度変位差がπとなる時間である。これは、異周波ｆｍの除去に際して、当該周波ｆｂと異周波ｆｍとの角速度変位差がπとなる整数公倍のサンプリング回数ｎを用いることを意味している。つまり、減算間隔周期ｎ・ｔｓｐは当該周波ｆｂと異周波ｆｍから制約を受けていることになり、このような制約下では、周波数域によって応答特性時間が変わったり延びたりして、応答特性時間の遅延化することは否めない。
【００５３】
これに対して、本実施形態では、当該周波ｆｂと異周波ｆｍから制約を受ける減算間隔周期ｎ・ｔｓｐを用いることがない。したがって、本実施形態によれば、周波数域によって応答特性時間が変わったり延びたりすることがなく、応答特性時間を短縮化することが可能である。
【００５４】
また、本実施形態では、除去係数算出部４が異周波除去係数ｋｓｉｎ、ｋｃｏｓを予め算出しておき、異周波除去演算部７はこの異周波除去係数ｋｓｉｎ、ｋｃｏｓを用いて異周波ｆｍの直交成分の総和を相殺することができる。また、補償係数算出部５が補償係数ｋｂを予め算出しておき、当該周波補償演算部８はこの補償係数ｋｂを用いて、異周波との周波数差に応じた周期で拡縮した当該周波を補償することができる。
【００５５】
このように、両演算部７、８は、異周波除去係数ｋｓｉｎ、ｋｃｏｓや補償係数ｋｂを算出する必要が無く、演算処理時間は短くなり、異周波ｆｍ除去の応答特性時間をさらに高速化することができる。すなわち、応答特性時間を高速化した本実施形態によれば、故障検知及び故障点標定の高速化及び信頼性の向上に寄与することができ、系統の安定化に貢献することが可能である。
【００５６】
以上の応答特性時間の短縮化について、図３の波形図を用いて具体的に説明する。図３では、抽出する当該周波ｆｂは５０Ｈｚ、除去する異周波ｆｍは６０Ｈｚ、両者共にＲＭＳ＝１ＰＵと置く。図３の波形において、中段の波形が本実施形態とは異なる除去方法（便宜的に従来方法と呼ぶ）によって異周波除去が行われた場合、下段の波形が本実施形態によって異周波除去が行われた場合である。図３に示すように、本実施形態による異周波ｆｍ除去の応答特性時間は半サイクルほどである。これに対して、従来方法では３サイクルほどかかることになる。
【００５７】
なお、便宜的に従来方法と呼んだ除去方法が、本実施形態の効果を明示するための前記比較例である。比較例は基本的に、前述の［異周波の重畳概念］に従い、静的に計算した異周波電流重畳波Ｉｏについて異周波除去を行っている。この方法では、図４に示すように、当該周波Ｉｏｂ軸上にプロットした加算演算波ΣＩｏの異周波除去の応答特性時間が減算間隔周期ｎ・ｔｓｐ＝０．０５ｓｅｃとなり、当該周波の約３サイクル程度になることが、異周波電流重畳波Ｉｏとの比較から分る。
【００５８】
（３）除去及び抽出すべき周波の自由度拡大
本実施形態では、当該周波ｆｂと異周波ｆｍのそれぞれの角速度に応じた直交成分に分解し、これらの直交成分を相殺している。そのため、当該周波ｆｂに重畳された異周波ｆｍの除去に際して、当該周波ｆｂと異周波ｆｍとの角速度差の影響を受けることがない。これに加えて、本実施形態では、当該周波ｆｂと異周波ｆｍの交番周期、サンプリング間隔、これら最小公倍数つまり当該周波ｆｂと異周波ｆｍの双方角速度差がπとなる時間間隔の制約から、解放されている。すなわち、本実施形態によれば、当該周波ｆｂ及び異周波ｆｍがどのような周波数域であるかに関係なく、任意の異周波を除去あるいは抽出することができる。その結果、除去及び抽出すべき周波の自由度が拡大し、異周波の除去性能がさらに向上した。
【００５９】
（４）異周波位相差交番周期誤差の除去
本実施形態では、入力波Ｚにおける電圧と電流のインピーダンス、位相等について、入力波Ｚの相互演算を行い、電圧及び電流の入力波Ｚに関して、同様に異周波ｆｍの成分を除去することができ、相対位相差も解消する。すなわち、異周波除去を実施すると位相がずれることになるが、入力電気量すべてに異周波除去を実施すれば、全体的に位相がずれるため、相対的には異周波除去による位相差は発生しない。したがって、重畳する異周波位相によるリアクタンス変化の影響を抑えることができる。
【００６０】
当該周波ｆｂと異周波ｆｍとの位相差によってリアクタンス変化が起きると、この変化分は測定距離の誤差となって周波数差の交番周期で繰り返される。これを異周波位相差の交番周期誤差と呼ぶが、この誤差が故障検知及び故障点標定の精度を低下させる要因となっている。本実施形態では、異周波位相差の交番周期誤差を排除することができ、異周波除去の性能を一層高めて、故障検知及び故障点標定の精度向上に貢献することが可能である。
【００６１】
（他の実施形態）
上記の実施形態は、本明細書において一例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図するものではない。すなわち、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことが可能である。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【００６２】
例えば、当該周波を基準調波として異周波の除去演算を行うことにより当該周波を検出する当該周波検出部と、異周波を基準調波として当該周波の除去演算を行うことにより異周波を検出する異周波検出部と、当該周波の電流に重畳する誘導循環電流を監視する監視部と、を備えるようにしてもよい。より具体的には、当該周波６０Ｈｚに異周波５０Ｈｚが重畳している場合に、当該周波検出部では６０Ｈｚを基準調波として５０Ｈｚを除去する演算を行い、異周波検出部では５０Ｈｚを基準調波として６０Ｈｚを除去する演算を行う。このとき、当該周波検出部及び異周波検出部に取り込む電流は同じであるため、一台の異周波除去装置で、２種類の周波数検出が可能となる。
【００６３】
また、異周波除去装置を一組備え、一方が基準調波となる当該周波を抽出し、他方が当該周波の誘導調波となる異周波を抽出し、当該周波の電流に重畳する誘導循環電流を監視する監視部を備えるようにしてもよい。このような異周波除去装置によれば、一台の装置に２種類の演算部を実装しなくて済むので、各装置の構成を簡略化することが可能である。
【００６４】
また、電力系統が異なる周波数電源の何れか一方に切換る運用形態に適用して、異周波除去装置を一組備え、相互に逆調波を抽出し、運用する電源を判別する電源判別部を備えるようにしてもよい。
【００６５】
さらには、当該電源と異電源との電源混触検出部を備えるようにしてもよく、効率良く当該周波の当該電源と異周波の異電源との混触を検出することにより、さらなる安全性の向上が図れる。
【符号の説明】
【００６６】
１…異周波除去装置
２…時系列データ格納・更新部
３…定数設定部
４…除去係数算出部
５…補償係数算出部
６…格納レジスタ
７…異周波除去演算部
８…当該周波補償演算部
【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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