JP4152862B2

JP4152862B2 - 電力系統解析装置

Info

Publication number: JP4152862B2
Application number: JP2003370816A
Authority: JP
Inventors: 憲一黒田; 良之河野; 昌洋高崎; 清竹中
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2023-10-30
Also published as: JP2005137130A

Description

本発明は、１つの一般的な電力系統を複数の電力系統に分割し、分割された複数の電力系統を安定に接続シミュレーションして、全体として１つの電力系統を模擬する電力系統解析装置に関する。

電力系統シミュレータは、その実現方法に着目すると、大きく分けて以下の２種類に分類することが出来る。１つ目はアナログシミュレータと呼ばれるもので、実際の電力系統を縮小した電気回路を構成し、その回路に電圧を印加することにより電力系統の応動を模擬するものである。２つはディジタルシミュレータと呼ばれるもので、電力系統の各構成要素を数式によってモデル化し、計算機を用いてその数式を解くことにより、電力系統の応動を模擬するものである。

上記２種類の電力系統シミュレータには、それぞれ長所・短所があるため、系統の一部をアナログシミュレータで模擬し、残りの部分をディジタルシミュレータで模擬し、両者を接続することにより全体として１つの系統を模擬する方法が用いられることがある。
また、ディジタルシミュレータで電力系統をシミュレーションする場合には、ディジタルシミュレータ内の数値演算装置の演算能力によってシミュレーション可能な系統規模が制約されるため、系統をいくつかの部分に分割し、複数の数値演算装置上で並列に演算し、全体として１つの系統をシミュレーションする方法が用いられている。

以上のように１つの電力系統を複数の部分に分割し、それらを独立にシミュレーションすることにより、全体として１つの系統をシミュレーションするための公知の手法として、特許文献１（特開平５−３３６６５８号公報）がある。
特許文献１には、電圧や電流の大きさの異なる２つの電気回路（交流回路）を接続するに際し、第１の電気回路に電圧増幅器を接続し、第２の電気回路に電流増幅器を接続すると共に、第１の電気回路に電流検出器を接続して当該電流検出器の出力を第２の電気回路の電流増幅器に与え、第２の電気回路に電圧検出器を接続して当該検出器の出力を第１の電気回路側の電圧増幅器に与えるように構成することにより、電圧増幅器と電流増幅器を介してあたかも両者（第１および第２の電気回路）が接続されているかのように動作する「電力変換装置」が示されている。この手法は一般に、電圧電流交換方式と呼ばれている。

図４は、従来の電力系統解析装置の構成を示す図であり、従来方式を電力系統に適用した場合の例を示す。図４において、第一の電力系統１および第二の電力系統２は、１つの一般的な電力系統が分割されたものである。この分轄された第一の電力系統１および第二の電力系統２は、それぞれ第一の電力系統解析装置３および第二の電力系統解析装置４で模擬されている。なお、１１は電圧検出器、１２は電流検出器、２１は電流源、２２は電圧源である。

次に動作について説明する。第一の電力系統解析装置３に設けられた電圧検出器１１では、第一の電力系統１の電圧を検出し、その検出値が第二の電力系統解析装置４に設けられた電圧源２２の出力指令値Ｖ_Ｓ２として与えられ、電圧源２２からはその指令値Ｖ_Ｓ２に応じた電圧が出力される。一方、第二の電力系統解析装置４に設けられた電流検出器１２では、第二の電力系統２の電流を検出し、その検出値が第一の電力系統解析装置３に設けられた電流源２１の出力指令値Ｊ_１として与えられ、電流源２１からはその指令値に応じた電流が出力される。以上の動作によって、電流源２１と電圧源２２とを介してあたかも両者が接続されているように動作する。
特開平５−３３６６５８号公報（図１、段落０００４）

上述した方式により電力系統を接続する場合、下記の安定条件を満たさなければ電圧、電流が発散し、安定に接続を行うことが出来ないという制約がある。
Ａ＜Ｂ・・・・・・・・（１）
ここで、
Ａ：接続点から見た電力系統１側のインピーダンス
Ｂ：接続点から見た電力系統２側のインピーダンス
である。
なお、接続点とは、第一の電力系統解析装置内と第二の電力系統解析装置４との接続点のことである。

この（１）式に示した安定条件は、全ての周波数成分に対して満たす必要がある。
この安定条件を満たす電力系統に対しては、従来方式を用いて接続することが可能であるが、一般的な電力系統の場合、インダクタンス成分とキャパシタンス成分の両者が含まれるため、それらの共振点あるいは反共振点が存在し、全ての周波数成分に対して、上記安定条件を満たすことはまれである。
図５は、一般的な電力系統をある部分で２つの電力系統に分割し、分割点から見たそれぞれの電力系統のインピーダンスをプロットしたグラフを示している。図５では、ある周波数領域に対しては上記安定条件を満たすことが可能であるが、ある周波数では安定条件を満たしていない。このような系統の場合、安定条件を満たさなくなる周波数で電圧、電流が発散し、安定にシミュレーションを行うことが不可能となる。
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、一般的な電力系統に対して安定な接続シミュレーションを可能とすることができる電力系統解析装置を提供することを目的とする。

この発明に係る電力系統解析装置は、第一の電力系統、上記第一の電力系統の出力電圧を検出する電圧検出器、上記電圧検出器で検出された上記第一の電力系統の出力電圧から所定帯域の周波数成分を抽出する第一の成分抽出フィルタ、上記第一の電力系統に接続された電流源で構成された第一の電力系統解析装置と、第二の電力系統、上記第二の電力系統の出力電流を検出する電流検出器、上記第二の電力系統に接続された電圧源で構成された第二の電力系統解析装置を備え、
上記第二の電力系統解析装置の上記電圧源は、上記第一の電力系統解析装置の上記第一の成分抽出フィルタの出力に応じて電圧を出力し、上記第一の電力系統解析装置の上記電流源は、上記第二の電力系統解析装置の上記電流検出器の出力に応じて電流を出力するようにしたものである。

また、この発明に係る電力系統解析装置は、第一の電力系統、上記第一の電力系統の出力電圧を検出する電圧検出器、上記第一の電力系統に接続された電流源で構成された第一の電力系統解析装置と、第二の電力系統、上記第二の電力系統の出力電流を検出する電流検出器、上記電流検出器で検出された上記第二の電力系統の出力電流から所定帯域の周波数成分を抽出する第二の成分抽出フィルタ、上記第二の電力系統に接続された電圧源で構成された第二の電力系統解析装置を備え、
上記第一の電力系統解析装置の上記電流源は、上記第二の電力系統解析装置の上記第二の成分抽出フィルタの出力に応じて電流を出力し、上記第二の電力系統解析装置の上記電圧源は、上記第一の電力系統解析装置の上記電圧検出器の出力に応じて電圧を出力するようにしたものである。

本発明による電力系統解析装置によれば、１つの電力系統を複数の電力系統に分割し、両者を１つの電力系統として模擬する方法として公知となっている従来の方式を適用した場合、電圧および電流が発散することが多かった一般的な電力系統に対しても、不安定となる周波数成分を取り除き、分割された電力系統に対して安定した接続を実現することが可能となる電力系統解析装置を提供することができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、各図間において、同一符号は、同一あるいは相当のものを表す。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による電力系統解析装置の構成を示す図である。
図１において、１は分割された第一の電力系統、２は分割された第二の電力系統であり、第一の電力系統１および第二の電力系統２は、それぞれ第一の電力系統解析装置３および第二の電力系統解析装置４で模擬される。１１は第一の電力系統１の電圧を検出する電圧検出器、１２は第二の電力系統の電流を検出する電流検出器、２１は第一の電力系統解析装置３内に設けられた電流源、２２は第二の電力系統解析装置４内に設けられた電圧源である。
また、３１は第一の電力系統１の電圧を検出する電圧検出器１１に接続され、この電圧検出器１１で検出された第一の電力系統１の出力電圧から所定帯域の周波数成分を抽出する第一の成分抽出フィルタである。

次に動作について説明する。第一の電力系統解析装置３に設けられた電圧検出器１１は、第一の電力系統１の電圧を検出し、第一の成分抽出フィルタ３１は電圧検出器１１で検出された第一の電力系統１の電圧Ｖ_１から所定帯域の周波数成分を抽出する。
即ち、一般的な電力系統の場合、前述したように全ての周波数成分に対して従来方式の安定条件を満たすことは難しく、ある周波数においては安定条件を満たさなくなる場合が多い。そこで、第一の成分抽出フィルタ３１によって安定条件を満たす周波数成分のみを抽出して出力する。
そして、第一の成分抽出フィルタ３１の出力は、第二の電力系統解析装置４に設けられた電圧源２２の出力指令値Ｖ_Ｓ２として与えられ、電圧源２２からはその指令値に応じた電圧が出力される。

一方、第二の電力系統解析装置４に設けられた電流検出器１２は第二の電力系統２の電流を検出し、その検出値Ｉ_２が第一の電力系統解析装置３に設けられた電流源２１の出力指令値Ｊ_１として与えられ、電流源２１からはその指令値に応じた電流が出力される。
以上の動作により、分割された第一の電力系統１と第二の電力系統２は、電流源２１と電圧源２２を介してあたかも両者が接続されているかのように動作する。
ところで、図５で示したように、一般的な電力系統の場合、全ての周波数成分に対して従来方式の安定条件を満たすことは難しく、ある周波数においては安定条件を満たさなくなる場合が多い。
そこで、本実施の形態では、第一の成分抽出フィルタ３１によって、電圧検出器１１が検出する第一の電力系統１の電圧から不安定となる成分を取り除き、安定条件を満たす周波数成分のみ取り出し、その成分のみを第二の電力系統２の電圧源２２に出力指令値として与えることにより、第一の電力系統１と第二の電力系統２の安定な接続を実現し、全体として１つの電力系統を安定に模擬することが可能となる。
なお、このような成分抽出フィルタとして、例えば、高周波領域で安定条件を満たさなくなる場合にはローパスフィルタを適用することができる。

以上説明したように、本実施の形態による電力系統解析装置は、第一の電力系統１、第一の電力系統１の出力電圧を検出する電圧検出器１１、電圧検出器１１で検出された第一の電力系統１の出力電圧から所定帯域の周波数成分を抽出する第一の成分抽出フィルタ３１、第一の電力系統１に接続された電流源２１で構成された第一の電力系統解析装置３と、第二の電力系統２、第二の電力系統２の出力電流を検出する電流検出器１２、第二の電力系統２に接続された電圧源２２で構成された第二の電力系統解析装置４を備え、第二の電力系統解析装置４の電圧源２２は、第一の電力系統解析装置３の第一の成分抽出フィルタ３１の出力に応じて電圧を出力し、第一の電力系統解析装置３の電流源２１は、第二の電力系統解析装置４の電流検出器１２の出力に応じて電流を出力する。
その結果、第二の電力系統解析装置４の電圧源２２は、不安定となる周波数成分が取り除かれた第一の成分抽出フィルタ３１の出力に応じて電圧を出力するので、一般的な電力系統に対しても、分割された電力系統に対して安定した接続を実現することが可能となる。

実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２による電力系統解析装置の構成を示す図である。
図２において、３２は第二の電力系統２の電流を検出する電流検出器１２に接続され、この電流検出器１２で検出された第二の電力系統２の出力電流から所定帯域の周波数成分を抽出する第二の成分抽出フィルタである。
本実施の形態による電力系統解析装置は、前述の実施の形態１による電力系統解析装置において第一の電力系統解析装置３に設けられていた第一の成分抽出フィルタ３１を省略する代わりに、第二の電力系統解析装置４に第二の成分抽出フィルタ３２を設けたことを特徴とする。

次に動作について説明する。第一の電力系統解析装置３に設けられた電圧検出器１１は、第一の電力系統１の電圧を検出し、電圧検出器１１で検出された第一の電力系統１の電圧Ｖ_１は第二の電力系統解析装置４に設けられた電圧源２２の出力指令値Ｖ_Ｓ２として与えられ、電圧源２２からはその指令値に応じた電圧が出力される。
一方、第二の電力系統解析装置４に設けられた電流検出器１２は、第二の電力系統２の電流を検出し、第二の成分抽出フィルタ３２は電流検出器１２で検出された第二の電力系統２の電流Ｉ_２から所定帯域の周波数成分を抽出する。

前述したように、一般的な電力系統の場合、全ての周波数成分に対して従来方式の安定条件を満たすことは難しく、ある周波数においては安定条件を満たさなくなる場合が多い。そこで、本実施の形態では第二の成分抽出フィルタ３２によって安定条件を満たす周波数成分のみを抽出して出力する。
そして、第二の成分抽出フィルタ３２の出力は、第一の電力系統解析装置３に設けられた電流源２１の出力指令値Ｊ_１として与えられ、電流源２１からはその指令値に応じた電流が出力される。
以上の動作により、分割された第一の電力系統１と第二の電力系統２は、電流源２１と電圧源２２を介してあたかも両者が接続されているかのように動作する。

このように、本実施の形態においては、第二の成分抽出フィルタ３２によって、第二の電力系統解析装置３に設けられた電流検出器１２が検出する第二の電力系統２の電流からから不安定となる成分を取り除き、安定条件を満たす周波数成分のみ取り出し、その成分のみを第一の電力系統１の電流源２１に出力指令値として与えることにより、実施の形態１の場合と同様に第一の電力系統１と第二の電力系統２の安定な接続を実現し、全体として１つの電力系統を安定に模擬することが可能となる。

以上説明したように、本実施の形態による電力系統解析装置は、第一の電力系統１、第一の電力系統１の出力電圧を検出する電圧検出器１１、第一の電力系統１に接続された電流源２１で構成された第一の電力系統解析装置３と、第二の電力系統２、第二の電力系統２の出力電流を検出する電流検出器１２、電流検出器１２で検出された第二の電力系統２の出力電流から所定帯域の周波数成分を抽出する第二の成分抽出フィルタ３２、第二の電力系統２に接続された電圧源２２で構成された第二の電力系統解析装置４を備え、第一の電力系統解析装置３の電流源２１は、第二の電力系統解析装置４の第二の成分抽出フィルタ３２の出力に応じて電流を出力し、第二の電力系統解析装置４の電圧源２２は、第一の電力系統解析装置３の電圧検出器１１の出力に応じて電圧を出力する。
その結果、第一の電力系統解析装置４の電流源２１は、不安定となる周波数成分が取り除かれた第二の成分抽出フィルタ３２の出力に応じて電流を出力するので、実施の形態１の場合と同様に、一般的な電力系統に対しても分割された電力系統に対して安定した接続を実現することが可能となる。

実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態２による電力系統解析装置の構成を示す図である。
図３において、３１は第一の電力系統１の電圧を検出する電圧検出器１１に接続され、この電圧検出器１１で検出された第一の電力系統１の出力電圧から所定帯域の周波数成分を抽出する第一の成分抽出フィルタであり、３２は第二の電力系統２の電流を検出する電流検出器１２に接続され、この電流検出器１２で検出された第二の電力系統２の出力電流から所定帯域の周波数成分を抽出する第二の成分抽出フィルタである。
前述したように、一般的な電力系統の場合、全ての周波数成分に対して従来方式の安定条件を満たすことは難しく、ある周波数においては安定条件を満たさなくなる場合が多い。

そこで、第一の電力系統１から第二の電力系統２に渡される電圧値と、第二の電力系統２から第一の電力系統１に渡される電流値の両方に成分抽出フィルタを掛けることにより、不安定となる周波数成分のやりとりをやめ、安定な接続を実現することが可能である。
本実施の形態による電力系統解析装置は、第一の電力系統解析装置３に実施の形態１で説明した第一の成分抽出フィルタ３１を設けると共に、第二の電力系統解析装置４に実施の形態２で説明した第二の成分抽出フィルタ３２を設けたことを特徴とする。
これにより、実施の形態１あるいは実施の形態２の場合と同様に、第一の電力系統１と第二の電力系統２の安定な接続を実現し、全体として１つの電力系統を安定に模擬することが可能となる。更に、一方にのみ成分抽出フィルタを掛ける場合よりも更に安定性を向上させることが可能となる。
なお、第一の成分抽出フィルタ３１および第二の成分抽出フィルタ３２の動作については既に説明済みであるので省略する。

実施の形態１、２の説明および図３から明らかなように、本実施の形態による電力系統解析装置は、実施の形態１による電力系統解析装置において、更に、第二の電力系統解析装置４は、電流検出器１２で検出された第二の電力系統２の出力電流から所定帯域の周波数成分を抽出する第二の成分抽出フィルタ３２を備え、第一の電力系統解析装置３の電流源２１は第二の成分抽出フィルタ３２の出力に応じて電流を出力する。
その結果、第二の電力系統解析装置４の電圧源２２は、不安定となる周波数成分が取り除かれた第一の成分抽出フィルタ３１の出力に応じて電圧を出力すると共に、第一の電力系統解析装置４の電流源２１は、不安定となる周波数成分が取り除かれた第二の成分抽出フィルタ３２の出力に応じて電流を出力するので、分割された電力系統に対して更に安定した接続を実現することが可能となる。

本発明は、一般的な電力系統を分割し、分割された電力系統を安定に接続シミュレーションして、全体として１つの電力系統を模擬する電力系統解析装置に有用である。

実施の形態１による電力系統解析装置の構成を示す図である。実施の形態２による電力系統解析装置の構成を示す図である。実施の形態３による電力系統解析装置の構成を示す図である。従来方式を適用した従来の電力系統解析装置の構成を示す図である。一般的な電力系統のインピーダンス特性を示す図である。

符号の説明

１第一の電力系統
２第二の電力系統
３第一の電力系統解析装置
４第二の電力系統解析装置
１１電圧検出器
１２電流検出器
２１電流源
２２電圧源
３１第一の成分抽出フィルタ
３２第二の成分抽出フィルタ

Claims

第一の電力系統、上記第一の電力系統の出力電圧を検出する電圧検出器、上記電圧検出器で検出された上記第一の電力系統の出力電圧から所定帯域の周波数成分を抽出する第一の成分抽出フィルタ、上記第一の電力系統に接続された電流源で構成された第一の電力系統解析装置と、
第二の電力系統、上記第二の電力系統の出力電流を検出する電流検出器、上記第二の電力系統に接続された電圧源で構成された第二の電力系統解析装置を備え、
上記第二の電力系統解析装置の上記電圧源は、上記第一の電力系統解析装置の上記第一の成分抽出フィルタの出力に応じて電圧を出力し、
上記第一の電力系統解析装置の上記電流源は、上記第二の電力系統解析装置の上記電流検出器の出力に応じて電流を出力することを特徴とする電力系統解析装置。
第一の電力系統、上記第一の電力系統の出力電圧を検出する電圧検出器、上記第一の電力系統に接続された電流源で構成された第一の電力系統解析装置と、
第二の電力系統、上記第二の電力系統の出力電流を検出する電流検出器、上記電流検出器で検出された上記第二の電力系統の出力電流から所定帯域の周波数成分を抽出する第二の成分抽出フィルタ、上記第二の電力系統に接続された電圧源で構成された第二の電力系統解析装置を備え、
上記第一の電力系統解析装置の上記電流源は、上記第二の電力系統解析装置の上記第二の成分抽出フィルタの出力に応じて電流を出力し、
上記第二の電力系統解析装置の上記電圧源は、上記第一の電力系統解析装置の上記電圧検出器の出力に応じて電圧を出力することを特徴とする電力系統解析装置。
上記第二の電力系統解析装置は、上記電流検出器で検出された上記第二の電力系統の出力電流から所定帯域の周波数成分を抽出する第二の成分抽出フィルタを備え、
上記第一の電力系統解析装置の上記電流源は、上記第二の成分抽出フィルタの出力に応じて電流を出力することを特徴とする請求項１に記載の電力系統解析装置。