JPWO2012104910A1 - 電力開閉装置の動作時間予測装置および方法 - Google Patents

電力開閉装置の動作時間予測装置および方法 Download PDF

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Abstract

電力開閉装置が使用される周囲温度の変化や、装置の経時変化等に伴って、高精度かつ安定的に動作特性パラメータを推定することが困難な条件下においても、計算量を増大させずに安定的に動作特性パラメータを推定し、動作時間予測精度の高い装置を提供する。電力開閉装置の動作時間予測装置において、動作特定パラメータ推定手段に用いる動作履歴データとして、近傍動作履歴データ抽出手段によって、現在の動作環境条件の近傍の動作履歴データのみを抽出して入力することにより、動作時間の予測精度を向上させることができる。

Description

この発明は、遮断器等の電力開閉装置における動作時間予測装置および方法に関するものである。
遮断器等の電力開閉装置においては、動作時間を予測して制御するための動作時間予測装置が知られている。例えば特許文献１には、遮断器等の電力開閉装置における動作時間予測装置およびその方法として、遮断器が開極または閉極を行う際に動作時間および環境条件を記憶し、その履歴を関数近似することで動作特性パラメータを推定し、推定された動作特性パラメータと現在の環境条件から次回の動作時間を予測するものが開示されている。
一方、遮断器にて一般的に使用されているＳＦ６ガスは、低温領域にて凝固する性質があるために、開閉極に要する動作時間が大きく変動する。
また、遮断器には接点摩耗などによる経時変化により動作時間が徐々に変化することや、正規分布に従う動作時間のばらつき量が存在することが知られている。さらに、それら経時変化率やばらつき量には、個体差があることも知られている。
特開２００９−２３８６７３号公報 特開２０００−１１８２４号公報
しかしながら、上記のような従来の電力開閉装置における動作時間予測装置およびその方法が備える動作特性パラメータ推定機構においては、周囲温度の変化や、経時変化等に応じて、計算量を増大させずに安定的に動作特性パラメータを推定することは困難であるという課題があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、従来方法では高精度かつ安定的に動作特性パラメータを推定することが困難な条件下においても、計算量を増大させずに安定的に動作特性パラメータを推定し、動作時間推定精度の高い、電力開閉装置における動作時間予測装置を提供することを目的としている。
上記目的を達成するため、この発明に係る電力開閉装置の動作時間予測装置は、電力開閉装置の開閉指令信号、および、主回路電流または動作行程に基づいて、前記電力開閉装置の動作時間を測定する動作時間測定手段と、前記電力開閉装置の現在の動作環境条件を測定する動作環境条件測定手段と、前記動作時間測定手段により測定された動作時間と前記動作環境条件測定手段により測定された動作環境条件の履歴データを関連付けて記憶する動作履歴保持手段と、前記動作履歴保持手段に記憶された履歴データを関数近似することにより前記電力開閉装置の動作特性パラメータを推定する動作特性パラメータ推定手段と、前記動作特性パラメータ推定手段により推定された動作特定パラメータの推定値と前記電力開閉装置の現在の動作条件とに基づいて、次回動作時間を予測する動作時間予測手段と、前記動作履歴保持手段に記憶された動作時間と前記動作時間予測手段により予測された次回動作時間の誤差の履歴を過去参照パラメータｎを用いて過去ｎ回分だけ参照してフィードバック補正量を算出し、前記次回動作時間を補正するフィードバック補正手段と、前記動作履歴保持手段に記憶された動作時間と前記フィードバック補正手段により補正した後の次回動作時間の誤差の履歴が、予め規定された閾値を、予め定めた回数下回ったことを検出したときに運用開始信号を出力する学習完了判定手段とを備え、前記動作特性パラメータ推定のために用いる履歴データは、前記動作履歴保持手段に記憶された履歴データのうち、現在の動作環境条件の近傍の履歴データである近傍履歴データのみを抽出する近傍動作履歴データ抽出手段によって抽出された履歴データであることを特徴とする。
この発明に係る電力開閉装置の動作時間予測装置によれば、従来方法では高精度かつ安定的に動作特性パラメータを推定することが困難な条件下においても、遮断器の動作時間を予測する際に、計算量を増大させずに安定的に動作特性パラメータを推定し、動作時間推定精度を向上させることができる。
この発明の実施の形態１に係る電力開閉装置（遮断器１）の動作時間予測装置の構成を示したブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る近傍動作履歴データ抽出手段の動作を示した図である。 フィードバック補正手段のフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係る電力開閉装置（遮断器１）の動作時間予測装置の構成を示したブロック図である。 遮断器１の経時変化の様子を説明する図である。 この発明の実施の形態２において、ｎの値を変化させると予測誤差の平均値と標準偏差が変化することを説明する図である。 可変フィードバック補正手段のフローチャートである。 この発明の実施の形態３に係る電力開閉装置（遮断器１）の動作時間予測装置の構成を示したブロック図である。
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る電力開閉装置（遮断器１）の動作時間予測装置の構成を示すブロック図である。当該動作時間予測装置および方法について、図１を参照しながら説明する。
遮断器１は主回路１００の電力開閉装置であって、各種センサ２〜６およびコントローラ２００を備える。遮断器１は、電流センサ２と、動作行程センサ３と、動作環境条件測定手段２１である温度センサ４と、制御電圧センサ５と、圧力センサ６とを備える。電流センサ２は主回路電流を測定してそれを示す主回路電流信号７を動作時間測定手段１３に出力し、動作行程センサ３は遮断器１の接点の動作行程を測定してそれを示す動作行程信号８を動作時間測定手段１３に出力する。また、温度センサ４は周囲温度を測定してそれを示す周囲温度信号９を動作履歴保持手段１４、近傍動作履歴データ抽出手段１５および動作時間予測手段１９に出力し、制御電圧センサ５は制御電圧を測定してそれを示す制御電圧信号１０を動作履歴保持手段１４および動作時間予測手段１９に出力し、圧力センサ６は操作圧力を測定してそれを示す操作圧力信号１１を動作履歴保持手段１４および動作時間予測手段１９に出力する。
遮断器１のコントローラ２００は例えばディジタル計算機などのＣＰＵで構成され、動作時間測定手段１３と、動作履歴保持手段１４と、近傍動作履歴データ抽出手段１５と、動作特性パラメータ推定手段１７と、動作時間予測手段１９と、フィードバック補正手段２４と、学習完了判定手段２７とを備えて構成される。
動作時間測定手段１３は、遮断器１の開閉指令信号１２が入力される毎に、開閉指令の入力タイミングから遮断器１の接点が機械的に開閉するタイミングまでの遅延時間である動作時間を測定し動作履歴保持手段１４に出力する。ここで、遮断器１の接点が機械的に開閉するタイミングの検出には、従来技術と同じく主回路電流信号７もしくは動作行程信号８を用いるものとする。
動作履歴保持手段１４は、動作時間２９と、周囲温度信号９と、制御電圧信号１０と、操作圧力信号１１を履歴データとして記憶したのち、周囲温度信号９と、制御電圧信号１０と、操作圧力信号１１を記憶したものを動作履歴データ２８として、近傍動作履歴データ抽出手段１５に出力し、動作時間２９を記憶したものを、動作時間履歴データ３１としてフィードバック補正手段２４および学習完了判定手段２７に出力する。なお、動作時間履歴データ３１と動作履歴データ２８とは、それぞれの信号が検出された時間に対応して関連付けて記憶されているものである。
近傍動作履歴データ抽出手段１５には、動作履歴保持手段１４から出力された動作履歴データ２８と、温度センサ４が一定周期で取得する現在の周囲温度信号９が入力される。そして、近傍動作履歴データ抽出手段１５は、動作履歴保持手段１４から出力された動作履歴データ２８のうち、現在の周囲温度９の近傍の予め定めた切り出し範囲内で発生した動作履歴データのみを抽出し、近傍動作履歴データ１６として動作特性パラメータ推定手段１７に出力する。
ところで、ガス遮断器において一般的に使用されているＳＦ６ガスを使用した遮断器においては、周囲温度がＳＦ６ガスの凝固点に達することで、遮断器の動作特性が急激に変化することが知られている。従来技術では、前記動作特性を含む履歴を高精度に近似するためには、高次の関数もしくは指数関数を用いる必要があるが、当該関数を用いる場合、計算量が増大すること、毎回の動作ごとのパラメータの変動量が大きくなり動作が不安定となること、繰り返し計算が必要となる場合は局所解に陥るために動作が不安定になること、等の課題があった。
図２は近傍動作履歴データ抽出手段１５において、動作履歴データ２８のうち現在温度の近傍（予め定めた切り出し範囲内）で発生した動作履歴データのみを抽出し、抽出した近傍動作履歴データ１６について低次の初等関数を近似する概念図である。本構成により近傍動作履歴データ１６を関数近似対象としたため、低次の初等関数を用いても高精度な近似が可能となり、従来技術における課題であった、高次関数もしくは指数関数を用いると計算量が増大すること、高次関数では毎回の動作ごとのパラメータの変動量が大きくなり動作が不安定となること、指数関数では繰り返し計算による解放を用いた場合は局所解に陥るために解を求めることができない場合があること、という課題を解消することができる。
なお、この実施の形態では、動作環境条件のうち周囲温度信号９のみを近傍動作履歴データ抽出手段１５に入力しているが、制御電圧信号１０など他の動作環境条件を近傍動作履歴データ抽出手段１５に入力するよう構成しても良いことは言うまでもない。
次に、動作特性パラメータ推定手段１７は、近傍動作履歴データ１６に基づいて、開極時と閉極時の動作特性パラメータ１８をそれぞれ計算する。動作特性パラメータ１８の決定方法を以下詳細に説明する。
まず、遮断器１の動作時間とは、定格条件における動作時間に、周囲温度補正、制御電圧補正、操作圧力補正、および休止時間補正を行った結果であると考え、それぞれの関係は独立であるとみなす。すなわち、次式で表される。
遮断器１の動作時間＝定格電圧における動作時間＋周囲温度補正関数＋制御電圧補正関数＋操作圧力補正関数＋休止時間補正関数 （１）
ここで、定格条件における周囲温度をＡｓｔｄ、制御電圧をＶｓｔｄ、操作圧力をＰｓｔｄ、休止時間をＩｓｔｄとし、定格条件における動作時間をＴｓｔｄとする。定格条件は任意に設定され、例えば、Ａｓｔｄ＝２０゜Ｃ、Ｖｓｔｄ＝１２５Ｖ、Ｐｓｔｄ＝２９ＭＰａ、Ｉｓｔｄ＝２４時間とする。そして、周囲温度補正関数を、未知パラメータｐ１と周囲温度Ａに依存した関数ｆａ（ｐ１，Ａ）と表す。同様に、制御電圧補正関数を、未知パラメータｐ２と制御電圧Ｖに依存した関数ｆｖ（ｐ２，Ｖ）と表す。同様に、操作圧力補正関数を未知パラメータｐ３と操作圧力Ｐに依存した関数ｆｐ（ｐ３，Ｐ）と表す。同様に、休止時間補正関数を未知パラメータｐ４と休止時間Ｉに依存した関数ｆｉ（ｐ４，Ｉ）と表す。ここで関数ｆａ（ｐ１，Ａ）、ｆｖ（ｐ２，Ｖ）、ｆｐ（ｐ３，Ｐ）、ｆｉ（ｐ４，Ｉ）は、遮断器１の構造に基づいて予め定義しておく任意の関数とする。
以上の変数を用いれば、（１）式は以下のように書くことができる。
遮断器の動作時間＝Ｔｓｔｄ＋ｆａ（ｐ１，Ａ）＋ｆｖ（ｐ２，Ｖ）＋ｆｐ（ｐ３，Ｐ）＋ｆｉ（ｐ４，Ｉ） （２）
すなわち、動作特性パラメータ１８の決定方法とは、動作履歴データから（２）式の未知パラメータであるＴｓｔｄ，ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４を決定することであると言い換えることができる。なお、この実施の形態では、（２）式の未知パラメータを決定するために使用する動作履歴データは、近傍動作履歴データ１６である。
次に、記憶された動作履歴データのうち、ｋ回目（ｋは自然数である。）の動作時における周囲温度をＡ（ｋ）、制御電圧をＶ（ｋ），操作圧力をＰ（ｋ）、休止時間をＩ（ｋ）、動作時間測定値をＴ（ｋ）とし、現在ｍ回分の動作履歴データが記憶されているとする。参照している動作履歴データは、開極時と閉極時でそれぞれ別々であることに注意する。このとき、ｋ回目の動作時間測定値は、（３）式を用いて次式で表される。
Ｔ（ｋ）＝Ｔｓｔｄ＋ｆａ（ｐ１，Ａ（ｋ））＋ｆｖ（ｐ２，Ｖ（ｋ））＋ｆｐ（ｐ３，Ｐ（ｋ））＋ｆｉ（ｐ４，Ｉ（ｋ）） （３）
ｍ回分（ｍは自然数である。）の動作履歴データがある場合、ｍ個の（３）式が連立される。これらの式から未知パラメータＴｓｔｄ，ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４を決定するには、（３）式の左辺と右辺の二乗誤差が最小となるような値を見つければよい。すなわち、（３）式で表される二乗誤差が最小となるように未知パラメータを決定すればよい。なお、ここでは、ｋ＝１〜ｎに対して重み係数ｗ（ｋ）＝１とする。
Figure 2012104910
二乗誤差が最小となるように未知パラメータを定める方法については、既知の方法が多数提案されており、いずれを用いても良い。以上より、動作特性パラメータ１８（Ｔｓｔｄ，ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４）が決定される。
動作時間予測手段１９は、動作特性パラメータ推定手段１７から出力された動作特性パラメータ１８と現在の動作環境条件９〜１１に基づいて、第１予測動作時間２０を出力する。具体的には、現在の周囲温度Ａ、制御電圧Ｖ、操作圧力Ｐ、休止時間Ｉを用いて、次回の動作時間である第１予測動作時間２０を演算して出力する。前記動作特性パラメータ１８および動作環境条件９〜１１を（２）式に代入することで第１予測動作時間２０として遮断器の動作時間を求めることができる。なお、開極時と閉極時でそれぞれ別の動作特性パラメータを用いていることに注意する。
フィードバック補正手段２４は図３に示すとおり構成されており、動作時間予測手段１９から出力された第１予測動作時間２０の履歴と、動作履歴保持手段１４から出力された動作時間履歴データ３１に従って第１予測動作時間２０を補正し、新たに第２予測動作時間２５を出力する。具体的には、（５）式のとおり第１予測動作時間２０と動作時間履歴データ３１に基づいて第１予測誤差４０を算出する。
第１予測誤差４０＝動作時間履歴データ３１−第１予測動作時間２０
（５）
次に（６）式のとおり、過去参照パラメータｎに基づいて第１予測誤差４０を過去ｎ回分参照し、平均値としてフィードバック量４１を算出する。ここで、過去参照パラメータとは、過去何回分のデータを参照して計算に用いるかを定義したパラメータである。
Figure 2012104910
最後に、（７）式のとおり、フィードバック量４１を第１予測動作時間２０に加算して第２予測動作時間２５を算出し、学習完了判定手段２７に出力する。
第２予測動作時間２５＝第１予測動作時間２０＋フィードバック量４１
（７）
（７）式によりフィードバック補正を行った後の第２予測誤差４２は（８）式のとおりである。
第２予測誤差４２＝動作時間履歴データ３１−第２予測動作時間２５
（８）
フィードバック補正手段２４は、遮断器の経時変化（遮断器の接点摩耗などが原因となって動作時間が徐々に変化すること）により、推定した動作特性パラメータ１８が最新の動作履歴とは異なる結果となるために発生する第１予測動作時間２０のオフセット的な誤差を除去する効果がある。
学習完了判定手段２７は、フィードバック補正手段２４から出力された第２予測動作時間２５と動作履歴保持手段１４から出力された動作時間履歴データ３１に基づいて、すなわち前記第２予測誤差４２に基づいて、運用開始信号２２と第３予測動作時間２６を出力する。具体的には、前記第２予測誤差４２が予め定める所定回数だけ連続して予め定める所定範囲内であった場合に、動作特性パラメータが正しく推定され、予測動作時間が正しく求められるようになったとみなし、運用開始信号２２をオン出力する。運用開始信号２２がオンされていない場合は、動作時間履歴データ３１の平均値を第３予測動作時間２６とするようにする。また、第３予測動作時間２６が、最終的に予測された動作時間である。
なお、開極時と閉極時の動作時間を各々分けて判定するように構成してもよいし、分けることなく判定するように構成してもよい。また、近傍動作履歴データ抽出手段１５から出力された近傍動作履歴データ１６の個数が近似関数の次数に満たない場合には、動作特性パラメータを計算することができないため、設定された初期値もしくは動作時間履歴データ３１の平均値を第３予測動作時間２６とするようにする。
以上の実施の形態によれば、電力開閉装置が寒冷地において使用され周囲温度が遮断器に一般的に使用されるＳＦ６ガスの凝固点に達することで開閉動作に要する動作時間が急激に変化するような、従来方法では高精度かつ安定的に動作特性パラメータを推定することが困難な条件下においても、遮断器の動作時間を予測する際に、計算量を増大させずに安定的に動作特性パラメータを推定し、動作時間を高精度に予測することができる。
実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２の構成を示す図である。この実施の形態は、実施の形態１におけるフィードバック補正手段２４を可変フィードバック補正手段３０に置き換えたものであり、前記第２予測誤差４２がより小さくなるよう構成したものである。
可変フィードバック補正手段３０は、遮断器の経時変化（遮断器の接点摩耗などが原因となって動作時間が徐々に変化すること）により、推定した動作特性パラメータ１８が最新の動作履歴とは異なる結果となって発生する第１予測動作時間２０のオフセット的な誤差を、フィードバック補正手段２４によるものよりさらに補正するものである。
図５は遮断器１の経時変化の例を示す図である。図５中の２本のグラフは、２つの遮断器についての経時変化を示している。そして、例１および例２の傾きは遮断器の経時変化率に相当するものであり、経時変化率には個体差が存在することが知られている。したがって、予め一律に経時変化率を定めてフィードバック量４１を求めることは困難である。
経時変化の影響をより効果的に除去するためには、なるべく最近の第１予測誤差４０からフィードバック量４１を求めること、すなわち（６）式のｎはなるべく小さい値を用いることが必要である。
動作特性パラメータ推定手段１７に入力する近傍動作履歴データ１６は、経時変化の影響を受けたものである。過去の動作履歴ほど経時変化の影響を強く受け、最新の動作特性とは異なっているため、フィードバック補正手段２４においても直近の第１予測誤差４０に基づいてフィードバック量４１を算出し、第２予測動作時間２５を求めることが望ましい。すなわち（６）式の過去参照パラメータｎはなるべく小さな値であることが望ましい。
しかし、遮断器には正規分布に従う動作時間のばらつき量が存在することが知られている。前記ばらつき量についても、図５中の例３および例４に示すように、遮断器ごとに個体差が存在することが知られている。（６）式においては、前記ばらつき量を含む値である第１予測誤差４０の平均値を計算しているため、フィードバック量４１は前記ばらつき量を含む値となる。したがって、第２予測誤差４２もまた前記ばらつき量を含む値となる。前記ばらつき量による第２予測誤差４２を小さくするためには、なるべく多くの第１予測誤差４０に基づいてフィードバック量４１を算出し、第２予測動作時間２５を求めることが望ましい。すなわち（６）式の過去参照パラメータｎはなるべく大きな値であることが望ましい。
以上のように、経時変化の影響と前記ばらつき量の影響が生む誤差は、過去参照パラメータｎについて両者トレードオフの関係である。
そこで、この実施の形態では、前記経時変化の影響と前記ばらつき量の影響が生む誤差を定量的に示し、最適な過去参照パラメータｎを求めるための評価式を導入し、第２予測誤差４２がより小さくなる構成とした。
前記経時変化を原因とする誤差はオフセット的な誤差であるため、第２予測誤差４２の平均値｜μ｜を用いて評価し、一方前記ばらつき量を原因とする誤差は正規分布に従う誤差であるため、第２予測誤差４２の標準偏差σを用いて評価することができる。
過去参照パラメータｎと第２予測誤差４２の平均値｜μ｜と第２予測誤差４２の標準偏差σの関係について、図６を用いて説明する。上記第２予測誤差４２の平均値｜μ｜と標準偏差σは、過去参照パラメータｎによって変化する。過去参照パラメータｎを大きくした場合には多くの履歴を参照して平均値を求めるために、第２予測誤差４２の標準偏差σは小さくなる。経時変化が存在しない場合には、第２予測誤差の平均値｜μ｜はゼロであり、過去参照パラメータｎが大きいほど、第２予測誤差４２は小さくなる。しかし、遮断器においては経時変化が存在するため、第２予測誤差４２の平均値｜μ｜はゼロではなく、過去参照パラメータｎの値が大きいほど経時変化の影響を大きく受けた過去の動作履歴時間データ３１を参照するため、図６中（ａ）に示すとおり、標準偏差σ１は小さい一方、平均値｜μ１｜は増大し、動作時間の予測精度が悪化する。
一方、過去参照パラメータｎの値が小さい場合には、経時変化の影響が小さい最近の動作履歴時間データ３１のみを参照するため、図６中（ｂ）に示すとおり、平均値｜μ２｜は小さいが、ばらつき量を含む値である第１予測誤差４０の少数の平均値を計算するため標準偏差σの値は増大し、動作時間の予測精度が悪化する。
従来技術では、使用開始前に過去参照パラメータｎを固定値に定めているが、前記の経時変化率の個体差およびばらつき量の個体差を考慮して定められている値ではない。また、長期的に遮断器を使用することを想定すると、ばらつき量あるいは経時変化率が変化するという状況が発生した場合には、固定値である過去参照パラメータｎでは前記の変化が発生した際にフィードバックの精度が悪化する。
図７は、この実施の形態に係る可変フィードバック補正手段３０の構成である。以下動作について説明する。
過去参照パラメータｎは、Ｎ＝［Ｎ１，Ｎ２，・・・，Ｎｉ，・・・］として予め候補となる値をいくつか定めておく。それぞれのＮｉについて第２予測誤差４２を算出し、誤差履歴（ｉ）を記憶する。予め定めた過去参照パラメータｎを更新するタイミングで、前記第２予測誤差４２の履歴を参照してそれぞれのＮｉを用いた時の評価値を計算する。評価値を計算するための評価式としては、例えば（９）式および（１０）式がある。
評価値 ＝ （過去Ｎｉ回の第２予測誤差４２の標準偏差）＋｜（過去Ｎｉ回の第２予測誤差４２の平均値）｜ （９）
評価値 ＝ （過去Ｎｉ回の第２予測誤差４２の標準偏差）×｜（過去Ｎｉ回の第２予測誤差４２の平均値）｜ （１０）
上記の評価式は前記経時変化の影響と前記ばらつき量の影響が生む誤差を定量的に示すものであり、評価値を最も小さくするＮｉを選択することで、第２予測誤差４２を最も小さくすることができる。
過去参照パラメータｎを更新するタイミングは、遮断器が動作する度もしくは一定回数動作する度もしくは一定期間経過する度に選択するようにして、ばらつき量あるいは経時変化率が変化するという状況に自動で追従可能であるようにする。
以上の実施の形態によれば、ばらつき量および経時変化率の遮断器ごとの個体差を考慮して動作時間の予測精度を向上することができる。また、運用中に発生するばらつき量もしくは経時変化率の変化に自動で追従して、動作時間の予測精度を向上する効果をさらに得ることができる。
実施の形態３．
図８は本発明の実施の形態３の構成を示す図である。この実施の形態は、実施の形態１における近傍動作履歴データ抽出手段１５を含まず、実施の形態２と同様に、フィードバック補正手段２４に代えて可変フィードバック補正手段３０を備える構成である。
この実施の形態であっても、実施の形態２と同様に可変フィードバック補正手段３０を用いることにより、第２予測誤差４２を小さくすることができるので、ばらつき量および経時変化率の遮断器ごとの個体差を考慮して、動作時間の予測精度を向上することができる。また、運用中に発生するばらつき量もしくは経時変化率の変化に自動で追従して動作時間の予測精度を向上する効果を得ることができる。
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
以上のように、この発明に係る電力開閉装置の動作時間予測装置は、周囲動作環境や経年変化を考慮した構成としたため、従来方法では高精度かつ安定的に動作特性パラメータを推定することが困難な条件下においての使用にも適している。
１ 遮断器、２ 電流センサ、３ 動作行程センサ、４ 温度センサ、５ 制御電圧センサ、６ 圧力センサ、７ 主回路電流信号、８ 動作行程信号、９ 周囲温度信号、１０ 制御電圧信号、１１ 操作圧力信号、１２ 開閉指令信号、１３ 動作時間測定手段、１４ 動作履歴保持手段、１５ 近傍動作履歴データ抽出手段、１６ 近傍動作履歴データ、１７ 動作特性パラメータ推定手段、１８ 動作特性パラメータ、１９ 動作時間予測手段、２０ 第１予測動作時間、２１ 動作環境条件測定手段、２２ 運用開始信号、２４ フィードバック補正手段、２５ 第２予測動作時間、２６ 第３予測動作時間、２７ 学習完了判定手段、２８ 動作履歴データ、２９ 動作時間、３０ 可変フィードバック補正手段、３１ 動作時間履歴データ、４０ 第１予測誤差、４１ フィードバック量、４２ 第２予測誤差、１００ 主回路、２００ コントローラ。
この発明は、遮断器等の電力開閉装置における動作時間予測装置および方法に関するものである。
遮断器等の電力開閉装置においては、動作時間を予測して制御するための動作時間予測装置が知られている。例えば特許文献１には、遮断器等の電力開閉装置における動作時間予測装置およびその方法として、遮断器が開極または閉極を行う際に動作時間および環境条件を記憶し、その履歴を関数近似することで動作特性パラメータを推定し、推定された動作特性パラメータと現在の環境条件から次回の動作時間を予測するものが開示されている。
一方、遮断器にて一般的に使用されているＳＦ６ガスは、低温領域にて凝固する性質があるために、開閉極に要する動作時間が大きく変動する。
また、遮断器には接点摩耗などによる経時変化により動作時間が徐々に変化することや、正規分布に従う動作時間のばらつき量が存在することが知られている。さらに、それら経時変化率やばらつき量には、個体差があることも知られている。
特開２００９−２３８６７３号公報 特開２０００−１１８２４号公報
しかしながら、上記のような従来の電力開閉装置における動作時間予測装置およびその方法が備える動作特性パラメータ推定機構においては、周囲温度の変化や、経時変化等に応じて、計算量を増大させずに安定的に動作特性パラメータを推定することは困難であるという課題があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、従来方法では高精度かつ安定的に動作特性パラメータを推定することが困難な条件下においても、計算量を増大させずに安定的に動作特性パラメータを推定し、動作時間推定精度の高い、電力開閉装置における動作時間予測装置を提供することを目的としている。
上記目的を達成するため、この発明に係る電力開閉装置の動作時間予測装置は、電力開閉装置の開閉指令信号、および、主回路電流または動作行程に基づいて、前記電力開閉装置の動作時間を測定する動作時間測定手段と、前記電力開閉装置の現在の周囲温度、制御電圧、操作圧力のうち少なくとも一つを含んだ動作環境条件を測定する動作環境条件測定手段と、前記動作時間測定手段により測定された動作時間と前記動作環境条件測定手段により測定された動作環境条件の履歴データを関連付けて記憶する動作履歴保持手段と、前記動作履歴保持手段に記憶された履歴データを関数近似することにより前記電力開閉装置の動作特性パラメータを推定する動作特性パラメータ推定手段と、前記動作特性パラメータ推定手段により推定された動作特定パラメータの推定値と前記電力開閉装置の現在の動作条件とに基づいて、次回動作時間を予測する動作時間予測手段と、前記動作履歴保持手段に記憶された動作時間と前記動作時間予測手段により予測された次回動作時間の誤差の履歴を過去参照パラメータｎを用いて過去ｎ回分だけ参照してフィードバック補正量を算出し、前記次回動作時間を補正するフィードバック補正手段と、前記動作履歴保持手段に記憶された動作時間と前記フィードバック補正手段により補正した後の次回動作時間の誤差の履歴が、予め規定された閾値を、予め定めた回数下回ったことを検出したときに運用開始信号を出力する学習完了判定手段とを備え、前記動作特性パラメータ推定のために用いる履歴データは、前記動作履歴保持手段に記憶された履歴データのうち、現在の前記動作環境条件の値の近傍にある前記履歴データを抽出する近傍動作履歴データ抽出手段によって抽出された履歴データであることを特徴とする。
この発明に係る電力開閉装置の動作時間予測装置によれば、従来方法では高精度かつ安定的に動作特性パラメータを推定することが困難な条件下においても、遮断器の動作時間を予測する際に、計算量を増大させずに安定的に動作特性パラメータを推定し、動作時間推定精度を向上させることができる。
この発明の実施の形態１に係る電力開閉装置（遮断器１）の動作時間予測装置の構成を示したブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る近傍動作履歴データ抽出手段の動作を示した図である。 フィードバック補正手段のフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係る電力開閉装置（遮断器１）の動作時間予測装置の構成を示したブロック図である。 遮断器１の経時変化の様子を説明する図である。 この発明の実施の形態２において、ｎの値を変化させると予測誤差の平均値と標準偏差が変化することを説明する図である。 可変フィードバック補正手段のフローチャートである。 この発明の実施の形態３に係る電力開閉装置（遮断器１）の動作時間予測装置の構成を示したブロック図である。
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る電力開閉装置（遮断器１）の動作時間予測装置の構成を示すブロック図である。当該動作時間予測装置および方法について、図１を参照しながら説明する。
遮断器１は主回路１００の電力開閉装置であって、各種センサ２〜６およびコントローラ２００を備える。遮断器１は、電流センサ２と、動作行程センサ３と、動作環境条件測定手段２１である温度センサ４と、制御電圧センサ５と、圧力センサ６とを備える。電流センサ２は主回路電流を測定してそれを示す主回路電流信号７を動作時間測定手段１３に出力し、動作行程センサ３は遮断器１の接点の動作行程を測定してそれを示す動作行程信号８を動作時間測定手段１３に出力する。また、温度センサ４は周囲温度を測定してそれを示す周囲温度信号９を動作履歴保持手段１４、近傍動作履歴データ抽出手段１５および動作時間予測手段１９に出力し、制御電圧センサ５は制御電圧を測定してそれを示す制御電圧信号１０を動作履歴保持手段１４および動作時間予測手段１９に出力し、圧力センサ６は操作圧力を測定してそれを示す操作圧力信号１１を動作履歴保持手段１４および動作時間予測手段１９に出力する。
遮断器１のコントローラ２００は例えばディジタル計算機などのＣＰＵで構成され、動作時間測定手段１３と、動作履歴保持手段１４と、近傍動作履歴データ抽出手段１５と、動作特性パラメータ推定手段１７と、動作時間予測手段１９と、フィードバック補正手段２４と、学習完了判定手段２７とを備えて構成される。
動作時間測定手段１３は、遮断器１の開閉指令信号１２が入力される毎に、開閉指令の入力タイミングから遮断器１の接点が機械的に開閉するタイミングまでの遅延時間である動作時間を測定し動作履歴保持手段１４に出力する。ここで、遮断器１の接点が機械的に開閉するタイミングの検出には、従来技術と同じく主回路電流信号７もしくは動作行程信号８を用いるものとする。
動作履歴保持手段１４は、動作時間２９と、周囲温度信号９と、制御電圧信号１０と、操作圧力信号１１を履歴データとして記憶したのち、周囲温度信号９と、制御電圧信号１０と、操作圧力信号１１を記憶したものを動作履歴データ２８として、近傍動作履歴データ抽出手段１５に出力し、動作時間２９を記憶したものを、動作時間履歴データ３１としてフィードバック補正手段２４および学習完了判定手段２７に出力する。なお、動作時間履歴データ３１と動作履歴データ２８とは、それぞれの信号が検出された時間に対応して関連付けて記憶されているものである。
近傍動作履歴データ抽出手段１５には、動作履歴保持手段１４から出力された動作履歴データ２８と、温度センサ４が一定周期で取得する現在の周囲温度信号９が入力される。そして、近傍動作履歴データ抽出手段１５は、動作履歴保持手段１４から出力された動作履歴データ２８のうち、現在の周囲温度９の近傍の予め定めた切り出し範囲内で発生した動作履歴データのみを抽出し、近傍動作履歴データ１６として動作特性パラメータ推定手段１７に出力する。
ところで、ガス遮断器において一般的に使用されているＳＦ６ガスを使用した遮断器においては、周囲温度がＳＦ６ガスの凝固点に達することで、遮断器の動作特性が急激に変化することが知られている。従来技術では、前記動作特性を含む履歴を高精度に近似するためには、高次の関数もしくは指数関数を用いる必要があるが、当該関数を用いる場合、計算量が増大すること、毎回の動作ごとのパラメータの変動量が大きくなり動作が不安定となること、繰り返し計算が必要となる場合は局所解に陥るために動作が不安定になること、等の課題があった。
図２は近傍動作履歴データ抽出手段１５において、動作履歴データ２８のうち現在温度の近傍（予め定めた切り出し範囲内）で発生した動作履歴データのみを抽出し、抽出した近傍動作履歴データ１６について低次の初等関数を近似する概念図である。本構成により近傍動作履歴データ１６を関数近似対象としたため、低次の初等関数を用いても高精度な近似が可能となり、従来技術における課題であった、高次関数もしくは指数関数を用いると計算量が増大すること、高次関数では毎回の動作ごとのパラメータの変動量が大きくなり動作が不安定となること、指数関数では繰り返し計算による解放を用いた場合は局所解に陥るために解を求めることができない場合があること、という課題を解消することができる。
なお、この実施の形態では、動作環境条件のうち周囲温度信号９のみを近傍動作履歴データ抽出手段１５に入力しているが、制御電圧信号１０など他の動作環境条件を近傍動作履歴データ抽出手段１５に入力するよう構成しても良いことは言うまでもない。
次に、動作特性パラメータ推定手段１７は、近傍動作履歴データ１６に基づいて、開極時と閉極時の動作特性パラメータ１８をそれぞれ計算する。動作特性パラメータ１８の決定方法を以下詳細に説明する。
まず、遮断器１の動作時間とは、定格条件における動作時間に、周囲温度補正、制御電圧補正、操作圧力補正、および休止時間補正を行った結果であると考え、それぞれの関係は独立であるとみなす。すなわち、次式で表される。
遮断器１の動作時間＝定格電圧における動作時間＋周囲温度補正関数＋制御電圧補正関数＋操作圧力補正関数＋休止時間補正関数 （１）
ここで、定格条件における周囲温度をＡｓｔｄ、制御電圧をＶｓｔｄ、操作圧力をＰｓｔｄ、休止時間をＩｓｔｄとし、定格条件における動作時間をＴｓｔｄとする。定格条件は任意に設定され、例えば、Ａｓｔｄ＝２０゜Ｃ、Ｖｓｔｄ＝１２５Ｖ、Ｐｓｔｄ＝２９ＭＰａ、Ｉｓｔｄ＝２４時間とする。そして、周囲温度補正関数を、未知パラメータｐ１と周囲温度Ａに依存した関数ｆａ（ｐ１，Ａ）と表す。同様に、制御電圧補正関数を、未知パラメータｐ２と制御電圧Ｖに依存した関数ｆｖ（ｐ２，Ｖ）と表す。同様に、操作圧力補正関数を未知パラメータｐ３と操作圧力Ｐに依存した関数ｆｐ（ｐ３，Ｐ）と表す。同様に、休止時間補正関数を未知パラメータｐ４と休止時間Ｉに依存した関数ｆｉ（ｐ４，Ｉ）と表す。ここで関数ｆａ（ｐ１，Ａ）、ｆｖ（ｐ２，Ｖ）、ｆｐ（ｐ３，Ｐ）、ｆｉ（ｐ４，Ｉ）は、遮断器１の構造に基づいて予め定義しておく任意の関数とする。
以上の変数を用いれば、（１）式は以下のように書くことができる。
遮断器の動作時間＝Ｔｓｔｄ＋ｆａ（ｐ１，Ａ）＋ｆｖ（ｐ２，Ｖ）＋ｆｐ（ｐ３，Ｐ）＋ｆｉ（ｐ４，Ｉ） （２）
すなわち、動作特性パラメータ１８の決定方法とは、動作履歴データから（２）式の未知パラメータであるＴｓｔｄ，ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４を決定することであると言い換えることができる。なお、この実施の形態では、（２）式の未知パラメータを決定するために使用する動作履歴データは、近傍動作履歴データ１６である。
次に、記憶された動作履歴データのうち、ｋ回目（ｋは自然数である。）の動作時における周囲温度をＡ（ｋ）、制御電圧をＶ（ｋ），操作圧力をＰ（ｋ）、休止時間をＩ（ｋ）、動作時間測定値をＴ（ｋ）とし、現在ｍ回分の動作履歴データが記憶されているとする。参照している動作履歴データは、開極時と閉極時でそれぞれ別々であることに注意する。このとき、ｋ回目の動作時間測定値は、（３）式を用いて次式で表される。
Ｔ（ｋ）＝Ｔｓｔｄ＋ｆａ（ｐ１，Ａ（ｋ））＋ｆｖ（ｐ２，Ｖ（ｋ））＋ｆｐ（ｐ３，Ｐ（ｋ））＋ｆｉ（ｐ４，Ｉ（ｋ）） （３）
ｍ回分（ｍは自然数である。）の動作履歴データがある場合、ｍ個の（３）式が連立される。これらの式から未知パラメータＴｓｔｄ，ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４を決定するには、（３）式の左辺と右辺の二乗誤差が最小となるような値を見つければよい。すなわち、（３）式で表される二乗誤差が最小となるように未知パラメータを決定すればよい。なお、ここでは、ｋ＝１〜ｎに対して重み係数ｗ（ｋ）＝１とする。
Figure 2012104910
二乗誤差が最小となるように未知パラメータを定める方法については、既知の方法が多数提案されており、いずれを用いても良い。以上より、動作特性パラメータ１８（Ｔｓｔｄ，ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４）が決定される。
動作時間予測手段１９は、動作特性パラメータ推定手段１７から出力された動作特性パラメータ１８と現在の動作環境条件９〜１１に基づいて、第１予測動作時間２０を出力する。具体的には、現在の周囲温度Ａ、制御電圧Ｖ、操作圧力Ｐ、休止時間Ｉを用いて、次回の動作時間である第１予測動作時間２０を演算して出力する。前記動作特性パラメータ１８および動作環境条件９〜１１を（２）式に代入することで第１予測動作時間２０として遮断器の動作時間を求めることができる。なお、開極時と閉極時でそれぞれ別の動作特性パラメータを用いていることに注意する。
フィードバック補正手段２４は図３に示すとおり構成されており、動作時間予測手段１９から出力された第１予測動作時間２０の履歴と、動作履歴保持手段１４から出力された動作時間履歴データ３１に従って第１予測動作時間２０を補正し、新たに第２予測動作時間２５を出力する。具体的には、（５）式のとおり第１予測動作時間２０と動作時間履歴データ３１に基づいて第１予測誤差４０を算出する。
第１予測誤差４０＝動作時間履歴データ３１−第１予測動作時間２０
（５）
次に（６）式のとおり、過去参照パラメータｎに基づいて第１予測誤差４０を過去ｎ回分参照し、平均値としてフィードバック量４１を算出する。ここで、過去参照パラメータとは、過去何回分のデータを参照して計算に用いるかを定義したパラメータである。
Figure 2012104910
最後に、（７）式のとおり、フィードバック量４１を第１予測動作時間２０に加算して第２予測動作時間２５を算出し、学習完了判定手段２７に出力する。
第２予測動作時間２５＝第１予測動作時間２０＋フィードバック量４１
（７）
（７）式によりフィードバック補正を行った後の第２予測誤差４２は（８）式のとおりである。
第２予測誤差４２＝動作時間履歴データ３１−第２予測動作時間２５
（８）
フィードバック補正手段２４は、遮断器の経時変化（遮断器の接点摩耗などが原因となって動作時間が徐々に変化すること）により、推定した動作特性パラメータ１８が最新の動作履歴とは異なる結果となるために発生する第１予測動作時間２０のオフセット的な誤差を除去する効果がある。
学習完了判定手段２７は、フィードバック補正手段２４から出力された第２予測動作時間２５と動作履歴保持手段１４から出力された動作時間履歴データ３１に基づいて、すなわち前記第２予測誤差４２に基づいて、運用開始信号２２と第３予測動作時間２６を出力する。具体的には、前記第２予測誤差４２が予め定める所定回数だけ連続して予め定める所定範囲内であった場合に、動作特性パラメータが正しく推定され、予測動作時間が正しく求められるようになったとみなし、運用開始信号２２をオン出力する。運用開始信号２２がオンされていない場合は、動作時間履歴データ３１の平均値を第３予測動作時間２６とするようにする。また、第３予測動作時間２６が、最終的に予測された動作時間である。
なお、開極時と閉極時の動作時間を各々分けて判定するように構成してもよいし、分けることなく判定するように構成してもよい。また、近傍動作履歴データ抽出手段１５から出力された近傍動作履歴データ１６の個数が近似関数の次数に満たない場合には、動作特性パラメータを計算することができないため、設定された初期値もしくは動作時間履歴データ３１の平均値を第３予測動作時間２６とするようにする。
以上の実施の形態によれば、電力開閉装置が寒冷地において使用され周囲温度が遮断器に一般的に使用されるＳＦ６ガスの凝固点に達することで開閉動作に要する動作時間が急激に変化するような、従来方法では高精度かつ安定的に動作特性パラメータを推定することが困難な条件下においても、遮断器の動作時間を予測する際に、計算量を増大させずに安定的に動作特性パラメータを推定し、動作時間を高精度に予測することができる。
実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２の構成を示す図である。この実施の形態は、実施の形態１におけるフィードバック補正手段２４を可変フィードバック補正手段３０に置き換えたものであり、前記第２予測誤差４２がより小さくなるよう構成したものである。
可変フィードバック補正手段３０は、遮断器の経時変化（遮断器の接点摩耗などが原因となって動作時間が徐々に変化すること）により、推定した動作特性パラメータ１８が最新の動作履歴とは異なる結果となって発生する第１予測動作時間２０のオフセット的な誤差を、フィードバック補正手段２４によるものよりさらに補正するものである。
図５は遮断器１の経時変化の例を示す図である。図５中の２本のグラフは、２つの遮断器についての経時変化を示している。そして、例１および例２の傾きは遮断器の経時変化率に相当するものであり、経時変化率には個体差が存在することが知られている。したがって、予め一律に経時変化率を定めてフィードバック量４１を求めることは困難である。
経時変化の影響をより効果的に除去するためには、なるべく最近の第１予測誤差４０からフィードバック量４１を求めること、すなわち（６）式のｎはなるべく小さい値を用いることが必要である。
動作特性パラメータ推定手段１７に入力する近傍動作履歴データ１６は、経時変化の影響を受けたものである。過去の動作履歴ほど経時変化の影響を強く受け、最新の動作特性とは異なっているため、フィードバック補正手段２４においても直近の第１予測誤差４０に基づいてフィードバック量４１を算出し、第２予測動作時間２５を求めることが望ましい。すなわち（６）式の過去参照パラメータｎはなるべく小さな値であることが望ましい。
しかし、遮断器には正規分布に従う動作時間のばらつき量が存在することが知られている。前記ばらつき量についても、図５中の例３および例４に示すように、遮断器ごとに個体差が存在することが知られている。（６）式においては、前記ばらつき量を含む値である第１予測誤差４０の平均値を計算しているため、フィードバック量４１は前記ばらつき量を含む値となる。したがって、第２予測誤差４２もまた前記ばらつき量を含む値となる。前記ばらつき量による第２予測誤差４２を小さくするためには、なるべく多くの第１予測誤差４０に基づいてフィードバック量４１を算出し、第２予測動作時間２５を求めることが望ましい。すなわち（６）式の過去参照パラメータｎはなるべく大きな値であることが望ましい。
以上のように、経時変化の影響と前記ばらつき量の影響が生む誤差は、過去参照パラメータｎについて両者トレードオフの関係である。
そこで、この実施の形態では、前記経時変化の影響と前記ばらつき量の影響が生む誤差を定量的に示し、最適な過去参照パラメータｎを求めるための評価式を導入し、第２予測誤差４２がより小さくなる構成とした。
前記経時変化を原因とする誤差はオフセット的な誤差であるため、第２予測誤差４２の平均値｜μ｜を用いて評価し、一方前記ばらつき量を原因とする誤差は正規分布に従う誤差であるため、第２予測誤差４２の標準偏差σを用いて評価することができる。
過去参照パラメータｎと第２予測誤差４２の平均値｜μ｜と第２予測誤差４２の標準偏差σの関係について、図６を用いて説明する。上記第２予測誤差４２の平均値｜μ｜と標準偏差σは、過去参照パラメータｎによって変化する。過去参照パラメータｎを大きくした場合には多くの履歴を参照して平均値を求めるために、第２予測誤差４２の標準偏差σは小さくなる。経時変化が存在しない場合には、第２予測誤差の平均値｜μ｜はゼロであり、過去参照パラメータｎが大きいほど、第２予測誤差４２は小さくなる。しかし、遮断器においては経時変化が存在するため、第２予測誤差４２の平均値｜μ｜はゼロではなく、過去参照パラメータｎの値が大きいほど経時変化の影響を大きく受けた過去の動作履歴時間データ３１を参照するため、図６中（ａ）に示すとおり、標準偏差σ１は小さい一方、平均値｜μ１｜は増大し、動作時間の予測精度が悪化する。
一方、過去参照パラメータｎの値が小さい場合には、経時変化の影響が小さい最近の動作履歴時間データ３１のみを参照するため、図６中（ｂ）に示すとおり、平均値｜μ２｜は小さいが、ばらつき量を含む値である第１予測誤差４０の少数の平均値を計算するため標準偏差σの値は増大し、動作時間の予測精度が悪化する。
従来技術では、使用開始前に過去参照パラメータｎを固定値に定めているが、前記の経時変化率の個体差およびばらつき量の個体差を考慮して定められている値ではない。また、長期的に遮断器を使用することを想定すると、ばらつき量あるいは経時変化率が変化するという状況が発生した場合には、固定値である過去参照パラメータｎでは前記の変化が発生した際にフィードバックの精度が悪化する。
図７は、この実施の形態に係る可変フィードバック補正手段３０の構成である。以下動作について説明する。
過去参照パラメータｎは、Ｎ＝［Ｎ１，Ｎ２，・・・，Ｎｉ，・・・］として予め候補となる値をいくつか定めておく。それぞれのＮｉについて第２予測誤差４２を算出し、誤差履歴（ｉ）を記憶する。予め定めた過去参照パラメータｎを更新するタイミングで、前記第２予測誤差４２の履歴を参照してそれぞれのＮｉを用いた時の評価値を計算する。評価値を計算するための評価式としては、例えば（９）式および（１０）式がある。
評価値 ＝ （過去Ｎｉ回の第２予測誤差４２の標準偏差）＋｜（過去Ｎｉ回の第２予測誤差４２の平均値）｜ （９）
評価値 ＝ （過去Ｎｉ回の第２予測誤差４２の標準偏差）×｜（過去Ｎｉ回の第２予測誤差４２の平均値）｜ （１０）
上記の評価式は前記経時変化の影響と前記ばらつき量の影響が生む誤差を定量的に示すものであり、評価値を最も小さくするＮｉを選択することで、第２予測誤差４２を最も小さくすることができる。
過去参照パラメータｎを更新するタイミングは、遮断器が動作する度もしくは一定回数動作する度もしくは一定期間経過する度に選択するようにして、ばらつき量あるいは経時変化率が変化するという状況に自動で追従可能であるようにする。
以上の実施の形態によれば、ばらつき量および経時変化率の遮断器ごとの個体差を考慮して動作時間の予測精度を向上することができる。また、運用中に発生するばらつき量もしくは経時変化率の変化に自動で追従して、動作時間の予測精度を向上する効果をさらに得ることができる。
実施の形態３．
図８は本発明の実施の形態３の構成を示す図である。この実施の形態は、実施の形態１における近傍動作履歴データ抽出手段１５を含まず、実施の形態２と同様に、フィードバック補正手段２４に代えて可変フィードバック補正手段３０を備える構成である。
この実施の形態であっても、実施の形態２と同様に可変フィードバック補正手段３０を用いることにより、第２予測誤差４２を小さくすることができるので、ばらつき量および経時変化率の遮断器ごとの個体差を考慮して、動作時間の予測精度を向上することができる。また、運用中に発生するばらつき量もしくは経時変化率の変化に自動で追従して動作時間の予測精度を向上する効果を得ることができる。
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
１ 遮断器、２ 電流センサ、３ 動作行程センサ、４ 温度センサ、５ 制御電圧センサ、６ 圧力センサ、７ 主回路電流信号、８ 動作行程信号、９ 周囲温度信号、１０ 制御電圧信号、１１ 操作圧力信号、１２ 開閉指令信号、１３ 動作時間測定手段、１４ 動作履歴保持手段、１５ 近傍動作履歴データ抽出手段、１６ 近傍動作履歴データ、１７ 動作特性パラメータ推定手段、１８ 動作特性パラメータ、１９ 動作時間予測手段、２０ 第１予測動作時間、２１ 動作環境条件測定手段、２２ 運用開始信号、２４ フィードバック補正手段、２５ 第２予測動作時間、２６ 第３予測動作時間、２７ 学習完了判定手段、２８ 動作履歴データ、２９ 動作時間、３０ 可変フィードバック補正手段、３１ 動作時間履歴データ、４０ 第１予測誤差、４１ フィードバック量、４２ 第２予測誤差、１００ 主回路、２００ コントローラ。
上記目的を達成するため、この発明に係る電力開閉装置の動作時間予測装置は、電力開閉装置の開閉指令信号、および、主回路電流または動作行程に基づいて、前記電力開閉装置の動作時間を測定する動作時間測定手段と、前記電力開閉装置の現在の周囲温度、制御電圧、操作圧力のうち少なくとも一つを含んだ動作環境条件を測定する動作環境条件測定手段と、前記動作時間測定手段により測定された動作時間と前記動作環境条件測定手段により測定された動作環境条件の履歴データを関連付けて記憶する動作履歴保持手段と、前記動作履歴保持手段に記憶された履歴データを関数近似することにより前記電力開閉装置の動作特性パラメータを推定する動作特性パラメータ推定手段と、前記動作特性パラメータ推定手段により推定された動作特定パラメータの推定値と前記電力開閉装置の現在の動作条件とに基づいて、次回動作時間を予測する動作時間予測手段と、前記動作履歴保持手段に記憶された動作時間と前記動作時間予測手段により予測された次回動作時間の誤差の履歴を過去参照パラメータｎを用いて過去ｎ回分だけ参照してフィードバック補正量を算出し、前記次回動作時間を補正するフィードバック補正手段と、前記動作履歴保持手段に記憶された動作時間と前記フィードバック補正手段により補正した後の次回動作時間の誤差の履歴が、予め規定された閾値を、予め定めた回数下回ったことを検出したときに運用開始信号を出力する学習完了判定手段とを備え、前記動作特性パラメータ推定のために用いる履歴データは、前記動作履歴保持手段に記憶された履歴データのうち、前記動作環境条件測定手段により測定された現在の前記動作環境条件の近傍にある少なくとも３点以上の前記履歴データを抽出する近傍動作履歴データ抽出手段によって抽出された履歴データであることを特徴とする。

Claims (4)

  1. 電力開閉装置の開閉指令信号、および、主回路電流または動作行程に基づいて、前記電力開閉装置の動作時間を測定する動作時間測定手段と、
    前記電力開閉装置の現在の動作環境条件を測定する動作環境条件測定手段と、
    前記動作時間測定手段により測定された動作時間と前記動作環境条件測定手段により測定された動作環境条件の履歴データを関連付けて記憶する動作履歴保持手段と、
    前記動作履歴保持手段に記憶された履歴データを関数近似することにより前記電力開閉装置の動作特性パラメータを推定する動作特性パラメータ推定手段と、
    前記動作特性パラメータ推定手段により推定された動作特定パラメータの推定値と前記電力開閉装置の現在の動作環境条件とに基づいて、次回動作時間を予測する動作時間予測手段と、
    前記動作履歴保持手段に記憶された動作時間と前記動作時間予測手段により予測された次回動作時間の誤差の履歴を過去参照パラメータｎを用いて過去ｎ回分だけ参照してフィードバック補正量を算出し、前記次回動作時間を補正するフィードバック補正手段と、
    前記動作履歴保持手段に記憶された動作時間と前記フィードバック補正手段により補正した後の次回動作時間の誤差の履歴が、予め規定された閾値を予め定めた回数下回ったことを検出したときに運用開始信号を出力する学習完了判定手段と
    を備え、
    前記動作特性パラメータ推定のために用いる履歴データは、前記動作履歴保持手段に記憶された履歴データのうち、現在の動作環境条件の近傍の履歴データである近傍履歴データのみを抽出する近傍動作履歴データ抽出手段によって抽出された履歴データである
    ことを特徴とする電力開閉装置の動作時間予測装置。
  2. 前記フィードバック補正手段を、複数の前記過去参照パラメータｎについて、前記動作履歴保持手段に記憶された動作時間と前記動作時間予測手段により予測された次回動作時間の誤差の履歴を過去ｎ回分だけ参照してフィードバック補正量を算出し、前記動作履歴保持手段に記憶された動作時間と前記フィードバック補正手段により補正した後の次回動作時間の誤差の平均値と標準偏差を用いた評価値が最小である前記過去参照パラメータｎを新たに選択して前記次回動作時間を補正する可変フィードバック補正手段とした
    ことを特徴とする請求項１記載の電力開閉装置の動作時間予測装置。
  3. 電力開閉装置の開閉指令信号、および、主回路電流または動作行程に基づいて、前記電力開閉装置の動作時間を測定する動作時間測定手段と、
    前記電力開閉装置の現在の動作環境条件を測定する動作環境条件測定手段と、
    前記動作時間測定手段により測定された動作時間と前記動作環境条件測定手段により測定された動作環境条件の履歴データを関連付けて記憶する動作履歴保持手段と、
    前記動作履歴保持手段に記憶された履歴データを関数近似することにより前記電力開閉装置の動作特性パラメータを推定する動作特性パラメータ推定手段と、
    前記動作特性パラメータ推定手段により推定された動作特定パラメータの推定値と前記電力開閉装置の現在の動作環境条件とに基づいて、次回動作時間を予測する動作時間予測手段と、
    前記動作履歴保持手段に記憶された動作時間と前記動作時間予測手段により予測された次回動作時間の誤差の履歴を過去参照パラメータｎを用いて過去ｎ回分だけ参照してフィードバック補正量を算出し、前記次回動作時間を補正するフィードバック補正手段と、
    前記動作履歴保持手段に記憶された動作時間と前記フィードバック補正手段により補正した後の次回動作時間の誤差の履歴が、予め規定された閾値を予め定めた回数下回ったことを検出したときに運用開始信号を出力する学習完了判定手段と
    を備え、
    前記フィードバック補正手段を、複数の前記過去参照パラメータｎについて、前記動作履歴保持手段に記憶された動作時間と前記動作時間予測手段により予測された次回動作時間の誤差の履歴を過去ｎ回分だけ参照してフィードバック補正量を算出し、前記動作履歴保持手段に記憶された動作時間と前記フィードバック補正手段により補正した後の次回動作時間の誤差の平均値と標準偏差を用いた評価値が最少である前記過去参照パラメータｎを新たに選択して前記次回動作時間を補正する可変フィードバック補正手段とした
    ことを特徴とする電力開閉装置の動作時間予測装置。
  4. 電力開閉装置の開閉指令信号、および、主回路電流または動作行程に基づいて、前記電力開閉装置の動作時間を測定する動作時間測定ステップと、
    前記電力開閉装置の現在の動作環境条件を測定する動作環境条件測定ステップと、
    前記動作時間測定ステップにより測定された動作時間と前記動作環境条件測定ステップにより測定された動作環境条件の履歴データを関連付けて記憶する動作履歴保持ステップと、
    前記動作履歴保持ステップにおいて記憶された履歴データを関数近似することにより前記電力開閉装置の動作特性パラメータを推定する動作特性パラメータ推定ステップと、
    前記動作特性パラメータ推定ステップにより推定された動作特定パラメータの推定値と前記電力開閉装置の現在の動作環境条件とに基づいて、次回動作時間を予測する動作時間予測ステップと、
    前記動作履歴保持ステップにおいて記憶された動作時間と前記動作時間予測ステップにより予測された次回動作時間の誤差の履歴を過去参照パラメータｎを用いて過去ｎ回分だけ参照してフィードバック補正量を算出し、前記次回動作時間を補正するフィードバック補正ステップと、
    前記動作履歴保持ステップにおいて記憶された動作時間と前記フィードバック補正ステップにより補正した後の次回動作時間の誤差の履歴が、予め規定された閾値を予め定めた回数下回ったことを検出したときに運用開始信号を出力する学習完了判定ステップと
    を備え、
    前記動作特性パラメータ推定のために用いる履歴データは、前記動作履歴保持ステップにおいて記憶された履歴データのうち、現在の動作環境条件の近傍の履歴データである近傍履歴データのみを抽出する近傍動作履歴データ抽出ステップによって抽出された履歴データである
    ことを特徴とする電力開閉装置の動作時間予測方法。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106796127B (zh) * 2014-10-02 2019-11-29 夏普株式会社 信号处理装置和信号处理方法
CN107110672B (zh) * 2014-11-14 2019-11-19 夏普株式会社 信号处理装置、信号处理方法及计算机程序
JP6551101B2 (ja) * 2015-09-17 2019-07-31 日本電気株式会社 情報処理装置、情報処理方法、及び、プログラム
EP3723110A1 (en) 2019-04-12 2020-10-14 ABB Schweiz AG Synchronized opening of circuit breaker
WO2021100188A1 (ja) * 2019-11-22 2021-05-27 株式会社東芝 診断装置、診断方法、およびプログラム
WO2023112266A1 (ja) * 2021-12-16 2023-06-22 株式会社東芝 遮断器用ばね操作機構の状態監視システム、および遮断器用ばね操作機構の監視方法
CN114551157B (zh) * 2022-03-04 2023-07-11 阳光电源（上海）有限公司 一种可控开关的动作控制方法和逆变器的开关电路
CN117879180B (zh) * 2024-03-12 2024-05-17 江苏中环电气集团有限公司 一种开关柜运行监测系统及监测方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5430599A (en) * 1993-03-18 1995-07-04 Hydro-Quebec System for opening/closing circuit breakers
JP3094772B2 (ja) * 1994-02-21 2000-10-03 トヨタ自動車株式会社 発電機を搭載する電気自動車の発電機出力制御装置
JP3034446B2 (ja) * 1995-03-14 2000-04-17 株式会社東芝 カラー画像記録装置
JP3633288B2 (ja) * 1998-06-23 2005-03-30 三菱電機株式会社 電力開閉制御装置
JP3716691B2 (ja) * 1999-11-04 2005-11-16 三菱電機株式会社 電力開閉装置
DE10016950A1 (de) * 2000-04-05 2001-10-11 Abb Hochspannungstechnik Ag Zu Verfahren zum Abschalten eines Kurzschlussstroms im generatornahen Bereich
JP3986810B2 (ja) * 2001-12-03 2007-10-03 三菱電機株式会社 電力開閉制御装置
US7272516B2 (en) * 2002-12-23 2007-09-18 Abb Research Failure rate adjustment for electric power network reliability analysis
JP3804606B2 (ja) 2002-12-25 2006-08-02 三菱電機株式会社 変圧器励磁突入電流抑制装置
JP4908171B2 (ja) * 2006-12-04 2012-04-04 株式会社東芝 遮断器の閉極制御方法およびその装置
JP4964179B2 (ja) * 2008-03-28 2012-06-27 三菱電機株式会社 電力開閉装置の動作時間予測装置及び方法
JP5355187B2 (ja) 2009-04-03 2013-11-27 株式会社東芝 遮断器の開閉制御システム
US8552728B2 (en) * 2009-11-30 2013-10-08 Utility Relay Co., Ltd. Sluggish circuit breaker detection system and method
WO2013157135A1 (ja) * 2012-04-20 2013-10-24 株式会社日立製作所 電力監視装置及び電力監視方法

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