电力开关控制装置以及闭极控制方法与流程

本发明涉及一种对电力开关装置进行开关控制的电力开关控制装置及其闭极控制方法。

背景技术：
一般，在电力开关控制装置中，需要适当控制断路器等电力开关装置的闭极时刻，并且在接通电力开关装置时抑制瞬态电压和电流的产生。专利文献1中，记载了一种电力开关控制装置，其对存在于电源与输电线之间的断路器进行开关控制，通过分别测量电源侧电压和输电线侧电压，将电源侧电压的波形与输电线侧电压的波形相乘，并根据该相乘后的波形提取低于电源的频率且高于直流成分的频率的频带成分，决定接通断路器的时刻。该以往的电力开关控制装置以电流切断后输电线侧电压不衰减为前提，使用电流刚切断后输电线侧电压的测量值，计算接通断路器的时刻。【现有技术文献】【专利文献】【专利文献1】日本专利特开2010-218727号公报

技术实现要素：
发明所要解决的技术问题但是，实际上，断开断路器后，在下一次接通断路器之前会有一定的时间间隔，在此期间内输电线侧电压会发生衰减。因此，刚断开断路器后输电线侧电压的测量值与一定时间后接通断路器时的输电线侧电压不一致。因此，如上述以往的电力开关控制装置所示，在使用电流刚切断后的输电线侧电压的测量值计算出的目标时刻将断路器进行闭极的控制中，难以充分抑制在接通断路器时过电压和过电流的产生。本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种能够推断电流切断后输电线侧电压的变动，并且充分抑制在再次接通断路器时过电压和过电流的产生的电力开关控制装置及其闭极控制方法。解决技术问题所采用的技术方案为了解决上述课题并达成目的，本发明所涉及的电力开关控制装置，其特征在于，具有：电压测量部，该电压测量部测量断路器的电源侧电压和输电线侧电压；电压推断部，该电压推断部基于所述电源侧电压的测量值，推断当前时刻以后的电源侧电压推断值，并且基于所述输电线侧电压的测量值，推断当前时刻以后的输电线侧电压推断值；目标闭极时刻计算部，该目标闭极时刻计算部基于所述电源侧电压推断值和所述输电线侧电压推断值，计算所述断路器的目标闭极时刻；以及闭极控制部，该闭极控制部基于所述目标闭极时刻，将闭极控制信号输出至所述断路器，所述目标闭极时刻计算部具有：极间电压推断值计算部，该极间电压推断值计算部使用所述电源侧电压推断值和所述输电线侧电压推断值，计算极间电压推断值；通电时刻范围计算部，该通电时刻范围计算部针对计算出所述极间电压推断值的各时刻，将该各时刻假设为闭极时刻，并基于所述断路器的闭极时间的偏差程度以及所述断路器的极间的绝缘耐力减少率的偏差程度，计算该断路器的通电时刻的最大变动范围即通电时刻范围；极间电压最大值计算部，其针对所述各时刻，计算所述通电时刻范围中所述极间电压推断值的绝对值的最大值即极间电压最大值；以及目标闭极时刻决定部，该目标闭极时刻决定部将所述极间电压最大值为阈值以下且为极小值的时刻决定为所述目标闭极时刻。发明效果根据本发明，可获得以下效果，即能够提供一种能够推断电流切断后输电线侧电压的变动，并且可充分抑制在再次接通断路器时过电压和过电流的产生的电力开关控制装置及其闭极控制方法。附图说明图1是表示实施方式1所涉及的电力开关控制装置的结构的一例的图。图2是用来说明输电线侧电压推断值的计算方法的图。图3是表示环境条件测量部的结构的一例的图。图4是表示目标闭极时刻计算部的功能结构的一例的图。图5是用来说明断路器的接通时刻的图。图6是用来说明闭极时刻范围和通电时刻范围的图。图7是用来说明闭极时刻范围和通电时刻范围的另一图。图8是表示极间电压最大值波形的一例的图。图9是用来说明目标闭极时刻的设定例的图。图10是表示各相的接通标记的图。图11是表示实施方式1所涉及的闭极控制方法的流程图。图12是表示特征值λi和残差矩阵[B]的计算处理的流程图。具体实施方式以下，根据附图详细说明本发明的实施方式所涉及的电力开关控制装置以及闭极控制方法。另外，本发明并不限定于本实施方式。实施方式1图1是表示本实施方式所涉及的电力开关控制装置的结构的一例的图。如图1所示，电源1与输电线3之间连接着断路器2，在断路器2上连接着电力开关控制装置4。电源1是三相交流的电源。断路器2例如为气体断路器。输电线3是带并联电抗器补偿的输电线或无并联电抗器补偿的输电线。此处，带并联电抗器补偿的输电线是指，断路器2的输电线侧(负载侧)具有并联电抗器(未图示)的输电线。此外，无并联电抗器补偿的输电线是指，在断路器2的输电线侧没有并联电抗器的输电线。输电线3为带并联电抗器补偿的输电线时，在断开断路器2后，会在断路器2的输电线侧根据并联电抗器和输电线3的静电容量产生一定频率的交流电压。输电线3为无并联电抗器补偿的输电线时，在断开断路器2后，会在断路器2的输电线侧产生与切断时的电源侧电压相应的直流电压。另外，图1中，仅示出了三相中一相的结构，其他两相则省略图示。电力开关控制装置4具有：电压测量部5，其连接至电源侧和输电线侧双方；电压推断部6，其连接至电压测量部5；目标闭极时刻计算部7，其连接至电压推断部6；闭极控制部8，其连接至目标闭极时刻计算部7；闭极时间测量部10，其连接至与断路器2联动的辅助开关9，并且连接至闭极控制部8；以及闭极时间预测部11，其连接至闭极时间测量部10，并且连接至闭极控制部8。另外，闭极时间预测部11与设置在例如电力开关控制装置4的外部的动作环境条件测量部12连接。电压测量部5按照例如一定周期测量断路器2的电源侧电压和输电线侧电压。此外，电压测量部5将电源侧电压和输电线侧电压的各测量值输出至电压推断部6。电压测量部5在每次测量电源侧电压或输电线侧电压后，将该测量值输出至电压推断部6。电压推断部6基于自电压测量部5输出的例如过去一定时间量的电源侧电压的测量值，推断当前时刻以后的电源侧电压推断值，并且基于自电压测量部5输出的例如过去一定时间量的输电线侧电压的测量值，推断当前时刻以后的输电线侧电压推断值。此外，电压推断部6还将电源侧电压推断值和输电线侧电压推断值输出至目标闭极时刻计算部7。此处，说明利用电压推断部6进行的电源侧电压推断值和输电线侧电压推断值的计算方法的一例。首先，说明输电线侧电压推断值的计算方法。断路器2切断后的输电线侧电压一般为多频的合成波形，因此作为波形参数，将Ai设为振幅，将σi(＜0)设为衰减率，将fi设为频率，将φi设为相位时，时刻t的输电线侧电压推断值一般能够以下式来表示。【数学式1】此处，M为合成波成分的数量，i为从1至M的整数值。考虑计算精度等，预先设定M。上述式(1)中波形参数的总数为(4×M)个，通过使用输电线侧电压的测量值来决定这些所有波形参数，能够求出任意的时刻t中的输电线侧电压推断值。电压推断部6中，使用自电压测量部5输出的n(≥4×M)个输电线侧电压的测量值，通过例如最小二乘法，决定上述式(1)中的所有波形参数。此处，n个输电线侧电压的测量值为例如过去一定时间内的测量值。图2是用来说明输电线侧电压推断值的计算方法的图。上部为表示输电线侧电压的测定波形的图，按照时间序列示出了输电线侧电压的测量值，横轴为时间(sec)，纵轴为输电线侧电压(PU)。另外，电压是按照额定电压值标准化后的值(PU)。此外，中部是表示用来推断输电线侧电压的解析波形的图，具体而言，将当前时刻设为t3时，读取其例如过去的一定时间(时刻t1至时刻t2之间)的测定波形作为解析波形，并使用构成该解析波形的n个离散点的测量值，决定上述式(1)中的波形参数。并且，下部为表示预测波形的图，具体而言，其为按照上述式(1)求出当前时刻t3以后的例如时刻t3至时刻t4之间的输电线侧电压推断值的图。另外，作为解析波形，也可使用当前时刻t3的最近的过去一定时间量的测定值作为图2的中部的波形。也就是说，也可选择时刻t3-Δt至时刻t3之间的测定波形作为解析波形。此处，Δt为预先设定的过去一定时间。此外，电压推断部6也可使用最新的电压测量值来更新输电线侧电压推断值。例如，在当前时刻t3时，使用最近的过去一定时间Δt内的电压测量值求出当前时刻t3以后的输电线侧电压推断值后，在当前时刻为t3+Δt时，再次使用最近的过去一定时间Δt内的电压测量值，计算当前时刻t3+Δt以后的输电线侧电压推断值。接着，说明电源侧电压推断值的计算方法。电源侧电压推断值也能够与输电线侧电压推断值同样地通过在上述式(1)中使用例如最小二乘法来进行推断。其中，关于电源侧电压，通过根据以单频施加(M＝1)、电源侧电压的频率以稳态频率(例如50Hz或60Hz)施加、电压振幅值为已知以及衰减率为0，将这些已知的信息作为初始设定信息预先提供给电压推断部6，从而不使用最小二乘法就能够决定波形参数。另外，关于相位，能够例如从测量值中求出值从负变为正的零点，并决定φ，使得在该零点的时刻，(2π×f×t+φ)＝π/2。目标闭极时刻计算部7基于自电压推断部6输出的电源侧电压推断值和输电线侧电压推断值，计算断路器2的目标闭极时刻。目标闭极时刻的计算处理的详情如下所述。闭极控制部8被输入闭极指令后，会在目标闭极时刻前预测闭极时间的时刻，输出闭极控制信号。此处，预测闭极时间是指，从将闭极控制信号输出至断路器2起直到断路器2的可动触点(未图示)机械接触固定触点(未图示)为止的闭极时间的预测值。断路器2的闭极时间会依据环境温度、控制电压以及操作压力等动作环境条件而产生变动，并且还会随着接点磨损、经时变化以及微小个体差等断路器的各状态变化而产生变动。断路器2的闭极时间的变动中，依据动作环境条件而产生变动的部分是可对于同样型号断路器进行通用修正的部分。另一方面，断路器2的闭极时间的变动中，依据断路器2的状态变化而产生变动的部分是需要单独修正的部分。也就是说，预测闭极时间能够利用与环境温度、控制电压以及操作压力等动作环境条件相应的第1修正时间以及基于过去的动作履历的第2修正时间进行修正。具体而言，预先测量一定的环境温度、控制电压以及操作压力的条件下闭极时间的平均值即基准闭极时间。此外，还预先测量从上述一定的动作环境条件使环境温度、控制电压以及操作压力变化以使其闭极时的闭极时间的平均值，并计算该闭极时间的平均值与基准闭极时间的差分值，制成动作环境条件与差分值的对应表。然后，在运用时，通过基于实际的动作环境条件(环境温度、控制电压以及操作压力)，参照上述表，根据表内的动作环境条件与实际的环境条件的差异，进行内插等，从而计算与实际的动作环境条件相应的第1修正时间。并且，计算过去n次(例如过去10次)的过去的实际的闭极时间与该动作时的预测闭极时间的误差，对该误差例如进行加权，计算基于过去的动作履历的第2修正时间。此处，加权可通过使更接近运用时的时刻的误差的权重进一步变大等来进行设定。使用以上计算值，能够得出预测闭极时间＝基准闭极时间+第1修正时间+第2修正时间。闭极时间测量部10通过计算来自闭极控制部8的闭极控制信号的输出时刻和与断路器2的可动触点联动的辅助开关9的动作时刻的差，测量实际的闭极时间。此外，闭极时间测量部10将闭极时间的测量值输出至闭极时间预测部11。图3是表示动作环境条件测量部12的结构的一例的图。动作环境条件测量部12具有例如环境温度测量部12a、控制电压测量部12b以及操作压力测量部12c。环境温度测量部12a测量环境温度，并将该测量值输出至闭极时间预测部11。控制电压测量部12b测量断路器2的驱动时的控制电压，并将该测量值输出至闭极时间预测部11。操作压力测量部12c测量断路器2的驱动时的操作压力(例如液压)，并将该测量值输出至闭极时间预测部11。闭极时间预测部11具有上述基准闭极时间信息和表信息。并且，闭极时间预测部11存储着过去的实际的闭极时间以及该动作时的预测闭极时间。而且，闭极时间预测部11基于从动作环境温度测量部12a输出的环境温度、从控制电压测量部12b输出的控制电压以及从操作压力测量部12c输出的操作压力，参照上述表信息，计算与环境条件相应的第1修正时间，并且将过去的闭极时间与该动作时的预测闭极时间的误差进行例如加权平均，计算第2修正时间，并计算基准闭极时间、第1修正时间以及第2修正时间的和即预测闭极时间。接着，说明使用目标闭极时刻计算部7计算目标闭极时刻的计算方法。另外，目标闭极时刻为断路器2被机械接通的目标时刻，是断路器2的可动触点(未图示)与固定触点(未图示)接触的时刻。图4是表示目标闭极时刻计算部7的功能结构的一例的图。如图4所示，目标闭极时刻计算部7具有极间电压推断值计算部7a、通电时刻范围计算部7b、极间电压最大值计算部7c以及目标闭极时刻决定部7d。首先，极间电压推断值计算部7a计算电源侧电压推断值与输电线侧电压推断值的差即极间电压推断值，并且计算极间电压推断值的绝对值。断路器2的闭极过程中，极间的绝缘耐力会随着触点的极间距离的减少而降低，并且在该绝缘耐力为对极间施加的电压产生的电场值以下的时刻，会随着极间的绝缘破坏而产生前电弧，将断路器2电性接通。也就是说，会在断路器2的极间电压的绝对值波形与表示断路器2的闭极过程中极间的绝缘耐力减少率(RDDS：RateofDecreaseofDielectricStrength)的绝缘耐力变化率特性线的交点，将断路器2电性接通。参照图5，对其进行具体说明。图5是用来说明断路器2的接通时刻的图。横轴为时间(sec)，纵轴为电压(PU)。V是极间电压的绝对值波形。L0是绝缘耐力变化率特性线。如上所述，V与L0的交点P的时刻是断路器2电性接通的时刻。相对于此，L0与横轴(电压＝0)的交点Q的时刻是断路器2机械接通的时刻。也就是说，交点Q是闭极点。L0是例如闭极时刻为闭极点Q的时刻的绝缘耐力变化率特性线。另一方面，目标闭极时刻需要设定为，可抑制在通电时过电压和过电流的产生。也就是说，通电时的极间电压的绝对值越小，过电压和过电流越是被抑制，因此需要将目标闭极时刻设定为通电时的极间电压的绝对值为预先设定的阈值Y以下。此处，阈值Y采用在通电时极间电压的绝对值为该值以下时，过电压和过电流在容许范围内的值。其中，由于断路器2的动作时间存在偏差以及极间的绝缘耐力减少率存在概率性的偏差，所以仅是相对于提供的闭极点，根据通过该闭极点的单一的绝缘耐力变化率特性线与极间电压推断值的绝对值波形的交点，计算通电时刻，并评估该时刻的极间电压推断值的绝对值的方法并不充分。详细地说，由于断路器2的动作时间(此时为闭极时间)存在偏差，所以实际的闭极时刻会偏离图5的交点Q的时刻，并且与之相应，交点P的时刻也会产生偏离，通电时的极间电压的绝对值也可能与当初推断的值产生偏离。此外，绝缘破坏是概率性的事态，因此，绝缘耐力变化率特性线的斜率会以其平均值为中心发生变动。随着该斜率的变动，交点P的时刻也会发生变动。另外，绝缘耐力变化率特性线的斜率的绝对值等于极间的绝缘耐力减少率。因此，本实施方式中，预先评估表示断路器2的动作时间的偏差程度的闭极时刻偏差幅度ΔT，并且还预先评估表示极间的绝缘耐力减少率的概率性的偏差程度的绝缘耐力减少率偏差幅度Δk，预先将与ΔT和Δk有关的信息提供给目标闭极时刻计算部7。换言之，相对于闭极时刻tQ，闭极时刻的变动范围能够评估为(tQ-ΔT)至(tQ+ΔT)之间。此处，ΔT能够根据断路器2的闭极时间的多次测量值来求出。具体而言，能够使用在接近运用时的时刻测量出的多次闭极时间的测量值，求出标准偏差，并且将ΔT设为例如标准偏差的三倍。此外，ΔT能够根据设置设备时的动作测定的结果来决定或者根据记录在装置中的过去的动作履历来决定。此外，极间的绝缘耐力减少率k的变动范围能够评估为(k-Δk)至(k+Δk)之间。此处，Δk能够设为例如k的标准偏差的三倍。另外，以下将该k的变动范围((k-Δk)～(k+Δk))称为绝缘耐力减少率范围。然后，相对于将闭极时刻假设为tQ时极间的绝缘耐力减少率为k的绝缘耐力变化率特性线L0，考虑断路器2的动作时间的偏差和绝缘耐力变化率特性线的斜率的偏差，利用可存在于闭极时刻为(tQ-ΔT)且极间的绝缘耐力减少率为(k-Δk)的绝缘耐力变化率特性线L1与闭极时刻为(tQ+ΔT)且极间的绝缘耐力减少率为(k+Δk)的绝缘耐力变化率特性线L2之间的区域内的、极间的绝缘耐力减少...