JP2020043707A

JP2020043707A - 電力系統モデル作成装置及び電力系統モデル作成方法

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Publication number: JP2020043707A
Application number: JP2018170467A
Authority: JP
Inventors: 雄介高口; Yusuke Takaguchi; 秀治押田; Hideji Oshida; 小和田　靖之; Yasuyuki Kowada; 靖之小和田; 俊岩見; Shun Iwami; 吉備　和仁; Kazuhito Kibi; 和仁吉備
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-09-12
Filing date: 2018-09-12
Publication date: 2020-03-19
Anticipated expiration: 2038-09-12
Also published as: JP6962299B2

Abstract

【課題】外部系統を大きく縮約するため、連系点からみた外部系統の発電機分布を考慮することができなかった。【解決手段】電力系統モデル作成装置は、内部系統の位相角δａ及び外部系統の位相角δｂと、内部系統と外部系統との連系点の潮流値と、内部系統の遮断器及び断路器の接続情報とが入力される入力部と、内部系統の負荷量の総和と、潮流値と、外部系統の発電機の定格出力とを用いて発電機の出力値を初期設定する外部系統モデルを設定する外部系統モデル設定部と、外部系統モデルと、接続情報と、潮流値とから系統全体の潮流計算を行い外部系統と内部系統との位相差の修正をする位相誤差修正部とを備えているので、外部系統を大きく縮約すること無く、精度の高い系統モデルを作成することができ、安定度計算の精度を向上させることができる。【選択図】図１

Description

この発明は、オンライン事前演算型系統安定化システムにおける外部系統のモデル作成装置及び外部系統のモデル作成方法に関するものである。

電力系統のオンライン事前演算型系統安定化システムは、所定周期（例えば、３０秒）毎に安定度計算を行い、対象とする全事故ケースの安定化制御量を決定する。この安定度計算を実施するには、系統構成、発電機出力、負荷量等のオンラインデータに基づき系統モデルを生成する必要がある。自社が管理する内部系統であれば、計測装置、通信網等を用いてオンラインデータの取り込みは容易なため、正確なモデルの生成が可能である。
ところが、自社の計測装置、通信網等がない外部系統からは、一般にオンラインデータの取り込みができないため、発電量、負荷量等の時間変化に対しては、自社系統との容量比等で補正するなどして、適宜縮約した系統で事前設定した発電量及び負荷量を用いて系統モデルを生成している。

例えば、従来からある外部系統縮約モデルのパラメータ推定手法としては、まず、短絡容量法、二負荷法等を用いた系統縮約手法を使用して、外部系統縮約モデルを予め作成する。次に、各連系点の連系線潮流と連系点から外部系統モデル側をみた短絡インピーダンスとが、現時点の系統状態と一致するように、等価縮約ブランチのインピーダンスを調整する手法があった（特許文献１）。

また、近年、位相情報を計測できるＰＭＵ（位相計測装置）などの安価な計測装置の導入が進められている。

特開２０１２−１７０１６８

先行例では、外部系統を大きく縮約するため、連系点からみた外部系統の発電機分布を考慮することができない。内部系統と推定した外部系統発電機との位相差を統計的にしか算出できないため、安定度計算において実系統と系統モデルとの誤差が大きくなるという課題があった。

本発明に係る電力系統モデル作成装置は、内部系統の位相角δａ及び外部系統の位相角δｂと、内部系統と外部系統との連系点の潮流値と、内部系統の遮断器及び断路器の接続情報とが入力される入力部と、内部系統の負荷量の総和と、潮流値と、外部系統の発電機の定格出力とを用いて発電機の出力値を初期設定する外部系統モデルを設定する外部系統モデル設定部と、外部系統モデルと、接続情報と、潮流値とから系統全体の潮流計算を行い外部系統と内部系統との位相差の修正をする位相誤差修正部とを備えたことを特徴とする電力系統モデル作成装置である。

本発明に係る電力系統モデル作成方法は、内部系統の位相角δａ及び外部系統の位相角δｂと、内部系統と外部系統との連系点の潮流値と、内部系統の遮断器及び断路器の接続情報とを入力する入力ステップと、内部系統の負荷量の総和と、潮流値と、外部系統の発電機の定格出力とを用いて発電機の出力値を初期設定する外部系統モデルを設定する外部系統モデル設定ステップと、外部系統モデルと、接続情報と、潮流値とから系統全体の潮流計算を行い外部系統と内部系統との位相差の修正をする位相誤差修正ステップとを備えたことを特徴とする電力系統モデル作成方法である。

この発明によれば、外部系統を大きく縮約すること無く、精度の高い系統モデルを作成することができ、安定度計算の精度を向上させることができる。

図１は実施の形態１における電力系統モデル推定装置の構成を説明する図である。図２は実施の形態１の系統モデルの構成例を示す図である。図３は実施の形態１の外部系統モデルの設定のフロー図である。図４は実施の形態１の外部系統位相誤差の修正のフロー図である。図５は実施の形態１の発電機出力と位相差との関係を示す概念図である。

実施の形態１．
図１は、本実施形態に係る外部系統のモデル作成、及び外部系統の状態推定方法に関連する機能構成を一例に示す図である。１０１は実施形態１の電力系統モデル推定装置、１０２は外部系統のモデルを設定する外部系統モデル設定部、１０３は入力部、１０４は内部系統の構成を推定する内部系統構成推定部、１０５は内部系統の状態を推定する内部系統状態推定部、１０６は外部系統の位相誤差を修正する外部系統位相誤差修正部、１０７は推定した内部系統状態、及び外部系統状態を基に安定度演算を行う安定度演算部、１０８は安定度演算結果を出力する出力部、１０９は入力情報、設定情報、推定情報及び演算結果を保管する情報保管部である。

入力部１０３は、外部から内部系統の連系線潮流、有効電力、無効電力、電圧等の内部系統電気量１１、ＣＢ（遮断器）及びＬＳと（断路器）の開閉情報等の内部系統の接続情報２１、内部系統内の位相角及び外部系統内の位相角の位相角情報３１を取り込む。
また、出力部１０８は外部に安定度演算結果４１を出力する。

本実施形態は、オンライン事前演算型の系統安定化システムに適用することができ、外部系統のモデル作成、外部系統の状態推定を行うことができる。

本実施形態の特徴は、外部系統モデルの状態推定に関して、外部系統を大きく縮約することなく、主要な系統をそのまま模擬して、内部系統の母線位相と外部系統の母線位相との位相差を算出し、計測した位相差と一致するように外部系統の各発電機出力を調整することで、当該モデルのパラメータを推定する点にある。

具体的には、外部系統モデル設定部１０２による外部系統モデルの作成処理と、外部系統位相誤差修正部１０６によるパラメータ推定処理に特徴がある。外部系統モデル設定部１０２の処理に関しては図３を参照して、外部系統位相誤差修正部１０６の処理に関しては図４、図５を参照して、後段にて説明する。

本実施形態における系統モデルの構成例について図２を用いて説明する。図２に示す系統モデルは、左側が外部系統モデル、右側が内部系統モデルであり、外部系統モデルと内部系統モデルとを接続する連系点で連系されている。また、Ｇ１〜Ｇ５は外部系統内に存在する発電機であり、δ１は内部系統母線の位相、δ２は外部系統母線の位相であり、ＰＴは連系点における潮流値である連系線潮流、ＰＬｉは内部系統負荷量の総和、ＰＬｏは外部系統負荷量の総和である。

図３は、外部系統モデル設定部１０２による外部系統モデル１の設定処理のフローチャートである。まず、Ｓｔｅｐ１では、外部系の統負荷量の総和であるＰＬｏを算出する。外部系統負荷量の総和ＰＬｏは、内部系統の負荷量の総和であるＰＬｉに、予め設定した内部系統と外部系統との負荷容量比を掛け合わせることにより、外部系統の負荷量の総和ＰＬｏを算出する。

例えば、式（１）のように表現することができる。この内部系統と外部系統との負荷容量比ｎ_ｋは、外部系統モデル設定部１０２において時間断面毎に予め設定しておく。

ここで、ｎ_ｋは、時間断面ｋにおける内部系統負荷量の総和ＰＬｉに対する外部系統負荷量の総和ＰＬｏの比率である。

次に、Ｓｔｅｐ２では、外部系統モデル設定部１０２は、算出した外部系統負荷量の総和ＰＬｏと計測する連系線潮流ＰＴとの和から、図２の例では発電機G１からG５の外部系統内総発電機量の初期値ΣＰＧｏを算出する。

例えば、式（２）のように表現することができる。連系線潮流ＰＴは、内部系統電気量１１として入力部１０３に取込む情報である。

さらに、Ｓｔｅｐ３では、外部系統モデル設定部１０２は、ΣＰＧｏを定格出力比に従って、各発電機に分配する。図２の例では、外部系統モデルの発電機G１から発電機G5の定格出力の比で割り振ることになる。より具体的には、算出した外部系統内総発電機量の初期値ΣＰＧｏに、予め設定しておく外部系統内の各発電機の定格出力比を掛け合わせることで外部系統内の各発電機の出力初期値を算出する。

例えば、式（３）式のように表現することができる。

ここで、ＰＧ０ｌは、外部系統における発電機ｌの推定出力初期値、ＰＧｌ：外部系統における発電機ｌの定格出力である。

上述したように、外部系統モデル設定部１０２は、Ｓｔｅｐ１で外部系統負荷量の総和ＰＬｏを算出し、Ｓｔｅｐ２で外部系統内総発電機量ΣＰＧｏ算出し、Ｓｔｅｐ３でΣＰＧｏの分配といった計算を行うことにより、後述する外部系統位相誤差修正部１０６の処理に用いる外部系統モデルの各発電機出力値を設定する。

外部系統位相誤差修正部１０６の処理について説明する。図４は外部系統位相誤差の修正のフローチャートである。また、図５は発電機出力と位相差との関係を示す概念図である。

まず、Ｓｔｅｐ１１では、外部系統位相誤差修正部１０６は、外部系統モデル設定部１０２で設定した外部系統モデルと、内部系統電気量１１、及び内部系統の接続情報２１として入力部１０３に取込んだ情報を基に、内部系統構成推定部１０４、内部系統状態推定部１０５より作成した内部系統モデルから、系統全体の潮流計算を行う。

次に、Ｓｔｅｐ１２では、外部系統位相誤差修正部１０６は、Ｓｔｅｐ１１で求めた潮流計算により、内部系統の主要母線位相角δ１と外部系統の主要母線位相角δ２との位相差δを算出する。例えば、式（４）のように表現することができる。

次に、Ｓｔｅｐ１３では、外部系統位相誤差修正部１０６は、式（４）で算出した位相差δと、位相差Δδとを比較する。ここで、位相差Δδは、位相角情報３１として入力部１０３に取込まれる計測した内部系統の主要母線位相角δ１‘（内部系統内位相角）と計測した外部系統の主要母線位相角δ２’（外部系統内位相角）との差である。例えば、式（５）のように表現することができる。

外部系統の位相角の計測については、例えば、ＰＭＵ（位相計測装置）といった位相角情報を計測可能な位相計測装置を外部系統に少なくとも１つ設置する。

次に、Ｓｔｅｐ１４では、外部系統位相誤差修正部１０６は、算出した位相差δと、計測した位相差Δδとを比較して、両者の差が予め設定しておく所定の閾値以内か否かを判定する。閾値以内の場合には（Ｓｔｅｐ１４でＹｅｓ）、現在の外部系統状態が同定できたものとして、処理を終了する。一方、算出した位相差δと、計測した位相差Δδとの差が、閾値を超える場合には（Ｓｔｅｐ１４でＮｏ）、Ｓｔｅｐ１５に進む。

Ｓｔｅｐ１５では、外部系統位相誤差修正部１０６は、内部系統の主要母線位相角δ１と外部系統の主要母線位相角δ２との位相差δと外部系統における各発電機との関係式を生成する。

例えば、一例として、現状の外部系統発電機Ａの出力が１００ＭＷ、外部系統発電機Ｂの出力が４００ＭＷ、潮流計算結果が位相差４０度であった場合には、現状に対して発電機Ａの出力を３００ＭＷ、発電機Ｂの出力を２００ＭＷといったように外部系統の出力配分を変更して潮流計算を解き、位相角が２５度になったとする。

このような出力配分と位相角との関係を一次式で近似した場合には、図５のような関係を得ることができる。図５の横軸は、外部系統発電機の出力配分量ＰＧａであり、縦軸は内部系統の主要母線位相角δ１と外部系統の主要母線位相角δ２との位相差δになっている。この関係は、例えば、式（６）のように表現することができる。αとβとは、そのときに求まる係数である。

次に、Ｓｔｅｐ１６では、外部系統位相誤差修正部１０６は、求めた関係式（例えば式（６））を基に、外部系統の各発電機出力を再分配（各発電機の出力値を分配）することになる。その後、Ｓｔｅｐ１１に戻り、再度、潮流計算を行って、内部系統の主要母線位相角δ１と外部系統の主要母線位相角δ２との位相差δが所定の閾値以内となるまでＳｔｅｐ１２からＳｔｅｐ１４の処理を繰り返すことになる。

以上のように、実施形態１によれば、外部系統を大きく（例えば、一機系に）縮約することなく、十分精度の高い外部系統モデル（例えば、２７５ｋＶ系以上を模擬）を作成することができる。また、外部系統モデルのパラメータとして、より確からしい数値を設定することができる。さらに、安定度演算における実際の電力系統との誤差を抑制することができる。

以上のように、電力系統モデル作成装置は、内部系統の位相角δａ及び外部系統の位相角δｂと、内部系統と外部系統との連系点の潮流値と、内部系統の遮断器及び断路器の接続情報とが入力される入力部と、内部系統の負荷量の総和と、潮流値と、外部系統の発電機の定格出力とを用いて発電機の出力値を初期設定する外部系統モデルを設定する外部系統モデル設定部と、外部系統モデルと、接続情報と、潮流値とから系統全体の潮流計算を行い外部系統と内部系統との位相差の修正をする位相誤差修正部とを備えている。

また、外部系統の負荷量の総和は、内部系統の負荷量の総和に比率をかけて算出したものである。
さらに、発電機の出力値の初期設定は、外部系統の負荷量の総和と潮流値との和を外部系統の発電機の定格出力の比で割り振りしている。

また、電力系統モデル作成方法は、内部系統の位相角δａ及び外部系統の位相角δｂと、内部系統と外部系統との連系点の潮流値と、内部系統の遮断器及び断路器の接続情報とを入力する入力ステップと、内部系統の負荷量の総和と、潮流値と、外部系統の発電機の定格出力とを用いて発電機の出力値を初期設定する外部系統モデルを設定する外部系統モデル設定ステップと、外部系統モデルと、接続情報と、潮流値とから系統全体の潮流計算を行い外部系統と内部系統との位相差の修正をする位相誤差修正ステップとを備えている。

よって、外部系統を大きく縮約すること無く、精度の高い系統モデルを作成することができ、安定度計算の精度を向上させることができる。

１１内部系統電気量、２１接続情報、３１位相角情報、４１安定度演算結果、１０１電力系統モデル推定装置、１０２外部系統モデル設定部、１０３入力部、１０４内部系統構成推定部、１０５内部系統状態推定部、１０６外部系統位相誤差修正部、１０７安定度演算部、１０８出力部、１０９情報保管部。

Claims

内部系統の位相角δａ及び外部系統の位相角δｂと、前記内部系統と前記外部系統との連系点の潮流値と、前記内部系統の遮断器及び断路器の接続情報とが入力される入力部と、
前記内部系統の負荷量の総和と、前記潮流値と、前記外部系統の発電機の定格出力とを用いて前記発電機の出力値を初期設定する外部系統モデルを設定する外部系統モデル設定部と、
前記外部系統モデルと、前記接続情報と、前記潮流値とから系統全体の潮流計算を行い前記外部系統と前記内部系統との位相差の修正をする位相誤差修正部と
を備えたことを特徴とする電力系統モデル作成装置。
請求項１に記載の電力系統モデル作成装置であって、
前記位相差の修正は、前記内部系統の位相角δｃ及び前記外部系統の位相角δｄとの位相差Δδｃｄと、前記位相角δａと前記位相角δｂとの位相差Δδａｂとの差を閾値以下とすることを特徴とする電力系統モデル作成装置。
請求項１又は請求項２に記載の電力系統モデル作成装置であって、
前記外部系統の負荷量の総和は、前記内部系統の負荷量の総和に比率をかけて算出したことを特徴とする電力系統モデル作成装置。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力系統モデル作成装置であって、
前記発電機の前記出力値の前記初期設定は、前記外部系統の負荷量の総和と前記潮流値との和を前記外部系統の前記発電機の定格出力の比で割り振りしたことを特徴とする電力系統モデル作成装置。
内部系統の位相角δａ及び外部系統の位相角δｂと、前記内部系統と前記外部系統との連系点の潮流値と、前記内部系統の遮断器及び断路器の接続情報とを入力する入力ステップと、
前記内部系統の負荷量の総和と、前記潮流値と、前記外部系統の発電機の定格出力とを用いて前記発電機の出力値を初期設定する外部系統モデルを設定する外部系統モデル設定ステップと、
前記外部系統モデルと、前記接続情報と、前記潮流値とから系統全体の潮流計算を行い前記外部系統と前記内部系統との位相差の修正をする位相誤差修正ステップと
を備えたことを特徴とする電力系統モデル作成方法。