(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電鉄用交流き電回路のき電線電流の値を一定の間隔でサンプリングし、き電線電流Ｉの瞬時値Ｉｑ（ｑは、データの順番を示す）として記憶するサンプルホールド手段と、
前記サンプルホールド手段のデータＩｑから交流き電線電流の定格周波数のｎサイクル前（ｎ：所定の整数）の前記サンプルホールド手段で記憶したデータを差し引き、差分き電線電流の瞬時値ΔＩｑを演算する差分電流演算手段と、
前記差分電流演算手段にて得られたデータΔＩｑを用いて数Ａ１式の演算を実行してΔＩｆ１ｑを算出し、算出したΔＩｆ１ｑを用いて数Ａ２式の演算を実施してΔＩｆ２ｑを算出するディジタルフィルタ第１の手法にて、直流成分と基本波電流成分以外の低次奇数倍調波成分を除去したデータを算出し、数Ａ２式にて得られたΔＩｆ２ｑを用いて数Ａ３式の演算を実施してΔＩｆ３ｑを得るディジタルフィルタ第２の手法にて、前記ΔＩｆ２ｑのデータに対して偶数倍調波成分を除去したデータΔＩｆ３ｑを算出する差分基本波フィルタ手段と、
【数Ａ１】
0003715517.tif 000020
【数Ａ２】
0003715517.tif 000021
【数Ａ３】
0003715517.tif 000022
前記差分基本波フィルタ手段にて得られたデータΔＩｆ３ｑをもとに差分基本波振幅値を演算する差分基本波振幅値演算手段と、
前記差分基本波振幅値演算手段の算出した差分基本波振幅値を予め定められた値と比較判定する比較判定手段とを備えて成る交流き電用ベクトル形継電器。
【請求項２】
電鉄用交流き電回路のき電線電流の値を一定の間隔でサンプリングし、き電線電流Ｉの瞬時値Ｉｑ（ｑは、データの順番を示す）として記憶するサンプルホールド手段と、
前記サンプルホールド手段のデータＩｑから交流き電線電流の定格周波数のｎサイクル前（ｎ：所定の整数）の前記サンプルホールド手段で記憶したデータを差し引き、差分き電線電流の瞬時値ΔＩｑを演算する差分電流演算手段と、
前記差分電流演算手段にて得られたデータΔＩｑを用いて数Ｂ１式の演算を実行してΔＩｆ１ｑを算出し、算出したΔＩｆ１ｑを用いて数Ｂ２式の演算を実施してΔＩｆ２ｑを算出するディジタルフィルタ第１の手法にて、直流成分と基本波電流成分以外の低次奇数倍調波成分を除去したデータを算出し、数Ｂ２式にて得られたΔＩｆ２ｑを用いて数Ｂ３式の演算を実施してΔＩｆ３ｑを得るディジタルフィルタ第２の手法にて、前記ΔＩｆ２ｑのデータに対して偶数倍調波成分を除去したデータΔＩｆ３ｑを算出する差分基本波フィルタ手段と、
【数Ｂ１】
0003715517.tif 000023
【数Ｂ２】
0003715517.tif 000024
【数Ｂ３】
0003715517.tif 000025
前記差分基本波フィルタ手段にて得られたデータΔＩｆ３ｑをもとに差分基本波振幅値を演算する差分基本波振幅値演算手段と、
前記サンプルホールド手段にて得られたデータＩｑをもとに数Ｂ４式の演算を実行してＩｆ１ｑを算出し、算出したＩｆ１ｑを用いて数Ｂ５式の演算を実施してＩｆ２ｑを算出するディジタルフィルタ第３の手法にて、直流成分と基本波電流成分以外の低次奇数倍調波成分を除去したデータを算出し、数Ｂ５式にて得られたＩｆ２ｑを用いて数Ｂ６式の演算を実施してＩｆ３ｑを得るディジタルフィルタ第４の手法にて、前記Ｉｆ２ｑのデータに対して偶数倍調波成分を除去したデータＩｆ３ｑを算出する基本波フィルタ手段と、
【数Ｂ４】
0003715517.tif 000026
【数Ｂ５】
0003715517.tif 000027
【数Ｂ６】
0003715517.tif 000028
前記基本波フィルタ手段にて得られたデータＩｆ３ｑをもとに振幅値を演算する基本波振幅値演算手段と、
前記サンプルホールド手段の得たデータＩｑをもとに数Ｂ７式の演算を実行してＩｆ４ｑを算出し、算出したＩｆ４ｑを用いて数Ｂ８式の演算を実施してＩｆ５ｑを算出するディジタルフィルタ第５の手法にて、低次奇数倍調波成分を除去したデータを算出し、数Ｂ８式にて得られたＩｆ５ｑを用いて数Ｂ９式の演算を実施してＩｆ６ｑを得るディジタルフィルタ第６の手法にて、前記Ｉｆ５ｑのデータに対して直流成分と第２調波成分以外の低次偶数倍調波成分を除去したデータＩｆ６ｑを算出する第２高調波フィルタ手段と、
【数Ｂ７】
0003715517.tif 000029
【数Ｂ８】
0003715517.tif 000030
【数Ｂ９】
0003715517.tif 000031
前記第２高調波フィルタ手段にて得られたデータＩｆ６ｑをもとに振幅値を演算する第２高調波振幅値演算手段と、
前記第２高調波振幅値演算手段にて得られたデータを前記基本波振幅値演算手段にて得られたデータによって除算して基本波に対する第２高調波の含有率を演算する第２高調波含有率演算手段と、
前記基本波振幅値演算手段にて得られたデータに対して前記第２高調波含有率演算手段にて得られた第２高調波の含有率と任意の定数として与えられる第２高調波抑制係数とを乗算して求められる抑制量を演算する第２高調波抑制演算手段と、
前記差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータから前記第２高調波抑制演算手段にて得られた抑制量を減算して得られる振幅値を予め定められた値と比較判定する比較判定手段とを備えたことを特徴とする交流き電用ベクトル形継電器。
【請求項３】
電鉄用交流き電回路のき電線電流の値を一定の間隔でサンプリングし、き電線電流Ｉの瞬時値Ｉｑ（ｑは、データの順番を示す）として記憶するサンプルホールド手段と、
前記サンプルホールド手段のデータＩｑから交流き電線電流の定格周波数のｎサイクル前（ｎ：所定の整数）の前記サンプルホールド手段で記憶したデータを差し引き、差分き電線電流の瞬時値ΔＩｑを演算する差分電流演算手段と、
前記差分電流演算手段にて得られたデータΔＩｑを用いて数Ｃ１式の演算を実行してΔＩｆ１ｑを算出し、算出したΔＩｆ１ｑを用いて数Ｃ２式の演算を実施してΔＩｆ２ｑを算出するディジタルフィルタ第１の手法にて、直流成分と基本波電流成分以外の低次奇数倍調波成分を除去したデータを算出し、数Ｃ２式にて得られたΔＩｆ２ｑを用いて数Ｃ３式の演算を実施してΔＩｆ３ｑを得るディジタルフィルタ第２の手法にて、前記ΔＩｆ２ｑのデータに対して偶数倍調波成分を除去したデータΔＩｆ３ｑを算出する差分基本波フィルタ手段と、
【数Ｃ１】
0003715517.tif 000032
【数Ｃ２】
0003715517.tif 000033
【数Ｃ３】
0003715517.tif 000034
前記差分基本波フィルタ手段にて得られたデータΔＩｆ３ｑをもとに差分基本波振幅値を演算する差分基本波振幅値演算手段と、
前記サンプルホールド手段にて得られたデータＩｑをもとに数Ｃ４式の演算を実行してＩｆ１ｑを算出し、算出したＩｆ１ｑを用いて数Ｃ５式の演算を実施してＩｆ２ｑを算出するディジタルフィルタ第３の手法にて、直流成分と基本波電流成分以外の低次奇数倍調波成分を除去したデータを算出し、数Ｃ５式にて得られたＩｆ２ｑを用いて数Ｃ６式の演算を実施してＩｆ３ｑを得るディジタルフィルタ第４の手法にて、前記Ｉｆ２ｑのデータに対して偶数倍調波成分を除去したデータＩｆ３ｑを算出する基本波フィルタ手段と、
【数Ｃ４】
0003715517.tif 000035
【数Ｃ５】
0003715517.tif 000036
【数Ｃ６】
0003715517.tif 000037
前記基本波フィルタ手段にて得られたデータＩｆ３ｑをもとに振幅値を演算する基本波振幅値演算手段と、
前記サンプルホールド手段にて得られたデータＩｑをもとに数Ｃ７式の演算を実行してＩｆ７ｑを算出するディジタルフィルタ第７の手法にて、直流成分と偶数倍調波成分を除去したデータを算出し、前記数Ｃ７式にて得られたＩｆ７ｑを用いて数Ｃ８式の演算を実施してＩｆ８ｑを得るディジタルフィルタ第８の手法にて、前記Ｉｆ７ｑのデータに対して第３調波成分以外の低次奇数倍調波成分を除去したデータＩｆ８ｑを算出する第３高調波フィルタ手段と、
【数Ｃ７】
0003715517.tif 000038
【数Ｃ８】
0003715517.tif 000039
前記第３高調波フィルタ手段にて得られたデータＩｆ８ｑをもとに振幅値を演算する第３高調波振幅値演算手段と、
前記第３高調波振幅値演算手段にて得られたデータを前記基本波振幅値演算手段にて得られたデータによって除算して基本波に対する第３高調波の含有率を演算する第３高調波含有率演算手段と、
前記基本波振幅値演算手段にて得られたデータに対して前記第３高調波含有率演算手段にて得られた第３高調波の含有率と任意の定数として与えられる第３高調波抑制係数とを乗算して求められる抑制量を演算する第３高調波抑制演算手段と、
前記差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータから第３高調波抑制演算手段にて得られた抑制量を減算して得られる振幅値を予め定められた値と比較判定する比較判定手段とを備えて成る交流き電用ベクトル形継電器。
【請求項４】
電鉄用交流き電回路のき電線電流の値を一定の間隔でサンプリングし、き電線電流Ｉの瞬時値Ｉｑ（ｑは、データの順番を示す）として記憶するサンプルホールド手段と、
前記サンプルホールド手段のデータＩｑから交流き電線電流の定格周波数のｎサイクル前（ｎ：所定の整数）の前記サンプルホールド手段で記憶したデータを差し引き、差分き電線電流の瞬時値ΔＩｑを演算する差分電流演算手段と、
前記差分電流演算手段にて得られたデータΔＩｑを用いて数Ｄ１式の演算を実行してΔＩｆ１ｑを算出し、算出したΔＩｆ１ｑを用いて数Ｄ２式の演算を実施してΔＩｆ２ｑを算出するディジタルフィルタ第１の手法にて、直流成分と基本波電流成分以外の低次奇数倍調波成分を除去したデータを算出し、数Ｄ２式にて得られたΔＩｆ２ｑを用いて数Ｄ３式の演算を実施してΔＩｆ３ｑを得るディジタルフィルタ第２の手法にて、前記ΔＩｆ２ｑのデータに対して偶数倍調波成分を除去したデータΔＩｆ３ｑを算出する差分基本波フィルタ手段と、
【数Ｄ１】
0003715517.tif 000040
【数Ｄ２】
0003715517.tif 000041
【数Ｄ３】
0003715517.tif 000042
前記差分基本波フィルタ手段にて得られたデータΔＩｆ３ｑをもとに差分基本波振幅値を演算する差分基本波振幅値演算手段と、
前記サンプルホールド手段にて得られたデータＩｑをもとに数Ｄ４式の演算を実行してＩｆ１ｑを算出し、算出したＩｆ１ｑを用いて数Ｄ５式の演算を実施してＩｆ２ｑを算出するディジタルフィルタ第３の手法にて、直流成分と基本波電流成分以外の低次奇数倍調波成分を除去したデータを算出し、数Ｄ５式にて得られたＩｆ２ｑを用いて数Ｄ６式の演算を実施してＩｆ３ｑを得るディジタルフィルタ第４の手法にて、前記Ｉｆ２ｑのデータに対して偶数倍調波成分を除去したデータＩｆ３ｑを算出する基本波フィルタ手段と、
【数Ｄ４】
0003715517.tif 000043
【数Ｄ５】
0003715517.tif 000044
【数Ｄ６】
0003715517.tif 000045
前記基本波フィルタ手段にて得られたデータＩｆ３ｑをもとに振幅値を演算する基本波振幅値演算手段と、
前記サンプルホールド手段の得たデータＩｑをもとに数Ｄ７式の演算を実行してＩｆ４ｑを算出し、算出したＩｆ４ｑを用いて数Ｄ８式の演算を実施してＩｆ５ｑを算出するディジタルフィルタ第５の手法にて、低次奇数倍調波成分を除去したデータを算出し、数Ｄ８式にて得られたＩｆ５ｑを用いて数Ｄ９式の演算を実施してＩｆ６ｑを得るディジタルフィルタ第６の手法にて、前記Ｉｆ５ｑのデータに対して直流成分と第２調波成分以外の低次偶数倍調波成分を除去したデータＩｆ６ｑを算出する第２高調波フィルタ手段と、
【数Ｄ７】
0003715517.tif 000046
【数Ｄ８】
0003715517.tif 000047
【数Ｄ９】
0003715517.tif 000048
前記第２高調波フィルタ手段にて得られたデータＩｆ６ｑをもとに振幅値を演算する第２高調波振幅値演算手段と、
前記第２高調波振幅値演算手段にて得られたデータを前記基本波振幅値演算手段にて得られたデータによって除算して基本波に対する第２高調波の含有率を演算する第２高調波含有率演算手段と、
前記基本波振幅値演算手段にて得られたデータに対して前記第２高調波含有率演算手段にて得られた第２高調波の含有率と任意の定数として与えられる第２高調波抑制係数とを乗算して求められる抑制量を演算する第２高調波抑制演算手段と、
前記サンプルホールド手段にて得られたデータＩｑをもとに数Ｄ１０式の演算を実行してＩｆ７ｑを算出するディジタルフィルタ第７の手法にて、直流成分と偶数倍調波成分を除去したデータを算出し、前記数Ｄ１０式にて得られたＩｆ７ｑを用いて数Ｄ１１式の演算を実施してＩｆ８ｑを得るディジタルフィルタ第８の手法にて、前記Ｉｆ７ｑのデータに対して第３調波成分以外の低次奇数倍調波成分を除去したデータＩｆ８ｑを算出する第３高調波フィルタ手段と、
【数Ｄ１０】
0003715517.tif 000049
【数Ｄ１１】
0003715517.tif 000050
前記第３高調波フィルタ手段にて得られたデータＩｆ８ｑをもとに振幅値を演算する第３高調波振幅値演算手段と、
前記第３高調波振幅値演算手段にて得られたデータを前記基本波振幅値演算手段にて得られたデータによって除算して基本波に対する第３高調波の含有率を演算する第３高調波含有率演算手段と、
前記基本波振幅値演算手段にて得られたデータに対して前記第３高調波含有率演算手段にて得られた第３高調波の含有率と任意の定数として与えられる第３高調波抑制係数とを乗算して求められる抑制量を演算する第３高調波抑制演算手段と、
前記差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータから前記第２高調波抑制演算手段にて得られた第２高調波抑制量と第３高調波抑制演算手段にて得られた第３高調波抑制量とを減算して得られる振幅値を予め定められた値と比較判定する比較判定手段とを備えて成る交流き電用ベクトル形継電器。
【請求項５】
請求項１に記載の交流き電用ベクトル形継電器において、前記比較判定手段に代えて、前記差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータの変化分を検出して判定する変化分検出判定手段を備えたことを特徴とする交流き電用ベクトル形継電器。
【請求項６】
請求項２に記載の交流き電用ベクトル形継電器において、前記比較判定手段に代えて、前記差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータから第２高調波抑制演算手段にて得られた抑制量を減算して得られる振幅値の変化分を検出して判定する変化分検出判定手段を備えたことを特徴とする交流き電用ベクトル形継電器。
【請求項７】
請求項３に記載の交流き電用ベクトル形継電器において、前記比較判定手段に代えて、前記差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータから第３高調波抑制演算手段にて得られた抑制量を減算して得られる振幅値の変化分を検出して判定する変化分検出判定手段を備えたことを特徴とする交流き電用ベクトル形継電器。
【請求項８】
請求項４に記載の交流き電用ベクトル形継電器において、前記比較判定手段に代えて、前記差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータから前記第２高調波抑制演算手段にて得られた第２高調波抑制量と第３高調波抑制演算手段にて得られた第３高調波抑制量とを減算して得られる振幅値の変化分を検出して判定する変化分検出判定手段を備えたことを特徴とする交流き電用ベクトル形継電器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電鉄用の交流き電回路の地絡事故や短絡事故を検出する交流き電用ベクトル形継電器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電鉄用の交流き電回路保護装置として、従来よりき電線に流れる電流の変化分に応動する電流変化分検出継電器が用いられている。この種の継電器の検出原理は次に述べる通りである。図９は電流変化分検出方法の原理を説明する概念図であり、コンデンサＣと抵抗Ｒとによってき電線電流Ｉの変化分ΔＩを検出するものである。図９に示されるように、この回路はＣとＲの微分回路であり、次の数１式の関数により変化分電流ΔＩが得られる。
【０００３】
【数１】
0003715517.tif 000002
ここで、tdは時定数（＝C・R）である。
【０００４】
なお、図９は電流変化分検出方法の原理を説明するためにアナログ回路の例を示したが、マイクロコンピュータによるディジタル演算によっても同一原理のものが実現できる。これについては後述する。
【０００５】
図１０は、図９の応動を説明する図であり、き電線電流が負荷により変化する場合を示している。図１０（ａ）は、き電線電流Ｉのタイムチャート、（ｂ）は変化分電流ΔＩのタイムチャートである。（ａ）の実線部において、時刻t1で短絡事故が発生してき電線電流Ｉが上昇し、その変化分に応じたΔＩが（ｂ）の実線に示すように得られる。この得られた変化分ΔＩが予め定められた整定値Ｋを超えれば、継電器は動作出力を生じることになる。
【０００６】
通常の電流変化では、ΔＩがこの整定値Ｋを超えることはないが、き電線に短絡事故が発生した場合にはき電線電流の変化分が極めて大となるので、それに応じてΔＩも大となり、整定値Ｋを超えて継電器が動作する。この様にして、ΔＩの大きさを判定することにより、き電線に流れる電流が負荷電流なのか事故電流なのかを選択できる。
【０００７】
しかし、鉄道の電気車両は力行、惰行、制動の３つの動作交差を繰り返して運転される。き電線保護継電器の場合、この電気車両が主な負荷となるので、電気車両の負荷状態を速やかに検出することが保護を確実なものにする。
【０００８】
近年、電気車両の３つの動作の中で制動の方法が変わりつつあり、中でも回生ブレーキと呼ばれる駆動用モータを制動時のエネルギーで逆回転させて電気を発電し、その電流をき電線へ戻す方法が主流となり、新形車両に積極的に導入されている。
【０００９】
このような車両が回生制御中にき電線に系統事故が発生した場合、回生車両からも事故点に電流が供給されるため、き電線電流の絶対値の変化がわずかとなることが考えられ、従来のき電線に流れる電流の絶対値の変化分に応動する電流変化分検出継電器では事故検出が困難となり、場合によっては事故検出できない可能性もある。
【００１０】
また、従来の車両に力行あるいは制動を行う際には系統周波数に対する第３高調波が多く発生し、第３高調波の発生を確認して系統事故か電気車両による負荷の接近かを判別していた。しかし、近年の新形車両では、第３高調波の発生を低減させるものが開発されてきており、第３高調波による電気車両の接近を判別するのが難しく、従来のき電線用の保護継電器では電気車両による負荷の接近での誤動作の可能性がある。
【００１１】
そこで最近では、前述のように車両が回生制御中にき電線に系統事故が発生したときに、回生車両からも事故点に電流が供給されるためにき電線電流の絶対値の変化がわずかとなる場合でも事故検出が可能なき電線保護継電器として、電流の大きさでなく位相変化でも応動が行えるようなき電線保護継電器が検討されており、ある時点のき電線電流とその数サイクル前のき電線電流のデータとの差分を求めて差分電流の変化で位相変化を捉えて応動するき電線保護継電器が提案されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような提案されているき電線保護継電器でも、次のような問題点があった。上記で示したある時点のき電線電流とその数サイクル前のき電線電流データとの差分を求めて差分電流の変化で位相変化を捉えて応動するき電線保護継電器では、数２式〜数７式で示すようなフーリエ級数展開を応用して系統周波数の基本波電流や第２高調波、第３高調波などを抽出しているが、フーリエ級数展開を用いると乗算が多くなり、演算負担が大きくなる問題がある。
【００１３】
【数２】
0003715517.tif 000003
【数３】
0003715517.tif 000004
【数４】
0003715517.tif 000005
【数５】
0003715517.tif 000006
【数６】
0003715517.tif 000007
【数７】
0003715517.tif 000008
また、フーリエ級数展開の場合にはサンプリングデータに定数を掛け合わせるが、多くの定数を掛け合わせることは、定数に含まれる演算誤差を含んでしまうことも懸念される。
【００１４】
本発明はこのような従来の技術的課題を解決するためになされたものであって、フーリエ級数展開を用いずに、任意のディジタルフィルタを組み合わせることによって系統周波数の基本波電流や第２高調波、第３高調波などを抽出し、演算負担の軽減を図り、さらに演算誤差の軽減も行うことができる交流き電用ベクトル形継電器を提供することを目的とする。
【００１５】
本発明はまた、ある時点のき電線電流と数サイクル前のき電線電流データとの差分を求めて差分電流の変化で位相変化を捉えたデータを用いて従来の変化分電流ΔＩの演算を行うことにより、系統で発生した電流変化が事故であるか否かの選択性を高めた交流き電用ベクトル形継電器を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の交流き電用ベクトル形継電器は、電鉄用交流き電回路のき電線電流の値を一定の間隔でサンプリングして記憶するサンプルホールド手段と、前記サンプルホールド手段のデータから交流き電線電流の定格周波数のｎサイクル前（ｎ：所定の整数）の前記サンプルホールド手段で記憶したデータを差し引いた差分を演算する差分電流演算手段と、前記差分電流演算手段にて得られたデータをもとに直流成分と基本波成分以外の低次奇数倍調波成分を除去するディジタルフィルタ第１の手法と、当該ディジタルフィルタ第１の手法にて得られたデータをもとに偶数倍調波成分を除去するディジタルフィルタ第２の手法とから構成される差分基本波フィルタ手段と、前記差分基本波フィルタ手段にて得られたデータをもとに振幅値を演算する差分基本波振幅値演算手段と、前記差分基本波振幅値演算手段の算出した振幅値を予め定められた値と比較判定する比較判定手段とを備えたものである。
【００１７】
請求項１の発明の交流き電用ベクトル形継電器では、回生制御中にき電線に系統事故が発生した場合に、き電線電流の位相が変化することに着目して事故検出が可能となるようにするため、サンプルホールド手段が電鉄用交流き電回路のき電線電流をその定格周波数よりも短い時間間隔でサンプリングを行い、そのデータを記憶し、差分電流演算手段がこのサンプルホールド手段にて記憶したき電線電流データから系統周波数のｎサイクル前の同じくサンプルホールド手段にて記憶したき電線電流データを減算したデータにてき電線電流の大きさや位相が変化したことが検出可能となるデータを演算して記憶する。
【００１８】
そして差分基本波フィルタ手段が任意のディジタルフィルタ［例えば、「保護継電工学」、オーム社発行の１０９ページに記載のディジタルフィルタ］を組み合わせて、差分電流演算手段にて得られたデータから基本波電流成分を抽出し、他の低次高調波成分を除去する演算を行い、この差分基本波フィルタ手段にて得られたデータをもとに、差分基本波振幅値演算手段が振幅値演算［例えば、上記の「保護継電工学」の１１２ページに記載の演算原理］にて振幅値を演算し、比較判定手段が差分基本波振幅値演算手段にて得られた振幅値を保護動作用として予め定められた値と比較し判定を行う。
【００１９】
これにより、フーリエ級数展開を用いずに、ディジタルフィルタを組み合わせることで基本波電流成分を抽出し、他の低次高調波成分を除去する演算を行い、演算負担を軽くしながらも、き電線電流の絶対値の変化がわずかである場合でも位相変化に応動して事故検出し、この事故検出をすれば必要な保護動作を働かせることでき電線を保護する。
【００２０】
請求項２の発明の交流き電用ベクトル形継電器は、電鉄用交流き電回路のき電線電流の値を一定の間隔でサンプリングして記憶するサンプルホールド手段と、前記サンプルホールド手段のデータから交流き電線電流の定格周波数のｎサイクル前（ｎ：所定の整数）の前記サンプルホールド手段で記憶したデータを差し引いた差分を演算する差分電流演算手段と、前記差分電流演算手段にて得られたデータをもとに直流成分と基本波成分以外の低次奇数倍調波成分を除去するディジタルフィルタ第１の手法と、当該ディジタルフィルタ第１の手法にて得られたデータをもとに偶数倍調波成分を除去するディジタルフィルタ第２の手法とから構成される差分基本波フィルタ手段と、前記差分基本波フィルタ手段にて得られたデータをもとに振幅値を演算する差分基本波振幅値演算手段と、前記サンプルホールド手段にて得られたデータをもとに直流成分と基本波成分以外の低次奇数倍調波成分を除去するディジタルフィルタ第３の手法と、当該ディジタルフィルタ第３の手法にて得られたデータをもとに偶数倍調波成分を除去するディジタルフィルタ第４の手法とから構成される基本波フィルタ手段と、前記基本波フィルタ手段にて得られたデータをもとに振幅値を演算する基本波振幅値演算手段と、前記サンプルホールド手段の得たデータをもとに奇数倍調波成分を除去するディジタルフィルタ第５の手法と、当該ディジタルフィルタ第５の手法にて得られたデータをもとに直流成分と第２調波成分以外の低次偶数倍調波成分を除去するディジタルフィルタ第６の手法とから構成される第２高調波フィルタ手段と、前記第２高調波フィルタ手段にて得られたデータをもとに振幅値を演算する第２高調波振幅値演算手段と、前記第２高調波振幅値演算手段にて得られたデータを前記基本波振幅値演算手段にて得られたデータによって除算して基本波に対する第２高調波の含有率を演算する第２高調波含有率演算手段と、前記基本波振幅値演算手段にて得られたデータに対して前記第２高調波含有率演算手段にて得られた第２高調波の含有率と任意の定数として与えられる第２高調波抑制係数とを乗算して求められる抑制量を演算する第２高調波抑制演算手段と、前記差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータから前記第２高調波抑制演算手段にて得られた抑制量を減算して得られる振幅値を予め定められた値と比較判定する比較判定手段とを備えたものである。
【００２１】
請求項２の発明の交流き電用ベクトル形継電器では、サンプルホールド手段が電鉄用交流き電回路のき電線電流の値を一定の間隔でサンプリングして記憶し、差分電流演算手段がサンプルホールド手段のデータから交流き電線電流の定格周波数のｎサイクル前の同じくサンプルホールド手段が記憶しているデータを差し引いた差分を演算する。
【００２２】
そして差分基本波フィルタ手段においてディジタルフィルタ第１の手法で差分電流演算手段にて得られたデータをもとに直流成分と基本波成分以外の低次奇数倍調波成分を除去し、ディジタルフィルタ第２の手法で当該ディジタルフィルタ第１の手法にて得られたデータをもとに偶数倍調波成分を除去し、さらに、差分基本波振幅値演算手段が差分基本波フィルタ手段にて得られたデータをもとに振幅値を演算する。
【００２３】
これと並行して、基本波フィルタ手段においてディジタルフィルタ第３の手法でサンプルホールド手段にて得られたデータをもとに直流成分と基本波成分以外の低次奇数倍調波成分を除去し、ディジタルフィルタ第４の手法で当該ディジタルフィルタ第３の手法にて得られたデータをもとに偶数倍調波成分を除去し、さらに、基本波振幅値演算手段が基本波フィルタ手段にて得られたデータをもとに振幅値を演算する。
【００２４】
さらにこれらと並行して、第２高調波フィルタ手段においてディジタルフィルタ第５の手法でサンプルホールド手段の得たデータをもとに奇数倍調波成分を除去し、ディジタルフィルタ第６の手法で当該ディジタルフィルタ第５の手法にて得られたデータをもとに直流成分と第２高調波成分以外の低次偶数倍調波成分を除去し、さらに、第２高調波振幅値演算手段が第２高調波フィルタ手段にて得られたデータをもとに振幅値を演算する。
【００２５】
そして第２高調波含有率演算手段が、第２高調波振幅値演算手段にて得られたデータを基本波振幅値演算手段にて得られたデータによって除算して基本波に対する第２高調波の含有率を演算し、第２高調波抑制演算手段が基本波振幅値演算手段にて得られたデータに対して第２高調波含有率演算手段にて得られた第２高調波の含有率と任意の定数として与えられる第２高調波抑制係数とを乗算して抑制量を求め、比較判定手段が前述の差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータから当該第２高調波抑制演算手段にて得られた抑制量を減算して得られる振幅値を予め定められた値と比較して判定する。
【００２６】
これにより、き電線に励磁突入電流が通電された時に発生する第２高調波に応じて判定量に抑制をかけて励磁突入電流に対して不要動作することのない交流き電用ベクトル形継電器を得る。
【００２７】
請求項３の発明の交流き電用ベクトル形継電器は、電鉄用交流き電回路のき電線電流の値を一定の間隔でサンプリングして記憶するサンプルホールド手段と、前記サンプルホールド手段のデータから交流き電線電流の定格周波数のｎサイクル前（ｎ：所定の整数）の前記サンプルホールド手段で記憶したデータを差し引いた差分を演算する差分電流演算手段と、前記差分電流演算手段にて得られたデータをもとに直流成分と基本波成分以外の低次奇数倍調波成分を除去するディジタルフィルタ第１の手法と、当該ディジタルフィルタ第１の手法にて得られたデータをもとに偶数倍調波成分を除去するディジタルフィルタ第２の手法とから構成される差分基本波フィルタ手段と、前記差分基本波フィルタ手段にて得られたデータをもとに振幅値を演算する差分基本波振幅値演算手段と、前記サンプルホールド手段にて得られたデータをもとに直流成分と基本波成分以外の低次奇数倍調波成分を除去するディジタルフィルタ第３の手法と、当該ディジタルフィルタ第３の手法にて得られたデータをもとに偶数倍調波成分を除去するディジタルフィルタ第４の手法とから構成される基本波フィルタ手段と、前記基本波フィルタ手段にて得られたデータをもとに振幅値を演算する基本波振幅値演算手段と、前記サンプルホールド手段にて得られたデータをもとに直流成分と偶数倍調波成分を除去するディジタルフィルタ第７の手法と前記ディジタルフィルタ第７の手法にて得られたデータをもとに第３調波成分以外の低次奇数倍調波成分を除去するディジタルフィルタ第８の手法とから構成される第３高調波フィルタ手段と、前記第３高調波フィルタ手段にて得られたデータをもとに振幅値を演算する第３高調波振幅値演算手段と、前記第３高調波振幅値演算手段にて得られたデータを前記基本波振幅値演算手段にて得られたデータによって除算して基本波に対する第３高調波の含有率を演算する第３高調波含有率演算手段と、前記基本波振幅値演算手段にて得られたデータに対して前記第３高調波含有率演算手段にて得られた第３高調波の含有率と任意の定数として与えられる第３高調波抑制係数とを乗算して求められる抑制量を演算する第３高調波抑制演算手段と、前記差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータから第３高調波抑制演算手段にて得られた抑制量を減算して得られる振幅値を予め定められた値と比較判定する比較判定手段とを備えたものである。
【００２８】
請求項３の発明の交流き電用ベクトル形継電器では、サンプルホールド手段が電鉄用交流き電回路のき電線電流の値を一定の間隔でサンプリングして記憶し、差分電流演算手段がサンプルホールド手段のデータから交流き電線電流の定格周波数のｎサイクル前の同じくサンプルホールド手段が記憶しているデータを差し引いた差分を演算する。
【００２９】
そして差分基本波フィルタ手段においてディジタルフィルタ第１の手法で差分電流演算手段にて得られたデータをもとに直流成分と基本波成分以外の低次奇数倍調波成分を除去し、ディジタルフィルタ第２の手法で当該ディジタルフィルタ第１の手法にて得られたデータをもとに偶数倍調波成分を除去し、さらに、差分基本波振幅値演算手段が差分基本波フィルタ手段にて得られたデータをもとに振幅値を演算する。
【００３０】
これと並行して、基本波フィルタ手段においてディジタルフィルタ第３の手法でサンプルホールド手段にて得られたデータをもとに直流成分と基本波成分以外の低次奇数倍調波成分を除去し、ディジタルフィルタ第４の手法で当該ディジタルフィルタ第３の手法にて得られたデータをもとに偶数倍調波成分を除去し、さらに、基本波振幅値演算手段が基本波フィルタ手段にて得られたデータをもとに振幅値を演算する。
【００３１】
さらにこれらと並行して、第３高調波フィルタ手段においてディジタルフィルタ第７の手法でサンプルホールド手段にて得られたデータをもとに直流成分と偶数倍調波成分を除去し、ディジタルフィルタ第８の手法でこのディジタルフィルタ第７の手法にて得られたデータをもとに第３高調波成分以外の低次奇数倍調波成分を除去し、第３高調波振幅値演算手段が第３高調波フィルタ手段にて得られたデータをもとに振幅値を演算する。
【００３２】
そして第３高調波含有率演算手段が第３高調波振幅値演算手段にて得られたデータを基本波振幅値演算手段にて得られたデータによって除算して基本波に対する第３高調波の含有率を演算し、第３高調波抑制演算手段が基本波振幅値演算手段にて得られたデータに対して第３高調波含有率演算手段にて得られた第３高調波の含有率と任意の定数として与えられる第３高調波抑制係数とを乗算して抑制量を求め、さらに比較判定手段が前述の差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータから第３高調波抑制演算手段にて得られた抑制量を減算して得られる振幅値を予め定められた値と比較して判定する。
【００３３】
これにより、き電線に電気車両が進入した時に発生する第３高調波に応じて判定量に抑制をかけて電気車両の力行、制動が行われた時に不要動作することのない交流き電用ベクトル形継電器を得る。
【００３４】
請求項４の発明の交流き電用ベクトル形継電器は、電鉄用交流き電回路のき電線電流の値を一定の間隔でサンプリングして記憶するサンプルホールド手段と、前記サンプルホールド手段のデータから交流き電線電流の定格周波数のｎサイクル前（ｎ：所定の整数）の前記サンプルホールド手段で記憶したデータを差し引いた差分を演算する差分電流演算手段と、前記差分電流演算手段にて得られたデータをもとに直流成分と基本波成分以外の低次奇数倍調波成分を除去するディジタルフィルタ第１の手法と、当該ディジタルフィルタ第１の手法にて得られたデータをもとに偶数倍調波成分を除去するディジタルフィルタ第２の手法とから構成される差分基本波フィルタ手段と、前記差分基本波フィルタ手段にて得られたデータをもとに振幅値を演算する差分基本波振幅値演算手段と、前記サンプルホールド手段にて得られたデータをもとに直流成分と基本波成分以外の低次奇数倍調波成分を除去するディジタルフィルタ第３の手法と、当該ディジタルフィルタ第３の手法にて得られたデータをもとに偶数倍調波成分を除去するディジタルフィルタ第４の手法とから構成される基本波フィルタ手段と、前記基本波フィルタ手段にて得られたデータをもとに振幅値を演算する基本波振幅値演算手段と、前記サンプルホールド手段の得たデータをもとに奇数倍調波成分を除去するディジタルフィルタ第５の手法と、当該ディジタルフィルタ第５の手法にて得られたデータをもとに直流成分と第２調波成分以外の低次偶数倍調波成分を除去するディジタルフィルタ第６の手法とから構成される第２高調波フィルタ手段と、前記第２高調波フィルタ手段にて得られたデータをもとに振幅値を演算する第２高調波振幅値演算手段と、前記第２高調波振幅値演算手段にて得られたデータを前記基本波振幅値演算手段にて得られたデータによって除算して基本波に対する第２高調波の含有率を演算する第２高調波含有率演算手段と、前記基本波振幅値演算手段にて得られたデータに対して前記第２高調波含有率演算手段にて得られた第２高調波の含有率と任意の定数として与えられる第２高調波抑制係数とを乗算して求められる抑制量を演算する第２高調波抑制演算手段と、前記サンプルホールド手段にて得られたデータをもとに直流成分と偶数倍調波成分を除去するディジタルフィルタ第７の手法と前記ディジタルフィルタ第７の手法にて得られたデータをもとに第３調波成分以外の低次奇数倍調波成分を除去するディジタルフィルタ第８の手法とから構成される第３高調波フィルタ手段と、前記第３高調波フィルタ手段にて得られたデータをもとに振幅値を演算する第３高調波振幅値演算手段と、前記第３高調波振幅値演算手段にて得られたデータを前記基本波振幅値演算手段にて得られたデータによって除算して基本波に対する第３高調波の含有率を演算する第３高調波含有率演算手段と、前記基本波振幅値演算手段にて得られたデータに対して前記第３高調波含有率演算手段にて得られた第３高調波の含有率と任意の定数として与えられる第３高調波抑制係数とを乗算して求められる抑制量を演算する第３高調波抑制演算手段と、前記差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータから前記第２高調波抑制演算手段にて得られた第２高調波抑制量と第３高調波抑制演算手段にて得られた第３高調波抑制量とを減算して得られる振幅値を予め定められた値と比較判定する比較判定手段とを備えたものである。
【００３５】
請求項４の発明の交流き電用ベクトル形継電器では、サンプルホールド手段が電鉄用交流き電回路のき電線電流の値を一定の間隔でサンプリングして記憶し、差分電流演算手段がサンプルホールド手段のデータから交流き電線電流の定格周波数のｎサイクル前の同じくサンプルホールド手段が記憶しているデータを差し引いた差分を演算する。
【００３６】
そして差分基本波フィルタ手段においてディジタルフィルタ第１の手法で差分電流演算手段にて得られたデータをもとに直流成分と基本波成分以外の低次奇数倍調波成分を除去し、ディジタルフィルタ第２の手法で当該ディジタルフィルタ第１の手法にて得られたデータをもとに偶数倍調波成分を除去し、さらに、差分基本波振幅値演算手段が差分基本波フィルタ手段にて得られたデータをもとに振幅値を演算する。
【００３７】
これと並行して、基本波フィルタ手段においてディジタルフィルタ第３の手法でサンプルホールド手段にて得られたデータをもとに直流成分と基本波成分以外の低次奇数倍調波成分を除去し、ディジタルフィルタ第４の手法で当該ディジタルフィルタ第３の手法にて得られたデータをもとに偶数倍調波成分を除去し、さらに、基本波振幅値演算手段が基本波フィルタ手段にて得られたデータをもとに振幅値を演算する。
【００３８】
またこれらと並行して、第２高調波フィルタ手段においてディジタルフィルタ第５の手法でサンプルホールド手段の得たデータをもとに奇数倍調波成分を除去し、ディジタルフィルタ第６の手法で当該ディジタルフィルタ第５の手法にて得られたデータをもとに直流成分と第２高調波成分以外の低次偶数倍調波成分を除去し、さらに、第２高調波振幅値演算手段が第２高調波フィルタ手段にて得られたデータをもとに振幅値を演算する。そして第２高調波含有率演算手段が、第２高調波振幅値演算手段にて得られたデータを基本波振幅値演算手段にて得られたデータによって除算して基本波に対する第２高調波の含有率を演算し、第２高調波抑制演算手段が基本波振幅値演算手段にて得られたデータに対して第２高調波含有率演算手段にて得られた第２高調波の含有率と任意の定数として与えられる第２高調波抑制係数とを乗算して抑制量を求める。
【００３９】
さらにこれらと並行して、第３高調波フィルタ手段においてディジタルフィルタ第７の手法でサンプルホールド手段にて得られたデータをもとに直流成分と偶数倍調波成分を除去し、ディジタルフィルタ第８の手法でこのディジタルフィルタ第７の手法にて得られたデータをもとに第３高調波成分以外の低次奇数倍調波成分を除去し、第３高調波振幅値演算手段が第３高調波フィルタ手段にて得られたデータをもとに振幅値を演算する。そして第３高調波含有率演算手段が第３高調波振幅値演算手段にて得られたデータを基本波振幅値演算手段にて得られたデータによって除算して基本波に対する第３高調波の含有率を演算し、第３高調波抑制演算手段が基本波振幅値演算手段にて得られたデータに対して第３高調波含有率演算手段にて得られた第３高調波の含有率と任意の定数として与えられる第３高調波抑制係数とを乗算して抑制量を求める。
【００４０】
そして最終的に、比較判定手段が前述の差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータから第２高調波抑制演算手段にて得られた第２高調波抑制量と第３高調波抑制演算手段にて得られた第３高調波抑制量とを減算して得られる振幅値を予め定められた値と比較して判定する。
【００４１】
こうして請求項４の発明によれば、請求項２の発明と請求項３の発明とを組み合わせたことにより、差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータから第２高調波抑制演算手段にて得られた第２高調波抑制量を減算し、さらに第３高調波抑制演算手段にて得られた第３高調波抑制量をも減算して得られる振幅値を予め定められた値と比較して判定を行うことにより、き電線に励磁突入電流が通電された時に不要動作することがなく、さらにき電線に電気車両が進入した時にも不要動作することのない交流き電用ベクトル形継電器を得ることができる。
【００４２】
請求項５の発明は、請求項１の交流き電用ベクトル形継電器において、前記比較判定手段に代えて、前記差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータの変化分を検出して判定する変化分検出判定手段を備えたものである。
【００４３】
請求項５の発明の交流き電用ベクトル形継電器では、請求項１の交流き電用ベクトル形継電器に対して、前述の従来技術に記載の電流の絶対値の変化で判定を行う変化分検出継電器の機能も兼ね備えたものとなり、差分基本波振幅値演算手段にて得られた振幅値データより変化分ΔＩを演算し、このΔＩを予め定められた値と比較して判定することができる。
【００４４】
請求項６の発明は、請求項２の交流き電用ベクトル形継電器において、前記比較判定手段に代えて、前記差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータから第２高調波抑制演算手段にて得られた抑制量を減算して得られる振幅値の変化分を検出して判定する変化分検出判定手段を備えたものである。
【００４５】
請求項６の発明の交流き電用ベクトル形継電器では、請求項２の交流き電用ベクトル形継電器に対して、前述の従来技術に記載の電流の絶対値の変化で判定を行う変化分検出継電器の機能も兼ね備えたものとなり、差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータから第２高調波抑制演算手段にて得られた抑制量を減算して得られる振幅値データにて変化分ΔＩを演算し、このΔＩを予め定められた値と比較して判定することができる。
【００４６】
請求項７の発明は、請求項３の交流き電用ベクトル形継電器において、前記比較判定手段に代えて、前記差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータから第３高調波抑制演算手段にて得られた抑制量を減算して得られる振幅値の変化分を検出して判定する変化分検出判定手段を備えたものである。
【００４７】
請求項７の発明の交流き電用ベクトル形継電器では、請求項３の交流き電用ベクトル形継電器に対して、前述の従来技術に記載の電流の絶対値の変化で判定を行う変化分検出継電器の機能も兼ね備えたものとなり、差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータから第３高調波抑制演算手段にて得られた抑制量を減算して得られる振幅値データにて変化分ΔＩを演算し、このΔＩを予め定められた値と比較して判定することができる。
【００４８】
請求項８の発明は、請求項４の交流き電用ベクトル形継電器において、前記比較判定手段に代えて、前記差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータから第２高調波抑制演算手段にて得られた第２高調波抑制量と第３高調波抑制演算手段にて得られた第３高調波抑制量とを減算して得られる振幅値の変化分を検出して判定する変化分検出判定手段を備えたものである。
【００４９】
請求項８の発明の交流き電用ベクトル形継電器では、請求項４の交流き電用ベクトル形継電器に対して、前述の従来技術に記載の電流の絶対値の変化で判定を行う変化分検出継電器の機能も兼ね備えたものとなり、差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータから第２高調波抑制演算手段にて得られた抑制量と第３高調波抑制演算手段にて得られた抑制量とを減算して得られる振幅値データにて変化分ΔＩを演算し、このΔＩを予め定められた値と比較して判定することができる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は本発明の第１の実施の形態の交流き電用ベクトル形継電器の回路構成を示している。図１において、き電線電流信号Ｉは電鉄用変電所の母線から保護対象のき電線の遮断器の後に配置されたき電線電流変成器を介して得られる。
【００５１】
このき電線電流Ｉが入力されるサンプルホールド部１はき電線電流Ｉの出力をアナログフィルタに通過させた上で予め定められた一定の時間間隔でサンプリングを行い、その時の電流データを記憶する。差分電流演算部２は、サンプルホールド部１にて記憶されたき電線電流Ｉのサンプリングデータを用いて予め定められた系統周波数のｎサイクル前（ｎ：予め定めた整数）の同じくサンプルホールド部１にて記憶されているき電線電流のサンプリングデータを減算した差分電流データを記憶する。
【００５２】
差分基本波フィルタ部３は、差分電流演算部２にて得られた差分電流データに対して既知のディジタルフィルタを１つあるいは既知のディジタルフィルタを複数組み合わせて構成し、系統周波数の基本波電流成分を抽出して他の低次高調波成分を除去したデータを記憶する。差分基本波振幅値演算部４は、差分基本波フィルタ部３にて得られた基本波電流成分を抽出したデータより振幅値演算を行い、系統周波数のｎサイクル前との差分電流の振幅値を記憶する。
【００５３】
比較判定部５は、差分基本波振幅値演算部４にて得られたき電線の差分電流の振幅値と予め定められた値とを比較して判定を行い、その結果を後段の出力処理側（図示せず）へ渡す。
【００５４】
上述した差分基本波フィルタ部３のディジタルフィルタについて、例を示して説明する。サンプルホールド部１のサンプリング間隔を系統周波数の電気角１５度とした場合に得られるき電線電流Ｉの瞬時値をＩｑとしたとき（ｑ：電気角１５度毎のデータの順番を示し（ここで、「q-1」としたときは、ｑに対して電気角１５度前のデータのこととする）、差分電流演算部２で得られる差分き電線電流の瞬時値ΔＩｑを用いて数８式の演算を実行してΔＩｆ１ｑを算出し、算出したΔＩｆ１ｑを用いて、さらに数９式の演算を実施してΔＩｆ２ｑを得ることができる。
【００５５】
こうして得られたΔＩｆ２ｑのデータは、ΔＩｑのデータに対して直流成分と基本波電流成分以外の低次奇数倍調波成分を除去したデータである（ディジタルフィルタ第１の手法）。
【００５６】
さらに数９式にて得られたΔＩｆ２ｑを用いて数１０式の演算を実施してΔＩｆ３ｑを得ることができる。算出して得られたΔＩｆ３ｑのデータは、ΔＩｆ２ｑのデータに対して偶数倍調波成分を除去したデータである（ディジタルフィルタ第２の手法）。
【００５７】
【数８】
0003715517.tif 000009
【数９】
0003715517.tif 000010
【数１０】
0003715517.tif 000011
この第１の実施の形態の交流き電用ベクトル形継電器の動作を説明する。回生制御中にき電線に系統事故が発生した場合に、き電線電流の位相が変化することに着目して事故検出が可能となるようにするため、サンプルホールド部１が電鉄用交流き電回路のき電線電流Ｉをその定格周波数よりも短い時間間隔でサンプリングを行い、そのデータを記憶し、差分電流演算部２がこのサンプルホールド部１にて記憶したき電線電流Ｉのデータから系統周波数のｎサイクル前の同じくサンプルホールド部１にて記憶したき電線電流データを減算したデータにてき電線電流の大きさや位相が変化したことが検出可能となるデータを演算して記憶する。
【００５８】
そして差分基本波フィルタ部３がディジタルフィルタを組み合わせて、差分電流演算部２にて得られたデータから基本波電流成分を抽出し、また他の低次高調波成分を除去する演算を行う。そしてこの差分基本波フィルタ部３にて得られたデータをもとに、差分基本波振幅値演算部４が振幅値を演算し、比較判定部５が差分基本波振幅値演算部４にて得られた振幅値を保護動作用として予め定められた値と比較し判定を行う。
【００５９】
これにより、フーリエ級数展開を用いずに、ディジタルフィルタを組み合わせることでき電線電流Ｉの基本波電流成分を抽出し、他の低次高調波成分を除去する演算を行い、演算負担を軽くしながらも、き電線電流の絶対値の変化がわずかである場合でも位相変化に応動して事故検出し、この事故検出をすれば必要な保護動作を働かせることでき電線を保護することができる。
【００６０】
図２は本発明の第２の実施の形態の交流き電用ベクトル形継電器の構成を示し定いる。図２に示した第２の実施の形態の交流き電用ベクトル形継電器において、図１に示した第１の実施の形態の交流き電用ベクトル形継電器と異なる構成は、基本波フィルタ部６と基本波振幅値演算部７、第２高調波フィルタ部８と第２高調波振幅値演算部９と第２高調波含有率演算部１０と第２高調波抑制演算部１１と比較判定部１２である。
【００６１】
基本波フィルタ部６は、サンプルホールド部１にて記憶されたき電線電流のサンプリングデータに対して既知のディジタルフィルタを１つあるいは既知のディジタルフィルタを複数組み合わせて構成し、系統周波数の基本波電流成分を抽出し、他の低次高調波成分を除去したデータを記憶する。基本波振幅値演算部７は、基本波フィルタ部６にて得られた基本波電流成分を抽出したデータより振幅値演算を行い、き電線電流Ｉの基本波電流成分の振幅値を記憶する。
【００６２】
第２高調波フィルタ部８は、サンプルホールド部１にて記憶されたき電線電流のサンプリングデータに対して既知のディジタルフィルタを１つあるいは既知のディジタルフィルタを複数組み合わせて構成し、系統周波数の第２高調波電流成分を抽出し、基本波電流成分や他の低次高調波成分を除去したデータを記憶する。第２高調波振幅値演算部９は、第２高調波フィルタ部８にて得られた第２高調波電流成分を抽出したデータより振幅値演算を行い、き電線電流の第２高調波電流成分の振幅値を記憶する。
【００６３】
第２高調波含有率演算部１０は、第２高調波振幅値演算部９より得られたき電線電流の第２高調波電流成分の振幅値を、基本波振幅値演算部７より得られたき電線の基本波電流成分にて除算を行い、き電線電流の基本波に対する第２高調波の含有率を記憶する。そして第２高調波抑制演算部１１は、第２高調波含有率演算部１０にて得られたき電線電流Ｉの基本波に対する第２高調波の含有率に、任意の定数として与えられる第２高調波抑制係数を乗算して得られる第２高調波による抑制量を記憶する。
【００６４】
比較判定部１２は、前述の差分基本波振幅値演算部４にて得られたき電線の差分電流の振幅値より、第２高調波抑制演算部１１にて得られた第２高調波による抑制量を減算し、得られた振幅値と予め定められた値と比較して判定を行い、その結果を後段の出力処理側へ渡す。
【００６５】
ここで、基本波フィルタ部６のディジタルフィルタについて説明する。例えば、サンプルホールド部１のサンプリング間隔を系統周波数の電気角１５度とした場合に得られるき電線電流の瞬時値をＩｑとしたとき、き電線電流の瞬時値Ｉｑを用いて、前述の数８式〜数１０式と同様の数１１式〜数１３式の演算を実施してＩｆ３ｑを得る。こうして得られたＩｆ３ｑのデータは、差分基本波フィルタ部６と同様にき電線電流の瞬時値Ｉｑのデータに対して直流電流成分と基本波電流成分以外の低次高調波成分が除去されたデータである。
【００６６】
【数１１】
0003715517.tif 000012
【数１２】
0003715517.tif 000013
【数１３】
0003715517.tif 000014
また第２高調波フィルタ部８のディジタルフィルタについて説明する。例えば、き電線電流の瞬時値Ｉｑを用いて数１４式の演算を実施してＩｆ４ｑを得ることができる。得られたＩｆ４ｑのデータは、き電線電流の瞬時値Ｉｑのデータに対して奇数倍調波成分を除去したデータである（ディジタルフィルタ第５の手法）。さらに数１４式にて得られたＩｆ４ｑを用いて数１５式の演算を実行してＩｆ５ｑを算出し、算出したＩｆ５ｑを用いてさらに数１６式の演算を実施してＩｆ６ｑを得る。得られたＩｆ６ｑのデータは、Ｉｆ４ｑのデータに対して直流電流成分と第２高調波電流成分以外の低次偶数倍調波成分を除去したデータである（ディジタルフィルタ第６の手法）。
【００６７】
【数１４】
0003715517.tif 000015
【数１５】
0003715517.tif 000016
【数１６】
0003715517.tif 000017
次に、上記の構成の第２の実施の形態の交流き電用ベクトル形継電器の動作を説明する。サンプルホールド部１、差分電流演算部２、差分基本波フィルタ部３、そして差分基本波振幅値演算部４の演算処理動作は図１に示した第１の実施の形態と同様である。また基本波フィルタ部６、基本波振幅値演算部７の演算処理動作も同様である。
【００６８】
そして第２の実施の形態の特徴である第２高調波フィルタ部８は、そのディジタルフィルタ第５の手法でサンプルホールド部１の得たデータをもとに奇数倍調波成分を除去し、ディジタルフィルタ第６の手法で当該ディジタルフィルタ第５の手法にて得られたデータをもとに直流成分と第２高調波成分以外の低次偶数倍調波成分を除去する。そして第２高調波振幅値演算部９が第２高調波フィルタ部８にて得られたデータをもとに振幅値を演算する。
【００６９】
そして第２高調波含有率演算部１０が、第２高調波振幅値演算部９にて得られたデータを基本波振幅値演算部７にて得られたデータによって除算して基本波に対する第２高調波の含有率を演算し、第２高調波抑制演算部１１が基本波振幅値演算部７にて得られたデータに対して第２高調波含有率演算部１０にて得られた第２高調波の含有率と任意の定数として与えられる第２高調波抑制係数とを乗算して抑制量を求める。
【００７０】
そして比較判定部１２が、差分基本波振幅値演算部４にて得られたデータから第２高調波抑制演算部１１にて得られた抑制量を減算して得られる振幅値を予め定められた値と比較して判定する。
【００７１】
これにより、第２の実施の形態によれば、き電線に励磁突入電流が通電された時に発生する第２高調波に応じて判定量に抑制をかけて励磁突入電流に対して不要動作することのない交流き電用ベクトル形継電器を得ることができる。
【００７２】
図３は本発明の第３の実施の形態の交流き電用ベクトル形継電器の構成を示している。図３に示す交流き電用ベクトル形継電器において、図１に示した第１の実施の形態と異なる構成は、基本波フィルタ部６と基本波振幅値演算部７、そして第３高調波フィルタ部１３と第３高調波振幅値演算部１４と第３高調波含有率演算部１５と第３高調波抑制演算部１６と比較判定部１７である。なお、これらのうち、基本波フィルタ部６と基本波振幅値演算部７とは、図２に示した第２の実施の形態のものと同様である。
【００７３】
第３高調波フィルタ部１３は、サンプルホールド部１にて記憶されたき電線電流Ｉのサンプリングデータに対して既知のディジタルフィルタを１つあるいは既知のディジタルフィルタを複数組み合わせて構成し、系統周波数の第３高調波電流成分を抽出して基本波電流成分や他の低次高調波成分を除去したデータを記憶する。第３高調波振幅値演算部１４は、第３高調波フィルタ部１３にて得られた第３高調波電流成分を抽出したデータより振幅値演算を行い、き電線電流の第３高調波電流成分の振幅値を記憶する。
【００７４】
第３高調波含有率演算部１５は、第３高調波振幅値演算部１４より得られたき電線電流の第３高調波電流成分の振幅値を基本波振幅値演算部７より得られたき電線の基本波電流成分にて除算を行い、き電線電流の基本波に対する第３高調波の含有率を記憶する。第３高調波抑制演算部１６は、第３高調波含有率演算部１５にて得られたき電線電流の基本波に対する第３高調波の含有率に、任意の定数として与えられる第３高調波抑制係数を乗算して得られる第３高調波による抑制量を記憶する。
【００７５】
比較判定部１７は、差分基本波振幅値演算部４にて得られたき電線の差分電流の振幅値より、第３高調波抑制演算部１６にて得られた第３高調波による抑制量を減算して得られた振幅値と予め定められた値と比較して判定を行い、その結果を後段の出力処理側へ渡す。
【００７６】
第３高調波フィルタ部１３のディジタルフィルタについて説明する。例えば、サンプルホールド部１のサンプリング間隔を系統周波数の電気角１５度とした場合に得られるき電線電流の瞬時値をＩｑとしたとき、き電線電流の瞬時値Ｉｑを用いて数１７式の演算を実施してＩｆ７ｑを得る。算出して得られたＩｆ７ｑのデータはき電線電流の瞬時値Ｉｑのデータに対して直流電流成分と偶数倍調波成分を除去したデータである（ディジタルフィルタ第７の手法）。
【００７７】
さらに数１７式にて得られたＩｆ７ｑを用いて数１８式の演算を実行してＩｆ８ｑを得る。得られたＩｆ８ｑのデータは、Ｉｆ７ｑのデータに対して第３高調波電流成分以外の低次奇数倍調波成分を除去したデータである（ディジタルフィルタ第８の手法）。
【００７８】
【数１７】
0003715517.tif 000018
【数１８】
0003715517.tif 000019
次に、上記の第３の実施の形態の交流き電用ベクトル形継電器の動作を説明する。サンプルホールド部１、差分電流演算部２、差分基本波フィルタ部３、そして差分基本波振幅値演算部４の演算処理動作は図１に示した第１の実施の形態と同様である。また基本波フィルタ部６、基本波振幅値演算部７の演算処理動作も同様である。
【００７９】
そして第３の実施の形態の特徴である第３高調波フィルタ部１３は、そのディジタルフィルタ第７の手法でサンプルホールド部１にて得られたデータをもとに直流成分と偶数倍調波成分を除去し、ディジタルフィルタ第８の手法でこのディジタルフィルタ第７の手法にて得られたデータをもとに第３高調波成分以外の低次奇数倍調波成分を除去する。そして第３高調波振幅値演算部１４が第３高調波フィルタ部１３にて得られたデータをもとに振幅値を演算する。
【００８０】
さらに第３高調波含有率演算部１５が第３高調波振幅値演算部１４にて得られたデータを基本波振幅値演算部７にて得られたデータによって除算して基本波に対する第３高調波の含有率を演算し、第３高調波抑制演算部１６が基本波振幅値演算部７にて得られたデータに対して第３高調波含有率演算部１５にて得られた第３高調波の含有率と任意の定数として与えられる第３高調波抑制係数とを乗算して抑制量を求める。
【００８１】
そして比較判定部１７が差分基本波振幅値演算部４にて得られたデータから第３高調波抑制演算部１６にて得られた抑制量を減算して得られる振幅値を予め定められた値と比較して判定する。
【００８２】
これにより、第３の実施の形態によれば、き電線に電気車両が進入した時に発生する第３高調波に応じて判定量に抑制をかけて電気車両の力行、制動が行われた時に不要動作することのない交流き電用ベクトル形継電器を得ることができる。
【００８３】
次に、本発明の第４の実施の形態の交流き電用ベクトル形継電器について説明する。図４は第４の実施の形態の交流き電用ベクトル形継電器の構成を示している。第４の実施の形態の特徴は、図２に示した第２の実施の形態の交流き電用ベクトル形継電器に対して、第３の実施の形態と同様の第３高調波フィルタ部１３と第３高調波振幅値演算部１４と第３高調波含有率演算部１５と第３高調波抑制演算部１６とを追加し、また比較判定部１２に代えて比較判定部１８を備えた点である。
【００８４】
比較判定部１８は、差分基本波振幅値演算部４にて得られたき電線の差分電流の振幅値より、第２高調波抑制演算部１１にて得られた第２高調波による抑制量を減算し、さらに第３高調波抑制演算部１６にて得られた第３高調波による抑制量をも減算して得られた振幅値を予め定められた値と比較して判定を行い、その結果を後段の出力処理側へ渡す。
【００８５】
次に、この第４の実施の形態の動作について説明する。差分基本波振幅値演算部４、基本波振幅値演算部７、第２高調波抑制演算部１１は図２に示した第２の実施の形態と同様の演算処理を行う。そして第３高調波抑制演算部１６は図３に示した第３の実施の形態と同様の演算処理を行う。
【００８６】
そして比較判定部１８は、差分基本波振幅値演算部４にて得られたデータから第２高調波抑制演算部１１にて得られた第２高調波抑制量と第３高調波抑制演算部１６にて得られた第３高調波抑制量とを減算して得られる振幅値を予め定められた値と比較して判定する。
【００８７】
こうして第４の実施の形態によれば、第２の実施の形態と第３の実施の形態とを組み合わせた構成にしたことにより、差分基本波振幅値演算部４にて得られたデータから第２高調波抑制演算部１１にて得られた第２高調波抑制量を減算し、さらに第３高調波抑制演算部１６にて得られた第３高調波抑制量をも減算して得られる振幅値を予め定められた値と比較して判定するので、き電線に励磁突入電流が通電された時に不要動作することがなく、さらにき電線に電気車両が進入した時にも不要動作することのない交流き電用ベクトル形継電器を得ることができる。
【００８８】
次に、本発明の第５の実施の形態の交流き電用ベクトル形継電器を図５に基づいて説明する。図５は第５の実施の形態の構成を示している。この図５に示した第５の実施の形態において、図１に示した第１の実施の形態と異なる構成要素は変化分検出判定部２１である。その他の構成は、図１に示した第１の実施の形態のものと共通である。
【００８９】
この変化分検出判定部２１は、差分基本波振幅値演算部４より得られたき電線の差分電流の振幅値より変化分ΔＩを演算し、ΔＩと予め定められた値とを比較して判定を行い、その結果を後段の出力処理側へ渡す。
【００９０】
この第５の実施の形態によれば、図１に示した第１の実施の形態の交流き電用ベクトル形継電器に対して、従来技術に記載の電流の絶対値の変化で判定を行う変化分検出継電器の機能も兼ね備えたものとなり、差分基本波振幅値演算部４にて得られた振幅値データより変化分ΔＩを演算し、このΔＩを予め定められた値と比較して判定することができる。
【００９１】
次に、本発明の第６の実施の形態の交流き電用ベクトル形継電器を図６に基づいて説明する。図６に示す第６の実施の形態の交流き電用ベクトル形継電器において、図２に示した第２の実施の形態のものと異なる構成要素は、変化分検出判定部２２である。その他の構成は、図２に示した第２の実施の形態のものと共通である。
【００９２】
この変化分検出判定部２２は、差分基本波振幅値演算部４より得られたき電線の差分電流の振幅値から第２高調波抑制演算部１１にて得られた第２高調波による抑制量を減算して得られた振幅値より変化分ΔＩを演算し、ΔＩと予め定められた値とを比較し判定を行い、その結果を後段の出力処理側へ渡す。
【００９３】
この第６の実施の形態によれば、図２に示した第２の実施の形態の交流き電用ベクトル形継電器に対して、従来技術に記載の電流の絶対値の変化で判定を行う変化分検出継電器の機能も兼ね備えたものとなり、差分基本波振幅値演算部４にて得られたデータから第２高調波抑制演算部１１にて得られた抑制量を減算して得られる振幅値データにて変化分ΔＩを演算し、このΔＩを予め定められた値と比較して判定することができる。
【００９４】
次に、本発明の第７の実施の形態の交流き電用ベクトル形継電器を図７に基づいて説明する。図７に示す第７の実施の交流き電用ベクトル形継電器において、図３に示した第３の実施の形態のものと異なる構成要素は、変化分検出判定部２３である。その他の構成は、図３に示した第３の実施の形態のものと共通である。
【００９５】
この変化分検出判定部２３は、差分基本波振幅値演算部４より得られたき電線の差分電流の振幅値から第３高調波抑制演算部１６にて得られた第３高調波による抑制量を減算して得られた振幅値より変化分ΔＩを演算し、このΔＩと予め定められた値とを比較して判定を行い、その結果を後段の出力処理側へ渡す。
【００９６】
この第７の実施の形態によれば、第３の実施の形態の交流き電用ベクトル形継電器に対して、従来技術に記載の電流の絶対値の変化で判定を行う変化分検出継電器の機能も兼ね備えたものとなり、差分基本波振幅値演算部４にて得られたデータから第３高調波抑制演算部１６にて得られた抑制量を減算して得られる振幅値データにて変化分ΔＩを演算し、このΔＩを予め定められた値と比較して判定することができる。
【００９７】
次に、本発明の第８の実施の形態の交流き電用ベクトル形継電器を、図８に基づいて説明する。図８に示す第８の実施の形態の交流き電用ベクトル形継電器において、図４に示した第４の実施の形態のものと異なる構成要素は変化分検出判定部２４である。その他の構成は、図４に示した第４の実施の形態のものと共通である。
【００９８】
この変化分検出判定部２４は、差分基本波振幅値演算部４より得られたき電線の差分電流の振幅値から第２高調波抑制演算部１１にて得られた第２高調波による抑制量を減算し、さらに第３高調波抑制演算部１６にて得られた第３高調波による抑制量をも減算して得られた振幅値より変化分ΔＩを演算し、このΔＩと予め定められた値とを比較して判定を行い、その結果を後段の出力処理側へ渡す。
【００９９】
この第８の実施の形態によれば、図４に示した第４の実施の形態の交流き電用ベクトル形継電器に対して、従来技術に記載の電流の絶対値の変化で判定を行う変化分検出継電器の機能も兼ね備えたものとなり、差分基本波振幅値演算部４にて得られたデータから第２高調波抑制演算部１１にて得られた抑制量と第３高調波抑制演算部１６にて得られた抑制量とを減算して得られる振幅値データにて変化分ΔＩを演算し、このΔＩを予め定められた値と比較して判定することができる。
【０１００】
【発明の効果】
以上のように請求項１の発明によれば、フーリエ級数展開を用いずに、ディジタルフィルタを組み合わせることで基本波電流成分を抽出し、他の低次高調波成分を除去する演算を行い、演算負担を軽くしながらも、き電線電流の絶対値の変化がわずかである場合でも位相変化に応動して事故検出し、この事故検出をすれば必要な保護動作を働かせることでき電線を保護することができる。
【０１０１】
請求項２の発明によれば、き電線に励磁突入電流が通電された時に発生する第２高調波に応じて判定量に抑制をかけて励磁突入電流に対して不要動作することのない交流き電用ベクトル形継電器を得ることができる。
【０１０２】
請求項３の発明によれば、き電線に電気車両が進入した時に発生する第３高調波に応じて判定量に抑制をかけて電気車両の力行、制動が行われた時に不要動作することのない交流き電用ベクトル形継電器を得ることができる。
【０１０３】
請求項４の発明によれば、請求項２の発明と請求項３の発明とを組み合わせたことにより、差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータから第２高調波抑制演算手段にて得られた第２高調波抑制量を減算し、さらに第３高調波抑制演算手段にて得られた第３高調波抑制量をも減算して得られる振幅値を予め定められた値と比較して判定を行うので、き電線に励磁突入電流が通電された時に不要動作することがなく、さらにき電線に電気車両が進入した時にも不要動作することのない交流き電用ベクトル形継電器を得ることができる。
【０１０４】
請求項５の発明によれば、請求項１の発明の交流き電用ベクトル形継電器に対して、前述の従来技術に記載の電流の絶対値の変化で判定を行う変化分検出継電器の機能も兼ね備えたものとなり、差分基本波振幅値演算手段にて得られた振幅値データより変化分ΔＩを演算し、このΔＩを予め定められた値と比較して判定することができる。
【０１０５】
請求項６の発明によれば、請求項２の発明の交流き電用ベクトル形継電器に対して、前述の従来技術に記載の電流の絶対値の変化で判定を行う変化分検出継電器の機能も兼ね備えたものとなり、差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータから第２高調波抑制演算手段にて得られた抑制量を減算して得られる振幅値データにて変化分ΔＩを演算し、このΔＩを予め定められた値と比較して判定することができる。
【０１０６】
請求項７の発明によれば、請求項３の発明の交流き電用ベクトル形継電器に対して、前述の従来技術に記載の電流の絶対値の変化で判定を行う変化分検出継電器の機能も兼ね備えたものとなり、差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータから第３高調波抑制演算手段にて得られた抑制量を減算して得られる振幅値データにて変化分ΔＩを演算し、このΔＩを予め定められた値と比較して判定することができる。
【０１０７】
請求項８の発明によれば、請求項４の発明の交流き電用ベクトル形継電器に対して、前述の従来技術に記載の電流の絶対値の変化で判定を行う変化分検出継電器の機能も兼ね備えたものとなり、差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータから第２高調波抑制演算手段にて得られた抑制量と第３高調波抑制演算手段にて得られた抑制量とを減算して得られる振幅値データにて変化分ΔＩを演算し、このΔＩを予め定められた値と比較して判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第２の実施の形態の構成を示すブロック図。
【図３】本発明の第３の実施の形態の構成を示すブロック図。
【図４】本発明の第４の実施の形態の構成を示すブロック図。
【図５】本発明の第５の実施の形態の構成を示すブロック図。
【図６】本発明の第６の実施の形態の構成を示すブロック図。
【図７】本発明の第７の実施の形態の構成を示すブロック図。
【図８】本発明の第８の実施の形態の構成を示すブロック図。
【図９】従来の電流変化分検出方法の原理を説明する回路図。
【図１０】図９の等価回路におけるき電線電流とその変化分電流の応動を示すグラフ。
【符号の説明】
１  サンプルホールド部
２  差分電流演算部
３  差分基本波フィルタ部
４  差分基本波振幅値演算部
５  比較判定部
６  基本波フィルタ部
７  基本波振幅値演算部
８  第２高調波フィルタ部
９  第２高調波振幅値演算部
１０  第２高調波含有率演算部
１１  第２高調波抑制演算部
１２  比較判定部
１３  第３高調波フィルタ部
１４  第３高調波振幅値演算部
１５  第３高調波含有率演算部
１６  第３高調波抑制演算部
１７  比較判定部
１８  比較判定部
２１  変化分検出判定部
２２  変化分検出判定部
２３  変化分検出判定部
２４  変化分検出判定部
【図１】
0003715517.tif 000051
【図２】
0003715517.tif 000052
【図３】
0003715517.tif 000053
【図４】
0003715517.tif 000054
【図５】
0003715517.tif 000055
【図６】
0003715517.tif 000056
【図７】
0003715517.tif 000057
【図８】
0003715517.tif 000058
【図９】
0003715517.tif 000059
【図１０】
0003715517.tif 000060