電力・エネルギー工学 · 変電所自動化(IEC 61850)

コンパイルされた変電所

代表的な110/20 kV変電所のために私たちが作成したIEC 61850-6ファイルから、トポロジー、インターロック、潮流、そして3Dの構内までを生成します。

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概要

自社で想定した代表的な変電所について、SCLファイルを作成しました。110 kV二重母線に送電線二回線、母線連絡、40 MVA変圧器二台を備え、さらに20 kVメタルクラッド配電盤の列があり、IEC 61850-6の公式スキーマによる検証に合格します。私たちのパーサーはこのファイルを読み込み、node-breakerグラフに変換します。そのグラフから、コンパイラがすべての開閉器のインターロックを導出します。これは開閉器の位置だけに基づくブール式で、電流は一切使いません。断路器を操作できるのは、片側が無電圧のとき、または閉じた並列経路があるときだけです。接地開閉器を閉じられるのは、開いた断路器で切り離された区間に対してだけです。いずれかのベイが両方の母線に接続されている間は、母線連絡を開けません。中間位置や品質不良の位置は開とも閉ともみなさないため、操作を阻止する方向にしか働きません。これらは私たちが作成した汎用的なルールであり、電力会社の方式ではありません。コンパイラは、各ベイ制御装置のGOOSE購読設定とあわせて、これらの式をファイルに書き戻します。各制御装置は、自分の式が読む位置情報だけを過不足なく購読します。

私たちのSCLファイルにはインピーダンスが含まれていないため、別のファイルで与えています。送電線、変圧器、ケーブルにはpandapowerの標準タイプを使いました。亘長と負荷は私たちが決めたもので、二回線の先の110 kV系統は簡易な等価回路です。36台の遮断器と断路器のあらゆる組み合わせは、各送電線が充電されているか接地されているかを含めて、2,965通りの異なる電気的トポロジーのいずれかに対応します。各トポロジーは交流潮流計算としてあらかじめ解いてあり、そのため変電所は即座に応答します。さらに記号的検査器で到達可能なすべての開閉状態、計1.17 × 10¹³通りを網羅し、次の四点を確認しました。

  • 許可された断路器操作で、充電部を接続したり切り離したりすることはありません。断路器が行うのは、母線切替時の電流の転流か、無電圧区間での操作だけです。
  • 接地された区間は、変電所の他の部分から切り離されたままです。
  • 二つの母線が断路器だけでつながることはありません。
  • どの状態からも初期状態に戻れます。

送電線の相手端はファイルの範囲外にあるため、送電線を接地するのは、運用手順によって相手端が開放された後に限ります。そのうえで、私たちのモデルはその送電線を無電圧として扱います。

構内は、ファイル自体の構造から、ファイル内の順序どおりに生成しています。光源は電流だけで、光の太さは電流(A)に比例します。映像では、送電線2の母線断路器を開こうとする操作が拒否され、導出された条件が画面に表示されます。続いて送電線は、インターロックが許す順序で、通電したまま母線2へ移ります。まず母線連絡、次にQ2、最後にQ1です。線路遮断器は一度も動きません。私たちのモデルでは、すべての端子が終始同じ電気的節点にとどまるため、計算上の線路電流はどのステップでも同じ233 Aです。

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開発内容

  • 自社で想定した代表的な110/20 kV変電所のIEC 61850-6 SSDとSCD(SCL 2007B4)。開閉機器56台、ベイ制御装置14台。
  • SCLパーサーと、トポロジーから位置情報のみによるインターロック(開閉器ごとにCILOを一つ)を導出するコンパイラ。式と、その式に必要なGOOSE購読をSCDに書き込みます。
  • 到達可能なすべての開閉状態にわたるインターロックの網羅的検査。340万回のランダム化クロスチェックと、私たちが作成した七つの開閉手順で裏付けており、いずれも想定どおりに動作します。
  • 開閉器が形成しうる電気的トポロジーごとに一つずつ、あらかじめ計算した交流潮流の格子と、任意の開閉状態を電流に変換するブラウザ上のトポロジー処理器。
  • ファイルから生成し、計算した電流だけで照らした夜の3D構内と、任意の開閉器を操作できるインタラクティブビュー。
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技術スタック

IEC 61850-6 SCL(2007B4スキーマ)、Python、lxmlとxmlschema、pandapower(交流ニュートン・ラフソン法)、二分決定図(dd)、独自のライン光シェーダーを用いたthree.js、決定論的なキャプチャにPlaywright。

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数値

数値測定方法
SCL要素 3,076個

私たちのSCDに含まれる要素数です。SSDとSCDはいずれも、独立した二つの検証ツールで、公式のIEC 61850-6 2007B4スキーマに対してエラー0件で検証を通過します。

インターロック式 112個

56台の開閉器それぞれのEnaOpnとEnaClsで、トポロジーから導出しました。うち85個は自明でない式で、残る27個は常に真となる遮断器の許可条件です。各CILOは位置情報をその品質とともに読み込みます。入力は計478点で、うち256点は他のベイからGOOSEで受け取ります。

到達可能な開閉状態 1.17 × 10¹³通り

二分決定図を用いて、前述の四つの性質について網羅的に検査しました。意図的に壊したルールセットは、同じ検査で不合格になります。

クロスチェック 3,392,988回

出力した式を、ルールの独立した評価と照合しました。不一致は0件です。

電気的トポロジー 2,965通り

接地された送電線を含め、遮断器と断路器のあらゆる組み合わせを網羅します。pandapowerで2,965件の潮流計算がすべて収束し、所要時間は合計33.9 sでした。

233 A

通電したままの母線切替の各ステップにおける、送電線2の電流です。この値は、私たちが仮定した系統等価回路、亘長、負荷を用い、変圧器タップを中間位置に固定した潮流計算から得たものです。

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静止画

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ブラウザ上で動くインタラクティブビューです。開くまでは何も読み込みません。

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