JP2006174686A - フィーダー間の情報交換による非接地配電系統無停電復旧方法 - Google Patents

Abstract

【課題】非接地配電系統において需用家の停電最小化,迅速な故障区間の分離、復旧。
【解決手段】所定の連系された線路区間をそれぞれ担当する第１および第２のフィーダーエージェントを含む非接地配電線路の故障区間分離復旧方法において、（ａ）前記第1のフィーダーエージェントが線路の故障を感知、（ｂ）前記第１のフィーダーエージェントが前記第２のフィーダーエージェントに故障経験通信を伝播、（ｃ）前記第１のフィーダーエージェントが前記線路上の常時開放点を電源側へ移動、（ｄ）前記常時開放点の移動に伴って前記第１および前記第２のフィーダーエージェントが前記線路の故障を感知、（ｅ）前記第２のフィーダーエージェントに故障が感知される場合、前記第２のフィーダーエージェントが前記常時開放点の直前の開閉器を開放、（ｆ）前記第２のフィーダーエージェントに故障が感知されない場合、前記段階（ｃ）および段階（ｅ）を繰り返し行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、非接地配電系統故障区間を分離し復旧する方法に係り、より詳しくは、フィーダーエージェント(Ｆｅｅｄｅｒ Ａｇｅｎｔ)を用いた非接地配電系統の故障区間分離および復旧方法に関するものである。

最近、産業の発達による電力需要の増加とＩＴ産業の革新的な発達に伴い、故障による停電発生の際に社会生活に及ぼす影響が大きくなっており、故障発生の内容に対する関心も高まっている。また、運用環境が急激に変化している時点で、配電系統に発生する問題点を解決し且つ電力供給の信頼度を高めるために、配電系統の自動化システムが導入されている。配電系統の場合、放射状に運転しているので、故障による停電区間発生の際に近隣の連系線路に停電領域を切り替えて電力の供給を持続することができる。このように故障発生の際に需用家の停電を最小化するために、迅速な停電復旧が配電自動化システムにおいて重要な機能として位置付けられている。このような機能が配電自動化システムになければ、系統運用者は故障点を探し出すために広範囲な送配電線路区間を肉眼で確認しなければならず、これにより多くの人力と費用が要求されることになる。

配電系統において、非接地方式は、線路の亘長が短くて電圧が低い系統に用いられる。このような線路では、対地静電容量が小さいため、充電電流も大きくない。非接地系統の線路に１線地絡故障が発生すると、健全相の対地静電容量による故障電流が故障点に流入するが、その大きさが非常に小さいため、電力供給を引き続き行うことができる。

また、主要変圧器がΔ−Δで結線されているので、変圧器の故障または点検修理作業の際にＶ結線に配線替えをして送電を行ない続けることができるという利点がある。ところが、接地系統が拡大すると、静電容量が増加し、１線地絡故障の際に充電電流による間欠的なアーク地絡を起こして異常電圧が発生する。その上、１線地絡故障の際に故障電流が数Å以下なので、故障感知の困難さがあって地絡保護継電器の確実な動作を期待し難い。しかも、保護失敗の際には故障範囲の拡大と短絡故障に繋がるおそれが高い。したがって、かかる問題点を解決するために、選択地絡と電流継電器を用いて故障回線を判断した後、自動化開閉器の順次投入によって故障区間を探索する順送方式が用いられている。

順送方式は、システムおよび通信網に対する依存度が低いとともに失敗可能性が低いため、信頼度が高いという利点はあるが、開閉器の動作回数が多く、需用家の停電経験回数が多いという欠点がある。

次に、図１を参照して従来の順送方式における故障処理過程を説明する。

図１を参照すると、配電線路に故障が発生すると、方向地絡継電器（ＳＧＲ）によって故障回線を判定した後、遮断器（Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｒｅａｋｅｒ；ＣＢ）が動作し、故障した回線が停電する。順送方式では、殆どリクローザーを使用しないため、回線全区間の停電が必須的である。ＣＢが動作して無電圧になると、該当配電線路の全ての順送式自動化開閉器が自動的に開放される（図１のｂ））。一定の時間後、ＣＢが再閉路して配電線路を加圧させ、図１のｃ）、ｄ）のように順次自動化開閉器が投入される。このように投入されながら故障電流を経験するかをチェックする。図１のｅ）のように故障区間の直前の自動化開閉器が投入されると、永久故障状態が持続しているので、図１のｆ）のように変電所のＣＢがさらに動作する。この際、故障地点の直前で最終的に投入された開閉器は、投入された後所定の時間の以前にさらに停電したため、自分が保護する区間で永久故障が発生したと判断し、図１のｇ）に示すようにロックされる。故障区間直後の開閉器は、電源が印加された後、所定の時間の間に印加状態が保たれていないまま電源がなくなったため、直ちに手前の電源側で故障が発生したと判断してロックされる。以後の動作は最初と同様である。つまり、遮断器が一定の時間後に再投入され、一番目、二番目などの自動化開閉器が一定の時間間隔で再投入されながら、電源側の健全区間に電気が供給された後、故障区間末端側の健全区間に連系線路を介して電気が供給される。

表１は図１のような故障発生時の順送方式の故障処理過程に対するタイムチャートを示す。

表１に示すように、ＳＷ２とＳＷ３のような故障発生直前の需用家の場合は、Ａ区間に停電を経験するしかない。

このような順送方式は、システムと通信網の依存度が低くかつ失敗可能性が低いので、信頼度が高いという利点があり、既存の保護協調原則をそのまま受け入れることができる。ところが、順送方式は、故障処理速度が遅く、開閉器自体の機能に多く依存し、全体的に開閉器の動作回数が多くて失敗する可能性も高いうえ、需用家の停電経験回数が多いという欠点を持つ。順送方式は、単一連系方式にのみ使用できるので、設備利用率が５０％を超えないという問題点もあった。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、非接地配電系統において需用家の停電を最小化し開閉器の動作回数を減らして迅速に故障区間を分離、復旧する方法および故障区間分離復旧システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、多重連系配電線路に向いている故障区間分離および復旧方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、所定の連系された線路区間をそれぞれ担当する第１および第２のフィーダーエージェントを含む非接地配電線路の故障区間分離復旧方法において、（ａ）前記第1のフィーダーエージェントが線路の故障を感知する段階と、（ｂ）前記第１のフィーダーエージェントが前記第２のフィーダーエージェントに故障経験通信を伝播する段階と、（ｃ）前記第１のフィーダーエージェントが前記線路上の常時開放点を電源側へ移動させる段階と、（ｄ）前記常時開放点の移動に伴って前記第１および前記第２のフィーダーエージェントが前記線路の故障を感知する段階と、（ｅ）前記第２のフィーダーエージェントに故障が感知される場合、前記第２のフィーダーエージェントが前記常時開放点の直前の開閉器を開放する段階と、（ｆ）前記第２のフィーダーエージェントに故障が感知されない場合、前記段階（ｃ）および段階（ｅ）を繰り返し行う段階とを含むことを特徴とする、非接地配電線路の故障区間分離復旧方法を提供する。

前記方法は、（ｇ）前記段階（ｅ）で前記第２のフィーダーエージェントに故障が感知される場合、前記第２のフィーダーエージェントは前記第１のフィーダーエージェントへ故障経験通信を発する段階をさらに含んでもよい。

また、本発明は、分岐点によって複数の連系線路に連系される多重連系配電線路の故障区間分離復旧方法において、（ａ）第１のフィーダーエージェントが前記配電線路の故障を感知する段階と、（ｂ）前記第１のフィーダーエージェントが前記連系線路の複数のフィーダーエージェントへ故障経験通信を伝播する段階と、（ｃ）前記第１のフィーダーエージェントが前記配電線路上の常時開放点を電源側に所定の区間移動させる段階と、（ｄ）前記常時開放点の移動に伴って前記連系線路の前記複数のフィーダーエージェントが故障を感知する段階と、（ｅ）前記連系線路の前記複数のフィーダーエージェントのいずれか一つに故障が感知される場合、故障検地フィーダーエージェントは前記常時開放点の直前の開閉器を開放する段階と、（ｆ）前記連系線路の前記複数のフィーダーエージェントのいずれか一つにも故障が感知されない場合、前記段階（ｃ）および前記段階（ｅ）を繰り返し行う段階とを含むことを特徴とする、配電線路の故障区間分離復旧方法を提供する。

本発明の好適な実施例によれば、前記方法は、前記段階（ｂ）で前記常時開放点が所定の区間移動する場合において分岐点と出会う場合、前記分岐点によって連結される複数の連系線路の中でも線路の切替え許容容量が大きい連系線路によって前記所定の区間を復旧することが好ましい。

また、本発明は、お互い連系される第１の線路と第２の線路を含む配電線路の故障区間分離復旧システムにおいて、前記第１の線路と前記第２の線路はそれぞれ相互間に送受信可能な第１のフィーダーエージェントおよび第２のフィーダーエージェントを含み、前記第１および前記第２のフィーダーエージェントは自分の線路に故障が発生したとき、相手に故障経験通信を発し、自分の線路の常時開放点を移動させることを特徴とする、配電線路の故障区間分離復旧システムを提供する。

前記システムにおいて、前記開放点の移動は、前記第１および前記第２の線路の開閉器を制御することにより行われてもよい。また、前記第１および前記第２のフィーダーエージェントは、相手から故障経験通信を受信した後、前記常時開放点の移動に伴って故障を経験した場合には、前記常時開放点の直前の開閉器を開放する。

本発明の方法によれば、非接地配電系統で需用家の停電を最小化し、開閉器の動作回数を減らして迅速に故障区間を分離、復旧することができる。

また、本発明の方法は、単一連系線路だけでなく、多重連系線路にも容易に適用できる。多重連系線路の場合、連系線路のフィーダーエージェントが故障線路であって、フィーダーエージェントとの通信を介して自分の切替え許容容量を故障線路フィーダーエージェントに戻すことにより、停電の復旧を円滑に行うことができる。

本発明の方法は、特に日本のような単一連系配電系統の順送方式を代替するのに適するとともに、既存の単一連系配電系統を多重連系配電系統から構成する場合には線路使用率を向上させることができるという利点をもつ。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。

本発明において、フィーダーエージェント(Ｆｅｅｄｅｒ Ａｇｅｎｔ)は、所定の部分の線路を担当するエージェントであって、通信装置を備えて隣接エージェント間の通信が可能であり、後述する所定の機能を行うソフトウェアを搭載しあるいはそれに相応する機能を行う、ハードウェアで実現された論理ロジックを備えるデバイスである。

本発明において、前記フィーダーエージェントは、自分の線路を担当し、他のフィーダーエージェント（連系線路フィーダーエージェント）あるいは中央エージェント（Ｃｅｎｔｒａｌ Ａｇｅｎｔ）のような他のエージェントと通信を介して強調関係を維持する。ここで、中央エージェントとは、全体的配電系統を管理するエージェントである。

本発明において、前記フィーダーエージェントは次の特徴をもつ。第一に、配電系統に分散している個別フィーダーエージェントは、自分の責任の下にあるエージェントスタッフ（Ａｇｅｎｔ’ｓ Ｓｔａｆｆ）を制御する。ここで、エージェントスタッフとは、線路に存在する自動化開閉器のようにフィーダーエージェントに情報を提供し、あるいはフィーダーエージェントの制御によって駆動される機器をいう。第二に、フィーダーエージェントは通信を介して相互協調関係を維持する。第三に、フィーダーエージェントは、他のエージェントまたはエージェントスタッフとの通信によって能動的な反応を行うことができる。

本発明のフィーダーエージェントは次の利点をもつ。まず、情報の分散効果によって機器故障分散および耐故障性が向上し、系統が大規模になっても個々の系統対象が小さいため、系統の変化に柔軟に対応することができる。また、フィーダーエージェントは、自分の線路のみの責任を負うため、自己線路の最適状態を能動的に保つことができる。また、フィーダーエージェントは、制御の機能が地域的に分散しているので、地域的に高い強靭性を得ることができ、コンピュータの負荷を分散させる。

次に、本発明のフィーダーエージェントによって行われる故障処理過程を詳細に説明する。

フィーダーエージェントは、自分が担当する線路で故障が発生した場合（以下、これを「故障線路フィーダーエージェント」という）、自分の線路に故障が発生したことを知らせる「故障経験通信」を連系線路フィーダーエージェントへ送信する。次いで、前記故障線路フィーダーエージェントは、開閉器のようなエージェントスタッフを制御して常時開放点を電源側へ順次移動させる。

常時開放点の移動に伴い、前記故障線路フィーダーエージェントは線路の故障状態を確認する。この際、故障を引き続き経験していると、故障経験通信を行ったか否かを確認した後、通信を行ったならば、再び常時開放点を電源側に移動させる。このような方式で常時開放点を移動し続けるが、故障を経験しなくなれば、故障線路フィーダーエージェントは自分の職務を果たすことになる。

連系線路フィーダーエージェントは、故障線路フィーダーエージェントが常時開放点を移動させるにつれて故障経験をすると、他のフィーダーエージェントから故障経験通信が来たかを確認した後、そのフィーダーエージェントに、自分が故障を経験したことを通信した後、自分の末端直前のスイッチを開放する。このような一連の過程を経ると、故障区間分離および停電復旧が完了する。

以下、連系線路における故障復旧アルゴリズムについてより詳細に説明する。

Ａ．単一連系時のフィーダーエージェントの停電復旧アルゴリズム

単一連系は、連系線路が１つ存在する線路である。図２は故障発生時の単一連系フィーダーエージェント停電復旧アルゴリズムを順次示す図である。

図２を参照すると、自分が担当する線路に故障が発生すると、故障線路フィーダーエージェントは、図２のｂ）のように連系線路のフィーダーエージェントに故障が発生したことを通信する。故障線路フィーダーエージェントは、線路上の常時開放点を末端から電源側へ移動させる。この際、故障が発見されず、かつ故障線路フィーダーエージェントが永久故障を経ていると、引き続き常時開放点を移動させる（図２のｃ）。図２のｄ）のような常時開放点の位置で連系線路フィーダーエージェントが故障を経験するので、連系線路フィーダーエージェントは故障線路フィーダーエージェントに故障経験通信を行い（図２のｅ）、連系線路フィーダーエージェントは自分の末端直前のスイッチを開放して故障区間を分離する（図２のｆ）。その後、各フィーダーエージェントは、自分の線路をさらに再訂正して最適化する。

前述した従来の順送方式は、故障線路の順送式自動化開閉器をいずれも開放した後、順次投入しながら故障区間を探すので、需用家が停電を経験せざるを得ない。これに対し、本発明に係るフィーダーエージェント停電復旧の場合は、需用家が停電を経験せず、順送式に比べて継電器の動作回数が少なくて信頼性を高めることができるという利点がある。

Ｂ．多重連系時のフィーダーエージェントの停電復旧アルゴリズム

多重連系は、単一連系より線路の利用率を高めることができるが、既存の故障区間分離アルゴリズムである順送方式は、多重連系には使用できない。ところが、本発明のフィーダーエージェント停電復旧アルゴリズムは、フィーダーエージェント間の通信による協調動作に利点を持つので、多重連系への適用時に特に有利である。

多重連結時のフィーダーエージェント間の強調段階は非常に重要である。図３ａは本発明の方法が適用可能な多重連系配線線路の一例を示す図である。このような線路で各区間別の負荷量と連系線路の切替え許容容量は表２および表３に例示した。

図３ａ、表２および表３を参照すると、線路Ｆ１は１４個のスイッチと１個のＣＢから構成されており、連系線路はＦ２、Ｆ３、Ｆ４の３つが存在する。この線路は故障が発生したときに故障を最大３つの線路に分けて復旧することができる。

単一連系では、故障経験通信が一つの連系線路フィーダーエージェントに伝播されたが、ここでは、故障発生線路に付いている全ての連系線路フィーダーエージェントに伝播される必要がある。また、多重連結の際に分岐点が存在するので、分岐点で常時開放点の移動方法と連系線路の切替え許容容量を用いて復旧する方法に対する考慮がなければならない。

もしＳＷ１とＳＷ２との間に故障が発生した場合、Ｆ１フィーダーエージェントは、故障を感知し、連系線路フィーダーエージェントＦ２、Ｆ３およびＦ４に故障経験通信を伝播する。連系線路フィーダーエージェントは、自分の切替え許容容量を故障線路フィーダーエージェントのＦ１フィーダーエージェントに戻す。Ｆ１フィーダーエージェントは、常時開放点を移動させて末端から順次復旧する。ところが、Ｆ２側の分岐線路がＳＷ８まで復旧し、Ｆ３側の分岐線路がＳＷ６まで復旧すると、分岐点と出会うことになる。この際、Ｆ２側の線路の切替え許容容量は、元々Ｆ２の切替え許容容量４０００ｋＶＡから復旧した負荷量１５００ｋＶＡを差し引いた２５００ｋＶＡである。また、Ｆ３側の線路の切替え許容容量は、元々Ｆ３切替え許容容量３０００ｋＶＡから復旧した負荷量１０００ｋＶＡを差し引いた２０００ｋＶＡである。したがって、切替え許容容量の大きいＦ２線路によって復旧が行われることが好ましい。

同様の方法により、区間Ｓ０２でもＦ２とＦ４の切替え許容容量を比較すると、Ｆ２の切替え許容容量は６００ｋＶＡであり、Ｆ４の切替え許容容量は３０００ｋＶＡなので、Ｆ４線路に復旧する。このようにＦ１の電源側に前記開放点を移動させていて、ＳＷ１のスイッチに移動すると、Ｆ４のフィーダーエージェントは、故障を経験し、Ｆ１のフィーダーエージェントから故障経験通信を受けたため、末端直前のスイッチを開放することにより故障区間を分離する。これにより、全ての停電区間が復旧する。図３ｂは図３ａの多重連系線路の停電が復旧された後の系統の変化を示す。

日本の場合には単一連系を使用するので、線路使用量が５０％を超えられないが、本発明の方法によって多重連系をして配電系統を構成する場合、数式１のように線路使用量を高めることができる。

式中、Ｆ_ｕは線路使用率、ｎは連系線路の個数をそれぞれ示す。

図４ａは多重連系線路を模擬した系統図である。模擬系統は７１個のノードと６個の線路がネットワークをなしており、各フィーダーに対して放射状に構成されており、１４個の常時開放点を持っている。

Ｆ４線路のＮ１７とＮ２５との間で故障が発生した場合、Ｆ４のフィーダーエージェントは、故障を感知し、連系フィーダーエージェントＦ２、Ｆ３およびＦ６線路のフィーダーエージェントに故障感知通信を行う。

連系線路フィーダーエージェントは、自分の切替え許容容量を故障線路フィーダーエージェントのＦ４フィーダーエージェントに戻す。このように戻してもらった切替え許容容量データは、Ｆ１線路が６０００ｋＶＡ、Ｆ２線路が４０００ｋＶＡ、Ｆ６線路が５０００ｋＶＡである。Ｆ４フィーダーエージェントは、線路を末端から順次復旧する。常時開放点がＮ０６から移動してＮ２５に行くと、Ｆ２フィーダーエージェントが故障を感知してＦ４フィーダーエージェントに故障経験通信を行い、Ｆ２フィーダーエージェントはＮ１７スイッチを開放して故障区間を分離する。図４ｂは故障区間を分離、復旧した後の結果系統図を示す。表４は復旧前と復旧後の線路の利用容量および利用率の変化を示す。故障した線路Ｆ４の線路利用率が７２．７３％から１８．３５％に減少したが、連系線路Ｆ２、Ｆ３、Ｆ５の線路利用率は最大８２．３６％まで増加し、１００％を超えないことが分かる。

従来の順送方式における故障処理過程を説明する図である。 本発明の実施例によって単一連系配電線路の故障発生時の停電復旧アルゴリズムを順次示す図である。 本発明の方法が適用できる多重連系配電線路の一例を示す図である。 図３ａの多重連系線路が分離、復旧された後の系統の変化を示す図である。 本発明の実施例によって多重連系配電線路を模擬した系統図である。 図４ａの故障区間を分離、復旧した後の結果系統図を示す図である。

Claims (7)

1. 所定の連系された線路区間をそれぞれ担当する第１および第２のフィーダーエージェントを含む非接地配電線路の故障区間分離復旧方法において、
   （ａ）前記第1のフィーダーエージェントが線路の故障を感知する段階と、
   （ｂ）前記第１のフィーダーエージェントが前記第２のフィーダーエージェントに故障経験通信を伝播する段階と、
   （ｃ）前記第１のフィーダーエージェントが前記線路上の常時開放点を電源側へ移動させる段階と、
   （ｄ）前記常時開放点の移動に伴って前記第１および前記第２のフィーダーエージェントが前記線路の故障を感知する段階と、
   （ｅ）前記第２のフィーダーエージェントに故障が感知される場合、前記第２のフィーダーエージェントが前記常時開放点の直前の開閉器を開放する段階と、
   （ｆ）前記第２のフィーダーエージェントに故障が感知されない場合、前記段階（ｃ）および段階（ｅ）を繰り返し行う段階とを含むことを特徴とする、非接地配電線路の故障区間分離復旧方法。
2. （ｇ）前記段階（ｅ）で前記第２のフィーダーエージェントに故障が感知される場合、前記第２のフィーダーエージェントは前記第１のフィーダーエージェントへ故障経験通信を発する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の非接地配電線路の故障区間分離復旧方法。
3. 分岐点によって複数の連系線路に連系される多重連系配電線路の故障区間分離復旧方法において、
   （ａ）第１のフィーダーエージェントが前記配電線路の故障を感知する段階と、
   （ｂ）前記第１のフィーダーエージェントが前記連系線路の複数のフィーダーエージェントへ故障経験通信を伝播する段階と、
   （ｃ）前記第１のフィーダーエージェントが前記配電線路上の常時開放点を電源側へ所定の区間移動させる段階と、
   （ｄ）前記常時開放点の移動に伴って前記連系線路の前記複数のフィーダーエージェントが故障を感知する段階と、
   （ｅ）前記連系線路の前記複数のフィーダーエージェントのいずれか一つに故障が感知される場合、故障検地フィーダーエージェントは前記常時開放点の直前の開閉器を開放する段階と、
   （ｆ）前記連系線路の前記複数のフィーダーエージェントのいずれか一つにも故障が感知されない場合、前記段階（ｃ）および前記段階（ｅ）を繰り返し行う段階とを含むことを特徴とする、配電線路の故障区間分離復旧方法。
4. 前記段階（ｂ）で前記常時開放点が所定の区間移動する場合において分岐点と出会う場合、前記分岐点によって連結される複数の連系線路の中でも線路の切替え許容容量が大きい連系線路によって前記所定の区間を復旧することを特徴とする請求項３に記載の配電線路の故障区間分離復旧方法。
5. お互い連系される第１の線路と第２の線路を含む配電線路の故障区間分離復旧システムにおいて、
   前記第１の線路と前記第２の線路はそれぞれ相互間に送受信可能な第１のフィーダーエージェントおよび第２のフィーダーエージェントを含み、前記第１および前記第２のフィーダーエージェントは自分の線路に故障が発生したとき、相手に故障経験通信を発し、自分の線路の常時開放点を移動させることを特徴とする配電線路の故障区間分離復旧システム。
6. 前記開放点の移動は、前記第１および前記第２の線路の開閉器を制御することにより行われることを特徴とする請求項５に記載の配電線路の故障区間分離復旧システム。
7. 前記第１および前記第２のフィーダーエージェントは、相手から故障経験通信を受信した後、前記常時開放点の移動に伴って故障を経験した場合には、前記常時開放点の直前の開閉器を開放することを特徴とする請求項６に記載の配電線路の故障区間分離復旧システム。

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