KR20030064621A - 디지털형 방향 계전기 - Google Patents

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KR20030064621A
KR20030064621A KR10-2003-0003014A KR20030003014A KR20030064621A KR 20030064621 A KR20030064621 A KR 20030064621A KR 20030003014 A KR20030003014 A KR 20030003014A KR 20030064621 A KR20030064621 A KR 20030064621A
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Abstract

전력계통의 전압값 및 전류값을 주기적으로 샘플링하여 디지털 값으로 변환하고, 이 디지털 값으로 변환된 전압 데이터 및 전류 데이터를 이용하여 사고 방향의 판정 연산을 행한다. 그리고, 이 디지털형 방향 계전기에서는, 기준이 되는 시점의 전압 데이터 및 전류 데이터와, 그 기준이 되는 시점으로부터 소정의 샘플링 간격만큼 떨어진 시점의 전압 데이터 및 전류 데이터를 이용하여, 각각 불평형 성분 전압의 변화분(114, 142) 및 불평형 성분 전류의 변화분(115, 143)을 구한다. 이 불평형 성분 전압의 변화분 및 불평형 성분 전류의 변화분을 입력하여 그 위상 관계를 구하고, 전방 사고인지 후방 사고인지를 판정한다(116, 117).

Description

디지털형 방향 계전기{DIGITAL TYPE DIRECTIONAL RELAY}
본 발명은 역상(逆相) 변화분 또는 영상(零相) 변화분 등의 불평형 성분 전기량의 변화분을 이용하여, 사고(事故)의 방향을 판별하는 디지털 방향 계전기에 관한 것이다.
전력계통의 사고 방향을 역상분 전기량 또는 영상분 전기량을 이용한 방향 계전기에 의해 판정하는 것은, 전기협동연구 제37권 1호 54쪽의 기사 등에서 널리 알려져 있다.
디지털형 역상 방향 계전기를 실현할 경우에, 일정한 샘플링 간격으로 얻은전력계통의 전압 및 전류의 샘플 값을 각각 Vm및 Im으로 한다. 그리하면, 전압 및 전류의 역상 성분은 다음 식 (1) 및 (2)와 같이 구할 수 있다.
3V2m= Vam+ Vb(m-8)+ Vc(m-4)(1)
3I2m= Iam+ Ib(m-8)+ Ic(m-4)(2)
m은 샘플링의 시점, 첨자의 2는 역상 성분, a, b, c는 각각 A상, B상, C상의 전기량이다. 또한, m-α는 m으로부터 α 샘플링 전의 전기량임을 나타낸다(샘플링 간격은 전기각 30°).
전력계통이 3상 평형을 이루고 있을 경우, 역상 성분은 존재하지 않기 때문에 (1) 및 (2) 식의 각 항의 값은 모두 0이다. 전력계통에 불평형 사고가 발생하면, 계통 보호 릴레이로부터 본 역상 임피던스 Z2는 V2m=Z2·I2m의 관계가 성립된다. 이 식에서 Z2는 일반적으로 대부분이 리액턴스 성분이기 때문에, V2m과 I2m은 위상이 대략 90° 어긋난다. 이 때, 전압과 전류 중 어느쪽 위상이 앞서게 되는가는, 사고가 전방(보호 방향)인지 후방인지에 따라 결정된다.
역상회로에는 전원이 없기 때문에, 정상(正相)회로와는 반대의 위상 관계로 된다. 사고가 전방일 경우, 전류가 전압에 대하여 앞서고, 후방 사고일 경우에는 전류가 전압에 대하여 뒤진다. 따라서, 예를 들어, 전류를 90° 앞섬측으로 이상(移相)시켜, 전압과의 내적을 취한 결과가 플러스로 되면 후방 사고, 마이너스로 되면 전방 사고로 판정할 수 있다. 실제의 판정 연산식은 다음 식 (3)과 같이 된다.
V2m× J2m+ V2(m-3)× J2(m-3)＜ 0 (3)
여기서, J2m은 I2m의 위상을 90° 앞선 것이다. 실제로는 약간의 불감대를 부여하여, 그것을 K라고 하면 역상 방향 계전기의 동작 존(zone)은 도 18과 같이 나타낼 수 있다.
이 원리는 지락(地絡) 사고와 영상회로에 대해서도 완전히 동일하며, 지락 사고의 판정에 사용하는 전기량에 영상 성분을 이용할 뿐이다.
그러나, 동일한 철탑에 많은 회선이 공가되어 회선간에 영상 순환 전류가 흐르고 있는 경우, 또는 단상 재폐로 무전압 시간 중과 같이 일시적으로 3상 중 1상이 결상되어 있는 상태일 경우에는, 전력계통에는 실제로 사고가 발생하지 않았음에도 불구하고 역상 성분이나 영상 성분 등의 불평형 성분이 존재한다. 이러한 경우에, 불평형 성분의 전기량을 이용하여 사고 판정의 연산을 행한 경우, 방향 계전기의 감도가 둔해지거나 오(誤)동작할 가능성이 있었다.
본 발명의 목적은, 정상 상태에서 전력계통에 역상분이나 영상분 등의 불평형 성분이 존재하고 있어도, 불평형 사고가 발생한 경우에 정확하게 사고의 방향을 판별할 수 있는 디지털형 방향 계전기를 제공함에 있다.
도 1은 모든 실시예에 공통인 하드웨어 구성도.
도 2는 제 1 실시예를 실현하는 연산회로의 블록도.
도 3은 제 1 실시예의 판별 동작 범위를 나타내는 도면.
도 4는 제 1 실시예의 변형예 1의 판별 동작 범위를 나타내는 도면.
도 5는 제 1 실시예의 변형예 2의 판별 동작 범위를 나타내는 도면.
도 6은 제 2 실시예를 실현하는 연산회로의 블록도.
도 7은 제 2 실시예의 판별 동작 범위를 나타내는 도면.
도 8은 제 3 실시예를 실현하는 연산회로의 블록도.
도 9는 제 3 실시예의 판별 동작 범위를 나타내는 도면.
도 10은 제 3 실시예의 판별 동작 범위의 설정 예를 나타내는 도면.
도 11은 제 4 실시예를 실현하는 연산회로의 블록도.
도 12는 제 4 실시예의 판별 동작 범위를 나타내는 도면.
도 13은 제 5 실시예를 실현하는 연산회로의 블록도.
도 14는 제 5 실시예의 판별 동작 범위를 나타내는 도면.
도 15는 제 6 실시예를 실현하는 연산회로의 블록도.
도 16은 제 6 실시예의 판별 동작 범위를 나타내는 도면.
도 17은 제 6 실시예의 판별 동작 범위의 설정 예를 나타내는 도면.
도 18은 종래의 역상(逆相) 방향 계전기의 연산에 의한 판별 동작 범위를 나타내는 도면.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
101 송전선 102 PT 회로
103 CT 회로 104-1 변성기
104-2 변류기 105-1, 105-2 아날로그 필터
106-1, 106-2 샘플 홀더(S/H) 107 멀티플렉서
108 A/D 변환기 109 디지털 연산회로
본 발명의 디지털형 방향 계전기에서는, 전력계통의 전압값 및 전류값을 주기적으로 샘플링하여 디지털 값으로 변환하고, 이 디지털 값으로 변환된 전압 데이터 및 전류 데이터를 이용하여 사고 방향의 판정 연산을 행한다. 그리고, 이 디지털형 방향 계전기에서는, 기준이 되는 시점의 전압 데이터 및 전류 데이터와, 그 기준이 되는 시점으로부터 소정의 샘플링 간격만큼 떨어진 시점의 전압 데이터 및 전류 데이터를 이용하여, 각각 불평형 성분 전압의 변화분 및 불평형 성분 전류의 변화분을 구한다. 이 불평형 성분 전압의 변화분 및 불평형 성분 전류의 변화분을 입력하여 그 위상 관계를 구하고, 전방 사고인지 후방 사고인지를 판정한다.
본 발명의 추가적인 목적 및 장점은 이하 상세한 설명에서 정해지고, 일부는 상세한 설명으로부터 명확하거나, 또는 본 발명의 실시에 통해 확인할 수 있다. 본 발명의 목적 및 장점은 특히 이하에서 지적하는 수단 및 결합에 의해 실현하고, 얻을 수 있다.
명세서와 결합되어, 명세서의 일부를 구성하는 참조 도면은 본 발명의 실시예를 설명하고, 하기 실시예의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명한다.
이하, 도면을 참조하여 실시예에 대해서 설명한다.
도 1은 디지털형 방향 계전기의 모든 실시예에 공통인 하드웨어 구성도이다. 도 1에 있어서, 참조부호 101은 보호 대상인 송전선, 102는 이 송전선(101)으로부터 전압을 취출하기 위한 PT 회로, 103은 송전선(101)으로부터 전류를 취출하기 위한 CT 회로이다.
또한, 참조부호 104-1(변성기) 및 104-2(변류기)는 입력 변환기이다. 이 입력 변환기(104-1, 104-2)는, 전력회로인 CT 회로(103) 및 PT 회로(102)를 각각 전자회로와 전기적으로 분리시키며, 수용한 전류값 및 전압값을 후술하는연산회로(109)에 의해 취급하는 크기로 변환한다.
참조부호 105-1 및 105-2는 리턴 주파수를 커트하는 아날로그 필터, 106-1 및 106-2는 아날로그 필터의 출력을 소정 간격으로 샘플링하여, 그 샘플 값을 유지하는 샘플 홀더이다.
참조부호 107은 복수의 샘플 홀드 값을 시계열로 재배열하여 출력하는 멀티플렉서, 108은 멀티플렉서(107)의 출력을 디지털 값으로 변환하여 출력하는 A/D 변환기, 109는 마이크로컴퓨터 등의 디지털 연산회로이다.
<제 1 실시예>
도 2는 상기 연산회로(109)의 기능을 복수의 연산부 형식으로 표시한 제 1 실시예의 블록도이다. 도 2에서 참조부호 110은 디지털 필터이다. 이 디지털 필터(110)는 입력된 디지털 데이터 Ⅴ 및 Ⅰ을 필터링한 후, ⅴ 및 ⅰ을 각각 후술하는 연산부(111, 112)에 입력한다.
참조부호 111은 전압 역상분 연산부이다. 이 전압 역상분 연산부(111)는, 예를 들어, 이하의 식 (4)에 의해 전압의 역상분을 구한다.
3V2m= VAm+ VB(m-8)+ Vc(m-4)(4)
여기서, m은 현시점의 샘플을 나타낸다. 이하 30°마다 데이터가 있는 것으로 한다. 따라서, m-4는 120° 전의 데이터를 의미한다.
참조부호 112는 전류 역상분 연산부이다. 이 전류 역상분 연산부(112)는, 예를 들어, 이하의 식 (5)에 의해 전류의 역상분을 구한다.
3I2m= IAm+ IB(m-8)+ Ic(m-4)(5)
참조부호 113은 데이터 보존부이다. 이 데이터 보존부(113)는, 전압 역상분 연산부(111) 및 전류 역상분 연산부(112)의 연산 결과인 전압 데이터 및 전류 데이터를 보존한다.
참조부호 114는 전압 역상 변화분 연산부이다. 이 전압 역상 변화분 연산부(114)는, 예를 들어, 1사이클 전의 역상 전압값와 현시점의 역상 전압값과의 불평형 성분 전압의 변화분을 이하의 식 (6)에 의해 구한다.
ΔV2m= V2m- V2(m-12)(6)
참조부호 115는 전류 역상 변화분 연산부이다. 이 전류 역상 변화분 연산부(115)는, 예를 들어, 1사이클 전의 역상 전류값과 현시점의 역상 전류값과의 불평형 성분 전류의 변화분을 이하의 식 (7)에 의해 구한다.
ΔI2m= I2m- I2(m-12)(7)
이 실시예에서는, 먼저 역상 성분을 구하고, 다음에 변화분을 구하고 있으나, 먼저 변화분을 구하고, 다음에 역상분을 구하여도 완전히 동일하다.
참조부호 116은 전방 사고 판정부이다. 이 전방 사고 판정부(116)는, 역상 변화분 전압과 역상 변화분 전류의 위상 관계로부터 전방 사고를 판정한다. 역상의 임피던스는 거의 순방향 리액턴스인 것을 고려하면, 전방 사고의 경우는, ΔI2m은 -ΔV2m에 대하여 약 90° 늦어진다. 따라서, ΔI2m을 90° 이상(移相)시켜,-ΔV2m과의 내적을 취함으로써, 역상 변화분 전압과 역상 변화분 전류의 위상 관계를 볼 수 있다. 이것을 식으로 나타내면, 예를 들어, 이하의 식 (8)과 같이 된다.
ΔI2m∠90°* (-ΔV2m) ≥ k1｜ΔV2m｜ (8)
이 식 (8)에 의하면, ΔI2m의 90° 앞섬 분을 -ΔV2m에 곱하여 얻어진 성분이 k1이상으로 된 경우에 판정 동작이 된다. 이 판정 동작역을 도면에 나타낸 것이 도 3이다. 내적 연산 [ΔI2m∠90°*(-ΔV2m)]은 다음의 식 (9)에 의해 구한다.
-ΔV2m* ΔI2m∠90°= -ΔV2m·ΔJ2m-ΔV2(m-3)·ΔJ2(m-3)(9)
여기서, ΔJ2m은 ΔI2m을 90° 앞선 것이며, 예를 들어, 다음 식 (10)에 의해 구한다.
(10)
절대값 ｜ΔV2m｜은, 예를 들어, 다음 식 (11)에 의해 구한다.
(11)
역상 임피던스에 저항 성분 R이 다수 포함되어 있는 경우 등은, 전류의 이상을 변화시켜, 판정 감도가 가장 양호한 각도로 변경하는 것이 좋고, 사용자에 의한 조정이 가능하다.
참조부호 117은 후방 사고 판정부이다. 이 후방 사고 판정부(117)는, 상술한 전방 사고 판정부(116)와 동일하게, 역상 변화분 전압과 역상 변화분 전류의 위상 관계에 의거하여 후방 사고를 판정한다. 다만, 전방 사고와 반대 방향의 판정이기 때문에, 이하의 식 (12)에 의해 판정한다.
ΔI2m∠90°* (-ΔV2m) ＜ k2｜ΔV2m｜ (12)
구체적인 연산 방법의 설명은, 전방 사고 판정의 경우와 완전히 동일하기 때문에 생략한다.
도 3에 사고 판정의 동작역을 나타낸다. 사고 판정식 (8) 및 (12) 중의 kl과 k2는 판정 감도를 결정하는 요소이며, 전력계통의 조건에 맞추어 결정한다.
상술한 실시예의 디지털형 방향 계전기에 의하면, 역상 변화분 전압과 역상 변화분 전류라는 불평형 성분 전기량의 변화분을 사용함으로써, 항상 존재하는 역상분 전기량의 영향을 받기 어렵게 할 수 있다. 또한, 사고의 방향 판별 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 자명한 사실이지만, 전류를 이상시키는 대신에 전압을 이상시켜 사고 판정하는 경우도 완전히 동일하다. 또한, 역상 변화분 전압과 역상 변화분 전류와의 위상 관계를 구할 때에, 어느 한쪽의 전기량을 90° 이상시켜 내적 연산을 행하도록 했으나, 외적 연산을 행할 수도 있다.
<변형예 1>
제 1 실시예의 변형예로서, 단순하게 위상차만으로 사고 판정을 행하는 것을 예시한다.
상술한 바와 같이, 전방 사고에서는 -ΔV2m과 ΔJ2m은 거의 동일한 위상으로 되기 때문에, 그 위상차를 φ로 하면 다음의 식 (13)에 의해 판정이 가능해진다.
-ΔV2m＊ ΔJ2m= ｜-ΔV2m｜｜ΔJ2m｜cosφ ≥ ｜-ΔV2m｜｜ΔJ2m｜X (13)
이 때, X=0으로 하면 판정 동작 범위는,
로 된다.
로 하면,
로 된다. 이 판정 동작 범위를 도시하면 도 4로 된다.
<변형예 2>
이 변형예 2에서는, 사고 판정의 동작 영역을 오프셋한다. 예를 들면, 도 4에서 나타낸 판정 동작 영역의 -ΔV2m에 -(ΔV2m-αΔV2m)을 대입하면, 도 5에 나타낸 바와 같이 αΔV2m만큼 오프셋한 특성이 얻어진다. 또한, α는, 예를 들어, 상수이다.
여기서는, 판정 동작 영역의 오프셋을 전압의 방향으로 취했으나, 계통 동요의 계산을 전류에 대하여 행하면, 전류의 방향으로 오프셋하는 것도 가능하다.
이와 같이, 제 1 실시예의 디지털형 방향 계전기는, 다양하고 간단한 변경, 또는 기능 추가가 가능하다. 제 1 실시예와 변형예 1, 변형예 2는 기본적으로 역상 전류의 변화분과 역상 전압의 변화분의 위상차에 착안한다는 점에서 공통된다.
(제 2 실시예)
도 6은 상기 연산회로(109)의 기능을 복수의 연산부 형식으로 나타낸 제 2 실시예의 블록도이다.
이 제 2 실시예의 디지털형 방향 계전기는, 역상 변화분 전류와 역상 변화분 전압으로부터 역상 불평형 임피던스를 구하고, 이 역상 불평형 임피던스 값으로부터 사고의 방향을 판정한다. 또한, 디지털 필터(110)로부터 전류 역상 변화분 연산부(115)까지의 각 기능에 대해서는, 도 2의 제 1 실시예의 경우와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
역상 불평형 임피던스 중에서 리액턴스 분은 Im(ΔV2/ΔI2)에 의해 구할 수 있다. 전력계통에 정상(定常) 상태로 존재하고 있는 역상 불평형 분은, 역상 변화분 전류와 역상 변화분 전압으로부터 구한 역상 불평형 임피던스를 이용함으로써, 소거할 수 있고, 판정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
역상회로는 정상 시에는 전원을 갖지 않는다. 전방 사고의 경우에 발생하는 전압은 자신의 배후에 있는 임피던스에 의해 결정되고, 전류의 위상이 전압의 위상에 대하여 앞선다. 전류 위상이 전압 위상에 대하여 앞서는 크기는, 사고가 전방인 경우에는 사고점에 관계없이, 배후의 임피던스와 동일해진다.
반대로 후방 사고인 경우에는, 전방의 임피던스에 의해 사고의 경우에 발생하는 전압이 결정되고, 전류 위상이 전압 위상에 대하여 지연의 방향으로 된다. 이 전류 위상의 지연 방향을 플러스로 취하면, 후방 사고에 있어서, 전방의 전력계통이 가장 큰 경우에서 그 임피던스는 최소로 된다. 따라서, 전방의 전력계통이 가장 큰 경우에서의 최소 임피던스 이하이면, 그 임피던스가 마이너스로 되는 경우도 포함시켜, 전방 사고라고 판정할 수 있다. 판정식을 다음 식 (14)에 나타낸다.
Im(ΔV2/ΔI2) ＜ K1(14)
여기서, K1은 전력계통의 구성 등에 의해 생각할 수 있는 최소의 임피던스 이하로 하는 것이 좋다.
이 식 (14)를 곱의 형태로 나타내면 다음 식 (15)로 된다. 다음 식 (15)가 성립하면 전방의 사고로 되고, 성립하지 않으면 후방의 사고로 된다.
ΔV2* ΔI2∠90°＜ K1ΔI2 2(15)
상기 식 (15)를 연산하기 위해서는, 역상 변화분 전류의 크기, 및 역상 변화분 전압과 역상 변화분 전류와의 내적을 구하는 것이 좋다.
도 6에서 참조부호 120은 절대값 연산부이다. 절대값 연산부(120)는 역상 변화분 전류 크기의 2승을 구한다. 이 절대값 연산부(120)에 의한 연산식을, 예를 들어, 다음 식 (16)에 나타낸다.
｜ΔI2｜2= (ΔI2m)2+ (ΔI2(m-3))2(16)
참조부호 121은 내적 연산부이다. 이 내적 연산부(121)는, 역상 변화분 전류를 90° 이상시킨 것과 역상 변화분 전압의 내적을 구한다. 이 내적을 구하는 방법은, 예를 들어, 식 (9)에서 이미 나타낸 바와 같다.
참조부호 122는 전방 사고 판정부이다. 전방 사고 판정부(122)는, 절대값 연산부(120) 및 내적 연산부(121)의 연산 결과에 따라 상술한 판정식 (15)의 성립에 의해 전방 사고를 판정한다. 참조부호 123은 후방 사고 판정부이다. 후방 사고 판정부(123)는, 절대값 연산부(120) 및 내적 연산부(121)의 연산 결과에 따라 상술한 판정식 (15)의 불성립에 의해 후방 사고를 판정한다.
상술한 바와 같이, 이 제 2 실시예에 의하면, 역상 변화분 전압과 역상 변화분 전류와의 불평형 성분 전기량의 변화분을 사용하여 역상 임피던스를 구함으로써, 항상 존재하는 역상분 전기량의 영향을 받기 어렵게 할 수 있다. 또한, 사고의 방향 판정 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다. 이 경우의 판정 동작역의 예를 도 7에 나타낸다.
전력계통의 상황에 의해 오차가 발생하기 쉬운 경우 등은, 판정 동작역에 불감대를 마련하는 것도 가능하다. 다음 식 (17)은 본 실시예에 의한 판정식의 변형예를 나타낸다.
K1ΔI2 2- ΔV2* ΔI2∠90°＞ K2 (17)
상기 식 (17)에서는 우변을 0으로 하지 않고 상수를 둠으로써 판정 감도의 조정이 가능해져 오차에 적응할 수 있다. 이 제 2 실시예에서, 그 이외의 연산 방법에 대해서는, 제 1 실시예와 완전히 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
<제 3 실시예>
도 8은 상기 연산회로(109)의 기능을 복수의 연산부 형식으로 나타낸 제 3 실시예의 블록도이다.
이 제 3 실시예에서, 디지털 필터(110) 내지 전류 역상 변화분 연산부(115)는 도 2에서 나타낸 제 1 실시예의 경우와 동일하다. 또한, 절대값 연산부(120) 및 내적 연산부(121)는 도 6에서 나타낸 제 2 실시예의 경우와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
전방 사고 판정부(131)는, 절대값 연산부(120) 및 내적 연산부(121)의 연산 결과에 의거하여, 후술하는 판정식 (19)의 성립에 의해 전방 사고를 판정한다. 후방 사고 판정부(132)는, 절대값 연산부(120) 및 내적 연산부(121)의 연산 결과에 의거하여, 후술하는 판정식 (19)의 불성립에 의해 후방 사고를 판정한다.
제 3 실시예에서는, 전방 사고의 판정을 다음 식 (18)에 의해 행한다.
K1ΔI2- ΔV2cos(φ-ψ) ≥ K2 (18)
여기서, ψ는 판정 감도를 가장 높게 하고 싶은 각도로 설정하는 것이 좋다. 상술한 바와 같이, 일반적으로 역상회로의 임피던스는 대부분이 리액턴스 성분이기 때문에, 전류와 전압의 위상은 거의 90° 차이가 난다. 따라서, ψ는 90° 부근으로 설정하는 것이 좋다.
이하에서는 ψ를 90°로 설정한 경우에 대해서 설명한다.
상기 식 (18)의 양변에 ΔI2를 곱하여 샘플링 표현으로 변경하면, 다음 식 (19)로 된다.
K1｜ΔI2m｜2- ΔV2m* ΔI2m∠90°≥ K2ΔI2m (19)
참조부호 130은 제곱근 연산부이다. 제곱근 연산부(130)는 역상 변화분 전류의 2승의 제곱근을 구한다.
전방 사고 판정부(131) 및 후방 사고 판정부(132)는, 각 연산부(120, 121, 130)에 의한 연산 결과에 의거하여, 판정식 (19)를 연산하여 전방 사고 및 후방 사고를 판정한다. 이 판정식 (19)에 따른 판정 동작역을 도 9에 나타낸다.
이와 같이 제 3 실시예의 디지털형 방향 계전기에 의하면, 역상 변화분 전압과 역상 변화분 전류와의 불평형 성분 전기량의 변화분을 사용함으로써, 항상 존재하는 역상분 전기량의 영향을 받기 어렵게 할 수 있다. 특히 제 3 실시예의 판정 수법에서는, 도 9의 특성으로부터 알 수 있듯이, ΔV2및 ΔI2에 관하여 판정 감도를 개별적으로 설정할 수 있기 때문에, 오차에 강하다는 특징을 갖는다. 예를 들면, 오차의 최대값을 ΔV2E및 ΔI2E라고 상정할 수 있는 경우, 도 10에 나타낸 바와 같이, 판정 동작역을 설정하면, 오차에 의한 오동작을 방지하는 것이 가능해진다.
<제 4 실시예>
도 11은 디지털형 방향 계전기의 제 4 실시예를 나타내는 각 연산부의 블록도이다.
이 제 4 실시예는, 도 2의 제 1 실시예와 비교하면, 역상분 전기량 대신에 영상분 전기량을 사용하는 것 이외는 완전히 동일하다.
참조부호 140은 전압 영상분 연산부, 141은 전류 영상분 연산부이다. 전압 영상분 연산부(140) 및 전류 영상분 연산부(141)는, 예를 들어, 다음 식 (20)과 (21)에 따라 연산한다.
3V0m= Vam+ Vbm+ Vcm(20)
3I0m= Iam+ Ibm+ Icm(21)
참조부호 142는 전압 영상 변화분 연산부, 143은 전류 영상 변화분 연산부이다. 전압 영상 변화분 연산부(142) 및 전류 영상 변화분 연산부(143)는, 이하의 식 (22)와 (23)에 따라, 예를 들어, 1사이클 전의 값과의 불평형 성분 전압 및 불평형 성분 전류의 변화분을 구한다.
ΔI0m= I0m- I0(m-12)(22)
ΔV0m= V0m- V0(m-12)(22)
이 제 4 실시예의 그 이외의 구성에 대해서는, 역상분 전기량 대신에 영상분 전기량을 사용하는 것 이외는 도 2의 제 1 실시예와 완전히 동일하기 때문에 설명을 생략한다. 이 제 4 실시예의 판정 동작 범위를 도 12에 나타낸다.
이 제 4 실시예의 디지털형 방향 계전기에 의하면, 영상 변화분의 전기량을사용함으로써 항상 존재하는 영상분 전기량의 영향을 받기 어렵게 할 수 있다. 단순히 영상분을 사용하는 것에 비하여, 사고 방향의 판별 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 사고의 영향이 역상보다도 영상에 나타나기 쉬운 전력계통 등에서는, 이 제 4 실시예에서 나타낸 영상의 변화분을 사용하는 디지털형 방향 계전기가 적합하다. 다른 이점으로서, 영상분의 연산에는 시간 지연이 없다. 따라서, 주파수 변동의 영향을 받기 어렵다.
<제 5 실시예>
도 13은 디지털형 방향 계전기의 제 5 실시예를 나타내는 각 연산부의 블록도이다.
제 5 실시예는, 도 6의 제 2 실시예와 비교하면, 역상분 전기량 대신에 영상분 전기량을 사용하는 것 이외는 완전히 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
또한, 전압 영상분 연산부(140), 전류 영상분 연산부(141), 전압 영상 변화분 연산부(142), 전류 영상 변화분 연산부(143)는 제 4 실시예와 동일하다.
도 14는 제 5 실시예의 디지털형 방향 계전기에 의한 판정 동작 범위를 나타내는 도면이다.
이 제 5 실시예에 의하면, 영상 변화분의 불평형 성분 전기량을 사용함으로써 항상 존재하는 영상분 전기량의 영향을 받기 어렵게 할 수 있고, 사고 방향의 판별 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다. 사고의 영향이 역상보다도 영상에 나타나기 쉬운 전력계통 등에서는, 이 제 5 실시예에서 나타낸 영상의 변화분을 사용하는 디지털형 방향 계전기가 적합하다. 다른 이점으로서, 영상분의 연산에는 시간 지연이 없다. 따라서, 주파수 변동의 영향을 받기 어렵다.
<제 6 실시예>
도 15는 디지털형 방향 계전기의 제 6 실시예를 나타내는 각 연산부의 블록도이다.
제 6 실시예는, 도 8의 제 3 실시예와 비교하면, 역상분 전기량 대신에 영상분 전기량을 사용하는 것 이외는 완전히 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
또한, 전압 영상분 연산부(140), 전류 영상분 연산부(141), 전압 영상 변화분 연산부(142), 전류 영상 변화분 연산부(143)는 제 4 실시예와 동일하다.
도 16은 제 6 실시예의 디지털형 방향 계전기에 의한 판정 동작 범위를 나타내는 도면이다.
이 제 6 실시예에 의하면, 영상 변화분의 불평형 성분 전기량을 사용함으로써 항상 존재하는 영상분 전기량의 영향을 받기 어렵게 할 수 있다. 특히 제 6 실시예의 판정 수법에서는, 도 16의 특성으로부터 알 수 있듯이, ΔV0및 ΔI0에 관하여 판정 감도를 개별적으로 설정할 수 있기 때문에, 오차에 강하다는 특징을 갖는다. 예를 들면, 오차의 최대값을 ΔV0E및 ΔI0E라고 상정할 수 있는 경우, 도 17에 나타낸 바와 같이, 판정 동작역을 설정하면, 오차에 의한 오동작을 방지하는 것이 가능해진다. 사고의 영향이 역상보다도 영상에 나타나기 쉬운 전력계통 등에서는, 이 제 6 실시예에서 나타낸 영상의 변화분을 사용하는 디지털형 방향 계전기가 적합하다. 다른 이점으로서, 영상분의 연산에는 시간 지연이 없다. 따라서, 주파수변동의 영향을 받기 어렵다.
추가적인 이점이나 변형예는 당업자들이 용이하게 생각할 수 있다. 따라서, 넓은 관점에서 본 발명은 여기서 나타내고, 기술한 구체적인 설명 및 대표적인 실시예에 제한되지 않는다. 따라서, 첨부된 청구범위 및 이와 균등한 것으로 정의되는 일반적인 발명의 개념의 범위를 벗어나지 않는 한 다양한 변형이 가능하다.
본 출원은 전체 내용이 참조로서 본 출원과 결합되어 있는 2002년 1월 28일자 일본국 특허출원 2002-017848에 기초한 것으로, 우선권 주장되어 있다.
본 발명에 따른 디지털형 방향 계전기는 정상 상태에서 전력계통에 역상분이나 영상분 등의 불평형 성분이 존재하고 있어도, 불평형 사고가 발생한 경우에 정확하게 사고의 방향을 판별할 수 있게 된다.

Claims (9)

  1. 전력계통의 전압값 및 전류값을 주기적으로 샘플링하여 디지털 값으로 변환하고, 이 디지털 값으로 변환된 전압 데이터 및 전류 데이터를 이용하여 사고 방향의 판정 연산을 행하는 디지털형 방향 계전기로서,
    기준이 되는 시점의 전압 데이터와 그 기준이 되는 시점으로부터 소정의 샘플링 간격만큼 떨어진 시점의 전압 데이터를 이용하여, 불평형 성분 전압의 변화분을 연산하는 전압 변화분 연산부(114)(142)와,
    기준이 되는 시점의 전류 데이터와 그 기준이 되는 시점으로부터 소정의 샘플링 간격만큼 떨어진 시점의 전류 데이터를 이용하여, 불평형 성분 전류의 변화분을 연산하는 전류 변화분 연산부(115)(143)와,
    상기 전압 변화분 연산부(114)(142)에 의해 연산된 불평형 성분 전압의 변화분과 상기 전류 변화분 연산부(115)(143)에 의해 연산된 불평형 성분 전류의 변화분의 위상 관계에 의거하여, 전방 사고인지 후방 사고인지를 판정하는 사고 판정부(116,117)(122,123)(131,132)를 구비하는 것을 특징으로 하는 디지털형 방향 계전기.
  2. 전력계통의 전압값 및 전류값을 주기적으로 샘플링하여 디지털 값으로 변환하고, 이 디지털 값으로 변환된 전압 데이터 및 전류 데이터를 이용하여 사고 방향의 판정 연산을 행하는 디지털형 방향 계전기로서,
    기준이 되는 시점의 전압 데이터와 그 기준이 되는 시점으로부터 소정의 샘플링 간격만큼 떨어진 시점의 전압 데이터를 이용하여, 불평형 성분 전압의 변화분을 연산하는 전압 변화분 연산부(114)(142)와,
    기준이 되는 시점의 전류 데이터와 그 기준이 되는 시점으로부터 소정의 샘플링 간격만큼 떨어진 시점의 전류 데이터를 이용하여, 불평형 성분 전류의 변화분을 연산하는 전류 변화분 연산부(115)(143)와,
    상기 전압 변화분 연산부(114)(142)에 의해 연산된 불평형 성분 전압의 변화분과 상기 전류 변화분 연산부(115)(143)에 의해 연산된 불평형 성분 전류의 변화분에 의거하여 불평형 임피던스 분을 연산하는 연산부(120~123)와,
    이 연산부(120~123)에 의해 연산된 불평형 임피던스 분을 기준값과 비교하여, 전방 사고인지 후방 사고인지를 판정하는 사고 판정부(122,123)를 구비하는 것을 특징으로 하는 디지털형 방향 계전기.
  3. 전력계통의 전압값 및 전류값을 주기적으로 샘플링하여 디지털 값으로 변환하고, 이 디지털 값으로 변환된 전압 데이터 및 전류 데이터를 이용하여 사고 방향의 판정 연산을 행하는 디지털형 방향 계전기로서,
    기준이 되는 시점의 전압 데이터와 그 기준이 되는 시점으로부터 소정의 샘플링 간격만큼 떨어진 시점의 전압 데이터를 이용하여, 불평형 성분 전압의 변화분 ΔVu를 연산하는 전압 변화분 연산부(114)(142)와,
    기준이 되는 시점의 전류 데이터와 그 기준이 되는 시점으로부터 소정의 샘플링 간격만큼 떨어진 시점의 전류 데이터를 이용하여, 불평형 성분 전류의 변화분 ΔIu를 연산하는 전류 변화분 연산부(115)(143)와,
    임의의 정수 Kl및 K2, 전류와 전압의 위상차를 ψ라고 했을 때에,
    K1ΔIu- ΔVucos(φ-ψ) ≥ K2
    가 성립한 경우에 전방 사고라고 판정하는 전방 사고 판정부(131)와,
    K1ΔIu- ΔVucos(φ-ψ) ＜ K2
    가 성립한 경우에 후방 사고라고 판정하는 후방 사고 판정부(132)를 구비하는 것을 특징으로 하는 디지털형 방향 계전기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 불평형 성분 전압의 변화분 및 불평형 성분 전류의 변화분으로서, 각각 역상 변화분의 전기량을 사용하는 것을 특징으로 하는 디지털형 방향 계전기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 불평형 성분 전압의 변화분 및 불평형 성분 전류의 변화분으로서, 각각 영상 변화분의 전기량을 사용하는 것을 특징으로 하는 디지털형 방향 계전기.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 불평형 성분 전압의 변화분 및 불평형 성분 전류의 변화분으로서, 각각 역상 변화분의 전기량을 사용하는 것을 특징으로 하는 디지털형 방향 계전기.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 불평형 성분 전압의 변화분 및 불평형 성분 전류의 변화분으로서, 각각 영상(零相) 변화분의 전기량을 사용하는 것을 특징으로 하는 디지털형 방향 계전기.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 불평형 성분 전압의 변화분 및 불평형 성분 전류의 변화분으로서, 각각 역상 변화분의 전기량을 사용하는 것을 특징으로 하는 디지털형 방향 계전기.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 불평형 성분 전압의 변화분 및 불평형 성분 전류의 변화분으로서, 각각 영상(零相) 변화분의 전기량을 사용하는 것을 특징으로 하는 디지털형 방향 계전기.
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