JP2642762B2 - 電力系統模擬装置 - Google Patents

電力系統模擬装置

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JP2642762B2 JP2055624A JP5562490A JP2642762B2 JP 2642762 B2 JP2642762 B2 JP 2642762B2 JP 2055624 A JP2055624 A JP 2055624A JP 5562490 A JP5562490 A JP 5562490A JP 2642762 B2 JP2642762 B2 JP 2642762B2
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、電力系統の解析や、電力系統機器の機能
試験などに利用する電力系統模擬装置に関するものであ
る。
[従来の技術] 電力系統の模擬は、発電機・励磁系・PSS・調達系・
運動系などの系統のダイナミックスを計算する微分方程
式と、母線・送電線関の関係を表わす回路網方程式の2
組の方程式を、逐次時間を進めながら交互に解いていく
問題である。第4図は、例えば、電気学会論文誌B分
冊、昭和59年5月号、第297頁〜第304頁、論文59−B3
6、「アレイプロセッサに適した高速過渡安定度計算手
法」に示された従来の電力系統模擬装置である。図にお
いて、ステップ(41)は初期設定、ステップ(21)〜
(23)は電力系統網計算、ステップ(101)〜(105)は
発電機動特性計算に関する処理であり、ステップ(4
5)、(46)はこの従来例に特有の処理である。
次に動作について説明する。まず、ステップ(41)で
初期設定を行なった後、発電機母線の計算(ステップ2
1))、非発電機母線の計算(ステップ(22))を行な
う。この従来例による演算では、負荷の非線形特性、例
えば、印加電圧によらず一定の電力を消費するという、
いわゆる定電力特性を考慮して電力系統網計算を行なう
ため、ステップ(21)〜(23)に示すように、繰り返し
計算で解を求めている。即ち、ステップ(23)で収束し
たかどうかを判断し、収束していないときはステップ
(21)に戻る。
ステップ(23)で収束した場合は、発電機の出力電力
と端子電圧が得られる。ステップ(45)とステップ(4
6)の判断により、2回目以降で収束した場合は処理を
終了し、それ以外の場合は得られた発電機の出力電力と
端子電圧を用いて、ステップ(101)〜ステップ(105)
の発電機動特性計算を行なう。即ち、運動系の計算(ス
テップ(101))、PSSの計算(ステップ(102))、励
磁系の計算(ステップ(103))、調達系の計算(ステ
ップ(104))、発電機方程式の計算(ステップ(10
5))をする。この計算により得られた発電機内部誘起
電圧の振幅、位相を用いて、再び電力系統網計算を行な
う。このように処理を繰り返して、電力系統の状態変化
を逐次計算している。このフローチャートは「始め」か
ら「終了」までで一積分きざみにおける処理であり、こ
の処理を繰り返して、電力系統の状態変化を逐次計算し
ている。
ステップ(101)の運動系の計算において、従来装置
では、例えば、関根著,「電力系統解析理論」,昭和46
年,電気書院,第294頁〜第299頁にあるように、回転子
位置Θに対し、 Θ=ωOt+δ となるような位相δを導入し、これを変数として計算を
行なっている。ここで、ωは交流系統の定格角速度で
ある。通常の交流系統においては、全ての発電機がほぼ
定格角速度で回転しており、位相δは−360゜〜360゜の
あいだに留まることが知られており、問題はない。しか
し、例えば、ある発電機が脱調して回転速度が上昇した
場合、又、発電機が停止状態にある場合、位相δは急速
に上昇又は下降する。この場合、純粋理論上は問題ない
が、数値計算において問題が生じる。即ち、電子計算機
においては、数値をA*10Bと表わし、AとBを組み合
わせた数を扱うことが普通である。実際には16進数を用
いているが、ここでは簡単のため10進数で説明する。か
りにAを4桁、Bを2桁とした電子計算機であったとす
ると、58325は5833*101として仮数部と指数部とを並べ
て583301という数値で扱うことになる。ここで位相δが
58325と58333の時、計算機上はどちらも583301となり、
両者の差を取ると、純粋理論上は「8」となるべきとこ
ろが、「0」になってしまう。このため、従来のディジ
タル式電力系統模擬装置では、脱調状態や、発電機停止
状態が長時間持続すると、上記のように計算機の有効数
字を越えてしまい、細かい精度の計算ができず、シミュ
レーションを行なうことができなかった。
[発明が解決しようとする課題] 従来の電力系統模擬装置は、以上のように構成されて
いるので、発電機脱調後でも長時間持続するシミュレー
ションや、停止発電機のある系統のシミュレーション
や、周波数の異なる2つの交流系統を直流送電系統で結
んだ系統のシミュレーションなどにおいて、位相δが異
常に大きい値になり、電子計算機の数値計算上の誤差内
に入り、計算の続行ができなくなって、シミュレーショ
ン不可能となるという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、位相が所定値以上になることを防ぎ、発電
機脱調後でも長時間持続するシミュレーションや、停止
発電機のある系統のシミュレーションや、周波数の異な
る2つの交流系統を直流送電系統で結んだ系統のシミュ
レーションなどにも対応できる電力系統模擬装置を得る
ことを目的とするものである。
[課題を解決するための手段] この発明に係る電力系統模擬装置は、発電機の動特性
を演算する第1演算手段、及び電力系統網の送電状態を
演算する第2演算手段を備え、第1演算手段は第2演算
手段から出力される発電機の出力電力と端子電圧情報を
入力して発電機の一積分きざみ時間後の発電機の状態を
演算し、発電機内部誘起電圧の振幅と位相を第2演算手
段に出力し、第2演算手段は第1演算手段から出力され
る発電機内部誘起電圧の振幅と位相を入力し、この情報
と電力系統網の諸定数を用いて所定時点における電力系
統網の送電状態を演算し、発電機の出力電力と端子電圧
情報を第1演算手段に出力し、さらに第1演算手段にお
ける位相が360度の整数倍である所定の設定値を越えた
場合は、この位相値から設定値を減じた値を位相とし、
第1演算手段と第2演算手段を交互に処理して発電機を
含む電力系統全体の動的変化を逐次模擬するようにした
ものである。
[作用] この発明における電力系統模擬装置は、従来と同様に
位相δを計算した後、その値が所定の設定値を逸脱して
いるかどうかということを弁別する手段を設け、逸脱し
ている場合は、位相δから設定値を加減することによっ
て位相δが常に設定値内に留まるようにしている。
[実施例] この発明の一実施例を図について説明する。第1図は
この発明の一実施例による電力系統模擬装置の演算方式
を示すフローチャートである。(1)は発電機動特性計
算手段(第1演算手段)、(2)は電力系統網計算手段
(第2演算手段)、(11)は発電機回転運動系計算手
段、(12)は発電機内部誘起電圧の位相δの補正計算手
段、(13)は発電機励磁系計算手段である。
今、発電機動特性計算手段(1)により発電機の内部
誘起電圧の振幅VO、位相δを計算する。位相δは例えば
式(1)で計算される。
上記式において、PGは入力される発電機出力の値であ
り、ωO,M,PMは定数である。位相δは、発電機回転運動
系計算手段(11)で一度計算した後に、位相δの補正計
算手段(12)で補正を行なう。即ち、ステップ(12a)
で位相δが所定値360n度以上と判断した場合は、ステッ
プ(12b)で(δ−360n)を位相δとする。又逆に、ス
テップ(12c)で位相δが−360n度以下と判断した場合
は、ステップ(12d)で(δ+360n)を位相δとする。
これにより、位相δは−360n度〜360n度に保たれること
になる。一方、発電機の内部誘起電圧の振幅VOは発電機
励磁系計算手段(13)で計算して出力する。
発電機動特性計算手段(1)で得られた発電機の内部
誘起電圧の振幅VO、位相δを電力系統網計算手段(2)
に入力し、電力系統網の送電線路の交流インピーダン
ス、負荷の等価交流インピーダンス、変圧器の巻線比な
どを用いて交流回路網計算を行ない、発電機の出力電力
PG,端子電圧Vtを出力する。さらにこの発電機の出力電
力PG,端子電圧Vtは発電機動特性計算手段(1)の発電
機回転運動系計算手段(11),発電機励磁系計算手段
(13)に入力され、一積分きざみ時間後の位相δと振幅
VOが演算される。
ここで、位相δは必ず三角関数の引数として用いられ
るので、三角関数の性質により、 Sin δ=Sin(δ−360n) Cos δ=Cos(δ−360n) が成立し、ステップ(12b),ステップ(12d)で360n度
を加減しても演算結果に変化はない。
なお、位相δは発電機回転子位相と対応しており、発
電機回転子位相を補正しても同様の効果を得られること
は言うまでもない。
又、所定値360nにおけるnの値は経験的に決定するこ
ともできるが、所定の精度と計算機の有効桁数が分かれ
ば、以下のように決定できる。
今、有効桁数を10進数でa桁、位相の精度として度を
単位とした数値で小数点以下b桁とすると、小数点以上
の桁数は(a−b)となる。従って、(a−b)桁の整
数がこの範囲で表わされる最大の数となる。これは10の
(a−b)乗よりも小さい数ということである。従っ
て、360nがこの値よりも小さく選べば良い。ここでは単
位を度としているが、ラジアンを単位とするときは、そ
れに応じて所定値を2πnとして、小数点以下の桁数b
を大きくすればよい。
このように上記実施例では、従来と同様に位相δを計
算した後、その値が所定の設定値を逸脱しているかどう
かということを弁別する手段を設けて、逸脱している場
合は、位相δから設定値を加減することによって位相δ
が常に設定値内に留まるようにしている。従って、位相
δが電子計算機の数値計算上の誤差内に入り、計算の続
行ができなくなって、シミュレーション不可能となるの
を防止できる。
また、第2図はこの発明の他の実施例による電力系統
模擬装置を示すブロック図である。この例は電力系統
が、複数の発電機で構成されている場合のものであり、
図において、(1a)〜(1m)は発電機動特性計算手段
で、各々上記実施例で示したような位相δの補正機能を
有する。計算手順としては、電力系網設計算手段(2)
で発電機の出力電力PG1,PG2・・・PGmと端子電圧Vt1,V
t2,・・・Vtmを計算し、それらの値を入力して発電機動
特性計算手段(1a),(1b)・・(1m)で発電機の内部
誘起電圧の振幅VO1,VO2,・・VOMと位相δ1・・δ
mを計算する。発電機動特性計算手段(1a)〜(1m)の
間には計算順序の制約はなく、もし複数の演算装置があ
れば、並行して処理してもよい。もちろん、1台の演算
装置で逐次演算しても良い。
第3図(a),(b),(c)は位相δ12,・・・
δmの時間変化の一例を示す波形図であり、横軸は時
間、縦軸は位相(度)を示す。第3図(a)の位相δ
は増加傾向にあり、所定値360nに達した時点で360nを減
じて0になる。第3図(b)の位相δは変化はあるが
設定値範囲内にあり、位相の修正は起こらない。第3図
(c)の位相δは減少傾向にあり、所定値−360nに達
した時点で(−360n)を減じて、即ち360nを加えて0に
なる。このようにして位相δは−360n度〜360n度に保た
れることになる。このように位相が所定値の範囲内に保
ち、発電機脱調後でも長時間持続するシミュレーション
や、停止発電機のある系統のシミュレーションや、周波
数の異なる2つの交流系統を直流送電系統で結んだ系統
のシミュレーションなどにも対応できる。
[発明の効果] 以上説明したように、この発明によれば、発電機の動
特性を演算する第1演算手段、及び電力系統網の送電状
態を演算する第2演算手段を備え、第1演算手段は第2
演算手段から出力される発電機の出力電力と端子電圧情
報を入力して発電機の一積分きざみ時間後の発電機の状
態を演算し、発電機内部誘起電圧の振幅と位相を第2演
算手段に出力し、第2演算手段は第1演算手段から出力
される発電機内部誘起電圧の振幅と位相を入力し、この
情報と電力系統網の諸定数を用いて所定時点における電
力系統網の送電状態を演算し、発電機の出力電力と端子
電圧情報を第1演算手段に出力し、さらに第1演算手段
における位相が360度の整数倍である所定の設定値を越
えた場合は、この位相値から設定値を減じた値を位相と
し、第1演算手段と第2演算手段を交互に処理して発電
機を含む電力系統全体の動的変化を逐次模擬するように
したので、位相が所定値の範囲外になることを防ぎ、発
電機脱調後でも長時間持続するシミュレーションや、停
止発電機のある系統のシミュレーションや、周波数の異
なる2つの交流系統を直流送電系統で結んだ系統のシミ
ュレーションなどにも対応できる電力系統模擬装置が得
られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による電力系統模擬装置に
係る処理を示すフローチャート、第2図はこの発明の他
の実施例による電力系統模擬装置の構成とデータの流れ
を示すブロック図、第3図(a)〜(c)は一実施例に
係る位相δの変化を示す波形図、第4図は従来の電力系
統模擬装置の演算処理過程を示すフローチャートであ
る。 (1),(1a),(1b),(1m)……発電機動特性計算
手段、(2)……電力系統網計算手段、(11)……発電
機回転運動系計算手段、(12)……発電機内部誘起電圧
の位相δの補正計算手段、(13)……発電機励磁系計算
手段。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 信之 東京都調布市西つつじケ丘2丁目4番1 号 東京電力株式会社技術研究所内 (72)発明者 田岡 久雄 兵庫県尼崎市▲塚▼口本町8丁目1番1 号 三菱電機株式会社産業システム研究 所内 (72)発明者 伊与田 功 東京都千代田区丸の内2丁目2番3号 三菱電機株式会社内 (72)発明者 野口 秀夫 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町1丁目1番 2号 三菱電機株式会社制御製作所内 (56)参考文献 特開 昭58−33933(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】発電機の動特性を演算する第1演算手段、
    及び電力系統網の送電状態を演算する第2演算手段を備
    え、第1演算手段は第2演算手段から出力される発電機
    の出力電力と端子電圧情報を入力して上記発電機の一積
    分きざみ時間後の上記発電機の状態を演算し、上記発電
    機内部誘起電圧の振幅と位相を第2演算手段に出力し、
    第2演算手段は第1演算手段から出力される上記発電機
    内部誘起電圧の振幅と位相を入力し、この情報と電力系
    統網の諸定数を用いて所定時点における上記電力系統網
    の送電状態を演算し、上記発電機の出力電力と端子電圧
    情報を第1演算手段に出力し、さらに第1演算手段にお
    ける位相が360度の整数倍である所定の設定値を越えた
    場合には、この位相値から上記設定値を減じた値を位相
    とし、第1演算手段と第2演算手段を交互に処理して上
    記発電機を含む電力系統全体の動的変化を逐次模擬する
    ことを特徴とする電力系統模擬装置。
JP2055624A 1990-03-06 1990-03-06 電力系統模擬装置 Expired - Lifetime JP2642762B2 (ja)

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EP91103265A EP0445713B1 (en) 1990-03-06 1991-03-04 Electric power system simulator
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