JP2004336846A

JP2004336846A - 電気量変化要因の判定方法

Info

Publication number: JP2004336846A
Application number: JP2003126212A
Authority: JP
Inventors: Akira Kamibayashi; 亮上林; Masanori Toi; 雅則戸井; Hideki Ota; 英樹太田; Satoshi Machida; 悟志町田; Koji Yutani; 浩次湯谷
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd; Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 2003-05-01
Filing date: 2003-05-01
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2023-05-01
Also published as: JP3891434B2

Abstract

【課題】電力線上の一点における電圧・電流の計測により、電気量変化要因が電源側、負荷側の何れにあるかを容易に判定可能する。
【解決手段】電源１０及び負荷５０に接続された電力線２０の電圧・電流を電流センサ４１，４３や電圧センサ４２等の電気量計測機器により計測し、これらの電気量の変化前後における電気量計測値からインピーダンスまたは電力を検出すると共に、検出したインピーダンスまたは電力の変化傾向が負荷特性に起因した変化傾向に合致するか否かを判定手段４４により判定して、電気量変化要因（系統事故や負荷変化）が電気量計測地点を基準として電源側または負荷側の何れで発生したかを判定する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力線における電圧・電流の急激な変化を検出し、その変化要因が電圧・電流の計測地点を基準として電源側にあるか負荷側にあるかを判定する電気量変化要因の判定方法に関し、主として電気量変化前後における電圧・電流波形及び電力線に接続された機器の動作様相等を計測する各種計測装置や、これらの計測結果に基づいてロジック回路を介し必要な制御信号を出力する自動制御装置等に適用して好適な判定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電力線における電圧瞬低・電圧ディップ・電圧サグ等で呼称される電圧瞬時低下現象（以下、これらをまとめて「電圧瞬低」と略称する）やサージ等のノイズによる電気量急変は、例えば半導体等の製造プロセスに時として被害を与えることが知られている。このため、電力線に接続されている各種電気機器には、ＩＥＣ６１０００シリーズのＥＭＣ規定、ＳＥＭＩ（ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＥｑｕｉｐｍｅｎｔｓａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）Ｆ４０シリーズの電圧サグに関する規定のような、電圧瞬低に対する各種の耐量規定が設けられている。
【０００３】
従来より、上述した各種規定を逸脱する電気量急変現象の発生を判断し、急変発生時の波形計測や調波成分の分析等を行うシステムが存在する。
しかしながら、電気量急変現象は定常的に発生するとは限らないため、近年では、電圧・電流を測定してこれらの急変を検出した時刻、すなわち電気量急変前後の時刻計測値を電気量と共に保存する構成が採られている。これらの手段を備えた従来技術としては、例えば特許文献１（特開２００２−３４５１７２号公報）に記載された高調波監視システム、特許文献２（特開２００２−３４５１７１号公報）に記載された電圧観測システムがある。
【０００４】
特許文献１に記載された発明は、電圧・電流センサ等の電気量計測手段と、電圧・電流計測値に基づいて高調波発生等の電気量の急変を検出するロジック判定部等の急変検出手段とを一つのハードウェアにより構成すると共に、急変前後の電圧・電流計測値を時刻情報と共に保持・出力するものである。
また、特許文献２に記載された発明は、情報端末装置等の電気量計測手段と、電力サーバ等の急変検出手段とを通信ネットワークを介して接続し、電力サーバ側で電気量急変前後の時刻計測値を保持するか、各情報端末装置に保持指令を伝送してこれらの情報端末装置側で時刻計測値を保持するものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３４５１７２号公報（請求項１，２、［００２８］〜［００３８］、図２等）
【特許文献２】
特開２００２−３４５１７１号公報（請求項１〜３，請求項５、［００２０］〜［００２６］、図１等）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１，２に記載された従来技術によれば、それ以前には、電力線の一地点での急変発生時における波形計測等を行っていたのに比べて、多地点での電圧・電流波形の同時計測結果に基づく高調波発生源の特定や未計測地点の電気量推定等を可能にしているが、電圧・電流センサや情報端末装置等の電気量計測機器を多地点に配置する手間が必要であり、これが多大な労力や費用の負担を招いていた。
【０００７】
一方、例えば電力系統における需要家端で電圧瞬低等の異常現象が発生した場合、その発生要因が電源側（電力供給側）にあるのか需要家側にあるのかを特定できることは、異常現象発生時に需要家で損害が発生した際の責任の明確化や、再発防止策を電力会社と需要家の何れが実施すべきかの判定を行うために有効な情報となる。
しかるに、これらの要請に応えるには、特許文献１，２の従来技術では複数の電気量計測機器を多地点に配置するしかないため、計測地点を少なくして手間や費用を削減したいという要望があった。
【０００８】
そこで本発明は、例えば電源側と需要家側の境界点であるＭＯＦ（取引計器用変圧変流器）近傍等における電圧・電流の計測のみにより、電気量変化要因が電源側、負荷側の何れにあるかを容易に判定可能とした電気量変化要因の判定方法を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、電源及び負荷に接続された電力線の電圧・電流を電気量計測機器により計測し、これらの電気量の変化前後における電気量計測値からインピーダンスまたは電力を検出し、検出したインピーダンスまたは電力の変化傾向が負荷特性に起因した変化傾向に合致するか否かを判定して、電気量変化要因が電気量計測地点を基準として電源側または負荷側の何れで発生したかを判定するものである。
より具体的には、電力線の電圧・電流の急変前から急変後までの電圧・電流量を計測し、両計測値から導かれる別の電気量、すなわちインピーダンスまたは電力量を用いて、急変発生前、発生中及び急変終了後の定常状態の３時点における各電気量のレベル比較やベクトル比較を行うことにより、電圧・電流の急変要因が、電圧・電流計測地点からみて、電源側、需要家側の何れで発生したかを判定する。
【００１０】
また、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した電気量変化要因の判定方法において、前記電気量計測機器が、電力線に接続された取引計器用変圧変流器の電圧センサ及び電流センサであることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は本実施形態が適用される電力系統の概略的な構成図である。図１において、１０は系統の電源、２０は送配電線等の電力線、３０は電源側（電力供給側）と負荷側との境界点に設けられたＭＯＦ（ＶＣＴ）である。
【００１２】
また、４１，４３はＣＴ（変流器）等の電流センサ、４２はＰＴ（計器用変圧器）等の電圧センサであり、これらの電気量計測機器によって検出された電気量（電力線２０の電流や電圧）は判定手段４４に入力されている。ここで、電流センサ４１，４３及び電圧センサ４２としては、ＭＯＦ３０に備えられた各センサを用いることができる。なお、電流センサ４１，４３は両方備える必要はなく、何れか一方によって電力線２０の電源側または負荷側の電流を計測すれば足りる。また、５０は負荷を示す。
前記判定手段４４は、以下に述べるように電気量の変化要因が電気量の計測地点を基準として電源側で発生したか負荷側で発生したかを判定するためのものである。
【００１３】
いま、負荷５０が電灯線負荷に代表されるような定インピーダンス負荷である場合、系統の電圧・電流が急変したときに、判定手段４４により系統のインピーダンス値の変化傾向を把握することで、後述するように電気量変化要因の発生位置を判定（推定）することができる。
なお、判定手段４４では電力線２０の電圧や電流の実効値を検出して電気量変化要因の判定に用いているが、電気量が正弦波交流電圧である場合の実効値の演算式としては、数式１を用いることとする。
【００１４】
【数１】

【００１５】
数式１において、
Ｖ（ｔ）：任意時刻ｔにおける電圧瞬時値
ｎ：偶数の正の整数
ａ：自然数
Δｔ：正弦波交流電圧の（１／２）サイクルの（１／ｎ）に相当する時間
である。
【００１６】
数式１において、ａ＝４，ｎ＝２の場合は、交流１周期の時間を４等分した時刻毎の電圧データ（∵ｎ＝２より、（１／２）サイクルで２データであるため、１サイクルで４データ）の二乗値を、２サイクル時間（ａｎ＝８であるから、ｋ＝０〜７、つまり合計８データ期間）だけ加算し、（２／ａｎ＝１／４）を乗じた後に平方根をとることで、実効値を検出するものである。この実効値検出を電圧，電流両方について実施し、得られた電圧実効値を電流実効値により除算することで、系統のインピーダンスのレベル値（大きさ）を得ることができる。
また、ベクトル位相情報を含むインピーダンス値すなわち抵抗分・リアクタンス分の検出方法は、既知の方法が確立されているため、それによるものとする。
【００１７】
図２は、前記判定手段４４の構成の一例を示すブロック図である。図２において、６１は電力線２０の電流を計測するＣＴ等の電流センサ（図１における電流センサ４１，４２を一括して示してある）、７１は電力線２０の電圧を検出するＰＴ等の電圧センサ（図１における電圧センサ４２に相当）、６２，７２は各センサ６１，７１の出力信号から直流量等の不要成分を除去するアナログフィルタ、６３，７３はアナログフィルタ６２，７２の出力信号を所定周期でサンプリングして保持するサンプルホールド回路、８０はサンプルホールド回路６３，７３の何れかを選択して電流または電圧のサンプリングデータを出力するマルチプレクサ、１０１はマルチプレクサ８０のアナログ出力信号をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器、１０２はディジタルデータが格納されるインターフェイスメモリ、１０３は電圧、電流の実効値を算出してインピーダンスまたは電力を演算し、それらの変化傾向から電気量変化要因が電源側で発生したか負荷側で発生したかの判定処理を実行する判定部、１１０は判定部１０３による判定結果を図示されていない計測装置等の操作・表示部に出力するための出力インターフェイスである。
なお、Ａ／Ｄ変換器１０１、インターフェイスメモリ１０２及び判定部１０３は、ＣＰＵを内蔵したマイコンやＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）等のディジタル演算部１００により構成されている。
【００１８】
次に、本実施形態による電気量変化要因の判定動作を、図３〜図５に基づいて説明する。
なお、図３は電気量変化要因が電源側で発生した場合、図４は負荷を除く需要家側の電力線２０で発生した場合（例えば、需要家側の系統事故が発生した場合）、図５は電圧急変要因が負荷側で発生した場合（例えば、需要家の負荷が変化した場合）を示している。
【００１９】
まず、図３において、電源側で系統事故が発生したり大きな電圧・力率調整制御が実施された時は、系統の電圧・電流が急変する。しかし、電圧センサ４２及び電流センサ４１または４３による電圧・電流計測値から導かれるインピーダンス値は、需要家側の負荷特性で決定される。
【００２０】
いま、図３の時刻ｔ_１で電圧が低下し、時刻ｔ_２で電圧が回復したとすると、これらの時刻ｔ_１，ｔ_２の直後、つまり電気量急変直後は、図２のアナログフィルタ６２，７２等に起因する過渡特性によって検出インピーダンス値の誤差が大きくなり、図３にａ_１，ａ_２で示すようなインピーダンス値の過渡的変動が発生する。しかし、電気量変化要因が負荷側にない限り（需要家側の系統事故や負荷変化が発生しない限り）、前記過渡的変動を除いた期間（図３のｂ_１，ｂ_２，ｂ_３）ではほぼ同じインピーダンス値となる。
従って、図３のように電気量変化の前後にわたる期間ｂ_１，ｂ_２，ｂ_３でインピーダンス値がほぼ等しいような変化傾向が得られた場合には、電気量変化要因が電源側で発生した（負荷側ではない）と判定する。
【００２１】
次に、図４は、需要家側の系統事故等に起因して系統の電圧・電流が急変した例である。
一般に、負荷変化時には、短時間で急激なインピーダンス変化を複数回生じることはない。しかし、需要家側の系統事故では、図４で事故発生により電圧が低下した時刻ｔ_３の直後と、保護継電器の動作により事故が除去されて電圧が回復した時刻ｔ_４の直後の２度にわたる過渡的変動ｃ_１，ｃ_２を経て、期間ｄ_１からｄ_２、ｄ_２からｄ_３というように短時間で大きなインピーダンス値の変化を伴う。そして、事故除去後の期間ｄ_３のインピーダンス値は負荷インピーダンス値に戻る。つまり、期間ｄ_２におけるインピーダンス値の低下は一過性のものである。
【００２２】
以上のインピーダンス値の変化傾向に着目し、図４に示す如く、電気量の急変発生前の期間ｄ_１及び事故除去後に定常状態に移行した期間ｄ_３のインピーダンス値がほぼ等しく、急変中、例えば電圧低下中の期間ｄ_２のインピーダンス値が大きく変化している場合には、需要家側系統事故のように負荷変化以外の要因に起因する電気量急変と判断する。
【００２３】
更に、図５は需要家側の負荷変化に起因して系統の電圧・電流が急変した例である。
この場合、電気量の急変自体が負荷インピーダンス変化によって引き起こされているので、急変発生前の期間ｆ_１のインピーダンス値と急変発生後の期間ｆ_２，ｆ_３におけるインピーダンス値とは異なってくる。すなわち、図５において、定常状態の期間ｆ_１から時刻ｔ_５において電圧・電流が急変し、ｅ_１で示す如くインピーダンス値の過渡的変動を経て、期間ｆ_２では期間ｆ_１に対してインピーダンス値が変化し、その後、時刻ｔ_６において変圧器負荷タップ変更等による電圧回復によりｅ_２で示す如くインピーダンス値の過渡的変動が生じるが、以後の期間ｆ_３におけるインピーダンス値は期間ｆ_２における値と変わりがない。
よって、これらの期間ｆ_１，ｆ_２，ｆ_３にわたるインピーダンス値の変化傾向に基づいて、電気量変化要因が需要家側の負荷変化にあると判定するものである。
【００２４】
上述したインピーダンス値の変化傾向を図２の判定部１０３において予めパターンとして記憶しておけば、判定部１０３は、実際の計測値から求めた電圧・電流値によりインピーダンス値を演算し、このインピーダンス値の変化傾向を記憶パターンと比較することによって電気量変化要因が電源側、負荷側の何れで発生したかを判定することができる。更に、変化要因が負荷側にある場合については、系統事故によるものか負荷変化によるものかを判別することが可能である。
【００２５】
なお、図３〜図５では、電気量として電圧・電流が急変した際のインピーダンス値の変化につき説明した。しかるに、電力系統では、調相設備を制御する場合のように電圧・電流等の大きな実効値変化を伴わない急変現象があり、この場合には、電圧・電流の位相が急変する。
従って、このような場合には、図３〜図５で評価対象としたインピーダンス値を抵抗分またはリアクタンス分としてベクトルの変化傾向を比較することで、同様の判定を行うことができる。
また、負荷がインバータ設備に代表される定電力特性を有する場合には、評価量をインピーダンス値ではなく電力とすれば、インピーダンス評価時と同様の作用効果を得ることができる。
【００２６】
更に、上記実施形態に関連して、インピーダンス値の変化傾向を評価する代わりに、電圧・電流の位相差（インピーダンス角に相当する）に着目する方法、あるいは、電圧・電流の大きさ（（電圧の大きさ）／（電流の大きさ）＝インピーダンスの大きさ）の変化傾向に着目する方法は、何れもインピーダンス値の変化傾向を評価する方法の変形であり、本発明の範疇に属するものである。
また、前述した実施形態は電力供給者と需要家との明確な区分け点、すなわちＭＯＦにおけるものであるが、本発明はこれ以外にも、例えば需要家設備内のある一地点に設置し、電圧低下要因がこの地点より負荷側にあるか電源側にあるかの判定に用いることができる。この場合も、実施形態において説明した判定方法には何ら変更がない。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、電力線上の一地点における電流・電圧を計測し、電気量変化の発生前後におけるインピーダンス値または電力の変化傾向を検出することにより、電気量変化要因が電源側で発生したか負荷側で発生したかを判定することができるため、従来技術のように電流・電圧を多点計測する方法に比べて電気量計測機器を設置する手間や費用を大幅に削減することができる。
また、異常現象発生時における責任の明確化や、再発防止策の分担主体を判定するためにも有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態が適用される電力系統の概略的な構成図である。
【図２】図１における判定手段の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施形態の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施形態の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０：電源
２０：電力線
３０：取引計器用変圧変流器（ＭＯＦ）
４１，４３，６１：電流センサ
４２，７１：電圧センサ
４４：判定手段
５０：負荷
６２，７２：アナログフィルタ
６３，７３：サンプルホールド回路
８０：マルチプレクサ
１００：ディジタル演算部
１０１：Ａ／Ｄ変換器
１０２：インターフェイスメモリ
１０３：判定部
１１０：出力インターフェイス

Claims

電源及び負荷に接続された電力線の電圧・電流を電気量計測機器により計測し、これらの電気量の変化前後における電気量計測値からインピーダンスまたは電力を検出し、検出したインピーダンスまたは電力の変化傾向が負荷特性に起因した変化傾向に合致するか否かを判定して、電気量変化要因が電気量計測地点を基準として電源側または負荷側の何れで発生したかを判定することを特徴とする電気量変化要因の判定方法。
請求項１に記載した電気量変化要因の判定方法において、
前記電気量計測機器が、前記電力線に接続された取引計器用変圧変流器の電圧センサ及び電流センサであることを特徴とする電気量変化要因の判定方法。