(57)【要約】【課題】電力系統の電気信号に含まれる高調波信号の中から第５次高調波と第７次高調波をそれぞれ分離して抽出すること。【解決手段】変流器２０ａ、２０ｂ、２０ｃの検出による三相交流電流を逆相フィルタ２４と高調波フィルタ２６により、それぞれ電気角１５°でサンプリングして逆相電流を抽出するとともに、高調波電流の中から第５次高調波と第７次高調波をそれぞれ分離して抽出し、高調波フィルタ２６の出力を逆相電流と等価にするための換算処理を等価演算処理回路２８で行い、等価演算処理回路２８の出力を加算器３０を介して加算器３２で逆相電流と加算し、逆相電流と、第５次高調波と第７次高調波を含む高調波電流の和が整定値３６を超えたときには、動作フラグを立てて遮断器１８をトリップする。【選択図】        図１
2004201372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統の電気信号を電気角１５°または電気角７．５°でサンプリングして前記電気信号に含まれる高調波信号の中から第５次高調波と第７次高調波をそれぞれ分離して抽出する高調波フィルタと、前記高調波フィルタの出力が整定値の範囲から外れたときに開閉器をトリップするためのトリップ信号を出力するトリップ回路とを備えてなる保護継電装置。
【請求項２】
電力系統の電気信号を電気角１５°または電気角７．５°でサンプリングして前記電気信号に含まれる高調波電流の中から第５次高調波と第７次高調波をそれぞれ分離して抽出する高調波フィルタと、前記高調波フィルタの出力が制限値を越えたときに開閉器をトリップするためのトリップ信号を出力するトリップ回路とを備えてなる保護継電装置。
【請求項３】
電力系統の電気信号を電気角１５°または電気角７．５°でサンプリングして前記電気信号に含まれる高調波電流の中から第５次高調波と第７次高調波をそれぞれ分離して抽出する高調波フィルタと、電力系統の電気信号を電気角１５°または電気角７．５°でサンプリングして前記電気信号に含まれる逆相電流を抽出する逆相フィルタと、前記高調波フィルタの出力を前記逆相電流のレベルと等価なレベルに換算する等価換算回路と、前記等価換算回路の出力と前記逆相フィルタの出力の和が制限値を越えたときに開閉器をトリップするためのトリップ信号を出力するトリップ回路とを備えてなる保護継電装置。
【請求項４】
電力系統の電気信号を電気角１５°または電気角７．５°でサンプリングして前記電気信号に含まれる高調波電流の中から第５次高調波と第７次高調波をそれぞれ分離して抽出する高調波フィルタと、電力系統の電気信号を電気角１５°または電気角７．５°でサンプリングして前記電気信号に含まれる逆相電流を抽出する逆相フィルタと、前記高調波フィルタの出力を前記逆相電流のレベルと等価なレベルに換算する等価換算回路と、前記等価換算回路の出力と前記逆相フィルタの出力のうちいずれか一方が制限値を越えたときに開閉器をトリップするためのトリップ信号を出力するトリップ回路とを備えてなる保護継電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、保護継電装置に係り、特に、電力系統に生じる高調波電流から発電機を保護するに好適な保護継電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、デジタル保護継電器を用いて遮断器を制御するに際しては、電力系統の交流信号を一定周期でサンプリングし、サンプリングによって得られたデジタルデータを基に遮断器を制御するためのリレー演算を行う構成が採用されている（例えば、特許文献１）。また電力系統の交流信号をサンプリングするに際しては、交流信号に重畳される高調波がリレー演算に影響しないようにするために、デジタルフィルタを用いてサンプリング周波数の１／２以下の高調波を除去する構成が採用されている（特許文献２）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−３２２８７５号公報（第３頁〜第５頁、図１）
【特許文献２】
特許第３２３５１０８号公報（第１頁〜第３頁、図１）
【０００４】
一方、電力系統においては、系統の不平衡負荷や電力変換器から発生するスイッチングノイズなどにより、系統に高調波が重畳し、系統の高調波含有率が高くなって、発電機が加熱されるという問題が生じている。すなわち、系統の高調波含有率が高くなったままの状態にあると、高調波によって発電機が加熱されるため、高調波が制限値（整定値）を超えたときには遮断器をトリップして発電機を保護する必要がある。特に、高調波のうち第５次高調波と第７次高調波は発電機に対する影響が大きいため、デジタル保護継電装置においては、系統の交流信号を電気角３０°でサンプリングして第５次高調波と第７次高調波を抽出し、第５次高調波と第７次高調波が制限値を超えたときに遮断器をトリップすることが試みられていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術においては、系統の交流信号をサンプリングするに際しては、電気角３０°でサンプリングしているので、系統の交流信号に含まれる電気信号の中から第５次高調波と第７次高調波をそれぞれ分離して抽出することができず、第５次高調波成分と第７次高調波成分が同一周波数成分として抽出されるため、抽出された高調波のレベルと制限値とを比較しても精度良く遮断器をトリップすることができない。
【０００６】
これは、一般法則として、デジタル装置のように、離散時間系のデータ系列を扱うシステムにおいては、ある交流信号をサンプリングして得られたデータから、元信号を再生するには、元信号の２倍を超える信号でサンプリングしなければならない（高調波の折り返し：サンプリング定義）ことから起こる現象であり、デジタルサンプリングにより元信号を再生させるためには、元信号の２倍以上のサンプリング間隔が必要となる。
【０００７】
本発明の課題は、電力系統の電気信号に含まれる高調波信号の中から第５次高調波と第７次高調波をそれぞれ分離して抽出することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、電力系統の電気信号を電気角１５°または電気角７．５°でサンプリングして前記電気信号に含まれる高調波信号の中から第５次高調波と第７次高調波をそれぞれ分離して抽出する高調波フィルタと、前記高調波フィルタの出力が整定値の範囲から外れたときに開閉器をトリップするためのトリップ信号を出力するトリップ回路とを備えてなる保護継電装置を構成したものである。
【０００９】
前記保護継電装置を構成するに際しては、高調波フィルタとしては、電力系統の電気信号に含まれる高調波電流の中から第５次高調波と第７次高調波をそれぞれ分離して抽出するものを用いることができ、トリップ回路としては、高調波フィルタの出力が制限値を超えたときにトリップ信号を出力する機能を有するもので構成することができる。
【００１０】
保護継電装置を構成するに際しては、前記高調波フィルタの他に、電力系統の電気信号を電気角１５°たは電気角７．５°でサンプリングして前記電気信号に含まれる逆相電流を抽出する逆相フィルタと、前記高調波フィルタの出力を前記逆相電流のレベルと等価なレベルに換算する等価換算回路とを備え、トリップ回路として、前記等価回路の出力と前記逆相フィルタの出力との和が制限値を超えたときにトリップ信号を出力する機能を有するもの、あるいは等価換算回路の出力と前記逆相フィルタの出力のうちいずれか一方が制限値を超えたときにトリップ信号を出力する機能を有するもので構成することができる。
【００１１】
前記した手段によれば、電力系統の電気信号（交流信号）を電気角１５°または電気角７．５°でサンプリングしているので、電気信号に含まれる高調波信号または高調波電流の中から第５次高調波と第７次高調波をそれぞれ分離して抽出することができるとともに、高調波フィルタの出力を基に遮断器を高精度にトリップすることができ、第５次高調波電流および第７次高調波電流によって発電機が加熱されるのを防止することが可能になる。
【００１２】
また電力系統の逆相電流と高調波とを基に遮断器をトリップするに際しては、高調波フィルタの出力を逆相電流のレベルと等価なレベルに換算し、換算された高調波フィルタ出力と逆相フィルタの出力との和またはいずれか一方が制限値を超えたときに遮断器をトリップするようにすることで、単一のトリップ回路によっても、逆相電流または高調波の発生を基に精度良く遮断器をトリップすることができ、逆相電流、第５次高調波電流、第７次高調波電流によって発電機が加熱されるのを防止することが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明が適用された三相交流系統の全体構成図、図２は、本発明が適用された、充電電流のある三相交流系統を単線図で表したときの構成図である。図１および図２において、母線１０と三相交流電源（発電機）１２とを結ぶ三相交流系統１４には変圧器１６、遮断器（ＣＢ）１８が設置されており、遮断器１８と三相交流電源１２との間には、三相交流系統（電力系統）１４の各相の電気信号として交流電流を検出する変流器２０（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）が設置されており、各変流器は保護継電装置（保護リレー）２２に接続されている。
【００１４】
保護継電装置２２は、逆相フィルタ２４、高調波フィルタ２６、等価演算処理回路２８、加算器３０、３２、比較器３４を備えて構成されている。
【００１５】
逆相フィルタ２４は、変流器２０（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）から三相交流系統１４の各相の電気信号として三相交流電流を入力し、入力した各相の交流電流を電気角１５°でサンプリングして、電気信号（三相交流電流）に含まれる逆相電流を抽出し、抽出した逆相電流を加算器３２に出力するようになっている。
【００１６】
一方、高調波フィルタ２６は、変流器２０（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）から三相交流系統１４の各相の電気信号として三相交流電流を入力し、入力した各相の交流電流（交流信号）を電気角１５°でサンプリングして、電気信号（三相交流信号）に含まれる高調波信号または高調波電流の中から第５次高調波と第７次高調波とをそれぞれ分離して抽出し、抽出した各相の高調波電流を等価演算処理回路２８に出力するようになっている。
【００１７】
等価演算処理回路２８は、高調波フィルタ２６の出力レベルを逆相フィルタ２４の出力レベルと等価なレベルに換算するために、高調波フィルタ２６の各相の第５次高調波と第７次高調波に対して等価演算処理を行い、高調波フィルタ２６の出力として、逆相フィルタ２４の出力による逆相電流のレベルと等価なレベルに換算された各相の高調波電流（第５次高調波電流と第７次高調波電流を含む高調波電流）を加算器３０に出力する等価換算回路として構成されている。
【００１８】
加算器３０は、等価演算処理回路２８の出力による各相の高調波電流をそれぞれ加算し、加算された高調波電流を加算器３２に出力するようになっている。加算器３２においては、逆相フィルタ２４の出力による逆相電流と加算器３０の出力による高調波電流とが加算され、加算された電流（逆相フィルタ２４の出力による逆相電流と加算器３０の出力による高調波電流との和）を比較器３４のプラス入力端子に出力するようになっている。
【００１９】
比較器３４は、加算器３２の出力と整定値（制限値）３６とを比較し、加算器３２の出力が整定値３６の範囲から外れたとき、例えば、加算器３２の出力が整定値３６を超えたときに、遮断器１８をトリップするためのトリップ信号としての動作フラグを出力するトリップ回路の一要素として構成されている。
【００２０】
上記構成において、交流電源（発電機）１２からの電力が三相交流系統１４を介して母線１０に供給されている過程で、系統の不平衡負荷などによって系統に高調波が生じたり、あるいは系統に逆相電流が生じたりすると、高調波フィルタ２６から第５次高調波と第７次高調波がそれぞれ出力されるとともに、逆相フィルタ２４から逆相電流が出力される。逆相電流と、第５次高調波電流と第７次高調波電流を含む高調波電流との和が整定値（制限値）３６を超えると、比較器３４から動作フラグが出力され、遮断器１８がトリップされる。このため、三相交流系統１４に逆相電流が生じたり、あるいは第５次高調波と第７次高調波を含む高調波電流が生じたりしても、逆相電流や高調波電流によって、交流電源（発電機）１２が加熱されるのを防止することができる。
【００２１】
また、三相交流系統１４に逆相電流または第５次高調波と第７次高調波を含む高調波電流の一方のみが発生したときには、逆相電流が整定値３６を超えたときあるいは第５次高調波と第７次高調波を含む高調波電流が整定値３６を超えたときに、比較器３４から動作フラグが出力されるため、逆相電流または第５次高調波と第７次高調波を含む高調波電流の一方によっても遮断器１８を確実にトリップさせることができる。
【００２２】
また、本実施形態においては、等価演算処理回路２８において高調波フィルタ２６の出力レベルを逆相フィルタ２４の出力レベルと等価なレベルに換算するための処理を行っているため、単一の比較器３４によっても、逆相電流と高調波電流との和が整定値３６を超えたか否かを判定したり、あるいは逆相電流と高調波電流のうちいずれか一方が整定値３６を超えたか否かを判定することができる。
【００２３】
次に、本発明の他の実施形態を図３にしたがって説明する。
【００２４】
本実施形態は、変流器２０の代わりに、逆相フィルタ用の変流器３６を設けるとともに、高調波フィルタ用の変流器３８を設け、三相交流系統１４の各相の交流電流を変流器３６、３８でそれぞれ検出し、検出した電流をそれぞれ逆相フィルタ２４、高調波フィルタ２６に出力するようにしたものであり、他の構成は図１のものと同様である。
【００２５】
本実施形態によれば、逆相電流を抽出するための電流の処理と、第５次高調波と第７次高調波電流をそれぞれ分離して抽出するための電流の入力処理をそれぞれ別々に独立して行うことができる。
【００２６】
前記各実施形態においては、逆相フィルタ２４、高調波フィルタ２６において系統の電気信号をサンプリングするに際して、電気角１５°でサンプリングするものについて述べたが、電気角７．５°でサンプリングすることもできる。系統の電気信号を電気角７．５°でサンプリングすると、電気信号を電気角１５°でサンプリングするときよりも、電気信号に含まれる高調波電流の中から第５次高調波と第７次高調波を高精度に分離することが可能になる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高調波フィルタの出力を基に遮断器を高精度にトリップすることができ、第５次高調波電流および第７次高調波電流によって発電機が加熱されるのを防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す保護継電装置のブロック構成図である。
【図２】本発明が適用された三相交流系統を単線図で表したときの構成図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
１０  母線
１２  三相交流電源
１４  三相交流系統
１６  変圧器
１８  遮断器
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ  変流器
２４  逆相フィルタ
２６  高調波フィルタ
２８  等価演算処理回路
３０、３２  加算器
３４  比較器
【図１】
2004201372.tif 000003
【図２】
2004201372.tif 000004
【図３】
2004201372.tif 000005