JP2520713B2 - デジタル保護継電器 - Google Patents

デジタル保護継電器

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JP2520713B2 JP63279639A JP27963988A JP2520713B2 JP 2520713 B2 JP2520713 B2 JP 2520713B2 JP 63279639 A JP63279639 A JP 63279639A JP 27963988 A JP27963988 A JP 27963988A JP 2520713 B2 JP2520713 B2 JP 2520713B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は電力系統の電圧や電流に代表される電気量
を一定周期でサンプリングし、デジタル変換後の前記サ
ンプリング値列に基づいて電気量算出演算を行い、電圧
や電流の周波数を算出して、電力系統の事故を判定する
デジタル保護継電器に関するものである。
〔従来の技術〕
電力系統の電気量、例えば電圧の大きさから周波数を
得て、この値を判定して、電力系統の事故を検出する従
来のデジタル保護継電器は、例えば特開昭57−133362号
周波数検出装置記載の演算処理原理を用いていた。即
ち、電圧v=V・sin(wt)(ここで、w=2・π・f
でありfは周波数)とし、一定周期Tにてサンプリング
した時の各サンプリング時刻(t,t−T,t−2T,t−3T,…
…)における各電圧のサンプリング値を、それぞれ、v
0,v1,v2,v3,……とすれば、 の電気量算出演算手段により、電圧の大きさから周波数
を求めることが出来る。
第4図は、従来のデジタル保護継電器の電気量算出演
算手段に必要な電圧のサンプリング値列の関係を示した
もので、各サンプリング時刻毎にKが算出され、 の演算処理で周波数fを求め、図示はしないが所定の値
と比較して、電力系統の事故を判定する。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来のデジタル保護継電器は以上のような電気量算出
演算をする構成にしていたので、電力系統の電圧等の電
気量の大きさが変化しても、周波数を正確に演算するこ
とが出来ていた。
しかし、(1)式の電気量算出演算手段では、電圧の
周波数と電圧のサンプリング時刻とサンプリング周期の
3者の関係に依つて、除数が0となることがあり、その
結果、電気量Kの大きさが無限大と演算される不具合が
発生する。従つて、従来の電気量算出演算手段では、解
不能としてそのサンプリング時刻での判定を無視し、そ
のサンプリング時刻より1サンプリング時刻前の判定を
利用する等の方法で処理していた。
このため、周波数を判定する時刻が遅れ、極端な場合
は、電圧の周波数と電圧のサンプリング時刻とサンプリ
ング周期の3着の関係から、毎サンプリング時刻で除数
が0となる最悪の場合には、大幅な遅れが生じる可能性
があり、電力系統の事故除去に悪影響を及ぼすことがあ
つた。
この発明は、上記のような問題点を解消するためにな
されたもので、電気量算出演算手段中に本来、除数が0
となるサンプリング時刻が来ても判定が可能となるよう
にして、判定の時間遅れを無くした高信頼度のデジタル
保護継電器を得ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この発明に係わるデジタル保護継電器は、あるサンプ
リング時刻において電気量算出演算手段中に除数の演算
結果が0となることを判定すれば、そのサンプリング時
刻で電気量算出演算手段がこれまで使用していた定周期
サンプリング値列から、所定周期隔てた複数個のサンプ
リング値同志を1次式結合して得た加工値列を使用する
ように代替構成し、デジタル保護継電器の電気量算出演
算を行なわせるようにし、除数が0となる除算演算処理
の不具合を除去したものである。
〔作用〕
この発明におけるデジタル保護継電器の電気量算出演
算手段は、先ず、初期に設定してある定周期サンプリン
グ値列を使用して、電気量算出演算式の除数を演算し
て、0であるかどうかを判定する。これが0でない有限
値であれば、前記定周期サンプリング値列を使用して電
気量算出演算処理をする。
これに反し、0となる場合には、初期に設定してある
所定周期隔てた複数個のサンプリング値同志を1次結合
して得た加工値列を使用するように代替構成し、除数が
0となる除算演算処理の不具合を除去して、デジタル保
護継電器の電気量算出演算処理が毎サンプリング時刻で
実行され、事故判定を信頼性あるものとする。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
1図は、この発明のデジタル保護継電器の電気量算出演
算手段を説明した処理フロー図である。電圧v(1)を
一定周期Tでサンプリングし、アナログ/デジタル変換
してデジタル値となつたサンプリング値を、時系列的に
番地をつけてメモリーしたv0,v1,v2,v3……なるサンプ
リング値列(2)を使用し、除数の演算結果が0かどう
かを除数判定手段(ゼロ判定手段)(3)にて判定す
る。これが0でない有限値の場合はNO側(4)に進み、
前記サンプリング値列(2)そのものを使用して第1の
電気量算出演算手段(周波数演算手段)(6)で電気量
Kの大きさを求める。
これに反し、0の場合はYES側(5)に進み、前記サ
ンプリング値列(2)から加工演算手段(7)にて電圧
の加工値列を作り、これを用いた第2の電気量算出演算
手段(周波数演算手段)(8)で電気量Kの大きさを求
める。
その結果より、周波数算出演算手段(周波数演算手
段)(9)にて(2)式を用いて周波数fを求め、所定
値と比較して電力系統に事故が発生しているかどうか
を、出力判定手段(10)により判定する。
デジタル保護継電器は、サンプリング周期毎に、この
一連の電気量算出演算処理を行なつている。
この実施例での第1の電気量算出演算手段(6)は、
サンプリング周期Tなる定周期サンプリング値列(2)
を使用した(1)式に基づいたものを、また、第2の電
気量算出演算手段(8)は、前記定周期サンプリング値
列(2)を加工演算手段(7)にて各々1周忌(即ち
T)ずらせて加算した加工値列を使用した(4)式に基
づいた場合について説明する。
先ず、第1図の第1の電気量算出演算手段(6)の除
数の演算が0となる条件について説明する。(1)式の
除数(v1−v3)をDとすれば、サンプリング周期Tが電
圧の周期1/fの1/12であることを考慮して、 D=v1−v3 =Vsin{w(t−T)}−Vsin{w(t−3T)} =2Vsin(wT)cos{w(t−2T)} =−2Vsin(wT)sin{w(t−5T)} ……(3) となり、この(3)式は、2Vsin(wT)を振幅とし、周
期wなる周期関数であることが明かであり、第2図
(a)のように表わすことができる。
この図では、サンプリング周期Tが電圧の周期1/fの1
/12の場合であり、(3)式のDの値は、電圧の位相よ
り5Tだけ遅れた時刻で0となる形になつていて、D=0
となる時刻に、サンプリング値v0が得られるようなサン
プリングが行なわれると、v1=v3となり、確かに(2)
式=0が成立することがわかる。
このとき、第1図の加工演算手段(7)と第2の電気
量算出演算手段(8)が選択される訳であるが、これが
電気量Kの大きさを正確に判定できることを説明する。
先ず、加工演算手段(7)では、サンプリング値列
(2)を使用して、(4)式で必要とする加工値列(v0
+v1,v1+v2,v3+v4,v4+v5)を作り、第2の電気量算
出演算手段(8)に与え、(4)式で電気量算出演算処
理を行なう。
さて、(4)式で示された第2の電気量算出演算手段
(8)の除数{(v1+v2)−(v3+v4)}をMとすれ
ば、サンプリング周期Tが電圧の周期1/fの1/12である
ことを考慮して、 M=(v1+v2)−(v3+v4) =Vsin{w(t−T)}+Vsin{w(t−2T)} −Vsin{w(t−3T)}−Vsin{w(t−4T)} =2Vcos(wT/2)sin{w(t−3T/2)} −2Vcos(wT/2)sin{w(t−7T/2)} =4Vcos(wT/2)sin(wT)cos{w(t−5T/2)} =−4Vcos(wT/2)sin(wT)sin{w(t−11T/2)}
……(5) となり、この(5)式は、4Vcos(wT/2)sin(wT)を振
幅とし、周期wなる周期関数であることが明かであり、
第2図(b)のように表わすことが出来、電圧の位相よ
り(11T/2)だけ遅れた時刻で0となる形になつてい
て、(3)式で求めたDが0となる遅れ位相5Tと合致し
なく、この位相でのMは、M=M0の値が得られているの
で、(4)式の除算演算処理が可能である。これは、特
開昭57−133362号周波数検出装置にこの発明を適用すれ
ば、除数が0となる除算演算処理の不具合を除去して、
デジタル保護継電器の電気量算出演算処理を遠して周波
数演算が毎サンプリング時刻で実行され、事故判定を信
頼性あるものとすることが出来たことを意味する。
以上は、第2の電気量算出演算手段(8)は、前記定
周期サンプリング値列(2)を加工演算手段(7)にて
各々1周期(即ちT)ずらせて加算した加工値列を使用
した(4)式に基づいた場合について説明したが、これ
からは、一般的な場合として、各々n周期(即ちnT:n=
1,2,3……)ずらせて加算した加工値列を使用した
(6)式に基づいた場合について説明する。
先ず、加工演算手段(7)では、サンプリング値列
(2)を使用して、(6)式で必要とする加工値列(v0
+v0n,v1+v1n,v3+v3n,v4+v4n)とすれば、 となり、nはいくつであつてもよい。さて、(6)式で
示された除数をMとすれば、 M=(v1+v1n)−(v3+v3n) =Vsin{w(t−T)} +Vsin{w(t−(1+n)T)} −Vsin{w(t−3T)} −Vsin{w(t−(3+n)T)} =2Vcos(wnT/2)sin{w(t(2+n)T/2)} −2Vcos(wnT/2)sin{w(t−(6+n)T/2)} =4Vcos(wnT/2)sin(wT)cos{w(t−(4 +n)T/2)} =−4Vcos(wnT/2)sin(wT)sin{w(t−(10 +n)T/2)} ……(7) となり、n=0となる以外では、(3)式で得られた5T
と同じにならない。さらに、一般的は場合として、各々
n周期(即ちnT:n=1,2,3,……)ずらせて減算した加工
値列を使用した(8)式に基づいた場合について説明す
る。
先ず、加工演算手段(7)では、サンプリング値列
(2)を使用して、(8)式で必要とする加工値列(v0
−v0n,v1−v1n,v3−v3n,v4−v4n)とすれば、 となり、nはいくつであつてもよい。さて、(8)式で
示された除数をMとすれば、 M=(v1−v1n)−(v3−v3n) =Vsin{w(t−T)} +Vsin{w(t−(1+n)T)} −Vsin{w(t−3T)} −Vsin{w(t−(3+n)T)} =2Vsin(wnT/2)sin{w(t(2+n)T/2)} −2Vsin(wnT/2)cos{w(t−(6+n)T/2)} =−4Vsin(wnT/2)sin(wT)sin{w(t−(4 +n)T/2)} =4Vcos(wnT/2)sin(wT)sin{w(t−(10 +n)T/2)} ……(9) となり、n=0となる以外では、(3)式で得られた5T
と同じにならない。従つて、一般的にも、特開昭57−13
3362号周波数検出装置にこの発明を適用すれば、除数が
0となる除算演算処理の不具合を除去して、デジタル保
護継電器の電気量算出演算処理を通して周波数演算が毎
サンプリング時刻で実行され、事故判定を信頼性あるも
のとすることが出来たことを意味する。
第3図は、この発明のデジタル保護継電器(22)のハ
ードウエアー構成図例であり、図に於て、(10)は電力
系統、(11)は電流変成器、(12)は電圧変成器、(1
3)は電力系統の電流及び電圧を処理容易な値に変換す
る入力変換器、(14)は前記電流及び電圧に含まれる高
調波の内、サンプリング周波数の1/2以上の周波数成分
を除去するフイルター、(15)はサンプリング値を次の
サンプリング周期まで保持するサンプリングホールド、
(16)はサンプリングホールド(15)の出力を順次切り
替えてアナログ/デジタル変換器(17)に伝達するマル
チプレクサー、(18)はメモリー(19)にあらかじめ収
納されているプログラムを利用して電気量算出演算処理
を実施し、その演算結果を出力回路(20)から、端子
(21)に出力させるマイクロプロセツサであり、前記符
号(13)〜(21)を付した各部に依つて、前記デジタル
保護継電器(22)を構成している。
なお、前記実施例では、除数の演算結果が0かどうか
を除数判定手段(3)で判定してから、第1の電気量算
出演算手段(6)または、第2の電気量算出演算手段
(8)を選択するようにして説明したが、これ以外にも
例えば、常時、第1の電気量算出演算手段(6)と第2
の電気量算出演算手段(8)とを使用し演算処理させて
おき、図示はしないが、各々の電気量算出演算手段に除
数判定手段を個別に設け、除数判定手段が0となる処理
不能の結果が出た方の電気量算出演算手段の演算処理を
無視するようにさせても良い。
なお、前記説明では、第1の電気量算出演算手段
(6)や第2の電気量算出演算手段(8)の表現を用い
て、電気量算出演算手段が複数個で構成されるとした
が、電気量算出演算手段は1個とし、除数判定手段
(3)の判定結果に依つて、前記電気量算出演算手段に
与えるサンプリング値列を、時系列的な番地の読み替え
に依つて対処するように構成しても同様の効果を奏す
る。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、1サンプリング前
の電気量から3サンプリング前の電気量を減算し、その
減算結果がゼロにならない場合には、最新の電気量から
4サンプリング前までの電気量を用いて当該電気量の周
波数を演算する一方、その減算結果がゼロになる場合に
は、最新の電気量から4サンプリング前までの電気量に
対してそれぞれ数サンプリング前の電気量が加算された
電気量を用いて当該電気量の周波数を演算するように構
成したので、上記減算結果がゼロになる場合でも、当該
電気量の正確な周波数を高速に求めることができ、当該
装置の信頼性が向上する効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明によるデジタル保護継電器の一実施
例の演算処理手段を説明した処理フロー図、第2図は、
この発明によるデジタル保護継電器の演算処理の考え方
の一例を示す図、第3図は、この発明によるデジタル保
護継電器のハードウエアー構成の一例を示すブロツク
図、第4図は、従来のデジタル保護継電器の演算処理の
考え方を示す図である。 図に於て、(1)は電圧、(2)は電圧のサンプリング
値列、(3)は除数判定手段、(6)は第1の電気量算
出演算手段、(7)は第2の電気量算出演算手段、
(8)は出力判定手段、(10)は電力系統、(11)は電
流変成器、(12)は電圧変成器、(13)は入力変換器、
(14)はフイルター、(15)はサンプリングホールド、
(16)はマルチプレクサー、(17)はアナログ/デジタ
ル変換器、(18)はマイクロプロセツサ、(19)はメモ
リー、(20)は出力回路、(21)は端子、(22)はデジ
タル保護継電器。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電力系統の電気量を定周期でサンプリング
    するサンプリング手段と、上記サンプリング手段により
    サンプリングされた最新の電気量より1サンプリング前
    の電気量から3サンプリング前の電気量を減算し、その
    減算結果がゼロになるか否かを判定するゼロ判定手段
    と、上記ゼロ判定手段により減算結果がゼロにならない
    と判定された場合、最新の電気量から4サンプリング前
    までの電気量を用いて当該電気量の周波数を演算する一
    方、上記ゼロ判定手段により減算結果がゼロになると判
    定された場合、最新の電気量から4サンプリング前まで
    の電気量に対してそれぞれ数サンプリング前の電気量が
    加算された電気量を用いて当該電気量の周波数を演算す
    る周波数演算手段と、上記周波数演算手段により演算さ
    れた周波数に基づいて事故を判定する事故判定手段とを
    備えたデジタル保護継電器。
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