JP3077360B2 - Power meter adjustment method - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ディジタル技術を用い
た電力用計器に関し、特に入力用センサで生ずる非線形
誤差及び位相誤差の補正関数を算出する方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power meter using digital technology, and more particularly to a method for calculating a correction function for a nonlinear error and a phase error generated in an input sensor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来例の構成図を図１０に示す。図１０
（Ａ）はアナログ回路のみによって構成された電力用計
器であり、図１０（Ｂ）は演算部分にディジタル技術を
用いた電力用計器である。図１０（Ａ）において、被測
定信号線は高圧、大電流の電源線である場合が多く、入
力信号はトランス１ａにより絶縁、降圧されてアナログ
演算回路２に入力される。アナログ演算回路２の出力は
表示手段３ａにより電力値が表示される。一方、図１０
（Ｂ）において、入力信号はトランス１ｂにより絶縁、
降圧されてＡ／Ｄ変換器４ａ及び４ｂに入力されてディ
ジタル値に変換される。Ａ／Ｄ変換器４ａ及び４ｂの出
力はプログラマブルなディジタル演算器５に入力され
る。ディジタル演算器５は演算結果をＰＷＭ（Pulse Wi
dth Modulation）等の信号に変換したのち表示手段３ｂ
に送り電力値、電圧値、電流実効値、無効電力、皮相電
力、位相角、力率、周波数等を表示する。2. Description of the Related Art FIG. 10 shows a configuration diagram of a conventional example. FIG.
(A) is a power meter constituted only by an analog circuit, and (B) of FIG. 10 is a power meter using a digital technique for an operation part. In FIG. 10A, the signal line to be measured is often a high-voltage, large-current power supply line, and the input signal is insulated and stepped down by the transformer 1a and input to the analog operation circuit 2. The power of the output of the analog operation circuit 2 is displayed by the display means 3a. On the other hand, FIG.
In (B), the input signal is insulated by the transformer 1b,
The voltage is stepped down and input to A / D converters 4a and 4b to be converted into digital values. The outputs of the A / D converters 4a and 4b are input to a programmable digital calculator 5. The digital arithmetic unit 5 converts the calculation result into a PWM (Pulse Wi
dth Modulation) and display means 3b
, A transmission power value, a voltage value, a current effective value, a reactive power, an apparent power, a phase angle, a power factor, a frequency, and the like are displayed.
【０００３】しかし、前述のトランス１ａ及び１ｂは、
１次側入力と２次側出力の間に高調波歪、ヒステリシス
等の非線形な伝達特性を持っている。また、図１０
（Ｂ）におけるＡ／Ｄ変換器４ａ及び４ｂは入力電圧レ
ベルと出力コードの間に非線形性を持っている。さら
に、トランス１ａ及び１ｂ等により位相誤差も生じる。
従って、これらの非線形性及び位相誤差は電力用計器全
体の精度を低下させる要因となっている。However, the above-mentioned transformers 1a and 1b are:
It has nonlinear transfer characteristics such as harmonic distortion and hysteresis between the primary side input and the secondary side output. FIG.
The A / D converters 4a and 4b in (B) have non-linearity between the input voltage level and the output code. Further, phase errors also occur due to the transformers 1a and 1b.
Therefore, these non-linearities and phase errors are factors that reduce the accuracy of the power meter as a whole.
【０００４】図１０（Ａ）に示すアナログ回路による電
力用計器において、前記非線形性及び位相誤差の補正を
正確に行うには複雑な回路及び多大な調整工数が必要と
なり、このため補正機能をもたない電力用計器が大部分
である。一方、図１０（Ｂ）に示すディジタル技術を用
いた電力用計器においては、内部プログラムによって回
路動作を規定できるようになり、且つ、Ａ／Ｄ変換後の
ディジタル・データが含む前記非線形性及び位相誤差を
補正関数によって補正することも可能である。In a power meter using an analog circuit shown in FIG. 10A, a complicated circuit and a large number of man-hours are required to accurately correct the non-linearity and the phase error. Most power meters are not available. On the other hand, in the power meter using the digital technique shown in FIG. 10B, the circuit operation can be specified by an internal program, and the nonlinearity and phase included in the digital data after A / D conversion are obtained. The error can be corrected by a correction function.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、トランスの伝
達特性はヒステリシスを持つことから、ヒステリシス特
性を有する補正関数モデルを想定しなければならない。
また、誤差測定は製品への実装前にトランス、Ａ／Ｄ変
換器等を分けて個々に測定し、補正係数はこの誤差測定
結果から算出し、ＲＯＭ等の記憶素子に書き込んで製品
に実装している。この結果、部品交換等による再調整で
は前述の調整操作を行わなければならない。また、Ａ／
Ｄ変換器とディジタル演算機能を１チップに集積した専
用ＬＳＩでは個々のＡ／Ｄ変換器の出力を外部に出力す
るプログラムを必要とする。一方、電力用計器に用いら
れているＬＳＩに内蔵した数値演算プロセッサの能力及
びプログラム・ステップ数の限界から考慮すると補正関
数はヒステリシス特性を持たない３次程度の多項式とな
る。従って本発明の目的は、電力用計器における入力セ
ンサ回路等で生じる非線形性誤差及び位相誤差の補正関
数の補正係数を求め、電力用計器にその補正係数を書き
込むことのできる電力用計器調整方法の実現にある。However, since the transfer characteristics of the transformer have hysteresis, a correction function model having hysteresis characteristics must be assumed.
In addition, the error measurement is performed by separately measuring the transformer, A / D converter, etc. before mounting on the product, and the correction coefficient is calculated from the error measurement result, written to a storage element such as a ROM, and mounted on the product. ing. As a result, the above-described adjustment operation must be performed in readjustment due to component replacement or the like. A /
A dedicated LSI in which a D converter and a digital operation function are integrated on one chip requires a program for outputting the output of each A / D converter to the outside. On the other hand, in consideration of the capability of the numerical processor built into the LSI used in the power meter and the limit of the number of program steps, the correction function is a third-order polynomial having no hysteresis characteristics. Accordingly, an object of the present invention is to provide a power meter adjustment method capable of obtaining a correction coefficient of a correction function for a non-linearity error and a phase error occurring in an input sensor circuit or the like in a power meter and writing the correction coefficient into the power meter. In realization.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の第１は、記憶素子に格納されている
補正関数により計器の非線形特性を補正する電力用計器
の調整方法において、正弦波信号を前記電力用計器に入
力し、前記電力用計器のヒステリシス特性による非線形
成分を含む出力を波形データとし、この波形データから
最小二乗法により前記正弦波信号を推定し、この推定し
た正弦波信号と前記波形データから最小二乗法により前
記ヒステリシス特性をヒステリシス特性を持たない多項
式から成る補正関数で近似し、前記電力用計器の前記記
憶素子に前記補正関数の補正係数を格納することを特徴
とするものである。本発明の第２は、記憶素子に格納さ
れている補正関数により計器の位相誤差を補正する電力
用計器の調整方法において、正弦波信号を前記電力用計
器に入力し、前記電力用計器の位相誤差特性を含む出力
を波形データとし、この波形データから最小二乗法によ
り前記正弦波信号を推定し、この推定した正弦波信号と
前記波形データから最小二乗法により補正関数で近似
し、前記電力用計器の前記記憶素子に前記補正関数の補
正係数を格納することを特徴とするものである。To achieve the above object, a first aspect of the present invention is a method for adjusting a power meter for correcting a non-linear characteristic of the meter by a correction function stored in a storage element. A sine wave signal is input to the power meter, and an output including a non-linear component due to a hysteresis characteristic of the power meter is defined as waveform data.
The sine wave signal is estimated by the least square method, and the hysteresis characteristic is approximated by the least square method from the estimated sine wave signal and the waveform data by a correction function composed of a polynomial having no hysteresis characteristic. The correction coefficient of the correction function is stored in the storage element. According to a second aspect of the present invention, in a method for adjusting a power meter for correcting a phase error of a meter by a correction function stored in a storage element, a sine wave signal is input to the power meter, and a phase of the power meter is adjusted. The output including the error characteristic is used as waveform data, and the least squares method is used to calculate the waveform data .
Ri estimating the sine wave signal, that this by estimated sine wave signal with least square method from the waveform data is approximated by a correction function, and stores the correction coefficient of the correction function to the memory element of the instrument for the power It is a feature.
【０００７】[0007]
【作用】電力用計器調整方法により、ヒステリシス特性
を有する非線形性誤差の補正関数をヒステリシス特性を
持たない多項式により近似し、その補正係数を求め、ま
た、位相誤差の補正式の補正係数を求め電力用計器の記
憶素子にこれらを書き込み、非線形性誤差及び位相誤差
の補正をすることにより、電力用計器の精度が向上す
る。According to the power meter adjusting method, the correction function of the nonlinearity error having the hysteresis characteristic is approximated by a polynomial having no hysteresis characteristic, the correction coefficient is obtained, and the correction coefficient of the phase error correction expression is obtained. By writing these in the storage element of the power meter and correcting the non-linearity error and the phase error, the accuracy of the power meter is improved.
【０００８】[0008]
【実施例】以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明に係る電力用計器調整方法の第１の実施例
において用いる電力用計器調整装置を示す構成ブロック
図である。１００は調整対象である電力用計器、６は電
力用計器１００に正弦波を供給する信号源、７は信号源
６、その他測定器を制御するワークステーション、８は
電力用計器１００とワークステーション７間のインター
フェイス、９は電力用計器１００に供給するための電源
である。また、電力用計器１００は補正関数の補正係数
を格納する記憶素子１０、入力信号をアナログ・ディジ
タル変換し、演算して表示若しくは出力を制御するＡＳ
ＩＣ（Application specific integrated circuit ：以
下ＡＳＩＣ回路と呼ぶ）回路１１から構成されている。
１２は記憶素子１０に補正関数の補正係数を書き込むた
めの書込み器である。ここで、信号源６は調整において
要求される許容誤差と比較して十分に低歪である信号源
を用いる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a power meter adjusting device used in a first embodiment of a power meter adjusting method according to the present invention. Numeral 100 denotes a power meter to be adjusted, 6 denotes a signal source for supplying a sine wave to the power meter 100, 7 denotes a signal source 6 and a workstation for controlling other measuring instruments, 8 denotes a power meter 100 and a workstation 7 An interface 9 is a power supply for supplying the power meter 100. The power meter 100 has a storage element 10 for storing a correction coefficient of a correction function, and an AS for converting an input signal from analog to digital, and calculating and controlling display or output.
It comprises an IC (Application Specific Integrated Circuit: hereinafter referred to as an ASIC circuit) circuit 11.
Reference numeral 12 denotes a writer for writing the correction coefficient of the correction function into the storage element 10. Here, the signal source 6 uses a signal source having sufficiently low distortion as compared with an allowable error required in adjustment.
【０００９】電力用計器１００はＡＳＩＣ回路１１内に
Ａ／Ｄ変換器、マイクロプロセッサ等を有する。通常動
作においては、取り込んだ電圧及び電流をＡ／Ｄ変換し
た後、記憶素子１０に格納されている補正関数の補正係
数により補正し、電力等の演算して結果を出力する。The power meter 100 has an A / D converter, a microprocessor and the like in the ASIC circuit 11. In the normal operation, the acquired voltage and current are A / D-converted, then corrected by a correction coefficient of a correction function stored in the storage element 10, operated on electric power and the like, and the result is output.
【００１０】図１の動作を図２のフローチャートを用い
て説明する。まず、ワークステーション７は電力用計器
１００を校正モードに設定する。この状態では電力用計
器１００は電力値等を出力するのではなく、各々の入力
電圧及び入力電流のＡ／Ｄ変換結果を逐次出力するよう
になる。信号源６より低歪の正弦波信号を電力用計器１
００に入力する。ワークステーション７は電力用計器１
００の各々のＡ／Ｄ変換結果出力を取り込み、波形デー
タとして保存し、この波形データに正弦関数を当てはめ
る、いわゆるサインカーブ・フィッティングにより、信
号源６の低歪の正弦波出力に含まれる基本波を推定し、
波形データの各測定点に対応する先に求めた基本波の瞬
時値を求める。その後、ワークステーション７は波形デ
ータの各測定点とその基本波の瞬時値とから補正関数の
係数を求める。さらに、求められた補正関数の係数は書
込み器１２によって電力用計器１００の記憶素子１０に
書き込まれる。The operation of FIG. 1 will be described with reference to the flowchart of FIG. First, the workstation 7 sets the power meter 100 to the calibration mode. In this state, the power meter 100 does not output a power value or the like, but sequentially outputs the result of A / D conversion of each input voltage and input current. A sine wave signal having a low distortion from the signal source 6 is supplied to the power meter 1
Enter 00. Workstation 7 is a power meter 1
00, the output of each A / D conversion result is stored as waveform data, and a sine function is applied to the waveform data, that is, the fundamental wave included in the low distortion sine wave output of the signal source 6 by so-called sine curve fitting. And estimate
An instantaneous value of the previously obtained fundamental wave corresponding to each measurement point of the waveform data is obtained. Thereafter, the workstation 7 obtains a correction function coefficient from each measurement point of the waveform data and the instantaneous value of the fundamental wave. Further, the determined coefficient of the correction function is written into the storage element 10 of the power meter 100 by the writer 12.
【００１１】ヒステリシス特性を有する非線形性誤差の
補正関数をヒステリシス特性を持たない多項式として求
める場合、例えば、ＬＳＩ等の処理能力等を考慮して補
正関数として式（１）に示す３次多項式を考える。 ｆ（ｘ）＝Ａｘ3＋Ｂｘ2＋Ｃｘ＋Ｄ （１） ここで、ｘは波形データの測定値 ｆ（ｘ）は基本波の瞬時値 Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは定数 式（１）は未知数が４個であるので、基本波の瞬時値と
波形データの測定値が４組あれば連立方程式により未知
数Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを求めることも可能である。しか
し、図３に示すようにヒステリシス特性を示す部分のデ
ータを用いた場合、そのデータの取り方によって未知数
Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤの値が変動してしまい、図３における
非線形性特性“イ”に対して連立方程式により求めた補
正関数特性“ロ”は大きくずれてしまい、結果として正
確な補正関数は得られない。When a correction function for a non-linearity error having a hysteresis characteristic is obtained as a polynomial having no hysteresis characteristic, for example, a third-order polynomial shown in Expression (1) is considered as a correction function in consideration of processing capability of an LSI or the like. . f (x) = Ax 3 + Bx 2 + Cx + D (1) where x is a measured value of waveform data f (x) is an instantaneous value of a fundamental wave A, B, C, and D are constants Equation (1) is an unknown number of 4 Since there are four sets of the instantaneous value of the fundamental wave and the measured value of the waveform data, the unknowns A, B, C and D can be obtained by simultaneous equations. However, when the data of the portion showing the hysteresis characteristic as shown in FIG. 3 is used, the values of the unknowns A, B, C and D fluctuate depending on how to take the data, and the non-linear characteristic “a” in FIG. , The correction function characteristic “b” obtained by the simultaneous equations is greatly shifted, and as a result, an accurate correction function cannot be obtained.
【００１２】従って、測定点数を十分多くして、図４に
示すように最小二乗法を用いて統計的に最も分散が小さ
くなるよう未知数Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤの値を求める必要が
ある。ここで、図４における“イ”は非線形性誤差特
性、“ハ”は最小二乗法による最小分散の補正関数特性
である。Therefore, it is necessary to increase the number of measurement points sufficiently and to obtain the values of the unknowns A, B, C, and D so as to statistically minimize the variance using the least squares method as shown in FIG. Here, “A” in FIG. 4 is a nonlinear error characteristic, and “C” is a correction function characteristic of the minimum variance by the least square method.
【００１３】ここで、最小二乗法を最尤推定法として用
いる場合、前提条件が５つある。しかし、ヒステリシス
特性を有する非線形性誤差の補正関数としてヒステリシ
ス特性を持たない３次多項式を当てはめる場合、図５に
おけるループを描いた部分“ニ”の測定値分布が２つの
正規分布であるので、５つの前提条件のうち（１）誤差
の分布形は正規分布、及び（２）モデルに近似誤差がな
いという前提条件は成立しない。後者の前提の不成立は
高次歪みを補正対象外として無視することにより前提を
緩和する。また、前者の前提の不成立から最尤推定法で
はなくなるが、Gauss-Markovの定理より最小の分散を与
える方法（線形不偏最良推定法）であることが示されて
いるので、補正関数を求める方法として十分である。つ
まり、最小二乗法を線形不偏最良推定法として用いるこ
とによって補正関数の４個の未知数Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤの
値を求めることが可能である。Here, when the least squares method is used as the maximum likelihood estimation method, there are five preconditions. However, when a third-order polynomial having no hysteresis characteristics is applied as a correction function of the nonlinearity error having the hysteresis characteristics, the measured value distribution of the portion “d” depicting the loop in FIG. Of the two preconditions, (1) the normal distribution of the error distribution form and (2) the precondition that the model has no approximation error are not satisfied. If the latter assumption is not satisfied, the assumption is relaxed by ignoring higher-order distortions as non-correction targets. Although the former assumption is not satisfied, the method is no longer the maximum likelihood estimation method, but the Gauss-Markov theorem shows that it is a method that gives the minimum variance (linear unbiased best estimation method). Is enough. That is, the values of the four unknowns A, B, C, and D of the correction function can be obtained by using the least squares method as the linear unbiased best estimation method.
【００１４】なお、図５におけるループを描いた部分
“ニ”の往路と復路における測定値分布はそれぞれ正規
分布であるので、往復合わせての測定値分布の平均は、
往路及び復路の平均値の算術平均となる。この測定値分
布の平均値カーブに沿って分散が最小となるので、平均
値カーブに補正関数を当てはめればよい。この平均値カ
ーブを求めるには、Ａ／Ｄ変換器の変換出力コード毎に
基本波の瞬時値の平均を取ればよい。但し、高分解能の
Ａ／Ｄ変換器であるほど出力コードの階調数が多くな
り、全ての出力コードについて充分な数のサンプルを得
て平均をとるには、最小二乗法による場合より測定回数
を多くする必要がある。Since the measured value distributions in the forward path and the return path of the portion "d" in which the loop is drawn in FIG. 5 are each a normal distribution, the average of the measured value distributions in the reciprocation is:
It is the arithmetic mean of the average values of the outward trip and the return trip. Since the variance is minimized along the average value curve of the measured value distribution, a correction function may be applied to the average value curve. In order to obtain this average value curve, the average of the instantaneous values of the fundamental wave may be obtained for each conversion output code of the A / D converter. However, the higher the resolution of the A / D converter, the greater the number of gradations of the output code. To obtain a sufficient number of samples for all the output codes and take the average, the number of measurements is smaller than that of the least squares method. Need to be more.
【００１５】図７は本発明に係る電力用計器調整方法の
第２の実施例において用いる電力用計器調整装置を示す
構成ブロック図である。１１０は調整対象である電力用
計器である。図７において５０はＡＳＩＣ回路である。
このＡＳＩＣ回路５０には外部から次のような素子が接
続される。すなわち、１３、１５及び１７は３つの電圧
信号用トランス、１４、１６及び１８は３つの電流信号
用トランス、抵抗３７、３８及び３９はそれぞれ電圧信
号用トランス１３、１５及び１７の１次側巻線と直列に
接続し、それぞれ電圧信号入力Ｖ１、Ｖ２及びＶ３を電
流信号に変換する抵抗、抵抗４０から４５はそれぞれト
ランス１３から１８の２次側電流を電圧に変換する抵
抗、４６はクロック発生用の水晶発振子、３３は演算係
数設定用のＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and
Programmable ROM）等の記憶素子、４７は表示用のメ―
タである。FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a power meter adjusting apparatus used in a second embodiment of the power meter adjusting method according to the present invention. 110 is a power meter to be adjusted. In FIG. 7, reference numeral 50 denotes an ASIC circuit.
The following elements are externally connected to the ASIC circuit 50. That is, 13, 15, and 17 are three voltage signal transformers, 14, 16, and 18 are three current signal transformers, and resistors 37, 38, and 39 are primary windings of the voltage signal transformers 13, 15, and 17, respectively. Are connected in series with the line, respectively, resistors for converting the voltage signal inputs V1, V2 and V3 into current signals, resistors 40 to 45 for respectively converting the secondary currents of the transformers 13 to 18 into voltages, and 46 for clock generation A crystal oscillator 33 is an EEPROM (Electrically Erasable and
A storage element such as a programmable ROM), and 47 is a display device.
It is.
【００１６】ＡＳＩＣ回路５０において、１９から２４
はそれぞれ抵抗４０から４５の両端に生じる電圧をディ
ジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、４８は抵抗４０か
ら４５の一端が接続するアナロググランド回路、２５は
Ａ／Ｄ変換器１９から２４の出力を入力するディジタル
信号処理回路（Degital Signal Processor；以下ＤＳＰ
回路と呼ぶ）、２６及び２７はＤＳＰ回路２５の出力を
ＰＷＭ出力に変換するＰＷＭ回路、２８はＤＳＰ回路２
５の出力に基づいてデータ出力およびクロック出力を発
生するディジタル出力回路、３６は水晶発振子４６が接
続し、発振によりクロックパルスを発生するクロック回
路、３４はコントロール回路であり、クロック回路３６
の出力を基準クロックとし制御信号を発生させる。ま
た、３５はトライステート（３状態）バッファ回路であ
り制御信号２０１によりアドレスバスを外部回路から遮
断する。In the ASIC circuit 50, 19 to 24
Is an A / D converter for converting a voltage generated at both ends of the resistors 40 to 45 into a digital signal, 48 is an analog ground circuit connected to one end of the resistors 40 to 45, and 25 is an output of the A / D converters 19 to 24 Digital Signal Processor (Digital Signal Processor; hereinafter referred to as DSP)
, 26 and 27 are PWM circuits for converting the output of the DSP circuit 25 into PWM outputs, and 28 is a DSP circuit 2
5 is a digital output circuit for generating a data output and a clock output based on the output of 5, a clock circuit 36 to which a crystal oscillator 46 is connected and which generates a clock pulse by oscillation, and 34 a control circuit, and a clock circuit 36
Is used as a reference clock to generate a control signal. Reference numeral 35 denotes a tri-state (three-state) buffer circuit which cuts off an address bus from an external circuit by a control signal 201.
【００１７】また、３１はワークステーション、３０は
ワークステーション３１と電力用計器１１０とのインタ
ーフェイス回路、３２は演算係数設定用の記憶素子３３
にデータを書き込むための書込み器である。ここでは電
源電圧ＶDDが５Ｖの場合を示している。Reference numeral 31 denotes a workstation, 30 denotes an interface circuit between the workstation 31 and the power meter 110, and 32 denotes a storage element 33 for setting an operation coefficient.
This is a writer for writing data to. Here, the case where the power supply voltage V DD is 5 V is shown.
【００１８】電力用計器１１０では、外部から入力され
た６つの電圧電流信号Ｖ１からＶ３及びＩ１からＩ３各
トランス１３から１８の１次側に入力され、トランス１
３から１８の２次出力がそれぞれＡＳＩＣ回路５０のＡ
／Ｄ変換器１９から２４によってディジタル信号に変換
される。このディジタル信号に対し、ＤＳＰ回路２５で
トランス特性の補正演算や電力の演算等が行なわれる。
その演算結果がＰＷＭ出力回路２６及び２７でＰＷＭ出
力に変換され、ディジタル出力回路２８で所定のディジ
タル出力に変換される。マルチプレクサ回路２９ではコ
ントロール回路３４の制御信号２０２によりディジタル
出力回路２８及びＡ／Ｄ変換器１９から２４の出力が切
り換えられる。In the power meter 110, six voltage / current signals V1 to V3 and I1 to I3 input from outside are input to the primary sides of the transformers 13 to 18, respectively.
The secondary outputs of 3 to 18 are the A outputs of the ASIC circuit 50, respectively.
The signals are converted into digital signals by the / D converters 19 to 24. The DSP circuit 25 performs a correction operation of transformer characteristics, an operation of electric power, and the like on the digital signal.
The calculation result is converted into a PWM output by the PWM output circuits 26 and 27, and is converted into a predetermined digital output by the digital output circuit 28. In the multiplexer circuit 29, the outputs of the digital output circuit 28 and the A / D converters 19 to 24 are switched by the control signal 202 of the control circuit 34.
【００１９】記憶素子３３には演算の選択，演算順序，
演算係数，補正係数，スケーリング係数等が書込まれて
おり、ＡＳＩＣ回路５０がこれを読出すことにより必要
な演算が行なわれる。したがって記憶素子３３を書き直
すことにより、容易にその機能，特性等を変更すること
ができる。In the storage element 33, the selection of the operation, the operation order,
An arithmetic coefficient, a correction coefficient, a scaling coefficient, and the like are written therein, and the ASIC circuit 50 reads out these to perform necessary arithmetic operations. Therefore, by rewriting the storage element 33, its function, characteristics, and the like can be easily changed.
【００２０】図７の動作を図８のフローチャートを用い
て説明する。まず、ワークステーション３１は電力用計
器１１０の電源をＯＮにし、正弦波入力信号を加え、校
正モードに設定する。この状態では電力用計器１１０は
電力値等を出力するのではなく、入力電圧及び入力電流
のＡ／Ｄ変換結果を逐次出力するようになる。次に、ワ
ークステーション３１は電力用計器１１０の各々のＡ／
Ｄ変換結果出力を取り込み、波形データとして保存し、
この波形データに正弦関数を当てはめる、いわゆるサイ
ンカーブ・フィッティングにより、入出力間の非線形誤
差及び入力チャネル間の位相誤差を求め、最小二乗法に
より補正係数を求める。また、求めた補正係数をマイク
ロプログラムに変換し、書込み器２２によって電力用計
器１１０の記憶素子３３に書き込む。最後に、ワークス
テーション３１は正弦波入力信号の印加をやめ、電力用
計器１１０の電源をＯＦＦにする。The operation of FIG. 7 will be described with reference to the flowchart of FIG. First, the workstation 31 turns on the power of the power meter 110, applies a sine wave input signal, and sets the calibration mode. In this state, the power meter 110 does not output the power value or the like, but sequentially outputs the results of the A / D conversion of the input voltage and the input current. Next, the workstation 31 connects to the A / A
Capture the D conversion result output, save as waveform data,
A non-linear error between input and output and a phase error between input channels are obtained by applying a sine function to this waveform data, that is, a so-called sine curve fitting, and a correction coefficient is obtained by a least square method. Further, the obtained correction coefficient is converted into a microprogram and written into the storage element 33 of the power meter 110 by the writer 22. Finally, the workstation 31 stops applying the sine wave input signal and turns off the power of the power meter 110.
【００２１】 ここで、非線形誤差及び位相誤差の補正
式、補正アルゴリズムの例を示す。補正演算は、非直線
誤差補正回路の入力信号をｘ、出力をｙとしたとき、次
式で表される。 ｙ＝ａｘ3＋ｂｘ2＋ｃｘ （２） このときの補正係数ａ，ｂ，ｃは使用するトランスの非
直線誤差特性をあらかじめ測定して最小二乗法により求
め、記憶素子３３に書込んでおく。ここで、非直線誤差
は周波数特性も持っているので、さらに精度を高めるた
めに（２）式を周波数の関数とすることができる。すな
わち、次のようにａ，ｂ，ｃを周波数の関数とすればよ
い。 ａ＝ａ1・ｆ＋ａ2 （３） ｂ＝ｂ1・ｆ＋ｂ2 （４） ｃ＝ｃ1・ｆ＋ｃ2 （５） このような構成の電力用計器によれば、トランスの非直
線誤差が演算により補正されるので、電力値等の表示精
度が改善される。Here, an example of a correction formula and a correction algorithm for the nonlinear error and the phase error will be described. The correction operation is represented by the following equation, where x is the input signal and y is the output of the nonlinear error correction circuit. y = ax 3 + bx 2 + cx (2) At this time, the correction coefficients a, b, and c are obtained by measuring the non-linear error characteristics of the transformer to be used in advance by the least-square method , and writing them to the storage element 33. I will put it in. Here, since the non-linear error also has a frequency characteristic, equation (2) can be used as a function of frequency to further improve the accuracy. That is, a, b, and c may be functions of frequency as follows. a = a 1 · f + a 2 (3) b = b 1 · f + b 2 (4) c = c 1 · f + c 2 (5) According to the power meter having such a configuration, the non-linear error of the transformer is calculated by calculation. Since the correction is made, the display accuracy of the power value and the like is improved.
【００２２】また、位相補正演算は下式に基づいて行わ
れる。 Ｄ2(ｎ)＝(１−α)・Ｄ1(ｎ−１)＋αＤ1(ｎ) （６） 但し、Ｄ1(ｉ) は補正前のデータ列、Ｄ2(ｉ) は補正後
のデータ列、αは使用するトランスの位相誤差特性をあ
らかじめ測定して最小二乗法により求めた補正係数（０
≦α≦１）である。Ａ／Ｄ変換器のサンプリング周期を
ＴS とすると、補正時間は（１−α）ＴS である。これ
を位相に変換すると、信号周波数がｆのとき Δθ＝(１−α)ＴS×ｆ×３６０ （度） （７） となる。ここで、トランスの位相誤差は周波数依存性が
あるため、補正係数αは周波数ｆの関数となる。例えば
１次式の場合、 α＝α1・ｆ＋α2 （８） となる。The phase correction operation is performed based on the following equation. D 2 (n) = (1−α) · D 1 (n−1) + αD 1 (n) (6) where D 1 (i) is the data sequence before correction, and D 2 (i) is the data sequence after correction. The data string α indicates the phase error characteristics of the transformer used.
The correction coefficient (0
≦ α ≦ 1). Assuming that the sampling period of the A / D converter is T S , the correction time is (1−α) T S. Converting this to a phase, the a signal frequency of f Δθ = (1-α) T S × f × 360 ( degrees) (7). Here, since the phase error of the transformer has frequency dependence, the correction coefficient α is a function of the frequency f. For example, in the case of a linear expression, α = α 1 · f + α 2 (8)
【００２３】また、演算の係数を記憶素子等に記憶させ
る構成としているので、異なるトランスに対しても、記
憶素子の書き直しで係数を変更するだけで容易に対応す
ることができる。Further, since the operation coefficient is stored in the storage element or the like, it is possible to easily cope with a different transformer simply by changing the coefficient by rewriting the storage element.
【００２４】図９はＤＳＰ回路２５における演算のデー
タフローの具体例を示す図である。以下その各記号が示
す機能を簡単に説明する。 （１） ＬＩＮ トランスの非直線性を３次式で補正。 （２） ＨＰＦ ハイパスフィルタで直流成分の除去。 （３） ＰＩ／２ 電圧信号の位相をπ／２シフト（無効電力の演算用）。 （４） ＰＨＡＳＥ 電流信号の位相補正（位相を遅らせる）：測定系に存在
する電流信号側と電圧信号側との位相誤差を補正する。 （５） × 乗算。 （６） ＬＰＦ１ ローパスフィルタ（トライアングルフィルタ）で乗算結
果の加算平均を行う。 （７） Ｘ1/2 平方根演算。 （８） ＋ 加算。 （９） （Ｘ2＋Ｙ2）1/2 皮相電力の大きさを求める。 （１０） ｔａｎ-1 皮相電力の位相角を求める。 （１１） Ｘ／Ｙ 力率ｃｏｓφを求める。 （１２） １−Ｘ （１−ｃｏｓφ）を求める。 （１３） ＞０ Ｑの符号の検出：結果→ｎ （１４） ｍｎＸ，ｍＸ 符号の演算。 ｍ：外部から指定する極性切換 ｎ：Ｑの符号（＝Ｓ（Ｑ）） ｍＳ（Ｑ）ｃｏｓφ，ｍＳ（Ｑ）（１−ｃｏｓφ），ｍ
φを求める。 （１５） ６−１ ６：１のマルチプレクサ。 （１６） ＺＣＤ ゼロクロス検出。 （１７） ＬＰＦ３ ローパスフィルタ（トライアングル・フィルタ）：ＺＣ
Ｄ出力を加算平均し周波数を求める（信号３２周期分の
平均をとる）。 （１８） Ｆ．ＳＥＬ 出力機能選択：（１４）のｍｎＸ，ｍＸの演算結果から
出力する結果を選択。 （１９） ＰＷＭ１，２ ＬＩＮ 出力のスケーリングを行う（ゼロ，スパン調整）。FIG. 9 is a diagram showing a specific example of the data flow of the operation in the DSP circuit 25. The function indicated by each symbol will be briefly described below. (1) The nonlinearity of the LIN transformer is corrected by the cubic equation. (2) DC component removal by HPF high-pass filter. (3) PI / 2 The phase of the voltage signal is shifted by π / 2 (for calculating the reactive power). (4) PHASE Correction of phase of current signal (delaying phase): Corrects the phase error between the current signal side and the voltage signal side existing in the measurement system. (5) × multiplication. (6) LPF1 The low-pass filter (triangle filter) averages the multiplication results. (7) X 1/2 square root operation. (8) + addition. (9) Determine the magnitude of (X 2 + Y 2 ) 1/2 apparent power. (10) Obtain the phase angle of tan -1 apparent power. (11) X / Y Power factor cosφ is determined. (12) 1-X (1-cosφ) is obtained. (13) Detection of sign of> 0 Q: result → n (14) mnX, mX Operation of sign. m: polarity switching specified externally n: sign of Q (= S (Q)) mS (Q) cosφ, mS (Q) (1-cosφ), m
Find φ. (15) 6-1 A 6: 1 multiplexer. (16) ZCD zero cross detection. (17) LPF3 Low-pass filter (triangle filter): ZC
A frequency is obtained by adding and averaging the D output (averaging for 32 periods of the signal). (18) F. SEL output function selection: Select the result to be output from the mnX and mX calculation results in (14). (19) Scaling of PWM1, LIN output is performed (zero, span adjustment).
【００２５】また、式（３）、（４）、（５）及び
（８）の係数とＤＳＰ回路２５におけるパラメータ名と
の対応を以下にに示す。 Ａ1、Ａ2、Ａ3、Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3 → ａ Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3、Ｅ1、Ｅ2、Ｅ3 → ｂ Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3、Ｆ1、Ｆ2、Ｆ3 → ｃ Ｇ1、Ｇ2、Ｇ3 → α1 Ｈ1、Ｈ2、Ｈ3 → α2 The correspondence between the coefficients of the equations (3), (4), (5) and (8) and the parameter names in the DSP circuit 25 is shown below. A 1 , A 2 , A 3 , D 1 , D 2 , D 3 → a B 1 , B 2 , B 3 , E 1 , E 2 , E 3 → b C 1 , C 2 , C 3 , F 1 , F 2 , F 3 → c G 1 , G 2 , G 3 → α 1 H 1 , H 2 , H 3 → α 2
【００２６】[0026]
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば次のような効果がある。すなわち、最小
二乗法を用いて非線形性誤差の補正関数及び位相誤差の
補正関数の補正係数を求め、これらを電力用計器の記憶
素子に書き込み、非線形性誤差及び位相誤差の補正をす
ることにより、電力用計器全体の精度が向上する。ま
た、電力計器組立後に入力回路とＡ／Ｄ変換器等の誤差
を一括して補正するので、部品個別の測定が不要とな
り、再調整時においても部品交換の手間がいらず工数等
が削減できる。図６に第１の実施例で求めた補正関数を
用いてシミュレーションを行った結果を示す。５Ａのフ
ルスケールに対して±０．１７％ｏｆＦＳの非直線性が
補正関数を用いて補正することにより±０．０７％ｏｆ
ＦＳの非直線性まで改善された。As is apparent from the above description,
According to the present invention, the following effects can be obtained. That is, by using the least squares method to determine the correction function of the correction function of the nonlinearity error and the correction function of the phase error, write these to the storage element of the power meter, and correct the nonlinearity error and the phase error, The accuracy of the entire power meter is improved. In addition, since errors in the input circuit and the A / D converter are collectively corrected after assembling the power meter, individual measurement of components is not required, and even when readjusting, there is no need to replace components and the number of steps can be reduced. . FIG. 6 shows the result of a simulation performed using the correction function obtained in the first embodiment. The non-linearity of ± 0.17% of FS with respect to the full scale of 5A is corrected to ± 0.07% of FS by using the correction function.
The FS nonlinearity was improved.
【図１】本発明に係る電力用計器調整方法の第１の実施
例を実施するための調整装置を示す構成ブロック図であ
る。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an adjusting device for implementing a first embodiment of a power meter adjusting method according to the present invention.
【図２】図１の装置の動作を説明するフローチャートで
ある。FIG. 2 is a flowchart illustrating the operation of the apparatus of FIG.
【図３】連立方程式で求めた補正関数と非線形性特性の
関係例を示す特性曲線図である。FIG. 3 is a characteristic curve diagram showing an example of a relationship between a correction function obtained by simultaneous equations and a nonlinear characteristic.
【図４】最小二乗法で求めた補正関数と非線形性特性の
関係例を示す特性曲線図である。FIG. 4 is a characteristic curve diagram showing an example of a relationship between a correction function obtained by a least squares method and a nonlinear characteristic.
【図５】測定値の確率密度分布を示す特性曲線図であ
る。FIG. 5 is a characteristic curve diagram showing a probability density distribution of measured values.
【図６】第１の実施例で求めた補正関数を用いてシミュ
レーションを行った結果を示す特性曲線図である。FIG. 6 is a characteristic curve diagram showing a result of performing a simulation using the correction function obtained in the first embodiment.
【図７】本発明に係る電力用計器調整方法の第２の実施
例を実施するための調整装置を示す構成ブロック図であ
る。FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an adjusting device for carrying out a second embodiment of the power meter adjusting method according to the present invention.
【図８】図７の装置の動作を説明するフローチャートで
ある。FIG. 8 is a flowchart illustrating the operation of the device of FIG. 7;
【図９】ディジタル信号処理回路のシグナルフローを示
すフロー図である。FIG. 9 is a flowchart showing a signal flow of the digital signal processing circuit.
【図１０】従来の電力用計器の一例を示す構成ブロック
図である。FIG. 10 is a configuration block diagram showing an example of a conventional power meter.
１，１３，１４，１５，１６，１７，１８ トランス ２ アナログ演算回路 ３ 表示手段 ４，１９，２０，２１，２２，２３，２４ Ａ／Ｄ変換
器 ５ ディジタル演算器 ６ 信号源 ７，３１ ワークステーション ８ インターフェイス ９ 電源 １０，３３ 記憶素子 １１，５０ ＡＳＩＣ回路 １２，３２ 書込み器 ２５ ディジタル信号処理回路 ２６，２７ ＰＷＭ回路 ２８ ディジタル出力回路 ２９ マルチプレクサ回路 ３０ インターフェイス回路 ３３ 記憶素子 ３４ コントロール回路 ３５ トライステートバッファ回路 ３６ クロック回路 ３７，３８，３９，４０，４１，４２，４３，４４，４
５ 抵抗 ４６ 水晶発振子 ４７ メータ ４８ アナロググランド回路 １００，１１０ 電力用計器 ２０１，２０２ 制御信号1,13,14,15,16,17,18 Transformer 2 Analog arithmetic circuit 3 Display means 4,19,20,21,22,23,24 A / D converter 5 Digital arithmetic unit 6 Signal source 7,31 Work Station 8 Interface 9 Power supply 10, 33 Storage element 11, 50 ASIC circuit 12, 32 Writer 25 Digital signal processing circuit 26, 27 PWM circuit 28 Digital output circuit 29 Multiplexer circuit 30 Interface circuit 33 Storage element 34 Control circuit 35 Tristate buffer Circuit 36 Clock circuit 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 4
5 Resistance 46 Crystal oscillator 47 Meter 48 Analog ground circuit 100, 110 Power meter 201, 202 Control signal
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01R 11/00 - 11/66 G01R 21/00 - 22/04 G01R 35/00 - 35/06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01R 11/00-11/66 G01R 21/00-22/04 G01R 35/00-35/06
Claims (2)
計器の非線形特性を補正する電力用計器の調整方法にお
いて、 正弦波信号を前記電力用計器に入力し、前記電力用計器
のヒステリシス特性による非線形成分を含む出力を波形
データとし、 この波形データから最小二乗法により前記正弦波信号を
推定し、 この推定した正弦波信号と前記波形データから最小二乗
法により前記ヒステリシス特性をヒステリシス特性を持
たない多項式から成る補正関数で近似し、 前記電力用計器の前記記憶素子に前記補正関数の補正係
数を格納することを特徴とする電力用計器調整方法。1. A method of adjusting a power meter for correcting a non-linear characteristic of a meter by a correction function stored in a storage element, comprising: inputting a sine wave signal to the power meter, and adjusting a hysteresis characteristic of the power meter. output containing nonlinear components and waveform data to estimate the sine wave signal by the least square method from the waveform data, no hysteresis characteristic the hysteresis characteristic by the least square method the estimated sine wave signal from the waveform data A power meter adjustment method, comprising approximating with a correction function consisting of a polynomial, and storing a correction coefficient of the correction function in the storage element of the power meter.
計器の位相誤差を補正する電力用計器の調整方法におい
て、 正弦波信号を前記電力用計器に入力し、前記電力用計器
の位相誤差特性を含む出力を波形データとし、 この波形データから最小二乗法により前記正弦波信号を
推定し、 この推定した正弦波信号と前記波形データから最小二乗
法により補正関数で近似し、 前記電力用計器の前記記憶素子に前記補正関数の補正係
数を格納することを特徴とする電力用計器調整方法。2. A method for adjusting a power meter for correcting a phase error of an instrument using a correction function stored in a storage element, comprising the steps of: inputting a sine wave signal to the power meter; Is used as waveform data, the sine wave signal is estimated from the waveform data by the least squares method, and the estimated sine wave signal and the waveform data are approximated by a correction function by the least squares method. A power meter adjustment method, comprising: storing a correction coefficient of the correction function in the storage element.
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