JP2021514173A - セルフパワー継電器、及びこれの誤動作防止方法 - Google Patents

Abstract

セルフパワー継電器、及びこれの誤動作防止方法について開示する。本発明のセルフパワー継電器は、送配電線路や電力系統の系統電力をソース電力として用いて、予め設定された駆動電源レベルに変換することにより、自ら駆動電源を生成するセルフパワー発生部、及び駆動電源によって動作し、送配電線路や電力系統の系統電力量を計測して、故障発生時、負荷に伝送される系統電力を遮断し、セルフパワー発生部のソース電力変化をリアルタイムでモニターして、異常発生時、セルフパワー発生部と自らの継電動作を中断させる継電動作部、とを含むところ、自己駆動電源を生成するためのソース電流及び電圧の不安定な状態を確認することで、誤動作を防ぐことができる。

Description

本発明は、継電動作を行う際、送配電線路や電力系統の電力を自己駆動電源に用いるようにし、自己駆動電源を生成するためのソース電流及び電圧の不安定な状態を確認することで、誤動作を防ぐようにしたセルフパワー継電器、及びこれの誤動作防止方法に関する。

送配電線路、電力系統、特定の電力設備等に故障が発生すれば、過電圧、不足電圧、過電流、周波数の変動等が生じて、電力供給に支障をもたらし、設備にも悪影響を及ぼすようになる。このため、故障初期に迅速に故障区間を電力設備等と分離して、故障による悪影響を最小限にする必要がある。

このために、送配電線路や電力系統等には故障有無をリアルタイムで感知して、故障発生時、早く遮断器等を動作させるための装置が構成されている。このように、送配電線路や電力系統の電力を感知して、故障発生時、電力を遮断させるための装置としては、デジタル保護継電器、電源管理ユニット、電力計測器等が用いられる。

デジタル保護継電器、電源管理ユニット、電力計測器等は、電流変成器と電圧変成器等を用いて、送配電線路や電力系統等のアナログ電圧を検出する。そして、アナログ−デジタル変換器を通じてアナログ検出電圧をデジタル値に変換し、知能型電子装置等を用いて送配電線路や電力系統等の故障を診断する。

従来のデジタル保護継電器等は、外部から別途定格電源を入力されて、自己駆動電源に用いた。

具体的には、従来のデジタル保護継電器等は、外部から別途２２０Ｖ／１１０Ｖ等の定格電源が入力されると、これを１２Ｖ／５Ｖ等に変換して、自己駆動電源に用いた。この際は、定格電源の過電圧や過電流等の影響を最小限にするために、１２Ｖ／５Ｖ等に変換された駆動電源の電圧又は電流量を予め設定された基準電圧や電流量と比較して、異常有無を確認しており、異常発生時、フェイル信号を発生させて、全体動作が中断するようにした。

しかしながら、従来のデジタル保護継電器等は、外部から別途定格電源を入力される構造で構成されたため、各々の継電器ごとに別途定格電源を連結しなければならず、定格電源を連結しにくい所には設置することができない等の問題があった。

このため、最近は、送配電線路や電力系統に伝送される系統電力を自己駆動電源に変換して使用できるようにする方案が提案されたりもした。しかし、系統電力を自己駆動電源に変換して使用すると、系統電力が不安定になる影響を大きく受けるため、安定して適用しにくい問題があった。また、系統電力が不安定になり、継電器の安定した動作に足りる電源の供給がなされなければ、継電器のオン／オフ動作が繰り返されるため、その安全性が低下しかねない。

本発明は、上記のような問題点を解決するためのものであって、継電動作を行う際、送配電線路や電力系統の電力を自己駆動電源に用いるようにする。また、自己駆動電源を生成するためのソース電流及び電圧が不安定になる状態をリアルタイムで確認することで、誤動作を防ぐようにしたセルフパワー継電器、及びこれの誤動作防止方法を提供することにその目的がある。

課題を解決しようとする手段

前述したような目的を達成するために、本発明の実施形態によるセルフパワー継電器は、送配電線路や電力系統の系統電力をソース電力として用いて、予め設定された駆動電源レベルに変換することにより、自己駆動電源を生成するセルフパワー発生部、及び駆動電源によって動作し、送配電線路や電力系統の系統電力量を計測して、故障発生時、負荷に伝送される系統電力を遮断し、前記セルフパワー発生部のソース電力の変化をリアルタイムでモニターして、異常発生時、前記セルフパワー発生部と自らの継電動作を中断させる継電動作部、を含む。

継電動作部は、セルフパワー発生部のソース電力として用いられる３相系統電力の電流変化を予め設定された周期でそれぞれサンプリングし、予め設定されたサンプリング個数による３相系統電流のサンプリング値を差分して、前記３相系統電流の変化をリアルタイムでモニターし、予め設定された複数の異常発生条件によって３相系統電流の異常発生が判断されると、フェイル信号（Ｆａｉｌ Ｓｉｇｎａｌ）を発生させて、自らの継電動作と前記セルフパワー発生部の動作を中断させる。

継電動作部は、フェイル信号の発生による継電動作の中断後は、継電動作の中断による他のサンプリング条件で、前記３相系統電流をサンプリングし、他のサンプリング条件でサンプリングされたサンプリング値を差分して、前記３相系統電流の変化をリアルタイムでモニターし、予め設定された複数の異常発生条件に符合しなくなると、自らの継電動作と前記セルフパワー発生部の動作を正常に行わせる。

継電動作の中断による他のサンプリング条件は、３相系統電流の異常有無を判断するためのサンプリング周期よりさらに短い周期と設定され、前記サンプリング周期別サンプリング数よりさらに多くの数でサンプリングされるように設定される。

複数の異常発生条件は、３相系統電流のサンプリング値が、予め設定された期間や周期の間に同じ符号に維持される条件、３相系統電流のサンプリング値が、予め設定された期間や周期の間に同じ勾配に変化する条件、３相系統電流のサンプリング値が、予め設定された期間や周期の間に同じ大きさに増加するか減少する条件、及び３相系統電流のサンプリング値が、予め設定された期間や周期の間に同様に維持される条件、のうち少なくとも一つの条件で予め設定される。

セルフパワー発生部は、送配電線路や電力系統の３相系統電力をソース電力として入力されるソース電力入力部、３相系統電力の３相系統電圧と電流を整流する整流スイッチング回路部、整流した３相系統電圧を予め設定された定電圧レベルに可変する電圧変換部、及び定電圧レベルに可変された３相系統電圧を直流電圧に可変して、前記駆動電源を生成し、駆動電源を前記継電動作部に提供するＤＣ変換部、とを含む。

継電動作部は、送配電線路や電力系統の故障発生時、前記負荷に伝送される系統電力を遮断する遮断器、セルフパワー発生部のソース電力として用いられる３相系統電力をリアルタイムでモニターして、前記異常発生時、フェイル信号を発生させる異常発生感知部、送配電線路や電力系統の系統電力量を計測して、故障発生時、前記遮断器の遮断動作を制御するとともに、前記フェイル信号発生時、自らの継電動作と前記セルフパワー発生部の動作を中断させる継電制御部、及びセルフパワー発生部から入力された駆動電源の電圧レベルを予め設定されたレベルに可変して、前記異常発生感知部と前記継電制御部の駆動電源に供給する自体電源部、とを含む。

前記異常発生感知部は、電流変成器と電圧変成器のうち少なくとも一つの変成器を用いて、前記ソース電力として用いられる３相系統電流及び電圧を検出する検出部、３相系統電力の電流変化を予め設定された周期でそれぞれサンプリングし、予め設定されたサンプリング個数による３相系統電流のサンプリング値を差分して、前記３相系統電流の変化をリアルタイムでモニターするモニタリング部、予め設定された複数の異常発生条件を貯蔵格納し、前記モニタリング部における前記異常発生条件によって、前記３相系統電流のサンプリング値を、差分結果をモニターできるように支援する条件格納部、及びモニタリング部における前記３相系統電流の異常発生が判断されると、フェイル信号を発生させて、前記継電制御部と前記セルフパワー発生部に伝送するフェイル判断部、を含む。

前述したような目的を達成するために、本発明の実施形態によるセルフパワー継電器の誤動作防止方法は、セルフパワー発生部において、送配電線路や電力系統の系統電力をソース電力として用いて、予め設定された駆動電源レベルに変換することにより、自ら駆動電源を生成するステップ、送配電線路や電力系統の系統電力量を計測して、故障発生時、負荷に伝送される系統電力を遮断するステップ、駆動電源によって前記セルフパワー発生部のソース電力の変化をリアルタイムでモニターして、異常発生と判断時、自らの継電動作と共に前記セルフパワー発生部の動作を中断させるステップを含む。

セルフパワー発生部と前記継電動作を中断させるステップは、セルフパワー発生部のソース電力として用いられる３相系統電力の電流変化を予め設定された周期でそれぞれサンプリングするステップ、予め設定されたサンプリング個数による３相系統電流のサンプリング値を差分して、前記３相系統電流の変化をリアルタイムでモニターするステップ、予め設定された複数の異常発生条件によって、前記３相系統電流の異常発生が判断されると、フェイル信号（Ｆａｉｌ Ｓｉｇｎａｌ）を発生させるステップ、及びフェイル信号に応じて前記継電動作と前記セルフパワー発生部の動作を中断させるステップを含む。

セルフパワー発生部の動作と前記継電動作を中断させるステップは、フェイル信号の発生による継電動作の中断後は、継電動作の中断による他のサンプリング条件で、前記３相系統電流をサンプリングするステップ、他のサンプリング条件でサンプリングされたサンプリング値を差分して、前記３相系統電流の変化をリアルタイムでモニターするステップ、及び予め設定された複数の異常発生条件に符合しなくなると、自らの継電動作と前記セルフパワー発生部の動作を正常に行わせるステップを含む。

前記自己駆動電源の生成ステップは、前記送配電線路や電力系統の３相系統電力をソース電力として入力されるステップ、前記３相系統電力の３相系統電圧と電流を整流するステップ、整流した３相系統電圧を予め設定された定電圧レベルに変換させるステップ、及び定電圧レベルに変換された３相系統電圧を直流電圧に変換して、前記駆動電源を生成し、前記駆動電源を継電動作部に提供するステップ、を含む。

前記負荷に伝送される系統電力を遮断するステップは、送配電線路や電力系統の系統電力量を計測して、故障発生時、前記遮断器の遮断動作を制御するとともに、フェイル信号発生時、自らの継電動作と前記セルフパワー発生部の動作を中断させるステップ、及びセルフパワー発生部から入力された駆動電源の電圧レベルを予め設定されたレベルに変換して、異常発生感知部と継電制御部の駆動電源として供給するステップを含む。

セルフパワー発生部と前記継電動作を中断させるステップは、電流変成器と電圧変成器のうち少なくとも一つの変成器を用いて、前記ソース電力として用いられる３相系統電流及び電圧を検出するステップ、３相系統電力の電流変化を予め設定された周期でそれぞれサンプリングし、予め設定されたサンプリング個数による３相系統電流のサンプリング値を差分して、前記３相系統電流の変化をリアルタイムでモニターするステップ、予め設定された複数の異常発生条件を格納し、前記モニタリング部における前記異常発生条件によって、前記３相系統電流のサンプリング値を、差分結果をモニターできるように支援するステップ、及びモニタリング部における前記３相系統電流の異常発生を判断すると、フェイル信号を発生させて、前記継電制御と前記セルフパワー発生部に伝送するステップ、を含む。

上記のような様々な技術の特徴を有する本発明のセルフパワー継電器、及びこれの誤動作防止方法は、継電動作を行う際、送配電線路や電力系統の電力を自己駆動電源に用いるようにする。このため、自己駆動電源を生成するためのソース電流及び電圧が不安定になる状態をリアルタイムでモニターして、電力系統の異常発生有無を確認することができる。

このため、セルフパワーを適用する際、ソース電力として用いられる系統電力に過電圧又は過電流が発生するか、十分な電力量が供給されなければ、リアルタイムでこれを感知して、継電器の誤動作を防ぐことができる。特に、本発明では、ソース電力として用いられる系統電力をモニタリングする時、ソフトウェア的なアルゴリズムを用いて系統電力の電力量変化を確認することができるため、雑音や誤サンプルの影響を最小限にすることができる。

また、ソース電力として用いられる系統電力の電流量の変化を予め設定された周期でサンプリングして、複数の条件で、異常有無を確認できるようにすることにより、異常検出の効率と継電器の安全性をさらに向上させることができる。

本発明の実施形態によるセルフパワー継電器を具体的に示した構成図。 図１に示された継電動作部及びセルフパワー発生部を具体的に示した構成図。 図２に示された異常発生感知部を具体的に示した構成図。 図３の異常発生感知部から検出された系統電力変化サンプリング信号をそれぞれ示した波形図。 本発明の実施形態によるセルフパワー継電器の動作方法を順次に説明するための手順図。

前述した目的、特徴及び長所は、添付の図面を参照して詳細に後述され、これによって、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明の技術的思想を容易に実施することができる。本発明を説明するにおいて、本発明に係る公知の技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にすると判断される場合には詳細な説明を省略する。以下では、添付の図面を参照して、本発明による好ましい実施形態を詳説する。図面における同じ参照符号は、同一又は類似の構成要素を示すことに使われる。

以下では、本発明のセルフパワー継電器、及びこれの誤動作防止方法について説明する。

図１は、本発明の実施形態によるセルフパワー継電器を具体的に示した構成図である。

図１に示されたセルフパワー継電器は、セルフパワー発生部２００及び継電動作部１００を含む。図面には、セルフパワー発生部２００と継電動作部１００とが別途構成された構成が示されているが、セルフパワー発生部２００は、継電動作部１００に含まれるように一体に構成されうる。

セルフパワー発生部２００は、送配電線路や電力系統の系統電力をソース電力として用いて、予め設定された駆動電源レベルに変換することにより、自己駆動電源を生成する。そして、生成された駆動電源は、継電動作部１００にリアルタイムで伝送される。

送配電線路や電力系統の系統電力が不安定になると、系統電力をソース電力として用いるセルフパワー発生部２００の駆動電源も不安定になりかねない。すなわち、系統電力が不安定になり、継電動作部１００の安定した動作に足りる電源が供給されないと、継電動作部１００が継続してオン／オフ動作を繰り返すようになるため、その安全性が低下しかねない。このため、セルフパワー発生部２００に入力されるソース電力の変化をリアルタイムでモニターして、ソース電力が不安定になる時は、継電動作部１００の自己駆動を事前に遮断することが好ましい。

このため、継電動作部１００では、セルフパワー発生部２００のソース電力の変化をリアルタイムでモニターして、異常発生時、セルフパワー発生部２００と自らの継電動作を中断させる。

継電動作部１００は、先ず、セルフパワー発生部２００からの駆動電源によって動作し、送配電線路や電力系統の系統電力量をリアルタイムで計測して、故障発生時、負荷３００に伝送される系統電力を遮断する動作を行う。そして、系統電力の故障発生時、外部の定格電源によって動作しつつ、負荷に伝送される系統電力を遮断しつつ、自らの継電動作とセルフパワー発生部２００の継電動作を中断させるようになる。

継電動作部１００は、送配電線路や電力系統の系統電力量の計測結果によって、負荷３００に伝送される系統電力を遮断する動作を行う。また、継電動作部１００は、セルフパワー発生部２００のソース電力の変化をリアルタイムでモニターして、異常発生時、セルフパワー発生部２００と自らの継電動作を中断させる。

具体的には、継電動作部１００は、セルフパワー発生部２００のソース電力として用いられる３相系統電力（Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ）の電流変化を予め設定された周期でそれぞれサンプリングする。そして、予め設定されたサンプリング個数による３相系統電流のサンプリング値を差分して、３相系統電流の変化をリアルタイムでモニターする。このとき、継電動作部１００は、管理者によって予め設定された複数の異常発生条件によって、３相系統電流の異常有無をリアルタイムで判断する。

継電動作部１００は、３相系統電流の異常発生が判断されると、フェイル信号（Ｆａｉｌ Ｓｉｇｎａｌ）を発生させて、自らの継電動作とセルフパワー発生部２００の動作を中断させる。

継電動作部１００は、３相系統電流の異常発生によって、継電動作とセルフパワー発生部２００の動作を中断させた後、３相系統電流が安定すれば、継電動作とセルフパワー発生部２００の動作をさらに行わせるように、３相系統電流をリアルタイムでモニターする。３相系統電流の異常が発生したとき、継電動作部１００は、外部からの定格電源（ｉｎＶ）を用いて動作する。

継電動作部１００は、フェイル信号の発生による継電動作の中断後、継電動作の中断による他のサンプリング条件で３相系統電流をサンプリングする。継電動作を復旧させるためのサンプリング条件は、異常発生を判断するためのサンプリング条件よりさらに強化した条件であることが好ましい。

このように、継電動作部１００は、さらに強化したサンプリング条件で、サンプリングされた３相系統電流のサンプリング値を差分して、３相系統電流の変化をリアルタイムでモニターする。そして、継電動作部１００は、予め設定された複数の異常発生条件に符合しなくなると、自らの継電動作とセルフパワー発生部２００の動作を正常に行わせる。継電動作部１００の詳細構成と誤動作防止方法に関する技術の特徴は、以下に添付した図面を参照して、さらに具体的に説明する。

図２は、図１に示された継電動作部及びセルフパワー発生部を具体的に示した構成図である。

先ず、図２に示されたように、セルフパワー発生部２００は、ソース電力入力部２１０、整流スイッチング回路部２２０、電圧変換部２３０、及びＤＣ変換部２４０を含む。

ソース電力入力部２１０は、送配電線路や電力系統の３相系統電力をソース電力として入力されて、整流スイッチング回路部２２０に伝送する。このために、ソース電力入力部２１０は、複数の第１の電流変成器（ＣＴ１）と電圧変成器等を用いて、送配電線路や電力系統等の電流及び電圧を検出する。このとき、ソース電力入力部２１０は、複数の第１の電流変成器（ＣＴ１）を通じて３相系統電力の３相系統電流を整流スイッチング回路部２２０に伝送することができる。

整流スイッチング回路部２２０は、スイッチング回路とブリッジ回路の構成等の整流回路を用いて、３相系統電力の３相系統電圧と電流を整流する。そして、整流した３相系統電圧と電流は、電圧変換部２３０に伝送する。

電圧変換部２３０は、定電流及び定電圧変流回路と変圧器を用いて、整流した３相系統電圧を予め設定された定電圧レベルに変換させて、ＤＣ変換部２４０に伝送する。

ＤＣ変換部２４０では、定電圧レベルに変換された３相系統電圧を直流電圧（ＤＣ）に変換して、自己駆動電源を生成し、生成された駆動電源を継電動作部１００に提供するようになる。

整流スイッチング回路部２２０、電圧変換部２３０及びＤＣ変換部２４０のうち少なくとも一つの構成部には、３相系統電圧や電流を遮断するスイッチング回路が構成されて、継電動作部１００からのフェイル信号に応じて３相系統電圧や電流を遮断することができる。

図２に示されたように、継電動作部１００は、定格電源部１１０、自己電源部１２０、継電制御部１３０、遮断器１４０、及び異常発生感知部１５０、を含む。

具体的には、定格電源部１１０は、外部からの定格電源（ｉｎＶ）を入力され、駆動電圧レベルに変換して用いることができる。定格電源部１１０は、セルフパワー発生部２００から駆動電源が入力されない場合に用いされる。そして、３相系統電流の異常発生時も非常電源として用いられる。

自己電源部１２０では、セルフパワー発生部２００から入力された駆動電源の電圧レベルを予め設定されたレベル（例えば、５Ｖ又は１２Ｖ等）に変換して、異常発生感知部１５０と継電制御部１３０等に駆動電源として供給する。

遮断器１４０は、送配電線路や電力系統の故障発生時、継電制御部１３０の制御によって負荷３００に伝送される系統電力（Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ）を遮断する。

異常発生感知部１５０は、セルフパワー発生部２００のソース電力として用いられる３相系統電力をリアルタイムでモニターし、異常発生時、フェイル信号を発生させ、発生したフェイル信号を継電制御部１３０とセルフパワー発生部２００に伝送する。このために、異常発生感知部１５０は、第２の電流変成器（ＣＴ２）を通じてセルフパワー発生部２００のソース電力入力端から３相系統電力を入力される。

このとき、異常発生感知部１５０は、セルフパワー発生部２００のソース電力として用いられる３相系統電力（Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ）の電流変化を予め設定された周期でそれぞれサンプリングする。そして、予め設定されたサンプリング個数による３相系統電流のサンプリング値を差分して、３相系統電流の変化をリアルタイムでモニターする。このため、３相系統電流の異常有無をリアルタイムで判断して、３相系統電流の異常発生が判断されると、フェイル信号を発生させるようになる。

異常発生感知部１５０は、駆動電源が遮断されても、リアルタイムでセルフパワー発生部２００のソース電力に対する異常発生有無を確認しなければならないため、別途外部の電源や非常バッテリーを介して電源を自己駆動電源に入力されうる。

継電制御部１３０は、ＭＣＵ、ＣＰＵ等のマイクロプロセッシングユニットを備えた知能型電子装置（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）を含めて構成することができる。かかる継電制御部１３０は、リアルタイムで送配電線路や電力系統の系統電力量を計測して、故障発生時、遮断器１４０の遮断動作を制御する。

また、継電制御部１３０は、異常発生感知部１５０でフェイル信号が発生して、フェイル信号が入力されると、フェイル信号が入力される期間に自らの継電動作とセルフパワー発生部２００の駆動電源の生成動作を中断させる。

一方、継電動作部１００は、外部からの定格電源を入力されて、入力された定格電源の電圧レベルを予め設定されたレベル（例えば、５Ｖ又は１２Ｖ等）に変換して、異常発生感知部１５０と継電制御部１３０等に駆動電源として供給する外部電源入力部１１０をさらに含んでいてもよい。

このため、継電制御部１３０は、外部電源を介して駆動電源が予め設定された基準電圧や基準電流量以下に低くなるか否かをリアルタイムで確認する。継電制御部１３０は、安定した動作で動作されるために十分なレベルに外部電源が供給されるか否かをリアルタイムで確認する。そして、外部の電源に異常が発生すると、自己フェイル信号を発生させることができ、自ら発生したフェイル信号と異常発生感知部１５０に入力されたフェイル信号に遮断器１４０の遮断有無を決定することができる。

言い換えれば、継電制御部１３０は、自己フェイル信号のみ発生した状態では、セルフパワー発生部２００の駆動電源を用いて動作することができ、異常発生感知部１５０でのみフェイル信号が発生した状態では、外部電源入力部１１０を介して入力される電源を用いて動作することができる。

もし異常発生感知部１５０でもフェイル信号が発生し、自ら自己フェイル信号も発生すると、自らの継電動作とセルフパワー発生部２００の駆動電源の生成動作をいずれも中断させる。その後、継電動作とセルフパワー発生部２００の駆動電源の生成動作をさらに行わせるためには、さらに強化した条件によってフェイル信号が解除されなければならない。

図３は、図２に示された異常発生感知部を具体的に示した構成図である。

図３に示された異常発生感知部１５０は、検出部１５１、モニタリング部１５２、条件格納部１５３、及びフェイル判断部１５４、を含む。

具体的には、検出部１５１は、電流変成器と電圧変成器のうち少なくとも一つの変成器を用いて、ソース電力として用いられる３相系統電流及び電圧を検出する。このとき、検出部１５１では、第２の電流変成器（ＣＴ２）を通じてセルフパワー発生部２００のソース電力入力端から３相系統電力（Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ）を入力される。そして、３相系統電力（Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ）をモニタリング部１５２に伝送する。

モニタリング部１５２は、３相系統電力（Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ）の電流変化を予め設定された周期でそれぞれサンプリングし、予め設定されたサンプリング個数による３相系統電流のサンプリング値を差分して、３相系統電流の変化をリアルタイムでモニターする。

このとき、条件格納部１５３では、管理者から予め設定された複数の異常発生条件を格納し、モニタリング部１５２における異常発生条件によって３相系統電流のサンプリング値を、差分結果をモニターできるように支援することになる。

これによって、モニタリング部１５２では、予め設定されたサンプリング個数による３相系統電流のサンプリング値を差分して、異常発生条件によって前記差分された値を比較することにより、異常発生有無を判断することになる。これをより具体的に説明すれば、次のとおりである。

図４は、図３の異常発生感知部から検出された系統電力変化サンプリング信号をそれぞれ示した波形図である。

先ず、図４のＡ波形に示されたように、モニタリング部１５２は、３相系統電力（Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ）の電流変化を予め設定された周期でそれぞれサンプリングし、予め設定されたサンプリング個数による３相系統電流のサンプリング値を差分して、３相系統電流の変化をリアルタイムでモニターする。

具体的には、このとき、モニタリング部１５２は、予め設定された周波数（例えば、６０Ｈｚ周波数）に合わせた割り込みカウンタ信号に応じて３相系統電力（Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ）の電流変化をサンプリングし、予め設定された周期（例えば、５サイクル周期）でサンプリングデータを取得する。

次いで、モニタリング部１５２は、取得したサンプリングデータを予め設定された周期（例えば、１サイクル周期（６０Ｈｚで１６．６７ｍｓ））ごとに格納し、これを別途ウエーブバッファに格納する。サンプリング完了後、電流変化を分析するための離散フーリエ変換（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）等のアルゴリズムを行うことができる。

モニタリング部１５２における異常発生有無を確認する時は、予め設定されたサンプリング個数によってサンプリングされた３相系統電流のサンプリング値を差分して、３相系統電流の変化をリアルタイムで比較する。

このときは、条件格納部１５３で支援する異常発生条件によって比較するが、ここで複数の異常発生条件は、３相系統電流のサンプリング値が、予め設定された期間や周期の間に同じ符号に維持される条件、３相系統電流のサンプリング値が、予め設定された期間や周期の間に同じ勾配に変化する条件、３相系統電流のサンプリング値が、予め設定された期間や周期の間に同じ大きさに増加するか減少する条件、及び３相系統電流のサンプリング値が、予め設定された期間や周期の間に同様に維持される条件、のうち少なくとも一つの条件が適用されうる。

かかる条件によって、３相系統電流のサンプリング値を差分して、比較した差分値が同時に一定の大きさ（例えば、２．５Ａに準ずる大きさ）以上連続していれば、符号を確認する。

このため、図４のＣ波形に示されたように、３相のサンプリング差分値符号（例えば、正極性又は負極性）が同時に互いに同じ状態で、予め設定された周期（例えば、４サンプリング周期）の間に維持されていれば、異常発生を判断することができる。このとき、異常発生カウンタを発生させることができるが、もし異常発生カウンタが予め設定された所定の回数（例えば、３回）以上カウントされると、異常が発生したことを判断して、フェイル信号が発生するようにすることができる。

一方、モニタリング部１５２において、３相系統電流のサンプリング値を差分して比較する過程で、３相系統電流にノイズが加えられたノイズ印可状態を分析することができる。

図４のＢ波形に示されたように、ノイズが発生した場合には、３相系統電流のサンプリング値に対する位相は、同様に維持されれば、その変化の大きさのみ一定して変換する。このため、モニタリング部１５２は、ノイズの特性を考慮して、３相系統電流にノイズが発生した場合には、ノイズは除去して、３相系統電流の異常発生有無のみ判断することができる。

このため、フェイル判断部１５４では、モニタリング部１５２において、３相系統電流の異常発生が判断されると、フェイル信号を発生させて、継電制御部１３０とセルフパワー発生部２００に伝送することになる。

異常発生感知部１５０のモニタリング部１５２では、フェイル信号の発生による継電動作の中断後は、継電動作の中断による他のサンプリング条件で３相系統電流をサンプリングする。継電動作を復旧させるためのサンプリング条件は、異常発生を判断するためのサンプリング条件よりさらに強化した条件であることが好ましい。

すなわち、継電動作の中断による他のサンプリング条件は、３相系統電流の異常有無を判断するためのサンプリング周期よりさらに短い周期と設定され、サンプリング周期別サンプリング数よりさらに多くの数にサンプリングされるように設定されることが好ましい。

このように、モニタリング部１５２は、さらに強化したサンプリング条件で、サンプリングされた３相系統電流のサンプリング値を差分して、３相系統電流の変化をリアルタイムでモニターする。そして、継電動作部１００は、予め設定された複数の異常発生条件に符合しなくなると、自らの継電動作とセルフパワー発生部２００の動作を正常に行わせる。

図５は、本発明の実施形態によるセルフパワー継電器の動作方法を順に説明するための手順図である。

図５を参照して、セルフパワー継電器の動作方法を順に説明すれば、次のとおりである。

先ず、異常発生感知部１５０の条件格納部１５３には、３相系統電流をサンプリングするためのサンプリング周期（例えば、４サイクル周期以上）、各サンプリング周期別サンプリング数、少なくとも一つの異常発生条件、継電動作中断を解除するための他の条件等が予め設定される（ＳＴ１）。

その後、検出部１５１では、第２の電流変成器（ＣＴ２）を通じてセルフパワー発生部２００のソース電力入力端から３相系統電力（Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ）を入力されて、モニタリング部１５２に伝送する。

そして、モニタリング部１５２では、予め設定された周波数（例えば、６０Ｈｚ周波数）に合わせた割り込みカウンタ信号に応じて３相系統電力（Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ）の電流変化をサンプリングし、予め設定された周期（例えば、５サイクル周期）でサンプリングデータを取得する（ＳＴ２）。

モニタリング部１５２は、取得したサンプリングデータを予め設定された周期（例えば、１サイクル周期（６０Ｈｚで１６．６７ｍｓ））ごとに格納し、これを別途ウエーブバッファに格納する。サンプリング完了後、電流の変化を分析するための離散フーリエ変換（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）等のアルゴリズムを行うことができる（ＳＴ３）。

そして、モニタリング部１５２は、特性を考慮して、３相系統電流にノイズが発生した場合には、ノイズは除去して、３相系統電流の異常発生有無のみリアルタイムで確認する（ＳＴ４）。

その後、モニタリング部１５２は、３相系統電流のサンプリング値を差分して比較した差分値が、同時に一定の大きさ（例えば、２．５Ａに準ずる大きさ）以上連続していれば、符号を確認する。そして、３相のサンプリング差分値符号（例えば、正極性又は負極性）が同時に互いに同じ状態で、予め設定された周期（例えば、４サンプリング周期）の間に維持されていれば、異常発生を判断することができる（ＳＴ５）。このとき、異常発生カウンタを発生させることができるが、もし異常発生カウンタが予め設定された所定の回数（例えば、３回）以上カウントされると、異常が発生したことを判断して、フェイル信号が発生するようにすることができる。

その前にフェイル信号が発生した状態であれば（ＳＴ６）、継電動作の中断後は、継電動作の中断による他のサンプリング条件によって３相系統電流をさらにサンプリングして、異常有無を再度確認する（ＳＴ７）。

一方、現在、フェイル信号が発生した状態であれば、フェイル信号の解除有無を再度確認することができる（ＳＴ８）。この際は、さらに強化したサンプリング条件で、サンプリングされた３相系統電流のサンプリング値を差分して、３相系統電流の変化をリアルタイムでモニターする。

そして、継電動作部１００は、予め設定された複数の異常発生条件に符合しなくなると、自らの継電動作とセルフパワー発生部２００の動作を正常に行わせる（ＳＴ９）。

以上にて前述したように、上記のような多様な技術の特徴を有する本発明のセルフパワー継電器、及びこれの誤動作防止方法は、継電動作を行う際、送配電線路や電力系統の電力を自己駆動電源に用いるようにし、自己駆動電源を生成するためのソース電流及び電圧の不安定な状態をリアルタイムでモニターして、異常発生有無を確認することができる。

このため、セルフパワーを適用する際、ソース電力として用いられる系統電力に過電圧又は過電流が発生するか、十分な電力量が供給されなければ、リアルタイムでこれを感知して、継電器の誤動作を防ぐことができる。特に、本発明では、ソース電力として用いられる系統電力のモニタリング時、ソフトウェア的なアルゴリズムを用いて、系統電力の電力量変化を確認することができるため、雑音や誤サンプルの影響を最小限にすることができる。

また、ソース電力として用いられる系統電力の電流量変化を予め設定された周期でサンプリングして、複数の条件で異常有無を確認できるようにすることで、異常検出効率と継電器の安全性をさらに向上させることができる。

前述した本発明は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者にとって本発明の技術的思想を脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であるため、前述した実施形態及び添付の図面によって限定されるものではない。

Claims (14)

1. 系統電力をソース電力として用いて、予め設定された駆動電源レベルに変換することにより、自己駆動電源を生成するセルフパワー発生部；及び、
   前記自己駆動電源で動作しつつ、前記系統電力の電力量をリアルタイムで計測し、前記系統電力の故障発生時は、外部の定格電源によって動作しつつ、負荷に伝送される系統電力を遮断しつつ、自らの継電動作と前記セルフパワー発生部の動作を中断させる継電動作部、を含む、
   セルフパワー継電器。
2. 前記継電動作部は、
   前記セルフパワー発生部のソース電力として用いられる３相系統電力の電流変化を予め設定された周期でそれぞれサンプリングし、予め設定されたサンプリング個数による３相系統電流のサンプリング値を差分して、前記３相系統電流の変化をリアルタイムでモニターし、
   予め設定された複数の異常発生条件によって、前記３相系統電流の異常発生が判断されると、フェイル信号を発生させて、自らの継電動作と前記セルフパワー発生部の動作を中断させる、
   請求項１に記載のセルフパワー継電器。
3. 前記継電動作部は、
   前記フェイル信号の発生による継電動作の中断後は、継電動作の中断による他のサンプリング条件で、前記３相系統電流をサンプリングし、
   前記他のサンプリング条件で、サンプリングされたサンプリング値を差分して、前記３相系統電流の変化をリアルタイムでモニターし、
   前記複数の異常発生条件に符合しなくなると、自らの継電動作と前記セルフパワー発生部の動作を正常に行わせる、
   請求項２記載のセルフパワー継電器。
4. 前記継電動作の中断による他のサンプリング条件は、
   前記３相系統電流の異常有無を判断するためのサンプリング周期よりさらに短い周期と設定され、前記サンプリング周期別サンプリング数よりさらに多くの数にサンプリングされるように設定された、
   請求項３に記載のセルフパワー継電器。
5. 前記複数の異常発生条件は、
   前記３相系統電流のサンプリング値が、予め設定された期間や周期の間に同じ符号に維持される条件、
   前記３相系統電流のサンプリング値が、予め設定された期間や周期の間に同じ勾配に変化する条件、
   前記３相系統電流のサンプリング値が、予め設定された期間や周期の間に同じ大きさに増加するか減少する条件、及び、
   前記３相系統電流のサンプリング値が、予め設定された期間や周期の間に同様に維持される条件、のうち少なくとも一つの条件で予め設定された、
   請求項２に記載のセルフパワー継電器。
6. 前記セルフパワー発生部は、
   送配電線路や電力系統の３相系統電力をソース電力として入力されるソース電力入力部；
   前記３相系統電力の３相系統電圧と電流を整流する整流スイッチング回路部；
   前記整流した３相系統電圧を予め設定された定電圧レベルに変換する電圧変換部；及び、
   前記定電圧レベルに変換された３相系統電圧を直流電圧に変換して、前記駆動電源を生成し、前記駆動電源を前記継電動作部に提供するＤＣ変換部、を含む、
   請求項１に記載のセルフパワー継電器。
7. 前記継電動作部は、
   前記送配電線路や電力系統の故障発生時、前記負荷に伝送される系統電力を遮断する遮断器；
   前記セルフパワー発生部のソース電力として用いられる３相系統電力をリアルタイムでモニターして、前記異常発生時、フェイル信号を発生させる異常発生感知部；
   前記送配電線路や電力系統の系統電力量を計測して、故障発生時、前記遮断器の遮断動作を制御するとともに、前記フェイル信号発生時、自らの継電動作と前記セルフパワー発生部の動作を中断させる継電制御部；及び、
   前記セルフパワー発生部から入力された駆動電源の電圧レベルを予め設定されたレベルに変換して、前記異常発生感知部と前記継電制御部の駆動電源に供給する自己電源部、を含む、
   請求項１に記載のセルフパワー継電器。
8. 前記異常発生感知部は、
   電流変成器と電圧変成器のうち少なくとも一つの変成器を用いて、前記ソース電力として用いられる３相系統電流及び電圧を検出する検出部；
   前記３相系統電力の電流変化を予め設定された周期でそれぞれサンプリングし、予め設定されたサンプリング個数による３相系統電流のサンプリング値を差分して、前記３相系統電流の変化をリアルタイムでモニターするモニタリング部；
   予め設定された複数の異常発生条件を格納し、前記モニタリング部における前記異常発生条件によって、前記３相系統電流のサンプリング値を、差分結果をモニターできるように支援する条件格納部；及び、
   前記モニタリング部における前記３相系統電流の異常発生が判断されると、フェイル信号を発生させて、前記継電制御部と前記セルフパワー発生部に伝送するフェイル判断部、を含む、
   請求項７に記載のセルフパワー継電器。
9. セルフパワー発生部における系統電力をソース電力として用いて、予め設定された駆動電源レベルに変換することにより、自己駆動電源を生成するステップ；
   前記自己駆動電源で動作しつつ、前記電力系統の系統電力量を計測して、前記系統電力の故障発生時は、外部の定格電源によって動作しつつ、負荷に伝送される系統電力を遮断するステップ；及び、
   前記セルフパワー発生部のソース電力変化をリアルタイムでモニターして、異常発生の判断時、自らの継電動作と共に前記セルフパワー発生部の動作を中断させるステップを含む、
   セルフパワー継電器の誤動作防止方法。
10. 前記セルフパワー発生部と前記継電動作を中断させるステップは、
    前記セルフパワー発生部のソース電力として用いられる３相系統電力の電流変化を予め設定された周期でそれぞれサンプリングするステップ；
    前記予め設定されたサンプリング個数による３相系統電流のサンプリング値を差分して、前記３相系統電流の変化をリアルタイムでモニターするステップ；
    予め設定された複数の異常発生条件によって、前記３相系統電流の異常発生が判断されると、フェイル信号を発生させるステップ；及び、
    前記フェイル信号に応じて前記継電動作と前記セルフパワー発生部の動作を中断させるステップを含む、
    請求項９に記載のセルフパワー継電器の誤動作防止方法。
11. 前記セルフパワー発生部の動作と前記継電動作を中断させるステップは、
    前記フェイル信号の発生による継電動作の中断後は、継電動作の中断による他のサンプリング条件で、前記３相系統電流をサンプリングするステップ；
    前記他のサンプリング条件でサンプリングされたサンプリング値を差分して、前記３相系統電流の変化をリアルタイムでモニターするステップ；及び、
    予め設定された複数の異常発生条件に符合しなくなると、自らの継電動作と前記セルフパワー発生部の動作を正常に行わせるステップ、を含む、
    請求項１０に記載のセルフパワー継電器の誤動作防止方法。
12. 前記自己駆動電源の生成ステップは、
    前記送配電線路や電力系統の３相系統電力をソース電力として入力されるステップ；
    前記３相系統電力の３相系統電圧と電流を整流するステップ；
    前記整流した３相系統電圧を予め設定された定電圧レベルに変換させるステップ；及び、
    前記定電圧レベルに変換された３相系統電圧を直流電圧に変換して、前記駆動電源を生成し、前記駆動電源を継電動作部に提供するステップ、を含む、
    請求項９に記載のセルフパワー継電器の誤動作防止方法。
13. 前記負荷に伝送される系統電力を遮断するステップは、
    前記送配電線路や電力系統の系統電力量を計測して、故障発生時、前記遮断器の遮断動作を制御するとともに、フェイル信号発生時、自らの継電動作と前記セルフパワー発生部の動作を中断させるステップ；及び、
    前記セルフパワー発生部から入力された駆動電源の電圧レベルを予め設定されたレベルに変換して、異常発生感知部と継電制御部の駆動電源に供給するステップ、を含む、
    請求項９に記載のセルフパワー継電器の誤動作防止方法。
14. 前記セルフパワー発生部と前記継電動作を中断させるステップは、
    電流変成器と電圧変成器のうち少なくとも一つの変成器を用いて、前記ソース電力として用いられる３相系統電流及び電圧を検出するステップ；
    前記３相系統電力の電流変化を予め設定された周期でそれぞれサンプリングし、予め設定されたサンプリング個数による３相系統電流のサンプリング値を差分して、前記３相系統電流の変化をリアルタイムでモニターするステップ；
    予め設定された複数の異常発生条件を格納し、前記モニタリング部における前記異常発生条件によって、前記３相系統電流のサンプリング値を、差分結果をモニターできるように支援するステップ；及び、
    前記モニタリング部における前記３相系統電流の異常発生が判断されると、フェイル信号を発生させて、前記継電制御部と前記セルフパワー発生部に伝送するステップを含む、
    請求項１３に記載のセルフパワー継電器の誤動作防止方法。

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