KR20010049862A - 디지털 보호 계전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시각 기준 신호의 입력 회로를 조정하지 않아도 좋도록 하고, 또한 부품 점수를 적게 한다.

시각 기준 신호(T1)를 외부 입력 절연 수단(1)으로 입력하고, 전파 정류 수단(2) 및 평활화 수단(3)을 통해서 파형(T3)으로 한 것을 A/D변환기(4)로 변환하고, 이 변환해 얻은 값을CPU(6)상의 소프트웨어로 어느 일정한 임계치와의 비교에 의해서, H레벨과 L레벨의 판별을 행한다. 이 때L레벨로부터 H레벨로 바뀌었을 때를 기준으로 하여 H레벨의 계속 시간에 의해 부호「0」, 「1」, 「P」을 각기 식별해 시각 코드를 얻도록 했다.

Description

디지털 보호 계전기{A DIGITAL PROTECTION RELAY}

본 발명은 디지탈 보호 계전기의 시각 기준 신호의 디코드에 관한 것이다.

디지탈 보호 계전기에서는 전력 계통의 상태 변화를 검출하고, 차단기를 트립시킬지를 판단함과 동시에, 그 상태 변화의 정보에 정확한 발생 시각을 붙여 기록할 목적으로부터, 디지탈 보호 계전기의 외부에서 시각 기준 신호를 도입하고, 내부 시계의 시각 동기를 취하고 있다.

그 시각 기준 신호의 일례로서 IRIG신호가 있다. IRIG신호는 시리얼 코드로서 시각 데이터를 보내고, 캐리어의 상승과 프레임의 선두의 타이밍에서 정밀한 시각의 경신 타이밍을 전달한다. IRIG신호는 진폭 변조 신호이고, 진폭이 클 때와 진폭이 작을 때의 레벨비는 3. 3:1로 규정되고 있지만, 구체적인 전압 레벨이나 파형의 정의는 없다.

여기서는 진폭이 클 때의 파형을 VH, 작을 때의 파형을 VL라고 부른다. VL로부터 VH로 바뀌었을 때를 기준으로 하여 VH와 VL의 계속 시간 비율이 5:5시「1」을, 2:8시「0」을 표시한다.8:2시는 시각 프레임의 기준이 되는 마커 부호「P」을 표시하고, 「P」이 2회 계속되었을 때 시각 프레임의 선두가 된다.

IRIG신호에는 시각 스케일에 의해 몇개의 종류가 있지만, 캐리어 신호(1kHz), 시각 프레임 1초의 IRIG-B신호가 비교적 널리 사용되고 있다. 도6은 IRIG-B의 신호의 부호「0」의 파형 이미지, 도7은 부호「1」의 파형 이미지, 도8은 부호「P」의 파형 이미지다.

이상에 의해서, IRIG신호로부터 시각 데이터를 디코드하기 위해서는 VH와 VL의 레벨 판정을 행하고, VH 혹은 VL의 계속 시간부터 「0」/「1」의 바이너리 데이터를 판별 추출할 필요가 있다.

도9는 종래의 디지탈 보호 계전기의 IRIG신호 도입으로부터 디코드까지의 블럭도이고, 도10은 도9의 T1으로부터 T6까지의 신호의 관계도이다. IRIG신호(T1)를 외부 입력 절연 수단(1)으로 받고, 전파 정류 수단(2)을 통과시킴으로써 파형(T2)이 얻어진다.

T2를 평활화 수단(3)으로 평활화한 T3을 비교기(91)에 의해 T3을 2치화하고(T4), T4의 상승에서 타이머(93)를 리세트해 스타트시키고, T4의 강하에서 타이머(93)를 스톱시킴으로써 H레벨시의 계속 시간을 측정할 수 있고, 부호 판별기(94)에 의해 타이머값의 크기로부터 「1」부호, 「0」부호, 「P」부호의 판별을 할 수 있다.

그 결과는 메모리(5)에 스토어하고, CPU(6)상의 소프트웨어로 시각으로 변환한다. 「P」부호가 2회 계속되었을 때를 시각 프레임의 선두로 해서, 시각에 타이밍하는 각 부호의 웨이팅은 결정되어 있고, 마찬가지로 변환할 수 있다.

상기한 종래 장치의 경우, 비교기의 임계 전압은 디지탈 보호 계전기의 제조시에 가변 저항으로 조정해야만 하기 때문에 공정수가 걸리는 것, 또 디코드를 위해서 많은 전자 부품이 필요해 비용이 높은 것 등의 과제가 있다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서 된 것으로, 시각 기준 신호의 입력 회로의 조정 레스를 실현하고, 또한 전자 부품 점수를 삭감해 비용 저감을 도모하는 것이 가능한 디지탈 보호 계전기를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

도1은 본 발명의 제1 실시예를 나타내는 디지탈 보호 계전기의 시각 기준 신호 디코드부.

도2는 본 발명 제1 실시예를 나타내는 디지탈 보호 계전기의 시각 기준 신호 도입으로부터 A/D변환 전까지의 신호 관계도.

도3은 본 발명의 제1 실시예를 나타내는 디지탈 보호 계전기의 소프트웨어 처리의 플로차트.

도4는 본 발명의 제2 실시예를 나타내는 디지탈 보호 계전기의 시각 기준 신호 디코드부.

도5는 본 발명의 제3 실시예를 나타내는 디지탈 보호 계전기의 소프트웨어 처리의 플로차트.

도6은 IRIG-B신호의 부호「0」의 파형 이미지.

도7은 IRIG-B신호의 부호「1」의 파형 이미지.

도8은 IRIG-B신호의 부호「P」의 파형 이미지.

도9는 종래의 디지탈 보호 계전기의 시각 기준 신호 도입으로부터 디코드까지의 블럭도.

도10은 종래의 디지탈 보호 계전기의 시각 기준 신호 도입으로부터 디코드까지의 신호 관계도.

(부호의 설명)

1 외부 입력 절연 수단

2 전파 정류 수단

3 평활화 수단

4 A/D변환기

5 메모리

6 CPU

41 멀티플렉서

91 비교기

92 엣지 트리거

93 타이머

94 부호 판별기

청구항1에 관한 디지탈 보호 계전기는 시각 기준 신호를 A/D변환한 값을 CPU상의 소프트웨어인 일정한 임계치와의 비교에 의해서, H레벨과 L레벨의 판별을 행하고, L레벨로부터 H레벨로 바뀌었을 때를 기준으로 하여H레벨의 계속 시간에 의해 부호「0」, 「1」, 「P」을 각 기 식별해 시각 코드를 얻도록 한 것이다. 이 수단에 의하면, 비교기, 타이머, 타이머값 판정 회로가 불필요해지고, 비교기의 전압 조정도 불필요해진다.

청구항2에 관한 디지탈 보호 계전기는 청구항1에 있어서, 보호 계전기 연산에 사용하는 A/D변환 수단 및 CPU를 이용해 시각 기준 신호의 A/D변환과 시각 코드에로의 디코드를 행하도록 한 것이다. 이 수단에 의하면, 신규로 필요하게 되는 하드웨어를 없앨 수 있고, 하드웨어에 드는 비용을 삭감할 수 있다.

청구항3에 관한 디지탈 보호 계전기는 청구항1에 있어서, 시각 기준 신호를 A/D변환한 데이터로부터CPU상의 소프트웨어로 피크치를 산출하고, 그 피크치에 따라 VH와 VL의 임계치를 결정하고, 그 임계치에 의해 H레벨과 L레벨의 판정을 행하고, L레벨로부터 H레벨로 바뀌었을 때를 기준으로 해서 H레벨의 계속 시간에 의해 각 기 부호「0」, 「1」, 「P」을 식별해 시각 코드를 얻도록 한 것이다.

도1에 나타낼 시각 기준 신호의 입력 회로에서는 시각 기준 신호의 전압 레벨이 상승되면 VL시의 평활화 수단(3)의 출력 전압도 상승해 가므로, H레벨과 L레벨을 나누기 위한 임계치가 일정한 경우는 입력 가능한 시각 기준 신호의 전압이 제한된다. 이 수단에 의하면, 시각 기준 신호의 전압이 높을 때에 임계치를 크게 취하고, 전압이 낮을 때에 임계치를 작게 취할 수 있고, 디코드 가능한 시각 기준 신호의 전압 범위를 넓힐 수 있다.

청구항4에 관한 디지탈 보호 계전기는 청구항1에 있어서, 시각 기준 신호를 A/D변환한 데이터로부터CPU상의 소프트웨어로 피크치를 산출하고, 그 피크치를 따라 VH와 VL의 임계치를 결정하고, 그 임계치에 의해 H레벨과 L레벨의 판정을 행하고, L레벨로부터 H레벨로 바뀌었을 때를 기준으로 하여H레벨의 계속 시간에 의해 각 기 부호「0」, 「1」, 「P」을 식별해 시각 코드를 얻도록 한 디지탈 보호 계전기에 있어서, 시각 기준 신호의 캐리어 주파수에 대해서, 비동기인 샘플링 주파수로 시각 기준 신호를 A/D변환함으로써, 피크치를 산출하도록 한 것이다.

시각 기준 신호의 캐리어 주파수와 샘플링 주파수의 최대 공약수가 크면 샘플링각이 넓어져 버리고, 시각 기준 신호의 피크치가 정밀도 좋게 검출할 수 없는 경우가 있지만, 이 수단에 의하면, 그 경우에도 피크치 부근을 샘플링할 수 있도록 샘플링 위상이 어긋나게 되므로, 임계치를 적절히 설정할 수 있고, 시각 코드의 디코드의 여유도가 향상된다.

(실시예)

(제1 실시예)(청구항1에 대응)

도1은 청구항1의 실시예를 나타내는 디지탈 보호 계전기의 시각 기준 신호 디코드부로, 도2는 도1의 T1으로부터 T3까지의 신호의 관계도이다. 또한 도1에 있어서, 도9와 동일 기능 부분에 대해서는 동일 부호를 교부해 설명을 생략한다. 본 실시예에서 도9와의 차이는 비교기(91), 엣지 트리거(92), 타이머(93), 부호 판별기(94)를 생략하고, 평활화 수단(3)과 메모리(5) 사이에 A/D변환기(4)를 설치한 것이다.

시각 기준 신호는 IRIG-B을 상정한다. IRIG-B신호(T1)를 외부 입력 절연 수단(1)으로 받고, 전파 정류 수단(2)으로 전파 정류하면 파형(T2)이 되고, 평활화 수단(3)을 통과시킴으로써 T3과 같이 IRIG-B신호의 진폭이 클 때의 출력을 일정치 이상으로 유지할 수 있다. 평활화 수단(3)의 출력을 2880Hz샘플링으로 A/D변환한다. A/D변환치는 메모리(5)를 통해서 CPU(6)에 건네지고, CPU(6)상의 소프트웨어로 처리된다.

도3은 소프트웨어 처리의 플로차트이다. A/D변환치가 어느 일정한 임계치보다 클 때 H레벨, 작을 때 L레벨로 해서 2치 변환한다(S1, S2, S3). 임계치는 VH시의 A/D변환치가 H레벨, VL시의 A/D변환치가 L레벨이 되도록 선정한다.

2880Hz샘플링으로 A/D변환하면, 1부호10ms는 28.8샘플이 되고, L레벨로부터 H레벨로 바뀌었을 때를 기준으로 데이터를 구별하면 28 혹은 29샘플이 얻어진다(S4, S6). 여기서 각 부호의 28.8샘플링중 임계 레벨보다 큰 H레벨의 데이터의 수는 다음과 같이 된다.

부호「0」:2ms/10ms×28.8샘플=5.76샘플.

부호「1」:5ms/10ms×28.8샘플=14.4샘플.

부호「P」:8ms/10msx28.8샘플=23.04샘플.

따라서 H레벨의 데이터수가 5 혹은 6이면 부호「0」, 14 혹은 15이면 부호「1」, 22로부터 24이면 부호「P」라고 하듯이 부호의 디코드를 할 수 있다(S9).

그 후, 종래의 형태와 마찬가지로 시각 코드에로의 변환을 하면 된다. 본 실시예에서, 제조시에 하드웨어 부분의 조정을 할 필요가 없어진다.

(제2 실시예)(청구항2에 대응)

도4는 청구항2의 실시예를 나타내는 디지탈 보호 계전기의 시각 기준 신호 디코드부다.

도4에 있어서, 도1과 동일 부분에 대해서는 동일 부호를 교부해 설명을 생략한다. 본 실시예의 구성상의 특징은 평활 수단(3)과 A/D변환기(4)와 사이에 멀티플렉서(41)를 설치한 것이다.

평활화 수단(3)의 출력(T3)을, 전력 계통의 전기량을 바꾸어 A/D변환기(4)에 입력하기 위한 멀티플렉서(41)에 도입하고, 보호 계전기 연산용의 A/D변환기(4)를 이용해 A/D변환을 행하도록 구성했다. A/D변환의 샘플링 주파수가 높을수록, 시각의 경신의 타이밍, 즉 VL로부터 VH에로의 변화를 정밀도 좋게 검출할 수 있다. 예를 들면, 1kHz으로 샘플링한 경우, 샘플링 간격은 1ms이고, 시각의 경신의 타이밍의 검출의 지연을 1ms이하로 할 수 있다.

디지탈 보호 계전기에서는 최저이어도 계통 주파수의 12배, 즉 600Hz 또는 720Hz이상의 샘플링 주파수로 계통 전기량을 A/D변환하고 있고, 시각 동기 정밀도상 충분히 실용이 되는 샘플링 주파수를 갖고 있다. 본 실시예에 의하면, 멀티플렉서(41)의 빈 채널에 시각 기준 신호를 도입함으로써, 시각 기준 신호를 디코드하기 위해서 신규로 필요로 하는 하드웨어를 없앨 수 있다.

(제3 실시예)(청구항3에 대응)

본 발명의 제3 실시예는 제1 또는 제2 실시예에서 High/Low레벨을 나누기 위한 임계치를 구하기 위해서, A/D변환했을 시각 기준 신호의 최대치를 산출하도록 한 것이다. 도5는 임계치 산출 처리의 플로차트다.

IRIG-B신호를 전파 정류한 후의 파형은 1kHz×2=2kHz상당의 신호이다. 이것을 2880Hz로 샘플링했을 때, 샘플링각은 250°이 된다. 360°와의 최대 공약수가 10°로, 최소 공배수의 9000°(36샘플) 확보하면 샘플링각10° 상당의 데이터가 얻어지므로, 최대치 검출의 단위 샘플링수는 36샘플로 한다.

우, IRIG-B의 시각 코드 포맷의 후반은 거의 비트「0」이고, 이 비트 프레임 당 10ms의 high레벨의 신호는 20%밖에 안된다. 따라서 10°상당의 샘플링을 목표로 한 경우, 36샘플의 적어도5배(180샘플)은 필요하다.

그러나 10ms비트 프레임과 36샘플(12.5ms)의 최소 공배수는 50ms으로서, 샘플수로 하여 144샘플이다. 따라서 180샘플 취해도 안 20%는 High레벨의 신호를 취할 수 없다. 이에 의해 샘플링으로 얻어진 최대치와 실제의 피크치와의 위상 편차 ±15°로 넓어질 가능성이 있다.

최대치 위치에서의 샘플링 위상 편이에 의한 영향은 샘플링 파형을 피크치를 진폭으로 하는 2kHz의 정현파로 보아도, cos(15°)-1=-3.4%가 된다. 최대치 검출의 샘플링수를 36샘플×16=576샘플(200ms), 그 5세트(1초)의 평균을 최대치로 하면, 최대치의 변동을 ±1.7%로 억제할 수 있다(S37).

산출한 최대치를 따라 임계치를 선정하지만, 전파 정류 수단(2)이나 평활화 수단(3)의 특성을 고려해 H레벨측과 L레벨측 쌍방에 충분한 레벨 마진이 취해지도록 최대치와 임계치의 비율을 결정한다. 여기서는 최대치의 50%를 임계치로 해서(S38), 제1 실시예와 마찬가지로 임계치 이상의 A/D변환치를 H레벨, 그 이하의 A/D변환치를 L레벨로 판정한다.

2880Hz샘플링에 있어서, 1부호(10ms)는 28.8샘플이 되고, L레벨로부터 H레벨로 바뀌었을 때를 기준으로 데이터를 구별하면 28 혹은 29샘플이 얻어지고, 제1 실시예와 마찬가지로 H레벨의 샘플의 수에 의해 부호를 판단하여, 종래의 형태와 마찬가지로 시각 코드에로의 변환을 하면 된다. 본 실시예에 의하면, 시각 기준 신호의 전압 레벨에 따른 레벨 판정을 할 수 있으므로, 시각 기준 신호의 입력 전압 범위를 넓힐 수 있다.

(제4 실시예)(청구항4에 대응)

본 발명의 제4 실시예는 제3 실시예에 있어서, 시각 기준 신호의 캐리어 주파수에 대해 비동기인 샘플링 주파수로 시각 기준 신호를 A/D변환하고, 시각 기준 신호의 전압의 최대치를 보다 정확하게 산출할 수 있도록 한 것이다.

샘플링 주파수가 2400Hz의 경우, 2kHz 상당의 신호를 샘플링했을 때, 샘플링각은 300°로 되고, 6샘플 이상 아무리 샘플링해도 60° 상당의 샘플링 데이터밖에 되지 않는다. 이에 의한 최대치 위치에서의 샘플링 위상 편이에 의한 영향은 샘플링 파형을 피크치를 진폭으로 하는 2kHz의 정현파로 보면, cos(30°)-1=-13.4%가 된다.

여기서 샘플링 주파수가 2400Hz로부터 어긋나면, 최대치가 보다 정확하게 검출할 수 있게 된다. 예를 들면, 80ppm 편이시켜 2400. 192Hz로 하면 0.5초간에서40μs어긋나므로, 2kHz의 전기각에서 약29도 슬립시킬 수 있다. 따라서 샘플링 타이밍에 의해 전압의 최대치 부근의 A/D변환치가 얻어지지 않는 경우에서도, 05초간의 샘플에 대해서 서치하면 충분히 최대치에 가까운 값을 얻을 수 있다.

또, 제1 실시예에서 설명한 샘플링 주파수(2880Hz) 등의, 시각 동기 신호의 샘플링 위상이 10도 상당이란 충분히 사소한 간격으로 취해지는 샘플링 주파수를 선택해도 좋다. 시각 동기 신호의 캐리어 주파수의 2배에 대한 샘플링각이 360에 대해 충분히 작은 최대 공약수를 가지면, A/D변환치의 최대치와 실제의 시각 동기 신호의 최대치의 오차는 작아진다. 본 실시예에 의하면, 시각 기준 신호의 입력 레벨의 검출 오차가작아지므로, 시각 기준 신호의 진폭 레벨 판정 처리 수단에서 적절한 임계치를 설정할 수 있고, 시각 기준 신호의 디코드의 여유도가 향상된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 시각 기준 신호의 입력 회로의 조정레스를 실현할 수 있고, 또한 전자 부품 점수를 삭감해 비용 저감을 도모할 수 있다.

Claims (4)

1. 계통 전기량을 디지탈치로 변환해 구해지는 계전기 판정량에 의거해 트립 계전기를 동작시키기 위한 동작 판정 또는 부동작 판정을 행하는 보호 계전기 연산 처리 수단과, 시각 기준 신호를 도입해 디지탈 보호 계전기 자신의 시계를 외부 기준 시각에 동기시키는 시각 동기 수단을 구비하는 디지탈 보호 계전기에 있어서, 상기 시각 동기 수단은 시각 기준 신호를 적어도2비트 이상의 분해 능력으로 A/D변환하고, 변환 후의 디지탈치에 대해 시각 기준 신호의 진폭의 대소 판정을 행함으로써 시각 코드를 디코드하는 것을 특징으로 하는 디지탈 보호 계전기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 시각 기준 신호를 디지탈량으로 변환하는 A/D변환 수단으로 하여, 계통 전력을 도입하여 보호 계전기 연산으로 사용하는 A/D변환 수단을 공용하는 것을 특징으로 하는 디지탈 보호 계전기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 시각 기준 신호의 입력 전압 레벨에 따라서 진폭 레벨 판정 처리 수단의 레벨 임계치를 바꾸는 것을 특징으로 하는 디지탈 보호 계전기.
4. 제1항에 있어서,

   상기 시각 기준 신호를 A/D변환할 때의 샘플링 주파수로 하여, 시각 기준 신호의 캐리어 주파수에 대해 비동기인 샘플링 주파수를 선택하는 것을 특징으로 하는 디지탈 보호 계전기.