(57)【要約】【課題】電力系統における電流の向きを判定する際の電圧の取り込みを最小限にする。【解決手段】電力系統における電流の向きを判定する方向判定器であって、前記電力系統における電圧の位相が第１角度になる毎に信号レベルが変化するようにトリガ信号を出力する電圧計測器から、前記トリガ信号を取得するトリガ信号取得部と、前記電力系統における前記電流の位相を計測する位相計測部と、前記トリガ信号の前記信号レベルが変化する第１タイミングと前記電流の位相が第２角度になった第２タイミングとの間の位相差によって、前記電流の向きを判定する方向判定部と、を備えることを特徴とする方向判定器。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統における電流の向きを判定する方向判定器であって、
前記電力系統における電圧の位相が第１角度になる毎に信号レベルが変化するようにトリガ信号を出力する電圧計測器から、前記トリガ信号を取得するトリガ信号取得部と、
前記電力系統における前記電流の位相を計測する位相計測部と、
前記トリガ信号の前記信号レベルが変化する第１タイミングと前記電流の位相が第２角度になった第２タイミングとの間の位相差によって、前記電流の向きを判定する方向判定部と、
を備えることを特徴とする方向判定器。
【請求項２】
請求項１に記載の方向判定器であって、
前記電力系統における前記電圧及び前記電流の位相差と、前記電流の向きと、の対応関係を記録した方向判定テーブルと、
をさらに備え、
前記方向判定部は、前記方向判定テーブルを参照することによって、前記第１タイミングと前記第２タイミングとの間の前記位相差から、前記電流の向きを判定する
ことを特徴とする方向判定器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方向判定器であって、
前記トリガ信号取得部は、有線ケーブルによって前記電圧計測器と接続され、前記電圧計測器から前記有線ケーブルを介して前記トリガ信号を取得する
ことを特徴とする方向判定器。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の方向判定器であって、
前記トリガ信号取得部は、前記電圧計測器から送信される無線信号を受信可能に構成され、前記電圧計測器から送信される前記無線信号を受信することによって前記トリガ信号を取得する
ことを特徴とする方向判定器。
【請求項５】
電力系統に設置され、前記電力系統における電圧の位相を計測する電圧計測器と、
前記電力系統に設置され、前記電力系統における電流の向きを判定する方向判定器と、
を備え、
前記電圧計測器は、
前記電力系統の電圧の位相を計測する電圧計測部と、
前記電圧の位相が第１角度になる毎に信号レベルが変化するようにトリガ信号を出力するトリガ信号出力部と、
を有し、
前記方向判定器は、
前記電圧計測器から、前記トリガ信号を取得するトリガ信号取得部と、
前記電力系統における前記電流の位相を計測する位相計測部と、
前記トリガ信号の前記信号レベルが変化する第１タイミングと前記電流の位相が第２角度になった第２タイミングとの間の位相差によって、前記電流の向きを判定する方向判定部と、
を有することを特徴とする方向判定システム。
【請求項６】
請求項５に記載の方向判定システムであって、
前記方向判定器は、前記電力系統における前記電圧及び前記電流の位相差と、前記電流の向きと、の対応関係を記録した方向判定テーブルをさらに備え、
前記方向判定器の前記方向判定部は、前記方向判定テーブルを参照することによって、前記第１タイミングと前記第２タイミングとの間の前記位相差から、前記電流の向きを判定する
ことを特徴とする方向判定システム。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の方向判定システムであって、
前記方向判定器は、有線ケーブルによって前記電圧計測器と接続され、
前記トリガ信号取得部は、前記電圧計測器から前記有線ケーブルを介して前記トリガ信号を取得する
ことを特徴とする方向判定システム。
【請求項８】
請求項５又は６に記載の方向判定システムであって、
前記電圧計測器は、前記トリガ信号を無線信号により送信可能な送信機をさらに備え、
前記方向判定器は、前記電圧計測器から送信される前記無線信号を受信可能な受信機をさらに備え、
前記トリガ信号取得部は、前記電圧計測器から送信される前記無線信号を受信することによって前記トリガ信号を取得する
ことを特徴とする方向判定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方向判定器及び方向判定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光発電設備や風力発電設備等の再生エネルギーを利用した発電設備が各地に設置されており、配電用変電所における逆潮流の発生が懸念されている。そのため、電力系統における電流の向きを計測する重要性が増している。
【０００３】
電流の向きを計測する技術に関しては、例えば短絡事故発生時に電流の向きを検出することで、事故が起こった場所を特定する技術が開発されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００-１６６０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら電力系統における電流の向きを判定するためには、特許文献１にも記載されているように、電流と電圧の位相を計測する必要がある。
【０００６】
電流の位相は、架線の周囲の磁界の変化から間接的に電流の波形を計測することによって計測することが可能であるが、電圧の位相は、方向判定器内に電圧を取り込んで計測する必要がある。
【０００７】
このため、電力系統における電流の向きを計測する際には、各計測地点においてそれぞれ架線と方向判定器とを電気的に接続し、方向判定器内に電圧を取り込む必要があり、感電事故や短絡事故などを起こさないように万全の注意を払うことが必要である。またこのような事故を避けるために、方向判定器の装着を行う間、一時的に付近を停電させる場合もある。
【０００８】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、電力系統における電流の向きを判定する際の電圧の取り込みを最小限にすることを一つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一つの側面に係る方向判定器は、電力系統における電流の向きを判定する方向判定器であって、前記電力系統における電圧の位相が第１角度になる毎に信号レベルが変化するようにトリガ信号を出力する電圧計測器から、前記トリガ信号を取得するトリガ信号取得部と、前記電力系統における前記電流の位相を計測する位相計測部と、前記トリガ信号の前記信号レベルが変化する第１タイミングと前記電流の位相が第２角度になった第２タイミングとの間の位相差によって、前記電流の向きを判定する方向判定部と、を備えることを特徴とする方向判定器。
【００１０】
その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄の記載、及び図面の記載等により明らかにされる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電力系統における電流の向きを判定する際の電圧の取り込みを最小限にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係る配電系統の全体構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係る電流計を用いて配電線における電流の向きを判定する際の様子を示す図である。
【図３】本実施形態に係る配電線における電圧及び電流の位相と、電圧の位相に同期して電圧検出装置から出力されるトリガ信号と、を示す図である。
【図４】本実施形態に係る配電線における電圧及び電流の位相と、電圧の位相に同期して電圧検出装置から出力されるトリガ信号と、を示す図である。
【図５】本実施形態に係る方向判定テーブルを示す図である。
【図６】本実施形態に係る配電系統の状態を表すベクトル図である。
【図７】本実施形態に係る配電系統の状態を表すベクトル図である。
【図８】本実施形態とは異なる電流計を用いて配電線における電流の向きを判定する際の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
【００１４】
本実施形態に係る配電系統（電力系統）１０００の全体構成を図１に示す。本実施形態に係る配電系統１０００は、配電用変電所５００及び配電用変電所５００から延設する第１配電線７００ａ及び第２配電線７００ｂを有して構成される。
【００１５】
配電用変電所５００は、変圧器５１０、母線５２０、遮断器５３０を備えて構成され、不図示の上位変電所から送電されてくる電力を、変圧器５１０により変圧した後、母線５２０に接続される第１遮断器（ＣＢ１とも記す）５３０ａ及び第２遮断器（ＣＢ２とも記す）５３０ｂを介して、それぞれ、第１配電線７００ａ及び第２配電線７００ｂに供給する。
【００１６】
第１配電線７００ａは、第１遮断器５３０ａから延設されてなり、第２配電線７００ｂは、第２遮断器５３０ｂから延設されてなる。
【００１７】
第１配電線７００ａ及び第２配電線７００ｂは、それぞれ複数の開閉器３００を有している。図１には、第１配電線７００ａに設けられる開閉器３００のうちの３つ（Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３）と、第２配電線７００ｂに設けられる開閉器３００のうちの一つ（Ｎ９）が記されている。
【００１８】
また第１配電線７００ａ及び第２配電線７００ｂは、それぞれ、開閉器３００によって複数の区間に区分されている。
【００１９】
図１には、第１配電線７００ａにおいて、第１遮断器５３０ａに近い順に、第１区間（Ｓ１）から第４区間（Ｓ４）が示されており、第２配電線７００ｂにおいて、第２遮断器５３０ｂに近い順に、第９区間（Ｓ９）と第１０区間（Ｓ１０）が示されている。
【００２０】
また区間Ｓ４及びＳ１０には、それぞれ分散型電源２００が連系している。分散型電源２００は、例えば太陽光発電設備や風力発電設備である。
【００２１】
これらの分散型電源２００によって発電された電力に余剰が生じた場合には、分散型電源２００から配電線７００への逆潮流が発生する。このとき、配電用変電所５００から配電線７００に供給される電力供給量と、その配電線７００に連系する分散型電源２００からの逆潮流分の電力と、その配電線７００における電力消費量と、の需給バランスや配電線７００における潮流の状態によって、配電用変電所５００において逆潮流が発生する場合がある。
【００２２】
逆潮流が発生したことは、本実施形態に係る方向判定システム９００を用いて、配電線７００における電流の向きを計測することにより検出することができる。
【００２３】
本実施形態に係る方向判定システム９００は、以下に述べるように、電圧検出装置（電圧計測器）４００と、電流計（方向判定器）１００とを備えて構成される。なお、本実施形態に係る電流計１００は、以下に述べるように、電圧を取り込むことなく電流の向きを判定することが可能である。
【００２４】
図２は、配電用変電所５００において、本実施形態に係る方向判定システム９００を用いて、配電線７００ａ、７００ｂにおける電流の向きを判定する際の様子を示す図である。なお本実施形態では、Ｓ相における電流の向きを判定する場合を例示する。
【００２５】
配電線７００における電流の向きを判定するためには、電流と電圧の位相を計測する必要がある。
【００２６】
電圧の位相を計測するために、本実施形態では、母線５２０からＧＰＴ（Grounding Potential Transformer）６００を介して電圧を取り込む電圧検出装置（電圧計測器）４００が配電用変電所５００に設けられている。
【００２７】
ＧＰＴ６００は、一次巻線６１０、二次巻線６２０、三次巻線６３０を有して構成され、一次巻線６１０は母線５２０に接続され、二次巻線６２０は電圧検出用架線５２１に接続されている。なお三次巻線６３０は、不図示の電気回路に接続されている。
【００２８】
母線５２０は例えば定格６６００ボルトであり、電圧検出用架線５２１は例えば定格１００ボルトである。母線５２０における電圧と電圧検出用架線５２１における電圧は、振幅は異なるが位相は揃っている。
【００２９】
電圧検出装置４００は、電圧検出用架線５２１から電圧を取り込んで、電圧の位相を計測する。そして以下に述べるように、電圧検出装置４００は、電圧の位相が第１角度になる毎に信号レベルが変化するようにトリガ信号を出力する。
【００３０】
電圧検出装置４００は、演算部（トリガ信号出力部）４１０と電圧入力部（電圧計測部）４２０と備えている。
【００３１】
本実施形態では、電圧入力部４２０は、電圧検出用架線５２１のｓ相及びｎ相（ｎ相は接地されている）に接続され、電圧検出用架線５２１のｓ相の電圧を取得する。そして電圧入力部４２０は、ｓ相の電圧の波形から、位相を検出する。
【００３２】
一方、演算部４１０は、電圧の位相に同期して信号レベルが変化するようにトリガ信号を生成する。例えば演算部４１０は、電圧の位相が９０°（第１角度）になる毎にＬレベルからＨレベルに信号レベルが変化し、２７０°になる毎にＨレベルからＬレベルに信号レベルが変化するようなトリガ信号を生成する。
【００３３】
なお本実施形態では、ｓ相の電圧がｎ相の電圧に対して負から正に切り替わるときの位相を０°（０）とし、正から負に切り替わるときの位相を１８０°（π）としている。そのため、ｓ相の電圧の振幅が正の最大となるときの位相は９０°（π／２）、負の最大となるときの位相は２７０°（３π／２）となる。
【００３４】
本実施形態に係る演算部４１０が、電圧検出用架線５１０から取り込んだｓ相の電圧の位相に同期して信号レベルが変化するようなトリガ信号を生成する様子を図３の「電圧」欄、「トリガ信号」欄に示す。
【００３５】
図３には、vo、v4、v8で示す各タイミングでｓ相の電圧の位相が９０°（第１角度）になり、これらのタイミングでトリガ信号がＬレベルからＨレベルに立ち上がっていることが示されている。またv2、v6に示す各タイミングで、ｓ相の電圧の位相が２７０°になり、これらのタイミングでトリガ信号がＨレベルからＬレベルに立ち下がっていることが示されている。
【００３６】
図２に戻って、演算部４１０は、このトリガ信号をトリガ信号出力部４３０から出力する。このトリガ信号は、本実施形態では、電圧検出装置４００と電流計１００とを接続するトリガ信号線５２２を介して電流計１００のトリガ信号取得部１３０に取り込まれる。
【００３７】
なお図２に示すように、有線のトリガ信号線５２２を介して電圧検出装置４００から電流計１００にトリガ信号を伝達しても良いが、電圧検出装置４００及び電流計１００にそれぞれ無線の送信機及び受信機を設け、無線によってトリガ信号を伝達しても良い。後者の場合、電流計１００に設けられる受信機がトリガ信号取得部１３０に相当する。
【００３８】
有線を用いてトリガ信号を伝達する場合は、トリガ信号を確実に電圧検出装置４００から電流計１００に伝達することができるメリットがあり、無線を用いてトリガ信号を伝達する場合は、トリガ信号線５２２のようなケーブルを引き回すことが不要にできるため、電圧検出装置４００や電流計１００の取り回しを容易にでき、作業性を向上させることができるメリットがある。
【００３９】
電流計１００は、電圧検出装置４００から取得したトリガ信号の信号レベルが変化するタイミング（第１タイミング）と、配電線７００のＳ相における電流の位相が第２角度（例えば９０°）になったタイミング（第２タイミング）と、の間の位相差によって、電流の向きを判定する。
【００４０】
電流計１００は、演算部１１０と電流入力部１２０とを備えて構成されている。
【００４１】
電流入力部１２０は、配電線７００のＳ相に装着されるクランプ１２１を介してＳ相に生じる磁界の変化を捉え、この磁界の変化から、配電線７００のＳ相の電流の波形を取得する。
【００４２】
第１配電線（配電線１）７００ａのＳ相に装着された電流計１００の電流入力部１２０によって取得された電流の波形を、図３の「配電線１電流」欄に示す。
【００４３】
演算部（トリガ信号取得部、位相計測部、方向判定部）１１０は、この電流波形から、配電線７００を流れる電流の位相を計測するとともに、電流の位相が９０°（第２角度）になった時のタイミングと、電圧検出装置４００から取得したトリガ信号の信号レベルがＬからＨに変化したタイミング（第１タイミング）と、の間の位相差によって、電流の向きを判定する。
【００４４】
なお本実施形態では、電流の振幅が正の最大となるときの位相を９０°（π／２）、負の最大となるときの位相を２７０°（３π／２）している。
【００４５】
図３には、a0、a1、a2で示す各タイミングで、第１配電線７００ａのＳ相の電流の位相が９０°（第２角度）になるとともに、t0、t1、t2で示す各タイミングで、トリガ信号の信号レベルがＬからＨに変化していることが示されている。
【００４６】
なお演算部１１０は、a0、a1、a2で示す各タイミングの間の時間、あるいは、t0、t1、t2で示す各タイミングの間の時間を計測することにより、配電線７００における電圧あるいは電流の周期を計測することができる。例えば配電線７００が６０ヘルツである場合には、a0からa1までに要する時間は16.7ミリ秒になり、５０ヘルツである場合には、a0からa1までに要する時間は20ミリ秒になる。もちろん演算部１１０は、配電線７００の周波数が予め分かっている場合には、配電線７００における電圧あるいは電流の周期を計測する必要はない。
【００４７】
次に演算部１１０は、配電線７００における電圧あるいは電流の周期と、t0からa0までに要した時間と、から、電圧と電流との位相差を求める。なお、t1からa1、t2からa2についても同様に、順次継続して位相差を求める。
【００４８】
そして演算部１１０は、電流計１００が有する図示しないメモリに記憶されている方向判定テーブル１４０を参照することにより、電流の向きを判定する。
【００４９】
方向判定テーブル１４０の例を図５に示す。図５に示すように、方向判定テーブル１４０は、配電系統１０００における電圧及び電流の位相差と、電流の向きと、の対応関係を記録したテーブルである。
【００５０】
図３に示した例では、電圧と電流の位相差（t0〜a0、t1〜a1、t2〜a2）は０°以上９０°未満（０〜π／２）であるため、第１配電線７００ａの電流は、「下り（誘導性）」であることが判明する。
【００５１】
なお図５に示した方向判定テーブル１４０は、配電系統１０００の状態を表した図６に示すベクトル図に基づいて作成することができる。ここで、図６のベクトル図には、配電系統１０００の状態が誘導性あるいは容量性のいずれかに明確に特定できる理想的な場合について記載されているが、現実の配電系統１０００は、完全な誘導性、あるいは完全な容量性になることはなく、電圧と電流との位相差は、図７のベクトル図に示すような範囲に収まるため、電圧と電流との位相差に誤差が含まれていても、図５に示した方向判定テーブル１４０を用いて電流の向きの判定を行うことが可能である。
【００５２】
次に、第２配電線７００ｂにおける電流の向きを判定する場合の例を、図４を参照しながら説明する。
【００５３】
図４に示す「電圧」欄、「トリガ信号」欄の波形は、図３に示した波形と同じである。そして「配電線２電流」欄には、第２配電線７００ｂのＳ相に装着された電流計１００の電流入力部１２０によって取得された電流の波形が示されている。
【００５４】
演算部１１０は、第２配電線７００ｂにおける電圧あるいは電流の周期と、t0からb1までに要した時間と、から、電圧と電流との位相差を求める。
【００５５】
そして演算部１１０は、電圧と電流の位相差（t0〜b0、t1〜b1、t2〜b2）は９０°以上１８０°未満（π／２〜π）であるため、図５に示す方向判定テーブル１４０を参照して、第２配電線７００ｂの電流は、「上り（容量性）」であること判定することができる。
【００５６】
以上本実施形態に係る方向判定システム９００、電圧検出装置４００及び電流計１００について説明したが、本実施形態に係る方向判定システム９００、電圧検出装置４００及び電流計１００によれば、配電系統１０００における電流の向きを判定する際の電圧の取り込みを最小限にすることが可能となる。これにより、電流の向きを判定する際の作業性及び安全性を大きく向上させることができる。例えば配電線７００に電流計１００を装着する際に付近を停電させる必要もなく、さらに感電事故や短絡事故を起こさないようにすることも可能となる。
【００５７】
この点に関して、例えば図８に示すように、本実施形態とは異なり、配電系統１０００から電圧及び電流を取り込んで電流の向きを判定する方式の電流計１１００を用いた場合には、ＧＰＴ６００から電流計１１００に電圧を取り込むためのケーブルを必ず引き回す必要がある上、電圧を電流計１１００に直接取り込むことにより、感電事故や短絡事故などに対する細心の注意が必要になる。
【００５８】
これに対して、本実施形態に係る方向判定システム９００、電圧検出装置４００及び電流計１００を用いるようにすることによって、図１に示すように配電用変電所５００から分岐する配電線７００が複数ある場合であっても、電圧の位相を検出するために用いる電圧検出装置４００を１カ所だけに設置すれば足りるため、作業を容易かつ安全に行うことが可能となり、さらに、全体のコストを削減することも可能となる。
【００５９】
配電用変電所５００から分岐する配電線７００が複数ある場合には、図２に示したように、１カ所に電圧検出装置４００を設置しさえすれば、各配電線７００にそれぞれ電流計１００を装着するのみで、同時に複数の配電線７００の電流の向きを測定することができる。これにより配電線７００の電流の向きの測定を効率的に行うことが可能となる。
【００６０】
もちろん、一つの電流計１００を各配電線７００に順番に装着することで、各配電線７００の電流の向きを逐次に測定するようにすることもできる。このような態様によっても、最小限の電圧取り込みのみで複数の配電線７００の電流の向きを測定することができる。
【００６１】
また、電流計１００と電圧検出装置４００との間を無線通信可能に接続するようにすれば、電流計１００と電圧検出装置４００との間をつなぐケーブルを不要にできるため、より一層の作業効率化を図ることが可能となる。
【００６２】
なお、上述した電圧検出装置４００及び電流計１００は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリを有し、ＣＰＵが所定の制御プログラムを実行することにより上述した各機能を実現する。あるいは電圧検出装置４００及び電流計１００は、ＣＰＵを備えずに、上述した各機能を実現するように予めロジックが組み込まれた電子回路を有して構成され、この電子回路が動作することにより上述した各機能が実現されるようにしても良い。
【００６３】
また本実施形態では、配電系統１０００における電流の向きを判定する場合について説明したが、送電系統における電流の向きを判定する場合も原理は同様である。
【００６４】
また本実施形態では、電流計１００と電圧検出装置４００とのいずれも、同じ相（ｓ相）から電流および電圧を取得する場合を説明したが、同じ相から取得する必要はない。異なる相から取得する場合には、図５に示した方向判定テーブル１４０の位相差欄を適宜書き換えればよい。
【００６５】
以上、本実施形態に係る方向判定器は、電力系統における電流の向きを判定する方向判定器であって、前記電力系統における電圧の位相が第１角度になる毎に信号レベルが変化するようにトリガ信号を出力する電圧計測器から、前記トリガ信号を取得するトリガ信号取得部と、前記電力系統における前記電流の位相を計測する位相計測部と、前記トリガ信号の前記信号レベルが変化する第１タイミングと前記電流の位相が第２角度になった第２タイミングとの間の位相差によって、前記電流の向きを判定する方向判定部と、を備える。
【００６６】
また上記の方向判定器は、前記電力系統における前記電圧及び前記電流の位相差と、前記電流の向きと、の対応関係を記録した方向判定テーブルと、をさらに備え、前記方向判定部は、前記方向判定テーブルを参照することによって、前記第１タイミングと前記第２タイミングとの間の前記位相差から、前記電流の向きを判定しても良い。
【００６７】
なお上述した実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
【符号の説明】
【００６８】
１００    電流計
１１０    演算部
１２０    電流入力部
１２０    クランプ
１３０    トリガ信号取得部
１４０    方向判定テーブル
２００    分散型電源
３００    開閉器
４００    電圧検出装置
４１０    演算部
４２０    電圧入力部
４３０    トリガ信号出力部
５００    配電用変電所
５１０    変圧器
５２０    母線
５２１    電圧検出用架線
５２２    トリガ信号線
５３０    遮断器
６００    ＧＰＴ
６１０    一次巻線
６２０    二次巻線
６３０    三次巻線
７００    配電線
８００    記録媒体
９００    方向判定システム
１０００  配電系統
１１００  電流計
１１１０  演算部
１１２０  電流入力部
１１２１  クランプ
１１３０  電圧入力部
【図１】
2018091800.tif 000003
【図２】
2018091800.tif 000004
【図３】
2018091800.tif 000005
【図４】
2018091800.tif 000006
【図５】
2018091800.tif 000007
【図６】
2018091800.tif 000008
【図７】
2018091800.tif 000009
【図８】
2018091800.tif 000010