JPS61157223A - 保護継電器 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、保護継電器、特に周波数特性を改善した発電
器保護用の継電器に関するものである。

〔発明の技術的背景〕

発電機保護方式の一つとして第７図に示す過電圧保護方
式がある。第７図において、１は保護対象の発電機で、
し中断器２を介して変圧器５に接続される。そして、こ
の変圧器５により昇圧されて系統側に電力が供給される
。又、発電機１には補助変圧器３を介して過電圧継電器
４が接続はれる。この過電圧保護方式は、系統側の負荷
しゃ断時に発電機１が過速度、過電圧となることを防止
するためのもので、過電圧継電器４の動作によりし中断
器２をトリップさせる。この過電圧継電器４の一つとし
て、マイクロコンピータにより動作判定を行なう、いわ
ゆるディジタル保護継電器がある。これは、発電機出力
電圧を入力し、これを一定周期でサンプリングし、ディ
ジタル量に変換してマイクロコンピーータにより演算処
理を行ない、動作判定を行なうものである。過電圧継電
器の演算処理内容としては、入力電圧の瞬時値よシ振幅
値を算出し、この値が所定値よ〃大であれば動作すると
云う処理を行なっている。従来の継電器では、この振幅
値を算出する方法として、例えば文献「昭和５７年電気
学会全国大会論文屋９８６」に記載されているような、
連続するサンプリングデータ（瞬時値）の２乗の和を求
める方法が用いられている。この方法は定格周波数（例
えば６０Ｈｚ）における電気角９０″相当間隔のサンプ
リングデータを２乗し、かつこれを連続８個加算して振
幅値を求めるものである。

〔背景技術の問題点〕

上記した従来方法では定格周波数で誤差は生じないが、
定格周波数以外では第８図に示すような誤差を生じる。

そしてこの誤差は第８図に示すように＋、−の両方に生
じるので、その結果定格周波数から離れると、過電圧継
電器の動作が不完全となる、いわゆる不完全動作域を生
じることにな−１−゛　　　　　　　　一方、発電機は
起動から負荷し中断時の速度上昇まで周波数が変化する
ので、例えば２０〜１００Ｈｚ程度の周波数でも過電圧
保−を行なわなければならない。

しかし、このような従来の保護継電器では、前述したよ
うに定格周波数以外での動作値誤差が大（例えば２０　
Ｈｚ、１００　Ｈｚ付近で約２０優の誤差）、であるた
め、これを発電機保護として適用した場合に、保護性能
を低下させることになる。又、ディジタル保護継電器で
は系統の周波数及びサンプリングによる折シ返し誤差の
影響をなくすために、通常、入力部にアナログフィルタ
を設置しである。このアナログフィルタは、定格周波数
以外の周波数成分を減衰式せる特性となっているため、
前記誤差に加えて動作値誤差は更に大きくなってしまう
。このため前記した振幅値算出方法として不完全動作域
を生じない方法を用いることも考えられるが、この場合
も振幅値算出方法自身が有する周波数特性及び前記アナ
ログフィルタの有する周波数特性によ如、依然として定
格周波数以外での動作値に誤差を生じてし塘さ。このこ
とは、発電機保膜を不完全にすることにな）、これが従
来の保護継電器の欠点であった。

〔発明の目的〕

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであ
シ、従来の構成を大きく変えることなく、周波数特性の
改善された保護継電器を提供することを目的としている
。

〔発明の概要〕

本発明では、演算部において入力電気量の振幅値を演算
するに際して、不完全動作域を生じない演算手法を用い
、更に演算結果が有する周波数特性による誤差分を保護
継電器の入力部にもうけたアナログフィルタの周波数特
性によって補正しようとするものである。

〔発明の実施例〕

以下図面を参照して実施例を説明する。第１図（、）は
本発明による保護継電器の一実施例を示す図であシ、第
１図（ｂ）はアナログフィルタの構成例図である。

第１図（、）において、６は入力変換器で発電機出力Ｖ
が入力されて、適当なレベルに変換される。

７はアナログフィルタ（以下ＦＩＬと云う）で入力変換
器６からの出力が導入され、入力電圧Ｖに含まれる不要
な高調波成分の除去及び後述する振幅値演算自身が有す
る周波数特性の補正を行なう。

ＦＩＬ　７の出力はアナログ・ディジタル変換部（以下
ＡＤＣと云う）８に導入され、ここで所定の間隔でサン
プリングされてディジタル量に変換される。

９はディジタル演算処理部（以下ＭＰＵと云う）であっ
てマイクロコンピユー！で構成され、ディジタル量に変
換された電圧幸の瞬時値データを用いて振幅値演算が行
なわれる。これによって得られた振幅値が所定の値を超
えた場合に動作出力を出力する。

第１図（ｂ）は第１図（、）におけるＦＩＬ　７の構成
例図であシ、２つの単一同調形帯域通過回路（以下ＢＰ
Ｆと云う）７Ａ　、７Ｂによって構成され、この２つの
ＢＰＦは共振（同調）周波数が異なったものとなってい
る。

次に、このように構成した本実施例による保護継電器の
作用について説明する。なお、ここでは定格周波数を６
０　Ｈｚ、サンプリング間隔が３０°の場合を例にして
説明する。

第１図（、）において、ＭＰＵ　９ではディジタル量に
変換された電圧やの瞬時値、即ち、サンプリングデータ
を用いて、次の演算式により振幅値四１を求める。

＋？＋　＝ムτｓ　　”ｍ＼；　・・・・・・・・・（
１）ここで、τは現時点におけるサンプリングデーり、
１１ｍ−３は３サンプリング前、即ち９０’前のサンプ
リングデータ、ｖｍ−６は６サンプリング前、即ち１８
０°前のサンプリングデータである。そして上記した演
算式は文献「特公昭５６−１３９０９号」にて既に周知
であって詳述を要しないが、概要を述べると次の通シで
ある。

即ち、入力電気量を９＝Ｅｓｉｎωｔ（ωは角周波数）
　−υ（ｔ１）とし、入力電気量の現時点ｔ１における
サンプリングデータをυ（ｔｌ）　、時間Δｔだけ前の
サンプリングデータをυ（ｔ１−Δｔ）とする。更にこ
れらの２つのサンプリングデータよシ時間τだけ前のサ
ンプリングデータをυ（ｔ１−τ）　ｌ　υ（ｔ１−Δ
ｔ−τ）とする。これら４つのサンプリングデータを用
いて次式の演算を行なうと、 υ（ｔ１−Δｔ）・υ（ｔ１−τ）−ｖ（ｔ、）・ｖ　
（ｔ　＋−Δｔ−τ）＝　Ｅ２ｓｂ＋ωΔｔ−１Ｉｌｎ
ωｔ　　−−−−−−−−・（２）となって、振幅値の
２乗に比例した値が得られる。

更にここでΔｔ−τとすると、第（２）式は次のように
なる。

ｖ２　（ｔｌ−τ）−ｖ（ｔ、）・υ（ｔ１−２τ）−
Ｅ２（１−邸２ωτ）・・・・・・・・・（３）ここで
、例えばτ＝３７７２０　ｓｅｃ　（６０Ｈｚでの電気
９０°相当であるため、前述のへ、　ｖｍ−５、”ｍ−
６を用いて上記の各サンプリングデータを表わすと、？
’（ｔｌ）＝−・・・・・・・・・・・・（４）ｖ　（
ｔ　＋−τ）−υｍ−３・・・・・・・・・・・・（５
）υ（ｔ１−２τ）　＝＝　ｖｍ−６・・・・・・・・
・・・・（６）となシ、第（３）式は 叱−３−一−１）ｍ−６＝Ｅ２　　　・・・・・・・・
・・・・（７）となる。したがって振幅値の２乗値が得
られるので、前記第（１）式により入力電圧寸の振幅値
を求めることができる。

この第（１）式による振幅値演算は、第２図に示す周波
数特性を有している。即ち、第２図に示すように、定格
周波数６０　Ｈｚ以外の周波数でも、前記従来例で説明
した第８図のような誤差の幅はない。

しかし、定格周波数を離れると利得は減少し、例えば２
０　Ｈｚ及び１００　Ｈｚでは０．５程度の利得となる
（但し定格周波数での利得を１とする）。

一方、ＦＩＬ　７の周波数特性は第３図に示すように、
例えば２０〜１００　Ｈｚの帯域では、第２図の周波数
特性を補正するような特性としている。即ち、２０　Ｈ
ｚ及び１００　Ｈｚにおいては利得を２とし、定格周波
数６０　Ｈｚでは１となっている。そしてその間は振幅
値演算とＦＩＬ　７の総合利得が１となるような周波数
特性としである。

その総合利得の周波数特性を第４図に示す。したがって
、本特性によれば周波数の２０〜１００Ｈｚの広帯域に
わたって保護継電器の動作値を一定にすることができ、
しかも前述のような不完全動作域をほぼ零とすることが
可能となる。

なお、第３図に示される特性のフィルタは一般にスタガ
同調回路と称する回路で、第１図（ｂ）に示した２つの
ＢＰＦ　７　Ａ　、　７　Ｂにより容易に得られること
は既に周知であシ詳細説明は省略するが、例えばＢＰＦ
　７　Ａの伝達関数をＴ１（Ｓ）、ＢＰＦ　７　Ｂの伝
達関数をＴ２（Ｓ）とすると、 （但し、ω１．ω２はＢＰＦ　７　Ａ　、　７　Ｂの共
振角周波数、α１．α２．に１．に２は定数）で与えら
れ、ＦＩＬ　７の伝達関数Ｔ　（Ｓ）は、 Ｔ（Ｓ）　＝　Ｔ、　（Ｓ）・Ｔ２（Ｓ）となる。そし
てω、キω２として各定数を適宜選択することにより、
第３図の特性が得られることになる。第５図は第１図（
ｂ）のＦＩＬ　７の具体的な回路例を示したもので、こ
れも既に周知の回路である。

以上のように上記実施例によれば振幅値演算が有する周
波数特性をアナログフィルタの周波数特性によって補正
するので、定格周波数以外の周波数においても、誤差が
殆んど生じない保護継電器が得られる。

第６図はＦＩＬ　７の他の構成例図であシ、本図のよう
にＢＰＦ　７　Ａ　、　７　Ｂの他に更に高調波成分を
除去する低域通過回路７Ｃを追加してもよい。

ここでＢＰＦ　７　Ａ　、　７　Ｂは第３図の特性とし
ておき、ＬＰＦ　７　Ｃの特性は、例えば１００Ｈｚ以
下では利得１となシ、それ以上の周波数で利得が減衰す
る特性としておけば、保護継電器の動作値誤差を極力小
さくしなければならない２０〜１００Ｈｚの周波数範囲
では前述を同じ効果が得られる。そして１００Ｈｚ以上
の周波数では第１図（ｂ）に比べ、更に高調波成分が除
去されるので、より高性能な保護継電器が得られる。

上記実施例では保護継電器の周波数特性を２０〜１００
Ｈｚの範囲で改善する例について述べたが、これに限定
されるものではなく、同様の方法にて必要々周波数範囲
で改善することができることは明らかである。

又、第（２）式においてΔｔ−τ、τ＝　３／７２０　
ｓｅｃとした場合の例について述べたが、前記文献「特
公昭５６−１３９０９号」にて明らか々ように、それり
外のΔｔ、τについても振幅値を求めることができ、本
発明の適用が可能である。これは第（２）式からも明ら
かであシ、Δを笑τ、τ”；；　３／７２０　ｓｅｃの
場合も、第（２）式で示すように振幅値の２乗に比例し
た値ＫＥ２（Ｋ＝ｓ［ｎωΔｔ−８ｌｎωτ）が得られ
ることになるので、第（２）式で決められる周波数特性
を前述と同様の方法により、アナログフィルタＦＩＬ　
７にて補正すれば全く同様の効果が得られることになる
。

更にこれまでの説明では本発明を過電圧継電器に適用し
た場合について述べたが、これに限定されるものではな
く、例えば不足電圧継電器、過電流継電器など、電気量
の振幅値を演算して、その過不足を検出する継電益金て
に適用できることは云うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明した如く、本発明によれば入力電気量の振幅値
演算によって生じた周波数特性による県差分を、アナロ
グフィルタによる周波数特性によって補正するよう構成
したので、従来の構成を大きく変更することなく簡単な
回路にて、周波数特性を大幅に改善することができ、定
格周波数から大きく離れた周波数においても誤差が生ぜ
ず、したがって保護性能の大幅に向上した保護継電器を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（、）は本発明による保護継電器の一実施例を説
明する図、第１図（ｂ）は本発明に適用されるアナログ
フィルタの構成例図、第２図は本発明による振幅値演算
の結果生じる周波数特性図、第３図はアナログフィルタ
の周波数特性図、第４図は本発明によって得られた総合
周波数特性図、第５図はアナログフィルタの具体例図、
第６図はアナログフィルタの更に他の構成図、第７図は
発電機の過電圧保護方式の概要を示した図、第８図は従
来の保護継電器に用いる振幅値演算の周波数特性図であ
る。 １・・・発電機　　　　　　２・・・しゃ断器３・・・
補助変圧器　　　　４・・・過電圧継電器５・・・変圧
器　　　　　６・・・入力変成器７．７′・・・アナロ
グフィルタ ８・・・アナログ・ディジタル変換部 ９・・・ディジタル演算処理部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電力系統からの電気量υ（ｔ）を入力し、不要な周波数
   成分を除去するためのフィルタ回路を介した後にディジ
   タル量に変換し、前記ディジタル量を用いてマイクロコ
   ンピュータにより前記入力電気量υ（ｔ）の振幅値を求
   める演算を行ない所定の特性を得るようにした保護継電
   器において、前記入力電気量υ（ｔ）の時刻ｔ＿１にお
   ける瞬時値υ（ｔ＿１）及び時刻ｔ＿１−Δｔにおける
   瞬時値υ（ｔ＿１−Δｔ）と、前記２つの各瞬時値と夫
   々がτだけ位相の異なる瞬時値υ（ｔ＿１−τ）及びυ
   （ｔ＿１−Δｔ−τ）を導出し、前記各電気量から、υ
   （ｔ＿１−Δｔ）・υ（ｔ＿１−τ）−υ（ｔ＿１）・
   υ（ｔ＿１−Δｔ−τ）なる演算によって前記入力電気
   量υ（ｔ）の振幅値を求め、前記振幅値演算結果が有す
   る周波数特性を前記フィルタ回路の周波数特性によって
   補償し、前記振幅値演算結果と前記フィルタ回路とによ
   る総合利得が所定の周波数範囲内にてほぼ一定となるよ
   う構成したことを特徴とする保護継電器。