(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電線路に生じた事故を除去するための高速再閉路失敗時の電力動揺を抑制する電力動揺抑制方法であって、
高速再閉路の失敗を検知するステップと、
高速再閉路の失敗が検知されると、前記送電線路のうち事故が残存する事故箇所を遮断するステップであって、高速再閉路に伴う遮断器の閉鎖が発電機の位相差縮小タイミングであることを条件に、前記事故箇所の遮断を所定時間遅延させて実行するステップと、
を含むことを特徴とする電力動揺抑制方法。
【請求項２】
前記所定時間は、以下の式を満たす範囲の時間Ｔであることを特徴とする請求項１に記載の電力動揺抑制方法。
【数１】
0005425979.tif 000004
ＷＨＲＥＣ：脱調時に加速する側の発電機の高速再閉路時（時刻０）の慣性エネルギー
Ｗ０：脱調時に加速する側の発電機の定格回転速度で運転時の慣性エネルギー
Ｐｍ（ｔ）：脱調時に加速する側の発電機の機械的入力
Ｐｅ（ｔ）：脱調時に加速する側の発電機の電気的出力
０：高速再閉路に伴う遮断器の閉鎖時刻
Ｔ：高速再閉路失敗後の遮断器開放の遅延可能時間（ｍ秒）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速再閉路失敗時の電力動揺を抑制する電力動揺抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統を構成する送電線に発生した事故を放置すると、発電機の相差角が拡大し同期が保持できなくなり脱調状態に至る場合がある。発電機が脱調状態に至ると大規模な停電が引き起こされてしまうため、電力系統には、事故が発生すると遮断器を直ちに開放し当該事故発生箇所を遮断する保護リレーが設けられている。
【０００３】
ここで、送電線に発生する事故の多くは、落雷等のように瞬間的なものであり事故原因が短時間で自然除去するため、保護リレーには、開放した遮断器を一定時間経過後に自動的に閉鎖し事故発生箇所を再接続する再閉路方式（所謂、高速再閉路）が採用されている。このような再閉路方式についての工夫は、これまでいくつかなされており、例えば特許文献１には、電力系統の電圧階級に関係なく安定度を保って高速度多相再閉路が可能な再閉路方式が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３３１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、再閉路方式によると送電線に発生した事故の多くを除去できるものの、再閉路後に事故が除去できていない場合もあり、このような場合には大規模な停電につながる虞があることから、再閉路失敗時についての工夫が求められる。
一例として、再閉路失敗時には残存する事故箇所を遮断すべく遮断器が再度開放されるところ、事故継続時間は短いことが好ましいため、再遮断されるまでの時間は可能な限り短い時間にされることが好ましい。しかしながら、再閉路（特に高速再閉路）失敗時には、系統の電力動揺が継続している場合があり、タイミングによっては電力動揺が促進され、脱調に至る可能性がある。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、高速再閉路失敗時に行う事故箇所の再遮断に伴う系統の電力動揺を抑制する電力動揺抑制方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）  送電線路に生じた事故を除去するための高速再閉路失敗時の電力動揺を抑制する電力動揺抑制方法であって、高速再閉路の失敗を検知するステップと、高速再閉路の失敗が検知されると、前記送電線路のうち事故が残存する事故箇所を遮断するステップであって、高速再閉路に伴う遮断器の閉鎖が発電機の位相差縮小タイミングであることを条件に、前記事故箇所の遮断を所定時間遅延させて実行するステップと、を含むことを特徴とする電力動揺抑制方法。
【０００８】
（２）  前記所定時間は、以下の式を満たす範囲の時間Ｔであることを特徴とする（１）に記載の電力動揺抑制方法。
【数１】
0005425979.tif 000002
ＷＨＲＥＣ：脱調時に加速する側の発電機の高速再閉路時（時刻０）の慣性エネルギー
Ｗ０：脱調時に加速する側の発電機の定格回転速度で運転時の慣性エネルギー
Ｐｍ（ｔ）：脱調時に加速する側の発電機の機械的入力
Ｐｅ（ｔ）：脱調時に加速する側の発電機の電気的出力
０：高速再閉路に伴う遮断器の閉鎖時刻
Ｔ：高速再閉路失敗後の遮断器開放の遅延可能時間（ｍ秒）
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高速再閉路失敗時に行う事故箇所の再遮断に伴う系統の電力動揺を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】送電線の系統構成を示す図である。
【図２】保護リレーの備える機能を示す図である。
【図３】高速再閉路時の発電機の相差角曲線を示す図である。
【図４】本発明の電力動揺抑制方法のシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
初めに、図１を参照して、送電線の系統構成を説明する。なお、図１は、平行２回線送電線のうちの１回線分の系統構成図である。
系統の両端には電気所Ａと電気所Ｂとが設置され、夫々の電気所Ａ，Ｂは、三相の送電線３により連係される。電気所Ａ，Ｂの夫々は、発電機１Ａ，１Ｂ及び母線２Ａ，２Ｂを備え、遮断器４Ａ，４Ｂを介して送電線３と接続される。遮断器４Ａの母線２Ａ側及び遮断器４Ｂの母線２Ｂ側の夫々には、線路電流Ｉを検知する変流器５Ａ，５Ｂが設けられ、変流器５Ａ，５Ｂにより検知された線路電流Ｉは、保護リレー６Ａ，６Ｂに取り込まれる。保護リレー６Ａ，６Ｂは、取り込んだ線路電流Ｉから事故の発生を検知し、事故が発生した送電線３（ａ相、ｂ相、ｃ相）の遮断器４Ａ，４Ｂを開放することで事故箇所を系統から遮断する。
【００１３】
続いて、図２を参照して、保護リレー６Ａ，６Ｂを詳細に説明する。なお、保護リレー６Ａ，６Ｂは、同一構成、同一機能なので、以下では単に「保護リレー６」とする。
保護リレー６は、再閉路機能を備えた継電装置であり、図２に示すように少なくとも高速再閉路機能を含むものとする。なお、再閉路とは、遮断器４Ａ，４Ｂを開放し事故箇所を遮断した後、一定の無電圧時間をおいて遮断器４Ａ，４Ｂを閉鎖し事故箇所を再接続することをいう。また、高速再閉路とは、無電圧時間を１秒程度以下の極短時間とする再閉路方式、即ち事故箇所を遮断後、直ちに再接続する再閉路方式をいう。
また、保護リレー６は、再閉路失敗時の遮断機能も含むものとする。即ち、保護リレー６は、高速再閉路後に変流器５Ａ，５Ｂから取り込んだ線路電流Ｉから事故が残存しているか否かを検知し、事故が残存している場合（即ち高速再閉路失敗時）には遮断器４Ａ，４Ｂを開放し、事故箇所を系統から遮断する。
【００１４】
保護リレー６の高速再閉路機能は、事故検知、事故箇所の遮断及び事故箇所の再閉路により実現される。
【００１５】
ここで、事故検知は、一例として変流器５Ａ，５Ｂから取り込んだ線路電流Ｉに異常電流が含まれているか否かにより行われ、保護リレー６は、異常電流が含まれている場合に事故が発生していることを検知する。勿論、線路電流Ｉに基づく事故検知は一例に過ぎず、電圧値等のようにその他の任意の情報を用いて送電線に発生した事故を検知することとしてもよい。
【００１６】
また、事故箇所の遮断は、遮断器４Ａ，４Ｂを制御することにより行われ、保護リレー６は、事故検知において検知した事故箇所に対応する遮断器４Ａ，４Ｂを開放することで、事故箇所を系統から遮断する。発生した事故は、なるべく早急に系統から遮断することが好ましいため、事故箇所の遮断は、事故検知後に直ちに行われる。但し、システム設計上、遮断器４Ａ，４Ｂが動作するまでに一定の応答時間が必要となるため、一般的には、事故検知から４サイクル程度経過した後に遮断器４Ａ，４Ｂが開放され、事故箇所の遮断が行われる。このような事故検知後になるべく早急に事故箇所を遮断するタイミング、言い換えると、基本的な状態において運用上設定されている事故箇所を遮断するタイミングを、以下「通常遮断タイミング」と呼び、本実施形態では、通常遮断タイミングを４サイクルとする。
【００１７】
また、事故箇所の再閉路は、遮断器４Ａ，４Ｂを制御することにより行われ、保護リレー６は、開放していた遮断器４Ａ，４Ｂを閉鎖し、遮断していた事故箇所を系統に再接続する。高速再閉路は、落雷等のような事故原因が短時間で自然除去する事故を想定しているため、この事故箇所の再閉路は、一般的に事故箇所の遮断後、１５サイクル〜６０サイクル（０．２５秒〜１秒）程度経過した後に行われる。この事故箇所の再閉路を行うタイミングを、以下「再閉路タイミング」と呼ぶ。
【００１８】
保護リレー６の再閉路失敗時の遮断機能は、事故検知及び事故箇所の遮断により実現される。ここで、再閉路失敗時の遮断機能としての、事故検知及び事故箇所の遮断は、基本的に高速再閉路機能と同一である。即ち、事故検知は、高速再閉路機能により遮断器４Ａ，４Ｂが閉鎖した後の線路電流Ｉ等から高速再閉路により事故が除去できたか否か、言い換えると再閉路が成功したか失敗したかを検知する。具体的には、線路電流Ｉに異常電流が含まれている場合に再閉路が失敗したことを検知する。また、事故箇所の遮断は、再閉路の失敗が検知された場合に、保護リレー６が遮断器４Ａ，４Ｂを開放することにより行われる。
【００１９】
ところで、高速再閉路失敗時には、事故が除去されず残存していることから、事故箇所をなるべく早急に系統から遮断することが好ましい。しかしながら、本実施形態では、高速再閉路失敗時に通常遮断タイミングよりも遅いタイミング（以下「遅延遮断タイミング」と呼ぶ）で事故箇所を遮断することを許容している。詳細については後述するが、本実施形態では、失敗した高速再閉路における再閉路タイミングによって、通常遮断タイミング又は遅延遮断タイミングで事故箇所の遮断を行う。
【００２０】
ここで、図３を参照して、事故発生から高速再閉路実行時までの発電機の相差角について説明する。なお、図３のＰｍは発電機の機械的入力を示し、Ｐｅは発電機の電気的出力を示す。また、Ｌ１は事故発生前の通常運転状態中における発電機の相差角曲線を示し、Ｌ２は事故発生中の発電機の相差角曲線を示し、Ｌ３は事故箇所を遮断中の発電機の相差角曲線を示す。
【００２１】
Ｔ１：事故発生前
事故発生前の通常運転状態では、発電機は、相差角曲線Ｌ１上の点ａの位置で運転を行っている。点ａでは、未だ事故が発生していないことから、機械的入力Ｐｍと電気的出力Ｐｅとが概ね一致している。
【００２２】
Ｔ２：事故発生時
その後、事故が発生すると、事故発生と同時に系統電圧が低下するため、相差角曲線が通常運転状態中の相差角曲線Ｌ１から事故発生中の相差角曲線Ｌ２になる。このとき、発電機の相差角は変化しないため、運転状態は点ａから点ｂに移動し、電気的出力Ｐｅが電気的出力Ｐｅ´に低下する。一方、発電機の機械的入力の変動は調速機（ガバナ）によって調整されるが、電気的な動きに比べて遅いため、電力系統の安定度を検討する時間領域においては、事故発生時の機械的入力は、機械的入力Ｐｍのままほぼ一定と見なすことができる。
【００２３】
Ｔ３：事故発生中
事故が発生し、点ｂに移動すると「機械的入力Ｐｍ＞電気的出力Ｐｅ´」となるため、加速トルクが発生し、発電機は相差角が拡大する方向に加速、即ち相差角曲線Ｌ２上を点ｃに向かい移動する。この点ｂから点ｃまでの移動中、機械的入力が電気的出力を上回っているため、面積Ｓ１に示すエネルギーが蓄積される。
【００２４】
Ｔ４：事故箇所の遮断（通常遮断タイミング）
その後、遮断器が開放されると、系統電圧が上昇し、相差角曲線が事故発生中の相差角曲線Ｌ２から事故箇所を遮断中の相差角曲線Ｌ３になり、また、運転状態は点ｃから点ｄに移動する。このとき、点ｄでは、電気的出力が「電気的出力Ｐｅ´´＞機械的入力Ｐｍ」となるため、発電機には減速トルクが働くことになる。しかしながら、点ｄに移動するまで面積Ｓ１のエネルギーが蓄積されているため、発電機は、減速しながら面積Ｓ１と等面積となる面積Ｓ２まで相差角が拡大する方向に移動、即ち相差角曲線Ｌ３上を点ｅに向かい移動する。なお、点ｅが安定度限界点ｇを超える前に面積Ｓ１と面積Ｓ２が等面積となる場合には、発電機は、減速トルクの働きにより定格回転速度より遅い回転速度となり、相差角曲線Ｌ３上を反転して、さらに発電機はエネルギーを失いながら安定点ｆに向かい移動することになる。他方、点ｅが安定度限界点ｇを超える場合には、発電機は再度加速し、脱調に至る。
【００２５】
Ｔ５：事故箇所の再閉路（再閉路タイミング）
点ｅが安定度限界点ｇを超えない場合において、その後、高速再閉路機能により、遮断器が閉鎖されると、遮断されていた事故箇所が系統に接続されることになる。このとき、高速再閉路が成功、即ち事故が除去されている場合には、相差角曲線は、事故箇所遮断中の相差角曲線Ｌ３から通常運転状態中の相差角曲線Ｌ１となる。一方、高速再閉路が失敗、即ち事故が残存している場合には、相差角曲線は、事故箇所遮断中の相差角曲線Ｌ３から事故発生中の相差角曲線Ｌ２となる。
【００２６】
Ｔ６：高速再閉路失敗時の事故箇所の遮断（通常遮断タイミング、遅延遮断タイミング）
ところで、高速再閉路が失敗している場合には、残存している事故箇所を再度系統から遮断する必要がある。この再度の遮断を行った場合、相差角曲線は、事故発生中の相差角曲線Ｌ２から事故箇所遮断中の相差角曲線Ｌ３になるが、再遮断されるまでの間の事故発生中は、事故発生中の相差角曲線Ｌ２のままであるため、電気的出力Ｐｅは機械的入力Ｐｍよりも小さくなって（機械的入力Ｐｍ＜電気的出力Ｐｅ）、発電機には加速トルクが加わり、低下分のエネルギーが蓄積されることになる。この高速再閉路失敗時に蓄積されたエネルギーは、事故箇所を遮断した後の相差角曲線Ｌ３においても、相差角が拡大する方向にはたらくため、点ｅ方向へ移動中に高速再閉路失敗が発生すれば，安定度限界点ｇを超えて脱調するおそれが増えるので，事故箇所はなるべく早急に系統から遮断されることが好ましい（通常遮断タイミング）。一方，点ｆ方向へ移動中に高速再閉路失敗が発生すれば，失っていたエネルギーを補償されることになるため，発電機の動揺収束を促進する。このとき，事故箇所を通常遮断タイミングより遅いタイミングで遮断すれば，より大きな加速エネルギーが得られるため，発電機の動揺収束をより促進する。
【００２７】
そこで、本実施形態では、再閉路タイミングによって、Ｔ６の高速再閉路失敗時の事故箇所の遮断を遅延させる。具体的には、再閉路タイミングが、脱調時に加速する側の発電機の位相差縮小タイミングである場合に、Ｔ６の高速再閉路失敗時の事故箇所の遮断を遅延、即ち遅延遮断タイミングで行う。一方、再閉路タイミングが、脱調時に加速する側の発電機の位相差縮小タイミングでない場合には、Ｔ６の高速再閉路失敗時の事故箇所の遮断を遅延させず、通常遮断タイミング（即ち、事故検知から４サイクル）で行う。
【００２８】
なお、位相差縮小タイミングとは、発電機の回転数が定格回転数より遅い最中をいう。即ち、図３に示す相差角曲線において、発電機の相差角が縮小する方向に移動している最中をいう。例えば、図３では、相差角は、θ１から拡大する方向（図中右方向）に移動した後、θ２で方向を変え減少する方向（図中左方向）に移動する。その後、拡大する方向と縮小する方向の向きを交互に変え、最終的に安定点ｆに対応するθ３に収束する。
そのため、再閉路タイミングが、相差角が縮小している最中に行われた場合には、位相差縮小タイミングとなり、高速再閉路失敗時の事故箇所の遮断が遅延遮断タイミングで行われる。一方、再閉路タイミングが、相差角が拡大している最中に行われた場合には、位相差縮小タイミングではないため、高速再閉路失敗時の事故箇所の遮断は、通常遮断タイミングで行われる。
【００２９】
このように本実施形態では、再閉路タイミングが位相差縮小タイミングである場合には、通常遮断タイミングよりも遅延させて事故箇所を遮断する。しかしながら、事故箇所の遮断を限度なく遅延させると、事故箇所が系統から除外されず系統全体に影響を与えてしまう。そこで、本実施形態では、以下の式１を満たす範囲の時間Ｔを限度に遅延を認めることとしている。
【数１】
0005425979.tif 000003
ＷＨＲＥＣ：脱調時に加速する側の発電機の高速再閉路時（時刻０）の慣性エネルギー
Ｗ０：脱調時に加速する側の発電機の定格回転速度で運転時の慣性エネルギー
Ｐｍ（ｔ）：脱調時に加速する側の発電機の機械的入力
Ｐｅ（ｔ）：脱調時に加速する側の発電機の電気的出力
０：高速再閉路に伴う遮断器の閉鎖時刻
Ｔ：高速再閉路失敗後の遮断器開放の遅延可能時間（ｍ秒）
【００３０】
［実施例］
続いて、図４を参照して、本発明の電力動揺抑制方法の実施例について説明する。本発明者は、高速再閉路失敗時の事故箇所の遮断についてのシミュレーション実験を行った。図４は、当該シミュレーション実験の内容及び結果を示す図である。なお、図４では、第１回線のａ相、ｂ相及び第２回線のｃ相に事故が発生したと想定し、シミュレーション実験を行っている。
図中、シミュレーションＳｍ１は、再閉路失敗時に通常遮断タイミングで事故箇所を遮断した場合のシミュレーション結果を示し、シミュレーションＳｍ２は、再閉路失敗時に遅延遮断タイミングで事故箇所を遮断した場合のシミュレーション結果を示す。
【００３１】
図４（１）を参照して、事故が発生してから０．０７秒（４サイクル）が経過すると、遮断器が開放され、事故箇所が遮断される。その後、一定の無電圧時間が経過すると、遮断器が閉鎖され、事故箇所が接続される。図４（１）では、事故発生から１．０１秒まで無電圧時間としている。なお、この遮断器が閉鎖されたタイミングが、再閉路タイミングであり、図４（１）では、この再閉路タイミングが脱調時に加速する側の発電機の位相差縮小タイミングであるとする。
この再閉路タイミングまでは、シミュレーションＳｍ１、Ｓｍ２共に同一である。
【００３２】
再閉路が失敗すると、遮断器は開放され、事故箇所が再度遮断される。この点、シミュレーションＳｍ１では、再閉路タイミングから４サイクル、即ち通常遮断タイミングで遮断器の開放を行っている。他方、シミュレーションＳｍ２では、再閉路タイミングから５サイクル、即ち通常遮断タイミングよりも遅延した遅延遮断タイミングで遮断器の開放を行っている。
【００３３】
図４（２）を参照して、シミュレーション実験では、高速再閉路失敗後に通常遮断タイミングで遮断器を開放したシミュレーションＳｍ１は、相差角が拡大し続け、同期を保てなくなり脱調に至った。一方、通常遮断タイミングから遅延させた遅延遮断タイミングで遮断器を開放したシミュレーションＳｍ２は、相差角の拡大を収めることができ、その後一定の相差角まで収束し安定に至った。
【００３４】
以上より、再閉路失敗時には事故箇所の遮断を遅延させることで、発電機の脱調を回避できる場合があることが分かった。即ち、再閉路タイミングが脱調時に加速する側の発電機の位相差縮小タイミングである場合には、事故箇所の遮断を遅延させることで脱調を回避することができる。そのため、本発明のように、システムの応答時間を越えて事故箇所の遮断を意図的に遅延させることで、系統の電力動揺を抑制することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１Ａ，１Ｂ  発電機
２Ａ，２Ｂ  母線
３  送電線
４Ａ，４Ｂ  遮断器
５Ａ，５Ｂ  変流器
６Ａ，６Ｂ  保護リレー
【図１】
0005425979.tif 000005
【図２】
0005425979.tif 000006
【図３】
0005425979.tif 000007
【図４】
0005425979.tif 000008