JP4613652B2 - 配電系統の保護システム - Google Patents

Description

本発明は、遮断器で保護対象ゾーンが分割され、各ゾーンの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の保護システムに係り、特に短絡・地絡保護に関するものである。

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、小規模の分散型電源は需要家近傍に設置されるため、将来的には配電変電所よりも下位の配電系統に多数の分散型電源が連系されることになる。これにより、配電系統では適正電圧の維持などの定常時の制御が複雑化するだけでなく、事故時に対する保護システムの構築やその確実な動作が困難になる可能性が指摘されている。

現状の配電系統の保護システムでは、基本的に各リレーは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。このため、保護システムが適切に機能するためには、様々なリレー間で動作の協調を行う必要がある。しかし、分散型電源が非常に多数導入された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行う必要がある。このため、現状の保護システムは、必ずしも適切に動作しない可能性があり、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になる。少量の分散型電源の導入に対しては、保護システムの検討が行われつつあり、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、非特許文献３参照）。
井上、嶋野、伊藤、戸津、中山：「イーサネット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カイドライン ９８」電力新報社、１９９８ ：S.M.Braham,A.A.Girgis:能ochDevelopment of Adaptive Protection Scheme for Distribution Systems with High Penetration of Distributed Generation能och,IEEE Transactions on Power Delivery,Vol.19,No.1,pp.56-63(2004)

現状の配電系統の保護システムでは、以下の問題点がある。

（１）将来に大規模導入される分散型電源からの逆潮流電力を考慮してリレー間の協調を行うことは困難である。

（２）構成が複雑で膨大な数の機器が用いられた配電系統の保護システムにおいて、上位の送電系統ですでに使われている情報技術をそのままの形態で活用することは困難である。

（３）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。

本発明の目的は、イーサネット（登録商標）等の情報通信手段を利用することで各リレーが他の複数のリレー設置点の２値化された情報を互いに共有・利用することにより、上記の問題点を克服できる保護システムを提供することにある。

しかしながら、非特許文献１では、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。

非特許文献３においては、情報ネットワークを用いて遮断器で区切られた配電系統内の各所の情報を配電変電所で集中管理することにより，分散型電源が大量導入された配電系統において事故区間のみを選択的に解列する保護システムを提案している。この保護システムでは，配電系統内の各地点における様々な事故について，各遮断器の設置点における事故電流の大きさや方向を予め計算してデータベース化しておき、事故発生時には，データベースと各遮断器の設置点で計測された実際の事故電流の大きさや方向の情報を用いて事故地点を判定し，該当する区間のみを解列する。したがって，分散型電源の新設・廃棄や日々の運転状況に対応するためには，データベースを随時更新する必要がある。しかしながら，このシステムのように配電系統内各地点に関する大量の情報を集中管理・利用する方式では大量の分散型電源の導入にフレキシブルに対応することは困難であり，各遮断器設置点において自律分散的に利用するシステムが望ましい。

本発明の他の目的は、大量の分散型電源の導入にもフレキシブルに対応した保護ができ、しかも各遮断器設置点において自律分散的に保護できる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、フィーダが遮断器によって複数の区間（ゾーン）に分割され、各ゾーンの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、各遮断器設置点における電流の方向と大きさから、配電系統内の各地点で事故が発生している可能性があるかないかを示す０／１の判定信号を作成し、それぞれの遮断器設置点における保護リレーから情報通信手段を利用して互いに他の遮断器設置点に発信し、それぞれの遮断器設置点における保護リレーでは自身の０／１判定信号と他の遮断器設置点からの０／１判定信号を基にした論理判定で保護対象ゾーン内の短絡または地絡判定を得る保護システムとするもので、以下の構成を特徴とする。

（１）遮断器で保護対象ゾーンが分割され、各ゾーンの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の保護システムであって、
各遮断器設置点で計測される相間電圧と相間電流から、当該遮断器設置点の相間電流方向の情報を示す０／１信号と、前記分散型電源の導入・運用状況に応じて各遮断器設置点で個々に設定する閾値を該電流が超えたことの情報を示す０／１信号をそれぞれ発信するリレー演算手段を設け、
保護対象ゾーンに接続される遮断器設置点の前記リレー演算手段が発信する前記各々の０／１信号と、当該保護対象ゾーンの周辺の遮断器設置点の前記リレー演算手段から情報通信手段を利用して収集した前記各々の０／１信号とを基に、前記相間電流の少なくとも１つが前記閾値を超えかつ該電流の全てが当該保護対象ゾーンに流れ込む向きであるときに当該保護対象ゾーン内での短絡事故と判定する論理判定手段を設けたことを特徴とする。

（２）前記各リレー演算手段は、前記各々の０／１信号の発信は少なくとも前記情報通信手段による通信時間の差以上の時間だけ続ける手段を設け、
前記論理判定手段は、短絡事故判定が所定の時間以上継続したときに保護対象ゾーン内での短絡事故と判定する手段を設けたことを特徴とする。

（３）遮断器で保護対象ゾーンが分割され、各ゾーンの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の保護システムであって、
各遮断器設置点で計測される零相電圧、零相電流から、当該遮断器設置点の零相電流方向の情報を示す０／１信号と、前記分散型電源の導入・運用状況に応じて各遮断器設置点で個々に設定する閾値を該電流が超えたことの情報を示す０／１信号をそれぞれ発信するリレー演算手段を設け、
保護対象ゾーンに接続される遮断器設置点の前記リレー演算手段が発信する前記各々の０／１信号と、当該保護対象ゾーンの周辺の遮断器設置点の前記リレー演算手段から情報通信手段を利用して収集した前記各々の０／１信号とを基に、前記零相電流の少なくとも１つが前記閾値を超えかつ該電流の全てが当該保護対象ゾーンに流れ込む向きであるときに当該保護対象ゾーン内での１線地絡事故と判定する論理判定手段を設けたことを特徴とする。

（４）前記各リレー演算手段は、前記各々の０／１信号の発信は少なくとも前記情報通信手段による通信時間の差以上の時間だけ続ける手段を設け、
前記論理判定手段は、地絡事故判定が所定の時間以上継続したときに保護対象ゾーン内での地絡事故と判定する手段を備えたことを特徴とする。

以上のとおり、本発明によれば、各遮断器設置点における電流の方向と大きさから、配電系統内の各地点で事故が発生している可能性があるかないかを示す０／１の判定信号として遮断器設置点から情報通信手段を利用して互いに他の遮断器設置点に発信し、それぞれの遮断器設置点において自身の０／１判定信号と他の遮断器設置点からの０／１判定信号を基にした論理判定で保護対象ゾーン内の短絡判定または地絡判定を得るようにしたため、以下の効果がある。

・大量の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もフレキシブルに対応した保護ができる。

・各遮断器設置点において自律分散的に保護できる。

・短絡／地絡判定には情報通信手段を利用した０／１信号の送受信で済み、各保護リレーが他の複数の保護リレー設置点の情報を簡易に収集できる。

本実施形態は、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る配電系統における短絡／地絡保護方式を提案するものであり、以下、詳細に説明する。

（１）事故区間の選択的解列
図１は区間分割された配電系統のモデルを示し、この図を用いて事故区間の選択的解列について説明する。同図において、配電変電所（Ｓ／Ｓ）には２系統のフィーダが接続されている。各フィーダの配電区間は、それぞれＺ₁〜Ｚ₃およびＺ₄〜Ｚ₆の配電区間から構成されている。また、各配電区間は、Ｚ₂の拡大図において示すように、分散型電源ＤＧ１，ＤＧ２を有する負荷母線は保護システムの運用上、電気的に接続した配電区間の外側にあると想定する。

図１に示すように、隣接する配電区間の間に遮断器Ｂ_S-1，Ｂ_1-2等を設置することにより、配電系統内で地絡事故等が発生した場合、事故区間のみを選択的に解列させることができる。その際、例えば配電区間Ｚ₂内の事故に対して該区間Ｚ₂を系統から解列するための判定条件は以下のようになる。

条件１「Ｚ₂と隣接するＺ₁およびＺ₃とを接続する遮断器（Ｂ_1-2およびＢ_2-3）、Ｚ₂に連系する分散型電源ＤＧ１およびＤＧ２の遮断器（Ｂ_DG1およびＢ_DG2）における電流が全てＺ₂に流れ込む方向である。」
条件２「上記の遮断器のうち、いずれかの電流が、所定の値以上の大きさとなる。」
このような判定を行うためには、各遮断器の設置点において、短絡方向リレー（または地絡方向リレー）によって事故発生時に事故電流の方向を判定し、短絡過電流リレー（または地絡過電流リレー）によって電流の大きさが閾値を超えたか否かを判定する。

上記の条件１により、配電区間Ｚ₂の外部において短絡（地絡）事故が発生していないことを判定できる。しかし、分散型電源が大量導入された配電系統では、Ｚ₂の需要の一部がＺ₂内で連系する分散型電源や隣接するＺ₃に連系する分散型電源からの逆潮流によって賄われる場合もあり、条件１のみでは配電区間Ｚ₂において短絡（地絡）事故が発生したことが判定できない。そこで、条件２により、いずれかの遮断器の電流が所定の値（閾値）以上となることを検知して、その遮断器の近傍で事故が発生したことを判定する。ただし、図１のように配電系統が放射状に構成される場合、配電区間Ｚ₂に接続する遮断器Ｂ_2-3を流れる事故電流は、Ｚ₃に連系する分散型電源のみから供給されるため、あまり大きくならない可能性がある。そこで、遮断器Ｂ_2-3ではＢ_1-2における過電流判定の情報を利用することで、Ｚ₂内において事故が発生したと判定する。このように、条件１と条件２とを同時に満たすとき、Ｚ₂において短絡／地絡事故が発生したと判定できる。

（２）地点情報の簡易利用
各遮断器の設置点における情報を簡易的に利用して、事故区間を解列する。すなわち、各遮断器が事故電流の大きさ等を数値情報として提供すれば、情報を利用する側の遮断器では遮断器設置点から事故点までの距離を表す情報などを得ることができる。しかし、多数の分散型電源が導入されるような状況や、配電系統の構成が頻繁に変更されるような状況では、得られた数値情報から事故発生を判定するための条件の設定も随時変更しなければならない。一方、配電区間を分割すれば、遠方の遮断器との協調が不要となるため、各遮断器は設置点の周辺の情報のみを提供すればよいと考えられる。

そこで、本実施形態では、図２に示すように、各遮断器設置点において、一定の大きさ以上の電流が流れたことや、電流の方向の変化など、周辺で事故が発生した可能性があることを表す情報を０／１信号として発信する。また、他の遮断器は、自身が発信する情報に加えて、同一区間に接続する他の遮断器から発信される事故電流の大きさと方向によって決定される０／１信号を収集して自律分散的に動作判定を行う。

例えば、図１のＺ₂で事故が発生した場合、遮断器Ｂ_1-2は、Ｚ₂に接続する他の遮断器Ｂ_DG1，Ｂ_DG2およびＢ_2-3から事故電流の大きさと方向によって決定される０／１信号を収集し、同図に示す論理回路を用いて動作判定を行う。

図２の詳細を説明する。Ｚ₂に接続される遮断器Ｂ_1-2、Ｂ_2-3およびＺ₂内の分散型電源に接続される遮断器Ｂ_DG1、Ｂ_DG2にそれぞれ短絡／地絡方向リレー演算手段ＤＳＲ／ＤＧＲと過電流リレー演算手段ＯＣＲ／ＯＣＧＲを設け、短絡保護の場合は各位置における相間電圧と相間電流から、地絡保護の場合は各位置における零相電圧と零相電流から、電流ｉの方向がＺ₂に向いているか否かと、電流ｉの大きさが予め設定される閾値を超えたか否かからそれぞれ決定される０／１信号を得、これら信号のうち遮断器Ｂ_1-2での検出信号を除いてはイーサネット等のネットワークを利用して遮断器Ｂ_1-2の保護リレー部に収集する。論理回路ＬＯＧ１のＯＲゲートでは、自身および収集した０／１信号から、電流ｉのいずれかが閾値を超えたことを判定し、ＡＮＤゲートでは電流ｉの方向が全てＺ₂内に向かうことを判定し、これら両条件の同時成立でＡＮＤゲートにＺ₂内の短絡／地絡判定を得る。同様に、遮断器Ｂ_S-1での電流の方向と大きさの判定結果（０／１）信号と遮断器Ｂ_1-2での電流の方向と大きさの判定結果（０／１）信号から、論理回路ＬＯＧ２にＺ₁内での短絡／地絡判定を得る。これらいずれかに短絡／地絡判定が得られたとき、論理回路ＬＯＧ３には遮断器Ｂ_1-2のトリップ指令（解放指令）を得、当該ゾーンに接続する遮断器を解放する。

このように、本実施形態では、事故電流について、電流瞬時値等の数値情報を利用するのではなく、０／１信号の送受信で簡易的に情報収集を行い、収集電流と自身の電流の少なくとも１つが一定の閾値を超えかつ全ての電流が当該ゾーンに流れ込む向きであると判断したとき、当該ゾーン内での短絡／地絡事故と判定し、この判定で当該ゾーンに接続する遮断器を解放することで保護ができる。なお、ＧＰＳの利用により、これらの０／１情報に同期を取っておくのが好ましい。

（３）閾値の設定
本実施形態による保護システムでは、０／１信号の発信において、分散型電源の導入状況に応じて柔軟に対応できる過電流判定の閾値を設定することが重要である。特に、短絡事故時の過電流検出については、分散型電源の導入・運用状況に応じて様々に変化する配電系統内の潮流分布に柔軟に対応できる必要がある。

そこで、本実施形態では、配電系統を複数の区間に分割することにより、区間単位で過電流検出の基準を設定する。例えば、図１のＺ₂で発生した事故に対して、図２に示すように遮断器Ｂ_1-2，Ｂ_DG1，Ｂ_DG2またはＢ_2-3のいずれかにおいて過電流通電を判定できればよい。このように、個々の遮断器では、周辺の事故のみを検知するように閾値を個別に設定することができる。その際、分散型電源の導入容量が小さい場合に過電流を検知できるように閾値を設定しておけば、分散型電源の導入容量が増加して事故電流が大きくなっても過電流の検知は可能となる。

（４）判定信号の安定化
事故発生後の過渡現象により、論理回路の判定が安定せず、0と1とを繰り返し出力する場合が予想される。特に、分散型電源が大量導入された配電系統が単独系統として運用されている場合には、事故時の動揺が大きく、安定した検出信号を発信することは困難になることが予想される。そこで、本実施形態では、各遮断器の過電流リレーの出力部に積分回路を設け、過電流の検出が累積で一定時間以上行われたときに過電流発生の判定信号を発信する。

また、実運用時には、リレー間で同じ０／１信号を受け取るまでの通信時間に差が生じ、遮断器によっては、論理回路における事故発生の判定が正しく行われない可能性がある。そこで、本実施形態では、一度、過電流発生の判定信号を発信した後は、一部の遮断器が動作して判定条件を満たさなくなっても、しばらくの間は過電流発生の判定出力を発信し続け、本来動作すべき遮断器の判定に影響が生じないようにする。

（５）地絡保護の構成要件
地絡保護には、各遮断器設置点において零相電流を測定し、その方向の情報を示す０／１信号を発信する。また、自身と同じ区間に接続する遮断器設置点から発信される０／１信号を収集し、それらを組み合わせて、すべての零相電流がそのゾーンに流れ込む向きであると判断したとき、ゾーン内での事故と判定する。図２に示すように、地絡保護に対しては、零相電流の方向判定と大きさの判定のために、地絡方向継電器（ＤＧＲ）と地絡過電流継電器（ＯＣＧＲ）を用いる。

なお、地絡保護の場合、理想的には定常時には零相電流は存在しないため、大きさによる判定は必要としない。ただし、実際の系統においては、三相不平衡によって生じる零相電流の影響を排除するように、零相電流の大きさによる判定を行う必要がある。後述のシミュレーションでは、零相電流の最低検出レベルを2 ｍＡ_rms程度に設定している。

（６）短絡保護の構成要件
短絡保護には、保護システムの基本的な動作は同じでる。図２に示すように、短絡保護に対しては、事故電流の方向判定と大きさの判定のために、各遮断器設置点において短絡方向継電器（ＤＳＲ）と短絡過電流継電器（ＯＣＲ）を用いて、それぞれ過電流の方向と大きさの情報を示す０／１信号を発信する。また、自身と同じ区間に接続する遮断器設置点から発信される０／１信号を収集し、それらを組み合わせて、すべての相間電流がそのゾーンに流れ込む向きであると判断したとき、ゾーン内での事故と判定する。

なお、地絡保護の場合とは異なり、短絡電流の検出には、方向だけでなく、大きさの情報が不可欠である。本実施形態では，配電区間接続点の遮断器について，分散型電源が導入されていない（あるいは連系していない）状態において，最大負荷時に遮断器を流れる負荷電流の数倍（例えば5倍）の値を短絡電流検出の判定閾値として設定した。また，分散型電源連系点の遮断器については，分散型電源の最大出力電流の数倍（例えば5倍）の値を短絡電流検出の判定閾値として設定した。

（７）シミュレーションによる検証
ループ運用された配電系統を対象として、モデル系統内において想定した短絡／地絡事故に対する本実施形態による保護システムの動作を系統解析ソフトＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣを用いてシミュレーションした。その結果、本実施形態による保護システムにより、高速かつ確実な選択遮断を実現できることを確認した。

（Ａ）モデル系統
図３に示すモデル系統を用いてシミュレーションを行った。本モデル系統は２７５ｋＶの上位系統と６.６ｋＶの配電系統から構成されている。同図に示すように、配電系統は図１と同様に、Ｚ₁〜Ｚ₆の６つの配電区間に分割されている。区間ごとに集約した負荷（いずれも力率０.９）を想定し、分散型電源が導入されている母線の負荷Ｌ_DG1〜Ｌ_DG6は３００ｋＷ、その他の母線については負荷Ｌ₁，Ｌ₃，Ｌ₄およびＬ₆は２００ｋＷ，Ｌ₂は５００ｋＷ，Ｌ₅は１０００ｋＷとする。配電系統全体の負荷は３５００ｋＷである。

なお、配電系統が放射状の場合、事故区間の解列によって単独系統を形成する場合が考えられる。この時、単独系統内の電力需要と分散型電源の容量とがバランスするように区間分割を行い、さらに単独系統内の分散型電源が周波数維持機能を有すれば、単独系統の運転を継続できる。しかし、多数の分散型電源が導入されるような場合でも、このような状況は現実的ではない。ただし、事故区間の解列と同時に別経路で電力供給を行う（図３の場合、Ｂ_3-6を閉路する）、もしくは配電系統をループ運用することができれば、単独系統を形成することなく事故区間のみを解列することができる。そこで、本報では、図１の遮断器Ｂ_3-6が閉路されたループ状の配電系統について、動作検証を行う。なお、ループ運用の場合でも、事故区間の選択的解列のための判定の考え方は、放射状運用の場合と同じである。

図３のモデル系統において、分散型電源ＤＧ１，ＤＧ３，ＤＧ４およびＤＧ６が配電区間Ｚ₁，Ｚ₃，Ｚ₄およびＺ₆に接続している。全ての分散型電源は同期発電機であり、制御系および下記表１に示す機器定数はすべて同じとした。

分散型電源から母線への逆潮流の有無、分散型電源の集中的な導入など、様々な状況について保護システムの動作検証を行うため、以下の３つのケースを想定した。

ｃａｓｅ−Ａ：ＤＧ１，ＤＧ３，ＤＧ４，ＤＧ６は全て２００ｋＷ（合計８００ｋＷ）
ｃａｓｅ−Ｂ：ＤＧ１，ＤＧ３，ＤＧ４，ＤＧ６は全て７００ｋＷ（合計２８００ｋＷ）
ｃａｓｅ−Ｃ：ＤＧ１，ＤＧ４およびＤＧ６はそれぞれ３００ｋＷ，ＤＧ３のみ１９００ｋＷ（合計２８００ｋＷ）
ｃａｓｅ−ＢとＣａｓｅ−Ｃでは、分散型電源の合計容量は同じであるが、ｃａｓｅ−Ｃでは、大規模な分散型電源の導入が局地的に偏っている状況を想定している。各分散型電源は力率０.９で運転されるものとする。

事故点として、図３の各区間におけるI点〜ＶＩ点の６地点を想定した。また、ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣを用いたシミュレーションにおける計算のサンプリング間隔は1 msである。なお、後述する図４〜図５７の事故電流の波形図において、(a)は電流瞬時値、(b)は電流実効値の時間変化を表す。各図では、事故発生時刻を０ msとしている。実効値は過去１サイクル分の瞬時値に基づき計算している。

（Ｂ）地絡保護の検証
図３のモデル系統に示すように、各区間内の一線地絡事故を想定した。地絡保護については、本質的に過電流の大きさによる誤判定の可能性がないことから、短絡保護の場合よりも確実かつ迅速な動作が期待できる。ただし、三相不平衡などによって生じる零相電流の影響を排除するように、本シミュレーションでは、零相電流の最低検出レベルを2 ｍＡ_rms程度と非常に小さい値に設定しており、過渡的に地絡事故発生の判定信号を出しやすくなる。そこで、過渡的な零相電流の変化を考慮し、一線地絡事故発生と判定する状態が累積でＴ（ｍｓ）以上継続した時に、各遮断器設置点において動作信号を発信するものとし、この判定時間Ｔを０ｍｓ〜３５ｍｓと設定し、確実な動作のために必要な判断時間について検討した。

（Ｂ１）ｃａｓｅ−Aの結果
ＤＧ１，ＤＧ３，ＤＧ４，ＤＧ６の各容量がすべて２００ｋＷ、事故判定の判定時間Ｔが３４ｍｓの場合について、各点の一線地絡事故において事故区間に接続する遮断器に流れる電流を図４〜図９に示す。各図に示すように、事故発生によって零相電流を検出し、事故区間のみを速やかに遮断できることが確認できた。

次に、事故判定の判定時間Ｔを０ｍｓ〜３５ｍｓとして、保護システムの安定した動作に必要な判定時間Ｔについて検討した。結果を下記表２に示す。同表に示すように、事故点を解列した後、過渡的に零相電流が特定のゾーンに流れ込む向きになるため、判断時間Ｔをある一定値以下に設定したときに、誤って正常な区間までが解列される場合がある。このモデルにおいては判断時間Ｔを２５ｍｓ以上とすることにより、事故区間のみを正確に解列可能であることを確認した。

（Ｂ２）ｃａｓｅ−Bの結果
ＤＧ１，ＤＧ３，ＤＧ４，ＤＧ６の各容量がすべて７００ｋＷ、事故判定の判定時間Ｔが３４ｍｓの場合について、各点の一線地絡事故において事故区間に接続する遮断器に流れる電流を図１０〜図１５に示す。分散型電源の容量が増加しても、地絡電流への寄与は小さく、零相電流を検出し、事故区間のみを速やかに遮断できることが確認できた。

（Ｂ３）ｃａｓｅ−Cの結果
ＤＧ１，ＤＧ４およびＤＧ６の容量が３００ｋＷ、ＤＧ３の容量が１９００ｋＷ、事故判定の判定時間Ｔが３４ｍｓの場合について、各点の一線地絡事故において事故区間に接続する遮断器に流れる電流を図１６〜図２１に示す。ｃａｓｅ−Cの場合、定常時においても、ＤＧ３から大きな逆潮流がある。このような潮流分布が偏った状況においても、零相電流を検出し、事故区間のみを速やかに遮断できることが確認できた。

（Ｃ）短絡保護の検証
図３のモデル系統に示すように、各区間内の二相短絡事故および三相短絡事故を想定した。短絡保護については、過電流の大きさによる判定が必要である。本シミュレーションでは、まず、配電区間接続点の遮断器について、分散型電源が導入されていない（あるいは連系していない）状態において、最大負荷時に遮断器を流れる負荷電流の５倍の値を短絡電流検出の判定閾値とし、分散型電源連系点の遮断器についても、分散型電源の最大出力電流の５倍の値を短絡電流検出の判定閾値とし、下記表３および表４の閾値を各遮断器について設置した。

次に、各判定閾値が定常時（あるいは定格値）の２倍と１０倍の場合を想定し、閾値の設定と確実な保護動作との関係について検討した。なお、上述の地絡保護の結果を考慮して、以下の地絡保護の検証においては、事故判定の判定時間Ｔを３４ｍｓとした。

（Ｃ１）ｃａｓｅ−Ａの結果
ＤＧ１，ＤＧ３，ＤＧ４，ＤＧ６の各容量がすべて２００ｋＷの場合について、各点の二線短絡事故において事故区間に接続する遮断器に流れる電流を図２２〜図２７に、三線短絡事故の場合を図２８〜図３３に示す。例えば、事故点IIにおける三線短絡事故の場合、図２９に示すように、事故発生によってＩ_1-2およびＩ_2-3ともに閾値（ＴＨ_1-2，ＴＨ_2-3）よりも十分大きくなる。Ｉ_2-3は、定常時はＺ₂→Ｚ₃の方向へ流れていたのに対し、事故発生時は方向が反転する。この反転までの時間と、上述のように事故検出信号が３４ｍｓ継続することを判定条件としているので、事故発生から約４４ｍｓ後にＢ_1-2およびＢ_2-3が動作した。図３３に示す事故点VIは配電系統末端の事故点あるが、定常時の遮断器通電電流も小さいので過電流判定の閾値（ＴＨ_3-6，ＴＨ_5-6，ＴＨ_DG6）も小さく、事故発生後、約４９ｍｓでＢ_3-6，Ｂ_5-6およびＢ_DG6が動作し、事故点を含むＺ₆を解列できている。

（Ｃ２）ｃａｓｅ−Ｂの結果
ＤＧ１，ＤＧ３，ＤＧ４，ＤＧ５の各容量がすべて７００ｋＷの場合について、各点の二線短絡事故において事故区間に接続する遮断器に流れる電流を図３４〜図３９に、三線短絡事故の場合を図４０〜図４５に示す。このｃａｓｅ−Ｂの場合、定常状態でもＩ_2-3はＺ₃→Ｚ₂の方向へ流れている。このため、事故点IIの場合はＩ_2-3の方向が反転しないため、図４１に示すように、ｃａｓｅ−ＡよりもわずかにＢ_1-2およびＢ_2-3の動作開始が早くなっている。事故点VIの場合、図４５に示すように、事故発生時にＤＧ６から供給される電流はあまり増加しない。このため、ＤＧ６がＺ₆に連系する点のみの情報では、遮断器Ｂ_DG6は動作するこができない。しかし、本保護システムの場合、Ｂ_DG6はＢ_3-6およびＢ_5-6からの過電流判定信号を用いているので、Ｚ₆で事故が発生したことを判定でき、ＤＧ６を解列させている。

（Ｃ３）ｃａｓｅ−Ｃの結果
ＤＧ１，ＤＧ４およびＤＧ６の容量が３００ｋＷ、ＤＧ３の容量が１９００ｋＷの場合について、各点の二線短絡事故において事故区間に接続する遮断器に流れる電流を図４６〜図５１に、三線短絡事故の場合を図５２〜図５７に示す。定常時においても、ＤＧ３から大きな逆潮流がある。II点での事故の場合、Ｂ_2-3の遮断後にＤＧ３からの出力はＺ₆およびＺ₅に供給される。このとき、Ｚ₅の点のＬ₅への電力供給はＺ₄とＺ₆の双方向から行われる。このため、Ｚ₅に接続する遮断器Ｂ_4-5やＢ_5-6はＺ₅内で事故が発生した可能性があると判断する。しかし、Ｂ_5-6の過電流判定の閾値（ＴＨ_4-5、ＴＨ_5-6）が十分大きいため、実際にはＢ_4-5やＢ_5-6は動作しない。その結果、事故点IIを含むＺ₂のみが選択的に解列される。事故点VIの場合、各遮断器を流れる事故電流は設定した閾値（ＴＨ_3-6、ＴＨ_5-6、ＴＨ_DG6）よりも十分大きく、事故点を含むＺ₆のみが選択的に解列されている。

（Ｃ４）過電流判定閾値の影響
最大負荷時に遮断器を流れる負荷電流の２倍および１０倍の値を短絡電流検出の判定閾値とし、分散型電源連系点の遮断器についても、分散型電源の最大出力電流の２倍および１０倍の値を短絡電流検出の判定閾値とした場合について、同様の検討を行った。各場合における事故区間のみの選択的解列の可否を下記表５に示す。

同表に示すように、過電流判定の閾値を定常時（または定格値）の２倍の場合、事故区間の解列後、誤って他の区間も解列する場合があった。しかし、閾値を大きくすることによって誤判定はなくなった。また、閾値を大きくしすぎると過電流を判定できない可能性があるが、本シミュレーションの範囲では誤動作は確認されなかった。

すなわち、本発明では図３に示すように、１つのフィーダを複数の区間に分割することを前提としているため、各遮断器は近隣の事故点に対してのみ過電流の判定を行えればよい。このため、各遮断器の過電流判定閾値を大きな値に設定することができ、分散型電源の導入規模や地点が変化しても、確実な過電流通電の判定を実現できる。

区間分割された配電系統のモデル。 本発明の実施形態を示す配電系統の短絡／地絡保護システムの構成例。 本発明による短絡／地絡保護のシミュレーション対象のモデル系統図。 モデルｃｅｓｅ−Ａにおける１線地絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ａにおける１線地絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ａにおける１線地絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ａにおける１線地絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ａにおける１線地絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ａにおける１線地絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｂにおける１線地絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｂにおける１線地絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｂにおける１線地絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｂにおける１線地絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｂにおける１線地絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｂにおける１線地絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｃにおける１線地絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｃにおける１線地絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｃにおける１線地絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｃにおける１線地絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｃにおける１線地絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｃにおける１線地絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ａにおける２線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ａにおける２線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ａにおける２線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ａにおける２線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ａにおける２線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ａにおける２線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ａにおける３線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ａにおける３線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ａにおける３線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ａにおける３線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ａにおける３線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ａにおける３線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｂにおける２線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｂにおける２線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｂにおける２線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｂにおける２線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｂにおける２線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｂにおける２線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｂにおける３線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｂにおける３線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｂにおける３線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｂにおける３線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｂにおける３線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｂにおける３線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｃにおける２線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｃにおける２線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｃにおける２線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｃにおける２線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｃにおける２線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｃにおける２線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｃにおける３線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｃにおける３線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｃにおける３線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｃにおける３線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｃにおける３線短絡事故時の各遮断器の電流波形。 モデルｃｅｓｅ−Ｃにおける３線短絡事故時の各遮断器の電流波形。

符号の説明

Ｓ／Ｓ 配電変電所
Ｚ₁〜Ｚ₆ 配電区間
Ｂ_S-1、Ｂ_1-2、Ｂ_2-3、Ｂ_DG1 遮断器
ＤＧ１、ＤＧ２ 分散型電源

Claims (4)

1. 遮断器で保護対象ゾーンが分割され、各ゾーンの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の保護システムであって、
   各遮断器設置点で計測される相間電圧と相間電流から、当該遮断器設置点の相間電流方向の情報を示す０／１信号と、前記分散型電源の導入・運用状況に応じて各遮断器設置点で個々に設定する閾値を該電流が超えたことの情報を示す０／１信号をそれぞれ発信するリレー演算手段を設け、
   保護対象ゾーンに接続される遮断器設置点の前記リレー演算手段が発信する前記各々の０／１信号と、当該保護対象ゾーンの周辺の遮断器設置点の前記リレー演算手段から情報通信手段を利用して収集した前記各々の０／１信号とを基に、前記相間電流の少なくとも１つが前記閾値を超えかつ該電流の全てが当該保護対象ゾーンに流れ込む向きであるときに当該保護対象ゾーン内での短絡事故と判定する論理判定手段を設けたことを特徴とする配電系統の保護システム。
2. 前記各リレー演算手段は、前記各々の０／１信号の発信は少なくとも前記情報通信手段による通信時間の差以上の時間だけ続ける手段を設け、
   前記論理判定手段は、短絡事故判定が所定の時間以上継続したときに保護対象ゾーン内での短絡事故と判定する手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の配電系統の保護システム。
3. 遮断器で保護対象ゾーンが分割され、各ゾーンの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の保護システムであって、
   各遮断器設置点で計測される零相電圧、零相電流から、当該遮断器設置点の零相電流方向の情報を示す０／１信号と、前記分散型電源の導入・運用状況に応じて各遮断器設置点で個々に設定する閾値を該電流が超えたことの情報を示す０／１信号をそれぞれ発信するリレー演算手段を設け、
   保護対象ゾーンに接続される遮断器設置点の前記リレー演算手段が発信する前記各々の０／１信号と、当該保護対象ゾーンの周辺の遮断器設置点の前記リレー演算手段から情報通信手段を利用して収集した前記各々の０／１信号とを基に、前記零相電流の少なくとも１つが前記閾値を超えかつ該電流の全てが当該保護対象ゾーンに流れ込む向きであるときに当該保護対象ゾーン内での１線地絡事故と判定する論理判定手段を設けたことを特徴とする配電系統の保護システム。
4. 前記各リレー演算手段は、前記各々の０／１信号の発信は少なくとも前記情報通信手段による通信時間の差以上の時間だけ続ける手段を設け、
   前記論理判定手段は、地絡事故判定が所定の時間以上継続したときに保護対象ゾーン内での地絡事故と判定する手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の配電系統の保護システム。

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