(57)【要約】【課題】Ａ／Ｄ変換部が飽和した場合であっても、簡易な構成で電力系統の事故発生をより精度よく判定することが可能なディジタル形の保護継電装置を提供する。【解決手段】保護継電装置は、電力系統の電気量を予め定められたサンプリング周期でディジタルデータに変換するＡＤ変換部と、当該ディジタルデータを時系列データとして格納するデータ格納部と、時系列データに基づいてＡＤ変換部が飽和しているか否かを判定する飽和判定部と、ＡＤ変換部が飽和している場合に時系列データを補正する補正部と、補正された電気量のディジタルデータと動作時間特性とに基づいて、リレー演算を行なうリレー演算部とを備える。補正部は、ＡＤ変換部の飽和期間における時系列データを補正して、当該補正後の電気量のディジタルデータのピーク値を当該補正前の電気量のディジタルデータのピーク値よりも大きくする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディジタル形の保護継電装置であって、
電力系統の電気量を取り込んで、当該電気量を予め定められたサンプリング周期でディジタルデータに変換するＡＤ（Analog  to  Digital）変換部と、
前記電気量のディジタルデータを、前記電気量の時系列データとして格納するデータ格納部と、
前記データ格納部に格納された電気量の時系列データに基づいて、前記ＡＤ変換部が飽和しているか否かを判定する飽和判定部と、
前記飽和判定部により前記ＡＤ変換部が飽和していると判定された場合に、前記電気量の時系列データを補正する補正部と、
前記補正部により補正された電気量のディジタルデータと、前記保護継電装置の動作時間特性とに少なくとも基づいて、リレー演算を行なうリレー演算部とを備え、
前記補正部は、前記電気量の時系列データのうち前記ＡＤ変換部の飽和期間における時系列データを補正することにより、当該補正後の前記電気量のディジタルデータのピーク値を当該補正前の前記電気量のディジタルデータのピーク値よりも大きくする、保護継電装置。
【請求項２】
前記リレー演算部によるリレー演算結果に基づいて、前記電力系統に設けられた遮断器に遮断信号を出力する出力部をさらに備える、請求項１に記載の保護継電装置。
【請求項３】
前記飽和判定部は、前記データ格納部に格納された電気量の時系列データの中に、同じ値となるデータが予め定められた個数以上連続して存在する場合に、前記ＡＤ変換部が飽和したと判定する、請求項１または請求項２に記載の保護継電装置。
【請求項４】
前記リレー演算部は、前記補正部により補正された前記電気量のディジタルデータと、前記保護継電装置の過負荷耐量特性および前記動作時間特性を合成した合成特性とに基づいて、リレー演算を行なう、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の保護継電装置。
【請求項５】
前記リレー演算部によるリレー演算結果に基づいて、異常を報知する報知部をさらに備える、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の保護継電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ディジタル形の保護継電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電力系統には、落雷等の事故が発生した場合に、遮断器を開放して事故区間を系統から切り離すための保護継電装置が設けられる。保護継電装置は、送電線の電圧・電流を入力として事故発生を検出し、事故発生時には遮断器に対して遮断指令（トリップ指令）を出力するように構成される。
【０００３】
たとえば、特開平６−２２４３８号公報（特許文献１）は、他の機器等との保護協調を必要とする保護継電装置を開示している。この保護継電装置は、任意の動作時間特性曲線図を入力する曲線図入力手段と、この曲線図入力手段で入力された曲線図をデータ化するデータ化手段と、このデータ化手段でデータ化されたデータを取り込む入力手段と、この入力手段で取り込んだデータを記憶する記憶手段とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２２４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の保護継電装置は、マイクロコンピュータ内にＡＤ（Analog  to  Digital）変換器を含んでいる。このＡ／Ｄ変換器は、Ｒ相整流平滑回路およびＴ相整流平滑回路からの出力信号を取り込んで、電流信号データとしてマイクロコンピュータに入力することが開示されている。
【０００６】
ここで、Ａ／Ｄ変換器においては、入力されたアナログ信号の大きさに対して変換可能な最大値（ディジタル値）が予め定められている。そのため、Ａ／Ｄ変換器に対して大電流のアナログ信号が入力された場合には、飽和（フルスケールオーバ）してしまい、入力されたアナログ信号の大きさを正確に反映することができない（実際よりも小さく反映する）。したがって、たとえば、過電流が発生しているにも関わらず、過電流が発生していないという誤った判定をしてしまう可能性がある。特許文献１では、Ａ／Ｄ変換器の飽和について考慮していないことから、上記のような問題が生じる可能性がある。
【０００７】
本開示は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、ある局面における目的は、Ａ／Ｄ変換部が飽和した場合であっても、簡易な構成で電力系統の事故発生をより精度よく判定することが可能なディジタル形の保護継電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ある実施の形態に従うと、ディジタル形の保護継電装置が提供される。保護継電装置は、電力系統の電気量を取り込んで、当該電気量を予め定められたサンプリング周期でディジタルデータに変換するＡＤ変換部と、電気量のディジタルデータを、電気量の時系列データとして格納するデータ格納部と、データ格納部に格納された電気量の時系列データに基づいて、ＡＤ変換部が飽和しているか否かを判定する飽和判定部と、飽和判定部によりＡＤ変換部が飽和していると判定された場合に、電気量の時系列データを補正する補正部と、補正部により補正された電気量のディジタルデータと、保護継電装置の動作時間特性とに少なくとも基づいて、リレー演算を行なうリレー演算部とを備える。補正部は、電気量の時系列データのうちＡＤ変換部の飽和期間における時系列データを補正することにより、当該補正後の電気量のディジタルデータのピーク値を当該補正前の電気量のディジタルデータのピーク値よりも大きくする。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によると、Ａ／Ｄ変換部が飽和した場合であっても、簡易な構成で電力系統の事故発生をより精度よく判定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】保護継電装置の全体構成を示す図である。
【図２】電圧増幅器の回路を示す図である。
【図３】電圧増幅器の出力電圧波形を示す図である。
【図４】演算処理部の機能構成を示すブロック図である。
【図５】演算処理部の演算方式を説明するための図である。
【図６】保護継電装置の動作時間特性および過負荷耐量特性の一例を示す図である。
【図７】図６中の動作時間特性および過負荷耐量特性を合成した合成特性を示す図である。
【図８】計器用変流器の特性を説明するための図である。
【図９】保護継電装置の処理手順を示すフローチャート（その１）である。
【図１０】保護継電装置の処理手順を示すフローチャート（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００１２】
＜全体構成＞
図１は、保護継電装置１００の全体構成を示す図である。図１を参照して、保護継電装置１００は、ディジタル形の保護継電装置であり、たとえば、電気所（変電所）の内部に設置される。保護継電装置１００は、電力系統を構成する送電線５、母線および変圧器などの電気設備に関連した電流および電圧の情報（系統電気量）を収集し、その収集した系統電気量に基づいて電力系統の保護および制御を行なう。
【００１３】
電気所の内部には、保護継電装置１００の他に、変圧器（図示しない）、計器用変流器ＣＴ（Current  Transformer）および計器用変圧器ＶＴ（Voltage  Transformer）、遮断器ＣＢ（Circuit  Breaker）および断路器（図示しない）などの開閉器が設置されている。計器用変流器ＣＴは、送電線５を流れる電流を測定する。計器用変圧器ＶＴは、送電線５に生じる電圧を測定する。計器用変流器ＣＴが測定した電流、および計器用変圧器ＶＴが測定した電圧の情報は、保護継電装置１００に入力される。
【００１４】
保護継電装置１００は、収集した系統電気量を用いてリレー演算などの電力系統を保護するために必要な演算を実行し、電力系統における事故の発生の有無を判定する。保護継電装置１００は、送電線５や母線において事故を検出すると、遮断器ＣＢに対して遮断指令（トリップ信号）を出力する。
【００１５】
なお、電流および電圧のいずれか一方のみしかリレー演算に使用されない場合は、保護継電装置１００は、リレー演算に必要な電流または電圧を取り込むように構成されていてもよい。以下では、説明の容易化のため、保護継電装置１００は、過電流継電装置として機能し、計器用変流器ＣＴからの電流を用いて電力系統における事故発生（送電線５での過電流の発生）の有無を判定する構成について説明する。
【００１６】
保護継電装置１００は、補助変成部１０と、ＡＤ（Analog  to  Digital）変換部２０と、演算処理部３０とを含む。
【００１７】
補助変成部１０は、計器用変流器ＣＴからの系統電気量（ここでは、系統電流）を取り込み、より小さな電気量に変換して出力する。具体的には、補助変成部１０は、計器用変流器ＣＴから入力された電流信号の電圧レベルを保護継電装置１００の内部で処理可能な電圧レベルに変換する。
【００１８】
より詳細には、補助変成部１０には、送電線５の電流を一次電流とする計器用変流器ＣＴの二次電流が入力される。二次電流は、計器用変流器ＣＴの変流比ｋ（ｋ＞１）に応じて、一次電流が（１／ｋ）倍された電流である。一次電流および二次電流は、系統周波数を基本周波数とする交流電流である。補助変成部１０は、入力電流に応じたアナログ電圧を発生する。アナログ電圧は、系統周波数を基本周波数とする交流電圧を示すアナログ信号である。
【００１９】
ＡＤ変換部２０は、補助変成部１０から出力されるアナログ電圧を取り込んでディジタルデータに変換する。具体的には、ＡＤ変換部２０は、アナログ入力回路２１と、ＡＤ変換器２７とを含む。
【００２０】
アナログ入力回路２１は、電圧増幅器、アナログフィルタなどを含む。電圧増幅器は、補助変成部１０からのアナログ電圧をＡＤ変換器２７の処理に適したレベルに増幅する。アナログフィルタは、アナログ電圧に含まれる高周波成分を除去するための周波数特性を有するように構成される。アナログフィルタを通過したアナログ電圧は、Ａ／Ｄ変換器２７に入力される。
【００２１】
Ａ／Ｄ変換器２７は、アナログ電圧を予め定められたサンプリング周期に従ってサンプリングすることによって、ディジタルデータに変換する。サンプリング周期は、系統周波数の逆数に相当する、系統電力の１サイクル（電気角３６０°）を複数に分割するように定められる。たとえば、Ａ／Ｄ変換器２７は、アナログ電圧を電気角３０度毎にサンプリングすることによって、ディジタルデータを生成する。ＡＤ変換器２７は、ディジタルデータを演算処理部３０へ出力する。
【００２２】
演算処理部３０は、マイクロコンピュータを主体として構成される。具体的には、演算処理部３０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）３２と、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）３３と、ＲＡＭ３４と、ＤＯ（ディジタル出力）回路３６と、ＤＩ（ディジタル入力）回路３７とを含む。これらはバス３１で結合されている。
【００２３】
ＣＰＵ３２は、制御部として、予めＲＯＭ３３に格納されたプログラムを読み出して実行することによって、保護継電装置１００の動作を制御する。ＣＰＵ３２は、たとえば、マイクロプロセッサである。なお、当該ハードウェアは、ＣＰＵ以外のＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）、ＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）およびその他の演算機能を有する回路などであってもよい。
【００２４】
具体的には、ＣＰＵ３２は、バス３１を介して、ＡＤ変換部２０から出力されるディジタルデータを取り込む。ＣＰＵ３２は、ＲＯＭ３３に格納されているプログラムに従って、取り込んだディジタルデータを用いてリレー演算を実行する。ＣＰＵ３２は、リレー演算結果に基づいて、保護区間（保護すべき領域）の事故の有無を判定する。ＣＰＵ３２は、事故を検出した場合には、ＤＯ回路３６を介して、当該事故区間を電力系統から切り離すために電力系統に接続された遮断器ＣＢに対して遮断指令を出力する。
【００２５】
ＤＩ回路３７は、たとえば、遮断器ＣＢの開閉情報を示す信号であるディジタル入力信号を受ける。ＤＩ回路３７には、遮断器ＣＢからのディジタル入力信号の他、図示しない断路器の開閉情報を示すディジタル入力信号が入力されてもよい。
【００２６】
＜ＡＤ変換部２０の飽和＞
ＡＤ変換部２０は、補助変成部１０から出力されるアナログ電圧を取り込んでディジタルデータに変換する。ここで、補助変成部１０により取り込まれた入力電流（二次電流）が過電流である場合には、ＡＤ変換部２０に過電流に応じたアナログ電圧が入力される。そのため、ＡＤ変換部２０から演算処理部３０への出力が飽和する場合がある。ＡＤ変換部２０から演算処理部３０への出力が飽和してしまう要因としては、アナログ入力回路２１に含まれる電圧増幅器の出力の飽和と、ＡＤ変換器２７の出力の飽和とが考えられる。
【００２７】
図２は、電圧増幅器の回路を示す図である。図２を参照して、電圧増幅器は、たとえば、オペアンプ２０１および抵抗Ｒ１，Ｒ２を含む反転増幅器である。このような電圧増幅器から出力される電圧値は、電圧増幅器に与えている電源電圧（図２では５Ｖ）の範囲で規定される。具体的には、電圧増幅器は、電源電圧（５Ｖ）以上の電圧を出力できない。そのため、入力電圧が大きい場合には、図３に示すように出力電圧が電源電圧で一定（飽和）になってしまう場合がある。
【００２８】
図３は、電圧増幅器の出力電圧波形を示す図である。具体的には、図３（ａ）は、出力電圧が飽和していない場合の出力波形である。図３（ｂ）は、出力電圧が飽和している場合の出力波形である。なお、出力電圧波形は、基本波成分のみの交流電圧を示している。図３を参照して、飽和していない場合の出力波形は、理想的な正弦波となっているが（図３（ａ）参照）、飽和している場合の出力波形は、歪み波形となっている（図３（ｂ）参照）。歪み波形のピーク値（５Ｖ）は、仮に歪みが無かった場合の理想的な正弦波のピーク値（図３（ｂ）のＶｐ）よりも小さくなってしまう。
【００２９】
また、ＡＤ変換器２７においても、出力値が飽和してしまうことが考えられる。ＡＤ変換器２７が変換（出力）可能な電圧範囲（フルスケール電圧）は、ＡＤ変換器２７に与えられる電源電圧（たとえば、５Ｖ）の範囲で規定される。具体的には、ＡＤ変換器２７に入力されたアナログ電圧が電源電圧を超える場合には、ＡＤ変換器２７は、当該アナログ電圧に対応するディジタル値を出力することはできない。この場合、ＡＤ変換器２７からの出力値は、たとえば、電源電圧値（ディジタル値）で一定（飽和）になる。
【００３０】
このことから、ＡＤ変換部２０から演算処理部３０への出力値は、電圧増幅器およびＡＤ変換器２７の電源電圧のうち小さい方の電源電圧の範囲で規定される。上記のように、電圧増幅器およびＡＤ変換器２７の電源電圧が５Ｖの場合には、ＡＤ変換部２０の最大出力値は、５Ｖ（ディジタル値）となる。たとえば、電圧増幅器の電源電圧が６Ｖであり、ＡＤ変換器２７の電源電圧が５Ｖの場合には、ＡＤ変換部２０の最大出力値は、５Ｖ（ディジタル値）となる。
【００３１】
＜保護継電装置の動作＞
上記のように、演算処理部３０が飽和したＡＤ変換部２０から出力されるディジタルデータをそのまま用いてリレー演算を行なうと、たとえば、送電線５に過電流が発生しているにも関わらず、過電流が発生していないという誤った判定をする可能性がある。
【００３２】
本実施の形態では、演算処理部３０は、ＡＤ変換部２０から予め定められたサンプリング周期ごとに出力されるディジタルデータを用いて、ＡＤ変換部２０が飽和か否かを判定する。そして、演算処理部３０は、ＡＤ変換部２０が飽和していると判定した場合には、飽和期間のディジタルデータを補正して、当該補正されたディジタルデータを用いてリレー演算を行なう。
【００３３】
図４は、演算処理部３０の機能構成を示すブロック図である。図５は、演算処理部３０の演算方式を説明するための図である。
【００３４】
図４を参照して、演算処理部３０は、ディジタルフィルタ１０２と、データ格納部１０４と、飽和判定部１０６と、補正部１０８と、リレー演算部１１０と、出力部１１２と、報知部１１４とを含む。これらの各機能は、演算処理部３０のＣＰＵ３２がＲＯＭ３３に格納されたプログラムを実行することによって実現される。なお、これらの機能の一部または全部はハードウェアで実現されるように構成されていてもよい。
【００３５】
ディジタルフィルタ１０２は、Ａ／Ｄ変換器２７から出力されたディジタルデータに対して、高調波成分や直流分を除去するための信号処理を実行する。この結果、ディジタルフィルタ１０２から出力されたディジタルデータは、送電線５の電流から基本周波数（系統周波数）の成分を抽出した交流信号（交流電流データ）となる。交流電流データは、サンプリング周期Ｔごとのディジタル値としてデータ格納部１０４に順次格納され、リレー演算に用いられる。
【００３６】
なお、サンプリング周期Ｔは、定格周波数ｆｒのＫ倍（Ｋは偶数）のサンプリング周波数ｆｓ（ｆｓ＝Ｋ×ｆｒ）に対応する（Ｔ＝１／ｆｓ）。以下の説明では、Ｋ＝１２とし、サンプリング周期Ｔは電気角３０°に相当する時間であり、サンプリング周波数ｆｓは１２×ｆｒ（ｆｒは電力系統の定格周波数）であるとする。なお、他の例として、Ｋ＝１６の場合、サンプリング周期Ｔは電気角２２．５°に相当する時間であり、サンプリング周波数は１６×ｆｒとなる。
【００３７】
データ格納部１０４は、ディジタルフィルタ１０２を通過した交流電流データを、電流の時系列データとして格納する。データ格納部１０４は、リレー演算に必要な現時点から数サイクル前までの交流電流データを格納する。なお、適用されるリレー演算によって蓄積されるデータ数は異なる。図５を参照して、たとえば、現時点の電流値（電流のディジタル値）をＩ（ｍ）とし、１サンプリング周期（Ｔｓ＝１／ｆｓ）前の電流値をＩ（ｍ−１）とし、２サンプリング周期前の電流値をＩ（ｍ−２）とする。以下同様に、ｎサンプリング周期前の電流値をＩ（ｍ−ｎ）とする。現時点からｎサンプリング周期前までの電流値がリレー演算に必要である場合、Ｉ（ｍ）、Ｉ（ｍ−１）、Ｉ（ｍ−２）、…、Ｉ（ｍ−ｎ）のｎ＋１個の電流値を含む時系列データがデータ格納部１０４に格納される。
【００３８】
この時系列データは、サンプリング周期Ｔ毎に順次更新される。最新の電流値Ｉ（ｍ）が入力されると、以前のデータは順次１個ずつ繰り下げられる。図５の例では、現時点から１サイクル前までの（１サイクル分の）交流電流データとして、Ｉ（ｍ）〜Ｉ（ｍ−１１）の１３個の電流値が示されている。
【００３９】
飽和判定部１０６は、データ格納部１０４に格納された時系列データ（電流値Ｉ（ｍ）〜Ｉ（ｍ−ｎ））に基づいて、ＡＤ変換部２０が飽和しているか否かを判定する。具体的には、飽和判定部１０６は、時系列データの中に同じ値となるデータが予め定められた個数（たとえば、３個）以上連続して存在する場合に、ＡＤ変換部２０が飽和したと判定する。以下、飽和判定部１０６の判定方式について詳細に説明する。
【００４０】
図５の例では、連続する３個の電流値Ｉ（ｍ−８）〜Ｉ（ｍ−１０）は、すべて同じ値Ｕ（Ｉｕ：電源電圧の５Ｖに対応するディジタル値）となっている。また、連続する３個の電流値Ｉ（ｍ−４）〜Ｉ（ｍ−２）も、すべて同じ値Ｂ（Ｉｂ：グランドの０Ｖに対応するディジタル値）となっている。これは、交流電流データの１サイクルの間に、正側（正波側）および負側（負波側）の両方でＡ／Ｄ変換器２７の電圧範囲（フルスケール電圧）をオーバしていることを意味する。このように、Ｉ（ｍ）〜Ｉ（ｍ−ｎ）のｎ＋１個の電流値を含む時系列データ中に同じ値が少なくとも３個連続して存在する場合、飽和判定部１０６は、ＡＤ変換部２０が飽和していると判定する。
【００４１】
補正部１０８は、ＡＤ変換部２０が飽和していると判定した場合、時系列データを補正する。具体的には、補正部１０８は、時系列データのうちＡＤ変換部２０の飽和期間における時系列データを補正することにより、当該補正後の交流電流データのピーク値を当該補正前の交流電流データのピーク値よりも大きくする。
【００４２】
ＡＤ変換部２０の飽和期間は、正側でフルスケール電圧をオーバした（同じ値が連続する）電流値の個数（ここでは、３個）を用いて算出される。図５の例では、飽和期間は、ｔ２−ｔ１であり、当該個数にサンプリング周期Ｔを乗算（または、当該個数をサンプリング周波数ｆｓで除算）することにより算出される。補正部１０８は、以下の式（１）を用いて、交流電流データの補正前のピーク値Ｕを、ピーク値Ｕ＊に補正する。
【００４３】
U*=U/[cos{ω・(t2-t1)/2]   …（１）
補正後のピーク値Ｕ＊は、ピーク値Ｕよりも大きい。補正部１０８は、飽和期間の電流値Ｉ（ｍ−９）をピーク値Ｕ＊に補正し、電流値Ｉ（ｍ−１０），Ｉ（ｍ−８）をそれぞれ「Ｕ＊・ｃｏｓ（π／６）」に補正する。これにより、交流電流データは、補助変成部１０により取り込まれた実際の交流電流に近い（すなわち、ＡＤ変換部２０の飽和の影響が軽減された）データに補正される。
【００４４】
上記では、同じ値が連続する電流値の個数が３個である場合について説明したが、補正部１０８は、当該個数が４個以上の場合でも同様に補正することができる。電流値Ｉ（ｍ−１１）〜Ｉ（ｍ−８）の４個の電流値が同じ値Ｕである場合について考える。この場合、補正部１０８は、式（１）から算出されるピーク値Ｕ＊を用いて、電流値Ｉ（ｍ−１０），Ｉ（ｍ−９）を「Ｕ＊・ｃｏｓ（π／１２）」に補正し、電流値Ｉ（ｍ−１１），Ｉ（ｍ−８）を「Ｕ＊・ｃｏｓ（π／４）」に補正する。
【００４５】
他の例として、電流値Ｉ（ｍ−１１）〜Ｉ（ｍ−７）の５個の電流値が同じ値Ｕである場合について考える。この場合、電流値Ｉ（ｍ−９）は、「Ｕ＊」に補正される。電流値Ｉ（ｍ−１０），Ｉ（ｍ−８）は、「Ｕ＊・ｃｏｓ（π／６）」に補正される。電流値Ｉ（ｍ−１１），Ｉ（ｍ−７）は、「Ｕ＊・ｃｏｓ（π／３）」に補正される。
【００４６】
リレー演算部１１０は、以下の式（２）を用いて補正された交流電流データの実効値Ｉｅを算出する。Ｘは瞬時値、Ｔはサンプリング周期、［３１／２／２］はゲインを示す。
【００４７】
Ie＝[{X(t-2T)・X(t-3T)−X(t)・X(t-5T)}/(31/2/2)]1/2     …（２）
たとえば、Ｘ（ｔ）には電流値Ｉ（ｍ−６）、Ｘ（ｔ−２Ｔ）には電流値Ｉ（ｍ−８）、Ｘ（ｔ−３Ｔ）には電流値Ｉ（ｍ−９）、Ｘ（ｔ−５Ｔ）には電流値Ｉ（ｍ−１１）がそれぞれ代入されることにより実効値Ｉｅが算出される。なお、補正後のピーク値Ｕ＊は、ピーク値Ｕよりも大きい。そのため、補正前のピーク値Ｕを用いて算出された実効値よりも、補正後のピーク値Ｕ＊を用いて算出された実効値の方が大きくなる。
【００４８】
リレー演算部１１０は、補正された交流電流データの実効値Ｉｅを用いて、電力系統および保護継電装置１００を保護するための演算を行なう。リレー演算部１１０は、実効値Ｉｅと、保護継電装置１００の動作時間特性および過負荷耐量とに基づいてリレー演算を行ない、リレー演算結果（たとえば、電力系統の故障判定結果）を出力部１１２および報知部１１４に送出する。過負荷耐量とは、装置が許容できる過負荷電流であり、「電流の二乗×時間」で表すことができる。たとえば、過電流継電装置の場合には「定格電流×４０倍、１秒」などとして表わされる。
【００４９】
図６は、保護継電装置１００の動作時間特性および過負荷耐量特性の一例を示す図である。図６では、横軸が実効値（動作電流整定値に対する実効値の割合）、縦軸が動作時間を示している。図６中の特性曲線５１０は、保護継電装置１００の動作時間特性を示す曲線である。図６中の特性曲線５２０は、保護継電装置１００の過負荷耐量を示す曲線である。
【００５０】
リレー演算部１１０は、特性曲線５１０に基づいて、電力系統で事故が発生したか否かを判定できる。たとえば、リレー演算部１１０は、実効値Ｉｅ１の電流が動作時間Ｔ１以上流れた場合には、電力系統で事故が起こっていると判定する。また、リレー演算部１１０は、特性曲線５２０に基づいて、保護継電装置１００に対して過負荷耐量以上の電流が入力されたか否かを判定できる。たとえば、リレー演算部１１０は、実効値Ｉｅ１の電流が動作時間Ｔ２以上流れた場合には、保護継電装置１００に対して過負荷耐量以上の電流が入力されたと判定する。リレー演算部１１０は、各々の判定結果（リレー演算結果）を出力部１１２および報知部１１４に送出する。
【００５１】
リレー演算部１１０は、保護継電装置１００の動作時間特性および過負荷耐量特性を合成した合成特性に基づいてリレー演算を行ない、リレー演算結果を出力部１１２および報知部１１４に送出してもよい。
【００５２】
図７は、図６中の動作時間特性および過負荷耐量特性を合成した合成特性を示す図である。図７中の合成曲線５３０は、特性曲線５１０および特性曲線５２０を合成した曲線である。リレー演算部１１０は、合成曲線５３０に基づいて、電力系統での事故および過負荷耐量以上の電流の入力のいずれかが発生したことを判定できる。
【００５３】
再び、図４を参照して、出力部１１２は、リレー演算結果に基づいて遮断器ＣＢに遮断信号を出力する。具体的には、リレー演算部１１０から電力系統で事故が発生したとの判定結果を受けた場合、または、保護継電装置１００に対して過負荷耐量以上の電流が入力されたとの判定結果を受けた場合に、出力部１１２は、遮断器ＣＢに遮断信号を出力する。なお、出力部１１２は、リレー演算部１１０から、電力系統での事故および過負荷耐量以上の電流の入力のいずれかが発生したとの判定結果を受けて、遮断器ＣＢに遮断信号を出力してもよい。
【００５４】
報知部１１４は、リレー演算結果に基づいて異常を報知する。具体的には、報知部１１４は、リレー演算部１１０から電力系統で事故が発生したとの判定結果を受けた場合、または、保護継電装置１００に対して過負荷耐量以上の電流が入力されたとの判定結果を受けた場合に、電力系統の運用者に対して異常を報知する。これにより、運用者は、遮断器ＣＢを電力系統から切り離す等の対処を速やかに行なうことができる。報知部１１４が異常を報知する方法としては、保護継電装置１００に設けられた報知灯（図示しない）を点灯させる、スピーカ（図示しない）から警報音を発生させる、または運用者の管理装置の表示部（図示しない）に異常メッセージを表示させるなどの方法を採ることができる。
【００５５】
報知部１１４は、リレー演算部１１０から電力系統で事故が発生したとの判定結果を受けた場合と、過負荷耐量以上の電流が入力されたとの判定結果を受けた場合とで、異常の報知態様（報知灯の色、警報音の種類、メッセージの内容など）を変えてもよい。これにより、運用者は、電力系統で事故が発生したのか、過負荷耐量以上の電流が入力されたのかを把握することができる。
【００５６】
上記のように、保護継電装置１００の過負荷耐量を考慮する理由としては、特に、保護継電装置の置き換えにより、計器用変流器の飽和特性が変化してしまう場合が挙げられる。一般的に、ディジタル形保護継電装置は、電気機械形保護継電装置と比較して、アナログ入力部の負担抵抗が低減されている。そのため、電気機械形保護継電装置からディジタル形保護継電装置に置き換えを行なう場合、電気機械形に比べディジタル形の負担の方が小さくなるため、計器用変流器の二次側のインピーダンスが小さくなる。計器用変流器は、保護継電装置の負担抵抗が大きく変わることでその特性も変わり、保護継電器の動作特性に影響を与える場合がある。
【００５７】
図８は、計器用変流器の特性を説明するための図である。図８に示される特性曲線７１０は、電気機械形継電装置を用いた場合のものである。図８に示される特性曲線７２０は、ディジタル形継電装置を用いた場合のものである。
【００５８】
図８を参照して、特性曲線７１０では、二次電流は、一次電流が電流値Ｉｍ１以上になると飽和（電流値Ｉｍ２で飽和）するため、電気機械形保護継電装置に入力される電流は頭打ちになる。一方、特性曲線７２０では、二次電流は、一次電流が電流値Ｉｄ１（＞電流値Ｉｍ１）以上にならないと飽和（電流値Ｉｄ２で飽和）しない。そのため、ディジタル形保護継電装置に過負荷耐量以上の過電流が流れて、当該装置が損傷してしまう可能性がある。
【００５９】
本実施の形態に従う保護継電装置１００では、上述したように自装置の過負荷耐量を考慮した処理を行なっている。そのため、たとえば、保護継電装置の置き換えにより、計器用変流器の飽和特性が変化してしまう場合であっても適切に保護継電装置１００を保護することができる。
【００６０】
＜処理手順＞
図９および図１０は、保護継電装置１００の処理手順を示すフローチャートである。図９は、電流のディジタルデータがＲＡＭ３４（データ格納部１０４）に格納されるまでの処理手順を示す。図１０は、ＲＡＭ３４に格納されたデータを用いてリレー演算を行なう処理手順を示す。
【００６１】
図９を参照して、補助変成部１０は、計器用変流器ＣＴを介して、電力系統の送電線５の電流の瞬時値を検出する（ステップＳ１００）。アナログ入力回路２１は、検出された電流信号に対してレベル変換およびフィルタ処理などのアナログ信号処理を実行する（ステップＳ１１０）。ＡＤ変換器２７は、アナログ信号処理後の電流信号をＡＤ変換する（ステップＳ１２０）。演算処理部３０（ＣＰＵ３２）は、ＡＤ変換器２７から出力されたディジタルデータに対してディジタルフィルタ処理を行なう（ステップＳ１３０）。演算処理部３０（ＣＰＵ３２）は、ディジタルフィルタ処理後の交流電流データを時系列データとしてＲＡＭ３４に格納する（ステップＳ１４０）。
【００６２】
図１０を参照して、演算処理部３０（ＣＰＵ３２）は、ＲＡＭ３４に格納された時系列データに基づいて、ＡＤ変換部２０が飽和しているか否かを判定する（ステップＳ２００）。ＡＤ変換部２０が飽和していると判定した場合には（ステップＳ２００においてＹＥＳ）、ＣＰＵ３２は、時系列データを補正する（ステップＳ２１０）。具体的には、ＣＰＵ３２は、時系列データのうちＡＤ変換部２０の飽和期間における時系列データを補正して、当該補正後の交流電流データのピーク値が当該補正前の交流電流データのピーク値よりも大きくなるようにする。一方、ＡＤ変換部２０が飽和していると判定した場合には（ステップＳ２００においてＹＥＳ）、ＣＰＵ３２はステップＳ２２０の処理を実行する。すなわち、ＣＰＵ３２は、時系列データの補正を行わない。
【００６３】
ＣＰＵ３２は、ＲＡＭ３４に格納された交流電流データを用いてリレー演算を実行する（ステップＳ２２０）。具体的には、ＣＰＵ３２は、リレー演算を行うことにより、電力系統で事故が発生したか、または保護継電装置１００に対する過負荷耐量以上の電流が入力されたかを判定する。なお、ＣＰＵ３２は、ステップＳ２１０において補正を行なった場合には補正後の交流電流データを用いてリレー演算を行なう。ＣＰＵ３２は、当該補正を行なっていない場合には補正前の交流電流データを用いてリレー演算を行なう。
【００６４】
ＣＰＵ３２は、リレー演算結果に基づいて、遮断器ＣＢに遮断指令を出力する（ステップＳ２３０）。具体的には、ＣＰＵ３２は、電力系統で事故が発生した、または保護継電装置１００に対する過負荷耐量以上の電流の入力があると判定した場合に、遮断器ＣＢに遮断指令を出力する。
【００６５】
＜利点＞
本実施の形態によると、ＡＤ変換部が飽和している場合には、交流電流データ（のピーク値）が補正され、当該補正された交流電流データに基づいてリレー演算が行われる。そのため、電力系統から取り込んだ交流電流により近いデータでのリレー演算が可能となり、より精度よく電力系統の事故発生を判定することができる。そのため、電力系統に事故が発生しているにも関わらず、遮断器ＣＢに遮断指令が出力されないといった誤不動作を防止することができる。また、比較的ビット数の少ないＡＤ変換器を用いることが可能となる。ＡＤ変換部が飽和しないように新たなハードウェアを追加する必要もない。そのため、全体として保護継電装置のコストを低下させることができる。
【００６６】
本実施の形態によると、保護継電装置１００の動作時間特性だけではなく、その過負荷耐量特性も考慮して遮断器ＣＢに遮断指令を出力する。これにより、電力系統の事故区間の保護だけではなく、保護継電装置１００自体も適切に保護することができる。
【００６７】
本実施の形態によると、交流電流の時系列データの中に、同じ値となるデータが３個数以上連続して存在する場合にＡＤ変換部が飽和したと判定される。このように、簡単な論理演算処理を行なうことでＡＤ変換部の飽和を判定できるため、既存の保護継電装置に対する適用が容易となる。
【００６８】
＜その他の実施の形態＞
上述した実施の形態では、保護継電装置１００が過電流保護継電装置として機能する構成について説明したが、これに限られない。たとえば、保護継電装置１００が過電圧保護継電装置として機能する構成であってもよい。この場合、保護継電装置１００は、計器用変圧器ＶＴから交流電圧を取り込んで、ディジタル変換した交流電圧データを用いて上述した処理と同様の処理を実行する。
【００６９】
上述した実施の形態では、補正後の交流電流データの実効値は式（２）を用いて算出されていたが、当該構成に限られない。たとえば、当該実効値は、補正後の交流電流データのピーク値に２１／２を乗算して算出される構成であってもよい。
【００７０】
上述した実施の形態では、保護継電装置１００の動作時間特性および過負荷耐量特性の両方を考慮する構成について説明したが、当該構成に限られない。たとえば、保護継電装置１００の過負荷耐量が大きく、保護継電装置の置き換え時などに特に問題にならない場合には、保護継電装置１００は、動作時間特性のみを考慮して遮断器ＣＢに遮断信号を出力してもよい。
【００７１】
上述の実施の形態として例示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能である。
【００７２】
また、上述した実施の形態において、その他の実施の形態で説明した処理や構成を適宜採用して実施する場合であってもよい。
【００７３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７４】
５  送電線、１０  補助変成部、２０  ＡＤ変換部、２１  アナログ入力回路、２７  ＡＤ変換器、３０  演算処理部、３１  バス、３２  ＣＰＵ、３３  ＲＯＭ、３４  ＲＡＭ、３６  ＤＯ回路、３７  ＤＩ回路、１００  保護継電装置、１０２  ディジタルフィルタ、１０４  データ格納部、１０６  飽和判定部、１０８  補正部、１１０  リレー演算部、１１２  出力部、１１４  報知部、２０１  オペアンプ、５１０，５２０，７１０，７２０  特性曲線、５３０  合成曲線、ＣＢ  遮断器、ＣＴ  計器用変流器、ＶＴ  計器用変圧器。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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