JP2015023633A - 保護制御システムおよびインタフェース装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の実施形態は、保護制御装置およびＭＵにおけるハード構成を軽減することが可能な保護制御システムおよびインタフェース装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の実施形態における保護制御システムは、電力系統に設置された変成器の電気量または遮断器の開閉状態を検出し、系統情報として第１のネットワークに出力するマージングユニットと、前記第１のネットワークから前記系統情報を取得し、保護対象に系統事故が発生したか否かを判断し、系統事故が発生したと判断した場合にトリップ情報を前記第１のネットワークに出力する保護制御装置と、前記第１のネットワークから、前記系統情報または前記トリップ情報を含むリレー情報を取得し、第２のネットワークを介して通信を行うインタフェース装置と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、保護制御システムおよびインタフェース装置に関する。

従来、電力系統の保護制御には保護制御装置が用いられている。この保護制御装置は、電力系統の電気量に基づいて、電力系統内に事故が発生したと判断した場合、遮断器を開放するなどの制御を行っている。

さらに近年、電力系統に設置された変流器（以下、ＣＴと呼ぶ）および計器用変圧器（以下、ＶＴと呼ぶ）の電気量をディジタル量に変換するマージングユニット（以下、ＭＵと呼ぶ）と、変換された電気量に基づいて事故の有無を判断する保護制御装置とを、プロセスバスと呼ばれるネットワークを介して接続する保護制御システムが考えられている。ここで、ＭＵは電気量を検出し、プロセスバスを介して電気量情報を保護制御装置に伝送する。

また、保護制御装置は、プロセスバスを介してＭＵから電気量情報を受信し、受信した電気量情報に基づいて保護対象区間に系統事故が発生したか否かを判断し、事故発生を検出時にトリップ指令をＭＵに対して送信する。ＭＵは保護制御装置からトリップ指令を受信した場合、接続する遮断器または開閉器を開放する。

また、これらの保護制御装置やＭＵはそれぞれ、変電所監視制御システム等の上位系のシステムとステーションバスと呼ばれるネットワークを介して接続し、各種情報をこのステーションバスを介して広域監視制御システムに送信している。また、広域監視制御システムからの制御情報もステーションバスを介して受信することによって、遠隔地に設置された広域監視制御システムからの制御指令にも対応している。

特開２００５−２７４６４号公報

従来、保護制御システムを構成する保護制御装置およびＭＵは、互いにプロセスバスを介してデータを送受信するとともに、それぞれがステーションバスを介して上位系の広域監視制御システムに接続している。そのため、保護制御装置およびＭＵにはプロセスバス、ステーションバスのそれぞれとデータを送受信するための通信部等を複数備える必要があった。

そのため、保護制御装置およびＭＵの通信部等のハード構成が増大するとともに、ネットワークケーブルの総距離が長くなることにより、コストが増大するという課題があった。

本発明の実施形態は、保護制御装置およびＭＵにおけるハード構成を軽減することが可能な保護制御システムおよびインタフェース装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態における保護制御システムは、電力系統に設置された変成器の電気量または遮断器の開閉状態を検出し、系統情報として第１のネットワークに出力するマージングユニットと、前記第１のネットワークから前記系統情報を取得し、保護対象に系統事故が発生したか否かを判断し、系統事故が発生したと判断した場合にトリップ情報を前記第１のネットワークに出力する保護制御装置と、前記第１のネットワークから、前記系統情報または前記トリップ情報を含むリレー情報を取得し、第２のネットワークを介して通信を行うインタフェース装置と、を備える。

第１の実施形態の保護制御システムおよびその周辺システムを示す構成図。 第１の実施形態のインタフェース装置１０６の機能構成を示す機能ブロック図。 第１の実施形態のインタフェース装置１０６の記憶部１１１に記憶されるリレー情報の一例を示す図。 第１の実施形態の保護制御装置１０３〜１０５の８７リレーの動作タイミングの一例を示すグラフ。 第１の実施形態の保護制御装置１０３〜１０５の８７リレーの動作タイミングの一例を示すグラフ。 第２の実施形態のインタフェース装置１０６の機能構成を示す機能ブロック図。 第２の実施形態の装置異常検出部１１４−２の動作を示すフローチャート。

本発明の実施形態の保護制御システムおよびインタフェース装置について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態の保護制御システムの構成について図１を用いて説明する。図１は、保護制御システムおよびその周辺システムを示す構成図である。

保護制御システム１００は、マージングユニット（ＭＵ）１０１、プロセスバス１０２、保護制御装置１０３〜１０５、およびインタフェース装置１０６を備える。

ＭＵ１０１は、電力系統に設置された図示しない複数の変成器（ＣＴ、ＶＴ等）の電気量を検出し、系統情報としてプロセスバス１０２に出力する。また、プロセスバス１０２からトリップ情報を受信し、トリップ条件が成立した場合に図示しない遮断器を開放するためのトリップ指令を遮断器に対して出力する。また、遮断器が開状態か閉状態かを示す遮断器開閉情報を取得し、系統情報として出力する。ここでの遮断器開閉情報は、事前に設定された一定時間ごとに出力しても良いし、状態に変化が有った場合のみ出力しても良い。

ここでのＭＵ１０１は、メタルケーブルで接続する複数の変成器からアナログ信号にて電気量情報をサンプリングし、サンプリングしたアナログ信号の電気量情報をディジタル信号に変換し、ディジタル信号の電気量情報としてプロセスバス１０２に出力している。

プロセスバス１０２は、ＭＵ１０１、保護制御装置１０３〜１０５、およびインタフェース装置１０６に接続しており、接続する機器間の相互の情報伝送を実現する。

保護制御装置１０３〜１０５は、ＣＰＵ、メモリ、等を備えるコンピュータにより構成され、プロセスバス１０２に接続する。ＭＵ１０１からプロセスバス１０２を介して受信した系統情報に基づいて、保護対象に系統事故が発生したか否かを判断する。保護対象に系統事故が発生していると判断した場合、トリップ情報をプロセスバス１０２に出力する。ここでの保護制御装置１０３、１０４、１０５は、保護対象をそれぞれ送電線、母線、変圧器とした一例を示しているが、他の機器または系統を保護対象としてもよい。

インタフェース装置１０６は、プロセスバス１０２および後述するステーションバス１０７に接続し、それぞれのネットワーク（プロセスバス１０２およびステーションバス１０７）を介して接続する機器と情報伝送を行う。このインタフェース装置１０６については、詳細な構成および動作について後述する。

また、ステーションバス１０７は、インタフェース装置１０６および変電所監視制御システム１０８に接続しており、接続する機器間の相互の情報伝送を実現する。

変電所監視制御システム１０８は、ステーションバス１０７を介してインタフェース装置１０６に接続し、ステーションバス１０７を介してインタフェース装置１０６と情報伝送を行う。

インタフェース装置１０６の構成について図２を用いて説明する。図２は、インタフェース装置１０６の機能構成を示す機能ブロック図である。

インタフェース装置１０６は、プロセスバス通信部１０９、リレー情報取得部１１０、記録部１１１、事故波形解析部１１２、表示部１１３、装置異常検出部１１４、制御情報取得部１１５、およびステーションバス通信部１１６を備える。

プロセスバス通信部１０９は、プロセスバス１０２と接続し、ネットワークインタフェースカード（ＮＩＣ）のハードウェアや、それを動作させるソフトウェアによって実現される。このプロセスバス通信部１０９は、プロセスバス１０２に接続するＭＵ１０１、保護制御装置１０３〜１０５と通信を行う。ここでの通信規格としては、ＩＥＣ６１８５０を用いてもよい。

リレー情報取得部１１０は、図示しないＣＰＵ等の演算部によって実行されるソフトウェアによって実現され、プロセスバス通信部１０９が受信したリレー情報を取得する。ここでのリレー情報とは、ＭＵ１０１が出力した系統情報や、保護制御装置１０３〜１０５が出力したトリップ情報である。取得したリレー情報は記録部１１１に記録させるとともに、ステーションバス通信部１１５に受け渡す。

記録部１１１は、ＨＤＤやＳＳＤ等の記録媒体で実現され、リレー情報取得部１１０によりリレー情報が記憶される。ここでのリレー情報は、ＭＵ１０１が出力した電気量情報および遮断器開閉情報や、保護制御装置１０３〜１０５が出力したトリップ情報を含む。このリレー情報の一例について図３を用いて説明する。

電気量情報は、変成器番号、サンプリング時刻、および電気量を含む。変成器番号とはＭＵ１０１に接続する複数の変成器に対して、固有に事前に割り振られた番号であり、サンプリング時刻とはサンプリングされた時刻であり、電気量は電流値や電圧値等の電気量である。つまり、図３（ａ）では、変成器番号が「０００１」の変成器によって、「2013/01/01 10時00分00秒00」に電気量「1mA」をサンプリングされた一例を示している。

遮断器情報は、遮断器番号、開閉状態時刻および状態を含む。遮断器番号とはＭＵ１０１にて取得した複数の遮断器に対して、固有に事前に割り振られた番号であり、開閉状態時刻とは開閉状態が判断された時刻であり、状態は遮断器が開状態か閉状態かを示す。つまり、図３（ｂ）では、遮断器番号が「０００１」の遮断器は「2013/01/01 10時00分00秒00」に「開」状態である一例を示している。

トリップ情報とは、遮断器番号、トリップ時刻を含む。遮断器番号とはＭＵ１０１にて取得した複数の遮断器に対して、固有に事前に割り振られた番号であり、トリップ時刻とは保護制御装置１０３〜１０５がトリップ信号を出力した時刻である。つまり、図３（ｃ）では、遮断器番号が「０００１」の遮断器に対して、「2013/01/01 10時00分00秒00」にトリップ信号が出力された一例を示している。

事故波形解析部１１２は、図示しないＣＰＵ等の演算部によって実行されるソフトウェアによって実現され、記録部１１１に記憶されたリレー情報に基づいて、保護制御装置１０３〜１０５が事故を検出した際（つまり、トリップ情報を出力した際）の事故波形を解析する。ここで解析する事故波形とは例えば、事故発生時における電流や電圧などの電気量の変化と、保護制御装置１０３〜１０５における各リレー要素の動作タイミングとの関係である。解析した事故波形は、表示部１１３に表示させる。

装置異常検出部１１４は、図示しないＣＰＵ等の演算部によって実行されるソフトウェアによって実現され、プロセスバス１０２に接続する装置（ＭＵ１０１、保護制御装置１０３〜１０５）の異常を検出する。

異常の検出方法としては、各装置に対してハローコールを用いて死活監視を行い、応答が無い場合に異常が発生したと判断しても良い。またその他の方法として、例えば保護制御装置１０３のみからトリップ信号が事前に設定された時間間隔未満で継続して出力する場合に保護制御装置１０３に異常が発生したと判断する方法や、ＭＵ１０１、保護制御装置１０３〜１０５の状態変化後に送出されるGoose信号を一定間隔で出力する様に設定し、その信号が来ない装置がある場合に異常が発生したと判断する方法、記録部１１１に記録されたリレー情報を参照することによって、保護制御装置１０３〜１０５からトリップ信号を受信したにもかかわらず遮断器が開極したことを示す遮断器開閉情報を受信しない場合にＭＵ１０１に異常が発生したと判断する方法がある。

また、ＭＵ１０１および保護制御装置１０３〜１０５に自装置の異常を検出する自己監視機能を備える場合には、各装置が自身の装置に異常が発生したことを検出した場合に、プロセスバス１０２に異常情報を出力する。このように各装置が自己監視機能を備える場合には、異常検出部１１４はプロセスバス通信部１０９を介して各装置の異常を検出する方法もある。

また、装置異常検出部１１４が異常を検出した場合には、ステーションバス通信部１１５に対して異常情報として出力するとともに、表示部１１３に警告を表示する。ここでの異常情報には少なくとも、異常が発生した装置に固有に割り振られた機器番号、異常が発生した時刻、および異常の種別を含む。ここでの異常の種別とは、異常発生箇所や、重故障や軽故障などの異常の程度等である。

ステーションバス通信部１１５は、ステーションバス１０７と接続し、ネットワークインタフェースカード（ＮＩＣ）のハードウェアや、それを動作させるソフトウェアによって実現される。このステーションバス通信部１１５は、ステーションバス１０７に接続する変電所監視制御システム１０８と通信を行う。

制御情報取得部１１６は、図示しないＣＰＵ等の演算部によって実行されるソフトウェアによって実現され、ステーションバス通信部１１５より制御情報を取得する。ここでの制御情報は、ステーションバス通信部１１５が変電所監視制御システム１０８よりステーションバス１０７を介して受信した遠方トリップ信号や運用設定信号である。この遠方トリップ信号は、保護制御装置１０３〜１０５が出力するトリップ信号と同様に、ＭＵ１０１に対して出力され、遠方トリップ信号を受信したＭＵ１０１はトリップ条件が成立した場合に図示しない遮断器を開放するためのトリップ指令を遮断器に対して出力する。また、運用設定信号とは、ＭＵ１０１または保護制御装置１０３〜１０５の運用設定のための情報であり、いわゆる４３制御情報（４３スイッチ）である。

本実施形態によれば、プロセスバス１０２に接続する各装置（ＭＵ１０１、保護制御装置１０３〜１０５）はそれぞれ、インタフェース装置１０６を介してステーションバス１０７に接続する変電所監視制御システム１０８と通信を行うため、各装置では通信部を複数備える必要がなく、ハード構成を簡易にすることが可能となる。さらに、各装置とステーションバス１０７と接続するためのネットワークケーブルも必要ないため、コストを抑制することが可能である。

さらに、リレー情報取得部１１０が取得したリレー情報を、ステーションバス通信部１１５を介してステーションバス１０７に出力することによって、変電所監視制御システム１０８の利用者は、ＭＵ１０１および保護制御装置１０３〜１０５により検出されたリレー情報を認識することが可能となる。

また、装置異常検出部１１４が各装置の監視を行い、異常が発生した場合にステーションバス通信部１１５を介してステーションバス１０７に異常情報を出力することで、変電所監視制御システム１０８の利用者は各装置の異常を認識することが可能となる。

さらに、制御情報取得部１１６が変電所監視制御システム１０８から出力された制御情報を取得し、プロセスバス通信部１０９を介してプロセスバス１０２に制御情報を出力することで、変電所監視制御システム１０８の利用者は各機器の制御または運用設定が可能となる。

なお、インタフェース装置１０６はプロセスバス１０２を介して、ＭＵ１０１および保護制御装置１０３〜１０５に接続しているため、事故波形解析部１１２は接続する全ての機器からリレー情報を取得する。そのため、表示部１１３には複数の保護制御装置１０３〜１０５の事故波形を並べて表示することで、利用者は各々の保護制御装置１０３〜１０５における各リレー要素の動作タイミングの比較が可能となる。ここで、表示部１１３に表示させる事故波形の一例を図４に示す。

図４（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、保護制御装置１０３〜１０５の８７リレーの動作タイミングを示し、複数のグラフにおける横軸の時刻が縦にそろえて１画面にて表示されている。つまり、例えば図４（ａ）の「10時00分00秒00」と図４（ｂ）および図４（ｃ）の「10時00分00秒00」は縦にそろえて表示されている。このように複数の保護制御装置１０３〜１０５におけるリレー要素の動作タイミングを、時刻をそろえて１画面にて表示させることによって、利用者は動作タイミングの比較が容易となる。また同様に、図５に示す様に複数の保護制御装置１０３〜１０５の各８７リレー要素の動作タイミングを、横軸共通のグラフとして１画面に表示させることによって、利用者は動作タイミングの比較が容易となる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態における保護制御システムについて図６〜図７を用いて説明する。第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、説明は省略する。図６は、インタフェース装置１０６の機能構成を示す機能ブロック図である。第１の実施形態と異なる点は、装置異常検出部１１４に代えて装置異常検出部１１４−２を備える点である。

第１の実施形態のインタフェース装置１０６における装置異常検出部１１４は、（ＭＵ１０１、保護制御装置１０３〜１０５）の異常を検出した場合は一律にステーションバス通信部１１５に対して異常情報を出力していたが、本実施形態の装置異常検出部１１４−２では検出した異常の種別によって、異常情報の出力の有無を変更するとともに、表示部に警告を表示させている。

このように装置異常の種別に応じて異常検出後の動作を変更する本実施形態の作用について図６を用いて説明する。図６は、異常の種別を重故障や軽故障の２種別に分類した場合の、装置異常検出部１１４の動作を示すフローチャートを示し、下記ステップを備える。

・プロセスバス１０２に接続する装置の異常を検出したか否かを判断するステップ（Ｓ６１）。

・異常を検出したか否かを判断するステップ（Ｓ６１）において、異常を検出したと判断した場合（Ｓ６１のＹＥＳ）、検出した異常の種別が重故障か否かを判断するステップ（Ｓ６２）。

・異常の種別が重故障か否かを判断するステップ（Ｓ６２）において、重故障であると判断した場合（Ｓ６２のＹＥＳ）、ステーションバス通信部１１５に異常情報を出力するステップ（Ｓ６３）。

・異常の種別が重故障か否かを判断するステップ（Ｓ６２）において、重故障ではないと判断した場合（Ｓ６２のＮＯ）またはステーションバス通信部１１５に異常情報を出力するステップ（Ｓ６３）の後、表示部１１３に異常が発生した旨の警告を表示させるステップ（Ｓ６４）。

ここで、異常を検出したか否かを判断するステップ（Ｓ６１）において、異常を検出していないと判断した場合（Ｓ６１のＮＯ）や、表示部１１３に警告を表示させるステップ（Ｓ６４）の後は、フローを終了する。

本実施形態によれば、第１の実施形態で得られる効果に加えて、ステーションバス通信部１１５に異常情報を出力するか否かを装置異常の種別に応じて決定することで、ステーションバス１０７のトラフィックを減少させることが可能となる。また、ステーションバス１０７に接続する変電所監視制御システム１０８の利用者にとっては、軽故障等の軽微な故障については不要な通知を受けることが無いため容易な運用が可能となる。

本発明に係る第１および第２の実施形態によれば、保護制御装置およびＭＵにおけるハード構成を軽減することが可能な保護制御システムおよびインタフェース装置を提供することが可能となる。

以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００…保護制御システム
１０１…マージングユニット（ＭＵ）
１０２…プロセスバス
１０３、１０４、１０５…保護制御装置
１０６…インタフェース装置
１０７…ステーションバス
１０８…変電所監視制御システム
１０９…プロセスバス通信部
１１０…リレー情報取得部
１１１…記憶部
１１２…事故波形解析部
１１３…表示部
１１４、１１４−２…装置異常検出部
１１５…ステーションバス通信部
１１６…制御情報取得部

Claims (8)

1. 電力系統に設置された変成器の電気量または遮断器の開閉状態を検出し、系統情報として第１のネットワークに出力するマージングユニットと、
   前記第１のネットワークから前記系統情報を取得し、保護対象に系統事故が発生したか否かを判断し、系統事故が発生したと判断した場合にトリップ情報を前記第１のネットワークに出力する保護制御装置と、
   前記第１のネットワークから、前記系統情報または前記トリップ情報を含むリレー情報を取得し、第２のネットワークを介して通信を行うインタフェース装置と、
   を備える保護制御システム。
2. 前記インタフェース装置は、前記第１のネットワークを介して取得したリレー情報を前記第２のネットワークに出力する
   請求項１に記載の保護制御システム。
3. 前記インタフェース装置は、前記第１のネットワークを介して取得した前記リレー情報に基づいて、事故発生時における電気量の変化と前記保護制御装置おける各リレー要素の動作タイミングとの関係を示す事故波形を解析し、表示部に表示させる
   請求項２に記載の保護制御システム。
4. 前記保護制御装置を複数備え、
   前記インタフェース装置は、複数の前記保護制御装置のリレー要素の動作タイミングの時刻をそろえて１画面にて表示させる
   請求項３に記載の保護制御システム。
5. 前記インタフェース装置は、前記第１のネットワークを介して前記マージングユニットおよび前記保護制御装置の異常を検出し、検出した異常を示す異常情報を前記第２のネットワークに出力する
   請求項１乃至４の何れか１項に記載の保護制御システム。
6. 前記インタフェース装置は、検出した異常の種別が予め設定された種別である場合に前記異常情報を出力する
   請求項５に記載の保護制御システム。
7. 前記インタフェース装置は、前記第２のネットワークから前記マージングユニットまたは前記保護制御装置を制御する制御情報を取得し、取得した前記制御情報を前記第１のネットワークに出力する
   請求項１乃至６の何れか１項に記載の保護制御システム。
8. 第１のネットワークに接続するマージングユニットおよび保護制御装置と通信を行う第１のネットワーク通信部と、
   電力系統に設置された変成器の電気量または遮断器の開閉状態を示す系統情報と、保護対象に系統事故が発生したと判断されたことを示すトリップ情報とを、前記第１のネットワーク通信部を介して取得するリレー情報取得部と、
   第２のネットワークに接続する装置と通信を行う第２のネットワーク通信部と、
   を備えるインタフェース装置。

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