JP2685642B2 - 保護継電器 - Google Patents
保護継電器Info
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- JP2685642B2 JP2685642B2 JP2248005A JP24800590A JP2685642B2 JP 2685642 B2 JP2685642 B2 JP 2685642B2 JP 2248005 A JP2248005 A JP 2248005A JP 24800590 A JP24800590 A JP 24800590A JP 2685642 B2 JP2685642 B2 JP 2685642B2
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Description
この発明は電力系統を保護する保護継電器に関するも
のである。
のである。
第３図は、例えば『電気協同研究，第41巻第４号，デ
ィジタル・リレー』P45の第４−１−３表の方式，積形
Ｃに示された従来のディジタル演算形電力方向継電器に
関し、そのアルゴリズムを説明するための図である。 電力方向を得る演算原理式として、上掲の表には下式
が示されている。 ｜｜・｜cosθ｜＝vm・im＋vm-3・im-3 ……（１） 但し、 ｜｜・｜|;電圧，電流の振巾値 θ；電圧と電流の位相差 im,vm時刻ｍの時点の電流，電圧のディジタル・データ im-3,vm-3;時刻ｍより３サンプル前の電流及び電圧のデ
ィジタル・データ 更に、ここでは、サンプリング時間巾βを、電気角で
30゜の場合について示しており、時刻ｍの電流及び電圧
の内積値と、この時刻ｍより、電気角90゜隔った時点の
電流及び電圧の内積値の和を得るものである。 今、継電器への入力電気量を第３図の様に ｉ（ｔ）＝Ipsin（ω0t） ……（２） ｖ（ｔ）＝Vpsin（ω0t＋θ） ……（３） とし、時刻ｍ時点における周波数ω0tの値をαとすれ
ば、各サンプル値は下式で与えられる。 im＝Ipsinα ……（４） vm＝Vpsin（α＋θ） ……（５） 更に、その以前ｍ−ｋ時点におけるサンプル値は、下
式で与えられる。 im-k＝Ipsin（α−ｋβ） ……（６） vm-k＝Vpsin（α−ｋβ＋θ） ……（７） 但し、 Ip,Vp;電流，電圧の振巾値 β：サンプリング時間巾 θ：電圧と電流の位相差 k:k＝1,2,3,…… である。 ここで式（１）の右辺に着目すると、下記が判明す
る。 imvm＋im-3vm-3 ＝IpsinαVpsin（α＋θ） ＋Ipsin（α−３β）Vpsin（α−３β＋θ） ＝IpVp｛sinαsin（α＋θ） ＋sin（α＋３β）sin（α−３β＋θ）｝ ＝IpVp｛sinαsin（α＋θ） ＋cosαcos（α＋θ）｝ ＝VpIpcosθ ……（８） 即ち、データの３サンプル分の隔りは電気角で90゜の
隔りと云うことになる。
ィジタル・リレー』P45の第４−１−３表の方式，積形
Ｃに示された従来のディジタル演算形電力方向継電器に
関し、そのアルゴリズムを説明するための図である。 電力方向を得る演算原理式として、上掲の表には下式
が示されている。 ｜｜・｜cosθ｜＝vm・im＋vm-3・im-3 ……（１） 但し、 ｜｜・｜|;電圧，電流の振巾値 θ；電圧と電流の位相差 im,vm時刻ｍの時点の電流，電圧のディジタル・データ im-3,vm-3;時刻ｍより３サンプル前の電流及び電圧のデ
ィジタル・データ 更に、ここでは、サンプリング時間巾βを、電気角で
30゜の場合について示しており、時刻ｍの電流及び電圧
の内積値と、この時刻ｍより、電気角90゜隔った時点の
電流及び電圧の内積値の和を得るものである。 今、継電器への入力電気量を第３図の様に ｉ（ｔ）＝Ipsin（ω0t） ……（２） ｖ（ｔ）＝Vpsin（ω0t＋θ） ……（３） とし、時刻ｍ時点における周波数ω0tの値をαとすれ
ば、各サンプル値は下式で与えられる。 im＝Ipsinα ……（４） vm＝Vpsin（α＋θ） ……（５） 更に、その以前ｍ−ｋ時点におけるサンプル値は、下
式で与えられる。 im-k＝Ipsin（α−ｋβ） ……（６） vm-k＝Vpsin（α−ｋβ＋θ） ……（７） 但し、 Ip,Vp;電流，電圧の振巾値 β：サンプリング時間巾 θ：電圧と電流の位相差 k:k＝1,2,3,…… である。 ここで式（１）の右辺に着目すると、下記が判明す
る。 imvm＋im-3vm-3 ＝IpsinαVpsin（α＋θ） ＋Ipsin（α−３β）Vpsin（α−３β＋θ） ＝IpVp｛sinαsin（α＋θ） ＋sin（α＋３β）sin（α−３β＋θ）｝ ＝IpVp｛sinαsin（α＋θ） ＋cosαcos（α＋θ）｝ ＝VpIpcosθ ……（８） 即ち、データの３サンプル分の隔りは電気角で90゜の
隔りと云うことになる。
従来の保護継電器は以上のように構成されているの
で、『系統周波数は常に一定として扱うものであり、デ
ィジタル・リレーとして成立させるためには50Hz,60Hz
等の周波数に対応してサンプリング時間巾βを正確に定
める必要がある』の前提のもとに演算原理式が構成され
ている。 このため、欠点として系統の周波数変動に対しては、
式（８）の中のsin（α−３β）sin（α−３β＋θ）＝
cosαcos（α＋β）の前提が崩れてしまい等号が成立し
なくなって、演算原理上、保護能力的に無視し得ない影
響を受ける他、周波数によってサンプリング時間巾βを
変えないと誤差が大となって実用的でなくなるという課
題があった。 更には、系統周波数に従属して、サンプリング時間巾
βを30゜の倍数に設定する必要があり、式（８）の場
合、電力方向リレーとして有効な演算結果を得るために
は、電気角で90゜（60Hzの場合には4.167ms、50Hzの場
合には5ms）相当の時間が必要（処理装置の処理に要す
る時間は、これを無視してある。）であり、従来の演算
原理では、これ以上に検出時間を短縮することは困難
で、高速度動作に対して、限界がある等の課題があっ
た。 この発明は、上記のような課題を解消するためになさ
れたもので、周波数変動による特性変化を改善すると共
に、扱う周波数によってサンプリング時間巾（β）を変
更する必要のない、即ち、50Hz,60Hz共用形の演算処理
回路で対応が可能保護継電器を得ることを目的とする。
で、『系統周波数は常に一定として扱うものであり、デ
ィジタル・リレーとして成立させるためには50Hz,60Hz
等の周波数に対応してサンプリング時間巾βを正確に定
める必要がある』の前提のもとに演算原理式が構成され
ている。 このため、欠点として系統の周波数変動に対しては、
式（８）の中のsin（α−３β）sin（α−３β＋θ）＝
cosαcos（α＋β）の前提が崩れてしまい等号が成立し
なくなって、演算原理上、保護能力的に無視し得ない影
響を受ける他、周波数によってサンプリング時間巾βを
変えないと誤差が大となって実用的でなくなるという課
題があった。 更には、系統周波数に従属して、サンプリング時間巾
βを30゜の倍数に設定する必要があり、式（８）の場
合、電力方向リレーとして有効な演算結果を得るために
は、電気角で90゜（60Hzの場合には4.167ms、50Hzの場
合には5ms）相当の時間が必要（処理装置の処理に要す
る時間は、これを無視してある。）であり、従来の演算
原理では、これ以上に検出時間を短縮することは困難
で、高速度動作に対して、限界がある等の課題があっ
た。 この発明は、上記のような課題を解消するためになさ
れたもので、周波数変動による特性変化を改善すると共
に、扱う周波数によってサンプリング時間巾（β）を変
更する必要のない、即ち、50Hz,60Hz共用形の演算処理
回路で対応が可能保護継電器を得ることを目的とする。
この発明に係る保護継電器は、電力系統の電圧，電流
を検出して電圧データ及び電流データを所定のサンプリ
ング時間巾でサンプリングし量子化して一時保管する電
流データの一時的保管室、及び電圧データの一時的保管
室と、前記一時的保管室に格納された電流，電圧のサン
プリング値及び演算順序を規定して、演算処理する演算
回路により第１の電気量、及び第２の電気量を演算処理
して出力する四則演算回路と、前記電力系統の電流の振
巾値と電圧の振巾値との積の２乗値を被除数とした第１
のサンプリング演算式からなる前記第１の電気量を、電
流の振巾値と電圧の振巾値の積量を除数とした第２のサ
ンプリング演算式からなる第２の電気量で除して電力方
向成分を求め、該電力方向成分が零より大か否かを判定
してその判定結果を出力する判定量導出部とを設けたも
のである。
を検出して電圧データ及び電流データを所定のサンプリ
ング時間巾でサンプリングし量子化して一時保管する電
流データの一時的保管室、及び電圧データの一時的保管
室と、前記一時的保管室に格納された電流，電圧のサン
プリング値及び演算順序を規定して、演算処理する演算
回路により第１の電気量、及び第２の電気量を演算処理
して出力する四則演算回路と、前記電力系統の電流の振
巾値と電圧の振巾値との積の２乗値を被除数とした第１
のサンプリング演算式からなる前記第１の電気量を、電
流の振巾値と電圧の振巾値の積量を除数とした第２のサ
ンプリング演算式からなる第２の電気量で除して電力方
向成分を求め、該電力方向成分が零より大か否かを判定
してその判定結果を出力する判定量導出部とを設けたも
のである。
この発明における保護継電器は、電力系統の電流，電
圧のサンプリングデータの積量を導出して第１及び第２
の電気量を求め、電力方向成分を得て判定する。そし
て、該電気量の３つの成分、すなわち、電流，電圧の位
相差に関連する成分と第２調波に関連する成分及びサン
プリング時間巾に関連する成分のうち、サンプリング時
間巾と第２調波に関連する成分を位相差成分から除去し
て電流，電圧の位相差に関する成分のみとなるよう入力
サンプリングデータの取込み順序を規定するので周波数
変動に対しても高精度かつ安定で、50HZ,60HZでサンプ
リング時間巾を共用化した継電器が得られる。
圧のサンプリングデータの積量を導出して第１及び第２
の電気量を求め、電力方向成分を得て判定する。そし
て、該電気量の３つの成分、すなわち、電流，電圧の位
相差に関連する成分と第２調波に関連する成分及びサン
プリング時間巾に関連する成分のうち、サンプリング時
間巾と第２調波に関連する成分を位相差成分から除去し
て電流，電圧の位相差に関する成分のみとなるよう入力
サンプリングデータの取込み順序を規定するので周波数
変動に対しても高精度かつ安定で、50HZ,60HZでサンプ
リング時間巾を共用化した継電器が得られる。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。 第１図はこの発明の原理を示すブロック図であり、図
において、１はディジタル量子された電流データの配分
路、２は電圧データの配分路、３〜７は電流データの一
時的保管室、８〜12は電圧データの一時的保管室、14〜
18,22,24,26,27は乗算回路、19,21,28は減算回路、20は
加算回路、23,25,29は電気量変換回路、30は判定量導出
部である。 次に動作について説明する。まず、電流及び電圧デー
タの配分路1,2には夫々ディジタル・データ列……im-2,
im-1,im,im+1,im+2,……及びvm-2,vm-1,vm,vm+1,vm+2,
……がサンプリング時間巾βに同期して、流れており、
電流，電圧データの一時的保管室３〜12には、夫々、i
m+2,im+1,im,im-1,vm-2,vm+2,vm+1,vm,vm-1,vm-2が保管
されているものとする。この一時的保管室のデータの出
し入れは別の制御系（図示せず）によって制御されてい
る。例えば、最新のデータとして電流データim+3がデー
タ配分路１に現われると（勿論、これと同期してデータ
配分路２にも電圧データvm+3が現われている。）電流デ
ータの一時的保管室７ではデータim-2がクリアされ、デ
ータim-1を収納する。同時にデータの一時的保管室６で
はデータim-1がクリアされ、データimを収納する。同様
にして電流データの一時的保管室５ではデータim+1が収
納され、同保管室４にはデータim+2が収納され、そして
電流データの一時的保管室３にはデータim+3が夫々収納
されることになる。 この時の、電圧データの一時的保管室８〜12のデータ
のクリア及び収納の入れ替えは、電流データの入れ替え
動作と同様に別の制御系により、同期して行なわれてい
る。 即ち、データvm+3が電圧データの一時的保管室８に収
納された時、電圧データの一時的保管室９には、データ
vm+2が収納され電圧データの一時的保管室10にはデータ
vm+1が収納され、同保管室11にはデータvmが収納され、
同保管室12にはデータvm-1が夫々収納される。 また、乗算回路14〜18は夫々、データ流通路13経由
で、各データの保管室からデータを取り込んで積量を得
ている。 また、乗算回路14はデータの一時的保管室3,8から得
たデータで積量im+2vm+2を導出し、 乗算回路15は同保管室4,9から得たデータで積量im+1v
m+1を導出し、 乗算回路16は同保管室6,11から得たデータで積量im-1
vm-1を導出し、 乗算回路17は同保管室7,12から得たデータで積量im-2
vm-2を導出し、 そして、乗算回路18は同じく保管室5,10から得たデータ
で積量imvmを夫々に導出している。 また、減算回路19は、前記乗算回路14,17の出力を夫
々入力として、 im+2vm+2−im-2Vm-2 ＝IpVpsin（２α＋θ）sin4β ……（９） を導出して出力している。 加算回路20は、乗算回路15,16の出力を夫々入力とし
て im+1vm+1＋im-1vm-1 ＝IpVp｛cosθ−cos（２α＋θ）cos2β｝ を導出して出力している。 また、減算回路21は、乗算回路15,16の出力を夫々入
力として im+1vm+1−im-1vm-1 ＝IpVpsin（２α＋θ）sin2β ……（10） を導出して出力している。 乗算回路22は、乗算回路18の出力を入力として 2imvm＝IpVp｛cosθ−cos（２α＋θ）｝ を導出している。 電気量変換回路23は加算回路20の出力を入力として IpVpcosθ−（im+1vm+1＋im-1vm-1） ＝IpVpcos（２α＋θ）cos2β ……（11） を導出して出力している。 乗算回路24は減算回路21、電気量変換回路23の出力を
夫々入力として （im+1vm+1−im-1vm-1）｛IpVpcosθ −（im+1vm+1＋im-1vm-1）｝ ＝IpVpsin（２α＋θ）sin2β ×IpVpcos（２α＋θ）cos2β ……（12） を導出して出力している。 電気量変換回路25は、乗算回路22の出力を入力として IpVpcosθ−2imvm＝IpVpcos（２α＋θ） ……（13） を導出して出力している。 乗算回路26は、減算回路19、電気量変換回路25の出力
を夫々入力として （im+2vm+2−im-2vm-2）（IpVpcosθ−2imvm） ＝IpVpsin（２α＋θ）sin4β・IpVpcos（２α＋θ） ……（14） を導出して出力している。 乗算回路27は乗算回路24の出力を入力として ２（im+1vm+1−im-1vm-1）｛IpVpcosθ −（im+1vm+1＋im-1vm-1）｝ ＝2IpVpsin（２α＋θ）sin2β ×IpVpcos（２α＋θ）cos2β ……（15） を導出して出力している。 減算回路28は乗算回路26,27の出力を夫々入力として （im+2vm+2−im-2vm-2）（IpVpcosθ−2imvm） −２（im+1vm+1−im-1vm-1）｛IpVpcosθ −（im+1vm+1＋im-1vm-1）｝ ＝IpVpsin（２α＋θ）sin4β・IpVpcos（２α＋θ） −2IpVpsin（２α＋θ）sin2β ・IpVpcos（２α＋θ）cos2β ＝2IpVpsin（２α＋θ）sin2βcos2β ・IpVpcos（２α＋θ）−2IpVpsin（２α＋θ） sin2βcos2βIpVpcos（２α＋θ）＝０ ……（16） となる。従って、式（16）の左辺は下式で示される。 （im+2vm+2−im-2vm-2）（IpVpcosθ−2imvm） ＝２（im+1vm+1−im-1vm-1） ｛IpVpcosθ−（im+1vm+1＋im-1vm-1） ……（17） 即ち、減算回路28は前記式（17）を導出して出力してい
る。 電気量変換回路29は減算回路28の出力を入力として を導出している。そして、最終的に判定量導出部30は、
電気量変換回路29の演算結果より電力方向成分IpVpcos
θを導出している。以上の説明では、各演算式の分母が
零にならない場合について述べているが、分母が零とな
る場合には、演算結果を棄てる等の別途処理を行なうこ
とはいうまでもない。この判定基準は図示していないが IpVpcosθ≧０ を満足したとき、方向リレーとして出力接点を閉じる如
く構成される。 以上、式（14），（15）に示した如く、三角関数の
和、差の性質を応用して式（16）に示した差分により電
流，電圧の内積値を得た時の高次調波成分、及びサンプ
リング時間巾βの成分が消去される如く入力サンプリン
グ・データを制御する。 次に、この発明の具体的応用の一実施例を図について
説明する。 図中、第１図と同一符号は、夫々同一又は相等部分を
示す第２図において、41,42,44,47は乗算回路、43,45は
減算回路、46は除算回路である。 次に動作について説明する。まず、乗算回路41は加算
回路20と減算回路21の出力を夫々入力として（im+1vm+1
＋im-1vm-1）（im+1vm+1−im-1vm-1）を導出して出力し
ている。 乗算回路42は減算回路21の出力を入力として２（im+1
vm+1−im-1vm-1）を導出して出力している。 減算回路43は乗算回路42と減算回路19の出力を夫々入
力として （im+2vm+2−im-2vm-2）−２（im+1vm+1−im-1vm-1） を導出して出力している。減算回路44は、乗算回路18、
減算回路19の出力を夫々入力として imvm（im+2vm+2−im-2vm-2） を導出して出力している。 減算回路45は、乗算回路41,44の出力を入力として imvm（im+2vm+2−im-2vm-2） −（im+1vm+1＋im-1vm-1）（im+1vm+1−im-1vm-1） を導出して出力している。 除算回路46は、減算回路43,45の出力を夫々入力とし
て を導出して出力している。 但し、（im+2vm+2−im-2vm-2）−２（im+1vm+1−im-1
vm-1）≠０とする。 また、乗算回路47では除算回路46の出力を入力として を導出して出力している。 乗算回路47の出力電気量は、式（18）で明らかな通
り、IpVpcosθを導出したに他ならない。 乗算回路47では具体的には下記を処理していることに
なる。 分母が零となる場合は、第１図原理説明図で述べたと
同様の処理が必要である。 上述したように、この発明の主旨は、電流，電圧のサ
ンプリング値を求め、そのサンプリング値を所要回路を
用いて式（18），（19）右辺の除算式を演算処理して判
定量を導出することにある。すなわち、判定量演算を除
算式は、その分子を第１の電気量として （IPVP）2cosθsin（２α＋θ）sin2β（１−cos2β） を導出する。 また、分母を第２の電気量として （IPVP）sin（２α＋θ）cos2β（１−cos2β） を導出する。前記除算式は演算結果の第２調波を除去
し、電圧と電流の位相差の振巾値に関係した量を導出す
る如く電流，電圧のサンプリング・データの取込みを規
定するようにしている。そして除算式の前記演算は、第
１の電気量を第２の電気量で除して得た電力方向成分Ip
Vpcosθが零より大か否かを判定基準に照して判定し保
護継電器の出力を得るようにしている。 ここで、第１及び第２の電気量算出式の電流，電圧の
位相差に関する成分、及びサンプリング時間巾の成分に
関する項を以下のように呼称する。 cosθsin（２α＋θ）sin2β（１−cos2β） を第１のサンプリング演算式、 sin（２α＋θ）sin2β（１−cos2β） を第２のサンプリング演算式。 なお、上記実施例の変形は、２つに大別することが可
能である。 その１は、乗算回路47の入力に於いて、ｍを変化させ
てもこの発明のデータ制御手順に従えば、式（19）の４
式目のβをcos2βとしたまゝ電力方向成分を得ることが
可能である。 一般化して、乗算回路（47）の入力ｍをｍ＋ｋ（ｋは
整数とする）で置換すると下式を得る。 乗算回路47の入力は、ｋ＝０の場合に相当する。 さて、その２は乗算回路47の入力において、ｍを変化
させても、この発明のデータの制御手順に従えば、式
（19）の４式目のβをcos2lβ（ｌは、整数とする）と
しても、電力方向成分を得ることが可能である。 一般化して、各添字にｌに付して示すが、im,vmにつ
いては、添字ｌとは無関係とすることが必要である。 乗算回路47の入力はｌ＝１の場合に相当する。 これは、式（19）の４式目が で示されていたのが、ｌとすると、 が得られることを示す。 このように、この発明によれば、サンプリング時間巾
βを、系統周波数に無関係に設定することが可能となる
ため、周波数50Hz,60Hzでサンプリング時間巾を共用化
することが可能となる他、処理装置の処理能力が向上す
れば、する程、サンプリング時間巾βを短く設定し得る
ことになる。 具体的には、この発明で、電力方向リレーとして解を
得るためには、ｍ＋２〜ｍ−２までの５サンプル・デー
タ（従来リレーはｍ〜ｍ＋３までの４サンプル・デー
タ）であり、サンプリング時間巾βを縮めて行けば従来
リレーよりも高速度動作が可能となる。 更には、この５サンプル・データの間、系統の周波数
がほゞ一定と見なし得る程度の周波数変動であれば、即
ち、水力発電機が起動して、定格周波数になるまでの間
の保護にも適用可能である。 この発明の付随した効果としては、時限協調が従来リ
レーに比べて容易になることである。 即ち、従来リレーは、タップ値、抑制スプリング、接
点間隔等で電源端から負荷端までの時限協調をとってい
るが、この発明では負荷側程、サンプリング時間巾βを
短かく電源端側程サンプリング時間巾βを長く設定すれ
ば、事故時には、各端をほゞ同一の電流が貫通して事故
点に向かって流れるため、同一原理のリレーで確実に時
限協調が図れることになる。 この時、あわせて、演算結果の照合回数を電源端側程
多くする等、配慮すれば信頼度向上にも資する。 更に、この発明の考え方は、インピーダンス・リレー
へ応用してもよく、上記実施例と同様の効果を奏する。
において、１はディジタル量子された電流データの配分
路、２は電圧データの配分路、３〜７は電流データの一
時的保管室、８〜12は電圧データの一時的保管室、14〜
18,22,24,26,27は乗算回路、19,21,28は減算回路、20は
加算回路、23,25,29は電気量変換回路、30は判定量導出
部である。 次に動作について説明する。まず、電流及び電圧デー
タの配分路1,2には夫々ディジタル・データ列……im-2,
im-1,im,im+1,im+2,……及びvm-2,vm-1,vm,vm+1,vm+2,
……がサンプリング時間巾βに同期して、流れており、
電流，電圧データの一時的保管室３〜12には、夫々、i
m+2,im+1,im,im-1,vm-2,vm+2,vm+1,vm,vm-1,vm-2が保管
されているものとする。この一時的保管室のデータの出
し入れは別の制御系（図示せず）によって制御されてい
る。例えば、最新のデータとして電流データim+3がデー
タ配分路１に現われると（勿論、これと同期してデータ
配分路２にも電圧データvm+3が現われている。）電流デ
ータの一時的保管室７ではデータim-2がクリアされ、デ
ータim-1を収納する。同時にデータの一時的保管室６で
はデータim-1がクリアされ、データimを収納する。同様
にして電流データの一時的保管室５ではデータim+1が収
納され、同保管室４にはデータim+2が収納され、そして
電流データの一時的保管室３にはデータim+3が夫々収納
されることになる。 この時の、電圧データの一時的保管室８〜12のデータ
のクリア及び収納の入れ替えは、電流データの入れ替え
動作と同様に別の制御系により、同期して行なわれてい
る。 即ち、データvm+3が電圧データの一時的保管室８に収
納された時、電圧データの一時的保管室９には、データ
vm+2が収納され電圧データの一時的保管室10にはデータ
vm+1が収納され、同保管室11にはデータvmが収納され、
同保管室12にはデータvm-1が夫々収納される。 また、乗算回路14〜18は夫々、データ流通路13経由
で、各データの保管室からデータを取り込んで積量を得
ている。 また、乗算回路14はデータの一時的保管室3,8から得
たデータで積量im+2vm+2を導出し、 乗算回路15は同保管室4,9から得たデータで積量im+1v
m+1を導出し、 乗算回路16は同保管室6,11から得たデータで積量im-1
vm-1を導出し、 乗算回路17は同保管室7,12から得たデータで積量im-2
vm-2を導出し、 そして、乗算回路18は同じく保管室5,10から得たデータ
で積量imvmを夫々に導出している。 また、減算回路19は、前記乗算回路14,17の出力を夫
々入力として、 im+2vm+2−im-2Vm-2 ＝IpVpsin（２α＋θ）sin4β ……（９） を導出して出力している。 加算回路20は、乗算回路15,16の出力を夫々入力とし
て im+1vm+1＋im-1vm-1 ＝IpVp｛cosθ−cos（２α＋θ）cos2β｝ を導出して出力している。 また、減算回路21は、乗算回路15,16の出力を夫々入
力として im+1vm+1−im-1vm-1 ＝IpVpsin（２α＋θ）sin2β ……（10） を導出して出力している。 乗算回路22は、乗算回路18の出力を入力として 2imvm＝IpVp｛cosθ−cos（２α＋θ）｝ を導出している。 電気量変換回路23は加算回路20の出力を入力として IpVpcosθ−（im+1vm+1＋im-1vm-1） ＝IpVpcos（２α＋θ）cos2β ……（11） を導出して出力している。 乗算回路24は減算回路21、電気量変換回路23の出力を
夫々入力として （im+1vm+1−im-1vm-1）｛IpVpcosθ −（im+1vm+1＋im-1vm-1）｝ ＝IpVpsin（２α＋θ）sin2β ×IpVpcos（２α＋θ）cos2β ……（12） を導出して出力している。 電気量変換回路25は、乗算回路22の出力を入力として IpVpcosθ−2imvm＝IpVpcos（２α＋θ） ……（13） を導出して出力している。 乗算回路26は、減算回路19、電気量変換回路25の出力
を夫々入力として （im+2vm+2−im-2vm-2）（IpVpcosθ−2imvm） ＝IpVpsin（２α＋θ）sin4β・IpVpcos（２α＋θ） ……（14） を導出して出力している。 乗算回路27は乗算回路24の出力を入力として ２（im+1vm+1−im-1vm-1）｛IpVpcosθ −（im+1vm+1＋im-1vm-1）｝ ＝2IpVpsin（２α＋θ）sin2β ×IpVpcos（２α＋θ）cos2β ……（15） を導出して出力している。 減算回路28は乗算回路26,27の出力を夫々入力として （im+2vm+2−im-2vm-2）（IpVpcosθ−2imvm） −２（im+1vm+1−im-1vm-1）｛IpVpcosθ −（im+1vm+1＋im-1vm-1）｝ ＝IpVpsin（２α＋θ）sin4β・IpVpcos（２α＋θ） −2IpVpsin（２α＋θ）sin2β ・IpVpcos（２α＋θ）cos2β ＝2IpVpsin（２α＋θ）sin2βcos2β ・IpVpcos（２α＋θ）−2IpVpsin（２α＋θ） sin2βcos2βIpVpcos（２α＋θ）＝０ ……（16） となる。従って、式（16）の左辺は下式で示される。 （im+2vm+2−im-2vm-2）（IpVpcosθ−2imvm） ＝２（im+1vm+1−im-1vm-1） ｛IpVpcosθ−（im+1vm+1＋im-1vm-1） ……（17） 即ち、減算回路28は前記式（17）を導出して出力してい
る。 電気量変換回路29は減算回路28の出力を入力として を導出している。そして、最終的に判定量導出部30は、
電気量変換回路29の演算結果より電力方向成分IpVpcos
θを導出している。以上の説明では、各演算式の分母が
零にならない場合について述べているが、分母が零とな
る場合には、演算結果を棄てる等の別途処理を行なうこ
とはいうまでもない。この判定基準は図示していないが IpVpcosθ≧０ を満足したとき、方向リレーとして出力接点を閉じる如
く構成される。 以上、式（14），（15）に示した如く、三角関数の
和、差の性質を応用して式（16）に示した差分により電
流，電圧の内積値を得た時の高次調波成分、及びサンプ
リング時間巾βの成分が消去される如く入力サンプリン
グ・データを制御する。 次に、この発明の具体的応用の一実施例を図について
説明する。 図中、第１図と同一符号は、夫々同一又は相等部分を
示す第２図において、41,42,44,47は乗算回路、43,45は
減算回路、46は除算回路である。 次に動作について説明する。まず、乗算回路41は加算
回路20と減算回路21の出力を夫々入力として（im+1vm+1
＋im-1vm-1）（im+1vm+1−im-1vm-1）を導出して出力し
ている。 乗算回路42は減算回路21の出力を入力として２（im+1
vm+1−im-1vm-1）を導出して出力している。 減算回路43は乗算回路42と減算回路19の出力を夫々入
力として （im+2vm+2−im-2vm-2）−２（im+1vm+1−im-1vm-1） を導出して出力している。減算回路44は、乗算回路18、
減算回路19の出力を夫々入力として imvm（im+2vm+2−im-2vm-2） を導出して出力している。 減算回路45は、乗算回路41,44の出力を入力として imvm（im+2vm+2−im-2vm-2） −（im+1vm+1＋im-1vm-1）（im+1vm+1−im-1vm-1） を導出して出力している。 除算回路46は、減算回路43,45の出力を夫々入力とし
て を導出して出力している。 但し、（im+2vm+2−im-2vm-2）−２（im+1vm+1−im-1
vm-1）≠０とする。 また、乗算回路47では除算回路46の出力を入力として を導出して出力している。 乗算回路47の出力電気量は、式（18）で明らかな通
り、IpVpcosθを導出したに他ならない。 乗算回路47では具体的には下記を処理していることに
なる。 分母が零となる場合は、第１図原理説明図で述べたと
同様の処理が必要である。 上述したように、この発明の主旨は、電流，電圧のサ
ンプリング値を求め、そのサンプリング値を所要回路を
用いて式（18），（19）右辺の除算式を演算処理して判
定量を導出することにある。すなわち、判定量演算を除
算式は、その分子を第１の電気量として （IPVP）2cosθsin（２α＋θ）sin2β（１−cos2β） を導出する。 また、分母を第２の電気量として （IPVP）sin（２α＋θ）cos2β（１−cos2β） を導出する。前記除算式は演算結果の第２調波を除去
し、電圧と電流の位相差の振巾値に関係した量を導出す
る如く電流，電圧のサンプリング・データの取込みを規
定するようにしている。そして除算式の前記演算は、第
１の電気量を第２の電気量で除して得た電力方向成分Ip
Vpcosθが零より大か否かを判定基準に照して判定し保
護継電器の出力を得るようにしている。 ここで、第１及び第２の電気量算出式の電流，電圧の
位相差に関する成分、及びサンプリング時間巾の成分に
関する項を以下のように呼称する。 cosθsin（２α＋θ）sin2β（１−cos2β） を第１のサンプリング演算式、 sin（２α＋θ）sin2β（１−cos2β） を第２のサンプリング演算式。 なお、上記実施例の変形は、２つに大別することが可
能である。 その１は、乗算回路47の入力に於いて、ｍを変化させ
てもこの発明のデータ制御手順に従えば、式（19）の４
式目のβをcos2βとしたまゝ電力方向成分を得ることが
可能である。 一般化して、乗算回路（47）の入力ｍをｍ＋ｋ（ｋは
整数とする）で置換すると下式を得る。 乗算回路47の入力は、ｋ＝０の場合に相当する。 さて、その２は乗算回路47の入力において、ｍを変化
させても、この発明のデータの制御手順に従えば、式
（19）の４式目のβをcos2lβ（ｌは、整数とする）と
しても、電力方向成分を得ることが可能である。 一般化して、各添字にｌに付して示すが、im,vmにつ
いては、添字ｌとは無関係とすることが必要である。 乗算回路47の入力はｌ＝１の場合に相当する。 これは、式（19）の４式目が で示されていたのが、ｌとすると、 が得られることを示す。 このように、この発明によれば、サンプリング時間巾
βを、系統周波数に無関係に設定することが可能となる
ため、周波数50Hz,60Hzでサンプリング時間巾を共用化
することが可能となる他、処理装置の処理能力が向上す
れば、する程、サンプリング時間巾βを短く設定し得る
ことになる。 具体的には、この発明で、電力方向リレーとして解を
得るためには、ｍ＋２〜ｍ−２までの５サンプル・デー
タ（従来リレーはｍ〜ｍ＋３までの４サンプル・デー
タ）であり、サンプリング時間巾βを縮めて行けば従来
リレーよりも高速度動作が可能となる。 更には、この５サンプル・データの間、系統の周波数
がほゞ一定と見なし得る程度の周波数変動であれば、即
ち、水力発電機が起動して、定格周波数になるまでの間
の保護にも適用可能である。 この発明の付随した効果としては、時限協調が従来リ
レーに比べて容易になることである。 即ち、従来リレーは、タップ値、抑制スプリング、接
点間隔等で電源端から負荷端までの時限協調をとってい
るが、この発明では負荷側程、サンプリング時間巾βを
短かく電源端側程サンプリング時間巾βを長く設定すれ
ば、事故時には、各端をほゞ同一の電流が貫通して事故
点に向かって流れるため、同一原理のリレーで確実に時
限協調が図れることになる。 この時、あわせて、演算結果の照合回数を電源端側程
多くする等、配慮すれば信頼度向上にも資する。 更に、この発明の考え方は、インピーダンス・リレー
へ応用してもよく、上記実施例と同様の効果を奏する。
以上のようにこの発明によれば、電流，電圧のサンプ
リング値を用いて所要関係式を満す四則演算回路により
第１及び第２の電気量を求め、前記第１の電気量を第２
の電気量で除算して得た電力方向成分が零より大か否か
を判定するように回路構成したので、周波数変動に対し
ても安定した特性が得られ、50Hz,60Hzともサンプリン
グ時間巾を共用化した継電器となし得る効果がある。ま
た、時限協調に優れていることから高速動作可能な継電
器が得られる効果がある。
リング値を用いて所要関係式を満す四則演算回路により
第１及び第２の電気量を求め、前記第１の電気量を第２
の電気量で除算して得た電力方向成分が零より大か否か
を判定するように回路構成したので、周波数変動に対し
ても安定した特性が得られ、50Hz,60Hzともサンプリン
グ時間巾を共用化した継電器となし得る効果がある。ま
た、時限協調に優れていることから高速動作可能な継電
器が得られる効果がある。
第１図はこの発明の原理を示す保護継電器のブロック構
成図、第２図はこの発明の一実施例を示すブロック構成
図、第３図は従来の電力方向継電器のアルゴリズムを説
明する波形図である。 図において、３〜７は電流データの一時的保管室、８〜
12は電圧データの一時的保管室、14〜29,41〜46は四則
演算回路、30は判定量導出部である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
成図、第２図はこの発明の一実施例を示すブロック構成
図、第３図は従来の電力方向継電器のアルゴリズムを説
明する波形図である。 図において、３〜７は電流データの一時的保管室、８〜
12は電圧データの一時的保管室、14〜29,41〜46は四則
演算回路、30は判定量導出部である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】電力系統の電圧、電流を検出した電圧デー
タ及び電流データを所定のサンプリング時間巾でサンプ
リングし量子化して、一時保管する電流データの一時保
管室及び電圧データの一時的保管室と、前記一時的保管
室に格納された電流、電圧のサンプリング値を用いて下
記第１の電気量及び第２の電気量を出力する演算手段
と、下記第１の電気量を第２の電気量で除して得た下記
電力方向成分が零より大か否かを判定してその判定結果
を出力する判定量導出部とを備えた保護継電器。 記 第１の電気量 （IPVP）2cosθsin（２α＋θ）｝sin2β（１−cos2
β） 第２の電気量 （IPVP）sin（２α＋θ）｝sin2β（１−cos2β） 電力方向成分 IPVPcosθ ここで、 IP:電流の振幅値 VP:電圧の振幅値 α：サンプリングｍ時点におけるω0t β：サンプリング時間（間隔）巾 θ：電圧、電流の位相差
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2248005A JP2685642B2 (ja) | 1990-09-18 | 1990-09-18 | 保護継電器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2248005A JP2685642B2 (ja) | 1990-09-18 | 1990-09-18 | 保護継電器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04127824A JPH04127824A (ja) | 1992-04-28 |
| JP2685642B2 true JP2685642B2 (ja) | 1997-12-03 |
Family
ID=17171778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2248005A Expired - Fee Related JP2685642B2 (ja) | 1990-09-18 | 1990-09-18 | 保護継電器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2685642B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63188775A (ja) * | 1987-02-02 | 1988-08-04 | Hitachi Ltd | 実効値及び電力検出方式 |
-
1990
- 1990-09-18 JP JP2248005A patent/JP2685642B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 「電気共同研究」 第４１巻第４号、昭和６１年１月 社団法人電気協同研究会 Ｐ．４５ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04127824A (ja) | 1992-04-28 |
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Legal Events
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