(57)【要約】【課題】高調波重畳監視に使用される高調波発生回路は、Ｄ／Ａ変換器などで構成されるが、その出力には最大４％程度の誤差があり、監視精度向上には無視できない。また、重畳する高調波と同じ次数の入力が系統から継続入力されると、装置異常がなくとも異常出力がでる。【解決手段】高調波発生回路より、アナログ入力部の空きチャンネル若しくは任意チャンネルに高調波監視の基準信号を供給し、各チャンネルの入力と基準との差を監視することにより高調波発生回路の誤差による影響を防止した。また、アナログ入力部を併設して両者の差を監視することにより、系統状態に影響されないようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の入力チャンネルに個別に対応したアナログフィルタと、このアナログフィルタを順次走査してアナログーデジタル変換するＡ／Ｄ変換器及び処理部を有し、アナログフィルタの入力側に高調波発生回路より高調波電圧を印加して保護継電装置のアナログ入力部を監視する高調波重畳監視において、前記高調波発生回路とＡ／Ｄ変換器間に監視基準用高調波を供給するための監視基準信号供給部を設け、前記各チャンネルのアナログ入力部で抽出された高調波入力と監視基準用高調波との差を監視することを特徴とした保護継電装置の高調波監視装置。
【請求項２】
前記監視基準信号供給部は、空きチャンネルのアナログフィルタの入力側に設けたことを特徴とした請求項１記載の保護継電装置の高調波監視装置。
【請求項３】
前記監視基準信号供給部は、電力系統の高調波成分による影響の受けにくいチャンネルに設けたことを特徴とした請求項１又は２記載の保護継電装置の高調波監視装置。
【請求項４】
複数の入力チャンネルに個別に対応したアナログフィルタと、このアナログフィルタを順次走査してアナログーデジタル変換するＡ／Ｄ変換器及び処理部とでなるアナログ入力部を有し、前記アナログフィルタの入力側に高調波発生回路より高調波電圧を印加して保護継電装置のアナログ入力部を監視する高調波重畳監視において、
前記アナログ入力部を２組併設し、高調波発生回路よりの高調波電圧は何れか一方のアナログ入力部に供給すると共に、各アナログ入力部にて抽出された高調波成分の差を監視することを特徴とした保護継電装置の高調波監視装置。
【請求項５】
高調波発生回路よりの高調波電圧は、各アナログ入力部に供給することを特徴とした請求項４記載の保護継電装置の高調波監視装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、保護継電装置の高調波監視装置に係わり、特に高調波重畳監視に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６はデジタル保護継電装置のアナログ入力部の構成図を示したものである。ＣＨ１〜ＣＨ４はチャンネルで、ＰＴ，ＣＴによって検出された電力系統の電圧，電流が入力される。１は入力変換部で、各チャンネルを経て入力された系統の検出電圧，電流はこの入力変換部において絶縁されると共に、１０Ｖ以下の保護演算に適した電圧値に変換される。２は高調波を除去するためのアナログフィルタで、このアナログフィルタ２の出力をマルチプレクサ３にて時分割でチャンネルＣＨ１〜４を切り替え、Ａ／Ｄ変換器４によってアナログーデジタル変換を行って処理部５に取り込んで保護演算を行う。
【０００３】
なお、商用周波数に対して比較的低速にサンプリングする場合には、アナログフィルタ２の出力側にサンプリングホールド回路が設置され、高速サンプリング時には不要とされるが、ここでは全て省略してある。
【０００４】
アナログフィルタ２〜Ａ／Ｄ変換器４までのアナログ入力部を監視するために高調波発生回路６を設ける。この回路６より所定の高調波分を発生させ、その高調波分を各チャンネルＣＨ１〜４対応のアナログフィルタにそれぞれ印加することにより、各チャンネルＣＨのアナログフィルタの入力側で系統入力と高調波発生回路にて発生させた高調波を加算（重畳）する。
処理部５では、各ＣＨ１〜４の高調波戌分を抽出し、所定の値であるが否かをチェックしている。チェック結果、所定の値より一定値以上外れた状態が一定時間経過したときには該当ＣＨが異常と判断する。
【０００５】
このような、高調波電圧をアナログフィルタの入力側に常時重畳させ、そのデジタル変換データから高調波電圧を抽出して監視する方法については、非特許文献１において詳述されている。
【０００６】
【非特許文献１】
電気協同研究会  著「電気協同研究  第５０巻  第１号」  出版  社団法人  電気協同研究会  平成６年４月２５日、ｐ．９６〜１０９
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
高調波発生回路６はＤ／Ａ（ディジタルーアナログ）変換器等で構成され、処理部５にて予め設定されたディジタル値に対応した高調波電圧値を出力する。重畳のためにアナログフィルタ２の入力側に印加する電圧値は、フルスケールの数％程度である。高調波発生回路６を構成するＤ／Ａ変換器は、Ａ／Ｄ変換器４より分解能が低いものを使用している。また、入力要素によっては目的に応じたフルスケールとするため、アナログフィルタ２に設けた増幅アンプで数倍〜１０倍の増幅を行う場合がある。このような場合、Ｄ／Ａ変換器の見かけ上の分解能がさらに低下することになる。
【０００８】
また、オフセット分については、ゲイン分も増大することから、入力を１０倍増幅するとオフセットも１Ｏ倍となる。このため、高調波発生回路６からの出力は、最大４％程度の誤差があり、アナログフィルタ以降のアナログ部の監視を精度良く実施するためには、この誤差が無視できないものとなっている。
また、高調波発生回路６を簡略化するためにＤ／Ａ変換器を使用せず、監視に使用する高調波に相当する方形波を入力して近似的に正弦皮とみなす（方形波をアナログフィルタで鈍らして正弦波に近似させる）ことも考えられるが、その場合には、さらに大きな誤差となる。
【０００９】
なお、アナログ部の監視を精度良く行う理由として、系統入力電圧・電流に対して、リレー要素の動作が５％、または１０％管理であることから、アナログ部監視としては１０％程度の誤差が生じたときには異常とすることが好ましい。
そのためには、高調波監視に影響を与える部位の主な誤差（例）としては以下の範囲内に収めることが必要である。すなわち、
高調波発生回路６のＤ／Ａ変換器誤差ｍａｘ４％
アナログフィルタの誤差ｍａｘ１％
系統高調波成分ｍａｘ数％（系統および入力要素による）
このうち、アナログフィルタ２はゲイン特性がフラット（ゲインがほぼ１）な領域を使用することにより、基本波成分と同様に１％程度以下の誤差とすることが可能であり、検出精度を向上する上で問題とはならない。
【００１０】
また、図６で示す高調波電圧をアナログフィルタの入力側に常時重畳させ、そのデジタル変換データから高調波電圧を抽出して監視する方法においては、重畳する高調波と同じ次数の入力が系統から６０秒以上あり、且つ、監視レベルを越した場合、保護継電装置に異常なしにもかかわらず、高調波重畳監視により装置異状が出力される。
【００１１】
本発明は上記した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、高調波重畳監視の精度向上を図った装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１は、複数の入力チャンネルに個別に対応したアナログフィルタと、このアナログフィルタを順次走査してアナログーデジタル変換するＡ／Ｄ変換器及び処理部を有し、アナログフィルタの入力側に高調波発生回路より高調波電圧を印加して保護継電装置のアナログ入力部を監視する高調波重畳監視において、
前記高調波発生回路とＡ／Ｄ変換器間に監視基準用高調波を供給するための監視基準信号供給部を設け、前記各チャンネルのアナログ入力部で抽出された高調波入力と監視基準用高調波との差を監視することを特徴としたものである。
【００１３】
本発明の第２は、前記監視基準信号供給部は、空きチャンネルのアナログフィルタの入力側に設けたことを特徴としたものである。
【００１４】
本発明の第３は、前記監視基準信号供給部は、電力系統の高調波成分による影響の受けにくいチャンネルに設けたことを特徴としたものである。
【００１５】
本発明の第４は、複数の入力チャンネルに個別に対応したアナログフィルタと、このアナログフィルタを順次走査してアナログーデジタル変換するＡ／Ｄ変換器及び処理部とでなるアナログ入力部を有し、前記アナログフィルタの入力側に高調波発生回路より高調波電圧を印加して保護継電装置のアナログ入力部を監視する高調波重畳監視において、
前記アナログ入力部を２組併設し、高調波発生回路よりの高調波電圧は何れか一方のアナログ入力部に供給すると共に、各アナログ入力部にて抽出された高調波成分の差を監視することを特徴としたものである。
【００１６】
本発明の第５は、高調波発生回路よりの高調波電圧は、各アナログ入力部に供給することを特徴としたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態を示す構成図で、図６で示す従来と異なる点は、監視基準信号供給部１０を設けたことである。他は図６と同様であるのでその説明を省略する。
一般に、アナログ入力部は予め決められたチャンネルＣＨ数で構成されているため、系統入力に使用しない空きチャンネルＣＨがある場合が多い。本発明においては、この空きチャンネルＣＨを高調波重畳監視の監視基準信号供給部１０として基準値を供給するようにしたものである。ここでは、空きチャンネルＣＨに対応するアナログフィルタ２のＡＦ７に監視部１０が設けられ、高調波発生回路６よりこの監視基準信号供給部１０，マルチプレクサ３，Ａ／Ｄ変換器４を経て処理部５に供給され、この処理部５において監視演算が行われる。
【００１８】
処理部５においては、空きチャンネルのＡＦ７より入力された高調波重畳監視の基準値をＶｒｅｆとし、各入力チャンネルＣＨ１〜ＣＨ４の入力をＶｆｎとしたとき、各入力ＣＨ１〜ＣＨ４の基準値からのずれ（Ｖｆｎ−Ｖｒｅｆ）を監視することにより、高調波発生回路の誤差の影響を受けず、精度良く監視することを可能としたものである。
【００１９】
高調波監視は、各ＣＨに入力された高調波成分の実効値が所定の値に入っていることを監視しており、所定値より外れた状態が一定時間（例えば６０秒）継続したときに異常としている。
共通部（高調波発生回路および基準入力ＣＨ７）以外のアナログ部が故障した場合には、該当ＣＨの異常を検出し、共通部が故障したときには、基準入力ＣＨ７にて監視する。具体的には以下のように行われる。
【００２０】
今、高調波監視出力論理値：ｆｎ、高調波発生回路出力誤差：εｆｎ、ＡＦ誤差：ε１（ＣＨ１）〜εｎ（ＣＨｎ）、系統の高調波：εＡ１（ＣＨ１）〜    εＡｎ（ＣＨｎ）とすると、処理部５で検出する各チャンネルＣＨの高調波入力は次の通りとなる。
ＣＨ１：ｆｎ＋εｆｎ＋ε１＋εＡ１  …  （１）
ＣＨ２：ｆｎ＋εｆｎ＋ε２＋εＡ２  …  （２）
ＣＨ３：ｆｎ＋εｆｎ＋ε３＋εＡ３  …  （３）
ＣＨ４：ｆｎ＋εｆｎ＋ε４＋εＡ４  …  （４）
：                                      ：
ＣＨ７：ｆｎ＋εｆｎ＋ε７          …  （７）
従来の高調波監視では各ＣＨの高調波実効値が理論値ｆｎから一定値以上の差が生じたとき異常としている。つまり以下の誤差が検出レベル以上となった状態が一定時間継続したとき異常となる。
ＣＨ１：εｆｎ十ε１＋εＡ１        …  （１）’
ＣＨ２：εｆｎ十ε２＋εＡ２        …  （２）’
ＣＨ３：εｆｎ十ε３＋εＡ３        …  （３）’
ＣＨ４：εｆｎ＋ε４＋εＡ４        …  （４）’
これに対して図１で示す第１の実施形態では、高調波発生回路６からの信号入力の基準をＣＨ７とし、各ＣＨ１〜ＣＨ４は基準値ＣＨ７との差（実効値）を監視する方式とした。この場合の各ＣＨの誤差は以下の通りとなる。
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εｆｎ＞＞ε７より、（１）’〜（４）’に比べて（１１）〜（１４）は高調波検出誤差が圧縮される。
【００２１】
高調波発生回路の異常は、（７）式が所定値より外れていることで検出する。この場合の検出感度は、「高調波発生回路出力誤差十ＡＦ誤差」より十分大きな監視レベルとする。
したがって、図１で示す実施形態によれば、高調波発生回路６の誤差の影響を圧縮してアナログ部監視である高調波重畳監視の精度の向上を図ることができ、また、高調波発生回路の異常を検出するため、高調波発生回路から入力するチャンネルＣＨにて高調波発生回路の誤差に十分なマージンをもって監視できる。
【００２２】
図２は第２の実施形態を示す構成図である。
この実施形態は、チャンネルＣＨの空きがない場合に適用されるもので、監視基準信号供給部１０は系統の高調波成分の影響を受けにくいチャンネルＣＨに設けられる。そのチャンネルとしては、常時は入力のない零相電流（図２ではＩ０入力チャンネルＣＨ４）又は零相電圧要素の入力チャンネルを基準チャンネルとすることで、系統の影響を受けずに高調波発生回路の誤差を圧縮するものである。
【００２３】
具体的には、前述の（１）〜（７）式に基づいて演算することにより、（１１）〜（１４）式とほぼ同様の感度でアナログ部の監視を実施することができる。高調波発生回路の異常は、基準チャンネルＣＨが所定の値より外れていることを検出する。この場合の検出感度も図１と同様に、「高調波発生回路出力誤差十ＡＦ誤差」より十分大きな監視レベルし、同様の効果を得ることができる。
【００２４】
図３は第３の実施形態を示したもので、監視基準信号供給部１０を専用チャンネルとして高調波発生回路６とマルチプレクサ３間に直接設けたものである。
このように、高調波発生回路６の出力の一つを、被監視アナログフィルタを経ずに直接専用チャンネルＣＨ介して導入し、基準用として使用することにより各ＣＨ１〜ＣＨ７の誤差は以下の通り圧縮される。
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この方法では、基準チャンネルにはアナログフィルタＡＦを実装してないので、同一正弦波を印加した場合、基準チャンネルとアナログフィルタＡＦを実装したチャンネルＣＨ１〜ＣＨ７とでは位相ずれが生じる惧れがあるが、高調波の実効値による監視としているために問題は生じない。
高調波発生回路の異常検出は、基準チャンネルよりの値が所定の値より外れていることで検出するが、この場合の検出感度は「高調波発生回路出力誤差」より十分大きな監視レベルとする。
【００２５】
第３の実施形態によれば、高調波発生回路の出力を監視するために、アナログフィルタＡＦを有しない専用ＣＨ（回路）を監視部として追加し、その入力を高調波発生回路信号の基準として使用することで、高調波発生回路の誤差の影響を圧縮でき、これにより、アナログ部監視である高調波重畳監視の精度を向上することができる。
また、高調波発生回路の異常を検出するため、高調波発生回路から入力するチャンネルＣＨにて高調波発生回路の誤差に十分なマージンをもって監視することができる。
【００２６】
図４は第４の実施形態を示す構成図である。この例は、重畳する高調波と同じ次数の入力が系統から入った場合，すなわち、系統の状態に影響されずにアナログ入力部を監視するもので、アナログフィルタ２から処理部５までの第１のアナログ入力部Ａと同様に構成された第２のアナログ入力部Ｂを設けたものである。すなわち、アナログフィルタ１２、マルチプレクサ１３、Ａ／Ｄ変換器１４及び処理部１５よりなる第２のアナログ入力部Ｂを設け、系統の電流，電圧を入力変換器１を介してこの第２のアナログ入力部Ｂにも印加され、Ａ，Ｂはそれぞれ独立して高調波ｆｘ１，ｆｘ２を演算する。
【００２７】
２０は差演算部で、この差演算部２０は高調波発生回路６より高調波が重畳された第１のアナログ入力部Ａによって抽出された高調波ｆｘ１と、第２のアナログ入力部Ｂで抽出された系統のみの高調波ｆｘ２との差｜ｆｘ１−ｆｘ２｜を求めることによって重畳分の高調波を演算する。この差｜ｆｘ１−ｆｘ２｜分の値を前述した（１）’〜（４）’で示す従来と同様の判定式にて監視することで、系統の状態に影響されることなく高調波重畳監視を行うことことができる。
勿論、この実施形態に図１〜図３を適用すれば、更に精度は向上される。
【００２８】
図５は第５の実施形態を示したものである。
図５において図４と異なる点は、高調波発生回路６よりの高調波をアナログ入力部Ｂにも印加して系統入力に重畳させたことである。
アナログ入力部Ａ，Ｂにそれぞれ高調波を重畳し、処理部５、１５よりそれぞれ抽出された高調波ｆｘ１とｆｘ２’との差｜ｆｘ１−ｆｘ２’｜を差演算部２０にて求める。この差信号がアナログ入力部Ａ、Ｂ間の不揃誤差範囲内にあるか否かを監視することにより、系統の状態に影響されずにアナログ入力部の監視を行うことができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、高調波発生回路とアナログフィルタ間に監視基準信号供給部を設け、高調波発生回路よりの高調波を高調波監視用の基準信号として供給することによって、高調波発生回路の誤差影響を圧縮し、高調波重畳監視の精度向上を図ることができる。
また、高調波発生回路の異常を検出するため、高調波発生回路から入力するチャンネルにて高調波発生回路の誤差に十分なマージンをもって監視できる。
また、高調波監視用の基準信号を系統の高調波成分の影響を受けにくいチャンネルに供給することにより、系統の影響を受けずに高調波発生回路の誤差影響を圧縮し、高調波重畳監視の精度向上を図ることができる。
更には、アナログ入力部を併設することにより、系統状態に影響されずに監視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の実施形態を示す構成図。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す構成図。
【図３】本発明の第３の実施形態を示す構成図。
【図４】本発明の第４の実施形態を示す構成図。
【図５】本発明の第４の実施形態を示す構成図。
【図６】従来のアナログ入力部の監視装置を示す構成図。
【符号の説明】
１…入力変換器
２…アナログフィルタ
３…マルチプレクサ
４…Ａ／Ｄ変換器
５…処理部
６…高調波発生回路
１０…監視基準信号供給部
２０…差演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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