JPS6394172A - 短絡の高速認識装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ディジタル比較回路内で予め決定回部な限界
値と比較されて引外し命令を発する、電流値に対する電
子的測定および処理装置により、短絡を高速で認識して
電気的引外し命令を発生するための装置に関する。

〔従来の技術〕

上記のＰｉ類の公知の装置（ドイツ連邦共和国特許出願
公開第２６０９６５４号明細書）では、単に電流が検出
され、従って変換された電力、力率および他の特性量に
関する指示はなされ得す、また外部に起因する擾乱も容
易には検出され得ない。

３発明が解決しようとする問題点〕 本発明の目的は、上記のｆｉｇの装置であって、上記の
不十分さを回避して、運転状態で負荷の種類およびそれ
らの挙動を確認し得る装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的は、本発明によれば、測定装置が系統の電流の
時間的経過も電圧の時間的経過も測定し、またそれから
複素インピーダンスおよび電力を求めることにより簡単
に達成される。

所与のインピーダンス値に関係して開閉装置のスイッチ
オンを阻止する処理回路を有するインピーダンス測定装
置により系統状態データに関係して開閉装置を制御する
ための装置自体は公知である（ドイツ連邦共和国特許出
願公開第３３４７２０９号明細書）、この場合に行われ
るインピーダンス測定は、変換された電力に関する直接
的な指示を与えない、　＋！ｉｌ々の付属の離散的な周
波数値に対するインピーダンス値を求めて、インピーダ
ンスの挙動の像を得られるようにするため、電流および
電圧の時間的経過を付属の周波数範囲に移す装置が設け
られていることは有利である０周波数に関するインピー
ダンスの一般的な経過によりインピーダンスを特徴付け
る値が抽出され、それらの大きさに関してクラスに分け
られ得るようにするため、同定計算を実行し、また設備
部分の電気的パラメータの分類を行う装置が設けられて
いることは有利である。電子的な擾乱が評価に入るのを
回避するため、後続のネ★査の前に、測定された電流お
よび電圧のフィルタリングを行うための装置が存在して
いることは有利である。測定値のフィルタ自体は公知で
ある（米国電気電子学会論文集・電力装置およびシステ
ム編（ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ、　ｏｎ　ＰｏｗｅｒＡｐ
ｐａｒａｔｕｓ　＆　５ｙｓｔ、）、Ｖｏｌ、ＰＡＳ　
−９９，１９８０年１／２月、Ｎｏ、１、第１５３頁）
、上述の種類の信頼性があり適当な価格の装置を得るた
めに、電流および電圧をフィルタリングの後にディジタ
ル数列に変換し、後続の検査をディジタルに作動する電
気的機能モジュールにより行う装置が設けられると有利
である。ディジタル−アナログ変換器も上述の刊行物の
１５３頁より公知である。評価時間を短縮するため、デ
ィジタル数列をセグメントの時間的列に分解する装置が
設けられていることは有利である。セグメントに属する
個々の特性パラメータを互いに比較し得るように、数列
をそれぞれ間−の数の測定値を有するセグメントの時間
的順序に分解する装置が設けられていることは有利であ
る。前に接続されている測定値処理装置の信頼性データ
を得るため、そのつどのセグメントに対して、消滅する
算術平均値への正規化を行う装置が設けられていること
は有利である。測定値の処理は、電流および電圧の測定
値に比例するスケーリングを実行する装置が設けられて
いるならば、−Ｎ簡単である。測定された電圧および電
流の相互相関関数を形成する装置が設けられているなら
ば、電流および電圧の信号の類似性に関する尺度が得ら
れる。設備状態の分類のために相互相関関数のピークお
よびその時間的位置を利用する装置が使用されるならば
、時間的位置は設備状態に対するクオンティフィツィー
ルバール（ｑｕａｎｔｉｆｉｚｉｅｒｂａｒ　）なパラ
メータを示し、他方において相互相関関数はこれに対す
る一般的な尺度を示す、信号の時間的経過を簡単に周波
数範囲に変換するため、測定された電圧および電流のフ
ーリエ変換を形成する装置が設けられていることは有利
である。電圧および電流のフーリエ変換の共役複素積は
設備内で変換された複素電力の尺度である。設備状態の
分類のために共役複素積の個々の周波数範囲の大きさお
よび位相を利用する装置が設けられていることは有利で
ある。上記の大きさおよび位相は個々の線の値および位
相に関する設備内で変換された電力に対する１つのクオ
ンティフィ゛ンイールバール（ｑｕａｎｔｉｆｉｚｉｅ
ｒｂａｒ　）な量を形成する。さらに、設備状態の分類
のために、互いに付属の周波数範囲に対する電圧および
電流のフーリエ変換の複素商とこの商の個々の周波数範
囲の大きさおよび位相を形成する装置が設けられている
ことは有利である。外部擾乱による誤った遮断を回避す
るため、系統に重畳する設備部分のより高周波の擾乱電
圧および電流に関係して、予め設定されたパラメータお
よび限界値を運転中に自動的にフォローする装置が設け
られていることは有利である。たとえば別の負荷のスイ
ッチオンにより、変化する系統状態に簡単に整合するた
め、系統状態変化に関係して、予め設定されたパラメー
タおよび限界値を自動的にフォローする装置が設けられ
ていることは有利である。評価時間をできるかぎり短く
保つため、測定された電流および電圧の並列検査のため
に複数個のディジタル機能モジュールが設けられている
ことは有利である。

評価時間は、個々のセグメントが時間的に重なり合い、
同時に並列に検査されるようにすると一層短縮される。

簡単な短絡早期認識は、個々のセグメントを特徴付ける
パラメータの時間的順序を評価する装置が設けられてい
るならば達成される。

ここでたとえば変化する差に基づ（外挿が考えられる。

〔実施例〕

以下、図面に示されている実施例により本発明を一層詳
細に説明する。

第１図中に示されている低圧配電網は電力開閉器２を介
して系統１に接続されている。実施例では負荷３．４お
よび５が示されている。ｉｌ電力開閉器の後の電流ｌは
変流器６を介して、また設備部分の電圧Ｕは計器用変圧
器７を介して検出される。変流器または計器用変圧器の
二次側に接続されている装置８および９は後続のアナロ
グ−ディジタル変換器１０．１１の変換範囲へのレベル
整合の役割をする。装置８．９のなかには、さらに、伝
達された電圧および電流のなかの系統周波数成分の通過
を回避するためのブリフィルタが設けられている。アナ
ログ−ディジタル変換器１０１１１は１つの信号処理回
路１２と接続されており、この信号処理回路は、電力開
閉器２と接続されている引外し装置１３に作用する。電
力開閉器２は電子的スイッチ、たとえばサイリスクであ
ってもよい。信号処理回路１２に対する相応の予設定が
矢印１４により示されている。信号処理回路１２のなか
で１つまたはそれ以上のメモリまたは固定プログラムさ
れた構成要素により、変流器６および計器用変圧器７の
後に存在する設備状態の同定および分類が、適当に選定
されたパラメータを用いて行われ、その際に予め設定さ
れたまたは適応フォローされたパラメータとの比較の後
に評価に従って短絡が認識され、また電力開閉器の引外
しのための命令が発生される。

設備に関するごくわずかな先験的知識を前提とする信号
処理回路１２の１つの可能な作動の仕方が第２図に示さ
れている。第１のステップでは、ディジタル化された電
流および電圧値１　　（ｎＴ）、ｕ（ｎＴ）が長さＴｓ
ｅｇ（約３０μｓないし１００μｓ）の時間セグメント
に分割され、その際に１つのセグメントのなかに含まれ
ている値の数は２の整数倍である。個々のセグメントの
なかの植列から算術平均値１ｓｍまたはＵｓｍが形成さ
れ、植列が（ｉ　　（ｎＴ）−１ｓｍ）または（ｕ　（
ｎＴ）−Ｕｓｍ）の形成により正規化され、またこれま
でに通過した信号処理回路列から生ずる伝達係数により
スケーリングされる。

電流および電圧に対するセグメント化、正規化およびス
ケーリングはボックス１５および１６により示されてい
る。セグメント化、正規化およびスケーリングに関する
一層詳細な説明は図書プリグハム（Ｂｒｔｇｈａｍ）、
オルデンブルグ出版（Ｖｅｒｌａｇ　Ｏｌｄｅｎｂｕｒ
ｇ）　、第２版、第２４７頁以下に記載されている。セ
グメント化、正規化およびスケーリングを受けた植列１
ｓ（ｎＴ）またはＵｓ　　（ｎＴ）の相互相関開数が計
算され、そのピークおよびピークの位置が求められる。

Ｒｓｍａｘの大きさに対し生ずる値が所与のしきい値よ
りも小さいならば、電圧および電流に同時に影響する、
変成器の後の事象は、特にピークの位置が相互相関開数
の零点から大きな時間的間隔を有するならば、はぼ排除
され得る。相互相関は第２図中にプロング１７により示
されており、また上記の図書ブリグハム（Ｂｒｉｇｈａ
ｍ）、オルデンプルグ出版（Ｖｅｒｌａｇ　Ｏｌｄｅｎ
ｂｕｒｇ）　、第２版、第８４頁以下に一層詳細に記載
されている。

別のステップで植列１ｓ（ｎＴ）またはｕＳ　（ｎＴ）
がフーリエ変換（ＦＥＴ）を受け、それにより個々の時
間セグメントに対して複素振幅スペクトルＩｓ（ｍｆ）
および旦ｓ（ｍｆ）が得られる。ＦＥＴに関する一層詳
細な説明はＦｇＪ書ブリブリグハムｒｉｇｈａｍ）、オ
ルデンプルグ出版（Ｖｅｒｌａｇ　０１ｄｅｎｂｕｒＢ
）　、第２版、第１８１頁以下に記載されている０両値
列の共役複素積は、変成器の後の設備部分の電力変換（
Ｕｍｓａｔｚ）の写像である複素型カスベクトルＰ（ｍ
ｆ）を生ずる。個々の時間セグメントに対する電力最大
の線または電力最高の闇波数帯域旦ｍａｘを求めた後、
設備固有の値との比較により正常な設備状態からの大き
さおよび位相の偏差が推定され得る。電流および電圧に
対する高速フーリエ変換回路は１８．１９で示されてい
る。

相続く時間セグメントの間の変成器に続く設備部分のイ
ンピーダンス１の尺度はＵｓ（ｍｆ）対土上（ｍｆ）の
商の形成により得られ（符号２０参照）、その際にＰｍ
ａ　ｘが見出されている範囲を選定することは目的にか
なっている。インピーダンススペクトルの求め方は印刷
物ウンベハウェン（Ｕｎｂｅｈａｕｅｎ）　、スブリン
ガー出版（Ｖｅｒｌａｇ　Ｓｐｒｉｎｇｅｒ　）　、第
２版、第２３９頁以下に記載されている。電流および電
圧経過から計算された大きさおよび位相に関する値と変
成器の後の設備部分の規定されたインピーダンスとの比
較により、誘導的および容量的に作用する負荷の識別、
それらのスイッチオンおよびスイッチオフおよびオーム
性に作用する短絡の識別が可能である。より高い周波数
の電圧および電流が系統電圧の擾乱として各時点で重畳
されているので、インピーダンスの決定のためには、短
絡により惹起された過渡的な電流および電圧経過は無理
に必要ではない。

電カスベクトルピークを示す回路は２１で示されている
。電カスベクトルの求め方は刊行物ステアーンス（Ｓｔ
ｅａｒｎｓ）’″ディジタル信号処理Ｄｉｇｉｔａｌｓ
ｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）　　″、オルデン
ブルグ出版（Ｖｅｒｌａｇ　Ｏｌｄｅｎｂｕｒｇ）　、
第１版、第３１６頁以下に記載されている。

上ｓｍ％、旦ｓｍ、、且ｓｍａｘＸＰｍａｘ、Ｚ　（Ｐ
ｍａｘ）に対する計算された値は１つの同定ベクトルに
まとめられ、また分類される。予め設定された設備固有
の値との比較による評価は電力開閉器に対する引外し命
令またはサイリスクに対する阻止命令に通ずる。装置の
作動の仕方の別の改善は、設備状態の正常な変化への予
設定された比較値の継続的な整合と、個々のセグメント
を特徴付ける、類型化された経過を有するベクトルの時
間的順序の評価とにより得られる０本来の評価回路は２
２で示されている。

信号処理および評価の上記のアルゴリズムの高速処理は
、ただ１つのプロセッサによる直列処理にくらべてプロ
セッサの多重配置による個々の機能ブロックの並列処理
により達成される。処理の別の高速化は、費用が上昇し
てよければ、重なり合うセグメント化により可能である
。すなわち、たとえば４重の重なり合いにより計算時間
は１／４に短縮され得る。

【図面の簡単な説明】 第１図は１つの電力開閉器により保護されるｎ個の枝路
を存する設備部分の概要図、第２図は本発明による信号
処理の仕方を示す図である。 １・・・系統、２・・・電力開閉器、３〜５・・・負荷
、６・・・変流器、７・・・計器用変圧器、８．９・・
・装置、１ｏ、１１・・・変換器、１２・・・信号処理
回路、１３・・・引外し装置、１８．１９・・・高速フ
ーリエ変換回路、２０・・・インピーダンススペクトル
、２１・・・回路、２２・・・評価回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ディジタル比較回路内で予め決定可能な限界値と比
   較されて引外し命令を発する、電流値に対する電子的測
   定および処理装置により、短絡を高速で認識して電気的
   引外し命令を発生するための装置において、測定装置が
   系統（１）の電流（６、８）の時間的経過も電圧（７、
   ９）の時間的経過も測定し、それから複素インピーダン
   ス（２０）および電力（２１）を求めることを特徴とす
   る短絡の高速認識装置。 ２）電流（６、８）および電圧（７、９）の時間的経過
   を付属の周波数範囲（１０、１１）に移す装置（２２）
   が設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の装置。 ３）同定計算を実行し、また設備部分の電気的パラメー
   タの分類を行う装置（２２）が設けられていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の装置
   。 ４）後続の検査の前に、測定された電流および電圧のフ
   ィルタリングを行うための装置（８、９）が存在してい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項
   のいずれか１項に記載の装置。 ５）電流および電圧をフィルタリングの後にディジタル
   数列に変換し、また後続の検査をディジタルに作動する
   電気的機能モジュールにより行う装置（１０、１１）が
   設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   ないし第４項のいずれか１項に記載の装置。 ６）ディジタル数列をセグメントの時間的列に分解する
   装置（１５、１６）が設けられていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか１項に記
   載の装置。 ７）数列をそれぞれ同一の数の測定値を有するセグメン
   トの時間的順序に分解する装置（１５、１６）が設けら
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の
   装置。 ８）そのつどのセグメントに対して、消滅する算術平均
   値への正規化を行う装置（１５、１６）が設けられてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第７項
   のいずれか１項に記載の装置。 ９）電流および電圧の測定値に比例するスケーリングを
   実行する装置（１５、１６）が設けられていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項ないし第８項のいずれか
   １項に記載の装置。 １０）測定された電圧および電流の相互相関関数を形成
   する装置（１７）が設けられていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項ないし第９項のいずれか１項に記載
   の装置。 １１）設備状態の分類のために相互相関関数のピークお
   よびその時間的位置を利用する装置（２２）が設けられ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１０項記載の
   装置。 １２）測定された電圧および電流のフーリエ変換を形成
   する装置（１８、１９）が設けられていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項ないし第１１項のいずれか１
   項に記載の装置。 １３）互いに付属の周波数範囲に対する電圧および電流
   のフーリエ変換の共役複素積を形成する装置（１８、１
   ９）が設けられていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１２項記載の装置。 １４）設備状態の分類のために共役複素積の個々の周波
   数範囲の大きさおよび位相を利用する装置（２１）が設
   けられていることを特徴とする特許請求の範囲第１３項
   記載の装置。 １５）互いに付属の周波数範囲に対する電圧および電流
   のフーリエ変換の複素商とこの商の個々の周波数範囲の
   大きさおよび位相とを形成する装置（２０）が設けられ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第
   １４項のいずれか１項に記載の装置。 １６）系統に重畳する設備部分のより高周波の擾乱電圧
   および電流に関係して、予め設定されたパラメータおよ
   び限界値を運転中に自動的にフォローする装置（１４、
   ２２）が設けられていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項ないし第１５項のいずれか１項に記載の装置。 １７）系統状態変化に関係して、予め設定されたパラメ
   ータおよび限界値を自動的にフォローする装置（１４、
   ２２）が設けられていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項ないし第１６項のいずれか１項に記載の装置。 １８）測定された電流および電圧の並列検査のために複
   数個のディジタル機能モジュールが設けられていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第１７項のい
   ずれか１項に記載の装置。 １９）個々のセグメントを時間的に重なり合ってかつ同
   時に並列に検査する装置が設けられていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項ないし第１８項のいずれか１
   項に記載の装置。 ２０）個々のセグメントを特徴付けるパラメータの時間
   的順序を評価する装置が設けられていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項ないし第１９項のいずれか１項
   に記載の装置。