JP6305256B2 - 電力系統安定化システムおよび電力系統安定化方法 - Google Patents
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Description
図1は、本実施の形態に係る電力系統安定化システムを適用可能な広域連系された電力系統の一例を示す模式図である。図1を参照して、広域に亘って電力系統が連系している構成を想定する。図1には、典型例として、3つの電力系統2_1,2_2,2_3が広域連系している構成を示す。電力系統2_1,2_2,2_3は、それぞれ電力供給エリアA,B,Cをカバーする。電力系統2_1と電力系統2_2との間は、基幹系統である送電線3_1で連絡されており、電力系統2_1と電力系統2_3との間は、基幹系統である送電線3_2で連絡されている。
本実施の形態に係る電力系統安定化システムは、電力系統に故障が発生すると、故障の状況に応じて制御対象の発電機からの出力を制御することで電力系統を安定化させる。
次に、典型的な電力系統安定化制御の動作について説明する。系統計算装置100は、事前演算によって、予め想定される故障(すなわち、制御対象となる故障)にそれぞれ対応する安定化制御量を定めたテーブルを生成し、系統安定化装置200へ最新の事前演算情報として一定周期毎に配信しておく。なお、系統計算装置100での事前演算情報の算出に係る電力系統内の情報の収集および詳細安定度計算については、任意の公知の方法を採用することができる。
図2に示すような電力系統安定化システム300では、系統計算装置100に複数の系統安定化装置200が接続されるとともに、系統安定化装置200同士でも電力系統内の情報を共有可能になっている。上述したように、系統安定化装置200は、故障発生時に計測されるオンライン情報に基づいて電力相差角曲線を推定して安定化制御量を算出するが、この安定化制御量の算出に用いられるオンライン情報は、システムの制約上、制御対象の電力系統内のものに限られる。つまり、他の電力系統(または、他の電力系統安定化システムの制御対象範囲)の電力系統内の情報をリアルタイムで収集することは難しい。
上述のような課題に対して、本実施の形態に係る電力系統安定化システム300は、複数の電力系統が連系している構成において、基幹系故障が発生したような場合に、制御対象の電力系統にある発電機だけではなく、隣接する電力系統にある発電機の動揺を考慮した上で、安定化制御を実行する。より具体的には、以下のような解決手段を採用する。
次に、系統計算装置100における修正量264の算出手順などについて説明する。
安定化制御に関して、系統安定化装置200は、故障発生を検出すると、取り込んだ発電機出力(または、発電機端の潮流計測値)を用いて、角速度偏差Δω(t)および位相角偏差Δδ(t)を算出する。典型的な実装においては、角速度偏差Δω(t)および位相角偏差Δδ(t)の算出は、故障発生から100ms程度で開始され、角速度偏差Δωおよび位相角偏差Δδの算出結果は、故障発生直後から時系列的に蓄積される。この発電機出力のサンプリングによる角速度偏差Δω(t)および位相角偏差Δδ(t)の算出が完了する時刻を「最終サンプリング時刻te」と称す。同時に、最終サンプリング時刻teは、系統安定化装置200による安定化制御が開始される時刻を意味することになる。後述するような安定度判別には、最終サンプリング時刻teでの角速度偏差Δω(te)および位相角偏差Δδ(te)が用いられるので、系統計算装置100は、これらの算出値を補正するためのΔω(修正量)およびΔδ(修正量)を予め算出する。
減速側発電機に関する修正量が加速側発電機に反映されることで、電力相差角曲線(P−Δδ曲線)のピーク値(振幅)も変化することになる。そのため、系統安定化装置200においてオンライン情報から算出される電力相差角曲線のピーク値(振幅)を補正するための修正係数k_hoseiが算出される。より具体的には、系統計算装置100は、以下の(6)式に従って修正係数k_hoseiを算出する。
系統計算装置100から系統安定化装置200へ配信される修正量264は、Δω(修正量)およびΔδ(修正量)、ならびに修正係数k_hoseiを含む。これらの修正量264は、想定される故障毎に算出される。系統安定化装置200においては、判断した故障種別(故障モード)に応じて、対応する修正量264が用いられる。なお、隣接する電力系統の発電機の影響を受けるのは、基本的には基幹系故障の場合であり、それ以外の故障種別(故障モード)においては修正を行なう必要がないため、修正量264をゼロとしてもよい。
次に、本実施の形態に係る電力系統安定化システム300で用いられる修正量264の算出手順などについて説明する。系統安定化装置200は、発生した故障種別(故障モード)の別に対応する修正量264を読み出して、以下のような反映処理を実行する。
系統安定化装置200は、推定した電力相差角曲線(P1sinΔδ+P2cosΔδ)に対して、以下の(7)式に従って修正係数k_hoseiを反映する。
系統安定化装置200は、以下の(8)式および(9)式に従って、実測データから演算したΔω(実測演算値)およびΔδ(実測演算値)に、事前演算によって算出された基幹系故障に対するΔω(修正量)およびΔδ(修正量)をそれぞれ加算する。
(h1:系統計算装置100のハードウェア構成)
図9は、本実施の形態に係る系統計算装置100のハードウェア構成例を示すブロック図である。図9には、典型例として、プロセッサがプログラムを実行することで系統計算装置100を実現する構成を示すが、その全部または一部を専用のハードワイヤード回路やロジック回路を用いて実装してもよい。
一方、系統安定化装置200については、比較的高い処理速度が要求されるので、例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)のようなハードウェア回路を用いて実現することができる。
次に、系統計算装置100で実行される安定化制御に係る処理手順について説明する。
次に、系統安定化装置200で実行される安定化制御に係る処理手順について説明する。
(a−1)基幹系故障に係る修正量の反映
まず、系統安定化装置200は、上述の(8)式および(9)式に従って、実測演算したΔω(実測演算値)およびΔδ(実測演算値)に、事前演算によって算出された基幹系故障に対するΔω(修正量)およびΔδ(修正量)をそれぞれ加算する(ステップS212)。
次に、系統安定化装置200は、上述の(7)式に示すように、ステップS208において推定した電力相差角曲線の係数P1,P2に、事前演算によって算出された修正係数k_hoseiを乗じることで、補正後の電力相差角曲線を算出する(ステップS214)。
次に、系統安定化装置200は、以下の(12)式および(13)式に従って、故障発生を検出してから一定時間(想定している安定度判別の実施時刻tsh)経過した時点での加速エネルギーVAを算出する(ステップS216)。なお、(12)式において、発電機出力PE(Δδ(t))については、電力相差角曲線から算出される。
次に、系統安定化装置200は、以下の(15)式に従って、不安定平衡点Δδuを算出し、算出した不安定平衡点Δδuを用いて、以下の(14)式に従って、減速エネルギーVDを算出する(ステップS218)。
最終的に、系統安定化装置200は、加速エネルギーVAと減速エネルギーVDとを比較し(ステップS220)、加速エネルギーVA<減速エネルギーVDであれば(ステップS220においてYESの場合)、故障除去後の電力系統が安定であると判別し、安定化制御(電制)を実行することなく、安定化制御を終了して定常状態へ復帰する(ステップS250)。これに対して、加速エネルギーVA≧減速エネルギーVDであれば(ステップS220においてNOの場合)、故障除去後の電力系統が不安定であると判別し、ステップS230以下の安定化制御(電制)を開始する。
本実施の形態によれば、基幹系故障などが発生した場合などには、制御対象とする発生した故障の近傍にある加速側発電機群(不安定な発電機群)だけではなく、事前に実行した安定度計算結果に基づいて、その隣接する電力系統(すなわち、電力系統安定化システム300の保護対象外の電力系統)にある発電機群からの影響も考慮して、系統安定化装置200による電力相差角曲線を推定することでより適切な安定度判別および必要制御量の算出が可能となる。これにより、より正確な安定度判別および必要制御量の算出を実現でき、幅広い系統状態において電力系統の安定化が可能となる。
上述の実施の形態においては、基本的には、制御対象および制御対象外の電力系統からの電力系統内情報をオンラインで収集し、詳細安定度計算を常時行なうような構成について例示した。このような構成を採用することで、時々刻々と変化する電力系統の状態に応じて、制御動作を常に最適化できる。
Claims (7)
- 電力系統に故障が発生すると、故障の状況に応じて制御対象の発電機からの出力を制御することで電力系統を安定化させる電力系統安定化システムであって、
前記制御対象の発電機および制御対象外の発電機の状態値を用いて安定度計算を行なうことで、想定される故障の各々についての制御パターンを決定するとともに、各故障において生じる前記制御対象および前記制御対象外の発電機の動揺による影響量を示す修正量を算出する事前演算手段と、
何らかの故障が発生すると、前記制御対象の発電機から計測される実計測値に基づいて、電力系統の過渡安定度を判別するためのモデルを生成するとともに、前記修正量を当該生成したモデルに反映した上で、前記制御パターンに従って制御を行なう事後演算手段とを備える、電力系統安定化システム。 - 前記事前演算手段は、想定される故障の各々について生じる電力動揺に基づいて、発電機を加速側発電機と減速側発電機とに区分するとともに、前記減速側発電機の挙動に応じて前記修正量を算出する、請求項1に記載の電力系統安定化システム。
- 前記修正量は、前記加速側発電機のみのモデルに換算した際に、前記減速側発電機の挙動が角速度偏差および位相角偏差に与える影響を示す値を含む、請求項2に記載の電力系統安定化システム。
- 前記事前演算手段は、何らかの故障が発生してから一定時間に亘る、角速度偏差および位相角偏差の時間的変化を算出するとともに、算出された時間的変化を積分することで、前記減速側発電機の挙動が角速度偏差および位相角偏差に与える影響を示す値を算出する、請求項3に記載の電力系統安定化システム。
- 前記修正量は、前記制御対象の発電機から計測される実計測値に基づいて推定される電力相差角曲線に対して、前記減速側発電機の挙動が与える影響を示す値を含む、請求項2〜4のいずれか1項に記載の電力系統安定化システム。
- 前記事前演算手段は、前記加速側発電機および前記減速側発電機による合計出力と、前記加速側発電機からの出力とに基づいて、前記減速側発電機の挙動が与える影響を示す値を算出する、請求項5に記載の電力系統安定化システム。
- 電力系統に故障が発生すると、故障の状況に応じて制御対象の発電機からの出力を制御することで電力系統を安定化させる電力系統安定化方法であって、
前記制御対象の発電機および制御対象外の発電機の状態値を用いて安定度計算を行なうことで、想定される故障の各々についての制御パターンを決定するとともに、各故障において生じる前記制御対象および前記制御対象外の発電機の動揺による影響量を示す修正量を算出するステップと、
何らかの故障が発生すると、前記制御対象の発電機から計測される実計測値に基づいて、電力系統の過渡安定度を判別するためのモデルを生成するとともに、前記修正量を当該生成したモデルに反映した上で、前記制御パターンに従って制御を行なうステップとを備える、電力系統安定化方法。
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