JPH11127538A

JPH11127538A - 電力系統の周波数特性推定方法および装置

Info

Publication number: JPH11127538A
Application number: JP9289371A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Sato; 康生佐藤; Chihiro Fukui; 千尋福井; Tomoharu Nakamura; 知治中村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-10-22
Filing date: 1997-10-22
Publication date: 1999-05-11
Anticipated expiration: 2017-10-22
Also published as: CN1217597A; US6338009B1; JP3250147B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電力系統の運用状態に応じて電力系統の周波
数特性を推定する。【解決手段】周波数偏差に対する発電機の出力調整の
感度係数を該発電機の周波数特性係数とし、この発電機
の周波数特性係数にその発電機の定格出力に応じた重み
を加味して、電力系統に属する複数の発電機からなる発
電機群の周波数特性係数を求め、その発電機群の周波数
特性係数に別に求めた負荷の周波数特性係数を加味して
電力系統の需給不平衡量に対する周波数特性を推定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、電力系統の周波数
特性の推定方法及び装置に関わり、特に、発電機および
調速機のオンライン情報を取り込み、これに基づいて適
応的に電力系統の周波数特性を推定することに関する。

【０００２】

【従来の技術】電力系統の運用において、需給不平衡量
（需給アンバランス）と周波数偏差は密接な関係があ
る。この需給不平衡量に対する周波数偏差の関係を、一
般に、系統の周波数特性という。この周波数特性の把握
は、電力系統の計画および運用操作等において必要とな
る。

【０００３】例えば、周波数安定化装置における利用が
あげられる。つまり、何らかの状態の急変による周波数
の変動に対して、周波数を適正な範囲に是正するために
は、早急に適切な量の電源制限や負荷制限によって需給
不平衡を解消する必要がある。そのとき、周波数の変動
を吸収するのに必要な需給不平衡解消量を算出するに
は、制御対象である電力系統の周波数特性を把握してい
なければならない。そこで、従来の周波数安定化装置に
おいては、制御対象の電力系統に対して経験的に基づい
た周波数特性の推定値を整定している。

【０００４】また、電力系統の周波数特性は、周波数安
定化装置だけでなく、例えば電力系統事故の復旧操作時
における周波数の監視にも必要になるが、この場合で
も、従来の装置においては、経験的に求めた周波数特性
の整定値を用いている。

【０００５】例えば、分離系統の周波数安定化装置の例
として特公平７−１０８０６３に示されたものによれ
ば、想定した分離系統を一発電機一負荷にモデル化し
て、発電機と負荷のそれぞれに経験的な周波数特性係数
を設定している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術によれば、運用の変化に伴う発電機や負荷の状態の
変化によって、それらの周波数特性係数が変化すること
を考慮していないことから、周波数安定化制御の制御精
度を向上することに限界がある。

【０００７】特に、発電機の周波数特性は系統全体の周
波数特性の主要因であるから、発電機の構成や、運転状
態に大きな変化を想定する系統分離運用等の場合には、
発電機構成に合わせて動的に電力系統の周波数特性を推
定することが要望されところである。

【０００８】ところで、特公平４−１４００２２に記載
されたものによれば、電力系統の周波数特性を運用状態
に適応させるようにしているが、周波数特性の主要因で
ある各発電機の運転状態の変化を考慮せず、周波数の実
測に依存するものであることから、電源遮断などの発電
機の運用状態の急変に対して適応することが難しいとい
う問題がある。

【０００９】本発明が解決しようとする課題は、電力系
統の運用状態に応じて電力系統の周波数特性を推定する
方法および装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】電力系統の周波数特性
は、発電機の周波数特性とと負荷の周波数特性に依存す
るが、発電機の周波数特性に大きく影響を受ける。とこ
ろで、負荷全体の周波数特性を運用に合わせて推定する
には、全ての負荷の運用状態を観測して個々の特性を推
定しなければならないから現実的に難しいため、従来の
ような統計処理に基づいた推定となることはやむ得な
い。しかし、発電機の周波数特性を推定するのに必要な
情報、例えば系統内に並列されている発電機およびその
発電機に設置される調速機についての構成および運転状
態に関する情報は、オンラインで容易に観測することが
できる。

【００１１】そこで、本発明は、上記課題を解決するた
め、周波数偏差に対する発電機の出力調整の感度係数を
該発電機の周波数特性係数とし、この発電機の周波数特
性係数にその発電機の定格出力に応じた重みを加味し
て、電力系統に属する複数の発電機からなる発電機群の
周波数特性係数を求め、その発電機群の周波数特性係数
に基づいて電力系統の需給不平衡量に対する周波数特性
を推定することを特徴とする。

【００１２】すなわち、基本的に周波数偏差に対する発
電機の出力調整の感度特性は、発電機の周波数特性に相
当するから、発電機の出力調整の感度係数をその発電機
の周波数特性係数とする。そして、単純には、電力系統
に属する複数の発電機の周波数特性係数を加算すること
により、その複数の発電機からなる発電機群の周波数特
性係数を求めることができる。しかし、発電機の定格出
力に差があれば実際の出力調整量が異なるので、周波数
特性に及ぼす寄与率も異なる。そこで、発電機の周波数
特性係数にその発電機の定格出力に応じた重みを加味し
て、電力系統に属する複数の発電機からなる発電機群の
周波数特性係数を求めることにより、適切に発電機群の
周波数特性係数を求めることができる。

【００１３】この場合、例えば、発電機の周波数特性係
数と定格出力を乗算した値を出力調整可能な全ての発電
機について合計し、この合計値を発電機群の総出力量で
除算して、発電機群の周波数特性係数を求めることがで
きる。

【００１４】なお、このようにして推定した発電機群の
周波数特性係数に負荷全体の周波数特性係数を加算する
ことにより、電力系統全体の周波数特性係数を求める。
この電力系統全体の周波数特性係数は、需給不平衡量と
周波数偏差を関係づける係数である。

【００１５】また、上記において、発電機の周波数特性
係数は、発電機に対応して設けられる調速機の調定率に
基づいて求めることができる。また、発電機の周波数特
性係数は、予備力を含めて出力調整の余裕を有する発電
機について求めることが好ましい。特に、発電機の運用
状態に基づいて、全ての発電機が出力調整の余裕を有す
る第１の状態と、一部の発電機が出力調整の制限を受け
る第２の状態と、一部の発電機が出力調整の限界に達し
残りの発電機が予備力の範囲で出力調整の余裕を有する
第３の状態と、全ての発電機が予備力を含めて出力調整
の限界に達する第４の状態とに分け、その４つの状態に
対応させて需給不平衡量を４つの領域に区分し、各領域
ごとに発電機群の周波数特性係数を求めることが好まし
い。これによれば、発電機の負荷制限を考慮し、実際の
運用状態に応じた適切な電力系統の周波数特性を推定す
ることができる。

【００１６】つまり、具体的には、オンライン観測値で
ある発電機の出力によって発電機の並列又は解列の状態
および運転状態についてデータを収集し、さらに各発電
機の運転方法を把握する。ここで、運転方法とは、系統
全体の需給状態を監視する指令所より要求される発電出
力に相当する負荷設定値、発電機の負荷制限値等をい
う。発電機の負荷制限値については、データベースから
把握される調速機のリミッタに関するフリー運転範囲や
リミット運転範囲である。これらの発電機の出力や運転
方法から、各発電機の出力調整が可能な範囲を把握し、
これを集約して需給不平衡領域を出力調整可能な発電機
が同一集合となる区間に分割する。そして、分割された
需給不平衡領域ごとに、出力調整可能な発電機に注目
し、発電機群の周波数特性を推定し、さらに周知の別手
段で推定した負荷の周波数特性を加えて系統全体の周波
数特性を求め、一定の需給不平衡領域内の電力系統の周
波数特性を推定する。

【００１７】なお、調速機に設定されている発電機の負
荷設定値や負荷制限値は季節、一日の中の時間によって
変動することが知られており、これに基づいて季節や時
間別に負荷設定値や負荷制限値を想定して、記憶手段に
格納しておき、季節や時間を考慮して電力系統の周波数
特性を推定することもできる。

【００１８】このようにして、系統に並列される発電機
の構成および状態に随時適応した演算によって、発電機
全体、すなわち供給側の周波数特性を推定することで、
より正確な系統の周波数特性の把握が可能になる。発電
機構成の変化に対しても、周波数の観測を待つことな
く、直ちに対応することができるので、周波数安定化装
置を始め、周波数特性を用いる様々な運用上の制御の精
度を上げることが可能となるとともに、運用操作に限ら
ず、電力系統の計画や復旧操作に適応して、精度および
信頼度の高い計画や復旧操作を行うことができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて詳細に説明する。（第１の実施形態）本発明を電力系統の需給バランスに
対する周波数特性を推定する装置に適用した実施の形態
の全体構成を図１に示す。図において、電力系統１０
は、複数の発電機１１の出力端に接続された母線１２を
備えて構成されている。発電機１１は、与えられる指令
に応じて自律的に発電機出力を調整する制御系１３等を
備えて構成されている。これらの制御系１３は、例え
ば、電力系統１０の定格周波数と実際の周波数との偏差
を低減すべく、発電機１１に設けられた調速機によって
自律的に速度調整を行っている。また、図示していない
コンピュータにより、各発電機１２の出力量１４、およ
び各制御系１３における状態量１５をオンラインで周期
的に観測し、発電機観測データベース１６に蓄積する。
各制御系の状態量１５は、本実施の形態では、例えば、
発電機ガバナにおける負荷設定値や負荷制限値、つまり
発電機の出力設定値や出力制限値をいう。

【００２０】また、複数の発電機１２および複数の制御
系１３の状態量のうち、系統の運用によって変化しない
設定値については、発電機整定データベース１７内に保
存しておく。本実施の形態では、発電機ごとの調速機
（ガバナ）の種別、ガバナ調定率を保存する。一方、負
荷については、負荷整定データベース１８に、従来の統
計的手法などによって作成された負荷の周波数特性が保
存されている。

【００２１】本発明の特徴に係る系統周波数特性推定手
段１９はコンピュータを用いて構成されており、発電機
観測データベース１６、発電機整定データベース１７、
及び負荷整定データベース１８から必要なデータを取り
込み、次に述べる手順によって電力系統全体の周波数特
性の推定を実行する。まず、発電機観測データベース１
６と発電機整定データベース１７から、電力系統の周波
数特性を支配する主要素の発電機について、その周波数
特性を推定する。次いで、推定された発電機の周波数特
性と、負荷整定データベース１８に格納されている負荷
の周波数特性とから、電力系統全体の周波数特性を推定
する。

【００２２】図２に、系統周波数特性推定手段１９にお
ける処理手順の概要を示し、これに基づいて周波数特性
の推定手順の詳細を説明する。まず、電力系統の周波数
特性とは、需給不平衡に対する周波数特性をいい、基本
的に、数１に示すように需給不平衡量ΔＰと周波数偏差
Δｆの比例関係をいう。そして、周波数特性の推定と
は、実質的に数１の比例係数ｋ_S（以下、周波数特性係
数という。）を推定することに相当する。この周波数特
性係数ｋ_Sは、数２に示すように、発電機に依存する周
波数特性係数ｋ_Gと負荷に依存する周波数特性係数ｋ_Lと
を合成したものとして考えることができる。

【００２３】

【数１】 ΔＰ＝ｋ_S・Δｆ（数１）

【００２４】

【数２】ｋ_S＝ｋ_G＋ｋ_L （数２）系統周波数特性推定手段１９では、これらのｋ_Gとｋ_Lと
を分離して推定算出する。まず、図２に示すように、系
統並列発電機認識手段２１において、発電機観測データ
ベース１６から各発電機の出力を取り込み、その出力に
基づいて各発電機の並列および解列を識別する。つま
り、有効な発電機出力を維持している発電機は系統に並
列されており、有効な出力がない発電機は系統から解列
されていると判断する。次に、並列発電機であると判断
された複数の発電機について、発電機周波数特性推定手
段２２にて発電機の有効出力ならびに発電機整定データ
ベース１７に格納されている整定データに基づき、複数
の並列発電機からなる発電機群の周波数特性係数ｋ_Gを
推定演算する。そして、系統周波数特性推定手段２３に
おいて、発電機群の周波数特性係数ｋ_Gに、負荷整定デ
ータベース１８に格納されている負荷の周波数特性係数
ｋ_Lを加味して修正し、系統全体の周波数特性係数ｋ_Sの
推定値を求める。

【００２５】ここで、本発明の特徴に係る発電機周波数
特性推定手段２２の演算内容について、更に詳細に説明
する。一般に、需給不平衡に対する電力系統の周波数特
性は、おおよそ図３の折線３１に示す関係にある。つま
り、需要に対して供給が過剰な状態、すなわち発電出力
が過剰なときは周波数が上昇し、逆に需要が過剰な場
合、すなわち発電出力が不足するときは周波数が低下す
る関係にある。

【００２６】一般に、電力系統の周波数特性は、発電機
の運用状態に大きく依存し、図３の折線３１に示すよう
に変化し、需給不平衡に対応させて幾つかの領域（図３
の例では４つの領域）に分割して考えることができる。
つまり、Ｎ（Ｎ＝１，２，…，Ｎ）台の発電機Ｎのそれ
ぞれの出力調整能力は、基本的に定格出力Ｐ_ONを限界と
するから、定格出力Ｐ_ONに対して実際の出力Ｐ_GNがどの
程度の余裕を持っているかに依存する。ところが、系統
を構成する発電機群の中には、ロードリミット運転が設
定された発電機や、ガバナーフリー運転が設定された発
電機が存在するため、単純に定格出力Ｐ_ONを限界とした
運用にはならない。そのため、系統全体の周波数特性
は、図３のように需給不平衡領域に分けた折線３１の特
性になるのである。

【００２７】さて、発電機の出力Ｐ_Gの調整は、基本的
に周波数偏差Δｆに対して比例制御され、調速機による
出力調整が機能している状態においては、発電機Ｎの出
力Ｐ_GNは概ね数３で表すことができる。すなわち、発電
機Ｎに要求される負荷設定値ＬＤ_N［パーセントユニッ
トｐ．ｕ．］に応じた出力で運転されている状態で、需
給不平衡が発生すると、それによる周波数偏差を吸収す
るための出力調整がなされる。その出力調整量は、周波
数偏差Δｆに周波数制御の感度係数ｋ_GNを乗算して得ら
れる。そして、一般に、負荷設定値ＬＤ_Nおよび周波数
偏差Δｆはパーセントユニット［ｐ．ｕ．］で表される
から、数３に示すように、それらに定格出力Ｐ_ONを乗ず
ることにより、発電機Ｎの実際の出力Ｐ_GNに相当すると
考えられる。

【００２８】

【数３】Ｐ_GN≒Ｐ_ON（ＬＤ_N−ｋ_GN・Δｆ）（数３）そこで、調速機による出力調整を数３として捉えた上
で、各需給不平衡領域について発電機の運転状態を説明
する。図４に、需給不平衡領域３２，３３，３４，３５
に対応する発電機群の運転状態をそれぞれ状態Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄと設定する。需給不平衡領域３２は、需要に対し
て発電群の出力が過剰な状態であり、これを運転状態Ａ
とする。つまり、全ての発電機が定格出力以下で運転さ
れており、出力調整に余裕があり、数３に基づいて自由
に出力を調整（出力抑制）可能な領域である。

【００２９】需給不平衡領域３３は、需要に対して発電
群の出力が過剰な状態ではあるが、一部の発電機が出力
調整の制限状態にあって実質的に出力調整を行わない状
況にあり、これを運転状態Ｂとする。例えば、発電機に
よっては、周波数の変化の程度に応じて出力調整を制限
するロードリミット運転の設定がされることがあり、こ
の場合は周波数の変化が予め定めた一定量の不感帯を超
えないと、出力調整が働かないという状況である。ただ
し、残りの発電機は数３に基づいて出力調整の余裕があ
る状態である。

【００３０】需給不平衡領域３４は、需要が過剰で発電
機群の出力が不足しており、一部の発電機が定格出力基
準では出力調整の限界に達する一方で、一部のガバナフ
リー運転の発電機などが有する予備力により周波数を維
持するように調整されている状態であり、これを運転状
態Ｃとする。例えば、ガバナフリー運転の発電機は、負
荷設定値ＬＤ_Nで指定されている要求出力以上に発電機
出力を増加させて、周波数の維持を図るように運転可能
な状態にある。ただし、ロードリミット運転されている
発電機、もしくは多くのガスタービン発電機、コンバイ
ンドサイクル発電機等のように、発電機出力に予備力を
持たない運転をする発電機は、設定された値以上には出
力しない。

【００３１】需給不平衡領域３５は、全ての発電機が予
備の発電機出力も使いきって出力限界になっている状態
であり、これを運転状態Ｄとする。この場合、発電機に
よる周波数の維持作用はなくなり、負荷の周波数特性の
みに依存して周波数が変動することになる。

【００３２】ここで、各状態Ａ〜Ｄの境界となる需給不
平衡状条件を検討する。需給不平衡領域３２なる状態Ａ
と需給不平衡領域３３なる状態Ｂの境界３６は、ロード
リミット運転など周波数変化に不感帯を持つ発電機の運
用状態に依存して決定される。この境界となる需給不平
衡量を境界Ａ／Ｂとする。また、需給不平衡領域３３な
る状態Ｂと需給不平衡領域３４なる状態Ｃの境界は、需
給平衡点になり、このときの周波数偏差はゼロになる。
さらに、需給不平衡領域３４なる状態Ｃと需給不平衡領
域３５なる状態Ｄの境界３７は、ガバナフリー運転など
発電機出力に予備力を持つ運転をする発電機の運用状態
に依存して決定される。この境界となる需給不平衡量を
境界Ｃ／Ｄとする。

【００３３】さて、発電機周波数特性推定手段２２で
は、以上の４つの需給不平衡状態に分けて、各需給不平
衡状態における発電機群全体の周波数特性、およびそれ
ら需給不平衡状態の境界を推定する。発電機周波数特性
推定手段２２の詳細な処理手順を図５に示し、これに基
づいて以下に説明する。

【００３４】まず、各発電機周波数特性算出手段４０１
にて、出力が自由に調整可能な状態Ａを想定して、各発
電機の周波数特性を算出する。発電機Ｎの周波数変動に
対する出力調整能力、すなわち周波数特性係数ｋ_GNは、
発電機Ｎの調速機の制御感度である調定率δ_Nから換算
して推定する。例えば、設計値として、調定率δ_Nが発
電機すべり［ｐ．ｕ．］と定格出力Ｐ_ONに対するパーセ
ント表示の出力調整分の間の感度で与えれる場合には、
数４によって、ｋ_GN［ｐ．ｕ．／Ｈｚ］に換算する。な
お、数４でｆ_Oは定格周波数を表す。また、調定率δ
_Nは、運用によって変化しない設計値であるとし、発電
機整定データベース１７に事前に保存しているものとす
る。

【００３５】

【数４】ｋ_GN＝１００／（ｆ_O・δ_N）（数４）各発電機周波数特性算出手段４０１で算出した個々の発
電機Ｎの周波数特性係数ｋ_GNをもとに、発電機群の周波
数特性、すなわち、状態Ａにおける周波数特性の推定処
理を行う。ここで、個々の発電機Ｎの系統全体に対する
周波数調整能力は、個々の定格出力値Ｐ_ONに対する出力
調整能力である周波数特性係数ｋ_GNではなく、系統全体
の発電出力に対する出力調整能力で評価する必要があ
る。したがって、各発電機定格出力獲得手段４０２にお
いて、個々の発電機のｋ_GNを定格出力値Ｐ_ONで換算する
処理を行う。個々の発電機についての定格出力値Ｐ
_ONは、発電機整定データベース１７から獲得する。

【００３６】状態Ａ周波数特性推定手段４０３は、各発
電機周波数特性算出手段４０１および各発電機定格出力
獲得手段４０２の結果に基づいて、発電機群の周波数特
性の合成を、数５に基づいて行う。

【００３７】

【数５】

【００３８】すなわち、数５に示すように、発電機群Ｎ
＝１〜Ｎについて、周波数特性係数ｋ_GNを定格出力値Ｐ
_ONでＭＷベースに換算して合計し、これを発電機の実際
の出力Ｐ_GNの合計値で除算して、すなわち系統容量に対
する比率を計算して、発電機群の周波数特性係数ｋ_Gを
求める。つまり、全ての発電機が出力調整している状態
における周波数特性を合成したものであり、図３で需給
不平衡領域３２に示される状態Ａの需給不平衡状態にお
ける発電機群の周波数特性を示す感度係数である。以
後、状態Ａにおける発電機群の周波数特性係数をｋ_GＡ
と表記し、また状態Ａにおける発電機集合をＳ_Aと表記
し、数６によりｋ_GＡを演算する。なお、発電機集合Ｓ_A
は並列発電機の全集合に対応する。

【００３９】

【数６】

【００４０】次に、状態Ｂの需給不平衡状態に対する処
理を、状態Ｂ出力調整機判定手段４０４、状態Ｂ周波数
特性推定手段４０５、境界Ａ／Ｂ推定手段４０６にて行
う。まず、状態Ｂ出力調整機判定手段４０４は、状態Ｂ
において出力調整を行っている発電機を認識する。その
ために、オンラインで観測される負荷設定値ＬＤ_Nおよ
び負荷制限値を、発電機観測データベース１６より入力
し、リミット運転の有無および運転制限率を獲得する。
ここで、リミット運転とは、調速機のロードリミット運
転など、周波数変化に対する出力調整において一定量の
不感帯が設定されている運転モードを意味する。また、
運転制限率は、不感帯の制限幅とし、発電機Ｎの運転制
限率をＰ_LMNで表すことにする。単位は自己の定格出力
Ｐ_ONに対するｐ．ｕ．値になっているとする。ロードリ
ミット運転もしくは出力制御の不感帯を持たない発電機
については、Ｐ_LMN＝０として扱うことにより対応でき
る。このようにして、状態Ｂ出力調整機判定手段４０４
における各発電機についてのリミット運転に対する判断
結果から、全発電機の集合をもとに、リミット運転発電
機を除外した発電機の集合を、状態Ｂにおいて出力調整
を行う発電機の集合として発電機集合Ｓ_Bと設定する。

【００４１】状態Ｂ周波数特性推定手段４０５では、状
態Ｂ出力調整機判定手段４０４で獲得した発電機集合Ｓ
_Bによる周波数特性係数ｋ_GＢを、数７により求める。こ
れによって算出されるｋ_GＢは、図３で需給不平衡領域
３３に示される状態Ｂの需給不平衡状態における発電機
群の周波数特性を示す感度係数である。

【００４２】

【数７】

【００４３】次に、境界Ａ／Ｂ推定手段４０６にて、境
界Ａ／Ｂに対応する需給不平衡量Ｐ_LMを数８により求め
る。

【００４４】

【数８】

【００４５】数８の意味するところは、各発電機Ｎの運
転制限率Ｐ_LMNは自己の定格出力に対する比率であるの
で、ＭＷベースに換算し、全発電機の出力の総和に対す
る比率を持って、系統全体に対する運転制限率とするこ
とにある。

【００４６】一方、状態Ｃの需給不平衡状態に対する処
理は、状態Ｃ出力調整機判定手段４０７、状態Ｃ周波数
特性推定手段４０８により行う。まず、状態Ｃ出力調整
機判定手段４０７にて、状態Ｃにおいて出力調整を行っ
ている発電機を認識する。つまり、オンラインで観測さ
れる負荷設定値ＬＤ_Nおよび負荷制限値Ｐ_LMNを、発電機
観測データベース１６より入力し、フリー運転の有無お
よび運転余裕率を獲得する。ここで、フリー運転とは、
調速機のガバナフリー運転など、周波数変化に対する出
力調整において一定量の予備力が設定されている運転モ
ードを意味する。また、運転余裕率とは予備力の出力幅
とし、発電機Ｎの運転余裕率をＰ_GFNで表すことにす
る。単位は自己の定格出力Ｐ_ONに対するｐ．ｕ．値にな
っているものとする。ガバナフリー運転を行わない発電
機、もしくは、出力調整において予備力を持たない発電
機については、Ｐ_GFN＝０として扱うことにより対応で
きる。

【００４７】まず、状態Ｃ出力調整機判定手段４０７に
おける各発電機についてのフリー運転に関する判断結果
から、フリー運転発電機の集合を、状態Ｃにおいて出力
調整を行うことができる発電機の集合として、発電機集
合Ｓ_Cと設定する。次に、状態Ｃ周波数特性推定手段４
０８は、発電機集合Ｓ_Cについての周波数特性係数ｋ_GＣ
を、数９により求める。これによって算出されるｋ_GＣ
は、図３で需給不平衡領域３４に示される状態Ｃの需給
不平衡状態における発電機群の周波数特性を示す感度係
数である。

【００４８】

【数９】

【００４９】ところで、需給不平衡領域３３である状態
Ｂと需給不平衡領域３４である状態Ｃの境界は需給平衡
点になるから、この需給不平衡状態を推定する手段は必
要ない。そこで、次の処理として、境界Ｃ／Ｄ推定手段
４０９にて、境界Ｃ／Ｄに対応する需給不平衡量Ｐ_GFを
数１０によって算出する。これは、境界Ａ／Ｂ推定手段
４０６と同様の処理である。

【００５０】

【数１０】

【００５１】各発電機の運転制限率Ｐ_LMNは自己の定格
出力Ｐ_ONに対する比率であるので、ＭＷベースに換算し
た上で全発電機出力の総和に対する比率をもって系統全
体の運転制限率とする。

【００５２】つぎに、状態Ｄ周波数特性推定手段４１０
において、図３で需給不平衡領域３５に示される状態Ｄ
の需給不平衡状態における発電機群の周波数特性を示す
感度係数ｋ_GＤを推定する。この場合、周波数の変動に
対して出力制御を行う発電機を想定できないので、ｋ_G
Ｄ＝０とする。

【００５３】以上の処理が図２の発電機周波数特性推定
手段２２における演算処理である。これにより、図３の
折線３１のような、需給不平衡を４つに分割した周波数
特性の発電機主因成分が得られる。

【００５４】そして、発電機周波数特性推定手段２２で
求めた発電機群の周波数特性に対して、図２の系統周波
数特性推定手段２３において、負荷の周波数特性係数ｋ
_L分の修正を行う。つまり、発電機周波数特性推定手段
２２にて求めたｋ_GＡ、ｋ_GＢ、ｋ_GＣ、ｋ_GＤにそれぞれ
ｋ_Lを加算して、状態Ａ、状態Ｂ、状態Ｃ，状態Ｄにお
ける系統全体の周波数特性係数ｋ_SＡ、ｋ_SＢ、ｋ_SＣ、
ｋ_SＤを求める。

【００５５】以上の処理をもって、系統周波数特性推定
手段１９の処理は完了し、これにより図３に示した需給
不平衡を４つに分割した折線３１の系統全体の周波数特
性を推定することが可能となる。これにより、第１の実
施形態の周波数特性推定装置によれば、電力系統の状
態、特に発電機の運転状況に適応して周波数特性の変化
を把握することが可能になる。その結果、電力系統に対
する運用または制御において、精度もしくは信頼性を向
上させることを期待できる。

【００５６】第１の実施形態では、周波数特性を推定し
て出力するだけ周波数特性推定装置の例を示したが、本
発明はこれに限らず周波数特性を用いる制御系に適応す
ることも可能であり、以下に本発明の周波数特性推定装
置を応用した制御装置についての実施の形態を説明す
る。

【００５７】（第２の実施形態）図６に、本発明の周波
数特性推定装置を電力系統の周波数安定化装置に適用し
た実施の形態を示す。周波数安定化装置は、例えば、電
力系統の一部の部分系統が分離された際に、残された電
力系統の周波数の安定化を目的に、緊急的に電力系統内
の需給バランスの制御を行うものである。同図におい
て、図１と同一の符号は同一の機能構成を有するものと
して説明を省略する。図１と異なる点は、電力系統５２
は連系線５１を介して接続された部分系統を有するこ
と、電力系統５２の系統周波数を観測する周波数観測装
置５３と需給不平衡解消量算出手段５４が設置されてい
ること等である。そして、例えば、連系線５１における
系統分離によって、電力系統５２から部分系統が分離さ
れた際に、電力系統５２の周波数の維持を行う。

【００５８】まず、周波数観測装置５３は電力系統５２
の周波数を観測し、そのデータを需給不平衡解消量算出
手段５４に入力する。需給不平衡解消量算出手段５４で
は、周波数観測装置５３の観測結果より、定格周波数に
対する周波数偏差を求める。この周波数偏差が許容範囲
内に入らない場合に、需給バランスを適切に制御して周
波数の安定化を行う。

【００５９】すなわち、需給不平衡解消量算出手段５４
は、周波数特性推定装置１９により推定された電力系統
５２の周波数特性５５を入力し、これを用いて周波数偏
差に対応する需給不平衡量を推定する。つまり、図７に
示すように、周波数特性推定装置１９で推定された推定
周波数特性６１に基づいて、観測された周波数偏差６２
に対応する需給不平衡量６３が推定される。その推定周
波数特性６１は系統容量ベース［ｐ．ｕ．単位］で計算
されているので、需給不平衡量６３をＭＷ単位にするに
は、系統容量のＭＷ表記の値を乗算して換算すればよ
い。

【００６０】ここで、例えば、需給不平衡が需要過剰で
あった場合には、電力系統５２内の負荷５６に対して緊
急的な遮断指令（負荷制限指令）５７を出力して、需給
不平衡量６３を低減するように制御する。逆に、需給不
平衡が供給過剰であった場合には、電力系統５２内の発
電機１１に対して、緊急的な遮断指令（電源制限指令）
５８を出力して、需給不平衡量６３を解消するように制
御する。

【００６１】このような周波数安定化装置を電力系統に
設置することで、発電機の運用状態に適応して、周波数
安定化に必要な電源制限量および負荷制限量の算出が可
能となり、周波数の維持が確実になるだけでなく、過剰
な制御もしくは不足な制御による系統の維持の面でも信
頼性を向上する。特に、分離系統の周波数安定化に効果
が期待できる。

【００６２】例えば、電源が集中する地域において、結
果的に分離された電力系統５２内に発電機が１０機程度
含まれるなるような電力系統を周波数安定化制御の対象
とすることを想定した場合、原子力発電所やコンバイン
ドサイクル発電所など従来の火力発電所と異なる性能を
持つ発電機が、その分離された電力系統５２内に２〜３
機存在するだけで、分離された系統全体に対して与える
影響が大きくなり、分離前後で周波数特性が大きく変化
することになる。このような場合に、周波数特性の把握
を誤ると、周波数安定化のための制御量の算出が正しく
行われない恐れがある。また、同様の場合に、周波数安
定化のため４〜５台もしくはそれ以上の台数の発電機に
対して制御を実施することも考えられる。そうした場
合、分離された電力系統５２全体に対する発電機構成お
よび運用状態の変化が相対的に大きくなるため、制御前
後では周波数特性が大きく変化することになるから、制
御が多段的に追加される場合、周波数特性の把握をする
必要がある。

【００６３】したがって、第２の実施形態で示したよう
な、周波数特性を推定する機能を備えた周波数安定化装
置は、系統分離制御における周波数安定化において正確
な制御を実現する効果が期待できる。ただし、本実施形
態の周波数安定化装置は、系統分離運用の場合だけを対
象とするものでなく、また系統の規模に特化するもので
もなく、様々な電力系統の運用に幅広く適用することが
可能である。

【００６４】（第３の実施の形態）図８に、本発明の周
波数特性推定装置を電力系統の発電機計画ガイダンスシ
ステムに適用した実施の形態を示す。発電機計画ガイダ
ンスシステムは、例えば、複数の発電機についての起動
停止および運転方法の計画を作成する場合において、計
画された発電機構成を備えた電力系統の周波数特性の推
定を行い、その推定結果を計画者に提示し、発電機計画
の支援をする機能を備えたものである。

【００６５】図８に示すように、ガイダンスシステム装
置７０１は、発電機構成に関する立案計画についての計
画者７０２の入力操作と、その入力に基づき構成される
計画電力系統の周波数特性についての推定結果を、計画
者７０２に対して出力する装置構成となっている。ま
ず、ガイダンスシステム装置７０１には、計画者７０２
によって作成された発電機構成に関する複数の立案計画
Ｍ（Ｍ＝１，２，…，Ｍ）７０３が記憶されている。個
々の立案計画Ｍの内容には、計画電力系統７０４と計画
電力系統７０４に設ける複数の発電機７０５が存在す
る。複数の発電機７０５の個々の発電機の起動停止およ
び運転方法の計画を計画者７０２の立案作業の対象とす
る。

【００６６】まず、各発電機７０５の電力系統７０４へ
の解列又は並列状態と出力の状態に注目し、図１で説明
した発電機観測データベース１６に相当する発電機想定
データベース７０６を作成する。また、複数の発電機７
０５およびそれら発電機の制御系に関する運用に依存し
ない設定値を、図１で説明した発電機整定データベース
１７に相当する発電機整定データベース７０７に保管す
る。また、負荷についても、図１で説明した負荷整定デ
ータベース１８と同様に、負荷の周波数特性を負荷整定
データベース７０８に保存する。

【００６７】そして、系統周波数特性推定手段７０９に
おいて、図１で説明した系統周波数特性推定手段１９と
同様に、発電機想定データベース７０６と発電機整定デ
ータベース７０７のデータに基づいて発電機群の周波数
特性の推定をおこなう。そして、負荷整定データベース
７０８に記憶されている負荷の周波数特性を加味して修
正し、電力系統全体の周波数特性を推定する。推定演算
の内容は、図２で説明した系統周波数特性推定手段１９
と同様である。

【００６８】次に、系統周波数特性表示手段７１０にお
いて、系統周波数特性推定手段７０８によって作成され
た推定周波数特性の概要を計画者７０２に提示する。こ
こで、掲示する内容としては、図３に示した需給不平衡
領域３２および需給不平衡領域３３における周波数特性
係数や、状態Ｃと状態Ｄの境界３７にかかわる計画電力
系統が持つ瞬動予備力などの出力予備力などである。ま
た、周波数特性の推定値について、その値と参考となる
運用上の指標値を提示し、計画者７０２の立案計画の変
更、調整の参考として提供する。

【００６９】これに基づいて、計画者７０２は発電機構
成立案手段７１１にアクセスし、既存の立案計画もしく
は新規の立案計画について、個々の発電機の起動停止お
よび運転方法の変更又は新規な立案計画を入力する。こ
の発電機構成立案手段７１１によって更新された立案計
画の内容に基づいて、系統周波数特性推定手段７０９は
直ちに各立案計画に係る計画電力系統の周波数特性を推
定し、その結果を系統周波数特性表示手段７１０に反映
する。

【００７０】このように構成される電力系統の発電機計
画ガイダンスシステムによれば、計画者は、計画電力系
統の発電機構成および個々の発電機の運転方法におい
て、その周波数特性が妥当であるか、容易に調査して確
認することができる。また、同時に、一連の推定演算の
演算量は少量であるため、新規立案および計画修正の内
容についてインタラクティブな操作が可能であるから、
計画者の考察を補助できる効果を持つ。

【００７１】（第４の実施の形態）図９に、本発明の周
波数特性推定装置を、電力系統の事故時の復旧操作にお
けるガイダンスシステムに適用した例を示す。つまり、
電力系統に復旧操作が必要な事故が発生した場合を想定
し、電力系統を複数の単位系統に分けて、その単位系統
単位で再並列するか、又は複数の発電機の起動停止およ
び運転方法などを変更するような復旧計画立案におい
て、周波数特性の推定を行った上で、周波数維持に必要
な需給不平衡の解消量の条件を提示するようにしたもの
である。

【００７２】図９において、ガイダンスシステム装置８
０１は、復旧操作の立案計画についての計画者８０２の
入力操作と、その入力に基づいた復旧操作後の仮想系統
の周波数特性についての推定結果を、計画者に対して出
力するようになっている。

【００７３】ガイダンスシステム装置８０１は、復旧対
象の想定ケースの系統状態、もしくは実観測結果に基づ
いて、別手段により推定された系統状態が想定初期状態
としての想定系統状態８０３が記憶手段に記憶されてい
る。想定系統状態８０３には、仮想電力系統８０４と仮
想電力系統内の複数の発電機８０５および複数の負荷８
０６、さらに本系統８０４から分離している単位電力系
統８０７が存在するものとする。

【００７４】まず、各発電機の解列、並列の状態、およ
び出力状態について注目して、図１の発電機観測データ
ベース１６に相当する発電機想定データベース８０８を
作成する。また、複数の発電機８０５およびそれら発電
機の制御系に関する運用に依存しない設定値について、
図１の発電機整定データベース１７に相当する発電機整
定データベース８０９に保管する。また、負荷について
も、図１の負荷整定データベース１８と同様に、負荷の
周波数特性を負荷整定データベース８１０に保存する。

【００７５】そして、系統周波数特性推定手段８１１に
おいて、図１の系統周波数特性推定手段１９と同様に、
まず、発電機想定データベース８０８と発電機整定デー
タベース８０９から発電機群についての周波数特性の推
定をおこなう。そして、負荷整定データベース８１０に
格納されている負荷の周波数特性を加味して修正し、電
力系統全体の周波数特性を推定する。推定の方法は、図
２で説明した系統周波数特性推定手段１９のものと同様
の方法である。

【００７６】次に、系統周波数特性表示手段８１２にお
いて、系統周波数特性推定手段８１１によって作成され
た推定周波数特性の概要、さらには周波数検出手段８１
３によって観測もしくは想定される周波数と推定周波数
特性から推定される需給バランス状態を計画者８０２に
提示する。掲示する推定周波数特性の概要としては、第
３の実施形態で説明した例と同様である。また、需給バ
ランス状態に関する掲示の内容としては、図７と同様の
方法に従って算出される需給バランスである。

【００７７】計画者８０２は、系統周波数特性表示手段
８１２に提示された周波数特性と需給バランスを考慮し
て、復旧操作の計画立案を行う。つまり、計画者８０２
は、復旧操作入力手段８１４にアクセスして、発電機の
出力調整および並列もしくは解列などの発電機に関する
指令８１５、負荷の遮断または再投入など負荷に関する
指令８１６、単位電力系統の再並列など、連系線８１８
の遮断器に対する指令８１７などを入力する。

【００７８】そして、復旧操作入力手段８１４による入
力内容を想定系統状態８０３上で仮想的に模擬し、その
更新された想定系統状態について、直ちに系統周波数推
定演算を行って、その推定結果を出力する構成とする点
は、第３の実施形態と同様である。

【００７９】このような復旧操作のガイダンスシステム
によれば、立案した復旧操作を実施した後の系統状態に
ついて、周波数の維持の可否について、容易に調査する
ことができる。また、系統の出力予備力などの周波数特
性が妥当であるかも調査できる。同時に、一連の推定演
算の演算量は少量であるため、復旧操作の立案および修
正についてインタラクティブな操作が可能であるから、
計画者の考察を補助できる効果を持つ。

【００８０】以上の実施の形態において、発電機の新設
などがあれば、オフラインデータベースの設計値や設定
値の追加を行うことにより、その後の通常の運用では、
整定などの一切のメンテナンスの必要がなく、作業の軽
減が期待できる。

【００８１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電力系統の運用状態に応じて電力系統の周波数特性を推
定することができるから、系統の現状に適応した周波数
特性を把握することができ、これにより周波数安定化制
御等の制御の精度および信頼性を向上することができ
る。

【００８２】また、電力系統の運用、復旧等の計画を支
援するシステムの精度および信頼性を向上することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る周波数特性推定装
置の構成図である。

【図２】本発明の一実施の形態に係る周波数特性推定装
置の処理手順の概要図である。

【図３】電力系統の周波数特性を説明する線図である。

【図４】需給不平衡領域の分割領域に対応する発電機の
運転状態を説明する図である。

【図５】発電機周波数特性推定手段の処理手順を示す図
である。

【図６】本発明の周波数特性推定装置を適用してなる周
波数安定化装置の構成図である。

【図７】本発明に係る周波数特性推定結果を用いた周波
数安定化制御の説明図である。

【図８】本発明の周波数特性推定装置を適用してなる発
電機計画のガイダンスシステムの構成図である。

【図９】本発明の周波数特性推定装置を適用してなる復
旧操作計画のガイダンスシステムの構成図である。

【符号の説明】

１０電力系統１１発電機１２母線１３制御系１６発電機観測データベース１７発電機整定データベース１８負荷整定データベース１９系統周波数特性推定手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】周波数偏差に対する発電機の出力調整の
感度係数を該発電機の周波数特性係数とし、前記発電機
の周波数特性係数に該発電機の定格出力に応じた重みを
加味して、電力系統に属する複数の発電機からなる発電
機群の周波数特性係数を求め、該発電機群の周波数特性
係数に基づいて前記電力系統の需給不平衡量に対する周
波数特性を推定することを特徴とする電力系統の周波数
特性推定方法。
【請求項２】請求項１に記載の電力系統の周波数特性
推定方法において、前記発電機群の周波数特性係数を求
めるにあたり、前記発電機の周波数特性係数と定格出力
を乗算した値を出力調整可能な全ての前記発電機につい
て合計し、この合計値を前記発電機群の総出力量で除算
して、前記発電機群の周波数特性係数を求めることを特
徴とする電力系統の周波数特性推定方法。
【請求項３】請求項１又は２に記載の電力系統の周波
数特性推定方法において、前記発電機の周波数特性係数
は、予備力を含めて出力調整の余裕を有する前記発電機
について求めることを特徴とする電力系統の周波数特性
推定方法。
【請求項４】請求項１又は２に記載の電力系統の周波
数特性推定方法において、前記発電機の運用状態に基づ
いて、全ての前記発電機が出力調整の余裕を有する第１
の状態と、一部の前記発電機が出力調整の制限を受ける
第２の状態と、一部の前記発電機が出力調整の限界に達
し残りの前記発電機が予備力の範囲で出力調整の余裕を
有する第３の状態と、全ての前記発電機が予備力を含め
て出力調整の限界に達する第４の状態とに分け、その４
つの状態に対応させて需給不平衡量を４つの領域に区分
し、各領域ごとに前記発電機群の周波数特性係数を求め
ることを特徴とする電力系統の周波数特性推定方法。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の電力
系統の周波数特性推定方法において、前記発電機の周波
数特性係数は、前記発電機に対応して設けられる調速機
の調定率に基づいて求めることを特徴とする電力系統の
周波数特性推定方法。
【請求項６】演算手段と、記憶手段と、これらを制御
する手段とを有してなるコンピュータを備え、複数の発
電機からなる発電機群を備えた電力系統の需給不平衡量
に対する周波数特性を前記コンピュータにより推定する
周波数特性推定装置において、前記記憶手段は、前記各発電機に係る状態量データと、
各発電機に対応して設けられている調速機に係る設定デ
ータ及び制御データとを記憶してなり、前記演算手段は、前記記憶手段に記憶されているデータ
を用いて、前記発電機の周波数偏差に対する出力調整の
感度係数を周波数特性係数とし、前記発電機の周波数特
性係数に該発電機の定格出力に応じた重みを加味して前
記発電機群の周波数特性係数を求め、この発電機群の周
波数特性係数に基づいて前記電力系統の周波数特性を推
定することを特徴とする電力系統の周波数特性推定装
置。
【請求項７】請求項６に記載の電力系統の周波数特性
推定装置において、前記感度係数は、前記調速機に設定されている調定率に
基づいて求めることを特徴とする電力系統の周波数特性
推定装置。
【請求項８】演算手段と、記憶手段と、これらを制御
する手段とを有してなるコンピュータを備え、複数の発
電機からなる発電機群を備えた電力系統の需給不平衡量
に対する周波数特性を前記コンピュータにより推定する
周波数特性推定装置において、前記記憶手段は、前記各発電機の定格出力と、各発電機
に対応して設けられている調速機に設定されている調定
率と負荷設定値と負荷制限条件とを記憶してなり、前記演算手段は、前記記憶手段から各調速機の調定率を
取り込み、その調定率に基づいて各発電機の周波数偏差
に対する出力調整の感度係数を求め、その感度係数を各
発電機の周波数特性係数とし、この各発電機の周波数特
性係数と定格出力を乗じた値の合計値を求め、前記各発
電機の負荷設定値に周波数偏差に対する各発電機の出力
調整率を加算した値に前記定格出力を乗じて各発電機の
出力を求め、各発電機の出力を合計して前記発電機群の
総出力量を求め、この総出力量で前記周波数特性係数の
合計値を除算して前記発電機群の周波数特性係数を求
め、これに基づいて電力系統における周波数特性を推定
することを特徴とする電力系統の周波数特性推定装置。
【請求項９】請求項８に記載の電力系統の周波数特性
推定装置において、前記発電機の周波数特性係数は、予
備力を含めて出力調整の余裕がある前記発電機について
求めることを特徴とする電力系統の周波数特性推定装
置。
【請求項１０】請求項８又は９に記載の電力系統の周
波数特性推定装置において、前記演算手段は、発電機に係る負荷制限条件に基づい
て、全ての前記発電機が出力調整の余裕を有する第１の
状態と、一部の前記発電機が出力調整の制限を受ける第
２の状態と、一部の前記発電機が出力調整の限界に達し
かつ残りの前記発電機が予備力の範囲で出力調整の余裕
を有する第３の状態と、全ての前記発電機が予備力を含
めて出力調整の限界に達する第４の状態とに分け、この
４つの状態に対応させて需給不平衡量を４つの領域に区
分し、各領域ごとに前記発電機群の周波数特性係数を求
めることを特徴とする電力系統の周波数特性推定装置。
【請求項１１】請求項６乃至１０のいずれかに記載の
電力系統の周波数特性推定装置において、前記演算手段は、前記電力系統を複数の単位電力系統に
分け、その単位電力系統の系統分離を想定して電力系統
の再構成パターンを複数設定し、その各再構成パターン
について周波数特性を推定して前記記憶手段に記憶する
ことを特徴とする電力系統の周波数特性推定装置。
【請求項１２】請求項１１に記載の周波数特性推定装
置を備え、前記演算手段は、前記単位電力系統の系統分
離が発生したとき、その系統分離後の再構成パターンに
対応する推定周波数特性を前記記憶手段から読み出し、
その推定周波数特性に基づいて需給不平衡量を算出し、
これに基づいて電源遮断と負荷遮断を含む制御を行うこ
とを特徴とする電力系統の周波数安定化装置。
【請求項１３】請求項６乃至１０のいずれかに記載の
電力系統の周波数特性推定装置を備え、前記演算手段
は、前記発電機について起動停止および運転方法の計画
を入力し、該計画に基づいて電力系統の瞬動予備力を含
めた周波数特性の推定を行い、その推定結果を出力する
ことにより系統計画時の経済負荷配分についてのガイダ
ンスを行うことを特徴とするガイダンス装置。
【請求項１４】請求項１３に記載のガイダンス装置に
おいて、前記経済負荷配分についてのガイダンスは、前
記推定周波数特性の推定結果から、瞬動予備力又は出力
予備力、およびこれらの運用上の目標値に関する情報を
出力提示することを特徴とするガイダンス装置。
【請求項１５】請求項６乃至１０のいずれかに記載の
電力系統の周波数特性推定装置を備え、前記演算装置
は、前記電力系統の事故に対する復旧操作における電力
系統の再構成および運用計画に係る電力系統について、
発電機の瞬動予備力又は出力予備力を含めた周波数特性
の推定を行い、その推定結果を出力することにより復旧
操作の計画立案を支援することを特徴とするガイダンス
装置。
【請求項１６】請求項１５に記載のガイダンス装置に
おいて、前記復旧操作の計画立案を支援するガイダンス
は、前記周波数特性の推定結果から、発電機の瞬動予備
力又は出力予備力、およびこれらの値の目標値に関する
情報、並びに周波数の保持に必要な需給不平衡の解消量
についての情報を出力提示することを特徴とするガイダ
ンス装置。