(57)【要約】  【課題】  計測対象である電力系統の周波数が変動した場合でも、補正演算を施すことなく、サンプリングリングデータから直接的に、誤差の少ない電力系統の電圧、電流の実効値、及び有効電力、無効電力、ならびに周波数の計測ができる、計測装置及び計測方法を提供する。  【解決手段】  アンチエリアシングフィルタと、交流信号における電圧の波形を所定周期毎にサンプリングして保持するサンプル保持手段と、アナログデータをディジタルデータに変換するアナログ／ディジタル変換手段と、商用周波数付近の基本波成分を抽出する基本波抽出手段と、４サンプル前までの電圧値を一時記憶する電圧値一時記憶手段と、４サンプル前までの電圧値を演算式に代入して演算する電圧値演算手段とを備え、  演算式は、  【数１】2005148028.tif 000064として、計測対象となる電圧の実効値を演算する。【選択図】  図１
2005148028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
広帯域信号の帯域制限に使用するアンチエリアシングフィルタと、交流信号における電圧の波形を所定周期毎にサンプリングして保持するサンプル保持手段と、サンプル保持手段から出力されるアナログデータをディジタルデータに変換するアナログ／ディジタル変換手段と、ディジタルデータから商用周波数付近の基本波成分を抽出する基本波抽出手段と、４サンプル前までの電圧値を一時記憶する電圧値一時記憶手段と、電圧値一時記憶手段で記憶した前記４サンプル前までの電圧値を演算式に代入して演算する電圧値演算手段とを備え、
前記演算式は、
【数１】
2005148028.tif 000054
時刻ｔにおける電圧のサンプリングデータを  ｅ（ｔ）
１サンプル前の電圧のサンプリングデータを  ｅ（ｔ−S）
２サンプル前の電圧のサンプリングデータを  ｅ（ｔ−２S）
３サンプル前の電圧のサンプリングデータを  ｅ（ｔ−３S）
４サンプル前の電圧のサンプリングデータを  ｅ（ｔ−４S）
として、計測対象となる電圧の実効値を演算することを特徴とする電圧値計測装置。
【請求項２】
広帯域信号の帯域制限に使用するアンチエリアシングフィルタと、交流信号における電流の波形を所定周期毎にサンプリングして保持するサンプル保持手段と、サンプル保持手段から出力されるアナログデータをディジタルデータに変換するアナログ／ディジタル変換手段と、ディジタルデータから商用周波数付近の基本波成分を抽出する基本波抽出手段と、４サンプル前までの電流値を一時記憶する電流値一時記憶手段と、電流値一時記憶手段で記憶した前記４サンプル前までの電流値を演算式に代入して演算する電流値演算手段とを備え、
前記演算式は、
【数２】
2005148028.tif 000055
時刻ｔにおける電流のサンプリングデータを  ｉ（ｔ）
１サンプル前の電流のサンプリングデータを  ｉ（ｔ−S）
２サンプル前の電流のサンプリングデータを  ｉ（ｔ−２S）
３サンプル前の電流のサンプリングデータを  ｉ（ｔ−３S）
４サンプル前の電流のサンプリングデータを  ｉ（ｔ−４S）
として、計測対象となる電流の実効値を演算することを特徴とする電流値計測装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電圧値一時記憶手段に記憶されている各電圧値ならびに請求項２に記載の電流値一時記憶手段に記憶されている各電流値を演算式に代入して演算する有効電力演算手段とを備え、
前記演算式は、
【数３】
2005148028.tif 000056
として、計測対象となる有効電力の値を演算することを特徴とする有効電力計測装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電圧値一時記憶手段に記憶されている各電圧値ならびに請求項２に記載の電流値一時記憶手段に記憶されている各電流値を演算式に代入して演算する無効電力演算手段とを備え、
前記演算式は、
【数４】
2005148028.tif 000057
として、計測対象となる無効電力の値を演算することを特徴とする無効電力計測装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電圧値一時記憶手段に記憶されている各電圧値を演算式に代入して演算する周波数演算手段を備え、
前記演算式は、
【数５】
2005148028.tif 000058
として、計測対象となる周波数の値を演算することを特徴とする周波数計測装置。
【請求項６】
アンチエリアシングフィルタにより広帯域信号の帯域制限を行う工程と、交流信号における電圧の波形を所定周期毎にサンプリングして保持する工程と、サンプル保持したアナログデータをディジタルデータに変換する工程と、ディジタルデータから商用周波数付近の基本波成分を抽出する工程と、４サンプル前までの電圧値を一時記憶する工程と、前記４サンプル前までの電圧値を演算式に代入する工程とを有し、
前記演算式は、
【数６】
2005148028.tif 000059
時刻ｔにおける電圧のサンプリングデータを  ｅ（ｔ）
１サンプル前の電圧のサンプリングデータを  ｅ（ｔ−S）
２サンプル前の電圧のサンプリングデータを  ｅ（ｔ−２S）
３サンプル前の電圧のサンプリングデータを  ｅ（ｔ−３S）
４サンプル前の電圧のサンプリングデータを  ｅ（ｔ−４S）
として、計測対象となる電圧の実効値を演算することを特徴とする電圧値計測方法。
【請求項７】
アンチエリアシングフィルタにより広帯域信号の帯域制限を行う工程と、交流信号における電流の波形を所定周期毎にサンプリングして保持する工程と、サンプル保持したアナログデータをディジタルデータに変換する工程と、ディジタルデータから商用周波数付近の基本波成分を抽出する工程と、４サンプル前までの電流値を一時記憶する工程と、前記４サンプル前までの電流値を演算式に代入する工程とを有し、
前記演算式は、
【数７】
2005148028.tif 000060
時刻ｔにおける電流のサンプリングデータを  ｉ（ｔ）
１サンプル前の電流のサンプリングデータを  ｉ（ｔ−S）
２サンプル前の電流のサンプリングデータを  ｉ（ｔ−２S）
３サンプル前の電流のサンプリングデータを  ｉ（ｔ−３S）
４サンプル前の電流のサンプリングデータを  ｉ（ｔ−４S）
として、計測対象となる電流の実効値を演算することを特徴とする電流値計測方法。
【請求項８】
請求項６に記載の電圧値を一時記憶する工程で記憶した各電圧値ならびに請求項７に記載の電流値を一時記憶する工程で記憶した各電流値を演算式に代入して有効電力を演算する工程を有し、
前記演算式は、
【数８】
2005148028.tif 000061
として、計測対象となる有効電力の値を演算することを特徴とする有効電力計測方法。
【請求項９】
請求項６に記載の電圧値を一時記憶する工程で記憶した各電圧値ならびに請求項７に記載の電流値を一時記憶する工程で記憶した各電流値を演算式に代入して無効電力を演算する工程を有し、
前記演算式は、
【数９】
2005148028.tif 000062
として、計測対象となる無効電力の値を演算することを特徴とする無効電力計測方法。
【請求項１０】
請求項６に記載の電圧値を一時記憶する工程で記憶した各電圧値を演算式に代入して周波数を演算する工程を有し、
前記演算式は、
【数１０】
2005148028.tif 000063
として、計測対象となる周波数の値を演算することを特徴とする周波数計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発変電設備等の電力系統における電圧、電流、有効電力、無効電力、周波数等の各電気量の計測に際し、系統周波数の変動による影響が少ない計測装置ならびに計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発変電設備等の電力系統における電圧、電流の実効値算出に際して広く用いられている手法として振幅2乗法がある。また、有効・無効電力算出に際しては直角2サンプル演算法がある。振幅2乗法、および直角2サンプル演算法は、いずれも計測対象となる交流に対して１／４周期にあたるサンプリング間隔が必須となる。また、任意のサンプリング間隔で電圧、電流の実効値、有効・無効電力を求める方法として、連続2サンプル演算法がある。
【０００３】
振幅2乗法は下記の式で表される。
・振幅2乗法
【数１】
2005148028.tif 000003
【０００４】
また、直角2サンプル演算法は下記の式で表される。
・直角2サンプル演算法
有効電力
【数２】
2005148028.tif 000004
無効電力
【数３】
2005148028.tif 000005
【０００５】
さらに、連続2サンプル演算法は下記の式で表される。
・連続２サンプル演算法
電圧実効値
【数４】
2005148028.tif 000006
有効電力
【数５】
2005148028.tif 000007
無効電力
【数６】
2005148028.tif 000008
【０００６】
また、周波数の計測に際して広く用いられている手法に、ゼロクロス点の検出による方法が挙げられる。これは計測対象となる交流信号の瞬時値の平均値を算出し、この平均値と交流信号の瞬時値がクロスした点を検出し、その間隔を計測して周波数を求める手法である。
【０００７】
この他に、従来、交流信号を計測してディジタル処理する技術としては、特開昭５８−５１３１５号に記載されたものがある。
【特許文献１】特開昭５８−５１３１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
振幅2乗法および直角2サンプル演算法においては、サンプリング間隔Sが必ず計測対象である交流信号の１／４周期でなければならないが、計測対象である交流信号の周波数が変動した場合には、この関係が崩れ、交流信号の計測が不高精度になるという問題がある。
【０００９】
振幅２乗法を例として説明する。時刻ｔおよびｔ−Sにおける電圧の瞬時値は次式で表すことができる。
【数７】
2005148028.tif 000009
よって、振幅２乗法により算出される値は
【数８】
2005148028.tif 000010
となる。ここでサンプリング間隔Sが、交流信号の１／４周期であるならば、
【数９】
2005148028.tif 000011
となり、右辺における[  ]内の第２項は
【数１０】
2005148028.tif 000012
となる。ゆえに、
【数１１】
2005148028.tif 000013
となり、電圧値の実効値が求まる。
【００１０】
しかしながら、計測対象である電力系統の周波数が変動した場合には、上記の関係式が成立せず、信号計測が不高精度になってしまう。直角２サンプル演算法も同様な問題を抱える。また連続２サンプル演算法は、sin(2πfS)、cos(2πfS)の項を演算式に含み、系統周波数ｆは既知の値として演算式中で使用する。よって系統周波数が変動した場合には計測結果が不高精度になってしまう。また、ゼロクロス点の検出による周波数計測方法においては計測精度を向上させるために、サンプリングデータ間を直線または曲線で補間したり、高速サンプリングを行うといった手法がとられるが、補間による誤差が発生する。
【００１１】
本発明は、このような問題に着目し、計測対象である電力系統の周波数が変動した場合でも、補正演算を施すことなく、サンプリングリングデータから直接的に、誤差の少ない電力系統の電圧、電流の実効値、及び有効電力、無効電力、ならびに周波数の計測ができる、計測装置及び計測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】
【００１２】
本発明の請求項１及び６に記載の計測装置及び方法は、広帯域信号の帯域制限に使用するアンチエリアシングフィルタと、交流信号における電圧の波形を所定周期毎にサンプリングして保持するサンプル保持手段と、サンプル保持手段から出力されるアナログデータをディジタルデータに変換するアナログ／ディジタル変換手段と、ディジタルデータから商用周波数付近の基本波成分を抽出する基本波抽出手段と、４サンプル前までの電圧値を一時記憶する電圧値一時記憶手段と、電圧値一時記憶手段で記憶した前記４サンプル前までの電圧値を演算式に代入して演算する電圧値演算手段とを備え、
前記演算式は、
【数１２】
2005148028.tif 000014
時刻ｔにおける電圧のサンプリングデータを  ｅ（ｔ）
１サンプル前の電圧のサンプリングデータを  ｅ（ｔ−S）
２サンプル前の電圧のサンプリングデータを  ｅ（ｔ−２S）
３サンプル前の電圧のサンプリングデータを  ｅ（ｔ−３S）
４サンプル前の電圧のサンプリングデータを  ｅ（ｔ−４S）
として、計測対象となる電圧の実効値を演算するものである。
【００１３】
また、本発明の請求項２及び７に記載の計測装置及び方法は、広帯域信号の帯域制限に使用するアンチエリアシングフィルタと、交流信号における電流の波形を所定周期毎にサンプリングして保持するサンプル保持手段と、サンプル保持手段から出力されるアナログデータをディジタルデータに変換するアナログ／ディジタル変換手段と、ディジタルデータから商用周波数付近の基本波成分を抽出する基本波抽出手段と、４サンプル前までの電流値を一時記憶する電流値一時記憶手段と、電流値一時記憶手段で記憶した前記４サンプル前までの電流値を演算式に代入して演算する電流値演算手段とを備え、
前記演算式は、
【数１３】
2005148028.tif 000015
時刻ｔにおける電流のサンプリングデータを  ｉ（ｔ）
１サンプル前の電流のサンプリングデータを  ｉ（ｔ−S）
２サンプル前の電流のサンプリングデータを  ｉ（ｔ−２S）
３サンプル前の電流のサンプリングデータを  ｉ（ｔ−３S）
４サンプル前の電流のサンプリングデータを  ｉ（ｔ−４S）
として、計測対象となる電流の実効値を演算するものである。
【００１４】
また、本発明の請求項３及び８に記載の計測装置及び方法は、請求項１に記載の電圧値一時記憶手段に記憶されている各電圧値ならびに請求項２に記載の電流値一時記憶手段に記憶されている各電流値を演算式に代入して演算する有効電力演算手段とを備え、
前記演算式は、
【数１４】
2005148028.tif 000016
として、計測対象となる有効電力の値を演算するものである。
【００１５】
また、本発明の請求項４及び９に記載の計測装置及び方法は、請求項１に記載の電圧値一時記憶手段に記憶されている各電圧値ならびに請求項２に記載の電流値一時記憶手段に記憶されている各電流値を演算式に代入して演算する無効電力演算手段とを備え、
前記演算式は、
【数１５】
2005148028.tif 000017
として、計測対象となる無効電力の値を演算するものである。
【００１６】
また、本発明の請求項５及び１０に記載の計測装置及び方法は、請求項１に記載の電圧値一時記憶手段に記憶されている各電圧値を演算式に代入して演算する周波数演算手段を備え、
前記演算式は、
【数１６】
2005148028.tif 000018
として、計測対象となる周波数の値を演算するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の請求項１及び６に記載の計測装置及び方法によれば、電圧値ＲＡＭに記憶されている商用周波数付近の基本波成分のみが抽出された4サンプル前までの5つの電圧値（ｅ（ｔ）〜ｅ（ｔ−４S））を（数１）に代入して演算することにより、交流信号の高調波が重畳されている場合でも、歪み波による影響を受けることなく計測対象となっている電圧の実効値Ｅが得られ、計測対象である電力系統の周波数が変動した場合でも、補正演算を施すことなく、サンプリングデータから直接的に電力系統の電圧の実効値を計測することができる。
【００１８】
また、本発明の請求項２及び７に記載の計測装置及び方法によれば、電流値ＲＡＭに記憶されている商用周波数付近の基本波成分のみが抽出された4サンプル前までの5つの電流値（ｉ（ｔ）〜ｉ（ｔ−４S））を（数２）に代入して演算することにより、交流信号に高調波が重畳されている場合でも、歪み波による影響を受けることなく計測対象となっている電流の実効値Ｉが得られ、また、計測対象である電力系統の周波数が変動した場合でも、補正演算を施すことなく、サンプリングデータから直接的に電力系統の電流の実効値を計測することができる。
【００１９】
また、本発明の請求項３及び８に記載の計測装置及び方法によれば、電圧値ＲＡＭに記憶されている商用周波数付近の基本波成分のみが抽出された４サンプル前までの５つの電圧値（ｅ（ｔ）〜ｅ（ｔ−４S））ならびに電流値ＲＡＭに記憶されている商用周波数付近の基本波成分のみが抽出された１サンプル前から３サンプル前までの３つの電流値（ｉ（ｔ−S）〜ｉ（ｔ−３S））を（数３）に代入して演算することにより、交流信号に高調波が重畳されている場合でも、歪み波による影響を受けることなく計測対象となっている有効電力Ｐが正確に得られ、また、計測対象である電力系統の周波数が変動した場合でも、補正演算を施すことなく、サンプリングデータから直接的に電力系統の有効電力の値を高精度に計測することができる。
【００２０】
また、本発明の請求項４及び９に記載の計測装置及び方法によれば、電圧値ＲＡＭに記憶されている商用周波数付近の基本波成分のみが抽出された４サンプル前までの５つの電圧値（ｅ（ｔ）〜ｅ（ｔ−４S））ならびに電流値ＲＡＭに記憶されている商用周波数付近の基本波成分のみが抽出された１サンプル前から３サンプル前までの３つの電流値（ｉ（ｔ−S）〜ｉ（ｔ−３S））を（数４）に代入して演算することにより、交流信号に高調波が重畳されている場合でも、歪み波による影響を受けることなく計測対象となっている無効電力Ｑが正確に得られ、また、計測対象である電力系統の周波数が変動した場合でも、補正演算を施すことなく、サンプリングデータから直接的に電力系統の無効電力の値を高精度に計測することができる。
【００２１】
また、本発明の請求項５及び１０に記載の計測装置及び方法によれば、電圧値ＲＡＭに記憶されている商用周波数付近の基本波成分のみが抽出された３サンプル前までの４つの電圧値（ｅ（ｔ）〜ｅ（ｔ−３S））とサンプリング間隔Sを（数５）に代入して演算することにより、交流信号に高調波が重畳されている場合でも、歪み波による影響を受けることなく計測対象となっている周波数の値ｆが正確に得られ、ゼロクロス点の検出やデータ補間をすることなく、電力系統の周波数の値を高精度に計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例１】
【００２３】
以下、図１を用いて電力系統の電圧の実効値を計測する電圧値計測装置１０について説明する。電圧値計測装置１０には、アンチエリアシングフィルタ１１、サンプルホールド回路１２、アナログ／ディジタル変換手段１３、基本波抽出部１４、電圧ＲＡＭ１５、電圧値演算部１６、制御回路１７を備えている。
【００２４】
アンチエリアシングフィルタ１１は、広帯域信号の帯域制限に使用するものであり、折返し歪み（エリアシング）対策用のアナログフィルタである。サンプルホールド回路１２は、交流信号における電圧の波形を所定周期毎にサンプリングして保持するものである。アナログ／ディジタル変換器１３は、サンプルホールド回路１２から出力されるアナログデータをディジタルデータに変換するものである。基本波抽出部１４は、アナログ／ディジタル変換器１３で変換されたディジタルデータから商用周波数付近の基本波成分のみを抽出するものである。基本波抽出部１４はローパスフィルタ及びバンドパスフィルタの２段接続とする。これにより、全ての高調波成分及び直流成分がカットされてS／Ｎ比（signal-to-noiSe ratio  信号対雑音比）が向上し、より高精度な電圧の計測ができる。すなわち、交流信号に高調波が重畳されている場合でも、歪み波による影響を受けることなく正確に電圧を測定できる。電圧RAM１５は、４サンプル前までの電圧値を一時記憶するものである。電圧値演算部１６は、電圧RAM１５で記憶した４サンプル前までの電圧値（ｅ（ｔ）〜ｅ（ｔ−４S））を下記に示す演算式に代入して計測対象となる電圧の実効値Eを演算するものである。制御回路１７は、サンプルホールド回路１２、アナログ／ディジタル変換器１３、基本波抽出部１４、電圧ＲＡＭ１５、及び電圧値演算部１６を制御する。
【００２５】
つづいて計測方法について説明する。交流電圧信号はアンチエリアシングフィルタ１１に入力され広帯域信号の帯域制限を行い、サンプルホールド回路１２で交流電圧信号における電圧の波形を所定周期毎にサンプリングして保持する。サンプルホールド回路１２から出力される電圧のアナログデータはアナログ／ディジタル変換器１３でディジタルデータに変換され、基本波抽出部１４にて商用周波数付近の基本波成分のみが抽出される。電圧ＲＡＭ１５においては、4サンプル前までの5つの電圧値（ｅ（ｔ）〜ｅ（ｔ−４S））が一時記憶されている。その後、電圧値演算部１６において4サンプル前までの5つの電圧値を（数１７）に代入して演算することにより、計測対象となっている電圧の実効値Ｅが得られる。
【数１７】
2005148028.tif 000019
（数１７）により、計測対象である電力系統の周波数が変動した場合でも、影響をほとんど受けずに電力系統の電圧の実効値Ｅを高精度に計測することができる。
【００２６】
次に、（数１７）の求め方について説明する。
時刻ｔにおける電圧の瞬時値は、
【数１８】
2005148028.tif 000020
であり、サンプリング間隔をSとすると、
【数１９】
2005148028.tif 000021
と表すことができる。（１）〜（５）を連立方程式として、ｆ、ｔ、Sを消去し、実効値Ｅを求めることができれば、周波数、時刻、サンプリング間隔に依存することのない電圧の実効値を求めることができる。
【００２７】
（２）、（３）を加法定理により展開すると、
【数２０】
2005148028.tif 000022
となる。
（６）、（７）式の和と差により
【数２１】
2005148028.tif 000023
（８）、（９）式の、それぞれの平方の差よりｔを消去する。
【数２２】
2005148028.tif 000024
（１０）式から
【数２３】
2005148028.tif 000025
（１１）式を整理すると、
【数２４】
2005148028.tif 000026
（４）、（５）式からも同様にして
【数２５】
2005148028.tif 000027
が得られる。
（１２）、（１３）式より、
【数２６】
2005148028.tif 000028
となる。
【００２８】
ここで√の中は周波数f、サンプリング間隔Sによらず、１となるので、演算結果は周波数f、サンプリング間隔Sとは無関係に電圧の実効値Eを与える。e(t＋2S)〜e(t−2S)の連続した５データをe(t)〜e(t−4S)の連続した５データに置き換えれば（１４）式は（数１７）に他ならない。サンプリング間隔Sは（１４）式の分母が０となる系統周波数の１／２周期の整数倍を除けば任意である。しかしながら、サンプリング間隔を系統周波数の１／４付近とすれば（１４）式は分母が最大となるため、計測精度が高くなる。電圧値ＲＡＭに記憶されている4サンプル前までの5つの電圧値を（数１７）に代入して演算することにより、計測対象となっている電圧の実効値Ｅが得られ、計測対象である電力系統の周波数が変動した場合でも、補正演算を施すことなく、サンプリングデータから直接的に電力系統の電圧の実効値を計測することができる。
【実施例２】
【００２９】
以下、図２を用いて電力系統の電流の実効値を計測する電流値計測装置２０について説明する。なお、実施例１及び実施例２で示した構成と同一の構成には同一の符号を付した。電流値計測装置２０には、アンチエリアシングフィルタ１１、サンプルホールド回路１２、アナログ／ディジタル変換手段１３、基本波抽出部１４、電流ＲＡＭ１８、電流値演算部２１、制御回路１７を備えている。
【００３０】
アンチエリアシングフィルタ１１は、広帯域信号の帯域制限に使用するものであり、折返し歪み（エリアシング）対策用のアナログフィルタである。サンプルホールド回路１２は、交流信号における電流の波形を所定周期毎にサンプリングして保持するものである。アナログ／ディジタル変換器１３は、サンプルホールド回路１２から出力されるアナログデータをディジタルデータに変換するものである。基本波抽出部１４は、アナログ／ディジタル変換器１３で変換されたディジタルデータから商用周波数付近の基本波成分のみを抽出するものである。基本波抽出部１４はローパスフィルタ及びバンドパスフィルタの２段接続とする。これにより、全ての高調波成分及び直流成分がカットされてS／Ｎ比（signal-to-noise ratio  信号対雑音比）が向上し、より高精度な電流の計測ができる。すなわち、交流信号に高調波が重畳されている場合でも、歪み波による影響を受けることなく正確に電流を測定できる。電流RAM１８は、４サンプル前までの電流値を一時記憶するものである。電流値演算部２１は、電流RAM１８で記憶した４サンプル前までの電流値（ｉ（ｔ）〜ｉ（ｔ−４S））を下記に示す演算式に代入して計測対象となる電流の実効値Ｉを演算するものである。制御回路１７は、サンプルホールド回路１２、アナログ／ディジタル変換器１３、基本波抽出部１４、電流ＲＡＭ１８、及び電流値演算部２１を制御する。
【００３１】
つづいて計測方法について説明する。交流電流信号はアンチエリアシングフィルタ１１に入力され、サンプルホールド回路１２で交流電流信号における電流の波形を所定周期毎にサンプリングして保持する。サンプルホールド回路１２から出力される電流のアナログデータはアナログ／ディジタル変換器１３でディジタルデータに変換され、基本波抽出部１４にて商用周波数付近の基本波成分のみが抽出される。電流ＲＡＭ１８においては、4サンプル前までの5つの電流値（ｉ（ｔ）〜ｉ（ｔ−４S））が一時記憶されている。その後、電流値演算部２１で4サンプル前までの５つの電流値を（数２７）に代入して演算することにより、計測対象となっている電流の実効値Ｉが得られる。
【数２７】
2005148028.tif 000029
（数２７）により、計測対象である電力系統の周波数が変動した場合でも、補正演算を施すことなく、サンプリングデータから直接的に電力系統の電流の実効値Ｉを高精度に計測することができる。なお、（数２７）の求め方は（数１７）における電圧値を電流値に置換することにより求まるので説明は省略する。
【実施例３】
【００３２】
以下、図３を用いて有効電力の値を計測する装置及び方法について説明する。図３において、他の図と異なる構成は有効電力演算部３１のみであり、重複する説明は省略する。なお、実施例１及び実施例２で示した構成と同一の構成には同一の符号を付した。有効電力演算部３１では電圧値ＲＡＭ１５に記憶されている商用周波数付近の基本波成分のみが抽出された４サンプル前までの５つの電圧値ｅ（ｔ）〜ｅ（ｔ−４S）ならびに電流値ＲＡＭ１８に記憶されている商用周波数付近の基本波成分のみが抽出された１サンプル前から３サンプル前までの３つの電流値（ｉ（ｔ−S）〜ｉ（ｔ−３S））を（数２８）に代入して演算することにより、計測対象となっている有効電力の値Ｐが得られる。
【数２８】
2005148028.tif 000030
（数２８）により、計測対象である電力系統の周波数が変動した場合でも、補正演算を施すことなく、サンプリングデータから直接的に電力系統の有効電力の値を高精度に計測することができる。
【００３３】
次に、（数２８）の求め方について説明する。
時刻ｔ±Sにおける電流の瞬時値は、電圧に対して位相θだけ遅れているものとすると、
【数２９】
2005148028.tif 000031
と表すことができる。
（１６）、（１７）式を加法定理により展開すると、
【数３０】
2005148028.tif 000032
（２）、（１８）式の積より、
【数３１】
2005148028.tif 000033
上式において  Ｐ＝Ｅ・Ｉ・cosθ、Ｑ＝Ｅ・Ｉ・sinθとすると、
【数３２】
2005148028.tif 000034
となる。更に展開して整理すると、
【数３３】
2005148028.tif 000035
同様にして、（３）、（１９）式の積より、
【数３４】
2005148028.tif 000036
また、
【数３５】
2005148028.tif 000037
（２０）、（２１）および（２２）式からｔ、θを消去する。
【数３６】
2005148028.tif 000038
（２３）式に（１２）式を代入し、ｆ、Sを消去し、Ｐについて整理する。
【数３７】
2005148028.tif 000039
Ｅの値として［実施例１］の結果式を用いると、
【数３８】
2005148028.tif 000040
となる。
【００３４】
上記式は周波数f、サンプリング間隔Sの影響をほとんど受けない。（２５）式の演算結果は周波数f、サンプリング間隔Sとは無関係に有効電力の値Ｐを与える。なお、e(t＋2S)〜e(t−2S)の連続した５データをe(t)〜e(t−4S)の連続した５データに置き換え、また、ｉ(t‐S)〜ｉ(t＋S)の連続した３データをｉ(t‐S)〜ｉ(t−３S)の連続した３データに置き換えれば（２５）式は（数２８）に他ならない。サンプリング間隔Sは（２５）式の分母が０となる系統周波数の１／２周期の整数倍を除けば任意である。しかしながら、サンプリング間隔を系統周波数の１／４付近とすれば（２５）式は分母が最大となるため、計測精度が高くなる。電圧値ＲＡＭ１５に記憶されている４サンプル前までの５つの電圧値ｅ（ｔ）〜ｅ（ｔ−４S）ならびに電流ＲＡＭ１８に記憶されている１サンプル前から３サンプル前までの３つの電流値(ｉ(t‐S)〜ｉ(t−３S))を（数２８）に代入して演算することにより、計測対象となっている有効電力の値Ｐが得られ、計測対象である電力系統の周波数が変動した場合でも、補正演算を施すことなく、サンプリングデータから直接的に電力系統の有効電力の値を高精度に計測することができる。
【実施例４】
【００３５】
以下、図４を用いて無効電力の値を計測する装置及び方法について説明する。図４において、他の図と異なる構成は無効電力演算部４１のみであり、重複する説明は省略する。なお、実施例１及び実施例２で示した構成と同一の構成には同一の符号を付した。無効電力演算部４１では電圧値ＲＡＭ１５に記憶されている商用周波数付近の基本波成分のみが抽出された４サンプル前までの５つの電圧値（ｅ（ｔ）〜ｅ（ｔ−４S））ならびに電流値ＲＡＭ１８に記憶されている商用周波数付近の基本波成分のみが抽出された１サンプル前から３サンプル前までの３つの電流値（ｉ（ｔ−S）〜ｉ（ｔ−３S））を（数３９）に代入して演算することにより、計測対象となっている無効電力の値Ｑが得られる。
【数３９】
2005148028.tif 000041
（数３９）により、計測対象である電力系統の周波数が変動した場合でも、補正演算を施すことなく、サンプリングデータから直接的に電力系統の無効電力の値を高精度に計測することができる。
【００３６】
次に、（数３９）の求め方について説明する。
【数４０】
2005148028.tif 000042
同様にして、
【数４１】
2005148028.tif 000043
（２６）、（２７）式の共通項を消去すると、
【数４２】
2005148028.tif 000044
また同様に、
【数４３】
2005148028.tif 000045
（２９）−（３０）より共通項を消去すると、
【数４４】
2005148028.tif 000046
（２８）−（３１）よりｔ、Ｐを消去すると、
【数４５】
2005148028.tif 000047
（１３）および（１）を代入し、ｆ、Sを消去し、［実施例１］の結果式を用いると、
【数４６】
2005148028.tif 000048
となる。
【００３７】
上記式は周波数f、サンプリング間隔Sの影響をほとんど受けない。（３３）式の演算結果は周波数f、サンプリング間隔Sとは無関係に無効電力の値Ｑを与える。なお、e(t＋2S)〜e(t−2S)の連続した５データをe(t)〜e(t−4S)の連続した５データに置き換え、また、ｉ(t‐S)〜ｉ(t＋S)の連続した３データをｉ(t‐S)〜ｉ(t−３S)の連続した３データに置き換えれば（３３）式は（数３９）に他ならない。サンプリング間隔Sは（３３）式の分母が０となる系統周波数の１／２周期の整数倍を除けば任意である。しかしながら、サンプリング間隔を系統周波数の１／４付近とすれば（３３）式は分母が最大となるため、計測精度が高くなる。電圧値ＲＡＭ１５に記憶されている４サンプル前までの５つの電圧値（ｅ（ｔ）〜ｅ（ｔ−４S））ならびに電流値ＲＡＭ１８に記憶されている１サンプル前から３サンプル前までの３つの電流値（ｉ（ｔ−S）〜ｉ（ｔ−３S））を（数３９）に代入して演算することにより、計測対象となっている無効電力の値Ｑが得られ、計測対象である電力系統の周波数が変動した場合でも、補正演算を施すことなく、サンプリングデータから直接的に無効電力の値を高精度に計測することができる。
【実施例５】
【００３８】
以下、図５を用いて周波数の値を演算する装置及び方法について説明する。図５において、他の図と異なる構成は、周波数演算部５１のみであり、重複する説明は省略する。なお、実施例１で示した構成と同一の構成には同一の符号を付した。周波数演算部５１では電圧値ＲＡＭ１５に記憶されている商用周波数付近の基本波成分のみが抽出された3サンプル前までの４つの電圧値ｅ（ｔ）〜ｅ（ｔ−３S）を（数４７）に代入して演算することにより、計測対象となっている電力系統の周波数の値ｆが得られる。
【数４７】
2005148028.tif 000049
（数４７）により、ゼロクロス点の検出やデータ補間をすることなく、交流信号の周波数の値ｆを高精度に計測することができる。
【００３９】
次に、（数４７）の求め方について説明する。
【数４８】
2005148028.tif 000050
同様に、
【数４９】
2005148028.tif 000051
（３４）、（３５）の２乗和より
【数５０】
2005148028.tif 000052
ｆに関して整理すると、
【数５１】
2005148028.tif 000053
となる。
【００４０】
e(t＋2S)〜e(t−S)の連続した４データをe(t)〜e(t−３S)の連続した４データに置き換えれば（３８）式は（数４７）に他ならない。サンプリング間隔Sを系統周波数の１／４付近とすれば（３８）式は分母が最大となるため、計測精度が高くなる。電圧値ＲＡＭ１５に記憶されている３サンプル前までの４つの電圧値（ｅ（ｔ）〜ｅ（ｔ−３S））を（数４７）に代入して演算することにより、計測対象となっている系統周波数の値ｆが得られ、ゼロクロス点の検出やデータ補間をすることなく、電力系統の周波数の値を高精度に計測することができる。サンプリング間隔Sを５ｍｓとすれば、この算出できる周波数は０〜１００Ｈｚ間で可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の電力系統における電圧値計測装置を示すブロック図
【図２】本発明の電力系統における電流値計測装置を示すブロック図
【図３】本発明の電力系統における有効電力計測装置を示すブロック図
【図４】本発明の電力系統における無効電力計測装置を示すブロック図
【図５】本発明の電力系統における周波数計測装置を示すブロック図
【符号の説明】
【００４２】
１０  電圧値計測装置
１１  アンチエリアシングフィルタ
１２  サンプルホールド回路（サンプル保持手段）
１３  アナログ／ディジタル変換手段
１４  基本波抽出部（基本波抽出手段）
１５  電圧ＲＡＭ（電圧値一時記憶手段）
１６  電圧値演算部（電圧値演算手段）
１７  制御回路
１８  電流ＲＡＭ（電流値一時記憶手段）
２０  電流値計測装置
２１  電流値演算部（電流値演算手段）
３０  有効電力計測装置
３１  有効電力演算部（有効電力演算手段）
４０  無効電力計測装置
４１  無効電力演算部（無効電力演算手段）
５０  周波数計測装置
５１  周波数演算部（周波数演算手段）
【図１】
2005148028.tif 000065
【図２】
2005148028.tif 000066
【図３】
2005148028.tif 000067
【図４】
2005148028.tif 000068
【図５】
2005148028.tif 000069