JP3615020B2

JP3615020B2 - ディジタル形脱調予測継電器

Info

Publication number: JP3615020B2
Application number: JP16533397A
Authority: JP
Inventors: 重則水口; 隆司関口
Original assignee: Toshiba System Technology Corp
Current assignee: Toshiba System Technology Corp
Priority date: 1997-06-06
Filing date: 1997-06-06
Publication date: 2005-01-26
Anticipated expiration: 2017-06-06
Also published as: JPH10341526A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力系統の２電気所間の相差角δ_ｍを算出し、その所定時間将来の相差角δ_Ｐｍを予測するディジタル形脱調予測継電器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力系統において、落雷などによりルート断事故が発生すると発電機が加速し、最終的に脱調に至ることがある。これを放置すると電力系統の崩壊を招くことになる。電力系統の安定度を維持するには、発電機が脱調に至ってから、この発電機を系統から分離するよりも、脱調に至る前の発電機を分離した方が効果が大きい。従って、脱調検出継電器よりも動作が速い脱調予測継電器が必要になってきている。
【０００３】
従来、脱調予測継電器は２つの電気所間の電圧値データから、その電圧値データのベクトルの位相差、つまり相差角δ_ｍを算出し、その相差角δ_ｍデータの過去から現在に至るまでの傾向によって将来の相差角δ_Ｐｍを予測し、その値が所定値以上となったことで動作出力するものである。
【０００４】
図３は相差角δ_ｍを表わす図であり、図４は脱調予測継電器の特性図を示すものである。相差角δ_Ｐの予測演算は例えば下記のようなアルゴリズムが適用されている。発電機間の相差角δが、脱調に至るまでの変化の軌跡は（１）式の２次式で表わせると仮定する。
【０００５】
【数１】
δ（ｔ）＝ｋ_０＋ｋ_１・ｔ＋ｋ_２・ｔ^２ ……………（１）
ここで、（１）式のｋ_０，ｋ_１，ｋ_２の値を、現在から過去の一定間隔での相差角δデータをＮ個使用して、最小２乗法にて推定する。なお、（１）式を下記のように変形すると（２）式が得られる。
【０００６】
【数２】

【０００７】
（２）式において、ｔ＝１，２，…，Ｎとすると下式が得られ、これの最小２乗解^∧ Ｃ（ｔ）は（３）式で求められ、Ｔ秒後の相差角予測値δ_Ｐは（４）式となる。
【数３】

【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、相差角予測値δ_Ｐｍは、その予測演算に用いる相差角δデータの誤差の影響を受けやすい。最小２乗法に供する相差角データの±０．１°以下の微小誤差でのバラツキでも相差角予測値δ_Ｐｍは、その影響を受け大きな誤差を生じてしまう。図５に相差角予測値δ_Ｐｍの誤差の影響の様相を示す。なお、図５は縦軸は相差角予測値δ_Ｐｍ［度］、横軸は時間［ｓ］を示す。
【０００９】
又、通常、脱調現象は系統事故によるルート断により発生する。従来、脱調予測継電器は事故検出継電器の起動要素の動作があった後に演算を開始していたため、事故中の交流電気量データの影響はなかった。しかし、継電器の動作時間を高速化するためには、この事故検出継電器の起動信号を削除すれば一層高速化できる。
【００１０】
しかし、常時相差角予測値δ_Ｐｍの予測演算をするようにすれば、この系統事故中の交流電気量を使用して予測演算を実施することになって、図６に示すように、その相差角予測値δ_Ｐｍには大きな誤差を生じてしまい誤動作の可能性がある。又、系統事故以外にも、系統構成切換による交流電気量の位相急変に対しても誤動作の可能性がある。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するためになされたものでり、相差角予測値δ_Ｐｍを算出するにあたり、その予測演算に供するデータの誤差があっても、その影響を小さくし精度の高い相差角予測値の検出ができ、更に、系統事故中の交流電気量を使用しても、又、系統構成切換があっても誤動作しないディジタル形脱調予測継電器を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るディジタル形脱調予測継電器は、電力系統のディジタル量に変換された交流電気量を使用して発電機間の相差角δを算出し、その現在から過去の相差角δデータを用いて最小２乗法にて推定した各次数項の係数のうち、２次項の係数の現在から過去所定時間までの変動に対する安定値を算出する第１の手段と、前記第１の手段で算出した係数を使用して２次近似予測式を使用して所定時間Ｔ秒後の将来時刻における発電機間相差角予測値δ_Ｐｍを算出する第２の手段と、第２の手段で算出した発電機間相差角予測値δ_Ｐｍの現在から過去所定時間内までの変動に対する安定値δ_Ｐ′_ｍを算出する第３の手段と、第３の手段で算出したδ_Ｐ′_ｍが所定値以上であるかどうか判定し、所定値以上であるとき動作と判定して出力する第４の手段とを備えたものである。
【００１３】
本発明の請求項２に係るディジタル形脱調予測継電器は、請求項１において、第１の手段は、現在より過去までの一定間隔の相差角δデータを用いて（３）式にて推定した２次近似予測式の２次係数を、（５）式を用いて現在から過去まで一定間隔でのｎ個の平均値ｋ_２′値を算出するものである。
【００１４】
【数４】

【００１５】
本発明の請求項３に係るディジタル形脱調予測継電器は、請求項１の第１の手段において算出したｋ_２′を用いて、（６）式の２次近似予測式に代入し、所定時間Ｔ秒後の将来時刻での発電機間相差角δ_Ｐｍを算出する第２の手段を備えたものである。
【数５】
δ_Ｐｍ＝ｋ_２′・Ｔ^２＋ｋ_１・Ｔ＋ｋ_０ ……………（６）
【００１６】
本発明の請求項４に係るディジタル形脱調予測継電器は、請求項１の第２の手段において算出したＴ秒後の将来時刻での相差角δ_Ｐｍを、（７）式の現在から過去までの一定間隔でのｎ個の平均値δ_Ｐ′_ｍを算出するものである。但し、γは一定間隔。
【数６】

【００１７】
本発明の請求項５に係るディジタル形脱調予測継電器は、請求項１の第４の手段は、第３の手段で得られる相差角予測値δ_Ｐ′_ｍと所定の定数と比較し、前者が後者より大きいときに動作と判定して出力することと、第５の手段は入力交流量の振幅値又は実効値が所定値以下のときには動作出力をロックするものを付加したものである。
【００１８】
本発明の請求項６に係るディジタル形脱調予測継電器は、請求項１の第４の手段を、第３の手段で得られる相差角予測値δ_Ｐ′_ｍと所定の定数と比較し、前者が後者より大きいときに動作と判定して出力することと、第５の手段は（８）式の現在の電気所間相差角δ_ｍと一定時間過去δ_ｍの値との差Δδが、所定値以上のときには動作出力をロックするものを付加したものである。但し、Ｔは半サイクルの倍数。
【数７】
Δδ＝δ_ｍ−Ｔ−δ_ｍ ………………………（８）
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して実施の形態を説明する。図１は本発明によるディジタル形脱調予測継電器の実施の形態を示す機能ブロック図である。図１において、ディジタル形脱調予測継電器１０は電力系統より取り込まれた２つの電圧ｖ_１，ｖ_２をディジタルデータに変換した後、その電圧相差角δを算出する電圧相差角算出手段１１と、その電圧相差角δの将来値δ_Ｐを２次近似式で予測するための各次項の係数を、手段１１で算出した相差角δデータを現在から過去まで一定間隔のｎ_１個データを使用して最小２乗法にて算出する手段１２と、手段１２で算出した３つの係数のうち２次項の係数を一定時間間隔ｎ_２個の平均値を算出する手段１３と、手段１２及び手段１３で算出した２次近似予測式の各係数を、２次近似予測式に代入しＴ秒後の相差角δの将来値δ_Ｐを算出する予測値算出手段１４と、手段１４で算出した相差角の予測値δ_Ｐを現在から過去まで一定時間間隔のｎ_３個データの平均値δ_Ｐ′を算出する手段１５と、手段１５で算出した相差角予測値δ_Ｐ′が所定値より大きい場合に出力をＯＮし、小さい場合に出力をＯＦＦする比較手段１６と、電力系統より取り込んだ電圧値ｖ_１の振幅値を算出する手段１７と、手段１７で算出した振幅値が所定値より小さい場合に出力をＯＮし、大きい場合に出力をＯＦＦする比較手段１８と、電圧値ｖ_２の振幅値を算出する手段１９と、手段１９で算出した振幅値が所定値より小さい場合に出力をＯＮし、大きい場合に出力をＯＦＦする比較手段２０と、手段１１で算出した相差角δデータのｔ_１前のデータと現在のデータの変化分Δδを算出する手段２１と、手段２１で算出した相差角変化分Δδが所定値より大きい場合に出力をＯＮし、小さい場合に出力をＯＦＦする比較手段２２と、比較手段１６の出力がＯＮで比較手段１８と比較手段２０と比較手段２２の出力がＯＦＦのときリレー動作をＯＮとし、それ以外ではリレー復帰と判定する判定手段２３とから構成される。
【００２０】
次に図１において、第１の手段１３では相差角予測値の２次近似予測式の各次数項の係数を最小２乗法で推定したうち、２次項の係数ｋ_２を（９）式にて、現在から過去まで一定時間間隔のｋ_２値のｎ_２個の平均値ｋ_２′を算出する。但し、Ｐの間隔は一定時間間隔。
【数８】

【００２１】
次に図１において、第２の手段１４では第１の手段で得たｋ_２′値を用いて下記（１０）式にて、Ｔ秒後の相差角の予測値δ_Ｐｍを算出する。
【数９】
δ_Ｐｍ＝ｋ_２′・Ｔ^２＋ｋ_１・Ｔ＋ｋ_０ ………………（１０）
【００２２】
次に図１において、第３の手段１５では第２の手段で得たδ_Ｐｍ値を用いて下記（１１）式にて、現在から過去までの一定時間間隔のδ_ｍ値のｎ_３の平均値δ_Ｐ′_ｍを算出する。但し、その間隔は一定時間間隔。
【数１０】

【００２３】
（１１）式から得られる相差角予測値δ_Ｐ′_ｍの時間推移に対しての演算結果を図２に示す。図からわかるように従来の方式に対して、安定した予測値を算出できることがわかる。
【００２４】
次に図１において、第４の手段１７，１８，１９，２０では、ｖ_１，ｖ_２の電圧振幅値を算出し、それが所定値以下の時は、図１においてのディジタル形脱調予測継電器１０の出力をロックするための条件である。これは、電力系統において系統事故中の電圧値は低下するため、事故中の電圧データでの演算による安定値δ_Ｐ′_ｍの乱れによる誤動作を防止するためである。
【００２５】
次に図１において、第４の手段２１，２２では、ｖ_１，ｖ_２の電圧値データより算出した相差角δを用いて、（１２）式により相差角の変化分Δδを算出し、これが所定値以上の時は、図１においてのディジタル形脱調予測継電器１０の出力をロックするための条件である。これは、電力系統において系統切換時、電圧値の位相急変が生じるため、この電圧データでの演算による安定値δ_Ｐ′_ｍの乱れによる誤動作を防止するためでる。但し、Ｔの間隔は一定時間間隔。
【数１１】
Δδ＝｜δ_ｍ−Ｔ−δ_ｍ｜ ……………………（１２）
【００２６】
上記した説明は一見個々の構成要素についてのものであるように考えられるが、図１における最上段にある１１，１２，１３，１４，１５，１６では相差角予測値を過去にまで遡って確かなものとして求め、第２段１７，１８、第３段１９，２０では系統事故中の乱れによる影響をなくし、第４段２１，２２では系統切換等の位相角の急変による影響をなくし、結果として正しい脱調時にのみ動作するように考慮したものである。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば相差角予測値δ_Ｐを算出するに当たり、その予測演算に供するデータの誤差があっても、その影響を小さくし精度の高い相差角予測値の検出を提供し、更に、系統事故中の交流電気量を使用しても、又、系統構成切換があっても誤動作しないディジタル形脱調予測継電器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ディジタル形脱調予測継電器の機能ブロック図。
【図２】本発明の効果を示す図。
【図３】相差角δを説明する図。
【図４】ディジタル形脱調予測継電器の特性図。
【図５】従来方式での相差角予測値δ_Ｐの誤差の様相を示す図。
【図６】事故中データでの相差角予測値への影響を示す図。
【符号の説明】
１０ディジタル形脱調予測継電器
１１電圧相差角算出手段
１２２次近似予測式の各係数の算出手段
１３２次項係数の平均値算出手段
１４予測値算出手段
１５予測値の平均値算出手段
１６，１８，２０，２２比較手段
１７，１９振幅値算出手段
２１ Δδ算出手段
２３判定手段

Claims

電力系統のディジタル量に変換された交流電気量を使用して２つの電気所間の現在の相差角を算出し、その相差角データの現在より過去のデータを使用して相差角の移行を２次式に近似して将来の相差角を予測演算し、その値が所定値以上となったことで、発電機が脱調に至るか否かを予測判定するディジタル形脱調予測継電器において、相差角移行の２次近似予測式に供するため、現在から過去の相差角δ_ｍを用いて推定した各次数項の係数のうち、２次項の係数ｋ_２の現在から過去所定時間までの変動に対する安定値ｋ_２′を算出する第１の手段と、前記第１の手段で算出した係数ｋ_２′を使用して２次近似予測式を使用して所定時間Ｔ秒後の将来時刻における相差角予測値δ_Ｐｍを算出する第２の手段と、前記第２の手段で算出した相差角予測値δ_Ｐｍの現在から過去所定時間内までの変動に対する安定値δ_Ｐ′_ｍを算出する第３の手段と、前記第３の手段で算出したδ_Ｐ′_ｍが所定値以上であるかどうか判定し、所定値以上であるとき動作と判定して出力する第４の手段とを備えたことを特徴とするディジタル形脱調予測継電器。
請求項１記載のディジタル形脱調予測継電器において、第１の手段は現在より過去までの一定間隔の相差角δ_ｍを用いて推定した２次近似式に２次係数を、現在から過去までの一定間隔でのｎ個の平均値ｋ_２′値を算出するように構成したことを特徴とするディジタル形脱調予測継電器。
請求項１記載のディジタル形脱調予測継電器において、第２の手段は第１の手段で算出したｋ_２′を用いて２次近似予測式に代入し、所定時間Ｔ秒後の将来時刻での発電機間相差角δ_Ｐｍを算出するように構成したことを特徴とするディジタル形脱調予測継電器。
請求項１記載のディジタル形脱調予測継電器において、第３の手段は第２の手段で算出したＴ秒後の将来時刻での相差角予測値δ_Ｐｍを、現在から過去までの一定時間隔でのｎ個の平均値δ_Ｐ′_ｍを算出するように構成したことを特徴とするディジタル形脱調予測継電器。
請求項１記載のディジタル形脱調予測継電器において、第４の手段は第３の手段で得られる安定値δ_Ｐ′_ｍと所定の定数と比較し、前者が後者より大きいときに動作と判定して出力するよう構成すると共に、第５の手段は入力交流量の振幅値及び実効値が、所定値以下のときには動作出力をロックするよう構成したことを特徴とするディジタル形脱調予測継電器。
請求項１記載のディジタル形脱調予測継電器において、第４の手段は第３の手段で得られる相差角予測値δ_Ｐ′_ｍと所定の定数と比較し、前者が後者より大きいときに動作と判定して出力するよう構成すると共に、第５の手段は相差角δ_ｍの現在と一定時間過去の値との差が、所定値以上のときには動作出力をロックするよう構成したことを特徴とするディジタル形脱調予測継電器。