特開 2025-105685 直流配電システム、制御装置、動作状態判定方法、及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025105685

(43)【公開日】2025-07-10

(54)【発明の名称】直流配電システム、制御装置、動作状態判定方法、及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   H02J 1/00 20060101AFI20250703BHJP

   G08C 23/06 20060101ALI20250703BHJP

【ＦＩ】

H02J1/00 301D

G08C23/06

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2025068661

(22)【出願日】2025-04-18

(62)【分割の表示】P 2023514285の分割

【原出願日】2021-04-15

(71)【出願人】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】ＮＴＴ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004381

【氏名又は名称】弁理士法人ＩＴＯＨ

(72)【発明者】

【氏名】花岡 直樹

(72)【発明者】

【氏名】田中 徹

(72)【発明者】

【氏名】中村 尚倫

(72)【発明者】

【氏名】樋口 裕二

(57)【要約】

【課題】直流配電システムにおいて発生した事故を迅速に精度良く検出する。
【解決手段】電源装置から負荷装置に対して配電網を介して電力を配電する直流配電システムであって、前記配電網に備えられた計測器であって、電気信号の計測値を、光ファイバで送信するための光信号に変換するナノ光変調器を備える計測器と、前記計測器により計測された電圧値及び電流値を、前記光ファイバを通じて、光信号を電気信号に変換するナノ受光器を用いて取得し、電圧値と電流値に関する所定の情報に基づいて、前記直流配電システムにおける動作状態を判定する判定部を備える制御装置と、を備え、前記判定部は、前記動作状態として、突入電流、負荷接続、負荷ＯＮ・負荷ＯＦＦ、及び負荷変動のうちのいずれかの状態が発生していることを判定する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源装置から負荷装置に対して配電網を介して電力を配電する直流配電システムであって、
前記配電網に備えられた計測器であって、電気信号の計測値を、光ファイバで送信するための光信号に変換するナノ光変調器を備える計測器と、
前記計測器により計測された電圧値及び電流値を、前記光ファイバを通じて、光信号を電気信号に変換するナノ受光器を用いて取得し、電圧値と電流値に関する所定の情報に基づいて、前記直流配電システムにおける動作状態を判定する判定部を備える制御装置と、を備え、
前記判定部は、前記動作状態として、突入電流、負荷接続、負荷ＯＮ・負荷ＯＦＦ、及び負荷変動のうちのいずれかの状態が発生していることを判定する
直流配電システム。

【請求項2】

前記制御装置は、
前記判定部により前記配電網において事故が発生したと判定された場合に、ゲートブロック又は遮断器を、光ファイバを通じて動作させることにより、前記電源装置からの配電を停止させる制御部を備える
請求項１に記載の直流配電システム。

【請求項3】

光ファイバを通じて送信される情報の種類毎に、異なる周波数を使用する
請求項１又は２に記載の直流配電システム。

【請求項4】

電源装置から負荷装置に対して配電網を介して電力を配電する直流配電システムにおける動作状態判定方法であって、
前記配電網に備えられた計測器であって、電気信号の計測値を、光ファイバで送信するための光信号に変換するナノ光変調器を備える計測器が電圧値及び電流値を計測するステップと、
前記計測器により計測された電圧値及び電流値を、前記光ファイバを通じて、光信号を電気信号に変換するナノ受光器を用いて取得し、電圧値と電流値に関する所定の情報に基づいて、前記直流配電システムにおける動作状態を判定する判定ステップと、を備え、
前記判定ステップにおいて、前記動作状態として、突入電流、負荷接続、負荷ＯＮ・負荷ＯＦＦ、及び負荷変動のうちのいずれかの状態が発生していることを判定する
動作状態判定方法。

【請求項5】

電源装置から負荷装置に対して配電網を介して電力を配電する直流配電システムにおいて使用される制御装置であって、
前記配電網に備えられた計測器であって、電気信号の計測値を、光ファイバで送信するための光信号に変換するナノ光変調器を備える計測器により計測された電圧値及び電流値を、前記光ファイバを通じて、光信号を電気信号に変換するナノ受光器を用いて取得し、電圧値と電流値に関する所定の情報に基づいて、前記直流配電システムにおける動作状態を判定する判定部を備え、
前記判定部は、前記動作状態として、突入電流、負荷接続、負荷ＯＮ・負荷ＯＦＦ、及び負荷変動のうちのいずれかの状態が発生していることを判定する
制御装置。

【請求項6】

コンピュータを、請求項５に記載の制御装置として機能させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、配電システムにおいて発生した地絡や短絡等の事故を検出する技術に関連するものである。

【背景技術】

【0002】

配電システムにおいては、地絡や短絡等の事故を検出した場合に、電源装置からの配電を停止する等の対応をとることが必要である。

【0003】

地絡や短絡等の事故を検出するための装置の一例として、交流の変電所の送電端等において、距離継電器（例：非特許文献１に記載のモーリレー）が使用されている。距離継電器は、電圧及び電流を入力量とし、電圧と電流の比の関数が所定値以下となったときに動作する。この比は、継電器の見るインピーダンスと呼ばれる。

【0004】

ところで、通信ビルやデータセンタ等では、システム全体の電力損失を低減して、省エネルギー化を図るために、高電圧直流配電システムが導入されている。高電圧直流配電システムでは、例えば３８０Ｖといった高電圧により配電が行われる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】用語解説（第22回テーマ：モーリレー）, 電気学会論文誌Ｂ（電力・エネルギー部門誌）132巻(2012)8号、https://www.jstage.jst.go.jp/article/ieejpes/132/8/132_NL8_6/_pdf

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

高電圧直流配電システムにおいて使用される直流にはリアクタンス分が無いため、非特許文献１に記載のモーリレーのような距離継電器は使用できない。また、３８０Ｖといった高電圧の直流配電用の距離継電器は市場に存在しない。

【0007】

直流配電システムにおいて発生した地絡や短絡等の事故を検出する従来技術は存在するが、事故でない事象を事故であると誤検出をしたりする等、検出の精度が十分ではなかった。

【0008】

また、従来技術では、信号の伝送にはメタル線が使用されており、ノイズの影響で誤検出が発生する可能性がある。また、従来技術では、メタル線やフォトカプラ等を使用した機器の監視制御における遅延時間が大きい。そのため、例えば、数ｋｍ離れた拠点間で事故検出システムを適用することが難しかった。

【0009】

本発明は、直流配電システムにおいて発生した事故を迅速に精度良く検出することを可能とする技術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】

【0010】

開示の技術によれば、電源装置から負荷装置に対して配電網を介して電力を配電する直流配電システムであって、
前記配電網に備えられた計測器であって、電気信号の計測値を、光ファイバで送信するための光信号に変換するナノ光変調器を備える計測器と、
前記計測器により計測された電圧値及び電流値を、前記光ファイバを通じて、光信号を電気信号に変換するナノ受光器を用いて取得し、電圧値と電流値に関する所定の情報に基づいて、前記直流配電システムにおける動作状態を判定する判定部を備える制御装置と、を備え、
前記判定部は、前記動作状態として、突入電流、負荷接続、負荷ＯＮ・負荷ＯＦＦ、及び負荷変動のうちのいずれかの状態が発生していることを判定する
直流配電システムが提供される。

【発明の効果】

【0011】

開示の技術によれば、直流配電システムにおいて発生した事故を迅速に精度良く検出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施の形態における直流事故検出システムの構成例１を示す図である。

【図2】光ファイバでの接続構成例を示す図である。

【図3】検出値と判定結果の例を示す図である。

【図4】本発明の実施の形態における直流事故検出システムの構成例２を示す図である。

【図5】制御装置の構成例を示す図である。

【図6】制御装置の構成例を示す図である。

【図7】学習装置の構成例を示す図である。

【図8】装置のハードウェア構成例を示す図である。

【図9】制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。

【図10】制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。

【図11】波形の例を示す図である。

【図12】波形の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態（本実施の形態）を説明する。以下で説明する実施の形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の実施の形態に限られるわけではない。

【0014】

本実施の形態における直流配電システムは、３８０Ｖの直流で配電を行う高電圧直流配電システム（以降、直流配電システムと呼ぶ）であることを想定している。ただし、「３８０Ｖ」は一例である。また、本発明は、高電圧直流配電システムに限らずに、直流配電システム全般に適用可能である。

【0015】

（システム構成例１）
図１に、本実施の形態における直流配電システムの構成例１を示す。構成例１は、拠点Ａから拠点Ｂへ直流で電力の配電を行うシステムである。また、拠点Ｂから拠点Ａへの配電も可能である。つまり、双方向の配電が可能である。拠点Ａ、拠点Ｂは例えば通信ビル等の建物であるが、建物に限定されない。拠点Ａと拠点Ｂとの間の距離については特に限定はないが、本実施の形態では、数ｋｍ以上離れていてもよい。

【0016】

構成例１では、拠点ＡにコンバータＡ２０が備えられ、拠点ＢにコンバータＢ３０が備えられている。各コンバータはＤＣ／ＤＣコンバータであり、直流の電圧の大きさを変換する装置である。コンバータＡ２０についてはＡＣ／ＤＣコンバータであってもよい。図示のとおり、各コンバータは、電圧変換部を有するとともに、絶縁機能、及びゲートブロック機能を有している。

【0017】

拠点ＡのコンバータＡ２０と拠点ＢのコンバータＢ３０との間は配電網（正側配電線と負側配電線）で接続されており、拠点ＡのコンバータＡ２０から拠点ＢのコンバータＢ３０に対して３８０Ｖの直流電流が配電される。なお、コンバータＢ３０は、配電された電力を受電する負荷装置の例である。また、拠点Ｂにおいて、コンバータＢ３０の配下には１以上の負荷装置（サーバ等）が接続されている。「負荷装置」は、コンバータＢ３０、及びコンバータＢ３０から給電されるサーバ等の装置を含む。また、「直流配電システム」は、コンバータＡ２０、配電網、及び負荷装置を含む。

【0018】

また、図１に示す例では、拠点Ａの屋外に半導体遮断器９０が備えられており、事故検出時には、半導体遮断器９０により拠点Ａと拠点Ｂとの間の回路を遮断することができる。半導体遮断器９０と制御装置１００Ａの間では光ファイバにより通信を行う。

【0019】

コンバータＡ２０は、配電網（電力供給を受ける負荷装置内の電力網を含む）において、事故（例：地絡、短絡、部分短絡等）が発生した際に、事故点に十分な電流を供給できる電源装置の例である。

【0020】

また、拠点Ａには制御装置１００Ａが備えられ、拠点Ｂには制御装置１００Ｂが備えられている。制御装置１００Ａと制御装置１００Ｂとの間は光ネットワーク（光ファイバ）で接続されている。本実施の形態において装置間の接続に使用する光ネットワークは、特定の光ネットワークに限定されないが、例えば、ＩＯＷＮのフォトニックネットワークのような省電力、低遅延、高速な光ネットワークである。

【0021】

制御装置１００Ａは、コンバータＡ２０内部の装置であってもよいし、コンバータＡ２０外部の装置であってもよい。また、制御装置１００Ａは、拠点Ａの外部に備えられていてもよい。制御装置１００Ｂは、コンバータＢ３０内部の装置であってもよいし、コンバータＢ３０外部の装置であってもよい。また、制御装置１００Ｂは、拠点Ｂの外部に備えられていてもよい。また、拠点毎に制御装置を備えることに代えて、複数拠点に対して１つの制御装置を備えることとしてもよい。

【0022】

図１に示すとおり、学習装置２００が備えられている。学習装置２００はどこに設置してもよく、例えば、クラウド上の仮想マシンを学習装置２００として使用してもよい。学習装置２００は、制御装置１００Ａ及び制御装置１００Ｂと光ネットワーク（光ファイバ）を介して接続されている。なお、制御装置１００Ａ又は制御装置１００Ｂが学習装置２００として機能してもよい。

【0023】

本実施の形態における直流配電システムでは、拠点Ａにおいて、高抵抗を用いた中性点接地の構成が用いられている。具体的には、図１に示すように、コンバータＡ２０の出力部分と配電端（拠点Ａの内部と外部の境界部分）との間において、正側配電線と負側配電線との間に抵抗１と抵抗２が備えられ、その間の中性点が大地（アース）に接地されている。抵抗１と抵抗２はいずれも例えば数ＭΩ程度の高抵抗である。なお、高抵抗を用いた中性点接地の構成は、コンバータＡ２０の内部に備えられてもよい。

【0024】

図１に示すとおり、拠点Ａにおいて、正側配電線（＋）と中性点との間に電圧計３が備えられ、負側配電線（－）と中性点との間に電圧計４が備えられ、中性点と接地点との間に電流計５が備えられている。

【0025】

また、負側配電線及び正側配電線に電流計６、７が備えられる。また、零相変流器８（ＺＣＴ：Zero-phase Current Transformer）が備えられている。零相変流器８は、正側配電線と負側配電線における往復電流にアンバランスが生じた場合に、アンバランスに伴って生じる電流値を計測し、出力する。

【0026】

また、拠点Ｂにおいて、受電端（拠点Ｂの外部と内部の境界部分）とコンバータＢ３０との間において、正側配電線と負側配電線との間に電圧計９が備えられ、正側配電線に電流計１０が備えられている。

【0027】

図１に示す電流計、電圧計等の計測器の配備方法は一例である。図１に示す配備方法よりもより多くの計測器を配備してもよいし、より少ない計測器を配備してもよい。例えば、拠点Ｂ側には計測器を配備しないこととしてもよい。

【0028】

（光ファイバを用いた接続構成について）
図１に示す拠点Ａにおいて、制御装置１００Ａと電圧変換部２０との間、制御装置１００Ａと各電圧計との間、制御装置１００Ａと各電流計との間、制御装置１００Ａと半導体遮断器９０との間はいずれも光ファイバで接続されている。他の拠点についても同様である。

【0029】

また、光ファイバを用いた情報送信において、送信する情報の種類毎に異なる波長（周波数）を割り当てることで、光ファイバが１本でも様々な情報を瞬時に送受信することを可能としている。例えば、電圧と電流とで異なる周波数を割り当てたり、特徴的な波形毎に異なる周波数を割り当てたりすることが可能である。制御装置１００Ａは、光ファイバを介して取得した情報から判定した結果に基づいて、光ファイバを介して速やかにゲートブロックや半導体遮断器９０を制御することで、事故の拡大を防ぐことを可能としている。

【0030】

図２に、より具体的な接続構成例を示す。なお、図２には、後述する図５に記載された制御装置１００内の機能部の例として、制御部１４０、監視部１１０が示されている。図２は一例であり、例えば、図２における監視部を判定部に置き換えてもよいし、制御部を判定部に置き換えてもよい。

【0031】

図２の（ａ）は、電圧変換部２０（絶縁機能、ゲートブロック機能等を含む）と制御部１４０が光ファイバで接続された構成を示す。当該光ファイバ上での光信号の通信に関して、例えば、状態監視用の周波数と、制御信号用の周波数とで異なる周波数が割り当てられる。

【0032】

図２の（ｂ）は、電圧計と監視部１１０が光ファイバで接続された構成を示す。電圧計により得られた電圧を監視部１１０が監視する。この通信には、電圧用の周波数が使用される。

【0033】

また、電圧計には、Ｅ－Ｏ変換のためのナノ光変調器が備えられ、監視部１１０側にはＯ－Ｅ変換のためのナノ受光器が備えられる。電圧計における電圧プローブの計測信号（電気信号）が直接又は間接的にナノ光変調器にて光信号に変換され、監視部１１０に送信される。なお、電圧プローブを介さずにナノ光変調器を使用してもよい。

【0034】

ナノ光変調器とナノ受光器はいずれも、高速高効率に動作し、省エネルギー・高速動作を実現している。そのため、電圧計と監視部１１０が遠隔にあっても低遅延で迅速な監視制御を実現できる。

【0035】

図２の（ｃ）は、電流計と監視部１１０が光ファイバで接続された構成を示す。電流計により得られた電流を監視部１１０が監視する。この通信には、電流用の周波数が使用される。

【0036】

また、電流計には、Ｅ－Ｏ変換のためのナノ光変調器が備えられ、監視部１１０側にはＯ－Ｅ変換のためのナノ受光器が備えられる。電流計における電流プローブの計測信号（電気信号）は直接又は間接的にナノ光変調器にて光信号に変換され、監視部１１０に送信される。なお、電流プローブを介さずにナノ光変調器を使用してもよい。ナノ光変調器とナノ受光器はいずれも、高速高効率に動作し、省エネルギー・高速動作を実現している。そのため、電流計と監視部１１０が遠隔にあっても低遅延で迅速な監視制御を実現できる。

【0037】

なお、電圧計からの光信号と電流計からの光信号を合波することで、一本の光ファイバで、電圧値（電圧用の周波数を使用）と電流値（電流用の周波数を使用）を監視部に送信してもよい。

【0038】

また、前述したとおり、制御装置１００と学習装置２００との間も光ファイバで接続されている。例えば、制御装置１００から学習装置２００への光ファイバを介した情報通信において、状態監視の情報、制御信号の情報、電圧の情報、及び電流の情報においてそれぞれ異なる周波数を使用することで、１本の光ファイバで効率的な情報伝送を実現することができる。

【0039】

（動作概要）
次に、図１に示した直流配電システムの全体の動作概要を説明する。拠点Ａにおいて、各計測器は、短時間間隔（例えば数ｕｓ～数ｍｓ単位）で計測を行い、制御装置１００Ａは、各計測器で得られた計測結果を取得する。同様に、拠点Ｂにおいて、各計測器は、短時間間隔（例えば、数ｕｓ～数ｍｓ単位の計測）で計測を行い、制御装置１００Ｂは、各計測器で得られた計測結果を取得する。

【0040】

制御装置１００Ａと制御装置１００Ｂはいずれも直流配電システムにおける動作状態（事故や、負荷変動等の事故以外の事象）の判定を行うことが可能であるが、本実施の形態では、制御装置１００Ａで判定を行うものとする。

【0041】

制御装置１００Ａで動作状態の判定を行う場合において、制御装置１００Ｂは、拠点Ｂにおける各計測器で得られた計測結果を、光ネットワーク（光ファイバ）を介して制御装置１００Ａに送信する。また、制御装置１００Ｂは、負荷装置の状態についても短時間間隔（例えば、数ｕｓ～数ｍｓ単位の計測）で監視しており、監視により取得した負荷装置の状態の情報（機器情報）を、光ネットワーク（光ファイバ）を介して制御装置１００Ａに送信する。光ネットワークを用いることで、低遅延、高信頼の伝送が可能となり、拠点間の距離が大きくても（例えば数ｋｍ）でも、本システムの事故検出及び遮断等の処理を高速に行うことができる。

【0042】

制御装置１００Ａは、拠点Ａ及び拠点Ｂにおいて取得された各計測結果と機器情報に基づいて、地絡（＋側）、地絡（－側）、短絡、部分短絡、突入電流、負荷接続、負荷ＯＮ・負荷ＯＦＦ、負荷変動等の動作状態を、電圧値、電流値、電圧値の変化を示す波形、電流値の変化を示す波形、及び機器情報等のうちのいずれか１つ、又は、いずれか複数（全部を含む）から判定する。

【0043】

なお、短絡とは、正側配電線と負側配電線が小さな抵抗で接続されることであり、部分短絡とは、正側配電線と負側配電線が大きな抵抗で接続されることである。

【0044】

制御装置１００Ａは、判定結果を表示する。制御装置１００Ａが制御装置１００Ｂに判定結果を送信することで、制御装置Ｂも判定結果を表示することができる。

【0045】

また、制御装置１００Ａは、地絡や短絡等の事故を検出した場合には、コンバータＡ２０に異常信号を、光ファイバを介して送信することで、コンバータＡ２０におけるゲートブロックを動作させ、配電を停止させることができる。また、制御装置１００Ａは、光ファイバで接続された半導体遮断器９０に異常信号を送信することで、拠点Ａと拠点Ｂとの間の回路を遮断することもできる。また、制御装置１００Ａは、地絡や短絡等の事故を検出した場合には、制御装置１００Ｂに判定結果又は異常信号を送信することで、制御信号１００Ｂが、拠点Ｂにおけるゲートブロック等を動作させることができる。

【0046】

また、制御装置１００Ａは、電流値又は電圧値の変化を示す波形から、事故ではない突入電流や負荷接続等の事象を判別できるので、誤って配電を停止してしまう等の誤動作を防止できる。

【0047】

また、本実施の形態では、光ネットワーク（光ファイバ）を介して各種信号を送受信するので、メタル線で生じていたノイズの影響を受けることなく、誤検出を削減できる。

【0048】

＜判定結果の例＞
図３に、計測器による検出値と判定結果の例を示す。図３におけるＶ１は、中性点と正側配電線との間の電圧計３の検出値を表し、Ｖ２は、中性点と負側配電線との間の電圧計４の検出値を表す。Ａは、例えば、電流計７又は電流計６の検出値（電流値）である。「ｐｅａｋ」は、最大値（短時間で変動する値の中での最大値）を意味する。

【0049】

ｄＶ１／ｄｔは、Ｖ１の時間ｔによる微分でありＶ１の時間変化を表す。ｄＶ２／ｄｔ、ｄＡ／ｄｔも同様である。∫（ｄＡ／ｄｔ）ｄｔはＡの変化量の積分を示す。

【0050】

（Ｖ１＋Ｖ２）／ＩにおけるＩは、例えば、電流計７又は電流計６の検出値（電流値）である。（Ｖ１＋Ｖ２）／ＩによりインピーダンスＺ（直流のみを考慮する場合、「抵抗」と称してもよい）が得られる。

【0051】

例えば、拠点Ａと拠点Ｂとの間の配電網で短絡等の事故が発生した場合、制御装置１００Ａは、（Ｖ１＋Ｖ２）／Ｉにより、拠点Ａ（具体的には計測器）と事故点との間の配電線のインピーダンスを算出し、拠点Ａと事故点との間の距離を算出することができる。つまり、拠点Ａと事故点との間の配電線の単位長さあたりのインピーダンスで、（Ｖ１＋Ｖ２）／Ｉにより得られたインピーダンスを割ることで距離を算出できる。

【0052】

なお、配電線の単位長さあたりのインピーダンスは、配電線の太さ（断面積）により決まる。また、一般に、配電線の太さ（つまり、配電線の単位長さあたりのインピーダンス）は、配電網のスケール（拠点間配電、拠点内配電等）により決まるため、制御装置１００Ａは、予め、配電網のスケール毎に配電線の単位長さあたりのインピーダンスを記憶部に保持しておき、制御対象の配電網のスケールに適合した単位長さあたりのインピーダンスを用いて、距離を計算する。また、制御装置１００Ａは、電流又は電圧の過渡的な現象を捉えられた場合はｊＸ（リアクタンス）の成分を含むインピーダンス導出を行うこととしてもよい。

【0053】

図３において、例えば、Ｖ１が急に０になり、Ｖ２が急に３８０Ｖになるような電圧波形に該当する計測結果が得られた場合に、正側配電線における地絡が発生したと判定できることが示されている。他の事象についても図３に示すとおりである。より具体的な判定ロジック（フロー）については後述する。

【0054】

制御装置１００Ａと制御装置１００Ｂはそれぞれ、取得した計測結果等を学習装置２００に送信し、学習装置２００は、電圧値の波形及び電流値の波形のうちのいずれか又は両方から、波形と事象との関係を学習してもよい。

【0055】

学習の手法は特定の方法に限られないが、例えば、ニューラルネットワークのモデルを用いてもよい。一例として突入電流についての学習の例を説明する。まず、配電網で突入電流が生じた際の電流計の計測結果から得られた波形を学習データとして多数取得する。

【0056】

学習装置２００は、学習データの波形をモデルに入力し、その波形の分類が「突入電流」になるようにモデルのパラメータを学習する。そして、学習済みのモデルを制御装置１００Ａに格納する。制御装置１００Ａはそのモデルを用いることで、計測結果の波形が突入電流に該当するか否かを判別できる。

【0057】

同様にして、地絡（＋側）、地絡（－側）、短絡、部分短絡、負荷接続、負荷ＯＮ（負荷投入）・負荷ＯＦＦ、負荷変動等の事象のそれぞれを、モデルを用いて判別することができる。

【0058】

上記のようにニューラルネットワークのモデルを用いて事象（動作状態）の判別を行うことは一例である。

【0059】

例えば、事象毎に、その事象が発生した際に観測される代表的な波形を代表波形として準備しておき、制御装置１００Ａの記憶部に格納しておく。制御装置１００Ａは、検知した波形と、各事象の代表波形とを比較し、検知した波形に近い代表波形の事象が発生したと判断することができる。検知した波形と、各事象の代表波形との比較においては、例えば、複数の特徴量（例：傾き、変化の開始から変化の終了までの時間長、変化の大きさ（変化前の値と変化後の値との差分）のうちのいずれか１つ又はいずれか複数（全部を含む）を、観測した波形と代表波形とで比較し、各特徴量における差分が閾値よりも小さいか否かで、検知した波形と代表波形とが近いか否かを判断してもよい。

【0060】

（システム構成例２）
図４に、本実施の形態における直流配電システムの構成例２を示す。構成例２は、拠点Ｃの内部で、整流装置６０等の電源装置から負荷装置８０への配電（給電）を行うシステムである。拠点Ｃは例えば通信ビル等の建物であるが、建物に限定されない。

【0061】

構成例２は、構成例１とスケールが違うだけで、基本的な構成は構成例１と構成例２とで同じである。また、構成例２でも構成例１と同様に、制御装置間、制御装置と学習装置との間、制御装置と電流計／電圧計との間は光ファイバで接続されている。また、電流計／電圧計にはナノ光変調器が使用され、電流計／電圧計の信号を監視する監視部側にはナノ受光器が使用されている。

【0062】

整流装置６０は、商用電源からの交流を直流に変換し、直流の電力を出力する。構成例１のコンバータＡ２０と同様に、整流装置６０は、電圧変換部を有するとともに、絶縁機能、及びゲートブロック機能を有している。負荷装置８０は、例えばサーバ等の装置であり、コンバータ７０は負荷装置内部に存在する。コンバータ７０は、電圧変換部を有するとともに、絶縁機能、及びゲートブロック機能を有している。また、整流装置６０において、構成例１と同様に、高抵抗中性点接地の構成を有しており、電圧計、電流計、零相変流器等の計測器が備えられている。

【0063】

また、構成例１における制御装置１００Ａ、制御装置１００Ｂ、学習装置２００と同様に、制御装置１００Ｃ－１、制御装置１００Ｃ－２、学習装置２００が備えられている。なお、ここでは、制御装置１００Ｃ－２は、負荷装置８０内部の機能部である。構成例２における動作は、構成例１における動作と同様である。

【0064】

（制御装置１００の構成例）
一例として、図１に示した直流配電システムにおける制御装置１００Ａと制御装置１００Ｂの構成例を説明する。ここでは、一例として、制御装置１００Ａが判定処理を行い、制御装置１００Ｂは判定処理を行わないものとする。

【0065】

図５に、制御装置１００Ａの構成例を示す。図５に示すとおり、制御装置１００Ａは、監視部１１０、判定部１２０、通信部１３０、制御部１４０、記憶部１５０、表示部１６０を有する。各部は図示するように接続されている。接続線は、例えば光ファイバである。

【0066】

監視部１１０は、拠点Ａ内の計測器（電圧計、電流計等）により得られた計測結果を、光ファイバを介して取得し、取得した計測結果を判定部１２０に入力する。なお、判定部１２０が拠点Ａ内の計測器（電圧計、電流計等）により得られた計測結果を、光ファイバを介して取得してもよい。また、監視部１１０は、拠点Ａ内の機器情報（例：コンバータＡ２０の情報）を、光ファイバを介して取得することもできる。

【0067】

通信部１３０は、他の制御装置１００や学習装置２００との間で光ファイバを介して通信を行う。より具体的には、通信部１３０は、拠点Ｂの制御装置１００Ｂから計測結果及び機器情報を受信し、これらを判定部１２０に入力する。

【0068】

判定部１２０は、監視部１１０から入力された計測結果と、通信部１３０から入力された情報とに基づいて、地絡（＋側）、地絡（－側）、短絡、部分短絡、突入電流、負荷接続、負荷ＯＮ・負荷ＯＦＦ、負荷変動等の動作状態を判定する。

【0069】

記憶部１５０には、例えば、判定に必要な閾値等が格納される。また、前述したモデルを用いて判定を行う場合において、記憶部１５０には、当該モデル（具体的には学習済みのパラメータ）が格納され、判定部１２０は記憶部１５０からモデルを読み出して判定に使用する。

【0070】

また、判定部１２０は、地絡（＋側）、地絡（－側）、短絡、部分短絡、突入電流、負荷接続、負荷ＯＮ・負荷ＯＦＦ、負荷変動等の動作状態の判定結果と、その判定結果に対応する電圧値の波形、電流値の波形、又は、電圧値の波形と電流値の波形の両方を記憶部１５０に格納してもよい。格納されたデータ（判定結果と波形の組のデータ）は、学習装置２００における学習データとして使用することができる。なお、学習装置２００を備えずに、制御装置１００Ａが学習機能を備えることとしてもよい。

【0071】

制御部１４０は、判定結果が地絡や短絡等の事故である場合に、ゲートブロックを動作させる異常信号を、光ファイバを介してコンバータＡ２０に送信する。また、異常信号を、光ファイバを介して半導体遮断器９０に送信してもうよい。表示部１６０は、判定結果等を表示する。

【0072】

なお、図５に示す１１０～１６０の各部に判定機能を備え、その判定機能のみで事故等を判定可能な場合には、当該判定の結果を優先して利用することとしてもよい。

【0073】

図６は、拠点Ｂの制御装置１００Ｂの構成例を示す図である。図６に示すように、制御装置１００Ｂは、監視部１１０、通信部１３０、制御部１４０、表示部１６０を有する。

【0074】

監視部１１０は、拠点Ｂにおける各計測器で計測された計測結果を、光ファイバを介して取得するとともに、拠点Ｂにおける負荷装置の機器情報を、光ファイバを介して取得する。通信部１３０は、監視部１１０により取得された計測結果と機器情報を拠点Ａの制御装置１００Ａに光ファイバを介して送信する。

【0075】

制御装置１００Ａにおいて、判定処理が実行され、判定結果が拠点Ｂの制御装置１００Ｂに光ファイバを介して送信される。例えば判定結果が事故の発生を示す場合、制御部１４０は拠点Ｂのゲートブロックを動作させる異常信号を出力する。また、表示部１６０は、事故が発生したことを示す情報を出力する。あるいは、制御装置１００Ａから異常信号が拠点Ｂの制御装置１００Ｂに送信されることとしてもよい。

【0076】

図７は、学習装置２００の構成例を示す図である。図７に示すように、学習装置２００は、学習部２１０、記憶部２２０、通信部２３０を有する。通信部２３０は、制御装置１００Ａ、１００Ｂ等から学習データ（例：事象と波形の組のデータ）を、光ファイバを介して受信し、当該学習データを記憶部２２０に格納する。学習部２１０は、学習データを用いて学習を行う。例えば、前述したように、ニューラルネットワークのモデルの学習を行う。通信部２３０は、学習済みのモデルを制御装置１００Ａ等に送信する。

【0077】

＜ハードウェア構成例＞
制御装置１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ－１、１００Ｃ－２、学習装置２００はいずれも、各構成部が独立の装置であり、構成部間が光ファイバで接続される構成であってもよいし、コンピュータにプログラムを実行させることにより構成される装置であってもよい。このコンピュータは、物理的なコンピュータであってもよいし、仮想マシンであってもよい。

【0078】

すなわち、当該装置（制御装置１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ－１、１００Ｃ－２、学習装置２００）は、コンピュータに内蔵されるＣＰＵやメモリ等のハードウェア資源を用いて、当該装置で実施される処理に対応するプログラムを実行することによって実現することが可能である。上記プログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（可搬メモリ等）に記録して、保存したり、配布したりすることが可能である。また、上記プログラムをインターネットや電子メール等、ネットワークを通して提供することも可能である。

【0079】

図８は、上記コンピュータのハードウェア構成例を示す図である。図８のコンピュータは、それぞれバスＢＳで相互に接続されているドライブ装置１０００、補助記憶装置１００２、メモリ装置１００３、ＣＰＵ１００４、インタフェース装置１００５、表示装置１００６、入力装置１００７、出力装置１００８等を有する。

【0080】

当該コンピュータでの処理を実現するプログラムは、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ又はメモリカード等の記録媒体１００１によって提供される。プログラムを記憶した記録媒体１００１がドライブ装置１０００にセットされると、プログラムが記録媒体１００１からドライブ装置１０００を介して補助記憶装置１００２にインストールされる。但し、プログラムのインストールは必ずしも記録媒体１００１より行う必要はなく、ネットワークを介して他のコンピュータよりダウンロードするようにしてもよい。補助記憶装置１００２は、インストールされたプログラムを格納すると共に、必要なファイルやデータ等を格納する。

【0081】

メモリ装置１００３は、プログラムの起動指示があった場合に、補助記憶装置１００２からプログラムを読み出して格納する。ＣＰＵ１００４は、メモリ装置１００３に格納されたプログラムに従って、当該装置に係る機能を実現する。インタフェース装置１００５は、ネットワークに接続するためのインタフェースとして用いられ、送信部及び受信部として機能する。表示装置１００６はプログラムによるＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）等を表示する。入力装置１００７はキーボード及びマウス、ボタン、又はタッチパネル等で構成され、様々な操作指示を入力させるために用いられる。出力装置１００８は演算結果を出力する。

【0082】

（動作フロー）
次に、図９、図１０のフローチャートを参照して、制御装置１００Ａの詳細動作例を説明する。図９、図１０のフローチャートに示す動作は、制御装置１００Ａの判定部１２０により実行される動作である。また、図９、図１０のフローチャートにおいて想定している監視対象は、正側配電線と中性点（アース）との間の電圧であるＶ１、負側配電線と中性点（アース）との間の電圧であるＶ２、正側配電線と負側配電線との間の電圧であるＶ１＋Ｖ２＝Ｖ、及び、配電線を流れる電流（例えば図１に示す電流計７で測定される電流）である。

【0083】

Ｓ１０１において、判定部１２０は、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ、及び電流のいずれにも変動を検知していないため、直流配電システムは通常状態にある。

【0084】

Ｓ１０２において、判定部１２０は、電圧（Ｖ１、Ｖ２、又はＶ）の変動を検出したか否かを判定し、検出した場合はＳ１０３に進み、検出しない場合はＳ１１２に進む。なお、「電圧の変動を検出する」とは、例えば、時刻ｔ＋Δｔの電圧の値が時刻ｔにおける電圧の値と比べて閾値以上に変化したことを検出することである。「電流の変動を検出する」ことも同様である。

【0085】

電圧の変動を検出した場合（Ｓ１０２のＹｅｓ）、Ｓ１０３において、判定部１２０は、コンバータＡ２０の状態の情報に基づいて、制御電圧を変更中であるか否かを判定する。なお、対象とする直流配電システムに浮動充電の蓄電池が接続されている場合、Ｓ１０３での判定では、「（制御電圧を変更中）かつ（蓄電池放電中でない）」か否かを判定する。Ｓ１０３の判定がＹｅｓであればＳ１０１に戻り、ＮｏであればＳ１０４に進む。

【0086】

Ｓ１０４において、検出した電圧の変動がＶ（＝Ｖ１＋Ｖ２）の変動である場合、Ｓ１１０に進み、検出した電圧の変動がＶ（＝Ｖ１＋Ｖ２）の変動でない場合、Ｓ１０５に進む。

【0087】

Ｓ１０５において、判定部１２０は、「Ｖ１＜Ｖ２」であるか否かを判定し、「Ｖ１＜Ｖ２」であればＳ１０６に進み、「Ｖ１＜Ｖ２」でなければＳ１０８に進む。

【0088】

「Ｖ１＜Ｖ２」である場合のＳ１０６において、検出部１２０は。正側配電線において地絡が発生したと判定する。正側配電線において地絡が発生した場合、正側配電線が地絡抵抗（低抵抗）を介して接地されるので、正側の抵抗１の両端の電圧が下がり、負側の抵抗２の両端の電圧が上がり、「Ｖ１＜Ｖ２」となる。Ｓ１０７において、判定部１２０から地絡検出の通知を受けた制御部１４０は、異常信号を送出する。

【0089】

Ｓ１０５の判定がＮｏの場合、つまり、「Ｖ１＜Ｖ２」ではない場合、Ｓ１０８において、検出部１２０は、負側配電線において地絡が発生したと判定する。負側配電線において地絡が発生した場合、負側配電線が地絡抵抗（低抵抗）を介して接地されるので、負側の抵抗２の両端の電圧が下がり、正側の抵抗１の両端の電圧が上がり、「Ｖ１＞Ｖ２」となる。Ｓ１０９において、判定部１２０から地絡検出の通知を受けた制御部１４０は、異常信号を送出する。

【0090】

Ｓ１０４での判定がＹｅｓの場合、つまり、Ｖの変動を検出した場合、Ｓ１１０において、判定部１２０は、短絡が発生したと判定する。Ｓ１１１において、判定部１２０から地絡検出の通知を受けた制御部１４０は、異常信号を送出する。

【0091】

Ｓ１０２での判定がＮｏの場合（つまり、電圧の変動を検出しない場合）、判定部１２０は、Ｓ１１２において、電流の変動の有無を判断し、電流の変動があった場合にはＳ１１３に進む。

【0092】

Ｓ１１３において、判定部１２０は、電流の変動が生じてから予め定めた時間の経過後に電流の値が変動前の値に戻ったか否かを判定する。判定結果がＮｏの場合、Ｓ１１６に進む。判定結果がＹｅｓの場合、Ｓ１１４に進み、判定部１２０は、突入電流が発生したと判定する。Ｓ１１５において、判定部１２０から突入電流検出の通知を受けた制御部１４０は、異常信号を送出する。なお、突入電流は通常状態であるとみなして、異常信号を送出しないこととしてもよい。

【0093】

Ｓ１１３での判定がＮｏである場合、つまり、一定時間経過後に電流が元に戻っていない場合、図１０のＳ１１６に進む。

【0094】

Ｓ１１６において、判定部１２０は、電流の立ち上がり時間が閾値以下であるか否かを判定する。判定部１２０は、電流の立ち上がり時間が閾値以下であると判定した場合、Ｓ１１７に進む。

【0095】

Ｓ１１７において、判定部１２０は、拠点Ｂから受信した機器情報に基づいて、電流立ち上がりの時刻において負荷接続中又は負荷投入中であるか否かを判定する。

【0096】

Ｓ１１７での判定結果がＮｏである場合、Ｓ１１８において、判定部１２０は、部分短絡が発生したと判定する。Ｓ１１９において、判定部１２０から部分短絡検出の通知を受けた制御部１４０は、異常信号を送出する。

【0097】

Ｓ１１７での判定がＹｅｓの場合、つまり、負荷接続中又は負荷投入中である場合、Ｓ１２０に進み、判定部１２０は、負荷接続又は負荷投入があったと判定し、Ｓ１０１に戻る。

【0098】

Ｓ１１６での判定がＮｏの場合、つまり、電流の立ち上がり時間が閾値以下ではない場合、Ｓ１２１に進み、判定部１２０は、負荷変動があったと判定し、Ｓ１０１に戻る。

【0099】

（波形による判定について）
図９、図１０に示した各事象の判定において、より詳細には、判定部１２０は、事象に対応する波形に基づいて判定を行う。なお、判定において使用する「波形」とは、波形そのもの（つまり、時刻毎の値）であってもよいし、傾き（微分）、変化時間長等の特徴量を「波形」として使用してもよい。

【0100】

図１１は、図９のフローにおいてＳ１０２でＹｅｓとなる場合（電圧の変動がある場合）における、地絡（＋）、地絡（－）、及び短絡のそれぞれに対応する波形のイメージを示す図である。

【0101】

図１１に示すとおり、正側配電線とアースとの間において、正側配電線の電位が急に減少して０Ｖに近づく波形を検出したときに、地絡（＋）が発生したと判定できる。また、負側配電線とアースとの間において、負側配電線の電位が急に増加して０Ｖに近づく波形を検出したときに、地絡（‐）が発生したと判定できる。図９のＳ１０５における判定は、電圧の変化がこのような特徴を持つ波形に該当するかどうかを判定することであってもよい。

【0102】

また、正側配電線と負側配電線との間の電圧が急に減少する波形を検出したときに、短絡が発生したと判定できる。

【0103】

図１１には、各事象が発生したときの負荷装置からの信号が示されている。「地絡（＋）」、「地絡（－）」において、負荷装置が正常動作をしていることがわかれば、電圧の変動が地絡により生じたことをより精度良く判定することができる。

【0104】

図１２は、図９のフローにおいてＳ１０２でＮｏとなる場合（電圧の変動がない場合）において、電流の変動がある場合における、突入電流、負荷変動、部分短絡、負荷接続・負荷投入のそれぞれに対応する波形のイメージを示す図である。

【0105】

図１２に示すとおり、突入電流が発生した場合の電流の波形は、電流の値が上昇し、すぐに元に戻るような波形となる。図９のＳ１１３は、計測された電流の値の変化がこのような特徴を持つ波形に該当するかどうかを判定していることに相当する。

【0106】

負荷変動が発生した場合の電流の波形は、電流の値が徐々に上昇し、すぐには元に戻らないような波形である。図１０のＳ１１６は、計測された電流の値の変化がこのような特徴を持つ波形に該当するかどうかを判定していることに相当する。

【0107】

部分短絡と負荷接続・投入における波形は類似しており、急に電流が増加するような波形となる。ただし、部分短絡の場合には、負荷装置から特別な信号（スイッチＯＮ等）は得られておらず、負荷接続・投入の場合には、負荷装置からスイッチＯＮ等の信号が得られている。すなわち、部分短絡と負荷接続・投入は、波形と機器情報により識別することが可能である。図１０のＳ１１６とＳ１１７は、波形と機器情報による判定に相当する。

【0108】

（実施の形態の効果）
以上、説明したとおり、本実施の形態に係る技術により、負荷変動等の事象を誤って事故であると判定することを回避して、直流配電システムにおいて発生した事故を精度良く検出することが可能となる。

【0109】

また、光ファイバを介して信号の送受信を行うので、メタル線で生じていたノイズの影響を受けず、誤検出を低減できる。また、電圧計／電流計におけるＥ－Ｏ変換にナノ光変調器を用い、情報取得側ではＯ－Ｅ変換にナノ受光器を使用するので、高速動作（低遅延動作）、省電力、及び低ロスの監視制御を実現できる。また、数ｋｍ以上離れた遠隔の拠点間でも低遅延の監視制御を実現できる。

【0110】

（実施の形態のまとめ）
本明細書には、少なくとも下記各項の直流配電システム、制御装置、動作状態判定方法、及びプログラムが開示されている。
（第１項）
電源装置から負荷装置に対して配電網を介して電力を配電する直流配電システムであって、
前記配電網に備えられた計測器と、
前記計測器により計測された電圧値及び電流値を、光ファイバを通じて取得し、電圧値の変化を示す波形と電流値の変化を示す波形とに基づいて、前記直流配電システムにおける動作状態を判定する判定部を備える制御装置と
を備える直流配電システム。
（第２項）
前記制御装置は、
前記判定部により前記配電網において事故が発生したと判定された場合に、ゲートブロック又は遮断器を、光ファイバを通じて動作させることにより、前記電源装置からの配電を停止させる制御部を備える
第１項に記載の直流配電システム。
（第３項）
前記計測器は、電気信号の計測値を、光ファイバで送信するための光信号に変換するナノ光変調器を備える
第１項又は第２項に記載の直流配電システム。
（第４項）
光ファイバを通じて送信される情報の種類毎に、異なる周波数を使用する
第１項ないし第３項のうちいずれか１項に記載の直流配電システム。
（第５項）
電源装置から負荷装置に対して配電網を介して電力を配電する直流配電システムにおける動作状態判定方法であって、
前記配電網に備えられた計測器が電圧値及び電流値を計測するステップと。
前記計測器により計測された電圧値及び電流値を、光ファイバを通じて取得し、電圧値の変化を示す波形と電流値の変化を示す波形とに基づいて、前記直流配電システムにおける動作状態を判定するステップと
を備える動作状態判定方法。
（第６項）
電源装置から負荷装置に対して配電網を介して電力を配電する直流配電システムにおいて使用される制御装置であって、
前記配電網に備えられた計測器により計測された電圧値及び電流値を、光ファイバを通じて取得し、電圧値の変化を示す波形と電流値の変化を示す波形とに基づいて、前記直流配電システムにおける動作状態を判定する判定部を備える
制御装置。
（第７項）
コンピュータを、第６項に記載の制御装置として機能させるためのプログラム。

【0111】

以上、本実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0112】

１、２、１、４２ 抵抗
３、４、９、４３、４４、４９ 電圧計
６、７、８、１０、４６、４７、４８、５０ 電流計
２０、３０、７０ コンバータ
８０ 負荷装置
９０ 半導体遮断器
１００ 制御装置
１１０ 監視部
１２０ 判定部
１３０ 通信部
１４０ 制御部
１５０ 記憶部
１６０ 表示部
２００ 学習装置
２１０ 学習部
２２０ 記憶部
２３０ 通信部
８０ 負荷装置
１０００ ドライブ装置
１００１ 記録媒体
１００２ 補助記憶装置
１００３ メモリ装置
１００４ ＣＰＵ
１００５ インタフェース装置
１００６ 表示装置
１００７ 入力装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】