JPH0213220A - 信号のサンプリング方法および装置この装置を用いた保護リレー装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、周期的に変化する信号のサンプリング方法お
よび装置に係り、特に電力系統の電圧。

電流を所定の周期でサンプリングし、ディジタル値に変
換して各種の保護リレー演算処理を実行するディジタル
式の保護リレー装置に好適なものに関する。

〔従来の技術〕

電力系統の電圧、電流信号のように周期的に変化する信
号の瞬時値をサンプリングし、このサンプリングした瞬
時値に基づいて保護リレー演算などの用途機能に応じた
演算処理を行なうためには、信号の変化周期に対して所
定位相間隔（ピッチ）で瞬時値をサンプリングしなけれ
ばならない。また、保護リレー演算などの場合、電圧と
電流のサンプリングは同一時刻の瞬時値でなければなら
ない。そこで従来は、特開昭６０−２６４１０号あるい
は特ｒｉＩ昭６１−９４５１４号に記載のように。

サンプリングクロック回路を設けている。すなわち、電
力系統の電圧・電流信号を取込み、それらのアナログ信
号のゼロクロス点を検出し、これに同期させてサンプリ
ング信号を出力するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術によれば、系統の周波数が変動しても、こ
れに追従してサンプリング周期が補正されるから、常に
入力信号の同一位相の瞬時値をサンプリングすることが
できる。

しかしながら、上記従来技術は、系統の周波数変動に追
随するという目的は達成されるが、系統の電圧・電流の
アナログ回路号に基づいてサンプリング信号を発生させ
るようにしているため、例えばゼロクロス検出やスレッ
ショルド検出回路等のハードウェア構成の部品が必要と
なる。したがって、装置の小型化、安価化等に対応し得
ない、という問題がある。

本発明の目的は、同期検出のためのアナログ回路を用い
ることなく、簡単な構成により入力信号に同期させたサ
ンプリングを行なわせることができる信号のサンプリン
グ方法および装置を提供することにある。

また、そのようなサンプリング装置を用いてなる保護リ
レー装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明方法は周期的に変化す
る入力信号の瞬時値を所定のサンプリング周期に同期し
てサンプリングする信号のサンプリング方法において、
サンプリングされた瞬時値の極性変化を検出し、この極
性変化前後の瞬時値から内挿補間によりゼロクロス点の
時刻を演算し。

一の極性変化と次の極性変化に係るゼロクロス点の間隔
から入力信号の周期を演算し、この演算した周期に基づ
いて前記サンプリング周期を補正することを特徴とする
。

また、上記発明方法は、設定周期ごとにサンプリング信
号を発生するサンプリング信号発生手段と、このサンプ
リング信号に同期してサンプリングされた周期的に変化
する人力信号の瞬時値の極性変化を検出する極性変化検
出手段と、この極性変化分後の瞬時値から内挿補間によ
りゼロクロス点の時刻を求めるゼロクロス演算手段と、
一の極性変化と次の極性変化に係るゼロクロス点の間隔
に基づいて入力信号の周期を求める信号周期演算手段と
、この求めた周期に同期させてサンプリング周期を決定
して、前記設定周期を補正するサンプリング周期演算手
段と、を有してなる信号のサンプリング装置により実現
できる。

〔作用〕

このように構成することにより、本発明方法によれば、
入力信号の周期がデジタル演算により求められる。そし
て、これに合わせてサンプリング周期が補正されるので
、入力信号の周波数変動に対しても即時に追従させて、
所定の位相角ピッチの瞬時値がサンプリングされること
になる。

また、極性変化検出手段、ゼロクロス演算手段、信号周
期演算手段、サンプリング周期演算手段の演算手段は、
サンプリング装置が用いられる保護リレー装置などの信
号処理装置の処理演算手段（マイクロプロセッサ等）を
用いて構成できる４一方、サンプリング信号の発生手段
は、一般的な記憶素子や論理素子からなるプログラマブ
ルカウンタ等により構成できる。これにより、サンプリ
ング装置は簡単な構成となり、小形なものとなる。

〔実施例〕

以下、本発明を第１図に示した実施例によって説明する
。

本実施例はデジタル式保護すレー＋Ａ百に適用したもの
である。電力系統１から変成器２、変流器３で電圧、電
流信号（アナログ１３号）を検出し、これを入力変換回
路４ａ、４ｂにおいて電子回路に適したレベルに変換す
る。この変換された信号は、サンプルホールド回路５へ
導かれる。電力系統の各種演算を行なうには、電圧・電
流信号は同時刻のサンプルデータが必要であるため、サ
ンプルホールド回路５ａ、５ｂの信号をサンプル信号発
生手段９から出力されるサンプリング信号により一斉に
保持する。保持されたこれらのデータ（ｖＡ時値）はマ
ルチプレクサ６によって順次切換えられてＡ／Ｄ変換器
７に導かれ、ここでディジタルデータに変換される。こ
れらのデータがマイクロプロセッサユニットＭ　Ｐ　Ｕ
　８に導かれ、各種処理演算のデータとして用いられる
。

ここで、電圧・電流信号のサンプリングは、系統１の電
源周波数に対して一定の位相角毎に行なわれなければ計
測値に誤差が生じる。通常はサンプリングクロックとし
て、系統１の電源周波数に対応して固定の周期を有する
サンプリング信号を発生させ、これに同期させてサンプ
リングを行なう。しかし、何らかの原因で系統１の電源
周波数が変動した場合に、サンプリングの位相角がずれ
て、計測値に誤差が生じ、保護リレー装置の誤動作を招
く恐れがある。

そこで、本実施例ではＭＰＵ８とサンプリング信号発生
手段９により、系統１の周波数変動に応動させて、サン
プリング周期を調整するようにしている。サンプリング
信号発生手段９はプログラマブルカウンタが適用されて
いる。サンプリング信号発生手段９はサンプリング周期
の設定値がセットレジスタ９ａに可変設定されるように
なっており、カウンタ９ｂにより、別途入力されるクロ
ックパルスをカウントし、そのカウント値が前記設定値
に一致するごとに、サンプリング信号としてのパルス信
号をサンプルホールド回路５ａ、５ｂに出力するように
なっている。なお、前記設定値として、初期状態におい
ては、系統１の基本周波数し、こ対応して値が初期値と
して設定されている。

以下、本実施例について、動作とともに詳細構成を説明
する。

まず、初期値に設定されたサンプリング周期に同期して
系統１の電圧あるいは電流信号がサンプリングされ、順
次Ａ／Ｄ変換器７にてディジタル信号に変換され、ＭＰ
Ｕ８に取り込まれる。ここで、例えば、信号を位相角３
０°ピツチでサンプリングしたとすると、系統１のアナ
ログ信号とサンプリングデータの関係は、第２図のよう
に表わされる。

系統１のアナログ信号をυＲとし、サンプリング周期Δ
Ｌでサンプリングされた各々のデータをｖＲ０〜Ｖ　Ｒ
ｘ　ｔとする。これらのデータから半周期Ｔ／２を求め
るには、データＶＲの符号（極性）が反転する点を求め
、次に再び符号が反転する迄の時間を求めれば良い。図
示例によればサンプリングデータＶＲ，で符号が反転し
、その後６回目のサンプリングデータＶ　Ｒｘ　ｚで再
び符号が反転している。よって半周期Ｔ／２は下式で求
められる。

Ｔ／２＝Δｔ・（６−１）＋Δｔ１＋Δｔ２Δｔｘ＋Δ
し２は直線近似の内挿補間演算により下式となる。

上述の３式よりＴ／２は次式により求められる。

一般にサンプリングデータｖＲｋで最初に符号が反転し
、次にｎ１回後のサンプリングデータＶＲｋ＋ｎ１で再
び符号が反転した場合の周波数ｆは下式により求められ
る。

・・・・・・（１） 式（１）により、系統１のその時点での周波数をＭＰＵ
８で演算する。これを基にして所定の位相角ピッチに相
当するサンプリング周期を算出する。

この求めたサンプリング周期をサンプリング信号発生手
段９に出力して、前記セットレジスタ９ａの内容を書き
替えて補正する。これにより、サンプリング周期は常に
系統１の電源周波数に対応した間隔を保持することがで
き、サンプル時の位相角が一定に保たれる。この結果、
ＭＰＵ８でなされる保護リレー演算の誤差は生じない。

なお、前述した本発明に係る極性変化検出手段、ゼロク
ロス演算手段、信号周期演算手段、サンプリング周期演
算手段はＭＰＵ８により構成される。

したがって、本実施例によれば、ＭＰＵ８においてサン
プリングデータに基づいて信号の周期を演算し、これに
応じてサンプリング周期を演算していること、およびこ
れによって求めたサンプリング周期をプログラマブルカ
ウンタに設定して、サンプリング周期を補正するように
していることから、ゼロクロス検出回路などのアナログ
ハード回路を用いなくても、入力信号周波数の変動に対
応してサンプリング周期を補正できる。

これにより、信号サンプリングに係る構成を簡単化する
ことができる。また、ハード部品点数が減少するので信
頼性が向上する。

第３図と第４図に周波数の変動による誤差についてのシ
ュミレーション結果を示す。第３図は、電圧、電流につ
いての誤差の変化を示す、第４図は、有効電力について
の誤差の変化を示す。図からもわかるように１周波数が
基本周波数ｆＢから１０％変動すると、電圧、１１！流
で約６％、有効電力で約１６％もの計算誤差を発生する
ことがわかる。なお、図中ｆａに付した数字は基本周波
数に対する系統１の電源周波数の比率を示す。

その他の計測として力率、無効電力等についても、同様
のことが言える。このことは、周波数の変動に対してデ
ータのサンプリングの時間を追従して変化させてやらな
ければ保護動作、′氾力量の計算に相当の誤差が含まれ
、保護リレーの誤動作につながるおそれがあるのである
。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によればサンプリングされ
た瞬時値の極性変化から演算により信号の周期を求め、
これに基づいてサンプリング周期を補正するようにして
いることから、同期検出のためのアナログ回路を用いる
ことなく、簡単な構成により入力信号に同期させサンプ
リングを行なわせることができる。

この結果、装置を簡単かつ小形のものとすることができ
、また、ハード部品数の低減によって信頼性を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体構成図、第２図は第１
図実施例の動作を説明するための図、第３図と第４図は
（８号周波数変動とサンプリング周期のずれによる計測
誤差を説明する線図である。 ５・・・サンプルホールド回路、 ６・・マルチプレクサ。 ７・・Ａ／Ｄ変換器、 ８・・・マイクロプロセッサ、 ９・・サンプリング信号発生手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、周期的に変化する入力信号の瞬時値を所定のサンプ
   リング周期に同期してサンプリングする信号のサンプリ
   ング方法において、サンプリングされた瞬時値の極性変
   化を検出し、この極性変化前後の瞬時値から内挿補間に
   よりゼロクロス点の時刻を演算し、一の極性変化と次の
   極性変化に係るゼロクロス点の間隔から入力信号の周期
   を演算し、この演算した周期に基づいて前記サンプリン
   グ周期を補正することを特徴とする信号のサンプリング
   方法。 ２、設定周期ごとにサンプリング信号を発生するサンプ
   リング信号発生手段と、このサンプリング信号に同期し
   てサンプリングされた周期的に変化する入力信号の瞬時
   値の極性変化を検出する極性変化検出手段と、この極性
   変化前後の瞬時値から内挿補間によりゼロクロス点の時
   刻を求めるゼロクロス演算手段と、一の極性変化と次の
   極性変化に係るゼロクロス点の間隔に基づいて入力信号
   の周期を求める信号周期演算手段と、この求めた周期に
   基づいてサンプリング周期を決定して前記設定周期を補
   正するサンプリング周期演算手段と、を有してなる信号
   のサンプリング装置。 ３、請求項２記載のサンプリング装置を具備し、電力系
   統の電圧と電流信号を所定の位相角ピッチでサンプリン
   グして電力系統の保護リレー演算を行なう構成とした保
   護リレー装置。