JP6141138B2 - 電力系統の制御装置および制御システム - Google Patents

Description

本発明は、電力系統の制御装置および制御システムに関し、より特定的には、電力系統の定態安定度を維持するための制御に関する。

電力系統の事故や負荷変動等の擾乱が発生すると、発電機が出力する有効電力が大きく減少することに伴い、発電機の回転子が加速されることによって同期運転を維持できなくなる場合がある。このような擾乱に対して、発電機が同期回転を維持できる度合いを安定度と呼ぶことが一般的である。

特に、電力系統を構成する送電線等の機器への落雷事故等による急激な擾乱に対する過渡領域（０〜１秒）での安定度を「過渡安定度」と称し、線路開放や負荷変動等の微小な擾乱に対する定態領域（１０数秒〜無限大）での安定度を「定態安定度」と称して、両者が区別される。

たとえば、特開２０１０−５７２５３号公報（特許文献１）には、過渡安定度に対する系統安定化制御が記載されている。具体的には、事故中における発電機出力または送電線有効電力に関するデータを蓄積するとともに、蓄積されたデータから算出される発電機の位相角（相差角δ）の情報と、蓄積した発電機出力の情報とを用いて、事故中および事故除去後の電力相差角曲線（Ｐ−δ曲線）を推定することが記載されている。そして、推定された電力相差角曲線に従って安定度判別を実行して、不安定な場合には発電機遮断を行なう系統安定化制御が記載されている。

特開２０１０−５７２５３号公報

過渡安定度が問題となる、落雷事故等の急激な擾乱に対しては発電機の相差角が即座に変動する。したがって、特許文献１に記載された系統安定化制御は、発電機の相差角の変化に対する発電機出力の変化から、最小二乗法等を用いて電力相差角曲線を推定することを基本としている。

一方で、定態安定度が問題となる微小な擾乱の発生時には、発電機の相差角は、擾乱の発生時点では変化せず、一定の時間をおいて徐々に変化することが一般的である。このため、相差角の変化に伴う情報の収集が必要とされる特許文献１の手法によれば、定態安定度の判別に必要な電力相差角曲線の推定に長時間を要することにより、安定化制御を効果的に実行できなくなる虞がある。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、定態安定度を判別するための電力相差角曲線を短時間で推定することによって、電力系統の定態安定度を維持することである。

この発明に係る電力系統の制御装置は、発電機による発電電力を送電線を経由して供給するための電力系統の制御装置であって、検知手段と、算出手段と、推定手段と、制御手段とを含む。検知手段は、送電線に設けられた遮断器が無事故で開放されたことを検知する。算出手段は、検知手段によって遮断器の無事故開放が検知されたときに、当該無事故開放の発生前および発生後の間での電力変化量を発電機の有効電力および無効電力のそれぞれについて求める。推定手段は、算出手段によって求められた電力変化量に基づいて、無事故開放の発生時点における発電機の相差角である第１の相差角と、無事故開放の発生後における発電機の電力相差角曲線とを推定する。制御手段は、推定手段によって求められた電力相差角曲線に基づいて、電力系統の定態安定度を維持するための安定化制御を実行する。

この発明によれば、定態安定度を判別するための電力相差角曲線を短時間で推定することによって、電力系統の定態安定度を維持することができる。

本発明の実施の形態に従う電力系統の制御装置および制御システムが適用される電力系統の概略構成を説明するブロック図である。 事故発生による遮断器開放時における発電機の挙動を説明するための概略的な波形図である。 無事故による遮断器開放時における発電機の挙動を説明するための概略的な波形図である。 本発明の実施の形態に従う電力系統の安定化制御における電力相差角曲線の推定手法を説明するための概念図である。 本実施の形態に従う系統安定化制御の処理手順を示すフローチャートである。 発電機の相差角変化に伴う加速エネルギおよび減速エネルギの推定手法を説明する概念図である。

図１は、本発明の実施の形態に従う電力系統の制御装置および制御システムが提供される電力系統１００の概略構成を説明するブロック図である。

電力系統１００は、発電所１０と、変電所２０，３０とを含む。変電所２０，３０は、発電所１０と対応付けられる複数の変電所のうちの２個を例示したものである。

発電所１０は、発電所母線１１と、複数の発電機１５とを有する。各発電機１５は、遮断器１６および変流器１７を経由して、発電所母線１１と接続されている。各発電機１５に対応して、電流検出のための変流器１７が設けられる。発電所母線１１には、計器用変圧器１８が設けられる。各変流器１７および計器用変圧器１８の出力値は、制御演算装置３によって逐次収集される。

制御演算装置３は、たとえばマイクロコンピュータによって構成されて、発電所１０に設けられた各種機器の動作を制御する。代表的には、制御演算装置３は、各遮断器１６の開閉を制御することができる。すなわち、制御演算装置３は、遮断器１６の開放によって、各発電機１５を発電所母線１１から切り離すことによって、当該発電機１５を電力系統から遮断することができる。また、制御演算装置３は、各変流器１７および計器用変圧器１８の出力値に基づいて、各発電機１５の出力について、有効電力Ｐおよび無効電力Ｑを求めることができる。

電力系統１００において、発電所および変電所間、ならびに、変電所間は、複数の送電線により構成される送電網によって電気的に接続されている。図１には、発電所１０に対応する送電線５０、変電所２０に対応する送電線５１，５２および、変電所３０に対応する送電線５３，５４が代表的に例示される。

変電所２０には、当該変電所から電力を供給するための送電線２２が複数設けられている。同様に、変電所３０においても、変電所３０から電力を供給するための送電線３２が設けられている。これらの送電線２２，３２および送電線５０〜５４を経由して、発電所１０からの出力電力を、各需要家ないし各家庭に供給することが可能となる。

変電所２０において、配電網を構成する各送電線２２は、遮断器２６を経由して変電所母線２１と接続されている。各送電線２２には、変流器２７が設けられて通過電流が検出される。変電所母線２１には、計器用変圧器２８が設けられる。

同様に、変電所３０において、配電網を構成する各送電線３２は、遮断器３６を経由して変電所母線３１と接続されている。各送電線３２には、変流器３７が設けられて通過電流が検出される。変電所母線３１には、計器用変圧器３８が設けられる。

各遮断器に対応して事故検出装置４が設けられる。事故検出装置４は、たとえばマイクロコンピュータによって構成される。たとえば、変電所２０の送電線２２に対応して設けられた事故検出装置４は、変流器２７および計器用変圧器２８からの出力値に基づいて、各送電線２２での事故発生の有無を検知することができる。

また、遮断器２６は、過電流検出リレーや電圧低下検出リレー等の事故検出リレー（図示せず）の出力に応じて開放される。事故検出装置４には、これらの事故検出リレーからの出力も入力される。したがって、遮断器２６の開放時には、事故検出リレーからの出力に基づいて、事故発生の有無を検知することができる。このようにして、事故検出装置４は、各送電線２２での事故発生の有無および遮断器開放の有無を検知することができる。

同様に、変電所３０の送電線３２に対応して設けられた事故検出装置４は、変流器３７および計器用変圧器３８の出力値、ならびに、遮断器３６に対応する事故検出リレー（図示せず）の出力に基づいて、各送電線３２での事故発生の有無および遮断器開放の有無を検知することができる。事故検出装置４は、１個の遮断器に対応して設けられてもよく、複数個の遮断器に対して共通に設けられてもよい。各遮断器は、いずれかの事故検出装置４と対応付けられることにより、当該遮断器開放の有無および、当該開放に伴う事故発生の有無が当該事故検出装置４によって検知される。

各変電所の事故検出装置４および発電所１０の制御演算装置３は、通信回線５によって接続される。これにより、各事故検出装置４および制御演算装置３の間では、各種の情報ないしデータを相互に送受信することができる。なお、通信回線５は、所定の通信要求が満たされる回線であれば、専用回線である必要はなく、公衆回線などを利用して構成することも可能である。

電力系統１００には、図１に例示した遮断器２６，３６以外にも、遮断器が配置されている。たとえば、図示を省略しているが、送電網を構成する送電線に対しても遮断器が配置されている。各遮断器に対応して事故検出装置４が設けられることにより、制御演算装置３は、電力系統１００内の送電網および配電網に設けられた各遮断器について、開放動作の発生、および、当該開放動作に関連した事故検出の有無に関する情報を取得することができる。

各遮断器は、電圧低下や過電流の発生を伴う、落雷等の事故発生時には、上述した事故検出リレーによって開放される。この場合には、過渡安定度が問題となるので、たとえば、特許文献１に記載された系統安定化制御を適用することによって、電力系統１００の安定度を維持することができる。

一方で、いずれかの遮断器が、事故が発生していないにも関わらず開放された場合、すなわち、無事故による遮断器開放の発生時には、定態安定度が問題となる。本実施の形態に従う電力系統の安定化制御は、定態安定度を維持するためのものである。

ここで、無事故による遮断器開放とは、過電流や電圧低下等などに応答した事故検出リレーの動作に応じて遮断器が自動的に開放されたケースを除外して、これらの事故検出を伴わない遮断器の開放を言うものとする。たとえば、点検や工事等の作業のために保守員等によって遮断器が手動で開放されるケースが、本実施の形態における「無事故による遮断器開放」の代表例である。

まず、図２および図３を用いて、事故発生による遮断器開放時と、無事故による遮断器開放時との間で発電機の挙動を比較する。図２には、事故発生による遮断器開放時における発電機の挙動が示される一方で、図３には、無事故による遮断器開放時における発電機の挙動が示される。

図２を参照して、遮断器開放が発生する時刻ｔ０以前では、発電機１５への機械的な入力パワーＰｍと、出力有効電力Ｐｅとが均衡して、発電機１５は同期運転を行なっている。なお、入力パワーＰｍは、発電機１５の図示しないタービンの回転軸に入力される機械的パワーに相当する。

発電機の挙動について、相差角δと、機械的な入力パワーＰｍおよび出力有効電力Ｐｅとの間には、下記（１）式に示される動揺方程式が成立することが知られている。（１）式中のＭは、発電機１５の慣性係数である。

時刻ｔ０において、遮断器が事故発生に応じて遮断されると、送電線のリアクタンスの急激な変化により、出力有効電力Ｐｅが瞬間的に低下する。発電機１５では、急激な出力有効電力Ｐの低下の後、相差角δが増大されることによって、有効出力電力Ｐｅが入力パワーＰｍに向けて上昇される。

したがって、事故発生による遮断器開放時には、遮断器開放の直後から発電機の相差角δが変化する。このため、特許文献１に記載されるように、相差角δが変化するときの出力有効電力Ｐｅのデータを収集することにより、遮断器開放による故障除去後の状態における電力相差角曲線を推定することができる。さらに、推定した電力相差角曲線に基づいて、加速エネルギおよび減速エネルギを比較する、いわゆるエネルギー法に従って、過渡安定度を評価することができる。

図３を参照して、時刻ｔ０以前では、図２と同様に、発電機１５は正常に同期運転しており、出力有効電力Ｐｅは、機械的な入力パワーＰｍと均衡している。時刻ｔ０において無事故による遮断器開放が発生すると、図２に示された事故発生による開放時とは異なり、遮断器開放に伴う送電線のリアクタンスの変化が急激ではないため、発電機１５の出力有効電力Ｐｅの変化も小さい。このため、遮断器開放の発生時点では、発電機１５の相差角δはほぼ変化しない。

時刻ｔ０以降で、出力有効電力Ｐｅは、入力パワーＰｍへ向けて徐々に復帰するので、これに伴って発電機１５の相差角δも緩やかに増大する。このような微小な擾乱に対しても、電力系統１００の安定度余裕が小さい場合には、定態安定度が問題となることがある。したがって、無事故開放による遮断器開放が発生した際の発電機挙動において、発電機の相差角が動揺して同期運転の維持が困難となるような位相角安定度の低下が生じるか否かを判別することが重要となる。

しかしながら、無事故による遮断器開放時には、発電機１５の相差角δは殆ど変化しない。このため、特許文献１に記載された手法を適用して、電力相差角曲線の推定および、系統安定化制御を速やかに実行することができない。すなわち、実際に相差角δが変化するまで電力相差角曲線を推定することができないため、安定度確保のための発電機遮断が遅れてしまうことが懸念される。

したがって、本実施の形態に従う電力系統の安定化制御では、図４に示す手法により、無事故による遮断器開放発生後の電力相差角曲線を推定する。

図４は、本実施の形態に従う電力系統の安定化制御における電力相差角曲線の推定手法を説明する概念図である。

図４を参照して、実線で示される電力相差角曲線１０１は、遮断器開放前、すなわち、図３の時刻ｔ０以前における、発電機の相差角δおよび出力有効電力Ｐｅの関係を示している。

電力相差角曲線１０１によれば、発電機１５の出力有効電力Ｐｅは、相差角δに対する正弦波関数で示される。すなわち、電力相差角曲線１０１は、下記（２）式で示される。

Ｐｅ＝Ｐ０・ｓｉｎδ …（２）
これに対して、図４中に点線で示される電力相差角曲線１０２は、無事故による遮断器開放発生後における、発電機の相差角δおよび出力有効電力Ｐｅの関係を示している。電力相差角曲線１０２は、下記（３）式によって示される。

Ｐｅ＝Ｐ０＃・ｓｉｎδ …（３）
（２）および（３）式の比較から理解されるように、無事故による遮断器開放に伴い、送電線のリアクタンス低下等により有効電力Ｐｅの最大値（正弦波関数の振幅）が、Ｐ０からＰ０＃に低下することが理解される。

図４には、発電機１５が出力する無効電力についても、電力相差角曲線１１１および１１２が示される。実線で示された電力相差角曲線１１１は、遮断器開放前における、発電機１５の相差角δおよび出力無効電力Ｑｅの関係を示している。電力相差角曲線１１１は、下記（４）式によって示される。式（４）中のＱ０は、Ｑ−δ平面上の無効電力の定数項である。

Ｑｅ＝Ｐ０・ｃｏｓδ−Ｑ０ …（４）
同様に、点線で示された電力相差角曲線１１２は、無事故による遮断器開放発生後における、発電機１５の相差角δと出力無効電力Ｑｅとの関係を示している。電力相差角曲線１１２は、下記（５）式で示される。式（５）中のＱ０は、式（４）と共通の定数項である。

Ｑｅ＝Ｐ０＃・ｃｏｓδ−Ｑ０ …（５）
無事故による遮断器開放が発生した時点では、発電機１５の相差角δは変化しないが、発電機１５の出力電力（出力有効電力Ｐｅおよび出力無効電力Ｑｅ）が変化する。制御演算装置３は、有効電力Ｐｅおよび無効電力Ｑｅを、各発電機１５の変流器１７および計器用変圧器１８の出力値から求めることができる。

無事故による遮断器開放発生時点（図３中の時刻ｔ０）における相差角をδ_Fとすると、無事故による遮断器開放の発生前および発生後の間で、相差角は変化しないものの、有効電力がＰ１からＰ２に変化し、無効電力はＱ１からＱ２に変化する。

ここで、（２），（４）式から、遮断器開放前の有効電力Ｐ１および無効電力Ｑ１は、下記（６），（７）式で示される。

Ｐ１＝Ｐ０・ｓｉｎδ_F …（６）
Ｑ１＝Ｐ０・ｃｏｓδ_F−Ｑ０ …（７）
同様に、（３），（５）式から、無事故による遮断器開放後の有効電力Ｐ２および無効電力Ｑ２は、下記（８），（９）式で示される
Ｐ２＝Ｐ０＃・ｓｉｎδ_F …（８）
Ｑ２＝Ｐ０＃・ｃｏｓδ_F−Ｑ０ …（９）
したがって、無事故による遮断器開放の前後における、発電機１５の出力有効電力Ｐｅについての電力変化量ΔＰと、出力無効電力Ｑｅについての電力変化量ΔＱｅは、下記（１０）および（１１）式によって示される。

ΔＰ＝（Ｐ０−Ｐ０＃）・ｓｉｎδ_F …（１０）
ΔＱ＝（Ｐ０−Ｐ０＃）・ｃｏｓδ_F …（１１）
（１０）式および（１１）式から、ｓｉｎδ_Fおよびｃｏｓδ_Fの間に下記（１２）式が成立する。この結果、相差角δ_Fについて下記（１３）式が成立することが理解される。

発電機の出力有効電力Ｐｅおよび出力無効電力Ｑｅは、変流器１７および計器用変圧器１８の出力に基づいて、逐次算出することができる。したがって、無事故による遮断器開放の検出時には、逐次算出された出力有効電力Ｐｅおよび出力無効電力Ｑｅの変動量に従って、電力変化量ΔＰ，ΔＱを算出することができる。この結果、遮断器開放時点での相差角δ_Fを推定することができる。

さらに、推定された相差角δ_Fおよび、遮断器開放後の出力有効電力Ｐ２から、（８）式中の有効電力最大値Ｐ０♯を算出することができる。この結果、電力相差角曲線１０２（Ｐｅ＝Ｐ０＃・ｓｉｎδ）に相当する電力相差角曲線を推定することができる。

このように、本実施の形態に従う電力系統の安定化制御によれば、無事故による遮断器開放が発生した場合に、発電機の相差角が変化しなくても、遮断器開放前後における電力データに基づいて、遮断器開放後の電力相差角曲線を推定することができる。具体的には、変流器１７および計器用変圧器１８の出力値から、発電機１５の出力有効電力および出力無効電力の遮断器開放前後における変化量の比に従って、無事故による遮断器開放時点での相差角δ_F（第１の相差角）、ならびに、図４に示した遮断器開放後の電力相差角曲線１０２を推定することができる。

図５には、本実施の形態に従う系統安定化制御の処理手順を示すフローチャートが示される。図５に示したフローチャートに従う制御処理は、制御演算装置３によって周期的に実行される。

図５を参照して、制御演算装置３は、ステップＳ１００により、変流器１７および計器用変圧器１８の出力値に基づいて、発電機１５の出力有効電力Ｐおよび出力無効電力Ｑを検出する。検出された出力有効電力Ｐおよび出力無効電力Ｑは一時的に記憶される。

さらに、制御演算装置３は、ステップＳ１１０により、無事故による遮断器開放が検知されているかどうかを判定する。たとえば、ステップＳ１１０による動作は、事故検出装置４から通信回線５を経由して制御演算装置３に入力された情報に基づいて実行される。

事故検出装置４は対応する遮断器の開放が検出されたときに、遮断器開放の原因となる、電圧低下リレーや過電流リレー等の事故検出リレーの作動有無の情報を併せて取得する。これにより、事故検出装置４は、検知された遮断器の開放が、事故発生に応じたものか、あるいは無事故によるものかを判別することができる。

したがって、事故検出装置４は、これらの情報に基づいて、遮断器２６が開放されたときに、無事故による遮断器開放が発生したか否かを検知することができる。事故検出装置４は、対応の遮断器が無事故によって発生されたことを検出すると、通信回線５を経由して制御演算装置３に対して通知する。制御演算装置３は、いずれかの事故検出装置４から、「無事故による遮断器開放の発生」が検知されたことを示す情報が入力されると、ステップＳ１１０による判定をＹＥＳ判定とし、そうでないときは、ステップＳ１１０による判定をＮＯ判定に維持する。

なお、ステップＳ１１０による判定については、上記以外の手法によっても実行できる。たとえば、各事故検出装置４からは、遮断器開放の有無、および、遮断器開放の原因となる各種事故検出リレーからの出力を通信回線５に対して出力する構成とするとともに、制御演算装置３側で、事故検出装置４からの出力信号の論理演算に従って「無事故による遮断器開放の発生」を検知する構成とすることも可能である。このように、ステップＳ１１０による制御処理によって、「検知手段」の機能を実現することができる。

制御演算装置３は、ステップＳ１１０のＮＯ判定時、すなわち無事故による遮断器開放が検知されていない場合には、以下のステップＳ１２０〜Ｓ１９０による定態安定度維持のための制御をスキップする。この場合には、ステップＳ１００による、出力有効電力Ｐおよび出力無効電力Ｑの検出および蓄積のみが実行される。

制御演算装置３は、無事故による遮断器開放が検知されると（Ｓ１１０のＹＥＳ判定時）、ステップＳ１２０に処理を進めて、無事故による遮断器開放の発生前後における電力変化量ΔＰ，ΔＱを算出する。ステップＳ１２０による処理は、今回の周期における有効電力Ｐおよび無効電力Ｑの検出値（Ｓ１００）と、前回の周期で検出された有効電力Ｐおよび無効電力Ｑの記憶値との差分から求めることができる。このように、ステップＳ１２０による制御処理によって、「算出手段」の機能を実現することができる。

さらに、制御演算装置３は、ステップＳ１３０により、ステップＳ１２０で求められた電力変化量ΔＰ，ΔＱに基づいて、上記（１３）式に従って相差角δ_Fを算出する。これにより、無事故による遮断器開放発生時点での相差角δ_Fが推定される。

続いて、制御演算装置３は、ステップＳ１４０により、（８）式およびステップＳ１３０で求められた相差角δ_Fに基づいて、電力相差角曲線１０２の最大値Ｐ０＃を推定することにより、電力相差角曲線（Ｐ−δ曲線）を推定する。これにより、図４に示された電力相差角曲線１０２に相当する、遮断器開放後の電力相差角曲線（Ｐｅ＝Ｐ０＃・ｓｉｎδ）を推定することができる。このように、ステップＳ１３０，Ｓ１４０による制御処理によって、「推定手段」の機能を実現することができる。

さらに、制御演算装置３は、ステップＳ１５０により、ステップＳ１４０で推定された電力相差角曲線に従って、発電機１５の相差角変化に伴う加速エネルギＶＡおよび減速エネルギＶＤを推定する。

図６は、ステップＳ１５０による加速エネルギおよび減速エネルギの推定手法を説明する概念図である。

図６を参照して、遮断器開放前（時刻ｔ０前）においては、発電機１５は、電力相差角曲線１０１上の相差角がδ_Fとなった動作点において、機械的入力パワーＰｍと均衡した有効電力を出力するように同期運転している。

この状態から、無事故による遮断器開放によって電力相差角曲線が１０１から１０２に変化すると、発電機１５の出力がＰ１からＰ２に変化する。したがって、発電機１５の相差角δは、出力有効電力Ｐｅを回復するためにδ_Fから徐々に変化する。無事故による遮断器開放による擾乱は比較的小さいため、相差角の変化は定態領域（１０数秒〜無限大）のものとなる。

最終的には、無事故による遮断器開放後における発電機１５は、無事故による遮断器開放の発生前における出力有効電力と均衡する機械的な入力パワーＰｍに対応する動作点、すなわち、電力相差角曲線１０２上でＰｅ＝Ｐｍとなるような相差角δ_FCにて動作する。

このとき、発電機１５の相差角δ_Fからδ_FCに変化する際に、発電機１５の回転軸には加速エネルギＶＡが過剰に蓄積される。加速エネルギＶＡは、相差角δ_F〜δ_FCの範囲での、Ｐｅ＝Ｐｍの直線と電力相差角曲線１０２との間の領域の面積に相当する。

また、０＜δ＜１８０度の範囲内で、電力相差角曲線１０２上でＰｅ＝Ｐｍとなるもう一つの相差角をδ _Ｕ と定義すると、δ_Ｕ＝１８０−δ_FC（度）で示される。発電機１５の相差角δが慣性により相差角δ_FCを超えて上昇した後、再びδ＝δ_FCに復帰するまでに消費される減速エネルギの最大値ＶＤ（以下、単に「減速エネルギＶＤ」とも称する）は、相差角δ_FC〜δ_Uの範囲での、Ｐｅ＝Ｐｍの直線と電力相差角曲線１０
２との間の領域の面積に相当する。

加速エネルギＶＡが減速エネルギＶＤ以下である場合（ＶＡ≦ＶＤ）には、慣性によってδ＞δ_FCに上昇した相差角は再びδ＝δ_FCに復帰することができるので、発電機１５は同期運転を維持することができる。すなわち、無事故による遮断器開放に対して、発電機１５の位相安定度が低下しないため、電力系統１００の系統安定度（定態安定度）は維持されることが理解される。

一方で、ＶＡ＞ＶＤである場合には、発電機１５の相差角がδFCに復帰することができないため、同期運転から脱調する虞がある。したがって、この場合には、無事故による遮断器開放によって、発電機１５の位相安定度が低下したため、系統安定度（定態安定度）を確保するために、当該発電機の遮断が必要となることが理解される。

なお、電力相差角曲線１０２は正弦波関数であるので、図５のステップＳ１５０において、加速エネルギＶＡおよび減速エネルギＶＤは、ステップＳ１３０，Ｓ１４０で求められた、最大電力値Ｐ０♯、相差角δ_FCおよびＰｍから算出することが可能である。

再び図５を参照して、制御演算装置３は、ステップＳ１６０により、加速エネルギＶＡおよび減速エネルギＶＤの大小を比較する。そして、制御演算装置３は、ＶＡ＞ＶＤのとき（Ｓ１６０のＹＥＳ判定時）には、発電機１５の位相安定度、すなわち、電力系統１００の定態安定度が低下していると判定して（ステップＳ１７０）、ステップＳ１９０に処理を進める。制御演算装置３は、ステップＳ１９０では、発電機１５の遮断器１６を開放することにより、発電機１５を電力系統から遮断する。これにより、電力系安定度を維持するための制御が実行される。すなわち、ステップＳ１６０，Ｓ１７０，Ｓ１９０による制御処理によって、「制御手段」の機能を実現することができる。

一方で、制御演算装置３は、ＶＡ＜ＶＤのとき（Ｓ１６０のＮＯ判定時）には、電力系統１００の定態安定度が維持されていると判定し（Ｓ１８０）、ステップＳ１９０による定態安定度を維持するための制御（発電機遮断）を非実行とする。

このように、本実施の形態に従う電力系統の安定化制御によれば、発電機の相差角が過渡的に変化しないような無事故による遮断器開放が生じた場合にも、遮断器開放前後の有効電力および無効電力の変化量に基づいて、遮断相差角曲線を推定することができる。そして、推定した遮断器開放後の電力相差角曲線に基づいて、系統安定度（定態安定度）を判別するとともに、定態安定度が低下すると判断される場合には、発電機を電力系統から遮断することによって、電力系統の定態安定度を維持することができる。

なお、本実施の形態に従う電力安定化制御は、系統安定度の余裕が低い電力系統に好適である。言い換えれば、系統安定度の高い電力系統であれば、本実施の形態で取り上げた無事故による遮断器開放によって系統安定度に支障が生じる可能性が低い一方で、本実施の形態に従う電力系統の安定化制御を適用することにより、無事故による遮断器開放によって系統安定度に問題が出るような、安定度余裕の小さい電力系統においても定態安定度を確保することが可能となる。

なお、本発明の実施の形態に従う電力系統の安定化制御では、定態安定度を確保するための遮断対象となる発電機は、所定個数の発電機１５を予め定めておくことができる。そして、予め定められた発電機１５に対応する変流器１７および計器用変圧器１８の出力から、当該発電機１５の有効電力Ｐｅおよび無効電力Ｑｅを算出することにより、本発明の実施の形態に従う電力系統の安定化制御を適用することができる。

また、本実施の形態では、定態安定度を維持するための系統安定化制御として、いわゆるエネルギー法に基づく発電機遮断を例示したが、遮断器開放後の電力相差角曲線（Ｐ−δ曲線）に基づいて実行される安定化制御であれば、任意の制御を適用可能である点について確認的に記載する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

３ 制御演算装置、４ 事故検出装置、５ 通信回線、１０ 発電所、１１ 発電所母線、１５ 発電機、１６，２６，３６ 遮断器、１７，２７，３７ 変流器、１８，２８，３８ 器用変圧器、２０，３０ 変電所、２１，３１ 変電所母線、２２，３２，５０〜５４ 送電線、１００ 電力系統、１０１，１０２ 電力相差角曲線（有効電力）、１１１，１１２ 電力相差角曲線（無効電力）、Ｐ 有効電力、Ｐｅ 出力有効電力、Ｐ０，Ｐ０♯ 有効電力最大値、Ｐｍ 機械的入力パワー（発電機）、Ｑ 無効電力、Ｑｅ 出力無効電力、ＶＡ 加速エネルギ、ＶＤ 減速エネルギ。

Claims (6)

1. 発電機による発電電力を送電線を経由して供給するための電力系統の制御装置であって、
   前記送電線に設けられた遮断器が無事故で開放されたことを検知するための検知手段と、
   前記検知手段によって前記遮断器の無事故開放が検知されたときに、当該無事故開放の発生前および発生後の間での電力変化量を前記発電機の有効電力および無効電力のそれぞれについて求めるための算出手段と、
   前記算出手段によって求められた前記電力変化量に基づいて、前記無事故開放の発生時点における前記発電機の相差角である第１の相差角と、前記無事故開放の発生後における前記発電機の電力相差角曲線とを推定するための推定手段と、
   前記推定手段によって求められた前記電力相差角曲線に基づいて、前記電力系統の定態安定度を維持するための安定化制御を実行する制御手段とを備え、
   前記推定手段は、
   前記有効電力の前記電力変化量と前記無効電力の前記電力変化量との比に従って前記第１の相差角を求めるための手段と、
   前記第１の相差角と、前記無事故開放後の有効電力とに基づいて、正弦波関数で示される前記電力相差角曲線の最大値を求めるための手段とを含む、電力系統の制御装置。
2. 前記制御手段は、
   求められた前記電力相差角曲線に従って、前記無事故開放の発生後における、前記無事故開放の発生時点における有効電力が維持されたときの０度から１８０度の範囲内での前記相差角である２個の第２の相差角を求めるための手段と、
   求められた前記第１および第２の相差角と前記電力相差角曲線とに基づいて、前記無事故開放の発生後における前記発電機の位相角安定度を判別するための手段と、
   前記位相角安定度が低下していると判別された場合に前記発電機を前記電力系統から遮断するための手段とを含む、請求項１記載の電力系統の制御装置。
3. 前記判別するための手段は、
   前記電力相差角曲線に従って、前記発電機の相差角が前記第１の相差角から前記２個の第２の相差角のうちの前記第１の相差角との差が小さい一方を経て前記２個の第２の相差角のうちの他方まで変化するときの加速エネルギおよび減速エネルギを推定するとともに、推定された前記加速エネルギおよび前記減速エネルギの大小比較に従って前記位相角安定度を判別するための手段を有し、
   前記遮断するための手段は、
   推定された前記加速エネルギが前記減速エネルギよりも大きいときに、前記発電機を前記電力系統から遮断するための手段を有する、請求項２記載の電力系統の制御装置。
4. 発電機による発電電力を送電線を経由して供給するための電力系統の制御システムであって、
   前記発電機に対応して設けられた制御装置と、
   前記送電線に設けられた遮断器に対応して設けられた事故検出装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記事故検出装置からの情報に基づいて、前記遮断器が無事故で開放されたことを検知するための検知手段と、
   前記検知手段によって前記遮断器の無事故開放が検知されたときに、当該無事故開放の発生前および発生後の間での電力変化量を前記発電機の有効電力および無効電力のそれぞれについて求めるための算出手段と、
   前記算出手段によって求められた前記電力変化量に基づいて、前記無事故開放の発生時点における前記発電機の相差角である第１の相差角と、前記無事故開放の発生後における前記発電機の電力相差角曲線を推定するための推定手段と、
   前記推定手段によって求められた前記電力相差角曲線に基づいて、前記電力系統の定態安定度を維持するための安定化制御を実行する制御手段とを備え、
   前記推定手段は、
   前記有効電力の前記電力変化量と前記無効電力の前記電力変化量との比に従って前記第１の相差角を求めるための手段と、
   前記第１の相差角と、前記無事故開放後の有効電力とに基づいて、正弦波関数で示される前記電力相差角曲線の最大値を求めるための手段とを含む、電力系統の制御システム。
5. 前記制御手段は、
   求められた前記電力相差角曲線に従って、前記無事故開放の発生後における、前記無事故開放の発生時点での有効電力が維持されたときの、０度から１８０度の範囲内での前記相差角である２個の第２の相差角を求めるための手段と、
   求められた前記第１および第２の相差角と前記電力相差角曲線とに基づいて、前記無事故開放の発生後における前記発電機の位相角安定度を判別するための手段と、
   前記位相角安定度が低下していると判別された場合に前記発電機を前記電力系統から遮断するための手段とを含む、請求項４記載の電力系統の制御システム。
6. 前記判別するための手段は、
   前記電力相差角曲線に従って、前記発電機の相差角が前記第１の相差角から前記２個の第２の相差角のうちの前記第１の相差角との差が小さい一方を経て前記２個の第２の相差角のうちの他方まで変化するときの加速エネルギおよび減速エネルギを推定するとともに、推定された前記加速エネルギおよび前記減速エネルギの大小比較に従って前記位相角安定度を判別するための手段を有し、
   前記遮断するための手段は、
   推定された前記加速エネルギが前記減速エネルギよりも大きいときに、前記発電機を前記電力系統から遮断するための手段を有する、請求項５記載の電力系統の制御システム。

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