JP2004260885A - 電流差動保護継電装置 - Google Patents

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Kazumi Yamada
員己 山田
Tatsuya Isomoto
達也 磯本
Hidemasa Sugiura
秀昌 杉浦
Hirobumi Ono
博文 大野
Kazuto Fukushima
和人 福嶋
Tomotaka Nishida
知敬 西田
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Abstract

【課題】伝送速度の低速化の実現を可能にし、標準の通信装置を使用できるようにすることにある。
【解決手段】複数端子間を送電線により連系してなる電力系統の各端子に設置され、各端子電流を一定周期でサンプリングし、ディジタル変換してなるデータを各端子間で伝送しあって、保護演算を行う電流差動保護継電装置において、一定周期でサンプリングした電流を所定のビット長の電流データにディジタル変換する変換部5と、この変換部により求められた電流データをディジタルフィルタ演算処理するフィルタ部6と、このフィルタ処理された電流データを圧縮して所定の符号に変換する符号変換部7と、符号変換された電流データを含む自端子のデータを対向する端子間で相互に送受信する伝送部8と、自端子の電流データと受信した電流データを復号する符号復号部9とを備える。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数端子間を送電線により連系してなる電力系統の各端子に設置され、その端子電流をサンプリング同期信号に基づき一定周期でサンプリングし、ディジタル変換してなるデータを各端子間で伝送しあって保護演算を行う電流差動保護継電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
複数端子間を送電線により連系してなる電力系統において、送電線の保護装置として、保護区間内外部の事故判定能力の高い電流差動保護継電装置が多用されている。
【0003】
図9は、従来の電流差動保護継電装置を2端子送電系統に適用した一例を示す構成図である。図9において、4は端子α、β間を送電線1により連系してなる2端子送電系統の各端子に設置された電流差動保護継電装置で、この電流差動保護継電装置4は、アナログ−ディジタル変換部5、ディジタルフィルタ演算部6、伝送部8、演算部10、出力部11から構成されている。
【0004】
アナログ−ディジタル変換部5は、各端子の送電線1に流れる電流を変流器2を介して入力し、サンプリングによる折返し誤差を防止する図示しないアナログフィルタを通した後、サンプリング同期信号に基づき所定の周期でサンプリングを行い、この時の電流瞬時値を所定のビット長の電流データに変換してディジタルフィルタ部6に出力する。
【0005】
ディジタルフィルタ部6では、アナログ−ディジタル変換部5より出力された電流データに対して公知の各種ディジタルフィルタ演算を実行することにより、以降の保護演算で不必要となる直流や高調波成分の除去等を行う。
【0006】
伝送部8では、電流データを含む自端子のデータを通信装置3を介して相手端子へ送信すると共に、相手端子から通信装置3を介して伝送されてくる相手端子のデータを受信し、自端子の電流データと受信した相手端子の電流データを演算部10へ出力する。
【0007】
演算部10では、伝送部8を介して入力される自端子及び相手端子の電流データのベクトル和を差電流とし、自端子及び相手端子の電流データのそれぞれのスカラー和を抑制量として図10(a),(b)に示す比率特性から送電線の事故発生の有無を判定する。
【0008】
出力部11は、演算部10の判定結果に応じた出力を送出する。
【0009】
このような電流差動保護継電装置4は、系統周波数が60Hzの場合、図11に示すように各相の電流データ(各12ビット)と制御用ビット(10ビット)、フレーム同期ビット(6ビット)、固定ビット(7ビット)、データ検定用のCRC(Cyclic Redundancy Check)ビット(16ビット)の1フレーム75ビットからなる伝送データを、電気角30°(60Hz系では約1.39ms)毎にサイクリックに伝送しており、その伝送速度は54kbpsとなる。
【0010】
上記では1相分の電流データのビット数が12ビットの場合であるが、12ビットを超えるビット数を使用した電流差動保護継電装置もある(例えば、特許文献1参照)。
【0011】
【特許文献1】
特開平3−215116号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の電流差動保護継電装置においては、通信装置3として54kbps以上の伝送速度を持つ必要があるが、この値は標準的なデータ伝送端末装置の伝送速度である48kbpsよりも大きいため、通信装置3に非標準な速度に対応した高価な専用装置を適用するか、1ランク上の標準伝送速度である1544kbpsの装置を使用して、1544kbpsの回線1チャンネルを電流差動保護継電装置に占有させるなどの対応をとらなければならないという問題があった。
【0013】
また、近年、伝送する電流データをサンプリングタイミング時点の電流瞬時値を表すデータから、サンプリングタイミング時点の電流ベクトル(大きさと位相)を表現できる互いに直交する2量からなるデータに代えることにより、伝送間隔を従来の電気角30°よりも長く取れるようにして、伝送速度の低速化を可能とし、標準的な通信装置を使用することができる電流差動保護継電装置が提案されている。
【0014】
このような電流差動保護継電装置に対しても、伝送するデータ量の削減を行うことができれば、より一層の伝送速度の低速化が可能である。
【0015】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、伝送速度の低速化を実現して、標準の通信装置を使用することが可能な電流差動保護継電装置を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、次のような手段により電流差動保護継電装置を構成する。
【0017】
本発明は、複数端子間を送電線により連系してなる電力系統の各端子に設置され、各端子電流をサンプリング同期信号に基づき一定周期でサンプリングし、ディジタル変換してなるデータを各端子間で伝送しあって、保護演算を行う電流差動保護継電装置において、前記一定周期でサンプリングした電流を所定のビット長の電流データにディジタル変換するアナログ−ディジタル変換手段と、このアナログ−ディジタル変換手段により求められた電流データをディジタルフィルタ演算処理するディジタルフィルタ手段と、このディジタルフィルタ手段によりフィルタ処理された電流データを圧縮して所定の符号に変換する符号変換手段と、この符号変換手段により変換された電流データを含む自端子のデータを対向する端子間で相互に送受信する伝送手段と、前記自端子の電流データと受信した電流データを復号する符号復号手段と、この符号復号手段により復号された自端子及び受信した電流データのベクトル和を差電流とし、前記符号復号手段により復号された自端及び受信した電流データのそれぞれのスカラー和を抑制量として保護演算を実行し、その演算結果から送電線の所定区間に事故が発生しているか否かを判定する演算手段とを備える。
【0018】
また、本発明は、複数端子間を送電線により連系してなる電力系統の各端子に設置され、各端子電流をサンプリング同期信号に基づき一定周期でサンプリングし、ディジタル変換してなるデータを各端子間で伝送しあって、保護演算を行う電流差動保護継電装置において、前記一定周期でサンプリングした電流を所定のビット長の電流データにディジタル変換するアナログ−ディジタル変換手段と、アナログ−ディジタル変換手段により求められた電流データから各相の電流ベクトルを表す互いに直交する2量を求める直交量演算手段と、この直交量演算手段により算出された直交する2量に対して各々を圧縮して所定の符号に変換する符号変換手段と、この符号変換手段により変換された直交する2量を含む自端子のデータを対向する端子間で相互に送受信する伝送手段と、前記自端子の直交する2量と受信した直交する2量を復号する符号復号手段と、この符号復号手段により復号された自端子及び受信した直交する2量から求めた各端子の電流のベクトル和を差電流とし、前記符号復号手段により復号された自端子及び受信した直交する2量から求めた各端子の電流のそれぞれのスカラー和を抑制量として保護演算を実行し、その演算結果から送電線の所定区間に事故が発生しているか否かを判定する演算手段とを備える。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0020】
図1は本発明による電流差動保護継電装置を2端子送電系統に適用した第1の実施形態を示す構成図である。
【0021】
図1において、4は端子α、β間を送電線1により連系してなる2端子送電系統の各端子に設置された電流差動保護継電装置で、この電流差動保護継電装置4は、アナログ−ディジタル変換部5、ディジタルフィルタ演算部6、符号変換部7、伝送部8、符号復号部9、演算部10及び出力部11から構成されている。
【0022】
アナログ−ディジタル変換部5は、送電線1に流れる電流を変流器2を介して入力し、サンプリングによる折返し誤差を防止する図示しないアナログフィルタを通した後、サンプリング同期信号に基づき所定の周期でサンプリングし、このときの電流瞬時値を16ビット長の電流データにディジタル変換してディジタルフィルタ部6へ出力する。
【0023】
ディジタルフィルタ部6では、アナログ−ディジタル変換部5より出力された電流データに対して公知の各種ディジタルフィルタ演算を実施することにより、以降の保護演算で不要となる直流や高調波成分の除去などを行う。
【0024】
符号変換部7では、ディジタルフィルタ部6より出力された16ビット長の電流データを所定の変換式に基づき、8ビットの電流データに変換する。
【0025】
伝送部8では、符号変換部7で8ビットに符号化された電流データを含む自端子のデータを通信装置3を介して相手端子へ伝送すると共に、相手端子から通信装置3を介して伝送されてくる相手端子のデータを受信し、自端子の電流データと受信した相手端子の電流データを符号復号部9へ出力する。
【0026】
符号復号部9では、8ビット符号化された自端子及び相手端子の電流データを所定の変換式に基づき16ビットの電流データに復号し、演算部10に出力する。
【0027】
演算部10では、符号復号部9を介して入力される自端子及び相手端子の電流データのベクトル和を差電流とし、自端子及び相手端子の電流データのそれぞれのスカラー和を抑制量として図10(a),(b)に示す比率特性から送電線の事故発生の有無を判定する。
【0028】
出力部11は演算部10の演算結果に応じて所定の出力を行う。
【0029】
次に上記のように構成された電流差動保護継電装置の作用を述べる。
【0030】
図1において、アナログ−ディジタル変換部5よりディジタルフィルタ部6を通して16ビット長の電流データが符号変換部7に入力されると、この符号変換部7では、正負を表す符号ビット1ビットと大きさを表すデータビット15ビットからなる16ビット長の電流データを、その大きさにより幾つかの区間に分割し、その区間毎に量子化ステップ(1ビットの重み)を変更し、正負を表す符号ビット1ビット、区間を表すセグメントビットnビット、及び大きさを表すデータビット(7−n)ビットからなる8ビット長の電流データへ符号化される。
【0031】
このような変換をするものに、ITU−T(International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector)のG.711にて定められているμ−lawとA−lawがある。
【0032】
これらは、16ビットデータが表現する大きさの範囲(0〜32768)を8区間に分割し、セグメントビット3、データビット4ビットを割り当てているもので、図2(a)又は(b)に示すような変換を行う。
【0033】
図2(a),(b)において、単位はすべてビットであり、μ−lawはオフセット値「1000100」を加えた後に変換している。実際はμ−law、A−lawの両変換とも排他的論理和(μ−law:1111111、A−law:1010101)によるビット反転があるが、大きさの変化を分かり易くするため、省略してある。
【0034】
この変換方式は、量子化ステップを均一にするものではなく、対数的に入力が小さいときは量子化ステップを小さく、大きいときは量子化ステップを大きくすることで(非線形量子化)、8ビットへの変換を実現している。
【0035】
図3(a),(b)に示すグラフは図2(a)、図4(a),(b)に示すグラフは図2(b)の変換の様子を入力値(16ビットデータ)−出力値(8ビットデータ)の変換特性図として表したものである。
【0036】
なお、図3(b)は(a)の□部分の拡大図、図4(b)は(a)の□部分の拡大図を示している。
【0037】
このような変換を行うことにより、16ビット長の電流データを8ビットに符号化して伝送することができる。
【0038】
図1の符号復号部9では、符号変換部7とは逆の変換を行うことで、8ビットに符号化された電流データを16ビットの電流データへ復号する。このとき、図2(a),(b)から分かるように8ビット符号化の際にデータの下位ビットの切り捨てが行われているので、16ビットに復号した電流データは、元のデータとは完全には一致しない(切り捨てられた下位ビットが全て“0”で合った場合のみ一致する)。従って、この一連の変換は、不可逆変換であり、変換により誤差が生じる。
【0039】
図5(a)及びその□部分を拡大した(b)は、従来の12ビットで電流データを表現した場合と、本実施形態による8ビット符号化の後16ビットへ復号した場合の入力に対する誤差率を表した図である。
【0040】
従来の場合は量子化ステップが一定であり、入力の大きさに関係なく量子化誤差は一定となるので、入力が小さいときは誤差率が大きく、入力が大きいときは誤差率が小さくなる。
【0041】
これに対して、本実施形態の場合は、量子化ステップが入力に応じて変化するので、量子化ステップが切換わる度にある一定の範囲で増減を繰返す誤差率となる。
【0042】
これは従来と比較して、入力が大きな場合における誤差率が増大することを意味するが、図10(a),(b)に示す電流差動保護継電装置の比率特性は、入力の大きさに応じた比例分誤差を考慮した特性であり、図6(a)及びその□部分を拡大した(b)に示すように本実施形態を適用することによる誤差を積み上げても、十分なマージンを確保できる。すなわち、本実施形態による電流データの符号化、復号化に伴う誤差は、通常の保護演算上問題となる値ではない。
【0043】
このように電流データを8ビットに変換することができると、例えば60Hz系の場合、伝送する1フレームを各相の電流データ(各8ビット)と制御用ビット(10ビット)、フレーム同期ビット(6ビット)、固定ビット(7ビット)、データ検定用のCRCビット(16ビット)の63ビットで構成することができ、電気角30°毎にサイクリックに伝送した場合の伝送速度が48kbpsを下回るため、標準の通信装置を使用することができる。
【0044】
図7は、本発明による電流差動保護継電装置を2端子送電系統に適用した第2の実施形態を示す構成図で、図1と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点を述べる。
【0045】
第2の実施形態では、ディジタルフィルタ演算部6に代えて直交量演算部12を設けたものである。
【0046】
この直交量演算部12では、アナログ−ディジタル変換部5より出力された電流データと過去に出力された電流データの複数のデータより公知の各種演算を用いて、任意のサンプリングタイミング時点を基準とした電流ベクトルを表す互いに直交する2量を算出する。
【0047】
電流データをサンプリングタイミング時点の電流瞬時値を表すデータから、サンプリングタイミング時点の電流ベクトルを表現できる直交する2量で表すと、データ伝送間隔を従来の電気角30°よりも長くとった場合でも、以降の保護演算が実施できることは公知である。
【0048】
よって、このようにすれば、伝送部8での伝送間隔を従来より長く取ることができ、伝送速度の低速化が可能となる。このとき、本実施形態によれば、符号変換部7で、直交する2量で表現された電流データのビット長を16ビットから8ビットに符号化することができるので、伝送周期を長くすることによる作用効果に加え、伝送するデータ量の削減による一層の低速化を図ることができ、標準的な伝送装置を使用することができる。
【0049】
図8は本発明による電流差動保護継電装置を2端子送電系統に適用した第3の実施形態を示す構成図で、図7と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点を述べる。
【0050】
第3の実施形態では、アナログ−ディジタル変換部5と直交量演算部12との間に標本量演算部13を設けたものである。
【0051】
通常、電力系統は三相交流であり、前述した第2の実施形態では三相各相の電流と必要に応じて零相の電流を扱うこととなる。この場合、第2の実施形態では電流データを直交する2量で表現するため、計8量(零相電流を必要としない場合は計6量)のデータを伝送する必要がある。
【0052】
本実施形態では、標本量演算部13において、各相の電流データから一つの標本量データを算出し、直交量演算部12へ出力する。これにより、三相を個別に扱うことはできなくなるが、例えば事故検出時の出力部11の出力が三相一括遮断指令であるような、三相一括処理が許容される場合には、データ量を削減することが可能となる。
【0053】
なお、標本量としては、正相電流や(1)式で算出される電気量等を適用することができる。
【0054】
2I+I+kI …… (1)
但し、k:所定の係数
従って、本実施形態によれば、前述した第2の実施形態で得られる作用効果に加え、データ量の削減による伝送速度の低速化を実現することにより、標準的な通信装置を使用することができる。
【0055】
前述した第2及び第3の実施形態では、図1のディジタルフィルタ演算部6を省略したが、ディジタルフィルタ演算部6を省略せずに処理を実施し、その後で直交量演算部12や標本量演算部13の処理を実施するようにしても良い。
【0056】
以上述べた各実施形態では、μ−lawとA−lawによるデータ変換を示したが、μ−lawやA−lawとは異なる分割位置や量子化ステップとしたデータ変換や、異なる分割数としたデータ変換を適用しても同様の作用効果を得ることができる。更に各実施形態では16ビットを8ビットへ変換する場合について述べたが、これらの変換に限らず、例えば図6(a)及びその□部分を拡大した(b)に示すように、比例分誤差およびそれに対する裕度(図6の場合は30%比率)に対して本発明による量子化誤差を重畳した結果が、比率特性に影響を与えない範囲であれば、他のビット長へ変換する場合でも同様の作用効果を得ることができる。
【0057】
なお、図6(a)では30%比率(比例分誤差×2(裕度))の線と本発明による量子化誤差を重畳の線がほぼ重なるため、1つの線で表記している。
【0058】
また、前述した各実施形態では、保護対象として2端子の送電線を保護する場合について述べたが、3端子以上の多端子送電線を保護する場合にも、前述同様に適用実施できるものである。
【0059】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、電流データのビット長をより短いビット長に変換して伝送することにより、伝送データ量を削減できるので、伝送速度の低速化の実現が可能となり、標準の通信装置を使用することができる電流差動保護継電装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明による電流差動保護継電装置を2端子送電系統に適用した第1の実施形態を示す構成図。
【図2】(a),(b)は同実施形態において、μ−law方式とA−law方式によるデータ変換例を示す図。
【図3】(a)は同実施形態において、μ−law方式によるデータ変換の入出力特性図、(b)は(a)の□部分の拡大図。
【図4】(a)は同実施形態において、A−law方式によるデータ変換の入出力特性図、(b)は(a)の□部分の拡大図。
【図5】(a)は同実施形態における誤差率を表す図、(b)は(a)の□部分の拡大図。
【図6】(a)は同実施形態における比率特性と誤差の関係を示す図、(b)は(a)の□部分の拡大図。
【図7】本発明による電流差動保護継電装置を2端子送電系統に適用した第2の実施形態を示す構成図。
【図8】本発明による電流差動保護継電装置を2端子送電系統に適用した第3の実施形態を示す構成図。
【図9】従来の電流差動保護継電装置を示す構成図。
【図10】比率特性の一例を示す図。
【図11】従来の電流差動保護継電装置における伝送フレーム(フォーマット)を表した図。
【符号の説明】
1……送電線
2……変流器
3……通信装置
4……電流差動保護継電装置
5……アナログ−ディジタル変換部
6……ディジタルフィルタ部
7……符号変換部
8……伝送部
9……符号復号部
10……演算部
11……出力部
12……直交量演算部
13……標本量演算部

Claims (3)

  1. 複数端子間を送電線により連系してなる電力系統の各端子に設置され、各端子電流をサンプリング同期信号に基づき一定周期でサンプリングし、ディジタル変換してなるデータを各端子間で伝送しあって、保護演算を行う電流差動保護継電装置において、
    前記一定周期でサンプリングした電流を所定のビット長の電流データにディジタル変換するアナログ−ディジタル変換手段と、このアナログ−ディジタル変換手段により求められた電流データをディジタルフィルタ演算処理するディジタルフィルタ手段と、このディジタルフィルタ手段によりフィルタ処理された電流データを圧縮して所定の符号に変換する符号変換手段と、この符号変換手段により変換された電流データを含む自端子のデータを対向する端子間で相互に送受信する伝送手段と、前記自端子の電流データと受信した電流データを復号する符号復号手段と、この符号復号手段により復号された自端子及び受信した電流データのベクトル和を差電流とし、前記符号復号手段により復号された自端及び受信した電流データのそれぞれのスカラー和を抑制量として保護演算を実行し、その演算結果から送電線の所定区間に事故が発生しているか否かを判定する演算手段とを備えたことを特徴とする電流差動保護継電装置。
  2. 複数端子間を送電線により連系してなる電力系統の各端子に設置され、各端子電流をサンプリング同期信号に基づき一定周期でサンプリングし、ディジタル変換してなるデータを各端子間で伝送しあって、保護演算を行う電流差動保護継電装置において、
    前記一定周期でサンプリングした電流を所定のビット長の電流データにディジタル変換するアナログ−ディジタル変換手段と、アナログ−ディジタル変換手段により求められた電流データから各相の電流ベクトルを表す互いに直交する2量を求める直交量演算手段と、この直交量演算手段により算出された直交する2量に対して各々を圧縮して所定の符号に変換する符号変換手段と、この符号変換手段により変換された直交する2量を含む自端子のデータを対向する端子間で相互に送受信する伝送手段と、前記自端子の直交する2量と受信した直交する2量を復号する符号復号手段と、この符号復号手段により復号された自端子及び受信した直交する2量から求めた各端子の電流のベクトル和を差電流とし、前記符号復号手段により復号された自端子及び受信した直交する2量から求めた各端子の電流のそれぞれのスカラー和を抑制量として保護演算を実行し、その演算結果から送電線の所定区間に事故が発生しているか否かを判定する演算手段とを備えたことを特徴とする電流差動保護継電装置。
  3. 請求項2記載の電流差動保護継電装置において、
    前記所定のビット長にディジタル変換された各相の電流データから演算により標本量を求め、この標本量を前記直交量演算手段に与える標本量演算手段を設けたことを特徴とする電流差動保護継電装置。
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