(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統の周波数が所定の範囲外になったとき出力を出すディジタル形周波数継電器において、
上記電力系統の周波数に対応する値を導出する，第２の周波数対応値導出手段よりも導出可能な帯域は狭いが導出精度が高い第１の周波数対応値導出手段と、
上記電力系統の周波数に対応する値を導出する，上記第１の周波数対応値導出手段よりも導出精度は低いが導出可能な帯域が広い第２の周波数対応値導出手段と、
上記第２の周波数対応値導出手段が導出する，上記電力系統の周波数に対応する値に基づいて、上記電力系統の周波数が、上記所定の範囲を含み該所定の範囲よりも広く定義される範囲内であると判定した場合に、上記第１の周波数対応値導出手段が導出する，上記電力系統の周波数に対応する値に基づいて、上記電力系統の周波数が上記所定の範囲内か範囲外かを判定する判定手段とを備えることを特徴とするディジタル形周波数継電器。
【請求項２】
電力系統の周波数が所定の範囲外になったとき出力を出すディジタル形周波数継電器において、
上記電力系統の周波数に対応する値を導出する，その導出精度が判定手段の制御により変化する周波数対応値導出手段と、
上記周波数対応値導出手段が導出する，上記電力系統の周波数に対応する値に基づいて、上記電力系統の周波数が、上記所定の範囲内か範囲外かを判定する判定手段とを備え、
上記判定手段は、上記周波数対応値導出手段が導出する，上記電力系統の周波数に対応する値に基づいて、上記電力系統の周波数が、上記所定の範囲を含み該所定の範囲よりも広く定義される範囲内であると判定した場合に、上記周波数対応値導出手段の導出精度が高くなるように制御することを特徴とするディジタル形周波数継電器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力系統を保護する，サンプリング方式のディジタル形周波数継電器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下に、従来のディジタル形周波数継電器について説明する。ここでは、従来のディジタル形周波数継電器を、不足周波数継電器に適用した場合について説明する。
図５は、周波数継電器が適用される電力系統を示す系統図である。図５において、１は周波数継電器、２は送電線、３は送電線用遮断器、４は電気所への母線、５は変圧器用遮断器、６は配電用変圧器、７は周波数継電器１に系統電圧を入力する計器用変成器である。
【０００３】
図６は、従来のディジタル形周波数継電器の構成図である。図６において、１１は、計器用変成器７の２次回路により取り込まれた系統電圧から、周波数導出アルゴリズムＡを用いて、電力系統の周波数に対応する値（以下、周波数対応値という。）を導出する周波数変換器である。この周波数導出アルゴリズムは、周波数変換精度、量子化誤差、過渡特性等から決定される。ここで周波数導出アルゴリズムＡは、例えば、下記の（１）に示されるものである。
【０００４】
【数１】
0003553420.tif 000002
ここで、ｖは系統電圧、ｔは時刻を示す。また、Ｔはサンプリング間隔であり、Ｔ＝３０°は３０°毎にサンプリングし、そのデータを蓄積することを示す。また、３Ｔは９０°前の、６Ｔは１８０°前の、１２Ｔは３６０°前の、１５Ｔは４５０°前の、それぞれサンプリングデータを示す。また、このような周波数導出アルゴリズムは、一般に、導出精度を高くすると導出可能な帯域が狭くなり、これを広くすれば導出精度が低くなるという特性をもつ。
【０００５】
また、１２は周波数変換器１１で導出された周波数対応値が、所定値Ｋ１よりも大きいか、小さいかの判定を行なう判定部、１３は系統電圧が所定値Ｖ１よりも低くなると出力を出すＵＶ（Ｕｎｄｅｒ  Ｖｏｌｔａｇｅ）検出部、１４はＵＶ検出部の出力を反転させる否定回路、１５は判定部１２の出力と否定回路１４の出力とを入力とする論理積回路である。
【０００６】
この従来のディジタル形周波数継電器では、判定部１２が出力を出し、かつＵＶ検出部１３が出力を出さない場合、すなわち、周波数変換器１１が導出する周波数対応値が所定値Ｋ１よりも低く、かつ系統電圧が所定値Ｖ１よりも高い場合に、論理積回路１５が出力を出し、これにより、変圧器用遮断器５により遮断され、電力系統から切り離し、負荷制限する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、ディジタル形周波数継電器は、電力系統の周波数が周波数変換器の導出可能な帯域外となると、誤動作を起こす場合がある。
【０００８】
そして、上述のように、周波数変換器が有する周波数導出アルゴリズムは、その導出精度を高くすると、導出可能な帯域は狭くなり、これを広くすると導出精度は低くなるので、従来のディジタル形周波数継電器は、電力系統の周波数が所定の範囲内か範囲外かの判定を高い精度で行なうために導出精度が高い周波数導出アルゴリズムを用いた場合に、導出可能な帯域が狭くなり、誤動作を起こす可能性が高くなるという問題があった。
【０００９】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、導出可能な帯域が狭くなることなく、電力系統の周波数が所定の範囲内か範囲外かの判定を、高い精度で行なうことができるディジタル形周波数継電器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るディジタル形周波数継電器は、電力系統の周波数が所定の範囲外になったとき出力を出すディジタル形周波数継電器において、上記電力系統の周波数に対応する値を導出する，第２の周波数対応値導出手段よりも導出可能な帯域は狭いが導出精度が高い第１の周波数対応値導出手段と、上記電力系統の周波数に対応する値を導出する，上記第１の周波数対応値導出手段よりも導出精度は低いが導出可能な帯域が広い第２の周波数対応値導出手段と、上記第２の周波数対応値導出手段が導出する，上記電力系統の周波数に対応する値に基づいて、上記電力系統の周波数が、上記所定の範囲を含み該所定の範囲よりも広く定義される範囲内であると判定した場合に、上記第１の周波数対応値導出手段が導出する，上記電力系統の周波数に対応する値に基づいて、上記電力系統の周波数が上記所定の範囲内か範囲外かを判定する判定手段とを備えるものである。
【００１１】
本発明の請求項２に係るディジタル形周波数継電器は、電力系統の周波数が所定の範囲外になったとき出力を出すディジタル形周波数継電器において、上記電力系統の周波数に対応する値を導出する，その導出精度が判定手段の制御により変化する周波数対応値導出手段と、上記周波数対応値導出手段が導出する，上記電力系統の周波数に対応する値に基づいて、上記電力系統の周波数が、上記所定の範囲内か範囲外かを判定する判定手段とを備え、上記判定手段が、上記周波数対応値導出手段が導出する，上記電力系統の周波数に対応する値に基づいて、上記電力系統の周波数が、上記所定の範囲を含み該所定の範囲よりも広く定義される範囲内であると判定した場合に、上記周波数対応値導出手段の導出精度が高くなるように制御するものとしたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、不足周波数継電器を例として説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるディジタル形周波数継電器の構成図である。図において、１１は、系統電圧から、下記の（１）に示される，導出精度の高い周波数導出アルゴリズムＡを用いて、電力系統の周波数に対応する値（以下、周波数対応値という。）を導出する第１の周波数変換器である。
【００１４】
【数２】
0003553420.tif 000003
１６は、系統電圧から、周波数導出アルゴリズムＡよりも導出可能な帯域が広い，下記の（２）に示される周波数導出アルゴリズムＢを用いて、周波数対応値を導出する第２の周波数変換器である。
【数３】
0003553420.tif 000004
１２００は、第１の周波数変換器１１が導出した周波数対応値、及び第２の周波数変換器１６が導出した周波数対応値が、所定値Ｋ１よりも低くなると出力を出す判定部、１３は系統電圧が所定値Ｖ１よりも低くなると、出力を出すＵＶ検出部、１４はＵＶ検出部１３の出力を入力とする否定回路、１５は判定部１２００の出力と否定回路１４の出力とを入力とする論理積回路である。
【００１５】
以下に、動作について説明する。
図２は、判定部１２００の動作を説明するためのフローチャートである。
判定部１２００は、第２の周波数変換器１６が導出した周波数対応値を取り込み（ステップ１２３０）、この値が、第１の周波数変換器１１が導出可能な帯域内の，所定値Ｋ１よりも小さい所定値Ｋ２よりも大きいか小さいかの判定を行なう（ステップ１２３１）。判定結果が所定値Ｋ２よりも大きい場合には、導出精度の高い第１の周波数変換器１１が導出した周波数対応値を入力とし、この値が所定値Ｋ１よりも大きいか小さいかの判定を行ない、所定値Ｋ１よりも小さい場合に出力を出す（ステップ１２３２）。また、判定結果が所定値Ｋ２よりも小さい場合には、そのまま、第２の周波数変換器１６が導出した周波数対応値を入力とし、この値は所定値Ｋ１よりも小さいので、出力を出す（ステップ１２３３）。
【００１６】
そして、ディジタル形周波数継電器１は、判定部１２００が出力を出し、かつ、ＵＶ検出部１３が出力を出さない場合、すなわち、電力系統の周波数が所定値よりも小さく、かつ系統電圧が所定値Ｖ１よりも高い場合に、論理積回路１５は出力を出す。ＵＶ検出部１３が出力を出す場合、及び判定部１２００が出力を出さない場合には、論理積回路１５は出力を出さない。
【００１７】
このように、本実施の形態１によるディジタル形周波数継電器によれば、判定部は、導出可能な帯域の広い第２の周波数変換器が導出する周波数対応値に基づいて、電力系統の周波数が、第１の周波数変換器が導出可能な帯域内の，所定値Ｋ１よりも小さい所定値Ｋ２よりも大きいと判定した場合に、導出精度の高い第１の周波数変換器が導出する周波数対応値に基づいて、電力系統の周波数が所定値よりも大きいか小さいかの判定を行なうので、導出可能な帯域が狭くなることなく、電力系統の周波数が所定値よりも大きいか小さいかの判定を、高い精度で行なうことができる。
【００１８】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２によるディジタル形周波数継電器の判定器の動作を説明するためのフローチャートである。
【００１９】
本実施の形態２によるディジタル形周波数継電器は、図１の判定部１２００を、図３に示されるフローチャートのように動作するものとし、さらに、図１の第２の周波数変換器１６をなくしたものであり、その他の構成は、図１に示される上記実施の形態１によるディジタル形周波数継電器と同様である。
【００２０】
第１の周波数変換器１１は、下記の（１）に示される周波数導出アルゴリズムＡを有する。
【００２１】
【数４】
0003553420.tif 000005
この（１）に示される周波数導出アルゴリズムＡをｆ（３Ｔ）とすると、ｆ（Ｔ）は、下記の（３）に示される周波数導出アルゴリズムＣとなる。すなわち、周波数導出アルゴリズムＡの９０°前のサンプリングデータを代入するところに３０°前のサンプリングデータを代入し、同様に１８０°前のところには６０°前の、３６０°前のところには１２０°前の、４５０°前のところには１５０°前の、それぞれサンプリングデータを代入したものが、周波数導出アルゴリズムＣであり、両者は実質的に同じアルゴリズムである。
【００２２】
【数５】
0003553420.tif 000006
ここで、周波数導出アルゴリズムＡは、周波数導出アルゴリズムＣよりも、その導出精度が高い。
【００２３】
そして、第１の周波数変換器１１の導出精度を高くする場合には、周波数導出アルゴリズムＡとなるように、また、導出可能な帯域を広くする場合には、周波数導出アルゴリズムＣとなるように、判定部１２００により制御される。
【００２４】
以下に、判定部１２００の動作について説明する。
判定部１２００は、第１の周波数変換器１１が周波数導出アルゴリズムＣを用いて導出した周波数対応値を取り込み（ステップ１２２０）、この値が、周波数導出アルゴリズムＡで導出可能な帯域内の，所定値Ｋ１よりも小さい所定値Ｋ２よりも大きいか小さいかの判定を行なう（ステップ１２２１）。判定結果が所定値Ｋ２よりも大きい場合には、周波数導出アルゴリズムＡを用いて、周波数対応値を導出するように第１の周波数変換器１１を制御し、この値が所定値Ｋ１よりも大きいか小さいかの判定を行ない、所定値Ｋ１よりも小さい場合に出力を出す（ステップ１２２２）。判定結果が所定値Ｋ２よりも小さい場合には、そのまま、周波数導出アルゴリズムＣを用いて導出された周波数対応値を入力とし、この値は所定値Ｋ１よりも小さいので、出力を出す（ステップ１２２３）。
【００２５】
このように、本実施の形態２によるディジタル形周波数継電器によれば、判定部は、導出可能な帯域が広くなるようにした第１の周波数変換器が導出した周波数対応値に基づいて、電力系統の周波数が、第１の周波数変換器が導出可能な帯域内の，所定値Ｋ１よりも小さい所定値Ｋ２よりも大きいと判定した場合に、第１の周波数変換器の導出精度が高くなるようにし、電力系統の周波数が所定値よりも大きいか小さいかの判定を行なうので、導出可能な帯域が狭くなることなく、電力系統の周波数が所定値よりも大きいか小さいかの判定を、高い精度で行なうことができる。
【００２６】
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態１によるディジタル形周波数継電器の構成図である。図において、１１は、系統電圧から、下記の（１）に示される，導出精度の高い周波数導出アルゴリズムＡを用いて、周波数対応値を導出する第１の周波数変換器である。
【００２７】
【数６】
0003553420.tif 000007
１２０１は第１の周波数変換器１１が導出した周波数対応値が所定値Ｋ１よりも低くなると出力を出す判定部、１３は系統電圧が所定値Ｖ１よりも低くなると出力を出すＵＶ検出部、１４はＵＶ検出部１３の出力を入力とする否定回路、１５は判定部１２０１の出力と否定回路１４の出力とを入力とする論理積回路である。
【００２８】
１２１０は、周波数変換器１１が導出した周波数対応値が、所定値Ｋ１よりも小さいと判定したとき出力を出す回路である。
【００２９】
１２１１は、周波数変換器１１が導出した周波数対応値が、第１の周波数変換器１１が導出可能な帯域内の，所定値Ｋ１よりも小さい所定値Ｋ２よりも小さいと判定したとき出力を出す回路である。１２１２は、現在導出されている周波数対応値（ｆｎ）と前回導出された周波数対応値（ｆｎ−１）とを比較し、現在導出されている周波数対応値（ｆｎ）の方が小さいと判定したとき出力を出す回路である。１２１３は、回路１２１１の出力と回路１２１２の出力とを入力とする論理積回路である。
【００３０】
１２１４は、周波数変換器１１が導出した周波数対応値が、所定値Ｋ２よりも大きいと判定したとき出力を出す回路である。１２１５は、現在導出されている周波数対応値（ｆｎ）と前回導出されている周波数対応値（ｆｎ−１）とを比較し、現在導出されている周波数対応値（ｆｎ）の方が大きいと判定したとき出力を出す回路である。１２１６は、回路１２１４の出力と回路１２１５の出力とを入力とする論理積回路である。
【００３１】
１２１７は、フリップフロップ回路であり、論理積回路１２１３の出力があれば論理積回路１２１６の出力があるまで論理積回路１２１３の出力を保持する。１２１８は、回路１２１０の出力と回路１２１７の出力とを入力とする論理和回路である。
【００３２】
以下に、動作について説明する。
ここで、系統電圧は所定値Ｖ１よりも高く、ＵＶ検出部１３は出力を出さないものとする。従って、判定部１２０１が出力を出せば、論理積回路１５は出力を出す。なお、系統電圧が所定値Ｖ１よりも低くなり、ＵＶ検出部１３が出力を出せば、第１の周波数変換器１１が導出した周波数対応値の大きさにかかわらず論理積回路１５は出力を出さない。
【００３３】
第１の周波数変換器１１が導出した周波数対応値が、所定値Ｋ１よりも大きい場合には、回路１２１０、回路１２１１、及び回路１２１４はどれも出力を出さないので、論理和回路１２１８は出力を出さない。
【００３４】
第１の周波数変換器１１が導出した周波数対応値が、所定値Ｋ１よりも小さい場合には、回路１２１０が出力を出し、論理和回路１２１８は出力を出す。
【００３５】
第１の周波数変換器１１が導出した周波数対応値が、所定値Ｋ２よりも小さく、かつ、この周波数対応値が、前回導出された周波数対応値よりも小さい場合には、回路１２１１、及び回路１２１２は共に出力を出し、論理積回路１２１３はフリップフロップ回路１２１７に出力を出し、論理和回路１２１８は出力を出す。そして、電力系統の周波数がさらに小さくなり、第１の周波数変換器１１が周波数対応値を導出することができなくなっても、フリップフロップ回路１２１７は、論理積回路１２１３の出力を保持しているので、論理和回路１２１８は出力を出す。
【００３６】
第１の周波数変換器１１が導出した周波数対応値が、所定値Ｋ２よりも大きく、かつ、この周波数対応値が、前回導出された周波数対応値よりも大きい場合には、回路１２１４、及び回路１２１５は共に出力を出し、論理積回路１２１６はフリップフロップ回路１２１７に出力を出す。そして、第１の周波数変換器１１が導出した周波数対応値が、所定値Ｋ１よりも大きくなれば、論理和回路１２１８は出力を出さない。
【００３７】
このように、本実施の形態３によるディジタル形周波数継電器によれば、電力系統の周波数が、周波数変換器の導出可能な帯域以外となった場合でも、判定部は出力を出すので、電力系統の周波数が周波数変換器の導出可能な帯域以外となっても誤動作することなく、電力系統の周波数が所定値よりも大きいか小さいかの判定を、高い精度で行なうことができる。
【００３８】
なお、上記実施の形態１〜３では、本発明によるディジタル形周波数継電器を不足周波数継電器に適用した場合を例として説明したが、過周波数継電器に適用してもよい。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係るディジタル形周波数継電器によれば、電力系統の周波数に対応する値を導出する，第２の周波数対応値導出手段よりも導出可能な帯域は狭いが導出精度が高い第１の周波数対応値導出手段と、電力系統の周波数に対応する値を導出する，第１の周波数対応値導出手段よりも導出精度は低いが導出可能な帯域が広い第２の周波数対応値導出手段と、第２の周波数対応値導出手段が導出する，電力系統の周波数に対応する値に基づいて、電力系統の周波数が、所定の範囲を含み所定の範囲よりも広く定義される範囲内であると判定した場合に、第１の周波数対応値導出手段が導出する，電力系統の周波数に対応する値に基づいて、電力系統の周波数が所定の範囲内か範囲外かを判定する判定手段とを備えるので、導出可能な帯域が狭くなることなく、電力系統の周波数が所定の範囲内か範囲外かの判定を、高い精度で行なうことができるという効果がある。
【００４０】
本発明の請求項２に係るディジタル形周波数継電器によれば、電力系統の周波数に対応する値を導出する，その導出精度が判定手段の制御により変化する周波数対応値導出手段と、周波数対応値導出手段が導出する，電力系統の周波数に対応する値に基づいて、電力系統の周波数が、所定の範囲内か範囲外かを判定する判定手段とを備え、判定手段が、周波数対応値導出手段が導出する，電力系統の周波数に対応する値に基づいて、電力系統の周波数が、所定の範囲を含み所定の範囲よりも広く定義される範囲内であると判定した場合に、周波数対応値導出手段の導出精度が高くなるように制御するので、導出可能な帯域が狭くなることなく、電力系統の周波数が所定の範囲内か範囲外かの判定を、高い精度で行なうことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１によるディジタル形周波数継電器の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１によるディジタル形周波数継電器の判定部の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態２によるディジタル形周波数継電器の判定部の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態３によるディジタル形周波数継電器の構成図である。
【図５】周波数継電器が適用される電力系統を示す系統図である。
【図６】従来のディジタル形周波数継電器の構成図である。
【符号の説明】
１  周波数継電器、２  送電線、３  送電線用遮断器、４  母線、５  変圧器用遮断器、６  配電用変圧器、７  計器用変成器、１１  第１の周波数変換器、１２  判定部、１３  ＵＶ検出部、１４  否定回路、１５  論理積回路、１６  第２の周波数変換器。
【図１】
0003553420.tif 000008
【図２】
0003553420.tif 000009
【図３】
0003553420.tif 000010
【図４】
0003553420.tif 000011
【図５】
0003553420.tif 000012
【図６】
0003553420.tif 000013