JP7282928B2 - 電力動揺中のインテリジェント電子装置の動作 - Google Patents

Description

本発明は、概して送電系統に関する。本発明は、より具体的には電力動揺（power swing）状態においてインテリジェント電子装置（ＩＥＤ：Intelligent Electronic Device）を動作させることに関する。

背景
インピーダンス型距離リレーおよびインテリジェント電子装置（ＩＥＤ）等の電力系統装置は、一般的に、電気回路網における送電線の監視および保護のために使用される。電気回路網の電力系統は、通常は定常状態条件で動作する。定常状態条件において、電力系統機器および送電線は、公称電圧および電流を搬送し、結果として電力系統および電気回路網は正常に動作する。電気回路網の定常状態は、送電線に電気的擾乱が発生した場合、影響を受ける可能性がある。

電気的故障および電力動揺等の電気的擾乱は、電力系統を定常状態から逸脱させることがある。これらの故障は、電気の流れを遮断し、機器を損傷させ、人間の命に危険を及ぼす可能性がある。電気的故障は、電圧および電流を公称値から逸脱させる。故障が発生すると、電力系統の機器および装置にとって有害な過剰に高い電流が流れる。電力動揺とは、送電線上の有効および無効電力潮流の振動のことである。電力動揺は、電力系統の故障、回線の切り替え、発電機の断線、および大きな負荷ブロックのスイッチオン/オフに起因して発生する場合がある。

距離リレー／インテリジェント電子装置（ＩＥＤ）等の保護装置は、送電線の一次保護およびバックアップ保護を提供するように設計される。電気回路網の定常状態条件において、線間電圧の値は線路電流よりも大きい状態を保つ。故障が発生すると、電流の大きさが増し、電圧は小さくなるので、送電線の故障区間の線路インピーダンス（線間電圧対電流比）は減少する。距離リレー／ＩＥＤは、線路電流および電圧の流れを連続的に監視する。電圧対電流ベクトル（current phasor）比（インピーダンス）が、リレー／ＩＥＤで設定された予め定められたしきい値未満に低下すると、リレー／ＩＥＤは、その動作ゾーンに入り、回路遮断器等の開閉部品にトリップコマンドを送って回路を切断することにより、電力系統の構成要素を損傷から守る。これは通常の短絡故障状態中においてのみ生じると予想される。しかしながら、リレー／ＩＥＤから見たインピーダンスは、負荷侵入（load encroachment）および電力動揺状態等の特殊なケースにおいて、トリップ範囲の中に入る可能性がある。負荷侵入は、厳しい負荷条件に起因するインピーダンスリレーの望ましくない動作を引き起こす可能性がある。負荷侵入に起因する誤動作を防止する方法として、インピーダンス特性の形状の変更およびロードブラインダー（load blinder）方式の実現など、いくつかの方法がある。

もう１つのシナリオは電力動揺である。電力動揺は、送電線のトリップ、発電損失、および大きな負荷ブロックのスイッチ等の、重大な擾乱によって生じることが多い。電力動揺中、送電線の皮相インピーダンスはＩＥＤの動作特性内に入る可能性がある。なぜなら、電流の最大振幅と電圧の最小振幅とが電力動揺中に同時に起こり得るからである。結果として、故障がなかったとしても、ＩＥＤはその動作ゾーンに入りＩＥＤが測定した皮相インピーダンスに鑑みてトリップする傾向を持つ場合がある。これに基づいて、電力動揺が誤って故障とみなされ、ＩＥＤがトリップし、結果としてカスケード回線障害につながる場合がある。

以下の詳細な説明は以下の図面を参照する。

一例に係る、２電源等価電気回路網のブロック図を示す。 一例に係る、インテリジェント電子装置（ＩＥＤ）のブロック図を示す。 一例に係る、時間に対してプロットされたサンプリング時点に対応付けられる電圧のＲＭＳ値を示すグラフを示す図である。 一例に係る、フィルタリング後の、時間に対してプロットされたサンプリング時点に対応付けられる電圧のＲＭＳ値を示すグラフを示す図である。 一例に係る、時間に対してプロットされた各サンプリング時点に対応付けられる電圧のデルタ量を示すグラフを示す図である。 一例に係る、フィルタリング後の、時間に対してプロットされた各サンプリング時点に対応付けられる電圧のデルタ量を示すグラフを示す図である。 一例に係る、時間に対してプロットされた２つの連続するデルタ量の大きさの差の値を示すグラフを示す図である。 一例に係る、電気的擾乱の異なるシナリオにおいてデルタ量がそのピーク値に到達するのに要する時間を示すグラフを示す図である。 一例に係る、電力動揺中にインテリジェント電子装置（ＩＥＤ）を動作させる方法を示す図である。 一例に係る、電力動揺中にインテリジェント電子装置（ＩＥＤ）を動作させる方法を示す図である。

詳細な説明
電力動揺阻止機能は、電力動揺と故障とを区別するため、および、電力動揺中にＩＥＤが動作するのを阻止するために、ＩＥＤに含まれている。一般的に、さまざまな方法が、電力動揺を検出し電力動揺中ＩＥＤを阻止するために使用される。ブラインダーまたは同心特性に基づいて故障と電力動揺とを区別することが用いられる場合がある。同心特性に基づいた区別は、線路および電力系統インピーダンスならびに動揺周波数に依存する、ブラインダー位置および時間設定等の、いくつかのパラメータの値を求めることを含む。そのため、ブラインダーに基づく区別を用いるためには、電力系統のさまざまな動作シナリオの下で、細心の詳細な故障研究および安定性研究プログラムを実行しなければならない。さらに、再生可能な電力源の導入に伴い、動揺周波数は減少する傾向を持つ可能性があり、そうすると、電力動揺と故障とをタイマーに基づいて区別することは、複雑になり間違いが発生し易い可能性がある。

電力動揺と故障とを区別するために使用し得るもう１つの方法は、動揺中心電圧（ＳＣＶ：Swing Center Voltage）を求めることに基づいていてもよい。ＳＣＶは、２つの電源間の角度が１８０度のときに電圧の大きさがゼロである２電源等価系統におけるあるポイントの電圧である。電力動揺中、ＳＣＶは、連続的に変化するが、故障後の初期期間中の急激な変化を除いて、故障中はほぼ一定のままである。よって、ＳＣＶの大きさの変化率を、電力動揺の検出のため、ひいてはＩＥＤを動作させるために、使用することができる。しかしながら、この方法の懸念材料は、信頼性のあるしきい値の設定である。たとえば、しきい値は、低周波数（０．２～０．５Ｈｚ）の電力動揺を検出するには非常に小さくしておかなければならない。また、１８０度の電力角度で生じる高抵抗故障（動揺中心点により近い故障）の場合は、ＳＣＶ電圧の変化が検出されないということが起こり得る。

別の方法は、減少した抵抗と抵抗変化率とに基づいて、電力動揺と故障とを区別してもよい。電力動揺中、測定されたインピーダンスの抵抗は連続的に変化する。しかしながら、故障が発生すると、測定されたインピーダンスの抵抗は、故障の最初の瞬間を除いて、変化しない。抵抗の変化率は、スリップ周波数が低い電力動揺中に大幅に減少し、結果として、この方法では３相故障と電力動揺とを区別できない可能性がある。さらに、重畳電流および電圧信号を用いて電力動揺を検出してもよい。しかしながら、この技術は、動揺中心電圧に近いところで生じ電力角度が１８０度に近い場合に生じる高インピーダンス故障を検出しない場合がある。なぜなら、これらの条件下では重畳量が無視できるほど小さくなる傾向があるからである。

本発明は、電力動揺状態においてインテリジェント電子装置（ＩＥＤ）を動作させることに関する。一例において、ＩＥＤは、電力系統の電気回路網内の送電線の端子に対応付けられる。本発明に従うと、ＩＥＤは、電力動揺を確実かつ正確に識別することができ、したがって、電力動揺中はＩＥＤにおける故障検出を阻止することにより、望ましくないトリップを防止することができる。本発明に係る方策は、ブラインダー位置設定および時間設定等の安定性研究パラメータとは無関係に、定常状態条件から発生した電力動揺を識別することを可能にする。さらに、本発明の技術は、線路および系統インピーダンス等の電力系統パラメータとも無関係である。また、本発明の技術は、３相故障と電力動揺とを区別することを可能にする。

本発明の一例に従うと、ＩＥＤは、送電線の端子の各相ごとの電圧測定値を受けることができる。一例において、ＩＥＤは、電圧測定値を計器用変圧器（ＰＴ：potential transformer）から受けてもよい。電圧測定値は、送電線の線間電圧の瞬時電圧読取値であってもよい。電圧測定値をサンプリングして複数のサンプルを取得し、複数のサンプルのうちの各サンプルは、サンプルが捕捉される時点であるサンプリング時点に対応する。ＩＥＤは、各相ごとの複数の二乗平均平方根（ＲＭＳ）値を、対応する相の電圧測定値に基づいて求める。複数のＲＭＳ値のうちの各ＲＭＳ値は、複数のサンプリング時点のうちの対応するサンプリング時点に対応付けられる。複数のＲＭＳ値のうちの各ＲＭＳ値は、予め定められた数のサンプルを用いて計算される。予め定められた数のサンプルは、対応するサンプリング時点で捕捉されたサンプルと、先行するサンプリング時点で捕捉されたサンプルとを含む。一例において、予め定められた数のサンプルは、サンプリングレートと、ＩＥＤのハードウェア能力とに応じて決まる。一例において、予め定められた数のサンプルは、２０サンプルであってもよく、または、２０を超える数のサンプルであってもよい。ＩＥＤは、各相ごとに複数の電圧デルタ量を求める。電圧デルタ量をデルタ量と呼ぶ場合もある。複数のデルタ量のうちの各デルタ量は、対応するサンプリング時点に対応付けられる。複数のデルタ量のうちの各デルタ量は、対応するサンプリング時点に対応付けられるＲＭＳ値と、あるサンプリング時点または予め定められた数のサンプルに先行するサンプリング時点に対応付けられるＲＭＳ値との差である。さらに、複数のデルタ量のうちのあるデルタ量が予め定められたしきい値よりも大きいか否かを検出する。ＩＥＤは、このデルタ量が予め定められたしきい値よりも大きいという判断に応じて、電圧のピークデルタ量を検出する。ピークデルタ量に対応付けられるサンプリング時点と、第１のデルタ量に対応付けられるサンプリング時点との間の時間間隔を求める。この時間間隔としきい値時間との比較に基づいて、擾乱状態を検出する。擾乱状態は電力動揺であるという検出に応じて、ＩＥＤにおける故障検出を阻止する。

このように、本発明は、電力動揺を、より簡単なやり方で、他のブラインダーまたは同心特性に基づいた故障と電力動揺とを区別する技術では必要な場合がある故障および安定性研究パラメータならびに電力系統パラメータを使用することなく、検出することを可能にする。さらに、本発明の技術を用いると、電力動揺を３相故障から確実に区別することもできる。したがって、電力動揺の検出に応じて、ＩＥＤにおける故障検出を阻止することにより、電力系統内の回路遮断器等の開閉部品の望ましくないトリップを防止することができる。さらに、この方法は、２相の電圧のデルタ量を監視することで、２相システムで実現することもできる。

以下の詳細な説明は、添付の図面を参照する。図面および以下の説明では、可能な限り、同一または同様の部分を示す場合は同一の参照番号を使用する。この説明ではいくつかの例が記載されるが、変形、修正、およびその他の実装形態も可能である。したがって、以下の詳細な説明は、開示される例を限定しない。むしろ、開示される例の適切な範囲は、添付の請求項によって定めることができる。

図１は、一例に係る、２電源等価電気回路網１００のブロック図を示す。電気回路網１００は、送電線１０２および１０４を含む二重回路線と、２つの電源すなわち電源１０６および１０８とを含む。電気回路網１００は、キロボルトの範囲等の高電圧で、数十または数百キロ等の長距離にわたり、電力を送ることができる。

送電線１０２および１０４は、２つのバス１１０および１１２の間に接続される。送電線１０２、１０４はさらに、１つ以上の回路遮断器１１４－１、１１４－２、１１４－３および１１４－４（まとめて回路遮断器１１４と呼ぶ）を備える。回路遮断器１１４は、回路を開くことにより、電気回路網１００内の電流の流れを制限する。電気回路網１００は、本発明の範囲から逸脱することなく、さらに他の構成要素を含み得る。

電気回路網１００には、インテリジェント電子装置（ＩＥＤ１１６と呼ぶ）がさらに設けられる。ＩＥＤ１１６は、直接または他の接続手段を介して送電線１０２、１０４と電気的に通信してもよい。図１に示されるように、ＩＥＤ１１６は、バス１１０に配置され、保護される線の電圧および電流信号を測定する。したがって、ＩＥＤ１１６は、送電線１０４のある端子に対応付けられる。ＩＥＤ１１６は、動作中、電気回路網１００の中に設置することができる１つ以上のセンサおよび計器用変圧器（ＰＴ）からデータを受けることができる。ＩＥＤ１１６は、受けたデータに基づいて、回路遮断器１１４を制御するための１つ以上の信号を生成することができる。

ＩＥＤ１１６は、擾乱状態検出モジュール１１８をさらに含む。擾乱状態検出モジュール１１８は、ＩＥＤ１１６内にインストールされたソフトウェアとして、または電子回路の形態のハードウェアとして実装することができる。一例において、擾乱状態検出モジュール１１８を、ＩＥＤ１１６のプロセッサと結合してもよい。本発明は、電気回路網１００において発生する電力動揺を検出することができ、それに応じてＩＥＤにおける故障検出を阻止し、それによって回路遮断器１１４の不必要なトリップを防止することができる。

動作中、擾乱状態検出モジュール１１８は、送電線１０４の端子の各相ごとの電圧測定値を受ける。一例において、電圧測定値は、送電線のＰＴから受けた、送電線１０４の線間電圧の瞬間電圧読取値であってもよい。各相ごとのこれらの電圧測定値の分析に基づいて、ＩＥＤ１１６は、対応する相における電力動揺の発生を検出することができる。一例では、３相電力系統において、以下で説明する方法を、１つの相の電圧測定値を用いて実行することにより、電力動揺を検出してもよい。別の例では、送電線における電力動揺を、３相電力系統のすべての相における電力動揺の検出時に、検出してもよい。以下の説明は１つの相を参照しながら詳しく述べるが、この説明は電気回路網１００のすべての相に準用できる。

一例において、ＩＥＤ１１６は、予め定められたサンプリングレートに基づいて電圧測定値をサンプリングしてもよい。一例において、予め定められたサンプリングレートは、２０サンプル／サイクルであってもよい。一例において、ＩＥＤ１１６は、ＩＥＤ１１６のハードウェア能力に応じて、およそキロヘルツ（ＫＨｚ）からメガヘルツ（ＭＨｚ）の範囲の異なるサンプリング周波数でこのサンプリングを実行してもよい。したがって、１サイクル当たりの数が異なるサンプルを得ることができる。このように、ＩＥＤ１１６によるサンプリング後に、複数のサンプルが得られる。複数のサンプルのうちの各サンプルは、サンプルが捕捉される時点であるサンプリング時点に対応する。

受けた電圧測定値がサンプリングされると、擾乱状態検出モジュール１１８は、各相ごとの複数の二乗平均平方根（ＲＭＳ）値を、対応する相の電圧測定値に基づいて、求めることができる。複数のＲＭＳ値のうちの各ＲＭＳ値は、複数のサンプリング時点のうちの対応するサンプリング時点に対応付けられる。複数のＲＭＳ値のうちの各ＲＭＳ値は、予め定められた数のサンプルを用いて計算される。予め定められた数のサンプルは、対応するサンプリング時点で捕捉されたサンプルと、先行するサンプリング時点で捕捉されたサンプルとを含む。一例において、予め定められた数のサンプルは、サンプリングレートおよびＩＥＤ１１６の構成に応じて、２０サンプルであってもよい。

各相ごとのＲＭＳ値が求められると、擾乱状態検出モジュール１１８は、各相ごとに複数のデルタ量を求める。複数のデルタ量のうちの各デルタ量は、対応するサンプリング時点に対応付けられ、複数のデルタ量のうちの各デルタ量は、対応するサンプリング時点に対応付けられるＲＭＳ値と、予め定められた数のサンプルに先行するサンプリング時点に対応付けられるＲＭＳ値との差である。

擾乱状態検出モジュール１１８は、デルタ量が予め定められたしきい値よりも大きいか否かを検出することができる。一例において、擾乱状態検出モジュール１１８は、連続的にデルタを予め定められたしきい値と比較することにより、電圧のデルタ量が予め定められたしきい値と交差したか否かを検出してもよい。一例において、予め定められたしきい値は、約０．５キロボルトである。デルタ量が予め定められたしきい値よりも大きいという判断に応じて、ＩＥＤ１１６はピークデルタ量を検出する。ピークデルタ量は、デルタ量の最大値を表す。次に、擾乱状態検出モジュール１１８は、ピークデルタ量に対応付けられるサンプリング時点と、複数のデルタ量のうちの第１のデルタ量に対応付けられるサンプリング時点との間の時間間隔を求める。擾乱状態検出モジュール１１８は、この時間間隔をしきい値時間と比較することで、擾乱状態を検出する。擾乱状態が電力動揺であるという検出に応じて、ＩＥＤ１１６における故障検出を阻止することができる。結果として、ＩＥＤ１１６が電力動揺中にトリップしないようにすることができる。このように、電力動揺を検出することにより、本発明は、電力動揺を故障と区別することを可能にし、電力動揺が誤って故障とみなされるのを防止することができ、結果として、電力動揺中の望ましくないトリップを防止することができる。これらおよびその他の側面を図２～図９Ｂとの関連でさらに説明する。

図２は、一例に係る、インテリジェント電子装置（ＩＥＤ）１１６のブロック図を示す。ＩＥＤ１１６は、プロセッサ２０２とメモリ２０４とを含む。プロセッサ２０２は、単一の処理ユニットであってもよく、または複数のユニットであってもよく、これらはすべて、複数のコンピューティングユニットを含み得る。プロセッサ２０２は、１つ以上のマイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、デジタル信号プロセッサ、中央処理装置、ステートマシン、論理回路、および／または動作命令に基づいて信号を操作する任意の装置として実現されてもよい。プロセッサ２０２は、他の能力のうちでも特に、メモリ２０４に格納されたプロセッサ読取可能命令をフェッチし実行することにより１つ以上の機能を実現するように適合させたものである。

メモリ２０４は、プロセッサ２０２に結合されてもよい。メモリ２０６は、たとえば、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）およびダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）等の揮発性メモリ、および／または読出専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラム可能ＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ハードディスク、光ディスク、および磁気テープ等の不揮発性メモリを含む、当該技術において周知の任意のコンピュータ読取可能媒体を含み得る。

ＩＥＤ１１６は、インターフェイス２０６を含む。インターフェイス２０６は、さまざまなソフトウェアおよびハードウェア対応インターフェイスを含み得る。インターフェイス２０６は、ＩＥＤ１１６と電気回路網１００のような電気回路網の他の構成要素との間の通信および接続性を可能にすることができる。そのような構成要素の例は、回路遮断器１１４およびセンサを含むが、これらに限定される訳ではない。インターフェイス２０６は、多種多様なプロトコル内の複数の通信を容易にすることができ、かつ、１つ以上のコンピュータ対応端末または同様のネットワーク構成要素との通信を可能にすることもできる。

ＩＥＤ１１６は、モジュール２０８をさらに含む。モジュール２０８は、モジュール２０８の多様な機能を実現するために、ハードウェアとプログラミング（たとえばプログラム可能命令）との組み合わせとして実現されてもよい。本明細書に記載の例において、ハードウェアとプログラミングとのそのような組み合わせは、いくつかの異なるやり方で実現することができる。たとえば、モジュール２０８に対するプログラミングは、実行可能命令であってもよい。そうすると、そのような命令は、ＩＥＤ１１６と直接または間接的に（たとえばネットワーク化された手段を通して）結合することができる非一時的なマシン読取可能記憶媒体に格納されてもよい。モジュール２０８は、ハードウェアとして実現される場合、そのような命令を実行するための処理リソース（たとえば単一のプロセッサまたは複数のプロセッサの組み合わせのいずれか）を含み得る。この例において、プロセッサ読取可能記憶媒体は、処理リソースによって実行されるとモジュール２０８を実現する命令を格納することができる。他の例において、モジュール２０８は、電子回路によって実現されてもよい。

一例において、モジュール２０８は、擾乱状態検出モジュール１１８を含む。加えて、モジュール２０８は、阻止モジュール２１０と、デルタピーク検出モジュール２１２と、その他のモジュール２１４とをさらに含み得る。その他のモジュール２１４は、ＩＥＤ１１６によってまたはモジュール２０８のうちのいずれかによって実行されるアプリケーションまたは機能を補う機能を実現してもよい。加えて、ＩＥＤ１１６は、他の構成要素２１６をさらに含み得る。そのような他の構成要素２１６は、電気回路網１００の動作を管理および制御する機能を可能にするさまざまな他の電気構成要素を含み得る。そのような他の構成要素２３０の例は、リレー、コントローラ、スイッチ、および電圧レギュレータを含むが、これらに限定される訳ではない。

動作中、ＩＥＤ１１６は、ＩＥＤ１１６が接続されている送電線の端子の各相ごとの電圧測定値を、送電線のＰＴから受信することができる。一例において、電圧測定値を、擾乱状態検出モジュール１１８が受信してもよい。一例において、ＩＥＤ１１６は、電圧測定値を予め定められたサンプリングレートでサンプリングすることにより、複数のサンプルを得てもよい。一例において、サンプリングレートは、およそＫＨｚ～ＭＨｚの範囲であってもよい。複数のサンプルのうちの各サンプルは、サンプルが捕捉された時点であるサンプリング時点に対応する。複数のサンプルのうちの各サンプルは、特定のサンプリング時点における特定の相の相電圧の値を表す。したがって、複数のサンプルのうちの各サンプルを、Ｖ（１）、Ｖ（２）、Ｖ（３）、…、Ｖ（ｋ）などとして表すことができ、ここで「ｋ」は電圧に対応付けられるサンプリング時点を表す。本明細書は、１つの相を参照しているが、電気回路網１００のすべての相に準用される。一例では、３相電力系統において、以下で説明する方法を１つの相の電圧測定値を用いて実行することにより、電力動揺を検出してもよい。別の例では、３相電力系統における電力動揺を、３相電力系統の相すべてにおいて電力動揺が検出された場合に限り、検出してもよい。

擾乱状態検出モジュール１１８は、各相ごとの複数の二乗平均平方根（ＲＭＳ）値を、対応する相の電圧測定値に基づいて求める。ＲＭＳ値の各々は、複数のサンプリング時点のうちの対応するサンプリング時点に対応付けられ、予め定められた数のサンプルを用いて計算される。それに基づいてＲＭＳ値が計算される、サンプルの予め定められた数を「Ｎ」としてもよい。一例において、サンプルの予め定められた数「Ｎ」は、基本電圧／電流サイクルの１周期内で捕捉されるサンプルの数である。

擾乱状態検出モジュール１１８がＲＭＳ値を２０個のサンプルに基づいて計算するものとする。一例において、サンプルの予め定められた数は、ＩＥＤの構成およびハードウェア能力に応じて、２０より多くても２０より少なくてもよい。よって、２０番目のサンプリング時点に対応付けられるＲＭＳ値は、以下の式（１）に示されるように計算することができる。

式（１）において、Ｖ（２０）、Ｖ（１９）、Ｖ（１８）、…、およびＶ（１）は、それぞれ、２０番目、１９番目、１８番目、…および１番目のサンプリング時点において収集されたサンプルに対応する。同様に、４０番目のサンプリング時点に対応付けられるＲＭＳ値は、式（２）に示されるように計算することができる。

式（２）において、Ｖ（４０）、Ｖ（３９）、Ｖ（３８）、…およびＶ（２１）は、それぞれ、４０番目、３９番目、３８番目、…および２１番目のサンプリング時点において収集されたサンプルに対応する。

上記の例において、２０番目および４０番目のサンプリング時点に対応付けられるＲＭＳ値の計算が示されているが、一例において、ＲＭＳ値は、２０番目のサンプリング時点と４０番目のサンプリング時点との間の各サンプリング時点の各々について計算され、その後の各サンプリン時点ごとに計算される。このように、ＲＭＳ値は、対応するサンプリング時点で捕捉されたサンプルと、先行するサンプリング時点で捕捉されたサンプルとを含む、予め定められた数のサンプルを用いて計算される。したがって、ＲＭＳ値の計算は、以下の式（３）および（４）に示されるように、表すことができる。

式（３）および式（４）において、「ｋ」は、ＲＭＳ値に対応付けられるサンプリング時点を表し、Ｎは、ＲＭＳ値の計算に使用するサンプルの予め定められた数を表す。

図３は、一例に係る、時間に対してプロットされたサンプリング時点に対応付けられる電圧のＲＭＳ値を示すグラフ３００を示す。図３のグラフのＹ軸は、それぞれのサンプリング時点に対応付けられる電圧のＲＭＳ値をキロボルト（ｋＶ）の単位で表し、Ｘ軸は、時間をミリ秒の単位で表す。図３から、１秒と１．５秒との間においてＲＭＳ値の急激な変化があることがわかるであろう。

一例において、擾乱状態検出モジュール１１８は、ＲＭＳ値の取得後に、移動平均フィルタをＲＭＳ値に適用することにより、電圧のリップル効果を低減してもよい。このように、擾乱状態検出モジュール１１８は、取得したＲＭＳ値を平滑化することにより、ノイズの影響を取り除くことができる。フィルタリング後の、時間に対してプロットされたサンプリング時点に対応付けられる電圧のＲＭＳ値を示すグラフ４００が、図４に示される。

ＲＭＳ値が計算されると、擾乱状態検出モジュール１１８は、各相ごとに複数のデルタ量を求める。デルタ量は、２つのＲＭＳ値間の電圧の差を表す。複数のデルタ量のうちの各デルタ量は、対応するサンプリング時点に対応付けられる。擾乱状態検出モジュール１１８は、以下のようにデルタ量を計算することができる。４０番目のサンプリング時点に対応付けられるデルタ量を、デルタＶ_ｒｍｓ（４０）とすると、
デルタＶ_ｒｍｓ（４０）＝Ｖ_ｒｍｓ（４０）－Ｖ_ｒｍｓ（２０） （５）
となる。
同様に、４１番目のサンプリング時点に対応付けられるデルタ量を、デルタＶ_ｒｍｓ（４１）とすると、これは次のように計算される。
デルタＶ_ｒｍｓ（４１）＝Ｖ_ｒｍｓ（４１）－Ｖ_ｒｍｓ（２１） （６）
したがって、デルタ量は、
デルタＶ_ｒｍｓ（ｋ）＝ Ｖ_ｒｍｓ（ｋ）－Ｖ_ｒｍｓ（ｋ－Ｎ） （７）
と表すことができる。
式（７）において、ｋはサンプリング時点であり、ＮはＲＭＳ値の計算に使用されるサンプルの予め定められた数である。したがって、デルタ量の各々は、対応するサンプリング時点に対応付けられるＲＭＳ値と、予め定められた数のサンプルに先行するサンプリング時点に対応付けられるＲＭＳ値との間の差として計算される。

図５は、一例に係る、時間に対してプロットされた各サンプリング時点に対応付けられる電圧のデルタ量を示すグラフ５００を示す。図５のグラフのＹ軸は、それぞれのサンプリング時点に対応付けられる電圧のデルタ量（デルタＶ_ｒｍｓ）をキロボルト（ｋＶ）の単位で表し、Ｘ軸は、時間をミリ秒の単位で表す。図５から、電圧のＲＭＳ値の差は、１０００ミリ秒と１１００ミリ秒との間で急激に増加していることがわかるであろう。

一例において、擾乱状態検出モジュール１１８は、デルタ量の取得後に、移動平均フィルタを電圧のデルタ量に適用することにより、電圧のリップル効果を低減してもよい。このように、擾乱状態検出モジュール１１８は、取得したデルタ量を平滑化することにより、ノイズの影響を取り除くことができる。フィルタリング後の、時間に対してプロットされたそれぞれのサンプリング時点に対応付けられる電圧のデルタ量を示すグラフ６００が、図６に示される。

次に、擾乱状態検出モジュール１１８は、複数のデルタ量のうちのあるデルタ量が予め定められたしきい値よりも大きいか否かを検出する。一例において、予め定められたしきい値は、ＩＥＤ１１６の中で設定される。予め定められたしきい値は、約０．５キロボルトであってもよい。

デルタ量が予め定められたしきい値よりも大きいという判断に応じて、擾乱状態検出モジュール１１８は、ピークデルタ量を検出することができる。ピークデルタ量は、デルタ量の最大値に相当する。一例において、擾乱状態検出モジュール１１８は、デルタピーク検出モジュール２１２を初期化してピークデルタ量を検出してもよい。デルタピーク検出モジュール２１２は、複数のサンプリング時点のうちの２つの連続するサンプリング時点に対応付けられる、複数のデルタ量のうちの２つのデルタ量間の大きさの差を求めることができる。一例において、デルタピーク検出モジュール２１２は、デルタＶ_ｒｍｓ（４１）とデルタＶ_ｒｍｓ（４０）との大きさの差を、
Ｘ＝｜デルタＶ_ｒｍｓ（４１）｜－｜デルタＶ_ｒｍｓ（４０）｜ （８）
として求めてもよい。
式（８）において、大きさの差はＸで表される。

デルタピーク検出モジュール２１２は、この大きさの差のゼロ交差点を特定することができる。一例において、デルタピーク検出モジュール２１２は、ゼロ交差検出器を使用することにより、大きさの差の符号の変化を特定してもよい。Ｘの値が正から負に変化したときに、デルタ量のピークの発生を識別してもよい。したがって、デルタピーク検出モジュール２１２は、大きさの差のゼロ交差点に基づいて、ピークデルタ量を求めることができる。一例において、ピークデルタ量を求めるために他の最大値を求める技術を使用してもよい。

図７は、２つの連続するデルタ量の大きさの差の値を時間に対してプロットすることによって得られるグラフを示す。図７のグラフのＹ軸は、大きさの差を表し、Ｘ軸は、時間をミリ秒の単位で表す。図７から、電圧の２つのデルタ量の大きさの差が１６００ミリ秒と１８００ミリ秒との間で＋ｖｅから－ｖｅに変化したことがわかるであろう。したがって、デルタ量のピークは、１６００ミリ秒と１８００ミリ秒との間で生じ得る。

ピークデルタ量が求められると、擾乱状態検出モジュール１１８は、複数のデルタ量のうちの、ピークデルタ量に対応付けられるサンプリング時点と、第１のデルタ量に対応付けられるサンプリング時点との間の、時間間隔を求める。ピークデルタ量と第１のデルタ量との間の時間間隔は、デルタ量がピークに到達するのに要する時間を表す。上記の例では、求められたピークデルタ量はデルタＶ_ｒｍｓ（４１）としている。したがって、擾乱状態検出モジュール１１８は、デルタＶ_ｒｍｓ（４１）に対応付けられるサンプリング時点とデルタＶ_ｒｍｓ（４０）に対応付けられるサンプリング時点との間の時間間隔を求める。

この時間間隔をしきい値時間と比較する。一例において、しきい値時間は５０ミリ秒～５５ミリ秒の範囲である。この時間間隔がしきい値時間よりも大きい場合、電力動揺の発生が特定される。したがって、擾乱状態検出モジュール１１８は、上記時間間隔としきい値時間との比較に基づいて擾乱状態を検出することができる。擾乱状態が電力動揺であることが検出されたことに応じて、阻止モジュール２１０を初期化することにより、ＩＥＤ１１６における故障検出を阻止する、または、ＩＥＤ１１６が回路遮断器１１４にトリップコマンドを送信することを防止することができる。このように、本発明は、電力動揺の検出を可能にするとともに、電力動揺が検出されたことに応じたＩＥＤにおける故障検出の阻止を可能にする。

図８は、一例に係る、電気的擾乱の異なるシナリオにおいてデルタ量がそのピーク値に到達するのに要する時間を示すグラフ８００を示す。図８は、長さ１００ｋｍの４００ｋＶ、５０Ｈｚの二重回路送電線からなる電力系統のシミュレーションに基づく試験結果から得られたものである。図８のグラフは、５０Ωの故障抵抗を有する保護された線路の９５％における３相故障を含む４つのテストケースと、１Ｈｚ、３Ｈｚ、および５Ｈｚの動揺周波数を有する３つの電力動揺ケースとについて、時間に対してプロットされたデルタ電圧を示す。図８の例では、信号は、図１に示すようにバス１１０で測定される。

図８を参照して、Ａとして参照する線は、故障の場合のデルタ量の曲線を表す。Ｂとして参照する線は、動揺周波数５Ｈｚの電力動揺の場合のデルタ量の曲線を表す。Ｃとして参照する線は、動揺周波数３Ｈｚの電力動揺の場合のデルタ量の曲線を表す。Ｄとして参照する線は、動揺周波数１Ｈｚの電力動揺の場合のデルタ量の曲線を表す。これらの曲線の各々が、故障または動揺の時点からピーク点に到達するのに必要な時間を、図８に示す。この図から、３相故障の場合のピーク点に到達するのに必要な時間は２１ミリ秒（ｍｓ）であるのに対し、動揺周波数１、３および５Ｈｚの電力動揺の場合の時間間隔は、それぞれ２９３ｍｓ、１２６ｍｓおよび８５ｍｓであることを観察できる。したがって、本発明では、ピークデルタ量と第１のデルタ量との間の時間間隔を監視することにより、約０．１Ｈｚ～５Ｈｚの周波数範囲の電力動揺を確実に検出することができ、したがって、ＩＥＤ１１６における故障検出を阻止することができる。

図９Ａおよび図９Ｂは、一例に係る、電力動揺中にインテリジェント電子装置（ＩＥＤ）を動作させる方法９００を示す。方法９００は、ＩＥＤ１１６等のシステムによって実行されてもよい。方法９００は、処理リソースまたは電気制御システムにより、任意の適切なハードウェア、プログラム可能命令、またはそれらの組み合わせを通して実現することができる。一例において、方法９００のステップは、擾乱状態検出モジュール１１８、デルタピーク検出モジュール２１２、および阻止モジュール２１０等のハードウェアまたはプログラミングモジュールによって実行されてもよい。さらに、方法９００は、上記ＩＥＤ１１６との関連で説明されるが、他の適切なシステムが、方法９００の実行のために使用されてもよい。方法９００に関連するプロセスを、非一時的なコンピュータ読取可能媒体に格納された命令に基づいて実行し得ることを、理解されたい。非一時的なコンピュータ読取可能媒体は、たとえば、デジタルメモリ、磁気ディスクおよび磁気テープ等の磁気記憶媒体、ハードドライブ、または光学的に読取可能なデジタルデータ記憶媒体を含み得る。

図９Ａを参照して、ブロック９０２において、送電線の端子の各相ごとの電圧測定値を受信する。一例において、端子は、図１のバス１１０等のバスであってもよく、送電線は、ＩＥＤ１１６等のＩＥＤが結合される、図１に示す送電線１１４であってもよい。一例において、電圧測定値は、送電線内の計器変圧器（ＰＴ）から連続的に受信される。

一例において、３相電力系統では、以下で説明する方法を、１つの相ごとの電圧測定値を用いて実行することにより、電力動揺を検出してもよい。別の例において、３相電力系統における電力動揺を、３相電力系統のすべての相の電力動揺が検出されたときに限り、検出してもよい。

ブロック９０４において、各相の電圧測定値を、予め定められたサンプリングレートでサンプリングすることにより、複数のサンプルを得る。複数のサンプルのうちの各々は、サンプルが捕捉される時点であるサンプリング時点に対応する。

ブロック９０６において、各相ごとの複数の二乗平均平方根（ＲＭＳ）値を、対応する相の電圧測定値に基づいて求める。複数のＲＭＳ値のうちの各ＲＭＳ値は、複数のサンプリング時点のうちの対応するサンプリング時点に対応付けられ、予め定められた数のサンプルを用いて計算される。予め定められた数のサンプルは、対応するサンプリング時点において捕捉されるサンプルと先行するサンプリング時点において捕捉されるサンプルとを含む、サンプルを含む。

ブロック９０８において、各相ごとの複数のデルタ量を、対応する相のＲＭＳ値に基づいて求める。複数のデルタ量の各々は、対応するサンプリング時点に対応付けられ、対応するサンプリング時点に対応付けられたＲＭＳ値と、予め定められた数のサンプルに先行するサンプリング時点に対応付けられたＲＭＳ値との間の差として計算される。

ブロック９１０において、デルタ量が予め定められたしきい値よりも大きいか否かを検出する。一例において、複数のデルタ量を、連続的に監視し、予め定められたしきい値と比較することにより、デルタ量が予め定められたしきい値を交差したか否かを検出する。一例において、予め定められたしきい値は、約０．５キロボルトである。図９Ａの末尾の接続点Ａは、この図面の説明が次の図面に続くことを意味する。

図９Ｂを参照して、デルタ量が予め定められたしきい値よりも大きいという判断に応じて、ブロック９１２においてピークデルタ量を検出する。一例において、複数のサンプリング時点のうちの２つの連続するサンプリング時点に対応付けられる、複数のデルタ量のうちの２つのデルタ量の大きさの差を求める。大きさの差のゼロ交差点を特定する。大きさの差のゼロ交差点に基づいて、ピークデルタ量を求めることができる。

ブロック９１４において、複数のデルタ量のうちの、ピークデルタ量に対応付けられるサンプリング時点と、第１のデルタ量に対応付けられるサンプリング時点との間の時間間隔を求める。一例において、この時間間隔をしきい値時間と比較する。一例において、しきい値時間は５０ミリ秒～５５ミリ秒の範囲である。

ブロック９１６において、時間間隔としきい値時間との比較に基づいて擾乱状態が検出される。時間間隔がしきい値時間よりも大きいという判断に応じて、擾乱状態が電力動揺として検出される。ブロック９１８において、擾乱状態が電力動揺であるという検出に応じて、ＩＥＤにおける故障検出が阻止される、または、ＩＥＤが回路をトリップするための信号を回路遮断器に送信することが妨げられる。

本発明の実装形態について構造的特徴および／または方法に固有の表現で説明してきたが、本発明は必ずしも記載されている固有の特徴または方法に限定される訳ではないことに注意されたい。むしろ、固有の特徴および方法は、本発明のいくつかの実装形態の文脈で開示および説明される。

Claims (10)

1. 電力動揺状態においてインテリジェント電子装置（ＩＥＤ）を動作させる方法であって、前記ＩＥＤは、送電線の端子に対応付けられ、前記方法は、
   前記送電線の前記端子の各相ごとの電圧測定値を受信するステップを含み、前記電圧測定値をサンプリングして複数のサンプルを取得し、前記複数のサンプルのうちの各サンプルは、サンプルが捕捉された時点であるサンプリング時点に対応し、前記方法はさらに、
   各相ごとの前記測定値の複数の二乗平均平方根（ＲＭＳ）値を、対応する前記相の前記電圧測定値に基づいて求めるステップを含み、前記複数のＲＭＳ値のうちの各ＲＭＳ値は、前記複数のサンプリング時点のうちの対応するサンプリング時点に対応付けられ、予め定められた数のサンプルを用いて計算され、前記予め定められた数のサンプルは、前記対応するサンプリング時点で捕捉されたサンプルと、先行するサンプリング時点で捕捉されたサンプルとを含み、前記方法はさらに、
   各相ごとの複数のデルタ量を求めるステップを含み、前記複数のデルタ量のうちの各デルタ量は、前記対応するサンプリング時点に対応付けられ、前記対応するサンプリング時点に対応付けられるＲＭＳ値と、前記予め定められた数のサンプルに先行するサンプリング時点に対応付けられるＲＭＳ値との差として計算され、前記方法はさらに、
   前記複数のデルタ量のうちのあるデルタ量が予め定められたしきい値よりも大きいか否かを、前記複数のデルタ量の連続監視に基づいて、検出するステップと、
   前記デルタ量が前記予め定められたしきい値よりも大きいという判断に応じて、ピークデルタ量を検出するステップと、
   前記ピークデルタ量に対応付けられるサンプリング時点と、前記複数のデルタ量のうちの第１のデルタ量に対応付けられるサンプリング時点との間の時間間隔を求めるステップと、
   前記時間間隔としきい値時間との比較に基づいて、擾乱状態を検出するステップと、
   前記擾乱状態が電力動揺であることを検出したことに応じて、前記ＩＥＤにおける故障検出を阻止するステップとを含む、方法。
2. 前記擾乱状態は、前記時間間隔が前記しきい値時間よりも大きいという判断に応じて、電力動揺として検出される、請求項１に記載の方法。
3. 前記ピークデルタ量を検出するステップは、
   前記複数のサンプリング時点のうちの２つの連続するサンプリング時点に対応付けられる、前記複数のデルタ量のうちの２つのデルタ量の大きさの差を求めるステップと、
   前記大きさの差のゼロ交差点を特定するステップと、
   前記大きさの差の前記ゼロ交差点に基づいて前記ピークデルタ量を求めるステップとを含む、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記予め定められたしきい値は、約０．５キロボルトである、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記しきい値時間の範囲は、５０ミリ秒と５５ミリ秒との間である、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。
6. 電力動揺状態において動作可能なインテリジェント電子装置（ＩＥＤ）であって、前記ＩＥＤは、送電線の端子に対応付けられ、前記ＩＥＤは、
   プロセッサと、
   前記プロセッサに結合された擾乱状態検出モジュールとを備え、前記擾乱状態検出モジュールは、
   前記送電線の前記端子の各相ごとの電圧測定値を受信し、前記電圧測定値をサンプリングして複数のサンプルを取得し、前記複数のサンプルのうちの各サンプルは、サンプルが捕捉された時点であるサンプリング時点に対応し、前記擾乱状態検出モジュールはさらに、
   各相ごとの複数の二乗平均平方根（ＲＭＳ）値を、対応する前記相の前記電圧測定値に基づいて求め、前記複数のＲＭＳ値のうちの各ＲＭＳ値は、前記複数のサンプリング時点のうちの対応するサンプリング時点に対応付けられ、前記複数のＲＭＳ値のうちの各ＲＭＳ値は、予め定められた数のサンプルを用いて計算され、前記予め定められた数のサンプルは、前記対応するサンプリング時点で捕捉されたサンプルと、先行するサンプリング時点で捕捉されたサンプルとを含み、前記擾乱状態検出モジュールはさらに、
   各相ごとの複数のデルタ量を求め、前記複数のデルタ量のうちの各デルタ量は、前記対応するサンプリング時点に対応付けられ、前記対応するサンプリング時点に対応付けられるＲＭＳ値と、前記予め定められた数のサンプルに先行するサンプリング時点に対応付けられるＲＭＳ値との差であり、前記擾乱状態検出モジュールはさらに、
   前記複数のデルタ量のうちのあるデルタ量が予め定められたしきい値よりも大きいか否かを、前記複数のデルタ量の連続監視に基づいて、検出し、
   前記デルタ量が前記予め定められたしきい値よりも大きいという判断に応じて、ピークデルタ量を検出し、
   前記ピークデルタ量に対応付けられるサンプリング時点と、前記複数のデルタ量のうちの第１のデルタ量に対応付けられるサンプリング時点との間の時間間隔を求め、
   前記時間間隔としきい値時間との比較に基づいて、擾乱状態を検出し、
   前記ＩＥＤは阻止モジュールをさらに備え、前記阻止モジュールは、前記プロセッサに結合され、前記擾乱状態が電力動揺であるという検出に応じて、前記ＩＥＤにおける故障検出を阻止する、ＩＥＤ。
7. 前記擾乱状態は、前記時間間隔が前記しきい値時間よりも大きいという判断に応じて、電力動揺として検出される、請求項６に記載のＩＥＤ。
8. ピーク検出モジュールをさらに備え、前記ピーク検出モジュールは、
   前記複数のサンプリング時点のうちの２つの連続するサンプリング時点に対応付けられる、前記複数のデルタ量のうちの２つのデルタ量の大きさの差を求め、
   前記大きさの差のゼロ交差点を特定し、
   前記大きさの差の前記ゼロ交差点に基づいて前記ピークデルタ量を求める、請求項６または７に記載のＩＥＤ。
9. 前記予め定められたしきい値は、約０．５キロボルトである、請求項６～８のいずれか１項に記載のＩＥＤ。
10. 前記しきい値時間の範囲は、５０ミリ秒と５５ミリ秒との間である、請求項６～９のいずれか１項に記載のＩＥＤ。

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