JP3304664B2 - 電力系統安定化制御装置及び電力系統安定化制御方法 - Google Patents
電力系統安定化制御装置及び電力系統安定化制御方法Info
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Description
を抑制するための電力系統安定化装置および方法に係
り、特に複数地点に設置された系統安定化機器の協調を
取ることにより、様々な系統の運用条件や事故条件に対
して柔軟かつ的確に対応できる電力系統安定化装置およ
び方法に関する。
電力動揺を抑えるための系統安定化機器として、発電機
の励磁制御装置に付加するPSS(Power System Stabil
izer)や、静止型無効電力補償装置(SVC),サイリ
スタ制御直列コンデンサ,サイリスタ制御高速移相器,
フライホイール発電機(FWG),SMES,電池など
がある。
号を検出してフィードバック制御により系統の安定化を
図る。しかし電力系統に発生する電力動揺は、系統の接
続状態,潮流状態,外乱の場所や大きさなどにより様々
に変化する。そのため安定化機器の制御方策も、これら
の変化に対応して最適な値となるよう変化させる必要が
ある。従来の制御方策を変化させる方法としては、特開
平4−121024 号に記載されているように、線路潮流の大
きさに応じてSVCの制御ゲインを変化させる方法があ
った。
数の安定化機器が設置されている場合、機器間で制御す
る際に協調を取る必要がある。特に系統の接続状態や潮
流状態の変化に対応させて制御方策を変更する場合に
は、機器間の協調を取らなければ適切な制御が実施でき
ない。
合、どの機器がどの動揺モードに対応する制御を行うか
という制御分担を適切に設定する必要があるが、上記従
来技術は単体の安定化機器についての変更方法のため、
他の安定化機器の運用状態の変化については考慮でき
ず、複数の機器の制御分担を設定することができない。
本発明の目的は、電力系統の接続状態や潮流状態,事故
条件などが変化しても、常に適切な制御が実施できるよ
う複数の安定化機器間の協調を図り、安定化機器の制御
方策を変更できる電力系統安定化装置および方法を提供
することにある。
め、電力系統からの系統情報を取り込む系統情報入力手
段と,安定化機器の運用状態を取り込む機器運用状態入
力手段と,取り込んだ系統情報をもとに系統状態を決定
する系統状態決定手段と,決定した系統状態と安定化機
器の運用状態とに基づいて制御方策を決定する制御方策
決定手段と,決定した制御方策を系統安定化機器に出力
する制御方策出力手段と、を設けるようにした。
故に対する制御方策を予め作成できるようにした想定事
故設定手段を設け、想定事故に対応した制御方策を制御
方策テーブル作成手段が制御方策テーブルに保存し、そ
の制御方策を制御方策決定手段が決定するようにした。
決定手段が呈示した制御方策案の中から運転員が制御方
策を選択できるようにした。
方策出力手段から出力された制御方策を入力する制御方
策入力手段を設けた。
器運用状態から、外乱によって発生する複数の動揺モー
ドを求める動揺モード分析手段と、この複数の動揺モー
ドから、抑制すべき抑制動揺モードを抽出し、前記系統
安定化機器に対し、抑制すべき抑制動揺モードを担当さ
せる抑制動揺モード担当手段とを備えるようにした。ま
た、電力系統の系統情報と電力系統機器運用状態から、
外乱によって発生する動揺モードを求める動揺モード分
析手段と、この動揺を押さえるように、複数の電力系統
安定化機器に対し、制御パラメータを設定するようにし
たものである。
た系統状態と複数の系統安定化機器の運用状態とに基づ
いて各安定化機器の協調を取りながら各機器の制御方策
を決定する。それにより系統状態に対応した適切な制御
方策が決定できる。
た時間応答シミュレーションを行って、どの地点にどの
ような動揺モードが現われるかを分析する。分析した結
果に基づいて、どの地点の系統安定化機器がどの動揺モ
ードを担当するかを設定する。担当する動揺モードが決
まれば、それに基づいて制御パラメータを決定する。こ
のように動揺モードの分析により機器の制御分担を設定
することにより、適切な制御方策が決定できる。
用いれば制御方策を直接決定することもできる。この場
合は代表的な系統状態や機器の運用状態に対する制御方
策を前もってテーブルとして作成しておくので、様々な
制御方策案の中から選ぶ手間が省略でき、迅速に制御方
策が決定できる。
故を想定し、予め決定しておいたその事故に対する制御
方策を、制御方策テーブル作成手段により制御テーブル
に保存しておく。そして実際に事故が発生したら、制御
方策決定手段が系統情報入力手段と系統状態決定手段か
らの情報により事故点や事故種別を認識し、対応する制
御方策を制御方策テーブルから選択することにより制御
方策が決定できる。
よう、制御方策決定手段は制御方策選択手段を介して制
御方策案とその評価結果を表示すると、運転員はそれを
見て適切な制御方策案を制御方策選択手段から選定する
ことができる。
置を電力系統内の複数の地点に設置する場合は、他の安
定化制御装置の制御方策出力手段から制御方策入力手段
を介して制御方策が出力されるので、他の地域の系統安
定化機器との協調も取りながら制御方策を決定すること
ができる。
ードを分析し最も抑えたいモードに対する制御方策をそ
の安定化機器が取ることで最も効率的な抑制動作が可能
になる。
るために、複数の安定化機器に対し、特定の動揺を押さ
えるためにそれぞれ制御パラメータを設定することによ
り、例えば大きな動揺が発生した場合でも、複数の安定
化機器が同時に対応することにより、系統の安定化が図
れるようにするものである。
する。
置1001の構成図である。電力系統内の各地点から検
出された電圧,電流,電力情報やスイッチの接続状態が
系統情報として系統情報入力手段11を介して入力され
る。また系統情報には母線電圧や負荷電力,発電機の出
力電力,送電線の線路潮流なども含まれる。
所に設置された系統安定化機器の例として、SVC31
とフライホイール発電機(以下FWGと呼ぶ)32とが
設置されている。系統安定化機器から出力された機器の
運用状態(後述)が機器運用状態入力手段12を介して
入力される。系統状態決定手段13は、状態推定計算に
より系統情報の補足・修正を行って、潮流方程式を満足
する系統状態を作成する。
用状態を考慮しながら系統安定化機器の制御方策を決定
し、制御方策出力手段18が制御方策を各系統安定化機
器に出力する。制御方策を決定するための補助手段とし
て、動揺モード分析手段15,制御分担設定手段16,
制御パラメータ設定手段17がある。
策を決定する方法の一例を、図2のフローチャートを用
いて説明する。
が取り込まれる。SVC31,FWG32についてはそ
れぞれの機器から発生または吸収される有効電力,無効
電力値の情報が取り込まれ、又、前もってデータとして
入力しておくこれらの系統情報に基づいて、系統状態決
定手段13が状態計算を行って、潮流方程式を満足する
最も確からしい系統状態を作成する。潮流方程式とはキ
ルヒホッフの法則から導かれるもので、電力系統の回路
の特性を表す式であるが、オンラインの入力情報は誤差
や時差を含むため、一般に潮流方程式は満足しない。そ
こで状態推定から、例えば最小自乗法などの手法を用い
て潮流方程式が成立するよう入力情報を修正するもので
ある。例えば深尾 毅,豊田 淳一著「電力へのコンピ
ュータへの応用」産業図書(昭和47年発行)p167
〜p173、あるいは特開平3−215124 号に記載されて
おり、公知である。
とFWG32が使用可能かどうかの状態、例えば使用可
能ならば1、または使用不可ならば0といった2値情報
で示される情報、又、必要に応じてさらにより詳細な機
器運用状態を設定するために、それぞれの機器が系統に
対してあと、どの程度安定化のために貢献できるかを示
す動作変更可能量が機器運用状態入力手段12により取
り込まれる。以上の結果をもとに機器運用状態と系統状
態が設定される(ステップ21)。
す送電線を、例えば送電線L1の3相短絡事故等をモデ
ル的に設定し、又、場合によっては実際に発生した事故
等を設定する、ステップ23でその外乱に対する時間応
答シミュレーションを行う。動揺モード分析手段15
は、シミュレーション結果をもとに動揺モードの分析を
行う(ステップ24)。動揺モードの分析とは、どの地
点の時間応答波形にどの動揺モードが多く含まれている
かを調べるものである。
の間に流れる有効電力P1および発電機G2から出てい
くP2の潮流の時間応答波形が図3のようになったとす
る。P1には比較的周期の長い動揺モード(これをモー
ド2と呼ぶ)が、P2には周期の短い動揺モード(モー
ド1と呼ぶ)が多く含まれていることが、フーリエ解
析,プローニー解析等で求めることが可能になる。この
ように電力系統では複数の動揺モードが発生する場合が
多く、これら複数モードの動揺を複数の安定化制御機器
の協調制御により抑制する必要がある。
まず計算し、どのような動揺モードが発生するかを調べ
る。系統の固有値とは、系統の動特性を現わす式を線形
化した状態方程式 dx/dy=Ax x:状態変化ベクトル の係数行列Aの固有値のことで、系統に外乱が加わった
とき、どのような動揺が発生するかを表すものである。
固有値は線路インピーダンス,潮流状態,発電機の動特
性、および制御系がわかっていれば計算できる。このう
ち線路インピーダンスと発電機の動特性については固定
値であり、予めデータベースに蓄えておくことが可能と
なる。
たものを用いれば良い。また各機器の制御系のパラメー
タについては、最終的には制御方策決定音段141によ
って定まるが、決定する前の段階では標準的なパラメー
タを仮の数値として用いるようにしてもよい。
行われているもので、例えば電気評論1990年第3月
号p62〜p66の連載講座・「電力系統解析技術の基
礎と応用」が詳しい。
間応答波形について、例えばフーリエ解析手法やプロー
ニー解析手段などを用い、各動揺モードがどれだけ多く
含まれているかを調べる(ステップ24)。
が制御分担を設定する。例えばSVC31は有効電力P
1を、FWG32は有効電力P2を制御入力として用い
るとすれば、図3に示すように、有効電力P1にはモー
ド2が、有効電力P2にはモード1がそれぞれ多く含ま
れているので、SVC31がモード2,FWG32がモー
ド1を抑制するように分担を定める。
めに使用する機器が、有効電力情報だけではなく、周波
数,電圧、又は相対的な位相の制御情報を用いても制御
できるのであれば、前述のステップで、これらの制御情
報を求めるようにしてもよい。
の数が多い場合、制御分担設定手段16は抑制したい動
揺モードを系統安定化機器の数に限定し、制御分担を設
定する。また逆に系統安定化機器の数よりも動揺モード
の数が少ない場合は、同一モードを複数の系統安定化機
器で分担制御するようにすれば良い。詳細については、
近藤文治著「電子制御工学」コロナ社(昭和38年発
行)p101〜p102に記載のようにして位相補償を
構成する要素の値を決めれば良い。
パラメータ設定手段17がFWG32とSVC31の制
御パラメータを設定する(ステップ26)。
リセットフィルタ,位相補償,ゲインから構成され制御
パラメータT0,T1,T2,K を有しているとする。
リセットフィルタおよび位相補償のパラメータ設定につ
いては、分担する動揺モードを決めれば、それに基づい
て特定できる。例えば位相補償として90゜遅らせたい
ときは、動揺周波数における位相遅れが90゜になるよ
う補償位相を定めれば良い。
の変化を見ながら最適な値を探す方法を取ればよい。例
えずFWG32とSVC31のゲインをそれぞれ変化さ
せたとき、電力動揺ダンピングに対する動揺周波数の固
有値が図5のように変化したとする。この場合FWG3
2はモード1を分担しているので、電力動揺のダンピン
グが最小のゲイン=2.0 を選ぶようにすれば良い。同
様にしてSVC31のゲインはモード2の固有値に着目
してゲイン=3.0 を設定する。
揺モードが悪化する場合には、各動揺モードの固有値に
重み付けして合成して総合的に評価すればよい。例えば
固有値の実部が小さいほど安定なので各モードの固有値
の実部に重み係数を掛けて合計したものを評価指標と
し、評価指標が最小になるようにゲインを定めれば良
い。その際、着目する動揺モードの重み係数を大きくし
て、その動揺モードを優先的に抑制するように制御パラ
メータを定めるようにすれば良い。
されたら、設定した値をもとにステップ27で時間応答
シミュレーションを行い、制御方策の有効性を確認す
る。そして、有効性が確認できない場合は、ステップ2
5に戻って、制御分担の再設定を行いリトライする。有
効性が確認できれば、制御方策の決定となる(ステップ
28)。
だけであったが、実際にはもっと多くの安定化機器があ
り、制御分担が一通りに定まらない場合もある。例えば
安定化機器が三つ(A,B,C)に対し動揺モードが二
つ(X,Y)あり、制御分担として(A−X,B−Y,
C−X)と、(A−X,B−Y,C−Y)の二通りが考
えられるとする。この場合それぞれの制御分担について
制御パラメータを設定し、シミュレーションまたは固有
値によりどちらが良いかを決定すれば良い。
定としたが、制御入力や制御モードを設定するようにし
てもよい。例えばSVC31の制御入力としてP1の他
にP3があり、どちらかを選択する場合には、P1およ
びP3のそれぞれについて動揺モード分析を行って有効
なモードを選ぶか、あるいは各モードのそれぞれについ
て制御パラメータを設定し、シミュレーションによって
良い方を選択しても良い。例えばSVCの制御モードと
して電圧一定制御とダンピング制御があるが、どちらを
優先させるかについても同様のやり方で設定できる。
の制御方策決定方法について説明する。図6は系統安定
化機器として2台のサイリスタ制御直列コンデンサ(以
下直コンと呼ぶ)711と712、及びFWG72が設
置されている例である。直コンは2回線送電線のそれぞ
れの回線に設置されていて、2回線のうち1回線L12が
停止になったとする。そうすると直コン712が使用不
可という情報が機器運用状態入力手段12から取り込ま
れる。制御パラメータ設定手段17は、その直コン71
2の運用状態を考慮して各機器、具体的には直コン71
1,FWG72のパラメータを設定するため、直コン7
12が脱落した影響をFWG72が補うように制御パラ
メータを設定する。
慮して制御方策を決定するため、機器間の協調を取った
最適な制御方策が設定できる効果がある。
ための他の実施例について説明する。図7の系統安定化
制御装置1002は、図1の系統安定化制御装置100
1の制御方策決定手段142に想定事故設定機能を追加
したもので、想定事故設定機能は想定事故設定手段8
1,制御方策テーブル作成手段82,制御方策テーブル
83から構成される。
するもので、例えば送電線の3相地絡事故等を設定す
る。系統状態決定手段13は系統情報入力手段11から
の系統情報と合わせて事故状態を系統状態として決定す
る。また事故によって機器の運用状態も変わるのでそれ
も考慮する。例えば直コンが設置された送電線で事故が
起きると、事故回線側の直コンは使用できなくなる。
に合わせた制御方策を決定する。決定方法は上述した方
法と同様である。決定された制御方策は制御方策テーブ
ル作成手段82に渡され、想定事故と制御方策とを対応
付けられて例えば図8に示したような制御方策テーブル
83に格納される。以上の手順を想定事故の数だけ繰り
返すことにより、想定事故に対する適切な制御方策が制
御方策テーブル83に記憶される。
や遮断器の動作情報など事故に関する情報が系統情報と
して系統情報入力手段11から入力される。系統状態決
定手段13は、この情報をもとに事故点や事故種別を判
定する。制御方策決定手段142は制御方策テーブル8
3の中から対応する事故を選び出し、例えばSVCのゲ
イン,T1,T2を呼び出し制御方策を決定する。この方
法によると、実際に事故が発生した場合に、テーブルを
検索するだけで迅速に制御方策が設定できる効果があ
る。
を分析し、制御分担を決めておく例を示したが、動揺モ
ード分析手段15及び制御分担設定手段16,制御パラ
メータ設定手段17を他のシステムに設けて、オフライ
ンにより制御方策を求めても良い。この場合には系統安
定化制御装置1002が小規模の構成にできるので安価
となる利点がある。
る。図9は制御方策決定支援機能を持つ系統安定化制御
装置1003の構成図である。制御方策決定手段143
は制御方策案とその評価結果、例えば固有値を表す図や
シミュレーション結果の時間応答波形を制御方策選択手
段20を介し運転員に提示する。運転員がその表示内容
から最も望ましい制御方策を選択し、制御方策選択手段
20から制御方策決定手段143へ入力すると、制御方
策決定手段143は選択された制御方策を制御方策出力
手段18から各安定化機器に出力する。この方法によれ
ば運転員が最善の制御方策を容易に選定でき、対策を直
接把握できるという効果がある。
数の地点に分散配置された場合の実施例について説明す
る。図10は地域Aと地域Bの二つの地域からなる電力
系統であり、系統安定化制御装置1004と1005が
地域ごとに設置されている。地域Aには系統安定化機器
として、静止型無効電力補償装置SVC31とフライホ
イール発電機FWG32が使用され、地域Bには静止型
無効電力補償装置SVC41と直コン(サイリスタ制御
直列コンデンサ)42とが用いられている例を示してい
る。
それぞれに設けた制御方策決定手段144と145と
が、それぞれ地域間情報入出力手段191と192とを
備えているので、他の地域の系統情報,機器の運用状
態,制御方策を出力し確認し合うことができる。この構
成により他の系統安定化制御装置が決定した安定化機器
の制御方策も情報として得られるので、それに基づいて
自分の地域の安定化機器の制御方策を設定できるから、
他の地域との協調を取った設定が可能となる。さらに電
力系統全体の系統情報や運用状態が出力系の制約により
入力できなくても、他の装置からの情報によりそれを補
うことができるし、またいずれかの系統安定化制御装置
が万一故障しても、他の系統安定化制御装置が系統動揺
を押さえるように代用することができる。
機器として、SVC,FWGの例を示したが、本発明は
これらに限定されるものではなく、安定化機器として
は、直コン,SMES,位相補償器等の種々の装置が使
用できることは言うまでもない。
た複数の安定化機器間の協調が取れ、しかも系統の潮流
状態や事故条件に対応した適切な制御方策が設定できる
効果がある。また実際に事故が発生した場合にも、迅速
に制御方策が設定できる効果がある。また運転員が制御
方策を決定する際に容易に決定できる効果がある。また
複数の地域に系統安定化制御装置が分散配置されている
場合でも、他の地域との協調を取った制御方策が決定で
きる効果がある。さらに安定化機器が1台であっても動
揺モードを分析し最も抑えたいモードに対する制御方策
をその安定化機器が取ることで最適な制御が可能とな
る。
モードの数が多い場合は、制御分担設定手段16は抑制
したい動揺モードを系統安定化機器の数に限定し、制御
分担を設定するから最適な系統安定化を図ることができ
る。
成図。
構成図。
置の構成図。
御装置の構成図。
段、13…系統状態決定手段、15…動揺モード分析手
段、16…制御分担設定手段、17…制御パラメータ設
定手段、18…制御方策出力手段、19…地域間情報入
出力装置、20…制御方策選択手段、141〜145…
制御方策決定手段、1001〜1005…系統安定化制
御装置。
Claims (11)
- 【請求項1】系統安定化機器が設置された電力系統から
系統情報を取り込む系統情報入力手段と、 前記系統安定化機器の機器運用状態を判断する機器運用
状態判断手段と、 前記系統情報をもとに系統状態を決定する系統状態決定
手段と、 前記機器運用状態と前記系統状態に基づいて前記系統安
定化機器の制御動作を決定する制御方策決定手段と、 該決定された制御動作を前記系統安定化機器に出力する
制御方策出力手段とを備え、 前記制御方策決定手段は、前記系統情報と前記機器運用
状態とから外乱によって発生する動揺モードを求める動
揺モード分析手段と、 前記複数の系統安定化機器に対し、それぞれが抑制する
前記動揺モードを分担させる動揺モードの制御分担設定
手段と、 分担された動揺モードを抑制する為に前記複数の系統安
定化機器に対し制御パラメータを設定する制御パラメー
タ設定手段と を備えたことを特徴とする電力系統安定化
制御装置。 - 【請求項2】請求項第1項の電力系統安定化制御装置に
おいて、 前記制御方策決定手段は前記系統情報と前記機器運用状
態から外乱によって発生する複数の動揺モードを求める
動揺モード分析手段と、 該複数の動揺モード中から抑制すべき抑制動揺モードを
抽出し、前記系統安定化機器に対し、抑制すべき抑制動
揺モードを担当させる抑制動揺モード担当手段と、 該担当された動揺モードを抑制する為に前記系統安定化
機器に対し制御パラメータを設定する制御パラメータ設
定手段とを備えたことを特徴とする電力系統安定化制御
装置。 - 【請求項3】請求項第1項の電力系統安定化制御装置に
おいて、 前記制御方策決定手段は前記系統情報と前記機器運用状
態から外乱によって発生する動揺モードを求める動揺モ
ード分析手段と、 前記電力系統に接続された複数の系統安定化機器に対
し、前記動揺モードを抑制するように、前記複数の系統
安定化機器に制御パラメータを設定する制御パラメータ
設定手段とを備えたことを特徴とする電力系統安定化制
御装置。 - 【請求項4】請求項第1項の電力系統安定化制御装置に
おいて、 前記動揺モード分析手段は前記電力系統の潮流の動揺モ
ードを分析することを特徴とする電力系統安定化制御装
置。 - 【請求項5】請求項第1項の電力系統安定化制御装置に
おいて、 前記動揺モード分析手段は前記電力系統の電圧の動揺モ
ードを分析することを特徴とする電力系統安定化制御装
置。 - 【請求項6】請求項第1項の電力系統安定化制御装置に
おいて、 前記動揺モード分析手段は前記電力系統の周波数の動揺
モードを分析することを特徴とする電力系統安定化制御
装置。 - 【請求項7】請求項第1項の電力系統安定化制御装置に
おいて、 前記動揺モード分析手段は前記電力系統の位相の動揺モ
ードを分析することを特徴とする電力系統安定化制御装
置。 - 【請求項8】請求項第1項の電力系統安定化制御装置に
おいて、 前記動揺モード分析手段は前記電力系統の時間応答シミ
ュレーションを行うこと、を特徴とする電力系統安定化
制御装置。 - 【請求項9】請求項第1項の電力系統安定化制御装置に
おいて、 前記外乱を予め想定する想定事故設定手段を備えること
を特徴とする電力系統安定化制御装置。 - 【請求項10】請求項第1項の電力系統安定化制御装置
において、 前記制御方策決定手段に接続されて前記制御方策案を運
転員に提示し、前記運転員の指示入力に応動して選択さ
れた前記制御動作を前記制御動作決定手段に出力する制
御方策選択手段を有することを特徴とする電力系統安定
化制御装置。 - 【請求項11】請求項第1項の電力系統安定化制御装置
において、 前記制御方策決定手段に接続され、前記系統情報,前記
機器運用状態または前記制御動作を入出力する地域間情
報入出力手段とを備え、前記地域間情報入出力手段が他
の前記地域間情報入出力手段と前記系統情報,前記機器
運用状態または前記制御動作を交信することを特徴とす
る電力系統安定化制御装置。
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1995
- 1995-02-17 JP JP02907895A patent/JP3304664B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH07284231A (ja) | 1995-10-27 |
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