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電源周波数変動の分析、周波数の低下は正時頃が多い

◆まえがき
電源周波数を Ambient に記録し始めてから約2ケ月経ちました。これまでに、大きな周波数変化が記録されたことは無いのですが、今回ちょっとした特徴を見つけたのでその内容を紹介したいと思います。

・電源周波数監視セット
電源周波数監視ツール
これを使って24時間監視を行っています。

◆気付き
電源周波数が一定値(現在の設定値は49.875Hz)以下になると、LINEにアラームを送る仕掛けになっています。その通知を見ていて、あることに気付きました。

・LINEのアラームとその時刻
LINEへの通知
電源周波数が下がると、LINEにこんな通知が届くようになっています。

この例では 1:00、14:00、3:58 の3回アラームが発生していますが、いずれも時刻は毎正時頃、つまり xx時00分付近に集まっています。なお、この例はちょっと極端で、いつもこんなふうに全部が揃っているわけではありません。
あと、xx時30分もアラームが発生し易い時刻みたいな感じす。

つまり、電源周波数の低下が起こりやすい時刻が存在しているようです。こういうデーターを見ると、それが本当なのかきちんと調べたくなります。幸いデーターは Ambient に保存されています。

◆過去のデーターを調べる
Ambient のグラフから電源周波数が49.875Hz以下になった時刻を調べました。

・周波数が低下した時刻を調べる
Ambientのグラフから値を読み取る
グラフの該当ポイントにカーソルを当てると周波数と時刻が表示されるので、その値を転記していきました。なお、調査期間は3月1日から4月30日までの2ケ月間です。

この期間に、周波数が49.875Hz以下になったのは141回ありました。

◆1日の時間帯別分析
周波数が下がった時刻とその周波数の値をプロットしたのが次のグラフです。

・時刻と周波数
時間帯別プロット
一番周波数が下がった時の値は49.79Hzで、時刻は7:30頃だったことが判ります。(正確には4月13日 7:31:59)

このグラフを見ると6:00から17:00はプロットが多く、周波数低下の頻度が高かったことが判ります。詳しく見るために、同じデータを1時間毎のヒストグラムで見てみます。

・時間帯(1時間)別の発生頻度
時間帯別頻度
8:00と9:00の頻度が高くなっています。消費電力が増加する時間帯なので変動も大きくなるのでしょう。

一方で、深夜の3時から5時と、夕方の18:00から22:00までの間は頻度が低くなっています。負荷が少ない時や減少していく時は、制御が楽なんでしょう。

◆1時間の変化
うまい日本語が見つからないのですが、上と同じデーターを時刻で00分から59分までの範囲でプロットしたのが次のグラフです。

60分プロット
0分と30分付近にプロットが多いことが判ります。比較し易いように5分ごとのヒストグラムで見てみます。

分別分析
0-5分の頻度が高い、つまり正時付近で周波数が低下する頻度が高いということになります。これは、最初の方に書いたLINEの通知時刻に偏りがある気がする、という印象の客観的な証拠になります。

あと、15-20分、30-35分の頻度も高いです。(45-50分も?)

このような傾向になるのは、電力周波数の調整というか発電所(発電機)の負荷の乗せ替えが、こういうタイミングで行われているということではないかと思います。

◆全データーの比較
ここまでの分析は周波数が下がったポイントのデータ、つまり141ポイントのデータで分析しました。元データーは30秒間隔で3か月分あるので、それを全部使ったらどういう世界が見えるのかやってみました。なお、Ambient に記録したデーターはオーナーなら csv 形式でダウンロード可能です。

・ダウンロードしたデーターを加工
ログの分析
EXCEL 時刻への変換などの前処理を行います。

・2ケ月間の時刻別周波数プロット
24時間散布図
グラフ下側にヒゲ状に延びるプロットの多くが、1時間の目盛線と一致しています。これは、ここまでの分析結果と一致しています。

6:00から18:00の期間は、プロットの上下の幅が太くなっていて、周波数の変化が大きかったことを示しています。一方で、19:00から21:00と、2:00から5:00の期間は幅が少し狭くなっているので、周波数の変化が少ないようです。

残念ながら、このグラフは点の重なり具合がうまく表現できておらず、中心部はベタに塗りつぶされています。ひょっとしたらこの中に何か情報が隠されているのかも知れません。実は、そのあたりの解明を目指し、Rのグラフでいろいろ作図を試みたのですが、思わしい結果は得られませんでした。

◆まとめ
商用電源の周波数の変化にこういう傾向があるとは知りませんでした。電力の供給にいろいろ苦労されている様子を垣間見た気がします。一方で、これだけはっきりとした特徴がいつも見えるのなら、もう少しうまく処理することは出来ないものだろうか、という気もします。

3相モーターを使った設備で、もし正時に同期したタイミングで何か不具合が発生していたら、電源周波数変動の影響を疑っても良いかも知れません。逆に言うと、そういう傾向が認められなければ、電源周波数変動の影響は受けていないと考えても良さそうです。(電力事故などによる大きな周波数低下の影響は別です)

ところで、電力は電力会社の商品ですが、この記事の調査期間のその価値はたぶん1兆円以上になると思います(東電と東北電力の売上高の2か月分)。そんなことで、「こんな高価な商品を、汚い手でべたべたと触るんじゃないよ!」とか言われそうです。でも、こっちがお金を出して買ったんだから、何をしても勝手ではあります。
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