JPH09222440A - 系統故障時の電気量検出方法 - Google Patents

系統故障時の電気量検出方法

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JPH09222440A
JPH09222440A JP3173096A JP3173096A JPH09222440A JP H09222440 A JPH09222440 A JP H09222440A JP 3173096 A JP3173096 A JP 3173096A JP 3173096 A JP3173096 A JP 3173096A JP H09222440 A JPH09222440 A JP H09222440A
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JP
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current
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JP3173096A
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Masanori Toi
雅則 戸井
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 故障電流に含まれる直流成分を、演算により
精度良く除去できるようにする。 【解決手段】 系統の基本周波数で1周期相当の時間
の、電流の各サンプリング値の平均値を、故障電流に含
まれる直流成分として算出し(ステップS1,S2参
照)、これを各サンプリング値から減算することによ
り、直流分を含まない電流値を求め、これにもとづきイ
ンピーダンスを含む各種の電気量を算出する(ステップ
S4,S5参照)。このとき、上記直流成分をその変動
が収束する時点で求めることにより、精度を向上させる
(ステップS3参照)。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、系統故障時の電
流実効値やインピーダンスなどの各種電気量を、リアル
タイムではないが一定の遅れ時間を許容してでも、正確
にディジタル演算にて算出されることを要求される装
置、例えば故障点標定装置における系統故障時の電気量
検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】系統故障発生期間中の系統電圧・電流
を、サンプリング技術,A/D(アナログ/ディジタ
ル)変換技術によってディジタルデータに変換した後、
ディジタル演算手法にて各種電気量を算出し系統の保護
や制御を行なう装置は、ディジタルリレーや故障点標定
装置(フォルトロケータ)を始めとして各種実用化され
ている。これらの装置で行なわれている各種電気量演算
のうち、系統電流,電圧量の基本波成分に着目して演算
する方法も多数あるが、これらの演算式の多くが演算式
の入力量(電圧,電流)として系統基本波成分のみを前
提としており、入力量にDC(直流)分や高調波成分が
含まれると、算出した電気量に誤差を含むことになる。
【0003】例えば、90°電気角離れた2点のサンプ
リング値(=I1,I2)を用いて入力量の実効値Ir
msを算出する算出式として、次の(1)式がある。 Irms=√(I12 +I22 ) …(1) いま、入力量が基本波(ω=2πf)成分のみの大きさ
Aの、次式(2)で示される正弦波とすると、 I1=Asin(ωt) I2=Asin(ωt+90°)=Acos(ωt) …(2) となり、(2)式を(1)式に代入すると、次式より実
効値が求まる。 Irms=√(I12 +I22 ) =√〔A2 {sin2 (ωt)+cos2 (ωt)}〕 =A …(3)
【0004】しかるに、入力量に大きさがAのX倍のD
C分が重畳された場合、上記(2)式のI1,I2は、 I1=A{sin(ωt)+X} I2=Asin{(ωt+90°)+X}=A{cos(ωt)+X} …(4) となり、実効値は、 Irms=√(I12 +I22 ) =√〔A2 {sin2 (ωt)+cos2 (ωt)} =+2X{sin(ωt)+cos(ωt)}〕 =A√{1+2√2Xsin(ωt+45°)} …(5) のように、基本波周波数に同期して正弦波状に変化する
誤差量(2√2Xsin(ωt+45°))が含まれる
ことになる。
【0005】ところで、実際の系統故障においては、故
障電流に最大で基本波分の100%ものDC分が含まれ
る場合があるので、(5)式中の誤差量を軽減するため
にフィルタ回路、例えば図5に示すようなバンドパス特
性を持つフィルタBP1,BP2を設けて入力量のDC
分を減衰させるようにしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】すなわち、高精度な電
気量を得るためには、基本波分以外の周波数成分、例え
ばDC分をフィルタにて極力減衰させた方が良いのは、
上記(5)式からも明らかである。そのためには、例え
ば図5に示す2つのフィルタBP1,BP2を比較する
と、BP2の方が低周波数領域の減衰が大きいことから
DC分の減衰も大きく、(5)式の誤差項が小さくなる
ことが容易に予測できる。一般に、BP1とBP2が同
じ次数の伝達関数式にてその特性が表現される場合、B
P2の方が応答が鈍くなる。このことは、系統故障の発
生時間が短い(すなわち、短時間で遮断器が開放され
る)故障では、フィルタの過渡変化が完了しない内に故
障が除去されてしまい、結果として正確な電気量の算出
が、フィルタ過渡変化に起因する誤差のために不可能に
なるというおそれがある。
【0007】このため、短時間での遮断器開放を想定し
た場合、装置にはBP1のような低周波数領域の減衰度
の少ないフィルタを使用せざるを得ないことになるが、
こうすると、上記(5)式の誤差項はBP2フィルタ使
用時よりも大きくなるという問題が生じることになる。
したがって、この発明の課題は低周波数領域の減衰度の
小さいフィルタを使用したときの、電流に含まれるDC
分に起因する電気量演算誤差を低減することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、請求項1の発明では、系統電流をサンプリング
しディジタル量に変換した量にもとづきそれぞれ所定の
ディジタル演算をして各種電気量を求めるに当たり、系
統故障時の故障電流中に含まれる直流成分を、基本波周
波数で1周期相当の時間の各サンプリング値の平均をと
ることによって算出し、各時刻の電流サンプリング値か
ら前記算出された直流分を引き算し、その結果の値を用
いて各種電気量を検出するようにしている。前記直流成
分を、その変動が収束する時点で算出することができる
(請求項2)。すなわち、故障電流に含まれる直流(D
C)分を、フィルタを用いて除去するのではなく演算を
利用して除去するものであり、これにより、高精度化を
図るようにしている。
【0009】
【発明の実施の形態】図1はこの発明の第1の実施の形
態を示す概略フローチャート、図2はその詳細図、図3
はこの発明による処理方法を説明するための波形図、図
4はこの発明が適用されるシステム構成を示す概要図で
ある。すなわち、この実施例では図4に示すように、電
力系統に対し絶縁トランス2および前処理部3(フィル
タおよびA/D変換器などからなる)を介してディジタ
ル演算部4を設け、ここで所定の演算をしてDC分の減
衰を図るようにしている。なお、図4の符号1は保護リ
レーを示し、故障が検出されたら遮断器(CB)に対し
てトリップ指令を出力するので、これにより遮断器CB
が開放され、故障点が除去される。また、前処理部3で
用いるフィルタとしては、図5のBP1の如く低周波数
領域の減衰度の小さいフィルタが用いられる。
【0010】図1,図2は図4のディジタル演算部4に
て行なわれる処理手順を示す。まず、ステップS1では
故障発生時点からCB開放時点までの電流データI
(t)を、サンプリング手法により収集する。故障発生
時点,CB開放時点を図3(イ)ではそれぞれt1,t
2として示している。なお、サンプリング間隔をΔtと
し、この間に(m+1)回サンプリングするものとする
と、t2=t1+mΔtと表現できる。
【0011】ステップS2では、例えば時刻t1とt2
間の或る時点t0を基準として、それ以前の1周期分の
n回のサンプリング値の平均を求め、これを直流(D
C)分とする。いま、1周期をT(=1/f,f:系統
の基本周波数)とすると、DC分IDC(t0)は、 となる。これを展開すると、図2のステップS2にも示
すように、 IDC(t0)={I(t0)+I(t0−Δt)+I(t0−2Δt)+… +I(t0−(n−1)Δt)}/n …(7) となる。
【0012】次のステップS3では、各時刻におけるI
DC(t)の収束演算を行なう。具体的には図2のステッ
プS3に示すように、各時刻のIDC(t)の時間当たり
の変化を、例えば次式で示すようにΔ(tx )とし、 Δ(tx )=|IDC(tx −Δt)−IDC(tx )|+|IDC(tx ) −IDC(tx +Δt)| …(8) この値が最小となる時刻(tx =t0’)に、I
DC(t)が収束したものと推定する。このようにするの
は、故障電流に含まれるDC分が、故障発生直後の時刻
ではフィルタの過渡変化のため正確なDC分検出ができ
ないこと、また、時間毎のDC分常時変化し或る減衰時
定数を以て減衰して行くことによるものである。つま
り、系統故障発生から時間が経つとフィルタの過渡変化
は収まり、DC分の時間変化量は少なくなって安定する
からである。すなわち、DC分が指数関数exp(−t
/τ)(τ:減衰時定数)ならば、 〔exp{−(t0−Δt)/τ}−exp{−(t
0)/τ}〕>〔exp{−(t0)/τ}−exp
{−(t0+Δt)/τ}〕 であり、時間の経過とともに変化量は小さくなる。
【0013】そして、上記時刻t0’でのDC値I
DC(t0’)を補正値とし、各時刻のサンプリング値か
ら引き算して、真値とする(ステップS4参照)。演算
式としては、 I(t)←I(t)−IDC(t0’) …(9) であり、これを展開すると図2のステップS4に示すよ
うに、 I(t1)←I(t1)−IDC(t0’) I(t1+Δt)←I(t1+Δt)−IDC(t0’) ・ ・ ・ I(t1+mΔt)←I(t1+mΔt)−IDC(t0’) …(10) となる。以上のようにして求められた電流I(t)を用
いて、従来と同様の演算式により、実効値,インピーダ
ンス等の算出が行なわれる(ステップS5参照)。
【0014】以上のようにすることで、例えば系統の故
障電流が図3(イ)の如く示されるものとすると、収束
点(時刻t0’)のDC分が図3(ニ)の如く求めら
れ、この値を用いて各時刻の電流値から引き算をするこ
とにより、図3(ホ)の如く次第に安定して行くことに
なる。なお、図3(ハ)はこの発明のような処理をしな
い場合の電流実効値を示し、時間の経過によっても安定
しないことが分かる。また、図3(ロ)は同(イ)の如
き波形を図5に示すような特性を持つフィルタBP1を
通した波形を示している。
【0015】
【発明の効果】この発明によれば、フィルタ作用を利用
するのではなく演算により、故障電流に含まれる直流
(DC)分を求めて、各時点の電流サンプリング値から
減算するようにしたので、比較的精度の高い電気量を得
ることができるという利点が得られる。特に、上記DC
分を、それが収束すると考えられる時点で求めること
で、より精度を高めることができる。なお、この発明に
より低次の周波数成分の影響は除去できるが、整数調波
を除く高次の周波数成分の影響は排除できないので、図
4の前処理部3には高次成分除去用フィルタが必要とな
るのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による実施の形態を示す概略フローチ
ャートである。
【図2】図1の詳細フローチャートである。
【図3】この発明による処理方法を説明するための波形
図である。
【図4】この発明が適用されるシステム構成図である。
【図5】フィルタ特性例を説明するための説明図であ
る。
【符号の説明】
1…保護リレー、2…絶縁トランス、3…前処理部、4
…ディジタル演算部、CB…遮断器。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 系統電流をサンプリングしディジタル量
    に変換した量にもとづきそれぞれ所定のディジタル演算
    をして各種電気量を求めるに当たり、 系統故障時の故障電流中に含まれる直流成分を、基本波
    周波数で1周期相当の時間の各サンプリング値の平均を
    とることによって算出し、各時刻の電流サンプリング値
    から前記算出された直流分を引き算し、その結果の値を
    用いて各種電気量を検出することを特徴とする系統故障
    時の電気量検出方法。
  2. 【請求項2】 前記直流成分を、その変動が収束する時
    点で算出することを特徴とする請求項1に記載の系統故
    障時の電気量検出方法。
JP3173096A 1996-02-20 1996-02-20 系統故障時の電気量検出方法 Pending JPH09222440A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008259312A (ja) * 2007-04-04 2008-10-23 Kyuki:Kk 送配電系統の保護リレーおよび事故点標定装置ならびにその過渡成分除去方法
CN103308812A (zh) * 2012-03-06 2013-09-18 富士施乐株式会社 电气装置及电气方法
CN107294049A (zh) * 2017-06-19 2017-10-24 华中科技大学 一种电路短路电流快速预测及保护方法及系统

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