JPH078102B2 - ディジタル保護継電器 - Google Patents

ディジタル保護継電器

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JPH078102B2
JPH078102B2 JP1002859A JP285989A JPH078102B2 JP H078102 B2 JPH078102 B2 JP H078102B2 JP 1002859 A JP1002859 A JP 1002859A JP 285989 A JP285989 A JP 285989A JP H078102 B2 JPH078102 B2 JP H078102B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電力系統の交流電圧、交流電流等の電気量
の振幅値に応動するディジタル保護継電器に関するもの
である。
〔従来の技術〕
第4図は、例えば特開昭58−51315号公報に示された従
来の交流電気量のディジタル処理装置のブロック接続図
である。図において、1は交流電流の電気角90°毎にサ
ンプリングした8個のサンプリング値、2はサンプリン
グ値1をそれぞれ2乗するために2乗器2aを並列に配し
た2乗装置、3は2乗装置2の各出力を加算する加算
器、4は加算器3の出力を定数4で除算する定数除算
器、5は定数除算器4の出力の平方根をとり交流電力量
の振幅値を出力する平方根器である。
次に動作について説明する。説明の都合上、交流電気量
は交流電流とし、最大値をI、瞬時値をi、基本周波数
をf0、サンプリング周期をT(ただし、基本周波数の周
期の1/4)とする。また、サンプリング時刻毎のデータ
を区別するために時刻t−nT(n=0,1,2,……とし、所
定時刻tよりサンプリング数nだけ離れた時刻)におけ
る前記交流電流のサンプリング値をi(nT)(n=0,1,
2,……)と表現することとする。従って、8個のサンプ
リング値1はそれぞれ i(0),i(T),i(2T),……,i(7T)で、各サンプ
ル値を入力する2乗装置2の出力は、それぞれ i(0)2,i(T)2,i(2T)2,……i(7T)2となり、
この各出力を入力する加算器3により、 {i(0)2+i(T)2+i(2T)2+……+i(7
T)2}が出力される。
この出力から定数4により除算する定数除算器4により を得る。
ここでFnは前記交流電流の振幅値で、 i(nT)=I・sin(θ−nT)(n=0,1,2,……)であ
るから、 と変形し、 この定数除算器4の出力Fn2を平方根器5に入力するこ
とで、交流電流の振幅値Fnが下式の如く得られる。
Fn=I{1cos(T)・cos(2T)・cos(4T)・cos(2
θ‐7T)}1/2 ……(1) サンプリング周期Tは、交流電流の基本周波数f0に対
し、1/4周期すなわち、電気角90°相当時間間隔に固定
するが、周波数fであれば、第(2)式のように見えて
くる。
例えば、交流電流の周波数f=f0=50Hzであれば、サン
プリング周期はT=90°となる。
一般に、電力系統は定格周波数f0で運用されているた
め、(1)式は、Fn=Iとなり、電流の振幅値演算が可
能で、例えば交流過電流保護継電器として利用されてい
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来のディジタル演算処理装置は以上のように構成され
ているので、電力系統の事故を検出する保護継電器にと
って、事故が発生した時の周波数は、f0から変化してい
る場合が多いため、多少のずれがあっても正確に振幅値
を求める必要があるが、発電機関係に接続されている電
力系統では、発電機の停止からランナウェイ速度まで、
周波数で言えば、ほぼ、0から定格周波数2倍まで変化
し得る。
ここで、周波数を変化させた場合の振幅値演算結果Fnを
(1)式で求めるため、前記交流電流の周波数fと定格
周波数f0との比を で表わすと。(1)式は Fn=I{1−cos(90°・m)・cos(180°・m)・cos
(360°・m)・cos(2θ−630°・m)}1/2 ……(3) となり、m=0〜2まで変化させた時のFn2の値を示す
と、第2図の点線の如くになり、斜線部分の範囲で、サ
ンプリングの時刻ごとにFnが変化するという問題点があ
った。
また、サンプリング値も8個を使用しているため、結果
が出力されるまでの時間が、90°×8=720°相当時間
必要であり、さらに多量のデーターを使用しているた
め、計算処理に要するメモリー量も多量になるなどの問
題点があった。
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、少ないサンプリング値を使用して高速度に計
算処理できるとともに、周波数が変化した場合の振幅値
演算誤差を小さくできるディジタル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〕
この発明に係るディジタル保護継電器の演算処理手段
は、第1から第5までの5個のサンプリング値を入力
し、第2のサンプリング値を2乗する第1の2乗器の出
力から第1及び第3のサンプリング値を乗算する第1の
乗算器の出力で減算し、第2のサンプリング値から第4
のサンプリング値を減算する第1の減算器の出力を第2
の2乗器で2乗して定数乗算器で4倍し、第1のサンプ
リング値から第5のサンプリング値を第2の減算器で減
算して第3の2乗器で2乗する。
さらに第1の2乗器の出力と第1の乗算器の出力の差を
出力する第3の減算器の出力と前記定数乗算器の出力と
を乗算する第2の乗算器の出力を、前記定数乗算器の出
力から第3の2乗器の出力を、減算する第4の減算器の
出力で除算し、平方根をとることで交流電気量の振幅値
を出力するようにしたものである。
〔作用〕
この発明におけるディジタル保護継電器の演算手段は、
5個のサンプリング値を入力し、高速度で演算結果が得
られると共に、周波数変化があっても、高精度で演算が
できるものであり、ディジタル保護継電器の性能を大幅
に向上させることになる。
〔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、6は所定時刻tの交流電流のサンプリング
値をi(0)、前記当該時刻より周期T,2T,3T,4T前のサ
ンプリング値をそれぞれi(T),i(2T),i(3T),i
(4T)とする5個の入力用サンプリング値、7は前記サ
ンプリング値6を入力し、交流電気量の振幅値を出力す
る演算処理手段、71はサンプリング値i(T)を入力し
て2乗値を出力する第1の2乗器、72はサンプリング値
i(0)とi(2T)の積を出力する第1の乗算器、73は
サンプリング値i(T)とi(3T)の差を出力する第1
の減算器、74はサンプリング値i(0)とi(4T)の差
を出力する第2の減算器、75は第1の2乗器71を出力と
第1の乗算器72の出力の差を出力する第3の減算器、76
は第1の減算器73の出力の2乗値を出力する第2の2乗
器、77は第2の減算器74の出力の2乗値を出力する第3
の2乗器、78は第2の2乗器76の出力を定数4で乗算す
る定数乗算器、79は第3の減算器75の出力と定数乗算器
78の出力を乗算する第2の乗算器、80は定数乗算器78の
出力と第3の2乗器77の出力の差を出力する第4の減算
器、81は第2の乗算器79と第4の減算器80の出力を第4
の減算器の出力で除算する除算器、82は前記除算器81の
出力の平方根をとる平方根器である。
次に動作について説明する。
サンプリング値i(T)を入力する第1の2乗器71はi
(T)2を出力し、サンプル値i(0)、及びi(2T)
を入力する第1の乗算器72はi(0)・i(2T)を出力
する。さらに前記第1の2乗器71の出力と第1の乗算器
72の出力を入力する第3の減算器75は{i(T)2−i
(0)・i(2T)}を出力する。また、サンプリング値
i(T)及びi(3T)を入力する第1の減算器73により
出力された信号{i(T)−i(3T)}は、第2の2乗
器76により2乗され、4倍する定数乗算器78により4・
{i(T)−i(3T)}2となる。さらにサンプル値i
(0)及びi(4T)を入力する第2の減算器74は{i
(0)−i(4T)}を出力し、第3の2乗器77により
{i(0)−i(4T)}2を出力する。第2の乗算器79
は前記第3の減算器75の出力及び定数乗算器78の出力か
ら4・{i(T)−i(3T)}2・{i(T)2−i
(0)・i(2T)}を出力し、第4の減算器80は前記定
数乗算器78の出力及び第3の2乗器77の出力から4・
{i(T)−i(3T)}2−{i(0)−i(4T)}2
出力する。この前記第2の乗算器79及び第4の減算器80
の出力を入力とする前記除算器81の出力 の平方根を前記平方根器82から得ることで、演算結果F
n、つまり交流電気量の振幅値が得られる。
以上の動作より得られるFnは であり、i(nT)=I・sin(θ−nT)(n=0,1,2,
…)より 三角関数の公式より展開して、 ∴Fn=1 ……(5) 第4式では、Fnの値は、サンプリング周期Tには関係な
く、交流電流の振幅値Iのみで表わされている、換言す
れば、サンプリング周期Tを一定にしておいて、交流電
流の周波数fが変わったとしても同様と考えることが出
来る。従って、交流電流の5個のサンプリング値i
(0)〜i(4T)を、前記第4式の様にして演算処理す
ることにより、交流電流の周波数には全く関係なく、そ
の振幅値Iを得ることが出来たことになる。
第2図の実線で示す線が、この第4式のFn2の値であり
m=0〜2まで直線で表わされる。
ここで得られた振幅値演算結果Fnを、図示はしないが、
比較演算手段によって所定値(整定値とも言う)と比較
することで、その大きさを比較し、電力系統の事故を検
出することができる。
第3図は前記振幅値演算を実施するディジタル保護継電
器11のハードウェア構成図である。図において、9は電
圧変成器、8は電圧変成器、16,12は入力変換器で、電
力系統の電圧及び電流を処理容易な値に変換するもので
あり、17,13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である。18,14はサンプルホ
ールドで、サンプリング値を次のサンプリング周期まで
保持するものである。15はマルチプレクサでサンプルホ
ールド18,14の出力を順次切り替えて、アナログ/ディ
ジタル変換器23に伝達するものである。20はマイクロプ
ロセッサで、メモリ21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
22により端子10に出力させるものである。11はディジタ
ル保護継電器である。
なお、上記実施例では、交流電流の振幅値を求めるとし
て説明したが、交流電流は電力系統の相電流、線間電流
又は、前記相電流、線間電流から得られる対称分、すな
わち、正相電流、逆相電流又は零相電流であっても同様
である。
さらに同様に、交流電圧であっても、全く同様に適用し
て同様の効果を奏する。
また、サンプリング周期Tは、交流電気量の基本周波数
f0に対し、90°相当時間間隔である必要は無く、一定の
周期でありさえすれば任意の値で良い。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、任意の周期Tでサン
プリングした5個のサンプリング値i(0)〜i(4T)
を入力とし、当該演算処理手段を実行するようにしたの
で、周波数に影響されなく、かつ高速度で結果が得られ
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による振幅値演算手段を示
すブロック図、第2図はこの発明及び従来技術の演算処
理手段により得られる振幅値出力の周波数特性を示す
図、第3図はこの発明の演算処理手段を実現するディジ
タル保護継電器のハードウェア構成を示すブロック図、
第4図は従来の振幅値の演算処理手段を示すブロック図
である。 図において、6はサンプリング値、7は演算処理手段、
71は第1の2乗器、72は第1の乗算器、73は第1の減算
器、74は第2の減算器、75は第3の減算器、76は第2の
2乗器、77は第3の2乗器、78は定数乗算器、79は第2
の乗算器、80は第4の減算器、81が除算器、82は平方根
器である。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電力系統の交流電気量を、一定の周期Tで
    サンプリングするサンプリング手段と、前記サンプリン
    グされたアナログ値をディジタル値に変換するアナログ
    /ディジタル変換手段と、ディジタル変換されたサンプ
    リング値に基づき演算処理して、前記交流電気量の振幅
    値を出力する演算処理手段とを有するディジタル保護継
    電器において、前記演算処理手段は、前記サンプリング
    手段によりサンプリングされた第1から第5までの5個
    のサンプリング値を入力し、第2のサンプリング値の2
    乗値を出力する第1の2乗器と、第1及び第3のサンプ
    リング値を乗算する第1の乗算器と、第2及び第4のサ
    ンプリング値の差を出力する第1の減算器と、第1及び
    第5のサンプリング値の差を出力する第2の減算器と、
    第1の2乗器の出力と第1の乗算器の出力との差を出力
    する第3の減算器と、第1の減算器の出力からその2乗
    値を出力する第2の2乗器と、第2の減算器の出力から
    その2乗値を出力する第3の2乗器と、第2の2乗器の
    出力から4倍値を出力する定数乗算器と、第3の減算器
    及び前記定数乗算器の出力を乗算する第2の乗算器と、
    第3の2乗器及び前記定数乗算器の出力から差を出力す
    る第4の減算器と、第2の乗算器の出力を第4の減算器
    の出力で除算する除算器と、前記除算器の出力の平方根
    をとり、前記交流電力量の振幅値を出力する平方根器と
    から構成されていることを特徴とするディジタル保護継
    電器。
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