JP3677668B2 - 電力系統安定化システム及び電力系統安定度監視システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力系統の安定度を監視ないし維持するシステムに係り、具体的には、電力系統を複数の部分系統に分割し、各部分系統ごとに部分系統安定化装置を設置し、それらの部分系統安定化装置により協調して、起こり得る電圧や周波数等の電気的な系統状態量の動揺を予測し、動揺抑制のために系統設備（系統構成要素）の制御を動揺の前又は後に実施する電力系統安定化システム及び電力系統安定度監視システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力系統に生じる電気的な系統状態量の動揺を抑制する制御としては、例えば送電線などの故障に対して、系統の過渡安定度を維持するために必要な量の発電機を遮断する（電制と呼ぶ）制御、あるいは発電機の励磁を制御して電力系統の動態安定度を向上させるPSS（Power System Stabilizer）装置のパラメ−タ調整を行う制御などがある。PSS装置は、発電機の有効電力や軸回転速度などの入力信号をもとに、系統動揺抑制のための安定化信号を出力し、これを励磁制御装置の端子電圧設定値に付加するものであり、軸回転速度の変動と同相で電気出力が変化するように、安定化信号を加えて動揺抑制を図るものである。これらの動揺抑制の制御は、電力系統の現在の状態に対応させて適合調整することが、動揺抑制の効果の上で望ましい。
【０００３】
これに対して、電力系統の現在状態で生じる可能性のある系統状態量の動揺を予測し、これに従って動揺抑制の制御内容を予め設定しておき、動揺が発生したときに設定した制御を行うことが考えられる。例えば、電気学会論文誌Ｂ115巻１号（平成７年１月）「オンライン安定度計算による脱調未然防止システム（ＴＳＣ）の開発」に述べられているように、送電線などの故障に対して系統の過渡安定度を維持するために必要な量の発電機を遮断するシステムがある。このシステムは、系統状態を常時オンラインで取り込み、複数の想定される故障ケ−スについて、事前に過渡安定度計算を行って、必要な量の遮断発電機（電制機と呼ぶ）を求めておき、これを数分間隔で更新する。そして、実際に故障が発生した場合は、発生した故障内容に対応する予め定めた電制機を検索し、これを実際に遮断することにより電力系統の安定化を図るものである。このことにより、現在の系統状態にあった制御を行うことができる。同様に、PSSのパラメ−タ調整の場合であっても、オンライン安定度計算によって抑制対象とすべき軸回転速度動揺モ−ドを求め、随時ＰＳＳのパラメータを調整しておくことにより、系統の現在状態にあった安定化制御を行うことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来技術は、系統故障時等の系統動揺を過渡安定度計算によってシミュレ−ションすることを前提とし、過渡安定度計算の入力デ−タとして、対象系統全体の構成デ−タ及び状態量デ−タを必要とすること、また、１回の過渡安定度計算は１台の計算機で実行されることから、次のような問題がある。
【０００５】
つまり、過渡安定度計算に必要なデ−タ全てを、過渡安定度計算を行う１台の計算機内に取り込む必要があるから、対象とする電力系統が広範囲になると、広範囲な系統各部から大量のデ−タを取り込む必要が生じ、デ−タ通信量増大の問題と共に、処理速度低下の問題がある。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、対象系統が広範囲化しても、過渡安定度計算を行う計算機へのデ−タ通信量を増加させることなく、また過渡安定度計算処理速度を低下させることなく、電力系統安定化システムを実現することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電力系統安定化システムは、上記課題を解決するため、電力系統を複数の部分系統に区分けし、かつ各部分系統が少なくとも１つの他の部分系統と一部の系統構成要素を共有するように区分けし、各部分系統の系統構成要素を制御する部分系統安定化装置を各部分系統に対応させてそれぞれ設け、各部分系統安定化装置は自己が管轄する部分系統の系統状態データを取り込むとともに、系統構成要素を共有する他の部分系統安定化装置との間で当該共有系統構成要素の系統状態データの交換を行いながら、前記電力系統に生じる電気状態量の動揺をシミュレーションし、該シミュレーションに基づいて前記部分系統の系統構成要素を制御して前記電力系統に発生する電気状態量の動揺を抑制することにある。
【０００８】
このようにすることにより、部分系統安定化装置は管轄する部分系統を対象として電気的動揺をシミュレーションするにあたり、その過程で他の部分系統と共通する系統構成要素の電気状態量のシミュレーション途中経過を、相互に入れ替えてシミュレーションに反映させていることから、系統全体のシミュレーションを適切に行うことができる。したがって、電力系統を複数の部分系統に分割し、各部分系統に安定化制御装置を分散させて構成しても、電力系統全体の動揺抑制を可能となり、対象系統を広範囲化する場合においても、過渡安定度計算を行う計算機へのデ−タ通信量の増加を抑制し、また過渡安定度計算処理速度を低下させることなく電力系統安定化システムを実現できる。
【０００９】
また、部分系統安定化装置は、自己が管轄する部分系統の系統状態データを用いて前記電力系統の故障に対する当該部分系統の電気状態量の動揺をシミュレーションし、該シミュレーションに際して系統構成要素を共有する他の部分系統安定化装置との間で、当該共有系統構成要素の系統状態データについてシミュレーション経過データを交換しながらシミュレーションし、該シミュレーションの結果に基づいて前記故障に起因する動揺を抑制するために強制遮断する発電機の候補を設定し、該設定した遮断発電機候補を他の部分安定化制御装置に送信するとともに、他の部分系統安定化装置から遮断発電機候補を取り込み、全ての遮断発電機の候補の中で動揺抑制に最も有効な候補を遮断発電機として設定し、該設定された遮断発電機の遮断を実行したものとして前記シミュレーションを繰返し実行して遮断発電機データを決定するようにすることができる。
【００１０】
これによれば、自己が管轄する部分系統内の遮断発電機候補に留まらず、系統全体の遮断発電機候補を収集して、最も先に脱調する恐れがある発電機を遮断発電機として設定し、さらにこれを反映させて動揺シミュレーションを繰返し実行し、必要な遮断発電機を順次決定していることから、安定化制御装置を分散させて構成しても、適切に協調のとれた遮断発電機データ、つまり安定化制御内容を決定することができる。
【００１１】
この場合において、部分系統安定化装置は、故障の種類に対応させて遮断発電機データを登録する制御テーブルを有し、故障発生時に該故障の種類に対応する制御テーブルの遮断発電機データを検索し、自己が管轄する部分系統に属する遮断発電機に遮断指令を出力することにより、故障発生時に速やかに適切な安定化制御を行うことができる。また、遮断発電機の遮断を実行せずに、電力系統の過渡安定度をシミュレーションした結果、つまり故障時の発電機内部相差角動揺シミュレーション結果をグラフ化して表示装置に表示することにより、系統運用者に提供するようにしてもよい。
【００１２】
さらに、上記の発電機を遮断する電制に代えて、部分系統安定化装置は、自己が管轄する部分系統の系統状態データを用いて前記電力系統の故障に対する当該部分系統の電気状態量の動揺をシミュレーションし、該シミュレーションに際して系統構成要素を共有する他の部分系統安定化装置との間で、当該共有系統構成要素の系統状態データのシミュレーション経過データを交換しながらシミュレーションし、該シミュレーションの結果を用いて、発電機制御系のパラメ−タ値を調整する発電機制御系パラメ−タ調整手段を備えるものとすることがでる。
【００１３】
これによれば、オンラインで現状の電力系統の状態に適合したＰＳＳパラメータに事前に調整することができ、故障が発生しても速やかに電力系統の動揺を抑制することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１に、電力系統に本発明の系統安定化システムを適用した一実施の形態の構成概要図を示す。図において、電力系統１は、発電機、送電線、母線、変圧器、遮断器、開閉器、負荷などの系統構成要素からなる電力ネットワ−クであり、発電機で生成された電力を負荷へ供給するようになっている。本発明では、電力系統１の全体を、複数の部分系統２（２-１、２-２、２-３、・・）に分けて取り扱う。ここで、部分系統２の分割条件は、次のものとする。
(1)電力系統１を構成する各系統構成要素が、何れかの部分系統２に含まれること。
(2)一の部分系統２は、少なくとも１つの他の部分系統２と互いに共通する系統構成要素を有すること。
【００１５】
系統安定化システム３は、システム全体として電力系統１に生じる電気的な系統状態量の動揺を抑制するために、動揺前あるいは動揺後に電力系統１の系統構成要素を制御するものであり、分割された部分系統２に対応させて部分系統安定化装置４（４-１、４-２、４-３、・・）がそれぞれ設けられている。部分系統安定化装置４-１、４-２、４-３、・・は、全て同一の機能構成を有し、系統通信部４０１と、観測部４０２と、部分系統デ−タ部４０３と、分散過渡安定度計算部４０４と、ネットワ−ク通信部４０５と、系統設備制御部４００とから構成されている。そして、相互に通信ネットワーク５を介して情報の交換を可能に、かつ対応する各部分系統２と通信網６を介して接続されている。部分系統安定化装置４の各ブロックの機能の詳細については後述するが、対応する部分系統２の系統状態のみを通信網６を介して観測し、その対象とする部分系統２に関する系統状態デ−タのみを用いて、その部分系統２内の系統構成要素のみの制御を行う一方で、電力系統１の全体の安定度維持を図る適切な制御を行うために、それぞれの部分系統安定化装置４の相互間で協調しながら制御内容を決定するようにしている。
【００１６】
系統通信部４０１は、通信網６を介して部分系統安定化装置４と対象部分系統２の間の通信を行う。観測部４０２は、系統通信部４０１を介して部分系統２の系統状態デ−タを取り込み、部分系統デ−タ部４０３に格納する。ここで、系統状態データには、系統構成要素の電圧・電流などの潮流デ−タ、周波数などの電気的な系統状態量データや、系統構成要素間の接続状態デ−タなどが含まれる。
【００１７】
部分系統デ−タ部４０３は、部分系統２をモデル化してなる部分系統モデルを有しており、分散過渡安定度計算部４０４に対象部分系統に係るデ−タを与えるようになっている。ここで、モデル系統デ−タは、系統構成要素間の接続情報を与える系統構成デ−タ、送電線インピ−ダンスなどの系統構成要素デ−タ、系統構成要素の電圧・電流などの潮流デ−タを含んでなる。また、部分系統デ−タ部４０３は、他の部分系統にも共通に含まれる系統構成要素や、その部分系統を制御対象とする部分系統安定化装置４を対応づけるデ−タも管理する。
【００１８】
分散過渡安定度計算部４０４は、本発明の主な特徴である部分系統安定化装置４の相互間の協調処理を実行するものであり、系統全体の過渡安定度計算を、部分系統毎の過渡安定度計算を組み合わせて実現する処理を行うものである。ネットワ−ク通信部４０５は、通信ネットワ−ク５を介して他の部分系統安定化装置４との間の通信を行う。
【００１９】
このように、部分系統安定化装置４の分散過渡安定度計算部４０４は、対応する部分系統２を対象として電気的動揺を計算するが、その計算の過程で隣接する他の部分系統と共通する系統構成要素の電気状態量の計算結果を、相互に交換して他の部分系統の電気状態量の変化を計算に反映させることにより、他の部分系統安定化装置４と互いに協調して各制御内容を決定する。これにより、各部分系統２ごとに設置される部分系統安定化装置４による閉じた安定化制御処理であっても、電力系統全体の動揺抑制を可能としている。したがって、部分系統安定化装置４を必要に応じて電力系統１に設置することにより、対象系統を広範囲化する場合においても、過渡安定度計算を行う計算機へのデ−タ通信量の増加を抑制し、また過渡安定度計算処理速度を低下させることなく系統安定化システム３を実現することが可能になる。
【００２０】
ここで、本発明の特徴部に係る部分の詳しい機能構成について、図２に示した具体的な実施の形態に基づいて説明する。図２は、電力系統１の故障発生時に、その故障に対応させて予め設定された一部の発電機を強制遮断（電制）して、系統全体を安定化するものとして具現化された場合の例を示している。ここでは、１つの部分系統安定化装置４-２に着目し、それに対応する部分系統２-２を単に対象部分系統として説明する。
【００２１】
系統設備制御部４００は、図２に示すように、電制機決定部４０６、制御テ−ブル生成部４０７、制御テ−ブル部４０８、制御起動部４０９、故障検出部４１０から構成される。故障検出部４１０は、対象とする部分系統２に故障が実際に発生したとき、系統通信部４０１を介してこれを検出し、故障発生情報を制御起動部４０９へ送る。制御起動部４０９は、故障検出部４１０あるいはネットワ−ク通信部４０５から系統の故障発生情報（故障点、故障様相など）を受信したとき、この故障に対応する安定化制御の内容を制御テ−ブル部４０８から抽出し、抽出した制御内容に従って、系統通信部４０１を介して対象部分系統の系統構成要素に制御信号を送出する。本例では、系統安定化のために遮断すべき発電機（電制機）を決定し、その電制機を遮断すべく、遮断信号を系統通信部４０１を介して対象部分系統へ送出する。
【００２２】
そして、同時に、ネットワ−ク通信部４０５を介して他の部分系統安定化装置４−１，４−３に事故発生情報を送信する。制御テ−ブル部４０８は、図３に示すように、故障点と故障様相ごとに故障ケースが設定され、その故障点を含む部分系統２を管轄する部分系統安定化装置４を対応付けるデ−タと、系統の現在状態で故障が発生した場合の安定化制御内容を対応付けてなるテ−ブルを管理する。テ−ブルに登録される故障ケ−スは、部分系統内のみでなく系統全体にわたり、全ての部分系統安定化装置４で同じものを登録するが、故障ケ−ス間には順序が付けられているものとする。また、制御テ−ブル部４０８は、制御起動部４０９からの問い合わせに応じて、該当する安定化制御の内容を返答するようになっている。制御テ−ブル生成部４０７は、系統の現在状態で故障が発生した場合を想定して、その故障に対応する安定化制御内容を決定することにより、制御テ−ブルを生成するものである。以下、図４〜１１に示したフローチャートに沿って、特徴部に係る各ブロックの機能構成を動作とともに詳細に説明する。
【００２３】
《制御テ−ブル生成部４０７》
図４は、制御テーブル生成部４０７の処理フローを示す。制御テーブル生成部４０７は図３の処理フローに従って、一つ一つの故障ケースについて安定化制御内容（電制機）を決定する処理を実行して、図３の制御テーブルを完成させる。
Ｓ１：制御テ−ブル部４０８に設定されている故障ケ−スｆを１つ選択
Ｓ２：選択した故障ケースｆの故障ケ−スデ−タを電制機決定部４０６へ送信ここで、故障ケースデータには、故障点デ−タ、故障点を含む部分系統の管轄部分系統安定化装置を示すデ−タ、故障様相デ−タを含む。また、電制機決定部４０６の処理は図５参照
Ｓ３：電制機決定部４０６により決定された電制機を受信
Ｓ４：受信した電制機を故障ケ−スｆに対する電制機として制御テ−ブル部４０８に登録
Ｓ５：制御テ−ブル部４０８内の全ての故障ケ−スについて、Ｓ１〜Ｓ４を繰り返すことにより、全ての故障ケースの安定化制御内容を決定する。
【００２４】
《電制機決定部４０６》
図５〜７に、電制機決定部４０６の処理フローを示す。基本的に、電制機決定部４０６は、図５に示すように、制御テ−ブル生成部４０７から送信された故障ケ−スに対する電制機を決定して、その電制機を制御テ−ブル生成部４０７へ送信する。この電制機の決定は、他の部分系統安定化装置４-１、４-３の電制機決定部４０６と協調しながら実行する。
【００２５】
図５は、電制機決定部４０６における処理概要のフローを示す。すなわち、
Ｓ１１：制御テ−ブル生成部４０７から故障ケ−スデ−タｆを受信
Ｓ１２：初期設定として、電制機デ−タをクリア
Ｓ１３：故障ケースｆの故障点が、対象部分系統内であるか、対象部分系統外であるかを判断
Ｓ１４：故障ケースｆの故障点が、対象部分系統内であれば、図６に示す処理フローに従って電制機を決定
Ｓ１５：電制機の決定結果を、他の部分系統安定化装置４-１、４-２の電制機決定部４０６へ送信
Ｓ１６：故障ケースｆの故障点が、対象部分系統外であれば、図７に示す処理フローに従って電制機を決定
Ｓ１７：電制機決定結果を、制御テ−ブル生成部４０７へ送信して、処理を終了する。
【００２６】
図６に、図５のＳ１４、Ｓ１５の処理における対象部分系統内の故障に対する電制機決定の手順を示す。すなわち、
Ｓ１０１：故障ケ−スデ−タ、制御テーブル部４０８内の電制機デ−タ（最初は電制機なしの状態）を受信して、分散過渡安定度計算部４０４へ送信する。
【００２７】
（これにより、図９，１０の動揺シミュレーションが実行される。）
Ｓ１０２：分散過渡安定度計算部４０４から送信されてくる発電機の内部相差角動揺シミュレ−ション結果を受信
Ｓ１０３：シミュレ−ション結果から、内部相差角が予め与えられるしきい値δ0を超える発電機を抽出し、内部相差角がδ0を超える発電機が存在するか否か判断する。つまり、内部相差角がある値を超えると脱調してしまうことから、しきい値δ0を超える発電機を遮断して、系統の動揺を抑制するための判断
Ｓ１０４：Ｓ１０４の判断が肯定（ＹＥＳ）のときは、内部相差角がδ0を最初に超える発電機をG0として設定
Ｓ１０５：発電機G0の内部相差角がδ0を最初に超える時刻をt0に設定
Ｓ１０６：電制候補として、（G0、t0）を設定
Ｓ１０７：Ｓ１０４の判断が否定（ＮＯ）のとき、つまり内部相差角がδ0を超える発電機が存在しなくなった場合は、電制候補デ−タ（電制候補なし）を設定
Ｓ１０８：他の全ての部分系統安定化装置ｉ（図２例では、４-１、４-２）の電制機決定部４０６から、電制候補デ−タ（電制候補Gi、時刻ti）を収集
Ｓ１０９：収集データに基づき、電制候補データがあるか否かを判断
Ｓ１１０：Ｓ１０９における判断が肯定（ＹＥＳ）のときは、収集した電制候補デ−タの中から、ti（i≧0）の最小値に対応する電制候補Gを抽出
Ｓ１１１：Gを電制機に追加
Ｓ１１２：電制機デ−タを全ての部分系統安定化装置（図２例では、４-１、４-２）の電制機決定部４０６へ送信して、Ｓ１０１に戻り、追加された電制機データに基づいて処理を繰り返す
Ｓ１１３〜Ｓ１１４：Ｓ１０９における判断が否定（ＮＯ）のとき、つまり全ての電制候補デ−タに電制候補がなくなった場合は、現在の電制機デ−タを電制機決定結果として確定し、電制機決定結果と電制機決定完了信号を全ての部分系統安定化装置（４-１、４-２）の電制機決定部４０６へ送信する。
【００２８】
つまり、図６の処理を実行することにより、１つの故障ケースに対する１又は複数の電制機が決定される。この場合、Ｓ１０８〜Ｓ１１２の処理により、故障点を含む部分系統の発電機のみを電制機の対象とすることなく、電力系統１の全体からみて動揺抑制に有効な電制機が決定される。
【００２９】
図７に、図５のＳ１６に示した処理の対象部分系統外の故障に対する電制機決定の手順を示す。すなわち、
Ｓ１２１：故障ケ−スデ−タ、電制機デ−タ（最初は電制機なしの状態）を分散過渡安定度計算部４０４へ送信
（これにより、図９，１１の動揺シミュレーションが実行される。）
Ｓ１２２：分散過渡安定度計算部４０４から発電機内部相差角動揺シミュレ−ション結果の受信
Ｓ１２３：シミュレ−ション結果から、内部相差角が予め与えられるしきい値δ0を超える発電機を抽出し、内部相差角がδ0を超える発電機が存在するか否か判断
Ｓ１２４：内部相差角がδ0を超える発電機が有るときは、時間的に最初に超える発電機をG0と設定
Ｓ１２５：G0の内部相差角がδ0を最初に超える時刻をt0と設定
Ｓ１２６：電制候補デ−タとして、（G0、t0）を設定
Ｓ１２７：Ｓ１２３で内部相差角がδ0を超える発電機が存在しないときは、電制候補デ−タとして、（電制候補なし）を設定
Ｓ１２８：故障ケ−スを対象範囲に有する部分系統安定化装置ｉの電制機決定部４０６へ電制候補デ−タ（電制候補Gi、時刻ti）を送信
Ｓ１２９：これに基づいて部分系統安定化装置ｉから送信される電制機デ−タあるいは電制機決定結果デ−タを受信
Ｓ１３０：受信したデ−タが電制機デ−タであれば、Ｓ１２１へ戻り、追加された電制機データに基づいて処理を繰り返し、受信したデ−タが電制機決定結果であれば、Ｓ１３１へ進んで電制機決定結果を出力して処理終了して図５のＳ１７へ戻る。
【００３０】
《分散過渡安定度計算部４０４》
ここで、分散過渡安定度計算部４０４の処理動作について説明する。一般に過渡安定度計算と呼ばれる系統故障時動揺シミュレ−ションは、例えば、オ−ム社「電力系統過渡解析論」に詳細に述べられている方式が知られている。これは、発電機の内部状態を表現する微分方程式と、発電機群をつなぐ送電網の電圧・電流の関係式を与える系統方程式と、これら２つを繋ぐ式を、ある設定された時間刻みで数値積分することにより、系統故障時の動揺をシミュレーションする方式である。その概要を図８に示した処理フロ−を用いて以下に説明する。
【００３１】
Ｓ１４１：開始とともに、計算の時間断面の時刻を初期化（ｔ＝０）
Ｓ１４２：初期潮流状態を計算
Ｓ１４３：発電機諸量の初期値を計算
Ｓ１４４：時刻ｔが予め定められた時刻Ｔとなったら、Ｓ１４５で終了
（ここで、Ｔは、シミュレーションが収束するのに要する時間に基づいて設定する。）
Ｓ１４６：時刻ｔが予め定められた時刻Ｔに至っていない場合は、系統状態の変化の有無を判断
Ｓ１４７：系統状態が変化していれば、系統方程式を更新
Ｓ１４８：系統方程式を用いて系統各部の電圧・電流を計算（系統計算）
Ｓ１４９：微分方程式を用いて発電機内部状態量を計算
Ｓ１５０：微分方程式を用いて次の時間断面の発電機内部起電力を計算
Ｓ１５１：時刻ｔを予め定められた計算刻みΔｔだけ進めてＳ１４４に戻る。
【００３２】
本実施の形態における分散過渡安定度計算部４０４は、本発明の主な特徴である部分系統安定化装置間の協調処理を実行するものであり、大まかには、系統全体の過渡安定度計算を、部分系統毎の過渡安定度計算を組み合わせて行う。図９にその処理フローを示す。すなわち、
Ｓ１６１：電制機決定部４０６から故障ケ−スデ−タと電制デ−タを受信
Ｓ１６２：部分系統デ−タ部４０３から過渡安定度計算の入力デ−タとする部分系統デ−タを抽出
Ｓ１６３：故障点が対象部分系統内であるか否かを判断
Ｓ１６４：故障点が対象部分系統(２-２)内の場合は、それに対応する対象部分系統の過渡安定度を計算
Ｓ１６５：故障点が対象部分系統(２-２)外の場合は、それに対応する対象部分系統の過渡安定度を計算
（ここで、Ｓ１６４およびＳ１６５における計算は、全系の過渡安定度を反映させるため他の部分系統安定化装置(4-1,4-3)の分散過渡安定度計算部４０４と協調処理を行うが、その処理の詳細は後述する。）
Ｓ１６７：過渡安定度計算結果の発電機内部相差角動揺デ−タを電制機決定部４０６へ送信して、処理を終了する。
【００３３】
《Ｓ１６４の処理の詳細》
図１０に、Ｓ１６４における対象部分系統(２-２)内の故障に対する過渡安定度計算処理を示す。すなわち、
Ｓ２０１：計算開始断面の時刻ｔ＝０を初期設定
Ｓ２０２：他の部分系統安定化装置(4-1,4-3)の分散過渡安定度計算部４０４へ計算起動信号を送出する。（これにより、複数の部分系統安定化装置の分散過渡安定度計算部４０４におけるシミュレーションの同期を図る。）
Ｓ２０３：初期潮流状態を計算
Ｓ２０４：発電機諸量の初期値を計算
Ｓ２０５：時刻ｔが予め定められた時刻Ｔとなったら終了
Ｓ２０６：時刻ｔが時刻Ｔに至ってないときは、系統状態の変化の有無を判断（電制機の有無、系統の遮断器の開閉変化の有無等）
Ｓ２０７：系統状態の変化があれば、系統方程式を更新（電制ありの場合もこのステップで反映される。）
Ｓ２０８：系統方程式を用いて系統各部の電圧・電流を計算（系統計算）
Ｓ２０９：微分方程式を用いて発電機内部状態量を計算
Ｓ２１０：微分方程式を用いて次時刻断面の発電機内部起電力を計算
Ｓ２１１：他の部分系統(2-1,2-3)にも含まれる共通の系統構成要素の状態量（電圧、電流、発電機の場合は内部状態量など）を、その部分系統を管轄する部分系統安定化装置(4-1,4-3)の分散過渡安定度計算部４０４との間で交換
（つまり、共通の系統構成要素の状態量のシミュレーション結果を、相互に入れ替えて、次の時間断面におけるシミュレーションに反映して協調をとる。）
Ｓ２１２：時刻ｔを予め定められた計算刻みΔｔだけ進めてＳ２０５に戻り、時刻ｔが時刻ＴとなるまでＳ２０６〜Ｓ２１１を繰り返して実行する。
【００３４】
《Ｓ１６５の処理の詳細》
Ｓ１６５における対象部分系統(２-２)外の故障に対する過渡安定度計算処理について図１１を用いて以下に説明する。すなわち、
Ｓ３０１：他の部分系統安定化装置(4-1,4-3)の分散過渡安定度計算部４０４から計算起動信号を受信して、処理を開始する。
【００３５】
Ｓ３０２：計算開始断面の時刻ｔ＝０を初期設定
Ｓ３０３：初期潮流状態を計算
Ｓ３０４：発電機諸量の初期値を計算
Ｓ３０５：時刻ｔが予め定められた時刻Ｔとなったら終了
Ｓ３０６：時刻ｔが時刻Ｔに至ってないときは、系統状態の変化の有無を判断
Ｓ３０７：系統状態の変化があれば、系統方程式を更新（電制ありの場合もこのステップで反映される。）
Ｓ３０８：系統方程式を用いて系統各部の電圧・電流を計算（系統計算）
Ｓ３０９：微分方程式を用いて発電機内部状態量を計算
Ｓ３１０：微分方程式を用いて次時刻断面の発電機内部起電力を計算
Ｓ３１１：他の部分系統(2-1,2-3)にも共通に含まれる系統構成要素の状態量（電圧、電流、発電機の場合は内部状態量など）を、その部分系統を対象とする部分系統安定化装置の分散過渡安定度計算部４０４間で交換
Ｓ３１２：時刻ｔを予め定められた計算刻みΔｔだけ進めてＳ３０５に戻り、時刻ｔが時刻ＴとなるまでＳ２０６〜Ｓ２１１を繰り返して実行する。
【００３６】
上述したように、第１の実施の形態によれば、部分系統安定化装置４の分散過渡安定度計算部４０４は、管轄する部分系統２を対象として電気的動揺をシミュレーションするにあたり、その過程で他の部分系統と共通する系統構成要素の電気状態量のシミュレーション途中経過を、相互に入れ替えてシミュレーションに反映させていることから、系統全体のシミュレーションを適切に行うことができる。したがって、電力系統を複数の部分系統に分割し、各部分系統に安定化制御装置を分散させて構成しても、電力系統全体の動揺抑制を可能となる。
【００３７】
その結果、部分系統安定化装置４を必要に応じて電力系統１に設置することにより、対象系統を広範囲化する場合においても、過渡安定度計算を行う計算機へのデ−タ通信量の増加を抑制し、また過渡安定度計算処理速度を低下させることなく系統安定化システム３を実現することが可能になる。
【００３８】
また、第１の実施の形態によれば、電制機決定部４０６により、自己が管轄する部分系統内の電制機に留まらず、系統全体の電制機候補を収集して、最も先に脱調する恐れがある発電機を電制機として決定し、さらにこれを反映させて動揺シミュレーションを繰返し実行し、必要な電制機を順次決定していることから、安定化制御装置を分散させて構成しても、適切に協調のとれた電制機データ、つまり安定化制御内容を決定することができる。
【００３９】
なお、第１の実施の形態は、故障ケースに対応させて電制機データを制御テーブル部に登録しておき、実際の故障時に、その制御テーブルに登録された電制機データに基づいて制御起動部により対応する発電機を遮断する電制制御を行うものである。しかし、本実施の形態はこれに限られるものではなく、例えば、電制制御を実行せずに、電力系統１の過渡安定度を複数の部分系統安定化装置４で相互に協調しながらシミュレーションした結果、つまり電制機決定部４０６で得られる故障時の発電機内部相差角動揺シミュレーション結果をグラフ化して表示装置に表示することにより、系統運用者に提供するようにしてもよい。
【００４０】
〔第２の実施の形態〕
図１２に、本発明の系統安定化システムの他の実施の形態を示す。本実施の形態は、電力系統に生じる電気的状態の動揺を抑制するため、系統状態変化時に発生する動揺を計算し、発電機の励磁制御装置の端子電圧設定値に付加するPSS（Power System Stabilizer）のパラメ−タを調整する例である。つまり、発電機の有効電力や軸回転速度などの入力信号に基づいて、系統動揺抑制のための安定化信号を出力し、これを励磁制御装置の端子電圧設定値に付加するPSSパラメ−タを動揺発生前に調整する系統安定化システムである。
【００４１】
図示のように、本実施の形態の系統安定化システム７を構成する部分系統安定化装置８（８-１，８-２，８-３，・・・）は、図１の系統設備制御部４００にＰＳＳ調整部８０１を適用した点で図２の実施の形態と相違し、その他のブロックは同一機能構成を有することから、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４２】
ＰＳＳ調整部８０１は、調整対象の各ＰＳＳについて、分散過渡安定度計算部４０４が出力するシミュレーションされた各電気状態量の時系列データを用い、周知のＰｒｏｎｙ解析による動揺モード解析を行う。そして、その結果に基づいてＰＳＳパラメータを算定し、これを系統通信部４０１を介して各部分系統に設けられたＰＳＳのパラメータとして設定、又は更新設定する。なお、電気状態量の時系列データを用いてＰｒｏｎｙ解析によりＰＳＳパラメータを算定する具体的な手順は、例えば、特願平８−２３６１６５号に記載されているので、ここでは省略する。
【００４３】
このように、第２の実施の形態によれば、部分系統安定化装置８の分散過渡安定度計算部４０４は、管轄する部分系統２を対象として電気的動揺をシミュレーションするにあたり、その過程で他の部分系統と共通する系統構成要素の電気状態量のシミュレーション途中経過を、相互に入れ替えてシミュレーションに反映させていることから、系統全体のシミュレーションを適切に行うことができる。そして、その結果に基づいてＰＳＳパラメータを調整していることから、電力系統を複数の部分系統に分割し、各部分系統に安定化制御装置を分散させて構成しても、電力系統全体の動揺抑制を可能となる。
【００４４】
その結果、部分系統安定化装置８を必要に応じて電力系統１に設置することにより、対象系統を広範囲化する場合においても、過渡安定度計算を行う計算機へのデ−タ通信量の増加を抑制し、また過渡安定度計算処理速度を低下させることなく系統安定化システム７を実現することが可能になる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、対象系統が広範囲化しても、過渡安定度計算を行う計算機へのデータ通信量を増大させることなく、また過渡安定度計算の処理速度を低下させることなく、電力系統安定化システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された電力系統安定化システムの一実施の形態の全体構成図である。
【図２】図１実施の形態の系統設備制御部の具体的な例を示す全体構成図である。
【図３】制御デーブルの一例を示す図である。
【図４】制御テーブル生成部の処理フローを示す図である。
【図５】電制機決定部における処理フローの概要を示す図である。
【図６】電制機決定部における対象部分系統内の故障に対する電制機決定処理のフローを示す図である。
【図７】電制機決定部における対象部分系統外の故障に対する電制機決定処理のフローを示す図である。
【図８】一般的な過渡安定度計算の処理フローを示す図である。
【図９】本発明に係る分散過渡安定度計算部の処理フローの概要を示す図である。
【図１０】分散過渡安定度計算部における対象部分系統内の故障に対する処理のフローを示す図である。
【図１１】分散過渡安定度計算部における対象部分系統外の故障に対する処理のフローを示す図である。
【図１２】本発明が適用された電力系統安定化システムの他の実施形態の全体構成図である。
【符号の説明】
１ 電力系統
２ 部分系統
３，７ 系統安定化システム
４，８ 部分系統安定化装置
５ 通信ネットワーク
６ 通信網
４００ 系統設備制御部
４０１ 系統通信部
４０２ 観測部
４０３ 部分系統データ部
４０４ 分散過渡安定度計算部
４０５ ネットワーク通信部
４０６ 電制機決定部
４０７ 制御テーブル生成部
４０８ 制御テーブル部
４０９ 制御起動部
４１０ 故障検出部
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力系統の安定度を監視ないし維持するシステムに係り、具体的には、電力系統を複数の部分系統に分割し、各部分系統ごとに部分系統安定化装置を設置し、それらの部分系統安定化装置により協調して、起こり得る電圧や周波数等の電気的な系統状態量の動揺を予測し、動揺抑制のために系統設備（系統構成要素）の制御を動揺の前又は後に実施する電力系統安定化システム及び電力系統安定度監視システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力系統に生じる電気的な系統状態量の動揺を抑制する制御としては、例えば送電線などの故障に対して、系統の過渡安定度を維持するために必要な量の発電機を遮断する（電制と呼ぶ）制御、あるいは発電機の励磁を制御して電力系統の動態安定度を向上させるPSS（Power System Stabilizer）装置のパラメ−タ調整を行う制御などがある。PSS装置は、発電機の有効電力や軸回転速度などの入力信号をもとに、系統動揺抑制のための安定化信号を出力し、これを励磁制御装置の端子電圧設定値に付加するものであり、軸回転速度の変動と同相で電気出力が変化するように、安定化信号を加えて動揺抑制を図るものである。これらの動揺抑制の制御は、電力系統の現在の状態に対応させて適合調整することが、動揺抑制の効果の上で望ましい。
【０００３】
これに対して、電力系統の現在状態で生じる可能性のある系統状態量の動揺を予測し、これに従って動揺抑制の制御内容を予め設定しておき、動揺が発生したときに設定した制御を行うことが考えられる。例えば、電気学会論文誌Ｂ115巻１号（平成７年１月）「オンライン安定度計算による脱調未然防止システム（ＴＳＣ）の開発」に述べられているように、送電線などの故障に対して系統の過渡安定度を維持するために必要な量の発電機を遮断するシステムがある。このシステムは、系統状態を常時オンラインで取り込み、複数の想定される故障ケ−スについて、事前に過渡安定度計算を行って、必要な量の遮断発電機（電制機と呼ぶ）を求めておき、これを数分間隔で更新する。そして、実際に故障が発生した場合は、発生した故障内容に対応する予め定めた電制機を検索し、これを実際に遮断することにより電力系統の安定化を図るものである。このことにより、現在の系統状態にあった制御を行うことができる。同様に、PSSのパラメ−タ調整の場合であっても、オンライン安定度計算によって抑制対象とすべき軸回転速度動揺モ−ドを求め、随時ＰＳＳのパラメータを調整しておくことにより、系統の現在状態にあった安定化制御を行うことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来技術は、系統故障時等の系統動揺を過渡安定度計算によってシミュレ−ションすることを前提とし、過渡安定度計算の入力デ−タとして、対象系統全体の構成デ−タ及び状態量デ−タを必要とすること、また、１回の過渡安定度計算は１台の計算機で実行されることから、次のような問題がある。
【０００５】
つまり、過渡安定度計算に必要なデ−タ全てを、過渡安定度計算を行う１台の計算機内に取り込む必要があるから、対象とする電力系統が広範囲になると、広範囲な系統各部から大量のデ−タを取り込む必要が生じ、デ−タ通信量増大の問題と共に、処理速度低下の問題がある。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、対象系統が広範囲化しても、過渡安定度計算を行う計算機へのデ−タ通信量を増加させることなく、また過渡安定度計算処理速度を低下させることなく、電力系統安定化システムを実現することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電力系統安定化システムは、上記課題を解決するため、電力系統を複数の部分系統に区分けし、かつ各部分系統が少なくとも１つの他の部分系統と一部の系統構成要素を共有するように区分けし、各部分系統の系統構成要素を制御する部分系統安定化装置を各部分系統に対応させてそれぞれ設け、各部分系統安定化装置は自己が管轄する部分系統の系統状態データを取り込むとともに、系統構成要素を共有する他の部分系統安定化装置との間で当該共有系統構成要素の系統状態データの交換を行いながら、前記電力系統に生じる電気状態量の動揺をシミュレーションし、該シミュレーションに基づいて前記部分系統の系統構成要素を制御して前記電力系統に発生する電気状態量の動揺を抑制することにある。
【０００８】
このようにすることにより、部分系統安定化装置は管轄する部分系統を対象として電気的動揺をシミュレーションするにあたり、その過程で他の部分系統と共通する系統構成要素の電気状態量のシミュレーション途中経過を、相互に入れ替えてシミュレーションに反映させていることから、系統全体のシミュレーションを適切に行うことができる。したがって、電力系統を複数の部分系統に分割し、各部分系統に安定化制御装置を分散させて構成しても、電力系統全体の動揺抑制を可能となり、対象系統を広範囲化する場合においても、過渡安定度計算を行う計算機へのデ−タ通信量の増加を抑制し、また過渡安定度計算処理速度を低下させることなく電力系統安定化システムを実現できる。
【０００９】
また、部分系統安定化装置は、自己が管轄する部分系統の系統状態データを用いて前記電力系統の故障に対する当該部分系統の電気状態量の動揺をシミュレーションし、該シミュレーションに際して系統構成要素を共有する他の部分系統安定化装置との間で、当該共有系統構成要素の系統状態データについてシミュレーション経過データを交換しながらシミュレーションし、該シミュレーションの結果に基づいて前記故障に起因する動揺を抑制するために強制遮断する発電機の候補を設定し、該設定した遮断発電機候補を他の部分安定化制御装置に送信するとともに、他の部分系統安定化装置から遮断発電機候補を取り込み、全ての遮断発電機の候補の中で動揺抑制に最も有効な候補を遮断発電機として設定し、該設定された遮断発電機の遮断を実行したものとして前記シミュレーションを繰返し実行して遮断発電機データを決定するようにすることができる。
【００１０】
これによれば、自己が管轄する部分系統内の遮断発電機候補に留まらず、系統全体の遮断発電機候補を収集して、最も先に脱調する恐れがある発電機を遮断発電機として設定し、さらにこれを反映させて動揺シミュレーションを繰返し実行し、必要な遮断発電機を順次決定していることから、安定化制御装置を分散させて構成しても、適切に協調のとれた遮断発電機データ、つまり安定化制御内容を決定することができる。
【００１１】
この場合において、部分系統安定化装置は、故障の種類に対応させて遮断発電機データを登録する制御テーブルを有し、故障発生時に該故障の種類に対応する制御テーブルの遮断発電機データを検索し、自己が管轄する部分系統に属する遮断発電機に遮断指令を出力することにより、故障発生時に速やかに適切な安定化制御を行うことができる。また、遮断発電機の遮断を実行せずに、電力系統の過渡安定度をシミュレーションした結果、つまり故障時の発電機内部相差角動揺シミュレーション結果をグラフ化して表示装置に表示することにより、系統運用者に提供するようにしてもよい。
【００１２】
さらに、上記の発電機を遮断する電制に代えて、部分系統安定化装置は、自己が管轄する部分系統の系統状態データを用いて前記電力系統の故障に対する当該部分系統の電気状態量の動揺をシミュレーションし、該シミュレーションに際して系統構成要素を共有する他の部分系統安定化装置との間で、当該共有系統構成要素の系統状態データのシミュレーション経過データを交換しながらシミュレーションし、該シミュレーションの結果を用いて、発電機制御系のパラメ−タ値を調整する発電機制御系パラメ−タ調整手段を備えるものとすることがでる。
【００１３】
これによれば、オンラインで現状の電力系統の状態に適合したＰＳＳパラメータに事前に調整することができ、故障が発生しても速やかに電力系統の動揺を抑制することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１に、電力系統に本発明の系統安定化システムを適用した一実施の形態の構成概要図を示す。図において、電力系統１は、発電機、送電線、母線、変圧器、遮断器、開閉器、負荷などの系統構成要素からなる電力ネットワ−クであり、発電機で生成された電力を負荷へ供給するようになっている。本発明では、電力系統１の全体を、複数の部分系統２（２-１、２-２、２-３、・・）に分けて取り扱う。ここで、部分系統２の分割条件は、次のものとする。
(1)電力系統１を構成する各系統構成要素が、何れかの部分系統２に含まれること。
(2)一の部分系統２は、少なくとも１つの他の部分系統２と互いに共通する系統構成要素を有すること。
【００１５】
系統安定化システム３は、システム全体として電力系統１に生じる電気的な系統状態量の動揺を抑制するために、動揺前あるいは動揺後に電力系統１の系統構成要素を制御するものであり、分割された部分系統２に対応させて部分系統安定化装置４（４-１、４-２、４-３、・・）がそれぞれ設けられている。部分系統安定化装置４-１、４-２、４-３、・・は、全て同一の機能構成を有し、系統通信部４０１と、観測部４０２と、部分系統デ−タ部４０３と、分散過渡安定度計算部４０４と、ネットワ−ク通信部４０５と、系統設備制御部４００とから構成されている。そして、相互に通信ネットワーク５を介して情報の交換を可能に、かつ対応する各部分系統２と通信網６を介して接続されている。部分系統安定化装置４の各ブロックの機能の詳細については後述するが、対応する部分系統２の系統状態のみを通信網６を介して観測し、その対象とする部分系統２に関する系統状態デ−タのみを用いて、その部分系統２内の系統構成要素のみの制御を行う一方で、電力系統１の全体の安定度維持を図る適切な制御を行うために、それぞれの部分系統安定化装置４の相互間で協調しながら制御内容を決定するようにしている。
【００１６】
系統通信部４０１は、通信網６を介して部分系統安定化装置４と対象部分系統２の間の通信を行う。観測部４０２は、系統通信部４０１を介して部分系統２の系統状態デ−タを取り込み、部分系統デ−タ部４０３に格納する。ここで、系統状態データには、系統構成要素の電圧・電流などの潮流デ−タ、周波数などの電気的な系統状態量データや、系統構成要素間の接続状態デ−タなどが含まれる。
【００１７】
部分系統デ−タ部４０３は、部分系統２をモデル化してなる部分系統モデルを有しており、分散過渡安定度計算部４０４に対象部分系統に係るデ−タを与えるようになっている。ここで、モデル系統デ−タは、系統構成要素間の接続情報を与える系統構成デ−タ、送電線インピ−ダンスなどの系統構成要素デ−タ、系統構成要素の電圧・電流などの潮流デ−タを含んでなる。また、部分系統デ−タ部４０３は、他の部分系統にも共通に含まれる系統構成要素や、その部分系統を制御対象とする部分系統安定化装置４を対応づけるデ−タも管理する。
【００１８】
分散過渡安定度計算部４０４は、本発明の主な特徴である部分系統安定化装置４の相互間の協調処理を実行するものであり、系統全体の過渡安定度計算を、部分系統毎の過渡安定度計算を組み合わせて実現する処理を行うものである。ネットワ−ク通信部４０５は、通信ネットワ−ク５を介して他の部分系統安定化装置４との間の通信を行う。
【００１９】
このように、部分系統安定化装置４の分散過渡安定度計算部４０４は、対応する部分系統２を対象として電気的動揺を計算するが、その計算の過程で隣接する他の部分系統と共通する系統構成要素の電気状態量の計算結果を、相互に交換して他の部分系統の電気状態量の変化を計算に反映させることにより、他の部分系統安定化装置４と互いに協調して各制御内容を決定する。これにより、各部分系統２ごとに設置される部分系統安定化装置４による閉じた安定化制御処理であっても、電力系統全体の動揺抑制を可能としている。したがって、部分系統安定化装置４を必要に応じて電力系統１に設置することにより、対象系統を広範囲化する場合においても、過渡安定度計算を行う計算機へのデ−タ通信量の増加を抑制し、また過渡安定度計算処理速度を低下させることなく系統安定化システム３を実現することが可能になる。
【００２０】
ここで、本発明の特徴部に係る部分の詳しい機能構成について、図２に示した具体的な実施の形態に基づいて説明する。図２は、電力系統１の故障発生時に、その故障に対応させて予め設定された一部の発電機を強制遮断（電制）して、系統全体を安定化するものとして具現化された場合の例を示している。ここでは、１つの部分系統安定化装置４-２に着目し、それに対応する部分系統２-２を単に対象部分系統として説明する。
【００２１】
系統設備制御部４００は、図２に示すように、電制機決定部４０６、制御テ−ブル生成部４０７、制御テ−ブル部４０８、制御起動部４０９、故障検出部４１０から構成される。故障検出部４１０は、対象とする部分系統２に故障が実際に発生したとき、系統通信部４０１を介してこれを検出し、故障発生情報を制御起動部４０９へ送る。制御起動部４０９は、故障検出部４１０あるいはネットワ−ク通信部４０５から系統の故障発生情報（故障点、故障様相など）を受信したとき、この故障に対応する安定化制御の内容を制御テ−ブル部４０８から抽出し、抽出した制御内容に従って、系統通信部４０１を介して対象部分系統の系統構成要素に制御信号を送出する。本例では、系統安定化のために遮断すべき発電機（電制機）を決定し、その電制機を遮断すべく、遮断信号を系統通信部４０１を介して対象部分系統へ送出する。
【００２２】
そして、同時に、ネットワ−ク通信部４０５を介して他の部分系統安定化装置４−１，４−３に事故発生情報を送信する。制御テ−ブル部４０８は、図３に示すように、故障点と故障様相ごとに故障ケースが設定され、その故障点を含む部分系統２を管轄する部分系統安定化装置４を対応付けるデ−タと、系統の現在状態で故障が発生した場合の安定化制御内容を対応付けてなるテ−ブルを管理する。テ−ブルに登録される故障ケ−スは、部分系統内のみでなく系統全体にわたり、全ての部分系統安定化装置４で同じものを登録するが、故障ケ−ス間には順序が付けられているものとする。また、制御テ−ブル部４０８は、制御起動部４０９からの問い合わせに応じて、該当する安定化制御の内容を返答するようになっている。制御テ−ブル生成部４０７は、系統の現在状態で故障が発生した場合を想定して、その故障に対応する安定化制御内容を決定することにより、制御テ−ブルを生成するものである。以下、図４〜１１に示したフローチャートに沿って、特徴部に係る各ブロックの機能構成を動作とともに詳細に説明する。
【００２３】
《制御テ−ブル生成部４０７》
図４は、制御テーブル生成部４０７の処理フローを示す。制御テーブル生成部４０７は図３の処理フローに従って、一つ一つの故障ケースについて安定化制御内容（電制機）を決定する処理を実行して、図３の制御テーブルを完成させる。
Ｓ１：制御テ−ブル部４０８に設定されている故障ケ−スｆを１つ選択
Ｓ２：選択した故障ケースｆの故障ケ−スデ−タを電制機決定部４０６へ送信ここで、故障ケースデータには、故障点デ−タ、故障点を含む部分系統の管轄部分系統安定化装置を示すデ−タ、故障様相デ−タを含む。また、電制機決定部４０６の処理は図５参照
Ｓ３：電制機決定部４０６により決定された電制機を受信
Ｓ４：受信した電制機を故障ケ−スｆに対する電制機として制御テ−ブル部４０８に登録
Ｓ５：制御テ−ブル部４０８内の全ての故障ケ−スについて、Ｓ１〜Ｓ４を繰り返すことにより、全ての故障ケースの安定化制御内容を決定する。
【００２４】
《電制機決定部４０６》
図５〜７に、電制機決定部４０６の処理フローを示す。基本的に、電制機決定部４０６は、図５に示すように、制御テ−ブル生成部４０７から送信された故障ケ−スに対する電制機を決定して、その電制機を制御テ−ブル生成部４０７へ送信する。この電制機の決定は、他の部分系統安定化装置４-１、４-３の電制機決定部４０６と協調しながら実行する。
【００２５】
図５は、電制機決定部４０６における処理概要のフローを示す。すなわち、
Ｓ１１：制御テ−ブル生成部４０７から故障ケ−スデ−タｆを受信
Ｓ１２：初期設定として、電制機デ−タをクリア
Ｓ１３：故障ケースｆの故障点が、対象部分系統内であるか、対象部分系統外であるかを判断
Ｓ１４：故障ケースｆの故障点が、対象部分系統内であれば、図６に示す処理フローに従って電制機を決定
Ｓ１５：電制機の決定結果を、他の部分系統安定化装置４-１、４-２の電制機決定部４０６へ送信
Ｓ１６：故障ケースｆの故障点が、対象部分系統外であれば、図７に示す処理フローに従って電制機を決定
Ｓ１７：電制機決定結果を、制御テ−ブル生成部４０７へ送信して、処理を終了する。
【００２６】
図６に、図５のＳ１４、Ｓ１５の処理における対象部分系統内の故障に対する電制機決定の手順を示す。すなわち、
Ｓ１０１：故障ケ−スデ−タ、制御テーブル部４０８内の電制機デ−タ（最初は電制機なしの状態）を受信して、分散過渡安定度計算部４０４へ送信する。
【００２７】
（これにより、図９，１０の動揺シミュレーションが実行される。）
Ｓ１０２：分散過渡安定度計算部４０４から送信されてくる発電機の内部相差角動揺シミュレ−ション結果を受信
Ｓ１０３：シミュレ−ション結果から、内部相差角が予め与えられるしきい値δ0を超える発電機を抽出し、内部相差角がδ0を超える発電機が存在するか否か判断する。つまり、内部相差角がある値を超えると脱調してしまうことから、しきい値δ0を超える発電機を遮断して、系統の動揺を抑制するための判断
Ｓ１０４：Ｓ１０４の判断が肯定（ＹＥＳ）のときは、内部相差角がδ0を最初に超える発電機をG0として設定
Ｓ１０５：発電機G0の内部相差角がδ0を最初に超える時刻をt0に設定
Ｓ１０６：電制候補として、（G0、t0）を設定
Ｓ１０７：Ｓ１０４の判断が否定（ＮＯ）のとき、つまり内部相差角がδ0を超える発電機が存在しなくなった場合は、電制候補デ−タ（電制候補なし）を設定
Ｓ１０８：他の全ての部分系統安定化装置ｉ（図２例では、４-１、４-２）の電制機決定部４０６から、電制候補デ−タ（電制候補Gi、時刻ti）を収集
Ｓ１０９：収集データに基づき、電制候補データがあるか否かを判断
Ｓ１１０：Ｓ１０９における判断が肯定（ＹＥＳ）のときは、収集した電制候補デ−タの中から、ti（i≧0）の最小値に対応する電制候補Gを抽出
Ｓ１１１：Gを電制機に追加
Ｓ１１２：電制機デ−タを全ての部分系統安定化装置（図２例では、４-１、４-２）の電制機決定部４０６へ送信して、Ｓ１０１に戻り、追加された電制機データに基づいて処理を繰り返す
Ｓ１１３〜Ｓ１１４：Ｓ１０９における判断が否定（ＮＯ）のとき、つまり全ての電制候補デ−タに電制候補がなくなった場合は、現在の電制機デ−タを電制機決定結果として確定し、電制機決定結果と電制機決定完了信号を全ての部分系統安定化装置（４-１、４-２）の電制機決定部４０６へ送信する。
【００２８】
つまり、図６の処理を実行することにより、１つの故障ケースに対する１又は複数の電制機が決定される。この場合、Ｓ１０８〜Ｓ１１２の処理により、故障点を含む部分系統の発電機のみを電制機の対象とすることなく、電力系統１の全体からみて動揺抑制に有効な電制機が決定される。
【００２９】
図７に、図５のＳ１６に示した処理の対象部分系統外の故障に対する電制機決定の手順を示す。すなわち、
Ｓ１２１：故障ケ−スデ−タ、電制機デ−タ（最初は電制機なしの状態）を分散過渡安定度計算部４０４へ送信
（これにより、図９，１１の動揺シミュレーションが実行される。）
Ｓ１２２：分散過渡安定度計算部４０４から発電機内部相差角動揺シミュレ−ション結果の受信
Ｓ１２３：シミュレ−ション結果から、内部相差角が予め与えられるしきい値δ0を超える発電機を抽出し、内部相差角がδ0を超える発電機が存在するか否か判断
Ｓ１２４：内部相差角がδ0を超える発電機が有るときは、時間的に最初に超える発電機をG0と設定
Ｓ１２５：G0の内部相差角がδ0を最初に超える時刻をt0と設定
Ｓ１２６：電制候補デ−タとして、（G0、t0）を設定
Ｓ１２７：Ｓ１２３で内部相差角がδ0を超える発電機が存在しないときは、電制候補デ−タとして、（電制候補なし）を設定
Ｓ１２８：故障ケ−スを対象範囲に有する部分系統安定化装置ｉの電制機決定部４０６へ電制候補デ−タ（電制候補Gi、時刻ti）を送信
Ｓ１２９：これに基づいて部分系統安定化装置ｉから送信される電制機デ−タあるいは電制機決定結果デ−タを受信
Ｓ１３０：受信したデ−タが電制機デ−タであれば、Ｓ１２１へ戻り、追加された電制機データに基づいて処理を繰り返し、受信したデ−タが電制機決定結果であれば、Ｓ１３１へ進んで電制機決定結果を出力して処理終了して図５のＳ１７へ戻る。
【００３０】
《分散過渡安定度計算部４０４》
ここで、分散過渡安定度計算部４０４の処理動作について説明する。一般に過渡安定度計算と呼ばれる系統故障時動揺シミュレ−ションは、例えば、オ−ム社「電力系統過渡解析論」に詳細に述べられている方式が知られている。これは、発電機の内部状態を表現する微分方程式と、発電機群をつなぐ送電網の電圧・電流の関係式を与える系統方程式と、これら２つを繋ぐ式を、ある設定された時間刻みで数値積分することにより、系統故障時の動揺をシミュレーションする方式である。その概要を図８に示した処理フロ−を用いて以下に説明する。
【００３１】
Ｓ１４１：開始とともに、計算の時間断面の時刻を初期化（ｔ＝０）
Ｓ１４２：初期潮流状態を計算
Ｓ１４３：発電機諸量の初期値を計算
Ｓ１４４：時刻ｔが予め定められた時刻Ｔとなったら、Ｓ１４５で終了
（ここで、Ｔは、シミュレーションが収束するのに要する時間に基づいて設定する。）
Ｓ１４６：時刻ｔが予め定められた時刻Ｔに至っていない場合は、系統状態の変化の有無を判断
Ｓ１４７：系統状態が変化していれば、系統方程式を更新
Ｓ１４８：系統方程式を用いて系統各部の電圧・電流を計算（系統計算）
Ｓ１４９：微分方程式を用いて発電機内部状態量を計算
Ｓ１５０：微分方程式を用いて次の時間断面の発電機内部起電力を計算
Ｓ１５１：時刻ｔを予め定められた計算刻みΔｔだけ進めてＳ１４４に戻る。
【００３２】
本実施の形態における分散過渡安定度計算部４０４は、本発明の主な特徴である部分系統安定化装置間の協調処理を実行するものであり、大まかには、系統全体の過渡安定度計算を、部分系統毎の過渡安定度計算を組み合わせて行う。図９にその処理フローを示す。すなわち、
Ｓ１６１：電制機決定部４０６から故障ケ−スデ−タと電制デ−タを受信
Ｓ１６２：部分系統デ−タ部４０３から過渡安定度計算の入力デ−タとする部分系統デ−タを抽出
Ｓ１６３：故障点が対象部分系統内であるか否かを判断
Ｓ１６４：故障点が対象部分系統(２-２)内の場合は、それに対応する対象部分系統の過渡安定度を計算
Ｓ１６５：故障点が対象部分系統(２-２)外の場合は、それに対応する対象部分系統の過渡安定度を計算
（ここで、Ｓ１６４およびＳ１６５における計算は、全系の過渡安定度を反映させるため他の部分系統安定化装置(4-1,4-3)の分散過渡安定度計算部４０４と協調処理を行うが、その処理の詳細は後述する。）
Ｓ１６７：過渡安定度計算結果の発電機内部相差角動揺デ−タを電制機決定部４０６へ送信して、処理を終了する。
【００３３】
《Ｓ１６４の処理の詳細》
図１０に、Ｓ１６４における対象部分系統(２-２)内の故障に対する過渡安定度計算処理を示す。すなわち、
Ｓ２０１：計算開始断面の時刻ｔ＝０を初期設定
Ｓ２０２：他の部分系統安定化装置(4-1,4-3)の分散過渡安定度計算部４０４へ計算起動信号を送出する。（これにより、複数の部分系統安定化装置の分散過渡安定度計算部４０４におけるシミュレーションの同期を図る。）
Ｓ２０３：初期潮流状態を計算
Ｓ２０４：発電機諸量の初期値を計算
Ｓ２０５：時刻ｔが予め定められた時刻Ｔとなったら終了
Ｓ２０６：時刻ｔが時刻Ｔに至ってないときは、系統状態の変化の有無を判断（電制機の有無、系統の遮断器の開閉変化の有無等）
Ｓ２０７：系統状態の変化があれば、系統方程式を更新（電制ありの場合もこのステップで反映される。）
Ｓ２０８：系統方程式を用いて系統各部の電圧・電流を計算（系統計算）
Ｓ２０９：微分方程式を用いて発電機内部状態量を計算
Ｓ２１０：微分方程式を用いて次時刻断面の発電機内部起電力を計算
Ｓ２１１：他の部分系統(2-1,2-3)にも含まれる共通の系統構成要素の状態量（電圧、電流、発電機の場合は内部状態量など）を、その部分系統を管轄する部分系統安定化装置(4-1,4-3)の分散過渡安定度計算部４０４との間で交換
（つまり、共通の系統構成要素の状態量のシミュレーション結果を、相互に入れ替えて、次の時間断面におけるシミュレーションに反映して協調をとる。）
Ｓ２１２：時刻ｔを予め定められた計算刻みΔｔだけ進めてＳ２０５に戻り、時刻ｔが時刻ＴとなるまでＳ２０６〜Ｓ２１１を繰り返して実行する。
【００３４】
《Ｓ１６５の処理の詳細》
Ｓ１６５における対象部分系統(２-２)外の故障に対する過渡安定度計算処理について図１１を用いて以下に説明する。すなわち、
Ｓ３０１：他の部分系統安定化装置(4-1,4-3)の分散過渡安定度計算部４０４から計算起動信号を受信して、処理を開始する。
【００３５】
Ｓ３０２：計算開始断面の時刻ｔ＝０を初期設定
Ｓ３０３：初期潮流状態を計算
Ｓ３０４：発電機諸量の初期値を計算
Ｓ３０５：時刻ｔが予め定められた時刻Ｔとなったら終了
Ｓ３０６：時刻ｔが時刻Ｔに至ってないときは、系統状態の変化の有無を判断
Ｓ３０７：系統状態の変化があれば、系統方程式を更新（電制ありの場合もこのステップで反映される。）
Ｓ３０８：系統方程式を用いて系統各部の電圧・電流を計算（系統計算）
Ｓ３０９：微分方程式を用いて発電機内部状態量を計算
Ｓ３１０：微分方程式を用いて次時刻断面の発電機内部起電力を計算
Ｓ３１１：他の部分系統(2-1,2-3)にも共通に含まれる系統構成要素の状態量（電圧、電流、発電機の場合は内部状態量など）を、その部分系統を対象とする部分系統安定化装置の分散過渡安定度計算部４０４間で交換
Ｓ３１２：時刻ｔを予め定められた計算刻みΔｔだけ進めてＳ３０５に戻り、時刻ｔが時刻ＴとなるまでＳ２０６〜Ｓ２１１を繰り返して実行する。
【００３６】
上述したように、第１の実施の形態によれば、部分系統安定化装置４の分散過渡安定度計算部４０４は、管轄する部分系統２を対象として電気的動揺をシミュレーションするにあたり、その過程で他の部分系統と共通する系統構成要素の電気状態量のシミュレーション途中経過を、相互に入れ替えてシミュレーションに反映させていることから、系統全体のシミュレーションを適切に行うことができる。したがって、電力系統を複数の部分系統に分割し、各部分系統に安定化制御装置を分散させて構成しても、電力系統全体の動揺抑制を可能となる。
【００３７】
その結果、部分系統安定化装置４を必要に応じて電力系統１に設置することにより、対象系統を広範囲化する場合においても、過渡安定度計算を行う計算機へのデ−タ通信量の増加を抑制し、また過渡安定度計算処理速度を低下させることなく系統安定化システム３を実現することが可能になる。
【００３８】
また、第１の実施の形態によれば、電制機決定部４０６により、自己が管轄する部分系統内の電制機に留まらず、系統全体の電制機候補を収集して、最も先に脱調する恐れがある発電機を電制機として決定し、さらにこれを反映させて動揺シミュレーションを繰返し実行し、必要な電制機を順次決定していることから、安定化制御装置を分散させて構成しても、適切に協調のとれた電制機データ、つまり安定化制御内容を決定することができる。
【００３９】
なお、第１の実施の形態は、故障ケースに対応させて電制機データを制御テーブル部に登録しておき、実際の故障時に、その制御テーブルに登録された電制機データに基づいて制御起動部により対応する発電機を遮断する電制制御を行うものである。しかし、本実施の形態はこれに限られるものではなく、例えば、電制制御を実行せずに、電力系統１の過渡安定度を複数の部分系統安定化装置４で相互に協調しながらシミュレーションした結果、つまり電制機決定部４０６で得られる故障時の発電機内部相差角動揺シミュレーション結果をグラフ化して表示装置に表示することにより、系統運用者に提供するようにしてもよい。
【００４０】
〔第２の実施の形態〕
図１２に、本発明の系統安定化システムの他の実施の形態を示す。本実施の形態は、電力系統に生じる電気的状態の動揺を抑制するため、系統状態変化時に発生する動揺を計算し、発電機の励磁制御装置の端子電圧設定値に付加するPSS（Power System Stabilizer）のパラメ−タを調整する例である。つまり、発電機の有効電力や軸回転速度などの入力信号に基づいて、系統動揺抑制のための安定化信号を出力し、これを励磁制御装置の端子電圧設定値に付加するPSSパラメ−タを動揺発生前に調整する系統安定化システムである。
【００４１】
図示のように、本実施の形態の系統安定化システム７を構成する部分系統安定化装置８（８-１，８-２，８-３，・・・）は、図１の系統設備制御部４００にＰＳＳ調整部８０１を適用した点で図２の実施の形態と相違し、その他のブロックは同一機能構成を有することから、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４２】
ＰＳＳ調整部８０１は、調整対象の各ＰＳＳについて、分散過渡安定度計算部４０４が出力するシミュレーションされた各電気状態量の時系列データを用い、周知のＰｒｏｎｙ解析による動揺モード解析を行う。そして、その結果に基づいてＰＳＳパラメータを算定し、これを系統通信部４０１を介して各部分系統に設けられたＰＳＳのパラメータとして設定、又は更新設定する。なお、電気状態量の時系列データを用いてＰｒｏｎｙ解析によりＰＳＳパラメータを算定する具体的な手順は、例えば、特願平８−２３６１６５号に記載されているので、ここでは省略する。
【００４３】
このように、第２の実施の形態によれば、部分系統安定化装置８の分散過渡安定度計算部４０４は、管轄する部分系統２を対象として電気的動揺をシミュレーションするにあたり、その過程で他の部分系統と共通する系統構成要素の電気状態量のシミュレーション途中経過を、相互に入れ替えてシミュレーションに反映させていることから、系統全体のシミュレーションを適切に行うことができる。そして、その結果に基づいてＰＳＳパラメータを調整していることから、電力系統を複数の部分系統に分割し、各部分系統に安定化制御装置を分散させて構成しても、電力系統全体の動揺抑制を可能となる。
【００４４】
その結果、部分系統安定化装置８を必要に応じて電力系統１に設置することにより、対象系統を広範囲化する場合においても、過渡安定度計算を行う計算機へのデ−タ通信量の増加を抑制し、また過渡安定度計算処理速度を低下させることなく系統安定化システム７を実現することが可能になる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、対象系統が広範囲化しても、過渡安定度計算を行う計算機へのデータ通信量を増大させることなく、また過渡安定度計算の処理速度を低下させることなく、電力系統安定化システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された電力系統安定化システムの一実施の形態の全体構成図である。
【図２】図１実施の形態の系統設備制御部の具体的な例を示す全体構成図である。
【図３】制御デーブルの一例を示す図である。
【図４】制御テーブル生成部の処理フローを示す図である。
【図５】電制機決定部における処理フローの概要を示す図である。
【図６】電制機決定部における対象部分系統内の故障に対する電制機決定処理のフローを示す図である。
【図７】電制機決定部における対象部分系統外の故障に対する電制機決定処理のフローを示す図である。
【図８】一般的な過渡安定度計算の処理フローを示す図である。
【図９】本発明に係る分散過渡安定度計算部の処理フローの概要を示す図である。
【図１０】分散過渡安定度計算部における対象部分系統内の故障に対する処理のフローを示す図である。
【図１１】分散過渡安定度計算部における対象部分系統外の故障に対する処理のフローを示す図である。
【図１２】本発明が適用された電力系統安定化システムの他の実施形態の全体構成図である。
【符号の説明】
１ 電力系統
２ 部分系統
３，７ 系統安定化システム
４，８ 部分系統安定化装置
５ 通信ネットワーク
６ 通信網
４００ 系統設備制御部
４０１ 系統通信部
４０２ 観測部
４０３ 部分系統データ部
４０４ 分散過渡安定度計算部
４０５ ネットワーク通信部
４０６ 電制機決定部
４０７ 制御テーブル生成部
４０８ 制御テーブル部
４０９ 制御起動部
４１０ 故障検出部
Claims (5)
- 電力系統を複数の部分系統に区分けし、かつ各部分系統が少なくとも１つの他の部分系統と一部の系統構成要素を共有するように区分けし、各部分系統の系統構成要素を制御する部分系統安定化装置を各部分系統に対応させてそれぞれ設け、各部分系統安定化装置は自己が管轄する部分系統の系統状態データを取り込むとともに、系統構成要素を共有する他の部分系統安定化装置との間で当該共有系統構成要素の系統状態データの交換を行いながら、前記電力系統に生じる電気状態量の動揺をシミュレーションし、該シミュレーションに基づいて前記部分系統の系統構成要素を制御して前記電力系統に発生する電気状態量の動揺を抑制する電力系統安定化システム。
- 前記部分系統安定化装置は、自己が管轄する部分系統の系統状態データを用いて前記電力系統の故障に対する当該部分系統の電気状態量の動揺をシミュレーションし、該シミュレーションに際して系統構成要素を共有する他の部分系統安定化装置との間で、当該共有系統構成要素の系統状態データについてシミュレーション経過データを交換しながらシミュレーションし、該シミュレーションの結果に基づいて前記故障に起因する動揺を抑制するために強制遮断する発電機の候補を設定し、該設定した遮断発電機候補を他の部分安定化制御装置に送信するとともに、他の部分系統安定化装置から遮断発電機候補を取り込み、全ての遮断発電機の候補の中で動揺抑制に最も有効な候補を遮断発電機として設定し、該設定された遮断発電機の遮断を実行したものとして前記シミュレーションを繰返し実行して遮断発電機データを決定することを特徴とする請求項１に記載の電力系統安定化システム。
- 前記部分系統安定化装置は、前記故障の種類に対応させて前記遮断発電機データを登録する制御テーブルを有し、故障発生時に該故障の種類に対応する前記制御テーブルの遮断発電機データを検索し、自己が管轄する部分系統に属する遮断発電機に遮断指令を出力することを特徴とする請求項２に記載の電力系統安定化システム。
- 前記部分系統安定化装置は、自己が管轄する部分系統の系統状態データを用いて前記電力系統の故障に対する当該部分系統の電気状態量の動揺をシミュレーションし、該シミュレーションに際して系統構成要素を共有する他の部分系統安定化装置との間で、当該共有系統構成要素の系統状態データのシミュレーション経過データを交換しながらシミュレーションし、該シミュレーションの結果を用いて、発電機制御系のパラメ−タ値を調整する発電機制御系パラメ−タ調整手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の電力系統安定化システム。
- 電力系統を複数の部分系統に区分けし、かつ各部分系統が少なくとも１つの他の部分系統と一部の系統構成要素を共有するように区分けし、各部分系統の系統構成要素を制御する部分系統安定化装置を各部分系統に対応させてそれぞれ設け、各部分系統安定化装置は自己が管轄する部分系統の系統状態データを取り込むとともに、系統構成要素を共有する他の部分系統安定化装置との間で当該共有系統構成要素の系統状態データの交換を行いながら、前記電力系統に生じる電気状態量の動揺をシミュレーションし、該シミュレーションの結果に基づいて前記故障に起因する動揺を抑制するために強制遮断する発電機の候補を設定し、該設定した遮断発電機候補を他の部分安定化制御装置に送信するとともに、他の部分系統安定化装置から遮断発電機候補を取り込み、全ての遮断発電機の候補の中で動揺抑制に最も有効な候補を遮断発電機として設定し、該設定された遮断発電機の遮断を実行したものとして前記シミュレーションを繰返し実行し、該シミュレーションにより求められる系統構成要素の電気状態量の変化を表示する電力系統安定度監視システム。
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