(57)【要約】      （修正有）【課題】交流の物理量を測定及びデータ集録する装置及び方法を提供する。【解決手段】交流が入力され、アナログサンプリング値を出力するのアナログサンプリングチャネル１、リサンプリングし、受信側が必要とするデータ周波数を取得するサンプリングスイッチ２、サンプリングスイッチ２からのリサンプリング値を記憶するリサンプリング値レジスター３、リサンプリング値レジスター３のリサンプリング値を受信側へ出力するバス４、アナログサンプリングチャネル１とサンプリングスイッチ２のリサンプリング周波数を制御するタイミングコントローラー５、入力がアナログサンプリングチャネル１から出力されるアナログサンプリング値に接続され、出力がサンプリングスイッチ２に接続され、サンプリング値における高周波成分を除去し、その遮断周波数がサンプリングスイッチのリサンプリング周波数の０．５倍より小さいデジタルローパスフィルター６を含む。【選択図】図１
2016153792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流の物理量を測定及びデータ集録する装置であって、
交流電流ｉと交流電圧ｕが入力され、電流のサンプリング値ｉｋと電圧のサンプリング値ｕｋを出力するためのアナログサンプリングチャネル（１）、
電流のサンプリング値ｉｋと電圧のサンプリング値ｕｋが入力され、有効電力量Ｗｋを出力するための乗算累積器（Ｂ１）、
前記サンプリング値を基本波、ハーモニック分解し、基本波及びｍ次ハーモニックのベクトルを取得するための基本波／ハーモニック分解装置（８１）、
基本波／ハーモニック分解装置（８１）からの基本波とｍ次ハーモニックのベクトルが入力され、基本波とｍ次ハーモニックの振幅を出力するための振幅取得装置（８２）、
基本波／ハーモニック分解装置（８１）からの基本波とｍ次ハーモニックのベクトルが入力され、基本波とｍ次ハーモニックの有効電力と無効電力を取得するための電力取得装置（Ｂ２）、
電力取得装置（Ｂ２）からの基本波の無効電力が入力され、無効電気量を出力するための累積器（Ｂ３）、
振幅取得装置（８２）からの電圧、電流の基本波における振幅、及び電力取得装置（Ｂ２）からの有効電力が入力され、これらの平均値を出力するための平均化装置（Ａ１）、
平均化装置（Ａ１）からの平均値、乗算累積器（Ｂ１）からの有効電力量、及び累積器（Ｂ３）からの無効電気量が入力され、リサンプリングを行ってこれらのリサンプリング値を出力するためのサンプリングスイッチ（２）、
サンプリングスイッチ（２）からのリサンプリング値を記憶するためのリサンプリング値レジスター（３）、
リサンプリング値レジスター（３）におけるリサンプリング値を受信側へ出力するためのバス（４）、
基本波の電圧振幅、基本波の電流振幅または基本波の電力が定常状態であるか過渡状態であるかに基づいて、平均化装置（Ａ１）にフラグＦを出力し、フラグＦが１から０に変わると平均値装置（Ａ１）はゼロクリアされ、Ｆ＝１の場合には平均化装置（Ａ１）の出力は達成不可能な値となり、受信側に到達すると達成不可能な値がバッドデータとして削除される判断装置（Ａ２）、
アナログサンプリングチャネル（１）とサンプリングスイッチ（２）をタイミングコントロールするためのタイミングコントロール回路（５）、
リサンプリング値レジスター（３）に取り込むデータをビットストローブするように、受信側がバスを介して設定した選択データを記憶するための選択データレジスター（３１）、
前記基本波／ハーモニック分解装置（８１）が基本波及びｍ次ハーモニックのベクトルを出力するように、受信側が設定したハーモニック次数データｍを記憶するためのハーモニック次数レジスター（３３）、を備える
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
基本波／ハーモニック分解装置（８１）からの３つの単相の電圧、電流の基本波値が入力され、電圧、電流の基本波における正・逆・零相のベクトルを振幅取得装置（８２）に出力するための位相分解装置（９）を備える
請求項１に記載の交流の物理量を測定及びデータ集録する装置。
【請求項３】
交流を測定及びデータ集録する方法であって、
入力された交流電流ｉと交流電圧ｕをアナログサンプリングし、電流のサンプリング値ｉｋと電圧のサンプリング値ｕｋを出力し、
前記電流のサンプリング値ｉｋと電圧のサンプリング値ｕｋを乗算累積し、有効電力量Ｗｋを出力し、
前記サンプリング値を基本波、ハーモニック分解し、基本波及びｍ次ハーモニックのベクトルを取得し、
前記基本波及びｍ次ハーモニックのベクトルについて振幅を求め、基本波及びｍ次ハーモニックの振幅を出力し、
前記基本波及びｍ次ハーモニックのベクトルについて電力を求め、基本波とｍ次ハーモニックの有効電力と無効電力を取得し、
前記基本波、ｍ次ハーモニックの振幅と有効電力、無効電力について平均値を求め、これらの定常状態における平均値を出力し、
前記基本波の無効電力を累積し、無効電気量を出力し、
前記平均値、有効電力量及び前記無効電気量をリサンプリングし、これらのリサンプリング値を出力し、
前記リサンプリング値を記憶し、
前記記憶したリサンプリング値をバスを介して受信側へ出力し、
判断ステップとして、基本波の電圧振幅、基本波の電流振幅または基本波の電力が定常状態であるか過渡状態であるかに基づいて平均値に対しフラグＦを出力し、フラグＦが１から０に変わると平均値はゼロクリアされ、Ｆ＝１の場合には平均値は達成不可能な値となり、受信側に到達すると達成不可能な値がバッドデータとして削除される
ことを特徴とする方法。
【請求項４】
基本波／ハーモニック分解された３つの単相の電圧、電流の基本波を位相分解し、電圧の正・逆・零相のベクトル、及び電流の正・逆・零相のベクトルを出力してこれらの振幅を求める
請求項３に記載の交流を測定及びデータ集録する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力システムの自動化技術に関し、特に、交流の物理量を測定及びデータ集録する装置と方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力制御の自動化において、電力物理量の測定とデータ集録は、早期にＲＴＵ（Ｒｅｍｏｔｅ  Ｔｅｒｍｉｎａｌ  Ｕｎｉｔ：遠隔端末装置）によって実現され、近年では変電所の総自動化によって実現されているほか、デジタル変電所では測定手段によって実現されている。また、電気自動化（例えば電気情報システム、インテリジェントパワー）においては電力量計や配電変圧端末によって、配電の自動化においては配電スイッチ端末によって、発電機励磁制御装置においては測定トランスデューサーによって実現されている。上記の測定手段または端末は、いずれも測定及びデータ集録（以下、遠隔測定と略称）の過程において交流電流ｉ、交流電圧ｕが入力され、所定のサンプリング時間間隔Δでｉ，ｕをサンプリングし（アナログデジタル変換）、電流・電圧のサンプリング値ｉｋ，ｕｋを取得する。ｉｋ，ｕｋは更に計算され、他の物理パラメーター、例えば交流電流の実効値Ｉｋ、交流電圧の実効値Ｕｋ、有効電力Ｐｋ及び無効電力Ｑｋ（ｋ＝１，２，…）などが得られ、Ｐｋ，Ｑｋを累積して有効電力量Ｗｋ、無効電気量Ｖｋが得られる。そして、Ｍ間隔でリサンプリングを行い（受信側の指定タイミングに基づくデータ凍結ともいう）、電力物理量のリサンプリング値Ｉｊ，Ｕｊ，Ｐｊ及びＱｊを受信側に出力する。受信側は、ローカル受信であっても遠隔受信であってもよい。ローカル受信の場合は、同一装置内であっても近距離で他の装置内に装着されていてもよく、遠隔受信の場合は遠距離で、受信側において受信した遠隔測定データが利用される。
【０００３】
上記遠隔測定過程において、サンプリング時間間隔Δは一般的にシャノンのサンプリング定理、即ちサンプリング周波数ｆΔ＝１／Δ＞２×ｆｃ（ｆｃは被サンプリング信号の遮断周波数）を満たすため、算出された例えばＩｋ，Ｕｋ，Ｐｋ及びＱｋ等の物理量の実効値にはエイリアシング（ａｌｉａｓｉｎｇ）の問題はないが、リサンプリング後には、リサンプリング周波数ｆＷ＜ｆｃがシャノンのサンプリング定理を満たさないことから、高周波数から低周波数へのエイリアシングに起因するエイリアシング誤差が招来される。
【０００４】
現在、新エネルギー発電、直流送電及び非線形負荷が増加しており、電力システムにおけるハーモニックの含有量が増えていることから、上記エイリアシング誤差は増大しつつある。無効電力の算出には、電圧、電流を正弦信号と仮定する必要があるため、無効電力と無効電気量の誤差はより大きくなり、このような誤差は無視できない段階にまできている。
【０００５】
2016153792.tif 000003
【０００６】
電力の応用におけるリサンプリングは、（１）ｉｋ，ｕｋをリサンプリングしてｉｊ，ｕｊを出力し、リサンプリング間隔をＭＷと表記し、出力を波形値とする波形リサンプリングと、（２）Ｉｋ，Ｕｋ，Ｐｋ及びＱｋを速やかにリサンプリングし、リサンプリング間隔をＭＴと表記し、出力を実効値とする実効値リサンプリングと、（３）Ｉｋ，Ｕｋ，Ｐｋ及びＱｋを緩やかにリサンプリングし、リサンプリング間隔をＭＳと表記し、出力を定常値とする定常状態リサンプリングの３種類に分けられる。通常、ＭＷ＜ＭＴ＜ＭＳである。
【０００７】
特許文献１及び２（発明者：ハオ  玉山，発明の名称「連続物理量を測定する装置及び方法」）は、一般的な物理量における定常状態量の遠隔測定と全状態量の遠隔測定について提示しているが、出力周波数が上記のリサンプリング周波数を満たさず、出力内容も多いため、電力自動化システムへそのまま応用するには不都合である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】中国発明特許  ＺＬ２００９１０１５８３７５．ｘ
【特許文献２】中国発明特許  ＺＬ２００９１０１５８３７０．７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は以上の課題に鑑み、交流電流ｉまたは／及び交流電圧ｕ（交流と記載する）が入力され、受信側が必要とする交流の波形値、実効値または定常値、及びその基本波と位相成分の実効値、定常値を出力する、電力物理量の遠隔測定装置及び方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による交流の物理量の遠隔測定装置は、入力された交流をアナログサンプリングしてアナログサンプリング値を出力するためのアナログサンプリングチャネル、リサンプリングして受信側が必要とする遠隔測定データ周波数を出力するためのサンプリングスイッチ、サンプリングスイッチからのリサンプリング値を記憶するためのリサンプリング値レジスター、前記リサンプリング値レジスターにおけるリサンプリング値を受信側へ出力するためのバス、及び、前記アナログサンプリングチャネルとサンプリングスイッチのリサンプリング周波数を制御するためのタイミングコントローラーを含み、更に、入力がアナログサンプリングチャネルから出力されるアナログサンプリング値に接続され、出力がサンプリングスイッチに接続され、サンプリング値における高周波成分を除去し、その遮断周波数がサンプリングスイッチのリサンプリング周波数の０．５倍より小さいものとするデジタルローパスフィルターを含む。
【００１１】
交流の実効値を遠隔測定したい場合は、上記方案を元に、アナログサンプリングチャネルとデジタルローパスフィルターの間に、アナログサンプリングチャネルからのサンプリング値について実効値を求め、ローパスフィルターへ出力するための実効値取得装置を設ける必要がある。
【００１２】
交流のハーモニックの実効値を遠隔測定したい場合は、上述の実効値の遠隔測定方案を元に、アナログサンプリングチャネルとデジタルローパスフィルターとの間に、実効値取得装置と並列にハーモニック分解装置を設け、前記ハーモニック分解装置は、アナログサンプリングチャネルからのサンプリング値を基本波／ハーモニック分解して基本波／ハーモニックのベクトルを取得するための基本波／ハーモニック分解装置と、振幅取得装置、実部取得装置、虚部取得装置を含み、振幅取得装置、実部取得装置及び虚部取得装置は、基本波／ハーモニック分解装置からの基本波／ハーモニックのベクトルを同時に受信し、それぞれ基本波／ハーモニックの振幅、基本波／ハーモニックの実部及び基本波／ハーモニックの虚部をデジタルローパスフィルターに出力する。
【００１３】
ハーモニック分解の過程では遠隔測定のデータ量が著しく増大することから、ハーモニック分解を含む遠隔測定装置には、受信側がバスを介して設定した選択データを記憶するための選択データレジスターが設けられ、リサンプリング値レジスターの前段に選択スイッチが設けられ、ビットが選択データレジスターの選択ビットの制御を受け、選択ビットが１の場合にはデータストローブされ、対応するリサンプリング値がリサンプリング値レジスターに取り込まれて記憶されるが、１でない場合にはリサンプリング値レジスターに当該リサンプリング値は存在しない。
【００１４】
ｍ次ハーモニックのデータのみを要する場合には、前記基本波／ハーモニック分解装置がｍ次ハーモニックのベクトルを出力するよう制御すべく、受信側が設定したハーモニック次数データｍを記憶するためのハーモニック次数レジスターを設けてもよい。
【００１５】
三相交流を測定する場合には、上述の交流物理量の遠隔測定装置を元に位相分解装置を追加して、基本波／ハーモニック分解装置から出力された３つの単相の基本波／ハーモニック値を位相分解し、三相交流の正相成分、逆相成分及び零相成分を取得して、それぞれが同時に振幅取得装置、実部取得装置及び虚部取得装置を通過して正相、逆相及び零相の実効値、実部及び虚部を出力し、デジタルローパスフィルターによって高周波が除去される。
【００１６】
交流の定常状態を遠隔測定する場合、上述の方案において前記デジタルローパスフィルターは、実効値取得装置に接続されて実効値取得装置から出力された交流の実効値、実部、虚部の平均値を取得するための平均化装置、実効値取得装置に接続され、実効値取得装置から出力された実効値に基づいてフラグＦを平均化装置に出力し、前記実効値が定常状態過程の場合にはＦ＝０となり、逆に過渡状態過程の場合にはＦ＝１となり、Ｆが１から０に変わると前記平均値はゼロクリアされ、Ｆ＝１の場合には前記平均値は達成不可能な値となり、当該達成不可能な値は受信側に到達するとバッドデータとして削除される判断装置、を含む。
【００１７】
本発明は、更に、単相電力量計及び測定装置に適用される交流遠隔測定装置を提供し、当該装置は、交流電流ｉと交流電圧ｕが入力され、電流のサンプリング値ｉｋと電圧のサンプリング値ｕｋを出力するためのアナログサンプリングチャネル、電流のサンプリング値ｉｋと電圧のサンプリング値ｕｋが入力され、有効電力量Ｗｋを出力するための乗算累積器、前記電流のサンプリング値ｉｋと電圧のサンプリング値ｕｋを基本波、ハーモニック分解し、基本波及びｍ次ハーモニックのベクトルを取得するためのハーモニック分解装置、ハーモニック分解装置からの基本波とｍ次ハーモニックのベクトルが入力され、基本波とｍ次ハーモニックの振幅を出力するための振幅取得装置、ハーモニック分解装置からの電圧と電流の基本波及びｍ次ハーモニックのベクトルが入力され、基本波とｍ次ハーモニックの有効電力と無効電力を取得するための電力取得装置、電力取得装置からの基本波の無効電力が入力され、累積して無効電気量を出力するための累積器、基本波、ｍ次ハーモニックの振幅取得装置からの振幅、及び電力取得装置からの有効電力、無効電力が入力され、これらの定常状態における平均値を出力するための平均化装置、平均化装置からの平均値、及び累積器からの有効電力量、無効電気量が入力され、リサンプリングを行ってこれらのリサンプリング値を出力するためのサンプリングスイッチ、サンプリングスイッチからのリサンプリング値を記憶するためのリサンプリング値レジスター、前記リサンプリング値レジスターにおけるリサンプリング値を受信側へ出力するためのバス、基本波の電圧振幅、基本波の電流振幅または基本波の電力が定常状態であるか過渡状態であるかに基づいて平均化装置にフラグＦを出力し、フラグＦが１から０に変わると平均化装置はゼロクリアされ、Ｆ＝１の場合には平均化装置の出力は達成不可能な値となり、受信側に到達すると達成不可能な値がバッドデータとして削除される判断装置、アナログサンプリングチャネルとサンプリングスイッチをタイミングコントロールするためのタイミングコントロール装置、受信側がバスを介して設定した選択データを記憶するための選択データレジスター、及び、前記基本波／ハーモニック分解装置が基本波とｍ次ハーモニックのベクトルを出力するよう制御すべく、受信側が設定したハーモニック次数データｍを記憶するためのハーモニック次数レジスター、を含む。
【００１８】
三相交流電力量計の遠隔測定については、単純に上述のような交流遠隔測定装置に即した繰り返し処理を行うことはできず、基本波／ハーモニック分解装置からの３つの単相の電圧、電流の基本波／ハーモニックのベクトルを位相分解し、三相の電圧、電流における正・逆・零相のベクトルを振幅取得装置へ出力するための位相分解装置を設ける必要がある。
【００１９】
本発明は、更に、交流物理量の遠隔測定方法を提供し、当該方法は、サンプリング時間間隔をΔとして、入力された交流電圧ｕ及び／または交流電流ｉをアナログサンプリングし、電圧のサンプリング値ｕｋ及び／または電流のサンプリング値ｉｋを取得し、前記電圧のサンプリング値ｕｋ及び／または電流のサンプリング値ｉｋをローパスフィルタリングして高周波を除去し、ローパスフィルタリングの遮断周波数をｆｃ≦０．５×ｆＷ（ｆＷはリサンプリング周波数）とし、受信側が指定した間隔ＭＷに基づき、電圧のリサンプリング値ｕｊ及び／または電流のリサンプリング値ｉｊを取得し、前記電圧のリサンプリング値ｕｊ及び／または電流のリサンプリング値ｉｊを記憶し、記憶したデータを受信側へ出力する。
【００２０】
以上の方案では、ローパスフィルタリングは、リサンプリング時のエイリアシング誤差の発生を回避するために、高周波を除去するとの作用を奏する。ローパスフィルタリングの伝達関数は下記の数式１を取る。
【００２１】
（式１）
2016153792.tif 000004
【００２２】
実効値を遠隔測定したい場合、上述の方案を元に、前記アナログサンプリングとローパスフィルタリングとの間で、アナログサンプリング値の実効値を求める必要がある。
【００２３】
各次ハーモニックを遠隔測定したい場合は、上述の実効値の遠隔測定方案を元に、アナログサンプリングとローパスフィルタリングとの間で、実効値取得ステップと並行してハーモニック分解を実行する必要がある。
【００２４】
各次ハーモニックの実効値取得過程では遠隔測定のデータ量が著しく増大することから、ハーモニック分解を含む遠隔測定方法において、受信側が入力した選択データを記憶し、サンプリングスイッチの後段に選択スイッチを設け、ビットが選択データの選択ビットの制御を受け、選択ビットが１の場合にはデータストローブされ、対応するリサンプリング値がリサンプリング値レジスターに取り込まれて記憶されるが、１でない場合には前記リサンプリング値が記憶されない。
【００２５】
ｍ次ハーモニックのデータのみを要する場合、受信側が設定したハーモニック次数ｍを記憶し、ｍ次ハーモニックのベクトルを出力するよう前記ハーモニック分解を制御する。
【００２６】
2016153792.tif 000005
【００２７】
2016153792.tif 000006
【００２８】
三相交流を測定する場合、前記交流を遠隔測定する方法を元に位相分解ステップを追加して、基本波／ハーモニック分解ステップによって出力された３つの単相の電圧及び／または電流の基本波／ハーモニックのベクトルを位相分解し、三相の電圧及び／または電流の正・逆・零相のベクトルを取得し、それぞれが同時に振幅の取得、実部の取得及び虚部の取得を経て、電圧及び／または電流の正・逆・零相の実効値、実部及び虚部を出力し、ローパスフィルタリングによって高周波を除去する。
【００２９】
正・逆・零相は以下の公知の数式２から得られる。
【００３０】
（式２）
2016153792.tif 000007
【００３１】
2016153792.tif 000008
【００３２】
上記方法において、平均値もローパスフィルタリングの一種である。
【００３３】
平均の方法としては、数式３で表される。
【００３４】
（式３）
2016153792.tif 000009
【００３５】
判断方法において、判断の規準として、入力量ｘｋ(ｘｋ＝ＩｋまたはＵｋまたはＰｋ)について分散を求める。
【００３６】
（式４）
2016153792.tif 000010
【００３７】
2016153792.tif 000011
【００３８】
2016153792.tif 000012
【００３９】
本発明は、更に、単相電力量計等に適用される交流遠隔測定方法を提供し、当該方法は、入力された交流電流ｉと交流電圧ｕをアナログサンプリングし、電流のサンプリング値ｉｋと電圧のサンプリング値ｕｋを出力し、前記電流のサンプリング値ｉｋと電圧のサンプリング値ｕｋを乗算累積し、有効電力量Ｗｋを出力し、電流のサンプリング値ｉｋと電圧のサンプリング値ｕｋをローパスフィルタリングして高周波を除去し、ローパスフィルタリングの遮断周波数をｆｃ≦０．５×ｆＷ（ｆＷはリサンプリング周波数）とし、前記ローパスフィルタリングのサンプリング値をリサンプリングしてリサンプリング値を取得し、前記サンプリング値を基本波、ハーモニック分解して基本波及びｍ次ハーモニックのベクトルを取得し、前記基本波及びｍ次ハーモニックのベクトルについて振幅を求め、基本波及びｍ次ハーモニックの振幅を出力し、前記基本波及びｍ次ハーモニックのベクトルについて電力を求め、基本波とｍ次ハーモニックの有効電力と無効電力を取得し、前記基本波、ｍ次ハーモニックの振幅と有効電力、無効電力について平均値を求め、これらの定常状態における平均値を出力し、前記基本波の無効電力を累積し、無効電気量を出力し、前記平均値、有効電力量及び無効電気量をリサンプリングし、これらのリサンプリング値を出力し、前記リサンプリング値を記憶し、前記記憶したリサンプリング値をバスを介して受信側へ出力し、及び、判断ステップとして、基本波の電圧振幅、基本波の電流振幅または基本波の電力が定常状態であるか過渡状態であるかに基づいて平均値に対しフラグＦを出力し、フラグＦが１から０に変わると平均値はゼロクリアされ、Ｆ＝１の場合には平均値は達成不可能な値となり、受信側に到達すると達成不可能な値がバッドデータとして削除される。
【００４０】
三相交流について、本発明は、更に、三相電力量計等に適用される交流遠隔測定方法を提供し、当該方法は、上述の交流物理量の遠隔測定方法を元に、更に、基本波／ハーモニック分解ステップ、振幅取得、実部取得及び虚部取得ステップを含んで、三相交流の基本波／ハーモニックにおける正・逆・零相成分の振幅、実部及び虚部を出力して、平均取得ステップに移行する。
【００４１】
交流について、アナログサンプリングチャネルを共用して電流、電圧のサンプリング値を取得し、正確に電流、電圧の実効値と電力を算出して、リサンプリングにより波形値を出力するだけでなく、実効値、定常値及びその基本波・ハーモニックの実効値、定常値も出力し、リサンプリングの前段のローパスフィルタリングによってエイリアシング誤差を回避し、定常状態の判断規準によって過渡状態データを定常状態データに混入させないよう保証することで、受信側の遠隔測定データに対する様々な要求が満たされる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明における単相交流電圧の波形の遠隔測定装置及び方法を示す説明図
【図２】本発明における単相交流電圧の実効値の遠隔測定装置及び方法を示す説明図
【図３】本発明におけるハーモニック分解を含む単相交流電圧の実効値の遠隔測定装置及び方法を示す説明図
【図４】図３の装置の変形を示す説明図
【図５】図３の装置の他の変形を示す説明図
【図６】本発明におけるハーモニック分解を含む三相電圧の遠隔測定装置及び方法を示す説明図
【図７】電圧定常値の遠隔測定装置及び方法を示す説明図
【図８】単相交流の遠隔測定装置及び方法を示す説明図
【図９】三相交流の遠隔測定装置及び方法を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下に、図面に基づいて本発明の装置と方法の実施例について述べる。
【００４４】
図１は、単相交流電圧の波形の遠隔測定装置及び方法を示す。
【００４５】
図１中、電圧波形の遠隔測定装置は、アナログサンプリングチャネル１、サンプリングスイッチ２、リサンプリング値レジスター３、バス４及びタイミングコントローラー５を含み、更にデジタルローパスフィルター６を含む。入力された交流電圧信号ｕがアナログサンプリングチャネル１を通過すると、電圧のサンプリング値ｕｋが出力され、デジタルローパスフィルター６によって高周波が除去された後にサンプリングスイッチ２に到達し、サンプリングスイッチ２はリサンプリングを行って電圧のリサンプリング値ｕｊを出力し、リサンプリング値レジスター３に記憶する。リサンプリング値レジスター３は、バス４の制御の下で、バス４を介してデータを受信側に出力する。アナログサンプリングチャネル１とサンプリングスイッチ２は、タイミングコントローラー５によって制御される。デジタルローパスフィルター６は高周波を除去するとの作用を奏し、その遮断周波数ｆｃはリサンプリング周波数ｆＷの０．５倍より小さいものとする。
【００４６】
電圧信号を電流信号に変更するだけで、図１の実施例の装置は、電流波形の遠隔測定にも同様に適用される。同様に、図１の装置は、多相電圧、多相電流の波形の遠隔測定にも適用される。
【００４７】
図２は、単相交流電圧の実効値の遠隔測定装置及び方法を示す。
【００４８】
図２中、単相交流電圧の実効値の遠隔測定装置は、アナログサンプリングチャネル１、実効値取得装置７、サンプリングスイッチ２、リサンプリング値レジスター３、バス４及びタイミングコントローラー５を含み、更にデジタルローパスフィルター６を含んで、入力された電圧信号ｕがアナログサンプリングチャネル１を通過すると、電圧のサンプリング値ｕｋが出力され、実効値取得装置７を介して電圧の実効値Ｕｋが出力され、デジタルローパスフィルター６によって高周波が除去された後にサンプリングスイッチ２に到達し、サンプリングスイッチ２はリサンプリングを行って電圧のリサンプリング値Ｕｊを出力し、リサンプリング値レジスター３に記憶する。リサンプリング値レジスター３は、バス４の制御の下で、バス４を介してデータを受信側に出力する。アナログサンプリングチャネル１とサンプリングスイッチ２は、タイミングコントローラー５によって制御される。ローパスフィルター６は高周波を除去するとの作用を奏し、その遮断周波数ｆｃはリサンプリング周波数ｆＴの０．５倍より小さいものとする。
【００４９】
電圧信号を電流信号に変更するだけで、図２の実施例の装置と方法は、単相電流の実効値の遠隔測定にも同様に適用される。同様に、図２の装置と方法は、多相電圧、多相電流の実効値の測定にも適用される。
【００５０】
図３は、ハーモニック分解装置を含む単相交流電圧の実効値の遠隔測定装置及び方法を示す。
【００５１】
2016153792.tif 000013
【００５２】
図４は、図３の変形を示す。実際の応用において、基本波の実部と虚部は頻繁に使用されるが、実効値と基本波の実効値はそれほど使用されないため、図４に示すように、図３を元に選択データレジスター３１を追加し、選択されたデータの記憶に用いてもよい。バス４によって、選択されたデータの選択データレジスター３１への書き込みを受信側から制御する。サンプリングスイッチ２の後段に選択スイッチ３２を設け、ビットが選択データレジスター３１の選択ビットの制御を受け、選択ビットが１の場合にはデータストローブされ、データがリサンプリング値レジスター３に取り込まれるが、１でない場合にはリサンプリング値レジスター３に当該データは存在しない。よって、実効値、基本波の実効値、基本波の実部、虚部がレジスター３に入力されるか否かは、受信側が書き込んだ選択データによって制御される。
【００５３】
図３の装置及び方法は、図５に示すようにハーモニック成分にも適用可能である。
【００５４】
図５は、図３の他の変形を示す。
【００５５】
2016153792.tif 000014
【００５６】
2016153792.tif 000015
【００５７】
必要に応じて、図６を元に逆相及び零相の処理を追加してもよい。
【００５８】
図７は、電圧定常値の遠隔測定装置及び方法を示す。
【００５９】
2016153792.tif 000016
【００６０】
同様に、図３〜７に基づき、基本波、ハーモニック、正相（逆相、零相）の定常値の出力を得ることができる。
【００６１】
電圧、電流のサンプリング値から有効電力Ｐ、無効電力Ｑ及び有効電力量Ｗ、無効電気量Ｖを取得する。基本波の電圧、基本波の電流から基本波の有効電力Ｐ１、基本波の無効電力Ｑ１及び基本波の有効電力量Ｗ１、基本波の無効電気量Ｖ１を取得する。基本波の正相電圧、基本波の正相電流から基本波の正相有効電力Ｐ１(１)、基本波の正相無効電力Ｑ１(１)及び基本波の正相有効電力量Ｗ１(１)、基本波の正相無効電気量Ｖ１(１)を取得する。よって、これらの実効値の出力と定常値の出力とが得られる。
【００６２】
以上の装置を総合して、図８は、単相電力量計等の計量及び測定装置に用いられる単相交流の遠隔測定装置及び方法を示す。
【００６３】
図８中、交流電流ｉと交流電圧ｕが入力され、アナログサンプリングチャネル１を通過することで、電流のサンプリング値ｉｋと電圧のサンプリング値ｕｋが取得される。一方において、電流のサンプリング値ｉｋと電圧のサンプリング値ｕｋは乗算累積器Ｂ１を通過し、有効電力量Ｗｋが得られる。他方で、電流のサンプリング値ｉｋと電圧のサンプリング値ｕｋはローパスフィルター６１によって高周波を除去され、サンプリングスイッチ２１によってリサンプリングされた後、ハーモニック分解装置８１に到達して基本波とｍ次ハーモニックのベクトルが得られ、基本波とｍ次ハーモニックのベクトルが、一方において振幅取得回路８２を通過することで基本波及びｍ次ハーモニックの振幅が得られ、他方で電力取得装置Ｂ２を通過する（電流ベクトルについて共役を求め、電圧に乗算、加算して実部、虚部を求める）ことで基本波とｍ次ハーモニックの有効電力及び無効電力が取得される。基本波、ｍ次ハーモニックの振幅と有効電力、無効電力が平均化装置Ａ１を通過すると、これらの定常状態における平均値が取得される。基本波の無効電力が累積器Ｂ３を通過すると、無効電気量が出力される。有効電力量、無効電気量及び平均化装置Ａ１より出力された平均値は、いずれもサンプリング器２を通過した後にリサンプリング値レジスター３に到達する。リサンプリング値レジスター３は、バス４の制御の下で、バス４を介して受信側に出力する。基本波の電圧振幅、基本波の電流振幅または基本波の電力が判断装置Ａ２を通過するとフラグＦが出力され、フラグＦが１から０に変わると平均値回路Ａ１はゼロクリアされ、Ｆ＝１の場合にはＡ１より出力された平均値は蓄積量が達成不可能な値となり、受信側に到達後に達成不可能な値がバッドデータとして削除される。アナログサンプリングチャネル１、サンプリングスイッチ２及び２１は、タイミングコントロール回路５によって制御される。その他は上記各図の通りである。
【００６４】
図８のサンプリングスイッチ２１及びローパスフィルター６１は、デジタル回路の演算速度が不十分なことを考慮して導入されているが、これは、アナログサンプリングチャネル１以外はいずれもデジタル処理部分であり、ＣＰＬＤ（Ｃｏｍｐｌｅｘ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ：複合プログラマブルロジックデバイス）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ：フィールドプログラマブルゲートアレイ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ：専用集積回路）、またはデジタル回路に類似したもので実現されるほか、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ：デジタルシグナルプロセッサ）のプログラムでも実現可能であり、有効電力量の精度を保証するためにアナログサンプリングの周波数を高く設定してはいるものの、デジタル回路の演算速度が不十分なために、リサンプリングが必要とされることから、サンプリングスイッチ２１を導入している。また、リサンプリング後にエイリアシング誤差が発生しないようにローパスフィルター６１を導入しており、その遮断周波数はサンプリングスイッチ２１におけるリサンプリング周波数の０．５倍より小さいものとする。データ処理速度が十分な場合は、ローパスフィルター６１及びサンプリングスイッチ２１は不要とすることができる。
【００６５】
図８において、無効電気量は基本波の無効電気量であるが、これは、ハーモニックを含む電気回路では、基本波の電力、即ち、無効をどの程度補償すれば力率要求を満たせるかが応用においてまず注目されるからであり、次に注目されるのはハーモニックの含有量がどの程度か、どのハーモニックが大きいかであるため、図中のｍは受信側から指定することができる。なお、複数のハーモニックの指定を実現してから同時に結果を遠隔測定してもよいが、これは上記電気回路の並列にすぎないため、これ以上は言及しない。
【００６６】
以上の各図を総合して、図９は、三相電力量計等の計量及び遠隔測定装置に用いられる三相交流の遠隔測定装置及び方法を示す。
【００６７】
図９では、三相交流電流ｉａ，ｉｂ，ｉｃと三相交流電圧ｕａ，ｕｂ，ｕｃが入力されるとともに、図８を元に正相分解装置９が追加されて、当該正相分解装置９は、基本波分解装置８１からの３つの単相の基本波電流、３つの単相の基本波電圧が入力され、三相電圧の基本波における正・逆・零相のベクトル及び電流の基本波における正・逆・零相のベクトルを振幅取得装置８２に出力し、振幅取得装置８２は、電流、電圧の基本波における正・逆・零相の振幅を平均化装置Ａ１に出力する。基本波における正相電流のベクトル、基本波における正相電圧のベクトルは、電力取得装置Ｂ２を通過すると基本波の正相有効電力、基本波の正相無効電力を、同じく平均化装置Ａ１に出力する。累積器Ｂ３の入力は三相の基本波における無効電力の和とすべきであり、同様に、判断装置Ａ２の入力は三相の基本波における有効電力の和とすべきである。このほかは図８と同様である。
【００６８】
必要に応じて、図９では、基本波の逆相または零相の有効電力と無効電力、及び、ｍ次ハーモニックの正・逆・零相の有効電力と無効電力を拡張してもよい。
【００６９】
図９を元に、図４に基づいて、電流、電圧の正・逆・零相の実効値の出力を追加し、デジタル変電所、発電所の測定手段における遠隔測定装置とすることがより好ましい。図１に基づいて更に波形値の出力を追加すれば、各種変電所、発電所の遠隔測定における要求を満たすことができる。
【００７０】
上記の実施方案におけるアナログサンプリングチャネル以外の部分は、ＣＰＬＤ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣまたはデジタル回路に類似のものから実現可能であり、ＤＳＰのプログラムによっても容易に実現されるが、詳細についてはこれらの開発明細書を参照すればよい。また、アナログサンプリングチャネルとデータ処理部分を全て集積し、１つのチップ内に集積してもよい。
【００７１】
本実施例は具体的な実施形態の一部を示したにすぎず、本願発明の趣旨から逸脱しない各種の変形が可能であって、これらは全て本願の特許請求の範囲に含まれる。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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