专利名称：电站中继方式和pcm电流差动中继方式的制作方法
技术领域：
本发明涉及电站内具有包含PCM电流差动中继器的多个保护中继器的电站
中继方式，而且涉及根据从合并电站中各站检测并同步取样所得的电量数字化 数据的合并单元输入的所需本端的数字化电流数据和从对端输入的对端的数
字化电流数据的取样定时的偏移、来对所述本端的数字化电流数据和所述对端 的数字化电流数据取同步的PCM电流差动中继方式。
背景技术：
已有的数字化变电保护系统中，构成在电站固有的取样定时对CT、 PT的 输出电信号取样，变换成数字化信号后，利用数字化网络线路输入到多个保护 中继器装置，在各保护中继器装置使用网络线路中需要的数据、执行保护中继 运算，并将其输出用于保护并控制电站的各设备。由于保护与其它电站之间连 接的输电线的PCM电流差动中继器，所揭示的结构以输电线的对端站用PCM 通信单元发送的电流的取样定时为基准，校正所述取样定时。而且，提出通过 从多个(通常为2个)本端数据对符合取样定时偏移的数据作插补运算，作为所 述校正单元，进行该取样定时偏移的运算(专利文献1)。 专利文献l:日本国特开平10 — 66247号公报(实施方式3，图3、图5)
从所述专利文献1的图3和图5可明确，已有数字化变电系统的PCM电流 差动中继器的取样同步构成为作为输入到保护中继器(PCM电流差动中继器 等)的信号的前处理，在信号处理电路中按电站固有的取样定时执行A/D(模一 数)变换器的取样，并在数字化运算部以从输电线对端的其它电站装置接收的电 流的取样定时为基准对取样进行校正。因而，为了将与对端电站的取样定时一 致的电流数据也适用于PCM电流差动中继器以外的需要所述电流数据的全部 保护中继器(例如母线保护装置)，全部信号处理电路中都同样需要校正所述对
端的电站的取样定时或需要往网络流通与对端电站的取样定时同步的电流数 据和虽然同样来自CT但与其它电站不同步的数据，存在其处理复杂的问题。 这是因为母线保护装置等基于差动原理的保护中继器中需要将输入电流信号
用相同的取样定时变换成数字化信号，PCM电流差动中继器中又需要与对端取 样定时进行同步。
又，来自1个电站的输电线有时连接多个其它电站；这时，多个其它电站 之间需要校正各自固有的取样定时，但设多个其它电站分别具有固有的取样定 时，则所述电站内的信号处理电路使多个其它电站的固有取样定时一致。艮P， 需要使全部电站的取样定时同步；这点可能难实现。
本发明是鉴于上述实况而完成的，其目的在于消除保护线路的PCM电流差 动中继器中对端的其它电站间的取样定时同步对母线保护中继器等其它设备 的取样定时同步的影响。
发明内容
为了解决上述课题，本发明的电站中继方式，在电站内具有包含PCM电流
差动中继器的多个保护中继器，其中，对所述保护中继器，从合并所述电站中 各站检测并同步取样所得的电量数字化数据的合并单元，输入取同步的数字化
数据，在所述PCM电流差动中继器，设置根据本端的数字化电流数据或从对
端输入的对端的数字化电流数据的取样定时的偏移、来对所述本端的数字化电 流数据和所述对端的数字化电流数据取同步的取样同步电路部，并利用在此取 样同步电路部取同步的所述本端的数字化电流数据和所述对端的数字化电流
数据，在PCM电流差动中继器的中继运算部进行PCM电流差动中继器的中继 运算。
又，本发明的PCM电流差动中继方式，在所述PCM电流差动中继器，设 置根据从合并所述电站中各站检测并同步取样所得的电量数字化数据的合并 单元输入的所需本端的数字化电流数据或从对端输入的对端的数字化电流数 据的取样定时的偏移、来对所述本端的数字化电流数据和所述对端的数字化电 流数据取同步的取样同步电路部，并利用在此取样同步电路部取同步的所述本
端的数字化电流数据和所述对端的数字化电流数据，在PCM电流差动中继器 的中继运算部进行PCM电流差动中继器的中继运算。
本发明的电站中继方式，在电站内具有包含PCM电流差动中继器的多个保
护中继器，其中，对所述保护中继器，从合并所述电站中各站检测并同步取样
所得的电量数字化数据的合并单元，输入取同步的数字化数据，在所述PCM 电流差动中继器，设置根据本端的数字化电流数据或从对端输入的对端的数字 化电流数据的取样定时的偏移、来对所述本端的数字化电流数据和所述对端的 数字化电流数据取同步的取样同步电路部，并利用在此取样同步电路部取同步 的所述本端的数字化电流数据和所述对端的数字化电流数据，在PCM电流差 动中继器的中继运算部进行PCM电流差动中继器的中继运算；因此具有消除 保护线路的PCM电流差动中继器中对端的其它电站间的取样定时同步对母线 保护中继器等其它设备的取样定时同步的影响的效果。
又，本发明的PCM电流差动中继方式，在所述PCM电流差动中继器，设 置根据从合并所述电站中各站检测并同步取样所得的电量数字化数据的合并 单元输入的所需本端的数字化电流数据或从对端输入的对端的数字化电流数 据的取样定时的偏移、来对所述本端的数字化电流数据和所述对端的数字化电 流数据取同步的取样同步电路部，并利用在此取样同步电路部取同步的所述本 端的数字化电流数据和所述对端的数字化电流数据，在PCM电流差动中继器 的中继运算部进行PCM电流差动中继器的中继运算；因此具有消除保护线路 的PCM电流差动中继器中对端的其它电站间的取样定时同步对母线保护中继 器等其它设备的取样定时同步的影响的效果。
图l是示出本发明实施方式l的图， 电流差动中继器的系统组成的框图。
图2是示出本发明实施方式1的图 部组成的框图。
图3是示出本发明实施方式1的图
是示出一例数字化变电系统中包含PCM ，是示出一例PCM电流差动中继器的内 ，是示出一例输电线两端的取样定时(校
正前)的图。
图4是示出本发明实施方式1的图，是示出一例输电线两端的相位差的矢 量图。
标号说明
1是第l输电线，2是第2输电线，3是母线，4是变压器，5是CT(变流器)， 6是PT(仪器用变压器)，7是合并单元，71是A/D(模一数)变换器，72是运算 处理部，8是网络线路，91是将第1输电线当作保护对象的第1 PCM电流差动 中继器，92是将第2输电线当作保护对象的第2PCM电流差动中继器，93是 母线保护中继器，94是变压器保护中继器，911是取样同步电路部，912是中 继运算部，913是继电输出部，914是与对端电站的取样定时同步的控制部， IO是PCM通信电路，
具体实施方式
实施方式1
下面，利用图1 图4说明本发明实施方式1。图l是示出一例数字化变电 系统的包含PCM电流差动中继器的系统组成的框图，图2是示出一例PCM电 流差动中继器的内部组成的框图，图3是示出一例输电线两端的取样定时(校正 前)的图，图4是示出一例输电线两端的相位差的矢量图。各图中，同一标号表 示同一部分。
图1示例电站A(A端(本端)侧)内的数字化变电系统，此例的电站中，如图 l所示，将第1输电线1和第2输电线2连接到母线3，连接此母线3的输电 线通过变压器4对负载(图中省略)供电。
例如，在所述第l输电线l、第2输电线2、母线3、馈电线上，众所周知 那样设置图示的CT(检测出电流用的变流器)、PT(检测出电压用的仪器用变压 器)，将这些CT、 PT各自的输出分别通过作为信号处理电路的集合装置的l处 的共用合并单元7的各A /D(模一数)变换器71输入到共用合并单元7的信息 处理部72，并通过电站A内的网络8，从共用合并单元7的信息处理部72对 将所述第l输电线1当作保护对象的第1PCM电流差动中继器91、将所述第2
输电线2当作保护对象的第2 PCM电流差动中继器92、将所述母线3当作保 护对象的母线保护中继器93、将所变压器4当作保护对象的变压器保护中继器 94分配各自的规定动作中需要的电流、电压的数字化数据。
所述第1PCM电流差动中继器91具有取信息处理部72传送的本端侧数 字化电流数据A与来自对端侧的PCM电流数据B的同步的取样同步电路部 911、从取样同步电路部911输入取同步后的两个电流数据并进行作为PCM电 流差动中继器的中继运算的中继运算部912、以及将中继运算部912的输出(CB 跳闸指令)输出到网络8的输出部913。
再者，本实施方式中，利用控制电路914，将使本端侧的数字化电流 电压 数据A的取样定时与对端侧电站的取样定时(来自对端的PCM电流数据B的取 样定时)一致的指令(控制信号)，供给取样同步电路部911。或进行使对端的数 字化电流B的取样定时与本端取样定时一致的控制。
所述第2PCM电流差动中继器92的组成，与所述第1PCM电流差动中继 器91相同，并起与其同样的作用。
再者，本实施方式中，以电站A(A端(本端)侧)内的母线3上连接的输电线 1、 2、变压器4为代表进行揭示。将各部位的电流、电压利用CT5、 PT6输入 到1处的合并单元(信号电路的集合装置)7。合并单元7中，在A/D变换器71 将各部位的电流、电压变换成数字化数据后，在信息处理部72依次变换成串 行信号，并在电站A内的网络8连接到需要这些数据的保护中继器装置91、92、 93、 94等设备。图1中，作为代表，示例输入到输电线保护中继器(即PCM电 流差动中继器91、 92)、母线保护中继器93、变压器保护中继器94的结构。
这些中继器中，例如PCM电流差动中继器91的内部输入通过所述网络8 从合并单元7输入的电流、电压数据，在取样同步电路部911执行使其与来自 输电线1的对端B的PCM电流差动中继器的电流数据的取样定时一致的控制， 在中继运算部912根据对准两端电流的取样定时的数据实施中继运算，并从根 据其结果作继电输出的输出电路部913将输出信号输出到所述网络8，利用该 信号控制相当的CB(未图示)等。
艮卩，在合并单元7内的A/D变换部71同步执行电站A的取样定时，构成 电站A内统一的取样定时。在中继器内部的取样同步电路部911执行需要与对
端电站B的PCM电流差动中继器的取样定时同步的PCM电流差动中继器91、 92的取样控制。母线保护中继器93那样需要对连接母线3的全部电流同步的 取样的中继器的情况下，在合并单元7内执行取样控制(取样同步控制)，所以 不需要中继器内部的取样控制(取样同步控制)。
接着，利用图3说明取样同步电路中的控制方式。
所述网络上的电流、电压数字化数据中，添加数字化的定时(取样定时)的时 刻数据。
本端电站A的数据(称为"数据A")，如图3所示，根据取样定时，在tl、 t2、 t3、……得以流通。来自对端电站B的数字化数据通过对端B的PCM电 流差动中继器的PCM通信线路io在tr、 t2，、 t3，、……也得以传送。这里， 为了使说明简明，设两端的取样周期相同。
例如，以电压信息为基础，设对端B与本端A的取样时间点差为At，则对 端B中取样的数据与本端A中取样的数据存在At的时间差。因此，通过对本 端数据校正At的份额(图2中示出本端数据A相对于对端B的数据迟后At的 状态)，得到与对端时间上同步的本端数据。(也有反过来对对端数据校正一At 份额的方法，但这里说明校正本端数据的情况。)
下面，说明该控制方式。
(1) 计算相当于At的相位角e。
6 =360度*(At/1周期时间(50赫兹为20毫秒，60赫兹为16.667毫秒))
(2) 校正e份额的相位。
A (t，) = A (t) cos6 + A (t -卯°) sin0
这里，A(t')是校正后的数据，A(t)是校正前的数据。 此例中，使用校正前数据的迟后90度的数据，但为了进一步提高精度，应 用连续的2个数据(A(t) 、 A(t-T) ， T为取样时间)。 丁 = 30度电角的情况下， A (t，) = a A (t) + b A (t - T)中 根据正弦定理，a/sin(30° —6) = b/sine= 1 / sin 150°
所以
a = sin (30。 — 6) / sin 150°， b = sin0 / sin 150°
这样求出a、 b，从而能计算校正值A(t')。再者，校正角e小于相当于取样 周期T的30度电角。
(3)根据校正后的数据和来自对端的接收数据执行PCM电流差动中继器运算。
这样，本实施方式的PCM电流差动中继器中，根据添加在数据中的时刻信 息求出与对端数据的时刻差，利用该时刻差计算进行校正的相位角，并使用2 个取样数据实施相位校正。因而，具有能简便地以校正相位的状态高精度实施 取样定时的控制的效果。
再者，本实施方式中，电站B的组成与电站A相同。而且，电站B和电站 A的基于数据中添加的时刻数据的时钟的时刻在电站B和电站A中一致。
实施方式2
实施方式1中构成根据添加在数据中的时刻计算与对端PCM电流差动中继 器的取样定时的时间差，将该时间差换算成相位差，进行相位校正，从而取时 刻同步，但这里采用通过计算2个连续的数字化数据的绝对值进行校正的方法。
下面，对其进行说明。
(1) 与实施方式1同样地计算相当于At的相位角e。
6 =360度1周期时间(50赫兹为20毫秒，60赫兹为16.667毫秒))
(2) 设置2个连续的本端数据如下。 A (t) = A sin (cot +①)
A (t - T) = A sin (cot + (D _ a)
ot为相当于2个连续的数据的时间差T的电角(例如30度)
(3) 利用上述2个公式计算振幅A、相位角O。
(4) 对A(t)作e份额的相位校正，得到校正后的数据A(t')。 A (t,) = A sin (cot + 0) _ 6)
此校正后的数据A (t')与B端取样定时相同，因此使用此数据和对端的B (t') 执行PCM电流差动中继运算
与实施方式1相同，具有能以简单的运算进行高精度校正的效果。
再者，使用3个连续的本端数据的情况下，能从下面的公式得到振幅A、
相位O、角频率(O，因此CO非固定为额定频率时，可从3个数据作进一步准确的运算。
A (t) = A sin (cot + C>)
A (t — T) = A sin (cot + 0> - a)
A (t — 2T) = A sin (cot + 0> — 2a)
实施方式3
实施方式l、 2中，根据添加在数据中的时刻实施与对端PCM电流差动中 继器的取样定时的时间差，但实施方式3根据一般情况下的两端电流数据进行 计算。这样，就不必往对端发送时刻数据，具有能简化PCM信号的效果。再 者，系统故障期间中，电流相位急剧变化，所以中止校正，维持故障前的校正 值。
下面，说明根据一般情况下的两端电流数据进行计算的实例。
(1) 设置2个连续的本端数据如下。 A (t) = A sin (cot + <I>)
A (t — T) = A sin (cot + <!> - a)
a为相当于2个连续的数据的时间差T的电角(例如30度)
(2) 利用上述2个公式计算振幅A、相位角O。
(3) 同样设置2个连续的本端数据如下。 B (t) = B sin (cot， + O，)
B (t — T) = B sin (cot' + 0>， — a) 2个连续的数据的时间差在两端同为a。
(4) 利用上述(3)项的2个公式计算振幅B、相位角0)'。
(5) 计算相位角0>、 O'之差AO。
= <J) —
(6滩本端数据移相AO，对准对端相位。
校正后的本端数据A(t')通过如下式那样对准两端相位，取时刻同步。
A (t') = A sin (cot， + O - △<!>)
通过进行不使用两端的时刻数据而使一般情况下的状态为零的校正，能减 小输电线两端电流的电流差。存在需要考虑中止故障期间中的控制等问题，但 不必将取样定时的校正时刻数据输入到PCM信号进行发送，所以具有能使 PCM数据单纯化的优点。
再者，下面列举上述实施方式1 3的特点。
特点1:涉及构成将CT、 PT等的交流输出信号等用数字化网络线路连接到 各电站设备的多个保护设备并经网络线路控制各保护设备的输出的数字化变 电保护系统中，保护电力用输电线的PCM电流差动中继器的两端电流的取样 同步控制单元。
特点2: PCM电流差动中继器与其它电站之间的取样同步，不是用信号处 理电路，而是通过校正将按电站固有的取样定时作A/D变换后得到的数据输 入到PCM中继器后与其它电站的取样定时不同造成的相位差，实质上校正取 样定时。
特点3:作为第l校正单元，网络上的数字化数据在各自的数据添加时刻数 据，所以将该时刻数据与电流数据一起组合在PCM信号中进行收发，并根据 本端和对端的时刻数据计算本端数据与对端数据的时刻差。此时刻差相当于两 端的取样定时差。采用求出相当于所述时刻差的电角相位差并在各端一同校正 该相位差的方式。
特点4:作为第2校正单元，使用2个或3个连续的取样数据运算输入数据 的振幅和相位，根据其结果计算本端与对端的相位差，并与第l校正单元同样 地在各端子校正该相位差。使用2个连续的数据时，得到振幅和相位。使用3 个连续的数据时，除上述振幅和相位外，还能得到频率，所以预料频率变动时， 使用3个连续的数据。
特点5:能执行与对端的其它电站之间的取样定时的校正，而不影响使用按 该电站固有取样定时作A/D变换后得到的数字化数据的其它母线保护中继器 等的取样定时，而且也不影响保护与不同于上述电站的其它电站之间的输电线 的其它PCM电流差动中继器的取样定时的校正。
特点6:能执行与对端的其它电站之间的取样定时的校正，而不影响使用按 该电站固有取样定时作A/D变换后得到的数字化数据的其它母线保护中继器 等的取样定时，而且也不影响保护与不同于上述电站的其它电站之间的输电线 的其它PCM电流差动中继器的取样定时的校正。
特点7: —种PCM电流差动中继器，其特征是具有以将电力系统的CT、 PT等的各种数据数字化的方式使电站内的各保护、控制设备与网络化的电站中
其它电站的取样定时同步的取样同步电路，在其同步处理中根据本端与他端的 电流时刻数据差运算相位差，使所述取样数据相位移动该相位差的份额，从而 得到同步数据。
特点8: —种取样同步处理方式，其特征是在特点7的PCM电流差动中继
器中，具有使得与其它电站的取样定时同步的取样同步电路，该电路的同步处 理中，根据本端与他端的电流时刻数据差运算相位电角，根据所述取样数据的
连续的2个数据对该电角份额求出振幅、相位，对所述相位校正所述电角份额， 得到瞬时值数据，从而得到取同步的数据。
特点9: 一种取样同步处理方式，其特征是在特点7的PCM电流差动中继 器的取样同步处理中，用根据本端和他端的电流数据测量两端电流的相位差并 且校正所述相位差的方法得到与对端取样定时同步的单元。
特点10: —种电站中继方式，在电站内具有包含PCM电流差动中继器的多
个保护中继器，其特征是对所述保护中继器从合并所述电站中各站检测并同步
取样所得的电量数字化数据的合并单元输入取同步的数字化数据，在所述PCM 电流差动中继器，设置根据本端的数字化电流数据和从对端输入的对端的数字 化电流数据的取样定时的偏移对所述本端的数字化电流数据和所述对端的数 字化电流数据取同步的取样同步电路部，并利用在此取样同步电路部取同步的 所述本端的数字化电流数据和所述对端的数字化电流数据，在PCM电流差动 中继器的中继运算部进行PCM电流差动中继器的中继运算。
特点ll: 一种PCM电流差动中继方式，在所述PCM电流差动中继器，设 置根据从合并所述电站中各站检测并同步取样所得的电量数字化数据的合并 单元输入的所需本端的数字化电流数据和从对端输入的对端的数字化电流数据的取样定时的偏移、来对所述本端的数字化电流数据和所述对端的数字化电 流数据取同步的取样同步电路部，并利用在此取样同步电路部取同步的所述本 端的数字化电流数据和所述对端的数字化电流数据，在PCM电流差动中继器
的中继运算部进行PCM电流差动中继器的中继运算。
特点12:特点11中所述的PCM电流差动中继方式，其中，从合并所述对
端的电站中各站检测并同步取样所得的电量数据的合并单元，输出所述对端的 数字化电流数据。
特点13:特点11中所述的PCM电流差动中继方式，其中，所述本端的数
字化电流数据和所述对端的数字化电流数据都具有各自的取样时间点的时刻 数据，并以移相相当于各取样时刻之差的相位差份额的方式，取所述本端的电 流数据与所述对端的电流数据的同步。
特点14:特点ll或特点12中所述的PCM电流差动中继方式，其中，所
述本端的数字化电流数据和所述对端的数字化电流数据都具有各自的取样时
间点的时刻数据，并根据相当于各取样时刻之差的相位角e、相当于连续的本
端数据的时间差的电角oc、以及本端数据的相位角O，在PCM中继器内运算校 正数据A(t')，取所述本端电流数据与所述对端电流数据的同步。
特点15:特点11或特点12中所述的PCM电流差动中继方式，其中，以 移相所述本端数据的相位角O与对端数据的相位角O'之差AO的方式，取所述本
端电流数据与对端电流数据的同步。
权利要求
1、一种电站中继方式，在电站内具有包含PCM电流差动中继器的多个保护中继器，其特征在于，对所述保护中继器，从合并所述电站中各站检测并同步取样所得的电量数字化数据的合并单元，输入取得同步后的数字化数据，在所述PCM电流差动中继器，设置根据本端的数字化电流数据和从对端输入的对端的数字化电流数据的取样定时的偏移、来对所述本端的数字化电流数据和所述对端的数字化电流数据取同步的取样同步电路部，并利用在此取样同步电路部取得同步后的所述本端的数字化电流数据和所述对端的数字化电流数据，在PCM电流差动中继器的中继运算部进行PCM电流差动中继器的中继运算。
2、 一种PCM电流差动中继方式，对所述本端的数字化电流数据和所述对 端的数字化电流数据取同步，其特征在于，在PCM电流差动中继器，设置根据从合并电站中各站检测并同步取样所得 的电量数字化数据的合并单元输入的所需本端的数字化电流数据和从对端输 入的对端的数字化电流数据的取样定时的偏移、来对所述本端的数字化电流数 据和所述对端的数字化电流数据取同步的取样同步电路部，并利用在此取样同 步电路部取得同步后的所述本端的数字化电流数据和所述对端的数字化电流 数据，在PCM电流差动中继器的中继运算部进行PCM电流差动中继器的中继运算。
3、 如权利要求2中所述的PCM电流差动中继方式，其特征在于，从合并所述对端的电站中各站检测并同步取样所得的电量数字化数据的合 并单元，输出所述对端的数字化电流数据。
4.如权利要求2或3中所述的PCM电流差动中继方式，其特征在于， 所述本端的数字化电流数据和所述对端的数字化电流数据都具有各自的取样时间点的时刻数据，并以移相相当于各取样时刻之差的相位差份额的方式， 取得所述本端的电流数据与所述对端的电流数据的同步。
5、 如权利要求2或3中所述的PCM电流差动中继方式，其特征在于，所述本端的数字化电流数据和所述对端的数字化电流数据都具有各自的取 样时间点的时刻数据，并根据相当于各取样时刻之差的相位角e、相当于连续的本端数据的时间差的电角a、以及本端数据的相位角O，在PCM电流差动中 继器内运算校正数据A(t')，取得所述本端电流数据与所述对端电流数据的同 步。
6、 如权利要求2或3中所述的PCM电流差动中继方式，其特征在于， 以移相所述本端的数字化电流数据的相位角O与所述对端的数字化电流数据的相位角O'之差AO)的方式，取得所述本端电流数据与对端电流数据的同步。
全文摘要
本发明揭示一种电站中继方式和PCM电流差动中继方式，消除保护线路的PCM电流差动中继器中对端的其它电站间的取样定时同步对母线保护中继器等其它设备的取样定时同步的影响。对保护中继器(93)，从合并电站中各站检测并同步取样所得的电量数字化数据的合并单元(7)输入数字化数据，在所述PCM电流差动中继器(91)，设置根据本端(A)的数字化电流数据或从对端(B)输入的对端的数字化电流数据的取样定时的偏移、来对本端的数字化电流数据和对端的数字化电流数据取同步的取样同步电路部(911)，并利用在此取样同步电路部取同步的所述本端的数字化电流数据和所述对端的数字化电流数据，在PCM电流差动中继器的中继运算部(912)进行PCM电流差动中继器的中继运算。
文档编号H02H3/38GK101183782SQ20071018604
公开日2008年5月21日 申请日期2007年11月9日 优先权日2006年11月13日
发明者尾田重远 申请人:三菱电机株式会社