(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電力系統にそれぞれ変成器を介して接続され、その各電力系統の被測定電流をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を含む入力部と、同入力部を介して取り込まれた測定データをＦＦＴ演算して高調波電流の各次数成分の少なくとも実効値と位相角を算出する演算制御部と、上記各次数成分の実効値と位相角を記憶するメモリと、表示部としてのディスプレイと、上記演算制御部に所定の指示データを与える操作部とを備え、上記ディスプレイに横軸を実数軸、縦軸を虚数軸とするベクトル表示画面を設定し、同ベクトル表示画面上に所定次数の高調波電流をその実効値と位相角からベクトル表示する高調波電流のベクトル表示装置において、
上記操作部には、測定しようとする上記各電力系統の電流入力を「正極性」もしくは「負極性」のいずれかに設定するための極性設定部が設けられており、上記演算制御部は、所定次数の高調波電流のベクトルを上記ベクトル表示画面に表示するにあたって、上記極性設定部により「正極性」と設定されたものについてはそのままベクトル表示し、「負極性」と設定されたものについては位相を１８０゜回転させてベクトル表示することを特徴とする高調波電流のベクトル表示装置。
【請求項２】
上記ベクトル表示画面には、上記極性設定部により設定された上記各電力系統の電流入力極性が上記ベクトル表示と併せて表示されることを特徴とする請求項１に記載の高調波電流のベクトル表示装置。
【請求項３】
上記操作部には、上記ベクトル表示を上記特定電力系統の基本波の有効電力の向きに合わせるか否かを指定する方向合わせ機能設定部がさらに設けられ、同設定部により方向合わせ機能が有効とされている場合、上記演算制御部は、所定次数の高調波電流のベクトルを上記ベクトル表示画面に表示するにあたって、上記ＦＦＴ演算により算出された上記有効電力がプラスの場合にはそのままベクトル表示し、マイナスの場合には位相を１８０゜回転させてベクトル表示することを特徴とする請求項１または２に記載の高調波電流のベクトル表示装置。
【請求項４】
上記ベクトル表示画面には、上記方向合わせ機能設定部により設定された方向合わせ機能の有効・無効が上記ベクトル表示と併せて表示されることを特徴とする請求項３に記載の高調波電流のベクトル表示装置。
【請求項５】
上記演算制御部は、所定次数の高調波電流のベクトルを上記ベクトル表示画面に表示するにあたって、上記ＦＦＴ演算により算出された上記特定電力系統の有効電力を基準として、上記各電力系統ごとにその高調波電流が「流入方向」か「流出方向」かの方向表示を行なうことを特徴とする請求項３または４に記載の高調波電流のベクトル表示装置。
【請求項６】
上記演算制御部は、所定次数の高調波電流のベクトルを上記ベクトル表示画面に表示するにあたって、各ベクトルにその電力系統に割り当てられた番号などの記号を付すとともに、その記号の表示形態を変更することにより上記方向表示を行なうことを特徴とする請求項５に記載の高調波電流のベクトル表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高調波電流のベクトル表示装置に関し、さらに詳しく言えば、送電・配電系統の高調波測定時において、高調波電流の流入・流出方向が正確に判定できる高調波電流のベクトル表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高調波解析は、例えば被測定電流をＡ／Ｄ変換した後、その測定データにＦＦＴ（高速フーリエ変換）演算を施すことにより行なわれ、これによれば各次数成分についての実効値と位相角などが求められる。
【０００３】
一般に、この高調波解析データは、横軸を周波数軸とし、縦軸を実効値軸とする座標系でバーグラフ状の周波数スペクトラムとして表示されるが、このスペクトラム表示には位相角が反映されていない。そこで、実効値とともに位相角情報をもグラフ的に同時に読み取りできるようにするため、ベクトル表示が採用されており、図５にはその一例が示されている。
【０００４】
すなわち、ディスプレイに横軸を実数軸、縦軸を虚数軸とするベクトル表示画面が設定され、そこに例えば各入力チャンネル（被測定ライン）の所定次数成分について、実数軸から反時計方向回りの角度を位相角とし、長さを実効値とするベクトル線が表示される。
【０００５】
このベクトル表示画面において、横軸（実数軸）は特定チャンネルの電圧入力であり、基準位相もしくは基準電圧などと呼ばれている。また、各ベクトル線には、各入力チャンネルに割り振られたチャンネル番号が例えば１，２，３…などのように表示される。
【０００６】
このようなベクトル表示を行なうにあたっては、おおよそ次のような手順が踏まれる。まず、基準電圧のベクトルをＶｒ、その電流のベクトルをＩとすると、それぞれの極座標表示は、ベクトルＶｒ＝ｖｒ∠θｖｒ、ベクトルＩ＝ｉ∠θｉで表される。ただし、ｖｒ，ｉはスカラー量で、θｖｒは電圧位相角、θｉは電流位相角である。
【０００７】
したがって、ベクトル表示画面に描かれる各チャンネルの高調波電流の電流ベクトルＩｃは、
ベクトルＩｃ＝ｉ∠（θｉ−θｖｒ）……（１）
で表され、このときのベクトルの大きさおよび角度は次のようになる。
ベクトルの大きさ｜Ｉｃ｜＝ｉ，ベクトル角∠Ｉｃ＝θｉ−θｖｒ……（２）
【０００８】
また、高調波電流の流入・流出の判定は、図５のベクトル表示において、ベクトル線が極座標の左側半分すなわち第２象限と第３象限にある場合には流出方向、右半分すなわち第１象限と第４象限にある場合には流入と判定される。図５の例で言えば、チャンネル１は流入であり、チャンネル２，３は流出である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際の送電・配電系統では、電力の向きが例えば場所や時間帯によって変わるため、特定チャンネルの有効電力を基準とした高調波電流の流入・流出を判断することができないという課題があった。
【００１０】
また、電流の取り込みにはクランプセンサなどの変成器が用いられるが、変成器には例えば矢印などで電路に対する接続方向が表示されており、変成器を電路に接続するにあたっては、その極性表示を電路の電流方向に合わせて変成器を接続する必要がある。しかしながら、往々にして誤接続が生じやすく、電流位相が反転して入力されてしまう場合がある。
【００１１】
図６に示されている送配電系統を例にとって説明すると、変電所Ａを測定するとして、まず、その各電力系統１〜５をＣＴ（もしくはＰＴ）などの変成器を介してパワーアナライザ（電力高調波解析装置）の各電流入力チャンネルに接続する。
【００１２】
ここで、変電所Ａに電流が流入する方向を基準にすると、電力系統３〜５については電流入力の位相を反転させる必要がある。すなわち、電力系統３〜５の変成器については、例えば電力系統１の変成器とはその向きを逆にして接続する必要がある。その際、誤接続に気づいた場合には、変成器の極性を付け替えればよいのであるが、変電所のような場所では、その付け替え作業は容易ではない。
【００１３】
また、例えば電力系統１における基本波の有効電力の向きを基準として、他の各電力系統２〜５における高調波電流について、その流入・流出を判定しようとすると、電力系統２については変成器の極性を反転接続し、他の変電所Ｂに接続されている電力系統３については日時により変成器の極性を反転接続する必要が生ずる。この作業は、測定作業者にとって大変な負担となる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような各課題を解決するためになされたもので、その第１の目的は、変成器を実際に付け替えすることなく、操作部上で電流入力の極性を適宜設定できるようにした高調波電流のベクトル表示装置を提供することにある。
【００１５】
また、本発明の第２の目的は、特定の電力系統における基本波の有効電力の向きを基準として、他の電力系統の高調波電流の流入・流出を自動的に判定できるようにした高調波電流のベクトル表示装置を提供することにある。
【００１６】
上記第１の目的を達成するため、本発明は、複数の電力系統にそれぞれ変成器を介して接続され、その各電力系統の被測定電流をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を含む入力部と、同入力部を介して取り込まれた測定データをＦＦＴ演算して高調波電流の各次数成分の少なくとも実効値と位相角を算出する演算制御部と、上記各次数成分の実効値と位相角を記憶するメモリと、表示部としてのディスプレイと、上記演算制御部に所定の指示データを与える操作部とを備え、上記ディスプレイに横軸を実数軸、縦軸を虚数軸とするベクトル表示画面を設定し、同ベクトル表示画面上に所定次数の高調波電流をその実効値と位相角からベクトル表示する高調波電流のベクトル表示装置において、上記操作部には、測定しようとする上記各電力系統の電流入力を「正極性」もしくは「負極性」のいずれかに設定するための極性設定部が設けられており、上記演算制御部は、所定次数の高調波電流のベクトルを上記ベクトル表示画面に表示するにあたって、上記極性設定部により「正極性」と設定されたものについてはそのままベクトル表示し、「負極性」と設定されたものについては位相を１８０゜回転させてベクトル表示することを特徴としている。
【００１７】
このように本発明によれば、操作部にある極性設定部にて、各電力系統の極性を設定することができる。これは、測定電路に対して実際に変成器の極性の向きを付け替える必要がないことを意味している。
【００１８】
この場合、ベクトル表示画面には、極性設定部により設定された各電力系統の電流入力極性がベクトル表示と併せて表示されるようにすることが好ましく、これによれば、現在ベクトル表示されている各電力系統の極性状態を同時に認識することができる。
【００１９】
また、本発明によると、上記操作部には、上記ベクトル表示を上記特定の電力系統における基本波の有効電力の向きに合わせるか否かを指定する方向合わせ機能設定部がさらに設けられ、同設定部により方向合わせ機能が有効とされている場合、上記演算制御部は、所定次数の高調波電流のベクトルを上記ベクトル表示画面に表示するにあたって、上記ＦＦＴ演算により算出された上記有効電力がプラスの場合にはそのままベクトル表示し、マイナスの場合には位相を１８０゜回転させてベクトル表示することを特徴としており、これにより上記第２の目的が達成される。
【００２０】
この場合においても、ベクトル表示画面には、方向合わせ機能設定部により設定された方向合わせ機能の有効・無効がベクトル表示と併せて表示されることが好ましく、これによれば、現在表示されているベクトルが特定の電力系統における基本波の有効電力の向きを基準としたものかどうかを一見して知ることができる。
【００２１】
本発明の好ましい態様によると、上記演算制御部は、所定次数の高調波電流のベクトルを上記ベクトル表示画面に表示するにあたって、上記ＦＦＴ演算により算出された上記特定電力系統の有効電力を基準として、上記各電力系統ごとにその高調波電流が「流入方向」か「流出方向」かの方向表示を行なう。
【００２２】
この方向表示は、例えば虚数軸の左側に「流出方向」、右側に「流入方向」と文字表示してもよいが、所定次数の高調波電流のベクトルをベクトル表示画面に表示するにあたって、各ベクトルにその電力系統に割り当てられた番号などの記号を付すとともに、その記号の表示形態を変更することにより上記方向表示を行なうことが好ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施例により説明する。図１には、本発明を実施する上で用いられる高調波解析装置の概略的なブロック図であり、まず、その構成について説明する。
【００２４】
この高調波解析装置は、例えば第１〜第３電力系統の３つの各電路に対応し得るように４つの入力チャンネル１１〜１４を備えている。この場合、入力チャンネル１１には例えば第１電力系統１の電圧が入力され、入力チャンネル１２〜１４には第１〜第３電力系統の各電流がそれぞれ入力される。なお、図示されていないが、変成器にはクランプセンサが用いられている。
【００２５】
電圧入力端子としての入力チャンネル１１には、波形整形回路１１ａとＰＬＬ回路（位相同期回路）１１ｂが直列に接続されている。また、各電流入力端子としての各入力チャンネル１２〜１４には、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）１２ａ〜１４ａおよびＳ／Ｈ回路（サンプルホールド回路）１２ｂ〜１４ｂがそれぞれ直列に接続されている。
【００２６】
この場合、各Ｓ／Ｈ回路１２ｂ〜１４ｂはＰＬＬ回路１１ｂにより電圧入力と同期がとられており、ＬＰＦ１２ａ〜１４ａを通過した電流信号を電圧入力の整数倍とされた所定の同期タイミングにて保持する。
【００２７】
このようにして各Ｓ／Ｈ回路１２ｂ〜１４ｂに保持された各電力系統の電流信号は、それぞれ次段のＡ／Ｄ変換器１２ｃ〜１４ｃでディジタル信号に変換された後、バッファメモリ１２ｄ〜１４ｄに一旦保持され、第１バスラインＢＵＳ１を介してＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）１５に送られる。
【００２８】
ＤＳＰ１５において、各電力系統の測定データがＦＦＴ（高速フーリエ変換）演算処理され、各次数成分についての例えば実効値、位相角および極性などのデータがメモリ１６に記憶される。このメモリ１６へのデータの書き込み、読み出しおよびそのデータに基づくディスプレイ１８への表示は、第２バスラインＢＵＳ２を介してＣＰＵ（ｃｅｎｔａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｕｎｉｔ）１７により制御される。
【００２９】
ディスプレイ１８は、ＣＲＴ（陰極線管）、ＬＣＤ（液晶表示パネル）もしくはプラズマディスプレイパネルのいずれであってもよいが、ＣＰＵ１７は操作部１９からの指示により、ディスプレイ１８上に横軸を周波数軸、縦軸を実効値軸とする周波数スペクトラム表示画面もしくは横軸を実数軸、縦軸を虚数軸とするベクトル表示画面を設定する。
【００３０】
本発明によると、操作部１９には図２に例示されているような極性設定部１９ａが設けられており、この極性設定部１９ａ上で各電力系統の電流入力の極性を適宜設定することができる。
【００３１】
すなわち、各電力系統に変成器としてのクランプセンサを取り付けた後、例えば測定個所の状況に応じて、クランプセンサの向きがそのままでよい場合には極性設定を「＋」とし、クランプセンサの向きを反対（電流位相を反転）にしたい場合には極性設定を「−」とする。
【００３２】
また、図示されていないが、操作部１９にはベクトル表示を特定の電力系統における基本波の有効電力の向きに合わせるか否かを指定する方向合わせ機能設定部が設けられている。この方向合わせ機能設定部は単なるオンオフスイッチであってよく、方向合わせ機能を要する場合には例えばそのスイッチをオン、不要の場合にはオフとする。
【００３３】
次に、ベクトル表示について説明する。なお、各電力系統の電流は入力チャンネル１２〜１４から取り込まれＡ／Ｄ変換された後、ＤＳＰ１５のＦＦＴ演算により例えば４０次までの解析データが得られ、その解析データがメモリ１６に記憶されており、また、基本波については、ＦＦＴ解析データからその有効電力が算出されているものとする。
【００３４】
ＣＰＵ１７は、操作部１９からの指示にしたがって、ディスプレイ１８に横軸を実数軸、縦軸を虚数軸とするベクトル表示画面を設定し、そのベクトル表示画面に例えば図３（ａ）に示されているように所定次数成分の電流ベクトルを、その各々に電力系統の番号「１」〜「３」を付して表示する。
【００３５】
電流ベクトル角∠Ｉｃは上記式（２）に基づいて求められるが、その際、ＣＰＵ１７は極性設定部１９ａを参照し、その極性が「＋（正極性）」である場合には次式（３）を実行し、「−（負極性）」の場合には次式（４）を実行する。
【００３６】
その極性変換後の電流ベクトルの角度を∠Ｉ′ｃとすると、「＋（正極性）」と設定されている電流入力については、
ベクトル角∠Ｉ′ｃ＝ベクトル角∠Ｉｃ……（３）
とする。すなわち、上記式（２）で求められたベクトル角をそのままとしてベクトル線を表示する。
【００３７】
これに対して、「−（負極性）」と設定されている電流入力については、
ベクトル角∠Ｉ′ｃ＝ベクトル角∠Ｉｃ＋１８０゜……（４）
とする。すなわち、その位相を１８０゜回転させてベクトル線を表示する。
【００３８】
次に、ＣＰＵ１７は、操作部１９の方向合わせ機能設定部のスイッチがオンとなっているかどうかを判断する。オンとなっている場合には、メモリ１６よりこの例では第１電力系統の基本波の有効電力Ｐを読み出す。そして、Ｐ≧０であるならば次式（５）を実行し、Ｐ＜０の場合には次式（６）を実行する。
【００３９】
すなわち、その極性変換後における電流ベクトルの角度を∠Ｉ″ｃとすると、Ｐ≧０である場合には、
ベクトル角∠Ｉ″ｃ＝ベクトル角∠Ｉ′ｃ……（５）
とする。
【００４０】
これに対して、Ｐ＜０の場合には、
ベクトル角∠Ｉ″ｃ＝ベクトル角∠Ｉ′ｃ＋１８０゜……（６）
とする。すなわち、すべての電流ベクトルの位相を１８０゜回転させる。なお、方向合わせ機能設定部のスイッチがオフのときには、上記式（５）を実行することになる。
【００４１】
しかる後、ＣＰＵ１７はベクトル線の向きにより流入か流出かを判定し、それをディスプレイ１８に表示する。虚数軸の右側、すなわち第１象限と第４象限にある場合には「流入」で、虚数軸の左側の第２象限と第３象限にある場合には「流出」とすると、この実施例では、ＣＰＵ１７は「流入」であるベクトル線１，２については、図３（ｂ）に示されているように、その番号を黒ベタ枠内の白抜き表示に変更する。
【００４２】
このように、表示の形態を変更することにより、一見して「流入」「流出」の別が分かるようにしているが、上記の例とは反対に「流出」側の表示形態を変更するようにしてもよい。
【００４３】
この他に、「流入」と「流出」とでベクトル線の線種を変えたり、カラーディスプレイの場合には色を変えてもよい。さらには、図３（ａ）に示されているように、文字にて「流入」「流出」を表示する態様も本発明に含まれる。
【００４４】
また、本発明によれば、ディスプレイ１８にはベクトル表示と同じ画面に、図４に例示されているように、電流入力の極性表示画面１８ａと、方向合わせ機能表示画面１８ｂとが設定される。
【００４５】
これによれば、現在表示されているベクトルの電流入力極性と、その「流入」「流出」判定が特定の電力系統における基本波の有効電力の向きを基準としたものかどうかを一見して知ることができる。
【００４６】
以上、本発明を実施例により具体的に説明したが、当業者であるならば容易に考え付くであろう変形、改変および均等技術はすべて本発明の範囲内である。例えば、ディスプレイの表示態様および画面構成などは任意に変更可能である。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、測定しようとする各電力系統の電流入力を「正極性」もしくは「負極性」のいずれかに設定し得る極性設定部を備えていることにより、変成器の極性を実際に付け替えすることなく、操作部上での操作で電流入力の極性を適宜設定することができる。
【００４８】
また、本発明によれば、ベクトル表示を特定の電力系統における基本波の有効電力の向きに合わせるか否かを指定する方向合わせ機能設定部を備えていることにより、特定の電力系統における基本波の有効電力の向きを基準として、他の電力系統の高調波電流の流入・流出を自動的に判定することできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高調波電流のベクトル表示装置に適用される高調波解析装置の構成例を示したブロック図。
【図２】上記高調波解析装置の操作部に設けられる極性設定部を示した模式図。
【図３】本発明によるベクトル表示例を示した模式図。
【図４】本発明において、ベクトル表示と同じ画面に表示される電流入力の極性表示画面および方向合わせ機能表示画面を示した模式図。
【図５】従来のベクトル表示例を示した模式図。
【図６】解決すべき課題を説明するための模式図。
【符号の説明】
１１〜１４  入力チャンネル
１１ａ  波形整形回路
１１ｂ  ＰＬＬ回路
１２ｂ〜１４ｂ  Ｓ／Ｈ回路
１２ｃ〜１４ｃ  Ａ／Ｄ変換器
１２ｄ〜１４ｄ  バッファメモリ
１５  ＤＳＰ
１６  メモリ
１７  ＣＰＵ
１８  ディスプレイ
１８ａ  電流入力の極性表示画面
１８ｂ  方向合わせ機能表示画面
１９  操作部
１９ａ  極性設定部
【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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