JP4861074B2 - 電圧高め制御量決定装置、電圧高め制御量決定方法、発電機制御システムおよび発電機制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、電力系統事故発生時に複数の発電機の電圧を短時間だけ高める電圧高め制御における各発電機の制御量を決定する電圧高め制御量決定装置および電圧高め制御量決定方法ならびに電圧高め制御量決定装置を用いた発電機制御システムおよび発電機制御方法に関し、特に、各発電機の安定度向上効果の大きさに基づいて制御量を各発電機に適切に配分し、もって発電機群全体として過励磁量の上昇を抑制することができる電圧高め制御量決定装置、電圧高め制御量決定方法、発電機制御システムおよび発電機制御方法に関するものである。

わが国においては、最大送電可能電力は送電線や変圧器などの熱容量限界によってではなく、落雷などによる過酷な系統擾乱時の過渡安定度制約によって決まることが多い。しかし、その発生確率は非常に低いため、過酷事故時のみ発電機、変圧器のハードウェアの電圧面での安全運転許容範囲を有効に活用することで、機器への影響はほとんど与えずに最大送電可能電力を増加させることができる。これにより、運用範囲が拡大され、より経済的な運用や設備投資の繰り延べが期待できる。

そこで、過酷事故発生時に、発電機、変圧器の許容過電圧曲線を有効に活用して、最大送電可能電力を増大させる電圧高め制御方式が開発されている（非特許文献１参照。）。電圧高め制御とは、発電機および変電所の自端情報である電圧測定値のみを用いて、系統擾乱による過酷事故を把握し、事故除去後に発電機の端子電圧設定値を短時間だけ高める制御をいう。このような制御により、安全運転可能範囲内で電圧を短時間上昇させ、最大送電電力を向上させることができる。

北内、「機器耐量限界までの裕度を用いた安定度向上方式−短時間電圧高め制御による送電可能電力の増大−」、電力中央研究所 研究報告Ｔ０３０４５、Ｈ１６年４月

しかしながら、電圧高め制御を実施する際には、発電機への負担をなるべくかけずに同じ安定化効果を得るよう、複数の発電機で電圧高め制御量（端子電圧設定値の変更量）を合理的に分担する必要があるが、従来は試行錯誤で制御量を決めており、制御量の合理的な分担を決定する方法がないという問題がある。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、各発電機の安定度向上効果の大きさに基づいて制御量を各発電機に適切に配分し、もって発電機群全体として過励磁量の上昇を抑制することができる電圧高め制御量決定装置、電圧高め制御量決定方法、発電機制御システムおよび発電機制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明に係る電圧高め制御量決定装置は、電力系統事故発生時に複数の発電機の電圧を短時間だけ高める電圧高め制御における各発電機の制御量を決定する電圧高め制御量決定装置であって、各発電機の安定度向上効果の大きさに基づいて制御量を算出する制御量算出手段と、前記制御量算出手段により算出された制御量によって各発電機を制御した場合の各発電機の過励磁量および過渡安定度に基づいて前記制御量の適否を判定する制御量適否判定手段と、を備えたことを特徴とする。

この請求項１の発明によれば、各発電機の安定度向上効果の大きさに基づいて制御量を算出し、算出した制御量によって各発電機を制御した場合の各発電機の過励磁量および過渡安定度に基づいて制御量の適否を判定するよう構成したので、各発電機に制御量を適切に配分することができる。

また、請求項２の発明に係る電圧高め制御量決定装置は、請求項１の発明において、不安定モードに対する発電機の端子電圧に関する固有値感度を前記安定度向上効果の大きさとして各発電機について計算する固有値感度計算手段をさらに備え、前記制御量算出手段は、前記固有値感度計算手段により計算された固有値感度に基づいて各発電機の制御量を算出することを特徴とする。

この請求項２の発明によれば、不安定モードに対する発電機の端子電圧に関する固有値感度を安定度向上効果の大きさとして各発電機について計算し、計算した固有値感度に基づいて各発電機の制御量を算出するよう構成したので、固有値感度に基づいて制御量を適切に配分することができる。

また、請求項３の発明に係る電圧高め制御量決定装置は、請求項１または２の発明において、電力系統事故発生後に発電機を安定化させる際の発電機動揺の減衰目標を受け付ける減衰目標受付手段をさらに備え、前記制御量適否判定手段は、前記過励磁量が所定の安全運転可能範囲にあり、前記過渡安定度が安定していて、かつ、前記減衰目標受付手段により受け付けられた減衰目標が達成された場合に前記制御量が適切であると判定することを特徴とする。

この請求項３の発明によれば、電力系統事故発生後に発電機を安定化させる際の発電機動揺の減衰目標を受け付け、過励磁量が所定の安全運転可能範囲にあり、過渡安定度が安定していて、かつ、受け付けた減衰目標が達成された場合に制御量が適切であると判定するよう構成したので、減衰目標に応じて制御量を適切に決定することができる。

また、請求項４の発明に係る電圧高め制御量決定装置は、請求項３の発明において、前記制御量適否判定手段は、前記過励磁量が所定の安全運転可能範囲にあり、かつ、前記過渡安定度が安定していない場合に前記制御量が適切でないと判定し、前記制御量適否判定手段により前記制御量が適切でないと判定された場合に、前記過渡安定度が安定になり前記減衰目標が達成されるか、あるいは、該過励磁量が所定の安全運転可能範囲から逸脱するまで前記制御量算出手段による制御量の算出を繰り返して制御量を増加させるように制御する制御手段をさらに備えたことを特徴とする。

この請求項４の発明によれば、過励磁量が所定の安全運転可能範囲にあり、かつ、過渡安定度が安定していない場合に制御量が適切でないと判定し、制御量が適切でないと判定した場合に、過渡安定度が安定になり減衰目標が達成されるか、あるいは、過励磁量が所定の安全運転可能範囲から逸脱するまで制御量の算出を繰り返して制御量を増加させるように制御するよう構成したので、目標が達成されるまで徐々により良い制御量を算出することができる。

また、請求項５の発明に係る電圧高め制御量決定装置は、請求項４の発明において、前記制御量適否判定手段は、繰り返し計算によって前記過励磁量が所定の安全運転可能範囲を逸脱した場合には、前記過渡安定度が安定であれば一つ前の繰り返し計算によって計算した制御量が適切であると判定し、前記過渡安定度が不安定であれば制御量は不適であって安定化は不能であると判定することを特徴とする。

この請求項５の発明によれば、繰り返し計算によって過励磁量が所定の安全運転可能範囲を逸脱した場合には、過渡安定度が安定であれば一つ前の繰り返し計算によって計算した制御量が適切であると判定し、過渡安定度が不安定であれば制御量は不適であって安定化は不能であると判定するよう構成したので、安全運転可能範囲で減衰目標に最も近づけることができる制御量を算出することができる。

また、請求項６の発明に係る電圧高め制御量決定装置は、請求項２〜５のいずれか一つに記載の発明において、前記固有値感度計算手段は、Ｓ法を用いて固有値感度を計算することを特徴とする。

この請求項６の発明によれば、Ｓ法を用いて固有値感度を計算するよう構成したので、正確に固有値感度を計算することができる。

また、請求項７の発明に係る電圧高め制御量決定装置は、請求項１〜６のいずれか一つに記載の発明において、前記制御量適否判定手段は、前記制御量算出手段により算出された制御量によって各発電機を制御した場合の各発電機の過励磁量および過渡安定度をＹ法シミュレーションによって計算し、該計算した過励磁量および過渡安定度に基づいて前記制御量の適否を判定することを特徴とする。

この請求項７の発明によれば、算出した制御量によって各発電機を制御した場合の各発電機の過励磁量および過渡安定度をＹ法シミュレーションによって計算し、計算した過励磁量および過渡安定度に基づいて制御量の適否を判定するよう構成したので、過励磁量および過渡安定度を正確に計算することができる。

また、請求項８の発明に係る電圧高め制御量決定方法は、電力系統事故発生時に複数の発電機の電圧を短時間だけ高める電圧高め制御における各発電機の制御量を決定する電圧高め制御量決定方法であって、各発電機の安定度向上効果の大きさに基づいて制御量を算出する制御量算出工程と、前記制御量算出工程により算出された制御量によって各発電機を制御した場合の各発電機の過励磁量および過渡安定度に基づいて前記制御量の適否を判定する制御量適否判定工程と、を含んだことを特徴とする。

この請求項８の発明によれば、各発電機の安定度向上効果の大きさに基づいて制御量を算出し、算出した制御量によって各発電機を制御した場合の各発電機の過励磁量および過渡安定度に基づいて制御量の適否を判定するよう構成したので、各発電機に制御量を適切に配分することができる。

また、請求項９の発明に係る発電機制御システムは、電力系統事故発生時に複数の発電機の電圧を短時間だけ高める電圧高め制御における各発電機の制御量を決定する電圧高め制御量決定装置と、該電圧高め制御量決定装置により決定された制御量に基づいて発電機を制御する発電機制御装置とから構成される発電機制御システムであって、前記電圧高め制御量決定装置は、各発電機の安定度向上効果の大きさに基づいて制御量を算出する制御量算出手段と、前記制御量算出手段により算出された制御量によって各発電機を制御した場合の各発電機の過励磁量および過渡安定度に基づいて前記制御量の適否を判定する制御量適否判定手段と、を備えたことを特徴とする。

この請求項９の発明によれば、各発電機の安定度向上効果の大きさに基づいて制御量を算出し、算出した制御量によって各発電機を制御した場合の各発電機の過励磁量および過渡安定度に基づいて制御量の適否を判定するよう構成したので、各発電機に制御量を適切に配分することができる。

また、請求項１０の発明に係る発電機制御方法は、電力系統事故発生時に複数の発電機の電圧を短時間だけ高める電圧高め制御における各発電機の制御量を決定する電圧高め制御量決定装置と、該電圧高め制御量決定装置により決定された制御量に基づいて発電機を制御する発電機制御装置とから構成される発電機制御システムの発電機制御方法であって、前記電圧高め制御量決定装置が、各発電機の安定度向上効果の大きさに基づいて制御量を算出する制御量算出工程と、前記制御量算出工程により算出された制御量によって各発電機を制御した場合の各発電機の過励磁量および過渡安定度に基づいて前記制御量の適否を判定する制御量適否判定工程と、を含んだことを特徴とする。

この請求項１０の発明によれば、各発電機の安定度向上効果の大きさに基づいて制御量を算出し、算出した制御量によって各発電機を制御した場合の各発電機の過励磁量および過渡安定度に基づいて制御量の適否を判定するよう構成したので、各発電機に制御量を適切に配分することができる。

請求項１、８、９および１０の発明によれば、各発電機に制御量を適切に配分するので、発電機群全体として過励磁量の上昇を抑制することができるという効果を奏する。

また、請求項２の発明によれば、固有値感度に基づいて各発電機に制御量を適切に配分するので、発電機群全体として過励磁量の上昇を抑制することができるという効果を奏する。

また、請求項３の発明によれば、減衰目標に応じて制御量を適切に決定するので、発電機動揺を目標どおりに安定化することができるという効果を奏する。

また、請求項４の発明によれば、目標が達成されるまで徐々により良い制御量を算出するので、適切な制御量を算出することができるという効果を奏する。

また、請求項５の発明によれば、安全運転可能範囲で減衰目標に最も近づけることができる制御量を算出するので、発電機動揺の安定化を最適化することができるという効果を奏する。

また、請求項６の発明によれば、正確に固有値感度を計算するので、制御量を正確に計算することができるという効果を奏する。

また、請求項７の発明によれば、過励磁量および過渡安定度を正確に計算するので、制御量の適否を正確に判定することができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る電圧高め制御量決定装置、電圧高め制御量決定方法、発電機制御システムおよび発電機制御方法の好適な実施例を詳細に説明する。

まず、本実施例に係る電圧高め制御量決定装置による電圧高め制御量決定方法の基本的な考え方について説明する。図１は、本実施例に係る電圧高め制御量決定装置による電圧高め制御量決定方法の基本的な考え方を説明するための説明図である。

同図は、電圧高め制御量ΔＥを３台の発電機に配分する場合を示している。本実施例に係る電圧高め制御量決定装置は、各発電機の安定度向上効果と過励磁曲線に基づいてΔＥを３台の発電機に配分する。ここで、過励磁曲線とは、過励磁量（端子電圧／周波数：ｖ／ｆ）を縦軸、継続時間を横軸とする曲線であり、電圧高め制御は、各発電機の過励磁曲線が発電機の安全運転可能範囲（上限）を逸脱しない範囲で行う必要がある。

具体的には、本実施例に係る電圧高め制御量決定装置は、不安定モードに対する各発電機の端子電圧に関する固有値感度（電圧感度）を安定度向上効果の指標として各発電機の電圧高め制御量を決める。そして、過渡安定度と過励磁量の最大値の安全運転可能範囲からの逸脱の有無をシミュレーションによりチェックし、所要の動揺減衰が得られるまで各発電機のΔＥを修正することを繰り返す。

このように、本実施例に係る電圧高め制御量決定装置は、不安定モードに対する各発電機の端子電圧に関する固有値感度に基づいて各発電機の電圧高め制御量を決め、過渡安定度と過励磁量の最大値の安全運転可能範囲からの逸脱のチェックを所要の動揺減衰が得られるまで繰り返すことによって、各発電機の制御量を適切に決定することができる。

次に、本実施例に係る電圧高め制御量決定装置の構成について説明する。図２は、本実施例に係る電圧高め制御量決定装置の構成を示す機能ブロック図である。同図に示すように、この電圧高め制御量決定装置１００は、動揺減衰目標受付部１１０と、固有値感度計算部１２０と、電圧高め量増加部１３０と、シミュレーション部１４０と、過励磁上限判定部１５０と、過渡安定度判定部１６０と、目標達成判定部１７０と、制御部１８０とを有する。

動揺減衰目標受付部１１０は、電圧高め制御によって発電機を安定化した際の発電機動揺の減衰度合の目標を受け付ける処理部である。目標としては、持続振動気味で良しとする、減衰率が所定の閾値になるなどがある。

固有値感度計算部１２０は、不安定モードに対する各発電機の端子電圧に関する固有値感度を計算する処理部である。具体的には、この固有値感度計算部１２０は、事故後定常状態（例えば１回線開放後の系統）の定態安定度（固有値）をＳ法で計算し、安定化対象の固有値に対して発電機端子電圧設定値に対する固有値感度を計算して固有値感度テーブルを作成する。なお、固有値感度計算処理の詳細については後述する。

電圧高め量増加部１３０は、発電機毎の固有値感度比率に応じて電圧高め制御量（ΔＥ）を増加させる処理部である。この電圧高め量増加部１３０が発電機毎の固有値感度比率に応じて電圧高め制御量（ΔＥ）を増加させることによって、各発電機の電圧高め制御量を適切な値とすることができる。

シミュレーション部１４０は、電圧高め制御によるシミュレーションを行い、過渡安定度や過励磁量などを計算する処理部である。すなわち、このシミュレーション部１４０は、苛酷事故発生時の過渡安定度と事故後動揺中の発電機内部相差角、発電機端子電圧、過励磁量といった諸量をＹ法シミュレーション計算する。

過励磁上限判定部１５０は、シミュレーション部１４０により計算された過励磁量が安全運転可能範囲から逸脱しているか否かを判定する処理部である。

過渡安定度判定部１６０は、シミュレーション部１４０により計算された過渡安定度が安定であるか不安定であるかを判定する処理部である。

目標達成判定部１７０は、動揺減衰目標受付部１１０により受け付けられた発電機動揺減衰目標が達成されたか否かを判定する処理部である。

制御部１８０は、電圧高め制御量決定装置１００全体の制御を行う処理部であり、具体的には、機能部間の制御の移動やデータの受け渡しなどを行うことによって、電圧高め制御量決定装置１００を一つの装置として機能させる。

例えば、制御部１８０は、固有値感度計算部１２０が作成した固有値感度テーブルをもとに、各発電機の端子電圧を調整して安定化対象モードの固有値を安定にし、調整した電圧値を端子電圧の初期値とする。あるいは、制御部１８０は、過励磁上限判定部１５０、過渡安定度判定部１６０、目標達成判定部１７０の判定結果に基づいて制御を移動する。

次に、本実施例に係る電圧高め制御量決定装置１００の処理手順について説明する。図３は、本実施例に係る電圧高め制御量決定装置１００の処理手順を示すフローチャートである。

同図に示すように、この電圧高め制御量決定装置１００は、動揺減衰目標受付部１１０が動揺減衰度合いの目標を受け付け（ステップＳ１０１）、固有値感度計算部１２０が、制御対象の発電機端子電圧に関する固有値感度を計算する（ステップＳ１０２）。

すなわち、固有値感度計算部１２０が、事故後定常状態（例えば１回線開放後の系統）の定態安定度（固有値）をＳ法で計算し、安定化対象の固有値に対して発電機端子電圧設定値に対する固有値感度を求め感度テーブルを作成する。

そして、固有値感度計算部１２０によって作成された固有値感度テーブルをもとに、制御部１８０が各発電機の端子電圧を調整して安定化対象モードの固有値を安定にする。調整した電圧値は想定事故に対する予防制御措置として事前に変更しておくものとする。その際、定常時の発電機過電圧の許容値としてはＪＥＣで定められている１．０５ｐｕを用いる。

そして、調整して得られた端子電圧を初期値として、シミュレーション部１４０が、苛酷事故発生時の過渡安定度と事故後動揺中の発電機内部相差角、発電機端子電圧、ｖ／ｆ比といった諸量をＹ法シミュレーション計算し、制御部１８０が次のような２つの観点からチェックする。
（１）過酷事故後の過渡安定度が維持できるか
→発電機が事故後に振動発散して脱調しないかどうかの確認
（２）発電機過電圧への影響が許容できるか
→過渡安定度計算後に得られるｖ／ｆ比が発電機の安全運転可能範囲の上限から逸脱していないかどうかの確認

初期条件において両者ともに問題がなければ事故後の電圧高め制御は不要となるが、通常は初期設定の電圧値では過渡時の電圧維持が難しいため上記（１）が問題となる（振動発散してしまう）ことが多い。

チェックの結果、もし発電機が脱調する場合は、制御部１８０は以下のような手順で事故後短時間電圧端子電圧設定値（電圧高め制御量ΔＥ）を決定するように制御する。

すなわち、電圧高め量増加部１３０が固有値感度比率に応じて電圧高め制御量を増加させ（ステップＳ１０３）、シミュレーション部１４０が電圧高め制御量を用いた発電機制御のシミュレーションを行って過渡安定度や過励磁量を計算する（ステップＳ１０４）。

そして、過励磁上限判定部１５０が過励磁曲線が安全運転可能範囲を逸脱しているか否かを判定し（ステップＳ１０５）、逸脱していない場合には、過渡安定度判定部１６０が過渡安定度が安定であるか不安定であるかを判定する（ステップＳ１０６）。

その結果、過渡安定度が安定である場合には、目標達成判定部１７０が減衰目標を達成したか否かを判定し（ステップＳ１０７）、減衰目標を達成した場合には、制御部１８０は発電機毎の電圧高め制御量を確定し（ステップＳ１０８）、減衰目標を達成していない場合には、制御部１８０は制御をステップＳ１０２に戻して固有値感度を再計算する。また、過渡安定度が不安定な場合にも制御部１８０は制御をステップＳ１０２に戻して固有値感度を再計算する。

また、過励磁曲線が安全運転可能範囲を逸脱している場合には、制御部１８０は１回前の電圧高め制御量を採用し（ステップＳ１０９）、過渡安定度判定部１６０が過渡安定度が安定であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。その結果、安定である場合には、制御部１８０は発電機毎の電圧高め制御量を確定し（ステップＳ１０８）、安定でない場合には、制御部１８０は、初期設定の潮流条件の安定化は不可能として処理を終了する（ステップＳ１１１）。

このように、電圧高め量増加部１３０が制御対象発電機の固有値感度に基づいて減衰目標が達成されるまで電圧高め制御量を繰り返し増加させていくことによって、適切な電圧高め制御量を決定することができる。

次に、電圧高め制御量の決定手法について図４を用いて説明する。電圧高め制御量の決定手法の基本的な考え方は、事故後の安定化に必要な操作量を各発電機毎のその動揺モードに関する固有値感度の大きさの比率で増加させるというものである。これにより、不安定モードに効果的な発電機に応じた操作量を決めることができる。

ステップ１：
図４に示すように、まず、安定化対象モードの固有値を安定にするように調整された発電機端子電圧を初期値（同図の■）の中の最大値をスタート地点として、同図（１）、（２）に示すように、ある適当な操作量目標値を設定する（例えばスタート地点からの増分量を０．０１ｐｕとする。以下、この増分量をVDELTと呼ぶ）。この時、■は定常運転時の初期電圧なので当然ながらその上限はＪＥＣ規定による１．０５ｐｕ以下となっていなければならない。

ステップ２：
次にｎ台の発電機毎に計算されている端子電圧に関する固有値感度の大きさの比（すなわち動揺モードへの寄与の度合い）に応じてΔＥを増加させていく。そしてある発電機の端子電圧設定値が（１）に到達したら（同図の場合は「発電機１」が最初に到達）一度計算を終える。初期の端子電圧と得られたΔＥを加えた端子電圧（同図の◆）を用いてＳ法により固有値感度を再計算する。

ステップ３：
ステップで得られた各発電機毎のΔＥを用いて事故後に短時間電圧高め制御を実施して過渡安定度をＹ法で確認し、以下の判定を行う。
＜判定１＞安定度に問題がなければ（過渡安定度が維持され、かつ、ｖ／ｆ比が上限を逸脱していなければ）、その操作量を最終的なものとして採用する（同図の★）。
＜判定２＞ｖ／ｆは逸脱しないが発電機が振動発散する場合は電圧高め制御量目標値を（２）まで引き上げて（増分量はVDELT)、ステップ２で再計算した各発電機端子電圧が◆の時の新しい固有値感度比に従ってΔＥを増加させステップ２へ戻る。
＜判定３＞過渡不安定でかつｖ／ｆも逸脱する場合は、ｖ／ｆ逸脱を生じた発電機のΔＥを一つ前の値に戻しその値で固定とする。残りの発電機についてステップ２に戻って繰り返し計算を継続する。
これらを（判定１）になるまで繰り返す。もし上記の手順の途中で、全ての発電機に対して過励磁曲線の上限値となっても不安定となってしまった場合は安定化が不可能なため、検討の前提となっている潮流条件は許容できず、潮流調整などで事前の潮流状態をより軽負荷な状態にしておくなどの変更作業が必要である、ということになる。

次に、固有値感度計算部１２０による発電機端子電圧の固有値感度計算の方法について説明する。この固有値感度計算の基本的な流れは、パラメータαの変化前と後の潮流状態を２断面作成しそれぞれに対して固有値を計算し、両断面の固有値の差をαの変化分Δαで除することにより固有値感度を得るというものであるが、このような処理によって、様々な諸量に対する固有値感度を容易に計算することができる。

具体的な処理内容は以下のとおりである。
ステップ１：系統諸量（ＰＱＶ等）変更前の潮流計算ならびに固有値計算を行う（Ａ）。
ステップ２：感度を計算するパラメータα（ＰＱＶ等）の設定（どの機器のどのパラメータに対する感度を計算するか）。
ステップ３：パラメータ毎に感度計算ループ。
ステップ４：パラメータ変更後の潮流計算ならびに固有値計算を行う（Ｂ）。
ステップ５：Δ（Ａ−Ｂ）／Δαによりαに対する感度を計算。
ステップ６：ステップ３に戻り、全αに対して感度を計算。

なお、変更可能なパラメータは、Ｙ法データカードのＴカード（送電線のインピーダンス）、Ｘカード（変圧器インピーダンスとタップ比）、Ｎカード（ノードの電圧指定値、有効・無効電力指定値、有効・無効電力負荷指定値、ノード設置の調相設備量指定値）である。また、図５に、固有値感度計算部１２０による発電機端子電圧の固有値感度計算処理の処理手順を示す。

次に、本実施例に係る電圧高め制御量決定装置１００の検証結果について図６〜図１２を用いて説明する。図６は、電気学会標準モデル系統の中のＥＡＳＴ１０機系統モデルを示す図である。ここでは、このＥＡＳＴ１０機系統モデルをベースに以下のような特徴を持つように連系線潮流値の増減など必要な系統条件を設定して検証を行った。

（１）無対策時において、系統事故クリア後の状態における定態安定度（固有値）が不安定あるいは弱ダンピングとなり、また、過渡安定度は振動発散的な不安定現象となる。
（２）過渡安定度に対して、発電機１台で実施する電圧高め制御により系統安定化が可能であり、その際に発電機の安定運転許容範囲過電圧許容曲線の上限付近（ここでは１．２０ｐｕとした）まで裕度を使う。

具体的には、図６中の電圧高め制御対象発電機Ｇ８、９、１０を含む次の負荷および発電機出力を調整した。
Ｎ１８負荷：５．５ｐｕ→５．０ｐｕへ変更
Ｎ１９負荷：５．５ｐｕ→５．０ｐｕへ変更
Ｎ４７負荷：４．０ｐｕ→３．５ｐｕへ変更
Ｎ４６負荷：５．０ｐｕ→３．０ｐｕへ変更
Ｇ１０発電機出力：５．０ｐｕ→３．３ｐｕへ変更
Ｇ７発電機出力１１ｐｕ→１０．５ｐｕへ変更

Ｙ法での系統事故条件は送電線Ｂ３６の１回線３ＬＧ−Ｏ（事故継続時間７０ｍｓｅｃ）とした。負荷特性は定インピーダンス特性に変更し、周波数特性は無しとした。

以上の条件における系統事故クリア後の系統状態を図７、図８、図９に示す。これらの図から、定態安定度（固有値）が弱ダンピングとなり、また、過渡安定度は振動発散的な不安定現象となっていることが確認できる。主たる動揺モードは約３秒周期のＮｏ．４の固有値であることが判る。なお、過渡安定限界時の発電機Ｇ１０出力は３．３０ｐｕ、定態安定限界でのＧ１０出力は３．５０ｐｕとなっている。

そして、事故後の固有値を
Ｇ１０出力：３．６５ｐｕ
端子電圧：Ｇ８，Ｇ９，Ｇ１０＝１．０３ｐｕ
固有値：ダンピングは＋０．０５２(１／ｓｅｃ)、周波数は０．３２(Ｈｚ)でやや不安定
とし、電圧高め制御量を各発電機一律に増加させる手法（以下、単純法）との比較を行った。

事故後の定態安定度がやや不安となるこのケースの場合、まず固有値を安定化する必要があり、ここでは簡単のためにＧ８，Ｇ９，Ｇ１０の各端子電圧を一律に１．０３ｐｕとした。この端子電圧変更により、事故後の固有値はダンピングが−０．０１５(１／ｓｅｃ)、周波数が０．３３(Ｈｚ)へと安定化された。

図１０は、電圧高め制御量の単純法との比較結果を示す図であり、図１１は、Ｇ８とＧ１０の過励磁曲線の単純法との比較結果を示す図であり、図１２は、Ｇ１０の端子電圧の単純法の比較結果を示す図である。

図１０に示すように、電圧高め制御量についてはＧ８は単純法よりも若干高めに配分されているが、Ｇ１０は単純法の約３分の１程度に抑えられている。この配分についてＧ８とＧ１０の過励磁曲線（図１１）を見ると、Ｇ８は単純法よりも若干上方にあるが、ほとんど差は生じておらず実質的な負担増とまでは言えない。一方Ｇ１０は単純法の差はＧ８の差よりも大きく本実施例に係る電圧高め制御量決定装置１００の有効性が示されている。

さらにＧ１０の端子電圧（図１２）を見ると事故後１０秒間（電圧高め制御実施期間）は単純法は電圧が高めの値で推移しており、他の制御系（過励磁制限：ＯＥＬ）などへの影響が生じる懸念がある。このように、本実施例に係る電圧高め制御量決定装置１００の制御量決定手法は単純法に比べ適切に電圧高め制御量を配分することが確認できる。

上述してきたように、本実施例では、固有値感度計算部１２０が安定化対象発電機の端子電圧に関する不安定動揺モードの固有値感度を計算し、電圧高め量増加部１３０が固有値感度に基づいて電圧高め制御量を増加し、シミュレーション部１４０がシミュレーションを行って過渡安定度および過励磁曲線を計算し、過励磁上限判定部１５０が過励磁曲線の安全運転可能範囲からの逸脱の有無を判定し、過渡安定度判定部１６０が過渡安定度が安定しているか否かを判定し、目標達成判定部１７０が動揺減衰目標を達成したか否かを判定し、制御部１８０が過励磁曲線の安全運転可能範囲からの逸脱の有無および過渡安定度をチェックしながら繰り返し電圧高め制御量を増加して動揺減衰目標が達成されると制御量を確定するように制御することとしたので、電圧高め制御量を適切に決定することができる。

なお、本実施例では、電圧高め制御量決定装置１００について説明したが、電圧高め制御量決定装置１００が事故ケースごとに決定した制御量に基づいて発電機制御装置が発電機を制御することによって図１３に示すような事故時発電機制御システムを構築することができる。

すなわち、図１３に示すように、電圧高め制御量決定装置１００は事故ケース毎に各発電機の制御量を決定し、各発電機を制御する発電機制御装置２００₁〜２００_nが、事故ケース毎に電圧高め制御量を記憶し、記憶した制御量に基づいて、事故が発生した際に発電機を制御することによって、事故発生時に適切に発電機を制御することができる。

また、本実施例では、不安定モードに対する発電機の端子電圧に関する固有値感度に基づいて各発電機の制御量を算出する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各発電機の安定度向上効果の大きさを表す他の値に基づいて制御量を算出する場合にも同様に適用することができる。

また、本実施例では、発電機の端子電圧設定値変更量を決定する場合について説明したが、変電所調相設備投入量についても同様に決定することができる。

以上のように、本発明に係る電圧高め制御量決定装置、電圧高め制御量決定方法、発電機制御システムおよび発電機制御方法は、発電機に対して電圧高め制御を実施する場合に有用であり、特に、過励磁曲線の上昇を抑制したい場合に適している。

本実施例に係る電圧高め制御量決定装置による電圧高め制御量決定方法の基本的な考え方を説明するための説明図である。 本実施例に係る電圧高め制御量決定装置の構成を示す機能ブロック図である。 本実施例に係る電圧高め制御量決定装置の処理手順を示すフローチャートである。 固有値感度比率に応じた電圧高め制御量の決定手法を説明するための説明図である。 固有値感度計算部による発電機端子電圧の固有値感度計算処理の処理手順を示すフローチャートである。 電気学会標準モデル系統の中のＥＡＳＴ１０機系統モデルを示す図である。 シミュレーション対象系統における発電機脱調様相を示す図である。 連系線１回線開放時のＳ法固有値計算結果を示す図である。 Ｎｏ．４固有値（０．３３Ｈｚモード）の固有ベクトルを示す図である。 電圧高め制御量の単純法との比較結果を示す図である。 Ｇ８とＧ１０の過励磁曲線の単純法との比較結果を示す図である。 Ｇ１０の端子電圧の単純法の比較結果を示す図である。 事故時発電機制御システムの構成を示す機能ブロック図である。

符号の説明

１００ 電圧高め制御量決定装置
１１０ 動揺減衰目標受付部
１２０ 固有値感度計算部
１３０ 電圧高め量増加部
１４０ シミュレーション部
１５０ 過励磁上限判定部
１６０ 過渡安定度判定部
１７０ 目標達成判定部
１８０ 制御部
２００₁〜２００_n 発電機制御装置

Claims (10)

1. 電力系統事故発生時に複数の発電機の電圧を短時間だけ高める電圧高め制御における各発電機の制御量を決定する電圧高め制御量決定装置であって、
   各発電機の安定度向上効果の大きさに基づいて制御量を算出する制御量算出手段と、
   前記制御量算出手段により算出された制御量によって各発電機を制御した場合の各発電機の過励磁量および過渡安定度に基づいて前記制御量の適否を判定する制御量適否判定手段と、
   を備えたことを特徴とする電圧高め制御量決定装置。
2. 不安定モードに対する発電機の端子電圧に関する固有値感度を前記安定度向上効果の大きさとして各発電機について計算する固有値感度計算手段をさらに備え、
   前記制御量算出手段は、前記固有値感度計算手段により計算された固有値感度に基づいて各発電機の制御量を算出することを特徴とする請求項１に記載の電圧高め制御量決定装置。
3. 電力系統事故発生後に発電機を安定化させる際の発電機動揺の減衰目標を受け付ける減衰目標受付手段をさらに備え、
   前記制御量適否判定手段は、前記過励磁量が所定の安全運転可能範囲にあり、前記過渡安定度が安定していて、かつ、前記減衰目標受付手段により受け付けられた減衰目標が達成された場合に前記制御量が適切であると判定することを特徴とする請求項１または２に記載の電圧高め制御量決定装置。
4. 前記制御量適否判定手段は、前記過励磁量が所定の安全運転可能範囲にあり、かつ、前記過渡安定度が安定していない場合に前記制御量が適切でないと判定し、
   前記制御量適否判定手段により前記制御量が適切でないと判定された場合に、前記過渡安定度が安定になり前記減衰目標が達成されるか、あるいは、該過励磁量が所定の安全運転可能範囲から逸脱するまで前記制御量算出手段による制御量の算出を繰り返して制御量を増加させるように制御する制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載の電圧高め制御量決定装置。
5. 前記制御量適否判定手段は、繰り返し計算によって前記過励磁量が所定の安全運転可能範囲を逸脱した場合には、前記過渡安定度が安定であれば一つ前の繰り返し計算によって計算した制御量が適切であると判定し、前記過渡安定度が不安定であれば制御量は不適であって安定化は不能であると判定することを特徴とする請求項４に記載の電圧高め制御量決定装置。
6. 前記固有値感度計算手段は、Ｓ法を用いて固有値感度を計算することを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つに記載の電圧高め制御量決定装置。
7. 前記制御量適否判定手段は、前記制御量算出手段により算出された制御量によって各発電機を制御した場合の各発電機の過励磁量および過渡安定度をＹ法シミュレーションによって計算し、該計算した過励磁量および過渡安定度に基づいて前記制御量の適否を判定することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の電圧高め制御量決定装置。
8. 電力系統事故発生時に複数の発電機の電圧を短時間だけ高める電圧高め制御における各発電機の制御量を決定する電圧高め制御量決定方法であって、
   各発電機の安定度向上効果の大きさに基づいて制御量を算出する制御量算出工程と、
   前記制御量算出工程により算出された制御量によって各発電機を制御した場合の各発電機の過励磁量および過渡安定度に基づいて前記制御量の適否を判定する制御量適否判定工程と、
   を含んだことを特徴とする電圧高め制御量決定方法。
9. 電力系統事故発生時に複数の発電機の電圧を短時間だけ高める電圧高め制御における各発電機の制御量を決定する電圧高め制御量決定装置と、該電圧高め制御量決定装置により決定された制御量に基づいて発電機を制御する発電機制御装置とから構成される発電機制御システムであって、
   前記電圧高め制御量決定装置は、
   各発電機の安定度向上効果の大きさに基づいて制御量を算出する制御量算出手段と、
   前記制御量算出手段により算出された制御量によって各発電機を制御した場合の各発電機の過励磁量および過渡安定度に基づいて前記制御量の適否を判定する制御量適否判定手段と、
   を備えたことを特徴とする発電機制御システム。
10. 電力系統事故発生時に複数の発電機の電圧を短時間だけ高める電圧高め制御における各発電機の制御量を決定する電圧高め制御量決定装置と、該電圧高め制御量決定装置により決定された制御量に基づいて発電機を制御する発電機制御装置とから構成される発電機制御システムの発電機制御方法であって、
    前記電圧高め制御量決定装置が、
    各発電機の安定度向上効果の大きさに基づいて制御量を算出する制御量算出工程と、
    前記制御量算出工程により算出された制御量によって各発電機を制御した場合の各発電機の過励磁量および過渡安定度に基づいて前記制御量の適否を判定する制御量適否判定工程と、
    を含んだことを特徴とする発電機制御方法。

Images