JP7423897B2 - 保護・制御装置及び保護・制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電力系統で検出された系統電気量に基づいて電力系統を保護する保護・制御装置及び保護・制御方法に関する。

一般に、保護・制御装置は、電力系統から電流、電圧などの交流信号を所定のサンプリング周期でディジタル化し、このディジタルデータを用いて保護・制御部でリレー演算や電力系統の制御ロジック演算などを行い、電力系統の事故検出や系統制御指令出力などを行う。そして保護・制御装置は、事故を検出した場合、遮断器制御装置などの外部機器にトリップ信号を送り、トリップ・制御信号を受信した遮断器制御装置が遮断器を制御することによって、事故が発生している部分だけが切り離されて、電力系統が保護される。

基本波（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）交流電圧・電流などの系統交流電気量を使用する保護・制御装置にはアナログ入力部が必要である。アナログ入力部は、例えば、アナログの交流信号に含まれるノイズ成分を除去するアナログフィルタや、アナログの交流信号をディジタル化するＡ／Ｄ変換部などで構成される。アナログ入力部は、オペアンプ、抵抗、コンデンサなどで構成されるため、これらの部品が経年劣化して、その特性が変化すると、アナログ入力部の性能に影響を与える可能性がある。そのため従来では、アナログ入力部の性能監視のため、電力系統の交流信号である基本波より高次の高調波（例えば、基本波の４倍の周波数）を、計測入力（交流信号）に重畳させ、高調波が重畳された交流信号をＡ／Ｄ変換し、ディジタルフィルタによってＡ／Ｄ変換後のデータから高調波成分を抽出した後、抽出した高調波成分を予め設定した基準値と比較することで、高調波成分が基準値の範囲を逸脱した場合にはアナログ入力回路に不良があると判定し、警報などの異常時処理を実施する。

このように、アナログ入力部の性能監視を行う保護・制御装置では、ディジタル化した交流信号に、アナログ入力部の性能監視のための高調波成分が重畳されている。

ここで、ディジタルフィルタの後段に設けられる保護・制御部は、電力系統の交流信号である基本波より、実効値等の各種電気量演算結果と保護・制御の動作判定しきい値との比較などのロジック処理を離散時間連続で実施し、比較の結果、例えば遮断すべき系統事故を検出した時に、遮断器制御装置に遮断指令を出力する。このとき、交流信号に重畳された高調波成分が残っていると、高調波成分が保護・制御部での演算処理時にノイズとなり、事故検出の妨げになる場合がある。特許文献１に開示される従来技のディジタル形保護リレー装置では、電力系統を保護するための処理部（異常判定部）の前段に、高調波成分を除去する高調波除去用ディジタルフィルタ（ディジタルフィルタ部）が設けられ、演算処理の結果に影響を及ぼさないようにしている。

特開２０１６－２５６８４号公報

しかしながら、高調波除去用ディジタルフィルタは、一定時間幅の時間窓すなわち、現時点の信号と過去の複数の信号とを用いた演算が必要となるため、演算式および時間窓幅に起因する応答時間遅れが発生する。例えば、Ａ／Ｄ変換された現時点のディジタルデータをＸ（ｎ）として、このＸ（ｎ）から基本波を抽出するフィルタを算出しようとした場合、１サンプリング前のデータをＸ（ｎ－１）といったように、現時点からｍサンプリング前（ｍは１以上の整数）のデータをＸ（ｎ－ｍ）とし、Ｘ（ｎ）の基本波成分は、例えば以下の原理式により算出できる。なお、サンプリング間隔は３０°とする。

Ｘ（ｎ）の基本波成分＝Ｘ（ｎ）・Ｘ（ｎ－１）＋Ｘ（ｎ－２）・Ｘ（ｎ－４）＋Ｘ（ｎ－５）・Ｘ（ｎ－６）
このように従来のディジタルフィルタでは、現時点からｍサンプリング前のデータを利用した演算が行われるため、演算遅れが発生する。従って、ディジタルフィルタにおいてＸ（ｎ）から基本波を抽出する処理が、事故発生から遮断器を動作させるまでの応答性の妨げになるという課題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電力系統の保護・制御機能の応答性を向上させる保護・制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る保護・制御装置は、電力系統で検出された系統電気量であるアナログ入力信号に、アナログ信号であって周波数が前記アナログ入力信号の周波数よりも高い高調波を重畳させる高調波重畳部と、前記高調波が重畳された前記アナログ入力信号をディジタル値に変換すると共に、前記高調波及びアナログ信号である基準電圧をそれぞれディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部と、前記高調波が重畳された前記アナログ入力信号のディジタル値から前記高調波のディジタル値を除去する高調波除去部と、前記高調波除去部で前記高調波が除去された信号を用いて保護制御演算を行う保護・制御部と、前記基準電圧のディジタル値が正常範囲内であるかを判定するＡ／Ｄ監視部と、を備え、前記高調波と前記基準電圧とが、共通のフィルタとＳ／Ｈ回路を介して前記Ａ／Ｄ変換部に入力される。

本発明によれば、保護・制御機能の応答性、例えば事故発生から遮断実行までの応答性を向上させることができる、という効果を奏する。

図１は本発明の実施の形態に係る保護・制御装置１００の構成例を示す図 図２はアナログ入力部１、データ処理部２、及び保護・制御部３のそれぞれの構成例を示す図 保護・制御装置１００の処理動作を説明するためのフローチャート 減算処理部２１の動作を説明するための第１図 減算処理部２１の動作を説明するための第２図 本発明の実施の形態に係る保護・制御装置１００の比較例の構成例を示す図 プロセスバス対応の保護・制御装置１００Ｂの構成例を示す図 アナログ入力信号に含まれる周波数成分とゲインを示す図

以下に、本発明の実施の形態に係る保護・制御装置及び保護・制御方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態
図１は本発明の実施の形態に係る保護・制御装置１００の構成例を示す図である。図１には、保護・制御装置１００の保護対象である電力系統２００と、電力系統２００に設置される計器用の変流器２０１とが示される。また図１には、電力系統２００の母線に設けられる遮断器２０２と、電力系統２００の母線（例えば変電所に敷設される３相母線）から引き出されたフィーダ線（給電線、配電線など）に設置される計器用の変圧器２０３とが示される。また、図１には、変流器２０１及び変圧器２０３で検出された系統電気量（交流電流、交流電圧）をアナログ入力信号として取り込み、トリップ信号３ａを出力する保護・制御装置１００と、トリップ信号３ａを受信したときに遮断器２０２を開く制御を行う遮断器制御装置４とが示される。

保護・制御装置１００は、アナログ入力信号に基づき電力系統２００の事故を検出し、トリップ信号３ａを出力することによって、事故が発生している電力系統２００が他の電力系統から遮断されて、当該他の電力系統が保護される。アナログ入力信号はアナログの交流信号であり、アナログの交流信号は、検出された電圧及び電流のそれぞれのアナログ量を表す情報である。電力系統２００で事故が発生した時点から電力系統２００を保護するまでの処理時間は、規格又は仕様等によって定められており、電力系統によってその要求時間が変わる。

また保護・制御装置１００は、アナログ入力信号を入力する回路であるアナログ入力部の健全性評価のために、アナログ入力信号に高調波を重畳させた後、この高調波が重畳されたアナログ入力信号をディジタル信号に変換し、変換されたディジタル信号から高調波を、減算処理によって、除去する。この高調波は、周波数がアナログ入力信号の周波数よりも高い信号である。この減算処理に係る構成の詳細は後述する。

保護・制御装置１００は、アナログ入力部１、データ処理部２、及び保護・制御部３を備える。

アナログ入力部１は、アナログ入力信号に含まれるノイズ成分を除去するアナログフィルタや、アナログ入力信号をディジタル化するＡ／Ｄ変換部などを備える。アナログ入力部１の構成の詳細は後述する。

データ処理部２は、アナログ入力部１で変換されたディジタルデータをリレー演算に処理できるデータに変換する。

保護・制御部３は、データ処理部２から入力されるデータを用いてリレー演算を行うことで、電力系統２００の事故を検出して、トリップ信号を出力する。

次に図２を用いてアナログ入力部１、データ処理部２、及び保護・制御部３のそれぞれの構成を説明する。図２はアナログ入力部１、データ処理部２、及び保護・制御部３のそれぞれの構成例を示す図である。

アナログ入力部１は、高調波監視時に各チャンネルに印加するための高調波を生成する高調波生成回路１１と、高調波生成回路１１で生成された高調波をアナログ入力信号に重畳して、高調波が重畳されたアナログ入力信号を１次ローパスフィルタなどのアナログフィルタ１３に入力する高調波重畳部１２とを備える。

またアナログ入力部１は、アナログ入力信号の折返し誤差などの要因となる不要な周波数成分を除去する複数のアナログフィルタ１３と、各アナログフィルタ１３からの出力をサンプルホールド（以下「Ｓ／Ｈ」と称する）する複数のＳ／Ｈ回路１４とを備える。

またアナログ入力部１は、各Ｓ／Ｈ回路１４の出力のいずれかを選択して出力するマルチプレクサＭＰＸ１５と、このアナログ信号を取込みディジタル信号として出力するＡ／Ｄ変換部１６とを備える。

またアナログ入力部１は、監視切替信号に従って、高調波の入力状態又は高調波の非入力状態に切り替わるスイッチＳＷ１７と、監視切替信号に従って、高調波の入力状態又は直流の基準電圧の入力状態に切り替わるマルチプレクサＭＰＸ１８とを備える。

データ処理部２は、高調波除去用の減算処理を行う高調波除去部である減算処理部２１と、高調波抽出用のディジタルフィルタ２２と、高調波監視部２３と、Ａ／Ｄ監視部２４と、監視切替信号発生部２５とを備える。これらの機能は、マイクロプロセッサが所定のプログラムをインストールすることにより実現される。

保護・制御部３の機能は、基本的にマイクロプロセッサが所定のプログラムをインストールすることにより実現されるが、本発明の主目的である高調波の監視方式に対しては、直接影響を与えないため、保護・制御部３の内部の詳細構成に関する説明は省略する。

次に図３～図５を用いて保護・制御装置１００の動作を説明する。図３は保護・制御装置１００の処理動作を説明するためのフローチャートである。図４は減算処理部２１の動作を説明するための第１図である。図５は減算処理部２１の動作を説明するための第２図である。

ステップＳ１において、データ処理部２の監視切替信号発生部２５は、監視切替信号を、アナログ入力回路のスイッチＳＷ１７およびマルチプレクサＭＰＸ１８に対して出力する。

監視切替信号は、ハイレベルまたはローレベルの２値をとる矩形信号である。例えば、ハイレベルの値をとる監視切替信号は、高調波監視用の監視切替信号であり、ローレベルの値をとる監視切替信号は、Ａ／Ｄ精度監視（Ａ／Ｄ変換器の精度監視）用の監視切換信号である。高調波監視とは、アナログ入力回路のアナログフィルタの精度の良否を監視することである。Ａ／Ｄ精度監視とは、アナログ入力回路のＡ／Ｄ変換部の精度の良否を監視することである。監視切替信号発生部２５は、例えば、高調波監視用の監視切替信号を出力し続けており、任意のタイミング又は一定周期毎に、Ａ／Ｄ精度監視用の監視切替信号が出力されるように構成される。

なお、監視切替信号の種類はこれに限定されず、例えばローレベルの値をとる監視切替信号を高調波監視用の監視切替信号とし、ハイレベルの値をとる監視切替信号をＡ／Ｄ精度監視用の監視切換信号としてもよい。また、高調波監視用の監視切替信号は、連続的に出力されてもよいし、一定間隔で間欠的に出力されてもよい。

以下では、説明の便宜上、ハイレベルの値をとる監視切替信号を、高調波監視用の監視切替信号（ａ）と仮定し、ローレベルの値をとる監視切替信号を、Ａ／Ｄ精度監視用の監視切換信号（ｂ）と仮定して、保護・制御装置１００の動作を説明する。

ステップＳ１において、高調波監視用の監視切替信号（ａ）がスイッチＳＷ１７に入力されると、保護・制御装置１００では、ステップＳ２及びＳ３の処理が並行して行われる。

ステップＳ２において、高調波重畳部１２には、電力系統２００の電圧、電流などの交流信号（アナログ入力信号）が入力される。

ステップＳ３において、高調波生成回路１１では高調波が生成される。高調波は、例えば、周波数が基本波の周波数の４倍の信号である。高調波は、オン状態（高調波の入力状態）となったスイッチＳＷ１７を介して、高調波重畳部１２およびＭＰＸ１８に入力される。高調波重畳部１２は、入力した高調波を、電力系統２００の電圧、電流などの交流信号（アナログ入力信号）に重畳し、高調波が重畳されたアナログ入力信号を、１次ローパスフィルタなどのアナログフィルタ１３に入力する。ＭＰＸ１８は、入力した高調波を、そのまま接続されるアナログフィルタ１３に入力する。

保護・制御装置１００では、ステップＳ２及びＳ３の処理の後、ステップＳ４～Ｓ７の処理と、ステップＳ８～Ｓ１１の処理とが並行して行われる。

ステップＳ４において、高調波重畳部１２に接続される複数のアナログフィルタ１３のそれぞれでは、アナログ入力信号に含まれる不要なノイズが除去される。

ステップＳ５では、不要なノイズが除去されたアナログ入力信号がＳ／Ｈ回路１４で一時的に保持され、その後、マルチプレクサＭＰＸ１５に入力される。

ステップＳ６において、マルチプレクサＭＰＸ１５では、複数のＳ／Ｈ回路１４のそれぞれに保持されたアナログ入力信号の何れかが選択される。選択されたアナログ入力信号はＡ／Ｄ変換部１６に入力される。その際、アナログ入力信号は、Ａ／Ｄ変換部１６の複数の計測用チャンネル（ｃｈ１～ｃｈＮ：Ｎは１以上の整数）のそれぞれに入力される。

ステップＳ７において、Ａ／Ｄ変換部１６では、複数の計測用チャンネルのそれぞれに入力されたアナログ信号がディジタルデータに変換され、ディジタルデータがデータ処理部２に入力される。

ステップＳ８において、マルチプレクサＭＰＸ１８に接続されるアナログフィルタ１３は、マルチプレクサＭＰＸ１８を介して、高調波生成回路１１で生成された高調波を入力し、この高調波に含まれる不要なノイズを除去する。

ステップＳ９において、不要なノイズが除去された高調波がＳ／Ｈ回路１４で一時的に保持され、その後、マルチプレクサＭＰＸ１５に入力される。

ステップＳ１０において、マルチプレクサＭＰＸ１５は、Ｓ／Ｈ回路１４に保持された高調波を、Ａ／Ｄ変換部１６の試験用チャンネル（ｃｈｔｅｓｔ）に入力する。

ステップＳ１１において、Ａ／Ｄ変換部１６では、試験用チャンネルに入力された高調波がディジタルデータに変換され、ディジタルデータがデータ処理部２に入力される。

ステップＳ７及びステップＳ１１の処理の後、保護・制御装置１００では、ステップＳ１２，Ｓ１３の処理と、ステップＳ１４～Ｓ１７の処理とが並行して行われる。

ステップＳ１２において、データ処理部２の減算処理部２１は、計測用チャンネルからのディジタルデータ（高調波が重畳されたディジタルデータ：図４（ａ）参照）と、試験用チャンネルからの高調波成分であるディジタルデータ（図４（ｂ）参照）とを入力する。減算処理部２１は、入力した計測用チャンネルのディジタルデータから試験用チャンネルからのディジタルデータを減算する処理を行う。すなわち、減算処理部２１は、図４（ａ）に示されるディジタルデータから、図４（ｂ）に示される高調波成分のみを除去することで、リレー演算で使用する基本波（図４（ｃ）参照）のみを抽出して出力する。

この処理手順について図５を用いて説明する。図５（ａ）には、図４（ａ）に示されるディジタルデータと図４（ｂ）に示される高調波とが重ねて示される。図５（ｂ）には、図５（ａ）に破線で示される枠Ａの部分が拡大して示される。

図５（ｂ）では、高調波が重畳された基本波（計測用チャンネルから出力されるディジタルデータ）に「△」の識別情報が付されている。また図５（ｂ）では、試験用チャンネルのディジタルデータをサンプリングした高調波のデータ波形に「□」の識別情報が付されている。また図５（ｂ）では、計測用チャンネルから試験用チャンネルを減算して算出されるデータ波形に「○」の識別情報が付されている。

ステップＳ１１までの処理によって、サンプリング周波数ｆｓに従いＡ／Ｄ変換された計測用データと、試験用データとが得られる。このとき得られる計測用データには、保護・制御部３における事故検出のための演算に不要な高調波成分が含まれているため、減算処理部２１は、サンプリング周期１／ｆｓ毎に、下記（１）式の減算処理を行うことで、計測用データの高調波成分を除去する。

ｃｈｌの基本波成分（○）＝Ｃｈｌ（△）・Ｃｈｔｅｓｔ（□）
ｃｈ２の基本波成分（○）＝Ｃｈ２（△）・Ｃｈｔｅｓｔ（□）
ｃｈＮの基本波成分（○）＝ＣｈＮ（△）・Ｃｈｔｅｓｔ（□）・・・（１）

減算処理部２１は、このような簡易な減算処理によって、高調波が重畳した計測データの中から、事故検出のための演算に用いる基本波成分のみを抽出することができる。

ステップＳ１３では、保護・制御部３が減算処理部２１からの基本波成分を利用して、事故検出のための保護制御演算を行う。

ステップＳ１４では、計測用チャンネルからのディジタルデータを入力したディジタルフィルタ２２が、当該ディジタルデータに含まれる高調波成分を抽出する。

ステップＳ１５では、高調波監視部２３が、当該高調波成分と予め設定された所定の値とを比較する。

例えば高調波成分の実効値が所定の値以下の場合、高調波監視部２３は、抽出された試験用の高調波成分は、誤差の範囲内にあると判断する（ステップＳ１５，Ｙｅｓ）。これにより、高調波監視部２３では、アナログ入力部１が正常と判定される（ステップＳ１６）。

高調波成分の実効値が所定の値を超える場合、高調波監視部２３は、抽出された試験用の高調波成分は、誤差の範囲内にないと判断する（ステップＳ１５，Ｎｏ）。これにより、高調波監視部２３では、アナログ入力部１が異常と判定される（ステップＳ１７）。アナログ入力部１の異常は、例えば、アナログ入力部１を構成するコンデンサ、抵抗などの劣化に起因するものである。

ステップＳ１に戻り、Ａ／Ｄ変換器の精度監視時には、監視切替信号発生部２５が、ローレベルの監視切替信号、すなわちＡ／Ｄ精度監視用の監視切換信号（ｂ）を出力する。

監視切換信号（ｂ）がスイッチＳＷ１７に入力されると、スイッチＳＷ１７はオフ状態（高調波の非入力状態）に切り替わる。また監視切換信号（ｂ）がマルチプレクサＭＰＸ１８に入力されると、マルチプレクサＭＰＸ１８は、Ａ／Ｄ監視用の基準電圧の入力状態に切り替わる。基準電圧は、Ａ／Ｄ変換部１６の健全性評価のための基準となる電圧であり、例えばＤＣ５（Ｖ）の直流信号である。監視切換信号（ｂ）がスイッチＳＷ１７及びマルチプレクサＭＰＸ１８に入力されると、保護・制御装置１００では、ステップＳ２０～ステップＳ２５までの処理と、ステップＳ２６～ステップＳ３３までの処理とが並行して行われる。

ステップＳ２０において、高調波重畳部１２にはアナログ入力信号が入力される。スイッチＳＷ１７がオフ状態であるため、高調波重畳部１２に入力されるアナログ入力信号には、高調波生成回路１１で生成される高調波は重畳されない。

ステップＳ２１において、高調波重畳部１２に接続されるアナログフィルタ１３では、アナログ入力信号に含まれる不要なノイズが除去される。

ステップＳ２２では、不要なノイズが除去されたアナログ入力信号がＳ／Ｈ回路１４で一時的に保持され、その後、マルチプレクサＭＰＸ１５に入力される。

ステップＳ２３において、マルチプレクサＭＰＸ１５では、複数のＳ／Ｈ回路１４のそれぞれに保持されたアナログ入力信号の何れかが選択され、選択されたアナログ入力信号がＡ／Ｄ変換部１６に入力される。その際、アナログ入力信号は、Ａ／Ｄ変換部１６の複数の計測用チャンネルのそれぞれに入力される。

ステップＳ２４において、Ａ／Ｄ変換部１６では、複数の計測用チャンネルのそれぞれに入力されたアナログ信号がディジタルデータに変換され、変換されたディジタルデータはデータ処理部２に入力される。データ処理部２の減算処理部２１は、計測用チャンネルのデータについては高調波が重畳されていないため、減算処理を行わずに保護・制御部３に入力する。

ステップＳ２５では、保護・制御部３が当該データを利用して、事故検出のための保護制御演算を行う。

ステップＳ２６において、マルチプレクサＭＰＸ１８に基準電圧（直流信号）が入力される。

ステップＳ２７において、マルチプレクサＭＰＸ１８に接続されるアナログフィルタ１３では、マルチプレクサＭＰＸ１８を介して入力した直流信号に含まれる不要なノイズが除去される。

ステップＳ２８では、不要なノイズが除去された基準電圧（直流信号）がＳ／Ｈ回路１４で一時的に保持され、その後、マルチプレクサＭＰＸ１５に入力される。

ステップＳ２９において、マルチプレクサＭＰＸ１５では、Ｓ／Ｈ回路１４に保持された直流信号が選択され、選択された直流信号がＡ／Ｄ変換部１６の試験用チャンネル（ｃｈｔｅｓｔ）に入力される。

ステップＳ３０において、Ａ／Ｄ変換部１６では、試験用チャンネルに入力された直流信号がディジタルデータに変換され、変換されたディジタルデータはデータ処理部２に入力される。

ステップＳ３１では、データ処理部２のＡ／Ｄ監視部２４が、直流信号と予め設定された所定の値とを比較する。

例えば直流信号のピーク値が所定の値以下の場合、Ａ／Ｄ監視部２４は、直流信号が誤差の範囲内にあると判断する（ステップＳ３１，Ｙｅｓ）。これにより、Ａ／Ｄ監視部２４では、Ａ／Ｄ変換部１６におけるＡ／Ｄ変換の精度が正常範囲内であり、Ａ／Ｄ変換部１６が正常であると判定される（ステップＳ３２）。

直流信号のピーク値が所定の値を超える場合、Ａ／Ｄ監視部２４は、直流信号が誤差の範囲内にないと判断する（ステップＳ３１，Ｎｏ）。これにより、Ａ／Ｄ監視部２４では、Ａ／Ｄ変換部１６におけるＡ／Ｄ変換の精度が正常範囲内にないため、Ａ／Ｄ変換部１６に異常が発生していると判定される（ステップＳ３３）。

次に本実施の形態に係る保護・制御装置１００の比較例の構成例について説明した上で、本実施の形態に係る保護・制御装置１００の効果について述べる。

図６は本発明の実施の形態に係る保護・制御装置１００の比較例の構成例を示す図である。図６に示される保護・制御装置１００Ａは、図２に示されるアナログ入力部１及びデータ処理部２の代わりに、アナログ入力部１Ａ及びデータ処理部２Ａを備える。

アナログ入力部１Ａは、図２に示されるスイッチＳＷ１７及びマルチプレクサＭＰＸ１８を備えていない。

データ処理部２Ａは、図２に示される減算処理部２１及び監視切替信号発生部２５の代わりに、ディジタルフィルタ２１Ａ及び監視切替信号発生部２５Ａを備える。

ディジタルフィルタ２１Ａは、Ａ／Ｄ変換部１６から入力されるディジタルデータに含まれる高調波を除去するためのディジタルフィルタである。

ディジタルフィルタ２１Ａは、Ａ／Ｄ変換部１６からの現時点のディジタルデータをＸ（ｎ）として、このＸ（ｎ）から基本波を抽出するフィルタを算出しようとした場合、１サンプリング前のデータをＸ（ｎ－１）といったように、現時点からｍサンプリング前（ｍは１以上の整数）のデータをＸ（ｎ－ｍ）として、Ｘ（ｎ）の基本波成分は、例えば下記（２）式により算出できる。なお、サンプリング間隔は３０°とする。

Ｘ（ｎ）の基本波成分＝Ｘ（ｎ）・Ｘ（ｎ－１）＋Ｘ（ｎ－２）・Ｘ（ｎ－４）＋Ｘ（ｎ－５）・Ｘ（ｎ－６）・・・（２）

このように従来のディジタルフィルタ２１Ａでは、現時点からｍサンプリング前のデータを利用した演算が行われるため、演算遅れが発生する。従って、ディジタルフィルタ２１ＡにおいてＸ（ｎ）から基本波を抽出する処理が、事故発生から遮断器２０２を動作させるまでの応答性の妨げになる。

これに対して本実施の形態に係る保護・制御装置１００は、高調波が重畳されたアナログ入力信号から、試験用チャンネルに印加された高調波（アナログ入力信号に重畳された高調波と同一の信号）を減算することによって、アナログ入力信号を得ることができる。従って、本実施の形態に係る保護・制御装置１００では、従来の高調波除去用のディジタルフィルタ２１Ａが不要になり、ディジタルフィルタ２１Ａにおける演算遅れが発生しない。

そのため、本実施の形態に係る保護・制御装置１００によれば、比較例に係る保護・制御装置１００Ａと同様にアナログ入力信号に対して、高調波を重畳させる方式でアナログ入力回路の健全性を評価しながら、事故発生時の応答性を早めることが可能となる。

また、本実施の形態に係る保護・制御装置１００は、監視切替信号によりマルチプレクサＭＰＸ１８の状態とスイッチＳＷ１７の状態とを切り替えることで、アナログ入力信号への高調波の重畳が停止され、かつ、高調波が重畳されたアナログ入力信号の試験用チャンネルへの入力が停止された後、直流信号をＡ／Ｄ変換部１６の試験用チャンネルに入力できる。

そのため、アナログ入力部１を構成する回路の規模を大きくすることなく、すなわちアナログフィルタ１３、新たなチャネルなどを追加することなく、ディジタルデータを基準値と比較する方式で、Ａ／Ｄ精度監視を行うことができる。

なお、本実施の形態に保護・制御装置１００は、プロセスバス対応の保護リレーに適用可能である。図７及び図８を利用してこの構成例について説明する。

図７はプロセスバス対応の保護・制御装置１００Ｂの構成例を示す図である。保護・制御装置１００Ｂは、電力系統２００の近傍に設置されアナログ入力信号を取り込むＭＵ（Merging Unit：統合ユニット）３００と、ＭＵ３００から離れた場所（例えば変電所の保護制御室など）に設置されリレー演算や電力系統の制御ロジック演算を行うＩＥＤ（Intelligent Electric Device：インテリジェント電子装置）３０１と呼ばれるユニットと、ＭＵ３００をＩＥＤ３０１に接続するＬＡＮケーブルなどの通信回線であるプロセスバス５とを備える。

ＭＵ３００は、アナログ入力部１、データ処理部２及び通信部６を備える。通信部６は、例えば規格化回路、送信器などを備える。規格化回路は、データ処理部２から出力される高調波除去後のデータを、プロセスバス５の一定のフォーマットで規格化する。送信器は、規格化回路で変換されたデータを、プロセスバス５を介してＩＥＤ３０１へ送信する。

ＩＥＤ３０１は、保護・制御部３を備える。なお、ＩＥＤ３０１は、保護・制御部３以外にも、例えば、ＭＵ３００から送信されたデータを復調して保護・制御部３に入力する不図示の通信部を備える。

このように構成される保護・制御装置１００Ｂでは、ＭＵ３００においてアナログ入力信号がディジタルデータに変換され、プロセスバス５を介して、ＩＥＤ３０１にディジタルデータが伝送され、リレー演算が実行される。

プロセスバス５には、ＩＥＤ３０１以外にも、高調波メータや、オシロ装置などの計測機器も接続可能である。高調波メータやオシロ装置などの計測機器は、電力系統２００に流れる電流や電力系統２００の電圧などの電気量を計測し、この計測値を表示部に表示させる。これにより、ユーザが計測値を目視確認できる。このような機器において、電気量を正確に計測するためには、正確な値のディジタルデータを当該機器に入力する必要がある。

ここで、前述した従来の保護・制御装置１００Ａをプロセスバス方式の保護リレーに適用した場合、ディジタルフィルタ２１Ａは、アナログ信号からディジタル信号へ変換時の不要な高調波を除去し、それ以外の周波数域の信号（例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの電圧、電流信号など）を除去せずに通過させるように構成されているため、ディジタルフィルタ２１Ａによって、アナログ入力信号に含まれる高調波を除去することが可能である。

図８はアナログ入力信号に含まれる周波数成分とゲインを示す図である。図８の上側には信号の周波数成分とゲイン（スペクトラム）が示される。図８の下側にはディジタルフィルタ２１Ａにより除去する高調波（例えば基本波の周波数の４倍の信号）付近の周波数帯域における減衰特性が示される。

図８に示すように、基本波１ｆの周波数（例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）は高調波から離れているため基本波１ｆは減衰しないが、２次高調波２ｆ、３次高調波３ｆなどの信号成分は、大きく減衰して、その波形が大幅に崩れることになる。このような基本波１ｆ以外の信号成分を利用する高調波メータやオシロスコープなどの機器が、プロセスバス５に接続されている場合、これらの機器に入力される信号は基本波１ｆに対して大きく減衰され、正確な値の計測値が得られない場合がある。

これに対して本実施の形態では、減算処理部２１によって、入力した計測用チャンネルのディジタルデータから試験用チャンネルからのディジタルデータを減算する処理が行われるため、例えば計測用チャンネルのディジタルデータが１１（Ｖ）であり、試験用チャンネルからのディジタルデータが１（Ｖ）の場合には、１０（Ｖ）のディジタルデータが出力される。基本波１ｆ以外の信号成分において、このように僅かに減衰したディジタルデータ得られるため、高調波メータやオシロスコープなどの機器において、正確な値の計測値を得ることが可能である。

以上に説明したように、本実施の形態に係る保護・制御装置１００、１００Ｂによれば、複数の計測用チャンネルに入力した電圧、電流などの交流信号に監視用の高調波を重畳させ、試験用チャンネルに監視用の高調波と同一の周波数の高調波を入力し、これらの高調波のそれぞれをＡ／Ｄ変換部１６によりディジタル値に変換し、ディジタル値となった交流信号から、試験用チャンネルの高調波をサンプリング周期ごとに減算処理することで、交流信号に重畳した高調波成分のみ除去することができる。これにより、従来のディジタルフィルタによる高調波除去処理を不要とすることで、高速な処理が可能となる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１：アナログ入力部
１Ａ：アナログ入力部
２：データ処理部
２Ａ：データ処理部
３：制御部
３ａ：トリップ信号
４：遮断器制御装置
５：プロセスバス
６：通信部
１１：高調波生成回路
１２：高調波重畳部
１３：アナログフィルタ
１４：サンプルホールド回路
１６：Ａ／Ｄ変換部
２１：減算処理部
２１Ａ：ディジタルフィルタ
２２：ディジタルフィルタ
２３：高調波監視部
２４：Ａ／Ｄ監視部
２５：監視切替信号発生部
２５Ａ：監視切替信号発生部
１００：制御装置
１００Ａ：制御装置
１００Ｂ：制御装置
２００：電力系統
２０１：変流器
２０２：遮断器
２０３：変圧器
３０１：ＩＥＤ

Claims (3)

1. 電力系統で検出された系統電気量であるアナログ入力信号に、アナログ信号であって周波数が前記アナログ入力信号の周波数よりも高い高調波を重畳させる高調波重畳部と、
   前記高調波が重畳された前記アナログ入力信号をディジタル値に変換すると共に、前記高調波及びアナログ信号である基準電圧をそれぞれディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部と、
   前記高調波が重畳された前記アナログ入力信号のディジタル値から前記高調波のディジタル値を除去する高調波除去部と、
   前記高調波除去部で前記高調波が除去された信号を用いて保護制御演算を行う保護・制御部と、
   前記基準電圧のディジタル値が正常範囲内であるかを判定するＡ／Ｄ監視部と、
   を備え、
   前記高調波と前記基準電圧とが、共通のフィルタとＳ／Ｈ回路を介して前記Ａ／Ｄ変換部に入力される
   保護・制御装置。
2. 前記高調波重畳部と、前記Ａ／Ｄ変換部と、前記高調波除去部と、前記高調波除去部で前記高調波が除去された信号をプロセスバスに伝送する通信部とを備えた統合ユニットと、
   前記保護・制御部を備え、プロセスバスを介して前記通信部から伝送される信号に基づいて前記保護制御演算を行うインテリジェント電子装置と、
   を備える請求項１に記載の保護・制御装置。
3. 電力系統で検出された系統電気量であるアナログ入力信号を利用して電力系統を保護する保護・制御装置が、
   前記アナログ入力信号に、アナログ信号であって周波数が前記アナログ入力信号の周波数よりも高い周波数の高調波を重畳させる高調波重畳ステップと、
   前記高調波が重畳された前記アナログ入力信号をディジタル値に変換すると共に、前記高調波及びアナログ信号である基準電圧をそれぞれディジタル値に変換する変換ステップと、
   前記高調波が重畳された前記アナログ入力信号のディジタル値から前記高調波のディジタル値を除去する高調波除去ステップと、
   前記基準電圧のディジタル値が正常範囲内であるかを判定するＡ／Ｄ監視ステップと、
   前記高調波除去ステップで前記高調波が除去された信号を用いて保護制御演算を行うステップと、
   を含み、
   前記高調波と前記基準電圧とが、共通のフィルタとＳ／Ｈ回路を介してディジタル値に変換される
   保護・制御方法。

Images