JPH0255531A - 電力系統監視制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的１ （産業上の利用分野） 本発明は良質な電気を高信頼度に安定して供給すること
を支援する電力系統監視制御システムに関する。

（従来の技術） 従来の電力系統監視制御システムにて系統電圧を監視す
る場合、現在の系統電圧の状態を表示し、これか電圧目
標値の上限値と下限値との範囲内にあるか否かを監視し
、範囲外にあるときは警報するようにしている。

（発明が解決しようとする課題） 上記した通り、従来システムでは現在に対して数分から
数時間光の将来時点の系統電圧の安定度に関しては全く
考慮されていない。このことは、将来時点の系統状態を
定量的に予測する方法がなかったためと、系統電圧の安
定度を求める一般的方法がなかつたためである。従って
、将来時点において系統電圧を安定に維持できるか否か
の判断はオペレータに委ねざるを得ないが、実際には正
しい判断を下すことは極めて困難であり、状況によって
は系統電圧を安定に維持するために必要な処置の機会を
逸する虞れがあった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、将来時
点の系統状態を自動的に予測して系統電圧の安定度を判
定し、将来時点の系統電圧が不安定と判定される場合に
は安定とするに必要な被制御機器と制御量とを求め、そ
れらの結果に従って被制御機器と先行制御することによ
り、電力系統のより一層安定な運転ができるように支援
する電力系統監視制御システムを提供することを目的と
している。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するための構成を、第１図にて説明する
と本発明は電力系統からの系統情報を情報伝送装置を介
して電子計算機へ入力し、これらの各情報をもとに処理
して電圧安定度についての諸データを表示装置に出力す
る電力系統監視制御システムにおいて、情報伝送袋ｖ（
ｓｉｏ＞を介して伝送されてきた系統情報から被監視電
力系統の状態を求める系統状態決定手段（Ｓ２０）と、
前記した現在の系統状態を基にして将来の系統状態を予
測する将来系統状態予測手段（Ｓ３０）と、前記将来の
系統状態に対し電圧の安定度限界を決定する安定度限界
計算手段（Ｓ４０）と、将来時点の電圧安定限界を基に
して将来時点の系統の電圧安定度を判定する安定度監視
手段（Ｓ５０）と、将来時点の系統の電圧が不安定と判
定したときは安定にするために必要な被制御機器と制御
量とを求める制御量計算手段（Ｓ６０）と、前記制御量
に応じた制御信号を電力系統の被制御機器へ伝達する制
御量伝達手段（Ｓ７０）と、オペレータに対して上記諸
データを出力する出力手段（Ｓ８０）とから構成した。

（作　用） 電力系統情報伝達手段により電力系統の各所で計測され
る電力系統の状態を示す各種計測値が収集され、系統状
態決定手段に渡される。系統状態決定手段は、電力系統
情報伝達手段より入力される電力系統の状態の誤差を含
む計測値を用いて電力系統の状態を決定し、将来系統状
態予測手段は系統状態決定手段の結果を基に将来時点の
系統状態を決定する。

安定度限界計算手段は将来系統状態予測手段の結果を初
期値として用いて電圧安定度限界を求め、安定度監視手
段は将来系統状態予測手段と安定度限界計算手段の結果
とを用いて、将来時点の電力系統の電圧安定度を判定す
る。そしてもし将来時点の系統電圧が不安定と判定され
たならば、制御量計算手段は安定度監視手段の結果と将
来系統状態予測手段の結果とを用い、将来時点の系統電
圧を安定とするに必要な被制御機器と制御量と求め、制
御量伝達手段は制御量を被制御機器へ伝達してこれを制
御し、出力手段は上記各手段の種々の結果をマンマシン
・インターフェイス装置（以後ＭＭＩ装置と称ず）に出
力する。

（実施例） 以下図面を参照して実施例を説明する。説明の都合上て
第２図から説明するが２．第２図は本発明による電力系
統監視制御システムの構成側図である。

第２図において、１は電力系統であり、この電力系統の
状態を計測しその計測値を伝送する情報伝送装置２−１
と、伝送路３を介して前記情報を受信する情報伝送装置
２−２と、これらの情報を受けて電圧安定度に間する処
理をする電子計算機４と、電子計算機４の処理結果を表
示するマンマシン・インターフェース装置（ＭＭＩ＞５
がらなっている。なお、電力系統からの計測情報として
は、例えば発電機の電圧と出力、負荷の有効電力と無効
電力、有効電力潮流、無効電力潮流、母線電圧。

しゃ断器と断路器の開閉状態、変圧器のタップ位置等が
ある。したがって電子計算ｍ４は電力系統からの前記各
現在計測情報を入力し、これらの現有情報をもとに数分
光あるいは数時間光の将来電力系統状態の予測データを
後述する電圧安定度に間して処理を行い、その結果とし
ての種々の電圧安定度に関するデータをＭＭＩ装置に表
示する。

第１図は電子計算機の電圧安定度に間する処理内容を示
すフローチャートである。第１図において、系統情報伝
達処理Ｓ１０は電力系統各所で計測された発電機出力と
電圧、負荷の消費する有効電力、無効電力、送電線と変
圧器を流れる有効電力潮流と無効電力潮流、母線電圧、
しゃ断器と断路器の開閉状態、変圧器タップ位置などを
伝送してくる。系統状態決定処理Ｓ２０は系統情報伝達
処理Ｓ１０にて入力された誤差を含む計測値および計測
時刻にばらつきかあるため、これらの計測値相互に矛盾
を含んだ計測値を用いて重み付き最少二乗推定法により
、最も確からしい電力系統の状態値を求める。将来系統
状態予測処理Ｓ３０は系統状態決定処理Ｓ２０の結果を
系統状態の４測データとして保存する一方、自らこれを
用いて数分から数時間光の将来時点の総需要、負荷の消
費する有効電力、無効電力９発電機出カフ電圧調整機器
の制御状態などを求める。安定度限界計算処理Ｓ４０は
将来系統状態予測処理Ｓ３０の結果を入力して将来時点
の電圧安定限界を求める。安定度監視処理Ｓ５０は将来
系統状態予測処理Ｓ３０と安定度限界計算処理Ｓ４０と
の結果を入力して将来時点の系統電圧の安定度を求める
。前記安定度監視処理Ｓ５０にて不安定と判定した場合
に、制御量１１算処理Ｓ６０は安定度監視処理３５０の
結果を入力して将来時点で系統電圧を安定とするために
必要な被制御機器とその制御量を求める。制御量伝達処
理Ｓ７０は制御量計算処理Ｓ６０の結果を電力系統内の
被制御機器へ送り、出力処理Ｓ８０は前記各処理Ｓ２０
．　Ｓ３０．　Ｓ４０、　Ｓ５０．　Ｓ６０の種々の結
果をＭＭＩ装置５に出力する。以下に各処理に手順の詳
細を説明する。

情報伝送装置２−１．２−２を介して受信する電力系統
の計測データには、トランスジューサの変換誤差や、故
障あるいは計測時刻の不揃い等に起因する誤差か含まれ
ているのか通常である。そこで系統状態決定処理Ｓ２０
ては、これらの誤差を含んだ測定値より１．最も確から
しい系統状態値すなわちメート電圧、電圧の位相角を重
み付き最少２乗推定方法、すなわち状態推定計算により
決定する。

一般に誤差を含む測定値は次のように表せる。

ｚ　＝　ｈ　（Ｘ）＋ε　　　　　　　　　　・・・・
・・（１）但し、 Ｚ：測定値のベクトル Ｘ：状態変数の真値、ずなわちノード電圧とその位相角
のベクトル ｈ（ｘ）：ｘより測定値の真値を求める間数のベクトル ε：測定誤差のベクトル このとき、測定値とその推定値の残差の２乗和、Ｊ　＝
　（ｚ−ｈ（ｘ）　）　１ｗ　（ｚ−ｈ（ｘ）　）　＝
１２）但し、 Ｗ：各測定値の誤差の重みのマトリックスｚ−ｈ（ｘ）
：測定値の残差のへクトルｔ：ベクトルの転置を示す を最少にする状態変数Ｘの推定値Ｘを求める。つぎに求
められたＸより電力潮流の推定値を求める。

以上の手順により計測値に含まれている誤差の影響か除
かれたより確かな電力系統の状態か得られる。

将来系統状態予測処理Ｓ３０は系統状態決定処理Ｓ２０
によって決定した現在系統状態をもと６二、数分から数
時間後の将来時点の負荷電力７発電機電圧、電圧調整機
器の制御状態を次の手順で求める。

（１）将来時点の負荷電力７発電機電圧の予測現在時刻
ｔに対し、△を後の負荷電力は、ｐ、（ｉ、ｔ＋　Δｔ
） Ｐ　　（ｉ、ｔ）　＋　ＣＰ　　（ｉ、ｔ）　／ΣＰ　
ｌ−（ｉ、　ｔ）　）１、　　　　　　　Ｌ 〔Ｓ　　　（ｔ＋　△ｔ）−３（ｔ）　　）　　　　　
　・・・（３）Ｌ　　　　　　　Ｌ Ｑ　　（ｉ、ｔ÷Δｔ）−ｑＬ（ｉ、ｔ）→−（Ｐ　　
　　（ｉ、ｔ＋　△ｔ）・　Ｐ　１すｉ、を十　八ｔ）
Ｆ Ｐ　　（ｉ、ｔ）　Ｐ　　（ｉ、ｔ）　〕　　　・・・
（４）１［［ ここで、 Ｐ　＋、　（ Ｑ、（ Ｐｌ−「（ １）負荷ｉの時刻ｔにおける有効電力 ｔ）負荷ｉの時刻しにおける無効電力 ｔ）負荷ｉの時刻ｔにおける負荷力率 統計値 ｓ、（ｔ）　　時刻ｔにおける総需要 このとき、負荷力統計値と総需要は季節別、曜［］別、
時間別などに分類して蓄積した過去のデータから統計的
に求めた値を使用すると共に、系統状態決定処理Ｓ２０
の結果を累積し、統計データの更新を行なう。次に発電
機電圧は、自動重任調整器（ＡＶＲ）の運用基準値パタ
ーンから将来時点の運用値を選び出し、これらの拘束条
件のもとに潮流計算を実施し、結果を得れば、これは電
圧調整機器の応動を無視した場合の将来時点の系統状態
とみることができる。

（２）電圧調整機器の制御状況予測 コンデンサ、リアクトル、変圧器タップ、発電機励磁装
置などの電圧調整機器の将来時点における制御状況を決
定する。各電圧調整機器は、上記手順（１）で実施した
潮流計算から得られる系統電圧を、運用基準値に保つよ
うに応動するので、将来時点における各電圧調整機器の
制御量は、電圧調整機器を単位量だけ調整したときの系
統電圧の変化量、すなわち電圧感度係数Ａｉｊを導入す
ることにより、式（５）を解いて求める。

Ｖ　　、＝Ｖ　　、＋Ａ、、△Ｘ、　　　　　　　・・
・・・・（５）Ｓｌ　　　　　０１　　　　１Ｊ　　　
　　Ｊ但し、 Ａ　：電圧調整機器ｊに対する母線ｉの重圧感度係数 △Ｘ、：電圧調整機器ｊの現在時点から将来時点までの
制御量変化 ｖＳ、：母線ｊの運用基準電圧 ■　、：電圧調整機器の応動を無視した場合の母線ｉの
電圧 次に電圧感度係数は次の方法で求める。調整前も調整後
もノードに流出入する有効電力の和Ｆと無効電力の和Ｇ
が常に零であることにより、調整前： Ｆ（Ｖ、Ｃ，θ＞−０・・・（６） Ｇ（Ｖ、Ｃ，θ）＝０　　　　　　　・・・（７）ここ
で、Ｆ、Ｇはベクトルである。

調整後： Ｆ（Ｖ４ＡＶ、Ｃ＋　　ＡＣ、ｅ　　＋Ａ　θ）−〇　
　　　・　（８）ｑ Ｇ（Ｖ＋ＡＶ；Ｃｑ　　４　　ΔＣｑ　　、　　０　　
＋Ａθ）−〇　　　−（９）となる。ここで、△は調整
前後の各量の変化を示し、 ■：ノード電圧 θ：メード電圧の位相角 Ｃ：コンデンサ（ＳＣ）やりアクドル（ＳｈＲ）等の無
効電力関連調整変数である。

次に（８Ｌ　（９）式をテーラ展開すると、Ｆ（Ｖ十Δ
Ｖ、Ｃ十　Δ　Ｃ、θ　　÷Δ　θ　）ｑ ＝Ｆ（Ｖ、　　Ｃ、θ）＋Ｆ　　　　・　ΔＶｖ 十Ｆ　　　　・　Δ　Ｃ＋Ｆ　　θ　・　Δ　θ　　　
・・・　（１０）Ｃｑ　　　　　ｑ Ｇ（Ｖ＋ΔＶ、Ｃ÷　ＡＣ、θ　十Δθ）ｑ −〇（Ｖ、Ｃ，θ）十Ｑ　　　　・　ΔＶｖ 十Ｇ　　　　・　Δ　Ｃ＋Ｑ　　θ　・　Δ　θ　　　
・・・　（１１）ＣＱ　　　　　　Ｑ となる。ここで、 Ｆ、Ｆ、、、Ｆθ　、ＧＶ、Ｇ、ｑ、Ｇθ：テーラ■ 展開係数のマトリックスである。

したがって、 Ｆ　　　　−’ＡＶ＋Ｆ　　　　−ＡＣ＋　　Ｆ　　θ
　・　Ａ　　θ　＝Ｏｆ１２）ｖ　　　　　ｃｑ　　　
　ｑ Ｇ　　　　−ＡＶ＋’Ｇ　　　　−ＡＣ＋　Ｇ　　θ−
Ａ　　θ　＝（１（１３）Ｖ　　　　　　　　　ＣＱ　
　　　　　　Ｑであり、ＳＣまたはＳｈＲの投入または
解放の場合は、Ｆ　　＝０であるから（１２）、　（１
３）式よりΔθｑ を消去して、 ΔＶ／ΔＣ−一（Ｃ−Ｆ　　　Ｆ　　）　　　−ＧＣ６
Ｏ■　　θ　　Ｖ ・・・　（１４） となる。ここで、■とθは上記手順（１）の潮流計算結
果を用いる。式（１４）より、式（５）の電圧感度係数
Ａ１．はマトリックスΔＶ／ΔＣの要素としＩＪ’−’
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｑて求
まる。

（３）将来時点の系統状態の決定 上記手順（１）で求めた系統状態に対し、上記手順（２
）で求めた電圧調整機器の制御量を設定して潮流計算を
行ない、この結果を将来時点の系統状態とする。なお、
潮流計算が収束しないときは、安定度監視処理Ｓ５０に
その旨を通知する。

次に安定度限界計算処理Ｓ４０が何を電圧安定度を表わ
す指標とするかについてと、どのような方法でその指標
を求めるかについて説明する。

電力潮流方程式は非線形連立二次方程式であり、船釣に
その解は複数存在することが知られている。ここで電力
総需要と、系統内のある母線の電圧の関係は第３図のよ
うに表わされ、ある総需要断面のもとでは、潮流方程式
は第３図の■と■のように２つの電圧解をもつ。本実施
例では■を高め解、■を低め解とよぷ。高め解は電圧安
定解、低め解は電圧安定限界、両者の中間点が１．電圧
安定限界であることから、次の手順により電圧安定限界
曲線を求め、これを電圧安定度を表わす指標とする。ま
ず将来系統状態決定処理Ｓ３０か求めた第３図の■の点
の将来系統状態より、需要を成る量だけ増加させた時の
状態を求める。すなわち増加された需要に対して経済負
荷配分計算を行ない発電機の出力を決定し、負荷の総需
要に対する分布係数と負荷の力率とにより負荷の有効電
力と無効電力とを決定し、その条件で潮Ａ　ｉｔ算を行
なった結果の高め解が■である。このように順次、需要
を増加させ潮流計算の解が得られなくなるまて計算する
。その結果が■、■、■、■である。

次に、■、■、■、■に対応する低め解、■、■、■、
■を求める。一般に二次以上の方程式の解をニュートン
・ラフジン法のような逐次修正法によつて求める場合、
複数の解のうちどの解が得られるかは解の初期値、すな
わち最初の近似値によって定まるなめ、■の低め解はノ
ード電圧とその位相角の初期値を小さくすることによっ
て求められる。■の解を■の解を求めるための初期値と
し１、■の解を■の解を求めるための初期値とし、■の
解を■の解を求めるための初期値として、順次■、■、
■、■の点を求める。■と■の中間点と■と■の中間点
と■と■の中間点と■と■の中間点とか安定限界となる
。すなわち■と［相］を結ぶ線が電圧安定限界曲線とな
る。

安定度監視処理Ｓ５０は将来時点の電圧安定度を判定す
る。将来系統状態予測処理Ｓ３０の手順（３）で実施し
た潮流計算が収束しなかった場合には、そのような需要
のもとては電圧解が存在しない、すなわち電力系統運用
が不可能であることを意味するため、電圧不安定と判定
するっ 一方、電圧不安定てない場合には、安定度限界計算処理
Ｓ４０が求めた第４図に示されているような電圧安定度
限界ＶＳＬに対して、将来時点の電カ系統の電圧安定度
かどうなっているかを下記の項目につき評価する。

Ｃ１）電圧安定度ＩＶＳ＝Ｖ　　−ＶＳＩ−（Ｐ、）・
・・（１５） ｖｌ：将来系統電圧 ＶＳＬ＜Ｐ）二安定度限界 Ｐ：総需要 Ｐｌ：将来の総需要 （２）安定度レベルの判定　将来の電力系統の系統電圧
の安定度のレベルを判定する。ずなわち将来の状態が第
４図に示されている安定状態、安定度注意、安定度警戒
の各領域のどれに含まれているかを判定する。

第４図に示す安定状態、安定度注意、安定度警戒の各領
域は、電力系統を運用するにあたって、どのくらい安定
かを運用者が知るためのレベルであり、その年度の運用
計画等から決定する。

制御量計算処理Ｓ６０は、安定度監視処理Ｓ５０によっ
て将来時点の系統電圧が不安定と判定された場合には、
安定（こ維持するに必要な負荷しゃ所員を求める。電力
系統の運用においては、非常時にしゃ断すべき負荷は、
ある重み付けのちとに予め決まっているのて、これに従
って、将来系統状態予測処理Ｓ３０の手順（３）の潮流
計算が収束するまで負荷を徐々にしゃ断すれば必要な負
荷しゃ所員か求まる。

方、安定度監視処理Ｓ５０により、将来時点の系統電圧
か安定領域にあると判定された場合には、制御量計算処
理３６０はコンデンサ、リアクトル。

変圧器のタップ、発電機励磁装置等の系統電圧を調整す
るための機器が電圧安定度を高める効果の量を求める。

第４図から分かるように電圧安定度は電力系統の電圧を
高めることによって大きくなる。すなわち系統電圧が安
定度限界電圧より高ければ高いほど安定となる。従って
電圧調整機器を単位量だけ調整したとき系統電圧がどれ
たけ上昇するか、すなわち電圧感度係数が安定度の改善
の効果量である。電圧感度係数は将来系統状態予測処理
Ｓ３０の手順（２）に示したと同じ方法で求める。

さらに安定度監視処理Ｓ５０により系統電圧の安定度を
改善する必要があると判定された場合には、制＃呈計算
処Ｉ！ｌ！Ｓ６０は安定度を改善するために必要な調整
量Ｒを求める。系統電圧を充分安定に維持するに必要な
電圧上昇量ＶＵＰを安定度監視処理Ｓ５０が求めた電圧
安定度ＩＶＳより次のように決める。

ＶＵＰ＝−ＩＶＳ＋（Ｚ　　　　　　　　　−−−（１
６）α：安全ファクター 次に、コンデンサ（ＳＣ）の投入によって安定化をする
場合、処理Ｓ３０の手順（２）に示すΔ■／ΔＣを用い
て、 Ｒ＝ＶＵＰ÷（ＡＶ／ＡＣ）　　　　・　（１７）によ
って調整量Ｒを求める。

制御量伝達処理Ｓ７０は制御量計算処理Ｓ６０の結果を
電力系統に含まれる被制御機器に送って制御する。出力
処理Ｓ８０は前記各処理Ｓ２０．　Ｓ３０．　Ｓ４０、
　Ｓ５０．　Ｓ６０の種々の結果をＣＲＴ画面に表示す
る。要するに本実施例によれば将来時点の系統状態と電
圧安定度を自動的に算出し、その結果に基づいて系統電
圧を安定に維持するように被制御機器を先行的に制御す
るため１．良質の電力をより一層安定に供給することが
できる。

［発明の効果コ 以上説明した如く、本発明によれば電力系統の電圧に間
して先行的に制御を行なうようにしたので、オペレータ
に対して系統の運用状態を先行的に通知することが可能
であり、その結果−層質の高い電力供給が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によってなされる電圧安定度に関しての
処理内容を示すフローチャート、第２図は本発明（こよ
る電力系統監視制御システムの構成側口、第３図は需要
量と系統電圧との関係図、第４図は電圧安定度のレベル
を示す図である。 Ｓ１０・・・系統情報伝達処理 Ｓ２０・・・系統状態決定処理 Ｓ３０・・・将来系統状態予測処理 Ｓ４０・・・安定度限界計算処理 Ｓ５０・・・安定度監視処理 Ｓ６０・・・制御量計算処理 Ｓ７０・・・制御量伝達処理 Ｓ８０・・・出力処理 特許出願人　東京電力株式会社（ほか１名）代理人弁理
士　石　井　　紀　男 申−げし

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電力系統からの系統情報を情報伝送装置を介して電子計
   算機へ入力し、これらの各情報をもとに処理して電圧安
   定度についての諸データを表示装置に出力する電力系統
   監視制御システムにおいて、情報伝送装置を介して伝送
   されてきた系統情報から被監視電力系統の状態を求める
   系統状態決定手段と、前記した現在の系統状態を基にし
   て将来の系統状態を予測する将来系統状態予測手段と、
   前記将来の系統状態に対し電圧の安定度限界を決定する
   安定度限界計算手段と、将来時点の電圧安定限界を基に
   して将来時点の系統の電圧安定度を判定する安定度監視
   手段と、将来時点の系統の電圧が不安定と判定したとき
   は安定にするために必要な被制御機器と制御量とを求め
   る制御量計算手段と、前記制御量に応じた制御信号を電
   力系統の被制御機器へ伝送する制御量伝達手段と、オペ
   レータに対して上記諸データを出力する出力手段とを備
   えたことを特徴とする電力系統監視制御システム。