JP2019528670A - 電力変圧器の位相制御された通電のための方法 - Google Patents

Abstract

諸態様において本発明は、電力変圧器（１３０）の位相制御された通電のための方法を提供する。方法は、回路ブレーカ（１４０）が電源（１１０）から電力変圧器を切り離すとき、電力変圧器に接続されている電圧感知デバイス（１６０、１７０）から電気電圧信号を取得することを備える。回路ブレーカの開動作時周辺の所定のセットのサイクル内の電圧信号における第１の特徴付けデータを決定することと、及び回路ブレーカの開動作後の電圧信号における所定のセットのサイクル内の第２の特徴付けデータを決定すること、第２の特徴付けデータと、第１の特徴付けデータ及び第２の特徴付けデータとのうちの少なくとも１つに基づいて、電力変圧器のコアの磁化レベルを推定すること、回路ブレーカによる電力変圧器の位相制御された通電のために、推定された磁化レベルに基づいて、決定された切替えの瞬間に回路ブレーカを操作することを備える。【選択図】図５

Description

[001]本発明は一般に、電力変圧器（power transformer）の通電に関し、より具体的には、電力変圧器の位相制御された通電に関する。

[002]電力システムでは、電力変圧器が通電されるとき、過渡電流が電力変圧器によって最初に引き出され得る。電力変圧器によって最初に引き出されるこの過渡電流は、突入電流としても知られている。突入電流は短期間続くが、その高振幅に起因して電力システムに対する損傷を引き起こし得る。突入電流の１つの理由は、電力変圧器のコアの磁化に関係する。電力変圧器の非通電（de-energization）後ですら電力変圧器のコアの磁気特性に起因して、残留磁束として知られているいくらかの量の磁束が電力変圧器コアに残り、電力変圧器の通電中に突入電流に寄与し得る。突入電流は、残留磁束レベルが電力変圧器の通電動作中に考慮される場合、ある程度低減され得る。

[003]電力変圧器のコアにおける残留磁束の影響を考慮した、突入電流を低減する様々な方法が存在する。例えば、１つのそうした方法は、残留磁束ロック方法として知られており、制御された非通電と、それに続く電力変圧器の制御された通電による。別の方法は、電力変圧器の次の通電中の残留磁束の影響を考慮した残留磁束推定及び通電に基づく。後者の方法では、突入電流を低減するための成功レベルは、最初の方法について前の制御された非通電中にロックされたレベルと同じレベルの残留磁束で変圧器を通電することに依存する。一方で後者の方法では、成功レベルは、電力変圧器のコアにおける残留磁束の効果的な推定、及び電力変圧器の制御された通電のためにこの情報を利用することに依存する。しかしながら、残留磁束レベル（残留磁束の大きさ）が、非通電時（例えば、電力変圧器の各位相おける印加された電圧／電流の瞬間的な値に関してのオフ切替えの瞬間）のコンディションと、さらには変圧器のコアにおける残留磁束の大きさが、電力変圧器の磁気特性、変圧器の他の構成要素との相互作用、変圧器の環境（例えば、温度コンディション）、及び変圧器に接続されている構成要素（回路ブレーカ、負荷等）に起因して時間と共に変化し得ることとに依存するので、電力変圧器における残留磁束の効果的な推定は課題である。

[004]従って、特に残留磁束レベルが非通電動作後の変化を経験するシナリオにおいて、過度な突入電流を回避するために電力変圧器の制御された通電のための方法が必要である。

[005]上述の欠点、不利益、及び問題が本明細書で扱われ、以下の明細書の記載を読んで理解することによって理解されるだろう。

[006]一態様では、本発明は、電気システムにおける電力変圧器の位相制御された通電のための方法を提供する。電力変圧器は、制御された切替えを実行するためにコントローラによって操作される回路ブレーカに接続されている。回路ブレーカは、電源の少なくとも１つの位相と電力変圧器の巻線との間に接続されている。方法は、電力変圧器に接続されている電圧感知デバイスから電気電圧信号を取得することと、所定のセットのサイクル内の取得された電気電圧信号における第１の特徴付けデータを決定することと、ここにおいて、該第１の特徴付けデータは、回路ブレーカの開動作時周辺の所定のセットのサイクル内の取得された電気電圧信号に特有の態様を表し、回路ブレーカの開動作後の取得された電気電圧信号における所定のセットのサイクル内の第２の特徴付けデータを決定することと、ここにおいて、該第２の特徴付けデータは、回路ブレーカの開動作後の所定のセットのサイクル内の取得された電気電圧信号に特有の態様を表し、第２の特徴付けデータと、第１の特徴付けデータ及び第２の特徴付けデータとのうちの少なくとも１つに基づいて、電力変圧器のコアの磁化レベルを推定することと、推定された磁化レベルに基づいて、電源の少なくとも１つの位相において切替えの瞬間を決定することと、電力変圧器の位相制御された通電のために、決定された切替えの瞬間に回路ブレーカを操作することと、を備える。

[007]別の態様では、本発明は、電力変圧器と電源の少なくとも１つの位相との間に接続されている少なくとも１つの回路ブレーカを操作するように構成されたコントローラを開示する。コントローラは、１つ又は複数のプロセッサであって、電力変圧器に接続されている電圧感知デバイスから電気電圧信号を取得することと、所定のセットのサイクル内の取得された電気電圧信号における第１の特徴付けデータを決定することと、ここにおいて、該第１の特徴付けデータは、回路ブレーカの開動作時周辺の所定のセットのサイクル内の取得された電気電圧信号に特有の態様を表し、回路ブレーカの開動作後の取得された電気電圧信号における所定のセットのサイクル内の第２の特徴付けデータを決定することと、ここにおいて、該第２の特徴付けデータは、回路ブレーカの開動作後の所定のセットのサイクル内の取得された電気電圧信号に特有の態様を表し、第２の特徴付けデータと、第１の特徴付けデータ及び第２の特徴付けデータとのうちの少なくとも１つに基づいて、電力変圧器のコアの磁化レベルを推定することと、推定された磁化レベルに基づいて、電源の少なくとも１つの位相において切替えの瞬間を決定することと、電力変圧器の位相制御された通電のために、決定された切替えの瞬間に回路ブレーカを操作することと、を行うように構成された１つ又は複数のプロセッサを備える。

本発明の様々な実施形態に従った、電力変圧器の位相制御された通電のためのシステムの単線表現を例示する。 電力変圧器のコアに全く消磁がないこと（no-demagnetization）を示す、電力変圧器を渡った電圧を表す実例的な取得された電圧信号を例示する。 電力変圧器のコアの完全な消磁（full demagnetization）を示す、電力変圧器を渡った電圧を表す取得された電圧信号を例示する。 電力変圧器のコアの部分的な消磁（partial demagnetization）を示す、３相の電力変圧器を渡った電圧を表す３相の取得された電圧信号を例示する。 本発明の一実施形態に従った、電力変圧器の位相制御された通電のための方法のフローチャートである。

[0013]以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成し、特定の実施形態が例示として示されている、実施され得る添付の図面に対して参照が行われる。これらの実施形態は、当業者が該実施形態を実施できるよう十分詳細に説明されており、他の実施形態も利用され得ることが理解されることとする。従って以下の詳細な説明は、限定的な観点で捉えられないこととする。

[0014]図１は、電力変圧器１３０の位相制御された通電のためのシステム１００を例示する。システム１００は電力変圧器１３０を含み、回路ブレーカ１４０、電源１１０（図では、電力変圧器１３０がバス又はサブシステムから供給されることを示すためにバス１１０として表されている）、適切な電圧感知デバイス１６０及び１７０、並びにコントローラ１５０といった送電に関わるあらゆるシステム構成要素を含み得る。使用されている電圧感知デバイスは、計器用変圧器、又は抵抗分割器、又は容量分圧器、又はコンデンサ形計器用変圧器（ＣＶＴ：capacitor voltage transformer）、又は光電圧センサのような他の従来型でない電圧センサであり得る。これらの電圧感知デバイスの周波数応答が異なること、例えば計器用変圧器及び容量分圧器の働き（work）が、振動電圧（ＡＣ電圧）の測定に適しており、電圧信号を正確に測定する帯域幅仕様を有し得ることに留意されたい。抵抗分割器は、ＡＣ／ＤＣ電圧測定に適しており、高周波数信号を測定し得る。電力変圧器１３０は、ソース側サブシステム（電源１１０）及び負荷側サブシステム１２０に接続されているように示されている。回路ブレーカ１４０は、電力変圧器１３０の制御された通電のために、及び障害中の電源１１０からの電力変圧器１３０の保護及び分離のために、電源１１０と電力変圧器１３０との間に設けられている。電力変圧器１３０の負荷側では、少なくとも１つの別の回路ブレーカ（図示せず）が、該変圧器を負荷に又は負荷側サブシステム１２０に接続されることから分離するように設けられ得る。また、電圧感知デバイス１７０が回路ブレーカ１４０と電力変圧器１３０との間に接続され得ることは当業者によって留意され得る。代わりに、電圧感知デバイス１７０はまた、図１で例示されているように、電力変圧器１３０と負荷側サブシステム１２０との間に接続され得る。

[0015]本明細書で言及されている負荷側サブシステム１２０が、第１の電源１１０から電力を引き出すことが可能な電気素子及びデバイス、例えば伝送線、電力変圧器、コンデンサバンク、分路リアクトル、モータ負荷等を含み得ることを、当業者は留意されたい。加えて、電力変圧器１３０が複数巻線を用いた１つ又は複数の位相を含み得、ここにおいて、該複数巻線が複数の回路ブレーカに接続され得ることを、当業者は留意されたい。電力変圧器１３０の巻線は、あらゆる既知の結線構成、例えばデルタ、及び星形、相互接続星形、及びそれらの何れの他の組合せで接続され得る。本開示の目的のために、電力変圧器という用語は、ジグザグ又は位相シフト又は自動変圧器のような、他のタイプの変圧器も広くカバーし、そのため電力変圧器という用語は、限定的な観点で捉えられないこととする。

[0016]加えて、計器用変圧器１６０、計器用変圧器１７０からコントローラ１５０への電圧測定値の通信は、当業者には既知のネットワーク及び対応するネットワーク構成を使用する複数の方法で実行され得ることは留意されたい。同様に、図１は回路ブレーカ１４０を開示しているが、同様の切替えデバイスも、回路ブレーカ１４０の代わりに使用され得ることを、当業者は留意されたい。加えて、コントローラ１５０が回路ブレーカ１４０の動作を制御するのに使用されてきており、様々な他の既知の制御原理が回路ブレーカを制御するために使用され得ることを当業者は留意されたい。

[0017]回路ブレーカ１４０は、電源１１０と電力変圧器１３０との間の電気的接続を確立するための閉動作、及び電源１１０と電力変圧器１３０との間の電気的接続を切断するための開動作を実行し得る。閉動作及び開動作は、本明細書では概して、切替え動作とも称される。閉動作及び開動作は一般に、電力変圧器１３０の通電及び非通電のために位相制御された（例えば、印加された電圧に対して特定の位相瞬間又は位相角度で操作される）形で実行され、従って制御された形式で実行される。

[0018]回路ブレーカ１４０の開閉は、電子コントローラ１５０で制御される。コントローラ１５０は、インテリジェント電子デバイス１５０とも称される。コントローラ１５０は、電気システム１００において最小の電気妨害を保証し、及び切替えの間に生成される電気的及び機械的ショックが最小であることを保証するために、適切な回路ブレーカ１４０を操作するための切替えインスタンスを決定する。望ましい切替えインスタンスで回路ブレーカを操作する間コントローラ１５０は、回路ブレーカ操作時間（回路ブレーカの開閉駆動時間）を考慮する。コントローラ１５０は、計器用変圧器１６０及び１７０のようなそれぞれの電圧感知デバイスから、電力変圧器に印加された電圧（電源電圧）及び電力変圧器出力に関する情報を受信するように構成される。コントローラ１５０は、計器用変圧器から信号を受信し、回路ブレーカ１４０に駆動信号を送るための、及びバス電圧（電力変圧器１３０に印加されたバス電圧の少なくとも１つの位相）を考慮した切替えのための瞬間（切替えのための時間又は切替え角度としても知られている）の計算及び推定のための１つ又は複数のプロセッサ並びに入力及び出力周辺機器（Ｉ／Ｏブロック）と、切替えのための瞬間の推定及び訂正に必要な情報を格納するための、１つ又は複数のプロセッサに機能的に結合されたメモリモジュールと、通信チャネルを介して通信することが可能なネットワークインターフェースとを含む。

[0019]コントローラ１５０の１つ又は複数のプロセッサは、電力変圧器１３０に接続されている電圧感知デバイス１６０からの取得された電気電圧信号を使用して、磁化レベルを推定するように構成される。本発明の実施形態では、磁化レベル（残留磁束レベル）は、電力変圧器１３０の非通電後、即ち電源１１０から電力変圧器１３０を分離するために回路ブレーカ１４０を開け、負荷側サブシステム１２０から電力変圧器１３０を分離するために別の回路ブレーカ（図示せず）を開けた後に推定される。別の実施形態では、複数の回路ブレーカを通じて負荷側サブシステム１２０に接続されている複数巻線の電力変圧器１３０について、磁化レベルは、負荷側サブシステム１２０から電力変圧器１３０を分離する最後の回路ブレーカの開動作の後に続いて推定される。残留磁束（磁化レベル）は、回路ブレーカ１４０を開けることによる電力変圧器１３０の非通電直後に得られた計器用変圧器１６０からの測定された電圧信号の処理によって、推定され得る。電力変圧器１３０内の磁気構成要素（主に磁気コア）に格納されたエネルギーの、電力変圧器１３０の他の構成要素（例えば容量素子）又は／及び電力変圧器１３０に接続されている回路ブレーカ（同様に、あらゆる形で電力変圧器の巻線に接続されているあらゆる負荷）との相互作用、並びに電力変圧器１３０のコアの磁気特性に起因した磁気構成要素周辺の環境コンディション（例えば温度）との相互の影響を考慮すると、残留磁束の平均値は、時間と共に変化するように予期される（変圧器の巻線端子で測定された電圧信号は、相互作用に起因して発振することになり得る）。

[0020]ある時間期間にわたった残留磁束のレベルの変化は、（所定のセットのサイクルの間の）少なくとも２つのインスタンス又は少なくとも２つの時間期間における取得された電圧信号の特徴付けデータを決定することによって推定され得る。特徴付けデータは、瞬間／時間期間における取得された電圧信号のプロファイルを示す何れの態様でもあり得る。特徴付けデータは、所定のセットのサイクル内の取得された電気電圧信号に特有の態様を表し、例えば、特徴付けデータは、フォームファクタ、高速フーリエ変換の係数、取得された信号の波形（パターン）そのもの、電圧信号時間期間値、取得された電圧信号の曲線下の面積、取得された電圧信号のピーク値、取得された電圧信号の二乗平均平方根値等であり得る。さらに詳細に述べると、特徴付けデータは、取得された電圧信号の特定の位相における測定値、又は測定された発振信号のピーク（正／負）、又は測定された発振信号から導かれた処理値（例えば、発振信号の二乗平均平方根値、曲線下の面積）、又はある時間期間にわたった測定された発振信号若しくは取得された電圧信号における特定のセットのサイクルについての時間期間（信号波形／パターン）であり得る。

[0021]参考までに、回路ブレーカの開動作周辺の取得された電圧信号における所定のセットのサイクル内のインスタンス又は時間期間が使用され得る。少なくとも２つのインスタンスのうちの第２のインスタンスは、回路ブレーカ１４０の開動作後の取得された電気電圧信号における所定のセットのサイクル内の第２の特徴付けデータを決定するためのインスタンスである。第２の特徴付けデータの選択は、残留磁束の変化の推定値を決定するための比較を可能にするように、第１の特徴付けデータと対応する必要がある。例えば、正のピーク値が第１のインスタンスで取得された発振信号の第１の特徴付けデータとして使用される場合、第２の特徴付けデータもまた、それに応じて、第２のインスタンス時周辺の発振信号の正のピーク値で決定される。

[0022]別の例では、特徴付けデータが取得された電圧信号の波形パターンである場合、第１及び第２の特徴付けデータは、残留磁束のレベルの変化を推定するために比較され得る。また別の例では、取得された電圧信号の波形パターンの形状関連態様が、電力変圧器１３０の非通電後の残留磁束のレベルを推定するために使用され得る。ここで、第２の特徴付けデータは、取得された電圧信号の波形パターンであり、形状関連態様は、残留磁束のレベルに関連付けられ得る。この関連付けは、例えば統計的手法、人工ニューラルネットワーク、又は当該技術分野では既知のパターン認識についての任意のそうした手法を使用するといった、何れの数学的プロセスによっても実施され得る。ここでは簡潔さのために、磁化レベルを決定するための例は、３つの磁化レベル、即ち全く消磁のないケース、完全な消磁のケース、及び部分的な消磁のケースに分類される／関連付けられる。例えば、完全な消磁のケースでは、磁化レベルの推定値は０と見なされ、全く消磁のないケースでは、磁化レベルの推定値は、磁化レベルがロックされた前のもの（a previous）と同じであると見なされ、部分的な消磁のケースでは、磁化レベルの推定値は非ゼロ値であると見なされる。磁化レベルがロックされた前のものは、電力変圧器１３０の前の非通電動作中に電力変圧器１３０のコアで決定された残留磁束のレベルである。

[0023]一実施形態では、回路ブレーカを開くことの後に続いて取得される波形の大きさ（第２の特徴付けデータ）が、回路ブレーカを開く直前に取得される波形（第１の特徴付けデータ）との比較で標準化され得る。第２の特徴付けデータについて標準化されたデータは、トレーニングされた人工ニューラルネットワークへの入力として使用され、ここにおいて、標準化された第２の特徴付けデータは、３つの磁化レベルのうちの少なくとも１つに分類される。

[0024]コントローラ１５０は、取得された電気電圧信号（測定された電圧信号）から決定された第２の特徴付けデータ及び第１の特徴付けデータに基づく推定された磁化レベルに基づいて、電源１１０の少なくとも１つの位相又は印加された電圧信号の少なくとも１つの位相角度での回路ブレーカ１４０の切替えの瞬間を決定し、電力変圧器１３０の位相制御された通電のために、決定された切替えの瞬間に回路ブレーカ１４０を操作する。

[0025]図２は、変圧器のコアに消磁が全くないときの、電力変圧器１３０の通電及び非通電状態中の電力変圧器１３０を渡った電圧を表す取得された電圧信号２００を例示する。取得された電圧信号２００は、非持続的発振、及びシステムに何れの容量素子も無いことを示す。取得された電圧信号２００は電圧波形を例示しており、ここにおいて、非通電の瞬間２１０の後に続いて、持続的発振のない電圧波形の指数関数的減衰が存在する。２００で、非通電の瞬間、及び非通電の瞬間の後に続く瞬間の周辺の電圧発振が示されており、ここで、非通電点２１０が、非通電前の電圧発振２２０と非通電後の電圧発振２３０とを区別するために印が付けられている。例の目的で、取得された電圧信号からの数セットのサイクルしか、本明細書の図２では示されていない。瞬間２１０で、電力変圧器１３０が非通電され、そのため電圧信号が非通電動作後の数サイクルの間発振し、それに加えて電圧信号は、減衰性質を示す。２００で、取得された電圧信号は、取得された電圧信号の大きさが、それがレベルゼロ周辺に達するまで低下する減衰傾向に従うように示されている。減衰は、何れの持続的電圧発振にも遵守しない指数関数的性質がある。取得された電気電圧信号に関するピーク値、例えば２４０は、取得された電圧信号の第１の特徴付けデータになるように捉えられる。非通電が行われる瞬間２１０後に、信号は数サイクルの間同じ形状が継続することになり、該数サイクルの後に続いて、該信号は振幅が低下し始めることになる。例えば、２セットのサイクル後、振幅が低減し始める。第２のピーク値（第２の特徴付けデータ）が、電力変圧器１３０の非通電後に決定され、例えば該値は、図２において点２５０で表されている。これらの２つの特徴付け値、即ち第１の特徴付け値と第２の特徴付け値とを比較し、該２つの値の差を決定すると、非通電前の点から非通電後の点への信号の振幅レベルに変化があると見なされ得る。この差に基づいて、電力変圧器１３０のコアにおける磁化レベル（残留磁束のレベル）が推定され、これに基づいて切替えの瞬間が、電源１１０の少なくとも１つの位相において計算される。最後に回路ブレーカ１４０が、電力変圧器１３０の位相制御された通電のために、決定された切替えの瞬間に操作される。実例的な実施形態では、図２を参照すると、非通電の瞬間周辺の取得された電圧信号の波形パターン（第１の特徴付けデータ）が決定され、非通電の瞬間後の取得された電圧信号の波形パターン（第２の特徴付けデータ）が決定される。第２の特徴付けデータは取得された電圧信号の波形パターンであり、波形パターンの形状関連態様は、残留磁束のレベルに関連付けられ得る。第２の特徴付けデータは、トレーニングされた人工ニューラルネットワークへの入力として使用され、ここにおいて、磁化レベルは、３つの磁化レベル、即ち全く消磁のないケース、完全な消磁のケース、及び部分的な消磁のケースに分類される／関連付けられる。全く消磁のないケースである図２を参照するこの実例的なシナリオでは、磁化レベルの推定値は、磁化レベルがロックされた前のものと同じであると見なされる。磁化レベルがロックされた前のものは、電力変圧器１３０の前の非通電動作中に電力変圧器１３０のコアにおいて推定された残留磁束レベルである。最後に、コントローラ１５０が、推定された磁化レベルに基づいて、電源１１０の少なくとも１つの位相又は印加された電圧信号の少なくとも１つの位相角度での回路ブレーカ１４０の切替えの瞬間を決定する。

[0026]図３は、システムに容量素子が存在するところで変圧器のコアに完全な消磁があるときの、電力変圧器１３０の通電及び非通電状態中の電力変圧器１３０を渡った電圧を表す取得された電圧信号３００を例示する。取得された電圧信号３００は、システムに容量素子が存在することに起因した持続的電圧発振を示す。取得された電圧信号３００は電圧波形を例示しており、ここにおいて、非通電の瞬間３１０の後には、電圧波形の指数関数的減衰がなく、代わりに持続的発振が生じる。３００で、非通電の瞬間、及び非通電の瞬間の後も続く瞬間の周辺の電圧発振が示されており、ここで、非通電点３１０が、非通電前の電圧発振３２０と非通電後の電圧発振３３０とを区別するために印が付けられている。例の目的で、取得された電圧信号からの数セットのサイクルしか、本明細書の図３では示されていない。瞬間３１０で、電力変圧器１３０が非通電され、そのため電圧信号が非通電動作後の数サイクルの間発振し、それに加えて電圧信号は、ある特定の特有の挙動を示す。３１０における非通電点の後に続いて、信号は、３５０で例示されているように、取得された電圧信号の少なくとも１つのサイクルについて振幅の減少、時間期間の増加、及び同極と異極のような特性のうちの何れか、又は全てを示し得る。さらに図３の３５０において例示されているように、３４０と比較すると、非通電の際の取得された電圧信号は、取得された電圧信号の少なくとも１つのサイクルについて振幅の減少、時間期間の増加、及び同極と異極に関連する特性の変化を維持しながら、正弦曲線形状から矩形波又は不規則な形状への信号の形状の変化を示す。

[0027]実例的な実施形態では、図３を参照すると、非通電の瞬間周辺の取得された電圧信号の波形パターン（第１の特徴付けデータ）が決定され、非通電の瞬間後の取得された電圧信号の波形パターン（第２の特徴付けデータ）が決定される。第２の特徴付けデータは、３５０で示されているような取得された電圧信号の波形パターンであり、波形パターンの形状関連態様は、残留磁束のレベルに関連付けられ得る。第２の特徴付けデータ３５０は、トレーニングされた人工ニューラルネットワークへの入力として使用され、ここにおいて、磁化レベルは、３つの磁化レベル、即ち全く消磁のないケース、完全な消磁のケース、及び部分的な消磁のケースに分類される／関連付けられる。完全な消磁のケースである図３を参照するこの実例的なシナリオでは、磁化レベルの推定値はゼロであると見なされる。最後に、コントローラ１５０は、推定された磁化レベルに基づいて、電源１１０の少なくとも１つの位相又は印加された電圧信号の少なくとも１つの位相角度での回路ブレーカ１４０の切替えの瞬間を決定する。

[0028]一実施形態では、回路ブレーカ１４０は、実質的な容量値をもつ任意の機器、例えばグレーディングコンデンサを設けられ得る。グレーディングコンデンサを用いるこの実施形態のついての取得された電圧信号が、図４で例示されている。図４は、電力変圧器１３０の通電及び非通電に使用される回路ブレーカ１４０がグレーディングコンデンサを設けられている実施形態についての、３相電力変圧器のための取得された電圧信号を例示している。図４は、電力変圧器１３０が３相電力変圧器であり、そのため取得された電圧信号が、取得された電気電圧信号４００Ａ、４００Ｂ、及び４００Ｃの３相の形で示されている実施形態を使用して例示されている。そのような実施形態では、電源１１０からのソース電圧又は印加された電圧の一部は、電力変圧器１３０の非通電中に、電力変圧器１３０に伝達されることになる。そして４１０における電力変圧器１３０の非通電後の取得された電圧信号は、恐らく非通電の瞬間前の取得された電圧の振幅と比較すると振幅がより小さい持続的発振を示すことになる。４１０における非通電の瞬間後の取得された電圧信号は、瞬間４１０前の波の性質と比較すると振幅が低減された対称的及び周期的な波を示す。図３とは違い、図４では、非通電の瞬間前後の取得された電圧信号のパターンは維持され、例えば正弦曲線パターンである。取得された電圧信号４００Ａでは、非通電時周辺のあらゆる瞬間のピーク値（第１の特徴付け値）が決定され、４１０における非通電動作後のあらゆる瞬間のピーク値（第２の特徴付け値）が決定される。これらの２つの特徴付け値、即ち第１の特徴付け値と第２の特徴付け値とを比較し、該２つの値の差を決定すると、非通電前の点から非通電後の点への信号の振幅レベルに変化があると見なされ得る。この差に基づいて、電力変圧器１３０のコアにおける磁化レベル（残留磁束のレベル）が推定され、これに基づいて切替えの瞬間が、電源１１０の少なくとも１つの位相において計算される。最後に回路ブレーカ１４０が、電力変圧器１３０の位相制御された通電のために、決定された切替えの瞬間に操作される。

[0029]磁化レベル（残留磁束レベル）が、電力変圧器１３０の位相制御された通電のためにシステムにおいて固定されていると見なされ、回路ブレーカ１４０が、固定の残留磁束のレベルに関しての切替えの瞬間に操作される実例的な実施形態では、そのようなシナリオにおいて、固定の残留磁束のレベル（磁化レベル）が、非通電の瞬間後に取得された電圧信号において検出された変化に基づいて訂正又は調整され得る。取得された電気電圧信号４００Ａ、４００Ｂ、及び４００Ｃが振幅の低下を伴う持続的発振を表す図４を参照すると、固定の磁化（残留磁束）レベルは、非ゼロ値、例えばピーク値の１０％に訂正され得、又は見なされた固定の値に対して、例えば−４０％分、所定の磁化（残留磁束）レベルを低減し得る。結果として、電力変圧器１３０の位相制御された通電は、訂正された磁化レベルに基づいて実行される。

[0030]別の実例的な実施形態では、図４を参照すると、非通電の瞬間周辺の取得された電圧信号の波形パターン（第１の特徴付けデータ）が決定され、非通電の瞬間後の取得された電圧信号の波形パターン（第２の特徴付けデータ）が決定される。第２の特徴付けデータは取得された電圧信号の波形パターンであり、波形パターンの形状関連態様は、残留磁束のレベルに関連付けられ得る。第２の特徴付けデータは、トレーニングされた人工ニューラルネットワークへの入力として使用され、ここにおいて、磁化レベルは、３つの磁化レベルに分類される／関連付けられ、部分的な消磁のケースである図４を参照すると、磁化レベルの推定値は非ゼロ値であると見なされる。最後に、コントローラ１５０は、推定された磁化レベルに基づいて、電源１１０の少なくとも１つの位相又は印加された電圧信号の少なくとも１つの位相角度での回路ブレーカ１４０の切替えの瞬間を決定する。

[0031]図５は、回路ブレーカ１４０を通じた電力変圧器１３０の位相制御された通電のための方法５００を示す。

[0032]方法５００では、コントローラ１５０は、５１０で示されているように、電力変圧器１３０に接続されている電圧感知デバイス１７０から電気電圧信号を取得する。データ取得は、Ｉ／Ｏモジュールを通じ得、又はコントローラ１５０と電圧感知デバイス１７０との間の通信ネットワークにおける通信を通じ得る。

[0033]コントローラ１５０はその後、５２０で示されているように、所定のセットのサイクル内の取得された電気電圧信号における第１の特徴付けデータを決定する。特徴付けデータは、回路ブレーカの開動作時周辺の所定のセットのサイクル内の取得された電気電圧信号に特有の態様を表す。特徴付けデータは、取得された電圧信号のフォームファクタ、取得された電圧信号の高速フーリエ変換の係数、取得された信号の波形（パターン）そのもの、電圧信号時間期間値、取得された電圧信号の曲線下の面積、取得された電圧信号のピーク値、取得された電圧信号の二乗平均平方根値、取得された電気信号の特定の位相における測定値、及び電気電圧信号から導かれた処理値のうちの少なくとも１つであり得る。

[0034]コントローラ１５０は、５３０で示されているように、回路ブレーカ１４０の開動作後の取得された電気電圧信号における所定のセットのサイクル内の第２の特徴付けデータを決定する。第２の特徴付けデータは、回路ブレーカの開動作後の所定のセットのサイクル内の取得された電気電圧信号に特有の態様を表す。既に言及されたように、第２の特徴付けデータは、残留磁束の変化の推定値を決定するための比較を可能にするために、第１の特徴付けデータと対応する必要がある。さらに、第１の特徴付けデータと第２の特徴付けデータとの差は、電力変圧器１３０の非通電動作の決定を可能にする。ステップ５４０で示されているように、電力変圧器１３０のコアの磁化レベルが、第２の特徴付けデータと、第１の特徴付けデータ及び第２の特徴付けデータとのうちの少なくとも１つに基づいて推定される。磁化レベルは、回路ブレーカ１４０の開動作後に電力変圧器１３０のコアに存在する残留磁束のレベルを表す。該推定が第２の特徴付けデータに基づくとき、例えば第２の特徴付けデータが波形のパターンであるとき、第２の特徴付けデータは、トレーニングされた人工ニューラルネットワークへの入力として使用され、ここにおいて、磁化レベルは、３つの磁化レベル、即ち全く消磁のないケース、完全な消磁のケース、及び部分的な消磁のケースに分類される／関連付けられる。波形のパターンの形状関連態様は、残留磁束のレベルに関連付けられる。この関連付けは、例えば統計的手法、人工ニューラルネットワーク、又は当該技術分野において既知のパターン認識についての任意のそうした手法を使用するといった、何れの数学的プロセスによっても実施され得る。磁化レベルは、３つの磁化レベル、即ち全く消磁のないケース、完全な消磁のケース、及び部分的な消磁のケースに分類される／関連付けられる。例えば、完全な消磁のケースでは、磁化レベルの推定値は０と見なされ、全く消磁のないケースでは、磁化レベルの推定値は、磁化レベルがロックされた前のものと同じであると見なされ、部分的な消磁のケースでは、磁化レベルの推定値は非ゼロ値であると見なされる。推定が第１の特徴付けデータ及び第２の特徴付けデータに基づくとき、第１の特徴付けデータと第２の特徴付けデータとの比較及び該２つのセットのデータの差を決定することにより結果として、非通電前の点から非通電後の点への信号の振幅レベルに変化があることを推測することになる。この差に基づいて、電力変圧器１３０のコアにおける磁化レベル（残留磁束のレベル）が推定され、これに基づいて切替えの瞬間が、電源１１０の少なくとも１つの位相において計算される。

[0035]特徴付けデータが取得された電圧信号の波形パターンである別の実例的な実施形態では、第１及び第２の特徴付けデータは、残留磁束のレベルの変化を推定するために比較され得る。ここで、２つの特徴付けデータの波形のパターンの形状の差は、残留磁束のレベルに関連付けられ得る。この関連付けは、例えば統計的手法、人工ニューラルネットワーク、又は当該技術分野において既知のパターン認識についての任意のそうした手法を使用するといった、何れの数学的プロセスによっても実施され得る。そして磁化レベルは、磁化レベルの変化の推定のために、複数の磁化レベルに分類され得る／関連付けられ得る。

[0036]５５０で示されているように、コントローラ１５０は、推定された磁化レベルに基づいて、電源１１０の少なくとも１つの位相において切替えの瞬間を決定する。

[0037]電源１１０の少なくとも１つの位相における切替えの瞬間は、回路ブレーカ１４０の閉動作を実行するためにコントローラ１５０によって決定される。切替えの瞬間は、閉動作中の磁束が、開動作後に電力変圧器１３０に残された残留磁束のレベルと等しいことを保証にするために計器用変圧器１６０によって測定された電源１１０の電圧に基づいて、コントローラ１５０によって計算される。電力変圧器１３０における残留磁束のレベルは、ステップ５５０で決定されるように、電力変圧器１３０の磁化レベルに基づいて決定される。

[0038]５６０で示されているように、コントローラ１５０は、電力変圧器１３０の位相制御された通電のために、決定された切替えの瞬間に回路ブレーカ１４０を操作する。決定された時間の瞬間に回路ブレーカを操作しながら、回路ブレーカ操作時間（回路ブレーカを閉める又は開けるための時間）が考慮されることは、当業者には留意され得る。従って、電力変圧器の位相制御された通電のために回路ブレーカの開閉時間を考慮して、コントローラがある瞬間に回路ブレーカを操作する決定された時間の瞬間に、電力変圧器は通電される。

[0039]さらに、例えば、統計的手法、人工ニューラルネットワーク、ルックアップテーブル、又は当該技術分野において既知のパターン認識についての任意のそうした手法を使用するといった、数学的プロセスの実施が、コントローラ１５０によって、又はコントローラ１５０に通信可能に接続されているシステム１００における何れの他のデバイス／サーバ（図示せず）によっても行われ得ることは、当業者には留意され得る。

[0040]所定のセットのサイクルという用語が、サイクルの半分、完全な１サイクル、又は１より多いサイクルを意味し得ることは、当業者には留意され得る。

[0041]本文書の説明は、最良のモードを含む本明細書の主題を説明するために、また当業者が該主題を製造及び使用できるようにするために例を使用している。主題の特許可能な範囲は請求項によって定義されており、当業者が想到する他の例も含み得る。そうした他の例は、請求項の逐語的な言葉と異ならない構造的な要素を有している場合、又は請求項の逐語的な言葉と実質的でない差異がある同等の構造的な要素を含む場合に、請求項の範囲内にあると意図される。

[0041]本文書の説明は、最良のモードを含む本明細書の主題を説明するために、また当業者が該主題を製造及び使用できるようにするために例を使用している。主題の特許可能な範囲は請求項によって定義されており、当業者が想到する他の例も含み得る。そうした他の例は、請求項の逐語的な言葉と異ならない構造的な要素を有している場合、又は請求項の逐語的な言葉と実質的でない差異がある同等の構造的な要素を含む場合に、請求項の範囲内にあると意図される。
以下に、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］
電気システムにおける少なくとも１つの電力変圧器の位相制御された通電のための方法であって、ここにおいて、前記電力変圧器は、制御された切替えを実行するためにコントローラによって操作される回路ブレーカに接続されており、前記回路ブレーカは、電源の少なくとも１つの位相と電力変圧器の巻線との間に接続されており、前記方法は、
前記電力変圧器に接続されている電圧感知デバイスから電気電圧信号を取得することと、
所定のセットのサイクル内の前記取得された電気電圧信号における第１の特徴付けデータを決定することと、ここにおいて、前記第１の特徴付けデータは、前記回路ブレーカの開動作時周辺の前記所定のセットのサイクル内の前記取得された電気電圧信号に特有の態様を表し、
前記回路ブレーカの開動作後の前記取得された電気電圧信号における前記所定のセットのサイクル内の第２の特徴付けデータを決定することと、ここにおいて、前記第２の特徴付けデータは、前記回路ブレーカの開動作後の前記所定のセットのサイクル内の前記取得された電気電圧信号に特有の態様を表し、
第２の特徴付けデータと、前記第１の特徴付けデータ及び前記第２の特徴付けデータとのうちの少なくとも１つに基づいて、前記電力変圧器のコアの磁化レベルを推定することと、
前記推定された磁化レベルに基づいて、前記電源の少なくとも１つの位相において切替えの瞬間を決定することと、
前記電力変圧器の位相制御された通電のために、前記決定された切替えの瞬間に前記回路ブレーカを操作することと、
を備える、方法。
［Ｃ２］
磁化レベルを推定することは、前記磁化レベルを、完全な消磁レベル、部分的な消磁レベル、及びゼロの消磁レベルのうちの１つに分類することを備える、Ｃ１に記載の方法。
［Ｃ３］
前記磁化レベルを分類することは、前記第２の特徴付けデータの形状関連態様に基づく、Ｃ２に記載の方法。
［Ｃ４］
前記磁化レベルを推定することは、第２の特徴付けデータに基づき、ここにおいて、前記第２の特徴付けデータは、前記取得された電圧信号の波形パターンである、Ｃ２に記載の方法。
［Ｃ５］
前記電力変圧器のコアの磁化レベルを推定することは、前記第１の特徴付けデータを前記第２の特徴付けデータと比較することによる、Ｃ１に記載の方法。
［Ｃ６］
前記第１の特徴付けデータ又は前記第２の特徴付けデータは、前記取得された電圧信号のフォームファクタ、前記取得された電圧信号の波形パターン、前記取得された電圧信号の高速フーリエ変換の係数、前記取得された電圧信号から導かれた時間期間値、前記取得された電圧信号の曲線下の面積、前記取得された電圧信号のピーク値、前記取得された電圧信号の二乗平均平方根値、前記取得された電気信号の特定の位相における測定値、及び前記電気電圧信号から導かれた処理値のうちの少なくとも１つである、Ｃ１に記載の方法。
［Ｃ７］
電力変圧器と電源の少なくとも１つの位相との間に接続されている少なくとも１つの回路ブレーカを操作するように構成されたコントローラにおいて、
１つ又は複数のプロセッサであって、
前記電力変圧器に接続されている電圧感知デバイスから電気電圧信号を取得することと、
所定のセットのサイクル内の前記取得された電気電圧信号における第１の特徴付けデータを決定することと、ここにおいて、前記第１の特徴付けデータは、前記回路ブレーカの開動作時周辺の前記所定のセットのサイクル内の前記取得された電気電圧信号に特有の態様を表し、
前記回路ブレーカの開動作後の前記取得された電気電圧信号における前記所定のセットのサイクル内の第２の特徴付けデータを決定することと、ここにおいて、前記第２の特徴付けデータは、前記回路ブレーカの前記開動作後の前記所定のセットのサイクル内の前記取得された電気電圧信号に特有の態様を表し、
第２の特徴付けデータと、前記第１の特徴付けデータ及び前記第２の特徴付けデータとのうちの少なくとも１つに基づいて、前記電力変圧器のコアの磁化レベルを推定することと、
前記推定された磁化レベルに基づいて、前記電源の少なくとも１つの位相において切替えの瞬間を決定することと、
前記電力変圧器の位相制御された通電のために、前記決定された切替えの瞬間に前記回路ブレーカを操作することと、
を行うように構成された１つ又は複数のプロセッサ
を備える、コントローラ。
［Ｃ８］
前記電源の少なくとも１つの位相の位相角度で前記回路ブレーカを操作し、ここにおいて、前記位相角度は、前記電力変圧器の位相制御された通電のための前記決定された切替えの瞬間に対応する、Ｃ７に記載のコントローラ。

Claims (8)

1. 電気システムにおける少なくとも１つの電力変圧器の位相制御された通電のための方法であって、ここにおいて、前記電力変圧器は、制御された切替えを実行するためにコントローラによって操作される回路ブレーカに接続されており、前記回路ブレーカは、電源の少なくとも１つの位相と電力変圧器の巻線との間に接続されており、前記方法は、
   前記電力変圧器に接続されている電圧感知デバイスから電気電圧信号を取得することと、
   所定のセットのサイクル内の前記取得された電気電圧信号における第１の特徴付けデータを決定することと、ここにおいて、前記第１の特徴付けデータは、前記回路ブレーカの開動作時周辺の前記所定のセットのサイクル内の前記取得された電気電圧信号に特有の態様を表し、
   前記回路ブレーカの開動作後の前記取得された電気電圧信号における前記所定のセットのサイクル内の第２の特徴付けデータを決定することと、ここにおいて、前記第２の特徴付けデータは、前記回路ブレーカの開動作後の前記所定のセットのサイクル内の前記取得された電気電圧信号に特有の態様を表し、
   第２の特徴付けデータと、前記第１の特徴付けデータ及び前記第２の特徴付けデータとのうちの少なくとも１つに基づいて、前記電力変圧器のコアの磁化レベルを推定することと、
   前記推定された磁化レベルに基づいて、前記電源の少なくとも１つの位相において切替えの瞬間を決定することと、
   前記電力変圧器の位相制御された通電のために、前記決定された切替えの瞬間に前記回路ブレーカを操作することと、
   を備える、方法。
2. 磁化レベルを推定することは、前記磁化レベルを、完全な消磁レベル、部分的な消磁レベル、及びゼロの消磁レベルのうちの１つに分類することを備える、請求項１に記載の方法。
3. 前記磁化レベルを分類することは、前記第２の特徴付けデータの形状関連態様に基づく、請求項２に記載の方法。
4. 前記磁化レベルを推定することは、第２の特徴付けデータに基づき、ここにおいて、前記第２の特徴付けデータは、前記取得された電圧信号の波形パターンである、請求項２に記載の方法。
5. 前記電力変圧器のコアの磁化レベルを推定することは、前記第１の特徴付けデータを前記第２の特徴付けデータと比較することによる、請求項１に記載の方法。
6. 前記第１の特徴付けデータ又は前記第２の特徴付けデータは、前記取得された電圧信号のフォームファクタ、前記取得された電圧信号の波形パターン、前記取得された電圧信号の高速フーリエ変換の係数、前記取得された電圧信号から導かれた時間期間値、前記取得された電圧信号の曲線下の面積、前記取得された電圧信号のピーク値、前記取得された電圧信号の二乗平均平方根値、前記取得された電気信号の特定の位相における測定値、及び前記電気電圧信号から導かれた処理値のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の方法。
7. 電力変圧器と電源の少なくとも１つの位相との間に接続されている少なくとも１つの回路ブレーカを操作するように構成されたコントローラにおいて、
   １つ又は複数のプロセッサであって、
   前記電力変圧器に接続されている電圧感知デバイスから電気電圧信号を取得することと、
   所定のセットのサイクル内の前記取得された電気電圧信号における第１の特徴付けデータを決定することと、ここにおいて、前記第１の特徴付けデータは、前記回路ブレーカの開動作時周辺の前記所定のセットのサイクル内の前記取得された電気電圧信号に特有の態様を表し、
   前記回路ブレーカの開動作後の前記取得された電気電圧信号における前記所定のセットのサイクル内の第２の特徴付けデータを決定することと、ここにおいて、前記第２の特徴付けデータは、前記回路ブレーカの前記開動作後の前記所定のセットのサイクル内の前記取得された電気電圧信号に特有の態様を表し、
   第２の特徴付けデータと、前記第１の特徴付けデータ及び前記第２の特徴付けデータとのうちの少なくとも１つに基づいて、前記電力変圧器のコアの磁化レベルを推定することと、
   前記推定された磁化レベルに基づいて、前記電源の少なくとも１つの位相において切替えの瞬間を決定することと、
   前記電力変圧器の位相制御された通電のために、前記決定された切替えの瞬間に前記回路ブレーカを操作することと、
   を行うように構成された１つ又は複数のプロセッサ
   を備える、コントローラ。
8. 前記電源の少なくとも１つの位相の位相角度で前記回路ブレーカを操作し、ここにおいて、前記位相角度は、前記電力変圧器の位相制御された通電のための前記決定された切替えの瞬間に対応する、請求項７に記載のコントローラ。

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