(57)【要約】【課題】最適な負荷制御を実現するための周波数リレー，周波数変化率リレーによるディジタル形保護制御装置を提供する。【解決手段】系統事故時、一方のリレー要素が動作傾向（周波数低下方向）のとき、他方のリレーは不動作傾向（周波数上昇方向）または不応動となる特性を利用し、異相電圧取り込みの周波数リレー、または周波数変化率リレーを追加実装し、複数のリレーの組合せ条件による負荷制限を実施することによって不要応動の低減を可能とした。周波数変化率リレーにおいては、周波数算出結果の間隔（Δｔ）により不要応動に至る事故継続時間が異なる特性を利用し、電圧瞬時サンプリング値より算出した周波数検出結果の、異なる複数の所定間隔内（Δｔ）の周波数変化率を算出し、算出値の組合せ条件により負荷制限を実施する。【効果】系統事故による不要応動を低減し、系統の安定度を向上させる事が可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主側の接点と事故検出側の接点との両方に遮断指示された場合に電力系統に対する負荷制限がなされるディジタル形保護制御装置において、前記主側の接点に、電力系統の周波数に基づいて周波数異常を判断する主側周波数リレーが接続され、前記事故検出側の接点に、電力系統の周波数に基づいて周波数異常を判断する異常側周波数リレーが接続され、前記主側周波数リレーは、電力系統の所定の相における周波数に基づいて第１の判断を行うと共に、前記所定の相とは異なる相における周波数に基づいて第２の判断を行っており、前記第１の判断と前記第２の判断に応じて、前記主側の接点が操作されることを特徴とするディジタル形保護制御装置。
【請求項２】
請求項１において、前記所定の相における周波数は、３相のうちの２つの相の間の周波数であり、それとは異なる相は前記２つの相のうちのいずれかが異なる相との間の周波数であることを特徴とするディジタル形保護制御装置。
【請求項３】
請求項２において、電力系統における所定の期間の周波数変動を演算する周波数変動演算手段を有し、前記第１の判断と前記第２の判断と共に、前記周波数変動演算手段の判断に応じて、前記主側の接点が操作されることを特徴とするディジタル形保護制御装置。
【請求項４】
接点に遮断指示をした場合に電力系統に対する負荷制限がなされるディジタル形保護制御装置において、電力系統における第１の期間の周波数変動を演算する第１の周波数変動演算手段と、前記第１の期間とは異なる第２の期間の周波数変動を演算する第２の周波数変動演算手段と、前記演算された第１の期間の周波数変動と第２の期間の周波数変動に基づいて前記接点に操作指示する手段を有することを特徴とするディジタル形保護制御装置。
【請求項５】
請求項４において、前記第２の期間は前記第１の期間よりも長い期間であることを特徴とするディジタル形保護制御装置。
【請求項６】
請求項５において、前記第２の期間と前記第１の期間は一部重複していることを特徴とするディジタル形保護制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディジタル形保護制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電力系統の需給バランスが大きく崩れて系統の周波数が大幅に上昇或いは低下した際に、電力系統に接続された負荷を制限するためにディジタル形保護制御装置が用いられる。
【０００３】
ディジタル形保護制御装置において、基本構成としては、電力系統の周波数を監視し、その周波数が一定値以下になった場合に、負荷制限を行う。
【０００４】
あるいは、周波数検出結果から所定間隔内の周波数変化分である周波数変化率を求め、この周波数変化率が一定値を超えた場合に負荷制限を行う。このような技術は、例えば、特開２００１−３２７０６４号公報に知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３２７０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電力系統は一般的に３相交流で構成されるが、電力系統の周波数監視において、周波数を所定値と比較する場合に、例えば、Ａ相とＢ相の間であるＡＢ相周波数を対象とする。この場合、所定の線のみ低下する一線地絡など、需給バランスが崩れていなくても、不要応動として検出してしまい、不必要に電力系統を制限する恐れがある。すなわち、種々の系統事故時の影響を多大に受けることから、系統運用面から想定されている様々な電気現象に対して不要応動を回避する必要がある。
【０００７】
また、周波数演算結果の間隔を固定的にすると、系統事故の継続時間によっては、不要応動に至る恐れがある。
【０００８】
本発明の目的は、上記の問題に鑑み、系統事故による不要応動を低減し、系統の安定度を向上させることが可能なディジタル形保護制御装置を提供とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明では、主側の接点と事故検出側の接点との両方に遮断指示された場合に電力系統に対する負荷制限がなされるものにおいて、前記主側の接点に、電力系統の周波数に基づいて周波数異常を判断する主側周波数リレーが接続され、前記事故検出側の接点に、電力系統の周波数に基づいて周波数異常を判断する事故検出側周波数リレーが接続され、前記主側周波数リレーは、電力系統の所定の相における周波数に基づいて第１の判断を行うと共に、前記所定の相とは異なる相における周波数に基づいて第２の判断を行っており、前記第１の判断と前記第２の判断に応じて、前記主側の接点が操作されるように構成した。
【００１０】
また、接点に遮断指示をした場合に電力系統に対する負荷制限がなされるディジタル形保護制御装置において、電力系統における第１の期間の周波数変動を演算する第１の周波数変動演算手段と、前記第１の期間とは異なる第２の期間の周波数変動を演算する第２の周波数変動演算手段と、前記演算された第１の期間の周波数変動と第２の期間の周波数変動に基づいて前記接点に操作指示する手段を有するように構成した。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電力系統の需給バランスが崩れたことを検出して、系統運用面から起こる種々電気現象に抗して、精度良く負荷制限が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の周波数リレー，周波数変化率リレーを用いた保護制御装置のシステム概要図を示す。
【図２】１線地絡事故時の装置の応動を示す。
【図３】１線地絡事故，２線短絡，２線地絡事故時の周波数リレー，周波数変化率リレー特性を示す。
【図４】周波数演算のためのサンプリングを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を用いて発明の実施の形態を説明する。図１において、ディジタル形保護制御装置は主検出側と事故検出側があり、主検出側では、周波数リレー（ＡＢ相取込）１の信号は動作確認判定処理２に出力される。この信号を受けて動作確認判定処理２はHigh（あるいはLow）信号を出力する。一方、周波数リレー（ＣＡ相取込）３の信号は動作確認判定処理４に出力される。この信号を受けて動作確認判定処理４はHigh（あるいはLow）信号を出力する。また、周波数変化率リレー（ＡＢ相取込）６の信号は動作確認判定処理７に出力される。この信号を受けて動作確認判定処理７はHigh（あるいはLow）信号を出力する。
【００１４】
動作確認判定処理２の信号と動作確認判定処理４の信号はＡＮＤ回路５でＡＮＤ論理演算される。さらにＡＮＤ回路５の信号と動作確認判定処理７の信号はＡＮＤ回路８で論理演算される。ＡＮＤ回路８の信号は主検出リレー９に伝達され、主検出リレー９は接点ＭＸを動作させる。
【００１５】
一方、事故検出側では、周波数リレー（ＢＣ相取込）１の信号は動作確認判定処理１１に出力され、動作確認判定処理１１の信号は事故検出リレー１２に伝達され、事故検出リレー１２は接点ＦＤＸを動作させる。
【００１６】
通常は、接点ＭＸ及び接点ＦＤＸは非導通状態にあり、それぞれ、主検出リレー９及び事故検出リレー１２からのHigh信号を受けたときのみ導通状態に遷移する。接点ＭＸ及び接点ＦＤＸのいずれもが導通状態になると負荷制限が実行される。即ち接点ＭＸと接点ＦＤＸの一方が導通状態になっただけでは、負荷制限はなされない。
【００１７】
さらに、ディジタル形保護制御装置の詳細を説明する。周波数リレー（ＡＢ相取込）１は電力系統の周波数を検出し、周波数レベルごとに負荷制限量を予め決定しておき、その周波数が一定値以下になったことを検出する。
【００１８】
周波数検出のアルゴリズムにおける基本原理としては、電圧瞬時値から算出するものであり、交流電圧の瞬時値のサンプリング情報により、その極性符号が変化する零点近傍の情報が、ほぼ直線的に変化することを利用したものである。即ち、極性符号が変化する前後の所定のタイミングで電圧瞬時値のサンプリングを繰り返して、蓄積されたサンプリング値から周波数を演算する。
【００１９】
各相の検出電圧から周波数を演算するが図４に示すように所定のサンプリング周期で電力系統の電圧をＶn-2-k，Ｖn-1-k，……，Ｖn-1，Ｖnとして検出する。ここで、Ｖn-2-kとＶn-1-kの間、及び、Ｖn-1とＶnの間で電圧零を横切る（零クロス）ものとする。
【００２０】
零クロス前後のＶn-1-k，Ｖn-2-kから、また、Ｖn，Ｖn-1から、式（１）（２）を各々用いて、零クロス点を直線近似し、ｔ1を求める（ｔ2も同様）。そして、式（３）を用いて、零クロス点間の周期ｔ1＋ｋＴ＋ｔ2から周波数ｆを求める。
【００２１】
【数１】
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【００２２】
【数２】
2010193608.tif 000004
【００２３】
【数３】
2010193608.tif 000005
【００２４】
ここで交流電圧の立上りを基準にした周波数演算ｆｐと立下りを基準にした周波数演算が可能だが、ここでは、平均値（ｆ＝（ｆｐ＋ｆｎ）÷２）を用いる。
【００２５】
そして、ＡＢ相間の周波数が所定以下になると、所定の間隔で周波数が低下したことを示す信号（High信号）を出力する。ＡＢ相間の周波数が所定以下でなくなれば、周波数が低下していないことを示す信号（Low信号）に戻る。
【００２６】
動作確認判定処理２は周波数リレー（ＡＢ相取込）１のパルスをカウントし、規定の動作回数以上となった場合にHigh信号を出力する（通常Low信号）。即ち、周波数変化率リレー６との組合せにより、主検出リレー９を出力／復帰する。
【００２７】
一方、周波数リレー（ＣＡ相取込）３と動作確認判定処理４においては、基本的な動作は、周波数リレー（ＡＢ相取込）１と動作確認判定処理２の動作と同様であるが、前者において電力系統のＡＢ相の周波数低下の回数をカウントしているのに対して、電力系統のＣＡ相の周波数低下の回数をカウントする。
【００２８】
周波数変化リレー（ＡＢ相取込）６では、周波数低下速度による負荷制限を実施するためのものであり、原理は、電圧瞬時サンプリング値より算出した周波数検出結果の所定間隔内（Δｔ）の周波数変化分から周波数変化率を算出する。周波数変化率リレー（ＡＢ相取込）６は、周波数変化が所定以上になった場合に所定間隔毎に信号を出力するもので、動作確認判定処理１５がカウントし、カウント値が規定の動作回数以上となった場合にHigh信号（通常Low）を出力し、周波数リレー（ＡＢ相取込）１，周波数リレー（ＣＡ相取込）３とＡＮＤ回路８との組合せによって、主検出リレー９を出力させる。
【００２９】
ここで、周波数ｆは立上り周波数演算と立下り周波数演算の平均値として求められ、ある周期ｎの周波数Ｆ１とそれより１つ前の周期ｎ−１（時間間隔Δｔ1）の周波数Ｆ２との周波数変化率ΔＦ１のみならず（式（４））、ある周期ｎの周波数Ｆ１とそれより２つ前の周期（ｎ−２）（時間間隔Δｔ2）の周波数Ｆ３との周波数変化率ΔＦ２（式（５））を演算する。
【００３０】
ΔＦ１＝（Ｆ１−Ｆ２）／Δｔ1        …（４）
ΔＦ２＝（Ｆ１−Ｆ３）／Δｔ2        …（５）
そして、これらをＡＮＤ演算して、これらのいずれもが所定値を超えた場合に、動作確認判定処理７に出力するのである。
【００３１】
事故検出側の周波数リレー（ＢＣ相取込）１０も基本的動作は主検出と同様である。ただし、事故検出側の周波数リレー（ＢＣ相取込）１０は電力系統のＢＣ相を取り込んでいる。周波数リレー１８の周波数が一定値以下、もしくは以上になったことを検出し、動作確認判定処理１９が規定の動作回数以上となった場合に事故検出リレー１２を出力／復帰する。周波数変動による負荷制限は主検出リレー９，事故検出リレー１２のＡＮＤ条件が成立した場合にする。
【００３２】
なお、事故検出側の周波数リレー（ＢＣ相取込）１０は、主検出側の周波数リレー（ＡＢ相取込）１及び周波数リレー（ＣＡ相取込）３と比べ、検出感度が高く設定されており、すなわち、事故検出側周波数リレー（ＢＣ相取込）１０のしきい値は、主検出値の周波数リレー（ＡＢ相取込）１及び周波数リレー（ＣＡ相取込）３よりも、電力系統の周波数（５０Ｈｚ or ６０Ｈｚ）により近くなっている。
【００３３】
図２に１線地絡事故時の応動を示す。系統事故（短絡，地絡）に伴う電圧レベルと位相の同時急変により、周波数検出値に過度的な誤差を生じる。例では１線地絡事故時のＡＢ相の位相変化に対して、ＢＣ相は電圧，位相変化無しとなり、ＣＡ相はＡＢ相に対して逆（進みもしくは遅れ）の位相変化となる。
【００３４】
図３に１線地絡事故，２線短絡、２線地絡事故時の周波数リレー，周波数変化率リレー特性を示す。図３では、事故発生から復帰の傾向を示しており、系統事故時、一方のリレー要素が動作傾向（周波数低下方向）のとき、他方のリレーは不動作傾向（周波数上昇方向）または不応動となる傾向にある。
【００３５】
具体的なリレー応動として主検出側の周波数リレー（ＡＢ相）・周波数変化率リレー（ＡＢ相）からみた１φＧ（Ａ相）発生→復帰→１φＧ（Ｂ相）発生時の応動については、図３に示すように主検出側はリレー動作となる。それに対して主検出側の周波数リレー（ＢＣ相）・周波数変化率リレー（ＢＣ相）からみた１φＧ（Ａ相）発生→復帰→１φＧ（Ｂ相）発生時の応動については、図３に示すように不動作傾向にある。
【００３６】
図１に示す実施例では、この特性を利用して、図１の主検出側の周波数リレー（ＡＢ相取込）１はＡＢ相電圧取り込みとし、その他にＣＡ相電圧取り込みの主検出周波数リレー３を追加し、ＡＮＤ回路５による出力としている。この追加した周波数リレー（ＣＡ相取込）３は、ＢＣ相電圧取り込みでもよく、周波数リレー（ＡＢ相取込）１をＡＢ相、周波数リレー（ＣＡ相取込）３をＢＣ相、更にＣＡ相電圧を取り込んだ周波数リレーを新たに追加し、３つの周波数リレーの組合せ条件でも良い。また、主検出側の周波数変化率リレー，事故検出側周波数リレーも同様に異相電圧を取り込んだリレーの組合せ条件とすることでも良い。
【００３７】
このように、一線地絡時では、例え、ＡＢ相で異常と検出しても、ＢＣ相で異常との検出を避けられるので、それらにＡＮＤ回路を用いた場合には、需給バランスの誤判断を避けられる。
【００３８】
また、周波数変化率リレー（ＡＢ相取込）６は、周波数リレー（ＡＢ相取込）１により算出された周波数検出結果の所定間隔内Δｔ1の周波数変化分から周波数変化率を算出している。また同様に周波数検出結果の所定間隔内Δｔ2の周波数変化分から周波数変化率を算出し、Δｔ1及びΔｔ2の算出値の組合せ条件による出力としている。本方式は周波数算出結果の間隔（Δｔ）により不要応動に至る事故継続時間が異なる特性を利用したもので、所定間隔Δｔは任意に決めることができ、算出値は２つ以上の複数による組合せ条件による構成であっても良い。
【００３９】
このように、系統事故による周波数リレー，周波数変化率リレーの不要動作を低減し、系統の安定度を向上させることが可能である。
【００４０】
このように、概略をまとめると、標準的に実装されている周波数リレー、または周波数変化率リレーの他に異相電圧取り込みの周波数リレー、または周波数変化率リレーを追加実装し、複数のリレーの組合せによる負荷制限を実施することにより不要応動を低減したものである。また、電圧瞬時サンプリング値より算出した周波数検出結果の、異なる複数の所定間隔内（Δｔ）の周波数変化率を算出し、算出値の組合せにより負荷制限を実施することにより、事故継続時間に対して影響を受けにくく、不要応動の低減を図ったものである。
【符号の説明】
【００４１】
１  周波数リレー（ＡＢ相取込）
２，４，７，１１  動作確認判定処理
３  周波数リレー（ＣＡ相取込）
５，８  ＡＮＤ回路（組合せ条件）
６  周波数変化率リレー（ＡＢ相取込）
９  主検出リレー
１０  周波数リレー（ＢＣ相取込）
１２  事故検出リレー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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