JP3577540B2

JP3577540B2 - 電力系統事故設備推定方法

Info

Publication number: JP3577540B2
Application number: JP2966399A
Authority: JP
Inventors: 康則小松; 善久半田; 守方; 稔図師
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-02-08
Filing date: 1999-02-08
Publication date: 2004-10-13
Anticipated expiration: 2019-02-08
Also published as: JP2000228823A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種電力系統の中央給電指令所、地方給電指令所、大規模制御所、系統制御所において、系統制御用電子計算機または汎用電子計算機上で事故区間を自動的に判定する電力系統事故設備推定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力系統において、雷などの天災や設備故障などにより系統事故が発生し、設備に対して通常より過大な事故電流が流れたり、電圧低下が生じた場合などに、その事故電流・電圧を保護リレーが検出し、遮断器に対してトリップ（開）指令を出力して遮断器を開放する。これにより事故点を健全区間から分離し、事故の波及を防止している。
しかし、選択遮断機能が十分でない保護リレーを使用したり、系統構成状態などの要因により、保護リレー整定上の選択遮断機能が十分に発揮できない場合がある。このような場合、トリップ動作した遮断器により健全区間と切り離される区間が広範囲になってしまう場合が多く、事故区間の判定が困難になることがある。また、保護リレーが整定上の問題や機器不良などにより誤動作や誤不動作を起すこともある。
また、保護リレー動作情報の伝送方式によっては、ｎ個の保護リレーの動作情報が１つの動作情報に変換されて計算機へ入力される場合があり、この場合複数の保護リレーの動作情報が集約されることになる。例えば、ある設備を保護する保護リレーＡ、Ｂ、Ｃがあり、それらの動作情報が集約されている場合、いずれかもしくは全ての保護リレーが動作したときに、保護リレーＡ、Ｂ、Ｃのいずれかが動作したことを示す１つの動作情報のみが計算機に入力される。この場合、実際に現地でどの保護リレーが動作したかを計算機側から区別できない。
保護リレーは、次の２つの種別に分類することができる。第１の種別は、限定した設備を主として保護する「主保護リレー」であり、第２の種別は、主保護リレーが何らかの理由で事故時に動作しなかった場合のバックアップを目的として比較的広範囲の設備を保護対象とする「後備保護リレー」である。前述した保護リレー動作情報の集約が「主保護リレー」と「後備保護リレー」のように保護範囲の異なる複数の保護リレーに対してなされる場合、事故復旧における安全性を考慮すると、保護リレーがロックされているなどの条件が成立しない限り、集約された保護リレーが全て動作したものとして計算機上で判定するので、広範囲の事故候補区間を生成することになり、事故復旧操作に時間がかかってしまう。
上述したような種々の要因が事故区間の判定を困難なものにしているが、事故区間の判定は、事故により停電した区間の復旧作業を行うために非常に重要な業務である。従来、このような事故設備推定は、運用者がその経験や直感的な知識を用いて行っていることが多いが、経験豊富な熟練運用者の減少や系統の大規模化、複雑化により、年々困難な業務となりつつある。
これに対し、近年ではエキスパートシステムに代表される知識工学の手法を応用した事故設備推定方法が開発されてきている。多く開発されている方法は、さまざまな事故時の保護装置の動作パターンとそのときの事故区間とをＩＦ・ＴＨＥＮ形式のルールにより表現したのものである。この方法では、運用者の知識と同様の形式でシステムを構築することができるため、比較的初期の段階からその適用例が多く発表されている。
しかしながら、この方法では、ルールの数や種類の充実度がそのまま事故区間の判定性能に影響する。十分な性能を発揮させるためには、ルールを充実させることが必要であるが、この作業は一般に困難であり、また、系統構成の変化や新しい保護装置の導入などがあった場合には、これらに対応する知識の追加、変更が困難である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、ある設備を保護する主保護リレーと後備保護リレーの動作情報が集約されて計算機へ入力される場合、事故後の開閉器状態を参照しても、どの保護リレーが動作したかを計算機上では区別できない場合がある。このとき、事故復旧における安全性を考慮すると、保護リレーがロックされているなどの条件が成立しない限り、集約された保護リレーが全て動作したものとして計算機上で判定せざるを得ず、広範囲の事故候補区間を生成することになる。従来は、事故候補区間から停電の末端までの範囲において、設備と機器のつながりから求められる全ての経路を対象として、経路の除外条件を満たす場合に、ある区間から末端までの経路を全て除外して、保護リレー動作、不動作の正当性について検証して事故区間を判定しており、事故区間を実際よりも狭く判定してしまう場合がある。
また、通常、同時に複数の事故が発生することは考えにくいため、計算機によって提示された事故区間が広範囲となっていても、実際の事故点は１箇所と考えられる。そこで、事故点を明確にするために、１つひとつの設備に対してそれに隣接する開閉器で設備を電気的に切り分けて試充電（事故復旧）を行うが、このとき、事故候補区間が広範囲となると、無駄な試充電回数が増え、迅速な事故復旧ができない。
【０００４】
本発明の課題は、保護リレーの保護範囲の情報を簡素化すると共に、事故設備推定処理の単純化、短縮化および検証精度の向上を図り、事故復旧を迅速に行うことにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、各設備に対して隣接する設備との境界までを１つの範囲とする保護範囲内部区間を作成し、保護リレーの設置位置から保護リレーの保護範囲を包含する範囲においてその範囲に含まれる保護範囲内部区間の区間数を情報として保持する。
電力系統内で事故が発生して保護リレーの動作情報が計算機に入力された場合、その保護リレーを動作保護リレーと判定し、動作保護リレーに保護される設備の範囲を事故候補区間として生成し、この事故候補区間内の各設備に対していくつの動作保護リレーに保護されているかの情報に基づいて事故区間を判定し、その事故区間の中で最も事故発生の確率が高い設備を「事故設備」と判定し、事故区間内の事故設備以外の事故発生の確率が比較的低い設備を「事故候補設備」と判定する。
ここで、事故候補区間内に設置されている保護リレーのうち、計算機へ動作情報が入力されておらず、かつ、一定の条件を満たし、動作していないと判定した保護リレーの保護範囲の区間を事故発生の確率が低いとして扱い、その区間を事故候補区間から除外して事故区間を判定する。
また、事故区間に含まれる各設備について、動作保護リレーの保護重複度から動作していない保護リレーの保護重複度を引いた数を事故確定度として求め、事故発生の確率とする。
【０００６】
本発明は、保護リレーの保護範囲の情報を簡素な表現形式で計算機に予め保持し、電力系統の事故発生時に計算機へ入力される開閉器状態などの情報をもとに、実際の電力系統における動作保護リレーの保護範囲を展開し、複数の保護リレーが動作した場合または複数の保護リレーの動作情報集約によりその集約されている全ての保護リレーが動作したものとして扱う場合に、各動作保護リレーの保護範囲に基づいて事故候補区間を抽出し、その事故候補区間内の各設備に対する保護範囲の重複度を求め、その度数に応じて事故発生確率の高い「事故設備」と比較的低い「事故候補設備」を判定する。
ここで、事故候補区間に含まれる各設備に事故点が存在したと仮定した場合に、その設備を保護する保護リレーのみが動作する筈である。このことから、逆に、動作していない保護リレーの保護範囲には事故が発生しなかったと考えられる。そこで、動作保護リレーの保護範囲内であっても動作していない一定数以上（通常は２つ以上）の保護リレーに保護される設備を事故発生の確率が低い設備であるとして扱い、事故候補区間から除外して事故区間を判定することとした。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
図３は、事故区間の判定対象となる電力系統のモデルであり、変電所１には母線Ｂ１、Ｂ２および変圧器Ｔ１、Ｔ２があり、変電所２には母線Ｂ３〜Ｂ６および変圧器Ｔ３、Ｔ４があり、変電所３には母線Ｂ７、Ｂ８および変圧器Ｔ５がある。母線Ｂ１とＢ３は送電線Ｌ１で、母線Ｂ２、Ｂ４、Ｂ７が送電線Ｌ２によって結ばれているとする。また、Ｒｙ１〜Ｒｙ１８は保護リレー、ＣＢ１〜ＣＢ１６は遮断器を示す。保護リレーＲｙ５とＲｙ６とは集約されて計算機へ入力されるものとする。また、図３には、展開された保護リレーＲｙ６の保護範囲と、保護リレーＲｙ６の保護範囲内部区間Ｎ１（６）〜Ｎ７（６）を表わす。
なお、図４〜図６についても、図３と同様の電力系統モデルであるため、説明を省略する。
【０００８】
図１、図２は、本発明の一実施形態であり、以下の手順により事故区間を判定する。
先ず、保護リレーの保護範囲に関する情報として、予め計算機（系統制御用電子計算機または汎用電子計算機）（図示せず）に固定データ（設備データという。）を保持しておく。設備データとして、保護リレーのＣＴやＰＴがどの設備に設置されているかを示す設置位置情報、保護リレーが主に保護する保護方向情報（図３の矢印）、および、保護リレーの保護範囲内に含まれる保護範囲内部区間（送電線、母線、変圧器などの設備とそれに隣接する設備の境界で区切られた範囲を指す。）の区間数が記憶される。以下、この区間数のことを設備データベース区間数という。
図３において、保護リレーＲｙ６は保護範囲の区間数が「３」と定義されているものとし、開閉器が全て「閉」状態としたとき、保護範囲内部区間Ｎ１（６）〜Ｎ７（６）の各設備が最大の保護範囲であることを示している。ここで、区間数が「３」とは、Ｎ１（６）、Ｎ４（６）、Ｎ５（６）またはＮ１（６）、Ｎ４（６）、Ｎ６（６）またはＮ１（６）、Ｎ４（６）、Ｎ７（６）またはＮ１（６）、Ｎ２（６）、Ｎ３（６）を云う。また、保護リレーＲｙ２の区間数が「３」、保護リレーＲｙ５の区間数は「１」と定義されているとする。
なお、設備データには、電力系統の各設備の接続状態をトポロジカルに定義している情報も含んでいるものとする。
【０００９】
図１を用いて、保護リレーの保護範囲内部区間の作成フローを説明する。まず、計算機に記憶されている設備データから動作保護リレー（以下、動作したと判定した保護リレー）の設置位置情報を取得し（Ｓ１）、動作保護リレーの保護方向情報を取得する（Ｓ２）。次いで、保護範囲内部区間を展開した区間数が設備データベース区間数以下のとき（Ｓ３）、第ｎ区間を生成する（Ｓ４）。最終的には、第ｎ区間まで展開した範囲を当該保護リレーの保護範囲として決定する。
【００１０】
次に、図２を用いて、事故設備・事故候補設備の判定フローを説明する。
まず、動作保護リレーの保護範囲を展開する（Ｓ６）。図４では、事故が発生し、保護リレーＲｙ５、Ｒｙ６が動作したが、遮断器ＣＢ５が機器不良などの要因により不動作となり、保護リレーＲｙ２がバックアップとして動作し、遮断器ＣＢ２がトリップしたことを示す。なお、遮断器ＣＢ３、ＣＢ８およびＣＢ１３は事故前より「開」状態であったとする。
この場合、設備データをもとに、設備や機器の接続をたどりながら、実際の電力系統における開閉器状態を考慮し、動作保護リレーとして判定されたＲｙ２、Ｒｙ５、Ｒｙ６の保護範囲を展開する。このとき、開閉器が「開」状態の場合、その開閉器の先の設備へ保護範囲を展開しない。よって、保護リレーＲｙ２の保護範囲Ｈ−２は保護範囲内部区間Ｎ１〜Ｎ３、Ｎ５を含む範囲、保護リレーＲｙ５の保護範囲Ｈ−５は保護範囲内部区間Ｎ２を含む範囲、保護リレーＲｙ６の保護範囲Ｈ−６は保護範囲内部区間Ｎ２〜Ｎ６を含む範囲となる。
次いで、各設備に対する動作保護リレーの保護範囲の重複度を算出し（Ｓ７）、動作保護リレーの数分繰り返す（Ｓ５）。停電区間内の各設備に対して、当該設備を保護している動作保護リレーの総数（以下、保護重複度という。）を計算する。図４では、送電線Ｌ２、母線Ｂ４、Ｂ７の保護重複度は「２」であり、母線Ｂ２、変圧器Ｔ４、Ｔ５の保護重複度は「１」である。ただし、ここで、１つの動作情報として集約される全ての保護リレーに対して、同一の設備を複数回加算しないようにし、集約される保護リレーの個数が多いほど、保護重複度が大きくなることを防ぐ。具体的には、送電線Ｌ２の保護重複度「２」は動作保護リレーＲｙ２とＲｙ５（Ｒｙ６はＲｙ５と集約される保護リレーであるため、加算しない。）の保護範囲であり、母線Ｂ４、Ｂ７の保護重複度「２」は動作保護リレーＲｙ２とＲｙ６の保護範囲である。また、母線Ｂ２の保護重複度「１」は動作保護リレーＲｙ２のみの保護範囲であり、変圧器Ｔ４、Ｔ５の保護重複度「１」は動作保護リレーＲｙ６のみの保護範囲である。
続いて、事故候補区間を生成する（Ｓ８）。保護重複度が「１」以上の設備を事故候補区間であると判定する。図４では、母線Ｂ２、Ｂ４、Ｂ７、送電線Ｌ２、変圧器Ｔ４、Ｔ５が事故候補区間となる。
【００１１】
一方、動作していない保護リレーの保護範囲を展開する（Ｓ１０）。事故候補区間内に設置されている保護リレーのうち、その動作情報が計算機へ入力されなかった保護リレーを動作していない保護リレーとして判定し、設備データをもとに、設備や機器の接続をたどりながら、実際の電力系統における開閉器状態を考慮して保護範囲を展開する。図５では、動作していない保護リレーＲｙ９、Ｒｙ１２、Ｒｙ１４、Ｒｙ１５、Ｒｙ１７、Ｒｙ１８の保護範囲Ｈ−９、Ｈ−１２、Ｈ−１４、Ｈ−１５、Ｈ−１７、Ｈ−１８を展開する。
次いで、（Ｓ７）と同様に、動作していない保護リレーの保護重複度（同一設備を保護する動作していない保護リレーの総数についても保護重複度という。）を計算する（Ｓ１１）。計算結果は、母線Ｂ４、Ｂ７の保護重複度が「１」、変圧器Ｔ４、Ｔ５の保護重複度が「２」となる。
【００１２】
次に、事故候補区間の極少化を行う（Ｓ１２）。動作していない保護リレーの保護重複度が一定数以上（通常は「２」（保護リレーが２つ以上同時に動作しないことは考えられないため）である。）の設備を事故候補区間から除外する。このことで事故候補区間の極少化を行い、事故区間を生成する。図６では、母線Ｂ２、Ｂ４、Ｂ７および送電線Ｌ２が事故区間となる。
次いで、事故確定度を算出する（Ｓ１３）。事故区間に含まれる各設備について、動作保護リレーの保護重複度から動作していない保護リレーの保護重複度を引いた数を事故確定度として求める。この結果、図６に示すように、送電線Ｌ２の事故確定度が「２」、母線Ｂ２、Ｂ４、Ｂ７の事故確定度が「１」となる。
続いて、事故設備・事故候補設備を判定する（Ｓ１４）。ある設備に事故が発生し、保護リレーが動作した場合、保護する保護リレーがより多く動作した設備が最も事故の発生確率が大きいと考えられる。すなわち、事故確定度が最大の設備が最も事故の発生確率が大きいと考えられるため、事故設備と判定し、一方、事故確定度が最大以外の設備は事故の発生確率がやや低いと考えられるため、事故候補設備と判定する。図６では、送電線Ｌ２が事故設備と判定され、母線Ｂ２、Ｂ４、Ｂ７は事故候補設備と判定される。
【００１３】
このように、本実施形態では、計算機を用いて、保護リレーの保護範囲内部区間を作成し（Ｓ１〜Ｓ４）、保護リレーの保護範囲の展開、事故候補区間の極少化を行い、最終的に残った事故候補区間を事故区間とし、その事故区間に対して事故設備・事故候補設備の判定を行う（Ｓ５〜Ｓ１４）。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、設備データに厳密な保護範囲を定義しなくても、保護範囲を包含する範囲を保護範囲内部区間数として保持ればよく、設備データの定義作業の簡略化が可能である。
また、事故候補区間内の動作していない保護リレーの保護範囲と動作保護リレーの保護範囲を重ね合せることにより、事故区間判定に不要な設備を事故候補区間から除外できるため、事故設備推定処理の単純化、推論処理時間の短縮および検証精度の向上を図ることができる。
また、事故区間内の各設備に対して、事故発生確率に応じて事故設備と事故候補設備に分けて判定するため、事故設備を優先して試充電を行い、これにより、設備の健全性を確認することができ、結果的に迅速な復旧操作を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すフローチャート
【図２】本発明の一実施形態を示すフローチャート
【図３】本発明の一実施形態が適用される電力系統のモデル構成図
【図４】本発明の一実施形態が適用される電力系統のモデル構成図
【図５】本発明の一実施形態が適用される電力系統のモデル構成図
【図６】本発明の一実施形態が適用される電力系統のモデル構成図
【符号の説明】
Ｂ１〜Ｂ８：母線、Ｌ１、Ｌ２：送電線、Ｔ１〜Ｔ５：変圧器、Ｒｙ１〜Ｒｙ１８：保護リレー、ＣＢ１〜ＣＢ１６：遮断器

Claims

保護リレーの保護範囲情報を加工して予め計算機内部に蓄積しておき、事故設備を推定する際に、その情報を利用して保護リレーの保護範囲を展開し、事故候補区間を求める電力系統事故設備推定方法において、各設備に対して隣接する設備との境界までを１つの範囲とする保護範囲内部区間を作成し、保護リレーの設置位置から保護リレーの保護範囲を包含する範囲においてその範囲に含まれる保護範囲内部区間の区間数を情報として保持することを特徴とする電力系統事故設備推定方法。
請求項１において、電力系統内で事故が発生して保護リレーの動作情報が計算機に入力された場合、その保護リレーを動作保護リレーと判定し、動作保護リレーに保護される設備の範囲を事故候補区間として生成し、この事故候補区間内の各設備に対していくつの動作保護リレーに保護されているかの情報に基づいて事故区間を判定し、その事故区間の中で最も事故発生の確率が高い設備を「事故設備」と判定し、事故区間内の事故設備以外の事故発生の確率が比較的低い設備を「事故候補設備」と判定することを特徴とする電力系統事故設備推定方法。
請求項２において、事故候補区間内に設置されている保護リレーのうち、計算機へ動作情報が入力されておらず、かつ、一定の条件を満たし、動作していないと判定した保護リレーの保護範囲の区間を事故発生の確率が低いとして扱い、その区間を事故候補区間から除外して事故区間を判定することを特徴とする電力系統事故設備推定方法。
請求項３において、事故区間に含まれる各設備について、動作保護リレーの保護重複度から動作していない保護リレーの保護重複度を引いた数を事故確定度として求め、事故発生の確率とすることを特徴とする電力系統事故設備推定方法。