JP2022147968A - 配電自動化システム、配電自動化システムの通信制御方法および開閉器 - Google Patents

Abstract

【課題】通信線が通信不良または通信不能となった場合に、配電サーバと自動開閉器との間の通信をバックアップすることができる配電自動化システム、配電自動化システムの通信制御方法および開閉器を提供する。【解決手段】配電自動化システム５において、配電サーバ５１と、複数の遠方監視制御用故障区間自動検出装置ＤＭ１～３と、共用型自動開閉器ＡＳ１１～３３と、配電サーバ５１とＤＭ１～３及びＡＳ１１～３３を通信可能に接続する通信線５３と、を備える。配電サーバ５１により通信線５３を介してＤＭ１～３及びＡＳ１１～３３を監視・制御する際に、スマートメータの通信網４に接続されている通信バックアップ装置５４は、通信線５３が通信不良となった場合に、配電サーバ５１とＤＭ１～３及びＡＳ１１～３３の間の通信を、ＤＭ１～３、ＡＳ１１～３３と、スマートメータの通信網４と、を利用して行う。【選択図】図１

Description

この発明は、配電自動化システム、配電自動化システムの通信制御方法、および配電自動化システムで用いられる開閉器に関する。

発電所で発電された電気は、高圧配電線、配電線設備、地中化設備、低圧配電線などの電気設備が設置された配電系統を経由して需要家宅へ供給されている。また、電力会社では、配電自動化システムを利用して、停電時の事故点の検出、停電区間への送電の停止、健全区間への送電の再開などの効率化を図っている。配電自動化システムは、電力会社の営業所などに設置された配電サーバおよび通信装置と、高圧配電線に設置された複数の自動開閉器（遠方監視制御用故障区間自動検出装置、共用型自動開閉器など）と、通信装置と各自動開閉器とを通信可能に接続する通信線とを備えている。配電サーバは、通信装置および通信線を介して各自動開閉器と通信を行うことにより、自動開閉器の監視・制御を行い、事故点に応じて自動開閉器を開閉することによって、配電制御を行っている。

ところで、需要家宅の電力使用量を計測する電力量計として、通信機能を備えたスマートメータが普及している。このスマートメータは、通信事業者が提供している通信回線や、スマートメータ間で相互に無線通信を行ってデータを送受信する無線マルチホップ方式などを利用して、電力会社と通信を行う。また、スマートメータと、このスマートメータの通信網とを利用して、事故点の検出を行うシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４－１５０６４７号公報

従来の配電自動化システムでは、通信線を利用して配電サーバと自動開閉器との間の通信を行っているが、自然災害や経年劣化などにより通信線が断線などした場合には、配電サーバと自動開閉器との間の通信が行えなくなるという問題がある。また、特許文献１に記載の発明では、スマートメータの通信網を利用して事故点の検出を行うことはできるが、配電サーバと自動開閉器との間の通信を行うことはできない。

そこで、この発明は、通信線が通信不良または通信不能となった場合に、配電サーバと自動開閉器との間の通信をバックアップすることができる配電自動化システム、配電自動化システムの通信制御方法および開閉器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、配電サーバと、高圧配電線に設置されている複数の開閉器と、前記配電サーバと前記開閉器とを通信可能に接続する通信線とを備え、前記配電サーバにより前記通信線を介して前記開閉器を監視・制御する配電自動システムであって、前記開閉器は、前記高圧配電線から分岐された低圧配電線に接続されているスマートメータの通信網を利用して通信を行う通信部を備えており、前記通信線が通信不良となった場合に、前記配電サーバと前記開閉器との間の通信を、前記開閉器の通信部と、前記スマートメータの通信網とを利用して行う通信バックアップ装置を備えることを特徴とする配電自動化システムである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の配電自動化システムにおいて、前記開閉器は、前記高圧配電線に接続されている変電所に電源が投入されてから、電力が到達するまでの電力到達時間を計測する計測部を備えており、前記配電サーバは、前記高圧配電線の停電区間にある前記開閉器に電力が到達して、前記変電所の遮断器が開放されるまでの遮断時間を計測し、前記遮断時間と、前記電力到達時間とに基づいて、停電区間を特定することを特徴とする。

請求項３の発明は、配電サーバと、高圧配電線に設置されている複数の開閉器と、前記配電サーバと前記開閉器とを通信可能に接続する通信線とを備え、前記配電サーバにより前記通信線を介して前記開閉器を監視・制御する配電自動システムの通信制御方法であって、前記開閉器は、前記高圧配電線から分岐された低圧配電線に接続されているスマートメータの通信網を利用して通信を行う通信部を備えており、前記スマートメータの通信網に接続されている通信バックアップ装置は、前記通信線が通信不良となった場合に、前記配電サーバと前記開閉器との間の通信を、前記開閉器の通信部と、前記スマートメータの通信網とを利用して行うことを特徴とする配電自動化システムの通信制御方法である。

請求項４の発明は、高圧配電線に設置され、通信線を介して配電サーバと通信可能に接続されている開閉器であって、前記開閉器は、前記高圧配電線から分岐された低圧配電線に接続されているスマートメータの通信網を利用して通信を行う通信部を備えており、
前記通信線が通信不良となった場合に、前記配電サーバと前記開閉器との間の通信を、前記開閉器の通信部と、前記スマートメータの通信網とを利用して行うことを特徴とする開閉器である。

請求項１、請求項３および請求項４の発明によれば、開閉器や通信線などの通信状況を監視し、通信不良が発生した場合に通信ルートのバックアップを行うことが可能となる。

また、請求項２の発明によれば、開閉器の間にある停電区間の特定が可能となる。

この発明の実施の形態に係る配電自動化システム、配電自動化システムの通信制御方法および開閉器を適用した配電系統の概略構成図である。 図１に示す配電自動化システムの各開閉器の構成を含む概略構成図である。 図２に示す配電自動化システムで通信不良が発生している状態を示す概略構成図である。 図３に示す配電自動化システムでＳＭ通信網を利用して通信のバックアップを行っている状態を示す概略構成図である。 停電区間を特定するために遮断器が閉じられて各開閉器に電源が投入される順序と、各開閉器に電力が到達するまでの電力到達時間と、各開閉器の電源投入からの積算値とを示す説明図である。 図５に示す配電系統において、停電が発生している状態を示す説明図である。 配電自動化システムにおいて、通信バックアップを行う手順を示すフローチャートである。 配電自動化システムにおいて、電源投入時間を利用して停電区間を特定する手順を示すフローチャートである。

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

図１は、この発明の実施の形態に係る配電自動化システム、配電自動化システムの通信制御方法および開閉器を適用した配電系統ＰＳの概略構成図である。配電系統ＰＳは、変電所ＳＳと、変電所ＳＳに接続された高圧配電線ＨＬとを備えている。変電所ＳＳには、配電系統ＰＳで事故が発生した場合に、高圧配電線ＨＬへの電力の供給を遮断する遮断器ＣＢが設置されている。高圧配電線ＨＬには、第１の遠方監視制御用故障区間自動検出装置（以下、遠方監視制御用故障区間自動検出装置をＤＭともいう）１と、第２のＤＭ２および第３のＤＭ３とが設置されている。遠方監視制御用故障区間自動検出装置は、高圧配電線ＨＬを区画する自動開閉器であり、故障区間の自動検出機能を備えている。遠方監視制御用故障区間自動検出装置は、本発明の開閉器の一例に相当する。

第１のＤＭ１と第２のＤＭ２との間の高圧配電線ＨＬには、第１の共用型自動開閉器（以下、共用型自動開閉器をＡＳともいう）１１と、第２のＡＳ１２と、第３のＡＳ１３とが設置されている。共用型自動開閉器は、遠方監視制御用故障区間自動検出装置により区画された高圧配電線ＨＬをさらに区分する自動開閉器である。共用型自動開閉器は、本発明の開閉器の一例に相当する。

第１のＤＭ１と、第１のＤＭ１の区間内に設置されている第１のＡＳ１１と、第２のＡＳ１２と、第３のＡＳ１３と、第２のＤＭ２との間の高圧配電線ＨＬには、それぞれ変圧器（以下、変圧器をＴｒともいう）Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ１３、Ｔ１４が設置されている。各変圧器Ｔ１１～Ｔ１４には、それぞれ低圧配電線ＬＬを介してスマートメータ（以下、スマートメータをＳＭともいう）Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ１３、Ｍ１４が接続されている。

第２のＤＭ２と第３のＤＭ３との間の高圧配電線ＨＬには、第１のＤＭ１と第２のＤＭ２との間と同様に、第１のＡＳ２１と、第２のＡＳ２２と、第３のＡＳ２３とが設置されている。また、第２のＤＭ２と、第１のＡＳ２１と、第２のＡＳ２２と、第３のＡＳ２３と、第３のＤＭ３との間の高圧配電線ＨＬには、それぞれ変圧器Ｔ２１、Ｔ２２、Ｔ２３、Ｔ２４が設置されている。各変圧器Ｔ２１～Ｔ２４には、それぞれ低圧配電線ＬＬを介してスマートメータＭ２１、Ｍ２２、Ｍ２３、Ｍ２４が接続されている。

第３のＤＭ３に接続されている高圧配電線ＨＬには、第１のＤＭ１と第２のＤＭ２との間と同様に、第１のＡＳ３１と、第２のＡＳ３２と、第３のＡＳ３３とが設置されている。また、第３のＤＭ３と、第１のＡＳ３１と、第２のＡＳ３２と、第３のＡＳ３３との間と、第３のＡＳ３３の下流側には、それぞれ変圧器Ｔ３１、Ｔ３２、Ｔ３３、Ｔ３４が設置されている。各変圧器Ｔ３１～Ｔ３４には、それぞれ低圧配電線ＬＬを介してスマートメータＭ３１、Ｍ３２、Ｍ３３、Ｍ３４が接続されている。

スマートメータＭ１１～Ｍ１４、スマートメータＭ２１～Ｍ２４およびスマートメータＭ３１～Ｍ３４は、電力使用量を計測して電力会社へ送信する電力量計であり、電力会社と電力供給の契約が行われている需要家宅に設置されている。スマートメータＭ１１～Ｍ１４、スマートメータＭ２１～Ｍ２４およびスマートメータＭ３１～Ｍ３４は、通信事業者が提供している通信回線や、スマートメータ間で相互に無線通信を行ってデータを送受信する無線マルチホップ方式などのスマートメータ通信網（以下、ＳＭ通信網ともいう）４を利用して、電力会社と通信を行う。ＳＭ通信網４は、２点鎖線によって図示されている。なお、配電系統ＰＳに設置されるＤＭ、ＡＳ、変圧器およびスマートメータは、図１に図示されている設置数に限定されるものではない。

配電系統ＰＳには、停電などの事故発生時に各開閉器（ＤＭ、ＡＳなど）を開閉して配電区間を制御する配電自動化システム５が設置されている。配電自動化システム５は、電力会社の営業所などに設置されている配電サーバ５１および通信装置５２と、通信装置５２に接続されている通信線５３と、配電サーバ５１と同様に営業所などに設置されている
通信バックアップ装置５４および通信装置５５とを備えている。通信バックアップ装置５４は、通信装置５５を介してＳＭ通信網４に接続されている。

通信線５３は、例えば、光ファイバなどを用いた通信ケーブルである。通信線５３は、第１のＤＭ１と、第１のＡＳ１１、第２のＡＳ１２および第３のＡＳ１３と、第２のＤＭ２と、第１のＡＳ２１、第２のＡＳ２２および第３のＡＳ２３と、第３のＤＭ３と、第１のＡＳ３１、第２のＡＳ３２および第３のＡＳ３３とに通信可能に接続されている。配電サーバ５１は、通信装置５２および通信線５３を介して第１のＤＭ１などと通信を行い、第１のＤＭ１などの監視・制御を行う。なお、通信線５３は、１点鎖線によって図示されている。

第１のＤＭ１と、第１のＡＳ１１、第２のＡＳ１２および第３のＡＳ１３と、第２のＤＭ２と、第１のＡＳ２１、第２のＡＳ２２および第３のＡＳ２３と、第３のＤＭ３と、第１のＡＳ３１、第２のＡＳ３２および第３のＡＳ３３は、通信線５３を介して配電サーバ５１と通信を行う機能の他に、ＳＭ通信網４を介して通信を行う機能を備えている。第１のＤＭ１などが備えるＳＭ通信網４を介した通信機能は、通信線５３による通信のバックアップを行うために設けられている。

図２に示すように、第１のＤＭ１と、第１のＡＳ１１、第２のＡＳ１２および第３のＡＳ１３と、第２のＤＭ２と、第１のＡＳ２１、第２のＡＳ２２および第３のＡＳ２３と、第３のＤＭ３と、第１のＡＳ３１、第２のＡＳ３２および第３のＡＳ３３は、通信線５３を介して配電サーバ５１と通信を行う通信部１ａ、通信部１１ａ、通信部１２ａ、通信部１３ａ、通信部２ａ、通信部２１ａ、通信部２２ａ、通信部２３ａ、通信部３ａ、通信部３１ａ、通信部３２ａ、通信部３３ａをそれぞれ備えている。また、通信部１ａ、通信部１１ａ、通信部１２ａ、通信部１３ａ、通信部２ａ、通信部２１ａ、通信部２２ａ、通信部２３ａ、通信部３ａ、通信部３１ａ、通信部３２ａ、通信部３３ａは、通信線５３に断線などが発生した場合に、ＳＭ通信網４を介して通信を行うために、通信線５３を介して送受信された通信信号を変換する変換部１ｂ、変換部１１ｂ、変換部１２ｂ、変換部１３ｂ、変換部２ｂ、変換部２１ｂ、変換部２２ｂ、変換部２３ｂ、変換部３ｂ、変換部３１ｂ、変換部３２ｂ、変換部３３ｂをそれぞれ備えている。

通信バックアップ装置５４は、配電サーバ５１と通信可能となるように接続されている。配電サーバ５１は、第１のＤＭ１と、第１のＡＳ１１、第２のＡＳ１２および第３のＡＳ１３と、第２のＤＭ２と、第１のＡＳ２１、第２のＡＳ２２および第３のＡＳ２３と、第３のＤＭ３と、第１のＡＳ３１、第２のＡＳ３２および第３のＡＳ３３の通信状況を監視する。配電サーバ５１は、通信線５３による通信に通信不良が発生した場合に、通信バックアップ装置５４へ通信が通信不良区間を含む通信不良通知を送信する。通信バックアップ装置５４は、配電サーバ５１から通信不良通知を受信すると、通信不良通知に含まれる通信不良区間の通信部の変換部を動作させる。これにより、通信線５３を介して送受信されていた通信信号は、変換部により信号形式が変換されてＳＭ通信網４を介して通信される。

例えば、図３に示すように、第１のＤＭ１の区間に設置されている第２のＡＳ１２と第３のＡＳ１３との間で通信線５３が断線などして通信不良が発生した場合、配電サーバ５１は、その通信不良区間を含む通信不良通知を通信バックアップ装置５４へ送信する。通信バックアップ装置５４は、図４に示すように、第２のＡＳ１２の変換部１２ｂと、第３のＡＳ１３の変換部１３ｂとを動作させ、通信線５３を介して送受信されていた通信信号の信号形式を変換し、ＳＭ通信網４により通信をバックアップする。

図２および図５に示すように、第１のＤＭ１と、第１のＡＳ１１、第２のＡＳ１２およ
び第３のＡＳ１３と、第２のＤＭ２と、第１のＡＳ２１、第２のＡＳ２２および第３のＡＳ２３と、第３のＤＭ３と、第１のＡＳ３１、第２のＡＳ３２および第３のＡＳ３３は、計測部１ｃと、計測部１１ｃ、計測部１２ｃおよび計測部１３ｃと、計測部２ｃと、計測部２１ｃ、計測部２２ｃおよび計測部２３ｃと、計測部３ｃと、計測部３１ｃ、計測部３２ｃおよび計測部３３ｃとを備えている。計測部１ｃ～３３ｃは、配電系統ＰＳの停電時に高圧配電線ＨＬの停電区間を特定するために、変電所ＳＳの遮断器ＣＢが閉じられて電源が投入されてから、各開閉器に電力が到達するまでの電力到達時間を計測する。計測された電力到達時間は、配電サーバ５１に送信される。

図５は、配電系統ＰＳの停電時に高圧配電線ＨＬの停電区間を特定するために、変電所ＳＳの遮断器ＣＢが閉じられて各開閉器に電源が投入される順序と、各開閉器に電力が到達するまでの電力到達時間（区間タイムおよび累積タイム）と、各開閉器の電源投入からの積算値とを示している。配電サーバ５１は、配電系統ＰＳの停電時に高圧配電線ＨＬの停電区間を特定するために、変電所ＳＳの遮断器ＣＢが閉じて各開閉器に電源を投入し、停電区間にある開閉器に電力が到達して、遮断器ＣＢが開放されるまでの遮断時間を計測し、その遮断時間と、電力到達時間とに基づいて、停電区間を特定する。

例えば、図６に示すように、第２のＤＭ２と、この第２のＤＭ２の区間内の第１のＡＳ２１との間で高圧配電線ＨＬに事故が発生した場合、遮断器ＣＢは第２のＤＭ２に電力が到達した時点で遮断される。この場合、遮断時間は、第２のＤＭ２に電力が到達する電力到達時間（１０８．４５秒）と同じになるので、配電サーバ５１は、第２のＤＭ２の下流側で高圧配電線ＨＬに事故が発生していると判定することができる。

次に上記実施の形態の作用について説明する。配電サーバ５１は、通信装置５２および通信線５３を介して第１のＤＭ１と、第１のＡＳ１１、第２のＡＳ１２および第３のＡＳ１３と、第２のＤＭ２と、第１のＡＳ２１、第２のＡＳ２２および第３のＡＳ２３と、第３のＤＭ３と、第１のＡＳ３１、第２のＡＳ３２および第３のＡＳ３３などと通信を行い、これらの開閉器の監視・制御を行う。

図７のフローチャートに示すように、配電サーバ５１は、通信線５３に断線などによる通信不良が発生すると（ステップＳ１）、通信不良区間を含む通信不良通知を通信バックアップ装置５４に送信する（ステップＳ２）。通信バックアップ装置５４は、通信不良通知を受信すると、通信不良通知に含まれる通信不良区間の開閉器の変換部を動作させ、通信線５３を介して送受信されていた通信信号の信号形式を変換する（ステップＳ３）。通信バックアップ装置５４は、ＳＭ通信網４を介して変換された通信信号の通信を行う（ステップＳ４）。

これにより、遠方監視制御用故障区間自動検出装置（ＤＭ）や、共用型自動開閉器（ＡＳ）、通信線５３などの通信状況を監視し、通信不良が発生した場合に通信ルートのバックアップを行うことが可能となる。

また、図８のフローチャートに示すように、配電系統ＳＰで停電が発生し（ステップＳ２１）、停電区間を特定するために、変電所ＳＳの遮断器ＣＢが閉じられて電源が再投入された場合には（ステップＳ２２）、各開閉器に設けられている計測部１ｃと、計測部１１ｃ、計測部１２ｃおよび計測部１３ｃと、計測部２ｃと、計測部２１ｃ、計測部２２ｃおよび計測部２３ｃと、計測部３ｃと、計測部３１ｃ、計測部３２ｃおよび計測部３３ｃによって、各開閉器に電力が到達するまでの電力到達時間を計測する（ステップＳ２３）。また、配電サーバ５１は、電源が再投入されてから、停電区間にある開閉器に電力が到達して、遮断器ＣＢが開放されるまでの遮断時間を計測し、その遮断時間と、電力到達時間とに基づいて、停電区間を特定する（ステップＳ２４）。

これにより、遠方監視制御用故障区間自動検出装置（ＤＭ）と、共用型自動開閉器（ＡＳ）との間にある停電区間の特定が可能となる。

なお、上記の実施の形態では、配電サーバ５１の制御によって自動的に通信のバックアップや停電区間の特定などを行うように説明したが、例えば、操作権限を有する操作オペレータが、配電サーバ５１に接続されている操作端末などを操作して通信のバックアップや停電区間の特定などを行うようにしてもよい。

１ 第１の遠方監視制御用故障区間自動検出装置
１１ 第１の共用型自動開閉器
１２ 第２の共用型自動開閉器
１３ 第３の共用型自動開閉器
Ｍ１１～Ｍ１４ スマートメータ
２ 第２の遠方監視制御用故障区間自動検出装置
２１ 第１の共用型自動開閉器
２２ 第２の共用型自動開閉器
２３ 第３の共用型自動開閉器
Ｍ２１～Ｍ２４ スマートメータ
３ 第２の遠方監視制御用故障区間自動検出装置
３１ 第１の共用型自動開閉器
３２ 第２の共用型自動開閉器
３３ 第３の共用型自動開閉器
Ｍ３１～Ｍ３４ スマートメータ
４ スマートメータ通信網
５ 配電自動化システム
５１ 配電サーバ
５２ 通信装置
５３ 通信線
５４ 通信バックアップ装置
５５ 通信装置
ＳＳ 変電所
ＣＢ 遮断機
ＴＨ 高圧配電線
ＬＬ 低圧配電線

Claims (4)

1. 配電サーバと、高圧配電線に設置されている複数の開閉器と、前記配電サーバと前記開閉器とを通信可能に接続する通信線とを備え、前記配電サーバにより前記通信線を介して前記開閉器を監視・制御する配電自動システムであって、
   前記開閉器は、前記高圧配電線から分岐された低圧配電線に接続されているスマートメータの通信網を利用して通信を行う通信部を備えており、
   前記通信線が通信不良となった場合に、前記配電サーバと前記開閉器との間の通信を、前記開閉器の通信部と、前記スマートメータの通信網とを利用して行う通信バックアップ装置を備えることを特徴とする配電自動化システム。
2. 前記開閉器は、前記高圧配電線に接続されている変電所に電源が投入されてから、電力が到達するまでの電力到達時間を計測する計測部を備えており、
   前記配電サーバは、前記高圧配電線の停電区間にある前記開閉器に電力が到達して、前記変電所の遮断器が開放されるまでの遮断時間を計測し、前記遮断時間と、前記電力到達時間とに基づいて、停電区間を特定することを特徴とする請求項１に記載の配電自動化システム。
3. 配電サーバと、高圧配電線に設置されている複数の開閉器と、前記配電サーバと前記開閉器とを通信可能に接続する通信線とを備え、前記配電サーバにより前記通信線を介して前記開閉器を監視・制御する配電自動システムの通信制御方法であって、
   前記開閉器は、前記高圧配電線から分岐された低圧配電線に接続されているスマートメータの通信網を利用して通信を行う通信部を備えており、
   前記スマートメータの通信網に接続されている通信バックアップ装置は、前記通信線が通信不良となった場合に、前記配電サーバと前記開閉器との間の通信を、前記開閉器の通信部と、前記スマートメータの通信網とを利用して行うことを特徴とする配電自動化システムの通信制御方法。
4. 高圧配電線に設置され、通信線を介して配電サーバと通信可能に接続されている開閉器であって、
   前記開閉器は、前記高圧配電線から分岐された低圧配電線に接続されているスマートメータの通信網を利用して通信を行う通信部を備えており、
   前記通信線が通信不良となった場合に、前記配電サーバと前記開閉器との間の通信を、前記開閉器の通信部と、前記スマートメータの通信網とを利用して行うことを特徴とする開閉器。

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