JP5628107B2 - 変電所監視制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、変電所に存する遮断器や断路器などの開閉機器の開閉状態を含む変電所設備の稼働状況を監視する変電所監視制御装置に関する。

最近、風力や太陽光などの自然エネルギーを利用した発電が家庭用にも産業用にも注目されている。また、発電所と需要家との間を例えばメッシュ状に結ぶ電力系統を、ＩＴ（Information Technology）技術を活用して効率的に運用するスマートグリッド（次世代送電網）と呼ばれる技術も、電力系統の安定化を担う技術として注目されている。

こうした電力系統内の各所には、発電所から送電されてきた高電圧の電力を低電圧に変圧するために、変電所が設けられている。これらの変電所の多くは、それぞれの電圧階級にもよるが、多くの場合、無人で稼働している。変電所には、変電所に存する遮断器や断路器などの開閉機器の開閉状態を含む変電所設備の稼働状況を監視する変電所監視制御装置が設けられている。

仮に、ある変電所に存する開閉機器の開閉状態が閉止から開放へと変動するなど、変電所設備の稼働状況が変化した旨を、変電所監視制御装置が検出したとする。この場合、変電所監視制御装置は、変電所設備の稼働状況が変化した旨を有人の制御所宛に通報する。制御所側では、変電所から通報されてきた変電所設備の稼働状況に基づいて、電力系統全体としての稼働状況を把握すると共に、電力融通や機器管理などの必要性を判断して、変電所設備の操作（例えば、変電所に存する開閉機器類の開閉操作）を遠方制御によって実施する（例えば特許文献１，２参照）。

特許文献１，２に係る変電所監視制御装置によれば、電力系統の安定運用に寄与する情報を適時に通報することができる。

特開２００２−１７１６１６号公報 特開２００８−０４３１９０号公報

特許文献１，２に係る変電所監視制御装置は、変電所設備の稼働状況を常時監視すべき要請から、原則として２４時間体制で動作している。ところが、例えば、変電所設備の定期点検時などに、変電所監視制御装置の電源を切る作業が生じる。また、電源に何らかのトラブルが生じて、電源の安定供給が損なわれる事態も想定される。このような変電所監視制御装置への電源供給が不安定である場合においては、例えば、電源中に含まれるコンデンサの放電特性に起因して、変電所設備の稼働状況に係る誤った情報を検出し、この誤情報を通報してしまうおそれがあった。

本発明は、前記の課題を解決するためになされたものであり、変電所監視制御装置への電源供給が不安定である場合であっても、変電所設備の稼働状況に係る誤情報を通報しないようにすることを目的とする。

本発明は、変電所に存する開閉機器の開閉状態を含む変電所設備の稼働状況を監視する変電所監視制御装置において、前記変電所設備の稼働状況に係る変電所情報を検出する変電所情報検出部と、前記変電所情報検出部で検出された前記変電所情報を外部装置へ通報する制御を行う通報制御部と、前記変電所の機能部への電源供給が不安定である場合に、前記変電所情報検出部および前記通報制御部の動作を無効化する無効化処理部と、を備えることを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、変電所監視制御装置への電源供給が不安定である場合であっても、変電所設備の稼働状況に係る誤情報を通報しないようにすることができる。

本発明の実施形態に係る変電所監視制御装置が設置される変電所および給電制御所を含む電力系統の概要を表す機能ブロック図である。 図２（ａ）〜（ｃ）は、変電所内の各種機能部にそれぞれ供給される、ＤＣ／ＤＣコンバータが出力する３パターンの電圧経時波形を、電源スイッチのオン状態からオフ状態への切り替え操作時点を挟んで表す説明図である。 本発明の実施形態に係る変電所監視制御装置の動作説明に供するフローチャート図である。

以下、本発明の実施形態に係る変電所監視制御装置について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

（本発明の実施形態に係る変電所監視制御装置１７が設置される変電所１３および給電制御所１５を含む電力系統１１の概要）
初めに、本発明の実施形態に係る変電所監視制御装置１７が設置される変電所１３および給電制御所１５を含む電力系統１１の概要について、図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る変電所監視制御装置１７が設置される変電所１３および給電制御所１５を含む電力系統１１の概要を表す機能ブロック図である。電力系統１１は、図１に示すように、変電所１３と給電制御所１５との間を、通信線１６を介して相互に接続して構成されている。

変電所１３は、図１に示すように、変電所監視制御装置１７と、変電所設備１９と、開閉状態検知センサ２５と、直流電源２７とを備えて構成されている。変電所設備１９は、主母線２１ａ上の分岐点２１ｂから分岐した副母線２１ｃに介在する遮断器２３や不図示の断路器などの開閉機器類を含む。

開閉状態検知センサ２５は、図１に示すように、遮断器２３に備えられた可動接触子２３ａの動きを検出することにより、遮断器２３の開閉状態を検知する機能を有する。開閉状態検知センサ２５で検知された開閉状態に係る出力信号は、後記するように、信号線２９ａを介して変電所監視制御装置１７のＡ／Ｄ変換部３９に入力される。

直流電源２７は、図１に示すように、例えば１１０Ｖの電源電位（V0）の直流電力を出力する電源である。直流電源２７から出力される直流電力は、後記するように、電源供給線２９ｂなどを介して変電所監視制御装置１７のＤＣ／ＤＣコンバータ（本発明の“電力変換器”に相当する。）３５に入力される。

変電所監視制御装置１７は、図１に示すように、主制御部３１と、電源スイッチ３３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３５と、電圧検出部３７と、Ａ／Ｄ変換部３９と、を備えて構成されている。電源スイッチ３３は、直流電源２７とＤＣ／ＤＣコンバータ３５との間を結ぶ電源供給線２９ｂに介在するように設けられている。電源スイッチ３３は、例えば、常時閉止型のスイッチであり、変電所設備１９の定期点検時、変電所１３への設備増設に対応する改造時、故障機器類の復旧対応時などに、保守員などによって開放側へと操作される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３５は、図１に示すように、直流電源２７から供給される電源電位（V0）の直流電力を入力して、例えば２４Ｖの第１電位（V1）の直流電力と、例えば５Ｖの第２電位（V2）の直流電力とをそれぞれ変換出力する機能を有する。第１電位（V1）の直流電力は、図１に示すように、開閉状態検知センサ２５（電源供給端子２５ａ参照）およびＡ／Ｄ変換部３９（電源供給端子２９ｅ参照）にそれぞれ供給される。また、第２電位（V2）の直流電力は、図１に示すように、主制御部３１（電源供給端子２９ｆ参照）に供給される。

電圧検出部３７は、図１に示すように、電源供給線２９ｂの電源供給端子２９ｂ１および電源スイッチ３３を介して、直流電源２７に接続されている。従って、電圧検出部３７には、電源スイッチ３３のオン時において、電源電位（V0）の直流電力が入力される。電圧検出部３７は、電源供給端子２９ｂ１の電位と、予め定められる基準電位（例えば１００Ｖなど）との大小関係を比較し、電源供給端子２９ｂ１の電位が基準電位に満たない場合に、電源スイッチ３３がオフされたとみなして、電源スイッチオフ検出信号を、信号線２９ｃを介してＡ／Ｄ変換部３９へと出力するように動作する。

Ａ／Ｄ変換部３９は、図１に示すように、開閉状態検知センサ２５で検知された開閉状態に係るアナログ信号を、ディジタル信号に変換して出力する。また、Ａ／Ｄ変換部３９は、電圧検出部３７で検出された電源スイッチオフに係るアナログ信号を、ディジタル信号に変換して出力する。Ａ／Ｄ変換部３９から出力されるディジタル信号は、信号線２９ｄを介して主制御部３１に供給される。

主制御部３１は、図１に示すように、変電所情報検出部４１と、無効化処理部４３と、通報制御部４５と、を備えて構成されている。
なお、主制御部３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えた不図示のマイクロコンピュータ（以下“マイコン”という。）により構成される。このマイコンは、ＲＯＭに記憶されているプログラムを読み出して実行し、前記した機能部４１，４３，４５の実行制御を行うように機能する。

変電所情報検出部４１は、遮断器２３や断路器（不図示）などの開閉機器の開閉状態を含む、変電所設備１９の稼働状況に係る変電所情報を検出する機能を有する。この変電所情報検出部４１は、図１に示すように、開閉状態検知センサ２５、および、Ａ／Ｄ変換部３９と協働して、本発明に係る“変電所情報検出部”としての役割を果たすようになっている。

無効化処理部４３は、変電所１３内の各種機能部（開閉状態検知センサ２５、主制御部３１、Ａ／Ｄ変換部３９；以下、“各種機能部２５，３１，３９”と省略する。）への電源供給が不安定である場合に、変電所情報検出部４１および通報制御部４５の少なくともいずれかの動作を無効化する機能を有する。ここで、“変電所情報検出部４１および通報制御部４５の少なくともいずれかの動作を無効化する”ことには、変電所設備１９の稼働状況に係る誤情報の通報を防ぐといった本発明の主題に係る実施態様として、次の３つの態様を含む。すなわち、本発明の主題に係る実施態様として、変電所情報検出部４１が行う検出動作を無効化する第１の態様と、通報制御部４５が行う変電所設備１９の稼働状況に係る情報の通報制御動作を無効化する第２の態様と、これら第１および第２の態様を組み合わせた第３の態様とを含む。

変電所情報検出部４１が行う検出動作を無効化する第１の態様では、誤情報の発生源を元から絶つことによって、変電所設備１９の稼働状況に係る誤情報の通報を防いでいる。また、通報制御部４５が行う変電所設備１９の稼働状況に係る情報の通報制御動作を無効化する第２の態様では、誤情報の流出源を水際で絶つことによって、変電所設備１９の稼働状況に係る誤情報の通報を防いでいる。そして、これら第１および第２の態様を組み合わせた第３の態様では、誤情報の発生源を元から絶つと共に誤情報の流出源を水際で絶つといった二重のフェールセーフ機構を構築することによって、変電所設備１９の稼働状況に係る誤情報の通報を防いでいる。

また、“変電所１３内の各種機能部２５，３１，３９への電源供給が不安定である場合”とは、典型的には、電源スイッチ３３がオン状態からオフ状態へと切り替えられた場合を意味する。
ただし、例えば、電源供給線２９ｂの断線や、直流電源２７および電源供給線２９ｂ間の接触不良が生じた場合も、変電所１３内の各種機能部２５，３１，３９への電源供給が不安定となる。したがって、かかる場合も、前記した“変電所１３内の各種機能部２５，３１，３９への電源供給が不安定である場合”に相当するものとする。

通報制御部４５は、変電所情報検出部４１で検出された変電所情報に基づいて得られた変電所設備１９の稼働状況に係る情報を、次述する変電所統括管理装置５１へ通報する制御を行う機能を有する。

一方、給電制御所１５には、“外部装置”に相当する変電所統括管理装置５１が設けられている。変電所統括管理装置５１は、変電所１３から通報されてきた変電所設備の稼働状況に基づいて、電力系統１１全体としての稼働状況を把握すると共に、電力融通や機器管理などの必要性を判断して、変電所設備１９の操作（例えば、変電所１３に存する遮断器２３等の開閉操作）を遠方制御によって実施する機能を有して構成されている。

（本発明に係る課題の整理）
ここで、本発明の実施形態に係る変電所監視制御装置１７の動作説明に先立って、変電所１３内の各種機能部２５，３１，３９への電源供給が不安定である場合に、変電所設備１９の稼働状況に係る誤情報を検出し、この誤情報を通報してしまう作用機序について、図２を参照して説明する。図２（ａ）〜（ｃ）は、変電所１３内の各種機能部２５，３１，３９にそれぞれ供給される、ＤＣ／ＤＣコンバータ３５が出力する３パターンの電圧経時波形を、電源スイッチ３３のオン状態からオフ状態への切り替え操作時点t1を挟んで表す説明図である。

図２（ａ）に示すように、電圧検出部３７への電源供給端子２９ｂ１の電位に係る経時特性では、電源スイッチ３３のオフ操作時点t1において、オン状態に対応する電源電位（V0；例えば１００Ｖ以上などの電位レベルであって、本実施形態では１１０Ｖ）から、オフ状態に対応する電位（例えば１０Ｖ以下など）へと遅延なく切り替わることがわかる。このとき、電圧検出部３７は、電源スイッチ３３がオフ操作された旨を検出すると、電源スイッチオフ検出信号を、信号線２９ｃを介してＡ／Ｄ変換部３９へと出力するように動作する。

図２（ｂ）に示すように、開閉状態検知センサ２５への電源供給端子２５ａ、および、Ａ／Ｄ変換部３９への電源供給端子２９ｅの電位に係る経時特性では、図２（ａ）の例と同様に、電源スイッチ３３のオフ操作時点t1において、オン状態に対応する第１電位（V1；例えば２０Ｖ以上などの電位レベルであって、本実施形態では２４Ｖ）から、オフ状態に対応する電位（例えば３Ｖ以下などの電位レベルであって、本実施形態では０Ｖ）へと遅延なく切り替わることがわかる。このとき、開閉状態検知センサ２５は、電源供給端子２５ａの電位がオフ状態に対応する電位（０Ｖ）である旨の無電圧信号を、信号線２９ａを介してＡ／Ｄ変換部３９へと出力するように動作する。

また、Ａ／Ｄ変換部３９は、電源スイッチ３３がオフ操作された時点で入力されてきたアナログ信号を、ディジタル信号に変換して主制御部３１へ出力するように動作する。これにより、主制御部３１には、電源供給端子２５ａの電位レベルとして無電圧信号が伝達される。この無電圧信号の伝達が、後記するように、誤情報を生じる原因となる。

これに対し、図２（ｃ）に示すように、マイコン（主制御部３１）への電源供給端子２９ｆの電位に係る経時特性では、電源スイッチ３３のオフ操作時点t1において、オン状態に対応する第２電位（V2；本実施形態では３Ｖ以上で、定格電圧は５Ｖの電位レベル）をそのまま維持している。ここで、マイコン３１の最低動作保証電圧（例えば３Ｖなどの、マイコンの仕様に従う電圧値）を考慮した場合、マイコン３１への電源供給端子２９ｆの電位が、オン状態に対応する第２電位（V2；３Ｖ以上）から、オフ状態に対応する最低動作保証電位（３Ｖ）未満へと切り替わるのに、所定の遅延時間Tdを要することがわかる。

この遅延時間Tdの間は、マイコン３１への電源供給端子２９ｆの電位が、最低動作保証電圧以上に維持されている。このため、電源スイッチ３３のオフ操作がなされた後も、マイコン３１が正常動作を継続する。

これに対し、電源供給端子２５ａ，２９ｅの電位に係る経時特性では、図２（ｂ）に示すように、電源スイッチ３３のオフ操作時点t1から遅延なくオフ状態へと切り替わっている。このとき、開閉状態検知センサ２５は、“低レベル”に対応する開閉状態を検知した状態となり、こうして検知された開閉状態検知センサ２５の出力信号が、電源スイッチ３３のオフ操作がなされた後であって、マイコン（主制御部３１）が正常動作を継続している期間に供給される。

ここで、遮断器２３の開閉状態と、開閉状態検知センサ２５の出力信号との対応関係の設定例について、表１を参照して説明する。遮断器２３の開閉状態が“開放”である場合において、これに対応する開閉状態検知センサ２５の出力信号は、表１に示すように、“低レベル”（電源スイッチ３３のオン時）に設定されているものとする。また、遮断器２３の開閉状態が“閉止”である場合において、これに対応する開閉状態検知センサ２５の出力信号は、表１に示すように、“高レベル”（電源スイッチ３３のオン時）に設定されているものとする。

遮断器２３の開閉状態と、開閉状態検知センサ２５の出力信号との対応関係が、前記のように設定されている場合に、電源スイッチ３３がオフ操作されたとする。この場合、開閉状態検知センサ２５は、表１に示すように、遮断器２３の開閉状態が“開放”または“閉止”のいずれであるかとは無関係に、“低レベル”の無電圧信号を出力する。これは、開閉状態検知センサ２５は、電源電位V1の供給がなければ、正常な動作を行うことができないことに基づく。そして、この“低レベル”の無電圧信号が、電源スイッチ３３のオフ操作がなされた後であって、マイコン（主制御部３１）の正常動作が継続している期間に供給される。

前記の場合において、マイコン（主制御部３１）は、開閉状態検知センサ２５が遮断器２３の“開放”を検知したのか、または、実際とは異なる遮断器２３の開閉状態に係る情報を誤って出力してしまったのか、を区別することができない（表１の２カ所の下線付与部分を対比して参照のこと）。その結果、変電所監視制御装置１７への電源供給が不安定である場合において、変電所監視制御装置１７は、変電所設備１９の稼働状況に係る誤情報を検出し、この誤情報を通報してしまうおそれがあったのである。

（本発明の実施形態に係る変電所監視制御装置１７の動作）
次に、本発明の実施形態に係る変電所監視制御装置１７の動作について、図３を参照して説明する。図３は、本発明の実施形態に係る変電所監視制御装置１７の動作説明に供するフローチャート図である。図３に示す処理の流れは、変電所監視制御装置１７の稼働中において常時実行される。

ステップＳ１１において、電圧検出部３５は、変電所監視制御装置１７の稼働中に、電源スイッチ３３がオフされたか否かを常時監視している。

ステップＳ１１の監視中に、電圧検出部３５によって電源スイッチ３３がオフされた旨が検出されると、主制御部３１は、処理の流れを次のステップＳ１２へと進ませる。
なお、ステップＳ１１の監視処理は、電源スイッチ３３がオン状態からオフ状態に切り替え操作されるまでの間、電位V0の電源供給を受けながら、継続して実行される。

ステップＳ１２において、無効化処理部４３は、変電所情報検出部４１が行う検出動作を無効化（第１の態様）する。これにより、無効化処理部４３は、開閉状態検出センサ２５の出力信号を無効化する処理を実行する。

なお、ステップＳ１２の無効化処理は、電源スイッチ３３のオフ操作がなされた後から、遅延時間Tdが過ぎる前までの、マイコン（主制御部３１）が正常動作を継続している期間に実行される。ステップＳ１２の無効化処理を実行後に、主制御部３１は、処理の流れを次のステップＳ１３へと進ませる。

ステップＳ１３において、通報制御部４５は、給電制御所１３の変電所統括管理装置５１宛に、変電所監視制御装置１７は電源オフ状態にある旨を通知する。この通知は、通報制御部４５が、変電所設備１９の稼働状況に係る情報を、変電所統括管理装置５１宛に通報する制御を実行することによって遂行される。

なお、ステップＳ１３の通報制御処理は、電源スイッチ３３のオフ操作がなされた後から、遅延時間Tdが過ぎる前までの、マイコン（主制御部３１）が正常動作を継続している期間に実行される。ステップＳ１３の通報制御処理を実行後に、主制御部３１は、一連の処理の流れを終了させる。

（本発明の実施形態に係る変電所監視制御装置１７が奏する作用効果）
本発明の実施形態に係る変電所監視制御装置１７では、無効化処理部４３は、変電所１３内の各種機能部２５，３１，３９への電源供給が不安定である場合に、変電所情報検出部４１および通報制御部４５の動作を無効化するように動作する。したがって、本発明の実施形態に係る変電所監視制御装置１７によれば、変電所監視制御装置１７への電源供給が不安定である場合であっても、変電所設備１９の稼働状況に係る誤情報の通報を未然に防ぐことができる。

本発明に係る主題“変電所設備１９の稼働状況に係る誤情報の通報を未然に防ぐ”を実現するための実施態様として、大きく３つのアプローチがある。

このうち、第１の態様“変電所情報検出部４１が行う検出動作を無効化する”では、誤情報の発生源を元から絶つことによって、変電所設備１９の稼働状況に係る誤情報の通報を未然に防ぐことができる。

また、第２の態様“通報制御部４５が行う変電所設備１９の稼働状況に係る情報の通報制御動作を無効化する”では、誤情報の流出源を水際で絶つことによって、変電所設備１９の稼働状況に係る誤情報の通報を未然に防ぐことができる。

そして、これら第１および第２の態様を組み合わせた第３の態様では、誤情報の発生源を元から絶つと共に誤情報の流出源を水際で絶つといった二重のフェールセーフ機構を構築することによって、変電所設備１９の稼働状況に係る誤情報の通報を未然に防ぐことができる。

［その他の実施形態］
以上説明した実施形態は、本発明に係る具現化の例を示したものである。従って、この記載事項によって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならない。本発明はその要旨またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形態で実施することができるからである。

具体的には、例えば、本実施形態の説明において、変電所監視制御装置１７から変電所設備１９の稼働状況に係る情報の通報を受ける相手先として、給電制御所１５の変電所統括管理装置５１を例示して説明したが、本発明はこの例に限定されない。

変電所監視制御装置１７から変電所設備１９の稼働状況に係る情報の通報を受ける相手先としては、例えば、別の変電所の変電所監視制御装置であってもよいし、電力会社の管理下にある中央指令所の統括管理装置であってもよい。

また、本実施形態の説明において、電気エネルギーを一時的に蓄えるコンデンサ（不図示）を含むＤＣ／ＤＣコンバータ（電力変換器）３５が供給する電源の形態として、第１電位（V1；２４Ｖ）の直流電源と、第２電位（V2；３Ｖ以上で、定格電圧は５Ｖ）の直流電源とを例示して説明したが、本発明はこの例に限定されない。ＤＣ／ＤＣコンバータ（電力変換器）３５が供給する電源の形態としては、電源の数、または、各電源の電位のいずれも、任意の値に設定すればよい。

１１ 電力系統
１３ 変電所
１５ 給電制御所
１６ 通信線
１７ 変電所監視制御装置
１９ 変電所設備
２３ 遮断器（開閉機器）
２５ 開閉状態検知センサ
２７ 直流電源
３１ 主制御部
３３ 電源スイッチ
３５ ＤＣ／ＤＣコンバータ（電力変換器）
３７ 電圧検出部
３９ Ａ／Ｄ変換部
４１ 変電所情報検出部
４３ 無効化処理部
４５ 通報制御部
５１ 変電所統括管理装置（外部装置）

Claims (2)

1. 変電所に存する開閉機器の開閉状態を含む変電所設備の稼働状況を監視する変電所監視制御装置において、
   前記変電所設備の稼働状況に係る変電所情報を検出する変電所情報検出部と、
   前記変電所情報検出部で検出された前記変電所情報を外部装置へ通報する制御を行う通報制御部と、
   前記変電所内の各種機能部への電源供給が不安定である場合に、前記変電所情報検出部および前記通報制御部の動作を無効化する無効化処理部と、
   を備えることを特徴とする変電所監視制御装置。
2. 請求項１に記載の変電所監視制御装置であって、
   前記変電所内の各種機能部への電源供給は、電気エネルギーを一時的に蓄えるコンデンサを含む電力変換器を介して行われる、
   ことを特徴とする変電所監視制御装置。

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