JP2682930B2 - ディジタルリレー装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電力系統の電流の変
化量に基づいて電力系統の保護リレーを動作させるディ
ジタルリレー装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は、例えば「保護継電工学」社団法
人 電気学会 昭和５６年７月２０日発行 第１０２頁
に示された従来のディジタルリレー装置を示すブロック
図であり、図において、１は母線、２は送電線、３は母
線１と送電線２を接続する遮断機、４は電力系統におけ
る周波数の１周期をサンプリング周期として、そのサン
プリング周期ごとにその周波数の４分の１周期に相当す
る時間差をおいてそれぞれその電力系統の電流を検出す
る電流検出手段（図１０参照）であり、電流変換器（Ｃ
Ｔ）５、入力変換回路６、フィルター回路７、サンプル
ホールド回路８及びアナログデジタル変換器１０から構
成されている。

【０００３】１１は電流検出手段４により検出された電
流を記憶するメモリ、１２は時刻ｔにおける電流ｉ₀ か
ら時刻ｔ−３６０°における電流ｉ₂ を減算する減算回
路、１３は時刻ｔ−９０°における電流ｉ₁ から時刻ｔ
−４５０°における電流ｉ₃を減算する減算回路、１４
は減算回路１２の減算結果を２乗する２乗回路、１５は
減算回路１３の減算結果を２乗する２乗回路、１６は２
乗回路１４・１５の演算結果を加算する加算回路、１７
は加算回路１６の加算結果が所定値Ｋより大きいときリ
レー動作指令を出力する出力回路である。

【０００４】また、図１０は電力系統における電流の波
形図であり、ｉ₀ ・ｉ₁ は最新のサンプリング周期で検
出した電流（電流ｉ₁ は電流ｉ₀ より４分の１周期だけ
進んでいる（位相９０°だけ進んでいる））、Ｉ₀ は最
新のサンプリング周期における電流の最大値、ｉ₂ ・ｉ
₃ は前回のサンプリング周期で検出した電流（電流ｉ₃
は電流ｉ₂ より４分の１周期だけ進んでいる（位相９０
°だけ進んでいる）、Ｉ₁ は前回のサンプリング周期に
おける電流の最大値である。

【０００５】次に動作について説明する。まず、電流検
出手段４がサンプリング周期ごとに電力系統の電流を検
出し、メモリ１１に検出した電流ｉ₀ 、ｉ₁ 、ｉ₂ 、ｉ
₃ を記憶させる。ここで、電流ｉ₀ と電流ｉ₂ は同一位
相であるため、下記のように表すことができる。 ｉ₀ ＝Ｉ₀ ｓｉｎωｔ ｉ₂ ＝Ｉ₁ ｓｉｎ（ωｔ−３６０°）＝Ｉ₁ ｓｉｎωｔ また、電流ｉ₁ と電流ｉ₃ も同一位相であるため、下記
のように表すことができる。 ｉ₁ ＝Ｉ₀ ｓｉｎ（ωｔ− ９０°）＝−Ｉ₀ ｃｏｓωｔ ｉ₃ ＝Ｉ₁ ｓｉｎ（ωｔ−４５０°）＝−Ｉ₁ ｃｏｓωｔ

【０００６】以下の構成は、このように検出された電流
ｉ₀ 、ｉ₁ 、ｉ₂ 、ｉ₃ を用いて電流Ｉ₀ と電流Ｉ₁ の
差（変流量）の２乗値ΔＩ² を求めるための回路であ
り、まず、減算回路１２・１３で、下記に示すように電
流ｉ₀ と電流ｉ₂ 及び電流ｉ₁と電流ｉ₃ の差を演算す
る。 ｉ₀ −ｉ₂ ＝ （Ｉ₀ −Ｉ₁ ）ｓｉｎωｔ ｉ₁ −ｉ₃ ＝−（Ｉ₀ −Ｉ₁ ）ｃｏｓωｔ

【０００７】次に、２乗回路１４・１５で、下記に示す
ように、減算回路１２・１３の減算結果を２乗する。 （ｉ₀ −ｉ₂ ）² ＝（Ｉ₀ −Ｉ₁ ）² ｓｉｎ² ωｔ （ｉ₁ −ｉ₃ ）² ＝（Ｉ₀ −Ｉ₁ ）² ｃｏｓ² ωｔ

【０００８】更に、加算回路１６で、２乗回路１４・１
５の演算結果を加算することにより、変流量の２乗値Δ
Ｉ² を求めることができる。即ち、 （ｉ₀ −ｉ₂ ）² ＋（ｉ₁ −ｉ₃ ）² ＝（Ｉ₀ −Ｉ₁ ）² ｓｉｎ² ωｔ＋（Ｉ₀ −Ｉ₁ ）² ｃｏｓ² ωｔ ＝（Ｉ₀ −Ｉ₁ ）² （ｓｉｎ² ωｔ＋ｃｏｓ² ωｔ） ＝（Ｉ₀ −Ｉ₁ ）² ＝ΔＩ²

【０００９】そして、最終段の出力回路１７が、このよ
うにして求められた変流量の２乗値ΔＩ² と所定値Ｋを
比較し、変流量の２乗値ΔＩ² の方が大きいとき電力系
統に事故が発生したものと判断してリレー動作指令を出
力する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来のディジタルリレ
ー装置は以上のように構成されているので、電力系統に
おける周波数が事故等の影響で基準周波数（事故等が発
生していないときの通常時の周波数）からずれてしまっ
た場合、各サンプリング周期で検出した電流の位相が同
一位相でなくなってしまう（ｉ₀ とｉ₂ 及びｉ₁ とｉ₃
の位相が同一でなくなる）ため、電流の変化量の演算に
誤差が生じ、結果として、電力系統の保護の信頼性が下
がってしまうなどの問題点があった。

【００１１】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、電力系統の周波数が基準周波数
からずれてしまった場合でも電流の変化量を正確に演算
できるディジタルリレー装置を得ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明に係わるディジ
タルリレー装置は、最新又は前々回のサンプリング周期
における電流ベクトルの何れか一方を前回のサンプリン
グ周期における電流ベクトルを中心に線対称移動させて
線対称移動後の電流ベクトルを求めるとともに、最新又
は前々回のサンプリング周期における電流ベクトルのう
ち、線対称移動がなされなかった方の電流ベクトルと線
対称移動後の電流ベクトルの差を求め、この差が所定値
より大きいときリレー動作指令を出力するようにしたも
のである。

【００１３】

【作用】この発明における電流ベクトル演算手段は、最
新又は前々回のサンプリング周期における電流ベクトル
の何れか一方を前回のサンプリング周期における電流ベ
クトルを中心に線対称移動させているため、線対称移動
がなされなかった方の電流ベクトルと線対称移動後の電
流ベクトルは同一位相となる。

【００１４】

【実施例】実施例１．以下、この発明の一実施例を図に
ついて説明する。図１はこの発明の一実施例によるディ
ジタルリレー装置を示すブロック図であり、図におい
て、従来のものと同一符号は同一または相当部分を示す
ので説明を省略する。

【００１５】２１は電力系統における基準周波数（図２
参照）の整数倍の周期（図２では基準周波数の周期の１
倍）に相当する時間間隔をサンプリング周期として、そ
のサンプリング周期ごとにその基準周波数の４分の１周
期に相当する時間差をおいてそれぞれその電力系統の電
流を検出する電流検出手段、２２は電流検出手段２１に
より検出された各サンプリング周期における２つの電流
をベクトル合成（ｉ₀とｉ₁ 、ｉ₂ とｉ₃ 、ｉ₄ とｉ₅
をベクトル合成）して電流ベクトルＸ₀ ・Ｘ₁・Ｘ₂ を
求めるとともに、最新又は前々回のサンプリング周期に
おける電流ベクトルＸ₀ ・Ｘ₂ の何れか一方を前回のサ
ンプリング周期における電流ベクトルＸ₂ を中心に線対
称移動させて線対称移動後の電流ベクトルＹを求める電
流ベクトル演算回路（電流ベクトル演算手段）、２３は
最新又は前々回のサンプリング周期における電流ベクト
ルＸ₀ ・Ｘ₂ のうち、電流ベクトル演算回路２２によっ
て線対称移動がなされなかった方の電流ベクトルＸ₀
（またはＸ₂ ）と線対称移動後の電流ベクトルＹの差を
求め、この差が所定値Ｋより大きいときリレー動作指令
を出力するリレー動作指令出力手段である。

【００１６】また、図２において、ｉ₀ ・ｉ₁ は最新の
サンプリング周期で検出した電流（電流ｉ₁ 及び電流ｉ
₀ は基準周波数の４分の１周期に相当する時間差をおい
て検出した電流）、ｉ₂ ・ｉ₃ は前回のサンプリング周
期で検出した電流（電流ｉ₂及び電流ｉ₃ は基準周波数
の４分の１周期に相当する時間差をおいて検出した電
流）、ｉ₄ ・ｉ₅ は前々回のサンプリング周期で検出し
た電流（電流ｉ₄ 及び電流ｉ₅ は基準周波数の４分の１
周期に相当する時間差をおいて検出した電流）である。

【００１７】次に動作について説明する。まず、説明の
前提として、電力系統における周波数と基準周波数が一
致する場合には、ｉ₀ ・ｉ₂ ・ｉ₄ 、ｉ₁ ・ｉ₃ ・ｉ₅
はそれぞれ同一位相となるが、図２に示すように、事故
等の影響で、電力系統における周波数と基準周波数がず
れてしまった場合には、ｉ₀ ・ｉ₂ ・ｉ₄ 、ｉ₁ ・ｉ₃
・ｉ₅ はそれぞれ同一位相ではなくなってしまうことを
ここに記する。

【００１８】従来のものと同様に、電流検出手段２１が
検出した電流ｉ₀ 、ｉ₁ ・・・ｉ₅をメモリ１１に記憶
し、電流ベクトル演算回路２２が、以下に示すように電
流ｉ₀ 、ｉ₁ ・・・ｉ₅ をベクトル合成することによっ
て電流ベクトルＸ₀ 、Ｘ₁ 、Ｘ₂ を求める。 Ｘ₀ ＝ｉ₀ ＋ｊｉ₁ ・・・・・（１） Ｘ₁ ＝ｉ₂ ＋ｊｉ₃ ・・・・・（２） Ｘ₂ ＝ｉ₄ ＋ｊｉ₅ ・・・・・（３） （１）、（２）、（３）式を極座標で表すと以下のよう
になる（図４参照）。 Ｘ₀ ＝（ｉ₀ 、ｉ₁ ） ・・・・・（４） Ｘ₁ ＝（ｉ₂ 、ｉ₃ ） ・・・・・（５） Ｘ₂ ＝（ｉ₄ 、ｉ₅ ） ・・・・・（６）

【００１９】また、図５に示すように、電流ベクトルＸ
₀ と電流ベクトルＸ₁ のなす角θ₀、電流ベクトルＸ₁
と電流ベクトルＸ₂ のなす角θ₁ は等しいので、電流ベ
クトルＸ₂ を電流ベクトルＸ₁ を中心に線対称移動させ
た電流ベクトルＹ（図６参照）と電流ベクトルＸ₀ とは
同一位相となる。

【００２０】ここで、電流ベクトル演算回路２２が電流
ベクトルＹを求める過程を具体的に示すと下記のように
なる。即ち、電流ベクトルＸ₂ を電流ベクトルＸ₁ を中
心に線対称移動するため、図６に示すように、電流ベク
トルＸ₂ と電流ベクトルＹを結ぶ直線Ｐは電流ベクトル
Ｘ₁ と直交する。従って、下記の演算式が成立する。

【００２１】

【数１】

【００２２】また、電流ベクトルＸ₂ と電流ベクトルＹ
の大きさは等しいので下記の演算式が成立する。 ｉ₄ ²＋ｉ₅ ²＝α² ＋β² ・・・・・（８）

【００２３】（７）、（８）式を解くことにより、下記
のように、α、βを求めることができる。

【００２４】

【数２】

【００２５】次に、減算回路１２・１３で、上記のごと
く求められた電流ベクトルＹ（α、β）を用いて、（ｉ
₀ −α）及び（ｉ₁ −β）の演算が行われた後、２乗回
路１４・１５で、（ｉ₀ −α）² 及び（ｉ₁ −β）² の
演算を行い、加算回路１６で、下記に示すように、２乗
回路１４・１５の演算結果を加算する。 （ｉ₀ −α）² ＋（ｉ₁ −β）² ・・・・・（１２） ここで、（１２）式について着目すると、電流ベクトル
Ｘ₀ と電流ベクトルＹの差の２乗値を表しており、これ
を電流の変流量△Ｉの２乗値とみることができる。 △Ｉ² ＝（ｉ₀ −α）² ＋（ｉ₁ −β）² ・・・・・（１３）

【００２６】また、上述したように、電流ベクトルＸ₀
と電流ベクトルＹは同一位相であるため、（１３）式で
求められる電流の変流量の２乗値△Ｉ² は、電力系統の
周波数が基準周波数からずれても正確に求められること
がわかる。

【００２７】そして、最終段の出力回路１７が、このよ
うにして求められた変流量の２乗値ΔＩ² と所定値Ｋを
比較し、変流量の２乗値ΔＩ² の方が大きいとき電力系
統に事故が発生したものと判断してリレー動作指令を出
力する。ここで、変流量の２乗値△Ｉ² を所定値Ｋと比
較しているが、変流量△Ｉを所定値Ｈ（Ｋの２分の１乗
したもの）と比較することと結果は同じである。

【００２８】実施例２．また、上記実施例１では電流ベ
クトル演算回路２２が、直線の方程式（一次関数）を応
用して、電流ベクトルＹを求めるものについて説明した
が、図７に示すように、３角関数を用いて電流ベクトル
Ｙを求めるようにしてもよい。図８において、２２ａは
ｓｉｎθを演算する演算回路、２２ｂはｃｏｓθを演算
する演算回路、２２ｃはα、βを演算する演算回路であ
る。

【００２９】次に動作について説明する。電流ベクトル
演算回路２２以外は実施例１と同様であるため説明を省
略する。電流ベクトルＸ₂ と電流ベクトルＸ₁ のなす角
及び電流ベクトルＸ₁ と電流ベクトルＹのなす角をθと
し、電流ベクトルＹとＸ軸のなす角をρ、電流ベクトル
Ｘ₂ から電流ベクトルＸ₁ に降ろした垂線の長さをＰと
すると、下記の演算式が成立する。

【００３０】

【数３】

【００３１】また、（１４）、（１５）式より下式が得
られる。 α＝ｉ₄ ＋２Ｐｃｏｓ（９０°−θ−ρ） ＝ｉ₄ ＋２Ｐ（ｓｉｎθｃｏｓρ＋ｃｏｓθｓｉｎρ）・・・（１７） β＝ｉ₅ −２Ｐｓｉｎ（９０°−θ−ρ） ＝ｉ₅ ＋２Ｐ（ｃｏｓθｃｏｓρ−ｓｉｎθｓｉｎρ）・・・（１８） また、｜Ｘ₂ ｜＝｜Ｙ｜であるので、下記の式が成立す
る。

【００３２】

【数４】

【００３３】（１９）、（２０）式を（１７）、（１
８）式に代入すると下記のようになる。

【００３４】

【数５】

【００３５】また、ｓｉｎθ、ｃｏｓθは電流ベクトル
Ｘ₂ と電流ベクトルＸ₁ のなす角θに関する外積、内積
であるため、下記のようになる。

【００３６】

【数６】

【００３７】（２１）、（２２）、（２３）、（２４）
式を解くことにより、α、βを求めることができる（結
果は（１１）、（１２）式と同じ）。

【００３８】実施例３．なお、上記実施例１・２では、
電流ベクトルＸ₂ を線対称移動して電流ベクトルＸ₀ と
比較するものについて述べたが、電流ベクトルＸ₀ を線
対称移動して電流ベクトルＸ₂ と比較するようにしても
よい。

【００３９】実施例４．また、上記実施例１・２では、
基準周波数の１倍のサンプリング周期で電流を検出する
ものについて述べたが、図３に示すように、基準周波数
の２倍のサンプリング周期で電流を検出するようにして
もよい。

【００４０】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば最新又
は前々回のサンプリング周期における電流ベクトルの何
れか一方を前回のサンプリング周期における電流ベクト
ルを中心に線対称移動させて線対称移動後の電流ベクト
ルを求めるとともに、最新又は前々回のサンプリング周
期における電流ベクトルのうち、線対称移動がなされな
かった方の電流ベクトルと線対称移動後の電流ベクトル
の差を求め、この差が所定値より大きいときリレー動作
指令を出力するように構成したので、常に、同一位相の
電流ベクトルどうしの比較に基づきリレー動作指令を出
力することになるため、たとえ電力系統の周波数が基準
周波数からずれても正確に電流の変化量を演算でき、そ
の結果、電力系統の保護の信頼性が向上するなどの効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例によるディジタルリレー装
置を示すブロック図である。

【図２】電力系統の周波数及び基準周波数を示す波形図
である。

【図３】電力系統の周波数を示す波形図である。

【図４】電流ベクトルを示すベクトル図である。

【図５】電流ベクトルを示すベクトル図である。

【図６】線対称移動を説明する説明図である。

【図７】線対称移動を説明する説明図である。

【図８】この発明の他の実施例によるディジタルリレー
装置を示すブロック図である。

【図９】従来のディジタルリレー装置を示すブロック図
である。

【図１０】電力系統の周波数を示す波形図である。

【符号の説明】

２１ 電流検出手段 ２２ 電流ベクトル演算回路（電流ベクトル演算手段） ２３ リレー動作指令出力手段

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力系統における基準周波数の整数倍の
   周期に相当する時間間隔をサンプリング周期として、そ
   のサンプリング周期ごとにその基準周波数の４分の１周
   期に相当する時間差をおいてそれぞれその電力系統の電
   流を検出する電流検出手段と、上記電流検出手段により
   検出された各サンプリング周期における２つの電流をベ
   クトル合成して電流ベクトルを求めるとともに、最新又
   は前々回のサンプリング周期における電流ベクトルの何
   れか一方を前回のサンプリング周期における電流ベクト
   ルを中心に線対称移動させて線対称移動後の電流ベクト
   ルを求める電流ベクトル演算手段と、最新又は前々回の
   サンプリング周期における電流ベクトルのうち、上記電
   流ベクトル演算手段によって線対称移動がなされなかっ
   た方の電流ベクトルと上記線対称移動後の電流ベクトル
   の差を求め、この差が所定値より大きいときリレー動作
   指令を出力するリレー動作指令出力手段とを備えたディ
   ジタルリレー装置。