JP2000312431A - ディジタル保護制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アナログ系で発生するオフセット分を自動的
に検出し、この検出値にしたがって、保護演算処理に用
いるディジタル信号を自動的に補正すること。 【解決手段】 電力系統からのアナログ信号をアナログ
フィルタ１ｂに取り込み、このアナログ信号をマルチプ
レクサ１４でフィルタリングするとともに、Ａ／Ｄ変換
器１ｃでサンプリングしてディジタル信号に変換する。
このディジタル信号に対してディジタルフィルタ１ｅに
おいてディジタルフィルタ演算処理を施してオフセット
分を抽出し、このオフセット分をオフセット補正値とし
てメモリ１ｇに格納する。そしてＡ／Ｄ変換器１ｃの出
力によるディジタル信号を減算器１ｈにおいてメモリ１
ｇからのオフセット補正値で順次減算して補正し、補正
されたディジタル信号にしたがってリレーを制御するた
めの保護演算処理を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディジタル保護制
御装置に係り、特に、電力系統を保護対象として、電力
系統からのアナログ信号をディジタル信号に変換し、こ
のディジタル信号を基に保護対象を保護するための保護
演算処理を行なうに好適なディジタル保護制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電力系統を地絡事故などから保護
するための装置として、例えば、電気協同研究第５０巻
第１号に記載されているように、ディジタル保護リレー
（第二世代ディジタルリレー）が知られている。この種
の装置は、アナログ入力部、ディジタル演算処理部、整
定部および出力部を備えて構成されており、アナログ入
力部には、折り返し誤差防止用のアナログフィルタ、サ
ンプルホールド回路、マルチプレクサ、Ａ／Ｄ（アナロ
グ・ディジタル）変換器およびバッファを備えたディジ
タル信号処理装置が設けられている。この種の装置にお
いては、電力系統から変成器を介してアナログ信号（交
流信号）を取り込み、このアナログ信号を演算増幅器で
構成されたアナログフィルタでフィルタリングしてアナ
ログ信号から高調波成分を除去し、アナログフィルタの
出力をサンプルホールド回路により電気角３．７５度で
サンプリングし、サンプリングによって得られたアナロ
グ信号をマルチプレクサを介してＡ／Ｄ変換器に取り込
み、このＡ／Ｄ変換器でアナログ信号をディジタル信号
に変換し、このディジタル信号に対してディジタルフィ
ルタ演算を実行し、ディジタルフィルタ演算によって得
られたデータを電気角３０度に一回ずつ保護演算のため
に用い、この保護演算によって保護リレーを駆動するた
めの制御信号を生成するようになっている。

【０００３】ところが、アナログフィルタに演算増幅器
（ＯＰアンプ）を用いると、アナログフィルタの出力信
号に直流分としてオフセット電圧が重畳し、真のアナロ
グ信号をディジタル信号に変換することができない。こ
のため、従来の装置においては、アナログフィルタの出
力側に、可変抵抗器を有する増幅器を挿入し、オフセッ
ト電圧が０になるように、可変抵抗器を手動調整した
り、この調整値を調整制御によって算出したりして系統
保護の運用を行なっている。

【０００４】可変抵抗器を手動調整するに際しては、ア
ナログフィルタの入力信号として、例えば±１０Ｖの電
圧が入力され、Ａ／Ｄ変換器として１２ビットの分解能
を有するものが用いられたものにおいて、オフセット電
圧して、例えば、アナログフィルタから±５ｍＶの電圧
が発生した場合、１０Ｖ／１２ビット＝１０Ｖ／２０４
８＝４．８ｍＶ／１ビットになるので、±５ｍＶのオフ
セット電圧はほぼ１ビット（１デジット）の分解能に相
当することが考慮されている。すなわち、アナログ信号
をディジタル信号に変換する過程で、オフセット電圧し
て±５ｍＶ以上の電圧が発生した場合でも、可変抵抗器
を手動調整して、オフセット電圧が１ビット以内となる
ようにすることが行なわれている。

【０００５】一方、第二世代ディジタルリレーでは、ア
ナログ入力部の高精度化に伴って、Ａ／Ｄ変換器も高分
解能化することが進められている。すなわち、第一世代
ディジタルリレーでは、Ａ／Ｄ変換器の分解能として１
２ビットのものが用いられているが、第二世代ディジタ
ルリレーでは、Ａ／Ｄ変換器として、１４ビットの精度
を確保するために、１６ビットの分解能を有するものを
用いることで、一層のダイナミックレンジの拡大化が進
められている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来技術では、可変抵
抗器を用いてオフセット電圧を手動調整するようにして
いるため、人手による調整作業が必須となる。しかも、
Ａ／Ｄ変換器の分解能を１２ビットから１６ビットに変
更した場合、１デジットで調整可能な電圧は、１０Ｖ／
２０４８×１６＝０．３ｍＶとなる。このため、数ｍＶ
〜数１０ｍＶのオフセット電圧を±０．３ｍＶ以下に手
動で調整することは不可能である。

【０００７】なお、特開平９−１４９５３６号公報に記
載されているように、基準信号を用いてオフセット分を
調整する方法を採用することも考えられるが、この方法
では、オフセット分を調整するのにその都度基準信号を
入力しなければならず、調整作業が面倒である。

【０００８】本発明の目的は、電力系統のアナログ信号
をディジタル信号に変換する過程で、保護演算処理の誤
差要因となるオフセット分を自動的に検出し、このオフ
セット分により保護演算処理に用いるディジタル信号を
自動的に補正することができるディジタル保護制御装置
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決るための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、単一の保護対象を保護するものとして、
電力系統からのアナログ信号をフィルタリングして前記
アナログ信号から高周波成分を除去するアナログフィル
タ手段と、アナログフィルタ手段の出力信号を指定の周
期でサンプリングしてディジタル信号に変換するアナロ
グ・ディジタル変換手段と、アナログ・ディジタル変換手
段の出力信号にディジタルフィルタ演算処理を施して保
護演算処理の誤差要因となるオフセット分を抽出するデ
ィジタルフィルタ演算手段と、ディジタルフィルタ演算
手段の抽出によるオフセット分をオフセット補正値とし
て前記アナログ・ディジタル変換手段の出力信号を補正
するディジタル信号補正手段と、ディジタル信号補正手
段により補正されたディジタル信号を基に保護演算処理
を行って保護対象を保護するための制御信号を規定の周
期毎に生成する制御信号生成手段とを備えてなるディジ
タル保護制御装置を構成したものである。

【００１０】また、本発明は、複数の保護対象を保護す
るものとして、電力系統からのアナログ信号をフィルタ
リングして前記アナログ信号から高周波成分を除去する
複数のアナログフィルタ手段と、複数のアナログフィル
タ手段の出力信号を順番に選択する選択手段と、選択手
段の選択によるアナログ信号を指定の周期でサンプリン
グしてディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル
変換手段と、アナログ・ディジタル変換手段の出力信号
にディジタルフィルタ演算処理を施して保護演算処理の
誤差要因となるオフセット分を抽出するディジタルフィ
ルタ演算手段と、ディジタルフィルタ演算手段の抽出に
よるオフセット分をオフセット補正値として前記アナロ
グ・ディジタル変換手段の出力信号を補正するディジタ
ル信号補正手段と、ディジタル信号補正手段により補正
されたディジタル信号を基に保護演算処理を行って保護
対象を保護するための制御信号を規定の周期毎に生成す
る制御信号生成手段とを備えてなるディジタル保護制御
装置を構成したものである。

【００１１】前記各ディジタル保護制御装置を構成する
に際しては、ディジタルフィルタ演算手段の抽出による
オフセット分をオフセット補正値として記憶するオフセ
ット補正値記憶手段を設けるとともに、ディジタル補正
手段として、アナログ・ディジタル変換手段の出力信号
をオフセット補正値記憶手段に記憶されたオフセット補
正値により補正する機能を有するもので構成することが
できる。

【００１２】前記各ディジタル保護制御装置を構成する
に際しては、以下の要素を付加することができる。

【００１３】（１）起動時のイニシャル処理中に、前記
オフセット分の抽出に関する処理を実行し、その後オフ
セット分をオフセット補正値として補正に関する処理を
実行してなる。

【００１４】（２）起動時のイニシャル処理中に、前記
制御信号の生成周期と同じ規定の周期毎に前記オフセッ
ト分の抽出に関する処理を実行し、その後オフセット分
をオフセット補正値として補正に関する処理を実行して
なる。

【００１５】（３）起動時のイニシャル処理の終了後、
前記制御信号の生成周期と同じ規定の周期毎に前記オフ
セット補正値を更新し、更新されたオフセット補正値に
従って補正に関する処理を実行してなる。

【００１６】前記した手段によれば、電力系統からのア
ナログ信号をフィルタリングし、このフィルタリングに
より得られたアナログ信号をアナログ・ディジタル変換
手段により指定の周期でサンプリングしてディジタル信
号に変換し、このディジタル信号にディジタルフィルタ
演算処理を施して保護演算処理の誤差要因となるオフセ
ット分を抽出し、このオフセット分をオフセット補正値
としてアナログ・ディジタル変換手段の出力信号を補正
するようにしたため、電力系統からのアナログ信号をデ
ィジタル信号に変換する過程で、保護演算処理の誤差要
因となるオフセット分を自動的に検出し、このオフセッ
ト分にしたがって、保護演算処理に用いるディジタル信
号を自動的に補正することができ、調整作業を省略する
ことが可能になり、省力化に寄与することができる。

【００１７】また、オフセット補正値を用いた補正処理
を起動時のイニシャル処理中に行なうことで、運用時、
すなわち制御信号を規定の周期で生成するときにオフセ
ット補正値を用いた補正処理を省略することができる。

【００１８】さらに、オフセット補正値を用いた補正処
理を起動時のイニシャル処理の終了後に周期的に実行す
ることで、アナログ系のドリフトなどにより発生するオ
フセット分の変動に対しても柔軟に対応することができ
る。

【００１９】また、オフセット補正値を用いた補正処理
を実行するに際して、伝送零点（アナログ信号を完全に
遮断する周波数）を系統周波数およびその整数倍の周波
数に設定したディジタルフィルタ演算処理を実施するこ
とで、系統信号の影響を受けることなくオフセット分を
忠実に検出することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示す
ブロック構成図である。

【００２１】図１において、ディジタル保護制御装置
は、電力系統を保護対象として、入力変成器１ａ、アナ
ログフィルタ１ｂ、Ａ／Ｄ変換器１ｃ、高調波信号発生
回路１ｄ、ディジタルフィルタ１ｅ、リミッタ１ｆ、メ
モリ１ｇ、減算器１ｈ、ディジタルフィルタ１ｉを備え
て構成されているとともに、ディジタルフィルタ１ｅ、
リミッタ１ｆ、減算器１ｈ、ディジタルフィルタ１ｉは
マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）を主要素として構成され
ている。

【００２２】入力変成器１ａは、電力系統からアナログ
信号として交流信号を入力し、入力した交流信号の電圧
を電子回路レベルの電圧、例えば±１０Ｖの電圧に変換
してアナログフィルタ１ｂに出力するようになってい
る。アナログフィルタ１ｂは、入力変成器１ａからのア
ナログ信号をフィルタリングしてアナログ信号から高周
波成分を除去するアナログフィルタ手段として構成され
ている。すなわち、アナログフィルタ１ｂは、サンプリ
ングの折り返し誤差となる周波数、例えばサンプリング
の１／２倍以上の周波数を除去する機能を備えて構成さ
れいる。さらに、このアナログフィルタ１ｂには、アナ
ログフィルタ１ｂの特性を監視するために、すなわちア
ナログフィルタ１ｂの減衰特性の大きさを監視するため
に、高周波信号発生回路１ｄから、高調波信号として、
例えば６００Ｈｚの信号が入力されている。

【００２３】Ａ／Ｄ変換器１ｃは、１６ビットの分解能
を有し、アナログフィルタ１ｂの出力信号を指定の周
期、例えば電気角７．５度の周期でサンプリングしてデ
ィジタル信号に変換するアナログ・ディジタル変換手段
として構成されており、変換されたディジタル信号がデ
ィジタルフィルタ１ｅ、減算器１ｈに入力されている。

【００２４】ディジタルフィルタ１ｅは、Ａ／Ｄ変換器
１ｅの出力信号にディジタルフィルタ演算処理を施し、
保護演算処理の誤差要因となるオフセット分を抽出する
ディジタルフィルタ演算手段の一要素として構成されて
いる。すなわち、ディジタルフィルタ１ｅは、アナログ
フィルタ１ｂを、演算増幅器（オペアンプ）を用いて構
成した場合に、アナログフィルタ１ｂなどから発生する
オフセット成分（直流成分）としてのオフセット電圧を
検出する減衰特性を備えて構成されている。このディジ
タルフィルタ１ｅの出力信号はリミッタ１ｆに入力され
るようになっている。リミッタ１ｆは、ディジタルフィ
ルタ１ｅの出力信号のレベルが規定の範囲を逸脱しない
ように、ディジタルフィルタ１ｅの出力信号を規定の範
囲内に入るように規制するようになっている。例えば、
アナログ信号を処理するための演算増幅器（オペアン
プ）のオフセット電圧として、±数ｍＶ〜１０数ｍＶを
対象とした場合、このリミッタ１ｆの規定値は、±数ｍ
Ｖ〜１０数ｍＶの範囲に設定されている。そして、リミ
ッタ１ｆの出力信号はメモリ１ｇに記憶されるようにな
っている。メモリ１ｇは、リミッタ１ｆからのディジタ
ル信号、すなわちオフセット分を示すディジタル信号を
オフセット補正値として順次更新しながら記憶するオフ
セット補正値記憶手段として構成されている。このメモ
リ１ｇに記憶されたオフセット補正値は減算器１ｈに入
力されるようになっている。

【００２５】減算器１ｈは、Ａ／Ｄ変換器１ｃの出力に
よるディジタル信号、すなわち保護演算処理に用いるデ
ィジタル信号をメモリ１ｇに記憶されたオフセット補正
値で補正するディジタル信号補正手段として構成されて
いる。すなわち減算器１ｈは、Ａ／Ｄ変換器１ｃの出力
によるディジタル信号をメモリ１ｇに記憶されたオフセ
ット補正値で順次減算してＡ／Ｄ変換器１ｃの出力信号
を補正するようになっている。減算器１ｈで補正された
ディジタル信号はディジタルフィルタ１ｉに入力され、
ディジタルフィルタ１ｉによって高調波成分が除去され
るようになっている。すなわち、ディジタルフィルタ１
ｉは、ディジタル信号に含まれる高調波信号を除去する
減衰特性と、保護リレー特有の高速な過渡応答時間を満
足する機能を備えて構成されている。そしてディジタル
フィルタ１ｉの出力によるディジタル信号はマイクロプ
ロセッサ（ＣＰＵ）の演算部（図示省略）に入力される
ようになっている。この演算部は、ディジタルフィルタ
１ｉの出力によるディジタル信号を基に保護演算処理を
行なって保護対象を保護するための制御信号を規定の周
期、例えば電気角３０度ごとに生成する制御信号生成手
段として構成されており、この制御信号は電力系統の遮
断器を制御するための保護リレーに出力されるようにな
っている。

【００２６】ここで、ディジタルフィルタ１ｅを用いて
アナログ信号からオフセット成分を抽出するに際して、
本実施形態においては、図２に示すように、５段のカス
ケード接続されたローパスノッチ５０、５２、５４、５
６、ローパスフィルタ５８を用いてディジタルフィルタ
１ｅを構成することとしている。

【００２７】すなわち、ディジタルフィルタ１ｅは、全
体としてローパスフィルタの機能を必要とするところか
ら、本実施形態におけるディジタルフィルタ１ｅは、ロ
ーパスノッチ５０〜５６、ローパスフィルタ５８を用い
て構成されている。ローパスノッチ５０は５０Ｈｚ成分
をカットし、ローパスノッチ５２は６０Ｈｚ成分をカッ
トし、ローパスノッチ５４は１００Ｈｚ成分をカット
し、ローパスノッチ５６は１２０Ｈｚ成分をカットし、
ローパスフィルタ５８は広域周波数成分をカットするよ
うに構成されている。

【００２８】ローパスノッチ５０は、乗算ブロック５０
ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｅ、遅延回路ブロッ
ク５０ｆ、５０ｇ、加算回路ブロック５０ｈ、５０ｉ、
５０ｊ、５０ｋを備えて構成されており、２次バイクク
ワッド形ＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ Ｉｎｐｕｌｓｅ
Ｒｅｓｐｏｎｃｅ）フィルタ（再帰形フィルタ）の伝達
特性を示すようになっている。以下に、２次バイククワ
ッド形ＩＩＲフィルタの伝達特性を示す。

【００２９】

【数１】

【００３０】次に、入力信号Ｘｎ、出力信号をＹｎとし
たときに、ローパスノッチ５０の演算式を以下に示す。

【００３１】

【数２】

【００３２】

【数３】

【００３３】なお、ローパスノッチ５２、５４、５６、
ローパスフィルタ５８は各ブロックの係数が異なるのみ
で同一の構成であるため説明は省略する。

【００３４】上記構成によるディジタルフィルタ１ｅの
特性を図３に示す。

【００３５】図３に示すように、ディジタルフィルタ１
ｅは、電力系統を保護の対象としているため、電力系統
の基本波である５０Ｈｚと６０Ｈｚおよびその２倍の周
波数である１００Ｈｚと１２０Ｈｚがフィルタの伝送零
点（系統のアナログ信号を完全に遮断する周波数）に設
定されている。さらに、全体的な特性として、ローパス
フィルタの減衰特性により、系統周波数の２倍以上の高
調波成分を除去する特性になっている。

【００３６】ディジタルフィルタ１ｅの特性をこのよう
な特性にする理由は、アナログ入力信号に含まれる信号
成分のうち系統周波数およびその高調波成分をすべてカ
ットし、オフセット成分（直流成分）のみを忠実に検出
するためである。

【００３７】次に、本実施形態におけるディジタル保護
制御装置の作用を図４に示すフローチャートおよび図５
に示す波形図にしたがって説明する。

【００３８】まず、装置の電源立ち上げ時のイニシャル
処理として、装置が起動されたときに、電力系統からの
アナログ信号を、入力変成器１ａを介してアナログフィ
ルタ１ｂに取り込み、アナログフィルタ１ｂにおいてア
ナログ信号にフィルタリング処理を施してアナログ信号
に含まれる高調波成分を除去する。この後はアナログフ
ィルタ１ｂの出力信号をＡ／Ｄ変換器１ｃによりディジ
タル信号に変換する。このときアナログ信号として入力
された交流信号の電圧、電流に関するデータとして、デ
ィジタル信号にしたがって電圧データと電流データを読
みだす（ステップ４ａ、４ｂ）。この後、読み出したデ
ータの中からオフセット電圧を検出するために、ディジ
タルフィルタ１ｅを用いてディジタル信号に対してディ
ジタフィルタ演算処理を施し、保護演算処理の誤差要因
となるオフセット分（オフセット電圧）を抽出する（ス
テップ４ｃ）。この後データのばらつきを低減するため
に、ディジタルフィルタ演算処理による演算結果を平均
化する（ステップ４ｄ）。そして平均化処理されたオフ
セット電圧（オフセット分）がオフセット補正値として
調整可能な範囲、例えば±１０ｍＶか否かを判定する
（ステップ４ｅ）。このとき平均化処理して得られたオ
フセット電圧の値が調整範囲外のときにはリミット値±
１０ｍＶを平均化処理されたオフセット電圧に設定し、
この値をメモリ１ｇに記憶させる。

【００３９】一方、平均化処理されて得られたオフセッ
ト電圧の値が調整範囲内のときには平均化処理されて得
られたオフセット電圧をメモリ１ｇに記憶する。そして
メモリ１ｇに記憶されたオフセット電圧を用いてＡ／Ｄ
変換器１ｃの出力電圧を補正するための処理に移行す
る。すなわちＡ／Ｄ変換器１ｃの出力によるディジタル
信号をメモリ１ｇに記憶されたオフセット電圧によって
減算する。

【００４０】このような処理が行なわれる過程で、Ａ／
Ｄ変換器１ｃの入力信号としては、図５（ａ）に示すよ
うに、アナログフィルタ１ｂなどから発生するオフセッ
ト成分（Ｖｏｆｆ）を含み、例えば正側に浮いた状態に
なっている。そして（ａ）に示すような入力信号をＡ／
Ｄ変換して得られたディジタル信号に対して、ディジタ
ルフィルタ１ｅを用いてディジタルフィルタ演算処理を
施すと、ディジタルフィルタ１ｅの出力信号としては、
最初はディジタルフィルタ１ｅの過渡応答特性によって
若干振動した波形となるが、調整完了時、例えば起動時
から３秒経過した後には、振動成分がなくなり、直流信
号となる。さらに平均化処理を行なうことで、振動成分
を抑制することができる。

【００４１】またオフセット電圧をメモリ１ｇに記憶す
るための処理は、起動時から３秒間イニシャル処理とし
て行なわれ、このオフセット電圧を抽出するに際して
は、例えば電気角７．５度ごとにアナログ信号をサンプ
リングすることによって行なわれるようになっている。
そして装置の起動時からクロックパルスを計数すること
で、例えば３秒経過したときには調整完了フラグが発生
し、その後イニシャル完了フラグが発生することでイニ
シャル処理を終了し、通常の処理、すなわち規定の周
期、例えば３０度ごとに制御信号を生成するための処理
に移行する（ステップ４ｇ、４ｈ）。

【００４２】すなわち、イニシャル処理の間にメモリ１
ｇに記憶されたオフセット電圧を用いてＡ／Ｄ変換器１
ｃの出力信号を減算する補正をイニシャル処理終了時に
行ない、その後通常の処理に移行する。このため、通常
の処理時には、減算器１ｈからは、図５（ｅ）に示すよ
うに、オフセット分を除去したアナログ信号に相当する
ディジタル信号が出力されることになる。すなわち、イ
ニシャル時にオフセット電圧を検出し、検出したオフセ
ット値にしたがって、運用時、すなわち通常の処理時に
保護演算処理を行なうためのディジタル信号（Ａ／Ｄ変
換器１ｃの出力信号）を補正することで、適正なディジ
タル信号を用いて保護演算処理を行なうことができる。
例えば、電力系統に事故が発生している場合には、遮断
器に対してトリップ指令を出力するための保護演算処理
や異常時にリレーをロックするための保護演算処理を行
なうことができる。

【００４３】本実施形態によれば、電力系統からのアナ
ログ信号をディジタル信号に処理する過程で、保護演算
処理の誤差要因となるオフセット分をイニシャル処理中
に検出し、この検出値にしたがって、保護演算処理に必
要なディジタル信号を運用開始時に補正するようにして
いるため、調整作業が不要となり、省略化を図ることが
できる。

【００４４】本実施形態によれば、ディジタルフィルタ
１ｉを用いているため、高調波除去用ディジタルフィル
タの減衰特性がローパス型のような直流成分を通過させ
る特性に対して非常に有効である。また保護リレー特有
の高速応答を満足させるには、高調波周波数領域の減衰
特性が急峻でないフィルタ、ローパス型のディジタルフ
ィルタを採用することがあるが、このような場合でも、
ディジタルフィルタ１ｉを採用することで十分対応する
ことができ、高精度なディジタル演算処理が可能にな
る。

【００４５】前記実施形態において、起動時のイニシャ
ル処理中に、オフセット電圧を抽出する処理を実行する
場合、制御信号の生成周期と同じ規定の周期、例えば電
気角で３０度ごとにオフセット電圧を抽出する処理を実
行するとともに、抽出したオフセット電圧にしたがって
保護演算処理に必要なディジタル信号を補正することも
できる。

【００４６】次に、本発明の第２実施形態を図６にした
がって説明する。

【００４７】本実施形態は、オフセット補正値を検出す
るに際して、起動時のイニシャル処理中にオフセット電
圧を検出するだけでなく、運用時においてもオフセット
補正値を更新し、時刻とともに変化するドリフト成分を
含めて保護演算処理に必要なディジタル信号を、更新さ
れたオフセット補正値にしたがって補正するようにした
ものである。

【００４８】具体的には、マイクロプロセッサ（ＣＰ
Ｕ）の処理として、電気角で３０度ごとに、アナログ信
号を入力する入力処理１００、補正処理１０２、高調波
除去フィルタ処理１０４、リレー演算処理１０６、シー
ケンス演算処理１０８、常時監視処理１１０という一連
の保護リレーとしての演算の中に、オフセット補正値
（オフセット電圧）を検出するための補正値検出処理１
１２を追加し、この補正値検出処理１１２の後に、制御
信号を出力するための出力処理１１４を行なうこととし
ている。この補正値検出処理１１２は、ディジタルフィ
ルタ１ｅ、１ｉの過渡応答を考慮して、例えば３秒ごと
の更新周期で実行する。

【００４９】このように３秒ごとの更新周期でオフセッ
ト補正値を更新すれば、アナログフィルタ１ｂなどアナ
ログ系のドリフトによるオフセット電圧の変動に対して
も対応することができ、高精度な保護演算が可能にな
る。また調整作業も不要となるので、省略化を図ること
ができる。

【００５０】次に、本発明の第３実施形態を図７にした
がって説明する。本実施形態におけるディジタル保護制
御装置は、保護対象として、電力系統に１６ヶ所の保護
エリアがあるときを考慮したものであって、１６ヶ所の
保護対象に対応して、入力変成器１０ａ〜１６ｐ、アナ
ログフィルタ１２ａ〜１２ｐを備えているとともに、マ
ルチプレクサ１４、Ａ／Ｄ変換器１６、バッファメモリ
１８、タイミング制御回路２０、マイクロプロセッサ
（ＣＰＵ）２２、プログラムメモリ（ＲＯＭ）２４、デ
ータメモリ（ＲＡＭ）２６、ディジタル入力回路（Ｄ
Ｉ）２８、ディジタル出力回路（ＤＯ）３０、バス３
２、高調波信号発生回路３４を備えて構成されている。

【００５１】入力変成器１０ａ〜１０ｐは、それぞれ電
力系統からアナログ信号として交流信号を取り込み、こ
の交流信号を電子回路レベル、例えば±１０Ｖの電圧に
変換し、変換した信号をアナログフィルタ１２ａ〜１２
ｐにそれぞ出力するようになっている。各アナログフィ
ルタ１２ａ〜１２ｐは、入力変成器１０ａ〜１０ｐから
のアナログ信号をフィルタリングしてアナログ信号から
高調波成分を除去するアナログフィルタ手段として構成
されている。すなわち各アナログフィルタ１２ａ〜１２
ｐはサンプリングによる折り返し誤差を防止するための
ローパスフィルタとしての機能を備えて構成されてお
り、各アナログフィルタ１２ａ〜１２ｐの出力信号はそ
れぞれマルチプレクサ１４に入力されている。マルチプ
レクサ１６は、監視対象が１６ヶ所であることを考慮し
て、１６チャンネルで構成されており、各アナログフィ
ルタ１２ａ〜１２ｐからの信号を順番に選択する選択手
段として、マルチプレクサ１４にはタイミング制御回路
２０から４ビットのアドレス信号２０ａが切り換え信号
として入力されている。すなわちマルチプレクサ１４に
は１６通りのアドレス信号が切り換え信号として入力さ
れており、マルチプレクサ１４は、アドレス信号にした
がってアナログフィルタ１２ａ〜１２ｐからの信号を順
番に選択し、選択した信号を順次Ａ／Ｄ変換器１６に出
力するようになっている。

【００５２】Ａ／Ｄ変換器１６は、サンプル／ホールド
回路を内蔵し、タイミング制御回路２０からの指令信号
２０ｂに応答して、マルチプレクサ１４からのアナログ
信号をディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル
変換手段として構成されている。このＡ／Ｄ変換器１６
は１６ビットの分解能を備えており、アナログフィルタ
１２ａ〜１２ｐに入力される電圧の最大値を±１０Ｖと
したとき、Ａ／Ｄ変換器１６からは１デジット当たり
０．３ｍＶに相当するディジタル信号が出力されるよう
になっている。そしてＡ／Ｄ変換器１６の出力によるデ
ィジタル信号はバッファメモリ１８に格納されるように
なっている。このバッファメモリ１８は、入出力ポート
を有するデュアルポートメモリ（ＤＰＭ）で構成されて
いる。すなわちバッファメモリ１８は、タイミング制御
回路２０かのアドレス信号２０ｃと書き込み信号２０ｄ
にしたがって、Ａ／Ｄ変換器１６からのディジタル信号
を内部のメモリセルに記憶する記憶手段として構成され
ている。なお、アドレス信号２０ｃは、実際の入力信号
数（１６）×ｎ倍の書き込みに対応した本数の信号に設
定されている。例えば、図８に示すように、サンプリン
グ周期を７．５度とし、保護制御演算周期を４倍の３０
度とした場合、１６×２＝３２本のアドレス信号線で構
成されるようになっている。

【００５３】一方、マイクロプロセッサ２２は、タイミ
ング制御回路２０からの割込み信号２０ｅに応答して、
プログラムメモリ２４に格納されたプログラムにしたが
ってディジタルフィルタ演算および保護制御演算に関す
る処理を実行するようになっている。この場合データメ
モリ２６をワークメモリとして使用するようになってい
る。さらにこのマイクロプロセッサ２２は、図１に示す
ディジタルフィルタ１ｅ、リミッタ１ｆ、減算器１ｈ、
ディジタルフィルタ１ｉの機能を備えて構成されてお
り、割込み信号２０ｅに応答して、規定の周期、例え
ば、電気角３０度ごとに、ディジタルフィルタ演算処理
や保護制御演算処理を実行するようになっている。

【００５４】具体的には、バッファメモリ１８のデータ
を入力する入力処理２００を行なった後、入力したディ
ジタル信号に対してディジタルフィルタ１ｅを用いてデ
ィジタルフィルタ演算処理を施して、保護演算処理の誤
差要因となるオフセット分すなわちオフセット電圧を抽
出し、このオフセット電圧をオフセット補正値として、
保護演算処理に用いるディジタル信号を補正する補正処
理２０２を実行する。さらに補正されたディジタル信号
に対して、高調波除去用ディジタルフィルタ１ｉを用い
て高調波除去フィルタ演算処理２０４を実行する。この
フィルタ演算処理２０４は、７．５度ごとサンプリング
されたデータを４個用いて３０度ごとに行なう。そして
フィルタ演算処理２０４の後は、高調波を除去したディ
ジタルデータを用いて、保護リレー演算処理２０６を実
行する。この後保護リレー演算処理２０６の演算結果の
データ用いて、保護シーケンス演算処理２０８を実行
し、電力系統に事故が発生しているか否かの判定を行な
う。この後ディジタル保護リレー特有の常時監視処理２
１０を実行する。すなわち、マイクロプロセッサ２２、
バッファメモリ１８、データメモリ２６、プログラムメ
モリ２４、アナログフィルタ１２ａ〜１２ｐ、ディジタ
ル入力回路２８、ディジタル出力回路３０などについて
異常の有無を検出し、異常を検出した時には、異常の検
出されたものに対してその機能をロックするなどの処理
を実行する。

【００５５】この後、保護対象に関する保護演算処理結
果として、保護対象を保護するための制御信号を出力す
るための出力処理２１２を実行する。例えば、電力系統
に事故が発生している時には、遮断器に対してトリップ
指令を出力するための制御信号を出力する。なお、本実
施形態においては、データメモリ２６にオフセット電圧
がオフセット補正値として記憶されることになる。

【００５６】またディジタル入力回路２８には、ステー
タス情報として遮断器の投入状態に関する情報が入力さ
れ、保護対象を保護するための制御信号はディジタル出
力回路３０を介して外部機器に出力されるようになって
いる。ディジタル入力回路２８はフォトカプラを用いて
外部と絶縁されている。またタイミング制御回路２０
は、例えばプログラマブルなゲートアレイなどで集積化
が可能であり、小型化が可能となる。

【００５７】本実施形態によれば、複数の保護対象に関
するアナログ信号を入力する場合でも、各アナログ信号
をディジタル信号に変換して処理する過程で、保護演算
処理の誤差要因となるオフセット分を自動的に検出し、
この検出値にしてがって、保護演算処理に用いるディジ
タル信号を補正することができるため、調整作業が不要
となり、省略化が可能になる。さらに、規定の周期ごと
にオフセット補正値を更新することで、電源電圧の変動
や周囲温度の変動などを主要因としたドリフトによるオ
フセット電圧の変動に対しても追従することができる。

【００５８】次に、電力系統のアナログ信号に基づいて
保護演算処理を行なって保護リレーとしてのリアクタン
スリレーを制御するときの作用を図９のフローチャート
にしたがって説明する。

【００５９】作用に説明に先立って、図１０に、リアク
タンスリレー（１要素分）とモーリレー要素（１要素
分）の特性例を示す。図１０において、ｊｘはインピー
ダンスの誘導リアクタンス分であり、Ｚ１はリアクタン
スリレーの整定値、Ｚ２はモーリレーの整定値である。
保護リレーの場合には、各整定値が保護リレーの保護範
囲を決定することになる。そして各整定値は、電力系統
の変更、これに伴う保護範囲の変更の場合には、作業員
により装置外部よりオンラインで変更できるようになっ
ている。

【００６０】図１０に示す特性を有するリアクタンスリ
レーを制御するに際しては、まず、電力系統から入力さ
れアナログ信号をフィルタリングしてアナログ信号から
高調波成分を除去し、このアナログ信号を指定の周期で
サンプリングしてディジタル信号に変換し、このディジ
タル信号にディジタルフィルタ処理演算を施してオフセ
ット分を抽出し、このオフセット分をオフセット補正値
とし、この保護演算処理に用いるディジタル信号を補正
して系統の電圧データと電流データを入力する（ステッ
プ９ａ、９ｂ）。入力したデータのうち電流データに対
しては移相処理を行ない（ステップ９ｃ）、移相処理さ
れた電流データとステップ９ａで入力された電圧データ
に対して基準量の演算、測距量の演算、積演算、積分フ
ィルタ演算等の処理を実行し（ステップ９ｄ〜９ｇ）、
演算結果と整定値Ｚ１とを比較する（ステップ９ｈ）、
ここで、演算結果が整定値Ｚ１よりも大きいときには、
異常状態の継続時間を調べるために、カウンタ（図示省
略）を＋１とし、補進する（ステップ９ｊ）。ついで、
このカウンタの計数値が所定計数値より大きくなったか
否かを判定する（ステップ９ｋ）。このときカウンタの
計数値が所定計数値より大きいときには、リアクタンス
リレーを動作させるべき状態と判断し、要素リレーの出
力を１にする（ステップ９ｍ）。カウンタの計数値が所
定計数値に達していないと判定され時には、要素リレー
の出力を０として、リアクタンスリレーの動作を停止さ
せた状態にしておく（ステップ９ｎ）。

【００６１】一方、ステップ９ｈにおいて、演算結果が
整定値より小さいと判定された時には、カウンタをクリ
アし（ステップ９ｉ）、要素リレーの出力を０とする
（ステップ９ｌ）。

【００６２】本実施形態によれば、電力系統のアナログ
信号に基づいてリアクタンスリレーを制御するに際し
て、アナログ系にオフセット分が生じても、保護演算処
理に用いるディジタル信号をオフセット補正値によって
自動的に補正することができ、調整作業が不要となり、
省略化を図ることができる。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電力系統からのアナログ信号をフィルタリングし、この
フィルタリングにより得られたアナログ信号をアナログ
・ディジタル変換手段により指定の周期でサンプリング
してディジタル信号に変換し、このディジタル信号にデ
ィジタルフィルタ演算処理を施して保護演算処理の誤差
要因となるオフセット分を抽出し、このオフセット分を
オフセット補正値としてアナログ・ディジタル変換手段
の出力信号を補正するようにしたため、電力系統からの
アナログ信号をディジタル信号に変換する過程で、保護
演算処理の誤差要因となるオフセット分を自動的に検出
し、このオフセット分にしたがって、保護演算処理に用
いるディジタル信号を自動的に補正することができ、調
整作業を省略することが可能になり、省力化に寄与する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示すブロック構成図で
ある。

【図２】ディジタルフィルタのブロック構成図である。

【図３】ディジタルフィルタの特性図である。

【図４】図１に示す装置の作用を説明するためのフロー
チャートである。

【図５】図１に示す装置の各部の動作を説明するための
波形図である。

【図６】本発明の第２実施形態であって、ＣＰＵの処理
内容を説明するための図である。

【図７】本発明の第３実施形態を示すブロック構成図で
ある。

【図８】図７に示すＣＰＵの処理内容を説明するための
図である。

【図９】リアクタンスリレーの制御方法を説明するため
のフローチャートである。

【図１０】モーリレーとリアクタンスリレーの特性図で
ある。

【符号の説明】

１ａ 入力変成器 １ｂ アナログフィルタ １ｃ Ａ／Ｄ変換器 １ｄ 高調波信号発生回路 １ｅ ディジタルフィルタ １ｆ リミッタ １ｇ メモリ １ｈ 減算器 １ｉ ディジタルフィルタ １０ａ〜１０ｐ 入力変成器 １２ａ〜１２ｐ アナログフィルタ １４ マルチプレクサ １６ Ａ／Ｄ変換器 １８ バッファメモリ ２０ タイミング制御回路 ２２ マイクロプロセッサ ２４ プログラムメモリ ２６ データメモリ ２８ ディジタル入力回路 ３０ ディジタル出力回路 ３２ バス ３４ 高調波信号発生回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 真治 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株式 会社日立製作所国分工場内 (72)発明者 小林 崇 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株式 会社日立製作所国分工場内 Ｆターム(参考） 5G042 BB03 BB07 BB08 BB15 EE08 FF02 FF10 FF23 FF32

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力系統からのアナログ信号をフィルタ
   リングして前記アナログ信号から高周波成分を除去する
   アナログフィルタ手段と、アナログフィルタ手段の出力
   信号を指定の周期でサンプリングしてディジタル信号に
   変換するアナログ・ディジタル変換手段と、アナログ・デ
   ィジタル変換手段の出力信号にディジタルフィルタ演算
   処理を施して保護演算処理の誤差要因となるオフセット
   分を抽出するディジタルフィルタ演算手段と、ディジタ
   ルフィルタ演算手段の抽出によるオフセット分をオフセ
   ット補正値として前記アナログ・ディジタル変換手段の
   出力信号を補正するディジタル信号補正手段と、ディジ
   タル信号補正手段により補正されたディジタル信号を基
   に保護演算処理を行って保護対象を保護するための制御
   信号を規定の周期毎に生成する制御信号生成手段とを備
   えてなるディジタル保護制御装置。
2. 【請求項２】 電力系統からのアナログ信号をフィルタ
   リングして前記アナログ信号から高周波成分を除去する
   複数のアナログフィルタ手段と、複数のアナログフィル
   タ手段の出力信号を順番に選択する選択手段と、選択手
   段の選択によるアナログ信号を指定の周期でサンプリン
   グしてディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル
   変換手段と、アナログ・ディジタル変換手段の出力信号
   にディジタルフィルタ演算処理を施して保護演算処理の
   誤差要因となるオフセット分を抽出するディジタルフィ
   ルタ演算手段と、ディジタルフィルタ演算手段の抽出に
   よるオフセット分をオフセット補正値として前記アナロ
   グ・ディジタル変換手段の出力信号を補正するディジタ
   ル信号補正手段と、ディジタル信号補正手段により補正
   されたディジタル信号を基に保護演算処理を行って保護
   対象を保護するための制御信号を規定の周期毎に生成す
   る制御信号生成手段とを備えてなるディジタル保護制御
   装置。
3. 【請求項３】 電力系統からのアナログ信号をフィルタ
   リングして前記アナログ信号から高周波成分を除去する
   アナログフィルタ手段と、アナログフィルタ手段の出力
   信号を指定の周期でサンプリングしてディジタル信号に
   変換するアナログ・ディジタル変換手段と、アナログ・デ
   ィジタル変換手段の出力信号にディジタルフィルタ演算
   処理を施して保護演算処理の誤差要因となるオフセット
   分を抽出するディジタルフィルタ演算手段と、ディジタ
   ルフィルタ演算手段の抽出によるオフセット分をオフセ
   ット補正値として記憶するオフセット補正値記憶手段
   と、前記アナログ・ディジタル変換手段の出力信号を前
   記オフセット補正値記憶手段に記憶されたオフセット補
   正値により補正するディジタル信号補正手段と、ディジ
   タル信号補正手段により補正されたディジタル信号を基
   に保護演算処理を行って保護対象を保護するための制御
   信号を規定の周期毎に生成する制御信号生成手段とを備
   えてなるディジタル保護制御装置。
4. 【請求項４】 電力系統からのアナログ信号をフィルタ
   リングして前記アナログ信号から高周波成分を除去する
   複数のアナログフィルタ手段と、複数のアナログフィル
   タ手段の出力信号を順番に選択する選択手段と、選択手
   段の選択によるアナログ信号を指定の周期でサンプリン
   グしてディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル
   変換手段と、アナログ・ディジタル変換手段の出力信号
   にディジタルフィルタ演算処理を施して保護演算処理の
   誤差要因となるオフセット分を抽出するディジタルフィ
   ルタ演算手段と、ディジタルフィルタ演算手段の抽出に
   よるオフセット分をオフセット補正値として記憶するオ
   フセット補正値記憶手段と、前記アナログ・ディジタル
   変換手段の出力信号を前記オフセット補正値記憶手段に
   記憶されたオフセット補正値により補正するディジタル
   信号補正手段と、ディジタル信号補正手段により補正さ
   れたディジタル信号を基に保護演算処理を行って保護対
   象を保護するための制御信号を規定の周期毎に生成する
   制御信号生成手段とを備えてなるディジタル保護制御装
   置。
5. 【請求項５】 起動時のイニシャル処理中に、前記オフ
   セット分の抽出に関する処理を実行し、その後オフセッ
   ト分をオフセット補正値として補正に関する処理を実行
   してなることを特徴とする請求項１、２、３または４記
   載のディジタル保護制御装置。
6. 【請求項６】 起動時のイニシャル処理中に、前記制御
   信号の生成周期と同じ規定の周期毎に前記オフセット分
   の抽出に関する処理を実行し、その後オフセット分をオ
   フセット補正値として補正に関する処理を実行してなる
   ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載のディ
   ジタル保護制御装置。
7. 【請求項７】 起動時のイニシャル処理の終了後、前記
   制御信号の生成周期と同じ規定の周期毎に前記オフセッ
   ト補正値を更新し、更新されたオフセット補正値に従っ
   て補正に関する処理を実行してなることを特徴とする請
   求項１、２、３または４記載のディジタル保護制御装
   置。