(57)【要約】【課題】  専用品を開発する場合に比べてコスト低減を図ることができる高調波探索方法の提供を目的とする。【解決手段】  ノード（１５）Ｎｋ＋１及びノード（１７）Ｎｋ＋２以降の経路１６及び経路１８をそれぞれの仮想電流源１４及び１９と見なす。隣接ノード、例えばノード（１７）Ｎｋ＋２が電流値が大きければ、このノード（１７）Ｎｋ＋２を次の流入方向探索ノードとし、同様に流入電流源を探索する。電流値の導出に先立って、流入方向を探索するノード(１２)Ｎｋ及び隣接するノード（１５）Ｎｋ＋１及びノード(１７)Ｎｋ＋２の各電圧Ｖｋ、Ｖｋ＋１、Ｖｋ＋２を、例えば、ＰＭＵを用いて測定時間を同期して測定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノードＮｋ，Ｎｋ＋１，Ｎｋ＋２，Ｎｋ＋ｍを含んでなる電力系統に流れ込む高調波電流を探索する高調波探索方法において、
高調波電流の流入方向を探索するノードＮｋに隣接するノードＮｋ＋１及びノードＮｋ＋２以降からの流入電流をそれぞれ一つの電流源と見なす第１のステップと、
上記流入方向を探索するノードＮｋ及び隣接するノードＮｋ＋１及びノードＮｋ＋２の各電圧Ｖｋ、Ｖｋ＋１、Ｖｋ＋２を、測定時間を同期して測定する第２のステップと、
上記第２のステップにて測定した電圧Ｖｋ、Ｖｋ＋１、Ｖｋ＋２及び予め判明している線路インピーダンスより、各電流値Ｉｋ、Ｉｋ＋１、Ｉｋ＋２を導出する第３のステップと、
上記第３のステップにて導出した各電流値Ｉｋ、Ｉｋ＋１、Ｉｋ＋２から次の流入方向を決定する第４のステップと
を有することを特徴とする高調波探索方法。
【請求項２】
上記第４のステップは、上記第３のステップにて導出した各電流値Ｉｋ、Ｉｋ＋１、Ｉｋ＋２の大きいノードを次の流入方向を探索するノードとすることを特徴とする請求項１記載の高調波探索方法。
【請求項３】
上記第４のステップは、上記第３のステップにて導出した各電流値Ｉｋ、Ｉｋ＋１、Ｉｋ＋２を予め設定した所定の閾値と比較し、所定の閾値を超える電流値のノードを次の流入方向を探索するノードとすることを特徴とする請求項１記載の高調波探索方法。
【請求項４】
上記第４のステップにおいて電流値が同程度である場合はそれぞれのノードを次の流入方向を探索するノードとすることを特徴とする請求項２又は３記載の高調波探索方法。
【請求項５】
上記第３のステップは、高調波流入源があるときのノードの電圧Ｖｊと、高調波流入源がないときのノードの電圧Ｖｎが、Ｚ１１、Ｚ１２、Ｚ２１、Ｚ２２を検討対象とする高調波に対する線路インピーダンスとし、ノードの電流Ｉｊ、電流Ｉｎとしたときに次に式（１）により示されることを特徴とする請求項１記載の高調波探索方法。
【数１】
2008256599.tif 000005
【請求項６】
上記式（１）を下記式（２）に変換して上記ノードの電圧Ｖｊと上記ノードの電圧Ｖｎとを算出することを特徴とする請求項５記載の高調波探索方法。
【数２】
2008256599.tif 000006
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基本波の整数倍の周波数をもつ電圧である高調波を探索する方法に関し、特に電力系統における高調波を探索するための高調波探索方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高調波とは基本波の整数倍の周波数をもつ電圧のことであり、電力系統においては、系統に連携している需要家が使用している各種の機器から発生するものである。高調波が発生すると、電圧に歪が起こり、電動機のうなりの発生、蛍光灯のちらつき、保護機器の誤作動、力率改善用コンデンサの絶縁破壊等、他の機器へ障害を与える場合がある。
【０００３】
従来から高調波を探索する方法が考えられてきた。下記特許文献１は、高調波発生方向検出方法及びその装置に関するものである。配電線に直列にリアクトルを接続し、その前後の対地間あるいは相間に同一の共振回路を挿入し、π型回路を形成する。高調波の周波数と二つの共振回路の共振周波数を一致させることで、各共振回路に電流が流れるが、リアクトルＬの影響により高調波発生源に近い側の回路の電流が大きくなることを利用して方向を検出する。
【０００４】
また、下記特許文献２には、配電系統の高調波発生源の特定方法が開示されている。先ず、配電系統を数値的に模擬した模擬回路を設定し、この模擬回路の固有値とその固有ベクトルを算出し、固有値の複素数部からその固有モードの共振周波数を、それぞれの固有ベクトルの各要素の絶対値からその固有モードにおける各ノードの感度を算出する。次に、配電系統に並列に接続されている力率改善用コンデンサの内の一つの充電電流波形を計測し、そのデータを周波数分析し、実際に発生している発生モードでの共振周波数とその強度を求める。そして、合致する固有モードを選定し、この固有モードにおける予め設定された感度下限値より低い感度のノードの近傍には高調波発生源は存在しないと見なし、そのノードを検討対象から除外する。この処理を全ての発生モードについて行い、残ったノードの近傍に接続されている整流器負荷が高調波発生源であると見なす。
【０００５】
【特許文献１】特開平０６−１０９７７５号公報
【特許文献２】特開平０４−０６７７２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、最近、計測技術の発展により、全方位位置測定システム（Global Positioning System：ＧＰＳ）のＧＰＳ衛星からの時刻同期信号を用いて同期を取った複数地点の情報を容易に取得することのできる計測装置が市販されるようになり、従来に比べて安価にかつ容易に系統状態を計測できるような環境が整いつつあるが、従来の高調波測定技術においては、専用の計測装置を必要とするため、必然的に装置にかかるコストが汎用品を利用する場合に比べて高めになってしまう。
【０００７】
従来手法では、１点における測定による高調波流入方向計測、もしくは、系統全体を把握し、複数の測定点に計測器を設置する方法それぞれで個別に測定方法が提案されており、簡便かつ包括的な探索方法は見当たらない。
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、専用品を開発する場合に比べてコスト低減を図ることができる高調波探索方法の提供を目的とする。
【０００９】
また、本発明は、簡便に高調波流入源を探索することが可能であり、かつ系統の一部における高調波流入方向判定から、測定対象となる放射状系統全体についての高調波探索まで、単一の理論により柔軟に対応可能となる高調波探索方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る高調波探索方法は、前記課題を解決するために、第１のステップが高調波電流の流入方向を探索するノードＮｋに隣接するノードＮｋ＋１及びノードＮｋ＋２以降からの流入電流をそれぞれ一つの電流源と見なし、第２のステップが上記流入方向を探索するノードＮｋ及び隣接するノードＮｋ＋１及びノードＮｋ＋２の各電圧Ｖｋ、Ｖｋ＋１、Ｖｋ＋２を、測定時間を同期して測定し、第３のステップが上記第２のステップにて測定した電圧Ｖｋ、Ｖｋ＋１、Ｖｋ＋２及び予め判明している線路インピーダンスより、各電流値Ｉｋ、Ｉｋ＋１、Ｉｋ＋２を導出し、第４のステップが上記第３のステップにて導出した各電流値Ｉｋ、Ｉｋ＋１、Ｉｋ＋２のうちで最も大きい電流値のノードを次の流入方向を探索するノードとすることで、複数のノードを含んでなる電力系統における高調波電流を探索する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る高調波探索方法によれば、高調波探索を行う系統内でのみ測定装置の同期が取れればよいことから、電流情報の取得には市販の測定装置を利用することが可能であり、専用品を開発する場合に比べコスト低減を図ることができる。
【００１２】
また、簡便に高調波流入源を探索することが可能であり、系統の一部における高調波流入方向判定から、測定対象となる放射状系統全体についての高調波探索まで、単一の理論により柔軟に対応可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。検証対象回路網は後述するような放射状構成回路とする。なお、本発明の高調波探索方法は、放射状構成回路にのみ適用が限定されるものではなく、ループ状構成回路に適用も可能である。
【００１４】
高調波流入源があるときのノードの電圧をＶｊとし、高調波流入源がないときのノードの電圧をＶｎとし、検討対象とする高調波に対する線路インピーダンスをＺ１１、Ｚ１２、Ｚ２１、Ｚ２２とし、さらにノードの電流をそれぞれＩｊ、Ｉｎとする。ここで、ノードの電圧Ｖ及び電流Ｉは、ベクトル値であり、ベクトルＶ＝Ｖ（大きさ）＋θ（方向）のように大きさと位相角とを有する。本明細書では、表記の都合上、そのままＶ、Ｉとして示すが数式には太字にてベクトルを区別している。もちろん、後述するように電圧はベクトルであり位相角度を有するために、測定時間を同期させる必要がある。検証対象の回路網方程式は下記の式（３）のように定義できる。
【００１５】
【数１】
2008256599.tif 000003
【００１６】
また、上記式（３）は、Ｉｎが０であるので、以下の式（４）のように書き直すことができる。
【００１７】
【数２】
2008256599.tif 000004
【００１８】
つまり、Ｖｊ＝Ｚ１１Ｉｊという式（４ａ）と、Ｖｎ＝Ｚ２１Ｉｊという式（４ｂ）である。式（４ａ）は高調波流入源のノード電圧が分かれば高調波電流Ｉｆは一意に決まることを示す。また、式（４ｂ）は高調波電流Ｉｆが決定すればＶｎは導出できることを示す。
【００１９】
上記式（３）、式（４）を用いることにより回路網の高調波発生源を探索することができる。本発明にあっては、対象となる回路網の任意の分岐点において、大きく分けて以下の手順に従い高調波流入源を逐次探索する。
【００２０】
第１の処理は、分岐している回路網それぞれについて１つの電流源とみなす。次に、第２の処理は、上記（４）式に基づいて高調波電流Ｉｆを導出し、どのエリアから一番高調波が流入しているかを確認する。第３の処理は、高調波流入量の大きな線路について、第１、第２の手順に従い、更に詳細に調査する。
【００２１】
さらに、上記第１〜第３の処理手順は、以下の図１のような電力系統に対しては、図２に示すようなフローチャートとして詳細に示すことができる。図１には電力系統の例を示すと共に、この電力系統における高調波電流の探索手順を説明するための図である。特にこの電力系統は放射状に構成された系統である。
【００２２】
この電力系統は、複数のノード（１２）Ｎｋ，（１５）Ｎｋ＋１，（１７）Ｎｋ＋２を含んでなる。先ず、ノード（１２）Ｎｋには、ノード負荷１３から流入電流Ｉｋが流れているとする。
【００２３】
ノード（１２）Ｎｋにはノード（１５）Ｎｋ＋１と、ノード（１７）Ｎｋ＋２が下流側に接続している。本発明では、これらのノード（１５）Ｎｋ＋１及びノード（１７）Ｎｋ＋２以降の経路１６及び経路１８をそれぞれの仮想電流源１４及び１９と見なす。これらの仮想電流源１４及び１９から流入電流Ｉｋ＋１、Ｉｋ＋２がノード（１５）Ｎｋ＋１及びノード（１７）Ｎｋ＋２に流れ込んでいるとする。
【００２４】
そして、隣接ノード、例えばノード（１７）Ｎｋ＋２が電流値が大きければ、このノード（１７）Ｎｋ＋２を次の流入方向探索ノードとし、同様に流入電流源を探索する。
【００２５】
つまり、ノード（１７）Ｎｋ＋２にはノード（２０）Ｎｋ＋３と、ノード（２４）Ｎｋ＋４が下流側に接続している。これらのノード（２０）Ｎｋ＋３及びノード（２４）Ｎｋ＋４以降の経路２１及び経路２５をそれぞれの仮想電流源２３及び２６と見なす。これらの仮想電流源２３及び２６から流入電流Ｉｋ＋３、Ｉｋ＋４がノード（２０）Ｎｋ＋３及びノード（２４）Ｎｋ＋４に流れ込んでいるとする。
【００２６】
そして、隣接ノード、例えばノード（２４）Ｎｋ＋４が電流値が大きければ、このノード（２４）Ｎｋ＋４を次の流入方向探索ノードとし、同様に流入電流源を探索する。
【００２７】
次に、図２のフローチャートを参照して図１の電力系統における高調波探索方法を説明する。つまり、このフローチャートは、複数のノードＮｋ，Ｎｋ＋１，Ｎｋ＋２，Ｎｋ＋ｍを含んでなる電力系統に流れ込む高調波電流を探索するための高調波電流測定方法の処理手順を示す。
【００２８】
先ず、ステップＳ１にて、高調波電流の流入方向を探索するノード(１２)Ｎｋに隣接するノード(１５)Ｎｋ＋１及びノード(１７)Ｎｋ＋２以降からの流入電流をそれぞれ一つの電流源と見なす。図１にあっては、ノード（１５）Ｎｋ＋１及びノード（１７）Ｎｋ＋２以降の経路１６及び経路１８をそれぞれの仮想電流源１４及び１９と見なし、これらの仮想電流源１４及び１９から流入電流Ｉｋ＋１、Ｉｋ＋２がノード（１５）Ｎｋ＋１及びノード（１７）Ｎｋ＋２に流れ込んでいるとする。
【００２９】
次に、ステップＳ２にて流入方向を探索するノード(１２)Ｎｋ及び隣接するノード（１５）Ｎｋ＋１及びノード(１７)Ｎｋ＋２の各電圧Ｖｋ、Ｖｋ＋１、Ｖｋ＋２を、測定時間を同期して測定する。測定時間を同期するための具体的な方法としては、位相計測装置（Phasor Measurement Unit：ＰＭＵ）を使う方法がある。この位相計測装置は、全方位位置計測システム（Global Positioning System：ＧＰＳ）を利用している。ＧＰＳ衛星から電波を受信して、最小の誤差精度で時刻の同期を取ることができる。ＰＭＵは、ＧＰＳを用いて正確な時刻を合わせることで、離れた場所にあっても測定時間を同期させることができる。なお、測定時間を同期させる方法としては、ＰＭＵを用いる方法の他にも、測定点を結んだ光ケーブルを用いて同時に測定を行うようにしてもよい。もちろん、各測定点において、基準時間を把握し、１／１００秒、或いは１／１０００秒まで調整可能にすることで同様に測定時間を同期することが可能となる。
【００３０】
ステップＳ３にあっては、第２のステップにて測定した電圧Ｖｋ、Ｖｋ＋１、Ｖｋ＋２及び予め判明している線路インピーダンスより、各電流値Ｉｋ、Ｉｋ＋１、Ｉｋ＋２を導出する。図１の電力系統の例では、上記式（４）を用いて流入電流Ｉｋ＋１、Ｉｋ＋２を算出する。
【００３１】
そして、ステップＳ４にあって、求めた流入電流Ｉｋ＋１、Ｉｋ＋２を比較する。例えばノード（１７）Ｎｋ＋２に流れ込む電流値が大きければ、このノード（１７）Ｎｋ＋２を次の流入方向探索ノードとし、同様に流入電流源を探索する。このステップＳ４にあって電流値が同程度である場合は、それぞれを次の流入方向を探索するノードとする。
【００３２】
図１にあっては、前述したように、ノード（１７）Ｎｋ＋２を次の流入方向探索ノードとし、同様に流入電流源を探索している。すなわち、ステップＳ１に戻り、ノード（２０）Ｎｋ＋３及びノード（２４）Ｎｋ＋４以降の経路２１及び経路２５をそれぞれの仮想電流源２３及び２６と見なし、これらの仮想電流源２３及び２６から流入電流Ｉｋ＋３、Ｉｋ＋４がノード（２０）Ｎｋ＋３及びノード（２４）Ｎｋ＋４に流れ込んでいるとする。
【００３３】
そして、ステップＳ２〜ステップＳ４の処理を行い、隣接ノード、例えばノード（２４）Ｎｋ＋４が電流値が大きければ、このノード（２４）Ｎｋ＋４を次の流入方向探索ノードとし、同様に流入電流源を探索する。
【００３４】
このように、本実施の形態によれば、高調波探索を行う系統内でのみ、例えばＰＵＭを用いて測定の同期が取れればよいことから、電流情報の取得には市販の測定装置を利用することが可能であり、専用品を開発する場合に比べコスト低減を図ることができる。
【００３５】
また、簡便に高調波流入源を探索することが可能であり、系統の一部における高調波流入方向判定から、測定対象となる放射状系統全体についての高調波探索まで、単一の理論により柔軟に対応可能となる。
【００３６】
なお、高調波としては電圧、電流に含まれる第５高調波を測定、算出するのが有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明が適用可能な電力系統の構成図である。
【図２】本発明の具体例となる高調波探索方法の処理手順を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００３８】
１０  電力系統、１２  ノードＮｋ，１３  ノード負荷、１４  仮想電流源（Ｉｋ＋１）、１５  ノードＮｋ＋１、１６  経路、１７  ノードＮｋ＋２、１８  経路、１９  仮想電流源（Ｉｋ＋２）、２０  ノードＮｋ＋３、２４  ノードＮｋ＋４
【図１】
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【図２】
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