KR102196782B1 - 디지털 릴레이 - Google Patents

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Abstract

직류 메인 회로(2)를 차단하는 직류 차단기(5)에 동작 신호를 출력하는 출력 회로(6)와, 직류 메인 회로(2)의 전류를 검출하는 직류 변류기(3)의 검출값을 입력 전류로서 계측한 디지털 데이터를 소정 시간 간격으로 샘플링하고, 표시 회로(8)로의 측정 연산값을 산출하는 것과 함께, 상기 샘플링에 의한 계측값의 샘플링 데이터를 이용하여 보호 처리를 실행하는 제어 정보를 출력 회로(6)에 출력하는 프로세서(9)를 구비하고, 샘플링마다 직류 메인 회로(2)의 보호 처리를 실행한다.

Description

디지털 릴레이
본 발명은 디지털 릴레이에 관한 것으로, 특히, 고속 보호 처리를 행하는 것과 함께, 계측 처리와 통상 보호 처리, 고속 보호 처리를 병행하여 실행하는 디지털 릴레이에 관한 것이다.
디지털 릴레이는, 일반적으로, 전력 계통의 전류, 전압, 혹은 전력 등을 감시하기 위한 계측 기능과, 계측값의 이상을 검출했을 경우의 보호 기능, 즉, 차단기 등의 개폐 장치에 제어 신호를 출력하는 기능을 가지고 있다.
종래, 이 디지털 릴레이로서, 예를 들면 일본 특개 2004-248477호 공보(특허문헌 1)에, 전력 계통으로부터 아날로그 신호를 받아들이고, 이 아날로그 신호를 샘플링 주파수에 따라서 순차적으로 샘플링하여 디지털 데이터로 변환하는 아날로그/디지털 변환 수단과, 상기 샘플링 주파수의 n배(n은 2 이상의 정수)의 주파수로 상기 디지털 데이터에 대해서 필터 연산 처리를 실행하는 디지털 필터 수단과, 상기 디지털 필터 수단의 처리 결과를 기초로 보호 연산을 실행하여, 상기 전력 계통에 대한 보호 신호를 생성하는 보호 연산 수단을 구비한 디지털 보호 릴레이가 개시되어 있다.
일본 특개 2004-248477호 공보(청구항 1)
상기 특허문헌 1에 개시된 기술은, 전류 등의 계측값을 소정 시간 간격으로 샘플링하여, 이것을 디지털 데이터로 변환한 샘플링 데이터를 취득하고, 이 샘플링 데이터를 이용하여 N샘플링에 필요로 하는 시간인 1사이클마다 보호 처리를 실행하여 M사이클마다 계측 처리를 실행하고 있다. 그 때문에, 보호 처리를 실행하는 주기는 1사이클이 되고, 보호를 위한 제어 신호의 출력에 1사이클분의 시간만큼 지연이 발생하게 된다. 이것에 의해, 보호를 위한 제어 신호의 출력이 지연되어 차단기 등의 개폐 장치의 개폐 동작이 지연되기 때문에, 사고가 발생했을 경우에 피해가 확대되거나, 설비의 가동에 지장을 초래할 가능성도 있다.
교류의 전력 계통을 보호하는 경우에는, 상기 종래의 디지털 릴레이의 보호 처리에서 처리 속도는 고압 수전용 과전류 계전기의 규격(JIS C 4602-1986, JEC2510-1989)의 규격내이기 때문에 문제는 없다. 그러나, 직류의 전력 계통을 보호하는 경우에는, 직류 차단기 등의 직류 대응의 개폐 장치를 사용하기 때문에, 직류 대응의 개폐 장치는 직류의 성질상, 차단하는 시간이 교류에 비해 길어진다. 그 때문에 보다 안전하게 전류를 차단하려면 디지털 릴레이로부터 개폐 장치로의 제어 신호를 출력하는 시간을 단축시킬 필요가 있다. 이 때문에, 디지털 릴레이로 보호 처리에 필요로 하는 시간을 단축시킬 수 있는 알고리즘에 의해, 고속도로 제어 신호를 출력하는 것이 요구되고 있다.
본 발명은 상기 요구에 기초하여 이루어진 것으로, 직류의 전력 계통의 보호 처리를 샘플링마다 실행하여 고속 보호 처리를 행하는 것과 함께, 계측 처리와 통상 보호 처리, 고속 보호 처리를 병행하여 실행하는 디지털 릴레이의 제공을 목적으로 하는 것이다.
본 발명에 따른 디지털 릴레이는, 직류의 전력 계통을 보호하는 디지털 릴레이로서, 상기 전력 계통을 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출 장치의 검출값을 입력 전류로서 계측하고, 디지털 데이터로서 출력하는 계측 회로와, 상기 전력 계통을 차단하는 개폐 장치에 동작 신호를 출력하는 출력 회로와, 표시 수단에 표시 신호를 출력하는 표시 회로와, 상기 디지털 데이터에 기초하여 상기 표시 회로에 표시 신호를 출력하는 것과 함께, 상기 출력 회로에 제어 정보를 출력하는 프로세서를 구비하고,
상기 프로세서는,
상기 디지털 데이터를 소정 시간 간격으로 샘플링하고, 상기 표시 회로로의 측정 연산값을 산출하는 것과 함께, 상기 샘플링에 의한 계측값의 샘플링 데이터를 이용하여 보호 처리를 실행하는 제어 정보를 상기 출력 회로에 출력하고, 샘플링마다 상기 전력 계통의 보호 처리를 실행하는 디지털 릴레이에 있어서,
상기 보호 처리를, 고속도를 필요로 하는 고속 보호 처리와 고속도를 필요로 하지 않는 통상 보호 처리로 분할하고, 상기 고속 보호 처리를 1샘플링마다 실행 하는 것과 함께, 상기 통상 보호 처리는 N을 2 이상의 정수로 하여 N회의 샘플링 데이터가 축적된 1사이클의 타이밍으로 실행하고, 상기 측정 연산값은 M을 2 이상의 정수로 하여 M사이클 경과의 타이밍으로 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 디지털 릴레이에 의하면, 1샘플링의 시간으로 보호 처리를 실행할 수 있는 것과 함께, 보호 처리와 계측 처리를 병렬로 처리함으로써, 고속도로 보호 처리를 실행할 수 있어, 개폐 장치로의 제어 신호의 출력에 필요로 하는 시간을 단축시킬 수 있다. 이것에 의해, 직류 전력 계통의 보호를 고속화할 수 있으므로, 사고가 발생했을 경우에 피해를 확대시키는 일이 없어지고, 설비의 가동에 지장을 초래하는 일도 없어진다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 디지털 릴레이를 사용한 직류 보호의 기능 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 디지털 릴레이의 계측 및 보호 처리의 알고리즘을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 디지털 릴레이의 적합한 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
실시 형태 1.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 디지털 릴레이를 사용한 직류 보호의 기능 구성도이다.
도 1에 있어서, 디지털 릴레이(1)는 직류의 전력 계통(이하, 직류 메인 회로라고 함.)(2)을 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출 장치인 직류 변류기(3)의 검출값을 입력 전류로서 계측하는 계측 회로(4)와, 직류 메인 회로(2)를 차단하는 개폐 장치인 직류 차단기(5)에 동작 신호를 출력하는 출력 회로(6)와, 액정 디스플레이(LCD: liquid crystal display), 혹은 발광 다이오드(LED: light emitting diode) 등의 표시 수단(7)에 표시 신호를 출력하는 표시 회로(8)와, 연산부(9a), 기억부(9b)를 가지고, 연산 처리나 제어를 실행하는 프로세서(9)를 구비하고 있다. 또한, 계측 회로(4)는 직류 변류기(3)로 검출된 입력 전류를 계측하는 전류 센서(10)와, 아날로그값을 디지털값으로 변환하는 아날로그/디지털 변환 회로(11)를 구비하고 있다.
다음으로, 디지털 릴레이(1)의 동작에 대해 설명한다. 디지털 릴레이(1)를 구성하고 있는 계측 회로(4)는, 직류 메인 회로(2)의 전류값을 직류 변류기(3)를 통해서 계측한다. 계측 회로(4)는 전류 센서(10)에서 직류 메인 회로(2)의 전류값을 취득하고, 아날로그/디지털 변환 회로(11)로 디지털 데이터로 변환하여, 프로세서(9)에 전달한다. 프로세서(9)는 아날로그/디지털 변환 회로(11)로부터 받은 디지털 데이터를 기억부(9b)에 격납하고, 후술하는 바와 같이 이 계측값 취득의 처리를 연산부(9a)에 있어서 소정 시간 간격으로 샘플링하고, 계측값의 샘플링 데이터를 이용하여 보호 처리를 실행하는 제어 정보를 출력 회로(6)에 출력한다. 출력 회로(6)는 그 제어 정보에 기초하여 직류 차단기(5)의 동작 신호를 출력한다. 프로세서(9)에 의한 보호 처리로서는, 과전류 보호, 과전압 보호 등의 고속도가 요구되는 보호 처리(이하, 고속 보호 처리라고 함.)와, 부족 전류 보호, 누설 전류 보호 등의 고속도가 요구되지 않는 보호 처리(이하, 통상 보호 처리라고 함.)가 있다.
또한, 프로세서(9)는, 계측값의 디지털 데이터를 취득하면, 연산부(9a)에 있어서 계측 처리의 연산을 실행하여, 취득한 전류값이나 전압값을 이용하여 전력값이나 전력량값, 계측의 평균값 등의 측정 연산값을 산출한다. 그 측정 연산값의 정보를 취득한 표시 회로(8)는 측정 연산값을 LCD 혹은 LED(7)에 신호를 출력하고, LCD 혹은 LED(7)는 시각 정보로 하여 계측값을 출력한다. 이와 같이, 프로세서(9)는 계측과 보호의 병렬 처리를 실행한다.
다음으로, 프로세서(9)에 의한 계측과 보호의 병렬 처리에 대해 상세하게 설명한다. 도 2는 디지털 릴레이(1)의 계측 및 보호 처리의 알고리즘을 나타내는 도면으로, 이것들의 처리는 프로세서(9)의 연산부(9a)에 의해 실행된다. 디지털 릴레이(1)가 통상 기동하고 있을 때, 도 2의 알고리즘은 루프 시작부터 루프 종료까지를 반복해서 계속 처리하는 것이다.
도 2에 있어서, 스텝 S11에서는, 프로세서(9)는 계측 회로(4)의 아날로그/디지털 변환 회로(11)로부터 계측값을 1샘플 취득했는지 판정하고, 취득했다고 판정되었을 경우에는 스텝 S12로 이동하여 고속 보호 처리가 필요한지 판정하고, 취득하지 않았다고 판정되었을 경우에는 처리를 종료한다.
스텝 S12에 있어서, 고속 보호 처리가 필요하다고 판정되었을 경우에는 스텝 S13에서 고속 보호 처리를 실행하여, 제어 정보를 출력 회로(6)에 출력하고 스텝 S14로 이동한다. 스텝 S12에 있어서, 고속 보호 처리가 필요하지 않다고 판정되었을 경우에는 고속 보호 처리를 실행하는 일 없이 스텝 S14로 이동한다.
스텝 S14에 있어서, 계측값을 N샘플 취득했는지, 즉, 1사이클 경과했는지를 판정하여, 1사이클 경과했다고 판정되었을 경우에는 스텝 S15로 이동하여 통상 보호 처리가 필요한지 판정하고, 1사이클 경과하고 있지 않다고 판정되었을 경우에는 처리를 종료한다. 여기서, N은 2 이상의 정수를 나타낸다.
스텝 S15에 있어서, 통상 보호 처리가 필요하다고 판정되었을 경우에는 스텝 S16에서 통상 보호 처리를 실행하고, 스텝 S17로 이동한다. 스텝 S15에서 통상 보호 처리가 필요하지 않다고 판정되었을 경우에는 통상 보호 처리를 실행하는 일 없이 스텝 S17로 이동한다.
스텝 S17에서는, M사이클 경과했는지를 판정하여, M사이클 경과했다고 판정되었을 경우에는 스텝 S18로 이동하여 계측 처리를 실행하여 종료하고, M사이클 경과하지 않았다고 판정되었을 경우에는 계측 처리를 실행하는 일 없이 처리를 종료한다. 여기서, M은 2 이상의 정수를 나타낸다.
상기와 같이, 디지털 릴레이(1)는 보호 처리를 누설 전류 등의 고속도를 필요로 하는 고속 보호 처리와 부족 전류 등의 고속도를 필요로 하지 않는 통상 보호 처리로 분할하고, 고속도를 필요로 하는 보호에 관해서는, 1샘플링마다 고속 보호 처리를 실행한다. 그리고, 고속도를 필요로 하지 않는 보호에 관해서는, N회의 샘플링 데이터가 축적된 1사이클의 타이밍으로 통상 보호 처리를 실행한다. 또한, 계측에 관해서는, M사이클 경과의 타이밍으로 계측값을 산출하기 위한 계측 처리를 실행한다.
실시 형태 1에 따른 디지털 릴레이(1)는, 상기와 같이 고속 보호 처리와 통상 보호 처리, 및 계측 처리를 병렬로 처리함으로써, 1샘플링마다의 고속 보호를 실현하는 것과 함께, 기본적으로 전자기기의 처리는 1루프로 완결하는 것이 아니라, 1샘플마다 혹은 M사이클마다 등의 시간으로 실행하는 처리를 분할함으로써, 1루프에 걸리는 시간을 단축시킨다. 계측 처리도 분할하고 있기 때문에, 1루프의 처리 용량을 억제할 수 있어, 계측 처리에 의한 프로세서(9)의 처리 용량의 압박을 막을 수 있어, 안정적으로 보호 처리 및 계측 처리를 실행하는 것을 가능하게 한다.
또한, 종래에는 전술한 바와 같이 N샘플링에 필요로 하는 시간인 1사이클의 주기로 보호 처리를 실행하고 있었지만, 실시 형태 1에 따른 디지털 릴레이(1)는, 직류는 전압 변동이 없기 때문에, 교류의 주기를 샘플링할 필요가 없고, 원리적으로는 1샘플링만으로 보호 처리가 가능하고, 직류 보호에서는 1샘플링 주기로 보호 처리를 실행하기 때문에, 직류 차단기(5)로의 제어 신호의 출력에 필요로 하는 시간을 단축시켜, 직류 메인 회로(2)의 보호를 고속화할 수 있다. 따라서, 사고가 발생했을 경우에 피해를 확대시키는 일이 없고, 설비의 가동에 지장을 초래하는 일도 없어진다.
1 디지털 릴레이, 2 직류 메인 회로, 3 직류 변류기, 4 계측 회로, 5 직류 차단기, 6 출력 회로, 7 LCD 혹은 LED, 8 표시 회로, 9 프로세서, 9a 연산부, 9b 기억부, 10 전류 센서, 11 아날로그/디지털 변환 회로.

Claims (2)

  1. 직류의 전력 계통을 보호하는 디지털 릴레이로서,
    상기 전력 계통을 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출 장치의 검출값을 입력 전류로서 계측하고, 디지털 데이터로서 출력하는 계측 회로와,
    상기 전력 계통을 차단하는 개폐 장치에 동작 신호를 출력하는 출력 회로와,
    표시 수단에 표시 신호를 출력하는 표시 회로와,
    상기 디지털 데이터에 기초하여 상기 표시 회로에 표시 신호를 출력하는 것과 함께, 상기 출력 회로에 제어 정보를 출력하는 프로세서를 구비하고,
    상기 프로세서는,
    상기 디지털 데이터를 소정 시간 간격으로 샘플링하고, 상기 표시 회로로의 측정 연산값을 산출하는 것과 함께, 상기 샘플링에 의한 계측값의 샘플링 데이터를 이용하여 보호 처리를 실행하는 제어 정보를 상기 출력 회로에 출력하고, 샘플링마다 상기 전력 계통의 보호 처리를 실행하는 디지털 릴레이에 있어서,
    상기 보호 처리를, 고속도를 필요로 하는 고속 보호 처리와 고속도를 필요로 하지 않는 통상 보호 처리로 분할하고, 상기 고속 보호 처리를 1샘플링마다 실행 하는 것과 함께, 상기 통상 보호 처리는 N을 2 이상의 정수로 하여 N회의 샘플링 데이터가 축적된 1사이클의 타이밍으로 실행하고, 상기 측정 연산값은 M을 2 이상의 정수로 하여 M사이클 경과의 타이밍으로 산출하는 것을 특징으로 하는 디지털 릴레이.
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