JPH0743399A - パワーアナライザ装置における測定データ表示方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 線路を流れる電流により雑音障害が発生した
場合、障害発生の原因元が一見して想定できるようにし
た線路の測定データ表示方法。 【構成】 線路の電流、有効電力等の測定データを基本
波から所定次数の高調波まで数値の一覧表形式、又は棒
グラフの図形形式で表示するとともに、極性が負の高調
波データには所定のマーク、マイナス符号等を付し、又
は棒グラフの図形を他と異なった形状にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、線路の電圧、電流、
電力などをパワーアナライザ装置で測定したときの測定
データ表示方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、工場ではインバータなど半導体電
力変換装置から一般商用電源とは周波数が異なる電力を
設備に供給して稼動させる例が多くなってきた。ところ
で、この種の装置から供給する電源電圧は必ずしも良好
な正弦波形ではなく、一般には基本波に多数の高調波成
分が重畳したひずみ波形になっていることが多い。

【０００３】このような電圧が負荷に加わると、負荷に
流れる電流も通常高調波電流成分を含んだひずみ波形と
なる。この高調波電流成分により電力変換装置から負荷
に至る配電系統の電圧が不規則に変動すると、その影響
により例えば近傍の家庭のテレビ画像や音声に雑音障害
が発生するとされている。したがって工場などでは、半
導体電力変換装置の電力測定のほかにその高調波成分の
測定が必要になっている。

【０００４】この場合、従来の電力計は高調波成分を直
接測定することが困難なため、別に高調波解析装置（例
えばＦＦＴアナライザ）を用意する必要があった。しか
しながらＦＦＴアナライザは比較的高価であり、かつ、
その操作も煩わしいので、電力だけでなく高調波成分も
簡単に測定できる装置が望まれている。

【０００５】そこで、本出願人はその要望にこたえるた
め、先に特願平３−１４１２２５号公報において、「パ
ワーアナライザ装置」の発明を提案した。以下、同装置
の要部を抜粋した図８を参照しながら、先願発明の大要
を手短に説明する。

【０００６】図示しない電力線の電圧と電流は入力部１
により絶縁して取り込み、回路レベルの電圧、電流信号
に変換してアンチエリアシングフィルタ２に加えるとと
もに、例えば電圧信号を波形整形部６に加える。上記フ
ィルタ２は、入力電圧、電流信号から例えば基本波周波
数の２倍以上の高調波成分をカットする。Ａ／Ｄコンバ
ータ３はフィルタ２の出力をディジタル変換し、メモリ
４はその変換データを記憶する。

【０００７】また、上記波形整形部６は入力電圧信号を
例えば方形波に波形整形し、ＰＬＬ回路７と周波数測定
部８に加える。ＰＬＬ回路７は入力した方形波電圧信号
からそのｎ倍の周波数のクロックを生成し、ストレージ
制御部５に加える。同ストレージ制御部はこのクロック
により、線路の周波数に応じてフィルタ２のカットオフ
周波数を制御するとともに、Ａ／Ｄコンバータ３のサン
プリング動作とメモリ４のデータ書き込み動作のタイミ
ングを制御する。

【０００８】上記周波数測定部８は、波形整形部６から
入力する方形波信号の例えば半サイクル期間に図示しな
い基準クロックのパルス数を計数して線路周波数を算出
し、その周波数データをＲＡＭ１１に納める。

【０００９】ディジタル信号処理部（ＤＳＰ）１３は、
メモリ４に入っている１サイクル分の電圧、電流データ
から、例えば高速フーリエ演算（ＦＦＴ）により基本波
及び高次高調波の実効値と位相角を求め、それを用いて
各次数ごとに有効電力、無効電力、皮相電力、力率を算
出する。これらのデータ類はＲＡＭ１１に納め、必要に
より表示部１４に表示したりプリンタ１５にて打ち出す
ようになっている。

【００１０】したがってこの先願発明のパワーアナライ
ザ装置によると、通常の電力測定データのほか、高次高
調波による雑音障害を分析するのに必要なデータ類も同
時に得られるという便利さがある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、雑音障害が
発生している場合はなんらかの改善対策を施すことにな
るが、それらは障害発生の原因元が工場など電力消費者
側（負荷）なのか、それとも電力線系統を含む電力供給
者側（電源）なのかを知る必要がある。その場合、原因
元では一般にある大きさの雑音起電力が発生しているの
で、パワーアナライザ装置にて測定した各高調波電圧、
電流、電力などの表示データをチェックすれば、いずれ
の側が原因元であるかの判断は可能である。しかしなが
ら上記先願発明の明細書においては、表示データと障害
発生の原因元との関係については特に触れられていなか
った。

【００１２】この発明は上記の事情を考慮し、先願発明
に係るパワーアナライザ装置の運用に資するためなされ
たもので、その目的は、障害発生の原因元が目視で直感
的にわかるようにした測定データの表示方法を提供する
ことにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、例えば同一高調波次数の電圧に対する電流の位相角
が±９０゜以内の場合、同電流データは特に極性符号を
付けないで表示し、その位相角が±９０゜を超えている
場合は同電流データに負（−）の極性符号を付して表示
する。

【００１４】

【作用】例えば電圧を基準にし、同電圧に対する電流の
位相角が±９０゜以内の場合は、その電流は電力供給者
側（電源）から電力消費者側（負荷）の方向に流れる。
また、上記位相各が±９０゜の範囲を超えている場合は
電流の向きが逆になり、電力消費者側から電力供給者側
の方向に流れる。なお、電力が流れる方向は電流が流れ
る方向と一致する。

【００１５】よって、障害発生時に例えば工場内の配電
線系統等の電力測定を行なってそのデータを表示したと
き、たまたまある高調波次数のデータに負の極性符号が
付いていたとすると、その配電線系統には雑音起電力を
発生して外部へ流出するなんらかの負荷が接続されてお
り、障害発生の原因元は工場側にあると判断できる。し
かし、電流の表示データに負の極性符号が付いていなか
った場合は、工場側から外部へ流出する電力はゼロであ
るから、障害発生の原因元は電力線系統を含む電力供給
者側にあると判断できる。

【００１６】ここで、電圧、電力間の位相角と電力の流
れる方向との関係について説明する。

【００１７】図１（Ａ）において、ｋ次高調波の瞬時電
圧ｖ（ｋ）と瞬時電流ｉ（ｋ）を ｖ（ｋ）＝Ｖｋｓｉｎ（ω（ｋ）ｔ−Φｖｋ） ｉ（ｋ）＝Ａｋｓｉｎ（ω（ｋ）ｔ−Φｉｋ） とする。ただし、Ｖｋ，Ａｋはそれぞれｋ次高調波の電
圧、電流の実効値、ω（ｋ）はその角周波数、Φｖｋ，
Φｉｋは基本波電圧に対する高調波電圧及び電流の位相
差、Φｋは高次高調波電圧、電流相互間の位相差であ
る。上記瞬時電圧、電流の実効値Ｖｋ，Ａｋを、例えば
極座標の原点を中心として反時計方向へ回転するベクト
ルで表すと図１（Ｂ）のようになる。

【００１８】いま、ｋ次高調波の有効電力をＷ（ｋ）、
皮相電力をＶＡ（ｋ）、無効電力をｖａｒ（ｋ）とする
と、上記先願発明に係るパワーアナライザ装置は、線路
における基本波（ｋ＝１）から例えば４９次高調波成分
（ｋ＝４９）までの各電圧、電流の実効値Ｖｋ，Ａｋ、
及びその位相差Φｋ、有効電力Ｗ（ｋ）、皮相電力ＶＡ
（ｋ）、無効電力ｖａｒ（ｋ）をそれぞれ測定し、測定
データを画面に表示にに表示したり記録紙にプリントア
ウトするようになっている。

【００１９】ここで、図１（Ｃ）に示すように例えば電
圧Ｖｋを基準ベクトルとみなして０゜方向にとると、０
゜方向に対して±９０゜の範囲すなわち第１象限と第４
象限の範囲内ではベクトルの向きが逆にはならないか
ら、この範囲は例えば正の極性とする。また、＋９０゜
を超えて−９０゜すなわち＋２７０゜に至る第２象限と
第３象限の範囲ではベクトルの向きが反転するから、こ
の範囲は負の極性とする。

【００２０】いま、同図１（Ｃ）の第４象限に示すよう
に、例えば電圧Ｖｋに対して位相が−Φｋ遅れた電流Ａ
ｋがあったとすると、 ０゜＜−Φｋ＜−９０゜ であり、この電流の流れる方向は電圧の向きと同方向で
あるから、その極性は上記の約束により正である。この
場合、力率ｃｏｓ（−Φｋ）は、 ｃｏｓ（−Φｋ）＝ｃｏｓΦｋ であるから、 ０＜ｃｏｓΦｋ＜１ したがって、有効電力Ｗｋは Ｗｋ＝ＶｋＡｋｃｏｓΦｋ となり、正の極性である。すなわち有効電力は電流と同
方向に流れ、かつ、電圧に対して同方向となる。

【００２１】一般に、電圧に対する電流の位相差Φｋが ＋９０゜≧Φｋ≧０゜ 又は ０゜≦−Φｋ≦−９０゜ の範囲にある場合の例を図２に示す。

【００２２】ここで図２（Ａ）は、電圧ｖ（ｋ）に対し
て例えば電流ｉ（ｋ）の位相が＋９０゜進んでおり、 Φｋ＝＋９０゜ の場合の例である。

【００２３】同図２（Ａ´）の実線は、電圧ｖ（ｋ）と
電流ｉ（ｋ）を掛け算した瞬時電力を示す。有効電力Ｗ
（ｋ）は、瞬時電力の半波期間（０〜π）における平均
値 Ｗ（ｋ）＝ＶｋＡｋｃｏｓΦｋ で表される。この例では、Φｋ＝＋９０゜であるから、
ｃｏｓΦｋ＝０、したがって有効電力Ｗ（ｋ）は Ｗ（ｋ）＝０ となる。このＷ（ｋ）を破線で示す。

【００２４】図２（Ｂ）は、電圧ｖ（ｋ）に対して電流
ｉ（ｋ）が例えば同相となり、 Φｋ＝０゜ の場合の例である。この例における瞬時電力を同図２
（Ｂ´）に実線で示す。有効電力Ｗ（ｋ）は破線で示す
ように Ｗ（ｋ）＝ＶｋＡｋｃｏｓ０゜ ＝ＶｋＡｋ となる。

【００２５】図２（Ｃ）は、電圧ｖ（ｋ）に対して電流
ｉ（ｋ）の遅れ位相角−Φｋが、例えば０゜と−９０゜
の間にあり、上記図２（Ｃ）の第４象限における電流と
同様の状態になっている例である。この場合の瞬時電力
を同図２（Ｃ´）に実線で示す。有効電力Ｗ（ｋ）は破
線で示すように Ｗ（ｋ）＝ＶｋＡｋｃｏｓ（−Φｋ） ＝ＶｋＡｋｃｏｓΦｋ となる。

【００２６】図２（Ｄ）は、電圧ｖ（ｋ）に対する電流
ｉ（ｋ）の位相が−９０゜遅れている例である。この場
合の瞬時電力を同図２（Ｄ´）に実線で示す。有効電力
Ｗ（ｋ）は破線で示すように Ｗ（ｋ）＝ＶｋＡｋｃｏｓ（−９０゜） ＝０ となる。

【００２７】上記の例からわかるように、電圧ｖ（ｋ）
の位相を基準（０゜）にして電流ｉ（ｋ）の位相角が±
９０゜の範囲内にれば、電圧の実効値Ｖｋに対して電流
の実効値Ａｋと有効電力Ｗ（ｋ）とは同方向に流れる。
よって、その極性符号は正（＋）とおくことができる。

【００２８】次に、上記図１（Ａ）の電圧ｖ（ｋ）に対
して電流ｉ（ｋ）が進み位相となり、位相角Φｋが±９
０゜を超えている場合、すなわち、 ＋９０゜＜＋Φｋ＜＋２７０゜ の場合の例を、図３を参照しながら説明する。

【００２９】図３（Ａ）は、電圧ｖ（ｋ）に対する電流
ｉ（ｋ）の位相が進み、その進み位相角＋Φｋが例えば
＋９０゜と＋１８０゜の間にある例である。この場合、
電流の実効値Ａｋを上記図２（Ｃ）の極座標に図示する
と、例えば第２象限に示すようになる。

【００３０】この例における瞬時電力ｖ（ｋ）ｉ（ｋ）
を同図３（Ａ´）に実線で示す。進み位相角±Φｋは上
記のように ＋９０゜＜＋Φｋ＜＋１８０゜ であるから、力率ｃｏｓ（＋Φｋ）は ｃｏｓ（＋Φｋ）＝−ｃｏｓΦｋ となり、負の値である。よって有効電力Ｗ（ｋ）は Ｗ（ｋ）＝−ＶｋＡｋｃｏｓΦｋ となり、負の極性である。この有効電力Ｗ（ｋ）を図３
（Ａ´）に破線で示す。

【００３１】図３（Ｂ）は、電圧ｖ（ｋ）に対して例え
ば電流ｉ（ｋ）の位相が１８０゜進み、逆相になった場
合の例である。この例における瞬時電力を図３（Ｂ´）
に実線で示す。進み位相角＋Φｋは ＋Φｋ＝＋１８０゜ であるから、力率ｃｏｓ（＋１８０゜）は ｃｏｓ（＋１８０゜）＝−１ よって有効電力Ｗ（ｋ）は Ｗ（ｋ）＝−ＶｋＡｋ となり、負の極性である。この有効電力Ｗ（ｋ）を図３
（Ｂ´）に破線で示す。

【００３２】図３（Ｃ）は、電圧ｖ（ｋ）に対して電流
ｉ（ｋ）の進み位相角＋Φｋが、例えば＋１８０゜と＋
２７０゜の間にある例である。この例における瞬時電力
を図３（Ｃ´）に実線で示す。力率ｃｏｓ（＋Φｋ）
は、上記と同様に負の値、すなわち ｃｏｓ（＋Φｋ）＝−ｃｏｓΦｋ となる。よって有効電力Ｗ（ｋ）は Ｗ（ｋ）＝−ＶｋＡｋｃｏｓΦｋ となり、負の極性である。この有効電力Ｗ（ｋ）を同図
３（Ｃ´）に破線で示す。

【００３３】上記図３の各例によると、電圧ｖ（ｋ）に
対する電流ｉ（ｋ）の位相が進み位相で、その位相角＋
Φｋが ＋９０゜＜＋Φｋ＜＋２７０゜ の範囲においては、有効電力Ｗ（ｋ）の極性が負になる
ことがわかる。有効電力Ｗ（ｋ）が負の極性であるとい
うことは、電圧Ｖｋ（実効値）に対して電流Ａｋ（実効
値）が逆向きに流れ、それに伴って有効電力Ｗ（ｋ）も
逆向きに流れることを意味している。

【００３４】したがって、電力供給者側から電力消費者
側へ電力を送っている場合、電力消費者側で各高調波の
有効電力などを測定し、その測定データの中にもし負の
極性のデータがあれば、雑音障害に関係のあるなんらか
の起電力が電力消費者側から外部へ流出していると考え
ることができる。反対に負の極性のデータが無かった場
合は、障害発生の原因が電力供給者側や隣接する電力消
費者など外部にあると想定できる。

【００３５】

【実施例】図４には、電力消費者側で測定したデータの
リストを表示した例が示されている。図中、第５次高調
波成分（ｋ＝５）と第７次高調波成分（ｋ＝７）の有効
電力データＷ（５）及びＷ（７）は、負荷に加わる電圧
Ｖ５，Ｖ７の方向に対してそれぞれ逆向きに流れてお
り、例えばマイナスの極性符号が付されている。この場
合、電力データの代わりに同じ高調波次数の電流データ
Ａ５とＡ７へマイナス符号を表示するようにしてもよ
い。

【００３６】図５には、基本波と高次高調波の電圧、電
流成分データのリストを表示した例が示されている。図
中、第５次高調波（ｋ＝５）と第７次高調波（ｋ＝７）
の電流成分Ａ５及びＡ７は、負荷に加わる電圧成分Ｖ
５，Ｖ７の方向に対してそれぞれ逆向きに流れており、
その表示データには例えば黒のドットマークが付されて
いる。

【００３７】図６には、基本波と高次高調波の電流、電
力成分データを対にし、棒グラフで表示した例が示され
ている。この例においては、第５次及び第７次の高調波
電力成分Ｗ（５）とＷ（７）が、負荷に加わる同じ次数
の電圧成分Ｖ５，Ｖ７の方向に対してそれぞれ逆向きに
流れており、そのデータは例えば他より幅が狭い棒グラ
フで表示されている。

【００３８】図７には、電流データを他の棒グラフで表
示した例が示されている。同図７（Ａ）は、第５次及び
第７次高調波データのグラフを塗り潰し、同図（Ｂ）は
他より幅の狭い棒グラフで表示した例である。同図
（Ｃ）は、棒グラフの幅は他と同じであるが、見やすい
箇所に例えば三角形のマークを付した例である。

【００３９】

【効果】以上、詳細に説明したようにこの発明において
は、例えば電力消費者側の配電線系統に流れる電圧、電
流、電力の基本波とその高調波成分をパワーアナライザ
装置によりそれぞれ測定するとともに、測定データ類を
一覧表や棒グラフなどにして表示する際、測定箇所を経
て外部へ流出していると見なされるデータに対しては、
簡単なマークを付したりグラフの図形を変えて表示し、
一見して他のデータと識別できるようになっている。

【００４０】したがってこの表示方法によると、例えば
雑音障害が発生した場合その原因元の特定が容易とな
り、パワーアナライザ装置の効果的な運用に大きく役立
たせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に関連する高次高調波電圧、電流間の
位相角と同電流の極性説明用波形図及びベクトル図。

【図２】この発明に関連する高次高調波電圧、電流間の
位相角と有効電力の極性説明用波形図。

【図３】この発明に関連する高次高調波電圧、電流間の
位相角と有効電力の極性説明用波形図。

【図４】この発明の実施例を示す測定データの数値一覧
表図。

【図５】この発明の他の実施例を示す測定データの数値
一覧表図。

【図６】この発明の実施例を示す測定データの棒グラフ
表示図。

【図７】この発明の他の実施例を示す測定データの棒グ
ラフ表示図。

【図８】従来装置における電気的構成の要部を示すブロ
ック線図。

【符号の説明】

ｋ 高調波成分 Ａｋ ｋ次高調波の電流 Ｖｋ ｋ次高調波の電圧 Ｗ（ｋ） ｋ次高調波の有効電力 Φｋ ｋ次高調波電圧、電流間の位相角

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定線路に流れる基本波とその高次高
   調波の各電圧、電流成分、及び該電圧電流間の位相角と
   電力を所定次数までパワーアナライザ装置にて測定し、
   該測定データを数値の一覧表形式もしくは棒グラフの図
   形形式で表示するパワーアナライザ装置の測定データ表
   示方法において、 上記有効電力の測定データである場合は、該有効電力測
   定データもしくは該データと同一次数の電流測定データ
   のいずれか一方に上記数値一覧表形式においては所定の
   マーク又はマイナスの符号を表示し、 上記棒グラフ形式においては上記いずれか一方のデータ
   の図形に所定のマークを表示し、もしくは当該図形を他
   と異なる棒状図形となして表示することを特徴とするパ
   ワーアナライザ装置における測定データ表示方法。