(57)【要約】【課題】所望の周波数範囲で高精度を確保できるディジタル形保護継電器を提供することである。【解決手段】演算処理部は、電力系統の交流電気量をサンプリングしアナログ・ディジタル変換して得られた交流電気量ｘに対して、（１）式に基づく所定のディジタルフィルタ処理を行って誤差を補正した交流電気量ｙを求め、この交流電気量ｙを用いてリレー演算処理を行う。これにより、所望の周波数範囲で高精度なリレー演算処理を確保する。【数６】2004048947.tif 000012但し、Ｋｉ、Ｌｊは定数、ｋ、ｎは整数、交流電気量ｘの添え字はサンプリングタイミングである。【選択図】　図１
2004048947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統の交流電気量をサンプリングし、アナログ・ディジタル変換して、このディジタル値を用いて電力系統の保護演算を実施するディジタル形保護継電器において、ディジタル変換された電力系統の交流電気量ｘに対して、下記（１）式に基づく所定のディジタルフィルタ処理を行ってから得られる交流電気量ｙを用いて、リレー演算処理を実施することを特徴としたディジタル形保護継電器。
【数１】
2004048947.tif 000010
但し、Ｋｉ、Ｌｊは定数、ｋ、ｎは整数、交流電気量ｘの添え字はサンプリングタイミングである。
【請求項２】
前記定数Ｋｉ、Ｌｊは、前記電力系統の系統周波数に応じて切り替え可能としたことを特徴とする請求項１記載のディジタル形保護継電器。
【請求項３】
前記定数Ｋｉ、Ｌｊ、前記整数ｋ、ｎは、前記入力部のアナログフィルタの特性に応じて設定可能としたことを特徴とする請求項１記載のディジタル形保護継電器。
【請求項４】
電力系統の交流電気量を入力し高調波を重畳させてサンプリングしアナログ・ディジタル変換する入力部と、前記入力部でディジタル変換されたディジタル信号に含まれる高調波成分に基づいて前記入力部を監視すると共に前記ディジタル信号に含まれる高調波成分を除去してリレー演算処理を実施する演算処理部とを備えたディジタル形保護継電器において、前記演算処理部は、前記ディジタル信号に含まれる高調波成分が除去された電力系統の交流電気量ｘに対して、下記（１）式に基づく所定のディジタルフィルタ処理を行って交流電気量ｙを求め、この交流電気量ｙを用いてリレー演算処理を行うことを特徴とするディジタル形保護継電器。
【数２】
2004048947.tif 000011
但し、Ｋｉ、Ｌｊは定数、ｋ、ｎは整数、交流電気量ｘの添え字はサンプリングタイミングである。
【請求項５】
前記定数Ｋｉ、Ｌｊは、前記電力系統の系統周波数に応じて切り替え可能としたことを特徴とする請求項４記載のディジタル形保護継電器。
【請求項６】
前記定数Ｋｉ、Ｌｊ、前記整数ｋ、ｎは、前記入力部のアナログフィルタおよび前記ディジタル信号に含まれる高調波成分を除去する監視用高調波除去フィルタの特性に応じて設定可能としたことを特徴とする請求項１または請求項４記載のディジタル形保護継電器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広い周波数範囲に渡って誤差が少ないことが要求されるディジタル形保護継電器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力系統の保護継電器のうち、発電機保護等に用いられるディジタル形保護継電器では、発電機の始動付近から定格運転までを保護するため、例えば、０．２ｆｏ〜１．５ｆｏ（ｆｏは系統定格周波数）で良好なリレー性能を持つことが要求され、リレー要素によっては、誤差約２％の高精度を要求されるものもある。このため、特開平３−１７８５１７号公報に示されるように、フィルタ構成や演算原理面からの改善を図っている。
【０００３】
近年、アナログ入力部の監視の高度化と信頼性向上とを目的に電気協同研究第５０巻第１号「第二世代ディジタルリレー」Ｐ−９４、９９に記載されている高調波重畳監視を行う構成が主力となってきている。この高調波重畳監視は、電力系統から導入した電圧・電流に系統周波数のｎ倍の高調波成分を重畳させ、常時、重畳させた高調波成分を監視することにより、万一、アナログ入力部に生じた欠陥を発見しようとするものである。一方、保護リレー演算に用いられるディジタル情報は、系統電気量に重畳された高調波成分をディジタルフィルタ（監視用高調波除去フィルタ）で除去して用いられる。
【０００４】
図１０は、高調波重畳監視を行う従来のディジタル形保護継電器のブロック構成図である。電力系統の電気量は入力部１の入力変換器２に入力され、アナログフィルタ３を介してサンプルホールド回路４に入力される。入力部１の監視用の高調波は監視用電源５から供給される。そして、マルチプレクサ６を介してＡ／Ｄ変換器７でディジタル信号に変換され、演算処理部８に入力される。なお、マルチプレクサ６を有していないものもあり、その場合にはサンプルホールド回路４からの信号がＡ／Ｄ変換器７に入力されディジタル信号に変換されて演算処理部８に入力される。
【０００５】
演算処理部８では、Ａ／Ｄ変換器７で変換されたディジタル信号に含まれる監視用の高調波成分を高調波重畳監視手段９に入力し監視する。一方、ディジタル信号に含まれる監視用の高調波成分は監視用高調波除去フィルタ１０で除去され、リレー演算処理手段１１に入力されてリレー判定演算が行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、高調波重畳監視を適用しているディジタル形保護継電器においては、監視用高調波除去フィルタ１０での高調波除去に伴う入力のゲイン−周波数特性が変わることになるため、広帯域で系統電気量のゲインを一定にすることができない。従って、０．２ｆｏ〜１．５ｆｏ（ｆｏは系統定格周波数）で良好なリレー性能を持つことの要求に対応できない場合がある。
【０００７】
図１１は、例えば高調波重畳監視用の高調波として系統周波数ｆｏの６倍の高調波成分６ｆｏを重畳させた場合に、監視用高調波除去フィルタ１０のゲイン−周波数特性が｛ＧＡ＝｜ｃｏｓ（ｎ・π／１２）｜／｜ｃｏｓ（π／１２）｜｝のフィルタである場合の特性図である。ここで、ＧＡは入力信号に対する出力倍数、ｎはｎ＝ｆ／ｆｏ、ｆは監視用高調波除去フィルタ１０の入力信号の周波数、ｆｏは系統定格周波数である。
【０００８】
このような特性の監視用高調波除去フィルタ１０で高調波を除去した場合には、図１１に示すように、入力信号ｆが系統定格周波数ｆｏでゲインＧＡは「１」であるが、入力信号の周波数ｆが０．２ｆｏまたは１．５ｆｏの近傍になった場合においては誤差が約３．４％にも達する。従って、入力信号の周波数ｆが０．２ｆｏ〜１．５ｆｏの範囲で誤差約２％の高精度を保つことができない。
【０００９】
つまり、この監視用高調波除去フィルタ１０の周波数特性に従った成分のディジタル情報がリレー演算処理手段１１で使用されることになり、所望の周波数帯域で高精度を確保することが困難である。
【００１０】
本発明の目的は、所望の周波数範囲で高精度を確保できるディジタル形保護継電器を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係るディジタル形保護継電器は、電力系統の交流電気量をサンプリングし、アナログ・ディジタル変換して、このディジタル値を用いて電力系統の保護演算を実施するディジタル形保護継電器において、ディジタル変換された電力系統の交流電気量ｘに対して、下記（１）式に基づく所定のディジタルフィルタ処理を行ってから得られる交流電気量ｙを用いて、リレー演算処理を実施することを特徴とする。。
【００１２】
【数３】
2004048947.tif 000003
但し、Ｋｉ、Ｌｊは定数、ｋ、ｎは整数、交流電気量ｘの添え字はサンプリングタイミングである。
【００１３】
請求項１の発明に係るディジタル形保護継電器においては、演算処理部は、ディジタル信号の電力系統の交流電気量ｘに対して、（１）式に基づく所定のディジタルフィルタ処理を行って誤差を補正した交流電気量ｙを求め、この交流電気量ｙを用いてリレー演算処理を行う。これにより、所望の周波数範囲で高精度なリレー演算処理を確保する。
【００１４】
請求項２の発明に係るディジタル形保護継電器は、請求項１の発明において、前記定数Ｋｉ、Ｌｊは、前記電力系統の系統周波数に応じて切り替え可能としたことを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明に係るディジタル形保護継電器においては、請求項１の発明の作用に加え、（１）式の定数Ｋｉ、Ｌｊは、電力系統の系統周波数、例えば５０Ｈｚと６０Ｈｚに応じて予め定められた定数を切り替える。これにより、系統周波数が異なる場合にも柔軟に対応できる。
【００１６】
請求項３の発明に係るディジタル形保護継電器は、前記定数Ｋｉ、Ｌｊ、前記整数ｋ、ｎは、前記入力部のアナログフィルタの特性に応じて設定可能としたことを特徴とする請求項１記載のディジタル形保護継電器。
【００１７】
請求項３の発明に係るディジタル形保護継電器においては、請求項１の発明の作用に加え、（１）式の定数Ｋｉ、Ｌｊ、整数ｋ、ｎは、入力部のアナログフィルタの特性に応じて適切な設定値を設定する。これにより、入力部や監視用高調波除去フィルタの特性に応じて適切な設定が可能となる。
【００１８】
請求項４の発明に係るディジタル形保護継電器は、電力系統の交流電気量を入力し高調波を重畳させてサンプリングしアナログ・ディジタル変換する入力部と、前記入力部でディジタル変換されたディジタル信号に含まれる高調波成分に基づいて前記入力部を監視すると共に前記ディジタル信号に含まれる高調波成分を除去してリレー演算処理を実施する演算処理部とを備えたディジタル形保護継電器において、前記演算処理部は、前記ディジタル信号に含まれる高調波成分が除去された電力系統の交流電気量ｘに対して、下記（１）式に基づく所定のディジタルフィルタ処理を行って交流電気量ｙを求め、この交流電気量ｙを用いてリレー演算処理を行うことを特徴とする。
【００１９】
【数４】
2004048947.tif 000004
但し、Ｋｉ、Ｌｊは定数、ｋ、ｎは整数、交流電気量ｘの添え字はサンプリングタイミングである。
【００２０】
請求項４の発明に係るディジタル形保護継電器においては、演算処理部は、ディジタル信号に含まれる高調波成分が除去された電力系統の交流電気量ｘに対して、（１）式に基づく所定のディジタルフィルタ処理を行って誤差を補正した交流電気量ｙを求め、この交流電気量ｙを用いてリレー演算処理を行う。これにより、所望の周波数範囲で高精度なリレー演算処理を確保する。
【００２１】
請求項５の発明に係るディジタル形保護継電器は、請求項４の発明において、前記定数Ｋｉ、Ｌｊは、前記電力系統の系統周波数に応じて切り替え可能としたことを特徴とする。
【００２２】
請求項５の発明に係るディジタル形保護継電器においては、請求項４の発明の作用に加え、（１）式の定数Ｋｉ、Ｌｊは、電力系統の系統周波数、例えば５０Ｈｚと６０Ｈｚに応じて予め定められた定数を切り替える。これにより、系統周波数が異なる場合にも柔軟に対応できる。
【００２３】
請求項６の発明に係るディジタル形保護継電器は、請求項４の発明において、前記定数Ｋｉ、Ｌｊ、前記整数ｋ、ｎは、前記入力部のアナログフィルタおよび前記ディジタル信号に含まれる高調波成分を除去する監視用高調波除去フィルタの特性に応じて設定可能としたことを特徴とする。
【００２４】
請求項６の発明に係るディジタル形保護継電器においては、請求項４の発明の作用に加え、（１）式の定数Ｋｉ、Ｌｊ、整数ｋ、ｎは、入力部のアナログフィルタや監視用高調波除去フィルタの特性に応じて適切な設定値を設定する。これにより、入力部や監視用高調波除去フィルタの特性に応じて適切な設定が可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係るディジタル形保護継電器のブロック構成図である。この第１の実施の形態は、図１０に示した従来例に対し、ディジタル信号に含まれる監視用の高調波成分を除去する監視用高調波除去フィルタ１０の後段に、監視用高調波除去フィルタ１０の特性を補償しリレー演算処理手段９に高精度な交流電気量を提供するための補正フィルタ１２を追加して設けたものである。図１０に示した従来例と同一要素には同一符号を付し重複する記載は省略する。
【００２６】
補正フィルタ１２は、入力部１のＡ／Ｄ変換器７でディジタル変換された電力系統の交流電気量ｘに対して、下記（１）式に基づく所定のディジタルフィルタ処理を行い交流電気量ｙを得る。リレー演算処理手段９は補正フィルタ１２で得られた交流電気量ｙに基づきリレー演算処理を実施する。
【００２７】
【数５】
2004048947.tif 000005
但し、Ｋｉ、Ｌｊは定数、ｋ、ｎは整数、交流電気量ｘの添え字はサンプリングタイミングである。
【００２８】
ここで、（１）式の第１項は、加算フィルタを複数加算したものであり、第２項は差分フィルタを複数加算したものである。加算フィルタは、図２に示すように定格周波数ｆｏの倍数１を基点に倍数０側のゲインが増加し、倍数１以上でゲインが減少するゲイン−周波数特性を有する。第１項の整数ｋが小さくなるにつれ、このゲイン−周波数特性は高域側で減少傾向になる。
【００２９】
一方、第２項の差分フィルタは、図３に示すように定格周波数ｆｏの倍数１を基点に倍数０側のゲインが減少し、倍数１以上でゲインが増加するゲイン−周波数特性を有する。第２項の整数ｎが大きくなるにつれ、このゲイン−周波数特性は高域側で増加傾向になる。
【００３０】
すなわち、図１１に示すように、高調波重畳監視のために印加された監視用高調波除去用フィルタ１０の影響で０．２ｆｏ〜１．５ｆｏ（ｆｏは系統定格周波数）でゲイン−周波数特性が平坦とならない状態を、（１）式の第１項と第２項とを組み合わせることによって、ゲイン−周波数特性を平坦化するものであり、これにより、高精度なリレー演算処理を実現できるようにする。
【００３１】
いま、サンプリング周期の電気角がπ／６であり、系統周波数ｆｏの６倍の高調波成分６ｆｏを除去する監視用高調波除去フィルタ１０のゲイン−周波数特性が（２）式で示されるとする。また、（１）式の整数ｋ、ｎがｋ＝１、ｎ＝１であり、Ｋ０＝０、Ｌ０＝０であるとすると、補正フィルタ１２でのディジタルフィルタ処理は（３）式で示され、補正フィルタ１２でのゲイン−周波数特性ＧＢは（４）式で示される。
【００３２】
2004048947.tif 000006
ここで、ｎはｎ＝ｆ／ｆｏ、ｆは監視用高調波除去フィルタ１０の入力信号の周波数、ｆｏは系統定格周波数、ＧＢ０は基準周波数ｆｏのときの補正フィルタ１２でのゲインであり、ＧＢ０＝［｛Ｋ１・（２ｃｏｓ（π／１２））｝２＋｛Ｌ１・（２ｓｉｎ（π／１２））｝２］１／２で示される。図４に示すように、（ｘｍ−１＋ｘｍ−２）＝２ｃｏｓ（ｎ・π／１２）、（ｘｍ−１−ｘｍ−２）＝２ｓｉｎ（ｎ・π／１２）となるので、（４）式は（５）式のように示される。
【００３３】
2004048947.tif 000007
従って、監視用高調波除去フィルタ１０と補正フィルタ１２との総合ゲインＧは、監視用高調波除去フィルタ１０のゲインＧＡと補正フィルタ１２のゲインＧＢとの積（Ｇ＝ＧＡ・ＧＢ）で示される。図５は、（５）式にて、Ｋ１・＝１．９、Ｌ１＝２．７としたときの総合ゲインＧ、監視用高調波除去フィルタ１０のゲインＧＡ、補正フィルタ１２のゲインＧＢの特性図である。図５に示すように、０．２ｆｏ〜１．５ｆｏ（ｆｏは系統定格周波数）にて誤差約１％となる。
【００３４】
以上の説明では、データサンプリングによる折り返し誤差防止のためのアナログフィルタ３のゲイン−周波数特性については考慮していないが，アナログフィルタ３を考慮した場合でも各定数を変えることにより所望の周波数範囲で高精度なリレーを実現することができる。なお、高調波重畳監視を実施していないアナログフィルタ３だけの構成の場合にも適用可能である。ここで、定数Ｋｉ、Ｌｊは、電力系統の系統周波数に応じて予め設定しておく。
【００３５】
第１の実施の形態によれば、監視用高調波除去フィルタ１０の特性を補正フィルタ１２で補償し特性を平坦にするので、所望の周波数範囲、例えば、０．２ｆｏ〜１．５ｆｏ（ｆｏは系統定格周波数）にて高精度なリレー演算処理を実現できる。
【００３６】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図６は本発明の第２の実施の形態に係るディジタル形保護継電器のブロック構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、定数Ｋｉ、Ｌｊを選択するための選択手段１３を追加して設けたものである。すなわち、電力系統の系統周波数に応じて、系統周波数毎に予め定数Ｋｉ、Ｌｊを用意しておき、適用される電力系統の系統周波数に応じて切り替え可能としたものである。図１に示した第１の実施の形態と同一要素には同一符号を付し重複する記載は省略する。
【００３７】
適用される電力系統の定格周波数ｆｏ（例えば５０Ｈｚ、６０Ｈｚ）を認識し、その定格周波数ｆｏに対応した各定数Ｋｉ、Ｌｊを選択手段１３により選択する。
【００３８】
これは、アナログフィルタ３の周波数特性が定格周波数（５０Ｈｚ、６０Ｈｚ）によって変わることがあるため、定格周波数ｆｏに対応した適切な定数Ｋｉ、Ｌｊを選択できるようにしたものである。これにより、系統周波数ｆｏが異なる電力系統であってもリレー収納の組み替えが不要となり容易に適用が可能となる。
【００３９】
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。図７は本発明の第３の実施の形態に係るディジタル形保護継電器のブロック構成図である。この第３の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、定数Ｋｉ、Ｌｊ、整数ｋ、ｎを設定するための設定手段１４を追加して設けたものである。すなわち、入力部１のアナログフィルタ３およびディジタル信号に含まれる高調波成分を除去する監視用高調波除去フィルタ１０の特性に応じて、定数Ｋｉ、Ｌｊおよび整数ｋ、ｎを設定可能としたものである。図１に示した第１の実施の形態と同一要素には同一符号を付し重複する記載は省略する。
【００４０】
第２の実施の形態では、系統周波数ｆｏの６倍の高調波成分６ｆｏを除去する監視用高調波除去フィルタ１０のゲイン−周波数特性を説明したが、系統周波数ｆｏの６倍に代えて４倍の監視用高調波を重畳させる場合がある。このように監視用高調波の次数が変わる場合には、当然の事ながら各定数Ｋｉ、Ｋｊ、整数ｋ、ｎも異なってくる。そこで、これらを設定手段１４により設定可能とし、さまざまな組み合わせに対応できるようにする。
【００４１】
いま、サンプリング周期の電気角がπ／６であり、系統周波数ｆｏの４倍の高調波成分４ｆｏを除去する監視用高調波除去フィルタ１０のゲイン−周波数特性が（６）式で示されるとする。また、（１）式の整数ｋ、ｎがｋ＝２、ｎ＝２であり、Ｋ０＝０、Ｌ０＝０、Ｌ２＝０であるとすると、補正フィルタ１２でのディジタルフィルタ処理は（７）式で示され、補正フィルタ１２でのゲイン−周波数特性ＧＢは（８）式で示される。
【００４２】
2004048947.tif 000008
ここで、ｎはｎ＝ｆ／ｆｏ、ｆは監視用高調波除去フィルタ１０の入力信号の周波数、ｆｏは系統定格周波数、ＧＢ０は基準周波数ｆｏのときの補正フィルタ１２でのゲインであり、ＧＢ０＝［｛Ｋ１・（２ｃｏｓ（π／１２））＋Ｋ２・（２ｃｏｓ（π／４）｝２＋｛Ｌ１・（２ｓｉｎ（π／１２））｝２］１／２で示される。図８に示すように、（ｘｍ−１＋ｘｍ−２）＝２ｃｏｓ（ｎ・π／１２）、（ｘｍ−１−ｘｍ−２）＝２ｓｉｎ（ｎ・π／１２）、（ｘｍ＋ｘｍ−３）＝２ｃｏｓ（ｎ・π／４）となるので、（８）式は（９）式のように示される。
【００４３】
2004048947.tif 000009
監視用高調波除去フィルタ１０と補正フィルタ１２との総合ゲインＧは、監視用高調波除去フィルタ１０のゲインＧＡと補正フィルタ１２のゲインＧＢとの積（Ｇ＝ＧＡ・ＧＢ）で示される。
【００４４】
（９）式において、Ｋ１＝０．９５、Ｋ２＝０．６、Ｌ１＝４．２５としたときの総合特性Ｇは、図９に示すようになり、０．２ｆｏ〜１．５ｆｏ（ｆｏは系統定格周波数）にて誤差約１％となる。このように監視用高調波の次数が変わることにより、各定数Ｋｉ、Ｋｊ、および整数ｋ、ｎが変化するので、設定手段１４によりこれらを設定する。
【００４５】
第３の実施の形態によれば、各定数Ｋｉ、Ｋｊ、および整数ｋ、ｎが任意に設定可能であるので、監視用高調波除去フィルタ１０やその前段のアナログフィルタ３等が異なる場合でも、設定値を変えることにより最適な補正フィルタ１１とすることができ、高精度なリレー演算処理を実現できる。
【００４６】
以上の説明では、補正フィルタ１２のディジタルフィルタ処理を示した（１）式で、ｉ、ｊは連続値としたが、離散値としてフィルタ処理を行うようにしても良い。
【００４７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、リレー演算処理の前段の各種フィルタによるゲイン−周波数特性の影響を補正することが可能であるので、特に広い周波数帯域において高精度なリレー演算処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るディジタル形保護継電器のブロック構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るディジタル形保護継電器における補正フィルタの加算フィルタ部のゲイン−周波数特性の一例を示す特性図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るディジタル形保護継電器における補正フィルタの差分フィルタ部のゲイン−周波数特性の一例を示す特性図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るディジタル形保護継電器における補正フィルタでのディジタルフィルタ処理の説明図。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るディジタル形保護継電器におけるフィルタの総合ゲインＧの特性図。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るディジタル形保護継電器のブロック構成図。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係るディジタル形保護継電器のブロック構成図。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係るディジタル形保護継電器における補正フィルタでのディジタルフィルタ処理の説明図。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係るディジタル形保護継電器におけるフィルタの総合ゲインＧの特性図。
【図１０】従来のディジタル形保護継電器のブロック構成図。
【図１１】従来のディジタル形保護継電器における監視用高調波除去フィルタのゲイン−周波数特性図。
【符号の説明】
１…入力部、２…入力変換器、３…アナログフィルタ、４…サンプルホールド回路、５…監視用電源、６…マルチプレクサ、７…Ａ／Ｄ変換器、８…演算処理部、９…高調波重畳監視手段、１０…監視用高調波除去フィルタ、１１…リレー演算処理手段、１２…補正フィルタ、１３…選択手段、１４…設定手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004048947.tif 000016
【図５】
2004048947.tif 000017
【図６】
2004048947.tif 000018
【図７】
2004048947.tif 000019
【図８】
2004048947.tif 000020
【図９】
2004048947.tif 000021
【図１０】
2004048947.tif 000022
【図１１】
2004048947.tif 000023