JP2009541766A - 交流配電網における信号ひずみ率の瞬時的決定方法及びそれに関連する装置 - Google Patents

Abstract

交流配電網における信号ひずみ率の瞬時的決定方法及びそれに関連する装置。本発明は、特に周波数が可変の信号を発生する配電網に適合した、散在する高調波ひずみ率ＴＨＤの瞬間値をリアルタイムで計算する必要に応えるものである。一般的に、本発明で提案する可変周波数信号についてのひずみ率を瞬時的に決定する方法とそれに関連する装置においては、考慮の対象となる信号の基本波の持続時間に対応して、できるだけ短い時間枠内で、高調波ひずみ率を計算することになる。好適には、ＴＨＤの計算対象となる信号の周波数の値を精確に決定することを目指し、その後に続く信号についてのＴＨＤの計算用に行う計算に際しては、幾つかの測定の反復を行うのがよい。
【選択図】図４

Description

本発明が対象とするのは交流配電網における信号ひずみ率の瞬時的決定方法であり、そして特に可変周波数信号を配電する交流配電網における信号ひずみ率の瞬時的決定法である。本発明は、また、そのような方法を活用するのに適した電子装置に関するものである。

本発明のもっとも重要な目的は、配電網、特に可変周波数の電圧をその配電網上で使用可能な配電網上に存在する擾乱の特性に関する情報をリアルタイムで供給するための方法を提案することである。本発明の方法は、しかしながら、可変周波数だけでなく、使用可能な電圧の周波数が固定されている配電網にそのまま直接、転用できる。

本発明の技術分野は、一般的には、 交流電流の配電網の分析、特に、そのような配電網上にありがちな擾乱の決定に関するものである。そのような分析では、特に、対象となる配電網に接続されたシステムの特性の線形性を評価検定するための演算操作が行われることがある。もしも、この特性が線形である場合には、そのシステムは、一本の正弦波曲線に一本の正弦波曲線を対応させ、そうでない非線形の場合には、一つのひずみを引き起こして、その出力信号はもはや正弦波曲線ではなく、高調波を帯びたものになってしまう。

ひずみ率は、高調波ひずみ率とも呼ばれるが、略号はＴＨＤで、一つの配電網の任意の箇所での電流や電圧の擾乱を、その配電網の信号の正弦波形の大きさに基づいたひずみを考慮に入れて、唯一の数値で評価することができる値である。このひずみ率は、対象となる配電網に接続される様々な装置で引き起こされる高調波汚染ともいうべきノイズを測定し、その配電網上に急速に生じる変動を監視するのに用いられることが多い。ＴＨＤの定義は、以下の式（１）による、基本波成分の実効値に対する高調波の全体的実効値（つまり、全高調波の二乗総和）の比率ということになる。

式（１）：ＴＨＤ＝１００^＊√（Σ_{（ｋ＝１−＞∞）}Ｈ_ｋ ^２）／Ｈ_０

ここに、Ｈ_０は、対象となる信号の基本波成分の二乗平均値すなわち実効値、そしてＨ_ｋは次数Ｋの高調波の二乗平均値を示す。式（１）は、処理対象の信号の周波数のアプローチに適合させられた高調波のひずみ率の計算式となる。

そういうわけで、ＴＨＤにより、測定対象の信号の基本波成分に対する高調波のエネルギーの大きさを示され、その信号の周波数の内容の量的評価を行うことができるのである。

事実、ある信号のＴＨＤ の計算に適した測定機器のほとんどすべてと言える大部分は、そのような測定対象の信号をフーリエ級数に分解することを基本として、ＦＦＴ（英語でＦａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ つまり高速フーリエ変換）アルゴリズムを用いて処理する。そのようなアルゴリズムにより、各周波数のピッチの振幅と位相とが得られる。このような情報を元にして、式（１）に対応する、第二の計算により、ＴＨＤを決定することができる。定義上、そのような計算は、定常波信号に適合させられたものである。明白な実際上の理由により、前もって定められた数の箇所で作業をすることになるが、その数も、大抵は、計算時間を最適化するために、２の冪に等しい。

現在、入手可能な市販の機器は、配電の周波数が固定されていて前もって知られている信号のＴＨＤ測定用に適合させられたものである。典型的には、そのような周波数は、５０Ｈｚ（ヘルツ）である欧州の配電網、６０Ｈｚであるアメリカの配電網、あるいは、例えば４００Ｈｚである航空機業界に存在する幾つかの配電網、のようになっている。そのような機器は、周波数が可変で、その値が前もって予測できないような信号についての測定を実施するために機能させることはできない。

さらに、既に述べたＦＦＴアルゴリズムがＴＨＤの計算を行うのは、信号の周期が長大なものについてである。そのような原則からして、計算の時間帯に比して持続時間の短い信号につき、ＴＨＤ の急速な変化を識別することは不可能である。事実、そのような急速な変化なら、測定した信号の測定値の他の部分で平均することになるものである。

結局、ＦＦＴの計算が適用されるのは、原則としてその信号の周期が相当に大きな数のものになる場合である。事実、現在までのところ、解析された信号は定常波のものであったし、短い持続時間にそのような複数の計算を集中させる必要はなかった。その結果、既存のＦＦＴ計算は、非常に短時間の間隔で行う解析には適していない。

ところで、これから周波数が可変の配電網の使用が発達していく産業部門が幾つかある。特に、航空機業界がそれに当てはまる。例えば、エアバスの大型輸送機Ａ３８０はそのような配電網を活用する。事実、Ａ３８０の交流配電網は、各ジェットエンジンの高圧力段階で直接、連結され、ＶＦＧという略号で呼ばれる、可変周波数発電機四台で発電が確保される三相の配電網である。交流発電機の駆動は、１１５ボルトから２００ボルトで調整された出力有効電圧が得られるように制御され、配電網の周波数はおおよそ３６０Ｈｚと８００Ｈｚの間となっている。各ジェットエンジンがそれぞれＶＦＧ一台づつを駆動し、そこからそのＶＦＧ固有の主要交流バスバーに供給される。

一般的に、この応用分野すなわち航空機での電気の利用の拡大が動機づけられるのは、特に、対象となる機器の質量が縮小されることによるのであり、それにより、重さがかさみ、定期的保守を拘束される油圧網を簡素化することができるからである。

そういうわけで、本発明が解決を目指す全体的な課題は、ＴＨＤの瞬時値をリアルタイムで計算する手段が欠如しているということを、可変周波数信号を発生する配電網に適合させつつ、克服するということである。

本発明が提案を目指すのは、以上に述べた問題、すなわち高調波ひずみ率ＴＨＤの瞬時値をリアルタイムで計算することへの解決策である。全体として、本発明では、可変周波数の信号ひずみ率の瞬時的決定方法及びそれに関連する装置を提案するのであり、その装置では、そのような対象となる信号の基本波の周期の持続期間に対応して、できるだけ短時間の時間帯で高調波ひずみ率を計算することになる。好適には、ＴＨＤが計算対象となる信号の周波数の値を詳細に決定するように努め、以下に続く信号についてＴＨＤの計算用になされたある計算に際して行われる幾つかの測定の反復を行うようにするのがよい。そのような方法は、また、周波数が固定された交流配電網に直接、応用することもできる。

よって、本発明が必須とするのは、交流配電網上でひずみ率を瞬時的に決定する方法であって、
- 該交流配電網から入力信号（Ｓ_ｉｎ）を受信する段階と、
- 第一の信号処理手段（１）で、該入力信号の周期をただ一つ選択することにより、一つのサンプル信号（Ｓ_ｐｅｒ）を入手する段階と、
- 該サンプル信号を第二の信号処理手段（２）に伝達する段階と、
- 該第二の信号処理手段で該サンプル信号の高調波ひずみ率を計算する段階と、
からなることを特徴とする、ひずみ率を瞬時的に決定する方法に関するものである。

以上において列挙した特徴の数々の他にも、本発明に係るひずみ率を瞬時的に決定する方法には、以下のうちの一つまたは複数の補足的特徴を備えることができる。

- 前記交流配電網が、可変周波数の交流配電網であり、前記入力信号が、可変周波数の信号であること。

前記第一の信号処理手段で、その入力信号の周期をただ一つ選択する段階が、
- 前記入力信号の基本波の周波数をフィルタ通過させるフィルタ装置を用いてその入力信号をフィルタ通過させることにより、信号処理対象のフィルタ通過済み信号を入手する操作と、
- 第三の信号処理手段を用いて、処理対象のフィルタ通過済み信号の中にある基本波をゼロが通過するのを検出して、処理対象のフィルタ通過済み信号の周期と、処理対象のフィルタ通過済み信号の交番の開始の瞬間と終了の瞬間とを識別する操作と、
- そのように識別された処理済み信号の交番の開始の瞬間と終了の瞬間とをその入力信号に移して、選択手段を用いて、前記サンプル信号を選択する操作とからなること。

- 前記処理対象の信号の周期を識別し、処理対象のフィルタ通過済み信号の交番の開始の瞬間と終了の瞬間とを識別する段階が、その選択手段からその第三の信号処理手段に向かって、前記サンプル信号の直前のフィルタ通過済み信号の一部分の交番の終了の瞬間に関する情報を伝達するという事前の補足的操作を含むこと。

- 前記フィルタ装置が、第一の遮断周波数を有する第一のフィルタと第二の遮断周波数を有する第二のフィルタからなり、その入力信号は、その第一のフィルタとその第二のフィルタに伝達されて、それぞれ第一のフィルタ通過済み信号と第二のフィルタ通過済み信号とを発生し、そのそれぞれが、第三の信号処理手段の第一のゼロ通過検出手段と、第二のゼロ通過検出手段とに伝達されて、そのゼロ通過に関する情報を発生し、そのようなゼロ通過情報を、それぞれ、ただ一つの論理比較器に伝達し、その論理比較器がそのようにして得られた情報の解釈を行って、交番開始の瞬間と終了の瞬間を識別する操作の中で考慮の対象となる基本波の周波数を決定すること。

- 前記第一の遮断周波数は、その可変周波数の配電網上で観察可能な最大周波数に等しく、そして、前記第二の遮断周波数は、その可変周波数の配電網上で観察可能な最小周波数の値の二倍以下であること。

- 前記第一の遮断周波数は８００Ｈｚに等しく、前記第二の遮断周波数は６００Ｈｚに等しいこと。

前記第一の信号処理手段を用いて、前記入力信号の交番をただ一つ選択する選択段階が、
- 第四の信号処理手段を用いて、そして、前もって定めた時間間隔につきその入力信号に対応して一部の欠損した信号の周波数解析を行うことにより、その入力信号の周波数に関する内容および基本波の周波数を識別する操作と、
- 第五の信号処理手段を用いて、基本波のサイクルの開始の瞬間日時と終了の瞬間日時とを識別する操作と、
- 前記の一部欠損した信号に、識別された基本波のサイクルの開始の瞬間日時と終了の瞬間日時とを移し、その入力信号の周期に対応する時間間隔を、一つの選択手段を用いて、選択する操作とからなること。

本方法には、前記選択手段から前記第四の信号処理手段に向かって、前記サンプル信号に直接先行する信号の一部分の交番終了の瞬間に関する情報を伝達する事前の段階がある。

前記サンプル信号の高調波ひずみ率を、前記第二の信号処理手段を用いて計算する段階が、
- 前記サンプル信号の完全な周波数分析を行うことにより、前記サンプル信号の高調波のそれぞれの振幅を決定する操作と、
- そのようにして決定された振幅に、その処理対象の信号の周波数によるアプローチに適合させた高調波ひずみ率計算式を適用する操作と、
からなること。

前記サンプル信号の高調波ひずみ率を、前記第二の信号処理手段を用いて計算する段階が、
- その完全信号と基本波との実効値を計算する操作と、
- そのようにして計算された実効値に、その処理対象の信号の時間によるアプローチに適合させた高調波ひずみ率計算式を適用する操作と、
からなること。

- 前記入力信号が、デジタル信号であること。

- 前記入力信号が、アナログ信号であること。

本発明は、また、本発明に係るひずみ率を瞬時的に決定する方法の少なくともいずれか一つの方法を活用するのに適しており、入力側で入力信号を受信する、交流配電網上の信号につきひずみ率を瞬時的に決定する装置で、その特徴は、特に、
- 前記入力信号の周期をただ一つ選択し、それにより、一つのサンプル信号を入手する第一の信号処理手段と、
- 入力側で該サンプル信号を受信し、それにより、そのようにして受信したサンプル信号の高調波ひずみ率を計算する第二の信号処理手段とを含むことを特徴とするひずみ率を瞬時的に決定する装置に関するものである。

以上において列挙した主要な特徴の他にも、本発明に係るひずみ率を瞬時的に決定する装置には、以下のうちの一つまたは複数の補足的特徴を備えることができる。

前記交流配電網が、可変周波数の配電網であること。

前記第一の信号処理手段が、
- その入力信号の基本波の周波数をフィルタ通過させることにより、処理対象のフィルタ通過済み信号を一つ入手する、フィルタ装置と、
- その処理対象のフィルタ通過済み信号の中にある基本波をゼロが通過するのを検出することにより、その処理対象のフィルタ通過済み信号の周期と、処理対象のフィルタ通過済み信号の交番の開始の瞬間と終了の瞬間とを識別する第三の信号処理手段と、
- そのように識別された処理済み信号の交番の開始の瞬間と終了の瞬間をその入力信号に移し、そのサンプル信号を決定する選択手段とを含むこと。

前記フィルタ装置が、第一の遮断周波数を有する第一のフィルタと第二の遮断周波数を有する第二のフィルタとを備え、該第一と第二のフィルタが入力信号を受信してそれぞれ第一のフィルタ通過済み信号と第二のフィルタ通過済み信号とを発生することとともに前記第三の信号処理手段が、
- それぞれ第一のフィルタ通過済み信号と第二のフィルタ通過済み信号とを受信して、それぞれその第一のフィルタ通過済み信号と第二のフィルタ通過済み信号とからゼロの通過に関する情報を発生する、第一のゼロ通過検出手段と第二のゼロ通過検出手段と、
- ゼロ通過に関する情報を受信し、そのようにして得られた情報を解釈することにより、考慮の対象の基本波の周波数を決定する唯一の論理比較器とを含むこと。

本発明に係るひずみ率を瞬時的に決定する装置の全体の概略図。 本発明に係る装置内で機能する第一の信号処理手段の第一の実施例の概略図。 本発明に係る装置内で機能する第一の信号処理手段の第二の実施例の概略図。 図２の実施例の詳細な実施例。 本発明に係る装置内で機能する第二の信号処理手段の第一の実施例の概略図。 本発明に係る装置内で機能する第二の信号処理手段の第二の実施例の概略図。

なお、以上の各図は、あくまでも説明表示用に過ぎず、本発明を限定するものではない。幾つもの図に表示される様々な部材には、逆の指示のない限り、それぞれ同じ参照記号を付けることにする。

図１は、本発明に係るひずみ率を瞬時的に決定する装置１００の一例を概略的に示している。入力信号Ｓ_ｉｎを供給する配電網は、周波数が可変のものである。入力信号Ｓ_ｉｎを受信する第一の信号処理手段１は、本発明に係るひずみ率を瞬時的に決定する方法の第一の段階により、入力信号Ｓ_ｉｎの周期をただ一つ、選択する。当該配電網が供給する電流は交流で周波数が可変のものであるが、ここで、入力信号の周期というのは、所与の時間枠内で、その入力信号を特徴づける入力信号の周期を指す。この入力信号は、対象となる時間枠につき、確かに周期的である。

第一の信号処理手段１で選択された唯一の周期は、サンプル信号Ｓ_ｐｅｒを介して、つぎに、本発明の装置の第二の信号処理手段２に伝達される。第二の信号処理手段２は、サンプル信号Ｓ_ｐｅｒを介してそこに伝達された入力信号の各周期についてのＴＨＤの計算を、本発明の方法の第二の段階により、行う。そういうわけで、サンプル信号Ｓ_ｐｅｒを介して第二の信号処理手段に伝達される入力信号Ｓ_ｉｎの各周期につき、本発明に係る装置は、ＴＨＤを計算し、出力信号Ｓ_ｏｕｔの形で、デジタル値を供給するか、完全アナログ処理の場合には、その計算結果のアナログ形態を供給することができる。

一般的に、以上に説明した信号の処理は、アナログ信号に直接、活用されるか、あるいは、アナログ／デジタル変換器の中にアナログ信号が通過することにより、従来の方法で得られる、デジタル・サンプルなどに、活用される。

図２が示すのは第一の信号処理手段１の第一の実施例である。この例において、第一の信号処理手段１を構成するのは、フィルタ装置１１と、第三の信号処理手段１２と、選択装置１５と、反復回路１６である。

フィルタ装置１１が入力側で受信するのは入力信号Ｓ_ｉｎであり、その機能は、その入力信号Ｓ_ｉｎを、その入力信号Ｓ_ｉｎの、基本波との呼ばれる基本波成分の周波数に近い周波数のみを保存するように、フィルタ通過し、そのようにして、処理対象のフィルタ通過済み信号Ｓ_ｆを供給することである。処理対象のフィルタ通過済み信号Ｓ_ｆは、つぎに、第三の信号処理手段１２に伝達され、その第三の信号処理手段１２は、基本波をゼロが通過することを検出する操作を行うことにより、フィルタ通過済み信号Ｓ_ｆの周期と、フィルタ通過済み信号Ｓ_ｆの交番の開始の瞬間と終了の瞬間とを識別することである。

一般的に、交番という用語が意味するのは、交番の開始と言われる第一の瞬間と、交番の終了と言われる第二の瞬間との間に含まれる信号部分であり、それらの瞬間での信号の振幅は等しいが、必ずしもゼロではなく、そのような考慮の対象となった信号は、交番開始の瞬間と交番終了の瞬間との間のただ一つの周期を通じて進化してきたものである。周期という用語が意味するのは、交番の開始と終了の瞬間−すなわちその瞬間の日時−で観察された振幅がゼロになる、特殊な交番を指す。

交番の開始と終了の瞬間に関する情報は、選択装置の第一の入力に、信号Ｓ_ｐの形で伝達され、その選択装置はまた、第二の入力のところで、その入力信号Ｓ_ｉｎを受信する。そのとき、選択装置１５の働きは、交番の開始と終了の瞬間をその入力信号Ｓ_ｉｎに移し、その入力信号Ｓ_ｉｎの周期をただ一つだけ選択し、そのように選択された周期が、つぎに第二の信号処理手段２に伝達されるサンプル信号Ｓ_ｐｅｒに対応するようになっている。

サンプル信号Ｓ_ｐｅｒが第二の信号処理手段２に伝達されると同時に、処理終了の情報に対応し、特に処理が済んだばかりの信号Ｓ_ｉｎの周期の交番の終了の瞬間を捉えている、第一の情報信号Ｓ_ｍが、選択手段１５から反復回路１６に向かって伝達される。この反復回路１６がそのような情報を活用して、第二の情報信号Ｓ_ｎを介して、入力データを第三の信号処理手段１２に伝達し、その第三の信号処理手段１２は、第二の情報信号Ｓ_ｎから、処理対象の信号Ｓ_ｉｎの次の周期の交番開始情報を抽出するのに適している。それゆえ、それこそが、その信号Ｓ_ｉｎの、すぐつぎの周期ということになり、そのようにして信号Ｓ_ｉｎの全体を信号処理することができることになる。

図３に示すのは、第一の信号処理手段１の第二の実施例である。この例において、第一の信号処理手段１を構成するのは、第四の信号処理手段１３と、第五の信号処理手段１４と、選択装置１５と、反復回路１６である。第四の信号処理手段１３が入力側で入力信号Ｓ_ｉｎを受信すると、そこから、信号Ｓ_ｉｎの前もって規定された時間枠に対応する部分を抽出し、一部の欠損した信号を形成する。

第四の信号処理手段１３の働きは、一部の欠損した信号を周波数で解析することにより、そこから周波数の内容を抽出し、その一部の欠損した信号の基本波の周波数を識別することである。第四の信号処理手段１３で仕上げられた情報は、第三の情報信号Ｓ_ｇとして第五の信号処理手段１４に伝達される。その第五の信号処理手段１４の働きは、伝達された周波数情報を元にして、その一部の欠損した信号の基本波のサイクルの開始とサイクルの終了の瞬間日時に対応して、入力信号Ｓ_ｉｎの交番開始の瞬間と終了の瞬間とを決定することである。

第一の例と同様に、交番開始の瞬間と終了の瞬間とに関する情報は、情報信号Ｓ_ｐとして選択装置１５の第一入力に伝達され、そこでの働きは、第一の例で説明したのと同じである。

反復回路１６が送信し、受信する信号は、第一の例で説明したのと同じである。しかしながら、第二の例では、第二の情報信号Ｓ_ｎが第四の信号処理手段１３に伝達され、そこで、そのようにして、その入力信号の基本波の探求が開始される筈の新しい瞬間日時が認識される。

図４が示すのは、図２でもっと全体的に示された装置に対応する詳細な実施例である。この詳細な例は、入力信号Ｓ_ｉｎの基本波の周波数が、最小周波数と、その最小周波数の二倍を越える最大周波数との間に含まれる周波数範囲で変化しがちである場合に特に適合している。それは例えば、周波数が３６０Ｈｚから８００Ｈｚまで変化し得る可変周波数の配電網について、当てはまる。

そのような配電網については、その入力信号の基本波成分を、確実にフィルタ通過しつつ、つまり、どのような場合にも常に、通過させながら、その入力信号の第一の高調波を、どのような場合にも確実に遮断するフィルタを提案することは、難しい。事実、その基本波成分が３６０Ｈｚから４００Ｈｚの間にある場合には、その第一の高調波の周波数は、７２０Ｈｚから８００Ｈｚの間にあることになり、それはつまり、当該配電網の入力信号の基本波成分については可能な周波数の範囲内にまだあるということになる。その場合、第三の信号処理手段１２は、その第一の高調波を一つの基本波成分と混同するおそれがある。

それゆえ、７２０Ｈｚから８００Ｈｚの間にある信号は、その信号がその入力信号Ｓ_ｉｎの第一の高調波に対応する場合には、フィルタ装置１１を用いて遮断し、第三の信号処理手段１２で運用可能なフィルタ通過済み信号Ｓ_ｆを供給することができるようにするために、そのような信号がその入力信号Ｓ_ｉｎの基本波成分に対応している場合には、そのような信号をフィルタ通過させることができるようになっていなければならない。

このような期待に応えるために、図４の例において、例えば当該例においてはそれぞれ８００Ｈｚと６００Ｈｚに等しいような、遮断周波数の異なるローパスフィルタである、第一のフィルタ１１１と第二のフィルタ１１２を用いるフィルタ装置１１を実施することを提案する。他の実施例においては、以上に述べたものとは異なる遮断周波数を選ぶようにする。好適には、第一の遮断周波数を７５０Ｈｚから８５０Ｈｚの間にあるものとし、第二の遮断周波数を５５０Ｈｚから６５０Ｈｚの間にあるものとするのがよい。第一のフィルタ１１１と第二のフィルタ１１２は、それぞれ入力側で、前もってコピーしておいた入力信号Ｓ_ｉｎを受信し、それぞれ第一のフィルタ通過済み信号Ｓ_ｆ１と第二のフィルタ通過済み信号Ｓ_ｆ２を発生する。

その第一のフィルタ通過済み信号Ｓ_ｆ１と第二のフィルタ通過済み信号Ｓ_ｆ２はそれぞれ、第三の信号処理手段１２の第一モジュール１２１と第二モジュール１２１’に伝達される。第一モジュールと第二モジュールはゼロ通過検出手段であるが、この例ではどちらも同じである。モジュール１２１と１２１’で仕上げられたゼロ通過検出情報はつぎに第三の信号処理手段１２の論理比較器１２２に伝達され、そこで、前記のゼロ通過検出情報に応じて、考慮の対象となる基本波の周波数を決定する。この決定は以下のように行われる。

- 基本波の実周波数が３６０Ｈｚから４００Ｈｚの間にある場合には、その第一のフィルタ通過済み信号Ｓ_ｆ１の中で検出された信号の周波数は、その第一の高調波に対応して、７２０Ｈｚから８００Ｈｚの間にあることになり、第二のフィルタ通過済み信号Ｓ_ｆ２の中で検出された信号の周波数は３６０Ｈｚから４００Ｈｚの間にあることになる。

- 基本波の実周波数が４００Ｈｚから６００Ｈｚの間にある場合には、その第一のフィルタ通過済み信号Ｓ_ｆ１の中で検出された信号の周波数は、４００Ｈｚから６００Ｈｚの間にあることになり、第二のフィルタ通過済み信号Ｓ_ｆ２の中で検出された信号の周波数も４００Ｈｚから８００Ｈｚの間にあることになる。

- 基本波の実周波数が６００Ｈｚから８００Ｈｚの間にある場合には、その第一のフィルタ通過済み信号Ｓ_ｆ１の中で検出された信号の周波数は、６００Ｈｚから８００Ｈｚの間にあることになり、そして、入力信号は、ここでは第二のフィルタ１１２で遮断されて、第二のフィルタ通過済み信号Ｓ_ｆ２の中にはいかなる信号も検出されないことになる。

そういうわけで、論理比較器１２２が第一のフィルタ１１１と第二のフィルタ１１２から来る様々な信号の存在を検出する場合には、第二のフィルタ１１２からの第二のフィルタ通過済み信号Ｓ_ｆ２のみを、その入力信号の基本波を含んでいるものとみなし、論理比較器１２２が第一のフィルタ１１１と第二のフィルタ１１２から来る複数の同じ信号の存在を検出する場合には、その第一のフィルタ通過済み信号Ｓ_ｆ１か第二のフィルタ通過済み信号Ｓ_ｆ２を無差別に、その入力信号の基本波を含んでいるものとみなし、論理比較器１２２が第一のフィルタ１１１から来る信号が一つあり、第二のフィルタ１１２から来る信号はないことを検出する場合は、第一のフィルタ１１１から来る第一のフィルタ通過済み信号Ｓ_ｆ１のみをその入力信号の基本波を含んでいるものとみなす。

モジュール１２１か１２１’で信号処理した後、論理比較器１２２により、そのようにして、良好にフィルタ通過済みの信号つまり、入力信号Ｓ_ｉｎの基本波を含む信号を選択手段１５に伝達することができる。

第二の信号処理手段２で行ったＴＨＤの計算を、つぎに様々な方法で行うことができる。第一の方法としては、従来のもので、第二の信号処理手段２が、自ら受信したサンプル信号Ｓ_ｐｅｒの完全な周波数分析を、周波数スペクトルを確定し、つまり、そこから、当該信号の高調波と基本波とのそれぞれの振幅の値を抽出して、行う。一旦そのような値が決定されるとすぐに、それらを前述で示した式（１）に当てはめる。

第二の方法では、処理対象の信号への時間的なアプローチを実行する。そのような方法は、計算時間の点で、効率が高いように見え、そしてそれゆえに、リアルタイムでの応用により適合しているように見え、アナログ信号についてと同様にデジタル信号についても使用可能なように見える。そのようなアプローチにおいて考えておかなければならないのは、そこに入り込んでくる様々な信号の実効値である。

そのようなアプローチの第一の実施例は、図５に概略が示されており、入力側でサンプル信号Ｓ_ｐｅｒを受信する第二の信号処理手段２には、第一の信号処理モジュール２１があり、そこで、その信号の基本波の周波数に関する内容しかない基本波の周波数に関する信号Ｓ_ｆｏｎｄが、そのサンプル信号Ｓ_ｐｅｒを元にして、仕上げられる。そのために、第一の信号処理モジュールは、例えば、特にその基本波の周波数を中心としたバンドパスフィルタを用いて、その信号Ｓｐｅｒの性質に応じてデジタルであったりアナログであったりするフィルタ操作を介在させることになる。第二の信号処理手段２の第二の信号処理モジュール２２でそのとき、運用するのは、信号Ｓ_ｆｏｎｄ並びにサンプル信号Ｓ_ｐｅｒであり、それにより、以下の式（２）に従ってＴＨＤの計算を行う。

式（２）：ＴＨＤ＝１００^＊Ｖ√（（Ｖ_Ｓper ／Ｖ_Ｓfond）²−１）

ここに、Ｖ_Ｓｐｅｒはサンプル信号Ｓ_ｐｅｒの実効値を示し、Ｖ_{Ｓｆｏｎｄ}は信号Ｓ_ｆｏｎｄの実効値を示す。

そのようなアプローチの第二の実施例は、図６に概略が示されており、入力側でサンプル信号Ｓ_ｐｅｒを受信する第二の信号処理手段２には、第三の信号処理モジュール２３があり、そこで、信号Ｓ_ｆｏｎｄが取り出されたサンプル信号Ｓ_ｐｅｒに対応して、補完信号Ｓ_ｈａｒｍの基本波の周波数に関する信号Ｓ_ｆｏｎｄを、そのサンプル信号Ｓ_ｐｅｒを元にして、分離する。そのために、第一の信号処理モジュールは、例えば、特にその基本波の周波数を中心としたバンドパスフィルタを用いて、その信号Ｓ_ｐｅｒの性質に応じてデジタルであったりアナログであったりするフィルタ操作を介在させることになる。第二の信号処理手段２の第四の信号処理モジュール２４でそのとき、運用するのは、信号Ｓ_ｆｏｎｄおよびＳ_ｈａｒｍであり、それにより、以下の式（３）に従ってＴＨＤの計算を行う。

式（３）：ＴＨＤ＝１００^＊（Ｖ_{Ｓｈａｒｍ}／Ｖ_{Ｓｆｏｎｄ}）

ここに、Ｖ_{Ｓｈａｒｍ}は信号Ｓ_ｈａｒｍの実効値を示し、Ｖ_{Ｓｆｏｎｄ}は信号Ｓ_ｆｏｎｄの実効値を示す。

ここで、式（２）および（３）は、処理対象の信号への時間的アプローチに適合させた高調波ひずみ率計算式となるものである。

１ 信号処理手段
２ 信号処理手段
１１ フィルタ装置
１２ 信号処理手段
１３ 信号処理手段
１４ 信号処理手段
１５ 選択装置
１６ 反復回路
２１ 信号処理モジュール
２２ 信号処理モジュール
２３ 信号処理モジュール
２４ 信号処理モジュール
１００ ひずみ率を瞬時的に決定する装置
Ｓ_ｉｎ 入力信号
Ｓ_ｏｕｔ 出力信号
Ｓ_ｆ フィルタ通過済み信号
Ｓ_ｐｅｒ サンプル信号
Ｓ_ｆｏｎｄ 基本波の周波数に関する信号
Ｓ_ｈａｒｍ 補完信号
Ｓ_ｍ 第一の情報信号
Ｓ_ｎ 第二の情報信号
Ｓ_ｇ 第三の情報信号
Ｓ_ｐ 情報信号

Claims (17)

1. 交流配電網上でひずみ率を瞬時的に決定する方法であって、
   - 該交流配電網から入力信号（Ｓ_ｉｎ）を受信する段階と、
   - 第一の信号処理手段（１）で、該入力信号の周期をただ一つ選択することにより、一つのサンプル信号（Ｓ_ｐｅｒ）を入手する段階と、
   - 該サンプル信号を第二の信号処理手段（２）に伝達する段階と、
   - 該第二の信号処理手段で該サンプル信号の高調波ひずみ率を計算する段階と、
   からなることを特徴とする、ひずみ率を瞬時的に決定する方法。
2. 前記交流配電網が、可変周波数の交流配電網であり、前記入力信号が可変周波数の信号であることを特徴とする、請求項１に記載のひずみ率を瞬時的に決定する方法。
3. 前記第一の信号処理手段で、前記入力信号の周期をただ一つ選択する段階が、
   - 前記入力信号の基本波の周波数をフィルタ通過させるフィルタ装置（１１）を用いてその入力信号をフィルタ通過させることにより、信号処理対象のフィルタ通過済み信号（Ｓ_ｆ）を入手する操作と、
   - 第三の信号処理手段（１２）を用いて、処理対象のフィルタ通過済み信号の中にある基本波をゼロが通過するのを検出して、処理対象のフィルタ通過済み信号の周期と、処理対象のフィルタ通過済み信号の交番の開始の瞬間と終了の瞬間とを識別する操作と、
   - そのように識別された処理済み信号の交番の開始の瞬間と終了の瞬間とをその入力信号に移して、選択手段（１５）を用いて、前記サンプル信号を選択する操作と、
   からなることを特徴とする、請求項１〜２の少なくともいずれか一つに記載のひずみ率を瞬時的に決定する方法。
4. 前記処理対象の信号の周期を識別し、処理対象のフィルタ通過済み信号の交番の開始の瞬間と終了の瞬間とを識別する段階が、前記選択手段から前記第三の信号処理手段に向かって、前記サンプル信号の直前のフィルタ通過済み信号の一部分の交番の終了の瞬間に関する情報（Ｓ_ｎ）を伝達するという事前の補足的操作を含むことを特徴とする、請求項３に記載のひずみ率を瞬時的に決定する方法。
5. 前記フィルタ装置が、第一の遮断周波数を有する第一のフィルタ（１１１）と第二の遮断周波数を有する第二のフィルタ（１１２）からなり、その入力信号は、その第一のフィルタとその第二のフィルタに伝達されて、それぞれ第一のフィルタ通過済み信号（Ｓ_ｆ１）と第二のフィルタ通過済み信号（Ｓ_ｆ２）とを発生し、そのそれぞれが、第三の信号処理手段の第一のゼロ通過検出手段（１２１）と、第二のゼロ通過検出手段（１２１’）とに伝達されて、そのゼロ通過に関する情報を発生し、そのようなゼロ通過情報を、それぞれ、ただ一つの論理比較器（１２２）に伝達し、その論理比較器がそのようにしてえられた情報の解釈を行って、交番開始の瞬間と終了の瞬間を識別する操作の中で考慮の対象となる基本波の周波数を決定することを特徴とする、請求項３または請求項４の少なくともいずれか一つに記載のひずみ率を瞬時的に決定する方法。
6. 前記第一の遮断周波数が、その可変周波数の配電網上で観察可能な最大周波数に等しく、そして、前記第二の遮断周波数は、その可変周波数の配電網上で観察可能な最小周波数の値の二倍以下であることを特徴とする、請求項１、３、４、５の少なくともいずれか一つ及び請求項２に記載のひずみ率を瞬時的に決定する方法。
7. 前記第一の遮断周波数が８００Ｈｚに等しく、前記第二の遮断周波数が６００Ｈｚに等しいことを特徴とする、請求項６に記載のひずみ率を瞬時的に決定する方法。
8. 前記第一の信号処理手段を用いて、前記入力信号の交番をただ一つ選択する選択段階が、
   - 第四の信号処理手段（１３）を用いて、そして、前もって定めた時間間隔につきその入力信号に対応して一部の欠損した信号の周波数解析を行うことにより、その入力信号の周波数に関する内容および基本波の周波数を識別する操作と、
   - 第五の信号処理手段（１４）を用いて、基本波のサイクルの開始の日時と終了の日時とを識別する操作と、
   - 前記の一部欠損した信号に、識別された基本波のサイクルの開始の日時と終了の日時とを移し、その入力信号の周期に対応する時間間隔を、選択手段（１５）を用いて、選択する操作と、
   からなることを特徴とする、請求項１または請求項２の少なくともいずれか一つに記載のひずみ率を瞬時的に決定する方法。
9. 前記選択手段から前記第四の信号処理手段に向かって、前記サンプル信号の直前の信号の一部分の交番終了の瞬間に関する情報（Ｓ_ｎ）を伝達する事前の段階があることを特徴とする、請求項８に記載のひずみ率を瞬時的に決定する方法。
10. 前記サンプル信号の高調波ひずみ率を、前記第二の信号処理手段を用いて計算する段階が、
    - 前記サンプル信号の完全な周波数分析を行うことにより、前記サンプル信号の高調波のそれぞれの振幅を決定する操作と、
    - そのようにして決定された振幅に、その処理対象の信号の周波数によるアプローチに適合させた高調波ひずみ率計算式を適用する操作と、
    からなることを特徴とする、請求項１〜９の少なくともいずれか一つに記載のひずみ率を瞬時的に決定する方法。
11. 前記サンプル信号の高調波ひずみ率を、前記第二の信号処理手段を用いて計算する段階が、
    - その完全信号と基本波との実効値を計算する操作と、
    - そのようにして計算された実効値に、その処理対象の信号の時間によるアプローチに適合させた高調波ひずみ率計算式を適用する操作と、
    からなることを特徴とする、請求項１〜９の少なくともいずれか一つに記載のひずみ率を瞬時的に決定する方法。
12. 前記入力信号が、デジタル信号であることを特徴とする、請求項１〜１１の少なくともいずれか一つに記載のひずみ率を瞬時的に決定する方法。
13. 前記入力信号が、アナログ信号であることを特徴とする、請求項１〜１１の少なくともいずれか一つに記載のひずみ率を瞬時的に決定する方法。
14. 請求項１〜１３の少なくともいずれか一つの方法を活用するのに適しており、入力側で入力信号（Ｓ_ｉｎ）を受信する、交流配電網上の信号についてひずみ率を瞬時的に決定する装置（１００）であって、その特徴は、特に、
    - 前記入力信号の周期をただ一つ選択し、それにより、一つのサンプル信号（Ｓ_ｐｅｒ）を入手する第一の信号処理手段（１）と、
    - 入力側で該サンプル信号を受信し、それにより、そのようにして受信したサンプル信号の高調波ひずみ率を計算する第二の信号処理手段（２）と、
    を含むことを特徴とするひずみ率を瞬時的に決定する装置。
15. 前記交流配電網が、可変周波数の配電網であることを特徴とする、請求項１４に記載のひずみ率を瞬時的に決定する装置。
16. 前記第一の信号処理手段が、
    - その入力信号の基本波の周波数をフィルタ通過させることにより、処理対象のフィルタ通過済み信号（Ｓ_ｆ）を入手する、フィルタ装置（１１）と、
    - その処理対象のフィルタ通過済み信号の中にある基本波をゼロが通過するのを検出することにより、その処理対象のフィルタ通過済み信号の周期と、処理対象のフィルタ通過済み信号の交番の開始の瞬間と終了の瞬間とを識別する第三の信号処理手段（１２）と、
    - そのように識別された処理済み信号の交番の開始の瞬間と終了の瞬間をその入力信号に移し、そのサンプル信号を決定する選択手段（１５）と、
    を含むことを特徴とする、請求項１４または請求項１５の少なくともいずれか一つに記載のひずみ率を瞬時的に決定する装置。
17. 前記フィルタ装置が、第一の遮断周波数を有する第一のフィルタ（１１１）と第二の遮断周波数を有する第二のフィルタ（１１２）とを備え、該第一と第二のフィルタが入力信号を受信してそれぞれ第一のフィルタ通過済み信号（Ｓ_ｆ１）と第二のフィルタ通過済み信号（Ｓ_ｆ２）とを発生することとともに前記第三の信号処理手段が、
    - それぞれ第一のフィルタ通過済み信号と第二のフィルタ通過済み信号とを受信して、その第一のフィルタ通過済み信号と第二のフィルタ通過済み信号とからゼロ通過に関する情報を発生する、第一のゼロ通過検出手段（１２１）と第二のゼロ通過検出手段（１２１’）と、
    - ゼロ通過に関する情報を受信し、そのようにして得られた情報を解釈することにより、考慮の対象の基本波の周波数を決定する唯一の論理比較器（１２２）と、
    を含むことを特徴とする、請求項１６に記載のひずみ率を瞬時的に決定する装置。

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