JP5161983B2 - 保護継電器の入力データ処理装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、保護継電器に係り、特に、保護継電器の累積バッファーに格納されたデータがノイズなどにより損傷する場合、これを修復して正常計測可能にする保護継電器の入力データ処理装置及び方法に関するものである。

電力系統には様々な電力設備が複雑に相互関連しているため、電力系統のある地点で故障が発生すると、故障区間を系統から迅速に分離しなければならないが、この役目を担当しているのがデジタル保護継電器である。

保護継電器の迅速な動作に加えて、正確な動作も重要な要素とされるが、保護継電器の動作の判別基準となる値を求めるＤＳＰ（Digital Signal Processor）に外部ノイズが流入し、有効でない値を計測した場合、この値をそのまま取り込んで処理をすると、場合によっては誤動作につながり、よって、これに関する補完策が望まれる。

すなわち、保護継電器の判断基準となる計測値が有効でない場合、これを修復する方法が必要である。

図１は、従来技術による保護継電器のアナログ入力信号に対する処理過程を示すフローチャートである。

同図に示すように、保護継電器では、変圧器（ＰＴ）及び変流器（ＣＴ）のような検出手段を介して入力されたアナログ信号は、アナログフィルター及びアナログデジタル変換部（ＡＤＣ）によりデジタルデータに変換される（Ｓ１〜Ｓ３）。

以降、デジタル信号処理部（ＤＳＰ）でフェーザ演算アルゴリズムを行う（Ｓ４）。

図２は、アナログ入力があり、以降０になる場合におけるＲＭＳ値の変化を示す図である。

ここで、ＡＤ＿ｓａｍｐｌｅは、アナログデジタル変換部（ＡＤＣ）から取ったサンプリングデータであり、ＲＭＳは、デジタル信号処理部（ＤＳＰ）でＲＤＦＴ（Recursive
Discrete Fourier Transform；再帰的離散フーリエ変換）方式で求めたＲＭＳ値である。

図３は、Ａ時点に外部ノイズの流入などによってＲＤＦＴの累積バッファーに有効でないデータが格納される場合を示す図である。

この場合、同図に示すように、アナログ入力が０になってもＲＭＳ値は０に落ちずに一定値を保持するので、機器を再起動するまでには修復されない。

これは、入力信号の大きさを用いて動作を制御する継電要素において計測値が動作設定値よりも大きくなる瞬間に誤動作を引き起こすということを端的に示すもので、動作の信頼性が重要視される保護継電器では決して発生してはならないことである。

実際に、既存の保護継電器が運転中にアナログ入力がない状況でも一定計測値を表示しながら誤動作を引き起こしたことがあり、これに対する補完策が至急である。

米国特許第５２２４０１１号明細書 韓国公開特許第１０−２００９−００７２００７号公報 特開２００２−４４８５４号公報

本発明の目的は、保護継電器の累積バッファーに格納されたデータがノイズなどにより損傷する場合、それを修復して正常計測可能にする保護継電器の入力データ処理装置及び方法を提供することを技術的課題とする。

本発明が達成しようとする技術的課題は以上の技術的課題に制限されず、言及されていない別の技術的課題は、下の記載から、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者には明らかになるであろう。

上記目的を達成するための本発明の一実施例に係る入力データ処理装置は、線路上の電圧及び電流を検出する電圧電流検出部と、前記電圧電流検出部から入力されたアナログ入力信号を所定のサンプリング周波数にサンプリングした後、サンプリングされたアナログ信号をデジタルデータに変換するアナログデジタル変換部と、前記電圧電流検出部からそれぞれ入力されたイベントデータ、事故データ、ウェーブデータ及びデマンドデータを所定の制御によって項目別に分類して格納及び管理するメモリーと、前記電圧電流検出部、前記アナログデジタル変換部及び前記メモリーの諸般動作を制御するもので、前記アナログデジタル変換部から入力された計測データをＲＤＦＴ（Recursive Discrete Fourier Transform）演算して複数の累積バッファーにバッファリングした後、項目別にメモリーに格納させるデジタル信号処理部と、を含むことができる。

ここで、前記デジタル信号処理部は、二重でＲＤＦＴを演算をするために、計測用の累積バッファー及び更新用の累積バッファーを備え、前記デジタル信号処理部は、毎周期ごとに計測用の累積バッファーを更新用の累積バッファーの値に置き換えた後、更新用の累積バッファーの値を‘０’に初期化することができる。

上記目的を達成するための本発明の一実施例に係る保護継電器の入力データ処理方法は、デジタル信号処理部にサンプリングされたデジタルデータが入力される段階と、前記入力されたデータの回数をカウントして累積させた後、累積したカウント値と１周期分の値とを比較する段階と、前記累積したカウント値と１周期分の値が同一の場合、更新用の累積バッファーの値を計測用の累積バッファーに置き換えた後、更新用の累積バッファーを初期化する段階と、前記更新用の累積バッファーを初期化した後、入力されたデジタルデータをＲＤＦＴ（Recursive Discrete Fourier Transform）演算して計測用の累積バッファーと更新用の累積バッファーに二重でバッファリングする段階と、を含むことができる。

前記方法は、前記更新用の累積バッファーを初期化した後、累積回数カウント値も初期化する段階をさらに含み、前記カウントされた累積回数が１周期分の値（サンプル数）と同一になる毎周期ごとに更新用の累積バッファーを初期化することができる。

また、前記カウントされた累積回数が１周期分の値よりも小さいと、入力されたデジタルデータをＲＤＦＴ演算して計測用の累積バッファーと更新用の累積バッファーに二重でバッファリングすることができる。

以上で説明したように、本発明は、デジタル保護継電器のフェーザ演算に使われる方法の一つであるＲＤＦＴ（Recursive DiscreteFourier Transform）演算中に累積バッファーの値が外部ノイズの流入などにより損傷する場合にもそれを修復して正常計測を可能にし、安定した継電動作を行うことができる。

従来技術による保護継電器のアナログ入力信号に対する処理過程を示すフローチャートである。 従来技術によるアナログ入力信号によるＲＭＳ値の変化をそれぞれ示す波形図である。 従来技術によるアナログ入力信号によるＲＭＳ値の変化をそれぞれ示す波形図である。 本発明による保護継電器を示す構成図である。 本発明による二重構造の累積バッファーを用いたデータ処理方法を説明するための図である。 本発明の実施例による保護継電器の入力データに対する処理過程を示すフローチャートである。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。図面中、同一の構成要素には可能な限り同一の符号を付する。なお、本発明の要旨を曖昧にさせるとされる公知機能及び構成についての詳細な説明は省略する。

図４は、本発明による保護継電器を示す構成図である。保護継電器１００は、電圧電流検出部１１０、アナログデジタル変換部１２０、キー入力部１３０、表示部１４０、メモリー１５０、及びデジタル信号処理部１６０を含んでなる。

本発明に係る保護継電器は、一般に、知能型電子装置（Intelligent Electronic Devic
e；ＩＥＤ）とも呼ばれる。

電圧電流検出部１１０は、線路上の高電圧を一定比率の低電圧に変換する計器用変圧器（Potential Transformer；ＰＴ）と、線路上の大電流を一定比率の低い電流に変換する計器用変流器（Current Transformer;ＣＴ)を含んでなる。

アナログデジタル変換部（ＡＤＣ）１２０は、電圧電流検出部１１０から入力されたアナログ入力信号を所定のサンプリング周波数にサンプリングした後、サンプリングされたアナログ信号をデジタルデータに変換する。

キー入力部１３０は、保護継電器の各種の計測及び動作モードやバックアップ周期などのユーザ設定情報を、所定の運用プログラムによって入力及び設定するように構成されている。

表示部１４０は、電圧電流検出部１１０で検出された各種の電源状態やキー入力部１３０から入力された各種の設定命令を、文字またはグラフィックなどとしてディスプレイするＬＣＤで構成することができる。

メモリー１５０は、電圧電流検出部１１０とキー入力部１３０からそれぞれ入力されたイベントデータ、事故データ、ウェーブデータ、デマンドデータ及びキー操作データを、所定の制御によって項目別に分類して格納及び管理するように構成されている。

デジタル信号処理部１６０は、これらの装置の諸般動作を制御するもので、アナログデ
ジタル変換部１２０から入力された計測データをＲＤＦＴ（Recursive Discrete Fourier
Transform）演算してバッファリングした後、項目別にメモリー１４０に格納させる。

デジタル信号処理部１６０は、二重でＲＤＦＴ演算をするために、２個の累積バッファー、すなわち、計測用の第１累積バッファー１６１と更新用の第２累積バッファー１６５とを備える。

計測データは、イベントデータ、事故データ、ウェーブデータ、デマンドデータ及びキー操作データなどを含む。

本実施例では、デジタル信号処理部１６０がＲＤＦＴの累積バッファーをクリア（Clear）する方式を適用するために、二重でＲＤＦＴを演算している。

デジタル信号処理部１６０で、デジタルに変換されたデータにＲＤＦＴ演算を行う際、
図５に示すように、二重で累積バッファー（第１累積バッファー、第２累積バッファー）
を運用する方式を適用することができる。

すなわち、図５は、ＲＤＦＴに使用される第１累積バッファー１６１及び第２累積バッファー１６５の運用方式を示すもので、毎周期（Ｔ）ごとに計測用の第１累積バッファー１６１を更新用の第２累積バッファー１６５の値に置き換えた後、更新用の第２累積バッファー１６５は‘０’に初期化する。

すなわち、Ｆｕｌｌ−ＤＦＴ方式では、毎度累積バッファーを初期化させるから、外乱によって累積バッファーのデータが損傷しても、次の周期では累積バッファーのデータが有効なデータに自動修復できるが、ＲＤＦＴ方式では、累積バッファーのデータが損傷すると自動修復が不可能であり、よって、累積バッファーを計測用と更新用に使い分けるわけである。

下記の数学式１は、アナログ信号（電圧又は電流）の瞬時値から大きさと位相を求めるためのフェーザ演算アルゴリズムの代表の方法であるＦｕｌｌ−ＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）を示している。

ここで、Ｎは、サンプルウィンドウ大きさ（１周期のサンプリング回数）であり、ＸＲｅａｌは、前記アナログ信号の基本波の実数（Real）成分であり、ＸＩｍａｇ．は、前記アナログ信号の基本波の虚数（Imaginary）成分である。

数学式１のＦｕｌｌ−ＤＦＴでは、毎度、１周期サンプル数分ののＣｏｓ、Ｓｉｎベースを乗じて累積する方法を取るから、演算量が多く、実時間で信号処理をするには演算負担が大きい。そこで、Ｆｕｌｌ−ＤＦＴ方式を変形したＲＤＦＴ（Recursive Discrete Fourier Transform）方式を適用して演算負担を減らすとともにフェーザ演算を可能にした。

図６は、本発明の実施例によるデジタル信号処理部でのＲＤＦＴの演算過程を示すフローチャートである。

まず、デジタル信号処理部１６０は、アナログデジタル変換部１２０からサンプリングされたデジタルデータが入力される（Ｓ１１）。

続いて、デジタル信号処理部１６０は、アナログデジタル変換部１２０から入力されたデータの回数をカウントして累積した後、累積したカウント値と１周期分の値とを比較して、両者が同一であるか否か判断する（Ｓ１２、Ｓ１３）。

ここで、累積したカウント値が１周期分の値よりも小さいと、図５に示すように、デジタル信号処理部１６０は、アナログデジタル変換部１２０から入力されたデジタルデータをＲＤＦＴ演算して、計測用の第１累積バッファー１６１と更新用の第２累積バッファー１６５に二重で一時的に格納する（Ｓ１４）。

もし、Ｓ１３の判断結果、累積した回数と１周期分の値が同一であれば、デジタル信号処理部１６０は、更新用の第２累積バッファー１６５の値を計測用の第１累積バッファー１６１に置き換えた後、更新用の第２累積バッファー１６５を初期化させる（Ｓ１５）。すなわち、本発明では、累積したカウント値が１周期分のサンプル数と同一になると、更新用の第２累積バッファー１６５の値を計測用の第１累積バッファー１６１に置き換えた後に、更新用の第２累積バッファー１６５を初期化する方式を用いる。

以降、デジタル信号処理部１６０は、累積回数カウント値も‘０’に初期化させる（Ｓ
１６）。

更新用の第２累積バッファー１６５と累積回数カウント値を‘０’にそれぞれ初期化した後、デジタル信号処理部１６０は、入力されたデジタルデータをＲＤＦＴ演算して、計測用の第１累積バッファー１６１と更新用の第２累積バッファー１６５に二重で一時的に格納する（Ｓ１４）。

このように、デジタル信号処理部１６０は、計測用の第１累積バッファー１６１と更新用の第２累積バッファー１６５を用いてＲＤＦＴ演算を行うことによって、演算中に累積バッファーに有効でない値が入力されても、次の周期では有効なデータを用いて計測を行うことができる。すなわち、デジタル信号処理部１６０は、ＲＤＦＴの累積バッファーをクリアする方式を適用するために、二重でＲＤＦＴを演算している。

下記の数学式２は、本発明の適用されたＲＤＦＴを示している。

ここで、Ｎは、サンプルウィンドウの大きさ（１周期のサンプリング回数）であり、ＸＲｅａｌは、アナログ信号（電流又は電圧）の基本波の実数（Real）成分であり、ＸＩｍａｇ．は、アナログ信号（電流又は電圧）の基本波の虚数（Imaginary）成分であり、Ｘｐｒｅは、以前までの累積バッファー値であり、Ｘｋは、ｋ番目の周期（つまり、現在の周期）のサンプルデータであり、Ｘｋ＿ｐｒｅは、ｋ番目を基準に１周期前のサンプルデータである。

したがって、本発明では、ＲＤＦＴのように累積バッファーを初期化しない方式のフェーザ演算アルゴリズムを適用する場合にも、ノイズの流入などで累積バッファーの値が損傷してもそれを自動で修復することができる。これは、保護継電器の重要要件の一つである動作信頼性を向上させることによって、より確実な系統保護ができるということを意味する。

以上では好適な実施例に挙げて本発明を説明してきたが、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者にとっては、本発明の本質的な技術範囲内で様々な変形実施が可能であるということは明らかである。したがって、本発明の本質的技術範囲は、上記の詳細な説明に限定されず、特許請求の範囲によって定められるべきであり、特許請求の範囲と同等な範囲内にある変形はいずれも本発明に含まれるものと解釈しなければならない。

Claims (4)

1. 線路上の電圧及び電流を検出する電圧電流検出部と、
   前記電圧電流検出部から入力されたアナログ入力信号を所定のサンプリング周波数にサンプリングした後、サンプリングされたアナログ信号をデジタルデータに変換するアナログデジタル変換部と、
   前記電圧電流検出部からそれぞれ入力されたイベントデータ、事故データ、ウェーブデータ及びデマンドデータを所定の制御によって項目別に分類して格納及び管理するメモリーと、
   前記電圧電流検出部、前記アナログデジタル変換部及び前記メモリーの諸般動作を制御するもので、前記アナログデジタル変換部から入力された計測データをＲＤＦＴ（Recursive Discrete Fourier Transform）演算して複数の累積バッファーにバッファリングした後、項目別にメモリーに格納させるデジタル信号処理部と、を含み、
   前記デジタル信号処理部は、計測用の累積バッファー及び更新用の累積バッファーを備え、毎周期ごとに計測用の累積バッファーを更新用の累積バッファーの値に置き換えた後、更新用の累積バッファーの値を初期化する、保護継電器の入力データ処理装置。
2. デジタル信号処理部にサンプリングされたデジタルデータが入力される段階と、
   前記入力されたデータの回数をカウントして累積させた後、累積したカウント値と１周期分の値とを比較する段階と、
   前記累積したカウント値と１周期分の値が同一の場合、更新用の累積バッファーの値を計測用の累積バッファーに置き換えた後、更新用の累積バッファーを初期化する段階と、
   前記更新用の累積バッファーを初期化した後、入力されたデジタルデータをＲＤＦＴ（Recursive Discrete Fourier Transform）演算して計測用の累積バッファーと更新用の累積バッファーに二重でバッファリングする段階と、
   前記更新用の累積バッファーを初期化した後、累積回数カウント値も初期化する段階と、
   を含む、保護継電器の入力データ処理方法。
3. 更新用の累積バッファーを初期化する段階は、
   前記カウントされた累積回数が１周期分の値（サンプル数）と同一になる毎周期ごとに更新用の累積バッファーを初期化する、請求項２に記載の保護継電器の入力データ処理方法。
4. 前記カウントされた累積回数が１周期分の値よりも小さいと、入力されたデジタルデータをＲＤＦＴ演算して計測用の累積バッファーと更新用の累積バッファーに二重でバッファリングする、請求項２に記載の保護継電器の入力データ処理方法。