JPS59159621A - デイジタル保護継電装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、電力系統の複数の交流電気量を一定周期で、
同時にサンプリングしたアナログ瞬時値を、アナログ−
ディジタル変換して得られたディジタルデータにより、
電力系統に発生する事故を検出する保護継電装置に関す
る。

〔従来技術〕

一定時間々隔でサンプリングされた、複数のディジタル
情報をもとに系統に発生した事故を検出するためには、
両者の大きさおよび位相差が所定直以内であることを検
出することが必要である。

両者の位相差が所定値以内であることを判定する方法と
しては、２つのディジタル情報が同時に正または負の同
符号を示しているサンプリング時間々隔を測定する方法
がある。しかし、この方法では、判定結果にサンプリン
グ周波数および、サンプリング時点の位相によって誤差
を生じ、誤差を軽減するためには、サンプリング周波数
を高くする必要がある。この場合、１サンプリング時間
間隔は短くな如、サンプリングとサンプリングの時間々
隔毎に同一演算処理を実行する保護継電装置では、処理
できる保護継電要素数が減少することになる。

〔発明の目的〕

以上のことから本発明においては、サンプリング周波数
を高くすることなく、精度を向上することのできる保護
継電装置を提供することを目的とする。

〔発゛明の概要〕

本発明は、所定時間々隔でサンプリングされ、時系列的
に得られたディジタルデータをもとに、２つの交流信号
の大きさおよびその位相差に比例した値、例えば内積値
と、各々の大きさの絶対値間の積値と所定判定値との積
値とを比較することによシ、２つの交流量の位相差が所
定値内であるかどうかを高精度に判定する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の具体的実施例につき図面を参照して説明
する。

本発明は、マイクロコンピュータ等、ディジタル演算処
理にて実施するが、ここでは説明の便宜上、各処理要素
をブロック図で説明する。

第１図は、本発明の一実施例の全体構成を示す図である
。図でＩａｌｌｂはそれぞれ電力系統からの人力信号＊
ｘ　、　ＩＥＩのディジタル変換時に発生する折返し誤
差防止用の人口フィルタ、２ａ。

２ｂは人力信号ａｌ　ｌ　６２を一定時間々隔て制御回
路３よシの指令によシサンプリングし、アナログ−ディ
ジタル変換するだめの人力変換部（以下Ａ／Ｄ変換部と
略す。）、４は、各々のディジタル人力信号より に１・１ｉ１１・１Ｅ２１ＣＯ３θ なる量を導出する演算部、５は、各々のディジタル人力
信号よシ θ５−Ｋｚ・ＩＥｘｌｌＥｚｌ なる量を導出する演算部、６は、所定の判定処理により
動作、不動作を判定する判定部である。

次に各部の動作につき説明する。人力フィルタ１ａ、１
ｂでは、各々交流入力信号Ｅ１＊　Ｅｚに含まれる高調
波成分が、Ａ／Ｄ変換部２ａ＋　２ｂでディジタル量に
変換される時の折返し誤差によシネ要信号になるのを防
止するだめのフィルター作用とともに、以降の処理に適
したレベルに変換する。

２ａ、２ｂでは、人力フイルタの出力であるアナログ信
号ｅｌ、ｅ２を、制御回路３０制御指令に基づいて、所
定のサンプリング周波数（ｆＢ）で同時にサンプリング
しディジタル信号に変換する。このＡ／Ｄ変換部２ａ、
２ｂの出力は、各々人力信号Ｅｒ　、Ｅｘの瞬時値に比
例したディジタル量Ｅｌ（ｔｎ）、　Ｅｘ　（ｔｎ）　
　としてサンプリング周期毎に得られる。演算部４では
、Ａ／Ｄ変換部２ａ、２ｂの出力を用いて、人力交流量
Ｅｌ　、　Ｅ２の内積に対応した量である Ｋｌ・ＩＥｔ　Ｉ　・Ｉ　Ｅ２１ｃｏｓθを演算し出力
する。演算部５では、Ａ／Ｄ変換部２ａ、２ｂの出力を
上記と同様に用いて、２交流量の大きさに対応した・ Ｋ２・ＩＥｌｌ・ＩＥ２１ と判定値θＢとの積に比例した値を演算し出力する。

判定部６では、前記 Ｋｌ・ＩＥＩ　Ｉ　・Ｉ　Ｅ２１ｃｏｓθと、 θ８　・Ｋ２　・　１　、真シ五　１　・　１　ｉ２１
との大、小判定を実施し Ｋｌ　・ｌ＆　Ｉ　・ｌＥ２１ＧＯ５θ〉θｓ　−に２
・１＆ｂ　ＩＥ２１・・・・・・・・・（１） なる時出力を出す。

次に第１図の実施例の動作を詳細に説明する。

説明を容易にするため人力信号Ｅ１．Ｅｚはそれぞれ系
統周波数の基本波のみであるものとして説明する。

２つの人力交流信号Ｅｔ　ｌ　Ｅｌを下記（２１，（３
１式で示すと人力フィルタの出力信号ｅ！、ｅ２は（４
）。

（５）式で示される。

Ｅｌ　＝　ｌ　Ｅｘ　Ｉ　ｓｉｎ　Ｗ　ｔ　　　　　　
　・・・”　”・（２１Ｅｚ＝　ｌ　Ｅｌ　１ｓｉｎ（
ｗｔ−θ）　　　　・−・−・・−（３）Ｗは角速度、
ｔ゛は時間、θはＥｔと止２の位相角。

ｅ＋　＝に１　’　・Ｉ　＆　１ｓｉｎＷｔ’　　　　
＝（４１ｅ２＝Ｋｇ’　　Ｉ　＆　１ｓｉｎ　（Ｗｔ’
−θ）　　−・・・−・・・（５１ここでＷｉ’　：　
Ｗ　ｉ−α、αはフィルタの遅れ角。

次に、このｅｌ、ｅＺをＡ／Ｄ変換部２ａ。

２ｂによりディジタル値に変換するが、その瞬時値デー
タは、サンプリング間隔をΔＴ１時系列的（６）、　（
７）式で表わされる。

Ｂｌ（ｔｎ）　＝　Ｋｘ′・Ｉ　Ｆａ　ｌ　ｓｉｎ　（
ｗｔ’十ΔＴ　−ｎ　）　　　・−・・−・・−・（６
１Ｂ２　（ｔｎ）　＝Ｋｓ　’　Ｉ　Ｅｌ　１ｓｉｏ（
（Ｗｔ’＋ΔＴ−ｎ）−θ）・−・・−・（７１次に上
記（６）、　（７１式で表わされるディジタルデータを
用いて両者の内積に対応した量を演算する。

演算部４では以下の様な演算が実施される。

（１）同一時点で得られたディジタルデータ間の梗積値
を求める。但し、ｎ＝Ｑの時点とする。

Ｅｌ　（ｔＯ）＆　（ｔＯ）＝に１’ｌ　Ｅｔ　ｌ５ｉ
ｎ（Ｗｔ’＋ΔＴ−０）ＸＫｓ’ｌ　Ｅｌ　ｌｓｉｎ（
（ｗｔ’＋ΔＴ−０）−６）＝’（Ｋｔ’・ｈ′・１に
１１・＋ｍ＋（ｃｏｓθ−ｃｏｓ（２ｗｔ’−θ）））
・・・・・（８）（２）上記（ｎ＝０）の時点と−フシ
アン離れた時点（ｎ−ａ）のときの２つのディジタルデ
ータ間の積値を求める。但し、ΔＴは電気角で３０°と
する。

Ｅｌ（ｔａ）　・Ｅａ　（ｔａ）　＝に１’　ｌ　Ｅｓ
　ｌ５ｉｎ（Ｗｔ’＋ΔＴ・３）ＸＬ’ｌ　Ｅｌ　１ｓ
ｉｎ（（ｗｔ’＋ΔＴ−３−〇Ｊ・・・・・・・・・（
９） （３）　　上記（８）弐＋（９）式の演算を実施すると
、三角関数の公式よ、！７２倍の周波数成分は消去され
、Ｅｌ（ｔＯ）・Ｅｌ（ｔＯ）十止ｉ　（ｔａ）・も（
ｔａ）＝に１１　Ｅｌ　１　ｌ　Ｅｌ　１ｃｏｓθ　　
　　　・・・・・・・・・（１α但しＫｌ　＝　Ｋｌ’
　Ｋ２’　Ｇｔ　（Ｇ　１は演算上の系数）が得られこ
の（１０１式の値は、両者の内積に対応した値となる。

一方、演算部５では、各々の大きさに比例した値が数学
において区分求積法と知られる手法と等価な下記（１１
１，（１２１式で示される演算により１止山１＆ｌを求
めこの値と判定値θ８とで（１３式の演算を実施しその
出力とする。

但し、ｋは人力信号の半サイクル間、もしくはその整数
倍区間のサンプリング数である。

θｍｉ＆ｌｉ＆ｌ＝θＢ（ΣＥｔ（ｔｎ）・ΣＥ２（ｔ
ｎ））Ａ−ｊ　　　　　　　　　　論、ｊ ＝Ｉ９ｓａＫ２１Ｅｔｌｌ＆１ ・・・・・・・・・（２） 但し心”　Ｋｔ’ん’（ｈ（（ｂは演算上の系数）次に
判定部６ではαα式およびα３）式の値を人力としその
大小関係を比較しく１）式で示したような判断を実施し
条件が成立時は出力を発する。

以上が本実施例での各部の動作であシその特性式は、（
１）弐ｆ）両辺ｔ　ｌ　＆　ｌ　・Ｉ＆　ｌ　”’Ｃ除
シｆｃＱ４）式トなる。

Ｋｌ、、）、θ〉、８６６１３０１０．、（１４ｇ ここでθＢを判定角θ′の余弦値で与えるものとすると
、その特性は、′第２図で示した様に、２つの交流入力
間の位相差θがｏｏ’　、ｏｏ’で示した０３１以内の
時動作出力を発するものとなる。

次に、電気量Ｅ、およびＥｌが電力系統から人Ｅ１＝Ｖ Ｅｚ＝ＩＺ　　　Ｖ なる演算を行なった実施例につき説明する。

第３図は本実施例の構成を示すブロック図である。図で
７は入力端チェを電気角φだけ移相する移相部、８は、
移相部７の出力値に整定値である２を乗算する乗算部、
９は、一方の人力である電を実施する減算部であシ、そ
れ以外の部分は第２図と同じ構成である。

本実施例での動作は、前述した電気量Ｅｔ　として系統
よシ入力される電圧ヤ、眠気量Ｅ２としてて演算された
Ｅｚ＝ＩＺ−Ｖを用いてその両者の位相差判定が実施さ
れることになる。

従って、その特性は現在トランジスタ形継電器等で一般
に用いられでいる直接位相比較形距離継電器と同様な特
性が得られる。

第４図は上記の実施例で得られるディジタルリレ一応動
の特性例でろシミ流ベクトルｉを基準に電圧ベクトルＭ
の動作軌跡を示している。

ここで、φは電流ｉの移相角であり特性の最大感度角を
決定するものであシ、目的によシ一定値で与えられる。

之は整数値であシ保繰対象である送電線の距離に応じて
与えられ、θ８が動作域を決定する判定角であシφと同
様一定値で与えられるものである。

図の例では、判定角θ１をθａ（９０’の例で示してお
シ木の葉特性が得られ千→るが、θＢの値を９０’　と
することによシ円特性の継電器等が得られる等、任意の
特性がθＢを変えることによシ容易に実現できる。

次に、電気量ＥｌおよびＥｔが電力系統から人力された
、電圧、電流から、 Ｅｌ　＝　Ｉ　Ｚｔ　−Ｖ Ｅｔ　＝　Ｉ　Ｚｌ　＋　Ｖ なる演算を行なった実施例につき説明する。

第５図がその実施例を示すブロック図である。

図で１０は、前述した位相部７の出力値に整定値る乗算
部、１２は、電圧Ｖと乗算部１１の出力値との間で Ｅｔ　＝　Ｉ　Ｚｔ　　Ｖ なる演算を実施する。減算部１３は、 Ｅｔ”ＩＺ２＋Ｖ なる演算を実施する加算部である。それ以外の部分は第
２図と同じ構成である。

本実施例での動作は、系統よシ入力された電圧されるこ
とになる。

従ってその特性は、第３図の実施例と同様に直接位相比
較形距離継電器と同様な特性が得られる。

第６図は本実施例で得られるディジタルリレ一応動の特
性例であシミ流ベクトルｉを基準に電圧ベクトル■の動
作軌跡を示している。

ここで、φは電流工の移相角を与える一定値、λ１　＊
　Ｚｔが整定値、θ８が判定角である。

図の例では、θＢがθＢ〈９０°の例を示しており、オ
フセット木の葉特性となる。

これら、第３図〜第６図で説明した実施例で得られる、
木の葉特性、または、オフセット木の葉特性のリレーは
、電力系統の保護上、負荷電流によシネ要動作すること
がない特性であシ、長距離、重負荷送電線の保護に最適
の特性を有する効果がある。

以上説明した、第３図および第５図の説明ではこれらは
、ＥｌおよびＥｔをそれぞれ、電圧および電流としその
ままディジタル値に変換した後、演算部４、および５で
前に説明したそれぞれのディジタル演算と同時に実施し
ても同様の効果となることは容易に推定できる。

〔発明の効果〕

以上本発明について詳細に説明したが、本発明によれば
、電力系統から人力される電気量、止１およびＥｔよシ
、 ＫＩＩＥ五　１　・　Ｉ　Ｅｔ　１ωＳθと、 θ８・Ｋ２　ｌ　Ｅｔ　ｌ・１ｉ２１ とから、位相判定を容易に実施することができ、ディジ
タル演算で得にくかった、位相比較形のディジタル型保
護継電装置を高精度に容易に得られる効果がある。また
、本発明は、マイクロコンピュータ−等のディジタル演
算処理装置等を用いた、システムに好適なものであシ、
保護リレー装置の高性能小形化、標準化等の点で大きな
効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第３図、第５図は、本発明の実施例を示すブロ
ック構成図、第２図、第４図、第６図は実施例の特性を
示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電力系統から複数の電気量Ｅ１＊　Ｅｌを得る装置
   と、これらの電気信号を所定時間々隔で同時にサンプリ
   ングしディジタル量に変換するアナログディジタル変換
   部とこの変換部よシ得られたディジタル量から、前記電
   気量Ｅ１．Ｅｘとの関係波、 ＫＩ　　ＩＥＩ　　Ｉ−ＩＥＩ　　Ｉｃｅｓθおよび θＢ・Ｋ２・ＩＥＩ１・ＩＥ２１ とを演算しこれらの関係量を用いてディジタル演算判定
   を行なう装置とから成るディジタル保護継電装置。 但しＫｌ　、に２は常数、θＢは判定値、θは止ｌとに
   ！との位相差角。 ２　ディジタル演算判定として Ｋｌ　ｌ　ＥＩ　Ｉ・ＩＥ２１耐・≧θ８・ｋ・Ｉ　＆
   　Ｉ・ＩＥＥＩなる演算判定を行う特許請求の範囲第１
   項記載のディジタル保護継電装置。 ３、電気量Ｅ！およびＥ２が電力系統から入力される電
   圧および電流から、 Ｅｔ＝Ｖ Ｅｚ＝ＩＺＶ なる演算式で与えられる特許請求の範囲第１項および第
   ２項記載のディジタル保護継電装置。 ４、電気量Ｌ！およびＥｘが電力系統から入力される電
   圧、および電流から なる演算式で与えられる特許請求の範囲第１項および第
   ２項記載のディジタル保護継電装置。