KR20080026021A

KR20080026021A - 보호 계전 장치

Info

Publication number: KR20080026021A
Application number: KR1020070045363A
Authority: KR
Inventors: 야스치카 니시타니; 도모유키 가와사키; 나오요시 야마나카
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2006-09-19
Filing date: 2007-05-10
Publication date: 2008-03-24
Also published as: TW200816589A; JP2008079367A; KR100886474B1; TWI332737B

Abstract

본 발명은 전력 계통의 계통 전기량을 취득하고, 그 전기량을 이용하여 소정의 보호 A/D 계전 연산을 자동적으로 행하여 전력 계통을 보호하는 보호 계전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 보호 계전 장치(1O)는 전력 계통의 계통 전기량(a)의 전기량 레벨을 변환하는 입력 변환 수단(12)과, 상기 입력 변환 수단(12)으로부터의 아날로그 전기량(b)을 디지털 전기량(c)으로 변환하는 A/D 변환 수단(13)과, 상기 A/D 변환 수단(13)의 특성값(d)을 산출하는 제1 특성값 산출 수단(15)과, 상기 입력 변환 수단(12)의 특성값(e)을 산출하는 제2 특성값 산출 수단(16)과, 산출된 상기 A/D 변환 수단(13)의 특성값(d)을 보존하는 제1 기억 수단(21)과, 산출된 상기 입력 변환 수단(12)의 특성값(e)을 보존하는 제2 기억 수단(22)과, 상기 제1 기억 수단(21)에 보존된 A/D 변환 수단(13)의 특성값(d)과 제2 기억 수단(22)에 보존된 입력 변환 수단(12)의 특성값(e)으로부터 보정값(h)을 구하는 보정값 산출 수단(17)과, 상기 보정값(h)을 이용하여 변환값을 보정하는 보정 수단(18)을 구비한 것이다.

Description

보호 계전 장치{PROTECTIVE RELAY EQUIPMENT}

도 1은 본 발명에 따른 보호 계전 장치의 제1 실시 형태를 도시한 블록 구성도.

도 2는 도 1의 보호 계전 장치에 구비되는 입력 변환 수단의 구성도.

도 3은 도 1의 보호 계전 장치에 구비되는 A/D 변환 수단의 블록 구성도.

도 4는 도 1의 보호 계전 장치에 구비되는 입력 변환 수단의 전압 변성기와 A/D 변환 수단의 필터와의 접속 관계를 도시한 도면.

도 5는 도 1의 보호 계전 장치에 구비되는 입력 변환 수단의 전압 변성기와 A/D 변환 수단의 필터와의 접속 관계를 도시한 도면.

도 6은 도 1의 보호 계전 장치에 구비되는 A/D 변환 수단의 멀티플렉서로의 입력을 설명한 도면.

도 7은 도 1의 보호 계전 장치에 있어서의 「A/D 변환 수단 특성값 산출 모드」시의 입력 관계를 설명한 도면.

도 8은 도 1의 보호 계전 장치에 구비되는 A/D 변환 수단의 특성값을 산출하는 처리를 도시한 흐름도.

도 9는 도 1의 보호 계전 장치에 있어서의 「입력 변환 수단 특성값 산출 모드」시의 입력 관계를 설명한 도면.

도 10은 도 1의 보호 계전 장치에 구비되는 입력 변환 수단의 특성값을 산출하는 처리를 도시한 흐름도.

도 11은 본 발명에 따른 보호 계전 장치의 제2 실시 형태를 도시한 블록 구성도.

도 12는 본 발명에 따른 보호 계전 장치의 제3 실시 형태를 도시한 블록 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 보호 계전 장치

12 : 입력 변환 수단

13 : A/D 변환 수단

14 : 연산 수단

15 ; 제1 특성값 산출 수단

16 : 제2 특성값 산출 수단

17 : 보정값 산출 수단

18 : 보정 수단

19 : 보호 계전 연산 수단

21 : 제1 기억 수단

22 : 제2 기억 수단

24 : 디지털형 입출력 수단

25 : 차단기

27 : 전압 변성기

28 ; 전류 변성기

31 : 필터

32 : 멀티플렉서

33 : A/D 변환기

35 : 케이블

36 : 스위치

40 : 제3 기억 수단

41 : 통신 인터페이스

본 발명은 전력 계통의 계통 전기량을 취급하는 기술에 관한 것으로서, 특히 전력 계통의 계통 전기량을 취득하고, 그 전기량을 이용하여 보호 계전 연산을 행하며, 전력 계통을 보호하는 디지털형 보호 계전 장치에 관한 것이다.

전력 계통을 디지털형의 보호 계전 장치로 보호하는 경우, 전력 계통의 전압 변성기나 전류 변성기에 의해 얻어진 아날로그량의 계통 전기량을 디지털 프로세서에 있어서의 릴레이 연산에 필요한 디지털 데이터로 변환하기 위해, 처음에 입력 변환 수단에 의해 처리하기 쉬운 크기로 변환하고, 다음에 아날로그 필터에 의해 연산에 불필요한 고주파 성분을 제거하고 나서 소정 간격으로 샘플링하며, 또한 아 날로그/디지털(이하, A/D라고 함) 변환 수단에 의해 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하고 있다.

그리고, 이 종류의 보호 계전 장치에는 전력 계통의 계통 전기량의 입력부, 소위 아날로그 입력부의 오차를 보정하는 수법이 여러 가지 제안되고 있다. 예컨대, 특허 문헌 1에는 계통 전기량을 소정 크기의 전기량으로 변환하는 입력 변환 수단과, 입력 변환 수단의 출력(아날로그) 전기량을 디지털 전기량으로 변환하는 A/D 변환 수단을 조합시키지 않고, 계통 전기량의 보정값을 개별적으로 수동으로 산출할 수 있는 구성이 개시되어 있다.

즉, 보호 계전 장치는 전력 계통에 설치된 전압 변성기나 전류 변성기를 통해 보호 릴레이의 입력 변환 수단에 계통 전기량을 입력하고 있다. 입력 변환 수단은 전압 변성기나 전류 변성기로 구성되고, 전력 계통의 계통 전기량을 소정 크기의 전기량으로 변환하여 A/D 변환 수단에 출력하고 있다. A/D 변환 수단은 입력 변환 수단으로부터의 출력 전기량을 필터 회로를 통해 필터링한 후, A/D 변환하여 디지털값의 전기량으로서 출력하고 있다.

입력 변환 수단으로부터 A/D 변환 수단까지의 각 수단을 구성하고 있는 소자로서 사용되는 저항, 콘덴서 등의 소자나 논리 IC 등의 소자는 개체적인 차이가 있기 때문에 입력한 데이터와 출력한 데이터 사이에는 위상이나 진폭값에 차이가 발생하기 때문에, 릴레이 연산 수단으로 연산할 때에는 이들 차이를 보정하는 처리를 실시할 필요가 있다.

특허 문헌 1에 기재된 보호 계전 장치에서는 입력 변환 수단의 오차를 저장 하는 제1 기억 수단과, A/D 변환 수단의 오차를 저장하는 제2 기억 수단을 포함하고, 제1 및 제2 기억 수단에 저장된 오차 데이터(이하, 특성값이라고 함)를 이용하여 입력 데이터를 보정하도록 하고 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2004-274930호 공보

특허 문헌 1에 기재된 보호 계전 장치에서는 제1 기억 수단에 데이터를 수동으로 미리 저장시켜 둘 필요가 있다. 즉, 입력 변환 수단의 입력 전기량과 출력 전기량과의 위상차의 오차 및 진폭값(이득: 게인)의 오차를 전압계나 전류계 등의 측정기를 이용하여 측정하고, 그 측정값에 기초하는 값을 기억 수단에 저장하고 있다.

이들 측정기에 의한 전기량의 위상차 오차, 그 이득 오차의 측정값을 제1 기억 수단에 입력시키는 데이터 저장은 전부 수동으로 미리 행하여야 한다. 이 때문에 데이터 저장 작업에 많은 노력이나 시간을 소비하게 되며, 데이터 저장 작업이 복잡하기 때문에, 보정 오차를 발생시키는 요인이 되고 있다.

본 발명은 전술한 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 전력 계통으로부터 받아들인 계통 전기량을 이용하여 소정의 입력 수단의 오차 및 A/D 변환 수단의 오차에 대한 보정 연산과 보호 계전 연산을 행함으로써, 전력 계통을 보호하는 보호 계전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 입력 변환 수단이나 A/D 변환 수단의 고장시에, 고장대상 수단을 교환할 때, 그 교환시에 각 수단을 조합시켜 보정값을 산출하는 작업, 즉 교정 작업이 불필요한 보호 계전 장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 입력 변환 수단 및 A/D 변환 수단의 특성값을 저장하기 위한 작업 노력을 삭감하고, 작업의 경감 및 보정 오차를 발생시키지 않는 보호 계전 장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위해서, 전력 계통의 계통 전기량을 샘플링하여 A/D 변환하고, 이 A/D 변환값을 이용하여 보호 계전 연산을 행하는 보호 계전 장치에 있어서, 상기 계통 전기량의 전기량 레벨을 변환하는 입력 변환 수단과, 상기 입력 변환 수단으로부터의 아날로그 전기량을 디지털 전기량으로 변환하는 A/D 변환 수단과, 상기 A/D 변환 수단의 특성값을 산출하는 제1 특성값 산출 수단과, 상기 입력 변환 수단의 특성값을 산출하는 제2 특성값 산출 수단과, 상기 제1 특성값 산출 수단으로 산출된 상기 A/D 변환 수단의 특성값을 보존하는 제1 기억 수단과, 상기 제2 특성값 산출 수단으로 산출된 상기 입력 변환 수단의 특성값을 보존하는 제2 기억 수단과, 상기 제1 기억 수단에 보존된 A/D 변환 수단의 특성값과 상기 제2 기억 수단에 보존된 입력 변환 수단의 특성값으로부터 보정값을 구하는 보정값 산출 수단과, 상기 보정값을 이용하여 상기 A/D 변환값을 보정하는 보정 수단을 구비한 것이다.

(실시예)

본 발명에 따른 보호 계전 장치의 실시 형태에 대해서 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

[제1 실시 형태]

도 1은 본 발명에 따른 보호 계전 장치의 제1 실시 형태를 도시하는 블록 구성도이다.

이 보호 계전 장치(10)는 전력 계통의 계통 전기량(a)이 받아들여지는 입력 변환 수단(12)을 갖고, 이 입력 변환 수단(12)으로 계통 전기량(a)이 처리하기 쉬운 소정 크기의 전기량(출력 전기량)(b)으로 변환된다. 입력 변환 수단(12)으로부터의 출력(아날로그) 전기량(b)은 A/D 변환 수단(13)에 입력되고, 이 A/D 변환 수단(13)으로 필터링하여 고주파 성분을 제거한 후, 아날로그 전기량이 디지털 전기량(c)으로 변환되어 연산 수단(14)에 입력된다.

연산 수단(14)은 MPU, CPU 등의 마이크로 프로세서, 메모리 등으로 이루어지며, A/D 변환 수단(13)의 특성값을 산출하는 제1 특성값 산출 수단(15)과, 입력 변환 수단(12)의 특성값을 산출하는 제2 특성값 산출 수단(16)과, 입력 변환 수단(12) 및 A/D 변환 수단(13)의 보정값을 구하는 보정값 산출 수단(17)과, 이 보정값 산출 수단(17)으로 구해진 보정값을 이용하여 A/D 변환 데이터를 보정하는 보정 수단(18)과, 이 보정 수단(18)으로 보정 후의 A/D 변환값의 데이터를 이용하여 릴레이 연산 등의 보호 계전 연산을 행하는 보호 계전 연산 수단(19)으로 구성된다.

제1 특성값 산출 수단(15)으로 산출된 A/D 변환 수단(13)의 특성값(d)은 제1 기억 수단(21)에 입력되어 보존된다. 제2 특성값 산출 수단(16)으로 산출된 입력 변환 수단(12)의 특성값(e)은 제2 기억 수단(22)에 입력되어 보존된다. 제1 및 제2의 기억 수단(21, 22)은 예컨대 비휘발성 메모리로 구성된다.

제1 및 제2 기억 수단(21, 22)은 보존값(특성값)(f, g)을 보정값 산출 수단(17)에 각각 입력하고, 보정값(h)을 보정 수단(18)에 출력한다. 보정 수단(18)에는 A/D 변환 수단(13)의 출력(디지털 전기량)(c) 및 보정값 산출 수단(17)의 보정값(h)이 각각 입력되고, 보호 계전 연산 수단(19)에 대하여 보정 후의 A/D 변환값(i)을 출력하고 있다.

보호 계전 장치(10)의 보호 계전 연산 수단(19)에는 디지털형 입출력 수단(24)이 접속되고, 이 디지털형 입출력 수단(24)에 의해 차단기(25)를 개폐 작동시키도록 되어 있다. 차단기(25)의 개폐 작동에 의해, 전력 계통의 안전성을 높여 보호할 수 있다.

보호 계전 장치(10)는 전력 계통을 보호하는 디지털형 보호 계전 장치를 구성하고 있다. 그리고, 보호 계전 장치(10)로부터 보호 계전 연산 수단(19) 및 디지털형 입출력 수단(24)을 제거하면, 전력 계통의 계통 전기량(a)을 취득하는 전기량 취득 장치가 구성된다.

보호 계전 장치(10)의 입력 변환 수단(12)은 도 2에 도시하는 바와 같이 구성되고, 복수의 전압 변성기(27)나 복수의 전류 변성기(28)로 구성된다. 전류 변성기(28)의 출력측에는 저항기(29)가 접속되고, 입력된 전류값(Iin)은 소정의 전압 레벨의 전압값(Vout)이 되어 출력된다.

또한, 도 3은 보호 계전 장치(10)의 A/D 변환 수단(13)의 블록 구성도를 도시하는 것이다. A/D 변환 수단(13)은 연산에 불필요한 고조파 성분을 제거하는 복수의 필터(31)와, 필터링에 의해 고조파 성분이 제거된 복수의 입력을 순차적으로 전환하여 출력하는 멀티플렉서(32)와, 이 멀티플렉서(32)로부터의 출력(아날로그 신호)을 연산 처리 가능한 디지털 신호(전기량)로 변환하는 A/D 변환기(33)를 구비한다.

도 4는 입력 변환 수단(12)의 전압 변성기(27)와, A/D 변환 수단(13)의 필터(31)와의 접속 관계를 도시하는 도면이다. 전압 변성기(27)와 필터(31)는 전압 변성기(27)와 필터(31) 사이를 접촉 분리하는 착탈 가능한 케이블(35)을 통해 접속된다.

도 4에 있어서, 케이블(35)을 떼어낸 경우, A/D 변환 수단(13)의 필터(31)의 입력부, 즉 단자 A부에 외부로부터 전압을 직접 인가할 수 있다. 입력 변환 수단(12)의 전류 변성기(28)와 A/D 변환 수단(13)의 필터(31)와의 접속 관계도 동일하다.

도 5는 입력 변환 수단(12)과 A/D 변환 수단(13)과의 접속 관계의 변형예를 도시하는 것이다.

이 변형예는 입력 변환 수단(12)의 전압 변성기(27)를 A/D 변환 수단(13)의 필터(31)에 스위치(36)를 통해 개폐 가능하게 접속한 것이다. 스위치(36)를 개로(開路)로 한 경우, A/D 변환 수단(13)의 필터(31)에는 외부로부터 단자 A부에 전압을 직접 인가할 수 있다. 입력 변환 수단(12)의 전류 변성기(28)와 A/D 변환 수단(13)의 필터(31)의 경우의 접속 형태도 동일하다.

한편, A/D 변환 수단(13)에 구비되는 멀티플렉서(32)는 도 3 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 복수의 필터(31)로 필터링 처리된 출력(아날로그 신호)을 순차적 으로 전환하여 A/D 변환기(33)에 출력하는 것이다. 멀티플렉서(32)의 1 입력에는 필터(31) 등이 접속되지 않는 단자 B부가 설치된다. 이 단자 B부에는 외부로부터 전압을 직접 인가할 수 있도록 되어 있다.

또한, A/D 변환 수단(13)으로 A/D 변환된 디지털 전기량(c)은 연산 수단(14)에 입력된다. 전술한 바와 같이 입력 변환 수단(12)이나 A/D 변환 수단(13)을 구성하는 저항이나 콘덴서 등의 소자나 논리 IC 등의 소자에는 개체적인 차이가 있기 때문에, 입력한 데이터와 출력된 데이터 사이에 위상이나 진폭값(이득: 게인)에 차이가 발생한다.

또한, 입력 변환 수단(12)은 전력 계통으로부터 얻어진 계통(입력) 전기량(a)을 필요한 아날로그(출력) 전기량(b)으로 변환하고, 이 아날로그 전기량(b)을 A/D 변환 수단(13)으로써 고조파를 제거한 후 샘플링하고, 디지털 전기량(c)으로 변환하여 연산 수단(14)에 입력한다. 연산 수단(14)으로 디지털 전기량(c)을 릴레이 연산 등의 보호 계전 연산하는 경우, 이들 위상이나 진폭값의 차이를 보정 처리할 필요가 있다.

연산 수단(14)은 A/D 변환 수단(13)으로부터 디지털 전기량(c)을 입력하여 A/D 변환 수단(13)의 특성값(d)을 산출하는 제1 특성값 산출 수단(15)을 갖는다. 특성값(d)이란 A/D 변환 수단(13)에 정현파를 입력하였을 때의 입력과 출력의 진폭값(이득)과 위상차에 관한 값이다.

A/D 변환 수단(13)의 특성값(d)을 산출하기 위해서는 외부로부터 도시하지 않은 맨머신 인터페이스 등을 통해 「A/D 변환 수단 특성값 산출 모드」로 수동으 로 설정한다.

도 7은 「A/D 변환 수단 특성값 산출 모드」시의 입력 관계를 설명하는 도면이다. 「A/D 변환 수단 특성값 산출 모드」로 설정하기 전에 필터(31)의 입력에는 미리 단자 A부로부터 소정의 크기로, 또한 정격 주파수의 정현파 전압을 인가해 둔다. 또한, 단자 B부에도 소정의 크기로, 또한 단자 A부에 인가한 정현파 전압과 동일한 주파수로 소정의 위상차를 가진 전압을 인가해 둔다. 소정의 위상차의 가장 간단한 예는 0°의 경우이다.

A/D 변환 수단(13)의 특성값을 산출하는 처리는 도 8의 흐름도에 따라 행해진다.

A/D 변환 수단(13)의 특성값을 산출하는 처리(단계 S₁)는 「A/D 변환 수단 특성값 산출 모드」인지 여부의 단계 S₂에서 판단한다. 「A/D 변환 수단 특성값 산출 모드」인 경우, 진폭값 계산(단계 S₃)이 행해진다.

진폭값 계산(단계 S₃)에서는 A/D 변환 수단(13)의 필터(31)로의 입력, 즉 단자 A부에 입력된 전압에 대응하는 A/D 변환 후의 데이터를 이용하여 진폭값(전압값)의 계산을 한다. A/D 변환 후의 데이터, 즉 순시값을 이용한 정현파의 진폭값의 계산 방법은 다음의 수학식 1을 이용하여 행해진다.

정현파(전압값) V_cal은, 이하의 수학식 1,

으로 표시된다.

단, V₀과 V₁은 모두 순시값(전압값)이며, V₀과 V₁에서의 위상차는 90°로 한다.

상기 수학식 1에서 구한 진폭값(V_cal)과 A/D 변환 수단(13)에 오차가 존재하지 않는 경우의 이상 진폭값(V_idl)과의 비를 다음의 수학식 2로 구한다.

V_rad = V_idl/V_cal

위상 계산(단계 S₄)에서는 A/D 변환 수단(13)의 필터(31)의 입력, 즉 단자 A부에 입력된 전압에 대응하는 A/D 변환 후의 데이터와, 단자 B부에 입력된 전압에 대응하는 A/D 변환 후의 데이터로부터 위상차(θ_ad)를 산출한다.

순시값을 이용하여 2 개의 정현파의 위상차를 계산하는 방법은, 예컨대 공지한 제로 크로스법을 이용하여 위상차(θ_ad)를 계산한다. 진폭값 계산(단계 S₃) 및 위상 계산(단계 S₄)은 복수의 각 필터(31)에 대하여 각각 행한다.

특성값 보존(단계 S₅)에서는 각 필터(31)마다 진폭비(V_rad) 및 위상차(θ_ad)를 특성값(d)으로 하여 제1 기억 수단(21)에 보존한다.

한편, 연산 수단(14)에 있어서의 제2 특성값 산출 수단(16)은 입력 변환 수단(12)의 특성값(e)을 산출하는 것이다. 그리고, 입력 변환 수단(12)의 특성값(e)을 산출하는 경우에는 「입력 변환 수단 특성값 산출 모드」로 설정한다.

「입력 변환 수단 특성값 산출 모드」의 경우에도 전술한 「A/D 변환 수단 특성값 산출 모드」의 경우와 동일하게, 외부로부터의 맨머신 인터페이스 등을 통해 수동으로 설정한다.

도 9는 「입력 변환 수단 특성값 산출 모드」시의 입력 관계를 설명하는 도면이다. 「입력 변환 수단 특성값 산출 모드」로 설정하기 전에 미리, 도 9에 도시하는 바와 같이, 입력 변환 수단(12)에 소정의 크기로, 또한 정격 주파수의 정현파 전압을 인가하거나 정현파 전류를 입력해 둔다.

한편, A/D 변환 수단(13)의 멀티플렉서(32)에는 단자 B부로부터 소정의 크기로, 또한 입력 변환 수단(12)에 인가한 정현파 전압 또는 입력한 정현파 전류와 동일한 주파수로 소정의 위상차를 가진 전압을 인가한다. 여기서 소정의 위상차란, 제1 특성 산출 수단(15)에 있어서의 단자 A부와 B부에 인가하는 양 전압과의 위상차와 동일한 값이다.

입력 변환 수단(12)의 특성값을 산출하는 처리(단계 S₇)는 도 10의 흐름도에 따라 행해진다.

입력 변환 수단 특성값 산출 모드인지 여부로(단계 S₈) 「입력 변환 수단 특성값 산출 모드」인 경우에는 진폭값 계산(단계 S₉)이 행해진다. 진폭값 계산(단계 S₉)에서는 입력 변환 수단(12)에 인가된 전압 또는 입력된 전류에 대응하는 A/D 변환 후의 데이터를 이용하여 진폭값을 계산한다. 이 진폭값의 계산은 수학식 1과 동일하다.

그리고, 수학식 1에서 구한 진폭값(V_cal)과, 입력 변환 수단(12) 및 A/D 변환 수단(13)에 오차가 존재하지 않는 경우의 이상 진폭값(V_idltotal)과의 비를 진폭비(V_rtotal)라고 하면,

V_rtoal = V_idltotal/V_cal

로 구해진다.

진폭값 계산(단계 S₉)에 이어서 위상차를 검출하기 위해서, 위상 계산(단계 S₁₀)이 실시된다. 위상 계산(단계 S₁₀)에서는 입력 변환 수단(12)에 인가된 전압 또는 입력된 전류에 대응하는 A/D 변환 후의 데이터와, A/D 변환 수단(13)의 멀티플렉서(32)에 단자 B부로부터 입력된 전압에 대한 A/D 변환 후의 데이터로부터 위상차를 산출한다. 이 위상차 산출에 대해서도, 예컨대 공지된 제로 크로스법에 의해 위상차(θ_total)를 산출한다.

위상차(θ_total)를 산출한 후, 입력 변환 수단(12)의 특성값을 입력 변환 특성 계산(단계 S₁₁)으로 산출한다. 입력 변환 수단(12)의 특성값(e)(V_ript, θ_ipt)을 다음 의 수학식 4 및 수학식 5로 구한다.

V_ript = V_rtotal/V_rad

θ_ipt = θ_total-θ_ad

여기서, V_rad 및 θ_ad는 제1 기억 수단(21)에 보존되어 있는 데이터를 이용한다.

또한, 단계 S₉∼S₁₁의 진폭값 계산, 위상 계산 및 입력 변환 수단 특성값 계산은 도 2에 도시하는 복수의 각 전압 변성기(27) 및 전류 변성기(28)에 대하여 각각 행한다.

각 전압 변성기(27) 및 전류 변성기(28)마다 각각 계산된 입력 변환 수단(12)의 특성값(e)(V_ript, θ_ipt)은 특성값 보존(단계 S₁₂)에 의해 제2 기억 수단(22)에 보존된다.

연산 수단(14)에 구비된 제1 특성값 산출 수단(15) 및 제2 특성값 산출 수단(16)은 디지털형 보호 계전 장치(10)를 운용하기 전에, 「A/D 변환 수단 특성값 산출 모드」 또는 「입력 변환 수단 특성값 산출 모드」의 상태에서 동작하는 것이다. 보호 계전 장치(10)를 운용할 때에는 「A/D 변환 수단 특성값 산출 모드」나 「입력 변환 수단 특성값 산출 모드」의 상태로 설정하는 것을 필요로 하지 않는 다.

연산 수단(14)의 보정값 산출 수단(17)은 입력 변환 수단(12) 및 A/D 변환 수단(13)의 특성 오차를 보정하기 위한 보정값(h)을 구하는 것이다. 보정값 산출 수단(17)은 제1 기억 수단(21)에 보존된 특성값(f)(V_rad, θ_ad), 제2 기억 수단(22)에 보존된 특성값(g)(V_ript, θ_ipt)으로부터, 다음의 수학식 6 및 수학식 7에 의해 입력 변환 수단(12) 및 A/D 변환 수단(13)의 종합 특성값(V_rtotal, θ_total)을 구하는 것이다.

V_rtotal = V_ript/V_rad

θ_total = θ_ipt-θ_val

또한, 이 보정값(h)(V_rtotal, θ_total)을 이용하여, 입력 변환 수단(12) 및 A/D 변환 수단(13)의 특성 오차를 보정하기 위해서, 공지된 다음의 수학식 8 및 수학식 9에 의해 보정값(h)(k₀, k₁)을 구한다.

k₀ = V_rtotal·sin(θ_T-θ_tgt＋θ_total)/sin(θ_T)

k₁ = V_rtotal·sin(θ_tgt-θ_total)/sin(θ_T)

단, θ_T = 2π×(f₀/f_s), θ_tgt는 소정의 값이고, 여기서 f₀은 정격 주파수, f_s는 샘플링 주파수이다.

계속해서, 보정값 산출 수단(17)으로 구한 보정값(h)(k₀, k₁)을 이용하여 A/D 변환 데이터를 공지된 다음 수학식 10을 이용하여 보정 수단(18)으로 보정한다.

Y(m) = k₀·X(m)＋k₁·X(m-1)

단, X(m)은 최신 샘플링, X(m-1)은 하나 전의 샘플링시의 A/D 변환 데이터, Y(m)은 보정 후의 데이터이다.

보정 수단(18)은 보정값 산출 수단(17)으로 구한 보정값(h)(k₀, k₁)을 이용하여 수학식 10에 의해 A/D 변환 데이터를 보정하는 것이며, 보정 수단(18)으로 보정된 A/D 변환 데이터(A/D 변환값 i)는 보호 계전 연산 수단(19)에 입력되고, 보호 계전 연산이 행해진다. 보호 계전 연산 수단(19)에서의 보호 계전 연산에 의해 디지털형 입출력 수단(24)을 통하여 차단기(25)가 작동하고, 전력 계통이 보호된다.

도 1에 도시된 디지털형 보호 계전 장치(10)로부터 입력 변환 수단(12), A/D 변환 수단(13) 및 제1, 제2 기억 수단(21, 22)을 각각 독립적으로 떼어낼 수 있게 접속할 수 있다. 그리고, 보호 계전 장치(10)로부터의 입력 변환 수단(12), A/D 변 환 수단(13), 제1 및 제2 기억 수단(21, 22)의 착탈은 커넥터나 소켓 등의 공지된 결합 소자를 이용하여 행해진다.

다음에, 보호 계전 장치(10)의 작용을 설명한다.

보호 계전 장치(10)의 입력 변환 수단(12) 및 A/D 변환 수단(13)을 구성하는 전기 부품(소자)에는 개체적인 특성 오차가 있는 것에 대해서는 앞서 설명하였다.

보호 계전 장치(10)의 입력 변환 수단(12)에 소정의 크기로, 또한 정격 주파수의 정현파 전압을 인가하거나 정현파 전파를 입력한다. 그리고, 예컨대 도 9에 도시하는 단자 B부로부터 A/D 변환 수단(13)의 멀티플렉서(32)에 소정의 크기로, 또한 상기 입력 변환 수단(12)에 인가 또는 입력한 정현파 전압 또는 정현파 전류와 동일한 주파수로 소정의 위상차를 가진 전압을 인가한 경우, 입력 변환 수단(12)의 입력에 대응하는 A/D 변환 후의 데이터는 그 이득(게인), 위상차 모두 소정의 값에 대하여 오차가 발생한다.

이득 오차의 정도, 즉 특성값은 수학식 3에 의한 진폭비(V_rtotal)가 되며, 위상차의 특성값은 위상차(θ_total)가 된다.

현재, 입력 변환 수단(12)의 입력을,

V_in·sin(ω₀·t)로 한다.

단, ω₀ = 2πf₀이다.

입력 변환 수단(12) 및 A/D 변환 수단(13)에 요구되는 이상적인 샘플링시의 변환 데이터를 X(m)으로 하면, X(m)은 이하의 수학식 11,

X(m) = k_idl·V_in·sin(-θ_tgt)

로 표시된다.

실제로는, 입력 변환 수단(12) 및 A/D 변환 수단(13)을 구성하는 부품의 특성 오차에 의해, A/D 변환 데이터 X(m)은, 이하의 수학식 12,

X(m) = (k_idl/V_rtotal)·V_in·sin(-θ_total)

이 되며, 1 샘플링 전의 A/D 변환 데이터 X(m-1)은, 이하의 수학식 13,

X(m-1) = (k_idl/V_rtotal)·V_in·sin(-θ_total-θ_T)

가 된다.

한편, 보정값 산출 수단(17)으로 산출된 보정값(h)(k₀, k₁)을 이용하여 A/D 변환 데이터 X(m), X(m-1)을 보정하면, 보정 후의 A/D 변환 데이터 Y(m)은 수학식 8∼수학식 10에 의해, 이하의 수학식 14,

Y(m) = k₀·X(m)＋k₁·X(m-1)

= {V_rtotal·sin(θ_T-θ_tgt＋θ_total)/sin(θ_T)}

·k_idl/V_rtotal·V_in·sin(-θ_total)

+{V_rtotal·sin(θ_tgt-θ_total).sin(θ_T)}

·k_idl/V_rtotal·V_in·sin(-θ_total-θ_T)

= {k_idl·V_in/sin(θ_T)}

{sin(θ_T-θ_tgt＋θ_total)·sin(-θ_total)

+sin(θ_tgt-θ_total)·sin(-θ_total-θ_T)}

={k_idl·V_in/sin(θ_T)}

[{cos(θ_T-θ_tgt＋2θ_total)-cos(θ_T-θ_tgt)}/2

+{cos(θ_tgt＋θ_T)-cos(θ_tgt-2θ_total-θ_T)}/2]

={k_idl·V_in/sin(θ_T)}

[{cos(θ_tgt-θ_T-2θ_total)-cos(θ_tgt-θ_T)}/2

+{cos(θ_tgt＋θ_T)-cos(θ_tgt-θ_T-2θ_total)}/2]

={k_idl·V_in/sin(θ_T)}·{cos(θ_tgt＋θ_T)-cos(θ_tgt-θ_T)}/2

={k_idl·V_in/sin(θ_T)}·{sin(-θ_tgt)sin(θ_T)}

=k_idl·V_in·sin(-θ_tgt)

로 표시된다.

수학식 14는 수학식 11과 동일하게 되며, 수학식 1O의 보정 처리에 의해, 요 구되는 이상적인 A/D 변환 데이터 Y(m)을 얻을 수 있다.

또한, 특성값은 입력 변환 수단(12)의 특성값(e)과 A/D 변환 수단(13)의 특성값(d)으로 나누어진다.

진폭비(이득의 특성값)(V_rtotal)와 위상차(θ_total)는 입력 변환 수단(12) 및 A/D 변환 수단(13)을 합한 종합 특성값을 나타내는 것이다.

입력 변환 수단(12)의 특성값(e)을 (V_ript, θ_ipt)로 하고, A/D 변환 수단(13)의 특성값(d)을 (V_rad, θ_ad)로 하면, 종합 특성값(V_rtotal, θ_total)은 수학식 6 및 수학식 7과 같이 분해할 수 있다.

그리고, 제1 특성값 산출 수단(15)에 의해, A/D 변환 수단(13)의 특성값(d)(V_rad, θ_ad)을 직접 구할 수 있다.

그러나, A/D 변환 수단(13)의 특성값(d)(V_rad, θ_ad)은 케이블(35) 또는 스위치(36)를 개리 상태로 함으로써, 입력 변환 수단(12)이 절리되어 직접 구할 수 있지만, 입력 변환 수단(12)의 특성값(e)(V_ript, θ_ipt)을 직접 구할 수 없다.

그래서, 제2 특성값 산출 수단(16)의 전반 부분에서 입력 변환 수단(12)과 A/D 변환 수단(13)을 합한 특성값(V_rtotal, θ_total)을 우선 구한다. 그리고, 수학식 6, 수학식 7의 변형인 수학식 4 및 수학식 5를 이용하여 간접적으로 입력 변환 수단(12)의 특성값(e)(V_ript, θ_ipt)을 구한다.

이와 같이 하여, 제1 기억 수단(21)에는 A/D 변환 수단(13)의 특성 값(d)(V_rad, θ_ad)이 저장되고, 제2 기억 수단(22)에는 입력 변환 수단(12)의 특성값(e)(V_ript, θ_ipt)이 저장된다. A/D 변환 수단(13)의 특성값(d)과 입력 변환 수단(12)의 특성값(e)은 제1 및 제2 기억 수단(21, 22)에 개별적으로 보수 관리된다.

보호 계전 장치(10)의 운용 중에, 입력 변환 수단(12) 및 A/D 변환 수단(13) 중 적어도 한쪽이 고장난 경우, 고장난 입력 변환 수단(12)이나 A/D 변환 수단(13)은 정상적인 새로운 것과 교환된다.

입력 변환 수단(12)이 고장난 경우에는, 정상적인 새로운 입력 변환 수단(12)으로 교환하는 동시에, 제2 기억 수단(22)도 새로운 입력 변환 수단(12)의 특성값(e)이 보존된 것으로 교환된다. 이와 같이 입력 변환 수단(12)을 교환할 때에, 제2 기억 수단(22)도 교환하기 때문에, 아날로그 입력부의 오차를 보정하는 교정 작업이 불필요하게 되어, 신속한 교환이 가능해진다.

또한, A/D 변환 수단(13)을 교환하는 경우에도 동일하게 제1 기억 수단(21)을 동시에 교환함으로써, 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 입력 변환 수단(12)의 특성값(e)을 보존할 때에는 전압계나 전류계 등의 측정기를 이용하여 측정한 측정값을 수동으로써 제2 기억 수단(22)에 보존하는 작업이 불필요해진다. 소정의 전압 인가 또는 전류의 입력만으로, 입력 변환 수단(12)의 특성값(e)이 제2 기억 수단(22)에 자동적으로 보존된다.

[제2 실시 형태]

도 11은 본 발명에 따른 보호 계전 장치의 제2 실시 형태를 도시하는 블록 구성도이다.

제2 실시 형태에 표시되는 보호 계전 장치(10A)는 제1 실시 형태의 보호 계전 장치(10)에 제3 기억 수단(40)을 부가한 것이며, 다른 구성 및 작용은 제1 실시 형태의 보호 계전 장치(10)와 실질적으로 다르지 않기 때문에, 동일한 구성에는 동일부호를 붙여 중복 설명을 생략한다.

제3 기억 수단(40)은 제1 기억 수단(21)에 보존된 A/D 변환 수단(13)의 특성값(d)을 복사 보존하는 한편, 제2 기억 수단(22)에 보존된 입력 변환 수단(12)의 특성값(e)도 복사 보존하고 있다. 제3 기억 수단(40)에 보존된 A/D 변환 수단(13)의 특성값(d)은 제1 기억 수단(21)에 복사 보존시키는 것이 가능하다. 동일하게, 제3 기억 수단(40)에 보존된 입력 변환 수단(12)의 특성값(e)은 제2 기억 수단(22)에 복사 보존시키는 것도 가능하다.

도 11에 표시된 디지털형 보호 계전 장치(10A)는 도시하지 않은 맨머신 인터페이스로부터의 지령에 기초하는 CPU나 MPU에 내장된 프로그램에 의해, 제1 기억 수단(21)과 제3 기억 수단(40) 사이의 데이터 복사 보존이 가능하다. 동일하게 제2 기억 수단(22)과 제3 기억 수단(40) 사이의 데이터 복사 보존도 가능하다.

제2 실시 형태에 표시된 디지털형 보호 계전 장치(10A)는 A/D 변환 수단(13)의 특성값(d)을 기록하고, 저장하는 제1 기억 수단(21)이나 입력 변환 수단(12)의 특성값(e)을 기록하며, 저장하는 제2 기억 수단(22)이 고장난 경우에 우수한 기능을 갖는다.

보호 계전 장치(10A)의 운용 중에 제1 기억 수단(21)이 고장난 경우에는, 정 상적인 새로운 제1 기억 수단(21)으로 교환된다. 그러나, 새로운 제1 기억 수단(21)에는 A/D 변환 수단(13)의 특성값(d)이 보존되어 있지 않다.

이 때문에, 제3 기억 수단(40)에 A/D 변환 수단(13)의 특성값(d)을 미리 복사 보존해 두고, 이 특성값(d)을 교환된 새로운 제1 기억 수단(21)에 복사 보존한다. 새로운 제1 기억 수단(21)에 특성값(d)을 복사 보존시킴으로써, A/D 변환 수단(13)의 아날로그 입력부의 오차를 보정하기 위한 교정 작업이 불필요하게 되어, 신속한 교환을 행할 수 있다.

제2 기억 수단(22)이 고장난 경우에도 제1 기억 수단(21)이 고장난 경우와 동일한 작업 순서로 제2 기억 수단(22)의 교환을 신속하고 효율적으로 단시간에 행할 수 있다.

[제3 실시 형태]

도 12는 본 발명에 따른 디지털형 보호 계전 장치의 제3 실시 형태를 도시하는 블록 구성도이다.

제3 실시 형태에 표시된 디지털형 보호 계전 장치(10B)는 제2 실시 형태에 표시된 보호 계전 장치(10A)의 변형예를 도시하는 것이며, 통신 인터페이스(41) 이외의 구성은 제2 실시 형태와 동일하기 때문에, 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙여 중복 설명을 생략한다.

통신 인터페이스(41)는 제1 기억 수단(21) 및 제2 기억 수단(22)에 각각 접속된다. 통신 인터페이스(41)는 무선 또는 유선의 통신 수단(도시하지 않음)을 통해 퍼스널 컴퓨터 등의 외부 통신 기기(도시하지 않음)와 통신이 가능하다.

제3 실시 형태에 표시된 디지털형 보호 계전 장치(10B)에 있어서는 제1 기억 수단(21)에 보존된 A/D 변환 수단(13)의 특성값(d)은 통신 인터페이스(41)를 통해 퍼스널 컴퓨터 등의 외부 통신 기기와의 통신이 가능하며, 퍼스널 컴퓨터 등의 외부 기기에 보존해 둔 A/D 변환 수단(13)의 특성값(d)을 새로운 제1 기억 수단(21)에 외부의 원격지로부터 전송 보존이 가능하다.

제2 기억 수단(22)에 보존된 입력 변환 수단(12)의 특성값(e)에 대해서도 통신 인터페이스(41)를 통해 외부로부터의 통신으로, 새로운 제2 기억 수단(22)에 전송 보존시킬 수 있다.

제3 실시 형태에 표시된 디지털형 보호 계전 장치(10B)도 제2 실시 형태에 표시된 보호 계전 장치(10A)와 동일하게, 제1 기억 수단(21)이나 제2의 기억 수단(22)이 고장난 경우에 우수한 기능을 발휘하고, 고장난 제1 기억 수단(21)이나 제2 기억 수단(22)을 교정 작업이 불필요하며, 신속하게 교환시킬 수 있다.

보호 계전 장치(10B)의 운용 중에 제1 기억 수단(21)이 고장난 경우에는, 정상적인 새로운 제1 기억 수단(21)으로 교환된다. 그러나, 새로운 제1 기억 수단(21)에는 A/D 변환 수단(13)의 특성값(d)이 보존되어 있지 않다.

이 때문에, 제1 기억 수단(21)은 통신 인터페이스(41)를 통해 외부 통신 기기에 통신 가능하게 접속해 두고, 제1 기억 수단(21)이 고장나 새로운 제1 기억 수단(21)으로 교환되면, 이 새로운 제1 기억 수단(21)에 A/D 변환 수단(13)의 특성값(d)을 전송 보존시키기 위해, 퍼스널 컴퓨터 등의 외부 기기에 보존해 둔 A/D 변환 수단(13)의 특성값(d)을 제1 기억 수단(21)에 전송 보존시킨다.

이 경우에도 퍼스널 컴퓨터 등의 외부 기기에 보존된 A/D 변환 수단(13)의 특성값(d)을 교환된 새로운 제1 기억 수단(21)에 통신 수단을 통해 복사 보존시킬 수 있고, A/D 변환 수단(13)의 아날로그 입력부의 오차를 보정하기 위한 교정 작업이 불필요하게 되어, 신속한 교환 작업을 효율적으로 실시할 수 있다.

입력 변환 수단(12)의 특성값(e)을 저장하고, 보존된 제2 기억 수단(22)을 새로운 제2 기억 수단(22)으로 교환하는 경우에도 퍼스널 컴퓨터 등의 외부 기기에 보존된 입력 변환 수단(12)의 특성값(e)을 이용하여 통신 수단을 이용함으로써, 교환된 새로운 제2 기억 수단(22)에 입력 변환 수단(12)의 특성값(e)을 간단하고 용이하게 전송 보존시킬 수 있다.

본 발명에 따른 보호 계전 장치에 있어서, 전력 계통으로부터 받아들인 계통전기량을 A/D 변환하고, 그 A/D 변환값을 이용하여 소정의 보호 계전 연산을 행함으로써, 전력 계통을 보호할 수 있다.

입력 변환 수단이나 A/D 변환 수단이 고장난 경우에, 고장 대상 수단을 새로운 것으로 교환할 때, 그 교환시에 교환된 새로운 수단의 특성값에 대응하는 특성값도 동시에 교환 가능하게 함으로써, 고장 대상 수단의 아날로그 입력부의 오차를 보정하는 교정 작업이 불필요하게 되어, 신속한 교환 작업을 능률적이면서 효율적으로 단시간에 실시할 수 있다.

또한, 소정 전압의 인가 또는 전류의 입력만으로, 입력 변환 수단이나 A/D 변환 수단에 대응하는 특성값을 자동적으로 구하여 기억 수단에 기억할 수 있다.

Claims

전력 계통의 계통 전기량을 샘플링하여 A/D 변환하고, 이 A/D 변환값을 이용하여 보호 계전 연산를 행하는 보호 계전 장치에 있어서,

상기 계통 전기량의 전기량 레벨을 변환하는 입력 변환 수단과;

상기 입력 변환 수단으로부터의 아날로그 전기량을 디지털 전기량으로 변환하는 A/D 변환 수단과;

상기 A/D 변환 수단의 특성값을 산출하는 제1 특성값 산출 수단과;

상기 입력 변환 수단의 특성값을 산출하는 제2 특성값 산출 수단과;

상기 제1 특성값 산출 수단으로 산출된 상기 A/D 변환 수단의 특성값을 보존하는 제1 기억 수단과;

상기 제2 특성값 산출 수단으로 산출된 상기 입력 변환 수단의 특성값을 보존하는 제2 기억 수단과;

상기 제1 기억 수단에 보존된 A/D 변환 수단의 특성값과 상기 제2 기억 수단에 보존된 입력 변환 수단의 특성값으로부터 보정값을 구하는 보정값 산출 수단과;

상기 보정값을 이용하여 상기 A/D 변환값을 보정하는 보정 수단과;

상기 보정 수단에 의해 보정된 A/D 변환값을 이용하여 보호 계전 연산을 행하는 보호 계전 연산 수단

을 구비하는 것을 특징으로 하는 보호 계전 장치.
제1항에 있어서, 상기 입력 변환 수단, 상기 A/D 변환 수단, 상기 제1 기억 수단 및 제2 기억 수단은 각각 독립적으로 보호 계전 장치로부터 떼어낼 수 있게 설치되어 있는 것인 보호 계전 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 기억 수단에 보존된 A/D 변환 수단의 특성값 및 상기 제2 기억 수단에 보존된 입력 변환 수단의 특성값 중 적어도 한쪽을 복사 보존하는 제3 기억 수단을 포함하는 것인 보호 계전 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 기억 수단에 보존된 상기 A/D 변환 수단의 특성값 및 상기 제2 기억 수단에 보존된 입력 변환 수단의 특성값 중 적어도 한쪽을, 외부 기기와 주고받기 위한 통신 인터페이스를 포함하는 것인 보호 계전 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 특성값 산출 수단으로 산출된 A/D 변환 수단의 특성값 및 상기 제2 특성값 산출 수단으로 산출된 입력 변환 수단의 특성값은 이들 특성값으로부터 보정값을 산출하는 상기 보정값 산출 수단에 입력되는 것인 보호 계전 장치.