JP6397759B2 - Power system stabilization apparatus and method - Google Patents
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Description
本発明は電力系統の安定化装置に係り、特に太陽光発電(PV)等が電力系統に大量導入された場合において、事前演算時のオンラインデータと現状状態の差異を事後演算により補正する系統安定化装置及び方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a power system stabilization device, and in particular, when photovoltaic power generation (PV) or the like is introduced into a power system in large quantities, system stability for correcting a difference between online data at the time of pre-calculation and the current state by post-calculation. The present invention relates to an apparatus and method.
電力系統では、系統故障発生時における系統安定度の制御を目的として電力系統安定化装置を備えている。電力系統安定化装置は事前予測機能と電力系統故障後の処理機能とで構成されている。事前予測機能では、電力系統故障発生以前の系統状態のオンラインデータを入手し、電力系統上の想定箇所において想定故障が発生したときの系統安定度計算を実行し、想定故障に対する対策を立案しておく。故障後の処理機能では、実際に発生した故障様相を判断し、この事態における事前に定めた対策制御を実施する。
The power system includes a power system stabilizing device for the purpose of controlling the system stability when a system failure occurs. The power system stabilizing device is configured by a prior prediction function and a processing function after a power system failure. The advance prediction function obtains online data of the system state before the occurrence of a power system failure, calculates the system stability when an assumed failure occurs at an assumed location on the power system, and formulates countermeasures for the assumed failure. deep. In the processing function after failure, the
特許文献1、特許文献2は係る電力系統安定化装置の一例を紹介している。 Patent Document 1 and Patent Document 2 introduce an example of such a power system stabilizing device.
近年の電力系統では、太陽光発電(PV)や風力発電といった再生可能エネルギーを利用した再生可能エネルギー利用発電設備の導入が進んでいる。これらの設備では自然エネルギーを利用することから、その発生電力の変動が予測困難である。 In recent electric power systems, the introduction of renewable energy-based power generation facilities using renewable energy such as photovoltaic power generation (PV) and wind power generation is progressing. Since these facilities use natural energy, fluctuations in the generated power are difficult to predict.
このため、電力系統安定化装置において、事前予測機能による予測を行ったとしても、予測時点における電力需給状態と故障発生時点における電力需給状態では相違したものとなることが考えられる。予測時点では晴れ、強風であっても故障発生時点では雨、微風であれば発生電力は大きく相違してくる。 For this reason, even if the power system stabilizing device performs prediction using the prior prediction function, it is considered that the power supply / demand state at the time of prediction is different from the power supply / demand state at the time of failure. Even if the wind is clear and strong at the time of prediction, the generated power will be greatly different if it is rain and light at the time of failure.
将来、電力系統に太陽光発電(PV)などの再生可能エネルギー利用発電設備が大量に導入されてくると、太陽光発電(PV)などにより潮流変動が増大し,系統安定化装置の制御量に誤差が生じる可能性がある。そのため、予め策定した制御方策に対して、実際に故障発生した時に制御が妥当であるかを判断し、場合によっては策定した方策を補正するロジックが必要となる。 In the future, if a large amount of renewable energy power generation equipment such as photovoltaic power generation (PV) is introduced into the power system, tidal current fluctuation will increase due to photovoltaic power generation (PV), etc. An error may occur. For this reason, it is necessary to determine whether the control is appropriate when a failure actually occurs with respect to a control policy that has been formulated in advance, and in some cases, a logic that corrects the formulated policy is required.
以上のことから本発明においては、再生可能エネルギー利用発電設備の大量導入状態においても有効に機能することができる電力系統安定化装置及び方法を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a power system stabilization apparatus and method that can function effectively even in a large-scale introduction state of a renewable energy utilization power generation facility.
以上のことから本発明は、故障後における電力系統の安定化を図るために事前予測機能と故障後の処理機能から構成された電力系統安定化装置であって、事前予測機能は、電力系統における想定故障に対する対策として系統の安定を保証する電源や負荷の第1の制御量を決定する第1の機能と、電力系統における太陽光発電による発電量を複数設定し、当該発電量の電力需給アンバランスによる周波数応動から系統の安定を保証する第2の負荷制御量を複数決定する第2の機能とから構成され、故障後の処理機能は、電力系統における想定故障発生時に第1の機能による第1の制御量を制御する第1の制御手段と、第1の制御手段による制御後の電力系統の周波数応動を監視し、周波数応動に応じて複数の第2の負荷制御量から選択した負荷を制御する第2の制御手段から構成されていることを特徴とする。 From the above, the present invention is a power system stabilization device configured with a prior prediction function and a processing function after a failure in order to stabilize the power system after a failure. As a countermeasure against an assumed failure, a first function for determining a first control amount of a power source or a load that guarantees the stability of the system and a plurality of power generation amounts by solar power generation in the power system are set. And a second function for determining a plurality of second load control amounts that guarantee system stability from frequency response due to balance, and a processing function after failure is the first function by the first function when an assumed failure occurs in the power system. A first control means for controlling one control amount, and a frequency response of the power system after the control by the first control means, and a load selected from a plurality of second load control amounts according to the frequency response Characterized in that it is composed of a second control means for controlling.
本発明により、最適な制御量を事後の計測情報から判断して補正することで余分な制御を抑え、過剰な制御量に対して瞬時に補填することを可能とする。 According to the present invention, it is possible to suppress the excess control by judging and correcting the optimum control amount from the subsequent measurement information, and to instantaneously compensate for the excess control amount.
以下、本発明の実施例を図面により説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図2は、本発明の一実施例に係る電力系統安定化装置の考え方を説明したものである。図2において、電力系統安定化装置10が管理する電力系統GSは、複数の発電所と複数の負荷で構成されて
これに対し、電力系統に故障Fが発生したことにより発電所が停止し、あるいは送電線の一部が制御されるなどの理由で総発電量Gと総負荷量Lのバランスが急変するなどの故障状態においては、総発電量Gと総負荷量Lを均等に維持することが困難となる。このため、総発電量Gに見合う総負荷量Lとすべく、電源または負荷の一部を制御して周波数の安定維持を図る必要がある。 On the other hand, the balance between the total power generation amount G and the total load amount L changes suddenly because the power plant stops due to the occurrence of a fault F in the power system, or a part of the transmission line is controlled. In a failure state, it becomes difficult to maintain the total power generation amount G and the total load amount L evenly. For this reason, it is necessary to control the power source or a part of the load to maintain a stable frequency in order to obtain a total load L corresponding to the total power generation amount G.
事前予測機能1では、電
次に事前予測機能1では、故障点Pにおける故障Fのときに生じるであろう電力系統各所の潮流変動を計算により求め、さらに想
なお安定度の判定手法については、従来から種々の手法が知られている。例えば、電力需給の差分を積分することで系統周波数を求めることができ、かつ系統周波数の変動量や変化分から安定度を判定することができる。本発明では周知の安定度判断手法を利用可能であるのでここでの詳細説明を省略する。 Various methods for determining stability are conventionally known. For example, the system frequency can be obtained by integrating the difference between the power supply and demand, and the stability can be determined from the fluctuation amount and change amount of the system frequency. Since a well-known stability determination method can be used in the present invention, a detailed description thereof is omitted here.
図2では、電力系統GSの想定故障F1のときに対策すべき発電量や負荷量をL1,想定故障F2のときに対策すべき発電量や負荷量をL2、想定故障F3のときに対策すべき発電量や負荷量をL3として表記している。ここで、発電量や負荷量は、故障時に電源や負荷を制御した結果として変動する量の事である。 In FIG. 2, the power generation amount and load amount to be dealt with in the case of the assumed fault F1 of the power system GS is L1, the power generation amount and load amount to be dealt with in the case of the assumed failure F2, L2, and the measure against the assumed fault F3. The power generation amount and the load amount are indicated as L3. Here, the power generation amount and the load amount are amounts that fluctuate as a result of controlling the power source and the load at the time of failure.
事前予測機能1において
不確定要素の一つは、想定故障から定めた対策として発電量や負荷量の制御量を決定したとき、実際にはある地域、ある場所の電源または負荷を遮断することになるが、この中に如何ほどの量、台数の太陽光発電(PV)を含むのかが判明していない点である。不確定要素の他の一つは、太陽光発電(PV)による発電量は自然に左右されているために故障時点におけるその大きさを特定することができないという問題である。 One of the uncertainties is that when the amount of power generation or load control is determined as a measure determined from the assumed failure, the power supply or load in a certain area or location is actually shut off. It is not clear how much and how many solar power generation (PV) are included. Another uncertain factor is the problem that the amount of power generated by photovoltaic power generation (PV) depends naturally, and therefore the magnitude at the time of failure cannot be specified.
さらに運転制御上の問題として、以下の点が不確定要素となることもある。例えば、太陽光発電(PV)Aだけが遮断されると想定していたが、太陽光発電(PV)Bも遮断されてしまったとか、家庭用の太陽光発電(PV)が想定以上に遮断されてしまった、家庭用の太陽光発電(PV)が想定ほど遮断されなかったなどが発生し得る。なお、太陽光発電(PV)以外に、風力発電も同じ課題を共有している。 Furthermore, as a problem in operation control, the following points may become uncertain factors. For example, it was assumed that only photovoltaic power generation (PV) A was shut off, but photovoltaic power generation (PV) B was also shut down, or household photovoltaic power generation (PV) was shut off more than expected. The solar power generation (PV) for home use has not been cut off as expected. In addition to photovoltaic power generation (PV), wind power generation also shares the same issues.
図2では、発電量や負荷量L1の中に含まれる太陽光発電量をLPV1,発電量や負荷量L2の中に含まれる太陽光発電量をLPV2,発電量や負荷量L3の中に含まれる太陽光発電量をLPV3として表記している。 In FIG. 2, the amount of photovoltaic power generation included in the power generation amount and load amount L1 is included in LPV1, the amount of photovoltaic power generation included in the amount of power generation and load L2 is included in LPV2, the amount of power generation and load amount L3. The amount of solar power generated is expressed as LPV3.
図2の事前予測機能1において、101は想定故障FとしてF1を想定したことを表し、102は想定故障F1に対する対策として発電量や負荷量L1の制御(第1段制御)を行った時の安定度が過渡的変動後に安定することを表している。ここまでの処理では、再生可能エネルギー利用発電設備による不確定要素を考慮していないので、さらに103では、発電量や負荷量L1の中に含まれる太陽光発電量LPV1を可変に設定している。つまり、想定故障とその後の対策(第1段制御)では安定が確認されているが、さらに太陽光発電量LPV1が制御されている状態も考慮すると、この場合の安定度がどのように変化していくの
104は、補正した各想定ケースにおいて安定度(周波数変動)を求めたものである。補正量が±△の範囲内のケース104b、104cでは周波数変動が安定するが、補正量が±△の範囲を超えたケース104a、104dでは周波数変動が安定しない。そこで、この不安定ケースでも安定にするために、さらに必要な補正対策(第2段制御)を定めておく。ケース104aの場合周波数が上昇してしまうので、補正対策として△L1aを減少(制御した負荷を再投入)する。ケース104dでは周波数が減少してしまうので補正対策として△L1dを追加(さらに多くの負荷を遮断)する。これにより、ケ
然しながらこのようにして定められた補正を含む対策(第2段制御)は、実際の故障場面では、このうちのどの対策が有効かは判明していない。実際の故障場面における天候状態によって太陽光発電量LPVが変更されてくるため、この中から最適の補正対策を選択する必要がある。 However, it is not clear which countermeasures including the corrections determined in this way (second-stage control) are effective in the actual failure scene. Since the photovoltaic power generation amount LPV is changed depending on the weather condition in the actual failure scene, it is necessary to select an optimal correction measure from these.
このため、図2の事前予測機能1において求められた補正後対策(第2段制御)は故障後の処理機能2に伝達される。故障後の処理機能2では、想定故障に対する補正後対策に基づいて、補正後対策ごとに具体的にどこの負荷を制御するかを定めておく。なお、事前予測機能1から故障後の処理機能2に対しては、想定
故障後の処理機能2は、実際の故障場面において、実際に電力系統GSに発生した故障が想定故障のどれに該当するかを判別する。発生した故障が想定故障F1であるとき、第1段制御を実行し、さらにその後に補正対策案104として104a,104b,104c、104dを抽出する。 The post-failure processing function 2 determines which of the assumed failures corresponds to a failure that has actually occurred in the power system GS in an actual failure scene. When the failure that has occurred is the assumed failure F1, the first-stage control is executed, and then 104a, 104b, 104c, and 104d are extracted as the correction measure proposal 104.
この状態では故障規模に応じた対策すべき負荷規模が推定され第1段制御が実施されているが、太陽光発電量LPV1による影響が考慮されていないためにこの誤差分による修正(第2段制御)が必要である。このとき電力系統は太陽光発電量LPV1による受給バランスの不一致による周波数変動を生じることから、ここでは周波数変動を監視して、その変動状態から先に予測した対策案104a,104b,104c、104dの中から最も様相が類似する対策案を選択実行する。
In this state, the load scale to be dealt with according to the failure scale is estimated and the first stage control is performed. However, since the influence of the photovoltaic power generation LPV1
このために故障後の処理機能2における第2段制御のための処理として図2では、電力系統情報の計測部3から電流、電圧あるいは周波数の情報を入手し、112において故障発生、かつ第1段制御実行後の周波数変動を監視する。112の変動の場合、故障後周波数は電力供給量に対して負荷量が上回る状態であるために周波数が下降する傾向が表れていることから、その変動パターンに最も近い対策案として104dを選択し、△L1dを減少する補正案を選択する。113では、選択された対策案に従い予め想定した負荷を制御(第2段制御)する。 For this reason, in FIG. 2 as the processing for the second stage control in the processing function 2 after the failure, information on the current, voltage or frequency is obtained from the power system information measuring unit 3, the failure occurs in 112, and the first Monitor frequency fluctuations after stage control. In the case of 112 fluctuations, since the frequency after the failure is in a state where the load amount exceeds the power supply amount, the frequency tends to decrease. Therefore, 104d is selected as the countermeasure plan closest to the fluctuation pattern. , .DELTA.L1d is selected to reduce. In 113, a load assumed in advance is controlled (second stage control) in accordance with the selected countermeasure plan.
図1は、図2の考えかたに基づいて構成した電力系統安定化装置の具体的な装置構成を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a specific device configuration of a power system stabilizing device configured based on the concept of FIG.
図1において、演算装置1は図2の事前予測機能1に相当する。演算装置1はオンラインデータから電力系統の状態を推定する系統状態推定部11、推定した状態から想定故障が発生した場合の潮流変動を模擬する想定故障時潮流計算部12、想定故障発生後の潮流状態での安定度を計算する安定度計算部1
図1の演算装置1のテーブル作成部15からは、2種類のテーブルが出力される。テーブルTB1は、電力系統の想定故障F1に対する対策として発電量や負荷量L1の制御(第1段制御)を行うためのテーブルであり、オンラインデータから電力系統の状態を推定する系統状態推定部11と、推定した状態から想定故障が発生した場合の潮流変動を模擬する想定故障時潮流計算部12と、想定故障発生後の潮流状態での安定度を計算する安定度計算部13を順次実行することで求めた電源や負荷制御点の組み合わせ情報を含んでいる。この一連処理は、図2の処理
テーブルTB2は、太陽光発電(PV)脱落量を変動させ、各脱落量のときでも周波数変動の安定化が保証できる第2段制御の処理内容として、電力系統の予定した負荷制御点の組み合わせ情報をテーブルとして求めたものである。テーブルTB2の作成は、PV脱落量変動部14において脱落量を変更設定し、その変更条件のもとでさらに想定故障時潮流計算部12、安定度計算部13、PV脱落量変動部14を数回繰り返し実施して複数のテーブルを作成するものである。この一連処理は、図2の処理103と104を行うものである。
Table TB2 is the combination information of the planned load control
このようにして作成されたテーブルTB1,TB2は一定周期で判定部2へと渡される
判定部2は図2の故障後の処理機能2に相当している。ここでは、故障検出情報を受け取る、あるいは自ら故障検出した際に演算装置1で想定した故障かどうかを判定する故障様相判定部21と、端末部3から受け取った計測情報を元に故障が発生した事後の状態から補正制御の要否を判定する補正制御判定
判定部2に渡されたテーブルTB1,TB2のうち、テーブルTB1については、想定故障発生時に使用される。故障検出情報を検知して、想定故障Fのうち想定故障F1であることを故障様相判定部21で判定したときに、テーブルTB1に記述された想定故障F1の場合の電源や負荷制御点の組み合わせ情報を抽出して、これを計測部3の制御実行部32に渡して第1段制御を実施する。太陽光発電(PV)による
第1段制御実施後に安定化するか否か、安定化しない場合にその変動方向は如何なものかが、端末部3から受け取った計測情報を元に故障が発生した事後の状態から補正制御の要否を判定する補正制御判定部22により監視されている。この処理が図2の112を確認することに対応している。
Whether
なお補正制御の要否は具体的には例えば周波数fの閾値(1)式あるいは変化率(2)式から判定する。但しUFは周波数の下限の閾値であり、OFは周波数の上限の閾値である。
[数1]
f < UF or f > OF (1)
[数2]
df/dt > |ε| (2)
周波数fの大きさと変化率が所定の閾値以内であるとき、太陽光発電(PV)による不確定要因は系統安定度の不安定要因になるような大きさのものではないと判断することができる。これは図2のケース104b、104Cのいずれかと考えられるため、格別の負荷制御を行う必要がない。
The necessity of the correction control is specifically determined from, for example, the threshold value (1) equation or the change rate (2) equation of the frequency f. However, UF is a lower limit threshold of frequency, and OF is an upper limit threshold of frequency.
[Equation 1]
f <UF or f> OF (1)
[Equation 2]
df / d
When the magnitude and rate of change of the frequency f are within a predetermined threshold, it can be determined that the uncertain factor due to photovoltaic power generation (PV) is not of such a magnitude that it becomes an unstable factor of system stability. . Since this is considered to be one of cases 104b and 104C in FIG. 2, it is not necessary to perform special load control.
周波数fの大きさあるいは変化率が所定の閾値以上であるとき、太陽光発電(PV)による不確定要因は系統安定度の不安定要因になる大きさのものであると判断することができる。これは図2のケース104a、104dのいずれかと考えられる。このため、このケースでは負荷制御を行う。周波数の上限の閾値を超えたケース104aでは、補正対策として△L1aを減少(遮断した負荷を再投入)する。周波数の下限の閾値を超えたケース104dでは、補正対策として△L1dを追加(さらに多くの負荷を制御
選択制御部23内の第2段制御部24では、テーブルTB2の中から補正制御判定部22で確定したケース104
このように故障様相判定部21に
Claims (2)
前記事前予測機能は、電力系統における想定故障に対する対策として系統の安定を保証する電源や負荷の第1の制御量を決定する第1の機能と、電力系統における太陽光発電による発電量を複数設定し、前記第1の制御量による制御を行った場合の当該発電量の電力需給アンバランスによる周波数応動から系統の安定を保証する第2の負荷制御量を複数決定する第2の機能とから構成され、
前記故障後の処理機能は、電力系統における想定故障発生時に前記第1の機能による第1の制御量を制御する第1の制御手段と、該第1の制御手段による制御後の電力系統の周波数応動を監視し、前記第1の制御手段による制御後の電力系統の周波数変動に応じて前記複数の第2の負荷制御量から選択した負荷を制御する第2の制御手段から構成されていることを特徴とする電力系統安定化装置。 In order to stabilize the power system after a failure, a power system stabilization device composed of a prior prediction function and a processing function after the failure,
The pre-prediction function includes a first function for determining a first control amount of a power source and a load that guarantees system stability as a countermeasure against an assumed failure in the power system, and a plurality of power generation amounts by solar power generation in the power system. From the second function that sets and determines a plurality of second load control amounts that guarantee the stability of the system from the frequency response due to the power supply / demand imbalance of the power generation amount when the control by the first control amount is performed. Configured,
The processing function after the failure includes a first control unit that controls a first control amount by the first function when an assumed failure occurs in the power system, and a frequency of the power system that is controlled by the first control unit. It is comprised from the 2nd control means which monitors a response and controls the load selected from these 2nd load control amount according to the frequency fluctuation | variation of the electric power system after the control by the said 1st control means . A power system stabilizing device characterized by the above.
電力系統における想定故障に対する対策として系統の安定を保証する電源や負荷の第1の制御量を決定して想定故障発生時に第1の制御量を制御し、
電力系統における太陽光発電による発電量を複数設定し、前記第1の制御量による制御を行った場合の当該発電量の電力需給アンバランスによる周波数応動から系統の安定を保証する第2の負荷制御量を複数決定して前記第1の制御量制御後の電力系統の周波数応動に応じて前記複数の第2の負荷制御量から選択した負荷を制御することを特徴とする電力系統安定化方法。 A power system stabilization method for stabilizing a power system after a failure,
As a countermeasure against an assumed failure in the power system, a first control amount of a power source or a load that guarantees the stability of the system is determined and the first control amount is controlled when the assumed failure occurs,
Second load control for guaranteeing system stability from frequency response due to power supply / demand imbalance of the power generation amount when a plurality of power generation amounts by solar power generation in the power system are set and control is performed by the first control amount A power system stabilization method comprising: determining a plurality of amounts and controlling a load selected from the plurality of second load control amounts in accordance with frequency response of the power system after the first control amount control.
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