JPH05328586A

JPH05328586A - アナログ入力回路の自動監視方式

Info

Publication number: JPH05328586A
Application number: JP4158633A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Yokoyama; 孝幸横山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-05-26
Filing date: 1992-05-26
Publication date: 1993-12-10

Abstract

(57)【要約】【目的】アナログ入力回路の自動監視方式において、
系統側の影響や自動監視回路の調整誤差及び経年変化の
影響を受けずに、保護継電器の精度を保証する。【構成】電力系統の交流電気量を入力し、ディジタル
演算装置にて保護演算を行なうディジタル保護継電器に
おいて、前記交流電気量を入力しアナログフィルタを通
過した信号を得る第１の手段と、前記第１の手段の入力
と同一の交流電気量をアナログフィルタを介さずに入出
力する第２の手段と、第２の手段の出力をアナログ・デ
ィジタル変換して得られたディジタル信号を入力として
第１の手段のアナログフィルタの伝達関数に相当する特
性を有するフィルタの出力をディジタル数値演算で求め
る第３の手段と、第３の手段からの出力のディジタル信
号と、第１の手段の出力をアナログ・ディジタル変換し
て得られたディジタル信号との相対誤差を検出してアナ
ログ入力回路の精度チェックを行なう第４の手段とを有
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、交流電気量をアナログ
・ディジタル変換して保護演算を行なうディジタル保護
継電器のアナログ入力回路の自動監視方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディジタル保護継電器は、電力系統から
電圧，電流などの交流電気量を入力変換器を介して導入
し、交流アナログ信号をディジタル信号に変換した後、
マイクロコンピュータなどのディジタル演算処理装置で
保護演算を行なうもので、優れた演算処理能力と事故診
断能力により、高性能で高信頼度の保護継電器を実現で
きるため、広く電力系統の保護に適用されている。図６
はディジタル保護継電器のアナログ入力回路及びディジ
タル演算部の一般的な構成を示す図で、系統電気量は系
統の変成器ＰＴや変流器ＣＴから入力変換器１に導入
し、電子回路で扱えるレベルに変換する。次に系統電気
量をアナログ量からディジタル量に変換するが、まず誤
差要因となる高周波成分を除去するため、アナログフィ
ルタ２に入力し、サンプリング定理で決まるサンプリン
グ周波数の１／２以上の周波数成分を充分減衰させる。
アナログフィルタ出力は、サンプルホールド回路（Ｓ／
Ｈ）３，マルチプレクサ（ＭＰＸ）４，アナログ・ディ
ジタル変換器（Ａ／Ｄ）５で、所定のサンプリング周期
毎にディジタル量に変換して、一旦ランダムアクセスメ
モリ（ＲＡＭ）６に記憶し、その後、リードオンリメモ
リ（ＲＯＭ）７の演算プログラムに従ってディジタル演
算処理装置（ＣＰＵ）８の保護演算に使用する。

【０００３】保護継電器はその使命から高い動作信頼度
が要求されるが、上記構成のディジタル保護継電器は保
護機能の大半をソフトウェアで実現しているため、この
部分の経年変化が殆どない点で信頼性が高い。しかし、
アナログフィルタやアナログ・ディジタル変換器などか
らなるアナログ入力回路は、演算増幅器，抵抗，コンデ
ンサを使用しており、これらの素子に特性変化が生ずる
とアナログ入力回路の誤差が増大し、保護継電器の性能
に直接影響する。このため、従来よりアナログ入力回路
は自動監視による精度チェックを行なっている。アナロ
グ入力回路の自動監視は、周知の如く常時監視と自動点
検がある。電気協同研究「デジタルリレー」、第４１
巻、第４号（１９８６）に紹介されているように、常時
監視の代表的手法には各相入力間の不平衡を検出する
(1) 式の方法や、対称座標法を応用して零相成分等の発
生を検出する(2) 式の方式等がある。又、自動点検に
は、既知の点検入力信号をアナログ入力回路に印加し、
ディジタル量に変換した信号の値と予め設定しておいた
点検入力信号の理論値を比較し、その差分の有無で良否
を判定する方式などがある。ｍａｘ｛Ｉ_Y｝≧α・ｍｉｎ｛Ｉ_Y｝＋β …………(1) ｍａｘ｛Ｉ_Y｝：各相の内、最大相の入力。ｍｉｎ｛Ｉ_Y｝：各相の内、最小相の入力。 α，β ：定数。｜Ｉ_R＋Ｉ_S＋Ｉ_T−３Ｉ_O｜≧ε₁ ………………(2) Ｉ_R，Ｉ_S，Ｉ_T：各相入力。Ｉ_O ：零相入力。 ε₁ ：感度項。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】保護継電器の動作信頼
度を維持し、かつメンテナンスフリーを実現するために
は、アナログ入力回路の自動監視は、保護継電器の性能
を保証できる高精度な検出性能を有することが望まし
い。このためには、アナログ回路の固有誤差が支配的な
保護継電器の誤差保証値と同程度に自動監視の検出感度
を設定すればよい。しかし、上記従来の自動監視方式で
は、系統電気量の不平衡，周波数変動等の系統現象や、
自動点検の点検入力信号自体の調整精度あるいは経年変
化などで発生する誤差分が、アナログ入力回路の固有誤
差と区別できないため、これらの誤差要因で不要に自動
監視不良を検出しないよう、検出感度を低く設定せざる
を得ない。従って、自動監視のみで保護継電器の精度を
保証することはできず、アナログ入力回路の精度チェッ
クをより厳密に行なうためには、定期点検などの機会
に、試験用の無歪交流入力を継電器に印加し、校正管理
された計器で保護継電器の動作値等を測定する人間系の
作業が必要であった。これは、ディジタル保護継電器の
メンテナンスフリー化を阻害する一因となっている。本
発明は上記問題を解決するためになされたものであり、
複雑なハードウェアを追加することなく保護継電器の精
度を保証でき、メンテナンスフリーを実現する高精度な
アナログ入力回路の自動監視方式を提供することを目的
としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の構成を実施例に
対応する図１，図２の構成図を参照して説明すると、ア
ナログ入力電気量をアナログフィルタを介した後アナロ
グ・ディジタル変換して得たディジタル信号と、アナロ
グ電気量をアナログフィルタを介さずアナログ・ディジ
タル変換して得たディジタル信号を入力とし、アナログ
フィルタの伝達関数に相当する特性を有するフィルタの
出力をディジタル数値演算して得た信号とを用い、両者
の相対誤差を検出してアナログ入力回路の精度チェック
を行なうよう構成した。

【作用】従って、複雑な自動監視用のハードウェアを必
要とせず、又、系統側の影響や自動監視回路の調整誤差
及び経年変化の影響を受けずに保護継電器の精度を保証
し得る、高精度なアナログ入力回路の自動監視方式を提
供できる。

【０００６】

【実施例】以下図面を参照して実施例を説明する。図１
は本発明によるアナログ入力回路の自動監視方式を説明
する一実施例の構成図である。図１において図６と同様
な個所は同一符号を付して説明を省略する。図１におい
て、系統電気量は変成器ＰＴや変流器ＣＴから入力変換
器１に導入する。この入力信号を一方は高周波成分を除
去するためのアナログフィルタ２を介してサンプルホー
ルド回路3aに入力し、他方は同一の入力信号をアナログ
フィルタを介さずにサンプルホールド回路3bに入力し
て、夫々マルチプレクサ４，アナログ・ディジタル変換
器５で所定のサンプリング周期毎にディジタル量に変換
し、ランダムアクセスメモリ６に記憶するよう構成す
る。

【０００７】図２は本発明のソフトウェアによる自動監
視処理を説明する機能ブロック図で、入力信号9aは図１
のアナログフィルタ２を介してディジタル変換した信号
で、入力信号9bは図１のアナログフィルタを介さずにデ
ィジタル変換した信号を示す。入力信号9bはアナログフ
ィルタ２の伝達関数Ｈ（ｓ）に相当する伝達関数Ｈ
（ｚ）を有するディジタルフィルタ９に入力し、フィル
タ出力をディジタル数値演算する。その後ディジタルフ
ィルタの出力信号10を前記入力信号9aと共に比較器11に
入力して両者の相対誤差を検出し、アナログ入力回路の
精度チェックを行なうよう構成する。ここで、ディジタ
ルフィルタはディジタルデータの処理の手法によりＩＩ
Ｒ（無限応答）フィルタとＦＩＲ（有限応答）フィルタ
に大別できるが、周知の如くいずれの手法でも原理的に
はアナログフィルタ相当のフィルタをディジタル数値演
算で実現できる。例えば、アナログフィルタ２の伝達関
数Ｈ（ｓ）を一般に(3) 式とした場合、これをＩＩＲフ
ィルタで実現するには、インパルス応答法による設計手
法を用いると、ディジタルフィルタ９の伝達関数Ｈ
（ｚ）は(4) 式とすればよい。

【０００８】次に比較器11によるアナログフィルタから
の信号9aとディジタルフィルタ９の出力信号10との誤差
の検出の方法を説明する。保護継電器の入力信号をｆと
したとき、ディジタルフィルタの出力信号10を誤差検出
の基準信号として(5) 式とすれば、アナログフィルタか
らの信号9aはゲイン誤差ｋ、位相誤差θのとき(6) 式で
与えられる。信号10 Ｆ_D（ｊω）＝Ｇｅｘｐ｛ｊω｝ ………………………(5) 信号9a Ｆ_A（ｊω）＝Ｇ（１＋ｋ）ｅｘｐ｛ｊ（ω＋θ）｝ …(6) ｅｘｐ｛｝は指数関数を示す。ここで出力信号の振幅
値Ｇは入力信号ｆの振幅にフィルタのゲインを乗じた値
であるが、(5) 式と(6) 式の比率を算出すると、入力信
号に依存する振幅値Ｇが消去され、結果は(7) 式とな
る。(7) 式は出力信号10を基準としたときの信号9aの誤
差分で、即ち、ディジタルフィルタを基準としたときの
アナログフィルタのゲイン誤差及び位相誤差を表すもの
である。従って、(7) 式の結果について所定のレベル検
出を行なえば、アナログフィルタの精度をチェックする
ことができる。Ｆ_A（ｊω）／Ｆ_D（ｊω）＝Ｇ（１＋ｋ）ｅｘｐ｛ｊ（ω＋θ）｝／Ｇｅｘｐ｛ｊω｝＝（１＋ｋ）ｅｘｐ｛ｊθ｝ ………………………………………(7) 本発明はアナログフィルタのゲイン誤差及び位相誤差を
検出するためにソフトウェアで構成されるディジタルフ
ィルタの伝達関数を基準としていることより、この基準
には経年変化がなく、常に一定感度でかつ高感度な誤差
検出が可能となる。又、従来の監視方式は単一量入力で
は適用できなかったが、本発明は入力単位で監視するこ
とを基本にしているので、保護継電器の導入量による適
用上の制約もなく、又、系統の不平衡分等も自動監視精
度に全く影響しない、更に、本発明の主要部分はソフト
ウェアで実現するため、自動監視のための特別なハード
ウェアが不要で、ディジタルリレーの標準ハードウェア
で実現できる点も信頼度向上にとって非常に有利であ
る。

【０００９】上記実施例では、アナログフィルタを介し
た系統電気量とアナログフィルタを介さない系統電気量
を夫々個別のサンプルホールド回路に入力するよう構成
したが、両信号を直接マルチプレクサに入力し、その出
力を１つのサンプルホールド回路に導入してアナログ・
ディジタル変換し、サンプルホールド回路の削減を図る
よう構成しても、比較器11において両信号のサンプリン
グタイミングの時間差を考慮して判定すれば、同様の効
果が得られることは明らかである。又、入力信号が複数
ある場合に、各入力信号毎にアナログフィルタを介さな
い信号を入力するよう構成すると、アナログ・ディジタ
ル変換する信号数が増加するが、入力信号数はサンプリ
ング周期とアナログ・ディジタル変換器の変換速度との
関係から制約がある。この場合には図３に示すように切
換回路12を設け、アナログフィルタを介さずアナログ・
ディジタル変換する信号を切換えながら、各入力を順次
自動監視するよう構成してもよい。更に、本発明の効果
は、ディジタルフィルタ処理の実行形態に制約されるも
のではなく、リアルタイムでディジタルフィルタ処理を
行なう場合でも、あるいは入力信号データを所定期間記
憶しておき、その後ディジタルフィルタや誤差検出の処
理を分割しながら逐次実行する方法でも、全く同様の効
果が得られることは言うまでもない。

【００１０】次に他の実施例を図４及び図５を参照して
説明する。図４は他の実施例の構成を示す図で、アナロ
グフィルタ２には入力変換器１から導入した系統電気量
と共に、点検指令回路13で所定の点検入力信号14を重畳
入力できるよう構成する。加えて、点検指令回路13で印
加される前記点検入力信号14を、アナログフィルタを介
さず直接入力するよう構成し、両信号をアナログ・ディ
ジタル変換する。図５は本発明のソフトウェアによる自
動監視処理を説明する機能ブロック図で、入力信号15は
図４の系統電気量と点検入力信号の重畳した信号をアナ
ログフィルタ２を介してディジタル変換した信号で、入
力信号18は図４の点検入力信号をアナログフィルタを介
さずにディジタル変換した信号を示す。入力信号15は伝
達関数Ｇ（ｚ）なるディジタルフィルタ16に入力し、系
統電気量の周波数成分を減衰して、周波数の異なる点検
信号成分17を抽出する。一方、入力信号18はアナログフ
ィルタ２の伝達関数Ｈ（ｓ）に相当する伝達関数Ｈ
（ｚ）と、前記ディジタルフィルタ16の伝達関数Ｇ
（ｚ）を合わせた特性を有するディジタルフィルタ19に
入力し、フィルタ出力をディジタル数値演算して出力信
号20を得る。その後前記点検信号成分17と出力信号20
は、共に比較器11に入力して両者の相対誤差をレベル検
出するよう構成する。なお、ディジタルフィルタの構成
方法や、比較器による誤差検出方法は前記実施例と同一
であるので説明は省略する。本発明ではアナログ入力回
路の自動監視用信号として点検入力信号を用いているの
で、常時の入力が系統の潮流に左右される電流入力回路
や、通常は入力が極めて小さい零相入力回路なども自動
監視が可能になる。又、点検入力信号自体の調整誤差や
経年変化によるレベル変動が検出精度に影響しないた
め、高精度な自動監視を実施することができる。なお、
点検入力信号はディジタルフィルタ16でその周波数成分
の抽出が可能であればよいため、信号波形は正弦波に限
らず方形波なども使用することができる。

【００１１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によればア
ナログ入力電気量をアナログフィルタを介した後アナロ
グ・ディジタル変換して得たディジタル信号と、アナロ
グ電気量をアナログフィルタを介さずアナログ・ディジ
タル変換したディジタル信号を入力とし、アナログフィ
ルタの伝達関数に相当する特性を有するフィルタの出力
をディジタル数値演算して得た信号とを用い、両者の相
対誤差を検出してアナログ入力回路の精度チェックを行
なうよう構成したため、複雑なハードウェアを必要とせ
ず、又、自動監視回路の調整誤差や経年変化及び系統の
不平衡分等の影響を受けず、更に単一量入力でも適用で
きる高精度なアナログ入力回路の自動監視方式を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるアナログ入力回路の自動監視方式
の一実施例を示す構成図。

【図２】本発明によるアナログ入力回路の自動監視方式
の一実施例のソフトウェアの構成を説明する機能ブロッ
ク図。

【図３】本発明の適用例を示す構成図。

【図４】本発明の他の実施例によるアナログ入力回路の
自動監視方式を示す構成図。

【図５】本発明の他の実施例によるアナログ入力回路の
自動監視方式のソフトウェアの構成を説明する機能ブロ
ック図。

【図６】従来のディジタル保護継電器のアナログ入力回
路及びディジタル演算部の構成図。

【符号の説明】

１入力変換器２アナログフィルタ３，3a，3b サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）４マルチプレクサ５アナログ・ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）６ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７リードオンリメモリ（ＲＯＭ）８ディジタル演算装置（ＣＰＵ）９，16，19 ディジタルフィルタ 9a，9b，15，18 入力信号 10，17，20 ディジタルフィルタ出力信号 11 比較器 12 切換回路 13 点検指令回路 14 点検入力信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電力系統の交流電気量を入力し、ディジ
タル演算装置にて保護演算を行なうディジタル保護継電
器において、前記交流電気量を入力しアナログフィルタ
を通過した信号を得る第１の手段と、前記第１の手段の
入力と同一の交流電気量をアナログフィルタを介さずに
入出力する第２の手段と、第２の手段の出力をアナログ
・ディジタル変換して得られたディジタル信号を入力と
して第１の手段のアナログフィルタの伝達関数に相当す
る特性を有するフィルタの出力をディジタル数値演算で
求める第３の手段と、第３の手段からの出力のディジタ
ル信号と、第１の手段の出力をアナログ・ディジタル変
換して得られたディジタル信号との相対誤差を検出して
アナログ入力回路の精度チェックを行なう第４の手段と
を有することを特徴とするアナログ入力回路の自動監視
方式。
【請求項２】電力系統の交流電気量を入力し、ディジ
タル演算装置にて保護演算を行なうディジタル保護継電
器において、点検指令により前記電力系統の交流電気量
と共に系統の基本周波数とは異なる周波数の点検用信号
を重畳して入力し、アナログフィルタを通過した信号を
得る第１の手段と、点検指令により前記点検用信号のみ
をアナログフィルタを介さず入出力する第２の手段と、
第１の手段の出力をアナログ・ディジタル変換して得ら
れたディジタル信号からディジタルフィルタにより点検
信号成分を抽出する第３の手段と、第２の手段からの出
力をアナログ・ディジタル変換して得られたディジタル
信号を入力とし、第１の手段のアナログフィルタと第３
の手段のディジタルフィルタを総合した伝達関数に相当
する特性を有するフィルタの出力をディジタル数値演算
で求める第４の手段と、第３の手段の出力信号と、第４
の手段の出力信号との相対誤差を検出してアナログ入力
回路の精度チェックを行なう第５の手段とを有すること
を特徴とするアナログ入力回路の自動監視方式。