特許 6249103 異常記録から素子の全パラメータを識別する方法とシステム、及び異常箇所特定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6249103

(24)【登録日】2017年12月1日

(45)【発行日】2017年12月20日

(54)【発明の名称】異常記録から素子の全パラメータを識別する方法とシステム、及び異常箇所特定方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/00 20060101AFI20171211BHJP

   H02J 3/24 20060101ALI20171211BHJP

【ＦＩ】

   H02J3/00 170

   H02J3/24

【請求項の数】12

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2016-537100(P2016-537100)

(86)(22)【出願日】2014年7月7日

(65)【公表番号】特表2016-530866(P2016-530866A)

(43)【公表日】2016年9月29日

(86)【国際出願番号】CN2014081746

(87)【国際公開番号】WO2015027757

(87)【国際公開日】20150305

【審査請求日】2016年4月6日

(31)【優先権主張番号】201310383000.X

(32)【優先日】2013年8月28日

(33)【優先権主張国】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】515103685

【氏名又は名称】▲ハォ▼玉山

(74)【代理人】

【識別番号】100091683

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼川 俊雄

(74)【代理人】

【識別番号】100179316

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 寛奈

(72)【発明者】

【氏名】▲ハォ▼玉山

【審査官】 赤穂 嘉紀

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０１３７８３４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−０６４４６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００８６４５９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−２２３６４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２８９０８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ３／００

Ｈ０２Ｊ ３／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

異常記録データから電気素子の全パラメータを識別する方法であって、
電気素子に関する異常記録データを入力するステップＳ１と、
前記異常記録データをデータ処理するステップであって、スケール変換を行うＳ２１と、記録データの時間スケールを揃えるＳ２２と、異常期間のデータを切り取るＳ２３とを含むステップＳ２と、
切り取ったデータと素子の全パラメータ微分方程式から素子の全パラメータを識別するステップＳ３と、
識別結果を出力するステップＳ４と、を含み、
電気素子に関する異常記録データを入力する前記ステップＳ１において、
二端子素子について、素子左側の三相電圧ｕ_a1、ｕ_b1、ｕ_c1と零相電圧ｕ_o1、左側の三相電流ｉ_a1、ｉ_b1、ｉ_c1と零相電流ｉ_o1、及び右側の三相電圧ｕ_a2、ｕ_b2、ｕ_c2と零相電圧ｕ_o2、右側の三相電流ｉ_a2、ｉ_b2、ｉ_c2と零相電流ｉ_o2のサンプリング値とサンプリングタイムを入力し、左側を｛ｕ_a1k、ｕ_b1k、ｕ_c1k、ｕ_o1k、ｉ_a1k、ｉ_b1k、ｉ_c1k、ｉ_o1k、ｔ_1k}、右側を｛ｕ_a2j、ｕ_b2j、ｕ_c2j、ｕ_o2j、ｉ_a2j、ｉ_b2j、ｉ_c2j、ｉ_o2j、ｔ_2j}、ｋ＝１，２，…，Ｎ、ｊ＝１，２，…，Ｍとし、
三端子素子について、素子における第１側の三相電圧ｕ_a1、ｕ_b1、ｕ_c1と零相電圧ｕ_o1、三相電流ｉ_a1、ｉ_b1、ｉ_c1と零相電流ｉ_o1、第２側の三相電圧ｕ_a2、ｕ_b2、ｕ_c2と零相電圧ｕ_o2、三相電流ｉ_a2、ｉ_b2、ｉ_c2と零相電流ｉ_o2、及び第３側の三相電圧ｕ_a3、ｕ_b3、ｕ_c3と零相電圧ｕ_o3、三相電流ｉ_a3、ｉ_b3、ｉ_c3と零相電流ｉ_o3のサンプリング値とサンプリングタイムを入力し、第１側を｛ｕ_a1k、ｕ_b1k、ｕ_c1k、ｕ_o1k、ｉ_a1k、ｉ_b1k、ｉ_c1k、ｉ_o1k、ｔ_1k}、第２側を｛ｕ_a2j、ｕ_b2j、ｕ_c2j、ｕ_o2j、ｉ_a2j、ｉ_b2j、ｉ_c2j、ｉ_o2j、ｔ_2j}、第３側を｛ｕ_a3l、ｕ_b3l、ｕ_c3l、ｕ_o3l、ｉ_a3l、ｉ_b3l、ｉ_c3l、ｉ_o3l、ｔ_3l}、ｋ＝１，２，…，Ｎ、ｊ＝１，２，…，Ｍ、ｌ＝１，２，…，とし、
ステップＳ２３の前に、デジタルフィルタリングを行うステップＳ２３ａと、リサンプリングを行うステップＳ２３ｂを挿入し、
前記ステップＳ２３ａにおいて、サンプリング周波数の上限ｆ_csを特定し、前記デジタルフィルタリングにおいてローパスフィルターを使用し、遮断周波数ｆ_cをサンプリング周波数の上限ｆ_csより小さくすることで、高周波信号を除去してリサンプリング時のエイリアシングを回避し、
前記ステップＳ２３ｂでは、サンプリング周波数の上限ｆ_cs以下の周波数で記録データをリサンプリングするとともに、両側／三方において同じリサンプリング周波数を用い、二端子素子については、

【数1】

のデータを出力し、三端子素子については、

【数2】

のデータを出力することを特徴とする方法。

【請求項2】

スケール変換を実行する前記ステップＳ２１において、両側／三方の記録データの電圧を各ＰＴ変圧比と乗算してから統一の電圧基数で除算するとともに、電流を各ＣＴ変流比と乗算してから統一の電流基数で除算し、
記録データの時間スケールを揃える前記ステップＳ２２において、両側／三方の零相電圧ｕ_o1とｕ_o2／ｕ_o1とｕ_o2とｕ_o3の突然変化のタイミングを揃えることを原則とし、
異常期間のデータを切り取る前記ステップＳ２３では、異常前及び異常除去後の期間のデータを除き、異常存在期間のデータのみを切り取ることを特徴とする請求項１記載の方法。

【請求項3】

素子の全パラメータ微分方程式から素子の全パラメータを識別するステップＳ３において、
まず、素子の全パラメータ微分方程式を書き出すとともに、以下の状態方程式に整理し、

【数3】

式中、Ｘは状態変数ベクトル、ｔは時間、ｕは制御ベクトル、ｙは出力ベクトル、Ａは状態行列、Ｂ，Ｃ及びＤは行列又はベクトルであり、

【請求項4】

異常回路の全パラメータ微分方程式は下記式のようになり、

【数4】

式中、Ｒ_abc2＝β・Ｒ_abc1、Ｌ_abc2＝β・Ｌ_abc1、Ｃ_abc2＝β・Ｃ_abc1、Ｇ_abc2＝β・Ｇ_abc1であり、また、

【数5】

であり、式中、Ｒ_abcfは異常の種別により決定され、ａ相地絡の場合、ｒ_bf＝∞、ｒ_cf＝∞、ｒ_af＝ｒ_fとなり、ｂ相地絡の場合、ｒ_af＝∞、ｒ_cf＝∞、ｒ_bf＝ｒ_fとなり、ｃ相地絡の場合、ｒ_af＝∞、ｒ_bf＝∞、ｒ_cf＝ｒ_fとなり、ａｂ二相地絡の場合、ｒ_af＝ｒ_f1、ｒ_bf＝ｒ_f2、ｒ_cf＝∞となり、ｂｃ二相地絡の場合、ｒ_af＝∞、ｒ_bf＝ｒ_f1、ｒ_cf＝ｒ_f2となり、ａｃ二相地絡の場合、ｒ_af＝ｒ_f1、ｒ_bf＝∞、ｒ_cf＝ｒ_f2となり、
これより、パラメータβ、ｒ_f又はｒ_f1とｒ_f2、及びパラメータＲ_abc1、Ｌ _abc1、Ｃ _abc1、Ｇ _abc1を一括して識別し、
回路パラメータについては、Ｒ_abc＝Ｒ_abc1＋Ｒ_abc2、Ｌ_abc＝Ｌ_abc1＋Ｌ_abc2、Ｃ_abc＝（Ｃ_abc1＋Ｃ_abc2）／２、及び、Ｇ_abc＝（Ｇ_abc1＋Ｃ_abc2）／２となることを特徴とする請求項３記載の方法。

【請求項5】

非異常回路の全パラメータ微分方程式は下記式のようになり、

【数6】

式中、

【数7】

であり、これより、パラメータＲ_abc、Ｌ_abc、Ｃ_abcを識別することを特徴とする請求項３記載の方法。

【請求項6】

非異常二巻線変圧器の全パラメータ微分方程式は、下記式のようになり、

【数8】

式中、

【数9】

であり、これより、変圧器のパラメータｒ₁、ｒ₀、ｌ₁、ｌ₀、ｇ₁、ｇ₀、ｌ_1m、ｌ_0mを識別することを特徴とする請求項３記載の方法。

【請求項7】

非異常三巻線変圧器の全パラメータ微分方程式は、下記式のようになり、

【数10】

式中、

【数11】

であり、これより、パラメータｒ₁₁、ｒ₀₁、ｌ₁₁、ｌ₀₁、ｒ₁₂、ｒ₀₂、ｌ₁₂、ｌ₀₂、ｒ₁₃₁、ｒ₀₃、ｌ₁₃、ｌ₀₃、ｇ₁、ｇ₀、ｌ_1m及びｌ_0mを識別することを特徴とする請求項３記載の方法。

【請求項8】

電気素子に関する異常記録データを入力する前記ステップＳ１において、
非異常発電機ついて、端部の三相電圧ｕ_a、ｕ_b、ｕ_c、三相電流ｉ_a、ｉ_b、ｉ_cのサンプリング値｛ｕ_ak、ｕ_bk、ｕ_ck、ｉ_ak、ｉ_bk、ｉ_ck}、電力網の角周波数ω₀、発電機の回転数ω、負荷角δ、励磁電圧ｕ_f、励磁電流ｉ_fのサンプリング値｛ω_0k、ω_k、δ_k、ｕ_fk、ｉ_fk}、及びサンプリングタイム｛ｔ_k｝を入力し、ｋ＝１，２，…，Ｎ、ω_0k＝２πｆ_0kであり、ｆ_0kは電力網の電源周波数であることを特徴とする請求項１記載の方法。

【請求項9】

素子の全パラメータ微分方程式から素子の全パラメータを識別するステップＳ３において、
下記の非異常発電機の全パラメータ微分方程式に基づいて、パラメータＴ_J、Ｄ、ｌ_d、ｌ_q、ｌ_f、ｌ_D、ｌ_Q、ｍ_ad、ｍ_aD、ｍ_aQ、ｍ_fD、ｒ_d、ｒ_q、ｒ_f、ｒ_D、ｒ_Q、Ｔ_g、ｋ_g、Ｔ_a、ｋ_a、Ｔ_e及びＴ_wと、ｋ_w又はＴ_h及びｋ_hを識別し、

【数12】

三相電圧と三相電流ｉ_a1、ｉ_b1、ｉ_c1の記録値から、

【数13】

のように変換して、ｕ_d、ｕ_q、ｉ_d、ｉ_qの値{ｕ_dk、ｕ_qk、ｉ_dk、ｉ_qk}を求め、ｋ＝１，２，…，Ｎとし、
また、

【数14】

であり、式中、Ｐ_mは機械電力、Ｍ_mは機械トルク、ｕ_ｔは発電機の端部電圧、Ｍ_eは電磁トルク、Ｌ_dfDqQは発電機における固定子と回転子のインダクタンス及び相互インダクタンス行列、Ｔ_gは電気油圧ガバナの時定数、ｋ_gは電気油圧ガバナの増幅率、μはバルブ開度、Ｔ_Wは水力タービンの時定数、ｋ_wは水力タービンの動作係数、Ｔ_hはガスタービンにおける高圧シリンダの時定数、ｋ_hはガスタービンにおける高圧シリンダの動作係数、Ｔ_aは励磁制御装置の時定数、Ｔ_eは励磁機の時定数、ｋ_aは励磁制御装置の増幅率、Ｔ_Jは回転子の慣性時定数、δは発電機の負荷角、ω₀は電力網の角速度、ωは発電機における回転子の角速度、ｕ_fは励磁電圧、ｉ_fは励磁電流、ｉ_Dは直軸ダンピング電流、ｉ_Qは横軸ダンピング電流、Ｄはダンピング係数であることを特徴とする請求項１記載の方法。

【請求項10】

非異常発電機の全パラメータ微分方程式のうち第３の微分方程式は、

【数15】

のように簡略化されることを特徴とする請求項９記載の方法。

【請求項11】

前記データ処理ユニットとパラメータ識別ユニットは、発電機異常記録装置内に設けられてもよいし、コンピュータに設けられてもよいことを特徴とするシステム。

【請求項12】

異常記録データから回路の異常ポイントを特定する方法であって、
回路の異常記録データを入力するステップＳ１と、
前記データをデータ処理するステップであって、スケール変換を行うＳ２１と、記録データの時間スケールを揃えるＳ２２と、デジタルローパスフィルタリングを行うＳ２３と、リサンプリングを行うＳ２４と、異常期間のデータを切り取るＳ２５とを含むステップＳ２と、
異常期間のデータと異常回路の全パラメータ微分方程式から、過渡抵抗と、異常ポイントにおける右側回路の長さと左側回路の長さの比βを識別するステップＳ３と、を含み、
前記全パラメータ微分方程式が、

【数16】

であり、式中、Ｒ_abc2＝β・Ｒ_abc1、Ｌ_abc2＝β・Ｌ_abc1、Ｃ_abc2＝β・Ｃ_abc1、Ｇ_abc2＝β・Ｇ_abc1であり、また、

【数17】

であり、式中、Ｒ_abcfは異常の種別により決定され、ａ相地絡の場合、ｒ_bf＝∞、ｒ_cf＝∞、ｒ_af＝ｒ_fとなり、ｂ相地絡の場合、ｒ_af＝∞、ｒ_cf＝∞、ｒ_bf＝ｒ_fとなり、ｃ相地絡の場合、ｒ_af＝∞、ｒ_bf＝∞、ｒ_cf＝ｒ_fとなり、ａｂ二相地絡の場合、ｒ_af＝ｒ_f1、ｒ_bf＝ｒ_f2、ｒ_cf＝∞となり、ｂｃ二相地絡の場合、ｒ_af＝∞、ｒ_bf＝ｒ_f1、ｒ_cf＝ｒ_f2となり、ａｃ二相地絡の場合、ｒ_af＝ｒ_f1、ｒ_bf＝∞、ｒ_cf＝ｒ_f2となり、
更に、過渡抵抗ｒ_f又はｒ_f1とｒ_f2、及び異常ポイント位置を出力するステップ４を含み、異常ポイントの左側回路の長さ＝異常回路の全長／（１＋β）であることを特徴とする方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力網の自動化技術に関し、特に、電力システムの素子パラメータ技術及び異常箇所特定技術に関する。

【背景技術】

【0002】

電力網には多数の異常記録装置が取り付けられており、異常が発生すると、記録装置が起動して異常データを記録する。異常データには、ａ、ｂ、ｃ三相と零相の電圧及び電流の瞬時値が含まれ、周波ごとに数十から数百の値が記録される。中国各省の電力網会社では年間百回以上の異常が発生しているため、大量の異常記録データが存在している。

【0003】

一方で、電気素子のパラメータは誤差が大きく、異常記録からパラメータを抽出せねばならないものの、異常電流には、直流減衰成分や三相パラメータの不一致、記録データの非同期といった問題がある。結果、異常記録による正弦波成分の分解、回路の正負零相パラメータ抽出の誤差が大きくなり、電力網における計算や分析の要求を満たせていない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、上記の技術的課題を解決し、異常記録データから、回路、変圧器、発電機といった電力システムの素子における正確な全パラメータを識別することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

異常記録データから電気素子の全パラメータを識別する方法であって、電気素子に関する異常記録データを入力するステップＳ１と、前記異常記録データをデータ処理するステップであって、スケール変換を行うＳ２１と、記録データの時間スケールを揃えるＳ２２と、異常期間のデータを切り取るＳ２３とを含むステップＳ２と、切り取ったデータと素子の全パラメータ微分方程式から素子の全パラメータを識別するステップＳ３と、識別結果を出力するステップＳ４と、を含む。

【0006】

二端子素子について、素子左側の三相電圧ｕ_a1、ｕ_b1、ｕ_c1と零相電圧ｕ_o1、左側の三相電流ｉ_a1、ｉ_b1、ｉ_c1と零相電流ｉ_o1、及び右側の三相電圧ｕ_a2、ｕ_b2、ｕ_c2と零相電圧ｕ_o2、右側の三相電流ｉ_a2、ｉ_b2、ｉ_c2と零相電流ｉ_o2のサンプリング値とサンプリングタイムを入力し、左側を｛ｕ_a1k、ｕ_b1k、ｕ_c1k、ｕ_o1k、ｉ_a1k、ｉ_b1k、ｉ_c1k、ｉ_o1k、ｔ_1k}、右側を｛ｕ_a2j、ｕ_b2j、ｕ_c2j、ｕ_o2j、ｉ_a2j、ｉ_b2j、ｉ_c2j、ｉ_o2j、ｔ_2j}、ｋ＝１，２，…，Ｎ、ｊ＝１，２，…，Ｍとし、三端子素子について、素子における第１側の三相電圧ｕ_a1、ｕ_b1、ｕ_c1と零相電圧ｕ_o1、三相電流ｉ_a1、ｉ_b1、ｉ_c1と零相電流ｉ_o1、第２側の三相電圧ｕ_a2、ｕ_b2、ｕ_c2と零相電圧ｕ_o2、三相電流ｉ_a2、ｉ_b2、ｉ_c2と零相電流ｉ_o2、及び第３側の三相電圧ｕ_a3、ｕ_b3、ｕ_c3と零相電圧ｕ_o3、三相電流ｉ_a3、ｉ_b3、ｉ_c3と零相電流ｉ_o3のサンプリング値とサンプリングタイムを入力し、第１側を｛ｕ_a1k、ｕ_b1k、ｕ_c1k、ｕ_o1k、ｉ_a1k、ｉ_b1k、ｉ_c1k、ｉ_o1k、ｔ_1k｝、第２側を｛ｕ_a2j、ｕ_b2j、ｕ_c2j、ｕ_o2j、ｉ_a2j、ｉ_b2j、ｉ_c2j、ｉ_o2j、ｔ_2j}、第３側を｛ｕ_a3l、ｕ_b3l、ｕ_c3l、ｕ_o3l、ｉ_a3l、ｉ_b3l、ｉ_c3l、ｉ_o3l、ｔ_3l}、ｋ＝１，２，…，Ｎ、ｊ＝１，２，…，Ｍ、ｌ＝１，２，…，Ｌとする。

【0007】

スケール変換を実行する前記ステップＳ２１において、両側／三方の記録データの電圧を各ＰＴ変圧比と乗算してから統一の電圧基数で除算するとともに、電流を各ＣＴ変流比と乗算してから統一の電流基数で除算し、記録データの時間スケールを揃える前記ステップＳ２２において、両側／三方の零相電圧ｕ_o1とｕ_o2／ｕ_o1とｕ_o2とｕ_o3の突然変化のタイミングを揃えることを原則とし、異常期間のデータを切り取る前記ステップＳ２３では、異常前及び異常除去後の期間のデータを除き、異常存在期間のデータのみを切り取る。

【0008】

ステップＳ２３の前に、デジタルフィルタリング行うステップＳ２３ａと、リサンプリングを行うステップＳ２３ｂを挿入し、前記ステップＳ２３ａにおいて、サンプリング周波数の上限ｆ_csを特定し、前記デジタルフィルタリングにおいてローパスフィルターを使用し、遮断周波数ｆ_cをｆ_csより小さくすることで、高周波信号を除去してリサンプリング時のエイリアシングを回避し、前記ステップＳ２３ｂでは、ｆ_cs以下の周波数で記録データをリサンプリングするとともに、両側／三方において同じリサンプリング周波数を用い、二端子素子については以下のデータを出力する。

【0009】

【数1】

【0010】

三端子素子については、以下のデータを出力する。

【0011】

【数2】

【0012】

両側／三方の記録データのうち、電圧は計器用変圧器ＰＴを通過し、電流は変流器ＣＴを通過する。両側／三方のＰＴ変圧比及びＣＴ変流比は同一の場合もあれば、異なる場合もある。一般的には、スケール変換を実行する必要があり、電圧をＰＴ変圧比と乗算し、電流をＣＴ変流比と乗算してから、両側／三方の変換比を統一する。また、両側／三方の記録データは往々にして時間が同期していないため、時間スケールを揃える必要がある。そこで、時間スケールを揃える方法として、両側の零相電圧ｕ_o1とｕ_o2、或いは、三方の零相電圧ｕ_o1とｕ_o2とｕ_o3における突然変化のタイミング揃える。最後に、異常期間の記録データを切り取って出力する。

【0013】

中国特許出願第２０１２１０４０８５３４号では、サンプリング周波数の上限と下限を提示しているが、実際には、異常記録データのサンプリング周波数は、往往にしてサンプリング周波数の上限ｆ_csよりも大きくなる。よって、記録データをリサンプリングする必要がある。リサンプリングによる周波数のエイリアシングエラーを防ぐためには、まず、記録データをローパスデジタルフィルタリングして、その遮断周波数をｆ_csよりも大幅に小さくする。その後、ｆ_cs以下の周波数でリサンプリングして、両側／三方におけるリサンプリング周波数を同じにする。最後に、異常期間の記録データを切り取って出力する。

【0014】

素子の全パラメータ微分方程式から素子の全パラメータを識別するステップＳ３において、まず、素子の全パラメータ微分方程式を書き出すとともに、以下の状態方程式に整える。

【0015】

【数3】

【0016】

【0017】

【0018】

本発明は、更に、異常記録データから回路の異常ポイントを特定する方法を提供する。当該方法は、回路の異常記録データを入力するステップＳ１と、前記データをデータ処理するステップであって、スケール変換を行うＳ２１と、記録データの時間スケールを揃えるＳ２２と、デジタルローパスフィルタリングを行うＳ２３と、リサンプリングを行うＳ２４と、異常期間のデータを切り取るＳ２５とを含むステップＳ２と、異常期間のデータと異常回路の全パラメータ微分方程式から、過渡抵抗と、異常ポイントにおける右側回路の長さと左側回路の長さの比βを識別するステップＳ３と、を含み、前記全パラメータ微分方程式が以下となる。

【0019】

【数4】

【0020】

式中、Ｒ_abc2＝β・Ｒ_abc1、Ｌ_abc2＝β・Ｌ_abc1、Ｃ_abc2＝β・Ｃ_abc1、Ｇ_abc2＝β・Ｇ_abc1であり、また、以下となる。

【0021】

【数5】

【0022】

式中、Ｒ_abcfは異常の種別により決定され、ａ相地絡の場合、ｒ_bf＝∞、ｒ_cf＝∞、ｒ_af＝ｒ_fとなり、ｂ相地絡の場合、ｒ_af＝∞、ｒ_cf＝∞、ｒ_bf＝ｒ_fとなり、ｃ相地絡の場合、ｒ_af＝∞、ｒ_bf＝∞、ｒ_cf＝ｒ_fとなり、ａｂ二相地絡の場合、ｒ_af＝ｒ_f1、ｒ_bf＝ｒ_f2、ｒ_cf＝∞となり、ｂｃ二相地絡の場合、ｒ_af＝∞、ｒ_bf＝ｒ_f1、ｒ_cf＝ｒ_f2となり、ａｃ二相地絡の場合、ｒ_af＝ｒ_f1、ｒ_bf＝∞、ｒ_cf＝ｒ_f2となり、更に、過渡抵抗ｒ_f又はｒ_f1とｒ_f2、及び異常ポイント位置を出力するステップ４を含み、異常ポイントの左側回路の長さ＝異常回路の全長／（１＋β）である。

【発明の効果】

【0023】

本発明を実施すれば、異常記録データから電力回路、変圧器といった素子の全パラメータと異常抵抗、及び発電機やその制御システムの全パラメータを識別可能となる。これにより、異常素子の全パラメータを取得できるだけでなく、非異常素子の全パラメータを取得可能となる。且つ、パラメータ精度が従来の２０％から１％以内にまで高まるとともに、異常箇所の特定精度が２０％から０．１％にまで高まる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】図１は、本発明の実施例に基づく、異常記録データから電気素子の全パラメータを識別する方法のフローチャートである。

【図2】図２は、図１に示したデータ処理ステップのフローチャートである。

【図3】図３ａ、図３ｂは、それぞれ異常回路を示す図とその等価回路図である。

【図4】図４ａ、図４ｂは、それぞれ非異常回路を示す図とその等価回路図である。

【図5】図５ａ、図５ｂは、それぞれ非異常二巻線変圧器を示す図とその等価回路図である。

【図6】図６ａ、図６ｂは、それぞれ非異常三巻線変圧器を示す図とその等価回路図である。

【図7】図７ａ、図７ｂは、それぞれ非異常発電機の内面ベクトル図と、その端部の電流電圧の正方向を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下に、本発明の実施例について述べる。図面には実施例の一例を示しているが、図面を参照して述べる実施例は例示であって、本発明を説明するためのものにすぎず、本発明を制限するものと解釈すべきではない。

【0026】

図１を参照して、異常記録データによって電気素子の全パラメータを識別する方法は、電気素子に関する異常記録データを入力するステップＳ１と、前記異常記録データをデータ処理するステップであって、スケール変換を行うＳ２１と、記録データの時間スケールを揃えるＳ２２と、異常期間のデータを切り取るＳ２３とを含むステップＳ２と、切り取ったデータと素子の全パラメータ微分方程式から素子の全パラメータを識別するステップＳ３と、識別結果を出力するステップＳ４とを含む。

【0027】

本発明において、素子の全パラメータとはＲ、Ｌ、Ｃ等の全行列要素である。従来は、単に正負の零相パラメータとされており、正負の零相間の相互インピーダンスは０と考えられていた。即ち、正負の零相インピーダンス行列には対角要素のみが存在し、非対角要素は０であると考えられていた。この場合、回路の転置が不充分であり、ａｂｃ三相パラメータ化が一致しないことから、正負の零相インピーダンス行列が非対角化してしまう。結果、複数の相互インピーダンスの識別が必要となり、識別の難度が大幅に上がっていた。

【0028】

二端子素子については、素子左側の三相電圧ｕ_a1、ｕ_b1、ｕ_c1と零相電圧ｕ_o1、左側の三相電流ｉ_a1、ｉ_b1、ｉ_c1と零相電流ｉ_o1、及び右側の三相電圧ｕ_a2、ｕ_b2、ｕ_c2と零相電圧ｕ_o2、右側の三相電流ｉ_a2、ｉ_b2、ｉ_c2と零相電流ｉ_o2のサンプリング値とサンプリングタイムを入力する。サンプリング値とサンプリングタイムの形式としては、データシーケンス又は行列が可能である。例えば、左側を｛ｕ_a1k、ｕ_b1k、ｕ_c1k、ｕ_o1k、ｉ_a1k、ｉ_b1k、ｉ_c1k、ｉ_o1k、ｔ_1k}、右側を｛ｕ_a2j、ｕ_b2j、ｕ_c2j、ｕ_o2j、ｉ_a2j、ｉ_b2j、ｉ_c2j、ｉ_o2j、ｔ_2j}、ｋ＝１，２，…，Ｎ、ｊ＝１，２，…，Ｍとする。式中、ｋは左側のｋ回目のサンプリングを表し、ｔ_1kは左側におけるｋ回の目サンプリングのサンプリングタイムを表す。また、ｊは右側のｊ回目のサンプリングを表し、ｔ_2jは右側におけるｊ回目のサンプリングのサンプリングタイムを表す。また、ＮとＭは同じ又は異なる。

【0029】

三端子素子については、素子における第１側の三相電圧ｕ_a1、ｕ_b1、ｕ_c1と零相電圧ｕ_o1、三相電流ｉ_a1、ｉ_b1、ｉ_c1と零相電流ｉ_o1、第２側の三相電圧ｕ_a2、ｕ_b2、ｕ_c2と零相電圧ｕ_o2、三相電流ｉ_a2、ｉ_b2、ｉ_c2と零相電流ｉ_o2、及び第３側の三相電圧ｕ_a3、ｕ_b3、ｕ_c3と零相電圧ｕ_o3、三相電流ｉ_a3、ｉ_b3、ｉ_c3と零相電流ｉ_o3のサンプリング値とサンプリングタイムを入力する。サンプリング及びサンプリングタイムの形式としては、データシーケンス又は行列が可能である。例えば、第１側を｛ｕ_a1k、ｕ_b1k、ｕ_c1k、ｕ_o1k、ｉ_a1k、ｉ_b1k、ｉ_c1k、ｉ_o1k、ｔ_1k｝、第２側を｛ｕ_a2j、ｕ_b2j、ｕ_c2j、ｕ_o2j、ｉ_a2j、ｉ_b2j、ｉ_c2j、ｉ_o2j、ｔ_2j}、第３側を｛ｕ_a3l、ｕ_b3l、ｕ_c3l、ｕ_o3l、ｉ_a3l、ｉ_b3l、ｉ_c3l、ｉ_o3l、ｔ_3l}、ｋ＝１，２，…，Ｎ、ｊ＝１，２，…，Ｍ、ｌ＝１，２，…，Ｌとする。式中、ｋは第１側におけるｋ回目のサンプリングを表し、ｔ_1kは第１側におけるｋ回目のサンプリングのサンプリングタイムを表す。また、ｊは第２側におけるｊ回目のサンプリングを表し、ｔ_2jは第２側におけるｊ回目のサンプリングのサンプリングタイムを表す。また、ｌは第３側におけるｌ回目のサンプリングを表し、ｔ_3lは第３側におけるｌ回目のサンプリングのサンプリングタイムを表す。Ｎ、Ｍ、Ｌは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

【0030】

図２に示すように、１の実施例では、データ処理のステップが、（２１）スケールを変換し、（２２）記録データの時間スケールを揃え、（２３）デジタルフィルタリングを行い、（２４）リサンプリングを行い、（２５）異常期間のデータを切り取ることを含む。

【0031】

両側／三方の記録データのうち、電圧は計器用変圧器ＰＴを通過し、電流は変流器ＣＴを通過する。両側／三方のＰＴ変圧比及びＣＴ変流比は同一の場合もあれば、異なる場合もある。一般的には、ステップ（２１）のスケール変換を実行する必要があり、電圧を各ＰＴ変圧比と乗算してから統一の電圧値で除算するとともに、電流を各ＣＴ変流比と乗算してから統一の電流値で除算する。両側／三方の記録データの時間スケールは往々にして時間が同期していないため、時間スケールを揃える必要がある。そこで、ステップ（２２）では、時間スケールを揃える方法として、両側／三方の零相電圧ｕ_o1とｕ_o2／ｕ_o1とｕ_o2とｕ_o3の突然変化のタイミング揃える。ステップ（２３）では、中国特許出願第２０１２１０４０８５３４号の開示に基づき、サンプリング周波数が一定の上限及び下限要求を満たすものとする。しかし、実際には、異常記録データのサンプリング周波数は、往往にしてサンプリング周波数の上限ｆ_csよりも大きくなる。そこで、まず異常記録データをローパスデジタルフィルタリングし、その遮断周波数ｆ_cをｆ_csよりも大幅に小さくする必要がある。その後、ステップ（２４）においてｆ_cs以下の周波数でリサンプリングし、両側／三方のリサンプリング周波数を同一の値とする。最後に、ステップ（２５）で異常期間の記録データを切り取って出力し、リサンプリングタイムｔ_kに対応する処理済みデータを形成する。ここで、ｋはｋ番目のリサンプリングタイムを表す。

【0032】

二端子素子については、下記式のようになる。

【0033】

【数6】

【0034】

三端子素子については、下記式のようになる。

【0035】

【数7】

【0036】

電力システムの専門知識より、素子の全パラメータ微分方程式を書き出し可能であり、最適制御理論における状態方程式に書き換えることができる。

【0037】

【数8】

【0038】

【0039】

次に、電気素子の全パラメータ微分方程式と識別過程について例を挙げて説明する。

【0040】

（一）図３ａと図３ｂを参照して、異常回路の全パラメータ微分方程式は下記式のようになる。

【0041】

【数9】

【0042】

式中、Ｒ_abc2＝β・Ｒ_abc1、Ｌ_abc2＝β・Ｌ_abc1、Ｃ_abc2＝β・Ｃ_abc1、Ｇ_abc2＝β・Ｇ_abc1である。また、以下となる。

【0043】

【数10】

【0044】

式中、Ｒ_abcfは異常の種別により決定される。ａ相地絡の場合、ｒ_bf＝∞、ｒ_cf＝∞、ｒ_af＝ｒ_fとなり、ｂ相地絡の場合、ｒ_af＝∞、ｒ_cf＝∞、ｒ_bf＝ｒ_fとなり、ｃ相地絡の場合、ｒ_af＝∞、ｒ_bf＝∞、ｒ_cf＝ｒ_fとなり、ａｂ二相地絡の場合、ｒ_af＝ｒ_f1、ｒ_bf＝ｒ_f2、ｒ_cf＝∞となり、ｂｃ二相地絡の場合、ｒ_af＝∞、ｒ_bf＝ｒ_f1、ｒ_cf＝ｒ_f2となり、ａｃ二相地絡の場合、ｒ_af＝ｒ_f1、ｒ_bf＝∞、ｒ_cf＝ｒ_f2となる。

【0045】

このうち、パラメータβは異常ポイントにおける右側回路の長さと左側回路の長さの比であり、ｒ_f、ｒ_f1、ｒ_f2は過渡抵抗である。

【0046】

【0047】

（二）図４ａと図４ｂを参照して、異常上流における非異常回路の全パラメータ微分方程式は下記式のようになる。

【0048】

【数11】

【0049】

式中、以下となる。

【0050】

【数12】

【0051】

【0052】

式２と式３を、高低圧レベルの長短架線及びケーブル回路に適用する。ここで、Ｒ_abc、Ｌ_abc及びＣ_abcとＧ_abc行列が回路の全パラメータである。回路が比較的短い（３００ｋｍ未満）又は電圧が比較的低い（５００ｋＶ未満）場合には、Ｇ_abcを無視してもよい。また、回路が短い（１００ｋｍ未満）又は電圧が低い（２２０ｋＶ未満） 場合には、Ｃ_abcとＧ_abcを無視してもよい。これと比較して、従来はａｂｃ三相の回路パラメータは一致していると考えられており、正負の零相変換後は、Ｒ₁₂₀、Ｌ₁₂₀、Ｃ₁₂₀の非対角線要素が０に等しくなると考えられていたため、対角要素、即ち、正、負、零相パラメータのみを識別していた。

【0053】

（三）図５ａと図５ｂを参照して、異常上流における非異常二巻線変圧器の全パラメータ微分方程式は、下記式のようになる。

【0054】

【数13】

【0055】

【0056】

或いは、変圧器の三相パラメータは一致しているため、三相を正負の零相に変換することで下記の方程式を得る。

【0057】

【数14】

【0058】

式中、以下のようになる。

【0059】

【数15】

【0060】

【0061】

（四）図６ａと図６ｂを参照して、非異常三巻線変圧器については、変圧器の三相パラメータが一致していることから、三相を正負の零相に変換して、全パラメータ微分方程式を得る。

【0062】

【数16】

【0063】

式中、以下のようになる。

【0064】

【数17】

【0065】

【0066】

同様にして、当業者は電気に関する専門知識に基づいて、発電機や、同一ラインを共用する回路等の電気素子の微分方程式を求めることができる。発電機については、そのｄｑｏ座標の微分方程式を求め、発電機の外部異常後の端部電圧、電流、励磁電圧、電流及び発電機の回転数等の記録値を入力した後に、発電機とそのガバナ及び励磁機のパラメータを識別する。

【0067】

（五）図７ａと図７ｂを参照する。非異常発電機については、電気素子に関する異常記録データを入力するステップＳ１において、非異常発電機について、端部の三相電圧ｕ_a、ｕ_b、ｕ_c、三相電流ｉ_a、ｉ_b、ｉ_cのサンプリング値｛ｕ_ak、ｕ_bk、ｕ_ck、ｉ_ak、ｉ_bk、ｉ_ck}、電力網の角周波数ω₀、発電機の回転数ω、負荷角δ、励磁電圧ｕ_f、励磁電流ｉ_fのサンプリング値｛ω_0k、ω_k、δ_k、ｕ_fk、ｉ_fk}、及びサンプリングタイム｛ｔ_k｝を入力する。このうち、ｋ＝１，２，…，Ｎ、ω_0k＝２πｆ_0kであり、ｆ_0kは電力網の電源周波数である。

【0068】

素子の全パラメータ微分方程式から素子の全パラメータを識別するステップＳ３では、下記の非異常発電機の全パラメータ微分方程式に基づいて、パラメータＴ_J、Ｄ、ｌ_d、ｌ_q、ｌ_f、ｌ_D、ｌ_Q、ｍ_ad、ｍ_aD、ｍ_aQ、ｍ_fD、ｒ_d、ｒ_q、ｒ_f、ｒ_D、ｒ_Q、Ｔ_g、ｋ_g、Ｔ_a、ｋ_a、Ｔ_e及びＴ_wと、ｋ_w又はＴ_h及びｋ_hを識別する。

【0069】

【数18】

【0070】

このうち、三相電圧と三相電流ｉ_a1、ｉ_b1、ｉ_c1の記録値から次のように変換する。

【0071】

【数19】

【0072】

これより、ｕ_d、ｕ_q、ｉ_d、ｉ_qの値｛ｕ_dk、ｕ_qk、ｉ_dk、ｉ_qk｝を求める。なお、ｋ＝１，２，…，Ｎとする。

【0073】

また、以下とする。

【0074】

【数20】

【0075】

式中、Ｐ_mは機械電力、Ｍ_mは機械トルク、ｕ_tは発電機の端部電圧、Ｍ_eは電磁トルク、Ｌ_dfDqQは発電機における固定子と回転子のインダクタンス及び相互インダクタンス行列、Ｔ_gは電気油圧ガバナの時定数、ｋ_gは電気油圧ガバナの増幅率、μはバルブ開度、Ｔ_Wは水力タービンの時定数、ｋ_wは水力タービンの動作係数、Ｔ_hはガスタービンにおける高圧シリンダの時定数、ｋ_hはガスタービンにおける高圧シリンダの動作係数、Ｔ_aは励磁制御装置の時定数、Ｔ_eは励磁機の時定数、ｋ_aは励磁制御装置の増幅率、Ｔ_Jは回転子の慣性時定数、δは発電機の負荷角、ω₀は電力網の角速度、ωは発電機における回転子の角速度、ｕ_fは励磁電圧、ｉ_fは励磁電流、ｉ_Dは直軸ダンピング電流、ｉ_Qは横軸ダンピング電流、Ｄはダンピング係数である。

【0076】

非異常発電機の全パラメータ微分方程式のうち第３の微分方程式は、次のように簡略化可能である。

【0077】

【数21】

【0078】

本発明は更に、異常記録データから発電機の全パラメータを識別するシステムを提供する。当該システムは、以下を含む。

【0079】

【0080】

データ処理ユニットが、スケール変換を実施し、記録データをデジタルローパスフィルタリングしてからリサンプリングし、出力するために用いられる。

【0081】

パラメータ識別ユニットが、発電機及びその制御システムの全パラメータ微分方程式から、発電機及びその制御システムの全パラメータを識別するために用いられる。

【0082】

前記データ処理ユニットとパラメータ識別ユニットは、発電機異常記録装置内に設けられてもよいし、コンピュータに設けられてもよい。

【0083】

本発明は、更に、異常記録データから回路の異常ポイントを特定する方法を提供する。当該方法は、以下のステップを含む。

【0084】

ステップ１において、回路の異常記録データを入力する。

【0085】

ステップＳ２において、前記データをデータ処理する。当該ステップは、スケール変換を行うＳ２１と、記録データの時間スケールを揃えるＳ２２と、デジタルローパスフィルタリングを行うＳ２３と、リサンプリングを行うＳ２４と、異常期間のデータを切り取るＳ２５とを含む。

【0086】

ステップＳ３において、異常期間のデータと異常回路の全パラメータ微分方程式から、過渡抵抗と、異常ポイントにおける右側回路の長さと左側回路の長さの比βを識別する。

【0087】

前記全パラメータ微分方程式は、以下である。

【0088】

【数22】

【0089】

式中、Ｒ_abc2＝β・Ｒ_abc1、Ｌ_abc2＝β・Ｌ_abc1、Ｃ_abc2＝β・Ｃ_abc1、Ｇ_abc2＝β・Ｇ_abc1である。また、以下とされる。

【0090】

【数23】

【0091】

式中、Ｒ_abcfは異常の種別により決定される。ａ相地絡の場合、ｒ_bf＝∞、ｒ_cf＝∞、ｒ_af＝ｒ_fとなり、ｂ相地絡の場合、ｒ_af＝∞、ｒ_cf＝∞、ｒ_bf＝ｒ_fとなり、ｃ相地絡の場合、ｒ_af＝∞、ｒ_bf＝∞、ｒ_cf＝ｒ_fとなり、ａｂ二相地絡の場合、ｒ_af＝ｒ_f1、ｒ_bf＝ｒ_f2、ｒ_cf＝∞となり、ｂｃ二相地絡の場合、ｒ_af＝∞、ｒ_bf＝ｒ_f1、ｒ_cf＝ｒ_f2となり、ａｃ二相地絡の場合、ｒ_af＝ｒ_f1、ｒ_bf＝∞、ｒ_cf＝ｒ_f2となる。

【0092】

ステップＳ４において、過渡抵抗ｒ_f又はｒ_f1とｒ_f2、及び異常ポイント位置を出力する。ここで、異常ポイントの左側回路の長さ＝異常回路の全長／（１＋β）である。

【0093】

本発明を実施すれば、異常記録データから、電力回路、変圧器といった素子の全パラメータと異常抵抗、及び発電機とその制御システムの全パラメータを識別可能となる。よって、異常素子の全パラメータを取得可能なだけでなく、非異常素子の全パラメータも取得できる。且つ、パラメータ精度が従来の２０％から１％以内にまで向上するほか、異常箇所の特定精度が２０％から０．１％にまで向上する。

【0094】

送電線のパラメータについては、これまで国内外を問わず基準がないままである。欧米では理論的パラメータを用いており、中国国内では実測パラメータを用いているが、いずれも誤差が大きい。送電線は電力網に最も多数存在する素子であり、そのパラメータが正確であるか否かは全電力網の計算精度に関係し、ひいては判断の正誤にも関わってくる。本発明では、サンプリング周波数の上限下限理論によって異常記録データを処理するとともに、適応制御理論における識別方法によって回路の全パラメータを識別している。よって、フーリエ分解により減衰成分を分解処理することで電源周波数に対して生じる１０％程度の誤差が解消されるだけでなく、回路の全パラメータのインピーダンス行列とサセプタンス行列を識別可能となる。シミュレーション実験によれば、復元された電流波形とシミュレーション波形の誤差≦０．０１％、パラメータ誤差≦１％、箇所特定誤差≦０．１％であり、正負の零相パラメータのみを用いる従来と比べて精度が１０倍向上した。

【0095】

このほか、本発明における異常記録データから素子の全パラメータを識別する方法としては、更に複数の応用形態がある。本発明では、回路の異常箇所を特定する方法について取り上げており、この方法によれば、正確且つ迅速に回路の異常ポイントを特定可能となる。

【図1】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図4a】

【図4b】

【図5a】

【図5b】

【図6a】

【図6b】

【図7a】

【図7b】