JP2002186167A - サンプリングデータ処理方法及び該処理方法を用いた継電器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力系統の電圧，電流等の交流電気量を固定
周波数サンプリング方式でサンプリングし、そのサンプ
リングデータ演算結果に含まれた前記電気量の周波数変
動に基づく誤差を、ＰＬＬ同期回路等によりサンプリン
グの間隔を可変したりすることなく補正する。 【解決手段】 系統基本波の電圧，電流等の交流電気量
の計測信号を一定周波数の固定周波数サンプリング方式
でサンプリングし、サンプリングデータ演算結果の拡幅
又は／及び位相に前記電気量の周波数変動に基づく誤差
の補正演算を施し、サンプリングデータ演算結果の誤差
を演算により補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、いわゆる固定周波
数サンプリング方式のデジタル保護継電器等に好適なサ
ンプリングデータ処理方法及びこの処理方法を用いた継
電器に関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタル保護継電器は、電力系統の電
圧，電流等のアナログ交流信号をサンプリングしてデジ
タルデータに変換し、このデジタルデータに、フーリエ
変換に基づくデジタルフィルタ処理などを施し、基本波
成分を抽出し、抽出した基本波成分の振幅や位相に応じ
て動作するようにしたものである。

【０００３】そして、この場合、アナログ交流信号をサ
ンプリングしてデジタルデータに変換するタイミング
は、例えば系統基本波の電気角３０゜毎のタイミングで
行われるが、一般に、系統の基本波定格周波数（５０Hz
又は６０Hz）を基準にして系統に非同期に形成した一定
周波数（固定周波数であり、上記３０゜毎のサンプリン
グでは５０Hz×１２＝６００Hz又は６０Hz×１２＝７２
０Hz）のいわゆる固定周波数サンプリング方式がとられ
ている。

【０００４】ところで、保護継電器には、例えば系統基
本波の振幅値で動作する継電器の他、そのサイクル間の
振幅又は／及び位相の変化（ベクトル変化），振幅のみ
の変化（スカラ変化）で動作する変化量検出継電器があ
る。

【０００５】この種変化量検出継電器は、変化検出のた
め、現在の量以外に以前の量を何らかの形で保持してお
く必要がある。

【０００６】そして、アナログ形継電器では、この保持
することが回路構成上複雑であり、性能上も限界がある
ため、実使用はほとんどない。

【０００７】一方、デジタル形継電器は記憶機能は極め
て得意とするところであり、前記の変化量検出継電器の
実現に最適である。

【０００８】しかし、デジタル形の変化量検出継電器実
現にはつぎのような問題点がある。すなわち、デジタル
形の変化量検出継電器で一般的に採用されている固定周
波数サンプリング方式では、系統の周波数変動に対し
て、後に数値データを示すが、大きな検出誤差が発生
し、誤動作の可能性があるという問題点がある。

【０００９】上記問題点を解決するために、ＰＬＬ回路
等により系統基本波の周波数に同期してサンプリングタ
イミングを形成する方法が考えられるが、ＰＬＬ回路付
加による複雑さもさることながら、系統事故発生時の電
圧急変でのＰＬＬ回路過渡応動によりサンプリングタイ
ミングが変動し、データ収集に悪影響を与えるという大
きな短所があり、この方法は採用できない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の固定周波数
サンプリング方式の変化量検出継電器等の場合、上述の
とおり系統周波数の変動等が生じると、サンプリングデ
ータをデジタルフィルタ処理して得られる抽出成分の電
圧，電流等の交流の電気量の振幅又は／及び位相にその
周波数変動に基づくみかけ上のずれ（誤差）が生じ、継
電器動作が不正確となる問題点がある。

【００１１】そして、計測対象の電気量が電力系統の電
圧，電流等以外の交流の電気量の場合も同様の問題点が
ある。

【００１２】本発明は、電力系統の電圧，電流等の交流
の電気量を固定周波数サンプリング方式でサンプリング
し、そのサンプリングデータ演算結果に含まれた電気量
の周波数変動に基づく誤差を、サンプリング間隔をＰＬ
Ｌ同期回路で可変したりすることなく、安価かつ簡単な
構成で補正することを課題とし、さらには、このサンプ
リングデータ処理方法を用いた継電器を提供することを
課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、請求項１の本発明のサンプリングデータ処理方法
は、電力系統の電圧，電流等の交流電気量の計測信号を
一定周波数の固定サンプリング方式でサンプリングし、
このサンプリングデータ演算結果の振幅又は／及び位相
に電気量の周波数変動に基づく誤差の補正演算を施し、
サンプリングデータ演算結果の前記誤差を演算により補
正する。

【００１４】したがって、電力系統の電圧，電流等の交
流の電気量が、その周波数の変動に非同期に一定周波数
の固定周波数サンプリング方式でサンプリングされる。

【００１５】さらに、このサンプリングデータ演算結果
の振幅又は／及び位相に含まれた電気量の周波数変動に
基づく誤差が演算で補正される。

【００１６】この場合、前記の誤差を、サンプリングの
間隔をＰＬＬ同期回路で可変したりすることなく、いわ
ゆるソフトウエア処理の補正演算により、安価かつ簡単
な構成で補正することができる。

【００１７】つぎに、請求項２の本発明の変化量検出継
電器は、いわゆるベクトル変化量検出継電器であって、
電力系統の電圧，電流等の交流電気量の計測信号を一定
周波数の固定周波数サンプリング方式でサンプリングす
る手段と、前記電気量の周波数変動を計測する手段と、
前記抽出成分の比較２サイクルの振幅，位相にその周波
数変動に基づく誤差の補正演算を施し，両サイクルの振
幅の前記誤差を演算により補正して除去し，両サイクル
の位相を合わせる手段と、前記補正演算が施された両サ
イクル間の前記抽出成分の振幅，位相のベクトル変化を
検出する手段とを備えたものである。

【００１８】したがって、ベクトル変化の検出に必要な
２サイクルの電気量が一定周波数の固定周波数サンプリ
ング方式でサンプリングされる。

【００１９】さらに、サンプリングデータから抽出され
た成分の比較２サイクルの振幅，位相に、その周波数変
動に基づく誤差の補正演算が施され、抽出成分のサイク
ル間の振幅誤差が排除され、抽出成分のサイクル間の位
相が一致する。

【００２０】そして、補正後の抽出成分の比較２サイク
ル間の振幅，位相のベクトル変動の検出により、サンプ
リングの間隔を長短可変等したりすることなく、所期の
継電器動作を行わせることができる。

【００２１】また、請求項３の本発明の変化量検出継電
器は、いわゆる振幅のみの変化で動作するスカラ変化量
検出継電器であって、電力系統の電圧，電流等の交流電
気量の計測信号を一定周波数の固定周波数サンプリング
方式でサンプリングする手段と、前記電気量の周波数変
動を計測する手段と、前記抽出成分の比較２サイクルの
振幅に前記周波数変動に基づく誤差の補正演算を施し，
両サイクルの振幅の前記誤差を演算により補正して除去
する手段と、前記補正演算が施された両サイクル間の前
記抽出成分の振幅変化を検出する手段とを備えたもので
ある。

【００２２】したがって、サイクル間の振幅変化により
動作するスカラ変化量検出継電器において、比較２サイ
クルの振幅の周波数変動の演算補正に基づき、前記の請
求項２のベクトル変化量検出継電器と同様の効果が得ら
れる。

【００２３】さらに、請求項４の本発明の継電器は、状
態量に応動する継電器であって、電力系統の電圧，電流
等の交流電気量の計測信号を一定周波数の固定周波数サ
ンプリング方式でサンプリングする手段と、電力系統の
周波数変動を計測する手段と、前記抽出成分の振幅に前
記周波数変動に基づく誤差の補正演算を施し，前記振幅
の誤差を演算により補正して除去する手段と、前記補正
演算が施された抽出成分の振幅値を検出する手段とを備
える。

【００２４】したがって、交流電気量の時々刻々の振幅
値が固定周波数サンプリング方式のサンプリングにより
周波数変動の誤差を補正演算して検出されて、状態量応
動の継電器において、従来よりも高精度検出を可能とす
るという効果が得られる。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の１形態について、
図１〜図４を参照して説明する。図１は電力系統の電
圧，電流を計測対象の交流電気量とし、それらのベクト
ル変化により動作するベクトル変化量継電器の構成を示
したブロック図であり、電力系統の母線１に計器用変圧
器（変成器ＰＴ）２が接続され、母線１から遮断器３を
介して引出されたフィーダ４に計器用変流器（変成器Ｃ
Ｔ）５が接続され、変圧器２は母線電圧（系統電圧）Ｖ
を計測し、変流器５は負荷に供給されるフィーダ電流
（系統の負荷電流）Ｉを計測する。

【００２６】なお、電力系統は３相系統であり、変圧器
２，変流器５は実際には電力系統の相毎に設けられる
が、各相の構成及び動作が同一であることから、ここで
はそのうちの１相について説明する。

【００２７】そして、変圧器２の母線電圧Ｖの計測信号
は、継電器本体６の電圧側の補助変圧器７，デジタル処
理の折返しノイズ除去用のローパスフィルタ８を介して
アンプ９に送られ、このアンプ９で適切な大きさに増幅
された後、電圧側のサンプル・ホールド回路（Ｓ／Ｈ回
路）１０に供給される。

【００２８】また、変流器５のフィーダ電流Ｉの計測信
号は、継電器本体６の電流側の補助変流器１１，フィル
タ８と同様のローパスフィルタ１２を介してアンプ１３
に送られ、このアンプ１３で適切な大きさに増幅された
後、サンプル・ホールド回路１４に供給される。

【００２９】サンプル・ホールド回路１０，１４はサン
プリング指令発生回路１５のサンプリング指令パルスに
より、デジタルリレーで一般に行われている系統基本波
の基準周波数（６０Hz又は５０Hz）の電気角３０度の一
定時間間隔毎に，すなわち一定周波数で電圧Ｖ，電流Ｉ
の計測信号をサンプリングし、それらのホールド出力
を、信号切替を行うマルチプレクサ１６を介してＡ／Ｄ
変換回路１７に供給する。

【００３０】そして、この変換回路１７は前記のサンプ
リング指令パルスの周期で電圧Ｖ，電流Ｉの計測信号を
デジタルデータに変換し、例えば１２点／サイクルの電
圧Ｖ，電流Ｉのサンプリングデータを形成する。

【００３１】さらに、これらのサンプリングデータはメ
モリ部１８のＲＡＭに書込まれて最新の一定量（ｎサイ
クル分）が保持される。

【００３２】一方、アンプ９から出力された電圧Ｖの計
測信号は、周波数計測回路１９にも供給され、この計測
回路１９は系統基本波電圧Ｖのゼロクロス点の間隔を所
定周波数のクロックで計数し、時々刻々の系統周波数に
比例した計数データを形成し、この計数データをメモり
部１８のＲＡＭに書込む。

【００３３】さらに、演算処理装置（ＣＰＵ）２０はメ
モリ部１８のＲＯＭに保持されたプログラムを実行して
電圧Ｖ，電流Ｉのサンプリングデータに後述するフーリ
エ変換にもとづくデジタルフィルタ処理を施し、それぞ
れの系統基本波成分の正弦成分と余弦成分に分離して抽
出し、これらの抽出成分につき、後述するように系統の
周波数変動の影響の補正演算を施した後、電圧Ｖ，電流
Ｉのサイクル間の振幅（ゲイン），位相の変化によるベ
クトル変化を演算して求める。

【００３４】そして、このベクトル変化と整定・表示パ
ネル回路２１の整定値との比較に基づき、必要に応じて
デジタル出力回路２２から補助リレー２３に補助リレー
動作指令信号を出力し、補助リレー２３を動作させてそ
の接点２３’を閉成（メイク）し、この接点信号によ
り、例えば遮断器３のトリップ指令等を行う。なお、図
１の２４は補助リレー２３に給電する電源端子である。

【００３５】また、メモリ部１８のＲＯＭには、前記の
プログラム及び各種の固定データが保持されている。

【００３６】さらに、整定・表示パネル回路２１はリレ
ー動作の整定値の設定や動作状態の表示を行うものであ
る。

【００３７】そして、サンプル・ホールド回路１０，１
４が電気量の計測信号を一定周波数の固定周波数サンプ
リング方式でサンプリングする手段を形成する。

【００３８】また、周波数計測回路１９の計測結果に基
づき、演算処理装置２０が系統基本波の周波数変動を検
出する手段を形成する。

【００３９】さらに、演算処理装置２０は、抽出成分の
比較２サイクルの振幅，位相に前記の周波数変動に基づ
く誤差の補正演算を施す手段，この補正演算が施された
抽出成分の比較２サイクルの振幅，位相のベクトル変化
を検出する手段を形成する。

【００４０】つぎに、フーリエ変換に基づくデジタルフ
ィルタ処理を施して抽出した系統基本波成分の補正演算
について説明する。まず、系統基本波成分の抽出誤差と
補正演算原理について詳細に説明する。

【００４１】電圧Ｖ，電流Ｉの基本波成分抽出の処理は
同一であり、例えば電圧Ｖの計測信号を入力信号ｖ
（ｔ），（ｔは時間）とし、系統基本波の定格の角周波
数をω₀＝２π・ｆ₀，（ｆ₀ は６０Hz又は５０Hz）とす
ると、入力信号ｖ（ｔ）に含まれる系統基本波の余弦成
分（ｃｏｓ成分）Ｖｃ，正弦成分（ｓｉｎ成分）Ｖｓ
は、数１，数２のフーリエ変換で抽出することができ
る。

【００４２】

【数１】

【００４３】

【数２】

【００４４】つぎに、入力信号ｖ（ｔ）の周波数に変動
が生じた場合、前記のフーリエ変換の抽出誤差は、つぎ
のようになる。

【００４５】すなわち、入力信号ｖ（ｔ）の周波数変動
を含む角周波数をωとすると、ω＝ω₀ （１＋Δ），
（Δは周波数変動量）であり、このとき、入力信号ｖ
（ｔ）はその絶対値（振幅）を１とすると、ｖ（ｔ）＝
ｓｉｎ（ω・ｔ＋θ），（θは初期値）で表わすことが
できる。

【００４６】そして、この入力信号ｖ（ｔ）を角周波数
ω₀ でフーリエ変換すると、そのフーリエ変換で抽出さ
れたｃｏｓ成分Ｃ，ｓｉｎ成分Ｓは、つぎの数３，数４
の式で示すようになる。

【００４７】

【数３】

【００４８】

【数４】

【００４９】ところで、電圧のベクトル変化量継電器
（ΔＶリレー）は、例えば図２に示すように、系統基本
波の現サイクルを基準サイクルとし、ｎサイクル前の１
サイクルを比較サイクルとし、それらのサイクル間の振
幅（ゲイン），位相の変化によるベクトル変化量が整定
値以上か否かを判定基準として動作する。

【００５０】このとき、固定周波数であれば、入力信号
ｖ（ｔ）の周波数変動の有無によらず、ｎサイクル前の
１サイクルは、−（ｎ＋１）・（２π／ω₀）〜−ｎ・
（２π／ω₀）であり、そのｃｏｓ成分Ｃｎ，ｓｉｎ成
分Ｓｎは、つぎの数５，数６の式から求まる。

【００５１】

【数５】

【００５２】

【数６】

【００５３】そして、数５，数６の式のフーリエ変換
（積分）を行うと、成分Ｃｎ，Ｓｎは系統の周波数変動
に基づく振幅変動と位相変動とを含み、つぎの数７，数
８の式で表わされる。

【００５４】なお、式中のΔはΔ＝（ω−ω₀）／ω₀＝
（ｆ−ｆ₀）／ｆ₀の周波数変動量であり、｛２／（２＋
Δ）｝・｛ｓｉｎ（Δπ）／Δπ｝，｛２（１＋Δ）／
（２＋Δ）｝・｛ｓｉｎ（Δπ）／Δπ｝が振幅変動，
（２ｎ＋１）Δπが位相変動である。

【００５５】

【数７】

【００５６】

【数８】

【００５７】この数７，数８の２式において、系統基本
波の周波数変動量Δが０であれば、Δ→０，｛ｓｉｎ
（Δπ）／Δπ｝→１になることから、Ｃｎ＝ｃｏｓ
θ，Ｓｎ＝ｓｉｎθになり、誤差なく両成分Ｃｎ，Ｓｎ
が抽出される。

【００５８】しかし、固定周波数サンプリング方式の場
合、周波数変動量Δが０でない場合には、数７，数８の
２式からも明らかなように、成分Ｃｎ，Ｓｎの振幅，位
相がずれ、とくに位相の変動はサイクル数ｎに大きく影
響される。

【００５９】そして、ｎ＝０の現サイクルのｃｏｓ成
分，ｓｉｎ成分をＣ₀，Ｓ₀とすると、数７，数８の式か
らも明らかなように、これらの成分Ｃ₀，Ｓ₀にも周波数
変動量Δの影響が含まれる。

【００６０】そこで、この周波数変動量Δに基づく成分
Ｃｎ，Ｓｎ，Ｃ₀，Ｓ₀の誤差を、つぎに説明する演算で
補正する。

【００６１】まず、数７，数８の２式において、周波数
変動量Δを実用的な｜Δ｜≦５％とすると、｜Δ｜＝５
％であっても、｜ｓｉｎ（Δπ）／Δπ｜＝０．９９６
であり、｜ｓｉｎ（Δπ）／Δπ｜≒１とみなせる。

【００６２】したがって、ｎサイクル前の比較サイクル
の成分Ｃｎ，Ｓｎは、つぎの数９，数１０の２式で示さ
れる。

【００６３】

【数９】

【００６４】

【数１０】

【００６５】また、ｎ＝０の基準サイクル（現サイク
ル）の成分Ｃ₀，Ｓ₀はつぎの数１１，数１２の２式で示
される。

【００６６】

【数１１】

【００６７】

【数１２】

【００６８】そして、数９〜数１２の式から明らかなよ
うに、基準サイクル及び比較サイクルの成分Ｃｎ，Ｓ
ｎ，Ｃ₀，Ｓ₀に周波数変動量Δの影響が含まれ、しか
も、比較サイクルの成分Ｃｎ，Ｓｎは基準サイクルの成
分Ｃ₀，Ｓ₀に比して、みかけ上２ｎΔπの位相遅れが生
じる。

【００６９】そこで、この形態にあっては、固定周波数
で抽出された比較サイクル，基準サイクルの成分Ｃｎ，
Ｓｎ，Ｃ₀，Ｓ₀に、つぎの数１３〜数１６の式の振幅補
正演算を施して、振幅補正された成分Ｃｎ’，Ｓｎ’，
Ｃ₀’，Ｓ₀’を求める。

【００７０】比較サイクル

【数１３】

【００７１】

【数１４】

【００７２】基準サイクル

【数１５】

【００７３】

【数１６】

【００７４】なお、周波数変動量Δが１より十分小さい
ことから、次の数１７の式に示すように、（２＋Δ）／
２（１＋Δ）は近似的に（２−Δ）／２であり、実際の
補正演算においては、この関係を利用して行う。

【００７５】

【数１７】

【００７６】また、成分Ｃｎ，Ｓｎ，Ｃ₀，Ｓ₀の位相補
正については、つぎの数１８の式の関係を利用する。な
お、同式のｊは虚数単位であり、左辺のｅのｊ２ｎΔπ
乗が、前記のみかけ上の位相遅れ２ｎΔπを進ませて相
殺する補正である。

【００７７】

【数１８】

【００７８】そして、この数１８の式の左辺は、つぎの
数１９の式に示すように展開することができ、この補正
により、両サイクルの成分Ｃｎ，Ｓｎ，Ｃ₀，Ｓ₀の位相
が一致することが分かる。

【００７９】

【数１９】

【００８０】そこで、この形態にあっては、振幅補正後
の成分Ｃｎ’，Ｓｎ’につぎの数２０，数２１の式の位
相補正演算を施し、比較サイクルの成分Ｃｎ，Ｓｎの位
相を基準サイクルの成分Ｃ₀，Ｓ₀の位相に合わせるよう
に補正した成分Ｃｎ”，Ｓｎ”を求める。

【００８１】

【数２０】

【００８２】

【数２１】

【００８３】すなわち、この形態にあっては、ｎサイク
ル前の比較サイクルの成分Ｃｎ，Ｓｎに数１３，数１４
の振幅補正と数２０，数２１の位相補正の補正演算を施
し、基準サイクル（現サイクル）の成分Ｃ₀，Ｓ₀に数１
５，数１６の振幅補正の補正演算を施す。

【００８４】そして、これらの補正演算により、両サイ
クルの成分Ｃｎ，Ｓｎ，Ｃ₀，Ｓ₀の振幅の周波数変動量
Δの誤差を除去し、比較サイクルの成分Ｃｎ，Ｓｎの位
相を基準サイクルの成分Ｃ₀，Ｓ₀の位相に合わせる。

【００８５】つぎに、この補正演算数の成分Ｃｎ”，Ｓ
ｎ”，Ｃ₀，Ｓ₀にもとづき、例えばつぎの数２２の式の
ベクトル変化検出演算により、ベクトル変化量と整定値
との比較演算を行ってベクトル変化が検出されることに
なる。

【００８６】

【数２２】

【００８７】以上に、系統周波数変動時の振幅誤差、位
相誤差がどのように発生するかを解析し、その補正演算
処理を説明したが、ここでは、固定周波数でサンプリン
グされたデジタルデータでの実際の演算処理について説
明する。

【００８８】デジタル保護継電器で一般に採用されてい
る電気角３０゜毎のサンプリング方式では、基本波１サ
イクルの間に１２点のサンプリングデータが得られるこ
とになる。図４は現サイクル（基準サイクル）のサンプ
リングデータｇ₀，ｇ₁，…ｇ ₁₁と比較サイクル（ｎサイ
クル前）のサンプリングデータｇ_12n，ｇ_12n+1，…ｇ
_12n+11を示している。

【００８９】つぎに、フーリエ変換による基本波成分の
抽出演算は、デジタルデータに関しては、Ｄｉ＝ｇｉ−
ｇｉ_＋６とし、基準サイクルについては、つぎの数２
３，数２４の式から成分Ｃ₀，Ｓ₀を求める。

【００９０】

【数２３】

【００９１】

【数２４】

【００９２】比較サイクルについては、つぎの数２５，
数２６の式から成分Ｃｎ，Ｓｎを求める。

【００９３】

【数２５】

【００９４】

【数２６】

【００９５】周波数変動の補正演算 周波数変動量Δ＝（ｆ−ｆ₀）／ｆ₀とし、基準サイクル
（現サイクル）については、つぎの数２７，数２８の補
正演算を施す。

【００９６】

【数２７】

【００９７】

【数２８】

【００９８】比較サイクル（ｎサイクル前）について
は、つぎの数２９及び数３０，数３１の補正演算を施
す。

【００９９】

【数２９】

【０１００】

【数３０】

【０１０１】

【数３１】

【０１０２】ベクトル変化の演算 周波数変動補正有りのベクトル変化演算については、つ
ぎの数３２の式から差分Ｄｃを演算する。

【０１０３】

【数３２】

【０１０４】なお、周波数変動補正無しのベクトル変化
演算は、つぎの数３３の式から差分Ｄが演算されること
になる。

【０１０５】

【数３３】

【０１０６】つぎに、演算処理装置２０での一連の演算
処理について説明する。これはつぎの表１の演算ステッ
プ１〜４に示すようになる。なお、ｎサイクル前を、デ
ジタル形の変化量検出継電器で一般的に実施されている
３サイクル前（ｎ＝３）として説明する。

【０１０７】

【表１】

【０１０８】なお、表１のＶｃ₀，Ｖｓ₀は成分Ｃ₀，Ｓ₀
を示し、Ｖｃ₃，Ｖｓ₃はｎ＝３とした成分Ｃｎ，Ｓｎを
示し、同様に、Ｖｃ₀’，Ｖｓ₀’，Ｖｃ₃’，Ｖｓ₃’は
Ｃ₀，Ｓ₀，Ｃｎ’，Ｓｎ’を示し、Ｖｃ₀”，Ｖｓ₀”，
Ｖｃ₃”，Ｖｓ₃”はＣ₀”，Ｓ₀”，Ｃｎ”，Ｓｎ”を示
す。

【０１０９】また、演算ステップ２の周波数変動量Δ
は、電圧急変等によるみかけ上の周波数変動に応動しな
いように、ベクトル変化の演算サイクルより十分長いサ
イクルのデータから平均化するなどして求める。

【０１１０】そして、演算処理装置２０は、図３のフロ
ーチャートに示すように動作し、まず、実行ステップＳ
₁ では、サンプル・ホールド回路１０，１４そしてマル
チプレクサ１６を介して電気角３０°毎にＡ／Ｄ変換回
路１７でデジタル量に変換される交流入力のＡ／Ｄ変換
データ（サンプリングデータ）をメモリ部１８のＲＡＭ
に格納して保持する。実行ステップＳ₂ により最新の１
サイクル１２点分のサンプリングデータをデジタルフィ
ルタ処理し、表１の演算ステップ１の基準サイクルの成
分Ｖｃ₀，Ｖｓ₀相当を演算し、実行ステップＳ₃ により
３サイクル前の１サイクル１２点分のサンプリングデー
タをデジタルフィルタ処理し、表１の演算ステップ１の
比較サイクルの成分Ｖｃ₃，Ｖｓ₃相当を演算する。

【０１１１】さらに、実行ステップＳ₄ により表１の演
算ステップ２に示す現在の系統周波数の周波数変動量Δ
を求める。

【０１１２】つぎに、実行ステップＳ₅，Ｓ₆により表１
の演算ステップ３の補正演算を行って成分Ｖｃ₀’，Ｖ
ｓ₀’，Ｖｃ₃’，Ｖｓ₃’及びＶｃ₀”，Ｖｓ₀”，Ｖ
ｃ₃”，Ｖｓ₃”を求める。

【０１１３】さらに、実行ステップＳ₇ により表１の演
算ステップ４のベクトル変化検出演算を行い、その結果
に基づき、実行ステップＳ₈ によりベクトル変化量が整
定値以上か否かを判定し、連続して整定値以上と判定し
たときにのみ、ステップＳ₉により補助リレー動作接点
信号を出力回路２２から補助リレー２３に出力し、この
リレー２３の接点２３’をメイクする。

【０１１４】つぎに、数値シミュレーション実験を実施
した結果を示す。シミュレーション条件は（イ）〜
（ニ）であり、表２がその結果である。

【０１１５】（イ）入力信号：ｇ（ｔ）＝ｓｉｎ（２π
ｆｔ＋θ）、但し、θは初期位相，ｆ＝（１＋Δ）
ｆ₀，ｆ₀＝６０Hz，Δ＝−５％〜＋５％ （ロ）サンプリング周波数：１２ｆ₀＝７２０Hz（固
定） （ハ）サンプリングデータ：ｇ_k＝ｇ（−ｋ／１２ｆ₀）
＝ｓｉｎ｛−（π／６）（ｆ／ｆ₀）ｋ＋θ｝，但し、
ｋ＝０，１，２，…… （ニ）基本波の抽出演算（離散形フーリエ変換） Ｄｉ＝ｇｉ−ｇｉ₊₆とし、基準サイクルについては、数
２３，数２４の式から成分Ｃ₀，Ｓ₀を求める。比較サイ
クルについては、数２５，数２６の式から成分Ｃｎ，Ｓ
ｎを求める。 （ホ）周波数変動の補正演算 周波数変動量Δ＝（ｆ−ｆ₀）／ｆ₀とし、基準サイクル
については、数２７，数２８の式で補正する。比較サイ
クルについては、数２９及び数３０，数３１式で補正す
る。 （へ）ベクトル変化の演算 数３２の式からベクトル差分Ｄｃを演算する。なお、数
３３の式は周波数変動補正無のベクトル差分Ｄの演算式
であり、この両者を比較することになる。

【０１１６】

【表２】

【０１１７】そして、この表２から明らかなように、入
力信号ｇ（ｔ）の振幅や位相の変化がなくても、その周
波数が±５％の範囲で変動すると、補正しない差分Ｄは
１に近く（最大２００％）その影響を大きく受けるが、
補正した差分Ｄｃはほぼ０（２％以下）であり、ほとん
ど影響を受けないことが確かめられた。

【０１１８】そして、この形態の場合は、固定周波数サ
ンプリング方式のサンプリングデータ演算結果の周波数
変動量Δの誤差をいわゆるソフトウエア処理の演算で補
正するため、複雑なＰＬＬ同期回路等を付加してサンプ
リング間隔を長短可変する場合より著しく構成が簡単で
安価である。

【０１１９】ところで、前記実施の形態にあっては、ベ
クトル変化量変化継電器に適用し、電気量の振幅と位相
の両方について周波数変動量Δの補正を施したが、系統
基本波のサイクル間の振幅変化により動作するスカラ変
化量検出継電器に適用する場合は、前記実施の形態の振
幅の周波数変動量Δの補正のみを施せばよい。

【０１２０】この場合、演算処理装置２０は、抽出成分
の比較２サイクルの振幅に周波数変動量Δに基づく誤差
の補正演算を施し、両サイクルの振幅の前記誤差を演算
により補正して除去する手段と、補正演算が施された両
サイクルの抽出成分の振幅変化を検出する手段とを備え
ればよい。

【０１２１】また、保護継電器であって、振幅の値に応
じて動作する継電器に適用する場合は、数１５，数１６
の補正のみを施せばよく、この場合、演算処理装置２０
は、例えば現サイクルの抽出成分の振幅に周波数変動量
Δに基づく誤差の補正演算を施して前記振幅の誤差を演
算により補正して除去する手段と、補正演算が施された
抽出成分の振幅値を検出する手段とを備えればよい。

【０１２２】そして、計測対象の交流の電気量は種々の
周期的な交流の電圧，電流等であってよいのは勿論であ
り、本発明のサンプリングデータ処理方法が変化量継電
器以外のサンプリングデータ処理にも適用できるのは勿
論である。

【０１２３】この場合、計測対象の電気量は、例えば電
圧，電流のいずれか又は両方であってもよいのは勿論で
ある。

【０１２４】

【発明の効果】本発明は、以下に記載する効果を奏す
る。まず、請求項１のサンプリングデータ処理方法によ
ると、電力系統の電圧，電流等の交流電気量を、その周
波数変動に非同期に一定周波数の固定周波数サンプリン
グ方式でサンプリングすることができる。

【０１２５】そして、このサンプリングデータによる演
算結果の振幅又は／及び位相の周波数変動に基づく誤差
を演算で補正することができる。

【０１２６】この場合、前記の誤差を、サンプリングの
時間間隔をＰＬＬ同期回路で可変したりすることなく、
いわゆるソフトウエア処理により、安価かつ簡単な構成
で補正し、サンプリングデータ演算結果の周波数変動の
影響を除去することができる。

【０１２７】また、請求項２の変化量検出継電器の場合
は、計測する電気量のサイクル間の振幅，位相のベクト
ル変化で動作するベクトル変化量検出継電器において、
そのベクトル変化の検出に必要な２サイクルの交流電気
量をその周波数変動に非同期に一定周波数の固定サンプ
リング方式でサンプリングすることができる。

【０１２８】そして、サンプリングデータ演算結果をデ
ジタルフィルタ処理して得られた比較２サイクルの抽出
成分の振幅，位相に、周波数変動に基づく誤差の補正演
算を施すことにより、いわゆるソフトウエア処理で抽出
成分のサイクル間の振幅誤差をなくし、かつ、サイクル
間の抽出成分の位相を合わせることができる。

【０１２９】そのため、補正後の抽出成分の２サイクル
間の振幅，位相のベクトル変動の検出に基づき、ＰＬＬ
同期回路等でサンプリングの時間間隔を長短可変したり
することなく、安価かつ簡単な構成でサイクル間のベク
トル変化を精度よく検出して所期の継電器動作を行わせ
ることができる。

【０１３０】さらに、請求項３の変化量検出継電器の場
合は、比較２サイクル間の振幅変化により動作するスカ
ラ変化量検出継電器において、固定周波数サンプリング
方式のサンプリングにより抽出された成分の２サイクル
の振幅それぞれの周波数変動に基づく誤差を演算補正
し、前記の請求項２のベクトル変化量検出継電器の場合
と同様の効果を得ることができる。

【０１３１】また、請求項４の継電器の場合は、計測す
る交流電気量の時々刻々の振幅の値により動作する継電
器において、固定サンプリング方式でサンプリングし、
そのサンプリング結果の周波数変動に基づく誤差を補正
演算したため、従来よりも高精度検出を可能とする効果
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の１形態の単線結線図である。

【図２】図１の動作説明用の第１の波形図である。

【図３】図１の動作説明用のフローチャートである。

【図４】図１の動作説明用の第２の波形図である。

【符号の説明】

１ 母線 ２ 計器用変圧器 ５ 計器用変流器 １０，１４ サンプル・ホールド回路 １６ マルチプレクサ １７ Ａ／Ｄ変換回路 ２０ 演算処理装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂上 泰久 名古屋市東区東新町１番地 中部電力株式 会社内 (72)発明者 長谷川 考志 名古屋市東区東新町１番地 中部電力株式 会社内 (72)発明者 江村 徳男 京都市右京区梅津高畝町47番地 日新電機 株式会社内 (72)発明者 鵜野 克彦 京都市右京区梅津高畝町47番地 日新電機 株式会社内 (72)発明者 奥田 博 京都市右京区梅津高畝町47番地 日新電機 株式会社内 Ｆターム(参考） 5G058 GG02 GG03 GG04 GG06 GG08 GG09

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 系統基本波の電圧，電流等の交流電気量
   の計測信号を一定周波数の固定サンプリング方式でサン
   プリングし、 サンプリングデータ演算結果の振幅又は／及び位相に前
   記電気量の周波数変動に基づく誤差の補正演算を施し、 前記サンプリングデータ演算結果の前記誤差を演算によ
   り補正することを特徴とするサンプリングデータ処理方
   法。
2. 【請求項２】 系統基本波の電圧，電流等の交流電気量
   の計測信号をサンプリングし、サンプリングデータをデ
   ジタルフィルタ処理して前記電気量の成分を抽出し、抽
   出成分のサイクル間の振幅，位相のベクトル変化により
   動作する変化量検出継電器において、 前記電気量の計測信号を一定周波数の固定周波数サンプ
   リング方式でサンプリングする手段と、 前記電気量の周波数変動を計測する手段と、 前記抽出成分の比較２サイクルの振幅，位相に前記周波
   数変動に基づく誤差の補正演算を施し，前記両サイクル
   の振幅の前記誤差を演算により補正して除去し，前記両
   サイクルの位相を合わせる手段と、 前記補正演算が施された前記両サイクル間の前記抽出成
   分の振幅，位相のベクトル変化を検出する手段とを備え
   たことを特徴とする変化量検出継電器。
3. 【請求項３】系統基本波の電圧，電流等の交流電気量の
   計測信号をサンプリングし、サンプリングデータをデジ
   タルフィルタ処理して前記電気量の成分を抽出し、抽出
   成分のサイクル間の振幅変化により動作する変化量検出
   継電器において、 前記電気量の計測信号を一定周波数の固定周波数サンプ
   リング方式でサンプリングする手段と、 前記電気量の周波数変動を計測する手段と、 前記抽出成分の比較２サイクルの振幅に前記周波数変動
   に基づく誤差の補正演算を施し，前記両サイクルの振幅
   の前記誤差を演算により補正して除去する手段と、 前記補正演算が施された前記両サイクル間の前記抽出成
   分の振幅変化を検出する手段とを備えたことを特徴とす
   る変化量検出継電器。
4. 【請求項４】 系統基本波の電圧，電流等の交流電気量
   の計測信号をサンプリングし、サンプリングデータをデ
   ジタルフィルタ処理して前記電気量の成分を抽出し、抽
   出成分の振幅の値（前記電気量の絶対値）により動作す
   る継電器において、 前記電気量の計測信号を一定周波数の固定周波数サンプ
   リング方式でサンプリングする手段と、 前記電気量の周波数変動を計測する手段と、 前記抽出成分の振幅に前記周波数変動に基づく誤差の補
   正演算を施し，前記振幅の前記誤差を演算により補正し
   て除去する手段と、 前記補正演算が施された前記抽出成分の振幅値を検出す
   る手段とを備えたことを特徴とする継電器。