JP4046674B2 - 配電系統の保護システム - Google Patents

Description

本発明は、放射状に敷設された配電系統の保護システムに係り、特に、分散型電源が導入された配電系統の短絡保護に関する。

電気事業における規制緩和、小型発電機の性能向上・低価格化などの様々な理由により、太陽光発電、燃料電池およびマイクロガスタービン等の分散型電源の導入拡大が予想される。従来の大規模な電源が需要家から離れた遠隔地に導入されるのに対し、分散型電源は小規模であり、需要家近傍に設置される。このため、従来の配電系統では配電変電所の下位には電源が接続されていなかったのに対し、分散型電源が導入された配電系統においては、配電変電所の下位にも分散型電源が連系されることになる。

現状の保護システムでは、分散型電源の導入が小規模であることを前提に、配電系統内の各リレーは基本的にその設置点のみの情報を用いて動作の判断を行っている。各リレーは動作すべき故障点であるかを明確に判定できないため、分散型電源を不要に解列しないようにするためには配電系統内のリレー間で十分に協調をとる必要がある。分散型電源が非常に多数導入されると予測される将来の配電系統では、多数の分散型電源を考慮してリレー間の協調をとる必要があり、配電系統の計画・運用が複雑化することが予想される。そのため、分散型電源の大規模導入に柔軟に対応できる新しい保護システムの導入が必要となり、この種の保護システムの検討やガイドラインも示されている（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照）。
井上、嶋野、伊藤、戸津、中山：「Ethernetによる分散型保護リレーシステムの検討」、電気学会論文誌Ｂ、Vol.120,No.8/9,pp.1161-1168 資源エネルギー庁：「解説電力系統連系技術要件ガイドライン'９８」、電力新報社、1998

現状の保護システムでは、以下の問題がある。

（１）配電系統内のリレー間の協調が必要であり、将来の分散型電源の大規模導入に対応することが困難である。

（２）分散型電源の新規導入・廃止および配電系統のループ化などに伴う保護システムの再構成に対して柔軟に対応することが困難である。

本発明は、Ethernet（登録商標）等の通信技術を利用し、各リレーが他の複数のリレー設置点の情報を活用することにより、上記の問題点を克服できる保護システムを提案するものである。

非特許文献１では、保護システムに情報ネットワークを活用する構想が提案されている。しかしながら、現状の技術の通信速度がリレーに適応できるかということは検討されているものの、実際にどのような情報をリレーに用い、その情報がどのような条件となった場合にリレーを動作させるのかという点については検討されていない。

ここでは、まずガイドライン（非特許文献２）に示されている現状の保護システムのシーケンスを図２７のモデル系統を用いて整理する。同図のモデル系統は、配電用変電所の二次側母線（Ａｒｅａ−１）からフィーダ（Ａｒｅａ−Ａ、Ａｒｅａ−Ｂ）に分岐され、これらフィーダから分岐されたサイト（Ａｒｅａ−２，４，５，７）に分散型電源が導入されている。この系統構成において、分散型電源ＤＧ２が導入されたサイトの受電点のリレーＲ₂およびその連系フィーダ送端のリレーＲ_Aの動作判定に着目し、現状の保護システムでの時限協調の役割について整理し、分散型電源の大規模導入時における現状の保護システムの問題点を説明する。

（１）リレー間協調の役割
図２８〜図３０に現在の保護システムにおける各リレーの動作シーケンスを示す。短絡故障に対応するフィーダ送端のリレーＲ_AおよびＲ_Bでは過電流リレーが用いられ、分散型電源の受電点のリレーＲ₂〜Ｒ₇では短絡方向リレーが用いられている。

同図において、Ｒ₂，Ｒ₄、Ｒ_AおよびＲ_Bの動作電流値をＩ_2s，Ｉ_4s，Ｉ_LsおよびＩ_Lsとし、動作時限をＴＤＧ，ＴＤＧ，ＴＬおよびＴＬとする。分散型電源ＤＧ２の受電点のリレーＲ₂は、Ａｒｅａ−１，Ａｒｅａ−２およびＡｒｅａ−Ａにおける故障時に動作し、その他の区間の故障時に動作しないことが求められる。しかし、Ａｒｅａ−Ａにおける故障時にＲ₂を流れる電流＾ｉ₂の大きさおよび位相は、Ａｒｅａ−４およびＡｒｅａ−Ｂにおける故障時とほぼ同じであり、Ｒ₂はこれらの故障点を判別することができない。そこで図２８および図２９から、Ｒ₂がＡｒｅａ−ＡとＡｒｅａ−Ｂとを判別するために、フィーダ送端のＲ_BをＲ₂よりも早く動作するように時限協調をとる。他フィーダ上（Ａｒｅａ−Ｂ）で故障が生じた場合には、Ｒ_Bが先に動作し、ＤＧ２と故障点とを解列するため、Ｒ₂は動作せず、＃２は不要に解列されない。

一方、分散型電源が小容量であれば、Ａｒｅａ−４で故障が生じた場合にＤＧ２から流れる故障電流は小さいため、Ｒ₂に流れる電流はＡｒｅａ−２で故障が生じた場合よりも小さい。そのため、Ｒ₂は反限時特性を用いることにより、故障電流が大きい自母線（Ａｒｅａ−２）内の故障に対しては速やかに動作して同じフィーダ内の他の分散型電源ＤＧ４の不要な解列を防ぎ、故障電流が小さいＡｒｅａ−４での故障に対しては動作を遅くしてＤＧ２の不要な解列を防いでいる。

フィーダ送端のリレーＲ_Aは、フィーダ（Ａｒｅａ−Ａ）内の故障に対して動作し、他のフィーダにおける故障に対しでは動作しないことが求められる。Ａｒｅａ−Ｂで生じた故障の場合、Ｒ_Aに流れる電流＾ｉ_Aはフィーダ内の分散型電源（ＤＧ２およびＤＧ４）から供給される。フィーダ内の分散型電源が小容量であれば、この電流はＡｒｅａ−Ａ内における故障時に流れる電流と比較して小さいと考えられ、動作電流値の設定によって、Ａｒｅａ−Ａ内の故障に対してのみＲ_Aを動作させることができる。

また、図３０から、このようにＲ_Aの動作電流値を設定すると、配電変電所母線（Ａｒｅａ−１）内の故障に対してもＲ_Aは動作しないことになるが、分散型電源受電点のリレーＲ₂およびＲ₄が動作し、分散型電源は故障点から確実に解列される。また、フィーダ内の母線（Ａｒｅａ−２およびＡｒｅａ−４）内の故障の場合には、これらの母線の受電点のリレー（Ｒ₂およびＲ₄）に非常に大きな電流が流れることになるため、これらのリレーを瞬時動作するように設定することでＲ_Aは動作しない。

（２）分散型電源大規模導入時の問題点
上述の例においては、分散型電源は各フィーダに２台ずつ分散型電源が導入されているだけであるので、リレー間の協調をとることは容易である。しかし、非常に多数の分散型電源が導入された場合、多数のリレーを考慮して協調をとらなければならない。また、将来、配電系統がループ化された場合には、さらに配電系統の保護が複雑となることが予想される。そのため、協調をとることが困難となる可能性がある。

また、協調をとるために時間がかかることが予想され、分散型電源連系の手続きに時間がかかることが考えられる。また、分散型電源の導入が小容量である場合には、Ａｒｅａ−Ｂでの故障時にＲ_Aを流れる故障電流はＡｒｅａ−Ａでの故障時に流れる電流よりも小さいため、Ｒ_AをＡｒｅａ−Ａの故障時のみに動作するように動作電流値を決めることができた。しかし、分散型電源が大規模に導入されると、これらの電流の差が小さくなるため、限流リアクトル等の追加的な設備を導入しなければ、Ｒ_Aの動作電流値を決めることが困難になる。

以上のことから、本発明の目的は、分散型電源が大規模導入された配電系統の短絡故障に、リレー間の協調を不要にして、的確かつ高速保護ができる配電系統の保護システムを提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するため、分散型電源を導入した配電系統の保護に、周辺のフィーダ、サイトで検知される電流の実部、方向、絶対値の情報を用いて故障区間の判定、遮断器の解列要否を判定するようにしたもので、以下の構成を特徴とする。

（１）フィーダから分岐されたサイトに分散型電源が導入された配電系統において、
分散型電源を含むサイトの受電点に設置され、分散型電源から当該サイトへ流れる電流（ｉ _DG2 ）、当該サイトからフィーダへ流れる電流（ｉ ₂ ）、フィーダ送端の電流（ｉ _A ）、当該フィーダに接続される他の分散型電源を含むサイトからフィーダへ流れる電流（ｉ ₄ ）を情報として取得し、
電流の実部（Ｒｅｉ _A 、Ｒｅｉ ₂ 、Ｒｅｉ ₄ ）の正負方向の判定値、および絶対値（｜ｉ _A ｜）が一定値以上の判定値との論理積演算を行い、
電流の実部（Ｒｅｉ ₂ 、Ｒｅｉ _DG2 ）の正負方向の判定値、および絶対値（｜ｉ ₂ ｜）が一定値以上の判定値との論理積演算を行い、
前記論理積演算の少なくとも一方が成立するか否かで短絡故障区間を判定し、短絡故障区間が当該フィーダまたは分散型電源を含むサイトの内部であった場合に当該分散型電源を含むサイトの受電点遮断器（Ｒ ₂ ）を解放する短絡保護シーケンスを備えたことを特徴とする配電系統の保護システム。

（２）フィーダから分岐されたサイトに分散型電源が導入された配電系統において、
配電用変電所に設置され、変電所二次側母線に流入する電流（ｉ _S ）あるいは流出する電流（ｉ _A 、ｉ _B ）、当該フィーダに接続される分散型電源を含むサイトからフィーダへ流れる電流（ｉ ₂ 、ｉ ₄ ）を情報として取得し、
電流の実部（Ｒｅｉ _A 、Ｒｅｉ ₂ 、Ｒｅｉ ₄ ）の正負方向の判定値、および絶対値（｜ｉ _A ｜）が一定値以上の判定値との論理積演算を行い、
変電所二次側母線に流入する電流（ｉ _S ）あるいは流出する電流（ｉ _A 、ｉ _B ）の電流ベクトルの合計が一定値以上か否かの判定を行い、
前記論理積演算または一定値以上の判定の少なくとも一方が成立するか否かで短絡故障区間を判定し、短絡故障区間が当該フィーダ側であった場合に該フィーダの送端点遮断器（Ｒ _A ）を解放する短絡保護シーケンスを備えたことを特徴とする配電系統の保護システム。

以上述べたとおり、本発明の保護システムによれば、分散型電源の受電点およびフィーダ送端のリレーに、それぞれのリレーで検知される電流の実部、方向、絶対値の情報を用いることで、リレ一間の協調を考慮しなくても故障区間に連系されるリレー設置点の遮断器にのみ、的確に動作指令を出すことができる。

また、本発明の保護システムでは、分散型電源の容量が変化しても各リレーの設定値を変えずに対応でき、従来の保護システムよりも故障区間の解列を高速に行うことができる。

また、情報ネツトワークを活用した本発明の保護システムでは、配電系統内の分散型電源容量の増加や減少に対して柔軟に対応でき、さらに従来の保護システムのようなリレー間の協調が不要となるため、分散型電源連系の手続き等を簡略化できる。

また、従来の保護システムは、分散型電源の導入が小容量であることを前提としていた。そのため、分散型電源が大規模に導入される場合には、限流リアクトル等の設備を追加する必要がある。しかし、本発明の保護システムでは、各リレーが動作判定を的確に行えるため、設備を追加しなくても短絡容量の制約の範囲内で分散型電源を大規模に導入できる。

さらに、分散型電源の起動・停止は需要家の都合によって行われるため、その起動・停止によって配電系統の構成が頻繁に変化し、特に分散型電源から供給される故障電流の大きさが変化することが予想される。そのため、従来の保護システムでは、分散型電源の受電点リレーの動作判定に悪影響を及ぼす可能性が考えられる。しかし、本発明の保護システムでは、分散型電源の受電点情報のうち、リレー動作に用いているのは電流の方向の情報のみである。このため、本発明の保護システムにおいてはこのような分散型電源の起動・停止にも対応できる。

また、系統モデルにおいて、Ａｒｅａ−１の故障の場合には、負荷をある程度遮断すれば、分散型電源によってフィーダ内の電力供給を継続できる。しかし、従来の保護システムでは、Ａｒｅａ‐１の故障に対してＲ_AおよびＲ_Bてはなく、Ｒ₂〜Ｒ₇設置点の遮断器を動作させることで分数電源を故障点から解列する。そのため、分散型電源を導入していない需要家に電力供給を継続することは不可能である。一方、本発明の保護システムでは、Ａｒｅａ−１の故障に対してＲ_AおよびＲ_B設置点の遮断器を動作させることにより、分散型電源を故障点から解列する。そのため、分散型電源に余力がある場合には、より多くの母線への電力供給を継続できる。

（実施形態）
本発明では、Ethernet等の通信技術を用いて各リレーが他の複数のリレー設置点の情報を活用することにより、・配電系統内のリレー間の協調が不要で将来の分散型電源の大規模導入に対応でき、・分散型電源の新規導入・廃止および配電系統のループ化などに伴う保護システムの再構成に対して柔軟に対応できる保護システムを提案する。

リレー間の協調を不要とするためには、各リレーが動作すべき故障点であるかを明確に判定できるようにする必要がある。その方法の一つとして、情報ネットワークを活用して他の複数のリレー設置点の情報をリレーに取り込むことを提案する。

以下、各リレーが動作の判定に必要な情報およびその動作シーケンスを、図２７を簡略化して示す図１のモデル系統を用いて説明する。図１は、図２７の低圧配電系統および分散型電源のみにつながるリレーＲ_DG2，Ｒ_DG4，Ｒ_DG5，Ｒ_DG7を省略して示す
（１）情報の選定のための故障区間の分類
各リレーの動作判定に必要な情報を選定するため、上記のモデル系統において、＃２に接続したＤＧ２の受電点のリレーＲ₂について解列が必要な故障区間を分類する。

まず、分散型電源導入母線内（Ａｒｅａ−２）およびＤＧ２が連系するフィーダ内（Ａｒｅａ−Ａ）で故障が発生した場合、故障を除去するためにはＤＧ２を解列する必要がある。一方、ＤＧ２が連系するフィーダ内であっても、他の母線内（Ａｒｅａ−４）の故障の場合は、該当母線を速やかに解列することができれば、ＤＧ２を解列する必要はない。同様に低圧配電線内（Ａｒｅａ−８）の故障についても、柱上変圧器のヒューズを速やかに遮断すれば、ＤＧ２を解列する必要はない。ＤＧ２を解列しないフィーダ内（Ａｒｅａ−Ｂ，Ａｒｅａ−５，Ａｒｅａ−７およびＡｒｅａ−９）の故障については、該当フィーダ全体を速やかに解列することができれば、ＤＧ２を解列する必要はない。最後に、配電変電所内（Ａｒｅａ−１）の故障については、ＤＧ２が連系するフィーダ全体を解列できればＤＧ２を解列する必要はない。

したがって、図１のモデル系統の場合、Ａｒｅａ−２およびＡｒｅａ−Ａの故障の場合にはＤＧ２を解列し、それ以外の区間の故障の場合には、ＤＧ２を解列する必要はないと考えられる。以下では、三相短絡故障が発生した場合について、ＤＧ２の解列を判定するために必要な情報について検討する。

（２）分散型電源を解列する故障区間
（２．１）Ａｒｅａ−Ａ
Ａｒｅａ−Ａで短絡故障が生じた場合における各リレーの動作を図２に示す。上記（１）での検討からＡｒｅａ−１およびＡｒｅａ−Ｂで故障が生じた場合、Ｒ₂で検知される電流の位相および大きさはＡｒｅａ−Ａで故障が生じた場合と同程度となる。このため、Ａｒｅａ−Ａでの故障とこれらの区間での故障とを判別するための情報が必要である。Ａｒｅａ−Ａでの故障の場合、Ｒ_Aで検知される電流の方向＾ｉ_AはＡｒｅａ−Ａに流れ込む方向となる。一方、Ａｒｅａ−１およびＡｒｅａ−Ｂで短絡が生じた場合、その電流の方向は逆向きのＡｒｅａ−１に流れ込む方向となる。そのため、Ｒ_Aで検知される電流の方向の情報として、Ｒ_Aで検知される電圧を基準とした電流ベクトル＾ｉ_Aの実数部Ｒｅ｛＾ｉ_A｝の正負の情報をＲ₂に用いることでこれらの故障区間を判別できる。

また、ＤＧ２を解列する必要のないＡｒｅａ−４で故障が生じた場合にも、Ｒ₂で流れる電流の位相および大きさはＡｒｅａ−Ａで故障が生じた場合と同程度となる。そのため、Ａｒｅａ−ＡとＡｒｅａ−４との故障を区別するための情報が必要である。Ａｒｅａ−Ａで短絡が生じた場合、Ｒ₄で検知される電流＾ｉ₄の方向はＡｒｅａ−Ａに流れ込む方向となるが、Ａｒｅａ−４で短絡が生じた場合、逆のＡｒｅａ−４に流れ込む方向となる。そのため、Ｒ₄で検知される電流の方向の情報として、Ｒｅ｛＾ｉ₄｝の正負の情報をＲ２に用いることでＡｒｅａ−ＡとＡｒｅａ−４との故障を判別できる。

さらに、分散型電源が逆潮流することを考慮すると、Ａｒｅａ−Ａでの故障に対して健全時と故障時とを判別する条件が必要となる。この判断を行うため、Ｒ₂での電流の大きさ｜＾ｉ₂｜を利用することが考えられる。しかし、分散型電源ＤＧ２が電流源である場合、故障時に｜＾ｉ₂｜が増大しないと考えられる。また、分散型電源ＤＧ２が電圧源であっても、ＤＧ４の起動・停止によって故障時の｜＾ｉ₂｜が大きく異なる可能性が考えられる。このことから、｜＾ｉ₂｜は健全時と故障時との判断に利用しにくいと考えられる。そこで、Ａｒｅａ−Ａでの故障に対して健全時と故障時との判断にＲ_Aでの電流の大きさ｜＾ｉ_A｜を利用する。

なお、需給バランスによっては、Ａｒｅａ−Ａで永久事故が生じた場合でも＃２の分散型電源によって＃２の負荷へ無停電で電力供給を継続できる可能性がある。このことは、Ａｒｅａ−Ａで故障が生じた場合、Ｒ₂の動作によって＃２の分散型電源と故障点とは解列されているので、Ｒ_DG2を動作させないことで実現できると考えられる。その際、Ａｒｅａ−ＡとＡｒｅａ−２との故障では、Ｒ_DG2の設置点に流れる電流の位相・大きさは同程度であるため、以下に示すようにＡｒｅａ−ＡとＡｒｅａ−２との故障を区別するための条件をＲ_DG2に加えることによって、Ｒ_DG2の動作をより確実なものにする。Ａｒｅａ−Ａで短絡が生じた場合、Ｒ₂で検知される電流＾ｉ₂の方向はＡｒｅａ−Ａに流れ込む方向となる。一方、Ａｒｅａ−２での故障の場合、その電流の方向は逆向きのＡｒｅａ−２に流れ込む方向となる。そのため、Ｒ₂で検知される電流の方向の情報として、Ｒｅ｛＾ｉ₂｝の正負の情報を用いることでＡｒｅａ−Ａでの故障の時にＲ_DG2を動作させないようにすることが可能である。

（２．２）Ａｒｅａ−２
Ａｒｅａ−２で短絡故障が生じた場合における各リレーの動作を図３に示す。Ａｒｅａ−２で故障が生じた場合、Ｒ₂とＲ_DG2とは相互の情報交換によって自母線内で故障が発生したことを判断でき、Ａｒｅａ−２およびＤＧ２を配電系統から解列させる。同じフィーダー内の他のＤＧ（ＤＧ４）のリレーＲ_DG4では、Ｒｅ｛＾ｉ₂｝によって同じフィーダ内の他母線で故障が発生したことを検知でき、分散型電源の不要な解列を防ぐことができる。

ただし、Ｒ_DG2の分散型電源側で故障が生じた場合、配電系統から＃２の負荷へ電力供給を継続するためには、Ｒ₂は解列の指令を出さないようにしなければならない。この両者の場合では、Ｒ₂の設置点を流れる電流はほぼ同位相で同じ大きさと考えられる。そのため、Ｒ₂にこの両者を判別するための情報を取り込む必要がある。

Ａｒｅａ−２で故障が生じた場合、Ｒ_DG2で検知される電流＾ｉ_DG2はＡｒｅａ−２に流れ込む方向となるが、Ｒ_DG2の分散型電源側で故障が生じた場合には、＾ｉ_DG2の方向がその逆となると考えられる。そのため、Ｒ_DG2で検知される電流＾ｉ_DG2の方向の情報として、Ｒｅ｛＾ｉ_DG2｝の正負の情報をＲ₂に用いることでＡｒｅａ−２とＲ_DG2の分散型電源側との故障を判別することができる。

また、＃２の負荷が大きい場合、健全時でもＲ₂およびＲ_DG2で検知される電流の方向はＡｒｅａ−２での故障時と同様となることが予想される。そのため、健全時と故障時とを判別するための条件が必要と考えられる。分散型電源の導入によって故障電流の供給源からＡｒｅａ−２の故障点までの電気的距離が近くなるため、故障時においてＲ₂で検出される電流の大きさ｜＾ｉ₂｜は分散型電源の導入位置によらず十分増大すると考えられる。そのため、｜＾ｉ₂｜の大きさを判定条件に加えれば、健全時と故障時とを判別できる。

（３）分散型電源を解列しない故障区間
（３．１）Ａｒｅａ−１
Ａｒｅａ−１で短絡故障が生じた場合における各リレーの動作を図４に示す。健全時においてＡｒｅａ−１に流れ込む電流ベクトルの合計（＾ｉ_s−＾ｉ_A−＾ｉ_B）＝＾０となる。そのため、（＾ｉ_s−＾ｉ_A−＾ｉ_B）＝＾０となった時に、Ｒｓ、Ｒ_AおよびＲ_Bを動作させればＡｒｅａ−１の故障点を除去できると考えられる。このＡｒｅａ−１での故障除去シーケンスは、分散型電源の有無に関わらず、あらゆる構成の配電系統で利用できる。

一方、単独系統内の負荷に分散型電源によって電力供給を継続することを考慮した場合、Ａｒｅａ−１での故障において分散型電源ＤＧ２を解列しないようにしたい。この場合には、Ｒ₂に＾ｉ_Aの方向の情報を取り込むことで、分散型電源ＤＧ２を解列しないように設定できる。

（３．２）Ａｒｅａ−４
Ａｒｅａ−４で短絡故障が生じた場合における各リレーの動作を図５に示す。Ａｒｅａ−２と同様に、＾ｉ₄およびｉ_DG4がＡｒｅａ−４に向かう方向となり、｜＾ｉ₄｜が大きな値となったときにＲ₄およびＲ_DG4を動作させることでＡｒｅａ−４での故障をすべての電源から解列できる。この判断から遮断器の動作までを速やかに行えるのであれば、ＤＧ２は解列しなくともよい。前記のように、Ａｒｅａ−ＡとＡｒｅａ−４との故障では、＾ｉ₄の方向が異なる。そのため、Ｒ₂に＾ｉ₄の方向の情報を取り込むことでＤＧ２を解列しないように設定することができる。

（３．３）Ａｒｅａ−８
Ａｒｅａ−８で短絡故障が生じた場合における各リレーおよびヒューズの動作を図６に示す。Ａｒｅａ−８で短絡が生じた場合には、Ａｒｅａ−２での故障時のＲ₂における電流と同様に、分散型電源の導入位置によらずＡｒｅａ−８の上位の柱上変圧器に設置されたヒューズＦ２−１に過大な電流が流れる。そのため、ヒューズの溶断を他のリレーの動作よりも早くすることで、短絡区間のみを解列できる。一般に、遮断器は機械的機構を持つため、リレーと遮断器を組み合わせた保護装置の動作速度よりもヒューズの動作速度が速い。そのため、このような保護シーケンスは十分可能である。

以上に示したように、各リレーの動作判定に複数の情報を用いることで、リレー間の協調をとらなくても故障区間に連系された分散型電源のみを確実に解列できる。

以上の保護動作を得るためのリレーの基本構成例を従来方式と対比させて、図７と図８に示す。図７は分散型電源受電点のリレーＲ₂の基本構成図であり、図８はフィーダ送端のリレーＲ_Aの基本構成図である。これら両図において、従来方式では当該リレーＲ₂，Ｒ_Aでの電流ｉ₂，ｉ_Aの絶対値による比較のみになるのに対して、本実施形態では他のリレーの電流ｉ₂，ｉ₄，ｉ_Aを情報を取り込み、これら情報と電流ｉ_DG2，ｉ_B，ｉ_Sを取り込み、これら電流情報から前記の図２〜図６による動作条件を基にしてリレーＲ₂，Ｒ_Aの動作判定を得る。

（シミュレーション結果）
本発明の保護システムを検証するために、シミュレーションを実施した。これを現状の保護システムと対比させて以下に説明する。

（Ａ）計算条件
図１に示すモデル系統において、Ｆｅｅｄｅｒ−Ａ内の各母線間は２ｋｍの６.６ＫＶ配電線で接続されている。＃２〜＃４の負荷はそれぞれ７００ｋＷ、♯５は２１００ｋＷであり、Ｆｅｅｄｅｒ−ＡおよびＢでの負荷の合計は等しいとする。なお、力率はすべて０.９であるとする。

分散型電源は＃２、♯４および＃５に導入されている。分散型電源の導入容量が増加する場合を想定して、ＤＧ２およびＤＧ４の容量が３５０ｋＷおよび２０００ｋＷの場合について検討した。分散型電源の容量が増加する場合には、遮断器の遮断容量が問題となる可能性があるが、ここでは本発明の保護システムの柔軟性を示す極端な一例として計算した。なお、ＤＧ５の容量は７００ｋＷである。これらの分散型電源はすべてＣＧＳ（コージェネレーションシステム）で用いられる同期発電機とした。各分散型電源の機器定数表を図９に、制御系を図１０に示す。各分散型電源の機器定数および制御系はすべて同じとした。

このモデル系統のＩ点〜ＶＩ点で三相短絡故障が生じた場合について数値計算プログラム（Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ）を用いてシミュレーションを行った。

（Ｂ）現状の保護システムへの影響
Ｉ点で故障が生じ、その故障点を解列しない場合について各リレーでの故障電流を算定した。各リレー設置点のＡ相に流れる電流を図１１および図１２に示す。同図（ａ）から分散型電源が３５０ｋＷの時、Ｒ₂を流れる故障電流は１３０Ａ〜２００Ａである。一方、分散型電源が２０００ｋＷの時には、Ｒ₂を流れる電流は健全時でも１５０Ａ程度である。そのため、現状の保護システムにおいて、分散型電源が３５０ｋＷから２０００ｋＷに増加した時には、Ｒ₂が健全時にも動作してしまうため、Ｒ₂の設定値を変えなければならない。

（Ｃ）本発明の保護システムでの各リレーの動作
ここでは、本発明の保護システムでは分散型電源の容量が増加した際に、各リレーの設定値を変化させなくても故障区間のみを的確に解列できることを示す。実施形態に示すリレーシーケンス（図２〜図６）をもとに、配電系統内の各点の故障に対して動作すべきかを判定できる各リレーの制御ブロックを図１３〜図２１に示す。図１３〜１６は分散型電源受電点のリレーＲ₂、図１７〜２１はフィーダ送一端のリレーＲ_Aのブロック図を示している。この制御ブロックを用いて、Ｉ〜ＶＩ点で三相短絡故障が生じた場合の提案保護システムにおける各リレーの動作信号を算定した。

ＩおよびＩＩ点で故障が生じた場合のリレーＲ₂およびＲ_Bの動作信号の変化を図２２〜図２５に示す。同図で動作信号が１の場合、リレーが動作し、遮断器に遮断の指令を送ることを意味する。同図より、各リレーが的確に動作していることが分かる。なお、Ｉ点およびＩＩ点の故障においては、Ｒ_AおよびＲ₄の動作信号は、Ｒ₂の動作信号と同様に変化することを確認している。

一方、分散型電源の容量が増加しても、各リレーは的確に動作する。Ｒ₂、Ｒ₄およびＲ_Aは、Ｆｅｅｄｅｒ−Ａが健全か故障かを判別をするために、Ｒ_Aでの電流の大きさ｜＾ｉ_A｜を利用している。ＩＩ点の故障の際には、分散型電源の容量の増加に伴って｜＾ｉ_A｜も増加することになるが、＾ｉ_Aの方向の情報からＦｅｅｄｅｒ−Ａ外部の故障であると判断できるため、Ｒ₂は動作しない。一方、Ｉ点の故障の時には，｜＾ｉ_A｜は分散型電源の容量に依存せず大きくなると考えられ、Ｒ₂は動作する。このことから、故障区間に連系された分散型電源のみを選択的に解列できると考えられる。

また、ＩＩＩ〜ＶＩ点での故障についても、前記のシーケンスをもとに、リレーの設定値を上記の検討と同様として、各リレーの動作信号を算定した。その結果、分散型電源の容量が３５０ｋＷから２０００ｋＷに増加しても、リレーの設定値を変更することなしに、故障区間のリレーのみを選択的に動作させられることを確認した。

なお、図１３〜図２１において、リレーの出力には「過渡的な誤動作を防ぐために必要に応じて時間遅れを設けるのが好ましい。

以上のことから、提案保護システムでは、分散型電源の容量が大幅に増加したとしてもリレーの設定値を変更せずに対応できることが確認できた。

（Ｄ）動作判定の高速化
現状の保護システムにおいて、各リレーは他リレーとの協調によって定められた動作時限に従って遮断器を動作させる。そのため、故障区間の解列に数百ｍｓｅｃ程度を要する。この故障区間解列の遅れのために、故降区間の解列後、故障区間外の分散型電源の動揺が長時間継続する可能性がある。一方、本発明の保護システムでは、他地点の情報を用いることにより、故障発生後２０ｍｓｅｃ程度で各リレーが遮断器を動作させるべき故障点であるかを明確に判断できるため、動揺の継続時間を短くすることができる。

このことを確認するため、図１のモデル系統を用いて、規状の保護システムおよび本発明の保護システムで故障点を解列する場合における故障区間外にある分散型電源の動揺の大きさを検村した。なお、ＤＧ２およびＤＧ４の容量は２０００ｋＷとした。ＩＩ点で三相短絡故障を発生させ、Ｒ_B設置点の遮断器を動作させることによって故障点を解列した。現状の保護システムで解列した場合として、この遮断器を故障発生後２００ｍｓｅｃで動作させた。また、前記の検討から、本発明の保護システムにおいては各リレーによる遮断器の動作判定は故障発生後２０ｍｓｅｃ程度で可能であるが、通信遅れ時間や遮断器の動作遅れ時間等などを考慮すると、実際の故障点の遮断までにはさらに数十ｍｓｅｃ程度の時間が必要となると考えられる。そこで、本発明の保護システムで解列した場合として、Ｒ_B設置点の遮断器を５０ｍｓｅｃで動作させることとした。

故降区間外の分散型電源ＤＧ４の内部位相角の変化を図２６に示す。同図から、故障区間を早く解列することにより、故障による分散型電源の回転子の加速を抑制することができるため、故障区間外の分散型電源の動揺を抑制できることが確認できた。

以上のことから、本発明の保護システムを用いて故障区間を早く解列することにより、故降区間外の分散型電源の動揺を小さくできることが確認できた。

簡略化した系統モデル図。 Ａｒｅａ−Ａで短絡が生じた場合の各リレーの動作（実施形態）。 Ａｒｅａ−２で短絡が生じた場合の各リレーの動作（実施形態）。 Ａｒｅａ−１で短絡が生じた場合の各リレーの動作（実施形態）。 Ａｒｅａ−４で短絡が生じた場合の各リレーの動作（実施形態）。 Ａｒｅａ−８で短絡が生じた場合の各リレーの動作（実施形態）。 従来方式と実施形態のリレーＲ₂の基本構成例。 従来方式と実施形態のリレーＲ_Aの基本構成例。 シミュレーションに使用した分散型電源の機器定数表。 シミュレーションに使用した分散型電源の制御系構成図。 シミュレーションにおけるＩ点での故障時に各リレーに流れる電流波形。 シミュレーションにおけるＩ点での故障時に各リレーに流れる電流波形。 実施形態におけるリレーＲ₂の制御ブロック図（Ａｒｅａ−Ａでの故障時）。 実施形態におけるリレーＲ₂の制御ブロック図（Ａｒｅａ−２での故障時）。 実施形態におけるリレーＲ₂の制御ブロック図（Ａｒｅａ−４での故障時）。 実施形態におけるリレーＲ₂の制御ブロック図（Ａｒｅａ−１、Ａｒｅａ−Ｂでの故障時）。 実施形態におけるリレーＲ_Aの制御ブロック図（Ａｒｅａ−Ａでの故障時）。 実施形態におけるリレーＲ_Aの制御ブロック図（Ａｒｅａ−１での故障時）。 実施形態におけるリレーＲ_Aの制御ブロック図（Ａｒｅａ−Ｂでの故障時）。 実施形態におけるリレーＲ_Aの制御ブロック図（Ａｒｅａ−２での故障時）。 実施形態におけるリレーＲ_Aの制御ブロック図（Ａｒｅａ−４での故障時）。 シミュレーションにおけるＩ点での故障時の各リレーの動作信号（分散型電源３５０ｋＷ）。 シミュレーションにおけるＩＩ点での故障時の各リレーの動作信号（分散型電源３５０ｋＷ）。 シミュレーションにおけるＩ点での故障時の各リレーの動作信号（分散型電源２０００ｋＷ）。 シミュレーションにおけるＩＩ点での故障時の各リレーの動作信号（分散型電源２０００ｋＷ）。 シミュレーションにおけるＩＩ点での故障時の各リレーの動作信号（分散型電源２０００ｋＷ）。 故障区間の分類を説明する系統モデル図。 Ａｒｅａ−Ａで短絡が生じた場合の各リレーの動作（従来）。 Ａｒｅａ−Ｂで短絡が生じた場合の各リレーの動作（従来）。 Ａｒｅａ−１で短絡が生じた場合の各リレーの動作（従来）。

符号の説明

Ｒ_A，Ｒ_B，Ｒ₂，Ｒ₄，Ｒ₅，Ｒ₇ リレー
ＤＧ２，ＤＧ４，ＤＧ５，ＤＧ７ 分散型電源

Claims (2)

1. フィーダから分岐されたサイトに分散型電源が導入された配電系統において、
   分散型電源を含むサイトの受電点に設置され、分散型電源から当該サイトへ流れる電流（ｉ _DG2 ）、当該サイトからフィーダへ流れる電流（ｉ ₂ ）、フィーダ送端の電流（ｉ _A ）、当該フィーダに接続される他の分散型電源を含むサイトからフィーダへ流れる電流（ｉ ₄ ）を情報として取得し、
   電流の実部（Ｒｅｉ _A 、Ｒｅｉ ₂ 、Ｒｅｉ ₄ ）の正負方向の判定値、および絶対値（｜ｉ _A ｜）が一定値以上の判定値との論理積演算を行い、
   電流の実部（Ｒｅｉ ₂ 、Ｒｅｉ _DG2 ）の正負方向の判定値、および絶対値（｜ｉ ₂ ｜）が一定値以上の判定値との論理積演算を行い、
   前記論理積演算の少なくとも一方が成立するか否かで短絡故障区間を判定し、短絡故障区間が当該フィーダまたは分散型電源を含むサイトの内部であった場合に当該分散型電源を含むサイトの受電点遮断器（Ｒ ₂ ）を解放する短絡保護シーケンスを備えたことを特徴とする配電系統の保護システム。
2. フィーダから分岐されたサイトに分散型電源が導入された配電系統において、
   配電用変電所に設置され、変電所二次側母線に流入する電流（ｉ _S ）あるいは流出する電流（ｉ _A 、ｉ _B ）、当該フィーダに接続される分散型電源を含むサイトからフィーダへ流れる電流（ｉ ₂ 、ｉ ₄ ）を情報として取得し、
   電流の実部（Ｒｅｉ _A 、Ｒｅｉ ₂ 、Ｒｅｉ ₄ ）の正負方向の判定値、および絶対値（｜ｉ _A ｜）が一定値以上の判定値との論理積演算を行い、
   変電所二次側母線に流入する電流（ｉ _S ）あるいは流出する電流（ｉ _A 、ｉ _B ）の電流ベクトルの合計が一定値以上か否かの判定を行い、
   前記論理積演算または一定値以上の判定の少なくとも一方が成立するか否かで短絡故障区間を判定し、短絡故障区間が当該フィーダ側であった場合に該フィーダの送端点遮断器（Ｒ _A ）を解放する短絡保護シーケンスを備えたことを特徴とする配電系統の保護システム。

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