JPH04193021A - 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】

この発明は電力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３図は、例えばＶ電気協同研究、第４１巻。 第４号、ディジタルリレーａＰ４５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波形図である
。 電力方向を得る演算原理式として玉揚の表には（１）式
が示されている。 １■１・ｌ１１ｃｏｓθ＝ＶＬｌｌｌｌ、ｌ＋Ｖｍ−：
１１ｍ−３但し、＋？１　、Ｉ！Ｉ；電圧、電流の振巾
値θ；雷電圧電流の位相差 １ｍ、Ｖｎ；時刻ｍの時の電流、電圧のディジタルデー
タ １ｍ−３＋Ｖｍ−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３０″
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
内積の和を得るものである。 今、継電器への人力電気量を第３図に示す様に、１（ｔ
）　−１ｐＳ　ｌ　ｎ　（ωｏ　ｔ）−−一−−−−−
−−−−−−−（２）ｖ（ｔ）　＝ν、５ｉｎ（ωｏｔ
＋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
は次式で与えられる。 １ｌＩ＝　Ｉ、ｓ　ｉｎ　ａ−−一−−−〜−−−−−
−−−−（４）ｖｌＩ−■、、５ｉｎ（α＋θ）−−−
−−−−−（５）さらに、ｍ−に時点におけるサンプル
値は、次式で与えられることになる。 ｉｍ−ｙ−ｒｐｓｉｎ（（Ｘ−にβ）−−−−−−−−
−−−（６）ｖｌＩ−１＝Ｖｐｓｉｎ（α−にβ＋θ）
　、−−−−−ｍ−−−−−−（７）但し、ＩｐＶ、；
電流、電圧の振中値。 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（１）式の右辺に着Ｈすると（８）式が
判明する。 １ｌｌｌｖｌＩｌ＋１ｌＮ−３νｌｌ−３＝Ｉｐｓｉｎ
ａ　−Ｖｐｓｉｎ（α＋θ）＋Ｉｐｓｉｎ（α−３β）
Ｖｐｓｉｎ（α−３β＋θ）＝ＩｐＶｐ（ｓｉｎａｓｉ
ｎ（α＋θ）＋５ｉｎ（α−３β）ｓｉｎ（α−３β＋
θ））＝Ｉｐν、　（ｓｉｎａｓｉｎ（ｃｒ＋θ）＋Ｃ
Ｏ３αｃｏｓ　（α＋θ）） ＝ＩｐＶ、　ｃｏｓθ−−−−−−−−−−−−−−−
−−−−一−−−−−（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題】

従来の保護継電器は、以上のように構成されているので
、ｒ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。 このため、系統の周波数変動に対しては（８）式％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、（８）式の場合、
電力方向リレーとしてを効な演算結果を得るためには、
電気角で９０°　（６０）＋２の場合には４．１６７ｍ
５．５０Ｈｚの場合には５ｍ５）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、上記の様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巾βを変えること
なく、すなわち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。 また、水力発電機の起動時のように周波数が緩やかに変
化する系への対応、あるいは系統周波数に従属しないで
サンプリング時間巾を設定し得る（例えば、高速動作が
可能なディジタル演算形電力方向継電器のアルゴリズム
）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】

請求項（１）記載の発明に係る保護継電器は、電力系統
の電圧及び電流データをサンプリングして電気量データ
の一時的保管手段に格納する。その格納したデータサン
プリング値を用いて演算するための系統保護の加算演算
式を求め、その加算演算式は第１の加数と第２の加数と
で構成する。具体的には電圧の振中値の２乗を被乗数と
したサンプリングタイム条件式からなる第１の電気量を
電圧の振中値の２乗の２倍を被乗数とするサンプリング
タイム条件式からなる第２の電気量で除算する。 その除算した値に電圧、電流の振中値の位相差を掛算し
た第１の加数と、その電圧、電流の振中値の位相差の２
分の１を第２の加数を加算して電力方向成分を求める。 この時、サンプリングタイム条件式が零以外の時に四則
演算手段で演算して判定量導出部より判定結果を出力す
るようにしたものである。 また、請求項（２）記載の発明に係る保護継電器は、請
求項（１）と同様の電流、ｉｉ電気量データ一時的保管
手段を有し、系統保護の演算式を求めて四則演算手段に
かける。具体的な演算は、電気量データの一時的保管手
段へのサンプリングデータ取り込み順序及び演算処理を
第１の電圧データサンプリング式と第２の電圧データサ
ンプリング式及び第１の電流、電圧サンプリング式を乗
して行われる。 その乗じた値に第２の電流、電圧サンプリング式を加算
する如く規定し、前記第１及び第２の電圧データサンプ
リング式が零でないことを条件に演算して判定量導出部
より判定結果を出力するようにしたものである。

【作用】

請求項（１）記載の発明における処理は、電流、電圧の
サンプリングデータの積置を導出し、これを電流、電圧
の位相差に関連する成分、第２調波に関連する成分、サ
ンプリング時間巾に関連する成分とし、そのうち第２調
波とサンプリング時間中に関連する成分を除去する如く
サンプリングデータの入力順序を制御し四則演算手段で
処理して判定量導出部より結果を出力する。かくして、
サンプリング時間巾は、系統周波数に対する従属性から
解放される。また、請求項（２）記載の発明における演
算処理は、請求項（１）記載の判定量導出を行うための
データ取り込み順序と四則演算手段の他の実施例と異な
るアルゴリズムを提示したもので、検出時間が短縮され
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は電圧データの配分路、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（３
〜８を電気量データの一時的保管手段と呼称する。）、
９，１１．１６は減算回路、１０，１３．１５．２２は
加算回路、１２．１３；　　１４，１７．２０は乗算回
路、１Ｂ。 １９．２１は除算回路（９〜２２は四則演算（手段）回
路と呼ぶ。・）、２３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には夫々ディジタルデータ列”’Ｉｌｌ＋ｌ
＋ｌｌＩ＋１ｍ−１＋”””・。Ｖ＋ｓ＋＋＋Ｖｍ＋Ｖ
ｍ−１”’がサンプリング時間々隔βおきに流れており
、電流、電圧データの一時的保管室３〜８には、夫々１
１１１４１１１１１１１１１−１　＋　Ｖｍ＋＋　＋　
Ｖｍ　＋　Ｖｍ−＋が保管されているものとする。 この保管室のデータの出し入れは、別の制御系（図示せ
ず）により制御されている。例えば最新データとして、
電流データ１１１＋ｇが電流データ配分路ｌに現われる
と（勿論、これと同期して、電圧データ配分路２にも電
圧データＶ□２が現われていることはいうまでもない。 ）保管室３では、データ１１１１＋　１がクリアされ、
データ１１１＋２を収納する。 同時に保管室４ではデータ１１がクリアされ、データｉ
□１を収納する。保管室５では、ｌｌ＊−１がクリアさ
れデータ１１を収納する。 この時、保管室３〜５のデータのクリア、収納電圧デー
タの一時的保管室６〜８εこついても完全に電流データ
の一時的保管室と同様′の動作を行なう。 即ち、ｖｌ、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Ｖ１
ｇ＋＋＋ν□が収納されることになる。 減算回路９は、電流データの一時的保管室３゜５からの
出力を夫々入力してＩｎ−＋−１ｍ＋＋を出力している
。 加算回路１０は、電圧データの一時的保管室６゜８から
の出力を夫々入力して、ν、。、＋シ、、−１を出力し
ている。 減算回路１１は電圧データの一時的保管室６゜８からの
出力を夫々入力して、Ｖｆｆｉ＋＋−Ｖｍ−１を出力し
ている。 乗算回路１２は電圧データの一時的保管室７からの出力
を入力して、２ｖｍを出力している。 乗算回路１３は、電流データの一時的保管室４及び電圧
データの一時的保管室７の出力を夫々入力して１ｆｆｌ
ｖ、を出力している。 乗算回路１４は、減算回路９，１１の出力を夫々入力し
て、（Ｉｎ−１１ｆｆｉ。１）（シ６，１−シ１−１）
を出力している。 加算回路１５は、加算回路１０及び乗算回路１２の出力
を夫々入力してＶｆｆｉ＋＋＋２シフ＋ジロー１を出力
している。 減算回路１６は、加算回路１０及び乗算回路１２の出力
を夫々入力してＶｍ＋＋−２Ｖｍ−Ｖｍ−＋を出力して
いる。 ＶＩＩ＋１　＋２Ｖｍ＋Ｖｍ−１≠Ｏとする。）除算回
路１９は、減算回路１６及び乗算回路１２乗算回路１７
は、乗算回路１４及び除算回路１８からの出力を夫々入
力として 一一力元−（１Ｎ１−Ｉ−１ｌｌ。Ｉ）　（Ｖｆｆｉ＋
Ｉ−Ｖｆｆｉ−１）νｍ＋　！　＋　２ｖｌｌ＋ｖｌ１
１−１を出力している。 乗算回路２０は、乗算回路１７及び除算回路１９からの
出力を夫々入力として （Ｌ−１−１ｍ−１）　（ＶＩＩ＋＋−Ｖｍ−＋）を出
力している。 除算回路２Ｉは、乗算回路２ｏの出方を入力して （１ｍ−１−１ｍ＋＋）　（Ｖ＋ａ＋＋Ｖｍ−＋）を出
力している。 加算回路２２は除算回路２１、乗算回路１３の出力を夫
々入力して、下記を出方している。 （Ｉｍ−＋−１□＋）　（Ｖ＋Ｈ１−ジロー＋）＋１＠
ＶＩＩ判定量導出部２３は、加算回路２２の処理結果１
、Ｖ、ｃｏｓθを導出している。 これの判定規準は図示していないが、 ■、シｐｃｏｓθ≧０　　　　・−四−・−四一・−四
・（１ｏ）を満足した時、方向リレーとして接点を閉じ
る如く構成されている。 この考え方は、理論的には、第２図に示す通り説明され
る。 この時、分母を構成するｃｏｓ２β−１≠Ｏが肝要であ
り、常にｖｌｌｌ＋１±２ｖヨ＋ν、、≠Ｏとなる様に
予測制御する等の方策が必要である事は言を待たない。 ここで、実施例に適用した電流８電圧のデータサンプリ
ング式及び関連式を次の様に定義する。 （Ｖｍ−１±２ｖｍ＋ｖ、−、≠０；電圧データサンプ
リング条件式、 （１ｍ−１−１＋ｓ＋＋）　（Ｖｍ＋＋−Ｖ＋ｓ−＋）
　；第１の電流、電圧サンプリング式、 ｉ、ｖ　　　　　　　　　；第２の電流、電圧サンプリ
ング式、 ｃｏｓ２β−１≠０　　　　；サンプリングタイム条件
式、νｐ２（ｃｏｓ　２β−１）；第１の電気量、２Ｖ
ｐ”（ｃｏｓ２β−１）；第２の電気量、ｌｐＶ、ｃｏ
ｓ　θ　　　　；電流、電圧振巾の位相差、第１図で述
べた通り、この発明では、従来リレーのように「不変周
波数の正弦波であれば、サンプリング時間巾を電気角３
０°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ｓｉｎ成分とすれば、後者
はｃｏｓ成分となる。ｊの前提によらない演算原理とす
るため、具体的な実施例として入力データの取り込み順
序を規定する四則演算回路を示した。 従って、この発明によれば、サンプリング時間中を、系
統周波数に無関係に設定することが可能となるため、５
０Ｈｚ、　　６０Ｈｚで、サンプリング時間巾を共用化
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、サンプリング時間中を短く設定し得るこ
とになる。 具体的にはｍ−１〜ｍ＋１までの３サンプル・データ（
従来リレーはｍ　＝　ｍ　＋　３までの４サンプル・デ
ータ）であり、ｌサンプル・データの少ない分、事故検
出に要する時間は少ない。 サンプリング時間中を縮めて行けば更に高速度動作が可
能となる。 また、この３サンプル・データの間系統の周波数かは＼
一定と見做し得る程度の周波数変動率であれば、即ち、
水力発電機が起動して、定格周波数になる迄の間の保護
にも適用できる。 また１、この発明は、時限協調が従来リレーに比べて容
易になる。即ち、従来リレーは、タンプ値。 抑制スプリング、接点間隔等で電源端から負荷端までの
間に設置されたリレー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を短く、電源
端側程サンプリング時間巾を長く設定することにより、
事故時には、各端をは＼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、併せて、演算結果の照合回数を電源端側程多く
する等の配慮をすれば信頼度向上にも資する。 更に、この発明はインピーダンスリレーへの応用も可能
である。

【発明の効果】

以上のようにこの発明によれば、請求項（１）では電流
、電圧のデータサンプリング値を用いて判定量を導出す
る系統保護の演算式を求め、その演算式の構成に当って
は第２調波に関連した成分とサンプリング時間巾に関連
した成分を除去し、その演算式が第１の加数と第２の加
数の加算式で示される如くサンプリングデータの入力を
制御し四則演算手段で処理して判定量を出力するので、
周波数変動による特性への影響が改善され、５０Ｈｚ。 ６０Ｈｚのいずれに対してもサンプリング時間巾を共用
することが可能になると共に、検出時間の高速化を図る
ことができる。また、時限協調の取り易いリレーが得ら
れる効果がある。また、請求項（２）記載の発明によれ
ば、請求項（１）記載の判定量導出のためのデータ取り
込み順序、及び演算処理に基くアルゴリズムに代って別
のアルゴリズムによる四則演算手段を示したもので、請
求項（１）の効果と併せて巾広い用途に適用することが
できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による保護継電器のブロッ
ク図、第２図はこの発明の原理式展開図、第３図は従来
のディジタルリレーのアルゴリズムを説明するための波
形図である。 図において、１は電流データの配分路、２は電圧データ
の配分路、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、３〜８は電気量データの
一時的保管手段、９〜２２は四則演算（手段）回路、２
３は判定量導出部である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電力系統の電圧、電流を検出した電気量データ及
   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
   グして一時保管する電気量データの一時的保管手段と、
   前記両一時的保管手段に格納された電気量のサンプリン
   グ値を用いて系統保護の演算式を求め、該演算式が第１
   の加数と第２の加数を加算して構成され、これを処理す
   る四則演算手段と、前記電力系統の電流の振巾値と電圧
   の振巾値の３乗を被乗数としたサンプリングタイム条件
   式からなる第１の電気量を電圧の振巾値の２乗の２倍を
   被乗数とするサンプリングタイム条件式からなる第２の
   電気量で除し、その除した値に電圧、電流の振巾値の位
   相差を掛算した第１の加数と、前記電圧、電流の振巾値
   の位相差の２分の１を第２の加数として電力方向成分を
   求め、前記サンプリングタイム条件式が零以外の条件で
   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
   。
2. （２）電力系統の電圧、電流を検出した電気量データを
   所定のサンプリング時間巾でサンプリングして一時保管
   する電気量データの一時的保管手段と、前記一時的保管
   手段に格納された電流、電圧のサンプリング値を用いて
   系統保護の演算式を求め四則演算手段と、前記電気量デ
   ータの一時的保管手段へのサンプリングデータ取り込み
   順序及び演算処理を第１の電圧データサンプリング式と
   第２の電圧データサンプリング式及び第１の電流、電圧
   サンプリング式を乗じて得た値に第２の電流、電圧サン
   プリング式を加算する如く規定し、前記第１及び第２の
   電圧データサンプリング式が零でないことを条件に演算
   して判定する判定量導出部とを備えた保護継電器。