JPS59169334A

JPS59169334A - インピ−ダンス変化率継電器

Info

Publication number: JPS59169334A
Application number: JP58044713A
Authority: JP
Inventors: 哲郎松島; 安藤　文郎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1983-03-17
Filing date: 1983-03-17
Publication date: 1984-09-25
Also published as: JPH0515134B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は電力動揺検出装置、特に電力系統に生ずる電力
動揺をデジタル計算機を用込て保護するインピーダンス
変化率継電器に関するものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、電力系統の安定運用に関する関心が特に高まって
おり、その研究も盛んに行なわれている。電力系統の運
用で最も恐れられるものは、税調現象に伴う系統全採の
崩壊であ月税調現象を検出したら、系統を税調の中心点
またはその近傍の適当な点で切離されなければならない
。

さらに、脱調カ；起こ少そりな時はこれをなるべ・く事
前に察知し、早めに系統を適切な所で切離すことができ
れば、全系統に与える影響は、小さくてすむ。

一般に、定常運転中の電力系統に短絡や地絡の事故が発
生したような場合、電力系統は動揺する。特に、動揺の
程度が大きい場合には自復性を失い、税調に至ることが
ある。

第１図（ａ）は、等価２電源の電力系統の構成を示すも
ので、図においてＡ、Ｂは各端子、７人。

Ｖ、は夫々電源である。第１図ｆｂ）は、第１図（ａ）
の如き系統が脱調した場合の、各端子Ａ、Ｂの電圧ベク
トルを示したものである。つｔり、Ａ端電圧Ｖ、を固定
した場合、Ｂ端電圧ｖＢはそのまわ夛を回転し始める。

第２図は、上記脱調時に各端子で観測される電圧、電流
波形の典型的な例を示す図である。

とζろで、このような動揺又は税調現象を検出する保護
継電器としては種々のものがあるが、第３図ｆａ）　、
　ｆｂ）はその−例として２つの距離リレーおよびタイ
マーを用いて構成したものを示す。

同図（ａ３は、税調を検出するための継電器の特性例を
示すものである。図において、継電器の見るインピーダ
ンスを２つの円Ａ、Ｂを用いて、Ｚｌ、Ｚ２．Ｚ３の３
つの領斌に分けている。

Ａはモチリレー（ＲＹ−Ａ）の特性図、Ｂはオフセット
モーリレー（ＲＹ−Ｂ）の特性図をそれぞれ示す。

Ｚ　、？は゛円Ｂの外にあシ、通常の運転状態では継電
器のみるインピーダンスはｚ３にある。また、ｚｌは円
Ａの内側でちシ、系統事故時には継電器の見るインピー
ダンスはＺｌにある。Ｚ２は、円Ａと円Ｂの間にある。

しかし、系統脱調時には継電器の見るインピーダンスＺ
ＲＹは、第３図に示すような軌跡を描くが、その変化は
比較的緩慢であ勺、ｚ３→ｚ２→Ｚｌと変化する。そし
て、ｚ２に滞在する期間が一定時間あった後に２１へ移
行したことにょシ、税調現象の検出が可能となる。

第３図（ｂ）は、上記特性Ａ、Ｂの継電器ＲＹ−Ａ　。

ＲＹ−Ｂヲ用いて、脱調を検出するだめのロジック回路
を示したものである。図において、ＩＮＨはインヒヒッ
トＤｏ路、ＴＤＥはオンディレィタイマー、ＦＦはフリ
ツプフロツプ回路、ＡＮＤＪはアンド回路である。

さて、第３図（ａ）　、　ｆｂ）の例は言わばインピー
ダンスの変化率が、一定範囲内にはいっていることを検
出するものであるが、近年デジタル計算機を用いた保護
リレー、いわゆるデジタルリレーで第４図に示すような
インピーダンス変化率継電器が現在考えられている。こ
の第４図のリレーは、第３図ｒａ）　、　（ｂ）のもの
よ少もよシ一層インピーダンスの変化率を直接かつ精密
に検出するものである。図において、４ノは、系統の電
圧、電流信号からインピーダンスの変化率ｑｎを演算す
る手段、４２は、手段４１の結果を用いて次式によジイ
ンピーダンス変化率が一定の範囲内にあることを検出す
る手段である。

Δ２に１＜−７ｆくに２　　　　　・・四・・・（１）ΔＴ
：所定の時間幅 Δ２：ΔＴＦＣ対応したインピーダンスの変化分Ｋｓ　
ａ　Ｋ２　”、定数いま、継電器の設置点から見た電力系統のインピーダン
スは平常時の変動は僅かであＣ（１）式のに１の値よシ
も／Ｊ％さな値となる。一方、系統事故や系統操作によ
るインピーダンスの変化は急峻であシ、その変化率はｒ
ｌ１式のに２の値よ）も大きなものとなる。そして、第
４図の装置の目的とする税調や系統動揺現象時には、イ
ンピーダンス変化率はその中間的な値とな、Ｚｌ）、Ｋ
１とに２の値の中間に十分大ることになる。

また、４３は系統の電圧、電流信号からインピーダンス
の絶対値＋２１を演算する手段であり、４４は、この１
２１が一定の値に３以下になることを確認する手段で、
この定数に３は平常時に系統のインビーダ・′ンスがと
、！７得る最／ト値よシも小さな値とし、平常時の系統
のインピーダンス変化でリレーが絶対に誤出力を出さな
いようにロックするための手段であるが、この手段は発
明に必須ではない。４５はＡＮＤケ８−ト、４６は４２
と４４の条件が成立して一定時間経過することを確認す
るためのオンディレィタイマーである。

ところで０、インピーダンス変化率の検出時間ΔＴの選
択は検討を要するところである。すなわち、ΔφＴの演
算は、実際には現在のインピーダンスｚｍと２１時間以
前のインピーダンス　Ｚｍ−４の差（ｚｍ−２ｍｔ）を
演算することである。従って、ΔＴが小さければ小さｂ
程実際の１次現象に速く適応でき、装置の動作時間を速
くすることができる。しかし、あまルΔＴを小さくする
と同一インピーダンスの変化に対しても（ｚｍ　−ｚｍ
−１）の絶対値が小さくなシ、検出感度が悪くなる。

例えば、ＩＯＱ／１００ｍ＋＋の変化率を検出したい時
に、ΔＴを１０　ｍｓと選択した場合は、実際には１Ω
／１０ｍ５の変化分を検出しなければならない。

逆にΔＴを１００ｎ１ｓに選択した場合は、１０　Ｑ／
１００ｍ５の変化分を検出すれば良いから検出感度は良
好となるが、その検出時間はインピーダンスの変化が始
まってから、最長１００ｒｎｓを要することにな多動作
時間上は不利となる。

以下、デジタルリレーでインピーダンス軌跡算する場合
の演算誤差について検討してみる。

この演算誤差の支配的成分は、電流データの分子化誤差
分である。アナログ信号をデジタルデータに変換する際
の量子化誤差は電圧データにも含まれているがＺ特に電
流データの量子化誤１　差が支配的となる理由は、実際
の例を考えれば容為に理解することができる。電圧のデ
ジタルデータのフルスケールは、通常系統の定格電圧の
１．５倍〜２倍程度に定められる。（ここでは、仮に１
．５倍としておく。）一方、脱調検出リレーあるいは動
揺検出リレーが動作すべき状態での電圧の大きさは、定
格電圧の１／２〜ＩＡ程度である。従って、フルスケー
ルに対して約凶〜１／ｅ穆度である。電流データについ
ては、そのフルスケールは通常系統の最大故障電流を考
慮して選ばれる。ここでは、仮にその値を３０ＫＡとし
ておく。一方、脱調あるｂは動遥時の電流は、系統の条
件によっても大きく異なるが、１〜２ＫＡａｉ（７）コ
ともあシ得、この場合フルスケールの１１５ｏ〜１／３
ｏにもなシ、量子化誤差の影響を大きく受ける。

デジタルリレーで演算されたインピーダンス中に含まれ
る量子化誤差εＺば、おおよそ次の式％式％（２）とこで、■＝系統電圧、工：系統電流、２：系統インピ
ーダンス、ε２：インピーダンスの演算誤差、ε■：電
流データの量子化誤差である。

この（２）式の意味すると仁ろは、（ａ）　　系統インピーダンス２の大きな時には、イン
ピーダンスの演算誤差の絶対値は大きくなる。

（ｂ）　　電流値が小さい所では、量子化誤差の影響が
大きくなる。

従って、演算誤差の面からはその時のインピーダンスが
大きい程、また電流値が小さい程ｎの値を大きくして、
演算誤差を小さくすることが望ましい。

次に、系統現象面からΔＴに対する必要条件を検討する
。第５図（ａ）　、　（ｂ）は、電力系統のインピーダ
ンス変化の一例を示すものである。同図ｆａ）は、急速
に脱調現象が進展し、インピーダンスの絶対値が急に小
さく、電流値が急に大きく力った場合の例である。一方
同図（ｂ）は、Ｍ漫な動揺時のインピーダンス軌跡で、
インピーダンスの絶対値は徐々に減少し、電流値は徐々
に増大している。

このような現象を考える時、同図（ａ）のような急激な
現象に対しては動作時間を十分速く、また同図（ｂ）の
ような緩慢な現象に対しては動作時間を遅くして、現象
を確実に把握することが重要である。すなわち、系統現
象面からも系統電流が比較的小さい領域でインピーダン
ス変化も緩慢ガ場合にはΔＴの１直を大きくし、またイ
ンピーダンスが急激に変化しその変化率が大でかつ電流
も大となった時にはΔＴの値は小さく選択することが理
にかなっている。

〔発明の目的〕

本発明は上記のような事情に鑑みて成されたもので、そ
の目的は系統状態の変化に追従して系統のインピーダン
スを把握することができ、演算誤差面、動作時間面で最
適及特性を有する信頼性の高いインーーダンス変化率継
電器を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために本発明では、電力系統からサ
ンプリングした電圧、電流のデジタルデータから時間き
ざみ幅ΔＴだけ碓れた２つの時点のインピーダンス値を
演算してインピーダンス変化率を検出し、且つ該時間き
ざみ幅ΔＴを電力系統の電流■およびインピーダンス２
の大きさに応じて可変するようにしたことを特徴とする
。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。第
６図は、本発明を適用したデシタルインピーダンス変化
率継電器の構成例を示したものである。第６図において
、６１　ａ　、　６１　ｂは入力変換器であって保護対
象となる電力系統６０の各相電圧Ｖ１各相電流工が導入
され、その入力電気量を適当な大きさの電圧信号に変換
するものである。６２ｈ、６２ｂはフィルタであって、
入力変換器６１ａ、６１ｂの出力中に含まれる高調波成
分を除去する。６３はサンプル・ホール１回路であって
、各アイ９ルタ６２ａ。

６２ｂからの出力を所定の間隔でサンプリングする。６
４はφ変換回路であって、サンプル・ホールド回路６３
からの出力がマルチプレクサ６５を介して加えられ、こ
れをデシタル・データに変換する。６６はダイレクト・
メモリ・アクセス（ＤＭＡ　）回路であって、め変換回
路６４の入力が加えられる。６７はＤＭＡ回路６６から
入力されるデータを記憶するデーダメモリ回路であって
、ＤＭＡ回路６６によ少め変換回路６４の出力が所定の
番地に書込まれる。６８はリード・オンリ・メモリであ
って、プログラムや各種定数が記憶されている。６９は
後述するリレー演算回路、７０は出力回路であって、リ
レー演算回路６９の演算結果にもとすきリレー出力とし
てしゃ断器旧法し指令や辰示指令を出す。

第７図は、上記リレー演算回路６９の詳細をブロック的
に示しだものである。図において、６９１は上記データ
・メモリ回路６７の記憶内容を基に系統の電流Ｉの大き
さ１月を算出する手段、６９２は同じく系統のインピー
ダンス２の大きさ１２１を算出する手段である。また、
６９３は上記各手段６９１．６９２の算出結果ＩＩＩ　
、　ＩＺＩから、ｆ（１，Ｚ）なる関数にｉインピーダ
ンス変化率演算のための最適な時間きざみ幅ΔＴを算出
する手段、６９４は上記手段６９３による算出結果ΔＴ
を基に、メモリ回路６７に記憶された３１時間だけ以前
のインピーダンスの大きさＺｍ−４と最新のインピーダ
ンスの大きさｚｍとの差Δ２とからインピーダンス変化
率Δ２／ΔＴを算出する手段である。一方、６９５は上
記インピーダンス変化率ΔＺ／ｌＴが所定の範囲（Ｋ１
〈Δ２／ΔＴ＜Ｋ２）内にあるか否かを判定する手段、
６９６は上記インピーダンスの大きさ１２１が所定値に
３以下（ｌｚｌ　＜Ｋ３　）にあるか否かを判定する手
段、６９７はアンドゲート、６９８はアンドゲート６９
７の出力つまシ上記各手段６９５，６９６の条件が一定
時間以上成立しているか否かを検出するためのオンディ
レィタイマーであり、その出力を前記出力回路７０へ送
出する。

外お、上記において時間きざみ幅ΔＴを定める関数ｆ（
１，Ｚ）としては、前記（２）式の検討結果から演算誤
差がインピーダンス２に比例し電流Ｉに反比例すること
を考えると、ΔＴも２に比例、工に反比例した次の形と
することが妥嶋である。

ここで、αは定数であシその値は装置固有の発生誤差の
大きさから定める。また、上記でに１　　、に２　　ｈ
　Ｋ３は前述と同様の定数である。

次に、かかる継電器の作用について第８図に示すフロー
チャートに従って説明する。なお、第８図の演算は実際
には一定の時間間隔ｔｃ毎に繰返し実行される。

まずステップＳ１では、上記各手段６９１と６９２にお
いて最新のデータから現在の電流の大きさ１月とインピ
ーダンスの大きさ１ｚ１を演算し、その結果データ・メ
モリ回路６７に記憶する。つぎにステツｆｓ２では、ス
テップＳ１での演算結果に基き、現在のインピーダンス
の大きさ１２１が所定値に３よシ小さいか否かを判定し
、Ｋｓよシも大であればステップＳ８で不動作と判定し
て演算を終了し、またに３よシも小であればステップＳ
３へ移行する。

つぎにステップＳ３では、ステップＳ２で演算された１
２１および１月から、関数ｆ　（Ｚ、Ｉ）算する。また
ステップＳ４では、ステップＳ３で演算されたＪＴをも
とに、２１時間だけ以前のインピーダンスの大きさＺｍ
−２をメモリ回路６７からとり出し、最新のインピーダ
ンスの大きさｚｍとの差Δ２を演算し、この差Δ２をＪ
Ｔで除してインピーダンス変化率Δ２／ΔＴを求める。

Δ２つぎにステップＳ５では、Ｋｔ　＜ＪＴ　＜Ｋ２の条件
が成立つか否かを判定する。その結果、この条件が成立
すればステップＳ６でこの条件がＮ回継続しているか否
かを判定し、Ｎ回継続していれば、ステップＳ６でリレ
ー動作と判定して出力を出力回路６９へ送出する。ステ
ップ８４〜Ｓ６のいずれかの条件が不成立の場合はステ
ップＳ８へ移行し、リレー不動作と判定して演算を終了
する。この場合、全体の演算が時間ｔ０毎に繰返される
ことを考えると、ステップＳ６の機能ばＮｘｔｃ相当の
タイマーと同等である。

々お、Ｎの値は正の整数であ９１以上の整数である。こ
のように電力系統６０からの電圧信号Ｖおよび電流信号
工を所定の時間間隔でサンプリングするサンプル・ホー
ルド回路６３と、上記サンプリングデータをデジタルデ
ータに変換するアナログ・デジタル（メ）変換回路６４
と、上記デジタルデータを記憶するメモリ回路６７と、
このメモリ回路６７の記憶内容を基に上記電力系統６０
の電流およびインピーダンスの大きさＩＩＩおよび１２
１を夫々算出する手段６９１および６９２と、この算出
された電流ＩＩＩおよびインピーダンス１２１からイン
ピーダンス変化率演算のだめの最適な時間きざみ幅ΔＴ
をα・１ｚ１／ＩＩＩなる関数よシ算出する手段６９３
と、上記メモリ回路６２の記憶内容を基に上記時間幅Δ
Ｔだけ離れた２つの時点のインピーダンスの大きさの差
（Ｚｍ　’−ｚｍ−１＝Δ２）からインピーダンス変化
率Δ２／ΔＴを算出する手段６９４と、このインピーダ
ンス変化率Δ２／Δでが所定の範囲内（Ｋｔ＜Δ２／Δ
Ｔ　＜　Ｋｚ　）にあるか否かを判定する手段６９５と
、上記インピーダンスの大きさが所定値以下（ｌｚｌ　
＜　Ｋｓ　）であるか否かを判定する手段６９６と、上
記各手段６−９５．６９６の条件が共に一定時間以上成
立していることを検出するアンド回路６９７およびオン
ディレィタイマー６９８とから、インピーダンス変化率
継電器を構成したものである。

従って、時間きざみ幅ΔＴを電力系統６０の電流Ｉおよ
びインピーダンス２の大きさに応じて可変することがで
き、系統の電流１１インピーダンス２の変化に追従して
系統のインピーダンスを把握することができ、演算誤差
面、動作時間面で最適な特性を有するものとすることが
できる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるもので、はない。

例えば、上記で関数ｆ（ｚ、Ｉ）について（３）式は単
なる一例であり、２が大の時にＪＴも大工が大の時にＪ
Ｔが小となるような関数であれば、本発明の趣旨を生か
すことができる。またこれは、厳密に数式で表現する必
要も無く、予め定めた数値テーブルによってＺ、Ｉから
ＪＴを決定するようにしてもよい。

第９図は、（３）式をグラフ化したものである。

図において、原点を通る諸直線ａ　＊　ｔ）　ｒ　ｅ　
＊・・・、ｆはＩＺＩとＩＩＩが一定の条件を示す。横
軸、たて軸および各直線に挾まれた部分が、（３）式の
ＪＴの値に対応している。例えば直線すとＣとの間の部
分はΔＴ＝３の値であシ、電流の絶対値ｌ１１１　　、
インピーダンスの絶対値ＩＺ１１の場合、ＪＴは自ずと
３になる。

第１０図は、ＪＴのその他の決定法を示すものである。

図において、ＩＩＩとＩＺＩの値の組合せに応じて各領
域が区切られている。図中、各領域内の数字はＪＴの値
を示すもので、ＪＴは各領域に対応して決定される。こ
の場合も、１Ｉｔｌと１ｚ１１とからΔＴ＝３が決定さ
れる。このＩＩＩと１２１の値が存在する領域に応じて
ΔＴを決定するための７０−チャートは、容易に実現可
能であるので、ここではその説明を省略する。

さらに、関数ｆ（Ｚ、Ｉ）はこの他にも無数に変形し得
ることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、系統状態の変化に
追従して系統のインピーダンスを把握することができ、
演算誤差面、動作時間面で最適な特性を有する信頼性の
高いインピーダンス変化率継電器が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は２端子電力系統を示す図、第１図（ｂ）
は第１図（ａ）における脱調時の両端の電圧ベクトルを
示す図、第２図は税調時の系統の電圧、電流波形を示す
図、第３図（ａ）は税調を検出するためのリレー特性例
を示す図、第３図（ｂ）は税調を検出するための主リレ
ーの一例を示す構成図、第４図はインピーダンス変化率
継電器の概念図、第５図ｒａ）　、　（ｂ）は系統動揺
あるいは税調時のインピーダンスと電流の変化の一例を
示す図、第６図は本発明の一実施例の−−ドウエアを示
すブロック図、第７図は本発明の機能ブロックの一例を
示す図、第８図は本発明の詳細な説明するだめの７四−
チャード図、第９図および第１０図は本発明の他の実施
例を示す図である。６０・・・電力系統、６１ｈ、６１ｂ・・・入力変換器
、６４・・・アナログ・デシタル変換器、６５・・・マ
ルチプレクサ、６６・・・ダイレクト・メモリ・アクセ
ス回路、６７・・・メモリ回路、６９・・・リレー演算
回路、７θ・・・出力回路。出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第　８　図第９　図第ｐＱ図Ｉｌ、Ｉ　　　　　　ＩＩＩ

Claims

【特許請求の範囲】

電力系統から得た電圧信号および電流信号をｆ＆メタル
ータに変換する手段と、このデジタルデータを記憶する
メモリ回路と、このメモリ回路の記憶内容を基の前記電
力系統の電流およびインピーダンスの大きさＩＩＩおよ
び１２１を夫夫算出する手段と、この算出された電流Ｉ
Ｉ＋およびインピーダンス１２１からインピーダンス変
化率演算のだめの最適な時間きざみ幅ΔＴを算出する手
段と、前記メモリ回路の記憶内容を基に前記時間幅ΔＴ
だけ離れた２つの時点のインピーダンスの大きさからイ
ンピーダンス変化率Δ凶Ｔを算出する手段と、このイン
ピーダンス変化率ΔＺ／ΔＴが所定の範囲内にあるか否
かを判定する手段とを具備したことを特徴とするインビ
ルダンス変化率継電器。