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JP2018183034A - POWER SUPPLY SYSTEM PROTECTION DEVICE AND SYSTEM PROVIDED WITH THE SAME - Google Patents

POWER SUPPLY SYSTEM PROTECTION DEVICE AND SYSTEM PROVIDED WITH THE SAME Download PDF

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JP2018183034A JP2017242766A JP2017242766A JP2018183034A JP 2018183034 A JP2018183034 A JP 2018183034A JP 2017242766 A JP2017242766 A JP 2017242766A JP 2017242766 A JP2017242766 A JP 2017242766A JP 2018183034 A JP2018183034 A JP 2018183034A
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  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

【課題】変換器を用いた電力供給システムにおいて、配電線での短絡事故を検出してシステム全体を保護することができる保護装置及びそれを備えたシステムを提供する。【解決手段】保護装置100は、母線に高調波(整数次の高調波又は次数間高調波)を供給する高調波供給部102と、母線の電圧を測定する電圧測定部104と、配電線の電流を測定する電流測定部108、電圧及び電流の測定波形の各々から高調波成分を算出する高調波成分算出部110と、電圧及び電流の高調波成分からインピーダンスを算出するインピーダンス算出部112と、算出されたインピーダンスに基づいて、配電線に短絡事故が発生したか否かを判定する制御部114とを含む。これにより、配電線で発生した短絡事故を検出し、当該配電線を母線から切り離すことができ、システム全体が停電することを防止すことができる。【選択図】図2PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a protection device capable of detecting a short circuit accident in a distribution line and protecting the entire system in a power supply system using a converter, and a system including the protection device. A protection device (100) includes a harmonic supply unit (102) that supplies harmonics (integer harmonics or interharmonics) to a bus, a voltage measuring unit (104) that measures the voltage of the bus, and a power distribution line. A current measuring unit 108 that measures a current, a harmonic component calculating unit 110 that calculates a harmonic component from each of the voltage and current measurement waveforms, an impedance calculating unit 112 that calculates an impedance from the voltage and current harmonic components, And a control unit 114 that determines whether or not a short-circuit accident has occurred in the distribution line based on the calculated impedance. As a result, it is possible to detect a short-circuit accident that has occurred in the distribution line, disconnect the distribution line from the busbar, and prevent the power failure of the entire system. [Selection diagram] Figure 2

Description

本発明は、電力供給システムにおける短絡事故に対応するための保護技術に関し、特に、変換器(インバータ)を主電源とする離島又はコミュニティ等の電力系統における短絡事故に対応するための保護装置及びそれを備えたシステムに関する。   The present invention relates to a protection technique for coping with a short circuit accident in a power supply system, and in particular, a protection device for coping with a short circuit accident in a power system such as a remote island or a community using a converter (inverter) as a main power A system with

電力系統(以下、電力供給システムともいう)において、発電機から母線に供給された電圧は、相互に並列接続された複数の配電線(配電系統)を介して、種々の電力需要機器に供給される。特定の配電線に事故(短絡事故)が発生した場合、その配電線を母線から遮断しなければ、電力供給システム全体が停電してしまう。したがって、電力系統では、事故により配電線に大電流(以下、事故電流という)が流れたことを検出して、保護リレーにより事故区間を遮断して電力系統全体の停電を防止している。   In an electric power system (hereinafter, also referred to as an electric power supply system), voltages supplied from a generator to a bus are supplied to various electric power demand devices via a plurality of distribution lines (distribution systems) connected in parallel to one another. Ru. If an accident (short circuit accident) occurs on a specific distribution line, the entire power supply system will fail if the distribution line is not disconnected from the bus. Therefore, in the power system, it is detected that a large current (hereinafter referred to as an accident current) flows to the distribution line due to an accident, and the accident section is interrupted by the protective relay to prevent a power failure of the entire electric power system.

図1を参照して、事故検出に関して具体的に示す。図1では、同期機である発電機900により生成された交流電圧が、トランス902により所定電圧に変換されて、母線904に供給される。母線904には、2つの配電系統である配電線910及び920が接続されている。配電線910及び920はそれぞれ、遮断器912及び922を介して、負荷918及び928に電力を供給する。   Referring specifically to FIG. 1, specific description will be given regarding accident detection. In FIG. 1, an alternating voltage generated by a generator 900 which is a synchronous machine is converted into a predetermined voltage by a transformer 902 and supplied to a bus 904. Two main distribution lines, distribution lines 910 and 920, are connected to the bus 904. Distribution lines 910 and 920 provide power to loads 918 and 928 via breakers 912 and 922, respectively.

遮断器912及び922は、開閉器であり、電力線の電流を開閉するとともに、保護リレーと連携して事故電流(特に短絡事故電流)等を遮断することにより負荷側の機器及び設備を保護し、上流側への事故の波及を防止する。   The circuit breakers 912 and 922 are switches, and protect the equipment and equipment on the load side by switching the current of the power line and interrupting the accident current (especially short circuit accident current) in cooperation with the protection relay, Prevent the spread of accidents upstream.

配電線910には、変流器914及び過電流保護リレー916が配置されており、配電線920には、変流器924及び過電流保護リレー926が設けられている。配電線910を流れる電流値は変流器914により測定され、過電流保護リレー916に入力される。同様に、配電線920を流れる電流値は変流器924により測定され、過電流保護リレー926に入力される。   A current transformer 914 and an overcurrent protection relay 916 are disposed in the distribution line 910, and a current transformer 924 and an overcurrent protection relay 926 are provided in the distribution line 920. The current value flowing through the distribution line 910 is measured by the current transformer 914 and input to the overcurrent protection relay 916. Similarly, the current value flowing through the distribution line 920 is measured by the current transformer 924 and input to the overcurrent protection relay 926.

変流器914及び924は、一次電流を、これに比例する二次電流に変成する計器用変成器である。過電流保護リレー916及び926は、事故電流を検出すれば、信号を送信して遮断器を動作させる。   Current transformers 914 and 924 are instrument transformers that transform the primary current into a secondary current proportional thereto. The over-current protection relays 916 and 926 transmit a signal to operate the circuit breaker when the fault current is detected.

配電線910において、短絡事故930が発生すると、配電線910には、通常電流よりも大きい事故電流932が流れる。この事故電流932は変流器914により検出され、過電流保護リレー916は、遮断器912に遮断信号を出力する。遮断信号が入力された遮断器912は、配電線910が通電されないように遮断する。これにより、短絡事故が発生した配電線910を母線904から切り離すことができ、電力供給システム全体が停電してしまうことを防止することができる。   In the distribution line 910, when a short circuit accident 930 occurs, an accident current 932 larger than the normal current flows through the distribution line 910. The fault current 932 is detected by the current transformer 914, and the overcurrent protection relay 916 outputs a shutoff signal to the circuit breaker 912. The breaker 912 to which the interrupting signal is input disconnects the power distribution line 910 so as not to be energized. As a result, the distribution line 910 in which the short circuit accident has occurred can be disconnected from the bus 904, and a power failure of the entire power supply system can be prevented.

離島等では、ディーゼル発電機(同期機)により、独自に電力系統(以下、マイクログリッドともいう)が構成されている。この場合にも、上記のように、各配電線に過電流保護リレーを設けて事故を検出し、マイクログリッド全体の停電を防止している。   In remote islands and the like, a diesel generator (synchronous machine) uniquely configures an electric power system (hereinafter also referred to as a micro grid). Also in this case, as described above, the overcurrent protection relays are provided on the respective distribution lines to detect an accident and prevent a power failure of the entire micro grid.

一方、電力供給システムにおいて次数間高調波を使用する技術が知られている。例えば、下記特許文献1には、母線に複数の配電系統が接続された電力供給システムに、複数の異なる次数の次数間高調波を注入し、各配電系統の需要家での電力需要状況を推定する方法が開示されている。この方法は、各配電系統に関して次数間高調波のアドミタンスを算出し、連立方程式を解くことにより容量性サセプタンスを含まない誘導性サセプタンスを算出し、それに基づき各需要家での電力需要状況を推定する。   On the other hand, techniques using inter-order harmonics in a power supply system are known. For example, in Patent Document 1 below, a plurality of inter-order harmonics of different orders are injected into a power supply system in which a plurality of distribution systems are connected to a bus bar, and the power demand situation at the customers of each distribution system is estimated Methods are disclosed. This method calculates the admittance of interharmonics for each distribution system, calculates inductive susceptance that does not include capacitive susceptance by solving simultaneous equations, and estimates the power demand situation at each customer based on it. .

また、下記特許文献2には、電力系統に、太陽光発電、風力発電等の分散型電源を接続した電力供給システムにおいて、系統電源喪失時の逆充電による単独運転を防止するために、次数間高調波を用いて単独運転を検出する技術が開示されている。   In addition, in the power supply system in which distributed power sources such as solar power generation and wind power generation are connected to the power system in Patent Document 2 below, in order to prevent isolated operation due to reverse charging at the time of system power loss, A technique for detecting islanding using harmonics is disclosed.

特開2012−228089号公報JP, 2012-228089, A 特開2017−5859号公報JP, 2017-5859, A

マイクログリッドで使用されているディーゼル発電機では燃料費が負担となっており、燃料費対策として、マイクログリッドに分散型電源を設け、蓄電された電気を、変換器(インバータ)を介して供給することが検討されている。変換器による電力供給システムの保護のために、同期機による電力系統で使用される過電流保護リレーをそのまま使用することが考えられる。   The fuel cost is a burden in the diesel generator used in the micro grid, and as a countermeasure for the fuel cost, the micro grid is provided with a distributed power supply, and the stored electricity is supplied via a converter (inverter) Is being considered. In order to protect the power supply system by the converter, it is conceivable to use the over-current protection relay used in the power system by the synchronous machine as it is.

しかし、変換器による電源は、その仕様上、十分な事故電流の供給能力を持たないので、保護リレーを作動させることができない問題がある。電流供給能力は、同期機では通常、5〜6pu(自己容量ベース)であるのに対して、変換器では、1.1〜1.5pu(自己容量ベース)と小さい。変換器による電力供給システムにおいて、過電流保護リレーを使用するには、その仕様を変更して変換器の電流供給能力を大きくする必要があり、コスト高となる問題がある。   However, the power supply by the converter has a problem that it can not operate the protection relay because it does not have sufficient capability to supply an accident current in its specification. The current supply capacity is as small as 1.1 to 1.5 pu (self-capacitance base) in the converter, whereas the synchronous machine normally has 5 to 6 pu (self-capacitance base). In the converter power supply system, in order to use the over-current protection relay, it is necessary to change the specifications thereof to increase the current supply capability of the converter, resulting in an increase in cost.

したがって、本発明は、変換器を用いた電力供給システムにおいて、変換器の仕様を変更することなく、配電系統での事故(短絡事故)を検出して電力供給システム全体を保護することができる保護装置及びそれを備えたシステムを提供することを目的とする。   Therefore, in the power supply system using the converter, the present invention can protect the entire power supply system by detecting an accident (short circuit accident) in the distribution system without changing the converter specifications. It aims at providing an apparatus and a system provided with the same.

本発明の第1の局面に係る保護装置は、電力供給システムの保護装置である。この保護装置は、所定周波数の交流電圧が供給される母線に、所定周波数よりも高い周波数を有する高調波を供給する高調波供給部と、母線に接続された配電線の電流値を測定する電流測定部と、母線又は配電線の電圧値を測定する電圧測定部と、電流測定部により測定された電流値の時間変動波形から、高調波のフーリエ係数である電流成分を抽出する電流成分抽出部と、電圧測定部により測定された電圧値の時間変動波形から、高調波のフーリエ係数である電圧成分を抽出する電圧成分抽出部と、電流成分抽出部により抽出された電流成分と電圧成分抽出部により抽出された電圧成分とから、インピーダンス又はアドミタンスを算出値として算出する算出部と、算出値に基づいて、配電線に短絡事故が発生したか否かを判定する判定部とを含む。   A protection device according to a first aspect of the present invention is a protection device of a power supply system. The protection device includes a harmonic supply unit for supplying a harmonic having a frequency higher than a predetermined frequency to a bus to which an AC voltage of a predetermined frequency is supplied, and a current for measuring a current value of a distribution line connected to the bus. A current component extraction unit that extracts a current component, which is a Fourier coefficient of a harmonic, from a measurement unit, a voltage measurement unit that measures a voltage value of a bus or a distribution line, and a time variation waveform of the current value measured by the current measurement unit And a voltage component extraction unit for extracting a voltage component that is a Fourier coefficient of a harmonic from a time variation waveform of voltage values measured by the voltage measurement unit, a current component and a voltage component extraction unit extracted by the current component extraction unit Calculation unit that calculates impedance or admittance as a calculated value from the voltage component extracted by the control unit, and a determination unit that determines whether a short circuit accident has occurred in the distribution line based on the calculated value Including.

これにより、配電線上で短絡事故が発生したことを検出することができる。したがって、短絡事故が発生した配電線を母線から切り離す等の適切な処置を行なうことができる。   Thereby, it can be detected that a short circuit accident has occurred on the distribution line. Therefore, it is possible to take appropriate measures such as disconnecting the distribution line where the short circuit accident has occurred from the bus bar.

好ましくは、保護装置は、判定部により短絡事故が発生したと判定されたことを受けて、配電線と母線との接続を遮断する遮断部に、遮断信号を出力する出力部をさらに含む。   Preferably, the protection device further includes an output unit that outputs a shutoff signal to the shutoff unit that shuts off the connection between the distribution line and the bus in response to the judgment that the shorting accident has occurred by the judgment unit.

これにより、配電線上で短絡事故が発生した場合に、その配電線を母線から速やかに切り離し、電力供給システム全体が停電することを防止することができる。   Thereby, when a short circuit accident occurs on the distribution line, the distribution line can be immediately separated from the bus bar, and a power failure of the entire power supply system can be prevented.

より好ましくは、高調波は、振幅が一定の電流として供給される。   More preferably, the harmonics are supplied as a current of constant amplitude.

これにより、母線に供給される高調波により、母線の電圧(定電圧)が影響を受けることを抑制することができる。   Thereby, the influence of the voltage (constant voltage) of the bus can be suppressed by the harmonics supplied to the bus.

さらに好ましくは、高調波供給部により母線に供給される高調波は、所定周波数の非整数倍の周波数を有する次数間高調波である。   More preferably, the harmonics supplied to the bus bar by the harmonics supply unit are interorder harmonics having frequencies that are non-integer multiples of the predetermined frequency.

これにより、既存の信号と干渉して減衰する等の影響を受けることなく、母線に供給した次数間高調波の電圧成分及び電流成分を、容易に且つ精度よく抽出することができる。   Thus, voltage components and current components of inter-order harmonics supplied to the bus can be extracted easily and accurately without being affected by attenuation due to interference with existing signals.

好ましくは、高調波供給部により母線に供給される高調波は、所定周波数の2倍又は4倍の周波数を有する高調波である。   Preferably, the harmonics supplied to the bus by the harmonic supply unit are harmonics having a frequency twice or four times the predetermined frequency.

これにより、既存の信号と干渉して減衰する等の影響を受けることなく、母線に供給した高調波の電圧成分及び電流成分を、容易に且つ精度よく抽出することができる。   As a result, the voltage component and the current component of the harmonics supplied to the bus can be extracted easily and accurately without being affected by attenuation due to interference with the existing signal.

本発明の第2の局面に係るシステムは、上記の保護装置と、直流電源から供給される直流電圧を交流電圧に変換し、当該交流電圧を母線に供給する変換部とを含む。   A system according to a second aspect of the present invention includes the above-described protection device, and a conversion unit that converts a DC voltage supplied from a DC power supply into an AC voltage and supplies the AC voltage to a bus.

これにより、変換器を用いた既存の電力供給システムおいて、変換器の仕様を変更することなく、配電線上で短絡事故が発生したことを検出することができる。したがって、短絡事故が発生した配電線を母線から切り離す等の適切な処置を行なうことができる。   Thereby, in the existing power supply system using the converter, it is possible to detect that a short circuit accident has occurred on the distribution line without changing the converter specification. Therefore, it is possible to take appropriate measures such as disconnecting the distribution line where the short circuit accident has occurred from the bus bar.

好ましくは、高調波供給部による機能は、変換部により実現される。変換部は、直流電圧から変換した交流電圧に、高調波を重畳する。   Preferably, the function by the harmonic supply unit is realized by the conversion unit. The converter superimposes a harmonic on the AC voltage converted from the DC voltage.

このように、変換部が直流から交流に電圧を変換するときに、交流電圧に高調波を重畳することにより、高調波を供給するための装置が不要となり、コストを低減することができる。   As described above, when the conversion unit converts a voltage from direct current to alternating current, by superimposing the harmonic on the alternating voltage, a device for supplying the harmonic becomes unnecessary, and the cost can be reduced.

本発明によれば、配電線上で短絡事故が発生したことを検出することができる。したがって、短絡事故が発生した配電線を母線から速やかに切り離す等の適切な処置を行ない、電力供給システム全体が停電することを防止することができる。   According to the present invention, it is possible to detect that a short circuit accident has occurred on a distribution line. Therefore, appropriate measures can be taken such as quickly disconnecting the distribution line in which the short circuit accident has occurred from the bus bar, etc. to prevent a power failure of the entire power supply system.

また、事故電流の大きさに依存せずに、短絡事故の発生を検出することができるので、事故電流の供給能力が低い変換器を用いた電力供給システムにおいても、短絡事故を検出することができる。即ち、変換器に、同期機の発電機のように事故電流供給能力を持たせることなく、既存の変換器を用いた電力供給システムにおいて、短絡事故を検出することができる。したがって、コストの増大を抑制することができる。   In addition, since the occurrence of a short circuit accident can be detected without depending on the magnitude of the accident current, the short circuit accident can be detected even in a power supply system using a converter having a low capability of supplying the accident current. it can. That is, a short circuit fault can be detected in the power supply system using the existing converter without providing the converter with the fault current supply capability as in the generator of the synchronous machine. Therefore, the increase in cost can be suppressed.

また、高調波の注入は、変換器の制御にソフト的に組込むことで実現できるので、コストの増大を抑制することができる。   In addition, since the injection of harmonics can be realized by software integration into the control of the converter, the increase in cost can be suppressed.

電力供給システムで使用される従来の保護技術を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating a conventional protection technique used in a power supply system. 本発明の実施の形態に係る保護装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing composition of a protection device concerning an embodiment of the invention. 図2の保護装置を含む電力供給システムの一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a power supply system containing the protection apparatus of FIG. 図3の電力供給システムにおける保護装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the protection apparatus in the electric power supply system of FIG. 図2の保護装置を含む電力供給システムの別の例を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram illustrating another example of a power supply system including the protection device of FIG. 2; 第1実施例のシミュレーションシステムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing composition of a simulation system of the 1st example. 第1実施例のシミュレーション結果を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result of 1st Example. 第2実施例のシミュレーションシステムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the simulation system of 2nd Example. 第2実施例のシミュレーション結果(発電機から電力供給)を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result (electric power supply from a generator) of 2nd Example. 第2実施例のシミュレーション結果(インバータ電源から電力供給)を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result (power supply from inverter power supply) of 2nd Example. 第2実施例のシミュレーション結果(インバータ電源から電力及び4次の高調波を供給)を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result (The electric power and the 4th harmonic are supplied from an inverter power supply) of 2nd Example. 第2実施例のシミュレーション結果(インバータ電源から電力及び2.5次の次数間高調波を供給)を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result (The power and 2.5th-order harmonics are supplied from an inverter power supply) of 2nd Example.

以下の実施の形態では、同一の部品には同一の参照番号を付してある。それらの名称及び機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。   In the following embodiments, the same parts are given the same reference numerals. Their names and functions are also identical. Therefore, detailed description about them will not be repeated.

(保護装置の構成)
図2を参照して、本発明の実施の形態に係る保護装置100は、高調波生成部102及びリレー部106を含む。リレー部106は、高調波成分算出部110と、インピーダンス算出部112と、制御部114とを含む。保護装置100は、各部を作動させるための電源等(図示せず)をも含む。図2は最小構成を示しており、保護装置100は、後述するようにリレー部106を複数含み得る。
(Configuration of protection device)
Referring to FIG. 2, protection device 100 according to the embodiment of the present invention includes harmonic generation unit 102 and relay unit 106. The relay unit 106 includes a harmonic component calculation unit 110, an impedance calculation unit 112, and a control unit 114. The protection device 100 also includes a power supply (not shown) for operating each part. FIG. 2 shows the minimum configuration, and the protection device 100 may include a plurality of relay units 106 as described later.

高調波生成部102は、母線に電力を供給している電源が出力している電力(電圧)の基本周波数(例えば、50Hz又は60Hz)よりも高い一定周波数の信号S0を生成して、電力系統の母線に供給する。高調波生成部102により、電源から母線に供給されている電圧に、高調波S0が重畳されることになる。   The harmonic generation unit 102 generates a signal S0 having a constant frequency higher than the basic frequency (for example, 50 Hz or 60 Hz) of the power (voltage) output from the power supply supplying power to the bus, thereby Supply to the bus of The harmonic generation unit 102 superimposes the harmonic S0 on the voltage supplied from the power supply to the bus.

信号S0の周波数は、基本周波数の整数倍の周波数と、非整数倍の周波数とに分類することができる。このうち、基本周波数の整数倍の周波数の信号は、いわゆる高調波である。基本周波数の非整数倍の周波数の信号は、整数倍の高調波の間の信号であるので、次数間高調波と呼ばれ、その次数は正の非整数で表される。本願明細書では、次数間高調波の用語を使用する関係で、基本周波数の整数倍の周波数の信号を「整数次高調波」と記載し、次数間高調波と整数次高調波とを合わせて「高調波」と記載することとする。したがって、信号S0を高調波S0とも記載する。   The frequency of the signal S0 can be classified into a frequency that is an integral multiple of the fundamental frequency and a frequency that is a non-integer multiple. Among these, the signal of the frequency of integral multiples of the fundamental frequency is a so-called harmonic. A signal at a frequency that is a non-integer multiple of the fundamental frequency is a signal between harmonics of an integer multiple, and is thus called an inter-order harmonic, and the order is represented by a positive non-integer. In the present specification, a signal at a frequency that is an integral multiple of the fundamental frequency is referred to as "integer harmonic" because the term interharmonic is used, and the interharmonic and the integer harmonic are combined. It shall be described as "harmonic". Therefore, signal S0 is also described as harmonic S0.

電圧測定部104は、母線の電圧を測定する。電圧測定部104は、例えば、公知の計器用変圧器である。電流測定部108は、母線に接続された配電線の電流を測定する。電流測定部108は、例えば、公知の計器用変流器である。計器用変圧器及び計器用変流器は、高電圧回路の電圧及び電流を、計器及びリレー等で扱い易い電圧及び電流に変換する。測定された電圧値及び電流値は、高調波成分算出部110に入力される。   The voltage measurement unit 104 measures the voltage of the bus. The voltage measurement unit 104 is, for example, a known instrument transformer. The current measurement unit 108 measures the current of the distribution line connected to the bus. The current measuring unit 108 is, for example, a known instrument current transformer. Instrument transformers and instrument current transformers convert the voltage and current of high voltage circuits into voltages and currents that are easy to handle with instruments, relays, and the like. The measured voltage value and current value are input to the harmonic component calculation unit 110.

高調波成分算出部110は、電圧測定部104及び電流測定部108から入力されるアナログ信号である電圧値及び電流値を、所定の時間間隔でサンプリングして、デジタルの電圧データ及び電流データを取得し、所定の時間分のデータを、内部のバッファ等に一時記憶する。高調波成分算出部110は、記憶した電圧及び電流の時系列データ(以下、波形データともいう)に含まれる所定周波数の成分を算出する。成分を算出する対象の周波数は、高調波生成部102により供給されている高調波S0の周波数である。所定周波数成分の算出には、公知のフーリエ変換が使用され得る。   The harmonic component calculation unit 110 samples, at predetermined time intervals, voltage values and current values that are analog signals input from the voltage measurement unit 104 and the current measurement unit 108, and acquires digital voltage data and current data. And temporarily store data for a predetermined time in an internal buffer or the like. The harmonic component calculation unit 110 calculates a component of a predetermined frequency included in time series data (hereinafter also referred to as waveform data) of the stored voltage and current. The frequency for which the component is to be calculated is the frequency of the harmonic S0 supplied by the harmonic generation unit 102. A known Fourier transform may be used to calculate the predetermined frequency component.

なお、整数次高調波に関しては、フーリエ変換の基本周波数として、電力の基本周波数を使用することができるが、次数が非整数である次数間高調波に関しては、電力の基本周波数とは異なる周波数を使用することが必要である。具体的には後述するが、次数間高調波の次数(非整数)が整数になるように、フーリエ変換の基本周波数を決定する。   Note that for integer harmonics, the fundamental frequency of power can be used as the fundamental frequency of the Fourier transform, but for interharmonics whose order is non-integer, a frequency different from the fundamental frequency of power can be used It is necessary to use. Specifically, as will be described later, the fundamental frequency of the Fourier transform is determined so that the order (non-integer) of the inter-order harmonics becomes an integer.

高調波成分算出部110は、電圧及び電流のそれぞれに含まれる所定の高調波の周波数成分(以下、高調波成分という)を算出する度に、算出値をインピーダンス算出部112に出力する。   The harmonic component calculation unit 110 outputs a calculated value to the impedance calculation unit 112 each time it calculates frequency components of predetermined harmonics (hereinafter referred to as harmonic components) included in each of the voltage and the current.

インピーダンス算出部112は、2つのデータ(電圧及び電流の高調波成分)が入力される度に、入力データからインピーダンスを算出して、算出値を制御部114に出力する。インピーダンス算出部112は、電圧の高調波成分を、電流の高調波成分で除して、インピーダンスを算出する。   The impedance calculating unit 112 calculates an impedance from input data each time two pieces of data (a harmonic component of a voltage and a current) are input, and outputs a calculated value to the control unit 114. The impedance calculation unit 112 divides the harmonic component of the voltage by the harmonic component of the current to calculate the impedance.

制御部114は、CPU(Central Processing Unit)と、記憶部とを備えている。制御部114は、入力されたインピーダンスを記憶部に記憶し、その変化を観察して、インピーダンスが所定のしきい値以下になれば、短絡事故が発生したと判定し、遮断信号S3を出力する。これらの機能は、記憶部に予め記憶されたプログラムをCPUが読出して実行することにより実現される。遮断信号S3は、電流測定部108が配置された配電系統に設けられている遮断器に入力され、遮断器が作動する。   The control unit 114 includes a CPU (Central Processing Unit) and a storage unit. The control unit 114 stores the input impedance in the storage unit, observes the change, and determines that a short circuit accident has occurred if the impedance becomes equal to or less than a predetermined threshold value, and outputs the cutoff signal S3. . These functions are realized by the CPU reading and executing a program stored in advance in the storage unit. The shutoff signal S3 is input to a breaker provided in the distribution system in which the current measurement unit 108 is disposed, and the breaker operates.

上記したように、高調波成分算出部110が算出の対象とする高調波成分は、高調波生成部102が供給している高調波S0である。したがって、高調波成分算出部110には、対象とする高調波の情報が必要である。図2では、高調波生成部102から出力されている高調波S0の周波数又は次数を表す情報S1が、高調波生成部102から制御部114に入力され、制御部114が、情報S1に対応する情報S2を高調波成分算出部110に出力する。情報S2は、情報S1と同じ情報であってもよく、異なる情報であってもよい。例えば、情報S1が高調波の次数を表す情報であれば、情報S2は、基本周波数及び情報S1から算出された高調波の周波数であってもよい。また、制御部114は、高調波生成部102が供給している高調波の情報を、高調波生成部102以外から取得してもよい。例えば、制御部114は、数値を入力するためのインターフェイスを備え、そのインターフェイスを介して、検出対象である高調波の次数又は周波数の入力を受付けるようになっていてもよい。   As described above, the harmonic component to be calculated by the harmonic component calculation unit 110 is the harmonic S0 supplied by the harmonic generation unit 102. Therefore, the harmonic component calculation unit 110 needs information on the target harmonic. In FIG. 2, the information S1 indicating the frequency or the order of the harmonic S0 output from the harmonic generation unit 102 is input from the harmonic generation unit 102 to the control unit 114, and the control unit 114 corresponds to the information S1. The information S2 is output to the harmonic component calculator 110. The information S2 may be the same information as the information S1 or may be different information. For example, if the information S1 is information representing the order of harmonics, the information S2 may be the fundamental frequency and the frequency of the harmonics calculated from the information S1. In addition, the control unit 114 may acquire information on harmonics supplied by the harmonic generation unit 102 from other than the harmonic generation unit 102. For example, the control unit 114 may include an interface for inputting a numerical value, and may receive an input of the order or frequency of a harmonic to be detected through the interface.

高調波成分算出部110及びインピーダンス算出部112は、それぞれ、ASIC等の専用の半導体装置として構成されていても、制御部114と同様に、汎用CPU及び記憶部により構成されていてもよい。高調波成分算出部110及びインピーダンス算出部112が汎用CPUにより実現されている場合には、所定のプログラムによりそれらの機能が実行される。   The harmonic component calculation unit 110 and the impedance calculation unit 112 may each be configured as a dedicated semiconductor device such as an ASIC or the like, or may be configured by a general-purpose CPU and a storage unit as in the control unit 114. When the harmonic component calculating unit 110 and the impedance calculating unit 112 are realized by a general purpose CPU, their functions are executed by a predetermined program.

(保護装置を含むシステム)
図3を参照して、保護装置100を電力供給システムに適用する形態に関して説明する。ここでは、保護装置100は、図2のリレー部106に対応する2つのリレー部を含んでいるとする。
(System including protective device)
With reference to FIG. 3, the form which applies the protection apparatus 100 to an electric power supply system is demonstrated. Here, the protection device 100 includes two relay units corresponding to the relay unit 106 in FIG.

電力供給システムは、同期機である発電機200と、二次電池212及び変換器210から構成される分散型電源(一点鎖線で示す)と、スイッチ214とを備えている。スイッチ214の切替え動作により、発電機200又は変換器210がトランス202に接続される。発電機200又は変換器210から出力される交流電圧は、トランス202により所定電圧に変換されて、母線204に供給される。母線204には、2つの配電系統である第1配電線220及び第2配電線230が接続されている。第1配電線220及び第2配電線230はそれぞれ、第1遮断器222及び第2遮断器232を介して、第1負荷228及び第2負荷238に電力を供給する。   The power supply system includes a generator 200 which is a synchronous machine, a distributed power supply (shown by a dashed dotted line) composed of a secondary battery 212 and a converter 210, and a switch 214. By the switching operation of the switch 214, the generator 200 or the converter 210 is connected to the transformer 202. The alternating voltage output from the generator 200 or the converter 210 is converted to a predetermined voltage by the transformer 202 and supplied to the bus 204. The bus 204 is connected to a first distribution line 220 and a second distribution line 230 which are two distribution systems. The first distribution line 220 and the second distribution line 230 supply power to the first load 228 and the second load 238 via the first breaker 222 and the second breaker 232, respectively.

変換器210は、通常の交流電力に加えて、図2の高調波生成部102の機能を提供する。変換器210は、二次電池212の出力である直流電力(電圧)を交流に変換する公知のインバータである。変換器210は、例えば、内部にマイクロコントローラ等の制御装置を備え、公知の制御プログラム(例えば、PWM制御)を実行し、所定周波数(例えば、50Hz又は60Hz)の交流電力(以下、基準電力ともいう)を生成する。したがって、インバータの制御プログラムを変更することにより、変換器210は、所定の振幅及び所定の周波数を有する高調波信号を生成して、基本電力に重畳させて出力することができる。   The converter 210 provides the function of the harmonic generation unit 102 of FIG. 2 in addition to the normal AC power. The converter 210 is a known inverter that converts direct current power (voltage), which is the output of the secondary battery 212, into alternating current. For example, the converter 210 internally includes a control device such as a microcontroller, executes a known control program (for example, PWM control), and performs AC power of a predetermined frequency (for example, 50 Hz or 60 Hz) Say). Therefore, by changing the control program of the inverter, the converter 210 can generate a harmonic signal having a predetermined amplitude and a predetermined frequency, superimpose it on the basic power, and output it.

変換器210が供給する基本電力は、通常、電圧源モード(定電圧)で供給されるので、高調波は電流源モード(定電流)で供給されることが好ましい。   Since the basic power supplied by the converter 210 is usually supplied in the voltage source mode (constant voltage), it is preferable that the harmonics be supplied in the current source mode (constant current).

第1配電線220には、第1変流器224及び第1の高調波リレー226が設けられ、第2配電線230には、第2変流器234及び第2の高調波リレー236が設けられている。第1配電線220を流れる電流値は、第1変流器224により測定され、第1の高調波リレー226に入力される。同様に、第2配電線230を流れる電流値は、第2変流器234により測定され、第2の高調波リレー236に入力される。   The first distribution line 220 is provided with a first current transformer 224 and a first harmonic relay 226, and the second distribution line 230 is provided with a second current transformer 234 and a second harmonic relay 236. It is done. The current value flowing through the first distribution line 220 is measured by the first current transformer 224 and input to the first harmonic relay 226. Similarly, the current value flowing through the second distribution line 230 is measured by the second current transformer 234 and input to the second harmonic relay 236.

第1変流器224及び第2変流器234は、図2の電流測定部108に対応し、第1の高調波リレー226及び第2の高調波リレー236はそれぞれ、図2のリレー部106に対応する。第1変流器224及び第2変流器234により測定される電流には、変換器210から供給されている高調波の電流が含まれている。   The first current transformer 224 and the second current transformer 234 correspond to the current measurement unit 108 of FIG. 2, and the first harmonic relay 226 and the second harmonic relay 236 are respectively the relay unit 106 of FIG. 2. Corresponds to The currents measured by the first current transformer 224 and the second current transformer 234 include the harmonic current supplied from the converter 210.

計器用変圧器206は、母線204の電圧を測定して、測定値を第1の高調波リレー226及び第2の高調波リレー236に出力する。計器用変圧器206は、図2の電圧測定部104に対応する。   The instrument transformer 206 measures the voltage of the bus 204 and outputs the measured value to the first harmonic relay 226 and the second harmonic relay 236. The instrument transformer 206 corresponds to the voltage measurement unit 104 in FIG.

第1の高調波リレー226は、第1変流器224から入力される電流(波形データ)と計器用変圧器206から入力される電圧(波形データ)とに含まれる高調波成分をそれぞれ算出し、それらからインピーダンスを算出する。第1の高調波リレー226は、算出したインピーダンスの変化を観測する。短絡事故240が発生して事故電流242が流れると、インピーダンスが低下するので、第1の高調波リレー226は短絡事故を検出できる。   The first harmonic relay 226 calculates harmonic components included in the current (waveform data) input from the first current transformer 224 and the voltage (waveform data) input from the instrument transformer 206. Calculate the impedance from them. The first harmonic relay 226 observes the change in the calculated impedance. When the short circuit accident 240 occurs and the accident current 242 flows, the impedance is lowered, so that the first harmonic relay 226 can detect the short circuit accident.

第1の高調波リレー226は、短絡事故を検出すると、第1遮断器222に遮断信号を出力する。第1遮断器222は、遮断信号を受けて、第1配電線220を母線204から切り離す。   When the first harmonic relay 226 detects a short circuit fault, it outputs a shutoff signal to the first breaker 222. The first circuit breaker 222 disconnects the first distribution line 220 from the bus 204 in response to the shutoff signal.

第2の高調波リレー236及び第2遮断器232はそれぞれ、第1の高調波リレー226及び第1遮断器222と同様に動作する。   The second harmonic relay 236 and the second breaker 232 operate in the same manner as the first harmonic relay 226 and the first breaker 222, respectively.

なお、図3では、2系統の配電線を示しているが、3系統以上の配電線が母線204に接続されていてもよい。各配電線に、遮断器及び高調波リレーが設けられる。   Although two distribution lines are shown in FIG. 3, three or more distribution lines may be connected to the bus 204. Each distribution line is provided with a breaker and a harmonic relay.

(短絡事故の検出処理)
以下に、図4を参照して、図3に示した電力供給システムにおいて、短絡事故を検出する処理に関して説明する。図4のプログラムは、第1の高調波リレー226及び第2の高調波リレー236のそれぞれにより実行される。上記したように、第1の高調波リレー226及び第2の高調波リレー236のそれぞれは、図2の制御部114に対応し、内部にCPU及び記憶部を含む。したがって、第1の高調波リレー226及び第2の高調波リレー236が実行する処理は、それぞれに含まれるCPUが、独立に実行する処理を意味する。ここでは、第1の高調波リレー226が実行する処理として説明する。
(Short-circuit accident detection processing)
A process of detecting a short circuit fault in the power supply system shown in FIG. 3 will be described below with reference to FIG. The program of FIG. 4 is executed by each of the first harmonic relay 226 and the second harmonic relay 236. As described above, each of the first harmonic relay 226 and the second harmonic relay 236 corresponds to the control unit 114 of FIG. 2 and includes a CPU and a storage unit inside. Therefore, the processes executed by the first harmonic relay 226 and the second harmonic relay 236 mean processes executed independently by the CPUs included therein. Here, the process performed by the first harmonic relay 226 will be described.

ステップ300において、第1の高調波リレー226は、計器用変圧器206及び第1変流器224から入力される電圧及び電流(アナログ)からデジタルデータを生成して、時系列データ(波形データ)として記憶する。   In step 300, the first harmonic relay 226 generates digital data from the voltage and current (analog) input from the instrument transformer 206 and the first current transformer 224, and generates time-series data (waveform data). Remember as.

ステップ302において、第1の高調波リレー226は、ステップ300で記憶した時系列データの電圧及び電流のそれぞれから、変換器210から供給されている高調波の周波数成分(高調波成分)を算出する。ステップ300及び302の処理は、上記した図2の高調波成分算出部110の機能に対応する。   In step 302, the first harmonic relay 226 calculates the frequency component (harmonic component) of the harmonic supplied from the converter 210 from each of the voltage and current of the time series data stored in step 300. . The processes of steps 300 and 302 correspond to the function of the harmonic component calculation unit 110 of FIG. 2 described above.

ステップ304において、第1の高調波リレー226は、ステップ302で算出された電圧の高調波成分を、電流の高調波成分で除して、インピーダンスを算出する。   In step 304, the first harmonic relay 226 divides the harmonic component of the voltage calculated in step 302 by the harmonic component of the current to calculate the impedance.

ステップ306において、第1の高調波リレー226は、ステップ304で算出されたインピーダンスを所定のしきい値と比較する。インピーダンスがしきい値以下であると判定されると、制御はステップ308に移行する。そうでなければ、制御はステップ310に移行する。   At step 306, the first harmonic relay 226 compares the impedance calculated at step 304 with a predetermined threshold. If it is determined that the impedance is less than or equal to the threshold, control transfers to step 308. Otherwise, control passes to step 310.

ステップ308において、第1の高調波リレー226は、監視対象の第1配電線220において短絡事故が発生したと判定し、遮断信号を第1遮断器222に出力する。これにより、第1遮断器222が動作して、第1配電線220を母線204から切り離す。   In step 308, the first harmonic relay 226 determines that a short circuit accident has occurred in the monitored first distribution line 220, and outputs a shutoff signal to the first breaker 222. Thereby, the first circuit breaker 222 operates to disconnect the first distribution line 220 from the bus 204.

ステップ310において、第1の高調波リレー226は、本プログラムの実行を終了する指示を受けたか否かを判定する。終了の指示は、例えば第1の高調波リレー226の電源をOFFすることにより成される。終了の指示を受けたと判定された場合、第1の高調波リレー226は、本プログラムを終了する。そうでなければ、制御はステップ300に戻り、上記した処理を繰返す。   In step 310, the first harmonic relay 226 determines whether an instruction to end the execution of the program has been received. The termination instruction is made, for example, by turning off the power of the first harmonic relay 226. If it is determined that the end instruction has been received, the first harmonic relay 226 ends the program. Otherwise, control returns to step 300 to repeat the process described above.

以上により、第1の高調波リレー226は、第1配電線220に短絡事故240が発生した場合に、それを検知して、第1配電線220を母線204から切り離し、電力供給システム全体が停電することを防止することができる。   As described above, when the first harmonic relay 226 detects a short circuit accident 240 in the first distribution line 220, the first harmonic relay 226 detects it and disconnects the first distribution line 220 from the bus 204, and the entire power supply system loses power. Can be prevented.

第2の高調波リレー236も図4のプログラムを実行する。第2の高調波リレー236は、第2配電線230に短絡事故が発生した場合に、それを検知して、第2配電線230を母線204から切り離し、電力供給システム全体が停電することを防止することができる。   The second harmonic relay 236 also executes the program of FIG. The second harmonic relay 236 detects a short circuit accident in the second distribution line 230, detects it, disconnects the second distribution line 230 from the bus 204, and prevents a power failure of the entire power supply system. can do.

第1の高調波リレー226は、短絡事故によって第1配電線220に流れる事故電流242の大きさに依存せずに、短絡事故の発生を検出することができる。第2の高調波リレー236も同様に、短絡事故によって第2配電線230に流れる事故電流の大きさに依存せずに、短絡事故の発生を検出することができる。したがって、既存の変換器を用いた分散型電源は、同期機の電源よりも事故電流の供給能力は低いが、その場合にも、短絡事故を検出することができる。   The first harmonic relay 226 can detect the occurrence of a short circuit fault independently of the magnitude of the fault current 242 flowing to the first distribution line 220 due to the short circuit fault. Similarly, the second harmonic relay 236 can detect the occurrence of a short circuit accident independently of the magnitude of the accident current flowing to the second distribution line 230 due to the short circuit accident. Therefore, although the distributed power supply using the existing converter has a lower ability to supply an accident current than the synchronous machine's power supply, it can still detect a short circuit accident.

高調波216の次数は、任意の正の整数又は非整数とすることができる。電力機器には、リアクタンス成分(インダクタ及び容量)が含まれているので、特定の周波数よりも高い周波数の信号を供給すれば、電圧をある程度の大きさで測定することができる。したがって、母線に供給した高調波S0の電圧成分及び電流成分を抽出することができ、短絡事故の発生を検出することができる。   The order of the harmonics 216 can be any positive integer or non-integer. Since the power equipment includes reactance components (inductor and capacitance), the voltage can be measured to some extent by supplying a signal having a frequency higher than a specific frequency. Therefore, the voltage component and current component of the harmonic S0 supplied to the bus can be extracted, and the occurrence of a short circuit accident can be detected.

次数間高調波は、通常、電力システムにはほとんど存在しないので、上記した、母線に供給する高調波S0を、次数間高調波とすることにより、短絡事故を容易に且つ精度よく検出することができる。例えば、2次〜3次の間のもの、即ち次数nが2<n<3のものを使用することができる。   Since inter-order harmonics are usually scarcely present in the power system, it is possible to easily and accurately detect a short circuit accident by setting the above-mentioned harmonic S0 supplied to the bus as inter-order harmonics. it can. For example, it is possible to use one between the second to third orders, that is, one in which the order n is 2 <n <3.

また、高調波S0は、次数間高調波に限らず、整数次高調波であってもよい。通常、電力システムにおいては、基本周波数の奇数倍の周波数の高調波(奇数次の高調波)は、無視できない程度の大きさで存在するが、基本周波数の偶数倍の周波数の高調波(偶数次の高調波)は少ない(振幅が小さい)。したがって、偶数次の高調波を使用すれば、母線に既に存在している信号と干渉して減衰する等の影響を受けることなく、母線に供給した高調波S0の電圧成分及び電流成分を抽出することができ、短絡事故の発生を検出することができる。例えば、4次又は2次の高調波を使用することができる。   Further, the harmonics S0 are not limited to the inter-order harmonics, and may be integer-order harmonics. Normally, in a power system, harmonics of odd-numbered multiples of the fundamental frequency (odd-order harmonics) exist with a non-negligible magnitude, but harmonics of even-multiples of the fundamental frequency (even-order) Harmonics) is small (amplitude is small). Therefore, if even-order harmonics are used, the voltage component and current component of harmonic S0 supplied to the bus can be extracted without being affected by attenuation due to interference with a signal already present in the bus. And can detect the occurrence of a short circuit accident. For example, fourth or second harmonics can be used.

しきい値は、各電力系統に応じて、短絡事故が発生しておらず通常電力が供給されている状態でのインピーダンスと明確に区別でき、それよりも小さい適切な値に設定されていればよく、任意である。即ち、第1の高調波リレー226のしきい値と第2の高調波リレー236のしきい値とは、必ずしも同じ値でなくてもよい。しきい値を変更可能に構成されていてもよい。   According to each power system, the threshold can be clearly distinguished from the impedance in the state where the short circuit accident does not occur and the normal power is supplied, and it is set to an appropriate value smaller than that. Well, it's optional. That is, the threshold of the first harmonic relay 226 and the threshold of the second harmonic relay 236 may not necessarily be the same value. The threshold may be configured to be changeable.

上記では、変換器210が高調波生成部102の機能を有する場合を説明したがこれに限定されない。例えば、図5に示すように、高調波生成部を専用の装置である高調波供給装置218として実現してもよい。   Although the case where the converter 210 has the function of the harmonic generation unit 102 has been described above, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 5, the harmonic generation unit may be realized as a harmonic supply device 218 which is a dedicated device.

図5が図3と異なる点は、変換器210が高調波を供給する機能を有しておらず、高調波216は高調波供給装置218により母線204に供給されることだけである。したがって、重複説明を繰返さない。高調波供給装置218は、例えばインバータにより実現される。図5の電力供給システムにおいても、第1の高調波リレー226及び第2の高調波リレー236により、それぞれの監視対象である第1配電線220及び第2配電線230に短絡事故が発生した場合に、それを検出して、対応する第1遮断器222及び第2遮断器232を作動させることができる。   FIG. 5 differs from FIG. 3 only in that the converter 210 does not have the function of supplying harmonics, and the harmonics 216 are supplied to the bus 204 by the harmonic supply device 218. Therefore, repeated description will not be repeated. The harmonic supply device 218 is realized by, for example, an inverter. Also in the power supply system of FIG. 5, when a short circuit accident occurs in the first distribution line 220 and the second distribution line 230 which are targets of monitoring by the first harmonic relay 226 and the second harmonic relay 236. Can be detected to activate the corresponding first breaker 222 and second breaker 232.

上記では、計器用変圧器206により測定された電圧値を使用する場合を説明したが、これに限定されない。各配電線の電圧を測定し、その電圧値に含まれる高調波成分を算出し、それを用いてインピーダンスを算出してもよい。   Although the case where the voltage value measured by instrument transformer 206 was used was described above, it is not limited to this. The voltage of each distribution line may be measured, the harmonic component included in the voltage value may be calculated, and the impedance may be calculated using it.

上記では、インピーダンスを算出する場合を説明したが、これに限定されない。電圧及び電流の高調波信号成分から得られる物理量であって、短絡事故により変化するものであればよい。例えば、電圧及び電流の高調波信号成分から算出したアドミタンスを、所定のしきい値と比較することにより、短絡事故を検出してもよい。   Although the case of calculating the impedance has been described above, the present invention is not limited to this. It is a physical quantity obtained from harmonic signal components of voltage and current, and may be changed as a result of a short circuit accident. For example, the short circuit fault may be detected by comparing the admittance calculated from the voltage and current harmonic signal components with a predetermined threshold.

短絡事故の検出には、1つの次数の高調波を供給すればよいが、高調波は種々の目的で使用されるので、同じ電力供給システムにおいて、短絡事故の検出とは別の目的で高調波を使用することが考えられる。したがって、短絡事故の検出に使用する高調波の次数又は周波数を、任意の値に設定できることが好ましい。例えば、複数の高調波の候補の中から1つを選択できる構成になっていてもよい。   Although it is sufficient to supply one order of harmonics to detect a short circuit fault, since the harmonics are used for various purposes, in the same power supply system, the harmonics are used for purposes other than short circuit fault detection. It is conceivable to use Therefore, it is preferable to be able to set the order or frequency of the harmonics used to detect a short circuit accident to any value. For example, one of the plurality of harmonic candidates may be selected.

また、高調波の電圧及び電流の計測、並びにインピーダンスの算出の機能は、配電所(変電所)の既設の保護リレーに内蔵してもよい。   Also, the function of measuring the voltage and current of the harmonics and calculating the impedance may be incorporated in the existing protective relay of the distribution site (substation).

また、短絡事故を検出するための上記の高調波リレーを、既設のトリップシーケンスに追加してもよい。例えば、直列接続されたリレー及びトリップコイルにより構成される既存のトリップシーケンスにおいて、高調波リレーを既存のリレーに並列接続して、短絡事故を検出することができる。   In addition, the above-mentioned harmonic relay for detecting a short circuit fault may be added to the existing trip sequence. For example, in an existing trip sequence consisting of series connected relays and trip coils, harmonic relays can be connected in parallel to existing relays to detect short circuit faults.

なお、電力系統の供給電力は、2相電力及び3相電力の何れであってもよい。   The supplied power of the power system may be either two-phase power or three-phase power.

上記では、変換器(インバータ)を用いた分散型電源による電力供給システムにおいて高調波リレーを適用する場合を説明したが、これに限定されない。同期機の発電機を用いた電力供給システムにおいて、保護リレーに代えて高調波リレーを適用することもできる。   Although the case where a harmonic relay is applied in the electric power supply system by the distributed power supply using a converter (inverter) was explained above, it is not limited to this. In a power supply system using a synchronous generator, a harmonic relay can be applied instead of the protection relay.

以下に、次数間高調波に関するシミュレーション結果を示し、本発明の有効性を示す。図3のシステムでの動作をシミュレーションするために、公知のソフトウェアツール(オープンソースのScilab(登録商標)及びXcos)を用いて、図6のように各部品を配置した。   Below, the simulation result regarding an interorder harmonic is shown, and the effectiveness of this invention is shown. In order to simulate the operation in the system of FIG. 3, each component was arranged as shown in FIG. 6 using known software tools (open source Scilab (registered trademark) and X cos).

交流電源400は、実効値100V、基本周波数50Hzの交流電圧を出力する。交流電源400の出力電圧は、抵抗R1を介して出力される。抵抗R1は3Ωとした。   The AC power supply 400 outputs an AC voltage having an effective value of 100 V and a fundamental frequency of 50 Hz. The output voltage of AC power supply 400 is output via resistor R1. The resistance R1 was 3 Ω.

次数間高調波発生部402は、振幅0.1A、2.5次(周波数125Hz)の次数間高調波電流を出力する。次数間高調波発生部402の出力(電流)は、交流電源400の出力ラインに供給される。交流電源400から出力される電圧は2つの経路(以下、フィーダという)に供給される。抵抗R2が接続され、電流I1が流れるフィーダを「第1フィーダ」、抵抗R3が接続され、電流I2が流れるフィーダを「第2フィーダ」という。ここでは、抵抗R2及びR3は共に100Ωとした。   The inter-order harmonics generation unit 402 outputs an inter-order harmonic current having an amplitude of 0.1 A and a 2.5th order (frequency of 125 Hz). The output (current) of the inter-harmonic generator 402 is supplied to the output line of the AC power supply 400. The voltage output from AC power supply 400 is supplied to two paths (hereinafter referred to as a feeder). The feeder to which the resistor R2 is connected and through which the current I1 flows is referred to as a "first feeder", and the feeder to which the resistor R3 is connected and through which the current I2 flows is referred to as a "second feeder". Here, the resistances R2 and R3 are both 100 Ω.

電圧計404は、交流電源400により抵抗R1を介して出力される電圧を測定し、測定値を出力する。電圧計404から出力される電圧信号Vsは、第1の次数間高調波成分抽出部408に入力される。電流計406は、各フィーダに接続され、各フィーダを流れる電流(I1、I2)を測定して出力する。電流計406から出力される電流信号(I1、I2)はそれぞれに対応する第2の次数間高調波成分抽出部410に入力される。   The voltmeter 404 measures a voltage output from the AC power supply 400 via the resistor R1 and outputs a measured value. The voltage signal Vs output from the voltmeter 404 is input to the first inter-harmonic component extraction unit 408. An ammeter 406 is connected to each feeder, and measures and outputs the current (I1, I2) flowing through each feeder. The current signals (I1 and I2) output from the ammeter 406 are input to the second inter-order harmonic component extraction unit 410 corresponding to each.

第1の次数間高調波成分抽出部408は、電圧信号Vsから所定の次数間高調波成分を抽出する。第1の次数間高調波成分抽出部408は、コサイン信号生成部412、2つの乗算部414、2つの時間積分部416、2つの遅延部418、2つの減算部420、2つの増幅部422、複素数生成部424、振幅生成部426、サイン信号生成部430、及び増幅部432から構成されている。コサイン信号生成部412は、所定の次数間高調波の周波数のコサイン波を生成する。サイン信号生成部430は、コサイン信号生成部412が生成するコサイン波と同じ周波数のサイン波を生成する。ここでは、上記したように、2.5次の次数間高調波(周波数125Hz)を用いた。   The first inter-order harmonic component extraction unit 408 extracts a predetermined inter-order harmonic component from the voltage signal Vs. The first inter-order harmonic component extraction unit 408 includes a cosine signal generation unit 412, two multiplication units 414, two time integration units 416, two delay units 418, two subtraction units 420, two amplification units 422, A complex number generation unit 424, an amplitude generation unit 426, a sine signal generation unit 430, and an amplification unit 432 are included. The cosine signal generation unit 412 generates a cosine wave of the frequency of the predetermined interharmonic. The sine signal generation unit 430 generates a sine wave having the same frequency as the cosine wave generated by the cosine signal generation unit 412. Here, as described above, the 2.5th-order interharmonics (frequency 125 Hz) are used.

乗算部414から増幅部422までのブロックは、フーリエ係数を演算するためのものである。乗算部414は、2つの入力値を乗算し、その結果を出力する。時間積分部416は、入力を時間の関数として開始時刻から現在時刻までの積分を行なう。例えば、時間積分部416は、累積値(初期値は、例えば“0”)を記憶しており、入力値とΔt(入力のサンプリング間隔)との乗算結果を現在の累積値に加算し、その結果を、新たな累積値として上書きすると共に出力する。遅延部418は、入力値を、入力時刻から所定の遅延時間保持し、遅延時間の経過後に、保持していた値を出力する。減算部420は、プラス(+)の入力端の入力値から、マイナス(−)の入力端の入力値を減算し、その結果を出力する。増幅部422は、入力値を増幅し、その結果を出力する。   The blocks from the multiplication unit 414 to the amplification unit 422 are for calculating Fourier coefficients. The multiplication unit 414 multiplies two input values and outputs the result. The time integration unit 416 integrates the input from the start time to the current time as a function of time. For example, the time integration unit 416 stores an accumulated value (initial value is, for example, “0”), adds the multiplication result of the input value and Δt (sampling interval of input) to the present accumulated value, and The result is overwritten and output as a new cumulative value. The delay unit 418 holds the input value for a predetermined delay time from the input time, and outputs the held value after the delay time has elapsed. The subtraction unit 420 subtracts the input value at the negative (-) input end from the input value at the positive (+) input end, and outputs the result. The amplification unit 422 amplifies the input value and outputs the result.

ここでは、フーリエ変換の基本周波数として25Hzを採用し、25Hzの周期をTとして、フーリエ係数を算出するために、遅延部418の遅延時間をTに設定し、増幅部422の増幅率を2/Tに設定した。これにより、増幅部422からは、次式で表されるフーリエ係数a(数値積分値)が出力される。 Here, 25 Hz is adopted as the fundamental frequency of the Fourier transform, and the period of 25 Hz is T, and in order to calculate the Fourier coefficient, the delay time of the delay unit 418 is set to T, and the amplification factor of the amplifier 422 is 2 / It was set to T. Thus, from the amplifier 422, the Fourier coefficient is expressed by the following equation a n (numerical integration value) is outputted.

Figure 2018183034
Figure 2018183034

Vs(t)は、電圧信号Vsが時間的に変化することを明示したものである。τは、任意の時刻を表す。時間積分部416が入力の時間積分を出力するので、時刻τにおいて減算部420から出力される値は、遅延時間Tに相当する期間(t=τ−T〜τ)における乗算部414の出力の積分値となっている。   Vs (t) explicitly indicates that the voltage signal Vs changes with time. τ represents an arbitrary time. Since the time integration unit 416 outputs the time integration of the input, the value output from the subtraction unit 420 at time τ is the value of the output of the multiplication unit 414 in a period (t = τ−T to τ) corresponding to the delay time T. It is an integral value.

フーリエ係数の算出に使用する基本周波数として25Hzを採用したのは、次数間高調波を対象とするからである。任意の関数F(t)は、ωを基本周波数(角周波数)とする直交関数系cos(nωt),sin(nωt)(nは0以上の整数)で展開することができる。成分を算出する対象が次数間高調波である場合、次数が非整数であり、フーリエ係数の算出に使用する基本周波数として50Hzをそのまま使用することはできない。そこで、次数が整数となるように、フーリエ係数の算出に使用する基本周波数を25Hzとした。基本周波数50Hzの2.5次の周波数成分(125Hz)は、基本周波数25Hzの5次の成分(上式でn=5)に対応する。 The reason why 25 Hz is adopted as the fundamental frequency used for calculating the Fourier coefficient is because harmonics between orders are considered. Arbitrary function F (t) can be expanded by orthogonal function system cos (nω 0 t), sin (nω 0 t) (n is an integer greater than or equal to 0) where ω 0 is a fundamental frequency (angular frequency) . When the target for calculating the component is an interharmonic, the order is non-integer, and 50 Hz can not be used as it is as the fundamental frequency used for calculating the Fourier coefficient. Therefore, the fundamental frequency used to calculate the Fourier coefficient is 25 Hz so that the order is an integer. The 2.5th-order frequency component (125 Hz) of the fundamental frequency 50 Hz corresponds to the fifth-order component (n = 5 in the above equation) of the fundamental frequency 25 Hz.

複素数生成部424は、上側の入力端の入力値を実数部とし、下側の入力端の入力値を虚数部とする複素数を生成して出力する。振幅生成部426は、入力される複素数の振幅(絶対値)を算出して出力する。即ち、複素数a+jbを、Cejθ=C(cosθ+jsinθ)と表現する場合の振幅Cを、C=(a+b1/2により求める。増幅部432は、入力値を増幅し、その結果を出力する。増幅部432の増幅率は、1/100に設定した。 The complex number generation unit 424 generates and outputs a complex number in which the input value at the upper input end is a real part and the input value at the lower input end is an imaginary part. The amplitude generation unit 426 calculates and outputs the amplitude (absolute value) of the input complex number. That is, the amplitude C in the case of expressing the complex number a + jb as Ce = C (cos θ + j sin θ) is obtained by C = (a 2 + b 2 ) 1/2 . The amplification unit 432 amplifies the input value and outputs the result. The amplification factor of the amplification unit 432 was set to 1/100.

電圧信号Vsが、増幅部432に入力されると、所定の次数間高調波成分の実数部及び虚数部(フーリエ係数)が、増幅部422から出力される。コサイン信号生成部412により生成されたコサイン波を使用することにより(第1の次数間高調波成分抽出部408の上側の経路)、実数部が算出される。サイン信号生成部430により生成されたサイン波を使用することにより(第1の次数間高調波成分抽出部408の下側の経路)、虚数部が算出される。そして、複素数生成部424及び振幅生成部426により、所定の次数間高調波成分の振幅(電圧)が出力される。なお、第1の次数間高調波成分抽出部408の下側の経路に配置された増幅部422からの出力値は、次式で表されるフーリエ係数b(数値積分値)である。 When the voltage signal Vs is input to the amplifier 432, the real part and the imaginary part (Fourier coefficient) of the predetermined interharmonic component are output from the amplifier 422. By using the cosine wave generated by the cosine signal generation unit 412 (the upper path of the first inter-order harmonic component extraction unit 408), the real part is calculated. The imaginary part is calculated by using the sine wave generated by the sine signal generation unit 430 (the lower path of the first inter-order harmonic component extraction unit 408). Then, the complex number generation unit 424 and the amplitude generation unit 426 output the amplitude (voltage) of the predetermined interharmonic component. The output value from the amplification unit 422 disposed in the lower path of the first inter-order harmonic component extraction unit 408 is a Fourier coefficient b n (numerical integration value) represented by the following equation.

Figure 2018183034
Figure 2018183034

第2の次数間高調波成分抽出部410は、電流信号(I1又はI2)から所定の次数間高調波成分を抽出するためのものであり、第1の次数間高調波成分抽出部408と同様に構成されている。第2の次数間高調波成分抽出部410が第1の次数間高調波成分抽出部408と異なるのは、増幅部432が増幅部434で代替されているだけである。増幅部434の増幅率は、1/10に設定した。   The second inter-order harmonic component extraction unit 410 is for extracting a predetermined inter-order harmonic component from the current signal (I1 or I2), and is similar to the first inter-order harmonic component extraction unit 408. Is configured. The second inter-order harmonic component extraction unit 410 is different from the first inter-order harmonic component extraction unit 408 only in that the amplification unit 432 is replaced by the amplification unit 434. The amplification factor of the amplification unit 434 was set to 1/10.

第1フィーダの電流信号I1が、対応する増幅部434に入力されると、上記と同様に、所定の次数間高調波成分の実数部及び虚数部が、増幅部422から出力され、複素数生成部424及び振幅生成部426により、電流I1の次数間高調波成分の振幅が出力される。同様に、第2フィーダの電流信号I2が、対応する増幅部434に入力されると、対応する振幅生成部426から、電流I2の次数間高調波成分の振幅が出力される。   When the current signal I1 of the first feeder is input to the corresponding amplification unit 434, the real part and imaginary part of the predetermined interharmonic component are output from the amplification unit 422 in the same manner as described above, and the complex number generation unit The amplitude generation unit 426 outputs the amplitude of the inter-order harmonic component of the current I1. Similarly, when the current signal I2 of the second feeder is input to the corresponding amplification unit 434, the amplitude of the inter-order harmonic component of the current I2 is output from the corresponding amplitude generation unit 426.

除算部436は、上側の入力端(「×」で示す)への入力値を、下側入力端(「÷」で示す)への入力値で除した値を出力する。上側の入力端に電圧Vsの次数間高調波成分が入力され、下側の入力端に第1フィーダの電流I1の次数間高調波成分が入力される除算部436は、インピーダンスZ1(=Vs/I1)を出力する。同様に、上側の入力端に電圧Vsの次数間高調波成分が入力され、下側の入力端に第2フィーダの電流I2の次数間高調波成分が入力される除算部436は、インピーダンスZ2(=Vs/I2)を出力する。   The division unit 436 outputs a value obtained by dividing the input value to the upper input end (indicated by “x”) by the input value to the lower input end (indicated by “÷”). The division unit 436 receives an inter-order harmonic component of the voltage Vs at the upper input end and an inter-order harmonic component of the current I1 of the first feeder at the lower input end. Output I1). Similarly, the division unit 436 into which the inter-order harmonic component of the voltage Vs is input to the upper input terminal and the inter-order harmonic component of the current I2 of the second feeder is input to the lower input terminal has an impedance Z2 ( = Vs / I2) is output.

スイッチ450は、一端が第1フィーダに接続され、他端が抵抗R4を介して接地されている。抵抗R4は、1Ωに設定した。スイッチ450をオン(短絡)させることにより、第1フィーダに、短絡事故を発生させることができる。   One end of the switch 450 is connected to the first feeder, and the other end is grounded via the resistor R4. The resistance R4 was set to 1 Ω. By turning on the switch 450 (short circuit), a short circuit fault can be generated in the first feeder.

信号モニタ部452は、入力値を時系列に波形として出力する。図6では、交流電源400の出力電圧に、次数間高調波が重畳された電圧Vsと、第1フィーダの電流I1と、第2フィーダの電流I2と、第1フィーダの次数間高調波成分のインピーダンスZ1と、第2フィーダの次数間高調波成分のインピーダンスZ2との各波形を出力するように設定されている。   The signal monitor unit 452 outputs an input value as a waveform in time series. In FIG. 6, a voltage Vs in which an inter-order harmonic is superimposed on an output voltage of AC power supply 400, a current I1 of the first feeder, a current I2 of the second feeder, and an inter-order harmonic component of the first feeder Each waveform of the impedance Z1 and the impedance Z2 of the inter-order harmonic component of the second feeder is set to be output.

信号モニタ部452により各波形を出力している状態で、所定のタイミングで、スイッチ450をオンさせて、第1フィーダに短絡事故を発生させた。その結果を図7に示す。   In the state where each waveform is output by the signal monitoring unit 452, the switch 450 is turned on at a predetermined timing to cause a short circuit accident in the first feeder. The results are shown in FIG.

図7の5つのグラフにおいて、横軸は共通の時刻(秒)を表す。時刻t=0.5(秒)において、第1フィーダに短絡事故を発生させた。その結果、短絡事故を発生させた時刻(t=0.5)を境に、Vsが低下し、短絡事故が発生した第1フィーダに関して、電流I1が増大し(事故電流の発生)、インピーダンスZ1が速やかに略0Ωに減少した。第2フィーダの電流値I2及びインピーダンスZ2には、短絡事故を発生させた時刻の前後で変化は見られなかった。   In the five graphs of FIG. 7, the horizontal axis represents a common time (seconds). At time t = 0.5 (seconds), a short circuit accident occurred in the first feeder. As a result, Vs decreases at the time (t = 0.5) at which the short circuit accident occurred, and the current I1 increases (occurrence of the accident current) for the first feeder in which the short circuit accident occurs, impedance Z1 Rapidly decreased to about 0 Ω. No change was seen in the current value I2 and the impedance Z2 of the second feeder before and after the time when the short circuit accident occurred.

インピーダンスZ1は短絡事故が発生すると速やかに減少し、0Ωになっており、通常の過電流保護リレーの動作時間(50ms以下)よりも短い時間で短絡事故を検出し、遮断器へ遮断信号を出力できる。   The impedance Z1 decreases rapidly when a short circuit accident occurs and is 0Ω, and detects a short circuit accident in a time shorter than the operation time (50 ms or less) of a normal overcurrent protection relay, and outputs a shutoff signal to the circuit breaker it can.

したがって、各フィーダの次数間高調波成分のインピーダンスを監視することにより、短絡事故が発生したことを検知することができる。即ち、インピーダンスの値が急激に減少して略0Ωになれば、そのフィーダにおいて短絡事故が発生したことが分かる。   Therefore, it is possible to detect that a short circuit accident has occurred by monitoring the impedance of the inter-order harmonic component of each feeder. That is, if the value of the impedance sharply decreases to approximately 0 Ω, it can be understood that a short circuit accident has occurred in the feeder.

なお、図7では、インピーダンスZ1及びZ2の値は、実際の値の1/10になっているが、短絡事故の検出には影響しない。これは、フーリエ変換の対象である電圧信号Vs並びに電流信号I1及びI2の増幅率が異なるためである(増幅部432の増幅率が1/100であるのに対して、増幅部434の増幅率は1/10)。   In addition, in FIG. 7, although the value of impedance Z1 and Z2 is 1/10 of an actual value, it does not affect detection of a short circuit accident. This is because the amplification factors of the voltage signal Vs and the current signals I1 and I2 to be subjected to the Fourier transform are different (the amplification factor of the amplification part 434 is 1/100 while the amplification factor of the amplification part 434 is Is 1/10).

以下に、整数次高調波及び次数間高調波に関して行なったシミュレーション結果を示す。図3のシステムでの動作を確認するために、Mathworks社製の公知のソフトウェアツール(MATLAB(登録商標)及びSimulink(登録商標))を用いて、後述するようにコンポーネントを定義し、図8に示すように配置してシミュレーションを行なった。   The following is a simulation result performed for integer harmonics and interharmonics. In order to confirm the operation in the system of FIG. 3, the components are defined as will be described later using known software tools (MATLAB (registered trademark) and Simulink (registered trademark)) manufactured by Mathworks, Inc., as shown in FIG. The simulation was performed by arranging as shown.

発電機(同期機)500は、3相の交流電圧210V(周波数50Hz、電力200kW)を出力するとした。Breaker502は、発電機500の出力をON(通過)/OFF(遮断)するためのスイッチである。Xg508は、発電機500の初期過渡リアクタンスを表し、j0.14pu(自己容量ベース)とした。同期機のリアクタンスは起動後の時間経過に依存し、初期過渡リアクタンス、過渡リアクタンス、同期リアクタンス等で表される。シミュレーションでは、短絡事故時の発電機500の出力を観測するので、初期過渡リアクタンスのみを考慮した。   The generator (synchronous machine) 500 outputs three-phase AC voltage 210 V (frequency 50 Hz, power 200 kW). Breaker 502 is a switch for turning on / off the output of the generator 500. Xg 508 represents the initial transient reactance of the generator 500 and is j0.14 pu (self-capacitance base). The reactance of the synchronous machine depends on the passage of time after startup and is represented by an initial transient reactance, a transient reactance, a synchronous reactance, and the like. In the simulation, since the output of the generator 500 at the time of a short circuit accident is observed, only the initial transient reactance is considered.

インバータ電源510は、発電機500と同様に、3相の交流電圧210V(周波数50Hz、電力200kW)を出力するとした。但し、短絡事故時にインバータ電源510が供給可能な電流の上限値は、定格の1.5倍とし、短絡事故時の電流供給能力を制限した。さらに、インバータ電源510は、整数次高調波(周波数200Hz)又は次数間高調波(周波数125Hz)の電流(1A)を出力可能とした。交流電圧の周波数50Hzを基本周波数として、周波数200Hzは4次の高調波(整数次高調波)であり、周波数125Hzは2.5次の高調波(次数間高調波)である。   Similar to the generator 500, the inverter power supply 510 outputs three-phase AC voltage 210 V (frequency 50 Hz, power 200 kW). However, the upper limit value of the current that can be supplied by the inverter power supply 510 at the time of a short circuit accident is 1.5 times the rating, and the current supply capability at the time of a short circuit accident is limited. Furthermore, the inverter power supply 510 can output current (1 A) of integer harmonics (frequency 200 Hz) or inter-order harmonics (frequency 125 Hz). The frequency 200 Hz is the fourth harmonic (integer harmonic) with the frequency 50 Hz of the AC voltage as the basic frequency, and the frequency 125 Hz is the harmonic of the 2.5 harmonic (interharmonics).

Breaker512は、インバータ電源510の出力をON(通過)/OFF(遮断)するためのスイッチである。Xi518は、発電機500の出力の配電線にインバータ電源510の出力を接続して、インバータ電源510を発電機500と連系させるための連系リアクトルであり、j0.1pu(自己容量ベース)とした。   Breaker 512 is a switch for turning on (passing) / off (breaking) the output of inverter power supply 510. The Xi 518 is an interconnection reactor for connecting the output of the inverter power supply 510 to the distribution line of the output of the generator 500 and interconnecting the inverter power supply 510 with the generator 500, with j0.1 pu (self capacity base) did.

発電機500及びインバータ電源510の出力は、並列接続された配電線を介して抵抗負荷であるR負荷504及び514に供給されるようにした。R負荷504及び514は、いずれも100kW、1.0pu(自己容量ベース)である。それぞれの配電線上の波形(3相電圧、3相電流)をScope(A)506及びScope(B)516により、観測できるようにした。   The outputs of the generator 500 and the inverter power supply 510 are supplied to the R loads 504 and 514 which are resistive loads via distribution lines connected in parallel. The R loads 504 and 514 are both 100 kW and 1.0 pu (self capacity basis). The waveforms (three-phase voltage, three-phase current) on the respective distribution lines can be observed by Scope (A) 506 and Scope (B) 516.

Breaker522は、外部からの制御ライン520によりON/OFFが制御される。Breaker522の一方の3つの端子には、発電機500及びインバータ電源510の出力が入力され、他方の3つの端子は相互に接続されている。したがって、Breaker522をONさせると、3相の配電線に短絡事故が発生したことをシミュレーションできる。   The Breaker 522 is controlled ON / OFF by an external control line 520. The outputs of the generator 500 and the inverter power supply 510 are input to one of three terminals of the Breaker 522, and the other three terminals are mutually connected. Therefore, when Breaker 522 is turned ON, it can be simulated that a short circuit accident has occurred in the three-phase distribution line.

図8の構成で、発電機500及びインバータ電源510を動作させ、Breaker502及びBreaker512をON/OFFさせた状態(R負荷504及び514に電力が供給された状態)で、Breaker522の制御ライン520にパルス幅0.1秒のパルス信号524を入力して、Scope(A)506及びScope(B)516で、電圧及び電流の変化を観測(シミュレーション)した結果を、図9〜図12に示す。図9及び図10の各グラフにおいては、相互に120度位相が異なる3相の波形を全て表示している。各グラフの中央の0.1秒間は、短絡事故が発生している期間である。図9〜図12において、上段(A)のグラフは、Scope(A)506での観測結果に対応し、下段(B)のグラフは、Scope(B)516での観測結果に対応する。   In the configuration of FIG. 8, the generator 500 and the inverter power supply 510 are operated, and the Breaker 502 and Breaker 512 are turned ON / OFF (the power is supplied to the R loads 504 and 514). FIGS. 9 to 12 show results of observation (simulation) of changes in voltage and current with Scope (A) 506 and Scope (B) 516 by inputting a pulse signal 524 having a width of 0.1 second. In each of the graphs of FIG. 9 and FIG. 10, all three-phase waveforms that are 120 degrees out of phase with each other are displayed. The center 0.1 seconds of each graph is a period in which a short circuit accident has occurred. In FIG. 9 to FIG. 12, the upper graph (A) corresponds to the observation result of Scope (A) 506, and the lower graph (B) corresponds to the observation result of Scope (B) 516.

図9は、Breaker502をONし、Breaker512をOFFした場合の結果を示す。短絡事故時には、短絡事故が発生していない配電線には殆ど電流が流れず、短絡事故が発生した配電線には大きな電流が流れる。したがって、短絡事故時の電流供給能力が大きい分散電源(発電機)に関しては、過電流リレーにより短絡電流を遮断できることが分かる。   FIG. 9 shows the result when Breaker 502 is turned ON and Breaker 512 is turned OFF. At the time of a short circuit accident, almost no current flows through the distribution line where no short circuit accident has occurred, and a large current flows through the distribution line where the short circuit accident has occurred. Therefore, it is understood that the short circuit current can be cut off by the overcurrent relay with respect to the distributed power supply (generator) having a large current supply capacity at the time of the short circuit accident.

図10は、Breaker502をOFFし、Breaker512をONした場合の結果を示す。但し、インバータ電源510からは高調波を供給しなかった。短絡事故が発生した配電線には、短絡事故が発生していない配電線よりも大きな電流が流れるが、図9の上段の電流(発電機500からの電力供給時)と比べると非常に小さい。したがって、短絡事故時の電流供給能力が小さい分散電源(インバータ電源)に関しては、短絡時に過電流リレーが作動せず、短絡電流を遮断できないことが分かる。   FIG. 10 shows the result when Breaker 502 is turned OFF and Breaker 512 is turned ON. However, harmonics were not supplied from the inverter power supply 510. Although a larger current flows through the distribution line in which the short circuit accident has occurred than the distribution line in which the short circuit accident has not occurred, it is much smaller than the current in the upper stage of FIG. 9 (during the power supply from the generator 500). Therefore, with respect to the distributed power supply (inverter power supply) having a small current supply capacity at the time of a short circuit accident, it is understood that the overcurrent relay does not operate at the time of the short circuit and the short circuit current can not be cut off.

図11及び図12は、図10と同様に、Breaker502をOFFし、Breaker512をONした場合の結果を示す。図10と異なり、インバータ電源510から高調波を出力した。即ち、図11は、インバータ電源510から整数次高調波(周波数200Hz)を出力した場合、図12は、インバータ電源510から次数間高調波(周波数125Hz)を出力した場合の結果である。図11及び図12のグラフは、Scope(A)506及びScope(B)516でそれぞれ観測された電圧波形及び電流波形から、供給した高調波成分をフーリエ変換により算出し、それぞれの配電線についてインピーダンスを算出した結果である。   11 and 12 show the results when Breaker 502 is turned off and Breaker 512 is turned on, as in FIG. Unlike FIG. 10, harmonics were output from the inverter power supply 510. That is, FIG. 11 shows the result in the case where the inverter power supply 510 outputs the integral harmonics (frequency 200 Hz), and FIG. 12 shows the result in the case where the inverter power supply 510 outputs the inter-order harmonics (frequency 125 Hz). In the graphs of FIGS. 11 and 12, the supplied harmonic components are calculated by Fourier transform from the voltage waveform and current waveform respectively observed by Scope (A) 506 and Scope (B) 516, and the impedance of each of the distribution lines is calculated. Is the result of calculating

図11及び図12から、整数次高調波(周波数200Hz)を供給した場合も、次数間高調波(周波数125Hz)を供給した場合も、短絡事故が発生していないときには配電線のインピーダンスは約0.44(Ω)であり、短絡事故時には、短絡事故が発生した配電線のインピーダンスは約0(Ω)になっている。したがって、高調波を供給し、その高調波成分のインピーダンスの大きさを判定することにより、短絡事故時の電流供給能力が低い分散電源(インバータ電源)に関しても、短絡事故が発生した配電線を検出することができ、検出結果に応じて配電線を遮断できることが分かる。   From FIG. 11 and FIG. 12, the impedance of the distribution line is about 0 when the short circuit accident does not occur, either when supplying the integral harmonic (frequency 200 Hz) or when supplying the inter-harmonic (frequency 125 Hz). In the case of a short circuit accident, the impedance of the distribution line where the short circuit accident occurred is approximately 0 (Ω). Therefore, by supplying harmonics and determining the magnitude of the impedance of the harmonic component, a distribution line in which a short circuit accident has occurred is detected even for a distributed power supply (inverter power supply) having a low current supply capacity at the time of a short circuit accident. It can be understood that the distribution line can be cut off according to the detection result.

以上、実施の形態を説明することにより本発明を説明したが、上記した実施の形態は例示であって、本発明は上記した実施の形態のみに制限されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含む。   Although the present invention has been described above by describing the embodiment, the above-described embodiment is an exemplification, and the present invention is not limited to the above-described embodiment. The scope of the present invention is defined by each claim of the claims in consideration of the description of the detailed description of the invention, and all the changes within the meaning and range equivalent to the words and phrases described therein Including.

100 保護装置
102 高調波生成部
104 電圧測定部
106 リレー部
108 電流測定部
110 高調波成分算出部
112 インピーダンス算出部
114 制御部
200、900 発電機
202、902 トランス
204、904 母線
206、906 計器用変圧器
210 変換器
212 二次電池
214 スイッチ
216 高調波
218 高調波供給装置
220 第1配電線
222 第1遮断器
224 第1変流器
226 第1の高調波リレー
228 第1負荷
230 第2配電線
232 第2遮断器
234 第2変流器
236 第2の高調波リレー
238 第2負荷
240、930 短絡事故
242、932 事故電流
400 交流電源
402 次数間高調波発生部
404 電圧計
406 電流計
408 第1の次数間高調波成分抽出部
410 第2の次数間高調波成分抽出部
412 コサイン信号生成部
414 乗算部
416 時間積分部
418 遅延部
420 減算部
422、432、434 増幅部
424 複素数生成部
426 振幅生成部
430 サイン信号生成部
436 除算部
450 スイッチ
452 信号モニタ部
500 発電機
502、512、522 Breaker
504、514 R負荷
506 Scope(A)
508 Xg
510 インバータ電源
516 Scope(B)
518 Xi
520 制御ライン
524 パルス信号
910、920 配電線
912、922 遮断器
914、924 変流器
916、926 過電流保護リレー
918、928 負荷
100 protection device 102 harmonic generation unit 104 voltage measurement unit 106 relay unit 108 current measurement unit 110 harmonic component calculation unit 112 impedance calculation unit 114 control unit 200, 900 generator 202, 902 transformer 204, 904 bus 206, 906 for instruments Transformer 210 Transformer 212 Secondary battery 214 Switch 216 Harmonic 218 Harmonic feeder 220 First distribution line 222 First breaker 224 First current transformer 226 First harmonic relay 228 First load 230 Second distribution Electric wire 232 Second circuit breaker 234 Second current transformer 236 Second harmonic relay 238 Second load 240, 930 Short circuit accident 242, 932 Accident current 400 AC power supply 402 Interharmonic generation unit 404 Voltmeter 406 Ammeter 408 First inter-order harmonic component extraction unit 410 Second inter-order harmonic component extraction unit 12 cosine signal generation unit 414 multiplication unit 416 time integration unit 418 delay unit 420 subtraction unit 422, 432, 434 amplification unit 424 complex number generation unit 426 amplitude generation unit 430 sine signal generation unit 436 division unit 450 switch 452 signal monitor unit 500 generator 502, 512, 522 Breaker
504, 514 R load 506 Scope (A)
508 Xg
510 Inverter power supply 516 Scope (B)
518 Xi
520 control line 524 pulse signal 910, 920 distribution line 912, 922 breaker 914, 924 current transformer 916, 926 overcurrent protection relay 918, 928 load

Claims (6)

電力供給システムの保護装置であって、
所定周波数の交流電圧が供給される母線に、前記所定周波数よりも高い周波数を有する高調波を供給する高調波供給手段と、
前記母線に接続された配電線の電流値を測定する電流測定手段と、
前記母線又は前記配電線の電圧値を測定する電圧測定手段と、
前記電流測定手段により測定された前記電流値の時間変動波形から、前記高調波のフーリエ係数である電流成分を抽出する電流成分抽出手段と、
前記電圧測定手段により測定された前記電圧値の時間変動波形から、前記高調波のフーリエ係数である電圧成分を抽出する電圧成分抽出手段と、
前記電流成分抽出手段により抽出された前記電流成分と前記電圧成分抽出手段により抽出された前記電圧成分とから、インピーダンス又はアドミタンスを算出値として算出する算出手段と、
前記算出値に基づいて、前記配電線に短絡事故が発生したか否かを判定する判定手段とを含むことを特徴とする保護装置。
A protection device of the power supply system,
Harmonic supply means for supplying a harmonic having a frequency higher than the predetermined frequency to a bus to which an AC voltage of the predetermined frequency is supplied;
Current measurement means for measuring the current value of the distribution line connected to the bus;
Voltage measuring means for measuring a voltage value of the bus or the distribution line;
Current component extraction means for extracting a current component which is a Fourier coefficient of the harmonic from the time variation waveform of the current value measured by the current measurement means;
Voltage component extraction means for extracting a voltage component which is a Fourier coefficient of the harmonic from the time variation waveform of the voltage value measured by the voltage measurement means;
Calculation means for calculating impedance or admittance as a calculation value from the current component extracted by the current component extraction means and the voltage component extracted by the voltage component extraction means;
And a judging means for judging whether or not a short circuit accident has occurred in the distribution line based on the calculated value.
前記判定手段により前記短絡事故が発生したと判定されたことを受けて、前記配電線と前記母線との接続を遮断する遮断手段に、遮断信号を出力する出力手段をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の保護装置。   According to the determination that the short circuit accident has occurred by the determination means, the cutoff means for disconnecting the connection between the distribution line and the bus bar further includes an output means for outputting a cutoff signal. The protection device according to claim 1. 前記高調波は、振幅が一定の電流として供給されることを特徴とする、請求項1又は2に記載の保護装置。   The protection device according to claim 1, wherein the harmonic is supplied as a current having a constant amplitude. 前記高調波供給手段により前記母線に供給される前記高調波は、前記所定周波数の非整数倍の周波数を有する次数間高調波であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の保護装置。   The said harmonics supplied to the said bus-line by the said harmonics supply means are the interharmonics which have the frequency of the non-integer multiple of the said predetermined frequency, It is characterized by the above-mentioned. Protection device according to. 請求項1〜4のいずれかに記載の保護装置と、
直流電源から供給される直流電圧を交流電圧に変換し、当該交流電圧を前記母線に供給する変換手段とを含むことを特徴とするシステム。
The protection device according to any one of claims 1 to 4.
And D. conversion means for converting a DC voltage supplied from a DC power supply into an AC voltage and supplying the AC voltage to the bus bar.
前記高調波供給手段は、前記変換手段により実現され、
前記変換手段は、前記直流電圧から変換した前記交流電圧に、前記高調波を重畳することを特徴とする、請求項5に記載のシステム。
The harmonic supply means is realized by the conversion means,
The system according to claim 5, wherein the conversion means superimposes the harmonics on the alternating voltage converted from the direct current voltage.
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110224382A (en) * 2019-06-28 2019-09-10 国网河北省电力有限公司石家庄供电分公司 Micro-capacitance sensor relay protecting method and device
JP2020162213A (en) * 2019-03-25 2020-10-01 東京電力ホールディングス株式会社 Short-circuit monitoring device, short-circuit monitoring method, and program
CN112713576A (en) * 2020-12-21 2021-04-27 西安理工大学 Short-circuit protection method for radiation direct-current micro-grid
JP2021175246A (en) * 2020-04-23 2021-11-01 東京電力ホールディングス株式会社 Protection device and protection method for power distribution system with inverter as main power source
JPWO2022038791A1 (en) * 2020-08-21 2022-02-24
JP2022039470A (en) * 2020-08-28 2022-03-10 西芝電機株式会社 Generator internal failure detection method, generator internal failure detection device
CN114475370A (en) * 2022-03-14 2022-05-13 西南交通大学 A method for short-circuit segment protection of catenary in a cable through power supply system
JP2023036148A (en) * 2021-09-02 2023-03-14 日新電機株式会社 Power supply system
CN115902699A (en) * 2022-12-29 2023-04-04 上能电气股份有限公司 A relay fault detection method and device for a converter system
JP7420324B1 (en) * 2022-08-09 2024-01-23 三菱電機株式会社 Distribution system management device, distribution system management method, and distribution system management system
US11909195B2 (en) 2019-09-02 2024-02-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Electronic device with overcurrent protection and method for overcurrent protection

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1123627A (en) * 1997-07-07 1999-01-29 Chubu Electric Power Co Inc Harmonic measurement method
JPH1169893A (en) * 1997-08-26 1999-03-09 Hitachi Eng & Services Co Ltd Hybrid power generation system
JP2004074924A (en) * 2002-08-19 2004-03-11 Railway Technical Res Inst Feeder circuit protection device
JP2011114900A (en) * 2009-11-25 2011-06-09 Fuji Electric Systems Co Ltd Apparatus and method for controlling supply and demand of micro-grid
JP2016096659A (en) * 2014-11-14 2016-05-26 シャープ株式会社 Controller for power conditioner, power conditioner, control method therefor, and electric power system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1123627A (en) * 1997-07-07 1999-01-29 Chubu Electric Power Co Inc Harmonic measurement method
JPH1169893A (en) * 1997-08-26 1999-03-09 Hitachi Eng & Services Co Ltd Hybrid power generation system
JP2004074924A (en) * 2002-08-19 2004-03-11 Railway Technical Res Inst Feeder circuit protection device
JP2011114900A (en) * 2009-11-25 2011-06-09 Fuji Electric Systems Co Ltd Apparatus and method for controlling supply and demand of micro-grid
JP2016096659A (en) * 2014-11-14 2016-05-26 シャープ株式会社 Controller for power conditioner, power conditioner, control method therefor, and electric power system

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020162213A (en) * 2019-03-25 2020-10-01 東京電力ホールディングス株式会社 Short-circuit monitoring device, short-circuit monitoring method, and program
JP7196716B2 (en) 2019-03-25 2022-12-27 東京電力ホールディングス株式会社 Short-circuit monitoring device, short-circuit monitoring method, and program
CN110224382A (en) * 2019-06-28 2019-09-10 国网河北省电力有限公司石家庄供电分公司 Micro-capacitance sensor relay protecting method and device
US11909195B2 (en) 2019-09-02 2024-02-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Electronic device with overcurrent protection and method for overcurrent protection
JP2021175246A (en) * 2020-04-23 2021-11-01 東京電力ホールディングス株式会社 Protection device and protection method for power distribution system with inverter as main power source
JP7378342B2 (en) 2020-04-23 2023-11-13 東京電力ホールディングス株式会社 Protection devices and methods for power distribution systems using inverters as the main power source
WO2022038791A1 (en) * 2020-08-21 2022-02-24 日本電信電話株式会社 Dc power distribution system, control device, operation state determination method, and program
JPWO2022038791A1 (en) * 2020-08-21 2022-02-24
JP7609165B2 (en) 2020-08-21 2025-01-07 日本電信電話株式会社 DC power distribution system, control device, operation state determination method, and program
JP2022039470A (en) * 2020-08-28 2022-03-10 西芝電機株式会社 Generator internal failure detection method, generator internal failure detection device
JP7051955B2 (en) 2020-08-28 2022-04-11 西芝電機株式会社 Generator internal failure detection method, generator internal failure detection device
CN112713576A (en) * 2020-12-21 2021-04-27 西安理工大学 Short-circuit protection method for radiation direct-current micro-grid
JP2023036148A (en) * 2021-09-02 2023-03-14 日新電機株式会社 Power supply system
JP7807634B2 (en) 2021-09-02 2026-01-28 日新電機株式会社 Power System
CN114475370A (en) * 2022-03-14 2022-05-13 西南交通大学 A method for short-circuit segment protection of catenary in a cable through power supply system
CN114475370B (en) * 2022-03-14 2023-04-07 西南交通大学 Short circuit sectional protection method for contact network of cable through power supply system
WO2024034004A1 (en) * 2022-08-09 2024-02-15 三菱電機株式会社 Power distribution system management device, power distribution system management method, and power distribution system management system
JP7420324B1 (en) * 2022-08-09 2024-01-23 三菱電機株式会社 Distribution system management device, distribution system management method, and distribution system management system
CN115902699A (en) * 2022-12-29 2023-04-04 上能电气股份有限公司 A relay fault detection method and device for a converter system

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