JPH04127823A - 保護継電器 - 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】

この発明は電流系統を保護する保護継電器に関するもの
である。

【従来の技術】

第２図は、例えばｒｌを気協同研究、第４１巻第４号、
ディジタルリレーＪＰ４５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
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、玉揚の表には下式が
示されている。 ■　１　°　ｌ　　Ｉ　　ｌ　　ｃｏｓθ　＝Ｖ−・１
ｓ　　＋Ｖ＠−３’ｌ＋ｍ−３・・−−−−・−・−（
１） 但し、１９１・１１１；電圧、電流の振巾値θ；電圧と
電流の位相差 ｉ、、ｖ、；時刻ｍの時点の電流、電圧のディジタル・
データ １ｍ−３，Ｖａ−３；時刻ｍより３サンプル前の電流・
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３
０°の場合について示しており、時刻ｍの電流・電圧の
内積値と、これより電気角９０゜隔った時点の電流、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２図の様にｉ　（ｔ）　
＝　Ｉ、ｓ　ｉｎ　（ωｏ　ｔ）　−−−−−−−−−
−−−−−−−−−−−−−−−−−−（２）ｖ（ｔ）
　＝Ｖｐｓｉｎ（ω。ｔ＋θ）・−−−−−−・−・・
−−−−−−−−−−−−−−−（３”）とし、時刻ｍ
時点における角周波数ω。、の値をαとすれば、各サン
プル値は下式で与えられる。 ｉ　ｓ　＝　Ｉ　、ｓ　ｉｎ　ａ　−−−−−−−−−
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
−−−−−（４）ｖ、　＝Ｖ、５ｉｎ（α＋θ）・−・
−−−−−−一−−−−−−−−・−−−−−−−−−
・−・−（５）更に、ｍ−に時点におけるサンプル値は
、下式で与えられることになる。 ｉ、−ｈ＝１．５ｉｎ（ｃｒ−にβ）−−−−−−−−
−−−−−−−−−−−−−−−−−（６）ｖ、、＝Ｖ
、５ｉｎ（ｃｒ−にβ＋θ）　−−−−−−−−−−−
−−−−−−−−−−−（７）但し、ｘ、　ｌ　ｖ、　
　；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 に、に＝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。 １ｍ’Ｖ＋ｓ　　＋１ｌＩ−３°Ｖｓ−３＝Ｉ、ｓｉｎ
αＶｐｓｉｎ（α＋θ） ＋１．５ｉｎ（ｃｒ−３β）Ｖｐｓｉｎ（α−３β＋θ
）＝　Ｉ、Ｖ、　（ｓｉｎ　α５ｉｎ（α＋θ）＋５ｉ
ｎ（α−３β）ｓｉｎ（α−３β＋θ））＝ＩｐＶ、　
（ｓｉｎα５ｉｎ（α＋θ）＋ｃｏｓαｃｏｓ　（α＋
θ）） −Ｖ、Ｉ、　ｃｏｓ　　θ　−−−−−−−−−−−−
−−−−−−−−−−−−−−−−−（８）即ち、デー
タの３サンプル分の隔たりは電気角９０°の隔たりとい
うことになる。

【発明が解決しようとする課Ｂ】

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。 二のため、系統の周波数変動に対しては、式（８）％式
％（） 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°　（６０Ｈ２（７）場合には４．１６
７ｓｓ、　５０Ｈｚの場合には５ｓｓ）相当の時間が必
要（処理装置の処理に要する時間は、これを無視しであ
る。）であり、従来の演算原理では、これ以上に検出時
間を短縮するのは困難で、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中（β）を変え
ることのない、即ち、５０Ｈｚ、６０Ｈｚ共用形の演算
処理回路で対応が可能な保護継電器を得ることを目的と
する。

【課題を解決するための手段】

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的保管室、及び電圧データの一時的
保管室と、その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、第２の電気量及び第３の
電気量等を演算処理して出力する四則演算回路と、前記
電力系統の電流及び電圧の振巾値の積量を被乗数とした
サンプリング演算式からなる前記第１の電気量を、前記
第２の電気量で除して得た値に、該電流及び電圧の振巾
値の積量を被乗数とした位相差演算式からなる第３の電
気量を加えて電力方向成分を得、これが零より大か否か
を判定し、結果を出力する判定量導出部とを備えたもの
である。

【作用】

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．第２及
び第３の電気量を求め、電力方向成分を得て判定する。 そして、その電力方向成分を求めるに当っては、該電気
量の３つの成分、すなわち、電流、電圧の位相差（θ）
に関連する成分と、第２調波に関連する成分（２α）及
びサンプリング時間巾（β）に関する成分のうち、サン
プリング時間中と第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す
るように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な継電器
が得られる。

【発明の実施例】

以下、この発明の一実施例を図について説明する。 第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図である。 図において、１はディジタル量化された電流データの配
分路、２は電圧データの同様配分路、３〜５は夫々電流
データの一時的保管室、６〜８は夫々電圧データの一時
的保管室、９はデータ流通路、１０．１２は加算回路、
１１，１３．１８は減算回路、１４〜１７．１９は乗算
回路、２０は除算回路、２１は加算回路、２２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、電圧データの
配分路１．２には夫々電流、電圧のディジタル・データ
列・・・・・・ｌｌｌ−１＋　１＋ｓ　＋　　１１Ｈｌ
・・・・・・及び・・・・・・Ｖ、−＋、Ｖ、、ｖ、。 １・・・・・・がサンプリング時間（間隔）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３〜８には、夫々に１６＋Ｉ
　　Ｉｍ　＋　　１＋ｍ−＋　＋　　Ｖａｎ　ｖ、　＋
　　Ｖｓ−＋が保管されているものとする。 このデータ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ｉ、。２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ｖ、、２が現われていることは言うまで
もない。）、電流データの一時的保管室５ではデータｉ
、−３がクリアされ、データｉ、を収納する。同時にデ
ータの一時的保管室４ではデータｉ、がクリアされデー
タｉ、４．を収納し、電流データの一時的保管室３では
データｉ、＋１がクリアされデータｉ□２を収納する。 この時電流データの一時的保管室３〜５のデータのクリ
ア、収納は同期して“別の制御系”によって制御される
。また、電圧データの一時的保管室６〜８についても電
流データの一時的保管室の場合と同様に動作をする。即
ち、Ｖ、。２が、電圧データの一時的保管室６に収納さ
れた時、電圧データの一時的保管室７．８には夫々νａ
＋Ｉ　Ｉ　Ｖｌｌが収納されることになる。 また、加算回路１０．１２には、夫々データ流通路９経
由、データの一時的保管室３，５及び６゜８からのデー
タを用いて加算量１　＠＋１＋　１　ｍ−＋　ｒＶａ＋
Ｉ＋Ｖｍ−１を導出している。 このデータはサンプリング時間巾βの間（次にくる新た
なデータｉ、。２．■、。２をデータの一時的保管室３
，６が収納する迄の間）保持され、この制御も前述した
別の制御系によって制御されている。 従って、次のサンプリング時間巾βではｍの代りにデー
タｍ＋１を代入したデータが保持されたことになる（ａ
ち、輻十ｌ→鯛子２．＊→−＋ｌ＋−Ｉ→ｍとなる）。 同様にして減算回路１１．１３には１　ｓ＋１−１１１
１−１＋Ｖ＠＊１−Ｖ＠−１が収納されており、乗算回
路１４にはｉ、ｖ、が収納されている。乗算回路１５は
加算回路１０．１２の出力を夫々入力として（１１１＋
１＋　１５−１）（Ｖ＠＋ｌ＋Ｖ＠−ｌ）を導出して出
力している。また、乗算回路１６は乗算回路１４の出力
を入力として２ｉ、ｖ、を導出して出力している。 更に、乗算回路１７は乗算回路１６の出力を入力として
、４ｉｓｖａを導出して、出力している。 減算回路１８は、乗算回路１５．１７からの出力を夫々
入力して４１１１Ｖ１１−（１１１１４１＋１１１−１
）　（Ｖ１１＊ｌ　＋ＶＩＩ−１）を導出して、出力し
ている。 乗算回路１９は、減算回路１１，１３、乗算回路１６か
らの出力を夫々入力して２１＊ＶＪＬ＋＋−１１Ｉ（ｖ
ｓや、−シ、−３）を導出して出力している。 また、除算回路２０は、減算回路１８、乗算回路１９か
らの出力を夫々入力して を導出して出力している（但し、４１ｍＶｍ−（ｉｓ。 １＋ｔｓ−＋）　（ｖｓ＋＋＋ｖｓ−＋）≠０とする）
。 加算回路２１は、乗算回路１６、除算回路２０からの出
力を夫々入力して、２１ｐＶ、ｃｏｓθを導出して出力
している。 判定量導出部２２には２１．Ｖ、ｃｏｓθが導出される
。 この判定量は図示していないが下記の条件を満足した時
に保護継電器としての出力接点を閉じるように制御する
。 １、　Ｖ、ｃｏｓθ≧０ この実施例は、下記の数式によって明らかに電力方向成
分が導出されていることを示している。 即ち、乗算回路１９の出力量は（９）式で示される。 ２１ｍＶ＋ｅ（ｉ□＋−１ｍ−＋）　（Ｖｓ＋Ｉ−Ｖｓ
−１）＝２Ｌνｐｓｉｎａｓｉｎｃａ＋θ）　　（ｓｉ
ｎ（α＋β）−ｓｉｎ（α（ｓｉｎ（α＋β＋θ）−ｓ
ｉｎ（α−β＋θ））＝ＩｐＶ、　（ｃｏｓθ−ｃｏｓ
　（２ｃｒ＋θ））・２Ｉｐｖｐ・５ｉｎ２β　（ｃｏ
ｓθ＋ｃｏｓ　（２α＋θ））β）） 減算回路１８の出力量は（１０）式で示される。 ４１＋＠Ｗｅ−（１＋＋＋＋ｌ＋１ｍ−１）（Ｖｓ＋Ｉ
＋Ｖｓ−１）＝２１．Ｖｐ（ｃｏｓθ−ｃｏｓ　（２α
＋θ））−２１，Ｖ、　（ｃｏｓθ−ｃｏｓ　（２α＋
β））ｃｏｓ”β＝２１．Ｖ、　（ｃｏｓθ−（、ｏｓ
　（２（１’＋θ））　（１−ｃｏｓ”β）＝２１．Ｖ
、（ＣＯ３θ−ｃｏｓ　（Ｚ　ｃｘ＋θ））　　ｓｉｎ
”β・−一−−−−−−・−・・・−−一一一−−・−
（１０）また、除算回路２０の出力量は（１１）式で示
される。 ＝ＩｐＶ、　（ｃｏｓθ＋ｃｏｓ　（２（１＋θ））（
但し、　４１ｍＶｓ−（１ｍ＋＋＋１ｍ−＋）（Ｖｓ＊
＋　＋ｖｓ−＋）≠ＯＩ、ν、　（ｃｏｓθ−ｃｏｓ　
（２（Ｘ＋θ））　ｓｉｎ”β≠０とする） そして加算回路２１の出力量は（１２）式で示される（
但し、　４ｉ＠Ｖ＠−（１１１４１＋１１１−１）（Ｖ
１１＋Ｉ＋ＶＩＩ−υ≠０（ｃｏｓθ−ｃｏｓ　（２α
＋θ）　）　（１−ｃｏｓ２β）≠０）とする）。 １、Ｖ。 （−θ−ｃｏｓ　（２α＋β））　Ｃ１−ｃｏｓ２β）
＋１．Ｖ、　（ωｄ−ωＳ（２α十〇））ｓ＝２Ｉ、Ｖ
、ｃｏｓθ 以上の説明では、 各演算式中の分母が零になら 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別途処理を行なうことは云う迄
もない。 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（１２）右辺の加算式を演算処理し判定量を導出
することにある。すなわち、加算式は一方が分数式で構
成され、その分子を第１の電気量として、 （ＩｐＶ、）”　（ｃｏｓθ−ｃｏｓ　（２α＋θ））
　（１−ｃｏｓ２β）（ｃｏｓθ＋ｃｏｓ　（Ｚ　ｃｘ
＋θ））を導出する。また分母を第２の電気量としてｒ
、Ｖ、　（ｃｏｓθ−ｃｏｓ　（２α＋θ））　ＣＩ−
ｃｏｓ２β）を導出する。加算式の他方は第３の電気量
として１、Ｖ、　（ｃｏｓθ−ｃｏｓ　（２（Ｘ＋θ）
）を導出する。前記分数式は演算結果の第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。そして加算式の前記演算は、第１
の電気量を第２の電気量で除した値に第３の電気量を加
えて得た電力方向成分２ＩｐＶ、ｃｏｓθが零より大か
否かを判定基準に照らして判定し、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（θ）に関する成分及びサン
プリング時間巾（β）の成分に関するｃｏｓ２βの関連
項を以下のように呼称する。 （ｃｏｓθ−ｃｏｓ　（２α十〇））　　（ｃｏｓθ＋
ｃｏｓ　（２α＋θ））（１−ｃｏｓ２β） をサンプリング演算式、 （ｃｏｓθ−ｃｏｓ　（２α＋θ）） を位相差演算式と呼称する。 なお、上記実施例の変形は、２大別することが可能であ
る。 その１は、式（１２）に於いて、ｍを変化させても本考
案のデータの制御手順に従えば、その１式目のβをｃｏ
ｓ２βとしたま＼電力方向成分を得ることが可能である
。 一般化して、式（１２）のｍをｍ十ｋ　（ｋは整数とす
る）で置換すると下式を得る。 式（１２）は、ｋ＝ｏの場合に相当する。 さて、その２は弐（１２）に於いて、ｍを変化させても
、本発明のデータの制御手順に従えば、その１式目のβ
をｃｏｓ２１β（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。 −級化して、各添数字にｌを付して示すが、ＬＶ、につ
いては、添字！とは無関係とすることが必要である。 式（１２）は　！−１の場合に相当する。 これは、式（１２）の１式目が ＩｐＶ、　（ｃｏｓθ−ｃｏｓ　（２α＋θ））（１−
ｃｏｓ２β） ＋ＩｐＶ、　（ｃｏｓθ−ｃｏｓ（２α＋θ））で示さ
れていたのが、ｌとすると ＋ＩｐＶｐ（ｃｏｓθ−ｃｏｓ　（２ｒｘ＋の）が得ら
れることを示す。 なお、上記実施例は、第１図で述べた通り、従来リレー
の様に「不変周波数の正弦波であれば、サンプリング時
間巾βを電気角３０°にとり、３サンプル前（又は、後
）のデータを使えば、そのデータは、現在のデータより
も９０°前（又は後）のデータであり、前者を正弦（ｓ
ｉｎ　）成分とすれば、後者は余弦（ｃｏｓ　）成分と
なる１の前提によらない演算原理とするため入力データ
の取り込み順序をどのように行うべきかを規定する手段
について示した。 従って、この発明によれば、サンプリング時間巾Ｂ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
β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。 具体的にこの発明で、電力方向リレーとして解を得るた
めには、１１〜ｍ÷１迄の３サンプル・データ（従来リ
レーはｒａ　−ｍ　＋　３までの４サンプル・データ）
であり、■サンプル・データの少ない分、事故検出に要
する時間は短縮される。 また、サンプリング時間巾βを縮めて行けば、更に高速
度動作が可能となる。 更には、この３サンプル・データの間、系統の周波数を
はり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
保護などにも適用可能である。 また、この発明の場合には、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迄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（
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、各端をはヌ゛同一の電流が貫通して事故点に
向って流れるため、同一原理のリレーで確実に時限協調
がはかれることになる。 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、配慮すれば信軌度向上にも資する。 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、上記例と同様の効果を奏する。 【発明の効果］ 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．第２及び第３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値に第３の電気量を加えて
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、周波数変動にも安定な特性が得られ５
０Ｈｚ、６０Ｈｚで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
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す保護継電器のブロッ
ク構成図、第２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、３〜５は電流データの一時的保管室、６〜
８は電圧データの一時的保管室、１０〜２１は四則演算
回路、２２は判定量導出部である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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を用いて系統保護の所要
   関係式を求め、該所要関係式を満足する第１の電気量、
   第２の電気量及び第３の電気量等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及び電
   圧の振巾値の積量を被除数としたサンプリング演算式か
   らなる前記第１の電気量を、前記第２の電気量で除して
   得た値に該電流及び電圧の振巾値の積量を除数とした位
   相差演算式からなる第３の電気量を加えて電力方向成分
   を求め、該電力方向成分が零より大か否かを判定し、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。