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公開番号2021027785
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210222
出願番号2019146966
出願日20190809
発明の名称保護制御システム
出願人三菱電機株式会社
代理人特許業務法人深見特許事務所
主分類H02H 3/28 20060101AFI20210125BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電流差動リレー方式で送電線の保護を行う場合に、従来よりもシステム構成を簡単化できる保護制御システムを提供する。
【解決手段】保護制御システム200は、送電線の保護区間の第1端の電流をサンプリングする第1の電気量検出装置30Aと、第1端において第1の電気量検出装置30Aと接続された第1の保護制御装置60Aと、保護区間の第2端の電流をサンプリングする電気量検出装置30Bと、第2端において保護制御装置60Bと接続されかつ通信路を介して接続された第2の保護制御装置60Bとを備える。第1および第2の保護制御装置60A,保護制御装置60Bは、互いのデータ送信時刻の偏差Δtに基づいて、各端子におけるサンプルタイミングの偏差ΔSdを検知する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
送電線の保護区間を保護する保護制御システムであって、
前記保護区間の第1端に設けられ、第1のサンプリング周期で前記送電線の電流をサンプリングすることにより、第1の電流検出データを生成する第1の電気量検出装置と、
前記第1端に設けられ、前記第1の電流検出データに基づく第1の送信データを、第1の送信周期で通信路に出力する第1の保護制御装置と、
前記保護区間の第2端に設けられ、第2のサンプリング周期で前記送電線の電流をサンプリングすることにより、第2の電流検出データを生成する第2の電気量検出装置と、
前記第2端に設けられ、前記通信路を介して前記第1の保護制御装置と接続され、前記第2の電流検出データに基づく第2の送信データを第2の送信周期で前記通信路に出力する第2の保護制御装置とを備え、
前記第1のサンプリング周期、前記第1の送信周期、前記第2のサンプリング周期、および前記第2の送信周期は、互いに非同期であり、
前記第1の保護制御装置は、前記第1の送信周期ごとに、前記第1の電流検出データを前記第1の電気量検出装置から受信してから前記第1の送信データを送信するまでの第1の時間差と、前記第1の送信データを送信してから前記第2の送信データを受信するまでの第2の時間差とを計測し、
前記第2の保護制御装置は、前記第2の送信周期ごとに、前記第2の電流検出データを前記第2の電気量検出装置から受信してから前記第2の電流検出データを送信するまでの第3の時間差と、前記第2の送信データを送信してからの前記第1の送信データを受信するまでの第4の時間差とを計測し、
前記第1の保護制御装置と前記第2の保護制御装置との少なくとも一方は、前記第1の時間差、前記第2の時間差、前記第3の時間差、および前記第4の時間差に基づいて、自端側の電流検出データを補間し、補間後の電流検出データと相手端の電流検出データとの比較に基づいて、前記保護区間で故障が生じているか否かを判定する、保護制御システム。
続きを表示(約 860 文字)【請求項2】
前記第1の保護制御装置は、0より大きい下限値と前記第1の送信周期より小さい上限値との間に前記第2の時間差が入るように、前記第1の送信データを送信するタイミングを制御する、請求項1に記載の保護制御システム。
【請求項3】
前記第1の保護制御装置と前記第2の保護制御装置との少なくとも一方は、
前記第2の時間差と前記第4の時間差とに基づいて、前記第1の送信データの送信タイミングと前記第2の送信データの送信タイミングとの時間差である第1のタイミング偏差を計算し、
前記第1の時間差と前記第3の時間差と前記第1のタイミング偏差に基づいて、前記第1の電流検出データのサンプルタイミングと前記第2の電流検出データのサンプルタイミングとの時間差である第2のタイミング偏差を計算し、
前記第2のタイミング偏差に基づいて、前記自端側の電流検出データを補間するように構成される、請求項1または2に記載の保護制御システム。
【請求項4】
前記第1のタイミング偏差は、前記第2の時間差と前記第4の時間差との差分を2で除算することにより求められる、請求項3に記載の保護制御システム。
【請求項5】
前記第2のタイミング偏差は、前記第1の時間差と前記第3の時間差との差分に前記第1のタイミング偏差を加算した値に基づいて求められる、請求項4に記載の保護制御システム。
【請求項6】
前記第1端に設けられ、前記第1の電気量検出装置によって検出された前記電流検出データに基づいて、前記第1の保護制御装置で用いられる方式とは異なる方式でリレー演算を行う第3の保護制御装置と、
前記第2端に設けられ、前記第2の電気量検出装置によって検出され前記電流検出データに基づいて、前記第2の保護制御装置で用いられる方式とは異なる方式でリレー演算を行う第4の保護制御装置とをさらに備える、請求項1〜5のいずれか1項に記載の保護制御システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
この開示は、保護制御システムに関する。
続きを表示(約 6,900 文字)【背景技術】
【0002】
近年、保護リレー装置の形態として、特許文献1(特開2012−65433号公報)などに開示されているようなプロセスバスに対応した保護制御システムが一般的になりつつある。この保護制御システムでは、従来の保護リレー装置の機能が2つに分割され、それぞれ個別のユニットで構成される。
【0003】
具体的には、統合ユニット(マージングユニット:Merging Unit(MU))と称される電気量検出装置と、IED(Intelligent Electronic Device)と称される保護制御装置とが設けられる。MUは、電力系統の電気量(すなわち、電流および電圧など)の検出信号を取り込み、取り込んだ信号をA/D(Analog to Digital)変換する。MUは、A/D変換によって得られたデータを、プロセスバスを介してIEDに送信する。IEDは、MUからの受信データに基づいてリレー演算を行う。
【0004】
特許文献1に開示された保護制御システムを用いて電流差動リレー方式による送電線保護を行う場合、送電線の両端において、電気量のサンプリングタイミングを同期させる必要がある。特許文献1は、(i)GPS(Global Positioning System)信号を利用する同期方法を開示する。しかしながら、この同期方法(i)は、GPS信号が正常に受信できないことがあるので可用性の点で問題になり得る。他の方法として、(ii)特許文献2に開示された従来から使用されている同期方式がある。しかしながら、この方式(ii)では、サンプリング同期制御のために特別なハードウェアを付帯する必要がある。
【0005】
非特許文献1(電気協同研究、第71巻、第1号、第6−2節)は、プロセスバスを適用したIP(Internet Protocol)−PCM(Pulse Code Modulation)電流差動リレーを開示する。具体的に、送電線を挟んで対向するPCM電流差動リレー用IEDを互いに同期させるが、送電線の各端の電気所構内においてMUとPCM電流差動リレー用IEDとは非同期にする。もし、MUとPCM電流差動リレー用のIEDとを同期させると、各電気所構内においてMUを共用する他のIEDまで同期させる必要が生じてしまうからである。
【0006】
上記の非特許文献1の構成では、送電線の両端における電流のサンプルタイミングは異なっているので、同一時刻相当の電流サンプリングデータを演算で算出する必要がある。また、送電線を挟んで対向するPCM電流差動リレー用IEDの同期制御には、たとえば、IEC61588等で定義された時刻同期プロトコル(PTP:Precision Time Protocol)が用いられる。しかし、PTPでは、ネットワークを構成するスイッチに特殊な機能を必要とすることから、システム構成が高価になってしまう。
【0007】
プロセスバスが適用されていない多くの従来の送電線保護装置は、特許文献2に開示された方式でサンプリング同期を実現している。この場合、アナログ入力回路、伝送回路、リレー演算回路は同じユニットに実装され、1つのサンプリング同期信号に全構成要素が同期して動作する一体型のユニット構成である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
特開2012−65433号公報
特開昭62−262614号公報
【非特許文献】
【0009】
「新しい通信技術による保護リレーシステムの設計合理化」、電気協同研究、第71巻、第1号、第6章、第6−2節「プロセスバスを適用したIP−PCMリレー」、p.196−197
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
上記の非特許文献1の保護リレーシステムでは、送電線を挟んで対向するPCM電流差動リレー用のIED同士において、従来と同等の同期制御が必要である。このため、ハードウェア構成が複雑になる。また、IPネットワークに接続されたPTPマスタを利用して同期制御を実行する場合には、PTPマスタと送受信するために通信プロトコルの実装が必要であるし、通信に障害が生じた場合に同期制御ができなくなるという問題が生じる。
【0011】
この開示は、上記の問題点を考慮したものであり、その目的は、電流差動リレー方式で送電線を保護する場合に、(i)送電線の保護区間を挟んで対向する保護制御装置の間での同期制御を必要とせずに、(ii)簡素なハードウェア構成で実現可能な保護制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
送電線の保護区間を保護するための一実施形態の保護制御システムは、第1の電気量検出装置と、第1の保護制御装置と、第2の電気量検出装置と、第2の保護制御装置とを備える。第1の電気量検出装置は、保護区間の第1端に設けられ、第1のサンプリング周期で送電線の電流をサンプリングすることにより、第1の電流検出データを生成する。第1の保護制御装置は、第1端に設けられ、第1の電流検出データに基づく第1の送信データを、第1の送信周期で通信路に出力する。第2の電気量検出装置は、保護区間の第2端に設けられ、第2のサンプリング周期で送電線の電流をサンプリングすることにより、第2の電流検出データを生成する。第2の保護制御装置は、第2端に設けられ、通信路を介して第1の保護制御装置と接続され、第2の電流検出データに基づく第2の送信データを第2の送信周期で通信路に出力する。第1のサンプリング周期、第1の送信周期、第2のサンプリング周期、および第2の送信周期は、互いに非同期である。第1の保護制御装置は、第1の送信周期ごとに、第1の電流検出データを第1の電気量検出装置から受信してから第1の送信データを送信するまでの第1の時間差と、第1の送信データを送信してから第2の送信データを受信するまでの第2の時間差とを計測する。第2の保護制御装置は、第2の送信周期ごとに、第2の電流検出データを第2の電気量検出装置から受信してから第2の電流検出データを送信するまでの第3の時間差と、第2の送信データを送信してからの第1の送信データを受信するまでの第4の時間差とを計測する。第1の保護制御装置と第2の保護制御装置との少なくとも一方は、第1の時間差、第2の時間差、第3の時間差、および第4の時間差に基づいて、自端側の電流検出データを補間し、補間後の電流検出データと相手端の電流検出データとの比較に基づいて、保護区間で故障が生じているか否かを判定する。
【発明の効果】
【0013】
上記の実施形態の保護制御システムによれば、第1〜第4の時間差の計測値を用いて電流検出データを補間することにより、送電線の保護区間を挟んで対向する保護制御装置の間での同期制御を必要としないで、かつ簡素なハードウェア構成による電流差動リレー方式の送電線保護制御システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
実施の形態1による保護制御システムの構成を示すブロック図である。
図1の電気量検出装置および保護制御装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
図1のA端における保護制御装置の機能的構成を示すブロック図である。
図3の送信タイミング制御部の具体的構成例を示すブロック図である。
タイミング偏差の計算を説明するための第1の例を示すタイミング図である。
タイミング偏差の計算を説明するための第2の例を示すタイミング図である。
タイミング偏差の計算を説明するための第3の例を示すタイミング図である。
タイミング偏差の計算を説明するための第4の例を示すタイミング図である。
タイミング偏差の計算を説明するための第5の例を示すタイミング図である。
補間電流値の計算および送信のタイミングを説明するための図である。
図10の補間電流値Ia(db32)の計算および送信のタイミングを説明するための図である。
図3の送信タイミング制御部の動作を示すフローチャートである。
実施の形態1の保護制御システムの動作を示すフローチャートである。
実施の形態2の保護制御システムの動作を示すフローチャートである。
保護区間が3端子の場合の保護制御システムの動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、各実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。以下では、送電線の保護区間が2端子の場合を主として説明するが、本開示による技術は3端子以上の場合にも適用可能であることは言うまでもない。なお、以下の説明において、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰り返さない。
【0016】
実施の形態1.
[保護制御システムの構成]
図1は、実施の形態1による保護制御システムの構成を示すブロック図である。図1の保護制御システム200は、送電線21を含む電力系統を保護する。送電線21は、たとえば、三相の送電線であるが、図1では簡単のために三相のうちの一相のみを代表的に示している。
【0017】
送電線21のA端にはA端変電所100Aが設けられ、送電線21のB端にはB端変電所100Bが設けられる。保護制御システム200は、A端変電所100A内に、電圧変成器26Aと、電流変成器27Aと、電気量検出装置30Aと、保護制御装置60A,80Aと、基準信号生成装置25Aとを備える。保護制御システム200は、B端変電所100B内に、電圧変成器26Bと、電流変成器27Bと、電気量検出装置30Bと、保護制御装置60B,80Bと、基準信号生成装置25Bとを備える。以下、A端とB端とで同一または相当する構成を区別する場合に、参照符号の末尾にA,Bを付す。A端とB端とに共通する事項については、末尾のA,Bの参照符号を省略する場合がある。
【0018】
本開示において一例として、電気量検出装置30Aを第1の電気量検出装置と称し、保護制御装置60Aを第1の保護制御装置と称する場合がある。また、本開示において一例として、電気量検出装置30Bを第2の電気量検出装置と称し、保護制御装置60Bを第2の保護制御装置と称する場合がある。
【0019】
図1に示すように、電圧変成器26Aは、送電線21のA端における電圧値VaAを検出する。電流変成器27Aは、送電線21のA端における電流値IaAを検出する。電圧変成器26Bは、送電線21のB端における電圧VaBを検出する。電流変成器27Bは、送電線21のB端における電流IaBを検出する。なお、図1では、図示を省略しているが、電圧変成器26A,26Bおよび電流変成器27A,27Bは、三相送電線の各相に設けられている。
【0020】
電気量検出装置30Aは、電圧変成器26Aによって検出されたA端における電圧値VaAおよび電流値IaAを、クロック回路CLK1からのタイミング信号に基づくサンプリング周期でサンプリングする。電気量検出装置30Aは、サンプリングした電圧値VaAおよび電流値IaAをA/D(Analog to Digital)変換する。電気量検出装置30Aは、A/D変換後のデジタルの電圧値VdA(電圧検出データとも称する)および電流値IdA(電流検出データとも称する)の少なくとも一方を、A端変電所100Aに設けられた保護制御装置60A,80Aに出力する。
【0021】
同様に、電気量検出装置30Bは、電圧変成器26Bによって検出されたB端における電圧値VaBおよび電流値IaBを、クロック回路CLK3からのタイミング信号に基づくサンプリング周期でサンプリングする。電気量検出装置30Bは、サンプリングした電圧値VaBおよび電流値IaBをA/D変換する。電気量検出装置30Bは、A/D変換後のデジタルの電圧値VdB(電圧検出データとも称する)および電流値IdB(電流検出データとも称する)の少なくとも一方を、B端変電所100Bに設けられた保護制御装置60B,80Bに出力する。電気量検出装置30A,30Bを、マージングユニット(MU)とも称する。
【0022】
なお、A端における電気量検出装置30Aは、A端変電所100A内の他の箇所に設けられた不図示の電圧変成器および電流変成器の検出値をさらに取り込んで、A/D変換するように構成されていてもよい。この場合、電気量検出装置30Aは、A/D変換された他の箇所の電気量をA端変電所100Aに設けられた保護制御装置60A,80Aに送信する。また、電気量検出装置30Aは、A端変電所100A内に設けられた不図示の他の保護制御装置に、A/D変換後のデジタルの電圧値VdBおよび電流値IdBを出力するように構成されていてもよい。B端における電気量検出装置30Bについても同様である。
【0023】
保護制御装置60A,80Aは、A端における電気量検出装置30Aから取得した電圧検出データおよび電流検出データの少なくとも一方を用いて保護リレー演算を実行する。同様に、保護制御装置60B,80Bは、B端における電気量検出装置30Bから取得した電圧検出データおよび電流検出データの少なくとも一方を用いて保護リレー演算を実行する。
【0024】
ここで、A端における保護制御装置60AとB端における保護制御装置60Bとは、専用の通信路20を介して相互に接続される。保護制御装置60A,60Bの各々は、電流差動保護リレー要素として機能する。
【0025】
具体的に、保護制御装置60Aには、電気量検出装置30Aによる検出値に基づくA端における時系列の電流検出データが入力される。保護制御装置60Aは、受信した電流検出データに基づく送信データを、クロック回路CLK2からのタイミング信号に基づく送信周期で、通信路20を介してB端の保護制御装置60Bに送信する。
【0026】
同様に、保護制御装置60Bには、電気量検出装置30Bによる検出値に基づくB端における時系列の電流検出データが入力される。保護制御装置60Bは、受信した電流検出データに基づく送信データを、クロック回路CLK4からのタイミング信号に基づく送信周期で、通信路20を介してA端の保護制御装置60Aに送信する。
【0027】
保護制御装置60Aは、A端における電流検出データと、保護制御装置60Bから通信路20を介して受信した送信データとに基づいて、許容誤差の範囲内で同一時刻とみなし得るA端の電流値とB端の電流値との差分を計算する。そして、保護制御装置60Aは、電流値の差分演算の結果に基づいて、A端とB端との間の送電線21(すなわち、保護区間内)における故障の有無を判定する。
【0028】
同様に、保護制御装置60Bは、B端における電流検出データと、保護制御装置60Aから通信路20を介して受信した送信データとに基づいて、許容誤差の範囲内で同一時刻とみなし得るA端の電流値とB端の電流値との差分を計算する。そして、保護制御装置60Bは、電流値の差分演算の結果に基づいて、A端とB端との間の送電線21(すなわち、保護区間内)における故障の有無を判定する。
【0029】
一方、A端における他の保護制御装置80Aは、A端における検出データのみに基づき、すなわち、B端における検出データには基づかずに保護リレー演算を実行する。B端における他の保護制御装置80Bは、B端における検出データのみに基づき、すなわち、A端における検出データには基づかずに保護リレー演算を実行する。たとえば、保護制御装置80A,80Bの各々は、電流差動リレー要素以外の距離リレー要素および過電流リレー要素などとして動作する。
【0030】
図1では、A端変電所100Aに設けられた保護制御装置60A,80Aは別個のユニットとして構成されているが、これらは一体化されていてもよい。同様に、B端変電所100Bに設けられた保護制御装置60B,80Bは一体化されていてもよい。
(【0031】以降は省略されています)

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