JP6165086B2 - Step-out prediction apparatus and step-out prediction method - Google Patents
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Description
本発明は、電力系統内での脱調の発生を予測するための脱調予測装置および脱調予測方法に関する。 The present invention relates to a step-out prediction apparatus and a step-out prediction method for predicting occurrence of step-out in an electric power system.
電力系統内の潮流が複雑化するにつれ、高い信頼性および品質の電力を供給することが要求されている。電力系統内では、様々な理由で故障が生じ得る。例えば、電力系統内で地絡故障が生じると、その故障地点に電流が集中して流れることになるので、同期している交流電力系統の発電電力と消費電力とのバランスが崩れ、その故障を早期に除去しなければ、一部発電機間の位相差が拡大して脱調を生じ得る。 As the power flow in the power system becomes more complex, it is required to supply power with high reliability and quality. Within the power system, failures can occur for various reasons. For example, when a ground fault occurs in the power system, current flows in a concentrated manner at the point of failure, so the balance between the generated power and power consumption of the synchronized AC power system is lost, and If it is not removed early, the phase difference between some of the generators may increase and cause step-out.
従前より、このような電力系統に生じ得る脱調を検出する装置が考案および実用化されている。典型的な検出原理としては、特開昭59−169334号公報(特許文献1)に開示されるインピーダンス変化率継電器のように、インピーダンスの変化速度から脱調の発生有無を判定する方法が用いられている。この特許文献1に開示されるインピーダンス変化率継電器によれば、自端の電圧および電流の情報のみから脱調の発生有無を検出できる。
Conventionally, an apparatus for detecting a step-out that may occur in such a power system has been devised and put into practical use. As a typical detection principle, a method of determining the occurrence of step-out from the impedance change rate is used, as in the impedance change rate relay disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-169334 (Patent Document 1). ing. According to the impedance change rate relay disclosed in
本願発明者も上述の検出原理とは異なる検出原理を採用する、特開2007−60870号公報(特許文献2)に開示されるような電力系統脱調予測装置を発明している。また、本願発明者は、特許第4874438号公報(特許文献3)において、複素平面上で回転している対称性を有するグループである対称群の概念を用いて、脱調中心電圧の電圧回転ベクトルを算出する手法を提案している。 The inventor of the present application has also invented a power system step-out prediction apparatus as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-60870 (Patent Document 2), which employs a detection principle different from the above-described detection principle. In addition, the inventor of the present application disclosed in Japanese Patent No. 4874438 (Patent Document 3) using the concept of a symmetry group that is a group having symmetry that is rotating on a complex plane. We propose a method to calculate
さらに、本願発明者は、特許第5214074号公報(特許文献4)に開示されるような、対称群の概念を用いて、電力系統の各種電気量を測定する技術を提案している。 Furthermore, the inventor of the present application has proposed a technique for measuring various types of electricity in the power system using the concept of a symmetric group as disclosed in Japanese Patent No. 5214074 (Patent Document 4).
上述の特許文献1に開示されるインピーダンス変化率継電器では、インピーダンスの変化速度を測定する処理が複雑であり、電力系統における特性変化や系統内動揺といった影響を受けて誤った判定を行なう可能性がある。
In the impedance change rate relay disclosed in
また、上述の特許文献2に開示される電力系統脱調予測装置では、連絡線の両端間の位相差に関する1階微分および2階微分を算出する必要があり、その計算処理はやや複雑なものとなっている。
Moreover, in the electric power system step-out prediction apparatus disclosed in
特に、電力系統内に故障が生じている状態では、定格周波数(典型的には、50Hzまたは60Hz)が維持されているとは限らず、定格周波数が一定であることを前提としてインピーダンスなどを算出する手法は、誤差を生じる。 In particular, when a fault occurs in the power system, the rated frequency (typically 50 Hz or 60 Hz) is not always maintained, and the impedance is calculated on the assumption that the rated frequency is constant. This technique causes an error.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、電力系統内の定格周波数が本来の周波数からずれている場合であっても、その影響を受けることなく、電力系統内での脱調の発生を予測することが可能な脱調予測装置および脱調予測方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above, and the purpose of the present invention is to be within the power system without being affected even if the rated frequency in the power system is deviated from the original frequency. It is an object of the present invention to provide a step-out prediction apparatus and a step-out prediction method capable of predicting the occurrence of step-out.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のある局面に従う脱調予測装置は、対象の電力系統から第1のサンプリング周波数でサンプリングすることで電圧瞬時値データおよび電流瞬時値データを取得する取得手段と、取得手段により取得された電圧瞬時値データから、第1のサンプリング周波数よりも小さくかつ電力系統の周波数以上である第2のサンプリング周波数で、抽出した時系列に連続する4点の電圧瞬時値データについて、時系列に隣接する2点間のそれぞれの差分に相当する3つの差分電圧瞬時値データを取得するとともに、取得手段により取得された電流瞬時値データから、第2のサンプリング周波数で、抽出した時系列に連続する4点の電流瞬時値データについて、時系列に隣接する2点間のそれぞれの差分に相当する3つの差分電流瞬時値データを取得する差分値取得手段と、3つの差分電流瞬時値データに基づいて第1のゲージ値を算出するとともに、3つの差分電圧瞬時値データおよび3つの差分電流瞬時値データに基づいて、3つの差分電圧瞬時値データおよび3つの差分電流瞬時値データに対応する有効電力を示す第2のゲージ値を算出する第1の算出手段と、第1のゲージ値および第2のゲージ値に基づいて、電力系統の異なる2点間の位相差の大きさを示す系統状態値を算出する第2の算出手段とを含む。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a step-out prediction device according to an aspect of the present invention samples voltage instantaneous value data and current instantaneous value data by sampling at a first sampling frequency from a target power system. 4 that are continuous with the time series extracted from the instantaneous voltage value data acquired by the acquisition means at a second sampling frequency that is smaller than the first sampling frequency and equal to or higher than the frequency of the power system. For the voltage instantaneous value data at the point, three differential voltage instantaneous value data corresponding to the respective differences between two points adjacent in time series are acquired, and the second current instantaneous value data acquired by the acquiring means is Differences between two points adjacent to each other in time series with respect to four points of current instantaneous value data extracted in time series at the sampling frequency Difference value acquisition means for acquiring the corresponding three differential current instantaneous value data, the first gauge value is calculated based on the three differential current instantaneous value data, and the three differential voltage instantaneous value data and the three differential currents First calculation means for calculating a second gauge value indicating active power corresponding to the three differential voltage instantaneous value data and the three differential current instantaneous value data based on the instantaneous value data, the first gauge value, And a second calculating means for calculating a system state value indicating the magnitude of the phase difference between two different points of the power system based on the second gauge value.
本発明によれば、電力系統内の定格周波数が本来の周波数からずれている場合であっても、その影響を受けることなく、電力系統内での脱調の発生を予測できるという効果を奏する。 According to the present invention, even when the rated frequency in the power system is deviated from the original frequency, it is possible to predict the occurrence of step-out in the power system without being affected by the rated frequency.
以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に従う脱調予測装置および脱調予測方法について説明する。図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。
[A.用語の定義]
まず、本実施の形態に従う脱調予測装置および脱調予測方法を説明するにあたり、本明細書で使用する用語について説明する。
A step-out prediction apparatus and a step-out prediction method according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated. In addition, this invention is not limited by embodiment shown below.
[A. Definition of terms]
First, terms used in this specification will be described when describing a step-out prediction apparatus and a step-out prediction method according to the present embodiment.
(1)複素数
実数a,bと虚数単位jとを用いてa+jbの形で表される値である。電気工学ではiが電流符号であるため、虚数単位はj=√(−1)を用いて表す。本明細書では複素数を用いて、回転ベクトルを表現する。
(1) Complex number A value represented in the form of a + jb using real numbers a and b and an imaginary unit j. In electrical engineering, since i is a current sign, the imaginary unit is expressed using j = √ (−1). In this specification, a rotation vector is expressed using complex numbers.
(2)複素平面
複素数を2次元平面上の点とし、一般的には、実部(Re)を横軸に、虚部(Im)を縦軸にとった直角座標で複素数を表す平面である。原理的には、実部(Re)を縦軸とし、虚部(Im)を横軸としてもよい。
(2) Complex plane A complex number is a point on a two-dimensional plane, and is generally a plane representing a complex number in rectangular coordinates with the real part (Re) on the horizontal axis and the imaginary part (Im) on the vertical axis. . In principle, the real part (Re) may be the vertical axis and the imaginary part (Im) may be the horizontal axis.
(3)回転ベクトル
電力系統の電気量(電圧または電流)に関する複素平面上で反時計回りに回転するベクトルとして定義する。回転ベクトルの実数部は瞬時値に相当する。
(3) Rotation vector A rotation vector is defined as a vector that rotates counterclockwise on a complex plane related to the electric quantity (voltage or current) of the power system. The real part of the rotation vector corresponds to the instantaneous value.
(4)差分電圧回転ベクトル
サンプリング周波数1サイクル前後2点の回転ベクトルの差分ベクトルである。差分電圧回転ベクトルの実数部はサンプリング周波数1サイクル前後2点の瞬時値の差分である。
(4) Differential voltage rotation vector This is a difference vector of two rotation vectors around the sampling frequency of one cycle. The real part of the differential voltage rotation vector is the difference between the instantaneous values of two points before and after one cycle of the sampling frequency.
(5)対称群
複素平面上で回転している対称性を有するグループである。
(5) Symmetric group This is a group having symmetry rotating on the complex plane.
(6)不変量
対称群が回転した前後において、変化しないパラメータである。本実施の形態が想定している不変量としては、これらには限られないが、回転位相角、周波数係数、ゲージ電圧、ゲージ差分電圧、ゲージ差分電流、ゲージ差分有効電力などがある。なお、不変量が分かれば、対称群の特性も分かる。
(6) Invariant A parameter that does not change before and after the symmetry group rotates. Invariants assumed in the present embodiment include, but are not limited to, a rotation phase angle, a frequency coefficient, a gauge voltage, a gauge differential voltage, a gauge differential current, and a gauge differential active power. If the invariants are known, the characteristics of the symmetric group can also be known.
(7)電力系統周波数
電力系統における定格周波数を意味し、典型的には、50Hzまたは60Hzである。
(7) Power system frequency It means the rated frequency in the power system, and is typically 50 Hz or 60 Hz.
(8)データ収集サンプリング周波数
データ収集時のサンプリング周波数(第1のサンプリング周波数)であり、「f1」で表す。このデータ収集サンプリング周波数f1は、高い方が精度がよい。なお、ゲージサンプリング周期Tと同様にデータ収集サンプリング周期T1は、データ収集サンプリング周波数f1の逆数として、T1=1/f1で表される。
(8) Data collection sampling frequency This is a sampling frequency (first sampling frequency) at the time of data collection, and is represented by “f 1” . The data collection sampling frequency f 1 is higher is better accuracy. Similar to the gauge sampling period T, the data collection sampling period T 1 is represented by T 1 = 1 / f 1 as the reciprocal of the data collection sampling frequency f 1 .
(9)ゲージサンプリング周波数
ゲージ対称群の算出に使用されるサンプリング周波数(第2のサンプリング周波数)であり、「fS」で表す。よって、ゲージサンプリング周期Tは、ゲージサンプリング周波数fSの逆数として、T=1/fSで表される。なお、T,T1の間には、T>T1の関係がある。また、ゲージサンプリング周波数fSは、電力系統における定格周波数(電力系統周波数)以上に設定される。
(9) Gauge sampling frequency This is a sampling frequency (second sampling frequency) used to calculate the gauge symmetry group, and is represented by “f S ”. Therefore, the gauge sampling period T is expressed as T = 1 / f S as the reciprocal of the gauge sampling frequency f S. Note that there is a relationship of T> T 1 between T and T 1 . The gauge sampling frequency f S is set to be equal to or higher than the rated frequency (power system frequency) in the power system.
(10)回転位相角
電圧回転ベクトル(単に「電圧ベクトル」と称する場合もある)または電流回転ベクトル(単に「電流ベクトル」と称する場合もある)がゲージサンプリング周波数1サイクルの間に複素平面上で回転した位相角であり、αで表す。なお、回転位相角αは周波数依存量であり、後述のように、αが正数の場合には、α=2π(f/fS)として算出し、αが負数の場合には、α=2π{(f/fS)−1}として算出する。また、αがゼロの場合、ゲージサンプリング周波数fSとリアルタイム周波数fとの間には、f=fS/2の関係がある。
(10) Rotation phase angle A voltage rotation vector (sometimes simply referred to as a “voltage vector”) or a current rotation vector (sometimes simply referred to as a “current vector”) on a complex plane during one gauge sampling frequency cycle The rotated phase angle, represented by α. Note that the rotational phase angle α is a frequency-dependent amount. As will be described later, when α is a positive number, α = 2π (f / f S ) is calculated, and when α is a negative number, α = Calculated as 2π {(f / f S ) −1}. When α is zero, there is a relationship of f = f S / 2 between the gauge sampling frequency f S and the real time frequency f.
(11)周波数係数
回転位相角αの余弦関数値であり、fCで表す。各ゲージ対称群にはそれぞれの周波数係数の計算式を定義できる。なお、周波数係数fCを対称性指標として利用すれば、交流であるかどうかの判断が可能となる。
(11) Frequency coefficient This is a cosine function value of the rotational phase angle α and is represented by f C. Each gauge symmetry group can be defined with a formula for calculating its frequency coefficient. Note that if the frequency coefficient f C is used as a symmetry index, it is possible to determine whether or not the current is AC.
(12)移動平均処理
所定数の直近データを用いて行なう単純な平均処理である。なお、移動平均処理を行なうことにより、測定誤差および相加性ガウス雑音の影響を小さくできる。
(12) Moving average process This is a simple average process using a predetermined number of recent data. Note that the influence of measurement error and additive Gaussian noise can be reduced by performing moving average processing.
(13)ゲージ電圧群
時系列に連続した3つの電圧回転ベクトルにより構成される対称群である。なお、電圧以外の電流、電力(有効電力、無効電力)についても同様な対称群の概念が定義可能である。
(13) Gauge voltage group This is a symmetric group composed of three voltage rotation vectors continuous in time series. The same symmetrical group concept can be defined for currents other than voltage and power (active power and reactive power).
(14)ゲージ差分電圧群
時系列に連続した3つの差分電圧回転ベクトルにより構成される対称群である。
(14) Gauge differential voltage group This is a symmetric group composed of three differential voltage rotation vectors continuous in time series.
(15)ゲージ差分電流群
時系列に連続した3つの差分電流回転ベクトルにより構成される対称群である。
(15) Gauge differential current group A symmetric group composed of three differential current rotation vectors continuous in time series.
(16)表記方法
以下の説明において、アルファベットの小文字表記のうち、括弧付のもの(例えば「v(t)」)は、ベクトル(フェーザ)を表し、括弧無しのもの(例えば「v2」)は、瞬時値を表すものとする。また、アルファベットの大文字表記(例えば「Vg」)は、実効値もしくは振幅を表すものとする。
(16) Notation Method In the following description, among lowercase letters in the alphabet, those with parentheses (for example, “v (t)”) represent vectors (phasors) and those without parentheses (for example, “v 2 ”). Represents an instantaneous value. In addition, alphabetic capitalization (for example, “V g ”) represents an effective value or an amplitude.
また、電圧回転ベクトルおよび電流回転ベクトルの測定方法などについては、上述の特許文献4に記載された方法を用いることができるので、その内容のすべてをここに援用し、その詳細な説明は繰返さない。
[B.要旨]
本実施の形態に従う脱調予測のアルゴリズムでは、上述の特許文献4などにおいて本願発明者が提案している電気量計測式を利用して、「脱調中心電圧」を算出および監視する。この「脱調中心電圧」の詳細については後述するが、その物理的意味は、電力系統の異なる2点間の位相差の大きさを示す系統状態値に相当する。具体的な「脱調中心電圧」の算出手順としては、ゲージ差分電圧群を利用してゲージ差分電圧を算出し、ゲージ差分電流群を利用してゲージ差分電流を算出し、ゲージ差分電力群を利用してゲージ差分有効電力を算出する。そして、ゲージ差分電流とゲージ差分有効電力とに基づいて、脱調中心電圧を算出する。このような算出手順(計測式)では、電力系統の定格周波数に依存して算出される送電線インピーダンスを利用しない。そのため、電力系統の周波数は脱調時などに、定格周波数から大きくずれることもあるが、このような影響を受けることなく、高精度な算出を実現できる。つまり、本実施の形態に従う「脱調中心電圧」の算出方法は、電力系統周波数の補正機能を有しており、電力系統の電圧波形/電流波形に含まれる直流成分や高調波成分の影響を極力小さくすることができる。
Moreover, since the method described in the above-mentioned
[B. Summary]
In the out-of-step prediction algorithm according to the present embodiment, the “out-of-step center voltage” is calculated and monitored using the electric quantity measurement formula proposed by the present inventor in the above-mentioned
また、本実施の形態に従う脱調予測のアルゴリズムでは、脱調中心電圧の時間的変化を時間関数方程式(一次推定曲線および二次推定曲線)と想定し、実際の算出結果を用いて最小二乗法などでフィッテングすることで、それぞれの推定曲線を決定する。推定された一次推定曲線の係数である一次推定曲線係数は、その符号によって、脱調の方向へ進んでいるか否かの判断に用いる。また、推定された二次推定曲線は、現時点から脱調点までの時間である脱調推定時間の算出に用いられる。具体的には、二次推定曲線と時間軸との交点を脱調点とみなし、この脱調点までの時間的な余裕を評価することで、電力系統の脱調を予測する。なお、一次推定曲線および二次推定曲線は時間毎に変化する。但し、一次推定曲線および二次推定曲線は、その機能が互いに異なっているので、いずれか一方のみを算出するようにしてもよい。 Also, in the step-out prediction algorithm according to the present embodiment, the temporal change of the step-out center voltage is assumed to be a time function equation (primary estimation curve and quadratic estimation curve), and the least squares method is used using the actual calculation results. Each estimated curve is determined by fitting with the above. The primary estimation curve coefficient, which is the estimated coefficient of the primary estimation curve, is used to determine whether or not it is proceeding in the step-out direction based on its sign. Further, the estimated secondary estimation curve is used to calculate a step out estimation time which is a time from the current time to the step out point. Specifically, the intersection of the secondary estimation curve and the time axis is regarded as a step-out point, and the time out to the step-out point is evaluated to predict the step-out of the power system. Note that the primary estimation curve and the secondary estimation curve change with time. However, since the functions of the primary estimation curve and the secondary estimation curve are different from each other, only one of them may be calculated.
また、本実施の形態に従う脱調予測のアルゴリズムでは、電力系統に含まれる複数の送電線に対して、脱調推定時間をそれぞれ算出できる場合には、それらの算出された複数の脱調推定時間のうち、その値が最も小さい脱調推定時間に対応する送電線を、脱調中心であると判断する。つまり、算出された脱調推定時間が最小である送電線に何らかの故障が発生していると判断する。 Also, in the step-out prediction algorithm according to the present embodiment, when a step-out estimation time can be calculated for each of a plurality of transmission lines included in the power system, the calculated step-out estimation times are calculated. Among them, the transmission line corresponding to the out-of-step estimation time with the smallest value is determined to be the out-of-step center. That is, it is determined that some failure has occurred in the power transmission line having the calculated estimated step-out estimation time.
なお、本実施の形態に従う脱調予測のアルゴリズムの精度について、シミュレーションによって評価を行なった(その詳細については後述する)。
[C.脱調予測のアルゴリズム]
まず、本実施の形態に従う脱調予測のアルゴリズムについてその概略を説明する。本実施の形態においては、後に詳述する「脱調中心電圧」を定義し、この「脱調中心電圧」の時間的変化に基づいて、脱調の発生を予測する。
The accuracy of the step-out prediction algorithm according to the present embodiment was evaluated by simulation (details will be described later).
[C. Step-out prediction algorithm]
First, an outline of the step-out prediction algorithm according to the present embodiment will be described. In the present embodiment, a “step-out center voltage”, which will be described in detail later, is defined, and the occurrence of step-out is predicted based on the temporal change of the “step-out center voltage”.
「脱調の発生を予測」とは、脱調が既に発生しているか否かを判断することを含む概念であるが、典型的には、脱調が未だ発生していない状況において、将来的に脱調が発生するのか否かを判断すること、および/または、どのタイミングで脱調が発生すると見込まれるのかといった判断をすることを含む。 “Predicting the occurrence of a step-out” is a concept that includes determining whether or not a step-out has already occurred. Typically, in the situation where a step-out has not yet occurred, Determining whether or not a step-out occurs and / or determining at what timing the step-out is expected to occur.
図1は、電力系統が安定運用されている場合における電気的挙動を示す模式図である。図2は、電力系統に何らかの擾乱が発生している場合における電気的挙動を示す模式図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing an electrical behavior when a power system is stably operated. FIG. 2 is a schematic diagram showing the electrical behavior when some disturbance occurs in the power system.
(c1:電力系統が安定運用されている場合)
まず、図1を参照して、電力系統が安定運用されている場合における脱調中心電圧の挙動について説明する。図1(a)には、電力系統内の注目する1つの送電線を示しており、母線A端と母線B端との間に電力潮流が存在するものとする。ここでは、母線A端を注目端とし、以下では「自端」とも称す。一方、母線B端については「相手端」とも称す。
(C1: When the power system is stably operated)
First, the behavior of the step-out center voltage when the power system is stably operated will be described with reference to FIG. FIG. 1A shows one transmission line of interest in the power system, and it is assumed that a power flow exists between the bus A end and the bus B end. Here, the end of the bus A is the target end, and is also referred to as “own end” below. On the other hand, the bus B end is also referred to as “partner end”.
図1(a)において、vA(t)は自端の電圧回転ベクトル(母線電圧瞬時値)を示し、vB(t)は相手端の電圧回転ベクトル(母線電圧瞬時値)を示し、iA(t)は自端から相手端へ流れる送電線電流の電流回転ベクトル(送電線電流瞬時値)を示すものとする。 In FIG. 1 (a), v A (t) represents the voltage rotation vector (bus voltage instantaneous value) at its own end, v B (t) represents the voltage rotation vector (bus voltage instantaneous value) at the other end, and i A (t) represents the current rotation vector (transmission line current instantaneous value) of the transmission line current flowing from the own end to the other end.
電力系統が安定運用されている場合、送電線の両端の電圧回転ベクトルは、ほぼ同じ回転角速度(すなわち、周波数)で回転することになる。この回転角速度ωは、以下の(1)式に従って定義される。 When the power system is stably operated, the voltage rotation vectors at both ends of the transmission line rotate at substantially the same rotation angular velocity (that is, frequency). This rotational angular velocity ω is defined according to the following equation (1).
ω=2πf …(1)
ここで、fは電力系統周波数であり、電力系統の定格周波数(典型的には、50Hzまたは60Hz)と同一またはその近傍にある。
ω = 2πf (1)
Here, f is a power system frequency, and is the same as or close to the rated frequency (typically 50 Hz or 60 Hz) of the power system.
図1(b)には、自端の電圧回転ベクトルvA(t)および相手端の電圧回転ベクトルvB(t)を複素平面上に示した結果を示す。 FIG. 1B shows the result of the voltage rotation vector v A (t) at the end and the voltage rotation vector v B (t) at the other end on the complex plane.
自端の電圧回転ベクトルvA(t)は、以下の(2)式に従って定義される。(2)式において、VAは自端の母線電圧の電圧振幅を示し、φは自端の母線電圧と自端の送電線電流との間の位相差を示す。また、ωAは自端の電圧回転ベクトルvA(t)の回転角速度を示し、以下の(2)式に従って定義される。(3)式において、fAは自端の母線周波数である。 The voltage rotation vector v A (t) at its own end is defined according to the following equation (2). In the equation (2), V A represents the voltage amplitude of the own-end bus voltage, and φ represents the phase difference between the own-end bus voltage and the own-end transmission line current. Further, ω A indicates the rotational angular velocity of the voltage rotation vector v A (t) at its own end, and is defined according to the following equation (2). In the equation (3), f A is the self-end bus frequency.
また、自端の送電線電流の電流回転ベクトルiA(t)は、以下の(4)式に従って定義される。(4)式において、IAは自端の送電線電流の電流振幅を示す。 The current rotation vector i A (t) of the transmission line current at the end is defined according to the following equation (4). (4) In the equation, I A represents the current amplitude of the transmission line current local end.
さらに、相手端の電圧回転ベクトルvB(t)は、以下の(5)式に従って定義される。(5)式において、VBは相手端の母線電圧の電圧振幅を示す。ωBは相手端の電圧回転ベクトルvB(t)の回転角速度を示し、以下の(6)式に従って定義される。(6)式において、fBは相手端の母線周波数である。 Further, the voltage rotation vector v B (t) at the other end is defined according to the following equation (5). In the equation (5), V B represents the voltage amplitude of the bus voltage at the other end. ω B indicates the rotation angular velocity of the voltage rotation vector v B (t) at the other end, and is defined according to the following equation (6). In equation (6), f B is the bus frequency at the other end.
ここで、自端から算出される脱調中心電圧の電圧回転ベクトルvC(t)を、以下の(7)式に従って定義する。(7)式において、VCは脱調中心電圧振幅を示し、以下の(8)式に従って定義される。 Here, the voltage rotation vector v C (t) of the step-out center voltage calculated from its own end is defined according to the following equation (7). In the equation (7), V C represents a step-out center voltage amplitude and is defined according to the following equation (8).
以下では、説明の便宜上、脱調中心電圧振幅VCを広義の「脱調中心電圧」とも称す。
(c2:電力系統に何らかの擾乱が発生している状態)
次に、図2を参照して、電力系統に何らかの擾乱が発生している場合における脱調中心電圧の挙動について説明する。典型的に、図2(a)に示すように、送電線に何らかの系統故障Fが発生し、その擾乱により電力系統が脱調していく状況を想定する。図2(b)には、このような状況における、自端の電圧回転ベクトルvA(t)および相手端の電圧回転ベクトルvB(t)、ならびに脱調中心電圧の電圧回転ベクトルvC(t)を複素平面上に示した結果を示す。つまり、図2(b)には、電力系統が脱調直前の状態である場合の脱調中心電圧の動きを示す。
For convenience of explanation, broad step-out center voltage amplitude V C also referred to as "step-out central voltage".
(C2: State where some disturbance has occurred in the power system)
Next, with reference to FIG. 2, the behavior of the step-out center voltage when some disturbance occurs in the electric power system will be described. Typically, as shown in FIG. 2 (a), a situation is assumed in which some kind of system failure F occurs in the transmission line and the power system is stepped out due to the disturbance. FIG. 2B shows the voltage rotation vector v A (t) at the other end, the voltage rotation vector v B (t) at the other end, and the voltage rotation vector v C ( The result which showed t) on the complex plane is shown. That is, FIG. 2B shows the behavior of the step-out center voltage when the power system is in a state immediately before step-out.
図1(b)に示すような電力系統が安定運用されている場合と、図2(b)に示すような電力系統に何らかの擾乱が発生した場合とを比較すると、以下のようなことが言える。 Comparing the case where the power system as shown in FIG. 1B is stably operated and the case where some disturbance occurs in the power system as shown in FIG. 2B, the following can be said. .
電力系統が安定運用されている状態では、送電線の両端の電圧回転ベクトルは、ほぼ同じ回転角速度はほぼ一定(定格周波数と同一または近傍)であり、計測される脱調中心電圧は、ある一定値以上の大きさをもつ。ここで、図1(b)に示す送電線両端間の位相差(2φ)は、所定範囲内の値であり、大きな値にはならない。 In a state where the power system is stably operated, the voltage rotation vector at both ends of the transmission line has almost the same rotational angular velocity (same or close to the rated frequency), and the measured step-out center voltage is constant. It is larger than the value. Here, the phase difference (2φ) between both ends of the transmission line shown in FIG. 1B is a value within a predetermined range and does not become a large value.
これに対して、図2(b)に示すような電力系統に何らかの擾乱が発生している状態、つまり電力系統が脱調しようとする状態では、送電線両端間の周波数差の拡大(すなわち、定格周波数より大きく外れること)と同時に、送電線両端間の位相差(2φ)はどんどん大きくなる。これに伴って、脱調中心電圧は徐々に小さくなる。最終的に、送電線両端間の位相差(2φ)が180度に到達して、脱調中心電圧がゼロになった状態を、「電力系統が脱調した」と定義する。なお、自端の母線周波数fAが相手端の母線周波数fBより大きい場合には、その脱調を「加速脱調」と称し、自端の母線周波数fAが相手端の母線周波数fBより小さい場合には、その脱調を「減速脱調」と称す。 On the other hand, in a state where some disturbance has occurred in the power system as shown in FIG. 2B, that is, in a state where the power system is going to step out, an increase in the frequency difference between both ends of the transmission line (that is, At the same time, the phase difference (2φ) between both ends of the transmission line becomes larger. Along with this, the step-out center voltage gradually decreases. Finally, the state where the phase difference (2φ) between both ends of the transmission line reaches 180 degrees and the step-out center voltage becomes zero is defined as “the power system has stepped out”. When the own-end bus frequency f A is larger than the counterpart bus frequency f B , the step-out is referred to as “acceleration step-out”, and the own-end bus frequency f A is the opposite-end bus frequency f B. When it is smaller, the step-out is called “deceleration step-out”.
このように、電力系統の脱調中心電圧を測定し、その動き(つまり、時間的変化)を監視すれば、電力系統内における脱調の発生を予測できる。 In this way, by measuring the out-of-step center voltage of the power system and monitoring its movement (that is, temporal change), occurrence of out-of-step in the power system can be predicted.
なお、送電線を流れる有効電力Pおよび無効電力Qは、以下の(9)式に従って定義される。 The active power P and the reactive power Q flowing through the transmission line are defined according to the following equation (9).
図1および図2、ならびに上述の(9)式によれば、電力系統が脱調した状態では、電圧および電流についてのそれぞれの位相角が増大するとともに、送電線の有効電力が減少し、無効電力が増大することが分かる。そこで、本実施の形態に従う脱調予測装置では、そのフェイルセーフ条件(つまり、誤判断をしないための動作の前提条件)として、「有効電力と無効電力との比例係数が連続的に減少している」という条件を採用する。つまり、無効電力に対する有効電力の比が時間とともに減少している状態である場合に限って、脱調の予測を行なうことにする。
[D.脱調中心電圧の算出処理]
(d1:脱調中心電圧の算出概要)
電力系統周波数が定格周波数と一致することを前提とする一般的な測定手段で、自端の電圧振幅および電圧電流間の位相角を取得し、それから上述の(8)式を用いて、脱調中心電圧を算出することができる。
According to FIG. 1 and FIG. 2 and the above equation (9), in the state where the power system is out of phase, the phase angle for voltage and current increases, and the effective power of the transmission line decreases and becomes invalid. It can be seen that the power increases. Therefore, in the step-out prediction apparatus according to the present embodiment, as a fail-safe condition (that is, a precondition for operation to prevent erroneous determination), “the proportional coefficient between active power and reactive power is continuously reduced. Is adopted. That is, the step-out prediction is performed only when the ratio of the active power to the reactive power is decreasing with time.
[D. Step-out center voltage calculation process]
(D1: Outline of step-out center voltage calculation)
It is a general measurement means that assumes that the power system frequency matches the rated frequency, and obtains the voltage amplitude at the end and the phase angle between the voltage and current, and then uses the above equation (8) to step out. The center voltage can be calculated.
しかしながら、電力系統が脱調するような場合には、電力系統周波数は定格周波数から大きく外れており、一般的な測定手段による測定結果に対して大きな誤差要因となり得る。さらに、電力系統に存在する直流成分および高調波成分などが測定結果に対して影響も大きいである。 However, when the power system is out of step, the power system frequency is greatly deviated from the rated frequency, which can be a significant error factor with respect to the measurement result by a general measuring means. Furthermore, direct current components and harmonic components existing in the power system have a great influence on the measurement results.
このような事実を考慮し、本実施の形態に従う脱調予測のアルゴリズムでは、電力系統に存在する直流成分および高調波成分の影響を極力に小さくするような、周波数補正機能を有する脱調中心電圧の計測式を採用する。 In consideration of such facts, the out-of-step prediction algorithm according to the present embodiment has a step-out center voltage having a frequency correction function that minimizes the influence of the DC component and the harmonic component existing in the power system. The measurement formula is adopted.
なお、対称群についての各種不変量の基本的な算出式については、上述の特許文献4などを参照されたい。
In addition, please refer to the above-mentioned
以下の算出手順においては、ゲージ差分電圧群を示す「3つの差分電圧回転ベクトル」、およびゲージ差分電流群を示す「3つの差分電流回転ベクトル」を用いて、ゲージ差分電力群を算出し、この算出されたゲージ差分電力群から脱調中心電圧を決定する。さらに、脱調の発生を予測するための、脱調中心電圧の時間的変化も算出する。 In the following calculation procedure, the gauge difference power group is calculated using “three difference voltage rotation vectors” indicating the gauge difference voltage group and “three difference current rotation vectors” indicating the gauge difference current group. A step-out center voltage is determined from the calculated gauge differential power group. Furthermore, the temporal change of the step-out center voltage for predicting the occurrence of step-out is also calculated.
なお、ゲージ電圧群を示す「3つの電圧回転ベクトル」、およびゲージ電流群を示す「3つの電流回転ベクトル」を用いて、ゲージ電力群を算出し、この算出されたゲージ電力群から脱調中心電圧を決定してもよい。 A gauge power group is calculated using “three voltage rotation vectors” indicating a gauge voltage group and “three current rotation vectors” indicating a gauge current group, and a step-out center is calculated from the calculated gauge power group. The voltage may be determined.
以下、算出手順を順に説明する。
(d2:周波数係数の算出)
まず、ゲージ差分電圧群により周波数係数を算出する。
Hereinafter, the calculation procedure will be described in order.
(D2: Calculation of frequency coefficient)
First, the frequency coefficient is calculated from the gauge differential voltage group.
図3は、複素平面上のゲージ電圧群およびゲージ差分電圧群を示す図である。図3を参照して、複素平面上の3つ差分電圧回転ベクトルは、以下の(10)式に従って定義する。ここで、Vは交流電圧振幅であり、ωは回転角速度であり、Tはゲージサンプリング周波数時間刻み幅(ゲージサンプリング周期)であり、αはTにおける回転位相角である。ゲージサンプリング周期Tは、以下の(11)式に従って算出される。但し、fSはゲージサンプリング周波数である。 FIG. 3 is a diagram illustrating a gauge voltage group and a gauge differential voltage group on a complex plane. Referring to FIG. 3, three differential voltage rotation vectors on the complex plane are defined according to the following equation (10). Where V is the AC voltage amplitude, ω is the rotational angular velocity, T is the gauge sampling frequency time step (gauge sampling period), and α is the rotational phase angle at T. The gauge sampling period T is calculated according to the following equation (11). Where f S is the gauge sampling frequency.
図3中の差分電圧瞬時値v21,v22,v23は、以下の(12)式に従って算出される。ここで、v11,v12,v13,v14は、ゲージサンプリング周波数に対応する電圧瞬時値である。そして、上述の特許文献4により、ゲージ差分電圧群の不変量である周波数係数fCは、以下の(13)式に従って算出される。
The differential voltage instantaneous values v21, v22, v23 in FIG. 3 are calculated according to the following equation (12). Here, v11, v12, v13, v14 are voltage instantaneous values corresponding to the gauge sampling frequency. And according to the above-mentioned
なお、周波数係数fCの算出には、上述したゲージ差分電圧群に代えて、ゲージ電圧群またはゲージ電流群などを用いることもできる。但し、ゲージ差分電圧群は、時間的変化が比較的小さいので、ゲージ差分電圧群を用いて周波数係数を算出することで、直流成分の影響を抑制できるので、より好ましい。 In calculating the frequency coefficient f C , a gauge voltage group or a gauge current group can be used instead of the gauge differential voltage group described above. However, since the time difference of the gauge differential voltage group is relatively small, the influence of the direct current component can be suppressed by calculating the frequency coefficient using the gauge differential voltage group, which is more preferable.
(d3:ゲージ差分電流の算出)
次に、ゲージ差分電流群によりゲージ差分電流を算出する。
(D3: Calculation of gauge differential current)
Next, a gauge differential current is calculated from the gauge differential current group.
図4は、複素平面上のゲージ電流群およびゲージ差分電流群を示す図である。図4に示される各電流瞬時値は、図3に示される各電圧瞬時値を置換したものに相当し、いずれの場合も対称関係は不変である。複素平面上の3つ差分電流回転ベクトルは、以下の(14)式に従って定義する。ここで、Iは交流電流振幅であり、ωは回転角速度であり、Tはゲージサンプリング周波数時間刻み幅(ゲージサンプリング周期)であり、αはTにおける回転位相角である。ゲージサンプリング周期Tは、上述の(11)式に従って算出される。 FIG. 4 is a diagram illustrating a gauge current group and a gauge differential current group on a complex plane. Each current instantaneous value shown in FIG. 4 corresponds to a value obtained by replacing each voltage instantaneous value shown in FIG. 3, and in any case, the symmetry relationship is unchanged. Three differential current rotation vectors on the complex plane are defined according to the following equation (14). Here, I is the alternating current amplitude, ω is the rotational angular velocity, T is the gauge sampling frequency time interval (gauge sampling period), and α is the rotational phase angle at T. The gauge sampling period T is calculated according to the above equation (11).
図4中の差分電流瞬時値i21,i22,i23は、以下の(15)式に従って算出される。ここで、i11,i12,i13,i14は、ゲージサンプリング周波数に対応する電流瞬時値である。そして、上述の特許文献4により、ゲージ差分電流群の不変量であるゲージ差分電流は、以下の(16)式に従って算出される。
The differential current instantaneous values i21, i22, i23 in FIG. 4 are calculated according to the following equation (15). Here, i11, i12, i13, and i14 are instantaneous current values corresponding to the gauge sampling frequency. And according to the above-mentioned
なお、電流振幅とゲージ差分電流は、以下の(17)式で定義される関係を有している。 The current amplitude and the gauge differential current have a relationship defined by the following equation (17).
なお、ゲージ差分電流Igdの算出には、上述したゲージ差分電流群に代えて、ゲージ電流群などを用いることもできる。但し、ゲージ差分電流群は、時間的変化が比較的小さいので、ゲージ差分電流群を用いてゲージ差分電流Igdを算出することで、直流成分の影響を抑制できるので、より好ましい。 It should be noted that a gauge current group or the like can be used for calculating the gauge differential current I gd instead of the above-described gauge differential current group. However, since the gauge differential current group has a relatively small temporal change, calculating the gauge differential current Igd using the gauge differential current group is more preferable because the influence of the direct current component can be suppressed.
(d4:ゲージ差分有効電力およびゲージ差分無効電力の算出)
次に、ゲージ差分電力群によりゲージ差分有効電力およびゲージ差分無効電力を算出する。
(D4: Calculation of gauge differential active power and gauge differential reactive power)
Next, gauge difference active power and gauge difference reactive power are calculated from the gauge difference power group.
図5は、複素平面上のゲージ差分電力群を示す図である。図5において、複素平面上の3つの差分電圧回転ベクトルは、以下の(18)式に従って算出される。ここで、Vは電圧振幅であり、ωは回転角速度であり、Tは対称群算出サンプリング時間刻み幅であり、αはTにおける回転位相角であり、φは電圧電流間の位相角である。また、複素平面上の3つの差分電流回転ベクトルは、以下の(19)式に従って算出される。ここで、Vは電圧振幅である。 FIG. 5 is a diagram illustrating a gauge differential power group on a complex plane. In FIG. 5, three differential voltage rotation vectors on the complex plane are calculated according to the following equation (18). Where V is the voltage amplitude, ω is the rotational angular velocity, T is the symmetric group calculation sampling time step size, α is the rotational phase angle at T, and φ is the phase angle between the voltage and current. Also, the three differential current rotation vectors on the complex plane are calculated according to the following equation (19). Here, V is a voltage amplitude.
上述の(18)式に示す差分電圧回転ベクトルの実数部瞬時値は、以下の(20)式に従って算出される。また、上述の(19)式に示す差分電流回転ベクトルの実数部瞬時値は、以下の(21)式に従って算出される。また、 The real part instantaneous value of the differential voltage rotation vector shown in the above equation (18) is calculated according to the following equation (20). Further, the real part instantaneous value of the differential current rotation vector shown in the above equation (19) is calculated according to the following equation (21). Also,
ゲージ差分有効電力およびゲージ差分無効電力は、それぞれ以下の(22)式および(23)式に従って算出される。 The gauge difference active power and the gauge difference reactive power are calculated according to the following equations (22) and (23), respectively.
ここで、送電線を流れる有効電力および無効電力は、それぞれ以下の(24)式および(25)式に従って算出される。 Here, the active power and reactive power flowing through the transmission line are calculated according to the following equations (24) and (25), respectively.
なお、上述したゲージ差分電力群に代えて、ゲージ電力群を用いて交流電力を評価することもできる。但し、ゲージ差分電力群を用いる方が、直流成分の影響を抑制できるので、より好ましい。 In addition, it can replace with the gauge difference electric power group mentioned above, and can evaluate alternating current power using a gauge electric power group. However, it is more preferable to use the gauge differential power group because the influence of the DC component can be suppressed.
(d5:脱調中心電圧の算出)
上述の脱調中心電圧の計測式を以下の(26)式のように展開する。この(26)式を整理すると、(27)式が導出される。
(D5: Calculation of step-out center voltage)
The above equation for measuring the step-out center voltage is developed as the following equation (26). When this equation (26) is arranged, equation (27) is derived.
このように、脱調中心電圧は、周波数係数、ゲージ差分電流およびゲージ差分有効電力により算出できる。すなわち、図6の脱調予測装置100の脱調中心電圧算出部102は、3つの差分電流瞬時値データ(i21,i22,i23)に基づいてゲージ差分電流Igd(第1のゲージ値)を算出するとともに、3つの差分電圧瞬時値データ(v21,v22,v23)および3つの差分電流瞬時値データ(i21,i22,i23)に基づいて、3つの差分電圧瞬時値データおよび3つの差分電流瞬時値データに対応する有効電力を示すゲージ差分有効電力(第2のゲージ値)を算出する。併せて、脱調中心電圧算出部102は、3つの差分電圧瞬時値データおよび3つの差分電流瞬時値データに基づいて、3つの差分電圧瞬時値データおよび3つの差分電流瞬時値データに対応する有効電力を示すゲージ差分有効電力(第2のゲージ値)を算出する。
Thus, the step-out center voltage can be calculated from the frequency coefficient, the gauge differential current, and the gauge differential active power. That is, the step-out center
なお、上述の特許文献3においては、例えば(111)式にゲージ差分電流とゲージ差分電力とを用いた脱調中心電圧の計算式を開示する。この特許文献3に開示される脱調中心電圧の計算式は、ゲージ差分無効電力が存在しているため、本実施の形態では、上述の(27)式に示す脱調中心電圧を用いる。つまり、本実施の形態では、対称群の対称性の知見に基づいて、ゲージ差分無効電力を含まないよりシンプルな計算式を導出し、それを用いることとする。
In
そして、脱調中心電圧算出部102は、ゲージ差分電流(第1のゲージ値)およびゲージ差分有効電力(第2のゲージ値)に基づいて、電力系統の異なる2点間の位相差の大きさを示す脱調中心電圧(系統状態値)を算出する。
The step-out center
本実施の形態に従う脱調予測のアルゴリズムでは、上述の(27)式に従って算出される脱調中心電圧に基づいて、脱調の可能性の有無の判断、および/または、脱調するまでの余裕時間の算出といった処理を行なう。
[E.実装例]
次に、本実施の形態に従う脱調予測装置の実装例について説明する。図6は、本発明の実施の形態に従う脱調予測装置100の構成例を示す模式図である。図6を参照して、脱調予測装置100は、その機能構成として、電圧電流瞬時値データ入力部101と、脱調中心電圧算出部102と、フェイルセーフ条件算出部103と、一次推定曲線係数算出部104と、脱調可能性判断部105と、二次推定曲線係数算出部106と、脱調推定時間算出部107と、演算情報送信部108と、制御信号送信部109と、インターフェース110と、記憶部111とを含む。
In the step-out prediction algorithm according to the present embodiment, based on the step-out center voltage calculated according to the above-described equation (27), it is determined whether or not there is a possibility of step-out and / or a margin until step-out. Processing such as time calculation is performed.
[E. Implementation example]
Next, an implementation example of the step-out prediction apparatus according to the present embodiment will be described. FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration example of the step-out
これらの機能は、公知のハードウェアやソフトウェアによって実現される。具体的には、図6に示す機能の全部または一部をLSI(Large Scale Integration)などを用いて実現してもよいし、それに加えて、またはそれに代えて、CPU(Central Processing Unit)などのプロセッサでプログラムを実行させることで実現してもよい。また、単一の装置として実装することもできるし、ネットワークなどを介して複数の装置が連係することで全体として図6に示す機能を実現するような構成を採用することもできる。さらに、図6に示す脱調予測装置100をより大型な装置(例えば、電力監視装置など)の一部の機能として実装することもできる。図6に示す脱調予測装置100をどのように実装するのかについては、適用先などに応じて適宜設計される。
These functions are realized by known hardware and software. Specifically, all or part of the functions shown in FIG. 6 may be realized using LSI (Large Scale Integration) or the like, or in addition to or instead of a CPU (Central Processing Unit) or the like. You may implement | achieve by running a program with a processor. Further, it can be implemented as a single device, or a configuration that realizes the function shown in FIG. 6 as a whole by linking a plurality of devices via a network or the like can be adopted. Furthermore, the step-out
電圧電流瞬時値データ入力部101は、電圧電流瞬時値データを時系列に収集する。すなわち、電圧電流瞬時値データ入力部101は、対象の電力系統からデータ収集サンプリング周波数f1(第1のサンプリング周波数)でサンプリングすることで電圧瞬時値データおよび電流瞬時値データを取得する。より具体的には、電圧電流瞬時値データ入力部101は、電力系統に設けられた計器用変圧器(PT:Potential Transformer)から母線電圧瞬時値を収集し、電力系統に設けられた計器用変流器(CT:Current Transformer)から送電線電流瞬時値を収集する。脱調中心電圧算出部102は、ゲージサンプリング周波数により、電圧群および電流群の瞬時値データをそれぞれ蓄積し、脱調中心電圧を算出する。より具体的には、脱調中心電圧算出部102は、電圧電流瞬時値データ入力部101により取得された電圧瞬時値データから、ゲージサンプリング周波数(第2のサンプリング周波数)で、抽出した時系列に連続する4点の電圧瞬時値データ(v11,v12,v13,v14)について、時系列に隣接する2点間のそれぞれの差分に相当する3つの差分電圧瞬時値データ(v21,v22,v23)を取得する。また、脱調中心電圧算出部102は、脱調中心電圧算出部102により取得された電流瞬時値データから、ゲージサンプリング周波数(第2のサンプリング周波数)で、抽出した時系列に連続する4点の電流瞬時値データ(i11,i12,i13,i14)について、時系列に隣接する2点間のそれぞれの差分に相当する3つの差分電流瞬時値データ(i21,i22,i23)を取得する。なお、ゲージサンプリング周波数(第2のサンプリング周波数)は、データ収集サンプリング周波数(第1のサンプリング周波数)よりも小さくかつ電力系統の周波数以上である。
The voltage / current instantaneous value
フェイルセーフ条件算出部103は、誤判断をしないための動作の前提条件であるフェイルセーフ条件を算出する。一例として、フェイルセーフ条件算出部103は、有効電力と無効電力との比例係数を算出し、フェイルセーフ条件として利用する。この有効電力と無効電力との比例係数の算出方法については、後述する。
The fail-safe
一次推定曲線係数算出部104、脱調可能性判断部105、二次推定曲線係数算出部106、および、脱調推定時間算出部107は、脱調中心電圧(系統状態値)の時間的変化に基づいて、電力系統における脱調の発生を予測する予測手段に相当する。
The primary estimation curve
一次推定曲線係数算出部104および脱調可能性判断部105は、脱調中心電圧の一次推定曲線係数から脱調の可能性を判断する。すなわち、一次推定曲線係数算出部104は、所定期間に亘る脱調中心電圧(系統状態値)の時間的変化を一次の時間関数として推定した一次推定曲線を算出する。より具体的には、一次推定曲線係数算出部104は、最小二乗法を用いて、脱調中心電圧の一次推定曲線係数を算出する。脱調可能性判断部105は、算出された一次推定曲線の係数の符号に基づいて、電力系統における脱調の可能性の有無を判断する。
The primary estimation curve
二次推定曲線係数算出部106および脱調推定時間算出部107は、脱調の可能性があると判断された場合に、当該脱調に至るまでの余裕時間を算出する。この脱調に至るまでの余裕時間を「脱調推定時間」と定義する。すなわち、二次推定曲線係数算出部106は、所定期間に亘る脱調中心電圧(系統状態値)の時間的変化を二次の時間関数として推定した二次推定曲線を算出する。より具体的には、二次推定曲線係数算出部106は、最小二乗法を用いて、脱調中心電圧の二次推定曲線係数を算出する。脱調推定時間算出部107は、二次推定曲線の時間的変化に基づいて、脱調に至るまでの余裕時間(脱調推定時間)を算出する。つまり、脱調推定時間算出部107は、算出された二次推定曲線を用いて、脱調推定時間を算出する。
When it is determined that there is a possibility of step-out, the secondary estimation curve
演算情報送信部108は、電力系統内の遮断器の協調動作を実現するために、推定結果を含む演算情報を、他の脱調予測装置や制御装置へ送信する。制御信号送信部109は、脱調に至るような故障が監視対象の送電線に発生していると判断されたような場合に、トリップ指令を対象の遮断器へ送信する。
The calculation
同一の電力系統に複数の脱調予測装置100が設けられている場合には、1つまたは複数の脱調予測装置100において、脱調中心の送電線を特定する機能を実装してもよい。より具体的には、脱調予測装置100は、電力系統に含まれる複数の送電線について算出されたそれぞれの余裕時間(脱調推定時間)のうち、最もその値が小さい送電線に脱調を生じさせる擾乱が発生していると特定する機能を有してもよい。このような機能を搭載することで、複数の遮断器の協調動作をより容易に実現できる。
In the case where a plurality of step-out
インターフェース110は、デジタル表示などのインターフェース機能を有している。つまり、インターフェース110は、監視およびデータ解析のために、外部装置との間のデータ遣り取りを仲介する。記憶部111は、計測データや演算情報などを記憶する。
[F.フェイルセーフ条件の算出処理]
次に、図6の脱調予測装置100のフェイルセーフ条件算出部103におけるフェイルセーフ条件の算出処理について説明する。このようなフェイルセーフ条件として、本実施の形態においては、有効電力と無効電力との比例係数を用いる。より具体的には、有効電力と無効電力との比例係数KPQは、以下の(28)式に従って算出される。
The
[F. Failsafe condition calculation process]
Next, the fail safe condition calculation process in the fail safe
このように、フェイルセーフ条件の一例である、比例係数KPQは、周波数係数、ゲージ差分有効電力およびゲージ差分無効電力を用いて算出できる。無効電力に対して有効電力がより多く流れる状況で、比例係数KPQの値が大きくなる。つまり、電力系統内に何らかの故障が発生し、接地へより多くの電力が流れるような状況であるか否かを判断することができる。 Thus, the proportionality coefficient K PQ , which is an example of the fail-safe condition, can be calculated using the frequency coefficient, the gauge difference active power, and the gauge difference reactive power. In a situation where more active power flows than reactive power, the value of the proportional coefficient K PQ increases. In other words, it is possible to determine whether or not a certain failure has occurred in the power system, and more power flows to the ground.
なお、フェイルセーフ条件としては、上述の比例係数KPQの他、自端の母線電圧の電圧振幅を用いてもよい。何らかの故障が発生し、対象の送電線が接地している状況では、母線電圧が上がらないので、自端の母線電圧の電圧振幅の絶対値の大きさに基づいて(例えば、しきい値を0.2PUとして)、故障が発生しているか否かを判断するようにしてもよい。
[G.脱調の可能性の有無の判断処理]
次に、図6の脱調予測装置100の一次推定曲線係数算出部104および脱調可能性判断部105における脱調の可能性の有無の判断処理について説明する。
Note that as the fail-safe condition, the voltage amplitude of the bus voltage at its own end may be used in addition to the proportional coefficient K PQ described above. In a situation where some kind of failure has occurred and the target transmission line is grounded, the bus voltage does not rise, and therefore, based on the magnitude of the absolute value of the voltage amplitude of the local bus voltage (for example, the threshold value is set to 0). .2PU), it may be determined whether a failure has occurred.
[G. Judgment process of possibility of step-out]
Next, the determination process of the possibility of step-out in the primary estimated curve
まず、脱調中心電圧VCを以下の(29)式に従って設定する。ここで、Vは自端の電圧振幅であり、φは電圧電流間の位相角である。 First, to set the step-out center voltage V C in accordance with the following equation (29). Here, V is the voltage amplitude at its own end, and φ is the phase angle between the voltage and current.
この脱調中心電圧VCの一次推定曲線を以下のような手順で算出する。
本実施の形態では、処理量を低減するために、指数関数を四則演算を用いて近似する。典型的な手法として、指数関数のテイラー展開を用いる。このテイラー展開は、以下の(30)式に定義される。
Primary estimation curve of the step-out center voltage V C is calculated by the following procedures.
In this embodiment, in order to reduce the processing amount, the exponential function is approximated using four arithmetic operations. As a typical method, an exponential Taylor expansion is used. This Taylor expansion is defined by the following equation (30).
このテイラー展開を利用して、脱調中心電圧VCの一次推定曲線を以下の(31)式に従って定義する。ここで、VC0は現時点の脱調中心電圧であり、λは減衰係数であり、tは時間であり、P11は一次推定曲線係数である。 Using this Taylor expansion, defining the primary estimation curve of step-out center voltage V C in accordance with the following equation (31). Here, V C0 is the current step-out center voltage, λ is the attenuation coefficient, t is time, and P 11 is the primary estimation curve coefficient.
この(31)式では、電力系統内の状態が変化するに伴って、VC0およびP11が時々刻々と変化する。そのため、以下の(32)式に示すような一次推定曲線の方程式を採用する。 In the equation (31), V C0 and P 11 change from moment to moment as the state in the power system changes. Therefore, the equation of the primary estimation curve as shown in the following equation (32) is adopted.
さらに、以下の(33)式に示すような、同じ時間刻み幅の時系列データを生成する。ここで、t1,t2…tnは、同じ時間幅を有している時間値である。 Furthermore, time-series data having the same time interval is generated as shown in the following equation (33). Here, t1, t2,..., Tn are time values having the same time width.
上述の(33)式から、以下の(34)式に示すマトリックスを生成する。ここで、(34)式において、実測値時系列マトリックス[VC]は、以下の(35)式に定義され、時間値マトリックス[A1]は、以下の(36)式に定義される。 From the above equation (33), a matrix shown in the following equation (34) is generated. Here, in the equation (34), the actual measurement time series matrix [V C ] is defined by the following equation (35), and the time value matrix [A 1 ] is defined by the following equation (36).
最終的に、最小二乗法の理論に従って、脱調中心電圧VCの一次推定曲線係数P11は、以下の(37)式に従って算出できる。 Finally, according to the theory of the least squares method, the primary estimated curve coefficient P 11 of step-out center voltage V C can be calculated according to the following equation (37).
図6の脱調予測装置100の一次推定曲線係数算出部104は、上述の(37)式に従って、一次推定曲線係数P11を算出し、脱調可能性判断部105は、その算出された一次推定曲線係数P11の符号を判断する。つまり、一次推定曲線係数P11が負値であるということは、脱調中心電圧VCの絶対値が減少していることを示すので、この場合には、脱調の方向へ進んでいると判断できる。
[H.脱調推定時間の算出処理]
次に、図6の脱調予測装置100の二次推定曲線係数算出部106および脱調推定時間算出部107における脱調推定時間の算出処理について説明する。
The primary estimation curve
[H. Calculation process of estimated step-out time]
Next, the process of calculating the step out estimation time in the secondary estimated curve
脱調推定時間の算出処理では、脱調中心電圧VCの二次推定曲線を用いる。具体的には、テイラー展開を利用して、二次推定曲線を以下の(38)式に従って定義する。ここで、VC0は現時点の脱調中心電圧であり、λは減衰係数であり、tは時間であり、P21およびP22は二次推定曲線係数である。 The calculation process of step-out estimated time, using secondary estimation curve of step-out center voltage V C. Specifically, a quadratic estimation curve is defined according to the following equation (38) using Taylor expansion. Here, V C0 is the current step-out center voltage, λ is an attenuation coefficient, t is time, and P 21 and P 22 are secondary estimation curve coefficients.
この(38)式では、電力系統内の状態が変化するに伴って、VC0、P21およびP22が時々刻々と変化する。そのため、一次推定曲線の方程式としては、以下の(39)式に示すような二次推定曲線方程式を採用する。 In the equation (38), V C0 , P 21 and P 22 change from moment to moment as the state in the power system changes. Therefore, a quadratic estimation curve equation as shown in the following equation (39) is adopted as the equation of the primary estimation curve.
さらに、以下の(40)式に示すような、同じ時間刻み幅の時系列データを生成する。
ここで、t1,t2…tnは、同じ時間幅を有している時間値である。
Furthermore, time-series data having the same time interval as shown in the following equation (40) is generated.
Here, t1, t2,..., Tn are time values having the same time width.
上述の(40)式から、以下の(41)式に示すマトリックスを生成する。ここで、(41)式において、実測値時系列マトリックス[VC]は、以下の(42)式に定義され、時間値マトリックス[A2]は、以下の(43)式に定義され、二次推定曲線係数[P2]は、以下の(44)式に示されるように2つの値P21およびP22からなる。 From the above equation (40), the matrix shown in the following equation (41) is generated. Here, in the equation (41), the actual measurement time series matrix [V C ] is defined in the following equation (42), and the time value matrix [A 2 ] is defined in the following equation (43), The next estimated curve coefficient [P 2 ] is composed of two values P 21 and P 22 as shown in the following equation (44).
最小二乗法の理論に従って、脱調中心電圧VCの二次推定曲線係数[P2]は、以下の(45)式に従って算出できる。 According the theory of the least squares method, the secondary estimation curve factor of step-out center voltage V C [P 2] can be calculated according to the following equation (45).
ここで、二次推定曲線と時間軸との交点を脱調時点と仮定すると、以下の(46)式に示す方程式が成立する。 Here, assuming that the intersection of the secondary estimation curve and the time axis is the step-out point, the following equation (46) is established.
この(46)式に示す方程式を展開すると、以下の(47)式に示す方程式が得られる。つまり、二次推定曲線と時間軸の交点位置は、以下の(47)式に従って算出できる。 When the equation shown in the equation (46) is developed, the equation shown in the following equation (47) is obtained. That is, the position of the intersection between the secondary estimation curve and the time axis can be calculated according to the following equation (47).
最終的に、脱調推定時間TESTは、以下の(48)式に従って算出される。ここで、TNOWは現時点の時間である。 Finally, the step-out estimated time T EST is calculated according to the following equation (48). Here, T NOW is the current time.
図6の脱調予測装置100の二次推定曲線係数算出部106は、上述の(44)式に従って、二次推定曲線係数[P2]を算出し、脱調推定時間算出部107は、その算出された二次推定曲線係数[P2]を用いて、上述の(47)式および(48)式に従って、脱調推定時間TESTを算出する。脱調推定時間TESTの算出例については、図19を参照しつつ後述する。
[I.処理手順]
次に、図6に示す脱調予測装置100により実行される脱調予測の処理手順について説明する。図7は、本発明の実施の形態に従う脱調予測の処理手順を示すフローチャートである。図7に示す各ステップは、典型的には、図6に示す構成において実行される。
The secondary estimation curve
[I. Processing procedure]
Next, a step-out prediction processing procedure executed by the step-out
図7を参照して、電圧電流瞬時値データ入力部101は、電力系統に設けられた計器用変圧器(PT)からの母線電圧瞬時値を読出すともに、電力系統に設けられた計器用変流器(CT)からの送電線電流瞬時値を読出す(ステップS1)。なお、読出されたそれぞれの瞬時値のデータは、記憶部111に格納される。
Referring to FIG. 7, voltage / current instantaneous value
続いて、脱調中心電圧算出部102は、ゲージサンプリング周波数により、電圧群および電流群の瞬時値データをそれぞれ蓄積し、脱調中心電圧を算出する(ステップS2)。脱調中心電圧を算出する処理の詳細については、後述する。算出される脱調中心電圧は、順次蓄積されて、その後の推定処理に利用される。
Subsequently, the step-out center
続いて、フェイルセーフ条件算出部103は、有効電力と無効電力との比例係数を算出する(ステップS3)。算出される比例係数は、順次蓄積されて、その後の処理において、フェイルセーフ条件として利用される。具体的には、電力系統を流れる有効電力と無効電力との比例係数が連続的に減少している期間に限って、脱調推定時間(余裕時間)が算出される。
Subsequently, the fail safe
続いて、一次推定曲線係数算出部104は、脱調中心電圧の一次推定曲線係数を算出する(ステップS4)。より具体的には、一次推定曲線係数算出部104は、上述の(37)式に従って、脱調中心電圧VCの一次推定曲線係数P11を算出する。
Subsequently, the primary estimation curve
続いて、脱調可能性判断部105は、算出された一次推定曲線係数P11の符号に基づいて、脱調の可能性の有無を判断する。より具体的には、脱調可能性判断部105は、一次推定曲線係数P11がゼロ以下であるか否かを判断する(ステップS5)。
Subsequently, the step-out
一次推定曲線係数P11がゼロより大きい場合(ステップS5においてNOの場合)には、脱調には向かっていないと判断されて、処理はステップS1へ戻る。 The primary estimated curve coefficient P 11 is the greater than zero (NO in step S5), and is determined not toward the out-, the process returns to the step S1.
これに対して、一次推定曲線係数P11がゼロ以下である場合(ステップS5においてYESの場合)には、脱調に向かっていると判断された、ステップS6以降の処理が実行される。すなわち、二次推定曲線係数算出部106は、典型的には、最小二乗法を用いて、脱調中心電圧VCの二次推定曲線係数[P2]を算出する(ステップS6)。
On the contrary, if the primary estimation curve coefficient P 11 is less than or equal to zero (YES in step S5), it was judged to be toward the out-of, the step S6 and subsequent steps are executed. That is, the secondary estimation curve
続いて、脱調推定時間算出部107は、算出された二次推定曲線[P2]を用いて、脱調推定時間を算出する(ステップS7)。より具体的には、脱調推定時間算出部107は、上述の(47)式および(48)式に従って、脱調推定時間TESTを算出する。
Subsequently, the step-out estimated
続いて、演算情報送信部108は、電力系統内の遮断器の協調動作を実現するために、推定結果を含む演算情報を出力する(ステップS8)。例えば、図6に示すような送電線ABおよび送電線BCを含む電力系統において、A母線およびB母線のそれぞれに脱調予測装置が配置されているとする。このような電力系統において、脱調中心(故障発生点)が送電線BCにあるとした場合には、A母線に配置された脱調予測装置が算出する脱調推定時間は、B母線に配置された脱調予測装置が算出する脱調推定時間より長くなる。この場合には、A母線に配置された脱調予測装置からのトリップ指令をブロックし、A母線に配置された脱調予測装置に接続された遮断器のみをトリップさせる。このような協調動作を行なわせることで、故障による影響の波及範囲をより限定することができる。
Subsequently, the calculation
続いて、制御信号送信部109は、制御信号を出力する(ステップS9)。より具体的には、制御信号送信部109は、脱調に至るような故障が監視対象の送電線に発生していると判断されたような場合に、トリップ指令を対象の遮断器へ送信する。制御信号送信部109は、以下の(49)式に示すように、脱調推定時間と設定値とを比較し、この(49)式が満たされる場合に、脱調に至るような故障が監視対象の送電線に発生していると判断し、自端送電線の遮断器へトリップ指令を送信する。
Subsequently, the control
最後に、脱調予測装置100は、処理の終了が指示されたか否かを判定し(ステップS10)、処理の終了が指示されていない場合(ステップS10においてNOの場合)には、処理はステップS1へ戻る。一方、処理の終了が指示された場合(ステップS10においてYESの場合)には、処理は終了する。
Finally, the step-out
次に、上述のステップS2における脱調中心電圧の算出処理の具体的な手順について説明する。 Next, a specific procedure of the step-out center voltage calculation process in step S2 will be described.
図8は、図7のステップS2に示す脱調中心電圧の算出処理の処理手順を示すフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart showing a processing procedure of the step-out center voltage calculation processing shown in step S2 of FIG.
まず、脱調中心電圧算出部102は、記憶部111に格納されている電圧瞬時値および電流瞬時値の群(データ収集サンプリング周期T1で収集)から、電圧瞬時値および電流瞬時値をゲージサンプリング周期Tで読み出すことで、ゲージ差分電圧群、ゲージ差分電流群、およびゲージ差分電力群を生成する(ステップS200)。
First, out-of-step center
続いて、脱調中心電圧算出部102は、ゲージ差分電圧群の対称性が破れているか否かを判断する(ステップS201)。つまり、脱調中心電圧算出部102は、測定された電気量が適切な交流であるか否かを判定する。対称性破れを判定する一つの目的として、電力系統に含まれる高調波成分を低減することが挙げられる。
Subsequently, the step-out center
より具体的には、以下の(50)式を用いて、脱調中心電圧算出部102は、対称性破れの有無を判定する。ここで、v21,v22,v23は差分電圧瞬時値である。
More specifically, the step-out center
上述の(50)式が満足される場合、ゲージ差分電圧群の対称性が破れていると判断できる。つまり、ゲージ差分電圧群の対称性が破れていると判断された場合(ステップS201においてYESの場合)には、ステップS202の処理が実行され、ゲージ差分電圧群の対称性が破れていないと判断された場合(ステップS201においてNOの場合)には、ステップS203の処理が実行される。 When the above equation (50) is satisfied, it can be determined that the symmetry of the gauge differential voltage group is broken. That is, when it is determined that the symmetry of the gauge differential voltage group is broken (in the case of YES in step S201), the process of step S202 is executed, and it is determined that the symmetry of the gauge differential voltage group is not broken. If so (NO in step S201), the process of step S203 is executed.
ステップS202において、脱調中心電圧算出部102は、対称性が破れていると判断されたことから、周波数係数を算出することなく、前回測定値をラッチする。そして、処理は、ステップS204へ進む。
In step S202, the step-out center
ステップS203において、脱調中心電圧算出部102は、周波数係数fCを算出する。脱調中心電圧算出部102は、上述の(13)式に従って、ゲージ差分電圧群の不変量である周波数係数fCを算出する。そして、処理は、ステップS204へ進む.
ステップS204において、脱調中心電圧算出部102は、周波数係数fCに対して移動平均処理を実行する。具体的には、脱調中心電圧算出部102は、以下の(51)式に従って、周波数係数fCに対する移動平均処理を実行する。(51)式中のMは、データ収集サンプリング点の点数(移動平均長さ)であり、以下の(52)式に示す関係式が成立する。ここで、f1はデータ収集サンプリング周波数であり、T1はデータ収集サンプリング周期であり、TAVGは移動平均処理時間である。
In step S203, the step-out center
In step S204, the out-of-step center
次に、脱調中心電圧算出部102は、ゲージ差分電流群の対称性が破れているか否かを判断する(ステップS205)。つまり、脱調中心電圧算出部102は、測定された電気量が適切な交流であるか否かを判定する。対称性破れを判定する一つの目的として、電力系統に含まれる高調波成分を低減することが挙げられる。
Next, the step-out center
より具体的には、以下の(53)式を用いて、脱調中心電圧算出部102は、対称性破れの有無を判定する。ここで、i21,i22,i23は差分電流瞬時値である。
More specifically, the step-out center
上述の(53)式が満足される場合、ゲージ差分電流群の対称性が破れていると判断できる。つまり、ゲージ差分電流群の対称性が破れていると判断された場合(ステップS205においてYESの場合)には、ステップS206の処理が実行され、ゲージ差分電流群の対称性が破れていないと判断された場合(ステップS205においてNOの場合)には、ステップS207の処理が実行される。 When the above equation (53) is satisfied, it can be determined that the symmetry of the gauge differential current group is broken. That is, when it is determined that the symmetry of the gauge differential current group is broken (in the case of YES in step S205), the process of step S206 is executed, and it is determined that the symmetry of the gauge differential current group is not broken. If so (NO in step S205), the process of step S207 is executed.
ステップS206において、脱調中心電圧算出部102は、対称性が破れていると判断されたことから、ゲージ差分電流を算出することなく、前回測定値をラッチする。そして、処理は、ステップS207へ進む。
In step S206, the step-out center
ステップS207において、脱調中心電圧算出部102は、ゲージ差分電流を算出する。脱調中心電圧算出部102は、上述の(16)式に従って、ゲージ差分電流群の不変量であるゲージ差分電流Igdを算出する。そして、処理は、ステップS207へ進む.
ステップS207において、脱調中心電圧算出部102は、ゲージ差分電流Igdに対して移動平均処理を実行する。具体的には、脱調中心電圧算出部102は、以下の(54)式に従って、ゲージ差分電流Igdに対する移動平均処理を実行する。ここで、Mはデータ収集サンプリング点の点数(移動平均長さ)である。
In step S207, the step-out center
In step S207, the step-out center
次に、脱調中心電圧算出部102は、ゲージ差分電力群の対称性が破れているか否かを判断する(ステップS209)。つまり、脱調中心電圧算出部102は、測定された電気量が適切な交流であるか否かを判定する。対称性破れを判定する一つの目的として、電力系統に含まれる高調波成分を低減することが挙げられる。
Next, the step-out center
より具体的には、以下の(55)式を用いて、脱調中心電圧算出部102は、対称性破れの有無を判定する。ここで、v21,v22,v23は差分電圧瞬時値であり、i21,i22,i23は差分電流瞬時値である。
More specifically, the step-out center
上述の(55)式が満足される場合、ゲージ差分電力群の対称性が破れていると判断できる。つまり、ゲージ差分電力群の対称性が破れていると判断された場合(ステップS209においてYESの場合)には、ステップS210の処理が実行され、ゲージ差分電力群の対称性が破れていないと判断された場合(ステップS209においてNOの場合)には、ステップS211の処理が実行される。 When the above equation (55) is satisfied, it can be determined that the symmetry of the gauge differential power group is broken. That is, when it is determined that the symmetry of the gauge differential power group is broken (in the case of YES in step S209), the process of step S210 is executed, and it is determined that the symmetry of the gauge differential power group is not broken. If so (NO in step S209), the process of step S211 is executed.
ステップS210において、脱調中心電圧算出部102は、対称性が破れていると判断されたことから、ゲージ差分有効電力を算出することなく、前回測定値をラッチする。そして、処理は、ステップS211へ進む。
In step S210, the step-out center
ステップS211において、脱調中心電圧算出部102は、ゲージ差分有効電力Pgdを算出する。脱調中心電圧算出部102は、上述の(22)式に従って、ゲージ差分電力群の不変量であるゲージ差分有効電力Pgdを算出する。そして、処理は、ステップS211へ進む.
ステップS211において、脱調中心電圧算出部102は、ゲージ差分有効電力Pgdに対して移動平均処理を実行する。具体的には、脱調中心電圧算出部102は、以下の(56)式に従って、ゲージ差分有効電力Pgdに対する移動平均処理を実行する。ここで、Mはデータ収集サンプリング点の点数(移動平均長さ)である。
In step S211, the step-out center
In step S211, the step-out center
最終的に、脱調中心電圧算出部102は、上述の移動平均処理によって得られた、ゲージ差分電流Igdおよびゲージ差分有効電力Pgdを用いて、上述の(27)式に従って、脱調中心電圧VCを算出する(ステップS212)。そして、処理は、図7に示されるメインフローへ戻る。
[J.シミュレーション結果]
本願発明者は、シミュレーションを用いて、本実施の形態に従う脱調予測のアルゴリズムによる推定精度を検証した。このシミュレーション結果について、以下説明する。
Finally, the step-out center
[J. simulation result]
The inventor of the present application verified the estimation accuracy by the step-out prediction algorithm according to the present embodiment using simulation. The simulation result will be described below.
図9は、シミュレーションに用いたモデル系統を説明するための模式図である。図9に示すモデル系統は、「電気学会EAST10機モデル」である。電気学会EAST10機モデルは、10台の発電機、ならびに、複数の変圧器および送電線により構成されるシミュレーションテストモデル系統である。
FIG. 9 is a schematic diagram for explaining a model system used in the simulation. The model system shown in FIG. 9 is “The Institute of Electrical Engineers of
送電線<11>は、2回線六相で並列運用している送電線である。送電線<11>両端の母線は(11)および(21)である。本シミュレーションにおいては、本系統の母線ノード(11)に、本実施の形態に従う脱調予測装置を配置した。そして、送電線<11>の中間点に1回線の三相地絡故障が発生し、その故障が80ms継続した後、並列運用している送電線<11>の1回線三相がトリップするというシナリオの下、シミュレーションを行なった。本シミュレーションの前提条件は、以下の通りである。 The power transmission line <11> is a power transmission line operated in parallel with two lines and six phases. The buses at both ends of the power transmission line <11> are (11) and (21). In this simulation, the step-out prediction apparatus according to the present embodiment is arranged at the bus node (11) of this system. Then, a one-phase three-phase ground fault occurs at an intermediate point of the transmission line <11>, and after the failure continues for 80 ms, one-line three-phase of the transmission line <11> operating in parallel trips. Simulation was performed under the scenario. The prerequisites for this simulation are as follows.
・電力系統定格周波数:50Hz
・データ収集サンプリング周波数f1:1200Hz
・ゲージサンプリング周波数fS:200Hz
・周波数係数の算出における移動平均長さ:80ms
・各種電流の算出における移動平均長さ:20ms
・有効電力/無効電力の算出における移動平均長さ:20ms
・脱調予測計算データの長さ:80ms
・故障継続時間:80ms
以下、本シミュレーションによって得られたシミュレーション結果を図10〜図19に示す。
(j1.発電機の内部位相角)
図10は、シミュレーションによって得られた発電機G1の内部位相角の時間的変化を示す図である。図10を参照して、発電機G1は、故障が発生するまでは安定して運転されていたが、故障発生後においては、内部位相角が時間とともに増加し、脱調していくことが分かる。
(j2.母線電圧瞬時値)
図11は、シミュレーションによって得られた母線電圧瞬時値の時間的変化を示す図である。説明の便宜上、図11には、A相電圧の時間波形のみを表示している。故障が発生するまでは安定的な値が測定されていたが、故障の影響で、電圧の振幅および周波数が変化していることが分かる。
(j3.送電線電流)
図12は、シミュレーションによって得られた送電線電流の時間的変化を示す図である。説明の便宜上、図12には、2回線送電線のうち1回線送電線のA相電流の時間波形のみを表示している。故障が発生するまでは安定的な値が測定されていることが分かる。故障発生後においては、故障除去に伴って1回線三相がトリップしたため、残りの回線における送電線電流が増大していることが分かる。また、故障の影響で、電流の振幅および周波数が変化していることが分かる。
(j4.周波数係数)
図13は、シミュレーションによって得られた周波数係数の時間的変化を示す図である。故障発生前における周波数係数fCは、以下の(57)式に従って算出される。
・ Power system rated frequency: 50 Hz
Data collection sampling frequency f 1 : 1200 Hz
・ Gauge sampling frequency f S : 200Hz
-Moving average length in frequency coefficient calculation: 80 ms
-Moving average length for calculation of various currents: 20 ms
-Moving average length in calculation of active power / reactive power: 20 ms
-Length of step-out prediction calculation data: 80 ms
・ Failure duration: 80 ms
The simulation results obtained by this simulation are shown in FIGS.
(J1. Internal phase angle of generator)
FIG. 10 is a diagram showing temporal changes in the internal phase angle of the generator G1 obtained by simulation. Referring to FIG. 10, generator G1 was stably operated until a failure occurred, but it can be seen that the internal phase angle increases with time after the failure occurs and steps out. .
(J2. Bus voltage instantaneous value)
FIG. 11 is a diagram showing a temporal change in the bus voltage instantaneous value obtained by the simulation. For convenience of explanation, FIG. 11 shows only the time waveform of the A-phase voltage. Although a stable value was measured until the failure occurred, it can be seen that the amplitude and frequency of the voltage change due to the influence of the failure.
(J3. Transmission line current)
FIG. 12 is a diagram illustrating temporal changes in the transmission line current obtained by simulation. For convenience of explanation, FIG. 12 shows only the time waveform of the A-phase current of one line transmission line out of two line transmission lines. It can be seen that a stable value is measured until a failure occurs. After the occurrence of the failure, it can be seen that the transmission line current in the remaining lines is increased because one line and three phases have tripped along with the removal of the trouble. It can also be seen that the amplitude and frequency of the current change due to the influence of the failure.
(J4. Frequency coefficient)
FIG. 13 is a diagram illustrating temporal changes in frequency coefficients obtained by simulation. The frequency coefficient f C before the occurrence of the failure is calculated according to the following equation (57).
上述の(57)式で算出される周波数係数fCを対応する回転位相角αは90度である。図13を参照して、故障が発生するまでは安定な値が測定されていることが分かる。故障発生後においては、故障除去の前後を除いて、周波数係数fCは概ね時間とともに減少していることが分かる。これは、回転位相角αが90度を越えて連続的に拡大していくこと、つまり電力系統周波数が増大していくことを意味している。なお、基本波周波数の変動は比較的小さいと想定し、移動平均時間を80msとしている。
(j5.電力系統周波数)
図14は、シミュレーションによって得られた電力系統周波数の時間的変化を示す図である。本実施の形態に従う脱調予測のアルゴリズムでは、脱調予測に電力系統周波数を必要としないが、上述の電力系統周波数に関する推測を検証するため、電力系統周波数の時間波形を図14に示す。図14を参照して、故障が発生するまでは安定的な値が測定されていることが分かる。故障発生後においては、電力系統周波数が増大していくことが分かる。
(j6.ゲージ差分電流)
図15は、シミュレーションによって得られたゲージ差分電流の時間的変化を示す図である。本実施の形態に従う脱調予測のアルゴリズムでは必要としないが、参考のため、送電線電流の電流振幅の時間的変化を併せて示す。図15を参照して、故障が発生するまでは安定的な値が測定されていることが分かる。故障発生後においては、ゲージ差分電流に動揺が生じていることが分かる。なお、電流の変化は比較的高速であると想定し、ゲージ差分電流の算出過程における移動平均時間を20msとしている。
(j7.ゲージ差分有効電力)
図16は、シミュレーションによって得られたゲージ差分有効電力の時間的変化を示す図である。本実施の形態に従う脱調予測のアルゴリズムでは必要としないが、参考のため、送電線の有効電力の時間的変化を併せて示す。図16を参照して、故障が発生するまでは安定的な値が測定されていることが分かる。故障発生後においては、ゲージ差分有効電力に動揺していることが分かる。なお、電力の変化は比較的高速であると想定し、ゲージ差分有効電力の算出過程における移動平均時間を20msとしている。
(j8.ゲージ差分無効電力)
図17は、シミュレーションによって得られたゲージ差分無効電力の時間的変化を示す図である。本実施の形態に従う脱調予測のアルゴリズムでは必要としないが、参考のため、送電線の無効電力の時間的変化を併せて示す。図17を参照して、故障が発生するまでは安定的な値が測定されていることが分かる。故障発生後においては、ゲージ差分無効電力に動揺していることが分かる。但し、計算上、ゲージ差分無効電力と送電線の無効電力との間では、符号が反転することになる。なお、電力の変化は比較的高速であると想定し、ゲージ差分無効電力の算出過程における移動平均時間を20msとしている。
(j9.有効電力と無効電力との比例係数)
図18は、シミュレーションによって得られた有効電力と無効電力との比例係数の時間的変化を示す図である。図18を参照して、電力系統における脱調の進行とともに、有効電力と無効電力との比例係数は、時間とともに小さくなる。上述したように、本実施の形態においては、この有効電力と無効電力との比例係数をフェイルセーフ条件としている。
(j10.脱調中心電圧および推定曲線)
図19は、シミュレーションによって得られた脱調中心電圧および推定曲線の算出結果の時間的変化を示す図である。図19には、一例として、故障発生から0.3383s経過時点における、一次推定曲線、二次推定曲線、および二次推定曲線と時間軸の交点(推定脱調点)を示す。
The rotational phase angle α corresponding to the frequency coefficient f C calculated by the above equation (57) is 90 degrees. Referring to FIG. 13, it can be seen that a stable value is measured until a failure occurs. It can be seen that after the failure occurs, the frequency coefficient f C generally decreases with time, except before and after failure removal. This means that the rotational phase angle α continuously increases beyond 90 degrees, that is, the power system frequency increases. It is assumed that the fluctuation of the fundamental frequency is relatively small, and the moving average time is 80 ms.
(J5. Power system frequency)
FIG. 14 is a diagram illustrating temporal changes in the power system frequency obtained by simulation. In the out-of-step prediction algorithm according to the present embodiment, the power system frequency is not required for out-of-step prediction, but the time waveform of the power system frequency is shown in FIG. Referring to FIG. 14, it can be seen that a stable value is measured until a failure occurs. It can be seen that the frequency of the power system increases after the failure occurs.
(J6. Gauge differential current)
FIG. 15 is a diagram illustrating a temporal change in the gauge differential current obtained by the simulation. Although not required in the step-out prediction algorithm according to the present embodiment, the temporal change in the current amplitude of the transmission line current is also shown for reference. Referring to FIG. 15, it can be seen that a stable value is measured until a failure occurs. It can be seen that the gauge differential current is fluctuated after the failure occurs. It is assumed that the current change is relatively fast, and the moving average time in the process of calculating the gauge differential current is 20 ms.
(J7. Gauge differential active power)
FIG. 16 is a diagram illustrating a temporal change in gauge differential active power obtained by simulation. Although not required in the step-out prediction algorithm according to the present embodiment, the temporal change of the active power of the transmission line is also shown for reference. Referring to FIG. 16, it can be seen that a stable value is measured until a failure occurs. It can be seen that the gauge differential active power is shaken after the failure occurs. It is assumed that the power change is relatively fast, and the moving average time in the process of calculating the gauge differential effective power is 20 ms.
(J8. Gauge differential reactive power)
FIG. 17 is a diagram illustrating a temporal change in gauge differential reactive power obtained by simulation. Although not required in the step-out prediction algorithm according to the present embodiment, the temporal change of the reactive power of the transmission line is also shown for reference. Referring to FIG. 17, it can be seen that a stable value is measured until a failure occurs. It can be seen that the gauge differential reactive power is upset after the failure occurs. However, in calculation, the sign is inverted between the gauge differential reactive power and the reactive power of the transmission line. It is assumed that the power change is relatively fast, and the moving average time in the process of calculating the gauge differential reactive power is 20 ms.
(J9. Proportional coefficient between active power and reactive power)
FIG. 18 is a diagram illustrating temporal changes in the proportionality coefficient between active power and reactive power obtained by simulation. Referring to FIG. 18, as the step-out progresses in the power system, the proportional coefficient between active power and reactive power decreases with time. As described above, in the present embodiment, the proportional coefficient between the active power and the reactive power is set as the fail safe condition.
(J10. Step-out center voltage and estimated curve)
FIG. 19 is a diagram illustrating temporal changes in the step-out center voltage and the calculation result of the estimated curve obtained by the simulation. FIG. 19 shows, as an example, the primary estimation curve, the secondary estimation curve, and the intersection of the secondary estimation curve and the time axis (estimated step-out point) when 0.3383 s has elapsed since the occurrence of the failure.
図19に示すように、ある時点において、一次推定曲線が下向き(つまり、一次推定曲線係数が負値)であると、脱調が進行していると判断される。また、この時点において、二次推定曲線と時間軸との交点(推定脱調点)は、故障発生から0.7208s経過時点であり、脱調推定時間は、0.3825s(=0.7208s−0.3383s)と算出される。
(j11.脱調推定時間)
図20は、シミュレーションによって得られた脱調推定時間の算出結果の時間的変化を示す図である。図20を参照して、本シミュレーション例においては、故障発生から0.2508s経過時点で、脱調推定時間の算出が可能になる。
As shown in FIG. 19, at a certain point in time, if the primary estimation curve is downward (that is, the primary estimation curve coefficient is negative), it is determined that the step-out is progressing. At this time, the intersection (estimated step-out point) between the secondary estimation curve and the time axis is the point when 0.7208 s has elapsed from the occurrence of the failure, and the step-out estimated time is 0.3825 s (= 0.7208 s− 0.3383 s).
(J11. Step-out estimated time)
FIG. 20 is a diagram illustrating a temporal change in the calculation result of the step-out estimation time obtained by the simulation. Referring to FIG. 20, in this simulation example, the estimated step-out time can be calculated when 0.2508 s has elapsed since the occurrence of the failure.
上述の図10に示す発電機の内部位相角の時間的変化によれば、故障発生から0.2508s経過時点において、発電機G1の内部位相角は未だ小さい値を維持している。そのため、有効電力の時間的変化を積分することで発電機の内部位相角を算出し、脱調判定を行なうという一般的な手法では、このような早期のタイミングで脱調の有無を判断することはできない。つまり、本実施の形態に従う脱調予測のアルゴリズムによれば、故障発生直後の早いタイミングで、脱調の可能性を判断することができる。そして、脱調する可能性が高いと判断されると、必要な対処を予め指示することもできるようになる。 According to the temporal change of the internal phase angle of the generator shown in FIG. 10 described above, the internal phase angle of the generator G1 still maintains a small value when 0.2508 s has elapsed since the occurrence of the failure. Therefore, in the general method of calculating the internal phase angle of the generator by integrating the temporal change of the active power and performing the step-out determination, it is determined whether there is a step-out at such an early timing. I can't. That is, according to the step-out prediction algorithm according to the present embodiment, the possibility of step-out can be determined at an early timing immediately after the occurrence of a failure. When it is determined that there is a high possibility of stepping out, it becomes possible to instruct necessary measures in advance.
なお、本実施の形態に従う脱調予測装置が複数回の連続する脱調にも対応できることを説明する。例えば、何らかの理由(送電線の遮断器が作動しなかった場合など)で、二回目の脱調が発生した場合には、上述の算出式を用いて二回目の脱調推定時間を算出し、より遠方の系統連絡線を遮断することで、連鎖的な送電線トリップにより大停電を防ぐことができる。
[K.その他の実施形態]
上述の実施の形態として例示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能である。
In addition, it demonstrates that the step-out prediction apparatus according to the present embodiment can cope with a plurality of continuous step-outs. For example, if the second step out occurs for some reason (such as when the circuit breaker of the power transmission line did not work), calculate the second step out estimated time using the above formula, By shutting off the distant grid connection line, a major power outage can be prevented by a chained power line trip.
[K. Other Embodiments]
The configuration illustrated as the above-described embodiment is an example of the configuration of the present invention, and can be combined with another known technique, and a part of the configuration is omitted without departing from the gist of the present invention. It is also possible to change the configuration.
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、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。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
100 脱調予測装置、101 電圧電流瞬時値データ入力部、102 脱調中心電圧算出部、103 フェイルセーフ条件算出部、104 一次推定曲線係数算出部、105 脱調可能性判断部、106 二次推定曲線係数算出部、107 脱調推定時間算出部、
108 演算情報送信部、109 制御信号送信部、110 インターフェース、111 記憶部。
DESCRIPTION OF
108 calculation information transmission unit, 109 control signal transmission unit, 110 interface, 111 storage unit.
Claims (6)
前記取得手段により取得された電圧瞬時値データから、前記第1のサンプリング周波数よりも小さくかつ前記電力系統の周波数以上である第2のサンプリング周波数で、抽出した時系列に連続する4点の電圧瞬時値データについて、時系列に隣接する2点間のそれぞれの差分に相当する3つの差分電圧瞬時値データを取得するとともに、前記取得手段により取得された電流瞬時値データから、前記第2のサンプリング周波数で、抽出した時系列に連続する4点の電流瞬時値データについて、時系列に隣接する2点間のそれぞれの差分に相当する3つの差分電流瞬時値データを取得する差分値取得手段と、
前記3つの差分電流瞬時値データに基づいて第1のゲージ値を算出するとともに、前記3つの差分電圧瞬時値データおよび前記3つの差分電流瞬時値データに基づいて、前記3つの差分電圧瞬時値データおよび前記3つの差分電流瞬時値データに対応する有効電力を示す第2のゲージ値を算出するとともに、前記3つの差分電圧瞬時値データおよび前記3つの差分電流瞬時値データに基づいて、前記3つの差分電圧瞬時値データおよび前記3つの差分電流瞬時値データに対応する無効電力を示す第3のゲージ値を算出する第1の算出手段と、
前記第1のゲージ値および前記第2のゲージ値に基づいて、前記電力系統の異なる2点間の位相差の大きさを示す系統状態値を算出する第2の算出手段と、
前記系統状態値の時間的変化に基づいて、前記電力系統を流れる有効電力と無効電力との比例係数が連続的に減少しているという条件の下、前記電力系統における脱調の発生を予測する、予測手段とを備える、脱調予測装置。 Acquisition means for acquiring voltage instantaneous value data and current instantaneous value data by sampling at a first sampling frequency from a target power system;
From the voltage instantaneous value data acquired by the acquisition means, four voltage instantaneous voltage points that are extracted in time series are extracted at a second sampling frequency that is smaller than the first sampling frequency and equal to or higher than the frequency of the power system. For the value data, three differential voltage instantaneous value data corresponding to respective differences between two points adjacent in time series are acquired, and the second sampling frequency is obtained from the current instantaneous value data acquired by the acquiring means. Then, difference value acquisition means for acquiring three differential current instantaneous value data corresponding to respective differences between two points adjacent to the time series for the extracted current instantaneous value data of four points continuous in the time series,
The first gauge value is calculated based on the three differential current instantaneous value data, and the three differential voltage instantaneous value data is calculated based on the three differential voltage instantaneous value data and the three differential current instantaneous value data. And calculating a second gauge value indicating active power corresponding to the three differential current instantaneous value data, and based on the three differential voltage instantaneous value data and the three differential current instantaneous value data, First calculation means for calculating a third gauge value indicating reactive power corresponding to the differential voltage instantaneous value data and the three differential current instantaneous value data ;
Second calculation means for calculating a system state value indicating a magnitude of a phase difference between two different points of the power system based on the first gauge value and the second gauge value ;
Based on the temporal change of the system state value, the occurrence of a step-out in the power system is predicted under the condition that the proportionality coefficient between the active power and the reactive power flowing through the power system continuously decreases. A step-out prediction apparatus comprising a prediction means.
所定期間に亘る前記系統状態値の時間的変化を一次の時間関数として推定した一次推定曲線を算出する手段と、
前記一次推定曲線の係数の符号に基づいて、前記電力系統における脱調の可能性の有無を判断する手段とを含む、請求項1に記載の脱調予測装置。 The prediction means includes
Means for calculating a primary estimation curve obtained by estimating a temporal change of the system state value over a predetermined period as a primary time function;
The step-out prediction apparatus according to claim 1 , further comprising: means for determining whether or not there is a possibility of step-out in the power system based on a sign of a coefficient of the primary estimation curve.
所定期間に亘る前記系統状態値の時間的変化を二次の時間関数として推定した二次推定曲線を算出する手段と、
前記二次推定曲線の時間的変化に基づいて、脱調に至るまでの余裕時間を算出する手段とを含む、請求項2に記載の脱調予測装置。 The prediction means includes
Means for calculating a secondary estimation curve obtained by estimating a temporal change of the system state value over a predetermined period as a secondary time function;
The step-out prediction apparatus according to claim 2 , further comprising: means for calculating a margin time until step-out based on a temporal change of the secondary estimation curve.
前記記憶手段に格納された電圧瞬時値データから、前記第1のサンプリング周波数よりも小さくかつ前記電力系統の周波数以上である第2のサンプリング周波数で、抽出した時系列に連続する4点の電圧瞬時値データについて、時系列に隣接する2点間のそれぞれの差分に相当する3つの差分電圧瞬時値データを取得するとともに、前記記憶手段に格納された電流瞬時値データから、前記第2のサンプリング周波数で、抽出した時系列に連続する4点の電流瞬時値データについて、時系列に隣接する2点間のそれぞれの差分に相当する3つの差分電流瞬時値データを取得するステップと、
前記3つの差分電流瞬時値データに基づいて第1のゲージ値を算出するステップと、
前記3つの差分電圧瞬時値データおよび前記3つの差分電流瞬時値データに基づいて、前記3つの差分電圧瞬時値データおよび前記3つの差分電流瞬時値データに対応する有効電力を示す第2のゲージ値を算出するステップと、
前記3つの差分電圧瞬時値データおよび前記3つの差分電流瞬時値データに基づいて、前記3つの差分電圧瞬時値データおよび前記3つの差分電流瞬時値データに対応する無効電力を示す第3のゲージ値を算出するステップと、
前記第1のゲージ値および前記第2のゲージ値に基づいて、前記電力系統の異なる2点間の位相差の大きさを示す系統状態値を算出するステップと、
前記系統状態値の時間的変化に基づいて、前記電力系統を流れる有効電力と無効電力との比例係数が連続的に減少しているという条件の下、前記電力系統における脱調の発生を予測するステップとを含む、脱調予測方法。 Acquiring voltage instantaneous value data and current instantaneous value data by sampling at a first sampling frequency from a target power system, and storing the data in storage means;
From the voltage instantaneous value data stored in the storage means, four voltage instants that are consecutive in time series extracted at a second sampling frequency that is smaller than the first sampling frequency and equal to or higher than the frequency of the power system. As to the value data, three differential voltage instantaneous value data corresponding to respective differences between two points adjacent in time series are obtained, and the second sampling frequency is obtained from the current instantaneous value data stored in the storage means. And obtaining three differential current instantaneous value data corresponding to respective differences between two points adjacent to the time series for the extracted four current instantaneous value data continuous in the time series;
Calculating a first gauge value based on the three differential current instantaneous value data ;
Based on the previous SL three differential voltage instantaneous value data and the three differential current instantaneous value data, a second gauge that indicates the effective power corresponding to the three differential voltage instantaneous value data and the three differential current instantaneous value data Calculating a value;
A third gauge value indicating reactive power corresponding to the three differential voltage instantaneous value data and the three differential current instantaneous value data based on the three differential voltage instantaneous value data and the three differential current instantaneous value data Calculating steps,
Calculating a system state value indicating a magnitude of a phase difference between two different points of the power system based on the first gauge value and the second gauge value ;
Based on the temporal change of the system state value, the occurrence of a step-out in the power system is predicted under the condition that the proportionality coefficient between the active power and the reactive power flowing through the power system continuously decreases. And a step- out prediction method.
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