JP2010183703A

JP2010183703A - 広域電力系統シミュレータおよびシミュレーション方法

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Publication number: JP2010183703A
Application number: JP2009023918A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Tada; 田欣雅多; Haruo Kudo; 藤晴夫工; Izumi Asano; 野いづみ浅
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-02-04
Filing date: 2009-02-04
Publication date: 2010-08-19

Abstract

【課題】複数制御所の管轄する電力会社全域の電力系統データを用いて、統合電力系統模擬装置にて系統模擬計算を実施し、電力会社全域の広域電力系統シミュレーションを実現する。
【解決手段】電力会社全域の電力系統を模擬する統合電力系統模擬装置と、前記電力系統の一部についての模擬を行う複数の制御所オンライン模擬装置とをそなえ、前記統合電力系統模擬装置と前記制御所オンライン模擬装置との間で通信することにより訓練を行う広域電力系統シミュレータにおいて、前記統合電力系統模擬装置１は、前記電力会社全域の電力系統設備データを持ち、前記電力会社全域のうちの訓練の対象とする系統を指定し系統モデルを作成して潮流計算を行い、複数の制御所オンライン模擬装置２のうちの指定されたものとの通信により訓練を行う広域電力系統シミュレータおよびシミュレーション方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、広域電力系統シミュレータおよびシミュレーション方法に係わり、とくに広域事故に対応する訓練のための電力系統シミュレータおよびシミュレーション方法に関する。

近年、大規模な停電事故を想定した広範囲な系統での訓練や、外部系統からの影響による訓練など、電力会社全域の系統を模擬することが可能なシミュレーションシステムが必要とされている。

従来の訓練装置における電力系統シミュレータは、１制御所に対する訓練を行うことを目的とし、当該制御所の制御管轄系統データのみを管理している。したがって、当該制御所の電力系統模擬装置にて管轄系統のみを模擬し、その計算結果を訓練に用いている。そのため、電力系統および制御管轄の異なる制御所同士の合同訓練を広範囲で同時に行うことが困難である。
特願平10-315415号出願書類

一方、特許文献１記載の発明によれば、複数制御所による合同訓練は実施できる。

しかしながら、模擬計算結果を共有するために、電力会社全域の全系統データに属する電力設備の入り切り情報や電力量情報などの詳細設定を合同訓練実施時に行う必要があり、膨大な詳細設定作業を要することとなる。

従来の訓練装置における電力系統シミュレータは、当該シミュレータに保持している自管轄系統の全設備が属する系統データを潮流計算時の対象系統としており、当該系統の全設備に対する入り切り情報や電力量情報などの詳細設定を行う必要がある。したがって、同様の装置で電力会社全域の全系統データに属する電力設備の詳細設定を行うと、膨大な作業量となる。

本発明は、複数制御所により管轄する電力会社全域の電力系統データを用いて、統合電力系統模擬装置にて系統模擬計算を実施し、電力会社全域の広域電力系統シミュレーションを実現すると共に、統合電力系統模擬装置と各制御所オンライン模擬装置との間で各制御所管轄系統の情報を送受信して管轄系統の異なる制御所同士の合同訓練を広範囲で同時に行う広域電力系統シミュレータおよびシミュレーション方法を提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本発明では、次の広域電力系統シミュレータおよびシミュレーション方法を提供する。

広域電力系統シミュレータは、
電力会社全域の電力系統を模擬する統合電力系統模擬装置と、前記電力系統の一部についての模擬を行う複数の制御所オンライン模擬装置とをそなえ、前記統合電力系統模擬装置と前記制御所オンライン模擬装置との間で通信することにより訓練を行う広域電力系統シミュレータにおいて、
前記統合電力系統模擬装置は、
前記電力会社全域の電力系統設備データを持つ第１の記憶手段と、
前記電力会社全域のうちの訓練の対象とする系統を入力する縮約系統入力手段と、
前記縮約系統入力手段により入力された指定系統範囲につき前記第１の記憶手段に記憶されたデータを用いて系統モデルを作成する系統モデル作成手段と、
電力系統における潮流計算を行う電力系統模擬手段と、
前記電力系統模擬手段が潮流計算を行う上で必要な電力設備の詳細設定データを入力する詳細設定入力手段と、
前記系統モデル作成手段により作成された系統モデルに、前記詳細設定入力手段により設定された詳細設定データを加味して前記電力系統模擬手段に与える模擬対象系統モデル記憶手段と、
をそなえたことを特徴とする広域電力系統シミュレータ、
である。

また、広域電力系統シミュレーション方法は、
電力会社全域の電力系統を模擬する統合電力系統模擬装置と、前記電力系統の一部についての模擬を行う複数の制御所オンライン模擬装置とをそなえ、前記統合電力系統模擬装置と前記制御所オンライン模擬装置との間で通信することにより訓練を行う広域電力系統シミュレーション方法において、
前記統合電力系統模擬装置は、
前記電力会社全域の電力系統設備データを記憶し、
前記電力会社全域のうちの訓練の対象とする系統を入力し、
前記縮約系統入力手段により入力された指定系統範囲につき前記電力会社全域の電力系統設備データを用いて系統モデルを作成し、
電力系統における潮流計算を行い、
前記電力系統模擬手段が潮流計算を行う上で必要な電力設備の詳細設定データを入力し、
前記系統モデルに、前記詳細設定データを加味して模擬対象系統モデルを形成する、
広域電力系統シミュレーション方法、
を提供する。

本発明によれば、電力会社全域の全系統データの電力設備を保持しているが、系統モデル作成時に合同訓練を行う任意の制御所の管轄系統を訓練対象系統範囲として指定し、他の系統を系統縮約することで、訓練実施における詳細設定の作業量を必要最小限にすることができる。

以下、図１ないし図９を参照して本発明の実施の形態を説明する。

（第１の実施例）
（構成）
図１は、本発明に係る統合電力系統模擬装置１および制御所模擬装置２の構成を示すブロック図である。統合電力系統模擬装置１は、電力会社全域の全系統データを記憶手段４１に、また、模擬対象系統モデルを模擬対象系統モデル記憶手段４２に持つと共に、系統モデル作成手段５、電力系統模擬手段６、通信手段７１、縮約系統入力手段ａ１および詳細設定入力手段ａ２を有する。

そして、ネットワーク３を介して統合電力系統模擬装置１に接続された制御所オンライン模擬装置２は、通信手段７２、自管轄系統データを記憶した記憶手段４３、監視制御模擬手段８、監視情報表示手段９および制御情報入力手段ａ３を有する。

（作用）
図１の統合電力系統模擬装置１では、電力会社全域の全系統データ４１を模擬対象とする。そして、電力系統模擬手段６の潮流計算で必要とする系統モデルを、模擬対象系統の範囲に応じて縮約し、模擬対象系統モデルを作成することができる。

電力系統の模擬計算を実施する場合、模擬する必要がない系統を縮約系統入力手段ａ１から任意に指定することにより模擬する系統を決定して、系統モデル作成手段５にて模擬対象系統モデルを作成する。なお、縮約系統入力手段ａ１は、模擬する必要がない系統に替えて模擬する必要のある系統を指定するようにすることもできる。

詳細設定入力手段ａ２は、電力系統模擬手段６に必要な電力設備の詳細設定データを模擬対象系統モデル記憶手段４２に入力する手段である。これにより、模擬対象系統モデル記憶手段４２は、模擬対象系統モデルに必要なデータを加味して記憶する。

図１における各制御所オンライン模擬装置２は、ネットワーク３を介して統合電力系統模擬装置１に接続されている。この制御所オンライン模擬装置２では、記憶手段４３に自管轄系統データを持ち、監視制御模擬手段８、通信手段７２、監視情報表示手段９および制御情報入力手段ａ３を有する。監視制御模擬手段８は、各制御所の監視および制御のオンライン機能を模擬する手段である。

また、監視情報表示手段９は、監視制御模擬手段８から当該制御所に必要な監視対象電力設備の監視情報を受け取り表示する表示手段であり、制御情報入力手段ａ３は、監視制御模擬手段８に対して当該制御所の管轄電力設備に対する制御情報を入力する入力手段である。

次に、図２ないし図９を参照して、図１における系統モデル作成手段５にて任意の指定系統を縮約する方法を説明する。

図２は、図１に示した系統モデル作成手段５における接壌変電所での縮約処理内容を示す概念図である。縮約が必要な系統範囲として指定された接壌変電所以下の下位系統を縮約負荷とする。この場合、上位母線１１を負荷ノードとし、縮約負荷３１を貼り付ける。

縮約負荷３１は、接壌変電所のバンク以下の下位系統２１を縮約しており、接壌バンクの電力量データが縮約負荷３１に引継がれる。接壌変電所にて潮流がバンクアップしている場合は、発電方向の負荷として扱う。

図３は、図１に示した系統モデル作成手段５における接壌送電線での縮約処理内容を示す概念図である。縮約が必要な系統範囲として指定された接壌送電線以降の系統を、縮約負荷とする。

この場合、対向先変電所の母線１２を負荷ノードとし、縮約負荷３２を貼り付ける。縮約負荷３２は、対向先変電所の母線以降の系統２２を縮約しており、対向先変電所の電力量データが縮約負荷３２に引継がれる。

図４は、図１に示した系統モデル作成手段５におけるスイング発電機４を含む系統の縮約処理内容を示す概念図である。スイング発電機４を含む系統を、縮約が必要な系統範囲として指定した場合、模擬系統モデルにおけるスイング発電機を新たに設定する必要がある。

ここでは、図３と同様に、送電線の対向先変電所以降にスイング発電機を含む上位系統が存在する場合の縮約処理内容を示す。縮約が必要な系統範囲として接壌送電線以降の系統を指定した場合、対向先変電所の母線１３をスイングノードとし、スイング発電機４を貼り付ける。

スイング発電機４は、対向先変電所の母線以降の系統２３を縮約しており、対向先変電所の電力量データがスイング発電機４に引継がれる。スイング発電機を指定する接壌箇所が変電所の場合は、上位母線をスイングノードとしてスイング発電機を貼り付ける。

図５は、本発明に係る全系統モデルのイメージ図である。図５では、管轄系統毎に破線で囲んで５つの系統２１ないし２５を示している。すなわち、スイング発電機を含む上位系統を基幹系制御所の管轄系統２１とし、下位系統を４つに分けて、それぞれの系統をＡ,Ｂ,Ｃ,Ｄ制御所の管轄系統２２ないし２５とする。

図６は、本発明に係る第１の模擬対象系統モデル例のイメージ図であり、図７は本発明に係る第１の模擬対象系統モデル例の縮約後イメージ図である。

そして、図６は、図５に示した全系統モデルから図６の網掛けされて示されたＡ制御所管轄系統２２およびＤ制御所管轄系統２５を除く３つの管轄系統、すなわち、基幹系制御所管轄系統２１、Ｂ制御所管轄系統２２およびＣ制御所管轄系統２３を模擬対象として模擬対象系統モデルを作成する例を示す。

この場合、基幹系制御所管轄系統２１とＡ制御所管轄系統２２との接壌変電所、Ａ制御所管轄系統２２とＢ制御所管轄系統２３との接壌送電線、基幹系制御所管轄系統２１とＤ制御所管轄系統２５との接壌変電所を縮約負荷として指定し、図２および図３を用いて示した方法で縮約する。

また、図７は、縮約後の模擬系統モデルである。ここで、図５では、基幹系制御所管轄２１、Ａ制御所管轄系統２２およびＢ制御所管轄系統２３でループ系統が形成されていたが、図７では、縮約対象系統のＡ制御所管轄系統２２を放射状系統として扱い、ループを切った状態で模擬系統モデルの作成を行う。

図８は、本発明に係る第２の模擬対象系統モデル例のイメージ図、図９は本発明に係る第２の模擬対象系統モデル例の縮約後イメージ図である。これら両図では、図５の全系統モデルから、網掛け部分を除いたＢ制御所管轄系統２３のみを模擬対象として模擬対象系統モデルを作成する例を示す。

これらの場合、基幹系制御所管轄系統２１とＢ制御所管轄系統２３との接壌変電所をスイング発電機と指定して縮約する。その他の接壌箇所については、図７の縮約後モデルと同様に縮約し、図９の模擬対象系統モデルとなる。

（効果）
図１の電力系統模擬手段６の潮流計算では、模擬対象系統に属する全電力設備の詳細設定データを入力する必要がある。従来の電力系統模擬装置では、模擬が必要な任意系統に系統縮約する系統モデル作成手段を持っておらず、自装置が備えている全系統データの電力設備の入り切り情報や電力量情報等の詳細設定データを入力しなければならない。

しかし、図１の縮約系統入力手段ａ１から縮約対象系統を指定することで、系統モデル作成手段５にて、電力系統模擬手段６における必要にして最小の模擬対象系統モデルが作成できる。このため、模擬演算に必要な電力設備の詳細設定データの詳細設定入力手段ａ２からの入力作業にかかる労力を大幅に省くことができる。

（第２の実施例）
（構成）
図１０は、本発明に係る統合電力系統模擬装置および各制御所模擬装置のブロック図である。図１の縮約系統入力手段ａ１に代わって、合同訓練情報４４を有する。

（作用）
図１０の合同訓練情報４４に設定されている訓練を同時に実施する制御所の管轄以外の系統を自動で縮約対象とし、系統モデル作成手段５にて縮約することで、訓練実行時の模擬対象系統モデルを作成する。

次に、図２ないし図１０を用いて、図１０における系統モデル作成手段５にて訓練を同時に実施する制御所の管轄系統以外を縮約する方法を説明する。

図１０の系統モデル作成手段５における縮約処理内容に関しては、第１の実施例で説明した図２ないし図４の説明と同様である。図１０における合同訓練情報４４にて指定されている訓練を、同時に実施する制御所以外の図６および図８の網掛け部分で示される訓練を実施しない制御所の管轄系統を縮約し、図７および図９に示される模擬系統モデルを作成する。

ここで、図６により示される網掛け部分以外の模擬対象系統を用いて実施する訓練は、基幹系制御所、Ｂ制御所およびＣ制御所の３つの制御所の管轄系統２１，２３および２４を対象とした合同訓練を意味している。

図７は、図１０の合同訓練情報４４にて、この３つの制御所が訓練対象制御所として指定されていた場合の縮約系統モデルを示す。

また、図８により示される網掛け部分以外の模擬対象系統を用いて実施する訓練は、Ｂ制御所の管轄系統２３の単独訓練を意味している。

図９は、図１０の合同訓練情報４４にて、Ｂ制御所の管轄系統２３のみが指定されている場合の縮約系統モデルを示す。

（効果）
図１０の合同訓練情報ファイル４４から合同訓練の実施が必要な制御所の情報を取り込むことで、第１の実施例と同様に、電力系統模擬手段５における必要にして最小の模擬対象系統モデルを自動で作成する。したがって、訓練実施準備における電力設備の詳細設定データの詳細設定入力手段ａ２からの入力作業にかかる労力を大幅に省くことができる。

（第３の実施例）
（構成）
図１１は、本発明に係る広域電力系統シミュレータの概略構成図である。各制御所オンライン模擬装置１２１〜１２５は、ネットワーク３を介して統合電力系統模擬装置１と接続されており、相互に通信できる。

図１１の基幹系制御所オンライン模擬装置１２１は、図１で示される各制御所オンライン模擬装置２に相当し、上位系統を管轄する制御所のオンライン模擬装置である。Ａ制御所オンライン模擬装置１２２、Ｂ制御所オンライン模擬装置１２３、Ｃ制御所オンライン模擬装置１２４、およびＤ制御所オンライン模擬装置１２５も、図１で示される各制御所オンライン模擬装置２に当り、下位系統を管轄する制御所のオンライン模擬装置である。

（作用）
図１１に示すように各模擬装置１および１２１〜１２５を同一ネットワーク３に接続することにより、図１の統合電力系統模擬装置１の電力系統模擬手段６で計算された演算結果を、通信手段７１および７２を介して各制御所オンライン模擬装置２で共有できる。

図１の統合電力系統模擬装置１の電力系統模擬手段６で演算された記憶手段４３の模擬対象系統モデルの演算結果は、各制御所の監視対象系統データ分が通信手段７１、ネットワーク３および通信手段７２を通じて、各制御所オンライン模擬装置２の記憶手段４３の自管轄系統データに反映され、実系統からと同様の監視情報として監視制御模擬手段８より監視制御表示手段９に渡されて表示される。

図１の各制御所オンライン模擬装置２の制御情報入力手段ａ３から実系統への制御と同様に入力された電力設備に対する制御情報は、監視制御模擬手段８、通信手段７１、ネットワーク３および通信手段７２を介して、統合電力系統模擬装置１の電力系統模擬手段６に渡され、模擬演算結果として記憶手段４２の模擬対象系統モデルに反映される。

したがって、縮約系統入力手段ａ１にて指定した対象系統を縮約して作成した模擬対象系統モデルの演算結果を各制御所オンライン模擬装置２で共有し、模擬対象系統に対する監視・制御の模擬が各制御所でできる。

（効果）
図１１に示すように接続すると、離れた場所にある制御管轄系統の異なる複数の制御所と統合電力系統模擬装置とのデータ通信を実現することができる。これにより、制御所オンライン模擬装置１２１ないし１２５のそれぞれを用いて、各制御所が同一時刻に同一内容の系統を用いて合同で監視・制御のための操作方法の訓練をすることができる。

したがって、大規模事故を想定した広域系統にわたる訓練、外部系統の影響による訓練、直接的な系統の繋がりの無い制御所同士の合同訓練を実施することができる。この際、縮約系統入力手段ａ１から縮約系統を指定して模擬に必要な系統を必要最小限にすることで、訓練実施準備における電力設備の詳細設定データの詳細設定入力手段ａ２からの入力作業にかかる労力を省力化することができる。

（第４の実施例）
（構成）
図１０および図１１における各装置の位置付けは、第３の実施例での図１、図１１における各装置と同様であり、第３の実施例における縮約系統入力手段ａ１の替わりに合同訓練情報ファイル４４が設けられている。

（作用）
図１０の統合電力系統模擬装置１で模擬される模擬対象系統に対する、各制御所オンライン模擬装置の模擬の流れは、図１の説明と同様である。また、図１１における各模擬装置の接続形態も図１と同様である。

この図１０の合同訓練情報ファイル４４に設定されている訓練を同時に実施する制御所の管轄以外の系統を縮約して模擬対象系統モデルを作成し、作成した模擬対象系統モデルの演算結果を各制御所オンライン模擬装置２で共有し、模擬対象系統に対する監視・制御の模擬が各制御所でできる。

（効果）
図１１に示したように各系統模擬装置を接続すると、大規模事故を想定した広域にわたる合同訓練、外部系統の影響による訓練、直接的な系統の繋がりの無い制御所同士の合同訓練を実施することができる。

この際、合同訓練情報ファイル４４にて指定されている訓練を同時に実施する制御所の管轄以外の系統を自動で縮約し、模擬対象系統を必要最小限にすることで、訓練実施準備における電力設備の詳細設定データの詳細設定入力手段ａ２からの入力作業にかかる労力を省力化することができる。

本発明に係る統合電力系統模擬装置および制御所模擬装置の構成を示すブロック図。本発明に係る系統モデル作成手段における接壌変電所での縮約処理内容を示す概念図。本発明に係る系統モデル作成手段における接壌送電線での縮約処理内容を示す概念図。本発明に係る系統モデル作成手段におけるスイング発電機を含む系統の縮約処理内容を示す概念図。本発明に係る全系統モデルのイメージを示す説明図。本発明の第１の模擬対象系統モデル例についてのイメージを示す説明図。本発明の第１の模擬対象系統モデル例についての縮約後イメージを示す説明図。本発明の第２の模擬対象系統モデル例についてのイメージを示す説明図。本発明の第２の模擬対象系統モデル例についての縮約後イメージを示す説明図。本発明に係る統合電力模擬系統装置および制御所模擬装置の構成を示すブロック図。本発明に係る広域電力系統シミュレータの概略構成を示す相互連携図。

１：統合電力系統模擬装置、２：各制御所オンライン模擬装置、３：ネットワーク、
４１〜４３：記憶手段、４４：合同訓練情報ファイル、５：系統モデル作成手段、
６：電力系統模擬手段、７１,７２：通信手段、８：監視制御模擬手段、
９：監視情報表示手段、ａ１〜ａ３：入力手段、１１〜１３：接壌箇所母線、
３１,３２：縮約負荷、４：スイング発電機、２１〜２５：各制御所管轄系統、
１２１〜１２５：制御所オンライン模擬装置、３：ネットワーク。

Claims

電力会社全域の電力系統を模擬する統合電力系統模擬装置と、前記電力系統の一部についての模擬を行う複数の制御所オンライン模擬装置とをそなえ、前記統合電力系統模擬装置と前記制御所オンライン模擬装置との間で通信することにより訓練を行う広域電力系統シミュレータにおいて、
前記統合電力系統模擬装置は、
前記電力会社全域の電力系統設備データを持つ第１の記憶手段と、
前記電力会社全域のうちの訓練の対象とする系統を入力する縮約系統入力手段と、
前記縮約系統入力手段により入力された指定系統範囲につき前記第１の記憶手段に記憶されたデータを用いて系統モデルを作成する系統モデル作成手段と、
電力系統における潮流計算を行う電力系統模擬手段と、
前記電力系統模擬手段が潮流計算を行う上で必要な電力設備の詳細設定データを入力する詳細設定入力手段と、
前記系統モデル作成手段により作成された系統モデルに、前記詳細設定入力手段により設定された詳細設定データを加味して前記電力系統模擬手段に与える模擬対象系統モデル記憶手段と、
をそなえたことを特徴とする広域電力系統シミュレータ。
請求項１記載の広域電力系統シミュレータにおいて、
前記縮約系統入力手段は、前記電力会社全域のうちの任意の指定系統範囲を入力するものである広域電力系統シミュレータ。
請求項１記載の広域電力系統シミュレータにおいて、
前記縮約系統入力手段は、前記電力会社全域のうちの合同訓練の対象範囲を入力するものである広域電力系統シミュレータ。
電力会社全域の電力系統設備データを持ち、任意の指定系統範囲に縮約して系統モデルを作成する手段を有する統合電力系統模擬装置と、
自管轄系統データの模擬計算結果を受信して表示する表示手段、および自管轄系統の設備に対する制御命令を入力する入力手段を有する複数の制御所オンライン模擬装置と、
前記統合電力系統模擬装置と前記複数の制御所オンライン模擬装置とを接続する通信手段と
をそなえた広域電力系統シミュレータ。
電力会社全域の電力系統設備データを持ち、合同訓練情報を基に自動で合同訓練実施対象制御所管轄の系統範囲に縮約して系統モデルを作成し、電力設備の詳細設定作業を省力化する手段を有する統合電力系統模擬装置と、
自管轄系統データの模擬計算結果を受信して表示する表示手段、および自管轄系統の設備に対する制御命令を入力する入力手段を有する複数の制御所オンライン模擬装置と、
統合電力系統模擬装置と複数の制御所オンライン模擬装置とを接続する通信手段と、
をそなえた広域電力系統シミュレータ。
広域電力系統シミュレーション方法は、
電力会社全域の電力系統を模擬する統合電力系統模擬装置と、前記電力系統の一部についての模擬を行う複数の制御所オンライン模擬装置とをそなえ、前記統合電力系統模擬装置と前記制御所オンライン模擬装置との間で通信することにより訓練を行う広域電力系統シミュレーション方法において、
前記統合電力系統模擬装置は、
前記電力会社全域の電力系統設備データを記憶し、
前記電力会社全域のうちの訓練の対象とする系統を入力し、
前記縮約系統入力手段により入力された指定系統範囲につき前記電力会社全域の電力系統設備データを用いて系統モデルを作成し、
電力系統における潮流計算を行い、
前記電力系統模擬手段が潮流計算を行う上で必要な電力設備の詳細設定データを入力し、
前記系統モデルに、前記詳細設定データを加味して模擬対象系統モデルを形成する、
広域電力系統シミュレーション方法。