JP2010283916A - 電力動揺抑制装置、電力動揺抑制方法および電力動揺制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】遠方端事故や不平衡事故が発生した場合でも、電力動揺を効果的に抑制することを可能にする。
【解決手段】力率角算出部７１が、有効電力Ｐおよび無効電力Ｑから力率角θを算出し、リセット回路７２が、力率角θの変化速度である力率角変化速度Δθを算出する。また、事故判定部７３が、力率角変化速度Δθが所定値を超えた場合に、電力系統に系統事故が発生したと判定する。そして、制御信号調整部７４が、系統事故が発生したと判定された場合に、事故発生後の所定の期間、ＭＰＳＳによって出力される制御信号のマイナス成分を打ち消すように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力動揺抑制装置、電力動揺抑制方法および電力動揺制御プログラムに関する。

従来、遠隔地からの送電において、系統安定度の維持は重要な課題となっている。そして、この課題に対する費用対効果が最も高い対応策として、電力系統安定化装置付き超速応励磁制御が主に利用されている。ここで、電力系統安定化装置（ＰＳＳ：Power System Stabilizer）とは、発電機の有効電力Ｐや回転速度ωに基づいて発電機の励磁（界磁）電圧を制御することで、電力系統に生じる電力動揺を抑制する装置である。

具体的には、ＰＳＳは、発電機の有効電力Ｐや回転速度ωに基づいて、発電機（電力系統）に発生した動揺を検出する。そして、ＰＳＳは電力動揺の大きさに応じて、発電機が備える自動電圧調整器（ＡＶＲ：Automatic Voltage Regulator）に対して界磁電圧を制御するための制御信号（補助信号）を出力することで、発電機の電力動揺を抑制する。かかるＰＳＳには、発電機の状態を示す信号として入力する入力信号の種類に応じて、各種のものがある。例えば、ＰＳＳには、有効電力Ｐを入力する「ΔＰ形ＰＳＳ」や、発電機の有効電力Ｐおよび回転速度ωを入力する「ΔＰ＋ω形ＰＳＳ」などがある。

また、近年では、長距離大電力送電系統における弱制動な長周期電力動揺（周期が２秒程度以上の電力動揺）を抑制する効果が高い「多入力ＰＳＳ（ＭＰＳＳ：Multi-input Power System Stabilizer）」も開発されている（例えば、非特許文献１〜７参照）。このＭＰＳＳは、すでに設置されているΔＰ＋Δω形ＰＳＳの定数を変更せずに、入力信号として、無効電力Ｑと、有効電力Ｐの変化速度ｄＰと、端子電圧Ｅａの変化速度ｄＥａとを新たに追加したものである。

ここで、ＭＰＳＳに入力信号として追加された無効電力Ｑ、有効電力の変化速度ｄＰ、端子電圧の変化速度ｄＥａは、それぞれの特性上、系統事故が除去された直後に界磁電圧を下げる信号（以下、「電圧下げ信号」と呼ぶ）を出力する。この電圧下げ信号は、電力系統の過渡安定度を低下させる要因となる。そのため、ＭＰＳＳは、電圧下げ信号を打ち消すための回路である「過渡安定度向上論理」を備えている。

この過渡安定度向上論理は、電圧下げ信号を打ち消すため、系統事故が除去された時点で、界磁電圧を上限値（頂上電圧またはシーリング電圧）まで上昇させる制御信号をＡＶＲに対して出力する。具体的には、過渡安定度向上論理は、発電機の端子電圧が所定値以下となった場合に系統事故が発生していると判定し、その系統事故が除去された時点で発電機の界磁電圧を上限値まで上昇させる。

北内、谷口、「長周期動揺抑制用多入力ＰＳＳ（Ｐ＋ω＋Ｑ形）の開発」、電力中央研究所 研究報告 Ｔ９６０２１、平成９（１９９７）年５月 北内、谷口、白崎、市川、天野、萬城、「多入力ＰＳＳの電力系統への適用効果」、電気学会電力系統技術研究会資料、ＰＳＥ−９８−６、平成１０（１９９８）年 北内、谷口、吉村、白崎、市川、天野、萬城、「長周期動揺抑制用多入力ＰＳＳの定数設定法とその検証」、電力中央研究所 研究報告 Ｔ９６０３０、平成１１（１９９９）年４月 Y. Kitauchi, H. Taniguchi, T. Shirasaki, Y.Ichikawa, M. Amamo, M. Banjo, "Experimental Verification of Multi-input PSS with Reactive Power Input for Damping Low Frequency Power Swing", IEEE Transactions on Energy Conversion Vol. 14, No. 4, December 1999 北内、谷口、白崎、市川、天野、萬城、「多機系統における長周期動揺抑制用多入力ＰＳＳの定数設定法とその実験的検証」、電学論Ｂ，１２２巻１号、平成１４（２００２）年１月 森田、稲村、布施、塚田、北内、「多入力ＰＳＳのフィールド検証について」、電気学会、電力技術・電力系統技術合同研究会資料、ＰＥ−０３−１１５／ＰＳＥ−０３−１２６、平成１５（２００３）年 北内、「長距離大電力送電系統の安定度向上のための発電機励磁制御方式の開発」、電力中央研究所 総合報告 Ｔ７６、平成１６（２００４）年３月

しかしながら、上述した従来のＭＰＳＳでは、以下に説明するように、遠方端事故や不平衡事故が発生した場合に、電力動揺を効果的に抑制することができないという課題があった。

前述したように、過渡安定度向上論理は、端子電圧が所定値以下となるような系統事故が除去された時点で界磁電圧を上限値まで上昇させる。しかし、電力系統に遠方端事故や不平衡事故が発生した場合には、発電機の端子電圧が所定値まで低下しないこともある。そのため、従来のＭＰＳＳでは、遠方端事故や不平衡事故が発生しても過渡安定度向上論理が動作しない場合があった。

すなわち、従来のＭＰＳＳは、端子電圧が大きく低下するような発電機至近端の系統事故については対応することができるが、遠方端事故や不平衡事故については対応することができなかった。そのため、従来のＭＰＳＳは、遠方端事故や不平衡事故が発生した場合に、ＡＶＲに対して適切な大きさの制御信号を出力することができず、電力動揺を効果的に抑制することができなかった。

上記の課題は、発電機の励磁系を制御するＭＰＳＳだけでなく、前述のΔＰ形ＰＳＳやΔＰ＋ω形ＰＳＳにおいて同様に生じるものである。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、遠方端事故や不平衡事故が発生した場合でも、電力動揺を効果的に抑制することが可能な電力動揺制御装置、電力動揺制御方法、電力動揺制御プログラムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、電力系統に生じる電力動揺を抑制する電力動揺抑制装置であって、前記電力系統に接続されている電力機器の状態を示す入力信号に基づいて、当該電力機器の電力動揺を安定化させる制御信号を出力する電力動揺制御手段と、前記電力機器の有効電力および無効電力から力率角を算出する力率角算出手段と、前記力率角算出手段によって算出された力率角の変化速度が所定値を超えた場合に、前記電力系統に系統事故が発生したと判定する事故判定手段と、前記事故判定手段によって前記系統事故が発生したと判定された場合に、事故発生後の所定の期間、前記電圧制御手段によって出力される制御信号のマイナス成分を打ち消すように制御する制御信号調整手段とを備えたことを特徴とする。

また、本発明は、電力系統に生じる電力動揺を抑制する電力動揺抑制方法であって、前記電力系統に接続されている電力機器の状態を示す入力信号に基づいて、当該電力機器の電力動揺を安定化させる制御信号を出力するステップと、前記電力機器の有効電力および無効電力から力率角を算出するステップと、算出された力率角の変化速度が所定値を超えた場合に、前記電力系統に系統事故が発生したと判定するステップと、前記系統事故が発生したと判定された場合に、事故発生後の所定の期間、前記制御信号のマイナス成分を打ち消すように制御するステップとを含んだことを特徴とする。

また、本発明は、電力系統に生じる電力動揺を抑制する電力動揺抑制プログラムであって、前記電力系統に接続されている電力機器の状態を示す入力信号に基づいて、当該電力機器の電力動揺を安定化させる制御信号を出力する電力動揺制御手順と、前記電力機器の有効電力および無効電力から力率角を算出する力率角算出手順と、前記力率角算出手順によって算出された力率角の変化速度が所定値を超えた場合に、前記電力系統に系統事故が発生したと判定する事故判定手順と、前記事故判定手順によって前記系統事故が発生したと判定された場合に、事故発生後の所定の期間、前記電圧制御手順によって出力される制御信号のマイナス成分を打ち消すように制御する制御信号調整手順とをコンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明によれば、遠方端事故や不平衡事故が発生した場合でも、電力動揺を効果的に抑制することができるという効果を奏する。

図１は、本実施例１に係るＭＰＳＳの構成を示すブロック線図である。 図２は、図１に示したＦＤ回路の構成を示すブロック線図である。 図３は、本実施例１に係るＭＰＳＳによる電圧動揺制御の処理手順を示すフローチャートである。 図４は、本実施例１に係るＭＰＳＳによる電力動揺抑制の効果を説明するための図（１）である。 図５は、本実施例１に係るＭＰＳＳによる電力動揺抑制の効果を説明するための図（２）である。 図６は、本実施例１に係るＭＰＳＳによる電力動揺抑制の効果を説明するための図（３）である。 図７は、本実施例２に係るΔＰ＋Δω形ＰＳＳの構成を示すブロック線図である。 図８は、図７に示したＦＤ回路の構成を示すブロック線図である。 図９は、本実施例２に係るΔＰ＋Δω形ＰＳＳによる電力動揺抑制の効果を説明するための図（１）である。 図１０は、本実施例２に係るΔＰ＋Δω形ＰＳＳによる電力動揺抑制の効果を説明するための図（２）である。 図１１は、本実施例２に係るΔＰ＋Δω形ＰＳＳによる電力動揺抑制の効果を説明するための図（３）である。

以下に、本発明に係る電力動揺抑制装置、電力動揺抑制方法および電力動揺制御プログラムの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。以下では、本発明をＭＰＳＳおよびΔＰ＋Δω形ＰＳＳに適用した場合について説明する。なお、ここで説明する実施例によって本発明が限定されるものではない。

最初に、実施例１として、本発明をＭＰＳＳに適用した場合について説明する。本実施例１に係るＭＰＳＳは、発電機の有効電力Ｐ、回転速度ω、無効電力Ｑ、有効電力Ｐの変化速度ｄＰおよび端子電圧Ｅａの変化速度ｄＥａを入力する。そして、ＭＰＳＳは、入力した信号に基づいて、発電機が備えるＡＶＲに対して界磁電圧を制御するための制御信号を出力することで、発電機の電力動揺を安定化させる。

まず、本実施例１に係るＭＰＳＳの構成について説明する。図１は、本実施例１に係るＭＰＳＳの構成を示すブロック線図である。図１に示すように、本実施例１に係るＭＰＳＳは、リセット回路１１〜１３、不完全微分回路１４〜１５、位相調整回路２１〜２３、ゲイン３１〜３５、正の値のみ通過させる回路４０、負の値のみ通過させる回路５０、リミッタ６０、系統事故検出（ＦＤ：Fault Detector）回路７０、加算部８１〜８４および乗算部９１を有する。

リセット回路１１は、発電機（図示せず）の有効電力Ｐを入力し、有効電力Ｐの定常状態からの偏差である有効電力偏差ΔＰを出力する。このリセット回路１１の伝達関数は−ｓ／（１＋ｓ）である。リセット回路１２は、発電機の回転数ωを入力し、回転数ωの定常状態からの偏差である回転数速度偏差Δωを出力する。このリセット回路１２の伝達関数は５ｓ／（１＋５ｓ）である。リセット回路１３は、発電機の無効電力Ｑを入力し、入力した無効電力Ｑの定常状態からの偏差である無効電力偏差ΔＱを出力する。このリセット回路１３の伝達関数は５ｓ／（１＋５ｓ）である。

不完全微分回路１４は、発電機の端子電圧Ｅａを入力し、入力した端子電圧Ｅａの変化速度である端子電圧変化速度ｄＥａを出力する。この不完全微分回路１４の伝達関数は−０．１ｓ／（１＋０．１ｓ）である。不完全微分回路１５は、リセット回路１１から出力される有効電力偏差ΔＰを入力し、入力した有効電力偏差ΔＰの変化速度ｄＰを出力する。この不完全微分回路１５の伝達関数は０．１ｓ／（１＋０．１ｓ）である。

位相調整回路２１は、リセット回路１１から出力される有効電力偏差ΔＰを入力し、入力した有効電力偏差ΔＰの位相を調整する。位相調整回路２２は、リセット回路１２から出力される回転数速度偏差Δωを入力し、入力した回転数速度偏差Δωの位相を調整する。位相調整回路２３は、リセット回路１３から出力される無効電力偏差ΔＱを入力し、入力した無効電力偏差ΔＱの位相を調整する。

ゲイン３１は、リセット回路１４から出力される端子電圧変化速度ｄＥａを入力し、入力した端子電圧変化速度ｄＥａにゲイン定数ＫｄＥａを乗じる。ここで、ゲイン定数ＫｄＥａ＝１である。ゲイン３２は、リセット回路１５から出力される有効電力変化速度ｄＰを入力し、入力した有効電力変化速度ｄＰにゲイン定数ＫｄＰを乗じる。ここで、ゲイン定数ＫｄＰ＝１である。ゲイン３３は、位相調整回路２１から出力される有効電力偏差ΔＰを入力し、入力した有効電力偏差ΔＰにゲイン定数Ｋｐを乗じる。ここで、ゲイン定数Ｋｐ＝０．７であるが、この値は電力系統の構成や潮流条件に応じて適切な値に調整することがある。

ゲイン３４は、位相調整回路２２から出力される回転数速度偏差Δωを入力し、入力した回転数速度偏差Δωにゲイン定数Ｋωを乗じる。ここで、ゲイン定数Ｋω＝８である。
ゲイン３５は、位相調整回路２３から出力される無効電力偏差ΔＱを入力し、入力した無効電力偏差ΔＱにゲイン定数Ｋｑを乗じる。ここで、ゲイン定数Ｋｑ＝０．０８であるが、この値は電力系統の構成や潮流条件に応じて適切な値に調整することがある。

加算部８１は、ゲイン３３から出力される有効電力偏差ΔＰと、ゲイン３４から出力される回転数速度偏差Δωとを加算する。加算部８２は、ゲイン３１から出力される端子電圧変化速度ｄＥａと、ゲイン３２から出力される有効電力変化速度ｄＰと、ゲイン３５から出力される無効電力偏差ΔＱとを加算する。

正の値のみ通過させる回路４０は、加算部８２から出力される信号（ΔＱ＋ｄＥａ＋ｄＰ）を入力し、入力した信号（ΔＱ＋ｄＥａ＋ｄＰ）に含まれるプラス成分（正の値の信号）のみを取り出す。負の値のみ通過させる回路５０は、加算部８２から出力される信号（ΔＱ＋ｄＥａ＋ｄＰ）を入力し、入力した信号（ΔＱ＋ｄＥａ＋ｄＰ）に含まれるマイナス成分（負の値の信号）のみを取り出す。

ＦＤ回路７０は、電力系統に系統事故が発生した場合に、事故発生後の所定の期間、ＭＰＳＳによって出力される制御信号のマイナス成分を打ち消すように制御する。このＦＤＤ回路７０については、後に具体的に説明する。

乗算部９１は、負の値のみ通過させる回路５０から出力される信号（ΔＱ＋ｄＥａ＋ｄＰ）のマイナス成分に、ＦＤ回路７０から出力される制御信号ＦＤｇａｉｎを乗ずる。加算部８３は、正の値のみ通過させる回路４０から出力される信号（ΔＱ＋ｄＥａ＋ｄＰ）のプラス成分と、乗算部９１から出力される信号（ΔＱ＋ｄＥａ＋ｄＰ）のマイナス成分とを加算し、その結果得られる信号（ΔＱ＋ｄＥａ＋ｄＰ）を出力する。加算部８４は、加算部８１から出力される信号（ΔＰ＋Δω）と、加算部８３から出力される信号（ΔＱ＋ｄＥａ＋ｄＰ）とを加算する。

リミッタ６０は、加算部８４から出力される信号を入力し、入力した信号に含まれる−０．１から＋０．１までの大きさの成分を取り出す。そして、リミッタ６０は、取り出した信号を制御信号としてＡＶＲに出力する（ＰＳＳ出力）。ここで、リミッタ６０によって出力される制御信号は、ＡＶＲの電圧設定値を設定する部分に加算され、界磁電圧を制御するために用いられる。

次に、図１に示したＦＤ回路７０の構成について説明する。図２は、図１に示したＦＤ回路７０の構成を示すブロック線図である。図２に示すように、ＦＤ回路７０は、力率角算出部７１、リセット回路７２、事故判定部７３および制御信号調整部７４を有する。

力率角算出部７１は、発電機の有効電力Ｐおよび無効電力Ｑから力率角θを算出する。具体的には、力率角算出部７１は、以下に示す式（１）に基づいて力率角θを算出する。

リセット回路７２は、力率角算出部７１によって算出された力率角θの変化速度である力率角変化速度Δθを算出する。具体的には、リセット回路７２は、以下に示す式（２）で力率角変化速度Δθを算出する。

事故判定部７３は、リセット回路７２によって算出された力率角変化速度Δθが所定値を超えた場合に、電力系統に系統事故が発生したと判定する。

一般的に、超高圧送電系統において系統事故が発生した場合、送電線に抵抗分がほとんど無いことから、発電機の有効電力Ｐは急激にほぼゼロまで低下する。また、短絡電流はほとんどが無効電流であるため、無効電力Ｑは急激に増大する。

そこで、具体的には、事故判定部７３は、リセット回路７２によって算出された力率角変化速度Δθが１０度を超えた場合に、系統事故が発生したと判定する。また、事故判定部７３は、リセット回路７２によって算出された力率角変化速度Δθが１０度を超えていない場合は、系統事故が発生していないと判定する。なお、一般的に、事故発生後に発電機が動揺している間であっても、力率角変化速度Δθは大きくても数度であることから、ここではＦＤ回路７０の動作閾値を１０度と設定している。

また、前述したリセット回路７２によって、時定数が０．１秒の伝達関数で力率角変化速度Δθが算出される。そのため、事故判定部７３は、力率角θに急速な変化が生じた場合のみ系統事故が発生したと判定し、力率角θの定常的な変動に対しては反応しない。したがって、遠方端事故や不平衡事故を精度よく検出することができる。

制御信号調整部７４は、事故判定部７３によって系統事故が発生したと判定された場合に、事故発生後の所定の期間、ＭＰＳＳによって出力される制御信号のマイナス成分を打ち消すように制御する。

具体的には、制御信号調整部７４は、制御信号の大きさを制御するためのＦＤｔｉｍｅｒを有している。そして、制御信号調整部７４は、事故判定部７３によって系統事故が発生したと判定された場合に、ＦＤ回路の出力信号であるＦＤｇａｉｎを「０」に設定し、ＦＤｔｉｍｅｒを「０」に設定したのちにＦＤｔｉｍｅｒを起動する。その後、制御信号調整部７４は、ＦＤｔｉｍｅｒを開始してから２秒間は、ＦＤｇａｉｎの大きさを「０」に設定する。

ここで、制御信号調整部７４によってＦＤｇａｉｎに「０」が設定されている間は、乗算部９１による乗算の結果、負の値のみ通過させる回路５０から出力される信号（ΔＱ＋ｄＥａ＋ｄＰ）のマイナス成分がＦＤｇａｉｎによって打ち消される。これにより、事故発生後の２秒間は、系統事故除去直後に無効電力Ｑ、有効電力の変化速度ｄＰ、端子電圧の変化速度ｄＥａによって出力される電圧下げ信号を「０」にすることができる。

そして、制御信号調整部７４は、ＦＤｔｉｍｅｒを開始してから２秒間が経過したのちに、１秒間に０．５の速度でＦＤｇａｉｎを復帰させる。すなわち、制御信号調整部７４は、ＦＤｔｉｍｅｒが開始されてから２秒間が経過したのちに、さらに２秒間かけて、ＦＤｇａｉｎを「１」まで復帰させる。

なお、本実施例１では、電力動揺周期を最大４秒と想定し、系統事故除去後の内部相差角δが増加している２秒間は、ＭＰＳＳの（ΔＱ＋ｄＥａ＋ｄＰ）部分から負の値の信号が出力されないようにしている。

また、ノイズや小擾乱などによって、一瞬だけ力率角変化速度Δθが１０度を超えたとしても、ＦＤ回路７０は信号（ΔＱ＋ｄＥａ＋ｄＰ）の負の値を抑制するだけである。したがって、ＭＰＳＳに含まれるΔＰ＋Δω形ＰＳＳの部分は通常通りに動作する。

次に、本実施例１に係るＭＰＳＳによる電力動揺制御の処理手順について説明する。なお、ここでは、ＦＤ回路１７０の各部によって行われる処理を中心に説明する。図３は、本実施例１に係るＭＰＳＳによる電力動揺制御の処理手順を示すフローチャートである。

図３に示すように、本実施例１に係るＭＰＳＳでは、まず、力率角算出部７１が、発電機の有効電力Ｐおよび無効電力Ｑから力率角θを算出する（ステップＳ１）。続いて、リセット回路７２が、力率角算出部７１によって算出された力率角θの変化速度である力率角変化速度Δθを算出する（ステップＳ２）。

ここで、力率角変化速度Δθが１０度より大きかった場合には（ステップＳ３，Ｙｅｓ）、事故判定部７３が、系統事故が発生したと判定する。そして、事故判定部７３によって系統事故が発生したと判定されると、制御信号調整部７４が、ＦＤｇａｉｎを「０」、ＦＤｔｉｍｅｒを「０」に設定したのちにＦＤｔｉｍｅｒを起動する（ステップＳ４）。これにより、ＦＤｔｉｍｅｒによるタイマ値の加算が開始される。

このように、ＦＤ回路７０が、１０度より大きい力率角変化速度Δθが算出されるごとにＦＤｔｉｍｅｒを「０」に設定して起動しなおすことによって、連続して系統事故が発生している場合でも、電圧下げ信号の抑制を継続することができる。

ＦＤｔｉｍｅｒを開始したのちに、制御信号調整部７４は、ステップＳ１に処理を移行する。そして、制御信号調整部７４は、ＦＤｔｉｍｅｒの起動中は、時間の経過とともにＦＤｔｉｍｅｒのタイマ値を増加させる。

一方、力率角変化速度Δθが１０度以下であった場合には（ステップＳ３，Ｎｏ）、事故判定部７３は、系統事故が発生していないと判定する。そして、事故判定部７３によって系統事故が発生していないと判定されると、制御信号調整部７４が、ＦＤｔｉｍｅｒが起動中であるか否かを判定する。ここで、ＦＤｔｉｍｅｒが起動中でなかった場合には（ステップ５，Ｎｏ）、制御信号調整部７４は、ステップＳ１に処理を移行する。

また、ＦＤｔｉｍｅｒが起動中であった場合には（ステップ５，Ｙｅｓ）、制御信号調整部７４は、ＦＤｔｉｍｅｒが２秒に達しているか否かを判定する。そして、ＦＤｔｉｍｅｒが２秒に達していなかった場合には（ステップＳ６，Ｙｅｓ）、制御信号調整部７４は、ＦＤｇａｉｎを「０」に設定する（ステップＳ７）。その後、制御信号調整部７４は、ステップＳ１に処理を移行する。すなわち、ＦＤｔｉｍｅｒが２秒に達するまでの間は、ＦＤｇａｉｎの値が「０」となる。

また、ＦＤｔｉｍｅｒが２秒に達していた場合には（ステップＳ６，Ｎｏ）、制御信号調整部７４は、ＦＤｔｉｍｅｒが４秒に達しているか否かを判定する。そして、ＦＤｔｉｍｅｒが４秒に達していなかった場合には（ステップＳ８，Ｙｅｓ）、制御信号調整部７４は、ＦＤｇａｉｎを（ＦＤｔｉｍｅｒ−２）×０．５に設定する（ステップＳ９）。その後、制御信号調整部７４は、ステップＳ１に処理を移行する。これにより、ＦＤｔｉｍｅｒが２秒を超えてから４秒に達するまでの間は、ＦＤｇａｉｎの値が１秒間に０．５の速度で徐々に大きくなる。

また、ＦＤｔｉｍｅｒが４秒に達していた場合には（ステップＳ８，Ｎｏ）、制御信号調整部７４は、ＦＤｔｉｍｅｒを停止する（ステップＳ１０）。これにより、ＦＤｔｉｍｅｒによるタイマ値の加算が停止する。また、ＦＤｔｉｍｅｒが４秒に達したので、ＦＤｇａｉｎの値は「１」に復帰している。その後、制御信号調整部７４は、ステップＳ１に処理を移行する。すなわち、ＦＤｔｉｍｅｒが４秒に達した後は、ＦＤｇａｉｎの値が「１」となる。

次に、本実施例１に係るＭＰＳＳによる電力動揺抑制の効果について説明する。図４〜６は、本実施例１に係るＭＰＳＳによる電力動揺抑制の効果を説明するための図である。なお、ここでは、本実施例１に係るＭＰＳＳを「改良形ＭＰＳＳ」と呼び、従来のＭＰＳＳを「従来形ＭＰＳＳ」と呼ぶ。

ここでは、図４に示す電力系統において、１００ｋＶＡの発電機に改良形ＭＰＳＳを適用し、その安定度向上効果を検証した。その結果、図５および６に示すように、改良形ＭＰＳＳは、ＦＤ回路が遠方端事故および不平衡事故に対して適切に動作することにより、従来形ＭＰＳＳに比べて内部相差角δの最大値を抑制し、ダンピング（制動）が優れていることが確認できた。

また、以下の表に示すように、改良形ＭＰＳＳは、現用のΔＰ＋Δω形ＰＳＳと比較して限界送電電力を約６％向上させることができた。

上述してきたように、本実施例１では、力率角算出部７１が、有効電力Ｐおよび無効電力Ｑから力率角θを算出し、リセット回路７２が、力率角θの変化速度である力率角変化速度Δθを算出する。また、事故判定部７３が、力率角変化速度Δθが所定値を超えた場合に、電力系統に系統事故が発生したと判定する。そして、制御信号調整部７４が、系統事故が発生したと判定された場合に、事故発生後の所定の期間、ＭＰＳＳによって出力される制御信号のマイナス成分を打ち消すように制御する。すなわち、本実施例１によれば、系統事故除去直後に無効電力Ｑ、有効電力の変化速度ｄＰ、端子電圧の変化速度ｄＥａによって出力される電圧下げ信号を抑制することができる。したがって、遠方端事故や不平衡事故が発生した場合でも、電力動揺を効果的に抑制することが可能である。

また、本実施例１では、リセット回路７２が、力率角算出部７１によって算出された力率角θを入力し、入力した力率角θの変化速度である力率角変化速度Δθを出力する。そして、事故判定部７３が、リセット回路７２から出力される力率角変化速度Δθが所定値を越えた場合に、系統事故が発生したと判定する。したがって、本実施例１によれば、力率角θに急速な変化が生じた場合のみ系統事故が発生したと判定されるので、遠方端事故や不平衡事故を精度よく検出することが可能である。

次に、実施例２として、本発明をΔＰ＋Δω形ＰＳＳに適用した場合について説明する。ΔＰ＋Δω形ＰＳＳは、ローカル系統における短周期電力動揺（周期が１秒程度の電力動揺）および広域系統における弱制動な長周期電力動揺（周期が２秒程度以上の電力動揺）の抑制に適している。そして、ΔＰ＋Δω形ＰＳＳは、ΔＰ形ＰＳＳの部分が、系統事故除去直後に発電機の端子電圧を下げる電圧下げ信号を出力することが知られている。本発明によれば、この電圧下げ信号を抑制することが可能になる。

まず、実施例２に係るΔＰ＋Δω形ＰＳＳの構成について説明する。図７は、本実施例２に係るΔＰ＋Δω形ＰＳＳの構成を示すブロック線図である。このΔＰ＋Δω形ＰＳＳは、図示していない発電機の有効電力Ｐおよび回転速度ωを入力する。そして、ΔＰ＋Δω形ＰＳＳは、入力した信号に基づいて、発電機が備えるＡＶＲに対して界磁電圧を制御するための制御信号を出力することで、発電機の電力動揺を安定化させる。

図７に示すように、本実施例２に係るΔＰ＋Δω形ＰＳＳは、リセット回路１１１および１１２、位相調整回路１２１および１２２、ゲイン１３１および１３２、正の値のみ通過させる回路１４０、負の値のみ通過させる回路１５０、リミッタ１６０、系統事故検出（ＦＤ：Fault Detector）回路１７０、加算部１８１および１８２、ならびに、乗算部１９１を有する。

リセット回路１１１は、発電機（図示せず）の回転数ωを入力し、回転数ωの速度偏差である回転数速度偏差Δωを出力する。このリセット回路１１１の伝達関数は５ｓ／（１＋５ｓ）である。リセット回路１１２は、発電機の有効電力Ｐを入力し、有効電力Ｐの偏差である有効電力偏差ΔＰを出力する。このリセット回路１１２の伝達関数は−ｓ／（１＋ｓ）である。

位相調整回路１２１は、リセット回路１１１から出力される回転数速度偏差Δωを入力し、入力した回転数速度偏差Δωの位相を調整する。位相調整回路１２２は、リセット回路１１２から出力される有効電力偏差ΔＰを入力し、入力した有効電力偏差ΔＰの位相を調整する。

ゲイン１３１は、位相調整回路１２１から出力される回転数速度偏差Δωを入力し、入力した回転数速度偏差Δωにゲイン定数Ｋωを乗じる。ここで、ゲイン定数Ｋω＝８であるが、この値は電力系統の構成や潮流条件に応じて適切な値に調整することがある。ゲイン１３２は、位相調整回路１２２から出力される有効電力偏差ΔＰを入力し、入力した有効電力偏差ΔＰにゲイン定数Ｋｐを乗じる。ここで、ゲイン定数Ｋｐ＝０．７であるが、この値は電力系統の構成や潮流条件に応じて適切な値に調整することがある。

正の値のみ通過させる回路１４０は、ゲイン１３２から出力される有効電力偏差ΔＰを入力し、入力した有効電力偏差ΔＰに含まれるプラス成分（正の値の信号）のみを取り出す。負の値のみ通過させる回路１５０は、ゲイン１３２から出力される有効電力偏差ΔＰを入力し、入力した有効電力偏差ΔＰに含まれるマイナス成分（負の値の信号）のみを取り出す。

ＦＤ回路１７０は、電力系統に系統事故が発生した場合に、事故発生後の所定の期間、ΔＰ＋Δω形ＰＳＳのΔＰ形ＰＳＳ部分によって出力される制御信号のマイナス成分を打ち消すように制御する。このＦＤ回路１７０については、後に具体的に説明する。

乗算部１９１は、負の値のみ通過させる回路１５０から出力される有効電力偏差ΔＰのマイナス成分に、ＦＤ回路１７０から出力される制御信号ＦＤｇａｉｎを乗ずる。加算部１８１は、正の値のみ通過させる回路１４０から出力される有効電力偏差ΔＰのプラス成分と、乗算部１９１から出力される有効電力偏差ΔＰのマイナス成分とを加算し、その結果として得られる有効電力偏差ΔＰを出力する。加算部１８２は、ゲイン１３１から出力される回転数速度偏差Δωと、加算部１８１から出力される有効電力偏差ΔＰとを加算する。

リミッタ１６０は、加算部１８２から出力される信号を入力し、入力した信号に含まれる−０．１から＋０．１までの大きさの成分を取り出す。そして、リミッタ１６０は、取り出した信号を制御信号としてＡＶＲに出力する（ＰＳＳ出力）。ここで、リミッタ１６０から出力される制御信号は、ＡＶＲによって界磁電圧を制御するために用いられる。

次に、図７に示したＦＤ回路１７０の構成について説明する。図８は、図７に示したＦＤ回路１７０の構成を示すブロック線図である。図８に示すように、ＦＤ回路１７０は、力率角算出部１７１、リセット回路１７２、事故判定部１７３および制御信号調整部１７４を有する。なお、力率角算出部１７１、リセット回路１７２および事故判定部１７３の機能は、それぞれ、図２に示した力率角算出部７１、リセット回路７２および事故判定部７３の機能と同様であるので、ここでは説明を省略する。

制御信号調整部１７４は、事故判定部１７３によって系統事故が発生したと判定された場合に、事故発生後の所定の期間、ΔＰ＋Δω形ＰＳＳのΔＰ形ＰＳＳ部分によって出力される制御信号のマイナス成分を打ち消すように制御する。

具体的には、制御信号調整部１７４は、制御信号の大きさを制御するためのＦＤｔｉｍｅｒを有しており、事故判定部１７３によってＦＤｔｉｍｅｒが開始されると、その後、０．４秒間はＦＤ回路の出力信号であるＦＤｇａｉｎの大きさを「０」に設定する。

ここで、制御信号調整部１７４によってＦＤｇａｉｎに「０」が設定されている間は、乗算部１９１による乗算の結果、負の値のみ通過させる回路１５０から出力される有効電力偏差ΔＰのマイナス成分がＦＤｇａｉｎによって打ち消される。これにより、事故発生後の０．４秒間は、系統事故除去直後にΔＰ形ＰＳＳの部分によって出力される電圧下げ信号をゼロにすることができる。

そして、制御信号調整部１７４は、ＦＤｔｉｍｅｒが開始されてから０．４秒間が経過したのちに、さらに０．４秒間かけて、ＦＤｇａｉｎを１まで復帰させる。

なお、本実施例２では、系統事故除去後の有効電力Ｐの増加速度を考慮して、ＦＤｇａｉｎを「０」に設定する時間、および、ＦＤｇａｉｎを１に復帰させるまでにかける時間をともに０．４秒としている。この時間は、事故除去後の有効電力Ｐの増加速度に応じて、延長または短縮することもできる。

また、ノイズや小擾乱などによって、一瞬だけ力率角変化速度Δθが１０度を超えたとしても、ＦＤ回路１７０はΔＰ形ＰＳＳの部分によって出力される信号の負の値を抑制するだけである。したがって、ΔＰ＋Δω形ＰＳＳに含まれるΔω形ＰＳＳの部分は通常通りに動作する。

なお、本実施例２に係るΔＰ＋Δω形ＰＳＳによる電力動揺制御の処理手順は、基本的には、図３に示した処理手順と同様であるので、ここでは説明を省略する。具体的には、ＦＤｇａｉｎを「０」に設定する時間、および、ＦＤｇａｉｎを１に復帰させるまでにかける時間が、実施例１ではそれぞれ２秒であったのに対し、本実施例２ではそれぞれ０．４秒である点のみが異なっている。

次に、本実施例２に係るΔＰ＋Δω形ＰＳＳによる電力動揺抑制の効果について説明する。図９〜１１は、本実施例２に係るΔＰ＋Δω形ＰＳＳによる電力動揺抑制の効果を説明するための図である。なお、ここでは、本実施例２に係るΔＰ＋Δω形ＰＳＳを「ＦＤ回路付きΔＰ＋Δω形ＰＳＳ」と呼び、従来のΔＰ＋Δω形ＰＳＳを「現用ΔＰ＋Δω形」と呼ぶ。

ここでは、図９に示す電力系統において、１００ｋＶＡの発電機にＦＤ回路付きΔＰ＋Δω形ＰＳＳを適用し、その安定度向上効果を検証した。その結果、図１０に示すように、ＦＤ回路付きΔＰ＋Δω形ＰＳＳは、ＦＤ回路が遠方端事故および不平衡事故に対して適切に動作することにより、現用ΔＰ＋Δω形に比べて内部相差角δの最大値を抑制し、ダンピング（制動）が優れていることが確認できた。また、図１１に示すように、ＦＤ回路付きΔＰ＋Δω形ＰＳＳによって、ＦＤ回路によって系統事故直後の電圧下げ信号が抑制されることがわかる。

また、以下の表に示すように、ＦＤ回路付きΔＰ＋Δω形ＰＳＳは、現用ΔＰ＋Δω形ＰＳＳと比較して、限界送電電力を約３％向上させることができた。

ここでは、図４に示す電力系統において、１００ｋＶＡの発電機に改良形ＭＰＳＳを適用し、その安定度向上効果を検証した。その結果、図５に示すように、改良形ＭＰＳＳは、ＦＤ回路が遠方端事故および不平衡事故に対して適切に動作することにより、従来形ＭＰＳＳに比べて内部相差角δの最大値を抑制し、ダンピング（制動）が優れていることが確認できた。また、以下の表に示すように、改良形ＭＰＳＳは、現用のΔＰ＋Δω形ＰＳＳと比較して限界送電電力を約６％向上させることができた。

上述してきたように、本実施例２では、力率角算出部１７１が、有効電力Ｐおよび無効電力Ｑから力率角θを算出し、リセット回路１７２が、力率角θの変化速度である力率角変化速度Δθを算出する。また、事故判定部１７３が、力率角変化速度Δθが所定値を超えた場合に、電力系統に系統事故が発生したと判定する。そして、制御信号調整部１７４が、系統事故が発生したと判定された場合に、事故発生後の所定の期間、ΔＰ＋Δω形ＰＳＳのΔＰ形ＰＳＳ部分によって出力される制御信号のマイナス成分を打ち消すように制御する。すなわち、本実施例２によれば、系統事故除去直後にΔＰ形ＰＳＳの部分によって出力される電圧下げ信号を抑制することができる。したがって、遠方端事故や不平衡事故が発生した場合でも、電力動揺を効果的に抑制することが可能である。

また、本実施例２では、リセット回路１７２が、力率角算出部１７１によって算出された力率角θを入力し、入力した力率角θの変化速度である力率角変化速度Δθを出力する。そして、事故判定部１７３が、リセット回路１７２から出力される力率角変化速度Δθが所定値を越えた場合に、系統事故が発生したと判定する。したがって、本実施例２によれば、力率角θに急速な変化が生じた場合のみ系統事故が発生したと判定されるので、遠方端事故や不平衡事故を精度よく検出することが可能である。

なお、上記実施例では、発電機の励磁系を制御するＰＳＳに本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、電力系統に生じる電力動揺を抑制する他の電力動揺抑制装置にも同様に適用することができる。すなわち、電力動揺抑制装置のうち電圧下げ信号を出力するものであれば、上記実施例で説明した効果と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施例で説明した各装置の各処理機能は、その全部または任意の一部が、ＣＰＵおよび当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムによるソフトウェアとして実現され得る。すなわち、上記実施例で説明した電力動揺抑制方法は、あらかじめ用意されたプログラムをパーソナルコンピュータやワークステーションなどのコンピュータまたはデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）などで実行することによって実現することができる。このプログラムは、インターネットなどのネットワークを介して配布することができる。また、このプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤなどのコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。

１１〜１３，１１１，１１２ リセット回路
１４〜１５ 不完全微分回路
２１〜２３，１２１，１２２ 位相調整回路
３１〜３５，１３１，１３２ ゲイン
４０，１４０ 正の値のみ通過させる回路
５０，１５０ 負の値のみ通過させる回路
６０，１６０ リミッタ
７０，１７０ 系統事故検出回路（ＦＤ回路）
７１，１７１ 力率角算出部
７２，１７２ リセット回路
７３，１７３ 事故判定部
７４，１７４ 制御信号調整部
８１〜８４，１８１，１８２ 加算部
９１，１９１ 乗算部

Claims (6)

1. 電力系統に生じる電力動揺を抑制する電力動揺抑制装置であって、
   前記電力系統に接続されている電力機器の状態を示す入力信号に基づいて、当該電力機器の電力動揺を安定化させる制御信号を出力する電力動揺制御手段と、
   前記電力機器の有効電力および無効電力から力率角を算出する力率角算出手段と、
   前記力率角算出手段によって算出された力率角の変化速度が所定値を超えた場合に、前記電力系統に系統事故が発生したと判定する事故判定手段と、
   前記事故判定手段によって前記系統事故が発生したと判定された場合に、事故発生後の所定の期間、前記電力動揺制御手段によって出力される制御信号のマイナス成分を打ち消すように制御する制御信号調整手段と
   を備えたことを特徴とする電力動揺抑制装置。
2. 前記力率角算出手段によって算出された力率角を入力し、入力した力率角の変化速度である力率角変化速度を出力するリセット回路をさらに備え、
   前記事故判定手段は、前記リセット回路から出力される力率角変化速度が所定値を越えた場合に、前記系統事故が発生したと判定することを特徴とする請求項１に記載の電力動揺抑制装置。
3. 前記電力機器は発電機であって、
   前記入力信号は、前記発電機の有効電力、回転速度、無効電力、有効電力の変化速度および端子電圧の変化速度を少なくとも含むことを特徴とする請求項１または２に記載の電力動揺制御装置。
4. 前記電力機器は発電機であって、
   前記入力信号は、前記発電機の有効電力および回転速度を少なくとも含むことを特徴とする請求項１または２に記載の電力動揺制御装置。
5. 電力系統に生じる電力動揺を抑制する電力動揺抑制方法であって、
   前記電力系統に接続されている電力機器の状態を示す入力信号に基づいて、当該電力機器の電力動揺を安定化させる制御信号を出力するステップと、
   前記電力機器の有効電力および無効電力から力率角を算出するステップと、
   算出された力率角の変化速度が所定値を超えた場合に、前記電力系統に系統事故が発生したと判定するステップと、
   前記系統事故が発生したと判定された場合に、事故発生後の所定の期間、前記制御信号のマイナス成分を打ち消すように制御するステップと
   を含んだことを特徴とする電力動揺抑制方法。
6. 電力系統に生じる電力動揺を抑制する電力動揺抑制プログラムであって、
   前記電力系統に接続されている電力機器の状態を示す入力信号に基づいて、当該電力機器の電力動揺を安定化させる制御信号を出力する電力動揺制御手順と、
   前記電力機器の有効電力および無効電力から力率角を算出する力率角算出手順と、
   前記力率角算出手順によって算出された力率角の変化速度が所定値を超えた場合に、前記電力系統に系統事故が発生したと判定する事故判定手順と、
   前記事故判定手順によって前記系統事故が発生したと判定された場合に、事故発生後の所定の期間、前記電圧制御手順によって出力される制御信号のマイナス成分を打ち消すように制御する制御信号調整手順と
   をコンピュータに実行させることを特徴とする電力動揺抑制プログラム。

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