JP2880827B2 - 電力系統訓練シミュレータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電力系統を実時間で模擬
して、事故状態における電力系統操作を訓練するための
電力系統訓練シミュレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】電力系統訓練シミュレータの概要を簡単
に説明する。電力系統訓練シミュレータは訓練対象シス
テム、即ち、給電所や総合制御所計算機システムの運用
者の訓練を行なうことを目的としたものである。訓練指
導者（以下、トレーナと言う）によるデータ設定及び制
御や被訓練者（以下、トレーニと言う）により訓練対象
システムを通じて行なわれる操作や制御に対して電力系
統の応動を模擬し、トレーニがあたかも実系統で訓練対
象システムを運用しているような状況を作りだし、トレ
ーニの訓練を行なうものである。従来の電力系統訓練シ
ミュレータでは、電力の需要（負荷）と供給（発電）の
バランス関係より電力系統の周波数を算出すると共に、
負荷の周波数特性より負荷の値を算出し、さらに発電機
ガバナの周波数変動による応動を模擬することによって
発電機出力値を算出し、これら算出された負荷の値及び
発電機出力値を入力として潮流計算を行ない、系統の状
態量（母線電圧や送電線潮流）を算出して電力系統を模
擬していた。

【０００３】以下、従来から用いられている方式につ
き、図面を用いて説明する。図３は従来の電力系統訓練
シミュレータの構成を示したブロック図である。１はト
レーニ用マンマシン装置、２は訓練対象システムである
模擬系統監視制御手段、３は操作・制御データファイ
ル、４は模擬系統データファイル、５は電力系統模擬手
段、６はトレーナ用マンマシン装置、51は系統モデル作
成処理手段、52は周波数動揺計算処理手段、53は潮流計
算処理手段、54は模擬結果送出処理手段である。トレー
ニはトレーニ用マンマシン装置１を介し、模擬系統監視
制御手段２（訓練対象システム）を運用して訓練を行な
う。模擬系統監視制御手段２は、トレーニ用マンマシン
装置１を介してトレーニが行なった系統操作を操作・制
御データファイル３に送信したり、トレーニ用マンマシ
ン装置１を介してトレーニが設定したデータをもとに自
動制御処理を行ない、その制御データを操作・制御デー
タファイル３へ送信する。また、模擬系統監視制御手段
２は、模擬系統データファイル４から入力した開閉器の
投入・開放状態データ及び43ＳＷ状態データ及びリレー
応動データ（以後ＳＶデータと言う）及び発電機出力
値，母線電圧，送電線・変圧器潮流（以後ＴＭデータと
言う）等の系統状態データを処理し、トレーニ用マンマ
シン装置１を介してトレーニに提供する。

【０００４】電力系統模擬手段５は模擬系統監視制御手
段２から送信された操作・制御データファイル３及び前
回の模擬結果である模擬系統データファイル４及びトレ
ーナ用マンマシン装置６を介してトレーナが設定したデ
ータをもとに電力系統の応動を模擬し、模擬系統データ
ファイルに出力すると共にその状態をトレーナ用マンマ
シン装置６を介してトレーナにも提供する。電力系統模
擬手段５はさらに系統モデル作成処理手段51，周波数動
揺計算処理手段52，潮流計算処理手段53，模擬結果送出
処理手段54に分けられる。ここで、系統モデル作成処理
手段51はＳＶデータをもとに電力系統の接続状態を認識
し、周波数動揺計算処理手段52及び潮流計算処理手段53
が必要とする系統モデルを作成する。周波数動揺計算処
理手段52は電力の需要（負荷）と供給（発電）のバラン
ス関係より電力系統の周波数を算出すると共に、負荷の
周波数特性より負荷の値を算出し、さらに発電機ガバナ
の周波数変動による応動を模擬することにより、発電機
出力値を算出する。

【０００５】潮流計算処理手段53はこれら算出された負
荷の値及び発電機出力値を入力として潮流計算を行な
い、系統の状態量（母線電圧や送電線潮流）を算出す
る。模擬結果送出処理手段54は計算された系統の状態量
をもとにリレー応動等を模擬し、これらの結果を模擬系
統データファイル４に出力する。これら４つの処理のな
かで、周波数動揺計算処理手段52はその現象が早いため
に一般に短いきざみ幅で計算する必要があり、通常は0.
1 秒程度のきざみ幅で計算されるため高速モデルとよば
れる。一方、その他の３つの処理は一般に訓練対象シス
テムのＴＭデータ更新周期にあわせて処理すれば良く、
通常は２〜５秒周期又はその整数倍の周期で計算される
ため中低速モデルとよばれる。これらの処理は系統モデ
ル作成処理の後、周波数動揺計算処理を１周期分（20〜
50回）実行し、その後潮流計算処理及び模擬結果送出処
理を行なうという形で逐次処理されていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】電力系統では事故発生
等により発電機の動揺や脱調等が起きる場合がある。こ
れらの発電機の動揺や脱調現象が発生した場合、運用者
が対応処置を誤ると事故が電力系統全体に波及して大事
故につながるため、これらの状況下における訓練が必要
とされていた。前記した従来の方式では周波数の動揺の
模擬のみしか行なうことができず、そのため発電機の出
力，電圧等の状態量の動揺や発電機の脱調といった現象
までを正確に模擬し、これらが発生した場合のトレーニ
の対応を訓練できるような電力系統訓練シミュレータの
開発が望まれていた。しかしながら、この発電機の動揺
や脱調現象を模擬するためには過渡安定度計算を行なう
必要がある。

【０００７】過渡安定度計算は図３の周波数動揺計算処
理と潮流計算処理に替わって、系統状態を短いきざみ幅
で厳密に計算するものであるが、この過渡安定度計算は
最新の高速演算手法を用いてもリアルタイム（１秒間の
現象の模擬計算に１秒を要す）ぎりぎりのため、従来の
技術で述べたように系統モデル作成処理及び模擬結果送
出処理を含めて逐次処理していたのではリアルタイム性
を実現することが難しく、またＣＰＵ負荷の面でも大き
な問題になっていた。本発明は上記の課題を解決するた
めになされたものであり、過渡安定度計算処理を中心と
した高速モデル模擬手段と系統モデル作成処理及び模擬
結果送出処理等を含んだ中低速モデル模擬手段を同期を
とりながら並列に実行させることにより、模擬全体の計
算時間を短縮することにより過渡安定度計算を適用可能
とし、発電機の動揺や脱調現象をリアルタイムで模擬可
能な電力系統訓練シミュレータを提供することを目的と
している。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では電力系統の応動を模擬し、トレーニの訓
練を行なう電力系統訓練シミュレータにおいて、電力系
統模擬手段をＳＶデータをもとに電力系統の接続状態を
認識し必要な系統モデルを作成する系統モデル作成処理
手段と、事故時の系統変化を時系列的に作成し過渡安定
度計算に渡す事故シーケンス作成処理と、計算された系
統の状態量をもとに各種応動計算を実施し結果を送出す
る模擬結果送出処理と、これらをもとに系統状態を厳密
に計算する過渡安定度計算処理と、過渡安定度計算結果
をもとに周波数リレーや脱調分離リレー等を模擬する高
速リレー応動処理と、前記処理を管理し並列に実行させ
る並列実行管理処理とから構成した。 ［作用］前記系統モデル作成処理と事故シーケンス作成
処理と模擬結果送出処理は、ＴＭデータ更新周期又はそ
の整数倍の周期に合わせて実行される中低速モデル模擬
手段であり、過渡安定度計算処理と高速リレー応動処理
は、0.1 秒程度のきざみ幅で実行される高速モデル模擬
手段である。並列実行管理処理は前記中低速モデル模擬
手段と高速モデル模擬手段の実行を管理し、同期をとっ
て並列に実行させる。並列実行管理処理により逐次実行
していたのでは難しかった過渡安定度計算による電力系
統のリアルタイム模擬が可能になり、また単純な並列処
理では操作等のレスポンス時間が２倍必要となってしま
うところを同期をとり、かつ処理順序を工夫することに
より、従来の逐次処理と同一周期のレスポンスを実現で
きるため、きわめて実系統に近い模擬が可能となる。ま
た複数のプロッセサで並列実行することにより、負荷分
散が可能となり、ＣＰＵ負荷を大幅に低減させることが
できる。

【０００９】

【実施例】以下図面を参照して実施例を説明する。図１
は本発明による電力系統訓練シミュレータを説明する一
実施例の機能ブロック構成図である。図１において図３
と同一部分については同一符号を付して説明を省略す
る。図１において、51は系統モデル作成処理手段、54は
模擬結果送出処理手段、55は事故シーケンス作成処理手
段で、これらをあわせて中低速モデル模擬手段とよぶ。
57は過渡安定度計算処理手段、58は高速リレー応動処理
手段でこの２つを高速モデル模擬手段とよぶ。また56は
２つの模擬手段を管理する並列実行管理手段である。そ
の他の構成は図３と同様である。以下に新たに追加され
た構成部分の機能説明をする。系統モデル作成処理手段
51はＳＶデータをもとに電力系統の接続状態を認識し、
感度安定度計算処理手段57が必要とする系統モデルを作
成する。事故シーケンス作成処理手段55は事故による保
護リレー動作及びＣＢトリップを予測し、１周期分の系
統変更のシーケンスを作成し、過渡安定度計算処理手段
57に渡す。過渡安定度計算処理手段57は前記処理が作成
したデータを受けて、発電機及びその制御系を表す微分
方程式と電力系統の電圧・電流の関係を表す代数方程式
の求解を行なう。

【００１０】高速リレー応動処理手段58は前記過渡安定
度計算処理手段57の計算結果をもとに各種リレーの模
擬、例えば周波数リレーや脱調分離リレー等の模擬を行
なう。過渡安定度計算処理手段57と高速リレー応動処理
手段58は早い現象の模擬を行なう高速モデル手段であ
り、一般に0,1秒程度のきざみ幅で中低速モデルの１周
期分繰り返し計算される。模擬結果送出処理手段54は高
速モデル模擬手段の結果を受けて、比較的応答の遅いリ
レーの模擬、例えば過負荷リレーや不足電圧リレー等の
模擬や、比較的応答の遅い制御系の模擬を行ない、これ
らの結果を模擬系統データファイル４に出力する。

【００１１】並列実行管理処理手段56は前記高速モデル
模擬手段と中低速モデル模擬手段を並列に実行させるた
めのものであるが、一般に中低速モデル模擬手段と高速
モデル模擬手段を単純に並列実行したのでは、操作等に
よるレスポンスは少なくとも中低速モデル模擬手段に１
周期、高速モデル模擬手段に１周期の計２周期必要とな
る。本発明では操作等によるレスポンスを早くするため
に処理順序に工夫をしており、その内容を図２を用いて
説明する。中低速モデル模擬手段と高速モデル模擬手段
は、お互いに矢印のところで同期をとって処理を実行す
るが、まず中低速モデル模擬手段が前周期の最後に計算
した系統モデル及び事故シーケンスを、Ｓ1 において高
速モデル模擬手段に送出する。高速モデル模擬手段は送
られた系統モデルや事故シーケンスの結果（特にＴＭデ
ータ）を早く返すために、最初の１断面（例えば0.1
秒）だけＳ6 において計算後、Ｓ7 において模擬系統デ
ータを中低速モデル模擬手段へ送出する。中低速モデル
模擬手段はＳ2 においてこの結果を模擬系統データファ
イルへ出力し、各種応動模擬を行なう。さらに、その周
期の最後Ｓ3 で系統モデル作成処理と事故シーケンス作
成処理を行ない、高速モデル模擬手段の完了を待ち合わ
せる。これにより系統モデル作成処理Ｓ3 で受け付けた
操作等の応動は、次の周期の系統モデル作成処理の前に
は返されたおり、素早いレスポンスを実現することがで
きる。

【００１２】なお、上記実施例では説明上、高速モデル
模擬手段と中低速モデル模擬手段の機能を数個のブロッ
クであらわしたが、模擬の必要性に応じて上記以外のブ
ロックが付加されてもいっこうにかまわない。また、高
速モデル模擬手段からの模擬系統データの送出を１断面
計算後としたが、素早いレスポンスを実現できる範囲内
であればどのタイミングでもよい。また、並列実行は複
数の計算機で行なうが、複数のプロセッサを有する同一
計算機で並列処理してもよいし、計算機ハードウェアの
方式は一切問わない。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば同
一周期内の素早い操作レスポンスを保ちながら、高速モ
デル模擬手段と中低速モデル模擬手段を並列処理するこ
とにより、系統模擬全体の計算時間を大幅に短縮するこ
とができる。また、並列処理により負荷分散が可能とな
り、ＣＰＵ負荷を大幅に低減させることができる。この
方法により、系統模擬に過渡安定度計算を適用すること
が可能となり、発電機の動揺や脱調現象をリアルタイム
で模擬可能な電力系統訓練シミュレータを提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電力系統訓練シミュレータを説明
する機能ブロック構成図。

【図２】本発明による並列処理の手順を説明するシーケ
ンス図。

【図３】従来の電力系統訓練シミュレータを説明するブ
ロック構成図。

【符号の説明】

１ トレーニ用マンマシン装置 ２ 模擬系統監視制御手段（訓練対象システム） ３ 操作・制御データファイル ４ 模擬系統データファイル ５ 電力系統模擬手段 51 系統モデル作成処理手段 52 周波数動揺計算処理手段 53 潮流計算処理手段 54 模擬結果送出処理手段 55 事故シーケンス作成処理手段 56 並列実行管理手段 57 過渡安定度計算処理手段 58 高速リレー応動処理手段 ６ トレーナ用マンマシン装置

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力系統の応動を実時間で模擬する電力
   系統模擬手段と、模擬系統の状態を表示し、被訓練者の
   操作や制御信号を前記電力系統模擬手段へ送る模擬系統
   監視制御手段よりなる電力系統訓練シミュレータにおい
   て、前記電力系統模擬手段が変化の早い現象を模擬する
   高速モデル模擬手段と、変化の比較的遅い現象を模擬す
   る中低速モデル模擬手段に分かれ、並列実行管理手段が
   両模擬手段を並列に実行させることを特徴とする電力系
   統訓練シミュレータ。