JP5971692B2 - 電力系統の短絡容量監視方法およびそのシステム - Google Patents
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Description
(a)電力系統での送電線を介した少なくとも2つの計測地点において各計測地点の電圧および電流のフェーザ量を、電力系統での送電線を介して前記計測地点に接続された位相補正用の計測地点において電圧のフェーザ量を、それぞれ経時的に同期計測するデータ計測ステップ。
(b)前記データ計測ステップにて計測した計測データを収集するデータ収集ステップ。
(c)前記データ収集ステップにて収集した計測データに基づいて所定の周期毎に複数のデータ数を持つデータセットを作成するデータセット作成ステップ。
(d)前記データセットの各位相から前記位相補正用の計測地点の電圧位相を差し引き、さらに任意の計測地点における任意の時刻の電圧位相を基準位相として定め、前記データセットの各位相から当該基準位相を差し引くことにより、前記データセットの位相補正を行う位相補正ステップ。
(e)前記位相補正ステップにて位相補正を行った前記データセットを用いて短絡地点から電源側を見た背後インピーダンスを推定する背後インピーダンス推定ステップ。
(f)前記背後インピーダンス推定ステップにて推定した前記背後インピーダンスにより短絡容量を計算する短絡容量計算ステップ。
[構成]
本発明に係る第1の実施形態について、図1を用いて説明する。第1の実施形態は電力系統1における短絡容量を監視するシステムであって、図1は第1の実施形態の構成図である。図1に示すように、電力系統1には複数の発電機2が接続されると共に、送電線3を介して複数の負荷4が接続されている。各負荷4の接続点および位相補正用の計測点には同期計測端末5が設置されている。位相補正用計測点としては、電力系統1の中から計測点の負荷変動に対して変動の小さい場所が選定される。例えば、77kV母線にて計測を行う場合には、275kV母線が位相補正用計測点として選定される。
同期信号用衛星6は、GPS(Grobal Positioning System:全地球測位システム)信号を、同期信号として同期計測端末5に送信するようになっている。同期計測端末5は、同期信号用衛星6から送信される同期信号を用いて、負荷4の接続点における線間電圧のフェーザ量および線電流のフェーザ量を経時的に同期計測するように構成されている。また、同期計測端末5は、同期信号用衛星6から送信される同期信号を用いて、位相補正用計測点における線間電圧のフェーザ量を経時的に同期計測するように構成されている。なお、以下の説明では、電圧と電流は各々、線間電圧と線電流を表しており、電圧および電流のフェーザ量とは、電圧および電流の大きさと位相に関するデータである。
PMUは、同期信号用衛星6からGPS信号を所定の計測周期で受信し、受信したGPS信号を同期信号として高精度なフェーザ量の同期計測を実現して計測データを出力する装置である(フェーザ通信規格に関しては、IEEE Standard C37.118-2005を参照)。また、各同期計測端末5には、電圧・電流のフェーザ量を計測データとして送信する通信手段が設けられている。
続いて第1の実施形態による電力系統の短絡容量監視方法について、図2の処理フローを用いて具体的に説明する。まず、同期信号用衛星6から送信される同期信号を用いて、同期計測端末5が各計測地点である計測点1、2の電圧・電流のフェーザ量D101と位相補正用計測点の電圧フェーザ量D101を経時的に同期計測し(データ計測ステップS101)、短絡容量監視装置7のデータ収集記憶部8にて電圧・電流のフェーザ量D101を収集、記憶する(データ収集・記憶ステップS102)。
以下、演算処理部9によるステップS103〜S106について、詳しく説明する。まず、データセット作成部91によるデータセット作成ステップS103について、図3を用いて説明する。図3は、計測点1、2における電圧・電流フェーザ量D101を作成する方法と、位相補正用計測点における電圧フェーザ量D101からデータセットD102を作成する方法に関しての説明図である。
次に、位相補正部92による位相補正ステップS104について、図4〜図7を用いて説明する。図4はデータセットD102の電圧フェーザ量における時間と位相との関係を示している。図4の縦軸は時間、横軸は位相を示す。背後電源の位相は理想基準として示す。A地点(計測点1)の位相をθA、B地点(計測点2)の位相をθBとする。
背後インピーダンス推定ステップS105では、以上のようにして位相補正部92が作成したデータセットD102’を複数用いて、背後インピーダンス推定部93が背後インピーダンスを推定する。
短絡容量計算ステップS106では、短絡容量計算部94にて、推定した背後インピーダンスZsys0および負荷インピーダンスZL2を用いて短絡インピーダンスZscを計算し、そこから短絡電流Iscおよび短絡容量Pscを計算する。
系統の中には、送電線や負荷が存在するので、複数の短絡地点における計測に加えて、送電線を介した地点においてもフェーザ量の計測を行うことで、冗長性を持たせると共に、背後インピーダンスの推定精度を高める必要がある。ここで、送電線を介した2地点で計測した場合の、背後インピーダンス推定ステップについて説明する。
以上のようにして推定した背後インピーダンスZsysと、上記の(16)〜(19)式から、短絡インピーダンスZscを計算することができ、この計算結果と前記(14)、(15)式を用いて、短絡電流Iscおよび短絡容量Pscを求めることが可能である。このような2地点計測を行った場合、各計測地点での負荷変動を、計測データによって捉えることができるので、背後インピーダンスZsysの推定誤差を小さくすることが可能である。
上述したように、第1の実施形態では、複数の同期計測データを用いて背後インピーダンスを推定し、推定した背後インピーダンスに基づいて短絡容量を計算することにより、たとえ短絡容量が変化したとしても、必要とする断面について実状に合った短絡容量を正確に求めることができる。
[構成]
次に、本発明に係る第2の実施形態について、図16を用いて説明する。図16は第2の実施形態における処理手順の一例を示している。なお、第2実施形態以降の実施形態において第1の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
第2の実施形態では、上記第1の実施形態の持つ作用効果に加えて、計測データとして三相電圧・電流フェーザ量D101’を採用したことで、系統における不平衡の影響を排除することができる。このため、より高い精度で短絡容量を求めることが可能となる。
[構成]
続いて、本発明に係る第3の実施形態について図17、図18を参照して説明する。第3の実施形態の特徴は、短絡容量監視装置7のデータセット作成部91によるデータセット作成ステップS103にある。
以上のような第3の実施形態によれば、次のような独自の作用効果がある。すなわち、データセット作成部91におけるデータセット作成ステップS103にて、データセットV1k、I1k、V2k、I2kの作成に際してサンプル周期T1とデータ数nを可変としたことで、背後インピーダンスZsysを高い精度で推定可能である。これにより、計算誤差を小さくすることができ、精度良く短絡容量を求めることができる。
[構成]
次に、本発明に係る第4の実施形態について、図19、図20を用いて説明する。
以上のような第4の実施形態によれば、データセット作成部91によるデータセット作成ステップS103において、データセットV1k、I1k、V2k、I2k(k=1、2、…n)の中で外れ値を予め除いておくので、系統における不測の変動による影響を受ける心配が無い。したがって、背後インピーダンスZsysの推定精度を高めて、計算誤差を小さくすることができる。これにより、常に正確な短絡容量を求めることが可能となる。
[構成]
次に、本発明に係る第5の実施形態について、図21、図22を用いて説明する。
以上のような第5の実施形態によれば、短絡容量計算部94による短絡容量計算ステップにて外れ値である短絡容量Pscを取り除くことで、系統の不測の変動や急変による影響を確実に排除することができる。
[構成]
次に、本発明に係る第6の実施形態について、図23〜図25を用いて説明する。図23は第2の実施形態における構成図、図24は第2の実施形態における処理手順の一例を示している。図25は第6の実施形態において変動幅を判定する閾値の選定方法を説明する図である。
以上のような第6の実施形態によれば、位相補正したデータセットD102’の変動幅に関して、判定閾値D105よりも小さければ、背後インピーダンスの推定を行わない。これにより、推定結果のバラツキ自体を抑えることが可能となる。したがって、背後インピーダンスZsysの推定精度をより高めることができ、計算誤差はいっそう低減する。
[構成]
本発明に係る第7の実施形態について、図26を参照して説明する。図26は、第7の実施形態の処理フローを示す図である。
以上のような第7の実施形態によれば、上記実施形態の持つ作用効果に加え、系統の状態に応じた最適な計算方法を採用することで、精度良く短絡容量を求めることができるといった、独自の作用効果を発揮することができる。
[構成]
本発明に係る第8の実施形態について、図27を参照して説明する。図27は、第8の実施形態の構成図である。図27に示すように、第8の実施形態における短絡容量監視システムでは、短絡容量監視装置7に通信制御部11を備え、伝送路12を介して同期計測端末5から電圧・電流フェーザ量をオンラインで収集することに特徴がある。
以上のような構成を有する第8の実施形態によれば、オンライン計測した電圧・電流フェーザ量を用いて逐次、短絡容量の推定演算を行うことができる。このため、短絡容量を常時連続的に監視可能であり、電力系統の信頼性の向上に寄与することができる。
なお、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、同期計測端末の設置数や短絡容量監視装置の構成などは適宜変更可能である。例えば、第1の実施形態において、推定用のデータセットD102の推定サンプル周期T1は、計測周期Δtと等しくしたが、推定サンプル周期T1と計測周期Δtと等しくなくてもよく、図28に示すように、推定サンプル周期T1>計測周期T0と設定してもよい。このようにして、推定サンプル周期T1毎にデータ数nのデータセットD102を作成することも可能である。
2…発電機
3…送電線
4…負荷
5…同期計測端末
6…同期信号用衛星
7…短絡容量監視装置
8…データ収集・記憶部
9…演算処理部
91…データセット作成部
92…位相補正部
93…背後インピーダンス推定部
94…短絡容量計算部
95…判定閾値決定部
96…変動幅判定部
10…表示/入出力部
11…通信制御部
12…伝送路
Claims (7)
- 電力系統の短絡容量を監視する方法であって、
電力系統での送電線を介した少なくとも2つの計測地点において各計測地点の電圧および電流のフェーザ量を、電力系統での送電線を介して前記計測地点に接続された位相補正用の計測地点において電圧のフェーザ量を、それぞれ経時的に同期計測するデータ計測ステップと、
前記データ計測ステップにて計測した計測データを収集するデータ収集ステップと、
前記データ収集ステップにて収集した計測データに基づいて所定の周期毎に複数のデータ数を持つデータセットを作成するデータセット作成ステップと、
前記データセットの各位相から前記位相補正用の計測地点の電圧位相を差し引き、さらに任意の計測地点における任意の時刻の電圧位相を基準位相として定め、前記データセットの各位相から当該基準位相を差し引くことにより、前記データセットの位相補正を行う位相補正ステップと、
前記位相補正ステップにて位相補正を行った前記データセットを用いて短絡地点から電源側を見た背後インピーダンスを推定する背後インピーダンス推定ステップと、
前記背後インピーダンス推定ステップにて推定した前記背後インピーダンスにより短絡容量を計算する短絡容量計算ステップを含むことを特徴とする電力系統の短絡容量監視方法。 - 前記データセット作成ステップでは、系統の変動状態に応じてサンプル周期および前記データセットに含まれるデータの数を可変とすることを特徴とする請求項1記載の電力系統の短絡容量監視方法。
- 前記データセット作成ステップでは、前記データセットの中で外れ値を除くことを特徴とした請求項1または請求項2記載の電力系統の短絡容量監視方法。
- 前記短絡容量計算ステップでは、計算した短絡容量あるいは短絡電流の中で外れ値を除くことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電力系統の短絡容量監視方法。
- 推定結果を除外する判定基準となる判定閾値を決定する判定閾値決定ステップと、
前記位相補正ステップの補正による前記データセットの変動幅が前記閾値よりも小さい否かを判断する変動幅判定ステップを含み、
前記変動幅判定ステップにおいて、前記データセットの変動幅が前記閾値よりも小さいと判断した場合には前記背後インピーダンス推定ステップと前記短絡容量計算ステップを行わずに次のデータセット作成ステップへ進み、前記データセットの変動幅が前記閾値よりも大きいと判断した場合には前記背後インピーダンス推定ステップへ進むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の電力系統の短絡容量監視方法。 - 前記短絡容量計測ステップにて収集した電圧および電流のフェーザ量をオンラインで収集する通信ステップを含み、
前記短絡容量計算ステップでは逐次的に短絡容量あるいは短絡電流を計算することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の電力系統の短絡容量監視方法。 - 電力系統の短絡容量を監視するシステムであって、
電力系統での送電線を介した少なくとも2つの計測地点において各計測地点の電圧および電流のフェーザ量を、電力系統での送電線を介して前記計測地点に接続された位相補正用の計測地点において電圧のフェーザ量を、それぞれ経時的に同期計測するデータ計測手段と、
前記データ計測手段にて計測した計測データを収集するデータ収集手段と、
前記データ収集手段にて収集した計測データに基づいて所定の周期毎に複数のデータ数を持つデータセットを作成するデータセット作成手段と、
前記データセットの各位相から前記位相補正用の計測地点の電圧位相を差し引き、さらに任意の計測地点における任意の時刻の電圧位相を基準位相として定め、前記データセットの各位相から当該基準位相を差し引くことにより、前記データセットの位相補正を行う位相補正手段と、
前記位相補正手段にて位相補正を行った前記データセットを用いて短絡地点から電源側を見た背後インピーダンスを推定する背後インピーダンス推定手段と、
前記背後インピーダンス推定手段にて推定した前記背後インピーダンスにより短絡容量を計算する短絡容量計算手段を設けたことを特徴とする電力系統の短絡容量監視システム。
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