JP2703091B2 - 電力系統模擬装置 - Google Patents
電力系統模擬装置Info
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- Y02E60/76—
-
- Y04S40/22—
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- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Description
【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。
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・送電線間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５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、論分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。
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・送電線間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５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、論分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
（21））、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、いわゆる定電動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。
初期設定を行なった後、発電機母線の計算（ステップ
（21））、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、いわゆる定電動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））、調速系の計算（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。
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））、調速系の計算（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。
［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、電力系統網計算において繰り返し計算を用い
ており、演算時間が長時間になり、又、状況により収束
するまでの繰り返し回数が異なるので、演算時間が一定
しないという問題点があった。このため、例えば、一定
の時間間隔で演算を進行させ、いわゆる実時間シミュレ
ーションを行なうことが難しかった。又、電圧不安定現
像など、いわゆる限界運転状況においては、収束性が悪
く、繰り返し回数が増加し、場合により収束しないこと
もあるなどの問題点があった。
いるので、電力系統網計算において繰り返し計算を用い
ており、演算時間が長時間になり、又、状況により収束
するまでの繰り返し回数が異なるので、演算時間が一定
しないという問題点があった。このため、例えば、一定
の時間間隔で演算を進行させ、いわゆる実時間シミュレ
ーションを行なうことが難しかった。又、電圧不安定現
像など、いわゆる限界運転状況においては、収束性が悪
く、繰り返し回数が増加し、場合により収束しないこと
もあるなどの問題点があった。
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、繰り返し計算による諸問題を解消し、実時
間シミュレーション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。
れたもので、繰り返し計算による諸問題を解消し、実時
間シミュレーション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、負荷の動特性を演算する第２
演算手段、電力系統網の送電状態を演算する第３演算手
段を備え、第１演算手段では発電機の出力電力と端子電
圧を入力して発電機内部の誘起電圧の振幅と位相の一積
分きざみ時間後の値を演算し、第２演算手段では負荷設
置点の交流電圧の大きさを入力して一積分きざみ時間後
の負荷の等価アドミッタンスを代数方程式により演算
し、第３演算手段では第１演算手段で演算した発電機内
部の誘起電圧の振幅と位相、第２演算手段で演算した負
荷の等価アドミッタンス、及び電力系統網インピーダン
スを用いて系統回路網計算により電力系統の各要素を流
れる交流電流を演算して発電機の出力電力と端子電圧を
得るものとし、第1,第２演算手段、と第３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状態変化を逐
次模擬することを特徴とするものである。
を演算する第１演算手段、負荷の動特性を演算する第２
演算手段、電力系統網の送電状態を演算する第３演算手
段を備え、第１演算手段では発電機の出力電力と端子電
圧を入力して発電機内部の誘起電圧の振幅と位相の一積
分きざみ時間後の値を演算し、第２演算手段では負荷設
置点の交流電圧の大きさを入力して一積分きざみ時間後
の負荷の等価アドミッタンスを代数方程式により演算
し、第３演算手段では第１演算手段で演算した発電機内
部の誘起電圧の振幅と位相、第２演算手段で演算した負
荷の等価アドミッタンス、及び電力系統網インピーダン
スを用いて系統回路網計算により電力系統の各要素を流
れる交流電流を演算して発電機の出力電力と端子電圧を
得るものとし、第1,第２演算手段、と第３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状態変化を逐
次模擬することを特徴とするものである。
［作用］ この発明における電力系統模擬装置は、負荷の非線形
特性は負荷の動特性の中で考慮し、電力系統計算では発
電機の内部誘起電圧の振幅と位相、負荷のアドミッタン
ス、送電系統のインピーダンスを用いて、回路網計算す
ることにより電力系統網計算をしているものである。従
って、誘起電圧を独立電圧源として既知とすることで、
全ての点での電圧、電流が回路網計算、即ち行列演算の
組み合わせで得られるので、演算量が常に一定となる。
特性は負荷の動特性の中で考慮し、電力系統計算では発
電機の内部誘起電圧の振幅と位相、負荷のアドミッタン
ス、送電系統のインピーダンスを用いて、回路網計算す
ることにより電力系統網計算をしているものである。従
って、誘起電圧を独立電圧源として既知とすることで、
全ての点での電圧、電流が回路網計算、即ち行列演算の
組み合わせで得られるので、演算量が常に一定となる。
［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
を示すブロック図である。図において、（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
送電状態計算手段（第３演算手段）、（３）は負荷動特
性計算手段（第２演算手段）である。第２図は電力系統
の概念を示す回路図、第３図は負荷特性を示す伝達関数
のブロック図である。第２図において、（４）は発電機
内部誘起電圧に対応する電圧源（V0ei）、（５）は負荷
の等価抵抗（コンダクタンスＧとする）、（６）は電力
系統網である。第３図において、（７）は一次遅れ系、
（８）は入力Ｘにたいし（1/X2）を出力する関数、
（９）は入力に定数G0を乗じるブロックである。これよ
りコンダクタンスＧが得られる。ここでは簡単のため、
コンダクタンスＧのみを扱うが、サセプタンスＢについ
ても同様に扱える。
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
を示すブロック図である。図において、（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
送電状態計算手段（第３演算手段）、（３）は負荷動特
性計算手段（第２演算手段）である。第２図は電力系統
の概念を示す回路図、第３図は負荷特性を示す伝達関数
のブロック図である。第２図において、（４）は発電機
内部誘起電圧に対応する電圧源（V0ei）、（５）は負荷
の等価抵抗（コンダクタンスＧとする）、（６）は電力
系統網である。第３図において、（７）は一次遅れ系、
（８）は入力Ｘにたいし（1/X2）を出力する関数、
（９）は入力に定数G0を乗じるブロックである。これよ
りコンダクタンスＧが得られる。ここでは簡単のため、
コンダクタンスＧのみを扱うが、サセプタンスＢについ
ても同様に扱える。
発電機動特性計算手段（１）は発電機の回転子の動
き、即ちタービンの出力エネルギーと発電機の電気的エ
ネルギーの差を求解する計算と、出力される電圧、即ち
磁回壊路に流れる電流を算出する計算である。この発電
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V0、位相δを計算し、負荷動特性計算手段（３）
により負荷のアドミッタンスG,Bを計算する。第２図で
分かるように、この計算手段（１），（３）により、電
力系統網計算に必要な全ての変数、即ち電圧源（４）の
振幅V0と位相δ、負荷（５）のアドミッタンス（コンダ
クタンスG,サセプタンスＢ）、及び系統情報としてのイ
ンピーダンスが決定される。これらの値が決定される
と、例えば、「グラフ理論解説」，昭晃堂，昭和49年，
第109頁〜第115頁などに示されているように、全ての節
点の電圧、全ての枝の電流が得られるので、これらの値
を用いて、電力系統網送電状態計算手段（２）では系統
回路網計算により電力系統の各要素を流れる交流電流を
計算、発電機の出力電力PG,端子電圧Vt,負荷設置点の交
流電圧VLが容易に計算できる。
き、即ちタービンの出力エネルギーと発電機の電気的エ
ネルギーの差を求解する計算と、出力される電圧、即ち
磁回壊路に流れる電流を算出する計算である。この発電
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V0、位相δを計算し、負荷動特性計算手段（３）
により負荷のアドミッタンスG,Bを計算する。第２図で
分かるように、この計算手段（１），（３）により、電
力系統網計算に必要な全ての変数、即ち電圧源（４）の
振幅V0と位相δ、負荷（５）のアドミッタンス（コンダ
クタンスG,サセプタンスＢ）、及び系統情報としてのイ
ンピーダンスが決定される。これらの値が決定される
と、例えば、「グラフ理論解説」，昭晃堂，昭和49年，
第109頁〜第115頁などに示されているように、全ての節
点の電圧、全ての枝の電流が得られるので、これらの値
を用いて、電力系統網送電状態計算手段（２）では系統
回路網計算により電力系統の各要素を流れる交流電流を
計算、発電機の出力電力PG,端子電圧Vt,負荷設置点の交
流電圧VLが容易に計算できる。
又、負荷（５）の非線形特性は、第３図に示すよう
に、負荷（５）の動特性で模擬できる。一次遅れ系
（７）におけるＴは時定数、Ｓは微分を表わす。第３図
において、VLが一定とすれば、コンダクタンスＧは、式
（１）のように表わされる。
に、負荷（５）の動特性で模擬できる。一次遅れ系
（７）におけるＴは時定数、Ｓは微分を表わす。第３図
において、VLが一定とすれば、コンダクタンスＧは、式
（１）のように表わされる。
Ｇ＝G0/VL 2 ……（１） となる。従って、この負荷で消費する電力は、 Ｐ＝VL 2G＝G0 ……（２） となり、VLの値によらず、一定値G0となり、定電力特性
が模擬できることになる。この演算手段（１），（３）
と演算手段（２）とを交互に処理すれば、一積分きざみ
で時間が進み、発電機を含む電力系統全体の状態変化を
逐次模擬できる。
が模擬できることになる。この演算手段（１），（３）
と演算手段（２）とを交互に処理すれば、一積分きざみ
で時間が進み、発電機を含む電力系統全体の状態変化を
逐次模擬できる。
この実施例では従来のような電力系統網送電状態計算
での繰り返し計算手順がなくなったので、状況によらず
演算時間が一定で、かつ高速演算の可能な電力系統模擬
装置が得られる。さらに、演算時間が一定であるので、
実時間シュミレーションにも対応できる。
での繰り返し計算手順がなくなったので、状況によらず
演算時間が一定で、かつ高速演算の可能な電力系統模擬
装置が得られる。さらに、演算時間が一定であるので、
実時間シュミレーションにも対応できる。
また、第４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。図において、（11）
〜（13）は例えば３個の発電機動特性計算手段、（3
1），（32）は例えば２個の負荷動特性計算手段であ
る。この実施例は、３台の発電機、２つの負荷で構成さ
れる電力系統に対応するものである。発電機動特性計算
手段（11）〜（13）により発電機の内部誘起電圧の振幅
V01,V02,V03、と位相δ1,δ2,δ３を計算し、電力系統
網送電状態計算手段（31），（32）により負荷のアドミ
ッタンスG1,G2,B1,B2を計算する。これらの値を用いて
電力系統網送電状態計算手段（２）では発電機の出力電
力PG1,PG2,PG3、端子電圧Vt1,Vt2,Vt3、及び負荷設置点
の電圧VL1,VL2を容易にかつ高速に計算できる。発電機
動特性計算手段（11）〜（13）と負荷特性計算手段（3
1），（32）はお互いに独立な処理機能であり、演算順
序に関する制約はない。従ってどのような順序で処理し
てもよい。又、複数の演算装置が利用できるときは、各
処理機能を各々の演算装置で実行させ、並列に演算する
ことができる。並列演算により全体の演算時間が短縮で
きる。
模擬装置を示すブロック図である。図において、（11）
〜（13）は例えば３個の発電機動特性計算手段、（3
1），（32）は例えば２個の負荷動特性計算手段であ
る。この実施例は、３台の発電機、２つの負荷で構成さ
れる電力系統に対応するものである。発電機動特性計算
手段（11）〜（13）により発電機の内部誘起電圧の振幅
V01,V02,V03、と位相δ1,δ2,δ３を計算し、電力系統
網送電状態計算手段（31），（32）により負荷のアドミ
ッタンスG1,G2,B1,B2を計算する。これらの値を用いて
電力系統網送電状態計算手段（２）では発電機の出力電
力PG1,PG2,PG3、端子電圧Vt1,Vt2,Vt3、及び負荷設置点
の電圧VL1,VL2を容易にかつ高速に計算できる。発電機
動特性計算手段（11）〜（13）と負荷特性計算手段（3
1），（32）はお互いに独立な処理機能であり、演算順
序に関する制約はない。従ってどのような順序で処理し
てもよい。又、複数の演算装置が利用できるときは、各
処理機能を各々の演算装置で実行させ、並列に演算する
ことができる。並列演算により全体の演算時間が短縮で
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、負荷の動特性を演算する
第２演算手段、電力系統網の送電状態を演算する第３演
算手段を備え、第１演算手段では発電機の出力電力と端
子電圧を入力して発電機内部の誘起電圧の振幅と位相の
一積分きざみ時間後の値を演算し、第２演算手段では負
荷設置点の交流電圧の大きさを入力して一積分きざみ時
間後の負荷の等価アドミッタンスを代数方程式により演
算し、第３演算手段では第１演算手段で演算した発電機
内部の誘起電圧の振幅と位相、第２演算手段で演算した
負荷の等価アドミッタンス、及び電力系統網インピーダ
ンスを用いて系統回路網計算により電力系統の各要素を
流れる交流電流を演算して発電機の出力電力と端子電圧
を得るものとし、第1,第２演算手段、と第３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状態変化を
逐次模擬することにより、従来のように電力系統網送電
状態計算での繰り返し計算手順が必要なく、演算時間が
一定で、実時間シュミレーションにも対応でき、かつ高
速演算の可能な電力系統模擬装置が得られる効果があ
る。また、第２演算手段において、負荷の動特性を対数
方程式を用いて演算しているので、負荷の動特性の演算
処理が早く行えるという効果がある。
特性を演算する第１演算手段、負荷の動特性を演算する
第２演算手段、電力系統網の送電状態を演算する第３演
算手段を備え、第１演算手段では発電機の出力電力と端
子電圧を入力して発電機内部の誘起電圧の振幅と位相の
一積分きざみ時間後の値を演算し、第２演算手段では負
荷設置点の交流電圧の大きさを入力して一積分きざみ時
間後の負荷の等価アドミッタンスを代数方程式により演
算し、第３演算手段では第１演算手段で演算した発電機
内部の誘起電圧の振幅と位相、第２演算手段で演算した
負荷の等価アドミッタンス、及び電力系統網インピーダ
ンスを用いて系統回路網計算により電力系統の各要素を
流れる交流電流を演算して発電機の出力電力と端子電圧
を得るものとし、第1,第２演算手段、と第３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状態変化を
逐次模擬することにより、従来のように電力系統網送電
状態計算での繰り返し計算手順が必要なく、演算時間が
一定で、実時間シュミレーションにも対応でき、かつ高
速演算の可能な電力系統模擬装置が得られる効果があ
る。また、第２演算手段において、負荷の動特性を対数
方程式を用いて演算しているので、負荷の動特性の演算
処理が早く行えるという効果がある。
第１図はこの発明の一実施例による電力系統模擬装置を
示すブロック図、第２図は電力系統の概念を説明する説
明図、第３図は負荷の伝達関数を示すブロック図、第４
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、第５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），（11），（12），（13）……発電機動特性計算
手段、（２）……電力系統網送電状態計算手段、
（３），（31），（32）……負荷動特性計算手段。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
示すブロック図、第２図は電力系統の概念を説明する説
明図、第３図は負荷の伝達関数を示すブロック図、第４
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、第５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），（11），（12），（13）……発電機動特性計算
手段、（２）……電力系統網送電状態計算手段、
（３），（31），（32）……負荷動特性計算手段。 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)
- 【請求項１】発電機の動特性を演算する第１演算手段、
負荷の動特性を演算する第２演算手段、電力系統網の送
電状態を演算する第３演算手段を備え、第１演算手段で
は発電機の出力電力と端子電圧を入力して上記発電機内
部の誘起電圧の振幅と位相の一積分きざみ時間後の値を
演算し、第２演算手段では負荷設置点の交流電圧の大き
さを入力して一積分きざみ時間後の上記負荷の等価アド
ミッタンスを代数方程式により演算し、第３演算手段で
は第１演算手段で演算した上記発電機内部の誘起電圧の
振幅と位相、第２演算手段で演算した上記負荷の等価ア
ドミッタンス、及び電力系統網インピーダンスを用いて
系統回路網計算により電力系統の各要素を流れる交流電
流を演算して上記発電機の出力電力と端子電圧を得るも
のとし、第１、第２演算手段、と第３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状態変化を逐
次模擬することを特徴とする電力系統模擬装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2055622A JP2703091B2 (ja) | 1990-03-06 | 1990-03-06 | 電力系統模擬装置 |
| CA002037371A CA2037371C (en) | 1990-03-06 | 1991-02-28 | Electric power system simulator |
| EP91103265A EP0445713B1 (en) | 1990-03-06 | 1991-03-04 | Electric power system simulator |
| DE69133132T DE69133132T2 (de) | 1990-03-06 | 1991-03-04 | Simulator für ein elektrisches Leistungssystem |
| US07/665,192 US5317525A (en) | 1990-03-06 | 1991-03-05 | Electric power system simulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2055622A JP2703091B2 (ja) | 1990-03-06 | 1990-03-06 | 電力系統模擬装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03256526A JPH03256526A (ja) | 1991-11-15 |
| JP2703091B2 true JP2703091B2 (ja) | 1998-01-26 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP2703091B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5833933A (ja) * | 1981-08-21 | 1983-02-28 | 株式会社日立製作所 | 電力系統の過渡状態演算装置 |
-
1990
- 1990-03-06 JP JP2055622A patent/JP2703091B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03256526A (ja) | 1991-11-15 |
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