(57)【要約】  電気回路網の分野、特に分散型発電機などの分散型電圧源を含む配電網では、回路網の動作を安全に管理する必要がある。電気回路網（１８）のための回路遮断装置（１０）は、ソース側（３０）において電気回路網（１８）のソースに、かつ、バック側（３２）において電気回路網（１８）の負荷に動作可能に接続可能な回路遮断デバイスを含む。回路遮断デバイスは、閉鎖時には、ソース側（３０）とバック側（３２）との間に電流を流すことができ、開放時には、ソース側（３０）とバック側（３２）との間に電流が流れるのを阻止する。電流遮断デバイスは、そこを流れる電流（Ｉ）が障害電流しきい値と一致するかまたはそれを超える場合に開放するように構成される。回路遮断装置（１０）は、回路遮断デバイスのバック側（３２）の負荷の変化に起因する回路遮断デバイスにおける電流値および電圧値（Ｉ、Ｕ）の変動の前後に回路遮断デバイスにおいて測定された電流値および電圧値（Ｉ、Ｕ）の関数として、予測障害電流レベル（ＩPFI）を決定するように構成された障害電流レベル決定ユニットを含む。【選択図】図１
2018506942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気回路網（１８）のための回路遮断装置（１０）であって、
ソース側（３０）において前記電気回路網（１８）のソースに動作可能に接続可能であり、かつバック側（３２）において前記電気回路網（１８）の負荷に動作可能に接続可能である回路遮断デバイスであって、閉鎖時には前記ソース側（３０）と前記バック側（３２）との間に電流を流すことができ、開放時には前記ソース側（３０）と前記バック側（３２）との間に電流が流れるのを阻止し、前記回路遮断デバイスを流れる電流が障害電流しきい値を満足するかまたは超えた場合に開くように構成される回路遮断デバイスと、
前記回路遮断デバイスの前記バック側（３２）の負荷の変化に起因する前記回路遮断デバイスにおける前記電流値および前記電圧値の変動の前後に前記回路遮断デバイスにおいて測定された電流値および電圧値の関数として、予測障害電流レベルを決定するように構成された障害電流レベル決定ユニットと、を含む回路遮断装置（１０）。
【請求項２】
前記障害電流レベル決定ユニットは、前記回路遮断デバイスのバック側（３２）の電気回路網（１８）の等価電圧源値および前記回路遮断デバイスの前記測定された電流値および電圧値から前記回路遮断デバイスの前記バック側（３２）の前記電気回路網（１８）の等価インピーダンス値の各々を決定し、前記等価電圧源値および前記等価インピーダンス値を使用して、予測障害電流レベルを決定するように構成される、請求項１に記載の回路遮断装置（１０）。
【請求項３】
前記障害電流レベル決定ユニットは、前記回路遮断デバイスにおける前記測定された電流値から電流フェーザを算出し、前記回路遮断デバイスにおける前記測定された電圧値から電圧フェーザを算出し、前記算出した電流フェーザおよび電圧フェーザを使用して、前記等価電圧源値および前記等価インピーダンス値を決定するように構成される、請求項２に記載の回路遮断装置（１０）。
【請求項４】
前記障害電流レベル決定ユニットは、
第１の時刻に前記回路遮断デバイスにおける第１の電流値および電圧値を測定し、その後に第１の電流フェーザおよび電圧フェーザを算出し、
前記第１の時刻の後の第２の時刻に前記回路遮断デバイスにおける第２の電流値および電圧値を測定し、その後に第２の電流フェーザおよび電圧フェーザを算出し、
次式により前記等価インピーダンス値を決定し、
【数１】
2018506942.tif 000049
Ｚeqは前記決定された等価インピーダンス値であり、
【数２】
2018506942.tif 000050
は前記第１の電圧フェーザであり、
【数３】
2018506942.tif 000051
は前記第２の電圧フェーザであり、
【数４】
2018506942.tif 000052
は前記第１の電流フェーザであり、
【数５】
2018506942.tif 000053
は前記第２の電流フェーザであり、
次式により前記等価電圧源値を決定するように構成され、
【数６】
2018506942.tif 000054
Ｅeqは前記決定された等価電圧源値であり、
Ｕ2は前記第２の電圧フェーザの大きさであり、
Ｉ2は前記第２の電流フェーザの大きさであり、
θU1は前記第１の電圧フェーザの角度であり、
θI1は前記第１の電流フェーザの角度であり、
θZは前記決定された等価インピーダンス値の角度である、
請求項３に記載の回路遮断装置（１０）。
【請求項５】
前記等価電圧源値および等価インピーダンス値の各々を決定する前に、前記障害電流レベル決定ユニットは、前記回路遮断デバイスにおける前記測定された電流値の変動の性質を評価するようにさらに構成される、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の回路遮断装置（１０）。
【請求項６】
前記障害電流レベル決定ユニットは、所定の程度の電流変動が生じるか否かを検出することによって、前記回路遮断デバイスの前記測定された電流値の変動の性質を評価するように構成される、請求項５に記載の回路遮断装置（１０）。
【請求項７】
前記障害電流レベル決定ユニットは、前記電流変動が前記回路遮断デバイスの前記バック側（３２）で発生するかどうかを識別することによって、前記回路遮断デバイスにおける前記測定された電流値の変動の性質を評価するように構成される、請求項５または６に記載の回路遮断装置（１０）。
【請求項８】
前記等価電圧源値および等価インピーダンス値の各々を決定した後に、前記障害電流レベル決定ユニットは、前記決定された等価電圧源値および前記決定された等価インピーダンス値の各々をフィルタリングするようにさらに構成される、請求項２乃至７のいずれか１項に記載の回路遮断装置（１０）。
【請求項９】
前記障害電流レベル決定ユニットは、所定の反復回数にわたる前記決定された等価電圧源値および前記決定された等価インピーダンス値の各々の平均を算出することによって、前記決定された等価電圧源値および前記決定された等価インピーダンス値の各々をフィルタリングするように構成される、請求項８に記載の回路遮断装置（１０）。
【請求項１０】
前記障害電流レベル決定ユニットは、前記決定された等価電圧源値および前記等価インピーダンス値の各々の前記変動を所定のしきい値と比較することによって、前記決定された等価電圧源値および前記決定された等価インピーダンス値の各々をフィルタリングし、前記変動が前記所定のしきい値よりも大きい場合には、前記対応する決定された等価電圧源値および前記対応する決定された等価インピーダンス値の各々を破棄するように構成される、請求項８または９に記載の回路遮断装置（１０）。
【請求項１１】
前記障害電流レベル決定ユニットは、前記決定された予測障害電流レベルを少なくとも１つの設定しきい値と比較し、前記比較の結果に応じて警報を発するようにさらに構成される、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の回路遮断装置（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気回路網のための回路遮断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
配電網などの電気回路網は、低炭素排出で持続可能な電力を生産する分散型電圧源、例えば分散型発電機を含むことができる。
【０００３】
従来の配電網は、双方向の電力潮流を可能にする複雑なトポロジーを有する能動配電網に徐々に変換されつつある。このような能動配電網はまた、分散型電圧源および／またはその中に含まれる各負荷に対してプラグ・アンド・プレイ機能を提供する。
【０００４】
このようなプラグ・アンド・プレイ機能は、多くの潜在的な利点をもたらすが、結果として生じる電気回路網の安全な動作を管理することに関して困難を生じさせる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１１００６９７９号明細書
【発明の概要】
【０００６】
本発明の一態様によれば、電気回路網のための回路遮断装置が提供され、回路遮断装置は、
ソース側において電気回路網のソースに動作可能に接続可能であり、かつバック側において電気回路網の負荷に動作可能に接続可能である回路遮断デバイスであって、閉鎖時にはソース側とバック側との間に電流を流すことができ、開放時にはソース側とバック側との間に電流が流れるのを阻止し、回路遮断デバイスを流れる電流が障害電流しきい値を満足するかまたは超えた場合に開くように構成される回路遮断デバイスと、
回路遮断デバイスのバック側の負荷の変化に起因する回路遮断デバイスにおける電流値および電圧値の変動の前後に回路遮断デバイスにおいて測定された電流値および電圧値の関数として、予測障害電流レベルを決定するように構成された障害電流レベル決定ユニットと、を含む。
【０００７】
関連する回路遮断デバイスの測定された電流値および電圧値のみに基づいて予測障害電流レベルを決定することが可能な障害電流決定ユニットを含むことは、回路遮断デバイスが、例えば１つまたは複数のさらなる分散型電圧源を追加することができる配電網内に配置されている場合に有利であるが、それは、回路遮断デバイスが依然として可能性のある障害電流を処理することができるか否かを評価する場合に、障害電流の潜在的な増加を（さらなる分散型電圧源の可能性のある障害電流へのさらなる寄与により）考慮に入れることができるからである。
【０００８】
このようにして、本発明の回路遮断装置は、例えば配電網が配置されているより幅広い電気回路網の安全な連続動作を保証するのに役立つことができる。
【０００９】
さらに、障害電流レベル決定ユニットは、配電網が配置されている電気回路網全体のトポロジーを知る必要なしに、回路遮断デバイスの障害電流処理能力のそのような評価を容易にすることができる。
【００１０】
さらに、このような障害電流レベル決定ユニットは、例えば、より広い電気回路網の他の場所で、可能性のある障害電流、すなわち障害電流レベル決定ユニットによって決定された予測障害電流レベルを回路遮断デバイスが処理することができないと考えられる場合には、緩和するステップを行うことを可能にし、過負荷の回路遮断デバイスを保護するために、電気回路網に障害電流リミッタを含める必要性を回避する。障害電流リミッタは、通常の動作中に回路網内の電圧に悪影響を及ぼし、それによって回路網内の各負荷の電力品質を低下させるので、障害電流リミッタを省略することが望ましい。それらを含むことはまた、最初に障害が発生する（したがって、障害電流が発生する）リスクを増加させ、そのような装置の追加コストは回路網のコスト効率を低下させる。
【００１１】
前述と同様に、このような障害電流レベル決定ユニット、すなわち予測障害電流レベルを決定することができるユニットを含めることにより、非常に低い予測障害電流レベル、例えば、関連する回路遮断デバイスのバック側が、それが位置する電気回路網から切断されることによって生じることがある電流レベルの検出が可能になる。このような検出は、次に、回路遮断デバイスのソース側に使用中に接続された各ソース、すなわち電圧源の動作を管理するために使用され、それにより、そのような各ソースの動作安全性を改善する。
【００１２】
好ましくは、障害電流レベル決定ユニットは、回路遮断デバイスのバック側の電気回路網の等価電圧源値および回路遮断デバイスの測定された電流値および電圧値から回路遮断デバイスのバック側の電気回路網の等価インピーダンス値の各々を決定し、等価電圧源値および等価インピーダンス値を使用して、予測障害電流レベルを決定するように構成される。
【００１３】
バック側の電気回路網の等価電圧源値およびバック側の電気回路網の等価インピーダンス値は、リアルタイムで決定することができ、したがって予測障害電流レベルもリアルタイムで決定することができ、これにより、例えば、任意の所与の瞬間に発生する可能性のある障害電流を回路遮断デバイスが処理可能であるかどうかを継続的に評価することができる。
【００１４】
任意選択的に、障害電流レベル決定ユニットは、回路遮断デバイスにおける測定された電流値から電流フェーザを算出し、回路遮断デバイスにおける測定された電圧値から電圧フェーザを算出し、算出した電流フェーザおよび電圧フェーザを使用して、等価電圧源値および等価インピーダンス値を決定するように構成される。
【００１５】
回路遮断デバイスにおいて測定された電流値および電圧値から電流フェーザおよび電圧フェーザを算出することは、例えば、等価電圧源値および等価インピーダンス値を計算することにより、後続の決定に関連する複雑さを低減し、そのような値を計算により決定することをはるかに容易にする。
【００１６】
障害電流レベル決定ユニットは、
第１の時刻に回路遮断デバイスにおける第１の電流値および電圧値を測定し、その後に第１の電流フェーザおよび電圧フェーザを算出し、
第１の時刻の後の第２の時刻に回路遮断デバイスにおける第２の電流値および電圧値を測定し、その後に第２の電流フェーザおよび電圧フェーザを算出し、
次式により等価インピーダンス値を決定し、
【００１７】
【数１】
2018506942.tif 000003
Ｚeqは決定された等価インピーダンス値であり、
【００１８】
【数２】
2018506942.tif 000004
は第１の電圧フェーザであり、
【００１９】
【数３】
2018506942.tif 000005
は第２の電圧フェーザであり、
【００２０】
【数４】
2018506942.tif 000006
は第１の電流フェーザであり、
【００２１】
【数５】
2018506942.tif 000007
は第２の電流フェーザであり、
次式により等価電圧源値を決定するように構成することができ、
【００２２】
【数６】
2018506942.tif 000008
Ｅeqは決定された等価電圧源値であり、Ｕ2は第２の電圧フェーザの大きさであり、Ｉ2は第２の電流フェーザの大きさであり、θU1は第１の電圧フェーザの角度であり、θI1は第１の電流フェーザの角度であり、θZは決定された等価インピーダンス値の角度である。
【００２３】
上記のように等価インピーダンス値および等価電圧源値の各々を決定するように構成された障害電流レベル決定ユニットを有することにより、計算および関連するプロセッサのオーバヘッドを比較的低くして、このような値をリアルタイムで容易に決定することができる。
【００２４】
本発明の好ましい実施形態では、等価電圧源値および等価インピーダンス値の各々を決定する前に、障害電流レベル決定ユニットは、回路遮断デバイスにおける測定された電流値の変動の性質を評価するようにさらに構成される。
【００２５】
回路遮断デバイスの測定された電流値の変動の性質を評価することにより、障害電流決定ユニットは、所与の瞬間に、等価電圧源値および等価インピーダンス値の各々を決定するために（その後に予測障害電流レベルを決定するために）移動することが望ましくないかどうかを確立することができ、それにより、例えば回路遮断デバイスにおいて測定された電流値にわずかな変動しか生じない場合に発生する可能性があるような、予測障害電流レベルにおける誤差の発生を低減するのに役立つ。
【００２６】
任意選択的に、障害電流レベル決定ユニットは、所定の程度の電流変動が生じるか否かを検出することによって、回路遮断デバイスの測定された電流値の変動の性質を評価するように構成される。
【００２７】
このように構成された障害電流レベル決定ユニットを有することにより、障害電流レベル決定ユニットの後続の動作の起動が所望される場合にのみ可能となるので、予測障害電流レベルにおける大きな誤差の可能性が低減され、回路遮断デバイスにおける第１の電流値および第１の電圧値を測定するべき第１の時刻を確立するのに役立つ。
【００２８】
本発明の別の好ましい実施形態では、障害電流レベル決定ユニットは、電流変動が回路遮断デバイスのバック側で発生するかどうかを識別することによって、回路遮断デバイスにおける測定された電流値の変動の性質を評価するように構成される。
【００２９】
電流変動が回路遮断デバイスのバック側で生じるかどうかを識別する能力は、例えば、電流変動が回路遮断デバイスのソース側で生じる場合に障害電流レベル決定ユニットの後続の動作を防止するのに役立ち、さらに、予測障害電流レベルに大きな誤差が入ることを排除するのに役立つ。
【００３０】
好ましくは、等価電圧源値および等価インピーダンス値の各々を決定した後に、障害電流レベル決定ユニットは、決定された等価電圧源値および決定された等価インピーダンス値の各々をフィルタリングするようにさらに構成される。
【００３１】
決定された等価電圧源値および等価インピーダンス値のこのようなフィルタリングは、決定された等価電圧源値および等価インピーダンス値における誤差が後続の決定された予測障害電流レベルに及ぼす影響を低減するのに役立ち、それによって決定された障害電流レベルの安定性を改善する。
【００３２】
障害電流レベル決定ユニットは、所定の反復回数にわたる決定された等価電圧源値および決定された等価インピーダンス値の各々の平均を算出することによって、決定された等価電圧源値および決定された等価インピーダンス値の各々をフィルタリングするように構成することができる。
【００３３】
決定された等価電圧源値および決定された等価インピーダンス値の平均を算出することは、例えば、それらがフルサイクルフーリエ変換によって算出される場合には、電流フェーザおよび電圧フェーザの大きさおよび角度にもたらされる誤差の影響、ならびに、これらの誤差が潜在的に誤った電流フェーザおよび電圧フェーザから決定された等価電圧源値および等価インピーダンス値に及ぼすその後の影響を低減するのに役立つ。
【００３４】
任意選択的に、障害電流レベル決定ユニットは、決定された等価電圧源値および決定された等価インピーダンス値の各々の変動を所定のしきい値と比較することによって、決定された等価電圧源値および決定された等価インピーダンス値の各々をフィルタリングし、変動が所定のしきい値よりも大きい場合には、対応する決定された等価電圧源値および対応する決定された等価インピーダンス値の各々を破棄するように構成される。
【００３５】
決定された等価電圧源値および決定された等価インピーダンス値の各々の変動を所定のしきい値と比較することは、電流フェーズおよび電圧フェーザの大きさおよび角度にもたらされる誤差の影響、ならびに、これらの誤差がそれから決定された等価電圧源値および等価インピーダンス値に及ぼすその後の影響を低減するのに役立つ。
【００３６】
好ましくは、障害電流レベル決定ユニットは、決定された予測障害電流レベルを少なくとも１つの設定しきい値と比較し、比較の結果に応じて警報を発するようにさらに構成される。
【００３７】
好ましいことに、このような構成は、その中に含まれる回路遮断デバイスが予測障害電流レベル（任意の特定の瞬間に決定される）を扱うことができない場合、あるいはその中に含まれる回路遮断デバイスのバック側が関連する電気回路網から切り離された場合に、本発明の回路遮断装置が警報を発することを可能にする。
【００３８】
次に、以下の図面を参照して、非限定的な例によって、本発明の好ましい実施形態の簡単な説明を行う。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施形態による回路遮断装置を含む電気回路網の概略図である。
【図２】図１に示す電気回路網の等価回路を示す図である。
【図３】図１に示す回路遮断装置の動作中に算出された第１および第２の電流フェーザならびに第１および第２の電圧フェーザを含むフェーザ図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明の第１の実施形態による回路遮断装置は、図１に概略的に示すように、符号１０で示してある。
【００４１】
回路遮断装置１０は、能動配電網１４の一部を形成する回路網分岐１２内にある。能動配電網１４は、第１および第２の昇圧変圧器２０、２２を介して、より広い電気回路網１８の副送電網１６に接続されている。変圧器２０、２２は、並列に、または互いに別々に動作することができる。
【００４２】
能動配電網１４は、複数の分散型電圧源２４を分散型発電機２６の形態で含む（図１ではその一部のみを示す）。しかし、分散型電圧源の他の形態も可能である。好ましくは、各分散型発電機２６は、対応する自動電圧調整器２８によって制御される。
【００４３】
回路遮断装置１０は、使用中にソース側３０において、能動配電網１４のソース、すなわち、分散型発電機２６の形態のそれぞれの分散型電圧源２４に接続された回路遮断デバイス（図示せず）を含む。回路遮断デバイスはまた、使用中にバック側３２において、電気回路網１８の残りの部分、例えば、能動配電網１４の残りの部分、副送電網１６、あるいはより広い電気回路網１８の他の部分の１つまたは複数の負荷（図示せず）に接続される。
【００４４】
回路遮断デバイスは、好ましくは、閉鎖時には、電流Ｉがそのソース側３０とバック側３２との間を流れることを可能にし、回路遮断器の形態をとっており、開放時には、電流がそのソース側３０とバック側３２の間を流れることを阻止する回路遮断器の形態をとる。回路遮断デバイス、すなわち回路遮断器は、例えば、トリッピング信号の形式の保護リレーによって提供されるように、そこを流れる電流Ｉが障害電流しきい値に合致するかそれを超える場合に開くように構成される。
【００４５】
回路遮断装置１０はまた、予測障害電流レベル、すなわち、障害３６が回路遮断装置１０の近くに発生した場合に、電気回路網１８の残りの部分の瞬時構成および動作状態を考慮して、発生すると予測される障害電流レベルを決定するように構成された電流レベル決定ユニット（図示せず）を含む。
【００４６】
電流レベル決定ユニットは、回路遮断デバイスのバック側３２における負荷の変化、すなわち、残りの電気回路網１８の負荷のうちの１つまたは複数の変化によって生じる、回路遮断デバイスにおける電流値および電圧値の変動の前後で得られた回路遮断デバイスの測定された電流Ｉおよび電圧Ｕの値の関数として、このような予測障害電流レベルを決定するように構成される。
【００４７】
より具体的には、障害電流レベル決定ユニットは、回路遮断デバイスのバック側３２における電気回路網の、すなわち残りの電気回路網１８全体の等価電圧源値Ｅeq、および回路遮断デバイスのバック側３２における残りの電気回路網１８の等価インピーダンス値Ｚeqの各々を決定するように構成される。障害電流レベル決定ユニットは、回路遮断デバイスにおける測定された電流Ｉおよび電圧Ｕの値から等価電圧源値Ｅeqおよび等価インピーダンス値Ｚeqの各々を決定するように構成される。
【００４８】
この点において、回路遮断デバイスのバック側３２、すなわち回路遮断デバイスの背後にある残りの電気回路網１８、および回路遮断デバイスのソース側３０の回路網分岐１２は、図２に示すように、テブナン等価回路３４によって表現することができる。
【００４９】
等価回路３４は、上述した等価電圧源値Ｅeqおよび等価インピーダンス値Ｚeqと同様に、回路網分岐１２の等価電圧源値ＥDG（回路網分岐１２に分散型電圧源２４、すなわち分散型発電機２６がない場合にはゼロになる）と、回路網分岐１２の等価インピーダンスＺLDと、を含む。
【００５０】
特定の瞬間に回路遮断デバイスを流れる電流Ｉ、ならびに回路遮断デバイスが曝される電圧Ｕ、すなわち回路網分岐１２の電圧レベルは、等価回路３４においてフェーザ形式でも示される。これらの２つの電流値および電圧値Ｉ、Ｕは、回路遮断装置、すなわちその中の障害電流レベル決定ユニットに対する、測定によって利用可能な唯一の電気量である。
【００５１】
障害電流レベル決定ユニットは、等価電圧源値Ｅeqおよび等価インピーダンス値Ｚeqを使用して、次式により予測障害電流レベルを決定するように構成され、
ＩPFI＝Ｅeq／Ｚeq
ここで、ＩPFIは予測障害電流レベルである。
【００５２】
図示する実施形態では、障害電流レベル決定ユニットは、回路遮断デバイスの測定された電流値Ｉから電流フェーザ
【００５３】
【数７】
2018506942.tif 000009
を、および測定された電圧値Ｕから電圧フェーザ
【００５４】
【数８】
2018506942.tif 000010
を最初に算出することによって、等価電圧源値Ｅeqおよび等価インピーダンス値Ｚeqを決定する。
【００５５】
より具体的には、障害電流レベル決定ユニットは、第１の時刻に回路遮断デバイスの第１の電流値および電圧値を測定し、その後、図３に示すように第１の電流フェーザ
【００５６】
【数９】
2018506942.tif 000011
および電圧フェーザ
【００５７】
【数１０】
2018506942.tif 000012
を算出し、図３にも示すように、第１の時刻の後の第２の時刻における回路遮断デバイスの第２の電流値および電圧値を測定し、その後、第２の電流フェーザ
【００５８】
【数１１】
2018506942.tif 000013
および電圧フェーザ
【００５９】
【数１２】
2018506942.tif 000014
を算出するように構成される。
【００６０】
各場合において、回路遮断装置１０が三相電気回路網に配置されている場合には、第１の電流フェーザ
【００６１】
【数１３】
2018506942.tif 000015
および電圧フェーザ
【００６２】
【数１４】
2018506942.tif 000016
、ならびに第２の電流フェーザ
【００６３】
【数１５】
2018506942.tif 000017
および電圧フェーザ
【００６４】
【数１６】
2018506942.tif 000018
は、各相電流および各相電圧のサンプルからそれぞれ算出される。このような三相電気回路網の通常の動作時には、三相は互いに対称であり、したがって、上記のようにそれらから算出された電流フェーザおよび電圧フェーザ
【００６５】
【数１７】
2018506942.tif 000019
、
【００６６】
【数１８】
2018506942.tif 000020
、
【００６７】
【数１９】
2018506942.tif 000021
、
【００６８】
【数２０】
2018506942.tif 000022
は、電気回路網１８の残りの部分の瞬時構成および動作状態を適切に表現する。
【００６９】
測定された電流値および電圧値から電流フェーザおよび電圧フェーザ
【００７０】
【数２１】
2018506942.tif 000023
、
【００７１】
【数２２】
2018506942.tif 000024
、
【００７２】
【数２３】
2018506942.tif 000025
、
【００７３】
【数２４】
2018506942.tif 000026
の各々の大きさおよび角度を算出することができる１つの方法は、フルサイクルフーリエ変換によるものである。
【００７４】
図３に示すように、第１の電流フェーザ
【００７５】
【数２５】
2018506942.tif 000027
および電圧フェーザ
【００７６】
【数２６】
2018506942.tif 000028
と、第２の電流フェーズ
【００７７】
【数２７】
2018506942.tif 000029
および電圧フェーザ
【００７８】
【数２８】
2018506942.tif 000030
と、の間の関係により、等価インピーダンス値Ｚeqが次式により決定され、
【００７９】
【数２９】
2018506942.tif 000031
これは次に次式から導出され、
【００８０】
【数３０】
2018506942.tif 000032
ここで、
Ｉ1は第１の電流フェーザの大きさであり、
Ｉ2は第２の電流フェーザの大きさであり、
Ｕ1は第１の電圧フェーザの大きさであり、
Ｕ2は第２の電圧フェーザの大きさであり、
θI1は第１の電流フェーザの角度であり、
θI2は第２の電流フェーザの角度であり、
θU1は第１の電圧フェーザの角度であり、
θU2は第２の電圧フェーザの角度である。
【００８１】
第１の電流フェーザ
【００８２】
【数３１】
2018506942.tif 000033
および電圧フェーザ
【００８３】
【数３２】
2018506942.tif 000034
と第２の電流フェーザ
【００８４】
【数３３】
2018506942.tif 000035
および電圧フェーザ
【００８５】
【数３４】
2018506942.tif 000036
との間の前述の関係によって、次式により等価電圧源値Ｅeqが決定され、
【００８６】
【数３５】
2018506942.tif 000037
ここで、
θZは決定された等価インピーダンス値の角度である。
【００８７】
電流フェーザおよび電圧フェーザ
【００８８】
【数３６】
2018506942.tif 000038
、
【００８９】
【数３７】
2018506942.tif 000039
、
【００９０】
【数３８】
2018506942.tif 000040
、
【００９１】
【数３９】
2018506942.tif 000041
を算出した後、等価電圧源値Ｅeqおよび等価インピーダンス値Ｚeqの各々を決定する前に、障害電流レベル決定ユニットは、回路遮断デバイスにおける測定された電流値Ｉの変動の性質を評価するようにさらに構成される。
【００９２】
最初に、障害電流レベル決定ユニットは、所定の程度の電流変動が生じるか否かを検出することによって、回路遮断デバイスで測定された電流値の変動の性質を評価するように構成される。
【００９３】
図示する実施形態では、障害電流レベル決定ユニットは、
Δｉ（ｋ）＞ε1
であるか否かを考慮して、所定の程度の電流変動が生じたかどうかを検出し、
ここで、
Δｉ（ｋ）は測定された電流値の変化であり、それは次式で与えられ、
Δｉ（ｋ）＝｜｜ｉ（ｋ）−ｉ（ｋ−Ｎ）｜−｜ｉ（ｋ−Ｎ）−ｉ（ｋ−２Ｎ）｜｜
ここで、ｉ（ｋ）は最新の測定された電流値であり、
ｉ（ｋ−Ｎ）は１サイクル前の測定された電流値であり、
ｉ（ｋ−２Ｎ）は２サイクル前の測定された電流値であり、
Ｎは１サイクルあたりのサンプル数であり、
ここで、
ε1は第１の所定のしきい値であり、一例として、０．０５ｐｕ（単位電流あたり）とすることができる。
【００９４】
好ましくは、障害電流レベル決定ユニットは、測定された電流値の変化Δｉ（ｋ）が要求された基準を満たすかどうか、すなわち第１の所定のしきい値ε1よりも大きいか否かを３回チェックする。しかしながら、本発明の他の実施形態では、それは３回より少ないかまたは３回よりも多くチェックしてもよい。さらに、本発明の他の実施形態では、障害電流レベル決定ユニットは、所定の程度の電流変動が生じたかどうかを検出するために異なるステップを使用することができる。
【００９５】
要求される基準が満たされた場合、すなわち、障害電流レベル決定ユニットが、（すなわち、誤った予測障害電流値ＩPFIが決定される可能性を低減するために）所望の程度の電流変動が生じたことを決定した場合には、障害電流レベル決定ユニットは、第２の方法で回路遮断デバイスにおける測定された電流値の変動の性質を評価するようにさらに構成される。
【００９６】
第２の方法は、電流変動が回路遮断デバイスのバック側３２上で発生するかどうかを障害電流レベル決定ユニットが識別することを必要とする。
【００９７】
障害電流レベル決定では、次式が成り立つかどうかをチェックすることによりこれを達成する。
【００９８】
【数４０】
2018506942.tif 000042
ここで、
【００９９】
【数４１】
2018506942.tif 000043
、
【０１００】
【数４２】
2018506942.tif 000044
、
【０１０１】
【数４３】
2018506942.tif 000045
は
【０１０２】
【数４４】
2018506942.tif 000046
の共役であり、
ｋは最新のサンプルであり、
ｋ’は最新の電流変動の前に記憶されたサンプルであり、
ｋとｋ’の差はＮの整数倍であり、
ε2は第２の所定のしきい値であり、
｜｜  ｜｜はノルムまたはＲＭＳ値の演算子である。
【０１０３】
第２の所定のしきい値ε2は、いくつかの実施形態ではゼロであってもよい。また、回路遮断デバイスが識別することができる最小値、すなわち測定値の比（すなわち、−１と＋１の間の値）の形で表現することもできるので、値−０．０５をとることができる。
【０１０４】
好ましくは、障害電流レベル決定ユニットは、電流変動が回路遮断デバイスのバック側３２で発生したか否かを３つの別々の機会に識別した後に、電流変動が回路遮断デバイスのバック側３２で発生したことを確認する。しかしながら、本発明の他の実施形態では、電流レベル決定ユニットは、３回よりも少ないか、または３回よりも多くチェックしてもよい。加えて、本発明の他の実施形態では、障害電流レベル決定ユニットは、電流変動が回路遮断デバイスのバック側３２で発生したことを識別するために、異なるステップを使用することができる。
【０１０５】
要求される基準が満たされた場合、すなわち、障害電流レベル決定ユニットが回路遮断デバイスのバック側３２で電流変動が発生したことを確認した場合には、障害電流レベル決定ユニットは、等価電圧源値Ｅeqおよび等価インピーダンス値Ｚeqを上述した方法で算出する。
【０１０６】
等価電圧源値Ｅeqおよび等価インピーダンス値Ｚeqの各々を決定した後に、障害電流レベル決定ユニットは、決定された等価電圧源値Ｅeqおよび等価インピーダンス値Ｚeqの各々をフィルタリングするようにさらに構成される。
【０１０７】
より具体的には、障害電流レベル決定ユニットは、所定の反復回数にわたる決定された等価電圧源値Ｅeqおよび決定された等価インピーダンス値Ｚeqの各々の平均を算出することによって、決定された等価電圧源値Ｅeqおよび決定された等価インピーダンス値Ｚeqの各々をフィルタリングするように構成される。
【０１０８】
障害電流レベル決定ユニットは、
【０１０９】
【数４５】
2018506942.tif 000047
、および
【０１１０】
【数４６】
2018506942.tif 000048
により、そのような平均を算出することができる。
【０１１１】
第１の決定された等価電圧源およびインピーダンス値Ｅeq、Ｚeqが決定されると、障害電流レベル決定ユニットは前述の平均フィルタを開始する。新しいサンプル期間ごとに、新しい算出された等価電圧源およびインピーダンス値Ｅ’eq、Ｚ’eqが平均計算結果に加算される。
【０１１２】
平均等価電圧源およびインピーダンス値Ｅeq、Ｚeqが算出される所定の反復回数は、好ましくは、基本周波数の２サイクル、例えばサイクルあたり２４サンプルのサンプリングレートについて４８回の反復またはサンプルと等価である。
【０１１３】
図示する実施形態では、障害電流レベル決定ユニットはまた、決定された等価電圧源値Ｅeqおよび決定された等価インピーダンス値Ｚeqの各々の変動を、対応する第３または第４の所定のしきい値ε3、ε4と比較することによって、すなわち、
｜Ｚ’eq（ｋ）−Ｚ’eq（ｋ−１）｜／｜Ｚ’eq（ｋ）｜＜ε3、および
｜Ｅ’eq（ｋ）−Ｅ’eq（ｋ−１）｜／｜Ｅ’eq（ｋ）｜＜ε4
により、決定された等価電圧源値Ｅeqおよび決定されたインピーダンス値Ｚeqをフィルタリングするように構成される。
【０１１４】
好ましくは、第３の所定のしきい値ε3は０．００１と０．０１の間にあり、第４の所定のしきい値ε4も０．００１と０．０１の間にある。
【０１１５】
決定された等価電圧源値Ｅeqまたは決定された等価インピーダンス値Ｚeqのいずれかの変動が対応する第３または第４の所定のしきい値ε3、ε4以上である場合には、障害電流レベル決定ユニットは、対応する決定された等価電圧源値Ｅeqまたは対応する決定された等価インピーダンス値Ｚeqを破棄する。
【０１１６】
より具体的には、障害電流レベル決定ユニットは、決定された等価電圧源値Ｅeqおよび決定された等価インピーダンス値Ｚeqの各々の変動が対応するしきい値ε3、ε4を下回っているかどうかを３つの別々の機会にチェックした後に、上記決定された等価電圧源値およびインピーダンス値Ｅeq、Ｚeqの安定性を確認する。
【０１１７】
本発明の他の実施形態では、電流レベル決定ユニットは、３回よりも少ないか、または３回よりも多くチェックしてもよい。さらに、本発明の他の実施形態では、障害電流レベル決定ユニットは、異なるステップを使用して、決定された等価電圧源値およびインピーダンス値Ｅeq、Ｚeqの変動を比較することができる。
【０１１８】
いずれにしても、決定された等価電圧源値およびインピーダンス値Ｅeq、Ｚeqの安定性が確認されると、障害電流レベル決定ユニットは、
ＩPFI＝Ｅeq／Ｚeq
を用いて予測障害電流レベルＩPFIを決定する。
【０１１９】
障害電流レベル決定ユニットは、予測障害電流レベルＩPFIのこのような決定に続いて、決定された予測障害電流レベルＩPFIを第１および第２の設定しきい値の各々と比較し、各比較の結果に応じて警報を発するように構成される。
【０１２０】
より具体的には、障害電流レベル決定ユニットは、決定された予測障害電流レベルＩPFIを回路遮断デバイスの定格開放能力に対応する第１の設定しきい値と比較する。決定された予測障害電流レベルＩPFIが第１の設定しきい値よりも大きい場合、すなわち回路遮断デバイスの定格開放能力よりも大きい場合には、それが発生した場合に実際の障害電流レベルを回路遮断デバイスが処理することができないので、障害電流レベル決定ユニットは、警報、例えば可聴警報および／または可視警報を発する。
【０１２１】
障害電流レベル決定ユニットはまた、決定された予測障害電流レベルＩPFIを、回路遮断デバイスが配置されている電気回路網１８の残りの部分の最小障害電流供給能力に対応する第２の設定しきい値と比較し、それにより回路遮断デバイスのバック側が上記電気回路網１８の残りの部分から切り離されることを示す。
【０１２２】
予測障害電流レベルＩPFIが第２の設定しきい値未満である場合、すなわち予測障害電流レベルが回路遮断デバイスのバック側が電気回路網１８の残りの部分から切り離されたことを示す場合には、障害電流レベル決定ユニットは、警報、例えば可聴警報および／または可視警報を発する。
【符号の説明】
【０１２３】
１０  回路遮断装置
１２  回路網分岐
１４  能動配電網
１６  副送電網
１８  電気回路網
２０  第１の昇圧変圧器
２２  第２の昇圧変圧器
２４  分散型電圧源
２６  分散型発電機
２８  自動電圧調整器
３０  ソース側
３２  バック側
３４  テブナン等価回路
３６  障害
【図１】
2018506942.tif 000055
【図２】
2018506942.tif 000056
【図３】
2018506942.tif 000057
【国際調査報告】
2018506942.tif 000058
2018506942.tif 000059