JP5040553B2 - Power oscillation mode observation device - Google Patents
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Description
本発明は電力系統の電力動揺モードを観測する電力動揺モード観測装置に関する。 The present invention relates to a power oscillation mode observation apparatus that observes a power oscillation mode of a power system.
従来、電力系統の定態安定度解析を行うにあたっては、系統母線電圧を推定する状態推定計算手法と、電力系統の状態遷移方程式の係数行列の固有値を計算する固有値計算手法とを利用してオフライン計算で電力動揺現象を評価し、電力系統の安定運用に資してきた。これは、系統母線電圧は、状態推定計算により推定しなければならなかったことから、数秒周期の現象である電力動揺現象をモニタリングすることはできないと考えられていたからである。 Conventionally, in the steady state stability analysis of the power system, the state estimation calculation method for estimating the system bus voltage and the eigenvalue calculation method for calculating the eigenvalue of the coefficient matrix of the state transition equation of the power system are offline. The power fluctuation phenomenon has been evaluated by calculation, which has contributed to stable operation of the power system. This is because the system bus voltage had to be estimated by state estimation calculation, and it was considered that the power fluctuation phenomenon, which is a phenomenon with a period of several seconds, could not be monitored.
最近は、電力系統の系統母線電圧の位相角を直接測定することができる位相角検出装置PMU(Phasor Measurement Unit)が廉価になり、ほぼリアルタイムで系統母線電圧(大きさ、位相角の両方)を測定することが可能になってきた。この位相角検出装置PMUによりリアルタイムで系統母線電圧を計測し、リアルタイムで電力動揺現象を把握することができるようになったことから、オンライン方式の定態安定度評価手法に適用が数多く提案されてきている。 Recently, the phase angle detector PMU (Phasor Measurement Unit) that can directly measure the phase angle of the system bus voltage of the power system has become inexpensive, and the system bus voltage (both magnitude and phase angle) can be measured in near real time. It has become possible to measure. Since the phase bus detector can measure the system bus voltage in real time and grasp the power fluctuation phenomenon in real time, many applications have been proposed for on-line steady state stability evaluation methods. ing.
例えば、位相角検出装置PMUを用いて、遠隔・多地点の情報量を同時刻で計測し、広域的なデ−タ収集に基づくリアルタイムの電力系統の系統安定度の監視・制御を実現するようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。 For example, by using the phase angle detection device PMU, it is possible to measure remote and multi-point information at the same time, and to monitor and control the system stability of the real-time power system based on wide-area data collection (For example, refer to Patent Document 1).
今後においては、位相角検出装置PMUを系統安定度評価に適用していくというトレンドは揺るがないものであり、特許文献1以外でも数多くの文献で、定態安定度のPMU信号を利用したオンライン同定に関して報告がある。
しかし、位相角検出装置PMUを用いて系統安定度評価を行うものでは、電力動揺モードの周期については実用的な精度で計算できるものの、定態安定度評価に重要な役割を持つダンピング係数(減衰比)の同定については、十分な精度が得られていないのが現状である。 However, in the system stability evaluation using the phase angle detector PMU, the period of the power oscillation mode can be calculated with practical accuracy, but the damping coefficient (attenuation) that plays an important role in the steady state stability evaluation. Regarding the identification of the ratio, the current situation is that sufficient accuracy has not been obtained.
電力動揺の減衰比について精度の得られない原因としては、位相角検出装置PMUで検出された系統母線電圧(大きさ、位相角)に白色雑音が含まれており、この成分を除去することができないことが上げられる。このため、位相角検出装置PMUを用いた定態安定度評価システムが十分な実用性能を確保できない要因となっている。 The reason why the accuracy of the power fluctuation attenuation ratio cannot be obtained is that white noise is included in the system bus voltage (magnitude, phase angle) detected by the phase angle detector PMU, and this component can be removed. What can not be done is raised. For this reason, the steady-state stability evaluation system using the phase angle detection device PMU is a factor that cannot ensure sufficient practical performance.
図5は位相角検出装置PMUを用いた従来の定態安定度評価システムでの電力動揺の減衰比の求め方の説明図である。一般に、送電電力Pは下記(1)式で示される。 FIG. 5 is an explanatory diagram of how to determine the power oscillation attenuation ratio in a conventional steady-state stability evaluation system using the phase angle detector PMU. In general, the transmission power P is expressed by the following equation (1).
P=(V1・V2/X)sinΔδ …(1)
ただし、V1:送電端電圧、V2:受電端電圧、X:送受電端間のリアクタンス、Δδ:送電端電圧V1と受電端電圧V2との相差角(位相角偏差)
従って、電力Pが変動すると位相角偏差Δδが変動する。例えば、図5の時点t1、t2、t3で電力動揺に影響を与えるイベント(コンデンサの投入、発電機の併入等)が発生したとすると、図5に示すように位相角偏差Δδに変動が生じる。位相角検出装置PMUは、系統母線電圧の位相角δを検出しており、定態安定度評価システムでは、基準位相角δ0との位相角偏差Δδを求め、このような系統母線電圧の位相角偏差Δδのデータを所定幅のウインドウで取り込み、定態安定度の評価を行うことになる。
P = (V1 · V2 / X) sinΔδ (1)
However, V1: Power transmission end voltage, V2: Power reception end voltage, X: Reactance between power transmission and reception ends, Δδ: Phase difference angle (phase angle deviation) between power transmission end voltage V1 and power reception end voltage V2
Accordingly, when the power P varies, the phase angle deviation Δδ varies. For example, if an event that affects power fluctuation (capacitor insertion, generator insertion, etc.) occurs at time points t1, t2, and t3 in FIG. 5, the phase angle deviation Δδ varies as shown in FIG. Arise. The phase angle detection device PMU detects the phase angle δ of the system bus voltage, and the stationary stability evaluation system obtains the phase angle deviation Δδ from the reference phase angle δ0, and the phase angle of such system bus voltage Data of the deviation Δδ is taken in a window having a predetermined width, and the steady state stability is evaluated.
いま、時点t1、t2、t3のイベントの発生直後に、幅が小さいウインドウW1、W2、W3で、図5の位相角偏差Δδのデータを取り込んだ場合には、時点t1、t2、t3のイベントに対して、位相角偏差Δδはいずれも減衰波形となり減衰比d1’、d2’、d3’となる。従って、ウインドウW1、W2、W3における位相角偏差Δδに対する状態遷移方程式における係数行列の固有値の実数部はマイナスとなる。固有値の実数部がマイナスであることから、定態安定度評価システムは電力変動p1、p2、p3は減衰して安定すると評価することになる。 If the data of the phase angle deviation Δδ in FIG. 5 is taken in the windows W1, W2, and W3 having small widths immediately after the occurrence of the event at the times t1, t2, and t3, the event at the times t1, t2, and t3 On the other hand, the phase angle deviation Δδ becomes an attenuation waveform and has attenuation ratios d1 ′, d2 ′, and d3 ′. Accordingly, the real part of the eigenvalue of the coefficient matrix in the state transition equation for the phase angle deviation Δδ in the windows W1, W2, and W3 is negative. Since the real part of the eigenvalue is negative, the steady-state stability evaluation system evaluates that the power fluctuations p1, p2, and p3 are attenuated and stabilized.
一方、時点t1、t2、t3のイベントをすべて含むように、幅が大きいウインドウW4で、図5の位相角偏差Δδを取り込んだ場合には、時点t1、t2、t3のイベントに対して、位相角偏差Δδは最初のうちは発散波形でその後に減衰波形となり減衰比d1、d2、d3’となる。従って、ウインドウW4の位相角偏差Δδに対する状態遷移方程式における係数行列の固有値の実数部はプラスとなることがあり、このとき固有値の実数部がプラスであることから、定態安定度評価システムは電力変動p4は発散し不安定になると評価することになる。 On the other hand, when the phase angle deviation Δδ of FIG. 5 is captured in the window W4 having a large width so as to include all the events at the time points t1, t2, and t3, the phase is changed with respect to the events at the time points t1, t2, and t3. The angle deviation Δδ is a divergent waveform at first and then becomes an attenuation waveform, and becomes attenuation ratios d1, d2, and d3 ′. Accordingly, the real part of the eigenvalue of the coefficient matrix in the state transition equation with respect to the phase angle deviation Δδ of the window W4 may be positive. At this time, the real part of the eigenvalue is positive. It will be evaluated that the fluctuation p4 diverges and becomes unstable.
このように、位相角偏差Δδを取り込むウインドウの大きさによって、定態安定度評価に重要な役割を持つ減衰比の同定が異なったものとなり、十分な精度が得られないことがある。 As described above, depending on the size of the window for taking in the phase angle deviation Δδ, the identification of the damping ratio having an important role in the steady state stability evaluation differs, and sufficient accuracy may not be obtained.
本発明の目的は、位相角検出装置を用いて定態安定度評価に重要な役割を持つ減衰比の同定を精度よく行える電力動揺モード観測装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a power oscillation mode observation apparatus capable of accurately identifying an attenuation ratio having an important role in the evaluation of steady state stability using a phase angle detection apparatus.
請求項1の発明に係わる電力動揺モード観測装置は、電力系統の電力動揺モードの解析が可能となるように区分された複数のサブシステムにそれぞれ設けられ各々のサブシステムの系統母線電圧の大きさ及び位相角を測定する位相計測装置と、前記複数のサブシステムのうちいずれか一つを基準とし基準以外の各々のサブシステムについて前記位相計測装置で計測された各々のサブシステム毎の系統母線電圧の大きさ及び位相角を時系列的に入力するとともに前記位相角に基づいて基準のサブシステムの位相角及び周波数を基準とした位相角偏差及び周波数偏差を求めるデータ入力処理手段と、前記データ入力処理手段で得られた各々のサブシステム毎の系統母線電圧の位相角偏差及び周波数偏差を観測データとして記憶する観測データ記憶部と、前記観測データ記憶部の観測データに対して予め定めた同一の期間幅のメインウインドウの幅より幅が小さく幅の大きさが異なる複数のサブウインドウで各サブシステムの観測データをランダムに取り出す観測データ取出手段と、前記観測データ取出手段で取り出した観測データの位相角偏差及び周波数偏差を状態変数とする状態遷移方程式をサブウインドウ毎に作成する状態遷移方程式作成手段と、前記状態遷移方程式作成手段で作成されたサブウインドウ毎の前記状態遷移方程式の係数行列の固有値を求める固有値算出手段と、前記固有値算出手段で算出されたサブウインド毎の固有値群の分布を複素平面として表示出力する出力処理手段とを備えたことを特徴とする。
The power oscillation mode observation apparatus according to the invention of
請求項2の発明に係わる電力動揺モード観測装置は、電力系統の電力動揺モードの解析が可能となるように区分された複数のサブシステムにそれぞれ設けられ各々のサブシステムの系統母線電圧の大きさ及び位相角を測定する位相計測装置と、前記複数のサブシステムのうちいずれか一つを基準とし基準以外の各々のサブシステムについて前記位相計測装置で計測された各々のサブシステム毎の系統母線電圧の大きさ及び位相角を時系列的に入力するとともに前記位相角に基づいて基準のサブシステムの位相角及び周波数を基準とした位相角偏差及び周波数偏差を求めるデータ入力処理手段と、前記データ入力処理手段で得られた各々のサブシステム毎の系統母線電圧の位相角偏差及び周波数偏差を観測データとして記憶する観測データ記憶部と、前記観測データ記憶部の観測データに対して予め定めた同一の期間幅のメインウインドウの幅より幅が小さく幅の大きさが異なる複数のサブウインドウで各サブシステムの観測データをランダムに取り出す観測データ取出手段と、前記観測データ取出手段で取り出した観測データの位相角偏差及び周波数偏差を状態変数とする状態遷移方程式をサブウインドウ毎に作成する状態遷移方程式作成手段と、前記状態遷移方程式作成手段で作成されたサブウインドウ毎の前記状態遷移方程式の係数行列の固有値を求める固有値算出手段と、前記固有値算出手段で算出されたサブウインド毎の固有値群の中から最も確からしい固有値を求める固有値抽出手段とを備えたことを特徴とする。
The power oscillation mode observation apparatus according to the invention of
請求項3の発明に係わる電力動揺モード観測装置は、請求項2の発明において、前記固有値抽出手段で求めた固有値に基づいて電力系統のサブシステムにおける周波数及び減衰比を求める周波数・減衰比算出手段を備えたことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the power fluctuation mode observation device according to the second aspect of the present invention, wherein the frequency / attenuation ratio calculating means calculates the frequency and attenuation ratio in the subsystem of the power system based on the eigenvalue obtained by the eigenvalue extracting means. It is provided with.
本発明によれば、予め定めた同一のメインウインドウで、位相計測装置で計測された各々のサブシステム毎の観測データを順次時系列的に取り出し、取り出した観測データに対してメインウインドウの幅より幅が小さく幅の大きさが異なる複数のサブウインドウで観測データをランダムに取り出して、その複数のサブウインドウの観測データから得られる状態遷移方程式の係数行列の固有値群の分布を求めて表示するので、その表示結果から確からしい固有値を得ることができる。これにより、固有値から計算される周波数や減衰比の同定を精度よく行える。 According to the present invention, observation data for each subsystem measured by the phase measurement device is sequentially extracted in a time series in the same predetermined main window, and the extracted observation data is obtained from the width of the main window. Since the observation data is randomly extracted from multiple subwindows with a small width and different widths, the distribution of the eigenvalue group of the coefficient matrix of the state transition equation obtained from the observation data of the multiple subwindows is obtained and displayed. From the display result, a probable eigenvalue can be obtained. As a result, it is possible to accurately identify the frequency and attenuation ratio calculated from the eigenvalues.
また、算出されたサブウインド毎の固有値群の中から最も確からしい固有値を求め、その求めた固有値に基づいて電力系統のサブシステムにおける周波数及び減衰比を求めることもできるので、より精度よく周波数や減衰比の同定を行える。 In addition, the most probable eigenvalues can be obtained from the calculated eigenvalue groups for each subwindow, and the frequency and attenuation ratio in the power system subsystem can be obtained based on the obtained eigenvalues. The damping ratio can be identified.
まず、本発明の着眼点について説明する。従来においては観測データを取り出すデータ窓(ウインドウ)は固定にしていたが、電力動揺現象が励起されるのは、電力系統内に存在する白色雑音によるものであるとの考察から、観測データを取り出すウインドウとして複数の異なる幅のウインドウを用意し、観測データからのデータの取り出しはウインドウをランダムに適用して、それぞれのウインドウから得られる固有値群が確率分布を成すという経験則を活用したものである。 First, the focus of the present invention will be described. In the past, the data window (window) from which the observation data was extracted was fixed, but the observation data was extracted from the consideration that the power fluctuation phenomenon was caused by white noise existing in the power system. A plurality of windows with different widths are prepared as windows, and data is extracted from observation data by applying the window at random and utilizing the empirical rule that eigenvalues obtained from each window form a probability distribution. .
図1は本発明の実施の形態に係わる電力動揺モード観測装置を電力系統に適用した場合の構成図である。電力系統は、電力動揺モードの解析が可能となるように複数のサブシステム11に区分され、その区分された各々のサブシステム11に位相計測装置12が設けられる。図1では、電力系統が3つのサブシステム11a、11b、11cに区分された場合を示しており、それぞれのサブシステム11a、11b、11cに位相計測装置12a、12b、12cが設けられている。
FIG. 1 is a configuration diagram when the power fluctuation mode observation device according to the embodiment of the present invention is applied to a power system. The power system is divided into a plurality of subsystems 11 so that the power fluctuation mode can be analyzed, and a phase measuring device 12 is provided in each of the divided subsystems 11. FIG. 1 shows a case where the power system is divided into three
位相計測装置12a、12b、12cは、GPS(Global Positioning System)13から時刻情報を入力し、観測データに時刻情報を付与する時刻同期機能を持つ位相計測装置であり、各々のサブシステム11a、11b、11cの系統母線電圧の大きさ及び位相角を測定する。
The phase measuring
位相計測装置12a、12b、12cで計測された観測データは、例えば、計算機システムを構成する演算装置14に入力され、記憶装置15に時系列的に保存される。演算装置14は記憶装置15に記憶された観測データに基づいて、電力系統の電力動揺モードの解析を行い、その解析結果を表示装置16や出力装置17に出力する。
The observation data measured by the phase measuring
この場合、複数のサブシステム11a、11b、11cのうちいずれか一つを基準とする。例えば、サブシステム11aを基準とした場合には、基準のサブシステム11aの位相角δaを基準として、演算装置14は、他のサブシステム11b、11cの位相角δb、δcとの位相角偏差Δδba、Δδcaを求め、電力系統の電力動揺モードの解析を行い、その解析結果を表示装置16や出力装置17に出力する。
In this case, any one of the plurality of
図2は、本発明の実施の形態に係わる電力動揺モード観測装置の構成図である。図2では、電力系統がn個のサブシステムに区分された場合の電力動揺モード観測装置を示している。各々のサブシステムの位相計測装置12a〜12nは、図1に示したGPS13からの時刻情報を基準として、その基準時刻の系統母線電圧の大きさ及び基準時刻からの位相角を検出する。各々のサブシステムの位相計測装置12a〜12nで検出された各サブシステムの系統母線電圧の大きさ及び位相角は、所定の周期で演算装置14のデータ入力処理手段18に入力され、記憶装置15の観測データ記憶部19に時系列的に記憶される。
FIG. 2 is a configuration diagram of the power oscillation mode observation apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a power oscillation mode observation apparatus when the power system is divided into n subsystems. The phase measuring
また、データ入力処理手段18では、入力した位相角を時間微分して系統母線の周波数(系統母線に接続された発電機の角速度)を求め、基準のサブシステムの周波数と基準以外のサブシステムの周波数との周波数偏差を演算し、記憶装置15の観測データ記憶部19に時系列的に記憶する。また、位相角については、基準のサブシステムの位相角と基準以外のサブシステムの位相角との偏差を演算し、位相角偏差x2で記憶装置15の観測データ記憶部19に時系列的に記憶する。これにより、観測データ記憶部19には各サブシステム毎に、同期の取れた系統母線電圧の大きさ、位相角、周波数偏差、位相角偏差が記憶される。
The data input processing means 18 obtains the frequency of the system bus (the angular velocity of the generator connected to the system bus) by time differentiation of the input phase angle, and the frequency of the reference subsystem and the subsystem other than the reference. The frequency deviation from the frequency is calculated and stored in the observation
次に、電力系統動揺モードを評価するために、観測データ取出手段20は観測データ記憶部19に記憶された観測データを取り出す。まず、各サブシステム毎に同期の取れた期間の観測データを取り出すために、同一の期間幅のメインウインドウを用意する。
Next, in order to evaluate the power system oscillation mode, the observation
図3はメインウインドウWの説明図である。図3では観測データは周波数偏差であり、メインウインドウWの期間幅はT[s]である場合を示している。このようなメインウインドウWを各サブシステムの観測データ(周波数偏差)に対し同期を保って適用する。例えば、1回目は電力動揺モードの開始時点t11から期間幅T、2回目の電力動揺モードの開始時点t12から期間幅Tというように、順次、時系列の新しい観測データに対して、メインウインドウWを適用していく。 FIG. 3 is an explanatory diagram of the main window W. FIG. 3 shows a case where the observation data is a frequency deviation and the period width of the main window W is T [s]. Such a main window W is applied in synchronization with observation data (frequency deviation) of each subsystem. For example, the main window W is sequentially applied to new time-series observation data such that the first time is the period width T from the start time t11 of the power oscillation mode and the period width T is from the start time t12 of the second power oscillation mode. Will be applied.
そして、観測データ取出手段20は、一つのメインウインドウW内で種類の異なる複数のサブウインドウw1〜wnでサブシステムの観測データをランダムに取り出す。サブウインドウw1〜wnの幅は、メインウインドウWの幅より小さく、それぞれの幅の大きさは異なったものとする。サブウインドウw1〜wnの最大幅Tmaxは、電力動揺に影響を与えるイベント(コンデンサの投入、発電機の併入等)が発生してから所定範囲まで減衰するまでの予想時間とし、サブウインドウw1〜wnの最小幅Tminは、観測データを再現するのに最低限必要な時間に設定する。これはサンプリング定理から導かれる。 The observation data extracting means 20 extracts a random observation data subsystems in one main window W in different plurality of sub-windows in w 1 to w n. The width of the sub-window w 1 to w n is smaller than the width of the main window W, the size of each width is made different. The maximum width T max of the sub-windows w 1 to w n is an estimated time from the occurrence of an event (capacitor insertion, generator insertion, etc.) that affects power fluctuations to decay to a predetermined range. The minimum width T min of the windows w 1 to w n is set to the minimum time required to reproduce the observation data. This is derived from the sampling theorem.
図3では、観測データとして周波数偏差の場合について説明したが、観測データ取出手段20では、各サブシステムの観測データのうち、周波数偏差だけでなく位相角偏差も複数のサブウインドウw1〜wnでランダムに取り出す。これは、各サブシステムの電力動揺を解析するモデリングとしては、周波数偏差及び位相角偏差の2つの状態変数を使用するのが適切であるからである。
In FIG. 3, the case of frequency deviation as observation data has been described. However, in the observation
観測データ取出手段20で取り出された各サブシステムのサブウインドウ毎の周波数偏差及び位相角偏差は状態遷移方程式作成手段21に入力される。電力系統の電力動揺モードを解析するモデリングの状態遷移方程式は、下記の(1)式で示される。
x1、x3、…x2n−1は系統母線電圧の周波数偏差、x2、x4、…x2nは系統母線電圧の位相角偏差である。すなわち、x1、x2はサブシステム1の周波数偏差及び位相角偏差、x3、x4はサブシステム1の周波数偏差及び位相角偏差、x2n−1、x2nはサブシステムnの周波数偏差及び位相角偏差である。また、周波数偏差x1、x3、…x2n−1や位相角偏差x2、x4、…x2nの上部に付されたドット「・」は時間微分を意味する。従って、周波数偏差x1、x3、…x2n−1の時間微分は、系統母線に接続された発電機の角加速度を意味し、位相角偏差x2、x4、…x2nは周波数偏差を意味する。また、a11〜a(2n−1)nは係数である。
x 1 , x 3 ,..., x 2n−1 are frequency deviations of the system bus voltage, and x 2 , x 4 ,... x 2n are phase angle deviations of the system bus voltage. That is, x 1 and x 2 are frequency deviations and phase angle deviations of the
状態遷移方程式作成手段21では、基準のサブシステムを除く各サブシステムのサブウインドウ毎の系統母線電圧の周波数偏差及び位相角偏差を入力し、また、(1)式の係数a11〜a(2n−1)nを、図3に示す周波数偏差x1、x3、…x2n−1の観測データにフィットするように、例えば最小自乗法を用いて求め状態遷移方程式を作成する。従って、(1)式の状態遷移方程式は、サブウインドウw1〜wnの数だけ作成されることになる。 The state transition equation creation means 21 inputs the frequency deviation and phase angle deviation of the system bus voltage for each sub-window of each subsystem excluding the reference subsystem, and the coefficients a 11 to a (2n ) in the equation (1). -1) A state transition equation is generated by using, for example, the least square method so that n is fitted to the observation data of the frequency deviations x 1 , x 3 ,... X 2n−1 shown in FIG. Thus, (1) a state transition equation, will be generated by the number of sub-windows w 1 to w n.
次に、固有値算出手段22は、状態遷移方程式作成手段21で作成された状態遷移方程式の係数行列の固有値を求める。状態遷移方程式はサブウインドウ毎に作成されるので、メインウインドウWの観測データに対して複数の固有値となる。この固有値群は記憶装置15の固有値群記憶部23に記憶される。そして、出力処理手段24は、記憶装置15の固有値群記憶部23に記憶されたメインウインドウWの観測データに対する固有値群を表示装置16に表示出力するとともに、必要に応じて印刷装置等の出力装置17に印刷出力する。
Next, the
また、固有値抽出手段25は、固有値群記憶部23に記憶されたメインウインドウWの観測データに対する固有値群の中から最も確からしい固有値を求める。最も確からしい固有値を求めるにあたっては、固有値の平均値を求めるようにしてもよいし、(2)式に示すように、最小自乗法を用いて求めるようにしてもよい。
(2)式のαiは求める固有値の実数部、βiは求める固有値の虚数部、nは基準のサブシステム以外の残りのサブシステムの数(サブシステム数−1)、mはサブウインドウの数、aijは固有値群の実数部、bijは固有値群の虚数部である。 In equation (2), α i is the real part of the eigenvalue to be obtained, β i is the imaginary part of the eigenvalue to be obtained, n is the number of remaining subsystems other than the reference subsystem (subsystem number −1), and m is the subwindow. The number, a ij is the real part of the eigenvalue group, and b ij is the imaginary part of the eigenvalue group.
周波数・減衰比算出手段26は、固有値抽出手段25で求めた最も確からしい固有値に基づいて電力系統のサブシステムにおける周波数及び減衰比を求める。サブシステムの周波数fiは(3a)式で、サブシステムの減衰比diは(3b)式で求められる。
出力処理手段24は、周波数・減衰率算出手段26で求められたサブシステムの周波数fi、サブシステムの減衰比diを表示装置16に表示出力するとともに、必要に応じて印刷装置等の出力装置17に印刷出力する。
The
図4は、表示装置16に表示されるメインウインドウWの観測データに対する固有値群の表示画面の一例を示す平面図である。図4では電力系統を3つのサブシステムに区分して、一つを基準のサブシステムとし、2つのサブシステムの固有値群M1、M2を表示した場合を示している。電力動揺モードは、2つのモード1、2(サブシステム数−1)を有し、モード1の固有値群M1、モード2の固有値群M2の分布を複素平面上に×印で表示している。また、固有値群M1、M2の実数部群Re(M1)、Re(M2)の分布、及び固有値群M1、M2の虚数部群Im(M1)、Im(M2)の分布をグラフで表示している。
FIG. 4 is a plan view showing an example of the display screen of the eigenvalue group for the observation data of the main window W displayed on the
そして、固有値抽出手段25で求めたモード1の固有値(α1+jβ1)及びモード2の固有値(α2+jβ2)を複素平面上に併せて表示するとともに、減衰率算出手段26で求めたモード1、2の減衰率d1、d2も併せて表示する。
The
以上の説明では、固有値抽出手段25や減衰率算出手段26を設け、固有値抽出手段25で求めたモード1、2の固有値や減衰率算出手段26で求めた減衰率d1、d2も併せて表示するようにしたが、これらの表示を省略してもよい。すなわち、固有値群M1、M2の分布を複素平面上に表示するとともに、固有値群M1、M2の実数部群Re(M1)、Re(M2)の分布、固有値群M1、M2の虚数部群Im(M1)、Im(M2)の分布をグラフで表示するだけでもよい。
In the above description, the eigenvalue extraction unit 25 and the attenuation
この場合には、固有値抽出手段25や周波数・減衰率算出手段26を設ける必要がなくなり、各サブシステム毎に表示された電力動揺モードの固有値群の分布を観察することによって、各モード1、2について、確からしい固有値を目視で判断し求めることになる。そして、求めた固有値からサブシステムにおける周波数及び減衰比を求めることになる。
In this case, it is not necessary to provide the eigenvalue extraction unit 25 and the frequency / attenuation
このように、本発明の実施の形態では、ある程度の期間蓄積した観測データを用いて、蓄積した観測データから予め用意した複数のサブウインドウでランダムに観測データを取り出し、その取り出した観測データに基づいて電力動揺モードを推定する。そして、推定されたモード(状態遷移方程式の係数行列の固有値群)は、サブウインドウの位置により、ある分散を持ったデータ列になるので、その固有値群の中から確からしい固有値を求める。例えば、固有値群の同定計算結果の分布がほぼ正規分布になることが多いことから、このデータ列に最小自乗法を適用して、信頼性の高い電力動揺モード推定値とする。 As described above, in the embodiment of the present invention, using observation data accumulated for a certain period, observation data is randomly extracted from the accumulated observation data in a plurality of subwindows prepared in advance, and based on the extracted observation data. To estimate the power oscillation mode. The estimated mode (the eigenvalue group of the coefficient matrix of the state transition equation) becomes a data string having a certain variance depending on the position of the subwindow. Therefore, a probable eigenvalue is obtained from the eigenvalue group. For example, since the distribution of the identification calculation result of the eigenvalue group is often a normal distribution, the least square method is applied to this data string to obtain a highly reliable power oscillation mode estimation value.
本発明の実施の形態によれば、従来の詳細解析に比較して、ある程度の期間蓄積した観測データを用いて、電力動揺モードを計算することから計算時間が長くなりオンライン性能は若干犠牲となるが、電力動揺モードを高い精度で計算することができる。観測するデータが定態安定度でありオンラインである必要性が低く、電力系統の現時点の運用状態指標を系統運用者に適切に与えることは可能となる。 According to the embodiment of the present invention, the power oscillation mode is calculated using observation data accumulated for a certain period of time as compared with the conventional detailed analysis, so that the calculation time is long and the online performance is slightly sacrificed. However, the power oscillation mode can be calculated with high accuracy. The data to be observed has a steady state stability and is not required to be online, and it is possible to appropriately give the current operation state index of the power system to the system operator.
11…サブシステム、12…位相計測装置、13…GPS、14…演算装置、15…記憶装置、16…表示装置、17…出力装置、18…データ入力処理手段、19…観測データ記憶部、20…観測データ取出手段、21…状態遷移方程式作成手段、22…固有値算出手段、23…固有値群記憶部、24…出力処理手段、25…固有値抽出手段、26…周波数・減衰比算出手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Subsystem, 12 ... Phase measuring device, 13 ... GPS, 14 ... Arithmetic device, 15 ... Storage device, 16 ... Display device, 17 ... Output device, 18 ... Data input processing means, 19 ... Observation data storage part, 20 ... Observation data extraction means, 21 ... State transition equation creation means, 22 ... Eigen value calculation means, 23 ... Eigen value group storage section, 24 ... Output processing means, 25 ... Eigen value extraction means, 26 ... Frequency / attenuation ratio calculation means
Claims (3)
前記複数のサブシステムのうちいずれか一つを基準とし基準以外の各々のサブシステムについて前記位相計測装置で計測された各々のサブシステム毎の系統母線電圧の大きさ及び位相角を時系列的に入力するとともに前記位相角に基づいて基準のサブシステムの位相角及び周波数を基準とした位相角偏差及び周波数偏差を求めるデータ入力処理手段と、
前記データ入力処理手段で得られた各々のサブシステム毎の系統母線電圧の位相角偏差及び周波数偏差を観測データとして記憶する観測データ記憶部と、
前記観測データ記憶部の観測データに対して予め定めた同一の期間幅のメインウインドウの幅より幅が小さく幅の大きさが異なる複数のサブウインドウで各サブシステムの観測データをランダムに取り出す観測データ取出手段と、
前記観測データ取出手段で取り出した観測データの位相角偏差及び周波数偏差を状態変数とする状態遷移方程式をサブウインドウ毎に作成する状態遷移方程式作成手段と、
前記状態遷移方程式作成手段で作成されたサブウインドウ毎の前記状態遷移方程式の係数行列の固有値を求める固有値算出手段と、
前記固有値算出手段で算出されたサブウインド毎の固有値群の分布を複素平面として表示出力する出力処理手段とを備えたことを特徴とする電力動揺モード観測装置。 A phase measurement device that is provided in each of a plurality of sub-systems divided so as to enable analysis of the power oscillation mode of the power system, and measures the magnitude and phase angle of the system bus voltage of each sub-system;
Based on any one of the plurality of subsystems, the magnitude and phase angle of the system bus voltage for each subsystem measured by the phase measuring device for each subsystem other than the reference in time series A data input processing means for obtaining a phase angle deviation and a frequency deviation based on the phase angle and frequency of a reference subsystem based on the phase angle;
An observation data storage unit for storing the phase angle deviation and the frequency deviation of the system bus voltage for each subsystem obtained by the data input processing means as observation data;
Observation data for randomly extracting observation data of each subsystem in a plurality of sub-windows whose width is smaller than the width of the main window having the same period width as the observation data stored in the observation data storage unit. Take-out means;
A state transition equation creating means for creating a state transition equation for each sub-window with a phase angle deviation and a frequency deviation of the observation data extracted by the observation data extracting means as state variables;
Eigenvalue calculating means for obtaining eigenvalues of the coefficient matrix of the state transition equation for each subwindow created by the state transition equation creating means;
An electric power fluctuation mode observation device comprising: output processing means for displaying and outputting the distribution of the eigenvalue group for each subwindow calculated by the eigenvalue calculating means as a complex plane.
前記複数のサブシステムのうちいずれか一つを基準とし基準以外の各々のサブシステムについて前記位相計測装置で計測された各々のサブシステム毎の系統母線電圧の大きさ及び位相角を時系列的に入力するとともに前記位相角に基づいて基準のサブシステムの位相角及び周波数を基準とした位相角偏差及び周波数偏差を求めるデータ入力処理手段と、
前記データ入力処理手段で得られた各々のサブシステム毎の系統母線電圧の位相角偏差及び周波数偏差を観測データとして記憶する観測データ記憶部と、
前記観測データ記憶部の観測データに対して予め定めた同一の期間幅のメインウインドウの幅より幅が小さく幅の大きさが異なる複数のサブウインドウで各サブシステムの観測データをランダムに取り出す観測データ取出手段と、
前記観測データ取出手段で取り出した観測データの位相角偏差及び周波数偏差を状態変数とする状態遷移方程式をサブウインドウ毎に作成する状態遷移方程式作成手段と、
前記状態遷移方程式作成手段で作成されたサブウインドウ毎の前記状態遷移方程式の係数行列の固有値を求める固有値算出手段と、
前記固有値算出手段で算出されたサブウインド毎の固有値群の中から最も確からしい固有値を求める固有値抽出手段とを備えたことを特徴とする電力動揺モード観測装置。 A phase measurement device that is provided in each of a plurality of sub-systems divided so as to enable analysis of the power oscillation mode of the power system, and measures the magnitude and phase angle of the system bus voltage of each sub-system;
Based on any one of the plurality of subsystems, the magnitude and phase angle of the system bus voltage for each subsystem measured by the phase measuring device for each subsystem other than the reference in time series A data input processing means for obtaining a phase angle deviation and a frequency deviation based on the phase angle and frequency of a reference subsystem based on the phase angle;
An observation data storage unit for storing the phase angle deviation and the frequency deviation of the system bus voltage for each subsystem obtained by the data input processing means as observation data;
Observation data for randomly extracting observation data of each subsystem in a plurality of sub-windows whose width is smaller than the width of the main window having the same period width as the observation data stored in the observation data storage unit. Take-out means;
A state transition equation creating means for creating a state transition equation for each sub-window with a phase angle deviation and a frequency deviation of the observation data extracted by the observation data extracting means as state variables;
Eigenvalue calculating means for obtaining eigenvalues of the coefficient matrix of the state transition equation for each subwindow created by the state transition equation creating means;
A power oscillation mode observation apparatus comprising: eigenvalue extraction means for obtaining the most probable eigenvalue from the eigenvalue group for each subwindow calculated by the eigenvalue calculation means.
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