JPS62178118A - Digital protective relay - Google Patents

Digital protective relay

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Publication number
JPS62178118A
JPS62178118A JP2063486A JP2063486A JPS62178118A JP S62178118 A JPS62178118 A JP S62178118A JP 2063486 A JP2063486 A JP 2063486A JP 2063486 A JP2063486 A JP 2063486A JP S62178118 A JPS62178118 A JP S62178118A
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JP
Japan
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current
voltage
time
protective relay
sampling
Prior art date
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Pending
Application number
JP2063486A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
鈴木 愿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は電圧と電流より、抵抗分及びインダクタンス
分(又はリアクタンス分)を算出するデジタル保護継電
器に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a digital protective relay that calculates resistance and inductance (or reactance) from voltage and current.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第5図は、例えば、三菱電機発行(Vol、 54゜座
11.1980)三菱電機発行、1980第11月発行
に示された従来のデジタル保護継電器のモー要素の原理
図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating the principle of the Mo element of a conventional digital protective relay as shown in, for example, Mitsubishi Electric (Vol. 54, No. 11, 1980), published by Mitsubishi Electric, November 1980.

図に示すように、電流ベクトルiに、インピーダンス之
を乗じた之iベクトルと電圧ベクトル※との差のベクト
ル(z i−? )を求め、電圧ベクトル!との位相差
が90°以内かどうかを判定する。
As shown in the figure, the difference vector (z i -?) between the current vector i multiplied by the impedance and the voltage vector * is calculated, and the voltage vector! It is determined whether the phase difference between the two is within 90°.

位相が90’以内であれば、動作域で示した円周内に、
電圧ベクトル※が入ったことが判明する。
If the phase is within 90', within the circumference indicated in the operating range,
It turns out that a voltage vector* is included.

これを式で示せば、電流と電圧の位相差γ、インピーダ
ンス之のインピーダンス角度θとして121・1ilc
os(θ−7) > lvl、」竺く 1之l  cn
s (θ−γ)              ■゛11
1 り小さいとき、円内に有ると判定する。
Expressing this in a formula, the phase difference γ between current and voltage and the impedance angle θ are 121·1ilc.
os(θ-7) > lvl, 1 no l cn
s (θ−γ) ■゛11
1, it is determined that it is within the circle.

これをデジタル保護継電器で実現させる手段を次に説明
する。
The means for realizing this using a digital protective relay will be explained next.

交流電圧U(t)  と交流電流1(t)とを同時に、
サンプリング間隔Tでサンプリングすることとし、Tを
電気角で30°相当の時間とする。
AC voltage U(t) and AC current 1(t) at the same time,
Sampling is performed at a sampling interval T, where T is a time equivalent to 30 degrees in electrical angle.

交流電流1(t)をθだけ進ませると、■式となる。When the alternating current 1(t) is advanced by θ, the following equation is obtained.

1(t)・eJ″=(cosの・1(t)−(Sinl
・1(t−8T)    ■2つのベクトルを、基準ベ
クトルU po 1(t)、演算ベクトルUpol(t
)とすれば、 Upol(t) = U(t)           
     ■Uop(t) = l之1 ・1(t)・
ejθ−U(【)=1之1−(calの−1(t) −
(sin a)−1(t−aT )) −ut)   
  ■が得られる。2つのベクトルUpol(t)とU
op(t)とが90°以内である条件は、■式により求
めることができる。
1(t)・eJ″=(cos・1(t)−(Sinl
・1(t-8T) ■The two vectors are the reference vector Upo 1(t) and the calculation vector Upol(t
), then Upol(t) = U(t)
■Uop(t) = l no 1 ・1(t)・
ejθ−U([)=1 of 1−(−1(t) of cal)−
(sin a)-1(t-aT))-ut)
■ is obtained. Two vectors Upol(t) and U
The condition that op(t) is within 90° can be determined by formula (2).

Upol(t−87)Uop(t−8T)+Upol(
t) ・Uop(t) > 0   0以上述べた■式
、■式、■式とも、交流電圧と交流電流との周波数が一
定であることが条件になって成立している。
Upol (t-87) Uop (t-8T) + Upol (
t) ・Uop(t) > 0 0Equations (2), (2), and (2) described above are all valid on the condition that the frequencies of the alternating voltage and the alternating current are constant.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかし、最近の電力系統では、ケーブル系統の増加、力
率改善用スタテックコンデンサの増加などで、系統事故
発生時に、送電線のリアクタンスと共振した自由振動の
高調波電圧、電流が発生し、この高調波の次数が、基本
波に近づき、かつ、含有率が非常(こ大きくなってきた
。従って、基本波のみに着目した、前記■式では誤差が
非常に大きく、保護継電器としての実用に供せない場合
が多くなってきた。また、演算処理時間も、基本波で電
気角90°相当分は必要であるため、高速度化に限界が
あった。
However, in recent power systems, due to the increase in the number of cable systems and static capacitors for power factor improvement, when a system fault occurs, free oscillating harmonic voltages and currents that resonate with the reactance of the power transmission lines are generated. The order of harmonics is approaching that of the fundamental wave, and the content rate has become very large.Therefore, the above equation (2), which focuses only on the fundamental wave, has a very large error and cannot be used as a practical protective relay. In addition, since the fundamental wave requires a processing time equivalent to 90 degrees of electrical angle, there is a limit to how high the speed can be increased.

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、低次高調波の含有率が多くても判定が正確
にでき、さらに、演算処理時間も短縮して、高速度判定
のできるデジタル保護継電器を得ることを目的とする。
This invention was made to solve the above-mentioned problems, and allows for accurate determination even when the content of low-order harmonics is large. Furthermore, the calculation processing time is shortened, allowing for high-speed determination. The purpose is to obtain a digital protective relay that can

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この発明に係るデジタル保護継電器は、電圧及び電流の
時間的積分値を導出する電圧積分回路と電流積分回路と
を設け、前記電流値及び電圧積分回路と電流積分回路の
出力をそれぞれサンプリングしてデジタル変換したデー
タを用い、交流理論を利用した2元連立方程式を解くこ
とにより、抵抗分とインダクタンス分(リアクタンス分
)を求めるようにしたものである。
The digital protective relay according to the present invention is provided with a voltage integration circuit and a current integration circuit that derive time-integrated values of voltage and current, and samples the current values and the outputs of the voltage integration circuit and the current integration circuit, respectively, and digitalizes them. By using the converted data and solving two-dimensional simultaneous equations using AC theory, the resistance component and inductance component (reactance component) are determined.

〔作用〕[Effect]

この発明における2元連立方程式には、電圧積分値及び
電流積分値を必要とするか、それぞれの積分値を導出す
る積分回路を専用に設け、これらの積分回路の出力も、
他の電流と同一時刻、同一周期でサンプリングする手段
を用いている。
The two-dimensional simultaneous equations in this invention either require a voltage integral value and a current integral value, or are provided with dedicated integral circuits for deriving the respective integral values, and the outputs of these integral circuits are also
It uses a means of sampling at the same time and with the same period as other currents.

〔実施例〕〔Example〕

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、(1)は電力系統、(2)は電圧変成器、
(3)は電流変成器で、それぞれ電力系統の電圧及び電
流を導入する。(4)、(5)は入力変換器で、処理の
容易な電圧値を得るためのもの、(6)、 (7)は積
分回路で、入力変換器(4)、 (5)の出力の時間的
積分値を得るためのもの、 (8) 、 (9) 、 
QOはサンプルホールド回路で一定周期毎に、入力電圧
の瞬時値を保持するもの、Oυはマルチプレクサで、入
力を順次切替えて、電圧値を次段の(2)に示すアナロ
グ、デジタル変換器に渡すもの、Q3は演算器で、デジ
タル化された数値を、a4)に示すメモリー回路にあら
かじめ定めた演算手法によって演算処理するものである
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1st
In the figure, (1) is the power system, (2) is the voltage transformer,
(3) is a current transformer, which introduces the voltage and current of the power system, respectively. (4) and (5) are input converters for obtaining voltage values that are easy to process, and (6) and (7) are integrating circuits that convert the outputs of input converters (4) and (5) For obtaining the temporal integral value, (8), (9),
QO is a sample and hold circuit that holds the instantaneous value of the input voltage at regular intervals, and Oυ is a multiplexer that sequentially switches the input and passes the voltage value to the analog/digital converter shown in the next stage (2). Q3 is an arithmetic unit that processes the digitized numerical values using a predetermined arithmetic method in the memory circuit shown in a4).

今、抵抗RとインダクタンスLとが直列になったインピ
ーダンスを仮定し、その両端の電圧をU1流れる電流を
iとすれば、第2図(至)、(イ)の波形となる。さら
に、電圧U及び電流iの波形の時間的積分をf tJ(
t) d を及びf i (t)dtとすれば、それぞ
れゆ)、に)の波形となる。
Now, assuming an impedance in which a resistor R and an inductance L are connected in series, and if the current flowing through the voltage U1 across the impedance is i, the waveforms shown in FIGS. Furthermore, the time integral of the waveforms of voltage U and current i is f tJ(
t) d and f i (t)dt, the waveforms are y) and y), respectively.

これらの波形(イ)、ユ)、に)を一定周期Tでサンプ
リングすると、・・・;(t−2T)、 1(t−T)
、 1(t)、・・・f U (t −2T)dt。
If these waveforms (a), y), ni) are sampled at a constant period T,...;(t-2T), 1(t-T)
, 1(t),...f U (t −2T)dt.

∫U(t−T)dt、 ∫U(t)dt、・・・、ri
(t−2TMt、 f ;(t−T)dt。
∫U(t-T)dt, ∫U(t)dt,..., ri
(t-2TMt, f; (t-T)dt.

、I”1(t)dt  のデータ列が得られる。, I''1(t)dt is obtained.

電気理論より、■〜■式の関係が成立する。According to electrical theory, the relationships of formulas ■ to ■ are established.

di(t−2T) U(t−27)=R−i(t−27)十L・□    
  ■t di(t−T) U(t−T’)=R−1(t−T)十L・□     
 ■t a【 これらの式を時間積分して、0〜0式を得ることができ
る。
di (t-2T) U (t-27) = R-i (t-27) 10L・□
■t di (t-T) U (t-T') = R-1 (t-T) 10L・□
■t a [By time-integrating these equations, the 0-0 equation can be obtained.

f u(t−2TMt= R−f 1(t−2r)dt
+L・(t−2T)         ■f U(t−
T)at= R−∫i(t−T)dt +L−r (t
−r)        [相]∫U(tMt = R−
f t(t)at+L−1(t)       @一般
に、時刻t−1t(Iは整数)とすれば、[相]式が得
られる。
f u(t-2TMt= R-f 1(t-2r)dt
+L・(t-2T) f U(t-
T) at= R-∫i(t-T)dt +L-r (t
-r) [Phase]∫U(tMt = R-
f t(t)at+L-1(t) @Generally, if time t-1t (I is an integer), the [phase] formula is obtained.

∫U(t−lT)dt= R−∫i(t−1′r)dt
+L−i(t−lT)   (Ji■〜[相]式は、周
波数に関係しない一般式として表わされているから、い
かなる周波数領域においても成立する。
∫U(t-lT)dt= R-∫i(t-1'r)dt
+Li(t-lT) (Ji■~[Phase] Since the equation is expressed as a general equation that is not related to frequency, it holds true in any frequency range.

今、0式と[相]式を2元連立方程式として、行列式で
解けば、■2式と[F]ノ式が得られる。
Now, if we treat the 0 equation and the [phase] equation as two-dimensional simultaneous equations, and solve them using the determinant, we will obtain the equation (2) and the [F] equation.

従って、り式と0式の右辺で示すように、時刻を及びt
−lTのそれぞれのサンプリング値より、抵抗分R及び
インダクタンス分りとを直接計算によって求めることが
できる。
Therefore, as shown by the right-hand sides of equations ri and 0, the time and t
The resistance component R and the inductance component can be directly calculated from each sampled value of -IT.

このRとLの値は、周波数に無関係であるため、電圧や
電流に高調波が重畳されていても、正確に算出すること
ができる。
Since the values of R and L are independent of frequency, they can be calculated accurately even if harmonics are superimposed on the voltage or current.

さらに、整数lの値はいくらであってもよ< 、!=1
の場合が最も短い期間でRとLを算出することができる
Furthermore, the value of the integer l can be any value < ,! =1
In this case, R and L can be calculated in the shortest period.

この0式で得られたインダクタンスしに、角速度を乗ず
れば、リアクタンス値が得られることは公知である。
It is well known that the reactance value can be obtained by multiplying the inductance obtained by this equation 0 by the angular velocity.

第8図は、[相]式の計算手順を例示したもので、サン
プリング値∫U(t)dt、∫U(t t’r)cit
、 t(t)、 i(t lT)−∫i(t)dt、 
、ri(t−lT)dt  を図示したように、乗算処
理(18−1)、 (18−2)、 (18−J)、 
(18−4)と減算処理(19−1)(19−2)  
と除算処理−とで処理できることを示している。図示は
しないが、0式も同様に表現することができる。
Figure 8 illustrates the calculation procedure of the [phase] formula, where the sampling values ∫U(t)dt, ∫U(t t'r)cit
, t(t), i(t lT)−∫i(t)dt,
, ri(t-lT)dt as illustrated, multiplication processing (18-1), (18-2), (18-J),
(18-4) and subtraction processing (19-1) (19-2)
This shows that the process can be performed using the following steps: and division processing. Although not shown, equation 0 can be expressed similarly.

第4図は、積分値を得るための積分回路の一例を示した
もので、Q〃は演算増幅器、翰は抵抗、翰はコンデンサ
である。この積分回路は公知であり、演算増幅器?刀の
増幅率を非常に大きいとすると、Uo(t)= −−∫
UI(t)dt=に−∫U工(t)dt    Qとな
り、抵抗γとコンデンサCを適当に選べば、K=1とな
り、入力信号を積分した出力信号を得ることができる。
FIG. 4 shows an example of an integrating circuit for obtaining an integral value, where Q is an operational amplifier, the wire is a resistor, and the wire is a capacitor. Is this integrator circuit known? Is it an operational amplifier? Assuming that the amplification factor of the sword is very large, Uo(t) = −−∫
UI(t)dt=-∫U(t)dtQ, and if the resistor γ and capacitor C are appropriately selected, K=1, and an output signal obtained by integrating the input signal can be obtained.

なお、上記実施例では、0式と0式で示すように、時刻
tとt−lTのサンプリング時刻での2元連立方程式を
解くと説明したが、任意のサンプリング時刻前れた2元
連立方程式であっても良い。
In addition, in the above example, it was explained that the two-dimensional simultaneous equations at the sampling times of time t and t-lT are solved as shown by equations 0 and 0. It may be.

また、上記実施例では、抵抗分Rとインダクタンス分り
を計算するとして説明したが、メモリーαΦ内に、Rと
Lを記憶させておき、計算結果との大小を判定させるよ
うなことも可能であり、さらに、RとLより、電圧と電
流の位相差も判定させることも可能である。
Furthermore, in the above embodiment, the resistance component R and the inductance component are calculated, but it is also possible to store R and L in the memory αΦ and judge the magnitude of the calculation result. Furthermore, it is also possible to determine the phase difference between voltage and current from R and L.

また、上記実施例では、電圧と電流はそれぞれ1量づつ
導入するとして説明したが、電力系統における相と線間
の関係や、零相を含む関係などにより得られた電圧と電
流とであってもよく、上記実施例と同様の効果を奏する
In addition, in the above embodiment, it was explained that voltage and current are introduced in one amount each, but voltage and current obtained by the relationship between phases and lines in the power system, relationships including zero phase, etc. The same effect as in the above embodiment can be obtained.

また、上記実施例では、抵抗及びインダクタンスを求め
ることを説明したが、電力系統、特に送電線は、インダ
クタンス値が、送電線の距離に比例することを考えれば
、デジタル保護継電器で、送電線の事故点までの距離を
推定することが可能であり、故障点標定器として使うこ
とも可能である。
In addition, in the above embodiment, it was explained that resistance and inductance are determined, but considering that the inductance value of power systems, especially power transmission lines, is proportional to the distance of the power transmission lines, digital protective relays are used to measure the resistance and inductance of power transmission lines. It is possible to estimate the distance to the accident point, and it can also be used as a failure point locator.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、この発明によれば、電圧と電流を入力と
し、さらに、電圧と電流の時間的積分値を得て、2つの
時刻における連立方程式を計算処理するようにしたので
、高速度でかつ周波数の影響を受けないデジタル保護継
電器を得ることができる。
As described above, according to the present invention, the voltage and current are input, and the time integral values of the voltage and current are obtained to calculate the simultaneous equations at two times. Moreover, it is possible to obtain a digital protective relay that is not affected by frequency.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、この発明の一実施例によるデジタル保護継電
器、第2図は、電圧、電流、電圧積分、電流積分のサン
プリング関係を示す図、第3図は抵抗分を求める処理フ
ロー図、第4図は、積分回路の一実施例、第5図は従来
のモー要素の原理図である。 図において、(1)は電力系統、(2)は電圧変成器、
(3)は電流変成器、(4)、(5)は入力変換器、(
6) 、 (7)は積分回路、(s) 、 (9) 、
 anはサンプルホールド回路、Qυはマルチプレクサ
、(6)はアナログ・デジタル変換器、a剣は演算器、
αΦはメモリー回路、Qυは演算増幅器、翰は抵抗、翰
はコンデンサである。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
FIG. 1 is a digital protective relay according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the sampling relationship of voltage, current, voltage integral, and current integral, and FIG. 3 is a processing flow diagram for determining the resistance component. FIG. 4 is an example of an integrating circuit, and FIG. 5 is a principle diagram of a conventional Moh element. In the figure, (1) is the power system, (2) is the voltage transformer,
(3) is a current transformer, (4) and (5) are input converters, (
6), (7) are integral circuits, (s), (9),
an is a sample hold circuit, Qυ is a multiplexer, (6) is an analog-to-digital converter, a is a computing unit,
αΦ is a memory circuit, Qυ is an operational amplifier, a wire is a resistor, and a wire is a capacitor. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or equivalent parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 電力系統の電圧及び電流を、一定周期でサンプリングレ
デジタル変換後、その数値に基づき演算処理する保護継
電器において、電圧の時間的積分値を導出する電圧積分
回路と電流の時間的積分値を導出する電流積分回路とを
設け、前記デジタル保護継電器は、前記電圧、電流及び
、前記電圧積分回路及び電流積分回路の出力を、それぞ
れ、同一時刻、同一サンプリング周期Tで取り込むこと
当該サンプリング時刻tと、所定サンプル数lだけ隔れ
たサンプリング時刻t−lTにおける前記電流及び前記
電圧積分回路及び電流積分回路の出力をそれぞれ、 i(t)、i(t−lT)及び∫U(t)dt、∫U(
t−lT)dt、∫i(t)dt、∫i(t−lT)d
tとしたとき、次式 R=[∫U(t)dt・(t−lT)−∫U(t−lT
)dt・i(t)]/[∫i(t)dt・(t−lT)
−∫i(t−lT)dt・i(t)]L=[∫i(t)
dt・∫U(t−lT)dt−∫i(t−lT)dt・
∫U(t)dt]/[∫i(t)dt・i(t−lT)
−∫i(t−lT)dt・i(t)]または、これと等
価な式により、電力系統の抵抗分及びインダクタンス分
を測定、または判定することを特徴とするデジタル保護
継電器。
[Claims] In a protective relay that performs sampling-to-digital conversion of the voltage and current of a power system at a constant cycle and then performs arithmetic processing based on the converted values, there is provided a voltage integrator circuit that derives a time-integrated value of voltage and a time-based current. and a current integrator circuit for deriving a specific integral value, and the digital protective relay captures the voltage, the current, and the outputs of the voltage integrator circuit and the current integrator circuit at the same time and at the same sampling period T, respectively. The outputs of the current, voltage integration circuit, and current integration circuit at sampling time t and sampling time t-IT separated by a predetermined number of samples l are expressed as i(t), i(t-IT), and ∫U( t) dt, ∫U(
t-lT)dt, ∫i(t)dt, ∫i(t-lT)d
When t, the following formula R = [∫U(t)dt・(t-lT)-∫U(t-lT
)dt・i(t)]/[∫i(t)dt・(t-lT)
−∫i(t-lT)dt・i(t)]L=[∫i(t)
dt・∫U(t-lT)dt-∫i(t-lT)dt・
∫U(t)dt]/[∫i(t)dt・i(t-lT)
-∫i(t-lT)dt·i(t)] or an equation equivalent thereto to measure or determine the resistance and inductance of a power system.
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