JP2004064957A

JP2004064957A - 送電線路における可変デッドタイム制御を利用した適応的再閉路方法

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Publication number: JP2004064957A
Application number: JP2002222935A
Authority: JP
Inventors: Chul-Hwan Kim; チュル−ファン，　キム; Sang-Pil Ahn; サン−ピル，　アン
Original assignee: Sungkyunkwan University
Current assignee: Sungkyunkwan University
Priority date: 2000-07-18
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2022-07-31
Also published as: JP3710771B2; KR100343122B1; KR20020007627A; US6768620B2; GB2390768B; US20040027747A1; GB0215899D0; GB2390768A

Abstract

【課題】送電線での事故発生した際の、送電線路における可変デッドタイム制御を利用した適応的再閉路方法を提供する。
【解決手段】送電線路（Ｔ／Ｌ）での事故発生時、リレー点の遮断器トリップ後の事故相の電圧波形を前記送電線路の計器用変圧器（ＰＴ）または計器用変流変圧器（ＣＶＴ）を介して１６ビットＡ／Ｄ変換機（１２）に伝送してデジタル化させ、ローパスフィルタを経てノイズを除去し、ノイズが除去されたデジタル信号をタイマ（７９）に内蔵されたデッドタイム制御アルゴリズムに適用してリレー点の電圧波形を分析し、事故地点の二次アーク消弧の可否に応じてデッドタイムを可変に決定し、決定されたデッドタイムに対応して再閉路継電器（９０）を可変制御し、再閉路継電器の制御結果を送電系統の遮断器（１１）に伝達し、実際再閉路が適応的に投入されて電力を再度送出し、送電網を自動復旧する。
【選択図】　　図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、適応的再閉路方法に関し、特に、送電線で事故が発生した時、保護継電器により遮断器が動作して事故を除去し、デッドタイム（Ｄｅａｄ　Ｔｉｍｅ）後、遮断器の再閉路を行って速やかな送電網の自動復旧及び電力系統の供給信頼度を維持することができる、送電線路における可変デッドタイム制御を利用した適応的再閉路方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
先ず、送電線路での事故発生時、遮断器を動作させて事故を除去し、送電網の復旧のために電力が再送電されるようにするための再閉路動作、デッドタイム、二次アークに関する理論を、図３に基づいて簡単に説明する。
【０００３】
送電線事故の多くは、雷によるアーク事故であり、永久事故は全体事故の１０％未満である。これに対し、送電線保護システムでは、事故検出継電器の他、自動再閉路継電器を設け、事故の遮断後、アークの脱イオン化（Ｄｅ−ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）を待って遮断器を再投入し、短時間内で電力が再送電されるように制御することにより、系統安定度および供給信頼度を維持し、また、設備利用率の向上を図るという効果がある。
【０００４】
図３は、再閉路動作に関わる保護継電器、遮断器及び再閉路継電器の動作を、送電線の１端子について経時的に示したものである。遮断器は、保護継電器の動作で始動し、遮断器のトリップで無電圧になった後、二次アークの消弧を待って再閉路継電器が遮断器に投入指令を出して再閉路が行われる。
なお、再閉路時間（Ｒｅｃｌｏｓｉｎｇ　Ｔｉｍｅ）とは、事故発生時から再閉路による両側の遮断器の閉路までの総時間をいう。
【０００５】
［デッドタイム（Ｄｅａｄ　Ｔｉｍｅ）］
デッドタイムとは、遮断器のトリップ後、無電圧となった時から、イオン化された空気が脱イオン化され、空気の絶縁が回復されて、通電のための遮断器の再投入が完了するまでの時間をいう。一般に、デッドタイムを短くし、再投入時間を速くするのが、系統安定度の向上に有利である。しかし、速すぎると、電圧の印加時にアークが再点弧するおそれがあり、必ず完全なアークの消弧が確認されなければならない。実験的に、所要の最少のデッドタイムは、次の式（１）から算出することができる。
【数１】

【０００６】
［二次アーク］
電力系統での事故は、一次アークと二次アークとの２つに分けられる。系統での事故発生後、遮断器により事故が除去される前の事故を「一次アーク」という。事故波形は、遮断器トリップで事故が除去される前の波形であるため、非常に大きな故障電流が現われるようになる。継電器により事故が検出され、遮断器がトリップされると、一次アークは除去されるが、事故相と健全相との容量性カップリング（ｃｏｕｐｌｉｎｇ）により持続的なアークが故障地点を通じて継続して流れるようになる。これを「二次アーク」という。
【０００７】
二次アークは、一次アークによりイオン化された高温のガスから二次アークが発生するため、長い間転移が継続されず、二次アーク電流及び再点弧電圧、アーク長によって最終的に自然消弧する。
【０００８】
図１は、従来の韓国内の３４５ｋＶ送電線路の再閉路回路を示している。
同図に示したように、再閉路投入前に事故地点のアークが脱イオン化され、絶縁回復を待つため、再閉路時間分だけ再閉路の投入が遅くなる。この時、タイマ回路により決められたデッドタイム分だけ再閉路が遅延するが、３４５ｋＶでは、通常、単相再閉路４８サイクル、３相再閉路２４サイクルに固定されている。
【０００９】
図２は、従来の過渡安定余裕度評価による可変デッドタイム再閉路装置を示している。同図に示したように、事故時に入力される電力系統の情報を受け、電力系統のオンライン過渡安定余裕度を神経回路網（Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　Ｎｅｕｒａｌ　Ｎｅｔｗｏｒｋ：ＡＮＮ）を用いて評価を行い、その結果に基づいてデッドタイムを制御する。
【００１０】
しかし、従来の技術では、電力需要の増加に対処するために、送電電圧を７６５ｋＶに格上しているが、事故時に発生する二次アーク消弧の遅延で、既存の再閉路の遮断責務（固定デッドタイム）が非適応的であるか、誤動作の可能性を内包しているという短所がある。
また、従来の決められた遮断責務は、常に固定されたデッドタイムによって動作しているため、より早い再閉路動作が求められる場合でも再閉路が遅延され、供給信頼度が低下するという問題点があった。
【００１１】
神経回路網（ＡＮＮ）を用いた再閉路技術は、ハードウェアでは具現し難く、神経回路網の学習誤差をさらに少なくする更なる方法の工夫が必要となり、評価速度の点から低速再閉路にのみ一部適用可能であるという問題点もあった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、本発明の目的は、７６５ｋＶ送電系統では、送電容量の大幅な増加で一旦事故が発生すると、送電線のルーツ断絶事故に拡大されて系統安定度の維持に致命的な影響を及ぼすため、一秒以内の高速度再閉路方式が必要であり、事故が発生する度に差異を示すデッドタイムを固定し、セッティングするのにかかる非適応的な再閉路による電力系統の損失を防止するように、デッドタイムを固定とせず、リレー点の電圧波形を分析して事故地点の二次アークの消弧を判断し、判断結果に基づいてデッドタイムが可変的に決定され、かかる可変デッドタイムを制御することにより、事故種類毎に異なる可変デッドタイムによって適応的に再閉路を行うことができる、送電線路における可変デッドタイム制御を利用した適応的再閉路方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明は、電力送電線路及び遮断器を備える送電線路における可変デッドタイム制御を利用した適応的再閉路方法に関し、本発明の電力送電線路（たとえば、Ｔ／Ｌ）及び遮断器を備える送電線路における可変デッドタイム制御を利用した適応的再閉路方法は、前記送電線路での事故発生時、速やかに送電網の再閉路を行い電力が供給されるように、リレー点の遮断器トリップ後の事故相の電圧波形を前記送電線路の計器用変圧器（たとえば、ＰＴ）または計器用変流変圧器（たとえば、ＣＶＴ）を介して１６ビットＡ／Ｄ変換機（たとえば、１２）に伝送してデジタル化させるステップと、デジタル化された信号をローパスフィルタを経てノイズを除去するステップと、ノイズが除去されたデジタル信号をタイマ（たとえば、７９）に内蔵されたデッドタイム制御アルゴリズムに適用してリレー点の電圧波形を分析し、事故地点の二次アーク消弧の可否に応じてデッドタイムを可変に決定するステップと、決定されたデッドタイムに対応して再閉路継電器（たとえば、９０）を可変制御するステップ、及び前記再閉路継電器の制御結果を送電系統の遮断器（たとえば、１１）に伝達し、実際再閉路が適応的に投入されることにより電力を再度送出し、送電網を自動復旧するステップとを備える。
【００１４】
本発明では、送電線路（Ｔ／Ｌ）の計器用変圧器（Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ：ＰＴ）または計器用変流変圧器（Ｃｕｒｒｅｎｔ　＆　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ：ＣＶＴ）を介して１６ビットＡ／Ｄ変換機を経て貯蔵される電圧波形を、ａｌｉａｓｉｎｇ防止と高調波成分の除去のために設計されたローパスフィルタ（Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ　二次フィルタ）を通過させる。前記ローパスフィルタを通過されたリレー点の電圧波形を分析してリアルタイムで電圧波形の実効値を追跡、監視し、二次アーク消弧時間（時点）が判断されると、可変デッドタイムを決めるようになる。決められた可変デッドタイムの結果により再閉路装置のデッドタイムを可変と制御し、互いに異なる事故により異なる再閉路投入時間（適応的再閉路方式）が決められ、再閉路が投入され得る。
【００１５】
請求項２記載の発明は、前記可変デッドタイム制御アルゴリズムは、
入力されたデジタル信号に対し、初期データウインドウ（たとえば、６４サンプル／サイクル）からリレー点の電圧波形を分析し（たとえば、Ｓ３）、データウインドウ内で実効値を計算するステップ（たとえば、Ｓ４）と、
１つのデータウインドウ内のローパスフィルタを通過したリレー点の電圧波形の現在の実効値と前段階の実効値との差が、設定値（たとえば、ε_ｒｍｓ　）より大きいかまたは同一であれば（たとえば、Ｓ５）、持続時間設定値カウンタ値を増加させるステップ（たとえば、Ｓ６）と、
前記差異値設定値（ε_ｒｍｓ）より小さい場合、可変データウインドウを調節し（たとえば、Ｓ９）、次のデータウインドウ実効値の計算過程を繰り返すステップ（たとえば、Ｓ４）と、
前記持続時間設定値カウンタが増加して確信値（Ｃｅｒｔａｉｎｔｙ　ｖａｌｕｅ）より大きいかまたは同一であれば（ｄｕｒａｔｉｏｎ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ≧ｃｅｒｔａｉｎｔｙ　ｖａｌｕｅ）（たとえば、Ｓ７）、二次アーク消弧と判断し、再閉路継電器（たとえば、９０）を動作させる信号を出力するステップ（たとえば、Ｓ１０）、及び
前記持続時間設定値カウンタが確信値より小さい場合、前記持続時間設定値カウンタをリセットさせた（ｄｕｒａｔｉｏｎ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ＝０）（たとえば、Ｓ８）後、前記可変データウインドウを調節し（たとえば、Ｓ９）、次のデータウインドウの実効値計算過程を繰り返すステップ（たとえば、Ｓ４）と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の送電線路における可変デッドタイム制御を利用した適応的再閉路方法である。
【００１６】
請求項３記載の発明は、前記ローパスフィルタは、バタワース二次フィルタであることを特徴とする請求項１に記載の送電線路における可変デッドタイム制御を利用した適応的再閉路方法である。
【００１７】
７６５ｋＶ送電線路が建設中であるため、アルゴリズムの検証は、ＥＭＴＰ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　Ｐｒｏｇｒａｍ　）を通じた７６５ｋＶ実系統のモデリングから得たデータを用い、可変デッドタイム制御技術（アルゴリズム）は、ハードウェアの具現が容易であるように、ＦｏｒｔｒａｎでコンパイルされたＥＭＴＰ内のＭＯＤＥＬＳという言語を使用した。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に基づいて本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図４は、本発明の一実施形態の送電線路における可変デッドタイム制御を利用した適応的再閉路技術を適用した７６５ｋＶモデル系統を示す図である。
同図に示した系統は、２００４年完工を目標として建設中のＡ地域からＢ地域までの区間であり、負荷は２００６年予想最高負荷で、故障電流は最大５０［ｋＡ］の規模であり、モデル系統の信頼性向上のために、ウルジン発電所及び３４５ｋＶ系統を一緒に追加した。事故は、１６０［ｋｍ］の７６５ｋＶ送電線路の中間地点である８０［ｋｍ］地点で１回線ａ相の地絡事故を発生させた。
【００１９】
図５は、本発明の送電線路における可変デッドタイム制御を利用した適応的再閉路方法の全体的なフローチャートである。
同図に示したように、本発明では、送電線（Ｔ／Ｌ）の計器用変圧器（ＰＴ）又は計器用変流変圧器（ＣＶＴ）を介して１６ビットＡ／Ｄ変換機１２を経て貯蔵される電圧波形をローパスフィルタ（Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ二次フィルタ）１３を通過させる。ここで、得られたリレー点の電圧波形は、タイマ７９に内蔵された可変デッドタイム制御アルゴリズムにデジタルで入力される。可変デッドタイム制御アルゴリズムのデジタル出力は、再閉路継電器９０のデッドタイムを可変に制御し、制御の結果は、送電系統の遮断器１１に伝達され、実際再閉路が適応的に投入され、電力を再送出することで送電網を自動復旧する。
【００２０】
図６は、本発明の核心である可変デッドタイム制御アルゴリズムを説明したフローチャートである。
送電線（Ｔ／Ｌ）の計器用変圧器（ＰＴ）又は計器用変流変圧器（ＣＶＴ）を介して１６ビットＡ／Ｄ変換機１２を経て貯蔵されるリレー点の遮断器トリップ後の事故相の電圧波形を入力され（ステップＳ１）、ローパスフィルタ１３に通過させる（ステップＳ２）。
【００２１】
得られたリレー点の電圧波形は、タイマ７９のハードウェアにｆｏｒｔｒａｎでコンパイルされたＥＭＴＰ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　Ｐｒｏｇｒａｍ）内のＭＯＤＥＬＳという言語を使用して具現された可変デッドタイム制御アルゴリズムにデジタルで入力され、初期データウインドウ（６４サンプル／サイクル）からリレー点の電圧波形を分析し（ステップＳ３）、データウインドウ内で実効値を計算する（ステップＳ４）。
【００２２】
１つのデータウインドウ内のローパスフィルタを通過したリレー点の電圧波形の現在の実効値と前段階の実効値との差、即ち、この差異値の設定値（ε_ｒｍｓ）より大きいかまたは同一であれば（ステップＳ５）、持続時間設定値カウンタ（Ｄｕｒａｔｉｏｎ　Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）を増加させるようになる（Ｄｕｒａｔｉｏｎ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ＝ｄｕｒａｔｉｏｎ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ＋１）（ステップＳ６）。
【００２３】
前記差異値設定値（ε_ｒｍｓ）より小さい場合、可変データウインドウを調節し（ステップＳ９）、次のデータウインドウ実効値の計算過程を繰り返す（ステップＳ４）。
【００２４】
前記持続時間設定値カウンタ（ｄｕｒａｔｉｏｎ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）　が増加して確信値（Ｃｅｒｔａｉｎｔｙ　ｖａｌｕｅ）に到達する（ｄｕｒａｔｉｏｎ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ≧ｃｅｒｔａｉｎｔｙ　ｖａｌｕｅ）と（ステップＳ７）、二次アーク消弧が判断され、前記再閉路継電器９０を動作させるための信号が出力される（ステップＳ１０）。
【００２５】
前記持続時間設定値カウンタ（ｄｕｒａｔｉｏｎ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）が増加して前記確信値（Ｃｅｒｔａｉｎｔｙ　ｖａｌｕｅ）より小さい場合、前記持続時間設定値カウンタをリセットさせた後（ｄｕｒａｔｉｏｎ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ＝０）（ステップＳ８）、前記可変データウインドウを調節し（ステップＳ９）、次のデータウインドウの実効値計算過程を繰り返す（ステップＳ４）。
【００２６】
図７は、図６の可変デッドタイム制御アルゴリズムが適用された出力波形を示す図である。
同図に示したように、その結果波形を見ると、ローパスフィルタを通過したリレー点の電圧波形の実効値（ｒｍｓｖｏｌ）が事故相の回復波形によってＣポイントで急に増加する。したがって、二次アークの消弧時点で実効値の差（ｒｍｓｖｏｌ［ｊ＋１］−ｒｍｓｖｏｌ［ｊ］）が前記差異値設定値（ε_ｒｍｓ）を超え、デッドタイムが決定されるようになる。このような全過程を可変ウインドウ（ｍｏｖｉｎｇ　ｗｉｎｄｏｗ）技法で具現するが、各可変ウインドウは、３８４０［Ｈｚ］、即ち、６４［サンプル／サイクル］でサンプリングされており、１サンプルずつ継続してデータウインドウが移動するようになる。
【００２７】
【表１】

【００２８】
表１において、事故地点による３種類の事故（Ａ地域事故、中間地点事故、Ｂ地域事故）に対しアルゴリズムを適用してみると、実際の結果値と略同一の結果を示している。従って、互いに異なった二次アーク消弧時間を事故種類別に検出することができ、この結果に基づき、デッドタイムを、それぞれ異なるように可変にし、再閉路の適応的な投入ができることが分かる。
【００２９】
図８は、可変デッドタイム制御再閉路方式による適応的再閉路結果の波形を示している。
同図に示した結果波形のように、事故地点のそれぞれ異なる３種類の事故において、前記可変デッドタイムアルゴリズムにより、デッドタイムの期間に事故別に差異があり、また、再閉路投入も各事故において、適応的に異なった時間で投入されることが分かる。
【００３０】
従って、送電線路での事故発生時、保護継電器により遮断器が動作して事故を除去し、デッドタイム後、遮断器の再閉路を行って速やかな送電網の自動復旧及び電力系統の供給信頼度を向上することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の送電線路における可変デッドタイム制御アルゴリズムを用いた適応的再閉路方法によれば、送電線で事故が発生した時、保護継電器により遮断器が動作して事故を除去し、デッドタイム後、遮断器の再閉路を行って速やかな送電網の自動復旧及び電力系統の供給信頼度を維持することで、送電電圧の格上により信頼性且つ適応性のある高速再閉路方式を提示し、具体的に、固定された動作責務でない可変のデッドタイムを用い、事故の種類に応じて操作源の適応的な動作責務が可能であるため、送電系統の供給信頼度を更に向上するという効果がある。
【００３２】
特に、ハードウェアの具現が容易な可変デッドタイム制御アルゴリズムを適用することにより、既存の再閉路の追加搭載及び実用価値の側面から一層の効果を奏する。
【００３３】
なお、本発明の好適な一実施形態を挙げて説明してきたが、当業者であれば、特許請求の範囲に記載の発明の思想及び領域を逸脱しない範囲内で、本発明を、種々に変更及び修正して実施することができるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の韓国内の３４５ｋＶ送電線路の再閉路回路を示す図である。
【図２】従来の過渡安定余裕度評価による可変デッドタイム再閉路装置を示す図である。
【図３】一般の再閉路動作（デッドタイム、二次アーク）を説明するための図である。
【図４】本発明の一つの実施の形態による送電線路における可変デッドタイム制御を利用した適応的再閉路技術を適用した７６５ｋＶモデル系統図である。
【図５】本発明の送電線路における可変デッドタイム制御を利用した適応的再閉路方法の全体的なフローチャートである。
【図６】本発明の核心である可変デッドタイム制御アルゴリズムを説明するフローチャートである。
【図７】図６の可変デッドタイム制御アルゴリズムが適用された出力波形を示す図である。
【図８】可変デッドタイム制御再閉路方式による適応的再閉路結果波形を示す図である。
【符号の説明】
１０　　　　　　　　　　発電機
１１　　　　　　　　　　遮断器
１２　　　　　　　　　　１６ビットＡ／Ｄ変換機
１３　　　　　　　　　　ローパスフィルタ（Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ二次フィルタ）
７９　　　　　　　　　　タイマ
９０　　　　　　　　　　再閉路継電器
Ｔ／Ｌ　　　　　　　　送電線路（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｌｉｎｅ）
Ｇ　　　　　　　　　　　　発電機
ＰＴ　　　　　　　　　　計器用変圧器（Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）

Claims

電力送電線路及び遮断器を備える送電線路における可変デッドタイム制御を利用した適応的再閉路方法において、
前記送電線路での事故発生時、速やかに送電網の再閉路を行い電力が供給されるように、リレー点の遮断器トリップ後の事故相の電圧波形を前記送電線路の計器用変圧器または計器用変流変圧器を介して１６ビットＡ／Ｄ変換機に伝送してデジタル化させるステップと、
デジタル化された信号をローパスフィルタを経てノイズを除去するステップと、
ノイズが除去されたデジタル信号をタイマに内蔵されたデッドタイム制御アルゴリズムに適用してリレー点の電圧波形を分析し、事故地点の二次アーク消弧の可否に応じてデッドタイムを可変に決定するステップと、
決定されたデッドタイムに対応して再閉路継電器を可変制御するステップと、
前記再閉路継電器の制御結果を送電系統の遮断器に伝達し、実際再閉路が適応的に投入されることにより電力を再度送出し、送電網を自動復旧するステップと、
を備えることを特徴とする、送電線路における可変デッドタイム制御を利用した適応的再閉路方法。
前記可変デッドタイム制御アルゴリズムは、
入力されたデジタル信号に対し、初期データウインドウからリレー点の電圧波形を分析し、データウインドウ内で実効値を計算するステップと、
１つのデータウインドウ内のローパスフィルタを通過したリレー点の電圧波形の現在の実効値と前段階の実効値との差が、設定値より大きいかまたは同一であれば、持続時間設定値カウンタ値を増加させるステップと、
前記差異値設定値より小さい場合、可変データウインドウを調節し、次のデータウインドウ実効値の計算過程を繰り返すステップと、
前記持続時間設定値カウンタが増加して確信値より大きいかまたは同一であれば、二次アーク消弧と判断し、再閉路継電器を動作させる信号を出力するステップ、及び
前記持続時間設定値カウンタが確信値より小さい場合、前記持続時間設定値カウンタをリセットさせた後、前記可変データウインドウを調節し、次のデータウインドウの実効値計算過程を繰り返すステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の送電線路における可変デッドタイム制御を利用した適応的再閉路方法。
前記ローパスフィルタは、バタワース二次フィルタであることを特徴とする請求項１に記載の送電線路における可変デッドタイム制御を利用した適応的再閉路方法。