JP2018536382A - 電力系統の運転予備力の安全マージンに対するオンライン評価方法 - Google Patents

Abstract

予想故障後の電力系統の一次側、二次側機器の動的挙動を考慮し、かつ予想故障後の安定的な運転状態における運転予備力調整中の送電装置の過負荷上限及び送電チャネルの安全安定上限に関する拘束を考慮するもとで、予想故障を考慮する電力系統の運転予備力の安全マージンに対するオンライン評価方法を提供する、本発明は電力系統の運転予備力の安全マージンに対するオンライン評価方法を開示し、電力系統の運転及び制御技術の分野に属する。本発明は保護及び安全自己作動装置の動作を考慮する時間領域シミュレーションによって故障後の系統の安定的な運転状態を得て、前記状態の直流潮流方程式に基づいて運転予備力の送電装置及び送電チャネルに対する有効電力柔軟度を計算し、運転予備力の制御可能区間、送電装置の過負荷上限及び送電チャネルの安全安定上限に関する拘束を考慮し、運転予備力最大を目標とする最適化関数を解くことにより、実際に定常周波数の制御に使用可能な運転予備力容量の最大値を得て、電力周波数静特性係数と組み合わせ、定常周波数の最大制御可能量を計算し、故障を考慮する運転予備力の安全マージンに対するオンライン評価を実現する。【選択図】図１

Description

本発明は、電力系統の運転及び制御技術の分野に属し、詳しく言えば、本発明は、安全安定拘束を考慮して予想故障後の電力系統の運転予備力の周波数制御能力をオンラインで定量評価する方法に関するものである。

電力系統の運転予備力は主に予想故障（発電機の出力変動、負荷変動、短絡、トリップ及び直流ロッキングなどを含む）が発生した後に系統の周波数品質要求を保障するために設定されるものであり、したがって、電力系統の運転中に運転予備力を始終監視し、かつその系統の周波数品質を保障する実際の能力を評価する必要がある。

従来の運転予備力のオンライン監視及び評価方法では現在の運転状態の総最大発電出力と、総最小発電出力と総負荷との差に基づいてそれぞれ電力系統の定常周波数を下げるよう制御する運転予備力容量及び電力系統の定常周波数を上げるよう制御する運転予備力容量を表示し、運転予備力容量が総負荷又は総発電出力に占める比率で運転予備力の安全マージンを反映する。

従来の方法では予想故障をその自身が電力系統の電力平衡に与える影響の大きさで一括して考慮するが、２つの問題点がある。一方では、電力変化量が同じである、異なる予想故障の電力系統に対する影響の違いを区別せず、例えば伝送電力が同じである、異なる直流線路の双極がロッキングされた後、過渡及び動的過程が異なるため発電機切断、負荷切断後に引き起こされた電力不足分の違いが生じる可能性があり、引き起こされた電力不足分が同じであっても、引き起こされた潮流分布が異なる可能性もある。他方では、運転予備力が送電装置の過負荷上限量及び送電チャネルの安全安定上限量の拘束により使用不能となるか否かを考慮せず、前記方法によって提供される運転予備力容量が電力系統の定常周波数変化を制御することに全く用いられることが不能であるという運転状況が存在する。よって、前記方法を採用して予想故障を考慮することを真に反映し、電力系統の安全安定運転の拘束要求を満たす運転予備力の安全マージンを得ることができない。そのために、異なる予想故障について、一次側、二次側機器の動的挙動を考慮する時間領域シミュレーションによって予想故障後の安定的な運転状態を得て、さらに該当運転状態に基づいて、送電装置の過負荷上限及び送電チャネルの安全安定上限の拘束を考慮して実際に使用可能な最大運転予備力容量を計算し、該当運転状態の電力周波数静特性係数及び系統の定常周波数品質要求の上、下限と組み合わせて、運転予備力の安全マージンを定量評価する。

本発明は、従来の運転予備力のオンライン監視及び評価方法では予想故障をその自身が電力系統の電力平衡に与える影響の大きさで一括して考慮し、電力変化量が同じである、異なる予想故障の電力系統に対する影響の違いを区別せず、及び送電装置の過負荷上限及び送電チャネルの安全安定上限の拘束を考慮しない問題点について、予想故障後の電力系統の一次側、二次側機器の動的挙動を考慮し、かつ予想故障後の安定的な運転状態における運転予備力調整中の送電装置の過負荷上限及び送電チャネルの安全安定上限に関する拘束を考慮するもとで、予想故障を考慮する電力系統の運転予備力の安全マージンに対するオンライン評価方法を提供し、それによりスケジューリング運転制御の実際の需要を満たすことを目的とする。

本発明の採用する技術的原理としては、予想故障が発生した後に過渡、動的過程を経ずに安定的な運転状態に移行できず、移行過程で発電機の励磁／調速系統、保護、安全自己作動装置などの設備が動作するおそれがあるため、予想故障について一次側、二次側機器の動的挙動を考慮する時間領域シミュレーションを実行する必要があり、それによって予想故障後に実際に最も近い安定的な運転状態を得ることができる。安定的な運転状態を得る速度を向上させるために、動的過程において計算ノードの周波数変動幅が設定値より小さいことを判定基準として時間領域シミュレーションを早めに終了する。予想故障後の安定的な運転状態における運転予備力調整中の送電装置の過負荷上限及び送電チャネルの安全安定上限に関する拘束を考慮するもとで、計算された運転予備力の最大調整可能量のみが実際に実施可能な運転予備力容量である。予想故障後の安定的な運転状態における系統の電力周波数静特性係数及び系統の定常周波数品質要求の上、下限と組み合わせれば、予想故障を考慮する電力系統の運転予備力の安全マージンに対するオンライン評価を実現することができる。

本発明は、具体的に、以下の技術的解決手段を採用して実現され、以下のステップを含む。
１）電力系統の現在の運転状態に基づいて、予想故障について保護及び安全自己作動装置の動作を考慮する時間領域シミュレーションを実行し、各計算ノードの周波数動的過程における隣接する極大値と極小値との差がいずれも設定値εより小さくなると、時間領域シミュレーションを終了し、それにより各計算ノードの周波数動的過程、及び発電機ノード、負荷ノード及び等価注入ノードを含む各注入ノードや、線路と変圧器を含む送電装置の有効電力動的過程を得て、ステップ２）に移行し、
２）各計算ノードについて、それぞれステップ１）によるノードの周波数動的過程の終了時の極大値と極小値との両者の平均値を、予想故障を考慮した各計算ノードの定常周波数とし、さらに全ての計算ノードの定常周波数の平均値を、予想故障を考慮した電力系統の定常周波数ｆ_ａとし、
各注入ノードについて、それぞれステップ１）による注入ノードの有効電力動的過程の終了時の極大値と極小値との両者の平均値を、予想故障を考慮した前記注入ノードの定常有効電力とし、
各送電装置について、それぞれステップ１）による送電装置の有効電力動的過程の終了時の極大値と極小値との両者の平均値を、予想故障を考慮した前記送電装置の定常有効電力とし、さらに安全安定監視に用いられる各送電チャネルについて、それぞれ送電チャネルにおける全ての送電装置の定常有効電力の和を、予想故障を考慮した前記送電チャネルの定常有効電力とし、ステップ３）に移行し、
３）予想故障を考慮した各注入ノードの定常有効電力、予想故障後の電力系統のネットワークトポロジー、モデル及びパラメータに基づいて、電力系統の直流潮流方程式を形成し、ステップ４）に移行し、
４）電力系統の直流潮流方程式に基づいて、注入ノードに予め設置された各有効電力可制御ノードについて、電力系統における各送電装置の有効電力に対する有効電力可制御ノードの柔軟度をそれぞれ計算し、ステップ５）に移行し、
５）ｆ_ａが電力系統の定格周波数ｆ_ｒとε／２との差以下であれば、以下の式（１）で表される最適化関数（最適化された函数）を解くことにより、予想故障後に電力系統の定常周波数を向上できる有効電力の注入変化総量ΔＰ_ｉｎを計算し、ステップ６）に移行し、
ｆ_ａがｆ_ｒとε／２との和以上であれば、以下の式（２）で表される最適化関数を解くことにより、予想故障後に電力系統の定常周波数を低下できる有効電力の注入変化総量ΔＰ_ｄｅを計算し、ステップ７）に移行し、
ｆ_ａがｆ_ｒとε／２との差より大きくてｆ_ｒとε／２との和より小さければ、それぞれ式（１）及び式（２）で表される最適化関数を解くことにより、予想故障後に電力系統の定常周波数を向上できる有効電力の注入変化総量ΔＰ_ｉｎ及び電力系統の定常周波数を低下できる有効電力の注入変化総量ΔＰ_ｄｅを計算し、ステップ８）に移行し、
ここで、式中、Ｉは注入ノードにおける有効電力可制御ノードの総数であり、ΔＰ_ｉは有効電力可制御ノードにおけるｉ番目のノードの有効電力の注入変化量であり、Ｐ_ｉ．０は予想故障を考慮した有効電力可制御ノードにおけるｉ番目のノードの定常有効電力注入量であり、Ｐ_{ｉ．ｍａｘ}は設定された時間Δｔ内における、予想故障を考慮した有効電力可制御ノードにおけるｉ番目のノードの定常有効電力注入量の制御可能区間の上限であり、Ｐ_{ｉ．ｍｉｎ}は設定された時間Δｔ内における、予想故障を考慮した有効電力可制御ノードにおけるｉ番目のノードの定常有効電力注入量の制御可能区間の下限であり、Ｊは安全安定監視に用いられる送電チャネルの総数であり、Ｋ_ｊは安全安定監視に用いられるｊ番目の送電チャネルにおける送電装置の総数であり、Ｓ_{ｊ．ｋ．ｉ}は安全安定監視に用いられるｊ番目の送電チャネルにおけるｋ番目の送電装置の有効電力に対する有効電力可制御ノードにおけるｉ番目のノードの有効電力注入の柔軟度であり、ΔＰ_ｊ．ｋは安全安定監視に用いられるｊ番目の送電チャネルにおけるｋ番目の送電装置の有効電力の変化量であり、Ｐ_{ｊ．ｋ．０}は予想故障を考慮した安全安定監視に用いられるｊ番目の送電チャネルにおけるｋ番目の送電装置の定常有効電力であり、Ｐ_{ｊ．ｋ．ＬＭＴ}は安全安定監視に用いられるｊ番目の送電チャネルにおけるｋ番目の送電装置の定常有効電力上限であり、ΔＰ_Ｔ．ｊは安全安定監視に用いられるｊ番目の送電チャネルの有効電力の変化量であり、Ｐ_{Ｔ．ｊ．０}は予想故障を考慮した安全安定監視に用いられるｊ番目の送電チャネルの定常有効電力であり、Ｐ_{Ｔ．ｊ．ＬＭＴ}は予想故障を考慮した安全安定監視に用いられるｊ番目の送電チャネルの正方向安全安定上限であり、Ｐ’_{Ｔ．ｊ．ＬＭＴ}は予想故障を考慮した安全安定監視に用いられるｊ番目の送電チャネルの逆方向安全安定上限であり、安全安定監視に用いられる送電チャネルにおける送電装置以外の送電装置の集合をＢと記し、ＬはＢにおける送電装置の総数であり、Ｓ_{ｂ．ｌ．ｉ}はＢにおけるｌ番目の送電装置の有効電力に対する有効電力可制御ノードにおけるｉ番目のノードの有効電力注入の柔軟度であり、ΔＰ_ｂ．ｌはＢにおけるｌ番目の送電装置の有効電力の変化量であり、Ｐ_{ｂ．ｌ．０}は予想故障を考慮したＢにおけるｌ番目の送電装置の定常有効電力であり、Ｐ_{ｂ．ｌ．ＬＭＴ}はＢにおけるｌ番目の送電装置の定常有効電力上限であり、
６）まず、ステップ５）で計算された予想故障後に電力系統の定常周波数を向上できる有効電力の注入変化総量ΔＰ_ｉｎ、及び予想故障を考慮した電力系統の電力周波数静特性係数ｋ_ｐｆに基づいて、下記の式（３）によってΔＰ_ｉｎを考慮して実施した後に電力系統の定常周波数の変化量Δｆ_ｉｎを計算し、下記の式（４）によって予想故障を考慮する電力系統の運転予備力の安全マージンηを計算し、本方法を終了し、
Δｆ_ｉｎ＝ΔＰ_ｉｎ／ｋ_ｐｆ （３）、
η＝（ｆ_ａ＋Δｆ_ｉｎ−ｆ_ｄ）／（ｆ_ｒ−ｆ_ｄ）×１００％ （４）、
ここで、式中、ｆ_ｄは電力系統の定常周波数の安全区間の下限であり、
７）まず、ステップ５）で計算された予想故障後に電力系統の定常周波数を低下できる有効電力の注入変化総量ΔＰ_ｄｅ、及び予想故障を考慮した電力系統の電力周波数静特性係数ｋ_ｐｆに基づいて、式（５）によってΔＰ_ｄｅを考慮して実施した後に電力系統の定常周波数の変化量Δｆ_ｄｅを計算し、さらに式（６）によって予想故障を考慮する電力系統の運転予備力の安全マージンηを計算し、本方法を終了し、
Δｆ_ｄｅ＝ΔＰ_ｄｅ／ｋ_ｐｆ （５）、
η＝（ｆ_ｕ−ｆ_ａ−Δｆ_ｄｅ）／（ｆ_ｕ−ｆ_ｒ）×１００％ （６）、
ここで、式中、ｆ_ｕは電力系統の定常周波数の安全区間の上限であり、
８）まず、ステップ５）で計算された予想故障後に電力系統の定常周波数を向上できる有効電力の注入変化総量ΔＰ_ｉｎ、及び予想故障を考慮した電力系統の電力周波数静特性係数ｋ_ｐｆに基づいて、式（７）によってΔＰ_ｉｎを考慮して実施した後に電力系統の定常周波数の変化量Δｆ_ｉｎを計算し、ステップ５）で計算された予想故障後に電力系統の定常周波数を低下できる有効電力の注入変化総量ΔＰ_ｄｅ、及び予想故障を考慮した電力系統の電力周波数静特性係数ｋ_ｐｆに基づいて、式（８）によってΔＰ_ｄｅを考慮して実施した後に電力系統の定常周波数の変化量Δｆ_ｄｅを計算し、さらに式（９）によって予想故障を考慮する電力系統の運転予備力の安全マージンηを計算し、本方法を終了し、
Δｆ_ｉｎ＝ΔＰ_ｉｎ／ｋ_ｐｆ （７）、
Δｆ_ｄｅ＝ΔＰ_ｄｅ／ｋ_ｐｆ （８）、
ここで、式中、ｆ_ｄは電力系統の定常周波数の安全区間の下限であり、ｆ_ｕは電力系統の定常周波数の安全区間の上限である。

演算効率を向上させるために、クラスタリング計算方法により上述した全ての過程を処理できる。すなわち予想故障集合における各予想故障について、単一の予想故障を考慮する電力系統の運転予備力の安全マージンに対するオンライン評価を一つの計算例にとり、クラスタリング計算の方式を採用し、上述した全ての過程で各計算例を並列処理することで、各予想故障をそれぞれ考慮する電力系統の運転予備力の安全マージンを得る。

本発明は、上述した技術的解決手段を採用することにより、以下の技術的効果を取得する。予想故障について一次側、二次側機器の動的挙動を考慮する時間領域シミュレーションを実行することにより予想故障後に実際に最も近い安定的な運転状態を得ることができ、従来の運転予備力のオンライン監視及び評価方法では過渡及び動的過程を無視し、定常分析技術により予想故障後の安定的な運転状態を決定し、実際に適合しないという不足を解消する。動的過程において計算ノードの周波数変動幅が設定値より小さいことを判定基準として時間領域シミュレーションを早めに終了し、予想故障後の安定的な運転状態を得る速度を向上させる。予想故障後の安定的な運転状態における運転予備力調整中の送電装置の過負荷上限及び送電チャネルの安全安定上限に関する拘束を考慮するもとで、計算された運転予備力の最大調整可能量は、実際に実施可能な運転予備力容量を反映する。予想故障後の安定的な運転状態における系統の電力周波数静特性係数及び系統の定常周波数品質要求の上、下限と組み合わせれば、予想故障を考慮する電力系統の運転予備力の安全マージンに対するオンライン評価を実現し、スケジューリング運転制御の実際の需要を満たす。

図１は本発明の方法のフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。

図１のステップ１にて、電力系統の現在の運転状態に基づいて、予想故障について保護及び安全自己作動装置の動作を考慮する時間領域シミュレーションを実行し、各計算ノードの周波数動的過程における隣接する極大値と極小値との差がいずれも設定値ε（通常０．０２Ｈｚ）より小さくなると、時間領域シミュレーションを終了し、それにより各計算ノードの周波数動的過程、及び各注入ノードや、送電装置の有効電力動的過程を得て、ステップ２）に移行する。

前記注入ノードは、発電機ノードと、負荷ノードと、等価注入ノード（例えば等価発電機ノード、等価負荷ノード）とを含む。前記送電装置は、線路と、変圧器とを含む。

図１のステップ２にて、各計算ノードについて、それぞれステップ１）によるノードの周波数動的過程の終了時の極大値と極小値との両者の平均値を、予想故障を考慮した前記計算ノードの定常周波数とし、さらに全ての計算ノードの定常周波数の平均値を、予想故障を考慮した電力系統の定常周波数ｆ_ａとする。

各注入ノードについて、それぞれステップ１）による注入ノードの有効電力動的過程の終了時の極大値と極小値との両者の平均値を、予想故障を考慮した前記注入ノードの定常有効電力とする。

各送電装置について、それぞれステップ１）による送電装置の有効電力動的過程の終了時の極大値と極小値との両者の平均値を、予想故障を考慮した前記送電装置の定常有効電力とし、さらに安全安定監視に用いられる各送電チャネルについて、それぞれ送電チャネルにおける全ての送電装置の定常有効電力の和を、予想故障を考慮した前記送電チャネルの定常有効電力とし、ステップ３）に移行する。

図１のステップ３にて、予想故障を考慮した各注入ノードの定常有効電力、予想故障後の電力系統のネットワークトポロジー、モデル及びパラメータに基づいて、電力系統の直流潮流方程式を形成し、ステップ４）に移行する。

図１のステップ４にて、電力系統の直流潮流方程式に基づいて、注入ノードに予め設置された各有効電力可制御ノードについて、電力系統における各送電装置の有効電力に対する有効電力可制御ノードの柔軟度をそれぞれ計算し、ステップ５）に移行する。

図１のステップ５にて、ｆ_ａが電力系統の定格周波数ｆ_ｒとε／２との差以下であれば、式（１）で表される最適化関数を解くことにより、予想故障後に電力系統の定常周波数を向上できる有効電力の注入変化総量ΔＰ_ｉｎを計算し、ステップ６）に移行する。

ｆ_ａがｆ_ｒとε／２との和以上であれば、式（２）で表される最適化関数を解くことにより、予想故障後に電力系統の定常周波数を低下できる有効電力の注入変化総量ΔＰ_ｄｅを計算し、ステップ７）に移行する。

ｆ_ａがｆ_ｒとε／２との差より大きくてｆ_ｒとε／２との和より小さければ、それぞれ式（１）及び式（２）で表される最適化関数を解くことにより、予想故障後に電力系統の定常周波数を向上できる有効電力の注入変化総量ΔＰ_ｉｎ及び電力系統の定常周波数を低下できる有効電力の注入変化総量ΔＰ_ｄｅを計算し、ステップ８）に移行する。

式（１）及び式（２）において、Ｉは注入ノードにおける有効電力可制御ノードの総数であり、ΔＰ_ｉは有効電力可制御ノードにおけるｉ番目のノードの有効電力の注入変化量であり、Ｐ_ｉ．０は予想故障を考慮した有効電力可制御ノードにおけるｉ番目のノードの定常有効電力注入量であり、Ｐ_{ｉ．ｍａｘ}は設定された時間Δｔ（通常３分間）内における、予想故障を考慮した有効電力可制御ノードにおけるｉ番目のノードの定常有効電力注入量の制御可能区間の上限であり、Ｐ_{ｉ．ｍｉｎ}は設定された時間Δｔ内における、予想故障を考慮した有効電力可制御ノードにおけるｉ番目のノードの定常有効電力注入量の制御可能区間の下限であり、Ｊは安全安定監視に用いられる送電チャネルの総数であり、Ｋ_ｊは安全安定監視に用いられるｊ番目の送電チャネルにおける送電装置の総数であり、Ｓ_{ｊ．ｋ．ｉ}は安全安定監視に用いられるｊ番目の送電チャネルにおけるｋ番目の送電装置の有効電力に対する有効電力可制御ノードにおけるｉ番目のノードの有効電力注入の柔軟度であり、ΔＰ_ｊ．ｋは安全安定監視に用いられるｊ番目の送電チャネルにおけるｋ番目の送電装置の有効電力の変化量であり、Ｐ_{ｊ．ｋ．０}は予想故障を考慮した安全安定監視に用いられるｊ番目の送電チャネルにおけるｋ番目の送電装置の定常有効電力であり、Ｐ_{ｊ．ｋ．ＬＭＴ}は安全安定監視に用いられるｊ番目の送電チャネルにおけるｋ番目の送電装置の定常有効電力上限であり、ΔＰ_Ｔ．ｊは安全安定監視に用いられるｊ番目の送電チャネルの有効電力の変化量であり、Ｐ_{Ｔ．ｊ．０}は予想故障を考慮した安全安定監視に用いられるｊ番目の送電チャネルの定常有効電力であり、Ｐ_{Ｔ．ｊ．ＬＭＴ}は予想故障を考慮した安全安定監視に用いられるｊ番目の送電チャネルの正方向安全安定上限であり、Ｐ’_{Ｔ．ｊ．ＬＭＴ}は予想故障を考慮した安全安定監視に用いられるｊ番目の送電チャネルの逆方向安全安定上限であり、安全安定監視に用いられる送電チャネルにおける送電装置以外の送電装置の集合をＢと記し、ＬはＢにおける送電装置の総数であり、Ｓ_{ｂ．ｌ．ｉ}はＢにおけるｌ番目の送電装置の有効電力に対する有効電力可制御ノードにおけるｉ番目のノードの有効電力注入の柔軟度であり、ΔＰ_ｂ．ｌはＢにおけるｌ番目の送電装置の有効電力の変化量であり、Ｐ_{ｂ．ｌ．０}は予想故障を考慮したＢにおけるｌ番目の送電装置の定常有効電力であり、Ｐ_{ｂ．ｌ．ＬＭＴ}はＢにおけるｌ番目の送電装置の定常有効電力上限である。

定常周波数を制御するための有効電力調整中に領域間のリンク断面の有効電力拘束を考慮する必要があれば、リンク断面を、安全安定監視に用いられる送電チャネルとして扱い、ただし、Ｐ_{Ｔ．ｊ．ＬＭＴ}を前記リンク断面の有効電力上限に置き換え、Ｐ’_{Ｔ．ｊ．ＬＭＴ}を前記リンク断面の有効電力下限の反数に置き換え、他のパラメータをそのまま維持すれば、達成できる。

ただし、送電装置の定常有効電力上限の計算方法は、電力系統の現在の運転状態で送電装置の電流と電流上限との比が設定値（通常１０％）より大きければ、送電装置が電力系統の現在の運転状態における端子電圧及び力率を一定に維持する前提で、送電装置の電流が電流上限に達するときの有効電力を計算し、それを送電装置の定常有効電力上限として設定し、そうでなければ、送電装置が設定された力率（通常０．９５）及び電力系統の現在の運転状態における端子電圧を一定に維持する前提で、送電装置の電流が電流上限に達するときの有効電力を計算し、それを送電装置の定常有効電力上限として設定する。

図１のステップ６にて、まず、ステップ５）で計算された予想故障後に電力系統の定常周波数を向上できる有効電力の注入変化総量ΔＰ_ｉｎ、及び予想故障を考慮した電力系統の電力周波数静特性係数ｋ_ｐｆ（電力系統の電圧が一定であるとき、系統の総注入有効電力変化量と系統の定常周波数変化量との比）に基づいて、式（３）によってΔＰ_ｉｎを考慮して実施した後に電力系統の定常周波数の変化量Δｆ_ｉｎを計算し、さらに式（４）によって予想故障を考慮する電力系統の運転予備力の安全マージンηを計算し、本方法を終了する。

Δｆ_ｉｎ＝ΔＰ_ｉｎ／ｋ_ｐｆ （３）

η＝（ｆ_ａ＋Δｆ_ｉｎ−ｆ_ｄ）／（ｆ_ｒ−ｆ_ｄ）×１００％ （４）

式中では、ｆ_ｄは電力系統の定常周波数の安全区間の下限である。

図１のステップ７にて、まず、ステップ５）で計算された予想故障後に電力系統の定常周波数を低下できる有効電力の注入変化総量ΔＰ_ｄｅ、及び予想故障を考慮した電力系統の電力周波数静特性係数ｋ_ｐｆに基づいて、式（５）によってΔＰ_ｄｅを考慮して実施した後に電力系統の定常周波数の変化量Δｆ_ｄｅを計算し、さらに式（６）によって予想故障を考慮する電力系統の運転予備力の安全マージンηを計算し、本方法を終了する。

Δｆ_ｄｅ＝ΔＰ_ｄｅ／ｋ_ｐｆ （５）

η＝（ｆ_ｕ−ｆ_ａ−Δｆ_ｄｅ）／（ｆ_ｕ−ｆ_ｒ）×１００％ （６）

式中、ｆ_ｕは電力系統の定常周波数の安全区間の上限である。

図１のステップ８にて、まず、ステップ５）で計算された予想故障後に電力系統の定常周波数を向上できる有効電力の注入変化総量ΔＰ_ｉｎ、及び予想故障を考慮した電力系統の電力周波数静特性係数ｋ_ｐｆに基づいて、式（７）によってΔＰ_ｉｎを考慮して実施した後に電力系統の定常周波数の変化量Δｆ_ｉｎを計算し、ステップ５）で計算された予想故障後に電力系統の定常周波数を低下できる有効電力の注入変化総量ΔＰ_ｄｅ、及び予想故障を考慮した電力系統の電力周波数静特性係数ｋ_ｐｆに基づいて、式（８）によってΔＰ_ｄｅを考慮して実施した後に電力系統の定常周波数の変化量Δｆ_ｄｅを計算し、さらに式（９）によって予想故障を考慮する電力系統の運転予備力の安全マージンηを計算し、本方法を終了する。

Δｆ_ｉｎ＝ΔＰ_ｉｎ／ｋ_ｐｆ （７）

Δｆ_ｄｅ＝ΔＰ_ｄｅ／ｋ_ｐｆ （８）

式中では、ｆ_ｄは電力系統の定常周波数の安全区間の下限であり、ｆ_ｕは電力系統の定常周波数の安全区間の上限である。

演算効率を向上させるために、クラスタリング計算方法により上述した全ての過程を処理でき、すなわち予想故障集合における各予想故障について、単一の予想故障を考慮する電力系統の運転予備力の安全マージンに対するオンライン評価を一つの計算例にとり、クラスタリング計算の方式を採用し、上述した全ての過程で各計算例を並列処理することで、各予想故障をそれぞれ考慮する電力系統の運転予備力の安全マージンを得る。

以上に好ましい実施例を用いて本発明を開示したが、本発明がこれらの実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱することなく成され得る種々の均等な変更や修飾も同様に本発明の保護範囲に属する。よって、本発明の保護範囲は添付の特許請求の範囲に準拠すべきである。

Claims (3)

1. 電力系統の運転予備力の安全マージンに対するオンライン評価方法であって、前記方法において、
   １）電力系統の現在の運転状態に基づいて、予想故障について保護及び安全自己作動装置の動作を考慮する時間領域シミュレーションを実行し、各計算ノードの周波数動的過程における隣接する極大値と極小値との差がいずれも設定値εより小さくなると、時間領域シミュレーションを終了し、それにより各計算ノードの周波数動的過程、及び発電機ノード、負荷ノード及び等価注入ノードを含む各注入ノードや、線路と変圧器を含む各送電装置の有効電力動的過程を得て、ステップ２）に移行し、
   ２）各計算ノードについて、それぞれステップ１）によるノードの周波数動的過程の終了時の極大値と極小値との両者の平均値を、予想故障を考慮した各計算ノードの定常周波数とし、さらに全ての計算ノードの定常周波数の平均値を、予想故障を考慮した電力系統の定常周波数ｆ_ａとし、
   各注入ノードについて、それぞれステップ１）による注入ノードの有効電力動的過程の終了時の極大値と極小値との両者の平均値を、予想故障を考慮した前記注入ノードの定常有効電力とし、
   各送電装置について、それぞれステップ１）による送電装置の有効電力動的過程の終了時の極大値と極小値との両者の平均値を、予想故障を考慮した前記送電装置の定常有効電力とし、さらに安全安定監視に用いられる各送電チャネルについて、それぞれ送電チャネルにおける全ての送電装置の定常有効電力の和を、予想故障を考慮した前記送電チャネルの定常有効電力とし、ステップ３）に移行し、
   ３）予想故障を考慮した各注入ノードの定常有効電力、予想故障後の電力系統のネットワークトポロジー、モデル及びパラメータに基づいて、電力系統の直流潮流方程式を形成し、ステップ４）に移行し、
   ４）電力系統の直流潮流方程式に基づいて、注入ノードに予め設置された各有効電力可制御ノードについて、電力系統における各送電装置の有効電力に対する有効電力可制御ノードの柔軟度をそれぞれ計算し、ステップ５）に移行し、
   ５）ｆ_ａが電力系統の定格周波数ｆ_ｒとε／２との差以下であれば、式（１）で表される最適化関数を解くことにより、予想故障後に電力系統の定常周波数を向上できる有効電力の注入変化総量ΔＰ_ｉｎを計算し、ステップ６）に移行し、
   ｆ_ａがｆ_ｒとε／２との和以上であれば、式（２）で表される最適化関数を解くことにより、予想故障後に電力系統の定常周波数を低下できる有効電力の注入変化総量ΔＰ_ｄｅを計算し、ステップ７）に移行し、
   ｆ_ａがｆ_ｒとε／２との差より大きくてｆ_ｒとε／２との和より小さければ、それぞれ式（１）及び式（２）で表される最適化関数を解くことにより、予想故障後に電力系統の定常周波数を向上できる有効電力の注入変化総量ΔＰ_ｉｎ及び電力系統の定常周波数を低下できる有効電力の注入変化総量ΔＰ_ｄｅを計算し、ステップ８）に移行し、
   ここで、式（１）及び式（２）において、Ｉは注入ノードにおける有効電力可制御ノードの総数であり、ΔＰ_ｉは有効電力可制御ノードにおけるｉ番目のノードの有効電力の注入変化量であり、Ｐ_ｉ．０は予想故障を考慮した有効電力可制御ノードにおけるｉ番目のノードの定常有効電力注入量であり、Ｐ_{ｉ．ｍａｘ}は設定された時間Δｔ内における、予想故障を考慮した有効電力可制御ノードにおけるｉ番目のノードの定常有効電力注入量の制御可能区間の上限であり、Ｐ_{ｉ．ｍｉｎ}は設定された時間Δｔ内における、予想故障を考慮した有効電力可制御ノードにおけるｉ番目のノードの定常有効電力注入量の制御可能区間の下限であり、Ｊは安全安定監視に用いられる送電チャネルの総数であり、Ｋ_ｊは安全安定監視に用いられるｊ番目の送電チャネルにおける送電装置の総数であり、Ｓ_{ｊ．ｋ．ｉ}は安全安定監視に用いられるｊ番目の送電チャネルにおけるｋ番目の送電装置の有効電力に対する有効電力可制御ノードにおけるｉ番目のノードの有効電力注入の柔軟度であり、ΔＰ_ｊ．ｋは安全安定監視に用いられるｊ番目の送電チャネルにおけるｋ番目の送電装置の有効電力の変化量であり、Ｐ_{ｊ．ｋ．０}は予想故障を考慮した安全安定監視に用いられるｊ番目の送電チャネルにおけるｋ番目の送電装置の定常有効電力であり、Ｐ_{ｊ．ｋ．ＬＭＴ}は安全安定監視に用いられるｊ番目の送電チャネルにおけるｋ番目の送電装置の定常有効電力上限であり、ΔＰ_Ｔ．ｊは安全安定監視に用いられるｊ番目の送電チャネルの有効電力の変化量であり、Ｐ_{Ｔ．ｊ．０}は予想故障を考慮した安全安定監視に用いられるｊ番目の送電チャネルの定常有効電力であり、Ｐ_{Ｔ．ｊ．ＬＭＴ}は予想故障を考慮した安全安定監視に用いられるｊ番目の送電チャネルの正方向安全安定上限であり、Ｐ’_{Ｔ．ｊ．ＬＭＴ}は予想故障を考慮した安全安定監視に用いられるｊ番目の送電チャネルの逆方向安全安定上限であり、安全安定監視に用いられる送電チャネルにおける送電装置以外の送電装置の集合をＢと記し、ＬはＢにおける送電装置の総数であり、Ｓ_{ｂ．ｌ．ｉ}はＢにおけるｌ番目の送電装置の有効電力に対する有効電力可制御ノードにおけるｉ番目のノードの有効電力注入の柔軟度であり、ΔＰ_ｂ．ｌはＢにおけるｌ番目の送電装置の有効電力の変化量であり、Ｐ_{ｂ．ｌ．０}は予想故障を考慮したＢにおけるｌ番目の送電装置の定常有効電力であり、Ｐ_{ｂ．ｌ．ＬＭＴ}はＢにおけるｌ番目の送電装置の定常有効電力上限であり、
   ６）まず、ステップ５）で計算された予想故障後に電力系統の定常周波数を向上できる有効電力の注入変化総量ΔＰ_ｉｎ、及び予想故障を考慮した電力系統の電力周波数静特性係数ｋ_ｐｆに基づいて、式（３）によってΔＰ_ｉｎを考慮して実施した後に電力系統の定常周波数の変化量Δｆ_ｉｎを計算し、さらに式（４）によって予想故障を考慮する電力系統の運転予備力の安全マージンηを計算し、本方法を終了し、
   Δｆ_ｉｎ＝ΔＰ_ｉｎ／ｋ_ｐｆ （３）
   η＝（ｆ_ａ＋Δｆ_ｉｎ−ｆ_ｄ）／（ｆ_ｒ−ｆ_ｄ）×１００％ （４）
   式中、ｆ_ｄは電力系統の定常周波数の安全区間の下限であり、
   ７）まず、ステップ５）で計算された予想故障後に電力系統の定常周波数を低下できる有効電力の注入変化総量ΔＰ_ｄｅ、及び予想故障を考慮した電力系統の電力周波数静特性係数ｋ_ｐｆに基づいて、式（５）によってΔＰ_ｄｅを考慮して実施した後に電力系統の定常周波数の変化量Δｆ_ｄｅを計算し、さらに式（６）によって予想故障を考慮する電力系統の運転予備力の安全マージンηを計算し、本方法を終了し、
   Δｆ_ｄｅ＝ΔＰ_ｄｅ／ｋ_ｐｆ （５）
   η＝（ｆ_ｕ−ｆ_ａ−Δｆ_ｄｅ）／（ｆ_ｕ−ｆ_ｒ）×１００％ （６）
   式中では、ｆ_ｕは電力系統の定常周波数の安全区間の上限であり、
   ８）まず、ステップ５）で計算された予想故障後に電力系統の定常周波数を向上できる有効電力の注入変化総量ΔＰ_ｉｎ、及び予想故障を考慮した電力系統の電力周波数静特性係数ｋ_ｐｆに基づいて、式（７）によってΔＰ_ｉｎを考慮して実施した後に電力系統の定常周波数の変化量Δｆ_ｉｎを計算し、ステップ５）で計算された予想故障後に電力系統の定常周波数を低下できる有効電力の注入変化総量ΔＰ_ｄｅ、及び予想故障を考慮した電力系統の電力周波数静特性係数ｋ_ｐｆに基づいて、式（８）によってΔＰ_ｄｅを考慮して実施した後に電力系統の定常周波数の変化量Δｆ_ｄｅを計算し、さらに式（９）によって予想故障を考慮する電力系統の運転予備力の安全マージンηを計算し、本方法を終了し、
   Δｆ_ｉｎ＝ΔＰ_ｉｎ／ｋ_ｐｆ （７）
   Δｆ_ｄｅ＝ΔＰ_ｄｅ／ｋ_ｐｆ （８）
   式中、ｆ_ｄは電力系統の定常周波数の安全区間の下限であり、ｆ_ｕは電力系統の定常周波数の安全区間の上限である、ことを特徴とする電力系統の運転予備力の安全マージンに対するオンライン評価方法。
2. ステップ５）では、定常周波数を制御するための有効電力調整中に領域間のリンク断面の有効電力拘束を考慮する必要があれば、リンク断面を、安全安定監視に用いられる送電チャネルとして扱い、Ｐ_{Ｔ．ｊ．ＬＭＴ}を前記リンク断面の有効電力上限に置き換え、Ｐ’_{Ｔ．ｊ．ＬＭＴ}を前記リンク断面の有効電力下限の反数に置き換える、ことを特徴とする請求項１に記載の電力系統の運転予備力の安全マージンに対するオンラインクラスタリング評価方法。
3. 予想故障集合における各予想故障について、単一の予想故障を考慮する電力系統の運転予備力の安全マージンに対するオンライン評価を一つの計算例にとり、クラスタリング計算の方式を採用し、請求項１に記載の方法に従って各計算例を並列処理することで、各予想故障をそれぞれ考慮する電力系統の運転予備力の安全マージンを得ることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力系統の運転予備力の安全マージンに対するオンラインクラスタリング評価方法。