JPS6392216A - デジタル保護継電器 - Google Patents

デジタル保護継電器

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JPS6392216A
JPS6392216A JP23655786A JP23655786A JPS6392216A JP S6392216 A JPS6392216 A JP S6392216A JP 23655786 A JP23655786 A JP 23655786A JP 23655786 A JP23655786 A JP 23655786A JP S6392216 A JPS6392216 A JP S6392216A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電力系統の事故を検出するデジタル保護継
電器に関するもので、特に電流補償付不足電圧継電器に
関するものである。
〔従来の技術〕
第10図は例えばIEE発行の Conference
Publication  N1249 April 
 1985年 50ページ〜54ページに示された従来
の電流補償付不足電圧継電器(以下UVZと呼ぶ)の回
路構成図であり、図において、(1)は電圧変成器、(
2)は電流変成器。
(3)、 (4)は電圧、電流をUVZの入力に変換す
る入力変換器、(5)は移相器、(6)は電流補償量を
設定する設定器、 (7) 、 (8)は交流の半波期
間のみ通過させる半波整流器、(9)は検出レベルを与
える整定器、00は大きさを比較判定する比較器、(6
)は時限回路であり、(6)で示すUVZを構成する。
次に第11図と共に動作について説明する。電力系統か
ら得た電圧V及び電流Iは、それぞれの入力変換器(3
)及び(4)によって絶縁して導入される。
電流Iは、移相器(5)で角度Φだけ移相するが、この
角度は、送電線事故時の電圧と電流の位相差に相当する
角度が選定され、75°程度となる。この移相した電流
I〈Φを、電流の補償量Zを決定する設定器(6)に与
えると、ZIの電流補償分が得られる。電圧■及び電流
補償分ZIとを、それぞれ半波整流器(7)と(8)を
通し、整定値k。とを比較器Q1に加えると、第11図
に示すように、ZI軸上を原点として、大きさに0で囲
まれた長円形の軌跡が得られ、電圧Vが、この長円形の
範囲内にあれば、比較器θGから出力が出る。この出力
を、時限回路αυで所定時間確認して、OUT端子に判
定結果を出力する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来のUVZは以上のように構成されているので交流の
半サイクル毎に1度の判定処理しか出来ないため、事故
が発生して検出するまでの時間は、見逃し時間の最大が
半サイクルと判定時間が半サイクルで、1サイクル必要
になり、事故検出時間が遅いという問題点があった。ま
た、回路構成がアナログ回路であるため、ドリフトの影
響や部品の経年変化の影響が考えられ、そのために、調
整に時間がかかり、検出感度に出来ないなどの問題点が
あった。さらに、最近発達してきている、デジタル変圧
器及びデジタル変流器からのデジタル信号を受けること
ができないため、使用できる範囲が限定されてくる問題
点が出て来ている。
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、マイクロプロセッサを用いて数値演算処理す
るため、高速度で判定でき、かつドリフトや経年変化を
考慮する必要のないUVZを得ることを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係るUVZは、電圧及び電流をデジタル値に
変換し、演算処理により電流補償を付加した不足電圧継
電器を実現したもので、演算処理に使用するサンプリン
グデータ数を少なくして、高速度検出を可能にするとと
もに、アナログ回路で問題となったドリフトや経年変化
の影響を少なくして高信頼変化を達成したものである。
〔作用] この発明におけるUVZは、その特性を実現させるため
に、電流補償係数を設け、電圧との差分を演算した差分
量の大きさと電圧自身の大きさとの和が、tX流補償量
の大きさを定数倍したものと比較して、その大小を判定
する第1の判定要素と前記差分量の大きさを所定値と比
較して、その大小を判定する第2の判定要素と、電圧自
身の大きさを、所定値と比較して、その大小を判定する
第3の判定要素とを備え、第1第2と第3の判定要素の
いずれかが判定したとき事故検出するようデジタル演算
処理したので、高速度で判定できる効果があり、さらに
、デジタル演算処理によって、ドリフトや経年変化の少
ない長期的に安定した特性を保持することができる。
〔実施例〕
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、(至)及びα→はフィルタで、周知の如<
、電圧及び電流に含まれる高調波のうち、サンプリング
周波数の4以上の周波数を除去するもの、αつ及びα・
はサンプルホールドで、サンプリング値を次のサンプリ
ング周期まで保持するもの。
α力はマルチプレクサで、サンプルホールドM及びQf
9の出力を順次切り替えて、アナログデジタル変換器a
枠に伝達するもの、a9はマイクロプロセッサで、メモ
リー翰にあらかじめ収納されているプログラムを利用し
て、演算を実施し、その結果を、出力回路Qυ及び(イ
)に出力させるものである。
第2図は、電圧V及び電流工をサンプル信号で、同一時
刻にサンプルして取り出し、それを次のサンプル信号が
来るまで保持するサンプルホールドの動作を示した波形
図であり、この値を、デジタル値に変換して処理するこ
ととなる。
第3図は、この発明の一実施例の特性を実現する手段を
説明するためのベクトル図であるが、実際は、デジタル
演算で実現させている。息下の説明でベクトル図が現わ
れた場合も同様である。電流工に対して、位相をΦだけ
移相し、大きさを2倍したベクトルZIを導出し、電圧
Vとの差分を求めると、ベクトル(V−ZI)となる。
ベクトル(v−zBの大きさと、電圧ベクトルVの大き
さとの和を求め、この値が一定値になるようにすれば、
そのときの電圧Vの軌跡は、公知の如くだ円となる。た
だし、電流工が大きくなるに従い、ベクトルZIが大き
くなり、(V−ZI)が大きくなるため、■との和を一
定値とした式では、だ円が段々と細くなってしまう。従
って、この一定値の代りに、ベクトルZIの大きさに比
例したものとして、kを定数としてkxlZIlとして
式で表わすと、■式が、だ円の内側の特性となる。
+Vl+1V−ZII≦k・IZI l・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・■この
だ円の内側の特性を第1の判定要素として、特性@で表
わす。一方、前記の差分のベクトル(V−ZI)の大き
さが、一定値に1よりも小さい範囲を求めると、0式と
なり、ベクトルZIの先端を中心とした半径に、の円と
なる。
IV−ZII ≦に1・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
■これを第2の判定要素として、特拙[相]で表わす。
さらに、電圧■の大きさを求め、これが一定値に0より
も小さい範囲を求めると0式となり、原点中心の円とな
る。
IVI≦ko・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・■これを第3の判定要素として、特性@で表わ
す。
従って、前記第1と第2と第3の判定要素の論理和をと
れば、第3図の実線で示した特性が得られ、判定出力を
、第1図の出力回路?υから出力させることにより、U
VZ(IJが検出したことが判明する。
第4図はこの発明のUVZを実現する演算処理方式の一
例を説明するフローチャート図である。
以下の説明では、サンプリング周波数を、電圧及び電流
の周波数の12倍、すなわち、電圧及び電流の周波数に
対して、電気角80°とし、記号をTとして示す。現サ
ンプリング時点のデータには、サフィックスで(1)と
し、30°、60°、90°、・・・前のデータは、(
t−T)、 (t−2T)、 (t−8T)、・・・と
示すこととする。従って、電圧及び電流は、位相差をθ
とすれば、 v (t−nT)=Vsin ((wt十〇)−80°
Xn)=Vsin ((wt十θ)−nT)・・・・・
・・・・・・・・・・・伸i(t−nT)=Isin(
wt−nT)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・[相]ただし、n = 1.2.8.・
・・・・・となる。以下の説明は一例として、(t)、
  (t−T)。
(t−8T)、 (t−4T)のデータを用いる。
先づ、第1の判定要素曽について説明する。
1(t)翰と1(t−T)@のデータを用いて、電流I
を位相角Φ=75°移相すると i (t+75°)=I sin (wt+75°)=
I (0,2588sinwt+0.9659cos 
wt )−・■一方、i (t−T)=I sin(w
t−80°)= ’T I s in wt−+ I 
cos w t=優1(t)−責Icoswt・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・■■を■に代入す
れば i(t+75°)=0.25881(t)+0.965
9(J?ri(t)−2i(t−T))=1.9819
(i(t) −i (t−T) )・・・・・・・・・
・・・・・■が得られ、減算(ハ)と、乗算(ト)で実
現できる。
これに、電流補償l!lZ■を乗じて、Z i (t+
75°)を求める。V(t)0ηと、Zi(t+75°
)の減算■を実行すると差分 D(t)=v(t) −Zi (t+75°)=v(t
)−1,98192(1(t)−1(t−T))・−・
−=・−■の演算が実行されたことになる。同様にして
i(t−aT)m、1(t−4T)H,v(t−a’r
)mなる3 T= 90゜前のデータより i (t+75°−a’r) =Isin(wt+75
°−8T)=1.9819 (i (t−a’r)−i
 (t−4T))・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・[相]が電流補償量Z@に、また D(t−8T)=v(t−8T)−1,98197(i
 (t−a’r)−i (t−4T))・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・■が減算(至)に求められる。
正弦波の場合は、8 T ; 90’位相差のあるデー
タの2乗和の平方根が、正弦波の大きさを表わすことが
公知である。従って、減算(至)の2乗に)と、減算■
の2乗(6)の和(6)の平方根輪を求めると、(Dて
t) +D”(t−aT) )’2=((v(t)−Z
i(t+75°))2+(V(t−a’r)−Zi(t
+750−8T) )z)V2=(vit)−2X1.
9819Zv(t)(1(t)−i(t−T) )+1
.9819”Z”(1(t)−i(t−T) )”+v
”(t−a’r)−2X 1.9819Zv(t−8T
) (i (t−a’r)−i(t−4T) )+1.
9819”Z2(i (t−s’r) −i (t−4
7)P戸=(V2−2VZ I cos (75°−〇
)+(ZI)2西・つとなる。
電圧Vは、v(t) 01)の2乗−とv(t−s’r
)@の2乗に)の和(至)の平方根G1ηを求めると(
v2(t) + v”(t −B T ) )j’2=
 (V2s in”(wtn)+w”S in”(w 
t+θ−8T))ち=V・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・@となる。この
、0式と0式の和(財)を求めたものが、■式の左辺に
相当する。
一方、電流補償量の大きさは、Z(7)の2乗θ9とZ
@の2乗■の和(財)の平方根めであり、これに定数k
(至)を乗じたものは k (Z”i”(t+75°)+Z”i (t+75°
−aT))’t=kZ I (Sin”(wt+75°
)+5in(Wt+75°−BT)μ=kz I・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・■となり、0式は、■式の右辺に相当する。従
って0式、0式、0式を■式に当てはめると、v+(v
2−2VZIcos(75°−〇)+ (Z I )2
)’2≦kZI・@の結果が比較演算(財)に得られる
0式を展開すると V2−2VZIcos(75°−0)+(ZI )2<
= k2(ZI )2−2Vk(ZI)+V2 、°、V≦ZI(k2−1)/ 2(k−cos(75
°−〇))・・・・・・・・・・・・■となり、電流補
償量ZIと電圧Vの関係式が、その位相差(75°−θ
)の関数として表現できる。電流補償量の移相角を進み
75°としたが、−膜化してΦとおくと、 VS2 I (k”−1) /2 (k−cos (I
−6) )−・・・−@とじて表わすことができる。
第6図は、kをに=1.2  とに=1.5に設定して
電流補償量のベクトルZI と電圧■との位相差(Φ−
θ)をθ°から880°まで変化させた場合のZIニ対
t ルV(7)大!k サ(D係数(k2−i)/2(
k−cos(Φ−〇))を求めたものである。
また、第6図の(イ)と(ロ)は、第5図を図示したも
ので、それぞれに=1.2.Φ=75°としたときの[
相]式のVの範囲を示したもので、だ日持性が得られて
いる。従って、電圧Vが、このだ円の内側であれば、演
算の判定条件が成立し、第1の判定要素翰が得られる。
次に、第2の判定要素(ハ)について説明する。
前記差分のベクトル(V−ZI)の大きさを求めた平方
根−の値は、0式で与えられているから、これを0式に
相当した式で表わすと、定数に16eを比較演算ωして (’P−2VZ I co s (75°−〇)+(Z
I)2)′/2≦kr・・−@、、V=Z I cos
 (75°−f) )+ (Z I 丙cos” (7
5’−e )。
−1)+k”f・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・0となる。
第7図は、k1曽をに1=0.4ZIとに1=0.2Z
Iに設定したときの電流補償量のベクトルZIと電圧V
との位相差(75°−〇)をθ°から20’まで変化さ
せた場合のZIに対するVの大きさの係数 cos (
75°−〇)±また、第3図の(イ)と仲)は、第7図
を図示したちので、それぞれに1==o、4ZI及びに
1=o、2ZIとしたときの0式のVの範囲を示したも
ので、ベクトルZIの先端を中心として、半径に、の日
持性が得られている。従って、電圧Vが、この円の内側
であれば、演算の判定条件が成立し、第2の判定要素(
ハ)が得られる。
次に、第3の判定要素(7)について説明する。
電圧Vが所定値k。以下に低下した場合を判定するもの
として、平方根(471と定数k。蜀を比較演算(至)
して、  (v”(t)+v”(t−a’r) )’2
 =V≦に0・・−・−・・−−−−・−・eとすれば
、これは、原点を通り、半径k。の円となり、電圧■が
、この円内であれば演算の判定条件が成立し、第3の判
定要素(7)が得られる。従って第1と第2と第3の判
定要素の論理和翰を得れば第3図実線の特性がOUTの
端子に得られる。
第9図は、この発明によるUVZの検出時間を算出する
ための説明図である。(イ)は電圧V、(ロ)は電流工
でVより75°遅れ位相、(ハ)は電流補償量でΦ=7
5°としたもの、Hは電圧Vに電流補償を施こし、(V
−ZI)としたもの、(ホ)は[相]式の振幅値演算結
果、(へ)はサンプリング時刻であり、時刻(t−5T
)を過ぎた直後のF点で事故が発生したものとした。事
故発生後のf→の電流補償量は、事故発生後の7流1(
t−4T)と1(t−a’r)で求められるため、時刻
(t=s’r)以降から正確な値となる。
従って、(ホ)の振幅演算は、1(t−4T)が確立し
た値となる時刻を以降で、事故後の正確な値になるため
、0式又は0式が成立する検出時間の最大は、事故発生
後 ((t−4T)−(t−5T))+(t−(t−4T)
)+((を十T)−t )=6T すなわち、80°X6=180’相当時間となり、これ
は、電力系統のんサイクルになる。具体的には、50田
の電力系統では、(イ。) X (/2 ) sec 
=10 m5ecである。
なお、上記実施例では、正弦波の大きさを求める方法と
して、8T=90°前後のデータを利用する方法につい
て示したが、80°毎や60°毎のデータを、(v”(
t)+v” (t−T)−J31rv(t)v(t−T
) )’5=V(sin′(wt+θ)+sin2(w
t+θ−T)  jTjiH(wt+θ)sin(wt
十θ−T ) )3’2 = −Y−= −・4)(v
2(t)−v2(t−T)+v2(t−2T) )”2
=V(sin2(wt+θ)−sin”(wt+θ−T
)+sin、(wt+θ−2T))’i=債v・・・・
・・・・・・・・・・・・・・■のように利用しても同
様に演算することができる。
この0式の場合は、時刻tと(t−T)のデータを利用
するため、電流補償量の演算も、(t−T)の時刻に1
(t−T)と1(t−2T)のデータを使うとして、そ
の検出時間は ((t−2T)−(t−aT) )+(t−(t−2T
) )+((t+T)−t )=4T すなわち、電力系統を50庵とすれば (′/)×(800x4/86o0)SeC=6.67
m5eCの高速度検出が可能となる。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、デジタル演算処理方
式を用いて、UVZの特性を実現させるために、電流補
償係数を設け、電圧との差分を演算した差分量の大きさ
と、電圧自身の大きさとの和が、電流補償量の大きさを
定数倍したものと比較して、その大小を判定する第1の
判定要素と、前記差分量の大きさを、所定値と比較して
、その大小を判定する第2の判定要素と、電圧自身の大
きさが、所定値と比較して、大小を判定する第3の判定
要素とより成るように構成したので、事故を高速度で検
出でき、また、長期的に安定した特性を保持させること
ができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例によるUVZを示す回路構
成図、第2図はサンプルホールドの動作説明図、第3図
はこの発明の特性を示した説明図、第4図は演算処理方
式を説明するフローチャート図、第5図は、第1の判定
要素の電圧と電流補償量との関係図、第6図は第1の判
定要素の特性図、第7図は第2の判定要素の電圧と電流
補償量との関係図、第3図は第2の判定要素の特性図、
第9図は検出時間を算出する説明図、第10図は従来の
UVZの回路構成図、第11図は従来のUVZの特性を
示す図である。 (1)は電圧変成器、(2)は電流変成器、(3)、 
(4)は入力変換器、(5)は移相器、(6)は設定器
、(7)、(8)は半波整流器、(9)は整定器、αQ
は比較器、αυは限時回路、(6)はUVZ、(至)、
α→はフィルタ、Q5.αQはサンプルホールド、αη
はマルチプレクサ、(至)はアナログデジタル変換器、
a旧よマイクロプロセッサ、翰はメモリ、(zg、(ホ
)は出力回路、轍、(ハ)、(ハ)はUvzの特性、(
ホ)、@、0刀、(至)INI(至)は入力データ、@
、(至)、(至)、(至)は差分演算手段、翰、(1)
、(至)。 (ロ)、酸は乗算演算手段、輪、θυ、■、(ハ)、蜘
2句は2乗演算手段、(6)、に)、(財)、6旧よ加
算演算手段、(財)、0η、鰺は平方根演算手段、(財
)、e4.(財)は比較演算手段、m、a71は整定値
、6gは論理和手段。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 電力系統の電圧及び電流を、一定周期でサンプリングし
    、デジタル変換後、その数値に基づき演算処理して、電
    力系統の事故を検出するデジタル保護継電器において、
    前記電流を移相演算により所定位相分移相する手段と、
    前記移相演算結果を倍率演算により所定の大きさに変換
    する手段と、前記電圧と前記倍率演算結果とを差分演算
    により差を得る手段と、前記差分演算結果を第1の振幅
    値演算により大きさを算出する手段と、前記電圧を第2
    の振幅値演算により大きさを算出する手段と、前記第1
    と第2の振幅値演算結果を加算演算により合成する手段
    と、前記加算演算結果と前記倍率演算結果に第1の定数
    を乗じた演算結果との比較演算により大小を判定する第
    1の判定要素と、前記第1の振幅値演算結果と第2の定
    数との比較演算により大小を判定する第2の判定要素と
    、前記第2の振幅値演算結果と第3の定数との比較演算
    により大小を判定する第3の判定要素とを備え、前記第
    1の判定要素と、前記第2の判定要素と、前記第3の判
    定要素との論理和により、事故判定することを特徴とす
    るデジタル保護継電器。
JP23655786A 1986-10-03 1986-10-03 デジタル保護継電器 Granted JPS6392216A (ja)

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