數字式繼電保護裝置的製作方法
2023-07-03 08:30:21 1
專利名稱：數字式繼電保護裝置的製作方法
技術領域：
本發明是關於利用GPS(Global Positioning Sytem)全球定位系統而獲取得取樣同步的數字式繼電保護裝置。
背景技術：
眾所周知的繼電保護裝置，是對電力系統、例如輸電線的各端子的電流進行取樣，為對由此得到的電量數據相互授受保護而進行計算。這種繼電保護裝置需要在各端子上按同一時鐘進行取樣。例如在美國專利4,612,594(特公平1-890號)、及美國專利4,470,093(特公平1-24014號)中提出了取樣時刻同步方法。下面用圖對現有技術的原理進行說明。
圖18(a)表示了在一方的端子(主端)和另一方的端子(輔端)上，都按固定的取樣周期T進行取樣，但在主端和輔端產生了ΔT同步偏差的狀態，首先輔端將同步信號(取樣同步標誌)和電量數據一起發送給主端(FO)。
在主端，從自裝置的取樣定時，測定取樣同步標誌所包含的數據接收定時Tm，並將取樣同步標誌和測量的Tm與電量數據一起返送回輔端(F1)。然後在輔端，與主端一樣從自裝置的取樣定時，測量取樣同步標誌所包含的數據接收定時Ts，同時讀出在主端測量的到達定時Tm。
在此，當輔端的發送數據到達主端的上行的傳輸延遲時間和主端的發送數據到達輔端的下行的傳輸延遲時間都是Td相等時，進行以下的說明。
傳輸延遲時間Td可以利用主端或輔端測量的Tm或Ts和同步誤差ΔT及取樣周期T，各按以下各式表示。
Td＝Tm+ΔT+iT ……(1)Td＝Ts-ΔT+jT ……(2)2ΔT＝Ts-Tm+(j-i)T……(3)ΔT＝(Ts-Tm)/2……(4)其中i整數(在圖19(a)時i＝1)j整數Ts＜Tm時j＝i+1、Ts≥Tm時j＝1)從(1)式和(2)式，求出(3)式。
當Ts＜Tm時，如果將Ts+T作為新的Ts，則可以消除(3)式的(j-i)T項(即，T的倍數)。並且，(3)式可表示為(4)式。
從而在輔端，對(4)式進行計算，調節輔端的取樣定時，以使ΔT大體為零，從而使獨立的二裝置間的取樣定時相同。
圖18(a)表示主端和輔端取樣定時一致的狀態。輔端的繼電保護裝置測量從發出取樣同步標誌到由主端返回的取樣周期數T0，從該T0和前面測定的Ts及取樣周期T，由(5)式計算出傳輸延遲時間Td。
Td＝T0/2-T+Ts……(5)這樣，為了判斷從對方端的繼電保護裝置發送來的數據對自端的繼電保護裝置的取樣時刻、是多大程度被延遲了的數據，可以使用同一時刻取樣的各數據進行運算。
從以上的結果可知，根據採用現有的取樣同步方法的數字式繼電保護裝置，通過與電量數據一起相互傳輸取樣同步標誌(フラゲ)、及接收定時等的同步控制用數據，可以使用同一定時的取樣和同一時刻的各取樣數據進行運算。
(發明要解決的課題)利用現有的取樣同步方法的數字式繼電保護裝置的第1個問題是，為了根據上述原理進行取樣同步控制，需要在傳輸數據中附加同步控制用數據，並且為了確立同步控制，傳輸數據的上行和下行傳輸延遲時間必須是相同的。
而第2個問題是，即使上行和下行的傳輸延遲時間是相同時，在傳輸延遲時間進行變動那樣的傳輸通路及傳輸方式的情況下，由於取樣同步偏差每次都要發生，所以繼電保護裝置的工作率降低。為此，在利用現有的同步方法的數字式繼電保護裝置中，使用了滿足傳輸延遲時間等的限制的繼電保護裝置專用的傳輸通路。
本發明鑑於以上情況，其目的在於提供一種數字式繼電保護裝置，通過在取樣同步中利用從GPS接收機輸出的固定周期脈衝，容易進行繼電保護裝置的同步控制，並且緩解對數據傳輸的傳輸延遲時間的限制，提高對傳輸通路及傳輸方式的自由度。
發明的內容本發明的所涉及的數字式繼電保護裝置包括GPS接收機，從GPS衛星接收電波，輸出固定周期的脈衝；時鐘振蕩器，產生作為上述電量的取樣定時基礎的時鐘信號；取樣脈衝發生裝置，以上述時鐘振蕩器輸出的時鐘信號為基礎，產生規定頻率的取樣脈衝；定時差測量裝置，用於測量從上述GPS接收機輸出的固定周期脈衝與上述取樣脈衝發生裝置輸出的取樣脈衝間的定時差；修正裝置，根據由上述定時差發生裝置測量的定時差，對上述取樣脈衝發生裝置輸出的取樣脈衝頻率進行修正；模擬/數字變換裝置，根據從上述取樣脈衝發生裝置所得到的取樣脈衝，對電力系統的電量進行取樣，得到電量數據；傳輸裝置，對上述模擬/數字變換裝置所得到電量數據，在與其他的繼電保護裝置之間進行發送接收；運算裝置，使用從上述模擬/數字變換裝置所得到電量數據和從上述傳輸裝置所得到的其他繼電保護裝置輸出的電量數據，進行規定的運算；及輸出裝置，根據上述運算裝置的運算結果，進行規定的輸出。
本發明的所涉及的數字式繼電保護裝置，由於使取樣脈衝同步於GPS衛星發送的信號，所以可以在各獨立的多數繼電保護裝置之間使取樣定時相同，而與數據傳輸時的傳輸延遲時間及上行和下行時間差無關。
本發明的所涉及的數字式繼電保護裝置，其特徵在於具有計算裝置，用於計算由上述運算裝置從上述從模擬/數字變換裝置所得到的自裝置的電流數據、與從上述傳輸裝置所得到的其他裝置的電流數據的向量和，即差電流；當從GPS衛星發出的電波中途切斷時，或者從上述GPS接收機不能輸出固定周期脈衝時，對上述時鐘振蕩器產生的時鐘信號頻率進行修正，使已經計算的差電流大體為零，或者變為與事前計算的值相近似的值。
本發明的所涉及的數字式繼電保護裝置，其特徵在於具有計算裝置，用於計算由上述運算裝置從上述從模擬/數字變換裝置所得到的自裝置的電流數據、與從上述傳輸裝置所得到的其他裝置的電流數據的相位差；當從GPS衛星發出的電波中途切斷時，或者從上述GPS接收機不能輸出固定周期脈衝時，對上述時鐘振蕩器產生的時鐘信號頻率進行修正，使已經計算的相位差大體為零，或者變為與事前計算的值近似的值。
本發明的所涉及的數字式繼電保護裝置，其特徵在於包括對相對的繼電保護裝置間的傳輸信號接收定時進行測量的裝置；將上述測量的接收定時傳輸給對方端的裝置；及以自端和對方端測量的傳輸信號的接收定時為基礎，運算相對的裝置間的傳輸延遲時間的裝置；當從GPS衛星發出的電波中途切斷時，或者從上述GPS接收機不能輸出固定周期脈衝時，以上述運算的傳輸延遲時間為基礎，修正各裝置間的取樣定時的偏差。
本發明的所涉及的數字式繼電保護裝置，其特徵在於包括對相對的繼電保護裝置間的傳輸信號接收定時進行測量的裝置；及通過在自端測量的傳輸信號的接收定時，運算從對方的裝置產生的傳輸延遲時間的裝置；在從GPS接收機正常輸出固定周期脈衝期間，對傳輸延遲時間進行運算·記錄，當從GPS衛星發出的電波中途切斷時，或者從上述GPS接收機不能輸出固定周期脈衝時，從已經記錄的傳輸延遲時間和現在的數據接收定時，修正從上述取樣同步裝置輸出的取樣脈衝。
本發明的所涉及的數字式繼電保護裝置，其特徵在於包括從外部輸入設定值的裝置；及對設定值和內部數據進行條件判斷的裝置；當從GPS衛星發出的電波中途切斷時，或者從上述GPS接收機不能輸出固定周期脈衝時，經過一定時間、或產生超過一定值以上的差電流及相位差，從對方端輸出的信號在到達時刻發生急變時所具有的預先設定的條件已成立時，判斷為各裝置間的取樣定時的同時性消失，並且實施防止從上述輸出裝置誤輸出的處理。
本發明的所涉及的數字式繼電保護裝置，其特徵在於在自端或對方端的任一個以上的端子上，當從GPS衛星發出的電波中途切斷時，或者從上述GPS接收機不能接收固定周期脈衝時，自動降低電流差動繼電器的工作靈敏度。
本發明的所涉及的數字式繼電保護裝置，其特徵在於包括接收定時測量裝置，對接收的傳輸慕郵斬ㄊ苯脅飭浚患按渥暗置，將測量的接收定時發送給其他裝置；以從自裝置的接收定時測量裝置所得到的接收定時、和從傳輸裝置所得到的對方裝置的接收定時、上行下行傳輸延遲時間差為零，或者是一定值作為前提，通過定時差測量裝置計算出取樣定時差，實施取樣同步，並且，通過從自端或對方端的某個數字式繼電保護裝置予以起動，解除防止上述輸出裝置的輸出。
本發明的所涉及的數字式繼電保護裝置，其特徵在於以從定時差測量裝置所得到的定時差是在規定範圍內，及兩端子的差電流及相位差是在規定範圍內為條件，自動解除防止從上述輸出裝置的輸出。
本發明的所涉及的數字式繼電保護裝置，其特徵在於當變成傳輸數據的上行下行傳輸延遲時間暫時不同的傳輸路徑時，中斷對取樣定時偏差進行修正的控制。(本發明是以線路交換網作為傳輸通路為前提的，上行·下行時間不同，但是以使延遲時間立刻變為相同為前提的。其間取樣脈衝繼續輸出中斷時刻的取樣脈衝。)附圖的簡單說明圖1是表示本發明的第1實施例的構成圖。
圖2是表示本發明的第1實施例的同一時刻運算的原理圖。
圖3是表示本發明的第2實施例的構成圖。
圖4是表示本發明的第3實施例的構成圖。
圖5是表示本發明的第4實施例的構成圖。
圖6是表示本發明的第5實施例的構成圖。
圖7是表示本發明的第7實施例的構成圖。
圖8是表示本發明的第8實施例的構成圖。
圖9是表示本發明的第10實施例的構成圖。
圖10是表示本發明的第11實施例的構成圖。
圖11是表示本發明的第11實施例中的電流差動繼電器的工作特性圖。
圖12是表示本發明的第12實施例的構成圖。
圖13是表示本發明的第13實施例的構成圖。
圖14是表示本發明的第14實施例的構成圖。
圖15是表示本發明的第15實施例的構成圖。
圖16是表示本發明的第16實施例的構成圖。
圖17是表示本發明的第17實施例的構成圖。
圖18是說明現有技術的原理圖。
本發明的具體實施方式
(第1實施例)圖1是表示本發明的第1實施例的構成圖。
圖1表示由2個裝置保護輸電線時的構成。
在位於輸電線1兩端的第1端子SS1及第2端子SS2上設置繼電保護裝置14a、14b。
在各端子上設置的變流器2a、2b，將流過輸電線1中的電流變成適合於繼電保護裝置14a、14b處理的大小。
斷路器3a、3b根據繼電保護裝置14a、14b而動作。
繼電保護裝置14a、14b根據取樣脈衝發生裝置9a、9b輸出的取樣脈衝S2a、S2b，由模擬/數字變換裝置10a、10b對電力系統的電量進行取樣，得到電量數據。
所得到的電量數據由傳輸裝置11a、11b相互傳輸，在運算裝置12a-12b上，使用自端的電量數據和對方端處理的電量數據進行規定的運算。
根據讀運算結果，在輸出裝置13a、13b進行規定的輸出。
此處，在繼電保護裝置14a、14b上利用同一時刻的電量數據進行運算中，各裝置需要以同一定時對系統電量進行取樣。
GPS接收機5a、5b從GPS衛星4接收電波，輸出同一定時的固定周期脈衝So。
另一方面時鐘振蕩器6a、6b輸出各時鐘信號S1a、S1b。該時鐘信號S1a、S1b是不同步的。
另外，GPS將由安裝在衛星上的原子鐘(包括由銫和銣構成的超精度振蕩器)計數的時間轉換成時間信號，並將該信號從衛星傳送給地面的接收站。根據由接收站接收的時間信號所代表的時間與實際接收信號的時間的偏差，測量傳輸信號的傳送時間。
定時差測量裝置7a，測量固定周期脈衝So與取樣脈衝S2a間的定時差。
同樣，定時差測量裝置7b，測量固定周期脈衝So與取樣脈衝S2b間的定時差。
為使由定時差測量裝置7a、7b所測量的定時差為0，用各修正裝置8a、8b修正取樣脈衝S2a、S2b的頻率。
結果，在做為相互獨立的裝置的繼電保護裝置14a和14b中，由於非同步的取樣脈衝S2a、S2b變為以固定周期脈衝SO為基準的相同定時，所以可建立裝置間的同步。
下面參照圖2，說明在同一時刻取樣的電量數據之間進行運算的原理。
在通過上述裝置建立裝置間同步的狀態下，當在各裝置設置以固定周期脈衝SO輸入時點為起點、在每個取樣脈衝S2a、S2b上進行更新的計數器CNa、CNb時，可以對同一時刻的取樣數據賦予相同的計數器值。
從而，當從發送端與電量數據一起傳輸該計數器值時，接收端讀取該計數器值。即，可以將同一計數器值的各電量數據使用運算中。
如果相對裝置間的傳輸延遲時間是取樣周期未滿時，則不一定需要設置上述的計數器。
根據本實施例，由於使取樣脈衝同步於GPS衛星發出的信號，所以在各個獨立的多個繼電保護裝置之間使取樣定時相同，而與數據傳輸時的傳輸延遲時間及上行和下行的時間差無關。
(第2實施例)
圖3是表示本發明的第2實施例的構成圖。
在圖3中與圖1相同的部分加有相同標號，其說明予以省略。
本實施例與圖1的差異是附加了差電流運算裝置15a、15b。
在第1實施例中，當從GPS衛星4發出的電波中途切斷，或者從GPS接收機5a、5b不能輸出固定周期脈衝SO時，定時差測量裝置7a、7b，修正裝置8a、8b就不起作用。
為此，由於時鐘振蕩器6a、6b的偏差，使裝置間的同步慢慢脫離。
在本實施例中，利用了在輸電線1上沒有故障的狀態建立裝置間的同步時，兩端電流的向量和、即所謂差電流為零。
下面對以繼電保護裝置14a為主端、繼電保護裝置14b為輔端進行說明。
一旦裝置間的同步建立之後，當從GPS衛星4發出的電波中途切斷，或者從GPS接收機5a、5b不能輸出固定周期脈衝SO時，通過輔端的繼電保護裝置14b的修正裝置8b，進行時鐘信號S1b的頻率修正，以便使由差電流運算裝置15a、15b求出差電流大體為零。
這樣，輔端的繼電保護裝置14b的取樣脈衝S2b跟蹤主端的繼電保護裝置14a的取樣脈衝S2a，可以繼續建立裝置間的同步狀態。
例如，當由於存在未設置繼電保護裝置的分支負荷端子等，而常時產生某種程度的差電流時，記錄由差電流運算裝置15a、15b求得的常時的差電流值。
而且，當從GPS衛星4發出的電波中途切斷，或者從GPS接收機5a、5b不能輸出固定周期脈衝SO時，差電流運算裝置也可以根據不能輸出SO的以前所記錄的差電流值和現差電流值間的差，控制取樣脈衝寬度，通過輔端的繼電保護裝置14b的修正裝置8b進行時鐘信號S1b的頻率修正，使現差電流值接近記錄的差電流值。
根據本實施例，即使從GPS衛星4發出的電波中途切斷，或者從上述的GPS接收機5a、5b不能輸出固定周期脈衝，也可以繼續輸出各裝置間取得同步的取樣脈衝。
(第3實施例)圖4表示本發明的第3實施例的構成圖。
在圖4中，對與圖1相同的部分加有相同標號，其說明予以省略。
本實施例與圖1的差異是附加了相位差運算裝置16a、16b。
在本實施例中，利用了在輸電線1上沒有故障的狀態建立了裝置間的同步時，兩端電流的相位差為零的情況。
下面對以繼電保護裝置14a為主端，以繼電保護裝置14b為輔端進行說明。
一旦裝置間的同步建立後，當從GPS衛星4發出的電波中途切斷，或者從GPS接收機5a、5b不能輸出固定周期脈衝SO時，通過輔端的繼電保護裝置14b的修正裝置8b，進行時鐘信號S1b的頻率修正，使由相位差運算裝置16a、16b求出的電流的相位差大體為零。
這樣，輔端的繼電保護裝置14b的取樣脈衝S2b跟蹤繼電保護裝置14a的取樣脈衝S2a，可以繼續建立裝置間的同步狀態。
與上述相同，例如由於系統的狀態，常時產生某種程度的相位差時，記錄已經由相位差運算裝置16a、16b求出的常時相位差。
而且，當從GPS衛星4發出的電波中途切斷，或者從GPS接收機5a、5b不能輸出固定周期脈衝SO時，也可以通過輔端的繼電保護裝置14b的修正裝置8b，進行時鐘信號S1b的頻率修正，使之變為接近已經記錄的相位差的值。
另外，由於系統的狀態，而沒有流動趨勢時，不能運算電流的相位差。
因此，當電流在規定的值以下時，也可以不通過電流的相位差，而通過電壓的相位差進行修正。
這時由於時常產生相位差，所以進行修正，使之成為與時常的相位差接近的值。
根據本實施例，即使從GPS衛星發出的電波中途切斷，或者從上述的GPS接收機不能輸出固定周期脈衝，也可以繼續輸出在裝置間取得同步的取樣脈衝。
(第4實施例)圖5是表示本發明的第4實施例的構成圖。
在圖5中，對於與圖1相同的部分加有相同標號，其說明予以省略。
本實施例與圖1的差異是附加了傳輸信號接收定時測量裝置17a、17b、裝置間的傳輸延遲時間運算裝置18a、18b。
在本實施例中，在上行和下行傳輸延遲時間相等的條件下，當從GPS衛星4發出的電波中途切斷，或者從GPS接收機5a、5b不能輸出固定周期脈衝SO時，例如利用美國專利4,612,594(特公平1-890)中公開的取樣時刻同步技術，由傳輸信號接收定時測量裝置17a、17b，測量接收定時Tm、Ts，由傳輸延遲時間運算裝置18a、18b求出傳輸延遲時間Td。
即，當從GPS衛星4發出的電波中途切斷，或者從GPS接收機5a、5b不能輸出固定周期脈衝SO時，切換到現有技術的取樣同步方法，可以繼續輸出裝置間取得同步的取樣脈衝。
(第5實施例)圖6是表示本發明的第5實施例的構成圖。
在圖6中，與圖1相同的部分加有相同標號，其說明予以省略。
本實施例與圖1的差異是附加了傳輸信號接收定時測量裝置17a、17b、裝置間的傳輸延遲時間運算裝置18a、18b。
下面對以繼電保護裝置14a為主端，以繼電保護裝置14b為輔端進行說明。
當從GPS接收機5a、5b正常輸出固定周期脈衝期間，在各裝置上從自端測量的接收定時開始，計算並記錄傳輸延遲時間。
而且，當從GPS衛星4發出的電波中途切斷，或者從GPS接收機5a、5b不能輸出固定周期脈衝SO時，從記錄的傳輸延遲時間和現在的數據接收定時開始，通過輔端的繼電保護裝置14b的修正裝置8b，進行時鐘信號S1b頻率修正。
這樣，輔端的繼電保護裝置14b的取樣脈衝S2b跟蹤主端的繼電保護裝置14a的取樣脈衝S2a，可以繼續建立裝置間的同步狀態。
根據本實施例，即使從GPS衛星發出的電波中途切斷時，或者從上述的GPS接收機不能輸出固定周期脈衝，也可以繼續輸出在裝置間取得同步的取樣脈衝。
(第6實施例)以下說明本發明的第6實施例。
在上述的實施例(從第2至第5)中，當從GPS衛星發出的電波中途切斷時，或者從上述GPS接收機不能輸出固定周期脈衝時，用各個具有的取樣同步繼續裝置，繼續輸出在裝置間取得同步的取樣脈衝。
在各實施例所示的取樣同步繼續裝置中至少具有2個以上，即使一邊相互補充，一邊進行修正，也可以得到同樣的作用效果。
例如在第2、第3的實施例中，作為同步控制繼續的裝置，利用了在輸電線中流過的電流。
即，當未流過電流時，不能運算差電流及相位差，但在這樣的狀態時，通過不利用電流的第4、第5實施例，可以繼續進行同步控制。
另外，在第4、第5實施例中，在從GPS衛星4發出的電波中途切斷，或者從上述GPS接收機5a、5b不能輸出固定周期脈衝SO之後，通過傳輸通路切換等，在上行和下行的傳輸延遲時間上產生新的差時，不能檢測其變化。
但是，由於變化而產生差電流及電流的相位差，所以通過第2、第3實施例，可以繼續同步控制。
這樣，通過對原理不同的多數同步控制繼續裝置進行組合，可以實現能更靈活適應的系統。
(第7實施例)圖7是表示本發明的第7實施例的構成圖。
在圖7中，與圖1相同的部分加有相同標號，其說明予以省略。
本實施例與圖1的差異是附加了設定值輸入裝置19a、19b、條件判斷裝置20a、20b。
在本實施例中，考慮到通過取樣同步繼續裝置的控制狀態長時間繼續，並由於各裝置的脈衝振蕩器的個體差異，將逐步在取樣定時上產生錯位，直到保護繼電器產生誤動作的情況，在設定值輸入裝置19a、19b上預先輸入該繼續時間、差電流及相位差、與來自對方端裝置的數據接收定時變動等的要素相關的臨界值等。
而且，條件判斷裝置20a、20b，當上述的要素超過臨界值時，判斷為各裝置間的取樣定時的同時性消失了，防止從輸出裝置的誤輸出。
根據本實施例，當繼續輸出取樣脈衝的狀態長時間繼續時，及在系統上發生故障，變為可產生差電流及相位差的狀態時，或者由於傳輸延遲時間的變動等使接收定時急劇變化時，可以防止在各裝置間產生同步錯位。
(第8實施例)在上述的各實施例的繼電保護裝置中，也可以具有以下功能。
在多個繼電保護裝置上取得的電量數據。全部按相同的時鐘進行取樣。
從而，收集這些電量數據，進行比較研究，及進行新的運算是有效的。
另外，收集由繼電保護裝置實施的運算結果，確認各裝置的狀態也是有效的。
為此，如圖8中所示。在繼電保護裝置上設置輸出上述數據的數據輸出裝置21a、21b，可以二次利用在其他裝置上的數據。
也可以不附加獨立的數據輸出裝置21a、21b，而通過傳輸裝置11a、11b輸出數據。
(第9實施例)另一方面，上述的各實施例作為保護對象，說明了保護2端子的輸電線的情況，但是，保護3端子以上的多端子輸電線時，及保護變電站的母線及變壓器時，以及對這些進行綜合保護時，與上述同樣也可以適用實施。
(第10實施例)另外如圖9所示，將GPS接收機5C作為與繼電保護裝置分開設置的形式，及從1臺GPS接收機5d對多個繼電保護裝置分配固定周期脈衝SO的形式，與上述同樣也可以適用。
(第11實施例)圖10是表示本發明的第11實施例的構成圖。
在圖10中，與圖1相同的部分加有相同標號，其說明予以省略。
本實施例與圖1的差異是附加了運算裝置12a1、12b2、及固定周期脈衝檢測裝置22a、22b。
在本實施例中，監視從GPS接收機5a、5b輸出的固定周期脈衝SO的輸出狀態，當輸出異常或停止時，從運算裝置12a、12b切換到具有低工作靈敏度的低靈敏度工作特性的運算裝置12a1、12b1。
圖11表示了運算裝置12a、12b及12a1、12b1的工作特性。由於電流越大由取樣同步誤差產生的電流差動運算的誤差也越大，所以使比率特性的靈敏度降低。在圖11中，橫軸為流入電流Ii，縱軸為輸出電流Io，Itap為最小靈敏度調整，小電流特性DF1、大電流DF2例如由下式給出，由運算裝置12a、12b進行。
DF1Io≤K1(Ii-Itap)DF2Io≤IkscIksc是最大的流出電流，為了防止由CT飽和造成的誤動作，大於此的區域不工作。另外，一般來說Itap由最小故障電流決定。K1是比率特性係數。當固定周期脈衝So異常或停止時，使小電流域特性DF1由運算裝置12a1、12b1進行。另外，也可以將最小靈敏度調整Itap例如置換成(Itap×1、2)等，或減少上述的比率特性係數，來降低最小靈敏度。
根據本實施例，可以防止從GPS衛星4發出的電波中途切斷時，或者從GPS接收機5a、5b不能輸出固定周期脈衝So狀態下的長期間運用，因同步誤差積累造成差電流運算誤差的增大所引起的電流差動繼電器的誤動作。
(第12實施例)圖12是表示本發明的第12實施例的構成圖。
在圖12中，與圖8相同的部分加有相同標號，其說明予以省略。
本實施例與圖8的差異是附加了解除輸入裝置32a、32b、接收定時測量裝置17a、17b、定時差運算裝置23a、23b。
另外，差電流運算裝置15a、15b也可以是相位差運算裝置16a、16b。
在第7實施例中，當由條件判斷裝置20a、20b判斷各裝置間的取樣定時的同時性已消失時，防止從輸出裝置的誤輸出。
這時，GPS信號恢復，只要得不到固定周期脈衝，就不能解除輸出裝置的鎖定，這從防止誤動作的觀點看是安全的控制。
在本實施例中，以GPS信號不恢復的情況為前提，當上行下行的傳輸通路健全、並且上行下行的傳輸延遲時間差固定時，則通過固定修正該傳輸延遲時間差，可以與上行下行的傳輸延遲等效時同樣進行處理。
即，利用在現有技術說明中記載的同步方式，由定時差運算裝置23a、23b取得兩端子的接收定時差，可以取得取樣同步。可以運行電流差動繼電器。
在圖12的形式中，利用現有的上述同步方式可進行取樣同步的傳輸通路狀態時，通過對解除輸入裝置32a加解除輸入，可以對自裝置的條件判斷裝置20a解除輸出裝置13a的鎖定。
另外，通過傳輸裝置11a、11b可以對對方裝置的條件判斷裝置20b解除輸出裝置13b的鎖定。
根據本實施例，即使GPS信號長期間消失時，只要傳輸通路的上行下行的傳輸延遲時間差一定，就可以由電流差動繼電器進行保護，並可提高裝置的運行率。
(第13實施例)圖13是表示本發明的第13實施例的構成圖。
在圖13中，與圖8相同的部分加有相同標號，其說明予以省略。
本實施例與圖8的差異是附加了接收定時測量裝置17a、17b、定時差運算裝置23a、23b。
差電流運算裝置15a、15b也可以是相位差運算裝置16a、16b。
在圖12的實施例中，一旦鎖定輸出裝置13a、13b，則解除時需要從外部對解除輸入裝置32a、32b進行輸入。
當傳輸通路的傳輸延遲時間的變化被限制或被保證時，如果差電流或相位差在規定範圍內，及從定時差測量裝置23a、23b得到了裝置間定時差在規定範圍內的結果，則可以判斷取得了裝置間的取樣同步。
這時，接收到差電流運算裝置15a、15b、及定時差測量裝置23a、23b的結果，判斷為裝置間的取樣同步狀態，自動解除輸出裝置13a、13b的鎖定。
根據本實施例，即使裝置一度轉移到鎖定輸出裝置13a、13b的狀態，也會通過傳輸通路的恢復自動重開運行，可以減輕運行人員的勞力及提高運行率，(第14實施例)圖14是表示本發明的第14實施例的構成圖。
在圖14中，與圖13相同的部分加有相同標號，其說明予以省略。
本實施例與圖13的差異是附加了定時差突變檢測裝置24a、24b。
在GPS信號消失的狀態，通過裝置間定時測量裝置23a、23b，可以由現有的上述同步方式的取樣同步進行運行。
這時，當通過傳輸通路的切換，傳輸延遲時間發生變化，且上行下行的傳輸延遲時間不等效時，從裝置間定時差測量裝置23a、23b看上去可得到出現取樣同步誤差(＝上行下行延遲時間差的一半)的測量結果。
按著該測量結果，加取樣脈衝的修正時，則該修正的部分，直接變成了裝置間的取樣同步誤差。
當該狀態長期間繼續時，就需要鎖定輸出裝置13a、13b。
但是，在上行下行的傳輸通路獨立切換的通信網等中，也存在只是在對上行下行的傳輸通路分別切換時刻有時間差時，上行下行的傳輸延遲時間才不等效的狀態。
例如，考慮上行下行的傳輸延遲時間各為1ms運行的情況。
上行的傳輸通路切換到傳輸延遲時間為4ms的通路上，2秒鐘後，下行的傳輸通路也切換到傳輸延遲時間為4ms的通路的信道的情況。
這時，在傳輸切換過程中，變為上行4ms、下行1ms的傳輸延遲時間。
即，可以看出在裝置間定時差測量裝置23a、23b的處理中，產生了延遲時間差3ms的一半1.5ms{(4-1)/2}的取樣同步誤差。
將該1.5ms直接在修正裝置8a、8b上對取樣脈衝進行修正時，則實際產生裝置間取樣同步誤差為1.5ms。
因此，在圖15中設置了定時差突變檢測裝置24a、24b，如果由於傳輸通路的變化，使裝置間定時差急驟變化時，在一定時間內中斷脈衝的修正。
此處作為「傳輸通路的變化」的補充說明是，在「誤差(即測量誤差，為了測量ΔT的各端子17的檢測誤差)」和「取樣的滑移(轉差〕」上設置加有餘量的閾值，當定時差的變化量比該值大時，判斷為「傳輸通路變化」。
在該急變狀態繼續期間，將兩裝置的取樣脈衝固定為標準的頻率，當兩裝置的取樣脈衝是比該頻率足夠小的誤差時將沒有問題。
另一方面，在上述的例子中，上行通路從常用向備用切換後，下行通路不切換到備用通路，仍然是常用通路。
這時，由於上行下行的傳輸延遲時間變為不平衡，當裝置間定時差突變之後，即使經過一定時間，裝置間的定時差的測量也不返回0附近時，鎖定輸出裝置13a、13b。
根據本實施例，在失去GPS信號，用現有的上述同步方式的取樣同步進行運用時，即使一時上行下行的傳輸延遲時間不等效，也可以在不鎖定電流差動繼電器的情況下繼續運行，可以提高運行率。
(第15實施例)圖15是表示本發明的第15實施例的構成圖。
在圖15中，與圖5相同的部分加有相同標號，其說明予以省略。
本實施例與圖5的差異是附加了正相電壓運算裝置25a、245b。
正相電壓運算裝置25a、245b，從模擬/數字變換裝置10a、10b得到的電壓數據中求出正相電壓。
求得的正相電壓，通過傳輸裝置11a、11b在兩裝置間進行發送接收。
而且，相位差運算裝置16a、16b根據接收的正相電壓運算相位差。
根據本實施例，當從GPS衛星發出的電波中途切斷時，或者從上述GPS接收機得不到固定周期脈衝時，即使電力系統的潮流少，由電流數據難於求出相位差時，也可以用電壓數據得到相位差，可以繼續輸出在裝置間取得同步的取樣脈衝。
(第16實施例)圖16是本發明的第16實施例的構成圖。
在圖16中，與圖5相同的部分加有相同標號，其說明予以省略。
本實施例與圖5的差異是附加了充電電流設定裝置26a、26b、充電電流計算裝置27a、27b，充電電流消除裝置28a、28b。
充電電流設定裝置26a、26b，從外部加入·保持在額定電壓Vn時流過的充電電流量Icn。
在電力系統中實際流過的充電電流Ic，可以利用從模擬/數字變換裝置10a、10b所得到的電壓數據V，由下式求出。
Ic＝(V/Vn)×Icn充電電流消除裝置28a、28b根據輸入的充電電流Ic，從模擬/數字變換裝置10a、10b所得到的電流數據I中消除充電電流成分。
然後，相位差運算裝置16a、16b可以求出排除充電電流誤差的相位差。
根據本實施例，當從GPS衛星發出的電波中途切斷，或者從上述GPS接收機得不到固定周期脈衝時，即使充電電流很大，也可以不受充電電流影響地求出電流相位差，可以繼續輸出在裝置間取得同步的取樣脈衝。
(第17實施例)圖17是本發明的第17實施例的構成圖。
在圖17中，與圖15相同的部分加有相同標號，其說明予以省略。
本實施例與圖15的差異是附加了電流電平判斷裝置29a、29b、相位差運算輸入切換裝置30a、30b。
當在相位差計算中使用電壓數據時，流過的電流所產生的相位偏差就成了問題。
另一方面，使用電流數據時，當潮流(電流)少時不能得到充分有效數字是個問題。
在圖17中設置了電流電平判斷裝置29a、29b。
即，在電流振幅小時，控制相位差運算輸入切換裝置30a、30b，利用電壓數據進行相位差運算。
另外，當電流振幅大時，控制相位差運算輸入切換裝置30a、30b，以便利用電流數據。
此處的振幅大小的基準是由A/D變換的模擬數據的絕對值大小決定的。
根據本實施例，當從GPS衛星發出的電波中途切斷，或者從上述GPS接收機得不到固定周期脈衝時，不論潮流的大小都可求出相位差，可以繼續輸出裝置間取得同步的取樣脈衝。
上述的實施例說明了在定時差測量裝置中，根據從GPS接收機輸出的固定周期脈衝和從取樣脈衝發生裝置輸出的取樣脈衝間的定時差，修正該取樣脈衝的頻率。
但是，代替取樣脈衝發生裝置，而採用時鐘振蕩器的時鐘信號S1a、S1b，求出定時差，修正取樣脈衝S2a、S2b的頻率，也可以得到同樣的效果。其詳細的說明予以省略。
本發明的效果如以上的說明，根據本發明，由於取樣脈衝同步於GPS衛星發出的信號，所以具有各自獨立的多數繼電保護裝置之間使取樣定時相同，而與數據傳輸時的傳輸延遲時間及上行下行的時間差無關。
權利要求
1.一種數字式繼電保護裝置，其在變電站等處設置多臺，用於電力系統的保護、控制，使用以同一定時對電力系統的電量進行取樣的數據，其特徵在於包括GPS接收機，從GPS衛星接收電波，輸出固定周期的脈衝；時鐘振蕩器，產生作為上述電量的取樣定時基礎的時鐘信號；取樣脈衝發生裝置，以上述時鐘振蕩器輸出的時鐘信號為基礎，產生規定頻率的取樣脈衝；定時差測量裝置，用於測量從上述GPS接收機輸出的固定周期脈衝與上述取樣脈衝發生裝置輸出的取樣脈衝間的定時差；修正裝置，根據由上述定時差發生裝置測量的定時差，對上述取樣脈衝發生裝置輸出的取樣脈衝頻率進行修正；模擬/數字變換裝置，根據從上述取樣脈衝發生裝置所得到的取樣脈衝，對電力系統的電量進行取樣，得到電量數據；傳輸裝置，將上述模擬/數字變換裝置所得到電量數據，在與其他的繼電保護裝置之間進行發送接收；運算裝置，使用從上述模擬/數字變換裝置所得到電量數據、和從上述傳輸裝置所得到的其他繼電保護裝置輸出的電量數據，進行規定的運算；及輸出裝置，根據上述運算裝置的運算結果，進行規定的輸出。
2.如權利要求1記載的數字式繼電保護裝置，其特徵在於具有計算裝置，用於計算由上述運算裝置從上述從模擬/數字變換裝置所得到的自裝置的電流數據、與從上述傳輸裝置所得到的其他裝置的電流數據的向量和，即差電流；當從GPS衛星發出的電波中途切斷時，或者從上述GPS接收機不能輸出固定周期脈衝時，對上述時鐘振蕩器產生的時鐘信號頻率進行修正，使已經計算的差電流大體為零，或者成為與事前計算的值近似的值。
3.如權利要求1記載的數字式繼電保護裝置，其特徵在於具有計算裝置，用於計算由上述運算裝置從上述從模擬/數字變換裝置所得到的自裝置的電流數據、與從上述傳輸裝置所得到的其他裝置的電流數據的相位差；當從GPS衛星發出的電波中途切斷時，或者從上述GPS接收機不能輸出固定周期脈衝時，對上述時鐘振蕩器產生的時鐘信號頻率進行修正，使已經計算的相位差大體為零，或者為與事前計算的值相近似的值。
4.如權利要求1記載的數字式繼電保護裝置，其特徵在於包括測量對置的繼電保護裝置間的傳輸信號的接收定時的裝置；將上述測量的接收定時傳輸給對方端的裝置；及以自端和對方端測量的傳輸信號的接收定時為基礎，運算相對的裝置間的傳輸延遲時間的裝置；當從GPS衛星發出的電波中途切斷時，或者從上述GPS接收機不能輸出固定周期脈衝時，以上述運算的傳輸延遲時間為基礎，修正各裝置間的取樣定時的偏差。
5.如權利要求1記載的數字式繼電保護裝置，其特徵在於包括對相對的繼電保護裝置間的傳輸信號的接收定時進行測量的裝置；及通過在自端測量的傳輸信號的接收定時，運算來自對置的裝置的傳輸延遲時間的裝置；在從GPS接收機正常輸出固定周期脈衝期間，對傳輸延遲時間進行運算·記錄，當從GPS衛星發出的電波中途切斷時，或者從上述GPS接收機不能輸出固定周期脈衝時，從已經記錄的傳輸延遲時間和現在的數據接收定時，修正從上述取樣同步裝置輸出的取樣脈衝。
6.如權利要求2至5中任一項所記載的數字式繼電保護裝置，其特徵在於包括從外部輸入設定值的裝置；及對設定值和內部數據進行條件判斷的裝置；當從GPS衛星發出的電波中途切斷時，或者從上述GPS接收機不能輸出固定周期脈衝時，經過一定時間、或產生超過一定值以上的差電流及相位差，在從對方端輸出的信號到達時刻發生急變時所具有的預先設定的條件已成立時，判斷為各裝置間的取樣定時的同時性消失，並且實施防止從上述輸出裝置誤輸出的處理。
7.如權利要求1記載的數字式繼電保護裝置，其特徵在於在自端或對方端的某一個端子以上，當從GPS衛星發出的電波中途切斷時，或者從上述GPS接收機不能接收固定周期脈衝時，將電流差動繼電器的工作靈敏度自動降低。
8.如權利要求6記載的數字式繼電保護裝置，其特徵在於包括接收定時測量裝置，對接收到的傳輸慕郵斬ㄊ苯脅飭浚患跋傳輸裝置，將測量的接收定時發送給其他裝置；以從自裝置的接收定時測量裝置所得到的接收定時、和從傳輸裝置所得到的對方裝置的接收定時、上行下行傳輸延遲時間差為零，或者是一定值作為前提，通過計算出取樣定時差的定時差測量裝置，實施取樣同步，並且，通過從自端或對方端的某個數字式繼電保護裝置予以起動，解除防止從上述輸出裝置的輸出。
9.如權利要求8記載的數字式繼電保護裝置，其特徵在於以從定時差測量裝置所得到的定時差是在規定範圍內、及兩端子的差電流和相位差是在規定範圍內為條件，自動解除防止從上述輸出裝置的輸出。
10.如權利要求8或9記載的數字式繼電保護裝置，其特徵在於當變成傳輸數據的上行下行傳輸延遲時間暫時不同的傳輸路徑時，中斷對取樣定時偏差進行修正的控制。
全文摘要
本發明公開一種數字式繼電保護裝置,在取樣同步中利用從GPS接收機輸出的固定周期脈衝。GPS接收機從GPS衛星接收電波,輸出固定周期脈衝。另一方面,時鐘振蕩器輸出各時鐘信號,以該時鐘信號為基礎,取樣脈衝發生裝置產生規定頻率的取樣脈衝。為此,測量從GPS接收機發出的固定周期脈衝和取樣脈衝發生裝置輸出的取樣脈衝間的差,根據該定時差,修正上述取樣脈衝發生裝置輸出的取樣脈衝的頻率,根據該修正的取樣脈衝,得到電力系統的各端電量。
文檔編號H02H7/26GK1348243SQ01135449
公開日2002年5月8日 申請日期2001年10月8日 優先權日2000年10月6日
發明者杉浦秀昌, 首藤逸生, 伊藤八大 申請人:東芝株式會社