(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象の電圧または電流を測定し、その測定結果を示す測定信号に基づきマイクロコンピュータのソフト処理により前記制御対象をオン／オフし、前記測定信号からノイズをバンドパスフィルタにより除去する保護リレーシステムにおいて、
前記バンドパスフィルタは外部からの指示で周波数特性を変更可能であって、前記マイクロコンピュータは前記測定信号の周波数を測定する測定手段と、当該測定結果に応じて前記周波数特性を指示する指示手段と備えたことを特徴とする保護リレーシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の保護リレーシステムにおいて、前記周波数特性は前記バンドパスフィルタの中心周波数であって、前記マイクロコンピュータは前記測定結果に一致させるように該バンドパスフィルタの中心周波数を変更することを特徴とする保護リレーシステム。
【請求項３】
請求項２に記載の保護リレーシステムにおいて、前記マイクロコンピュータは前記測定結果が予め定めた許容範囲の内にある場合にのみ、前記バンドパスフィルタの中心周波数を変更することを特徴とする保護リレーシステム。
【請求項４】
請求項３に記載の保護リレーシステムにおいて、前記許容範囲を可変設定可能としたことを特徴とする保護リレーシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高圧配線や高圧負荷を持つ変電所や工場などで使用される保護リレーの中で保護・計測・操作・通信などの機能を一体化して持つ電子化された保護リレーシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
測定対象の電圧や電流の測定を行うとき、測定点のセンサから信号線を経由して保護リレーに測定信号が入力される。この測定信号には電気的ノイズがときとして含まれている。このノイズを除去するための方法を以下に示す。
【０００３】
１）ハードフイルタを使用する場合、
測定対象の電圧または電流の定格周波数と同じ中心周波数を持ち、回路構成が簡易な低次のバンドパスフィルタがハードパスフィルタとして広く使用される。このようなハードフィルタでは測定対象の電圧または電流の周波数が定格周波数から変動するにつれてハードフィルタの出力信号は入力信号に対してその大きさや位相の変化が増大するので、測定誤差が増加する欠点がある。
【０００４】
２）ソフトフィルタを使用する場合、
上記センサから入力のアナログの測定信号をＡ／Ｄ変換器によりディジタル信号に変換する。次に、変換したディジタル信号をマイクロコンピュータによりノイズを除去する。このためにマイクロコンピュータは所定の数値演算処理を行う。この方法では適切な演算処理を行うと、測定対象の元の信号の振輻や位相の情報が上記数値演算により変化することなく得られる長所がある。しかしながらその一方で、この方法では高精度のＡ／Ｄ変換器や高速の数値演算用のマイクロコンピュータなどが必要なので、費用の点から適用が困難な場合がある。
【０００５】
３）ハードフィルタとソフトフィルタの使用
それぞれの長所を得るためハードフィルタとソフトフィルタを使用するノイズ除去方法も知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように測定信号の位相や周波数の変動に追従させるようなソフトフィルタのようなノイズ除去装置を使用すると、保護リレーの構成が複雑になる。一方、上記、測定信号の周波数や位相の変動に追従させるようなハードフィルタのようなノイズ除去装置を使用すると測定対象の電流や電圧の測定に誤差が生じてしまう。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上述の点に鑑みて、電流や電圧の測定誤差と、装置構成の簡易さのバランスのとれた保護リレーシステムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、請求項１の発明は、制御対象の電圧または電流を測定し、その測定結果を示す測定信号に基づきマイクロコンピュータのソフト処理により前記制御対象をオン／オフし、前記測定信号からノイズをバンドパスフィルタにより除去する保護リレーシステムにおいて、前記バンドパスフィルタは外部からの指示で周波数特性を変更可能であって、前記マイクロコンピュータは前記測定信号の周波数を測定する測定手段と、当該測定結果に応じて前記周波数特性を指示する指示手段と備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の保護リレーシステムにおいて、前記周波数特性は前記バンドパスフィルタの中心周波数であって、前記マイクロコンピュータは前記測定結果に一致させるように該バンドパスフィルタの中心周波数を変更することを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２に記載の保護リレーシステムにおいて、前記マイクロコンピュータは前記測定結果が予め定めた許容範囲の内にある場合にのみ、前記バンドパスフィルタの中心周波数を変更することを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項３に記載の保護リレーシステムにおいて、前記許容範囲を可変設定可能としたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
図１は本発明を適用した保護リレーのシステム構成を示す。図１において、保護リレー１はマイクロコンピュータ１０、アナログ入力回路１１、表示回路１２、キー入力回路１３、メモリ１４、不揮発性メモリ１５、出力回路１６を有する。アナログ入力回路１１はセンサ３からアナログ測定信号を入力し、ノイズ除去を行った後、アナログ測定信号をデジタル信号に変換し、マイクロコンピュータ１０にデジタル測定信号を出力する。
【００１４】
表示回路１２は保護リレーの各種機能を実行するために設定されたパラメータの値や、電圧、電流の測定値を表示する。キー入力回路１３は、上記設定パラメータの値を入力する。本発明に関わる設定パラメータの値としては後述するが変動周波数の許容範囲を示す上限値および下限値、バンドパスフィルタの回路定数がある。
【００１５】
メモリ１４はマイクロコンピュータ１０の演算処理に関わる各種データを一時記憶する。不揮発性メモリ１５は測定値、設定パラメータの値等、保存する必要があるデータを記憶する。
【００１６】
出力回路１６は測定信号の示す電圧または電流の値がマイクロコンピュータ１０により異常と判断された場合には、マイクロコンピュータ１０の指示により負荷４をオン／オフする信号を出力する。
【００１７】
マイクロコンピュータ１０は、センサ３の測定した電圧または電流の値を監視して、負荷４をオン／オフするための制御を行うほか、測定値を不揮発性メモリ１５に記憶する。また、本発明に関わるノイズ除去に関する制御処理として、保護リレーのマイクロコンピュータ１０は計測対象の電圧または電流のアナログ入力回路１１から入力した測定信号の周波数を測定する。
【００１８】
マイクロコンピュータ１０は測定した測定信号の周波数の値が許容範囲にあるかどうかを判定する。許容範囲の上下限値は不揮発性メモリ１５に記憶されている値を使用する。マイクロコンピュータ１０は周波数が許容範囲内と判定したとき、測定した周波数とアナログ入力回路１１内の後述のバンドパスフィルタの中心周波数が一致するように回路定数、すなわち、周波数特性を変更する。
【００１９】
マイクロコンピュータ１０は周波数が許容範囲外と判定したとき、現状の設定を保持する。マイクロコンピュータ１０はこのような判定処理を予め決められた周期で繰り返す。この周期は不揮発性メモリ１５に予め設定されている値を使用する。
【００２０】
センサ３は測定対象の電圧や電流の値を測定し、アナログ信号の形態で、保護リレー１のアナログ入力回路１１に出力する。負荷４は保護リレー１の出力回路１６に接続され、出力回路１６の信号の指示でオン／オフを行う。
【００２１】
図２は本発明のアナログ入力回路１１の詳細な構成例を示す。マイクロコンピュータ１０は測定した信号の周波数の値によりハードフィルタ形態のバンドパスフィルタ２１の回路定数を端子Ｐ１からＰ３で選択して使用する。変成器２０はアナログ入力回路１１はセンサ３からの信号を入力し、入力回路中で扱いやすい大きさの信号に変換する。バンドパスフィルタ２１は特定の周波数の信号成分を通過させることにより測定信号に含まれる電気的ノイズを除去する。周波数帯は可変設定可能である。増幅回路２２はフィルタ２１の出力を増幅する。Ａ／Ｄ変換器２３は増幅回路２２の出力をアナログ／デジタル変換する。
【００２２】
比較回路２４は増幅回路２２の出力電圧Ｖ３が正（電圧か０Ｖ以上）か負（電圧が０Ｖ未満）かを判定し、その判定結果をマイクロコンピュータ１０の端子Ｆ１に出力する。
【００２３】
図３は図２に示すバンドパスフィルタ２１の特性の一例を示す。横軸は周波数ｆ、縦軸は正規化された出力電圧Ｖ２である。出力電圧Ｖ２か最大となるのは中心周波数ｆｃが５０Ｈｚの場合である。周波数ｆの値か中心周波数ｆｃから離れるにつれて出力電圧Ｖ２の値が減少することがわかる。図３のバンドパスフィルタの中心周波数ｆｃは数式１で、ゲインＧは数式２で与えられる。
【００２４】
【数１】
0003610724.tif 000002
【００２５】
【数２】
Ｇ＝−Ｒ３・Ｃ２／（Ｒ１・（Ｃ１＋Ｃ２））
数式（２）には定数Ｒ２が含まれていないので、ゲインＧを一定にしたままで定数Ｒ２を変化させることで中心周波数ｆｃを変化させることができる。
【００２６】
図４は図２に示すバンドパスィルタ２１の具体的な回路構成例を示す。フィルタ回路２１は抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２（抵抗Ｒ２１、抵抗Ｒ２２、抵抗Ｒ２３で構成）、抵抗Ｒ３、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２、演算増幅器０Ｐ１、アナログスイッチＱ１、アナログスイッチＱ２およびアナログスイッチＱ３から構成される。
【００２７】
このような構成においてアナログスイッチＱ１、アナログスイッチＱ２およびアナログスイッチＱ３はマイクロコンピュータ１０の出力信号Ｐ１、Ｐ２およびＰＳの信号の状態でスイッチＳＷ１、ＳＷ２およびＳＷ３をオン／オフする。
【００２８】
本発明と従来例の回路の違いを明確にするために従来のアナログ入力回路１１の代表例を図５に示す。マイクロコンピュータ１０は不揮発性メモリ１５に記憶する定格周波数の値によりフィルタ２１ａまたはフィルタ２１ｂを端子Ｐ１またはＰ２で手動で選択して使用していた。アナログ入力回路１１はセンサ３からの信号を入力し、回路で扱いやすい大きさの信号に変換する変成器２０、信号に含まれる電気的ノイズを除去するフィルタ２１ａとフィルタ２１ｂ、増幅回路２２、Ａ／Ｄ変換器２３から構成される。
【００２９】
従来例と本発明の相違点は、本発明ではマイクロコンピュータ１０が測定信号の周波数を検出し、変動する周波数に応じてフィルタ２１の回路定数を自動的に変更するようにしたことにある。
【００３０】
図６に本発明の保護リレー１のマイクロコンピュータ１０の処理動作手順を示す。ステップＳ１でマイクロコンピュータ１０は端子Ｆ１の入力信号Ｖ５が正から負の状態に立下がったかどうかの有無を判定し、有り（正から負への立下がり）の判定がなされた時はステップＳ２に進み、無しの時はステップＳ８に進む。ステップＳ２でマイクロコンヒユータ１０は立下かりの１回目かどうかを判定し、１回目の時はステップＳ７に進み、その他の時はステップＳ３に進む。
【００３１】
ステップＳ３でマイクロコンピュータ１０は周波数測定用のタイマの計数を停止し、計数値をＴ２とする。次にタイマの初期値Ｔ１を用いて時間△Ｔ＝Ｔ２−Ｔ１を計算し、ステップＳ４に進む。ステップＳ４でマイクロコンピュータ１０は周波数ｆ１＝１／（△Ｔ）を求め、ステップＳ５に進む。ステップＳ５でマイクロコンピュータ１０はステップＳ４で求めた周波数ｆ１が許容範囲の上限値と下限値（許容範囲）中にあるか否かを判定し、許容範囲中にある時はステップＳ６に進み、その他の時はステップＳ７に進む。
【００３２】
ステップＳ６でマイクロコンピュータ１０は測定した周波数ｆ１とフィルタの中心周波数の値が一致するように、予め定めた周波数と回路定数の対応関係を元に端子Ｐ１からＰ３でフィルタの回路定数の中の対応する回路定数を選択設定し、ステップＳ７に進む。ステップＳ７でマイクロコンピュータ１０は周波数測定用のタイマの計数を開始し、計数値をＴ１とし、ステップＳ８に進む。ステップＳ８で処理は終了する。
【００３３】
このような処理手順をマイクロコンピュータ１０が実行することにより、マイクロコンピュータ１０は測定信号の周波数測定と、測定した周波数に好適なフィルタ２１の回路定数を設定する。
【００３４】
図７は本発明実施の形態の動作を示すタイミングチャートある。図２の信号Ｖ４は正弦波であり、図２の信号Ｖ５は信号Ｖ４が０Ｖ以上の時に正、信号Ｖ４が０Ｖ未満の時に負となる。信号Ｐ１からＰ３はフィルタの回路定数を選択するための信号でＡ点で切り換えられたことを示している。
【００３５】
図８は本発明の保護リレーの外観の一例を示す。図８の例ではデータ識別コードが１０２（図９参照）、整定データが４５Ｈｚと表示されている。図８に示すようにデータ識別ードは表示器１２ａで、整定データは表示器１２ｂで表示される。データの読み出し時は不揮発性メモリ１５から読み出されたデータ識別コードと整定データが表示される。
【００３６】
ユーザがデータを変更する時は選択されたデータ識別コードと整定データの候補が表示され、ユーザがキー“確定”（符号１３ｄ）を押すことで選択された整定データの候補が整定データとして不揮発性メモリ１５に記憶される。
【００３７】
図９は本発明の保護リレーの不揮発性メモリに記憶するデータの一例を示す。この例では項目として定格周波数、許容範囲の上限値と下限値、切換え周期があり、項目毎にデータ識別コード、整定データの候補、整定データが用意されている。許容範囲の上下限値の変更処理手順は従来からパラメータ値、例えば、負荷４を断するための電圧しきい値の変更を行う処理手順が知られているので、この処理手順と同様にデータの変更を行えばよく、詳細な説明を省略する。
【００３８】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、測定対象の電圧の周波数が定格周波数からずれてもマイクロコンピュータ１０が周波数変動を検出し、アナログ入力回路１１内のバンドパスフィルタの中心周波数を周波数の測定値に追従させて変化させるのでバンドパスフィルタに起因する測定値の誤差を小さくすることができる。また、このような回路構成は簡易であり、少ない費用で装置の改善が期待できる。
【００３９】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１の発明によれば、マイクロコンピュータ側で測定信号の周波数測定と、バンドパスフィルタの周波数特性の切換え制御を行い、マイクロコンピュータ側ではノイズ除去処理を行わない。これによりマイクロコンピュータの負担を軽くし、保護リレーとしての機能の性能を劣化させることがない。また、バンドパスフィルタの周波数特性を測定信号の周波数に追従させることでノイズ除去性能も劣化することはない。加えて、周波数測定は、マイクロコンピュータのソフト処理で実現できるので、バンドパスフィルタとマイクロコンピュータという簡素な回路構成で高性能なノイズ除去回路を構成できる。
【００４０】
請求項２の発明では、バンドパスフィルタの中心周波数を変更することでバンド幅を大きく変更することなく、測定信号の測定周波数に追従できる。
【００４１】
請求項３の発明では、測定信号の周波数が異常となった場合にはバンドパスの周波数特性の変更を行わないので、バンドパスフィルタを安全側（フェイルセーフ）で使用できる。
【００４２】
請求項４の発明では、測定信号の比較に使用する許容範囲を可変設定可能とすることで、バンドパスフィルタの交換等によりバンドパスフィルタの性能が変わった場合にもその変更に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】保護リレーのシステム構成図である。
【図２】本発明実施の形態のアナログ入力回路１１の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明実施の形態のバンドパスフィルタの特性の一例である。
【図４】本発明実施の形態のバンドパスフィルタの一例を示す回路図である。
【図５】従来例のアナログ入力回路１１の一例を示すブロック図である。
【図６】本発明実施の形態のマイクロコンピュータ１０の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明実施の形態の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図８】本発明実施の形態の保護リレー１の外観図である。
【図９】本発明実施の形態の保護リレー１の不揮発性メモリ１５のデータの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１  保護リレー
２  センサ
４  負荷
１０  マイクロコンピュータ
１１  アナログ入力回路
１２  表示回路
１３  キー入力回路
１４  メモリ
１５  不揮発性メモリ
１６  出力回路
２０  変成器
２１  （バンドパス）フィルタ
２２  増輻回路
２３  Ａ／Ｄ変換回路
Ｒ１  抵抗器
Ｒ２  抵抗器
Ｒ３  抵抗器
Ｒ２１  抵抗器
Ｒ２２  抵抗器
Ｒ２３  抵抗器
Ｃ１  コンデンサ
Ｃ２  コンデンサ
０Ｐ１  演算増輻器
Ｑ１  アナログスイッチ
Ｑ２  アナログスイッチ
Ｑ３  アナログスイッチ
ＳＷ１  アナログスイッチ
ＳＷ２  アナログスイッチ
ＳＷ３  アナログスイッチ
【図１】
0003610724.tif 000003
【図２】
0003610724.tif 000004
【図３】
0003610724.tif 000005
【図４】
0003610724.tif 000006
【図５】
0003610724.tif 000007
【図６】
0003610724.tif 000008
【図７】
0003610724.tif 000009
【図８】
0003610724.tif 000010
【図９】
0003610724.tif 000011