(57)【要約】【課題】対向端子間で伝送されるサンプリングされた各端子のデータの伝送速度の低速化を実現して標準的な通信装置を使用できるようにすることにある。【解決手段】複数端子間を送電線により連系してなる電力系統の各端子に設置され、各端子の各相電流をサンプリング同期信号に基づき一定周期でサンプリングし、ディジタル変換してなるデータを各端子間で伝送しあって、保護演算を行う電流差動保護継電装置において、一定周期でサンプリングされた複数の電流データから各相の電流ベクトルを表す互いに直交する２量を求める直交量演算部９と、直交量演算部９により求められた直交する２量を対向端子間で送受信する伝送部８と、直交量演算部９により求められた自端と対向端から伝送される直交する２量から差動演算により送電線の事故発生の有無を判定する演算部６と、この演算部の判定結果に基づき所定の出力を送出する出力部７とを備える。【選択図】　　図１
2004088920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数端子間を送電線により連系してなる電力系統の各端子に設置され、各端子の各相電流をサンプリング同期信号に基づき一定周期でサンプリングし、ディジタル変換してなるデータを各端子間で伝送しあって、保護演算を行う電流差動保護継電装置において、
前記一定周期でサンプリングされた複数の電流データから各相の電流ベクトルを表す互いに直交する２量を求める第１の演算手段と、
この第１の演算手段により求められた直交する２量を対向端子間で送受信する伝送手段と、
前記第１の演算手段により求められた自端と対向端の直交する２量から両端子の電流のベクトル和とスカラー量を算出し、送電線の事故発生の有無を判定する第２の演算手段と、
この第２の演算手段の判定結果に基づき所定の出力を送出する出力手段とを備えたことを特徴とする電流差動保護継電装置。
【請求項２】
複数端子間を送電線により連系してなる電力系統の各端子に設置され、各端子の各相電流をサンプリング同期信号に基づき一定周期でサンプリングし、ディジタル変換してなるデータを各端子間で伝送しあって、保護演算を行う電流差動保護継電装置において、
前記一定周期でサンプリングされた複数の電流データから各相の電流ベクトルを表す互いに直交する２量を求める第１の演算手段と、
この第１の演算手段により求められた直交する２量を大きさと位相の２量に変換する第１の変換手段と、
この第１の変換手段により変換された大きさと位相の２量を対向端子間で送受信する伝送手段と、
前記第１の変換手段により変換された自端と対向端から伝送されてくる前記大きさと位相の２量を各相の電流ベクトルを表す互いに直交する２量に変換する第２の変換手段と、
この第２の変換手段により変換された自端と対向端の直交する２量から両端子の電流のベクトル和とスカラー量を算出し、送電線の事故発生の有無を判定する第２の演算手段と、
この第２の演算手段の判定結果に基づき所定の出力を送出する出力手段とを備えたことを特徴とする電流差動保護継電装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電流差動保護継電装置において、
前記サンプリングされた各相のデータから正相のデータを求め、該正相のデータを前記第１の演算手段に与える第３の演算手段を設け、
前記第１の演算手段は、正相のデータに対する直交する２量を求めることを特徴とする電流差動保護継電装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電流差動保護継電装置において、
外部からの信号を取り込んで前記伝送手段のデータ伝送周期を任意の周期に制御する伝送周期制御手段を設けたことを特徴とする電流差動保護継電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数端子間を送電線により連系してなる電力系統の各端子の各相電流を同一時刻に一定周期でサンプリングし、ディジタル変換してなる電流データを瞬時値データの生成周期に左右されることなく各端子間で伝送しあって、電流差動保護演算により保護区間内外の事故を判定する電流差動保護継電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数端子間を送電線により連系してなる電力系統において、送電線の保護装置として、保護区間内外部の事故判定能力が高い電流差動保護継電装置が多用されている。
【０００３】
図７は従来の電流差動保護継電装置を２端子送電系統に適用した一例を示す構成図である。図７において、４は端子α、β間を送電線１により連系してなる２端子送電系統の各端子に設置された電流差動保護継電装置で、この電流差動保護継電装置４は、アナログ−ディジタル変換部５、演算部６、出力部７及び伝送部８から構成されている。
【０００４】
アナログ−ディジタル変換部５は、各端子の送電線１に流れる電流を変流器２を介して入力し、所定の周期でサンプリングを行い、サンプリングタイミング時点の電流瞬時値を表すディジタル値（瞬時値データ）に変換して伝送部８に出力する。
【０００５】
伝送部８では、アナログ−ディジタル変換部５より出力された電流瞬時値データを含む自端のデータを通信装置３を介して相手端へ送信すると共に、相手端から通信装置３を介して伝送されてくるデータを受信して、自端及び相手端のデータを演算部６へ出力する。
【０００６】
演算部６では、伝送部８を介して入力される自端及び相手端の電流瞬時値データから（１）式の差動演算にて両端子の電流のベクトル和である差電流の瞬時値を計算後、差電流の振幅値を計算し、この値を両端子の電流各々のスカラー量に応じた所定の値と比較することで送電線内の事故発生の有無を判定する。そして、出力部７は演算部６の判定結果に応じた出力を送出する。
【０００７】
なお、電力系統は三相交流であり、電流差動保護継電装置も各相の電流３量と必要に応じて零相の電流を導入し、各電流に対して差動演算を実行しているが、図７及び以降の説明においては、単相表記として扱う。
【０００８】
ｉｄｍ＝ｉαｍ＋ｉβｍ　　　　　　……（１）
ｉｄｍ：サンプリング時刻ｍの電流瞬時値データ
ｉαｍ，ｉβｍ：各端子のサンプリング時刻ｍの差電流瞬時値データ
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図８は（１）式を電流波形上で模式的に表したものである。電流差動保護継電装置では、各端子における電流のサンプリングタイミングは同期しているので、（１）式で得られる値は、差電流の瞬時値を表す。
【００１０】
電流差動保護継電装置により事故の有無を判定するには、差電流瞬時値データから振幅値を求める必要があるが、現時点の瞬時値データ１点のみで振幅値を求めることは不可能であり、現時点を含む過去の複数サンプリングの瞬時値データから振幅値を算出している。
【００１１】
瞬時値データから振幅値を算出する公知の振幅値演算手法の多くは、電気角３０°間隔（６０Ｈｚの電力系統では、７２０Ｈｚ周期に相当）の現時点を含む過去の複数サンプリングの瞬時値データを用いて振幅値を求めるものであり、伝送部を介して相手端の瞬時値データを取得する電流差動保護継電装置で差電流の振幅値を求めるには、瞬時値データの伝送を少なくとも電気角３０°毎に実施する必要がある。
【００１２】
したがって、従来の電流差動保護継電装置においては、伝送部８及び通信装置３が、電気角３０°周期の伝送を行うのに十分な伝送速度を持つ必要があり、６０Ｈｚの送電線保護に用いられる一般的な電流差動保護継電装置の場合、電流の瞬時値データを含む自端のデータを７５ビットで表現されるので、通信装置３は
７５×７２０＝５４．０ｋｂｐｓ
以上の伝送速度を持つ必要がある。
【００１３】
この値は標準的なデータ伝送端末装置の伝送速度である４８ｋｂｐｓよりも大きいため、通信装置３に非標準的な速度に対応した高価な専用装置を適用するか、１ランク上の標準伝送速度である１５４４ｋｂｐｓの装置を使用して、１５４４ｋｂｐｓの回線１チャンネルを電流差動保護継電装置に占有させるなどの対応をとらなければならないという問題がある。
【００１４】
また、瞬時値データを間引いて伝送することで、伝送周期を電気角３０°よりも長くして必要となる伝送速度の低速化を実現しようとすると、電気角３０°周期を前提としない振幅値演算手法を用いて瞬時値データから振幅値を演算することになるが、演算に使用する瞬時値データの間隔が粗くなるので、振幅値演算の精度が低下するという問題が生じる。
【００１５】
この場合、標本化定理（サンプリング定理）から、伝送する瞬時値データが６０Ｈｚの電流をサンプリングしたものであるから、少なくとも２倍の周波数である１２０Ｈｚ以上（電気角１８０°以下）の周期で伝送する必要があることは公知であり、振幅値演算の精度低下を許容した上で伝送周期を変更したとしても、その変更には限界がある。
【００１６】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、瞬時値データに代わるデータを伝送することで、瞬時値データの生成周期とは異なる周期で伝送することを可能とし、伝送速度の低速化を実現して、標準的な通信装置を使用することが可能な電流差動保護継電装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、次のような手段により電流差動保護継電装置を構成する。
【００１８】
請求項１に対応する発明は、複数端子間を送電線により連系してなる電力系統の各端子に設置され、各端子の各相電流をサンプリング同期信号に基づき一定周期でサンプリングし、ディジタル変換してなるデータを各端子間で伝送しあって、保護演算を行う電流差動保護継電装置において、前記一定周期でサンプリングされた複数の電流データから各相の電流ベクトルを表す互いに直交する２量を求める第１の演算手段と、この第１の演算手段により求められた直交する２量を対向端子間で送受信する伝送手段と、前記第１の演算手段により求められた自端と対向端の直交する２量から両端子の電流のベクトル和とスカラー量を算出し、送電線の事故発生の有無を判定する第２の演算手段と、この第２の演算手段の判定結果に基づき所定の出力を送出する出力手段とを備える。
【００１９】
請求項２に対応する発明は、複数端子間を送電線により連系してなる電力系統の各端子に設置され、各端子の各相電流をサンプリング同期信号に基づき一定周期でサンプリングし、ディジタル変換してなるデータを各端子間で伝送しあって、保護演算を行う電流差動保護継電装置において、前記一定周期でサンプリングされた複数の電流データから各相の電流ベクトルを表す互いに直交する２量を求める第１の演算手段と、この第１の演算手段により求められた直交する２量を大きさと位相の２量に変換する第１の変換手段と、この第１の変換手段により変換された大きさと位相の２量を対向端子間で送受信する伝送手段と、前記第１の変換手段により変換された自端と対向端から伝送されてくる前記大きさと位相の２量を各相の電流ベクトルを表す互いに直交する２量に変換する第２の変換手段と、この第２の変換手段により変換された自端と対向端の直交する２量から両端子の電流のベクトル和とスカラー量を算出し、送電線の事故発生の有無を判定する第２の演算手段と、この第２の演算手段の判定結果に基づき所定の出力を送出する出力手段とを備える。
【００２０】
請求項３に対応する発明は、請求項１又は請求項２に対応する発明の電流差動保護継電装置において、前記サンプリングされた各相のデータから正相のデータを求め、該正相のデータを前記第１の演算手段に与える第３の演算手段を設け、前記第１の演算手段は、正相のデータに対する直交する２量を求める。
【００２１】
請求項４に対応する発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに対応する発明の電流差動保護継電装置において、外部からの信号を取り込んで前記伝送手段のデータ伝送周期を任意の周期に制御する伝送周期制御手段を設ける。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は本発明による電流差動保護継電装置を２端子送電系統に適用した第１の実施形態を示す構成図である。
【００２４】
図１において、４は端子α、β間を送電線１により連系してなる２端子送電系統の各端子に設置された電流差動保護継電装置で、この電流差動保護継電装置４は、アナログ−ディジタル変換部５、演算部６、出力部７、伝送部８及び直交量演算部９から構成されている。
【００２５】
アナログ−ディジタル変換部５は、各端子の送電線１に流れる電流を変流器２を介して入力し、所定の周期でサンプリングを行い、サンプリングタイミング時点の電流瞬時値を表すディジタル値（瞬時値データ）に変換して直交量演算部９に出力する。
【００２６】
直交量演算部９では、アナログ−ディジタル変換部５より出力された電流瞬時値データと過去に出力されている電流瞬時値データの複数のデータより（２）式に示した離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を用いて、任意のサンプリング時点を基準とした電流のフェーザ（複素数表現）の実部データと虚部データの互いに直交する２量を演算し、伝送部８へ出力する。
【００２７】
【数１】
2004088920.tif 000003
【００２８】
Ｉｍ：サンプリング時刻ｍのフェーザ
ｉ（ｍ−ｋ）：サンプリング時刻（ｍ−ｋ）の瞬時値データ
Ｒｅａｌ（Ｉｍ）：フェーザの実部データ
Ｉｍａｇｉｎａｒｙ（Ｉｍ）：フェーザの虚部データ
Ｎ：１周期当りのサンプリング数
伝送部８では、直交量演算部９より出力された実部データと虚部データを含む自端のデータを通信装置３を介して相手端へ送信すると共に、相手端から通信装置３を介して伝送されてくる相手端のデータを受信して、自端及び相手端のデータを演算部６へ出力する。
【００２９】
演算部６では、伝送部８を介して入力される自端及び相手端の実部データと虚部データから（３）式の成分毎の差動演算により差電流の実部データと虚部データを計算後、（４）式から両端子の電流のベクトル和である差電流の振幅値を計算し、この値を両端子の電流各々のスカラー量に応じた所定の値と比較することで送電線内の事故発生の有無を判定する。
【００３０】
2004088920.tif 000004
Ｉｄｍ：サンプリング時刻ｍの差電流のフェーザ
Ｒｅａｌ（Ｉαｍ），Ｒｅａｌ（Ｉβｍ）：各端子のサンプリング時刻ｍの実部データ
Ｉｍａｇｉｎａｒｙ（Ｉαｍ），Ｉｍａｇｉｎａｒｙ（Ｉβｍ）：各端子のサンプリング時刻ｍの虚部データ
｜Ｉｄｍ｜２＝（Ｒｅａｌ（Ｉｄｍ））２＋（Ｉｍａｇｉｎａｒｙ（Ｉｄｍ））２　　……（４）
｜Ｉｄｍ｜：差電流の振幅値
そして、出力部７は演算部６の判定結果に応じた出力を送出する。
【００３１】
次に上記のように構成された電流差動保護継電装置の作用を述べる。
【００３２】
図２は本発明の第１の実施形態における差電流演算の様子を模式的に表したものである。フェーザは時間的に正弦振動する波形を複素数平面上で回転するベクトルとして捉え、このベクトルを複素数表現したものであり、電流のフェーザは所定の周期でサンプリングした電流瞬時値データを用いて、基本波成分に対するＤＦＴ計算式の一つである（２）式により演算を行うことで実部と虚部が算出できることは周知の通りである。
【００３３】
電流差動保護継電装置では、各端子におけるサンプリングタイミングが同期していることを考慮すると、（３）式に表した各端子におけるサンプリング時刻ｍに算出された実部データ同士、虚部データ同士の和が、サンプリング時刻ｍにおける差電流のフェーザを表現することが分かる。この差電流の実部と虚部は互いに直交するものであることから、三平方の定理により（４）式が成り立ち、これより差電流の振幅値を求めることができる。
【００３４】
ここで、（３）及び（４）式は、従来の瞬時値データから振幅値を求める場合と異なり、現時点の実部データと虚部データのみで演算が可能であり、過去のデータを必要としないので、必ずしも伝送周期を瞬時値データの生成周期と同一にする必要はない。また、瞬時値データの伝送ではないので、標本化定理による伝送周期に対する制約もない。
【００３５】
したがって、本実施形態によれば、瞬時値データの生成周期とは異なる周期で伝送を行うことが可能となるので、伝送速度の低速化を実現することにより、標準的な通信装置を使用することができる。
【００３６】
次に本発明の第２の実施形態を説明する。
【００３７】
上記第１の実施形態で説明した瞬時値データのＤＦＴ演算による実部データと虚部データを算出する例では、電流をある直交座標平面上（この例の場合は、複素数平面）で回転するベクトルとして捉え、そのベクトルを座標軸上の直交する２量で表した。
【００３８】
第２の実施形態では、現時点と１つ以上の過去の瞬時値データから、座標軸上ではない直交する２量を算出するようにしたもので、このようにしても第１の実施形態と同様の差動演算による送電線事故の有無の判定を行うことができる。
【００３９】
（５）式は、現時点ｍとｋサンプリング前の瞬時値データの加減算から、直交する２量を算出するものであり、図３はこの様子を説明するための図である。
【００４０】
Ｉｘｍ＝ｉｍ＋ｉ（ｍ−ｋ）　　……　　（５）
Ｉｙｍ＝ｉｍ−ｉ（ｍ−ｋ）
Ｉｘｍ：サンプリング時刻ｍの直交する２量のＸ成分
Ｉｙｍ：サンプリング時刻ｍの直交する２量のＹ成分
このように本実施形態では、直交演算部５にて（５）式の演算を実行し、直交する２量を求めることにより、瞬時値データの生成周期とは異なる周期で伝送を行うことが可能となり、伝送速度の低速化を実現することにより、標準的な通信装置を使用することができる。
【００４１】
図４は本発明による電流差動保護継電装置を２端子送電系統に適用した第３の実施形態を示す構成図で、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点を述べる。
【００４２】
第３の実施形態では、直交量演算部９と伝送部８との間に電流ベクトルを表す互いに直交する２量を大きさと位相の２量に変換する変換部１０を設け、また伝送部８と演算部６との間に大きさと位相の２量を電流ベクトルを表す互いに直交する２量に逆変換する逆変換部１１を設けたものである。
【００４３】
ここで、変換部１０では、例えば第１の実施形態で説明した（２）式の演算を実行する直交量演算部９より出力される直交する２量を（６）式で示す演算にて大きさと位相の２量に変換し、この２量を伝送部８へ出力する。
【００４４】
｜Ｉｍ｜＝［｛Ｒｅａｌ（Ｉｍ）｝２＋｛Ｉｍａｇｉｎａｒｙ（Ｉｍ）｝２］１／２　……（６）
θ＝ｔａｎ−１｛Ｉｍａｇｉｎａｒｙ（Ｉｍ）／Ｒｅａｌ（Ｉｍ）｝
｜Ｉｍ｜：サンプリング時刻ｍの電流の大きさ
θ：サンプリング時刻ｍの電流の位相
また、逆変換部１１では、大きさと位相の２量を（７）式で示す演算にて直交する２量に変換し、演算部６で例えば第１の実施形態で説明した直交する成分毎の和による差電流の算出ができるようにする。
【００４５】
Ｒｅａｌ（Ｉｍ）＝｜Ｉｍ｜ｃｏｓθ　　……　　（７）
Ｉｍａｇｉｎａｒｙ（Ｉｍ）＝｜Ｉｍ｜ｓｉｎθ
このようにすれば、大きさと位相の２量への変換と直交する２量への逆変換を行う手順が増加するが、伝送するデータを大きさと位相の２量にすることができる。
【００４６】
直交する２量は、電流の振幅値により２量共にその取り得る値が変化するため、保護対象となる電力系統の諸条件に応じた最大の電流値を表現できるようにデータ長や１ビットの重み（量子化値）を決定する必要がある。
【００４７】
これに対して、大きさと位相の２量の場合、大きさは負の値を取らないこと、位相はその表現範囲が０から３６０°に限定できることから、量子化値の取り方次第によっては、より少ないデータ量で表現できることがある。
【００４８】
そこで、データ伝送速度を低速化するためには、伝送周期を長くする方法と１回の伝送周期内で伝送するデータ量を削減する方法の二通りがあるが、本実施形態によれば、前述した第１の実施形態または第２の実施形態で伝送周期を長くすることによる作用効果に加え、データ量を削減して伝送速度の低速化を実現することにより、標準的な伝送装置を使用することが可能となる。
【００４９】
図５は本発明による電流差動保護継電装置を２端子送電系統に適用した第４の実施形態を示す構成図で、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点を述べる。
【００５０】
第４の実施形態では、アナログ−ディジタル変換部５と直交量演算部９との間に正相演算部１２を設けたものである。
【００５１】
前述した第１の実施形態乃至第３の実施形態では、三相各相の電流を扱う場合であるが、本実施形態では、正相演算部１２において、各相の電流瞬時値データから正相の瞬時値データを算出し、直交量演算部９へ出力する。
【００５２】
これにより、三相を個別に扱うことはできなくなるが、例えば事故検出時の出力部７の出力が三相一括遮断指令であるような、三相一括の処理が許容される場合には、データ量を削減することが可能となる。
【００５３】
したがって、本実施形態によれば、前述した第１乃至第３の実施形態で得られる作用効果に加え、データ量の削減による伝送速度の低速化を実現することにより、標準的な通信装置を使用することができる。
【００５４】
以上は本発明の第１の実施形態乃至第４の実施形態について述べたが、各実施形態において、次のような機能を持たせるようにしてもよい。
【００５５】
前述した各実施形態では、伝送速度の低速化のために、データの生成周期とは異なる周期で伝送を行う場合について述べたが、伝送が周期的でなくとも機能することは明らかである。
【００５６】
そこで、図６に示すように外部から周期変更信号が入力すると、伝送部８より出力される直交する２量の伝送周期を制御する伝送周期制御部１３を設け、任意の周期で伝送するようにしても前述した各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００５７】
また、前述した各実施形態では、保護対象として２端子の送電線を保護する場合について述べたが、３端子以上の多端子送電線を保護する場合にも、前述同様に適用実施できるものである。
【００５８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、瞬時値データに代わるデータを伝送することで、瞬時値データの生成周期とは異なる周期で伝送を行うことが可能な構成としたので、伝送速度の低速化の実現が可能となり、標準的な通信装置を使用することができる電流差動保護継電装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電流差動保護継電装置を２端子送電系統に適用した第１の実施形態を示す構成図。
【図２】同実施形態における差動電流演算を模式的に表した図。
【図３】本発明の第２の実施形態における直交する２量の算出を説明するための図。
【図４】本発明による電流差動保護継電装置を２端子送電系統に適用した第３の実施形態を示す構成図。
【図５】本発明による電流差動保護継電装置を２端子送電系統に適用した第４の実施形態を示す構成図。
【図６】本発明による電流差動保護継電装置を２端子送電系統に適用した第５の実施形態を示す構成図。
【図７】従来の電流差動保護継電装置を２端子送電系統に適用した例を示す構成図。
【図８】従来装置による差動演算を模式的に表した図。
【符号の説明】
１……送電線
２……変流器
３……通信装置
４……電流差動保護継電装置
５……アナログ−ディジタル変換部
６……演算部
７……出力部
８……伝送部
９……直交量演算部
１０……変換部
１１……逆変換部
１２……正相演算部
１３……伝送周期制御部
【図１】
2004088920.tif 000005
【図２】
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【図３】
2004088920.tif 000007
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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