JP2008211891A - ディジタル保護リレー - Google Patents

Abstract

【課題】ディジタル保護リレーの信頼度を確保しつつ、構成を簡素化できるようにする。
【解決手段】電力系統のアナログ交流電気量をフィルタ処理する多重化された複数のアナログフィルタ２ａ、２ｂと、多重化された同一構成の複数のマイクロコントローラ３ａ、３ｂとを備え、複数のマイクロコントローラ３ａ、３ｂは、共通のクロック信号源１９から出力される同一のクロックで動作し、同一のタイミングで複数のマイクロコントローラ３ａ、３ｂから出力される保護演算結果のアンドで保護指令を出力するように構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ディジタル保護リレーに係り、特に多重化技術に関する。

従来のディジタル保護リレーは、例えば、非特許文献１に記載されているように、アナログ入力部、ヒューマンインターフェース部を備えたディジタル演算処理部、入出力部、ＰＣＭ通信などの通信インターフェースを備えて構成されている。

また、特許文献１に記載の装置は、単一部品の故障で不要動作に至らないようにリレー演算ユニットを２重化し、２つのリレー演算ユニットを完全に別基板に分け、さらに保護リレー演算に係るプログラムの機能を異ならせて構成している。そして、２つのリレー演算ユニットの出力のアンドで保護指令を出力するように構成し、双方のリレー演算ユニットが正常に動作しないと保護指令が出力されないようになっている。

また、従来の装置は、ハードウェアの健全性をチェックするために、常時ＣＰＵ自己診断処理やメモリチェック、パリティチェック、不正アドレス監視、マルチＣＰＵ監視などの常時監視処理をソフトウェアにて実施し、万一部品不良が生じた場合、この不良がもたらす異常を検出している。さらに、外部から取り込むアナログ信号の差電流監視、差電圧回路監視などのアナログ監視及び入力回路監視、整定値照合チェックなどの監視処理についても常時実施している。

なお、安価で設置数量が多い配電変電所に設置されるディジタル保護リレーにおいては、経済性を優先してシングル系でユニット構成し、必要に応じてこのユニットを二重化して信頼度を確保しての運用が一般的である。

特許２６９４９９３号 電気共同研究第５０巻第１号第二世代ディジタルリレー、「４−２自動監視手法の改善」

しかし、特許文献１のディジタル保護リレーでは、単一部品の故障で不要動作しないように、２重化した２つのリレー演算ユニットを完全に別基板に分け、プログラムも異ならせているので、ハードウェア及びソフトウェアの規模が大きくなるから、配電変電所に設置されるディジタル保護リレーに適用するには、経済的な問題がある。

また、ディジタル保護リレーのハードウェアの故障をプログラムにより常時監視処理するようにしているから、保護演算処理のプログラム以外に常時監視処理するプログラムが必要で、プログラムの規模が大きくなるという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、ディジタル保護リレーの信頼度を確保しつつ、ハードウェア及びプログラムの構成を簡素化できるようにすることにある。

上記課題を解決するため、本発明のディジタル保護リレーは、電力系統の複数のアナログ交流電気量をそれぞれ入力変換器を介して取り込んで、折り返し誤差防止のために帯域制限する複数のアナログフィルタ手段と、複数のアナログフィルタ手段の出力を取り込んで保護リレー演算を実行するマイクロコントローラとが、それぞれ多重化して設けられ、多重化された各マイクロコントローラは、それぞれ対応する多重化された複数のアナログフィルタ手段の出力を取り込んで切り換えて順次出力するマルチプレクサと、マルチプレクサの出力をディジタル量に変換するアナログ／ディジタル変換手段と、アナログ／ディジタル変換手段の出力に基づいて保護リレー演算プログラムに従って保護リレー演算を実行する演算手段と、保護リレー演算プログラムが格納されたメモリとをそれぞれ一つのチップ内に実装して同一に構成され、各マイクロコントローラを同一のクロックにより動作させるクロック発生手段と、各マイクロコントローラの演算手段から出力される演算結果のアンドにより保護指令を生成する保護指令出力手段とを有してなることを特徴とする。

本発明によれば、複数の同一構成のマイクロコントローラを多重化して、同一のプログラムで同一のクロックにより保護リレー演算を実行していることから、各マイクロコントローラが正常であれば演算結果は同一になる。したがって、各マイクロコントローラの演算結果のアンドをとることにより、多重化されたアナログフィルタもしくはマイクロコントローラの異常によって誤った保護指令が出力されるのを防止できるので信頼性を確保できる。また、マイクロコントローラを同一ハードウェア及び同一プログラムで形成できるので構成を簡素化できる。さらに、各マイクロコントローラで行っていた異常監視処理プログラムは必要がないのでよりプログラム構成を簡素化できる。

この場合において、マイクロコントローラが演算途中を含む演算結果の出力データをシリアルバスに出力するように形成し、シリアルバスに接続して監視手段を設け、この監視手段により複数のマイクロコントローラの出力データを監視し、この出力データの差を検出して、この差が規定値を超えたときに異常警報を発報するように構成することができる。

これによれば、本来同一である各マイクロコントローラの出力データに規定値を超える差があれば、マイクロコントローラの異常を検出できる。その結果、マイクロコントローラの誤動作、誤不動作を未然に防ぐことができる。また、演算途中の出力データを比較判定することにより、マイクロコントローラのどの部分に異常があるかを検出できるようになる。

また、マイクロコントローラ内にチップ内温度を検出する温度センサを設け、この温度センサからマルチプレクサと演算手段を介して信号を出力するように構成し、監視手段でマイクロコントローラの相対温度差を監視し、この相対温度差が規定値を超えたとき、異常警報を発報するようにすることもできる。これにより、マイクロコントローラに異常発生の予兆があることが分かる。また、定期的に、例えば１日１回、相対温度差をデータとして記録しておくことによりマイクロコントローラの劣化傾向を知ることができる。

また、本発明において、マイクロコントローラを４つ備え、保護指令出力手段は、２つ１組として各マイクロコントローラの出力のアンドをとり、各組のアンド出力のオアで保護指令を出力するように構成することもできる。これにより、格別な監視手段を設けなくてもマイクロコントローラの誤動作のみならず誤不動作も防止できる。すなわち、電力系統に異常が発生し、一方の組のマイクロコントローラが動作しなくても、他方の組のマイクロコントローラが正常であれば保護指令を出力でき、ディジタル保護リレーとして正常に動作するのでより信頼度を高めることができる。

さらに、多重化された複数のマイクロコントローラは、複数のアナログフィルタ手段の出力データを共用するように構成することができる。この場合、各マイクロコントローラは、アナログ交流電気量の基本波の整数倍の高調波信号を生成する高調波生成手段と、この高調波信号をアナログ量に変換するディジタル／アナログ変換手段と、このディジタル／アナログ変換手段の出力をアナログ交流電気量に加算してアナログフィルタに入力する手段とを備え、アナログ／ディジタル変換手段の出力から高調波信号の成分を演算手段により抽出して、アナログフィルタの異常の有無を判定するように構成することもできる。

これにより、アナログフィルタの正常、異常が判断でき、誤動作を防止できることからアナログフィルタを共用化できる。すなわち、このアナログフィルタは高周波領域を除去するローパス形なのでアナログフィルタが正常ならば高調波が加算された信号がアナログフィルタを通過した後は高調波は除去されているはずである。よって、アナログフィルタを通過した信号から演算手段により高調波成分を抽出してこの高調波成分が存在すればアナログフィルタに異常があると判断できるのでアナログフィルタ共用による誤動作を防止でき、ディジタル保護リレーの信頼度を確保しつつ構成を簡素化できる。

この場合において、ディジタル／アナログ変換手段とアナログ／ディジタル変換手段とを同期して駆動させ、各マイクロコントローラのディジタル／アナログ変換手段から出力される高調波信号をアナログフィルタ手段をバイパスして前記マルチプレクサを介してアナログ／ディジタル変換手段に入力し、演算手段は、アナログ／ディジタル変換手段から出力されるアナログフィルタ手段を通した高調波信号と、アナログフィルタ手段をバイパスした高調波信号とを比較して、アナログフィルタの異常の有無を判定するように構成することもできる。

本発明によれば、ディジタル保護リレーの信頼度を確保しつつ、ハードウェア及びプログラムの構成を簡素化できる。

以下、本発明のディジタル保護リレーの実施例について図面を参照して説明する。

図１は、本発明のディジタル保護リレーの第１の実施例を示す構成図である。
図１に示すように、本実施例のディジタル保護リレーは、入力変換器１から出力される電力系統の複数のアナログ交流電気量を取り込んで、折り返し誤差防止のために帯域制限する複数のアナログフィルタ２（２ａ、２ｂ）と、アナログフィルタ２の出力を取り込んで保護リレー演算を実行するマイクロコントローラ（ＭＣＵ）３（３ａ、３ｂ）とを、それぞれ二重化して形成されている。また、各ＭＣＵ３ａ、３ｂを同一のクロックにより動作させるクロックを発生するクロック信号源１９と、監視コントローラ２１を備えて構成されている。さらに、各ＭＣＵ３ａ、３ｂの演算手段から出力される演算結果を出力するリレードライバ１６ａ、１６ｂと補助リレー１７ａ、１７ｂとを有し、各補助リレー１７ａ、１７ｂの接点信号を直列に接続して、それらの演算結果のアンドにより保護指令を生成する保護指令出力手段が構成されている。なお、入力変換器１のみを各ＭＣＵ３ａ、３ｂの共用としているのは、入力変換器１の故障率が他の部品に比べて著しく低いことからコストを抑えるためである。また、図１の破線により囲まれた部品は、一つの基板に搭載されていることを示している。

ＭＣＵ３ａ、３ｂは、ハードウェア及びソフトウェアが同一に構成されている。したがって、ＭＣＵ３ａを例にして、内部構成を説明する。入力変換器１を介して取り込まれる複数の電力系統信号は、アナログフィルタ２ａによりフィルタ処理されて、ＭＣＵ３ａのマルチプレクサ４に入力されるようになっている。また、マルチプレクサ４には、ＭＣＵ３ａに設けられ、チップ内の温度を検出する温度センサ５の出力信号が入力されている。マルチプレクサ４は、それらの入力信号を順次選択してアナログ／ディジタル変換器６に順次出力するようになっている。アナログ／ディジタル変換器６は、マルチプレクサ４の出力信号を取り込み、ディジタル信号に変換して変換データレジスタ７に出力する。

ＣＰＵコア８は、内部バス９により変換データレジスタ７、不揮発性メモリ１０、ワークメモリ１１、外部インターフェース１２、ＣＡＮコントローラ１３に接続されている。ＣＡＮコントローラ１３は、シリアルバスドライバ１４ａを介してシリアルバス１５に疎結合により接続されている。外部インターフェース１２は、リレードライバ１６ａに接続されている。ＭＣＵ３ａには、タイミング制御回路１８が内蔵され、クロック信号源１９のクロック信号を取り込んで、ＭＣＵ３ａを構成する部品の動作タイミングを制御するようになっている。また、ＭＣＵ３ａの外部には、クロック信号源１９のクロック信号を監視するクロック監視２０が設けられている。

一方、監視コントローラ２１は、シリアルバスドライバ１４を介してシリアルバス１５に接続されている。監視コントローラ２１には、表示操作パネル２２と、リレードライバ２３が接続されている。リレードライバ２３は、監視コントローラ２１の出力信号により補助リレー２４を動作するようになっている。

次に、このように構成される実施例の動作について説明する。図２は図１のシステムの動作を説明するための処理手順のフロー図である。図２において、破線Ａで囲まれた部分はＭＣＵ３ａにて実行する処理Ａであり、破線Ｂで囲まれた領域はＭＣＵ３ｂにて実行する処理Ｂである。また、破線Ｃで囲まれた監視コントローラ２１にて処理Ｃである。

まず、入力変換器１は電力系統からの複数の電圧、電流信号を取り込み、取り込んだ信号を複数の電圧信号に変換して信号の数に対応する複数のアナログフィルタ２ａ、２ｂに出力する（Ｂ１）。複数のアナログフィルタ２ａ、２ｂはサンプリング時の折り返し誤差を防止するために、複数の電圧信号の帯域制限を行う（Ｂ２）。すなわち、折り返し誤差となる周波数領域を低減させる。アナログフィルタ２ａ、２ｂは、演算増幅器と抵抗、コンデンサにて構成するアクティブフィルタとし、フィルタ特性は高周波領域を除去するローパス形とする。アナログフィルタ２ａ、２ｂの出力を対応するＭＣＵ３ａ及びＭＣＵ３ｂのそれぞれのマルチプレクサ４に入力する。

処理Ａにおいて、マルチプレクサ４は、アナログフィルタ２ａの出力信号とチップ内の温度を検出する温度センサ５の電圧信号を、予め定めた定周期の切り替えタイミングで切り替えて取り込み（Ｂ３）、アナログ／ディジタル変換器６に出力する。アナログ／ディジタル変換器６は、マルチプレクサ４の出力信号をサンプリング周期に従ってアナログ／ディジタル変換し（Ｂ４）、変換データを変換データレジスタ７に蓄積する（Ｂ５）。変換データレジスタ７は、例えば電気角７．５°のデータを４サンプル分格納するなど複数のサンプリング分のデータを蓄積する。

変換データレジスタ７に複数のサンプリング分のデータが蓄積されると、ＣＰＵコア８は不揮発性メモリ１０に予め格納された保護リレー演算プログラムを取り込み、変換データレジスタ７に格納された複数のデータに対して、ワークメモリ１１などを使用して、高調波除去用のディジタルフィルタ演算を行い（Ｂ６）、その後、保護演算及び保護シーケンス処理等を実施する（Ｂ７）。

次に、演算途中を含む保護演算結果をＣＡＮバス等のシリアルバス１５上に出力する（Ｂ８）。この演算結果は、取り込んだ信号の実効値ベースの演算値やインピーダンス演算値等の演算途中結果と、最終的な演算結果であるリレー出力情報である。一般的に、ＣＡＮバスはマルチマスタ的にシリアルバスを占有することができるため、バスを調停する特別の別置のコントローラ手段は必要ない。ただし、先着した信号が優先され、同時の場合には優先度の高い属性の信号が優先されるため、例えば、ＭＣＵ３ａの出力を予め優先度を高く設定することでバスの調停をスムーズにすることが可能である。

シリアルバス１５に出力後、トリップ出力処理を実施し、保護演算で電力系統事故と判断した場合、外部インターフェース１２を介して、リレードライバ１６ａに信号を出力し、補助リレー１７aを閉じる動作をする（Ｂ９）。

上記した処理Ａと同一の処理Ｂを、ＭＣＵ３ｂでも同一タイミングにて実施する。この同一タイミングを実現するために、クロック信号源１９を設けている。クロック信号源１９は、ＭＣＵ３ａ及びＭＣＵ３ｂの双方のタイミング制御回路１８と接続されていて、ＭＣＵ３ａ及びＭＣＵ３ｂでクロック信号を共用し、双方の保護リレー演算プログラムを同一のタイミングで動作させる。クロック監視２０は、クロック信号源１９が不良の場合に双方の出力を停止させるようになっている。図示していないが、クロック信号源１９が不良となった場合は、ＭＣＵ３a及びＭＣＵ３ｂを停止させると共に、警報を外部に発報するようにする。

また、タイミング制御回路１８は、外部のクロック信号源１９からのクロック信号を取り込んで、マルチプレクサ４の切り替えタイミングやアナログ／ディジタル変換タイミング、及びＣＰＵコア８に対する動作起動用の割り込み信号等を生成する。例えば、アナログ／ディジタル変換タイミングを電気角７．５°周期、保護演算タイミングを電気角３０°周期というように定周期起動タイミングを生成する。タイミングの詳細は後述する。

最終出力として、ＭＣＵ３ａ及びＭＣＵ３ｂのトリップ出力は、リレードライバ１６ａ、１６ｂを介して補助リレー１７ａ、１７ｂのａ接点を閉じ、それらの動作のアンドをとることにより保護指令であるトリップ指令を出力する（Ｂ１０）。すなわち、ＭＣＵ３ａ及びＭＣＵ３ｂ双方の演算結果が一致して同じ動作をしなければ保護指令が出力されない。

以上説明したように、本実施例によれば、複数の同一構成のＭＣＵ３ａ及びＭＣＵ３ｂを用い、同一のプログラムで同一のクロックにより保護リレー演算を実行していることから、各ＭＣＵ３ａ及びＭＣＵ３ｂが正常であれば演算結果は同一になる。したがって、各ＭＣＵ３ａ及びＭＣＵ３ｂの演算結果のアンドをとることにより、多重化されたアナログフィルタもしくはマイクロコントローラの異常によって誤った保護指令が出力されるのを防止できるので信頼性を確保できる。

また、ＭＣＵ３ａ及びＭＣＵ３ｂを同一構成及び同一プログラムで形成できるので構成を簡素化できる。さらに、各ＭＣＵ３ａ及びＭＣＵ３ｂで行っていた異常監視処理プログラムは必要がないのでよりプログラム構成を簡素化できる。

一方、監視コントローラ２１では、処理Ｃに示した監視処理を実施するため、監視コントローラ２１をＭＣＵ３a及びＭＣＵ３ｂが接続されたシリアルバス１５に疎結合する。監視コントローラ２１は、ＭＣＵ３ａ及びＭＣＵ３ｂが出力したデータの健全性の監視と、表示操作パネル２２を介したヒューマンインターフェース（ＨＭＩ）処理を行うもので、例えば、整定変更、設定表示、内部データ表示等が主な処理内容である。データの健全性の監視とは、ＭＣＵ３ａ及びＭＣＵ３ｂが定周期に出力する演算途中を含む演算出力の一致又は不一致を監視するものである（Ｂ１１）。ここで言う不一致とは、アナログ回路のばらつきや過渡応答のばらつきを許容した範囲を超えて不一致である場合をいう。一般的には、保護リレー精度は整定値の５％以内で規定されるため、５％を逸脱して不一致となりかつ、不一致期間が所定時間、例えば、保護リレー動作時間による制約内を超える場合に異常と判断する。異常と判断した場合、リレードライバ２３に信号を印加し、補助リレー２４のｂ接点を開き警報を発報する（Ｂ１２）。

また、監視コントローラ２１は、ＭＣＵ３ａ及びＭＣＵ３ｂの温度センサ５が出力した信号を監視して双方の温度差が規定値を超えたときに、リレードライバ２３に信号を印加し、補助リレー２４のｂ接点を開き警報を発報する。なお、補助リレーのｂ接点は、正常時は接点が閉じており、異常時や電源切断時に開くことで装置外部に報知することができる。

以上説明したように、本実施例の監視コントローラ２１によれば、ＭＣＵ３ａ及びＭＣＵ３ｂの演算途中を含む演算結果の出力データを監視し、この出力データの差を検出して本来同一である各マイクロコントローラの出力データに規定値を超える差がある場合は、ＭＣＵ３ａ又はＭＣＵ３ｂの異常を検出できる。その結果、ＭＣＵ３ａ又はＭＣＵ３ｂの誤動作、誤不動作を未然に検知して、誤った保護指令が出力されるのを防ぐことができる。また、演算途中の出力データを比較判定することにより、ＭＣＵ３ａ又はＭＣＵ３ｂのどの部分に異常があるかを検出できる。

また、ＭＣＵ３ａ及びＭＣＵ３ｂ内に温度センサ５を設けているので、監視コントローラ２１によりＭＣＵ３ａとＭＣＵ３ｂの温度差を監視し、この温度差が規定値を超えたときＭＣＵ３ａ又はＭＣＵ３ｂに異常発生の予兆があることを判断できるから、装置が健全のうちに計画的に基板交換ができる。また、定期的に、例えば１日１回、温度差をデータとして記録しておくことによりＭＣＵ３ａ及びＭＣＵ３ｂの劣化傾向を知ることができる。

図３は、本実施例のタイミング例を説明する図である。アナログ信号のサンプリング周期は電気角７．５°にて行い、アナログ／ディジタル変換させ、変換データレジスタ７に７．５°毎に変換データを例えば電気角３０°分を格納する。

ＭＣＵ３ａ及びＭＣＵ３ｂにおいて、入力処理Ｔ１、ディジタルフィルタ演算処理Ｔ２、保護演算―保護シーケンス処理Ｔ３、シリアルバス上への出力処理Ｔ４とトリップ出力処理Ｔ５を３０°以内に実行するものとし、これら一連の処理を繰り返し実行するようにしている。

ディジタルフィルタ演算処理Ｔ２は、７．５°のデータ４個を用いてディジタルフィルタ演算４回実行するようにし、３０°に一回の割合で保護演算データを生成するように動作させるものである。シリアルバス１５への出力は、ＭＣＵ３ａからＭＣＵ３ｂの順となるように、予め、優先度を設定しておく。監視コントローラ２１は、ＭＣＵ３ａとＭＣＵ３ｂの出力の監視を、保護演算周期に１回は実行するようにする。ａ接点とｂ接点では、補助リレーの動作時間が少なからず異なる（ｔ_ＲＹａ、ｔ_ＲＹｂ）ため、双方のアンド条件が成立することにより最終トリップ出力となる。

（実装例）
図４に、本発明のディジタル保護リレーのユニット実装例を示す。図４（a）のディジタル保護リレーユニットは、ユニット筐体本体２５内に、電源基板２６と、入力変換基板２７と、演算基板２８と、HI（Human Interface：ヒューマンインターフェイス）パネル基板２９と、監視コントローラ基板３０を収納して構成されている。図４（ｂ）は、図４（ａ）の構成に、演算基板２８をさらに一枚追加した構成例であり、後述するように誤動作のみならず、誤不動作も防止するための実施例２の実装例である。

図４（ｃ）は、演算基板２８の実装例である。図示のように、演算基板のプリント基板３１、入力信号用のアナログ入力コネクタ３２、電源供給コネクタ３３、アナログフィルタ３４、２台のＭＣＵ３５、ディジタル入力回路３６、リレードライバ３７、補助リレー３８、ディジタル入力用コネクタ３９、補助リレー出力用コネクタ４０を、１つの基板に搭載して構成されている。

以上説明した実装例では、同一基板内に２つのリレー演算ユニットをそれぞれ独立して実装することができ、大幅な小型化が実現できる。

図５に、本発明の第２の実施例のディジタル保護リレーの構成を示す。本実施例が、実施例１と相違する点は、ＭＣＵを４つ備え、２つ１組として各マイクロコントローラの出力のアンドをとり、各組のアンド出力のオアで保護指令を出力するようにしたものであり、誤動作のみならず、誤不動作をも防止することができる点にある。ＭＣＵ３ａ、ＭＣＵ３ｂ、ＭＣＵ３ｃ、ＭＣＵ３ｄは、実施例１と同様、同一の保護リレー演算プログラムが実装され、かつ、図示していないが、ＭＣＵ３ａ〜３ｄを同一のクロックにより動作させるクロックを発生するクロック信号源が設けられている。これにより、ＭＣＵ３ａ〜３ｄの出力は、ほぼ同じ出力を得ることが可能である。また、ＭＣＵ３ａ〜３ｄは、シリアルバス１５に疎結合されている。なお、図５中の他のブロック図については、前述した図１のものと同じであるため、詳細な説明は省略する。

ＭＣＵ３ａ〜３ｄの出力は、それぞれ補助リレー１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄを駆動する。補助リレー１７ｃ、１７ｄのａ接点は直列に接続され、かつ、補助リレー１７ａ、１７ｂの直列接続されたａ接点に並列に接続されている。つまり、ＭＣＵ３ａとＭＣＵ３ｂの組の出力のアンドをとり、ＭＣＵ３ｃとＭＣＵ３ｄの組の出力のアンドをとり、それらのアンドのオアを保護指令として出力するようになっている。

これにより、本実施例によれば、格別な監視手段を設けなくても入力変換器を除く単一部品不良での誤動作、誤不動作が防止できる。すなわち、電力系統に異常が発生した時、一方の組のマイクロコントローラが異常により動作しなくても、他方の組のマイクロコントローラが正常であれば保護指令を出力でき、ディジタル保護リレーとして正常に動作するのでより信頼度を高めることができる。

図６は、ＭＣＵ３ａ〜ＭＣＵ３ｄに保護リレー演算プログラムを転送して内蔵させる動作例を示すものである。可搬ＨＩ２５から保護リレー演算プログラムを転送する際に、ＭＣＵ３ａ〜ＭＣＵ３ｄに個別に保護リレー演算プログラムを格納してもよいが、同一プログラムを格納するにあたり、１回で転送できればローディングの手間が大幅に省ける。そこで、図６では、可搬ＨＩ２５から監視コントローラ２１に対し保護リレー演算プログラム２６を転送し、監視コントローラ２１からＭＣＵ３ａ〜ＭＣＵ３ｄにそれぞれ転送するようにすることで省力化を図ることができる。

図７に、本発明の第３の実施例のディジタル保護リレーの構成を示す。本実施例が、実施例１と相違する点は、アナログフィルタを多重化せず、ＭＣＵ３ａ及びＭＣＵ３ｂで一つのアナログフィルタ２を共用し、アナログフィルタ２の正常又は異常を検知する手段を設けたことにある。アナログフィルタ２の正常・異常検知手段は、ＭＣＵ３ａ、３ｂ内に、それぞれディジタル信号をアナログ信号に変換するディジタル／アナログ変換器２７と、ディジタル／アナログ変換器２７にデータを格納するためのバッファレジスタ２８、ディジタル／アナログ変換器２７からのアナログの監視信号（例えば、高調波信号）２９を入力変換器１から出力された信号に加算する加算器３０とを備え、また、監視信号２９をアナログフィルタ２をバイパスしてマルチプレクサ４を介してアナログ／ディジタル変換器６に入力するようになっていることである。なお、本実施例では、図１の温度センサ５、監視コントローラ２１を設けていないが、それらを設けてもよいのは言うまでもない。

図８を用いて、本実施例のアナログフィルタ２の正常・異常検知手段の動作を説明する。図８（ａ）において、入力信号３１にアナログの監視信号２９、例えば１２倍高調波を加算する。ここで、監視信号２９は、バッファレジスタ２８に格納された例えば１２倍高調波の波形データを、クロックに従ってディジタル／アナログ変換器２７により読み出し、ディジタルに変換して生成される。監視信号２９が重畳された入力信号３１は、アナログフィルタ２に入力されてフィルタ処理される。アナログフィルタ２から出力される入力信号３１はアナログ／ディジタル変換器６にてアナログ／ディジタル変換される。

アナログ／ディジタル変換器６から出力される監視信号２９が重畳された入力信号３１は、ディジタルフィルタ（ＤＦ１）３２とディジタルフィルタ（ＤＦ２）３３にそれぞれ入力される。ディジタルフィルタＤＦ１は、低次の高調波を除去して入力信号３１をＣＰＵコア８の保護演算３４に出力する。ディジタルフィルタＤＦ２は、入力信号３１に重畳された高調波の監視信号２９を抽出して、ＣＰＵコア８の監視処理３５に出力する。

図８（ｂ）に、監視信号２９が重畳された入力信号３１のスペクトルとフィルタの特性を示す。同図（ｂ−１）は、入力信号の基本波及び監視信号のスペクトル例、同図（ｂ−２）はディジタルフィルタＤＦ１の特性例、同図（ｂ−３）はディジタルフィルタＤＦ２の特性例をそれぞれ示す。

図８（ｃ）はディジタル／アナログ変換タイミング、アナログ／ディジタル変換タイミング及び保護演算起動タイミングの例を示す。図示例のように、ディジタル／アナログ変換、アナログ／ディジタル変換、保護演算起動を同期させることにより、監視信号のサンプル値を同タイミングにすることが可能となる。

一例として、図８（ｄ）に、ディジタルフィルタＤＦ２の出力波形例を示す。図示のように、電気角７．５°でサンプリングすると、第１２倍高調波信号は常に一定の関係となる１周期４サンプルのデータがサンプルされることになる。また、第１２倍高調波信号と電気角７．５°のサンプリングタイミングは、同一チップ内のタイミング制御回路１８にて生成されるため、常に同期しており、同一クロックで動作することから周波数ずれによるデータの変動がない。そこで、この同期性を監視することにより、予め一定の関係でデータを取得することが可能であるため、正常、異常の高速な判定が可能である。

図９は、本実施例のディジタル保護リレーの動作のタイミング例を示すものである。図示のように、アナログ信号のサンプリング周期は、電気角７．５°にて行い、アナログ／ディジタル変換させ変換データレジスタ６に７．５°毎に変換データを、例えば電気角３０°分を格納する。

ＭＣＵ３ａ及びＭＣＵ３ｂにおいては、電気角７．５°及び電気角３０°毎に演算起動信号を発生する。この演算起動信号は、ＭＣＵ３ａ及びＭＣＵ３ｂ内に備えたタイミング制御回路１８にて生成される。

監視信号２９をディジタル／アナログ変換するために、このディジタル／アナログ変換処理Ｔ１は、７．５°毎に実施する。入力処理Ｔ２、ディジタルフィルタ演算処理Ｔ３、保護演算―保護シーケンス処理及びシリアルバス上への出力処理Ｔ４を３０°以内に実行するものとし、これら一連の処理を繰り返し実行するものである。ディジタルフィルタ演算処理Ｔ２は７．５°のデータ４個を用いてディジタルフィルタ演算を４回実行するようにし、３０°に一回の割合で保護演算用データを生成するように動作させる。

以上説明したように、本実施例によれば、正常なローパス形のアナログフィルタ２で処理された信号には高調波が存在しないはずなので、アナログフィルタ２で処理された信号の監視信号成分をディジタルフィルタ２により抽出し、監視信号成分の有無を監視することでアナログフィルタ２の異常の有無を判断できる。

つまり、アナログフィルタ２で処理された監視信号２９とアナログフィルタ２をバイパスしてマルチプレクサ４に出力された監視信号とから高調波成分をディジタルフィルタＤＦ１、ＤＦ２により抽出し、双方の高調波成分を比較することによりアナログフィルタ２の異常を判断することもできる。これにより、アナログフィルタ２の共用による誤動作を防止できるのでディジタル保護リレーを簡素化できる。

図１、図５又は図７において、ＭＣＵ３ａ及びＭＣＵ３ｂは、全く同じ保護リレー演算プログラムを実行させ、その演算結果を照合することを条件に説明した。しかし、これに代えて、ＭＣＵ３ａ及とＭＣＵ３ｂで異なる保護リレー演算プログラムを実装して動作させることも、応用例としては考えられる。

本発明の実施例１のディジタル保護リレーのブロック構成図である。 実施例１のディジタル保護リレーの処理フロー構成図である。 実施例１のディジタル保護リレーの動作を示すタイミングチャート例である。 実施例１のディジタル保護リレーの実装例である。 本発明の実施例２のディジタル保護リレーのブロック構成図である。 実施例２におけるプログラムローディングの概念図である。 本発明の実施例３のディジタル保護リレーのブロック構成図である。 実施例３の信号処理構成図である。 実施例３の動作を示すタイミングチャート例である。

符号の説明

１ 入力変換器
２、２ａ、２ｂ アナログフィルタ
３、３ａ、３ｂ マイクロコントローラ
４ マルチプレクサ
５ 温度センサ
６ アナログ／ディジタル変換器
７ 変換データレジスタ
８ ＣＰＵコア
９ 内部バス
１０ 不揮発性メモリ
１１ ワークメモリ
１２ 外部インターフェース
１３ ＣＡＮコントローラ
１４ シリアルバスドライバ
１５ シリアルバス
１６ａ、ｂ リレードライバ
１７ａ、ｂ 補助リレー
１８ タイミング制御回路
１９ クロック信号源
２０ クロック監視
２１ 監視コントローラ

Claims (6)

1. 電力系統の複数のアナログ交流電気量をそれぞれ入力変換器を介して取り込んで、折り返し誤差防止のために帯域制限する複数のアナログフィルタ手段と、該複数のアナログフィルタ手段の出力を取り込んで保護リレー演算を実行するマイクロコントローラとが、それぞれ多重化して設けられ、
   多重化された各マイクロコントローラは、それぞれ対応する多重化された前記複数のアナログフィルタ手段の出力を取り込んで切り換えて順次出力するマルチプレクサと、該マルチプレクサの出力をディジタル量に変換するアナログ／ディジタル変換手段と、該アナログ／ディジタル変換手段の出力に基づいて保護リレー演算プログラムに従って前記保護リレー演算を実行する演算手段と、前記保護リレー演算プログラムが格納されたメモリとをそれぞれ一つのチップ内に実装して同一に構成され、
   前記各マイクロコントローラを同一のクロックにより動作させるクロック発生手段と、前記各マイクロコントローラの演算手段から出力される演算結果のアンドにより保護指令を生成する保護指令出力手段とを有してなるディジタル保護リレー。
2. 請求項１に記載のディジタル保護リレーにおいて、
   前記各マイクロコントローラは、演算途中を含む演算結果の出力データをシリアルバスに出力するように形成され、
   前記シリアルバスに接続して監視手段を設け、該監視手段は、複数の前記各マイクロコントローラの出力データを監視し、該出力データの差を検出して、該差が規定値を超えたときに異常警報を発報するようにしたことを特徴とするディジタル保護リレー。
3. 請求項２に記載のディジタル保護リレーにおいて、
   前記各マイクロコントローラ内にチップ内温度を検出する温度センサを設け、該温度センサから前記マルチプレクサと演算手段とを介して信号をシリアルバスに出力するように構成し、前記監視手段は前記各マイクロコントローラの温度差を監視し、該温度差が規定値を超えたときに異常警報を発報するようにしたことを特徴とするディジタル保護リレー。
4. 請求項１に記載のディジタル保護リレーにおいて、
   前記マイクロコントローラを４つ備え、前記保護指令出力手段は、２つ１組として各マイクロコントローラの出力のアンドをとり、各組のアンド出力のオアで保護指令を出力するようにしたことを特徴とするディジタル保護リレー。
5. 電力系統の複数のアナログ交流電気量をそれぞれ入力変換器を介して取り込んで、折り返し誤差防止のために帯域制限する複数のアナログフィルタ手段と、該複数のアナログフィルタ手段の出力をそれぞれ取り込んで保護リレー演算を実行する多重化された複数のマイクロコントローラとが設けられ、
   多重化された各マイクロコントローラは、それぞれ前記複数のアナログフィルタ手段の出力を取り込んで切り換えて順次出力するマルチプレクサと、該マルチプレクサの出力をディジタル量に変換するアナログ／ディジタル変換手段と、該アナログ／ディジタル変換手段の出力に基づいて保護リレー演算プログラムに従って前記保護リレー演算を実行する演算手段と、前記保護リレー演算プログラムが格納されたメモリと、前記アナログ交流電気量の基本波の整数倍の高調波信号を生成する高調波生成手段と、該高調波信号をアナログ量に変換するディジタル／アナログ変換手段と、該ディジタル／アナログ変換手段の出力を前記アナログ交流電気量に加算して前記アナログフィルタに入力する手段とをそれぞれ一つのチップ内に実装して同一に構成され、
   前記各マイクロコントローラを同一のクロックにより動作させるクロック発生手段と、前記各マイクロコントローラの演算手段から出力される演算結果のアンドにより保護指令を生成する保護指令出力手段と、
   前記演算手段は、前記アナログ／ディジタル変換手段の出力から前記高調波信号の成分を抽出して前記アナログフィルタの異常の有無を判定するディジタル保護リレー。
6. 請求項５に記載のディジタル保護リレーにおいて、
   前記ディジタル／アナログ変換手段と前記アナログ／ディジタル変換手段とを同期して駆動させ、前記各マイクロコントローラの前記ディジタル／アナログ変換手段から出力される高調波信号を前記アナログフィルタ手段をバイパスして前記マルチプレクサを介して前記アナログ／ディジタル変換手段に入力し、
   前記演算手段は、前記アナログ／ディジタル変換手段から出力される前記アナログフィルタ手段を通した高調波信号と、前記アナログフィルタ手段をバイパスした高調波信号とを比較して、前記アナログフィルタの異常の有無を判定することを特徴とするディジタル保護リレー。

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