专利名称：电力系统保护系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电力系统保护系统，用于稳定地运行电力系统。
背景技术：
在电力系统中，当功率流突然增大，或者无功功率的需求和供应之间出现显著的不平衡时，可能出现系统电压显著跌落的情况。当系统电压跌落时，通过连接到电力系统的发电机的无功功率控制或者相位调节设备的无功功率供应来尝试恢复系统电压以稳定地维持系统电压。
另一方面，系统负载的增加也会引起系统电压跌落，可能出现例如夏季电力高峰空调负载的增加引起系统电压显著跌落的情况。空调负载具有与感应电机负载相同的特性，其中当终端电压跌落到一定值以下时，产生动作以尝试将有效功率维持在恒定水平，并且输入电流增大。因此，如果终端电压由于空调负载的增加而跌落，则消耗的无功功率突然增加，电力系统的系统电压由于无功功率的突然增加而跌落得更多，稳定地维持系统电压变得困难。
作为避免系统电压由于电力系统负载的增加而跌落的措施，当系统电压跌落到预定值以下时，使电力系统的一部分负载脱落。在这种情况下，根据如何选择系统电压的预定值，可能出现在系统电压的正常电压变化或者大的电功率振荡时进行不必要的负载脱落的情况。
考虑到这种情况，作为避免由空调负载的无功功率特性导致的电压跌落的措施，日本特开平4-109818号公报已经公开了一种系统，其中当同时满足系统负载的导纳的变化率和变化量大于各自的预定值的条件和母线电压小于预定值的条件并持续预定时间段时，发出负载脱落命令。这使得可以早判断电压跌落现象，还可以正确地检测逐渐电压跌落现象。
然而，在通过输电网连接多个母线的电力系统中，大的系统负载连接到整个电力系统，而从母线中的每一个供应电力，因此，实际上不可能找到整个电力系统的系统负载的导纳。
在通过输电网连接多个母线的电力系统中，各系统负载连接到各母线，从各母线向各系统负载供电。此外，在各母线之间出现母线电压的变化，或者在母线之间传输和接收电力。因此，即使通过输电网连接，在各母线之间存在各种电特性的变化，作为单一的电力系统难以处理各种电量。
本发明的一个目的是提供一种电力系统保护系统，其能够以高灵敏度检测由无功功率特性导致的电压跌落而不会进行错误的判断，并且即使在通过输电网连接母线的电力系统中也能够适当地进行保护操作。
发明内容
本发明是一种电力系统保护系统，用于稳定地运行电力系统，其特征在于包括主设备，用于获取电力系统的一个或者多个上位变电站的系统电量；以及终端设备，用于获取从上位变电站接收电力并向负载供电的一个或者多个下位变电站的系统电量，其中主设备包括系统电压逐渐跌落判断单元，其当基于电力系统的三相电压在长时间区域内的电压跌落率超过预定值时，输出系统电压逐渐跌落判断信号，当电力系统的三相电压超过电压恢复设定值时，停止输出系统电压逐渐跌落判断信号；系统电压突然跌落判断单元，其当基于电力系统的三相电压在短时间区域内的电压跌落率超过预定值时，输出系统电压突然跌落判断信号，当电力系统的三相电压超过电压恢复设定值时，停止输出系统电压突然跌落判断信号；操作优先选择单元，其当电力系统的三相电压的电压跌落大时早输出操作优先选择信号，当电压跌落小时晚输出操作优先选择信号；以及输出允许单元，其在由无功功率特性导致的电压突然跌落事件中输出输出允许信号，以及终端设备包括负载脱落输出单元，其当从主设备接收到系统电压逐渐跌落判断信号和操作优先选择信号时，从受由无功功率特性导致的电压跌落影响更大的下位变电站的负载开始依次使负载脱落；以及负载脱落选择输出单元，其当从主设备接收到系统电压突然跌落判断信号和输出允许信号时，选择引起由无功功率特性导致的电压突然跌落的负载，并依次使所选择的负载脱落。
系统电压逐渐跌落判断单元可以构成为具有从长时间区域内的电压逐渐跌落的短判断时间区域向长判断时间区域变小的预定值，在短判断时间区域内早检测大的电压跌落率，在长判断时间区域内检测小的电压跌落率。此外，系统电压突然跌落判断单元可以构成为当检测到短路故障或者接地故障时，停止输出系统电压突然跌落判断信号。此外，输出允许单元可以构成为当基于电力系统的三相电压和电流从上位变电站看下位变电站时的负载阻抗落入预定范围内时，判断为电压突然跌落是由无功功率特性导致的，并输出输出允许信号。
此外，负载脱落输出单元可以构成为基于连接到下位变电站的负载的负载电压和负载功率因数二者或者至少其中之一来判断由无功功率特性导致的电压跌落的影响，从受由无功功率特性导致的电压跌落影响更大的下位变电站的负载开始依次使负载脱落，或者此外，负载脱落输出单元可以构成为通过缩短其时间限制操作，对具有越低的负载电压和越小的负载功率因数的下位变电站越早输出负载脱落命令。
此外，负载脱落选择输出单元可以构成为基于连接到下位变电站的负载的负载电压和负载功率因数二者或者至少其中之一来选择引起由无功功率特性导致的电压突然跌落的负载，并依次使所选择的负载脱落。
优选将系统电压逐渐跌落判断单元或者系统电压突然跌落判断单元的电压恢复设定值设定为高于系统电压逐渐跌落判断单元或者系统电压突然跌落判断单元已经工作时的系统电压的电压。
此外，本发明的用于稳定地运行电力系统的电力系统保护系统，其特征在于包括主设备，用于获取电力系统的一个或者多个上位变电站的系统电量；以及终端设备，用于获取从上位变电站接收电力并向负载供电的一个或者多个下位变电站的系统电量，其中主设备包括系统电压逐渐跌落判断单元，其当基于电力系统的三相电压在长时间区域内的电压跌落率超过预定值时，输出系统电压逐渐跌落判断信号，当电力系统的三相电压超过电压恢复设定值时，停止输出系统电压逐渐跌落判断信号；以及系统电压突然跌落判断单元，其当基于电力系统的三相电压在短时间区域内的电压跌落率超过预定值时，输出系统电压突然跌落判断信号，当电力系统的三相电压超过电压恢复设定值时，停止输出系统电压突然跌落判断信号，以及终端设备包括负载脱落输出单元，其当从主设备接收到系统电压逐渐跌落判断信号时，从受由无功功率特性导致的电压跌落影响更大的下位变电站的负载开始依次使负载脱落；以及负载脱落选择输出单元，其当从主设备接收到系统电压突然跌落判断信号时，依次使被允许负载脱落的负载脱落。
系统电压逐渐跌落判断单元可以构成为具有从长时间区域内的电压逐渐跌落的短判断时间区域向长判断时间区域变小的预定值，在短判断时间区域内早检测大的电压跌落率，在长判断时间区域内检测小的电压跌落率。系统电压突然跌落判断单元可以构成为当检测到短路故障或者接地故障时，停止输出系统电压突然跌落判断信号。
此外，负载脱落输出单元可以构成为基于连接到下位变电站的负载的负载电压和负载功率因数二者或者至少其中之一来判断由无功功率特性导致的电压跌落的影响，从受由无功功率特性导致的电压跌落影响更大的下位变电站的负载开始依次使负载脱落，或者此外，负载脱落输出单元可以构成为通过缩短其时间限制操作，对具有越低的负载电压和越小的负载功率因数的下位变电站越早输出负载脱落命令。
此外，负载脱落选择输出单元可以构成为基于连接到下位变电站的负载的负载电压和负载功率因数二者或者至少其中之一来选择引起由无功功率特性导致的电压突然跌落的负载，并依次使所选择的负载脱落。
还优选将系统电压逐渐跌落判断单元或者系统电压突然跌落判断单元的电压恢复设定值设定为高于系统电压逐渐跌落判断单元或者系统电压突然跌落判断单元已经工作时的系统电压的电压。
此外，本发明的用于稳定地运行电力系统的电力系统保护系统，其特征在于包括主设备，用于获取电力系统的一个或者多个上位变电站的系统电量；以及终端设备，用于获取从上位变电站接收电力并向负载供电的一个或者多个下位变电站的系统电量，其中主设备包括系统电压逐渐跌落判断单元，其当基于电力系统的三相电压在长时间区域内的电压跌落率超过预定值时，输出系统电压逐渐跌落判断信号，当电力系统的三相电压超过电压恢复设定值时，停止输出系统电压逐渐跌落判断信号；以及操作优先选择单元，其当电力系统的三相电压的电压跌落大时早输出操作优先选择信号，当电压跌落小时晚输出操作优先选择信号，以及终端设备包括负载脱落输出单元，其当从主设备接收到系统电压逐渐跌落判断信号和操作优先选择信号二者时，从受由无功功率特性导致的电压跌落影响更大的下位变电站的负载开始依次使负载脱落。
系统电压逐渐跌落判断单元可以构成为具有从长时间区域内的电压逐渐跌落的短判断时间区域向长判断时间区域变小的预定值，在短判断时间区域内早检测大的电压跌落率，在长判断时间区域内检测小的电压跌落率。
此外，负载脱落输出单元可以构成为基于连接到下位变电站的负载的负载电压和负载功率因数二者或者至少其中之一来判断由无功功率特性导致的电压跌落的影响，从受由无功功率特性导致的电压跌落影响更大的下位变电站的负载开始依次使负载脱落，或者此外，负载脱落输出单元可以构成为通过缩短其时间限制操作，对具有越低的负载电压和越小的负载功率因数的下位变电站越早输出负载脱落命令。
还优选将系统电压逐渐跌落判断单元的电压恢复设定值设定为高于系统电压逐渐跌落判断单元已经工作时的系统电压的电压。
此外，本发明的用于稳定地运行电力系统的电力系统保护系统，其特征在于包括主设备，用于获取电力系统的一个或者多个上位变电站的系统电量；以及终端设备，用于获取从上位变电站接收电力并向负载供电的一个或者多个下位变电站的系统电量，其中主设备包括系统电压逐渐跌落判断单元，其当基于电力系统的三相电压在长时间区域内的电压跌落率超过预定值时，输出系统电压逐渐跌落判断信号，当电力系统的三相电压超过电压恢复设定值时，停止输出系统电压逐渐跌落判断信号，以及终端设备包括负载脱落输出单元，其当从主设备接收到系统电压逐渐跌落判断信号时，从受由无功功率特性导致的电压跌落影响更大的下位变电站的负载开始依次使负载脱落。
系统电压逐渐跌落判断单元可以构成为具有从长时间区域内的电压逐渐跌落的短判断时间区域向长判断时间区域变小的预定值，在短判断时间区域内早检测大的电压跌落率，在长判断时间区域内检测小的电压跌落率。
此外，负载脱落输出单元可以构成为基于连接到下位变电站的负载的负载电压和负载功率因数二者或者至少其中之一来判断由无功功率特性导致的电压跌落的影响，从受由无功功率特性导致的电压跌落影响更大的下位变电站的负载开始依次使负载脱落，或者此外，负载脱落输出单元可以构成为通过缩短其时间限制操作，对具有越低的负载电压和越小的负载功率因数的下位变电站越早输出负载脱落命令。
还优选将系统电压逐渐跌落判断单元的电压恢复设定值设定为高于系统电压逐渐跌落判断单元已经工作时的系统电压的电压。
此外，本发明的用于稳定地运行电力系统的电力系统保护系统，其特征在于包括主设备，用于获取电力系统的一个或者多个上位变电站的系统电量；以及终端设备，用于获取从上位变电站接收电力并向负载供电的一个或者多个下位变电站的系统电量，其中主设备包括系统电压突然跌落判断单元，其当基于电力系统的三相电压在短时间区域内的电压跌落率超过预定值时，输出系统电压突然跌落判断信号，当电力系统的三相电压超过电压恢复设定值时，停止输出系统电压突然跌落判断信号；以及输出允许单元，其在由无功功率特性导致的电压突然跌落事件中输出输出允许信号，以及终端设备包括负载脱落选择输出单元，其当从主设备接收到系统电压突然跌落判断信号和输出允许信号时，选择引起由无功功率特性导致的电压突然跌落的负载，并依次使所选择的负载脱落。
系统电压突然跌落判断单元可以构成为当检测到短路故障或者接地故障时，停止输出系统电压突然跌落判断信号。输出允许单元可以构成为当基于电力系统的三相电压和电流从上位变电站看下位变电站时的负载阻抗落入预定范围内时，判断为电压突然跌落是由无功功率特性导致的，并输出输出允许信号。
此外，负载脱落选择输出单元可以构成为基于连接到下位变电站的负载的负载电压和负载功率因数二者或者至少其中之一来选择引起由无功功率特性导致的电压突然跌落的负载，并依次使所选择的负载脱落。
还优选将系统电压突然跌落判断单元的电压恢复设定值设定为高于系统电压突然跌落判断单元已经工作时的系统电压的电压。
此外，本发明的用于稳定地运行电力系统的电力系统保护系统，其特征在于包括主设备，用于获取电力系统的一个或者多个上位变电站的系统电量；以及终端设备，用于获取从上位变电站接收电力并向负载供电的一个或者多个下位变电站的系统电量，其中主设备包括系统电压突然跌落判断单元，其当基于电力系统的三相电压在短时间区域内的电压跌落率超过预定值时，输出系统电压突然跌落判断信号，当电力系统的三相电压超过电压恢复设定值时，停止输出系统电压突然跌落判断信号；以及终端设备包括负载脱落选择输出单元，其当从主设备接收到系统电压突然跌落判断信号时，选择引起由无功功率特性导致的电压突然跌落的负载，并依次使所选择的负载脱落。
系统电压突然跌落判断单元可以构成为当检测到短路故障或者接地故障时，停止输出系统电压突然跌落判断信号。此外，负载脱落选择输出单元可以构成为基于连接到下位变电站的负载的负载电压和负载功率因数二者或者至少其中之一来选择引起由无功功率特性导致的电压突然跌落的负载，并依次使所选择的负载脱落。
还优选将系统电压突然跌落判断单元的电压恢复设定值设定为高于系统电压突然跌落判断单元已经工作时的系统电压的电压。
此外，本发明的用于稳定地运行电力系统的电力系统保护系统，其特征在于包括系统电压逐渐跌落判断单元，其当基于电力系统的一个或者多个变电站的电力系统的三相电压在长时间区域内的电压跌落率超过预定值时，输出系统电压逐渐跌落判断信号，当电力系统的三相电压超过电压恢复设定值时，停止输出系统电压逐渐跌落判断信号；系统电压突然跌落判断单元，其当基于电力系统的三相电压在短时间区域内的电压跌落率超过预定值时，输出系统电压突然跌落判断信号，当电力系统的三相电压超过电压恢复设定值时，停止输出系统电压突然跌落判断信号；操作优先选择单元，其当电力系统的三相电压的电压跌落大时早输出操作优先选择信号，当电压跌落小时晚输出操作优先选择信号；输出允许单元，其在由无功功率特性导致的电压突然跌落事件中输出输出允许信号；负载脱落输出单元，其当输入系统电压逐渐跌落判断信号和操作优先选择信号时，从受由无功功率特性导致的电压跌落影响更大的负载开始依次使负载脱落；以及负载脱落选择输出单元，其当输入系统电压突然跌落判断信号和输出允许信号时，选择引起由无功功率特性导致的电压突然跌落的负载，并依次使所选择的负载脱落。
此外，本发明的用于稳定地运行电力系统的电力系统保护系统，其特征在于包括系统电压逐渐跌落判断单元，其当基于电力系统的一个或者多个变电站的电力系统的三相电压在长时间区域内的电压跌落率超过预定值时，输出系统电压逐渐跌落判断信号，当电力系统的三相电压超过电压恢复设定值时，停止输出系统电压逐渐跌落判断信号；系统电压突然跌落判断单元，其当基于电力系统的三相电压在短时间区域内的电压跌落率超过预定值时，输出系统电压突然跌落判断信号，当电力系统的三相电压超过电压恢复设定值时，停止输出系统电压突然跌落判断信号；负载脱落输出单元，其当输入系统电压逐渐跌落判断信号时，从受由无功功率特性导致的电压跌落影响更大的负载开始依次使负载脱落；以及负载脱落选择输出单元，其当输入系统电压突然跌落判断信号时，使被允许负载脱落的负载脱落。
此外，本发明的用于稳定地运行电力系统的电力系统保护系统，其特征在于包括系统电压逐渐跌落判断单元，其当基于电力系统的一个或者多个变电站的电力系统的三相电压在长时间区域内的电压跌落率超过预定值时，输出系统电压逐渐跌落判断信号，当电力系统的三相电压超过电压恢复设定值时，停止输出系统电压逐渐跌落判断信号；操作优先选择单元，其当电力系统的三相电压的电压跌落大时早输出操作优先选择信号，当电压跌落小时晚输出操作优先选择信号；以及负载脱落输出单元，其当输入系统电压逐渐跌落判断信号和操作优先选择信号二者时，从受由无功功率特性导致的电压跌落影响更大的负载开始依次使负载脱落。
此外，本发明的用于稳定地运行电力系统的电力系统保护系统，其特征在于包括系统电压逐渐跌落判断单元，其当基于电力系统的一个或者多个变电站的电力系统的三相电压在长时间区域内的电压跌落率超过预定值时，输出系统电压逐渐跌落判断信号，当电力系统的三相电压超过电压恢复设定值时，停止输出系统电压逐渐跌落判断信号；以及负载脱落输出单元，其当输入系统电压逐渐跌落判断信号时，从受由无功功率特性导致的电压跌落影响更大的负载开始依次使负载脱落。
此外，本发明的用于稳定地运行电力系统的电力系统保护系统，其特征在于包括系统电压突然跌落判断单元，其当基于电力系统的一个或者多个变电站的电力系统的三相电压在短时间区域内的电压跌落率超过预定值时，输出系统电压突然跌落判断信号，当电力系统的三相电压超过电压恢复设定值时，停止输出系统电压突然跌落判断信号；输出允许单元，其在由无功功率特性导致的电压突然跌落事件中输出输出允许信号；以及负载脱落选择输出单元，其当输入系统电压突然跌落判断信号和输出允许信号时，选择引起由无功功率特性导致的电压突然跌落的负载，并依次使所选择的负载脱落。
此外，本发明的用于稳定地运行电力系统的电力系统保护系统，其特征在于包括系统电压突然跌落判断单元，其当基于电力系统的一个或者多个变电站的电力系统的三相电压在短时间区域内的电压跌落率超过预定值时，输出系统电压突然跌落判断信号，当电力系统的三相电压超过电压恢复设定值时，停止输出系统电压突然跌落判断信号；以及负载脱落选择输出单元，其当输入系统电压突然跌落判断信号时，选择引起由无功功率特性导致的电压突然跌落的负载，并依次使所选择的负载脱落。
图1是根据本发明第一实施例的电力系统保护系统的结构图。
图2是应用根据本发明第一实施例的电力系统保护系统的电力系统的一般结构图。
图3是本发明第一实施例中的系统电压逐渐跌落判断单元的详细结构图。
图4是本发明第一实施例中的单相电压跌落速率判断单元中的长时间区域内电压跌落速率的检测处理的内容的示意图。
图5是示出本发明第一实施例中的系统电压逐渐跌落判断单元的另一个例子的详细结构图。
图6是本发明第一实施例中的系统电压突然跌落判断单元的详细结构图。
图7是本发明第一实施例中的操作优先选择单元的结构图。
图8是示出本发明第一实施例中的操作优先选择单元的操作的时间图。
图9是本发明第一实施例中的输出允许单元的结构图。
图10是本发明第一实施例中的负载选择单元的距离继电器元件的运行范围特性图。
图11是本发明第一实施例中的终端设备的结构图。
图12是当电压特性确定单元设定计时器装置的时间段时，本发明第一实施例中的电压特性确定单元和计时器装置的结构图。
图13是本发明第一实施例中相对于电压特性确定单元的负载电压特性确定单元所具有的电流矢量的相位的电压特性范围的电压矢量平面图。
图14是本发明第一实施例中的负载脱落允许单元的结构图。
图15是本发明第一实施例中相对于表示单相运行判断单元的运行条件范围和单相恢复判断单元的恢复条件范围的电流矢量的相位的电压矢量平面图。
图16是根据本发明第二实施例的电力系统保护系统的结构图。
图17是示出根据本发明第二实施例的电力系统保护系统的另一个例子的结构图。
图18是示出根据本发明第二实施例的电力系统保护系统的另一个例子的结构图。
图19是示出根据本发明第二实施例的电力系统保护系统的又一个例子的结构图。
图20是示出根据本发明第二实施例的电力系统保护系统的又一个例子的结构图。
图21是根据本发明第三实施例的电力系统保护系统的结构图。
图22是示出根据本发明第三实施例的电力系统保护系统的另一个例子的结构图。
图23是示出根据本发明第三实施例的电力系统保护系统的另一个例子的结构图。
图24是示出根据本发明第三实施例的电力系统保护系统的又一个例子的结构图。
图25是示出根据本发明第三实施例的电力系统保护系统的又一个例子的结构图。
图26是示出根据本发明第三实施例的电力系统保护系统的又一个例子的结构图。
具体实施例方式
下面说明本发明的实施例。图1是根据本发明第一实施例的电力系统保护系统的结构图。图2是应用根据本发明第一实施例的电力系统保护系统的电力系统的一般结构图。
在图2中，在电力系统的上位系统中设置多个上位变电站11a～11d，通过输电网13a～13d连接上位变电站11a～11d的母线12a～12d，构成网状结构。该结构使得各低功率输电线14a～14d连接到上位变电站11a～11d的各母线12a～12d，向多个下位变电站15a1～15d3提供电力。这里，上位变电站是在电力系统的上位系统中的变电站，下位变电站是用来直接或者间接地从上位变电站接收电力的变电站。例如，下位变电站15a1～15a3中的每一个可以是从上位变电站11a接收电力并直接向负载供电的变电站，或者是从上位变电站11a接收电力并进一步向下一下位变电站供电的变电站。下面说明直接向负载供电的下位变电站，然而，因为差别仅在于在下位变电站和负载之间插入有下位变电站，所以以下说明也可以类似地应用于下位变电站进一步向下位变电站供电的情况。
在下位变电站15a1～15d3中的每一个中，从负载母线16经由馈电器17向负载供电。通过这种方式，在图2中，仅对下位变电站15a1示出负载母线16和馈电器17，然而，虽然没有示出，但是其他下位变电站15a2～15d3中的每一个也同样地包括负载母线16和馈电器17。
电力系统保护系统包括在上位变电站11a～11d中设置的主设备18a～18d和在下位变电站15a1～15d3中设置的终端设备19a1～19d3。在图2中，各主设备18a～18d分别设置在四个上位变电站11a～11d中，然而，不必在每一个上位变电站中设置主设备，仅需要在多个上位变电站中的至少一个中设置主设备。下面说明在四个上位变电站11a～11d中分别设置各主设备18a～18d的情况。
在各上位变电站11a～11d中，分别设置检测电力系统的各三相电压V1～V4的电压变压器20a～20d，还分别设置检测各三相系统电流I1～I4的电流变压器21a～21d。类似地，在各下位变电站15a1～15d3中分别设置检测连接到多个馈电器17的负载母线16的各三相负载电压V11的电压变压器22，类似地分别设置检测从负载母线16流过全部馈电器17的各三相负载电流I11的电流变压器23。
如上所述，电力系统保护系统包括在上位变电站11a～11d中设置的多个主设备18a～18d和在下位变电站15a1～15d3中设置的多个终端设备19a1～19d3。主设备18a～18d检测电力系统的电压跌落，而终端设备19a1～19d3基于来自主设备18a～18d的命令使在下位变电站15a1～15d3中连接到负载母线16的各馈电器17的各负载脱落。由于多个主设备18a～18d和多个终端设备19a1～19d3分别具有相同的结构，因此下面说明主设备18a和终端设备19a1。
主设备18a从电压变压器20a接收其自身的上位变电站11a的电力系统的三相电压V1并从电流变压器21a接收三相系统电流I1。此外，主设备18a经由一个终端站设备24a接收由其他多个上位变电站11b～11d中的各电压变压器20b～20d检测的电力系统的三相电压V2～V4。主设备18a基于其自身上位变电站11a和其他多个上位变电站11b～11d中的电力系统的各三相电压V1～V4检测在电力系统中是否已经出现电压跌落，将检测信号经由信号终端站设备25a传输到连接到主设备18a的上位变电站11a的下位变电站15a1～15a3的信号终端站设备26a1～26a3。
终端设备19a1同时接收由电压变压器22检测的负载母线16的三相负载电压V11和由电流变压器23检测的三相负载电流I11，通过信号终端站设备26a1从主设备18a接收检测信号，使连接到负载母线16的负载脱落。
在图1中，主设备18a包括系统电压逐渐跌落判断单元27，其检测在几秒至几分钟的数量级的长时间区域内的电压跌落速率，输出系统电压逐渐跌落判断信号a；系统电压突然跌落判断单元28，其检测在不超过几秒钟的数量级的短时间区域内的电压跌落速率，输出系统电压突然跌落判断信号b；操作优先选择单元29，其当电力系统的三相电压V1～V4的电压跌落大时早输出操作优先选择信号c，其当电压跌落小时晚输出操作优先选择信号c；以及输出允许单元30，其识别系统故障事件中的电压突然跌落和由无功功率特性导致的电压突然跌落，在由无功功率特性导致的电压突然跌落事件中输出输出允许信号d。
系统电压逐渐跌落判断单元27接收其自身的上位变电站11a的电力系统的三相电压V1(VRS，VST，VTR)及其他多个上位变电站11b～11d的电力系统的各三相电压V2(VRS，VST，VTR)、V3(VRS，VST，VTR)和V4(VRS，VST，VTR)，基于各上位变电站11a～11d的电力系统的三相电压V1～V4计算在几秒至几分钟的数量级的长时间区域内的电压跌落速率，当电压跌落速率超过预定值时输出系统电压逐渐跌落判断信号a。这里，电压跌落速率是表示系统电压的电压变化趋势的直线的斜率。此外，电力系统的三相电压V1～V4示出输入三相(R相、S相和T相)的线之间的各电压VRS、VST和VTR的情况，然而，可以输入相对于三相的地的相电压VR、VS和VT作为电力系统的三相电压V1～V4。在以下说明中，说明使用线间电压(VRS，VST，VTR)的情况。
系统电压突然跌落判断单元28接收其自身的上位变电站11a的电力系统的三相电压V1(VRS，VST，VTR)及其他多个上位变电站11b～11d的电力系统的各三相电压V2(VRS，VST，VTR)、V3(VRS，VST，VTR)和V4(VRS，VST，VTR)，基于各上位变电站的电力系统的三相电压V1～V4计算在几秒钟的数量级的短时间区域内的电压跌落速率，当电压跌落速率超过预定值时输出系统电压突然跌落判断信号b。
此外，操作优先选择单元29接收其自身的上位变电站11a的电力系统的三相电压V1(VRS，VST，VTR)，输入用于决定是否优先输出其自身的系统电压逐渐跌落判断单元27的系统电压逐渐跌落判断信号的操作优先选择信号c。输出允许单元30接收其自身的上位变电站11a的电力系统的三相电压V1(VRS，VST，VTR)和上位变电站11a中的多个变压器的各三相系统电流I1a(IRS，IST，ITR)、I1b(IRS，IST，ITR)、I1c(IRS，IST，ITR)和I1d(IRS，IST，ITR)，判断是否由无功功率特性产生电压突然跌落，当由无功功率特性产生电压突然跌落时输出输出允许信号d。这里，IRS是R相相电流和S相相电流之间的矢量差，类似地，IST是S相相电流和T相相电流之间的矢量差，ITR是T相相电流和R相相电流之间的矢量差。
然后，由信号终端站设备25a将系统电压逐渐跌落判断信号a、系统电压突然跌落判断信号b、操作优先选择信号c和输出允许信号d传输到连接到其自身的上位变电站11a的下位变电站15a1～15a3中的终端设备19a1～19a3的信号终端站设备26a1～26a3。
由于终端设备19a1～19a3具有相同的结构，因此说明终端设备19a1。终端设备19a1包括负载脱落输出单元32和负载脱落选择输出单元33，将来自负载脱落输出单元32和负载脱落选择输出单元33的负载脱落命令分别输入到逻辑和电路92-1～92-n，当从负载脱落输出单元32或者负载脱落选择输出单元33输出负载脱落命令时，将各负载脱落命令Ea～En经由各逻辑和电路92-1～92-n输出到连接到负载母线16的各馈电器17。
负载脱落输出单元32接收来自系统电压逐渐跌落判断单元27的系统电压逐渐跌落判断信号a和来自操作优先选择单元29的操作优先选择信号c，一旦接收到系统电压逐渐跌落判断信号a和操作优先选择信号c二者，则基于下位变电站15a1的负载母线16的负载电压和负载功率因数依次将负载脱落命令输出到逻辑和电路92-1～92-n。
另一方面，负载脱落选择输出单元33接收来自系统电压突然跌落判断单元28的系统电压突然跌落判断信号b和来自输出允许单元30的输出允许信号d，一旦接收到系统电压突然跌落判断信号b和输出允许信号d二者，则选择引起由无功功率特性导致的电压突然跌落的负载，将针对所选择的负载的负载脱落命令顺序输出到逻辑和电路92-1～92-n。换句话说，负载脱落选择输出单元33基于连接到下位变电站的负载的负载电压和负载功率因数二者或者至少其中之一选择例如引起由无功功率特性导致的电压突然跌落的负载，并将针对所选择的负载的负载脱落命令顺序输出到逻辑和电路92-1～92-n。稍后进行详细说明。
将负载脱落命令Ea～En输出到连接到负载母线16的各馈电器17。换句话说，在终端设备19a1中，馈电器17的数量为n，因此，输出负载脱落命令Ea～En，在终端设备19a2中，馈电器17的数量为m，因此，输出负载脱落命令Ea～Em，在终端设备19a3中，馈电器17的数量为k，因此，输出负载脱落命令Ea～Ek。
这里，由电力系统的无功功率特性导致的电压跌落发生在两种情况中，即，一种情况为在几秒至几分钟的数量级的长时间区域内的电压跌落，另一种情况为在几秒钟的数量级的短时间区域内的电压跌落，在主设备18a中设置系统电压逐渐跌落判断单元27和系统电压突然跌落判断单元28使得可以在任一情况下检测到电压跌落而没有延迟。
此外，分别输入自身的上位变电站11a和其他多个上位变电站11b和11d的系统电压V1～V4使得提高电压跌落检测的可靠性。此外，在几秒至几分钟的数量级的长时间区域内的电压跌落的情况和几秒钟的数量级的短时间区域内的电压跌落的情况之间，由无功功率产生的电压跌落特性不相同，因此，在终端设备19a1中设置负载脱落输出单元32和负载脱落选择输出单元33使得适用于各特性。稍后进行详细说明。
图3是主设备18a的系统电压逐渐跌落判断单元27的详细结构图。系统电压逐渐跌落判断单元27包括多个电压逐渐跌落判断单元34a～34d、多数决定计算单元35、电压恢复判断单元36和信号输出单元37。
与自身的上位变电站11a和其他多个上位变电站11b～11d的电力系统的各三相电压V1～V4相对应地设置各电压逐渐跌落判断单元34a～34d，判断电力系统的各三相电压V1～V4的电压逐渐跌落。多个电压逐渐跌落判断单元34a～34d具有相同的结构，因此，在图3中仅详细说明电压逐渐跌落判断单元34a，省略对电压逐渐跌落判断单元34b～34d的详细说明。下面说明电压逐渐跌落判断单元34a。
电压逐渐跌落判断单元34a包括三个单相电压逐渐跌落判断单元38a～38c和逻辑积电路39。与自身的上位变电站11a的电力系统的三相电压V1的各单相电压VRS，VST，VTR相对应地设置单相电压逐渐跌落判断单元38a～38c，判断每一相在长时间区域内的电压逐渐跌落。单相电压逐渐跌落判断单元38a～38c具有相同的结构，因此，说明单相电压逐渐跌落判断单元38a。
单相电压逐渐跌落判断单元38a包括单相电压跌落检测单元40、单相电压逐渐跌落速率检测单元41、逻辑积电路42和计时器43，判断电力系统的三相电压的每一个单相电压是否逐渐跌落。
单相电压跌落检测单元40判断电力系统的三相电压V1的单相电压VRS是否跌落到低于预定值，当检测到电压跌落到低于预定值时将单相电压跌落信号f输出到逻辑积电路42。此外，单相电压逐渐跌落速率检测单元41检测在几秒至几分钟的数量级的长时间区域内的电力系统的三相电压V1的单相电压VRS的电压跌落速率，当电压跌落速率超过预定值时将单相电压逐渐跌落速率检测信号g输出到逻辑积电路42。逻辑积电路42计算单相电压跌落信号f和单相电压逐渐跌落速率检测信号g的逻辑积，当单相电压跌落信号f和单相电压逐渐跌落速率检测信号g二者均建立时将输出信号输出到计时器43。当单相电压跌落信号f和单相电压逐渐跌落速率检测信号g二者均建立的状态持续预定时间段时，计时器43将单相电压逐渐跌落判断信号h1输出到逻辑积电路39。
如上所述，当电压跌落到低于预定值并且电压跌落速率超过预定值时，单相电压逐渐跌落判断单元38a判断为在电力系统的三相电压V1的单相电压VRS中已经出现电压逐渐跌落，输出单相电压逐渐跌落判断信号h1。这里，设置计时器43使得通过确认单相电压VRS电压逐渐跌落的状态持续来无故障地检测单相电压VRS的电压逐渐跌落。
同样地，对于电力系统的三相电压V1的其他单相电压VST和VTR，从各单相电压逐渐跌落判断单元38b和38c输出各单相电压逐渐跌落判断信号h2和h3。将这些单相电压逐渐跌落判断信号h1、h2和h3输入到单相电压逐渐跌落判断单元34a的逻辑积电路39。然后，当全部单相电压逐渐跌落判断信号h1、h2和h3均建立时，电压逐渐跌落判断单元34a判断为其自身的上位变电站11a的电力系统的三相电压V1已经逐渐跌落，并输出电压逐渐跌落判断信号j1。
同样地，对于其他上位变电站11b～11d中的电力系统的三相电压V2～V4，电压逐渐跌落判断单元34b～34d判断为上位变电站11b～11d中的电力系统的三相电压V2～V4已经逐渐跌落，并输出电压逐渐跌落判断信号j2～j4。
多数决定计算单元35从电压逐渐跌落判断单元34a～34d接收电压逐渐跌落判断信号j1～j4，并基于多数决定原则将系统电压逐渐跌落判断信号a输出到信号输出单元37。在这种情况下，多数决定计算单元35对来自正常设备的输入信号进行多数决定计算。例如，检测自身的上位变电站11a与其他上位变电站11b～11d的主设备18a～18d本身的故障或者主设备18a～18d之间的输电系统的故障，从多数决定计算中将来自故障设备的电压逐渐跌落判断信号j排除。例如，当全部设备正常时，如果建立了四个电压逐渐跌落判断信号j1～j4中的三个或者更多，则判断为电力系统的系统电压已经逐渐跌落，将系统电压逐渐跌落判断信号a0输出到信号输出单元37。另一方面，当设备中的三个正常而设备中的一个不正常时，如果建立了三个电压逐渐跌落判断信号中的两个或者更多，则判断为电力系统的系统电压已经逐渐跌落，将系统电压逐渐跌落判断信号a0作为结果输出到信号输出单元37。当输入系统电压逐渐跌落判断信号a0时，信号输出单元37维持系统电压逐渐跌落判断信号a0，并输出系统电压逐渐跌落判断信号a。
另一方面，电压恢复判断单元36检测其自身的上位变电站11a的电力系统的三相电压V1的电压恢复。判断自身的上位变电站11a的电力系统的三相电压V1的每一个单相电压是否已经超过预先确定的电压恢复设定值，当全部单相电压超过该电压恢复设定值时，判断为电压恢复，并将电压恢复信号m输出到信号输出单元37。电压恢复判断单元36的电压恢复设定值被设定为大于当已经出现电压逐渐跌落时的系统电压的值。这是为了通过将用于判断电压恢复的电压恢复设定值设定为较大值来保证从电压跌落恢复。当从电压恢复判断单元36输入电压恢复信号m时，信号输出单元37释放来自多数决定计算单元35的系统电压逐渐跌落判断信号a0的保持。因此，停止从信号输出单元37输出系统电压逐渐跌落判断信号a。
如上所述，当电力系统的系统电压已经逐渐跌落时，系统电压逐渐跌落判断单元27输出系统电压逐渐跌落判断信号a，当电压已经恢复时，停止系统电压判断信号a，因此，当电压逐渐跌落已经出现时，使负载脱落，当电压逐渐跌落已经恢复时，停止由于电压逐渐跌落而使负载脱落。
图4是单相电压逐渐跌落速率检测单元41的长时间区域中电压跌落速率的检测处理的内容的示意图。图4中的(a)是当检测在长时间区域内的电压跌落速率时的电压数据的示意图。单相电压逐渐跌落速率检测单元41以等于系统电压V1的单相电压V的周期T的周期以时间顺序对数据进行采样、收集并存储。然后得出以预定窗口长度ts的1/20的时间段τ(τ＝ts/20)采样的值的平均值vi(i＝-10到-1，1到10)，使用这样得出的二十个平均值vi，通过最小二乘法得出电压变化率ΔV/Δt，如图4中的(b)所示。当电压变化率ΔV/Δt超过预先确定的电压变化率设定值α时，单相电压逐渐跌落速率检测单元41输出单相电压逐渐跌落确定信号g作为结果。
这里，作为系统电压逐渐跌落判断单元27的另一个例子，也可以将其构成为设置具有不同预定窗口长度ts和电压变化率设定值α的多个单相电压逐渐跌落检测单元41，各长度(预定窗口长度ts)的长时间区域内的电压跌落速率的判断时间构成多个不同的电压逐渐跌落判断单元，因此，即使电压跌落速率增大，检测电压逐渐跌落所需的时间也不会被延迟。
图5是系统电压逐渐跌落判断单元27的结构图，其中各长度(预定窗口长度ts)的长时间区域内的电压跌落速率的判断时间构成多个不同的电压逐渐跌落判断单元。代替图3中的电压逐渐跌落判断单元34a，设置具有使用不同长度(预定窗口长度ts)的长时间区域内的电压跌落速率的判断时间的多个电压逐渐跌落判断单元34a1～34a6的电压逐渐跌落判断单元组44a。
在图5中，由于电压逐渐跌落判断单元组44a～44d具有相同的结构，因此说明电压逐渐跌落判断单元组44a。除了单相电压逐渐跌落速率检测单元41的预定窗口长度ts和电压变化率设定值α不同之外，电压逐渐跌落判断单元34a1～34a6的结构与单相电压逐渐跌落判断单元38a～38c的结构相同。
换句话说，在图5中，电压逐渐跌落判断单元组44a包括六个电压逐渐跌落判断单元34a1～34a6，设置了六种单相电压逐渐跌落速率检测单元41的预定窗口长度ts和电压变化率设定值α。例如，作为预定窗口长度ts，在约几秒至一百几十秒的范围内设置六种窗口长度ts1～ts6，并设置与各窗口长度ts1～ts6相对应的电压变化率设定值α1～α6。然后，将具有窗口长度ts1～ts6的单相电压逐渐跌落速率检测单元41分配给电压逐渐跌落判断单元34a1～34a6。
例如，分配有约几秒钟的窗口长度ts1的电压逐渐跌落判断单元34a1以基本与系统频率相同的周期收集单相电压的采样值vi。当系统频率为50Hz时，在约几秒钟的窗口长度ts1中的单相电压的采样值vi的数量为约100至500，如果除以20，则时间段τ中的数量为约5至25。得出5至25个采样值vi的平均值vi，同样地得出在20个划分的时间段τ中的每一个中的平均值vi。然后，使用这样得出的20个平均值vi，得出电压变化率ΔV/Δt，通过与电压变化率设定值α1进行比较来检测在约几秒钟的长时间区域内的电压逐渐跌落。同样地，以相同的方式，用于计算处理的单相电压的采样值vi的数量按参考编号的升序逐渐增加的分配有窗口长度ts2～ts6的电压逐渐跌落判断单元34a2～34a6，检测直到一百几十秒的长时间区域内的电压逐渐跌落。
在逻辑和电路45a中计算来自电压逐渐跌落判断单元34a1～34a3的电压逐渐跌落判断信号j11～j13的逻辑和，在逻辑和电路45b中计算来自电压逐渐跌落判断单元34a4～34a6的电压逐渐跌落判断信号j14～j16的逻辑和，此外，在逻辑和电路46中计算逻辑和，将该逻辑和输出作为电压逐渐跌落判断单元组44a的电压逐渐跌落判断信号j1。
这里，通过设定电压变化率设定值α1～α6使其从具有短的长时间区域内的电压逐渐跌落判断时间的区域(窗口长度ts1)向具有长的判断时间的区域(窗口长度ts6)变小，使得可以在具有短的判断时间的区域(窗口长度ts1)内早检测大的电压跌落速率，在具有长的判断时间的区域(窗口长度ts6)内检测小的电压跌落速率。换句话说，对于电压逐渐跌落判断单元组44a，使得可以检测在从约几秒到一百几十秒的范围内的长时间区域内的电压逐渐变化，并且即使电压跌落速率增大，电压逐渐跌落的检测时间也不会延迟。
接下来说明主设备18a的系统电压突然跌落判断单元28。图6是主设备18a的系统电压突然跌落判断单元28的详细结构图。系统电压突然跌落判断单元28包括多个电压突然跌落判断单元47a～47d、多数决定计算单元48、电压恢复判断单元49和信号输出单元50。
与自身的上位变电站11a和其他多个上位变电站11b～11d的电力系统的各三相电压V1～V4相对应地设置各电压突然跌落判断单元47a～47d，各电压突然跌落判断单元47a～47d判断电力系统的各三相电压V1～V4的电压突然跌落。多个电压突然跌落判断单元47a～47d具有相同的结构，因此，在图6中仅详细说明电压突然跌落判断单元47a，省略对电压突然跌落判断单元47b～47d的详细说明。下面说明电压突然跌落判断单元47a。
电压突然跌落判断单元47a包括三个单相电压突然跌落判断单元51a～51c和逻辑积电路52。与自身的上位变电站11a的电力系统的三相电压V1的各单相电压VRS，VST，VTR相对应地设置单相电压突然跌落判断单元51a～51c，其判断每一相在短时间区域内的电压突然跌落。单相电压突然跌落判断单元51a～51c具有相同的结构，因此，说明单相电压突然跌落判断单元51a。
单相电压突然跌落判断单元51a包括单相电压跌落检测单元53、单相电压突然跌落速率检测单元54、故障防止单元55、逻辑积电路56和计时器57，判断电力系统的三相电压的每一个单相电压是否已经突然跌落。
单相电压跌落检测单元53判断电力系统的三相电压V1的单相电压VRS是否跌落到低于预定值，当检测到电压跌落到低于预定值时将单相电压跌落信号k输出到逻辑积电路56。此外，单相电压突然跌落速率检测单元54检测在几秒钟的数量级的短时间区域内的电力系统的三相电压V1的单相电压VRS的电压跌落速率，当电压跌落速率超过预定值时将单相电压突然跌落速率检测信号p输出到逻辑积电路56。
另一方面，故障防止单元55检测例如短路故障和接地故障的系统故障，当检测到系统电压V1的单相电压VRS的电压跌落速率的陡峭变化时，锁定逻辑积电路56的输出。换句话说，由例如短路故障和接地故障的系统故障产生的电压跌落比由电力系统的无功功率特性导致的电压跌落更陡，因此，设计为使得故障防止单元55检测系统故障，在系统故障事件中通过锁定逻辑积电路56的输出来防止单相电压突然跌落判断单元51a的故障。
逻辑积电路56计算单相电压跌落信号k和单相电压突然跌落速率检测信号p的逻辑积，当单相电压跌落信号k和单相电压突然跌落速率检测信号p二者均建立且没有来自故障防止单元55的锁定信号时，将输出信号输出到计时器57。当没有来自故障防止单元55的锁定信号并且单相电压跌落信号k和单相电压突然跌落速率检测信号p二者均建立的状态持续预定时间段时，计时器57将单相电压突然跌落判断信号q1输出到逻辑积电路52。
如上所述，当没有出现系统故障、电压跌落到低于预定值并且电压跌落速率超过预定值时，单相电压突然跌落判断单元51a判断为在电力系统的三相电压V1的单相电压VRS中已经出现电压突然跌落，输出单相电压突然跌落判断信号q1。这里，设置计时器51使得无故障地检测单相电压VRS的电压突然跌落的状态并且防止由于暂时功率变化引起的电压跌落而产生的故障。
同样地，对于电力系统的三相电压V1的其他单相电压VST和VTR，从各单相电压突然跌落判断单元51b和51c输出各单相电压突然跌落判断信号q2和q3。将这些单相电压突然跌落判断信号q1、q2和q3输入到电压突然跌落判断单元47a的逻辑积电路52。然后，当全部单相电压突然跌落判断信号q1、q2和q3均建立时，电压突然跌落判断单元47a判断为其自身的上位变电站11a的电力系统的三相电压V1已经突然跌落，并输出电压突然跌落判断信号r1。
同样地，对于其他上位变电站11b～11d中的电力系统的三相电压V2～V4，电压突然跌落判断单元47b～47d判断为上位变电站11b～11d中的电力系统的三相电压V2～V4已经突然跌落，并输出电压突然跌落判断信号r2～r4。
多数决定计算单元48从电压突然跌落判断单元47a～47d接收电压突然跌落判断信号r1～r4，并基于多数决定原则将系统电压突然跌落判断信号b0输出到信号输出单元50。在这种情况下，多数决定计算单元48对来自正常设备的输入信号进行多数决定计算。例如，检测自身的上位变电站11a与其他上位变电站11b～11d的系统电压V1～V4的检测系统或者电压突然跌落判断单元47a～47d的故障，或者检测主设备18a～18d之间的输电系统的故障，从多数决定计算中将来自故障设备的电压突然跌落判断信号r排除。例如，当全部设备正常时，如果建立了四个电压逐渐跌落判断信号r1～r4中的三个或者更多，则判断为电力系统的系统电压已经突然跌落，将系统电压突然跌落判断信号b0输出到信号输出单元50。另一方面，当设备中的三个正常而设备中的一个不正常时，如果建立了三个电压突然跌落判断单元中的两个或者更多，则判断为电力系统的系统电压已经突然跌落，将系统电压突然跌落判断信号b0作为结果输出到信号输出单元50。当输入系统电压突然跌落判断信号b0时，信号输出单元50维持系统电压突然跌落判断信号b0，并输出系统电压突然跌落判断信号b。
另一方面，电压恢复判断单元49检测其自身的上位变电站11a的电力系统的三相电压V1的电压恢复。判断其自身的上位变电站11a的电力系统的三相电压V1的每一个单相电压是否已经超过预先确定的电压恢复设定值，当全部单相电压超过该电压恢复设定值时，判断为电压恢复，并将电压恢复信号m输出到信号输出单元50。电压恢复判断单元49的电压恢复设定值设定为大于当已经出现电压突然跌落时的系统电压的值。这是为了通过将用于判断电压恢复的电压恢复设定值设定为较大值来保证从电压跌落恢复。当从电压恢复判断单元49输入电压恢复信号m时，信号输出单元50释放来自多数决定计算单元48的系统电压突然跌落判断信号b0的保持。因此，停止从信号输出单元50输出系统电压突然跌落判断信号b。
如上所述，当电力系统的系统电压已经突然跌落时，系统电压突然跌落判断单元28输出系统电压突然跌落判断信号b，当电压已经恢复时，停止输出系统电压突然跌落判断信号b，因此，当已经出现电压突然跌落时，使负载脱落，当电压突然跌落恢复时，停止使负载脱落。
接下来说明主设备18a的操作优先选择单元29。图7是操作优先选择单元29的结构图。操作优先选择单元29基于其自身的上位变电站11a的电力系统的三相电压V1(VRS，VST，VTR)来输出操作优先选择信号c，用于决定是否优先输出系统电压逐渐跌落判断单元27的系统电压逐渐跌落判断信号a。
在图7中，操作优先选择单元29包括时间限制操作单元58、瞬时操作单元59、电压恢复判断单元60和逻辑和电路61。时间限制操作单元58判断其自身的上位变电站11a的电力系统的三相电压V1的单相电压VRS、VST和VTR中的每一个是否跌落到第一预定值K以下，将判断信号输出到逻辑积电路62。当自身的上位变电站的电力系统的三相电压V1的全部单相电压VRS、VST和VTR跌落到第一预定值K以下时，建立逻辑积电路62的输出信号，将该输出信号输入到信号输出单元63。当输入逻辑积电路62的输出信号时，信号输出单元63保持并输出该输出信号，当输入来自电压恢复判断单元60的电压恢复检测信号m时，释放对逻辑积电路62的输出信号的保持。将信号输出单元63的输出信号输入到计时器64，在经过了预定时间段之后，将其输出到逻辑和电路61作为第一检测信号s1。
另一方面，瞬时操作单元59具有小于时间限制操作单元58的第一预定值K的第二预定值K′。然后，瞬时操作单元59判断其自身的上位变电站11a的电力系统的三相电压V1的单相电压VRS，VST和VTR中的每一个是否跌落到第二预定值K′以下，将判断信号输出到逻辑积电路65。当自身的上位变电站的电力系统的三相电压V1的全部单相电压VRS、VST和VTR跌落到第二预定值K′以下时，建立逻辑积电路65的输出信号，将该输出信号输入到信号输出单元66。当输入逻辑积电路65的输出信号时，信号输出单元66保持并输出该输出信号，当输入来自电压恢复判断单元60的电压恢复检测信号m时，释放对逻辑积电路65的输出信号的保持。将信号输出单元66的输出信号输出到逻辑和电路61作为第二检测信号s2。
电压恢复判断单元60检测其自身的上位变电站11a的电力系统的三相电压V1的电压恢复。判断自身的上位变电站11a的电力系统的三相电压V1的单相电压VRS、VST和VTR中的每一个是否已经超过第三预定值K″，当全部单相电压VRS、VST和VTR超过该预定值时，判断为电压恢复，并将电压恢复信号m输出到信号输出单元63和66。电压恢复判断单元60的第三预定值K″设定为大于时间限制操作单元58的第一预定值K的值。这是为了通过将用于判断电压恢复的预定值设定为较大值来保证从电压跌落恢复。当从电压恢复判断单元60输入电压恢复信号m时，信号输出单元63和66释放对第一检测信号s1和第二检测信号s2的保持，停止输出操作优先选择信号c。
当输入第一检测信号s1和第二检测信号s2其中之一时，逻辑和电路61输出操作优先选择信号c。因此，当系统电压V1的电压跌落比较小，即小于第一预定值K时，操作优先选择单元29通过时间限制操作来输出操作优先选择信号c；当系统电压V1的电压跌落比较大，即小于第二预定值K′时，操作优先选择单元29通过瞬时操作来输出操作优先选择信号c。
接下来说明操作优先选择单元29的操作。图8是示出操作优先选择单元29的操作的时间图。这里假设，在时间点t1上自身的位变电站11a的系统电压V1跌落到第一预定值K以下，在时间点t2其他上位变电站11b的系统电压V2跌落到第二预定值K′以下。
当在时间点t1自身的上位变电站11a的系统电压V1跌落到第一预定值K以下时，主设备18a的操作优先选择单元29通过时间限制操作单元58检测到该事实，但是在延迟了计时器64的时间段Ts的时间点t4将操作优先选择信号c输出到终端设备19a1。另一方面，当在时间点t2其他上位变电站11a的系统电压V2跌落到第二预定值K′以下时，主设备18b的操作优先选择单元29通过瞬时操作单元59检测到该事实，在时间点t2立即将操作优先选择信号c输出到终端设备19b1。
然后，在时间点t3，当分别检测到电压逐渐跌落时，自身的上位变电站11a中的主设备18a的系统电压逐渐跌落判断单元27和其他上位变电站11b中的主设备18b的系统电压逐渐跌落判断单元27分别输出系统电压逐渐跌落判断信号a1和系统电压逐渐跌落判断信号a2。在时间点t3，输出系统电压逐渐跌落判断信号a1，但是不输出主设备18a的操作优先选择单元29的操作优先选择信号c，因此，没有建立终端设备19a1输出负载脱落命令Ea～En的条件。当输出系统电压逐渐跌落判断信号a2时，由于已经输出主设备18b的操作优先选择单元29的操作优先选择信号c，因此终端设备19b1输出负载脱落命令Ea～Em作为结果。
然后，在时间点t4，当输出主设备18a的操作优先选择单元29的操作优先选择信号c时，主设备18a的系统电压逐渐跌落判断单元27已经在时间点t3输出了系统电压逐渐跌落判断信号a1，因此，部分地建立了终端设备19a1输出负载脱落命令Ea～En的条件。
如上所述，当自身的上位变电站11a的电压跌落比较小时，操作优先选择单元29通过时间限制操作来输出操作优先选择信号c；当电压跌落比较大时，操作优先选择单元29通过瞬时操作来输出操作优先选择信号c。换句话说，操作优先选择单元29将操作优先选择信号c输出到终端设备19a1～19d3，以进行连接到上位变电站11a～11d的下位变电站15a～15d中系统电压V1～V4的电压跌落大的负载优先的负载脱落。在上述说明中，说明了设置时间限制操作单元58的情况，然而，也可以设置多个时间限制操作单元58。
接下来说明主设备18a的输出允许单元30。图9是输出允许单元30的结构图。输出允许单元30包括负载选择单元67、电压恢复判断单元68和信号输出单元69。
负载选择单元67接收自身的上位变电站11a的V1(VRS，VST，VTR)和自身的上位变电站11a中各多个变压器的各自的三相系统电流I1a(IRS，IST，ITR)、I1b(IRS，IST，ITR)、I1c(IRS，IST，ITR)和I1d(IRS，IST，ITR)，基于自身的上位变电站11a的电力系统的三相电压V1和系统电流11a～11d对每一个单相判断是否由无功功率特性产生电压突然跌落。
这是为了防止由于由无功功率特性导致的电压突然跌落之外的电压突然跌落引起的故障。例如，存在如果在系统故障事件中负载脱落失败，则电压跌落持续长时间的情况，这是为了识别在这种情况下的电压突然跌落现象。
在由无功功率特性导致的电压突然跌落事件中，关注负载的无功功率陡峭地增加的特性，使系统电压V1～V4和系统母线电流I1～I4中的每一个具有图10所示的偏移姆欧型距离继电器元件，判断系统电压V1～V4和系统母线电流I1～I4的每一相的特性(Z＝VRS/IRS，Z＝VST/IST，Z＝VTR/ITR)是否已经进入距离继电器元件的运行范围S。
换句话说，当上位变电站11a的电力系统的三相电压V1和系统电流I1a的全部单相的特性进入运行范围S时，负载选择单元67的逻辑积电路70a输出输出信号。同样地，当上位变电站11a的电力系统的三相电压V1和系统电流I1b的全部单相的特性进入运行范围S时，逻辑积电路70b输出输出信号；当上位变电站11a的电力系统的三相电压V1和系统电流I1c的全部单相的特性进入运行范围S时，逻辑积电路70c输出输出信号；当上位变电站11a的电力系统的三相电压V1和系统电流I1d的全部单相的特性进入运行范围S时，逻辑积电路70d输出输出信号。
然后，将逻辑积电路70a～70d的每一个输出信号输入到逻辑和电路71，当输出信号中的任何一个建立时，从逻辑和电路71输出输出允许信号d0。因此，在上位变电站11a中，当发生由无功功率特性导致的电压突然跌落现象时，从负载选择单元67将输出允许信号d0输出到信号输出单元69。当从负载选择单元67输入输出允许信号d0时，信号输出单元69保持输出允许信号d0并输出输出允许信号d；当从电压恢复判断单元68输入电压恢复检测信号m时，信号输出单元69释放来自负载选择单元67的输出允许信号d0的保持。
此外，电压恢复判断单元68检测自身的上位变电站11a的电力系统的三相电压V1的电压恢复，判断自身的上位变电站11a的电力系统的三相电压V1的每一个单相电压VRS、VST和VTR是否已经超过预定值K″，当全部单相电压VRS、VST和VTR超过该预定值时，判断为电压恢复，并将电压恢复信号m输出到信号输出单元69。当从电压恢复判断单元68输入电压恢复信号m时，信号输出单元69释放对输出允许信号d0的保持。附带地，电压恢复判断单元68的预定值K″设定为与操作优先选择单元29的电压恢复判断单元60的预定值K″相同的值。
如上所述，输出允许单元30基于自身的上位变电站11a的系统电压V1和系统母线电流I1～I4判断是否由无功功率特性产生电压突然跌落，当由无功功率特性产生电压突然跌落时，输出输出允许信号d。此外，当自身的上位变电站11a的系统电压的电压恢复时，输出允许单元30停止输出输出允许信号d。因此，可以防止由于由无功功率特性导致的电压突然跌落之外的电压突然跌落引起的故障。
接下来说明终端设备19。各终端设备19a1～19d3具有相同的结构，因此，说明终端设备19a1。图11是终端设备19a1的结构图。终端设备19a1包括负载脱落输出单元32和负载脱落选择输出单元33。
与主设备18a的系统电压逐渐跌落判断单元27和操作优先选择单元29相对应地设置负载脱落输出单元32，其包括逻辑积电路72、多个计时器设备73a～73n和电压特性确定单元74。经由信号终端站设备26a1将来自主设备18a的系统电压逐渐跌落判断单元27的系统电压逐渐跌落判断信号a和来自操作优先选择单元29的操作优先选择信号c输入到逻辑积电路72。当接收到系统电压逐渐跌落判断信号a和操作优先选择信号c二者时，逻辑积电路72通过计时器设备73a～73n对连接到下位变电站15a1的负载母线16的各馈电器17的负载输出负载脱落命令Ea～En。如以下说明，计时器设备73a～73n用于可以变化地设定时间段。
电压特性确定单元74接收下位变电站15a1的负载母线16的三相负载电压V11(VRS，VST，VTR)和三相负载电流I11(IRS，IST，ITR)，通过加上负载功率因数cosθ在预先确定的预定范围内确定负载电压V11属于那个区域，设定计时器设备73a～73n的时间段使得计时器设备73a～73n的时间段是对应于负载电压V11所属于的区域的时间段。由于该原因，以由与计时器设备73a～73n的时间段相对应的时间段操作指定的顺序依次输出负载脱落命令Ea～En。
图12是当电压特性确定单元74设定计时器设备73a的时间段时的电压特性确定单元74和计时器设备73a的结构图。计时器设备73a包括具有不同时间段的多个计时器75a～75d，对计时器75a的时间段T0，判断为计时器75b具有时间段T1(T1＝T0-t)，计时器75c具有时间段T2(T2＝T0-2t)，计时器75d具有时间段T3(T1＝T0-3t)，将计时器75a的时间段T0设定为最长，将计时器75d的时间段T3设定为最短。然后，将计时器75b～75d的各输出信号输入到各逻辑积电路76a～76c，当将来自电压特性确定单元74的允许信号输入到逻辑积电路76a～76c时，将计时器75b～75d的输出信号输出到逻辑和电路77。还将计时器75的输出信号输入到逻辑和电路77，当输入各计时器75a～75d的输出信号中的任意一个时，输出作为负载脱落命令Ea的信号。
电压特性确定单元74包括多个负载电压特性确定单元78a～78c，负载电压特性确定单元78a～78c中的每一个具有通过加上预先确定的负载功率因数cosθ而确定的电压特性范围。负载电压特性确定单元78a～78c中的每一个输入下位变电站15a1的负载母线16的三相负载电压V11(VRS，VST，VTR)和三相负载电流I11(IRS，IST，ITR)，当负载电压V11相对于负载电流I11进入所确定的电压特性范围时进行操作，并将允许信号输出到逻辑积电路76a～76c。
图13是以负载电压特性确定单元78a～78c具有的负载电流I11的电流矢量作为相位基准的电压特性范围的电压矢量平面图。各电压特性范围S1～S3具有根据负载电压V11预先设定的各设定值UV1～UV3和根据负载功率因数cosθ预先设定的设定值Vco1sθ1～Vcosθ3，由这些设定值确定各区域。如上所述，电压特性范围S1～S3中的每一个是已经加上负载功率因数cosθ的预定区域。换句话说，在电压特性范围S1～S3中，当负载功率因数cosθ大，例如负载功率因数cosθ为“1”(负载电压V11和负载电流I11同相)时，即使负载电压V11的绝对值小，该特性也使得电压特性范围S1～S3难以进入。
负载电压特性确定单元78a具有当负载电压V11和负载功率因数比较大时会影响操作的电压特性范围S1，用于将允许信号输出到计时器设备73a中具有最长的时间段的计时器75b。类似地，负载电压特性确定单元78b具有当负载电压V11和负载功率因数较小时会影响操作的电压特性范围S2，用于将允许信号输出到计时器设备73a中具有中间时间段的计时器75c。此外，负载电压特性确定单元78c具有当负载电压V11和负载功率因数小时会影响操作的电压特性范围S3，用于将允许信号输出到计时器设备73a中具有最短的时间段的计时器75d。当负载电压V11不属于电压特性范围S1～S3中的任何一个时，由逻辑和电路77选择来自计时器设备73a中的计时器75a的输出信号。
如上所述，负载脱落输出单元32被构成为下位变电站的负载电压V11和负载功率因数cosθ越小，通过缩短时间限制操作越早输出负载脱落命令。因此，可以对受电压跌落影响更大的负载优先进行负载脱落。在以上说明中，负载电压V11和负载功率因数cosθ越小，通过缩短时间限制操作越早输出负载脱落命令，然而，也可以负载电压V11和负载功率因数cosθ中的任何一个越小，越早输出负载脱落命令。
接下来说明终端设备19a1的负载脱落选择输出单元33。在图11中，对应于主设备18a的系统电压突然跌落判断单元28和输出允许单元30设置负载脱落选择输出单元33，其包括逻辑积电路79、多个计时器80a～80n、负载脱落允许单元81和多个逻辑积电路82a～82n。
将来自主设备18a的系统电压突然跌落判断单元28的系统电压突然跌落判断信号b和来自输出允许单元30的输出允许信号d经由信号终端站设备26a1输入到逻辑积电路79。当接收到系统电压突然跌落判断信号b和输出允许信号d二者时，逻辑积电路79经由计时器82a～82n、逻辑积电路82a～82n和逻辑和电路92-1～92-n对连接到下位变电站15a1的负载母线16的各馈电器17的负载输出负载脱落命令Ea～En。
计时器80a～80n确定输出负载脱落命令Ea～En的顺序，例如，计时器80a的时间段设定为最短，以升序依次设定计时器80a～80n的时间段。因此，将计时器80n的时间段设定为最长。由于该原因，将计时器80a～80n的输出信号以从计时器80a到计时器80n的顺序输出到逻辑积电路82a～80n。当从负载脱落允许单元81输入允许信号x时，逻辑积电路82a～82n输出计时器80a～80n的输出信号。因此，当从负载脱落允许单元81将允许信号x输入到逻辑积电路82a～82n时，以由计时器80a～80n的时间段指定的顺序依次输出负载脱落命令。
图14是负载脱落允许单元81的结构图。负载脱落允许单元81包括操作判断单元83、恢复判断单元84、操作复位单元85和信号输出单元86。
操作判断单元83判断负载母线的电压电流特性是否处于由无功功率特性导致的电压跌落状态，当电压电流特性处于该电压跌落状态时输出允许信号x0。操作判断单元83接收三相负载电压V11(VRS，VST，VTR)和三相负载电流I11(IRS，IST，ITR)，由单相操作判断单元87a～87c针对每一相判断负载母线的电压电流特性是否处于由无功功率特性导致的电压跌落状态。由于单相操作判断单元87a～87c具有相同的结构，图14仅示出单相操作判断单元87a的结构。下面说明单相操作判断单元87a。
当单相负载电流IRS超过预定值K1时，单相负载电压VRS小于预定值K3，由单相负载电压VRS和负载功率因数cosθ判断的关系小于预定值(VRScos(θ+30°)＜K2cos30°)，单相操作判断单元87a判断为单相RS相处于由无功功率特性导致的电压跌落状态，输出判断信号r1。类似地，对于ST相和TS相，由单相操作判断单元87b和87c输出判断信号r2和r3。将判断信号r1、r2和r3输入到操作判断单元83的逻辑积电路88，当建立全部判断信号r1、r2和r3时，从操作判断单元83将允许信号x0输出到信号输出单元86。
当从操作判断单元83输入允许信号x0时，信号输出单元86保持允许信号x0并且输出允许信号x，当输入来自恢复判断单元84的恢复信号u时，信号输出单元86释放对允许信号x0的保持。因此，当从操作判断单元83输入允许信号x0时，在不从恢复判断单元84输入恢复信号u的条件下，信号输出单元86将允许信号x输出到负载脱落选择输出单元33的逻辑积电路82a～82n。通过输出允许信号x，允许从负载脱落选择输出单元33输出负载脱落命令Ea～En，以由计时器80a～80n指定的顺序依次输出负载脱落命令Ea～En。
恢复判断单元84判断负载母线的电压电流特性是否从由无功功率特性导致的电压跌落状态恢复，当特性恢复时输出恢复信号u。恢复判断单元84接收三相负载电压V11(VRS，VST，VTR)和三相负载电流I11(IRS，IST，ITR)，由单相恢复判断单元89a～89c针对每一个单相判断负载母线的电压电流特性是否从由无功功率特性导致的电压跌落状态恢复。由于单相恢复判断单元89a～89c具有相同的结构，图14仅示出单相恢复判断单元89a的结构。下面说明单相恢复判断单元89a。
当单相负载电流IRS跌落到低于预定值K1′时，单相负载电压VRS超过预定值K3′，或者由单相负载电压VRS和负载功率因数cosθ判断的关系小于预定值(VRScos(θ+30°)＜K2′cos30°)，单相恢复判断单元89a判断为单相RS相从由无功功率特性导致的电压跌落状态恢复，输出判断信号y1。
类似地，对于ST相和TS相，从单相恢复判断单元89b和89c输出判断信号y2和y3。将判断信号y1、y2和y3输入到恢复判断单元84的逻辑积电路90，当建立全部判断信号y1、y2和y3时，将恢复信号u输出到信号输出单元86。当从恢复判断单元84输入恢复信号u时，释放对允许信号x的保持。由于该原因，停止从负载脱落选择输出单元33输出负载脱落命令Ea～En，负载脱落操作停止。
图15是以表示单相操作判断单元87a的操作条件范围和单相恢复判断单元89a的恢复条件范围的负载电流I11的电流矢量作为相位基准的电压矢量平面图。具有对负载电压V11预先确定的设定值K3～K3′和对负载功率因数cosθ预先设定的设定值K2cos30°～K2′cos30°，由这些设定值确定操作条件范围S11和恢复条件范围S12。在操作条件范围S11和恢复条件范围S12之间设置死区(dead zone)范围S13。当负载电压V11相对于负载电流I11进入操作条件范围S11，单相操作判断单元87a工作，当进入恢复条件范围S12时，单相恢复判断单元89a工作。
换句话说，在操作条件范围S11和恢复条件范围S12中，当负载功率因数cosθ大，例如负载功率因数cosθ为“1”(负载电压V11和负载电流I11同相)时，即使负载电压V11的绝对值小，该特性也使得操作条件范围S11难以进入，并且即使负载电压V11的绝对值比较小，恢复条件范围S12也容易进入。在以上说明中，通过考虑负载电压V11和负载功率因数cosθ，判断设定值并判断操作条件范围S1和恢复条件范围S12，然而，也可以基于负载电压V11和负载功率因数cosθ中的任何一个来判断设定值，然后判断操作条件范围S11和恢复条件范围S12。
当操作判断单元83的操作恢复并且不再输出来自操作判断单元83的允许信号x0时，在过去了预定时间段之后，操作复位单元85释放对信号输出单元86的允许信号x0的保持。操作复位单元85包括NOT(非)电路91和计时器93。将来自操作判断单元83的允许信号x0经由NOT电路91输入到计时器93，当停止输出允许信号x0之后过去了预定时间段时，计时器93经由恢复判断单元84的逻辑和电路94释放对信号输出单元86的允许信号x0的保持。
由于该原因，可以防止操作判断单元83的操作恢复但是不输出来自恢复判断单元84的恢复信号u的状态，即保持在图15中的死区范围S13内的状态长时间持续。换句话说，可以防止连续输出不必要的负载脱落命令。
如上所述，根据第一实施例，基于通过输电网连接的多个上位变电站的系统电压的电压跌落和电压跌落速率，对由无功功率特性导致的系统电压的电压跌落进行检测，因此，即使以网状构成多个电力输送线，也可以适当地进行检测。
此外，分开检测在几秒至几分钟的数量级的长时间区域内的电压跌落和在几秒钟的数量级的短时间区域内的电压跌落，因此，可以进行宽范围的检测。此外，与长时间区域内的电压跌落和短时间区域内的电压跌落的各电压跌落特性相对应，有选择地从负载电压跌落大的部分使负载脱落，或者防止由由于系统故障等引起的电压跌落产生的故障，因此，可以适当地检测并恢复由无功功率特性导致的系统电压的电压跌落。
接下来说明本发明的第二实施例。图16是根据本发明第二实施例的系统电压保护系统的结构图。第二实施例与图1所示的第一实施例的不同之处在于从主设备18a中省略操作优先选择单元29和输出允许单元30。相同的附图标记表示与图1中的组件相同的组件，省略重复的说明。
当自身的上位变电站的系统电压的电压跌落比较大时，操作优先选择单元29输出操作优先选择信号c使得在终端设备19a1～19a3中优先选择自身的系统电压逐渐跌落判断单元27的系统电压逐渐跌落判断信号a。然而，由输电网连接多个上位变电站的母线，因此，即使首先使连接到其他上位变电站的负载脱落，最后也可以恢复自身的上位变电站的系统电压。因此，即使不特别设置操作优先选择单元29，也不会产生问题，因此在第二实施例中没有设置操作优先选择单元29。
此外，输出允许单元30判断电压突然跌落是否是由无功功率特性导致的，并当电压突然跌落是由无功功率特性导致的时输出输出允许信号d。换句话说，可能存在当在系统故障事件中故障点的脱落失败时出现电压突然跌落的情况，因此，在这种情况下从电压突然跌落中识别上述电压突然跌落。然而，当在系统故障事件中主保护继电器消除故障失败时，由后备保护保护性继电器在约一秒钟之内消除故障，电压突然跌落不可能持续长时间。因此，即使不特别设置输出允许单元30，也不会产生问题，因此，在第二实施例中没有设置输出允许单元30。
此外，主设备18a可以具有如图17所示的系统电压逐渐跌落检测单元27和操作优先选择单元29，或者如图18所示仅具有系统电压逐渐跌落检测单元27，或者如图19所示具有系统电压突然跌落检测单元28和输出允许单元30，或者如图20所示仅具有系统电压突然跌落检测单元28。例如，当需要检测系统电压在长时间区域内的电压跌落时，设置系统电压逐渐跌落检测单元27；当需要检测系统电压在短时间区域内的电压跌落时，设置系统电压突然跌落检测单元28；当电压跌落比较快需要优先操作时，设置操作优先选择单元29；当在故障等事件中脱落失败时电压突然跌落时需要防止操作的情况下，设置输出允许单元30。
根据第二实施例，可以根据电力系统的系统结构或者电力系统的特性通过适当组合系统电压逐渐跌落检测单元27、系统电压突然跌落检测单元28、操作优先选择单元29和输出允许单元30来构成电力系统保护系统，因此，可以根据电力系统来进行电压跌落的最优检测。
接下来说明本发明的第三实施例。图21是根据本发明第三实施例的系统电压保护系统的结构图。第三实施例与图1所示的第一实施例的不同之处在于使得可以应用于当从电力系统中的一个或者多个变电站之间向负载直接供电而其间没有下位变电站时的情况。换句话说，从自身的变电站向负载直接供电，因此，将主设备18a和终端设备19a1～19d3一体化为一个单元。相同的附图标记表示与图1中的组件相同的组件，省略重复的说明。
在图21中，将来自系统电压逐渐跌落判断单元27的系统电压逐渐跌落判断信号a和来自操作优先选择单元29的操作优先选择信号c输入到负载脱落输出单元32a1～32a3。当输入系统电压逐渐跌落判断信号a和操作优先选择信号c二者时，负载脱落输出单元32a1～32a3从受由无功功率特性导致的电压跌落影响更大的负载开始依次使负载脱落。
此外，将来自系统电压突然跌落判断单元28的系统电压突然跌落判断信号b和来自输出允许单元30的输出允许信号d输入到负载脱落选择输出单元33a1～33a3。当输入系统电压突然跌落判断信号和输出允许信号时，负载脱落选择输出单元33a1～33a3选择引起由无功功率特性导致的电压突然跌落的负载，并依次使所选择的负载脱落。
由于该原因，即使在从自身的变电站向负载直接供电的情况下，也可以检测到电压跌落，针对电压跌落进行负载脱落，并使电力系统的电压恢复。
此外，电力系统保护系统可以是如图22所示从图21所示的系统中省略操作优先选择单元29和输出允许单元30的系统，或者如图23所示具有系统电压逐渐跌落检测单元27、操作优先选择单元29和负载脱落输出单元32a1～32a3的系统，或者如图24所示具有系统电压逐渐跌落检测单元27和负载脱落输出单元32a1～32a3的系统，或者如图25所示具有系统电压突然跌落检测单元28、输出允许单元30和负载脱落选择输出单元33a1～33a3的系统，以及如图26所示具有系统电压突然跌落检测单元28和负载脱落选择输出单元33a1～33a3的系统。
例如，当需要检测系统电压在长时间区域内的电压跌落时，设置系统电压逐渐跌落检测单元27；当需要检测系统电压在短时间区域内的电压跌落时，设置系统电压突然跌落检测单元28；当电压跌落比较快需要优先操作时，设置操作优先选择单元29；当在故障等事件中脱落失败时电压突然跌落时需要防止操作情况下，设置输出允许单元30。
根据第三实施例，可以根据从自身的变电站向负载直接供电的电力系统的系统结构或者电力系统的特性，通过适当组合系统电压逐渐跌落检测单元27、系统电压突然跌落检测单元28、操作优先选择单元29和输出允许单元30来构成电力系统保护系统，因此，可以根据电力系统来进行电压跌落的最优检测。
工业应用如上所述，根据本发明的电力系统保护系统可以用于检测由上位变电站的系统电压的无功功率特性导致的电压跌落。此外，基于上位变电站的系统电压的电压跌落和电压跌落速率来检测由无功功率特性导致的电压跌落，因此，该电力系统保护系统适用于检测由通过输电网连接的电力系统的无功功率特性导致的电压跌落。
权利要求
1.一种电力系统保护系统，用于稳定地运行电力系统，包括主设备，用于获取所述电力系统的一个或者多个上位变电站的系统电量；以及终端设备，用于获取从所述上位变电站接收电力并向负载供电的一个或者多个下位变电站的系统电量，其中所述主设备包括系统电压逐渐跌落判断单元，其当基于电力系统的三相电压在长时间区域内的电压跌落速率超过预定值时，输出系统电压逐渐跌落判断信号，当所述电力系统的三相电压超过电压恢复设定值时，停止输出所述系统电压逐渐跌落判断信号；系统电压突然跌落判断单元，其当基于电力系统的三相电压在短时间区域内的电压跌落速率超过预定值时，输出系统电压突然跌落判断信号，当所述电力系统的三相电压超过所述电压恢复设定值时，停止输出所述系统电压突然跌落判断信号；操作优先选择单元，其当所述电力系统的三相电压的电压跌落大时早输出操作优先选择信号，当所述电压跌落小时晚输出所述操作优先选择信号；以及输出允许单元，其在由无功功率特性导致的电压突然跌落事件中输出输出允许信号，以及所述终端设备包括负载脱落输出单元，其当从所述主设备接收到所述系统电压逐渐跌落判断信号和所述操作优先选择信号二者时，从受由无功功率特性导致的电压跌落影响更大的所述下位变电站的负载开始依次使负载脱落；以及负载脱落选择输出单元，其当从所述主设备接收到所述系统电压突然跌落判断信号和所述输出允许信号时，选择引起由无功功率特性导致的电压突然跌落的负载，并依次使所选择的负载脱落。
2.根据权利要求1所述的电力系统保护系统，其特征在于，所述系统电压逐渐跌落判断单元具有从长时间区域内的电压逐渐跌落的短判断时间区域向长判断时间区域变小的预定值，在所述短判断时间区域内早检测大的电压跌落速率，在所述长判断时间区域内检测小的电压跌落速率。
3.根据权利要求1所述的电力系统保护系统，其特征在于，当检测到短路故障或者接地故障时，所述系统电压突然跌落判断单元停止输出所述系统电压突然跌落判断信号。
4.根据权利要求1所述的电力系统保护系统，其特征在于，当基于电力系统的三相电压和电流从所述上位变电站看下位变电站时的负载阻抗落入预定范围内时，所述输出允许单元判断为所述电压突然跌落是由无功功率特性导致的，并输出输出允许信号。
5.根据权利要求1所述的电力系统保护系统，其特征在于，所述负载脱落输出单元基于连接到所述下位变电站的负载的负载电压和负载功率因数二者或者至少其中之一来判断由无功功率特性导致的电压跌落的影响，从受由无功功率特性导致的电压跌落影响更大的所述下位变电站的负载开始依次使负载脱落。
6.根据权利要求5所述的电力系统保护系统，其特征在于，所述负载脱落输出单元通过缩短其时间限制操作，对具有越低的负载电压和越小的负载功率因数的所述下位变电站越早输出负载脱落命令。
7.根据权利要求1所述的电力系统保护系统，其特征在于，所述负载脱落选择输出单元基于连接到所述下位变电站的负载的负载电压和负载功率因数二者或者至少其中之一来选择引起由无功功率特性导致的电压突然跌落的负载，并依次使所选择的负载脱落。
8.根据权利要求1所述的电力系统保护系统，其特征在于，所述系统电压逐渐跌落判断单元或者所述系统电压突然跌落判断单元的所述电压恢复设定值是高于所述系统电压逐渐跌落判断单元或者所述系统电压突然跌落判断单元已经工作时的系统电压的电压。
9.一种电力系统保护系统，用于稳定地运行电力系统，包括主设备，用于获取所述电力系统的一个或者多个上位变电站的系统电量；以及终端设备，用于获取从所述上位变电站接收电力并向负载供电的一个或者多个下位变电站的系统电量，其中所述主设备包括系统电压逐渐跌落判断单元，其当基于电力系统的三相电压在长时间区域内的电压跌落速率超过预定值时，输出系统电压逐渐跌落判断信号，当所述电力系统的三相电压超过电压恢复设定值时，停止输出所述系统电压逐渐跌落判断信号；以及系统电压突然跌落判断单元，其当基于电力系统的三相电压在短时间区域内的电压跌落速率超过预定值时，输出系统电压突然跌落判断信号，当所述电力系统的三相电压超过所述电压恢复设定值时，停止输出所述系统电压突然跌落判断信号，以及所述终端设备包括负载脱落输出单元，其当从所述主设备接收到所述系统电压逐渐跌落判断信号时，从受由无功功率特性导致的电压跌落影响更大的所述下位变电站的负载开始依次使负载脱落；以及负载脱落选择输出单元，其当从所述主设备接收到所述系统电压突然跌落判断信号时，依次使被允许负载脱落的负载脱落。
10.根据权利要求9所述的电力系统保护系统，其特征在于，所述系统电压逐渐跌落判断单元具有从长时间区域内的电压逐渐跌落的短判断时间区域向长判断时间区域变小的预定值，在所述短判断时间区域内早检测大的电压跌落速率，在所述长判断时间区域内检测小的电压跌落速率。
11.根据权利要求9所述的电力系统保护系统，其特征在于，当检测到短路故障或者接地故障时，所述系统电压突然跌落判断单元停止输出所述系统电压突然跌落判断信号。
12.根据权利要求9所述的电力系统保护系统，其特征在于，所述负载脱落输出单元基于连接到所述下位变电站的负载的负载电压和负载功率因数二者或者至少其中之一来判断由无功功率特性导致的电压跌落的影响，从受由无功功率特性导致的电压跌落影响更大的所述下位变电站的负载开始依次使负载脱落。
13.根据权利要求12所述的电力系统保护系统，其特征在于，所述负载脱落输出单元通过缩短其时间限制操作，对具有越低的负载电压和越小的负载功率因数的所述下位变电站越早输出负载脱落命令。
14.根据权利要求9所述的电力系统保护系统，其特征在于，所述负载脱落选择输出单元基于连接到所述下位变电站的负载的负载电压和负载功率因数二者或者至少其中之一来选择引起由无功功率特性导致的电压突然跌落的负载，并依次使所选择的负载脱落。
15.根据权利要求9所述的电力系统保护系统，其特征在于，所述系统电压逐渐跌落判断单元或者所述系统电压突然跌落判断单元的所述电压恢复设定值是高于所述系统电压逐渐跌落判断单元或者所述系统电压突然跌落判断单元已经工作时的系统电压的电压。
16.一种电力系统保护系统，用于稳定地运行电力系统，包括主设备，用于获取所述电力系统的一个或者多个上位变电站的系统电量；以及终端设备，用于获取从所述上位变电站接收电力并向负载供电的一个或者多个下位变电站的系统电量，其中所述主设备包括系统电压逐渐跌落判断单元，其当基于电力系统的三相电压在长时间区域内的电压跌落速率超过预定值时，输出系统电压逐渐跌落判断信号，当所述电力系统的三相电压超过电压恢复设定值时，停止输出所述系统电压逐渐跌落判断信号；以及操作优先选择单元，当所述电力系统的三相电压的电压跌落大时早输出操作优先选择信号，当所述电压跌落小时晚输出所述操作优先选择信号，以及所述终端设备包括负载脱落输出单元，其当从所述主设备接收到所述系统电压逐渐跌落判断信号和所述操作优先选择信号二者时，从受由无功功率特性导致的电压跌落影响更大的所述下位变电站的负载开始依次使负载脱落。
17.根据权利要求16所述的电力系统保护系统，其特征在于，所述系统电压逐渐跌落判断单元具有从长时间区域内的电压逐渐跌落的短判断时间区域向长判断时间区域变小的预定值，在所述短判断时间区域内早检测大的电压跌落速率，在所述长判断时间区域内检测小的电压跌落速率。
18.根据权利要求16所述的电力系统保护系统，其特征在于，所述负载脱落输出单元基于连接到所述下位变电站的负载的负载电压和负载功率因数二者或者至少其中之一来判断由无功功率特性导致的电压跌落的影响，从受由无功功率特性导致的电压跌落影响更大的所述下位变电站的负载开始依次使负载脱落。
19.根据权利要求18所述的电力系统保护系统，其特征在于，所述负载脱落输出单元通过缩短其时间限制操作，对具有越低的负载电压和越小的负载功率因数的所述下位变电站越早输出负载脱落命令。
20.根据权利要求16所述的电力系统保护系统，其特征在于，所述系统电压逐渐跌落判断单元的所述电压恢复设定值是高于所述系统电压逐渐跌落判断单元已经工作时的系统电压的电压。
21.一种电力系统保护系统，用于稳定地运行电力系统，包括主设备，用于获取所述电力系统的一个或者多个上位变电站的系统电量；以及终端设备，用于获取从所述上位变电站接收电力并向负载供电的一个或者多个下位变电站的系统电量，其中所述主设备包括系统电压逐渐跌落判断单元，其当基于电力系统的三相电压在长时间区域内的电压跌落速率超过预定值时，输出系统电压逐渐跌落判断信号，当所述电力系统的三相电压超过电压恢复设定值时，停止输出所述系统电压逐渐跌落判断信号；以及所述终端设备包括负载脱落输出单元，其当从所述主设备接收到所述系统电压逐渐跌落判断信号时，从受由无功功率特性导致的电压跌落影响更大的所述下位变电站的负载开始依次使负载脱落。
22.根据权利要求21所述的电力系统保护系统，其特征在于，所述系统电压逐渐跌落判断单元具有从长时间区域内的电压逐渐跌落的短判断时间区域向长判断时间区域变小的预定值，在所述短判断时间区域内早检测大的电压跌落速率，在所述长判断时间区域内检测小的电压跌落速率。
23.根据权利要求21所述的电力系统保护系统，其特征在于，所述负载脱落输出单元基于连接到所述下位变电站的负载的负载电压和负载功率因数二者或者至少其中之一来判断由无功功率特性导致的电压跌落的影响，从受由无功功率特性导致的电压跌落影响更大的所述下位变电站的负载开始依次使负载脱落。
24.根据权利要求23所述的电力系统保护系统，其特征在于，所述负载脱落输出单元通过缩短其时间限制操作，对具有越低的负载电压和越小的负载功率因数的所述下位变电站越早输出负载脱落命令。
25.根据权利要求21所述的电力系统保护系统，其特征在于，所述系统电压逐渐跌落判断单元的所述电压恢复设定值是高于所述系统电压逐渐跌落判断单元已经工作时的系统电压的电压。
26.一种电力系统保护系统，用于稳定地运行电力系统，包括主设备，用于获取所述电力系统的一个或者多个上位变电站的系统电量；以及终端设备，用于获取从所述上位变电站接收电力并向负载供电的一个或者多个下位变电站的系统电量，其中所述主设备包括系统电压突然跌落判断单元，其当基于电力系统的三相电压在短时间区域内的电压跌落速率超过预定值时，输出系统电压突然跌落判断信号，当所述电力系统的三相电压超过电压恢复设定值时，停止输出所述系统电压突然跌落判断信号；以及输出允许单元，其在由无功功率特性导致的电压突然跌落事件中输出输出允许信号，以及所述终端设备包括负载脱落选择输出单元，其当从所述主设备接收到所述系统电压突然跌落判断信号和所述输出允许信号时，选择引起由无功功率特性导致的电压突然跌落的负载，并依次使所选择的负载脱落。
27.根据权利要求26所述的电力系统保护系统，其特征在于，当检测到短路故障或者接地故障时，所述系统电压突然跌落判断单元停止输出所述系统电压突然跌落判断信号。
28.根据权利要求26所述的电力系统保护系统，其特征在于，当基于电力系统的三相电压和电流从所述上位变电站看下位变电站时的负载阻抗落入预定范围内时，所述输出允许单元判断为电压突然跌落是由无功功率特性导致的，并输出输出允许信号。
29.根据权利要求28所述的电力系统保护系统，其特征在于，所述负载脱落选择输出单元基于连接到所述下位变电站的负载的负载电压和负载功率因数二者或者至少其中之一来选择引起由无功功率特性导致的电压突然跌落的负载，并依次使所选择的负载脱落。
30.根据权利要求26所述的电力系统保护系统，其特征在于，所述系统电压突然跌落判断单元的所述电压恢复设定值是高于所述系统电压突然跌落判断单元已经工作时的系统电压的电压。
31.一种电力系统保护系统，用于稳定地运行电力系统，包括主设备，用于获取所述电力系统的一个或者多个上位变电站的系统电量；以及终端设备，用于获取从所述上位变电站接收电力并向负载供电的一个或者多个下位变电站的系统电量，其中所述主设备包括系统电压突然跌落判断单元，其当基于电力系统的三相电压在短时间区域内的电压跌落速率超过预定值时，输出系统电压突然跌落判断信号，当所述电力系统的三相电压超过电压恢复设定值时，停止输出所述系统电压突然跌落判断信号；以及所述终端设备包括负载脱落选择输出单元，其当从所述主设备接收到所述系统电压突然跌落判断信号时，选择引起由无功功率特性导致的电压突然跌落的负载，并依次使所选择的负载脱落。
32.根据权利要求31所述的电力系统保护系统，其特征在于，当检测到短路故障或者接地故障时，所述系统电压突然跌落判断单元停止输出所述系统电压突然跌落判断信号。
33.根据权利要求31所述的电力系统保护系统，其特征在于，所述负载脱落选择输出单元基于连接到所述下位变电站的负载的负载电压和负载功率因数二者或者至少其中之一来选择引起由无功功率特性导致的电压突然跌落的负载，并依次使所选择的负载脱落。
34.根据权利要求31所述的电力系统保护系统，其特征在于，所述系统电压突然跌落判断单元的所述电压恢复设定值是高于所述系统电压突然跌落判断单元已经工作时的系统电压的电压。
35.一种电力系统保护系统，用于稳定地运行电力系统，包括系统电压逐渐跌落判断单元，其当基于所述电力系统的一个或者多个变电站的电力系统的三相电压在长时间区域内的电压跌落速率超过预定值时，输出系统电压逐渐跌落判断信号，当所述电力系统的三相电压超过电压恢复设定值时，停止输出所述系统电压逐渐跌落判断信号；系统电压突然跌落判断单元，其当基于所述电力系统的三相电压在短时间区域内的电压跌落速率超过预定值时，输出系统电压突然跌落判断信号，当所述电力系统的三相电压超过所述电压恢复设定值时，停止输出所述系统电压突然跌落判断信号；操作优先选择单元，其当所述电力系统的三相电压的电压跌落大时早输出操作优先选择信号，当所述电压跌落小时晚输出所述操作优先选择信号；输出允许单元，其在由无功功率特性导致的电压突然跌落事件中输出输出允许信号；负载脱落输出单元，其当输入所述系统电压逐渐跌落判断信号和所述操作优先选择信号时，从受由无功功率特性导致的电压跌落影响更大的负载开始依次使负载脱落；以及负载脱落选择输出单元，其当输入所述系统电压突然跌落判断信号和所述输出允许信号时，选择引起由无功功率特性导致的电压突然跌落的负载，并依次使所选择的负载脱落。
36.一种电力系统保护系统，用于稳定地运行电力系统，包括系统电压逐渐跌落判断单元，其当基于所述电力系统的一个或者多个变电站的电力系统的三相电压在长时间区域内的电压跌落速率超过预定值时，输出系统电压逐渐跌落判断信号，当所述电力系统的三相电压超过电压恢复设定值时，停止输出所述系统电压逐渐跌落判断信号；系统电压突然跌落判断单元，其当基于所述电力系统的三相电压在短时间区域内的电压跌落速率超过预定值时，输出系统电压突然跌落判断信号，当所述电力系统的三相电压超过电压恢复设定值时，停止输出所述系统电压突然跌落判断信号；负载脱落输出单元，其当输入所述系统电压逐渐跌落判断信号时，从受由无功功率特性导致的电压跌落影响更大的负载开始依次使负载脱落；以及负载脱落选择输出单元，其当输入所述系统电压突然跌落判断信号时，使被允许负载脱落的负载脱落。
37.一种电力系统保护系统，用于稳定地运行电力系统，包括系统电压逐渐跌落判断单元，其当基于所述电力系统的一个或者多个变电站的电力系统的三相电压在长时间区域内的电压跌落速率超过预定值时，输出系统电压逐渐跌落判断信号，当所述电力系统的三相电压超过电压恢复设定值时，停止输出所述系统电压逐渐跌落判断信号；操作优先选择单元，其当所述电力系统的三相电压的电压跌落大时早输出操作优先选择信号，当所述电压跌落小时晚输出所述操作优先选择信号；以及负载脱落输出单元，其当输入所述系统电压逐渐跌落判断信号和所述操作优先选择信号二者时，从受由无功功率特性导致的电压跌落影响更大的负载开始依次使负载脱落。
38.一种电力系统保护系统，用于稳定地运行电力系统，包括系统电压逐渐跌落判断单元，其当基于所述电力系统的一个或者多个变电站的电力系统的三相电压在长时间区域内的电压跌落速率超过预定值时，输出系统电压逐渐跌落判断信号，当所述电力系统的三相电压超过电压恢复设定值时，停止输出所述系统电压逐渐跌落判断信号；以及负载脱落输出单元，其当输入所述系统电压逐渐跌落判断信号时，从受由无功功率特性导致的电压跌落影响更大的负载开始依次使负载脱落。
39.一种电力系统保护系统，用于稳定地运行电力系统，包括系统电压突然跌落判断单元，其当基于所述电力系统的一个或者多个变电站的电力系统的三相电压在短时间区域内的电压跌落速率超过预定值时，输出系统电压突然跌落判断信号，当所述电力系统的三相电压超过电压恢复设定值时，停止输出所述系统电压突然跌落判断信号；输出允许单元，其在由无功功率特性导致的电压突然跌落事件中输出输出允许信号；以及负载脱落选择输出单元，其当输入所述系统电压突然跌落判断信号和所述输出允许信号时，选择引起由无功功率特性导致的电压突然跌落的负载，并依次使所选择的负载脱落。
40.一种电力系统保护系统，用于稳定地运行电力系统，包括系统电压突然跌落判断单元，其当基于所述电力系统的一个或者多个变电站的电力系统的三相电压在短时间区域内的电压跌落速率超过预定值时，输出系统电压突然跌落判断信号，当所述电力系统的三相电压超过电压恢复设定值时，停止输出所述系统电压突然跌落判断信号；以及负载脱落选择输出单元，其当输入所述系统电压突然跌落判断信号时，选择引起由无功功率特性导致的电压突然跌落的负载，并依次使所选择的负载脱落。
全文摘要
一种电力系统保护系统，用于防止由电力系统的无功功率特性导致的电压跌落。用于获取一个或者多个上位变电站的系统电量的主设备检测电力系统的无功功率特性所产生的电压跌落，将电压跌落的检测信号发送到用于获取一个或者多个下位变电站的系统电量的终端设备。每一个终端设备基于负载母线的负载电压和负载电流从受由无功功率特性导致的电压跌落影响更大的负载开始依次使负载脱落。
文档编号H02J3/00GK1977435SQ20048004247
公开日2007年6月6日 申请日期2004年3月16日 优先权日2004年3月16日
发明者柳桥健, 铃木守, 前田隆文, 石桥哲, 西谷泰周 申请人:东京电力株式会社