JP2008043089A - 電圧監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配電線の潮流方向に関わりなく、高い精度で電圧の監視が可能な電圧監視装置を得る。
【解決手段】高圧配電線２１の区間２１ａ、２１ｂ等を区分する開閉器２２ａ，２２ｂに内蔵された電圧及び電流センサ２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂで測定した電圧、電流、電流の方向の計測データを、子局２３ａ，２３ｂを介して電圧監視装置２６へ送信する。電圧監視装置２６は、受信した計測データに基づき、区間２１ａの両端の電流の方向を判定するとともに、当該電流の方向に応じて区間２１ａの電圧最大点及び電圧最小点の電圧を計算し、所定範囲内からの逸脱の有無を監視する。計算は、例えば開閉器２２ａ、開閉器２２ｂとも電流方向が負荷側方向となっている場合、開閉器２２ａで計測された電圧が最大電圧であるとし、開閉器２２ｂで計測された電圧が最小電圧であるとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、配電線の電圧が規定値内例えば電気事業法で定められた規定値内であるか否かを監視可能な電圧監視装置に関する。

従来の電圧監視装置は、電流が変電所から負荷側へ流れるものとし、高圧配電線の電圧監視対象箇所の電圧降下計算を実施し、求めた電圧値が規程範囲にあるか否か判定し、逸脱する場合にはその旨を状態通知手段に通知する（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−２０１１４１号公報（段落番号００２０〜００２１及び図１）

従来の電圧監視装置は、変電所から配電線の末端に向けて電圧が降下していくことを前提としたものであるが、今後逆潮流有の分散型電源が増えてくると変電所から配電線の末端に向けて電圧が降下していくという前提条件が崩れるため、電圧センサ設置点以外の点の電圧を従来のような電圧降下式で計算することができなくなる。そのため、電圧が上下限値を逸脱しているかどうかを正しく判定できなくなり、高い精度で電圧の監視を行うことができなくなる。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、配電線の潮流方向に関わりなく、高い精度の電圧監視を行うことができる電圧監視装置を得ることを目的とする。

この発明に係る電圧監視装置においては、開閉器により所定の区間に区分された配電線の所定の区間の両端における電圧、電流、及び電流の方向の計測データを収集する計測データ収集手段、
上記電圧と上記電流と上記電流の方向とに基づき上記区間における最大電圧及び最小電圧を求める電圧把握手段、
上記求められた最大電圧及び最小電圧が予め設定された電圧上下限値を逸脱している場合に信号を発する逸脱信号発信手段を備えたものである。

この発明は、開閉器により所定の区間に区分された配電線の所定の区間の両端における電圧、電流、及び電流の方向の計測データを収集する計測データ収集手段、
上記電圧と上記電流と上記電流の方向とに基づき上記区間における最大電圧及び最小電圧を求める電圧把握手段、
上記求められた最大電圧及び最小電圧が予め設定された電圧上下限値を逸脱している場合に信号を発する逸脱信号発信手段を備えたものであるので、
配電線の潮流方向に関わりなく、高い精度の電圧監視を行うことができる。

実施の形態１．
図１〜図６は、この発明を実施するための実施の形態１を示すものであり、図１は全体システムを示すシステム構成図、図２は電圧監視装置の詳細構成を示す構成図である。図３は、電圧監視装置の動作を示すフローチャートである。図４は区間をさらに小区間に区分した状態を示す説明図、図５は区間毎の電圧の上下限値を示す説明図である。図６は電流方向と電圧最大点、電圧最小点の関係を示す説明図である。図１において、分散電源３１が高圧配電線２１に接続されている。高圧配電線２１には一定の区間２１ａ，２１ｂ，・・ごとに区間２１ａ，２１ｂ，・・を区分するために開閉器２２ａ，２２ｂ，・・が設置されている。各区間２１ａ，２１ｂには、柱上変圧器２９ａ，２９ｂ，・・（変圧比Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃ，・・・）が接続され、低圧配電線３０ａ，３０ｂ，・・・に電力を供給する。

開閉器２２ａ，２２ｂ，・・に電圧センサ２７ａ，２７ｂ，・・及び電流センサ２８ａ２８ｂ，・・が内蔵されている。電流センサ２８ａ，２８ｂ，・・で計測された高圧配電線２１の各区間２２ａ，２２ｂ，・・における電圧、電流、電流方向の計測データは子局２３ａ，２３ｂ，・・、通信回線２４、通信親局２５を介して電圧監視装置２６に伝送される。また、開閉器２２ａ，２２ｂ，・・の入切状態も、同様に電圧監視装置２６に伝送される。

高圧配電線２１の各区間、例えば区間２１ａは図４に示すように、さらに所定の間隔で小区間３２ａ，３２ｂ，３２ｃに分割されている。また、電圧上限値及び電圧下限値が区間２１ａ，２１ｂ，・・に対応して定められている。この電圧上限値及び電圧下限値は、後述の記憶装置１６（図２）に記憶されている。なお、電圧上限値及び電圧下限値は、電気事業法で規定されている低圧配電線２１の電圧値（１０１±６Ｖ）を柱上変圧器２９ａ，２９ｂの変圧比Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃ等から高圧配電線２１の電圧に換算したものである。

電圧監視装置２６は、図２に示すように、計測データ収集手段としての計測データ収集処理部１１、計測データ保存処理部１２、電流方向判定処理部１３、電圧把握手段としての電圧計算処理部１４、逸脱信号発信手段としての電圧逸脱判定部１５、記憶装置１６、警報装置１７を有する。なお、記憶装置１６には、計測データ収集処理部１１が収集した各区間２１ａ，２１ｂ，・・の各両端における電圧、電流、電流の方向の計測データ及び各区間２１ａ，２１ｂ，・・のインピーダンス等の配電系統データ、許容される電圧上限値及び電圧下限値が記憶されている。

次に、電圧監視装置２６の動作を図３のフローチャートによって説明する。電圧センサ２７ａ，２７ｂ，・・、電流センサ２８ａ，２８ｂ，・・で計測した高圧配電線２１の各区間２２ａ，２２ｂ，・・における電圧、電流、電流方向の計測データが子局２３、通信回線２４、通信親局２５を介して電圧監視装置２６へ所定の周期で伝送される。ステップＳ１１において計測データ収集処理部１１が、所定の周期で区間単位で電圧値、電流値、電流方向の計測データを収集し、計測データ保存処理部１２を介して記憶装置１６に記憶される。ステップＳ１２では、電流方向判定処理部１３がステップＳ１１で収集された電流方向データから電流の方向を判定する。

ステップＳ１３において、電圧計算処理部１４はステップＳ１１で収集された電圧、電流データ及びステップＳ１２で判定した電流の方向と、記憶装置１６に記憶されている配電系統データ中のインピーダンスから高圧配電線２１の区間２１ａ，２１ｂ，・・ごとに最大電圧および最小電圧を計算する。
図３のケース１のように電源側（開閉器２２ａ）、負荷側（開閉器２２ｂ）とも電流方向が負荷側方向となっている場合、ステップＳ１３では、電源側（開閉器２２ａ）で計測された電圧Ｖ１が最大電圧であるとし、負荷側（開閉器２２ｂ）で計測された電圧Ｖ２が最小電圧であるとする。

ステップＳ１４では、電圧逸脱判定部１５が上記ステップＳ１３で求めた最大電圧および最小電圧が記憶装置１６に予め登録されている電圧上下限値の範囲内かどうかを判定し、上下限値を逸脱している場合はステップＳ１５において警報装置１７に対して警報信号等の出力を行い、運転員に知らせる。
すなわち、ステップＳ１４で電圧Ｖ１，Ｖ２を記憶装置１６に記憶されている図５に示す電圧上下限値と比較し電圧逸脱の有無を判定する。
すなわち、区間２１ａにおいて区間の両端部における計測された電圧Ｖ１，Ｖ２が、
９５×Ｋａ ≦ Ｖ１ ≦ １０７×Ｋａ
９５×Ｋｂ ≦ Ｖ２ ≦ １０７×Ｋｂ
であれば、電圧逸脱はないものと判定するが、上記条件を満足しない場合は電圧逸脱が発生しているものと判定し、ステップＳ１５において警報信号等を出力する。

ところで、図６のケース２のように電源側（開閉器２２ａ）、負荷側（開閉器２２ｂ）とも電流方向が電源側方向となっている場合、ステップＳ１３では、負荷側（開閉器２２ｂ）で計測された電圧Ｖ２が最大電圧であるとし、電源側（開閉器２２ａ）で計測された電圧Ｖ１が最小電圧であるとする。
この場合、ステップＳ１４で計測された電圧Ｖ１、Ｖ２を図５の電圧上下限値と比較し電圧逸脱の有無を判定するが、
９５×Ｋａ ≦ Ｖ１ ≦ １０７×Ｋａ
９５×Ｋｂ ≦ Ｖ２ ≦ １０７×Ｋｂ
であれば電圧逸脱はなく、上記条件を満足しない場合は電圧逸脱が発生しているものと判定し警報信号等を出力する。

図６のケース３のように電源側（開閉器２２ａ）、負荷側（開閉器２２ｂ）とも電流方向が当該区間へ流入する方向となっている場合、ステップＳ１３では、電源側（開閉器２２ａ）で計測された電圧Ｖ１又は負荷側（開閉器２２ｂ）で計測された電圧Ｖ２のいずれか大きい方を最大電圧として求める。
また、最小電圧Ｖｍｉｎは当該区間内に存在し、電源側（開閉器２２ａ）の電圧Ｖ１、電流Ｊ１、負荷側（開閉器２２ｂ）の電圧Ｖ２、電流Ｊ２および電源側（開閉器２２ａ）から負荷側（開閉器２２ｂ）までのインピーダンスＺから以下の式により求める。
Ｖｍｉｎ＝｛２（Ｖ１・Ｊ２＋Ｖ２・Ｊ１）−Ｊ１・Ｊ２・Ｚ｝／２（Ｊ１＋Ｊ２） ・・（１）
次に、ステップＳ１４で電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖｍｉｎを図４の電圧上下限値と比較し電圧逸脱の有無を判定する。
すなわち、
９５×Ｋａ ≦ Ｖ１ ≦ １０７×Ｋａ
９５×Ｋｂ ≦ Ｖ２ ≦ １０７×Ｋｂ
９５×Ｋａ ≦ Ｖｍｉｎ
９５×Ｋｂ ≦ Ｖｍｉｎ
であれば、電圧逸脱はないものと判定するが、上記条件を満足しない場合は電圧逸脱が発生しているものと判定し警報信号等を出力する。

図６のケース４のように電源側（開閉器２２ａ）、負荷側（開閉器２２ｂ）とも電流方向が当該区間から流出する方向となっている場合、ステップＳ１３では、電源側（開閉器２２ａ）で計測された電圧Ｖ１又は負荷側（開閉器２２ｂ）で計測された電圧Ｖ２のいずれか小さい方を最小電圧であるとして求める。
また、最大電圧Ｖｍａｘは当該区間内に存在し、電源側（開閉器２２ａ）の電圧Ｖ１、電流Ｊ１、負荷側（開閉器２２ｂ）の電圧Ｖ２、電流Ｊ２、電源側（開閉器２２ａ）から負荷側（開閉器２２ｂ）までのインピーダンスＺおよび当該区間内の分散電源から当該区間に流入する電流の予測値ＪGを用いて以下の式により求める。
Ｖｍａｘ＝｛２Ｖ１（Ｊ２＋ＪＧ）＋２Ｖ２（Ｊ１＋ＪＧ）＋（Ｊ１＋ＪＧ）（Ｊ２＋ＪＧ）Ｚ｝／｛２（Ｊ１＋Ｊ２＋２ＪＧ）｝

次に、ステップＳ１４で電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖｍａｘを図４の電圧上下限値と比較し電圧逸脱の有無を判定する。
すなわち、
９５×Ｋａ ≦ Ｖ１ ≦ １０７×Ｋａ
９５×Ｋｂ ≦ Ｖ２ ≦ １０７×Ｋｂ
Ｖｍａｘ ≦ １０７×Ｋａ
Ｖｍａｘ ≦ １０７×Ｋｂ
であれば、電圧逸脱はないものと判定するが、上記条件を満足しない場合は電圧逸脱が発生しているものと判定し警報信号等を出力する。
なお、分散電源３１から当該区間２２ａに流入する電流の予測値は、分散電源３１の契約容量、発電容量等から計算するものとする。

なお、電圧センサ２７ａ，２７ｂ，・・及び電流センサ２８ａ，２８ｂ，・・が開閉器２２ａ，２２ｂ，・・に内蔵されているものを示したが、内蔵するものに限られるものではなく、開閉器２２ａ，２２ｂの近傍に設けるなど、要するに区間における電圧、電流、電流の方向の測定が可能なものであればよい。

このように、この発明の実施の形態によれば、開閉器により区分された高圧配電線の各区間の両端部における電流の方向に基づいて当該区間の最大電圧と最小電圧を求め、電圧監視を行うため、当該区間に設けられた分散電源により逆潮流（当該区間から隣接する両側の区間に同時に電流が流出する現象）が発生している場合でも従来の電圧降下計算と類似の計算により高圧配電線の電圧が計算可能となるため、高精度の電圧監視が可能となる。従って、不足電圧による需要家機器の誤動作、不動作、動作不良等を防止できるとともに、過電圧による需要家機器の損傷を防止できるという効果がある。

実施の形態２．
実施の形態１では、高圧配電線２１の区間例えば区間２１ａの両端の電流が両方とも当該区間２１ａから流出する方向である場合に、分散電源３１から区間２１ａへの流入電流を分散電源３１の契約容量、発電容量等から推定計算することにより区間２１ａ内の最大電圧を計算するようにした（図１参照）。しかし、分散電源３１から電力を供給している需要家構内の負荷変動によって分散電源３１から区間２１ａへの流入電流が変動するため、推定計算で得た値と実際の電流値との間で誤差が発生する場合が考えられる。

この発明の実施の形態２では、オペレータが曜日毎、時間帯毎の流入電流を設定し、区間両端の電流が両方とも当該区間から流出する方向である場合すなわち逆潮流である場合に、オペレータが設定した電流値を用いて区間内の最大電圧を計算するようにした。図７は、この発明の実施の形態２である電圧監視装置の構成を示す構成図である。図７において、電圧監視装置２２６は、流入電流設定処理部１８、表示装置１９、流入電流設定値記憶部２０を有する。この場合、オペレータが表示装置１９に流入電流設定値を表示させながら流入電流設定処理部１８から流入電流設定値記憶部２０へ設定した流入電流設定値を入力し記憶させる。計測データ収集処理部１１４は、流入電流設定値記憶部２０に設定された流入電流設定値を分散電源３１から区間２１ａへの流入電流として用いて実施の形態１と同様にして最大電圧、最小電圧等を計算する。

この発明の実施の形態においては、分散電源３１の契約容量、発電容量等から推定計算した分散電源３１から区間２１ａへ流入する電流を用いないで、オペレータが設定した流入電流設定値を用いて最大電圧、最小電圧等を計算するようにしたことにより、より実態にあった計算が可能となり、計算精度が向上する。

実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３である全体システムを示すシステム構成図である。図８において、区間２１ａに設けられた分散電源３１から区間２１ａに流出入する電流を、電流センサ３２で所定の周期で測定し、子局２３ｃを介して電圧監視装置３２６へ送信する。電圧監視装置３２６は、区間２１ａの両端の電流が両方とも当該区間から流出する方向である場合に、電流センサ３２から送信される電流を用いて、実施の形態１と同様にして最大電圧、最小電圧等を計算する。その他の構成については、詳細を図示していないが図２に示した実施の形態１と同様のものが設けられており、同様の動作をする。
この発明の実施の形態によれば、実際に計測した分散電源３１から区間２１ａへ流入する電流を用いて計算するため、実施の形態１、２よりさらに計算精度が向上する。

実施の形態４．
図９及び図１０はこの発明の実施の形態４を示すものであり、図９は全体システムを示すシステム構成図、図１０は電圧監視装置の動作を示すフローチャートである。図９において、電圧監視装置４２６は、逆潮流発生配電線抽出処理部４０７、潮流計算処理部４０８を有する。その他の構成については、詳細を図示していないが図２に示した実施の形態１と同様のものが設けられており、同様の動作をする。

電圧監視装置４２６は、次のように動作し、電圧センサ及び電流センサで計測した電流方向の計測データから配電線に逆潮流が発生しているどうかすなわち配電線の対象とする区間から変電所等の配電線の電源側に向かって電流が流れているかどうかを判定し、逆潮流が発生している場合、逆潮流が発生している区間の電圧を潮流計算で求め、電圧逸脱の有無を判定する。
この動作を図９のフローチャートによりさらに詳細に説明する。ステップＳ４１において、電圧監視装置４２６の図示しない計測データ収集処理部は電圧、電流の大きさや方向などの計測データを収集する。ステップＳ４２において、図示しない電方向判定処理部は各開閉器２２ａ，２２ｂにおける電流の方向を判定する。ステップＳ４３において、電圧監視装置４２６の逆潮流発生配電線抽出処理部４０７が、各開閉器２２ａ，２２ｂにおける電流の方向に基づいて、当該区間２１ａに逆潮流があるか否かを判定する。

ステップＳ４３において逆潮流があれば、ステップＳ４４において逆潮流発生配電線抽出処理部４０７が逆潮流が発生している配電線を抽出し、ステップＳ４５において潮流計算処理部４０８が潮流の計算を行い、ステップＳ４６で図示しない電圧計算処理部が潮流に基づき電圧の計算を行い、ステップＳ４８へ行く。ステップＳ４３において、逆潮流がなければ、ステップＳ４７において図示しない上述の電圧計算処理部が電圧計算すなわち電圧降下計算を行いステップＳ４８へ行く。なお、ステップＳ４７の電圧計算においては、逆潮流がないので、電源に近い方側の開閉器設置点すなわち配電線の区間の両端のうち電源に近い方側が電圧最大点であり、かつ電源から遠い方側の開閉器設置点すなわち配電線の区間の両端のうち電源に遠い方側が電圧最小点であるとする。ステップＳ４８において、電圧監視装置４２６の図示しない電圧逸脱判定処理部は、実施の形態１で説明したのと同様の手順でステップＳ４６あるいはステップＳ４７で求められた電圧が所定の範囲におさまっているか否かを判定する。ステップＳ４８において、求められた電圧が所定の範囲から逸脱していれば、ステップＳ４９において警報信号等の出力を発信する。

実施の形態１では、計測された電圧値又は電圧降下計算により区間内の最大電圧、最小電圧を計算するようにした。電圧降下計算は簡易的な計算方式であるため、計算誤差が発生する可能性がある。これに対し、この実施の形態では、電圧センサ及び電流センサで計測した電流方向データから配電線に逆潮流が発生しているどうかを判定し、逆潮流が発生している場合、逆潮流が発生している配電線の電圧を潮流計算で求め、電圧逸脱の有無を判定する。全ての配電線を潮流計算した場合、計算に要する時間が長くなるが、逆潮流が発生している配電線のみ潮流計算を行うことで計算時間を短縮でき、高精度で電圧監視が可能となる。

この発明の実施の形態１である全体システムを示すシステム構成図である。 図１の電圧監視装置の詳細構成を示す構成図である。 図１の電圧監視装置の動作を示すフローチャートである。 区間をさらに小区間に区分した状態を示す説明図である。 区間毎の電圧の上下限値を示す説明図である。 電流方向と電圧最大点、電圧最小点の関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態２である電圧監視装置の構成を示す構成図である。 この発明の実施の形態３である全体システムを示すシステム構成図である。 この発明の実施の形態４である全体システムを示すシステム構成図である。 図９の電圧監視装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１１ 計測データ収集処理部、１３ 電流方向判定処理部、１４ 電圧計算処理部、
１５ 電圧逸脱判定処理部、１８ 流入電流設定処理部、２１ 高圧配電線、
２１ａ，２１ｂ 区間、２２ａ，２２ｂ 開閉器、２６ 電圧監視装置、
２７ａ，２７ｂ 電圧センサ、２８ａ，２８ｂ 電流センサ、
３０ａ，３０ｂ 低圧配電線、３１ 分散電源、３２ 電流センサ、
２２６，３２６，４２６ 電圧監視装置、４０７ 逆潮流発生配電線抽出処理部、
４０８ 潮流計算処理部。

Claims (6)

1. 開閉器により所定の区間に区分された配電線の所定の区間の両端における電圧、電流、及び電流の方向の計測データを収集する計測データ収集手段、
   上記電圧と上記電流と上記電流の方向とに基づき上記区間における最大電圧及び最小電圧を求める電圧把握手段、
   上記求められた最大電圧及び最小電圧が予め設定された電圧上下限値を逸脱している場合に信号を発する逸脱信号発信手段を備えた電圧監視装置。
2. 上記電圧把握手段は、
   上記区間の両端の上記電流の方向が同じである場合には、上記区間の両端が電圧最大点または電圧最小点であるとし、
   上記区間の両端の上記電流の方向が両方とも上記区間に流入する場合には、上記区間の両端のいずれかが電圧最大点であり、かつ上記区間内に電圧最小点が存在するとして上記区間の両端で計測された電圧、電流及び上記区間のインピーダンスから上記電圧最小点の電圧を求め、
   上記区間の両端の上記電流の方向が両方とも上記区間から流出する場合には、上記区間の両端のいずれかが電圧最小点であり、かつ上記区間内に電圧最大点が存在するとし、上記区間の両端で計測された電圧、電流、及び上記区間のインピーダンスに基づいて上記電圧最大点の電圧を求めるものである
   ことを特徴とする請求項１に記載の電圧監視装置。
3. 上記配電線は上記区間に分散電源が設けられたものであって、
   上記電圧把握手段は、
   上記区間の両端の上記電流の方向が両方とも上記区間から流出する場合には、上記区間の両端のいずれかが電圧最小点であり、かつ上記区間内に電圧最大点が存在するとし、上記区間の両端で計測された電圧、電流、上記区間のインピーダンス及び上記分散電源から上記区間に流入する電流の予測値に基づいて上記電圧最大点の電圧を求めるものである
   ことを特徴とする請求項１に記載の電圧監視装置。
4. 上記電圧把握手段は、
   上記分散電源から上記区間に流入する流入電流値を設定する流入電流設定手段を有し、
   上記区間の両端の上記電流の方向が両方とも上記区間から流出する場合には、上記区間の両端のいずれかが電圧最小点であり、かつ上記区間内に電圧最大点が存在するとし、上記区間の両端で計測された電圧、電流、上記区間のインピーダンス及び上記設定された流入電流値に基づき上記電圧最大点の電圧を求めるものである
   ことを特徴とする請求項３に記載の電圧監視装置。
5. 上記配電線は上記区間に分散電源及び上記分散電源から上記区間に流入する流入電流値を測定する流入電流測定手段が設けられたものであって、
   上記電圧把握手段は、
   上記区間の両端の上記電流の方向が両方とも上記区間から流出する場合には、上記区間の両端のいずれかが電圧最小点であり、かつ上記区間内に電圧最大点が存在するとし、上記区間の両端で計測された電圧、電流、上記区間のインピーダンス及び上記測定された流入電流値に基づき上記電圧最大点の電圧を求めるものである
   ことを特徴とする請求項３に記載の電圧監視装置。
6. 上記電圧把握手段は、
   上記区間の両端の電流と上記電流の方向とに基づき上記区間から上記配電線の電源側に電流が流出する逆潮流の有無を判定し、上記逆潮流が無い場合は上記区間の両端のうち上記電源に近い方側が電圧最大点でありかつ上記区間の両端のうち上記電源に遠い方側が電圧最小点であるとし、上記逆潮流がある場合には、潮流に基づき上記電圧最大点及び電圧最小点の電圧を求めるものである
   ことを特徴とする請求項１に記載の電圧監視装置。

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