JP2012170169A - 電力系統安定化装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安定化に必要な制御対象を的確に選定して過渡安定度の安定化および電圧過昇の解消を図ると共に、制御対象を効率的に選定可能な電力系統安定化装置およびその制御方法を提供する。
【解決手段】不安定現象判定部１０３は、過渡安定度計算実行部１０２での計算結果から、各想定事故に対して、安定度の判別と電圧過昇有無の判定を行う。また、発電機選定部１０４ａは、不安定現象判定部１０３にて安定度が不安定であると判別した場合には遮断制御する発電機を選定し、調相設備選定部１０４ｂは、不安定現象判定部１０３にて電圧過昇の発生ありと判定した場合には調相設備を選定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、事故波及防止リレーシステムに用いられる電力系統安定化制御技術に係り、特に、制御対象となる遮断発電機および開放または投入制御を行う調相設備を、効率良く選定可能な電力系統安定化装置およびその制御方法に関するものである。

電力系統において、送電線遮断事故などの系統事故が起きると、系統には不安定現象が個別あるいは複合的に発生する。代表的な系統不安定現象としては、発電機が脱調する過渡安定度不安定や、系統電圧が送電設備や変電設備の耐電圧を超過する電圧過昇などがある。系統不安定現象が発生した場合、系統を安定化させて、事故の影響が電力系統全体に波及することを防ぐ必要がある。

そこで従来から、事故波及防止リレーシステムが提案されている。本システムには電力系統安定化装置が採用されている。電力系統安定化装置とは、系統事故に対する過渡安定度計算を実行して系統不安定現象が発生するか否かの判定を行い、その判定結果に基づいて系統安定化に必要となる制御を行う装置である。系統安定化に必要となる制御とは、過渡安定度の安定化を図るための発電機の遮断制御や、電圧過昇を解消するための調相設備の開放制御または投入制御である。

調相設備とは並列コンデンサや分路リアクトルなどである。電圧過昇を解消するためには、電力系統に投入されている並列コンデンサの開放、あるいは、開放されている分路リアクトルの電力系統への投入が必要である。したがって、電圧過昇に対する制御対象は、電力系統に投入されている並列コンデンサと、電力系統から開放され電力系統と非接続状態にある分路リアクトルとなる。

また、電力系統安定化装置の一方式としてオンライン事前演算方式がある。これは、電力系統の状態量をオンラインデータとして取込み、発生する事故を複数想定し、各想定事故に対する過渡安定度計算を予め実行しておく方式である。以下、オンライン事前演算方式の電力系統安定化装置の概要について説明する。電力系統安定化装置は、中央演算装置と、中央制御装置と、端末装置と、各装置を接続する伝送路から構成される。

中央演算装置では、系統からオンラインデータを取り込み、リアルタイムで系統状態を把握し、現在の系統状態について、予め想定した複数の事故ケースにおける過渡的な系統状態変化を、過渡安定度計算によって演算する。さらに、中央演算装置は、過渡安定度計算の計算結果に基づいて系統不安定現象の発生の有無を判定した上で、系統安定化に必要な制御対象を選定し（想定事故時に選定した制御対象を想定事故時制御対象と呼ぶ）、選定した制御対象を中央制御装置へと送信する。

中央制御装置では、中央演算装置から受信した想定事故時制御対象を所定の領域に保存しておく。実際に系統事故が発生した場合、中央制御装置は、端末装置から事故発生情報を受信する。この時、中央制御装置は、中央演算装置から予め受信して保存してある想定事故時制御対象の中から、発生した事故ケースに該当する想定事故時制御対象を決定し、当該想定事故時制御対象の制御指令を、所定の端末装置に送信する。

中央制御装置から制御指令を受信した端末装置は、該当制御対象の安定化制御を行う。すなわち、端末装置が発電機の遮断制御を実施した場合には過渡安定度の安定化を図ることができる。また、端末装置が並列コンデンサや分路リアクトルなどの調相設備の開放制御あるいは投入制御を実施した場合には、電圧過昇を解消することができる。

以上のようなオンライン事前演算方式の電力系統安定化装置によれば、系統不安定現象が発生した場合、迅速に不安定現象を排除することができ、事故の影響が電力系統全体に波及することを防ぐことが可能である。したがって、電力系統安定化装置は電力系統の運用に不可欠であり、様々な技術が提案されている。

例えば、特許文献１記載の電力系統の安定度判定方式は、電力系統の安定度をオンラインにて判定するものである。特許文献１記載の技術では、想定事故に対して簡易計算を行って安定度指標値を求める。そして、安定度指標値が予め設定されたしきい値よりも大きければ、電力系統は不安定であると仮判定し、この仮決定に従って過渡安定度計算を実行して、より詳細に安定度を判別する。つまり、特許文献１記載の技術においては、簡易計算と過渡安定度計算という２段階の計算を実行しており、これにより、想定事故に対する系統安定度を、効率的に演算することが可能となる。

また、特許文献２記載の電力系統安定化装置では、電制発電機の選定に関する制御アルゴリズムを提案したものであり、系統事故時の過渡安定度、周波数安定度、電圧安定度という３つの系統安定度に対して、それぞれの安定度の維持に効果のある指標値を設定する点に特徴がある。特許文献２においては、各指標値を系統内の発電機毎に算出し、算出結果に基づいて総合化した電制効果指標値を求めることができ、電制効果指標値が最も高い発電機を、電制発電機として選定することができる。

特開平７-１３５７３８号 特許第４０９４２０６号

しかしながら、上記の従来技術には次のような課題が指摘されていた。すなわち、特許文献１に記された従来の電力系統の安定度判定方式技術では、想定事故時の過渡安定度のみに着目している。このため、過渡安定度を判定する以外の目的、例えば、電圧過昇を判定することを目的としては、過渡安定度計算の要否判定ができない。したがって、特許文献１では、系統事故時の複合不安定現象に対する安定度判定を、効率化することができないという問題点があった。

上記特許文献２に記された電力系統安定化装置は、過渡安定度と周波数と電圧という３つの複合不安定現象に対して安定化効果の高い電制発電機を選定する技術である。つまり、特許文献２記載の技術は、電制発電機を選定するための制御アルゴリズムに関するものであって、制御対象として遮断発電機と調相設備を選定するための制御に関するものではない。

既に述べたように、電力系統安定化装置では、発電機の遮断制御によって過渡安定度を安定化し、投入状態にある並列コンデンサの開放制御あるいは非接続状態にある分路リアクトルの投入制御といった調相設備の制御によって電圧過昇を解消している。すなわち、制御対象を大別すると、発電機と調相設備の２種類があるが、遮断制御する発電機の選定結果と、開放または投入制御する調相設備の選定結果とは、互いに影響を与え合うことが知られている。

例えば、発電機の選定に伴って、電圧過昇の発生箇所や大きさが変化することがあり、それに応じた調相設備の選定が必要となる。また、発電機の選定によっては、電圧過昇を解消するための調相設備を選定できなくなる場合もある。このケースでは、遮断制御する発電機を増加させてからでないと、開放または投入制御する調相設備を選定することができない。

さらに、想定事故時制御対象を選定した後、選定した制御対象における想定事故時の制御タイミングを確認しておかないと、制御時間のずれによって制御効果が低下する可能性もある。したがって、電力系統安定化装置においては、制御タイミングを加味するなどして、制御効果の高い制御対象を確実に選定することが求められていた。

本発明は、電力系統のオンライン事前演算形事故波及防止リレーシステムに適用されるものであり、安定化に必要な制御対象を的確に選定して過渡安定度の安定化および電圧過昇の解消を図ると共に、制御対象を効率的に選定可能な電力系統安定化装置およびその制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、電力系統の状態量を定周期で収集して現在の潮流状態を表す系統モデルを作成する系統モデル作成ステップと、前記系統モデルを用いて想定事故に対する過渡安定度計算を実行する過渡安定度計算実行ステップと、前記過渡安定度計算の結果から安定度判定および電圧過昇の発生有無判定を行う不安定現象判定ステップと、前記不安定現象判定ステップの判定結果に基づいて遮断制御する発電機と開放制御または投入制御する調相設備を選定する制御対象選定ステップとを含む電力系統安定化装置の制御方法において、次のような点に構成上の特徴がある。

すなわち、前記制御対象選定ステップでは、前記不安定現象判定ステップにおける安定度判定が不安定の場合に、安定化に必要な前記発電機を予め設定された発電機選定テーブルから過渡安定度計算を繰り返して選定する発電機選定ステップを行い、次に、前記不安定現象判定ステップにおける電圧過昇の発生有無判定が電圧過昇有りの場合は電圧過昇の解消に必要な前記調相設備を予め設定された調相設備選定テーブルから潮流計算を繰り返して選定する調相設備選定ステップを行い、さらに、前記過渡安定度計算実行ステップでは、前記制御対象選定ステップにて想定事故に対し選定した前記発電機および前記調相設備の各制御時間を反映した過渡安定度計算を実行し、前記発電機選定ステップは、前記過渡安定度計算の結果に基づいて前記不安定現象判定ステップにて過渡安定度が安定と判定した場合に遮断制御する発電機の選定を完了し、前記調相設備選定ステップは、前記過渡安定度計算の結果に基づいて前記不安定現象判定ステップにて電圧過昇無しと判定した場合に開放制御または投入制御する調相設備の選定を完了することを特徴とするものである。

本発明によれば、まず遮断制御する発電機を選定し、その後、開放制御または投入制御する調相設備を選定し、しかも選定した制御対象における制御タイミングを反映させた過渡安定化計算にて安定度と電圧過昇の有無を確認することができるため、安定化に必要な制御対象を効率良く選定することが可能である。

本発明の第１の実施形態の構成図。 第１の実施形態における制御対象選定処理のフローチャート。 発電機の選定テーブルの説明図。 調相設備の選定テーブルの説明図。 過渡安定度計算による電圧変化のグラフ。 本発明に係る第２の実施形態の構成図。 第２の実施形態における制御対象選定処理のフローチャート。 ３巻線変圧器の等価Ｔ型回路図。 電圧変化目標値算出の説明図。

（１）第１の実施形態
（１−１）構成
以下、本発明に係る第１の実施形態について、図１を参照して詳しく説明する。図１は第１の実施形態に係る電力系統安定化装置の構成図である。図１に示すように、第１の実施形態に係る電力系統安定化装置は、中央演算装置１００と、中央制御装置２００と、端末装置３００と、伝送路４００、５００、７００と、情報端末６００とから構成されている。

［中央演算装置１００］
中央演算装置１００は、伝送路４００を介して中央制御装置２００と接続されると共に、伝送路７００を介して１個以上の情報端末６００と接続されている。中央演算装置１００には、系統モデル作成部１０１と、過渡安定度計算実行部１０２と、不安定現象判定部１０３と、制御対象選定部１０４と、選定処理判定部１０５と、潮流計算実行部１０６と、発電機の選定テーブル１０７と、調相設備の選定テーブ１０８と、警告表示部１０９とが設けられている。

［系統モデル作成部１０１］
系統モデル作成部１０１は、情報端末６００から伝送路７００を介して、電力系統の計測情報や系統状態情報を取り込み、リアルタイムで系統状態を把握して、電力系統における現在の潮流状態を算出し、過渡安定度計算用の系統モデルを作成する部分である。

［過渡安定度計算実行部１０２］
過渡安定度計算実行部１０２は、系統モデル作成部１０１の作成した系統モデルを用いて過渡安定度計算を実行する部分である。すなわち、過渡安定度計算実行部１０２では、系統モデルをおいて起こり得る事故ケースを予め複数想定し、想定した各事故ケースの過渡的な系統状態変化を、過渡安定度計算によって演算する。なお、過渡安定度計算には電力系統の動特性解析モデルなどが利用されている。

また、過渡安定度計算実行部１０２では、過渡安定度計算に用いるデータとして、選定している想定事故時制御対象に関して制御データを作成する。制御データは、想定事故時制御対象の制御内容（発電機であれば遮断制御、調相設備が並列コンデンサであれば開放制御、調相設備が分路リアクトルであれば投入制御）と、制御内容毎に予め設定された制御時間とを含んでいる。

［不安定現象判定部１０３］
不安定現象判定部１０３は、過渡安定度計算実行部１０２での計算結果から、系統不安定現象が発生するかどうか、つまり各想定事故に対して、安定度の判別と、電圧過昇有無の判定を行う部分である。

［制御対象選定部１０４］
制御対象選定部１０４は、本実施形態の主要部であって、不安定現象判定部１０３の判定結果に基づいて、電力系統の安定化に必要となる制御対象として、発電機を選定する発電機選定部１０４ａと、開放または投入の制御対象となる調相設備を選定する調相設備選定部１０４ｂとからなる。発電機選定部１０４ａは、不安定現象判定部１０３にて安定度が不安定であると判別した場合には遮断制御する発電機を選定し、調相設備選定部１０４ｂは、不安定現象判定部１０３にて電圧過昇の発生ありと判定した場合には調相設備を選定するようになっている。

なお、発電機選定部１０４ａによる発電機の選定は、過渡安定度計算実行部１０２の求めた過渡安定度計算に基づいて行い、調相設備選定部１０４ｂによる調相設備の選定は、過渡安定度計算実行部１０２の求めた過渡安定度計算および潮流計算実行部１０６の求めた潮流計算に基づいて行う。

また、調相設備選定部１０４ｂは、電圧過昇の安定化に必要な調相設備が選定できないという判定を、選定処理判定部１０５が下した場合、選定済みの調相設備を選定なしと変更して選定リセットを行うようになっている。さらに、制御対象選定部１０４の選定結果は、伝送路４００を介して中央演算装置１００から中央制御装置２００へと送信される。

［選定処理判定部１０５］
選定処理判定部１０５は、制御対象選定部１０４による制御対象の選定時に、次のような判定を行う部分である。すなわち、選定処理判定部１０５は、想定事故時制御対象の選定が完了しているか否かの判定、遮断制御する発電機の選定が可能か不可能かという判定、調相設備の選定が可能か不可能かという判定を行う。

前段で述べたように、選定処理判定部１０５が調相設備の選定不可という判定を下した場合、その判定を調相設備選定部１０４ｂに送ることで、調相設備の選定リセットを行う。また、選定処理判定部１０５は、遮断制御する発電機の選定が不可であると判定するとき、警告表示部１０９に対し、安定化不可の警告を表示する旨の表示指令を出力するようになっている。

［発電機の選定テーブル１０７］
発電機選定部１０４ａによる遮断制御する発電機の選定、並びに選定処理判定部１０５による発電機の選定可否判定には、予め設定保存されている遮断制御対象の発電機の選定テーブル１０７が利用される。

遮断制御対象の発電機の選定テーブル１０７とは、予め設定保存する遮断制御の対象とする全発電機と、遮断制御の選定優先順位とから、系統状態情報をもとにして、現時点で制御可能な運転状態にある発電機を抽出して、選定優先順に遮断制御対象の発電機を並べたものである。

［調相設備の選定テーブル１０８］
一方、調相設備選定部１０４ｂによる調相設備の選定、並びに選定処理判定部１０５による調相設備の選定可否判定には、調相設備の選定テーブル１０８が利用される。調相設備の選定テーブル１０８は、予め設定保存する開放制御または投入制御の対象とする全調相設備と、調相制御の選定優先順位とから系統状態情報をもとにして、現時点で開放または投入の制御可能な状態にある調相設備を抽出して、選定優先順に調相設備を並べたものである。

［潮流計算実行部１０６］
潮流計算実行部１０６は調相設備選定部１０４ｂに接続されている。潮流計算実行部１０６は調相設備選定部１０４ｂによる調相設備の選定に際して、電力系統の潮流計算を行う部分である。

［警告表示部１０９］
警告表示部１０９は、選定処理判定部１０５に接続されている。警告表示部１０９は、選定処理判定部１０５から表示指令を受けた場合に、安定化不可の警告表示を出力する部分である。

［中央制御装置２００］
中央制御装置２００は、伝送路５００を介して１個以上の端末装置３００と接続されている。中央制御装置２００は、中央演算装置１００から受信した想定事故時制御対象を保存するようになっている。また、中央制御装置２００は、実際に系統事故が発生した場合、端末装置３００から系統事故情報を受信すると共に、所定の端末装置３００へ制御指令を送信するように構成されている。

［端末装置３００］
端末装置３００は、電力系統安定化装置で安定化対象とする系統事故を検出する系統事故検出箇所と、系統事故時に遮断する発電機や、開放または投入する調相設備といった制御対象箇所に設置されている。

端末装置３００は、保護リレー装置からの動作情報を受信することで系統事故を検出し、系統事故の発生を、伝送路５００を介して中央制御装置２００へ通知する装置である。また、端末装置３００は、伝送路５００を介して中央制御装置２００から制御指令を受信した場合、制御指令に従って、該当制御対象である発電機の遮断制御や、調相設備の開放または投入制御を実施するようになっている。

［情報端末６００］
情報端末６００は、電力系統内に分散配置されている。情報端末６００は、系統の状態量を周期的に計測入力し、伝送路７００を介して中央演算装置１００に伝送するものである。

情報端末６００にて取り扱う系統の状態量としては、次のような計測情報や系統状態情報が包含される。計測情報には、発電機の端子電圧、有効電力、無効電力、送電線の有効電力、無効電力、母線の電圧、有効電力、無効電力などがあり、系統状態情報には、遮断器の開閉状態やリレー動作、機器構成の変化量などがある。

（１−２）制御対象選定処理
次に、第１の実施形態の中央演算装置１００における制御対象選定処理について、図２のフローチャートを用いて説明する。図２は、定周期（例えば１分間隔）で、不安定現象判定部１０３が複数の想定事故に対する電力系統の安定度および電圧過昇を判定し、制御対象選定部１０４が想定事故時制御対象を選定する１周期分の演算処理を示したものである。

先ず、ステップＳ１で、系統データ作成部１０１が、情報端末６００から伝送路７００を介して現在の電力系統の計測情報や系統状態情報を収集し、これらの情報をもとにして現在の潮流状態を算出し、過渡安定度計算用の系統モデルを作成する。次にステップＳ２では、選定処理判定部１０５が、予め設定している複数の想定事故に対する想定事故時制御対象の選定が完了か否かを判定する。

選定処理判定部１０５が想定事故時制御対象の選定は完了していると判定すれば、ステップＳ１７に移行する。ステップＳ１７では複数の想定事故それぞれに対応する想定事故時制御対象を、中央演算装置１００から伝送路４００を介して中央制御装置２００へ送信し、中央制御装置２００内の所定の保存領域に保存する。

一方、選定処理判定部１０５が、想定事故時制御対象の選定は未完了であると判定した場合、ステップＳ３に移行する。ステップＳ３では、過渡安定度計算実行部１０２が、予め設定している複数の想定事故の中から過渡安定度計算用の想定事故を１つ選択し、過渡安定度計算用の想定事故として設定する。次に、ステップＳ４では、過渡安定度計算実行部１０２が、想定事故に対してステップＳ４に移行した時点で選定している制御対象に関する制御データ（制御内容と制御内容毎の制御時間）を作成する。

次にステップＳ５では、過渡安定度計算実行部１０２が、過渡安定度計算用の系統モデルと、過渡安定度計算用の想定事故と、過渡安定度計算用に作成した制御データとを用いて、想定事故発生前から想定事故時および想定事故除去後の設定時間までの過渡安定度計算を行い、発電機内部相差角と母線電圧の時系列変化を算出する。

続いて、ステップＳ６では、不安定現象判定部１０３が、過渡安定度計算結果の発電機内部相差角を基にして、安定度判定を行う。安定度判定の方法としては、例えば事故発生後の発電機内部相差角の第３波振幅と第４波振幅の比率による減衰率が設定するしきい値を超えるか否かによる方法などがある。

ステップＳ６において不安定現象判定部１０３が不安定と判定してステップＳ９に移行する。ステップＳ９では、選定処理判定部１０５が遮断制御する発電機の選定の可否を判定する。この時、選定処理判定部１０５が発電機の選定テーブル１０７を利用して発電機選定の可否を判定する。図３は、遮断制御対象の発電機の選定テーブル１０７の一例を示している。

図３に示す遮断制御対象の発電機の選定テーブル１０７では、ｎ機の発電機について１番目からｎ番目までの遮断制御の選定優先順位と、遮断制御対象の発電機名とが格納されている。発電機選定部１０４ａは、このような発電機の選定テーブル１０７を利用して遮断制御する発電機を選定する。

すなわち、遮断制御される発電機は、選定テーブル１０７の選定優先順位に従い、例えば選定優先順位２位までのＺ発電機とＧ発電機や、選定優先順位３位までのＺ発電機とＧ発電機とＡ発電機というように、選定優先順位ｉ位までのｉ台の発電機が遮断制御対象として、制御対象選定部１０４によって選定される。

ステップＳ９において、現在選定されている遮断制御する発電機の選定優先順位ｉ位が、ｎ位より小さい場合は、さらに遮断制御する発電機が選定可能なので、選定処理判定部１０５は発電機の選定が可能であると判定して、ステップＳ１０に移行する。ステップＳ１０では図３の選定テーブル１０７に示した選定優先順に従って選定優先順位を１つ増加して、次の選定優先順位であるｉ＋１位までの遮断制御する発電機が、制御対象選定部１０４によって選定される。ステップＳ１０にて遮断発電機の選定が終わると、ステップＳ４に戻る。

一方、ステップＳ９で現在選定されている遮断制御する発電機の選定優先順位ｉ位が、ｎの場合には、選定優先順位ｎ位までのｎ台が既に全て選定されているので、選定処理判定部１０５は、これ以上の遮断制御する発電機の選定は不可であると判定し、ステップＳ１１へ移行する。

ステップＳ１１では、選定処理判定部１０５が、安定化に必要な遮断制御する発電機は選定できないと判定したことで、警告表示部１０９に表示指令を出力する。選定処理判定部１０５から表示指令を受けた警告表示部１０９は、安定化不可の警告表示を出力する。ステップＳ１１の処理が終了すると、ステップＳ８に移行する。ステップＳ８では、想定事故と、この想定事故に対してここまでの処理で決定した想定事故時制御対象とを保存し、ステップＳ２に戻って、次の想定事故に対する想定事故時制御対象の選定を行う。

ここで、説明をステップＳ６に戻す。ステップＳ６において、不安定現象判定部１０３が、安定と判定した場合はステップＳ７に移行し、不安定と判定した場合はステップＳ９に移行する。ステップＳ７では、不安定現象判定部１０３が、電圧過昇の有無を判定する。この判定は、過渡安定度計算結果の母線電圧の時系列変化から、予め設定する母線電圧の上限値に対して上限値逸脱の有無や上限値逸脱の時間幅が設定時間幅を超えるか否かなどの電圧過昇条件をもとにして行う。

ステップＳ７において、不安定現象判定部１０３が電圧過昇無しと判定した場合はステップＳ８に移行し、電圧過昇ありと判定した場合はステップＳ１２に移行する。ステップＳ８では、上述した如く、想定事故と、この想定事故に対してここまでの処理で決定した想定事故時制御対象とを保存し、ステップＳ２に戻る。

一方、ステップＳ７において、不安定現象判定部１０３が電圧過昇ありと判定してステップＳ１２に移行した場合、ステップＳ１２では、調相設備の選定テーブル１０８を利用して、選定処理判定部１０５が調相設備の選定可否を判定する。図４は、調相設備の選定テーブル１０８の一例を示している。

図４に示す調相設備の選定テーブル１０８では、ｍ台の調相設備について１番目からｍ番目までの投入制御または開放制御の選定優先順位と、調相設備名とが格納されている。調相設備選定部１０４ｂは、このような調相設備の選定テーブル１０８を利用して投入または開放制御する調相設備を選定する。

すなわち、制御する調相設備は、選定テーブル１０８の選定優先順位に従い、例えば選定優先順位２位までのＢ母線分路リアクトル１０ＭＶＡと２０ＭＶＡや、選定優先順位３位までのＢ母線分路リアクトル１０ＭＶＡと２０ＭＶＡとＣ母線並列コンデンサ２０ＭＶＡというように、選定優先順位ｉ位までのｉ台の調相設備が調相制御対象として、制御対象選定部１０４によって選定される。

ステップＳ１２において、現在選定されている調相設備の選定優先順位ｉ位が、ｍ位より小さい場合は、さらに調相設備が選定することができるため、調相設備選定部１０４ｂは調相設備の選定が可能であると判定して、ステップＳ１３に移行する。ステップＳ１３では図４の選定テーブル１０８の選定優先順に従って選定優先順位を１つ増加し、次の選定優先順位であるｉ＋１位までの調相設備を選定してステップＳ１４に移行する。

ステップＳ１４では、潮流計算実行部１０６が潮流計算を行い、ステップＳ１３で選定した調相設備を最大電圧となる時点で制御した場合の、制御後の系統状態を算出する。この時、ステップＳ５での過渡安定度計算による電圧変化の計算結果から（図５のグラフ参照）、対象系統内の母線毎に設定される電圧過昇しきい値を超えて、最大電圧までの電圧逸脱量が最大となる時点の過渡安定度計算結果を基にして潮流計算データを作成した上で、調相設備制御後の系統状態を潮流計算により算出する。

ステップＳ１４にて潮流計算実行部１０６が潮流計算を行った後、ステップＳ１５に移行して不安定現象判定部１０３が電圧過昇を判定する。ステップＳ１５では、ステップＳ１４にて導かれた結果が、制御対象となる系統内の母線毎の電圧値が各電圧過昇しきい値以下となる場合は、不安定現象判定部１０３は電圧過昇無しと判定し、ステップＳ４に戻る。また、ステップＳ１５において、対象系統内の母線毎の電圧値の中で電圧過昇しきい値より大きい値があるといった潮流計算結果が出た場合は、不安定現象判定部１０３は電圧過昇ありと判定して、ステップＳ１２に戻る。

ステップＳ１２で現在選定されている調相設備の選定優先順位ｉ位が、ｍの場合には、選定優先順位ｍ位までのｍ台が既に全て選定済みなので、これ以上の調相設備の選定は不可であるという判定を、選定処理判定部１０５が行い、ステップＳ１６へと移行する。ステップＳ１６では、電圧過昇の安定化に必要な調相設備が選定できないとして、調相設備選定部１０４ｂは、ここまでで選定している調相設備を選定なしと変更して選定リセットを行い、ステップＳ９に移行する。ステップＳ９以降のステップＳ１０からステップＳ４、あるいはステップＳ１１からステップＳ８に関しては、既に述べたので、ここでは繰り返さない。

（１−３）作用効果
以上のような第１の実施形態では、系統モデル作成部１０１が、制御対象となる系統から現時点の系統状態情報などを収集して過渡安定度計算用の系統モデルを作成し、過渡安定度計算実行部１０２が想定事故に対する過渡安定度計算を実行する。

過渡安定度計算の結果から過渡安定度が不安定であると、不安定現象判定部１０３が判定すれば、発電機選定部１０４ａは、発電機の選定テーブル１０７を用いて過渡安定度計算を繰り返し実行し、安定化に必要な発電機を選定する。続いて、過渡安定度計算の結果から過渡安定度が安定となった場合に、電圧過昇の有無を判定する。

この時、不安定現象判定部１０３が電圧過昇有りと判定すれば、調相設備選定部１０４ｂは、調相設備の選定テーブル１０８を用いて潮流計算の繰り返し実行により、電圧過昇解消に必要な調相設備を選定する。さらに過渡安定度が安定でかつ電圧過昇なしと不安定現象判定部１０３が判定した場合には、制御対象選定部１０４は遮断制御する発電機と開放制御または投入制御する調相設備の選定を完了とする。

また、第１の実施形態では、不安定現象判定部１０３において制御可能な調相設備を全て制御した上で電圧過昇を解消できないと判定すれば、調相設備選定部１０４ｂは、発電機の選定テーブル１０７上の発電機選定順に従い、過渡安定度が安定という条件下で、遮断制御する発電機を増加させてから、調相設備を選定する。

そして、不安定現象判定部１０３の判定結果として、遮断制御する発電機が選定できない場合、あるいは、遮断制御する発電機の選定テーブル１０７上の全ての発電機を遮断しても過渡安定度が安定とならない場合には、警告表示部１０９が想定事故に対して安定化不可表示を行う。

以上のような第１の実施形態によれば、過渡安定度を安定化させる遮断発電機を選定した後、電圧過昇を解消する調相設備の選定を行っている。したがって、遮断発電機の選定によって電圧過昇の発生箇所や大きさが変化したとしても、これに対応して、遮断制御する発電機、あるいは開放あるいは投入制御する調相設備を、確実に選定することができる。

また、第１の実施形態では、遮断発電機の選定後、電圧過昇を解消する調相設備を選定できない場合には、遮断制御する発電機の増加が可能であればこれを実施して、調相設備を選定し直すことができる。このため、制御可能な発電機と、開放または投入制御する調相設備の中から、安定化制御に寄与する制御対象を的確に選定可能である。これにより、安定化制御の信頼性が大幅に向上する。

さらに、第１の実施形態においては、遮断制御する発電機と開放または投入制御する調相設備を選定した後、想定事故と、想定事故時制御対象の制御タイミングを考慮して作成した制御データを用いて過渡安定度計算を行っている。すなわち、制御タイミングを反映した過渡安定度計算により、制御対象選定後の安定度と電圧過昇を確認することができる。したがって、実際の制御タイミングを反映させつつ、過渡安定度を安定化する遮断発電機と、電圧過昇を解消する開放または投入制御を行う調相設備を選定することができる。

しかも、第１の実施形態では、調相設備を選定する時、潮流計算実行部１０６が、電圧過昇の発生時点における系統状態を反映した潮流計算の繰り返し行うことで、制御対象選定部１０４による調相設備の選定を可能としている。このような潮流計算によれば、計算量は少なくて済み、調相設備を効率的に選定することができる。

（２）第２の実施形態
（２−１）構成
以下、本発明に係る第２の実施形態について説明する。第２の実施形態の基本的な構成は、図１に示した第１の実施形態のそれとほぼ同様である。第２の実施形態は、調相設備の選定に関して変更を施したものである。

第２の実施形態の構成上の特徴は、図６に示すように、中央演算装置１００の調相設備選定部１０４ｂに、電圧感度算出部１２１と、電圧変化目標値算出部１２２、組合せ最適化演算部１２３が設けられている点にある。なお、図６において、図１に示した部材と同一のものに関しては同一符号を付して説明は省略する。

［電圧感度算出部１２１］
電圧感度算出部１２１は、調相設備の制御時の系統内母線の電圧変化を、電圧感度として算出する部分である。電圧感度算出部１２１は電圧感度を次のようにして求める。まず、過渡安定度計算による電圧変化の計算結果から、対象系統内の母線毎に設定される電圧過昇しきい値を超えて最大電圧までの電圧逸脱量が、最大となる時点の過渡安定度計算結果を基に、潮流計算データを作成して潮流計算する。そして、電圧過昇最大時点の潮流計算により各母線の制御前後の電圧変化を、電圧感度として算出する。この時、母線の制御前後の電圧変化とは、調相設備が繋がる各母線の電圧について、単位量の調相設備を投入または開放制御した場合の変化量である。

［電圧変化目標値算出部１２２］
電圧変化目標値算出部１２２は、過渡安定度計算の計算結果から、調相設備の制御時の母線の電圧変化目標値を算出する部分である。

［組合せ最適化演算部１２３］
組合せ最適化演算部１２３は、電圧感度と各母線の電圧変化目標値とから、不等式制約条件付き組合せ最適化問題を解くことで、各調相制御箇所の調相制御量を算出する部分である。不等式制約条件付き組合せ最適化問題の評価関数は、各母線の調相制御量の合計が最小となるように設定する。なお、電圧感度算出部１２１、電圧変化目標値算出部１２２、組合せ最適化演算部１２３の具体的な処理例に関しては、後段にて詳述する。

（２−２）制御対象選定処理
続いて、第２の実施形態の中央演算装置１００における制御対象選定処理について、図７の処理フローチャートを用いて説明する。図７において図２に示した処理フローチャートと同一のステップ番号は同一の処理内容であり、説明を省略する。ここでは、電圧感度算出部１２１、電圧変化目標値算出部１２２、組合せ最適化演算部１２３の具体的な処理例を中心に、ステップＳ２１とステップＳ２２とステップＳ２３を主として説明する。

ステップＳ７で、不安定現象判定部１０３が電圧過昇有りと判定した場合はステップＳ２１に移る。ステップＳ２１では、電圧感度算出部１２１が電圧感度計算を次のようにして行う。例えば、Ａ母線とＢ母線とＣ母線との３母線に調相設備が設置されている場合を想定する。

まず、Ａ母線に設置されている調相設備である単位量のＱａＶＡの分路リアクトルを、電圧最大時点で投入した場合のＡ母線とＢ母線とＣ母線の電圧変化を潮流計算で算出する。Ａ母線の分路リアクトルの投入によりＡ母線の電圧変化が−Ｖａａで、Ｂ母線の電圧変化が−Ｖｂａ、Ｃ母線の電圧変化が−Ｖｃａの場合のＡ母線の調相設備による電圧感度は、下記（１）式で表すことができる。

同様に、Ｂ母線に設置されている単位量ＱｂＶＡの調相設備を電圧最大時点で制御した場合の、Ａ母線とＢ母線とＣ母線の電圧変化を潮流計算で算出して、Ｂ母線の調相設備による電圧感度を算出する。さらに同様に、Ｃ母線に設置されている単位量ＱｃＶＡの調相設備を電圧最大時点で制御した場合の、Ａ母線とＢ母線とＣ母線の電圧変化を潮流計算で算出して、Ｃ母線の調相設備による電圧感度を算出する。

下記（２）式に示すように、電圧感度Ｋの各算出結果を行列形式に並べると、３行３列の行列となる。調相設備の設置される母線数がｎ母線の場合には電圧感度の行列サイズはｎ行ｎ列となる。

なお、調相設備が３巻変圧器の３次側巻線に接続されている場合には、図８に示すようにして調相設備の制御時の電圧感度を求めてもよい。すなわち、３巻変圧器を等価Ｔ型回路に変換した場合の１次側母線または２次側母線または３次側母線の他に等価Ｔ型回路の中点を母線と見なして調相設備の制御時の電圧感度を求める。

以上のようにして電圧感度算出部１２１による電圧感度計算が終了すると、ステップ１２に移行する。ステップＳ１２において、制御可能な調相設備が有り、調相設備選定可であると、選定処理判定部１０５が判定した場合は、ステップＳ２２に移る。ステップＳ２２では、電圧変化目標値算出部１２２により、以下のようにして電圧変化目標値を算出する。

まず、図９を用いて、ステップＳ５での過渡安定度計算による電圧変化について説明する。図９はステップＳ５の過渡安定度計算による想定事故時のＸ母線とＡ母線とＢ母線とＣ母線の電圧の過渡安定度計算結果を示している。図９中の（ａ）では、Ｘ母線の電圧が時刻ｔｘからＸ母線の電圧しきい値を越えている。なお、複数の母線で各母線の電圧しきい値を越える場合には電圧しきい値を超える一番早い時刻を選択する。

この時、ステップＳ２１において、調相設備を制御した場合の電圧感度を算出したＡ母線とＢ母線とＣ母線の電圧は、時刻ｔｘ時の各母線電圧を基準値とした場合に、Ａ母線ではＡ母線の基準値から最大ΔＶａ逸脱する（図９中の（ｂ））。また、Ｂ母線ではＢ母線の基準値から最大ΔＶｂ逸脱し（図９中の（ｃ））、Ｃ母線ではＣ母線の基準値から最大ΔＶｃ逸脱する（図９中の（ｄ））。

ステップＳ２２では、電圧変化目標値算出部１２２が、ステップＳ２１で電圧感度を算出したＡ母線、Ｂ母線、Ｃ母線の各基準値からの逸脱値ΔＶａ、ΔＶｂ、ΔＶｃのそれぞれに対して、予め設定された余裕値αを加算し、これを電圧変化目標値とする。この場合、各母線の電圧変化目標値ＶａｒｅｆとＶｂｒｅｆとＶｃｒｅｆは、下記（３）式となる。

ステップＳ２３では、組合せ最適化演算部１２３が、電圧感度と各母線の電圧変化目標値とから、不等式制約条件付き組合せ最適化問題を解くといった組合せ最適化演算を行い、各調相制御箇所の調相制御量を算出する。不等式制約条件付き組合せ最適化問題の評価関数は、各母線の調相設備の合計が最小となるように選定する。

すなわち、Ａ母線の調相制御量をＱａｋ、Ｂ母線の調相制御量をＱｂｋ、Ｃ母線の調相制御量をＱｃｋとすると、評価関数は（４）式で表される。

制約条件として、Ａ母線の調相制御可能量をＱａｍａｘ、Ｂ母線の調相制御可能量を
Ｑｂｍａｘ、Ｃ母線の調相制御可能量をＱｃｍａｘとすると、調相制御量の制約条件は（５）式で表される。

さらに調相制御による電圧変化量の制約条件は、上記（２）式の電圧感度を用いて、下記の（６）式で表される。

上記（６）式は、Ａ母線とＢ母線とＣ母線とでそれぞれ調相制御量をＱａｋ、Ｑｂｋ、Ｑｃｋとした場合に電圧感度Ｋで算出される電圧変化量が、各母線の制御目標電圧値より大きく低下する意味を持っている。（４）式と（５）式と（６）式を公知の組合せ最適化問題の解法アルゴリズムに適用すると、制約条件（５）式と（６）式を満足し、評価関数（４）式を最小にする各母線の調相制御量Ｑａｋ、Ｑｂｋ、Ｑｃｋを求めることができる。

また、ステップＳ１４では潮流計算実行部１０６が、電圧過昇の最大時点で各母線の調相制御量を制御した場合の電圧変化を潮流計算で確認し、ステップＳ１５で、不安定現象判定部１０３が、電圧過昇なしと判定するならば、ステップＳ４へ移行し、電圧過昇有りと判定するならば、ステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２で、選定処理判定部１０５が調相設備の選定が可能であると判定すれば、ステップＳ２２に移行する。

調相設備の選定が可能であると判定した後のステップＳ２２では、電圧変化目標値算出部１２２において、現状の余裕値αに対し余裕値変化幅Δαが加算された値が新たな余裕値αとなる（下記（７）式参照）。余裕値αは想定事故設定の変更時点で初期の設定値に戻る。これに続く処理は、上で説明した通りである。

（２−３）作用効果
以上のような第２の実施形態では、上記第１の実施形態の持つ作用効果に加えて、次のような独自の作用効果がある。すなわち、電圧過昇解消を図る調相設備の選定において、調相設備に制御優先順がない場合でも、組合せ最適化演算部１２３が、電圧過昇を解消する最小の調相設備を確実に選定することができる。したがって、調相設備の選定効率を高めることができる。

また、第２の実施形態においては、調相設備が繋がる母線の電圧感度をもとにして開放または投入制御する調相設備を選定するので、対象系統内の任意の母線で電圧過昇が発生しても、調相設備を選定することが可能である。さらに、第２の実施形態によれば、電圧感度の算出結果を行列形式で並べた場合、その行数と列数は、調相設備が繋がる母線数で決まるので、小さな行列で組合せ最適化問題を解くことができる。このため、より効率的な調相設備選定が可能である。

しかも、第２の実施形態においては、調相設備を選定した後で、過渡安定度計算で過渡安定度の安定／不安定と、電圧過昇の有無を確認するので、発電機の遮断制御や調相設備の投入制御または開放制御などの制御時間のずれによる制御効果を確認することができる。したがって、確実に過渡安定度を安定化し、電圧過昇を解消する制御対象を効率的に選定可能である。

（３）他の実施形態
なお、本発明に係る電力系統安定化装置およびその制御方法は、上記の実施形態に限定されるものではなく、各構成要素は適宜変更可能である。また、本発明では、安定度判別の方法や電圧過昇判定の方法に関しても適宜選択可能である。

１００…中央演算装置
１０１…系統モデル作成部
１０２…過渡安定度計算実行部
１０３…不安定現象判定部
１０４ａ…発電機選定部
１０４ｂ…調相設備選定部
１０５…選定処理判定部
１０６…潮流計算実行部
１０７…発電機の選定テーブル
１０８…調相設備の選定テーブル
１０９…警告表示部
１２１…電圧感度算出部
１２２…電圧変化目標値算出部
１２３…組合せ最適化演算部
２００…中央制御装置
３００…端末装置
４００、５００、７００…伝送路
６００…情報端末

Claims (7)

1. 電力系統の状態量を定周期で収集して現在の潮流状態を表す系統モデルを作成する系統モデル作成ステップと、前記系統モデルを用いて想定事故に対する過渡安定度計算を実行する過渡安定度計算実行ステップと、前記過渡安定度計算の結果から安定度判定および電圧過昇の発生有無判定を行う不安定現象判定ステップと、前記不安定現象判定ステップの判定結果に基づいて遮断制御する発電機と開放制御または投入制御する調相設備を選定する制御対象選定ステップとを含む電力系統安定化装置の制御方法において、
   前記制御対象選定ステップでは、
   前記不安定現象判定ステップにおける安定度判定が不安定の場合には、安定化に必要な前記発電機を予め設定された発電機選定テーブルから過渡安定度計算を繰り返して選定する発電機選定ステップを行い、
   次に、前記不安定現象判定ステップにおける電圧過昇の発生有無判定が電圧過昇有りの場合には、電圧過昇の解消に必要な前記調相設備を予め設定された調相設備選定テーブルから潮流計算を繰り返して選定する調相設備選定ステップを行い、
   さらに、前記過渡安定度計算実行ステップでは、前記制御対象選定ステップにて想定事故に対し選定した前記発電機および前記調相設備の各制御時間を反映した過渡安定度計算を実行し、
   前記発電機選定ステップは、前記過渡安定度計算の結果に基づいて前記不安定現象判定ステップにて過渡安定度が安定と判定した場合に遮断制御する発電機の選定を完了し、
   前記調相設備選定ステップは、前記過渡安定度計算の結果に基づいて前記不安定現象判定ステップにて電圧過昇無しと判定した場合に開放制御または投入制御する調相設備の選定を完了することを特徴とする電力系統安定化装置の制御方法。
2. 前記調相設備選定ステップにおいて、調相設備の選定テーブルの全ての調相設備を開放制御または投入制御しても電圧過昇を解消できない場合には、遮断制御する発電機選定順に従い過渡安定度が安定の下で遮断制御する発電機を増加させた後に調相設備を選定することを特徴とする請求項１に記載の電力系統安定化装置の制御方法。
3. 電力系統の状態量を定周期で収集して現在の潮流状態を表す系統モデルを作成する系統モデル作成ステップと、前記系統モデルを用いて想定事故に対する過渡安定度計算を実行する過渡安定度計算実行ステップと、前記過渡安定度計算の結果から安定度判定および電圧過昇の発生有無判定を行う不安定現象判定ステップと、前記不安定現象判定ステップの判定結果に基づいて遮断制御する発電機と開放制御または投入制御する調相設備を選定する制御対象選定ステップとを含む電力系統安定化装置の制御方法において、
   前記制御対象選定ステップでは、
   前記不安定現象判定ステップにおける安定度判定が不安定の場合には、安定化に必要な前記発電機を予め設定された発電機選定テーブルから過渡安定度計算を繰り返して選定する発電機選定ステップを行い、
   次に、前記不安定現象判定ステップにおける電圧過昇の発生有無判定が電圧過昇有りの場合には、電圧過昇の解消に必要な前記調相設備を選定する調相設備選定ステップを行い、
   この調相設備選定ステップでは、
   前記調相設備を投入制御または開放制御した場合の母線の電圧変化を表す電圧感度を算出する電圧感度算出ステップと、
   前記過渡安定度計算結果から調相設備の制御時の前記母線の電圧変化目標値を算出する電圧変化目標値算出ステップと、
   前記電圧感度と前記電圧変化目標値と予め設定された調相設備の選定テーブルとから前記電圧変化目標値を達成しかつ選定する調相設備の総容量が最小となる調相設備を選定する組合せ最適化演算ステップを行い、
   さらに、前記過渡安定度計算実行ステップでは、前記制御対象選定ステップにて想定事故に対し選定した前記発電機および前記調相設備の各制御時間を反映した過渡安定度計算を実行し、
   前記発電機選定ステップは、前記過渡安定度計算の結果に基づいて前記不安定現象判定ステップにて過渡安定度が安定と判定した場合に遮断制御する発電機の選定を完了し、
   前記調相設備選定ステップは、前記過渡安定度計算の結果に基づいて前記不安定現象判定ステップにて電圧過昇無しと判定した場合に開放制御または投入制御する調相設備の選定を完了することを特徴とする電力系統安定化装置の制御方法。
4. 前記電圧感度算出ステップでは、調相設備が３巻線変圧器に接続される場合は前記系統モデルにおいて３巻線変圧器を等価Ｔ型回路で模擬し、調相設備を投入制御または開放制御した場合の電圧感度を等価Ｔ型回路の母線または中点について算出することを特徴とする請求項３に記載の電力系統安定化装置の制御方法。
5. 前記電圧変化目標値算出ステップでは、前記過渡安定度計算結果から調相設備の制御時の前記母線の電圧変化目標値に一定値を加えて電圧変化目標値とし、
   前記組合せ最適化演算ステップでは、選定した調相設備で電圧過昇が発生する場合に、前記電圧変化目標値にさらに一定値を加えた後、調相設備を選定することを特徴とする請求項３または４に記載の電力系統安定化装置の制御方法。
6. 電力系統の状態量を定周期で収集して現在の潮流状態を表す系統モデルを作成する系統モデル作成手段と、前記系統モデルを用いて想定事故に対する過渡安定度計算を実行する過渡安定度計算実行手段と、前記過渡安定度計算の結果から安定度判定および電圧過昇の発生有無判定を行う不安定現象判定手段と、前記不安定現象判定手段による判定結果に基づいて遮断制御する発電機と開放制御または投入制御する調相設備を選定する制御対象選定手段とが設けられた電力系統安定化装置において、
   前記制御対象選定手段は、
   前記不安定現象判定手段による安定度判定が不安定の場合に、安定化に必要な前記発電機を予め設定された発電機選定テーブルから過渡安定度計算を繰り返して選定する発電機選定手段と、
   前記不安定現象判定手段による電圧過昇の発生有無判定が電圧過昇有りの場合は電圧過昇の解消に必要な前記調相設備を予め設定された調相設備選定テーブルから潮流計算を繰り返して選定する調相設備選定手段とから構成され、
   前記発電機選定手段は、前記過渡安定度計算の結果に基づいて前記不安定現象判定ステップにて過渡安定度が安定と判定した場合に遮断制御する発電機の選定を完了するように構成され、
   前記調相設備選定手段は、前記過渡安定度計算の結果に基づいて前記不安定現象判定ステップにて電圧過昇無しと判定した場合に開放制御または投入制御する調相設備の選定を完了するように構成され、
   さらに、前記過渡安定度計算実行手段は、前記制御対象選定ステップにて想定事故に対し選定した前記発電機および前記調相設備の各制御時間を反映した過渡安定度計算を実行するように構成されたことを特徴とする電力系統安定化装置。
7. 電力系統の状態量を定周期で収集して現在の潮流状態を表す系統モデルを作成する系統モデル作成手段と、前記系統モデルを用いて想定事故に対する過渡安定度計算を実行する過渡安定度計算実行手段と、前記過渡安定度計算の結果から安定度判定および電圧過昇の発生有無判定を行う不安定現象判定手段と、前記不安定現象判定手段による判定結果に基づいて遮断制御する発電機と開放制御または投入制御する調相設備を選定する制御対象選定手段とが設けられた電力系統安定化装置において、
   前記制御対象選定手段は、
   前記不安定現象判定手段による安定度判定が不安定の場合には、安定化に必要な前記発電機を予め設定された発電機選定テーブルから過渡安定度計算を繰り返して選定する発電機選定手段と、
   前記不安定現象判定手段による電圧過昇の発生有無判定が電圧過昇有りの場合には、電圧過昇の解消に必要な前記調相設備を選定する調相設備選定手段とから構成され、
   前記発電機選定手段は、前記過渡安定度計算の結果に基づいて前記不安定現象判定ステップにて過渡安定度が安定と判定した場合に遮断制御する発電機の選定を完了するように構成され、
   前記調相設備選定手段は、前記過渡安定度計算の結果に基づいて前記不安定現象判定ステップにて電圧過昇無しと判定した場合に開放制御または投入制御する調相設備の選定を完了するように構成され、
   前記調相設備選定手段には、
   前記不安定現象判定手段による電圧過昇の発生有無判定が電圧過昇有りの場合に、調相設備を投入制御または開放制御した場合の母線の電圧変化を表す電圧感度を算出する電圧感度算出手段と、
   前記過渡安定度計算結果から調相設備の制御時の前記母線の電圧変化目標値を算出する電圧変化目標値算出手段と、
   前記電圧感度と前記電圧変化目標値と予め設定された調相設備の選定テーブルとから前記電圧変化目標値を達成しかつ選定する調相設備の総容量が最小となる調相設備を選定する組合せ最適化演算手段が設けられ、
   さらに、前記過渡安定度計算実行手段は、前記制御対象選定ステップにて想定事故に対し選定した前記発電機および前記調相設備の各制御時間を反映した過渡安定度計算を実行するように構成されたことを特徴とする電力系統安定化装置。
   

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