JP2005109599A - Analog / digital conversion apparatus - Google Patents

Analog / digital conversion apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2005109599A
JP2005109599A JP2003336699A JP2003336699A JP2005109599A JP 2005109599 A JP2005109599 A JP 2005109599A JP 2003336699 A JP2003336699 A JP 2003336699A JP 2003336699 A JP2003336699 A JP 2003336699A JP 2005109599 A JP2005109599 A JP 2005109599A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
analog
digital
level
conversion means
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2003336699A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4019221B2 (en
Inventor
Mitsuyasu Kido
三安 城戸
Tomio Chiba
富雄 千葉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2003336699A priority Critical patent/JP4019221B2/en
Publication of JP2005109599A publication Critical patent/JP2005109599A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4019221B2 publication Critical patent/JP4019221B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an analog / digital conversion apparatus for converting a converted analog signal into a digital signal with high precision even when a single signal level conversion means converts the level of the analog signal belonging to a range from a small level signal region to a large level signal region. <P>SOLUTION: In the case that a current sensor 10 converts an analog signal from a power system into the level of a small signal range suitable for control arithmetic operations or the level of a large signal range proper to protection arithmetic operations according to its input level and a ΔΣ A/D converter 18 adopting the ΔΣ modulation system converts the converted analog signal into digital data, the ΔΣ A/D converter 18 with a gradation of 20 bits or over is used and the current sensor 10 is shared with an input converter for the protection arithmetic operations and an input converter for the control arithmetic operations. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、アナログ・ディジタル変換装置に係り、特に、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、インテリジェント型ディジタル保護制御システムの入力センサとして用いるに好適なアナログ・ディジタル変換装置に関する。   The present invention relates to an analog / digital conversion apparatus, and more particularly to an analog / digital conversion apparatus suitable for converting an analog signal from a power system into a digital signal and using it as an input sensor of an intelligent digital protection control system.

従来、この種の装置としては、例えば、ディジタル保護リレー(第2世代ディジタルリレー)が知られており(非特許文献1)、この装置は、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いる。アナログ入力部は、折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変換器およびバッファを備えて構成されている。A/D変換器には16ビットの分解能を有するものが用いられており、A/D変換器の出力データに各種のフィルタ処理を施して使用する構成が採用されている。さらに、ディジタル保護リレーにおいては、高速サンプリングデータを用いたディジタルフィルタ処理用の入力基板と保護制御演算用の制御演算基板を備えて構成されており、入力基板は、主に電気角3.75度でアナログ信号をサンプリングし、サンプリングによって得られた信号を高調波除去用ディジタルフィルタを通過させ、ディジタルフィルタを通過した信号をディジタルデータとして30度に1回制御演算基板に転送するようになっている。制御演算基板においては、入力基板からのディジタルデータを基に電力系統を保護・制御するための演算を実行し、演算結果にしたがった制御信号を遮断器などに出力するようになっている。   Conventionally, as this type of device, for example, a digital protection relay (second generation digital relay) is known (Non-Patent Document 1), and this device includes an analog input unit, a digital arithmetic processing unit, a settling unit, and an output. It is comprised with the part. The analog input unit includes an analog filter for preventing aliasing errors, a sample hold circuit, a multiplexer, an A / D converter, and a buffer. An A / D converter having a resolution of 16 bits is used, and a configuration in which various types of filter processing are applied to output data of the A / D converter is employed. Furthermore, the digital protection relay is configured with an input board for digital filter processing using high-speed sampling data and a control calculation board for protection control calculation. The input board is mainly an analog with an electrical angle of 3.75 degrees. The signal is sampled, the signal obtained by the sampling is passed through a digital filter for removing harmonics, and the signal that has passed through the digital filter is transferred as digital data to the control operation board once every 30 degrees. In the control calculation board, calculation for protecting and controlling the power system is executed based on digital data from the input board, and a control signal according to the calculation result is output to a circuit breaker or the like.

一方、ディジタル保護リレーにおいては、電力系統からのアナログ信号を入力基板に取り込むに際して、電力系統を保護するための保護演算を行う保護装置と電力系統の構成を制御するための制御装置とでは取り扱うフルスケール電流値が異なるため、保護装置と制御装置には入力変換器としてのトランスがそれぞれ個別に接続されるようになっている。保護装置用のトランスは、電力系統からのアナログ信号を保護演算に適した信号レンジのレベルに変換するようになっており、例えば、数100Aの電流が入力されたときに数ボルトの電圧を出力し、数1000Aの電流が入力されたときには数10ボルトの電圧を出力するようになっている。   On the other hand, in the digital protection relay, when an analog signal from the power system is taken into the input board, a protection device that performs a protection operation for protecting the power system and a control device that controls the configuration of the power system are fully handled. Since scale current values are different, transformers as input converters are individually connected to the protection device and the control device. The transformer for the protection device converts an analog signal from the power system into a signal range level suitable for protection calculation. For example, when a current of several hundred A is input, a voltage of several volts is output. When a current of several thousand A is input, a voltage of several tens of volts is output.

一方、制御装置用のトランスは、電力系統からのアナログ信号を制御演算に適した信号レンジのレベルに変換するようになっている。例えば、数10Aの電流が入力されたときに数ボルトの電圧を出力し、数100Aの電流が入力されたときに数10ボルトの電圧を出力するようになっている。そして各トランスでレベルが変換されたアナログ信号をマルチプレクサを介して順次16ビットのA/D変換器に入力し、A/D変換器でディジタル信号に変換するようになっている。   On the other hand, a transformer for a control device converts an analog signal from a power system into a signal range level suitable for control calculation. For example, when a current of several tens A is input, a voltage of several volts is output, and when a current of several hundreds of A is input, a voltage of several tens of volts is output. An analog signal whose level is converted by each transformer is sequentially input to a 16-bit A / D converter via a multiplexer, and converted to a digital signal by the A / D converter.

また、保護装置において、フルスケール電流値の異なる複数のアナログ信号をディジタル信号に変換するに際しては、電力系統からのアナログ信号を、フルスケールの異なる複数の電気量入力回路に取り込み、各電気量入力回路においてアナログ信号をサンプリングしてホールドし、ホールドされた信号をマルチプレクサを介してA/D変換器でディジタルデータに変換し、このディジタルデータを基に各電気量入力回路に対応する複数の保護リレー演算部で系統を保護するための保護演算を行うようにしたもの提案されている(特許文献1)。   In addition, when converting a plurality of analog signals with different full-scale current values into digital signals in the protective device, the analog signals from the power system are taken into a plurality of electric quantity input circuits with different full scales, and each electric quantity input In the circuit, an analog signal is sampled and held, and the held signal is converted into digital data by an A / D converter via a multiplexer, and a plurality of protection relays corresponding to each electric quantity input circuit based on the digital data There has been proposed one in which a protection operation for protecting a system is performed by an operation unit (Patent Document 1).

電気協同研究 第50巻第1号Electric Cooperative Research Volume 50 No.1 特開平5−161245号公報(第3頁〜第4頁、図1、図2)JP-A-5-161245 (pages 3 to 4, FIGS. 1 and 2)

前記従来技術においては、フルスケールの電流値が異なるアナログ信号のレベルを変換するに際して、アナログ信号のレベルを変換する信号レベル変換手段としてのトランス(入力変換器)を複数台設けなければならず、1台のトランスで共用化することができない。   In the prior art, when converting the level of an analog signal having different full-scale current values, a plurality of transformers (input converters) as signal level conversion means for converting the level of the analog signal must be provided. Cannot be shared by one transformer.

本発明の課題は、小信号領域から大信号領域に属するアナログ信号のレベルを単一の信号レベル変換手段によって変換しても、変換されたアナログ信号を精度の高いディジタル信号に変換することにある。   An object of the present invention is to convert a converted analog signal into a highly accurate digital signal even if the level of the analog signal belonging to the large signal region is converted by a single signal level conversion means. .

前記課題を解決するために、本発明は、電力系統からのアナログ信号を、その入力レベルに応じて制御演算に適した小信号レンジのレベルまたは保護演算に適した大信号レンジのレベルに変換する信号レベル変換手段と、前記信号レベル変換手段により変換されたアナログ信号をサンプリング周波数に従っ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を備え、前記信号レベル変換手段は、前記制御演算に適した小信号レンジと前記保護演算に適した大信号レンジを含むレンジを前記アナログ信号に対するフルスケールレンジとして構成され、前記アナログ・ディジタル変換手段は、前記信号レベル変換手段のフルスケールレンジに対応した分解能として、前記小信号レンジまたは前記大信号レンジのうち一方のレンジを前記アナログ信号に対するフルスケールレンジとするときの分解能より大きい分解能、例えば、20ビット以上の分解能を有してなるアナログ・ディジタル変換装置を構成したものである。   In order to solve the above problems, the present invention converts an analog signal from a power system into a small signal range level suitable for control computation or a large signal range level suitable for protection computation according to the input level. Signal level conversion means, and analog / digital conversion means for converting the analog signal converted by the signal level conversion means into a digital signal according to a sampling frequency, wherein the signal level conversion means is a small signal suitable for the control calculation. A range including a range and a large signal range suitable for the protection operation is configured as a full-scale range for the analog signal, and the analog / digital conversion unit has the resolution corresponding to the full-scale range of the signal level conversion unit, One of the small signal range and the large signal range is Greater resolution than the resolution at which the full scale range for the analog signal, for example, which is constituted of an analog-digital converter comprising a resolution of more than 20 bits.

前記アナログ・ディジタル変換装置を構成するに際しては、前記信号レベル変換手段としては、電力系統からのアナログ信号を、前記アナログ信号のレベルが小信号領域にあるときにはその入力レベルに応じて前記電力系統の構成を制御するための制御演算に適した小信号レンジに属するレベルの信号(電圧)に変換し、前記アナログ信号のレベルが前記小信号領域よりも高いレベルの大信号領域にあるときにはその入力レベルに応じて前記電力系統を保護するための保護演算に適した大信号レンジに属するレベルの信号(電圧)に変換する機能を有するもので構成することができる。   In configuring the analog-digital conversion device, the signal level conversion means may be configured such that an analog signal from an electric power system is output from the electric power system according to the input level when the analog signal level is in the small signal region. The signal is converted to a signal (voltage) of a level belonging to a small signal range suitable for a control calculation for controlling the configuration, and the input level when the level of the analog signal is in a large signal region higher than the small signal region Accordingly, the power system can be configured to have a function of converting to a signal (voltage) of a level belonging to a large signal range suitable for a protection operation for protecting the power system.

また、前記アナログ・ディジタル変換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。
(1)前記アナログ・ディジタル変換手段の接地電位を信号源として、前記信号源からのアナログ信号を前記アナログ・ディジタル変換手段に同期して、かつ前記サンプリング周波数に従ってディジタル信号に変換する補助アナログ・ディジタル変換手段と、前記アナログ・ディジタル変換手段の変換によるディジタル信号と前記補助アナログ・ディジタル変換手段の変換によるディジタル信号との差分を演算する演算手段とを備えてなる。
(2)前記アナログ・ディジタル変換手段と前記補助アナログ・ディジタル変換手段は、前記アナログ信号をΔΣ変調方式によって前記ディジタル信号に変換する要素として、前記アナログ信号を積分する積分器と、前記積分器の出力信号をデルタ変調するデルタ変調器とを備えてなる。
(3)前記アナログ・ディジタル変換手段と前記補助アナログ・ディジタル変換手段は、同一の半導体チップ上に形成されてなる。
(4)前記演算手段は、前記補助アナログ・ディジタル変換手段の変換によるディジタル信号をゲイン倍するゲイン補正用乗算器と、前記ゲイン補正用乗算器によってゲイン倍されたディジタル信号と前記アナログ・ディジタル変換手段の変換によるディジタル信号との差分を演算するノイズキャンセル用差分器とを備えてなる。
(5)前記演算手段は、前記ノイズキャンセル用差分器の演算結果から直流分を抽出する積分器と、前記ノイズキャンセル用差分器の演算結果と前記積分器の出力との差分を演算するオフセット補正用差分器と、前記オフセット補正用差分器の演算結果にゲイン誤差補正係数を乗算して出力するゲイン誤差補正用乗算器とを備えてなる。
(6)前記ゲイン誤差補正用乗算器の出力による電気信号を光信号に変換して送出する光電変換器を備えてなる。
Further, when configuring the analog-digital conversion apparatus, the following elements can be added.
(1) Auxiliary analog / digital for converting the analog signal from the signal source into a digital signal in synchronization with the analog / digital conversion means and using the ground potential of the analog / digital conversion means as a signal source in accordance with the sampling frequency. Conversion means; and arithmetic means for calculating a difference between the digital signal converted by the analog / digital conversion means and the digital signal converted by the auxiliary analog / digital conversion means.
(2) The analog-to-digital conversion means and the auxiliary analog-to-digital conversion means include an integrator that integrates the analog signal as an element that converts the analog signal into the digital signal by a ΔΣ modulation method, A delta modulator for delta modulating the output signal.
(3) The analog / digital conversion means and the auxiliary analog / digital conversion means are formed on the same semiconductor chip.
(4) The arithmetic means includes a gain correction multiplier for multiplying a digital signal obtained by the conversion of the auxiliary analog / digital conversion means, a digital signal multiplied by the gain correction multiplier and the analog / digital conversion. And a noise canceling subtractor for calculating a difference from the digital signal by the conversion of the means.
(5) The calculation means includes an integrator that extracts a direct current component from the calculation result of the noise canceling subtractor, and an offset correction that calculates a difference between the calculation result of the noise canceling subtractor and the output of the integrator. And a gain error correction multiplier for multiplying the calculation result of the offset correction difference by a gain error correction coefficient and outputting the result.
(6) A photoelectric converter that converts an electrical signal output from the gain error correcting multiplier into an optical signal and transmits the optical signal is provided.

また、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アナログ・ディジタル変換装置と、前記アナログ・ディジタル変換装置の出力によるディジタル信号を基に保護・制御対象を保護・制御するための演算を行い、前記演算に従った保護・制御信号を前記保護・制御対象に出力する保護・制御演算装置とを備えたディジタル保護制御システムを構成するに際しては、前記アナログ・ディジタル制御装置として、前記いずれかのアナログ・ディジタル変換装置を用いることができる。   In addition, an analog / digital conversion device that converts an analog signal from the power system into a digital signal, and an operation for protecting / controlling a protection / control target based on a digital signal output from the analog / digital conversion device, When configuring a digital protection control system including a protection / control arithmetic device that outputs a protection / control signal according to the arithmetic operation to the protection / control target, the analog / digital control device may be any one of the analog / digital control devices. -A digital conversion device can be used.

前記した手段によれば、アナログ信号が小信号領域から大信号領域に亘って変化する過程で、アナログ信号を、その入力レベルに応じて制御演算に適した小信号レンジのレベル(小信号レンジに属するレベルの電圧信号)または保護演算に適した大信号レンジのレベル(大信号レンジに属するレベルの電圧信号)に変換し、変換されたアナログ信号(電圧信号)をサンプリング周波数にしたがってディジタル信号に変換するに際して、小信号レンジと大信号レンジを含むレンジをアナログ信号に対するフルスケールレンジ(全入力電圧範囲)とし、このフルスケールレンジに対応したアナログ・ディジタル変換手段の分解能として、小信号レンジまたは大信号レンジのうち一方のレンジをアナログ信号に対するフルスケールレンジとするときの分解能(16ビット)よりも大きい分解能、例えば、20ビット以上の分解能としたため、単一の信号レベル変換手段によって変換されたアナログ信号を高精度にディジタル信号に変換することができるとともに、信号レベル変換手段を共用化することができ、ハードウエアの構成の簡素化およびコスト低減に寄与することができる。   According to the above-described means, in the process in which the analog signal changes from the small signal region to the large signal region, the analog signal is converted into a small signal range level suitable for control calculation according to the input level (to the small signal range). (Converted to a voltage signal of a level belonging to) or a level of a large signal range suitable for protection operation (a voltage signal of a level belonging to a large signal range), and the converted analog signal (voltage signal) is converted into a digital signal according to the sampling frequency The range including the small signal range and large signal range is the full scale range (all input voltage range) for analog signals, and the resolution of the analog / digital conversion means corresponding to this full scale range is the small signal range or large signal range. When setting one of the ranges to the full scale range for analog signals Since the resolution is larger than the resolution (16 bits), for example, a resolution of 20 bits or more, an analog signal converted by a single signal level conversion means can be converted into a digital signal with high accuracy, and signal level conversion can be performed. The means can be shared, contributing to simplification of hardware configuration and cost reduction.

本発明によれば、単一の信号レベル変換手段によって変換されたアナログ信号を高精度にディジタル信号に変換することができるとともに、信号レベル変換手段を共用化することができる。   According to the present invention, an analog signal converted by a single signal level conversion means can be converted into a digital signal with high accuracy, and the signal level conversion means can be shared.

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アナログ・ディジタル変換装置をディジタル保護制御システムの入力センサとして用いたときのブロック構成図である。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram when an analog / digital conversion apparatus showing an embodiment of the present invention is used as an input sensor of a digital protection control system.

図1において、ディジタル保護制御システムの入力センサを構成するアナログ・ディジタル変換装置は、信号レベル変換手段として、電流センサ10、積分回路12、差動アンプ14、折返し誤差防止用ローパスフィルタ16を備え、アナログ・ディジタル変換手段として、ΔΣA/D変換器18、タイミング制御回路20、クロック発振回路22、24、各種演算を実行するマイクロコンピュータ(CPU)26、シリアルデータをパラレルデータに変換するシリアル・パラレル変換回路(S/P回路)28、双方向のポートを有するデュアルポートメモリ30、信号バス32、マイクロコンピュータ26のワークメモリ34を備えて構成されており、信号バス32には外部との通信を行うための通信回路36が接続され、通信回路36には、通信回路36の電気信号を光信号101dに変換する電気/光変換器(E/O変換器)38が接続されている。積分器12〜電気/光変換器38は1枚のプリント基板(半導体チップ)上に実装されている。   In FIG. 1, an analog / digital conversion device constituting an input sensor of a digital protection control system includes a current sensor 10, an integration circuit 12, a differential amplifier 14, and a folding error prevention low-pass filter 16 as signal level conversion means. As an analog / digital conversion means, a ΔΣ A / D converter 18, a timing control circuit 20, clock oscillation circuits 22 and 24, a microcomputer (CPU) 26 for executing various operations, and serial / parallel conversion for converting serial data into parallel data The circuit (S / P circuit) 28, a dual port memory 30 having bidirectional ports, a signal bus 32, and a work memory 34 of the microcomputer 26 are configured, and the signal bus 32 communicates with the outside. Communication circuit 36 is connected to the communication circuit 36. An electrical / optical converter (E / O converter) 38 that converts an electrical signal of the communication circuit 36 into an optical signal 101d is connected. The integrator 12 to the electrical / optical converter 38 are mounted on a single printed circuit board (semiconductor chip).

ΔΣA/D変換器18は、二組のΔΣ変調A/D変換回路18a、18b、二組の帯域制限用ディジタルフィルタ18c、18d、各ディジタルフィルタ18c、18dの出力信号を1本の出力信号に合成してシリアル/パラレル変換回路28に出力する出力インターフェイス回路(IF回路)18eを備えて構成されている。ΔΣ変調A/D変換回路18aは1チャネルのA/D変換回路として、電力系統からのアナログ信号を取り込むために、ローパスフィルタ16に接続され、ΔΣ変調A/D変換回路18bは、2チャネルのA/D変換回路として、ΔΣA/D変換器18に近接した部位の接地電位に接続されている。すなわちΔΣ変調A/D変換回路18bは、クロックのノイズの影響をキャンセルするために設けられている。そして各ΔΣ変調A/D変換回路18a、18bは独立した状態で且つ同期したタイミングで変換動作を行うように構成されている。   The ΔΣ A / D converter 18 includes two sets of ΔΣ modulation A / D conversion circuits 18a and 18b, two sets of band limiting digital filters 18c and 18d, and output signals of the digital filters 18c and 18d as one output signal. An output interface circuit (IF circuit) 18e that combines and outputs to the serial / parallel conversion circuit 28 is provided. The ΔΣ modulation A / D conversion circuit 18a is connected to the low-pass filter 16 as a one-channel A / D conversion circuit to capture an analog signal from the power system, and the ΔΣ modulation A / D conversion circuit 18b is a two-channel A / D conversion circuit. As an A / D conversion circuit, it is connected to a ground potential at a location close to the ΔΣ A / D converter 18. That is, the ΔΣ modulation A / D conversion circuit 18b is provided to cancel the influence of clock noise. Each ΔΣ modulation A / D conversion circuit 18a, 18b is configured to perform the conversion operation in an independent state and at a synchronized timing.

タイミング制御回路20は、クロック発振回路22からのクロックに応答して、マイクロコンピュータ26に対して起動信号を出力するとともに、ΔΣ変調A/D変換回路18a、18bに対して変換開始指令信号101aを出力し、シリアル/パラレル変換回路28に対してシリアル/パラレル動作クロック信号101bを出力するようになっている。   The timing control circuit 20 outputs a start signal to the microcomputer 26 in response to the clock from the clock oscillation circuit 22, and sends a conversion start command signal 101a to the ΔΣ modulation A / D conversion circuits 18a and 18b. The serial / parallel operation clock signal 101b is output to the serial / parallel conversion circuit 28.

電流センサ10は、電力設備(遮断器)に直付けされた状態で電力系統に接続されており、この電流センサ10としては、例えば、ロゴスキーコイルが用いられている。電流センサ10は、電力系統からアナログ信号として電流を取り込み、アナログ信号のレベルが小信号領域にあるときにはその入力レベルに応じて電力系統の構成を制御するための制御演算に適した小信号レンジのレベル(小信号レンジに属するレベルの電圧信号)に変換し、アナログ信号のレベルが小信号領域よりも高いレベルの大信号領域にあるときにはその入力レベルに応じて電力系統を保護するための保護演算に適した大信号レンジのレベル(大信号レンジに属するレベルの電圧信号)に変換し、変換されたアナログ信号を積分回路12に出力するようになっている。積分回路12は、電流センサ10にロゴスキーコイルを適用した場合、その周波数特性により、電流が高周波領域まで増幅されるので、高周波領域を減衰させるために設けられている。なお、電流センサ10の代わりに、電力系統からのアナログ信号として電圧を取り込む場合には、電流センサの代わりに電圧センサが用いられる。電圧センサは、並列接続された複数のコンデンサによって電力系統からの電圧を分圧し、分圧された電圧を差動アンプ14に出力するように構成される。   The current sensor 10 is connected to the power system in a state of being directly attached to the power equipment (breaker), and for example, a Rogowski coil is used as the current sensor 10. The current sensor 10 captures current as an analog signal from the power system, and when the level of the analog signal is in the small signal region, the current sensor 10 has a small signal range suitable for control computation for controlling the configuration of the power system according to the input level. Protection operation to convert power level (voltage signal of level belonging to small signal range) and protect power system according to its input level when analog signal level is in large signal area higher than small signal area Is converted to a level of a large signal range suitable for the voltage (a voltage signal of a level belonging to the large signal range), and the converted analog signal is output to the integrating circuit 12. When the Rogowski coil is applied to the current sensor 10, the integrating circuit 12 is provided to attenuate the high frequency region because the current is amplified to the high frequency region due to its frequency characteristics. In addition, when taking in a voltage as an analog signal from an electric power system instead of the current sensor 10, a voltage sensor is used instead of the current sensor. The voltage sensor is configured to divide the voltage from the power system by a plurality of capacitors connected in parallel and output the divided voltage to the differential amplifier 14.

差動アンプ14は、電流センサ10の出力電圧が非常に小さく、例えば、±10V程度であるため、その信号を増幅させる目的で設けられており、また微小信号に重畳するコモンモードノイズを低減するために設けられている。   The differential amplifier 14 is provided for the purpose of amplifying the signal because the output voltage of the current sensor 10 is very small, for example, about ± 10 V, and reduces common mode noise superimposed on a minute signal. It is provided for.

1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、演算増幅器(オペアンプ)OP1、OP3、OP2、OP3を備えて構成されており、抵抗RD1、RD2に積分回路12からの信号が入力されるようになっている。   1, R 2, R 3, R 4, R 5, R 6, R 7 and operational amplifiers (op-amps) OP 1, OP 3, OP 2, OP 3, so that the signal from the integrating circuit 12 is input to the resistors RD 1, RD 2. It has become.

上記構成による差動アンプ14の出力電圧は、次の(1)式で表すことができ、入力電圧V+inおよびV−inの差動電圧を増幅することができる。 The output voltage of the differential amplifier 14 having the above configuration can be expressed by the following equation (1), and the differential voltage of the input voltages V + in and V −in can be amplified.

Vout1=(V+in−V−in)×(1+2・R2/R1)×(R6/R
4)・・・・・・・・(1)
(1)式から明らかなように、差動アンプ14は、入力電圧の差動電圧のみを扱うことが可能であるため、入力端子とアナロググランド間に発生するコモンモードノイズを除去することができる。
Vout1 = (V + in− V− in ) × (1 + 2 · R2 / R1) × (R6 / R
4) ... (1)
As apparent from the equation (1), since the differential amplifier 14 can handle only the differential voltage of the input voltage, it can remove common mode noise generated between the input terminal and the analog ground. .

ローパスフィルタ16は、図2に示すように、抵抗R8、コンデンサC1、演算増幅器OP4を備え、一次遅れ要素のフィルタとして構成されており、その伝達関数は次の(2)式で表すことができる。   As shown in FIG. 2, the low-pass filter 16 includes a resistor R8, a capacitor C1, and an operational amplifier OP4. The low-pass filter 16 is configured as a first-order lag element filter, and its transfer function can be expressed by the following equation (2). .

T(jw)=1/(1+jwC1・R8)・・・(2)
上記構成によるローパスフィルタ16は、サンプリングによる折返し誤差を防止するための信号帯域制限用として機能するようになっている。すなわち、ΔΣA/D変換器18におけるサンプリング周波数の1/2倍以上のアナログ信号をローパスフィルタ16の減衰特性で減衰させるものである。通常、ΔΣA/D変換器18のサンプリング周波数が低い場合、折返し誤差防止フィルタは遮断周波数を低くする必要があるため、遅れ次数を大きく必要があり、抵抗・コンデンサを大きくする必要がある。しかし、本実施形態では、ΔΣA/D変換器18におけるサンプリング周波数を従来よりも大幅に高く、例えば、1MHzに設定しているため、ローパスフィルタ16の減衰特性をなだらかな特性することができ、回路の小型化が達成できる。
T (jw) = 1 / (1 + jwC1 · R8) (2)
The low-pass filter 16 having the above configuration functions as a signal band limiter for preventing a folding error due to sampling. That is, an analog signal having a sampling frequency of 1/2 times or more in the ΔΣ A / D converter 18 is attenuated by the attenuation characteristic of the low-pass filter 16. Normally, when the sampling frequency of the ΔΣ A / D converter 18 is low, the aliasing error prevention filter needs to have a low cutoff frequency, so that it is necessary to increase the delay order and to increase the resistance / capacitor. However, in the present embodiment, since the sampling frequency in the ΔΣ A / D converter 18 is significantly higher than that in the prior art, for example, set to 1 MHz, the attenuation characteristic of the low-pass filter 16 can be made gentle. Downsizing can be achieved.

ΔΣA/D変換器18は、図3(a)に示すように、クロック発振回路から出力される基本クロックCLKを受けて動作し、(b)に示すように、基本クロックを1/2に分周したクロックBCLKに同期してデータを出力するようになっている。そして1チャネルのΔΣ変調A/D変換回路18aは、(c)に示すように、最上位ビットMSBから順に最下位ビットLSBまでのデータをシリアル(直列的)に出力する。続いて、(d)に示すように、2チャネルのΔΣ変調A/D変換回路18bは、最上位ビットMSBから順に最下位ビットLSBまでシリアルにデータを出力する。このとき、出力インターフェイス回路18eの出力ポート101cからは、1チャネルのデータと2チャネルのデータが時分割的に切り替えられて出力される。ポート101cからシリアルのデータが順次出力されると、各シリアルのデータはシリアル/パラレル変換回路28において並列データ(パラレルデータ)に変換され、変換されたデータはデュアルポートメモリ30にそれぞれ格納される。   The ΔΣ A / D converter 18 operates by receiving the basic clock CLK output from the clock oscillation circuit as shown in FIG. 3A, and divides the basic clock by half as shown in FIG. 3B. Data is output in synchronization with the clock BCLK that has been rotated. The 1-channel ΔΣ modulation A / D conversion circuit 18a then serially outputs data from the most significant bit MSB to the least significant bit LSB in order as shown in (c). Subsequently, as shown in (d), the 2-channel ΔΣ modulation A / D conversion circuit 18b serially outputs data from the most significant bit MSB to the least significant bit LSB in order. At this time, from the output port 101c of the output interface circuit 18e, 1-channel data and 2-channel data are switched and output in a time division manner. When serial data is sequentially output from the port 101c, each serial data is converted into parallel data (parallel data) in the serial / parallel conversion circuit 28, and the converted data is stored in the dual port memory 30, respectively.

ここで、ΔΣ変調A/D変換回路18a、18b、ディジタルフィルタ18c、18dはそれぞれ同一の特性を有し、且つ動作タイミングも同時に並列に動作するようになっている。また、ΔΣ変調A/D変換回路18a、18bは、例えば、アナログ信号を積分する積分器と、積分器の出力信号をΔ変調するΔ変調器とを備えて構成されており、各ΔΣ変調A/D変換回路18a、18bは、その積分特性により、信号(S)に対して、図4(a)に示すように、周期性を持たないランダムノイズ(N1)を高周波領域に移行させることができ、信号周波数帯域のノイズを圧縮させることが可能である。図4(b)は、ΔΣ変調A/D変換回路18aの出力をディジタルフィルタ18cを通過させたあとのパワースペクトル図を示す。図4(b)に示すように、ディジタルフィルタ(ローパスフィルタ)18cの減衰特性により、ΔΣ変調A/D変換回路18aの積分特性によって高周波領域に移行したランダムノイズ(N1)と一部高周波領域に発生した周期性のあるノイズ(クロックなどによって発生したノイズ)を大幅に除去することができる。ただし、ディジタルフィルタ18cでは除去できないノイズであって、周期性を持ったノイズ(N2)については信号通過帯域内に発生するので、ノイズとして残ってしまう。   Here, the ΔΣ modulation A / D conversion circuits 18a and 18b and the digital filters 18c and 18d have the same characteristics, and the operation timings are also operated in parallel at the same time. The ΔΣ modulation A / D conversion circuits 18a and 18b include, for example, an integrator that integrates an analog signal and a Δ modulator that Δ-modulates the output signal of the integrator, and each ΔΣ modulation A The / D conversion circuits 18a and 18b can shift the random noise (N1) having no periodicity to the high-frequency region with respect to the signal (S), as shown in FIG. It is possible to compress noise in the signal frequency band. FIG. 4B shows a power spectrum diagram after the output of the ΔΣ modulation A / D conversion circuit 18a is passed through the digital filter 18c. As shown in FIG. 4B, due to the attenuation characteristic of the digital filter (low-pass filter) 18c, random noise (N1) that has shifted to the high-frequency region due to the integration characteristic of the ΔΣ modulation A / D conversion circuit 18a and the partial high-frequency region. The generated periodic noise (noise generated by a clock or the like) can be largely removed. However, noise that cannot be removed by the digital filter 18c and has periodicity (N2) is generated in the signal passband, and therefore remains as noise.

ここで、周期性を持たないランダムノイズ(N1)とは、A/D変換時の量子化誤差や熱雑音になどに伴うノイズのことを言い、比較的明確な周期性を持ったノイズ(N2)とは、クロック信号の誘導ノイズ(数MHzオーダーのノイズ)、スイッチング電源からの誘導ノイズ(100kHz〜200kHzオーダーのノイズ)などの影響でA/D変換誤差が生じるノイズを言う。   Here, the random noise (N1) having no periodicity refers to noise associated with quantization error or thermal noise during A / D conversion, and noise having a relatively clear periodicity (N2). ) Refers to noise in which an A / D conversion error occurs due to the influence of induced noise of a clock signal (noise on the order of several MHz), induced noise from a switching power supply (noise of the order of 100 kHz to 200 kHz), and the like.

周期性を持ったノイズ(N2)を除去するために、本実施形態では、マイクロコンピュータ26に、図5に示すように、ノイズキャンセル処理部26a、オフセット誤差補正処理部26b、ゲイン誤差補正処理部26cとしての機能が付加されている。   In order to remove periodic noise (N2), in this embodiment, as shown in FIG. 5, a noise cancellation processing unit 26a, an offset error correction processing unit 26b, and a gain error correction processing unit are connected to the microcomputer 26. The function as 26c is added.

マイクロコンピュータ26は、ディジタルフィルタ18cの出力によるディジタル信号とディジタルフィルタ18dの出力によるディジタル信号との差分を演算する演算手段として、プログラムメモリを内蔵し、デュアルポートメモリ30に格納されたデータを順次取り込み、取り込んだデータを基に各種の演算を実行するようになっている。この場合、マイクロコンピュータ26は、クロック発振回路24をクロック源として動作し、タイミング制御回路20から出力される起動信号に応答して所定のプログラムを起動する。一般的には、マイクロコンピュータ26においては、割り込み信号を印加することにより定周期に処理が開始される。   The microcomputer 26 has a built-in program memory as calculation means for calculating the difference between the digital signal output from the digital filter 18c and the digital signal output from the digital filter 18d, and sequentially takes in the data stored in the dual port memory 30. Various operations are executed based on the fetched data. In this case, the microcomputer 26 operates using the clock oscillation circuit 24 as a clock source, and starts a predetermined program in response to the start signal output from the timing control circuit 20. In general, in the microcomputer 26, processing is started at regular intervals by applying an interrupt signal.

ノイズキャンセル処理部26aは、ゲイン補正用乗算器5aと、ノイズキャンセル用差分器5bとを備えて構成されており、差分器5bにはディジタルフィルタ18cの出力による1チャネルのディジタル信号が入力され、乗算器5aにはディジタルフィルタ18dの出力による2チャネルのディジタル信号であって、周期性のノイズであるアナロググランド信号(ΔΣ変調A/D変換回路18dの接地電位を信号源として入力された信号)501bが入力されている。アナロググランド信号501bは乗算器5aによってゲイン(K)倍され、ゲイン倍された信号が差分器5bに入力されるようになっている。差分器5bは、電力系統からのアナログ信号をA/D変換して得られたディジタル信号501aと乗算器5aの出力によるアナロググランド信号との差分を演算し、演算結果をオフセット誤差補正処理部26bに出力するようになっている。ノイズキャンセル処理部26aによる処理が行われると、ディジタルデータ501aに重畳されたノイズ成分であって、周期性を持ったノイズ(N2)をキャンセルすることができる。すなわち、1チャネルと2チャネルのΔΣ変調A/D変換回路18a、18bが同時に且つ並列に動作するため、クロック信号の誘導ノイズあるいはスイッチング電源の誘導ノイズはディジタルデータ501aとアナロググランド信号501bに対して同じように作用するため、ディジタルデータ501aから乗算器5aの出力信号を減算することで、ノイズ(N2)をキャンセルすることができる。   The noise cancellation processing unit 26a includes a gain correction multiplier 5a and a noise canceling difference unit 5b, and a 1-channel digital signal output from the digital filter 18c is input to the difference unit 5b. An analog ground signal (a signal input using the ground potential of the ΔΣ modulation A / D conversion circuit 18d as a signal source), which is a two-channel digital signal output from the digital filter 18d and is periodic noise, is supplied to the multiplier 5a. 501b is input. The analog ground signal 501b is multiplied by the gain (K) by the multiplier 5a, and the gain-multiplied signal is input to the differentiator 5b. The difference unit 5b calculates a difference between the digital signal 501a obtained by A / D converting an analog signal from the power system and the analog ground signal output from the multiplier 5a, and calculates the calculation result as an offset error correction processing unit 26b. To output. When the processing by the noise cancellation processing unit 26a is performed, noise (N2) having a periodicity, which is a noise component superimposed on the digital data 501a, can be canceled. In other words, since the 1-channel and 2-channel ΔΣ modulation A / D conversion circuits 18a and 18b operate simultaneously and in parallel, the induced noise of the clock signal or the induced noise of the switching power supply is different from the digital data 501a and the analog ground signal 501b. Since the operation is the same, the noise (N2) can be canceled by subtracting the output signal of the multiplier 5a from the digital data 501a.

また、同一半導体チップ内にΔΣA/D変換器18を実装することで、物理的にも1チャネルと2チャネルのΔΣ変調A/D変換回路18a、18bは同時に同じようなノイズの影響を受けるみなすことができる。またノイズの影響はノイズ源からの距離、浮遊容量、ノイズ源の電圧値がパラメータとなるが、同一半導体チップにおいては、これらパラメータの影響は同じ割合と考えられる。   Further, by mounting the ΔΣ A / D converter 18 in the same semiconductor chip, the 1-channel and 2-channel ΔΣ modulation A / D conversion circuits 18 a and 18 b are also considered to be affected by the same noise at the same time. be able to. In addition, the influence of noise is a parameter such as the distance from the noise source, the stray capacitance, and the voltage value of the noise source.

オフセット誤差補正処理部26bは差分器5bの出力信号から直流分を抽出する積分器5cと、差分器5bの出力信号と積分器5cとの差分を演算するオフセット補正用差分器5dとを備えて構成されている。差分器5bの出力信号を積分器5cの出力信号で減算することで、差動アンプ14のオフセットを補正することができる。   The offset error correction processing unit 26b includes an integrator 5c that extracts a DC component from the output signal of the difference unit 5b, and an offset correction difference unit 5d that calculates a difference between the output signal of the difference unit 5b and the integrator 5c. It is configured. By subtracting the output signal of the difference unit 5b by the output signal of the integrator 5c, the offset of the differential amplifier 14 can be corrected.

ゲイン誤差補正処理部26cは差分器5dの出力信号にゲイン誤差補正係数Kgを乗算して出力するゲイン誤差補正用乗算器5eを備えて構成されている。ゲイン誤差補正用乗算器5eは、差分器5dの演算結果にゲイン誤差補正係数Kgを乗算することで、ゲイン誤差の補正された信号成分のディジタル信号を出力することができる。このディジタル信号は、ディジタルフィルタ18cの出力によるディジタル信号とディジタルフィルタ18dの出力によるディジタル信号との差分を示すディジタル信号として、信号バス32を介して通信回路36に出力される。   The gain error correction processing unit 26c includes a gain error correction multiplier 5e that multiplies the output signal of the difference unit 5d by a gain error correction coefficient Kg and outputs the result. The gain error correcting multiplier 5e can output the digital signal of the signal component with the gain error corrected by multiplying the calculation result of the difference unit 5d by the gain error correction coefficient Kg. The digital signal is output to the communication circuit 36 via the signal bus 32 as a digital signal indicating a difference between the digital signal output from the digital filter 18c and the digital signal output from the digital filter 18d.

ここで、信号対ノイズのパワースペクトルを図6に示す。図6(a)は、系統電圧または系統電流を取り込み、取り込んだ電圧または電流の信号をA/D変換した1チャネルのデータのパワースペクトル、(b)は、アナロググランド信号をA/D変換したときの2チャネルのデータのパワースペクトル、(c)は、ノイズキャンセル処理部26a、オフセット誤差処理部26b、ゲイン誤差補正処理部26cの処理によって得られた補正後のパワースペクトルを示す。   Here, the signal-to-noise power spectrum is shown in FIG. FIG. 6A shows a power spectrum of one channel data obtained by taking in a system voltage or system current and A / D converting the acquired voltage or current signal, and FIG. 6B shows an A / D conversion of an analog ground signal. (C) shows the corrected power spectrum obtained by the processing of the noise cancellation processing unit 26a, the offset error processing unit 26b, and the gain error correction processing unit 26c.

(a)および(b)では、ディジタルフィルタ18c、18dでは除去できない、信号通過帯域内の周期性を持った(N2)が存在するのに対して、(c)に示すように、周期性を持ったノイズ(N2)が信号通過帯域内から除去され、信号通過帯域内には信号(S)のみが存在することが分かる。   In (a) and (b), there is (N2) having periodicity in the signal passband that cannot be removed by the digital filters 18c and 18d, whereas as shown in (c), the periodicity is changed. It can be seen that the noise (N2) is removed from the signal pass band, and only the signal (S) exists in the signal pass band.

このように、マイクロコンピュータ26において、1チャネルのデータと2チャネルのデータとの差分を演算する処理を行うことで、ノイズキャンセルはもちろんのことオフセット補正、ゲイン補正を行うことができるとともに、入力信号が微小電圧であっても、ノイズに影響されない高精度なディジタルデータ(ディジタル信号)を得ることができる。   As described above, the microcomputer 26 can perform offset correction and gain correction as well as noise cancellation by performing the process of calculating the difference between the 1-channel data and the 2-channel data. Even with a minute voltage, it is possible to obtain highly accurate digital data (digital signal) that is not affected by noise.

さらに、本実施形態では、微小電圧が管理できるため、A/D変換器として、従来の分解能(16ビット)よりも高い分解能、例えば、20ビットや24ビットのものを用いることができるため、ダイナミックレンジを大幅に高めることができる。すなわち、電流センサとして、制御演算に適した小信号レンジと保護演算に適した大信号レンジを含むレンジ、例えば、小信号レンジと大信号レンジの和となるレンジをアナログ信号に対するフルスケールレンジとして構成したときに、電流センサ10のフルスケールレンジに対応した分解能として、小信号レンジまたは大信号レンジのうち一方のレンジをアナログ信号に対するフルスケールレンジとするときの分解能より大きい分解能、例えば、20ビット以上の分解能有するΔΣA/D変換器18を用いることで、高精度なディジタルデータを得ることができるとともに、単一の電流センサ10を制御演算用の入力変換器および保護演算用の入力変換器として共用することができ、ハードウエアの簡素化およびコストの低減に寄与することができる。またΔΣA/D変換器18としては、20ビットに限らず、24ビット相当のものを用いれば、さらに高精度なディジタルデータを得ることができる。   Furthermore, in this embodiment, since a minute voltage can be managed, a resolution higher than the conventional resolution (16 bits), for example, 20 bits or 24 bits can be used as the A / D converter. The range can be greatly increased. In other words, as a current sensor, a range including a small signal range suitable for control computation and a large signal range suitable for protection computation, for example, a range that is the sum of a small signal range and a large signal range is configured as a full scale range for analog signals As a resolution corresponding to the full scale range of the current sensor 10, a resolution larger than the resolution when one of the small signal range and the large signal range is set to the full scale range for the analog signal, for example, 20 bits or more. A high-precision digital data can be obtained by using a ΔΣ A / D converter 18 having a resolution of 1 mm, and a single current sensor 10 is shared as an input converter for control calculation and an input converter for protection calculation Can contribute to hardware simplification and cost reduction Can do. Further, the ΔΣ A / D converter 18 is not limited to 20 bits, and if it is equivalent to 24 bits, digital data with higher accuracy can be obtained.

次に、本発明の他の実施形態を図7にしたがって説明する。本実施形態は、ΔΣA/D変換器18と同一の機能を有するΔΣA/D変換器40を設けるとともに、シリアル/パラレル変換回路28と同一の機能を有するシリアル/パラレル変換回路42を設け、タイミング制御回路20からΔΣA/D変換器40に対してA/D変換信号701aを出力するとともに、S/P変換制御信号701bをシリアル/パラレル変換回路42に出力し、さらにΔΣA/D変換器40内のΔΣ変調A/D変換回路の入力端子をそれぞれ接地するようにしたものであり、他の構成は、図1のものと同様である。この場合、マイクロコンピュータ26のノイズキャンセル処理部26aには、図8に示すように、乗算器8a、8b、8cが設けられるとともに、差分器8dが設けられる。ただしオフセット誤差補正用処理部26bとゲイン誤差補正用処理部26cは図5のものと同様である。乗算器8aはディジタルフィルタ18dの出力によるアナロググランド信号501bをゲインK1倍し、乗算器8b、8cはそれぞれΔΣA/D変換器40に内蔵されたディジタルフィルタの出力によるアナロググランド信号801a、801bをそれぞれゲインK2、K3倍して出力するようになっている。差分器8dはディジタルフィルタ18cの出力によるディジタルデータ501aから各乗算器8a、8b、8cの出力信号を減算してオフセット誤差補正処理部26bに出力するようになっている。   Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a ΔΣ A / D converter 40 having the same function as that of the ΔΣ A / D converter 18 is provided, and a serial / parallel conversion circuit 42 having the same function as that of the serial / parallel conversion circuit 28 is provided. The circuit 20 outputs an A / D conversion signal 701 a to the ΔΣ A / D converter 40, and also outputs an S / P conversion control signal 701 b to the serial / parallel conversion circuit 42, and further in the ΔΣ A / D converter 40. The input terminal of the ΔΣ modulation A / D conversion circuit is grounded, and the other configuration is the same as that of FIG. In this case, as shown in FIG. 8, the noise cancellation processing unit 26a of the microcomputer 26 is provided with multipliers 8a, 8b, and 8c and a differencer 8d. However, the offset error correction processing unit 26b and the gain error correction processing unit 26c are the same as those in FIG. The multiplier 8a multiplies the analog ground signal 501b output from the digital filter 18d by a gain K1, and the multipliers 8b and 8c respectively output analog ground signals 801a and 801b output from the digital filter built in the ΔΣ A / D converter 40, respectively. The gains K2 and K3 are multiplied and output. The difference unit 8d subtracts the output signals of the multipliers 8a, 8b, and 8c from the digital data 501a output from the digital filter 18c and outputs the result to the offset error correction processing unit 26b.

本実施形態においては、接地電位を信号源とする部位3点設け、これら3点からの信号からをセンシングすることで、ノイズの影響分を正確に除去することができるとともに、高精度な信号成分(ディジタル信号)を抽出することができる。   In the present embodiment, by providing three parts with a ground potential as a signal source and sensing from signals from these three points, the influence of noise can be accurately removed, and a highly accurate signal component (Digital signal) can be extracted.

次に、本発明に係るアナログ・ディジタル変換装置をディジタル保護制御システムに適用したときの応用例を図9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システムは、インテリジェント変電システムの一要素として構成されており、変電機器であるA相の遮断器50、B相の遮断器52、C相の遮断器54には、アナログ・ディジタル変換装置としての電流センサユニット56、58、60と電圧センサ62,64,66が設けられている。すなわち電流センサユニット56、58、58は、電流センサ10を入力変換器に用いたときのアナログ・ディジタル変換装置で構成され、電圧センサ62、64、66は、電流センサ10の代わりに、電圧センサを用いたときのアナログ・ディジタル変換装置から構成されている。電流センサ56、58、60からは、ノイズキャンセリングしたA/D変換データ901a〜901fが光信号として出力され、電圧センサユニット62、64、66からはノイズキャンセリングされたA/D変換データ901d〜901fが光信号として出力されている。各光信号はマージングユニット68で集約されたあと光ケーブル902a、902bを介して保護ユニット70または制御ユニット72にシリアルデータで出力されるようになっている。   Next, an application example when the analog-digital conversion apparatus according to the present invention is applied to a digital protection control system will be described with reference to FIG. The digital protection control system according to the present embodiment is configured as an element of an intelligent substation system. The A phase circuit breaker 50, the B phase circuit breaker 52, and the C phase circuit breaker 54, which are substation devices, include analog signals. Current sensor units 56, 58 and 60 and voltage sensors 62, 64 and 66 as digital conversion devices are provided. That is, the current sensor units 56, 58, and 58 are configured by an analog / digital converter when the current sensor 10 is used as an input converter, and the voltage sensors 62, 64, and 66 are voltage sensors instead of the current sensor 10. It is composed of an analog / digital conversion device when using. The current sensors 56, 58, 60 output noise-cancelled A / D conversion data 901a to 901f as optical signals, and the voltage sensor units 62, 64, 66 output noise-cancelled A / D conversion data 901d. ˜901f are output as optical signals. The optical signals are aggregated by the merging unit 68 and then output as serial data to the protection unit 70 or the control unit 72 via the optical cables 902a and 902b.

保護ユニット70は、光ケーブル902aからのデータを受信し、予め設定したプログラムにしたがって、事故を検出するための検出演算および事故を除去するための保護演算を行い、演算結果による制御信号を遮断器50、52、54に出力するようになっている。制御ユニット72は、光ケーブル902bからのデータを受信し、予め設定したプログラムにしたがい、変電機器のタップ制御や計測に代表されるモニタリング処理などの制御演算を行い、演算結果にしたがった制御信号を制御対象に出力するようになっている。   The protection unit 70 receives data from the optical cable 902a, performs a detection calculation for detecting an accident and a protection calculation for removing the accident according to a preset program, and a control signal based on the calculation result is interrupted by the circuit breaker 50. , 52 and 54. The control unit 72 receives data from the optical cable 902b, performs control computation such as monitoring processing represented by tap control of substation equipment and measurement in accordance with a preset program, and controls the control signal according to the computation result. Output to the target.

このように、本実施形態においては、変電機器としての遮断器50、52、54にインテリジェント機能を持たせることで、情報の共用化が図れ、装置によらずデータの一元化が達成できる。   As described above, in this embodiment, by providing the circuit breakers 50, 52, and 54 as the substation equipment with an intelligent function, information can be shared, and data can be unified regardless of the device.

本発明の一実施形態を示すアナログ・ディジタル変換装置のブロック構成図である。1 is a block configuration diagram of an analog / digital conversion apparatus showing an embodiment of the present invention. 差動アンプとローパスフィルタの回路構成図である。It is a circuit block diagram of a differential amplifier and a low-pass filter. A/D変換器の動作を説明するための波形図である。It is a wave form diagram for demonstrating operation | movement of an A / D converter. A/D変換器の信号対ノイズの関係を示すパワースペクトル図である。It is a power spectrum figure which shows the signal to noise relationship of an A / D converter. ノイズキャンセル処理部とオフセット誤差補正処理部およびゲイン誤差補正処理部のブロック構成図である。It is a block block diagram of a noise cancellation process part, an offset error correction process part, and a gain error correction process part. マイクロコンピュータの処理によるノイズキャンセル方法を説明するための信号対ノイズのパワースペクトル図である。It is a signal-to-noise power spectrum diagram for explaining a noise canceling method by processing of a microcomputer. 本発明の他の実施形態を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態におけるマイクロコンピュータのノイズキャンセル処理部の構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of the noise cancellation process part of the microcomputer in other embodiment of this invention. 本発明の応用例を示すディジタル保護制御システムのブロック構成図である。It is a block block diagram of the digital protection control system which shows the application example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 電流センサ
12 積分回路
14 差動アンプ
16 ローパスフィルタ
18 ΔΣA/D変換器
18a、18b ΔΣ変調A/D変換回路
18c、18d ディジタルフィルタ
18e 出力インターフェイス回路
20 タイミング制御回路
22、24 クロック発振回路
26 マイクロコンピュータ
28、42 シリアル/パラレル変換回路
30 デュアルポートメモリ
34 ワークメモリ
36 通信回路
38 電気/光変換器
40 ΔΣA/D変換器
50、52、54 遮断器
56、58、60 電流センサユニット
62、64、66 電圧センサユニット
68 マージングユニット
70 保護ユニット
72 制御ユニット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Current sensor 12 Integration circuit 14 Differential amplifier 16 Low pass filter 18 ΔΣ A / D converter 18a, 18b ΔΣ modulation A / D conversion circuit 18c, 18d Digital filter 18e Output interface circuit 20 Timing control circuit 22, 24 Clock oscillation circuit 26 Micro Computer 28, 42 Serial / parallel conversion circuit 30 Dual port memory 34 Work memory 36 Communication circuit 38 Electric / optical converter 40 ΔΣ A / D converter 50, 52, 54 Circuit breaker 56, 58, 60 Current sensor unit 62, 64, 66 Voltage sensor unit 68 Merging unit 70 Protection unit 72 Control unit

Claims (9)

電力系統からのアナログ信号を、前記アナログ信号のレベルが小信号領域にあるときにはその入力レベルに応じて前記電力系統の構成を制御するための制御演算に適した小信号レンジのレベルに変換し、前記アナログ信号のレベルが前記小信号領域よりも高いレベルの大信号領域にあるときにはその入力レベルに応じて前記電力系統を保護するための保護演算に適した大信号レンジのレベルに変換する信号レベル変換手段と、前記信号レベル変換手段により変換されたアナログ信号をサンプリング周波数に従っ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を備え、前記信号レベル変換手段は、前記制御演算に適した小信号レンジと前記保護演算に適した大信号レンジを含むレンジを前記アナログ信号に対するフルスケールレンジとして構成され、前記アナログ・ディジタル変換手段は、前記信号レベル変換手段のフルスケールレンジに対応した分解能として、前記小信号レンジまたは前記大信号レンジのうち一方のレンジを前記アナログ信号に対するフルスケールレンジとするときの分解能より大きい分解能を有してなるアナログ・ディジタル変換装置。 When the analog signal from the power system is converted into a level of a small signal range suitable for control calculation for controlling the configuration of the power system according to the input level when the level of the analog signal is in the small signal region, When the level of the analog signal is in a large signal region higher than the small signal region, the signal level is converted to a level of a large signal range suitable for protection operation for protecting the power system according to the input level Conversion means, and analog / digital conversion means for converting the analog signal converted by the signal level conversion means into a digital signal according to a sampling frequency, the signal level conversion means having a small signal range suitable for the control calculation, A range including a large signal range suitable for the protection operation is set to a full scale level for the analog signal. The analog-to-digital conversion means has a resolution corresponding to the full-scale range of the signal level conversion means, and selects one of the small signal range and the large signal range as a full-scale range for the analog signal. An analog / digital converter having a resolution larger than that of 電力系統からのアナログ信号を、その入力レベルに応じて制御演算に適した小信号レンジのレベルまたは保護演算に適した大信号レンジのレベルに変換する信号レベル変換手段と、前記信号レベル変換手段により変換されたアナログ信号をサンプリング周波数に従っ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を備え、前記信号レベル変換手段は、前記制御演算に適した小信号レンジと前記保護演算に適した大信号レンジを含むレンジを前記アナログ信号に対するフルスケールレンジとして構成され、前記アナログ・ディジタル変換手段は、前記信号レベル変換手段のフルスケールレンジに対応した分解能として、20ビット以上の分解能を有してなるアナログ・ディジタル変換装置。 Signal level conversion means for converting an analog signal from the power system into a small signal range level suitable for control calculation or a large signal range level suitable for protection calculation according to the input level, and the signal level conversion means Analog-to-digital conversion means for converting the converted analog signal into a digital signal according to a sampling frequency, and the signal level conversion means has a small signal range suitable for the control operation and a large signal range suitable for the protection operation. The analog / digital conversion means has a resolution of 20 bits or more as a resolution corresponding to the full scale range of the signal level conversion means. Conversion device. 請求項1または2に記載のアナログ・ディジタル変換装置において、前記アナログ・ディジタル変換手段の接地電位を信号源として、前記信号源からのアナログ信号を前記アナログ・ディジタル変換手段に同期して、かつ前記サンプリング周波数に従ってディジタル信号に変換する補助アナログ・ディジタル変換手段と、前記アナログ・ディジタル変換手段の変換によるディジタル信号と前記補助アナログ・ディジタル変換手段の変換によるディジタル信号との差分を演算する演算手段とを備えてなることを特徴とするアナログ・ディジタル変換装置。 3. The analog / digital conversion apparatus according to claim 1, wherein a ground potential of the analog / digital conversion means is used as a signal source, an analog signal from the signal source is synchronized with the analog / digital conversion means, and Auxiliary analog-to-digital conversion means for converting to a digital signal according to a sampling frequency, and arithmetic means for calculating a difference between the digital signal converted by the analog-digital conversion means and the digital signal converted by the auxiliary analog-digital conversion means An analog-to-digital converter characterized by comprising. 請求項3に記載のアナログ・ディジタル変換装置において、前記アナログ・ディジタル変換手段と前記補助アナログ・ディジタル変換手段は、前記アナログ信号をΔΣ変調方式によって前記ディジタル信号に変換する要素として、前記アナログ信号を積分する積分器と、前記積分器の出力信号をデルタ変調するデルタ変調器とを備えてなることを特徴とするアナログ・ディジタル変換装置。 4. The analog / digital conversion device according to claim 3, wherein the analog / digital conversion means and the auxiliary analog / digital conversion means convert the analog signal into an element that converts the analog signal into the digital signal by a ΔΣ modulation method. An analog / digital conversion apparatus comprising: an integrator for integrating; and a delta modulator for delta modulating an output signal of the integrator. 請求項4に記載のアナログ・ディジタル変換装置において、前記アナログ・ディジタル変換手段と前記補助アナログ・ディジタル変換手段は、同一の半導体チップ上に形成されてなることを特徴とするアナログ・ディジタル変換装置。 5. The analog / digital conversion apparatus according to claim 4, wherein the analog / digital conversion means and the auxiliary analog / digital conversion means are formed on the same semiconductor chip. 請求項3、4または5のうちいずれか1項に記載のアナログ・ディジタル変換装置において、前記演算手段は、前記補助アナログ・ディジタル変換手段の変換によるディジタル信号をゲイン倍するゲイン補正用乗算器と、前記ゲイン補正用乗算器によってゲイン倍されたディジタル信号と前記アナログ・ディジタル変換手段の変換によるディジタル信号との差分を演算するノイズキャンセル用差分器とを備えてなることを特徴とするアナログ・ディジタル変換装置。 6. The analog / digital conversion apparatus according to claim 3, wherein the arithmetic means includes a gain correction multiplier that multiplies a digital signal obtained by the conversion of the auxiliary analog / digital conversion means. And a noise canceling subtractor for calculating a difference between the digital signal multiplied by the gain correcting multiplier and the digital signal converted by the analog / digital converting means. Conversion device. 請求項6に記載のアナログ・ディジタル変換装置において、前記演算手段は、前記ノイズキャンセル用差分器の演算結果から直流分を抽出する積分器と、前記ノイズキャンセル用差分器の演算結果と前記積分器の出力との差分を演算するオフセット補正用差分器と、前記オフセット補正用差分器の演算結果にゲイン誤差補正係数を乗算して出力するゲイン誤差補正用乗算器とを備えてなることを特徴とするアナログ・ディジタル変換装置。 7. The analog / digital conversion device according to claim 6, wherein the calculation means includes an integrator for extracting a direct current component from a calculation result of the noise canceling subtractor, a calculation result of the noise canceling subtractor, and the integrator. And a gain error correction multiplier for multiplying the calculation result of the offset correction difference unit by a gain error correction coefficient and outputting the result. Analog / digital converter. 請求項7に記載のアナログ・ディジタル変換装置において、前記ゲイン誤差補正用乗算器の出力による電気信号を光信号に変換して送出する光電変換器を備えてなることを特徴とするアナログ・ディジタル変換装置。 8. The analog / digital conversion apparatus according to claim 7, further comprising a photoelectric converter that converts an electrical signal output from the gain error correction multiplier into an optical signal and transmits the optical signal. apparatus. 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アナログ・ディジタル変換装置と、前記アナログ・ディジタル変換装置の出力によるディジタル信号を基に保護・制御対象を保護・制御するための演算を行い、前記演算に従った保護・制御信号を前記保護・制御対象に出力する保護・制御演算装置とを備えたディジタル保護制御システムにおいて、前記アナログ・ディジタル制御装置として、請求項1〜8のうちいずれか1項に記載のアナログ・ディジタル変換装置を備えてなることを特徴とするディジタル保護制御システム。 An analog / digital conversion device that converts an analog signal from the power system into a digital signal, and an operation for protecting / controlling the object to be protected / controlled based on the digital signal output from the analog / digital conversion device. 9. A digital protection control system comprising a protection / control arithmetic device that outputs a protection / control signal according to the protection / control target to the protection / control target, wherein the analog / digital control device is any one of claims 1 to 8. A digital protection control system comprising the analog-digital conversion device described in 1.
JP2003336699A 2003-09-29 2003-09-29 Analog / digital converter Expired - Fee Related JP4019221B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003336699A JP4019221B2 (en) 2003-09-29 2003-09-29 Analog / digital converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003336699A JP4019221B2 (en) 2003-09-29 2003-09-29 Analog / digital converter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005109599A true JP2005109599A (en) 2005-04-21
JP4019221B2 JP4019221B2 (en) 2007-12-12

Family

ID=34532722

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003336699A Expired - Fee Related JP4019221B2 (en) 2003-09-29 2003-09-29 Analog / digital converter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4019221B2 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010074901A (en) * 2008-09-17 2010-04-02 Toshiba Corp Power system protection control device
WO2011111833A1 (en) * 2010-03-12 2011-09-15 株式会社 東芝 Control system, transformer, security control device, and bitstream memory unit
JP2011200109A (en) * 2010-03-19 2011-10-06 National Taiwan Univ Of Science & Technology Overcurrent relay
JP2017195531A (en) * 2016-04-21 2017-10-26 ローム株式会社 Switched-capacitor circuit, δσa/d converter, and a/d converter integrated circuit
JP2018057250A (en) * 2016-09-29 2018-04-05 北京東土科技股▲ふん▼有限公司Kyland Technology Co., Ltd. Smart power server used for protection control system in smart substation
CN109474277A (en) * 2018-09-18 2019-03-15 中交通信大数据(上海)科技有限公司 A kind of analog-digital converter in marine system
WO2020173871A1 (en) * 2019-02-25 2020-09-03 Abb Power Grids Switzerland Ag Method and device for current and voltage measurement
CN114721494A (en) * 2022-06-07 2022-07-08 深圳市明珞锋科技有限责任公司 Power supply output electricity digital data processing method

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010074901A (en) * 2008-09-17 2010-04-02 Toshiba Corp Power system protection control device
WO2011111833A1 (en) * 2010-03-12 2011-09-15 株式会社 東芝 Control system, transformer, security control device, and bitstream memory unit
CN102714406A (en) * 2010-03-12 2012-10-03 株式会社东芝 Control system, transformer, security control device, and bitstream memory unit
JPWO2011111833A1 (en) * 2010-03-12 2013-06-27 株式会社東芝 Control system, transformer, protection control device, and bitstream storage unit
US9548606B2 (en) 2010-03-12 2017-01-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Control system, transformer, protection control apparatus, and bit stream storage unit
CN102714406B (en) * 2010-03-12 2017-04-19 株式会社东芝 Control system, transformer, security control device, and bitstream memory unit
JP2011200109A (en) * 2010-03-19 2011-10-06 National Taiwan Univ Of Science & Technology Overcurrent relay
JP2017195531A (en) * 2016-04-21 2017-10-26 ローム株式会社 Switched-capacitor circuit, δσa/d converter, and a/d converter integrated circuit
JP2018057250A (en) * 2016-09-29 2018-04-05 北京東土科技股▲ふん▼有限公司Kyland Technology Co., Ltd. Smart power server used for protection control system in smart substation
CN109474277A (en) * 2018-09-18 2019-03-15 中交通信大数据(上海)科技有限公司 A kind of analog-digital converter in marine system
CN109474277B (en) * 2018-09-18 2024-01-16 中交通信大数据(上海)科技有限公司 Analog-to-digital converter in ship system
WO2020173871A1 (en) * 2019-02-25 2020-09-03 Abb Power Grids Switzerland Ag Method and device for current and voltage measurement
JP2022514988A (en) * 2019-02-25 2022-02-16 ヒタチ・エナジー・スウィツァーランド・アクチェンゲゼルシャフト Methods and devices for current and voltage measurement
US11366144B2 (en) 2019-02-25 2022-06-21 Hitachi Energy Switzerland Ag Method and device for current and voltage measurement
JP7102626B2 (en) 2019-02-25 2022-07-19 ヒタチ・エナジー・スウィツァーランド・アクチェンゲゼルシャフト Methods and devices for current and voltage measurement
CN114721494A (en) * 2022-06-07 2022-07-08 深圳市明珞锋科技有限责任公司 Power supply output electricity digital data processing method

Also Published As

Publication number Publication date
JP4019221B2 (en) 2007-12-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0437861B1 (en) Signal processing method and system.
Petraglia et al. High-speed A/D conversion incorporating a QMF bank
JP2554972B2 (en) Method and apparatus for reducing the sensitivity of ratio converter type circuits to jamming signals and noise
KR101838298B1 (en) Robust gain and phase calibration method for a time-interleaved analog-to-digital converter
CA2626569C (en) A sampling module and a method of sampling one or more analogue characteristics of a power transmission system
US5103230A (en) Precision digitized current integration and measurement circuit
US7443332B2 (en) Time continuous pipeline analog-to-digital converter
JP4019221B2 (en) Analog / digital converter
GB2532972A (en) Successive approximation ADC
JP5341745B2 (en) Magnetic detector
KR101053441B1 (en) Capacitor Mismatch Error Correction Method and Apparatus for Algorithmic Analog-to-Digital Converter
JP3191060B2 (en) Digital signal processing method and apparatus
JP2010074901A (en) Power system protection control device
US20060028197A1 (en) Direct current offset cancellation and phase equalization for power metering devices
EP3839705A1 (en) Detection circuit and electronic device
JP2000338148A (en) Electronic watthour meter
RU2303327C1 (en) Integrated analog-to-digital converter operating process
US6744390B1 (en) Analog to digital converter utilizing resolution enhancement
JP3178944B2 (en) Input device
CN219349111U (en) Ultra-low error high-precision measurement system for dual-channel voltage signal source
JP3191567B2 (en) Digital protection and control equipment for power systems
US20230344442A1 (en) A/d converter and sensor system including the same
KR102128024B1 (en) Apparatus and method for sensing registance with ripple reduction
JP3729224B2 (en) Digital protection and control equipment for power systems
Pereira et al. Software Based Sigma-Delta Converter with Auto-Calibration Capabilities

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050810

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070223

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070306

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070502

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070821

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070910

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101005

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent (=grant) or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111005

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees