JP2008154362A

JP2008154362A - 電力系統の状態推定装置及び方法

Info

Publication number: JP2008154362A
Application number: JP2006339576A
Authority: JP
Inventors: Takanari Tanabe; 隆也田辺; Yasuyuki Tada; 泰之多田
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2006-12-18
Publication date: 2008-07-03

Abstract

【課題】電力系統の状態推定を高速かつ高精度に行うことができる電力系統の状態推定装置を提供することである。
【解決手段】電力系統１１の予め定めた母線で分割して得られる部分系統の分割箇所の母線の電圧または電流のそれぞれの大きさと位相を検出する位相計測装置１３を設け、部分系統状態推定計算手段１４は、位相計測装置１３からの計測データを基準として、計測器１２で計測された各種電気量に基づいて部分系統の状態量をそれぞれ推定計算する。そして、出力装置１６は部分系統状態推定計算手段１４で推定計算した結果を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力系統の潮流、電圧、位相等の状態量を推定計算する電力系統の状態推定装置及び方法に関する。

電力系統の潮流、電圧、位相等の状態量を推定計算する際には、電力系統に設置された設備のデータ（例えば、変圧器や調相設備のデータ）、電力系統に設置された電圧計や電流計等の計測器で計測された計測データ、電力系統の設備の状態信号（例えば開閉器等の入切信号）を入力し、電力系統の母線や発電機をノードとし、電力系統の変圧器や送電線をブランチとして、ノードやブランチにおける有効電力や無効電力を推定計算している。また、ノードにおいては、有効電力や無効電力に加え電圧や位相角も推定計算している。

このような電力系統の状態量を推定計算する電力系統の状態推定装置としては、推定対象系統を少なくとも２つ以上に分割して得られる各部分系統の状態推定計算を実施し、得られた各部分系統の状態推定から推定対象系統全体の状態推定計算を行うようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、推定対象系統全体の状態推定計算を行う際の入力データとして、位相計測装置ＰＭＵからの計測データを加え計算精度の向上を可能としたものがある（例えば、非特許文献１参照）。
特開平１１−１１３１７４号公報（図１） Liang Zhao, Ali Abour, "Multiarea State Estimation Using Synchronized Phasor Measurements," IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 20, No. 2, pp.611-617, May 2005.）

しかしながら、特許文献１のものでは、分割した各部分系統のインターフェースとなる母線での測定データに誤りデータが含まれた場合には、推定対象系統全体の状態推定計算の精度が悪化する。また、非特許文献２のものでは、位相計測装置ＰＭＵからの計測データを加えて推定対象系統全体の状態推定計算を行うので、計算精度が向上するが、分割した各部分系統の状態推定計算に加えて、推定対象系統全体の状態推定計算が必要であるので、大規模な系統に適用した場合には計算負荷が増大し計算速度が悪化する。

さらに、分割した各部分系統のインターフェースとなる母線での測定データに誤りデータが含まれた場合には、各部分系統の状態推定計算では誤りデータの検出ができない。このため、推定対象系統全体の状態推定計算において何らかのインターフェース母線での誤りデータ検出手段が必要となり、計算負荷が増大し計算速度が悪化する。

本発明の目的は、電力系統の状態推定を高速かつ高精度に行うことができる電力系統の状態推定装置及び方法を提供することである。

本発明の電力系統の状態推定装置は、電力系統の各種電気量を計測する計測器と、電力系統の予め定めた母線で分割して得られる部分系統の分割箇所の母線の電圧または電流のそれぞれの大きさと位相を検出する位相計測装置と、前記位相計測装置で計測されたデータを基準として前記計測器で計測された各種電気量に基づいて前記部分系統の状態量をそれぞれ推定計算する部分系統状態推定計算手段と、前記部分系統状態推定計算手段で推定計算した結果を出力する出力装置とを備えたことを特徴とする。

本発明の電力系統の状態推定方法は、電力系統の各種電気量を計測器により計測する計測ステップと、電力系統の予め定めた母線で分割して得られる部分系統の分割箇所の母線の電圧または電流のそれぞれの大きさと位相を位相計測装置により計測する計測ステップと、前記位相計測装置で計測された分割箇所の母線の電圧または電流のそれぞれの大きさと位相を基準として前記計測器で計測された各種電気量に基づいて前記部分系統の状態量をそれぞれ推定計算する部分系統状態推定計算ステップと、前記部分系統状態推定計算ステップで推定計算した結果を出力する出力ステップとを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、分割箇所の母線の測定データに誤りデータが含まれなくなるため、推定対象系統全体の状態推定を高精度に計算できる。また、推定対象系統全体の状態推定計算が不要となるため、推定対象系統全体の状態推定の計算速度が向上する。さらに、分割箇所の母線での誤りデータを検出する検出手段が必要なくなるため、推定対象系統全体の状態推定の計算速度が向上する。

図１は本発明の実施の形態に係わる電力系統の状態推定装置のブロック構成図である。推定対象となる電力系統１１を構成する母線や発電機（ノード）や変圧器や送電線（ブランチ）のうち一部のノード及びブランチの電気量を計測器１２で計測する。ノードの電気量としては、例えば、電圧、位相角、発電機有効電力出力、発電機無効電力出力、ノード消費有効電力、ノード消費無効電力等を計測し、ブランチの電気量としては、例えば、入側有効電力潮流、入側無効電力潮流、出側有効電力潮流、出側無効電力潮流を計測する。また、電力系統の予め定めた母線で分割して得られる部分系統の分割箇所の母線に位相計測装置ＰＭＵ（Phasor Measurement Unit）１３を設置し分割箇所の母線の電圧または電流のそれぞれの大きさと位相を検出する。

計測器１２で計測された観測値データ及び位相計測装置１３で計測データは部分系統状態推定計算手段１４に入力される。部分系統状態推定計算手段１４は、位相計測装置１３からの計測データを基準として計測器１２で計測された各種電気量の観測値データに基づいて、分割された部分系統の状態量をそれぞれ推定計算する。すなわち、部分系統状態推定計算手段１４は、分割された部分系統の数だけの推定計算手段１５ａ〜１５ｎを有し、それぞれの部分系統に対して推定計算する。そして、部分系統状態推定計算手段１４の各々の推定計算手段１５ａ〜１５ｎで推定計算した結果は出力装置に出力される。

ここで、各々の推定計算手段１５ａ〜１５ｎで推定計算した結果は、分割箇所の母線を基準として推定計算しているので、分割箇所の母線における推定計算の結果は同じ値となっている。このことから、各々の推定計算手段１５ａ〜１５ｎで推定計算した結果を単純に繋ぎ合わせれば、推定対象の電力系統全体としての状態推定計算が得られる。

図２は、推定対象の電力系統１１の一例を示す系統図である。電力系統１１は母線や発電機（ノード）や変圧器や送電線（ブランチ）で構成される。いま、電力系統１１の母線Ｂ１で２つの部分系統１７ａ、１７ｂに分割した場合を考える。分割系統１７ａは発電機Ｇ７〜Ｇ１０、発電機Ｇ７〜Ｇ１０に繋がる母線、負荷に繋がる母線、変圧器Ｔｒ、送電線等を有し、同様に、分割系統１７ｂは発電機Ｇ１〜Ｇ６、発電機Ｇ１〜Ｇ６に繋がる母線、負荷に繋がる母線、変圧器Ｔｒ、送電線等を有する。そして、分割箇所の母線Ｂ１に位相計測装置（ＰＭＵ）１３を接続する。なお、図中の黒丸はノードを表す。

推定計算を行う状態推定装置は、着目時点における計測器１２及び位相計測装置１３からの観測値データに基づいて（１）式の目的関数を満たすように推定値を計算する。

（１）式からわかるように、目的関数は、観測値（ＴＭ値）と推定値の差分に関する２乗和の最小化である。また、目的関数の各記号の内容を表１に示す。

この場合、ノードにおける潮流の制約条件は（２）式で示される。

ここで、Ｐ_ｉ、Ｑ_ｉは、電圧、位相角を基に潮流方程式を解くことにより得られる各ノードの有効電力Ｐ、無効電力Ｑの値である。

また、ブランチにおける潮流の制約条件は（３）式で示される。

ここで、Ｐ_ｉｊ、Ｑ_ｉｊ、Ｐ_ｊｉ、Ｑ_ｊｉは、電圧、位相角を基に潮流方程式を解くことにより得られる各ブランクの有効電力Ｐ、無効電力Ｑの値（ブランチ潮流値）である。

このように、本発明の実施の形態では、推定対象の電力系統を少なくとも２つ以上の部分系統１７ａ、１７ｂに分割する際に、インターフェースとなる分割箇所の母線Ｂ１に位相計測装置（ＰＭＵ）１３を設置し、部分系統状態推定計算手段１４は、設置された位相計測装置１３からの計測データも入力データとして各部分系統の状態推定計算を行う。すなわち、部分系統状態推定計算手段１４の推定計算手段１５ａで部分系統１７ａの推定計算を行い、推定計算手段１５ｂで部分系統１７ｂの推定計算を行う。この場合、分割した部分系統が３つ以上の場合は、それぞれ推定計算手段１５ｃ〜１５ｎで推定演算を行うことになる。

各々の推定計算手段１５ａ、１５ｂで推定計算した結果は、分割箇所の母線Ｂ１の位相計測装置１３からの計測データを基準として推定計算しているので、分割箇所の母線Ｂ１における推定計算の結果は同じ値となっている。従って、各々の推定計算手段１５ａ、１５ｂで推定計算した結果を単純に繋ぎ合わせれば、推定対象の電力系統全体としての状態推定計算が得られるので、推定対象の電力系統全体としての状態推定計算をする必要がなくなる。

本発明の実施の形態によれば、推定対象の電力系統全体としての状態推定計算をする必要がなくなるので、高速に推定計算を行うことができる。また、分割した部分系統の分割箇所の母線Ｂ１の観測値データは位相計測装置１３で計測するので、誤りデータが含まれなくなる。従って、分割箇所の母線Ｂ１での誤りデータを検出する検出手段が必要なくなり、推定対象系統全体の状態推定の計算速度が向上するとともに、推定対象系統全体の状態推定も高精度に計算できる。

また、各部分系統は、２つ以上の部分系統に分割して状態推定をすることが可能であるので、状態推定計算すべき系統規模を再帰的に縮小することができる。これにより、推定対象系統全体の状態推定を高精度にかつ高速に計算できる。

本発明の実施の形態に係わる電力系統の状態推定装置のブロック構成図。本発明の実施の形態における推定対象の電力系統の一例を示す系統図。

符号の説明

１１…電力系統、１２…計測器、１３…位相計測装置、１４…部分系統状態推定計算手段、１５…推定計算手段、１６…出力装置、１７…部分系統

Claims

電力系統の各種電気量を計測する計測器と、
電力系統の予め定めた母線で分割して得られる部分系統の分割箇所の母線の電圧または電流のそれぞれの大きさと位相を検出する位相計測装置と、
前記位相計測装置で計測されたデータを基準として前記計測器で計測された各種電気量に基づいて前記部分系統の状態量をそれぞれ推定計算する部分系統状態推定計算手段と、
前記部分系統状態推定計算手段で推定計算した結果を出力する出力装置と
を備えたことを特徴とする電力系統の状態推定装置。
電力系統の各種電気量を計測器により計測する計測ステップと、
電力系統の予め定めた母線で分割して得られる部分系統の分割箇所の母線の電圧または電流のそれぞれの大きさと位相を位相計測装置により計測する計測ステップと、
前記位相計測装置で計測された分割箇所の母線の電圧または電流のそれぞれの大きさと位相を基準として前記計測器で計測された各種電気量に基づいて前記部分系統の状態量をそれぞれ推定計算する部分系統状態推定計算ステップと、
前記部分系統状態推定計算ステップで推定計算した結果を出力する出力ステップと
を備えたことを特徴とする電力系統の状態推定方法。