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交流き電用ベクトル形継電器

国内特許コード P07A011859
整理番号 /NO33092
掲載日 2007年11月30日
出願番号 特願2000-250054
公開番号 特開2002-064930
登録番号 特許第3715517号
出願日 平成12年8月21日(2000.8.21)
公開日 平成14年2月28日(2002.2.28)
登録日 平成17年9月2日(2005.9.2)
発明者
  • 持永 芳文
  • 戸田 弘康
  • 久水 泰司
  • 長崎 寛美
  • 平松 博
  • 上村 修
  • 吉舗 幸信
  • 増山 隆雄
出願人
  • (財)鉄道総合技術研究所
  • (株)東芝
  • 東芝システムテクノロジー(株)
発明の名称 交流き電用ベクトル形継電器
従来技術、競合技術の概要 電鉄用の交流き電回路保護装置として、従来よりき電線に流れる電流の変化分に応動する電流変化分検出継電器が用いられている。この種の継電器の検出原理は次に述べる通りである。図9は電流変化分検出方法の原理を説明する概念図であり、コンデンサCと抵抗Rとによってき電線電流Iの変化分ΔIを検出するものである。図9に示されるように、この回路はCとRの微分回路であり、次の数1式の関数により変化分電流ΔIが得られる。
【数1】ここで、tdは時定数(=C・R)である。
なお、図9は電流変化分検出方法の原理を説明するためにアナログ回路の例を示したが、マイクロコンピュータによるディジタル演算によっても同一原理のものが実現できる。これについては後述する。図10は、図9の応動を説明する図であり、き電線電流が負荷により変化する場合を示している。図10(a)は、き電線電流Iのタイムチャート、(b)は変化分電流ΔIのタイムチャートである。(a)の実線部において、時刻t1で短絡事故が発生してき電線電流Iが上昇し、その変化分に応じたΔIが(b)の実線に示すように得られる。この得られた変化分ΔIが予め定められた整定値Kを超えれば、継電器は動作出力を生じることになる。通常の電流変化では、ΔIがこの整定値Kを超えることはないが、き電線に短絡事故が発生した場合にはき電線電流の変化分が極めて大となるので、それに応じてΔIも大となり、整定値Kを超えて継電器が動作する。この様にして、ΔIの大きさを判定することにより、き電線に流れる電流が負荷電流なのか事故電流なのかを選択できる。しかし、鉄道の電気車両は力行、惰行、制動の3つの動作交差を繰り返して運転される。き電線保護継電器の場合、この電気車両が主な負荷となるので、電気車両の負荷状態を速やかに検出することが保護を確実なものにする。近年、電気車両の3つの動作の中で制動の方法が変わりつつあり、中でも回生ブレーキと呼ばれる駆動用モータを制動時のエネルギーで逆回転させて電気を発電し、その電流をき電線へ戻す方法が主流となり、新形車両に積極的に導入されている。このような車両が回生制御中にき電線に系統事故が発生した場合、回生車両からも事故点に電流が供給されるため、き電線電流の絶対値の変化がわずかとなることが考えられ、従来のき電線に流れる電流の絶対値の変化分に応動する電流変化分検出継電器では事故検出が困難となり、場合によっては事故検出できない可能性もある。また、従来の車両に力行あるいは制動を行う際には系統周波数に対する第3高調波が多く発生し、第3高調波の発生を確認して系統事故か電気車両による負荷の接近かを判別していた。しかし、近年の新形車両では、第3高調波の発生を低減させるものが開発されてきており、第3高調波による電気車両の接近を判別するのが難しく、従来のき電線用の保護継電器では電気車両による負荷の接近での誤動作の可能性がある。そこで最近では、前述のように車両が回生制御中にき電線に系統事故が発生したときに、回生車両からも事故点に電流が供給されるためにき電線電流の絶対値の変化がわずかとなる場合でも事故検出が可能なき電線保護継電器として、電流の大きさでなく位相変化でも応動が行えるようなき電線保護継電器が検討されており、ある時点のき電線電流とその数サイクル前のき電線電流のデータとの差分を求めて差分電流の変化で位相変化を捉えて応動するき電線保護継電器が提案されている。
産業上の利用分野 本発明は、電鉄用の交流き電回路の地絡事故や短絡事故を検出する交流き電用ベクトル形継電器に関する。
特許請求の範囲 【請求項1】 電鉄用交流き電回路のき電線電流の値を一定の間隔でサンプリングし、き電線電流Iの瞬時値Iq(qは、データの順番を示す)として記憶するサンプルホールド手段と、 前記サンプルホールド手段のデータIqから交流き電線電流の定格周波数のnサイクル前(n:所定の整数)の前記サンプルホールド手段で記憶したデータを差し引き、差分き電線電流の瞬時値ΔIqを演算する差分電流演算手段と、 前記差分電流演算手段にて得られたデータΔIqを用いて数A1式の演算を実行してΔIf1qを算出し、算出したΔIf1qを用いて数A2式の演算を実施してΔIf2qを算出するディジタルフィルタ第1の手法にて、直流成分と基本波電流成分以外の低次奇数倍調波成分を除去したデータを算出し、数A2式にて得られたΔIf2qを用いて数A3式の演算を実施してΔIf3qを得るディジタルフィルタ第2の手法にて、前記ΔIf2qのデータに対して偶数倍調波成分を除去したデータΔIf3qを算出する差分基本波フィルタ手段と、
【数A1】<EMI LX=0250 HE=011 WI=061 ID=000020 LY=2513>
【数A2】<EMI LX=0250 HE=013 WI=102 ID=000021 LY=0252>
【数A3】<EMI LX=0250 HE=019 WI=067 ID=000022 LY=0457> 前記差分基本波フィルタ手段にて得られたデータΔIf3qをもとに差分基本波振幅値を演算する差分基本波振幅値演算手段と、 前記差分基本波振幅値演算手段の算出した差分基本波振幅値を予め定められた値と比較判定する比較判定手段とを備えて成る交流き電用ベクトル形継電器。
【請求項2】 電鉄用交流き電回路のき電線電流の値を一定の間隔でサンプリングし、き電線電流Iの瞬時値Iq(qは、データの順番を示す)として記憶するサンプルホールド手段と、 前記サンプルホールド手段のデータIqから交流き電線電流の定格周波数のnサイクル前(n:所定の整数)の前記サンプルホールド手段で記憶したデータを差し引き、差分き電線電流の瞬時値ΔIqを演算する差分電流演算手段と、 前記差分電流演算手段にて得られたデータΔIqを用いて数B1式の演算を実行してΔIf1qを算出し、算出したΔIf1qを用いて数B2式の演算を実施してΔIf2qを算出するディジタルフィルタ第1の手法にて、直流成分と基本波電流成分以外の低次奇数倍調波成分を除去したデータを算出し、数B2式にて得られたΔIf2qを用いて数B3式の演算を実施してΔIf3qを得るディジタルフィルタ第2の手法にて、前記ΔIf2qのデータに対して偶数倍調波成分を除去したデータΔIf3qを算出する差分基本波フィルタ手段と、
【数B1】<EMI LX=0250 HE=013 WI=062 ID=000023 LY=1588>
【数B2】<EMI LX=0250 HE=014 WI=102 ID=000024 LY=1794>
【数B3】<EMI LX=0250 HE=019 WI=068 ID=000025 LY=1999> 前記差分基本波フィルタ手段にて得られたデータΔIf3qをもとに差分基本波振幅値を演算する差分基本波振幅値演算手段と、 前記サンプルホールド手段にて得られたデータIqをもとに数B4式の演算を実行してIf1qを算出し、算出したIf1qを用いて数B5式の演算を実施してIf2qを算出するディジタルフィルタ第3の手法にて、直流成分と基本波電流成分以外の低次奇数倍調波成分を除去したデータを算出し、数B5式にて得られたIf2qを用いて数B6式の演算を実施してIf3qを得るディジタルフィルタ第4の手法にて、前記If2qのデータに対して偶数倍調波成分を除去したデータIf3qを算出する基本波フィルタ手段と、
【数B4】<EMI LX=0250 HE=013 WI=054 ID=000026 LY=0252>
【数B5】<EMI LX=0250 HE=015 WI=105 ID=000027 LY=0457>
【数B6】<EMI LX=0250 HE=019 WI=074 ID=000028 LY=0663> 前記基本波フィルタ手段にて得られたデータIf3qをもとに振幅値を演算する基本波振幅値演算手段と、 前記サンプルホールド手段の得たデータIqをもとに数B7式の演算を実行してIf4qを算出し、算出したIf4qを用いて数B8式の演算を実施してIf5qを算出するディジタルフィルタ第5の手法にて、低次奇数倍調波成分を除去したデータを算出し、数B8式にて得られたIf5qを用いて数B9式の演算を実施してIf6qを得るディジタルフィルタ第6の手法にて、前記If5qのデータに対して直流成分と第2調波成分以外の低次偶数倍調波成分を除去したデータIf6qを算出する第2高調波フィルタ手段と、
【数B7】<EMI LX=0250 HE=015 WI=069 ID=000029 LY=1331>
【数B8】<EMI LX=0250 HE=014 WI=065 ID=000030 LY=1537>
【数B9】<EMI LX=0250 HE=014 WI=106 ID=000031 LY=1742> 前記第2高調波フィルタ手段にて得られたデータIf6qをもとに振幅値を演算する第2高調波振幅値演算手段と、 前記第2高調波振幅値演算手段にて得られたデータを前記基本波振幅値演算手段にて得られたデータによって除算して基本波に対する第2高調波の含有率を演算する第2高調波含有率演算手段と、 前記基本波振幅値演算手段にて得られたデータに対して前記第2高調波含有率演算手段にて得られた第2高調波の含有率と任意の定数として与えられる第2高調波抑制係数とを乗算して求められる抑制量を演算する第2高調波抑制演算手段と、 前記差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータから前記第2高調波抑制演算手段にて得られた抑制量を減算して得られる振幅値を予め定められた値と比較判定する比較判定手段とを備えたことを特徴とする交流き電用ベクトル形継電器。
【請求項3】 電鉄用交流き電回路のき電線電流の値を一定の間隔でサンプリングし、き電線電流Iの瞬時値Iq(qは、データの順番を示す)として記憶するサンプルホールド手段と、 前記サンプルホールド手段のデータIqから交流き電線電流の定格周波数のnサイクル前(n:所定の整数)の前記サンプルホールド手段で記憶したデータを差し引き、差分き電線電流の瞬時値ΔIqを演算する差分電流演算手段と、 前記差分電流演算手段にて得られたデータΔIqを用いて数C1式の演算を実行してΔIf1qを算出し、算出したΔIf1qを用いて数C2式の演算を実施してΔIf2qを算出するディジタルフィルタ第1の手法にて、直流成分と基本波電流成分以外の低次奇数倍調波成分を除去したデータを算出し、数C2式にて得られたΔIf2qを用いて数C3式の演算を実施してΔIf3qを得るディジタルフィルタ第2の手法にて、前記ΔIf2qのデータに対して偶数倍調波成分を除去したデータΔIf3qを算出する差分基本波フィルタ手段と、
【数C1】<EMI LX=0250 HE=013 WI=065 ID=000032 LY=0612>
【数C2】<EMI LX=0250 HE=012 WI=122 ID=000033 LY=0817>
【数C3】<EMI LX=0250 HE=018 WI=070 ID=000034 LY=1023> 前記差分基本波フィルタ手段にて得られたデータΔIf3qをもとに差分基本波振幅値を演算する差分基本波振幅値演算手段と、 前記サンプルホールド手段にて得られたデータIqをもとに数C4式の演算を実行してIf1qを算出し、算出したIf1qを用いて数C5式の演算を実施してIf2qを算出するディジタルフィルタ第3の手法にて、直流成分と基本波電流成分以外の低次奇数倍調波成分を除去したデータを算出し、数C5式にて得られたIf2qを用いて数C6式の演算を実施してIf3qを得るディジタルフィルタ第4の手法にて、前記If2qのデータに対して偶数倍調波成分を除去したデータIf3qを算出する基本波フィルタ手段と、
【数C4】<EMI LX=0250 HE=013 WI=062 ID=000035 LY=1691>
【数C5】<EMI LX=0250 HE=013 WI=103 ID=000036 LY=1897>
【数C6】<EMI LX=0250 HE=020 WI=063 ID=000037 LY=2102> 前記基本波フィルタ手段にて得られたデータIf3qをもとに振幅値を演算する基本波振幅値演算手段と、 前記サンプルホールド手段にて得られたデータIqをもとに数C7式の演算を実行してIf7qを算出するディジタルフィルタ第7の手法にて、直流成分と偶数倍調波成分を除去したデータを算出し、前記数C7式にて得られたIf7qを用いて数C8式の演算を実施してIf8qを得るディジタルフィルタ第8の手法にて、前記If7qのデータに対して第3調波成分以外の低次奇数倍調波成分を除去したデータIf8qを算出する第3高調波フィルタ手段と、
【数C7】<EMI LX=0250 HE=012 WI=074 ID=000038 LY=0252>
【数C8】<EMI LX=0250 HE=014 WI=082 ID=000039 LY=0457> 前記第3高調波フィルタ手段にて得られたデータIf8qをもとに振幅値を演算する第3高調波振幅値演算手段と、 前記第3高調波振幅値演算手段にて得られたデータを前記基本波振幅値演算手段にて得られたデータによって除算して基本波に対する第3高調波の含有率を演算する第3高調波含有率演算手段と、 前記基本波振幅値演算手段にて得られたデータに対して前記第3高調波含有率演算手段にて得られた第3高調波の含有率と任意の定数として与えられる第3高調波抑制係数とを乗算して求められる抑制量を演算する第3高調波抑制演算手段と、 前記差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータから第3高調波抑制演算手段にて得られた抑制量を減算して得られる振幅値を予め定められた値と比較判定する比較判定手段とを備えて成る交流き電用ベクトル形継電器。
【請求項4】 電鉄用交流き電回路のき電線電流の値を一定の間隔でサンプリングし、き電線電流Iの瞬時値Iq(qは、データの順番を示す)として記憶するサンプルホールド手段と、 前記サンプルホールド手段のデータIqから交流き電線電流の定格周波数のnサイクル前(n:所定の整数)の前記サンプルホールド手段で記憶したデータを差し引き、差分き電線電流の瞬時値ΔIqを演算する差分電流演算手段と、 前記差分電流演算手段にて得られたデータΔIqを用いて数D1式の演算を実行してΔIf1qを算出し、算出したΔIf1qを用いて数D2式の演算を実施してΔIf2qを算出するディジタルフィルタ第1の手法にて、直流成分と基本波電流成分以外の低次奇数倍調波成分を除去したデータを算出し、数D2式にて得られたΔIf2qを用いて数D3式の演算を実施してΔIf3qを得るディジタルフィルタ第2の手法にて、前記ΔIf2qのデータに対して偶数倍調波成分を除去したデータΔIf3qを算出する差分基本波フィルタ手段と、
【数D1】<EMI LX=0250 HE=013 WI=072 ID=000040 LY=1897>
【数D2】<EMI LX=0250 HE=015 WI=109 ID=000041 LY=2102>
【数D3】<EMI LX=0250 HE=017 WI=071 ID=000042 LY=2308> 前記差分基本波フィルタ手段にて得られたデータΔIf3qをもとに差分基本波振幅値を演算する差分基本波振幅値演算手段と、 前記サンプルホールド手段にて得られたデータIqをもとに数D4式の演算を実行してIf1qを算出し、算出したIf1qを用いて数D5式の演算を実施してIf2qを算出するディジタルフィルタ第3の手法にて、直流成分と基本波電流成分以外の低次奇数倍調波成分を除去したデータを算出し、数D5式にて得られたIf2qを用いて数D6式の演算を実施してIf3qを得るディジタルフィルタ第4の手法にて、前記If2qのデータに対して偶数倍調波成分を除去したデータIf3qを算出する基本波フィルタ手段と、
【数D4】<EMI LX=0250 HE=013 WI=065 ID=000043 LY=0406>
【数D5】<EMI LX=0250 HE=014 WI=093 ID=000044 LY=0612>
【数D6】<EMI LX=0250 HE=020 WI=065 ID=000045 LY=0817> 前記基本波フィルタ手段にて得られたデータIf3qをもとに振幅値を演算する基本波振幅値演算手段と、 前記サンプルホールド手段の得たデータIqをもとに数D7式の演算を実行してIf4qを算出し、算出したIf4qを用いて数D8式の演算を実施してIf5qを算出するディジタルフィルタ第5の手法にて、低次奇数倍調波成分を除去したデータを算出し、数D8式にて得られたIf5qを用いて数D9式の演算を実施してIf6qを得るディジタルフィルタ第6の手法にて、前記If5qのデータに対して直流成分と第2調波成分以外の低次偶数倍調波成分を除去したデータIf6qを算出する第2高調波フィルタ手段と、
【数D7】<EMI LX=0250 HE=014 WI=062 ID=000046 LY=1485>
【数D8】<EMI LX=0250 HE=013 WI=070 ID=000047 LY=1691>
【数D9】<EMI LX=0250 HE=013 WI=104 ID=000048 LY=1897> 前記第2高調波フィルタ手段にて得られたデータIf6qをもとに振幅値を演算する第2高調波振幅値演算手段と、 前記第2高調波振幅値演算手段にて得られたデータを前記基本波振幅値演算手段にて得られたデータによって除算して基本波に対する第2高調波の含有率を演算する第2高調波含有率演算手段と、 前記基本波振幅値演算手段にて得られたデータに対して前記第2高調波含有率演算手段にて得られた第2高調波の含有率と任意の定数として与えられる第2高調波抑制係数とを乗算して求められる抑制量を演算する第2高調波抑制演算手段と、 前記サンプルホールド手段にて得られたデータIqをもとに数D10式の演算を実行してIf7qを算出するディジタルフィルタ第7の手法にて、直流成分と偶数倍調波成分を除去したデータを算出し、前記数D10式にて得られたIf7qを用いて数D11式の演算を実施してIf8qを得るディジタルフィルタ第8の手法にて、前記If7qのデータに対して第3調波成分以外の低次奇数倍調波成分を除去したデータIf8qを算出する第3高調波フィルタ手段と、
【数D10】<EMI LX=0250 HE=013 WI=069 ID=000049 LY=0252>
【数D11】<EMI LX=0250 HE=011 WI=089 ID=000050 LY=0457> 前記第3高調波フィルタ手段にて得られたデータIf8qをもとに振幅値を演算する第3高調波振幅値演算手段と、 前記第3高調波振幅値演算手段にて得られたデータを前記基本波振幅値演算手段にて得られたデータによって除算して基本波に対する第3高調波の含有率を演算する第3高調波含有率演算手段と、 前記基本波振幅値演算手段にて得られたデータに対して前記第3高調波含有率演算手段にて得られた第3高調波の含有率と任意の定数として与えられる第3高調波抑制係数とを乗算して求められる抑制量を演算する第3高調波抑制演算手段と、 前記差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータから前記第2高調波抑制演算手段にて得られた第2高調波抑制量と第3高調波抑制演算手段にて得られた第3高調波抑制量とを減算して得られる振幅値を予め定められた値と比較判定する比較判定手段とを備えて成る交流き電用ベクトル形継電器。
【請求項5】 請求項1に記載の交流き電用ベクトル形継電器において、前記比較判定手段に代えて、前記差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータの変化分を検出して判定する変化分検出判定手段を備えたことを特徴とする交流き電用ベクトル形継電器。
【請求項6】 請求項2に記載の交流き電用ベクトル形継電器において、前記比較判定手段に代えて、前記差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータから第2高調波抑制演算手段にて得られた抑制量を減算して得られる振幅値の変化分を検出して判定する変化分検出判定手段を備えたことを特徴とする交流き電用ベクトル形継電器。
【請求項7】 請求項3に記載の交流き電用ベクトル形継電器において、前記比較判定手段に代えて、前記差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータから第3高調波抑制演算手段にて得られた抑制量を減算して得られる振幅値の変化分を検出して判定する変化分検出判定手段を備えたことを特徴とする交流き電用ベクトル形継電器。
【請求項8】 請求項4に記載の交流き電用ベクトル形継電器において、前記比較判定手段に代えて、前記差分基本波振幅値演算手段にて得られたデータから前記第2高調波抑制演算手段にて得られた第2高調波抑制量と第3高調波抑制演算手段にて得られた第3高調波抑制量とを減算して得られる振幅値の変化分を検出して判定する変化分検出判定手段を備えたことを特徴とする交流き電用ベクトル形継電器。
産業区分
  • 送配電
  • 電力応用
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
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