JP4915333B2

JP4915333B2 - 系統模擬プログラムおよび系統模擬サーバ

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Publication number: JP4915333B2
Application number: JP2007307177A
Authority: JP
Inventors: 龍男堀内
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2027-11-28
Also published as: JP2009131136A

Description

本発明は、給電指令所、制御所等の運転員の系統運用に関する技術、技能などの維持・向上を図る訓練のための系統模擬プログラムおよび系統模擬サーバに関する。

従来の系統シミュレータでは、訓練準備段階で系統構成状態の設定、発電機の運転条件、負荷の条件設定等を行い、さらに事故発生条件の設定と保護リレーの動作模擬を行い事故発生時に動作する保護リレーと遮断される遮断器（以下、ＣＢと記す。）を決定し、これらを事故シーケンスとして登録する。最後に、上記の各種設定に基づき、訓練開始時点の妥当な初期系統運用状態を自動作成し、訓練シナリオとして登録する。

訓練実行段階では、訓練準備段階で作成した事故シーケンスをその発生時刻に至ったかどうかを訓練時間と比較して判定し、発生時刻になれば、リレー動作情報に応じて遮断対象ＣＢを遮断し、それに伴う事故復旧訓練を行う。なお、訓練対象者の誤操作等により、事故設定された設備を再充電して事故が再発生した場合は、訓練準備段階と同様に保護リレーの動作模擬を行い、動作する保護リレーと遮断されるＣＢを判定して、即保護リレー動作とＣＢの遮断を実施し、これらの状態変化を発生させる必要がある。従って、リアルな訓練を実現するためには、これらの保護リレーの動作模擬を実時間ベースで実行することが必要不可欠となる。

従来の系統シミュレータにおいて、系統状態を模擬するための保護リレーの動作模擬方法には、論理判定方法と故障計算方法とがある。論理判定方法は、高速に処理するために論理的な判定により保護リレーの動作模擬を行う方法である（特許文献１参照）。一方、故障計算方法は、リレーの動作模擬を忠実に行うために故障計算に基づき保護リレーの入力電気量である故障電流、故障電圧を算出し、それを保護リレーのリレー単体・リレーシーケンスに入力して、保護リレーの動作模擬を行う方法である（特許文献２参照）。

特許文献１は、電力系統事故波及シミュレータにおいて、事前に事故設備、事故種別に対応した事故パターンの登録を必要とせず、事故設備、種別、及び開閉器の開閉状態から自動的に事故波及パターンを作成可能なシミュレータを得るものである。登録された事故に対して、トレーナが事故の起動を設定すると、充停電判定によって手動設定された事故点が充電状態になった場合、事故が起動した時点の系統状態と事故設備、事故種別（短絡、地絡等）、事故相、事故継続時間等の事故情報により、以下に示す論理判定方法に従って設定事故に対する保護リレーの動作模擬を自動的に行い、当該保護リレーに対応するＣＢを遮断する。

論理判定方法では、保護リレー設置点と事故点の接続があるかどうか（前方接続有無判定）、さらに当該保護リレー設置点の背後に訓練系統全体の発電機母線との接続があるかどうか（背後電源有無判定）により保護リレーの動作条件成立の可否を判定している。これは、両方の条件が成立すれば、保護リレーの変流器（以下、ＣＴと記す。）に事故電流が流れ、保護リレーが動作することを示している。

特許文献２は、電力系統保護リレーのシミュレーション方法において、限定された模擬対象区間の系統内に存在する保護リレーを選出するとともに、その選出された保護リレーに対して、事故形態により模擬対象とすべきリレー方式を限定し、さらに、その限定された模擬対象方式の優先順位付けを行った後、優先順位を高いものから順次リレー単体・リレーシーケンスの動作判定を行うことを特徴としている。保護リレーの動作模擬は、故障計算方法に従い実施している。故障計算方法は、故障計算により故障電流、故障電圧を計算してリレー単体・リレーシーケンスの動作判定を行うため、実系統のリレー動作を正確に模擬できるという特徴がある。

特開２００３−２３７３１号公報特開平５−１９９６４７号公報

しかし、論理判定方法は、模擬対象区間内で選定された全保護リレーについて、事故点または発電機母線との接続有無をノード（母線）・ブランチ（送電線、変圧器等）の接続をたどり判定する必要があるため、処理手順が複雑である。特に、保護リレー設置点の背後に発電機母線との接続があるかどうかという背後電源有無判定は、全系統の範囲でノード・ブランチの接続をたどるため、系統規模が大きくなると非常に処理時間が掛かることになり、リアルタイム処理が実現できないという問題点がある。

また、故障計算方法は、故障計算が複雑であるため、リレー単体・リレーシーケンスの動作判定に多大な時間を要し、現在の計算機性能ではリレー動作模擬をリアルタイムには実行できないという問題点がある。すなわち、基本的には発電機母線を全て残して系統縮約を実施した系統について故障計算を行うが、発電機母線の数が多い大規模な系統では、非常に処理時間が掛かる。また、系統縮約を行う場合は必ず複素数であるアドミタンス行列の部分行列の逆行列を計算する必要があり、処理が複雑となるため時間が掛かる。また、この方法の処理時間は、系統縮約と故障計算が大半を占めており、扱う保護リレーの数を絞り込んでリレー単体・リレーシーケンスの動作判定を高速化しても保護リレーの動作模擬全体における処理時間の短縮効果は非常に小さい。

系統シミュレータは、系統事故発生に伴う停電等について系統事故の復旧訓練に使用されるもので、最大の訓練効果を得るために、事故発生時の系統現象を実時間で、かつ忠実に模擬することが望まれている。これにより、臨場感のある訓練を実施することが可能となる。本発明は、系統事故発生時の保護リレーの動作模擬を実時間で実施する系統模擬プログラムおよび系統模擬サーバを提供することを目的としている。

本発明に係る系統模擬プログラムは、模擬対象区間の末端母線の中から、訓練対象系統の発電機母線と接続しているものを等価電源母線として選定する選定ステップと、等価電源母線から事故点に流れる故障電流の方向に基づき、動作する保護リレーを判定する判定ステップとを備えている。

本発明によれば、模擬対象区間の末端母線の中から発電機母線と接続している等価電源母線を選定し、等価電源母線から事故点に流れる故障電流の方向に基づき動作する保護リレーを判定している。動作する保護リレーの判定に詳細な故障電流値を必要とせず、かつ故障電流の計算範囲も等価電源母線と事故点間の模擬対象区間内に限られる。このため、模擬対象区間内において、簡単な故障計算を行うことにより、動作する保護リレーを判定でき、保護リレーの動作模擬を実時間で実現することができる。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態１における系統シミュレータを示す構成図である。まず訓練に先立ち、訓練を実施するための訓練シナリオを訓練管理サーバ群１、トレーナ卓４を使用してトレーナが作成し、登録する。次に、訓練実施時には、トレーナがトレーナ卓４から登録した訓練シナリオを選択し、それに伴い、系統摸擬サーバ群２において系統模擬プログラム８が実行されて、模擬された系統状態がトレーナ卓４、トレーニ卓５及び系統盤６に表示される。トレーニ（被訓練者）はトレーニ卓５や系統盤６に表示される系統状態を確認して、事故発生状況を把握する。そして、トレーニ卓５の表示装置のマウス、あるいは卓釦を使用して、自動化摸擬サーバ群３を介して、事故復旧のための復旧指令、復旧操作等を行うことにより、停電している負荷の復旧等を実現する。

系統模擬プログラム８は、保護リレーの動作模擬方法９を適用して系統の静的・動的特性を模擬し、系統計算を行うソフトウェアであり、系統摸擬サーバ群２に実装され、動作している。訓練管理サーバ群１、系統摸擬サーバ群２、自動化摸擬サーバ群３、トレーナ卓４、トレーニ卓５、系統盤６間の情報の送受信はシステムＬＡＮ７を介して行う。

図２は本発明の実施の形態１における系統模擬プログラム８を示すフローチャートである。系統模擬プログラム８での系統計算には、周波数・潮流計算（連結）方式を用いる。周波数・潮流計算（連結）方式は、通常、１〜３秒周期で、系統周波数、母線電圧、位相角、送電線等の有効電力、無効電力等の系統状態を計算する。なお、系統周波数は１周期（１〜３秒）中に、更に例えば０．１秒毎の値を算出している。

系統模擬プログラム８による系統計算の手順について図２を用いて説明する。系統模擬プログラム８における系統計算の周期をＴ秒とする。まず、前回の周期から今回の周期の間に発生しているＣＢの状態変化を取り込み（ステップ１１−１）、その系統状態における潮流計算（ステップ１２−１）を実行し、今回の系統計算周期における初期系統断面を求める。次に、事故発生の判定（ステップ１３）を行い、事故発生していないと判断した場合はステップ１１−２に進む。ステップ１３では、事故設備の再充電による事故発生や、訓練実施中にトレーナにより新たに設定された事故発生等を判定する。ステップ１３で事故発生したと判断した場合は当該事故発生内容に基づき保護リレーの動作模擬（ステップ１４）を行い、ステップ１１−２に進む。なお、ステップ１４は、保護リレーの動作模擬方法９により保護リレーの動作模擬を行う。

ステップ１１−２では、保護リレー動作に伴うＣＢの状態変化の取り込みを行い、それに基づいて系統周波数の計算（ステップ１５）を実施し、計算された系統周波数について、周波数応動モデル処理（ステップ１６）を行う。続いて、系統周波数計算終了判定（ステップ１７）にて系統周波数の計算を終了するかどうかを判定する。ステップ１７では、ステップ１１−２からステップ１６までの処理を、Ｎｆ回（Ｎｆ＝系統計算周期Ｔ秒／Δｔ秒）繰返した場合に系統周波数の計算を終了すると判断する。ここで、Δｔ秒とは、系統周波数を算出する際にΔｔ秒刻みの積分計算を行うことを示している。ステップ１７で系統周波数の計算が終了したと判断した場合はステップ１２−２に進み、そうでないと判断した場合はステップ１１−２に戻る。周波数応動モデルとしては、発電機の制御系であるガバナ・タービン系の処理と系統保護装置である周波数低下リレー（ＵＦ）、周波数上昇リレー（ＯＦ）が対象になる。

次に、系統周波数の計算が終了した時点の潮流計算（ステップ１２−２）を行い、この断面の母線電圧、有効電力を使用して、潮流応動モデル１処理（ステップ１８）、潮流応動モデル２処理（ステップ１９）を実施する。潮流応動モデル１処理では、電圧・無効電力制御装置（ＶＱＣ）の模擬を行い、潮流応動モデル２処理では、過負荷リレー（ＯＬＲ）、系統安定化装置等の模擬を行う。

次に、これらの各モデルが動作した後の系統断面の潮流計算（ステップ１２−３）を実行する。この潮流計算結果は、トレーナ卓４、トレーニ卓５及び系統盤６に表示される。最後に、系統計算Ｔ秒刻みに対して、リアルタイム同期処理（ステップ２０）を行い、１回の系統計算を終了するが、訓練終了判定（ステップ２１）で、訓練終了の場合は処理を終了し、訓練終了でない場合は、系統計算を繰返して実行する。

図３は本発明の実施の形態１における保護リレーの動作模擬方法９を示すフローチャートである。図３は、図２におけるステップ１４の処理内容を説明する図である。保護リレーの動作模擬方法９の手順について図３を用いて説明する。

本実施の形態１における保護リレーの動作模擬方法９は、まず、主保護リレーの動作模擬を行い、その後、後備保護リレーの動作模擬の必要性を判定し、必要な場合は、後備保護リレーの動作模擬を行うという手順を採用している。これは、実系統の保護リレー方法の考え方に基づいており、後備保護リレーの動作模擬が必要な場合にのみ後備保護リレーの動作模擬を行う方が、常に主保護リレー・後備保護リレーの動作模擬を行うよりも処理が簡単になり、かつ、高速処理が可能となるためである。

まず、主保護リレーの動作模擬を行うために、事故設備、事故点等に対応して主保護リレー用の模擬対象区間を決定する（ステップ２２）。ステップ２２で決められた主保護リレー用の模擬対象区間において、後述する等価電源母線を選定する（ステップ２３）。次に、主保護リレー用の模擬対象区間に設置されている保護リレーの中から、事故設備、事故点、事故種別（短絡、地絡）、主保護リレー不動作設定、ＣＢ不動作設定、盲点事故設定等の条件に応じて模擬対象の主保護リレー選定（ステップ２４）を行う。続いて、選定した主保護リレーについて、主保護リレー動作条件判定（ステップ２５）を実施し、動作条件成立の主保護リレー有無の判定（ステップ２６）を行う。動作条件成立の主保護リレーが有りの場合は、当該主保護リレー及び対応するＣＢの動作模擬（ステップ２７）を行い、動作条件成立の主保護リレーが無しの場合は、ステップ２８−２に進む。ステップ２７の次に、事故除去完了の判定（ステップ２８−１）を行い、事故除去未完の場合はステップ２５に戻り、事故除去完了の場合はステップ３５に進む。また、ステップ２８−２においても事故除去完了の判定を行い、事故除去完了の場合はステップ３５に進み、事故除去未完の場合はステップ２９に進む。

次に、主保護リレー動作によりＣＢが遮断されて系統構成状態が変化していることを考慮し、後備保護リレーの動作模擬を行うために、事故設備、事故点等に対応して後備保護リレー用の模擬対象区間を決定する（ステップ２９）。ステップ２９で決められた後備保護リレー用の模擬対象区間において、後述する等価電源母線を選定する（ステップ３０）。次に、後備保護リレー用の模擬対象区間に設置されている保護リレーの中から、事故設備、事故点、主保護リレー不動作設定、ＣＢ不動作設定等の条件に応じて模擬対象の後備保護リレー選定（ステップ３１）を行う。続いて、選定した後備保護リレーについて、後備保護リレー動作条件判定（ステップ３２）を実施し、動作条件成立の後備保護リレー有無の判定（ステップ３３）を行う。動作条件成立の後備保護リレーが有りの場合は、当該後備保護リレー及び対応するＣＢの動作模擬（ステップ３４）を行い、動作条件成立の後備保護リレーが無しの場合は、ステップ２８−４に進む。

ステップ３４の次に、事故除去完了の判定（ステップ２８−３）を行い、事故除去未完の場合はステップ３２に戻り、事故除去完了の場合はステップ３５に進む。また、ステップ２８−４において、事故除去完了の判定を行い、事故除去完了の場合はステップ３５に進み、事故除去未完の場合はステップ３６に進む。ステップ３５では、事故除去が完了しているので、事故除去完了フラグを設定し、ステップ３６では事故除去が完了していないので、事故除去未完のフラグを設定し、処理を終了する。

ここで、保護リレーの動作模擬を実時間で高速に処理するためには、主保護リレー・後備保護リレーの動作条件判定（ステップ２５、ステップ３２）を模擬対象区間内で完結することが重要である。訓練対象系統の系統規模が５，０００〜１０，０００ノードと大規模であるのに対して、模擬対象区間の系統規模は５０〜１００ノードであり、１／１００程度である。このため、ノード・ブランチの接続をたどる処理、及び故障計算の処理については、処理の対象を模擬対象区間内で完結すれば、処理時間も１／１００以下と高速処理が可能となり、保護リレーの動作模擬を実時間で高速に処理することが可能となる。

模擬対象区間内の系統範囲で、主保護リレー・後備保護リレーの動作条件判定を完結させるためには、模擬対象区間内の末端母線が訓練対象系統の発電機母線と接続しているかを判定し、等価電源母線を予め選定しておく必要がある。ここで、等価電源母線とは、模擬対象区間の末端母線の中で、訓練対象系統全体の運転中の発電機母線と接続しているものと定義する。なお、模擬対象区間の末端母線とは、訓練対象系統のブランチと直接接続がある母線、または訓練対象系統のブランチとは直接接続がなく模擬対象区間内の端に位置している母線と定義する。

事故発生時には、発電機母線から事故点に対して事故電流が流れ込むが、必ず等価電源母線を経由することになる。そこで、保護リレー動作条件判定において故障計算を行う際に、発電機母線と事故点との間の故障計算を行う代わりに、等価電源母線と事故点との間の故障計算を行う。これにより、訓練対象系統全体のノード・ブランチの接続をたどることなく、模擬対象区間内での故障計算で保護リレーの動作条件判定ができる。従って、保護リレーの動作条件判定を行うに先立ち、以下に示す等価電源母線の選定（ステップ２３、ステップ３０）を行う。なお、ステップ２３とステップと３０では選定する対象区間である模擬対象区間が異なるが、等価電源母線の選定方法は同じである。

等価電源母線の選定について図４を用いて説明する。本発明の実施の形態１では当該処理を、直流回路を用いた簡単な回路網計算により高速に実行している。等価電源母線の選定は、末端母線に直流電流を注入したときに発電機母線に電圧が発生するか否かにより行うため、詳細な電圧値を計算する必要はなく、直流回路を用いた簡単な回路網計算で実現することができる。

図４は本発明の実施の形態１における訓練対象系統を示す図である。図４（ａ）は模擬対象区間とその末端母線、及び末端母線から発電機母線への接続を示す図であり、図４（ｂ）は本発明の実施の形態１における等価電源母線の選定方法の説明図である。

図４（ａ）に示す訓練対象系統において、模擬対象区間の末端母線については、模擬対象区間側のＣＢを全て開放し、送電線は抵抗を無視してリアクタンスＸｌと対地充電容量Ｙｃで表現し、変圧器はリアクタンスＸｔ１、Ｘｔ２で表現し、発電機はリアクタンスＸｇで表現した系統（図４（ｂ）参照）を用いて等価電源母線を選定する。図４（ｂ）において、Ｖ_１〜Ｖ_３は各母線電圧、Ｖｇは発電機母線電圧を示している。

等価電源母線の選定手順を以下に示す。
（ア）模擬対象区間内の末端母線を判定し、当該末端母線に接続するブランチについて模擬対象区間内のＣＢを全て開放する。
（イ）模擬対象区間内の端に位置している末端母線は、訓練対象系統との接続がないので、等価電源母線にはならず、等価非電源母線と判定する。
（ウ）訓練対象系統について、以下の手順でアドミタンス行列（以下、Ｙ行列と記す。）を作成する。Ｙ行列の全要素を実数で表現しているため、直流回路で扱うことができる。
・送電線は、リアクタンスＸｌと対地充電容量Ｙｃのπ型等価回路で扱う。
・変圧器は、リアクタンスＸｔで扱う（図４（ｂ）ではＸｔ１、Ｘｔ２と示す）。
・発電機については、発電機リアクタンスＸｇを中性点に挿入する。
（エ）末端母線（Ａ母線）に、電流Ｉ_１（＝１．０ｐｕ）を注入し、回路網計算を行う
［Ｉ］＝［Ｙ］・［Ｖ］（１）
式（１）は、図４（ｂ）に示す訓練対象系統では末端母線の電流Ｉ_１が１．０ｐｕで、他の母線の電流は全て０であるため、次式となる。

従って、Ｙ行列のＬＵ分解、前進・後退代入の手順により、簡単に、発電機母線電圧Ｖｇを計算できる。
（オ）発電機母線に電圧があるかを判定し、一つでも発電機母線の電圧がある場合は、末端母線は発電機母線との接続があることになるので、当該末端母線を等価電源母線に設定する。全ての発電機母線の電圧がない場合は、当該末端母線を等価非電源母線に設定する。
（カ）上記の処理を全ての末端母線（（イ）の末端母線は除く）について、処理する。

この方法によれば、Ｙ行列のＬＵ分解は１回のみであり、後は電流を注入する末端母線を変更して前進・後退代入を繰返せばよいので、高速な処理が実現できる。なお、送電線、変圧器、発電機のリアクタンスと送電線の対地充電容量Ｙｃの値を、例えば全て１．０ｐｕに設定して計算すれば、Ｙ行列の対角要素と非対角要素の比率を大きくでき、連立一次方程式の求解を安定させることができる。これは、上述のとおり、発電機母線に電圧が発生するか否かを確認できればよく、正確なリアクタンス値を用いて計算する必要がないためである。

次に、模擬対象の保護リレー選定（ステップ２４、ステップ３１）を詳説する。図５は本発明の実施の形態１における模擬対象の保護リレー選定を示すフローチャートである。図５は事故設備が送電線の場合の保護リレー選定を示している。図５（ａ）は事故設備が送電線の場合の主保護リレー選定の手順を示すフローチャートであり、図５（ｂ）は事故設備が送電線の場合の後備保護リレーの選定の手順を示すフローチャートである。

事故設備が送電線の場合の主保護リレー選定について、図５（ａ）を用いて説明する。まず、事故が発生した送電線の主保護リレーにおいて不動作設定有無の判定（ステップ４０−１）を行い、不動作設定がない場合は、当該送電線の両端の送電線主保護リレー選定（ステップ４１）を行う。一方、不動作設定がある場合は、不動作設定以外の送電線主保護リレー選定（ステップ４２）を行い、ステップ４３に進む。ステップ４２では、事故が発生した送電線の主保護リレーが不動作設定されている場合は、当該主保護リレーは選定せずに、不動作設定されていない主保護リレーのみを選定する。

盲点事故有無の判定（ステップ４３）では、ＣＴと事故点の位置関係から当該事故点が送電線保護リレーにとって盲点事故になるかどうかを判定し、盲点事故になる場合は、盲点事故側の母線保護リレー選定（ステップ４４）を行う。盲点事故にならない場合は処理を終了する。この手順で主保護リレーの選定を行えば、必要最小限の主保護リレーを選定できる。

ここで、盲点事故について説明する。送電線事故については、通常、ある電気所から見て、至近端、中間点、遠方端の３種類の設定が行われる。この場合、至近端、遠方端については、送電線保護用ＣＴ、母線保護ＣＴと事故点の位置関係により、盲点事故になる場合がある。盲点事故というのは、送電線事故ではあるが送電線保護リレーの動作により、ＣＢを遮断しても、事故が除去できないことをいう。従って、送電線の事故ではあるが、母線保護で保護を行う、すなわち母線保護リレーにより保護を行うことになる事故をいう。

次に、事故設備が送電線の場合の後備保護リレー選定について、図５（ｂ）を用いて説明する。まず、事故が発生した送電線の主保護リレーの不動作設定有無の判定（ステップ４０−２）を行い、不動作設定がある場合はステップ４６に進み、不動作設定がない場合は当該送電線のＣＢ不動作設定有無判定（ステップ４５）を行う。ステップ４５でＣＢ不動作設定無しの場合は、事故は主保護リレーのみで除去されるので後備保護リレーの選定は行わず処理を終了し、ＣＢ不動作設定有りの場合は、ステップ４６に進む。
ステップ４６では、事故点から両方向にＮ１区間の範囲にある後備保護リレー１段を選定する後備保護リレー１段選定を行い、次に事故点から両方向にＮ２区間の範囲にある後備保護リレー２段を選定する後備保護リレー２段選定（ステップ４７）を行い、最後に、事故点から両方向にＮ３区間の範囲にある後備保護リレー３段を選定する後備保護リレー３段選定（ステップ４８）を行い、処理を終了する。ここで、Ｎ１区間、Ｎ２区間、Ｎ３区間とは、例えばＮ１区間は０．５区間〜１．５区間、Ｎ２区間は１．５区間〜２．５区間、Ｎ３区間は２．５区間〜３．５区間というように予め設定された後備保護リレーの保護区間である。事故設備の種類（送電線、変圧器等）毎にそれぞれ所定の値が設定されている。

この手順は、事故点から後備保護リレー１段、２段、３段の保護区間をたどり、それに合致する後備保護リレー１段、２段、３段を選定するという考え方に基づいている。なお、後備保護リレーの選定では、ある程度広範囲に選定するという考え方が必要であり、それは、Ｎ１区間、Ｎ２区間、Ｎ３区間の区間数で考慮し、至近端、中間点、遠方端の事故点は、それぞれ０．１区間、０．５区間、０．９区間の位置で事故が設定されているとして判定を行う。

次に、保護リレーの動作条件判定（ステップ２５、ステップ３２）を詳説する。図６は本発明の実施の形態１における保護リレー動作条件判定の説明図である。保護リレーの動作条件判定については、主保護リレーも後備保護リレーも同じ方法を用いる。図中の１Ｌ、２Ｌは並行二回線送電線における各回線を示しており、ＣＢに添えられた矢印の向きはＣＴの保護方向を示している。図６（ａ）は模擬対象区間内の状態を示す図である。Ｃ母線が等価電源母線と定義されており、Ａ母線近辺に示すＦ１が事故点である。Ｄ母線の２Ｌ側ＣＢのみが開状態であり、その他のＣＢは全て閉状態である。図６（ｂ）は模擬対象区間で保護リレーの動作判定を簡単な故障計算により実施する場合の説明図である。

本発明の実施の形態１では、保護リレー設置点から事故点への接続があるかどうかの判定および保護リレー設置点の背後に発電機母線への接続があるかどうかの判定を、模擬対象区間内の系統において、等価電源母線から事故点に流れる故障電流分布を求める故障計算により一括して行う。選定された保護リレーのＣＴの保護方向に故障電流が流れた場合は、当該保護リレーは事故点および等価電源母線への接続がある、すなわち、事故点および発電機母線への接続があると判定できる。これにより、全系統の範囲でノード・ブランチの接続をたどる必要がなく、処理時間を大幅に短縮することができる。

さらに、事故点および等価電源母線へ接続している保護リレーの内、故障電流の方向とＣＴの保護方向が一致した場合に各保護リレーの動作条件成立と判定するので、各保護リレーの動作条件判定を一括して行える。なお、ＣＴに流れる故障電流の計算は、故障電流が流れるか否か、及び流れる方向さえ判れば良いため、故障電流の詳細な値を算出する必要はなく、直流回路を用いた簡単な故障計算で実現することができる。

保護リレーの動作条件判定の手順を以下に示す。
（ア）模擬対象区間内の系統について、以下の手順でＹ行列を作成する。
Ｙ行列の全要素を実数で表現しているため、直流回路で扱うことができる。
・送電線は、リアクタンスＸｌと対地充電容量Ｙｃのπ型等価回路で扱う。
・変圧器は、リアクタンスＸｔで扱う。
・末端母線が等価電源母線として設定されている場合は、当該末端母線について発電機リアクタンスＸｇを中性点に挿入する。（図６（ｂ）では等価電源母線であるＣ母線にＸｇを挿入）
（イ）事故点Ｆ１に、電流Ｉ（Ｉ＝−１．０ｐｕ）を注入し、故障計算を行う。
［Ｉ］＝［Ｙ］・［Ｖ］（１）
式（１）を用いて、前述の回路網計算と同様に故障計算を行うことができる。事故点Ｆ１の電流が−１．０ｐｕで、母線の電流は全て０であり、従って、Ｙ行列のＬＵ分解、前進・後退代入の手順により、簡単に、故障計算を行うことができる。
（ウ）計算結果の電圧Ｖとブランチのリアクタンスより、保護リレー設置点のＣＴ電流を以下のように算出する。
Ｉｉｊ＝（Ｖｉ−Ｖｊ）／Ｘｉｊ（３）
ただし、Ｉｉｊ：保護リレー設置点（ｉ側）のＣＴ電流
Ｖｉ：保護リレー設置点（ｉ側）の母線電圧
Ｖｊ：保護リレー設置点（ｉ側）の相手端の母線電圧
Ｘｉｊ：保護リレー設置のブランチのリアクタンス
（エ）保護リレー設置点のＣＴ保護方向とＣＴ電流の向きが同じ場合（電流Ｉｉｊが正の値である場合）は、当該保護リレーの動作条件は成立と判定する。保護リレー設置点のＣＴ保護方向とＣＴ電流の向きが異なる場合（Ｉｉｊが負の値である場合）は、当該保護リレーの動作条件は不成立と判定する。
（オ）模擬対象区間の選定された模擬対象保護リレーの全てについて、上記の処理を行い、保護リレーの動作判定を行う。

図６（ｂ）では、事故点Ｆ１が送電線であり、主保護リレーとして、事故点Ｆ１の両端のリレー（Ａ母線、Ｂ母線の２Ｌ側リレー）が選定されている。図中の破線矢印が電流の流れる方向であるが、Ａ母線、Ｂ母線の２Ｌ側リレーのＣＴに流れる電流の方向とＣＴの保護方向が一致しているため、当該主保護リレーは動作条件成立となる。

この方法によれば、模擬対象区間内の系統規模は小さく、またＹ行列を実数のみで表現しているため、故障計算は高速に処理できると共に、各保護リレーの動作判定を統一的に簡単な判定方法で処理できるため、高速処理が可能である。さらに、送電線、変圧器、発電機のリアクタンスと送電線の対地充電容量Ｙｃの値を、例えば全て１．０ｐｕに設定して計算すれば、Ｙ行列の対角要素と非対角要素の比率を大きくでき、連立一次方程式の求解を安定させることができる。

次に、保護リレー及び対応するＣＢの動作模擬（ステップ２７、ステップ３４）を詳説する。図７は本発明の実施の形態１における保護リレー及び対応するＣＢの動作模擬を示すフローチャートである。図７（ａ）は主保護リレー及び対応するＣＢの動作模擬を示すフローチャートであり、図７（ｂ）は後備保護リレー及び対応するＣＢの動作模擬を示すフローチャートである。

主保護リレー及び対応するＣＢの動作模擬について、図７（ａ）に基づき説明する。まず、主保護リレーの動作条件が成立した場合、動作時間が最短の主保護リレーを選択し（ステップ５０）、次に当該主保護リレーのトリップ対象ＣＢを全て遮断し（ステップ５１）、そしてトリップ対象ＣＢ遮断の判定を行う（ステップ５２−１）。トリップ対象ＣＢが遮断した場合は事故シナリオ相対時間を（主保護リレー動作時間＋ＣＢ動作時間）だけ増加させる事故シナリオ相対時間更新を行い（ステップ５３−１）、処理を終了する。なお、事故シナリオ相対時間は、事故発生時間を「０秒」として、保護リレー、ＣＢ動作時間を相対時刻で表現するものである。トリップ対象ＣＢが遮断していない場合はそのまま処理を終了する。なお、動作時間が最短の主保護リレーが複数存在する場合等、トリップ対象ＣＢが複数存在する場合は、少なくとも１つのトリップ対象ＣＢが遮断した場合に、ステップ５２−１においてＣＢ遮断成功と判定する。

次に、後備保護リレー及び対応するＣＢの動作模擬について、図７（ｂ）に基づき説明する。まず、後備保護リレーの動作条件が成立した場合、動作時間が最短の後備保護リレーを選択し（ステップ５４）、次に当該後備保護リレーのトリップ対象ＣＢを全て遮断し（ステップ５５）、そしてトリップ対象ＣＢ遮断の判定を行う（ステップ５２−２）。トリップ対象ＣＢが遮断した場合は事故シナリオ相対時間を（後備保護リレー動作時間＋タイマ＋ＣＢ動作時間）だけ増加させる事故シナリオ相対時間更新を行い（ステップ５３−２）、処理を終了する。トリップ対象ＣＢが遮断していない場合はそのまま処理を終了する。なお、トリップ対象ＣＢが複数存在する場合は、少なくとも１つのトリップ対象ＣＢが遮断した場合に、ステップ５２−２においてＣＢ遮断成功と判定する。

上述したシーケンスを用いて、図３に示す保護リレーの動作模擬方法９の手順に従えば、一定時間間隔で保護リレーの動作時間が経過したか否かの判断を繰返して、保護リレー及び対応するＣＢの動作模擬を行う必要がなく、動作時間の短い保護リレーから順次動作模擬を行える。このため、処理が簡単、かつ処理時間が短くなる。

本発明の実施の形態１によれば、模擬対象区間の末端母線の中から発電機母線と接続している等価電源母線を選定し、等価電源母線から事故点に流れる故障電流の方向のみに基づき動作する保護リレーを判定している。等価電源母線から事故点に流れる故障電流の方向を求めればよいため、模擬対象区間内に計算範囲を限定し、直流回路を用いた簡単な故障計算で保護リレーの動作条件判定を実現している。そのため、保護リレーの動作模擬を行う処理時間を大幅に短縮でき、事故発生時の保護リレー動作模擬を実時間で実施できるという効果を奏する。

また、保護リレー動作模擬を実時間で実施できるため、臨場感のある訓練が可能になり、高い訓練効果を得ることができるという効果を奏する。

実施の形態２．
実施の形態１では、保護リレー動作模擬方法９において、末端母線に電流を注入し、発電機母線の電圧の有無を判定して、等価電源母線の選定を行っていたが、これとは異なる方法を用いて等価電源母線の選定を行ってもよい。実施の形態２では、全発電機母線に電流を注入し、全末端母線の電圧の有無を判定して等価電源母線の選定を行う。

図８は本発明の実施の形態２における等価電源母線の選定方法の説明図である。実施の形態２における保護リレー動作模擬方法９が採用する等価電源母線の選定手順を以下に示す。
（ア）模擬対象区間内の末端母線を判定し、当該末端母線に接続するブランチについて模擬対象区間内のＣＢを全て開放する。
（イ）模擬対象区間内の端に位置している末端母線は、訓練対象系統との接続がないので、等価電源母線にはならず、等価非電源母線と判定する。
（ウ）訓練対象系統について、以下の手順でＹ行列を作成する。Ｙ行列の全要素を実数で表現しているため、直流回路で扱うことができる。
・送電線は、リアクタンスＸｌと対地充電容量Ｙｃのπ型等価回路で扱う。
・変圧器は、リアクタンスＸｔで扱う（図８ではＸｔ１、Ｘｔ２と示す）。
・発電機については、発電機リアクタンスＸｇを中性点に挿入する。
（エ）訓練対象系統の全発電機母線に、電流１．０ｐｕを注入し、回路網計算を行う。
［Ｉ］＝［Ｙ］・［Ｖ］（１）
式（１）は、全発電機母線の電流が１．０ｐｕで、他の母線の電流は全て０であるため、Ｙ行列のＬＵ分解、前進・後退代入の手順により、簡単に、発電機母線電圧Ｖｇを計算できる。
（オ）模擬対象区間の末端母線に電圧があるかを判定し、電圧がある場合は、当該末端母線は発電機母線との接続があることになるので、当該末端母線を等価電源母線に設定する。

この方法によれば、Ｙ行列のＬＵ分解、及び前進・後退代入は１回のみであり、これにより模擬対象区間の全末端母線について、発電機母線との接続有無を一括して判定できるため、更に高速な処理が実現できる。なお、送電線、変圧器、発電機のリアクタンスと送電線の対地充電容量Ｙｃの値を、例えば全て１．０ｐｕに設定して計算すれば、Ｙ行列の対角要素と非対角要素の比率を大きくでき、連立一次方程式の求解を安定させることができる。

本発明の実施の形態２によれば、等価電源母線の選定において、実施の形態１において末端母線の数だけ繰返していた前進・後退代入を１回だけ行えばよく、模擬対象区間の全末端母線について、発電機母線との接続有無を一括して判定できるため、更に処理時間を短縮できるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１における系統シミュレータを示す構成図である。本発明の実施の形態１における系統模擬プログラムを示すフローチャートである。本発明の実施の形態１における保護リレーの動作模擬方法を示すフローチャートである。本発明の実施の形態１における訓練対象系統を示す図である。本発明の実施の形態１における模擬対象の保護リレー選定を示すフローチャートである。本発明の実施の形態１における保護リレー動作条件判定の説明図である。本発明の実施の形態１における保護リレー及び対応するＣＢの動作模擬を示すフローチャートである。本発明の実施の形態２における等価電源母線の選定方法の説明図である。

符号の説明

２系統摸擬サーバ群
８系統模擬プログラム
２３等価電源母線選定ステップ
２５主保護リレー動作条件判定ステップ
３０等価電源母線選定ステップ
３２後備保護リレー動作条件判定ステップ

Claims

模擬対象区間の末端母線の中から、訓練対象系統の発電機母線と接続しているものを等価電源母線として選定する選定ステップと、
前記等価電源母線から事故点に流れる故障電流の方向に基づき、動作する保護リレーを判定する判定ステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
判定ステップは、模擬対象区間内に限定した故障計算に基づき求まる故障電流の方向と、変流器の保護方向とが一致する場合に、前記変流器に対応する保護リレーを動作する保護リレーと判定することを特徴とする請求項１記載のプログラム。
判定ステップは、等価電源母線に発電機リアクタンスを挿入し、事故点に直流電流を注入して故障計算を行うことを特徴とする請求項２記載のプログラム。
選定ステップは、末端母線もしくは発電機母線のいずれか一方に電流を注入して回路網計算を行い、
前記発電機母線もしくは末端母線のいずれか他方に電圧が生じれば前記末端母線を等価電源母線として選定することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載のプログラム。
選定ステップは、訓練対象系統の発電機母線に発電機リアクタンスを挿入し、末端母線もしくは前記発電機母線のいずれか一方に直流電流を注入して回路網計算を行うことを特徴とする請求項４記載のプログラム。
請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載のプログラムを格納するサーバ。