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技術 回路遮断装置における改良または回路遮断装置に関連する改良

出願人 ゼネラルエレクトリックテクノロジーゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング
発明者 リ,ボトンファン,ウェンタオハ,ヘンシュスリ・ゴパラ・クリシュナ・ムルチ,サンカラ・スブラマニアン
出願日 2015年12月22日 (5年0ヶ月経過) 出願番号 2017-531740
公開日 2018年3月8日 (2年9ヶ月経過) 公開番号 2018-506942
状態 拒絶査定
技術分野 非常保護回路装置(単入力保護リレー)
主要キーワード テブナン 電気回路網 分散型発電機 可視警報 障害電流 電圧フェーザ フェーザ図 フェーザ
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (4)

課題・解決手段

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。

概要

背景

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。

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。

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。

概要

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。

目的

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

効果

実績

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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、Zeqは前記決定された等価インピーダンス値であり、は前記第1の電圧フェーザであり、は前記第2の電圧フェーザであり、は前記第1の電流フェーザであり、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、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)。

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

0005

独国特許出願公開第102011006979号明細書

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

Zeqは決定された等価インピーダンス値であり、

0018

は第1の電圧フェーザであり、

0019

は第2の電圧フェーザであり、

0020

は第1の電流フェーザであり、

0021

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

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

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1に示す電気回路網の等価回路を示す図である。
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。

実施例

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、トリッピング信号形式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

を、および測定された電圧値Uから電圧フェーザ

0054

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

および電圧フェーザ

0057

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

および電圧フェーザ

0059

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

および電圧フェーザ

0062

、ならびに第2の電流フェーザ

0063

および電圧フェーザ

0064

は、各相電流および各相電圧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

0066

0067

0068

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

0071

0072

0073

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

および電圧フェーザ

0076

と、第2の電流フェーズ

0077

および電圧フェーザ

0078

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

これは次に次式から導出され、

0080

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

および電圧フェーザ

0083

と第2の電流フェーザ

0084

および電圧フェーザ

0085

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

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

0089

0090

0091

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

ここで、

0099

0100

0101

0102

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

、および

0110

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。

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

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