JP2016161302A

JP2016161302A - 事故点標定装置及び方法、電力系統監視システム、設備計画支援システム

Info

Publication number: JP2016161302A
Application number: JP2015037620A
Authority: JP
Inventors: 邦彦恒冨; Kunihiko Tsunetomi; 渡辺　雅浩; Masahiro Watanabe; 雅浩渡辺; 健太古川; Kenta Furukawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2015-02-27
Publication date: 2016-09-05
Also published as: WO2016136391A1; US20180011136A1; EP3264114A4; EP3264114A1

Abstract

【課題】電力系統監視システムで求めた事故点と実際の事故点の間の誤差（標定誤差）の範囲を得ることのできる事故点標定装置を提供する。
【解決手段】事故点標定装置１は、電力系統に設置されるセンサにより測定した事故前後における測定電圧値及び電流値を含むセンサ値２と、センサ値２の測定におけるセンサの誤差範囲を表すセンサ誤差３と、電力系統のインピーダンス４と、インピーダンス４の変動範囲を決定する為のインピーダンス変動パラメタ５とに基づいて、センサ値２のセンサ値範囲計算手段６及びインピーダンス４の変動範囲を求めるインピーダンス範囲計算手段７と、範囲計算手段で求めた変動範囲に基づいて、センサ値２及びインピーダンス４が取り得る値の組合せを作成する組合せ生成手段８と、組合せに基づいて前記センサから事故点までの距離を示す事故点範囲を計算する事故点標定手段９とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力系統の系統事故時における事故点を推定する事故点標定装置及び方法に関する。また、前記事故点標定装置と通信する電力系統監視システムや系統設備の設置計画支援を行う設備計画支援システムに関する。

本技術分野の背景技術として、米国特許第４３１３１６９号（特許文献１）がある。この特許には、「電力系統の故障点を事故点抵抗に影響されずに標定するため、系統の片端に設置されたセンサが、事故発生時の線路の電流，電圧を測定し、センサと事故点間の距離を測定値と系統のインピーダンスから計算する。」ことと記載されている（要約参照）。

また、「C37.114-2004 IEEE Guide for Determining Fault Location on AC Transmission and Distribution Lines」（非特許文献１）がある。この文献では、特許文献１に記載の事故点標定方式を解説している。

この非特許文献１に記載の原理を、図７に示す系統の事故点評定を例にとり説明する。系統の配電変電所２０１から、負荷２０７までのインピーダンスをZLとする。配電変電所２０１のブス２０３に、電流センサ２１０、電圧センサ２０９を設置し、事故発生前の電流Ipreを計測する。そして、事故点２０５で抵抗Rfの地絡事故、または短絡事故発生時の電流Ig、電圧Vgを計測する。このとき、ブス２０３から事故点２０５までの距離ｍは、（数１）（数２）のように求めることができる。

ただし、ΔIg*は、ΔIgの共役複素数であることを表し、Imは、式の虚数部分であることを表す。使用する電圧Vg、電流Ig, Ipreは、事故種別により異なる。１線地絡の場合は、地絡相の相電圧、相電流、を用いる。３線地絡、３線短絡、２線短絡、２線地絡の場合は、事故が発生した線の線間電圧、線間電流を使用する。

米国特許第４３１３１６９号

C37.114-2004 IEEE Guide for Determining Fault Location on AC Transmission and Distribution Lines

特許文献１に示す事故点標定方式を実装した電力系統監視システムは、事故点位置をセンサからの距離として、ある一点を求める。しかし、センサに使用される電流センサ２１０や電圧センサには誤差があるため、電力系統監視システムで求めた事故点と実際の事故点の間の誤差、すなわち、標定誤差が発生する問題がある。また、系統のインピーダンスは、系統状態によって変動する。例えば、送配電線の温度が上昇すれば、単位当たりの抵抗が増加し、系統の亘長も長くなる。この変動が、従来の事故点標定方式の標定誤差を増大させるという問題もある。

電力系統監視システムにおいて、標定誤差が大きいと、保守員が事故点を探索する時間が延びるため、停電時間が増大する。また、標定誤差の範囲が分からないと、保守員の最適な割り当てができず、保守コストが増大する。また、標定誤差を小さくするために高精度の高価なセンサを設置すると、設備コストが増大する。

上記課題を解決する為に本発明は、電力系統における事故点を推定する事故点標定装置において、前記電力系統に設置されるセンサにより測定した事故前後における測定電圧値及び電流値を含むセンサ値と、前記センサ値の測定における前記センサの誤差範囲を表すセンサ誤差と、前記電力系統のインピーダンスと、前記インピーダンスの変動範囲を決定する為のインピーダンス変動パラメタとに基づいて、前記センサ値及び前記インピーダンスの変動範囲を求める変動範囲計算手段と、前記変動範囲計算手段で求めた変動範囲に基づいて、前記センサ値及び前記インピーダンスが取り得る値の組合せを作成する組合せ作成手段と、前記組合せに基づいて前記センサから事故点までの距離を示す事故点範囲を計算する事故点標定手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、センサ誤差やインピーダンス変動があっても、故障点の存在範囲が分かるので、保守員が事故点を探索する時間を正確に見積れる効果がある。したがって、探索時間を短縮し、目標の停電時間に収めるために、最適な保守員数を割り当てることができ、保守コストを削減できる。また、発明を電力系統を監視し、設備計画を支援するシステム等に適用すれば、センサの選定段階から標定誤差を見積もれるため、最低限の誤差の低価格センサを選択し、設備コストを削減することも可能になる。

事故点標定装置１のソフトウェア構成を示す。電力系統監視システムのソフトウェア構成を示す。設備計画支援システムのソフトウェア構成を示す。事故点標定装置１のハードウェア構成を示す。電力系統監視システムのハードウェア構成を示す。設備計画支援システムのソフトウェア構成を示す。電力系統全体図を示す。インピーダンステーブルを示す。

以下、実施例を、図面を用いて説明する。

図１は、本実施例の事故点標定装置１のソフトウェア構成図の例である。図１において、センサ値２、センサ誤差３、インピーダンス４、インピーダンス変動パラメタ５は、事故点標定システム２１の入力値である。また、事故点範囲１１、判定不能フラグ１２は事故点標定装置１の出力値である。センサ値範囲計算手段６、インピーダンス範囲計算手段７、組合せ生成手段８、事故点標定手段９、判定手段１０は、本発明の処理である。まず、入力値、出力値の説明を以下に示す。

センサ値２は、図７の電圧センサ２０９で計測された事故時の電圧Vg、事故時の電流Ig、事故前の電流Ipreがある。これらの値はコントローラ２１２により系統周波数の８倍以上の周期で細かく保存され、通信、または、USBメモリなどの記録媒体を通じて、事故点標定システム２１にコピーされる。なお、コントローラ２１２では、事故時の電流Igと事故前の電流Ipreを保存するために、事故発生を検出する必要がある。この検出は、あらかじめ設定された正常電流の範囲を逸脱しているかどうかで行う。

センサ誤差３は、図７の電圧センサ２０９、電流センサ２１０の測定値と真値の差を正規化した値であり、０から１の値である。インピーダンス４は、図７でブス２０３から負荷２０７までの電力系統のインピーダンス４である。インピーダンス変動パラメタ５は、温度、または、時刻である。インピーダンス範囲計算手段７により、どちらか一方が使用される。温度の場合は、図７の温度センサ２１１により測定された、ブス２０３、または、送配電線、または、それらの周囲の温度が保存される。時刻の場合は、図５に示す、事故点標定装置１のタイマ１０３の値を用いる。

次に、本実施例の処理を、処理順に説明する。

まず、センサ値範囲計算手段６が、事故前の電流最小値Ipremin、事故前の電流最大値Ipremax、事故後の電流最小値Igmin、事故後の電流最大値Igmax、事故後の電圧最小値Vgmin、事故後の電圧最大値Vgmax、を、（数３）〜（数８）を用いて計算する。ただし、電流センサ２１０の誤差E1(0≦E1≦1)、電圧センサ２０９の誤差E2 (0≦E2≦1)とする。

最後に、求めた事故時の電流範囲[Igmin, Igmax]、事故前の電流範囲[Ipremin, Ipremax]、事故時の電圧範囲[Vgmin, Vgmax]を組合せ生成手段８に送る。

つぎに、インピーダンス範囲計算手段７が、インピーダンス最小値ZLmin、インピーダンス最大値ZLmaxを計算する。まず、インピーダンス変動パラメタ５を、温度とする実施例を考える。インピーダンスは、温度により線形に変化すると考えてよいので、気温Tのとき、ZL=f(T)で求まるとする。また、温度センサ２１１にセンサ誤差E3があるとすると、ZLmin、ZLmaxは、（数９）（数１０）のように求まる。

また、関数f(t)の代わりに、インピーダンス範囲計算手段７の内部に、図８に示すインピーダンステーブル１０９をもつ実施例も考えられる。配電線の温度は気温により左右され、気温は時刻Tにより変化するので、インピーダンステーブル１０９には、時間ごとのインピーダンス最小値ZLmin、インピーダンス最大値ZLmax保存する。実施例では１時間ごとであるが、より細かい刻み幅（たとえば１０分単位）や、より大まかな刻み幅（たとえば１カ月）でもよい。最後に、求めたインピーダンス範囲[ZLmin, ZLmax]を組合せ生成手段８に送る。

次に、組合せ生成手段８により、事故点標定手段９の入力パラメタの組合せ{事故時電流,事故前電流,事故時電圧,インピーダンス}を作成する。組合せ生成手段８は、事故時の電流範囲[Igmin, Igmax]、事故前の電流範囲[Ipremin, Ipremax]、事故時の電圧範囲[Vgmin, Vgmax]、インピーダンス範囲[ZLmin, ZLmax]より、各々１つの値を選んで組合せを作成する。本実施例では、各値の最小値、最大値の１６通りを選ぶ。より精度がよく故障区間を計算するために、閉区間を指定された数の区間に刻み、各々の値の組み合わせを作成することも可能である。最後に、作成した{事故時電流,事故前電流,事故時電圧,インピーダンス}の組合せを、全て事故点標定手段９に送る。

次に、事故点標定手段９は、事故点アルゴリズムにしたがい、ブス２０３から事故点までの距離ｍを計算する。非特許文献１に示す通り、多数の事故点アルゴリズムが対案されているが、本発明では、いずれの方式も適用可能である。本発明は、非特許文献1記載の方式を採用する。この場合、（数１）に{事故時電流Ig,事故前電流Ipre,事故時電圧Vg,インピーダンスZL}を代入すれば、距離ｍが求まる。数１を、組合せ生成手段８で求めた全組み合わせについて実行し、求まった全距離ｍを判定手段１０に送付する。

最後に、判定手段１０では、上記で求めたｍのうち、最大値と最小値を求める。本実施例では１６個のｍが求まるので、バブルソートなどを用いて、ｍの最大値と最小値を求める。これを、事故点範囲１１として出力する。また、ｍの最大値と最小値の時のインピーダンス、事故時電流、事故前電流、事故時電圧を出力してもよい。もし、事故点範囲１１のｍが、m<0または、m>1の場合、配電系統上に故障点がないことになり、異常な値といえる。この時は、インピーダンス、事故時電流、事故前電流、事故時電圧のいずれか、１つ以上が誤っている可能性がある。したがって、これを通知するため、判定不能フラグ１２を出力する。また、デバックのため、インピーダンス、事故時電流、事故前電流、事故時電圧を出力してもよい。

図４は、本実施例の事故点標定装置１のハードウェア構成図の例である。図４において、CPU１０１、RAM１０２、タイマ１０３、通信装置１０４、プログラムファイル１０７、データファイル１０６が、システムバス１０５で接続されたコンピュータにより、事故点標定システム２１を構成している。このコンピュータのCPU１０１は、プログラムファイル１０７の事故点標定システム２１を実行する。RAM１０２は、事故点標定システム２１の計算途中結果データを一旦格納するメモリである。

プログラムファイル１０７、データファイル１０６は、フラッシュなどの不揮発性メモリや磁気ディスクで構成される。プログラムファイル１０７には、CPU１０１で実行される事故点標定システム２１が格納される。事故点標定システム２１は、センサ値範囲計算手段６、インピーダンス範囲計算手段７、組合せ生成手段８、事故点標定手段９、判定手段１０より構成される。データファイル１０６には、事故点標定システム２１の入力である、センサ値２、センサ誤差３、インピーダンス４、インピーダンス変動パラメタ５が保存される。また事故点標定システム２１の出力である、事故点範囲１１、判定不能フラグ１２が保存される。通信装置１０４は、イーサネット（登録商標）、CAN、LINなどの有線ネットワークでもよいし、IEEE802.11aやZigbee（登録商標）のような無線通信でもよい。公共通信網の整備状況やコストにより選択する。

本実施例では、実施例１の事故点標定システム２１を、電力系統監視システム１３に組み込んだ時の実施例を示す。電力系統監視システム１３は、図７のように、電力系統の電圧センサ２０９や電流センサ２１０などのオンライン情報を用いて、リアルタイムに電圧、電流をモニタ１０８に表示し、事故点評定を行うシステムである。
図２は、本実施例の電力系統監視システム１３のソフトウェア構成図の例である。図２において、電圧センサ２０９、電流センサ２１０、温度センサ２１１は、電力系統監視システム１３の入力装置である。インピーダンス変動パラメタ５として、温度を使用しない場合は、温度センサ２１１は省略できる。モニタ１０８は出力装置である。通信手段１４、事故判定手段１５、事故点標定システム２１、表示手段１６は、本発明の処理である。事故点標定システム２１は、実施例１と同一処理である。まず、入力装置の説明を以下に示す。

電圧センサ２０９は事故時の電圧Vgを計測する。電流センサ２１０は、事故時の電流Ig、事故前の電流Ipreを計測する。また、温度センサ２１１は、ブス２０３、送配電線、周囲温度のいずれかを測定する。これらの値は、コントローラ２１２により系統周波数の８倍以上の周期で細かく保存され、通信を通じて、電力系統監視システム１３に送付される。

次に、本実施例の処理を、処理順に説明する。

通信手段１４は、コントローラ２１２との通信を通して、事故時の電圧Vg、事故時の電流Ig、事故前の電流Ipre、温度Tの情報を収集する。コントローラ２１２は、電圧センサ２０９、電流センサ２１０、温度センサ２１１を、系統周波数の８倍以上の周期で電流センサ２１０をポーリングし、電流が指定された範囲から逸脱していたら事故と判定し、Ig、Vgを更新する。事故が取り除かれれば、Ig,Vgを０クリアする。通信手段１４は、タイマ１０３を使い、所定の周期で常にポーリングする。

次に、事故判定手段１５により、新たな事故が発生したかどうかを判定する。コントローラ２１２では、実施例１に示しているように、事故時の電流Igと事故前の電流Ipreを保存するために、事故発生を検出しているため、この結果を用いてもよい。すなわち、事故時の電流Ig、事故時の電圧Vgが、０クリアされていなければ、事故発生と判断できる。事故が発生していれば、Vg、Ig、Ipreをセンサ値２にライトする。また、温度Tまたは現在のタイマ１０３をインピーダンス変動パラメタ５にライトする。その後、事故点標定システム２１を起動する。

次に、事故点標定システム２１が、実施例１と同一処理で、事故点範囲１１、判定不能フラグ１２を出力する。

最後に、表示手段１６が、事故点範囲１１と判定不能フラグ１２をモニタ１０８に表示する。事故点範囲１１は、ｍの数値の範囲を表示しても良いし、図７に示す系統図に図示しても良いし、地図上に図示しても良い。

図５は、本実施例の電力系統監視システム１３のハードウェア構成図の例である。図５は、実施例１の図４とほぼ同じであるが、モニタ１０８がシステムバス１０５に接続される点と、通信手段１４、事故判定手段１５、表示手段１６がプログラムファイル１０７に保存されている点が異なる。通信手段１４は通信装置１０４を通して、ネットワークに接続されるコントローラ２１２と通信できる。また、表示手段１６は、モニタ１０８に文字、画像を表示できる。

本実施例では、実施例１の事故点標定システムを、設備計画支援システム１７に組み込んだ時の実施例を示す。

設備計画支援システム１７は、電圧センサ２０９や電流センサ２１０のログなどのオフライン情報を用いて、シミュレーションにより将来の電力潮流や事故発生時の事故点標定の精度を求め、設備投資計画を支援するシステムである。

図３は、本実施例の設備計画システムのソフトウェア構成図の例である。図３において、センサ実績データ１８、ユーザ作成データ１９は、設備計画支援システム１７の入力である。モニタ１０８は出力装置である。パラメタ生成手段２０、事故点標定システム２１、表示手段１６は、本発明の処理である。事故点標定システム２１は、実施例１と同一処理である。まず、入力装置の説明を以下に示す。

センサ実績データ１８は、電圧センサ２０９、電流センサ２１０、温度センサ２１１のログである。事故点標定の精度を評価するためには、事故発生時のログを使用する。具体的には、一線地絡、二線短絡、二線地絡、三線地絡、三線短絡のときの、各相の電圧、電流を時系列順に持つ。時間の刻み幅は、系統周波数の８倍以上とる。ユーザ作成データ１９も、センサ実績データ１８と同じく、事故時の各相の電圧、電流、温度の時系列データである。ユーザ作成データ１９は、ログできなかった電圧変動や電流変動についての事故点標定の精度評価を行うために、ユーザが作成したデータである。

次に、本実施例の処理を、処理順に説明する。

パラメタ生成手段２０は、センサ実績データ１８を走査し、電流が指定された範囲を逸脱していないか判定する。逸脱している電流があれば事故発生と判定し、そのデータを、事故時の電圧Vg、事故時の電流Ig、温度Tとしてを抽出する。また、そのデータの直前の電流を、事故前の電流Ipreとして抽出する。そして、Vg、Ig、Ipreをセンサ値２にライトする。また、温度Tまたは時刻をインピーダンス変動パラメタ５にライトする。その後、事故点標定システム２１を起動する。

事故点標定システム２１、表示手段１６の処理は、実施例２と同じである。

図６は、本実施例の設備計画支援システム１７のハードウェア構成図の例である。図６は、実施例１の図４とほぼ同じであるが、モニタ１０８がシステムバス１０５に接続される点と、センサ値生成手段、表示手段１６がプログラムファイル１０７に保存されている点が異なる。表示手段１６は、モニタ１０８に文字、画像を表示できる。

１事故点標定装置
２センサ値
３センサ誤差
４インピーダンス
５インピーダンス変動パラメタ
６センサ値範囲計算手段
７インピーダンス範囲計算手段
８組合せ生成手段
９事故点標定手段
１０判定手段
１１事故点範囲
１２判定不能フラグ
１３電力系統監視システム
１４通信手段
１５事故判定手段
１６表示手段
１７設備計画支援システム
１８センサ実績データ
１９ユーザ作成データ
２０パラメタ生成手段
２１事故点標定システム
１０１ CPU
１０２ RAM
１０３タイマ
１０４通信装置
１０５システムバス
１０６データファイル
１０７プログラムファイル
１０８モニタ
１０９インピーダンステーブル
２０１配電変電所
２０２背後インピーダンス
２０３ブス
２０４ブスから事故点までのインピーダンス
２０５事故点
２０６事故点から負荷までのインピーダンス
２０７負荷
２０８事故点の抵抗
２０９電圧センサ
２１０電流センサ
２１１温度センサ
２１２コントローラ
２１３通信ネットワーク

Claims

電力系統における事故点を推定する事故点標定装置において、
前記電力系統に設置されるセンサにより測定した事故前後における測定電圧値及び電流値を含むセンサ値と、前記センサ値の測定における前記センサの誤差範囲を表すセンサ誤差と、前記電力系統のインピーダンスと、前記インピーダンスの変動範囲を決定する為のインピーダンス変動パラメタとに基づいて、前記センサ値及び前記インピーダンスの変動範囲を求める変動範囲計算手段と、
前記変動範囲計算手段で求めた変動範囲に基づいて、前記センサ値及び前記インピーダンスが取り得る値の組合せを作成する組合せ作成手段と、
前記組合せに基づいて前記センサから事故点までの距離を示す事故点範囲を計算する事故点標定手段と、
を備えることを特徴とする事故点標定装置。
請求項１記載の事故点標定装置は、
前記事故点標定手段で求めた最大の事故点距離と、最小の事故点距離の差を計算し前記事故点の範囲情報として保存する判定手段を更に備えることを特徴とする事故点標定装置。
請求項２記載の事故点標定装置において、
前記判定手段は、前記事故点範囲がフィーダの範囲外のときは、判定不能フラグを出力することを特徴とする事故点標定装置。
請求項１記載の事故点標定装置と通信する電力系統監視システムにおいて、
前記センサから事故時のセンサ値を受信し、前記センサ値を前記事故点標定装置に送信し、前記事故点標定装置から前記事故点範囲を受信し、操作画面に表示する表示部を備えることを特徴する電力系統監視システム。
請求項１記載の事故点標定装置と通信する設備計画支援システムにおいて、
前記電力系統における電流又は電圧変動、センサ精度及びインピーダンスに関する情報を保存するデータベースを備え、前記データベースから事故時の情報を受信し、前記事故点標定装置に送信し、前記事故点標定装置から前記事故点範囲を受信し、操作画面に表示する表示部を備えることを特徴する設備計画支援システム。
電力系統における事故点を推定する事故点標定方法において、
前記電力系統に設置されるセンサにより測定した事故前後における測定電圧値及び電流値を含むセンサ値と、前記センサ値の測定における前記センサの誤差範囲を表すセンサ誤差と、前記電力系統のインピーダンスと、前記インピーダンスの変動範囲を決定する為のインピーダンス変動パラメタとに基づいて、前記センサ値及び前記インピーダンスの変動範囲を求めるステップと、
前記で求めた変動範囲に基づいて、前記センサ値及び前記インピーダンスが取り得る値の組合せを作成するステップと、
前記組合せに基づいて前記センサから事故点までの距離を示す事故点範囲を計算するステップと、
を含むことを特徴とする事故点標定方法。