JPH10210795A - 電力系統の安定化制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 さまざまな幅広い運用状態でも電力系統の動
揺を抑えることができるようにする。 【解決手段】 同期機の有効電力変化を基に安定化装置
１５によって補助信号を形成し、これをＡＶＲ８、励磁
装置７に与えて同期機１の出力を制御して電力系統の動
揺を抑制する。安定化装置１５は、現時点の電力変化
と、１時点以前の電力変化及び補助信号と、複数の重み
係数とを用いて１時点前に出力した補助信号の推定値を
求め、この値と１時点前の補助信号の実績値との差の二
乗値が減少するように重み係数を修正し、１時点先の電
力変化の所望値を求め、この所望値と現時点の電力変化
と１時点以前の電力変化及び補助信号と重み係数とを用
い現時点の補助信号を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力系統の安定化
制御システムに関し、さらに詳しくは同期機の励磁制御
により電力系統の安定化を図る制御システムに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、同期機の励磁制御をすることに
より電力系統の安定を図るシステムとして、従来、電力
系統の安定化制御システムが知られている。

【０００３】この電力系統の安定化制御システムは、例
えば同期機の有効電力偏差（ΔＰ）を基に安定化装置に
よって補助信号を形成し、この補助信号をＡＶＲ、励磁
装置に与えて同期機の出力を制御し、これによって電力
系統の動揺を抑制しようとするものである。

【０００４】図８に、従来の電力系統の安定化制御シス
テムが適用された同期機を示す。この図において、符号
１０１は同期機であり、この同期機１０１の出力端子
は、主変圧器１０２、同期機遮断器１０３、発電所母線
１０４、送電線１０５を介して電力系統に接続されてい
る。

【０００５】また、同期機１０１の励磁巻線１０６には
励磁装置１０７から励磁電圧ＥＦが供給されており、同
期機１０１の通常運転時には、ＡＶＲ１０８によって同
期機１０１の出力端子電圧が一定になるように運転が行
われている。この励磁巻線１０６に供給される励磁電圧
ＥＦは、励磁用変圧器１０９からの交流電圧を励磁装置
１０７で整流し、かつＡＶＲ１０８からの励磁電圧制御
信号により同期機１０１の出力端子電圧が一定になるよ
うに調整されてから励磁巻線１０６に供給されるように
なっている。

【０００６】同期機１０１の出力電圧ＥＡは、計器用変
圧器１１１により検出されて比較器１１２に印加される
ようになっており、この比較器１１２において端子電圧
設定値ＥＡＳと比較されるようになっている。この比較
器１１２の出力端子は、ＡＶＲ１０８の入力端子に接続
されている。

【０００７】計器用変圧器１１１の出力端子は有効電力
検出器１１３の電圧入力端子に接続されている。同期機
出力電流を検出する計器用変流器１１４の出力端子は、
有効電力検出器１１３の電流入力端子に接続されてい
る。有効電力検出器１１３は、前記変圧器１１１からの
検出電圧と前記変流器１１４からの検出電流とから同期
機有効電力変化ΔＰを検出して当該有効電力変化ΔＰを
出力できるようになっている。

【０００８】有効電力検出器１１３の出力端子は、安定
化装置１１５の入力端子に接続されている。この安定化
装置１１５は、同期機有効電力変化ΔＰを基に電力系統
の動揺を抑制するための補助信号Ｕを形成し、この補助
信号Ｕを比較器１１２に印加するようになっている。

【０００９】図９に、従来の電力系統の安定化制御シス
テムに使用される安定化装置を示す。この図において、
安定化装置１１５は、位相補償手段１１５１と、増幅手
段１１５２と、出力リミッタ手段１１５３とから構成さ
れている。

【００１０】位相補償手段１１５１は、同期機有効電力
変化ΔＰを取込み、これらの位相を数式５により補償し
てから増幅手段１１５２に供給するようになっている。

【００１１】

【数５】 ここに、ｓはラプラス演算子、Ｔ１ 〜Ｔ４は位相補償
のための進み遅れ回路のの時定数である。分母の数字は
遅れ時定数、分子の数字は進み時定数であり、所望の位
相補償性能が得られるようにこれらの数値は決定され
る。

【００１２】増幅手段１１５２は、位相補償手段１１５
１からの出力信号に対してゲインKpssだけ増幅してから
出力リミッタ１１５３に供給するようになっている。

【００１３】出力リミッタ１１５３は、＋Ｖpss 以上の
出力信号、−Ｖpss 以下の出力信号が発生しないように
制限することにより、補助信号Ｕを形成し、加算器１１
２に供給できるようになっている。

【００１４】上述したような構成となっているため、電
力系統が動揺すると、安定化装置１１５の位相補償手段
１１５１、増幅手段１１５２、出力リミッタ１１５３が
動作して、同期機有効電力変化ΔＰを基に補助信号Ｕを
形成する。この補助信号Ｕは比較器１１２に供給され
る。比較器１１２の出力偏差は、ＡＶＲ１０８により励
磁電圧制御信号にされて励磁装置１０７に与えられる。
励磁装置１０７は、ＡＶＲ１０８からの励磁電圧制御信
号を基に電力系統の動揺を抑制するようにな励磁電圧Ｅ
Ｆを形成し、この電圧ＥＦを励磁巻線１０６に与える。
これにより、同期機１０１は、電力系統の動揺を抑える
ような交流電力を出力し、電力系統の動揺を抑制するこ
とができる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、現在、上記
電力系統の安定化制御システムで使用している安定化装
置にあっては、位相補償手段における時定数や、増幅手
段のゲイン等の制御パラメータは固定定数であり、その
設定にあたっては、特定な運用状態（潮流断面、系統構
成など）を想定している。

【００１６】しかしながら、近年の電力系統は電力会社
間の広域連系強化などによって、大規模、複雑化してお
り、電力系統の動揺もこれまでより複雑な現象となって
いる。したがって、特定の運用状態を想定した従来の電
力系統の安定化制御システムでは、電力系統の動揺を十
分に抑えることができないという欠点があった。

【００１７】そこで、本発明の目的は、特定の運用状態
を想定するのみではなく、さまざまな幅広い運用状態で
も電力系統の動揺を抑えることができる電力系統の安定
化制御システムを提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、請求項１記載の発明は、同期機の有効電力変化を
基に安定化装置によって補助信号を形成し、この補助信
号をＡＶＲ、励磁装置に与えて同期機の出力を制御する
ことにより電力系統の動揺を抑制する電力系統の安定化
制御システムにおいて、安定化装置が、現時点の有効電
力変化と、１時点以前の有効電力変化及び補助信号と、
複数の重み係数とを用いて１時点前に出力した補助信号
の推定値を求め、１時点前に出力した補助信号の実績値
と前記推定値の差の二乗値が減少するように重み係数を
修正する手段を備えるようにしている。

【００１９】したがって、請求項１記載の発明では、電
力系統の動揺を抑制するために必要な計算に使用する重
み係数を、電力系統の動揺を抑えるのに最適な値に修正
できる。

【００２０】また、請求項２記載の発明では、前記安定
化装置は、現時点の有効電力変化及び補助信号を取込
み、現時点の有効電力変化、１時点以前の有効電力変化
と補助信号をサンプルホールドするサンプルホールド手
段と、前記サンプルホールド手段からの複数の信号を取
込み、それら複数の信号にそれぞれ重み係数をかけて出
力する係数設定器と、前記係数設定器からの信号を基
に、１時点前に出力した補助信号の推定値を求めるとと
もに、１時点前に出力した補助信号の実績値と前記推定
値の差の二乗値が減少するように上記係数設定器の重み
係数を修正する処理手段とを備えたことを特徴とするも
のである。

【００２１】更に、目的を達成するために、請求項３記
載の発明は、同期機の有効電力変化を基に安定化装置に
よって補助信号を形成し、この補助信号をＡＶＲ、励磁
装置に与えて同期機の出力を制御することにより電力系
統の動揺を抑制する電力系統の安定化制御システムにお
いて、安定化装置が、現時点の有効電力変化と、１時点
以前の有効電力変化及び補助信号と、複数の重み係数と
を用いて１時点前に出力した補助信号の推定値を求め、
１時点前に出力した補助信号の実績値と前記推定値の差
の二乗値が減少するように重み係数を修正し、かつ、現
時点の有効電力変化を基に１時点先の電力変化の所望値
を求めるとともに、その所望値と、現時点の有効電力変
化と、１時点以前の有効電力変化及び補助信号と、複数
の重み係数とを用いて現時点の補助信号を出力する手段
を備えるようにしている。

【００２２】したがって、請求項３記載の発明では、電
力系統の動揺を抑制するために必要な計算に使用する重
み係数を、電力系統の動揺を抑えるのに最適な値に修正
でき、しかも有効電力の所望値を得て、これを基に補助
信号を得るようにしたので、パラメータをある特定の故
障状況に設定している従来の電力系統の安定化制御シス
テムでは対応できないような電力系統の運用状態の広範
囲な変化に対しても系統動揺を抑制できる。

【００２３】請求項４記載の発明では、前記安定化装置
は、現時点の電力変化を基に１時点先の有効電力変化の
所望値を求める有効電力所望値決定手段と、現時点の有
効電力変化及び補助信号を取込み、現時点の有効電力変
化と、１時点以前の有効電力変化及び補助信号とをサン
プルホールドするサンプルホールド手段と、前記サンプ
ルホールド手段からの複数の信号を取込み、それら複数
の信号にそれぞれ重み係数をかけて出力する係数設定器
と、前記係数設定器からの信号を基に、１時点前に出力
した補助信号の推定値を求めるとともに、１時点前に出
力した補助信号の実績値と前記推定値の差の二乗値が減
少するように上記係数設定器の重み係数を修正し、かつ
前記有効電力所望値決定手段からの所望値と、前記係数
設定器からの各信号とを基に現時点の補助信号を出力す
る処理手段とを備えたことを特徴とするものである。

【００２４】請求項５記載の発明では、前記有効電力所
望値決定手段は、電力変化ΔＰを取込んで、加速エネル
ギーＥを数式６

【００２５】

【数６】Ｅ＝−ΔＰ／ｓ ｓ；ラプラスの演算子 で求め、かつ現時点のサンプリング値ΔＰk を基に有効
電力変化の所望値ΔＰｄを数式７

【００２６】

【数７】ΔＰｄ＝Ｇｄ（２Ｅ／Δｔ−ΔＰk ） Ｇｄ；調整ゲイン Δｔ；サンプリング時間 により算出するようにしたことを特徴とするものであ
る。

【００２７】請求項６記載の発明では、前記サンプルホ
ールド手段は、現時点の有効電力変化ΔＰk 、１時点以
前の有効電力変化信号ΔＰk-1 ，…，ΔＰk-n （ｎは任
意の数）をサンプルホールドするとともに、１時点前に
出力した補助信号Ｕk-1 ，Ｕk-2 ，…，Ｕk-m （ｍは任
意の数）をサンプルホールドするようにしたことを特徴
とするものである。

【００２８】請求項７記載の発明では、前記各係数設定
器は、重み係数Ｗ１，Ｗ２，…，Ｗｉ（ｉ＝ｎ＋ｍ）を
備え、かつ、前記重み係数Ｗ１，Ｗ２，…，Ｗｉが修正
可能になっていて、かつサンプルホールド手段からの信
号に前記重み係数をかけて出力できるようにしたことを
特徴とするものである。

【００２９】請求項８記載の発明では、前記処理手段
は、前記係数設定器からの信号Ｗ１ΔＰk ，Ｗ２ΔＰk-
1 ，Ｗ３ΔＰk-2 ，…，ＷｎΔＰk-n+1 、Ｗｎ+1ΔＰk-
n ，Ｗｎ+2Ｕk-2 ，…，ＷｉＵk-m （ｍ、ｎは任意の
数、ｉ＝ｎ＋ｍ）を基に１時点前に出力した補助信号の
推定値Ｖk-1 を数式８

【００３０】

【数８】Ｖk-1 ＝Ｗ１ΔＰk ＋Ｗ２ΔＰk-1 ＋Ｗ３ΔＰ
k-2 ＋…＋ＷｎΔＰk-n+1＋Ｗｎ+1ΔＰk-n ＋Ｗｎ+2Ｕk
-2 ＋…＋ＷｉＵk-m で算出し、１時点前に出力した補助信号の実績値Ｕk-1
と推定値Ｖk-1 の差δの二乗値Ｊが減少するように最急
勾配法により上記係数設定器の重み係数を修正するよう
にしたことを特徴とするものである。

【００３１】請求項９記載の発明では、前記処理手段
は、有効電力所望値決定手段からの電力変化の所望値Δ
Ｐｄと、前記係数設定器からの信号Ｗ２ΔＰk ，Ｗ３Δ
Ｐk-1…，ＷｎΔＰk-n+2 、Ｗｎ+1ΔＰk-n+1 ，Ｗｎ+2
Ｕk-1 ，…，ＷｉＵk-m+1 とを取込み、これらの値を基
に数式９

【００３２】

【数９】Ｕk ＝Ｗ１ΔＰｄ＋Ｗ２ΔＰk ＋Ｗ３ΔＰk-1
＋…＋ＷｎΔＰk-n+2＋Ｗｎ+1ΔＰk-n+1 ＋Ｗｎ+2Ｕk-1
＋…＋ＷｉＵk-m+1 ただし、ｎ，ｍは任意の数であり、ｉ＝ｎ＋ｍを計算す
ることより、現時点の補助信号Ｕk を求めて出力するよ
うにしたことを特徴とするものである。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
実施の一形態に基づいて詳細に説明する。

【００３４】図１に、本発明に係る電力系統の安定化制
御システムの実施の形態を示す。この図において、同期
機１の出力端子は、主変圧器２、同期機遮断器３、発電
所母線４及び送電線５を介して電力系統に接続されてい
る。

【００３５】また、同期機１の励磁巻線６には励磁装置
７から励磁電圧ＥＦが供給されており、同期機１の通常
運転時には、ＡＶＲ８によって同期機１の出力端子電圧
が一定になるように運転が行われている。この励磁巻線
６に供給される励磁電圧ＥＦは、励磁用変圧器９からの
交流電圧を励磁装置７で整流し、かつＡＶＲ８からの励
磁電圧制御信号により同期機１の出力端子電圧が一定に
なるように調整されてから励磁巻線６に供給されるよう
になっている。

【００３６】同期機１の出力電圧ＥＡは、計器用変圧器
１１により検出されて比較器１２に印加されるようにな
っている。この比較器１２は、出力電圧ＥＡと端子電圧
設定値ＥＡＳと比較してその偏差を出力できるようにな
っている。この比較器１２の出力端子は、ＡＶＲ８の入
力端子に接続されている。

【００３７】計器用変圧器１１の出力端子は有効電力検
出器１３の電圧入力端子にも接続されている。また、同
期機出力電流を検出する計器用変流器１４の出力端子
は、有効電力検出器１３の電流入力端子に接続されてい
る。有効電力検出器１３は、変圧器１１からの検出電圧
と変流器１４からの検出電流とから同期機有効電力変化
ΔＰを検出し、当該有効電力変化ΔＰを出力できるよう
になっている。この有効電力検出器１３の出力端子は、
安定化装置１５の第１の入力端子に接続されている。

【００３８】この安定化装置１５は、自己が出力した補
助信号Ｕを第２の入力端子から取込み、この補助信号Ｕ
と第１の入力端子から取り込んだ同期機有効電力変化Δ
Ｐとを基に、励磁系によって発生する電気トルクが同期
機１の回転数変化と同相成分のトルク（制動トルク）を
含むように補助信号Ｕを調整し、この補助信号Ｕを比較
器１２に供給するようになっている。すなわち、安定化
装置１５は、励磁系によって発生する電気トルクと出力
信号である補助信号Ｕとの間の動的な関係を時系列モデ
ルで表現することにより、動揺状況に適応した制動トル
クが発生するように補助信号Ｕを算出している。さらに
詳しくは、安定化装置１５は次の点を考慮して補助信号
Ｕを形成している。

【００３９】まず、補助信号Ｕと同期機有効電力変化Δ
Ｐの動的な関係を、例えば６次の離散型時系列モデル
（サンプリングタイムは、例えば０．１〔秒〕）で表現
している。すなわち、この６次の離散型時系列モデル
は、現時点（時点k ）での有効電力の変化と補助信号Ｕ
とによって数式１０の如く表現できる。

【００４０】

【数１０】△Ｐk＝−ａ1△Ｐk-1−ａ2△Ｐk-2−ａ3△Ｐ
k-3−ａ4△Ｐk-4−ａ5△Ｐk-5−ａ6△Ｐk-6＋ｂ1Ｕk-1
＋ｂ2Ｕk-2＋ｂ3Ｕk-3＋ｂ4Ｕk-4＋ｂ5Ｕk-5＋ｂ6Ｕk-6 ここで、 △Ｐk-i：ｉ時点前の発電機有効電力変化（ｐｕ） Ｕk-i ：ｉ時点前のＰＳＳ出力（ｐｕ） ここで、数式１０のｂ１Ｕk-1 をＵk-1 で表すと、下記
の数式３のようになる。

【００４１】

【数１１】△Ｐk＝−ａ1△Ｐk-1−ａ2△Ｐk-2−ａ3△Ｐ
k-3−ａ4△Ｐk-4−ａ5△Ｐk-5−ａ6△Ｐk-6＋Ｕk-1＋ｂ
2／ｂ1Ｕk-2＋ｂ3／ｂ1Ｕk-3＋ｂ4／ｂ1Ｕk-4＋ｂ5／ｂ
1Ｕk-5＋ｂ6／ｂ1Ｕk-6 そこで、１時点先での有効電力変化ΔＰの所望値ΔＰｄ
とすれば、補助信号Ｕkは、数式１０から数式１２で与
えられることになる。

【００４２】

【数１２】Ｕk＝Ｗ1△Ｐｄ＋Ｗ2△Ｐk＋Ｗ3△Ｐk-1＋Ｗ
4△Ｐk-2＋Ｗ5△Ｐk-3＋Ｗ6△Ｐk-4＋Ｗ7△Ｐk-5＋Ｗ8
Ｕk-1＋Ｗ9Ｕk-2＋Ｗ10Ｕk-3＋Ｗ11Ｕk-4＋Ｗ12Ｕk-5 ここで、 Ｗ1＝１，Ｗ2＝ａ1，Ｗ3＝ａ2，Ｗ4＝ａ3，Ｗ5＝ａ4，
Ｗ6＝ａ5，Ｗ7＝ａ6，Ｗ8＝−ｂ2／ｂ1，Ｗ9＝−ｂ3／
ｂ1，Ｗ10＝−ｂ4／ｂ1，Ｗ11＝−ｂ5／ｂ1，Ｗ12＝−
ｂ6／ｂ1 したがって、有効電力変化ΔＰの所望値ΔＰｄを求め、
かつ重み係数（パラメータＷｉ、ただし、ｉ＝１，２，
…，１２）を系統に動揺を抑えるために最適なものに修
正して、数式１２によって補助信号Ｕk を得ることがで
きる。このような形で安定化装置１５は、補助信号Ｕk
を求めて比較器１２に供給している。

【００４３】図２に、本発明に係る電力系統の安定化制
御システムの実施の形態で使用する有効電力検出器、安
定化装置の構成例を示す。

【００４４】まず、有効電力検出器１３は、電力算出手
段１３１と、処理手段１３２、１３３とからなる。前記
電力算出手段１３１は、計器用変圧器１１からの検出電
圧、計器用変流器１４からの検出電流を基に電力信号Ｐ
を算出する。この電力信号Ｐは、処理手段１３２に入力
されるようになっている。前記処理手段１３２は、数式
１３を用いて電力信号Ｐを処理するようになっている。

【００４５】

【数１３】 ここで、ｓはラプラスの演算子、Ｔp は有効電力の測定
ノイズ除去用のフィルターの時定数である。

【００４６】処理手段１３２で処理された信号は、処理
手段１３３に供給されるようになっている。処理手段１
３３は、数式１４を用いて処理手段１３２からの出力信
号を処理し、同期機有効電力変化ΔＰを得るようになっ
ている。

【００４７】

【数１４】 ここで、ｓはラプラスの演算子、Ｔn は有効電力測定値
から変化分を検出するためのリセット回路の時定数であ
る。

【００４８】この処理手段１３３の出力端子は、安定化
装置１５の第１の入力端子に接続されており、同期機有
効電力変化ΔＰを安定化装置１５に供給できるようにな
っている。

【００４９】次に、安定化装置１５について説明する。
この安定化装置１５は、例えば演算処理装置、記憶装
置、入出力装置等からなるコンピュータ装置により構成
すればよく、記憶装置に記憶された処理プログラムに従
って演算処理装置が処理を実行することにより、有効電
力所望値決定手段１５０ａ、サンプルホールド手段１５
０ｂ、係数設定器１５１，１５２，…，１６２、処理手
段１６３、及び力リミッタ１６４が実現される。

【００５０】有効電力所望値決定手段１５０ａは、同期
機有効電力変化ΔＰ及び現時点の信号ΔＰk を基に、前
述の数式１２を用いて、１時点先の所望の電力変化ΔＰ
ｄを決定するようになっている。

【００５１】

【数１５】△Ｐd＝Ｇｄ（２Ｅ／△ｔ−△Ｐk） （Ｇ
ｄ：調整ゲイン） サンプルホールド手段１５０ｂは、同期機有効電力変化
ΔＰ及び補助信号Ｕを取込み、サンプリングタイムを例
えば０．１〔秒〕でサンプルホールドし、同期機有効電
力変化ΔＰについては現時点以前の信号ΔＰk ，ΔＰk-
1 ，…，ΔＰk-5 をサンプルホールドし、補助信号Ｕに
ついては１時点以前の信号Ｕk-1 ，Ｕk-2 ，…，Ｕk-5
をサンプルホールドし、これら信号ΔＰk ，ΔＰk-1 ，
…，ΔＰk-5 、Ｕk-1 ，Ｕk-2 ，…，Ｕk-5 を係数設定
器１５２，１５３，…，１６２に供給できるようになっ
ている。

【００５２】係数設定器１５１，１５２，…，１６２
は、重み係数であるパラメータＷ1 ，Ｗ1 ，…，Ｗ12を
有しており、有効電力所望値決定手段１５０ａからの１
時点先の所望の有効電力変化ΔＰであるΔＰｄと、信号
ΔＰk ，ΔＰk-1 ，…，ΔＰk-5 と、信号Ｕk-1 ，Ｕk-
2 ，…，Ｕk-5 とにそれぞれパラメータＷ1 ，Ｗ1 ，
…，Ｗ12をかける処理を実行するようになっている。な
お、係数設定器１５１，１５２，…，１６２のパラメー
タＷ1 ，Ｗ1 ，…，Ｗ12は、処理手段１６３における処
理結果に応じて修正することができる。

【００５３】処理手段１６３は、係数設定器１５２，１
５３，…，１６２ からの出力信号を用い数式１６によ
り推定値Ｖk-1 を算定し、この算定値Ｖk-1 と１時点前
に出力した補助信号Ｕk-1 との差δの２乗の値Ｊが減少
するように数式１７及び数式１８を用いることにより
（最急勾配法により）パラメータＷ2 ，Ｗ3 ，…，Ｗ12
を修正し、かつ有効電力所望値決定手段１５０ａからの
１時点先の有効電力ΔＰの所望値ΔＰｄを基に、前述の
数式１２を用いて現時点での出力信号Ｕk を算出できる
ようになっている。

【００５４】

【数１６】Ｖk-1＝Ｗ1△Ｐk＋Ｗ2△Ｐk-1＋Ｗ3△Ｐk-2
＋Ｗ4△Ｐk-3＋Ｗ5△Ｐk-4＋Ｗ6△Ｐk-5＋Ｗ7△Ｐk-6＋
Ｗ8Ｕk-2＋Ｗ9Ｕk-3＋Ｗ10Ｕk-4＋Ｗ11Ｕk-5＋Ｗ12Ｕk-
6

【００５５】

【数１７】 ∂Ｊ／∂Ｗi＝（∂Ｊ／∂Ｖk-1）（∂Ｖk-1／∂Ｗi） ＝−δ△Ｐk-i+1 （ｉ＝２，７） または ＝−δＵk-i+6 （ｉ＝８，１２）

【００５６】

【数１８】 Ｗinew＝Ｗiold＋Ｇｃδ△Ｐk-i+1 （ｉ＝２，７） または ＝Ｗiold＋ＧｃδＵk-i+6 （ｉ＝８，１２） なお、Ｗinew は修正後のパラメータであり、Ｗｉold
は修正前のパラメータである。また、Gcはゲインであ
る。

【００５７】このような処理手段１６３で得られた出力
信号Ｕk は出力リミッタ１６４で制限をかけられて補助
信号Ｕk として比較器１２に供給できるようになってい
る。

【００５８】図３に、電力系統の安定化制御システムが
適用された同期機を備えた長距離串型モデル系統を示
す。この図に示す距離串型モデル系統は、ほぼ直線状に
長距離に延びた電力系統１７に対して同期機Ｇ１，Ｇ
２，…，Ｇ１８が串状に接続された形状をしている。

【００５９】このような距離串型モデル系統において、
同期機Ｇ１に本発明に係る電力系統の安定化制御システ
ムの実施の形態を適用し、かつ長距離の電力系統１７の
Ａ点において送電線１回線に故障が発生した場合に、電
力系統の安定化制御システムによって電力系統１７の動
揺を抑制する動作について、図１から図３を基に、図４
から図７を参照して説明する。なお、この場合におい
て、図４に上記実施の形態の動作を説明するためのフロ
ーチャートを示す。また、図５に電力系統の安定化制御
システムによる電力系統の動揺の抑制効果を説明するた
めの図を示し、この図の縦軸に相差角をとり、横軸に時
間〔秒〕をとっている。図６に故障発生から電力系統が
安定するまでの係数設定器におけるパラメータの推定状
況を示し、この図の縦軸にパラメータ（Ｗ１，Ｗ２，
…，Ｗ６）の推定値をとり、横軸に時間〔秒〕をとって
いる。図７に同期機有効電力変化の所望値の決定につい
て説明図を示し、この図の縦軸に同期機有効電力変化Δ
Ｐをとり、横軸に時間をとっている。

【００６０】まず、図３における長距離串型モデル系統
において、長距離の電力系統１７のＡ点において送電線
１回線に故障が発生したとする。この故障により長距離
串型モデル系統に動揺が発生する。

【００６１】〔本発明に係る電力系統の安定化制御シス
テムの実施の形態を同期機Ｇ１に適用していない従来の
安定化制御システムの場合〕当該安定化制御システムの
実施の形態を長距離串型モデル系統における同期機Ｇ１
に適用していない従来の安定化装置を用いた場合には、
図５の符号Ｙに示すように、相差角〔deg 〕は、故障発
生時点（０〔秒〕）から動揺を開始して徐々に振動発散
してしまうことがわかる。 〔本発明に係る電力系統の安定化制御システムの実施の
形態を同期機Ｇ１に適用している場合〕これに対して、
本発明に係る電力系統の安定化制御システムの実施の形
態を同期機Ｇ１に適用している場合には、図５の符号Ｚ
に示すように、当初、相差角〔deg 〕は、故障発生時点
（０〔秒〕）から動揺する。

【００６２】すると、この動揺は、有効電力検出器１３
によって有効電力変化ΔＰとして検出されて安定化装置
１５に入力される。

【００６３】安定化装置１５において、サンプルホール
ド手段１５０ｂは、有効電力変化ΔＰ、すなわち信号Δ
Ｐk をサンプルホールドすると、１時点以前の信号ΔＰ
k-1，ΔＰk-2 ，…，ΔＰk-5 、及び信号Ｕk-1 ，Ｕk-2
，…，Ｕk-5 をサンプルホールドしている。なお、こ
の実施の形態では、６時点前までの信号をサンプルホー
ルドしているが、系統の動揺を抑えるのに最適なものと
なるように、この６時点前までという数に限るものでは
ない。

【００６４】そして、その信号ΔＰk-0 ，ΔＰk-1 ，
…，ΔＰk-5 、信号Ｕk-1 ，Ｕk-2 ，…，Ｕk-5 は係数
設定器１５１，１５２，…，１６２に入力される。係数
設定器１５１，１５２，…，１６２では、各信号にそれ
ぞれパラメータＷ２，Ｗ３，…，Ｗ１２をかけて処理手
段１６３に渡す。

【００６５】処理手段１６３では、数式１６を用いて、
１時点前に出力した安定化装置１５の補助信号の推定値
Ｖk-1 を算定する（図４のステップ（ＳＴＰ）１０
１）。

【００６６】次いで、実績Ｕk-1 と、１時点前に出力し
た安定化装置１５の補助信号の推定値Ｖk-1 との差δ
（＝Ｕk-1 −Ｖk-1 ）の二乗値Ｊが現象するように、数
式１７及び数式１８を用いて各パラメータＷ２，Ｗ３，
…，Ｗ１２を修正する（ＳＴＰ１０２）。

【００６７】すなわち、評価関数Ｊの勾配（∂Ｊ／∂Ｗ
ｉ）は、数式１７のように与えられているから、修正ゲ
インＧｃとする各パラメータの修正式は、数式１８のよ
うに与えられることになる。ここで、信号ΔＰk-i にお
いてｉ＝２，３，…，７であり、信号Ｕk-i においてｉ
＝８，９，…，１２である。

【００６８】そして、有効電力所望値決定手段１５０ａ
では、同期機有効電力変化ΔＰ及び信号ΔＰk を取込
み、数式１５を用いて、１時点先の所望値ΔＰｄを算定
する（ＳＴＰ１０３）。ここで、この１時点先の所望値
ΔＰｄは、動揺中の同期機１の回転数変化を抑制させる
ように決定している。すなわち、回転数変化は、有効電
力変化によって同期機１に蓄積された加速エネルギー変
化と同相なので、この加速エネルギーを抑制するように
所望値ΔＰｄを決定している。

【００６９】ここで、数式１５について図７を参照して
説明することにする。図７に示すように、エネルギーＡ
ｅは、故障が発生し（時点kｒ）故障が除去される時点
（kｓ）までの期間におけるエネルギーである。また、
エネルギーＢｅは、故障が除去された時点（kｓ）から
現時点kまでのエネルギーである。すると、現時点kまで
の加速エネルギーＥは、Ｅ＝Ａｅ−Ｂｅで与えられる。
また、現時点kにおける有効電力変化ΔＰの変化は、Δ
Ｐk となっている。

【００７０】また、図７に示すように、１時点先の有効
電力変化ΔＰの値がΔＰｄであるとするとして、加算さ
れる加速エネルギーを台形近似してみると、数式１９

【００７１】

【数１９】−（ΔＰk ＋ΔＰｄ）Δｔ／２ で示される。なお、Δｔはサンプリング時間である。

【００７２】このエネルギーと、現時点まのての加速エ
ネルギーＥが相殺されるとすれば、数式２０

【００７３】

【数２０】（ΔＰk ＋ΔＰｄ）Δｔ／２＝Ｅ となる。

【００７４】そこで、これを基にして、調整ゲインを含
めて、１時点先の有効電力の変化の所望値ΔＰｄを、数
式１５から算出している。なお、加速エネルギーＥは、
Ｅ＝−ΔＰ／ｓで算定している。ここで、ｓはラプラス
の演算子である。

【００７５】このようにして有効電力所望値決定手段１
５０ａからの所望値ΔＰｄは、処理手段１６３に入力さ
れる。

【００７６】また、サンプルホールド手段１５０ｂから
の信号ΔＰk ，ΔＰk-1 ，…，ΔＰk-5 と信号Ｕk-1 ，
Ｕk-2 ，…，Ｕk-5 は、係数設定器１５１，１５２，
…，１６２において修正されたパラメータＷ２，Ｗ３，
…，Ｗ１２とかけられ、出力される。

【００７７】これらの信号は、処理手段１６３におい
て、数式１２を用いて処理されて信号Ｕk が得られる
（ＳＴＰ１０４）。この信号Ｕk は出力リミッタ１６４
で制限がかけられてから補助信号Ｕk として比較器１２
に入力されるるとともに、サンプルホールド手段１５０
ｂに入力される。

【００７８】この補助信号Ｕk は、比較器１２におい
て、出力電圧ＥＡ、端子電圧設定値ＥＡＳと比較され
る。その比較結果は、ＡＶＲ８に入力される。ＡＶＲ８
は、励磁装置７を駆動制御することにより、励磁巻線６
に流れる励磁電流値を制御して、電力系統の動揺が抑制
されるようにしている。

【００７９】この動作を継続することにより、図５の符
号Ｚに示すように、相差角は時間とともに収束してゆく
ので、電力系統の動揺が抑制されることがわかる。ま
た、２度目の故障を発生した場合、１度目と比較して動
揺が大幅に抑制されることが分かる。

【００８０】また、処理手段１６３において、数式１７
及び数式１８を用いて、パラメータを修正してゆく動作
を続けてゆくと、例えばパラメータＷ１，Ｗ２，…，Ｗ
１２は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、個々に変化
してゆき、それぞれ所定の値に落ちつくことがわかる。

【００８１】以上説明したように、この実施の形態によ
れば、パラメータをある特定の故障状況に設定している
従来の電力系統の安定化制御システムでは対応できない
ような電力系統の運用状態の広範囲な変化に対しても優
れた系統動揺抑制効果を発揮することができる。尚、上
記実施の形態において、励磁装置としてサイリスタ励磁
方式で説明したが、他の励磁方式であっても良い。例え
ば、交流励磁方式を採用すれば良い。

【００８２】また、上述の実施例は本発明の好適な実施
の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明
の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能であ
る。例えば、本実施形態では、同期機が同期発電機とし
て機能している状態について主に説明しているが、揚水
式発電システム等の場合のように、同期機が揚水ポンプ
を駆動するモータとして使われるときにも本発明の適用
が可能である。

【００８３】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
によれば、電力系統の動揺を抑制するために必要な計算
に使用する重み係数を、電力系統の動揺を抑えるのに最
適な値に修正できるため、電力系統の運用状態の広範囲
な変化に対して常に対応させることができる。

【００８４】請求項２記載の発明によれば、安定化装置
が、電力系統の動揺を抑制するために必要な計算に使用
する重み係数を、電力系統の動揺を抑えるのに最適な値
に修正できるため、電力系統の運用状態の広範囲な変化
に対して常に対応させる信号を得ることができる。

【００８５】請求項３記載の発明によれば、電力系統の
動揺を抑制するために必要な計算に使用する重み係数
を、電力系統の動揺を抑えるのに最適な値に修正でき、
しかも有効電力の所望値を得て、これを基に補助信号を
得るようにしたので、パラメータをある特定の故障状況
に設定している従来の電力系統の安定化制御システムで
は対応できないような電力系統の運用状態の広範囲な変
化に対しても優れた系統動揺抑制効果を発揮することが
できる。

【００８６】請求項４記載の発明によれば、パラメータ
をある特定の故障状況に設定している従来の電力系統の
安定化制御システムでは対応できないような電力系統の
運用状態の広範囲な変化に対しても優れた系統動揺抑制
をさせる補助信号を得ることができる。

【００８７】請求項５の発明によれば、同期機有効電力
変化、現時点のサンプリング値を基に電力変化の所望値
を算出できるので、電力系統の運用状態の広範囲な変化
に対しても対応できる所望値を正確に得ることができ
る。請求項６記載の発明によれば、前記サンプルホール
ド手段により必用な時点の電力変化、補助信号をサンプ
ルホールドし、正確な計算をさせることができる。

【００８８】請求項７記載の発明によれば、前記各係数
設定器は、重み係数を備えるとともに重み係数を修正可
能になっているため、補助信号の計算に必用な信号を正
確に得ることができる。

【００８９】請求項８記載の発明によれば、前記処理手
段は、前記係数設定器からの信号を基に１時点前に出力
した補助信号の推定値を算出し、１時点前に出力した補
助信号の実績値と前記推定値の差の二乗値が減少するよ
うに上記係数設定器の重み係数を修正できるので、広範
囲な電力系統の運用状態にも対応できる信号を得ること
ができる。

【００９０】請求項９記載の発明によれば、前記処理手
段が、有効電力所望値決定手段からの電力変化の所望値
と、前記係数設定器からの信号とを基に、現時点の補助
信号を求めて出力できるので、パラメータをある特定の
故障状況に設定している従来の電力系統の安定化制御シ
ステムでは対応できないような電力系統の運用状態の広
範囲な変化に対しても優れた系統動揺抑制効果を発揮さ
せる補助信号を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電力系統の安定化制御システムの
実施の形態を示す系統図である。

【図２】同実施の形態で使用する有効電力検出器、安定
化装置の構成例を示すブロック図である。

【図３】上記電力系統の安定化制御システムが適用され
た同期機を備えた長距離串型モデル系統を示す系統図で
ある。

【図４】上記実施の形態の動作を説明するためのフロー
チャートである。

【図５】同実施の形態による電力系統の動揺の抑制効果
を説明するための図である。

【図６】同故障発生から電力系統が安定するまでの係数
設定器におけるパラメータの推定状況を示す図であり、
（ａ）はパラメータ推定値がＷ1 −Ｗ6 の場合、（ｂ）
はパラメータ推定値がＷ7 −Ｗ12の場合である。

【図７】同同期機有効電力変化の所望値の決定について
の説明図である。

【図８】従来の電力系統の安定化制御システムが適用さ
れた同期機を示す系統図である。

【図９】従来の電力系統の安定化制御システムに使用さ
れる安定化装置を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 同期機 ２ 主変圧器 ６ 励磁巻線 ７ 励磁装置 １８ ＡＶＲ ９ 励磁用変圧器 １１ 計器用変圧器 １２ 比較器 １３ 有効電力検出器 １４ 計器用変流器 １５ 安定化装置 １５０ａ 有効電力所望値決定手段 １５０ｂ サンプルホールド手段 １５１，１５２，…，１６２ 係数設定器 １６３ 処理手段 １６４ 出力リミッタ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同期機の有効電力変化を基に安定化装置
   によって補助信号を形成し、この補助信号をＡＶＲ、励
   磁装置に与えて同期機の出力を制御することにより電力
   系統の動揺を抑制する電力系統の安定化制御システムに
   おいて、前記安定化装置は、現時点の有効電力変化と、
   １時点以前の有効電力変化及び補助信号と、複数の重み
   係数とを用いて１時点前に出力した補助信号の推定値を
   求め、１時点前に出力した補助信号の実績値と前記推定
   値の差の二乗値が減少するように重み係数を修正する手
   段を備えたことを特徴とする電力系統の安定化制御シス
   テム。
2. 【請求項２】 前記安定化装置は、現時点の有効電力変
   化及び補助信号を取込み、現時点の有効電力変化、１時
   点以前の有効電力変化と補助信号をサンプルホールドす
   るサンプルホールド手段と、前記サンプルホールド手段
   からの複数の信号を取込み、それら複数の信号にそれぞ
   れ重み係数をかけて出力する係数設定器と、前記係数設
   定器からの信号を基に、１時点前に出力した補助信号の
   推定値を求めるとともに、１時点前に出力した補助信号
   の実績値と前記推定値の差の二乗値が減少するように上
   記係数設定器の重み係数を修正する処理手段とを備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の電力系統の安定化制御
   システム。
3. 【請求項３】 同期機の電力変化を基に安定化装置によ
   って補助信号を形成し、この補助信号をＡＶＲ、励磁装
   置に与えて同期機の出力を制御することにより電力系統
   の動揺を抑制する電力系統の安定化制御システムにおい
   て、前記安定化装置は、現時点の有効電力変化と、１時
   点以前の有効電力変化及び補助信号と、複数の重み係数
   とを用いて１時点前に出力した補助信号の推定値を求
   め、１時点前に出力した補助信号の実績値と前記推定値
   の差の二乗値が減少するように重み係数を修正し、か
   つ、現時点の有効電力変化を基に１時点先の有効電力変
   化の所望値を求めるとともに、その所望値と、現時点の
   有効電力変化と、１時点以前の有効電力変化及び補助信
   号と、複数の重み係数とを用いて現時点の補助信号を出
   力する手段を備えたことを特徴とする電力系統の安定化
   制御システム。
4. 【請求項４】 前記安定化装置は、現時点の有効電力変
   化を基に１時点先の有効電力変化の所望値を求める有効
   電力所望値決定手段と、現時点の有効電力変化及び補助
   信号を取込み、現時点の有効電力変化と、１時点以前の
   有効電力変化及び補助信号とをサンプルホールドするサ
   ンプルホールド手段と、前記サンプルホールド手段から
   の複数の信号を取込み、それら複数の信号にそれぞれ重
   み係数をかけて出力する係数設定器と、前記係数設定器
   からの信号を基に、１時点前に出力した補助信号の推定
   値を求めるとともに、１時点前に出力した補助信号の実
   績値と前記推定値の差の二乗値が減少するように上記係
   数設定器の重み係数を修正し、かつ前記有効電力所望値
   決定手段からの所望値と、前記係数設定器からの各信号
   とを基に現時点の補助信号を出力する処理手段を備えた
   ことを特徴とする請求項３記載の電力系統の安定化制御
   システム。
5. 【請求項５】 前記有効電力所望値決定手段は、有効電
   力変化ΔＰを取込んで、加速エネルギーＥを数式１ 【数１】Ｅ＝−ΔＰ／ｓ ｓ；ラプラスの演算子 で求め、かつ現時点のサンプリング値ΔＰk を基に有効
   電力変化の所望値ΔＰｄを数式２ 【数２】ΔＰｄ＝Ｇｄ（２Ｅ／Δｔ−ΔＰk ） Ｇｄ；調整ゲイン Δｔ；サンプリング時間 により算出するようにしたことを特徴とする請求項４記
   載の電力系統の安定化制御システム。
6. 【請求項６】 前記サンプルホールド手段は、現時点の
   有効電力変化ΔＰk、１時点以前の有効電力変化信号Δ
   Ｐk-1 ，…，ΔＰk-n （ｎは任意の数）をサンプルホー
   ルドするとともに、１時点以前に出力した補助信号Ｕk-
   1 ，Ｕk-2 ，…，Ｕk-m （ｍは任意の数）をサンプルホ
   ールドするようにしたことを特徴とする請求項２または
   ４記載の電力系統の安定化制御システム。
7. 【請求項７】 前記各係数設定器は、重み係数Ｗ１，Ｗ
   ２，…，Ｗｉ（ｉ＝ｎ＋ｍ）を備え、かつ、前記重み係
   数Ｗ１，Ｗ２，…，Ｗｉが修正可能になっていて、かつ
   サンプルホールド手段からの信号に前記重み係数をかけ
   て出力できるようにしたことを特徴とする請求項２また
   は４記載の電力系統の安定化制御システム。
8. 【請求項８】 前記処理手段は、前記係数設定器からの
   信号Ｗ１ΔＰk ，Ｗ２ΔＰk-1 ，Ｗ３ΔＰk-2 ，…，Ｗ
   ｎΔＰk-n+1 、Ｗｎ+1ΔＰk-n ，Ｗｎ+2Ｕk-2 ，…，Ｗ
   ｉＵk-m （ｍ、ｎは任意の数、ｉ＝ｎ＋ｍ）を基に１時
   点前に出力した補助信号の推定値Ｖk-1 を数式３ 【数３】Ｖk-1 ＝Ｗ１ΔＰk ＋Ｗ２ΔＰk-1 ＋Ｗ３ΔＰ
   k-2 ＋…＋ＷｎΔＰk-n+1＋Ｗｎ+1ΔＰk-n ＋Ｗｎ+2Ｕk
   -2 ＋…＋ＷｉＵk-m で算出し、１時点前に出力した補助信号の実績値Ｕk-1
   と前記推定値Ｖk-1 の差δの二乗値Ｊが減少するように
   最急勾配法により上記係数設定器の重み係数を修正する
   ようにしたことを特徴とする請求項２または４記載の電
   力系統の安定化制御システム。
9. 【請求項９】 前記処理手段は、有効電力所望値決定手
   段からの電力変化の所望値ΔＰｄと、前記係数設定器か
   らの信号Ｗ２ΔＰk ，Ｗ３ΔＰk-1 …，ＷｎΔＰk-n+2
   、Ｗｎ+1ΔＰk-n+1 ，Ｗｎ+2Ｕk-1 ，…，ＷｉＵk-m+1
   とを取込み、これらの値を基に、数式４ 【数４】Ｕk ＝Ｗ１ΔＰｄ＋Ｗ２ΔＰk ＋Ｗ３ΔＰk-1
   ＋…＋ＷｎΔＰk-n+2＋Ｗｎ+1ΔＰk-n+1 ＋Ｗｎ+2Ｕk-1
   ＋…＋ＷｉＵk-m+1 ただし、ｎ，ｍは任意の数であり、ｉ＝ｎ＋ｍを計算す
   ることより、現時点の補助信号Ｕk を求めて出力するよ
   うにしたことを特徴とする請求項４記載の電力系統の安
   定化制御システム。