JP5204001B2 - 入力電気量の異常兆候判定装置 - Google Patents
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Description
|IAmax−IBmax| ≧ ε+k(|IAmax|+|IBmax|) ……(1)
ここで、
ε:固定分誤差
k (|IAmax| + |IBmax|):比例分誤差
k:比例分誤差係数
IAmax = MAX (IAm〜IAm-i) (i:0〜nのn秒間)n秒間の最大値
IBmax = MAX (IBm〜IBm-i) (i:0〜nのn秒間)n秒間の最大値
IAmax:ディジタル保護継電装置DigRy1の電気量のn秒間の最大値
IBmax:ディジタル保護継電装置DigRy2の電気量のn秒間の最大値
|IAmax−IBmax|:DigRy1とDigRy2のn秒間最大値の差
|Xn−Xn-1| ≧ υ[%] ……(2)
ここで、
υ:異常兆候の検出感度
Xi=|IAmax−IBmax|/(k+|IAmax|+|IBmax|)
Xn:今回判定値
Xn-1:前回判定値
さらにまた、同特許文献3には、時間の経過とともにリアルタイムに保護継電装置の異常兆候の判定する手法も開示されている。
ここで、
・装置#Mの入力電気量の値;{M1,M2,…Mi,…,Mn} (i=1,2,…,n)、
・装置#Nの入力電気量の値;{N1,N2,…Ni,…,Nn} (i=1,2,…,n)、
・n:サンプリング数(異常兆候判定に利用する入力電気量ペア(Mi,Ni)の総数)、
・[M]:{M1,M2,…,Mn}の相加平均、
・[N]:{N1,N2,…,Nn}の相加平均、
・ε:相関係数閾値、
ここで、
・装置#Mの入力電気量の値;{M1,M2,…Mi,…,Mn} (i=1,2,…,n)、
・装置#Nの入力電気量の値;{N1,N2,…Ni,…,Nn} (i=1,2,…,n)、
・n:サンプリング数(異常兆候判定に利用する入力電気量ペア(Mi,Ni)の総数)、
・[M]:{M1,M2,…,Mn}の相加平均、
・[N]:{N1,N2,…,Nn}の相加平均、
・ε:相関係数閾値、
本発明の実施形態1について図1乃至図7を参照して説明する。
(構成)
図1に示すシステム構成図は、任意の電力系統1の同一地点例えば、変電所の遮断器2近傍に複数第(図では3台)のディジタル型保護制御計測装置(1)3−1、ディジタル型保護制御計測装置(2)3−2およびディジタル型保護制御計測装置(3)3−3が計器用変成器(ここでは、計器用変圧器(VT)および計器用変流器(CT)を計器用変成器と総称する)4−1、4−2および4−3を介して設置されている様子を示す。
この場合、サーバ7が前述した保存に必要なメモリや異常兆候判定に必要なソフトウェアを搭載していることは言うまでもない。
はじめに、一般的に知られている相関係数について説明する。
相関係数(ピアソンの積率相関係数)は、2つのデータ列の間の相関(類似性の度合い)を示す統計学的指標である。−1から1の間の実数値をとり、1に近いときは2つのデータ列には正の相関があると言う。
2つのデータ列として、x={xi}およびy={yi}(i=1,2,…,n)が与えられたとき、相関係数Rは式(3)で定義される。
本発明による異常兆候判定手法は、複数台(N台、N>3)設置されている保護制御計測装置のうち、
・保護制御計測装置#Mの入力電気量の値(振幅値); x={xi} (i=1,2,…,n)、
・保護制御計測装置#Nの入力電気量の値(振幅値); y={yi} (i=1,2,…,n)、
として、振幅値で表した保護制御計測装置#1〜#Nの入力電気量の値の各ペアに対して相関係数Rを算出し、異常兆候判定に利用する。
なお、図2の相関係数演算窓長Wと、サンプリング数nと、収集周期Tとは、次の関係がある。
次に、各相関係数に基づいて異常兆候が発生している装置を特定する仕組みについて説明する。
求められた各相関係数RMNを、相関行列の要素として整理する。相関行列とは、図3に示すように行および列にそれぞれ装置番号(#1〜#N)を振り、それに対応する相関係数RMNを成分とした行列を指す。
RMN<ε ……(4)
次に本実施形態1の作用について説明する。
図1において、各保護制御計測装置3−1、3−2および3−3は、電力系統1の電気量をアナログ入力部3−11〜3−31から取り込み、演算部3−12〜3−32にて保護制御計測演算を実施する。本実施形態1では、各保護制御計測装置3−1、3−2および3−3の演算部3−12〜3−32から共通の演算手段により得られた入力電気量データを、伝送部3−1〜3−33における共通のデータ収集手段により、ネットワーク5を介してサーバ7に収集する。
この場合のN組の座標データの相関係数RMNを求めると極めて強い正の相関があり、1に近い値(RMN≒1)となり、このときの相関行列を示すと、図5のようになる。
この場合の相関係数RMNを求めると、極めて強い正の相関とはならず、1から逸脱する(RMN<1)。
以上述べた本実施形態1による入力電気量の異常兆候判定装置によれば以下の効果を奏することができる。
(i) 3台以上の複数台の保護制御計測装置における多数の入力電気量データの相関係数を用いて装置の異常兆候判定を行うようにしたので、このうち1台の保護制御計測装置でのみ異常兆候が発生した際には、多数決方式により当該装置および異常相を特定できる。また、単発的なホワイトノイズなどの誤差要因に対して不要検出を発生させにくく、かつ異常兆候を確実に検出できる。
つまり本実施形態1の異常兆候判定装置では、各保護制御計測装置の時刻同期は不要であり、GPS受信器などの設備を設ける必要はないという長所を備えている。
次に、本発明の実施形態2について図9を参照して説明する。
(構成)
本実施形態2は、前述した実施形態1と同様にして求められた相関係数RMNの相関行列の判定結果にて、行の一部(または列の一部、ただし対角成分は除く)の相関係数のみRMN<εを満たす際は、グループ一括不良と判定するものである。
ここで、εは前述の相関係数閾値(0<ε<1)である。
異常兆候の様相によっては、行の一部(または列の一部、ただし対角成分は除く)の相関係数のみRMN<εとなり得る(図9の網掛け箇所)。
この場合、原理的に多系列方式により異常が発生した保護制御計測装置を特定することはできないが、いずれかの装置に異常兆候が発生している可能性が高いとして、グループ一括不良と判定する。
本実施形態2では、異常が発生した保護制御計測装置が特定できなくとも、一部の相関係数の逸脱によりグループ一括不良と判定されるため、早期の異常兆候把握に貢献できる。
本発明の実施形態3について図10を参照して説明する。
(構成)
本実施形態3は、図10で示すように、クライアント6−1〜6−Nの表示部6−11〜6−N2に対して、実施形態1による異常兆候の判定結果(装置あるいはグループ一括不良)の表示内容Aに加えて、相単位で各保護制御計測装置の入力電気量のトレンド(縦軸:入力電気量、横軸:時間)の表示内容B、相関係数トレンド(縦軸:相関係数値、横軸:時間)の表示内容Cを表示することができるようにしたものである。
サーバ7の判定部7−2における定期的な異常兆候判定処理に応じて、クライアント6−1〜6−Nの表示部6−11〜6−N2で、その判定結果Aとともに、過去の入力電気量保存データも含めて各保護制御計測装置の入力電気量トレンドBや相関係数トレンドCを表示することができる。
本実施形態3によれば、異常兆候の判定結果Aと併せて、各保護制御計測装置の入力電気量トレンドBや相関係数トレンドCが補足情報として表示することができるので、人間系による詳細状況把握が容易に行え、迅速かつ適切に設備更新要否などの判断が行える。
本発明の実施形態4について図11を参照して説明する。
(構成)
以上述べた実施形態1乃至3では、オンラインによって定期的異常兆候判定を実施するようにしたが、本実施形態4は、サーバ7の判定部7−2に、定期的に実施されるオンラインの異常兆候判定とは別に保護制御計測装置(1)3−1〜保護制御計測装置(N)3−Nの入力電気量の保存データに基づいて、マニュアル操作によりオフラインで異常兆候判定を行うために表示部6−12に相関係数閾値εやサンプリング数nの設定部Dを設けるようにしたものである。
運転員がクライアント(1)6−1〜クライアント(N)6−Nの表示部6−12で画面を必要に応じてマニュアル操作を行うことで、保護制御計測装置(1)3−1〜保護制御計測装置(N)3−Nにおける過去の保存データに基づいて所望の異常兆候判定が行うことができる。
本実施形態4では、相関係数閾値εやサンプリング数nを設定変更して、過去の入力電気量保存データに基づき綿密な実態調査を行うことや、保守支援システムの更なる高度化に向けた情報収集などがオフラインで可能になる。
本発明の実施形態5について図12を参照して説明する。
(構成)
前述した実施形態1では、電力系統の同一地点に3装置以上の保護制御計測装置が設置されている構成を示したが、本実施形態5では、図12に示すように、電力系統としての送電線1Lの途中に分岐が存在しない場合は、送電線1Lの自端電気所に設置された保護制御計測装置(1)3−1および保護制御計測装置(2)3−2、に加えて、相手端電気所に設置された保護制御計測装置(3)3−3を判定対象に含めた構成としたものである。
送電線1Lの途中に分岐が存在しない場合、通常運転時は自端および相手端の電流値はほぼ同一になる。よって、この電流値を入力電気量として取り込む保護制御計測装置3−1、3−2および3−3を判定対象として、前述の実施形態1と同様に異常兆候判定を行う。
電力系統の低位系では、送電線1Lの自端電気所に3台以上の保護制御計測装置を設置しない場合が一般的であるが、このような場合でも本実施形態5では自端および相手端を含めて保護制御計測装置の判定対象を3台以上とすることで、以上述べてきた異常兆候判定手法を適用することが可能である。
本発明の実施形態6について図13を参照して説明する。
(構成)
本実施形態6は、変圧器を含むシステムに異常兆候判定方式を適用したものである。
通常運転時においても変圧器1Tの巻線構成や巻線比に応じて、変圧器1Tの両端電気量は大きさや位相に相違が生じる。しかし各入力電気量I#1、I#2、IH、ILの相関関係は、これらの相違が生じていても、負荷変動に対してほぼ一定に保たれる。
以上述べたように、変圧器1Tの高圧側と低圧側の電流値を個別に判定対象とし、これに他の保護制御計測装置で採取した電流値と組み合わせることにより実施形態1で述べた異常兆候判定を適用することが可能となる。
本発明の実施形態7について図14を参照して説明する。
(構成)
本実施形態7は、母線保護装置を含むシステムに異常兆候判定方式を適用したものである。
図14において、1Bは母線、2−3、2−4および2−5はそれぞれ遮断器、4−6、4−7、4−8および4−9は計器用変流器、9は母線保護装置であり、9−1は母線保護装置親局、9−2〜9−4は母線保護装置子局である。3−4は保護制御計測装置である。
母線1Bに事故が生じていない場合は、母線保護装置親局9−1に入力される入力電気量I#1、I#4と、他回線電気量の加算値|i#2+i#3|の相関関係は、負荷変動に対してほぼ一定に保たれている。
母線保護装置子局(1)9−2および保護制御計測装置3−4のみでは入力電気量数の制約により、実施形態1で述べた異常兆候判定手法を適用することができないが、母線1Bに接続された他回線の電気量の加算データ|i#2+i#3|を利用することで解決できる。
本発明の実施形態8について図15を参照して説明する。
(構成)
図15は、本実施形態8のシステム構成図であり、保護制御計測装置内に実施形態1のサーバ7に設けた保存部と判定部の機能を各保護制御計測装置内に設けることで、サーバ7を設けない構成としたものである。
本実施形態8の構成は、各保護制御計測装置内で異常兆候を判定する分散型システムを提供する。特定の保護制御計測装置が休止となる場合でも、残りの3台以上の保護制御計測装置のみで異常兆候判定を継続する。
本実施形態8では、サーバが不要となるため、より低コストでシステムを実現し得る。また、分散型システムであり、柔軟性を備えたロバストな異常兆候判定システムを提供できる。
次に、本発明の実施形態9について図16を参照して説明する。
(構成)
図16は、本実施形態9における保護制御計測装置の内部構成に注目して示した図であり、保護制御計測装置3−1を代表して示している。
本実施形態9では、保護制御計測機能を実現する上で必要となる演算は、アナログ入力部3−11および演算部3−17で行われる。また、異常兆候判定を実現するために必要な演算は演算部3−18が行い、この演算部3−18の演算結果を伝送部3−13がネットワーク5に出力する。
本実施形態9では、伝送機能部3−20で行われる処理が、アナログ入力部3−11および演算部3−17に物理的に影響しないハードウェア構成のため、特定の装置より保護制御計測装置の運用中に異常兆候判定に必要となる機能を伝送部に実装させること、伝送部から消去すること、伝送部をリスタートさせること、あるいは伝送部の処理内容を変更すること等が可能となるので、高セキュリティかつ柔軟性をも持つシステムを実現できる。
本実施形態10は、システム構成図等を図示しないが、特許文献1等に記載されている知的エージェントなどのソフトウェア技術を適用することにより、保護制御計測装置3−1、3−2、3−3における入力電気量データの演算手法、保護制御計測装置3−1、3−2、3−3からサーバ7への入力電気量データの収集手法、サーバ7における異常兆候の判定手法等を、特定の装置から特定の操作を行うことで必要に応じて変更できるようにしたものである。
本実施形態11も実施形態10同様、知的エージェント機能を使用して、特定の操作により必要に応じて異常兆候の判定機能が一切実装されていない状態に変更することができるようにしたものである。
Claims (12)
- 電力系統の同一地点の電気量を3台以上複数台のディジタル型保護制御計測装置に取り込み、当該取り込んだ入力電気量を用いて計器用変成器の異常兆候または保護制御計測装置に具備されたアナログ回路の異常兆候を判定する異常兆候判定装置であって、
前記複数台の保護制御計測装置をネットワーク上でサーバコンピュータおよびクライアントコンピュータに接続するようにし、
前記各保護制御計測装置は、電力系統の電気量を取り込むアナログ回路と、取り込んだ入力電気量を演算する演算部と、この演算部により得られた入力電気量データを前記サーバに送信する伝送部とを有し、
前記クライアントコンピュータは、要求内容を入力する操作部と、入力された要求内容に応じてサーバコンピュータから送られてきた応答内容を出力する表示部とを有し、
前記サーバコンピュータは、前記各保護制御計測装置において一定周期でサンプリングされた入力電気量データを収集して保存する保存部と、この保存部に保存されている入力電気量データのうち、任意時点でサンプリングされた入力電気量データおよび当該任意時点よりも所定周期前にサンプリングされた入力電気量データの各ペアに対して下記(3)式に基づいて定期的に相関係数RMNを算出し、さらに、この算出された相関係数RMNを下記(4)式に基づいて判定して異常兆候装置を特定する判定部を有することを特徴とする入力電気量の異常兆候判定装置。
ここで、
・装置#Mの入力電気量の値;{M1,M2,…Mi,…,Mn} (i=1,2,…,n)、
・装置#Nの入力電気量の値;{N1,N2,…Ni,…,Nn} (i=1,2,…,n)、
・n:サンプリング数(異常兆候判定に利用する入力電気量ペア(Mi,Ni)の総数)、
・[M]:{M1,M2,…,Mn}の相加平均、
・[N]:{N1,N2,…,Nn}の相加平均、
・ε:相関係数閾値、 - 電力系統の同一地点の電気量を3台以上の複数台のディジタル型保護制御計測装置に取り込み、当該取り込んだ入力電気量を用いて計器用変成器の異常兆候または保護制御計測装置に具備されたアナログ回路の異常兆候を判定する異常兆候判定装置であって、
前記複数台の保護制御計測装置をネットワーク上でクライアントコンピュータに接続するようにし、
前記各保護制御計測装置は、電力系統の電気量を取り込むアナログ回路と、取り込んだ入力電気量を演算する演算部と、この演算部により得られた入力電気量データを出力する伝送部と、当該保護制御計測装置において一定周期でサンプリングされた入力電気量データを収集して保存する保存部と、この保存部に保存されている入力電気量データのうち、任意時点でサンプリングされた入力電気量データおよび当該任意時点よりも所定周期前にサンプリングされた入力電気量データの各ペアに対して下記(3)式に基づいて定期的に相関係数RMNを算出し、さらにこの算出された相関係数RMNを下記(4)式に基づいて判定を行い、異常兆候が発生した装置を特定する判定部を有し、
前記クライアントコンピュータは、要求内容を入力する操作部および入力された要求内容に応じて前記各保護制御計測装置から送られてきた応答内容を出力する表示部を有することを特徴とする入力電気量の異常兆候判定装置。
RMN<ε ……(4)
ここで、
・装置#Mの入力電気量の値;{M1,M2,…Mi,…,Mn} (i=1,2,…,n)、
・装置#Nの入力電気量の値;{N1,N2,…Ni,…,Nn} (i=1,2,…,n)、
・n:サンプリング数(異常兆候判定に利用する入力電気量ペア(Mi,Ni)の総数)、
・[M]:{M1,M2,…,Mn}の相加平均、
・[N]:{N1,N2,…,Nn}の相加平均、
・ε:相関係数閾値、 - 請求項1または2記載の入力電気量の異常兆候判定装置おいて、
前記3式および4式による判定基準1に加えて、以下の判定基準2に基づいて異常兆候装置を特定する判定部を有する異常兆候判定装置。
(判定基準2)
各相関係数RMN<ε(ε;予め定められた相関係数閾値)を相関行列の要素とした際に、対角成分を除く、特定の行一列および列一列の相関係数が全てRMN<εを満たす場合、その行または列に該当する装置を異常兆候ありと判定する。
ここで、相関行列とは、行、列に装置番号をとり、それに対応する相関係数RMN<εを成分とした行列を指す。 - 請求項1または2記載の入力電気量の異常兆候判定装置おいて、
前記判定基準1と判定基準2に加えて、以下の判定基準3に基づいて異常兆候装置を特定する判定部を有する異常兆候判定装置。
(判定基準3)
相関行列の判定結果にて、行の一部および列の一部の相関係数のみRMN<εを満たす場合に、グループ一括不良と判定する。 - 請求項4に記載の入力電気量の異常兆候判定装置おいて、
クライアントコンピュータの表示部に、異常兆候の判定結果(装置あるいはグループ一括不良)を表示する手段に加えて、相単位で各保護制御計測装置の入力電気量トレンドまたは相関係数トレンドの双方またはいずれか一方を表示するようにしたことを特徴とする異常兆候判定装置。 - 請求項1乃至5のいずれかに記載の入力電気量の異常兆候判定装置おいて、
サーバコンピュータの判定部に、定期的に実施される異常兆候判定とは別に、各保護制御計測装置の入力電気量の保存データに基づいて、マニュアル操作によりオフラインで異常兆候判定を行う手段を有する異常兆候判定装置。 - 請求項1乃至6のいずれかに記載の入力電気量の異常兆候判定装置おいて、
保護制御計測対象である送電線の途中に分岐が存在しない場合、当該送電線の一端に接続された保護制御計測装置に加えて、他端に接続された保護制御計測装置を異常兆候判定対象に含めたことを特徴とする異常兆候判定装置。 - 請求項1乃至6のいずれかに記載の入力電気量の異常兆候判定装置おいて、
保護制御計測対象である変圧器の高圧側端子および低圧側端子の電流を取り込んで保護演算を行う変圧器保護装置と、前記変圧器の高圧側および低圧側の双方またはいずれか一方に保護制御計測装置が接続されている場合、当該保護制御計測装置の入力電流値と、変圧器保護装置に取り込まれる高圧側電流値または、低圧側電流値を異常兆候の判定対象としたことを特徴とする異常兆候判定装置。 - 請求項1乃至6のいずれかに記載の入力電気量の異常兆候判定装置おいて、
保護制御計測対象である母線の各端子の電流を取り込んで保護演算を行う母線保護装置と、前記母線の各端子に保護制御計測装置とが母線に接続されている場合、特定の母線保護装置子局の入力電流値と、当該母線保護装置子局と同一地点の電気量を取り込む保護制御計測装置の入力電流値と、他の全母線保護装置子局の電流瞬時値の和電流の値を異常兆候の判定対象としたことを特徴とする異常兆候判定装置。 - 請求項1乃至9のいずれかに記載の入力電気量の異常兆候判定装置おいて、
各保護制御計測装置の伝送部が、アナログ入力部および演算部と、ハードウェア分離され、かつ、演算部がデュアルポートRAMを介して伝送部と接続される構成としたことを特徴とする異常兆候判定装置。 - 請求項1乃至10のいずれかに記載の入力電気量の異常兆候判定装置おいて、
前記各保護制御計測装置、サーバコンピュータおよびクライアントコンピュータに、知的エージェントによる変更指令操作を受け付ける機能を搭載させ、これら各保護制御計測装置、サーバコンピュータおよびクライアントコンピュータの内の任意の装置からの操作により入力電気量データの演算手法、入力電気量データの収集手法、異常兆候の判定手法の全てまたはいずれかを変更することを特徴とする異常兆候判定装置。 - 請求項1乃至10のいずれかに記載の入力電気量の異常兆候判定装置おいて、
前記各保護制御計測装置、サーバコンピュータおよびクライアントコンピュータに、知的エージェントによる変更指令操作を受け付ける機能を搭載させ、これら各保護制御計測装置、サーバコンピュータおよびクライアントコンピュータ内から、異常兆候の判定機能を削除することを特徴とする異常兆候判定装置。
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