JP2016224050A - 直流配電システムの故障位置特定 - Google Patents

Abstract

【課題】直流配電システム内の故障位置特定のための特有のシステム、方法、技術および装置が開示される。
【解決手段】１つの例示的実施形態は、複数のゾーンを具える直流配電システムであり、各ゾーンは、直流配電線および保護装置を含む。各保護装置は、線路の１つ以上の電気特性を検出し、その線路を含む回路を制御可能に開放するように構築される。少なくとも１つのインテリジェントな電子装置は、保護装置の１つ以上によって検出される電気特性に基づき、線路インダクタンスを決定し、決定された線路インダクタンスに基づき、線路故障の位置を評価するように構築される。
【選択図】図２

Description

本発明は、概して、直流配電網と称されることもある直流配電システムの故障位置特定に関するものである。パワー・エレクトロニクス・スイッチのエネルギーおよび電力密度の近年の改良により、直流配電システムの開発が促進されてきた。直流配電システムの故障位置特定における現在の取り組みには、多くの欠点および不利な点が存在する。既存の提案では、故障電流抑制（ＦＣＬ）機能を効果的に実施することができず、直流配電システム内の機器または直流配電システムに結合された機器、および、直流配電システム自体の高い故障電流の悪影響を低減することができない。故障位置の特定、故障保護の速度、広範囲の保護システムゾーン、信頼性、通信遅延の最小化、故障状態および故障特性の局所測定に関する満たされていない要求が存在する。さらに、保護選択性の強化、故障の影響領域の最小化、正確な故障位置の特定、機器費用の低減、故障電流の減少、故障後の過電圧の減少および高速の故障保護に関する要求も満たされていない。本願明細書において開示される特有の装置、方法、システムおよび技術に対する重大な要求が存在している。

以下、本発明の非限定的な例示的実施形態、本発明の製造および使用の態様および方法を、明確に、簡潔にかつ正確に記載するために、および、本発明の製造および使用を実行可能にするために、図面に示される実施形態を含む特定の例示的実施形態を参照し、特定の用語を用いて本発明を説明する。しかしながら、これにより、本発明の範囲が制限されることはなく、本発明は、本発明の利点を有した状態で、当業者がなしうる変更、修正および例示的実施形態のさらなる応用を含み、保護すると理解されたい。

要約
例示的実施形態は、直流配電システムのための特有の故障位置特定システム、方法、技術および装置を含む。本発明のさらなる実施形態、形態、対象、特徴、利点、態様および利益は、以下の説明および図面から明らかになる。

例示的な直流配電システムを示す。 他の例示的な直流配電システムを示す。 直流配電システムにおいて、距離に対するインダクタンス値を示すグラフを示す。 保護装置と短絡故障との間の例示的な等価回路を示す。 例示的なインダクタンス決定プロセスを示す。

図１には、例示的な直流配電システム１００が示される。図示の実施形態では、直流配電システム１００は、コンバータ・ベースの密結合直流配電システムとして構築される。他の実施形態では、システム１００は、他のタイプの直流配電システムとして構築可能である。システム１００が様々な用途、例えば、数例を挙げると、海軍艦艇、船舶、陸上車両、建設機器、採掘装置、航空機、工場、製造施設、他の産業施設、データセンタおよびサーバファームの配電システムにおいて実施可能であると認識されたい。

直流配電システム１００は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０７を含み、このＡＣ／ＤＣコンバータ１０７は、送電線または発電源（図示せず）から交流電力を受け取り、交流電力を直流電力に変換し、直流電力を直流配電システム１００に供給するように構築される。システム１００は、複数の保護ゾーン１０１、１０２、１０３および負荷ゾーン１０４、１０５を含む。ＡＣ／ＤＣコンバータ１０７は、保護ゾーン１０１に動作可能に結合され、保護ゾーン１０１は、直流配電線１１３と、配電線１１３に動作可能に結合される局所的保護装置１１１と、を含む。

特定の実施形態では、局所的保護装置１１１は、制御可能な回路開放装置、例えば、ブレーカ、リレー、接触器または局所的保護装置１１１を含む回路を開閉可能な他の装置を含む。特定の実施形態では、局所的保護装置１１１は、局所的保護装置１１１が結合される配電線１１３に関連付けられた１つ以上の電気特性を検出するように構築された装置または機器、例えば、電流センサおよび／または電圧センサを含む。特定の実施形態では、局所的保護装置１１１は、１つ以上のインテリジェントな電子装置、例えば、局所的保護装置１１１のセンサーエレクトロニクスによって検出される電気特性の情報を受信および処理するように構築されるマイクロコントローラ・ベースの制御ユニットを含む。特定の実施形態では、インテリジェントな電子装置は、局所的保護装置１１１の遠隔に存在してもよく、および／または、複数の局所的保護装置に動作可能に結合されていてもよい。特定の実施形態では、各局所的保護装置１１１は、専用の関連するインテリジェントな電子装置を含むことができる。上述した特徴の一部または全部が本願明細書において開示される他の保護装置において存在可能であると認識されたい。特定の実施形態では、１つ以上のインテリジェントな電子装置は、後述する計算の一部もしくは全部を実行し、命令信号を受信し、および／または、命令信号を送信することができる。

ゾーン境界１２は、保護ゾーン１０１と保護ゾーン１０２との間の境界を定める。保護ゾーン１０２は、局所的保護装置１２１および１２２にそれぞれ結合される線路１２３および１２４を含む。線路１２３および１２４は、例えば、共通ノードを介してまたは直流バスを介して互いにもまた結合される。局所的保護装置１２１および１２２が、局所的保護装置１１１に関連して上述した構造的特徴および機能的特徴の一部または全部を含むことができると認識されたい。

ゾーン境界２３は、保護ゾーン１０２と保護ゾーン１０３との間の境界を定める。保護ゾーン１０３は、局所的保護装置１３１および１３２にそれぞれ動作可能に結合される線路１３３および１３４を含む。線路１３３および１３４は、例えば、共通ノードを介してまたは直流バスを介して互いにもまた結合される。局所的保護装置１３１および１３２が、局所的保護装置１１１に関連して上述した構造的特徴および機能的特徴の一部または全部を含むことができると認識されたい。

保護ゾーン１０３は、負荷ゾーン１０４に結合される。保護ゾーン１０６は、負荷ゾーン１０５に結合される。より具体的には、線路１３３は、負荷１４１〜１４４を含む負荷ゾーン１０４に結合され、負荷１４１〜１４４は、それぞれ、局所的保護装置１４５〜１４８を経由して線路１３３に結合される。線路１３４は、負荷ゾーン１０５に動作可能に結合され、負荷ゾーン１０５は、負荷１５１〜１５４および局所的保護装置１５５〜１５８を含む。負荷１５１〜１５４は、それぞれ、局所的保護装置１５５〜１５８を経由して線路１３４に接続される。各負荷１５１〜１５４、１４１〜１４４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）によって給電可能である、または、各負荷が結合される直流線路または直流バスによって直接駆動可能である。

図示の実施形態では、システム１００は、コンバータ・ベースの密結合直流配電システムである。他の実施形態では、システム１００は、様々な他のタイプの直流配電システムとして構築可能である。

図２には、直流配電システム２００が示される。システム２００とその特徴およびコンポーネントとが、システム１００に関連して上述した構造的および機能的な特徴および属性の一部または全部を含むことができると認識されたい。システム２００は、４つのゾーン２１０、２２０、２３０および２４０を含む。ゾーン２１０は、線路２１３および局所的保護装置２１１を含み、部分的に隣接するゾーン２２０を定めるゾーン境界２１２によって部分的に定められる。局所的保護装置２１１は、線路２１３に動作可能に結合され、線路２１３は、直流電力を、直流送電システム、ＡＣ／ＤＣコンバータおよび／またはＤＣ／ＤＣコンバータから受け取ることができ、直流送電システム、ＡＣ／ＤＣコンバータおよび／またはＤＣ／ＤＣコンバータは、適用できる場合には、次に、発電または送電システムに結合されうる。説明を明確にするために、これらの特徴は図２に表されていないが、これらの特徴の様々な構成および組み合わせが考えられると認識されたい。

ゾーン２２０は、ゾーン境界２１２および２２３によって境界されている。ゾーン２２０は、局所的保護装置２２２と、線路２２４と、局所的保護装置２２２および線路２２４の同一線上に配置されるインダクタ２２１と、を含む。図示の実施形態では、局所的保護装置２２２およびインダクタ２２１は、線路２２４に直列関係で動作可能に結合されているが、他の動作結合関係も考えられると認識されたい。さらに、本願明細書において開示される原則に従って、他のタイプの機能的に等価なインダクタンスに影響する装置を利用して、線路インダクタンスを調整できると認識されたい。さらに、この種の潜在的な変更もまた、本願明細書において開示される他のインダクタのために利用できると認識されたい。ゾーン２２０は、ゾーン２１０および２３０に隣接し、かつ、ゾーン２１０および２３０に動作可能に結合される。

ゾーン２３０は、ゾーン境界２２３によって部分的に境界されている。ゾーン２３０は、局所的保護装置２３１、線路２３３およびインダクタ２３２を含む。図示の実施形態では、局所的保護装置２３１およびインダクタ２３２は、線路２３３に直列関係で動作可能に結合されているが、他の動作結合関係も考えられると認識されたい。

負荷ゾーン２４０は、局所的保護装置２４１、インダクタ２４２および負荷２４５を含む。負荷２４５は、局所的保護装置２４１およびインダクタ２４２を経由してゾーン２３０の線路２３３に動作可能に結合される。図示の実施形態では、局所的保護装置２４１およびインダクタ２４２は、線路２３３に直列関係で動作可能に結合されているが、他の動作結合関係も考えられると認識されたい。

図２を引き続き参照すると、インダクタ２２１、２３２および２４２が、ゾーン２１０、２２０、２３０および２４０を区切る境界にまたは境界の近傍に設けられていることを認識されたい。特定の好適形態では、インダクタは、ゾーン境界にできるだけ近接して配置し、隣接するゾーンの局所的保護装置の動作に悪影響を与えないように選択される。ゾーン境界のインダクタンス（の差）は、十分大きく、以下、本願明細書において詳述するように、測定誤差によって生ずる隣接した保護ゾーンの重なりを克服することが好ましい。例えば、全ての推定された測定誤差が、計算されたインダクタンスの１０％以下の誤差に関与する場合、ゾーン境界のインダクタンス（の差）は、誤差範囲を加えたインダクタンスの１０％以下にするべきである。特定の実施形態では、ゾーン境界のインダクタンス（の差）は、十分大きいため、異なる配電線を識別する。特定の好適形態では、インダクタ２２１、２３２および２４２のインダクタンスがシステム等価インダクタンスよりはるかに小さいため、システム２００の通常動作にほとんどあるいは全く影響を及ぼさないとさらに認識されたい。

図３のグラフ３０１にはインダクタ２４２をゾーン２４０に追加する前の、グラフ３０２にはインダクタ２４２をゾーン２４０に追加した後の、通常動作の間、システム２００の複数の保護装置において観察可能なインダクタンス値が示される。インダクタンス値は、ゾーン２１０のインダクタンス３１０と、ゾーン２２０のインダクタンス３２０と、ゾーン２３０のインダクタンス３３０と、ゾーン２４０のインダクタンス３４０と、を含む。インダクタンス３１０、３２０、３３０および３４０は、システム２００が故障なしの通常動作の間、システム２００がオンラインであるとき、局所的保護装置２１１、２２２、２３１および２４１によってそれぞれ決定可能なインダクタンスを表す。

保護装置２１１、２２２、２３１および２４１は、１つ以上の保護ゾーンを保護することができる。故障、例えば、線路間の短絡故障、線路とグラウンドとの間の故障または他のタイプの故障がシステム２００で発生すると、システム２００に結合可能な１つ以上のコンバータの故障電流抑制（ＦＣＬ）機能が開始されうる。通信遅延および固有のＦＣＬ制御時定数のため、故障電流は、通常、一定値に制限される前の所定の時間の間は制御されない。制御されない期間の一時的な電圧および電流は、局所的保護装置２１１、２２２、２３１および２４１によって測定可能である。測定された電圧および電流を用いて、保護装置と故障位置との間のインダクタンスを決定することができる。誘導インダクタンスが所定のゾーンのための既知の線路インダクタンスより小さい場合、故障はその保護ゾーン内に存在し、対応する保護装置は、故障部分を分離するために開放する。直流配電システムの残りの部分は、通常動作を続けることができる。これらの動作は、システム２００に結合されたコンバータのＦＣＬ機能によって定常状態流を達成するのに必要な時間の前に行うことができる。これは、冗長な保護方式またはコンバータ・ベースのＦＣＬ機能の除去を可能にする。このインダクタンス・ベースの故障位置特定技術を用いて、直流配電システムの迅速かつ選択的な保護方式を容易に達成することができる。

グラフ３０２に関連した回路構成では、誘導インダクタンス値を用いて、測定誤差さえも考慮して、システム２００の大部分のゾーン内の故障を示すことができる。ゾーン２１０、２２０および２３０の故障インダクタンス３１１、３２１および３３１（通常の、故障なしのインダクタンス３１０、３２０および３３０より低い）が隣接するゾーンに及ばない、すなわち重ならないため、これは達成可能である。しかしながら、インダクタ２２１、２３２、２４２が存在しない場合、これは、ゾーン２２０、２３０および２４０には当てはまらない（ゾーン２２０、２３０および２４０内の故障を示すことはできない）。（グラフ３０１では）測定誤差に起因して、これらのゾーンのインダクタンス間には重なりが存在するため、隣接した２つのゾーンの故障を確実に区別することができない。グラフ３０２に示すように、インダクタ２４２をゾーン２４０に追加することにより、故障なしのインダクタンス３４３はオフセットされ（上昇し）、故障ありのインダクタンス３４５もオフセットされるので、この重なりは減少する。追加されたインダクタンスの量は、オフセット・インダクタンス３４２によって表される。同様のオフセットは、ゾーン２２０および２３０についても生ずる（グラフ３０１と比べて、グラフ３０２では、３２０、３２１、３３０、３３１も同様にオフセットされている）。インダクタンスを追加した後、ゾーン２１０、２２０、２３０および２４０のいずれかの故障の位置は、独自に区別可能である。特定の実施形態では、隣接したゾーンの間の故障を区別するだけでなく、保護ゾーンの全範囲の故障位置特定の精度を増加させるために、インダクタの挿入を各保護ゾーンに拡張できるとさらに認識されたい。類似の方法を利用して、直流配電システムの他の保護ゾーンのためのインダクタまたは他のインピーダンスを変更するコンポーネントのパラメータおよび位置を選択可能であると認識されたい。

図４には、保護装置と短絡故障との間のシステム１００またはシステム２００の一部を表す等価回路４００が示される。等価回路４００は、線路抵抗Ｒ、線路インダクタンスＬおよび故障抵抗Ｒ_Ｆを含む。

等価回路４００の状態空間方程式は、式（１）によって表される。

電圧、電流およびｄｉ／ｄｔは、異なる時間ステップでサンプリングまたは計算される。（Ｒ＋Ｒ_Ｆ）およびＬは、複数の時点でサンプリングされたデータから、例えば最小二乗法を用いて推定可能である。サンプリング時点Ｎの電圧は、式（２）によって表される。

Ｎはサンプリング・インデックスであり、サンプリング・レートはナイキスト・シャノンのサンプリング定理に従ってできるだけ小さく選択可能である。

最小二乗法に基づいて、未知のパラメータＬおよび（Ｒ＋Ｒ_Ｆ）は、式（３）（４）によって決定可能である。

少なくとも２つのサンプルは、パラメータＬおよび（Ｒ＋Ｒ_Ｆ）を特定するのに好ましい。特定の実施形態では、オンライン移動ウィンドウ最小二乗法を実行し、保護装置から故障までの等価インダクタンスを特定する。移動ウィンドウのためのサンプル数は、ユーザによって定義される。本願明細書において開示される１つ以上のインテリジェントな電子装置が、前述の式および技術に従ってインダクタンスの計算または決定を実行するように構成可能であると認識されたい。

図５には、インダクタンス値を計算するために、インテリジェントな電子装置によって実行される例示的な処理５００が示される。方法５００は、一般に、故障検出および故障位置特定の機能を含む。方法５００は、本願明細書において開示されるインテリジェントな電子装置の１つ以上において、全体的あるいは部分的に実施可能である。特定の形態では、故障検出および故障位置特定の機能は、別々のインテリジェントな電子装置によって実行可能である。特定の形態では、両方の機能は、同一のインテリジェントな電子装置によって実行可能である。さらにまた、上述したように、本願明細書において開示されるインテリジェントな電子装置は、それぞれの局所的保護装置の専用にすることもできるし、または、複数の局所的保護装置のために機能するように構築することもできる。

方法５００は、開始動作５０１から始まり、故障が存在するか否かについて評価する条件５０３に進む。条件５０３は、線間電圧、対地電圧、線電流または線電流の時間変化率のために決められる制限、閾値またはトリガ点のような様々な技術を用いて、この評価を実行することができる。故障が検出されない場合、方法５００は動作５０５に進み、動作５０５によって、方法５００は次の時間間隔に進み、条件５０３に戻る。条件５０３が故障状態を検出する場合、方法５００は動作５０７に進み、カウンタ値ｋをゼロに設定する。

動作５０７の後、方法５００は動作５１１に進み、インテリジェントな電子装置は、電圧、電流およびｄｉ／ｄｔの測定値を受け取る。ここで、ｄｉ／ｄｔは、インテリジェントな電子装置によって線電流測定情報に基づいて計算されるか、または、独立に決定され、インテリジェントな電子装置に与えられる。

動作５１１の後、方法５００は条件５１３に進み、カウンタ値ｋがユーザ定義のカウンタ閾値Ｍ未満か否かを評価する。カウンタ値ｋがユーザ定義の値Ｍ未満の場合、方法５００は動作５１７に進み、上述の式（３）の行列ＡおよびＢを、ｋ個の全てのサンプルを用いて計算または決定する。カウンタ値ｋがユーザ定義の値Ｍ以上の場合、論理は動作５１５に進み、上述の式（３）の行列ＡおよびＢを、Ｍ個の最近のサンプルを用いて計算または決定する。

動作５１５または５１７の後、方法５００は動作５１９に進み、線路インダクタンスＬおよび選択的に線路抵抗と故障抵抗との和（Ｒ＋Ｒ_Ｆ）を、上述の式（４）および行列Ａ、Ｂを用いて計算する。動作５１９の後、方法５００は条件５２０に進み、計算された線路インダクタンスＬを、通常の故障なしの線路インダクタンスＬｔｈと比較する。計算されたインダクタンスＬが故障なしの線路インダクタンスＬｔｈ未満の場合、方法５００は動作５２２に進み、トリップ信号を送信し、保護装置を開放し、方法５００を終了する終了動作５２５に進む。計算されたインダクタンスＬが故障なしの線路インダクタンスＬｔｈ以上の場合、方法５００は条件５２１に進み、動作５１１において開始する方法５００の継続時間ｔを、ユーザ定義の値Ｔｍａｘと比較する。継続時間ｔがＴｍａｘ未満の場合、方法５００は動作５２３に進み、カウンタ値ｋを１だけ増加した後、動作５１１に進む。時間期間ｔがＴｍａｘ以上の場合、論理は終了動作５２５に進み、方法５００を終了し、方法５００が後に再開されるのを可能にする。

上述したように、方法５００は、本願明細書において開示されるような１つ以上のインテリジェントな電子装置において実施可能である。特定の実施形態では、各々特定の保護ゾーンに対応する複数のインテリジェントな電子装置は、方法５００を各ゾーンのそれぞれの位置で実行することができる。特定の実施形態では、１つ以上の中央またはクラスタのインテリジェントな電子装置は、方法５００を複数の保護ゾーンの１つの位置で実行することができる。方法５００に対する多くの変形および変更が考えられ、例えば、方法５００の１つ以上の態様の省略、インダクタンスの計算の変更、さらなる条件および動作の追加、および／または、動作および条件の別々の方法への再編または分離が考えられるとさらに認識されたい。

以下、多くの更なる例示的実施形態を記載する。一実施形態は、直流配電システムであり、この直流配電システムは、複数の直流配電ゾーンと、少なくとも１つのインテリジェントな電子装置と、少なくとも１つのインダクタと、を具え、複数の直流配電ゾーンは、１つ以上のゾーン境界によって境界され、ゾーンの各々は、少なくとも１つの直流配電線と、直流配電線に動作可能に結合される少なくとも１つの保護装置と、を含み、各保護装置は、各保護装置が動作可能に結合される直流配電線に関連付けられた１つ以上の電気特性を検出し、線路故障の検出および位置に基づき、直流配電線を含む回路を制御可能に開放するように構築され、少なくとも１つのインテリジェントな電子装置は、保護装置の１つ以上によって検出される１つ以上の電気特性に基づき、１つ以上の線路インダクタンス値を決定し、決定された線路インダクタンス値に基づき、線路故障の位置を評価するように構築され、少なくとも１つのインダクタは、複数のゾーンの１つのゾーンの直流配電線路に結合され、インダクタは、故障が存在しない複数のゾーンの各々のゾーンの線路インダクタンスの大きさが異なるようなインダクタンス値を有し、少なくとも１つのインテリジェントな電子装置によって線路故障の間に決定される線路インダクタンス値は、複数の直流配電ゾーンの１つを、線路故障を含むとして独自に識別する。

例示的システムの特定の形態では、インテリジェントな電子装置は、１つ以上の電気特性のサンプル数に基づき、線形回帰分析を用いて、線路インダクタンスを決定するように構築されている。特定の形態では、線路インダクタンスを決定するのに用いられるサンプル数は、線路故障の検出後の第１の時間間隔までに取得された総サンプルの数と、第２の時間間隔までの最近のサンプルの所定数と、のうちの１つである。特定の形態では、１つ以上の電気特性は、線間電圧、対地電圧、線電流および線電流の一次導関数を具える。特定の形態では、線路インダクタンスは、複数の線間電圧値または対地電圧値を含む第１の行列および複数の線電流値および線電流値の複数の一次導関数を含む第２の行列に基づいて決定される。特定の形態は、複数のインテリジェントな電子装置をさらに具え、インテリジェントな電子装置の各々は、それぞれの保護装置に関連付けられている。特定の形態では、直流配電システムは、コンバータ・ベースの密結合直流配電システムである。

１つの例示的実施形態は、直流配電網の故障位置を特定する方法であって、方法は、直流配電網の複数の保護ゾーンを定めるステップと、直流配電網内の故障を検出するステップと、故障を検出した後に、直流配電網の保護ゾーンの各保護ゾーンの１つ以上の電気特性をサンプリングするステップと、各々がそれぞれの保護ゾーンに関連付けられた複数の線路インダクタンス値を決定するステップと、決定された線路インダクタンス値に基づき、故障が保護ゾーンの１つの保護ゾーン内にあるとして位置を特定するステップと、を含む。

例示的方法の特定の形態では、１つ以上の電気特性は、電圧、電流および電流の時間変化率を具える。特定の形態では、１つ以上の電気特性をサンプリングするステップを、直流配電網がオンラインの間に行う。特定の形態では、故障の位置を特定するステップは、決定された線路インダクタンス値を、対応する所定のインダクタンス閾値に対して評価するステップを含む。特定の形態では、所定のインダクタンス閾値は、故障なしの動作状態でのそれぞれの保護ゾーンのインダクタンスに、誤差範囲を加えたものに基づく。特定の形態では、少なくとも１つの保護ゾーンは、インダクタを含み、インダクタのインダクタンス値は、故障が存在しない複数のゾーンの各々のゾーンの線路インダクタンスの大きさが異なるように選択され、線路故障の間に決定される線路インダクタンス値は、複数の直流配電ゾーンの特定の１つを、故障を含むとして独自に識別する。特定の形態では、線路インダクタンス値は、複数の線間電圧または対地電圧のサンプル値を含む第１の行列および複数の線電流サンプル値および線電流サンプル値の複数の一次導関数を含む第２の行列に基づいて決定される。

１つの例示的実施形態は、１つ以上の境界によって境界されている、直流配電システムの複数の保護ゾーンをモニタし、故障なしのインダクタンス値を、各保護ゾーンのために格納し、値は、直流配電システムの故障なしの動作の間のインダクタンス値を表し、複数の局所的保護装置で検出可能であり、複数の局所的保護装置の各々は、それぞれの保護ゾーンに関連付けられ、直流配電システム内の故障を検出し、局所的保護装置の１つ以上によって検出される１つ以上の電気特性の情報を用いて、故障状態のインダクタンス値を計算し、計算された故障状態のインダクタンス値および故障なしのインダクタンス値に基づき、保護ゾーンのどれが故障を含むのかを決定する、方法である。

例示的方法の特定の形態は、保護ゾーンのどれが故障を含むのかを決定した後に、故障を含む保護ゾーンの局所的保護装置に、局所的保護装置を含む回路を開放するための命令を送信する。特定の形態では、故障を検出することは、電流閾値を超える電流値、電圧閾値を超える電圧値および電流の時間変化率の閾値を超える電流の時間変化率の値のうちの１つ以上に基づく。特定の形態では、インダクタンス値を計算することは、複数の検出された電圧値、複数の検出された電流値および複数の電流の時間変化率の値に基づく。特定の形態では、インダクタンス値を計算することは、複数の検出された電圧値、複数の検出された電流値および複数の電流の時間変化率の値を利用している線形回帰に基づく。特定の形態では、局所的保護装置の各々は、インテリジェントな電子機器を含み、インテリジェントな電子機器は、そのそれぞれの保護ゾーンのインダクタンスを計算する。

本発明は、図面および上述の説明において図示および詳細に記載されているが、この記載は例示であり、特徴を限定するものではなく、特定の例示的実施形態のみが説明され、本発明の精神の範囲内の全ての変更および修正が保護されることが望ましいと理解されたい。本明細書において使用されている「好ましい」「好適」等の用語は、そのように記載されている特徴がより望ましいことを表しているが、この特徴が必須なわけではなく、この特徴を欠いた実施形態が、本発明の範囲内であるとみなすこともでき、本発明の範囲は、以下の請求項によって定義されていると理解されたい。請求項において、「１つ」「少なくとも１つ」または「少なくとも一部分」という用語が用いられている場合、明示的に１つと記載されていない限り、ただ１つの特徴事項のみに制限することを意図していない。「少なくとも一部分」および／または「一部分」という用語が用いられている場合、明示的に「一部分」と記載されていない限り、特徴事項は一部分および／または全体を含みうる。

Claims (20)

1. 複数の直流配電ゾーンと、少なくとも１つのインテリジェントな電子装置と、少なくとも１つのインダクタと、を具える直流配電システムであって、
   前記複数の直流配電ゾーンは、１つ以上のゾーン境界によって境界され、前記ゾーンの各々は、少なくとも１つの直流配電線と、前記直流配電線に動作可能に結合される少なくとも１つの保護装置と、を含み、各保護装置は、各保護装置が動作可能に結合される前記直流配電線に関連付けられた１つ以上の電気特性を検出し、線路故障の検出および位置に基づき、前記直流配電線を含む回路を制御可能に開放するように構築され、
   前記少なくとも１つのインテリジェントな電子装置は、前記保護装置の１つ以上によって検出される前記１つ以上の電気特性に基づき、１つ以上の線路インダクタンス値を決定し、前記決定された線路インダクタンス値に基づき、前記線路故障の位置を評価するように構築され、
   前記少なくとも１つのインダクタは、前記複数のゾーンの１つのゾーンの直流配電線路に結合され、前記インダクタは、故障が存在しない前記複数のゾーンの各々のゾーンの線路インダクタンスの大きさが異なるようなインダクタンス値を有し、前記少なくとも１つのインテリジェントな電子装置によって線路故障の間に決定される前記線路インダクタンス値は、前記複数の直流配電ゾーンの１つを、前記線路故障を含むとして独自に識別する、
   直流配電システム。
2. 前記インテリジェントな電子装置は、前記１つ以上の電気特性のサンプル数に基づき、線形回帰分析を用いて、線路インダクタンスを決定するように構築されている、
   請求項１に記載のシステム。
3. 線路インダクタンスを決定するのに用いられる前記サンプル数は、前記線路故障の検出後の第１の時間間隔までに取得された総サンプルの数と、第２の時間間隔までの最近のサンプルの所定数と、のうちの１つである、
   請求項２に記載のシステム。
4. 前記１つ以上の電気特性は、線間電圧、対地電圧、線電流および線電流の一次導関数を具える、
   請求項１に記載のシステム。
5. 前記線路インダクタンスは、複数の線間電圧値または対地電圧値を含む第１の行列および複数の線電流値および線電流値の複数の一次導関数を含む第２の行列に基づいて決定される、
   請求項４に記載のシステム。
6. 前記システムは、複数のインテリジェントな電子装置を具え、前記インテリジェントな電子装置の各々は、それぞれの保護装置に関連付けられている、
   請求項１に記載のシステム。
7. 前記直流配電システムは、コンバータ・ベースの密結合直流配電システムである、
   請求項１に記載のシステム。
8. 直流配電網の故障位置を特定する方法であって、前記方法は、
   前記直流配電網の複数の保護ゾーンを定めるステップと、
   前記直流配電網内の故障を検出するステップと、
   前記故障を検出した後に、前記直流配電網の前記保護ゾーンの各保護ゾーンの１つ以上の電気特性をサンプリングするステップと、
   各々がそれぞれの保護ゾーンに関連付けられた複数の線路インダクタンス値を決定するステップと、
   前記決定された線路インダクタンス値に基づき、前記故障が前記保護ゾーンの１つの保護ゾーン内にあるとして位置を特定するステップと、
   を含む方法。
9. 前記１つ以上の電気特性は、電圧、電流および電流の時間変化率を具える、
   請求項８に記載の方法。
10. １つ以上の電気特性をサンプリングする前記ステップを、前記直流配電網がオンラインの間に行う、
    請求項８に記載の方法。
11. 前記故障の位置を特定する前記ステップは、前記決定された線路インダクタンス値を、対応する所定のインダクタンス閾値に対して評価するステップを含む、
    請求項８に記載の方法。
12. 前記所定のインダクタンス閾値は、故障なしの動作状態でのそれぞれの保護ゾーンのインダクタンスに、誤差範囲を加えたものに基づく、
    請求項１１に記載の方法。
13. 少なくとも１つの保護ゾーンは、インダクタを含み、前記インダクタのインダクタンス値は、故障が存在しない前記複数のゾーンの各々のゾーンの線路インダクタンスの大きさが異なるように選択され、線路故障の間に決定される前記線路インダクタンス値は、前記複数の直流配電ゾーンの特定の１つを、前記故障を含むとして独自に識別する、
    請求項８に記載の方法。
14. 前記線路インダクタンス値は、複数の線間電圧または対地電圧のサンプル値を含む第１の行列および複数の線電流サンプル値および線電流サンプル値の複数の一次導関数を含む第２の行列に基づいて決定される、
    請求項８に記載の方法。
15. １つ以上の境界によって境界されている、直流配電システムの複数の保護ゾーンをモニタし、
    故障なしのインダクタンス値を、各保護ゾーンのために格納し、前記インダクタンス値は、前記直流配電システムの故障なしの動作の間のインダクタンス値を表し、複数の局所的保護装置で検出可能であり、前記複数の局所的保護装置の各々は、それぞれの保護ゾーンに関連付けられ、
    前記直流配電システム内の故障を検出し、
    前記局所的保護装置の１つ以上によって検出される１つ以上の電気特性の情報を用いて、故障状態のインダクタンス値を計算し、
    前記計算された故障状態のインダクタンス値および前記故障なしのインダクタンス値に基づき、前記保護ゾーンのどれが前記故障を含むのかを決定する、
    方法。
16. 前記保護ゾーンのどれが前記故障を含むのかを決定した後に、前記故障を含む前記保護ゾーンの前記局所的保護装置に、前記局所的保護装置を含む回路を開放するための命令を送信する、
    請求項１５に記載の方法。
17. 前記故障を検出することは、電流閾値を超える電流値、電圧閾値を超える電圧値および電流の時間変化率の閾値を超える電流の時間変化率の値のうちの１つ以上に基づく、
    請求項１５に記載の方法。
18. インダクタンス値を計算することは、複数の検出された電圧値、複数の検出された電流値および複数の電流の時間変化率の値に基づく、
    請求項１５に記載の方法。
19. インダクタンス値を計算することは、前記複数の検出された電圧値、前記複数の検出された電流値および前記複数の電流の時間変化率の値を利用している線形回帰に基づく、
    請求項１８に記載の方法。
20. 前記局所的保護装置の各々は、インテリジェントな電子機器を含み、前記インテリジェントな電子機器は、そのそれぞれの保護ゾーンのインダクタンスを計算する、
    請求項１５に記載の方法。

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