JP2000078743A - 位相差算出装置 - Google Patents

位相差算出装置

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JP2000078743A
JP2000078743A JP10259421A JP25942198A JP2000078743A JP 2000078743 A JP2000078743 A JP 2000078743A JP 10259421 A JP10259421 A JP 10259421A JP 25942198 A JP25942198 A JP 25942198A JP 2000078743 A JP2000078743 A JP 2000078743A
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Japan
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JP10259421A
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Inventor
Hiroaki Ayakawa
博明 綾川
Shigenori Mizuguchi
重則 水口
Takashi Sekiguchi
隆司 関口
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Toshiba Corp
Toshiba System Technology Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba System Technology Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 2つの交流電気量の位相差を算出するに当た
り、交流電気量の一方に異常データが混入していても、
その影響を小さくする。 【解決手段】 2つの交流電気量fm ,Am を取り込ん
だ時、最初の段階に安定値最初手段12,14を設けて各交
流電気量の安定値f′m ,A′m を導出し、これを用い
て交流データ算出手段15,位相差算出手段16にて位相差
を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力系統の異なる
発電機間の位相差δm を算出し、その位相差判定を行な
う脱調検出継電器の位相差算出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】電力系統において、落雷などによりルー
ト断事故が発生すると発電機が加速し、最終的に脱調に
至ることがあり、これを放置すると電力系統の崩壊を招
くことになる。電力系統の安定度を維持するには、発電
機が脱調に至ってから、この発電機を系統から分離する
よりも、脱調に至る前の発電機を分離した方が効果が大
きい。
【0003】従来、脱調予測継電器は系統を2機系モデ
ルで考えており、発電機と主系統側等価発電機間の位相
差を算出し、その位相差δGos データの過去から現在に
至るまでの傾向によって将来の位相差を予測し、その値
が所定値以上となったことで脱調に至ると判断し動作出
力するものである。
【0004】ここで、発電機と主系統側等価発電機との
間の脱調予測について図6に示す。なお、図6において
横軸は時間[s]を示し、縦軸は位相差[°]を示す。
事故発生前は発電機の初期位相δGo,主系統等価発電機
の初期位相δs であり、これらの位相差は一定である。
しかし重大事故発生後、発電機側の位相δG ,主系統等
価発電機側の位相δs は徐々に開いていき、やがて脱調
に至る。位相の基準は通常発電機を基準とする。
【0005】又、発電機側の系統事故後の位相δG は、
系統の動揺方程式を解法して算出し、その予測値δGp
算出する。更に、発電機側の初期位相δGoと主系統δs
との位相差δGos を算出し、その予測値δGospを算出し
た後、発電機側の予測値δGpとδGospとの合成値を算出
し、その値で系統が脱調に至るか否かを判断する。
【0006】このため、主系統との位相差は発電機側の
位相が系統事故発生前の状態で保持する必要がある。よ
って事故発生後に発電機が脱調に至るまでの影響による
位相δGoの変動を回避するため、図7に示すように事故
発生後は事故発生の数サイクル前のデータを1サイクル
分メモリして、1サイクル経過毎にそのメモリデータを
再度使用して位相差δGos を算出している。
【0007】なお、図7は従来方式の基準側データの使
用方法を示す図であり、実際の入力Vと演算に使用する
Vとの関係を示す波形図である。ここで、δGos は(1)
式に示すように、系統事故発生前の発電機電圧V1 (δ
Go)と主系統等価発電機電圧V2 (δs )との位相差と
して求められる。
【数1】
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術によれ
ば、(1) 式において系統事故発生直前に保持した発電機
電圧V1 (δGo)を用いているため、例えば図8に示す
ような電力系統制御等による軽微な位相急変等が生じた
場合、発電機側の初期位相δGoと主系統等価発電機電圧
位相δs との位相差δGos は正しく求まらない。
【0009】なお、図8は単発的な位相急変データが混
入された時の周波数演算結果を示す図であり、横軸に時
間(ms),縦軸に周波数(Hz)をとって、その周波
数の変動を示したものである。
【0010】影響を受けたこの位相差δGos を用いて将
来の予測値を算出するために、脱調予測継電器ではその
予測演算に大きな誤差を生じてしまい、誤った予測によ
り誤動作する可能性がある(図2の予測値(従来)参
照)。
【0011】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、発電機側の初期位相δGoと主系統等価発
電機電圧位相δs との位相差δGos を算出するに当た
り、事故発生前の電圧データに異常データが混入されて
いても、その影響を極めて小さく、かつ安定した位相差
δGos を算出することのできる位相差算出装置を提供す
ることを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の[請求項1]に
係る位相差算出装置は、電力系統のディジタル量に変換
された2つの電気量の内で、一方の外乱発生前の交流電
気量をαm 、他方の外乱発生前及び発生後の交流電気量
をβm とし、これら両者の位相差を算出する位相差算出
装置において、外乱発生前の交流電気量αm の周波数f
m と振幅値Amを算出し、その現在から過去の所定時間
までの変動に対する安定値f′m 及びA′m を算出する
第1の手段と、前記第1の手段で算出したf′m ,A′
m 値を用いて交流電気量α′m を算出する第2の手段
と、外乱発生後は前記第2の手段で算出したf′m
A′m の各値を保持する第3の手段と、前記第3の手段
で算出した交流電気量α′m と交流電気量βm とを使用
して両者の位相差δm 値を算出する第4の手段とを備え
たものである。
【0013】[請求項1]では第1の手段によって得ら
れた安定なf′m ,A′m を用いることにより、第2も
しくは第3の手段により安定した交流電気量が生成でき
るので、位相差急変等の影響を受けにくい位相差算出装
置を提供できる。
【0014】本発明の[請求項2]に係る位相差算出装
置は、[請求項1]において、第1の手段は、下記の
(2) ,(3) 式を用いて、周波数fm 値と振幅値Am を、
現在から過去まで一定間隔によるn個の平均値f′m
びA′m を算出するように構成したものである。
【数2】
【0015】[請求項2]において、この(2) ,(3) 式
は、いわゆる移動平均値であり、単発的な異常データが
あっても、他の正常なデータとの平均値となることか
ら、[請求項1]と同様に第2もしくは第3の手段によ
って安定した交流電気量を生成できる。
【0016】本発明の[請求項3]に係る位相差算出装
置は、[請求項1]において、第1の手段は、周波数f
m 値と振幅値Am とからの下記の(4) ,(5) 式を用い、
これの現時点と所定時間前との変化分の絶対値を算出
し、その変化分を所定の定数Kf ,KA と比較すると共
に、前記変化分が定数より大であるとき現時点で算出さ
れたfm ,Am 値を無効とするものである。
【数3】 dfm =|fm −fm-n | …………………(4) dAm =|Am −Am-n | …………………(5) dfm >Kf …………………………(6) dAm >KA …………………………(7)
【0017】[請求項3]における(6) ,(7) 式は定数
との大小を示し、図8に示すように異常データが混入さ
れたことによる周波数fm 値算出結果変動が無視し得な
い状態となった場合に異常データを棄却できる。
【0018】本発明の[請求項4]に係る位相差算出装
置は、[請求項1]において、第4の手段にて得られた
位相差δm を使用して、所定時間T秒後の位相差予測値
δpm値を算出する第5の手段を付加したものである。
【0019】[請求項4]では、位相急変等の単発的な
異常データを用いて算出した位相差による位相差予測算
出に比べ、安定した位相差を用いて位相差予測演算する
ことから、極めて安定した予測位相差を求めることがで
きる。
【0020】
【発明の実施の形態】図1は本発明による位相差算出装
置の実施の形態を示す構成図である。図1において、本
算出装置は周波数算出手段11と安定値算出手段12とから
なる直列回路に対して、振幅値算出手段13と安定値算出
手段14とからなる直列回路を並列にして交流データ算出
手段15に接続し、前記交流データ算出手段の出力は位相
差算出手段16に入力すると共に、この位相差算出手段16
には電圧入力V2 を印加して出力し、周波数算出手段11
と振幅値算出手段13の入力は共通にして他の電圧入力V
1 を印加する構成としている。なお、系統事故検出リレ
ー出力は保持処理出力17として交流データ算出手段15に
入力される。
【0021】次に動作について説明する。先ず、電力系
統より電気量V1 ,V2 が取り込まれる。ここでV1
事故発生前のベクトルを基準に使用される側の電圧であ
り、これをディジタルデータに変換した後、周波数算出
手段11にて周波数fm を算出し、振幅値算出手段13にて
振幅値Am を算出する。
【0022】次いで前記周波数算出手段11及び振幅値算
出手段13にて算出された周波数fm,振幅値Am は、夫
々安定値算出手段12,振幅値算出手段13にて各fm ,A
m 値の安定値f′m ,A′m を算出し、これらの各算出
値は交流データ算出手段15に夫々入力され、(9) 式より
V′1 を算出する。
【数4】 V′1 =A′m ・sin (2・π・f′m ,+θ) ………(9) ここでθは交流電気量αm と(9) 式で算出した交流電気
量α′m との位相のズレである。
【0023】この場合、電力系統の事故を検出すると、
系統事故検出リレー出力によって交流データ算出手段15
に保持処理出力17が入力され、各安定値算出手段12,14
で算出された周波数f′m ,振幅値A′m を保持する。
【0024】ここで周波数算出手段11の周波数算出方式
としては、例えば特開平9−171038号に示される
ものが、又、振幅値算出手段13の振幅値算出方式として
は、平成3年8月25日、株式会社オーム社発行、三谷
泉編著、「ディジタルリレーの実務読本」P109に示
されるものがある。
【0025】そして、安定値算出手段12,14の安定値算
出方式としては、所定時間中例えば3秒間中の変動のぶ
れ幅が1%以内に入ったことで安定値と判断する方法が
ある。本実施の形態によれば、図2に示すδp 予測値
(本発明)のように、従来δp予測値に比して位相差の
変動がなく優れていることがわかる。
【0026】図3は周波数fm 値と振幅値Am 値の安定
値の算出方式の他の実施の形態を示す構成図である。本
実施の形態では安定値算出手段12において前記(2) 式
を、安定値算出手段14において前記(3) 式を夫々算出す
るものである。
【0027】なお、f′m ,A′m は周波数算出手段11
及び振幅値算出手段13にて夫々算出された周波数fm
振幅値Am について、現在から過去までの一定時間の平
均値である。本実施の形態によれば、周波数と振幅値の
安定値を算出できる。
【0028】図4は周波数fm と振幅値Am の安定値を
算出する他の実施の形態を示す構成図である。本実施の
形態では周波数fm 値と振幅値Am 値について、所定時
間前の値fm-n ,Am-n との変化分の絶対値を算出し、
その変化分dfm ,dAm を所定値Kf ,KA と比較
し、前者がその定数より大となるときはfm ,Am を前
値に保持する、即ち、f′m =fm-1 ,A′m =Am-1
とするものである。
【0029】その結果が小のときは算出値fm ,Am
する。これを式で示すと(10),(11)式となる。本実施の
形態によれば、周波数と振幅値の安定値を算出できる。
【数5】 |fm −fm-n |≧Kf → f′m =fm-1 |fm −fm-n |<Kf → f′m =fm ……………………(10) |Am −Am-n |≧KA → A′m =Am-1 |Am −Am-n |<KA → A′m =Am ……………………(11)
【0030】図5は他の実施の形態を示す構成図であ
る。本実施の形態では位相差算出手段で得られた位相差
δm を使用して、所定時間T秒後の位相差予測値δpm
を2次近似式で算出するに当たり、2次近似式の各係数
0 ,K1 ,K2 を最小二乗法にて推定し、(12)式に代
入しδpmを算出するようにしたものである。
【数6】 δpm=K0 +K1 ・t+K2 ・t2 ………………(12) 但し、tは所定時間。 本実施の形態によれば、位相差予測値の安定値を算出で
きる。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば位
相差を算出するに当たり、その位相差算出の基準となる
事故前のデータに異常データが混入されていても、位相
差算出値への影響を小さくし、精度の高い位相差算出値
及び予測値を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による位相差算出装置の実施の形態を示
す機能ブロック図。
【図2】本発明の効果を示す図。
【図3】図1の第1の手段の他の実施の形態を説明する
図。
【図4】図1の第1の手段の更に他の実施の形態を説明
する図。
【図5】本発明の応用例を説明する図。
【図6】発電機間の脱調様相を説明する図。
【図7】従来方式の基準側データの使用方法を示す図。
【図8】単発的な位相急変データが混入されたときの周
波数演算結果を示す図。
【符号の説明】
11 周波数算出手段 12,14 安定値算出手段 13 振幅値算出手段 15 交流データ算出手段 16 位相差算出手段 17 保持処理出力
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水口 重則 東京都府中市東芝町1番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 関口 隆司 東京都府中市晴見町二丁目24番地の1 東 芝システムテクノロジー株式会社内 Fターム(参考) 2G030 AA01 AB00 AD08 5G058 HH01 HH06

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電力系統のディジタル量に変換された2
    つの電気量の内で、一方の外乱発生前の交流電気量をα
    m 、他方の外乱発生前及び発生後の交流電気量をβm
    し、これら両者の位相差を算出する位相差算出装置にお
    いて、外乱発生前の交流電気量αm の周波数fm と振幅
    値Am を算出し、その現在から過去の所定時間までの変
    動に対する安定値f′m 及びA′m を算出する第1の手
    段と、前記第1の手段で算出したf′m ,A′m 値を用
    いて交流電気量α′m を算出する第2の手段と、外乱発
    生後は前記第2の手段で算出したf′m ,A′m の各値
    を保持する第3の手段と、前記第3の手段で算出した交
    流電気量α′m と交流電気量βm とを使用して両者の位
    相差δm 値を算出する第4の手段とを備えたことを特徴
    とする位相差算出装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の位相差算出装置におい
    て、第1の手段は、周波数fm 値と振幅値Am を、現在
    から過去まで一定間隔によるn個の平均値f′m 及び
    A′m を算出するように構成したことを特徴とする位相
    差算出装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の位相差算出装置におい
    て、第1の手段は、周波数fm 値と振幅値Am とからの
    下式を用い、これの現時点と所定時間前との変化分の絶
    対値を算出し、その変化分を所定の定数と比較すると共
    に、前記変化分が定数より大であるとき現時点で算出さ
    れたfm ,Am 値を無効とすることを特徴とする位相差
    算出装置。 【数1】 dfm =|fm −fm-n | (nは所定時間) dAm =|Am −Am-n | (nは所定時間)
  4. 【請求項4】 請求項1記載の位相差算出装置におい
    て、第4の手段にて得られた位相差δm を使用して、所
    定時間T秒後の位相差予測値δpm値を算出する第5の手
    段を付加したことを特徴とする位相差算出装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103257273A (zh) * 2013-05-07 2013-08-21 江苏理工学院 同频周期信号相位差的测量方法
CN103267896A (zh) * 2013-05-07 2013-08-28 江苏理工学院 周期信号初相角的测量方法
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