CN102714406B - 控制系统、变量器、保护控制装置以及比特流存储部 - Google Patents

Abstract

导入来自电力系统的模拟电量并将其转换为数字量的模拟／数字转换部（2）Δ∑调制器（22），该Δ∑调制器（22）以规定的调制频率对来自电力系统的模拟电量进行采样，输出进行Δ∑调制而获得的1比特的随时间变化的比特流；进行与电力系统的状态有关的保护控制运算的数字运算处理部（3）具有：多个数字滤波器（23），输入来自所述Δ∑调制器（22）的比特流，且频率特性根据保护控制运算的种类而不同；以及一个或者多个运算处理要素（24），连接于各个数字滤波器（23），并基于来自数字滤波器的比特流，进行与保护控制有关的不同种类的保护控制运算处理。

Description

控制系统、变量器、保护控制装置以及比特流存储部

技术领域

本发明的实施方式涉及将电力系统的模拟电量转换为数字量并进行规定的运算以进行电力系统的控制的控制系统、以及该控制系统所配备的变量器、保护控制装置以及比特流存储部。

背景技术

作为控制系统的例子，已知有数字型保护控制装置、NCT（Network ComputingTerminal：网络计算终端）、电力质量计测装置等。一般是，电力系统的保护控制在数字型保护控制装置中进行。数字型保护控制装置输入每时每刻都在变动的电力系统的状态量，把握构成电力系统的多个设备机器的变动状态或对该多个设备机器产生的事故等异常情况，进行稳定化控制或系统保护控制。特别是，近年来，数字型保护控制装置采用装载了高速处理微处理器或大容量存储器等具有高性能的电子设备的装置，以谋求高功能化。

作为数字型保护控制装置，主要根据针对电力系统的保护控制内容来开发各种装置，并应用于电力系统的需要的地方。具体地说，通过检测电力系统的各设备机器（输电线、变压器等）所产生的事故（系统事故）并将事故产生部分从电力系统中切除，从而还设置有保护电力系统的数字继电器、以及进行系统的连接构成等的控制的监视控制装置。

在这些数字型保护控制装置中，均是输入电力系统的电流/电压的模拟的状态量，基于利用模拟/数字转换（以下记作A／D转换）转换为数字值后的状态量进行各种数字运算处理。作为输入模拟输入量进行各种运算的系统，除这些之外，还设置有高精度地标定输电线上的事故点（故障点）的位置的故障点标定装置（fault locator，故障定位器）、进行事故产生时的扰乱记录等的系统解析装置（示波装置）、与高次谐波、瞬低（电压的瞬间的降低）等电力质量有关的计测装置等各种装置。

以下，作为数字型保护控制装置，以进行针对电力系统的保护继电器动作的数字继电器为例子进行说明。图55是表示作为以往的数字型保护控制装置的一个例子的以往的多输入用的数字继电器的基本构成的构成图。根据图55，数字继电器1具备：模拟·数字转换部2，从成为保护控制对象的电力系统，获取电流、电压等许多模拟状态量（电量）A-1～A-n并将其转换为数字数据；数字运算处理部3，基于由该模拟·数字转换部2数字化后的状态数据，进行保护控制运算；输入输出接口部（I／O）4，进行和与断路器或保护继电器等电力系统保护控制机器（保护控制机器）的数据输入输出有关的接口处理；以及LED等显示器14，用于显示电量数据或保护控制机器的动作。

该数字继电器1的各构成要素（模拟·数字转换部2、数字运算处理部3以及输入输出接口部4、显示器14）以相互能进行数据发送接收的方式经由总线5相互连接。

模拟·数字转换部2具备：与输入的电量（A-1～A-n）的数目对应的n个无用频率成分除去用的模拟滤波器6-1～6-n、与这些各模拟滤波器6-1～6-n对应的采样用的采样保持电路7-1～7-n、选择输出用的多路复用器8、以及A／D转换用的A／D转换器9。

此外，数字运算处理部3由计算机电路构成。即，数字运算处理部3具备保护控制运算处理执行用的CPU10、用于暂时保存电量数据或CPU10的处理时的数据的随机访问存储器（RAM）11、以及保护控制的处理顺序（程序）保存用的读出专用存储器（ROM）12和用于可重写地存储调整值的非易失性存储器（EEPROM）13。此外，显示器14由LED等构成，通过CPU10的处理显示RAM11中保存的电量数据或断路器等保护控制机器的动作。

根据这样构成的数字继电器1，从电力系统并列地获取的n个电量A-1～A-n，经由模拟滤波器6-1～6-n送到分别除去了无用的频率成分（基波以外的高次谐波成分、直流的量等）后的采样保持电路7-1～7-n，按预先确定的时间间隔（周期）作为状态值（瞬时值）分别进行采样。

由采样保持电路7-1～7-n分别采样的瞬时值，经由多路复用器8从单一的输出端依次有选择地被输出并送到A／D转换器9。而且，被送到A／D转换器9的瞬时值，在经由该A／D转换器9转换为数字化的电量数据之后，经由总线5依次输出到数字运算处理部3。依次输出到数字运算处理部3的电量数据，通过基于存储在ROM12中的保护控制程序的CPU10的读入处理，被依次转送到RAM11并被暂时储存起来。

而且，基于储存在该RAM11中的电量数据、存储在EEPROM13中的保护继电器动作的调整值以及经由输入输出接口部4获取的断路器等的外部机器的触点信息等，通过CPU10执行按照存储在ROM12中的保护控制程序的保护控制运算处理（例如，数字滤波器环形处理、振幅值运算处理、实效值运算处理、相位差运算处理以及基于调整值的动作判定处理等）。

CPU10的通过上述的保护控制运算处理得到的结果，通过CPU10的处理例如作为向断路器等外部机器（保护控制机器）的断开指令（跳闸指令）或接入指令等保护控制动作指令，经由输入输出接口部4向断路器等的保护控制机器输出，执行电力系统保护控制动作｛断开动作/接入动作（触点开闭动作）等｝。

此外，存储在RAM11中的电量数据，通过CPU10的显示处理经由显示器14显示为电量。另外，在数字继电器以外的具有其他保护控制功能的数字型保护控制装置中，也是保护控制运算处理或保护控制内容具有与不同的上述数字继电器1大致同等的构成，进行同样的动作处理。

近年来，伴随电力需要的增大的电力系统的设备机器进行广域化/分散化，用于控制分散到这样的广域中的电力系统的设备机器的电力站等控制站以及设置在该控制站的数字型保护控制装置的个数也增大了。

另一方面，图56是将数字保护控制装置（数字继电器）配置到电力系统的输电线、母线等设备机器时的构成图。在图2中电力系统由单线结线图示出。如图56所示那样，在电力系统15的输电线16A、16B中，分别配设有输电线保护继电器1A、1B，该输电线保护继电器1A、1B通过仪器用变流器18A或仪器用变压器18B等变量器输入这些输电线16A、16B或母线17中流过的状态量（电力量，例如电流或电压），通过基于该输入的状态量进行上述的保护控制处理使断路器19A、19B进行保护动作，从而对输电线16A、16B进行保护。

同样地，配设有使断路器19A～19C进行保护动作并从输电线16A～16C中切除电力系统15的母线17以对该母线17进行保护的母线保护继电器1C，进而，配设有变压器保护继电器1D，该变压器保护继电器1D经由仪器用变流器18A、18A输入电力系统15的变压器20的上游侧以及下游侧流过的状态量，基于输入的状态量，使断路器19C、19D进行保护动作，对变压器20进行保护。

图57是向各个数字型保护控制装置的电力系统的电量（电压、电流等）的输入部的一个例子的构成图。如图57所示那样，例如，利用仪器用变压器18B对作为电力系统的电量的电压进行检测，利用多个数字型保护控制装置101分别独立地输入由该共用的一个仪器用变压器18B检测的电力系统的相同部位的电量。在数字型保护控制装置101中，除了保护继电器之外，还有监视控制装置、故障点标定装置、高次谐波计测装置等，各个数字型保护控制装置101分别利用模拟·数字转换部2输入由仪器用变压器18B检测的电量，在数字运算处理部3，进行继电器运算、监视控制运算、故障点评定运算、高频计测运算等。

在监视控制装置、故障点标定装置、系统解析装置中，在电力系统的事故产生时等记录系统的电压电流的波形，通过事故现象的详细解析而用在保护继电器方式的研究等中。最近还进行了通过GPS同步在广域多地点收集同步计测的信息且遍及系统的宽范围的现象的计测。另外，虽然在图57中示出了输入电力系统的电压的例子，但也会输入电流。

这样，对于各数字型保护控制装置，分别设置了专用的模拟·数字转换部2，这是因为：各个数字型保护控制装置的各保护控制对象（各用途）中的运算所需的模拟信息的范围（输入最大定标（full scale）、频带等）或需要的动作速度等不同，需要将构成模拟·数字转换部2的A／D转换器9或模拟滤波器6等设计为最佳的器件。

在此，对于作为有关电力质量的计测装置的高次谐波计测装置，有如下的装置：通过对从电力系统的CT（仪器用变流器）、PT（仪器用变压器）输入的电流、电压进行A／D转换，从而进行高次谐波计测，对A／D转换的前置模拟滤波器，使用能使成为对象的高次谐波区域通过的频率特性的滤波器（例如，日本特开2002-345172号公报）。

但是，由于在以往的数字型保护控制装置中，利用各个数字型保护控制装置分别独立地输入电力系统的相同部位的电量，由各个专用的模拟·数字转换部2进行输入处理，所以在应用新的数字型保护控制装置的情况下，需要每次进行新的模拟·数字转换部2的开发和设置。因此，会产生应用上的限制，还会产生经济性的恶化。此外，在分别独立地设置的模拟·数字转换部2中也有性能上的极限，还会产生应用面上的制约。

通过各个数字型保护控制装置的各保护控制对象（各用途），在模拟·数字转换部2的要求的性能例如如以下那样。

（1）保护继电器：大的最大定标，高速且稳定的响应

（2）监视控制：额定附近的高计测精度

（3）事故波形记录：高速采样，大的最大定标

（4）高次谐波计测或瞬低：高速采样

即，在保护继电器中，需要从系统事故产生的瞬间起在短时间内对电流电压进行测定，进行事故判定，并进行对断路器的指令，此外，为了对事故产生时的电流电压进行测定，需要大的信号最大定标（保护控制装置的输入为几100A以上）。作为保护继电器的A／D转换，一般使用采样频率为几百～几kHz前后、分辨率12～14比特前后的逐次比较型A／D转换器。例如，为了使继电器的动作值误差为5％以下，一般是需要继电器的检测灵敏度确保40dig以上的位数（digit number）。在12比特A／D转换器的情况下，1LSB为最大定标的1／2048，在这种情况下，为了实现例如100A的检测灵敏度，最大定标值需要为约5000A。另外，在当前保护主干系统的最新的保护继电器中，使用16比特分辨率的A／D转换器，但包含噪声等在内实质能使用的分辨率为14比特左右。

这样，在保护继电器的情况下，需要进行根据能使用的A／D转换器的分辨率获得需要的精度那样的设计。模拟滤波器6为了防止A／D转换的折回误差而需要采样频率的足够的衰减，在采样频率低的情况下，需要特别陡峭的衰减特性。此外在过渡响应中还需要注意的设计。为了获得稳定的特性而需要对电阻、电容器等使用高精度的元件。

接下来，在监视控制装置中，需要高精度地测定常时的额定（5A或者1A）附近的电流/电压，目标是测定误差在0.1％以内。因此一般是，使用与保护继电器不同的专用的最大定标的输入。此外，对于故障点标定系统（fault locator），也有附属于保护继电器并利用与保护继电器相同的模拟输入的情形。

系统解析系统记录系统的故障现象等，使用在新的保护继电器方式或系统运用的研究等中，也有时内置于保护继电器中，但进行包含至高频率的详细的观测，就需要依次设置专用的。此外为了把握电力系统的现象，优选能设置在宽范围的多地点。作为有关电力质量的装置，在高次谐波计测装置中，需要进行高频率的测定，谋求直至40次（基波的40倍的频率）以上的测定，在瞬停的检测中也需要高采样频率，使用比保护继电器更高数目的10kHz以上的采样频率。

如此所示，由于在电力系统中设置了专属于各种数字型保护控制装置的模拟·数字转换部2，所以在应用新的数字型保护控制装置的情况下，需要每次进行新的模拟·数字转换部2的开发和设置。因此，会产生应用上的限制，还会产生经济性的恶化。此外，还在分别独立地设置的模拟·数字转换部2中有性能上的极限，还会产生系统应用面上的制约。

发明内容

由此，希望有如下的技术上的提示：能够精度良好地容易获得可应用于各种数字运算处理的A／D转换数据。

根据本发明的一方案，提供一种控制系统，其具备导入来自电力系统的模拟电量并将其转换为数字量的模拟／数字转换部、以及使用所述数字量进行与电力系统的状态有关的保护控制运算的数字运算处理部，其中，所述模拟／数字转换部具有Δ∑调制器，该Δ∑调制器以规定的调制频率对来自电力系统的模拟电量进行采样，输出进行Δ∑调制获得的1比特的随时间变化的比特流，所述数字运算处理部具备：一个或者多个数字滤波器，输入来自所述Δ∑调制器的比特流，且频率特性根据保护控制运算的种类而不同；以及一个或者多个运算处理要素，连接于各个数字滤波器，并基于来自所述数字滤波器的比特流，进行与保护控制有关的不同种类的保护控制运算处理。

附图说明

图1是本发明的实施方式的数字型保护控制装置的实施例1的构成图。

图2是表示本发明的实施例1中的比特流存储部的一个例子的构成图。

图3是表示本发明的实施例1中的比特流的记录处理的处理内容的一个例子的流程图。

图4A是表示本发明的实施方式中的Δ∑调制器的一个例子的构成图。

图4B是表示本发明的实施方式中的Δ∑调制器的一个例子的构成图。

图5是表示本发明的实施方式中的Δ∑调制器的动作波形的一个例子的波形图。

图6是表示本发明的实施方式中的Δ∑调制器的输出数据的频谱的一个例子的波形图。

图7是表示以往用于保护控制的用途的逐次比较型的A／D转换器的输出数据的频谱的一个例子的波形图。

图8是表示将作为本发明的实施方式中的数字滤波器使用抽取（decimation）滤波器的情况下的抽取滤波器的截止频率设为fc的情况下的波形的一个例子的波形图。

图9是以往的逐次比较型的A／D转换器的输出数据的噪声的说明图。

图10是将本发明的实施方式的数字型保护控制装置应用于输电线的情况下的构成图。

图11是以往的模拟·数字转换部和数字滤波器的构成图。

图12是图11所示的以往的模拟·数字转换部的模拟LPF的输入输出信号的信号频谱图。

图13是表示数字滤波器23的例2的构成图。

图14是图13所示的例1的数字滤波器23的波形图。

图15是表示数字滤波器的例2的构成图。

图16是表示数字滤波器的例3的构成图。

图17是表示FIR滤波器的一个例子的框图。

图18是图16所示的例3的数字滤波器23的波形图。

图19是表示数字滤波器的例4的构成图。

图20是表示比特流数字滤波器的一个例子的构成图。

图21是图19所示的例4的数字滤波器的波形图。

图22是表示数字滤波器的例5的构成图。

图23是本发明的实施方式的数字型保护控制装置的实施例2的构成图。

图24是本发明的实施方式的数字型保护控制装置的实施例3的构成图。

图25是利用本发明的实施例3中的数字型保护控制装置的传输信号的说明图。

图26是本发明的实施方式的数字型保护控制装置的实施例4的构成图。

图27是本发明的实施方式的数字型保护控制装置的实施例5的构成图。

图28是用于设置发送来自本发明的实施例5中的Δ∑调制器的比特流时的划分的说明图。

图29是来自本发明的实施例5中的Δ∑调制器的比特流的发送格式的说明图。

图30是来自本发明的实施例5中的Δ∑调制器的比特流的在接收侧的接收帧的说明图。

图31是用于在本发明的实施例5中的接收侧对来自Δ∑调制器的比特流进行复原的复原处理部的构成图。

图32是本发明的实施方式的数字型保护控制装置的实施例6中的模拟·数字转换部的构成图。

图33是本发明的实施方式的数字型保护控制装置的实施例7的构成图。

图34是表示本发明的实施例7中的数据合并部的一个例子的构成图。

图35是根据来自本发明的实施例7中的多个Δ∑调制器的比特流而制作的发送帧的说明图。

图36是来自本发明的实施例7中的多个Δ∑调制器的比特流的合并的方法的一个例子的说明图。

图37是本发明的实施方式的数字型保护控制装置的实施例8的增益/相位修正部的构成图。

图38是表示图37的比特流系数乘法器的一个例子的电路图。

图39是使用本发明的实施方式中的模拟·数字转换部以及数字运算处理部来形成差动继电器的一个例子的构成图。

图40是针对在使用本发明的实施方式中的模拟·数字转换部的情况下的变电站间的输电线事故的差动保护继电方式的说明图。

图41是表示差动保护继电方式的动作特性的特性图。

图42是本发明的实施方式的数字型保护控制装置的实施例9的构成图。

图43是本发明的实施方式的数字型保护控制装置的实施例10的构成图。

图44是本发明的实施方式中的Δ∑调制器的反馈环路未跨传输线路的情况下的Δ∑调制器的构成图。

图45是本发明的实施方式中的Δ∑调制器的反馈环路未跨传输线路的情况下的Δ∑调制器的输入信号Si以及数字滤波器的输出So的波形图。

图46是本发明的实施方式中的Δ∑调制器的反馈环路跨传输线路的情况下的Δ∑调制器的构成图。

图47是本发明的实施方式中的Δ∑调制器的反馈环路跨传输线路的情况下的Δ∑调制器的输入信号Si以及数字滤波器的输出So的波形图。

图48是本发明的实施方式的数字型保护控制装置的实施例11的构成图。

图49是本发明的实施例11中的时刻附加单元的构成图。

图50是输入来自本发明的实施例11中的时刻附加单元的信号时的Δ∑调制器的各部的信号的波形图。

图51A是本发明的实施例11中的Δ∑调制器22的输入信号Si和数字滤波器的输出信号So的原数据的波形图。

图51B是使本发明的实施例11中的Δ∑调制器的比特流的一部分数据变化时的Δ∑调制器22的输入信号Si和数字滤波器的输出信号So的波形图。

图51C是使本发明的实施例11中的Δ∑调制器的比特流的一部分数据变化时的Δ∑调制器22的输入信号Si和数字滤波器的输出信号So的波形图。

图52是作为数字滤波器使用32次移动平均的抽取滤波器的情况下的数据错误的影响的说明图。

图53是使用逐次比较A／D转换器的情况下的数据错误的影响的说明图。

图54是将本发明的实施方式中的模拟·数字转换部设置在变电站中的情况下的数据错误的影响的说明图。

图55是表示作为以往的数字型保护控制装置的一个例子的数字继电器的一个例子的构成图。

图56是将数字保护控制装置（数字继电器）配置到电力系统的输电线或母线等的设备机器时的构成图。

图57是向各个数字型保护控制装置的电力系统的电量（电压、电流等）的输入部的一个例子的构成图。

具体实施方式

在以下说明的实施方式中，虽然作为控制系统的一个例子，例示了进行电力系统的保护控制的“数字型保护控制装置”（进行针对电力系统的保护继电器动作的数字继电器等），但本发明不是仅限定于该“数字型保护控制装置”，可以还应用于其它种类的控制系统，例如“NCT”或“电力质量计测装置”。

以下，对本发明的实施方式进行说明。图1是本发明的实施方式的数字型保护控制装置的实施例1的构成图。数字型保护控制装置101包括模拟·数字转换部2、数字运算处理部3和比特流存储部21。

另外，模拟·数字转换部2也可以作为具有该模拟·数字转换部2的“变量器”（CT、PT等）来实现。此外，数字运算处理部3也可作为具有该数字运算处理部3的“保护控制装置”来实现。

模拟·数字转换部2具有模拟滤波器30以及Δ∑调制器22，Δ∑调制器22经由模拟滤波器30输入由省略图示的变量器检测的来自电力系统的模拟电量，例如，电压V或电流I，以规定的调制频率进行采样，输出进行Δ∑调制而获得的1比特的随时间变化的1比特流。

数字运算处理部3具有一个或者多个数字滤波器23以及一个或者多个运算处理要素24，各个数字滤波器23输入来自Δ∑调制器22的1比特流，并根据保护控制运算的种类将频率特性不同的1比特流输出到运算处理要素24。在图1中，具有多个数字滤波器23以及多个运算处理要素24，示出了对一个数字滤波器23设有一个运算处理要素24的情况。运算处理要素24基于来自各个数字滤波器23的1比特流，进行有关保护控制的不同种类的保护控制运算处理。在图1中，示出了将作为各个应用程序的运算处理要素24使用在保护、计测、示波、高次谐波计测、瞬低检测等中的一个例子。

此外，比特流存储部21具有硬盘或者闪存，在规定的条件成立了的情况下，例如，在成为预先设定的时刻时，或者以数字运算处理部3检测到电力系统的事故产生为条件，对来自Δ∑调制器22的1比特流进行记录。

图2是表示比特流存储部21的一个例子的构成图。来自Δ∑调制器22的比特流暂时记录在环形缓冲器44，记录在环形缓冲器44中的比特流记录在硬盘45中。比特流的记录通过来自外部的条件来进行记录。例如，在产生电力系统的事故的情况下开始比特流的记录，或若成为预先设定的规定的时刻则开始比特流的记录。CPU46始终监视比特流的记录条件是否成立，在比特流的记录条件成立时，对控制部47发送开始信号。

从Δ∑调制器22向环形缓冲器44的比特流的记录更新始终实施，始终记录过去一定期间的比特流。

控制部47当接收开始信号时，开始表示其以后应从Δ∑调制器22记录到环形缓冲器44的比特流的数目的比特流的记录，并且，在计数器48中设定应计数的比特流的计数设定值。计数器48对从Δ∑调制器22记录到环形缓冲器44的比特流的数目进行计数，当成为计数设定值时，对控制部47通知该内容。控制部47当从Δ∑调制器22记录到环形缓冲器44的比特流的数目成为计数器48中设定的计数设定值时，停止向环形缓冲器44的记录。通过使计数设定值小于环形缓冲器44能记录的比特流的数目，从而也能对接收开始信号以前的比特流进行记录保持。

此外，记录在环形缓冲器44中的比特流，通过来自CPU46的指令而记录在硬盘45中。此外，通信接口49接收来自外部的记录条件的指令，或将记录在硬盘45中的比特流发送到省略图示的网络。通信接口49由CPU46控制。虽然在以上的说明中，对使用硬盘45的情况进行了说明，但也可以代替硬盘45而使用闪存，还可以使用硬盘45以及闪存。

保存在比特流存储部21的硬盘或者闪存中的比特流，利用通信接口49通过网络，发送到连接于网络的终端装置。由此，能通过终端装置上的程序离线地进行故障点评定运算、事故波形显示运算、高次谐波计测运算、瞬停检测等保护控制运算。

图3是表示比特流的记录处理的处理内容的一个例子的流程图。CPU46始终监视记录条件是否成立，当记录条件成立时，将开始信号输出到控制部47。控制部47判定是否有开始信号（S1），当有开始信号时，将环形缓冲器44的终点的计数设定值设定到计数器48中（S2），将比特流记录到环形缓冲器44中（S3），使计数数加1（S4）。然后，判定计数数是否成为了计数设定值（S5），在计数数不是计数设定值的情况下，返回到步骤S3。另一方面，在计数数成为了计数设定值时，向CPU46通知记录完毕（S6），并返回到步骤S1。

由此，能在不使以最高的速度·分辨率采样了电力系统的状态的原信息恶化的情况下进行保存，能有助于之后的离线的分析。另外，在无需之后的离线的分析的情况下，不一定需要设置比特流存储部21。此外，作为比特流存储部21的设置部位，可以独立设置，也可以设置在模拟·数字转换部2内或数字运算处理部3内。

接下来，本发明中，作为模拟·数字转换部2的方式，是如下这样的方式：通过在不有损来自可获得高精度·宽频带的信息的Δ∑调制器22的信息的情况下进行传递，对作为应用程序侧的运算处理要素24所需的信息进行提取，从而能进行有效的信息的取得，能进行模拟·数字转换部2的共用化。即，来自电力系统的系统电量（例如，电压V或电流I）导入到Δ∑调制器22中，以规定的动作频率（调制频率或者过采样频率）进行从模拟量向1比特的数字量的Δ∑调制。以下，将该1比特的数字量称为1比特流。

接下来，该1比特流通过数字运算处理部3的数字滤波器23进行高频成分的除去，并且将其转换为多比特的数据，以规定的频率对数据进行间隔剔除（間引き），并将其作为数字运算处理部3的运算处理要素24的运算中所需的采样频率（比调制频率低的频率，称为最终采样频率）的多比特的A／D转换数据进行输出。此时的数字滤波器23称为抽取滤波器。在数字运算处理部3的运算处理要素24中，基于多比特的A／D转换数据，进行有关电力系统的状态的运算（在系统中流动的电压·电流的计算、系统事故产生有无的判定等）。

作为这样构成的情况下的作用效果，S／N最高，通过将包含利用还能进行宽频带的A／D转换的Δ∑调制器采样的信息的比特流以原信息的状态直接传递到各种数字运算处理部中，从而能利用各种应用程序提取需要的采样速度、分辨率的数据。

Δ∑调制是现存的A／D变化方式中可获得最高精度的信息的方式，此外还能做出宽频带化推进并具有GHz以上的调制频率的方式。作为其他A／D转换方式，以往，在该领域广泛使用的逐次比较型A／D转换中能进行较高速的A／D转换，但因内部电容器阵列的制造误差，即使进行平均化也有精度的极限。因此，为了获得高精度·宽频带的A／D转换数据，优选使用Δ∑调制。

在Δ∑调制中，可获得脉冲密度调制后的1比特的调制输出（虽然也有多比特输出的，但在此处理1比特输出的）。一般是在作为Δ∑型A／D转换器的Δ∑调制中，输出以低速采样间隔剔除了通过抽取滤波器对1比特的调制输出进行多比特化后的调制输出。另一方面，在未进行间隔剔除的原来的1比特调制输出中包含宽频带的原信息，考虑了会利用在各种用途中。另外，在加装了一般的抽取滤波器的A／D转换器的情况下，舍弃高频的信息，但一度舍弃的频带的数据无法进行复活。

接下来，对Δ∑调制器22的基本动作进行说明。图4A以及图4B是表示Δ∑调制器22的例子的构成图，图4A表示1次Δ∑调制器，图4B表示2次Δ∑调制器。在图4A中，输入到1次Δ∑调制器中的模拟信号，利用加法器26对与根据前次的比较结果的来自1比特D／A转换器25的反馈信号的差分进行运算，通过积分器27进行利用比较器28的比较，输出1比特的数字信号。输出的比特流在由延迟器29加入了延迟后，通过1比特D／A转换器25转换为模拟量，再次利用加法器26取得与模拟输入的差分，并将该差分输入到积分器27中。在图4B中，在2次Δ∑调制器的情况下，对图4A所示的1次Δ∑调制器，在前级追加设置加法器26a和积分器27a。进而，还能在前级追加加法器26和积分器27，也能进行n次的n次Δ∑调制器等构成。

图5是表示Δ∑调制器22的动作波形的一个例子的波形图。在1比特的Δ∑调制器22的情况下，输出数据通过Δ∑调制器22的动作频率变为高、低，用1比特的2值数字量表示。在输入信号大的情况下，Δ∑调制器22的输出的成为高的期间变长，在输入信号小的情况下，输出成为低的期间变长。图5示出输入正弦波信号的情况下的Δ∑调制器22的输出。

图6是表示Δ∑调制器22的输出数据的频谱的一个例子的波形图。fos是Δ∑调制器22的动作频率（过采样频率），与输出数据的周期相等，因此频谱以fos／2（奈奎斯特频率）为边界成左右对称。因此，在图6中仅示出比fos／2低的频率的频谱。

另一方面，图7是表示以往在保护控制的用途中使用的逐次比较型的A／D转换器的输出数据的频谱的一个例子的波形图。fs是A／D转换器的采样频率，频谱以fs／2（奈奎斯特频率）为边界成左右对称。因此，在图7中仅示出比fs／2低的频率的频谱。

如图6以及图7所示那样，Δ∑调制器22的过采样频率fos能成为与逐次比较型的A／D转换器的采样频率fs相比较高的频率，在Δ∑调制的情况下，能获得在现状中以几百MHz以上采样的信息。因此，能获得能应用到保护控制的所有用途中的宽频带的数据。作为需要宽频带的数据的用途，可举出存在于电力系统的高次谐波的把握、基于在系统事故时产生的电涌波形的保护继电器或事故点标定等。

此外，在图6以及图7中，示出了信号S和噪声N的频谱。在此，噪声N是通过A／D转换产生的量子化噪声。在图6的Δ∑调制的情况下，利用噪声整形效应，使信号附近的低频侧的量子化噪声变小，使高频侧的量子化噪声变大。因此，能通过利用数字滤波器23除去高频侧的量子化噪声，从而以高S／N检测低频的信号。作为数字滤波器23，通过适当地变更以规定的频率间隔剔除输出数据的抽取滤波器，从而能自由变更输出数据的分辨率或采样率。

图8是表示对于过采样频率fos，以抽取后的采样频率为fs、以抽取滤波器的截止频率为fc的情况下的波形的一个例子的波形图。如图8所示那样，对于过采样频率fos，使截止频率fc大幅变小，Δ∑调制器22的输出数据的量子化噪声N集中于高频区域，因此，使频带内噪声较大减少，能以高S／N提取信号。在Δ∑调制的情况下，由于是高的S／N所以也能获得分辨率20比特以上的数据，能获得可应用于保护控制的所有用途的分辨率的数据。另一方面，图9是逐次比较型的情况，在采样频率以下的低频带，有一定的噪声，信号附近的噪声变高，与Δ∑调制的情况相比，S／N比的极限变低。

以往对于需要高速采样的用途、需要高分辨率的用途，需要使用其他的A／D转换器，但在本发明中，通过根据各数字运算处理部3的运算处理要素24的要求，以最佳的方法抽取来自相同的Δ∑调制器22的输出数据，从而可获得需要的采样速度、分辨率的数据。

接下来，对将本发明的实施方式的数字型保护控制装置应用于输电线的情况进行说明。如图10所示那样，用变量器CT检测输电线的电流，将由变量器CT检测的电流经由辅助CT50以及模拟滤波器30输入到2次Δ∑调制器22a中。即，模拟·数字转换部2包括输入转换器（变量器CT、辅助CT50）、模拟滤波器30、2次Δ∑调制器22a。当前，输电线的频率设为60Hz系，数字运算处理部3进行继电器运算、控制运算、高次谐波计测。此外，模拟·数字转换部2的式样由表1所示的式样构成。

[表1]

输入转换器的额定电流多使用5A和1A，但在此考虑为5A额定。最大定标设为在输电线用的距离继电器等中主要使用的163.84A（电流的值全部为实效值）。对模拟滤波器30使用包括电阻R和电容器C的1次低通滤波器。以在高次谐波计测中能检测直至40次（在60Hz系中2400Hz）的信号的方式，设截止频率为3000Hz。对Δ∑调制器22，使用2次Δ∑调制器22a。设采样频率（调制频率）为737280Hz（系统频率的12288倍）。采样频率中的模拟滤波器的衰减成为约40dB以上。其在数字继电器中是一般的值。

作为设为这样的构成的情况下的作用，考虑针对各用途中的信号频带的A／D转换的S／N比。在2次Δ∑调制器22a的情况下，S／N用以下的式子表示。

S／N＝－11.1＋50log10（fs／2fb）[dB]

上式在设采样频率为fs时是频带宽度fb内的噪声与信号的S／N比。

在将继电器运算和控制运算中的A／D转换采样频率720Hz假定为频带fb的情况下，为S／N＝124dB。对于最大定标即使是额定电流也能以充分成为目标的0.1％的精度进行计测。另一方面，对于高次谐波计测，在使频带宽度为40次高次谐波的2400Hz的情况下，S／N为98dB。虽然高次谐波的检测精度不特别以规格来确定，但能以足够的精度来进行计测。根据上述构成，能利用来自Δ∑调制器22的数据构成保护继电器、控制装置、高次谐波解析装置。

接下来，对数字运算处理部3中的数字滤波器23的构成和作用进行说明。在此作为数字保护控制装置101考虑保护继电器，对于保护继电器运算所需的基波附近的信号，对降低频带外噪声以及量子化噪声的最佳的滤波器构成进行研究。

图11使现有技术中的构成例，模拟·数字转换部2由模拟LPF31和A／D转换器32构成，在其后级连接有数字滤波器23。

图12是模拟LPF31的输入输出信号的信号频谱图。此外，fs是A／D转换器32的采样频率。模拟LPF的输入部中的信号频谱，与信号S一起还包含频带外噪声N。另一方面，模拟LPF的输出部中的信号频谱使频带外噪声N衰减。图11中的模拟LPF31使频带外噪声N衰减，为了防止A／D转换时的向频带内的折回误差，需要使fs／2以上的频率衰减，需要陡峭的衰减特性的滤波器。

图13是表示数字滤波器23的例1的构成图。图13的数字滤波器23包括：第一级的移动平均处理部33a以及第一级的间隔剔除处理34a、以及续接于其的第二级的移动平均处理部33b以及向最终的采样周期的间隔剔除处理部34b。输入到数字滤波器23中的Δ∑调制器22的输出信号是调制频率fSH，在第一级的移动平均处理部33a之后，通过间隔剔除处理部34a以中间的频率fSM进行间隔剔除，进而在根据移动平均处理部33b的移动平均后以最终的频率fSL进行间隔剔除。

图14是图13所示的例1的数字滤波器23的波形图。如图14所示那样，Δ∑调制器22的输出信号表示比特流的频谱，有低频的频带内信号S、频带外噪声N11、N12、以及进而通过Δ∑调制进行噪声整形后的量子化噪声N2。由于在该例1的构成中与采样频率相匹配地模拟滤波器也为宽频带，所以如图14那样不除去频带外噪声N11、N12，而保持原样地显现。

第一级的移动平均处理部33a的输出信号成为使中间的频率fSM下凹的频率特性，但由于衰减缓慢，所以频带外噪声N11、N12依然残留。此外量子化噪声N2也较大地残留。

第二级的移动平均处理部33b的输出信号以最终频率进行间隔剔除，但由于最终频率fSL与中间频率fSM之差小，抽头数少，所以根据移动平均的衰减量少，频带内噪声和量子化噪声会残留，并因最后的间隔剔除而折回到信号频带，因此会使信号的检测精度恶化。

图15是表示数字滤波器23的例2的构成图。该例2的数字滤波器23与图13所示的例1相比，是图13的第一级移动平均处理部33a由不同的两种抽头长的移动平均处理部33a、33a′的组合构成。第一级移动平均处理部33a设为抽头长（1／fSM），移动平均处理部33a′的抽头长设为比（1／fSM）长，为（1／fSL）。而且，成为如下构成：在其后级，通过间隔剔除处理部34a进行向中间频率fSM的间隔剔除，其后通过抽头长为1／fSL的移动平均处理部34b进行移动平均处理，然后，在间隔剔除处理部34b以最终的频率fSL进行间隔剔除。

在这种情况下，比fSL更高频率的噪声的衰减量变得比图13的情况大，可抑制由量子化噪声的折回误差导致的精度的降低。在这样频率高的阶段中进行滤波更能获得良好的特性。但是，fSL／2～fSL由于衰减缓慢，所以在该部分有频带外噪声的情况下，会有在信号频带中残留折回的课题。

图16是表示数字滤波器23的例3的构成图。该例3的数字滤波器23设为是FIR滤波器35，以替代图13所示的例1的数字滤波器23的第二级的移动平均处理部33b。也就是说，是组合了移动平均处理部33和FIR滤波器35的滤波器。

图17是表示FIR滤波器35的一个例子的框图，具有延迟器36、系数器37和加法器38，对于输入信号X（z），对由延迟器36获得的过去的值乘以系数器37的系数，利用加法器38对该值进行加法运算并将其作为输出信号Y（z）。将在该计算中使用的采样数称为抽头数。

图18是图16所示的例3的数字滤波器23的波形图。Δ∑调制器22的输出信号示出了比特流的频谱，与图14的Δ∑调制器22的输出信号相同。第一级的移动平均处理部33的输出信号与图14的第一级移动平均处理部33a的输出信号相同。

FIR滤波器35的输出信号如图18所示那样，能获得理想的频率特性，但FIR滤波器35的输入频率fSM需要与fSL相比充分高，为了确保S／N比，需要原采样频率也相匹配地变高。此外，为了在FIR滤波器35中获得良好的频率特性，需要使抽头长变长，因此，从输入到输出所花费的时间比其他方式长。

另外，如果基于由比特流存储部21记录的比特流，直接进行FIR运算或FFT运算，就能进行直至高频的分析。在该情况下，只要是离线进行的用途，就不受运算量和计算时间限制，因此，能实现。

图19是表示数字滤波器23的例4的构成图。该例4的数字滤波器23，相对于图13所示的例1的数字滤波器23，设置1比特LPF36以代替第一级的移动平均处理部33a以及间隔剔除处理单元34a。即，对数字滤波器23输入输出均使用成为1比特的比特流的1比特LPF36。该1比特LPF36是比特流数字滤波器。

图20是表示比特流数字滤波器的一个例子的构成图。

1比特流被输入到加法器39中，对与作为比特流数字滤波器的输出的1比特流LPF输出的差分进行运算，该差分被输入到加法器40中，并被加上作为延迟器41的输出的多比特，从Δ∑调制器（数字电路）42输出1比特流LPF输出信号。对于该比特流数字滤波器，记载在“基于Δ∑调制的脉冲神经电路及其硬件化，日本神经学会杂志Vol.15，No.1（2008），39-47”等文献中。

这样，在数字滤波器23的初级，在滤波器输出部具有Δ∑调制器42，输入输出均使用成为比特流型的信号的构成的1比特数字滤波器，1比特数字滤波器的信号通频带fc成为数字滤波器的最终输出频率fSL的1／2（fc＜fSL／2）。即，比奈奎斯特频率小，在1比特数字滤波器的后级使用移动平均处理，通过移动平均，间隔剔除输出为多比特的数字数据。

图21是图19所示的例4的数字滤波器23的波形图。Δ∑调制器22的输出信号示出了比特流的频谱，与图14的Δ∑调制器22的输出信号相同。1比特LPF36的输出信号通过1比特LPF36，在过采样的状态下直接施加数字滤波器，因此可除去频带外噪声N11、N12。虽然包含Δ∑调制的量子化噪声N2，但能通过移动平均来除去。

移动平均处理部33的输出信号成为理想的频率特性。由于频带外噪声N11、N12已经被除去，所以不会产生因间隔剔除而使噪声折回到信号频带的问题。此外，由于处理的比特数少，所以有运算量少、能防止硬件规模和运算时间的增加的优点。

如上所述的例1至例4的数字滤波器23所输出的数据的周期，因后级的运算处理要素24的处理而不同，考虑会有各种周期。例如，作为用于求取电流或电压的振幅值信息的输出数据的周期，多是使用在电角度30度、15度（电角度的360度相当于交流的1周期的期间）输出的数据。此外，有时在辨别电流波形的形状那样的处理中使用电角度7.5度或3.75度。因此，数字滤波器23的输出周期设为电角度30度、15度、7.5度、3.75度的任一个。

接下来，图22是表示数字滤波器23的例5的构成图。该例5的数字滤波器23包括FPGA（Field Programmable Gate Array：现场可编程逻辑门阵列）或者CPLD（ComplexProgrammable Logic Device：复杂可编程逻辑器件）的可编程逻辑元件。即，使用FPGA或者CPLD，由程序构成滤波器部43、间隔剔除处理部34。由此，能实现适合于各种运算要素24的数字滤波器23。

图23是本发明的实施方式的数字型保护控制装置的实施例2的构成图。该实施例2中，模拟·数字转换部2和数字运算处理部3收纳在同一装置内。

在设置有数字型保护控制装置101的电力站的输电线51的对置端的电力站中，设置有对置端数字型保护控制装置101A。输电线51经由断路器52连接于电力站的母线53。输电线51的电流利用变量器CT检测，经由模拟·数字转换部2a的辅助CT50以及模拟滤波器30输入到Δ∑调制器22中。同样地，输电线51的电压利用变量器PT检测，经由模拟·数字转换部22b的辅助CT50以及模拟滤波器30输入到Δ∑调制器22。即，模拟·数字转换部2a将电流转换为数字量并将其输出为比特流，模拟·数字转换部2b将电压转换为数字量并将其输出为比特流。来自Δ∑调制器22的这些比特流以电信号或者光信号输出到数字运算处理部3、比特流存储部21。

在数字运算处理部3中，由数字滤波器23输入比特流，由数字滤波器23进行滤波处理后的信号被输出到各运算处理要素24中，进行各种保护运算处理。在图23中，进行保护继电器运算的运算处理要素24，进行电流差动继电器、距离继电器、不足电压继电器、过电压继电器的运算处理，基于该运算结果，利用序列处理部54对断路器52输出跳闸指令。此外，对于对置端数字保护控制装置101A，利用传输线路55，发送序列处理部54的处理结果。此外，其他的每个运算处理要素24进行系统监视控制运算单元、故障点评定运算单元、事故波形解析单元、高次谐波计测单元的运算处理。进而，将记录在比特流存储部21中的比特流，通过通信接口49，经由网络56，根据需要发送到其他电力站57、其他数字保护控制装置101。

这样，由于在设置于电力站的数字型保护控制装置101的同一装置内设置模拟·数字转换部2以及数字运算处理部3双方，所以模拟·数字转换部2与数字运算处理部3之间的信号传输的距离短即可。此外，由于记录在比特流存储部21中的比特流经由网络56，根据需要发送到其他电力站57、其他数字保护控制装置101，所以能有效使用在以后进行的系统解析中。

接下来，图24是本发明的实施方式的数字型保护控制装置的实施例3的构成图。该实施例3与图23所示的实施例2相比，在相同装置内设置数字型保护控制装置101的一部分数字运算处理部3和模拟·数字转换部2，其他一部分数字运算处理部3设置在相同装置外。在图24中，示出了在与模拟·数字转换部2相同的装置内设置进行保护继电器运算的运算处理要素24的情况。对与图23相同的要素标注相同的附图标记，并省略重复的说明。

设置在同一装置外的数字运算处理部3是进行系统监视控制运算单元、故障点评定运算单元、系统解析装置、高次谐波计测单元、保护继电装置的保护控制运算的数字运算处理部。对设置于这些同一装置外的数字运算处理部3，经由输出部58提供由模拟·数字转换部2a、2b的Δ∑调制器22获得的比特流。

从模拟·数字转换部2a、2b的Δ∑调制器22对外部的数字运算处理部3的比特流的发送，利用输出部58，将来自Δ∑调制器22的比特流转换为电或者光的发送信号，如图25那样，考虑利用通常的以比特为单位的发送、以曼彻斯特编码的发送等各种发送方法来进行发送。由光信号发送的方法，在噪声环境恶劣的变电站中能进行耐噪声性优越的传输。

由此，即使在将一部分数字运算处理部3设置在配置有模拟·数字转换部2a、2b的装置外的情况下，也能对该数字运算处理部3，经由输出部58提供由模拟·数字转换部2a、2b的Δ∑调制器22获得的比特流，因此，能将后面追加的数字运算处理部3配置在配置有模拟·数字转换部2a、2b的装置外。

接下来，图26是本发明的实施方式的数字型保护控制装置的实施例4的构成图。该实施例4与图24所示的实施例3相比，在各个装置中配置模拟·数字转换部2和全部的数字运算处理部3。对与图24相同的要素，标注相同的附图标记，并省略重复的说明。

如图26所示那样，模拟·数字转换部2a、2b、各个数字运算处理部3分别配置为独立的装置。而且，来自模拟·数字转换部2a、2b的比特流通过专用电缆被分发到比特流存储部21、各个数字运算处理部3。由此，比特流的分发通过专用电缆进行，因此，能无传输的冲突等地简单地进行传输。

图27是本发明的实施方式的数字型保护控制装置的实施例5的构成图。该实施例5将模拟·数字转换部2和数字运算处理部3构成为独立的装置，从模拟·数字转换部2的Δ∑调制器向数字运算处理部3的比特流的传输通过网络59来进行。此外，比特流存储部21也构成为与模拟·数字转换部2、数字运算处理部3不同的装置。对与图26相同的要素标注相同的附图标记，并省略重复的说明。

具备Δ∑调制器Δ的模拟·数字转换部2，分别设置在电力系统的规定部位，来自这些模拟·数字转换部2的∑调制器的比特流被发送到通用的网络59。

由此，在多个数字运算处理部3中共享从Δ∑调制器22获得的数据，并且，在数字运算处理部3中，还能获得电力站内的全部的电量的信息，能对在电力站内外的事故产生、电流、电压的状态进行运算。另外，在利用1比特数据传输的情况下，能在不损伤所采样的信息的情况下进行利用，对要求高分辨率、宽频带的某一个的数字运算处理部3都能利用。

图28是用于设置发送来自Δ∑调制器的比特流时的划分的说明图。来自Δ∑调制器的比特流如图28所示那样在时间上连续。另一方面，在例如通过通用的以太网（注册商标）传输的情况下，以帧为单位等进行传输。因此，如图28所示对比特流进行划分来进行发送。

图29是来自Δ∑调制器的比特流的发送格式的说明图。在对来自Δ∑调制器的比特流进行划分了之后，如图29那样，附加用于对是从哪个Δ∑调制器发送的数据进行识别的机器编号或采样的时刻以及附属数据并将其作为传输帧进行传输。在以太网（注册商标）的规格中每1帧的最低的数据长为46字节（368比特），在该期间发送比特流的ch中，成为占有传输线路。

另外，在图29所示的一个例子中，发送格式设为机器编号、采样时刻、比特流、附属数据的顺序，但这些顺序能进行各种变更。作为附属数据，需要包含于帧中的比特流的长度、比特流的频率等信息。此外，作为其它预备信息，也能发送CRC、奇偶校验等校验码、纠错码、其它Δ∑调制器侧的输入式样信号（信号最大定标、调制器次数等）等。

图30是来自Δ∑调制器的比特流的在接收侧的接收帧的说明图。在接收侧，如图30所示那样对来自接收帧的数据进行结合，对比特流进行复原。

图31是用于在接收侧对来自Δ∑调制器的比特流进行复原的复原处理部的构成图。如图31所示那样，首先由帧接收部60接收帧，利用数据提取部61提取Δ∑调制的比特流，并且将其保存在FIFO（first-in first-out：先入先出）存储器62。保存在FIFO存储器62中的数据能连续地进行读出，并由读出处理部63读出，利用数字滤波器23的抽取滤波器进行处理，并输入到运算处理要素24中。

这样，能将来自模拟·数字转换部2的Δ∑调制器的比特流直接向多个数字运算处理部3传输，可以不按每个数字运算处理部3来设置模拟·数字转换部2，能使用必要的采样频率以及分辨率的A／D转换数据。

图32是本发明的实施方式的数字型保护控制装置的实施例6中的模拟·数字转换部2的构成图。该实施例6与图27所示的实施例5相比，在模拟·数字转换部2内配置有比特流存储部21。

虽然模拟·数字转换部2和数字运算处理部3设置在不同场所，经由网络59从模拟·数字转换部2的Δ∑调制器将比特流的数据发送到网络59，但是在模拟·数字转换部2中设置有比特数据记录部21。由此，记录在比特数据记录部21中的比特流通过数字运算处理部3的要求由通信I／F49发送到数字运算处理部3。

比特流的记录、发送的开始设为平时不进行，仅在有来自数字运算处理部3侧的要求等必要的情况下进行。作为记录比特流的条件，例如，在产生了电力系统的事故的情况下开始记录，或若到预先设定的规定的时刻，则开始记录。另一方面，作为发送所记录的比特流的条件，在比特流的记录结束的情况下进行发送，或看到传输线路的空闲状况进行发送。

图33是本发明的实施方式的数字型保护控制装置的实施例7的构成图。该实施例7与图27所示的实施例5相比，设置有数据合并部64，该数据合并部64对来自多个模拟·数字转换部2的Δ∑调制的比特流进行合并，在成为以字节为单位的传输帧之后传输到网络59中。对与图27相同的要素标注相同的附图标记，并省略重复的说明。

如图33所示那样，由于具备Δ∑调制器的模拟/数字转换器2和数字运算处理部3设置在不同的场所，所以经由网络59来发送比特流。数据合并部64在此时对来自多个模拟/数字转换器2的Δ∑调制器的比特流进行合并，并制作以字节为单位的传输帧进行发送。

图34是表示数据合并部64的一个例子的构成图。在图34中示出了输入来自8个Δ∑调制器22的比特流的情况。如图34所示那样，数据合并部64将来自多个Δ∑调制器22的比特流并列地输入到比特流记录单元65以及帧制作单元66中。比特流记录单元65将来自多个Δ∑调制器22的比特流并列地进行记录。也就是说，分别独立地记录来自多个Δ∑调制器22的比特流。此外，帧制作单元66以规定个数划分来自多个Δ∑调制器22的比特流，并对它们进行合并，制作以字节为单位的传输帧。

图35是根据来自多个Δ∑调制器的比特流来制作的发送帧的说明图。如图35所示那样，以规定个数划分来自多个Δ∑调制器22的比特流，并对它们进行合并，制作以字节为单位的传输帧。图36是来自8个Δ∑调制器22的比特流的合并的方法的一个例子的说明图。如图36所示那样，每n采样，将8个比特流汇总为一个作为1字节。而且，将1字节进一步汇总，作为规定长的发送帧。数据发送单元67将由帧生成单元66制作的发送帧经由作为通信路径的网络59发送到数字运算处理部3、比特流存储部21。此外，根据需要，将记录在比特流存储部65中的比特流经由网络59发送到数字运算处理部3、比特流存储部21。

由此，由于没有了因一个Δ∑调制器22连续发送数据所导致的传输线路的占有，所以能改善系统的响应时间。由于将比特流发送到作为通信路径的网络59的发送帧的生成功能被数据合并部64所具有，所以无需在Δ∑调制器2两侧具有该功能，Δ∑调制器2两侧的构成变得简单。

图37是本发明的实施方式的数字型保护控制装置的实施例8的增益·相位修正部的构成图。对于模拟·数字转换部2的辅助CT50、模拟滤波器30，由于有增益、相位的偏移，所以需要进行校正。

因此，在增益的校正中，使用比特流系数乘法器68。图38是表示比特流系数乘法器68的一个例子的电路图。在该比特流系数乘法器中，将作为输入的比特流进行P／Q倍后的信号，被作为输出比特流而输出。例如在需要＋1％的增益修正的情况下，利用P＝101、Q＝100等进行运算。该内容记述在例如“Single-bit digital Signal Processing for CurrentControl of Brushless DC Motor（黑泽等）”文献中。

此外，相位修正通过利用延迟电路69对比特流的输出进行延迟来实现。例如，在60Hz系统中为737280Hz的情况下，每1时钟为0.03°，为了进行1°（前进）的修正，能通过34时钟的延迟来修正。

接下来，对将模拟·数字转换部2以及数字运算处理部3用作电力系统的保护装置的情况进行说明。将多个模拟·数字转换部2和数字运算处理部3设置在电力系统的电力站（例如变电站）内，利用传输线路将模拟·数字转换部2和数字运算处理部连接起来。作为传输线路，使用专用线路、以太网（注册商标）、无线通信等。将从模拟·数字转换部2的Δ∑调制器获得的数据经由传输线路向数字运算处理部3发送。由此，能在数字运算处理部3中，获得电力站内的全部的电量的信息，并能对电力站内外的事故产生、电流、电压的状态进行运算。例如，进行输电线保护、母线保护、机器保护等。

即，将输电线的电压和电流作为输入来求取直至事故产生地点的阻抗，通过构成在处于规定的范围内的情况下动作的距离继电器，从而能进行输电线的保护。此外，输入连接于变电站的母线的各线路的电流，对它们的和进行运算，构成在超过规定的大小时动作的差动继电器，由此也能进行母线保护。此外，通过构成输入了变压器的两侧的电流的差动继电器，从而也能进行变压器保护。此外，也能进行发电机、反应堆等的机器保护等。

在这种情况下，在利用来自模拟·数字转换部2的Δ∑调制器的比特流进行传输的情况下，能在不有损所采样的信息的情况下进行利用，对要求高分辨率、宽频带的某一个的应用程序均可利用。

另外，在电力站内的电量的检测部位多的情况下，需要注意传输线路中的数据容量。虽然会因电力站的规模而使电量的检测部位为100部位以上，但即使在设为100部位、此外使传输线路为千兆比特·以太网（注册商标）（1Gbps）的情况下，也是每1部位能传输的数据量为10Mbps以下，能利用比特流的采样频率为10MHz以下。因此，在该情况下，采样频率为10MHz以下。

图39是使用模拟·数字转换部2以及数字运算处理部3而形成差动继电器的一个例子的构成图。如图39所示那样，将模拟·数字转换部2的Δ∑调制器22和数字运算处理部3设置在电力系统的不同的多个电力站70，将从模拟·数字转换部2的Δ∑调制器22获得的比特流通过传输线路71向其它变电站70传输，并利用数字运算处理部3的数字滤波器（抽取滤波器）23将其转换为多比特数据且输入到数字运算处理部3的运算处理要素24中。

由此，在数字运算处理部3的运算处理要素24中，能获得与不同电力站70的电量有关的信息，能进行对电力站70间的输电线的保护继电运算（差动保护运算）。另外，作为传输线路，使用专用线路、以太网（注册商标）、无线通信等。

图40是对在变电站间的输电线事故的差动保护继电方式的说明图。在通常时，在A变电站的输电线电流IA与在B变电站的输电线电流IB相等。而另一方面，在A变电站与B变电站之间的输电线产生了接地故障的情况下，在A变电站的输电线电流IA与在B变电站的输电线电流IB就变得不再相等。能使用该A变电站与B变电站两方的电流数据来进行A变电站与B变电站之间的输电线的接地故障的判定。

图41是表示差动保护继电方式的动作特性的特性图。虽然当差电流Id（＝IA-IB）变大时判定为接地故障，但为了防止由模拟·数字转换部2的误差引起的误动作，总的电流∑Id（称为抑制量）越大，则使判定为接地故障的Id的阈值越大。作为利用比特流型的模拟·数字转换的优点，虽然现状是因变电站间的传输线路的限制而作为12比特分辨率的A／D转换数据进行发送，但通过利用比特流型的模拟·数字转换，可发送更高精度的数据。因此，能提高作为保护继电器的动作精度。

图42是本发明的实施方式的数字型保护控制装置的实施例9的构成图。该实施例9利用传输线路连接服务器73和装载有模拟·数字转换部2以及数字运算处理部3的终端装置72，服务器73利用来自模拟·数字转换部2的Δ∑调制器22的比特流进行遍及电力系统的广域的保护控制运算、系统现象解析。

终端装置72具有模拟·数字转换部2、数字运算处理部3和比特流存储部21，设置于电力系统的各处并连接于传输线路71。此外，服务器73也连接于传输线路71。作为传输线路71，使用专用线路、以太网（注册商标）、无线通信等。

各个终端装置72通过数字运算处理部3来进行规定的保护控制。另一方面，服务器73接收来自各终端装置72的模拟·数字转换部2的Δ∑调制器22的比特流，进行遍及电力系统的广域的保护控制运算、系统现象的解析。

由于在服务器73中，接收来自各终端装置72的模拟·数字转换部2的Δ∑调制器22的比特流，所以能获得与来自处于电力系统的各处的终端装置72的电量有关的信息。服务器73与通常的终端装置72的数字运算处理部3相比具有更高的处理能力，能进行软件的追加、变更，因此能进行高度且多样的保护控制运算处理。因此，能进行遍及电力系统的广域的保护继电运算、系统现象的把握等。

图43是本发明的实施方式的数字型保护控制装置的实施例10的构成图。该实施例10包含连结输电线的两端变电站的传输线路来构成模拟·数字转换部2的Δ∑调制器22的反馈环路。

Δ∑调制器22如图4A以及图4B所示在输出部中具有比较器28。因此，如图43所示那样，通过将Δ∑调制器22的比较器28的输出传输并折回到对置端电力站70的数字运算处理部3，从而跨传输线路71地构成Δ∑调制器22的反馈环路。

通过这样构成，首先，从Δ∑调制器22的比较器28发送的比特流通过传输线路71反馈而返回。通过确认该返回来的比特流是否与发送的比特流相同，从而能确认传输错误的有无。此外，在未检测出传输错误的情况下，在传输线路的中途数据有乱码的情况下，有可抵消该变化的影响的效果。

图44是Δ∑调制器22的反馈环路未跨传输线路71的情况下的Δ∑调制器22的构成图。在Δ∑调制器22的反馈环路未跨传输线路71的情况下，在传输线路71中产生了比特乱码74的情况下，由于不进行跨传输线路71的反馈，所以如图45所示那样相对于Δ∑调制器22的输入信号Si，比特乱码74的影响显现于数字滤波器（抽取滤波器）23的输出So中。

另一方面，如图46所示那样，在Δ∑调制器22的反馈环路跨传输线路71而构成的情况下，在传输线路71中产生了比特乱码74的情况下，接收从在对方侧电力站70的数字滤波器23中发送的数据发生了1比特的量的变化的数据，但由于该变化被进行负反馈，所以Δ∑调制器22以抵消该变化的方式发挥作用。因此，如图47所示那样，相对于Δ∑调制器22的输入信号Si，比特乱码74的影响不会显现于数字滤波器23的输出So中。另外，图45以及图47是实际进行了模拟的模拟结果。

这样，在如图44那样不进行跨传输线路71的反馈的情况下，如图45可知比特乱码的影响会显现于输出中，但在如图46那样进行了跨传输线路71的反馈的情况下，即使在传输线路71中产生比特乱码74，也如图47那样在图表上看不到输出的变化。另外，在传输线路71的接收路线中数据有乱码的情况下，无法期待该效果。

在实施例10中，由于Δ∑调制器22的反馈环路以跨传输线路71的方式构成，所以会产生反馈信号的传输延迟。该传输延迟能用作Δ∑调制器22的延迟器28的功能。因此，无需设置延迟器28，能削减延迟器28。另外，由于在这种情况下，当有2时钟以上延迟时，Δ∑调制器22的状态变得不稳定，所以能将延迟抑制到1时钟以内。

图48是本发明的实施方式的数字型保护控制装置的实施例11的构成图。该实施例11与图43所示的实施例10相比，追加设置了时刻附加单元75，该时刻附加单元75对比特流附加与模拟·数字转换部2的Δ∑调制器22对模拟量进行采样的时刻有关的信息。

如在实施例10所述那样，在从Δ∑调制器22发送比特流时，只要在Δ∑调制器22的反馈环路内，即使产生一部分比特乱码74，也不会对传输信号有影响，因此，能将一部分比特变更为任意值。也就是说，意思是能将别的想发送的信息附加到比特流中。

因此，如图48所示那样，在Δ∑调制器22的反馈环路内设置加法器76，附加来自时刻附加单元75的时刻信息。由此，时刻附加单元75对作为模拟·数字转换部2的Δ∑调制器22的比较器28的输出的比特流叠加了时刻信息。

图49是时刻附加单元75的构成图，图50是从来自时刻附加单元75信号时的Δ∑调制器22的各部的信号的波形图。时刻附加单元75经由天线77利用GPS接收器78从GPS接收绝对时刻的同步信号1PPS，并将其输入到代码产生部79中。代码产生部79将与绝对时刻的同步信号1PPS对应的代码信号CD输出到加法器76中。由此，对来自比较器28的比特流信号AD加上代码信号CD，叠加信号MIX被发送到数字运算处理部3。该时刻信息例如按一定周期来进行叠加。此外，使延迟器反馈叠加信号MIX。

图51A～图51C是Δ∑调制器22的输入信号Si和数字滤波器（抽取滤波器）23的输出信号So的波形图。在图51A～图51C中示出了利用数字滤波器（抽取滤波器）23进行了3级的64次移动平均的情况。此外，将输入设为最大定标的1／100以便易于确认变化。

图51A是Δ∑调制器22的输入信号Si和数字滤波器23的输出信号So的原数据的波形图。图51B是每隔32个将比特流更换为1的情况下的Δ∑调制器22的输入信号Si和数字滤波器23的输出信号So的波形图。在每隔32个地将比特流更换为1的情况下，在数字滤波器23的输出信号So没看到变化。图51C是每隔8个地将比特流更换为1的情况下的Δ∑调制器22的输入信号Si和数字滤波器23的输出信号So的波形图。在每隔8个地将比特流更换为1的情况下，虽然在数字滤波器23的输出信号So中变化会增加，但在正弦波的振幅上不会看到影响。

因此，能以每隔8个的以上的间隔来附加比特流时刻信息。在附加了时刻信息的情况下，对于把握需要比较电力系统中的相离开场所的相同时刻的数据的保护继电方式、遍及电力系统的广域的现象很有帮助。

在此，在图45中示出了比特乱码74的影响，但由于不会夸张信号的变化，所以会使输入信号的值为小值。可举出实际来自Δ∑调制器22的比特流，与多比特的数据相比，传输错误的影响较少。在Δ∑调制的情况下，利用许多比特流来表示信息。

例如，在对比特流使用32次移动平均的抽取滤波器作为数字滤波器的情况下，如图52那样，即使1比特产生了乱码，也只会受到1／32的影响。另一方面，在是从逐次比较A／D转换器输出的多比特数据的情况下，如图53那样在最高位比特产生了乱码的情况下，会在数据中产生较大的变化。

虽然在下一代型的数字变电站系统中，假定如图54那样将模拟·数字转换部2设置于变电机器的附近，但在该构成的情况下，即使从Δ∑调制器22传输至数字运算处理部3的比特流如上述那样噪声发生变化，影响也较少，所以能够做成可靠度高的系统。

如以上详述的那样，根据上述实施方式，作为A／D转换的方式，使用高精度地获得宽频带的信息的Δ∑调制器，并且，能在不会有损来自Δ∑调制器的信息的情况下输出到各种数字运算处理部中，因此，能精度良好地容易获得能应用于各种数字运算处理中的A／D转换数据。

本发明不是直接限定于上述实施方式，能在实施阶段中在不脱离其要旨的范围内对构成要素进行变形而具体化。此外，通过上述实施方式中公开的多个构成要素的适当的组合，能形成各种发明。例如，也可以从实施方式所示的全部构成要素中删除几个构成要素。进而，也可以适当地组合跨不同实施方式的构成要素。

Claims (25)

1.一种控制系统，其具备导入来自电力系统的模拟电量并将其转换为数字量的模拟/数字转换部(2)、以及使用所述数字量进行与电力系统的状态有关的保护控制运算的数字运算处理部(3)，所述控制系统的特征在于，

所述模拟/数字转换部(2)具有Δ∑调制器(22)，该Δ∑调制器(22)以规定的调制频率对来自电力系统的模拟电量进行采样，输出进行Δ∑调制获得的1比特的随时间变化的比特流，

所述数字运算处理部(3)具有：一个或者多个数字滤波器(23)，输入来自所述Δ∑调制器(22)的比特流，且频率特性根据保护控制运算的种类而不同；以及一个或者多个运算处理要素(24)，连接于各个数字滤波器(23)，并基于来自所述数字滤波器(23)的比特流，进行与保护控制有关的不同种类的保护控制运算处理，

对于一个所述Δ∑调制器(22)设置多个不同种类的所述数字滤波器(23)。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述数字运算处理部(3)的所述数字滤波器(23)包含下述处理：对所述运算处理要素(24)的保护控制运算处理输出不同采样周期的数据，进行与所述数字滤波器(23)的最终输出数据周期相同或者比其长的期间中的移动平均。

3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述数字滤波器(23)的移动平均处理包括第一级移动平均处理和间隔剔除处理、续接于其的第二级移动平均处理和对最终的采样周期的间隔剔除处理，第一级移动平均处理由不同的两种抽头长的移动平均的组合构成，在第一级移动平均处理中包含进行与最终的采样周期相同或者比其长的期间中的移动平均的处理。

4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述数字运算处理部(3)的所述数字滤波器(23)为多级构成，前级为移动平均处理，后级使用FIR或者IIR形数字滤波器(23)，对移动平均处理使用了32抽头以上的移动平均。

5.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述数字运算处理部(3)的所述数字滤波器(23)在其初级使用1比特数字滤波器(23)，所述1比特数字滤波器(23)的信号通频带小于数字滤波器(23)的最终输出频率的1/2即奈奎斯特频率，在1比特数字滤波器(23)的后级使用移动平均处理，通过移动平均来做成多比特的数字数据，进行间隔剔除输出。

6.根据权利要求2至权利要求5的任一项所述的控制系统，其特征在于，所述数字运算处理部(3)的所述数字滤波器(23)的输出周期为电角度30度、15度、7.5度、3.75度的任一个。

7.根据权利要求1至权利要求5的任一项所述的控制系统，其特征在于，所述数字运算处理部(3)的所述数字滤波器(23)使用包括FPGA或者CPLD的可编程逻辑元件而构成。

8.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，将所述模拟/数字转换部(2)和一部分数字运算处理部(3)设置在同一装置内，将另一部分数字运算处理部(3)设置在同一装置外，设置对外部的数字运算处理部(3)利用电信号或者光信号输出来自Δ∑调制器的比特流的输出部。

9.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，将所述模拟/数字转换部(2)和所述数字运算处理部(3)构成为独立的装置，从所述模拟/数字转换部(2)的所述Δ∑调制器(22)向所述数字运算处理部(3)的比特流的传输通过专用电缆来进行。

10.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，将所述模拟/数字转换部(2)和所述数字运算处理部(3)构成为独立的装置，从所述模拟/数字转换部(2)的所述Δ∑调制器(22)向所述数字运算处理部(3)的比特流的传输通过网络来进行。

11.根据权利要求10所述的控制系统，其特征在于，具备数据合并部，该数据合并部对来自多个所述模拟/数字转换部(2)的Δ∑调制的比特流进行合并，并作为以字节为单位的传输帧之后在网络上进行传输。

12.根据权利要求1、权利要求2-4、权利要求8-10的任一项所述的控制系统，其特征在于，设置有增益修正部，该增益修正部对来自所述模拟/数字转换部(2)的Δ∑调制器(22)的比特流，通过1比特系数乘法处理来进行预先确定的增益校正值的乘法处理，将增益修正后的比特流输出到所述数字运算处理部(3)。

13.根据权利要求1、权利要求2-4、权利要求8-10任一项所述的控制系统，其特征在于，设置有相位修正部，该相位修正部对来自所述模拟/数字转换部(2)的Δ∑调制器(22)的比特流，利用预先确定的相位校正值，进行针对比特流的延迟处理，将相位修正后的比特流输出到所述数字运算处理部(3)。

14.根据权利要求1、权利要求2-4、权利要求8-10的任一项所述的控制系统，其特征在于，利用传输线路连接所述模拟/数字转换部(2)和所述数字运算处理部(3)，将来自所述模拟/数字转换部(2)的Δ∑调制器(22)的比特流分发给所述数字运算处理部(3)，进行输电线保护、母线保护、机器保护。

15.根据权利要求1、权利要求2-4、权利要求8-10的任一项所述的控制系统，其特征在于，在输电线的两端变电站设置有所述模拟/数字转换部(2)以及所述数字运算处理部(3)，通过传输线路将所述输电线的两端变电站所设置的所述模拟/数字转换部(2)的Δ∑调制器(22)所产生的比特流传输到对方端变电站的所述数字运算处理部(3)，并进行差动运算，在差电流超过规定的值的情况下，对输电线的内部事故进行检测。

16.根据权利要求1、权利要求2-4、权利要求8-10的任一项所述的控制系统，其特征在于，利用传输线路连接终端装置和服务器，其中，该终端装置装载了所述模拟/数字转换部(2)以及所述数字运算处理部(3)，该服务器利用来自所述模拟/数字转换部(2)的Δ∑调制器(22)的比特流，进行遍及电力系统的广域的保护控制运算或系统现象解析。

17.根据权利要求15所述的控制系统，其特征在于，所述模拟/数字转换部(2)的Δ∑调制器(22)包含连结输电线的两端变电站的传输线路而构成反馈环路。

18.根据权利要求17所述的控制系统，其特征在于，所述模拟/数字转换部(2)的Δ∑调制器(22)将连结输电线的两端变电站的传输线路导致的传输延迟用作反馈环路内的延迟器。

19.根据权利要求10所述的控制系统，其特征在于，设置有时刻附加单元，该时刻附加单元将与所述模拟/数字转换部(2)的Δ∑调制器(22)对模拟电量进行采样的时刻有关的信息附加到比特流中。

20.根据权利要求19所述的控制系统，其特征在于，所述时刻附加单元将从GPS获得的绝对时刻作为时刻信息。

21.根据权利要求19或权利要求20所述的控制系统，其特征在于，所述时刻附加单元对所述模拟/数字转换部(2)的Δ∑调制器(22)的比较器的输出即比特流叠加时刻信息，并反馈给所述Δ∑调制器(22)。

22.根据权利要求1、权利要求2-4、权利要求8-10的任一项所述的控制系统，其特征在于，设置有比特流存储部(21)，该比特流存储部(21)在规定的条件成立了的情况下对来自所述Δ∑调制器(22)的比特流进行记录，将到达预先设定的时刻、或者所述数字运算处理部(3)检测到了电力系统的事故产生作为所述比特流存储部(21)的开始记录的所述规定的条件。

23.根据权利要求22所述的控制系统，其特征在于，所述比特流存储部(21)由硬盘或者闪存形成。

24.根据权利要求22所述的控制系统，其特征在于，所述比特流存储部(21)连接到网络，将记录于所述比特流存储部(21)的比特流通过网络发送到终端装置。

25.根据权利要求22所述的控制系统，其特征在于，所述比特流存储部(21)设置在所述模拟/数字转换部(2)内。