JP4327154B2 - 電力系統運転状態検出システム及び電力系統運転状態検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、電力系統の運転状態を検出する電力系統運転状態検出システム及びこの電力系統運転状態検出システムの電力系統運転状態検出方法に関する。

電力系統に対して短絡や地絡等の事故が発生すると、この電力系統における発電機の機械的入力及び電気的出力の間にアンバランスが生じる。このアンバランスとは、具体的には、発電機の機械的入力に見合った電気出力にならず、入出力の不均衡が生じることにより、一般的には、電力系統における受電側の電圧（この電力系統に接続される他の電力系統の電圧）に対する送電側の電圧（発電機の同期リアクタンスの背後電圧）の相差角が、事故に起因して大となることを意味する。事故が除去された後でも時間の経過とともにこの相差角が大きくなり続けると、発電機が同期外れを起こすいわゆる脱調現象が発生する虞がある。

一般に、電力系統が事故及びその除去の一連の擾乱によりアンバランスとなっても、脱調等に至らずに安定な運転状態に回復し得る度合いを過渡安定度と称する。つまり、電力系統の過渡安定度を解析することは、結果的には、前述した相差角が、事故が除去された後に拡大し続けるか否かを判別することに等しい。

例えば、前述した解析により電力系統が安定な運転状態に回復し得ないとされた場合、複数の発電機が脱調する前に、予め定められた発電機を電力系統から遮断するいわゆる電源制限が実施されることがある（例えば、特許文献１参照。）。電源制限の対象となる発電機は、例えば、予め想定した事故について実施された電力系統の動特性モデルのシミュレーションの結果に基づいて選定される。この電源制限により、残された発電機の同期が維持されて、電力系統は安定な運転状態に回復する。
特開平４−１６８９０９号公報

しかしながら、前述した過渡安定度を精度良く解析すべく、例えば事故後の相差角の時間変化を求めるための系統情報を全て取得するには時間がかかる。このため、もしこの解析結果として電力系統が安定な運転状態に回復不能とされた場合、これに基づく電源制限の判断が遅れる虞がある。このような電源制限のミスは発電機の脱調をもたらし、結果的に電力の顧客へのサービスの低下を招く虞がある。

一方、例えば、前述した相差角が、事故が発生した後に拡大し続けることによる事象（即ち、電力系統が安定な運転状態に回復不能であることの十分条件）を求めるための系統情報を取得するだけにすれば、上記に比べて解析時間は短縮される。しかし、解析精度が相対的に低下している分だけ不必要な電源制限を実施してしまう虞があり、このため系統運用が非効率となる虞がある。

本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電力系統の過渡安定度を迅速且つ精度良く求めることにある。

前記課題を解決するための発明は、発電機、変圧器、母線、送電線等を有する電力系統の、前記発電機から前記送電線を通じて他の電力系統へ電力を送電する際の運転状態を検出する電力系統運転状態検出システムにおいて、前記発電機から発生する有効電力及び無効電力を測定する測定部と、前記電力系統に事故が発生したか否かを検出する検出部と、前記電力系統の運転状態を検出するために、前記有効電力及び前記無効電力の値を示す前記測定部の測定結果と、前記電力系統に事故が発生したことを示す前記検出部の検出結果とに基づいて、前記他の電力系統の電圧に対する前記発電機の同期リアクタンスの背後電圧の相差角が、前記電力系統の事故が発生した後に拡大し続けるか否かを判別する判別部と、を備え、前記判別部は、前記有効電力が第１の値以上であり、且つ、前記無効電力が、前記第１の値に基づいて定められた第２の値以下であるとき、前記相差角が拡大し続けるものと判別してなる。

電力系統における例えば送電線に事故が発生すると、この送電線の線路リアクタンスの増加にともない減少した有効電力（電気的出力）は、事故発生前から一定である機械的入力と釣り合うべく増加する。一般に、有効電力は相差角の増加とともに増加する傾向にあるため、事故が発生すると相差角は増加することになる。事故が除去されると、相差角は、この除去時の値から所定値まで更に増加した後に減少に転じ、有効電力が前述した機械的入力と釣り合う新たな値に収束する。但し、事故が除去されるタイミングが遅れると、相差角は、減少に転じることができずに増加し続ける。このように、相差角には、事故が除去された後に拡大し続けないことが可能な相差角範囲がある。相差角が拡大し続けることは、電力系統が不安定な運転状態に移行することを意味する。

これと同様に、有効電力に対しても、発電機の同期リアクタンスの背後電圧及び他の電力系統の電圧が一定の場合、前述した相差角が拡大し続けない範囲がある。つまり、相差角が拡大し続ける場合、有効電力は第1の値以上であるとされている。この第１の値は、相差角が拡大し続ける状態と対応するように予め定めておくことができる。

一方、無効電力も、発電機の同期リアクタンスの背後電圧及び他の電力系統の電圧が一定の場合、前述した相差角が拡大し続ける状態と対応する範囲を有する。つまり、相差角が拡大し続ける場合、無効電力は第２の値以下であるとされている。この第２の値は、前述した第1の値とともに、相差角が拡大し続ける状態と対応するように予め定めておくことができる。

ところで、有効電力が一定であっても、例えば前述した背後電圧が増加すると、相差角が相対的に減少することにともない、無効電力が増加する場合がある。この場合、無効電力の増減は背後電圧の増減に対応することになる。そこで、有効電力が第１の値以上であるか否かを判別するとともに、無効電力が第２の値以下であるか否かを判別すれば、これは、前述した背後電圧の変化も考慮していることになる。例えば有効電力が第１の値以上であるか否かのみを判別することは、相差角が前述した相差角範囲には存在しないことの十分条件について判別しているにすぎないが、前述したように有効電力及び無効電力の両方について判別することは、相差角が拡大し続けることの略必要十分条件について判別していることになる。

本発明の電力系統運転状態検出システムの判別部によれば、測定部の測定結果である有効電力が、予め求められた第１の値以上であり、且つ、測定部の測定結果である無効電力が、予め求められた第２の値以下である場合、相差角が拡大し続けるものと判別される。この有効電力及び無効電力は、通常測定されているが故に簡便に得られるものであるとともに、この判別条件は、相差角が拡大し続けることの略必要十分条件である。よって、本発明により、電力系統の過渡安定度が迅速且つ精度良く求められることになる。

また、かかる電力系統運転状態検出システムにおいて、前記検出部は、前記電力系統に事故が発生したものと検出した場合、更に当該事故の種類を検出し、前記判別部は、前記検出部で検出された事故の種類ごとに用意された前記第１の値及び前記第２の値に応じて、前記相差角が拡大し続けるか否かを判別する、ことが好ましい。
この電力系統運転状態検出システムによれば、第１の値及び第２の値は、例えば想定される事故点や事故様相等が異なる事故の種類ごとに、相差角範囲と対応するように予め定められているため、前述した判別の精度がより向上する。

また、かかる電力系統運転状態検出システムにおいて、前記電力系統は、複数の前記発電機と、複数の前記送電線と、前記複数の発電機と前記複数の送電線との間にそれぞれ設けられる複数の遮断器と、を有し、前記相差角が拡大し続けることを示す前記判別部の判別結果に基づいて、前記電力系統の運転状態を脱調状態としないために、何れかの前記遮断器を遮断する遮断制御部、を更に備えたこととしてもよい。
この電力系統運転状態検出システムによれば、判別が迅速となり且つ判別結果が高精度となるため、遮断制御部による電源制限も、迅速であるとともに、不必要な電源制限を防止するものとなる。

また、前記課題を解決するための発明は、発電機、変圧器、母線、送電線等を有する電力系統の、前記発電機から前記送電線を通じて他の電力系統へ電力を送電する際の運転状態を検出する電力系統運転状態検出システムの電力系統運転状態検出方法において、前記発電機から発生する有効電力及び無効電力を測定し、前記電力系統に事故が発生したか否かを検出し、前記電力系統の運転状態を検出するために、前記有効電力及び前記無効電力の値を示す測定結果と、前記電力系統に事故が発生したことを示す検出結果とに基づいて、前記他の電力系統の電圧に対する前記発電機の同期リアクタンスの背後電圧の相差角が、前記電力系統の事故が発生した後に拡大し続けるか否かを判別し、前記有効電力が第１の値以上であり、且つ、前記無効電力が、前記第１の値に基づいて定められた第２の値以下である場合、前記相差角が拡大し続けるものと判別してなる。

電力系統の過渡安定度を迅速且つ精度良く求めることができる。

＝＝＝電力系統運転状態検出システムの構成＝＝＝
図１〜図６を参照しつつ、本実施の形態の過渡安定化装置１００の構成例について説明する。図１は、本実施の形態の電力系統１０及び過渡安定化装置１００の構成例を示すブロック図である。図２は、本実施の形態の電力系統１０を２つの発電機２００ａ、２００ｂごとに単純化したモデル（１機無限大母線系統モデル）６００を示す模式図である。図３は、１機無限大母線系統モデル６００における電力相差角曲線の一例を示すグラフである。図４は、本実施の形態の過渡安定化装置親局１２０の構成を説明するための信号処理動作例を示すブロック図である。図５は、本実施の形態の過渡安定化装置親局１２０の構成を説明するための信号処理動作例を示すもう一つのブロック図である。図６は、本実施の形態の過渡安定化装置子局１３０の構成を説明するための信号処理動作例を示すブロック図である。

＜＜＜実際の電力系統＞＞＞
図１に例示されるように、本実施の形態の過渡安定化装置１００は、主として、発電所からの有効電力及び無効電力を測定するための装置（例えば計器用変圧器１０１ａ及び計器用変流器１０２ａ）と、幹線Ｆの潮流の有効電力を測定するための装置（例えば計器用変圧器１１１ａ及び計器用変流器１１０ａ）と、電力系統１０に事故が発生したか否かを検出するための装置（例えば過渡安定化装置子局１３０）と、電力系統１０の過渡安定度を求め、これに応じて例えば遮断器３００ｂに遮断動作を実施させる過渡安定化装置親局１２０と、を備えて構成されている。尚、この過渡安定化装置１００は、電力系統１０における幹線Ｅ、Ｆ等に事故が発生した後にこの電力系統１０の過渡安定度を判別するいわゆる過渡安定度判別装置を含むものである。

尚、本実施の形態の電力系統１０は、発電所と、２つの変電所Ｃ、Ｄと、２つの幹線Ｅ、Ｆと、を備えて構成されたものである。発電所は２つの発電機２００ａ、２００ｂを有している。また、発電所の母線３５０には発電機２００ａ、２００ｂ及び３相２回線の幹線Ｅの一端が接続されて、発電機２００ａ、２００ｂから幹線Ｅを通じて送電するようになっており、この幹線Ｅの他端には変電所Ｃの母線４５０が接続されている。この変電所Ｃの母線４５０には３相２回線の幹線Ｆの一端が接続されて、当該変電所Ｃから幹線Ｆを通じて更に送電するようになっている。この幹線Ｆの他端は、変電所Ｄの母線５５０に接続されている。また、本実施の形態の電力系統は１０、変電所Ｄの母線５５０を介して、更に他の電力系統（不図示）に接続されているものとする。

図１に例示されるように、前述した発電所からの有効電力及び無効電力を測定するための装置は、発電機２００ａ、２００ｂの出口にそれぞれ設けられた計器用変圧器１０１ａ、１０１ｂ及び計器用変流器１０２ａ、１０２ｂにより構成される。これらの計器用変圧器１０１ａ、１０１ｂ及び計器用変流器１０２ａ、１０２ｂにより得られた測定信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、過渡安定化装置親局１２０に送信されるようになっている。

また、同図に例示されるように、前述した幹線Ｆの潮流の有効電力を測定するための装置は、変電所Ｃの母線４５０に設けられた計器用変圧器１１１ａ、１１１ｂと、幹線Ｆに設けられた計器用変流器１１０ａ、１１０ｂと、過渡安定化装置子局１３０と、により構成される。

更に、同図に例示されるように、前述した電力系統１０に事故が発生したか否かを検出するための装置は、母線３５０に設けられた計器用変圧器１０３ａ、１０３ｂと、幹線Ｅに設けられた計器用変流器１０５ａ、１０５ｂ、１０９ａ、１０９ｂと、幹線Ｅに設けられたＰＣＭ（Pulse Code Modulation）リレー１０６ａ、１０６ｂ、１０７ａ、１０７ｂと、幹線Ｅに設けられたＢＰ（Busbar Protection）リレー１０８と、幹線Ｆに設けられたＰＣＭリレー１１２ａ、１１２ｂ、１１３ａ、１１３ｂと、過渡安定化装置子局１３０と、により構成される。計器用変圧器１０３ａ、１０３ｂにより得られた測定信号は、自動切換装置１０４を経由して、信号Ｓ５、Ｓ６として過渡安定化装置親局１２０に送信されるようになっている。また、計器用変流器１０５ａ、１０５ｂにより得られた測定信号、及び、ＰＣＭリレー１０６ａ、１０６ｂから出力された信号は、信号Ｓ７、Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１０として過渡安定化装置親局１２０に送信されるようになっている。

前述したＰＣＭリレー１０６ａ、１０６ｂ、１０７ａ、１０７ｂは、事故点が幹線Ｅの保護区間にあるか否かと事故相とを判別するためのいわゆる送電線保護リレーである。前述したＰＣＭリレー１１２ａ、１１２ｂ、１１３ａ、１１３ｂ、及び、前述したＢＰリレー１０８についても同様である。

前述した過渡安定化装置子局１３０は、計器用変圧器１１１ａ、１１１ｂ及び計器用変流器１１０ａ、１１０ｂにより得られた測定信号Ｔ６、Ｔ７、Ｔ８、Ｔ９に所定の処理を施して、ＰＣＭ（Pulse Code Modulation）伝送用光ケーブル１４０を通じて、過渡安定化装置親局１２０に信号Ｓ１１として送信する機能を有する装置である。また、この過渡安定化装置子局１３０は、計器用変流器１０９ａ、１０９ｂにより得られた測定信号Ｔ４、Ｔ５と、ＰＣＭリレー１０７ａ、１０７ｂ、１１２ａ、１１２ｂから出力された信号Ｔ１、Ｔ３、Ｔ１０、Ｔ１１と、ＢＰリレーから出力された信号Ｔ２と、に所定の処理を施して、ＰＣＭ伝送用光ケーブル１４０を通じて、過渡安定化装置親局１２０に信号Ｓ１１として送信する機能を有する装置でもある。

尚、本実施の形態では、過渡安定化装置親局１２０は発電所に設置され、過渡安定化装置子局１３０は変電所Ｃに設置されているものとする。また、発電機２００ａ、２００ｂの出口には遮断器３００ａ、３００ｂがそれぞれ設けられ、過渡安定化装置親局１２０からの制御信号Ｘ、Ｙに応じて遮断動作等を実施するようになっている。

＜＜＜１機無限大母線系統モデル＞＞＞
前述した電力系統１０における各発電機２００ａ、２００ｂは、１機無限大母線系統を構成するものと近似的に考えることができる。そこで、以後、電力系統１０の過渡安定度を説明する際には、わかり易くする便宜上、図２に例示される１機無限大母線系統モデル６００の過渡安定度を引用することにする。

図２に例示されるように、１機無限大母線系統モデル６００は、発電機６０１と、無限大母線６０２と、この発電機６０１から無限大母線６０２へ電力を送電する３相２回線の送電線６０３と、を備えて構成されている。発電機６０１は、本実施の形態の発電機２００ａ、２００ｂに対応し、無限大母線６０２は、例えば本実施の形態の変電所Ｄの母線５５０に接続される前述した他の電力系統に対応し、送電線６０３は、本実施の形態の幹線Ｅ及び幹線Ｆに対応するものである。

一般に、発電機６０１の同期リアクタンスをＸｄ、送電線６０３の線路リアクタンスをＸｅ、同期リアクタンスの背後電圧（送電側の電圧）をＥｄ、無限大母線電圧（受電側の電圧）をＶｂ、背後電圧の無限大母線電圧に対する相差角をδで表わせば、発電機６０１からの有効電力Ｐ及び無効電力Ｑは、それぞれ後記の「式１」及び「式２」の等式により記述されることが知られている。

「式１」の等式によれば、事故が発生する前の１機無限大母線系統モデル６００における有効電力Ｐと相差角δとの関係は、図３（ａ）に例示される電力相差角曲線Ｐ１により表わされる。同図におけるＰ_ｍは、発電機６０１における機械的入力を示す値である。発電機６０１は、電力相差角曲線Ｐ１において、Ｐ_ｍと釣り合う電気的入力としての有効電力を与える一定の相差角δ_０に対応する運転点で運転されている。

もし３相２回線の送電線６０３の一方の回線で事故が発生すると（図２参照）、送電線６０３の線路リアクタンスＸｅはこの事故により増加するため、「式１」の等式の右辺は相対的に減少する。よって、図３（ａ）に例示されるように、発電機６０１の運転点は、相差角δ_０を保ちつつ、電力相差角曲線Ｐ１から電力相差角曲線Ｐ２へ移行する。移行先の運転点における有効電力は前述したＰ_ｍよりも小さいため、発電機６０１は、電力相差角曲線Ｐ２において有効電力が大きくなる方向、即ち相差角が大きくなる方向に加速される。

事故回線を遮断することにより事故が除去されると、送電線６０３の線路リアクタンスＸｅは、事故中のＸｅよりは小さいが事故前のＸｅよりは大きい値となる。そこで、図３（ａ）に例示されるように、事故が除去された場合の電力相差角曲線Ｐ３は、前述したＰ１及びＰ２の間に形成される。相差角がδ_０から増加してδ_ｃとなるように運転点が移動した時点で事故が除去された場合、この運転点は、相差角δ_ｃを保ちつつ、電力相差角曲線Ｐ２から電力相差角曲線Ｐ３へ移行する。移行先の運転点は、このＰ３において、いわゆる加速エネルギー（図３（ａ）のＳＡの面積に対応）と、減速エネルギー（図３（ａ）のＳＢの面積に対応）とが等しくなる方向に加速される。図３（ａ）に例示されるように、運転点は、ＳＡ及びＳＢが等しくなる相差角δ_ｍで減速され、δ_０及びδ_ｍの間で振動を繰り返しつつ、新しい運転点に対応する相差角δ_ｓに収束する。

次に、前述した１機無限大母線系統モデル６００の過渡安定度について述べる。事故が除去されるタイミングが遅れた場合、図３（ａ）に例示される相差角δ_ｃがより大きくなることにともない加速エネルギーＳＡもより大きくなる。但し、減速エネルギーＳＢには上限値があるため、δ_ｃの値によっては、ＳＢがＳＡより小さいままとなって発電機６０１が加速されて相差角が増加し続ける脱調現象が発生する。図３（ｂ）に例示されるように、前述した上限値を与えるＳＢ’とＳＡ’とが等しくなるようなδ_ｃを、一般に、安定限界遮断位相角（δ_ｃｍ）と称する。

以上から、１機無限大母線系統モデル６００が不安定な運転状態から安定な運転状態へ回復可能となる条件はδ≦δ_ｃｍということになる。逆に、１機無限大母線系統モデル６００が安定な運転状態に回復不能となる条件はδ＞δ_ｃｍであり、この場合、δは事故が除去された後に小とすることが不可能となる。例えばδ≦δ_ｃｍをδの相差角範囲とすれば、「δが、事故が除去された後に当該δを小とすることが可能な相差角範囲に存在しない」ことが、安定な運転状態に回復不能な不安定な運転状態を示すことになる。

本出願人は、この１機無限大母線系統モデル６００の過渡安定度を求めるに際して、以下に述べる独自の知見を得ているものである。

「式１」の等式で表わされるように、背後電圧Ｅｄ及び無限大母線電圧Ｖｂが一定の場合、有効電力Ｐに対しても、前述した相差角範囲に対応する範囲がある。つまり、δがこの相差角範囲に存在しない（例えばδ＞δ_ｃｍである）場合、Ｐは所定値（第1の値）以上である。但し、この逆は成立せず、例えばＥｄ等が変化した場合にＰが所定値以上であっても、δが前述した相差角範囲に存在しないことには必ずしもならない。

一方、「式２」の等式で表わされるように、Ｅｄ及びＶｂが一定の場合、無効電力Ｑも、δの増加とともに減少する傾向にある上に、前述した相差角範囲に対応する範囲を有する。つまり、δがこの相差角範囲に存在しない（例えばδ＞δ_ｃｍである）場合、Ｑは所定値（第２の値）以下である。但し、この逆は成立せず、例えばＥｄ等が変化した場合にＱが所定値以下であっても、δが前述した相差角範囲に存在しないことには必ずしもならない。

「式１」及び「式２」の２つの等式をともに考慮すれば、例えば、Ｐが一定であっても、Ｅｄが増加すると、δが相対的に減少することにともない、Ｑが増加することがわかる。このように、Ｅｄの増減の効果は、Ｐに対する場合と、Ｑに対する場合とでは異なる。そこで、Ｐが所定値以上であり、且つ、Ｑが所定値以下であることは、たとえＥｄが変化したとしても、δが前述した相差角範囲に存在しないことの略必要十分条件となり得る。

本実施の形態の電力系統１０（図１）における例えば発電機２００ａ、２００ｂの有効電力及び幹線Ｆの潮流の有効電力についても、１機無限大母線系統モデル６００における前述した有効電力に関する考察を適用できる。また、例えば発電機２００ａ、２００ｂの無効電力についても、１機無限大母線系統モデル６００における前述した無効電力に関する考察を適用できる。このため、本実施の形態の過渡安定化装置親局１２０は、これらの有効電力及び無効電力の値を整定値（第１の値、第２の値）と比較するための構成を備えている。本実施の形態では、無効電力の整定値は、電力系統１０に発生する事故点や事故様相等を示す事故情報ごとに予め設定されている。本実施の形態の過渡安定化装置親局１２０及び過渡安定化装置子局１３０は、この整定値を与える事故情報を検出するための構成を備えている。

＜＜＜過渡安定化装置親局＞＞＞
図４に例示されるように、本実施の形態の過渡安定化装置親局１２０は、前述した信号Ｓ１〜Ｓ１１に基づいて、電力系統１０（図１）の過渡安定度を求め、これに応じて例えば遮断器２００ｂに遮断動作を実施させるための論理回路を備えたものである。

発電機２００ａ、２００ｂの有効電力及び無効電力は、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を入力変換処理することにより得られ、過渡安定化装置子局１３０から伝送された信号Ｓ１１により得られた幹線Ｆの潮流の有効電力とともに、後述する安定判別計算が実施されるようになっている。この計算により電力系統１０の運転状態が不安定であると判別された場合、この旨を示す不安定信号と、電力系統１０で事故が発生した旨を示す事故信号（事故情報）とに対して論理積が施されるようになっている。本実施の形態の事故情報には３種類あり、この３種類に対応する事故の何れかについて、電力系統１０の運転状態が不安定であると判別されれば、主検出リレーＭＸがオンとなるようになっている。但し、幹線Ｅにおける２φ３ＬＧの事故に関しては、過渡安定化装置子局１３０からの信号Ｓ１１と、ＰＣＭリレー１０６ａ、１０６ｂからの信号Ｓ９、Ｓ１０それぞれに対して論理積が施されることにより、事故信号が生成されるようになっている。尚、事故情報の種類は３つに限定されるものではない。

一方、幹線Ｅ等で事故が発生したことは、信号Ｓ１〜Ｓ８に対して図４に例示された所定の論理積及び論理和が施された結果、事故検出リレーＦＤＸがオンとなることに対応している。本実施の形態では、主検出リレーＭＸ及び事故検出リレーＦＤＸがともにオンになった場合、遮断器２００ａ及び遮断器２００ｂの何れか一方に遮断動作を実施させるための制御信号Ｘ又はＹが出力されるようになっている。尚、本実施の形態では、電源制御の対象となる発電機は、前述した３種類の事故を想定して予め実施された電力系統１０の動特性モデルのシミュレーションの結果に基づいて選定されているものとする。

図４に例示された信号処理動作は、本実施の形態の過渡安定化装置親局１２０の構成例を説明する便宜上、前述した安定判別計算のし方が事故情報によらない場合の一例である。本実施の形態の過渡安定化装置親局１２０は、以下述べるように、事故情報に応じて異なる安定判別計算が実施されるように構成されている。

図５に例示されるように、本実施の形態の安定判別計算（図４）では、前述した有効電力及び無効電力と、事故情報ごとに予め設定された整定値とを比較するようになっている。同図の例示によれば、事故が発生したとき、幹線Ｆの潮流の有効電力、発電機２００ａの有効電力、及び発電機２００ｂの有効電力が、それぞれについて予め設定された整定値以上であり、且つ、発電機２００ａの無効電力及び発電機２００ｂの無効電力が、それぞれについて当該事故情報に基づいて予め設定された整定値以下である場合、不安定信号が生成されるようになっている。本実施の形態の過渡安定化装置親局１２０は、このような信号処理動作を実施する論理回路を、３種類の事故情報のそれぞれについて備えたものである。

＜＜＜過渡安定化装置子局＞＞＞
図６に例示されるように、本実施の形態の過渡安定化装置子局１３０は、前述した信号Ｔ１〜Ｔ１１に基づいて、電力系統１０（図１）における事故情報や幹線Ｆの潮流の有効電力値等の基になる信号Ｓ１１を生成するための論理回路を備えたものである。本実施の形態の過渡安定化装置子局１３０では、信号Ｔ１〜Ｔ１１に所定の事故情報判別処理、入力変換処理、論理和処理等が施されて、幹線Ｆ、幹線Ｅ、及び変電所Ｃにおける事故情報の基になる信号や、幹線Ｆの潮流の有効電力値の基になる信号等が生成され、これらの信号（Ｓ１１）が過渡安定化装置親局１２０に送信されるようになっている。

＝＝＝電力系統運転状態検出方法＝＝＝
図７及び図８を参照しつつ、前述した過渡安定化装置１００による電力系統運転状態検出方法について説明する。図７は、本実施の形態の過渡安定化装置親局１２０を構成する論理回路の動作手順の一例を示すフローチャートである。図８（ａ）は、本実施の形態の電力系統１０に想定される事故情報の一例を示す図表である。図８（ｂ）は、本実施の形態の電力系統１０の有効電力の測定値と無効電力の整定値との相関例を示す図表である。図８（ｃ）は、本実施の形態の電力系統１０の過渡安定度を求める動作例を視覚化した模式図である。

図７に例示されるように、過渡安定化装置親局１２０は、前述した事故信号（事故情報）を受信したか否かを判別する（Ｓ１００）。事故情報を受信していない場合（Ｓ１００：ＮＯ）、過渡安定化装置親局１２０は、ステップＳ１００の動作を再度実施する。

事故情報を受信した場合（Ｓ１００：ＹＥＳ）、過渡安定化装置親局１２０は、幹線Ｆの潮流の有効電力、発電機２００ａ、２００ｂの有効電力、及び発電機２００ａ、２００ｂの無効電力を求める（Ｓ１０１）。

過渡安定化装置親局１２０は、ステップＳ１０１で求められた３つの有効電力がそれぞれの整定値以上であるか否かを判別する（Ｓ１０２）。この動作は、図５に例示された有効電力に関する論理積に対応するものである。ステップＳ１０１で求められた３つの有効電力の何れかが整定値未満である場合（Ｓ１０２：ＮＯ）、過渡安定化装置親局１２０は、ステップＳ１００の動作を再度実施する。

ステップＳ１０１で求められた３つの有効電力がそれぞれの整定値以上である場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、送遮断装置親局１２０は、図８（ｃ）に例示されるように、ステップＳ１０１で求められた２つの無効電力がそれぞれの整定値以下であるか否かを判別する（Ｓ１０３）。この動作は、図５に例示された無効電力に関する論理積に対応するものである。ステップＳ１０１で求められた２つの無効電力の何れかが整定値未満である場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、過渡安定化装置親局１２０は、ステップＳ１００の動作を再度実施する。

図８（ａ）に例示されるように、ステップＳ１００で受信される事故情報は、事故点を示す情報及び事故様相を示す情報から構成されている。例えば、事故点が幹線Ｅの場合の事故様相は２φ３ＬＧであり、この事故特有の無効電力の整定値が予め設定されている。この無効電力の整定値は、ステップＳ１０１で求められた３つの有効電力の値に応じて異なるものである。具体的には、図８（ａ）に例示されるように、事故情報に応じて、有効電力の測定値と無効電力の整定値との相関が予め設定されており、図８（ｂ）に例示されるように、この相関により無効電力の整定値（ＱＡ２、ＱＢ２）が予め設定されている。ここで、ＱＡ２及びＱＢ２は、それぞれ発電機２００ａ、２００ｂの無効電力の整定値を意味する。

尚、図８（ｂ）における「発電所［％]」は、発電機２００ａ、２００ｂの有効電力が、所定の基準値を１００％とした場合の比率を示すものである。例えば発電所が原子力発電所の場合、この２つの発電機２００ａ、２００ｂからの有効電力は略同様に増減し得るとされている。

また、図８（ｂ）及び図８（ｃ）に例示されるＱＡ１及びＱＢ１は、それぞれ発電機２００ａ、２００ｂの定格無効電力値を意味する。図８（ｃ）に例示されるＱＡ１における水平線とＱＢ１における垂直線とは、発電機２００ａ、２００ｂの無効電力がＱＡ１、ＱＢ１より大きい場合、電源制限させないための誤動作防止条件を示すものである。

ステップＳ１０１で求められた２つの無効電力がそれぞれの整定値以下である場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、過渡安定化装置親局１２０は、遮断器２００ａ及び遮断器２００ｂの何れか一方に遮断動作を実施させるための制御信号Ｘ又はＹを出力する。この動作は、図４に例示された主検出リレーＭＸ及び事故検出リレーＦＤＸにより実現される。

本実施の形態の過渡安定化装置１００（電力系統運転状態検出システム）の過渡安定化装置親局１２０（判別部、遮断制御部）によれば、以下のことが言える。前述した測定信号に基づく有効電力が、前述した事故信号を想定して予め求められた整定値（第１の値）以上であり、且つ、前述した測定信号に基づく無効電力が、前述した事故信号を想定して予め求められた整定値（第２の値）以下である場合、発電機２００ａ、２００ｂの相差角が拡大し続けるものと判別される。この相差角範囲は、前述した１機無限大母線系統モデル６００の相差角範囲に対応するものである。上記有効電力及び無効電力は、通常測定されているが故に簡便に得られるものであるとともに、上記判別条件は、相差角が前述した相差角範囲に存在しないことの略必要十分条件である。よって、本実施の形態の過渡安定化装置親局１２０により、電力系統１０の過渡安定度が迅速且つ精度良く求められることになる。

また、本実施の形態の過渡安定化装置１００によれば、電源制限を実施するか否かの判断（即ち、発電機２００ａ及び発電機２００ｂの何れか一方を遮断するか否かの判断）も、迅速であるとともに、不必要な電源制限を防止するものとなる。

尚、本実施の形態では、前述した測定信号を生成する機能を有するもの（例えば、計器用変圧器１０１ａ及び計器用変流器１０２ａや、計器用変圧器１１１ａ及び計器用変流器１１０ａ等）が測定部に対応し、前述した事故信号を生成する機能を有するもの（例えば、過渡安定化装置子局１３０等）が検出部に対応する。

前述した実施の形態の電力系統は、２つの発電機２００ａ、２００ｂを備えた電力系統１０であるが、これに限定されるものではない。電力系統の発電機は１つでもよいし、３つ以上でもよい。但し、発電機が１つの場合、本実施の形態の電力系統運転状態検出システムは、電源制限を実施するものではなく、少なくとも発電機の運転状態を検出する機能を有するシステムとなる。

また、前述した実施の形態の電力系統運転状態検出システムは、遮断器３００ａ、３００ｂに遮断動作を実施させる過渡安定化装置１００であったが、これに限定されるものではない。本実施の形態の電力系統運転状態検出システムは、電源制限以外の系統安定化を実施するシステムであってもよい。

前述した実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく変更、改良されるとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

本実施の形態の電力系統及び過渡安定化装置の構成例を示すブロック図である。 本実施の形態の電力系統を２つの発電機ごとに単純化したモデル（１機無限大母線系統モデル）を示す模式図である。 １機無限大母線系統モデルにおける電力相差角曲線の一例を示すグラフである。 本実施の形態の過渡安定化装置親局の構成を説明するための信号処理動作例を示すブロック図である。 本実施の形態の過渡安定化装置親局の構成を説明するための信号処理動作例を示すもう一つのブロック図である。 本実施の形態の過渡安定化装置子局の構成を説明するための信号処理動作例を示すブロック図である。 本実施の形態の過渡安定化装置親局を構成する論理回路の動作手順の一例を示すフローチャートである。 （ａ）は、本実施の形態の電力系統に想定される事故情報の一例を示す図表であり、（ｂ）は、本実施の形態の電力系統の有効電力の測定値と無効電力の整定値との相関例を示す図表であり、（ｃ）は、本実施の形態の電力系統の過渡安定度を求める動作例を視覚化した模式図である。

符号の説明

１０ 電力系統
１００ 過渡安定化装置
１０１ａ、１０１ｂ、１０３ａ、１０３ｂ、１１１ａ、１１１ｂ 計器用変圧器
１０２ａ、１０２ｂ、１０５ａ、１０５ｂ 計器用変流器
１０９ａ、１０９ｂ、１１０ａ、１１０ｂ 計器用変流器
１０４ 自動切換装置
１０６ａ、１０６ｂ、１０７ａ、１０７ｂ ＰＣＭリレー
１１２ａ、１１２ｂ、１１３ａ、１１３ｂ ＰＣＭリレー
１０８ ＢＰリレー
１２０ 過渡安定化装置親局
１３０ 過渡安定化装置子局
１４０ ＰＣＭ伝送用光ケーブル
２００ａ、２００ｂ 発電機
３００ａ、３００ｂ 遮断器
３５０、４５０、５５０ 母線
６００ １機無限大母線系統モデル
６０１ 発電機
６０２ 無限大母線
６０３ 送電線

Claims (4)

1. 発電機、変圧器、母線、送電線等を有する電力系統の、前記発電機から前記送電線を通じて他の電力系統へ電力を送電する際の運転状態を検出する電力系統運転状態検出システムにおいて、
   前記発電機から発生する有効電力及び無効電力を測定する測定部と、
   前記電力系統に事故が発生したか否かを検出する検出部と、
   前記電力系統の運転状態を検出するために、前記有効電力及び前記無効電力の値を示す前記測定部の測定結果と、前記電力系統に事故が発生したことを示す前記検出部の検出結果とに基づいて、前記他の電力系統の電圧に対する前記発電機の同期リアクタンスの背後電圧の相差角が、前記電力系統の事故が発生した後に拡大し続けるか否かを判別する判別部と、を備え、
   前記判別部は、前記有効電力が第１の値以上であり、且つ、前記無効電力が、前記第１の値に基づいて定められた第２の値以下であるとき、前記相差角が拡大し続けるものと判別する、ことを特徴とする電力系統運転状態検出システム。
2. 前記検出部は、前記電力系統に事故が発生したものと検出した場合、更に当該事故の種類を検出し、
   前記判別部は、前記検出部で検出された事故の種類ごとに用意された前記第１の値及び前記第２の値に応じて、前記相差角が拡大し続けるか否かを判別する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力系統運転状態検出システム。
3. 前記電力系統は、複数の前記発電機と、複数の前記送電線と、前記複数の発電機と前記複数の送電線との間にそれぞれ設けられる複数の遮断器と、を有し、
   前記相差角が拡大し続けることを示す前記判別部の判別結果に基づいて、前記電力系統の運転状態を脱調状態としないために、何れかの前記遮断器を遮断する遮断制御部、を更に備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力系統運転状態検出システム。
4. 発電機、変圧器、母線、送電線等を有する電力系統の、前記発電機から前記送電線を通じて他の電力系統へ電力を送電する際の運転状態を検出する電力系統運転状態検出システムの電力系統運転状態検出方法において、
   前記発電機から発生する有効電力及び無効電力を測定し、
   前記電力系統に事故が発生したか否かを検出し、
   前記電力系統の運転状態を検出するために、前記有効電力及び前記無効電力の値を示す測定結果と、前記電力系統に事故が発生したことを示す検出結果とに基づいて、前記他の電力系統の電圧に対する前記発電機の同期リアクタンスの背後電圧の相差角が、前記電力系統の事故が発生した後に拡大し続けるか否かを判別し、
   前記有効電力が第１の値以上であり、且つ、前記無効電力が、前記第１の値に基づいて定められた第２の値以下である場合、前記相差角が拡大し続けるものと判別する、
   ことを特徴とする電力系統運転状態検出システムの電力系統運転状態検出方法。
   
   

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