JP5658524B2 - 遮断器位相制御開閉システム - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、遮断器位相制御開閉システムに関する。
変電所における電力機器の制御または保護を実現するためには、電力機器本体の電流または電圧の波形を計測して、機器の運転状態を把握することが必要となる。従来方式では、電力機器本体に取り付けた変成器（変流器または計器用変圧器）により、計測に適した電流値または電圧値に変換した後、大量の電気ケーブル類によって電力機器本体から離れた保護制御装置へ接続されて波形の計測が行われる。
一方近年の通信およびディジタル制御技術の発展に伴い、電流または電圧波形データを取得する方法としてプロセスバスの適用が既に開始されている。プロセスバス適用システムにおいては、電力機器近傍に統合ユニット（Merging Unit）を配置し、複数の変成器からの波形信号は一旦この統合ユニットに入力される。
統合ユニットは、複数の波形信号をディジタルデータとして統合し、プロセスバスと呼ばれるシリアル通信を経由して保護リレーや回線制御ユニット（Bay Control Unit）等の上位ユニットに対して送信する。上位ユニットは、遮断器近傍に配置される遮断器制御ユニットに対して、遮断器の投入指令または引外指令を、プロセスバス上のメッセージとして送信する。
これにより、電気ケーブル類の配線量の削減、変成器の２次側負担軽減、および保護制御システムの標準化が達成できる。従来方式では、例えば変流器の２次定格電流は１Ａあるいは５Ａのように標準化されてきた。それと同様に、プロセスバス上の通信をＩＥＣ６１８５０規格等により標準化・規格化し、規格に則ったプロセスバスの適用を行うことで、製造者の異なるユニット間でディジタルデータの共有を行うこと、すなわち相互運用の実現が可能となる。
また、遮断器の投入または引外しのタイミングを制御して、電力系統や電力機器にとって過酷となる過渡現象の発生を抑止する方法については従来から知られている。その方法を用いた装置として、遮断器引外時における遮断器主接点の開離タイミングが、遮断電流の目標の位相に来るようにし、または遮断器投入時における遮断器主接点の閉極タイミングが電源電圧波形の目標の位相に来るように制御する位相制御開閉装置がある。
この位相制御開閉装置は、遮断器投入信号または引外信号を受信した時に、目標とする位相で遮断器の投入または引外し動作をさせるために、遮断器に対する指令出力タイミング、すなわち遮断器の投入コイルまたは引外コイルへの通電開始タイミングを遅延させる機能を備えている。このような遮断器の開閉制御方式は、位相制御開閉のように呼ばれることが多い。
次に、位相制御開閉装置を適用し、プロセスバスは適用しない従来の遮断器位相制御開閉システム構成例について図６を用いて説明する。回線制御ユニットや保護リレー等の上位ユニット２２からの遮断器投入指令８２または引外指令８３は、接点信号として電圧の形で電気ケーブル６１Ａまたは６１Ｂを経由して遮断器位相制御開閉装置８１へ送られる。
遮断器位相制御開閉装置８１では、遮断器３１の投入コイル３３または引外コイル３４に通電してから遮断器の投入動作または引外動作が完了するまでの動作時間を予測し、目標とする投入位相または引外位相に対して予測動作時間分だけ先行してトランジスタ２Ａまたは２Ｂをオンする。これにより電気ケーブル６２Ａまたは６２Ｂを経由して遮断器の投入コイル３３または引外コイル３４へ通電され、遮断器３１が動作（投入または引外し）する。
目的や対象とする電力機器によっても異なるが、位相制御開閉を効果的に実現するためには、制御精度（目標位相と実際の開閉位相の差）は遮断器側の精度も含めて概ね±30度以内とする必要がある。そのためには、遮断器位相制御開閉装置８１が投入コイル３３または引外コイル３４の通電を開始するタイミングのばらつきは、位相角±30度に相当する時間よりも十分小さくする必要がある。
具体的には±数百μs以内に収めなければならない。本構成例の場合、変流器４２からの電流波形、計器用変圧器４１からの電圧波形、および遮断器３１のコイルへの通電５４は、通信ではなく電気信号として直ちに到達するため、信号の伝送遅延やそのばらつきは考慮しなくても制御精度の高い位相制御開閉が可能である。
一方、プロセスバスを適用した変電所保護制御システムにおいて位相制御開閉を実現する場合には、波形はサンプル値として、指令はメッセージとして通信により伝送されるので、制御精度はこれらの伝送遅延やそのばらつきの影響を受けるようになる。
図７に、ＩＥＣ６１８５０規格に規定される位相制御開閉の考え方を示す。論理ノードＣＳＷＩ７１は保護リレーの、ＣＰＯＷ７２は位相制御開閉装置の、ＸＣＢＲ７３は遮断器の、ＴＣＴＲ７４は変流器の、ＴＶＴＲ７５は計器用変圧器の、機能を表している。
位相制御開閉は以下のように行われる。まず、ＣＳＷＩ７１からＣＰＯＷ７２に対して、遮断器の投入指令または引外指令が送信される。ＣＰＯＷ７２は、ＴＣＴＲ７４からの電流波形サンプル値、またはＴＶＴＲ７５からの電圧波形サンプル値を参照して、遮断器に対して時限操作指令（Time-activated Operate）を出す。ＸＣＢＲ７３は、この指令を受けて内部のタイマを起動し、時限がきたら遮断器の投入動作または引外動作を行い、遮断器の位相制御開閉動作が完了する。ここで、位相制御開閉装置から遮断器まで時限操作指令を伝送する際に、伝送遅延が存在するため、制御精度への影響が発生する。
上記の課題を具体的に説明するため、プロセスバスを適用した変電所保護制御システムにおける従来の遮断器位相制御開閉システム構成例を図８により説明する。本構成例においては、上位ユニット２２が上述した論理ノードＣＳＷＩおよびＣＰＯＷの機能を持ち、遮断器制御ユニット１は遮断器３１を制御するＸＣＢＲの機能のみを持つ。
上位ユニット２２は、統合ユニット２１が送信する電流または電圧の波形データ５１（Sampled Value）等を受信して制御および計測動作を行うとともに、遮断器の予測開閉動作時間分だけ先行して遮断器３１の投入または引外し動作が開始するようにタイマの値を設定し、時限操作指令として遮断器の投入指令または引外指令５２を出すことで位相制御開閉を行う。
時限操作指令は、プロセスバス２４を経由して上位ユニット２２から遮断器制御ユニット１に対して送信されるので、通信による投入指令または引外指令の伝送遅延の存在により、設定したタイマ値に対しその遅延分だけ遮断器の投入または引外し動作は遅れることとなる。
また、プロセスバス上には時限操作指令以外にも、電流または電圧の波形データ５１等の他のデータ通信が存在するので、その混雑状況によって伝送遅延時間は変化する。そのため、たとえ時限操作指令の平均伝送遅延時間分を補正したとしても、通信の混雑状況に依存する伝送遅延時間の変化分は制御精度の低下となって現れる。
上述したように、プロセスバスを適用した従来の遮断器位相制御開閉システムでは、通信の伝送遅延時間が発生し、その遅延時間は一定とは限らないため、遮断器の投入又は引外し動作の制御精度が低下するという課題があった。
本発明の実施形態では、プロセスバスを適用した遮断器位相制御開閉システムにおいて、制御精度の高い遮断器位相制御開閉システムを提供することを目的とする。
本発明の実施形態における遮断器位相制御開閉システムは、電力機器の電気量の波形データをディジタルデータに変換し、時刻情報を付加してプロセスバスへ送信する統合ユニットと、遮断器の投入指令または引外指令を前記プロセスバスへ送信する上位ユニットと、前記波形データおよび、前記投入指令または引外指令に基づいて、遮断器の投入コイルまたは引外コイルに通電する遮断器制御ユニットとを備え、前記遮断器制御ユニットは、前記統合ユニットまたは前記上位ユニットに設置された第１の内部時計と同期された第２の内部時計と、前記第２の内部時計が保持する絶対時刻および、前記波形データに基づいて、前記電力機器の前記電気量の現在の位相を示す現在位相を算出する波形零点算出処理部と、遮断器の投入コイルまたは引外コイルに通電してから遮断器の投入動作または引外動作が完了するまでの動作時間を示す予測動作時間を予測する遮断器予測動作時間算出処理部と、第２の内部時計が保持する絶対時刻と、事前に設定された目標位相と、前記波形零点算出処理部により算出された現在位相と、前記遮断器予測動作時間算出処理部により予測された予測動作時間とから、前記投入コイルまたは引外コイルに通電するタイミングを決定する指令出力タイミング決定処理部とを備える。
また、本発明の実施形態における遮断器位相制御開閉システムは、電力機器の電気量の波形データをディジタルデータに変換し、時刻情報を付加してプロセスバスへ送信する統合ユニットと、遮断器の投入指令または引外指令をプロセスバスへ送信する上位ユニットと、前記波形データおよび、前記投入指令または引外指令に基づいて、遮断器の投入コイルまたは引外コイルに通電する遮断器制御ユニットと、同期用時刻情報を前記プロセスバスに送信するタイムサーバとを備え、前記上位ユニットは、前記タイムサーバから受信した前記同期用時刻情報に基づいて、前記タイムサーバが保持する絶対時刻と同期された第１の内部時計を備え、前記第１の内部時計が保持する絶対時刻と前記波形データとに基づいて、遮断器を投入または引外しを行う位相に相当する時刻を算出し、算出された時刻に基づいた時刻情報を付加した投入指令または引外指令を送信し、前記遮断器制御ユニットは、前記タイムサーバから受信した同期用時刻情報に基づいて、前記タイムサーバが保持する絶対時刻と同期された第２の内部時計と、遮断器の投入コイルまたは引外コイルに通電してから遮断器の投入動作または引外動作が完了するまでの動作時間を示す予測動作時間を予測する遮断器予測動作時間算出処理部と、前記第２の内部時計が保持する現在時刻と、前記上位ユニットから受信した投入指令または引外指令に付加された時刻情報と、前記遮断器予測動作時間算出処理部により予測された予測動作時間とから、前記投入コイルまたは引外コイルに通電するタイミングを決定する指令出力タイミング決定処理部とを備える。
また、本発明の実施形態における遮断器位相制御開閉システムは、電力機器の電気量の波形データをディジタルデータに変換し、時刻情報を付加してプロセスバスへ送信する統合ユニットと、遮断器の投入指令または引外指令をプロセスバスへ送信する上位ユニットと、前記波形データおよび、前記投入指令または引外指令に基づいて、遮断器の投入コイルまたは引外コイルに通電する遮断器制御ユニットと、同期用時刻情報を前記プロセスバスに送信するタイムサーバとを備え、前記上位ユニットは、前記タイムサーバから受信した前記同期用時刻情報に基づいて、前記タイムサーバが保持する絶対時刻と同期された第１の内部時計を備え、前記第１の内部時計が保持する絶対時刻と前記波形データとに基づいて、遮断器を投入または引外しを行う位相に相当する時刻を算出し、算出された時刻に基づいた時刻情報を付加した投入指令または引外指令を送信し、前記遮断器制御ユニットは、前記タイムサーバから受信した同期用時刻情報に基づいて、前記タイムサーバが保持する絶対時刻と同期された第２の内部時計と、遮断器の投入コイルまたは引外コイルに通電してから遮断器の投入動作または引外動作が完了するまでの動作時間を示す予測動作時間を予測する遮断器予測動作時間算出処理部と、前記第２の内部時計が保持する現在時刻と、前記上位ユニットから受信した投入指令または引外指令に付加された時刻情報と、前記遮断器予測動作時間算出処理部により予測された予測動作時間とから、前記投入コイルまたは引外コイルに通電するタイミングを決定する指令出力タイミング決定処理部とを備える。
本発明の実施形態における遮断器位相制御開閉システムついて図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
本実施形態の遮断器位相制御開閉システムについて図１を用いて説明する。図１は、遮断器位相制御システムの構成を示す図である。
本実施形態の遮断器位相制御開閉システムについて図１を用いて説明する。図１は、遮断器位相制御システムの構成を示す図である。
遮断器位相制御開閉システムは、統合ユニット２１、上位ユニット２２、遮断器制御ユニット１から構成され、何れもプロセスバス２４に接続されている。
統合ユニット２１には、電力機器４３の電圧を計測する計器用変成器４１、および電流を計測する変流器４２からの信号が入力される。これらの信号は、３相分または複数回線の計測に対応するため、一般には複数入力される。
また、この統合ユニット２１は、図示しない内部時計およびアナログ／ディジタル変換器を備え、入力された複数の波形信号をサンプリングし、ディジタルデータとして統合して、電流または電圧の波形データ５１をプロセスバス２４に対して送信する。さらに、サンプリングが行われた時刻を内部時計から取得し、このプロセスバス２１に送信する波形データ５１に時刻情報として付加する。この時刻情報は、時刻へ変換可能な番号でもよい。
上位ユニット２２は、統合ユニット２１から送信された波形データ５１を受信する。さらに、この波形データ５１を利用して制御・計測等の動作を行い、遮断器３１の投入または引外しが必要と判断した場合に、遮断器３１の投入または引外指令５２を遮断器制御ユニット１に送信する。
遮断器制御ユニット１は、遮断器３１近傍に設置されている。詳細な内部構成について図２を用いて説明する。
プロセスバス２４は、遮断器制御ユニット１内部のＬＡＮインターフェース４を経由して演算部３へ接続される。一方、センサ３５は、センサインターフェース１５を経由して、演算部３へ接続される。
演算部３は、時刻同期処理部１３、内部時計１４、プロセスバスプロトコル処理部５、目標開閉位相設定処理部６、波形零点算出処理部７、遮断器予測動作時間算出処理部８、指令出力タイミング決定処理部９、波形記録・読出処理部１６から構成されている。
まず、時刻同期処理部１３は、統合ユニット２１からプロセスバス経由で時刻同期信号を受信し、内部時計１４で保持する内部時計を、少なくとも統合ユニット２１の内部時刻と同期する。この同期は、内部時計１４の精度と同期開閉要求精度から決まる必要な時刻同期頻度以上の頻度で行われる。時刻同期処理部１３は、例えばＩＥＥＥ１５８８プロトコルに則って動作することでも良く、その他のプロトコルに則っても良く、またプロセスバス経由では無い図示しない時刻同期信号を受けるようにしても良い。
プロセスバスプロトコル処理部５は、電流または電圧の波形データ５１は波形零点検出処理７へ、また投入または引外指令５２は目標開閉位相設定処理部６へ渡す。
目標開閉位相設定処理部６は、投入または引外指令５２を受けて、遮断器３１の投入または引外しを行う目標の位相を表す目標位相５７を、指令出力タイミング決定処理９へ伝える。この目標位相５７には、遮断器の投入または引外しのいずれを行うかの情報も含まれている。また、目標位相５７およびその基準とする波形等の指定情報は、あらかじめ遮断器制御ユニット１に対する直接操作により設定する他、上位ユニット２２または図示しないヒューマンインターフェースからプロセスバス２４経由で設定することができる。
例えば無負荷変圧器の系統投入の場合、各相の変圧器鉄心の残留磁束の方向と大きさによって最適投入位相が異なる。このように電力機器の状態によって最適投入または引外し位相が変化する場合には、都度上位ユニット２２から目標位相を設定する。
波形零点算出処理部７は、波形データ５１を受けて、現在の位相を表す現在位相５８を指令出力タイミング決定処理９へ伝える。
遮断器予測動作時間算出処理部８は、センサインターフェース１５から遮断器３１の操作圧力、周囲温度、制御電圧等を受信し、それらの値に基づいて遮断器の投入コイルまたは引外コイルに通電してから遮断器の投入動作または引外し動作が完了するまでの動作時間を示す予測動作時間５９を、指令出力タイミング決定処理９へ伝える。ここで遮断器の投入動作または引外し動作が完了するまでの予測動作時間５９とは、投入指令の場合は、遮断器３１の投入コイル３３への通電を開始してから遮断器主接点３２が電気的に接続されるまでの予測動作時間、引外指令の場合は遮断器３１の引外コイル３４への通電を開始してから遮断器主接点３２が機械的に切り離されるまでの予測動作時間のことである。これらは遮断器３１の操作圧力、周囲温度、制御電圧等によって影響を受ける。
指令出力タイミング決定処理部９は、内部時計１４に保持される絶対時刻、目標位相５７、現在位相５８、及び予測動作時間５９から、投入コイル３３または引外コイル３４への通電を開始するタイミングを決定し、引外し側ドライブ回路１０または投入側ドライブ回路１１のいずれか該当する方へドライブ開始の指令を出力する。このとき、目標位相５７に、遮断器３１の投入を行う情報が含まれている場合は、投入側ドライブ回路１１に、遮断器３１の引外しを行う情報が含まれている場合は、引外し側ドライブ回路１０にドライブ開始の指令を出力する。
引外し側ドライブ回路１０はトランジスタ２Ｂのベースに接続され、トランジスタ２Ｂのオン・オフを制御する。トランジスタ２Ｂのエミッタは、電気ケーブル６２Ｂを経由して引外コイル３４へ接続されている。投入側ドライブ回路１１についても、同様の構成である。
また演算部３は、波形記録・読出処理部１６を備え、投入または引外指令５２に基づく時限操作指令の時限をトリガとして、その前後の一定期間の電流または電圧の波形データ５１を不揮発性メモリ１７に記録する。また、波形記録・読出処理部１６は、記録した波形データ５１を、上位ユニット２２または図示しないヒューマンインターフェースからの要求により、プロセスバス２４を経由して送信する。
上記構成による遮断器位相制御開閉システムの動作を以下に説明する。
統合ユニット２１は、計器用変成器４１および変流器４２からの電圧および電流波形をアナログ／ディジタル変換し、時刻情報を付加したディジタルデータとして統合して、電流または電圧の波形データ５１を、規格で規定されたサンプリング周波数およびフォーマットにてプロセスバス２４に対して送信する。
回線制御ユニットまたは保護リレー等の上位ユニット２２は、波形データ５１を受信しこれを利用して制御・計測動作または保護動作を行う。その動作において遮断器３１の投入または引外しが必要となった場合には、上位ユニット２２は、プロセスバス２４を経由して、遮断器３１の投入または引外指令５２を遮断器制御ユニット１に対して送信する。
遮断器制御ユニット１内の目標開閉位相設定処理部６は、遮断器３１の投入または引外指令５２を受けて、目標位相５７を指令出力タイミング決定処理部９へ伝える。
波形零点算出処理部７は、プロセスバス２４上の電流または電圧の波形データ５１を受けて、現在の位相の値を指令出力タイミング決定処理部９へ伝える。波形データ５１には、統合ユニット２１によって時刻情報が付加されており、ここから求められた波形データ５１のサンプル時刻と、内部時計１４の現在時刻とを参照することで、現在位相５８が計算される。波形データは常に統合ユニット２１から送られてくるため、波形零点算出処理部７は遮断器３１の投入または引外指令５２の有無にかかわらず、位相制御開閉の基準となる基準波形の位相零点を常に予測する。
遮断器予測動作時間算出処理部８は、上記のように補正された予測動作時間５９を、指令出力タイミング決定処理部９へ伝える。
指令出力タイミング決定処理９は、投入コイル３３または引外コイル３４への通電を開始するタイミングを決定し、引外し側ドライブ回路１０または投入側ドライブ回路１１のいずれか該当する方へドライブ開始の指令を出力する。具体的には、上位ユニットからの投入または引外指令を受けている状態で、
現在位相５８ ＝ 目標位相５７ − 予測動作時間５９に相当する位相角
が成立した場合に、該当する方へドライブ指令を出力する。この関係を図３に示した。
現在位相５８ ＝ 目標位相５７ − 予測動作時間５９に相当する位相角
が成立した場合に、該当する方へドライブ指令を出力する。この関係を図３に示した。
ドライブ指令により、引外し側ドライブ回路１０または投入側ドライブ回路１１が動作し、トランジスタ２Ｂまたは２ＡがＯＮし、電気ケーブル６２Ｂまたは６２Ａを経由して引外コイル３４または投入コイル３３へ通電が開始される。この過程における遅れ時間は±数百μs以内に十分収まるようユニットを製作することが可能である。通電開始により遮断器が動作開始し、動作時間５９の後に遮断器主接点３２の開閉が目標位相５７にて完了する。
また、不揮発性メモリ１７に記録された、時限操作指令の時限をトリガとした前後の一定期間の電流または電圧の波形データ５１は、上位ユニット２２等から読み出し、位相制御開閉の成否判定または制御精度の評価に使用可能である。
本実施形態における遮断器位相制御開閉システムの効果について説明する。
第一に、遮断器制御ユニット１に位相制御開閉機能ＣＰＯＷを備え、遮断器制御ユニット１にて時限操作のタイミングを決定し、伝送遅延の考慮が不要な電気ケーブル６２Ａによってコイルへの通電５４を行うことにより、プロセスバス２４を経由した時限操作指令の伝送が不要となり、伝送遅延の影響を回避することができる。
第二に、遮断器制御ユニット１において、統合ユニット２１から常に送られてくる波形データ５１から、位相制御開閉の基準となる基準波形を抽出し位相零点を常に予測することにより、投入または引外指令５２を受けた時に、必要な波形データサンプル数の到着を待つことなく、遅れ時間の少ない位相制御開閉が可能となる。
第三に、位相制御開閉の成否判定または制御精度の評価に使用可能な位相制御開閉時の波形データの記録機能を、特に追加のハードウェア無く実現することが可能となる。
（第２の実施形態）
本実施形態における遮断器位相制御開閉システムの構成について図４を用いて説明する。図４では、上位ユニット２２がＣＳＷＩ等の機能に加えてＣＰＯＷの機能も持ち、遮断器制御ユニット１がＸＣＢＲの機能を持つ。
本実施形態における遮断器位相制御開閉システムの構成について図４を用いて説明する。図４では、上位ユニット２２がＣＳＷＩ等の機能に加えてＣＰＯＷの機能も持ち、遮断器制御ユニット１がＸＣＢＲの機能を持つ。
本実施形態の構成が第１の実施形態と異なる点は、プロセスバス２４にはタイムサーバ２３が接続される点である。遮断器位相制御開閉システムにおいて、統合ユニット２１、上位ユニット２２、遮断器制御ユニット１はそれぞれ内部時計を備え、タイムサーバ２３からの時刻同期信号５３は前記各ユニットに配信され、各ユニットの内部時計は同じ時刻に同期可能なように構成される。
上位ユニット２２は、波形データ５１を受信しこれを利用して制御・計測動作を行うとともに、遮断器３１の開閉動作時間分だけ先行して投入または引外指令５２をプロセスバス２４に送信する。この波形データ５１は常に統合ユニット２１から送られてくるため、上位ユニット２２では遮断器３１の投入または引外指令の有無にかかわらず、位相制御開閉の基準となる基準波形の位相零点を常に予測する。
ここで遮断器３１の投入または引外しが必要となった場合、投入または引外指令５２は、遮断器３１を開閉すべき目標時刻を付加した時限操作指令として遮断器制御ユニット１に対して送信される。目標時刻の算出に必要な目標位相およびその基準とする波形等の指定情報は、あらかじめ上位ユニット２２に対する直接操作により設定する他、図示しないヒューマンインターフェースからプロセスバス２４経由またはステーションバス等の別の通信路を経由して設定することができる。
次に図５を用いて、遮断器制御ユニット１について、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、説明は省略する。
図５は、遮断器制御ユニット１の内部構成を示しており、第１の実施形態と異なる点は、波形零点算出処理部７、波形・記録読出処理部１６、不揮発性メモリ１７を廃し、さらに目標開閉位相設定処理部６に代えて目標開閉時刻設定処理部１２を備える点である。
ＬＡＮインターフェース４は、投入または引外指令５２を目標開閉時刻設定処理部１２へ渡し、時刻同期信号５３を時刻同期処理部１３に渡す。
目標開閉時刻設定処理部１２は、時限操作指令として受信した投入または引外指令５２から目標時刻５５を抽出して指令出力タイミング決定処理９へ伝える。
時刻同期処理部１３は、プロセスバス２４からの時刻同期信号５３に基づいて、内部時計１４をタイムサーバ２３と同じ時刻に同期する。同期は、内部時計１４の精度と同期開閉要求精度から決まる必要な時刻同期頻度以上の頻度で行われる。時刻同期処理部１３は、例えばＩＥＥＥ１５８８プロトコルに則って動作することでも良く、その他のプロトコルに則っても良く、またプロセスバス２４経由では無い時刻同期信号を受けるようにしても良い。
また内部時計１４は、その保持する現在時刻５６を指令出力タイミング決定処理部９へ伝える。
遮断器予測動作時間算出処理部８は、センサインターフェース１５から遮断器３１の操作圧力、周囲温度、制御電圧等を受信し、それらの値に基づいて補正された動作時間５９を、指令出力タイミング決定処理部９へ伝える。
指令出力タイミング決定処理部９は、目標時刻５５、現在時刻５６、および予測動作時間５９から、投入コイル３３または引外コイル３４への通電を開始するタイミングを決定し、引外し側ドライブ回路１０または投入側ドライブ回路１１のいずれか該当する方へドライブ開始を示すドライブ指令を出力する。
上記構成による遮断器位相制御開閉システムの動作を以下に説明する。
遮断器制御ユニット１内のプロセスバスプロトコル処理部５は、投入または引外指令５２を目標開閉時刻設定処理部１２へ渡す。目標開閉時刻設定処理部１２は、時限操作指令から目標時刻５５を抽出して指令出力タイミング決定処理部９へ伝える。
内部時計１４は、現在時刻５６を指令出力タイミング決定処理部９へ伝える。ここで内部時計１４は、タイムサーバ２３と同期しているので上位ユニット２２と誤差範囲内で同じ時刻を保持している。したがって、上位ユニット２２で算出した目標時刻５５は、そのまま遮断器制御ユニット１での処理に使用可能である。
遮断器予測動作時間算出処理部８は、センサインターフェース１５から遮断器３１の操作圧力、周囲温度、制御電圧等を受信し、それらの値に基づいて補正された予測動作時間５９を、指令出力タイミング決定処理部９へ伝える。これらの値は遮断器位相制御固有のものであるため、遮断器制御ユニット１内で処理される。
指令出力タイミング決定処理部９は、投入コイル３３または引外コイル３４への通電を開始するタイミングを決定し、引外し側ドライブ回路１０または投入側ドライブ回路１１のいずれか該当する方へドライブ指令を出力する。具体的には、上位ユニットからの投入または引外指令を受けている状態で、
現在時刻５６ ＝ 目標時刻５５ − 予測動作時間５９
が成立した場合に、該当する方へドライブ指令を出力する。
現在時刻５６ ＝ 目標時刻５５ − 予測動作時間５９
が成立した場合に、該当する方へドライブ指令を出力する。
本実施形態における遮断器位相制御開閉システムの効果について説明する。
第一に、遮断器制御ユニット１に対して遮断器３１を開閉すべき目標時刻５５を付加した時限操作指令の形で投入または引外指令５２を送信することにより、タイマ値を指定した時限操作指令を送信する従来方式と比較して、プロセスバス２４における伝送遅延が開閉タイミングに影響することを防止できるので、伝送遅延の影響を回避することができる。なお本実施形態では、遮断器制御ユニット１におけるリアルタイムでの電流または電圧波形処理が不要なため、同ユニットにおける演算部３の負担を大きく増すことがない。
第二に、上位ユニット２２において、統合ユニット２１から常に送られてくる波形データから、位相制御開閉の基準となる基準波形を抽出し位相零点を常に予測することにより、投入または引外指令５２が必要となった時に、必要な波形データサンプル数の到着を待つことなく、遅れ時間の少ない目標時刻指定が可能となる。
なお、本実施形態の上位ユニット２２は、時刻を指定した時限操作指令を遮断器操作ユニット１に対して送信するが、位相角を指定した時限操作指令を遮断器操作ユニット１に対して送信することでも良い。この場合の遮断器制御ユニット１の構成例としては、第１の実施形態の図２と同様な構成とする。
前述のように、電力機器の状態によって最適投入位相または引外位相が変化する場合がある。この場合には、上位ユニット２２が最適な投入位相または引外位相を算出する。位相角の指定は、都度上位ユニット２２からプロセスバス２４経由で遮断器制御ユニット１に対して行われる。
このような位相角を指定した時限操作指令によっても、伝送遅延の影響を回避することができる。さらに、位相角を指定することで、遮断器操作ユニットにおいて状況変化に対応した柔軟な位相制御開閉を実施することが可能となる。例えば、時限操作指令が間に合わなかった場合でも、電流または電圧の次のサイクルの同じ位相角において遮断器開閉操作を実施する、あるいは時限操作指令出力後の周波数変化に対応した遮断器開閉操作を実施する等である。
本発明に係る実施形態によれば、プロセスバスを適用した遮断器位相制御開閉システムにおいて、制御精度の高い遮断器位相制御開閉システムを提供することが可能となる。
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１ ・・・ 遮断器制御ユニット
２Ａ ・・・ トランジスタ
２Ｂ ・・・ トランジスタ
３ ・・・ 演算部
４ ・・・ ＬＡＮインターフェース
５ ・・・ プロセスバスプロトコル処理部
６ ・・・ 目標開閉位相設定処理部
７ ・・・ 波形零点算出処理部
８ ・・・ 遮断器予測動作時間算出処理部
９ ・・・ 指令出力タイミング決定処理部
１０ ・・・ 引外し側ドライブ回路
１１ ・・・ 投入側ドライブ回路
１２ ・・・ 目標開閉時刻設定処理部
１３ ・・・ 時刻同期処理部
１４ ・・・ 内部時計
１５ ・・・ センサインターフェース
１６ ・・・ 波形記録・読出処理部
１７ ・・・ 不揮発性メモリ
２１ ・・・ 統合ユニット
２２ ・・・ 上位ユニット
２３ ・・・ タイムサーバ
２４ ・・・ プロセスバス
３１ ・・・ 遮断器
３２ ・・・ 遮断器主接点
３３ ・・・ 投入コイル
３４ ・・・ 引外コイル
３５ ・・・ センサ
４１ ・・・ 計器用変圧器
４２ ・・・ 変流器
４３ ・・・ 電力機器
４４ ・・・ 電源
５１ ・・・ 電流または電圧の波形データ
５２ ・・・ 投入または引外指令
５３ ・・・ 時刻同期信号
５４ ・・・ コイルへの通電
５５ ・・・ 目標時刻
５６ ・・・ 現在時刻
５７ ・・・ 目標位相
５８ ・・・ 現在位相
５９ ・・・ 予測動作時間
６１Ａ ・・・ 電気ケーブル
６１Ｂ ・・・ 電気ケーブル
６２Ａ ・・・ 電気ケーブル
６２Ｂ ・・・ 電気ケーブル
７１ ・・・ 論理ノードＣＳＷＩ
７２ ・・・ 論理ノードＣＰＯＷ
７３ ・・・ 論理ノードＸＣＢＲ
７４ ・・・ 論理ノードＴＣＴＲ
７５ ・・・ 論理ノードＴＶＴＲ
８１ ・・・ 遮断器位相制御開閉装置
８２ ・・・ 投入指令
８３ ・・・ 引外指令
２Ａ ・・・ トランジスタ
２Ｂ ・・・ トランジスタ
３ ・・・ 演算部
４ ・・・ ＬＡＮインターフェース
５ ・・・ プロセスバスプロトコル処理部
６ ・・・ 目標開閉位相設定処理部
７ ・・・ 波形零点算出処理部
８ ・・・ 遮断器予測動作時間算出処理部
９ ・・・ 指令出力タイミング決定処理部
１０ ・・・ 引外し側ドライブ回路
１１ ・・・ 投入側ドライブ回路
１２ ・・・ 目標開閉時刻設定処理部
１３ ・・・ 時刻同期処理部
１４ ・・・ 内部時計
１５ ・・・ センサインターフェース
１６ ・・・ 波形記録・読出処理部
１７ ・・・ 不揮発性メモリ
２１ ・・・ 統合ユニット
２２ ・・・ 上位ユニット
２３ ・・・ タイムサーバ
２４ ・・・ プロセスバス
３１ ・・・ 遮断器
３２ ・・・ 遮断器主接点
３３ ・・・ 投入コイル
３４ ・・・ 引外コイル
３５ ・・・ センサ
４１ ・・・ 計器用変圧器
４２ ・・・ 変流器
４３ ・・・ 電力機器
４４ ・・・ 電源
５１ ・・・ 電流または電圧の波形データ
５２ ・・・ 投入または引外指令
５３ ・・・ 時刻同期信号
５４ ・・・ コイルへの通電
５５ ・・・ 目標時刻
５６ ・・・ 現在時刻
５７ ・・・ 目標位相
５８ ・・・ 現在位相
５９ ・・・ 予測動作時間
６１Ａ ・・・ 電気ケーブル
６１Ｂ ・・・ 電気ケーブル
６２Ａ ・・・ 電気ケーブル
６２Ｂ ・・・ 電気ケーブル
７１ ・・・ 論理ノードＣＳＷＩ
７２ ・・・ 論理ノードＣＰＯＷ
７３ ・・・ 論理ノードＸＣＢＲ
７４ ・・・ 論理ノードＴＣＴＲ
７５ ・・・ 論理ノードＴＶＴＲ
８１ ・・・ 遮断器位相制御開閉装置
８２ ・・・ 投入指令
８３ ・・・ 引外指令
Claims (8)
- 電力機器の電気量の波形データをディジタルデータに変換し、時刻情報を付加してプロセスバスへ送信する統合ユニットと、
遮断器の投入指令または引外指令を前記プロセスバスへ送信する上位ユニットと、
前記波形データおよび、前記投入指令または引外指令に基づいて、遮断器の投入コイルまたは引外コイルに通電する遮断器制御ユニットとを備え、
前記遮断器制御ユニットは、前記統合ユニットまたは前記上位ユニットに設置された第１の内部時計と同期された第２の内部時計と、
前記第２の内部時計が保持する絶対時刻および、前記波形データに基づいて、前記電力機器の前記電気量の現在の位相を示す現在位相を算出する波形零点算出処理部と、
遮断器の投入コイルまたは引外コイルに通電してから遮断器の投入動作または引外動作が完了するまでの動作時間を示す予測動作時間を予測する遮断器予測動作時間算出処理部と、
第２の内部時計が保持する絶対時刻と、事前に設定された目標位相と、前記波形零点算出処理部により算出された現在位相と、前記遮断器予測動作時間算出処理部により予測された予測動作時間とから、前記投入コイルまたは引外コイルに通電するタイミングを決定する指令出力タイミング決定処理部と
を備える遮断器位相制御開閉システム。 - 事前に設定された前記目標位相は、前記上位ユニットまたはヒューマンインターフェースからプロセスバスを介して設定する
請求項１記載の遮断器位相制御開閉システム。 - 電力機器の電気量の波形データをディジタルデータに変換し、時刻情報を付加してプロセスバスへ送信する統合ユニットと、
遮断器の投入指令または引外指令をプロセスバスへ送信する上位ユニットと、
前記波形データおよび、前記投入指令または引外指令に基づいて、遮断器の投入コイルまたは引外コイルに通電する遮断器制御ユニットと、
同期用時刻情報を前記プロセスバスに送信するタイムサーバとを備え、
前記上位ユニットは、前記タイムサーバから受信した前記同期用時刻情報に基づいて、前記タイムサーバが保持する絶対時刻と同期された第１の内部時計を備え、前記第１の内部時計が保持する絶対時刻と前記波形データとに基づいて、遮断器を投入または引外しを行う位相に相当する時刻を算出し、算出された時刻に基づいた時刻情報を付加した投入指令または引外指令を送信し、
前記遮断器制御ユニットは、前記タイムサーバから受信した同期用時刻情報に基づいて、前記タイムサーバが保持する絶対時刻と同期された第２の内部時計と、
遮断器の投入コイルまたは引外コイルに通電してから遮断器の投入動作または引外動作が完了するまでの動作時間を示す予測動作時間を予測する遮断器予測動作時間算出処理部と、
前記第２の内部時計が保持する現在時刻と、前記上位ユニットから受信した投入指令または引外指令に付加された時刻情報と、前記遮断器予測動作時間算出処理部により予測された予測動作時間とから、前記投入コイルまたは引外コイルに通電するタイミングを決定する指令出力タイミング決定処理部と
を備える遮断器位相制御開閉システム。 - 前記上位ユニットは、遮断器を投入または引外しを行う位相に相当する時刻を算出し、算出された時刻に基づいた時刻情報を、投入指令または引外指令に付加する代わりに、遮断器を投入または引外しを行う位相を示す位相情報を付加した投入指令または引外指令を送信し、
前記遮断器制御ユニットの前記指令出力タイミング決定処理部は、前記第２の内部時計が保持する現在時刻と、前記上位ユニットから受信した投入指令または引外指令に付加された位相情報と、前記遮断器予測動作時間算出処理部により予測された予測動作時間とから、前記投入コイルまたは引外コイルに通電するタイミングを決定する
請求項３記載の遮断器位相制御開閉システム。 - 前記遮断器制御ユニットは、投入指令または引外指令の有無にかかわらず、前記統合ユニットから波形データを受信して、基準波形における位相零点時刻を予測する
請求項１または２記載の遮断器位相制御開閉システム。 - 前記上位ユニットは、投入指令または引外指令の有無にかかわらず、前記統合ユニットから波形データを受信して、基準波形における位相零点時刻を予測する
請求項３記載の遮断器位相制御開閉システム。 - 前記遮断器制御ユニットは、遮断器の投入指令または引外指令を受信した場合には、当該指令の受信時点あるいは当該指令に関連する特定の時点を基準として、前後一定期間の前記波形データを記録する
請求項１〜６記載の遮断器位相制御開閉システム。 - 前記遮断器制御ユニットは、前記上位ユニットまたは他の装置に対し、記録した波形データを出力する
請求項７記載の遮断器位相制御開閉システム。
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