JP2003224928A - ディジタル形方向継電器 - Google Patents
ディジタル形方向継電器Info
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- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/26—Emergency 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 difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents
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- H02H3/08—Emergency 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 excess current
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Abstract
(57)【要約】
【課題】電力系統自体に不平衡要因がある場合、あるい
は単相再閉路無電圧時間中などの場合、事故が発生して
いないにも拘わらず逆相、零相などの不平衡成分が存在
するため、それらの電気量を用いて演算する場合、感度
が鈍くなるとか、動作を誤る可能性があった。 【解決手段】電力系統に逆相分や零相分等の不平衡成分
が存在している状態においても、不平衡事故が発生した
場合、正しく事故の方向を判別することのできるよう
に、基準となる時点の電圧データおよび電流データと、
その基準となる時点から予定のサンプリング間隔だけ離
れた時点の電圧データおよび電流データとを用いて、そ
れぞれ不平衡成分電圧の変化分および不平衡成分電流の
変化分を求める手段と、この不平衡成分電圧の変化分お
よび不平衡成分電流の変化分を入力してその位相関係を
求め、前方事故か後方事故かを判定する手段と、を備え
た。
は単相再閉路無電圧時間中などの場合、事故が発生して
いないにも拘わらず逆相、零相などの不平衡成分が存在
するため、それらの電気量を用いて演算する場合、感度
が鈍くなるとか、動作を誤る可能性があった。 【解決手段】電力系統に逆相分や零相分等の不平衡成分
が存在している状態においても、不平衡事故が発生した
場合、正しく事故の方向を判別することのできるよう
に、基準となる時点の電圧データおよび電流データと、
その基準となる時点から予定のサンプリング間隔だけ離
れた時点の電圧データおよび電流データとを用いて、そ
れぞれ不平衡成分電圧の変化分および不平衡成分電流の
変化分を求める手段と、この不平衡成分電圧の変化分お
よび不平衡成分電流の変化分を入力してその位相関係を
求め、前方事故か後方事故かを判定する手段と、を備え
た。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は逆相変化分あるいは
零相変化分等の不平衡成分電気量の変化分を用いて、事
故の方向を判別するようにしたディジタル方向継電器に
関するものである。
零相変化分等の不平衡成分電気量の変化分を用いて、事
故の方向を判別するようにしたディジタル方向継電器に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電力系統の事故方向の判定を、逆相分電
気量あるいは零相分電気量を用いた方向継電器により行
うことは電気協同研究第37巻１号第54頁の記事等で広く
知られている。
気量あるいは零相分電気量を用いた方向継電器により行
うことは電気協同研究第37巻１号第54頁の記事等で広く
知られている。
【０００３】ここで、逆相方向継電器をディジタル形で
実現しようとした場合、一定サンプリング間隔で得た電
力系統の電圧、電流のサンプル値をそれぞれＶm、Ｉmと
すると、電圧、電流の逆相成分は次式(3)のように求め
ることができる。 ３Ｖ2m＝Ｖam＋Ｖb(m-8)＋Ｖc(m-4)、 ３Ｉ2m＝Ｉam＋Ｉb(m-8)＋Ｉc(m-4) (3)
実現しようとした場合、一定サンプリング間隔で得た電
力系統の電圧、電流のサンプル値をそれぞれＶm、Ｉmと
すると、電圧、電流の逆相成分は次式(3)のように求め
ることができる。 ３Ｖ2m＝Ｖam＋Ｖb(m-8)＋Ｖc(m-4)、 ３Ｉ2m＝Ｉam＋Ｉb(m-8)＋Ｉc(m-4) (3)
【０００４】ここで、サンプリング間隔は電気角30°、
ｍはサンプリングの時点、添字の２は逆相成分、更にa,
b,cは各々Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の電気量である。また、m-
αはｍからαサンプリング前の電気量であることを示し
ている。
ｍはサンプリングの時点、添字の２は逆相成分、更にa,
b,cは各々Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の電気量である。また、m-
αはｍからαサンプリング前の電気量であることを示し
ている。
【０００５】電力系統が３相平衡している場合、逆相成
分は存在しないから(3)式の各項の値はともに０である
が、電力系統に不平衡事故が発生すると、系統保護リレ
ーから見た逆相インピーダンスＺ2は、Ｖ2m＝Ｚ2・Ｉ2m
の関係が成立する。この式においてＺ2は一般的にほと
んどがリアクタンス成分であるため、Ｖ2mとＩ2mとはほ
ぼ位相が90°ずれる。その際、電圧と電流のうちどちら
が進みとなるかは、事故が前方即ち保護方向か、後方か
によって決まる。
分は存在しないから(3)式の各項の値はともに０である
が、電力系統に不平衡事故が発生すると、系統保護リレ
ーから見た逆相インピーダンスＺ2は、Ｖ2m＝Ｚ2・Ｉ2m
の関係が成立する。この式においてＺ2は一般的にほと
んどがリアクタンス成分であるため、Ｖ2mとＩ2mとはほ
ぼ位相が90°ずれる。その際、電圧と電流のうちどちら
が進みとなるかは、事故が前方即ち保護方向か、後方か
によって決まる。
【０００６】逆相回路には電源がないため、正相回路と
は逆の関係になり、事故が前方の場合、電流が電圧に対
して進み、後方事故の場合は電流が電圧に対して遅れる
こととなる。従って、例えば電流を90°進み側に移相
し、電圧との内積をとった結果が正となれば後方事故、
負となれば前方事故と判定することができる。実際の演
算は次式(4)のようになる。 Ｖ2m×Ｊ2m＋Ｖ2(m-3)×Ｊ2(m-3)＜０ (4)
は逆の関係になり、事故が前方の場合、電流が電圧に対
して進み、後方事故の場合は電流が電圧に対して遅れる
こととなる。従って、例えば電流を90°進み側に移相
し、電圧との内積をとった結果が正となれば後方事故、
負となれば前方事故と判定することができる。実際の演
算は次式(4)のようになる。 Ｖ2m×Ｊ2m＋Ｖ2(m-3)×Ｊ2(m-3)＜０ (4)
【０００７】ここで、Ｊ2mはＩ2mの位相を90°進めたも
のである。実際には若干の不感帯をもたせ、それをKと
すれば動作ゾーンは図１６のように表すことができる。
この原理は地絡事故について、零相回路についても全く
同じであり、判定に使用する電気量に零相成分を用いる
だけである。
のである。実際には若干の不感帯をもたせ、それをKと
すれば動作ゾーンは図１６のように表すことができる。
この原理は地絡事故について、零相回路についても全く
同じであり、判定に使用する電気量に零相成分を用いる
だけである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、同一鉄
塔に多回線が共架されて回線間に零相循環電流が流れて
いる場合とか、単相再閉路無電圧時間中のように一時的
に３相のうち１相が欠相している状態の場合には、電力
系統には実際に事故が発生していないにも拘わらず逆相
成分や零相成分などの不平衡成分が存在するため、それ
らの電気量を用いて演算した場合、感度が鈍くなるとか
誤動作する可能性があった。
塔に多回線が共架されて回線間に零相循環電流が流れて
いる場合とか、単相再閉路無電圧時間中のように一時的
に３相のうち１相が欠相している状態の場合には、電力
系統には実際に事故が発生していないにも拘わらず逆相
成分や零相成分などの不平衡成分が存在するため、それ
らの電気量を用いて演算した場合、感度が鈍くなるとか
誤動作する可能性があった。
【０００９】本発明の目的は、定常状態において電力系
統に逆相分や零相分等の不平衡成分が存在していたとし
ても、不平衡事故が発生した場合に正しく事故の方向を
判別することのできるディジタル形方向継電器を供給す
ることにある。
統に逆相分や零相分等の不平衡成分が存在していたとし
ても、不平衡事故が発生した場合に正しく事故の方向を
判別することのできるディジタル形方向継電器を供給す
ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に係るディジタル形方向継電器の発明
は、電力系統の電圧値および電流値を周期的にサンプリ
ングしてディジタル値に変換し、このディジタル値に変
換された電圧データおよび電流データを用いて事故方向
の判定演算を行うようにしたディジタル形方向継電器に
おいて、基準となる時点の電圧データおよび電流データ
と、その基準となる時点から所定のサンプリング間隔だ
け離れた時点の電圧データおよび電流データとを用い
て、それぞれ不平衡成分電圧の変化分および不平衡成分
電流の変化分を求める手段と、この不平衡成分電圧の変
化分および不平衡成分電流の変化分を入力してその位相
関係を求め、前方事故か後方事故かを判定する手段と、
を備えたことを特徴とする。
めに、請求項１に係るディジタル形方向継電器の発明
は、電力系統の電圧値および電流値を周期的にサンプリ
ングしてディジタル値に変換し、このディジタル値に変
換された電圧データおよび電流データを用いて事故方向
の判定演算を行うようにしたディジタル形方向継電器に
おいて、基準となる時点の電圧データおよび電流データ
と、その基準となる時点から所定のサンプリング間隔だ
け離れた時点の電圧データおよび電流データとを用い
て、それぞれ不平衡成分電圧の変化分および不平衡成分
電流の変化分を求める手段と、この不平衡成分電圧の変
化分および不平衡成分電流の変化分を入力してその位相
関係を求め、前方事故か後方事故かを判定する手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】この発明によれば、変化分の電気量を使用
することで、常時存在する逆相分電気量の影響を受けに
くくすることが可能であり、事故の方向判別の精度を上
げることが可能となる。
することで、常時存在する逆相分電気量の影響を受けに
くくすることが可能であり、事故の方向判別の精度を上
げることが可能となる。
【００１２】また、請求項２に係るディジタル形方向継
電器の発明は、電力系統の電圧値および電流値を周期的
にサンプリングしてディジタル値に変換し、このディジ
タル値に変換された電圧データおよび電流データを用い
て事故方向の判定演算を行うようにしたディジタル形方
向継電器において、基準となる時点の電圧データおよび
電流データと、その基準となる時点から所定のサンプリ
ング間隔だけ離れた時点の電圧データおよび電流データ
とを用いて、それぞれ不平衡成分電圧の変化分および不
平衡成分電流の変化分を求める手段と、これら不平衡成
分電圧の変化分および不平衡成分電流の変化分から不平
衡インピーダンス分を求める手段と、この求められた不
平衡インピーダンス分を基準値と比較し、前方事故か後
方事故かを判定する手段と、を備えたことを特徴とす
る。
電器の発明は、電力系統の電圧値および電流値を周期的
にサンプリングしてディジタル値に変換し、このディジ
タル値に変換された電圧データおよび電流データを用い
て事故方向の判定演算を行うようにしたディジタル形方
向継電器において、基準となる時点の電圧データおよび
電流データと、その基準となる時点から所定のサンプリ
ング間隔だけ離れた時点の電圧データおよび電流データ
とを用いて、それぞれ不平衡成分電圧の変化分および不
平衡成分電流の変化分を求める手段と、これら不平衡成
分電圧の変化分および不平衡成分電流の変化分から不平
衡インピーダンス分を求める手段と、この求められた不
平衡インピーダンス分を基準値と比較し、前方事故か後
方事故かを判定する手段と、を備えたことを特徴とす
る。
【００１３】この発明によれば電気量の変化分を使用し
てインピーダンスを求めることで、常時存在する不平衡
成分電気量の影響を受けにくくすることが可能であり、
事故の方向判別の精度を上げることが可能となる。
てインピーダンスを求めることで、常時存在する不平衡
成分電気量の影響を受けにくくすることが可能であり、
事故の方向判別の精度を上げることが可能となる。
【００１４】更に、請求項３に係るディジタル形方向継
電器の発明は、電力系統の電圧値および電流値を周期的
にサンプリングしてディジタル値に変換し、このディジ
タル値に変換された電圧データおよび電流データを用い
て事故方向の判定演算を行うようにしたディジタル形方
向継電器において、基準となる時点の電圧データおよび
電流データと、その基準となる時点から所定のサンプリ
ング間隔だけ離れた時点の電圧データおよび電流データ
とを用いて、電流の逆相変化分ΔI2と電圧の逆相変化分
ΔV2を求める第１の手段と、任意の定数Ｋ1とＫ2、Ψお
よび、電流が電圧に対し進んでいる位相をφとしたとき
に、(1)式Ｋ1ΔＩ2−ΔＶ2cos（φ−Ψ）＞Ｋ2が成立し
た場合前方事故と判定する第２の手段と、(2)式Ｋ1ΔＩ
2−ΔＶ 2cos（φ−Ψ）＜Ｋ2が成立した場合後方事故と
判定する第３の手段と、を設けたことを特徴とする。
電器の発明は、電力系統の電圧値および電流値を周期的
にサンプリングしてディジタル値に変換し、このディジ
タル値に変換された電圧データおよび電流データを用い
て事故方向の判定演算を行うようにしたディジタル形方
向継電器において、基準となる時点の電圧データおよび
電流データと、その基準となる時点から所定のサンプリ
ング間隔だけ離れた時点の電圧データおよび電流データ
とを用いて、電流の逆相変化分ΔI2と電圧の逆相変化分
ΔV2を求める第１の手段と、任意の定数Ｋ1とＫ2、Ψお
よび、電流が電圧に対し進んでいる位相をφとしたとき
に、(1)式Ｋ1ΔＩ2−ΔＶ2cos（φ−Ψ）＞Ｋ2が成立し
た場合前方事故と判定する第２の手段と、(2)式Ｋ1ΔＩ
2−ΔＶ 2cos（φ−Ψ）＜Ｋ2が成立した場合後方事故と
判定する第３の手段と、を設けたことを特徴とする。
【００１５】更にまた、請求項４に係るディジタル形方
向継電器の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか
の請求項に係るディジタル形方向継電器において、前記
不平衡成分電圧の変化分および不平衡成分電流の変化分
として、それぞれ逆相変化分の電気量または零相変化分
の電気量のいずれかを使用することを特徴とする。
向継電器の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか
の請求項に係るディジタル形方向継電器において、前記
不平衡成分電圧の変化分および不平衡成分電流の変化分
として、それぞれ逆相変化分の電気量または零相変化分
の電気量のいずれかを使用することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１は、本発明に係る全て
の実施の形態に共通なハードウェア構成図である。図１
において、101は保護対象である送電線、102はこの送電
線101から電圧を取り出すためのPT回路、103は送電線10
1から電流を取り出すためのCT回路である。
施の形態について説明する。図１は、本発明に係る全て
の実施の形態に共通なハードウェア構成図である。図１
において、101は保護対象である送電線、102はこの送電
線101から電圧を取り出すためのPT回路、103は送電線10
1から電流を取り出すためのCT回路である。
【００１７】また、104-1および104-2は電力回路である
CT回路102およびPT回路103をそれぞれ電子回路と電気的
に分離するためと、取り込んだ電流値、電圧値を後述す
る演算回路109で取り扱う大きさに変換するための入力
変換器である。
CT回路102およびPT回路103をそれぞれ電子回路と電気的
に分離するためと、取り込んだ電流値、電圧値を後述す
る演算回路109で取り扱う大きさに変換するための入力
変換器である。
【００１８】105-1、105-2は折り返し周波数をカットす
るアナログフィルタ、106-1、106-2はアナログフィルタ
の出力を所定間隔でサンプリングし、そのサンプル値を
保持するサンプルホルダーである。
るアナログフィルタ、106-1、106-2はアナログフィルタ
の出力を所定間隔でサンプリングし、そのサンプル値を
保持するサンプルホルダーである。
【００１９】107は複数のサンプルホールド値を時系列
に並び換えて出力するマルチプレクサ、108マルチプレ
クサの出力をディジタル値に変換して出力するA/D変換
器、109はマイコン等のディジタル演算回路である。
に並び換えて出力するマルチプレクサ、108マルチプレ
クサの出力をディジタル値に変換して出力するA/D変換
器、109はマイコン等のディジタル演算回路である。
【００２０】（第１の実施の形態）図２は前記演算回路
109の機能を演算手段の形式で表した第１の実施の形態
のブロック図である。図２において、110はディジタル
フィルタであり、入力されたディジタルデータＶ、Ｉを
フィルタリングしたのち、ｖ，ｉをそれぞれ次に述べる
演算手段111、112に入力する。
109の機能を演算手段の形式で表した第１の実施の形態
のブロック図である。図２において、110はディジタル
フィルタであり、入力されたディジタルデータＶ、Ｉを
フィルタリングしたのち、ｖ，ｉをそれぞれ次に述べる
演算手段111、112に入力する。
【００２１】111は電圧逆相分演算手段であり、例えば
以下の式(5)で電圧の逆相分求める。 ３Ｖ2m＝ＶAm＋ＶB(m-8)＋ＶC(m-4) (5) ここでｍは現時点のサンプルを示し、以下30°ごとにデ
ータがあるものとする。従って、m-4は120°前のデータ
を意味する。
以下の式(5)で電圧の逆相分求める。 ３Ｖ2m＝ＶAm＋ＶB(m-8)＋ＶC(m-4) (5) ここでｍは現時点のサンプルを示し、以下30°ごとにデ
ータがあるものとする。従って、m-4は120°前のデータ
を意味する。
【００２２】112は電流逆相分演算手段であり、例えば
以下(6)のような式で電流の逆相分を求める。 ３Ｉ2m＝ＩAm＋ＩB(m-8)＋ＩC(m-4) (6) 113はこれらの演算結果を保存しておくための電圧およ
び電流データ保存手段である。
以下(6)のような式で電流の逆相分を求める。 ３Ｉ2m＝ＩAm＋ＩB(m-8)＋ＩC(m-4) (6) 113はこれらの演算結果を保存しておくための電圧およ
び電流データ保存手段である。
【００２３】114は電圧逆相変化分演算手段であり、例
えば１サイクル前の値と現時点の値との変化分を、以下
のような式(7)で求める。 ΔＶ2m＝Ｖ2m−Ｖ2(m-12) (7)
えば１サイクル前の値と現時点の値との変化分を、以下
のような式(7)で求める。 ΔＶ2m＝Ｖ2m−Ｖ2(m-12) (7)
【００２４】115は電流逆相変化分演算手段であり、例
えば１サイクル前の値と現時点の値との変化分を、以下
のような式(8)で求める。 ΔＩ2m＝Ｉ2m−Ｉ2(m-12) (8) この例では先に逆相成分を求め、次に変化分を求めてい
るが、先に変化分を求め、次に逆相分を求めても全く同
じである。
えば１サイクル前の値と現時点の値との変化分を、以下
のような式(8)で求める。 ΔＩ2m＝Ｉ2m−Ｉ2(m-12) (8) この例では先に逆相成分を求め、次に変化分を求めてい
るが、先に変化分を求め、次に逆相分を求めても全く同
じである。
【００２５】116は前方事故判定手段であり、逆相変化
分電圧と逆相変化分電流の位相関係から前方事故を判定
する。逆相のインピーダンスはほぼ順リアクタンスであ
ることを考慮入れると、前方事故の場合は、ΔＩ2mは−
ΔＶ2mに対して約90°遅れることになる。従ってΔＩ2m
を90°移相し、−ΔＶ2mとの内積をとることでそれらの
位相関係を見ることができる。これを式で表すと例えば
以下の式(9)のようになる。 ΔＩ2m∠90°＊（−ΔＶ2m）＞ｋ1｜ΔＶ2m｜ (9)
分電圧と逆相変化分電流の位相関係から前方事故を判定
する。逆相のインピーダンスはほぼ順リアクタンスであ
ることを考慮入れると、前方事故の場合は、ΔＩ2mは−
ΔＶ2mに対して約90°遅れることになる。従ってΔＩ2m
を90°移相し、−ΔＶ2mとの内積をとることでそれらの
位相関係を見ることができる。これを式で表すと例えば
以下の式(9)のようになる。 ΔＩ2m∠90°＊（−ΔＶ2m）＞ｋ1｜ΔＶ2m｜ (9)
【００２６】この式(9)によればΔＩ2mの90°進み分を
−ΔＶ2mに投影した成分が、ｋ1以上になった場合に動
作となる。この動作域を図に示したものが図３である。
内積演算は次の式(10)で求める。 −ΔＶ2m＊ΔＩ2m∠90°＝−ΔＶ2m・ΔＪ2m−ΔＶ2(m-3)・ΔＪ2(m-3) (10)
−ΔＶ2mに投影した成分が、ｋ1以上になった場合に動
作となる。この動作域を図に示したものが図３である。
内積演算は次の式(10)で求める。 −ΔＶ2m＊ΔＩ2m∠90°＝−ΔＶ2m・ΔＪ2m−ΔＶ2(m-3)・ΔＪ2(m-3) (10)
【００２７】ここでΔＪ2mはΔＩ2mを90°進めたもの
で、例えば次式(11)のように求めることができる。 ΔＪ2m＝（ΔＩ2m−2ΔＩ2(m-2)）／√３ (11)
で、例えば次式(11)のように求めることができる。 ΔＪ2m＝（ΔＩ2m−2ΔＩ2(m-2)）／√３ (11)
【００２８】絶対値は例えば次式(12)のように求めるこ
とができる。
とができる。
【数１】
【００２９】逆相インピーダンスに抵抗成分Ｒが多く含
まれている場合などは、電流の移相を変化させて、最も
感度の良い角度を変更すればよく、ユーザーによる整定
とすることも可能である。
まれている場合などは、電流の移相を変化させて、最も
感度の良い角度を変更すればよく、ユーザーによる整定
とすることも可能である。
【００３０】117は後方事故判定手段であり、前述の前
方事故判定手段116と同様、逆相変化分電圧と逆相変化
分電流の位相関係から後方事故を判定する部分である。
ただし、前方事故と反対であるので以下のような式(13)
で判定する。 ΔＩ2m∠90＊(−ΔＶ2m)＜ｋ2|ΔＶ2m| (13) 具体的な演算方法は前方事故の判定と全く同じであるの
で省略する。
方事故判定手段116と同様、逆相変化分電圧と逆相変化
分電流の位相関係から後方事故を判定する部分である。
ただし、前方事故と反対であるので以下のような式(13)
で判定する。 ΔＩ2m∠90＊(−ΔＶ2m)＜ｋ2|ΔＶ2m| (13) 具体的な演算方法は前方事故の判定と全く同じであるの
で省略する。
【００３１】図３にこの動作域を示す。これらの判定式
中のｋ1，ｋ2は感度を決める要素であり、系統条件に合
わせて適宜決めれば良い。以上述べた実施の形態によれ
ば、変化分の電気量を使用することで、常時存在する逆
相分電気量の影響を受けにくくすることが可能であり、
事故の方向判別の精度を上げることが可能となる。
中のｋ1，ｋ2は感度を決める要素であり、系統条件に合
わせて適宜決めれば良い。以上述べた実施の形態によれ
ば、変化分の電気量を使用することで、常時存在する逆
相分電気量の影響を受けにくくすることが可能であり、
事故の方向判別の精度を上げることが可能となる。
【００３２】なお、自明なことであるが、電流を移相す
る代りに電圧を移相して判定しても全く同じである。ま
た、逆相変化分電圧と逆相変化分電流との位相関係を求
めるのに、どちらかの電気量を90°移相して内積演算を
行うようにしたが、外積演算を行っても良い。
る代りに電圧を移相して判定しても全く同じである。ま
た、逆相変化分電圧と逆相変化分電流との位相関係を求
めるのに、どちらかの電気量を90°移相して内積演算を
行うようにしたが、外積演算を行っても良い。
【００３３】（変形例１）第１の実施の形態の変形例と
して、単純に位相差だけを見るものを挙げることができ
る。既に述べたように、前方事故では−ΔＶ2mとΔＪ2m
はほぼ同位相となることから、その位相差をφとすれば
次の式(14)、
して、単純に位相差だけを見るものを挙げることができ
る。既に述べたように、前方事故では−ΔＶ2mとΔＪ2m
はほぼ同位相となることから、その位相差をφとすれば
次の式(14)、
【数２】
で判定が可能となる。このときＸ＝０とすれば動作範囲
は
は
【数３】
となり、
【数４】
となる。これを図示すると図４となる。
【００３４】（変形例２）この変形例２は動作領域をオ
フセットさせたもので、例えば−ΔＶ2mに−（ΔＶ2m−
αΔＶ2m）を代入すれば図５に示すようにαΔＶ2mだけ
オフセットした特性を得ることができる。なお、は例え
ば定数である。
フセットさせたもので、例えば−ΔＶ2mに−（ΔＶ2m−
αΔＶ2m）を代入すれば図５に示すようにαΔＶ2mだけ
オフセットした特性を得ることができる。なお、は例え
ば定数である。
【００３５】ここではオフセットを電圧の方向にとった
が、動揺の計算を電流に対して行えば、電流の方向にと
ることも可能である。このように、様々な簡単な変更、
あるいは機能追加が可能であるが、基本的に逆相電流の
変過分と逆相電圧の変過分の位相差に着目するという点
で第１の実施形態から変形例２までは共通している。
が、動揺の計算を電流に対して行えば、電流の方向にと
ることも可能である。このように、様々な簡単な変更、
あるいは機能追加が可能であるが、基本的に逆相電流の
変過分と逆相電圧の変過分の位相差に着目するという点
で第１の実施形態から変形例２までは共通している。
【００３６】（第２の実施の形態）図６は本発明の第２
の実施の形態を示す演算手段のブロック図である。この
第２の実施例は逆相変化分電流と逆相変化分電圧から逆
相インピーダンスを求め、その値から事故の方向を判定
しようというものである。なお、ディジタルフィルタ11
0から演算手段115までは図２の場合と同じであるので説
明は省略する。
の実施の形態を示す演算手段のブロック図である。この
第２の実施例は逆相変化分電流と逆相変化分電圧から逆
相インピーダンスを求め、その値から事故の方向を判定
しようというものである。なお、ディジタルフィルタ11
0から演算手段115までは図２の場合と同じであるので説
明は省略する。
【００３７】逆相インピーダンスのうち、リアクタンス
分はＩm（ΔＶ2/ΔＩ2）で求めることができる。変化分
を用いることで、定常状態で存在している逆相分はキャ
ンセルすることができ、精度を上げることができる。
分はＩm（ΔＶ2/ΔＩ2）で求めることができる。変化分
を用いることで、定常状態で存在している逆相分はキャ
ンセルすることができ、精度を上げることができる。
【００３８】逆相回路は定常時は電源を持たないため、
前方事故の場合発生する電圧は、自分の背後にあるイン
ピーダンスにより決まり、電流が電圧に対し進むことに
なる。その大きさは事故が前方であれば事故点に関係な
く、背後のインピーダンスと等しいものなる。
前方事故の場合発生する電圧は、自分の背後にあるイン
ピーダンスにより決まり、電流が電圧に対し進むことに
なる。その大きさは事故が前方であれば事故点に関係な
く、背後のインピーダンスと等しいものなる。
【００３９】逆に背後事故であれば、前方のインピーダ
ンスを求めることとなり、遅れ方向となる。遅れ方向を
正にとれば、背後事故においては前方の電力系統が最も
大きいケースでインピーダンスは最小となる。従って、
それ以下であればインピーダンスが負になる場合も含め
て、前方事故と判定できるので、判定式は次式(15)のよ
うに表すことができる。 Ｉm（ΔＶ2/ΔＩ2）＜Ｋ1 (15) ここでＫ1は系統構成等により考えられ得る最小のイン
ピーダンス以下にすれば良い。
ンスを求めることとなり、遅れ方向となる。遅れ方向を
正にとれば、背後事故においては前方の電力系統が最も
大きいケースでインピーダンスは最小となる。従って、
それ以下であればインピーダンスが負になる場合も含め
て、前方事故と判定できるので、判定式は次式(15)のよ
うに表すことができる。 Ｉm（ΔＶ2/ΔＩ2）＜Ｋ1 (15) ここでＫ1は系統構成等により考えられ得る最小のイン
ピーダンス以下にすれば良い。
【００４０】この式を積の形で表すと次式のようにな
る。次式(16)が成立すれば前方の事故となり、成立しな
ければ後方の事故となる。 ΔＶ2＊ΔＩ2∠90°＜Ｋ1ΔＩ2 2 (16) 上式を演算するためには、逆相変化分電流の大きさと逆
相変化分電圧と逆相変化分電流の内積を求めれば良い。
る。次式(16)が成立すれば前方の事故となり、成立しな
ければ後方の事故となる。 ΔＶ2＊ΔＩ2∠90°＜Ｋ1ΔＩ2 2 (16) 上式を演算するためには、逆相変化分電流の大きさと逆
相変化分電圧と逆相変化分電流の内積を求めれば良い。
【００４１】図６において、120は逆相変化分電流の大
きさの２乗を求める絶対値演算手段であり、例えば次式
(17)のように表すことができる。 |ΔＩ2|2＝(ΔＩ2m)2＋(ΔＩ2(m-3))2 (17)
きさの２乗を求める絶対値演算手段であり、例えば次式
(17)のように表すことができる。 |ΔＩ2|2＝(ΔＩ2m)2＋(ΔＩ2(m-3))2 (17)
【００４２】121は逆相変化分電流を90°位相したもの
と逆相変化分電圧の内積を求める内積演算手段であり、
求め方は既に示したとおりである。122は絶対値演算手
段120, 内積演算手段121から既述の判定式により前方事
故か否かを判定する前方事故判定手段、そして123は絶
対値演算手段120, 内積演算手段121から既述の判定式に
より後方事故か否かを判定する後方事故判定手段であ
る。
と逆相変化分電圧の内積を求める内積演算手段であり、
求め方は既に示したとおりである。122は絶対値演算手
段120, 内積演算手段121から既述の判定式により前方事
故か否かを判定する前方事故判定手段、そして123は絶
対値演算手段120, 内積演算手段121から既述の判定式に
より後方事故か否かを判定する後方事故判定手段であ
る。
【００４３】以上述べたように、本発明によれば電気量
の変化分を使用してインピーダンスを求めることで、常
時存在する逆相分電気量の影響を受けにくくすることが
可能であり、事故の方向判別の精度を上げることが可能
となる。この場合の動作域の例を図７に示す。
の変化分を使用してインピーダンスを求めることで、常
時存在する逆相分電気量の影響を受けにくくすることが
可能であり、事故の方向判別の精度を上げることが可能
となる。この場合の動作域の例を図７に示す。
【００４４】電力系統により誤差が発生しやすい場合な
どは、判定式に不感帯を設けることも可能である。次式
(18)に本実施の形態の変形例を示す。 Ｋ1ΔＩ2 2−ΔＶ2＊ΔＩ2∠90°＞Ｋ2 (18) 上式では右辺を０とせず定数を置いたことで感度の調整
ができるようになり誤差に強くなる。その他の演算方法
は全く同じであるのでここでは省略する。
どは、判定式に不感帯を設けることも可能である。次式
(18)に本実施の形態の変形例を示す。 Ｋ1ΔＩ2 2−ΔＶ2＊ΔＩ2∠90°＞Ｋ2 (18) 上式では右辺を０とせず定数を置いたことで感度の調整
ができるようになり誤差に強くなる。その他の演算方法
は全く同じであるのでここでは省略する。
【００４５】（第３の実施の形態）図８は本発明による
第３の実施の形態を示す演算手段のブロック図である。
110から115は図２の場合と同じであり、また120から123
は図６の場合と同じであるので説明は省略する。
第３の実施の形態を示す演算手段のブロック図である。
110から115は図２の場合と同じであり、また120から123
は図６の場合と同じであるので説明は省略する。
【００４６】第３の実施の形態では前方事故の判定を次
式(19)によって行う。 Ｋ1ΔＩ2−ΔＶ2cos(φ−Ψ)＞Ｋ2 (19) ここでΨは最も感度を高くしたい角度に設定すれば良
い。既に述べているように、一般に逆相回路のインピー
ダンスはほとんどがリアクタンス成分であるので、電流
と電圧の位相はほぼ90°開く。従って、Ψは90°付近に
設定すれば良い。
式(19)によって行う。 Ｋ1ΔＩ2−ΔＶ2cos(φ−Ψ)＞Ｋ2 (19) ここでΨは最も感度を高くしたい角度に設定すれば良
い。既に述べているように、一般に逆相回路のインピー
ダンスはほとんどがリアクタンス成分であるので、電流
と電圧の位相はほぼ90°開く。従って、Ψは90°付近に
設定すれば良い。
【００４７】以下ではΨを90°にした場合について説明
する。上式(19)の両辺にΔＩ2をかけてサンプリング表
現に変更すると、次式(20)となる。 Ｋ1|ΔＩ2m|2−ΔＶ2m＊ΔＩ2m∠90°＞Ｋ2ΔＩ2m (20)
する。上式(19)の両辺にΔＩ2をかけてサンプリング表
現に変更すると、次式(20)となる。 Ｋ1|ΔＩ2m|2−ΔＶ2m＊ΔＩ2m∠90°＞Ｋ2ΔＩ2m (20)
【００４８】130は逆相変化分電流の２乗の平方根を求
める平方根演算手段である。これらの演算により、上の
判定式を演算することができる。この判定式による動作
域は図９のように表すことができる。
める平方根演算手段である。これらの演算により、上の
判定式を演算することができる。この判定式による動作
域は図９のように表すことができる。
【００４９】このように本発明によれば、電気量の変化
分を使用することにより、常時存在する逆相分電気量の
影響を受けにくくすることが可能である。また、基本的
に逆相電圧、電流変化分の位相差に着目した手法である
が、逆相変化分電流により補償していることで、それが
多く流れた場合には動作しやすくなるという特性を持っ
ており、更に事故の方向判別の精度を上げることが可能
となる。
分を使用することにより、常時存在する逆相分電気量の
影響を受けにくくすることが可能である。また、基本的
に逆相電圧、電流変化分の位相差に着目した手法である
が、逆相変化分電流により補償していることで、それが
多く流れた場合には動作しやすくなるという特性を持っ
ており、更に事故の方向判別の精度を上げることが可能
となる。
【００５０】（第４の実施の形態）図１０は本発明の第
４の実施の形態を示す演算手段のブロック図である。図
２と比較し、逆相分電気量に代えて零相分電気量を使用
すること以外は全く同じである。140および141はそれぞ
れ電圧逆相分演算手段および電流逆相分演算手段であ
り、例えば次式(21)のように演算することができる。 ３Ｖ0m＝Ｖam＋Ｖbm＋Ｖcm、 ３Ｉ0m＝Ｉam＋Ｉbm＋Ｉcm (21)
４の実施の形態を示す演算手段のブロック図である。図
２と比較し、逆相分電気量に代えて零相分電気量を使用
すること以外は全く同じである。140および141はそれぞ
れ電圧逆相分演算手段および電流逆相分演算手段であ
り、例えば次式(21)のように演算することができる。 ３Ｖ0m＝Ｖam＋Ｖbm＋Ｖcm、 ３Ｉ0m＝Ｉam＋Ｉbm＋Ｉcm (21)
【００５１】142および143はそれぞれ電圧逆相変化分演
算手段および電流逆相変化分演算手段であり、例えば１
サイクル前の値との変化分を求めるとすると以下のよう
な式(22)で求めることができる。 ΔＩ0m＝Ｉ0m−Ｉ0(m-12)、 ΔＶ0m＝Ｖ0m−Ｖ0(m-12) (22)
算手段および電流逆相変化分演算手段であり、例えば１
サイクル前の値との変化分を求めるとすると以下のよう
な式(22)で求めることができる。 ΔＩ0m＝Ｉ0m−Ｉ0(m-12)、 ΔＶ0m＝Ｖ0m−Ｖ0(m-12) (22)
【００５２】その他については図２と全く同じであるの
でここでは省略する。このときの動作範囲を図１１に示
す。本発明によれば、零相変化分の電気量を使用するこ
とで常時存在する零相分電気量の影響を受けにくくする
ことが可能であり、単に零相分を使用するのに比べ、事
故の方向判別の精度を上げることが可能となる。事故の
影響が逆相よりも零相に現れやすい電力系統などでは零
相の変化分を使用したほうが良い。
でここでは省略する。このときの動作範囲を図１１に示
す。本発明によれば、零相変化分の電気量を使用するこ
とで常時存在する零相分電気量の影響を受けにくくする
ことが可能であり、単に零相分を使用するのに比べ、事
故の方向判別の精度を上げることが可能となる。事故の
影響が逆相よりも零相に現れやすい電力系統などでは零
相の変化分を使用したほうが良い。
【００５３】（第５の実施の形態）図１２は本発明の第
５の実施の形態を示す演算手段のブロック図である。図
１２は逆相電気量の代りに零相の電気量を使用すること
以外は図６と全く同じであるので、説明は省略する。
５の実施の形態を示す演算手段のブロック図である。図
１２は逆相電気量の代りに零相の電気量を使用すること
以外は図６と全く同じであるので、説明は省略する。
【００５４】図１３はこの第５実施の形態による動作範
囲を示したものである。本発明によれば、零相変化分の
電気量を使用することで常時存在する零相分電気量の影
響を受けにくくすることが可能であり、事故の方向判別
の精度を上げることが可能となる。事故の影響が逆相よ
りも零相に現れやすい電力系統などでは零相の変化分を
使用したほうが良い。また、零相分の演算には時間遅れ
がないため、周波数変動の影響を受けにくいということ
も言える。
囲を示したものである。本発明によれば、零相変化分の
電気量を使用することで常時存在する零相分電気量の影
響を受けにくくすることが可能であり、事故の方向判別
の精度を上げることが可能となる。事故の影響が逆相よ
りも零相に現れやすい電力系統などでは零相の変化分を
使用したほうが良い。また、零相分の演算には時間遅れ
がないため、周波数変動の影響を受けにくいということ
も言える。
【００５５】（第６の実施の形態）図１４は第６の実施
の形態を示す演算手段のブロック図である。図１４は逆
相電気量の代りに零相の電気量を使用すること以外は図
８と全く同じであるので、説明は省略する。
の形態を示す演算手段のブロック図である。図１４は逆
相電気量の代りに零相の電気量を使用すること以外は図
８と全く同じであるので、説明は省略する。
【００５６】図１５は第６実施の形態による動作範囲を
示したものである。本発明によれば、零相変化分の電気
量を使用することで常時存在する零相分電気量の影響を
受けにくくすることが可能であり、また、逆相変化分電
流により補償していることで、更に事故の方向判別の精
度を上げることが可能となる。事故の影響が逆相よりも
零相に現れやすい電力系統などでは零相の変化分を使用
したほうが良い。
示したものである。本発明によれば、零相変化分の電気
量を使用することで常時存在する零相分電気量の影響を
受けにくくすることが可能であり、また、逆相変化分電
流により補償していることで、更に事故の方向判別の精
度を上げることが可能となる。事故の影響が逆相よりも
零相に現れやすい電力系統などでは零相の変化分を使用
したほうが良い。
【００５７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば定
常状態において電圧および電流に逆相分または零相分が
発生している場合においても、変化分を使用することか
らその影響を受けにくく、精度よく事故の方向判別を行
うことができる。
常状態において電圧および電流に逆相分または零相分が
発生している場合においても、変化分を使用することか
らその影響を受けにくく、精度よく事故の方向判別を行
うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る全ての実施の形態に共通なハード
ウェア構成図。
ウェア構成図。
【図２】第１の実施の形態を実現する演算手段のブロッ
ク図。
ク図。
【図３】第１の実施の形態の動作範囲を示す図。
【図４】第１の実施の形態の変形例１の動作範囲を示す
図。
図。
【図５】第１の実施の形態の変形例２の動作範囲を示す
図。
図。
【図６】第２の実施の形態を実現する演算手段のブロッ
ク図。
ク図。
【図７】第２の実施の形態の動作範囲を示す図。
【図８】第３の実施の形態を実現する演算手段のブロッ
ク図。
ク図。
【図９】第３の実施の形態の動作範囲を示す図。
【図１０】第４の実施の形態を実現する演算手段のブロ
ック図。
ック図。
【図１１】第４の実施の形態の動作範囲を示す図。
【図１２】第５の実施の形態を実現する演算手段のブロ
ック図。
ック図。
【図１３】第５の実施の形態の動作範囲を示す図。
【図１４】第６の実施の形態を実現する演算手段のブロ
ック図。
ック図。
【図１５】第６の実施の形態の動作範囲を示す図。
【図１６】従来の逆相方向継電器の演算による動作範囲
を示す図。
を示す図。
101…送電線、102…変成器、103…変流器、104、105…
入力変換回路、106…A/D変換回路、107…演算回路、11
0、210…ディジタルフィルタ、111…電圧逆相分演算手
段、112…電流逆相分演算手段、113…電圧・電流保存手
段、114…電圧逆相変化分演算手段、115…電流逆相変化
分演算手段、116,122,131…前方事故判定手段、117,12
3,132…後方事故判定手段、120…電気量の絶対値演算手
段、121…２つの電気量の内積演算、130…平方根演算手
段、140…電圧逆相分演算手段、141…電流逆相分演算手
段、142…電圧逆相変化分演算手段、143…電流逆相変化
分演算手段。
入力変換回路、106…A/D変換回路、107…演算回路、11
0、210…ディジタルフィルタ、111…電圧逆相分演算手
段、112…電流逆相分演算手段、113…電圧・電流保存手
段、114…電圧逆相変化分演算手段、115…電流逆相変化
分演算手段、116,122,131…前方事故判定手段、117,12
3,132…後方事故判定手段、120…電気量の絶対値演算手
段、121…２つの電気量の内積演算、130…平方根演算手
段、140…電圧逆相分演算手段、141…電流逆相分演算手
段、142…電圧逆相変化分演算手段、143…電流逆相変化
分演算手段。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 天羽 秀也
東京都府中市晴見町２丁目24番地の１ 東
芝システムテクノロジー株式会社内
(72)発明者 園部 泰孝
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） 5G058 EE01 EG04 EG09 EH01 EH02
EH03 GG02 GG03 GG04 GG07
GG09
Claims (4)
- 【請求項１】 電力系統の電圧値および電流値を周期的
にサンプリングしてディジタル値に変換し、このディジ
タル値に変換された電圧データおよび電流データを用い
て事故方向の判定演算を行うようにしたディジタル形方
向継電器において、 基準となる時点の電圧データおよび電流データと、その
基準となる時点から所定のサンプリング間隔だけ離れた
時点の電圧データおよび電流データとを用いて、それぞ
れ不平衡成分電圧の変化分および不平衡成分電流の変化
分を求める手段と、 この不平衡成分電圧の変化分および不平衡成分電流の変
化分を入力してその位相関係を求め、前方事故か後方事
故かを判定する手段と、を備えたことを特徴とするディ
ジタル形方向継電器。 - 【請求項２】 電力系統の電圧値および電流値を周期的
にサンプリングしてディジタル値に変換し、このディジ
タル値に変換された電圧データおよび電流データを用い
て事故方向の判定演算を行うようにしたディジタル形方
向継電器において、 基準となる時点の電圧データおよび電流データと、その
基準となる時点から所定のサンプリング間隔だけ離れた
時点の電圧データおよび電流データとを用いて、それぞ
れ不平衡成分電圧の変化分および不平衡成分電流の変化
分を求める手段と、 これら不平衡成分電圧の変化分および不平衡成分電流の
変化分から不平衡インピーダンス分を求める手段と、 この求められた不平衡インピーダンス分を基準値と比較
し、前方事故か後方事故かを判定する手段と、を備えた
ことを特徴とするディジタル形方向継電器。 - 【請求項３】 電力系統の電圧値および電流値を周期的
にサンプリングしてディジタル値に変換し、このディジ
タル値に変換された電圧データおよび電流データを用い
て事故方向の判定演算を行うようにしたディジタル形方
向継電器において、 基準となる時点の電圧データおよび電流データと、その
基準となる時点から所定のサンプリング間隔だけ離れた
時点の電圧データおよび電流データとを用いて、電流の
逆相変化分ΔI2と電圧の逆相変化分ΔV2を求める第１の
手段と、 任意の定数と,および、電流が電圧に対し進んでいる位
相をとしたときに、 Ｋ1ΔＩ2−ΔＶ2cos（φ−Ψ）＞Ｋ2 (1) が成立した場合前方事故と判定する第２の手段と、 Ｋ1ΔＩ2−ΔＶ2cos（φ−Ψ）＜Ｋ2 (2) が成立した場合後方事故と判定する第３の手段と、を設
けたことを特徴とするディジタル形方向継電器。 - 【請求項４】 前記不平衡成分電圧の変化分および不平
衡成分電流の変化分として、それぞれ逆相変化分の電気
量または零相変化分の電気量のいずれかを使用すること
を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載
のディジタル形方向継電器。
Priority Applications (11)
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|---|---|---|---|
| JP2002017848A JP3830824B2 (ja) | 2002-01-28 | 2002-01-28 | ディジタル形方向継電器 |
| TW091137881A TW200302617A (en) | 2002-01-28 | 2002-12-30 | Digital directional relay |
| KR10-2003-0003014A KR100521711B1 (ko) | 2002-01-28 | 2003-01-16 | 디지털형 방향 계전기 |
| CNB031034012A CN100365896C (zh) | 2002-01-28 | 2003-01-24 | 数字式方向继电器 |
| US10/351,480 US6989977B2 (en) | 2002-01-28 | 2003-01-27 | Digital directional relay |
| DE60330512T DE60330512D1 (de) | 2002-01-28 | 2003-01-28 | Digitaler Richtungsrelais |
| EP07007918A EP1804357B1 (en) | 2002-01-28 | 2003-01-28 | Digital directional relay |
| DE60331976T DE60331976D1 (de) | 2002-01-28 | 2003-01-28 | Digitaler Richtungsrelais |
| EP07007919A EP1804358B1 (en) | 2002-01-28 | 2003-01-28 | Digital directional relay |
| DE60330408T DE60330408D1 (de) | 2002-01-28 | 2003-01-28 | Digitaler Richtungsrelais |
| EP03002023A EP1331715B1 (en) | 2002-01-28 | 2003-01-28 | Digital directional relay |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002017848A JP3830824B2 (ja) | 2002-01-28 | 2002-01-28 | ディジタル形方向継電器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003224928A true JP2003224928A (ja) | 2003-08-08 |
| JP3830824B2 JP3830824B2 (ja) | 2006-10-11 |
Family
ID=19192075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002017848A Expired - Fee Related JP3830824B2 (ja) | 2002-01-28 | 2002-01-28 | ディジタル形方向継電器 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6989977B2 (ja) |
| EP (3) | EP1804357B1 (ja) |
| JP (1) | JP3830824B2 (ja) |
| KR (1) | KR100521711B1 (ja) |
| CN (1) | CN100365896C (ja) |
| DE (3) | DE60331976D1 (ja) |
| TW (1) | TW200302617A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006320173A (ja) * | 2005-05-16 | 2006-11-24 | Toshiba Corp | ディジタル形事故方向検出継電器 |
| JP2008109729A (ja) * | 2006-10-23 | 2008-05-08 | Mitsubishi Electric Corp | ディジタル形方向継電器 |
| JP2010148305A (ja) * | 2008-12-22 | 2010-07-01 | Chugoku Electric Power Co Inc:The | 方向特性付き過電流継電器 |
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