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JP3864488B2 - FFT device and power harmonic detection device - Google Patents
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JP3864488B2 JP09539797A JP9539797A JP3864488B2 JP 3864488 B2 JP3864488 B2 JP 3864488B2 JP 09539797 A JP09539797 A JP 09539797A JP 9539797 A JP9539797 A JP 9539797A JP 3864488 B2 JP3864488 B2 JP 3864488B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力値が1個サンプリングされるごとに演算を実行して連続的に演算結果を出力することが可能なFFT(高速フーリエ変換)装置と、このFFT装置を用いて電力系統の電圧または電流中に含まれる高調波を高速に検出する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、発電所や変電所において、電力系統の電圧・電流の高調波成分を検出する場合には、計算機を効率的に使用することのできるFFTが慣習的に採用されていた。図7は、従来のFFTにおける演算手順を示す説明図である。この例では、サンプリングされた32個の入力値列▲1▼が、最初にビットリバース処理部▲2▼に入力されて、ビット順番が入れ替えられる。次いで、第1のバタフライステージ▲3▼においてバタフライ演算がなされる。次いで、順に、第2、第3、第4、第5のバタフライステージ▲4▼〜▲7▼に送られながらバタフライ演算がなされて、最後に出力値列▲8▼が得られる。ここでおこなわれるバタフライ演算について、図8により説明する。まず、入力yに複素数Wnを乗算する演算を行い、その乗算結果Wn・yを入力xに加算する。次いで、得られた乗算結果Wn・yと、入力xをレジスタ等に待避した後に、加算結果のx+Wn・yをxが書き込まれていたメモリ番地に重ね書きする。さらに、待避しておいた乗算結果Wn・yと入力xを読み出して、xにWn・yの符号を反転した値を加算する。次いで、得られた加算結果のx−Wn・yをyが書き込まれていたメモリ番地に重ね書きする。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで近年、電力系統の事故発生後の早期復旧・安定化のため、事故発生時に、周波数に対するダイナミックレンジの広い電力応動計測データがリアルタイムで求められるようになってきた。
そのため従来の検出装置には次のような課題が生じていた。
(1)従来方式のフーリエ変換では、入力データの並び替え(ビットリバース処理)を必要とするため、交流1サイクル以上のデータを採取した後にしかFFT演算が開始できなかった。つまり、最大遅れは、1サイクルにFFT計算時間を加えた時間となった。そのため、従来方式の応答時間を短縮することのできる、より高速な演算能力が必要であった。
(2)同様に、1個のFFT式検出器では1サイクルより細かいピッチでの算出はできなかった。そのため、1サイクル以下のピッチで検出しようとすると、複数のFFT式検出器を用意してそれぞれの位相をずらし並列型回路により計算する方法がとられていた。そのため、従来は装置の構成が高価なものとなり、より簡単な構成で細かいピッチで検出の可能な装置の出現が望まれていた。
【0004】
【課題を解決するための手段】
そこで上記課題を解決するために、請求項1にかかるFFT装置の発明は、サンプリング数を2N個、演算ステージの順番をnとして、前段から送られた2n-1個の信号値を2N-n回保持してから出力する遅れ要素と前段から送られた2n-1個の信号値に遅れ要素から出力された2n-1個の信号値を組み合わせてn組のバタフライ演算を実行するバタフライ演算部とからそれぞれ構成されたN段の演算ステージを順にパイプライン接続し、先頭の演算ステージにサンプリング値が1個入力されるごとに各演算ステージが順にバタフライ演算を実行しその演算結果を後段へ送ることにより最終演算ステージから2N個の演算結果を出力する。
【0005】
請求項2の発明は、請求項1のFFT装置の発明において、最終演算ステージのバタフライ演算部を、高次側の2N-1個の演算結果を算出するための演算を省略した変形バタフライ演算部とする。
【0006】
請求項3にかかる電力用高調波検出装置の発明は、アンチエリアジングフィルタを介して入力された電力系統の交流電圧または交流電流を一定周期でサンプリングする手段と、サンプリングされた交流電圧または交流電流の値がサンプリングのタイミングごとに入力される請求項1または請求項2の発明にかかるFFT装置と、FFT装置より出力された基本波ベクトルおよび高調波ベクトルの実部と虚部とからスカラー量を算出して基本波および高調波のパワースペクトルを出力するスカラー演算器とを備える。
【0007】
請求項4にかかる電力用高調波検出装置の発明は、アンチエリアジングフィルタを介して入力された電力系統の交流電圧または交流電流を一定周期でサンプリングする手段と、サンプリングされた交流電圧または交流電流の値がサンプリングのタイミングごとに入力される請求項1または請求項2記載のFFT装置と、FFT装置より出力された基本波のベクトルから基本波の位相を算出する位相角演算器と、位相角演算器が算出した基本波位相を用いてFFT装置より出力された高調波ベクトルを基本波を基準とした位相のベクトルに補正する手段とを備える。
【0008】
【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。
図1は請求項1および請求項2の発明にかかるFFT装置の実施形態の構成を示す図である。図では5段の演算ステージを備え、第1段の演算ステージは、信号線11を介して入力されたサンプリング値を16回保持してから出力する遅れ要素12と、入力値と遅れ要素12からの出力値を組み合わせてバタフライ演算を実行するバタフライ演算部13とから構成されている。
【0009】
同様に第2段の演算ステージは、第1段のバタフライ演算部13から出力された2個の演算値を取り込むためのデータバス21と、データバス21を介して入力された2個の演算値を8回保持してから出力する遅れ要素22と、データバス21を介して入力された演算値と遅れ要素22からの出力値を組み合わせて2組のバタフライ演算を実行するバタフライ演算部23とから構成されている。すなわち、n段目の演算ステージは、前段のバタフライ演算部から出力された2n-1個の演算値を取り込むためのデータバスと、前段から送られた2n-1個の信号値を25-n回保持してから出力する遅れ要素と、前段から送られた2n-1個の信号値と遅れ要素から出力された2n-1個の信号値を組み合わせてバタフライ演算を実行して2n個の演算結果を後段へ出力するバタフライ演算部とから構成されている。
【0010】
なお、最終の5段目の演算ステージでは、高次側の16個の演算結果を算出するための演算を省略して低次側の16個の演算結果のみを出力する変形バタフライ演算部53により構成されている。このようにして、図示されたFFT装置は、第1の演算ステージから順に第5の演算ステージまでがパイプライン接続されている。次に、図1のFFT装置の動作について説明する。サンプリング値として、例えば、電力系統の電圧または電流値が、一定間隔でサンプリングされ、信号線11を介して先頭の第1段の演算ステージに入力されると、それぞれ遅れ要素12とバタフライ演算部13に入力される。
【0011】
同時に遅れ要素12からは16回前に入力されたサンプリング値が出力されてバタフライ演算部13へ入力される。バタフライ演算部13は、入力された2個の値を組み合わせてバタフライ演算を実行して、得られた2個の演算結果を、次の第2段の演算ステージのデータバス21へ出力する。次いで、第2段の演算ステージでは、第1段からの演算結果が入力されると、それぞれ遅れ要素22とバタフライ演算部23に入力され、同時に遅れ要素22からは8回前に入力された2個の演算結果が出力されてバタフライ演算部23へ入力される。バタフライ演算部23は、入力された4個の値を組み合わせて2組のバタフライ演算を実行して、演算結果を次の第3段の演算ステージのデータバス31へ出力する。
【0012】
以後、第3段、第4段の演算ステージも同様に動作して、入力された演算結果の個数が順に倍増して出力され、最終の第5段の演算ステージには16個の演算結果が入力される。この第5の演算ステージの変形バタフライ演算部53は、前段からの16個の演算結果と、遅れ要素52から出力された16個の演算結果が入力されると、それらを組み合わせて変形バタフライ演算を実行し、基本波側の16個の演算結果のみを出力する。すなわちこの変形バタフライ演算部53では、折り返し雑音の影響の大きい高次側の16個の演算結果を算出するための演算を省略している。
【0013】
図2は、図1の変形バタフライ演算部53の動作を示す説明図である。ここで実行される変形バタフライ演算は、2個の入力x、yに対して、1個の出力x+Wn・yを算出するものであり、従来のバタフライ演算で実行していた、x−Wn・yを求める処理を省略している。その結果、従来の通常のバタフライ演算の際に実施されている乗算結果Wn・yおよび入力xをレジスタ等に待避するための処理が不要となり、得られた出力x+Wn・yを、そのまま入力xが格納されていたメモリのアドレスに重ね書きすることができる。このように有効でない演算を省略したことで、この変形バタフライ演算では、従来のバタフライ演算の数十%程度の演算量となる。
【0014】
図3は、図1のFFT装置におけるサンプリング値の入力と演算のタイミングの関係を示す図である。ほぼ正弦波からなる入力信号に対して、その1周期(1波長)を32等分するタイミングでサンプリングされる。これらのサンプリング値が先頭の第1段の演算ステージに入力されて順にパイプライン処理されていく。1周期分32個が入力された以後は、サンプリング値が1個入力されるごとに、その入力値を含む直前の32個のサンプリング値についてFFTがなされ、最終の変形バタフライ演算部53から基本波と高調波が出力されていく。なお、この実施形態では、サンプリング数を25すなわち32個としたが、これ以外にも8個、16個等にすることも可能である。
【0015】
次に、請求項3の発明にかかる電力用高調波検出装置の実施形態について説明する。図4は、実施形態の電力用高調波検出装置が設置される位置を示した電力系統図である。図中の61は電力系統母線(送電線)であり、受電トランス62を介して、発電機(または調相設備)65が接続されている。また、受電トランス62の二次側には、計器用変成器(PT)63および計器用変流器(CT)64を介して本発明の電力用高調波検出装置であるところの電圧・電流検出装置66が接続されている。この電圧・電流検出装置66により検出された電圧・電流スペクトルデータ67が、制御装置68へ送られる。制御装置68は、入力された電圧・電流スペクトルデータ67にもとづいて、発電機(または調相設備)65へ制御指令69を送る。
【0016】
図5は請求項3の発明にかかる電力用高調波検出装置の実施形態の構成を示すブロック図である。図において、交流入力eが、アンチエリアジングフィルタ71を介してA/Dコンバータ72に入力されると、サンプリングタイマ73からの一定周期tsで送られてくるトリガ信号にもとづきサンプリングされる。サンプリングデータは、連続型FFT74へ入力される。この連続型FFT74は、図1に示したFFT装置であり、サンプリング値が入力されるごとに、交流入力eのパワースペクトルを表す実数部Rnと虚数部Inからなる出力値列75を出力する。この出力値列75は、それぞれスカラー演算器76へ入力されて、それぞれの平方の和の平方根が算出されてスカラーAnとして出力される。
【0017】
これらのことから、上述した実施形態では、次の効果が得られる。
(1)リアルタイム化:入力を毎回サンプルするごとに高調波のパワースペクトルが算出される。
(2)演算負担の軽減:入力を毎回サンプルするごとに行われるFFT演算は正規に行う演算量の半分以下になる。
(3)演算省略の簡素化:FFT演算をパイプライン化したことで不必要な高調波次数の計算が削除可能となり、さらに演算負担を軽減することができる。
【0018】
図6は請求項4の発明にかかる電力用高調波検出装置の実施形態の構成を示すブロック図である。図において、交流入力eが、アンチエリアジングフィルタ81を介してA/Dコンバータ82に入力されると、サンプリングタイマ83からの一定周期tsで送られてくるトリガ信号にもとづきサンプリングされる。サンプリングデータは、連続型FFT84へ入力される。この連続型FFT84は、図1に示したFFT装置であり、サンプリング値が入力されるごとに、交流入力eの基本波のパワースペクトルを表す実数部R1と虚数部I1等からなる出力値列85を出力する。この出力値列85は、基準位相角演算器86へ入力されて、虚数部I1と実数部R1との比から基準位相角θを算出して位相角補正器87へ送る。位相角補正器87は入力された基本波の位相θにもとづいて、各高調波の位相角を補正したベクトル値を出力する。
【0019】
これらのことから、上述した実施形態では、次の効果が得られる。
(1)リアルタイム化:入力を毎回サンプルするごとに基本波位相を基準にした高調波のベクトルが算出される。
(2)演算負担の軽減:入力を毎回サンプルするごとに行われるFFT演算は正規に行う演算量の半分以下になる。
(3)演算省略の簡素化:FFT演算をパイプライン化したことで不必要な高調波次数の計算が削除可能となり、さらに演算負担を軽減することができる。
【0020】
【発明の効果】
以上述べたように請求項1の発明のFFT装置によれば、各演算ステージに遅れ要素を備えてパイプライン接続したことにより、サンプリング値が1個入力されるごとに各演算ステージが順にバタフライ演算を実行して最終演算ステージから演算結果が得られる。すなわち、常にリアルタイムで演算結果が得られる。
【0021】
請求項2の発明のFFT装置によれば、最終演算ステージのバタフライ演算部における高次側半分のバタフライ演算を省略したことにより、バタフライ演算部への処理負担が半減される。
【0022】
請求項3の電力用高調波検出装置の発明によれば、FFT装置とスカラー演算器とを備えたことで毎回のサンプリングごとにリアルタイムで高調波のパワースペクトルが得られる。
【0023】
請求項4の電力用高調波検出装置の発明によれば、FFT装置と位相角演算器とベクトル補正手段とを備えたことで毎回のサンプリングごとにリアルタイムで基本波を基準とした位相の高調波ベクトルが得られる。
【図面の簡単な説明】、
【図1】請求項1および請求項2の発明にかかるFFT装置の実施形態の構成を示す図である。
【図2】図1の変形バタフライ演算部の動作を示す説明図である。
【図3】図1における演算のタイミングの関係を示す説明図である。
【図4】請求項3および請求項4の発明にかかる電力用高調波検出装置の実施形態の設置位置を示した電力系統図である。
【図5】請求項3の発明にかかる電力用高調波検出装置の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図6】請求項4の発明にかかる電力用高調波検出装置の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図7】従来のFFTにおける演算手順を示す説明図である。
【図8】従来のFFTにおけるバタフライ演算を示す説明図である。
【符号の説明】
11 信号線
12 遅れ要素
13 バタフライ演算部
21 データバス
22 遅れ要素
23 バタフライ演算部
31 データバス
52 遅れ要素
53 変形バタフライ演算部
61 電力系統母線(送電線)
62 受電トランス
63 計器用変成器(PT)
64 計器用変流器(CT)
65 発電機(または調相設備)
66 電圧・電流検出装置
67 電圧・電流スペクトルデータ
68 制御装置
69 制御指令
71 アンチエリアジングフィルタ
72 A/Dコンバータ
73 サンプリングタイマ
74 連続型FFT
75 出力値列
76 スカラー演算器
81 アンチエリアジングフィルタ
82 A/Dコンバータ
83 サンプリングタイマ
84 連続型FFT
85 出力値列
86 基準位相角演算器
87 位相角補正器
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides an FFT (Fast Fourier Transform) device capable of executing a calculation every time one input value is sampled and continuously outputting the calculation result, and a voltage of an electric power system using the FFT device. Alternatively, the present invention relates to a device that detects harmonics contained in current at high speed.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a power plant or a substation, when detecting a harmonic component of a voltage / current of an electric power system, an FFT capable of efficiently using a computer has been conventionally employed. FIG. 7 is an explanatory diagram showing a calculation procedure in the conventional FFT. In this example, 32 sampled input value sequences (1) are first input to the bit reverse processing unit (2), and the bit order is changed. Next, a butterfly operation is performed in the first butterfly stage (3). Subsequently, the butterfly operation is performed in sequence while being sent to the second, third, fourth, and fifth butterfly stages (4) to (7), and finally the output value sequence (8) is obtained. The butterfly calculation performed here will be described with reference to FIG. First, an operation of multiplying the input y by the complex number W n is performed, and the multiplication result W n · y is added to the input x. Next, after saving the obtained multiplication result W n · y and the input x in a register or the like, the addition result x + W n · y is overwritten at the memory address where x was written. Further, the saved multiplication result W n · y and the input x are read, and a value obtained by inverting the sign of W n · y is added to x. Next, x-W n · y of the obtained addition result is overwritten at the memory address where y was written.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in recent years, power response measurement data having a wide dynamic range with respect to frequency has been demanded in real time when an accident occurs in order to recover and stabilize the power system after an accident.
Therefore, the following problems have occurred in the conventional detection device.
(1) In the conventional Fourier transform, rearrangement of input data (bit reverse processing) is required, so that the FFT operation can be started only after data of AC 1 cycle or more is collected. That is, the maximum delay is the time obtained by adding the FFT calculation time to one cycle. For this reason, it is necessary to have a faster calculation capability that can shorten the response time of the conventional method.
(2) Similarly, calculation with a finer pitch than one cycle was not possible with one FFT detector. Therefore, in order to detect at a pitch of 1 cycle or less, a method of preparing a plurality of FFT detectors and shifting the respective phases and calculating with a parallel circuit has been adopted. Therefore, conventionally, the configuration of the apparatus becomes expensive, and there has been a demand for the appearance of an apparatus that can be detected with a simpler configuration and a fine pitch.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, in order to solve the above-mentioned problem, the invention of the FFT apparatus according to claim 1 is based on 2 N −1 signal values sent from the preceding stage, where the number of samplings is 2 N and the order of operation stages is n. executing the n sets of the butterfly operation by combining Nn times holding 2 n-1 pieces of signal values outputted from the delay element and 2 n-1 pieces of signal values into a delay element sent from the previous stage to be output from the N calculation stages each composed of a butterfly calculation unit are connected in a pipeline in order, and each time one sampling value is input to the first calculation stage, each calculation stage sequentially executes the butterfly calculation and obtains the calculation result. By sending to the subsequent stage, 2 N calculation results are output from the final calculation stage.
[0005]
According to a second aspect of the present invention, in the FFT apparatus of the first aspect, the butterfly computation unit of the final computation stage is a modified butterfly computation in which computation for calculating 2 N-1 computation results on the higher order side is omitted. Part.
[0006]
The invention of a power harmonic detection device according to claim 3 comprises means for sampling AC voltage or AC current of a power system inputted via an anti-aliasing filter at a constant period, and sampled AC voltage or AC current. The scalar quantity is calculated from the FFT device according to the invention of claim 1 or 2 inputted at every sampling timing, and the real and imaginary parts of the fundamental wave vector and the harmonic vector outputted from the FFT device. A scalar computing unit that calculates and outputs the power spectrum of the fundamental wave and the harmonic wave.
[0007]
A power harmonic detection device according to a fourth aspect of the present invention comprises means for sampling an AC voltage or an AC current of a power system inputted through an anti-aliasing filter at a constant period, and a sampled AC voltage or AC current. The FFT apparatus according to claim 1, wherein a value of is input at each sampling timing, a phase angle calculator that calculates a phase of a fundamental wave from a vector of the fundamental wave output from the FFT apparatus, and a phase angle Means for correcting a harmonic vector output from the FFT device to a phase vector based on the fundamental wave using the fundamental wave phase calculated by the computing unit.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of an FFT apparatus according to the first and second aspects of the present invention. In the figure, there are five calculation stages, and the first calculation stage includes a delay element 12 that holds a sampling value input via the signal line 11 and outputs it 16 times, and an input value and a delay element 12. And a butterfly operation unit 13 that executes a butterfly operation by combining the output values.
[0009]
Similarly, the second calculation stage includes a data bus 21 for capturing two calculation values output from the first stage butterfly calculation unit 13 and two calculation values input via the data bus 21. From the delay element 22 that is output after being held eight times, and the butterfly calculation unit 23 that executes the two butterfly calculations by combining the calculation value input via the data bus 21 and the output value from the delay element 22 It is configured. In other words, the nth operation stage has a data bus for fetching 2 n−1 operation values output from the previous butterfly operation unit and 2 n−1 signal values sent from the previous stage. 5-n and delay elements to output the hold times, a combination of 2 n-1 pieces of the signal value and the 2 n-1 pieces of signal values outputted from the delay element sent from the previous stage and perform butterfly operation And a butterfly calculation unit for outputting 2 n calculation results to the subsequent stage.
[0010]
In the final fifth computation stage, the modified butterfly computation unit 53 that omits the computation for calculating the 16 computation results on the higher order side and outputs only the 16 computation results on the lower order side. It is configured. In this way, the illustrated FFT apparatus is pipeline-connected from the first operation stage to the fifth operation stage in order. Next, the operation of the FFT apparatus in FIG. 1 will be described. As the sampling value, for example, when the voltage or current value of the power system is sampled at regular intervals and inputted to the first calculation stage at the head through the signal line 11, the delay element 12 and the butterfly calculation unit 13, respectively. Is input.
[0011]
At the same time, the sampling value input 16 times before is output from the delay element 12 and input to the butterfly operation unit 13. The butterfly operation unit 13 executes the butterfly operation by combining the two input values, and outputs the obtained two operation results to the data bus 21 of the next second operation stage. Next, in the second calculation stage, when the calculation result from the first stage is input, the calculation result is input to the delay element 22 and the butterfly calculation unit 23, respectively. Pieces of calculation results are output and input to the butterfly calculation unit 23. The butterfly calculation unit 23 executes two sets of butterfly calculations by combining the four input values, and outputs the calculation results to the data bus 31 of the next third calculation stage.
[0012]
Thereafter, the third and fourth operation stages operate in the same manner, and the number of input operation results is doubled and output sequentially, and the final fifth operation stage has 16 operation results. Entered. When the sixteen computation results from the previous stage and the sixteen computation results output from the delay element 52 are input, the modified butterfly computation unit 53 of the fifth computation stage performs a modified butterfly computation by combining them. Execute and output only 16 calculation results on the fundamental wave side. That is, in the modified butterfly calculation unit 53, the calculation for calculating the 16 calculation results on the high-order side that is greatly affected by the aliasing noise is omitted.
[0013]
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the operation of the modified butterfly computing unit 53 of FIG. The modified butterfly operation executed here is to calculate one output x + W n · y for two inputs x and y, and x−W n that has been executed in the conventional butterfly operation. The process for obtaining y is omitted. As a result, the processing for saving the multiplication result W n · y and the input x performed in the conventional normal butterfly operation in a register becomes unnecessary, and the obtained output x + W n · y is input as it is. It is possible to overwrite the memory address where x was stored. By omitting operations that are not valid in this way, this modified butterfly calculation has a calculation amount of about several tens of percent of the conventional butterfly calculation.
[0014]
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between sampling value input and calculation timing in the FFT apparatus of FIG. An input signal consisting of a sine wave is sampled at a timing that divides one period (one wavelength) into 32 equal parts. These sampling values are input to the first first calculation stage and sequentially pipelined. After 32 samples are input for one period, every time one sampling value is input, FFT is performed on the 32 sampling values immediately before including the input value, and the fundamental wave is output from the final modified butterfly calculation unit 53. And harmonics are output. In this embodiment, the number of samplings is 25, that is, 32. However, it is also possible to set the number of samplings to 8, 16, or the like.
[0015]
Next, an embodiment of a power harmonic detection device according to the invention of claim 3 will be described. FIG. 4 is a power system diagram showing a position where the power harmonic detection device of the embodiment is installed. In the figure, 61 is a power system bus (power transmission line), and a generator (or phase adjusting equipment) 65 is connected via a power receiving transformer 62. Further, on the secondary side of the power receiving transformer 62, the voltage / current detection which is the power harmonic detection device of the present invention is passed through the instrument transformer (PT) 63 and the instrument current transformer (CT) 64. A device 66 is connected. The voltage / current spectrum data 67 detected by the voltage / current detection device 66 is sent to the control device 68. The control device 68 sends a control command 69 to the generator (or the phase adjusting equipment) 65 based on the input voltage / current spectrum data 67.
[0016]
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of the power harmonic detection device according to the invention of claim 3. In the figure, when an AC input e is input to the A / D converter 72 via the anti-aliasing filter 71, the AC input e is sampled based on a trigger signal sent from the sampling timer 73 at a fixed period ts. Sampling data is input to the continuous FFT 74. This continuous FFT 74 is the FFT apparatus shown in FIG. 1, and outputs an output value sequence 75 composed of a real part Rn and an imaginary part In representing the power spectrum of the AC input e each time a sampling value is input. The output value sequence 75 is input to the scalar calculator 76, and the square root of the sum of the squares is calculated and output as a scalar An.
[0017]
From the above, the following effects are obtained in the above-described embodiment.
(1) Real-time: A harmonic power spectrum is calculated each time the input is sampled.
(2) Reduction of calculation load: The FFT calculation performed each time the input is sampled is less than half of the normal calculation amount.
(3) Simplification of calculation omission: Since the FFT calculation is pipelined, unnecessary calculation of harmonic orders can be eliminated, and the calculation burden can be further reduced.
[0018]
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a power harmonic detection device according to the invention of claim 4. In the figure, when an AC input e is input to the A / D converter 82 via the anti-aliasing filter 81, the AC input e is sampled based on a trigger signal sent from the sampling timer 83 at a fixed period ts. Sampling data is input to the continuous FFT 84. This continuous FFT 84 is the FFT apparatus shown in FIG. 1, and each time a sampling value is input, an output value sequence 85 composed of a real part R1, an imaginary part I1, etc. representing the power spectrum of the fundamental wave of the AC input e. Is output. This output value sequence 85 is input to the reference phase angle calculator 86, calculates the reference phase angle θ from the ratio of the imaginary part I1 and the real part R1, and sends it to the phase angle corrector 87. The phase angle corrector 87 outputs a vector value obtained by correcting the phase angle of each harmonic based on the input phase θ of the fundamental wave.
[0019]
From the above, the following effects are obtained in the above-described embodiment.
(1) Real time: Every time the input is sampled, a harmonic vector based on the fundamental wave phase is calculated.
(2) Reduction of calculation load: The FFT calculation performed each time the input is sampled is less than half of the normal calculation amount.
(3) Simplification of calculation omission: Since the FFT calculation is pipelined, unnecessary calculation of harmonic orders can be eliminated, and the calculation burden can be further reduced.
[0020]
【The invention's effect】
As described above, according to the FFT apparatus of the first aspect of the present invention, since each arithmetic stage is provided with a delay element and connected in a pipeline, each arithmetic stage sequentially performs a butterfly calculation every time one sampling value is input. To obtain the calculation result from the final calculation stage. That is, the calculation result is always obtained in real time.
[0021]
According to the FFT apparatus of the second aspect of the present invention, the processing load on the butterfly computing unit is reduced by half by omitting the higher-order half butterfly computation in the butterfly computing unit of the final computation stage.
[0022]
According to the invention of the power harmonic detection device of claim 3, since the FFT device and the scalar calculator are provided, the power spectrum of the harmonic can be obtained in real time for every sampling.
[0023]
According to the power harmonic detection device of the fourth aspect of the present invention, it is provided with the FFT device, the phase angle calculator, and the vector correction means, so that the harmonics of the phase based on the fundamental wave in real time for every sampling. A vector is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of an FFT apparatus according to claims 1 and 2 of the present invention;
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an operation of a modified butterfly calculation unit in FIG. 1;
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a relationship of calculation timings in FIG. 1;
FIG. 4 is a power system diagram showing an installation position of an embodiment of the power harmonic detection device according to the third and fourth aspects of the invention.
5 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a power harmonic detection device according to the invention of claim 3. FIG.
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a power harmonic detection device according to the invention of claim 4;
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a calculation procedure in a conventional FFT.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a butterfly operation in a conventional FFT.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Signal line 12 Delay element 13 Butterfly calculation part 21 Data bus 22 Delay element 23 Butterfly calculation part 31 Data bus 52 Delay element 53 Deformation butterfly calculation part 61 Electric power system bus (power transmission line)
62 Power transformer 63 Instrument transformer (PT)
64 Current Transformer for Instrument (CT)
65 Generator (or phase adjusting equipment)
66 Voltage / Current Detection Device 67 Voltage / Current Spectrum Data 68 Control Device 69 Control Command 71 Anti-Aliasing Filter 72 A / D Converter 73 Sampling Timer 74 Continuous FFT
75 Output value sequence 76 Scalar computing unit 81 Anti-aliasing filter 82 A / D converter 83 Sampling timer 84 Continuous FFT
85 Output value string 86 Reference phase angle calculator 87 Phase angle corrector

Claims (4)

サンプリング数を2N個、演算ステージの順番をn(nは1からNまでの整数)とし、
前段から送られた2n-1個の信号値を2N-n回保持してから出力する遅れ要素と前段から送られた2n-1個の信号値に遅れ要素から出力された2n-1個の信号値を組み合わせてn組のバタフライ演算を実行するバタフライ演算部とからそれぞれ構成されたN段の演算ステージを順にパイプライン接続し、
先頭の演算ステージにサンプリング値が1個入力されるごとに各演算ステージが順にバタフライ演算を実行しその演算結果を後段へ送ることにより最終演算ステージから2N個の演算結果を出力することを特徴としたFFT装置。
Sampling number is 2 N , and the order of operation stages is n (n is an integer from 1 to N)
2 n-1 signal values sent from the previous stage are output after being held 2 Nn times, and 2 n-1 signal values sent from the previous stage are output from the delay element to 2 n-1 N stages of operation stages each composed of a butterfly operation unit that executes n butterfly operations by combining the signal values are sequentially pipelined,
Each time one sampling value is input to the first computation stage, each computation stage sequentially performs butterfly computation and sends the computation results to the subsequent stage, thereby outputting 2 N computation results from the final computation stage. FFT device.
請求項1記載のFFT装置において、最終演算ステージのバタフライ演算部を、高次側の2N-1個の演算結果を算出するための演算を省略した変形バタフライ演算部としたことを特徴とするFFT装置。2. The FFT apparatus according to claim 1, wherein the butterfly operation unit of the final operation stage is a modified butterfly operation unit in which an operation for calculating 2 N-1 operation results on the higher order side is omitted. FFT device. アンチエリアジングフィルタを介して入力された電力系統の交流電圧または交流電流を一定周期でサンプリングする手段と、
サンプリングされた交流電圧または交流電流の値がサンプリングのタイミングごとに入力される請求項1または請求項2記載のFFT装置と、
FFT装置より出力された基本波ベクトルおよび高調波ベクトルの実部と虚部とからスカラー量を算出して基本波および高調波のパワースペクトルを出力するスカラー演算器と、
を備えたことを特徴とする電力用高調波検出装置。
Means for sampling the AC voltage or AC current of the power system input through the anti-aliasing filter at a constant period;
The FFT apparatus according to claim 1 or 2, wherein a sampled AC voltage or AC current value is input at each sampling timing;
A scalar calculator that calculates a scalar quantity from the real part and imaginary part of the fundamental wave vector and the harmonic vector output from the FFT apparatus and outputs the power spectrum of the fundamental wave and the harmonic wave;
A power harmonic detection device comprising:
アンチエリアジングフィルタを介して入力された電力系統の交流電圧または交流電流を一定周期でサンプリングする手段と、
サンプリングされた交流電圧または交流電流の値がサンプリングのタイミングごとに入力される請求項1または請求項2記載のFFT装置と、
FFT装置より出力された基本波のベクトルから基本波の位相を算出する位相角演算器と、
位相角演算器が算出した基本波位相を用いてFFT装置より出力された高調波ベクトルを基本波を基準とした位相のベクトルに補正する手段と、
を備えたことを特徴とする電力用高調波検出装置。
Means for sampling the AC voltage or AC current of the power system input through the anti-aliasing filter at a constant period;
The FFT apparatus according to claim 1 or 2, wherein a sampled AC voltage or AC current value is input at each sampling timing;
A phase angle calculator that calculates the phase of the fundamental wave from the vector of the fundamental wave output from the FFT device;
Means for correcting a harmonic vector output from the FFT device to a phase vector based on the fundamental wave using the fundamental wave phase calculated by the phase angle calculator;
A power harmonic detection device comprising:
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