JP7006237B2 - A system with a protective device for the power supply system - Google Patents

A system with a protective device for the power supply system Download PDF

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Description

本発明は、電力供給システムにおける短絡事故に対応するための保護技術に関し、特に、変換器(インバータ)を主電源とする離島又はコミュニティ等の電力系統における短絡事故に対応するための保護装置及びそれを備えたシステムに関する。 The present invention relates to a protection technique for dealing with a short-circuit accident in a power supply system, and in particular, a protection device for dealing with a short-circuit accident in a power system such as a remote island or a community using a converter (inverter) as a main power source and the like. Regarding the system equipped with.

電力系統(以下、電力供給システムともいう)において、発電機から母線に供給された電圧は、相互に並列接続された複数の配電線(配電系統)を介して、種々の電力需要機器に供給される。特定の配電線に事故(短絡事故)が発生した場合、その配電線を母線から遮断しなければ、電力供給システム全体が停電してしまう。したがって、電力系統では、事故により配電線に大電流(以下、事故電流という)が流れたことを検出して、保護リレーにより事故区間を遮断して電力系統全体の停電を防止している。 In the power system (hereinafter, also referred to as a power supply system), the voltage supplied from the generator to the bus is supplied to various power demand devices via a plurality of distribution lines (distribution systems) connected in parallel to each other. To. When an accident (short circuit accident) occurs in a specific distribution line, the entire power supply system will be cut off unless the distribution line is cut off from the bus. Therefore, in the power system, it is detected that a large current (hereinafter referred to as an accident current) has flowed through the distribution line due to an accident, and the accident section is cut off by a protection relay to prevent a power failure of the entire power system.

図1を参照して、事故検出に関して具体的に示す。図1では、同期機である発電機900により生成された交流電圧が、トランス902により所定電圧に変換されて、母線904に供給される。母線904には、2つの配電系統である配電線910及び920が接続されている。配電線910及び920はそれぞれ、遮断器912及び922を介して、負荷918及び928に電力を供給する。 The accident detection will be specifically shown with reference to FIG. In FIG. 1, the AC voltage generated by the generator 900, which is a synchronous machine, is converted into a predetermined voltage by the transformer 902 and supplied to the bus 904. Two distribution lines, distribution lines 910 and 920, are connected to the bus 904. The distribution lines 910 and 920 supply power to the loads 918 and 928 via the circuit breakers 912 and 922, respectively.

遮断器912及び922は、開閉器であり、電力線の電流を開閉するとともに、保護リレーと連携して事故電流(特に短絡事故電流)等を遮断することにより負荷側の機器及び設備を保護し、上流側への事故の波及を防止する。 The circuit breakers 912 and 922 are switches that open and close the current of the power line and protect the equipment and facilities on the load side by cutting off the accident current (particularly the short circuit accident current) in cooperation with the protection relay. Prevent the spread of accidents to the upstream side.

配電線910には、変流器914及び過電流保護リレー916が配置されており、配電線920には、変流器924及び過電流保護リレー926が設けられている。配電線910を流れる電流値は変流器914により測定され、過電流保護リレー916に入力される。同様に、配電線920を流れる電流値は変流器924により測定され、過電流保護リレー926に入力される。 The distribution line 910 is provided with a current transformer 914 and an overcurrent protection relay 916, and the distribution line 920 is provided with a current transformer 924 and an overcurrent protection relay 926. The current value flowing through the distribution line 910 is measured by the current transformer 914 and input to the overcurrent protection relay 916. Similarly, the value of the current flowing through the distribution line 920 is measured by the current transformer 924 and input to the overcurrent protection relay 926.

変流器914及び924は、一次電流を、これに比例する二次電流に変成する計器用変成器である。過電流保護リレー916及び926は、事故電流を検出すれば、信号を送信して遮断器を動作させる。 The current transformers 914 and 924 are instrument transformers that transform the primary current into a secondary current proportional to the primary current. If the overcurrent protection relays 916 and 926 detect the fault current, they transmit a signal to operate the circuit breaker.

配電線910において、短絡事故930が発生すると、配電線910には、通常電流よりも大きい事故電流932が流れる。この事故電流932は変流器914により検出され、過電流保護リレー916は、遮断器912に遮断信号を出力する。遮断信号が入力された遮断器912は、配電線910が通電されないように遮断する。これにより、短絡事故が発生した配電線910を母線904から切り離すことができ、電力供給システム全体が停電してしまうことを防止することができる。 When a short-circuit accident 930 occurs in the distribution line 910, an accident current 932 larger than the normal current flows in the distribution line 910. The fault current 932 is detected by the current transformer 914, and the overcurrent protection relay 916 outputs a cutoff signal to the circuit breaker 912. The circuit breaker 912 to which the cutoff signal is input cuts off the distribution line 910 so as not to be energized. As a result, the distribution line 910 in which the short-circuit accident has occurred can be separated from the bus 904, and it is possible to prevent the entire power supply system from being cut off.

離島等では、ディーゼル発電機(同期機)により、独自に電力系統(以下、マイクログリッドともいう)が構成されている。この場合にも、上記のように、各配電線に過電流保護リレーを設けて事故を検出し、マイクログリッド全体の停電を防止している。 In remote islands, etc., a diesel generator (synchronous machine) is used to independently configure an electric power system (hereinafter, also referred to as a microgrid). Also in this case, as described above, an overcurrent protection relay is provided on each distribution line to detect an accident and prevent a power failure of the entire microgrid.

一方、電力供給システムにおいて次数間高調波を使用する技術が知られている。例えば、下記特許文献1には、母線に複数の配電系統が接続された電力供給システムに、複数の異なる次数の次数間高調波を注入し、各配電系統の需要家での電力需要状況を推定する方法が開示されている。この方法は、各配電系統に関して次数間高調波のアドミタンスを算出し、連立方程式を解くことにより容量性サセプタンスを含まない誘導性サセプタンスを算出し、それに基づき各需要家での電力需要状況を推定する。 On the other hand, a technique of using interorder harmonics in a power supply system is known. For example, in Patent Document 1 below, a power supply system in which a plurality of distribution systems are connected to a bus is injected with harmonics of different orders, and the power demand status of each distribution system is estimated by the consumer. How to do it is disclosed. This method calculates the admittance of interorder harmonics for each distribution system, calculates the inductive susceptance that does not include capacitive susceptance by solving simultaneous equations, and estimates the power demand situation at each consumer based on it. ..

また、下記特許文献2には、電力系統に、太陽光発電、風力発電等の分散型電源を接続した電力供給システムにおいて、系統電源喪失時の逆充電による単独運転を防止するために、次数間高調波を用いて単独運転を検出する技術が開示されている。 Further, in Patent Document 2 below, in a power supply system in which a distributed power source such as solar power generation or wind power generation is connected to a power system, in order to prevent independent operation due to reverse charging when the system power supply is lost, the order A technique for detecting isolated operation using harmonics is disclosed.

特開2012-228089号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-228089 特開2017-5859号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-5859

マイクログリッドで使用されているディーゼル発電機では燃料費が負担となっており、燃料費対策として、マイクログリッドに分散型電源を設け、蓄電された電気を、変換器(インバータ)を介して供給することが検討されている。変換器による電力供給システムの保護のために、同期機による電力系統で使用される過電流保護リレーをそのまま使用することが考えられる。 Fuel costs are a burden for diesel generators used in microgrids, and as a measure against fuel costs, a distributed power source is installed in the microgrid to supply stored electricity via a converter (inverter). Is being considered. To protect the power supply system by the converter, it is conceivable to use the overcurrent protection relay used in the power system by the synchronous machine as it is.

しかし、変換器による電源は、その仕様上、十分な事故電流の供給能力を持たないので、保護リレーを作動させることができない問題がある。電流供給能力は、同期機では通常、5~6pu(自己容量ベース)であるのに対して、変換器では、1.1~1.5pu(自己容量ベース)と小さい。変換器による電力供給システムにおいて、過電流保護リレーを使用するには、その仕様を変更して変換器の電流供給能力を大きくする必要があり、コスト高となる問題がある。 However, the power supply by the converter does not have a sufficient capacity to supply the accident current due to its specifications, so that there is a problem that the protection relay cannot be operated. The current supply capacity is usually 5 to 6 pu (self-capacity base) in the synchronous machine, while it is as small as 1.1 to 1.5 pu (self-capacity base) in the converter. In order to use an overcurrent protection relay in a power supply system using a converter, it is necessary to change the specifications to increase the current supply capacity of the converter, which causes a problem of high cost.

したがって、本発明は、変換器を用いた電力供給システムにおいて、変換器の仕様を変更することなく、配電系統での事故(短絡事故)を検出して電力供給システム全体を保護することができる保護装置及びそれを備えたシステムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention can detect an accident (short circuit accident) in the distribution system and protect the entire power supply system in a power supply system using a converter without changing the specifications of the converter. It is an object of the present invention to provide a device and a system equipped with the device.

本発明の第1の局面に係る保護装置は、電力供給システムの保護装置である。この保護装置は、所定周波数の交流電圧が供給される母線に、所定周波数よりも高い周波数を有する高調波を供給する高調波供給部と、母線に接続された配電線の電流値を測定する電流測定部と、母線又は配電線の電圧値を測定する電圧測定部と、電流測定部により測定された電流値の時間変動波形から、高調波のフーリエ係数である電流成分を抽出する電流成分抽出部と、電圧測定部により測定された電圧値の時間変動波形から、高調波のフーリエ係数である電圧成分を抽出する電圧成分抽出部と、電流成分抽出部により抽出された電流成分と電圧成分抽出部により抽出された電圧成分とから、インピーダンス又はアドミタンスを算出値として算出する算出部と、算出値に基づいて、配電線に短絡事故が発生したか否かを判定する判定部とを含む。 The protective device according to the first aspect of the present invention is a protective device for a power supply system. This protection device is a harmonic supply unit that supplies harmonics having a frequency higher than the predetermined frequency to the bus to which the AC voltage of the predetermined frequency is supplied, and a current that measures the current value of the distribution line connected to the bus. A current component extraction unit that extracts the current component, which is the Fourier coefficient of the harmonic, from the measurement unit, the voltage measurement unit that measures the voltage value of the bus or distribution line, and the time-varying waveform of the current value measured by the current measurement unit. And the voltage component extraction unit that extracts the voltage component that is the Fourier coefficient of the harmonic from the time fluctuation waveform of the voltage value measured by the voltage measurement unit, and the current component and voltage component extraction unit that extracts the current component extraction unit. It includes a calculation unit that calculates impedance or admittance as a calculated value from the voltage component extracted by the above method, and a determination unit that determines whether or not a short-circuit accident has occurred in the distribution line based on the calculated value.

これにより、配電線上で短絡事故が発生したことを検出することができる。したがって、短絡事故が発生した配電線を母線から切り離す等の適切な処置を行なうことができる。 This makes it possible to detect that a short-circuit accident has occurred on the distribution line. Therefore, it is possible to take appropriate measures such as disconnecting the distribution line in which the short-circuit accident has occurred from the bus.

好ましくは、保護装置は、判定部により短絡事故が発生したと判定されたことを受けて、配電線と母線との接続を遮断する遮断部に、遮断信号を出力する出力部をさらに含む。 Preferably, the protective device further includes an output unit that outputs a cutoff signal in the cutoff unit that cuts off the connection between the distribution line and the bus in response to the determination that the short circuit accident has occurred by the determination unit.

これにより、配電線上で短絡事故が発生した場合に、その配電線を母線から速やかに切り離し、電力供給システム全体が停電することを防止することができる。 As a result, when a short-circuit accident occurs on the distribution line, the distribution line can be quickly disconnected from the bus, and the entire power supply system can be prevented from power failure.

より好ましくは、高調波は、振幅が一定の電流として供給される。 More preferably, the harmonics are supplied as a current with constant amplitude.

これにより、母線に供給される高調波により、母線の電圧(定電圧)が影響を受けることを抑制することができる。 As a result, it is possible to prevent the voltage (constant voltage) of the bus from being affected by the harmonics supplied to the bus.

さらに好ましくは、高調波供給部により母線に供給される高調波は、所定周波数の非整数倍の周波数を有する次数間高調波である。 More preferably, the harmonic supplied to the bus by the harmonic supply unit is an interorder harmonic having a frequency that is a non-integer multiple of a predetermined frequency.

これにより、既存の信号と干渉して減衰する等の影響を受けることなく、母線に供給した次数間高調波の電圧成分及び電流成分を、容易に且つ精度よく抽出することができる。 As a result, the voltage component and the current component of the interorder harmonics supplied to the bus can be easily and accurately extracted without being affected by interference with the existing signal and attenuation.

好ましくは、高調波供給部により母線に供給される高調波は、所定周波数の2倍又は4倍の周波数を有する高調波である。 Preferably, the harmonic supplied to the bus by the harmonic supply unit is a harmonic having a frequency twice or four times a predetermined frequency.

これにより、既存の信号と干渉して減衰する等の影響を受けることなく、母線に供給した高調波の電圧成分及び電流成分を、容易に且つ精度よく抽出することができる。 As a result, the voltage component and current component of the harmonics supplied to the bus can be easily and accurately extracted without being affected by interference with the existing signal and attenuation.

本発明の第2の局面に係るシステムは、上記の保護装置と、直流電源から供給される直流電圧を交流電圧に変換し、当該交流電圧を母線に供給する変換部とを含む。 The system according to the second aspect of the present invention includes the above-mentioned protection device and a conversion unit that converts a DC voltage supplied from a DC power source into an AC voltage and supplies the AC voltage to a bus.

これにより、変換器を用いた既存の電力供給システムおいて、変換器の仕様を変更することなく、配電線上で短絡事故が発生したことを検出することができる。したがって、短絡事故が発生した配電線を母線から切り離す等の適切な処置を行なうことができる。 This makes it possible to detect that a short-circuit accident has occurred on a distribution line in an existing power supply system using a converter without changing the specifications of the converter. Therefore, it is possible to take appropriate measures such as disconnecting the distribution line in which the short-circuit accident has occurred from the bus.

好ましくは、高調波供給部による機能は、変換部により実現される。変換部は、直流電圧から変換した交流電圧に、高調波を重畳する。 Preferably, the function of the harmonic supply unit is realized by the conversion unit. The conversion unit superimposes harmonics on the AC voltage converted from the DC voltage.

このように、変換部が直流から交流に電圧を変換するときに、交流電圧に高調波を重畳することにより、高調波を供給するための装置が不要となり、コストを低減することができる。 As described above, when the conversion unit converts the voltage from direct current to alternating current, the harmonics are superimposed on the alternating current voltage, so that a device for supplying the harmonics becomes unnecessary and the cost can be reduced.

本発明によれば、配電線上で短絡事故が発生したことを検出することができる。したがって、短絡事故が発生した配電線を母線から速やかに切り離す等の適切な処置を行ない、電力供給システム全体が停電することを防止することができる。 According to the present invention, it is possible to detect that a short circuit accident has occurred on a distribution line. Therefore, it is possible to prevent the entire power supply system from being cut off by taking appropriate measures such as promptly disconnecting the distribution line in which the short-circuit accident has occurred from the bus.

また、事故電流の大きさに依存せずに、短絡事故の発生を検出することができるので、事故電流の供給能力が低い変換器を用いた電力供給システムにおいても、短絡事故を検出することができる。即ち、変換器に、同期機の発電機のように事故電流供給能力を持たせることなく、既存の変換器を用いた電力供給システムにおいて、短絡事故を検出することができる。したがって、コストの増大を抑制することができる。 In addition, since the occurrence of a short-circuit accident can be detected independently of the magnitude of the fault current, it is possible to detect a short-circuit accident even in a power supply system using a converter with a low fault current supply capacity. can. That is, a short-circuit accident can be detected in a power supply system using an existing converter without causing the converter to have an accident current supply capacity unlike a generator of a synchronous machine. Therefore, the increase in cost can be suppressed.

また、高調波の注入は、変換器の制御にソフト的に組込むことで実現できるので、コストの増大を抑制することができる。 Further, since the injection of harmonics can be realized by incorporating it into the control of the converter by software, it is possible to suppress an increase in cost.

電力供給システムで使用される従来の保護技術を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the conventional protection technique used in a power supply system. 本発明の実施の形態に係る保護装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the protection device which concerns on embodiment of this invention. 図2の保護装置を含む電力供給システムの一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the power supply system including the protection device of FIG. 図3の電力供給システムにおける保護装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation of the protection device in the power supply system of FIG. 図2の保護装置を含む電力供給システムの別の例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing another example of a power supply system including the protection device of FIG. 第1実施例のシミュレーションシステムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the simulation system of 1st Example. 第1実施例のシミュレーション結果を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result of 1st Example. 第2実施例のシミュレーションシステムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the simulation system of 2nd Example. 第2実施例のシミュレーション結果(発電機から電力供給)を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result (power supply from a generator) of the 2nd Example. 第2実施例のシミュレーション結果(インバータ電源から電力供給)を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result (power supply from an inverter power source) of the 2nd Example. 第2実施例のシミュレーション結果(インバータ電源から電力及び4次の高調波を供給)を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result of the 2nd Example (the power and the 4th harmonic are supplied from the inverter power supply). 第2実施例のシミュレーション結果(インバータ電源から電力及び2.5次の次数間高調波を供給)を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result of the 2nd Example (power is supplied from an inverter power source, and the harmonics of 2.5th order are supplied).

以下の実施の形態では、同一の部品には同一の参照番号を付してある。それらの名称及び機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。 In the following embodiments, the same parts are given the same reference numbers. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed explanations about them will not be repeated.

(保護装置の構成)
図2を参照して、本発明の実施の形態に係る保護装置100は、高調波生成部102及びリレー部106を含む。リレー部106は、高調波成分算出部110と、インピーダンス算出部112と、制御部114とを含む。保護装置100は、各部を作動させるための電源等(図示せず)をも含む。図2は最小構成を示しており、保護装置100は、後述するようにリレー部106を複数含み得る。
(Configuration of protective device)
With reference to FIG. 2, the protection device 100 according to the embodiment of the present invention includes a harmonic generation unit 102 and a relay unit 106. The relay unit 106 includes a harmonic component calculation unit 110, an impedance calculation unit 112, and a control unit 114. The protective device 100 also includes a power source and the like (not shown) for operating each part. FIG. 2 shows the minimum configuration, and the protection device 100 may include a plurality of relay units 106 as described later.

高調波生成部102は、母線に電力を供給している電源が出力している電力(電圧)の基本周波数(例えば、50Hz又は60Hz)よりも高い一定周波数の信号S0を生成して、電力系統の母線に供給する。高調波生成部102により、電源から母線に供給されている電圧に、高調波S0が重畳されることになる。 The harmonic generator 102 generates a signal S0 having a constant frequency higher than the fundamental frequency (for example, 50 Hz or 60 Hz) of the power (voltage) output by the power supply supplying power to the bus, and generates a power system. Supply to the bus. The harmonic generation unit 102 superimposes the harmonic S0 on the voltage supplied from the power supply to the bus.

信号S0の周波数は、基本周波数の整数倍の周波数と、非整数倍の周波数とに分類することができる。このうち、基本周波数の整数倍の周波数の信号は、いわゆる高調波である。基本周波数の非整数倍の周波数の信号は、整数倍の高調波の間の信号であるので、次数間高調波と呼ばれ、その次数は正の非整数で表される。本願明細書では、次数間高調波の用語を使用する関係で、基本周波数の整数倍の周波数の信号を「整数次高調波」と記載し、次数間高調波と整数次高調波とを合わせて「高調波」と記載することとする。したがって、信号S0を高調波S0とも記載する。 The frequency of the signal S0 can be classified into a frequency that is an integral multiple of the fundamental frequency and a frequency that is a non-integer multiple. Of these, a signal having a frequency that is an integral multiple of the fundamental frequency is a so-called harmonic. A signal with a frequency that is a non-integer multiple of the fundamental frequency is called an interorder harmonic because it is a signal between harmonics that are an integral multiple, and its order is represented by a positive non-integer. In the present specification, in relation to the use of the term interorder harmonic, a signal having a frequency that is an integral multiple of the fundamental frequency is referred to as an "integer harmonic", and the interorder harmonic and the integer harmonic are combined. It shall be described as "harmonic". Therefore, the signal S0 is also referred to as a harmonic S0.

電圧測定部104は、母線の電圧を測定する。電圧測定部104は、例えば、公知の計器用変圧器である。電流測定部108は、母線に接続された配電線の電流を測定する。電流測定部108は、例えば、公知の計器用変流器である。計器用変圧器及び計器用変流器は、高電圧回路の電圧及び電流を、計器及びリレー等で扱い易い電圧及び電流に変換する。測定された電圧値及び電流値は、高調波成分算出部110に入力される。 The voltage measuring unit 104 measures the voltage of the bus. The voltage measuring unit 104 is, for example, a known instrument transformer. The current measuring unit 108 measures the current of the distribution line connected to the bus. The current measuring unit 108 is, for example, a known instrument transformer. The voltage transformer and the instrument transformer convert the voltage and current of the high voltage circuit into a voltage and current that can be easily handled by the instrument, a relay, or the like. The measured voltage value and current value are input to the harmonic component calculation unit 110.

高調波成分算出部110は、電圧測定部104及び電流測定部108から入力されるアナログ信号である電圧値及び電流値を、所定の時間間隔でサンプリングして、デジタルの電圧データ及び電流データを取得し、所定の時間分のデータを、内部のバッファ等に一時記憶する。高調波成分算出部110は、記憶した電圧及び電流の時系列データ(以下、波形データともいう)に含まれる所定周波数の成分を算出する。成分を算出する対象の周波数は、高調波生成部102により供給されている高調波S0の周波数である。所定周波数成分の算出には、公知のフーリエ変換が使用され得る。 The harmonic component calculation unit 110 acquires digital voltage data and current data by sampling voltage values and current values, which are analog signals input from the voltage measurement unit 104 and the current measurement unit 108, at predetermined time intervals. Then, the data for a predetermined time is temporarily stored in an internal buffer or the like. The harmonic component calculation unit 110 calculates a component of a predetermined frequency included in the stored voltage and current time series data (hereinafter, also referred to as waveform data). The frequency of the target for which the component is calculated is the frequency of the harmonic S0 supplied by the harmonic generation unit 102. A known Fourier transform can be used to calculate the predetermined frequency component.

なお、整数次高調波に関しては、フーリエ変換の基本周波数として、電力の基本周波数を使用することができるが、次数が非整数である次数間高調波に関しては、電力の基本周波数とは異なる周波数を使用することが必要である。具体的には後述するが、次数間高調波の次数(非整数)が整数になるように、フーリエ変換の基本周波数を決定する。 For integer harmonics, the fundamental frequency of power can be used as the fundamental frequency of the Fourier transform, but for interorder harmonics whose order is non-integer, a frequency different from the fundamental frequency of power is used. Need to use. Specifically, as will be described later, the fundamental frequency of the Fourier transform is determined so that the order (non-integer) of the interorder harmonic is an integer.

高調波成分算出部110は、電圧及び電流のそれぞれに含まれる所定の高調波の周波数成分(以下、高調波成分という)を算出する度に、算出値をインピーダンス算出部112に出力する。 The harmonic component calculation unit 110 outputs the calculated value to the impedance calculation unit 112 each time the frequency component (hereinafter referred to as a harmonic component) of a predetermined harmonic contained in each of the voltage and the current is calculated.

インピーダンス算出部112は、2つのデータ(電圧及び電流の高調波成分)が入力される度に、入力データからインピーダンスを算出して、算出値を制御部114に出力する。インピーダンス算出部112は、電圧の高調波成分を、電流の高調波成分で除して、インピーダンスを算出する。 The impedance calculation unit 112 calculates the impedance from the input data each time two data (voltage and current harmonic components) are input, and outputs the calculated value to the control unit 114. The impedance calculation unit 112 calculates the impedance by dividing the harmonic component of the voltage by the harmonic component of the current.

制御部114は、CPU(Central Processing Unit)と、記憶部とを備えている。制御部114は、入力されたインピーダンスを記憶部に記憶し、その変化を観察して、インピーダンスが所定のしきい値以下になれば、短絡事故が発生したと判定し、遮断信号S3を出力する。これらの機能は、記憶部に予め記憶されたプログラムをCPUが読出して実行することにより実現される。遮断信号S3は、電流測定部108が配置された配電系統に設けられている遮断器に入力され、遮断器が作動する。 The control unit 114 includes a CPU (Central Processing Unit) and a storage unit. The control unit 114 stores the input impedance in the storage unit, observes the change, and if the impedance becomes equal to or less than a predetermined threshold value, determines that a short circuit accident has occurred and outputs a cutoff signal S3. .. These functions are realized by the CPU reading and executing a program stored in advance in the storage unit. The cutoff signal S3 is input to a circuit breaker provided in the distribution system in which the current measuring unit 108 is arranged, and the circuit breaker operates.

上記したように、高調波成分算出部110が算出の対象とする高調波成分は、高調波生成部102が供給している高調波S0である。したがって、高調波成分算出部110には、対象とする高調波の情報が必要である。図2では、高調波生成部102から出力されている高調波S0の周波数又は次数を表す情報S1が、高調波生成部102から制御部114に入力され、制御部114が、情報S1に対応する情報S2を高調波成分算出部110に出力する。情報S2は、情報S1と同じ情報であってもよく、異なる情報であってもよい。例えば、情報S1が高調波の次数を表す情報であれば、情報S2は、基本周波数及び情報S1から算出された高調波の周波数であってもよい。また、制御部114は、高調波生成部102が供給している高調波の情報を、高調波生成部102以外から取得してもよい。例えば、制御部114は、数値を入力するためのインターフェイスを備え、そのインターフェイスを介して、検出対象である高調波の次数又は周波数の入力を受付けるようになっていてもよい。 As described above, the harmonic component to be calculated by the harmonic component calculation unit 110 is the harmonic S0 supplied by the harmonic generation unit 102. Therefore, the harmonic component calculation unit 110 needs information on the target harmonic. In FIG. 2, the information S1 representing the frequency or order of the harmonic S0 output from the harmonic generation unit 102 is input from the harmonic generation unit 102 to the control unit 114, and the control unit 114 corresponds to the information S1. The information S2 is output to the harmonic component calculation unit 110. The information S2 may be the same information as the information S1 or may be different information. For example, if the information S1 is information representing the order of the harmonics, the information S2 may be the fundamental frequency and the frequency of the harmonics calculated from the information S1. Further, the control unit 114 may acquire information on the harmonics supplied by the harmonic generation unit 102 from other than the harmonic generation unit 102. For example, the control unit 114 may be provided with an interface for inputting a numerical value, and may receive an input of the order or frequency of the harmonic to be detected via the interface.

高調波成分算出部110及びインピーダンス算出部112は、それぞれ、ASIC等の専用の半導体装置として構成されていても、制御部114と同様に、汎用CPU及び記憶部により構成されていてもよい。高調波成分算出部110及びインピーダンス算出部112が汎用CPUにより実現されている場合には、所定のプログラムによりそれらの機能が実行される。 The harmonic component calculation unit 110 and the impedance calculation unit 112 may each be configured as a dedicated semiconductor device such as an ASIC, or may be configured by a general-purpose CPU and a storage unit as in the control unit 114. When the harmonic component calculation unit 110 and the impedance calculation unit 112 are realized by a general-purpose CPU, their functions are executed by a predetermined program.

(保護装置を含むシステム)
図3を参照して、保護装置100を電力供給システムに適用する形態に関して説明する。ここでは、保護装置100は、図2のリレー部106に対応する2つのリレー部を含んでいるとする。
(System including protective device)
A mode of applying the protection device 100 to the power supply system will be described with reference to FIG. Here, it is assumed that the protection device 100 includes two relay units corresponding to the relay unit 106 in FIG.

電力供給システムは、同期機である発電機200と、二次電池212及び変換器210から構成される分散型電源(一点鎖線で示す)と、スイッチ214とを備えている。スイッチ214の切替え動作により、発電機200又は変換器210がトランス202に接続される。発電機200又は変換器210から出力される交流電圧は、トランス202により所定電圧に変換されて、母線204に供給される。母線204には、2つの配電系統である第1配電線220及び第2配電線230が接続されている。第1配電線220及び第2配電線230はそれぞれ、第1遮断器222及び第2遮断器232を介して、第1負荷228及び第2負荷238に電力を供給する。 The power supply system includes a generator 200 which is a synchronous machine, a distributed power source (indicated by an alternate long and short dash line) composed of a secondary battery 212 and a converter 210, and a switch 214. The generator 200 or the converter 210 is connected to the transformer 202 by the switching operation of the switch 214. The AC voltage output from the generator 200 or the converter 210 is converted into a predetermined voltage by the transformer 202 and supplied to the bus 204. The first distribution line 220 and the second distribution line 230, which are two distribution systems, are connected to the bus 204. The first distribution line 220 and the second distribution line 230 supply electric power to the first load 228 and the second load 238 via the first circuit breaker 222 and the second circuit breaker 232, respectively.

変換器210は、通常の交流電力に加えて、図2の高調波生成部102の機能を提供する。変換器210は、二次電池212の出力である直流電力(電圧)を交流に変換する公知のインバータである。変換器210は、例えば、内部にマイクロコントローラ等の制御装置を備え、公知の制御プログラム(例えば、PWM制御)を実行し、所定周波数(例えば、50Hz又は60Hz)の交流電力(以下、基準電力ともいう)を生成する。したがって、インバータの制御プログラムを変更することにより、変換器210は、所定の振幅及び所定の周波数を有する高調波信号を生成して、基本電力に重畳させて出力することができる。 The converter 210 provides the function of the harmonic generation unit 102 of FIG. 2 in addition to the normal AC power. The converter 210 is a known inverter that converts DC power (voltage), which is the output of the secondary battery 212, into alternating current. The converter 210 is provided with a control device such as a microcontroller inside, executes a known control program (for example, PWM control), and has AC power (hereinafter, also referred to as reference power) of a predetermined frequency (for example, 50 Hz or 60 Hz). ) Is generated. Therefore, by changing the control program of the inverter, the converter 210 can generate a harmonic signal having a predetermined amplitude and a predetermined frequency, superimpose it on the basic power, and output it.

変換器210が供給する基本電力は、通常、電圧源モード(定電圧)で供給されるので、高調波は電流源モード(定電流)で供給されることが好ましい。 Since the basic power supplied by the converter 210 is usually supplied in the voltage source mode (constant voltage), it is preferable that the harmonics are supplied in the current source mode (constant current).

第1配電線220には、第1変流器224及び第1の高調波リレー226が設けられ、第2配電線230には、第2変流器234及び第2の高調波リレー236が設けられている。第1配電線220を流れる電流値は、第1変流器224により測定され、第1の高調波リレー226に入力される。同様に、第2配電線230を流れる電流値は、第2変流器234により測定され、第2の高調波リレー236に入力される。 The first distribution line 220 is provided with a first current transformer 224 and a first harmonic relay 226, and the second distribution line 230 is provided with a second current transformer 234 and a second harmonic relay 236. Has been done. The current value flowing through the first distribution line 220 is measured by the first current transformer 224 and input to the first harmonic relay 226. Similarly, the current value flowing through the second distribution line 230 is measured by the second current transformer 234 and input to the second harmonic relay 236.

第1変流器224及び第2変流器234は、図2の電流測定部108に対応し、第1の高調波リレー226及び第2の高調波リレー236はそれぞれ、図2のリレー部106に対応する。第1変流器224及び第2変流器234により測定される電流には、変換器210から供給されている高調波の電流が含まれている。 The first current transformer 224 and the second current transformer 234 correspond to the current measuring unit 108 in FIG. 2, and the first harmonic relay 226 and the second harmonic relay 236 correspond to the relay unit 106 in FIG. 2, respectively. Corresponds to. The current measured by the first current transformer 224 and the second current transformer 234 includes the current of the harmonics supplied from the converter 210.

計器用変圧器206は、母線204の電圧を測定して、測定値を第1の高調波リレー226及び第2の高調波リレー236に出力する。計器用変圧器206は、図2の電圧測定部104に対応する。 The instrument transformer 206 measures the voltage of the bus 204 and outputs the measured value to the first harmonic relay 226 and the second harmonic relay 236. The voltage transformer 206 corresponds to the voltage measuring unit 104 of FIG.

第1の高調波リレー226は、第1変流器224から入力される電流(波形データ)と計器用変圧器206から入力される電圧(波形データ)とに含まれる高調波成分をそれぞれ算出し、それらからインピーダンスを算出する。第1の高調波リレー226は、算出したインピーダンスの変化を観測する。短絡事故240が発生して事故電流242が流れると、インピーダンスが低下するので、第1の高調波リレー226は短絡事故を検出できる。 The first harmonic relay 226 calculates harmonic components contained in the current (waveform data) input from the first current transformer 224 and the voltage (waveform data) input from the instrument transformer 206, respectively. , Calculate the impedance from them. The first harmonic relay 226 observes the calculated change in impedance. When the short-circuit accident 240 occurs and the fault current 242 flows, the impedance drops, so that the first harmonic relay 226 can detect the short-circuit accident.

第1の高調波リレー226は、短絡事故を検出すると、第1遮断器222に遮断信号を出力する。第1遮断器222は、遮断信号を受けて、第1配電線220を母線204から切り離す。 When the first harmonic relay 226 detects a short circuit accident, the first harmonic relay 226 outputs a cutoff signal to the first circuit breaker 222. The first circuit breaker 222 receives the cutoff signal and disconnects the first distribution line 220 from the bus 204.

第2の高調波リレー236及び第2遮断器232はそれぞれ、第1の高調波リレー226及び第1遮断器222と同様に動作する。 The second harmonic relay 236 and the second circuit breaker 232 operate in the same manner as the first harmonic relay 226 and the first circuit breaker 222, respectively.

なお、図3では、2系統の配電線を示しているが、3系統以上の配電線が母線204に接続されていてもよい。各配電線に、遮断器及び高調波リレーが設けられる。 Although FIG. 3 shows two distribution lines, three or more distribution lines may be connected to the bus 204. Each distribution line is provided with a circuit breaker and a harmonic relay.

(短絡事故の検出処理)
以下に、図4を参照して、図3に示した電力供給システムにおいて、短絡事故を検出する処理に関して説明する。図4のプログラムは、第1の高調波リレー226及び第2の高調波リレー236のそれぞれにより実行される。上記したように、第1の高調波リレー226及び第2の高調波リレー236のそれぞれは、図2の制御部114に対応し、内部にCPU及び記憶部を含む。したがって、第1の高調波リレー226及び第2の高調波リレー236が実行する処理は、それぞれに含まれるCPUが、独立に実行する処理を意味する。ここでは、第1の高調波リレー226が実行する処理として説明する。
(Short circuit accident detection process)
Hereinafter, the process of detecting a short circuit accident in the power supply system shown in FIG. 3 will be described with reference to FIG. The program of FIG. 4 is executed by each of the first harmonic relay 226 and the second harmonic relay 236. As described above, each of the first harmonic relay 226 and the second harmonic relay 236 corresponds to the control unit 114 of FIG. 2, and includes a CPU and a storage unit inside. Therefore, the processing executed by the first harmonic relay 226 and the second harmonic relay 236 means the processing independently executed by the CPUs included in each. Here, it will be described as a process executed by the first harmonic relay 226.

ステップ300において、第1の高調波リレー226は、計器用変圧器206及び第1変流器224から入力される電圧及び電流(アナログ)からデジタルデータを生成して、時系列データ(波形データ)として記憶する。 In step 300, the first harmonic relay 226 generates digital data from the voltage and current (analog) input from the voltage transformer 206 and the first current transformer 224, and time-series data (waveform data). Remember as.

ステップ302において、第1の高調波リレー226は、ステップ300で記憶した時系列データの電圧及び電流のそれぞれから、変換器210から供給されている高調波の周波数成分(高調波成分)を算出する。ステップ300及び302の処理は、上記した図2の高調波成分算出部110の機能に対応する。 In step 302, the first harmonic relay 226 calculates the frequency component (harmonic component) of the harmonic supplied from the converter 210 from each of the voltage and current of the time series data stored in step 300. .. The processing of steps 300 and 302 corresponds to the function of the harmonic component calculation unit 110 of FIG. 2 described above.

ステップ304において、第1の高調波リレー226は、ステップ302で算出された電圧の高調波成分を、電流の高調波成分で除して、インピーダンスを算出する。 In step 304, the first harmonic relay 226 calculates the impedance by dividing the harmonic component of the voltage calculated in step 302 by the harmonic component of the current.

ステップ306において、第1の高調波リレー226は、ステップ304で算出されたインピーダンスを所定のしきい値と比較する。インピーダンスがしきい値以下であると判定されると、制御はステップ308に移行する。そうでなければ、制御はステップ310に移行する。 In step 306, the first harmonic relay 226 compares the impedance calculated in step 304 with a predetermined threshold. If it is determined that the impedance is below the threshold, control proceeds to step 308. Otherwise, control shifts to step 310.

ステップ308において、第1の高調波リレー226は、監視対象の第1配電線220において短絡事故が発生したと判定し、遮断信号を第1遮断器222に出力する。これにより、第1遮断器222が動作して、第1配電線220を母線204から切り離す。 In step 308, the first harmonic relay 226 determines that a short-circuit accident has occurred in the first distribution line 220 to be monitored, and outputs a cutoff signal to the first circuit breaker 222. As a result, the first circuit breaker 222 operates to disconnect the first distribution line 220 from the bus 204.

ステップ310において、第1の高調波リレー226は、本プログラムの実行を終了する指示を受けたか否かを判定する。終了の指示は、例えば第1の高調波リレー226の電源をOFFすることにより成される。終了の指示を受けたと判定された場合、第1の高調波リレー226は、本プログラムを終了する。そうでなければ、制御はステップ300に戻り、上記した処理を繰返す。 In step 310, the first harmonic relay 226 determines whether or not it has been instructed to end the execution of this program. The end instruction is given, for example, by turning off the power of the first harmonic relay 226. If it is determined that the end instruction has been received, the first harmonic relay 226 terminates this program. If not, control returns to step 300 and repeats the above process.

以上により、第1の高調波リレー226は、第1配電線220に短絡事故240が発生した場合に、それを検知して、第1配電線220を母線204から切り離し、電力供給システム全体が停電することを防止することができる。 As described above, the first harmonic relay 226 detects when a short-circuit accident 240 occurs in the first distribution line 220, disconnects the first distribution line 220 from the bus 204, and causes a power failure in the entire power supply system. Can be prevented from doing so.

第2の高調波リレー236も図4のプログラムを実行する。第2の高調波リレー236は、第2配電線230に短絡事故が発生した場合に、それを検知して、第2配電線230を母線204から切り離し、電力供給システム全体が停電することを防止することができる。 The second harmonic relay 236 also executes the program of FIG. The second harmonic relay 236 detects a short-circuit accident in the second distribution line 230 and disconnects the second distribution line 230 from the bus 204 to prevent the entire power supply system from being cut off. can do.

第1の高調波リレー226は、短絡事故によって第1配電線220に流れる事故電流242の大きさに依存せずに、短絡事故の発生を検出することができる。第2の高調波リレー236も同様に、短絡事故によって第2配電線230に流れる事故電流の大きさに依存せずに、短絡事故の発生を検出することができる。したがって、既存の変換器を用いた分散型電源は、同期機の電源よりも事故電流の供給能力は低いが、その場合にも、短絡事故を検出することができる。 The first harmonic relay 226 can detect the occurrence of a short-circuit accident without depending on the magnitude of the accident current 242 flowing through the first distribution line 220 due to the short-circuit accident. Similarly, the second harmonic relay 236 can detect the occurrence of a short-circuit accident regardless of the magnitude of the accident current flowing through the second distribution line 230 due to the short-circuit accident. Therefore, the distributed power supply using the existing converter has a lower capacity to supply the fault current than the power supply of the synchronous machine, but even in that case, the short circuit fault can be detected.

高調波216の次数は、任意の正の整数又は非整数とすることができる。電力機器には、リアクタンス成分(インダクタ及び容量)が含まれているので、特定の周波数よりも高い周波数の信号を供給すれば、電圧をある程度の大きさで測定することができる。したがって、母線に供給した高調波S0の電圧成分及び電流成分を抽出することができ、短絡事故の発生を検出することができる。 The order of harmonics 216 can be any positive integer or non-integer. Since the power equipment contains reactance components (inductor and capacitance), the voltage can be measured with a certain magnitude by supplying a signal having a frequency higher than a specific frequency. Therefore, the voltage component and the current component of the harmonic S0 supplied to the bus can be extracted, and the occurrence of a short circuit accident can be detected.

次数間高調波は、通常、電力システムにはほとんど存在しないので、上記した、母線に供給する高調波S0を、次数間高調波とすることにより、短絡事故を容易に且つ精度よく検出することができる。例えば、2次~3次の間のもの、即ち次数nが2<n<3のものを使用することができる。 Since the interorder harmonics are usually rarely present in the power system, the short circuit accident can be detected easily and accurately by using the harmonic S0 supplied to the bus as the interorder harmonic. can. For example, the one between the second order and the third order, that is, the one having the order n of 2 <n <3 can be used.

また、高調波S0は、次数間高調波に限らず、整数次高調波であってもよい。通常、電力システムにおいては、基本周波数の奇数倍の周波数の高調波(奇数次の高調波)は、無視できない程度の大きさで存在するが、基本周波数の偶数倍の周波数の高調波(偶数次の高調波)は少ない(振幅が小さい)。したがって、偶数次の高調波を使用すれば、母線に既に存在している信号と干渉して減衰する等の影響を受けることなく、母線に供給した高調波S0の電圧成分及び電流成分を抽出することができ、短絡事故の発生を検出することができる。例えば、4次又は2次の高調波を使用することができる。 Further, the harmonic S0 is not limited to the inter-degree harmonic, and may be an integer-order harmonic. Normally, in a power system, harmonics with frequencies that are odd multiples of the fundamental frequency (odd-order harmonics) exist in a non-negligible magnitude, but harmonics with frequencies that are even multiples of the fundamental frequency (even-order harmonics). Harmonics) are few (small amplitude). Therefore, if even-order harmonics are used, the voltage component and current component of the harmonic S0 supplied to the bus are extracted without being affected by interference with signals already existing on the bus and attenuation. It is possible to detect the occurrence of a short circuit accident. For example, 4th or 2nd harmonics can be used.

しきい値は、各電力系統に応じて、短絡事故が発生しておらず通常電力が供給されている状態でのインピーダンスと明確に区別でき、それよりも小さい適切な値に設定されていればよく、任意である。即ち、第1の高調波リレー226のしきい値と第2の高調波リレー236のしきい値とは、必ずしも同じ値でなくてもよい。しきい値を変更可能に構成されていてもよい。 The threshold value can be clearly distinguished from the impedance in the state where no short-circuit accident has occurred and normal power is supplied according to each power system, and if it is set to an appropriate value smaller than that. Well, it's optional. That is, the threshold value of the first harmonic relay 226 and the threshold value of the second harmonic relay 236 do not necessarily have to be the same value. The threshold value may be configured to be changeable.

上記では、変換器210が高調波生成部102の機能を有する場合を説明したがこれに限定されない。例えば、図5に示すように、高調波生成部を専用の装置である高調波供給装置218として実現してもよい。 In the above, the case where the converter 210 has the function of the harmonic generation unit 102 has been described, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 5, the harmonic generation unit may be realized as a harmonic supply device 218 which is a dedicated device.

図5が図3と異なる点は、変換器210が高調波を供給する機能を有しておらず、高調波216は高調波供給装置218により母線204に供給されることだけである。したがって、重複説明を繰返さない。高調波供給装置218は、例えばインバータにより実現される。図5の電力供給システムにおいても、第1の高調波リレー226及び第2の高調波リレー236により、それぞれの監視対象である第1配電線220及び第2配電線230に短絡事故が発生した場合に、それを検出して、対応する第1遮断器222及び第2遮断器232を作動させることができる。 FIG. 5 differs from FIG. 3 only in that the converter 210 does not have a function of supplying harmonics, and the harmonics 216 are supplied to the bus 204 by the harmonic supply device 218. Therefore, the duplicate explanation is not repeated. The harmonic supply device 218 is realized by, for example, an inverter. Also in the power supply system of FIG. 5, when a short-circuit accident occurs in the first distribution line 220 and the second distribution line 230, which are the monitoring targets, by the first harmonic relay 226 and the second harmonic relay 236, respectively. In addition, it can be detected to activate the corresponding first circuit breaker 222 and second circuit breaker 232.

上記では、計器用変圧器206により測定された電圧値を使用する場合を説明したが、これに限定されない。各配電線の電圧を測定し、その電圧値に含まれる高調波成分を算出し、それを用いてインピーダンスを算出してもよい。 In the above, the case where the voltage value measured by the instrument transformer 206 is used has been described, but the present invention is not limited thereto. The voltage of each distribution line may be measured, the harmonic component included in the voltage value may be calculated, and the impedance may be calculated using the harmonic component.

上記では、インピーダンスを算出する場合を説明したが、これに限定されない。電圧及び電流の高調波信号成分から得られる物理量であって、短絡事故により変化するものであればよい。例えば、電圧及び電流の高調波信号成分から算出したアドミタンスを、所定のしきい値と比較することにより、短絡事故を検出してもよい。 In the above, the case of calculating the impedance has been described, but the present invention is not limited to this. It may be a physical quantity obtained from harmonic signal components of voltage and current and may change due to a short circuit accident. For example, a short circuit accident may be detected by comparing the admittance calculated from the harmonic signal components of voltage and current with a predetermined threshold value.

短絡事故の検出には、1つの次数の高調波を供給すればよいが、高調波は種々の目的で使用されるので、同じ電力供給システムにおいて、短絡事故の検出とは別の目的で高調波を使用することが考えられる。したがって、短絡事故の検出に使用する高調波の次数又は周波数を、任意の値に設定できることが好ましい。例えば、複数の高調波の候補の中から1つを選択できる構成になっていてもよい。 Harmonics of one order may be supplied to detect short-circuit accidents, but since harmonics are used for various purposes, harmonics are used for different purposes in the same power supply system than for short-circuit accident detection. Is conceivable to use. Therefore, it is preferable that the order or frequency of the harmonics used for detecting the short circuit accident can be set to an arbitrary value. For example, the configuration may be such that one can be selected from a plurality of harmonic candidates.

また、高調波の電圧及び電流の計測、並びにインピーダンスの算出の機能は、配電所(変電所)の既設の保護リレーに内蔵してもよい。 Further, the functions of measuring the voltage and current of harmonics and calculating the impedance may be built in the existing protection relay of the distribution station (substation).

また、短絡事故を検出するための上記の高調波リレーを、既設のトリップシーケンスに追加してもよい。例えば、直列接続されたリレー及びトリップコイルにより構成される既存のトリップシーケンスにおいて、高調波リレーを既存のリレーに並列接続して、短絡事故を検出することができる。 Further, the above-mentioned harmonic relay for detecting a short circuit accident may be added to the existing trip sequence. For example, in an existing trip sequence consisting of relays and trip coils connected in series, a harmonic relay can be connected in parallel to the existing relay to detect a short circuit accident.

なお、電力系統の供給電力は、2相電力及び3相電力の何れであってもよい。 The power supplied to the power system may be either two-phase power or three-phase power.

上記では、変換器(インバータ)を用いた分散型電源による電力供給システムにおいて高調波リレーを適用する場合を説明したが、これに限定されない。同期機の発電機を用いた電力供給システムにおいて、保護リレーに代えて高調波リレーを適用することもできる。 In the above, the case where the harmonic relay is applied in the power supply system by the distributed power source using the converter (inverter) has been described, but the present invention is not limited to this. Harmonic relays can also be applied in place of protection relays in power supply systems that use synchronous generators.

以下に、次数間高調波に関するシミュレーション結果を示し、本発明の有効性を示す。図3のシステムでの動作をシミュレーションするために、公知のソフトウェアツール(オープンソースのScilab(登録商標)及びXcos)を用いて、図6のように各部品を配置した。 The simulation results regarding the interorder harmonics are shown below, and the effectiveness of the present invention is shown. In order to simulate the operation in the system of FIG. 3, known software tools (open source Scilab® and Xcos) were used to arrange each component as shown in FIG.

交流電源400は、実効値100V、基本周波数50Hzの交流電圧を出力する。交流電源400の出力電圧は、抵抗R1を介して出力される。抵抗R1は3Ωとした。 The AC power supply 400 outputs an AC voltage having an effective value of 100 V and a fundamental frequency of 50 Hz. The output voltage of the AC power supply 400 is output via the resistor R1. The resistance R1 was set to 3Ω.

次数間高調波発生部402は、振幅0.1A、2.5次(周波数125Hz)の次数間高調波電流を出力する。次数間高調波発生部402の出力(電流)は、交流電源400の出力ラインに供給される。交流電源400から出力される電圧は2つの経路(以下、フィーダという)に供給される。抵抗R2が接続され、電流I1が流れるフィーダを「第1フィーダ」、抵抗R3が接続され、電流I2が流れるフィーダを「第2フィーダ」という。ここでは、抵抗R2及びR3は共に100Ωとした。 The interorder harmonic generation unit 402 outputs an interorder harmonic current having an amplitude of 0.1 A and a 2.5th order (frequency 125 Hz). The output (current) of the interorder harmonic generation unit 402 is supplied to the output line of the AC power supply 400. The voltage output from the AC power supply 400 is supplied to two paths (hereinafter referred to as feeders). The feeder to which the resistor R2 is connected and the current I1 flows is called a "first feeder", and the feeder to which the resistor R3 is connected and the current I2 flows is called a "second feeder". Here, the resistors R2 and R3 are both set to 100Ω.

電圧計404は、交流電源400により抵抗R1を介して出力される電圧を測定し、測定値を出力する。電圧計404から出力される電圧信号Vsは、第1の次数間高調波成分抽出部408に入力される。電流計406は、各フィーダに接続され、各フィーダを流れる電流(I1、I2)を測定して出力する。電流計406から出力される電流信号(I1、I2)はそれぞれに対応する第2の次数間高調波成分抽出部410に入力される。 The voltmeter 404 measures the voltage output via the resistor R1 by the AC power supply 400, and outputs the measured value. The voltage signal Vs output from the voltmeter 404 is input to the first interorder harmonic component extraction unit 408. The ammeter 406 is connected to each feeder and measures and outputs the current (I1, I2) flowing through each feeder. The current signals (I1 and I2) output from the ammeter 406 are input to the corresponding second-order harmonic component extraction unit 410.

第1の次数間高調波成分抽出部408は、電圧信号Vsから所定の次数間高調波成分を抽出する。第1の次数間高調波成分抽出部408は、コサイン信号生成部412、2つの乗算部414、2つの時間積分部416、2つの遅延部418、2つの減算部420、2つの増幅部422、複素数生成部424、振幅生成部426、サイン信号生成部430、及び増幅部432から構成されている。コサイン信号生成部412は、所定の次数間高調波の周波数のコサイン波を生成する。サイン信号生成部430は、コサイン信号生成部412が生成するコサイン波と同じ周波数のサイン波を生成する。ここでは、上記したように、2.5次の次数間高調波(周波数125Hz)を用いた。 The first interorder harmonic component extraction unit 408 extracts a predetermined interorder harmonic component from the voltage signal Vs. The first-order harmonic component extraction unit 408 includes a cosine signal generation unit 412, two multiplication units 414, two time integration units 416, two delay units 418, two subtraction units 420, and two amplification units 422. It is composed of a complex number generation unit 424, an amplitude generation unit 426, a sine signal generation unit 430, and an amplification unit 432. The cosine signal generation unit 412 generates a cosine wave having a frequency of a predetermined interorder harmonic. The sine signal generation unit 430 generates a sine wave having the same frequency as the cosine wave generated by the cosine signal generation unit 412. Here, as described above, a 2.5th-order interorder harmonic (frequency 125 Hz) was used.

乗算部414から増幅部422までのブロックは、フーリエ係数を演算するためのものである。乗算部414は、2つの入力値を乗算し、その結果を出力する。時間積分部416は、入力を時間の関数として開始時刻から現在時刻までの積分を行なう。例えば、時間積分部416は、累積値(初期値は、例えば“0”)を記憶しており、入力値とΔt(入力のサンプリング間隔)との乗算結果を現在の累積値に加算し、その結果を、新たな累積値として上書きすると共に出力する。遅延部418は、入力値を、入力時刻から所定の遅延時間保持し、遅延時間の経過後に、保持していた値を出力する。減算部420は、プラス(+)の入力端の入力値から、マイナス(-)の入力端の入力値を減算し、その結果を出力する。増幅部422は、入力値を増幅し、その結果を出力する。 The blocks from the multiplication unit 414 to the amplification unit 422 are for calculating the Fourier coefficient. The multiplication unit 414 multiplies the two input values and outputs the result. The time integration unit 416 integrates the input from the start time to the current time as a function of time. For example, the time integration unit 416 stores a cumulative value (initial value is, for example, “0”), adds the multiplication result of the input value and Δt (input sampling interval) to the current cumulative value, and adds the multiplication result to the current cumulative value. The result is overwritten as a new cumulative value and output. The delay unit 418 holds the input value for a predetermined delay time from the input time, and outputs the held value after the delay time has elapsed. The subtraction unit 420 subtracts the input value at the negative (−) input end from the input value at the positive (+) input end, and outputs the result. The amplification unit 422 amplifies the input value and outputs the result.

ここでは、フーリエ変換の基本周波数として25Hzを採用し、25Hzの周期をTとして、フーリエ係数を算出するために、遅延部418の遅延時間をTに設定し、増幅部422の増幅率を2/Tに設定した。これにより、増幅部422からは、次式で表されるフーリエ係数a(数値積分値)が出力される。 Here, 25 Hz is adopted as the fundamental frequency of the Fourier transform, the delay time of the delay unit 418 is set to T, and the amplification factor of the amplification unit 422 is set to 2 / in order to calculate the Fourier coefficient with the period of 25 Hz as T. It was set to T. As a result, the Fourier coefficient an (numerical integration value) represented by the following equation is output from the amplification unit 422.

Figure 0007006237000001
Figure 0007006237000001

Vs(t)は、電圧信号Vsが時間的に変化することを明示したものである。τは、任意の時刻を表す。時間積分部416が入力の時間積分を出力するので、時刻τにおいて減算部420から出力される値は、遅延時間Tに相当する期間(t=τ-T~τ)における乗算部414の出力の積分値となっている。 Vs (t) clearly indicates that the voltage signal Vs changes with time. τ represents an arbitrary time. Since the time integration unit 416 outputs the time integration of the input, the value output from the subtraction unit 420 at time τ is the output of the multiplication unit 414 during the period (t = τ−T to τ) corresponding to the delay time T. It is an integrated value.

フーリエ係数の算出に使用する基本周波数として25Hzを採用したのは、次数間高調波を対象とするからである。任意の関数F(t)は、ωを基本周波数(角周波数)とする直交関数系cos(nωt),sin(nωt)(nは0以上の整数)で展開することができる。成分を算出する対象が次数間高調波である場合、次数が非整数であり、フーリエ係数の算出に使用する基本周波数として50Hzをそのまま使用することはできない。そこで、次数が整数となるように、フーリエ係数の算出に使用する基本周波数を25Hzとした。基本周波数50Hzの2.5次の周波数成分(125Hz)は、基本周波数25Hzの5次の成分(上式でn=5)に対応する。 The reason why 25 Hz is adopted as the fundamental frequency used for calculating the Fourier coefficient is that the harmonics between orders are targeted. Any function F (t) can be expanded by orthogonal function systems cos (nω 0 t) and sin (nω 0 t) (n is an integer of 0 or more) with ω 0 as the basic frequency (angular frequency). .. When the object for which the component is calculated is an interorder harmonic, the order is a non-integer, and 50 Hz cannot be used as it is as the fundamental frequency used for calculating the Fourier coefficient. Therefore, the fundamental frequency used for calculating the Fourier coefficient was set to 25 Hz so that the order is an integer. The 2.5th-order frequency component (125Hz) having a fundamental frequency of 50Hz corresponds to the 5th-order component (n = 5 in the above equation) having a fundamental frequency of 25Hz.

複素数生成部424は、上側の入力端の入力値を実数部とし、下側の入力端の入力値を虚数部とする複素数を生成して出力する。振幅生成部426は、入力される複素数の振幅(絶対値)を算出して出力する。即ち、複素数a+jbを、Cejθ=C(cosθ+jsinθ)と表現する場合の振幅Cを、C=(a+b1/2により求める。増幅部432は、入力値を増幅し、その結果を出力する。増幅部432の増幅率は、1/100に設定した。 The complex number generation unit 424 generates and outputs a complex number having the input value at the upper input end as the real part and the input value at the lower input end as the imaginary part. The amplitude generation unit 426 calculates and outputs the amplitude (absolute value) of the input complex number. That is, the amplitude C when the complex number a + jb is expressed as Ce = C (cosθ + jsinθ) is obtained by C = (a 2 + b 2 ) 1/2 . The amplification unit 432 amplifies the input value and outputs the result. The amplification factor of the amplification unit 432 was set to 1/100.

電圧信号Vsが、増幅部432に入力されると、所定の次数間高調波成分の実数部及び虚数部(フーリエ係数)が、増幅部422から出力される。コサイン信号生成部412により生成されたコサイン波を使用することにより(第1の次数間高調波成分抽出部408の上側の経路)、実数部が算出される。サイン信号生成部430により生成されたサイン波を使用することにより(第1の次数間高調波成分抽出部408の下側の経路)、虚数部が算出される。そして、複素数生成部424及び振幅生成部426により、所定の次数間高調波成分の振幅(電圧)が出力される。なお、第1の次数間高調波成分抽出部408の下側の経路に配置された増幅部422からの出力値は、次式で表されるフーリエ係数b(数値積分値)である。 When the voltage signal Vs is input to the amplification unit 432, the real number part and the imaginary number part (Fourier coefficient) of the predetermined interorder harmonic component are output from the amplification unit 422. By using the cosine wave generated by the cosine signal generation unit 412 (the upper path of the first interorder harmonic component extraction unit 408), the real number part is calculated. By using the sine wave generated by the sine signal generation unit 430 (the lower path of the first interorder harmonic component extraction unit 408), the imaginary part is calculated. Then, the complex number generation unit 424 and the amplitude generation unit 426 output the amplitude (voltage) of the predetermined interorder harmonic component. The output value from the amplification unit 422 arranged in the lower path of the first interorder harmonic component extraction unit 408 is the Fourier coefficient b n (numerical integration value) expressed by the following equation.

Figure 0007006237000002
Figure 0007006237000002

第2の次数間高調波成分抽出部410は、電流信号(I1又はI2)から所定の次数間高調波成分を抽出するためのものであり、第1の次数間高調波成分抽出部408と同様に構成されている。第2の次数間高調波成分抽出部410が第1の次数間高調波成分抽出部408と異なるのは、増幅部432が増幅部434で代替されているだけである。増幅部434の増幅率は、1/10に設定した。 The second interorder harmonic component extraction unit 410 is for extracting a predetermined interorder harmonic component from the current signal (I1 or I2), and is the same as the first interorder harmonic component extraction unit 408. It is configured in. The second-order harmonic component extraction unit 410 differs from the first-order harmonic component extraction unit 408 only in that the amplification unit 432 is replaced by the amplification unit 434. The amplification factor of the amplification unit 434 was set to 1/10.

第1フィーダの電流信号I1が、対応する増幅部434に入力されると、上記と同様に、所定の次数間高調波成分の実数部及び虚数部が、増幅部422から出力され、複素数生成部424及び振幅生成部426により、電流I1の次数間高調波成分の振幅が出力される。同様に、第2フィーダの電流信号I2が、対応する増幅部434に入力されると、対応する振幅生成部426から、電流I2の次数間高調波成分の振幅が出力される。 When the current signal I1 of the first feeder is input to the corresponding amplification unit 434, the real and imaginary parts of the predetermined interorder harmonic components are output from the amplification unit 422 and the complex number generation unit is output in the same manner as described above. The amplitude of the interorder harmonic component of the current I1 is output by the 424 and the amplitude generation unit 426. Similarly, when the current signal I2 of the second feeder is input to the corresponding amplification unit 434, the corresponding amplitude generation unit 426 outputs the amplitude of the interorder harmonic component of the current I2.

除算部436は、上側の入力端(「×」で示す)への入力値を、下側入力端(「÷」で示す)への入力値で除した値を出力する。上側の入力端に電圧Vsの次数間高調波成分が入力され、下側の入力端に第1フィーダの電流I1の次数間高調波成分が入力される除算部436は、インピーダンスZ1(=Vs/I1)を出力する。同様に、上側の入力端に電圧Vsの次数間高調波成分が入力され、下側の入力端に第2フィーダの電流I2の次数間高調波成分が入力される除算部436は、インピーダンスZ2(=Vs/I2)を出力する。 The division unit 436 outputs a value obtained by dividing the input value to the upper input end (indicated by "x") by the input value to the lower input end (indicated by "÷"). The dividing unit 436, in which the interorder harmonic component of the voltage Vs is input to the upper input end and the interorder harmonic component of the current I1 of the first feeder is input to the lower input end, is the impedance Z1 (= Vs / I1) is output. Similarly, the division unit 436 in which the interorder harmonic component of the voltage Vs is input to the upper input end and the interorder harmonic component of the current I2 of the second feeder is input to the lower input end is the impedance Z2 ( = Vs / I2) is output.

スイッチ450は、一端が第1フィーダに接続され、他端が抵抗R4を介して接地されている。抵抗R4は、1Ωに設定した。スイッチ450をオン(短絡)させることにより、第1フィーダに、短絡事故を発生させることができる。 One end of the switch 450 is connected to the first feeder, and the other end is grounded via the resistor R4. The resistor R4 was set to 1Ω. By turning on (short-circuiting) the switch 450, a short-circuit accident can occur in the first feeder.

信号モニタ部452は、入力値を時系列に波形として出力する。図6では、交流電源400の出力電圧に、次数間高調波が重畳された電圧Vsと、第1フィーダの電流I1と、第2フィーダの電流I2と、第1フィーダの次数間高調波成分のインピーダンスZ1と、第2フィーダの次数間高調波成分のインピーダンスZ2との各波形を出力するように設定されている。 The signal monitor unit 452 outputs the input value as a waveform in time series. In FIG. 6, the voltage Vs in which the interorder harmonics are superimposed on the output voltage of the AC power supply 400, the current I1 of the first feeder, the current I2 of the second feeder, and the interorder harmonic components of the first feeder are shown. It is set to output each waveform of the impedance Z1 and the impedance Z2 of the interorder harmonic component of the second feeder.

信号モニタ部452により各波形を出力している状態で、所定のタイミングで、スイッチ450をオンさせて、第1フィーダに短絡事故を発生させた。その結果を図7に示す。 While each waveform was being output by the signal monitor unit 452, the switch 450 was turned on at a predetermined timing to cause a short-circuit accident in the first feeder. The results are shown in FIG.

図7の5つのグラフにおいて、横軸は共通の時刻(秒)を表す。時刻t=0.5(秒)において、第1フィーダに短絡事故を発生させた。その結果、短絡事故を発生させた時刻(t=0.5)を境に、Vsが低下し、短絡事故が発生した第1フィーダに関して、電流I1が増大し(事故電流の発生)、インピーダンスZ1が速やかに略0Ωに減少した。第2フィーダの電流値I2及びインピーダンスZ2には、短絡事故を発生させた時刻の前後で変化は見られなかった。 In the five graphs of FIG. 7, the horizontal axis represents a common time (second). At time t = 0.5 (seconds), a short-circuit accident occurred in the first feeder. As a result, at the time when the short-circuit accident occurred (t = 0.5), Vs decreased, the current I1 increased (generation of the accident current) with respect to the first feeder in which the short-circuit accident occurred, and the impedance Z1. Rapidly decreased to approximately 0Ω. No change was observed in the current value I2 and the impedance Z2 of the second feeder before and after the time when the short circuit accident occurred.

インピーダンスZ1は短絡事故が発生すると速やかに減少し、0Ωになっており、通常の過電流保護リレーの動作時間(50ms以下)よりも短い時間で短絡事故を検出し、遮断器へ遮断信号を出力できる。 Impedance Z1 quickly decreases to 0Ω when a short-circuit accident occurs, detects a short-circuit accident in a time shorter than the operating time of a normal overcurrent protection relay (50 ms or less), and outputs a cutoff signal to the circuit breaker. can.

したがって、各フィーダの次数間高調波成分のインピーダンスを監視することにより、短絡事故が発生したことを検知することができる。即ち、インピーダンスの値が急激に減少して略0Ωになれば、そのフィーダにおいて短絡事故が発生したことが分かる。 Therefore, it is possible to detect that a shunt accident has occurred by monitoring the impedance of the interorder harmonic component of each feeder. That is, when the impedance value suddenly decreases to about 0Ω, it is understood that a short-circuit accident has occurred in the feeder.

なお、図7では、インピーダンスZ1及びZ2の値は、実際の値の1/10になっているが、短絡事故の検出には影響しない。これは、フーリエ変換の対象である電圧信号Vs並びに電流信号I1及びI2の増幅率が異なるためである(増幅部432の増幅率が1/100であるのに対して、増幅部434の増幅率は1/10)。 In FIG. 7, the values of impedances Z1 and Z2 are 1/10 of the actual values, but they do not affect the detection of short-circuit accidents. This is because the amplification factors of the voltage signals Vs and the current signals I1 and I2, which are the targets of the Fourier transform, are different (the amplification factor of the amplification unit 432 is 1/100, whereas the amplification factor of the amplification unit 434 is different. Is 1/10).

以下に、整数次高調波及び次数間高調波に関して行なったシミュレーション結果を示す。図3のシステムでの動作を確認するために、Mathworks社製の公知のソフトウェアツール(MATLAB(登録商標)及びSimulink(登録商標))を用いて、後述するようにコンポーネントを定義し、図8に示すように配置してシミュレーションを行なった。 The following shows the results of simulations performed for integer harmonics and interorder harmonics. In order to confirm the operation in the system of FIG. 3, a known software tool (MATLAB (registered trademark) and Simulink (registered trademark)) manufactured by MathWorks was used to define a component as described later, and FIG. 8 shows. The simulation was performed by arranging them as shown.

発電機(同期機)500は、3相の交流電圧210V(周波数50Hz、電力200kW)を出力するとした。Breaker502は、発電機500の出力をON(通過)/OFF(遮断)するためのスイッチである。Xg508は、発電機500の初期過渡リアクタンスを表し、j0.14pu(自己容量ベース)とした。同期機のリアクタンスは起動後の時間経過に依存し、初期過渡リアクタンス、過渡リアクタンス、同期リアクタンス等で表される。シミュレーションでは、短絡事故時の発電機500の出力を観測するので、初期過渡リアクタンスのみを考慮した。 The generator (synchronizer) 500 is supposed to output a three-phase AC voltage of 210 V (frequency 50 Hz, power 200 kW). The Breaker 502 is a switch for turning on / off (cutting off) the output of the generator 500. Xg508 represents the initial transient reactance of the generator 500 and was set to j0.14pu (self-capacity basis). The reactance of the synchronous machine depends on the passage of time after startup, and is represented by the initial transient reactance, the transient reactance, the synchronous reactance, and the like. In the simulation, since the output of the generator 500 at the time of the short circuit accident is observed, only the initial transient reactance is considered.

インバータ電源510は、発電機500と同様に、3相の交流電圧210V(周波数50Hz、電力200kW)を出力するとした。但し、短絡事故時にインバータ電源510が供給可能な電流の上限値は、定格の1.5倍とし、短絡事故時の電流供給能力を制限した。さらに、インバータ電源510は、整数次高調波(周波数200Hz)又は次数間高調波(周波数125Hz)の電流(1A)を出力可能とした。交流電圧の周波数50Hzを基本周波数として、周波数200Hzは4次の高調波(整数次高調波)であり、周波数125Hzは2.5次の高調波(次数間高調波)である。 Like the generator 500, the inverter power supply 510 is supposed to output a three-phase AC voltage of 210 V (frequency 50 Hz, power 200 kW). However, the upper limit of the current that can be supplied by the inverter power supply 510 in the event of a short circuit accident is 1.5 times the rating, and the current supply capacity in the event of a short circuit accident is limited. Further, the inverter power supply 510 can output a current (1 A) of an integer harmonic (frequency 200 Hz) or an interorder harmonic (frequency 125 Hz). With the AC voltage frequency of 50 Hz as the fundamental frequency, the frequency of 200 Hz is a fourth-order harmonic (integer-order harmonic), and the frequency of 125 Hz is a 2.5-th-order harmonic (inter-order harmonic).

Breaker512は、インバータ電源510の出力をON(通過)/OFF(遮断)するためのスイッチである。Xi518は、発電機500の出力の配電線にインバータ電源510の出力を接続して、インバータ電源510を発電機500と連系させるための連系リアクトルであり、j0.1pu(自己容量ベース)とした。 The Breaker 512 is a switch for turning on / off (cutting off) the output of the inverter power supply 510. The Xi518 is an interconnection reactor for connecting the output of the inverter power supply 510 to the distribution line of the output of the generator 500 to connect the inverter power supply 510 to the generator 500, and has j0.1pu (self-capacity base). did.

発電機500及びインバータ電源510の出力は、並列接続された配電線を介して抵抗負荷であるR負荷504及び514に供給されるようにした。R負荷504及び514は、いずれも100kW、1.0pu(自己容量ベース)である。それぞれの配電線上の波形(3相電圧、3相電流)をScope(A)506及びScope(B)516により、観測できるようにした。 The outputs of the generator 500 and the inverter power supply 510 are supplied to the R loads 504 and 514, which are resistance loads, via the distribution lines connected in parallel. The R loads 504 and 514 are both 100 kW and 1.0 pu (self-capacity basis). Waveforms (three-phase voltage, three-phase current) on each distribution line can be observed by Scoppe (A) 506 and Scoppe (B) 516.

Breaker522は、外部からの制御ライン520によりON/OFFが制御される。Breaker522の一方の3つの端子には、発電機500及びインバータ電源510の出力が入力され、他方の3つの端子は相互に接続されている。したがって、Breaker522をONさせると、3相の配電線に短絡事故が発生したことをシミュレーションできる。 The Breaker 522 is controlled to be ON / OFF by a control line 520 from the outside. The outputs of the generator 500 and the inverter power supply 510 are input to one of the three terminals of the Breaker 522, and the other three terminals are connected to each other. Therefore, when the Breaker 522 is turned on, it is possible to simulate that a short-circuit accident has occurred in the three-phase distribution line.

図8の構成で、発電機500及びインバータ電源510を動作させ、Breaker502及びBreaker512をON/OFFさせた状態(R負荷504及び514に電力が供給された状態)で、Breaker522の制御ライン520にパルス幅0.1秒のパルス信号524を入力して、Scope(A)506及びScope(B)516で、電圧及び電流の変化を観測(シミュレーション)した結果を、図9~図12に示す。図9及び図10の各グラフにおいては、相互に120度位相が異なる3相の波形を全て表示している。各グラフの中央の0.1秒間は、短絡事故が発生している期間である。図9~図12において、上段(A)のグラフは、Scope(A)506での観測結果に対応し、下段(B)のグラフは、Scope(B)516での観測結果に対応する。 With the configuration of FIG. 8, the generator 500 and the inverter power supply 510 are operated, and the Breaker 502 and the Breaker 512 are turned ON / OFF (power is supplied to the R loads 504 and 514), and the pulse is applied to the control line 520 of the Breaker 522. 9 to 12 show the results of observing (simulating) changes in voltage and current with Scopé (A) 506 and Scoppe (B) 516 by inputting a pulse signal 524 with a width of 0.1 seconds. In each of the graphs of FIGS. 9 and 10, all three-phase waveforms having 120-degree phases different from each other are displayed. The 0.1 second in the center of each graph is the period during which a short-circuit accident occurs. In FIGS. 9 to 12, the graph in the upper row (A) corresponds to the observation result in Scopé (A) 506, and the graph in the lower row (B) corresponds to the observation result in Scopé (B) 516.

図9は、Breaker502をONし、Breaker512をOFFした場合の結果を示す。短絡事故時には、短絡事故が発生していない配電線には殆ど電流が流れず、短絡事故が発生した配電線には大きな電流が流れる。したがって、短絡事故時の電流供給能力が大きい分散電源(発電機)に関しては、過電流リレーにより短絡電流を遮断できることが分かる。 FIG. 9 shows the result when the Breaker 502 is turned on and the Breaker 512 is turned off. At the time of a short-circuit accident, almost no current flows through the distribution line where the short-circuit accident has not occurred, and a large current flows through the distribution line where the short-circuit accident has occurred. Therefore, it can be seen that the short-circuit current can be cut off by the overcurrent relay for the distributed power source (generator) having a large current supply capacity in the event of a short-circuit accident.

図10は、Breaker502をOFFし、Breaker512をONした場合の結果を示す。但し、インバータ電源510からは高調波を供給しなかった。短絡事故が発生した配電線には、短絡事故が発生していない配電線よりも大きな電流が流れるが、図9の上段の電流(発電機500からの電力供給時)と比べると非常に小さい。したがって、短絡事故時の電流供給能力が小さい分散電源(インバータ電源)に関しては、短絡時に過電流リレーが作動せず、短絡電流を遮断できないことが分かる。 FIG. 10 shows the result when the Breaker 502 is turned off and the Breaker 512 is turned on. However, harmonics were not supplied from the inverter power supply 510. A larger current flows through the distribution line in which the short-circuit accident has occurred than in the distribution line in which the short-circuit accident has not occurred, but it is much smaller than the current in the upper part of FIG. 9 (when power is supplied from the generator 500). Therefore, it can be seen that the overcurrent relay does not operate at the time of a short circuit and the short circuit current cannot be cut off for the distributed power supply (inverter power supply) having a small current supply capacity at the time of a short circuit accident.

図11及び図12は、図10と同様に、Breaker502をOFFし、Breaker512をONした場合の結果を示す。図10と異なり、インバータ電源510から高調波を出力した。即ち、図11は、インバータ電源510から整数次高調波(周波数200Hz)を出力した場合、図12は、インバータ電源510から次数間高調波(周波数125Hz)を出力した場合の結果である。図11及び図12のグラフは、Scope(A)506及びScope(B)516でそれぞれ観測された電圧波形及び電流波形から、供給した高調波成分をフーリエ変換により算出し、それぞれの配電線についてインピーダンスを算出した結果である。 11 and 12 show the results when Breaker 502 is turned off and Breaker 512 is turned on, as in FIG. 10. Unlike FIG. 10, harmonics were output from the inverter power supply 510. That is, FIG. 11 shows the results when an integer order harmonic (frequency 200 Hz) is output from the inverter power supply 510, and FIG. 12 shows a result when an interorder harmonic (frequency 125 Hz) is output from the inverter power supply 510. In the graphs of FIGS. 11 and 12, the supplied harmonic components are calculated by Fourier transform from the voltage waveforms and current waveforms observed in Scopé (A) 506 and Scoppe (B) 516, respectively, and the impedance of each distribution line is obtained. Is the result of calculation.

図11及び図12から、整数次高調波(周波数200Hz)を供給した場合も、次数間高調波(周波数125Hz)を供給した場合も、短絡事故が発生していないときには配電線のインピーダンスは約0.44(Ω)であり、短絡事故時には、短絡事故が発生した配電線のインピーダンスは約0(Ω)になっている。したがって、高調波を供給し、その高調波成分のインピーダンスの大きさを判定することにより、短絡事故時の電流供給能力が低い分散電源(インバータ電源)に関しても、短絡事故が発生した配電線を検出することができ、検出結果に応じて配電線を遮断できることが分かる。 From FIGS. 11 and 12, the impedance of the distribution line is about 0 when no short circuit accident occurs regardless of whether the integer harmonic (frequency 200 Hz) is supplied or the interorder harmonic (frequency 125 Hz) is supplied. It is .44 (Ω), and at the time of a short-circuit accident, the impedance of the distribution wire in which the short-circuit accident occurs is about 0 (Ω). Therefore, by supplying harmonics and determining the magnitude of the impedance of the harmonic components, the distribution line where the short-circuit accident has occurred can be detected even for the distributed power supply (inverter power supply) whose current supply capacity is low in the event of a short-circuit accident. It can be seen that the distribution line can be cut off according to the detection result.

以上、実施の形態を説明することにより本発明を説明したが、上記した実施の形態は例示であって、本発明は上記した実施の形態のみに制限されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含む。 Although the present invention has been described above by explaining the embodiments, the above-described embodiments are examples, and the present invention is not limited to the above-described embodiments. The scope of the present invention is indicated by each claim of the scope of claims, taking into consideration the description of the detailed description of the invention, and all changes within the meaning and scope equivalent to the wording described therein are made. include.

100 保護装置
102 高調波生成部
104 電圧測定部
106 リレー部
108 電流測定部
110 高調波成分算出部
112 インピーダンス算出部
114 制御部
200、900 発電機
202、902 トランス
204、904 母線
206、906 計器用変圧器
210 変換器
212 二次電池
214 スイッチ
216 高調波
218 高調波供給装置
220 第1配電線
222 第1遮断器
224 第1変流器
226 第1の高調波リレー
228 第1負荷
230 第2配電線
232 第2遮断器
234 第2変流器
236 第2の高調波リレー
238 第2負荷
240、930 短絡事故
242、932 事故電流
400 交流電源
402 次数間高調波発生部
404 電圧計
406 電流計
408 第1の次数間高調波成分抽出部
410 第2の次数間高調波成分抽出部
412 コサイン信号生成部
414 乗算部
416 時間積分部
418 遅延部
420 減算部
422、432、434 増幅部
424 複素数生成部
426 振幅生成部
430 サイン信号生成部
436 除算部
450 スイッチ
452 信号モニタ部
500 発電機
502、512、522 Breaker
504、514 R負荷
506 Scope(A)
508 Xg
510 インバータ電源
516 Scope(B)
518 Xi
520 制御ライン
524 パルス信号
910、920 配電線
912、922 遮断器
914、924 変流器
916、926 過電流保護リレー
918、928 負荷
100 Protective device 102 Harmonic generator 104 Voltage measuring unit 106 Relay unit 108 Current measuring unit 110 Harmonic component calculation unit 112 Impedance calculation unit 114 Control unit 200, 900 Generator 202, 902 Transformer 204, 904 Bus 206, 906 For instruments Transformer 210 Converter 212 Secondary battery 214 Switch 216 Harmonic 218 Harmonic supply device 220 1st distribution wire 222 1st breaker 224 1st current changer 226 1st harmonic relay 228 1st load 230 2nd distribution Wire 232 2nd breaker 234 2nd harmonic 236 2nd harmonic relay 238 2nd load 240, 930 Short circuit accident 242, 932 Accident current 400 AC power supply 402 Interorder harmonic generator 404 Voltage meter 406 Current meter 408 1st order harmonic component extraction unit 410 2nd order harmonic component extraction unit 412 Cosine signal generation unit 414 Multiplication unit 416 Time integration unit 418 Delay unit 420 Subtraction unit 422, 432, 434 Amplification unit 424 Complex number generation unit 426 Harmonic generator 430 Sign signal generator 436 Divider 450 Switch 452 Signal monitor unit 500 Generator 502, 512, 522 Breaker
504, 514 R load 506 Scopy (A)
508 Xg
510 Inverter power supply 516 Scopy (B)
518 Xi
520 Control line 524 Pulse signal 910, 920 Distribution line 912, 922 Circuit breaker 914, 924 Current transformer 916, 926 Overcurrent protection relay 918, 928 Load

Claims (4)

電力供給システムの保護装置と、
直流電源から供給される直流電圧を交流電圧に変換し、当該交流電圧を所定周波数の交流電圧が供給される母線に供給する変換手段とを含み、
前記保護装置は、
前記母線に、前記所定周波数よりも高い周波数を有する高調波を供給する高調波供給手段と、
前記母線に接続された配電線の電流値を測定する電流測定手段と、
前記母線又は前記配電線の電圧値を測定する電圧測定手段と、
前記電流測定手段により測定された前記電流値の時間変動波形から、前記高調波のフーリエ係数である電流成分を抽出する電流成分抽出手段と、
前記電圧測定手段により測定された前記電圧値の時間変動波形から、前記高調波のフーリエ係数である電圧成分を抽出する電圧成分抽出手段と、
前記電流成分抽出手段により抽出された前記電流成分と前記電圧成分抽出手段により抽出された前記電圧成分とから、インピーダンス又はアドミタンスを算出値として算出する算出手段と、
前記算出値に基づいて、前記配電線に短絡事故が発生したか否かを判定する判定手段とを含み、
前記高調波供給手段は、前記変換手段により実現され、
前記変換手段は、前記直流電圧から変換した前記交流電圧に、前記高調波を重畳することを特徴とするシステム。
Power supply system protection device and
It includes a conversion means for converting a DC voltage supplied from a DC power supply into an AC voltage and supplying the AC voltage to a bus to which an AC voltage of a predetermined frequency is supplied .
The protective device is
A harmonic supply means for supplying a harmonic having a frequency higher than the predetermined frequency to the generatrix.
A current measuring means for measuring the current value of the distribution line connected to the bus, and
A voltage measuring means for measuring the voltage value of the bus or the distribution line,
A current component extracting means for extracting a current component which is a Fourier coefficient of the harmonic from a time fluctuation waveform of the current value measured by the current measuring means, and a current component extracting means.
A voltage component extracting means for extracting a voltage component which is a Fourier coefficient of the harmonic from a time fluctuation waveform of the voltage value measured by the voltage measuring means, and a voltage component extracting means.
A calculation means for calculating impedance or admittance as a calculated value from the current component extracted by the current component extraction means and the voltage component extracted by the voltage component extraction means.
A determination means for determining whether or not a short-circuit accident has occurred in the distribution line based on the calculated value is included.
The harmonic supply means is realized by the conversion means.
The conversion means is a system characterized in that the harmonics are superimposed on the AC voltage converted from the DC voltage .
前記保護装置は、前記判定手段により前記短絡事故が発生したと判定されたことを受けて、前記配電線と前記母線との接続を遮断する遮断手段に、遮断信号を出力する出力手段をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載のシステム。 The protective device further includes an output means for outputting a cutoff signal in the cutoff means for cutting off the connection between the distribution line and the bus in response to the determination that the short circuit accident has occurred by the determination means. The system according to claim 1, wherein the system is characterized by the above. 前記高調波は、振幅が一定の電流として供給されることを特徴とする、請求項1又は2に記載のシステム。 The system according to claim 1 or 2, wherein the harmonics are supplied as a current having a constant amplitude. 前記高調波供給手段により前記母線に供給される前記高調波は、前記所定周波数の非整数倍の周波数を有する次数間高調波であることを特徴とする、請求項1~3のいずれか1項に記載のシステム。 One of claims 1 to 3, wherein the harmonic supplied to the bus by the harmonic supply means is an interorder harmonic having a frequency that is a non-integer multiple of the predetermined frequency. The system described in.
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