(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
継電保護装置によって、駆動対象の前段に位置する保護対象の電流形コンバータの入力部分及び出力部分の両側にそれぞれ位置する電流トランスの二次側電流をサンプリングして、前記入力部分の電流トランスに対応する引込線側の三相電流ｉＮａ、ｉＮｂ、ｉＮｃ、及び前記出力部分の電流トランスに対応する引出線側の三相電流ｉＭａ、ｉＭｂ、ｉＭｃを得るステップと、
前記引込線側の三相電流と前記引出線側の三相電流を整流して、等価の引込線側の入力電流ｉＮと引出線側の出力電流ｉＭを得るステップと、
両側の電流トランスの電流変成比に基づき前記引込線側の入力電流と前記引出線側の出力電流を換算し、過渡差動電流ｉｄｉｆｆと過渡制動電流ｉｒｅｓを得るステップと、
前記過渡差動電流と前記過渡制動電流に基づき差動電流Ｉｄｉｆｆと制動電流Ｉｒｅｓを得るステップと、
前記差動電流Ｉｄｉｆｆと制動電流Ｉｒｅｓに基づき差動保護を実現するステップと、を含む電流形コンバータの差動保護方法。
【請求項２】
前記過渡差動電流ｉｄｉｆｆは、前記引込線側の電流変成比に関係する定数を前記入力電流に乗算した第１電流値と、前記引出線側の電流変成比に関係する定数を前記出力電流に乗算した第２電流値との差分であり、
前記過渡制動電流ｉｒｅｓは、前記第１電流値と前記第２電流値との平均である、
請求項１に記載の電流形コンバータの差動保護方法。
【請求項３】
前記引込線側の三相電流と引出線側の三相電流を整流して、等価の引込線側の入力電流ｉＮと引出線側の出力電流ｉＭを得るステップは、継電保護装置の内部において、ハードウェアの三相整流ブリッジによってハードウェア整流を行うことで、整流後の等価の引込線側の入力電流ｉＮと引出線側の出力電流ｉＭを得るステップを含む請求項１に記載の電流形コンバータの差動保護方法。
【請求項４】
前記引込線側の三相電流と引出線側の三相電流を整流して、等価の引込線側の入力電流ｉＮと引出線側の出力電流ｉＭを得るステップは、デジタル整流によって、
【数１】
0006396999.tif 000042
に基づき、等価の引込線側の入力電流と引出線側の出力電流を得るステップを含む（ただし、
【数２】
0006396999.tif 000043
である）請求項１に記載の電流形コンバータの差動保護方法。
【請求項５】
前記引込線側の三相電流と引出線側の三相電流を整流して、等価の引込線側の入力電流ｉＮと引出線側の出力電流ｉＭを得るステップは、
【数３】
0006396999.tif 000044
に基づき、等価の引込線側の入力電流と引出線側の出力電流を得るステップを含む（ただし、符号ｎはサンプリングシリアル番号を示す）請求項１に記載の電流形コンバータの差動保護方法。
【請求項６】
前記両側の電流トランスの電流変成比に基づき前記引込線側の入力電流と前記引出線側の出力電流を換算して、過渡差動電流ｉｄｉｆｆと過渡制動電流ｉｒｅｓを得るステップは、
【数４】
0006396999.tif 000045
に基づき、過渡差動電流を得、
【数５】
0006396999.tif 000046
に基づき、過渡制動電流を得るステップを含む（ただし、ｎはサンプリングシリアル番号を示し、Ｋ１、Ｋ２は電流帰属係数であり、
【数６】
0006396999.tif 000047
である場合、
【数７】
0006396999.tif 000048
であり、
【数８】
0006396999.tif 000049
である場合、
【数９】
0006396999.tif 000050
である）請求項１に記載の電流形コンバータの差動保護方法。
【請求項７】
前記過渡差動電流と過渡制動電流に基づき差動電流Ｉｄｉｆｆと制動電流Ｉｒｅｓを得るステップは、
【数１０】
0006396999.tif 000051
に基づき、算術平均の関数変換を行って、差動電流Ｉｄｉｆｆと制動電流Ｉｒｅｓ、を得るステップを含む（ただし、ｎ又はｋはサンプリングシリアル番号を示し、Ｗはデータウィンドウの長さである）請求項１に記載の電流形コンバータの差動保護方法。
【請求項８】
前記過渡差動電流と過渡制動電流に基づき差動電流Ｉｄｉｆｆと制動電流を得るステップは、
【数１１】
0006396999.tif 000052
に基づき、
二乗平均平方根の関数変換を行って、差動電流Ｉｄｉｆｆと制動電流Ｉｒｅｓを得るステップを含む（ただし、ｎ又はｋはサンプリングシリアル番号を示し、Ｗはデータウィンドウの長さである）請求項１に記載の電流形コンバータの差動保護方法。
【請求項９】
差動電流Ｉｄｉｆｆと制動電流Ｉｒｅｓに基づき差動保護を実現するステップは、
前記差動電流と前記制動電流により、折れ線比率制動特性又は可変勾配比率制動特性に基づき差動保護を実現するステップを含む請求項１〜８のいずれかに記載の電流形コンバータの差動保護方法。
【請求項１０】
Ｉｄｉｆｆ＋とＩｒｅｓ＋により１組の差動電流と制動電流を構成し、Ｉｄｉｆｆ−とＩｒｅｓ−により１組の差動電流と制動電流を構成し、ＩｄｉｆｆとＩｒｅｓにより１組の差動電流と制動電流を構成する請求項７に記載の電流形コンバータの差動保護方法。
【請求項１１】
駆動対象の前段に位置する保護対象の電流形コンバータの入力部分及び出力部分の両側にそれぞれ位置する電流トランスの二次側電流をサンプリングして、前記入力部分の電流トランスに対応する引込線側の三相電流ｉＮａ、ｉＮｂ、ｉＮｃ、及び前記出力部分の電流トランスに対応する引出線側の三相電流ｉＭａ、ｉＭｂ、ｉＭｃを得るように配置されたサンプリングユニットと、
前記引込線側の三相電流と前記引出線側の三相電流を整流して、等価の引込線側の入力電流ｉＮと引出線側の出力電流ｉＭを得るように配置された整流ユニットと、
両側の電流トランスの電流変成比に基づき前記引込線側の入力電流と前記引出線側の出力電流を換算して、過渡差動電流ｉｄｉｆｆと過渡制動電流ｉｒｅｓを得るように配置された第１取得ユニットと、
前記過渡差動電流と前記過渡制動電流に基づき差動電流Ｉｄｉｆｆと制動電流Ｉｒｅｓを得るように配置された第２取得ユニットと、
前記差動電流Ｉｄｉｆｆと制動電流Ｉｒｅｓに基づき差動保護を実現するように配置された差動保護ユニットと、を含む継電保護装置。
【請求項１２】
前記過渡差動電流ｉｄｉｆｆは、前記引込線側の電流変成比に関係する定数を前記入力電流に乗算した第１電流値と、前記引出線側の電流変成比に関係する定数を前記出力電流に乗算した第２電流値との差分であり、
前記過渡制動電流ｉｒｅｓは、前記第１電流値と前記第２電流値との平均である、
請求項１１に記載の継電保護装置。
【請求項１３】
前記整流ユニットは、
継電保護装置の内部において、ハードウェアの三相整流ブリッジによって、ハードウェア整流を行うことで、整流後の等価の引込線側の入力電流ｉＮと引出線側の出力電流ｉＭを得るように配置された請求項１１に記載の継電保護装置。
【請求項１４】
前記整流ユニットは、
デジタル整流によって、
【数１２】
0006396999.tif 000053
に基づき、等価の引込線側の入力電流と引出線側の出力電流を得るように配置された（ただし、
【数１３】
0006396999.tif 000054
である）請求項１１に記載の継電保護装置。
【請求項１５】
前記整流ユニットは、
【数１４】
0006396999.tif 000055
に基づき、等価の引込線側の入力電流と引出線側の出力電流を得るように配置された（ただし、符号ｎはサンプリングシリアル番号を示す）請求項１１に記載の継電保護装置。
【請求項１６】
前記第１取得ユニットは、
【数１５】
0006396999.tif 000056
に基づき、過渡差動電流を得、
【数１６】
0006396999.tif 000057
に基づき、過渡制動電流を得るように配置された（ただし、ｎはサンプリングシリアル番号を示し、Ｋ１、Ｋ２は電流帰属係数であり、
【数１７】
0006396999.tif 000058
である場合、
【数１８】
0006396999.tif 000059
であり、
【数１９】
0006396999.tif 000060
である場合、
【数２０】
0006396999.tif 000061
である）請求項１１に記載の継電保護装置。
【請求項１７】
前記第２取得ユニットは、
【数２１】
0006396999.tif 000062
に基づき、算術平均の関数変換を行って、差動電流Ｉｄｉｆｆと制動電流Ｉｒｅｓを得るように配置された（ただし、ｎ又はｋはサンプリングシリアル番号を示し、Ｗはデータウィンドウの長さである）請求項１１に記載の継電保護装置。
【請求項１８】
前記第２取得ユニットは、
【数２２】
0006396999.tif 000063
に基づき、二乗平均平方根の関数変換を行って、差動電流Ｉｄｉｆｆと制動電流を得るように配置された（ただし、ｎ又はｋはサンプリングシリアル番号を示し、Ｗはデータウィンドウの長さである）請求項１１に記載の継電保護装置。
【請求項１９】
前記差動保護ユニットは、
前記差動電流と前記制動電流により、折れ線比率制動特性又は可変勾配比率制動特性に基づき差動保護を実現するように配置された請求項１１〜１８のいずれかに記載の継電保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施例は、パワーエレクトロニクス技術分野に関し、特に、電流形コンバータの差動保護方法及び継電保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高電力パワーエレクトロニクスコンバータ（インバータとも呼ばれることがある）は、出力波形のタイプによって、出力電圧波形が独立で制御可能なトポロジを有するコンバータが電圧形コンバータ（Voltage Source Converter又はVoltage Source Inverter、ＶＳＣ又はＶＳＩ）と呼ばれ、同様に、出力電流波形が独立で制御可能なトポロジを有するコンバータが電流形コンバータ（Current Source Converter又はCurrent Source Inverter、ＣＳＣ又はＣＳＩ）と呼ばれる。
【０００３】
この点に関しては、「パワーエレクトロニクス技術マニュアル」（[米]Muhammad H. Rashid編集長、翻訳 陳建業等、機械工業出版社、２００４年）の第１４章を参照する。
【０００４】
大容量のＣＳＣは電力システムに幅広く使用され、例えば大型発電機自励分巻励磁システムに応用される三相フルブリッジ制御整流器、大型揚水発電ユニットのポンプ稼動方式起動デバイスには応用される静的周波数コンバータ（Static Frequency Converter、ＳＦＣ）、大型ガスタービン発電機起動デバイスに応用される負荷転流形インバータ（Load Commutated Inverter、ＬＣＩ）、一部の大型牽引機器に応用されるコンバータがある。
【０００５】
これらの大容量のＣＳＣ機器に対して、内部の短絡故障を確実且つ迅速に判別できる継電保護方法が必要である。比率制動特性の差動保護方法（清華大学王維倹教授による「電気主要機器の継電保護原理および応用（第２版）」、中国電力出版社、２００２年を参照）は、電力システムに幅広く使用されている電力機器の内部短絡故障の判別方法であり、保護の信頼性が高く、動作速度が速いだけでなく、短絡故障が内部（領域内故障と呼ばれる）又は外部（領域外故障と呼ばれる）で発生したものであるかを区別することができる。被保護機器の引込線側と引出線側に、いずれも保護レベルの電流トランス（ＣＴ）が取り付けられ、従来の差動保護方法は、両側のＣＴの電力周波数電流を測定及び計算する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、電力システムに使用されるＣＳＣ機器は、引込線側（グリッド側）に電力周波数の交流電流が入力され、他方側の引出線側に周波数が大幅に変化する交流電流が出力される場合が多いので、従来の差動保護方法は、直接に両側の電流周波数が異なるものに使用されることができない。
【０００７】
従来、大容量のＣＳＣ機器によく用いられる継電保護方法は、過流保護、過負荷保護、三相電流非対称保護、電流変化率（ｄｉ/ｄｔ）保護などがある。これらの保護方法は、差動保護と比べて、保護動作時間が相対的に長い欠点が存在する。なお、これらの保護方法は、短絡故障が領域内又は領域外で発生するものであるかを区別することができない。
【０００８】
本発明の実施例は、従来の差動保護方法が電流形コンバータに適用されることができない問題を解決する電流形コンバータの差動保護方法及び継電保護装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の技術的解決手段は以下の通りである。
継電保護装置によって、保護対象の電流形コンバータ両側の電流トランスの二次側電流をサンプリングして、引込線側の三相電流ｉＮａ、ｉＮｂ、ｉＮｃ、及び引出線側の三相電流ｉＭａ、ｉＭｂ、ｉＭｃを得るステップと、
前記引込線側の三相電流と前記引出線側の三相電流を整流して、等価の引込線側の入力電流ｉＮと引出線側の出力電流ｉＭを得るステップと、
両側の電流トランスの電流変成比に基づき前記引込線側の入力電流と前記引出線側の出力電流を換算し、過渡差動電流ｉｄｉｆｆと過渡制動電流ｉｒｅｓを得るステップと、
前記過渡差動電流と前記過渡制動電流に基づき差動電流Ｉｄｉｆｆと制動電流Ｉｒｅｓを得るステップと、
前記差動電流Ｉｄｉｆｆと制動電流Ｉｒｅｓに基づき差動保護を実現するステップと、を含む電流形コンバータの差動保護方法。
【００１０】
好ましくは、前記引込線側の三相電流と引出線側の三相電流を整流して、等価の引込線側の入力電流ｉＮと引出線側の出力電流ｉＭを得るステップは、継電保護装置の内部において、ハードウェアの三相整流ブリッジによって、ハードウェア整流を行うことで、整流後の等価の引込線側の入力電流ｉＮと引出線側の出力電流ｉＭを得るステップを含む。
【００１１】
好ましくは、前記引込線側の三相電流と引出線側の三相電流を整流して、等価の引込線側の入力電流ｉＮと引出線側の出力電流ｉＭを得るステップは、
【数１】
0006396999.tif 000002
に基づき、等価の引込線側の入力電流と引出線側の出力電流を得るというデジタル整流を使用するステップを含む。ただし、
【数２】
0006396999.tif 000003
である。
【００１２】
好ましくは、前記引込線側の三相電流と引出線側の三相電流を整流して、等価の引込線側の入力電流ｉＮと引出線側の出力電流ｉＭを得るステップは、
【数３】
0006396999.tif 000004
に基づき、等価の引込線側の入力電流と引出線側の出力電流を得るステップを含む。ただし、符号ｎはサンプリングシリアル番号を示す。
【００１３】
好ましくは、前記両側の電流トランスの電流変成比に基づき前記引込線側の入力電流と前記引出線側の出力電流を換算して、過渡差動電流ｉｄｉｆｆと過渡制動電流ｉｒｅｓを得るステップは、
【数４】
0006396999.tif 000005
に基づき、過渡差動電流を得、
【数５】
0006396999.tif 000006
に基づき、過渡制動電流を得るステップを含む。ただし、ｎはサンプリングシリアル番号を示し、Ｋ１、Ｋ２は電流帰属係数であり、
【数６】
0006396999.tif 000007
である場合、
【数７】
0006396999.tif 000008
であり、
【数８】
0006396999.tif 000009
である場合、
【数９】
0006396999.tif 000010
である。
【００１４】
好ましくは、前記過渡差動電流と過渡制動電流に基づき差動電流Ｉｄｉｆｆと制動電流Ｉｒｅｓを得るステップは、
【数１０】
0006396999.tif 000011
に基づき、算術平均の関数変換を行って差動電流Ｉｄｉｆｆと制動電流Ｉｒｅｓを得るステップを含む。ただし、ｎ又はｋはサンプリングシリアル番号を示し、Ｗはデータウィンドウの長さである。
【００１５】
好ましくは、前記過渡差動電流と過渡制動電流に基づき差動電流Ｉｄｉｆｆと制動電流Ｉｒｅｓを得るステップは、
【数１１】
0006396999.tif 000012
に基づき、二乗平均平方根の関数変換を行って差動電流Ｉｄｉｆｆと制動電流を得るステップを含む。ただし、ｎ又はｋはサンプリングシリアル番号を示し、Ｗはデータウィンドウの長さである。
【００１６】
好ましくは、差動電流Ｉｄｉｆｆと制動電流Ｉｒｅｓに基づき差動保護を実現するステップは、
前記差動電流と前記制動電流により折れ線比率制動特性又は可変勾配比率制動特性に基づき差動保護を実現するステップを含む。
【００１７】
好ましくは、Ｉｄｉｆｆ＋とＩｒｅｓ＋により１組の差動電流と制動電流を構成し、Ｉｄｉｆｆ−とＩｒｅｓ−により１組の差動電流と制動電流を構成し、ＩｄｉｆｆとＩｒｅｓにより１組の差動電流と制動電流を構成する。
【００１８】
保護対象の電流形コンバータ両側の電流トランスの二次側電流をサンプリングして、引込線側の三相電流ｉＮａ、ｉＮｂ、ｉＮｃ、及び引出線側の三相電流ｉＭａ、ｉＭｂ、ｉＭｃを得るように配置されたサンプリングユニットと、
前記引込線側の三相電流と前記引出線側の三相電流を整流して、等価の引込線側の入力電流ｉＮと引出線側の出力電流ｉＭを得るように配置された整流ユニットと、
両側の電流トランスの電流変成比に基づき前記引込線側の入力電流と前記引出線側の出力電流を換算して、過渡差動電流ｉｄｉｆｆと過渡制動電流ｉｒｅｓを得るように配置された第１取得ユニットと、
前記過渡差動電流と前記過渡制動電流に基づき差動電流Ｉｄｉｆｆと制動電流Ｉｒｅｓを得るように配置された第２取得ユニットと、
前記差動電流Ｉｄｉｆｆと制動電流Ｉｒｅｓに基づき差動保護を実現するように配置された差動保護ユニットと、を含む継電保護装置。
【００１９】
好ましくは、前記整流ユニットは、継電保護装置の内部において、ハードウェアの三相整流ブリッジによってハードウェア整流を行うことで、整流後の等価の引込線側の入力電流ｉＮと引出線側の出力電流ｉＭを得るように配置された。
【００２０】
好ましくは、前記整流ユニットは、デジタル整流によって、
【数１２】
0006396999.tif 000013
に基づき、等価の引込線側の入力電流と引出線側の出力電流を得るように配置された。ただし、
【数１３】
0006396999.tif 000014
である。
【００２１】
好ましくは、前記整流ユニットは、
【数１４】
0006396999.tif 000015
に基づき、等価の引込線側の入力電流と引出線側の出力電流を得るように配置された。ただし、符号ｎはサンプリングシリアル番号を示す。
【００２２】
好ましくは、前記第１取得ユニットは、
【数１５】
0006396999.tif 000016
に基づき、過渡差動電流を得、
【数１６】
0006396999.tif 000017
に基づき、過渡制動電流を得るように配置された。ただし、ｎはサンプリングシリアル番号を示し、Ｋ１、Ｋ２は電流帰属係数であり、
【数１７】
0006396999.tif 000018
である場合、
【数１８】
0006396999.tif 000019
であり、
【数１９】
0006396999.tif 000020
である場合、
【数２０】
0006396999.tif 000021
である。
【００２３】
好ましくは、前記第２取得ユニットは、
【数２１】
0006396999.tif 000022
に基づき、算術平均の関数変換を行って差動電流Ｉｄｉｆｆと制動電流Ｉｒｅｓを得るように配置された。ただし、ｎ又はｋはサンプリングシリアル番号を示し、Ｗはデータウィンドウの長さである。
【００２４】
好ましくは、前記第２取得ユニットは、
【数２２】
0006396999.tif 000023
に基づき、二乗平均平方根の関数変換を行って差動電流Ｉｄｉｆｆと制動電流を得るように配置された。ただし、ｎ又はｋはサンプリングシリアル番号を示し、Ｗはデータウィンドウの長さである。
【００２５】
好ましくは、前記差動保護ユニットは、前記差動電流と前記制動電流に基づき、折れ線比率制動特性又は可変勾配比率制動特性により差動保護を実現するように配置された。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の実施例の有益な効果は以下の通りである。従来の電流形コンバータは両側の電流周波数の異なりによって差動保護を実現することができない問題を解決し、従来の電流形コンバータの継電保護は領域内故障と領域外故障を区別できない問題を解決するとともに、電流形コンバータに高速の継電保護方法を提供し、該方法は二次回路の配線が簡単で、保護定数の設定が便利で、使用が簡単である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は本発明の実施例における電流形コンバータ差動保護の配線模式図である。
【図２】図２は本発明の実施例における他の電流形コンバータ差動保護の配線模式図である。
【図３】図３は本発明の実施例における電流形コンバータ差動保護の一実例で実測した引込線側の三相電流波形である。
【図４】図４は本発明の実施例における電流形コンバータ差動保護の一実例で実測した引出線側の三相電流波形である。
【図５】図５は本発明の実施例における電流形コンバータ差動保護の一実例で計算した差動電流及び制動電流である。
【図６】図６は本発明の実施例における電流形コンバータ差動保護の二重折れ線の比率制動特性図の模式図である。
【図７】図７は本発明の実施例における電流形コンバータ差動保護の可変勾配比率制動特性図の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の方法を具体的に説明するために、ここで、５０ＭＷ揚水発電ユニットの静的周波数コンバータＳＦＣを例として、本発明の具体的な実施形態を説明する。
【００２９】
図１において、ＢＵＳはグリッド引込線側バスバーであり、ＣＢ１は引込線側遮断器であり、ＣＢ２は引出線側遮断器であり、Ｔ１は引込線側絶縁変圧器であり、Ｔ２は引出線側絶縁変圧器であり、ＮＢ１、ＮＢ２は引込線側整流ブリッジ（ネットワークブリッジと略称）であり、ＭＢは引出線側インバータブリッジ（機械ブリッジと略称）であり、Ｌはコンバータ直流リアクトルであり、Ｇは発電モータであり、ＣＴ１〜ＣＴ５は三相電流トランスであり、図において、ａは継電保護装置を示す。図２と図１との区別は、引出線側絶縁変圧器がなく、引込線側整流ブリッジが１組だけであることにある。図１は一般的なＳＦＣ配線模式図であり、図２は一般的なＬＣＩ配線模式図である。
【００３０】
図３はコンバータのある可変周波数起動過程に実測した引込線側の三相電流波形であり、ｉＮａはａ相電流であり、ｉＮｂはｂ相電流であり、ｉＮｃはｃ相電流である。
【００３１】
図４はコンバータのある可変周波数起動過程に実測した引出線側の三相電流波形であり、ｉＭａはａ相電流であり、ｉＭｂはｂ相電流であり、ｉＭｃはｃ相電流である。
【００３２】
図５は図３、図４のデータの計算結果であり、ＩｄｉｆｆとＩｒｅｓは本発明の実施例の式９によって算出した差動電流と制動電流である。
【００３３】
図６における横座標Ｉｒｅｓは制動電流であり、縦座標Ｉｄｉｆｆは差動電流であり、二重折れ線の比率制動特性曲線ＡＢＣは、曲線の上方が差動保護動作領域であり、曲線の下方が差動保護制動領域であり、Ｉｏｐ，０が開始点Ａに対応する差動電流値であり、Ｉｒｅｓ，０が変曲点Ｂに対応する制動電流値である。
【００３４】
図７における横座標Ｉｒｅｓは制動電流であり、縦座標Ｉｄｉｆｆは差動電流であり、可変勾配の比率制動特性曲線ＡＢＣＤは、曲線の上方が差動保護動作領域であり、曲線の下方が差動保護制動領域であり、Ｉｏｐ，０が開始点Ａに対応する差動電流値であり、Ｋｂｌ１が開始比率差動勾配（曲線のＡ点における勾配）、Ｉｒａｔｅｄが保護対象の機器の定額電流（ＣＴ二次値に換算した）であり、ａが最も大きい比率制動係数時の制動電流倍数であり、Ｋｂｌ２が最も大きい比率差動勾配（曲線のＣ点における勾配）であり、ＣＤ区間が直線区間である。
【００３５】
例えば、揚水発電モータは定額電力が５０ＭＷで、定額電圧が１０．５ｋＶで、定額電力因数が０．８５である。配置されたＳＦＣは、図１に示すように、引込線側バスバーの電圧が１０．５ｋＶであり、引込線変圧器Ｔ１は、容量が４ＭＶＡの三巻線変圧器であり、電圧変成比が１０．５ｋＶ／０．７ｋＶ／０．７ｋＶであり、変圧器の配線方式がＤｄ０ｙ１である。ＳＦＣの引込線側は、２組の整流ブリッジＮＢ１とＮＢ２のカスケードであり、整流ブリッジ交流側の三相電流トランスＣＴ２、ＣＴ３の電流変成比はいずれも２０００Ａ／１Ａである。ＳＦＣの引出線側は、１組のインバータブリッジＭＢであり、インバータブリッジ交流側の三相電流トランスＣＴ４の電流変成比は２０００Ａ／１Ａである。インバータブリッジ出力の後に容量が４ＭＶＡの二巻線変圧器Ｔ２が接続され、電圧変成比が１．４ｋＶ／１０．５ｋＶであり、変圧器の配線方式がＹｄ１であり、該変圧器出力の後に発電モータＧが接続されている。
【００３６】
ここで、ＳＦＣの両側電流は、ＣＴ２によって測定した引込線側電流とＣＴ４によって測定した出力側電流を例として、本発明の実施例の方法によって差動保護を実現することができる。同様に、ＣＴ３によって測定した引込線側電流とＣＴ４によって測定した出力側電流に対しても差動保護を実現することができる。
【００３７】
本発明の実施例の具体的なステップは、以下の通りである。
（１）電流サンプリング
継電保護装置によって、電流トランスＣＴ２の二次側電流をサンプリングして、引込線側の三相電流（ＣＴ電流二次値）データシーケンスｉＮａ（ｎ）、ｉＮｂ（ｎ）、ｉＮｃ（ｎ）を得る。また、継電保護装置によって、電流トランスＣＴ４の二次側電流をサンプリングして、引出線側の三相電流（ＣＴ電流二次値）データシーケンスｉＭａ（ｎ）、ｉＭｂ（ｎ）、ｉＭｃ（ｎ）を得る。符号ｎはサンプリングシリアル番号を示し、下付きＮａ、Ｎｂ、Ｎｃは引込線側（グリッド側）のａ相、ｂ相、ｃ相を示し、下付きＭａ、Ｍｂ、Ｍｃは引出線側のａ相、ｂ相、ｃ相を示す。Ｗはサンプリングデータウィンドウの長さであり、中国の継電保護装置では、通常、Ｗを２４とする。
【００３８】
図３は該揚水発電ユニットの静的周波数コンバータＳＦＣの可変周波数起動過程に実測した引込線側の三相電流波形である。図４は該揚水発電ユニットＳＦＣの可変周波数起動過程に実測した引出線側の三相電流波形である。可変周波数起動過程において、引込線側の三相電流の周波数が電力周波数の５０Ｈｚに維持しているが、引出線側の三相電流の周波数が大幅に変化し、５０Ｈｚまで徐々に上昇した。可変周波数起動過程において、前段階はパルス転流過程であり、電流が断続的に流れ、後階段は負荷転流過程であり、電流が連続的に流れる。
【００３９】
（２）整流
整流方法は、
（一）、継電保護装置の内部において、ハードウェアの三相整流ブリッジによって、整流後の等価の引込線側の入力電流ｉＮと引出線側の出力電流ｉＭを得るハードウェア整流と、
（二）、まず、サンプリングによって引込線側の三相電流と引出線側の三相電流の値を得、次に、計算によって、等価の引込線側の入力電流ｉＮと引出線側の出力電流ｉＭを得るソフトウェア整流（デジタル整流とも呼ばれる）との２種がある。
【００４０】
本発明の実施例において、それぞれ引込線側（グリッド側）三相電流と引出線側の三相電流をデジタル整流する。整流方法は、下式１、２によって、データシーケンスを得る。
【数２３】
0006396999.tif 000024
【００４１】
ただし、
【数２４】
0006396999.tif 000025
【００４２】
或いは、下式１’、２’によってデジタル整流して、データシーケンスを得る。
【数２５】
0006396999.tif 000026
【００４３】
デジタル整流を経て、両側の電流が変動する直流に変換された。ＳＦＣの内部に短絡故障がない場合に、ＳＦＣに流入する直流はＳＦＣから流出する直流とほぼ等しく、ＳＦＣの内部に短絡故障がある場合に、流入と流出が異なり、顕著な差動電流が発生する。
【００４４】
なお、本発明の実施例において、＋は、電流が整流ブリッジの上ブリッジアームから流出する方向を示し、−は、電流が整流ブリッジの下ブリッジアームから流れ戻す方向を示す。
【００４５】
（３）過渡差動電流と過渡制動電流の計算
上記の等価の両側電流を引算し、下式５によって計算して過渡差動電流を得る。
【数２６】
0006396999.tif 000027
によって等価の両側電流を平均し、下式６によって、計算して過渡制動電流を得る。
【数２７】
0006396999.tif 000028
【００４６】
式５、式６におけるＫ１、Ｋ２は電流帰属係数であり、引込線側及び引出線側のＣＴ電流変成比に関係する。一般的に、ＣＴ変成比が小さい側に帰属する。引込線側のＣＴ２電流変成比はｎＣＴ，Ｎ＝２０００Ａ／１Ａであり、引出線側のＣＴ４電流変成比はｎＣＴ，Ｍ＝２０００Ａ／１Ａである。上記の式７を参照し、電流帰属係数はＫ１＝Ｋ２＝１である。
【００４７】
（４）差動電流と制動電流の計算
差動電流と制動電流の計算は、
差動電流、制動電流の計算方法は二つある。
【００４８】
一つは算術平均法であり、差動電流、制動電流は下式９のとおりである。
【数２８】
0006396999.tif 000029
【００４９】
もう一つは二乗平均アルゴリズムである。差動電流、制動電流は下式１０のとおりである。
【数２９】
0006396999.tif 000030
【００５０】
式９、式１０において、Ｗはデータウィンドウの長さであり、１つの電力周波数周期内のサンプリング数の０．５〜１．０倍とすることができる。Ｗは１つの電力周波数周期内のサンプリング数である場合に、全データウィンドウと呼ばれ、Ｗは１つの電力周波数周期内のサンプリング数より小さい場合に、ショートデータウィンドウと呼ばれる。ショートデータウィンドウを採用する場合に、差動保護の動作速度を加速させることができる。通常、継電保護装置の１つの電力周波数周期内のサンプリング数が２４であり、この時、Ｗは１２〜２４範囲の値を取ることができる。
【００５１】
式９又は式１０による計算に関わらず、Ｉｄｉｆｆ＋とＩｒｅｓ＋により１組の差動電流と制動電流を構成し、通常の折れ線比率制動特性（図６に示す）又は可変勾配比率制動特性（図７に示す）で差動保護を実現することができる。同様に、Ｉｄｉｆｆ−とＩｒｅｓ−により1組の差動電流と制動電流を構成し、ＩｄｉｆｆとＩｒｅｓにより１組の差動電流と制動電流を構成することもできる。
【００５２】
図５は本発明の実施例の式９によって算出した結果であり、これにより、該揚水発電ユニットＳＦＣに故障がない場合に、本発明の実施例において算出した差動電流が非常に小さく、制動電流が比較的大きく、差動保護が確実に動作しないようにすることができる。
【００５３】
差動定値の調整方法は、「ＤＬ/Ｔ６８４−２０１２大型発電機変圧器継電保護調整計算導則」、又は「発電所継電保護調整計算及びその運転技術」（許正亜編集、中国水利水電出版社、２００９年）を参照することができる。
【００５４】
本発明の実施例は対応的に継電保護装置を提供し、該装置は、
保護対象の電流形コンバータ両側の電流トランスの二次側電流をサンプリングして、引込線側の三相電流ｉＮａ、ｉＮｂ、ｉＮｃと、引出線側の三相電流ｉＭａ、ｉＭｂ、ｉＭｃを得るように配置されたサンプリングユニットと、
前記引込線側の三相電流と前記引出線側の三相電流を整流して、等価の引込線側の入力電流ｉＮと引出線側の出力電流ｉＭを得るように配置された整流ユニットと、
両側の電流トランスの電流変成比に基づき前記引込線側の入力電流と前記引出線側の出力電流を換算して、過渡差動電流ｉｄｉｆｆと過渡制動電流ｉｒｅｓを得るように配置された第１取得ユニットと、
前記過渡差動電流と前記過渡制動電流に基づき差動電流Ｉｄｉｆｆと制動電流Ｉｒｅｓを得るように配置された第２取得ユニットと、
前記差動電流Ｉｄｉｆｆと制動電流Ｉｒｅｓに基づき差動保護を実現するように配置された差動保護ユニットと、を含む。
【００５５】
選択的に、前記整流ユニットは、
【数３０】
0006396999.tif 000031
に基づき、等価の引込線側の入力電流と引出線側の出力電流を得るように配置された。ただし、
【数３１】
0006396999.tif 000032
である。
【００５６】
選択的に、前記整流ユニットは、
【数３２】
0006396999.tif 000033
に基づき、等価の引込線側の入力電流と引出線側の出力電流を得るように配置された。ただし、符号ｎはサンプリングシリアル番号を示す。
【００５７】
選択的に、前記第１取得ユニットは、
【数３３】
0006396999.tif 000034
に基づき、過渡差動電流を得、
【数３４】
0006396999.tif 000035
に基づき、過渡制動電流を得るように配置された。ただし、ｎはサンプリングシリアル番号を示し、Ｋ１、Ｋ２は電流帰属係数であり、
【数３５】
0006396999.tif 000036
である場合、
【数３６】
0006396999.tif 000037
であり、
【数３７】
0006396999.tif 000038
である場合、
【数３８】
0006396999.tif 000039
である。
【００５８】
選択的に、前記第２取得ユニットは、
【数３９】
0006396999.tif 000040
に基づき、算術平均の関数変換を行って、差動電流Ｉｄｉｆｆと制動電流Ｉｒｅｓを得るように配置された。ただし、ｎ又はｋはサンプリングシリアル番号を示し、Ｗはデータウィンドウの長さである。
【００５９】
選択的に、前記第２取得ユニットは、
【数４０】
0006396999.tif 000041
に基づき、二乗平均平方根の関数変換を行って、差動電流Ｉｄｉｆｆと制動電流を得るように配置された。ただし、ｎ又はｋはサンプリングシリアル番号を示し、Ｗはデータウィンドウの長さである。
【００６０】
選択的に、前記差動保護ユニットは、
前記差動電流と前記制動電流に基づき、折れ線比率制動特性又は可変勾配比率制動特性によって差動保護を実現するように配置された。
【００６１】
以上の実施例は、本発明の技術思想を説明するためのものに過ぎず、これによって本発明の保護範囲を制限してはいけない。本発明に基づき提案する技術思想、及び技術的解決手段に基づいた等価の置換又は変更は、いずれも本発明の保護範囲に属するものである。
【図１】
0006396999.tif 000064
【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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【図７】
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