JPS5825013B2 - ジドウドウキシキデイジタルセイギヨホウシキ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電力系統に接績される電気所に於て高性能な制
御を可能にするものである。

すなわち上記制御に必要な一切の諸元、例えば交流電圧
、交流電流および各設備の状態などを自動同期ディジタ
ルコードに変換することにより高精度化をはかり、これ
を処理装置に収集して演算などの処理を行なうことによ
り、下記（イ）〜に）のような保護、自動調整、遠方監
視操作などの制御ならびに自動記録、自動統計作成など
の高性能化、いいかえれば制御の高速度化、高信頼度化
および高度自動化を可能にするものである。

（イ）、事故発生時の発生場所判定と事故区間しゃ断な
どの保護。

（ロ）、電圧、周波数の維持および系統安定度維持など
に必要な発電機出力配分ならびに系統汐流等の自動調整
。

（ハ）、電力設備の遠方監視操作。

に）、系統計画、運用などに必要な各種計測値等の自動
記録ならびに電力設備の管理に必要な自動統計作成など
。

この自動同期式ディジタル制御方式は交流電圧、交流電
流を全系統において自動的に一定周期でしかも同一時刻
にサンプリングを行ない、これらの自動同期ディジタル
コードを含む全入力コードをシンクロナイズして収集、
伝送、処理する方式である。

従来の制御は第１図に示すように行なってきた。

すなわち各種の保護、調整および監視操作に必要な系統
の電路における電圧、電流は、電圧変成器（ＰＴまたは
ＰＤ）、電流変成器ＣＴの各鉄心に１次、２次巻線を巻
き、これら変成器出力のアナログ量をそれぞれ専用ケー
ブルで収集する方法を採用しており、またしゃ断器ＣＢ
、線路開閉器ＬＳなど電力機器の開閉状態等の入力もそ
れぞれ専用ケーブルを用いて収集し、処理する方式を採
用している。

しかしこのアナログ方式による制御は電力系統が巨大化
複雑化するにつれて諸装置が複雑になり、かつその機能
に高性能が要求されてきたため、次のような重大な欠陥
が顕在化しつつある。

■、系統電圧、電流抽出上の問題 保護継電装置、監視操作装置などの制御用諸装置には入
力として系統電圧、電流などのデータが必要であるが、
このため各変成器は次のような理由により出力の大きい
ものとしなければならない。

０各装置（計測器を含む）の駆動力として変成器の出力
を直接消費すること。

０変成器から上記諸装置を設備した制御室までかなりの
距離（数百米になることがある）を伝送するため、出力
が小さいとアナログ量の入力が雑音の影響を受は易いこ
と。

したがって大出力の変成器を得るために１次・：巻線と
２次巻線間の磁気媒体として透磁率の大きい鉄心を介在
させる必要がある。

鉄は透磁率が大きく、大出力の変成器を得るには優れた
材料であるが、反面２次側出力に次のように大きい誤差
を生ずる欠点を持っている。

すなわちある程度以上の磁化電流が流れると磁束量が飽
和し、磁化電流と磁束量が比例しなくなる現象（飽和現
象）がおきる。

これは１次側電流に直流分が含まれるときはさらに助長
される。

また１次側で短絡事故電流のような大電 流を急激にしゃ断した場合には磁束が残る現象（残留磁
気現象）がおき、このため２次側電圧、電流は忠実性が
失なわれることが多い。

これらの誤差を少なくしようとして鉄心の磁束密度を低
くシ、飽和しないように巨大な鉄心を用いるとしても実
際の系統では常時電流と事故電流に数十倍の差があるの
で限度があり、大電流における誤差を減少することは困
難である。

■、伝送上の問題 変成器出力を忠実に制御用諸装置に伝送するためには変
成器と制御室を結ぶケーブルに対する配慮が重要になる
。

このケーブルが細いと変成器出力をここで失なうため誤
差を助長することになる。

これまでも２７万５千ボルト級電気所の設計では電力機
器が大きく電気所の所要面積が広いためそれだけ長いケ
ーブルが必要になったが、この施設条件に対処して一般
に使用している変流器２次巻線定格電流５アンペアを１
アンペアに下げるなどの変成器負担軽減対策を行なって
きた。

しかしさらに現在のように５０万ボルト級の電気所が必
要になると構内に敷設するケーブル長さは約２倍にもな
ることを考えなければならない。

しかも電流変成器の２次巻線の定格電流をＩＡ以下に下
げようとすればこれに逆比例して端子間電圧が高くなる
。

このため１次側に短絡電流が流れても問題がないように
制御装置の耐電圧設計を従来より高める必要があり、装
置の大型化が避けられなくなってしまう。

したがって定格電流をＩＡにすることは実際には不可能
であり、２倍の太さのケーブルが必要になる。

これに加えて各種制御装置に高度の機能が要求され、計
器、継電器が増加すると、計器では定格値以下の誤差を
少なく、かつ過流電域は飽和特性とし、一方保護継電器
では事故時の大電流域の誤差を少なくするなど計器、継
電器の使用目的に応じて異なる特性が求められるように
なる。

この対策として第３図で示すようにＣＴの２次巻線を用
途別に分ける必要を生じ（現在の５０万ボルト用ＣＴで
は５鉄心形を使用している）、このため制御ケーブル条
数も増加し、銅量が著しく増加しているが、それでも所
要の精度を保つことが困難になりつつある。

■、処理上の問題 従来の各種制御装置は基準設定電圧、電流値と電路電圧
、電流との比較、２つ以上の電路電流の合成比較あるい
は電路電圧、電流の位相比較、有効電力の算出などの演
算処理にあたって、変成器の出力をアナログのまま用い
ている。

系統の巨大化、複雑化はこれら諸装置に高度の機能を要
求することになり、装置内の演算処理も複雑になるが、
アナログ量の演算は処理のつど誤差を生じ、複雑化に伴
なってそれだけ誤差が累積増加するので現在以上の機能
をアナログ方式により求めることは実用上無理になりつ
つある。

またディジタル量はソフトウェア、ハードウェア何れで
も処理することができるが、アナログ量は記憶が困難で
あって、ハードウェアによる処理しかできず、このため
に制御機能別の専用装置が必要になり、装置が複雑、大
形化し、かつ所要スペースも広大になる。

ささらに電力系統の変更などに伴ない新しい制御機能が
必要になった場合に、その都度装置の設計、製作が必要
になるなど融通性にも乏しい欠点がある。

本方式は上記の３つに大別した問題点を解決し、各種制
御の高速度化、高信頼度化および高度自動化を可能にす
るものであり、第２図に電気所における自動同期式ディ
ジタル制御方式を示し具体的に説明する。

第２図イに示すように電気所（発変電所）の電力機器の
うちＰＤｌ、ＰＤ２・・・・・・、ＣＴ１．ＣＴ２゜Ｃ
Ｔ３などの電圧、電流アナログ出力はそれぞれ自動同期
ディジタル符号器１に入る。

ここでこれら各自動同期ディジタル符号器１の中のサン
プリング同期信号は、例えば制御室に設置した自動同期
調整器２を親として、これに自動的に同期して作動し、
一定周期でしかも同一時刻にサンプリングされ、ディジ
タルコード化される。

ここで自動同期調整器２と各自動同期ディジタル符号器
１との間の自動同期を、２を親局に選定した場合を仮定
して説明すれば第２図口のようになる。

なおこの説明は自動同期ディジタル符号器１のいずれを
親に選定した場合も全く同じである。

第２図口のようにサンプリング同期用遅延時間τａを τａミーサンプリング期τ〇−主調整器との遅延時間τ
１になるように調整し、ＣＴ点のサンプリング時刻を制
御室の自動同期調整器２よりもＴ０だけ遅延させる。

即ち自動同期調整器２よりサンプリング時刻信号を発信
し、自動同期ディジタル符号器１においてはサンプリン
グ時刻信号を受け、自動同期調整回路にてτａだけ遅延
させたサンプリング同期信号をもってサンプリングする
。

（第４図口参照）この場合は同じ電気所内であるためτ
、はきわめて微小時間であるが、他の電気所あるいはセ
ンター装置との間でサンプリング時刻を合わせる場合は
Ｔ１がτ。

よりも大きくなることがある。このようなときは τａ＝ｎ ｅ τ０−τ１ （ｎは整数）になるよ
うに調整する。

当然に自動同期調整器２及び自動同期ディジタル符号器
１には同期調整用の遅延回路を内蔵する。

以上のような方法により各自動同期ディジタル符号器１
は入力のアナログ量のサンプリング時刻が同じになるよ
う動作する。

また自動同期ディジタル符号器１の動作について第４図
を用いて説明する。

第４図イはＣＴの外観を示し、同図口は自動同期ディジ
タル符号器のブロック図を示す。

変成器２次側の電圧または電流アナログ量は、サンプリ
ング回路２４において自動同期調整回路２３からとり出
したサンプリング刑期信号により商用周波の第１０〜２
０調波成分まで再現できる程度にサンプリングされる。

この出力をさらにアナログ−ディジタル変換器２５およ
びバイポーラ変換器２６（あるいは搬送波のＦＳ変調方
式など）を通じ、例えば時分割多重サイクリック方式等
の一定ディジタルコードに変換する。

一方ＬＳ１．ＬＳ２．ＬＳ３・・・・・・ＣＢ１． Ｃ
Ｂ２ 。

ＣＢ３・・・・・・など電力機器の開閉状態を表わす入
力および負荷時電圧調整器ＬＲの動作状態、調相設備の
使用状態などを表わす各種入力についてもそれぞれの主
回路と連動する補助開閉器で検出し、これらをディジタ
ル符号器３のスキャニング機構、バイポーラ変換器を通
じ、前記アナログ入力と同様に時分割多重サイクリック
方式の一定ディジタルコードに変換する。

なおこの場合入力信号が開閉の状態または調整タップナ
ンバーなどを示すものであり、時々刻々変化する電圧、
電流のようなアナログ量と異なり、少なくとも秒オーダ
は同一状態を継続するのでサンプリング同期は不要であ
る。

以上の自動同期ディジタル符号器１およびディジタル符
号器３の直列に配列した各サイクリックコードはそれぞ
れ電気所構内に敷設した同軸ケーブルなどを経てデータ
の誤り訂正、一時記憶、分類整理、分配などを行なう接
続制御装置４に収集する。

さらに接続制御装置４では収集した電圧、電流データを
もとに有効電力、無効電力、電力量などの各データを、
また所内電源をもとに周波数データを演算作成し、これ
らも含めた一時記憶データを使用目的別に順次高速処理
用記憶装置５あるいは低速処理用主記憶装置６へ転送す
る。

高速および低速処理用主記憶装置５，６では、記憶蓄積
データを母線、変圧器保護などの高速処理装置７用と事
故復旧、集中制御などの低速処理装置８用とにそれぞれ
の中で分類する。

高速処理装置７は主記憶装置５の記憶データを用いて母
線、変圧器保護、送電線後備保護などの目的別に作成し
たプログラムに従いディジタル演算処理を行なう。

この演算処理には先に説明したとおりアナログ量ニつい
てのサンプリング時刻を自動同期したデータを使用する
ため演算が大巾に簡素化できる。

したがって処理装置の規模をそれだけ小形化することが
できる。

もし同期作動しない場合はサンプリング回数を非常ニ大
きい値にするとか、あるいは演算過程で複雑な計算、ア
ナログ的に表現すると波形再現計算などを行なう必要が
あり、処理装置の規模が大形化する。

低速処理装置８は主記憶装置６の記憶データを用いて事
故復旧、遠方制御などの目的別に作成したプログラムに
従いディジタル演算処理を行なう。

高速、低速処理装置７，８の演算結果のうち、直ちにＣ
Ｂの開閉、ＬＲの調整、調相設備の制御などを行なう出
力が発生した場合は出力インターフェイス９を経て各種
制御出力を該当する電力機器へ送出する。

また上記の制御、調整の演算処理データおよび電力機器
の状態変化データは主記憶装置５，６へ一時記憶し、入
出力制御装置１０で表示あるいは記録出力を分類整理し
、監視制御装置１１または記録装置１２ヘアウドプツト
する。

なお監視、記録の結果、手操作が必要な場合には、監視
制御装置１１を使用して手動により開閉、調整操作を行
なう。

データ処理状況監視制御装置１３は、主記憶装置５，６
、高速処理装置Ｔ１低速処理装置８．入出力制御装置１
０相互の連けいプログラム動作を監視し、その動作に異
常が発生した場合には共用の予備処理装置に切替えるな
どの制御を行なう。

なお、通信制御装置１４、データ変復調器１５は、他の
電気所との間で本制御方式を適用する場合に用いられる
。

以上述べたように本発明の自動同期式ディジタル制御方
式は制御装置への入出力をすべて自動同期したディジタ
ルコードとし、かつディジタル演算処理する方式であり
、次の効果によって従来のアナログ方式における諸欠陥
を解消するとともに制御方式の−そうの高速度化、高信
頼度化ならびに高度自動化を可能にしたものである。

本発明による具体的な効果を下記する。

１１デイジタル形変成器使用による効果 ａ１ディジタル形変成器の２次巻線の負担はディジタル
コード化するに必要なものだけで極めて小さくし得るの
で、これまでの磁気飽和残留磁気など誤差の大きい要因
となった鉄心； を必要とせず、しかもディジタル出
力側に何を接続しても従来の変成器と異なり各用途別に
完全な出力を得ることができる。

したがって変成比誤差を全く考える必要がなく、従来の
ようにこの誤差を如何に逃げる１ かという複雑な方
法が不要であり、きわめて判り易い原理の制御方式を採
用できる。

５１重量の大きい鉄心と巻線を必要としないので、変流
器の場合巻線部分を第４図イに例示するように碍管の頂
部に配置することが可能； になり、１次巻線の導体
はきわめて短かくて良い。

とくに大電流変流器では第３図の従来形のように碍管の
下部に巻線部を配置すると、漏洩磁束による精度低下や
、発熱量に対する放、 散などの問題点があったが、
これらは一挙に解決でき、しかも小形化、軽量化が可能
になる。

電圧変成器も電圧を分割して抽出するコンデンサの容量
がきわめて小さくて良いため、小形軽量化が可能になる
。

Ｃ１変成器から制御用諸装置へのケーブルは変成器の負
担にならないで、細心ケーブルが使用できる。

しかもディジタルコードは記憶が容易なため、コードを
時分割多量化して直列に伝送することが可能であり、こ
れによって変成器数台をグループとして同期調整用と自
動同期ディジタルコード伝送用のケーブル２対を検出端
と制御室との間に敷設すれば良い。

具体的に超高圧変電所（送電線１２回線、変圧器８台、
母線４ブスを標準的なものと考えた）を例にとり、ここ
に投入するケーブルの銅量を比較すれば、第１図、第２
図に示す連絡ケーブル数でも明らかなように、本方式は
従来方式の４０分の１（約１６トン対０．４トン）程度
で済むことになり、また工事もそれだけ容易になる。

■、ディジタルコードの採用による効果 ａ１ディジタルコード伝送、処理の過程で雑音などによ
り歪が生じても整形が可能で誤差にならないので、複雑
な機能の方式を高精度にしかも容易に実現することがで
きる。

ｂ１ディジタルコードは万一雑音などにより誤ってもこ
の誤りを検出したり、また訂正を極めて短時間のうちに
容易に行ない得るので、従来のアナログ量のように一定
時間の様子を見て誤りの有無を判定する必要がない。

したがって高信頼度でしかも高速度の制御方式をうろこ
とができる。

ｃ１ディジタルコードは記憶が容易であるため使用目的
別に伝送するデータを分ける必要がなく、共用が可能で
ある。

したがってアナログ方式に比べてマイクロ波無線回線な
どの伝送容量を著しく合理化することができる。

■、ディジタル処理装置採用による効果 ａ１アナログ方式では記憶および入出力条件にフレキシ
ビリティが乏しいので、制御目的に多くの専用装置を必
要としたが、本方式では１つの装置でソフトウェアによ
り多機能を持たせることができる。

したがって前記と同じ超高圧変電所を例にとり、所要の
装置台数を試算すると、従来のアナログ方式では第１図
に示すように送電線保護装置、送電線後備保護装置、母
線保護装置、変圧器保護装置、自動復旧装置と遠方監視
制御盤および超高速伝送装置、低速伝送装置、マイクロ
無線装置などで約１００架になるが、本方式では第２図
に示すようにデータ処理装置、高速、低速処理用主記憶
装置、接続制御装置、通信制御装置、超高速、低速の伝
送装置およびマイクロ無線装置などで約１０架、すなわ
ち１０分の１程度で済むことになり、設備の大巾な簡略
化が可能になる。

さらに工事もそれだけ減少し容易になる。

ｂ１処理装置を使用目的に応じてその都度設計製作する
必要がなく、量産の標準品で良いので信頼性および経済
性が著しく向上する。

Ｃ１従来は新しい機能の制御方式を必要とする場合に設
計、製作、試験の繰返しにより多くの日時を要したが、
コンピュータなどの処理装置ではバードの開発は必要が
なく、ソフトウェアが中心になるので実現が極めて早い
。

ｄ１系統の新設、変更などに関連する制御装置の追加変
更も、従来は複雑な熟練を要する大工事であったが、本
方式ではソフトウェアの追加変更が主になるので、この
場合もきわめて容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図イ２口は従来の制御方式例の配線図およびその装
置配置状況概念図である。 第２図イ２口。ハは本発明実施例による自動同期式ディ
ジタル制御方式の配線図、その自動同期サンプリング説
明図およびその装置配置状況概念図である。 第３図は従来の電流変成器ＣＴの構造概念図である。 第４図イ２口は本発明を適用した場合のディジタル電流
変成器の構造概念図例および自動同期ディジタル符号器
のブロック図例である。 １・・・・・・自動同期ディジタル符号器、２・・・・
・泪動同期調整器、３・・・・・・ディジタル符号器、
４・・・・・・接続制御装置、５・・・・・・高速処理
用主記憶装置、６・・・低速処理用主記憶装置、７・・
・・・・高速処理装置、８・・・・・・低速処理装置、
９・・・・・・出力インターフェイス、１０・・・・・
・入出力制御装置、１１・・・・・・監視制御装置、１
２・・・・・・記録装置、１３・・・・・・データ処理
状況監視制御装置、１４・・・・・・通信制御装置、１
５・・・・・・データ変復調器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電気所における電圧、電流値などのように連続して
   変化する電気量に比例したアナログ量を検出するための
   該電気量に対応する複数個の検出手段と、これら検出手
   段のつぎに位置して設けられかつ前記アナログ量の瞬時
   値をサンプリングしディジタルコードに変換し伝送する
   複数個のサンプリングディジタル変換手段と、制御室な
   どに設けられていてサンプリング時刻信号を発信し伝送
   する自動同期調整手段と、このサンプリング時刻信号を
   受けて前記サンプリングディジタル変換手段によるサン
   プリングを一定周期でしかもすべてのサンプリングディ
   ジタル変換手段において同一時刻に行なわれるようサン
   プリング時刻信号を時間遅延する手段と、同軸ケーブル
   などによる各ディジタルコードを収集する手段とを持ち
   、収集したイジタルコードを保護監視制御装置に送出す
   ることを特徴とする電気所の自動同期式ディジタル制御
   方式。