JP7556830B2 - Power distribution system and method for detecting faults in power distribution system - Google Patents
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Description
本発明は、配電システムの構成とその故障検知方法に係り、特に、故障した電力供給線の識別に適用可能な技術に関する。 The present invention relates to the configuration of a power distribution system and a method for detecting faults in the system, and in particular to technology that can be applied to identifying faulty power supply lines.
電力の配電網において、中央集中型の発電所から効率的な長距離送電を行うために、送電線や配電線は欠くことのできない重要な役割を果たしている。しかしながら、これらの電力供給線には、しばしば暴風雨や雷、雪、凍結雨、絶縁破壊、または鳥やその他の外部物体による短絡によって障害が発生する。障害発生後、保護リレーが障害を検出し、遮断器を作動させて故障した配線区間を解放することで、停電に至る。現代社会において、停電は深刻な問題である。 In the power distribution network, transmission and distribution lines play an essential role in efficiently transmitting electricity over long distances from centralized power plants. However, these power supply lines often fail due to storms, lightning, snow, freezing rain, insulation breakdown, or short circuits caused by birds or other external objects. After a fault occurs, protective relays detect the fault and trip circuit breakers to open the faulted wiring section, resulting in a power outage. Power outages are a serious problem in modern society.
故障した電力供給線を精度良く識別することができれば、迅速に復旧することができる。これにより、障害の影響を直接受けていない電力供給線に接続しているユーザの停電を減らすことができる。多くの場合、電気的な障害は、電力供給を受けている設備や機器の機械的な損傷に繋がり、修理が必要となる。故障した電力供給線を識別することで、早期の修理が可能となり、故障の再発や重大な損傷を防止することができる。 If a faulty power supply line can be accurately identified, it can be restored quickly. This can reduce outages for users connected to power supply lines that are not directly affected by the fault. In many cases, electrical faults lead to mechanical damage to the facilities and equipment receiving the power, necessitating repairs. Identifying the faulty power supply line allows for early repairs, preventing recurrence of the fault or serious damage.
したがって、配電網において、高品質なサービスと全体的なコスト削減のためには、障害を検出して電源を復旧するための高速かつ信頼性の高い方法が不可欠である。 Therefore, in power distribution networks, fast and reliable methods for detecting faults and restoring power are essential for high quality of service and overall cost reduction.
ところで、主な接地モードの1つとして、中性点が非接地あるいは高抵抗接地された方式が、特にヨーロッパと中国の中電圧(MV:Medium Voltage)配電網で広く使用されている。このような中性点が非接地あるいは高抵抗接地された方式の配電網(NIGDG:Neutral Ineffectively Grounded Distribution Grid)には、単相地絡が発生した後も相間電圧が対称のままであるという利点がある。この配電システムは、1~2時間、場合によってはそれよりも長い期間、障害が持続した状態で動作することが可能である。これにより、電力会社は障害を解消し、中断なく電力を供給する時間を確保できる。 As one of the main grounding modes, neutral ineffectively grounded or highly grounded is widely used in medium voltage (MV) distribution grids, especially in Europe and China. Such neutral ineffectively grounded distribution grids (NIGDG) have the advantage that the phase-to-phase voltages remain symmetrical after a single-phase earth fault occurs. The distribution system can operate under fault conditions for 1-2 hours, and sometimes even longer. This allows the utility company time to clear the fault and provide uninterrupted power.
しかしながら、NIGDGの固有の欠点は、故障電流の大きさが通常の動作電流を大きく上回らないことであり、故障した電力供給線の検出と識別が非常に困難であることが課題の1つである。 However, an inherent drawback of NIGDG is that the magnitude of the fault current does not significantly exceed the normal operating current, making detection and identification of faulted power lines very difficult.
また、配電網の導電体は、樹木や木製の柵、車両などの接地が不十分な物体と接触することがよくある。時には、これらの通電された導体が破損し、アスファルトやコンクリート、草、砂などの高インピーダンスの地面に接触する場合がある。これらの接触は、故障電流を数ミリアンペアから数十アンペアのみに制限する。過電流リレーや再閉路器、ヒューズに基づく従来の保護方式では、このような低電流の高インピーダンス障害(HIFs:High-Impedance Faults)を検出するのが困難である。 In addition, electrical conductors in the power distribution network often come into contact with poorly grounded objects such as trees, wooden fences, and vehicles. Sometimes, these energized conductors can break and come into contact with high-impedance ground such as asphalt, concrete, grass, or sand. These contacts limit the fault current to only a few milliamps to tens of amps. Traditional protection schemes based on overcurrent relays, reclosers, and fuses have difficulty detecting such low-current high-impedance faults (HIFs).
検出されないHIFsは、配電網の構成要素に損傷を与えないが、地面上の通電された導体は人体に危害を及ぼす可能性がある。また、このような障害によってアーク放電が発生すると、火災の危険が生じる。 Undetected HIFs do not damage components of the power grid, but energized conductors above ground can pose a personal injury hazard. Also, if such faults cause arcing, they pose a fire hazard.
複数の報告書によれば、配電網のすべての障害の内、HIFsは20~25%程度であるとされている。しかしながら、実際には、この割合は報告されている値よりも高いため、このHIF検出の問題を解決することが不可欠である。 According to several reports, HIFs account for around 20-25% of all faults in the power grid. However, in reality, this percentage is higher than reported, making it essential to address the problem of HIF detection.
近年、持続可能な社会を目指す電力事業者は、より多くの再生可能エネルギーと電気自動車(EV:Electric Vehicle)を提供するために、スマートグリッドに移行している。再生可能エネルギーやEVからの電力変換には、電力変換装置が必要である。多機能電力変換装置からのインテリジェントな監視と制御を使用することにより、電力事業者は停電を減らすことができる。 In recent years, power utilities aiming for a sustainable society are moving to smart grids to provide more renewable energy and electric vehicles (EVs). Power conversion equipment is required for power conversion from renewable energy and EVs. By using intelligent monitoring and control from multi-function power conversion equipment, power utilities can reduce power outages.
本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献1のような技術がある。特許文献1には「高周波電源と電圧測定センサと電流測定センサを用いて、配電線の相間インピーダンス及び対地インピーダンスを測定して、地絡事故及び短絡事故の故障種別を判定する故障点標定方法」が開示されている。 As background technology in this technical field, for example, there is technology such as that in Patent Document 1. Patent Document 1 discloses a "fault location method for determining the type of fault (ground fault or short circuit fault) by measuring the phase-to-phase impedance and the phase-to-ground impedance of a power distribution line using a high-frequency power source, a voltage measurement sensor, and a current measurement sensor."
また、特許文献2には「配電システムの分散リソースが、分散リソースノードで障害が発生したときに配電システムの回路に接続されたままであることを保証するシステム」が開示されている。 Patent Document 2 also discloses a system that "ensures that distributed resources of a power distribution system remain connected to the power distribution system circuit when a fault occurs in a distributed resource node."
また、特許文献3には「地中配電線路と大地間に位相が180°異なる二つの探査信号を各々注入する探査信号注入手段と、前記地中配電線路を伝搬する二つの探査信号により生じる磁界を検出する磁界検出手段と、前記磁界検出手段で検出された検出磁界に基づき前記地中配電線路の地絡事故点を検出する地絡事故点検出手段とを備える地絡事故点探査装置」が開示されている。 Patent document 3 also discloses a ground fault detection device that includes "a detection signal injection means for injecting two detection signals with a phase difference of 180° between an underground distribution line and the ground, a magnetic field detection means for detecting the magnetic field generated by the two detection signals propagating through the underground distribution line, and a ground fault detection means for detecting a ground fault point in the underground distribution line based on the detected magnetic field detected by the magnetic field detection means."
過去の発明では、障害の検出および識別のために、送電線の複数の場所にある電力装置からの単一の高周波電流の注入が適用されている。これらの電力装置は、系統障害時に高周波電流を注入するだけでなく、他の隣接する電力装置によって注入される高周波電流も遮断する。高電圧(HV:High Voltage)の電圧と電流は、複数の電力供給線に電力装置とともに設置されたセンサによって検出される。複数の電力供給線の高周波(HF)インピーダンスを評価し、比較することによって、障害のある電力供給線が識別される。 Previous inventions apply single high frequency current injection from power devices at multiple locations on a power line for fault detection and identification. These power devices not only inject high frequency current during a grid fault, but also block high frequency current injected by other adjacent power devices. High voltage (HV) voltages and currents are detected by sensors installed with the power devices on multiple power lines. The faulty power line is identified by evaluating and comparing the high frequency (HF) impedance of the multiple power lines.
しかしながら、高インピーダンス障害(HIF)や中性点が非接地あるいは高抵抗接地された方式の配電網(NIGDG)の場合、電力供給線のHFインピーダンス間の差が小さいため、このような方法では上手く識別できない可能性がある。 However, in the case of high impedance faults (HIF) or in distribution networks with ungrounded or highly grounded neutrals (NIGDG), the difference between the HF impedances of the power supply lines is small, so this method may not be effective.
上記特許文献1から特許文献3のいずれの技術も、同様に、高インピーダンス障害(HIF)や中性点が非接地あるいは高抵抗接地された方式の配電網(NIGDG)の場合、上手く識別できない可能性がある。 The technologies described in Patent Documents 1 to 3 above may not be able to properly identify high impedance faults (HIF) or in power distribution networks where the neutral point is ungrounded or highly resistively grounded (NIGDG).
そこで、本発明の目的は、配電網の形態や発生する障害の種別に依らず、故障した電力供給線を精度良く識別可能な配電システム及びその故障検知方法を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a power distribution system and a fault detection method that can accurately identify a faulty power supply line, regardless of the type of power distribution network or the type of fault that occurs.
上記課題を解決するために、本発明は、配電網内の故障した電力供給線を識別する配電システムの故障検知方法であって、電力変換器または任意の能動デバイスから複数の電力供給線に複数の周波数の高周波電流を注入し、前記複数の周波数での前記複数の電力供給線の高周波インピーダンスを検出し、当該検出した高周波インピーダンスに基づいて故障した電力供給線を識別するとともに、前記複数の周波数での高周波インピーダンスの減算を実行して、故障抵抗の影響を排除することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a fault detection method for a power distribution system for identifying a faulty power supply line in a power distribution network, which is characterized by injecting high-frequency currents of multiple frequencies from a power converter or any active device into multiple power supply lines, detecting high-frequency impedances of the multiple power supply lines at the multiple frequencies , identifying a faulty power supply line based on the detected high-frequency impedances , and performing subtraction of the high-frequency impedances at the multiple frequencies to eliminate the effect of fault resistance .
また、本発明は、複数の電力供給線に複数の周波数の高周波電流を注入する電力変換器または任意の能動デバイスと、前記複数の電力供給線の電流値および前記複数の電力供給線が接続されたバスのバス電圧を検出するセンサと、を備え、前記電力変換器または前記任意の能動デバイスから前記複数の電力供給線に複数の高周波電流を注入し、前記センサにより検出した前記電流値および前記バス電圧に基づいて前記複数の周波数での前記複数の電力供給線の高周波インピーダンスを検出し、当該検出した高周波インピーダンスに基づいて故障した電力供給線を識別するとともに、前記複数の周波数での高周波インピーダンスの減算を実行して、故障抵抗の影響を排除することを特徴とする。 The present invention also includes a power converter or any active device that injects high-frequency currents of multiple frequencies into a plurality of power supply lines, and a sensor that detects current values of the plurality of power supply lines and a bus voltage of a bus to which the plurality of power supply lines are connected, and is characterized in that a plurality of high-frequency currents are injected from the power converter or the any active device into the plurality of power supply lines, high-frequency impedances of the plurality of power supply lines at the plurality of frequencies are detected based on the current values and the bus voltages detected by the sensor, a faulty power supply line is identified based on the detected high-frequency impedance , and a subtraction is performed on the high-frequency impedances at the plurality of frequencies to eliminate an effect of a fault resistance .
本発明によれば、配電網の形態や発生する障害の種別に依らず、故障した電力供給線を精度良く識別可能な配電システム及びその故障検知方法を実現することができる。 The present invention makes it possible to realize a power distribution system and a fault detection method that can accurately identify faulty power supply lines, regardless of the type of power distribution network or the type of fault that occurs.
これにより、信頼性の高いスマートグリッドの構築が図れる。 This will enable the creation of a highly reliable smart grid.
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Issues, configurations, and advantages other than those described above will become clear from the description of the embodiments below.
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。 Below, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the same components in each drawing will be given the same reference numerals, and detailed descriptions of overlapping parts will be omitted.
また、以下では、相互接続される複数の配電網に対し、電圧範囲の相対的な関係に基づいて、それぞれ高電圧(HV)配電網、中電圧(MV)配電網、低電圧(LV)配電網と呼ぶが、本発明は特定の電圧範囲に限定されるものではなく、いずれの電圧範囲の配電網にも適用可能である。 In the following, the multiple interconnected distribution networks will be referred to as a high-voltage (HV) distribution network, a medium-voltage (MV) distribution network, and a low-voltage (LV) distribution network, based on the relative relationships between their voltage ranges. However, the present invention is not limited to a specific voltage range and can be applied to distribution networks of any voltage range.
先ず、図1及び図2を参照して、本発明の適用対象となる電力の配電網について説明する。図1及び図2は、2つの異なる構成の中電圧(MV)配電網を示している。図1は、複数のバスに電力変換器が設置されたくし型中電圧配電網であり、図2は、複数のバスに電力変換器が設置されたメッシュ型中電圧配電網である。 First, the power distribution network to which the present invention is applied will be described with reference to Figs. 1 and 2. Figs. 1 and 2 show medium voltage (MV) distribution networks with two different configurations. Fig. 1 shows a comb-type medium voltage distribution network in which power converters are installed on multiple buses, and Fig. 2 shows a mesh-type medium voltage distribution network in which power converters are installed on multiple buses.
図1の中電圧(MV)配電網1は、一端がHV/MV変圧器101によって高電圧(HV)配電網に接続され、他端がMV/LV変圧器115によって低電圧(LV)配電網に接続されたくし型中電圧配電網として構成されている。
The medium voltage (MV) distribution network 1 in FIG. 1 is configured as a comb-type medium voltage distribution network with one end connected to a high voltage (HV) distribution network by an HV/
中電圧(MV)配電網1は、複数のバス(母線)102,106,110,114によって、複数の電力供給線104,108,112に分割されている。
The medium voltage (MV) distribution network 1 is divided into multiple
ここで、任意の電力供給線における故障は、回路遮断器103,105,107,109,111,113によって分離することができ、残りの正常な電力供給線の復旧を効率的に行うことができる。複数の異なるバス102,106,110,114の各々には、不良電力供給線識別(FFI:Faulty Feeder Identification)の追加機能を実行する電力変換器116,117,118,119が設置されている。
Now, a fault in any of the power lines can be isolated by the
図2の中電圧(MV)配電網1は、一端がHV/MV変圧器201によって高電圧(HV)配電網に接続され、他端がMV/LV変圧器207によって低電圧(LV)配電網に接続されたメッシュ型中電圧配電網として構成されている。
The medium voltage (MV) distribution network 1 in FIG. 2 is configured as a mesh-type medium voltage distribution network with one end connected to a high voltage (HV) distribution network by an HV/
バス202,206,212、電力供給線204,210,215、電力変換器208,213,217などの回路構成要素は、図1で説明した構成要素と同様の機能を果たす。
Circuit components such as
回路遮断器203,205,209,211,214,216は、障害発生時または保守中に、主系統から各電力供給線を分離し、再構成するために使用される。
次に、図3及び図4を参照して、電力供給線204に障害が発生した場合について説明する。図3は、電力供給線204に高インピーダンス障害(HIF)が発生した場合の等価回路であり、図4は、接地抵抗401を有する中性点が高抵抗接地された配電網(NIGDG)で故障が発生した場合の等価回路である。
Next, referring to Figures 3 and 4, a case where a fault occurs in the
図3では、バス206に接続された電力供給線204,210の各構成要素を示している。高インピーダンス障害は、故障点302と接地305との間の抵抗である故障抵抗304を介して発生している。故障点302は、故障した電力供給線204を、それぞれのインピーダンスが301及び303である2つの部分に分割する。正常な電力供給線210のラインインピーダンスの合計は、306である。
Figure 3 shows the components of the
図4では、全故障抵抗には、障害の種類に関係なく、故障抵抗304と接地抵抗401が含まれる。
In Figure 4, the total fault resistance includes
次に、図5から図7を参照して、本発明の配電システムの構成と故障検知方法について説明する。図5は、図3の中電圧配電網における不良電力供給線の識別方法を示す図である。図6は、図5の不良電力供給線識別(FFI)ブロック510の詳細な構成と動作を示す図である。図7は、本発明における不良電力供給線の識別方法を示すフローチャートである。 Next, the configuration of the power distribution system and the fault detection method of the present invention will be described with reference to Figs. 5 to 7. Fig. 5 is a diagram showing a method for identifying a faulty power supply line in the medium voltage power distribution network of Fig. 3. Fig. 6 is a diagram showing the detailed configuration and operation of the faulty power supply line identification (FFI) block 510 of Fig. 5. Fig. 7 is a flowchart showing the method for identifying a faulty power supply line in the present invention.
本発明では、障害が検出されると、次のステップにおいて、故障した電力供給線を識別して分離し、系統の正常な部分が継続して動作するようにする。 In the present invention, once a fault is detected, the next step is to identify and isolate the faulty power supply line, allowing the healthy parts of the system to continue operating.
図5に示すように、電力変換器208は、通常、複数の電力供給線204,210も接続される共通のバス206に設置される。
As shown in FIG. 5, the
本発明では、故障検出信号501が生成された後、ブロック502によって2つの異なる高周波(HF)電流504が注入される。また、故障検出信号501が生成された後、コンバータ制御ブロック503は、電力変換器208からの基本電流注入を停止し、2つの異なる高周波(HF)電流504のみを注入する。2つの異なる高周波(HF)電流504には、例えば50Hz以上の周波数の高周波(HF)電流を用いる。
In the present invention, after the
注入された高周波(HF)電流504は、電力供給線204では高周波(HF)電流505として、電力供給線210では高周波(HF)電流506として、電力供給線間で分割される。センサ507,508,509は、2つの電力供給線204,210からのバス電圧と電力供給線電流の信号を記録し、それらをFFI動作のために不良電力供給線識別(FFI)ブロック510に伝送する。
The injected high frequency (HF) current 504 is split between the power lines as high frequency (HF) current 505 on
なお、2つの別個の高周波(HF)電流504の注入は、同時に、または順番に行うことができ、FFI演算の結果として得られる出力は同じになる。
Note that the injection of two separate high frequency (HF)
図6に、電力変換器208のFFIアルゴリズムによって実行される詳細なステップを示す。
Figure 6 shows the detailed steps performed by the FFI algorithm of the
不良電力供給線識別(FFI)ブロック510は、異なる周波数での高周波(HF)インピーダンスを評価するために、センサ507,508,509によるバス電圧と電力供給線電流の記録を必要とする。
The Fault Line Identification (FFI) block 510 requires recording of bus voltage and power line current by
この評価では、検出されたバス電圧と電力供給線電流から個別の高周波(HF)の成分を抽出することが必要であるため、選択した別個の高周波(HF)で調整された2次フィルタを通過させる。これらのフィルタは、通常、バンドパスフィルタ601,602,603であり、バス電圧VA及び電力供給線電流IL1,IL2の入力信号から、2つの別個の高周波(HF)に対応する2つの出力信号604,605,606,607,608,609をそれぞれ生成する。出力信号604,605,606,607,608,609は、それぞれVAh1,VAh2,IL1h1,IL1h2,IL2h1,IL2h2である。
This evaluation requires the extraction of separate high frequency (HF) components from the detected bus voltage and power line current, which are then passed through a second order filter tuned to the selected separate high frequency (HF). These filters are typically band pass filters 601, 602, and 603, which generate two
このフィルタの伝達関数は、式(1)で定義される。 The transfer function of this filter is defined by equation (1).
ここで、sはラプラス演算子、WHFは選択された高周波(HF)、ξは減衰比である。 where s is the Laplace operator, WHF is the selected high frequency (HF), and ξ is the damping ratio.
バンドパスフィルタ601,602,603の出力信号604,605,606,607,608,609は、インピーダンス評価ブロック610,611,612,613によって高周波(HF)インピーダンス614,615,616,617を計算するために使用される。高周波(HF)インピーダンス614,615,616,617は、それぞれZL1h1,ZL1h2,ZL2h1,ZL2h2である。
The output signals 604, 605, 606, 607, 608, 609 of the
故障した電力供給線204については、式(2)及び式(3)により高周波(HF)インピーダンスを算出する。
For the faulty
一方、正常な電力供給線210については、式(4)及び式(5)により高周波(HF)インピーダンスを算出する。
On the other hand, for a normal
ここで、VAh1,VAh2は選択された高周波(HF)h1及びh2におけるバス電圧、IL1h1,IL1h2,IL2h1,IL2h2は故障した電力供給線と正常な電力供給線をそれぞれ流れる高周波(HF)電流である。また、ZL1h1,ZL1h2,ZL2h1,ZL2h2はそれぞれ、高周波(HF)での故障した電力供給線と正常な電力供給線のラインインピーダンスである。 Where, VAh1 and VAh2 are the bus voltages at the selected high frequency (HF) h1 and h2, IL1h1, IL1h2, IL2h1, and IL2h2 are the high frequency (HF) currents flowing through the faulty and normal power supply lines, respectively. Also, ZL1h1, ZL1h2, ZL2h1, and ZL2h2 are the line impedances of the faulty and normal power supply lines at high frequency (HF), respectively.
故障抵抗Rfがほぼゼロであれば、インピーダンスが最も低い電力供給線に故障点が含まれ、1つの高周波(HF)データのみを使用してFFIを実行できる。 If the fault resistance Rf is near zero, the fault point is contained in the power supply line with the lowest impedance, and FFI can be performed using only one high frequency (HF) data.
より高い故障抵抗に対しては、故障した電力供給線のインピーダンスと正常な電力供給線のインピーダンスとの差が小さくなる。 For higher fault resistances, the difference between the impedance of the faulted power supply line and the impedance of the normal power supply line becomes smaller.
2つの別個の高周波(HF)における高周波(HF)インピーダンスZL1h1,ZL2h1を、減算ブロック618,619において、それぞれZL1h2,ZL2h2から差し引くことによって、故障抵抗の影響を排除することができる。 The effect of fault resistance can be eliminated by subtracting the high frequency (HF) impedances ZL1h1 and ZL2h1 at the two separate high frequencies (HF) from ZL1h2 and ZL2h2 in subtraction blocks 618 and 619, respectively.
次いで、減算ブロック618,619の出力620,621を新たな高周波(HF)インピーダンスとして比較ブロック622で比較し、最も低い値を有する電力供給線を、故障した電力供給線として識別する。また、3つ以上の高周波(HF)電流を注入して、高周波(HF)インピーダンスを評価及び比較し、故障した電力供給線を特定することもできる。
The
故障した電力供給線を識別した後、比較ブロック622の出力624である故障した電力供給線の記録された高周波(HF)データを使用して、比較ブロック625で故障の種類(障害タイプ626)を判定する。
After identifying the faulty power line, the recorded high frequency (HF) data of the faulty power line, which is the
算出されたインピーダンスZL1hは、故障したラインの三相に対応する三つの成分を有する。比較ブロック625において、三相のインピーダンスを比較することによって、故障の種類(障害タイプ626)が判断される。
The calculated impedance ZL1h has three components corresponding to the three phases of the faulted line. In
すべての地絡(LG:line-to-ground)障害では、インピーダンスが最も低い相には故障点が含まれ、残りの2つの相の高周波(HF)インピーダンスは比較的高くなる。 For all line-to-ground (LG) faults, the phase with the lowest impedance contains the fault point, and the remaining two phases have relatively high high frequency (HF) impedances.
障害のある電力供給線の2相が同様のインピーダンスを示し、3番目の電力供給線のインピーダンスが比較的高い場合は、二線(LL:double line)障害または二線対地(LLG:double line-to-ground)障害が考えられる。 If the two phases of the faulty power supply line show similar impedance and the impedance of the third power supply line is relatively high, a double line (LL) fault or a double line-to-ground (LLG) fault is likely.
また、通常のグリッド状態での一般的なラインインピーダンスと比較して、3つの相すべてのインピーダンスが低い場合は、三線(LLL:triple line)障害または三線対地(LLLG:triple line-to-ground)障害が考えられる。 Also, if the impedance of all three phases is low compared to the typical line impedance under normal grid conditions, a triple line (LLL) fault or triple line-to-ground (LLLG) fault may be suspected.
図7に、本発明における不良電力供給線の識別方法のフローチャートを示す。 Figure 7 shows a flowchart of the method for identifying a faulty power supply line in the present invention.
先ず、ステップS701において、障害が存在するか否かを判定する。障害が無いと判定された場合(NO)、何も行わずに運転を継続する(ステップS702)。障害が存在すると判定された場合(YES)、ステップS703に進み、電力変換器は2つの別個の高周波(HF)電流を同時に(または順番に)注入する。 First, in step S701, it is determined whether or not a fault exists. If it is determined that no fault exists (NO), operation continues without taking any action (step S702). If it is determined that a fault exists (YES), the process proceeds to step S703, where the power converter injects two separate high frequency (HF) currents simultaneously (or sequentially).
次に、ステップS704において、電力変換器のセンサにより、バス電圧と複数の電力給電線を流れる電流を検出し、記録する。 Next, in step S704, the power converter's sensors detect and record the bus voltage and the currents flowing through the multiple power feed lines.
続いて、記録されたデータ(バス電圧VA及び電力供給線電流IL1,IL2)は、ステップS705において、バンドパスフィルタを通過し、選択された高周波(HF)でサンプルを抽出する(ステップS706,S707)。 Then, in step S705, the recorded data (bus voltage VA and power supply line currents IL1, IL2) are passed through a band-pass filter to extract samples at the selected high frequency (HF) (steps S706, S707).
ステップS706,S707でそれぞれ抽出されたバンドパスフィルタの出力信号VAh1,VAh2,IL1h1,IL1h2に基づいて、ステップS708,S709において、選択された高周波(HF)で高周波(HF)インピーダンスが計算され、故障抵抗の影響を打ち消すために相互に差し引かれる。 Based on the bandpass filter output signals VAh1, VAh2, IL1h1, and IL1h2 extracted in steps S706 and S707, respectively, high frequency (HF) impedances are calculated at the selected high frequency (HF) in steps S708 and S709, and are subtracted from each other to cancel the effect of the fault resistance.
ここで、式(6)に示す新たなパラメータが、故障した電力供給線と正常な電力供給線とを区別するために使用される。 Now, the new parameter shown in equation (6) is used to distinguish between faulty and normal power supply lines.
但し、電力供給線は、様々なグリッド構成で接続された、異なるケーブル材料、ラインインピーダンス及び長さとなる可能性がある。そこで、これを修正するために、新たな高周波(HF)インピーダンスは、故障前のインピーダンス値Z’L1pre-fault,Z’L2pre-faultに基づいて(ステップS713,S711)、ステップS712,S710でそれぞれ正規化される。 However, power supply lines may be connected in various grid configurations with different cable materials, line impedances, and lengths. Therefore, to correct for this, the new high frequency (HF) impedance is normalized in steps S712 and S710 based on the pre-fault impedance values Z'L1pre-fault and Z'L2pre-fault (steps S713 and S711), respectively.
その後、ステップS714において、正規化された新たな高周波(HF)インピーダンスを比較して、故障した不良電力供給線を特定する。故障した不良電力供給線は配電網から分離され(ステップS716)、正常な電力供給線は配電網として復旧し、運転を継続する(ステップS715)。 Then, in step S714, the new normalized high frequency (HF) impedance is compared to identify the faulty power supply line. The faulty power supply line is isolated from the power grid (step S716), and the normal power supply line is restored to the power grid and continues operation (step S715).
最後に、ステップS717において、故障した不良電力供給線の高周波(HF)インピーダンスを相間で比較し、故障の種類(障害タイプ)を特定する。障害タイプの知識は、故障位置の推定に有用である。 Finally, in step S717, the high frequency (HF) impedance of the faulty power supply line is compared between phases to identify the type of fault. Knowledge of the fault type is useful for estimating the fault location.
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes various modified examples. For example, the above-described embodiments have been described in detail to clearly explain the present invention, and are not necessarily limited to those having all of the configurations described. It is also possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. It is also possible to add, delete, or replace part of the configuration of each embodiment with other configurations.
1…中電圧配電網
101,201…HV/MV変圧器
115,207…MV/LV変圧器
102,106,110,114,202,206,212…バス(母線)
103,105,107,109,111,113,203,205,209,211,214,216…回路遮断器
104,108,112,204,210,215…電力供給線
116,117,118,119,208,213,217…電力変換器
301,303,306…インピーダンス
302…故障点
304…故障抵抗
305…接地
401…接地抵抗
501…故障検出信号
502…2つの異なる高周波(HF)電流を注入するブロック
503…コンバータ制御ブロック
504,505,506…高周波(HF)電流
507,508,509…センサ
510…不良電力供給線識別(FFI)ブロック
601,602,603…バンドパスフィルタ
604,605,606,607,608,609…バンドパスフィルタの出力信号
610,611,612,613…インピーダンス評価ブロック
614,615,616,617…高周波(HF)インピーダンス
618,619…減算ブロック
620,621…減算ブロックの出力
622…比較ブロック
623…不良電力供給線の特定・分離
624…比較ブロックの出力
625…比較ブロック
626…障害タイプ
1...Medium
103, 105, 107, 109, 111, 113, 203, 205, 209, 211, 214, 216...
Claims (13)
電力変換器または任意の能動デバイスから複数の電力供給線に複数の周波数の高周波電流を注入し、
前記複数の周波数での前記複数の電力供給線の高周波インピーダンスを検出し、
当該検出した高周波インピーダンスに基づいて故障した電力供給線を識別するとともに、前記複数の周波数での高周波インピーダンスの減算を実行して、故障抵抗の影響を排除することを特徴とする配電システムの故障検知方法。 1. A method for fault detection in an electrical power distribution system for identifying a faulted power supply line in an electrical power distribution network, comprising:
Injecting high frequency currents of multiple frequencies from a power converter or any active device into multiple power supply lines;
detecting a radio frequency impedance of the plurality of power supply lines at the plurality of frequencies ;
A method for detecting a fault in a power distribution system , comprising: identifying a faulty power supply line based on the detected high frequency impedance; and performing a subtraction of the high frequency impedance at the multiple frequencies to eliminate the effect of fault resistance .
前記電力変換器または前記任意の能動デバイスから前記複数の電力供給線に異なる2つの周波数の高周波電流を注入し、
前記異なる2つの周波数での前記複数の電力供給線の高周波インピーダンスを検出し、
当該検出した高周波インピーダンスの前記異なる2つの周波数での高周波インピーダンスの差分を電力供給線毎に算出し、
当該算出した差分に基づいて故障した電力供給線を識別することを特徴とする配電システムの故障検知方法。 2. A method for detecting a fault in a power distribution system according to claim 1, comprising:
injecting high frequency currents having two different frequencies from the power converter or any one of the active devices into the plurality of power supply lines;
Detecting high frequency impedances of the plurality of power supply lines at the two different frequencies;
calculating a difference between the detected high frequency impedances at the two different frequencies for each power supply line;
A fault detection method for a power distribution system, comprising: identifying a faulty power supply line based on the calculated difference.
前記電力変換器または前記任意の能動デバイスは、前記複数の周波数の高周波電流を同時にまたは順番に注入することを特徴とする配電システムの故障検知方法。 2. A method for detecting a fault in a power distribution system according to claim 1, comprising:
The method for fault detection in a power distribution system, wherein the power converter or any of the active devices injects high frequency currents at the plurality of frequencies simultaneously or sequentially.
前記電力変換器または前記任意の能動デバイスは、2つ以上の任意の数の周波数の高周波電流を注入することを特徴とする配電システムの故障検知方法。 2. A method for detecting a fault in a power distribution system according to claim 1, comprising:
11. A method for fault detection in an electrical power distribution system, wherein the power converter or any of the active devices injects high frequency currents at any number of frequencies greater than or equal to two.
前記複数の電力供給線の電流値および前記複数の電力供給線が接続されたバスのバス電圧を検出し、
当該検出した電流値およびバス電圧を、バンドパスフィルタを通過させて前記異なる2つの周波数での電圧値および電流値を抽出し、
当該抽出した電圧値および電流値に基づいて高周波インピーダンスを算出することを特徴とする配電システムの故障検知方法。 3. A method for detecting a fault in a power distribution system according to claim 2, comprising:
Detecting current values of the plurality of power supply lines and a bus voltage of a bus to which the plurality of power supply lines are connected;
Passing the detected current value and bus voltage through a band pass filter to extract voltage values and current values at the two different frequencies;
A method for detecting a fault in a power distribution system, comprising the steps of: calculating a high-frequency impedance based on the extracted voltage value and current value;
中電圧配電網を構成する複数の電力供給線から、故障した電力供給線を識別することを特徴とする配電システムの故障検知方法。 2. A method for detecting a fault in a power distribution system according to claim 1, comprising:
A method for detecting a fault in a power distribution system, comprising: identifying a faulty power supply line from among a plurality of power supply lines constituting a medium-voltage power distribution network.
任意の種類の接地システムを有する配電網に適用可能であることを特徴とする配電システムの故障検知方法。 2. A method for detecting a fault in a power distribution system according to claim 1, comprising:
A method for fault detection in an electrical power distribution system, characterized in that it is applicable to electrical power distribution networks having any type of grounding system.
前記異なる2つの周波数は、50Hz以上の周波数であることを特徴とする配電システムの故障検知方法。 3. A method for detecting a fault in a power distribution system according to claim 2, comprising:
A method for detecting a fault in a power distribution system, wherein the two different frequencies are 50 Hz or higher.
故障前のインピーダンスを使用して前記高周波インピーダンスを正規化することを特徴とする配電システムの故障検知方法。 3. A method for detecting a fault in a power distribution system according to claim 2, comprising:
11. A method for fault detection in an electrical power distribution system comprising: normalizing said high frequency impedance using a pre-fault impedance.
前記複数の電力供給線を流れる三相電流の3つの相の高周波インピーダンスを比較することを特徴とする配電システムの故障検知方法。 2. A method for detecting a fault in a power distribution system according to claim 1, comprising:
A method for detecting a fault in a power distribution system, comprising: comparing high frequency impedances of three phases of three-phase currents flowing through said plurality of power supply lines.
前記複数の電力供給線の電流値および前記複数の電力供給線が接続されたバスのバス電圧を検出するセンサと、を備え、
前記電力変換器または前記任意の能動デバイスから前記複数の電力供給線に複数の高周波電流を注入し、
前記センサにより検出した前記電流値および前記バス電圧に基づいて前記複数の周波数での前記複数の電力供給線の高周波インピーダンスを検出し、
当該検出した高周波インピーダンスに基づいて故障した電力供給線を識別するとともに、前記複数の周波数での高周波インピーダンスの減算を実行して、故障抵抗の影響を排除することを特徴とする配電システム。 A power converter or any active device for injecting high frequency currents at multiple frequencies into multiple power supply lines;
a sensor for detecting a current value of the plurality of power supply lines and a bus voltage of a bus to which the plurality of power supply lines are connected;
injecting a plurality of high frequency currents from the power converter or any of the active devices into the plurality of power supply lines;
detecting high frequency impedances of the plurality of power supply lines at the plurality of frequencies based on the current values and the bus voltages detected by the sensor;
and identifying a faulted power supply line based on the detected high frequency impedance and performing a high frequency impedance subtraction at the multiple frequencies to eliminate the effect of fault resistance .
前記電力変換器または前記任意の能動デバイスから前記複数の電力供給線に異なる2つの周波数の高周波電流を注入し、
前記異なる2つの周波数での前記複数の電力供給線の高周波インピーダンスを検出し、
当該検出した高周波インピーダンスの前記異なる2つの周波数での高周波インピーダンスの差分を電力供給線毎に算出し、
当該算出した差分に基づいて故障した電力供給線を識別することを特徴とする配電システム。 12. The power distribution system of claim 11 ,
injecting high frequency currents having two different frequencies from the power converter or any one of the active devices into the plurality of power supply lines;
Detecting high frequency impedances of the plurality of power supply lines at the two different frequencies;
calculating a difference between the detected high frequency impedances at the two different frequencies for each power supply line;
The power distribution system further comprises: identifying a faulty power supply line based on the calculated difference.
前記電力変換器または前記任意の能動デバイスは、前記複数の周波数の高周波電流を同時にまたは順番に注入することを特徴とする配電システム。 12. A method for detecting faults in a power distribution system as claimed in claim 11 , comprising:
The power converter or any of the active devices injects high frequency currents at the multiple frequencies simultaneously or sequentially.
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030085715A1 (en) | 2001-08-15 | 2003-05-08 | David Lubkeman | System and method for locating a fault on ungrounded and high-impedance grounded power systems |
| JP2005341757A (en) | 2004-05-28 | 2005-12-08 | Fuji Electric Systems Co Ltd | Electric circuit ground monitoring device |
| JP2007279031A (en) | 2006-03-16 | 2007-10-25 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | Ground fault point search device and ground fault point search method using the same |
| WO2019111292A1 (en) | 2017-12-04 | 2019-06-13 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | Power conditioner system, power system comprising same, and fault location method |
| CN110579685A (en) | 2019-09-12 | 2019-12-17 | 国网四川省电力公司电力科学研究院 | A method and device for protecting a ground electrode line of an UHV DC system |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09288139A (en) * | 1996-04-22 | 1997-11-04 | Mitsubishi Denki Bill Techno Service Kk | Method and apparatus for detection of ground fault part in electric circuit |
| JP4443099B2 (en) * | 2002-07-10 | 2010-03-31 | 東京電力株式会社 | Accident point search method for overhead distribution lines |
| JP4802078B2 (en) * | 2006-10-05 | 2011-10-26 | 株式会社東芝 | Burial cable determination device and method |
| JP5763594B2 (en) * | 2012-06-29 | 2015-08-12 | 学校法人早稲田大学 | Method for locating temperature change points of insulated wires or cables |
| WO2016129248A1 (en) * | 2015-02-13 | 2016-08-18 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Secondary battery state-of-charge estimating device and secondary battery state-of-charge estimating method |
| EP3136526B8 (en) * | 2015-08-25 | 2022-12-21 | GE Energy Power Conversion Technology Ltd | Ground fault protection methods |
| JP7155841B2 (en) * | 2018-10-04 | 2022-10-19 | 東京電力ホールディングス株式会社 | Exploration method |
-
2021
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-
2022
- 2022-06-09 WO PCT/JP2022/023249 patent/WO2023002770A1/en not_active Ceased
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030085715A1 (en) | 2001-08-15 | 2003-05-08 | David Lubkeman | System and method for locating a fault on ungrounded and high-impedance grounded power systems |
| JP2005341757A (en) | 2004-05-28 | 2005-12-08 | Fuji Electric Systems Co Ltd | Electric circuit ground monitoring device |
| JP2007279031A (en) | 2006-03-16 | 2007-10-25 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | Ground fault point search device and ground fault point search method using the same |
| WO2019111292A1 (en) | 2017-12-04 | 2019-06-13 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | Power conditioner system, power system comprising same, and fault location method |
| CN110579685A (en) | 2019-09-12 | 2019-12-17 | 国网四川省电力公司电力科学研究院 | A method and device for protecting a ground electrode line of an UHV DC system |
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