JP2009300104A

JP2009300104A - 送電線事故点標定装置および送電線事故点標定方法

Info

Publication number: JP2009300104A
Application number: JP2008151733A
Authority: JP
Inventors: Kenpei Seki; 建平関
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-06-10
Filing date: 2008-06-10
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2028-06-10
Also published as: JP5078763B2

Abstract

【課題】送電線事故点標定装置において、事故点標定精度を改善すること。
【解決手段】回転ベクトル変化分起動電圧の振幅値と回転ベクトル起動電圧の振幅値とに基づいて保護区内における事故の有無を判別する。区内事故有りと判別された場合、計測地点から所定距離離れた送電線上の一地点である想定点の位置を逐次可変しつつ、電圧回転ベクトル、電流回転ベクトルおよび想定点までのインピーダンスを用いて算出された想定事故点回転ベクトル電圧の振幅値と、電圧回転ベクトル変化分、電流回転ベクトル変化分および想定点までのインピーダンスを用いて算出された想定事故点回転ベクトル変化分電圧の振幅値とを比較し、逐次可変された全ての想定点において想定事故点回転ベクトル変化分電圧の振幅値が想定事故点回転ベクトル電圧の振幅値よりも大きいとき、当該想定事故点回転ベクトル電圧の振幅値の最小地点を事故点として決定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、送電線の地絡事故／短絡事故による事故点の標定を可能とする送電線事故点標定装置および送電線事故点標定方法に関するものである。

送電線事故点標定装置として、例えば下記特許文献１に示されたものがある。この特許文献１に示された送電線事故点標定装置では、流送電線の実測データに基づいて電流分流比またはインピーダンスを瞬時値毎に求めるとともに、事故発生後所定期間の電流分流比等を平均化する電流分流比／インピーダンス演算部および、求められた平均化電流分流比等に基づいて地絡事故／短絡事故の事故点を標定する事故標定部を備える構成が開示されている。

特開２００４−２１５４７８号公報

送電線に事故があった場合、送電線事故点標定装置を用いて送電線の事故点を標定するとともに、事故発生後速やかにメンテナンス要員が現場に駆けつけ、最終的な事故点の特定処理を行う必要がある。このため、メンテナンス要員が効率よく作業を行う上で、送電線事故点標定装置には、より高い標定精度が求められることになる。

一方、上記特許文献１に示される送電線事故点標定装置では、電流分流比法またはインピーダンス法でありながら地絡事故の事故点を高精度で標定できるようにするということが記載されている。

しかしながら、上記特許文献１の送電線事故点標定装置は、事故電圧・事故電流そのものを用いて計算する手法であるため、事故点抵抗などの影響を受けやすく、標定計算結果の精度は依然として改善されないという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、事故点標定精度を改善した送電線事故点標定装置および送電線事故点標定方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる送電線事故点標定装置は、事故点標定対象の送電線を含む電力系統にて計測された計測電圧および計測電流をサンプリングすることで得られる電圧瞬時値データおよび電流瞬時値データを生成する電圧・電流計測・Ａ／Ｄ変換部と、前記電圧瞬時値データを用いて算出される電圧回転ベクトル、前記電流瞬時値データを用いて算出される電流回転ベクトル、および前記送電線における計測範囲末端までのインピーダンスを用いて前記計測範囲末端での起動電圧を算出する回転ベクトル起動電圧算出部と、前記電圧回転ベクトルの変化分を算出する電圧回転ベクトル変化分算出部と、前記電流回転ベクトルの変化分を算出する電流回転ベクトル変化分算出部と、前記電圧回転ベクトル変化分、前記電流回転ベクトル変化分、および前記計測範囲末端までのインピーダンスを用いて前記計測範囲末端での変化分起動電圧を算出する回転ベクトル変化分起動電圧算出部と、前記回転ベクトル変化分起動電圧の振幅値と、前記回転ベクトル起動電圧の振幅値とに基づき、保護区内における事故の有無を判別する区内事故判別部と、前記区内事故判別部が区内事故有りと判別した場合に、前記計測電圧の計測地点から所定距離離れた前記送電線上の一地点である想定点の位置を逐次可変しつつ、前記電圧回転ベクトル、前記電流回転ベクトル、および前記想定点までのインピーダンスを用いて前記想定点に事故が生じた仮定したときの回転ベクトル電圧として算出された想定事故点回転ベクトル電圧の振幅値と、前記電圧回転ベクトル変化分、前記電流回転ベクトル変化分、および前記想定点までのインピーダンスを用いて前記想定点に事故が生じたと仮定したときの回転ベクトル変化分電圧として算出された想定事故点回転ベクトル変化分電圧の振幅値とを比較し、前記逐次可変された全ての想定点において、前記想定事故点回転ベクトル変化分電圧の振幅値が、前記想定事故点回転ベクトル電圧の振幅値よりも大きいときに、当該想定事故点回転ベクトル電圧の振幅値が最も小さい地点を事故点として決定する想定事故点収束演算部と、を備えたことを特徴とする。

本発明にかかる送電線事故点標定装置によれば、回転ベクトル変化分起動電圧の振幅値と回転ベクトル起動電圧の振幅値とに基づいて保護区内における事故の有無を判別し、区内事故有りと判別された場合に、計測地点から所定距離離れた送電線上の一地点である想定点の位置を逐次可変しつつ、電圧回転ベクトル、電流回転ベクトルおよび想定点までのインピーダンスを用いて算出された想定事故点回転ベクトル電圧の振幅値と、電圧回転ベクトル変化分、電流回転ベクトル変化分および想定点までのインピーダンスを用いて算出された想定事故点回転ベクトル変化分電圧の振幅値とを比較し、逐次可変された全ての想定点において、想定事故点回転ベクトル変化分電圧の振幅値が想定事故点回転ベクトル電圧の振幅値よりも大きいとき、当該想定事故点回転ベクトル電圧の振幅値の最小地点を事故点として決定するようにしているので、事故点抵抗の影響を受けることのない標定を行うことができ、事故点標定精度の更なる改善が可能になるという効果を奏する。

（はじめに）
本願発明者は、スパイラルベクトル理論における回転ベクトル変化分等価回路に関する知見に基づき、以下に開示する送電線事故点標定装置を導き出すに至った。以下、添付図面を参照し、本発明に好適な送電線事故点標定装置および送電線事故点標定方法にかかる実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。

（用語の定義）
本発明にかかる送電線事故点標定装置および送電線事故点標定方法のベースとなるスパイラルベクトル理論については、世の中には充分に浸透していない状況である。そこで、先ず、本明細書で用いる用語について定義しておく。

・送電線事故点標定装置：送電線（架空送電線・ケーブルなど）における事故点を標定する装置である。
・回転ベクトル：回転ベクトルは、複素数平面上において反時計周りに回転する動的フェーザであり、実測値は回転ベクトルの実数部である。なお、最近の交流理論では、交流波を余弦関数で模擬することが一般的に行われる（従来の交流理論では、交流波を正弦関数で模擬していた）。
・電圧回転ベクトル：電圧状態変数であり、その実数部は実測された電圧瞬時値である。
・電流回転ベクトル：電流状態変数であり、その実数部は実測された電流瞬時値である。
・回転ベクトル変化分：１サイクル時間前後２つの回転ベクトルの差分成分である。回転ベクトル変化分は、回転ベクトルと同様、実数部と虚数部を持ち、複素数の状態変数である。
・電圧回転ベクトル変化分：電圧状態変数であり、現時点における電圧回転ベクトルと、１サイクル前時点における電圧回転ベクトルとの差分成分である。
・電流回転ベクトル変化分：電流状態変数であり、現時点における電流回転ベクトルと、１サイクル前時点における電流回転ベクトルとの差分成分である。
・回転ベクトル変化分等価回路：電圧回転ベクトル変化分、電流回転ベクトルおよび仮想電源により構成された回路である。
・回転ベクトル起動電圧：自端の回転ベクトル電圧と回転ベクトル電流と計測範囲末端（送電線末端）までのインピーダンスを用いて計算された起動電圧である。
・回転ベクトル起動電圧振幅：回転ベクトル起動電圧の絶対値である。
・回転ベクトル変化分起動電圧：計測範囲末端までのインピーダンス、実測の回転ベクトル変化分、および回転ベクトル変化分等価回路を利用して計算された変化分起動電圧である。
・回転ベクトル変化分起動電圧振幅：回転ベクトル変化分起動電圧の絶対値である。
・想定事故点回転ベクトル電圧：電圧回転ベクトルと電流回転ベクトルと想定点までのインピーダンスを用いて計算した回転ベクトル電圧である。
・想定事故点回転ベクトル電圧振幅：想定事故点における回転ベクトル電圧の絶対値である。
・想定事故点回転ベクトル変化分電圧：電圧回転ベクトル変化分と電流回転ベクトル変化分と想定点までのインピーダンスを用いて計算した回転ベクトル電圧である。
・想定事故点回転ベクトル変化分電圧振幅：想定事故点における回転ベクトル変化分電圧の絶対値である。
・距離係数ｋ：０−１００％の係数である。ｋ＝０％は自端，ｋ＝１００％は計測範囲末端である。
・想定事故点収束演算：距離係数ｋを変化させて、様々なインピーダンスを想定し、想定事故点回転ベクトル電圧振幅を計算し、その中に想定事故点回転ベクトル電圧振幅の絶対値が最も小さくなる地点に対応する距離係数ｋを事故点までの距離係数とする。
・電気学会ＥＡＳＴ１０モデル系統：日本国において定められたモデル系統であり、電力系統を模擬するための代表的なモデル系統である。
・短絡事故：ＡＢ相間事故、ＢＣ相間事故、ＡＣ相間事故、ＡＢＣ相間事故等などの相間事故である。なお、回路には零相成分が存在しない。
・地絡事故：Ａ相接地、Ｂ相接地、Ｃ相接地、ＡＢ相接地、ＢＣ相接地、ＡＣ相接地、ＡＢＣ相接地等による接地事故である。短絡事故とは異なり、回路に零相成分が存在する。

（装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかる送電線事故点標定装置の構成を示す図である。図１において、本実施の形態にかかる送電線事故点標定装置１は、電圧・電流計測・Ａ／Ｄ変換部２、回転ベクトル起動電圧算出部３、電圧回転ベクトル変化分算出部４、電流回転ベクトル変化分算出部５、回転ベクトル変化分起動電圧算出部６、区内事故判別部７、想定事故点収束演算部８、インターフェース９、記憶部１０、および遠方送信部１１を備えている。

（各構成部の機能）
つぎに、図１に示した各構成部の機能について説明する。なお、ここでは概略機能の説明に留め、各部の詳細な機能については、後述のフローチャートのところで説明する。

電圧・電流計測・Ａ／Ｄ変換部２は、装置配置端に設置された計器用変圧器であるＰＴ１２および送電線に設置された変流器であるＣＴ１３を用いて、装置配置端における系統電圧および送電線に流れる電流を計測するとともに、計測された電圧（計測電圧）および電流（計測電流）に対し、基準波１周期を４Ｎ（Ｎは正の整数）等分した各々のサンプルタイミングでサンプリングすることで得られる時系列のデジタルデータ（電圧瞬時値データおよび電流瞬時値データ）を生成する。

回転ベクトル起動電圧算出部３は、電圧・電流計測・Ａ／Ｄ変換部２が生成した電圧瞬時値データおよび電流瞬時値データを用いて、それぞれ演算される電圧回転ベクトル、電流回転ベクトル、ならびに、計測範囲末端１５までのインピーダンスを用いて計測範囲末端１５における回転ベクトル起動電圧を算出する。

電圧回転ベクトル変化分算出部４は、電圧瞬時値データを用いて各相における電圧回転ベクトルの変化分を演算し、電流回転ベクトル変化分算出部５は、電流瞬時値データを用いて各相における電流回転ベクトルの変化分を演算する。

回転ベクトル変化分起動電圧算出部６は、電圧回転ベクトル変化分算出部４および電流回転ベクトル変化分算出部５が生成した電圧回転ベクトル変化分および電流回転ベクトル変化分、ならびに、計測範囲末端１５までのインピーダンスを用いて、計測範囲末端１５における回転ベクトル起動電圧の変化成分である回転ベクトル変化分起動電圧を算出する。

区内事故判別部７は、回転ベクトル変化分起動電圧の振幅値と、回転ベクトル起動電圧の振幅値とに基づき、電力系統に生じた事故が区内事故（保護区内事故）であるか、区外事故（保護区外事故）であるかを判別する。想定事故点収束演算部８は、想定された事故点の標定精度を高めるための収束演算を行う。インターフェース９は、上述の演算結果を外部装置等に出力する出力機能を提供する。記憶部１０は、上述の各種演算結果を保持するための記憶機能を提供する。遠方送信部１１は、例えば送電線事故点標定装置から離れた地点にいる監視員等に所要の情報を伝送するための伝送機能を提供する。

つぎに、本実施の形態にかかる送電線事故点標定装置の動作について、図１〜図５の各図面を参照して説明する。ここで、図２は、送電線事故点標定装置の動作を示すフローチャートである。また、図３は、本実施の形態にかかる送電線事故点標定装置の標定対象である電力系統をモデル化した図であり、より詳細には、図３（ａ）は標定対象のモデル系統図であり、図３（ｂ），（ｃ）は電気回路の重ね合わせの定理によって図３（ａ）を２つの等価回路に分けた図であり、（ｂ）は電源・負荷を含む定常回路図、（ｃ）は回転ベクトル変化分等価回路（「故障成分回路」とも呼ばれている）図である。さらに、図４は、図３（ｃ）の回路をより具体化した等価回路図であり、特に、短絡事故の場合の等価回路を示すものである。また、図５は、想定事故点の収束演算の概念を示した等価回路図である。

図４において、各記号の意味はつぎのとおりである。
Ｍ：自端母線
Ｎ：送電線末端母線
Ｚ₁：送電線インピーダンス
Ｚ_M：背後インピーダンス
Ｆ：事故点
Δｖ：自端において測定された回転ベクトル変化分電圧
Δｉ：自端において測定された回転ベクトル変化分電流
Ｖ_F：回転ベクトル変化分等価回路電源電圧（仮想電源電圧）

なお、上記において、計測範囲の末端として送電線末端母線Ｎを設定しているが、確実な起動を行うため、送電線のインピーダンスを５％上乗せ設定するような手法を用いてもよい。

また、定常状態においては、回転ベクトル変化分等価回路は存在しないが、系統状態が事故などによって変化した場合、仮想電源電圧が生じて、電圧回転ベクトル変化分と電流回転ベクトル変化分とが現れる。ただし、事故が発生してから１サイクルを経ると、各回転ベクトル変化分は消失する。なお、回転ベクトル変化分等価回路における仮想電源は、事故想定点に挿入される仮想電源として設定されるが、この仮想電源の振幅は、仮想電源が挿入される当該事故想定点における事故前の電圧振幅値が設定される。

また、図５において、各記号の意味はつぎのとおりである。
Ｍ：自端母線
Ｎ：送電線末端母線
Ｖ：自端において測定された回転ベクトル電圧
Δｖ：自端において測定された回転ベクトル変化分電圧
ｉ：自端において測定された回転ベクトル電流
Δｉ：自端において測定された回転ベクトル変化分電流
Ｆ：事故点

つぎに、本実施の形態にかかる送電線事故点標定装置の動作について、図１〜図５の各図面を参照して説明する。ここで、図２は、送電線事故点標定装置の動作を示すフローチャートである。

（ステップＳ１０１，Ｓ１０２）
ステップＳ１０１，Ｓ１０２では、本フローにおける処理に必要な変数Ｍ，Ｐに関する初期値が設定される。なお、これらの変数の持つ意味については後述する。

（ステップＳ１０３）
ステップＳ１０３では、電圧・電流計測・Ａ／Ｄ変換部２によって、時系列のデジタルデータ（電圧瞬時値データおよび電流瞬時値データ）が生成される。これらの瞬時値データのうち、電圧瞬時値データは、フーリエ変換式を用いて次式のように表すことができる。

即ち、電圧時系列瞬時値は、電圧基本波成分と複数の電圧高調波成分より構成される。ここで、上記（１）式における各記号の意味は、次のとおりである。
Ｖ：基本波電圧振幅
ω：基本波角速度
θ：基本波電圧初期位相
Ｖ_k：ｋ次高調波電圧振幅
ω_k：ｋ次高調波電圧角速度
φ_k：ｋ次高調波電圧初期位相
Ｍ：正の整数

なお、これ以降においては、説明を簡潔なものとするため、上記電圧高調波成分を省略して表記する。このとき、上記電圧瞬時値を電圧回転ベクトルで表すと、次式のようになる。

ここで、電圧・電流計測・Ａ／Ｄ変換部２が生成した電圧瞬時値データは、上記（２）式の実数部に代入される。なお、虚数部については演算によって求めるが、この点については後述する。

また、電流瞬時値データおよび電流瞬時値データに基づく電流回転ベクトルについては、電圧のときと同様、フーリエ変換式を用いて、次式のように表すことができる。

ここで、上記（３）式における各記号の意味は、次のとおりである。
Ｉ：基本波電流振幅
ω：基本波角速度
θ：基本波電流初期位相
Ｖ_k：ｋ次高調波電流振幅
θ_k：ｋ次高調波電流角速度
θ_k：ｋ次高調波電流初期位相
Ｍ：正の整数

なお、電圧・電流計測・Ａ／Ｄ変換部２が生成した電流瞬時値データは、上記（４）式の実数部に代入される。また、虚数部については演算によって求めるが、この点については後述する。

（ステップＳ１０４）
ステップＳ１０４では、回転ベクトル起動電圧算出部３によって、計測範囲末端１５までの回転ベクトル起動電圧が算出される。この回転ベクトル起動電圧は、図４に示した電力系統モデルの等価回路に基づき、次式によって表すことができる。

ここで、上記（５）式における記号の意味は、つぎのとおりである。
ｖ_F：回転ベクトル起動電圧
ｖ：電圧回転ベクトル
ｉ：電流回転ベクトル
Ｚ_I：計測範囲末端までのインピーダンス
なお、下付文字（サフィックス）の「re」、「im」は、実数部、虚数部を表している。

また、上記（５）式の実数部と虚数部とをそれぞれ分離すると、次式が得られる。

さらに、次式を用いて回転ベクトル起動電圧の振幅値（回転ベクトル起動電圧振幅）を算出する。

なお、回転ベクトル起動電圧振幅は、次式で計算することもできる。この式の利点は、積分計算により、回路中の高調波成分の影響を低減することができる点にある。

上記（８）式において、Ｎは、基準波の１周期を４Ｎ（Ｎは正の整数）等分したサンプリング手法を使用した場合におけるＮである。例えば、Ｎ＝３に設定すれば、サンプリング間隔は、３６０／（４×３）＝３０度となる。

（ステップＳ１０５）
ステップＳ１０５では、電圧回転ベクトル変化分算出部４によって、電圧回転ベクトルの変化分が算出される。この電圧回転ベクトル変化分は、時刻ｔの電圧回転ベクトルと、時刻ｔよりも１サイクル前の電圧回転ベクトルとの差分値として、次式を用いて計算される。なお、基準波の１サイクル時間Ｔ₀は、例えば、基準周波数が６０Ｈｚの系統では、Ｔ₀＝１／６０＝０．０１６６６６７秒であり、基準周波数が５０Ｈｚの系統では、Ｔ₀＝１／５０＝０．０２秒である。

上記（９）式において、実数部には、計測された電圧瞬時値が代入される。一方、虚数部には、例えば次式を用いて計算された値が代入される。

（ステップＳ１０６）
ステップＳ１０６では、電流回転ベクトル変化分算出部５によって、電流回転ベクトルの変化分が算出される。この電流回転ベクトル変化分は、上記（９）式に示した電圧回転ベクトル変化分と同様、次式を用いて算出することができる。

また、上記（１１）式において、実数部には計測された電圧瞬時値が代入され、虚数部には、例えば次式を用いて計算された値が代入される。

（ステップＳ１０７）
ステップＳ１０７では、事故が発生している否かの判定処理が行われる。この判定処理は、例えば、現在の電流値と１サイクル前の電流値との差分値を所定の整定値と比較することによって行うことができる。ここで、事故が発生していないと判定した場合（ステップＳ１０７，Ｎｏ）、ステップＳ１０３の処理に戻り、事故が発生していると判定した場合（ステップＳ１０７，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０８に移行する。

（ステップＳ１０８）
ステップＳ１０８では、回転ベクトル変化分起動電圧算出部６により、ステップＳ１０５にて算出された電圧回転ベクトル変化分およびステップＳ１０６にて算出された電流回転ベクトル変化分を用いて、計測範囲末端１５までの回転ベクトル起動電圧の変化成分である回転ベクトル変化分起動電圧が算出される。この回転ベクトル変化分起動電圧は、次式で表される。

また、上記（１３）式の実数部と虚数部とをそれぞれ分離すると、次式が得られる。

さらに、次式を用いて回転ベクトル変化分起動電圧の振幅値（回転ベクトル変化分起動電圧振幅）を算出する。

なお、回転ベクトル変化分起動電圧振幅は、次式で計算することもできる。この式の利点は、積分計算により、回路中の高調波成分の影響を低減することができる点にある。

（ステップＳ１０９）
ステップＳ１０９では、ステップＳ１０７で判定した事故が、区内事故であるか否かの判定処理が行われる。この判定処理は、次式を用いて判定することができる。ここで、区内事故ではない判定した場合（ステップＳ１０９，Ｎｏ）、ステップＳ１０３の処理に戻り、区内事故であると判定した場合（ステップＳ１０９，Ｙｅｓ）、ステップＳ１１０に移行する。

なお、上記の処理では、ステップＳ１０７にて事故の有無を判定し、ステップＳ１０９にて区内事故の有無を判定するようにしているが、ステップＳ１０７の処理を省略し、ステップＳ１０９の処理のみで事故（区内事故）の有無を判定してもよい。この場合、事故がない場合でも、ステップＳ１０８の処理が実行されるが、１ステップの処理であるため、計算時間に与える影響は小さい。

（ステップＳ１１０〜Ｓ１１４）
ステップＳ１１０〜Ｓ１１４では、事故点を推定するための演算処理が行われる。なお、各処理の詳細は以下のとおりである。

まず、距離係数ｋを、次式のように定義する。

例えば、ｋ_max＝１００とすれば、一単位の抵抗成分およびインダクタンス成分は次式で示される。

したがって、短絡事故想定点の抵抗およびインダクタンスは、次式で与えられる。

なお、距離係数ｋの可変処理は、ステップＳ１１０，Ｓ１１３，Ｓ１１４で行われる。

ステップＳ１１１では、想定事故点回転ベクトルの電圧振幅値（想定事故点回転ベクトル電圧）が算出される。まず、想定事故点回転ベクトル電圧の実数部および虚数部は、ステップＳ１０３にて算出された電圧回転ベクトルおよび電流回転ベクトル、ならびに上記で示した事故想定点の抵抗およびインダクタンスを用いて、次式で表すことができる。

したがって、想定事故点回転ベクトル電圧は、次式のようにを算出することができる。

なお、想定事故点回転ベクトル電圧は、次式で計算することもできる。この式の利点は、積分計算により、回路中の高調波成分の影響を低減することができる点にある。

ステップＳ１１２では、想定事故点回転ベクトル変化分の電圧振幅値（想定事故点回転ベクトル変化分電圧）が算出される。まず、想定事故点回転ベクトル変化分電圧の実数部および虚数部は、ステップＳ１０５にて算出された電圧回転ベクトル変化分およびステップＳ１０６にて算出された電流回転ベクトル変化分、ならびに上記で示した事故想定点の抵抗およびインダクタンスを用いて、次式で表すことができる。

したがって、想定事故点回転ベクトル変化分電圧は、次式のようにを算出することができる。

なお、想定事故点回転ベクトル変化分電圧は、次式で計算することもできる。この式の利点は、積分計算により、回路中の高調波成分の影響を低減することができる点にある。

なお、ステップＳ１１３では終了条件が判定され、ステップＳ１１４では、距離係数ｋの増分処理が行われる。全ての距離係数に対する計算が終了すると、ステップＳ１１５に移行する。

（ステップＳ１１５〜Ｓ１１８）
ステップＳ１１５〜Ｓ１１８では、照合回数Ｍおよびサンプリング点指定変数Ｐに基づく、想定事故点の確定処理が行われる。この処理は、想定事故点の確度（推定精度）を高め、誤起動の防止を図るための処理である。なお、各処理の詳細は以下のとおりである。

ステップＳ１１５では、次式に基づき、全ての距離係数ｋにおける判定処理を実行する。

ここで、全ての距離係数ｋにおいて、上記（２７）式を満足する場合（ステップＳ１１５，Ｙｅｓ）、照合回数Ｍの値を増分し（ステップＳ１１６）、照合回数Ｍが所定の整定値Ｍ_setになるまで（ステップＳ１１８）、上記処理を反復実施する。なお、整定値Ｍ_setとして、３などの数値が選ばれる。

なお、照合回数Ｍが変更され、再度の判定処理が行われる場合（ステップＳ１１８，Ｎｏ）、サンプリング点指定変数Ｐが増分され（ステップＳ１０２）、ステップＳ１０３〜Ｓ１１７の処理が繰り返される。

例えば、Ｍ＝１のときの処理が、サンプリング位相３０度のデータを用いたとした場合、Ｍ＝２では、サンプリング位相６０度（Ｎ＝３の場合）のデータが用いられ、Ｍ＝３では、サンプリング位相９０度（Ｎ＝３の場合）のデータが用いられる。整定値Ｍ_set＝３の場合、これらの全てのサンプリング位相において、ステップＳ１１５の条件を満足するときに、ステップＳ１１９の処理に移行することになる。

一方、一つの距離係数ｋにおいて、上記（２７）式を満足しない場合（ステップＳ１１５，Ｎｏ）、照合回数Ｍをリセットし（ステップＳ１１６）、ステップＳ１０３〜Ｓ１１７の処理を再度一から実行する。

（ステップＳ１１９）
ステップＳ１１９では、距離係数ｋの最適化処理が行われる。この処理では、想定事故点回転ベクトル電圧振幅の最も小さいポイントを最適化処理の中心点とし、一定幅の範囲で距離係数ｋの可変処理を行う。幾つかの計算手法が考えられるが、例えば、距離係数ｋの増分値および推定範囲を可変し、当該範囲の最小値から最大値までの間の電圧振幅の最も小さいポイントを事故点とする処理を繰り返し行えばよい。

なお、本フローでは、ステップＳ１１１，Ｓ１１３，Ｓ１１４に示しているように、ｋ_minからｋ_maxまで変化する距離係数ｋの値を、増分値(ｋ_min−ｋ_max)／１００で可変するようにしている。

例えばｋ_min＝０ｋｍ、ｋ_max＝１００ｋｍとすれば、増分値は１ｋｍ幅であり、事故点を１ｋｍの幅で標定することができる。また、想定事故点が自端から、例えば８５ｋｍの距離と推定された場合、例えばｋ_min＝８０ｋｍ、ｋ_max＝９０ｋｍに設定（変更）すれば、増分値が０．１ｋｍ（１００ｍ）幅となって、事故点を１００ｍの幅で標定することができる。なお、この処理を、計測精度等に応じて適宜繰り返し行うようにすれば、事故点の標定精度を高めることが可能となる。

（シミュレーション結果）
つぎに、本実施の形態にかかる送電線事故点標定装置に対して行ったシミュレーション結果について、図６〜図１０の図面を参照して説明する。

図６は、日本国において代表的な電気学会ＥＡＳＴ１０モデル系統（５０Ｈｚ系統）を示す図である。（）内の番号はノード番号を表し、＜＞内の番号はブランチ番号を示している。いま、このモデル系統において、ノード２１に送電線事故点標定装置を配置するものとし、ノード２１からノード１１に向かう２回送電線のノード２１から３０％の距離Ａ点に、１回送電線のＡＢ相短絡事故を発生させる。このとき、ノード２１で計測された電圧・電流を用いて事故点標定のシミュレーションを行うものとする。

図７は、本シミュレーションにおける三相電圧波形を示す図である。なお、この三相電圧波形は、送電線事故点標定装置を配置した配置点におけるものである。本シミュレーションではＡＢ相短絡事故を発生させているため、図７に示されるように、ノード２１で測定された各電圧波形では、Ｃ相（一点鎖線）の電圧に比べてＡ相（実線）・Ｂ相（破線）の電圧が小さくなっている。

図８は、本シミュレーションにおける三相電流波形を示す図である。なお、この三相電圧波形は、送電線事故点標定装置を配置した配置点におけるものである。本シミュレーションではＡＢ相短絡事故を発生させているため、図８に示されるように、ノード２１で測定された各電流波形では、Ｃ相（一点鎖線）の電流に比べてＡ相（実線）・Ｂ相（破線）の電流が大きくなっている。

図９は、本シミュレーションにおける事故起動電圧波形を示す図である。図９の実線部の波形に示されるように、事故直後の３／４サイクル（１５ｍｓ）の期間において、ＡＢ相回転ベクトル変化分起動電圧振幅は、事故直前の１サイクル前におけるＡＢ相回転ベクトル起動電圧振幅よりも大きく、事故が起動されていることが分かる。

図１０は、本シミュレーションにおける想定事故点収束演算波形を示す図である。図１０において、実線部で示す波形は想定事故点回転ベクトル電圧振幅であり、破線部で示す波形は想定事故点回転ベクトル変化分電圧振幅であり、それぞれ距離係数ｋに対する振幅値の変化を示している。なお、各振幅値は、事故発生後の半サイクル（１０ｍｓ）時点の想定事故点収束演算図である。

図１０の波形から、つぎのことが明らかとなる。
（１）まず、全ての範囲において、想定事故点回転ベクトル変化分電圧振幅は、想定事故点回転ベクトル振幅よりも大きくなっている。このことは、系統が現在事故中であることを意味する。
（２）想定事故点回転ベクトル電圧振幅の一番小さいポイントは事故点である。図１０ではｋ＝３０％を示しており、事故点を正しく標定することができている。

また、図１０に示すように、想定事故点回転ベクトル電圧振幅の最小振幅点（事故点）に対応する想定事故点回転ベクトル変化分電圧振幅は、事故点事故前電圧振幅に対応している（図９の破線部における事故前の振幅値を参照）。この事実は偶然ではなく、回転ベクトル変化分等価回路が正しいことを実証している。なお、事故点抵抗がある場合、電圧振幅は、本ケースのように零にならないが、電圧振幅の最小ポイントが事故点であることには変わらない。つまり、本実施の形態にかかる送電線事故点標定装置は、事故点抵抗の影響を受けないことが分かる。

以上説明したように、本実施の形態にかかる送電線事故点標定装置によれば、回転ベクトル変化分起動電圧の振幅値と回転ベクトル起動電圧の振幅値とに基づいて保護区内における事故の有無を判別し、区内事故有りと判別された場合に、計測地点から所定距離離れた送電線上の一地点である想定点の位置を逐次可変しつつ、電圧回転ベクトル、電流回転ベクトルおよび想定点までのインピーダンスを用いて算出された想定事故点回転ベクトル電圧の振幅値と、電圧回転ベクトル変化分、電流回転ベクトル変化分および想定点までのインピーダンスを用いて算出された想定事故点回転ベクトル変化分電圧の振幅値とを比較し、逐次可変された全ての想定点において、想定事故点回転ベクトル変化分電圧の振幅値が想定事故点回転ベクトル電圧の振幅値よりも大きいとき、当該想定事故点回転ベクトル電圧の振幅値の最小地点を事故点として決定するようにしているので、事故点抵抗の影響を受けることのない標定を行うことができ、送電線における事故点の高精度な標定が可能となる。

なお、本実施の形態では、説明を簡潔に行うため、短絡事故の計算式を用いてきた。また、シミュレーション結果も、ＡＢ相間の短絡事故を一例として説明してきた。しかしながら、本実施の形態にかかる送電線事故点標定装置は、短絡事故の場合に限定されるものではない。上述した手法と同様な考え方および手順、ならびにスパイラルベクトル理論における地絡事故の計算式を用いることにより、地絡事故に適用可能な送電線事故点標定装置を構成することができる。

以上のように、本発明にかかる送電線事故点標定装置は、事故点標定精度を改善することができる発明として有用である。

本発明の実施の形態にかかる送電線事故点標定装置の構成を示す図である。送電線事故点標定装置の動作を示すフローチャートである。本実施の形態にかかる送電線事故点標定装置の標定対象である電力系統をモデル化した図である。図３（ｃ）の回路をより具体化した等価回路図である。想定事故点の収束演算の概念を示した等価回路図である。日本国において代表的な電気学会ＥＡＳＴ１０モデル系統（５０Ｈｚ系統）を示す図である。シミュレーションにおける三相電圧波形を示す図である。シミュレーションにおける三相電流波形を示す図である。シミュレーションにおける事故起動電圧波形を示す図である。シミュレーションにおける想定事故点収束演算波形を示す図である。

符号の説明

１送電線事故点標定装置
２電圧・電流計測・Ａ／Ｄ変換部
３回転ベクトル起動電圧算出部
４電圧回転ベクトル変化分算出部
５電流回転ベクトル変化分算出部
６回転ベクトル変化分起動電圧算出部
７区内事故判別部
８想定事故点収束演算部
９インターフェース
１０記憶部
１１遠方送信部

Claims

事故点標定対象の送電線を含む電力系統にて計測された計測電圧および計測電流をサンプリングすることで得られる電圧瞬時値データおよび電流瞬時値データを生成する電圧・電流計測・Ａ／Ｄ変換部と、
前記電圧瞬時値データを用いて算出される電圧回転ベクトル、前記電流瞬時値データを用いて算出される電流回転ベクトル、および前記送電線における計測範囲末端までのインピーダンスを用いて前記計測範囲末端での起動電圧を算出する回転ベクトル起動電圧算出部と、
前記電圧回転ベクトルの変化分を算出する電圧回転ベクトル変化分算出部と、
前記電流回転ベクトルの変化分を算出する電流回転ベクトル変化分算出部と、
前記電圧回転ベクトル変化分、前記電流回転ベクトル変化分、および前記計測範囲末端までのインピーダンスを用いて前記計測範囲末端での変化分起動電圧を算出する回転ベクトル変化分起動電圧算出部と、
前記回転ベクトル変化分起動電圧の振幅値と、前記回転ベクトル起動電圧の振幅値とに基づき、保護区内における事故の有無を判別する区内事故判別部と、
前記区内事故判別部が区内事故有りと判別した場合に、
前記計測電圧の計測地点から所定距離離れた前記送電線上の一地点である想定点の位置を逐次可変しつつ、
前記電圧回転ベクトル、前記電流回転ベクトル、および前記想定点までのインピーダンスを用いて前記想定点に事故が生じた仮定したときの回転ベクトル電圧として算出された想定事故点回転ベクトル電圧の振幅値と、前記電圧回転ベクトル変化分、前記電流回転ベクトル変化分、および前記想定点までのインピーダンスを用いて前記想定点に事故が生じたと仮定したときの回転ベクトル変化分電圧として算出された想定事故点回転ベクトル変化分電圧の振幅値とを比較し、前記逐次可変された全ての想定点において、前記想定事故点回転ベクトル変化分電圧の振幅値が、前記想定事故点回転ベクトル電圧の振幅値よりも大きいときに、当該想定事故点回転ベクトル電圧の振幅値が最も小さい地点を事故点として決定する想定事故点収束演算部と、
を備えたことを特徴とする送電線事故点標定装置。
前記想定事故点回転ベクトル変化分電圧の振幅値と、前記想定事故点回転ベクトル電圧の振幅値との比較処理を複数回行うための照合回数が設定され、
前記想定事故点収束演算部は、前記照合回数分の異なるサンプル点でサンプリングされた計測電圧および計測電流に基づいて前記比較処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の送電線事故点標定装置。
前記想定事故点収束演算部は、前記事故点を決定する際に、前記想定点の可変範囲を絞り込みつつ、前記想定点の可変幅が小さくなるように可変することを特徴とする請求項１または２に記載の送電線事故点標定装置。
標定対象の送電線を含む電力系統にて計測された計測電圧および計測電流をサンプリングすることで得られる電圧瞬時値データおよび電流瞬時値データを生成する第１ステップと、
前記電圧瞬時値データを用いて演算される電圧回転ベクトル、前記電流瞬時値データを用いて演算される電流回転ベクトル、および前記送電線における計測範囲末端までのインピーダンスを用いて前記計測範囲末端での回転ベクトル起動電圧を算出する第２ステップと、
前記電圧瞬時値データを用いて電圧回転ベクトル変化分を算出する第３ステップと、
前記電流瞬時値データを用いて電流回転ベクトル変化分を算出する第４ステップと、
前記電圧回転ベクトル変化分、前記電流回転ベクトル変化分、および前記計測範囲末端までのインピーダンスを用いて前記計測範囲末端での回転ベクトル変化分起動電圧を算出する第５ステップと、
前記回転ベクトル変化分起動電圧の振幅値と、前記回転ベクトル起動電圧の振幅値とに基づき、保護区内における事故の有無を判別する第６ステップと、
前記第６ステップにて区内事故有りと判別された場合に、前記計測電圧の計測地点から所定距離離れた地点である想定点の位置を逐次可変しつつ、前記電圧回転ベクトル、前記電流回転ベクトル、および前記想定点までのインピーダンスを用いて前記想定点に事故が生じた仮定したときの回転ベクトル電圧である想定事故点回転ベクトル電圧、ならびに、前記電圧回転ベクトル変化分、前記電流回転ベクトル変化分、および前記想定点までのインピーダンスを用いて前記想定点に事故が生じたと仮定したときの回転ベクトル変化分電圧である想定事故点回転ベクトル変化分電圧を算出する第７ステップと、
前記想定事故点回転ベクトル電圧の振幅値と、前記想定事故点回転ベクトル変化分電圧の振幅値とを比較し、前記逐次可変された全ての想定点において、前記想定事故点回転ベクトル変化分電圧の振幅値が、前記想定事故点回転ベクトル電圧の振幅値よりも大きいときに、当該想定事故点回転ベクトル電圧の振幅値が最も小さい地点を事故点として決定する第８ステップと、
を含むことを特徴とする送電線事故点標定方法。
前記想定事故点回転ベクトル変化分電圧の振幅値と、前記想定事故点回転ベクトル電圧の振幅値との比較処理を複数回行うための照合回数が設定され、
前記第８ステップでは、前記照合回数分の異なるサンプル点でサンプリングされた計測電圧および計測電流に基づいて前記比較処理が行われることを特徴とする請求項４に記載の送電線事故点標定方法。
前記第８ステップでは、前記事故点を決定する際に、前記想定点の可変範囲を縮小方向に可変しつつ、前記想定点の可変幅が小さくなるように可変する処理が行われることを特徴とする請求項４または５に記載の送電線事故点標定方法。