WO2015189996A1 - デジタル保護リレー - Google Patents

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sampling
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input
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尾田　重遠
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a digital protection relay, and more particularly to a technique for appropriately correcting an error in input data caused by an analog element for acquiring at least current or voltage information as an analog signal from a power system.
  • digital protection relays can be used to measure the amount of electricity such as voltage and current values of a system from a current transformer (CT (Current Transformer)), instrument transformer (PT (Potential Transformer), or VT (Voltage Transformer)). Is acquired as an analog signal by the analog input element.
  • CT Current Transformer
  • PT Temperatur Transformer
  • VT Voltage Transformer
  • the digital protection relay samples an analog signal at a predetermined cycle and converts it into digital data by an AD (Analog to Digital) converter.
  • the digital protection relay determines the presence or absence of a system failure by performing a protection relay operation using this digital data.
  • the digital protection relay when it detects a failure section, it performs a protection operation such as tripping a circuit breaker to disconnect the failure section from the system.
  • a protection operation such as tripping a circuit breaker to disconnect the failure section from the system.
  • the analog input circuit of such a digital protection relay is typically composed of a transformer, an analog filter, a sample hold circuit, a multiplexer, an AD converter, and the like.
  • the transformer receives an input of an electric quantity such as a voltage value and a current value of the system, and converts it into a signal level suitable for the digital protection relay.
  • the analog filter removes a high-frequency noise component or the like superimposed on the input component of the commercial frequency.
  • the sample hold circuit holds the signal from which unnecessary frequency components have been removed by the analog filter.
  • the analog input circuit may receive an input of an electric quantity through a plurality of channels. In this case, a plurality of sets of transformers, analog filters, and sample hold circuits may be arranged.
  • the multiplexer time-division multiplexes the signals of a plurality of channels output from the sample hold circuit and outputs the signals to the AD converter.
  • the AD converter converts the time-division multiplexed analog signal into a digital signal.
  • the analog elements constituting such an analog input circuit have individual differences, and even if the input voltage is zero due to variations in the components of the amplifier constituting the analog elements, for example, a minute value of about several mV to several tens of mV.
  • a DC voltage offset voltage
  • the offset voltage is superimposed on the input signal in the process in which the digital protection relay converts the electric quantity input to the analog input circuit into digital data. Therefore, in order for the digital protection relay to perform the protection relay calculation with high accuracy, it is necessary to perform the calculation after removing the offset voltage.
  • Patent Document 1 As a technique for removing such an offset voltage, for example, there is JP-A-1-198213 (Patent Document 1).
  • Patent Document 1 focusing on the fact that the input data is a sine wave that vibrates with a certain voltage level as a reference, digital data output by the AD converter in a sufficiently long period compared to the frequency of the power system. And a technique for calculating an average value of integration results as an offset voltage value.
  • the present disclosure provides a digital protection relay that performs calculation and updating of an offset value in a relatively short period even in a period in which a frequency from a low frequency of about 5 Hz to a rated frequency changes, for example.
  • the purpose is to do.
  • the digital protection relay includes, as an analog input circuit, an input conversion unit that receives a signal indicating the amount of electricity in the power system as an analog signal, and an analog / digital conversion unit that converts the analog signal into a digital signal.
  • the digital protection relay performs a protection operation based on the digital signal converted by the analog / digital conversion unit by the control unit.
  • the control unit includes a protection calculation unit that performs a protection calculation using the offset voltage value, an acquisition unit that sequentially acquires input data converted into a digital signal by the analog / digital conversion unit according to the sampling timing, and each sampling value And an offset value calculation unit that calculates an offset voltage value based on a sampling value within a period in which the polarity of the difference amount changes among input data within at least one cycle based on the difference amount between them. .
  • the offset voltage value is calculated based on the sampling value within the period in which the polarity of the difference amount of each sampling value sampled within at least one cycle changes. Therefore, the digital protection relay can calculate the offset voltage value by using a sampling value of fewer cycles such as one cycle, for example, regardless of the frequency of the input signal compared to the conventional one. For example, it can be performed in a short period of about several seconds.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a digital protection relay 10-2 according to a second embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation of the digital protection relay 10-2 according to the second embodiment. It is a figure which shows the relationship between the magnitude
  • the analog signal input to the digital protection relay is a sine wave that oscillates with a certain voltage level as a reference.
  • the digital protection relay of the related art provides a sufficiently long period compared with the frequency of the power system, accumulates the digital data of the input data, and averages the accumulated result of the accumulated digital data to obtain the offset voltage value. calculate.
  • the rated frequency is 50 Hz
  • the sampling frequency is 600 Hz (the sample period is an electrical angle of the rated frequency of 30 °)
  • the number of samples in the integration period is the number of samples “2 16 ”
  • the related art digital protection relay calculates an offset voltage value about every 109 seconds.
  • the integration time when the input frequency is gradually increased from the low frequency is estimated, for example, when the input frequency is 5 Hz, it is as follows.
  • the rated frequency is 50 Hz.
  • Vn is a rated voltage. Since the input frequency of 5 Hz is 1/10 of the rated frequency of 50 Hz, the output of the generator is also assumed to be 1/10 of the operation at the rated frequency. In this case, since the sampling interval is also 1/10 of the rated frequency, the electrical angle is every 3 °. When the input frequency deviates from the rated frequency, an average error of maximum half-wave occurs.
  • the effect of the half-wave error is 1/10 or less of the error due to voltage.
  • voltage input will be performed.
  • the input frequency changes over several minutes to several tens of minutes from a low frequency of, for example, about 5 Hz to a commercial rated frequency (for example, 50 Hz). Even in this case, the offset voltage value is calculated and updated in a relatively short time of about several seconds.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a digital protection relay according to the present embodiment.
  • the digital protection relay 10 collects current information and voltage information of the power system, and performs a protection relay calculation based on the collected information.
  • the digital protection relay 10 includes a plurality of transformers 11-1 to 11-N (hereinafter sometimes collectively referred to as “transformers 11”) and a plurality of analog filters 12-1 to 12-12. -N (hereinafter sometimes collectively referred to as “analog filter 12”) and a plurality of sample and hold circuits 13-1 to 13-N (hereinafter sometimes collectively referred to as “sample and hold circuit 13”).
  • Transformers 11 hereinafter sometimes collectively referred to as “transformers 11”
  • analog filters 12-1 to 12-12. -N hereinafter sometimes collectively referred to as “analog filter 12”
  • sample and hold circuit 13 sample and hold circuit 13
  • Multiplexer 14 AD converter 15, operation control unit 16, D / O 17, sampling cycle control circuit 18, alarm circuit 19, trip circuit 20, ROM 21, and RAM 22.
  • the power transmission line 2 is provided with a circuit breaker 9 and a current transformer (CT) 7 and an instrument transformer (PT / Voltage Transformer: VT) 8.
  • CT current transformer
  • VT Instrument Transformer
  • the current transformer 7 measures information (current waveform) of the current flowing through the power transmission line 2.
  • the instrument transformer 8 measures voltage information (voltage waveform) generated in the power transmission line 2.
  • an instrument transformer may be provided for each phase in the case of three-phase alternating current.
  • Information measured by each of the current transformer 7 and the instrument transformer 8 is input to the digital protection relay 10. That is, the digital protection relay 10 collects information on the current flowing through the power transmission line 2 and information on the voltage generated in the power transmission line 2.
  • the digital protection relay 10 includes the transformer 11, the analog filter 12, and the sample hold circuit 13 to form an input conversion unit that receives a signal indicating the amount of electricity of the power system as an analog signal. Moreover, as shown in FIG. 1, the digital protection relay 10 receives the input of the electric quantity of a system
  • the transformer 11 receives an analog signal such as current or voltage from the power system and converts it into a voltage signal suitable for the internal circuit of the digital protection relay 10.
  • the analog filter 12 removes unnecessary frequency components such as a high-frequency noise component superimposed on the analog signal input from the transformer 11.
  • the sample hold circuit 13 operates in accordance with the sampling control signal from the sampling cycle control circuit 18, receives and holds the signal input from the analog filter 12, and outputs the held signal to the multiplexer 14.
  • the multiplexer 14 time-divides the N channel signals output from the sample hold circuit 13 and sequentially outputs them to the AD converter 15.
  • the multiplexer 14 operates in accordance with the sampling control signal from the sampling period control circuit 18, selects signals extracted from the sample hold circuit 13 at a predetermined sampling period in order of channels, and outputs them to the AD converter 15.
  • the AD converter 15 converts N analog input signals sequentially output in a time-division manner by the multiplexer 14 into digital data in order.
  • the calculation control unit 16 is a processor for controlling the protection calculation by the digital protection relay 10, and is configured by a CPU (Central Processing Unit) or the like.
  • the calculation control unit 16 operates as a protection calculation unit 61, an input data acquisition unit 62, a difference amount calculation unit 63, a maximum / minimum value selection unit 64, and an offset value calculation unit 65 by operating according to a program stored in the ROM 21 or the like. Demonstrate the function.
  • the protection calculation unit 61 exhibits a function of executing a protection calculation based on information on the amount of electricity of the power transmission line 2 using the digital data output from the AD converter 15.
  • the protection calculation unit 61 performs a protection calculation using the offset value 74.
  • the input data acquisition unit 62 sequentially acquires the input data converted into a digital signal by the AD converter 15 according to the timing indicated by the sampling control signal output from the sampling cycle control circuit 18, and the acquired input data is input data.
  • the function to be held in the RAM 22 as 71 is exhibited.
  • the difference amount calculation unit 63 exhibits a function of calculating a difference amount of values (for example, voltage values) at each sampling timing based on the input data 71. For example, the difference amount calculation unit 63 calculates the difference amount of the value at each sampling timing by comparing the instantaneous value at each sampling timing with the instantaneous value before one sample. The difference amount calculation unit 63 exhibits a function of causing the RAM 22 to store the calculation result as difference data 72.
  • a difference amount of values for example, voltage values
  • the maximum value / minimum value selection unit 64 selects, based on the difference data 72, the instantaneous value that becomes the maximum value and the instantaneous value that becomes the minimum value among the input data of each cycle.
  • the maximum value / minimum value selection unit 64 specifies an extreme point where the polarity of the input data changes based on the amount of change in the difference between the sampling values at each sampling timing, and determines the maximum value as the input data in one cycle.
  • the minimum value is selected as the minimum value of the input data within one cycle.
  • the maximum value / minimum value selection unit 64 stores the maximum value and the sampling value of the minimum value selected in each cycle in this manner in the RAM 22 as the maximum value / minimum value 73.
  • the offset value calculation unit 65 calculates the offset voltage value based on the maximum value and the minimum value of the sampling values in each cycle. For example, the offset value calculation unit 65 uses the average value of the maximum value and the average value of the minimum value of each cycle of the sampling value to calculate the average of the average value of the maximum value and the average value of the minimum value as the offset voltage value. And the calculated value is stored in the RAM 22 as the offset value 74.
  • the D / O 17 outputs the result of the protection calculation by the calculation control unit 16 to the outside of the digital protection relay 10.
  • Protection relay such as operating the circuit breaker 9 by outputting a trip command from the D / O 17 to the trip circuit 20 when the operation control unit 16 monitors the state of the power system by a protection operation and detects the occurrence of an accident or the like. Perform the operation.
  • the output relay of the alarm circuit 19 is operated from the D / O 17, and the device outside the digital protection relay 10 is Notifies the abnormality of the digital protection relay 10.
  • the sampling cycle control circuit 18 outputs a sampling control signal to the sample hold circuit 13, the multiplexer 14, the AD converter 15 and the calculation control unit 16 according to the sampling cycle, and converts the analog signal into digital data and performs calculation control.
  • the timing of the protection calculation by the unit 16 is controlled.
  • the ROM 21 is a nonvolatile storage device and stores various programs such as a program for operating the digital protection relay 10 and data.
  • the RAM 22 is a volatile storage device, and provides a work area for storing data necessary for the execution of the program in the arithmetic control unit 16.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an AC input of current or voltage received by the digital protection relay 10 and a sampling timing.
  • the AC input of the rated frequency and the sampling frequency being 12 times the rated frequency are shown.
  • FIG. 2 the vertical broken line indicates the sampling timing. Further, FIG. 2 shows that there is an offset voltage on the plus voltage side from 0 V of the circuit of the digital protection relay 10.
  • FIG. 3 shows a period in which the polarity of the difference value ⁇ V (t) of the input data changes at each sampling timing.
  • an upward arrow is shown when the difference value ⁇ V (t) at each sampling timing of the input data is positive, and a downward arrow is shown when the difference value ⁇ V (t) is negative. Yes.
  • the difference value ⁇ V (t) is defined as follows, for example.
  • V (t) represents an instantaneous value at the sampling time t
  • V (t ⁇ 1) represents an instantaneous value one sample before.
  • the instantaneous value before one sample is used to calculate the difference value.
  • the present invention is not limited to this, and the instantaneous value before a plurality of samples is used according to the input frequency or sampling frequency.
  • the difference value ⁇ V (t) may be calculated.
  • the digital protection relay 10 stops the determination of the maximum value and the minimum value of each sampling value, and continues to use the offset value used before the failure determination. use. Further, the digital protection relay 10 determines that the input is an abnormal input when the period during which the maximum value and the minimum value of the sampling value are not calculated continues for a certain period or longer, and the alarm circuit 19 issues an alarm outside the digital protection relay 10. Output to the device.
  • FIG. 4 is a flowchart showing offset value correction processing by the digital protection relay 10.
  • step S401 the arithmetic control unit 16 of the digital protection relay 10 reads input data (V (t), V (t-1),...) Converted into digital data by the AD converter 15.
  • the difference value ⁇ V (t) of the sampling values is calculated using the instantaneous value one sample before, and input data of a plurality of cycles is read in step S401.
  • step S411 the arithmetic control unit 16 calculates the change amount of the difference value ⁇ V (t) based on the calculation result of the difference value ⁇ V (t) at each sampling timing, and the change amount is from plus to minus or from minus. Identify sampling values that change to positive.
  • the arithmetic control unit 16 detects the maximum value and the minimum value of the sampling value in one cycle by specifying the sampling value at the timing when the polarity of the difference amount changes. This process will be described later with reference to FIG.
  • step S413 it is determined whether both the maximum value and the minimum value of the sampling values are detected. If both the maximum value and the minimum value are detected, the process proceeds to step S417 (YES in step S413). If not (NO in step S413), the process of step S405 is performed.
  • step S417 the arithmetic control unit 16 stores the maximum value and the minimum value of the sampling values in each cycle in the RAM 22 as the maximum value / minimum value 73.
  • step S421 the arithmetic control unit 16 determines whether or not both the maximum number of sampling values and the minimum number of accumulations are accumulated at a predetermined number (K) or more, and a predetermined number or more are accumulated. If so (YES in step S421), the process of step S425 is performed. If not (NO in step S421), the process of step S401 is performed.
  • step S425 the arithmetic control unit 16 obtains the average of the maximum values of the sampling values and the average of the minimum values, adds the average of these maximum values and the average of the minimum values, and divides by 2 (averages). ) To calculate the offset value and store it in the RAM 22 as the offset value 74. This offset value is used for the protection calculation of the calculation control unit 16 until the next offset value is calculated.
  • step S429 the arithmetic control unit 16 clears the maximum value and the minimum value of each cycle stored in 73, and performs the process of step S401.
  • step S411 will be described in detail.
  • FIG. 5 is a diagram showing a process for detecting the maximum value and the minimum value from the sampling value.
  • the arithmetic control unit 16 When the logical product 101 of the condition C1 and the condition C2 is established for the input data read in step S401, the arithmetic control unit 16 indicates that the signal A indicates that the voltage value V (t ⁇ 3) is the maximum value. Is output.
  • the arithmetic control unit 16 When the logical product 102 of the condition C3 and the condition C4 is established, the arithmetic control unit 16 outputs a signal B indicating that the voltage value V (t ⁇ 3) is the minimum value.
  • the arithmetic control unit 16 When the logical product 103 of the condition C1 and the condition C5 is established, the arithmetic control unit 16 outputs a signal C indicating the maximum value when the AC signal as input data is minute or zero input.
  • the arithmetic control unit 16 When the logical product 104 of the condition C3 and the condition C5 is established, the arithmetic control unit 16 outputs a signal D indicating the minimum value when the AC signal as input data is minute or zero input.
  • the condition C5 indicates that the absolute value of the difference value of the sampling values is a constant value ⁇ 1 over a plurality of samples.
  • This constant value ⁇ 1 is a data fluctuation when the input data is zero input. It is set to a value larger than the difference value of each sampling value by. By doing so, it is determined whether the AC signal as input data is minute or zero input.
  • Condition C6 indicates that a system failure has been detected.
  • the arithmetic control unit 16 determines the maximum value (voltage value V (t ⁇ 3 )) Is detected.
  • the arithmetic control unit 16 determines the minimum value (voltage value V (t ⁇ 3 )) Is detected.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of sampling in the case of a low frequency.
  • the rated frequency is 50 Hz
  • the frequency of the low-frequency AC input is 5 Hz.
  • the arithmetic control unit 16 can detect the maximum value and the minimum value of the sampling value by the operation of FIG. 4 and FIG. 5, and calculates the offset value by using the maximum value and the minimum value. be able to.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of the digital protection relay 10-2 according to the second embodiment.
  • the arithmetic control unit 16 includes a frequency determination unit 66, and whether the frequency of the input data is the rated frequency or below a certain frequency lower than the rated frequency.
  • the time interval between the sampling values for calculating the difference amount of the sampling values is controlled according to the determination result. For example, when it is determined that the frequency is a low frequency, the arithmetic control unit 16 calculates the change amount of the difference amount by increasing the time interval between the sampling values for calculating the difference amount.
  • the sampling electrical angle is 3 ° when the AC input is 5 Hz, and the difference between the sampling values is small. For this reason, a highly accurate calculation is required. Therefore, when the frequency of the AC input is lowered, the sampling value for calculating the difference amount is set to a plurality of previous sampling values, thereby eliminating the need for highly accurate calculation.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the digital protection relay 10-2 of the second embodiment.
  • ⁇ Vf (t) V (t) ⁇ V (t ⁇ 2) indicates that the difference value is calculated by comparing the sampling value with the sampling value two samples before.
  • step S407 the arithmetic control unit 16 determines whether or not the frequency of the AC input is a low frequency depending on whether or not
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the magnitude of the difference between sampling values and the electrical angle. As shown in FIG. 9, when the rated frequency is 50 Hz,
  • step S409 in order to calculate the difference amount of the sampling value, the calculation control unit 16 calculates the difference amount by making the value g larger than 1 and comparing it with the sampling value before g samples.
  • the maximum value that the value g can take is 3.
  • the arithmetic control unit 16 uses ⁇ V (t) to ⁇ V (t ⁇ 5 ⁇ 3) as ⁇ V. Therefore, in the determination process of FIG. 10, V (t) to V (t ⁇ 6 ⁇ 3) are used as the input data V.
  • the arithmetic control unit 16 uses the instantaneous value before 18 samples.
  • the calculation control unit 16 calculates the difference from the data before the electrical angle 155 ° as a difference amount. ing. That is, the difference is calculated for data with an electrical angle within 180 °.
  • step S411 the arithmetic control unit 16 detects the maximum value and the minimum value of the sampling values according to the conditions shown in FIG.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a process for detecting the maximum value and the minimum value from the sampling values.
  • Embodiment 2 As described above, when the frequency input to the digital protection relay 10-2 is a low frequency band, the time difference of the sampling data used for the difference calculation of the sampling value is widened, thereby improving the operation reliability in the low frequency band. Can be increased. In Embodiment 2, the frequency band close to the rated frequency and the low frequency band are separated, but the frequency band may be further separated. Thereby, the reliability of the operation of the digital protection relay 10-2 can be improved.

Abstract

　デジタル保護リレー（１０）は、アナログ入力回路として、電力系統の電気量を示す信号をアナログ信号として受け付ける入力変換部と、アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換部（１５）とを備える。デジタル保護リレー（１０）は、演算制御部（１６）により、アナログ／デジタル変換部（１５）が変換したデジタル信号に基づいて保護演算を実行する。演算制御部（１６）は、オフセット電圧値（７４）を用いて保護演算を事項する保護演算部（６１）と、アナログ／デジタル変換部（１５）によりデジタル信号に変換される入力データ（７１）を、サンプリングのタイミングに従って逐次取得する入力データ取得部（２）と、各サンプリング値間の差分量に基づいて、少なくとも１サイクル内の入力データのうち差分量の極性が変化する期間内のサンプリング値に基づいてオフセット電圧値を算出するオフセット値算出部（６５）として機能する。

Description

デジタル保護リレー
　本発明は、デジタル保護リレーに関し、特に、電力系統から少なくとも電流または電圧の情報をアナログ信号として取得するためのアナログ素子に起因する入力データの誤差を適切に補正するための技術に関する。
　電力系統の運用を安定させるため、電力系統で発生した事故または異常を検出するための各種の装置が使用されている。例えば、デジタル保護リレーは、変流器（ＣＴ（Current　Transformer））、計器用変圧器（ＰＴ（Potential　Transformer）、またはＶＴ（Voltage　Transformer））などから、系統の電圧値および電流値などの電気量を、アナログ入力素子によりアナログ信号として取得する。デジタル保護リレーは、所定の周期でアナログ信号をサンプリングし、ＡＤ（Analog　to　Digital）変換器によりデジタルデータに変換する。デジタル保護リレーは、このデジタルデータを用いて保護リレー演算を行うことで系統の故障の有無を判定する。例えば、デジタル保護リレーは、故障区間を検出すると、その故障区間を系統より切り離すために遮断器をトリップさせる等の保護動作を実行する。これにより、故障区間を電力系統から切り離す等の対処を速やかに行うことができる。
　このようなデジタル保護リレーのアナログ入力回路は、典型的には、変成器、アナログフィルタ、サンプルホールド回路、マルチプレクサ、ＡＤ変換器などにより構成される。変成器は、系統の電圧値および電流値などの電気量の入力を受け付けて、デジタル保護リレーに適当な信号レベルに変換する。アナログフィルタは、商用周波数の入力成分に重畳する高周波ノイズ成分などを除去する。サンプルホールド回路は、アナログフィルタによって不要な周波数成分が除去された信号を保持する。アナログ入力回路は、複数のチャネルにより電気量の入力を受け付けることもあり、この場合、変成器、アナログフィルタおよびサンプルホールド回路の組が複数配置されることがある。マルチプレクサは、サンプルホールド回路から出力される複数のチャネルの信号を時分割多重化してＡＤ変換器へ出力する。ＡＤ変換器は、時分割多重化されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。
　このようなアナログ入力回路を構成するアナログ素子は、個体差が存在し、アナログ素子を構成する増幅器の部品のバラツキにより、入力電圧が零であっても、例えば数ｍＶから数１０ｍＶ程度の微小な直流電圧（オフセット電圧）が発生する。そのため、アナログ入力回路に入力される電気量をデジタル保護リレーがデジタルデータに変換する過程で、オフセット電圧が入力信号に重畳する。したがって、デジタル保護リレーが保護リレー演算を高精度に行うには、オフセット電圧を除去した上で演算を行う必要がある。
　このようなオフセット電圧を除去する技術として、例えば、特開平１－１９８２１３号公報（特許文献１）がある。特許文献１には、入力データが、ある一定の電圧レベルを基準として振動する正弦波であることに着目して、電力系統の周波数と比べて十分に長い期間においてＡＤ変換器が出力するデジタルデータを積算し、積算結果の平均値をオフセット電圧値として算出する技術が記載されている。
特開平１－１９８２１３号公報
　しかし、特許文献１に記載された技術によると、オフセット電圧を除去するため、入力信号の周波数と比べて十分長い期間の入力信号の積算量を用いているため、データの積算に長期間を要する。データの積算期間を、入力周波数の整数サイクルとすることで定常的な交流成分を平均化してオフセット電圧を除去することはできる。しかし、通常、サンプリングの周期は入力周波数に依存せず一定とする方式であるため、入力周波数が定格周波数からずれると、サンプリングにより得られるデータが整数サイクルから外れたものとなり、最大半波の平均誤差が生じる。特に、発電機の起動時には、周波数が数Ｈｚから定格周波数まで増加するのに数十分程度の時間をかけて発電機を保護することがある。この場合、入力周波数が定格周波数からずれることによる誤差を、無視できる水準のものとするには、長い積算期間を必要とする。そのため、発電機の起動開始後、長い積算期間を経るまでは、保護リレー演算の精度が期待できないという課題がある。
　したがって、オフセット電圧を除去するためのオフセット電圧値を、より短期間で算出して更新する技術が必要とされている。本開示は、上述の課題に鑑みて、例えば５Ｈｚ程度の低周波数から定格周波数に至るまでの周波数が変化する期間においても、オフセット値の算出および更新を比較的短期間で行うデジタル保護リレーを提供することを目的とする。
　一実施形態に従うデジタル保護リレーは、アナログ入力回路として、電力系統の電気量を示す信号をアナログ信号として受け付ける入力変換部と、アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換部とを備える。デジタル保護リレーは、制御部により、アナログ／デジタル変換部が変換したデジタル信号に基づいて保護演算を実行する。制御部は、オフセット電圧値を用いて保護演算を実行する保護演算部と、アナログ／デジタル変換部によりデジタル信号に変換される入力データを、サンプリングのタイミングに従って逐次取得する取得部と、各サンプリング値間の差分量に基づいて、少なくとも１サイクル内の入力データのうち差分量の極性が変化する期間内のサンプリング値に基づいてオフセット電圧値を算出するオフセット値算出部とを含むよう構成されている。
　上記一実施形態に従うデジタル保護リレーによると、少なくとも１サイクル内においてサンプリングされる各サンプリング値の差分量の極性が変化する期間内のサンプリング値に基づいて、オフセット電圧値を算出する。そのため、デジタル保護リレーは、従来と比べて、入力信号の周波数にかかわらず、例えば１サイクルなど少ないサイクルのサンプリング値を用いてオフセット電圧値を算出することができ、オフセット値の算出および更新を、例えば数秒程度の短期間で行うことができる。
　この発明の上記および他の目的、特徴、局面および利点は、添付の図面と関連して理解されるこの発明に関する次の詳細な説明から明らかとなるであろう。
本実施の形態に従うデジタル保護リレーの構成を示すブロック図である。 デジタル保護リレー１０が受け付ける電流または電圧の交流入力とサンプリングのタイミングとを示す図である。 サンプリングの各タイミングにおける入力データの差分値ΔＶ（ｔ）の極性が変化する期間を示す。 デジタル保護リレー１０によるオフセット値の補正処理を示すフローチャートである。 サンプリング値から最大値と最小値とを検出するための処理を示す図である。 低周波の場合のサンプリングの例を示す図である。 実施の形態２のデジタル保護リレー１０－２の構成を示す図である。 実施の形態２のデジタル保護リレー１０－２の動作を示すフローチャートである。 サンプリング値の差分量の大きさと、電気角との関係を示す図である。 サンプリング値から最大値と最小値とを検出するための処理を示す図である。
　以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
　＜関連技術におけるデジタル保護リレーのオフセット値算出＞
　まず、本実施形態のデジタル保護リレーと比較するため、関連技術におけるデジタル保護リレーのオフセット値算出に要する期間の一例を説明する。
　デジタル保護リレーに入力されるアナログ信号は、ある一定の電圧レベルを基準として振動する正弦波となる。そのため、関連技術のデジタル保護リレーは、電力系統の周波数と比べて十分に長い期間を設けて入力データのデジタルデータを蓄積し、蓄積されたデジタルデータの積算結果を平均することでオフセット電圧値を算出する。ここで、例えば、定格周波数を５０Ｈｚとし、サンプリング周波数を６００Ｈｚ（サンプル周期を定格周波数の電気角３０°とする）とし、積算期間のサンプル数をサンプル数「２１６」とすると、積算期間は、積算期間＝（サンプル数／サンプリング周波数）＝（２１６／６００）より約１０９秒となる。そのため、関連技術のデジタル保護リレーは、約１０９秒ごとにオフセット電圧値が演算される。
　ここで、入力周波数が低周波数から徐々に増加していく場合の積算時間を試算すると、例えば、入力周波数が５Ｈｚの場合、以下のようになる。なお、定格周波数を５０Ｈｚとする。
　入力電圧の実効値＝（１／１０）Ｖｎ
　ここで、Ｖｎは、定格電圧である。入力周波数５Ｈｚは、定格周波数５０Ｈｚの１／１０であるため、発電機の出力も定格周波数による運転時の１／１０と仮定している。この場合、サンプリング間隔も、定格周波数の場合の１／１０となるので、電気角３°ごととなる。入力周波数が定格周波数からずれることにより、最大半波の平均誤差が生じる。
　交流電圧の半サイクルの積算値を求めると、
　交流電圧の半サイクルの積算値＝（１／１０）Ｖｎ√２（sin3　＋　sin6　＋…＋sin177）＝５．３９Ｖｎ　（サンプリングのための電気角を、０°、３°、６°、・・・１７７°とする）
　となる。
　積算されるデータ数は、１秒間に６００個である。交流電圧の半サイクルの積算値を、積算されるデータ数で除算すると、
　（交流電圧の半サイクルの積算値）／（積算されるデータ数）＝０．００８９９Ｖｎ
　となる。すなわち、１ビットにつき、上記の電圧に相当する誤差が生じる。この誤差を、回路電圧に換算すると、回路電圧を１０Ｖ、アナログ回路のダイナミックレンジを２倍とすると、
　１ビットの誤差に相当する電圧：（１０Ｖ／２Ｖｎ）×０．００８９９Ｖｎ＝４５ｍＶ
　となる。
　ここで、アナログ／デジタル変換器によるＡＤ変換が１６ビットＡＤ変換器で実行されるとすると、ＡＤ変換後の１ビットの量子誤差は、
　ＡＤ変換後の１ビットの量子化誤差＝１０Ｖ／２１５＝０．３ｍＶ
　となる。この１ビットの誤差に相当する電圧（４５ｍＶ）を、１ビットの量子化誤差（０．３ｍＶ）程度とするには、
　積算期間＝４５ｍＶ／０．３ｍＶ＝１５０秒
　の積算期間を必要とする。したがって、上記の半波誤差を無視できる水準とするには、数分の長い積算期間を必要とする。
　なお、デジタル保護リレーに入力される電流値については、ダイナミックレンジが、例えば５０倍程度と数十倍以上であるため、半波誤差による影響は、電圧による誤差の１０分の１以下となるため、以降の検討は電圧入力について行う。
　これに対し、実施の形態１のデジタル保護リレーは、入力周波数が、例えば５Ｈｚ程度の低周波数から徐々に商用の定格周波数（例えば、５０Ｈｚ）に至るまで数分から数十分の時間をかけて変化する場合においても、オフセット電圧値を数秒程度の比較的短い時間で算出して更新する。
　＜実施の形態１の構成＞
　まず、実施の形態１に従うデジタル保護リレーの構成について説明する。
　図１は、本実施の形態に従うデジタル保護リレーの構成を示すブロック図である。図１を参照して、デジタル保護リレー１０は、電力系統の電流情報、電圧情報を収集するとともに、収集した情報に基づいて、保護リレー演算を行う。
　より具体的には、デジタル保護リレー１０は、複数の変成器１１－１～１１－Ｎ（以下、「変成器１１」と総称する場合もある。）と、複数のアナログフィルタ１２－１～１２－Ｎ（以下、「アナログフィルタ１２」と総称する場合もある。）と、複数のサンプルホールド回路１３－１～１３－Ｎ（以下、「サンプルホールド回路１３」と総称する場合もある。）と、マルチプレクサ１４と、ＡＤ変換器１５と、演算制御部１６と、Ｄ／Ｏ１７と、サンプリング周期制御回路１８と、警報回路１９と、トリップ回路２０と、ＲＯＭ２１と、ＲＡＭ２２とを含む。
　また、電力送電線２には、遮断器９が設けられるとともに、変流器（Current　Transformer：ＣＴ）７および計器用変圧器（Potential　Transformer：ＰＴ／Voltage　Transformer：ＶＴ）８が設けられている。変流器７は、電力送電線２を流れる電流の情報（電流波形）を測定する。計器用変圧器８は、電力送電線２に生じる電圧の情報（電圧波形）を測定する。説明の便宜上図示していないが、三相交流の場合には、各相について、計器用変圧器を設けてもよい。変流器７および計器用変圧器８のそれぞれが測定した情報は、デジタル保護リレー１０へ入力される。すなわち、デジタル保護リレー１０は、電力送電線２を流れる電流の情報および電力送電線２に生じる電圧の情報を収集する。
　デジタル保護リレー１０は、変成器１１、アナログフィルタ１２およびサンプルホールド回路１３により、電力系統の電気量を示す信号をアナログ信号として受け付ける入力変換部を構成する。また、図１に示すように、デジタル保護リレー１０は、複数のチャネルにより系統の電気量の入力を受け付ける。
　変成器１１は、電力系統から電流や電圧などのアナログ信号の入力を受けて、デジタル保護リレー１０の内部回路に適した電圧信号に変換する。
　アナログフィルタ１２は、変成器１１から入力されるアナログ信号に重畳する高周波ノイズ成分などの不要な周波数成分を除去する。
　サンプルホールド回路１３は、サンプリング周期制御回路１８からのサンプリング制御信号に従って動作し、アナログフィルタ１２から信号の入力を受け付けて保持し、保持している信号をマルチプレクサ１４へ出力する。
　マルチプレクサ１４は、サンプルホールド回路１３から出力されるＮ個のチャネルの信号を時分割して順次ＡＤ変換器１５へ出力する。マルチプレクサ１４は、サンプリング周期制御回路１８からのサンプリング制御信号に従って動作し、サンプルホールド回路１３から所定のサンプリング周期で抽出される信号を、チャネル順に選択してＡＤ変換器１５へ出力する。
　ＡＤ変換器１５は、マルチプレクサ１４によって時分割して順次出力されるＮ個のアナログの入力信号を、順番にデジタルデータに変換する。
　演算制御部１６は、デジタル保護リレー１０による保護演算を制御するためのプロセッサであり、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）等により構成される。演算制御部１６は、ＲＯＭ２１等に格納されるプログラムに従って動作することにより、保護演算部６１、入力データ取得部６２、差分量算出部６３、最大値最小値選択部６４、オフセット値算出部６５としての機能を発揮する。
　保護演算部６１は、ＡＤ変換器１５が出力するデジタルデータを用いて、電力送電線２の電気量の情報をもとにした保護演算を実行する機能を発揮する。保護演算部６１は、オフセット値７４を用いて、保護演算を実行する。
　入力データ取得部６２は、ＡＤ変換器１５によりデジタル信号に変換される入力データを、サンプリング周期制御回路１８から出力されるサンプリング制御信号に示されるタイミングに従って逐次取得し、取得した入力データを入力データ７１としてＲＡＭ２２に保持させる機能を発揮する。
　差分量算出部６３は、入力データ７１に基づいて、各サンプリングのタイミングにおける値（例えば、電圧値）の差分量を演算する機能を発揮する。例えば、差分量算出部６３は、各サンプリングのタイミングにおける瞬時値と、１サンプル前の瞬時値とを比較することで、各サンプリングのタイミングにおける値の差分量を演算する。差分量算出部６３は、演算結果を、差分データ７２としてＲＡＭ２２に保持させる機能を発揮する。
　最大値最小値選択部６４は、差分データ７２に基づいて、各サイクルの入力データのうち、最大値となる瞬時値と、最小値となる瞬時値とを選択する。最大値最小値選択部６４は、各サンプリングのタイミングにおけるサンプリング値の差分量の変化量に基づいて、入力データの極性が変化する極値点を特定し、極大値を、１サイクル内の入力データの最大値とし、極小値を１サイクル内の入力データの最小値として選択する。最大値最小値選択部６４は、このようにして各サイクルにおいて選択される最大値および最小値のサンプリング値を最大値最小値７３としてＲＡＭ２２に保持させる。
　オフセット値算出部６５は、各サイクルにおけるサンプリング値の最大値および最小値に基づいて、オフセット電圧値を算出する。例えば、オフセット値算出部６５は、サンプリング値の各サイクルの最大値の平均値と、最小値の平均値とを用いて、最大値の平均値と最小値の平均値との平均をオフセット電圧値として算出し、算出した値をオフセット値７４としてＲＡＭ２２に保持させる。
　Ｄ／Ｏ１７は、演算制御部１６による保護演算の結果をデジタル保護リレー１０の外部へ出力する。演算制御部１６が保護演算により電力系統の状態を監視し、事故等の発生を検出した場合は、Ｄ／Ｏ１７からトリップ回路２０にトリップ指令を出力して遮断器９を作動させるなどの保護リレー動作を実施する。また、演算制御部１６による自己診断機能により、デジタル保護リレー１０の異常を検出した場合には、Ｄ／Ｏ１７から警報回路１９の出力リレーを作動させて、デジタル保護リレー１０の外部の機器に、デジタル保護リレー１０の異常を通知する。
　サンプリング周期制御回路１８は、サンプリングの周期に従って、サンプルホールド回路１３、マルチプレクサ１４、ＡＤ変換器１５および演算制御部１６にサンプリング制御信号を出力して、アナログ信号のデジタルデータへの変換と、演算制御部１６による保護演算のタイミングとを制御する。
　ＲＯＭ２１は、不揮発性の記憶装置であり、デジタル保護リレー１０を動作させるためのプログラムなどの各種プログラム及びデータを記憶する。
　ＲＡＭ２２は、揮発性の記憶装置であり、演算制御部１６でのプログラムの実行に必要なデータを格納するための作業領域を提供する。
　＜サンプリングされるデータ＞
　図２は、デジタル保護リレー１０が受け付ける電流または電圧の交流入力とサンプリングのタイミングとを示す図である。図２の例では、定格周波数の交流入力と、サンプリング周波数が定格周波数の１２倍であることとを示している。
　図２では、縦の破線はサンプリングのタイミングを示す。また、図２では、デジタル保護リレー１０の回路の０Ｖよりプラス電圧側に、オフセット電圧があることを示している。
　図３は、サンプリングの各タイミングにおける入力データの差分値ΔＶ（ｔ）の極性が変化する期間を示す。図３では、入力データの各サンプリングのタイミングにおける差分値ΔＶ（ｔ）がプラスの場合に、上向きの矢印を示しており、差分値ΔＶ（ｔ）がマイナスの場合に、下向きの矢印を示している。
　なお、差分値ΔＶ（ｔ）は、例えば、以下のようにして定義する。
　ΔＶ（ｔ）＝Ｖ（ｔ）－Ｖ（ｔ－１）
　ここで、Ｖ（ｔ）は、サンプリングの時刻ｔにおける瞬時値を示し、Ｖ（ｔ－１）は、１サンプル前の瞬時値を示す。なお、差分値を算出するため、この例では、１サンプル前の瞬時値を使用しているが、これに限らず、入力周波数やサンプリング周波数に応じて、複数サンプル前の瞬時値を使用して差分値ΔＶ（ｔ）を算出してもよい。
　図３に示すように、入力データが交流入力である場合、Ｖ（ｔ）が最大値の場合は、以下の条件が成立する。
　ΔＶ（ｔ－２）＞ΔＶ（ｔ－１）＞ΔＶ（ｔ）（ΔＶ（ｔ）は０以上）　かつ　０＞ΔＶ（ｔ＋１）＞ΔＶ（ｔ＋２）
　また、Ｖ（ｔ）が最小値の場合は、以下の条件が成立する。
　ΔＶ（ｔ－２）＜ΔＶ（ｔ－１）＜ΔＶ（ｔ）（ΔＶ（ｔ）は０以下）　かつ　０＜ΔＶ（ｔ＋１）＜ΔＶ（ｔ＋２）
　また、交流入力が零の場合は、オフセット電圧のみの入力データとなる。この場合、入力データの最大値と最小値は、ほぼ同一の値となり、上記の条件は成立しない。この場合、入力データの各サンプリングのタイミングにおける差分値が一定値以内となる。
　また、系統の故障があると判定される場合は、デジタル保護リレー１０は、上記の各サンプリング値の最大値および最小値の判定を停止し、故障判定される前に使用されるオフセット値を引き続き使用する。また、デジタル保護リレー１０は、サンプリング値の最大値および最小値の算出がなされない期間が一定期間以上続く場合に、異常な入力であるとして、警報回路１９により警報をデジタル保護リレー１０の外部の装置へ出力する。
　＜実施の形態１の動作＞
　図４は、デジタル保護リレー１０によるオフセット値の補正処理を示すフローチャートである。
　ステップＳ４０１において、デジタル保護リレー１０の演算制御部１６は、ＡＤ変換器１５によってデジタルデータに変換された入力データ（Ｖ（ｔ）、Ｖ（ｔ－１）、…）を読み込む。実施の形態１では、サンプリング値の差分値ΔＶ（ｔ）を、１サンプル前の瞬時値を用いて算出することとし、ステップＳ４０１では複数サイクルの入力データを読み込む。
　ステップＳ４０５において、演算制御部１６は、１サンプル前の瞬時値を用いて、サンプリング値の差分値ΔＶ（ｔ）を算出する（ΔＶ（ｔ）＝Ｖ（ｔ）－Ｖ（ｔ－１））。
　ステップＳ４１１において、演算制御部１６は、各サンプリングのタイミングにおける差分値ΔＶ（ｔ）の算出結果に基づき、差分値ΔＶ（ｔ）の変化量を算出し、変化量がプラスからマイナス、またはマイナスからプラスへと変化するサンプリング値を特定する。演算制御部１６は、差分量の極性が変化するタイミングにおけるサンプリング値を特定することで、１サイクルにおけるサンプリング値の最大値及び最小値を検出する。この処理は図５を用いて後述する。
　ステップＳ４１３において、サンプリング値の最大値と最小値とがともに検出されたか否かを判断し、最大値と最小値とがともに検出された場合はステップＳ４１７の処理へ進み（ステップＳ４１３においてＹＥＳ）、そうでない場合は（ステップＳ４１３においてＮＯ）ステップＳ４０５の処理を行う。
　ステップＳ４１７において、演算制御部１６は、各サイクルにおけるサンプリング値の最大値と最小値とを最大値最小値７３としてＲＡＭ２２に蓄積する。
　ステップＳ４２１において、演算制御部１６は、サンプリング値の最大値の蓄積数と、最小値の蓄積数とがともに所定数（Ｋ個）以上蓄積されているか否かを判断し、所定数以上蓄積されている場合は（ステップＳ４２１においてＹＥＳ）ステップＳ４２５の処理を行い、そうでない場合（ステップＳ４２１においてＮＯ）はステップＳ４０１の処理を行う。
　ステップＳ４２５において、演算制御部１６は、サンプリング値の最大値の平均と、最小値の平均とをそれぞれ求め、これら最大値の平均と最小値の平均とを加算して２で割る（平均化する）ことでオフセット値を算出してオフセット値７４としてＲＡＭ２２に保持させる。このオフセット値は、次のオフセット値の算出があるまで演算制御部１６の保護演算に用いられる。
　ステップＳ４２９において、演算制御部１６は、７３に蓄積される各サイクルの最大値の値および最小値の値をクリアし、ステップＳ４０１の処理を行う。
　図５を参照して、ステップＳ４１１の処理について詳しく説明する。
　図５は、サンプリング値から最大値と最小値とを検出するための処理を示す図である。
　（１）演算制御部１６は、ステップＳ４０１で読み込んだ入力データに対し、条件Ｃ１と条件Ｃ２の論理積１０１が成立すると、電圧値Ｖ（ｔ－３）が最大値であることを示す信号Ａを出力する。
　（２）演算制御部１６は、条件Ｃ３と条件Ｃ４の論理積１０２が成立すると、電圧値Ｖ（ｔ－３）が最小値であることを示す信号Ｂを出力する。
　（３）演算制御部１６は、条件Ｃ１と条件Ｃ５の論理積１０３が成立すると、入力データである交流信号が微小であるか零入力である場合の最大値を示す信号Ｃを出力する。
　（４）演算制御部１６は、条件Ｃ３と条件Ｃ５の論理積１０４が成立すると、入力データである交流信号が微小であるか零入力である場合の最小値を示す信号Ｄを出力する。
　（５）条件Ｃ５は、サンプリング値の差分値の絶対値が複数サンプルにわたって一定値ε１であることを示しているが、この一定値ε１は、入力データが零入力である場合の、データの揺らぎによる各サンプリング値の差分値より大きい値とする。こうすることで、入力データである交流信号が微小であるか零入力であるかの判定を行う。
　（６）条件Ｃ６は、系統の故障が検出されていることを示す。
　（７）信号Ａと信号Ｃの論理和１１１である信号Ｅと、条件Ｃ６が成立しない場合との論理積１２１が成り立つ場合に、演算制御部１６は、最大値（電圧値Ｖ（ｔ－３））を検出する。
　（８）信号Ｂと信号Ｄの論理和１１２である信号Ｆと、条件Ｃ６が成立しない場合との論理積１２２が成り立つ場合に、演算制御部１６は、最小値（電圧値Ｖ（ｔ－３））を検出する。
　（９）信号Ｅも信号Ｆも出力されず（論理和１１３）、かつ、条件Ｃ６が成立しない場合に（論理積１２３）、タイマーをカウントし、カウント値が一定に達すると（Ｔｏｐ１２４）、演算制御部１６は、警報を出力する（アラーム１３３）。演算制御部１６は、この警報を、オフセット値の計測が一定期間以上なされない場合に出力する。このようにして、サンプリング値に基づいて最大値と最小値とが選択される。
　＜実施の形態１のまとめ＞
　実施の形態１のデジタル保護リレー１０において、低周波の入力信号を受け付けた場合のサンプリングの例と、オフセット値の算出とを説明する。
　図６は、低周波の場合のサンプリングの例を示す図である。例えば、定格周波数を５０Ｈｚとして、低周波の交流入力の周波数を５Ｈｚとする。
　交流入力が定格周波数の１／１０である場合（定格周波数５０Ｈｚに対し、低周波の周波数５Ｈｚ）、例えば定格周波数で電気角３０°でサンプリングが行われているとすると（サンプリング周波数は６００Ｈｚ）、低周波の周波数では電気角３°となる。この場合も、演算制御部１６は、図４および図５の動作により、サンプリング値の最大値と最小値とを検出することができ、この最大値と最小値とを用いてオフセット値を算出することができる。
　例えば、交流入力が５Ｈｚの低周波の周波数であっても、例えば最大値、最小値の蓄積数として１０個（Ｋ＝１０）程度を選択したとしても、演算制御部１６は、約２秒程度の期間でサンプリング値の最大値と最小値とに基づきオフセット値を算出することができる。また、周波数が定格周波数（５０Ｈｚ）に近づくと、１サイクルの時間が２０ｍｓ（１秒／５０）となり、最大値、最小値の蓄積数として１０個（Ｋ＝１０）程度を選択したとしても、演算制御部１６は、０．２秒（２０ｍｓ×１０）程度の期間で、オフセット値を算出することができ、オフセット値の算出および更新の処理を短縮化することができる。また、関連技術のように、半波の誤差も生じない。
　＜実施の形態２＞
　次に、実施の形態２のデジタル保護リレー１０－２について説明する。
　図７は、実施の形態２のデジタル保護リレー１０－２の構成を示す図である。実施の形態１のデジタル保護リレー１０と比較すると、演算制御部１６は、周波数判定部６６を含んでおり、入力データの周波数が定格周波数であるか、定格周波数より低い一定の周波数以下であるかを判定し、判定結果に応じて、サンプリング値の差分量を算出するためのサンプリング値間の時間間隔を制御する。例えば、演算制御部１６は、低い周波数であると判定される場合に、差分量を算出するためのサンプリング値間の時間間隔を長くして、差分量の変化量を算出する。
　例えば、定格周波数５０Ｈｚで、サンプリングの電気角３０°とすると、交流入力が５Ｈｚの場合に、サンプリングの電気角が電気角３°となり、サンプリング値間の差分量が小さくなる。そのため、精度の高い演算が必要となる。そこで、交流入力の周波数が低下している場合には、差分量を算出するためのサンプリング値を、複数個前のサンプリング値とすることで、高精度の演算を不要とする。
　＜実施の形態２の動作＞
　図８は、実施の形態２のデジタル保護リレー１０－２の動作を示すフローチャートである。
　ステップＳ４０６において、演算制御部１６は、ΔＶｆ（ｔ）＝Ｖ（ｔ）－Ｖ（ｔ－２）、｜Ｖ（ｔ）｜、および｜ΔＶｆ（ｔ）｜の演算を行う。ここで、ΔＶｆ（ｔ）＝Ｖ（ｔ）－Ｖ（ｔ－２）は、サンプリング値を、２サンプル前のサンプリング値と比較して差分値を算出することを示す。また、｜Ｖ（ｔ）｜は、Ｖ（ｔ）の振幅を示す。ΔＶｆ（ｔ）は、２サンプル前のデータとの差分であるため、定格周波数を５０Ｈｚとすると、演算制御部１６は、電気角６０°前のデータとの差分を差分量として算出している。
　ステップＳ４０７において、演算制御部１６は、｜ΔＶｆ（ｔ）｜／｜Ｖ（ｔ）｜が定数Ｇより大きいか否かにより、交流入力の周波数が低周波であるか否かを判断する。
　図９は、サンプリング値の差分量の大きさと、電気角との関係を示す図である。図９に示すように、定格周波数を５０Ｈｚとすると、｜Ｖ（ｔ）｜＝｜ΔＶｆ（ｔ）｜となる（関係４０８）。サンプリング周期は一定であるため、交流入力の周波数が低下すると、周波数と差分量とが以下の関係となる。
　（１）定格周波数の場合（周波数ｆ＝ｆｎ（定格周波数））（関係４０８）：
　｜ΔＶｆ（ｔ）｜／｜Ｖ（ｔ）｜＝１
　（２）低周波数の場合（周波数ｆ＝ｆｎ／ｈ）（関係４０９）：
　｜ΔＶｆ（ｔ）｜／｜Ｖ（ｔ）｜＝２sin(30/h)
　ここで、例えば、｜ΔＶｆ（ｔ）｜／｜Ｖ（ｔ）｜＝０．３の場合、ｈ＝３．５、すなわち定格周波数５０Ｈｚに対して低周波の周波数は１４．４Ｈｚとなる。
　図８のステップＳ４０７において、定数Ｇ＝０．３を選択すると、周波数が１４．４Ｈｚより大きい場合（ステップＳ４０７においてＹＥＳ）、演算制御部１６は、ステップＳ４０８の処理へ進み、そうでない場合（ステップＳ４０７においてＮＯ）、演算制御部１６は、ステップＳ４０９の処理へ進む。
　ステップＳ４０８において、演算制御部１６は、サンプリング値の差分量を算出するため、値ｇ＝１として、１サンプル前のサンプリング値との比較を行うことで差分量を演算する。
　ステップＳ４０９において、演算制御部１６は、サンプリング値の差分量を算出するため、値ｇを１より大きい値として、ｇサンプル前のサンプリング値との比較を行うことで差分量を演算する。この例では、周波数の切替点が１４．４Ｈｚであるため、値ｇが取れる最大の値は３となる。例えば、値ｇ＝３とすると、図１０の判定処理において、演算制御部１６は、ΔＶとしてΔＶ（ｔ）～ΔＶ（ｔ－５×３）を使用する。そのため図１０の判定処理において、入力データＶとしてはＶ（ｔ）～Ｖ（ｔ－６×３）が使用される。すなわち、サンプリング値の差分量を算出するため、演算制御部１６は、１８サンプル前の瞬時値を使用する。１８サンプル前の瞬時値を使用する場合、３０°×（１４．５／５０）×１８＝１５５°となり、演算制御部１６は、電気角１５５°前のデータとの差分を差分量として算出している。すなわち電気角が１８０°以内のデータを対象に差分を算出している。ここで、同様に値ｇ＝４とすると、演算制御部１６は、２４サンプル前の瞬時値を使用してサンプリング値の差分量を算出することとなる。この場合、３０°×（１４．４／５０）×２４＝２０７°となるが、Ｖ（ｔ）の最大値、最小値の判定では、入力波形の半周期以上の瞬時値については判定ができない。そのため、値ｇの最大値は値ｇ＝３となる。したがって、この例では、値ｇの取り得る値は２または３となる。
　ステップＳ４１１において、演算制御部１６は、図１０に示す各条件に従って、サンプリング値の最大値と最小値とを検出する。図１０は、サンプリング値から最大値と最小値とを検出するための処理を示す図である。
　＜実施の形態２のまとめ＞
　以上のように、デジタル保護リレー１０－２に入力される周波数が低い周波数帯である場合は、サンプリング値の差分演算に用いるサンプリングデータの時間差を拡げ、これにより、低周波数帯における動作の信頼性を高めることができる。実施の形態２では、定格周波数に近い周波数帯と、低周波数帯との２つに分離しているが、さらに周波数帯を分離してもよい。これにより、デジタル保護リレー１０－２の動作の信頼性を高めることができる。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　２　電力送電線、９　遮断機、７　変流器、８　計器用変圧器、１０　デジタル保護リレー、１１　変成器、１２　アナログフィルタ、１３　サンプルホールド回路、１４　マルチプレクサ、１５　ＡＤ変換器、１６　演算制御部、１７　Ｄ／Ｏ、１８　サンプリング周期制御回路、１９　警報回路、２０　トリップ回路、２１　ＲＯＭ、２２　ＲＡＭ、６１　保護演算部、６２　入力データ取得部、６３　差分量算出部、６４　最大値最小値選択部、６５　オフセット値算出部、７１　入力データ、７２　差分データ、７３　最大値最小値、７４　オフセット値。

Claims (7)

  1. 　デジタル保護リレーであって、
    　電力系統の電気量を示す信号をアナログ信号として受け付ける入力変換部と、
    　前記アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換部と、
    　前記デジタル信号に基づいて保護演算を実行する制御部とを備え、
    　前記制御部は、
    　オフセット電圧値を用いて前記保護演算を実行する保護演算部と、
    　前記アナログ／デジタル変換部によりデジタル信号に変換される入力データを、サンプリングのタイミングに従って逐次取得する取得部と、
    　各サンプリング値間の差分量に基づいて、少なくとも１サイクル内の前記入力データのうち前記差分量の極性が変化する期間内のサンプリング値に基づいて前記オフセット電圧値を算出するオフセット値算出部とを含む、デジタル保護リレー。
  2. 　制御部は、前記差分量の変化量に基づいて前記入力データの極値点を特定することで、前記少なくとも１サイクル内の入力データのうち最大値となるサンプリング値と、最小値となるサンプリング値とを選択する選択部を含み、
    　前記オフセット値算出部は、前記最大値となるサンプリング値と前記最小値となるサンプリング値とに基づいて前記オフセット電圧値を算出する、請求項１に記載のデジタル保護リレー。
  3. 　前記オフセット値算出部は、前記最大値となるサンプリング値と前記最小値となるサンプリング値との平均値を前記オフセット電圧値として算出する、請求項２に記載のデジタル保護リレー。
  4. 　前記選択部は、複数サイクルの前記入力データのうち、各サイクルについて前記最大値となるサンプリング値と前記最小値となるサンプリング値とを選択し、
    　前記オフセット電圧値は、前記各サイクルについての前記最大値となるサンプリング値の平均と、前記各サイクルについての前記最小値となるサンプリング値の平均とに基づき、前記オフセット電圧値を算出する、請求項２に記載のデジタル保護リレー。
  5. 　前記制御部は、最大値となるサンプリング値の検出がない期間、および、最小値となるサンプリング値の検出がない期間の少なくともいずれかが一定期間に達する場合に、警報を出力するよう構成されている、請求項１に記載のデジタル保護リレー。
  6. 　前記選択部は、前記入力データが零入力であることまたは微小な交流入力であることを、前記差分量の変化量の絶対値に基づいて検知し、前記零入力または前記微小な交流入力である場合に、サンプリングのタイミングそれぞれにおける前記サンプリング値の大小を比較することにより、前記最大値となるサンプリング値と前記最小値となるサンプリング値とを選択する、請求項２に記載のデジタル保護リレー。
  7. 　前記制御部は、前記入力データの周波数が定格周波数であるか、前記定格周波数より低い周波数であるかを判定する周波数判定部と、
    　前記周波数の判定結果に応じて、前記サンプリング値間の差分量を算出するためのサンプリング値の時間間隔を制御して前記差分量の変化量を算出する差分量算出部とを含む、請求項１に記載のデジタル保護リレー。
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