JPS62290318A - デイジタル保護制御装置 - 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】 ３、発明の詳細な説明 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はディジタル値に基づき、電力系統の保護制御を
行なうディジタル保護制御装置に関するものである。

（従来の技術） 電力系統の保護制御については、その役割の重要性から
高い信頼性と豊富な１能を持つディジタル技術の適用が
急速に進みつつある。電力系統の電気量をディジタル的
に処理するためには、系統の電流、電圧をサンプリング
し、ディジタル量に変換する必要がある。系統電気量の
サンプリングを行なう際のサンプリング時間のとり方は
、一般に２つのとり方がある。

第１の方法は系統の周波数に関係なく、一定の周期でサ
ンプリングを行なう方法であり、第２の方法は、例えば
特開昭５１７８３１９号或いは特開昭５Ｇ−１５０９１
７号公報に示されているように、・サンプリング周波数
を系統の周波数に比例して変化させ、常にサンプリング
の電気角が一定になるように制御してサンプリングする
方法である。そして、第１の方法は、保護装置としての
系統事故時のインピーダンスを微分法等のアルゴリズム
で計算するのに適したサンプリング方法であり、第２の
方法は、制御装置として系統の電流、電圧、電力（潮流
）状態を正確に計算する場合に適したサンプリング方法
である。

従来の装置では上記の分類に従い、保護装置においては
第１の一定時間周期サンプリング、高精疫を要求される
制御装置においては、第２の１定電気角サンプリング方
式を使用する必要があった。

（発明が解決しようとする問題点） 一方、最近の傾向として、変電所等のディジタル保護装
置とディジタル制御装置を結合し、系統電気量のディジ
タル化データを、保護装置と制御装置の両方で共通に利
用するシステム構成が開発されつつある。

このようなシステムでは、前記第１及び第２のサンプリ
ング方式のどららを採用しても、保護又はυ制御装置の
いずれかの結果に誤差を生ずる。

一定サンプリング時間間隔のデータから電力値を演口す
る場合の計募例を、下記第１式から第３式に示す。第１
式及び第２式は定格周波数におけるサンプリング間隔が
３０°のシステムにおいて、系統周波数の変動のために
、サンプリング周波数が系統周波数の整数倍からずれた
場合の系統電圧及び電流のサンプリング値、第３式は第
１式及び第２式で表される電圧・電流値より電力値を計
算した場合の変動分を示す。

ｔｒ、　　＝Ｖｓｉｎ　　（ωｔ−ｎ（１＋ε）　３０
”　　）　　　　・（１）ｔ、Ｌ　＝ｌｓｉｎ（ωｔ＋
θ−０（１＋ε　）　３０°　）　　・　（２）Ｗ＋ａ
　ｗ＝　Ｖ　Ｉ　（ｃｏｓθ−ｃｏｓ　（２ωｔ＋ｅ　
−（１＋５　）９０°　）　ｃｏｓ（１＋ε）９０°　
］　　　　　　　　　　　・・・（３）但し、ｔｒＬ、
υルは電流、電圧の瞬時値θは電流、電圧間の位相差 ωは系統の角周波数 ｎはサンプリング番号 ΔＷは電力値の計算結果の変動分 εは系統周波数の変動率 上記の計算例より、系統周波数の変動により系統電流及
び電圧のサンプリング電気角が５％変動すると、電力の
計算値は８％弱の変動（ΔＷ）を生じる結果が得られる
。

又、一定サンプリング電気角のデータから系統事故時の
インピーダンスを微分法によるアルゴリズムから求める
場合、演粋結果は、系統周波数の変動分と同一割合の測
距誤差を生じる。

なお、微分法による系統のインピーダンスの計算方法は
、例えば特開昭６０−３９３１２号公報に詳しい。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、保護装
置と制御装置を結合した時の、サンプリング方法の違い
による精度の低下を防ぎ、装置間のデータ共用を効率的
に行ない得るディジタル保護制御装置を提供することを
目的としている。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するための構成を、実施例に対応する第
１図を用いて説明すると、本発明は系統周波数によらず
一定時間周期の信号を発生する第１の信号発生手段４と
、系統周波数に比例した周波数の信号を発生する第２の
信号発生手段５と、電力系統における事故発生を検出し
、事故検出中は選択信号を出力する手段３と、前記第１
の信号発生手段４の出力及び第２の信号発生手段５の出
力を入力し、前記選択信号入力中は、前記第１の信号発
生手段の出力をサンプリング信号として出力し、前記選
択信号が入力しない時は、前記第２の信号発生手段の出
力をサンプリング信号として出力する選択手段６から構
成されている。

（作用） 系統事故を検出する手段３は、常時系統電気すを監視し
ている。そして、系統に事故が発生していない状態では
、選択信号ＳＬを出力しない。

この場合、選択回路６は一定の電気角で系統電気量をサ
ンプリングするための信号Ｓ＾をサンプリング信号Ｓと
して出力する。

又、系統事故が発生すると、系統事故を検出する手段３
から選択信号ＳＬが出力し、これを受けた選択回路６は
、サンプリング信号Ｓを一定時間間隔の出力信号Ｓ６に
切換えて出力する。

（実施例） 以下図面を参照して実施例を説明する。

第１図は本発明によるディジタル保護制御装置の一実施
例のブロック構成図である。

第１図において、１は系統からの電気量をサンプリング
信号Ｓに応じてサンプリングするサンプルホールド回路
、２はサンプルホールド回路１の出力をディジタル量に
変換するＡ／Ｄ変換鼎、３はＡ／Ｄ変換器２の出力する
ディジタル信号を入力とし、系統の事故発生を検出する
ＣＰｕを示す。又、４は常時一定の時間間隔で、出力信
号Ｓ６を出力する第１の発振器、５は系統からの入力信
号により制御され、常に系統の周波数に比例した周波数
の出力信号Ｓ＾を出力する第２の発１ｆｌ器、６は第１
及び第２の発振器４．５の出力信号Ｓｔ及びＳ＾を入力
とし、ＣＰＵ　３からの選択信号ＳＬに従ってサンプリ
ング信号Ｓを出力する選択回路を示す。

系統の保護に関する高精度の演算は、系統が正常に動作
している状態では高精度に行なう必要はなく、事故が生
じたと考えうる状態でのみ動作すれば良い。

従って、系統の定常時には、ｉ定の電気角に従ったサン
プリングを行なって制御用の演算を高精度に行ない、事
故発生を検出した時のみ、一定時間間隔サンプリングに
方式を切換える。これにより、定常時の高精度の制御用
演算及び系統事故検出時の高精度の保護に適したディジ
タルデータが得られる。

第２図は第１図におけるＣＰＵ　３のサンプリングに関
する処理を示すフローチャートである。第１図のＣＰＵ
　３は、Ａ／Ｄ変換器２によりディジタル量に変換され
た系統電気量を常時監視している。そして第２図に示さ
れるように、系統に事故が生じていない状態では、ＣＰ
Ｕ　３は選択信号ＳＬを出力しない。選択回路６は選択
信号ＳＬが入力しない場合、一定の電気角で系統電気量
をサンプリングするための信号Ｓ＾をサンプリング信号
として、サンプルホールド回路１へ入力する。この状態
で、Ａ／Ｄ変換器２の出力として得られるディジタルデ
ータは、系統電気量を一定の電気角でサンプリングした
ものであり、制御用の演算（例として電力や位相差の算
出等）を高精度に行なうことが出来る。

又、あり画用の演算はＣＰＵ　３で行なっても良いし、
Ａ／Ｄ変換器２の出力するディジタルデータを他のＣＰ
ｕにデータとして入力し、制御用演算を行なう構成をと
っても良い。

次に、系統に事故が生じると、ＣＰＩＩ　３は系統電気
量の入力値変動等より、事故発生を検出する。

ＣＰＵ　３は第２図のフローチャートに従って選択信号
ＳＬを出力する。選択回路６は、選択信号Ｓ［が入力す
ると、サンプリング信号Ｓを一定時間間隔の出力信号Ｓ
ｔに切換える。

以上の処理により、事故発生中のディジタルデータは、
一定時間間隔でサンプリングされたものとなり、微分法
或いはそれと同様な方法で行なわれる保護演算を高精度
で行なうことが出来る。

次に、系統が事故状態から正常状態に復帰すると、ＣＰ
ｔ１３は選択信号ＳＬを復帰させ、サンプリング信号Ｓ
を再び１定電気角サンプリングに切換え、高精度の制御
演算を行なう状態に復帰する。　本実施例において、　
ＣＰＵ　３が系統事故を検出する手段としては、例とし
て、下記の検出方法を始めとする多くの手段が使用でき
る。

（イ）過電流検出 （ロ）電流変化幅検出 （ハ）不足電圧検出 （ニ）電圧変化幅検出 （ホ）地絡過電圧検出 （へ）電流補償付不足電圧検出 （ト）地格過電流検出 本発明において、系統の周波数に応じて出力信号の周波
数を変化させ、常に一定の電気角でサンプリングを行な
う第２の発振器５の構成方法としては、各種の方式があ
るが、ここでは一般にＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ　Ｌｏｃｋ　
Ｌｏｏｐ　）方式として知らレル回路を説明する。

第３図はＰＬＬ回路の一構成例であり、入力信号Ｉの整
数（ｎ）倍の周波数の信号Ｓ＾を出力する回路として広
く知られているものである。ＰＬＬ回路の帰還ループ内
に周波数分周器９を挿入することにより、位相比較回路
７の比較出力は、電圧ｉ制御発振器８の出力周波数の１
／ｎ（ｎは分周器９の分周比）の周波数となる。

又、ＰＬＬ回路は広く知られているように、位相比較回
路７に入力される基準入力信号に対して、比較入力信号
が同周波数、同位相になるように系全体が制御される。

従って、基準入力信号Ｉの周波数をｆｏとすると、分周
器９の出力周波数もｆｏになるように制御され、結果的
に電圧制御発揚器８の出力には、入力信号Ｉと同期し、
かつ周波数が整数倍（ｎｆｏ）の信号Ｓ＾が得られる。

この信号ＳＡをサンプリングに使用した場合、サンプリ
ング電気角は３６０°／ｎとなり、系統周波数ｆｏの変
化に無関係に、常に一定の電気角でサンプリングを行な
うことが出来る。

以上述べたように、上記実施例によれば、系統正常時は
第２の発振器５の出力する信号Ｓ＾により一定の電気角
でサンプリングを行ない、事故検出時には第１の発振器
４の出力する出力信号Ｓｔにより時間間隔一定のサンプ
リングを行なう。これにより系統正常時の制御用演算及
び事故時の保護用演算の両方を高精度に行なうことが可
能なディジタルデータを得ることが出来る。

上記実施例では事故発生時に行なわれる演算を保護のた
めの演算として説明したが、本発明はこれに限るもので
はない。例として、故障点標定等の様に、直接保護とは
結びつかないが、一定時間間隔でサンプリングされたデ
ータが必要な演算に対しても適用可能である。

本発明は、前記実施例の他、下記に示す変形例を構成す
ることも可能である。

■第１図に示した本発明の一実施例では、第１及び第２
の発振器４及び５は全く独立に発振するものとして説明
したが、本発明はこれに限るものでは６い。即ち、切換
時のサンプリングタイミングの大幅な変動を防ぐために
、常時は第１の発振器４を第２の発振器５と同期させて
おくことも可能である。

第４図及び第５図に、上記構成時の切換時タイミングチ
ャート及び構成例を示す。

正常時、系統周波数と同期した第２の発振器５は、舖を
介して第１の発振器４を制御する。これにより系統が正
常な状態では、第１の発振器４の出力するサンプリング
信号Ｓは、第４図に示すように第２の発振器の出力信号
Ｓ＾と同期し、系統の周波数に応じた一定の電気角でサ
ンプリングを行なう。

又、系統の事故を検出した場合、ＣＰｔ１３は選択信号
ＳＬを介してＳＷを開き、第１の発振器４に対する第２
の発振器５の制御を停止させる。これにより第１の発振
器は、予め定められた１定周期Ｔのサンプリング信号を
出力し、一定の時間間隔でサンプリングを行なう。

上記各実施例（第１図、第５図）では、サンプリング信
号の選択はＣＰＵ　３がＡ／Ｄ変換器２の出力信号より
系統事故を検出する構成として説明したが、本発明はこ
れに限るものではない。系統事故の検出はＣＰＵ　３に
限るものではなく、他の系統雷気吊を入力とした他のア
ナログ／ディジタル回路にて行なっても、全く同様に実
現できる。

■上記各実施例では、第１及び第２の２つの発振器を使
用するものとして説明した。しかし、一つの発振器のみ
でも本発明の渫能を実現できる。

第６図は一つの発振器のみで実施する場合の構成因、第
７図はその際、使用する発振器の構成例図である。なお
、発振器１０は、第３図に示したＰＬＬ回路を変形した
ものである。

第７図において、位相比較回路７と電圧制御発振器８と
の間にはスイッチング回路Ｓ−が挿入されており、電圧
制御発振器のＰＬＬ制御を停止することが出来るよう構
成されている。スイッチング回路ＳＷは、選択信号ＳＬ
が入力した時のみ開く。

次に、動作説明をする。第６図において、発振器１０は
第７図に示す構成を有し、系統電気ｆｆ１ｌ及び選択信
号ＳＬにより制御されたサンプリング信号Ｓを、サンプ
ルホールド回路１へ出力する。

系統が正常な状態ではスイッチング回路Ｓ−は閉じてお
り、電圧制御発振器８は位相比較回路７の出力する制御
信号により、系統の周波数ｆｏの整数倍の一定の電気角
でサンプリングを行なうための信号を出力する。事故発
生時には、ＣＰＵ　３が選択信号ＳＬを出力してスイッ
チング回路Ｓ−を開く。

その結果、位相比較回路７の出力信号による電圧制御発
振器８のｉ制御は停止し、電圧制御発振器８は一定の周
波数にて発振を開始する。

これにより一定周波数のサンプリング信号Ｓがサンプル
ホールド回路１へ入力されることになり、Ａ／Ｄ変換器
２の出力には、一定時間間隔でサンプリングされたディ
ジタルデータが得られる。

以上の構成により、一つの発振器のみで系統正常時の一
定電気角でサンプリング及び事故発生時の一定時間間隔
のサンプリングの両方を行なうことが可能となり、経済
的なシステム構成が可能である。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、系統
が正常に運用されている状態では一定電気角でサンプリ
ングによりデータを取込むことにより、高精度なυ制御
演口を可能とすると同時に、系統事故発生時にはサンプ
リング時間間隔を一定に制御して、高精度な保護演算を
可能としている。

これにより、系統の正常時及び事故時とも高精度の演算
を行なうことが可能となり、系統電気量のディジタルデ
ータを保護、制御の両方で共用することが可能となる。

その結果、高信頼性かつ経済的なディジタル保護制御装
置を構成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるディジタル保護制御装置の一実施
例の構成図、第２図はＣＰｕの処理を示すフローチャー
ト、第３図は本発明で使用する発振器の一構成例図、第
４図は本発明の一変形例を説明するタイミング図、第５
図は本発明による一変形例の構成図、第６図は他の変形
例の構成図、第７図は発振器の他の変形例図である。 １・・・サンプルホールド回路 ２・・・Ａ／口変換器　　　　　３・・・ＣＰｕ４・・
・第１の発振器　　　　５・・・第２の発振器６・・・
選択回路　　　　　　７・・・位相比較回路８・・・電
圧制御発振器　　　９・・・分周器１０・・・発振器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電力系統の電気量を入力とし、前記入力量をサン
   プリング回路によるサンプリングの後、ディジタル量に
   変換して処理を行なうディジタル保護制御装置において
   、系統周波数によらず一定時間周期の信号を発生する第
   １の信号発生手段と、系統周波数に比例した周波数の信
   号を発生する第２の信号発生手段と、電力系統における
   事故発生を検出し、事故検出中は選択信号を出力する手
   段と、前記第１の信号発生手段の出力及び第２の信号発
   生手段の出力を入力とし、前記選択信号入力中は前記第
   １の信号発生手段の出力をサンプリング信号として出力
   し、前記選択信号が入力しない時は、前記第２の信号発
   生手段の出力をサンプリング信号として出力する選択手
   段を備えことを特徴とするディジタル保護制御装置。
2. （２）第１の信号発生手段として第１の発振器、第２の
   信号発生手段として第２の発振器を備えたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のディジタル保護制御装
   置。
3. （３）選択信号が入力しない時は、発振器の出力周波数
   を系統周波数により制御し、選択信号入力中は発振器の
   出力周波数を一定値に保つことにより、第１及び第２の
   信号発生手段を一つの発振器で実現することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のディジタル保護制御装置
   。