JP5428982B2

JP5428982B2 - 電力系統訓練用シミュレータ

Info

Publication number: JP5428982B2
Application number: JP2010064652A
Authority: JP
Inventors: 英則千喜良; 政志沓掛; 重雄栗原
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2030-03-19
Also published as: JP2011197444A

Description

本発明は、給電指令所や制御所の運転員の運転訓練を行うための電力系統訓練用シミュレータに関する。

電力系統訓練用シミュレータは、給電指令所や制御所等の運転員の運転技術・技能の体得とレベル向上を図ることを目的として運転員の運転訓練を行うものである。この運転訓練は、主として電力系統に事故が発生した場合の事故復旧訓練であり、事故復旧手順を習得することにある。

電力系統訓練用シミュレータでは系統解析計算により系統状況を模擬する。すなわち、電力系統を模擬するために周波数計算や電圧・潮流計算を実施し、訓練者は予め設定されたシナリオにより発生した事象に基づいて様々な状況の対応訓練を実施する。

運転訓練は、その時々の系統状況に応じて対応を行うものであり、リアルタイムに系統を模擬する必要がある。そこで、電力系統訓練用シミュレータでは、電力系統の各種状態量（例えば、周波数、電圧・潮流、保護制御装置の応動等）を別々に計算することで対応している。

電力系統訓練用シミュレータとして、複数の制御所でリアルタイムに実系統における実事故と同等の影響を全系で同時に模擬し同時訓練ができ、訓練中に最低１人のトレーナがホスト役を引継ぎ、トレーニが自由に入退室することを可能としたものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、非線形負荷を定インピーダンス負荷と仮定して回路網方程式を求解し、収束計算を必要とせず１回の演算で母線電圧推定値を算出し、実時間性能でかつ計算精度を向上させたものもある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００９−１０９５２８号公報特開２００８−４００３４号公報

しかし、従来の電力系統訓練用シミュレータでは、電力系統の各種状態量を別々に計算して訓練員に提供しているので、模擬計算の計算時間がシミュレーションの実時間に比べ大きくかかってしまった場合には、同期が取れた状態で各種状態量をリアルタイムに提供できない。

ある程度長い時間単位で見た場合には、その模擬計算の遅れを計算時間が短く処理できたときに取り戻すようにしてリアルタイム性を確保できるが、短い時間単位で見た場合には、電力系統の動的な現象をリアルタイムで模擬できないことがあり、実系統の応動とは異なっていた。

本発明の目的は、短い時間単位で見た場合であっても電力系統の動的な現象をリアルタイムで模擬できる電力系統訓練用シミュレータを提供することである。

請求項１の発明に係る電力系統訓練用シミュレータは、電力系統の系統図が表示された系統盤と、訓練者が運転訓練の操作を行う訓練者卓と、運転訓練対象の電力系統の系統モデルを設定するための系統モデル設定情報及び運転訓練の系統状態を生じさせるための訓練用設定情報を入力するトレーナ卓と、電力系統の系統解析を行うとともに動作模擬を行う計算機とを備え、前記計算機は、前記トレーナ卓から入力された前記系統モデル設定情報に基づき運転訓練対象の電力系統の系統モデルを模擬する系統モデル模擬部と、前記系統モデル模擬部で模擬された系統モデルの系統解析を所定の系統解析周期で演算処理する系統解析部と、前記系統解析部で演算された系統解析結果、前記トレーナ卓から入力された訓練用設定情報及び前記訓練者卓から入力された操作情報を前記系統解析周期より長い予め定めた模擬高速周期で取り込み予め定めた高速動作模擬特性の動作模擬を行う高速動作模擬部と、前記系統解析部で演算された系統解析結果、前記トレーナ卓から入力された訓練用設定情報及び前記訓練者卓から入力された操作情報を前記模擬高速周期より長い予め定めた模擬中速周期で取り込み予め定めた中速動作模擬特性の動作模擬を行う中速動作模擬部と、前記系統解析部で演算された系統解析結果、前記トレーナ卓から入力された訓練用設定情報及び前記訓練者卓から入力された操作情報を前記模擬中速周期より長い予め定めた模擬低速周期で取り込み予め定められた低速動作模擬特性の動作模擬を行う低速動作模擬部と、前記高速動作模擬部、前記中速動作模擬部及び前記低速動作模擬部で得られた模擬結果を模擬中速周期で同期をとって表示処理し前記系統盤、前記トレーナ卓及び前記訓練者卓の少なくともいずれかに表示出力する表示処理部とを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明に係る電力系統訓練用シミュレータは、請求項１の発明において、前記計算機は、前記系統解析部の系統解析結果を記憶する系統解析結果記憶部と、前記高速動作模擬部、前記中速動作模擬部及び前記低速動作模擬部の動作模擬結果を記憶する動作模擬結果記憶部とを備え、前記トレーナ卓または前記訓練者卓からの指令により、前記系統解析結果記憶部に記憶された系統解析結果または前記動作模擬結果記憶部に記憶された動作模擬結果を前記トレーナ卓または前記訓練者卓に表示することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、系統モデルの系統解析を所定の系統解析周期で演算処理し、その系統解析結果、訓練用設定情報及び訓練者の操作情報に基づいて、高速動作模擬、中速動作模擬、低速動作模擬に区分して行い、同期をとって表示出力するので、短い時間単位で見た場合であっても電力系統の動的な現象をリアルタイムで模擬できる。

請求項２の発明によれば、系統解析結果記憶部に記憶された系統解析結果または動作模擬結果記憶部に記憶された動作模擬結果をトレーナ卓または訓練者卓に表示するので、訓練時の系統状態の詳細内容を確認することができる。

本発明の実施の形態に係る電力系統訓練用シミュレータの構成図。本発明の実施の形態における系統盤の一例を示す平面図。本発明の実施の形態におけるトレーナ卓や訓練者卓に表示されるトレンドグラフの一例を示すグラフ。本発明の実施の形態に係る電力系統訓練用シミュレータの動作を示すフローチャート。

以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係る電力系統訓練用シミュレータの構成図である。電力系統訓練用シミュレータは、トレーナ卓１１、訓練者卓１２、系統盤１３及び計算機１４から構成される。

トレーナ卓１１は、運転訓練を指導するトレーナが使用する操作卓であり、表示装置や入力装置を有している。トレーナは、このトレーナ卓１１から系統モデル設定情報や訓練用設定情報を計算機１４に入力する。系統モデル設定情報は運転訓練対象の電力系統の系統モデルを設定するための情報であり、訓練用設定情報は運転訓練の系統状態を生じさせるための情報である。

訓練者卓１２は、運転訓練を受ける訓練者が使用する操作卓であり、表示装置や入力装置を有している。訓練者は、系統盤１３の表示情報や訓練者卓１２の表示装置の表示内容を見ながら訓練者卓１２の入力装置から運転訓練の操作情報を計算機１４に入力する。複数台の訓練者卓１２が設置され複数の訓練者が同時に訓練を受けることができるようになっている。

系統盤１３は、図２に示すように、電力系統の系統図が表示された盤である。すなわち、系統盤１３には、電力系統の発電所や変電所等の電気所２３に繋がる送電線や配電線の電線２４の系統図が表示され、その系統図中に電気量表示部２５が設けられ、潮流（有効電力の流れ）や電圧あるいは系統周波数等の電気量が表示されている。

次に、計算機１４は、電力系統の系統解析を行うとともに動作模擬を行うものである。系統モデル模擬部１５は、トレーナ卓１１から入力された系統モデル設定情報に基づき運転訓練対象の電力系統の系統モデルを模擬するものであり、所定の模擬周期（例えば、１ｓ）毎にトレーナ卓１１から入力された系統モデル設定情報（指令値や状態変更情報）を取り込み、発電所モデル、連系モデル、負荷モデル、制御装置モデル、系統安定化装置モデル等を模擬する。例えば、発電所モデルでは、発電機有効電力指令値、発電機並解列、ガバナ特性、ＡＶＲ（自動電圧調整）特性、調相運転等を模擬する。系統モデル模擬部１５で模擬された系統モデルの模擬信号は、系統解析部１６に出力されるとともに動作模擬結果記憶部１７に出力され記憶される。

系統解析部１６は、系統モデル模擬部１５で模擬された系統モデルの模擬信号に基づいて系統解析を所定の系統解析周期（例えば、１０ｍｓ）で演算処理する。系統解析は、潮流・電圧計算、周波数計算、系統安定度計算等であり、その系統解析結果は、高速動作模擬部１８、中速動作模擬部１９、低速動作模擬部２０に出力されるとともに、系統解析結果記憶部２１に出力され記憶される。

高速動作模擬部１８は、系統解析部１６で演算された系統解析結果、トレーナ卓１１から入力された訓練用設定情報及び訓練者卓１２から入力された操作情報を予め定めた模擬高速周期（例えば１００ｍｓ）で取り込み、予め定められた高速動作模擬特性の動作模擬を行う。

高速動作模擬特性の対象は、模擬高速周期（例えば１００ｍｓ）での計算が必要な動特性であり、例えば、発電機モデルでは、発電機並解列、周波数安定運転限界特性、界磁喪失リレー等であり、連系モデルでは、連系線遮断時の連系線潮流、周波数低下限界特性、周波数情報限界特性等であり、負荷モデルでは、負荷遮断、現在ピーク負荷算出、無効電力負荷基準値算出等である。

高速動作模擬部１８で得られた高速動作模擬結果は系統解析部１６に出力されるとともに動作模擬結果記憶部１７に出力され記憶される。系統解析部１６は高速動作模擬結果を所定の系統解析周期（例えば１０ｍｓ）で取り込み系統解析の演算処理に反映する。

中速動作模擬部１９は、系統解析部１６で演算された系統解析結果、トレーナ卓１１から入力された訓練用設定情報及び訓練者卓１２から入力された操作情報を模擬高速周期より長い予め定めた模擬中速周期（例えば１ｓ）で取り込み予め定められた中速動作模擬特性の動作模擬を行う。

中速動作模擬特性の対象は、模擬中速周期（例えば１ｓ）での計算で良い動特性であり、例えば、発電所モデルでは、Ｐ−Ｑ運転限界特性、電圧安定運転限界特性、発電機周波数監視等であり、連系モデルでは、Ｐ−Ｑ運転監視、Ｐ限界特性等であり、負荷モデルでは、負荷脱落、負荷回復、負荷復旧等である。

中速動作模擬部１９で得られた中速動作模擬結果は系統解析部１６に出力されるとともに動作模擬結果記憶部１７に出力され記憶される。系統解析部１６は中速動作模擬結果を所定の系統解析周期（例えば１０ｍｓ）で取り込み系統解析の演算処理に反映する。

低速動作模擬部２０は、系統解析部１６で演算された系統解析結果、トレーナ卓１１から入力された訓練用設定情報及び訓練者卓１２から入力された操作情報を模擬中速周期より長い予め定めた模擬低速周期（例えば１分）で取り込み予め定められた低速動作模擬特性の動作模擬を行う。

低速動作模擬特性の対象は、模擬低速周期（例えば１分）での計算で良い動特性であり、例えば、発電機モデルでは水車発電機である場合の貯水池の貯水量の監視、保護装置モデルでは発電遮断優先順位算出、系統安定化装置モデルでは定常制御内容の算出や周波数低下検出制御内容の算出等である。

低速動作模擬部２０で得られた低速動作模擬結果は系統解析部１６に出力されるとともに動作模擬結果記憶部１７に出力され記憶される。系統解析部１６は低速動作模擬結果を所定の系統解析周期（例えば１０ｍｓ）で取り込み系統解析の演算処理に反映する。

このように、動作模擬の計算の効率化のために１００ｍｓの時間領域の計算が必要な部分と、１ｓや１分の時間周期毎の計算で良いものとに分割し、計算の効率化を図っている。

そして、表示処理部２２は、高速動作模擬部１８、中速動作模擬部１９及び低速動作模擬部２０で得られた模擬結果を模擬中速周期（例えば１ｓ）で同期をとって表示処理し、系統盤１３の電気量表示部２５に表示出力する。従って、系統盤１３の電気量表示部２５の表示内容は模擬中速周期（１ｓ）毎に表示更新されることになる。

高速動作模擬部１８の高速動作模擬結果は１００ｍｓ毎に更新されて動作模擬結果記憶部１７に記憶されているが、表示処理は模擬中速周期（例えば１ｓ）毎に行われるので、その表示更新は模擬中速周期（１ｓ）毎に表示更新されることになる。また、低速動作模擬部２０の低速動作模擬結果は１分毎に更新されて動作模擬結果記憶部１７に記憶されることになるが、表示処理は模擬中速周期（例えば１ｓ）毎に行われるので、１ｓ毎に表示更新されても１分間は同じデータが表示されることになる。

また、表示処理部２２は、トレーナ卓１１または訓練者卓１２からの指令により、系統解析結果記憶部２１に記憶された系統解析結果や動作模擬結果記憶部１７に記憶された動作模擬結果をトレーナ卓１１または訓練者卓１２に表示する。これにより、例えば、図３に示すように、各種電気量の過去のトレンドグラフの表示が可能となる。

図３は、トレーナ卓や訓練者卓に表示されるトレンドグラフの一例を示すグラフである。図３では、時点ｔ１でＸ発電機の発電機出力Ｇｘが脱落した場合のＸ発電機の発電機出力Ｇｘ、Ｙ発電機の発電機出力Ｇｙ、Ｚ発電機の発電機出力Ｇｚ、系統周波数ｆ、Ａ送電線の電圧Ｖａ、Ｂ送電線の電圧Ｖｂ、Ｃ送電線の電圧Ｖｃ、Ｄ送電線の電圧Ｖｄを示している。

図３（ａ）において、Ｘ発電機が発電機出力Ｇｘ（＝３２５ＭＷ）、Ｙ発電機が発電機出力Ｇｙ（＝２１０ＭＷ）で運転されおり、Ｙ発電機はＡＦＣ（自動周波数制御）の対象の発電機であるとする。また、図３（ｂ）において、Ｚ発電機は発電機出力Ｇｚ（＝６００ＭＷ）で定格出力運転を行っているとする。

この状態で、いま、時点ｔ１でＸ発電機を脱落させた模擬訓練を行ったとする。この場合、系統盤１３の電気量表示部２５に表示されるのは、模擬中速周期（１ｓ）毎に表示更新された発電機出力や電圧あるいは系統周波数の数値である。訓練員はこの数値を見ながら運転訓練を行うことになる。

時点ｔ１でＸ発電機が脱落し発電機出力Ｇｘが３２５ＭＷから０ＭＷになったとすると、図３（ｃ）に示すように、系統周波数ｆは下降し始める。Ｙ発電機はＡＦＣ対象の発電機であることから周波数変動補償機能により発電機出力Ｇｙは増加し始める。一方、Ｚ発電機は定格出力運転であることから、Ｘ発電機が脱落した時点ｔ１以降の短時間の間で発電機出力Ｇｘが動揺するものの発電機出力Ｇｘは６００ＭＷでほぼ一定である。ＡＦＣ対象のＹ発電機の発電機出力Ｇｙの増加により、図３（ｃ）に示すように、系統周波数ｆは時点ｔ２から回復し始め、徐々に基準周波数５０Ｈｚに回復していく。また、Ａ送電線の電圧Ｖａ、Ｂ送電線の電圧Ｖｂ、Ｃ送電線の電圧Ｖｃ、Ｄ送電線の電圧Ｖｄは、図３（ｄ）に示すように、時点ｔ１でのＸ発電機の脱落により変動し始め、徐々に元の電圧に回復していく。

この場合の発電機出力Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚ、周波数ｆ、送電線の電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄは、系統解析部１６で系統解析周期（例えば、１０ｍｓ）で演算処理され、その処理解析結果記憶部２１に記憶されている。一方、訓練員は運転訓練中は、系統盤１３の電気量表示部２５に表示された発電機出力Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚ、周波数ｆ、送電線の電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄの数値しか見ることができない。そこで、運転訓練後に系統解析結果記憶部２１に記憶されたデータに基づき、図３に示すようなトレンドグラフを表示して運転訓練操作による電気量の変化を詳細に確認することができる。

また、トレーナ卓１１や訓練者卓１２には、動作模擬結果記憶部１７に記憶された動作模擬結果も表示できるようになっているので、訓練員の模擬運転操作による模擬動作結果も確認できる。

次に、本発明の実施の形態に係る電力系統訓練用シミュレータの動作について説明する。図４は本発明の実施の形態に係る電力系統訓練用シミュレータの動作を示すフローチャートである。

まず、系統モデル模擬部１５は運転訓練の対象となる電力系統の系統モデルを模擬する（Ｓ１）。系統モデル模擬部１５は、トレーナ卓１１から入力された系統モデル設定情報（指令値や状態変更情報）を所定の模擬周期（１ｓ）毎に取り込み、発電所モデル、連系モデル、負荷モデル、制御装置モデル、系統安定化装置モデル等を模擬する。そして、系統モデル模擬結果を動作模擬結果記憶部１７に記憶する（Ｓ２）
系統解析部１６は、系統モデル模擬部１５で模擬された系統モデルの模擬信号に基づいて系統解析を所定の系統解析周期（１０ｍｓ）で演算処理し（Ｓ３）、その系統解析結果を系統解析結果記憶部２１に記憶する（Ｓ４）。系統解析は、潮流・電圧計算、周波数計算、系統安定度計算等である。

次に、高速動作模擬部１８は、系統解析部１６で所定の系統解析周期（１０ｍｓ）で演算された系統解析結果、トレーナ卓１１から入力された訓練用設定情報及び訓練者卓１２から入力された操作情報を模擬高速周期（１００ｍｓ）で取り込み、模擬高速周期（１００ｍｓ）で予め定められた高速動作模擬特性の動作模擬を行い（Ｓ５）、高速動作模擬結果を動作模擬結果記憶部１７に記憶する（Ｓ６）。高速動作模擬特性の対象は、前述したように模擬高速周期（１００ｍｓ）での計算が必要な動特性である。

そして、高速動作模擬演算が１０回計算されたかどうかを判定し（Ｓ７）、１０回未満のときはステップＳ３に戻り、ステップＳ３からステップＳ７の処理を繰り返し行う。高速動作模擬演算が１０回計算終了したときは、１００ｍｓ×１０で１ｓとなっており、中速動作周期の１ｓの周期となる。

次に、中速動作模擬部１９は、系統解析部１６で演算された系統解析結果、トレーナ卓１１から入力された訓練用設定情報及び訓練者卓１２から入力された操作情報を模擬中速周期（１ｓ）で取り込み予め定められた中速動作模擬特性の動作模擬を行い（Ｓ８）、中速動作模擬結果を動作模擬結果記憶部１７に記憶する（Ｓ９）。中速動作模擬特性の対象は、模擬中速周期（１ｓ）での計算で良い動特性である。

そして、周期が毎正分かどうかを判定し（Ｓ１０）、周期が毎正分でないときは、表示処理部２２は高速動作模擬結果及び中速動作模擬結果を中速動作周期（１ｓ）で系統盤１３に表示出力する（Ｓ１１）。一方、周期が毎正分であるときは、１分の低動作周期であるので、低速動作模擬部２０は、系統解析部１６で演算された系統解析結果、トレーナ卓１１から入力された訓練用設定情報及び訓練者卓１２から入力された操作情報を模擬低速周期（１分）で取り込み模擬低速周期（１分）で低速動作模擬特性の動作模擬を行い（Ｓ１２）、低速動作模擬結果を動作模擬結果記憶部１７に記憶する（Ｓ１３）。そして、表示処理部２２は低速動作模擬結果を１分ごとに系統盤１３に表示出力する（Ｓ１１）。次に、運転訓練が終了か否かを判定し（Ｓ１４）、運転訓練の終了でないときはステップＳ１に戻り、運転訓練の終了であるときは処理を終了する。

このように、系統解析では、１０ｍｓの周期で系統モデルの電気量（周波数計算、電圧・潮流計算等）を演算処理するので、系統の動的な現象を模擬できる。また、１００ｍｓで模擬動作を必要とする高速動作模擬と、１ｓでの模擬動作でよい中速模擬動作、１分での模擬動作でよい低速模擬動作とを区分けして、高速動作模擬（１００ｍｓ）、中速動作模擬（１ｓ）、低速動作模擬（１ｓ）をシーケンシャルに行い、１０ｍｓの周期で系統モデルの電気量（周波数計算、電圧・潮流計算等）の演算処理と連動させるので、模擬計算を効率良く行え、模擬計算に要する計算時間と実時間との乖離なく訓練者に情報提示を行うことができる。従って、短い時間単位で見た場合であっても実系統と同等な状況をリアルタイムで再現できる。

また、系統解析結果記憶部２１に記憶された系統解析結果や動作模擬結果記憶部１７に記憶された動作模擬結果をトレーナ卓１１や訓練者卓１２に表示できるので、訓練時の系統状態の詳細内容を確認できる。

１１…トレーナ卓、１２…訓練者卓、１３…系統盤、１４…計算機、１５…系統モデル模擬部、１６…系統解析部、１７…動作模擬結果記憶部、１８…高速動作模擬部、１９…中速動作模擬部、２０…低速動作模擬部、２１…系統解析結果記憶部、２２…表示処理部、２３…電気所、２４…電線、２５…電気量表示部、２６…、２７…、２８…、２９…、３０…、

Claims

電力系統の系統図が表示された系統盤と、訓練者が運転訓練の操作を行う訓練者卓と、運転訓練対象の電力系統の系統モデルを設定するための系統モデル設定情報及び運転訓練の系統状態を生じさせるための訓練用設定情報を入力するトレーナ卓と、電力系統の系統解析を行うとともに動作模擬を行う計算機とを備え、
前記計算機は、前記トレーナ卓から入力された前記系統モデル設定情報に基づき運転訓練対象の電力系統の系統モデルを模擬する系統モデル模擬部と、
前記系統モデル模擬部で模擬された系統モデルの系統解析を所定の系統解析周期で演算処理する系統解析部と、
前記系統解析部で演算された系統解析結果、前記トレーナ卓から入力された訓練用設定情報及び前記訓練者卓から入力された操作情報を前記系統解析周期より長い予め定めた模擬高速周期で取り込み予め定めた高速動作模擬特性の動作模擬を行う高速動作模擬部と、
前記系統解析部で演算された系統解析結果、前記トレーナ卓から入力された訓練用設定情報及び前記訓練者卓から入力された操作情報を前記模擬高速周期より長い予め定めた模擬中速周期で取り込み予め定めた中速動作模擬特性の動作模擬を行う中速動作模擬部と、
前記系統解析部で演算された系統解析結果、前記トレーナ卓から入力された訓練用設定情報及び前記訓練者卓から入力された操作情報を前記模擬中速周期より長い予め定めた模擬低速周期で取り込み予め定められた低速動作模擬特性の動作模擬を行う低速動作模擬部と、
前記高速動作模擬部、前記中速動作模擬部及び前記低速動作模擬部で得られた模擬結果を模擬中速周期で同期をとって表示処理し前記系統盤、前記トレーナ卓及び前記訓練者卓の少なくともいずれかに表示出力する表示処理部とを備えたことを特徴とする電力系統訓練用シミュレータ。
前記計算機は、前記系統解析部の系統解析結果を記憶する系統解析結果記憶部と、前記高速動作模擬部、前記中速動作模擬部及び前記低速動作模擬部の動作模擬結果を記憶する動作模擬結果記憶部とを備え、前記トレーナ卓または前記訓練者卓からの指令により、前記系統解析結果記憶部に記憶された系統解析結果または前記動作模擬結果記憶部に記憶された動作模擬結果を前記トレーナ卓または前記訓練者卓に表示することを特徴とする請求項１記載の電力系統訓練用シミュレータ。