平行２回線送電線の線路定数測定方法及び保護制御計測装置
【課題】平行２回線送電線の線路定数を、簡単かつ正確に算出する。
【解決手段】測定対象とする平行２回線の送電線１０１Ａ〜Ｃと１０２Ａ〜１０２Ｃの両端に、その電気量を取り込む保護制御計測装置１１０と、両端の保護制御計測装置１１０において電気量取り込みを同時刻に行うための時刻同期手段１１２と、両端の保護制御計測装置１１０から取り込んだ電気量から線路の定数を算出する線路定数算出手段１１３を設ける。線路定数算出手段１１３は、平行２回線の送電線路をコモンモードとディファレンシャルモードにモード分解することで１回線の送電線路モデルとして取り扱い、２つの１回線送電線モデルとして算出した線路定数を、モード合成によって平行２回線送電線モデルに復元することで、平行２回線送電線の線路定数を算出する。
【解決手段】測定対象とする平行２回線の送電線１０１Ａ〜Ｃと１０２Ａ〜１０２Ｃの両端に、その電気量を取り込む保護制御計測装置１１０と、両端の保護制御計測装置１１０において電気量取り込みを同時刻に行うための時刻同期手段１１２と、両端の保護制御計測装置１１０から取り込んだ電気量から線路の定数を算出する線路定数算出手段１１３を設ける。線路定数算出手段１１３は、平行２回線の送電線路をコモンモードとディファレンシャルモードにモード分解することで１回線の送電線路モデルとして取り扱い、２つの１回線送電線モデルとして算出した線路定数を、モード合成によって平行２回線送電線モデルに復元することで、平行２回線送電線の線路定数を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平行２回線送電線の両端子に設置した保護制御計測装置において、取り込んだ電気量を用いて送電線の線路定数を推定する方法、およびこれを組込んだ保護制御計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
正確な線路定数を得ることは、保護リレーの整定、事故点標定、系統運用では重要なことである。そのために多くの方法が提案されてきている。よく使われているのは、Carson-Polarczhek法であり、線路の幾何学的な構造、大地からの距離など各種パラメータを入力してコンピュータで計算を行う。しかしながら、この方法は多数のパラメータを必要とすること、ねん架の有無、各相の対象性の有無を実際の送電線と合致させる労力が多大であり、精度も場合により低いという問題がある。
【０００３】
他の方法として、送電線の建設時に試験電圧を各相ごとに入力し、その際の電流電圧からインピーダンス、アドミッタンスを求める方法である。この方法は正確に線路定数を求めることができるが、労力、コストがかかるという点、および線路停止時に計測を行う必要があるという点、測定精度をあげるには試験電圧を高くする必要がありコスト、安全面での問題もある。
【０００４】
上述したCarson-Polarczhek法や試験電圧を印加する方法の問題点を解決するために、ＧＰＳを利用して同時刻の送電線両端の電圧電流を得て、これから送電線線路定数を求め、これを用いて事故点標定を行うという提案が以下に行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２７０２８５号公報
【特許文献２】特開２００４−１２２９２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「事故点標定のための不平衡平行２回線送電線の線路定数計算方法」：平成２１年電気学会全国大会発表
【０００７】
これらの文献で提案されている方法は、送電線を集中定数回路あるいは分布定数回路としてモデル化し、送電線事故時の両端の電圧、電流から、線路定数を求めている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１，２で紹介されている技術は、送電線の事故点標定のための線路定数を求める方法であり、該当送電線内部に事故が発生することを条件に、両端の電気量と線路定数の関係を定式化している。したがって、送電線内部事故が発生しないかぎり該当送電線の線路定数が求められないことになる。
【０００９】
これは、距離リレーの整定値を決めるために線路定数が必要な場合には不適当である。なぜならば、系統事故発生時点で正確な線路定数が必要となるためである。また、系統運用全般、たとえば潮流の推定などに利用する場合も、送電線内部事故が発生しない場合は、線路定数を求めることができないため不都合である。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、平行２回線送電線において、簡易かつ高精度に送電線の定数を求めることの可能な線路定数測定方法およびこれを組み込んだ保護制御計測装置を提供することを目的としている。特に、本発明は、特許文献１や特許文献２に記載された発明のような送電線内部事故を必ずしも必要とせずに、常時の潮流を利用して高精度に線路定数を求めることができる汎用的な線路定数測定方法と保護制御計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、平行２回線の送電線路の定数を測定する線路定数測定方法において、次の処理を行うことを特徴とする。
(1)平行２回線の送電線路のそれぞれについて、定常運用における少なくとも２つ以上の異なる時点で取り込んだ電気量を線路定数算出手段の入力とする。
(2) 線路定数算出手段において、平行２回線の送電線路をコモンモードとディファレンシャルモードにモード分解することで１回線の送電線路モデルとして取り扱う。
(3) ２つの１回線送電線モデルとして算出した線路定数を、モード合成によって平行２回線送電線モデルに復元することで、平行２回線送電線の線路定数を算出する。
【００１２】
また、本発明の保護制御計測装置は、測定対象とする平行２回線の送電線路の両端に設置され送電線両端の電気量を取り込む電気量取込手段と、前記電気量取込手段における電気量取り込みを同時刻に行うための時刻同期手段と、前記線路をπ型等価回路または分布定数回路として、前記電気量取込手段において取り込んだ電気量から線路の定数を、アドミッタンス及びインピーダンス行列として算出する線路定数算出手段とを備える。
【００１３】
特に、前記線路定数算出手段は、次の構成を有することを特徴とする。
(1) 平行２回線の送電線路をコモンモードとディファレンシャルモードにモード分解する１回線送電線モデル化処理部。
(2) ２つの１回線送電線モデルのそれぞれについて、線路定数を算出する１回線送電線モデル線路定数算出処理部。
(3) ２つの１回線送電線モデルとして算出した線路定数を、モード合成によって平行２回線送電線モデルに復元する２回線送電線モデル復元化処理部。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、平行２回線送電線において、測定対象とする線路の両端で同時刻に零相分を含んだ電気量を取り込み、その電気量に基づいて線路定数をアドミッタンス及びインピーダンス行列として算出することが可能となり、従来技術に比較して、簡単かつ正確に線路定数を得ることができる。特に、零相分の検出は、必ずしも送電線内部事故に限らず検出が可能であることから、本発明によれば、事故時以外における線路定数の算出を容易に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１の全体構成を示す配置図。
【図２】実施例１における送電線の配置例を示す正面図。
【図３】実施例１における保護制御計測装置の内部構成を示すブロック図。
【図４】実施例１の動作を説明するフローチャート。
【図５】実施例２の動作を説明するフローチャート。
【図６】実施例３の動作を説明するフローチャート。
【図７】実施例４における保護制御計測装置のブロック図。
【図８】実施例４の事故時の電圧電流波形を示す波形図。
【図９】実施例４の動作を説明するフローチャート。
【図１０】実施例５における保護制御計測装置のブロック図。
【図１１】実施例５の動作を説明するフローチャート。
【図１２】実施例６における保護制御計測装置のブロック図。
【図１３】実施例６の動作を説明するフローチャート。
【図１４】実施例７における保護制御計測装置のブロック図。
【図１５】実施例７の動作を説明するフローチャート。
【図１６】実施例８における保護制御計測装置のブロック図。
【図１７】実施例８の動作を説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態を下記の実施例に従って説明する。
【実施例１】
【００１７】
（構成）
図１は、実施例１に係る送電線定数測定方法を組み込んだ保護制御計測装置１１０の全体構成を示す配置図である。１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃは第１の被定数測定送電線、１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃは第２の被定数測定送電線を示している。１０３１，１０３２は変流器、１０４１，１０４２は計器用変圧器である。１０５はＡ電気所とＢ電気所の保護制御計測装置を結ぶ通信回線である。図２に示すように、第１の被定数測定送電線１および第２の被定数測定送電線２の送電線は、鉄塔の左右に対称形に振り分けて配置されている。
【００１８】
保護制御計測装置１１０の内部構成を図３に示す。電気所Ａ，Ｂにそれぞれ設けられた保護制御計測装置１１０は、運用状態にある送電線１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃおよび１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ両端の電流、電圧の瞬時値を一定時間間隔でサンプリングする電気量取込手段１１１を有する。この電気量取込手段１１１は、取り込んだ電気量をディジタル信号に変換後、メモリに記録する。
【００１９】
電気量取込手段１１１には、ＧＰＳの絶対時刻信号を利用した時刻同期手段１１２からの時刻情報も入力される。すなわち、第１及び第２の被定数測定送電線１，２の定数測定のためには、各送電線両端の装置１１０において、同時刻にデータをサンプリングする必要がある。そのため、両端の保護制御計測装置１１０において、その内部クロックの時刻を、ＧＰＳの絶対時刻信号に基づいて、時刻同期手段１１２を用いて高精度に合わせる。保護制御計測装置１１０ではこのクロックに従い、送電線両端の電流、電圧の瞬時値を一定時間間隔でサンプリングする。
【００２０】
電気量取り込み手段１１１内のメモリに記録した送電線両端の電流、電圧データは、２回線送電線線路定数算出手段１１３（以下、線路定数算出手段と呼ぶ）で、後述する方法に従って演算する。なお、相手端子の電流、電圧は、通信回線１０５を利用して自端子の電気量取込手段１１１に入る。
【００２１】
線路定数算出手段１１３は、少なくともひとつの時点の電流、電圧内に零相分が含まれる場合において、アドミッタンス行列とインピーダンス行列を求める。そのため、前記保護制御計測装置１１０は零相分検出手段１１４を備えている。すなわち、非特許文献１に記載されているように、不平衡２回線送電線の線路定数を得る為には少なくとも３回の測定が必要であり、下表のような条件のデータを必要とすることが既に分かっている。
【００２２】
【表１】
【００２３】
このように平行２回線送電線の線路定数を求めるには、少なくともひとつの時点の電流、電圧の零相成分が必要である。そこで、本実施例では、保護制御計測装置１１０内に零相分検出手段１１４を組込んである。
【００２４】
さらに、本実施例においては、前記線路定数算出手段１１３が、次の３つの手段を備えている。
(1) 平行２回線の送電線路をコモンモードとディファレンシャルモードにモード分解する１回線送電線モデル化処理部
(2) ２つの１回線送電線モデルのそれぞれについて、線路定数を算出する１回線送電線モデル線路定数算出処理部
(3) ２つの１回線送電線モデルとして算出した線路定数を、モード合成によって平行２回線送電線モデルに復元する２回線送電線モデル復元化処理部
【００２５】
（作用）
次に、本実施例の作用を説明する。まず、ステップＳ１にてｔ１時点での電気量を取り込む。この電気量はとくに零相分を含む必要はないことから、任意の時点で取り込んだ電気量でよい。次にステップＳ２で零相分を含む電圧あるいは電流が発生しているか監視を行う。
【００２６】
具体的には電力系統保護で用いられる零相過電圧リレーあるいは零相過電流リレーを装置内に設けその動作の有無を確認することで実現できる。零相分が、たとえば送電線の外部あるいは内部の事故で発生すればこれらのリレーが動き、ステップＳ３でその際の時刻ｔ２で電気量を取り込む。これによりアドミッタンス行列は求めることができる。さらに、インピーダンス行列を求めるには、適当な時刻ｔ３でステップＳ４にて電気量を取り込み、以上から得られた全ての電気量を用いてステップＳ５にて線路定数の計算を行う。
【００２７】
電力系統に零相成分が発生したタイミングで正確に電気量を取り込むことから、線路定数の計算精度をより向上することができる。
【００２８】
以下同様にしてステップＳｎ（ｎ≧２）まで同様にして電気量を取り込む。最後に、ステップＳｎ＋１において、線路定数算出手段１１３により、アドミッタンスおよびインピーダンス行列を求める。
【００２９】
すなわち、ステップＳｎ＋１において、線路定数算出手段１１３に設けられた３つの処理部(1)〜(3) により、
(1) １回線送電線モデル化処理、
(2) １回線送電線モデル線路定数算出処理、
(3) ２回線送電線モデル復元化処理、
を順に行うことにより、自己インピーダンスＹｓ，Ｚｓおよび相互インピーダンスＹｍ，Ｚｍの未知数を得る。以下、これら処理について説明する。
【００３０】
(1) １回線送電線モデル化処理
図２に示すように、平行２回線送電線の送電線配置の相反性と物理的左右対称性から、送電線１Ｌおよび２Ｌの線路定数は完全に独立なものとはならず、インピーダンスＺ＝Ｒ＋ｊＸ(Ω/km)とアドミタンスＹ＝ｊＢ(Ω−１/km)は、以下の式で表される。
【００３１】
【数１】
【００３２】
また、上図の平行２回線送電線両端の電気量は以下のベクトルで定義する。
【数２】
【００３３】
平行２回線送電線の線路定数を求める為に、送電線１Ｌと２Ｌが左右対称である性質を利用すると、次のモード分解行列が導かれる。
【数３】
【００３４】
ここでＵは３×３型の単位行列である。Ｔ−１によるモード分解計算をＹとＺに適用すると、以下の式が得られる。
【数４】
【００３５】
この結果からＴ−１を用いたモード分解(コモンモードとディファレンシャルモード)により、平行２回線送電線は下図のような二つの仮想的な１回線送電線(common Line と differential Line と呼ぶ)に分離することができる。
【００３６】
【数５】
【００３７】
以上より、２回線送電線の自己インピーダンスＹｓ，Ｚｓおよび相互インピーダンスＹｍ，Ｚｍを求める問題が、２つの１回線送電線の線路定数を求める問題に帰着できる。
【００３８】
(2) １回線送電線モデル線路定数算出処理
この１回線送電線モデルの線路定数を算出するには、種々な手段が採用できる。各種の線路定数の算出手段については、実施例２以降に具体的に説明する。
【００３９】
(3) ２回線送電線モデル復元化処理
式（Ｂ）により得られたＹｃＬ，ＺｃＬおよびＹｄＬ，ＺｄＬを以下の式でモード合成することにより、元の２回線送電線のインピーダンスＹ，Ｚを求めることができる。
【数６】
【００４０】
（効果）
本発明では、このようにして送電線が運用されている状態の異なる複数時点の電気量を取り込んで、２回線送電線線路を、上述のように、二つの仮想的な１回線送電線に見立てて、線路定数を算出することができる。その結果、平行２回線送電線を、仮想的に２つの１回線送電線モデルに置き換えることにより、１回線送電線の線路定数算出手段と同様の手段で、２回線送電線の線路定数を、算出することが可能となる。
【実施例２】
【００４１】
（構成）
実施例１の構成において、１回線送電線モデルの線路定数算出処理を行うにあたり、送電線をπ型等価回路モデルとして考える方法について示す。ここで送電線は、ねん架していないことを想定する。当然ながら以下得られる一般解は、ねん架している場合にもあてはまる。
【００４２】
【数７】
【００４３】
（作用）
図５に実施例２の処理フローを示す。すなわち、図４のステップＳｎ＋１において、(2)の線路定数を算出するにあたり、線路定数を算出する１回線送電線モデルとして、π型等価回路モデルを適用したものである。
【００４４】
この場合、送電線両端の電流電圧の関係は以下で表せる。
【数８】
【００４５】
ただし各行列は、以下を満たすものとする。
【数９】
【００４６】
上表のような電圧、電流データが得られた場合、以下の(Ｄ)式および(Ｅ)式を、線路定数算出手段で計算することでｃＬとｄＬの線路定数が得ることができ、線路全体の線路定数が得られることとなる。
【００４７】
【数１０】
【数１１】
【００４８】
（効果）
送電線をπ型等価回路モデルと考える方法を平行２回線送電線に適用することができ、従来の２回線送電線に設置する保護制御計測装置で必要であった送電線に関連する整定計算を大幅に省力化できる。
【実施例３】
【００４９】
（構成）
実施例３として、前記実施例１の構成において、送電線を下記のような分布定数回路と考える方法について示す。
【００５０】
【数１２】
【００５１】
（作用）
この実施例３は、前記実施例１で説明した処理のうち、１回線送電線モデルの線路定数算出処理ステップＳｎ＋１の「(2) １回線送電線モデルの線路定数算出処理」において、線路定数を算出する１回線送電線モデルとして、分布定数回路モデルを適用したものである。
図６に実施例３の処理フローを示す。
【００５２】
送電線を分布定数回路とすると、その単位長あたりのアドミッタンス、インピーダンスは以下であらわされる。
【数１３】
【００５３】
ただし、以下の式が成り立つとする。
【数１４】
【００５４】
これは２つの状態での測定データを用い、ガウスニュートン法で解くことでＹ，Ｚを求めることができる。この手順を線路定数算出手段１１３にて行う。
【００５５】
（効果）
本実施例は、前記図４の線路定数算出処理フローのステップＳｎ＋１「(2) １回線送電線モデルの線路定数算出処理」に、（Ｆ）式、（Ｇ）式を適用したものであり、これにより前記実施例２と同様に線路定数を算出することができる。その結果、送電線を分布定数回路モデルと考える方法を平行２回線送電線に適用することができ、従来の２回線送電線に設置する保護制御計測装置で必要であった送電線に関連する整定計算を大幅に省力化できる。
【実施例４】
【００５６】
（構成）
実施例４の構成を図７に示す。前記実施例３に対して、零相分検出手段１１４の具体例として、送電線事故状態検出手段１１５を設ける。なお、他の構成は、実施例１〜３と同様である。
【００５７】
実施例４においては、送電線事故状態検出手段１１５を用いて、対象送電線内に事故が発生しているか、あるいは事故を検出した保護リレーの動作か、あるいは系統操作により遮断器が開放している期間であることを検出する。
【００５８】
具体的には、送電線内部事故を検出する電流差動リレー、距離リレーあるいは回線選択リレーなど、選択性のあるリレーの出力を送電線事故状態検出手段１１５の入力とすることで送電線内部に事故が発生していることを検出できる。
【００５９】
（作用）
本実施例における電流電圧事故波形のタイムチャートを図８に示す。ｔ１時点は事故発生前の電気量、ｔ２時点は送電線内部の事故発生時の電気量、ｔ３時点は事故検出後遮断器が送電線を開放し再閉路するまでの電気量、ｔ４時点は系統事故が復旧した電気量を示す。
【００６０】
本実施例の動作フローチャートを図９に示す。この図９の各ステップを、前記図８に示した各時刻の電気量と対比して説明する。図９のステップＳ１が、図８の事故発生前ｔ１時点の電気量取込に対応し、図９のステップＳ１が、図８の事故発生前ｔ１時点の電気量取込みに対応する。ステップ２では、送電線内部事故が発生したか否かを前記送電線事故状態検出手段１１５によって検出し、事故が発生した場合に、次のステップＳ３において事故発生時点であるｔ２時点の電気量取込みを行う。
【００６１】
その後、ステップＳ４にて、事故検出後遮断器が送電線を開放し再閉路するまでのｔ３時点での電気量の取込みを行う。ステップ５では、送電線事故状態検出手段１１５によって遮断器の状態を本実施例の装置に取込むことで、送電線内部事故の継続あるいは復旧を判定する。ステップ５において送電線内部事故の復旧を判定した場合は、ステップＳ６において系統事故復旧したｔ４時点の電気量の取込みを行う。その後、ステップＳ７において、線路定数算出手段１１３により得られた全ての電気量を用いて線路定数の計算を行う。
【００６２】
（効果）
本実施例によれば、送電線内部事故中あるいは復旧中の電気量を取り込むことで、零相成分を含む電気量を利用できることから、線路定数算出手段の演算精度が向上することが期待できる。なお、系統事故中あるいは復旧中に線路定数を算出できた場合に、その時点で該当する保護リレーの整定値を変更することは、本装置の演算処理速度が速くなれば可能となる。
【実施例５】
【００６３】
（構成）
実施例５の構成を図１０に示す。この実施例５は、前記実施例１の変形例であって、線路定数算出手段１１３において算出した線路定数が、予め定めた範囲内に入っていない場合は、算出結果を破棄する線路定数検定手段１１６を設けたものである。すなわち、線路定数算出手段１１３は、実施例１乃至実施例３に示す式を用いるが、取り込んだ電気量によって演算誤差が大きくなる、あるいは演算が収束せずに物理的にありえない値を算出結果とする可能性がある。そこで、この実施例５では、あらかじめ物理的にありえる線路定数の範囲を線路定数検定手段１１６内に組み込んでおく。
【００６４】
（作用）
このような構成を有する実施例５では、図１１に示すフローチャートのステップ１からステップＳｎ＋１のように、前記実施例１と同様にして、線路定数であるアドミッタンス及びインピーダンス行列を求める。その後、ステップＳｎ＋２において、線路定数算出手段１１３からの結果を線路定数検定手段１１６に入力して、計算で得られた線路定数の値が予め設定された範囲内にあるか否かを検定する。検定結果が、範囲内である場合には、ステップＳｎ＋３において算出された線路定数を確定し、範囲外である場合は、ステップＳｎ＋４において算出結果を破棄する。
【００６５】
なお、線路定数算出処理は、前記実施例２あるいは実施例３に示す式を用いるが、取り込んだ電気量によって演算誤差が大きくなる、あるいは演算が収束せずに、物理的にありえない値を算出結果とする可能性がある。そこで、あらかじめ物理的にありえる線路定数の範囲を事前に線路定数検定手段１１６内に組み込んでおく。
【００６６】
線路定数検定手段１１６からの結果を検定し、範囲外である場合は、算出結果を破棄する。ステップＳｎ＋１の線路定数算出手段によりアドミタンスおよびインピーダンス行列を求める。得られた結果より線路定数の検定をステップＳｎ＋２で行い、線路定数の範囲外である場合は、算出結果を破棄する。
【００６７】
（効果）
このように実施例５においては、演算誤差や収束しない演算結果を排除することが可能になるので、高精度な線路定数を求めることが可能となる。
【実施例６】
【００６８】
（構成）
図１２は保護制御計測装置１１０を送電線の故障点標定装置とした実施例６の構成を示す。すなわち、本発明の保護制御計測装置１１０に公知の故障点評定手段１１７を組み込み、この故障点評定手段１１７に線路定数算出手段１１３によって得られた線路定数を、電気量取込手段１１１で取得した各時点の電気量と共に入力するものである。
【００６９】
（作用）
このような構成の実施例６の動作は、図１３のフローチャートに示すように、ステップＳ１からステップＳｎ＋１までは前述までの実施例と同じである。その後、ステップＳｎ＋１の線路定数算出手段１１３の算出結果を故障点標定機能１１７に入力し、ステップＳｎ＋２では、故障点評定手段１１７が線路定数算出手段１１３の出力を用いて故障点評定の整定値を補正あるいは再設定する。
【００７０】
（効果）
故障点標定のアルゴリズムは種々提案されてきており距離リレーのように線路のインピーダンスを測距するもの、電流の分布を求めるものなどがあるが、いずれも正しい線路の定数が必要となる。
【００７１】
従来の故障点標定装置では、線路定数を求めるために前述したCarson-Polarczhek法を利用した計算をコンピュータでオフラインで行い装置の運用開始前に整定していた。運用後は整定変更を行わずに固定で運用するのが一般的であった。本実施例によれば、事前に従来方法で整定しておいた場合でも、運用後に実際の潮流から線路定数が求められ再整定を自動的に行えることから、精度の高い故障点標定装置を得ることができる。
【００７２】
また従来のCarson-Polarczhek法を利用した計算は線路の幾何学的な配置を入力する必要があり、また周囲温度、大地の導電率などを推測で入力する必要があったことから経済性、信頼性の課題があったが、本実施例によれば、運用開始前に労力をかけて線路定数を求める必要がなくなるとともに、運用中の周囲の環境変化を時々刻々適応的に反映しながら線路定数が算出できることから大幅に経済性、信頼性が向上する。
【００７３】
なお、故障点標定装置には、相手端子からの電流を自端子に取込んで標定演算を行う上述のもの以外に、各端子の時刻同期した電気量データを中央の演算装置に集約し、演算装置で故障点標定演算を行うものもある。この場合は、上述の線路定数算出手段１１３、この中央の演算装置に置くことになるが、その効果は上述の例と同等である。
【実施例７】
【００７４】
（構成）
図１４は、保護制御計測装置１１０を送電線の保護を行う距離リレー装置とした実施例８の構成を示す。すなわち、本発明の保護制御計測装置１１０に公知の距離リレー１１８を組み込み、この距離リレー１１８に線路定数算出手段１１３によって得られた線路定数を、電気量取込手段１１１で取得した各時点の電気量と共に入力するものである。
【００７５】
（作用）
このような構成の実施例７の動作は、図１５のフローチャートに示すように、ステップＳ１からステップＳｎ＋１までは前述までの実施例と同じである。その後、ステップＳｎ＋１の線路定数算出手段１１３の算出結果を距離リレー１１８に入力し、ステップＳｎ＋２では、距離リレー１１８が線路定数算出手段１１３の出力を用いて距離リレー１１８の線路定数に関わる整定値を補正あるいは再設定する。
【００７６】
（効果）
距離リレーのアルゴリズムは種々提案されてきているが、いずれも正しい線路の定数が必要となる。従来の距離リレーでは、線路定数を求めるために前述したCarson-Polarczhek法を利用した計算をコンピュータでオフラインで行うか、あるいは送電線建設時に実測をしたデータを用いるかなどして装置の運用開始前に動作範囲を整定していた。運用後は、整定変更を行わずに固定で運用するのが一般的であった。本実施例によれば、事前に従来方法で整定しておいた場合でも、運用後に実際の潮流から線路定数が求められ再整定を自動的に行えることから精度の高い距離リレーを得ることができる。
【００７７】
また従来のCarson-Polarczhek法を利用した計算は線路の幾何学的な配置を入力する必要があり、また周囲温度、大地の導電率などを推測で入力する必要があったことから経済性、信頼性の課題があり、建設時に実測する場合も印加用電源などの準備が必要であったが、本実施例によれば、運用開始前に労力をかけて線路定数を求める必要がなくなるとともに、運用中の周囲の環境変化を時々刻々適応的に反映しながら線路定数が算出できることから大幅に経済性、信頼性が向上する。
【実施例８】
【００７８】
（構成）
図１６は、本発明の保護制御計測装置１１０を送電線の保護を行う電流差動リレー装置とした場合の構成である。すなわち、本発明の保護制御計測装置１１０に充電電流補償機能を有する電流差動リレー１１９を組み込み、この電流差動リレー１１９に対して線路定数算出手段１１３によって得られた線路定数を、電気量取込手段１１１で取得した各時点の電気量と共に入力するものである。
【００７９】
（作用）
このような構成の実施例８の動作は、図１７のフローチャートに示すように、ステップＳ１からステップＳｎ＋１までは前述までの実施例と同じである。その後、ステップＳｎ＋１の線路定数算出手段１１３の算出結果を電流差動リレー１１９に入力し、ステップＳｎ＋２では、電流差動リレー１１９が線路定数算出手段１１３の出力を用いて、充電電流の補償値を補正あるいは再設定する。
【００８０】
（効果）
従来、長距離送電線やケーブル系の保護を行う電流差動リレーの整定には、送電線の充電電流を補償した整定を行うのが一般的であり、線路のアドミッタンスと端子の電圧から充電電流を求めていた。アドミッタンスの計算は、前述の例のように線路の幾何学的配置から求められていたが、労力が多く精度にも課題があった。本実施例によれば、事前に従来方法で整定しておいた場合でも、運用後に実際の線路アドミッタンスから充電電流が求められ、再整定を自動的に行えることから、精度の高い電流差動リレーを得ることができる。
【００８１】
また、従来のCarson-Polarczhek法を利用した計算は、線路の幾何学的な配置を入力する必要があり、かつ周囲温度、大地の導電率などを推測で入力する必要があったことから経済性、信頼性の課題があった。さらに、建設時に実測する場合も印加用電源などの準備が必要であった。本実施例によれば、運用開始前に労力をかけて充電電流を求める必要がなくなるとともに、運用中の周囲の環境変化を時々刻々適応的に反映しながら線路定数が算出できることから、大幅に経済性、信頼性が向上する。
【符号の説明】
【００８２】
１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ：送電線１
１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ：送電線２
１０３１：変流器１
１０３２：変流器２
１０４１：計器用変圧器１
１０４２：計器用変圧器２
１０５：通信回線
１１０：保護制御計測装置
１１１：電気量取込手段
１１２：時刻同期手段
１１３：２回線送電線線路定数算出手段
１１４：零相分検出手段
１１５：送電線事故状態検出手段
１１６：線路定数検定手段
１１７：故障点標定手段
１１８：距離リレー
１１９：差動リレー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平行２回線送電線の両端子に設置した保護制御計測装置において、取り込んだ電気量を用いて送電線の線路定数を推定する方法、およびこれを組込んだ保護制御計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
正確な線路定数を得ることは、保護リレーの整定、事故点標定、系統運用では重要なことである。そのために多くの方法が提案されてきている。よく使われているのは、Carson-Polarczhek法であり、線路の幾何学的な構造、大地からの距離など各種パラメータを入力してコンピュータで計算を行う。しかしながら、この方法は多数のパラメータを必要とすること、ねん架の有無、各相の対象性の有無を実際の送電線と合致させる労力が多大であり、精度も場合により低いという問題がある。
【０００３】
他の方法として、送電線の建設時に試験電圧を各相ごとに入力し、その際の電流電圧からインピーダンス、アドミッタンスを求める方法である。この方法は正確に線路定数を求めることができるが、労力、コストがかかるという点、および線路停止時に計測を行う必要があるという点、測定精度をあげるには試験電圧を高くする必要がありコスト、安全面での問題もある。
【０００４】
上述したCarson-Polarczhek法や試験電圧を印加する方法の問題点を解決するために、ＧＰＳを利用して同時刻の送電線両端の電圧電流を得て、これから送電線線路定数を求め、これを用いて事故点標定を行うという提案が以下に行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２７０２８５号公報
【特許文献２】特開２００４−１２２９２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「事故点標定のための不平衡平行２回線送電線の線路定数計算方法」：平成２１年電気学会全国大会発表
【０００７】
これらの文献で提案されている方法は、送電線を集中定数回路あるいは分布定数回路としてモデル化し、送電線事故時の両端の電圧、電流から、線路定数を求めている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１，２で紹介されている技術は、送電線の事故点標定のための線路定数を求める方法であり、該当送電線内部に事故が発生することを条件に、両端の電気量と線路定数の関係を定式化している。したがって、送電線内部事故が発生しないかぎり該当送電線の線路定数が求められないことになる。
【０００９】
これは、距離リレーの整定値を決めるために線路定数が必要な場合には不適当である。なぜならば、系統事故発生時点で正確な線路定数が必要となるためである。また、系統運用全般、たとえば潮流の推定などに利用する場合も、送電線内部事故が発生しない場合は、線路定数を求めることができないため不都合である。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、平行２回線送電線において、簡易かつ高精度に送電線の定数を求めることの可能な線路定数測定方法およびこれを組み込んだ保護制御計測装置を提供することを目的としている。特に、本発明は、特許文献１や特許文献２に記載された発明のような送電線内部事故を必ずしも必要とせずに、常時の潮流を利用して高精度に線路定数を求めることができる汎用的な線路定数測定方法と保護制御計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、平行２回線の送電線路の定数を測定する線路定数測定方法において、次の処理を行うことを特徴とする。
(1)平行２回線の送電線路のそれぞれについて、定常運用における少なくとも２つ以上の異なる時点で取り込んだ電気量を線路定数算出手段の入力とする。
(2) 線路定数算出手段において、平行２回線の送電線路をコモンモードとディファレンシャルモードにモード分解することで１回線の送電線路モデルとして取り扱う。
(3) ２つの１回線送電線モデルとして算出した線路定数を、モード合成によって平行２回線送電線モデルに復元することで、平行２回線送電線の線路定数を算出する。
【００１２】
また、本発明の保護制御計測装置は、測定対象とする平行２回線の送電線路の両端に設置され送電線両端の電気量を取り込む電気量取込手段と、前記電気量取込手段における電気量取り込みを同時刻に行うための時刻同期手段と、前記線路をπ型等価回路または分布定数回路として、前記電気量取込手段において取り込んだ電気量から線路の定数を、アドミッタンス及びインピーダンス行列として算出する線路定数算出手段とを備える。
【００１３】
特に、前記線路定数算出手段は、次の構成を有することを特徴とする。
(1) 平行２回線の送電線路をコモンモードとディファレンシャルモードにモード分解する１回線送電線モデル化処理部。
(2) ２つの１回線送電線モデルのそれぞれについて、線路定数を算出する１回線送電線モデル線路定数算出処理部。
(3) ２つの１回線送電線モデルとして算出した線路定数を、モード合成によって平行２回線送電線モデルに復元する２回線送電線モデル復元化処理部。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、平行２回線送電線において、測定対象とする線路の両端で同時刻に零相分を含んだ電気量を取り込み、その電気量に基づいて線路定数をアドミッタンス及びインピーダンス行列として算出することが可能となり、従来技術に比較して、簡単かつ正確に線路定数を得ることができる。特に、零相分の検出は、必ずしも送電線内部事故に限らず検出が可能であることから、本発明によれば、事故時以外における線路定数の算出を容易に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１の全体構成を示す配置図。
【図２】実施例１における送電線の配置例を示す正面図。
【図３】実施例１における保護制御計測装置の内部構成を示すブロック図。
【図４】実施例１の動作を説明するフローチャート。
【図５】実施例２の動作を説明するフローチャート。
【図６】実施例３の動作を説明するフローチャート。
【図７】実施例４における保護制御計測装置のブロック図。
【図８】実施例４の事故時の電圧電流波形を示す波形図。
【図９】実施例４の動作を説明するフローチャート。
【図１０】実施例５における保護制御計測装置のブロック図。
【図１１】実施例５の動作を説明するフローチャート。
【図１２】実施例６における保護制御計測装置のブロック図。
【図１３】実施例６の動作を説明するフローチャート。
【図１４】実施例７における保護制御計測装置のブロック図。
【図１５】実施例７の動作を説明するフローチャート。
【図１６】実施例８における保護制御計測装置のブロック図。
【図１７】実施例８の動作を説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態を下記の実施例に従って説明する。
【実施例１】
【００１７】
（構成）
図１は、実施例１に係る送電線定数測定方法を組み込んだ保護制御計測装置１１０の全体構成を示す配置図である。１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃは第１の被定数測定送電線、１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃは第２の被定数測定送電線を示している。１０３１，１０３２は変流器、１０４１，１０４２は計器用変圧器である。１０５はＡ電気所とＢ電気所の保護制御計測装置を結ぶ通信回線である。図２に示すように、第１の被定数測定送電線１および第２の被定数測定送電線２の送電線は、鉄塔の左右に対称形に振り分けて配置されている。
【００１８】
保護制御計測装置１１０の内部構成を図３に示す。電気所Ａ，Ｂにそれぞれ設けられた保護制御計測装置１１０は、運用状態にある送電線１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃおよび１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ両端の電流、電圧の瞬時値を一定時間間隔でサンプリングする電気量取込手段１１１を有する。この電気量取込手段１１１は、取り込んだ電気量をディジタル信号に変換後、メモリに記録する。
【００１９】
電気量取込手段１１１には、ＧＰＳの絶対時刻信号を利用した時刻同期手段１１２からの時刻情報も入力される。すなわち、第１及び第２の被定数測定送電線１，２の定数測定のためには、各送電線両端の装置１１０において、同時刻にデータをサンプリングする必要がある。そのため、両端の保護制御計測装置１１０において、その内部クロックの時刻を、ＧＰＳの絶対時刻信号に基づいて、時刻同期手段１１２を用いて高精度に合わせる。保護制御計測装置１１０ではこのクロックに従い、送電線両端の電流、電圧の瞬時値を一定時間間隔でサンプリングする。
【００２０】
電気量取り込み手段１１１内のメモリに記録した送電線両端の電流、電圧データは、２回線送電線線路定数算出手段１１３（以下、線路定数算出手段と呼ぶ）で、後述する方法に従って演算する。なお、相手端子の電流、電圧は、通信回線１０５を利用して自端子の電気量取込手段１１１に入る。
【００２１】
線路定数算出手段１１３は、少なくともひとつの時点の電流、電圧内に零相分が含まれる場合において、アドミッタンス行列とインピーダンス行列を求める。そのため、前記保護制御計測装置１１０は零相分検出手段１１４を備えている。すなわち、非特許文献１に記載されているように、不平衡２回線送電線の線路定数を得る為には少なくとも３回の測定が必要であり、下表のような条件のデータを必要とすることが既に分かっている。
【００２２】
【表１】
【００２３】
このように平行２回線送電線の線路定数を求めるには、少なくともひとつの時点の電流、電圧の零相成分が必要である。そこで、本実施例では、保護制御計測装置１１０内に零相分検出手段１１４を組込んである。
【００２４】
さらに、本実施例においては、前記線路定数算出手段１１３が、次の３つの手段を備えている。
(1) 平行２回線の送電線路をコモンモードとディファレンシャルモードにモード分解する１回線送電線モデル化処理部
(2) ２つの１回線送電線モデルのそれぞれについて、線路定数を算出する１回線送電線モデル線路定数算出処理部
(3) ２つの１回線送電線モデルとして算出した線路定数を、モード合成によって平行２回線送電線モデルに復元する２回線送電線モデル復元化処理部
【００２５】
（作用）
次に、本実施例の作用を説明する。まず、ステップＳ１にてｔ１時点での電気量を取り込む。この電気量はとくに零相分を含む必要はないことから、任意の時点で取り込んだ電気量でよい。次にステップＳ２で零相分を含む電圧あるいは電流が発生しているか監視を行う。
【００２６】
具体的には電力系統保護で用いられる零相過電圧リレーあるいは零相過電流リレーを装置内に設けその動作の有無を確認することで実現できる。零相分が、たとえば送電線の外部あるいは内部の事故で発生すればこれらのリレーが動き、ステップＳ３でその際の時刻ｔ２で電気量を取り込む。これによりアドミッタンス行列は求めることができる。さらに、インピーダンス行列を求めるには、適当な時刻ｔ３でステップＳ４にて電気量を取り込み、以上から得られた全ての電気量を用いてステップＳ５にて線路定数の計算を行う。
【００２７】
電力系統に零相成分が発生したタイミングで正確に電気量を取り込むことから、線路定数の計算精度をより向上することができる。
【００２８】
以下同様にしてステップＳｎ（ｎ≧２）まで同様にして電気量を取り込む。最後に、ステップＳｎ＋１において、線路定数算出手段１１３により、アドミッタンスおよびインピーダンス行列を求める。
【００２９】
すなわち、ステップＳｎ＋１において、線路定数算出手段１１３に設けられた３つの処理部(1)〜(3) により、
(1) １回線送電線モデル化処理、
(2) １回線送電線モデル線路定数算出処理、
(3) ２回線送電線モデル復元化処理、
を順に行うことにより、自己インピーダンスＹｓ，Ｚｓおよび相互インピーダンスＹｍ，Ｚｍの未知数を得る。以下、これら処理について説明する。
【００３０】
(1) １回線送電線モデル化処理
図２に示すように、平行２回線送電線の送電線配置の相反性と物理的左右対称性から、送電線１Ｌおよび２Ｌの線路定数は完全に独立なものとはならず、インピーダンスＺ＝Ｒ＋ｊＸ(Ω/km)とアドミタンスＹ＝ｊＢ(Ω−１/km)は、以下の式で表される。
【００３１】
【数１】
【００３２】
また、上図の平行２回線送電線両端の電気量は以下のベクトルで定義する。
【数２】
【００３３】
平行２回線送電線の線路定数を求める為に、送電線１Ｌと２Ｌが左右対称である性質を利用すると、次のモード分解行列が導かれる。
【数３】
【００３４】
ここでＵは３×３型の単位行列である。Ｔ−１によるモード分解計算をＹとＺに適用すると、以下の式が得られる。
【数４】
【００３５】
この結果からＴ−１を用いたモード分解(コモンモードとディファレンシャルモード)により、平行２回線送電線は下図のような二つの仮想的な１回線送電線(common Line と differential Line と呼ぶ)に分離することができる。
【００３６】
【数５】
【００３７】
以上より、２回線送電線の自己インピーダンスＹｓ，Ｚｓおよび相互インピーダンスＹｍ，Ｚｍを求める問題が、２つの１回線送電線の線路定数を求める問題に帰着できる。
【００３８】
(2) １回線送電線モデル線路定数算出処理
この１回線送電線モデルの線路定数を算出するには、種々な手段が採用できる。各種の線路定数の算出手段については、実施例２以降に具体的に説明する。
【００３９】
(3) ２回線送電線モデル復元化処理
式（Ｂ）により得られたＹｃＬ，ＺｃＬおよびＹｄＬ，ＺｄＬを以下の式でモード合成することにより、元の２回線送電線のインピーダンスＹ，Ｚを求めることができる。
【数６】
【００４０】
（効果）
本発明では、このようにして送電線が運用されている状態の異なる複数時点の電気量を取り込んで、２回線送電線線路を、上述のように、二つの仮想的な１回線送電線に見立てて、線路定数を算出することができる。その結果、平行２回線送電線を、仮想的に２つの１回線送電線モデルに置き換えることにより、１回線送電線の線路定数算出手段と同様の手段で、２回線送電線の線路定数を、算出することが可能となる。
【実施例２】
【００４１】
（構成）
実施例１の構成において、１回線送電線モデルの線路定数算出処理を行うにあたり、送電線をπ型等価回路モデルとして考える方法について示す。ここで送電線は、ねん架していないことを想定する。当然ながら以下得られる一般解は、ねん架している場合にもあてはまる。
【００４２】
【数７】
【００４３】
（作用）
図５に実施例２の処理フローを示す。すなわち、図４のステップＳｎ＋１において、(2)の線路定数を算出するにあたり、線路定数を算出する１回線送電線モデルとして、π型等価回路モデルを適用したものである。
【００４４】
この場合、送電線両端の電流電圧の関係は以下で表せる。
【数８】
【００４５】
ただし各行列は、以下を満たすものとする。
【数９】
【００４６】
上表のような電圧、電流データが得られた場合、以下の(Ｄ)式および(Ｅ)式を、線路定数算出手段で計算することでｃＬとｄＬの線路定数が得ることができ、線路全体の線路定数が得られることとなる。
【００４７】
【数１０】
【数１１】
【００４８】
（効果）
送電線をπ型等価回路モデルと考える方法を平行２回線送電線に適用することができ、従来の２回線送電線に設置する保護制御計測装置で必要であった送電線に関連する整定計算を大幅に省力化できる。
【実施例３】
【００４９】
（構成）
実施例３として、前記実施例１の構成において、送電線を下記のような分布定数回路と考える方法について示す。
【００５０】
【数１２】
【００５１】
（作用）
この実施例３は、前記実施例１で説明した処理のうち、１回線送電線モデルの線路定数算出処理ステップＳｎ＋１の「(2) １回線送電線モデルの線路定数算出処理」において、線路定数を算出する１回線送電線モデルとして、分布定数回路モデルを適用したものである。
図６に実施例３の処理フローを示す。
【００５２】
送電線を分布定数回路とすると、その単位長あたりのアドミッタンス、インピーダンスは以下であらわされる。
【数１３】
【００５３】
ただし、以下の式が成り立つとする。
【数１４】
【００５４】
これは２つの状態での測定データを用い、ガウスニュートン法で解くことでＹ，Ｚを求めることができる。この手順を線路定数算出手段１１３にて行う。
【００５５】
（効果）
本実施例は、前記図４の線路定数算出処理フローのステップＳｎ＋１「(2) １回線送電線モデルの線路定数算出処理」に、（Ｆ）式、（Ｇ）式を適用したものであり、これにより前記実施例２と同様に線路定数を算出することができる。その結果、送電線を分布定数回路モデルと考える方法を平行２回線送電線に適用することができ、従来の２回線送電線に設置する保護制御計測装置で必要であった送電線に関連する整定計算を大幅に省力化できる。
【実施例４】
【００５６】
（構成）
実施例４の構成を図７に示す。前記実施例３に対して、零相分検出手段１１４の具体例として、送電線事故状態検出手段１１５を設ける。なお、他の構成は、実施例１〜３と同様である。
【００５７】
実施例４においては、送電線事故状態検出手段１１５を用いて、対象送電線内に事故が発生しているか、あるいは事故を検出した保護リレーの動作か、あるいは系統操作により遮断器が開放している期間であることを検出する。
【００５８】
具体的には、送電線内部事故を検出する電流差動リレー、距離リレーあるいは回線選択リレーなど、選択性のあるリレーの出力を送電線事故状態検出手段１１５の入力とすることで送電線内部に事故が発生していることを検出できる。
【００５９】
（作用）
本実施例における電流電圧事故波形のタイムチャートを図８に示す。ｔ１時点は事故発生前の電気量、ｔ２時点は送電線内部の事故発生時の電気量、ｔ３時点は事故検出後遮断器が送電線を開放し再閉路するまでの電気量、ｔ４時点は系統事故が復旧した電気量を示す。
【００６０】
本実施例の動作フローチャートを図９に示す。この図９の各ステップを、前記図８に示した各時刻の電気量と対比して説明する。図９のステップＳ１が、図８の事故発生前ｔ１時点の電気量取込に対応し、図９のステップＳ１が、図８の事故発生前ｔ１時点の電気量取込みに対応する。ステップ２では、送電線内部事故が発生したか否かを前記送電線事故状態検出手段１１５によって検出し、事故が発生した場合に、次のステップＳ３において事故発生時点であるｔ２時点の電気量取込みを行う。
【００６１】
その後、ステップＳ４にて、事故検出後遮断器が送電線を開放し再閉路するまでのｔ３時点での電気量の取込みを行う。ステップ５では、送電線事故状態検出手段１１５によって遮断器の状態を本実施例の装置に取込むことで、送電線内部事故の継続あるいは復旧を判定する。ステップ５において送電線内部事故の復旧を判定した場合は、ステップＳ６において系統事故復旧したｔ４時点の電気量の取込みを行う。その後、ステップＳ７において、線路定数算出手段１１３により得られた全ての電気量を用いて線路定数の計算を行う。
【００６２】
（効果）
本実施例によれば、送電線内部事故中あるいは復旧中の電気量を取り込むことで、零相成分を含む電気量を利用できることから、線路定数算出手段の演算精度が向上することが期待できる。なお、系統事故中あるいは復旧中に線路定数を算出できた場合に、その時点で該当する保護リレーの整定値を変更することは、本装置の演算処理速度が速くなれば可能となる。
【実施例５】
【００６３】
（構成）
実施例５の構成を図１０に示す。この実施例５は、前記実施例１の変形例であって、線路定数算出手段１１３において算出した線路定数が、予め定めた範囲内に入っていない場合は、算出結果を破棄する線路定数検定手段１１６を設けたものである。すなわち、線路定数算出手段１１３は、実施例１乃至実施例３に示す式を用いるが、取り込んだ電気量によって演算誤差が大きくなる、あるいは演算が収束せずに物理的にありえない値を算出結果とする可能性がある。そこで、この実施例５では、あらかじめ物理的にありえる線路定数の範囲を線路定数検定手段１１６内に組み込んでおく。
【００６４】
（作用）
このような構成を有する実施例５では、図１１に示すフローチャートのステップ１からステップＳｎ＋１のように、前記実施例１と同様にして、線路定数であるアドミッタンス及びインピーダンス行列を求める。その後、ステップＳｎ＋２において、線路定数算出手段１１３からの結果を線路定数検定手段１１６に入力して、計算で得られた線路定数の値が予め設定された範囲内にあるか否かを検定する。検定結果が、範囲内である場合には、ステップＳｎ＋３において算出された線路定数を確定し、範囲外である場合は、ステップＳｎ＋４において算出結果を破棄する。
【００６５】
なお、線路定数算出処理は、前記実施例２あるいは実施例３に示す式を用いるが、取り込んだ電気量によって演算誤差が大きくなる、あるいは演算が収束せずに、物理的にありえない値を算出結果とする可能性がある。そこで、あらかじめ物理的にありえる線路定数の範囲を事前に線路定数検定手段１１６内に組み込んでおく。
【００６６】
線路定数検定手段１１６からの結果を検定し、範囲外である場合は、算出結果を破棄する。ステップＳｎ＋１の線路定数算出手段によりアドミタンスおよびインピーダンス行列を求める。得られた結果より線路定数の検定をステップＳｎ＋２で行い、線路定数の範囲外である場合は、算出結果を破棄する。
【００６７】
（効果）
このように実施例５においては、演算誤差や収束しない演算結果を排除することが可能になるので、高精度な線路定数を求めることが可能となる。
【実施例６】
【００６８】
（構成）
図１２は保護制御計測装置１１０を送電線の故障点標定装置とした実施例６の構成を示す。すなわち、本発明の保護制御計測装置１１０に公知の故障点評定手段１１７を組み込み、この故障点評定手段１１７に線路定数算出手段１１３によって得られた線路定数を、電気量取込手段１１１で取得した各時点の電気量と共に入力するものである。
【００６９】
（作用）
このような構成の実施例６の動作は、図１３のフローチャートに示すように、ステップＳ１からステップＳｎ＋１までは前述までの実施例と同じである。その後、ステップＳｎ＋１の線路定数算出手段１１３の算出結果を故障点標定機能１１７に入力し、ステップＳｎ＋２では、故障点評定手段１１７が線路定数算出手段１１３の出力を用いて故障点評定の整定値を補正あるいは再設定する。
【００７０】
（効果）
故障点標定のアルゴリズムは種々提案されてきており距離リレーのように線路のインピーダンスを測距するもの、電流の分布を求めるものなどがあるが、いずれも正しい線路の定数が必要となる。
【００７１】
従来の故障点標定装置では、線路定数を求めるために前述したCarson-Polarczhek法を利用した計算をコンピュータでオフラインで行い装置の運用開始前に整定していた。運用後は整定変更を行わずに固定で運用するのが一般的であった。本実施例によれば、事前に従来方法で整定しておいた場合でも、運用後に実際の潮流から線路定数が求められ再整定を自動的に行えることから、精度の高い故障点標定装置を得ることができる。
【００７２】
また従来のCarson-Polarczhek法を利用した計算は線路の幾何学的な配置を入力する必要があり、また周囲温度、大地の導電率などを推測で入力する必要があったことから経済性、信頼性の課題があったが、本実施例によれば、運用開始前に労力をかけて線路定数を求める必要がなくなるとともに、運用中の周囲の環境変化を時々刻々適応的に反映しながら線路定数が算出できることから大幅に経済性、信頼性が向上する。
【００７３】
なお、故障点標定装置には、相手端子からの電流を自端子に取込んで標定演算を行う上述のもの以外に、各端子の時刻同期した電気量データを中央の演算装置に集約し、演算装置で故障点標定演算を行うものもある。この場合は、上述の線路定数算出手段１１３、この中央の演算装置に置くことになるが、その効果は上述の例と同等である。
【実施例７】
【００７４】
（構成）
図１４は、保護制御計測装置１１０を送電線の保護を行う距離リレー装置とした実施例８の構成を示す。すなわち、本発明の保護制御計測装置１１０に公知の距離リレー１１８を組み込み、この距離リレー１１８に線路定数算出手段１１３によって得られた線路定数を、電気量取込手段１１１で取得した各時点の電気量と共に入力するものである。
【００７５】
（作用）
このような構成の実施例７の動作は、図１５のフローチャートに示すように、ステップＳ１からステップＳｎ＋１までは前述までの実施例と同じである。その後、ステップＳｎ＋１の線路定数算出手段１１３の算出結果を距離リレー１１８に入力し、ステップＳｎ＋２では、距離リレー１１８が線路定数算出手段１１３の出力を用いて距離リレー１１８の線路定数に関わる整定値を補正あるいは再設定する。
【００７６】
（効果）
距離リレーのアルゴリズムは種々提案されてきているが、いずれも正しい線路の定数が必要となる。従来の距離リレーでは、線路定数を求めるために前述したCarson-Polarczhek法を利用した計算をコンピュータでオフラインで行うか、あるいは送電線建設時に実測をしたデータを用いるかなどして装置の運用開始前に動作範囲を整定していた。運用後は、整定変更を行わずに固定で運用するのが一般的であった。本実施例によれば、事前に従来方法で整定しておいた場合でも、運用後に実際の潮流から線路定数が求められ再整定を自動的に行えることから精度の高い距離リレーを得ることができる。
【００７７】
また従来のCarson-Polarczhek法を利用した計算は線路の幾何学的な配置を入力する必要があり、また周囲温度、大地の導電率などを推測で入力する必要があったことから経済性、信頼性の課題があり、建設時に実測する場合も印加用電源などの準備が必要であったが、本実施例によれば、運用開始前に労力をかけて線路定数を求める必要がなくなるとともに、運用中の周囲の環境変化を時々刻々適応的に反映しながら線路定数が算出できることから大幅に経済性、信頼性が向上する。
【実施例８】
【００７８】
（構成）
図１６は、本発明の保護制御計測装置１１０を送電線の保護を行う電流差動リレー装置とした場合の構成である。すなわち、本発明の保護制御計測装置１１０に充電電流補償機能を有する電流差動リレー１１９を組み込み、この電流差動リレー１１９に対して線路定数算出手段１１３によって得られた線路定数を、電気量取込手段１１１で取得した各時点の電気量と共に入力するものである。
【００７９】
（作用）
このような構成の実施例８の動作は、図１７のフローチャートに示すように、ステップＳ１からステップＳｎ＋１までは前述までの実施例と同じである。その後、ステップＳｎ＋１の線路定数算出手段１１３の算出結果を電流差動リレー１１９に入力し、ステップＳｎ＋２では、電流差動リレー１１９が線路定数算出手段１１３の出力を用いて、充電電流の補償値を補正あるいは再設定する。
【００８０】
（効果）
従来、長距離送電線やケーブル系の保護を行う電流差動リレーの整定には、送電線の充電電流を補償した整定を行うのが一般的であり、線路のアドミッタンスと端子の電圧から充電電流を求めていた。アドミッタンスの計算は、前述の例のように線路の幾何学的配置から求められていたが、労力が多く精度にも課題があった。本実施例によれば、事前に従来方法で整定しておいた場合でも、運用後に実際の線路アドミッタンスから充電電流が求められ、再整定を自動的に行えることから、精度の高い電流差動リレーを得ることができる。
【００８１】
また、従来のCarson-Polarczhek法を利用した計算は、線路の幾何学的な配置を入力する必要があり、かつ周囲温度、大地の導電率などを推測で入力する必要があったことから経済性、信頼性の課題があった。さらに、建設時に実測する場合も印加用電源などの準備が必要であった。本実施例によれば、運用開始前に労力をかけて充電電流を求める必要がなくなるとともに、運用中の周囲の環境変化を時々刻々適応的に反映しながら線路定数が算出できることから、大幅に経済性、信頼性が向上する。
【符号の説明】
【００８２】
１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ：送電線１
１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ：送電線２
１０３１：変流器１
１０３２：変流器２
１０４１：計器用変圧器１
１０４２：計器用変圧器２
１０５：通信回線
１１０：保護制御計測装置
１１１：電気量取込手段
１１２：時刻同期手段
１１３：２回線送電線線路定数算出手段
１１４：零相分検出手段
１１５：送電線事故状態検出手段
１１６：線路定数検定手段
１１７：故障点標定手段
１１８：距離リレー
１１９：差動リレー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行２回線の送電線路の定数を測定する線路定数測定方法において、
平行２回線の送電線路のそれぞれについて、定常運用における少なくとも２つ以上の異なる時点で取り込んだ電気量を線路定数算出手段の入力とし、
線路定数算出手段において、平行２回線の送電線路をコモンモードとディファレンシャルモードにモード分解することで１回線の送電線路モデルとして取り扱い、２つの１回線送電線モデルとして算出した線路定数を、モード合成によって平行２回線送電線モデルに復元することで、平行２回線送電線の線路定数を算出することを特徴とする線路定数測定方法。
【請求項２】
前記線路定数算出手段におけるモード分解およびモード合成を行うにあたり、以下の式を用いることを特徴とする請求項１の線路定数測定方法。
＜モード分解＞
【数１５】
＜モード合成＞
【数１６】
【請求項３】
前記線路定数算出手段において、平行２回線の送電線路モデルとしてΠ型等価回路モデルを用い、線路定数の算出にあたり以下の式を用いることを特徴とする請求項１の線路定数測定方法。
【数１７】
【請求項４】
前記線路定数算出手段において、平行２回線の送電線路モデルとして分布定数回路モデルを用い、線路定数の算出にあたり以下の式を用いることを特徴とする請求項１の線路定数測定方法。
【数１８】
【請求項５】
測定対象とする平行２回線の送電線路の両端に設置され送電線両端の電気量を取り込む電気量取込手段と、
前記電気量取込手段における電気量取り込みを同時刻に行うための時刻同期手段と、
前記線路をπ型等価回路または分布定数回路として、前記電気量取込手段において取り込んだ電気量から線路の定数を、アドミッタンス及びインピーダンス行列として算出する線路定数算出手段とを備えた保護制御計測装置において、
前記線路定数算出手段が、
(1) 平行２回線の送電線路をコモンモードとディファレンシャルモードにモード分解する１回線送電線モデル化処理部
(2) ２つの１回線送電線モデルのそれぞれについて、線路定数を算出する１回線送電線モデル線路定数算出処理部
(3) ２つの１回線送電線モデルとして算出した線路定数を、モード合成によって平行２回線送電線モデルに復元する２回線送電線モデル復元化処理部
を備えていることを特徴とする保護制御計測装置。
【請求項６】
前記線路定数算出手段に設けられた１回線送電線モデル化処理部と２回線送電線モデル復元化処理部が、そのモード分解およびモード合成の演算として以下の式を用いることを特徴とする請求項５に記載の保護制御計測装置。
＜モード分解＞
【数１９】
＜モード合成＞
【数２０】
【請求項７】
前記線路定数算出手段に設けられた１回線送電線モデル線路定数算出処理部が、平行２回線の送電線路モデルとしてΠ型等価回路モデルを用い、線路定数算出手段の演算として以下の式を用いることを特徴とする請求項５に記載の保護制御計測装置。
【数２１】
【請求項８】
前記線路定数算出手段に設けられた１回線送電線モデル線路定数算出処理部が、平行２回線の送電線路モデルとして分布定数回路モデルを用い、線路定数算出手段の演算として以下の式を用いることを特徴とする請求項５に記載の保護制御計測装置。
【数２２】
【請求項９】
前記線路定数算出手段として、保護制御装置に取り込む電気量に零相成分が一定値以上含まれていることを検出する零相分検出手段を設け、零相分が一定値以上となったことを条件に前記線路定数算出手段を起動することを特徴とする請求項５から８のいずれかに記載の保護制御計測装置。
【請求項１０】
前記零相分検出手段を線路事故中あるいは線路開放中を検出する線路事故状態検出手段から構成し、この線路事故状態検出手段からの検出結果に従って、前記電気量取込手段が電気量を取り込む時点の内少なくとも一つ以上は線路事故中あるいは線路開放中の時点であることを特徴とする請求項９に記載の保護制御計測装置。
【請求項１１】
前記平行２回線の線路定数算出手段の出力側に、前記線路定数算出手段が算出した線路定数が予め定めた範囲内に入っていない場合は算出結果を破棄する線路定数検定手段を設けたことを特徴とする請求項５から９のいずれかに記載の保護制御計測装置。
【請求項１２】
前記平行２回線の線路定数算出手段の出力側に、前記線路定数算出手段の算出結果により故障点標定における線路定数に関わる整定値を補正あるいは再設定する故障点評定手段を設けたことを特徴とする請求項５から９のいずれかに記載の保護制御計測装置。
【請求項１３】
前記平行２回線の線路定数算出手段の出力側に、前記線路定数算出手段の算出結果により測距性能に関わる整定値を補正あるいは再設定する距離リレーを設けたことを特徴とする請求項５から９のいずれかに記載の保護制御計測装置。
【請求項１４】
前記平行２回線の線路定数算出手段の出力側に、前記線路定数算出手段の算出結果により充電電流補償機能に関わる整定値を補正あるいは再設定する送電線電流差動リレーを設けたことを特徴とする請求項５から９のいずれかに記載の保護制御計測装置。
【請求項１】
平行２回線の送電線路の定数を測定する線路定数測定方法において、
平行２回線の送電線路のそれぞれについて、定常運用における少なくとも２つ以上の異なる時点で取り込んだ電気量を線路定数算出手段の入力とし、
線路定数算出手段において、平行２回線の送電線路をコモンモードとディファレンシャルモードにモード分解することで１回線の送電線路モデルとして取り扱い、２つの１回線送電線モデルとして算出した線路定数を、モード合成によって平行２回線送電線モデルに復元することで、平行２回線送電線の線路定数を算出することを特徴とする線路定数測定方法。
【請求項２】
前記線路定数算出手段におけるモード分解およびモード合成を行うにあたり、以下の式を用いることを特徴とする請求項１の線路定数測定方法。
＜モード分解＞
【数１５】
＜モード合成＞
【数１６】
【請求項３】
前記線路定数算出手段において、平行２回線の送電線路モデルとしてΠ型等価回路モデルを用い、線路定数の算出にあたり以下の式を用いることを特徴とする請求項１の線路定数測定方法。
【数１７】
【請求項４】
前記線路定数算出手段において、平行２回線の送電線路モデルとして分布定数回路モデルを用い、線路定数の算出にあたり以下の式を用いることを特徴とする請求項１の線路定数測定方法。
【数１８】
【請求項５】
測定対象とする平行２回線の送電線路の両端に設置され送電線両端の電気量を取り込む電気量取込手段と、
前記電気量取込手段における電気量取り込みを同時刻に行うための時刻同期手段と、
前記線路をπ型等価回路または分布定数回路として、前記電気量取込手段において取り込んだ電気量から線路の定数を、アドミッタンス及びインピーダンス行列として算出する線路定数算出手段とを備えた保護制御計測装置において、
前記線路定数算出手段が、
(1) 平行２回線の送電線路をコモンモードとディファレンシャルモードにモード分解する１回線送電線モデル化処理部
(2) ２つの１回線送電線モデルのそれぞれについて、線路定数を算出する１回線送電線モデル線路定数算出処理部
(3) ２つの１回線送電線モデルとして算出した線路定数を、モード合成によって平行２回線送電線モデルに復元する２回線送電線モデル復元化処理部
を備えていることを特徴とする保護制御計測装置。
【請求項６】
前記線路定数算出手段に設けられた１回線送電線モデル化処理部と２回線送電線モデル復元化処理部が、そのモード分解およびモード合成の演算として以下の式を用いることを特徴とする請求項５に記載の保護制御計測装置。
＜モード分解＞
【数１９】
＜モード合成＞
【数２０】
【請求項７】
前記線路定数算出手段に設けられた１回線送電線モデル線路定数算出処理部が、平行２回線の送電線路モデルとしてΠ型等価回路モデルを用い、線路定数算出手段の演算として以下の式を用いることを特徴とする請求項５に記載の保護制御計測装置。
【数２１】
【請求項８】
前記線路定数算出手段に設けられた１回線送電線モデル線路定数算出処理部が、平行２回線の送電線路モデルとして分布定数回路モデルを用い、線路定数算出手段の演算として以下の式を用いることを特徴とする請求項５に記載の保護制御計測装置。
【数２２】
【請求項９】
前記線路定数算出手段として、保護制御装置に取り込む電気量に零相成分が一定値以上含まれていることを検出する零相分検出手段を設け、零相分が一定値以上となったことを条件に前記線路定数算出手段を起動することを特徴とする請求項５から８のいずれかに記載の保護制御計測装置。
【請求項１０】
前記零相分検出手段を線路事故中あるいは線路開放中を検出する線路事故状態検出手段から構成し、この線路事故状態検出手段からの検出結果に従って、前記電気量取込手段が電気量を取り込む時点の内少なくとも一つ以上は線路事故中あるいは線路開放中の時点であることを特徴とする請求項９に記載の保護制御計測装置。
【請求項１１】
前記平行２回線の線路定数算出手段の出力側に、前記線路定数算出手段が算出した線路定数が予め定めた範囲内に入っていない場合は算出結果を破棄する線路定数検定手段を設けたことを特徴とする請求項５から９のいずれかに記載の保護制御計測装置。
【請求項１２】
前記平行２回線の線路定数算出手段の出力側に、前記線路定数算出手段の算出結果により故障点標定における線路定数に関わる整定値を補正あるいは再設定する故障点評定手段を設けたことを特徴とする請求項５から９のいずれかに記載の保護制御計測装置。
【請求項１３】
前記平行２回線の線路定数算出手段の出力側に、前記線路定数算出手段の算出結果により測距性能に関わる整定値を補正あるいは再設定する距離リレーを設けたことを特徴とする請求項５から９のいずれかに記載の保護制御計測装置。
【請求項１４】
前記平行２回線の線路定数算出手段の出力側に、前記線路定数算出手段の算出結果により充電電流補償機能に関わる整定値を補正あるいは再設定する送電線電流差動リレーを設けたことを特徴とする請求項５から９のいずれかに記載の保護制御計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−５２９７９（Ｐ２０１２−５２９７９Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９７３９７（Ｐ２０１０−１９７３９７）
【出願日】平成２２年９月３日（２０１０．９．３）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２２年３月５日 社団法人電気学会発行の「平成２２年電気学会全国大会 講演論文集」に発表
【出願人】（５０４１３２２７２）国立大学法人京都大学 (1,269)
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３日（２０１０．９．３）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２２年３月５日 社団法人電気学会発行の「平成２２年電気学会全国大会 講演論文集」に発表
【出願人】（５０４１３２２７２）国立大学法人京都大学 (1,269)
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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