JP5063264B2 - 電力系統の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電力系統の制御装置及び制御方法に関し、とくに事故発生時に供給支障を生じさせることなく電力設備が過負荷になるのを防ぐ技術に関する。

ループ構造を持つ電力経路を有する電力系統においては、ルート断等の事故発生時に、電力系統を構成している送電線や変圧器等の電力設備が過負荷となることがある。例えば、図４Ａに例示する電力系統１では、発電機２と負荷３１及び負荷３２とを結ぶ経路上に２つの変圧器７１，７２が存在するが、ノードｂｃを結ぶ電力経路がルート断となると、図４Ｂに示すように変圧器７２が過負荷となる可能性がある。

ここで上記過負荷を防ぐには、系統安定化装置（SSC：System Stabilizing Controller）を設置する方法があるが（例えば特許文献１を参照）、この場合、負荷に供給支障が生じないようにしなければならない（例えば特許文献２を参照）。
特開平９−１８２３１９号公報 特開平７−１０７６５６号公報

上記系統安定化装置を用いた場合には、送電線や変圧器等の電力設備における潮流を取り込む必要があるため、設備が大規模になり、設置コストや運用コストが嵩んでしまう。また系統安定化装置を用いた従来方式では、事故発生時に負荷や発電機に繋がる電力経路を遮断してしまうため、供給支障が生じてしまう。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたもので、ルート断等の事故発生時における供給支障を防ぐことが可能な電力系統の制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。

本発明の一つは、
第１の発電機から電力が供給されるノードａ、
前記ノードａから電力が供給される、ノードｂ及びノードｅ、
前記ノードｂ及び第２の発電機から電力が供給されるノードｃ、
前記ノードｃから電力が供給されるノードｄ、
前記ノードｅから電力が供給される、ノードｆ、
前記ノードｆから電力が供給される、ノードｇ、
前記ノードｃと前記ノードｄとを結ぶ経路に設けられる第１の変圧器、
前記ノードｆと前記ノードｇとを結ぶ経路に設けられる第２の変圧器、
前記ノードｄから電力が供給される第１負荷、
前記ノードｇから電力が供給される第２負荷、
前記ノードｂと前記ノードｃとを結ぶ経路に設けられ、通常時は投入されている第１の遮断器、及び、
前記ノードｃと前記ノードｆとを結ぶ経路に設けられ、通常時は開放されている第２の遮断器、
を含んで構成される電力系統において、前記第１遮断器及び前記第２遮断器を制御する制御装置であって、
前記ノードｂと前記ノードｃとを結ぶ経路に生じた事故電流を検知すると、前記第１の遮断器を開放するとともに前記第２の遮断器を投入することとする。

本発明の他の一つは、上記制御装置であって、
上記電力系統の制御装置であって、
比率作動リレー、判定回路、及びリレー回路を備え、
前記比率作動リレーは、前記ノードｂと前記ノードｃとを結ぶ経路に生じた事故電流を検知すると、前記第１の遮断器を開放するとともに前記判定回路にトリップ信号を出力し、
前記判定回路は、前記トリップ信号が入力されると前記リレー回路に事故通知信号を出力し、
前記リレー回路は、前記事故通知信号が入力されると前記第２の遮断器を投入し、
前記判定回路は、前記比率作動リレーから前記トリップ信号が出力されたのと同時に前記リレー回路に前記事故通知信号を出力することとする。
尚、前記比率作動リレーにより前記第１の遮断器が開放されてから前記リレー回路により前記第２の遮断器を投入するまでの時間は、例えば、１００ｍｓ以下である。

本発明の他の一つは、
第１の発電機から電力が供給されるノードａ、
前記ノードａから電力が供給される、ノードｂ及びノードｅ、
前記ノードｂ及び第２の発電機から電力が供給されるノードｃ、
前記ノードｃから電力が供給されるノードｄ、
前記ノードｅから電力が供給される、ノードｆ、
前記ノードｆから電力が供給される、ノードｇ、
前記ノードｃと前記ノードｄとを結ぶ経路に設けられる第１の変圧器、
前記ノードｆと前記ノードｇとを結ぶ経路に設けられる第２の変圧器、
前記ノードｄから電力が供給される第１の負荷、
前記ノードｇから電力が供給される第２の負荷、
前記ノードｂと前記ノードｃとを結ぶ経路に設けられ、通常時は投入されている第１の遮断器、
前記ノードｃと前記ノードｆとを結ぶ経路に設けられ、通常時は開放されている第２の遮断器、及び
前記第１遮断器及び前記第２遮断器を制御する制御装置を含んで構成される電力系統の制御方法であって、
前記制御装置が、前記ノードｂと前記ノードｃとを結ぶ経路に生じた事故電流を検知すると、前記第１の遮断器を開放するとともに前記第２の遮断器を投入することとする。

本発明の他の一つは、上記制御方法であって、
前記制御装置は、比率作動リレー、判定回路、及びリレー回路を備え、
前記比率作動リレーが、前記ノードｂと前記ノードｃとを結ぶ経路に生じた事故電流を検知すると、前記第１の遮断器を開放するとともに前記判定回路にトリップ信号を出力し、
前記判定回路が、前記トリップ信号が入力されると前記リレー回路に事故通知信号を出力し、
前記リレー回路が、前記事故通知信号が入力されると前記第２の遮断器を投入し、
前記判定回路が、前記比率作動リレーから前記トリップ信号が出力されたのと同時に前記リレー回路に前記事故通知信号を出力することとする。
尚、前記比率作動リレーにより前記第１の遮断器が開放されてから前記リレー回路により前記第２の遮断器を投入するまでの時間は、例えば、１００ｍｓ以下である。

本発明によれば、ルート断等の事故発生時における供給支障を防ぐことができる。

以下、本発明の実施形態につき詳細に説明する。図１Ａに本発明の一実施形態として説明する電力系統１の概略的な構成を示している。同図に示すように、電力系統１は、電力供給源である発電機２と、送電線等の電力設備によって構成され、発電機２から供給される電力を負荷３１，３２に導く電力経路４と、ノードｃｄを結ぶ経路上に設けられる変圧器７１、ノードｆｇを結ぶ経路上に設けられる変圧器７２とを含んで構成されている。またノードｃには発電機７から電力が供給されている。

同図に示すように、電力系統１はループ構造を含んで構成されている。例えば発電機２と負荷３１とを結ぶ経路には、ノードａｂｃｄを通る経路（第１の電力経路）及びノードａｅｆｇｈｉｄを通る経路（第２の電力経路）の２つの経路が存在し、また発電機２と負荷３２を結ぶ経路には、ノードａｂｃｄｉｈｇを通る経路及びノードａｅｆｇを通る経路の２つの経路が存在する。

電力経路を構成している経路のうち、ノードｂｃを結ぶ経路（以下、この経路をＡ線４１と称する。）には、第１の遮断器５１が設けられている。またノードｃｊｋｆを結ぶ経路（以下、この経路をＢ線４２（第３の電力経路）と称する。）には、第２の遮断器５２が設けられている。Ｂ線４２は、作業時や試験運転時等に一時的に使用される補助的な経路である。このため、第２の遮断器５２は通常は開放（遮断）されており（遮断状態）Ｂ線４２は通電されていない。なお、Ａ線４１とＢ線４２を同時に通電すると、短絡容量が増大して定格遮断容量を超え、１線地絡電流の増大により線下の通信線への誘導電圧が許容値を超える可能性がある。

第１の遮断器５１及び第２の遮断器５２の開閉制御（遮断／投入）は、これらに通信可能に接続している制御部６（制御装置）によって行われる。図２に制御部６の構成を示している。同図に示すように、制御部６は、Ａ線リレー盤６１、Ａ線ルート断判定盤６２、Ｂ線リレー盤６３を含んで構成されている。Ａ線リレー盤６１は、第１の遮断器５１の開閉を制御する比率差動リレー６１１（８７リレー）を有する。Ａ線ルート断判定盤６２は、比率差動リレー６１１から入力されるトリップ信号に応じてＡ線４１において事故が発生しているか否かを示す信号（以下、事故通知信号と称する。）をリレー回路６３１に入力する判定回路６２１を有する。Ｂ線リレー盤６３は、判定回路６２１からＡ線４１において事故が発生している旨の事故通知信号が入力されると第２の遮断器５２を投入する、リレー回路６３１を有する。

次にＡ線４１においてルート断等の事故が発生した場合に制御部６によって行われる第１の遮断器５１及び第２の遮断器５２の具体的な制御について、図３に示すタイミングチャートとともに説明する。

まずＡ線４１においてルート断等の事故が発生して大きな事故電流が流れると（ｔ１）、比率差動リレー６１１がオンし（ｔ２）、比率差動リレー６１１からトリップ信号が出力される（ｔ３）。続いて第１の遮断器５１が開放され（ｔ４）（遮断状態）、ノードｂｃを結ぶ電力供給経路（Ａ線４１）が遮断される。判定回路６２１は、比率差動リレー６１１からトリップ信号の入力があると、リレー回路６３１に事故が発生している旨を示す事故通知信号を出力する（ｔ３）。リレー回路６３１は、判定回路６２１から上記事故通知信号の入力があると、第２の遮断器５２を投入（閉）する（ｔ５）。

ここで第１の遮断器５１が開放されてから第２の遮断器５２が投入されるまでの時間（ｔ４→ｔ５）が長いと第２の遮断器５２の両端の位相角（相差角）が大きく開き、第２の遮断器５２の投入時にノードｃに電力を供給している発電機７の軸に大きなトルクが加わって発電機７が破損することがある。このため、第１の遮断器５１が開放されてから第２の遮断器５２が投入されるまでの時間（ｔ４→ｔ５）は、相差角の開きが発電機７に悪影響を与えるまでの時間（以下、所定時間と称する。）よりも短いことが好ましい。

そこで本実施形態では、図３に示すように、比率差動リレー６１１からトリップ信号が出力されたのと同時に判定回路６２１からリレー回路６３１に事故通知信号を入力し（ｔ３）、これにより第２の遮断器５２をできるだけ早く投入するようにし（ｔ５）、発電機７に与える影響を抑えるようにしている。具体的には、上記所定時間、すなわち第１の遮断器５１が開放されてから第２の遮断器５２が投入されるまでの時間（ｔ４→ｔ５）を１００ｍｓ以下とする。

図１Ｂに第２の遮断器５２が投入された後における、電力系統１における電力供給の様子を示す。ｔ４〜ｔ５の期間中、負荷３２については発電機２からノードａｅｆｇを通る経路で、また負荷３１については発電機２からノードａｅｆｇｈｉを通る経路で、それぞれ電力が供給されている。このため、第１の遮断器５１及び第２の遮断器５２の双方が開放されているｔ４〜ｔ５の期間中に負荷３１に供給支障が生じることはない。

このように、本実施形態によれば、ルート断等の事故発生時に負荷に供給支障を生じることがない。また第１の遮断器５１が開放されてから第２の遮断器５２が投入されるまでの時間（ｔ４→ｔ５）が短いため、経路の切り替えによる発電機７に与える影響を抑えることができる。なお、以上の仕組みは制御部６により第１の遮断器５１及び第２の遮断器５２を制御するというシンプルな仕組みであるため容易かつ安価に実施可能である。

以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

本発明の一実施形態として説明する電力系統１の構成であり、通常の動作状態を示す図である。 本発明の一実施形態として説明する電力系統１の構成であり、事故発生時の動作状態を示す図である。 本発明の一実施形態として説明する制御部６の構成を示す図である。 本発明の一実施形態として説明する制御部６による第１の遮断器５１及び第２の遮断器５２の具体的な制御を説明するタイミングチャートである。 電力系統１の一例であり、通常の動作状態を示す図である。 電力系統１の一例であり、事故発生時の動作状態を示す図である。

符号の説明

１ 電力系統
２ 発電機
３１ 負荷
３２ 負荷
４ 電力経路
４１ Ａ線
４２ Ｂ線
５１ 第１の遮断器
５２ 第２の遮断器
６ 制御部
６１ Ａ線リレー盤
６１１ 比率差動リレー
６２ Ａ線ルート断判定盤
６２１ 判定回路
６３ Ｂ線リレー盤
６３１ リレー回路
７ 発電機

Claims (6)

1. 第１の発電機から電力が供給されるノードａ、
   前記ノードａから電力が供給される、ノードｂ及びノードｅ、
   前記ノードｂ及び第２の発電機から電力が供給されるノードｃ、
   前記ノードｃから電力が供給されるノードｄ、
   前記ノードｅから電力が供給される、ノードｆ、
   前記ノードｆから電力が供給される、ノードｇ、
   前記ノードｃと前記ノードｄとを結ぶ経路に設けられる第１の変圧器、
   前記ノードｆと前記ノードｇとを結ぶ経路に設けられる第２の変圧器、
   前記ノードｄから電力が供給される第１負荷、
   前記ノードｇから電力が供給される第２負荷、
   前記ノードｂと前記ノードｃとを結ぶ経路に設けられ、通常時は投入されている第１の遮断器、及び、
   前記ノードｃと前記ノードｆとを結ぶ経路に設けられ、通常時は開放されている第２の遮断器、
   を含んで構成される電力系統において、前記第１遮断器及び前記第２遮断器を制御する制御装置であって、
   前記ノードｂと前記ノードｃとを結ぶ経路に生じた事故電流を検知すると、前記第１の遮断器を開放するとともに前記第２の遮断器を投入する
   ことを特徴とする電力系統の制御装置。
2. 請求項１に記載の電力系統の制御装置であって、
   比率作動リレー、判定回路、及びリレー回路を備え、
   前記比率作動リレーは、前記ノードｂと前記ノードｃとを結ぶ経路に生じた事故電流を検知すると、前記第１の遮断器を開放するとともに前記判定回路にトリップ信号を出力し、
   前記判定回路は、前記トリップ信号が入力されると前記リレー回路に事故通知信号を出力し、
   前記リレー回路は、前記事故通知信号が入力されると前記第２の遮断器を投入し、
   前記判定回路は、前記比率作動リレーから前記トリップ信号が出力されたのと同時に前記リレー回路に前記事故通知信号を出力する
   ことを特徴とする電力系統の制御装置。
3. 請求項２に記載の電力系統の制御装置であって、
   前記比率作動リレーにより前記第１の遮断器が開放されてから前記リレー回路により前記第２の遮断器を投入するまでの時間が１００ｍｓ以下である
   ことを特徴とする電力系統の制御装置。
4. 第１の発電機から電力が供給されるノードａ、
   前記ノードａから電力が供給される、ノードｂ及びノードｅ、
   前記ノードｂ及び第２の発電機から電力が供給されるノードｃ、
   前記ノードｃから電力が供給されるノードｄ、
   前記ノードｅから電力が供給される、ノードｆ、
   前記ノードｆから電力が供給される、ノードｇ、
   前記ノードｃと前記ノードｄとを結ぶ経路に設けられる第１の変圧器、
   前記ノードｆと前記ノードｇとを結ぶ経路に設けられる第２の変圧器、
   前記ノードｄから電力が供給される第１の負荷、
   前記ノードｇから電力が供給される第２の負荷、
   前記ノードｂと前記ノードｃとを結ぶ経路に設けられ、通常時は投入されている第１の遮断器、
   前記ノードｃと前記ノードｆとを結ぶ経路に設けられ、通常時は開放されている第２の遮断器、及び
   前記第１遮断器及び前記第２遮断器を制御する制御装置を含んで構成される電力系統の制御方法であって、
   前記制御装置が、前記ノードｂと前記ノードｃとを結ぶ経路に生じた事故電流を検知すると、前記第１の遮断器を開放するとともに前記第２の遮断器を投入する
   ことを特徴とする電力系統の制御方法。
5. 請求項４に記載の電力系統の制御方法であって、
   前記制御装置は、比率作動リレー、判定回路、及びリレー回路を備え、
   前記比率作動リレーが、前記ノードｂと前記ノードｃとを結ぶ経路に生じた事故電流を検知すると、前記第１の遮断器を開放するとともに前記判定回路にトリップ信号を出力し、
   前記判定回路が、前記トリップ信号が入力されると前記リレー回路に事故通知信号を出力し、
   前記リレー回路が、前記事故通知信号が入力されると前記第２の遮断器を投入し、
   前記判定回路が、前記比率作動リレーから前記トリップ信号が出力されたのと同時に前記リレー回路に前記事故通知信号を出力する
   ことを特徴とする電力系統の制御方法。
6. 請求項５に記載の電力系統の制御方法であって、
   前記比率作動リレーにより前記第１の遮断器が開放されてから前記リレー回路により前記第２の遮断器を投入するまでの時間が１００ｍｓ以下である
   ことを特徴とする電力系統の制御方法。

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