JPS593101B2 - 同期接続方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は同期接続方法、特に一端から充電されて待機
状態にある送電線と電気所母線の同期接続や低速度再閉
路方式に好適な同期接続方法に関する。

１５よく知られているように、二つの電気所間を接続す
るためには、両電気所が同期状態にあることが不可欠で
ある。

そのため、二つの電気所間を接続する送電線のしや断器
投入にあたつては、例えば、接続しようとするルート以
外に両電気所間をクｏ 接続する送電ルートができてい
るか否かを判定して同期を確認してしや断器に投入指◆
を与えたり、接続しようとする送電線の一端のしや断器
を先行して投入し送電線の他端と電気所母線の電圧を夫
夫導出し両電圧のつき合せによりビード電圧を作ク５
り、これから両電圧の位相差を検出し、位相差が所定値
以下にあり、且減少傾向にあることを確認し、両電気所
が同期状態にあるものと判定して残りのしや断器を投入
することが行なわれたりしている。３０この場合、両電
気所が同期状態にあるとしても位相差が過大であるとき
は、両電気所間の開放されている送電線を接続すること
によつて大きな擾乱を与えることになる。

そのため、単に他に接続する送電ルートがあることのみ
を条件として接続３５するものとする場合はともかく、
両電気所の位相差に着目してしや断器の投入を制御する
場合には、位相差が過大なときは接続をロックするもの
とされる。勿論、他の送電ルートの存在により接続する
場合でも、この条件の他に両電気所間の位相差にも着目
してしや断器投入を制御する方が好ましいのである。し
かしながら、同期状態にあつても位相差過大を条件に両
電気所の開放されている送電線の接続をロツクするもの
とすると、両電気所間の位相差過大のまま系統が安定状
態になると、両電気所間の開放されている送電線は接続
をロツクされたままとなり、系統運用上好ましいことで
はない。

第１図、第２図は夫々接続しようとする送電線の両端に
ある電気所が同期状態にあるにもかかわらず、位相差が
過大となる例を示すものである。第１図ａにおいて、電
気所Ａ，Ｂ間は送電線Ｌ２で接続されており、同期状態
にある。一方送電線Ｌ１はしや断器ＣＢが開放され待機
状態にある。このような系統運用状態での電気所Ａ，Ｂ
の電圧Ｖｌ，Ｖ２の位相差に着目すると、同図ｂ又はｃ
のようになる．ここでｂは送電線Ｌ２の汐流が電気所Ａ
からＢに向うときであり、ｃはその逆のときである。そ
して、位相差θは通常の安定な運用がされる状況のもと
では、汐流が大きければ大きい程大きくなる。第２図ａ
においては、電気所Ａ，Ｂ間は、電気所Ｃを介して送電
線Ｌ２，Ｌ３により接続されており、同期状態にある。

一方、送電線Ｌ１はしや断器ＣＢが開放され待機状態に
ある。このような系統運用状態での電気所Ａ，Ｂ及びＣ
の電圧１，２及びＶ３の位相差に着目するとＢ，ｃ又は
ｄの如き組合せとなる。ここでｂは送電線Ｌ２の汐流が
電気所ＡからＣに向い、Ｌ３ではＣからＢに向う場合で
あり、ｃはその逆のときである。ｄはＬ２でＣからＡに
向い、Ｌ３ではＣからＢに向う場合である。この場合、
各電気所の電圧間の位相差θ，θ２は夫々汐流が大きく
なるとともに大きくなり、且着目している電気所Ａ，Ｂ
の電圧１，Ｖ２の位相差はＢ，ｃのケースではθ＋θ′
，ｄのケースではθ−θ５であられされるから、これら
も汐流によつて当然影響を受ける。このように、汐流が
大きい状態で位相差が大きいまま運転が継続されると、
しや断器ＣＢを投入する機会はなくなつてしまう。

これは系統運用の面から好ましいことではなく、できれ
ば早急にしや断器ＣＢを投入して、電気所Ａ，Ｂ間の送
電線ノＬ１も活用できるようにすべきである。

そのためには、例えば第１図ｂのケースに対応して第３
図ａに示すように、電気所Ｂにおける発電力を強化し、
又は、電気所Ｂの負荷を他の電気所の系統にふりかえる
などして、送電線Ｌ２にのる汐流を軽減することが有効
である。

即ち、Ｌ２の汐流が少ないということは、Ｖｌ，Ｖ２及
びθがＶ１′，Ｖ２′及びαのように位相差が小さくな
ることを意味するから、しや断器ＣＢの投入が可能とな
る。又、例えば、第２図ｂの・ケースに対応して第３図
ｂに示すように、電気所Ｂにおける発電力を強化し、或
は電気所Ｂの負荷を他の系統にふりかえる等して、送電
線Ｌ３にのる汐流を反転させ、位相差をθ＋θ７からβ
になるようにすることが有効である。このように、接続
しようとする送電線の両端の電圧の位相差が大きいとき
でも、位相の進み遅れの関係がわかれば、発電力の制御
或は負荷の配分の変更等によつて位相差を小さくするこ
とができるから、単に位相差が大きいということのみで
接続すべき送電線の利用が阻害されることを防止できる
。

本発明はこの点に着目したものであり、位相差の検出を
単にビード電圧によつて位相差のみを検出するのではな
く、いずれか一方の電圧の位相を基準として他の電圧の
位相を検出することによつて両電圧の相対的な位相の進
み遅れ関係をも導出可能とし、系統がいかなる状況にあ
ろうと、同期状態にさえあれば同期接続の可能となる同
期接続方法を提供するものである。

第４図は本発明の適用対象を概念的に説明するためのプ
ロツク図である。

図でＢは電気所でありＢＢはその電気所の母線、Ｌ１は
母線ＢＢに接続されるべき送電線、ＣＢは両者を結ぶし
や断器である。ＰＴＢ，ＰＴＬは夫々母線ＢＢｌ送電線
Ｌ１の電圧Ｖｌ，Ｖ２を導出するための電圧変成器であ
る。Ａ−Ｄはアナログデジタル変換器であり、サンプリ
ング信号の与えられる時点における電圧の瞬時値に対応
したデジタル信号を出力する。ＣＰＵはデジタル演算及
び論理判断機能を持つ処理ユニツトである。Ｐ／Ｏは入
出力装置でありＡ−ＤとＣＢ及びＣＰＵを結合するもの
である。図の例はＡ−ＤはＣＰＵの指◆に応じてＰＩ／
０から与えられるサンプリング信号によつてアナログデ
ジタル変換を行うものとし、このデジタル信号はＰ／Ｏ
を介してＣＰＵに導入されるものとした。勿論、よく知
られているように、ＣＰＵとの協調、例えば割込み方式
をとるものとすることによりＡ−Ｄに対するサンプリン
グ信号は独立のタイミング回路で与えてもよいことはい
うまでもない。ＣＰＵに導入されたデジタル信号によつ
てＣＰＵにおいてＣＢに投入指令が与えられるべき旨の
判断がされると、これはＰＩ／Ｏを介してＣＢに伝えら
れ、所定の回路によつて投入されることとなる。第４図
から明らかなように、本発明によれば、母線、送電線の
両電圧のうなり電圧は必要でなく夫々独立にデジタル信
号として導出された一つの電圧位相を基準として他方の
電圧位相の進み遅れ及び位相差が得られるから電気所に
他の制御目的のために導入された計算機に本発明の考え
方を導入することにより直ちに実用が可能となり、同期
接続のための特別の制御回路を不用とすることができる
ようにもなる。

以下、デジタル信号に変換された電圧から、同期接続の
条件を満足したか否かをいかにして判定するかについて
説明する。

第５図は正弦波交流電圧ｖ（ｔ）の零点即ち電圧が負か
ら正又は正から負に変化する時点及びこれを基本として
電圧の位相及び位相差を導出する考え方の一例を説明す
る図である。

第５図ａに示すように正弦波交流電圧ｖ（ｔ）を周期Δ
ｔでサンプリングするとき、周期前のサンプリング時点
Ｔｎ−１と現サンプリング時点Ｔ。の間にｖ（ｔ）の零
点（図は負から正に変るときであり、以下本発明ではこ
の零点のみを利用するものとし、これを零点（１）と表
示するものとする。）が存在するときは、各時点の値ｖ
（Ｔｎ−１）とｖ（Ｔｎ）との積は必らず負又は零であ
る。そして、その零点が零点（ト）であるか否かは現サ
ンプリング時点における前ｖ（Ｔｎ）が正であるか否か
によつて判定できる。もつともｖ（Ｔｎ）が零であると
きは判定不能となるから、ｖ（Ｔｎ−１）が負であるこ
とを条件に判定すればよい。このとき、各サンプリング
時点から零点（１）までの時間Δｔ１・ΔＴ２は夫々下
記のようにして求められる。もちろん、図から明らかな
ように、誤差εを持つが、これはサンプリング周期Δｔ
を工以下の小さな値にすれば無視しうる程に小さいもの
である。

かくして、第５図ｂに示すように、電圧Ｖｌ，Ｖ２の夫
々についてサンプリング時Ｔｋ，ｔｌにおいて夫々Δｔ
ｌ′ＴＪｔ２′，ΔＴｌ，ΔＴ２を夫々計算するととも
に、Ｔｋ，ｔｌ間の零点（ｔ）を含まないサンプリング
時点の回数Ｐを計数すれば電圧Ｖ，２の位相差ψはΔ′ として計算できるのである。

そして、第５図に着目すれば容易に理解できるように、
例えば、電圧Ｖ１の零点（ト）をいつも基準にとつて位
相差を演算するものとすれば電圧Ｖ１とＶ２とは位相差
がψであるということのみならずψ〉πならψ−πだけ
電圧２がｖより進み位相であることがわかるし、ψくπ
ならψだけ電圧１が２より進み位相であることがわかる
。

勿論電圧Ｖ１又は２の零点（ト）の検出されるたびに第
５図ｂの例で言えば、サンプリング時点Ｔｍの時点でも
位相差ψをψ５＝ΔＴ２＋ｐ′＋Δｔ１″（ここでｐ′
は時点ＴＩ！，からＴｒｎまでの零点…を含まないサン
プリング時点の回数）として求め、ψ５くπ故に電圧Ｖ
１よりＶ２がψだけ進み位相にあると判定するものとし
ても良いことはいうまでもない。本発明は、このように
して、投入しようとするしや断器の両端の電圧の位相差
と位相の進み遅れ関係から、第１図Ｂ，ｃ又は第２図Ｂ
，ｃ，ｄの如きケースのいずれにあるかを判定し、第３
図Ａ，ｂのように位相差が減少するように制御して、位
相差が大きい場合でも同期接続を可能にしようとするも
のである。第６図は本発明を実施するときの処理フロー
の例を示す図である。

第５図を参照しながら位相差ψを導出する第６図の例に
ついて説明する。第６図は先に簡単に述べたように、一
方の電圧Ｖ１の零点（１）を基準にして他の電圧２の零
点（ト）までの時間を計つて位相差と進み遅れ関係を判
定する例である。電圧Ｖｌ，Ｖ２が所定の周期でサンプ
リング周期Δｔで導入されるたびに、まず、ステツプ１
でそのサンプリング時点と１つ前のサンプリング時点の
間に電圧Ｖ１の零点（ト）を含んでいたか否か、換言す
ればそのサンプリング時点が電圧Ｖ１の零点（ト）を含
んでいたか否かを判定する。

今、このサンプリング時点が、第５図の時点Ｔｋであつ
たとすれば、このステツプの判定はＹＥＳとなるから、
ステツプ２に進みΔＴ２′を計算する。次にステツプ３
に進み零点（ト）を含まないサンプリング時点の回数を
計数するカウンタを零にクリアする。次にステツプ４に
進み電圧Ｖ２の零点（ト）を含むサンプリング時点か否
かを判定する。この判定がＹＥＳであれば、一つのサン
プリング時点で電圧Ｖｌ，Ｖ２も零点（ト）を含むこと
が判定されたことになるから、位相差は最大でもサンプ
リング周期Δｔ以下である。サンプリング周期Δｔをど
れ程にとるかは任意に選定できることであるが、これを
例えば３００程度以下にとれば、ステツプ１，４ともに
ＹＥＳと判定されたことのみで、位相差の大きさ及びＶ
ｌ，Ｖ２の進み遅れ関係を無視してステツプ５に進みし
や断器に投入指令を与えて良い。ステツプ４の判定がＮ
Ｏとでたときは次のサンプリング時点に備えて待機する
。次に周期Δｔ後に新たにサンプリングがされたとき、
再びステツプ１の判定がされる。

先のサンプリング時点でステツプ１がＹＥＳと判定して
いるとすれば、こんどは当然ＮＯと判定することになる
から、ステツプ６に進みカウンタをＰからＰ＋１に１つ
歩進させる。次にステツプ７に進み電圧Ｖ２についての
零点（ト）の有無について判定する。このとき、判定が
ＮＯであれば次のサンプリングに備えて待機する。第５
図のケースで見れば時点Ｔｔのサンプリング時点になる
まで、ステツプ１，６，７の経過を繰返すことになる。
そして、時点Ｔｔのサンプリング時点になれば、ステツ
プ７はＹＥＳと判定し、以下述べるように位相差の計算
の進むステツプ８において、第５図に例示するようにΔ
ｔ１を計算する。次にステツプ９に進み電圧Ｖｌ，Ｖ２
の零点（ト）間の時間即位相差ψを計算する。このとき
、位相差ψは、それまでのステツプで得られたデータか
らψ＝ΔＴ２′＋（ｐ−１）Δｔ＋Δｔ１で計算される
。即ち、時点Ｔｔにおいて電圧Ｖ１については零点（ト
）を含まないサンプリング時点故ステツプ６でカウンタ
はさらに１だけ歩進される。し力化、この時点はステツ
プ８でΔｔ１を計算するものであるから、カウンタの計
数値Ｐから１だけ引いた値と周期Δｔとの積を求めるこ
とによつて、電圧Ｖｌ，Ｖ２についての零点を含まない
サンプリング周期の和が得られることになる。このよう
にして位相差ψが求められるとステツプ１０に進みψ≧
πを判定する。即ち、電圧Ｖ１が２より進み位相である
場合（例えば第１図ｂのケース）はψはπより小さい筈
であり、Ｖ２がＶ１より進み位相にある場合（例えば第
１図ｃのケース）ではψはπより大きいこととなる。換
言すれば、ステツプ１０の判定がＹＥＳ，ＮＯのいずれ
にでるかによつて、１，Ｖ２の位相の進み遅れの関係が
判定できる。ステツプ１０の判定がいずれに出るにせよ
次のステツプ１１又は１２において位相差がしや断器の
投入を許容しうるθ。の範囲内にあるか否かを判定する
。ステツプ１０の判定がＮＯｌ即ち第７図Ａ，ｂに示す
ように１がＶ２に対して進み位相にあるときはステツプ
１１に進み直接ψとθ。を比較しψ〉θｏかの判定をす
る。ステツプ１０の判定がＹＥＳｌ即ち、第８図Ａ，ｂ
に示すように、Ｖ２がＶ１に対して進み位相にあるとき
は、位相差ψはＶ１のＶ２に対する遅れ位相角となつて
いるから、ステツプ１２に進み２π一ψとθ。を比較し
２π−ψ〉θｏかの判定をする。ステツプ１１，１２の
いずれにしろ、判定がＮＯであるときは、電圧Ｖｌ，Ｖ
２の位相差は投入を許容しうる小さな値であるから、ス
テツプ５に進みしや断器に投入指令を与える。ステツプ
１１の判定がＹＥＳであるときは第１図で言えば電気所
Ｂの発電力が負荷に対して不足していることを意味する
から、この負荷を他の系統に移すか又は発電力を大きく
する要求を出力して充のサンプリングに備える。ステツ
プ１２の判定がＹＥＳであるときは、逆に発電力に対し
て負荷が軽すぎることを意味するから、電気所Ｂの発電
力を低下させるか又は他の系統の負荷を電気所Ｂに移す
要求を出力して次のサンプリングに備える。このステツ
プ１３，１４の要求に対して、系統構成に応じて、位相
差に対応した大きさだけ自動的に操作がされるようにす
ることもできるし、運転員に手動によつて操作をさせる
ことにしてもよい。

このようにして、所要の系統操作がされると位相差は小
さくなる方向になるから、同期接続が終るまで前述のサ
ンプリング、判定のステツプを繰返せば、必らず同期接
続が可能となる。

次に本発明は、位相差ψの値そのものは厳密である必要
はない。

要は第１図、第２図の電圧Ｖｌ，Ｖ２間の位相差が一定
値以下にあることが判定できるものであれば良い。従つ
て、サンプリング周期ΔＴを適当に小さいものとすれば
、ステツプ２，８を省略し、ステツプ９以下をステツプ
６の計数値Ｐによつて判定するものとしても良い。即ち
第一 ， ＝ ２π９図に示
すように、計数値ＰはＰ＜＝Ｉ下−］（整２π数）であ
るから、Ｐ＜＝ｍ又はＰ≧（Ｊ７ｆ−１）−ｍであれば
、ステツプ１１，１２のＮＯの判定と同様にＶｌ，Ｖ２
又はＶｌ，Ｖ２′のように位相差は小さいとして投入可
の判定ができる。

一方、ｍ＜Ｐ２π １
２πくＪ↑−１であるときは、Ｐ＞Σ・了了であるか否
かによつて、ステツプ１４又は１３と同様に系統操作の
要求を出すことができる。尚、発電力、負荷の比率を変
更するためには、例えば第２図ａのような系統では、電
気所Ｂで操作するのでなく、電気所Ｃでの操作によつて
等価的に行なつても良い。

即ち、第２図ｄを参照して明らかなように電気所Ｂの発
電力を増すかわりに電気所Ｃの発電力を増し、電気所Ｃ
，Ａ間の汐流を増やしてＶｌ，Ｖ２間の位相差を小さく
しても良い。すなわち本方式が採用される対象系統にお
いて制御が不能であるかどうかが問題となり、かつ制御
可能電気所かどうかということも制限条件となる。以上
の説明は、一方の電気所から充電され待機している送電
線で、しかも系統が定常状態で位相差が安定しているも
のとして説明した。

しかし、実際問題としては、定常状態においても、汐流
は常時変動しており、位相差も必らず変動している。こ
のような場合にも、本発明は一部ステツプを修正するの
みで適用できる。この例として、位相差が大きく変動し
ている可能性のある低速度再閉路の如きケースに本発明
を適用するものとして次に説明する。第１０図は、いわ
ゆる系統復旧装置に本発明を適用することを検討するた
め、系統事故除去後の位相差の変化を例示したものであ
る。

ａは、事故除去時に既に両電気所が脱調し、異系統とな
つている例であり、Ｂ，ｃは位相差は振動しながらも安
定に運転される場合である。そして、ｂのケースは位相
差がθ２と大きく、ｃのケースはθｌと小さい位相差で
安定した場合である。この例でわかるように、ケースａ
で同期接続をしてはいけないのは勿論、ケースｂの場合
も位相差の変化が急なときは同期接続をすべきではない
。

このような考慮をした本発明の実施態様の要部のみを第
１１図に示す。第１１図を第６図と対比して明らかなよ
うに、この態様では位相差の変化率をも考慮する点であ
る。

即ち、ステツプ９で現時点における位相差ψｉが導出さ
れたとき、次のステツプ１５で、ｎ回前の位相差導出時
点における位相差ψｉ−。と比較する。即ち１ｑ）ｉ−
。ψＩｉくψ。を判定し、位相差の変化がψ。以上ある
ときは、一切の判定を止めるのである。ここで、ｎ回前
の位相差と比較するのは、第１０図にＴで示す時間の経
過のうちに位相差がどれだけ変化したか、換言すれば、
位相差の変化率が所定値以下にあるか否かを判定しよう
とするものである。従つて、Ｎ，ψｏの大きさは本発明
を適用しようとする系統に応じて適宜決定することにな
る。もつとも、変化率を第１０図の時間Ｔの前後の位相
差の差のみで監視するとｂのケースでは位相差の変化が
極値にあるときは、判定を誤まる可能性がある。これを
回避するためには、もつと大きな時間例えばＴの前後で
の位相差の変化についても監視することとし、いずれの
変化率で見ても所定値以下というときのみステツプ１０
に移るようにするのが良い。このときの実施態様を第１
２図に示す。第１２図においてψｉ？ｒは時間Ｔ′に対
流する回数だけ前の位相差である。又ψ′ｏはこのとき
の判定基準値である。以上のように、本発明は投入しよ
うとするしや断器の両端の電圧の位相差のみならず、進
み遅れの関係をも同時に判定できるものであり、必要な
系統操作の要求をも出力することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の適用を説明するための図、第
４図は本発明を実現するための装置の配置の概念を示す
図、第５図は本発明の前提としての交流電圧の零点導出
の手法を説明する図、第６図は本発明の実施例としてデ
ータ処理のフローを示す図、第７図〜第９図は第６図の
ステツプの一部についての考え方を説明する図、第１０
図〜第１２図は本発明を適用する他の態様の例を説明す
る図である。 符号の説明、Ａ，Ｂ，Ｃ・・・・・・電気所、Ｌｌ，Ｌ
２，Ｌ３・・・・・・送電線、Ｖｌ，Ｖ２，Ｖ３・・・
・・・電圧、ＣＢ・・・・・・しや断器、ＰＴ・・・・
・・電圧変成器、Ａ−Ｄ・・・・・・アナログ−デジタ
ル変換器、ＰＩ／Ｏ・・・・・・入出力装置、ＣＰＵ・
・・・・・処理ユニツト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 以下の各ステップよりなることを特徴とする同期接
   続方法。 ａ 電気所の母線の電圧及び母線に接続されるべき送電
   線の電圧を一定の周期で同期してサンプリングして導出
   すること。 ｂ 前記ステップで導出された母線及送電線電圧信号に
   ついて、各サンプリング時点ごとに引きつづく二つの電
   圧信号の積演算を実行すること。 ｃ 積演算の結果が負であることから当該演算の二つの
   電圧信号を与えた二つのサンプリング時点間にサンプリ
   ングされた電圧の零点が存在すると判定すること。 ｄ いずれか一方の電圧の零点の存在を基準として他の
   電圧の零点の存在を比較することにより、前記二つの電
   圧の位相差及び相対的な位相の進み遅れ関係を判定する
   こと。 ｅ 前記位相差が所定値以下にあることを判定し前記送
   電線の前記母線への接続を許容するこｆ 前記位相差が
   所定値を超えていると判定したとき前記位相の進み遅れ
   関係に応じて母線側又は送電線側の背後の発電力に対す
   る負荷の比を修正するための信号を与えること。 ２ 第１項において、発電力に対する負荷の比の修正の
   ための信号が前記母線及び送電線に夫々他の送電線を介
   して接続された他の電気所に対して与えられることを特
   徴とする同期接続方法。