JP2011033588A - 事故点標定方法およびそのシステム - Google Patents

Abstract

【課題】静電容量や充電電流の影響を受けることなく、実用性に優れた計算レベルで高精度な事故点標定を実現する事故点標定方法およびそのシステムを提供する。
【解決手段】標定処理装置２０の標定演算手段２２では、分布定数回路方程式の近似式を用いて、標定対象である送電線１の所定の一端から事故点までの標定距離を求める。求めた標定距離を初期標定結果として、この初期標定結果に対して回帰的収束計算を行うことにより最終標定結果を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、送電系統の事故点標定技術に係り、特に、標定誤差の縮小化を図った事故点標定方法およびそのシステムに関するものである。

一般に、事故点標定は、標定対象区間の両端から見た事故点電圧は等しいという条件を利用しており、送電線を流れる電流と電圧からインピーダンスを求めることで、標定対象区間の端部から事故点までの距離を特定している（非特許文献１参照）。送電系統の事故点標定精度は、復旧時間に大きな影響を与える。そのため、送電系統の事故点標定技術においては、常に標定精度の向上が求められている。

ここで、図１０を参照して従来の事故点標定方法について具体的に説明する。図１０において、（ａ）は標定対象である送電線の回路図、（ｂ）は送電線長さ方向の電圧分布図である。図１０（ａ）に示すように、Ａ端子およびＢ端子を有する送電線１には、単位長あたりの送電線線路定数Ｚ（ベクトル量）を有する線路長ｙが設定されている。Ａ端子における事故中の電圧をＶ_Ａ、電流をＩ_Ａ、Ｂ端子における事故中の電圧Ｖ_Ｂ、電流をＩ_Ｂとする。

図１０（ｂ）に示すように、Ａ端子から事故点２（Ｆ点）までの標定距離をｘとして、Ａ端子およびＢ端子からそれぞれ事故点２（Ｆ点）を見たときの電圧Ｖ_Ｆ（ベクトル量）は等しい。したがって、下記の式（１）が成立する。

上記の式（１）において、左辺がＡ端子から事故点２（Ｆ点）を見たときの電圧、右辺がＢ端子から事故点２（Ｆ点）を見たときの電圧をそれぞれ表している。したがって、標定距離ｘは下記式（２）によって算出することができる。

上記式（２）は、線路長ｙ両端のＡ端子およびＢ端子における電圧・電流のベクトル量について成り立つ式である。このため、式（２）を成立させるには、Ａ端子およびＢ端子でそれぞれ取り込んだ電流・電圧の同期をとる必要がある。従来では、サンプリング同期信号やＧＰＳ信号を用いて、Ａ端子およびＢ端子における電流・電圧の同期をとる方法が提案されている（例えば特許文献１）。

ところで、標定距離ｘを算出する際、事故の状況によって標定誤差が生じることは否めない。そのため、標定誤差に関して、その範囲を想定することが事故点を標定する上で有効である。したがって、想定誤差を求める技術が知られている。

ただし、想定誤差の大きさは、標定距離に単純に比例するといったものではなく、事故の状態によっては両者が全く比例しないケースもあり得る。このような問題点に対処すべく、特許文献２記載の技術では、確率的に見て誤差の最も少ない想定誤差値を導出する手段を備えている。

特許第２８１８２４８号公報 特許第３３５６４８４号公報

法貴、木谷共著「送電線の故障点標定器」昭和３２年オーム社、Ｐ４５

しかしながら、従来の事故点標定技術には次のような問題点が指摘されている。すなわち、亘長が数十ｋｍに及ぶ長距離送電線やケーブル送電線などの送電線では、静電容量が大きく、それに伴って充電電流が大きくなる。これらの送電線では標定対象となる線路の両端で採取される事故時の電気量データが、充電電流の影響を受けて、標定誤差が大きくなり易い。

標定誤差が増大すれば、想定される誤差の範囲も大きくなる。つまり、想定誤差は標定距離とは比例しなくても、想定誤差とは比例する。そこで、静電容量や充電電流の影響を受け易い送電系統では、想定誤差の算出に頼ることなく、標定誤差それ自体の縮小化を図ることが特に要請されていた。しかも、近年では、いわゆる組込系プロセッサなどの簡易な計算処理手段を用いて事故点標定システムを実現することが望まれるケースがある。このため、事故点標定の算出計算に関する難易度を引き下げることが求められる傾向にある。

本発明は、このような要請に応えるために提案されたものであり、静電容量や充電電流の影響を受けることなく、実用性に優れた計算レベルで高精度な事故点標定を実現する事故点標定方法およびそのシステムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、標定対象となる送電線の各端子の電圧、電流および送電線線路定数を用いて事故点を標定する事故点標定方法において、分布定数回路方程式の近似式を用いて前記送電線の所定の一端から事故点までの標定距離を求め、前記標定距離を初期標定結果として当該初期標定結果に対し回帰的収束計算を行うことにより最終標定結果を算出することを特徴とするものである。

本発明の事故点標定方法およびそのシステムによれば、静電容量や充電電流の大きい送電線で系統事故が発生しても、分布定数回路方程式の近似式により求めることにより、標定結果の獲得に際して静電容量や充電電流の影響を排除することが可能であり、実用性に優れた計算レベルで高精度な事故点標定を実現することができる。

本発明に係る第１の実施形態のブロック構成図。 第１の実施形態における入力処理装置のフローチャート。 第１の実施形態における標定処理装置のフローチャート。 第１の実施形態の作用効果を説明する図。 本発明に係る第２の実施形態における標定処理装置のフローチャート。 第２の実施形態の変形例における入力処理装置のフローチャート。 第２の実施形態の変形例における標定処理装置のフローチャート。 従来の事故点標定方法を示し、（ａ）は送電線の回路図、（ｂ）は送電線長さ方向の電圧分布図。

（１）第１の実施形態
以下、図１〜図４を参照して本発明に係る第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態による事故点標定システムのブロック構成図であり、図２および図３はそれぞれ事故点標定システムを構成する入力処理装置および標定処理装置の処理機能を示すフローチャート、図４は第１の実施形態の作用効果を説明する図である。なお、第１の実施形態における送電線事故時の模式図およびＡ端子、Ｂ端子並びに事故点２の電圧分布図は、図８にて示した従来例のそれと同じなのである。

（構成）
第１の実施形態による事故点標定方法の特徴をする前に、まず事故点標定システムの概要について図１を参照して説明する。図１において、符号１は、両端部にはＡ端子、Ｂ端子を有する標定対象の２端子送電線である。Ａ端子側には変流器ＣＴ１０Ａおよび電圧変成器ＶＴ１０Ａが設置され、Ｂ端子側には変流器ＣＴ１０Ｂおよび電圧変成器ＶＴ１０Ｂが設置されている。

第１の実施形態に係る事故点標定システムは、Ａ端子、Ｂ端子にそれぞれ設置された入力処理装置１０Ａ、１０Ｂと、伝送媒体ＮＥＴを介して入力処理装置１０Ａ、１０Ｂに接続された標定処理装置２０から構成されている。これら入力処理装置１０Ａ、１０Ｂおよび標定処理装置２０は、例えばマイクロプロセッサ等のディジタルコンピュータで構成されている。

入力処理装置１０Ａ、１０Ｂには、それぞれデータ入力手段１１Ａ、１１Ｂと、データ記憶手段１２Ａ、１２Ｂと、データ伝送手段１３Ａ、１３Ｂが設けられている。このうち、データ入力手段１１Ａは、変流器ＣＴ１０Ａ、電圧変成器ＶＴ１０ＡからＡ端子における電流、電圧を取り込み、これらの電気量データをディジタルデータに変換する。また、データ入力手段１１Ｂは、変流器ＣＴ１０Ｂ、ＶＴ１０ＢからＢ端子における電流、電圧を取り込み、これらの電気量データをディジタルデータに変換する。

データ記憶手段１２Ａ、１２Ｂはデータ記憶時間などの設定値に基づいて事故発生時の電気量データをメモリに記憶する部分である。データ伝送手段１３Ａ、１３Ｂはメモリに記憶した電気量データを伝送媒体ＮＥＴに伝送する部分である。

標定処理装置２０には、データ取得手段２１と、標定演算手段２２と、標定結果出力手段２３が設けられている。このうち、データ取得手段２１は入力処理装置１０Ａ、１０Ｂのデータ伝送手段１３Ａ、１３Ｂから伝送されたデータを取得する部分である。標定結果出力手段２３は標定演算手段２２の算出した標定演算結果を出力する部分である。

標定演算手段２２は、本実施形態の特徴的な部分であって、送電線１の送電線線路定数Ｚ（ベクトル量）などを設定値とし、この設定値およびデータ取得手段２１で取得した電流、電圧データに基づいて、次のようにして事故点の標定演算を行っている。

すなわち、標定演算手段２２では、分布定数回路方程式の近似式を用いて、送電線１の所定の一端から事故点までの標定距離を求める。そして、求めた標定距離を初期標定結果として、この初期標定結果に対し回帰的収束計算を行うことにより最終標定結果を算出している。分布定数回路方程式や近似式の具体的な数式に関しては、次の標定方法にて述べる。

（標定方法）
続いて、第１の実施形態による事故点標定方法について説明する。まず、標定対象である送電線１のＡ端子において、電圧変成器ＶＴ１０Ａおよび変流器ＣＴ１０Ａがそれぞれ事故中の電圧Ｖ_Ａおよび電流Ｉ_Ａを採取する。また、送電線１のＢ端子において、電圧変成器ＶＴ１０Ｂおよび変流器ＣＴ１０Ｂがそれぞれ事故中の電圧Ｖ_Ｂおよび電流Ｉ_Ｂを採取する。

電圧変成器ＶＴ１０Ａおよび変流器ＣＴ１０Ａの採取した電圧Ｖ_Ａ、電流Ｉ_Ａを入力処理装置１０Ａのデータ入力手段１１Ａが入力し、電圧変成器ＶＴ１０Ｂおよび変流器ＣＴ１０Ｂの採取した電圧Ｖ_Ｂ、電流Ｉ_Ｂを入力処理装置１０Ｂのデータ入力手段１１Ｂが入力する。

以下、図２のフローチャートを参照して入力処理装置１０Ａ、１０Ｂの処理について説明する。なお、入力処理装置の説明にあたり、特にＡ端子側の入力処理装置あるいはＢ端子側の入力処理装置として区別して説明する必要のない場合は、添字Ａ、Ｂを省いて説明する。

図２に示すように、ステップ１０１では入力処理装置１０のデータ入力手段１１が各端子側から取り込んだ電圧・電流データを入力する。データ入力手段１１Ａおよび１１は電圧Ｖ_Ａと電流Ｉ_Ａ、電圧Ｖ_Ｂと電流Ｉ_Ｂをそれぞれ取り込み、ディジタルデータに変換する。

次に、ステップ１０２では、事故検出感度などの設定値をもとに事故発生有無を確認する。ここで、事故発生無しと判定した場合には（ステップ１０２のＮｏ）、ステップ１０１に戻る。一方、事故発生有りと判定した場合には（ステップ１０２のＹｅｓ）、次のステップ１０３に移行し、電圧・電流データを記憶する。これらステップ１０２および１０３は、図１のデータ記憶手段１２にて対応する。

すなわち、データ記憶手段１２では事故発生時のディジタル電圧・電流データＶ_Ａ、Ｉ_Ａ、Ｖ_Ｂ、Ｉ_Ｂに関して、データ記憶時間などの設定値をもとにして、データ記憶手段１２がメモリに記憶する。次のステップ１０４では、データ伝送手段１３が、事故発生時のディジタル電圧・電流データＶ_Ａ、Ｉ_Ａ、Ｖ_Ｂ、Ｉ_Ｂを標定処理装置２０に伝送する。

続いて、図３のフローチャートを用いて標定処理装置２０の処理機能について説明する。すなわち、ステップ２０１では標定処理装置２０のデータ取得手段２１が、入力処理装置１０Ａ、１０Ｂから伝送されてきたデータを取得する。

その後、ステップ２０２において事故発生有りと判定した場合（ステップ２０２のＹｅｓ）、ステップ２０３では事故相を選別する。さらに、ステップ２０４において事故相電圧・各相電流データおよび送電線１の線路長ｙ、単位長あたりの送電線線路定数Ｚなどの設定値を用いて標定演算を行う。なお、ステップ２０２において事故発生無しと判定した場合には（ステップ２０２のＮｏ）、ステップ２０１に戻る。

これらステップ２０２、２０３および２０４は、図１の標定演算手段２２に対応する処理ステップである。Ａ端子側で取得した電圧・電流Ｖ_Ａ、Ｉ_Ａの分布定数回路による関係式は式（３）となり、Ｂ端子側で取得した電圧・電流Ｖ_Ｂ、Ｉ_Ｂの分布定数回路による関係式は（４）となる。

ここで、伝搬定数λ、特性インピーダンスＺは、次の式（５）で表される。

上記の式（３）〜（５）より、式（６）となる。

ここで、下記の式（７）、式（８）に示す近似式を用いて、二乗項まで近似した場合には、式（９）より、上記式（６）は式（１０）となる。

さらに、λ^３以上の項を０に近似すると、下記の式（１１）より標定距離ｘを求めることができる。

また、異なる式変形により、下記の式（１２）より標定距離ｘを求めることも可能である。

以上のようにして求めた標定距離ｘを初期標定結果とする。そして、この初期標定結果を用いて、再度、標定距離ｘを計算し、数回に及ぶ再帰計算による収束判定を行って最終標定結果を求める。標定演算手段２２にて求めた最終標定結果を標定結果出力手段２３に送る。最後に標定結果出力手段２３は標定演算手段２２が演算した最終標定結果を出力する（図３のフローチャートのステップ２０５）。

（作用効果）
以上述べたように第１の実施形態においては、分布定数回路方程式の近似式を利用して標定距離ｘを求めている。これにより、静電容量による充電電流の影響を回避することができる。したがって、距離送電線やケーブル送電線など、静電容量や充電電流が大きい送電線１であっても、標定誤差を大幅に縮小化することが可能であり、高い精度で標定距離ｘを求めることができる。

また、本実施形態では、標定距離ｘの計算に際して、近似式を用いており、しかも上記の式(１２)のように解ｘを右辺の中に入れた形で回帰的収束計算を行っている。これにより、３乗根の計算が不要となり、四則演算のみで計算が可能となるレベルにまで計算の難易度を引き下げることができる。

さらには、収束計算の計算回数を調整することで、適切な演算負担に調節することが可能である。したがって、高性能のＣＰＵに頼ることなく、いわゆる組込系のプロセッサであっても、容易且つ確実に標定距離ｘを算出することができ、非常に実用的である。

図４のグラフは、第１の実施形態と従来方式とを比較したものであり、２７５ｋＶ、４００ｋｍの平行２回線超長距離送電線におけるＦＬ標定のＥＭＴＰシミュレーション結果である。なお、図４中、第１の実施形態（Ａ）はシングルラインのシミュレーション結果、第１の実施形態（Ｂ）はパラレルラインのシミュレーション結果である。また、従来方式は、上記の数式(２)を用いて標定距離ｘを計算している。これは、基本式(６)において、数式(７)と数式(８)を１乗項まで近似(１次近似)した式を採用したものである。このグラフに示すように、従来の方式では標定誤差が±７％程度であったのに対して、第１の実施形態による標定誤差は、シングルライン、パラレルライン共に、±０．５％未満である。

（２）第２の実施形態
（構成）
続いて、本発明に係る第２の実施形態について説明する。第２の実施形態による事故点標定システムの構成は、図１に示した上記第１の実施形態と同様である。そのため、各実施の形態に共通の要素については、同一符号を用いて説明する。

（標定方法）
第２の実施形態が第１の実施形態に比べて異なるところは、標定処理装置２０の処理機能の一部なので、標定処理装置２０の異なる処理機能について重点的に説明する。第２の実施形態の標定処理装置２０においても、線路長ｙおよび単位長あたりの送電線線路定数Ｚ（ベクトル量）を設定するが、標定距離ｘを求める際、モード変換量を用いる点に特徴がある。

図５は、第２の実施形態における標定処理装置２０の処理機能を示すフローチャートである。図５において、ステップ２０１で入力処理装置１０Ａ、１０Ｂから伝送されてきたデータを取得する。このステップ２０１は図１のデータ取得手段２１に対応する処理ステップである。

ステップ２０１でデータを取得後、ステップ２０２で事故発生有りと判定された場合（ステップ２０２のＹｅｓ）には、次のステップ２０３Ａでモード変換を行う。ステップ２０２において事故発生無しと判定した場合（ステップ２０２のＮｏ）、ステップ２０１に戻る。次に、ステップ２０４で各相電圧・各相電流データおよび線路定数Ｚなどの設定値を用いて標定演算を行う。

これらステップ２０２、２０３Ａおよび２０４は、図１の標定演算手段２２に対応する処理ステップである。そして、次のステップ２０５で標定結果を出力する。このステップ２０５は図１の標定結果出力手段２３に対応する処理ステップである。

前述の第１の実施形態では３相直接法を説明したが、この場合、上記の式（４）、式（９）を事故相ａ、ｂ、ｃ、ａｂ、ｂｃ、ｃａ、ａｂｃに対して適用することにより、容易に事故点２（Ｆ）までの標定距離ｘを求めることができる。しかしながら、事故相がａ相のときに式（４）、式（９）をｂ相に適用した場合、誤差の影響が大きく、演算が困難となる。そのため、上記の図３のフローチャートで説明したように、第１の実施形態では事故相選別処理（ステップ２０３）が必要となっている。

これに対して第２の実施形態では、対称座標法の正相量などのモード変換を実施している（ステップ２０３Ａ）ため、事故相選別処理は不要である。対称座標法の正相量のモード変換を用いる場合には、下記の式（１３）に示した対称座標法の正相量のモード変換行列を適用する。また、クラーク変換のα量の変換行列を用いる場合には、下記の式（１４）を適用する。

モード変換の性質上、正相量の場合には１相、２相、３相事故に対して、逆相量の場合には１相、２相事故に対して、零相量の場合には１相事故に対して、事故相選別を行うことなく、分布定数回路方程式の近似式を適用可能である。このような第２の実施形態では、３相直接法を採用した場合に生じていた誤差の影響を回避することができる。

（作用効果）
以上のような第２の実施形態によれば、上記第１の実施形態の持つ作用効果に加えて、モード変換量を用いることで、ａ、ｂ、ｃ、ａｂ、ｂｃ、ｃａ、ａｂｃ相の事故相選別を行う必要がない。したがって、演算処理の負担を軽減化しつつ、高い精度で事故点を標定することができる。

（第２の実施形態の変形例）
なお、以上説明した第２の実施形態では、電圧・電流のモード変換を標定処理装置２０で行うようにしたが、変形例としては、図６のフローチャートで示すように入力処理装置１０側でモード変換を行うようにしても良い。すなわち、入力処理装置１０において、電圧・電流データを記憶する処理ステップ１０３の後に、電圧・電流のモードを変換するモード変換処理ステップ１０５を実施する。

この場合、標定処理装置２０での電圧・電流のモード変換は不要となる。そのため、図７のフローチャートにて示すように、標定処理装置２０によるモード変換処理ステップ２０３Ａを削除することができる。これにより、標定処理装置２０での演算処理の軽減化を進めることが可能であるといったメリットがある。

（３）他の実施形態
本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、標定処理装置２０において、分布定数回路方程式から数値計算により、直接的に標定距離ｘを求めるようにしても良い。

すなわち、両端の電圧・電流の分布定数回路による関係式（６）の両辺を、ｃｏｓｈ(λｘ)で割ることで、下記の式（１５）を導くことができ、標定距離ｘは式（１６）から求めることができる。

このような実施形態では、近似計算ではなく直接的な数値計算により標定距離ｘを求めるので、静電容量や充電電流の影響を回避できる効果に関して、原理的には誤差を零とすることができる。したがって、極めて高い精度で標定距離ｘを算出することが可能である。

１…標定対象の送電線
２…事故点
１０…入力処理装置
１１…データ入力手段
１２…データ記憶手段
１３…データ伝送手段
２０…標定処理装置
２１…データ取得手段
２２…標定演算手段
２３…標定結果出力手段

Claims (4)

1. 標定対象となる送電線の各端子の電圧、電流および送電線線路定数を用いて事故点を標定する事故点標定方法において、
   分布定数回路方程式の近似式を用いて前記送電線の所定の一端から事故点までの標定距離を求め、
   前記標定距離を初期標定結果として当該初期標定結果に対し回帰的収束計算を行うことにより最終標定結果を算出することを特徴とする事故点標定方法。
2. 前記送電線の各端子の電圧、電流についてモード変換した値を用いることを特徴とする請求項１に記載の事故点標定方法。
3. 標定対象となる送電線の各端子の電圧、電流および送電線線路定数を用いて事故点を標定する事故点標定方法において、
   分布定数回路方程式から数値計算によって前記送電線の所定の一端から事故点までの標定距離を直接的に算出することを特徴とする事故点標定方法。
4. 標定対象となる送電線の各端子の電圧、電流および送電線線路定数を用いて事故点を標定する事故点標定システムにおいて、
   前記各端子に入力処理装置を設置し、伝送媒体を介して前記入力処理装置に標定処理装置を接続し、
   前記入力処理装置には、
   各端子側から電圧および電流を取り込み、ディジタル変換を行うデータ入力手段と、
   データ記憶時間を含めた設定値をもとに、事故発生時の電圧データおよび電流データをメモリに記憶するデータ記憶手段と、
   記憶したデータを伝送するデータ伝送手段を設け、
   前記標定処理装置には、
   前記入力処理部から伝送されてくるデータを取得するデータ取得手段と、
   前記送電線線路定数を含めた設定値および前記データ取得手段で取得した電流データおよび電圧データを用い、分布定数回路方程式の近似式を用いて前記送電線の所定の一端から事故点までの標定距離を求め、前記標定距離を初期標定結果として当該初期標定結果に対し回帰的収束計算を行うことにより最終標定結果を算出する標定演算手段と、
   前記標定演算手段の標定結果を出力する標定結果出力手段を設けたことを特徴とする事故点標定システム。

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