JP2002262447A - 保護継電装置 - Google Patents

保護継電装置

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JP2002262447A
JP2002262447A JP2001057948A JP2001057948A JP2002262447A JP 2002262447 A JP2002262447 A JP 2002262447A JP 2001057948 A JP2001057948 A JP 2001057948A JP 2001057948 A JP2001057948 A JP 2001057948A JP 2002262447 A JP2002262447 A JP 2002262447A
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JP2001057948A
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Yasuhiro Kurosawa
保広 黒沢
Hideya Amo
秀也 天羽
Hideyuki Takani
英之 高荷
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02Details
    • HELECTRICITY
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    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/40Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to ratio of voltage and current
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    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
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    • H02H1/0092Details of emergency protective circuit arrangements concerning the data processing means, e.g. expert systems, neural networks

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  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Locating Faults (AREA)
  • Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 系統の事故電圧、事故電流に含まれる高調波
成分の影響を抑制する。 【解決手段】 系統の電圧v、電流iのサンプリングデ
ータvm、imを伝達関数f(Z)・(1+k・Z-1
-2)なるフィルタに入力し、電圧vsm、電流ismを出
力する第1フィルタ手段1と、このvm、imを伝達関数
f(Z)・(1−Z-2)なるフィルタに入力し、vsm
びismと直交する電圧vjm、電流ijmを出力する第2フ
ィルタ手段2と、時刻tmでのvsm、ism、vjm、ijm
及び時刻tm-pでのvsm-p、ism-p、vjm-p、ijm-p
らリアクタンス値Xmを算出するリアクタンス値算出手
段3と、該リアクタンス値算出手段3で得られるリアク
タンス値X mと整定値XsとからXm≦Xsの判断式に基づ
き動作判定を行う動作判定手段4とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力系統の事故で
発生する事故電流の歪成分による影響を軽減した保護継
電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に電力系統の監視のために保護継電
装置が用いられ、かかる保護継電装置における主な技術
的課題は、系統から入力される信号に含まれる系統事故
時に発生する事故電流、事故電圧の高調波分の影響を軽
減することである。
【0003】特に、近年地下ケーブル送電線、調相コン
デンサ等設備面で系統の充電容量分が増大してきたため
に、発生する高調波次数が低くなる傾向にある。
【0004】そのため、従来から利用されてきたディジ
タルフィルタによる高調波成分を減衰させる方法では、
所望の減衰量を確保しようとするとフィルタの遅延時間
を長くする必要があり、リレーの動作時間を遅らせてし
まう。
【0005】そこで、高調波が含まれていても、原理的
に高調波の影響を受けない近似方式が採用されるように
なってきている。
【0006】このような方式の一例を図2を参照して説
明する。図2の送電線において、事故点Fまでの送電線
インピーダンス定数が抵抗R、インダクタンスLの場合
に保護継電装置の設置点Aでの電圧、電流をそれぞれ
v、iとすると、送電線2の微分方程式は事故点Fでの
電圧が零とすると式6で現せる。
【0007】
【数5】
【0008】この式6の微分項(di/dt)を近似計
算することにより、高調波をフィルタにより除去しなく
ても検出精度を向上させることが可能になる。実際に適
用されているディジタル演算の具体的な方法の一例を以
下に示す。
【0009】
【数6】
【0010】式7からリアクタンス値X(=ω0・L)を
算出するとインダクタンスは式8となり、Lm/L(真
値)は式10及び式11の条件で式9のようになって、
m/X(真値)の周波数特性は図3の点線曲線のよう
になる。
【0011】
【数7】
【0012】なお、図3は横軸に周波数(次数)をと
り、縦軸に系統電気量の基本周波数が50Hzの時のリ
アクタンス計測値をとったもので、図中点線の曲線は6
00Hzでサンプリングした場合、実線は4800Hz
でサンプリングした場合を示している。
【0013】図3に示されるように、周波数が基本波か
ら外れるに従ってLm/L(真値)の値は1より小さく
なり、この値が基本波の2〜3倍付近で略1なるように
(ωT/2)の値を小さく抑えれば(サンプリング周期
を小さくとる)よいことがわかる。
【0014】上述したようにサンプリング周波数を8倍
にした時の周波数特性は図3の実線で示され、定性的に
は微分項の近似量(im−im-1)と被微分量(vm+v
m-1)との間の関係は式12及び式13のようになり、
サンプリング周波数を上げれば(周期を小さくすれ
ば)、微分項の近似精度を上げることが可能になる。
【0015】
【数8】
【0016】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、式12
の値は振幅値Iに対して非常に小さな値であるためサン
プリングデータ(im、im-1)に含まれる雑音(A/D
変換時に生じる量子化誤差、アナログ回路で発生する白
色雑音)の相対値が大きくなってしまい、実用化が困難
であるなる問題があった。
【0017】例えば、サンプリング周期T=1/480
0sec、ω0=2π・50Hzの時、式14における右
辺第2項目ε/(ω0T/2)の誤差は約30倍に増幅
されてしまう。なお、εは雑音誤差を示している。
【0018】
【数9】
【0019】そこで、本発明は、微分項の近似による誤
差増幅を抑制して、広い周波数帯域でLm/L(真値)
が限りなく1に近い特性となるようにすることで、電力
系統の事故電圧、事故電流に高調波成分が発生しても影
響を受けないようにした保護継電装置を提供することを
目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1にかかる発明は、電力系統の事故点が所定
の範囲に存在するか否かを判定する保護継電装置におい
て、電力系統の電圧v、電流iにおけるサンプリングデ
ータvm、imを伝達関数f(Z)・(1+k・Z-1
-2)なるディジタルフィルタ(ZはZ変換演算子を示
す)に入力して、電圧データvsm、電流データismを出
力する第1フィルタ手段と、サンプリングデータvm
mを伝達関数f(Z)・(1−Z-2)なるディジタルフ
ィルタ(ZはZ変換演算子を示す)に入力して、電圧デ
ータvsm、電流データismと直交する電圧データvjm
び電流データijmを出力する第2フィルタ手段と、時刻
mにおける電圧データvsm、電流データism、電圧デ
ータvjm、電流データijm及び、時刻tm-pにおける電
圧データvsm-p、電流データism-p、電圧データ
jm-p、電流データijm-pから式1に基づいてリアクタ
ンス値Xmを算出するリアクタンス値算出手段と、該リ
アクタンス値算出手段で得られるリアクタンス値Xm
整定値XsとからXm≦Xsの判断式に基づき動作判定を
行う動作判定手段とを有することを特徴とする。
【0021】
【数10】
【0022】請求項2にかかる発明は、電力系統の事故
点が所定の範囲に存在するか否かを判定する保護継電装
置において、電力系統の電圧v、電流iにおけるサンプ
リングデータvm、imを伝達関数f(Z)・(1+k・Z
-1+Z-2)なるディジタルフィルタ(ZはZ変換演算子
を示す)に入力して、電圧データvsm、電流データi sm
を出力する第1フィルタ手段と、サンプリングデータv
m、imを伝達関数f(Z)・(1−Z-2)なるディジタ
ルフィルタ(ZはZ変換演算子を示す)に入力して、電
圧データvsm、電流データismと直交する電圧データv
jm及び電流データijmを出力する第2フィルタ手段と、
時刻tmにおける電圧データvsm、電流データism、電
圧データvjm、電流データijm及び、時刻tm-pにおけ
る電圧データvsm-p、電流データism-p、電圧データv
jm-p、電流データijm-pから式1に基づいてリアクタン
ス値Xmを算出するリアクタンス値算出手段と、第1フ
ィルタ手段及び第2フィルタ手段から得られる電圧デー
タvsm、vjm、vsm-p、v jm-p、及び電流データism
jm、ism-p、ijm-pを用いて式2に示すオーム値Rm
を算出するオーム値算出手段と、リアクタンス値算出手
段からのリアクタンス値Xmとオーム値算出手段からの
オーム値Rmとから式3の判定式に基づき動作判定を行
う動作判定手段とを有することを特徴とする。
【0023】
【数11】
【0024】請求項3にかかる発明は、電力系統の事故
点が所定の範囲に存在するか否かを判定する保護継電装
置において、電力系統の電圧v、電流iにおけるサンプ
リングデータvm、imを伝達関数f(Z)・(1+k・Z
-1+Z-2)なるディジタルフィルタ(ZはZ変換演算子
を示す)に入力して、電圧データvsm、電流データi sm
を出力する第1フィルタ手段と、サンプリングデータv
m、imを伝達関数f(Z)・(1−Z-2)なるディジタ
ルフィルタ(ZはZ変換演算子を示す)に入力して、電
圧データvsm、電流データismと直交する電圧データv
jm及び電流データijmを出力する第2フィルタ手段と、
電圧データvsmと電圧データvjmとが入力して、第1フ
ィルタ手段からの出力に対して直交する電圧量Vpjm
を抽出する極性電圧値算出手段と、電圧データvsm、電
流データism、電圧データvjm、電流データijmと時刻
m-pにおける第1フィルタ手段から得られる電圧デー
タvjm-p、電流データijm-pと整定値(Rs、Xs)とか
ら式4の判定式に基づき動作判定を行う動作判定手段と
を有することを特徴とする。
【0025】
【数12】
【0026】請求項3にかかる発明は、電力系統の事故
点が所定の範囲に存在するか否かを判定する保護継電装
置において、電力系統の電圧v、電流iにおけるサンプ
リングデータvm、imを伝達関数f(Z)・(1+k・Z
-1+Z-2)なるディジタルフィルタ(ZはZ変換演算子
を示す)に入力して、電圧データvsm、電流データi sm
を出力する第1フィルタ手段と、サンプリングデータv
m、imを伝達関数f(Z)・(1−Z-2)なるディジタ
ルフィルタ(ZはZ変換演算子を示す)に入力して、電
圧データvsm、電流データismと直交する電圧データv
jm及び電流データijmを出力する第2フィルタ手段と、
時刻tmに電流データismと電圧データvjmと整定値Cs
とからism−Cs・vjmで定義される電気量を算出する充
電電流補償量算出手段と、該充電電流補償量算出手段の
出力を対向電気所に送信し、該対向電気所における電気
量をBとしたとき当該対向電気所でism−Cs・vjm)B
で定義される電気量を受信する送受信手段と、充電電流
補償量算出手段と送受信手段とからの出力に基づき式5
の判定式に基づき動作判定を行う動作判定手段とを有す
ることを特徴とする。
【0027】
【数13】
【0028】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の説明に先立
ち、本発明の原理を説明する。電流i=I・sin(ω
t)のサンプリングデータを伝達関数f(Z)=(1+
-1+Z-2+・・・・+Z-n)に通すと、式15に示す時刻
mでの電流i’smを得る。
【0029】
【数14】
【0030】この電流i’smをさらに伝達関数(1+k
・Z-1+Z-2)にを通すと、式16で示す時刻tmでの電
流ismを得る。
【0031】
【数15】
【0032】同様に、電流i=I・sin(ωt)を伝
達関数f(Z)・(1−Z-2)に通すと、式17で示す
時刻tmでの電流ijmは式17となる。
【0033】
【数16】
【0034】なお、電圧についても同様に得ることがで
き、これを電圧vsm、電圧vjmとすると、これらは直交
する関係にある。
【0035】そこで、式17の右辺の大きさを決める量
が|sin((n+1)ωT/2)|<<1とならない
ように基本波で極力1に近い値を選ぶようにするなら
ば、雑音誤差の増幅を抑制しながら周波数特性の性能を
確保することが可能となる。
【0036】以上により時刻tmのijm、ism、vsm
及び時刻tm-1のijm-1、ism-1、v sm-1を、式1に代
入すると、電圧vsmは、式18で与えられ、リアクタン
ス値X mは式19のようになる。
【0037】
【数17】
【0038】従って、式17びおいてnを十分大きくす
ることにより雑音誤差の影響が軽減でき、かつ、Xm
基本波に対する周波数特性性能は、これをグラフ化する
と図4のようになる。この図から、k=4が最も周波数
特性が良いことが分かる。
【0039】
【数18】
【0040】このような原理の元で本発明の第1の実施
の形態の詳細な説明を図1を参照して説明する。図1は
本実施の形態の説明に適用される保護継電装置の概略構
成を示すブロック図で、サンプリング周期を小さくして
も微分量のデータに含まれる雑音誤差を増幅しないよう
にして、先の式9に示す周波数特性の性能を確保できる
ようにしたものである。
【0041】図1において、番号1は電力系統の電圧
v、電流iにおけるサンプリングデータvm、imを伝達
関数f(Z)・(1+k・Z-1+Z-2)により電圧データ
sm、電流データismとして出力するディジタルフィル
タ(ZはZ変換演算子を示す)を備えて、保護対象とな
る図示しない電力系統の電圧、電流の所定の周波数成分
を抽出する第1フィルタ手段1である。
【0042】番号2は、サンプリングデータvm、im
伝達関数f(Z)・(1−Z-2)により電圧データ
jm、ijmとして出力するディジタルフィルタ(ZはZ
変換演算子を示す)を備えてあらゆる周波数成分におい
ても第1フィルタ手段1と直交する電圧、電流を抽出す
る第2フィルタ手段2である。
【0043】番号3は、時刻tmにおける電圧データv
sm、電流データism、電圧データvj m、電流データijm
及び時刻tm-pにおける電圧データvsm-p、電流データ
sm-p、電圧データvjm-p、電流データijm-pからリア
クタンス値Xmを算出するリアクタンス値算出手段3で
ある。
【0044】さらに番号4は、該リアクタンス値算出手
段3で得られるリアクタンス値Xmと予め設定された整
数値(XsとからXm≦Xsの比較判定を行う動作判定手
段4である。なお、予め設定された整数値を本明細書で
は整定値と記載する。
【0045】このような構成で、電力系統の電圧v、電
流iのサンプリングデータvm、imを伝達関数f(Z)
・(1+k・Z-1+Z-2)なるディジタルフィルタに各々
入力して、出力として電圧データvsm、電流データism
を得る。
【0046】さらに、電圧v、電流iのサンプリングデ
ータvm、imを第2フィルタ手段2の伝達関数f(Z)
・(1−Z-2)なるディジタルフィルタに各々入力し
て、電圧データvjm、電流データijmを得る。
【0047】また、リアクタンス値算出手段3では、時
刻tmでの第1フィルタ手段1で得られる電圧データv
sm、電流データism及び第2フィルタ手段2で得られる
電圧データvjm、電流データijmと、時刻tm-pでの第
1フィルタ手段1から得られる電圧データvsm-p、電流
データism-p及び第2フィルタ手段2から得られる電圧
データvjm-p、電流データijm-pとから式21に従いリ
アクタンス値Xmを算出する。
【0048】
【数19】
【0049】さらに動作判定手段4ではリアクタンス値
算出手段3で得られるリアクタンス値Xmと整定値Xs
から、Xm≦Xsが成立するか否かを判定して、成立した
なら動作、成立しなければ不動作と動作判定する。
【0050】各々の伝達関数は、Z変換演算子を使って
表すと、f(Z)・(1+k・Z-1+Z-2)とf(Z)・
(1−Z-2)とになるが、これらによる出力は互いに直
交することは先に述べた通りであり、第1フィルタ手段
1からの出力は第2フィルタ手段2からの出力に対して
90度遅れる関係となっている。
【0051】無論、これらの伝達関数を、伝達関数1:
f(Z)と、伝達関数2:(1+k・Z-1+Z-2)と、
伝達関数3:1−Z-2とのように3つの伝達関数で定義
し、それぞれを用いて第1フィルタ手段1及び第2フィ
ルタ手段2を構成することも可能である。
【0052】即ち、入力電圧、電流を先ず伝達関数1の
ディジタルフィルタに通過させ、その出力を伝達関数2
及び伝達関数3のディジタルフィルタにそれぞれ通過さ
せることにより、これまで説明したと同様の出力を得る
ことができる。
【0053】図1のリアクタンス値算出手段3は、式2
1から図2の送電線における保護継電装置の設置点から
事故点までのリアクタンス値を算出するもので、入力電
圧、電流をi=I・sin(ωt)、v=V・sin(ω
t+θ)とすると、式21は式19となる。
【0054】このようにしてリアクタンス値算出手段3
で算出したリアクタンス値Xmに対して、動作判定手段
4は当該Xm、整定値Xs、及び予め定まる基本波での定
数sin(ω0T)/(k+2・cos(ω0T))を用
いて判定式を、式22のように補正して動作か否かを判
定する。なお、かかる動作判定は通常複数回行われる。
【0055】
【数20】
【0056】以上により、微分項の近似による誤差の増
幅が抑制されて、広い周波数帯域でLm/L(真値)が
限りなく1に近い特性となり、電力系統の事故電圧、事
故電流に高調波成分が発生しても影響を受けないように
することが可能になって信頼性が向上する。
【0057】なお、上記説明では、第1フィルタ手段1
及び第2フィルタ手段2からの出力を用いてリアクタン
ス値をリアクタンス値算出手段3で算出し、そのリアク
タンス値に基づき動作判定手段4により式22の条件式
から動作判定を行っていた。
【0058】しかし、本発明はこれに限定されるもので
はなく、例えば図5に示すように、動作抑制量算出手段
5により第1フィルタ手段1及び第2フィルタ手段2か
らの出力に基づきam、bmを式23に従い算出し、これ
を用いて動作判定手段6が後述する式25により動作判
定を行うようにしてもよい。
【0059】
【数21】
【0060】即ち、伝達関数f(Z)・(1+k・Z-1
-2)の第1フィルタ手段1及び伝達関数f(Z)・
(1−Z-2)の第2フィルタ手段2に電流i=I・si
n(ωt)及び電圧v=V・sin(ωt+θ)が入力
すると、式23は式25のように書き換えられる。但
し、f(Z)=(1+Z-1+Z-2+・・・+Z-n)とす
る。
【0061】
【数22】
【0062】このようにして出力されるam、bmを用い
動作判定手段6は、感度定数K0、リアクタンス整定値
sをXs←Xs/(sin(ω0T)/(k+2・cos
(ωoT))のように補正して、式24の判定式に基づ
いて動作判定を行う。
【0063】
【数23】
【0064】このように先に説明した手法と異なる手法
であるが、先の場合と同様に図13に示すリアクタンス
特性を持っている。
【0065】以上により、微分項の近似による誤差の増
幅が抑制されて、広い周波数帯域でLm/L(真値)が
限りなく1に近い特性となり、電力系統の事故電圧、事
故電流に高調波成分が発生しても影響を受けないように
する事が可能になって信頼性が向上する。
【0066】また、このような算出手段として、図6に
示すような式2で定義されるオーム値算出手段7を用
い、また後述する式28で定義される動作判定手段8を
用いてもよい。
【0067】
【数24】
【0068】このような構成では、伝達関数f(Z)・
(1+k・Z-1+Z-2)の第1フィルタ手段1及び伝達
関数f(Z)・(1−Z-2)の第2フィルタ手段2に電
流i=I・sin(ωt)及び電圧v=V・sin(ωt
+θ)が入力すると、式26となる。但し、f(Z)=
(1+Z-1+Z-2+・・・+Z-n)とする。さらに、式2
5の関係からオーム値Rmは式27となる。
【0069】
【数25】
【0070】動作判定手段8は、式27で算出したオー
ム値Rmと整定値Rsとで式28の判定式が成り立つか
否かを判定し、成り立つときには動作と判定する。
【0071】
【数26】
【0072】以上により、微分項の近似による誤差の増
幅が抑制されて、広い周波数帯域でLm/L(真値)が
限りなく1に近い特性となり、電力系統の事故電圧、事
故電流に高調波成分が発生しても影響を受けないように
する事が可能になって信頼性が向上する。
【0073】さらに、このような算出手段として、図7
に示すような式29で定義される動作抑制量算出手段9
を用い、また後述する式31で定義される動作判定手段
10を用いてもよい。
【0074】
【数27】
【0075】即ち、伝達関数f(Z)・(1+k・Z-1
-2)の第1フィルタ手段1及び伝達関数f(Z)・
(1−Z-2)の第2フィルタ手段2に電流i=I・si
n(ωt)及び電圧v=V・sin(ωt+θ)が入力
すると、式29は式30のように書き換えられる。但
し、f(Z)=(1+Z-1+Z-2+・・・+Z-n)とす
る。
【0076】
【数28】
【0077】そして、動作判定手段10は、cm、bm
オーム整定値Rs、感度定数K1から式31の判定式に基
づき動作か否かを判定する。
【0078】
【数29】
【0079】このような保護継電装置は、先に図6を参
照して説明した構成と同様に図14に示すようなオーム
特性を持ち、単に実現手法が異なるだけである。
【0080】以上により、微分項の近似による誤差の増
幅が抑制されて、広い周波数帯域でLm/L(真値)が
限りなく1に近い特性となり、電力系統の事故電圧、事
故電流に高調波成分が発生しても影響を受けないように
する事が可能になって信頼性が向上する。
【0081】次に、本発明の第2の実施の形態を図を参
照して説明する。なお、上述した実施の形態と同一構成
に関しては同一符号を用いて説明を適宜省略する。
【0082】これまで説明した実施の形態において、例
えば図1ではリアクタンスを算出し、図5及び図7にお
いては動作量抑制量を算出し、図6においてはオーム値
を算出し、これらに基づき動作判定を行っていた。
【0083】これに対して、本実施の形態では図8に示
すようにオーム値算出手段7及びリアクタンス値算出手
段3を設けて、これらの出力を用いて後述する式32で
定義される動作判定手段11により動作判定するように
したものである。
【0084】即ち、第1フィルタ手段1及び第2フィル
タ手段2から出力される電圧vsm、電流ism及び電圧v
jm、電流ijmが、オーム値を算出するオーム値算出手段
7に入力して式2に従いオーム値Rmを算出し、またこ
れらの電流電圧が、リアクタンスを算出するリアクタン
ス値算出手段3に入力して式1に基づきリアクタンス値
mを算出する。
【0085】そして、動作判定手段11は、これらオー
ム値Rm及びリアクタンス値Xmを用いて、式32の判定
式に従い動作か否かを判定する。このような保護継電装
置は、図15に示すようにオフセットモー特性を持って
いる。
【0086】
【数30】
【0087】次に、本発明の第3の実施の形態を図を参
照して説明する。なお、上述した実施の形態と同一構成
に関しては同一符号を用いて説明を適宜省略する。
【0088】本実施の形態にかかる保護継電装置は、図
9に示すように、第1フィルタ手段1及び第2フィルタ
手段2からの電圧vsm、電流ism及び電圧vjm、電流i
jmが入力して、電圧vsmに対して直交する電圧vpim
抽出する極性電圧値算出手段12、上記電圧及び電流が
入力すると共に極性電圧値算出手段12からの電圧v
pimが入力して式33の判定式に従い動作か否かを判定
する動作判定手段13を設けたものである。
【0089】
【数31】
【0090】なお、Rs、Xsは、オーム成分、リアクタ
ンス成分における各々の整定値であり、XsはXs←Xs
/(sin(ω0T)/(k+2・cos(ω0T))の
ように補正している。
【0091】式33において、(Rs・ism+Xs・ijm
の項及び(Rs・ism-p+Xs・ijm-p)の項の電気量は電
流ismを基準に大きさ√(Rs 2+Xs 2)、位相φ=ta
-1(Xs/Rs)だけ進みむ関係にあり、その例を図1
6に示す。
【0092】そして、伝達関数f(Z)・(1+k・Z-1
+Z-2)の第1フィルタ手段1及び伝達関数f(Z)・
(1−Z-2)の第2フィルタ手段2に電流i=I・si
n(ωt)及び電圧v=V・sin(ωt+θ)を入力
させると、式34のようになる。但し、f(Z)=(1
+Z-1+Z-2+・・・+Z-n)とする。
【0093】
【数32】
【0094】そこで、式34をZs(大きさ:√(Rs 2
+Xs 2)、位相φ=tan-1(Xs/Rs))で表すと式
35となる。従って、式35は周波数が基本周波数の場
合、図17に示すモー特性の動作原理式を示している。
【0095】
【数33】
【0096】なお、上記構成では極性電圧値算出手段1
2で基本波における電圧vsmに直交する電圧vpjmを抽
出する場合について説明したが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、例えば図10に示すように電圧Vs
mに対して直交する電圧vjmの一定サイクル前(Nサン
プリング前のデータ)の電圧を極性電圧とする極性電圧
値算出手段14を設けてもよい。この場合には、電圧v
pjm及び電圧smは、式36のようになる。
【0097】
【数34】
【0098】また、図11に示すように電圧vsmに対し
て直交する電圧vpimを抽出する極性電圧値算出手段1
5を設けて、短絡検出用であれば例えばAB相の場合、
AB相を基準とした正相電圧を抽出するようにしてもよ
い。但し、A、B、Cは3相交流電気量の各々の相を示
している。
【0099】例えば、vpsm(AB)=−√3・(v
jm(C)−vjm(0))+vsm(AB)で抽出できる。
ここで、vsm(0)は零相電気量を示している。
【0100】また、地絡用であればA相を基準とした正
相電圧は、vpsm(A)=√3・(v sm(A)−v
sm(0))+vjm(BC)により算出できる。
【0101】なお、以上のように電圧ベクトルを直交す
る2つの電気量から抽出する方法以外に、サンプリング
時系列を90度相当ずらせる方法も適用可能である。
【0102】以上により、微分項の近似による誤差の増
幅が抑制されて、広い周波数帯域でLm/L(真値)が
限りなく1に近い特性となり、電力系統の事故電圧、事
故電流に高調波成分が発生しても影響を受けないように
する事が可能になって信頼性が向上する。
【0103】次に、本発明の第4の実施の形態を図を参
照して説明する。なお、上述した実施の形態と同一構成
に関しては同一符号を用いて説明を適宜省略する。
【0104】図12は本実施の形態の説明に適用される
保護継電装置のブロック図で、第1フィルタ手段1及び
第2フィルタ手段2からの出力が充電電流補償量算出手
段16に入力するようにし、その出力が比率差動継電方
式の動作判定原理に従う動作判定手段18に入力して動
作か否かを判断するようにしたものである。
【0105】この充電電流補償量算出手段16では整定
値CsをCs←Cs・(k+2cos(ω0T))/sin
(ω0T)のように補正して、第1フィルタ手段1から
の出力電流ismと第2フィルタ手段2からの出力電圧v
jmとを用い、ism−Cs・vjmを算出している。なお、C
s・vjmは、充電容量Csにより生じる電流の補償分であ
る。
【0106】そして、対向電気所の同電気量(ism−C
s・vjm)Bを送受信手段17で受信し、かつ自端子の電
気量を電気所へ送信する。ここで、Bは対向電気所にお
ける電気量を示している。
【0107】その後、動作判定手段18では、充電電流
補償量算出手段16において得た自端子の充電電流を補
償した電流と、対向電気所における端子の充電電流を補
償した電流とのベクトル和電流、即ち、差動電流の振幅
値と各々の端子の充電電流を補償した電流のスカラ和電
流とから、式37に基づいて動作判定を行う。
【0108】
【数35】
【0109】式37の充電電流補償の物理的な意味を図
18の送電線路を参照して説明する。周知の電信方程式
は送受端子において、式38のように示される。そこ
で、差動電流iDD(t)に(τ≒0)を条件にテーラ展
開近似をとると式39となる。
【0110】
【数36】
【0111】仮に、送受電端の電流ベクトル和電流(i
s(t)+iR(t))だけで差動電流を抽出したとす
ると、前述の充電電流分が誤差電流となり、差動継電器
の感度低下を招いてしまうので、これを補償することに
より事故電流分のみを抽出できるようになる。
【0112】
【数37】
【0113】ところで、これまでの説明では、第1フィ
ルタ手段1及び第2フィルタ手段2における伝達関数f
(Z)はf(Z)=(1+Z-1+Z-2+…+Z-n)とし
て説明してきたが、f(Z)=(1+Z-2+Z-4+…+
-2n)としても同様の効果を得ることができることは
明らかである。
【0114】この場合式15において、ωT/2をωT
に置き換えればよく、式41となる。また、式13及び
式17も同様に置き換えるだけでよい。以下の説明の都
合から、f1=f(Z)=(1+Z-1+Z-2+…+
-n)、f2=f(Z)=(1+Z-2+Z-4+…+Z
-2n)として記載する。
【0115】
【数38】
【0116】このようにのf1をf2とすることによ
り、使用するデータの窓長が同じ長さで積分の近似誤差
を同じ値とすると、後者のデータ数を少なくできる利点
がある。例えば、f1の場合にn=2とすると、f2の
場合はn=1でよいことになる。
【0117】また、f1が用いられる第1フィルタ手段
1及び第2フィルタ手段2のゲインは、f2が用いられ
る第1フィルタ手段1及び第2フィルタ手段2のゲイン
より大きいので、その分雑音誤差の圧縮が図られるよう
になる。
【0118】例えば、f1が用いられている場合にn=
2のゲインG1は式42となり、またf2が用いられて
いる場合にn=2のゲインG2は式43となる。
【0119】
【数39】
【0120】なお、このような伝達関数f(Z)は非再
帰形ディジタルフィルタで構成するが、本発明はこれに
限定されず再帰形ディジタルフィルタで構成しても同様
の積分誤差特性を実現することができる。
【0121】以上により、微分項の近似による誤差の増
幅が抑制されて、広い周波数帯域でLm/L(真値)が
限りなく1に近い特性となり、電力系統の事故電圧、事
故電流に高調波成分が発生しても影響を受けないように
する事が可能になって信頼性が向上する。
【0122】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば電
力系統の事故時に発生する事故電流、電圧に高調波成分
が重畳しても、広い周波数帯域において相互に直交する
所定のディジタルフィルタを通すことによって、所定の
時間微分方程式を精度良く近似解法でき、高精度な保護
継電装置が実現できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の説明に適用される
保護継電装置のブロック図である。
【図2】本発明の対象例を示す電力系統図である。
【図3】本発明の対象となるリアクタンス計測値の周波
数特性を示す図である。
【図4】本発明の対象となるディジタルフィルタ構成に
よるリアクタンス計測値の周波数特性を示す図である。
【図5】図1に代わる他の構成を示す保護継電装置のブ
ロック図である。
【図6】図1に代わる他の構成を示す保護継電装置のブ
ロック図である。
【図7】図1に代わる他の構成を示す保護継電装置のブ
ロック図である。
【図8】本発明の第2の実施の形態の説明に適用される
保護継電装置のブロック図である。
【図9】本発明の第3の実施の形態の説明に適用される
保護継電装置のブロック図である。
【図10】図9に代わる他の構成を示す保護継電装置の
ブロック図である。
【図11】図9に代わる他の構成を示す保護継電装置の
ブロック図である。
【図12】本発明の第4の実施の形態の説明に適用され
る保護継電装置のブロック図である。
【図13】インピーダンス平面上でリアクタンス特性を
示す図である。
【図14】インピーダンス平面上でオーム特性を示す図
である。
【図15】インピーダンス平面上でオフセットモー特性
を示す図である。
【図16】モー特性の最大感度角と整定インピーダンス
の関係を示す図である。
【図17】電流基準で表したモー特性を示す図である。
【図18】送電線路の電信方程式を説明する図である。
【符号の説明】
2 送電線 1 第1フィルタ手段 2 第2フィルタ手段 3 リアクタンス値算出手段 4,6,8,10,11,13,18 動作判定手段 5 動作抑制量算出手段 7 オーム値算出手段 9 動作抑制量算出手段 12,14,15 極性電圧値算出手段 16 充電電流補償量算出手段 17 送受信手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高荷 英之 東京都府中市東芝町1番地 株式会社東芝 府中事業所内 Fターム(参考) 2G028 AA01 BD02 BE09 BF01 CG23 DH14 FK01 FK02 GL09 MS05 2G033 AA01 AB01 AC00 AD14 AE05 AF04 AG04 2G036 AA11 BA07 BB01 CA11 5G042 BB03 BB14 5G058 EE01 EF03 EG01 EG13 EH02 EH03

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電力系統の事故点が所定の範囲に存在す
    るか否かを判定する保護継電装置において、 電力系統の電圧v、電流iにおけるサンプリングデータ
    m、imを伝達関数f(Z)・(1+k・Z-1+Z-2)な
    るディジタルフィルタ(ZはZ変換演算子を示す)に入
    力して、電圧データvsm、電流データismを出力する第
    1フィルタ手段と、 前記サンプリングデータvm、imを伝達関数f(Z)・
    (1−Z-2)なるディジタルフィルタ(ZはZ変換演算
    子を示す)に入力して、前記電圧データvsm、電流デー
    タismと直交する電圧データvjm及び電流データijm
    出力する第2フィルタ手段と、 時刻tmにおける前記電圧データvsm、電流データ
    sm、電圧データvjm、電流データijm及び、時刻t
    m-pにおける前記電圧データvsm-p、電流データ
    sm- p、電圧データvjm-p、電流データijm-pから式1
    に基づいてリアクタンス値Xmを算出するリアクタンス
    値算出手段と、 該リアクタンス値算出手段で得られるリアクタンス値X
    mと整定値XsとからX m≦Xsの判断式に基づき動作判定
    を行う動作判定手段とを有することを特徴とする保護継
    電装置。 【数1】
  2. 【請求項2】 電力系統の事故点が所定の範囲に存在す
    るか否かを判定する保護継電装置において、 電力系統の電圧v、電流iにおけるサンプリングデータ
    m、imを伝達関数f(Z)・(1+k・Z-1+Z-2)な
    るディジタルフィルタ(ZはZ変換演算子を示す)に入
    力して、電圧データvsm、電流データismを出力する第
    1フィルタ手段と、 前記サンプリングデータvm、imを伝達関数f(Z)・
    (1−Z-2)なるディジタルフィルタ(ZはZ変換演算
    子を示す)に入力して、前記電圧データvsm、電流デー
    タismと直交する電圧データvjm及び電流データijm
    出力する第2フィルタ手段と、 時刻tmにおける前記電圧データvsm、電流データ
    sm、電圧データvjm、電流データijm及び、時刻t
    m-pにおける前記電圧データvsm-p、電流データ
    sm- p、電圧データvjm-p、電流データijm-pから式1
    に基づいてリアクタンス値Xmを算出するリアクタンス
    値算出手段と、 前記第1フィルタ手段及び第2フィルタ手段から得られ
    る前記電圧データvsm、vjm、vsm-p、vjm-p、及び前
    記電流データism、ijm、ism-p、ijm-pを用いて式2
    に示すオーム値Rmを算出するオーム値算出手段と、 前記リアクタンス値算出手段からのリアクタンス値Xm
    と前記オーム値算出手段からのオーム値Rmとから式3
    の判定式に基づき動作判定を行う動作判定手段とを有す
    ることを特徴とする保護継電装置。 【数2】
  3. 【請求項3】 電力系統の事故点が所定の範囲に存在す
    るか否かを判定する保護継電装置において、 電力系統の電圧v、電流iにおけるサンプリングデータ
    m、imを伝達関数f(Z)・(1+k・Z-1+Z-2)な
    るディジタルフィルタ(ZはZ変換演算子を示す)に入
    力して、電圧データvsm、電流データismを出力する第
    1フィルタ手段と、 前記サンプリングデータvm、imを伝達関数f(Z)・
    (1−Z-2)なるディジタルフィルタ(ZはZ変換演算
    子を示す)に入力して、前記電圧データvsm、電流デー
    タismと直交する電圧データvjm及び電流データijm
    出力する第2フィルタ手段と、 前記電圧データvsmと前記電圧データvjmとが入力し
    て、前記第1フィルタ手段からの出力に対して直交する
    電圧量Vpjmを抽出する極性電圧値算出手段と、 前記電圧データvsm、電流データism、電圧データ
    jm、電流データijmと時刻tm-pにおける前記第1フ
    ィルタ手段から得られる電圧データvjm-p、電流データ
    jm-pと整定値(Rs、Xs)とから式4の判定式に基づ
    き動作判定を行う動作判定手段とを有することを特徴と
    する保護継電装置。 【数3】
  4. 【請求項4】 電力系統の事故点が所定の範囲に存在す
    るか否かを判定する保護継電装置において、 電力系統の電圧v、電流iにおけるサンプリングデータ
    m、imを伝達関数f(Z)・(1+k・Z-1+Z-2)な
    るディジタルフィルタ(ZはZ変換演算子を示す)に入
    力して、電圧データvsm、電流データismを出力する第
    1フィルタ手段と、 前記サンプリングデータvm、imを伝達関数f(Z)・
    (1−Z-2)なるディジタルフィルタ(ZはZ変換演算
    子を示す)に入力して、前記電圧データvsm、電流デー
    タismと直交する電圧データvjm及び電流データijm
    出力する第2フィルタ手段と、 時刻tmに前記電流データismと前記電圧データvjm
    整定値Csとからism−Cs・vjmで定義される電気量を
    算出する充電電流補償量算出手段と、 該充電電流補償量算出手段の出力を対向電気所に送信
    し、該対向電気所における電気量をBとしたとき当該対
    向電気所でism−Cs・vjm)Bで定義される電気量を受
    信する送受信手段と、 前記充電電流補償量算出手段と送受信手段とからの出力
    に基づき式5の判定式に基づき動作判定を行う動作判定
    手段とを有することを特徴とする保護継電装置。 【数4】
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