(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相配電系統の電力品質を診断するために三相配電系統から検出した線間電圧の高周波ノイズを除去する方法において、
第１，第２の相の線間電圧の測定結果と、第１，第３の相の線間電圧の測定結果とを用いて、第１の相を基準としたクラーク座標系におけるα相電圧を求める第１ステップと、
第１，第２の相の線間電圧と、第１，第３の相の線間電圧と、α相電圧とのそれぞれについて周波数スペクトルを求める第２ステップと、
α相電圧の周波数スペクトルにおける基本波成分を基準として各周波数成分を規格化する第３ステップと、
α相電圧の周波数スペクトルを対象として、振幅が所定のしきい値を超える周波数成分のみを信号成分とし、それ以外の周波数成分をノイズ成分とみなす第４ステップと、
第４ステップでノイズ成分と見なされた周波数成分を、第１，第２の相の線間電圧の周波数成分及び第１，第３の相の線間電圧の周波数成分からそれぞれ除去し、これらのノイズ成分が除去された後の周波数成分に基づいて、第１，第２の相の線間電圧及び第１，第３の相の線間電圧を得る第５ステップと、
を有することを特徴とする、電力品質診断における高周波ノイズ除去方法。
【請求項２】
三相配電系統の電力品質を診断するために三相配電系統から検出した線間電圧の高周波ノイズを除去する方法において、
第１，第２の相の線間電圧の測定結果と、第１，第３の相の線間電圧の測定結果とを用いて、第１の相を基準としたクラーク座標系におけるα相電圧及びβ相電圧を求める第１ステップと、
第１，第２の相の線間電圧と、第１，第３の相の線間電圧と、α相電圧とのそれぞれについて周波数スペクトルを求める第２ステップと、
α相電圧の周波数スペクトルにおける基本波成分を基準として各周波数成分を規格化する第３ステップと、
α相電圧の周波数スペクトルを対象として、振幅が所定のしきい値を超える周波数成分のみを信号成分とし、それ以外の周波数成分をノイズ成分とみなす第４ステップと、
第４ステップでノイズ成分と見なされた周波数成分を、β相電圧の周波数成分から除去し、このノイズ成分が除去された後の周波数成分に基づいて、第１，第２の相の線間電圧及び第１，第３の相の線間電圧を得る第５ステップと、
を有することを特徴とする、電力品質診断における高周波ノイズ除去方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三相配電系統において、電力品質を診断し、維持、管理するために使用される電力品質診断装置の測定電圧に重畳された高周波ノイズを除去するための高周波ノイズ除去方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電力品質診断装置を用いて系統の線間電圧を測定する場合には、高圧または特別高圧需要家配電盤内のＶＣＴ（計器用変圧変流器）の二次側に試験用開閉器を接続し、その実負荷プラグ部において電圧を測定するのが標準的な測定方法である（例えば、特開平６−３３１６５６号公報参照）。
このような測定方法を用いる理由としては、高所作業が不要であり、測定作業に要する時間や人員の削減が可能であると共に、活線測定を行う場合に測定点が低圧である（１１０Ｖ）こと等が挙げられる。
【０００３】
図６は、上述した標準的な測定方法を実施するためのＶＣＴ、試験用開閉器、電力品質診断装置等の接続例であり、１０は三相（便宜的にａ相、ｂ相、ｃ相とする）配電系統に接続されたＶＣＴ、２０はＶＣＴ１０の二次側に接続された試験用開閉器、３０はパソコン等の電力品質診断装置、４０は電力量計である。なお、試験用開閉器２０の出力側には分圧器等からなるインターフェース回路が設けられているが、このインターフェース回路は便宜上、電力品質診断装置３０に内蔵されているものとして図示を省略する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の標準測定方法では、三相のうちａｂ相の線間電圧測定値Ｖａｂとｂｃ相の線間電圧測定値Ｖｂｃとを用いてｃａ相の線間電圧Ｖｃａを計算しているが、ＶＣＴのｂ相の二次側接地線５０に接続された機器（図示せず）からの高周波電流に起因する接地線ノイズが、線間電圧測定値Ｖａｂ，Ｖｂｃに重畳されることがある。その結果、ｃａ相の線間電圧Ｖｃａと総合歪率（全ての周波数成分の二乗積算値の平方と基本波実効値との比）が他相のデータよりも大きめになる場合がある。
このため、線間電圧の測定精度が悪く、電力品質の診断に支障をきたしていた。
そこで本発明は、電力変換装置の転流ノッチ振動等によって系統に定常的に存在する高周波ノイズ以外の、接地線ノイズのみを除去することにより、線間電圧の測定精度を向上させるようにした高周波ノイズ除去方法を提供することを解決課題とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、三相配電系統の電力品質を診断するために三相配電系統から検出した線間電圧の高周波ノイズを除去する方法において、第１，第２の相の線間電圧の測定結果と、第１，第３の相の線間電圧の測定結果とを用いて、第１の相を基準としたクラーク座標系におけるα相電圧を求める第１ステップと、第１，第２の相の線間電圧と、第１，第３の相の線間電圧と、α相電圧とのそれぞれについてＦＦＴ演算等により周波数スペクトルを求める第２ステップと、α相電圧の周波数スペクトルにおける基本波成分を基準として各周波数成分を規格化する第３ステップと、α相電圧の周波数スペクトルを対象として、振幅が所定のしきい値を超える周波数成分のみを信号成分とし、それ以外の周波数成分をノイズ成分とみなす第４ステップと、第４ステップでノイズ成分と見なされた周波数成分を、第１，第２の相の線間電圧の周波数成分及び第１，第３の相の線間電圧の周波数成分からそれぞれ除去し、これらのノイズ成分が除去された後の周波数成分に対して逆ＦＦＴ演算を行うことにより、第１，第２の相の線間電圧及び第１，第３の相の線間電圧を得る第５ステップと、
を有するものである。
【０００６】
請求項２記載の発明は、三相配電系統の電力品質を診断するために三相配電系統から検出した線間電圧の高周波ノイズを除去する方法において、
第１，第２の相の線間電圧の測定結果と、第１，第３の相の線間電圧の測定結果とを用いて、第１の相を基準としたクラーク座標系におけるα相電圧及びβ相電圧を求める第１ステップと、
第１，第２の相の線間電圧と、第１，第３の相の線間電圧と、α相電圧とのそれぞれについて周波数スペクトルを求める第２ステップと、
α相電圧の周波数スペクトルにおける基本波成分を基準として各周波数成分を規格化する第３ステップと、
α相電圧の周波数スペクトルを対象として、振幅が所定のしきい値を超える周波数成分のみを信号成分とし、それ以外の周波数成分をノイズ成分とみなす第４ステップと、
第４ステップでノイズ成分と見なされた周波数成分を、β相電圧の周波数成分から除去し、このノイズ成分が除去された後の周波数成分に対して逆αβ変換を行うことにより、第１，第２の相の線間電圧及び第１，第３の相の線間電圧を得る第５ステップと、
を有するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図２は、接地線ノイズが非常に多く発生している場合の、６６ｋＶ系特別高圧需要家におけるＶＣＴの二次側試験用開閉器を介して測定した各相線間電圧の波形図（１周期分）及び周波数スペクトルを示している。ここで、ｃａ相電圧（以下、「○×相電圧」とは○相、×相の線間電圧を意味する。）Ｖｃａは、ａｂ相電圧Ｖａｂ、ｂｃ相電圧Ｖｂｃの測定値から、Ｖｃａ＝−（Ｖａｂ＋Ｖｂｃ）というベクトル演算により求めたものであり、各周波数スペクトルは、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により得られた基本波成分の振幅を１００％として各周波数成分の振幅を規格化したものである。
【０００８】
また、図３は、図２の測定データをαβ変換することにより計算した、クラーク座標系におけるｂ相基準のα相電圧、β相電圧の波形図及び周波数スペクトルを示している。
ここで、クラーク座標法（α−β−０座標法）では、良く知られているように三相の電圧、電流を数式１、数式２のように変換する。
【０００９】
【数１】
0004100536.tif 000002
【００１０】
【数２】
0004100536.tif 000003
【００１１】
数式１，数式２における０成分は対象座標法における零相成分と同一である。数式１，数式２をそれぞれ変換すると、数式３，数式４が得られる。
【００１２】
【数３】
0004100536.tif 000004
【００１３】
【数４】
0004100536.tif 000005
【００１４】
また、電圧、電流がそれぞれ平衡であるとき、数式５，数式６が成立する。
【００１５】
【数５】
0004100536.tif 000006
【００１６】
【数６】
0004100536.tif 000007
【００１７】
なお、上記クラーク座標法については、例えば「新版  電気工学ハンドブック」（社団法人電気学会発行）p.924〜p.925等に記載されている。
このクラーク座標法を用いて、図２の測定データに基づきｂ相を基準としたα相電圧及びβ相電圧を求めると、図３のようになる。
図２，図３から以下の現象が発生することが判る。
【００１８】
（１）図２から、ａｂ相電圧、ｂｃ相電圧には同極性、同一振幅の高周波ノイズが重畳するため、これらを用いて計算したｃａ相電圧に現れる高周波ノイズは他の線間電圧の約２倍の振幅を有する。
（２）図２のｃａ相電圧に現れていた高周波ノイズは、図３によればｂ相基準のα相電圧には現れず、β相電圧のみに現れる。
【００１９】
一方、接地線ノイズが無視できるほど少なく、転流ノッチ振動が系統に発生している場合の、６．６ｋＶ系高圧需要家におけるＶＣＴの二次側試験用開閉器を介して測定した各相線間電圧の波形図及び周波数スペクトルを図４に示し、クラーク座標法によるｂ相基準のα相電圧、β相電圧の波形図及び周波数スペクトルを図５に示す。
これらの図４，図５から、系統に定常的に存在する高周波ノイズは、ｂ相基準のα相電圧、β相電圧の双方に同じように現れることが判る。
従って、ｂ相基準のα相電圧の周波数スペクトルに存在せずβ相電圧の周波数スペクトルに存在する高周波成分は接地線ノイズによるものとみなすことができ、このβ相電圧の周波数スペクトルに存在する高周波成分を分離して各線間電圧から除去すれば、接地線ノイズの影響を除いた正確な線間電圧を求めることができる。
【００２０】
以下、本実施形態において接地線ノイズを除去する手順を図１を参照しつつ説明する。
図１において、始めに、図６に示したＶＣＴ１０二次側の試験用開閉器２０の実負荷プラグ部においてａｂ相電圧、ｂｃ相電圧を測定し（更にこれらのａｂ相電圧、ｂｃ相電圧を用いてｃａ相電圧を計算し）、その測定結果から、クラーク座標法によりｂ相を基準としたα相電圧、β相電圧を計算する（第１ステップＳ１）。なお、後述するが、請求項１の発明の実施形態では、ノイズ除去処理に当たってβ相電圧を直接使用することはない。
次に、ａｂ相電圧、ｂｃ相電圧、α相電圧のそれぞれについてＦＦＴ演算を行い、周波数スペクトルを求める（第２ステップＳ２）。
【００２１】
更に、α相電圧の周波数成分のうち、基本波成分の振幅を１００％として、各周波数成分の振幅を規格化する（第３ステップＳ３）。ここで、規格化された各周波数成分のうち、その振幅が予め設定したしきい値（例えば０．１％）を超えるもののみを信号成分とし、それ以外の周波数成分をノイズ成分とみなす（第４ステップＳ４）。
【００２２】
請求項１に記載した発明では、上記ステップＳ１〜Ｓ４に続けて、次の第５ステップＳ５１を実行する。
すなわち、ａｂ相電圧、ｂｃ相電圧の周波数成分のうち、第４ステップＳ４においてノイズ成分とみなされた周波数成分を除去し、逆ＦＦＴ変換を行うことにより、ノイズ成分を除去したａｂ相電圧、ｂｃ相電圧を得る（第５ステップＳ５１）。
【００２３】
また、請求項２に記載した発明では、上記ステップＳ１〜Ｓ４に続けて、次の第５ステップＳ５２を実行する。
つまり、ｂ相基準のβ相電圧の周波数成分のうち、第４ステップＳ４においてノイズ成分とみなされた周波数成分を除去し、その後、α−β−０座標系からａ，ｂ，ｃ座標系へ逆αβ変換を行うことにより、ノイズ成分を除去したａｂ相電圧、ｂｃ相電圧を得る（第５ステップＳ５２）。
【００２４】
ここで、図７は、図４の測定データ（接地線ノイズが無視できるほど少なく、転流ノッチ振動が系統に発生している場合の各線間電圧波形及び周波数スペクトル）に対して、請求項１の発明により上記ステップＳ１〜Ｓ４，Ｓ５１のノイズ処理を実行した場合の各線間電圧波形及び周波数スペクトルを示している。
すなわち、図５（ｂ）のα相電圧の周波数成分のうちでしきい値を超えるもの以外の周波数成分をノイズ成分とみなし（前記第４ステップＳ４）、これらのノイズ成分を図４（ｂ），（ｄ）のａｂ相電圧、ｂｃ相電圧の周波数成分から除去すると共に、逆ＦＦＴ演算を行なって（前記第５ステップＳ５１）得たノイズ処理後のａｂ相電圧波形及び周波数スペクトルが図７（ａ），（ｂ）であり、ｂｃ相電圧波形及び周波数スペクトルが図７（ｃ），（ｄ）である。また、これらに基づいて計算されたｃａ相電圧波形及び周波数スペクトルが図７（ｅ），（ｆ）である。
図４と図７とを比較すると、対応する各線間電圧波形はほぼ同一に見えるが、周波数スペクトルに着目した場合、一部の周波数成分の高周波ノイズが除去されていることが判る。
【００２５】
図８は、接地線ノイズが非常に多く発生している図２の測定データに対して、請求項２の発明により上記ステップＳ１〜Ｓ４，Ｓ５２のノイズ除去処理を実行した場合の各線間電圧波形及び周波数スペクトルを示している。
すなわち、図３（ｂ）のα相電圧の周波数成分のうちでしきい値を超えるもの以外の周波数成分をノイズ成分とみなし（前記第４ステップＳ４）、これらのノイズ成分を図３（ｄ）のβ相電圧の周波数成分から除去すると共に、逆αβ演算を行なって（前記第５ステップＳ５２）得たノイズ処理後のａｂ相電圧波形及び周波数スペクトルが図８（ａ），（ｂ）であり、ｂｃ相電圧波形及び周波数スペクトルが図８（ｃ），（ｄ）である。また、これらに基づいて計算されたｃａ相電圧波形及び周波数スペクトルが図８（ｅ），（ｆ）である。
図２と図８とを比較すると、図２の測定データに含まれていた約１．３ｋＨｚ以上の高周波成分が図８では除去されており、接地線ノイズを含む広範囲の高周波ノイズが除去されていることがわかる。
【００２６】
更に、図９は、６．６ｋＶ系のある高圧需要家におけるＶＣＴの二次側試験用開閉器を介して測定した各相線間電圧の波形図及び周波数スペクトルであり、接地線ノイズが発生した場合のものである。図１０はこれらの電圧をクラーク座標系に変換したものであって、図１０（ａ）はα相電圧の波形図、（ｂ）はその周波数スペクトル、（ｃ）はβ相電圧の波形図、（ｄ）はその周波数スペクトルを示す。また、（ｅ）は（ｄ）の周波数スペクトルのうち各周波数成分の振幅がしきい値を超えるもの以外のノイズ成分を除去した後のβ相電圧の波形図、（ｆ）はその周波数スペクトルである。
【００２７】
これらのデータに対し、図１１は請求項１の発明の実施形態によるステップＳ１〜Ｓ４，Ｓ５１のノイズ除去処理を実行した場合の各線間電圧波形及び周波数スペクトルを示している。つまり、図９（ｂ），（ｄ）の周波数成分からノイズ成分を除去した後で逆ＦＦＴ変換を行って得たノイズ処理後のａｂ相電圧波形及び周波数スペクトルが図１１（ａ），（ｂ）であり、ｂｃ相電圧波形及び周波数スペクトルが図１１（ｃ），（ｄ）である。また、これらのａｂ相電圧及びｂｃ相電圧から求めたｃａ相電圧波形及び周波数スペクトルが図１１（ｅ），（ｆ）である。
【００２８】
更に、図１２は請求項２の発明の実施形態によるステップＳ１〜Ｓ４，Ｓ５２のノイズ除去処理を実行した場合の各線間電圧波形及び周波数スペクトルを示している。つまり、図１０（ｄ）の周波数成分からノイズ成分を除去した後で逆αβ変換を行って得たノイズ処理後のａｂ相電圧波形及び周波数スペクトルが図１２（ａ），（ｂ）であり、ｂｃ相電圧波形及び周波数スペクトルが図１２（ｃ），（ｄ）である。また、これらのａｂ相電圧及びｂｃ相電圧から求めたｃａ相電圧波形及び周波数スペクトルが図１２（ｅ），（ｆ）である。
【００２９】
これらの図１１と図１２を比較して明らかなように、請求項１または２の何れの方法を用いても、図９に現れた約０．７ｋＨｚ以上の接地線ノイズを含む高周波ノイズが除去されており、本発明のノイズ除去方法が有効であることが確認されている。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、高圧または特別高圧需要家において行われる電力品質の診断に当たり、ＶＣＴの二次側接地線に起因する接地線ノイズの影響を除去して、系統の線間電圧を正確に測定することが可能になる。これにより、電力品質の診断精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態によるノイズ除去処理を示すフローチャートである。
【図２】接地線ノイズが非常に多く発生している場合の、各線間電圧の１周期分の波形図及び周波数スペクトルを示す図である。
【図３】図２の測定データに基づいて計算したｂ相基準のα相電圧、β相電圧の波形図及び周波数スペクトルを示す図である。
【図４】接地線ノイズが無視できるほど小さい場合の、各線間電圧の１周期分の波形図及び周波数スペクトルを示す図である。
【図５】図４の測定データに基づいて計算したｂ相基準のα相電圧、β相電圧の波形図及び周波数スペクトルを示す図である。
【図６】電力品質診断における線間電圧の標準的な測定システムの構成図である。
【図７】図４の測定データに対して請求項１の発明によるノイズ除去処理を行ったときの、各線間電圧波形及び周波数スペクトルを示す図である。
【図８】図２の測定データに対して請求項２の発明によりノイズ除去処理を実行した場合の各線間電圧波形及び周波数スペクトルを示す図である。
【図９】接地線ノイズが非常に多く発生している場合の、各線間電圧の１周期分の波形図及び周波数スペクトルを示す図である。
【図１０】図９の測定データに基づいて計算したｂ相基準のα相電圧、β相電圧、ノイズ除去後のβ相電圧の波形図及び周波数スペクトルを示す図である。
【図１１】図９，図１０のデータに対して、請求項１の発明によるノイズ除去処理を行ったときの、各線間電圧波形及び周波数スペクトルを示す図である。
【図１２】図９，図１０のデータに対して、請求項２の発明によるノイズ除去処理を行ったときの、各線間電圧波形及び周波数スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
１０  ＶＣＴ
２０  試験用開閉器
３０  電力品質診断装置
４０  電力量計
５０  接地線
【図１】
0004100536.tif 000008
【図２】
0004100536.tif 000009
【図３】
0004100536.tif 000010
【図４】
0004100536.tif 000011
【図５】
0004100536.tif 000012
【図６】
0004100536.tif 000013
【図７】
0004100536.tif 000014
【図８】
0004100536.tif 000015
【図９】
0004100536.tif 000016
【図１０】
0004100536.tif 000017
【図１１】
0004100536.tif 000018
【図１２】
0004100536.tif 000019