How to control the current cut-off device of the high-voltage electrical circuit within the network

本発明は、高電圧電気回路網内の開閉装置を制御する方法に関する。

以下では、説明を単純にするため、開閉装置を回路遮断器タイプとみなす。

本発明は、高電圧電気回路網内の動作電力変圧器の開閉装置と関連した突入電流を減少させる方法に関し、前記方法は、前記開閉装置の開閉瞬間を最適な方式で決定することを可能にする。

高電圧電気回路網内の回路遮断器などの動作開閉装置は、電圧サージや突入電流などの外乱の発生源である。 係る現象は、特に、エネルギー輸送網とその相互接続の複雑さと関連する。 係る動作と関連した過渡現象を制御するために、前記開閉装置の開閉前に抵抗器とインダクタを事前に挿入するような解決策があるが、最も有効な解決策は、「被制御」動作によって得られ、この動作は、開閉に最適な瞬間を回路網の瞬間電圧の関数として選択することを可能にする。

真空電力変圧器の接続の切断は、過渡現象をほとんど生成しない。 しかしながら、制御されない瞬間に行なわれる投入動作は、変圧器の故障電流レベルに達する恐れがあるかなり大きい突入電流を生成する。 係る電流は、巻線にストレスをかけて、厳しい一時的電圧を作り出し、この一時的電圧は、電源の品質を低下させ、また中立電流が不均衡になる結果、望ましくない動作が生じる。 更に、変圧器の巻線内に加わる電気力学的ストレスによって、前記巻線の平均寿命が短くなる。

係る問題を解決するため、この説明の終わりに参考文献［１］で示した文書に述べられている先行技術の解決策は、最適な投入瞬間を計算するためのアルゴリズムを実現することにある。 そのアルゴリズムは、変圧器の端子における電圧を知ることによって、残留磁束のレベルの知識を必要とする。 高電圧変電所に使用されている電圧変圧器は、多くの場合、そのコストの理由からコンデンサ型変圧器タイプのものである。 しかしながら、そのような変圧器の性能は、過渡的状態では、そのタイプの用途にはあまり適合しない。 そのため、残留磁束を推定する一般的な方法は、特殊な電圧変圧器を使用する。

磁束の値は、一般に、電力変圧器の端子における電圧を積分することにより得られる。 残留磁束は、前記積分を、電力変圧器接続の切断瞬間を越えて、磁束がその平衡値に達することができるのに十分な長さの時間期間続けることを必要とし、その平衡値は、一般に、切断瞬間における値と異なる。 しかしながら、その時間期間中、コンデンサ型変圧器によって提供される電圧は、それ自体の過渡的状態により大きく変化する。 問題は、前記過渡的状態の影響をなくすことにある。 当該技術分野で知られている同期投入法は、その問題に対処しておらず、特殊な電圧センサを使用する。

この説明の終わりに参考文献［２］で示した文書は、残留磁束を考慮しながら電力変圧器の被制御動作について述べている。 その被制御動作は、残留磁束を考慮しながら変圧器の各位相を接続するのに適切な瞬間を選択することにある。 この文書は、追加コストとなる特殊なセンサの使用を必要とする。 更に、ある特定のタイプの電力変圧器には、係るセンサを取り付けることができない。

本発明は、コンデンサ型変圧器によって提供された電圧測定値から電力変圧器の残留磁束を推定することを可能にする方法を提案することによって、これらの問題を解決することを目的とする。

本発明は、高電圧電気回路網内の電力変圧器の接続を切断するための開閉装置を制御する方法に関し、この方法は、前記電力変圧器の残留磁束値が、コンデンサ型変圧器の伝達関数を補正することによってコンデンサ型変圧器によって提供される電圧測定値から推定され、前記値が、最適な開閉装置の開閉瞬間を決定するコントローラに送られることを特徴とする。

有利には、この方法は、
コンデンサ型変圧器の伝達関数を決定する段階と、
前記コンデンサ型変圧器の疑似逆伝達関数を決定する段階と、
電力変圧器の接続を切断する段階とを含む。

有利には、コンデンサ型変圧器の伝達関数は、前記変圧器の電気回路から決定される。

有利には、コンデンサ型変圧器の伝達関数は、等価フィルタのステップ応答を使用して極とゼロを識別することによって決定される。

有利には、コンデンサ型変圧器の疑似逆関数は、低域フィルタを挿入することにより決定される。

有利には、電力変圧器の接続を切断する際に、
コンデンサ型変圧器の電圧出力を記憶し、
疑似逆伝達関数によってデジタル処理し、
補正信号を積分して残留磁束の値を得る。

先行技術のシステムにおいて、高電圧回路網内の回路遮断器の被制御動作を示す図である。

反鉄共振回路を有する単相コンデンサ型変圧器の等価回路を示す図である。

反鉄共振回路を有する単相コンデンサ型変圧器の等価回路を示す図である。

コンデンサ型変圧器の入力信号の再現方法を示す図である。

本発明の疑似逆伝達関数処理の後の再現電圧信号を示す図である。

実際の電圧に対して再現された図５の電圧信号の幾何学的補正を示す図である。

電力変圧器の接続が切断されたときの実際の磁束（実線）と推定磁束（点線）を示す図である。

本発明の方法を実現するシステムの回路図である。

図１は、先行技術のシステムにおいて、
基準電圧、
電流、
接地などの回路網情報１２、
適用、
時間期間、
補償などの調整情報１３、及び 温度、
圧力、
補助電圧、
補助圧力などの回路遮断器１０に関する情報１４などの様々な種類の情報を受け取るコントローラ１１の支援で実行される回路遮断器１０の被制御動作を示す図であり、コントローラは、監視制御機器１５にも接続され、前記制御機器にアラーム信号を送り、前記回路遮断器１０を開閉（Ｏ／Ｃ）する指令を受け取る。

多くの用途では、電力変圧器、特に負荷がかけられていない電力変圧器の被制御開閉のために残留磁束の値の知識が必要である。 残留磁束が不確かだと、被制御開閉の性能が著しく低下することがある。 本発明は、投入瞬間の劣化を回避するために波形への影響によって残留磁束を識別する重要性を強調する。 残留磁束は、磁性材料のヒステリシス、脱励起の瞬間、及びその時の電力システムの動作条件に依存する。 残留磁束は、測定によって直接得られず、変圧器の端子における電圧などの入手し易い信号から導き出さなければならない。 前記電圧は、脱励起の瞬間の両側の短時間ウィンドウ内で測定され積分される。 コンデンサ型変圧器（ＣＶＴ）は、電圧センサとして使用され、考慮しなければならない大きい過渡誤差を導入する。 電力変圧器の被制御開閉に関するほとんどの研究は、前記コンデンサ型変圧器の固有誤差を無視している。

コンデンサ型変圧器の二次電圧を使用するときは、一次電圧の波形を再現しなければならず、同時に残留磁束を考慮して、最適な投入瞬間を評価する役割をするアルゴリズムで値を設定しなければならない。

図２に、コンデンサ型変圧器の特徴をステップダウン誘導タイプの変圧器１７で示す。 容量性分圧器として使用されるキャパシタＣ１とＣ２の間の相互作用と、変圧器の調整インダクタンスＬｒと非線形磁化インダクタンスＬｎの分岐の両方とは、鉄共振として知られる特定の現象を生成することができる。 この現象を克服するため、メーカーは、共振反鉄共振回路（ＡＦＣ）をコンデンサ型変圧器と関連付け、変圧器の二次巻線に接続する。 したがって、図２に示したモデルは、図３に示したように単純化され得る。 等価キャパシタンスＣは、Ｃ１とＣ２のキャパシタンスの和と等しい。 インダクタンスＬは、調整インダクタンスＬｒと誘導変圧器の巻線インダクタンスの和である。 抵抗Ｒは、一次側の抵抗である。 このとき、磁化インダクタンスＬμは、線形ゾーン内にあり、変圧器の電圧レベルを示す。 このインダクタンスは、コンデンサ型変圧器の他の成分に対して無視されてもよい。 コンデンサ型変圧器は、次のタイプの伝達関数を有する帯域フィルタと見なされてもよい。

ここで、ｍ≧２、ｎ≧１、ｍ−ｎ≧１である。

図４は、コンデンサ型変圧器の入力における電圧信号を再現する全体の方法を表わす。 開離時の電力変圧器の電圧は、入力信号Ｖ_inputと見なされる。 測定は、切断瞬間の両側の短時間ウィンドウ中に行なわれる。 この処理は、「擬似実時間」に延期される。 コンデンサ型変圧器の出力信号Ｖ_outputは、擬似逆伝達関数Ｈ ^-1 _ＣＶＴを使用して測定され（Ｖprobe）処理されて、信号Ｖ_reconstitutedを得る。

ここで、Ｔ（ｐ）は、次数ｍ−ｎの低域フィルタを示す。

伝達関数Ｈ _ＣＶＴの程度が１以上なので直接反転を行なうことができない。 このように作成された低域フィルタは、コンデンサ型変圧器の通過帯域の関数として選択される。 前記フィルタの遮断周波数は、コンデンサ型変圧器の通過帯域の上限よりかなり高く、フィルタの利得は１である。

図５は、疑似逆伝達関数Ｈ ^-1 _ＣＶＴによって処理した後の再現電圧信号ｓを示す。 しかしながら、測定ウィンドウ内のオフセットに存在により、低周波数積分器ａ ₀ ／ｂ ₁ ｐのため、再現信号が発散することがある。

図６は、再現され補正された電圧信号を点線として示し、実際の変圧器電圧を実線で示す。 幾何学的補償を使用し、またランプによって、この発散は、容易に補正することができ、得られた信号は、電力変圧器における電圧信号にきわめて高精度で一致する。

図７は、電力変圧器の接続が切断されたときの磁束を、実際の磁束（実線）と推定磁束（点線）で示す。

再現され補正された信号は、電力変圧器の接続の切断時の磁束信号を得るために使用される。

図８は、本発明の方法を実現するシステムを示す。 このシステムは、コンデンサ型変圧器２１からの電圧と前記コンデンサ型変圧器の伝達関数とを受け取り、また回路遮断器２３の開閉瞬間を決定するコントローラ２２に残留磁束の値を送るコンピュータ２０を含む。 コンデンサ型変圧器は、回路遮断器２３の出力と電力変圧器２４の入力との間に接続される。 Ｖは、電源又は回路網を表わす。 したがって、本発明の方法は、順次、
コンデンサ型変圧器の伝達関数を、
提供された場合は前記コンデンサ型変圧器の電気回路から、又は、
等価フィルタのステップ応答を使用して極とゼロを識別することによって決定する段階と、
疑似逆伝達関数を決定する段階（前記伝達関数の逆転は、直接ではない。逆転操作によって課される安定条件に応じるために、低域フィルタを挿入しなければならず、このフィルタは、コンデンサ型変圧器の等価な過渡応答に寄与しないように選択される。）と、
次に、実時間で、
コンデンサ型変圧器の出力電圧を記憶し、
疑似逆伝達関数によってデジタル処理し、
補正信号を積分して残留磁束の値を得て、電力変圧器の接続を切断する段階と、を含む。

計算時間は、再投入のサイクル時間と適合する。 したがって、計算は、実際は「実時間」計算である。

参考文献（１）"Manoeuvre controlee de transformateurs a vide"［「真空変圧器の被制御開閉」］エステバン・ポルタレス及びアンドレ・メルシェ（Ｅｌｅｃｔｒａ，ｎ°２１２、２００４年２月）。
（２）"Manoeuvre controlee de transformateur tenant compte du flux magnetique remanent - etude de cas reel" ［「コア残留磁束を考慮する変圧器の被制御開閉−事例研究」］Ａ． メルシェ、Ｅ． ポルタレス、Ｙ． フィロン及びＡ． サリブ（Cigre、１３−２０１、セッション２００２）。

２１ コンデンサ型変圧器 ２２ コントローラ ２３ 開閉装置 ２４ 電力変圧器