JP2021013238A - 脱調判定装置及び脱調判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電力系統から発電設備が脱調するか否かを予測することができる脱調判定装置を提供する。【解決手段】電力系統３００からの発電設備２００の脱調を判定する脱調判定装置１００であって、発電設備２００に接続された系統３１０の電圧、及び、電圧の単位時間における変化量である電圧変化量を取得する取得部１１０と、取得された電圧及び電圧変化量を用いて、電力系統３００から発電設備２００が脱調するか否かを判定する判定部１２０と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、電力系統からの発電設備の脱調を判定する脱調判定装置及び脱調判定方法に関する。

従来、電力系統からの発電設備の脱調を判定する技術が知られている。例えば、特許文献１には、送電系統の自端電圧の位相を記憶し、記憶した位相と送電系統の自端電圧の現在位相の差から送電系統の脱調を判別する脱調検出リレーシステムが開示されている。

特開２０１６−１２７６５７号公報

上記従来の技術は、位相差を用いて、電力系統から発電設備が脱調したか否かを判別するものである。しかしながら、電力系統の迅速な安定化を図る上で、電力系統から発電設備が脱調するよりも前に、発電設備が脱調するか否かを予測できる技術が望まれる。

そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、電力系統から発電設備が脱調するか否かを予測することができる脱調判定装置及び脱調判定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、本発明の一態様に係る脱調判定装置は、電力系統からの発電設備の脱調を判定する脱調判定装置であって、前記発電設備に接続された系統の電圧、及び、前記電圧の単位時間における変化量である電圧変化量を取得する取得部と、取得された前記電圧及び前記電圧変化量を用いて、前記電力系統から前記発電設備が脱調するか否かを判定する判定部と、を備える。

これによれば、脱調判定装置は、発電設備に接続された系統の電圧、及び、当該電圧の単位時間における変化量である電圧変化量を取得し、取得した電圧及び電圧変化量を用いて、電力系統から発電設備が脱調するか否かを判定する。このように、本願発明者は、当該電圧及び電圧変化量を用いることで、電力系統から発電設備が脱調するか否かを判定することができることを見出した。これにより、脱調判定装置によれば、電力系統から発電設備が脱調するか否かを予測することができる。

また、前記判定部は、前記電圧と前記電圧変化量とを乗じた値を用いて、前記電力系統から前記発電設備が脱調するか否かを判定することにしてもよい。

これによれば、脱調判定装置は、発電設備に接続された系統の電圧と電圧変化量とを乗じた値を用いて、電力系統から発電設備が脱調するか否かを判定する。ここで、本願発明者は、当該電圧と電圧変化量とを乗じた値を用いることで、比較的早い段階で、電力系統から発電設備が脱調すると判定できることを見出した。これにより、脱調判定装置によれば、判定の高速化を図りつつ、電力系統から発電設備が脱調するか否かを予測することができる。

また、前記判定部は、前記電圧と前記電圧変化量とを乗じた値の絶対値が所定の閾値以上の場合に、前記電力系統から前記発電設備が脱調すると判定することにしてもよい。

これによれば、脱調判定装置は、発電設備に接続された系統の電圧と電圧変化量とを乗じた値の絶対値が所定の閾値以上の場合に、電力系統から発電設備が脱調すると判定する。ここで、本願発明者は、当該電圧と電圧変化量とを乗じた値は、電力系統の潮流状況の想定の影響を受けにくいため、所定の閾値と比較することで、精度良く、電力系統から発電設備が脱調するか否かを判定することができることを見出した。これにより、脱調判定装置によれば、精度良く、電力系統から発電設備が脱調するか否かを予測することができる。

また、さらに、前記発電設備ごとに定められた閾値を記憶している記憶部を備え、前記判定部は、前記記憶部から、脱調するか否かを判定する対象の発電設備に対応する閾値を読み出し、前記電圧と前記電圧変化量とを乗じた値の絶対値が、前記発電設備に対応する閾値以上の場合に、前記電力系統から前記発電設備が脱調すると判定することにしてもよい。

これによれば、脱調判定装置は、発電設備ごとに定められた閾値を記憶しており、電圧と電圧変化量とを乗じた値の絶対値が、判定対象の発電設備に対応する閾値以上の場合に、電力系統から発電設備が脱調すると判定する。ここで、本願発明者は、当該電圧と電圧変化量とを乗じた値は、発電設備ごとに固有の値となるため、発電設備ごとに定められた閾値と比較することで、精度良く、電力系統から発電設備が脱調するか否かを判定することができることを見出した。これにより、脱調判定装置によれば、電力系統から各々の発電設備が脱調するか否かを予測することができるため、電力系統全体としての予測精度を向上させることができる。

また、さらに、前記判定部が、前記電力系統から前記発電設備が脱調すると判定した場合に、前記電圧変化量を低下させるように制御する制御部を備えることにしてもよい。

これによれば、脱調判定装置は、電力系統から発電設備が脱調すると判定した場合に、発電設備に接続された系統の電圧変化量を低下させるように制御する。このように、本願発明者は、電力系統から発電設備が脱調しそうな場合に、当該電圧変化量を低下させることで、発電設備を脱調しにくくすることができることを見出した。これにより、脱調判定装置によれば、電力系統から発電設備が脱調するか否かを予測し、かつ、発電設備が脱調するのを抑制することができる。

また、前記制御部は、前記判定部が、前記電力系統から前記発電設備が脱調すると判定した場合に、前記発電設備の発電出力を変化させることにしてもよい。

これによれば、脱調判定装置は、電力系統から発電設備が脱調すると判定した場合に、発電設備の発電出力を変化させる。つまり、電力系統から発電設備が脱調しそうな場合に、発電設備の発電出力を変化させて電圧を安定させることで、電圧変化量を低下させ、発電設備を脱調しにくくする。これにより、脱調判定装置によれば、電力系統から発電設備が脱調するか否かを予測し、かつ、発電設備が脱調するのを抑制することができる。

また、本発明は、このような脱調判定装置として実現することができるだけでなく、脱調判定装置に含まれる処理部が行う特徴的な処理をステップとする脱調判定方法としても実現することができる。また、脱調判定方法に含まれるステップをコンピュータに実行させるためのプログラムとして実現したり、当該プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体として実現したりすることもできる。そして、当該プログラムは、当該記録媒体及びインターネット等の伝送媒体を介して流通させることができる。また、本発明は、脱調判定装置に含まれる処理部を備える集積回路としても実現することができる。

本発明によれば、電力系統から発電設備が脱調するか否かを予測することができる脱調判定装置を提供することができる。

実施の形態に係る脱調判定装置と発電設備と電力系統との接続関係を示す図である。 実施の形態に係る脱調判定装置の機能的な構成を示すブロック図である。 実施の形態に係る記憶部が記憶している判定用データの一例を示す図である。 実施の形態に係る脱調判定装置が、電力系統からの発電設備の脱調を判定する処理（脱調判定方法）を示すフローチャートである。 実施の形態に係る判定部が、電力系統から発電設備が脱調するか否かを判定する処理を示すフローチャートである。 実施の形態に係る判定部の判定理論を説明するための図である。 実施の形態に係る脱調判定装置が奏する効果（脱調判定高速化）を説明するための図である。 実施の形態に係る脱調判定装置が奏する効果（脱調判定精度向上）を説明するための図である。 実施の形態の変形例に係る脱調判定装置の設置位置を示す図である。 実施の形態における脱調判定装置を集積回路で実現する一例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態（及びその変形例）に係る脱調判定装置について、説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。

（実施の形態）
［１ 脱調判定装置１００の全般的な説明］
まず、脱調判定装置１００の全般的な説明を行う。図１は、本実施の形態に係る脱調判定装置１００と発電設備２００と電力系統３００との接続関係を示す図である。

脱調判定装置１００は、電力系統３００からの発電設備２００の脱調を判定する装置である。本実施の形態では、脱調判定装置１００は、電力系統３００から発電設備２００が脱調するか否かを判定し、判定結果に応じて発電設備２００を制御するコンピュータである。なお、脱調判定装置１００は、パーソナルコンピュータ等の汎用のコンピュータシステムがプログラムを実行することによって実現されてもよいし、専用のコンピュータシステムによって実現されてもよい。

図１に示すように、脱調判定装置１００は、複数の発電設備２００（同図では、発電設備２０１、２０２、２０３・・・）に接続された複数の系統３１０（同図では、系統３１１、３１２、３１３・・・）に接続されて、当該複数の系統３１０のそれぞれから情報を取得する。これにより、脱調判定装置１００は、複数の発電設備２００のそれぞれについて、電力系統３００から脱調するか否かを判定し、判定結果に応じて、それぞれの発電設備２００を制御する。

例えば、脱調判定装置１００は、発電設備２０１に接続された系統３１１から情報を取得して、発電設備２０１が電力系統３００から脱調すると判定した場合に、発電設備２０１の発電出力を変化させて、発電設備２０１が電力系統３００から脱調するのを抑制する。また、脱調判定装置１００は、発電設備２０１及び２０２が電力系統３００から脱調すると判定した場合であって、発電設備２０１が発電設備２０２よりも早く脱調すると判定した場合に、発電設備２０１を電力系統３００から遮断することで、発電設備２０２の脱調を抑制することもできる。

ここで、発電設備２００は、電力系統３００に連系された発電設備であり、例えば、電力会社が保有する火力発電所等である。なお、発電設備２００は、火力発電所以外の発電設備（水力発電所、原子力発電所等）でもよいし、発電設備２００の所有者も特に限定されない。また、発電設備２００は、いくつの発電機（または発電所）を有していてもよい。つまり、１つの発電機しか有していない１つの発電所を発電設備２００と称してもよいし、複数の発電機を有する１つの発電所を発電設備２００と称してもよいし、複数の発電所をまとめて発電設備２００と称してもよい。また、電力系統３００は、発電設備２００から変電所を介して電力が供給される商用電力系統である。

なお、脱調判定装置１００の設置場所は特に限定されないが、脱調判定装置１００は、例えば、中央給電指令所、または、変電所等に設置されている。

［２ 脱調判定装置１００の機能構成の説明］
次に、脱調判定装置１００の機能構成について、詳細に説明する。図２は、本実施の形態に係る脱調判定装置１００の機能的な構成を示すブロック図である。

図２に示すように、脱調判定装置１００は、取得部１１０と、判定部１２０と、制御部１３０と、記憶部１４０と、を備えている。なお、図示していないが、脱調判定装置１００は、キーボードやマウスなどの入力部、及び、液晶ディスプレイなどの表示部等を備えていてもよい。

取得部１１０は、発電設備２００に接続された系統３１０の電圧、及び、当該電圧の単位時間における変化量である電圧変化量を取得する。具体的には、取得部１１０は、各々の発電設備２００に接続された各々の系統３１０の電圧、及び、当該各々の系統３１０の電圧変化量を取得する。

判定部１２０は、取得部１１０が取得した電圧及び電圧変化量を用いて、電力系統３００から発電設備２００が脱調するか否かを判定する。具体的には、判定部１２０は、当該電圧と電圧変化量とを乗じた値を用いて、電力系統３００から発電設備２００が脱調するか否かを判定する。さらに具体的には、判定部１２０は、当該電圧と電圧変化量とを乗じた値の絶対値が所定の閾値以上の場合に、電力系統３００から発電設備２００が脱調すると判定する。つまり、判定部１２０は、記憶部１４０から、脱調するか否かを判定する対象の発電設備２００に対応する閾値を読み出し、電圧と電圧変化量とを乗じた値の絶対値が、発電設備２００に対応する閾値以上の場合に、電力系統３００から発電設備２００が脱調すると判定する。このように、判定部１２０は、各々の発電設備２００について、電力系統３００から脱調するか否かを判定する。

制御部１３０は、判定部１２０が、電力系統３００から発電設備２００が脱調すると判定した場合に、当該発電設備２００に接続された系統３１０の電圧変化量を低下させるように制御する。具体的には、制御部１３０は、判定部１２０が、電力系統３００から発電設備２００が脱調すると判定した場合に、当該発電設備２００の発電出力を変化させるように制御する。

記憶部１４０は、電力系統３００からの発電設備２００の脱調を判定するためのデータ等を記憶しているメモリである。具体的には、記憶部１４０は、取得部１１０が取得したデータ、判定部１２０が判定に用いるデータ、及び、制御部１３０が制御に用いるデータ等を含む判定用データ１４１を記憶している。図３は、本実施の形態に係る記憶部１４０が記憶している判定用データ１４１の一例を示す図である。

図３に示すように、判定用データ１４１は、「発電設備」、「電圧」、「電圧変化量」、「乗算値」、「閾値」、及び、「判定結果」等を含むデータの集まりである。

「発電設備」は、判定部１２０が脱調するか否かを判定する対象の発電設備２００を示し、判定用データ１４１に予め書き込まれているが、判定の過程で書き込まれることにしてもよい。「電圧」は、当該対象の発電設備２００に接続された系統３１０の電圧の値を示し、取得部１１０が取得したデータが「発電設備」に対応付けられて書き込まれ、判定部１２０によって判定の際に読み出される。「電圧変化量」は、当該電圧の単位時間における変化量である電圧変化量の値を示し、取得部１１０が算出した値が「発電設備」に対応付けられて書き込まれ、判定部１２０によって判定の際に読み出される。

「乗算値」は、当該電圧と当該電圧変化量とを乗じた値を示し、判定部１２０が算出した値が「発電設備」に対応付けられて書き込まれ、判定の際に読み出される。「閾値」は、当該対象の発電設備２００ごとに定められた閾値を示し、判定部１２０によって判定の際に読み出される。なお、「閾値」は、判定用データ１４１に予め「発電設備」に対応付けられて書き込まれているが、判定の過程で書き込まれたり、変更（更新）されたりしてもよい。「判定結果」は、判定部１２０が判定した結果を示し、判定部１２０によって判定の後に「発電設備」に対応付けられて書き込まれ、制御部１３０によって制御の際に読み出される。

なお、「電圧」、「電圧変化量」、「乗算値」、及び、「判定結果」は、時間の経過とともに変化するため、図３では、一例として、各々の発電設備において、これらのデータが都度更新されていく場合を示しているが、これらのデータが蓄積されていくことにしてもよい。

［３ 脱調判定装置１００の処理フローの説明］
次に、脱調判定装置１００が、電力系統３００からの発電設備２００の脱調を判定する処理について、説明する。図４は、本実施の形態に係る脱調判定装置１００が、電力系統３００からの発電設備２００の脱調を判定する処理（脱調判定方法）を示すフローチャートである。

図４に示すように、まず、取得部１１０は、発電設備２００に接続された系統３１０の電圧、及び、当該電圧の単位時間における変化量である電圧変化量を取得する（Ｓ１０２、取得ステップ）。

具体的には、取得部１１０は、各々の発電設備２００に接続された各々の系統３１０から、各々の系統３１０の電圧を取得する。例えば、取得部１１０は、系統３１０に設置された計測器によって電圧を計測したり、他の情報を用いて電圧を算出することで、当該系統３１０の電圧を取得する。そして、取得部１１０は、取得した各々の系統３１０の電圧を、記憶部１４０の判定用データ１４１の「電圧」に、「発電設備」に対応付けて書き込み記憶させる。

また、取得部１１０は、各々の発電設備２００に接続された各々の系統３１０の電圧変化量を取得する。例えば、取得部１１０は、系統３１０の電圧を単位時間ごとに取得し、取得した単位時間ごとの電圧の差分を算出することで、当該電圧の単位時間における変化量である電圧変化量を取得する。また、取得部１１０は、系統３１０の電圧の経時変化から、電圧を時間の関数で表現し、当該関数を時間で微分することで、電圧微分値である電圧変化量を取得することにしてもよい。または、系統３１０に設置された計測器によって電圧変化量を計測できる場合には、取得部１１０は、当該計測器によって電圧変化量を計測することで、電圧変化量を取得することにしてもよい。そして、取得部１１０は、取得した各々の系統３１０の電圧変化量を、記憶部１４０の判定用データ１４１の「電圧変化量」に、「発電設備」に対応付けて書き込み記憶させる。

なお、取得部１１０が当該電圧及び電圧変化量を取得する時間間隔は、１秒、１０秒、１分、１０分など特に限定されず、ユーザによって適切な数値が定められる。また、取得部１１０は、一定時間間隔で当該電圧及び電圧変化量を取得するのではなく、ユーザによって任意に定められたタイミングで当該電圧及び電圧変化量を取得することにしてもよい。

次に、判定部１２０は、取得部１１０が取得した電圧及び電圧変化量を用いて、電力系統３００から発電設備２００が脱調するか否かを判定する（Ｓ１０４、判定ステップ）。この判定部１２０が行う判定処理について、以下に詳細に説明する。図５は、本実施の形態に係る判定部１２０が、電力系統３００から発電設備２００が脱調するか否かを判定する処理を示すフローチャートである。

図５に示すように、まず、判定部１２０は、脱調するか否かを判定する対象の発電設備２００に対応する電圧と電圧変化量とを乗算する（Ｓ２０２、第一判定ステップ）。具体的には、判定部１２０は、当該対象の発電設備２００に対応する電圧及び電圧変化量を、記憶部１４０の判定用データ１４１の「電圧」及び「電圧変化量」から読み出し、読み出した電圧と電圧変化量とを乗算する。

例えば、判定部１２０は、発電設備「Ｈ１」が脱調するか否かを判定する場合には、発電設備「Ｈ１」に対応付けられた電圧「Ｖ１」及び電圧変化量「ΔＶ１」を、判定用データ１４１から読み出し、これらを乗算（Ｖ１×ΔＶ１）して、乗算値「ＶΔＶ１」を取得する。また、判定部１２０は、算出した電圧と電圧変化量との乗算値を、記憶部１４０の判定用データ１４１の「乗算値」に、「発電設備」に対応付けて書き込み記憶させる。例えば、判定部１２０は、発電設備「Ｈ１」に対応付けて、乗算値「ＶΔＶ１」を書き込み記憶させる。

また、判定部１２０は、脱調するか否かを判定する対象の発電設備２００に対応する閾値を取得する（Ｓ２０４、第二判定ステップ）。具体的には、判定部１２０は、記憶部１４０の判定用データ１４１の「閾値」から、脱調するか否かを判定する対象の発電設備２００に対応する閾値を読み出し、取得する。例えば、判定部１２０は、発電設備「Ｈ１」が脱調するか否かを判定する場合には、発電設備「Ｈ１」に対応付けられた閾値「Ｓ１」を、判定用データ１４１から読み出し、取得する。

そして、判定部１２０は、当該対象の発電設備２００に対応する電圧と電圧変化量とを乗じた値を用いて、当該対象の発電設備２００が電力系統３００から脱調するか否かを判定する。具体的には、判定部１２０は、当該電圧と電圧変化量との乗算値の絶対値が、取得した閾値以上か否かを判断する（Ｓ２０６、第三判定ステップ）。

つまり、判定部１２０は、当該対象の発電設備２００に対応する乗算値を、記憶部１４０の判定用データ１４１の「乗算値」から読み出し、当該対象の発電設備２００に対応する閾値と比較する。例えば、判定部１２０は、発電設備「Ｈ１」が脱調するか否かを判定する場合には、発電設備「Ｈ１」に対応付けられた乗算値「ＶΔＶ１」を、判定用データ１４１から読み出し、閾値「Ｓ１」と比較する。

判定部１２０は、当該電圧と電圧変化量とを乗じた値の絶対値が、当該発電設備２００に対応する閾値以上であると判断した場合に（Ｓ２０６でＹＥＳ）、当該対象の発電設備２００が電力系統３００から脱調すると判定する（Ｓ２０８、第四判定ステップ）。例えば、判定部１２０は、乗算値「ＶΔＶ１」の絶対値が閾値「Ｓ１」以上（｜ＶΔＶ１｜≧Ｓ１）であると判断した場合に、発電設備「Ｈ１」が電力系統３００から脱調すると判定する。

判定部１２０は、当該電圧と電圧変化量との乗算値の絶対値が当該閾値よりも小さい（例えば、｜ＶΔＶ１｜＜Ｓ１）と判断した場合には（Ｓ２０６でＮＯ）、当該対象の発電設備２００が電力系統３００から脱調しないと判定する（Ｓ２１０、第五判定ステップ）。

このように、判定部１２０は、各々の発電設備２００について、電力系統３００から脱調するか否かを判定する。そして、判定部１２０は、判定した結果を、記憶部１４０の判定用データ１４１の「判定結果」に、「発電設備」に対応付けて書き込み記憶させる。例えば、判定部１２０は、発電設備「Ｈ１」が電力系統３００から脱調すると判定した場合には、発電設備「Ｈ１」に対応付けて、判定結果「Ｘ」を書き込み記憶させる。また、判定部１２０は、例えば発電設備「Ｈ２」が電力系統３００から脱調しないと判定した場合には、発電設備「Ｈ２」に対応付けて、判定結果「Ｏ」を書き込み記憶させる。

なお、判定部１２０は、対象の発電設備２００が電力系統３００から脱調する判定した場合に、当該乗算値の絶対値と閾値との差分の大きさから、当該対象の発電設備２００が電力系統３００から脱調する早さも加味して判定を行うこともできる。つまり、判定部１２０は、当該乗算値の絶対値から当該閾値を差し引いた値が大きい方が、電力系統３００から早く脱調すると判定できる。例えば、当該乗算値の絶対値から閾値を差し引いた値が、発電設備「Ｈ３」の方が発電設備「Ｈ１」よりも大きい場合には、発電設備「Ｈ３」の方が発電設備「Ｈ１」よりも早く脱調すると判定できる。この場合、判定部１２０は、発電設備「Ｈ１」の判定結果「Ｘ」に対して、発電設備「Ｈ３」における判定結果を「ＸＸ」として、判定用データ１４１の「判定結果」に書き込み記憶させる。

以上のようにして、判定部１２０が、電力系統３００から発電設備２００が脱調するか否かを判定する処理（図４のＳ１０４）は、終了する。

図４に戻り、制御部１３０は、判定部１２０が、電力系統３００から発電設備２００が脱調すると判定したか否かを判断する（Ｓ１０６、第一制御ステップ）。つまり、制御部１３０は、記憶部１４０の判定用データ１４１の「判定結果」から、各々の発電設備２００の判定結果を読み出し、電力系統３００から発電設備２００が脱調するか否かを判断する。

制御部１３０は、判定部１２０が、電力系統３００から発電設備２００が脱調すると判定したと判断した場合に（Ｓ１０６でＹＥＳ）、当該発電設備２００に接続された系統３１０の電圧変化量を低下させるように制御する（Ｓ１０８、第二制御ステップ）。具体的には、制御部１３０は、判定部１２０が、電力系統３００から発電設備２００が脱調すると判定したと判断した場合に、当該発電設備２００の発電出力を変化（例えば低下）させるように制御する。

例えば、制御部１３０は、判定用データ１４１から発電設備「Ｈ１」の判定結果「Ｘ」を取得した場合には、判定部１２０が、発電設備「Ｈ１」が電力系統３００から脱調すると判定したと判断し、発電設備「Ｈ１」の発電出力を低下させるように制御する。具体的には、制御部１３０は、発電設備「Ｈ１」に対して、例えば、発電出力を低下させる信号を送信する。

なお、制御部１３０は、対象の発電設備２００に接続された系統３１０の電圧変化量を低下させることができるのであれば、対象の発電設備２００の発電出力を増加させる等、低下させる以外の制御を行うことにしてもよい。また、制御部１３０は、判定部１２０が、２つの発電設備２００が電力系統３００から脱調すると判定した場合には、早く脱調すると判定された方の発電設備２００を電力系統３００から遮断するように制御を行うことにしてもよい。この場合、制御部１３０は、例えば、判定用データ１４１から発電設備「Ｈ１」の判定結果「Ｘ」と発電設備「Ｈ３」の判定結果「ＸＸ」とを取得した場合には、発電設備「Ｈ３」を電力系統３００から遮断するように制御を行う。

また、制御部１３０は、判定部１２０によって発電設備２００の脱調の判定がなされなかったと判断した場合には（Ｓ１０６でＮＯ）、処理を終了する。以上のようにして、脱調判定装置１００が、電力系統３００からの発電設備２００の脱調を判定する処理（脱調判定方法）は、終了する。

［４ 判定部１２０の判定理論の説明］
次に、判定部１２０が判定時に用いる理論である、発電設備２００に接続された系統３１０の電圧と電圧変化量とを乗じた値の絶対値が所定の閾値以上の場合に、発電設備２００が電力系統３００から脱調すると判定できることについて、詳細に説明する。図６は、本実施の形態に係る判定部１２０の判定理論を説明するための図（一機無限大母線系統モデル）である。

対象とする発電設備２００が有する発電機が、残りの発電機群に対して変動する現象について、図６に示す一機無限大母線系統モデルを用いて下記の通り定義する。なお、対象とする発電設備２００が有する発電機を、以下では単に発電機と称し、発電設備２００が複数の発電機を有する場合には、当該複数の発電機を１つの発電機とみなして、以下では発電機と称する。

まず、電圧と電流との関係から、以下の式１及び式２の２つの式が得られる。

式２に式１を代入して整理すると、以下の式３が得られる。

上記の式３の複素数表記を実数の大きさに変更すると、以下の式４が得られる。

よって、Ｖを以下の式５のように表現することができる。

上記の式５を微分すると、以下の式６が得られる。

上記の式５と式６との積をとると、以下の式７が得られる。

本実施の形態では、上記の式７の絶対値を脱調判定の指標とするので、上記の式７の絶対値をＶ_ｒｅｆと定義すると、以下の式８のように表現することができる。つまり、以下のＶ_ｒｅｆが、判定部１２０が発電設備２００の脱調を判定する際に用いる、発電設備２００に接続された系統３１０の電圧と電圧変化量とを乗じた値の絶対値である。

一方で、発電機の加速及び減速を表す動揺方程式は、以下の式９の通りに表される。ここで、Ｍは、発電機の慣性定数であり、Ｐ_ｍは、発電機の機械的入力であり、Ｐ_ｅは、発電機の電気的出力であり、ωは、発電機の角速度である。

上記の式９の両辺にωをかけると、以下の式１０が得られる。

本実施の形態では、Ｖ_ｒｅｆが極大値をとる点を対象としていることから、Ｖ_ｒｅｆを定数とみなす。上記の式１０を解くにあたり、ランベルト関数を導入する。ランベルト関数は、ｙ＝ｘｅ^ｘの逆関数であり、以下の式１１及び式１２の通り定義される。

式１２の両辺を微分すると、以下の式１３が得られる。

ここで、以下の式１４の通り、関数を定義する。

式１４を微分すると、以下の式１５が得られる。

上記の式１５を整理すると、以下の式１６が得られる。

式１０と式１６との係数を比較することで、式１０のωについて解くことができる。まず、以下の式１７及び式１８が得られる。

また、ｆ（０）＝ω_０と仮定すると、以下の式１９が得られる。

上記の式１４に、上記の式１７、式１８及び式１９で得られた係数を代入すると、以下の式２０が得られる。

ランベルト関数が一意の解を持つためには、定義域が正である必要があるので、以下の式２１が得られる。

Ｐ_ｍω_０／ｋは、電力系統の構成により決定される固定値である。そのため、Ｖ・ｄＶ／ｄｔの極大値であるＶ_ｒｅｆがある一定の値以上となる場合、上記の式９の微分方程式は一意の実数解を持つ必要条件を満たさず、解が発散する。つまり、Ｖ_ｒｅｆ（電圧と電圧変化量とを乗じた値の絶対値）が所定の閾値以上の場合に、発電設備２００が脱調すると判定することができる。

以上のことから、解析的（あるいは実測的）にＶ_ｒｅｆを求めることで、発電機の安定性指標として用いることができる。つまり、判定部１２０は、発電設備２００に接続された系統３１０の電圧と電圧変化量とを乗じた値の絶対値（Ｖ_ｒｅｆ）が所定の閾値以上の場合に、電力系統３００から発電設備２００が脱調すると判定することができる。

［５ 効果の説明］
次に、脱調判定装置１００が奏する効果について、以下に詳細に説明する。図７及び図８は、本実施の形態に係る脱調判定装置１００が奏する効果を説明するための図である。具体的には、図７は、脱調判定装置１００の脱調判定高速化の効果を説明する図であり、図８は、脱調判定装置１００の脱調判定精度向上の効果を説明する図である。

図７の（ａ）は、位相やインピーダンス等を用いて発電設備の脱調を判定する場合の脱調の検出点を示しており、図７の（ｂ）は、本実施の形態と異なる手法で脱調を判定する場合の脱調の検出点の一例を示している。図７の（ｃ）は、本実施の形態の手法を用いて脱調を判定する場合の脱調の検出点を示している。なお、図７の（ａ）〜（ｃ）において、脱調に至るまでの電圧及び電圧変化量の値の推移を実線のグラフで示し、それぞれの場合の脱調を検出する検出点を当該実線のグラフ上にプロットしている。また、図７の（ｂ）及び（ｃ）において、脱調を判定する際に用いる閾値を破線で示している。なお、グラフ中に記載の「脱調する領域」とは、実際に脱調する領域ではなく、脱調すると判定される領域のことを示している。

これらの図に示すように、図７の（ａ）の場合では、脱調の検出が比較的遅く、図７の（ｂ）の場合では、図７の（ａ）の場合よりも脱調の検出は早くなっているが、図７の（ｃ）の場合が脱調の検出が最も早いのが分かる。つまり、図７の（ｃ）に示す本実施の形態の手法が、脱調に至る前に速やかに脱調を検出できており、脱調判定の高速化が図られている。

また、図８の（ａ）〜（ｃ）は、図７の（ａ）〜（ｃ）のそれぞれの場合に対応しており、図７の（ａ）〜（ｃ）のそれぞれの脱調判定手法において、潮流状況の想定によって、脱調に至るまでの電圧及び電圧変化量の値の推移が変化した場合を示している。

これらの図に示すように、図８の（ａ）及び（ｂ）の場合では、潮流状況の想定によって電圧及び電圧変化量の値の推移が変化すると、閾値との距離が大きくなったり小さくなったりするため、脱調判定が潮流状況の想定の影響を大きく受けることが分かる。これに対し、図８の（ｃ）の場合では、潮流状況の想定によって電圧及び電圧変化量の値の推移が変化しても、閾値との距離がほぼ変化しないため、脱調判定が潮流状況の想定の影響を受けにくくなっている。つまり、図８の（ｃ）に示す本実施の形態の手法が、精度良く脱調を検出できており、脱調判定の精度向上が図られている。

以上のように、本実施の形態に係る脱調判定装置１００によれば、発電設備２００に接続された系統３１０の電圧、及び、当該電圧の単位時間における変化量である電圧変化量を取得し、取得した電圧及び電圧変化量を用いて、電力系統３００から発電設備２００が脱調するか否かを判定する。このように、本願発明者は、当該電圧及び電圧変化量を用いることで、電力系統３００から発電設備２００が脱調するか否かを判定することができることを見出した。これにより、脱調判定装置１００によれば、電力系統３００から発電設備２００が脱調するか否かを予測することができる。

また、脱調判定装置１００は、発電設備２００に接続された系統３１０の電圧と電圧変化量とを乗じた値を用いて、電力系統３００から発電設備２００が脱調するか否かを判定する。ここで、本願発明者は、当該電圧と電圧変化量とを乗じた値を用いることで、比較的早い段階で、電力系統３００から発電設備２００が脱調すると判定できることを見出した。これにより、脱調判定装置１００によれば、判定の高速化を図りつつ、電力系統３００から発電設備２００が脱調するか否かを予測することができる。

また、脱調判定装置１００は、発電設備２００に接続された系統３１０の電圧と電圧変化量とを乗じた値の絶対値が所定の閾値以上の場合に、電力系統３００から発電設備２００が脱調すると判定する。ここで、本願発明者は、当該電圧と電圧変化量とを乗じた値は、電力系統３００の潮流状況の想定の影響を受けにくいため、所定の閾値と比較することで、精度良く、電力系統３００から発電設備２００が脱調するか否かを判定することができることを見出した。これにより、脱調判定装置１００によれば、精度良く、電力系統３００から発電設備２００が脱調するか否かを予測することができる。

また、脱調判定装置１００は、発電設備２００ごとに定められた閾値を記憶しており、電圧と電圧変化量とを乗じた値の絶対値が、判定対象の発電設備２００に対応する閾値以上の場合に、電力系統３００から発電設備２００が脱調すると判定する。ここで、本願発明者は、当該電圧と電圧変化量とを乗じた値は、発電設備２００ごとに固有の値となるため、発電設備２００ごとに定められた閾値と比較することで、精度良く、電力系統３００から発電設備２００が脱調するか否かを判定することができることを見出した。これにより、脱調判定装置１００によれば、電力系統３００から各々の発電設備２００が脱調するか否かを予測することができるため、電力系統３００全体としての予測精度を向上させることができる。

また、脱調判定装置１００は、電力系統３００から発電設備２００が脱調すると判定した場合に、発電設備２００に接続された系統３１０の電圧変化量を低下させるように制御する。このように、本願発明者は、電力系統３００から発電設備２００が脱調しそうな場合に、当該電圧変化量を低下させることで、発電設備２００を脱調しにくくすることができることを見出した。これにより、脱調判定装置１００によれば、電力系統３００から発電設備２００が脱調するか否かを予測し、かつ、発電設備２００が脱調するのを抑制することができる。

また、脱調判定装置１００は、電力系統３００から発電設備２００が脱調すると判定した場合に、発電設備２００の発電出力を変化させる。つまり、電力系統３００から発電設備２００が脱調しそうな場合に、発電設備２００の発電出力を変化させて電圧を安定させることで、電圧変化量を低下させ、発電設備２００を脱調しにくくする。これにより、脱調判定装置１００によれば、電力系統３００から発電設備２００が脱調するか否かを予測し、かつ、発電設備２００が脱調するのを抑制することができる。

［６ 変形例の説明］
以上、本実施の形態に係る脱調判定装置１００について説明したが、本発明は、上記実施の形態には限定されない。つまり、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれる。

例えば、上記実施の形態では、脱調判定装置１００は、取得部１１０、判定部１２０、制御部１３０及び記憶部１４０を備えていることとした。しかし、脱調判定装置１００は、取得部１１０及び判定部１２０を備えていればよい。例えば、脱調判定装置１００は、制御部１３０を備えておらず、外部の制御装置が制御部１３０と同様の制御を行うことにしてもよいし、制御部１３０による制御は行われなくてもよい。また、脱調判定装置１００は、記憶部１４０を備えておらず、外部の記録媒体に情報を記憶させて、当該記録媒体から情報を取得することにしてもよい。

また、上記実施の形態では、脱調判定装置１００において、判定部１２０は、電圧と電圧変化量との乗算値の絶対値を、所定の閾値（定数）と比較して、発電設備２００が脱調するか否かを判定することとした。しかし、判定部１２０は、当該乗算値の絶対値を、あるルールに従って変化する変数と比較して、発電設備２００が脱調するか否かを判定することにしてもよい。

また、上記実施の形態では、脱調判定装置１００において、判定部１２０は、電圧と電圧変化量とを乗じた値を用いて、電力系統３００から発電設備２００が脱調するか否かを判定することとした。しかし、判定部１２０は、脱調を判定する際に、電圧と電圧変化量とを乗じた値を用いることには限定されない。例えば、判定部１２０は、電圧に電圧変化量の二乗を乗じた値を用いたり、電圧に電圧変化量の平方根を乗じた値を用いたり、電圧の二乗に電圧変化量を乗じた値を用いたり、電圧の平方根に電圧変化量を乗じた値を用いたりする等、様々なケースが考えられる。このような場合でも、少なくとも電圧と電圧変化量とを用いて脱調を判定することで、僅かであっても上述したいずれかの効果を得ることができる。

また、上記実施の形態では、脱調判定装置１００は、中央給電指令所または変電所等に設置されていることとした。しかし、脱調判定装置１００は、図９に示すように、各々の発電設備２００に設置されていることにしてもよい。図９は、本実施の形態の変形例に係る脱調判定装置１００の設置位置を示す図である。

この場合、脱調判定装置１００が備える記憶部１４０の判定用データ１４１には、脱調判定装置１００が設置されている発電設備２００についての各種情報が記憶されている。そして、脱調判定装置１００は、脱調判定装置１００が設置されている発電設備２００が電力系統３００から脱調するか否かを判定し、当該発電設備２００を制御する。また、脱調判定装置１００は、脱調の判定結果や制御結果等の各種情報を外部の制御装置４００に送信する。

なお、制御装置４００は設けられておらず、脱調判定装置１００は、外部に情報を送信することなく、制御等を行うことにしてもよい。また、脱調判定装置１００は、制御部１３０を備えておらず、制御装置４００が制御部１３０と同様の制御を行うことにしてもよい。また、脱調判定装置１００は、発電設備２００の構内ではなく、発電設備２００近傍の施設内に設置されていることにしてもよい。

また、本発明は、脱調判定装置１００として実現することができるだけでなく、脱調判定装置１００に含まれる処理部が行う特徴的な処理をステップとする脱調判定方法としても実現することができる。つまり、当該脱調判定方法は、電力系統３００からの発電設備２００の脱調を判定する脱調判定方法であって、発電設備２００に接続された系統３１０の電圧、及び、電圧の単位時間における変化量である電圧変化量を取得する取得ステップ（図４のＳ１０２）と、取得された電圧及び電圧変化量を用いて、電力系統３００から発電設備２００が脱調するか否かを判定する判定ステップ（図４のＳ１０４）と、を含む。

また、本発明は、当該脱調判定方法に含まれるステップをコンピュータに実行させるためのプログラムとしても実現することができる。つまり、脱調判定装置１００が備える各構成要素は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。さらに、本発明は、当該プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＢＤ（Blu-ray（登録商標） Disc）、半導体メモリとしても実現することができる。そして、当該プログラムは、当該記録媒体及びインターネット等の伝送媒体を介して流通させることができる。

また、本発明は、脱調判定装置１００に含まれる処理部を備える集積回路としても実現することができる。つまり、図２に示した脱調判定装置１００の各機能ブロックは、集積回路であるＬＳＩ（Large Scale Integration）として実現されてもよい。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。図１０は、上記実施の形態における脱調判定装置１００を集積回路１０１で実現する一例を示す図である。

図１０に示すように、集積回路１０１は、図２に示された脱調判定装置１００の記憶部１４０以外の機能を備えている。集積回路１０１は、各処理部が個別に１チップ化されても良いし、一部または全ての処理部を含むように１チップ化されても良い。なお、集積回路１０１は、制御部１３０を備えないことにしてもよい。つまり、集積回路１０１は、取得部１１０及び判定部１２０を備えていればよく、これらの構成により本発明の目的を達成することができる。また、集積回路１０１は、記憶部１４０を備えていることにしてもよい。

ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用しても良い。さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。

このように、脱調判定装置１００は、各構成要素が、専用のハードウェアで構成されてもよいし、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。

また、上記実施の形態及びその変形例における任意の構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。

本発明は、電力系統から発電設備が脱調するか否かを予測することができる脱調判定装置等に適用できる。

１００ 脱調判定装置
１０１ 集積回路
１１０ 取得部
１２０ 判定部
１３０ 制御部
１４０ 記憶部
１４１ 判定用データ
２００、２０１、２０２、２０３ 発電設備
３００ 電力系統
３１０、３１１、３１２、３１３ 系統
４００ 制御装置

Claims (10)

1. 電力系統からの発電設備の脱調を判定する脱調判定装置であって、
   前記発電設備に接続された系統の電圧、及び、前記電圧の単位時間における変化量である電圧変化量を取得する取得部と、
   取得された前記電圧及び前記電圧変化量を用いて、前記電力系統から前記発電設備が脱調するか否かを判定する判定部と、
   を備える脱調判定装置。
2. 前記判定部は、前記電圧と前記電圧変化量とを乗じた値を用いて、前記電力系統から前記発電設備が脱調するか否かを判定する
   請求項１に記載の脱調判定装置。
3. 前記判定部は、前記電圧と前記電圧変化量とを乗じた値の絶対値が所定の閾値以上の場合に、前記電力系統から前記発電設備が脱調すると判定する
   請求項２に記載の脱調判定装置。
4. さらに、前記発電設備ごとに定められた閾値を記憶している記憶部を備え、
   前記判定部は、
   前記記憶部から、脱調するか否かを判定する対象の発電設備に対応する閾値を読み出し、
   前記電圧と前記電圧変化量とを乗じた値の絶対値が、前記発電設備に対応する閾値以上の場合に、前記電力系統から前記発電設備が脱調すると判定する
   請求項３に記載の脱調判定装置。
5. さらに、前記判定部が、前記電力系統から前記発電設備が脱調すると判定した場合に、前記電圧変化量を低下させるように制御する制御部を備える
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の脱調判定装置。
6. 前記制御部は、前記判定部が、前記電力系統から前記発電設備が脱調すると判定した場合に、前記発電設備の発電出力を変化させる
   請求項５に記載の脱調判定装置。
7. 電力系統からの発電設備の脱調を判定する脱調判定方法であって、
   前記発電設備に接続された系統の電圧、及び、前記電圧の単位時間における変化量である電圧変化量を取得する取得ステップと、
   取得された前記電圧及び前記電圧変化量を用いて、前記電力系統から前記発電設備が脱調するか否かを判定する判定ステップと、
   を含む脱調判定方法。
8. 請求項７に記載の脱調判定方法に含まれるステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
9. 請求項８に記載のプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
10. 電力系統からの発電設備の脱調を判定する集積回路であって、
    前記発電設備に接続された系統の電圧、及び、前記電圧の単位時間における変化量である電圧変化量を取得する取得部と、
    取得された前記電圧及び前記電圧変化量を用いて、前記電力系統から前記発電設備が脱調するか否かを判定する判定部と、
    を備える集積回路。

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