JP5285362B2 - 模擬装置、模擬制御方法および模擬制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、模擬装置、模擬制御方法および模擬制御プログラムの技術に関する。

従来の電鉄電力管理システムにおける中央処理装置の模擬（シミュレーション）では、変電所内の機器（以下、機器と記載する）の制御応動模擬や、保護継電器の動作模擬を行うものであり、中央処理装置による制御処理を行う場合、機器の動作結果は、機器の動作シーケンスに頼るものであった。また、中央処理装置による機器への制御論理の検証（つまり模擬結果の検証）は、実際の機器との組み合わせの中で検証されてきた。

このような模擬を行う際の技術として、模擬試験時における接続作業を省略することができる電鉄用変電所監視装置（例えば、特許文献１参照）や、物理的な設置スペースを節約でき、応動解析やシステム試験を容易に行える変電所監視制御保護システム（例えば、特許文献２参照）などが開示されている。
特開２００６-４２４９４号公報 特開２００２-２３３０５９号公報

このような技術における電鉄電力管理システムの中央処理装置による機器の模擬では、制御論理が変電所における機器の動作シーケンス（連動）について配慮されておらず、例えば、操作員の教育訓練における模擬において操作員が誤った制御指示を行った場合にも、その誤りを検証することができない問題がある。このため、操作員の教育訓練装置の機能としては不十分である。
また、中央処理装置における模擬の制御論理が誤っていた場合においても、この制御論理の誤りを実際の変電所の機器との組み合わせを実施するまで検証することができない問題がある。つまり、中央処理装置において模擬を実行した場合、この模擬結果における動作シーケンスが正しいか否かを、実際の変電所の機器との組み合わせを実施するまで検証することができないという問題がある。

例えば、特許文献１に記載の技術では、模擬が各電鉄用変電所で行われている上、模擬結果に対する検証機能がないため、例えばプログラミングにおけるミスや、中央処理所（中央制御所）における操作員からの指令に対する受電用遮断器などの動作シーケンスが正しいか否かを検証することができないという問題がある。

また、特許文献２に記載されているシステムの試験などを想定した模擬では、過去、実際に変電所において発生した系統現象を変電所情報として用いるため、過去に発生していない事象などには対応できないという問題がある。

このような背景に鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は、変電所における模擬の動作シーケンスの妥当性を検証した上で、中央制御所において模擬を実行することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明は、電鉄用変電所の模擬を実行し、模擬結果を出力する模擬装置であって、複数の前記電鉄用変電所を統括管理する中央制御所において操作および結果の表示が可能に設置されており、前記電鉄用変電所内の機器間の動作関係を示す情報である連動情報が格納されている記憶部と、入力部を介して入力された、前記電鉄用変電所の模擬における機器間の動作関係を示す情報である模擬連動情報と、前記記憶部の連動情報とを比較し、前記模擬連動情報における機器間の動作が正しいか否かを判定することによって、機器動作の妥当性を判定する判定部と、前記妥当性の判定の結果、前記機器間の動作が正しいと判定された場合、前記電鉄用変電所における機器群の動作模擬を行う模擬処理部と、前記妥当性の判定の結果、前記機器間の動作が正しくないと判定された場合、表示部にエラー表示を行うとともに、前記機器群の動作模擬を行わずに処理を終了する制御部とを有することを特徴とする。

本発明によれば、変電所における模擬の動作シーケンスの妥当性を検証した上で、中央制御所において模擬を実行することが可能となる。

次に、本発明を実施するための最良の形態（「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

（システム構成）
図１は、本実施形態に係る電鉄電力管理システムの構成例を示す概略図である。
電鉄電力管理システム１０は、変電所の監視制御を行ったり、変電所における機器の動作の模擬を行ったりする中央処理装置２（模擬装置）と、電鉄用変電所（以下、変電所と記載する）の機器動作の模擬における動作シーケンスを検証するための連動情報を中央処理装置２へ伝送する連動情報処理装置３を有する。中央処理装置２および連動情報処理装置３は、サーバと呼ばれる計算機でもパーソナルコンピュータなどの装置でもよい。また、中央処理装置２および連動情報処理装置３は、図示しない複数の変電所を統括管理する中央制御所１に設置されている（操作および結果の表示が可能にされている）。

中央処理装置２は、変電所に対する制御を実行したり、模擬（シミュレーション）を実行したりする制御部２１（判定部および模擬処理部）、制御部２１から出力される制御信号を変電所へ伝送したり、連動情報処理装置３から伝送された連動情報（後記）を受信したりするための入出力部２２、および情報を記憶する記憶部２３を有する。

連動情報処理装置３は、機器動作の模擬に対する検証の比較対象である連動情報を生成・出力する連動情報処理部３１、連動情報処理部３１が出力した連動情報を中央処理装置２へ伝送したり、各情報を連動情報処理部３１へ入力するための入出力部３２、機器の操作ロック関係および保護連動関係を記述した保護連動・操作ロックデータベース３３、および機器の保護連動・操作ロックデータベース３３を更新保守したり、連動情報作成のための設定情報を連動情報処理部３１へ入力するための設定部３４より構成される。なお、保護連動とは、保護継電器が動作する際における機器の開放状態である。また、操作ロックとは、ある機器を投入する際に、必要となる他の機器における投入または開放状態を指す。保護連動および操作ロックの詳細な説明は、図２および図３を参照して後記する。

また、本実施形態では、中央処理装置２と、連動情報処理装置３とを別の装置としているが、一体の装置としてもよい。また、中央処理装置２と、連動情報処理装置３とは、中央制御所１に設置されていなくてもよく、各変電所など、中央制御所１以外の場所に設置されていてもよい。このとき、入出力部２２が、中央制御所１に設置されており、制御部２１や、記憶部２３は、各変電所など、中央制御所１以外の箇所に設置されていてもよい。

中央処理装置２における各部２１，２２および連動情報処理装置３における各部３１，３２，３４は、図示しないＲＯＭ（Read Only Memory）や、図示しないＨＤ（Hard Disk）に格納されたプログラム（模擬制御プログラム）が、図示しないＲＡＭ（Random Access Memory）に展開され、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）によって実行されることによって具現化する。

（保護連動データベース）
図２は、保護連動データベースの構成例を示す図である。
保護連動データベース３３ａは、保護継電器により保護される機器群をマトリクス化したものであり、保護連動・操作ロックデータベース３３（図１）を構成するものである。
変電所番号は、変電所毎に割り振られる番号である。保護継電器番号は、保護継電器毎に割り振られる番号である。機器番号は、各変電所に設置されている機器毎に割り振られる番号である。欄内に記述されている「○」は、該当する機器に過剰な電流が流れたりした場合、その機器が投入状態であれば、対応する保護継電器が動作することを示している。

例えば、行１０１を参照すると、「機器Ａ」に過剰な電流が流れた場合、その「機器Ａ」が投入状態であれば、「保護継電器Ａ」は「機器Ａ」に接続されている遮断器に遮断指示を送り、遮断指示を送られた「機器Ａ」に接続している遮断器は、「機器Ａ」への回路を開放し電流を遮断する。つまり、「保護継電器Ａ」は、「機器Ａ」を過剰電流などから保護している。
同様に、行１０２を参照すると、「機器Ｂ」または「機器Ｃ」に過剰な電流が流れた場合、「機器Ｂ」および「機器Ｃ」のいずれか一方が投入状態であれば、「保護継電器Ｂ」は、「機器Ｂ」および「機器Ｃ」に流れる電流を遮断するよう動作することを示している。
なお、空欄の箇所は、該当する保護継電器の動作に影響を及ぼさない機器であることを示している。つまり、「保護継電器Ｂ」は、「機器Ｂ」および「機器Ｃ」を過剰電流などから保護している。

すなわち、保護連動データベース３３ａは、機器に異常が生じたときに、当該異常が生じた機器への電力供給遮断を指示する保護継電器と、前記保護継電器によって保護される機器との動作関係の情報を格納している。

（操作ロックデータベース）
図３は、操作ロックデータベースの構成例を示す図である。
操作ロックデータベース３３ｂは、対象となる被制御所の操作機器毎に投入・開放時の他の機器群の状態条件をマトリクス化したものであり、保護連動・操作ロックデータベース３３（図１）を構成するものである。
変電所番号は、変電所毎に割り振られる番号である。操作機器番号は、変電所内に設置される機器で操作判別の対象となる機器の番号である。可能操作は、後記する操作可能条件を満たすことによって操作機器が行うことのできる操作内容を示している。可能操作には、「投入」や、「開放」などが記述される。機器番号は、各変電所に設置されている機器毎に割り振られる番号であり、この機器番号に該当する各欄には、操作可能条件の各値が記述される。

例えば、図３の行２０１を参照すると「機器Ａ」の投入可能条件（可能操作）は、「機器Ｃ」が「入」状態であり、「機器Ｂ」および「機器Ｄ」が「切」状態であることが必要である。また、行２０２を参照すると「機器Ｂ」の投入可能条件（可能操作）は、「機器Ｄ」が「入」状態であり、「機器Ａ」および「機器Ｃ」が「切」状態であることが必要である。これらの条件を満たさない場合、各機器の投入操作は不可であるとする。なお、「入」状態とは、機器が投入されている状態を指し、「切」状態とは、機器が開放されている状態を指す。また、図３では、行２０１における「機器Ａ」および行２０２における「機器Ｂ」が「−」となっているが、これは自身の機器については、操作可能条件（投入可能条件）を考慮しないことを示している。さらに、「機器Ｅ」〜「機器Ｇ」がすべて「−」となっているが、これは、他の変電所に設置されている機器であり、操作可能条件（投入可能条件）に該当しないことを示している。

つまり、操作ロックデータベース３３ｂは、投入または開放しようとする機器と、当該機器の投入または開放に必要な他の機器の投入状態に関する情報を格納している。

（連動情報作成処理）
次に、図１〜図３を参照しつつ、図４および図５に沿って本実施形態に係る各処理の説明を行う。
図４は、本実施形態に係る連動情報作成処理の流れを示すフローチャートである。
なお、図４に示す連動情報作成処理は連動情報処理装置３で実行される処理である。
まず、設定部３４および入出力部３２を介して、連動情報処理装置３に模擬種別情報および変電所情報が入力される（Ｓ１０１）。変電所情報には、模擬を行いたい変電所番号や、機器番号などが含まれている。なお、変電所情報は、機器番号を含まなくてもよい。模擬種別情報は、ユーザがこれから行おうとする模擬の種別に関する情報が格納されており、具体的には保護連動か操作ロックかの情報が格納されている。
次に、連動情報処理部３１は、ステップＳ１０１で入力された模擬種別情報が保護連動か、操作ロックかを判定する模擬種別判定を行う（Ｓ１０２）。
ステップＳ１０２の結果、保護連動であった場合（Ｓ１０２→保護連動）、連動情報処理部３１は、保護連動情報を作成する保護連動情報作成処理を行う（Ｓ１０３）。ステップＳ１０３において、連動情報処理部３１は、ステップＳ１０１で入力された変電所情報に対応する保護連動情報を保護連動データベース３３ａから抽出する。すなわち、連動情報処理部３１は、保護連動データベース３３ａから該当する変電所番号に対応する行を抽出する。このとき、連動情報処理部３１は、変電所情報に含まれる機器番号を基に、さらに保護連動情報を機器番号で絞り込んでもよい。このようにして作成された保護連動情報は、変電所の保護継電器情報および機器状態変化による系統変化に対応する。

ステップＳ１０２の結果、操作ロックであった場合（Ｓ１０２→操作ロック）、連動情報処理部３１は、操作ロック情報を作成する操作ロック情報作成処理を行う（Ｓ１０４）。ステップＳ１０４において、連動情報処理部３１は、ステップＳ１０１で入力された変電所情報に対応する操作ロック情報を操作ロックデータベース３３ｂから抽出する。すなわち、連動情報処理部３１は、操作ロックデータベース３３ｂから該当する変電所番号に対応する行を抽出する。このとき、連動情報処理部３１は、変電所情報に含まれる機器番号を基に、さらに操作ロック情報を機器番号で絞り込んでもよい。しかし、登録されていない変電所番号や、機器番号などが入力された場合、連動情報処理部３１は、操作ロック情報を作成しない。

ステップＳ１０３またはステップＳ１０４の後、入出力部３２は、中央処理装置２へ保護連動情報または操作ロック情報（連動情報）を中央処理装置２へ伝送する（Ｓ１０５）。

図５は、本実施形態に係る検証処理の流れを示すフローチャートである。
図５に示す検証処理は、中央処理装置２で実行される処理である。
まず、制御部２１は、入出力部２２を介して図４のステップＳ１０５で伝送された連動情報を取得する（Ｓ２０１）。制御部２１は、取得した連動情報を記憶部２３に格納する。
次に、制御部２１は、入出力部２２を介して、模擬における変電所内の機器や、保護継電器の動作シーケンスである模擬連動情報（模擬動作情報）を取得する（Ｓ２０２）。模擬連動情報とは、例えば、模擬プログラムを中央処理装置２に入力する際、一緒に入力される動作リストであったり、操作員が教育訓練を行ったりする際に、中央処理装置２に入力される動作手順である。また、制御部２１は、ステップＳ２０２の段階で模擬プログラムを実行し、その結果出力される模擬結果を模擬連動情報としてもよい。模擬連動情報の具体的な内容は、例えば、模擬結果において保護継電器を投入しようとしたときの各機器の投入状態や、ある機器を投入しようとしたときの他の機器の投入状態である。

そして、制御部２１は、模擬連動情報と、連動情報とを比較し、制御条件判定を行う（Ｓ２０３）。具体的には、模擬連動情報が保護継電器を投入しようとしたときの各機器の投入状態である場合、制御部２１は、この情報を保護連動情報における各機器の投入状態と比較し、一致するか否かを判定する。また、模擬連動情報がある機器を投入しようとしたときの他の機器の投入状態である場合、制御部２１は、この情報を操作ロック情報と比較し、一致するか否かを判定する。保護連動情報を用いるか、操作ロック情報を用いるかは、図４のステップＳ１０２の結果に従う。
ステップＳ２０３において、不合理であると判定された場合（Ｓ２０３→不合理）、つまり、模擬連動情報の内容が連動情報と一致しない場合、制御部２１は、ディスプレイなどの入出力部２２にエラー表示を行わせ、異常結果である旨を出力する（Ｓ２０４）。
ステップＳ２０３において、合理であると判定された場合（Ｓ２０３→合理）、つまり、模擬連動情報の内容が連動情報と一致する場合、制御部２１は、模擬プログラム（シミュレーションプログラム）を起動して、模擬を実行する（Ｓ２０５）。
なお、ステップＳ２０２の段階で、模擬プログラムを実行している場合、ステップＳ２０５では、制御部２１は、模擬を行わず、ディスプレイなどの入出力部２２に「模擬結果ＯＫ」の旨を表示させてもよい。

なお、本実施形態では、連動情報処理装置３で保護連動・操作ロックデータベース３３から必要な情報を抽出した後、中央処理装置２へ伝送しているが、これに限らず、保護連動・操作ロックデータベース３３を、そのまま中央処理装置２へ伝送するか、中央処理装置２の記憶部２３に保護連動・操作ロックデータベース３３を予め格納しておいてもよい。
これらのような場合、模擬連動情報とともに模擬種別や、変電所情報などが入出力部２２を介して入力され、制御部２１が模擬種別や、変電所情報などをキーとして、保護連動・操作ロックデータベース３３に対し、図５のステップＳ２０３の処理を行ってもよい。

また、本実施形態によれば、中央制御所１における模擬において、さらに中央処理装置２に接続される連動情報処理装置３から伝送される機器の操作ロック情報および保護連動情報を基に、模擬プログラムが出力する動作シーケンスを検証可能とすることにより、操作員の教育訓練装置としての機能を満たすとともに中央処理装置２の制御論理の妥当性（つまり、模擬プログラムが出力する動作シーケンス）を早期に検証することが可能となり誤った模擬結果出力の防止に効果がある。
さらに、操作員の教育訓練における模擬においても、操作員の入力した動作シーケンスなどが正しいか否かを自動的に検証することが可能となる。

さらに、過去において実際に発生した系統現象に関する情報を用いることなく、模擬が可能である。

本実施形態に係る電鉄電力管理システムの構成例を示す概略図である。 保護連動データベースの構成例を示す図である。 操作ロックデータベースの構成例を示す図である。 本実施形態に係る連動情報作成処理の流れを示すフローチャートである。 本実施形態に係る検証処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 中央制御所
２ 中央処理装置（模擬装置）
３ 連動情報処理装置
１０ 電鉄電力管理システム
２１ 制御部（判定部、模擬処理部）
２２ 入出力部（入力部：中央処理装置）
３１ 連動情報処理部
３２ 入出力部（連動情報処理部）
３３ 保護連動・操作ロックデータベース
３３ａ 保護連動データベース
３３ｂ 操作ロックデータベース
３４ 設定部

Claims (5)

1. 電鉄用変電所の模擬を実行し、模擬結果を出力する模擬装置であって、
   複数の前記電鉄用変電所を統括管理する中央制御所において操作および結果の表示が可能に設置されており、
   前記電鉄用変電所内の機器間の動作関係を示す情報である連動情報が格納されている記憶部と、
   入力部を介して入力された、前記電鉄用変電所の模擬における機器間の動作関係を示す情報である模擬連動情報と、前記記憶部の連動情報とを比較し、前記模擬連動情報における機器間の動作が正しいか否かを判定することによって、機器動作の妥当性を判定する判定部と、
   前記妥当性の判定の結果、前記機器間の動作が正しいと判定された場合、前記電鉄用変電所における機器群の動作模擬を行う模擬処理部と、
   前記妥当性の判定の結果、前記機器間の動作が正しくないと判定された場合、表示部にエラー表示を行うとともに、前記機器群の動作模擬を行わずに処理を終了する制御部と
   を有することを特徴とする模擬装置。
2. 前記連動情報および前記模擬連動情報は、ともに、機器に異常が生じたときに、当該異常が生じた機器への電力供給遮断を指示する保護継電器と、当該保護継電器によって保護される機器の動作との対応情報であることを特徴とする請求項１に記載の模擬装置。
3. 前記連動情報および前記模擬連動情報は、ともに、投入または開放しようとする機器の投入状態と、当該機器の投入または開放に必要な他の機器の投入状態との対応情報であることを特徴とする請求項１に記載の模擬装置。
4. 電鉄用変電所の模擬を実行し、模擬結果を出力する模擬装置による模擬制御方法であって、
   前記模擬装置は、
   複数の前記電鉄用変電所を統括管理する中央制御所において操作および結果の表示が可能にされており、
   記憶部に前記電鉄用変電所内の機器間の動作関係を示す情報である連動情報が格納されており、
   入力部を介して入力された、前記電鉄用変電所の模擬における機器間の動作関係を示す情報である模擬連動情報と、前記記憶部の連動情報とを比較し、前記模擬連動情報における機器間の動作が正しいか否かを判定することによって、機器動作の妥当性を判定し、
   前記妥当性の判定の結果、前記機器間の動作が正しいと判定された場合、前記電鉄用変電所における機器群の動作模擬を行い、
   前記妥当性の判定の結果、前記機器間の動作が正しくないと判定された場合、表示部にエラー表示を行うとともに、前記機器群の動作模擬を行わずに処理を終了する
   ことを特徴とする模擬制御方法。
5. 請求項４に記載の模擬制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とする模擬制御プログラム。

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