JP5727867B2 - 電力系統保護制御システム、試験方法、保護制御装置、マージングユニット、および試験用装置 - Google Patents

電力系統保護制御システム、試験方法、保護制御装置、マージングユニット、および試験用装置 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、電力系統保護制御システム、試験方法、保護制御装置、マージングユニット、および試験用装置に関する。
電力系統を構成する送電線、変圧器、母線等の電気機器の保護制御を行うために、保護制御装置が設置されている。この従来の保護制御装置について図3を用いて説明する。図3は、従来の電力系統に設置された保護制御装置のうち、送電線保護制御装置の構成を示している。
保護制御装置(5-1,5-2)は、遮断器(11-1)が設置された送電線(1)における電気量を、アナログ信号として変流器(以下、CT)および計器用変圧器(以下、VT)等の計器用変成器(12-1)にて取得する。正常の運転時は、保護制御ユニット(8-1,8-2)が、取得した電気量に基づいて計測演算を行い、遮断器(11-1)をトリップさせるトリップ指令を出力している。
この従来の保護制御装置(5-1,5-2)のメンテナンス、試験等を実施する場合、アナログ電気量発生器(40)から、保護制御装置(5-1,5-2)に設けられた試験用端子(9-1,9-2)(以下、TD)にアナログ電気量を入力し、保護制御装置(5-1,5-2)が正常にトリップ指令出力を行うか否かの制御指令出力試験(以下、試験)を実施していた。
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、電流または電圧データを取得する方法として、プロセスバス等のLANを適用する方法が提案されている。プロセスバスを適用した電力系統保護制御システムにおいては、変電機器近傍にマージングユニット(以下、MU)を配置し、複数の計器用変成器からのアナログ電気量は一旦このMUに入力される。MUは、複数のアナログ電気量をディジタル電気量情報として、プロセスバスと呼ばれるシリアル通信を経由して上位の保護制御装置等に対して送信する。
これにより、電気ケーブル類の配線量の削減、計器用変成器の二次側負担の軽減、および電力系統保護制御システムの標準化が達成できる。従来の方式では、例えば計器用変成器の二次定格電流は1Aあるいは5Aのように標準化されてきた。それと同様に、MUでは、プロセスバス上のシリアル通信を標準化・規格化し、規格に則ったプロセスバスの適用を行う事で、異なる製造者のMUと保護制御装置間でもディジタル電気量情報の共有を行うこと、すなわち相互運用の実現が可能となる。
しかし、電力系統保護制御システムにプロセスバスを適用したことにより、従来は、電気ケーブルで接続されたアナログ電気量が、プロセスバス上のディジタル電気量情報として扱われる。そのことにより、試験を実施する際、従来、使用していたTDを設けることができず、電力系統から電気的に切り離した試験ができないという課題がある。
特開平11−262199号公報
本発明の実施形態では、プロセスバスを用いた電力系統保護制御システムにおいて制御指令出力試験を実施可能な電力系統保護制御システム、試験方法、保護制御装置、マージングユニット、および試験用装置を提供することを目的とする。
本発明の実施形態は、計器用変成器により計測された電気量を電気量情報としてプロセスバスに出力するマージングユニットと、前記プロセスバスに接続され、前記マージングユニットから出力された電気量情報に基づいて前記制御対象を保護制御する保護制御装置と、を備える電力系統保護制御システムに関する。
さらに、試験電気量情報を前記プロセスバスを介して前記保護制御装置に出力する試験用装置を備え、前記保護制御装置は、前記試験電気量情報に基づいて前記制御対象を制御すると判断した場合に試験制御指令を前記プロセスバスに出力する。
実施形態の電力系統保護制御システムの構成を示す図。 実施形態の電力系統保護制御システムにおける保護制御システムの機能ブロック図。 従来の電力系統保護制御システムの構成を示す図。
本発明の実施形態における電力系統保護制御システムについて図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
(構成)
第1の実施形態の保護制御装置について図1を参照して説明する。図1は、プロセスバスを用いた電力系統保護制御システムの試験時の構成を表す例である。
電力系統保護制御システムは、制御所(1)、集中監視制御装置(2)、遠方監視制御装置(3)、ステーションバス(30)、保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)、プロセスバス(31-1,31-n)、MU(7-1,7-2,…,7-(n-1),7-n)、遮断器(11-1,11-2,…,11-(n-1),11-n)、および計器用変成器(12-1,12-2,…,12-(n-1),12-n)から構成されている。ここでは、LAN構成がステーションバス(30)とプロセスバス(31-1,31-n)に分離されている。
MU(7-1,7-2,…,7-(n-1),7-n)は、変電機器である遮断器(11-1,11-2,…,11-(n-1),11-n)の開閉情報および計器用変成器(12-1,12-2,…,12-(n-1),12-n)により取得された電気量情報をディジタル化し、ディジタル開閉情報およびディジタル電気量情報としてプロセスバス(31-1,31-n)を介して保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)に出力している。
ここで、プロセスバス(31-1,31-n)は、設備毎に分散配置された保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)とMU(7-1,7-2,…,7-(n-1),7-n)を、イーサネットスイッチ(6-1,…,6-n)を適用してLANで結合しているバスを言う(以下、「イーサネット」は登録商標である)。
保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)は、ディジタル開閉情報およびディジタル電気量情報に基づいて、遮断器(11-1,11-2,…,11-(n-1),11-n)をトリップさせる必要がある場合は、遮断器(11-1,11-2,…,11-(n-1),11-n)にトリップ指令を出力する。また、受信したディジタル開閉情報およびディジタル電気量情報を集中監視制御装置(2)、遠方監視制御装置(3)に、ステーションバス(30)を介して送信する。
ここで、ステーションバス(30)は、設備毎に保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)を分散配置し、電気所内を監視制御する集中監視制御装置(2)や電気所の外にある制御所(1)から電気所内を監視制御する為の中継装置である遠方監視制御装置(3)を、イーサネットスイッチ(4-1,4-2,…,4-n)を適用してLANで結合しているバスを言う。
集中監視制御装置(2)は、保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)から受信したディジタル開閉情報およびディジタル電気量情報を監視し、利用者が操作することにより、遮断器(11-1,11-2,…,11-(n-1),11-n)をトリップさせる等の制御指令を出力することも可能である。
遠方監視制御装置(3)は、保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)から受信したディジタル開閉情報およびディジタル電気量情報を遠方の制御所(1)に送信する。
制御所(1)は、前述した集中監視制御装置(2)と同様の機能を有するが、保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)との情報の送受信を、遠方監視制御装置(3)を介して行う点で異なる。
試験用装置(10)は、試験時に、イーサネットスイッチ(6-1)のポートに接続され、当該イーサネットスイッチ(6-1)のポートを介して、電気量試験情報フラグ(T)を付加したディジタル電気量情報の伝送データを保護制御装置(5-1)に出力する。
次に、保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)の構成について図2を用いて説明する。図2は、保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)の構成を示す機能ブロック図である。保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)は、ステーションバス伝送処理部(100)、プロセスバス伝送処理部(101)、入出力処理部(102)、計測演算処理部(103)、およびトリップ指令判断処理部(104)を備える。
ステーションバス伝送処理部(100)は、ステーションバス(30)とのインターフェースであり、遮断器(11-1,11-2,…,11-(n-1),11-n)および計器用変成器(12-1,12-2,…,12-(n-1),12-n)からのディジタル開閉情報およびディジタル電気量情報を含む監視制御情報を、集中監視制御装置(2)および遠方監視制御装置(3)へステーションバス(30)を介して出力する。また、集中監視制御装置(2)および遠方監視制御装置(3)からの制御指令をステーションバス(30)を介して受信する。
プロセスバス伝送処理部(101)は、プロセスバス(31-1,31-n)とのインターフェースであり、遮断器(11-1,11-2,…,11-(n-1),11-n)および計器用変成器(12-1,12-2,…,12-(n-1),12-n)からのディジタル開閉情報およびディジタル電気量情報を、MU(7-1,7-2,…,7-(n-1),7-n)およびプロセスバス(31-1,31-n)を介して受け取る。また、遮断器(11-1,11-2,…,11-(n-1),11-n)に対して、プロセスバス(31-1,31-n)およびMU(7-1,7-2,…,7-(n-1),7-n)を介してトリップ指令を出力する。
入出力処理部(102)は、ステーションバス伝送処理部(100)とプロセスバス伝送処理部(101)からの入出力情報を処理する。つまり、プロセスバス伝送処理部(101)から出力されたディジタル開閉情報およびディジタル電気量情報を受信し、計測演算処理部(103)およびトリップ指令判断処理部(104)に出力する。また、計測演算処理部(103)により演算された監視制御情報を受信し、ステーションバス伝送処理部(100)に出力し、トリップ指令判断処理部(104)から出力されたトリップ指令を受信し、プロセスバス伝送処理部(101)に出力する。
計測演算処理部(103)は、入出力処理部(102)からのディジタル開閉情報およびディジタル電気量情報を含む監視制御情報を演算し、入出力処理部(102)に出力する。
トリップ指令判断処理部(104)は、入出力処理部(102)からのディジタル開閉情報およびディジタル電気量情報に基づいて、遮断器(11-1,11-2,…,11-(n-1),11-n)をトリップさせるか否かを判断し、トリップさせると判断した場合にトリップ指令を入出力処理部(102)に出力する。
(作用)
上述した構成を備える電力系統保護制御システムの動作について説明する。ここでは、(1)通常運転時と(2)試験時の2通りに分けて説明する。

(1)通常運転時
保護制御装置(5-1)の保護区間内の電力系統に事故が発生し、遮断器(11-1)にトリップ指令を出力する手順を以下に示す。
・MU(7-1)は、遮断器(11-1)の開閉情報および計器用変成器(12-1)により計測された電気量情報を、ディジタル開閉情報およびディジタル電気量情報として定期的に保護制御装置(5-1)に出力する。
・保護制御装置(5-1)のプロセスバス伝送処理部(101)は、MU(7-1)からのディジタル開閉情報およびディジタル電気量情報を受信し、同情報を入出力処理部(102)に出力する。
・入出力処理部(102)は、受信したディジタル開閉情報およびディジタル電気量情報をトリップ指令判断処理部(104)に出力する。
・トリップ指令判断処理部(104)は、受信したディジタル開閉情報およびディジタル電気量情報に基づいて、遮断器(11-1)をトリップさせるか否かを判断する。ここでは電力系統の保護区間内に事故が発生しており、遮断器(11-1)をトリップさせると判断し、入出力処理部(102)にトリップ指令を出力する。
・入出力処理部(102)は、受信したトリップ指令をプロセスバス伝送処理部(101)に出力する。
・プロセスバス伝送処理部(101)は、受信したトリップ指令をMU(7-1)に出力する。
・MU(7-1)は、受信したトリップ指令を遮断器(11-1)に出力し、トリップさせる。また、トリップ指令を受信したこと示すトリップ指令受信情報を保護制御装置(5-1)に出力する。

(2)試験時
保護区間内の電力系統に事故等が発生した場合、保護制御装置(5-1)から正常に遮断器(11-1)にトリップ指令が出力されるか否かを判断するための試験時の手順を以下に示す。試験時には、イーサネットスイッチ(6-1)のポートに試験用装置(10)が接続されている。
・試験用装置(10)は、イーサネットスイッチ(6-1)を介して試験フラグ(T)を付加したディジタル電気量情報を示す試験電気量情報を保護制御装置(5-1)に出力する。ここでは、保護制御装置(5-1)が、当該ディジタル電気量情報に基づいて遮断器(11-1)にトリップ指令を出力するように、実際(通常運転時)の電力系統において事故が発生した際のディジタル電気量情報を出力する。
・保護制御装置(5-1)のプロセスバス伝送処理部(101)は、試験用装置(10)からの試験電気量情報を受信し、同情報を入出力処理部(102)に出力する。
・入出力処理部(102)は、受信した試験電気量情報をトリップ指令判断処理部(104)に出力する。
・トリップ指令判断処理部(104)は、受信した試験電気量情報に基づいて、遮断器(11-1)をトリップさせるか否かを判断する。ここでは、試験用装置(10)から実際(通常運転時)の電力系統において事故が発生した際のディジタル電気量情報が入力されているため、遮断器(11-1)をトリップさせると判断し、入出力処理部(102)に、試験フラグ(T)を付加したトリップ指令を示す試験トリップ指令を出力する。
・入出力処理部(102)は、受信した試験トリップ指令をプロセスバス伝送処理部(101)に出力する。
・プロセスバス伝送処理部(101)は、受信した試験トリップ指令をプロセスバスを介してMU(7-1)に出力する。
・MU(7-1)は、受け取った試験トリップ指令には試験フラグ(T)が付加されているため、この試験トリップ指令を遮断器(11-1)に出力しない。また、試験トリップ指令を受信したこと示す試験トリップ指令受信情報を保護制御装置(5-1)に出力する。
・保護制御装置(5-1)は、試験トリップ指令受信情報を受け取ったことにより、保護制御装置(5-1)のトリップ指令出力の動作が正常であると判断する。

(効果)
本実施形態によれば、保護制御装置(5-1)は、試験用装置(10)から試験フラグ(T)を付加したディジタル電気量情報を示す試験電気量情報に基づいて、試験トリップ指令をMU(7-1)に出力し、試験トリップ指令を受信したMU(7-1)が保護制御装置(5-1)に試験トリップ指令受信情報を返すことにより、当該保護制御装置(5-1)が正常にトリップ指令を出力するか否かの試験を行うことができる。

なお、本実施形態の保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)は、試験トリップ指令をMU(7-1,7-2,…,7-(n-1),7-n)に対して出力していたが、MU(7-1,7-2,…,7-(n-1),7-n)に代えて試験用装置(10)に対して出力しても良い。このように、保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)が試験用装置(10)に対して試験トリップ指令を出力することにより、保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)が正常であり、MU(7-1,7-2,…,7-(n-1),7-n)に不良が発生している場合でも、保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)が正常に動作するか否かを試験することができる。
また、保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)は、試験トリップ指令を制御所(1)および集中監視制御装置(2)に出力しても良い。このようにすることで、制御所(1)および集中監視制御装置(2)においても保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)が正常に試験トリップ指令を出力したと判断することができる。

また、保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)から出力される試験トリップ指令、およびMU(7-1,7-2,…,7-(n-1),7-n)から出力される試験トリップ指令受信情報は、プロセスバス(31-1,31-n)に対して一斉同報通信としても良い。このように一斉同報通信を行うことにより、実際に試験トリップ指令および試験トリップ指令受信情報を出力する機器だけでなく、同一のプロセスバス(31-1,31-n)に接続する保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)およびMU(7-1,7-2,…,7-(n-1),7-n)でも、情報共有を図れる。

なお、保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)にて通常運転時のモードを示す運用モードと、試験時のモードを示す試験モードとを備えても良く、両モードを切り替えるモード切替手段を保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)に設けても良い。ここで、運用モードの保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)は、MU(7-1,7-2,…,7-(n-1),7-n)から送信されるディジタル電気量情報に試験用フラグ(T)が付加されている場合、当該情報を受け取らない。一方、試験モードの保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)は、MU(7-1,7-2,…,7-(n-1),7-n)から送信されるディジタル電気量情報に試験用フラグ(T)が付加されていないと、当該情報を受け取らないように構成する。
つまり、運用モードの保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)と試験モードの保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)とは、データのやり取りは行わない。
このように、運用モードおよび試験モードを備え、保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)にモード切替手段を設けることにより、MU(7-1,7-2,…,7-(n-1),7-n)および試験用装置(10)からプロセスバス(31-1,31-n)に送信されるディジタル電気量情報が、一斉同報通信にて行われる場合にも、運用モードの保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)に影響を与えることなく、試験モードの保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)だけを試験することが可能である。

また、保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)は、MU(7-1,7-2,…,7-(n-1),7-n)から試験トリップ指令受信情報を受信した場合に、当該情報を受信したことを示す表示を、制御所(1)、集中監視制御装置(2)、試験用装置(10)、保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)、および図示しないヒューマンインタフェース装置のいずれかに設けられた表示部に表示させても良い。このように表示部に試験トリップ指令受信情報を受信したことを表示させることにより、試験をより容易にすることができる。

さらに、本実施形態では試験用装置(10)をイーサネットスイッチ(6-1)のポートに接続していたが、保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)に直接接続しても良い。その試験用装置(10)を接続する際の手順を以下に示す。
・イーサネットスイッチ(6-1,…,6-n)と保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)とを接続する伝送ケーブル(13-1,13-2,…,13-(n-1),13-n)をポートから外す。
・伝送ケーブル(13-1,13-2,…,13-(n-1),13-n)を外した保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)のポートから試験用装置(10)を接続する。
上述した手順にて保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)に試験用装置(10)を直接接続することにより、利用者は試験用装置(10)が接続された保護制御装置(5-1,5-2,…,5-(n-1),5-n)が試験中であることを明確に認識することが可能である。

本発明に係る実施形態によれば、プロセスバスを用いた電力系統保護制御システムにおいてトリップ指令出力の試験を実施可能な電力系統保護制御システム、保護制御装置、およびマージングユニット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…制御所
2…集中監視制御装置
3…遠方監視制御装置
4−1,4−2,4−n…イーサネットスイッチ
5−1,5−2,5−(n−1),5−n…保護制御装置
6−1,6−n…イーサネットスイッチ
7−1,7−2,7−(n−1),7−n…マージングユニット
8−1,8−2…保護制御ユニット
9−1,9−2…試験用端子
10…試験用装置
11−1,11−2,11−(n−1),11−n…遮断器
12−1,12−2,12−(n−1),12−n…計器用変成器
30…ステーションバス
31−1,31−n…プロセスバス
40…アナログ電気量発生器
100…ステーションバス伝送処理部
101…プロセスバス伝送処理部
102…入出力処理部
103…計測演算処理部
104…トリップ指令判断処理部

Claims (11)

  1. 制御対象の電気量を計測する計器用変成器と、
    前記計器用変成器により計測された電気量を電気量情報としてプロセスバスに出力するマージングユニットと、
    前記プロセスバスに接続され、前記マージングユニットから出力された電気量情報に基づいて前記制御対象を保護制御する保護制御装置と、
    を備える電力系統保護制御システムにおいて、
    試験フラグが付加された電気量情報を示す試験電気量情報を、前記プロセスバスを介して前記保護制御装置に出力する試験用装置を備え、
    前記保護制御装置は、前記試験用装置から出力された試験電気量情報に基づいて前記制御対象を制御するか否かを判断し、制御すると判断した場合に、試験フラグが付加された制御指令を示す試験制御指令を前記プロセスバスに出力する
    電力系統保護制御システム。
  2. 前記試験用装置は、前記保護制御装置から出力された試験制御指令を受信した場合、前記保護制御装置の制御指令出力動作が正常であると判断する
    請求項1に記載の電力系統保護制御システム。
  3. 前記マージングユニットは、前記試験制御指令を受信した場合に、制御指令を受信したことを示す試験制御指令受信情報を前記プロセスバスに出力する
    請求項1または2に記載の電力系統保護制御システム。
  4. 前記試験用装置は、前記マージングユニットから出力された試験制御指令受信情報を受信した場合、前記保護制御装置の制御指令出力動作が正常であると判断する
    請求項3に記載の電力系統保護制御システム。
  5. 前記マージングユニットは、試験制御指令受信情報を前記プロセスバスに対して同報通信として出力する
    請求項3または4に記載の電力系統保護制御システム。
  6. 前記保護制御装置は、前記試験制御指令を前記プロセスバスに対して同報通信として出力する
    請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電力系統保護制御システム。
  7. 制御対象の電気量を計測する計器用変成器と、
    前記計器用変成器により計測された電気量を電気量情報としてプロセスバスに出力するマージングユニットと、
    前記プロセスバスに接続され、前記マージングユニットから出力された電気量情報に基づいて前記制御対象を保護制御する保護制御装置と、
    を備える電力系統保護制御システムにおいて、
    前記保護制御装置に接続され、試験フラグが付加された電気量情報を示す試験電気量情報を、前記保護制御装置に出力する試験用装置を備え、
    前記保護制御装置は、前記試験用装置から出力された試験電気量情報に基づいて前記制御対象を制御するか否かを判断し、制御すると判断した場合に、試験フラグが付加された制御指令を示す試験制御指令を前記試験用装置に出力する
    電力系統保護制御システム。
  8. 前記保護制御装置は、試験フラグが付加された情報を受け取るモードを示す試験モードに切り替えるモード切替手段を備える
    請求項1乃至7のいずれか1項に記載の電力系統保護制御システム。
  9. 制御対象の電気量を計測する計器用変成器と、
    前記計器用変成器により計測された電気量を電気量情報としてプロセスバスに出力するマージングユニットと、
    前記プロセスバスに接続され、前記マージングユニットから出力された電気量情報に基づいて前記制御対象を保護制御する保護制御装置と、
    を備える電力系統保護制御システムにおける試験方法において、
    前記プロセスバスに試験用装置を接続する手順と、
    前記試験用装置から、前記保護制御装置に対して試験フラグが付加された電気量情報を示す試験電気量情報を出力する手順と、
    前記保護制御装置から出力される試験フラグが付加された制御指令を示す試験制御指令を受信する手順と、
    を備える試験方法。
  10. 制御対象の電気量を計測する計器用変成器により計測された電気量を電気量情報としてプロセスバスを介して受信し、受信した前記電気量情報に基づいて前記制御対象を保護制御する保護制御装置において、
    試験フラグが付加された電気量情報を示す試験電気量情報を受信し、受信した試験電気量情報に基づいて前記制御対象を制御するか否かを判断し、前記制御対象を制御すると判断した場合に試験フラグを付加した制御指令を示す試験制御指令を出力する保護制御装置。
  11. 制御対象の電気量を計測する計器用変成器により計測された電気量を電気量情報としてプロセスバスを介して保護制御装置に出力するマージングユニットにおいて、
    前記マージングユニットは、前記保護制御装置から試験フラグが付加された制御指令を示す試験制御指令を受信した場合、前記試験制御指令を受信したことを示す試験制御指令受信情報を前記保護制御装置に出力するマージングユニット。
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