JPH0576248B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 この発明は、電力系統の事故を検出するデジタ
ル保護継電器に関するもので、特に電流補償付不
足電圧継電器に関するものである。 〔従来の技術〕 第１０図は例えばIEE発行のConference
Publication No.249 April 1985年 50ページ〜
54ページに示された従来の電流補償付不足電圧継
電器（以下UVZと呼ぶ）の回路構成図であり、
図において、１は電圧変成器、２は電流変成器、
３，４は電圧、電流をUVZの入力に変換する入
力変換器、５は移相器、６は電流補償量を設定す
る設定器、７，８は交流の半波期間のみ通過させ
る半波整流器、９は検出レベルを与える整定器、
１０は大きさを比較判定する比較器、１１は時限
回路であり、１２で示すUVZを構成する。 次に第１１図と共に動作について説明する。電
力系統から得た電圧Ｖ及び電流Ｉは、それぞれの
入力変換器３及び４によつて絶縁して導入され
る。電流Ｉは、移相器５で角度Φだけ移相する
が、この角度は、送電線事故時の電圧と電流の位
相差に相当する角度が選定され、75°程度となる。
この移相した電流Ｉ＜Φを、電流の補償量Ｚを決
定する設定器６に与えると、ZIの電流補償分が得
られる。電圧Ｖ及び電流補償分ZIとを、それぞれ
半波整流器７と８を通し、整定値k₀とを比較器１
０に加えると、第１１図に示すように、ZI軸上を
原点として、大きさk₀で囲まれた長円形の軌跡が
得られ、電圧Ｖが、この長円形の範囲内にあれ
ば、比較器１０から出力が出る。この出力を、時
限回路１１で所定時間確認して、OUT端子に判
定結果を出力する。 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来のUVZは以上のように構成されているの
で交流の半サイクル毎に１度の判定処理しか出来
ないため、事故が発生して検出するまでの時間
は、見逃し時間の最大が半サイクルと判定時間が
半サイクルで、１サイクル必要になり、事故検出
時間が遅いという問題点があつた。また、回路構
成がアナログ回路であるため、ドリフトの影響や
部品の経年変化の影響が考えられ、そのために、
調整に時間がかかり、検出感度に出来ないなどの
問題点があつた。さらに、最近発達してきてい
る、デジタル変圧器及びデジタル変流器からのデ
ジタル信号を受けることができないため、使用で
きる範囲が限定されてくる問題点が出て来てい
る。 この発明は上記のような問題点を解消するため
になされたもので、マイクロプロセツサを用いて
数値演算処理するため、高速度で判定でき、かつ
ドリフトや経年変化を考慮する必要のないUVZ
を得ることを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 この発明に係るUVZは、電圧及び電流をデジ
タル値に変換し、演算処理により電流補償を付加
した不足圧継電器を実現したもので、演算処理に
使用するサンプリングデータ数を少なくして、高
速度検出を可能にするとともに、アナログ回路で
問題となつたドリフトや経年変化の影響を少なく
して高信頼変化を達成したものである。 〔作用〕 この発明におけるUVZは、その特性を実現さ
せるために、電流補償係数を設け、電圧との差分
を演算した差分量の大きさと電圧自身の大きさと
の和が、電流補償量の大きさを定数倍したものと
比較して、その大小を判定する第１の判定要素と
前記差分量の大きさを所定値と比較して、その大
小を判定する第２の判定要素と、電圧自身の大き
さを、所定値と比較して、その大小を判定する第
３の判定要素とを備え、第１第２と第３の判定要
素のいずれかが判定したとき事故検出するようデ
ジタル演算処理したので、高速度で判定できる効
果があり、さらに、デジタル演算処理によつて、
ドリフトや経年変化の少ない長期的に安定した特
性を保持することができる。 〔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、１３及び１４はフイルタ
で、周知の如く、電圧及び電流に含まれる高調波
のうち、サンプリング周波数の1/2以上の周波数
を除去するもの、１５及び１６はサンプリングホ
ールドで、サンプリング値を次のサンプリング周
期まで保持するもの、１７はマルチプレクサで、
サンプルホールド１５及び１６の出力を順次切り
替えて、アナログデジタル変換器１８に伝達する
もの、１９はマイクロプロセツサで、メモリー２
０にあらかじめ収納されているプログラムを利用
して、演算を実施し、その結果を、出力回路２１
及び２２に出力させるものである。 第２図は、電圧Ｖ及び電流Ｉをサンプル信号
で、同一時刻にサンプルして取り出し、それを次
のサンプル信号が来るまで保持するサンプルホー
ルドの動作を示した波形図であり、この値を、デ
ジタル値に変換して処理することとなる。 第３図は、この発明の一実施例の特性を実現す
る手段を説明するためのベクトル図であるが、実
際は、デジタル演算で実現させている。以下の説
明でベクトル図が現われた場合も同様である。電
流Ｉに対して、位相をΦだけ移相し、大きさをＺ
倍にしたベクトルZIを導出し、電圧Ｖとの差分を
求めると、ベクトル（Ｖ−ZI）となる。ベクトル
（Ｖ−ZI）の大きさと、電圧ベクトルＶの大きさ
との和を求め、この値が一定値になるようにすれ
ば、そのときの電圧Ｖの軌跡は、公知の如くだ円
となる。ただし、電流Ｉが大きくなるに従い、ベ
クトルZIが大きくなり、（Ｖ−ZI）が大きくなる
ため、Ｖとの和を一定値とした式では、だ円が
段々と細くなつてしまう。従つて、この一定値の
代りに、ベクトルZIの大きさに比例したものとし
て、ｋを定数としてｋ×｜ZI｜として式で表わす
と、式が、だ円の内側の特性となる。 ｜Ｖ｜＋｜Ｖ−ZI｜≦ｋ｜ZI｜ …… このだ円の内側の特性を第１の判定要素とし
て、特性２３で表わす。一方、前記の差分のベク
トル（Ｖ−ZI）の大きさが、一定値k₁よりも小さ
い範囲を求めると、式となり、ベクトルZIの先
端を中心とした半径k₁の円となる。 ｜Ｖ−ZI｜≦k₁ …… これを第２の判定要素として、特拙２４で表わ
す。さらに、電圧Ｖの大きさを求め、これが一定
値k₀よりも小さい範囲を求めると式となり、原
点中心の円となる。 ｜Ｖ｜≦K₀ …… これを第３の判定要素として、特性２５で表わ
す。従つて、前記第１と第２と第３の判定要素の
論理和をとれば、第３図の実線で示した特性が得
られ、判定出力を、第１図の出力回路２１から出
力させることにより、UVZ１２が検出したこと
が判明する。 第４図はこの発明のUVZを実現する演算処理
方式の一例を説明するフローチヤート図である。
以下の説明では、サンプリング周波数を、電圧及
び電流の周波数の12倍、すなわち、電圧及び電流
の周波数に対して、電気角30°とし、記号をＴと
して示す。現サンプリング時点のデータには、サ
フイツクスで(t)とし、30°、60°、90°、……前のデ
ータは、（ｔ−Ｔ）、（ｔ−2T）、（ｔ−3T）、……
と示すこととする。従つて、電圧及び電流は、位
相差をθとすれば、 ｖ＝（ｔ−nT）＝Vsin｛（wt＋θ）−30°×ｎ｝ ＝Vsin｛（wt＋θ）−nT｝ …… ｉ（ｔ−nT）＝Isin（wt−nT） …… ただし、ｎ＝１、２、３、…… となる。以下の説明は一例として、(t)、（ｔ−
Ｔ）、（ｔ−3T）、（ｔ−4T）のデータを用いる。 先づ、第１の判定要素（23）について説明す
る。ｉ(t)２６とｉ（１−Ｔ）２７のデータを用い
て、電流Ｉを位相角Φ＝75°移相すると ｉ（ｔ＋75°）＝Isin（wt＋75°） ＝Ｉ（0.2588sinwt＋0.9659cos wt） …… 一方、 ｉ（ｔ−Ｔ）＝Isin（wt−30°） ＝√３／２Isinwt−１／２Icos wt ＝√３／２ｉ(t)−１／２Icos wt …… をに代入すれば ｉ（ｔ＋75°）＝0.2588i(t)＋0.9659｛√３ｉ(t)−2i
（ｔ−Ｔ）｝＝1.9319｛ｉ(t)−ｉ（ｔ−Ｔ）｝…… が得られ、減算２８と、乗算２９で実現できる。 これに、電流補償量Ｚ３０を乗じて、Zi（ｔ＋
75°）を求める。ｖ(t)３１と、Zi（ｔ＋75°）の減算
３２を実行すると差分 Ｄ(t)＝ｖ(t)−Zi（ｔ＋75°） ＝ｖ(t)−1.9319Z｛（ｉ(t)−ｉ（ｔ−Ｔ）｝ …… の演算が実行されたことになる。同様にしてｉ
（ｔ−3T）３３、ｉ（ｔ−4T）３４、ｖ（ｔ−3T）
３８なる3T＝90°前のデータより ｉ（ｔ＋75°−3T）＝Isin（wt＋75°−3T） ＝1.9319｛ｉ（ｔ−3T）−ｉ（ｔ−4T）｝ …… が電流補償量Ｚ３７に、また Ｄ（ｔ−3T）＝ｖ（ｔ−3T）−1.9319Z｛ｉ（ｔ−3T）
−ｉ（ｔ−4T）｝…… が減算３９に求められる。 正弦波の場合は、3T＝90°位相差のあるデータ
の２乗和の平方根が、正弦波の大きさを表わすこ
とが公知である。従つて、減算３２の２乗４０
と、減算３９の２乗４１の和４２の平方根４３を
求めると、 ｛D²(t)＋D²（ｔ−3T）｝^1/2 となり、式は、式の右辺に相当する。従つて
式、式、式を式に当てはめると、 Ｖ＋｛V²−2VZIcos（75°−θ）＋（ZI）²｝^1/2≦kZI
…… の結果が比較演算５４に得られる。 式を展開すると V²−2VZIcos（75°−θ）＋（ZI）²≦k²（ZI）²−2
Vk（ZI）＋V² ∴Ｖ≦ZI（k²−１）／２｛ｋ−cos（75°−θ）
｝…… となり、電流補償値ZIと電圧Ｖの関係式が、その
位相差（75°−θ）の関数として表現できる。電
流補償量の移相角を進み75°としたが、一般化し
てΦとおくと、 Ｖ≦ZI（k²−１）／２｛ｋ−cok（Φ−θ）｝ …… として表わすことができる。 第５図は、ｋをｋ＝1.2とｋ＝1.5に設定して電
流補償量のベクトルZIと電圧Ｖとの位相差（Φ−
θ）を0°から330°まで変化させた場合のZIに対す
るＶの大きさの係数（k²−１）／２｛ｋ−cos（Φ
−θ）｝を求めたものである。 また、第６図のイとロは、第５図を図示したも
ので、それぞれｋ＝1.2、Φ＝75°としたときの
式のＶの範囲を示したもので、だ円特性が得られ
ている。従つて、電圧Ｖが、このだ円の内側であ
れば、演算の判定条件が成立し、第１の判定要素
２３が得られる。 次に、第２の判定要素２４について説明する。
前記差分のベクトル（Ｖ−ZI）の大きさを求めた
平方根４３の値は、式で与えられているから、
これを式に相当した式で表わすと、定数k₁５５
を比較演算５６して ｛V²−2VZIcos（75°−θ） ＋（ZI）²｝^1/2≦k₁ …… ∴Ｖ＝ZIcos（75°−θ） ±√（）²｛²（75°−）−１｝＋² ₁…
… となる。 第７図は、k₁５５をk₁＝0.4ZIとk₁＝0.2ZIに設
定したときの電流補償量のベクトルZIと電圧Ｖと
の位相差（75°−θ）を0°から20°まで変化させた
場合のZIに対するＶの大きさの係数cos（75°−θ）
±

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、デジタル演
算処理方式を用いて、UVZの特性を実現させる
ために、電流補償係数を設け、電圧との差分を演
算した差分量の大きさと、電圧自身の大きさとの
和が、電流補償量の大きさを定数倍したものと比
較して、その大小を判定する第１の判定要素と、
前記差分量の大きさを、所定値と比較して、その
大小を判定する第２の判定要素と、電圧自身の大
きさが、所定値と比較して、大小を判定する第３
の判定要素とより成るように構成したので、事故
を高速度で検出でき、また、長期的に安定した特
性を保持させ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UVZを示
す回路構成図、第２図はサンプルホールドの動作
説明図、第３図はこの発明の特性を示した説明
図、第４図は演算処理方式を説明するフローチヤ
ート図、第５図は、第１の判定要素の電圧と電流
補償量との関係図、第６図は第１の判定要素の特
性図、第７図は第２の判定要素の電圧と電流補償
量との関係図、第８図は第２の判定要素の特性
図、第９図は検出時間を算出する説明図、第１０
図は従来のUVZの回路構成図、第１１図は従来
のUVZの特性を示す図である。 １は電圧変成器、２は電流変成器、３，４は入
力変換器、５は移相器、６は設定器、７，８は半
波整流器、９は整定器、１０は比較器、１１は現
時回路、１２はUVZ、１３，１４はフイルタ、
１５，１６はサンプルホールド、１７はマルチプ
レクサ、１８はアナログデジタル変換器、１９は
マイクロプロセツサ、２０はメモリ、２１，２２
は出力回路、２３，２４，２５はUVZの特性、
２６，２７，３１，３３，３４，３８は入力デー
タ、２８，３２，３５，３９は差分演算手段、２
９，３０，３６，３７，５３は乗算演算手段、４
０，４１，４４，４５，４９，５０は２乗演算手
段、４２，４６，４８，５１は加算演算手段、４
３，４７，５２は平方根演算手段、５４，５６，
５８は比較演算手段、５５，５７は整定値、５９
は論理和手段。なお、図中、同一符号は同一、又
は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電力系統の電圧及び電流を、一定周期でサン
   プリングし、デジタル変換後、その数値に基づき
   演算処理して、電力系統の事故を検出するデジタ
   ル保護継電器において、前記電流を移相演算によ
   り所定位相分移相する手段と、前記移相演算結果
   を倍率演算により所定の大きさに変換する手段
   と、前記電圧と前記倍率演算結果とを差分演算に
   より差を得る手段と、前記差分演算結果を第１の
   振幅値演算により大きさを算出する手段と、前記
   電圧を第２の振幅値演算により大きさを算出する
   手段と、前記第１と第２の振幅値演算結果を加算
   演算により合成する手段と、前記加算演算結果と
   前記倍率演算結果に第１の定数を乗じた演算結果
   との比較演算により大小を判定する第１の判定要
   素と、前記第１の振幅値演算結果と第２の定数と
   の比較演算により大小を判定する第２の判定要素
   と、前記第２の振幅値演算結果と第３の定数との
   比較演算により大小を判定する第３の判定要素と
   を備え、前記第１の判定要素と、前記第２の判定
   要素と、前記第３の判定要素との論理和により、
   事故判定することを特徴とするデジタル保護継電
   器。