JPH1146447A - 電力系統の周波数維持システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 系統分離直後の一部の負荷の遮断後に、分
離系統の周波数特性を推定し最適な追加負荷遮断量を算
出し、分離系統の継続運転をすることにある。 【解決手段】 分離系統の周波数変動モデルを作成する
モデル作成部２５１と、系統分離直後に需給アンバラン
ス量から負荷遮断量を決定し、一部の負荷を遮断する第
１段負荷遮断部２５２と、この負荷遮断後に定周期で分
離系統の周波数および周波数変化率を演算し記憶する前
処理部２５３と、モデル作成部で作成された周波数変動
モデルと前処理部で記憶された系統周波数，周波数変化
率とを用いて分離系統の周波数特性定数を求めるパラメ
ータ推定部２５４と、この周波数特性定数を用いて追加
負荷遮断量を算出する追加遮断量算出部２５５と、この
追加負荷遮断量に基づいて負荷遮断を実施する負荷追加
遮断手段２５６，２２ａ，２２ｂとを設けた電力系統の
周波数維持システムである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外部系統から電力
を受電している電力系統が送電線故障などにより系統分
離したとき、この分離系統内の負荷を高速に遮断し系統
周波数の変動を許容範囲内に制御する電力系統の周波数
維持システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は外部系統から電力を受電している
電力系統の周波数維持システムを示す構成図である。先
ず、電力系統は、外部系統１に連系線２を介して連系母
線３が接続され、さらに連系母線３に送電線ＴＬを介し
て負荷変電所４ａ，４ｂおよび発電所５ａ，５ｂが接続
されている。そして、一方の負荷変電所４ａ側にはｎ本
の負荷フィーダＬ_3a1 〜Ｌ_3an 、他方の負荷変電所４ｂ
側にはｍ本の負荷フィーダＬ_3b1 〜Ｌ_3bm が接続されて
いる。

【０００３】ところで、このような電力系統の連系線２
が事故などによって遮断器が図示×印のごとき遮断され
ると、発電所５ａ，５ｂから発生する総発電機出力と負
荷変電所４ａ，４ｂで消費する総負荷量との間にアンバ
ランスが発生し、周波数が図８の実線（イ）のように低
下する。このとき、周波数は発電機が安定に運転できる
領域，つまり周波数許容低下量△ｆｃ以下になると、電
力系統内の発電所５ａ，５ｂ内の発電機が解列し、分離
系統が全停する可能性がある。

【０００４】そこで、従来、周波数低下に伴う分離系統
の全停を防止する観点から、系統分離後に一部の負荷を
高速に遮断し周波数低下を抑制する周波数維持システム
が設置されている。

【０００５】この周波数維持システムは、連系線２の受
電電力（有効電力潮流）△Ｐ_G および連系線２の遮断を
検出する連系線端末装置１１と、連系線端末装置１１の
出力を取り込んで負荷遮断量を演算し遮断すべき負荷フ
ィーダを選択する遮断量演算装置１２と、この遮断量演
算装置１２の選択結果に基づいて負荷変電所内の負荷フ
ィーダを遮断する負荷遮断装置１３ａ，１３ｂとによっ
て構成されている。１４ａ〜１４ｃは伝送ラインであ
る。

【０００６】この遮断量演算装置１２は、連系線端末装
置１１の出力を取り込んで負荷遮断量を算出する遮断量
算出部１２１と、この遮断量算出部１２１によって算出
された負荷遮断量に基づいて遮断すべき負荷フィーダを
選定する遮断フィーダ選択部１２２とからなっている。

【０００７】以上のような周波数維持システムによれ
ば、予め系統分離前に数分程度の定周期ごとに、連系線
端末装置１１は連系線２の受電電力△Ｐ_G を、負荷遮断
装置１３ａ，１３ｂは負荷変電所４ａ，４ｂ内の負荷フ
ィーダの負荷量Ｌ_3a1 〜Ｌ_3an、Ｌ_3b1 〜Ｌ_3bm をそれ
ぞれ検出し、伝送ライン１４ａ〜１４ｃを経由して遮断
量演算装置１２に伝送する。この遮断量演算装置１２
は、各装置１１，１３ａ，１３ｂから送信されてくる値
を系統分離後の負荷遮断量の演算のために記憶する。

【０００８】以上のような状態において事故などで連系
線２が遮断されると、連系線端末装置１１は連系線２の
遮断器の開極情報などをもとに、連系線遮断による系統
分離の発生であると検出し、遮断量演算装置１２に伝送
する。この遮断量演算装置１２は、連系線端末装置１１
からの検出情報の受信を条件に起動し、遮断量算出部１
２１にて周波数が周波数許容低下量△ｆｃ以内になるよ
うに抑制するための負荷遮断量△Ｐ_C を求める。

【０００９】従来、この負荷遮断量△Ｐ_C の演算は、予
め設定する分離系統内発電機５ａ，５ｂの瞬動予備力
（周波数低下に対して、タービン・ガバナ系の応答によ
って短時間に発電機出力を増加できる量）の平均値△Ｐ
_S （以下、この平均値△Ｐ_S を単に瞬動予備力と呼
ぶ）、負荷の周波数特性定数Ｋ_L および系統分離前に記
憶されている受電電力△Ｐ_G などをもとに、（１）式お
よび（２）式の演算式を用いて△Ｐ_C を求めている。な
お、負荷の周波数特性定数Ｋ_L は、周波数低下に対して
負荷が消費電力量を減少する比率である。

【００１０】 Ｋ_f ＝（△Ｐ_S ＋Ｋ_L ・△ｆｃ）／（１＋△Ｐ_S ） ……（１） △Ｐ_C ＝（△Ｐ_G −Ｋ_f ・Ｐ₀ ）／（１−Ｋ_f ） ……（２） 但し、Ｐ₀ は分離系統の総負荷量であって、例えば負荷
変電所４ａ，４ｂの各負荷フィーダの負荷量Ｌ_3a1 〜Ｌ
_3an 、Ｌ_3b1 〜Ｌ_3bm を用いて、下記（３）式により求
めている。

【００１１】

【数１】

【００１２】次に、遮断フィーダ選択部１２２は、遮断
量算出部１２１で求めた負荷遮断量△Ｐ_C と予め記憶さ
れている負荷変電所４ａ，４ｂ内の負荷フィーダの負荷
量Ｌ_3a1 〜Ｌ_3an 、Ｌ_3b1 〜Ｌ_3bm とに基づき、これら
負荷フィーダの負荷量Ｌ_3a1〜Ｌ_3an 、Ｌ_3b1 〜Ｌ_3bm
の中の負荷フィーダの組合わせによる総負荷量が負荷遮
断量△Ｐ_C を上回る最小の負荷フィーダの組合わせを決
定し、この決定された遮断すべき負荷フィーダを選択
し、遮断指令を伝送ライン１４ｂ，１４ｃを通して負荷
遮断装置１３ａ，１３ｂに伝送する。この負荷遮断装置
１３ａ，１３ｂは、遮断指令に基づいて対象負荷フィー
ダを選択的に遮断する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従って、以上のような
周波数維持システムでは、前記（１）式および（２）式
の負荷遮断量算出式を用いて負荷遮断量△Ｐ_C を求めて
いるが、これら式の中の瞬動予備力△Ｐ_S と周波数特性
定数Ｋ_L には予め想定した固定値が用いられている。

【００１４】しかしながら、瞬動予備力△Ｐ_S は、発電
機の運転状態，系統分離前の定常時の周波数変動によっ
て時々刻々と変化する。また、負荷の周波数特性定数Ｋ
_L も系統に接続する負荷の種類によって変化する。

【００１５】その結果、瞬動予備力や負荷の周波数特性
定数などの実系統の周波数特性と前述した予め固定値と
して定めた瞬動予備力△Ｐ_S や周波数特性定数Ｋ_L など
のシステム内設定値との間に差がなければ、図８の点線
（ロ）のように発電機の安定運転領域内に入るように周
波数変化を制御できるが、両者の間の差が大きい場合に
は周波数が一点鎖線（ハ）で示すように変化し、分離系
統を継続運転できなくなる。

【００１６】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、系統分離直後に一部の負荷を遮断した後、周波数変
動の実測値から系統の周波数特性を推定して最適な追加
負荷遮断量を算出し、最小の負荷遮断により確実に分離
系統の継続運転を確保する電力系統の周波数維持システ
ムを提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に対応する発明は、系統分離前の定常状態
時に系統分離後の分離系統の周波数変動モデルを作成す
るモデル作成手段と、系統分離直後に需給アンバランス
量から負荷遮断量を決定し、分離系統内の一部の負荷を
遮断する第１段負荷遮断手段と、この第１段負荷遮断手
段による負荷遮断後に定周期で分離系統の周波数を検出
するとともに、この検出された系統周波数の周波数変化
率を演算し、これら系統周波数および周波数変化率を順
次記憶する前処理手段と、前記定常状態時に前記モデル
作成手段で作成された周波数変動モデルと前記前処理手
段で記憶された系統周波数およびその変化率とを用い
て、周波数変動に影響する前記分離系統の周波数特性定
数を求めるパラメータ推定手段と、このパラメータ推定
手段で求められた周波数特性定数を用いて周波数維持に
必要な追加負荷遮断量を算出する追加遮断量算出手段
と、この追加遮断量算出手段で算出された追加負荷遮断
量に基づいて負荷遮断を実施する負荷追加遮断手段とを
設けた電力系統の周波数維持システムである。

【００１８】このような手段を講じたことにより、送電
線故障などにより系統分離したとき、第１段負荷遮断手
段では、需給アンバランス量から決定される負荷遮断量
に基づいて一部の負荷を遮断する。この負荷遮断後、前
処理手段は、定周期で分離系統の周波数および周波数変
化率を順次求め、パラメータ推定手段に送出する。この
パラメータ推定手段では、予めモデル作成手段で作成さ
れた系統分離後の分離系統の周波数変動モデルと前処理
手段で順次求めた周波数および周波数変化率とを用い
て、周波数変動に影響する分離系統の周波数特性定数を
求め、この周波数特性定数から追加負荷遮断量を算出す
る。そして、負荷追加遮断手段にて追加負荷遮断量に基
づいて負荷遮断を行うものである。

【００１９】よって、系統分離直後の一部の負荷の遮断
後、周波数変動を実測し、分離系統の周波数特性をオン
ラインで推定することにより、追加負荷遮断量を算出す
るので、周波数変動を考慮した最適な追加負荷遮断量を
得ることができ、最小の負荷遮断により確実に分離系統
の継続運転を確保することができる。

【００２０】請求項２および請求項３に対応する発明
は、モデル作成手段として、発電機，高圧タービン，中
・低圧タービン，負荷の周波数特性および需給アンバラ
ンス量から周波数変動モデルを作成し、さらにこれらパ
ラメータに負荷の電圧特性を追加して周波数変動モデル
を作成することにより、少ない演算量により分離系統の
周波数特性を容易に推定可能となる。

【００２１】請求項４に対応する発明は、第１段遮断量
算出手段として、系統分離の発生を条件とし、事前に前
記外部系統から受電している電力量を用いて所定の演算
式を用いて第１段負荷遮断量を求め、負荷の一部を遮断
可能とすることにより、需給アンバランス量に応じて負
荷遮断量を可変しつつ第１段の負荷遮断を実施できる。

【００２２】請求項５に対応する発明は、前処理手段と
して、フィルタまたは移動平均法を用いて、系統分離後
に分離系統の検出周波数から発電機動揺に起因する高周
波成分を除去することにより、パラメータ推定手段によ
り高精度な周波数特性定数の推定が可能となる。

【００２３】請求項６および請求項７に対応する発明
は、パラメータ推定手段として、前処理手段により前処
理された系統周波数，周波数変化率およびモデル作成手
段で作成された等価縮約発電機の定数などを用い、最小
２乗法により負荷の周波数特性定数、発電機の瞬動予備
力を推定し、さらに需給アンバランス量も推定すること
により、実系統の周波数特性の変化を考慮しつつ適切な
負荷の周波数特性定数、発電機の瞬動予備力を推定でき
る。

【００２４】請求項８に対応する発明は、追加遮断量算
出手段として、負荷の周波数特性定数Ｋ_L 、発電機の瞬
動予備力△Ｐ_S 、需給アンバランス量△Ｐ_G 、周波数許
容低下量△ｆ_C および分離系統の総負荷量Ｐ₀ を用い、 Ｋ_f ＝（△Ｐ_S ＋Ｋ_L ・△ｆ_C ）／（１＋△Ｐ_S ） △Ｐ_C2＝（△Ｐ_G −Ｋ_f ・Ｐ₀ ）／（１−Ｋ_f ） なる演算式によって追加負荷遮断量△Ｐ_C2を求めるの
で、適切な推定パラメータのもとに最適な追加負荷遮断
量△Ｐ_C2を求めることかできる。

【００２５】請求項９に対応する発明は、パラメータ推
定手段として、前処理手段により前処理された系統周波
数，周波数変化率および前記モデル作成手段で作成され
た等価縮約発電機の定数などを用い、最小２乗法により
負荷の周波数特性定数、発電機の瞬動予備力△Ｐ_S 、需
給アンバランス量を推定する一方、高圧タービンの分担
比Ｋ_HP、中・低圧タービンの時定数Ｔ_R 、最低周波数到
達時間の仮定値ＴＭを用い、前記発電機の瞬動予備力△
Ｐ_S を、 △Ｐ_S ′＝△Ｐ_S ・｛１−（１−Ｋ_HP）・ｅ^-TM/TR｝ の修正演算式により修正瞬動予備力△Ｐ_S ′を得るの
で、例えば中・低圧タービンの応答遅れを考慮した最適
な追加負荷遮断量を求めることができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係わる電力系統の
周波数維持システムの一実施の形態を示す構成図であ
る。この電力系統は、例えば従来と同様の電力系統を用
いているので、ここでは図１１と同一部分には同一符号
を付してその詳しい説明は省略し、以下、周波数維持シ
ステムについて説明する。

【００２７】この周波数維持システムは、系統分離前に
所定の周期例えば数分の周期ごとに連系線２の受電電力
（有効電力潮流）△Ｐ_G を検出したり、連系線２の遮断
器の開極情報から系統分離の発生などを検出する連系線
端末装置２１と、同じく系統分離前に所定の周期ごとに
負荷変電所４ａ，４ｂ内の負荷フィーダの負荷量Ｌ_3a1
〜Ｌ_3an 、Ｌ_3b1 〜Ｌ_3bm を検出する一方、負荷フィー
ダを選択的に遮断する負荷遮断装置２２ａ，２２ｂと、
同じく系統分離前に所定の周期ごとに発電所５ａ，５ｂ
の運転状態を検出する発電所端末装置２３ａ，２３ｂ
と、これら各装置２１〜２３に対して伝送ライン２４ａ
〜２４ｅを介して接続される遮断量演算装置２５とが設
けられている。

【００２８】この遮断量演算装置２５は、系統分離前に
分離系統の周波数変動モデルを作成するモデル作成部２
５１、系統分離直後に一部の負荷を遮断する遮断負荷量
を算出する第１段遮断量算出部２５２、追加遮断量の算
出演算に用いる周波数やその変化率を求める前処理部２
５３、分離系統の周波数特性定数を推定するパラメータ
推定部２５４、この推定されたパラメータを用いて負荷
遮断の追加量を算出する追加遮断量算出部２５５および
遮断フィーダ選択部２５６などが設けられている。

【００２９】次に、以上のような周波数維持システムの
動作について説明する。先ず、系統分離前に数分程度の
定周期ごとに、連系線端末装置２１では連系線２の受電
電力（有効電力潮流）△Ｐ_G を、負荷遮断装置２２ａ，
２２ｂでは負荷変電所４ａ，４ｂ内の負荷フィーダの負
荷量Ｌ_3a1 〜Ｌ_3an 、Ｌ_3b1 〜Ｌ_3bm を、また発電所端
末装置２３ａ，２３ｂでは発電所５ａ，５ｂ内の発電機
の併解列情報および発電機出力をそれぞれ検出し、対応
する伝送ライン２４ａ〜２４ｅを通して遮断量演算装置
２５に伝送する。

【００３０】この遮断量演算装置２５は、各装置２１〜
２３ａ，２３ｂから伝送されてくる情報を系統分離後の
負荷遮断量の演算に用いるために記憶する一方、モデル
作成部２５２において発電所５ａ，５ｂ内の発電機群を
一台の等価縮約発電機としてモデル化した時の発電機や
タービン・ガバナ系の定数を計算し記憶する。

【００３１】以上の状態において送電線事故などにより
連系線２が遮断されると、連系線端末装置２１は、連系
線２の遮断器の開極情報などをもとに、系統分離が発生
したことを検出し、この検出情報を遮断量演算装置２５
に伝送する。

【００３２】この遮断量演算装置２５の第１段遮断量算
出部２５２は、系統分離検出情報の受信を条件に起動
し、周波数の低下度合いを緩和するための第１段の負荷
遮断量△Ｐ_C1を計算した後、遮断フィーダ選択部２５６
に送出する。この遮断フィーダ選択部２５６は、予め系
統分離前に記憶された負荷変電所４ａ，４ｂ内の負荷フ
ィーダの負荷量Ｌ_3a1 〜Ｌ_3an 、Ｌ_3b1 〜Ｌ_3bm をもと
に、第１段の負荷遮断量△Ｐ_C1を上回ったところの最小
の負荷フィーダの組合わせ関係を決定し、負荷フィーダ
の遮断指令として伝送ライン２４ｂ，２４ｃを経由して
負荷遮断装置２２ａ，２２ｂに伝送する。この負荷遮断
装置２２ａ，２２ｂは、遮断指令に基づいて対象負荷フ
ィーダを選択遮断する。

【００３３】この第１段の負荷遮断後、所定時間を経過
した後、連系線端末装置２１は、例えば１０ミリ秒程度
の定周期△Ｔごとに連系母線３の電圧周波数ｆ_i （i は
検出番号を意味する）を検出し、伝送ライン２４ａを通
して順次遮断量算出装置２５に伝送し、前処理部２５３
に送られる。

【００３４】この前処理部２５３は、周波数ｆ_i を随時
記憶するとともに、この周波数を用いて（４）式により
周波数変化率△ｆ_i を演算し記憶する。 △ｆ_i ＝（ｆ_i −ｆ_i-1 ）／△Ｔ ……（４） そして、この収集した周波数検出値ｆ_i および演算結果
の周波数変化率△ｆ_iが予め設定された個数Ｎ以上にな
ったとき、以下の処理を実行する。

【００３５】パラメータ推定部２５４は、前処理部２５
３で記憶された合計Ｎ個時点以上の周波数検出値ｆ_i お
よび周波数変化率△ｆ_i と、モデル作成部２５１で作成
された等価縮約発電機の定数とを用いて、分離系統の周
波数特性定数を推定する。しかる後、追加遮断量算出部
２５５は、パラメータ推定部２５４で推定された周波数
特性定数に基づき、周波数の低下量が周波数許容低下量
△ｆｃ以内に抑制するための追加負荷遮断量△Ｐ_C2を算
出する。

【００３６】ここで、遮断フィーダ選択部２５６は、予
め記憶されている負荷変電所４ａ，４ｂ内の負荷フィー
ダの負荷量Ｌ_3a1 〜Ｌ_3an 、Ｌ_3b1 〜Ｌ_3bm をもとに、
追加負荷遮断量△Ｐ_C2を上回ったところの最小の負荷フ
ィーダの組合わせ関係を決定し、負荷フィーダの遮断指
令として伝送ライン２４ｂ，２４ｃを経由して負荷遮断
装置２２ａ，２２ｂに伝送する。ここで、負荷遮断装置
２２ａ，２２ｂは、最後の遮断指令に基づいて対象負荷
フィーダを選択遮断し、分離系統の運転継続を図る。

【００３７】従って、以上のような実施の形態によれ
ば、系統分離直後に第１段遮断量算出部２５２で算出さ
れる負荷遮断量に基づいて一部の負荷を遮断するととも
に、その後の周波数変動を実測し、前処理部２５３およ
びパラメータ推定部２５４にて分離系統の周波数特性を
オンラインで推定し、この推定値を用いて追加遮断量算
出部２５５が追加負荷遮断量を算出するので、最適な追
加負荷遮断量を算出でき、最小の負荷遮断で周波数を確
実に周波数許容低下量△ｆｃ以内に抑制でき、分離系統
の運転継続を図ることができる。

【００３８】次に、本発明に係わる電力系統の周波数維
持システムのうち、遮断量演算装置２５を構成するモデ
ル作成手段２５２の他の実施の形態例について説明す
る。その他の構成は図１で説明した通りであるので、こ
こではそれらの構成の説明は省略する。

【００３９】周波数変動モデルの基本的な作成例につい
て説明する。系統分離後の周波数は、分離系統内に接続
されている発電機群の瞬動予備力、タービン・ガバナ系
の動特性および負荷の周波数特性などによって変動す
る。そこで、分離系統内の発電機群を等価縮約すると、
分離系統内の周波数変動を表す動特性は図２に示すよう
な周波数変動ブロック図で表わすことができる。

【００４０】同図において△Ｐ_G は系統分離前に連系線
２から受電していた有効電力（分離系統の需給アンバラ
ンス）、ｆ（Ｓ）は系統分離前の定常状態からの周波数
変化量（周波数偏差）、Ｋ_L は負荷の周波数特性定数、
Ｍは等価縮約発電機の慣性定数、Ｋ_HPは高圧タービンの
分担比、Ｔ₂ は高圧タービンの時定数、Ｔ_R は中・低圧
タービンの時定数（再熱器の時定数を含む）、Ｋ_G はガ
バナのゲイン、Ｔ₁ はガバナの時定数、△Ｐ_S は瞬動予
備力である。なお、図２に記述する諸量は分離系統の総
負荷量Ｐ_LT0 をベース値とするＰ．Ｕ．値（基準値）で
ある。

【００４１】そこで、周波数変動モデルを図２に示すよ
うに表せば、系統分離による分離系統の周波数低下現象
は、発電機，高圧タービン，中・低圧タービンの応答時
間によって、概ね図３に示すようになり、３つの時間領
域１〜３の現象に分けることができる。すなわち、系統
分離後数百ミリ秒以内の現象であって発電機の運動方程
式に従って周波数が直線的に低下する領域１の現象、系
統分離後数百ミリ秒〜１秒程度の現象であってガバナに
よる瞬動予備力△Ｐ_S までの加減弁開に対して応答の早
い高圧タービンが出力を増発する領域２の現象、系統分
離後１秒以降の現象であってガバナの加減弁開に対して
応動の遅い中・低圧タービンが出力を増発する領域３の
現象である。

【００４２】ここで、領域３に対する周波数変動モデル
は、図２のブロック図に対して、以下の（１）〜（４）
の近似を行うことにより、図４のように簡略化できる。 （１） 加減弁開度は上限（分離前の状態＋瞬動予備力
分）に達している。 （２） 高圧タービンは出力を増発済みである。 （３） 中・低圧タービンは応動（出力を増発）中であ
る。 （４） 負荷は周波数の低下に伴って消費電力を減少中
である。

【００４３】ゆえに、図４の簡略モデルを用いて周波数
特性定数を推定するためには、予め事前に周波数特性定
数である発電機の瞬動予備力△Ｐ_S と負荷の周波数特性
定数Ｋ_L 以外の各定数を設定しておく必要がある。

【００４４】そこで、モデル作成部２５１においては、
連系線端末装置２１から伝送されてくる連系線２の有効
電力を取り込み、需給バランス量△Ｐ_G とする。次に、
発電所端末装置２３ａ，２３ｂから送られてくる発電所
５ａ，５ｂ内の発電機の併解列情報と発電機出力とをも
とに、分離系統の周波数変動を表すための等価縮約発電
機の定数，つまり発電機の慣性定数Ｍ，高圧タービンの
分担比Ｋ_HP，中・低圧タービンの時定数Ｔ_R を、次式に
よって求めることにより、図４に示すような分離系統の
周波数変動モデルを作成する。

【００４５】

【数２】

【００４６】但し、Ｍ_4ai ，Ｋ_HP4ai ，Ｔ_R4ai，Ｐ_4ai
はそれぞれ発電所５ａで運転中の発電機ｉの慣性定数，
高圧タービンの分担比，中・低圧タービンの時定数およ
び発電機出力である。一方、Ｍ_4bj ，Ｋ_HP4bj ，
Ｔ_R4bj，Ｐ_4bj は、発電所５ｂで運転中の発電機ｊの慣
性定数、高圧タービンの分担比、中・低圧タービンの時
定数および発電機出力である。また、ｎ，ｍは発電機５
ａ，５ｂで運転中の発電機台数である。

【００４７】従って、以上のような実施の形態によれ
ば、モデル作成部２５１では、分離系統の周波数変動状
態を簡略モデル化することにより、追加負荷遮断量を求
めるための周波数特性定数（例えば負荷の周波数特性定
数と発電機の瞬動予備力）が少ない演算量で容易に推定
可能とすることができる。

【００４８】さらに、遮断量演算装置２５を構成するモ
デル作成手段２５１の他の実施の形態例について説明す
る。この実施の形態も周波数変動モデルの形に関するも
のであり、その他の構成は図１で説明した通りであり、
ここではそれら構成の説明は省略する。

【００４９】周波数変動モデルの作成例について説明す
る。図４に示す周波数変動モデルは、系統分離後の電圧
変動に関係なく負荷の消費電力が一定であると仮定して
いる。しかし、負荷の電圧特性によっては、系統分離後
の電圧変動の影響を受けて消費電力が変化し、周波数特
性定数の推定精度を悪化させる可能性がある。

【００５０】そこで、本実施の形態では、図４に示すブ
ロック図に負荷の電圧特性を付加してなる周波数変動モ
デルを作成することにある。今、負荷の電圧特性につい
て考えると、下記する（９）式により定義できる。

【００５１】 Ｐ_i ＝Ｐ_0i・（Ｖ_i ／Ｖ_0i） （i=1,2,…,L） ……（９） すなわち、ｉ番目の負荷の系統分離後の消費電力Ｐ_i
は、ｉ番目の負荷の系統分離前の消費電力Ｐ_0iに対し、
電圧変化率（Ｖ_i ／Ｖ_0i）のα乗に比例して変化すると
考えられる。但し、Ｖ_0iはｉ番目の負荷の系統分離前の
電圧との大きさ、Ｖ_i はｉ番目の負荷の系統分離後の電
圧の大きさ、L は分離系統内の負荷の総数である。

【００５２】次に、分離系統内に分布する各負荷の電圧
は、接続する変電所によって異なるが、電圧の変化率
（Ｖ／Ｖ₀ ）は分離系統内でほぼ同じであると仮定し、
連系母線３の電圧で代表させると、分離前後における負
荷の消費電力のトータルの変化△Ｐ_LTは下記する（１
０）式のようになる。

【００５３】 △Ｐ_LT＝Ｐ_LT0 −Ｐ_LT＝Ｐ_LT0 ・｛１−（Ｖ／Ｖ₀ ） ｝ …（１０） そこで、図４は総負荷量Ｐ_LT0 をベース容量としたブロ
ック図であるので、このブロック図に前記（１０）式で
求めた負荷の電圧特性式を追加すると、図５に示すよう
な周波数変動モデルを作成可能となる。但し、Ｖ₀ ，Ｖ
は連系母線３の系統分離前後の電圧、αは負荷の電圧特
性係数である。

【００５４】そこで、モデル作成部２５１では、周波数
特性定数を推定する前提として、予め事前に周波数特性
定数である発電機の瞬動予備力△Ｐ_S と負荷の周波数特
性定数Ｋ_L 以外の各定数を求めることにより、図５に示
す周波数変動モデルを作成するものである。

【００５５】すなわち、モデル作成部２５１において
は、連系線端末装置２１から送られてくる連系線２の有
効電力を取り込んで需給バランス量△Ｐ_G とするととも
に、予め記憶されている負荷の電圧特性定数αを読み取
る。そして、発電所端末装置２３ａ，２３ｂから送られ
てくる発電所５ａ，５ｂ内の発電機の併解列情報と発電
機出力とをもとに、分離系統の周波数変動を表すための
等価縮約発電機の定数，つまり発電機の慣性定数Ｍ，高
圧タービンの分担比Ｋ_HP，中・低圧タービンの時定数Ｔ
_R を、前記（５）式〜（８）式を用いて求めることによ
り、図５に示すような分離系統の周波数変動モデルを作
成する。

【００５６】従って、このような実施の形態によれば、
図４に示す分離系統の周波数変動モデルに対し、負荷の
電圧特性分を追加した周波数変動モデルを作成でき、後
記するパラメータ推定部２５４で推定する周波数特性定
数の推定精度を上げることができる。

【００５７】次に、本発明に係わる電力系統の周波数維
持システムのうち、遮断量演算装置２５を構成する第１
段負荷遮断部２５２の実施の形態例について説明する。
その他の構成は図１と同様であるので、ここではそれら
の構成の説明は省略する。

【００５８】先ず、第１段遮断の目的と負荷遮断量の算
出例について説明する。この第１段遮断の目的は、系統
分離直後に負荷の一部を高速遮断することにより、周波
数低下速度を抑制し、周波数特性定数の推定に基づく追
加遮断制御に時間的な余裕をもたせつつ最適な追加負荷
遮断量を算出可能とすることにある。このためには、需
給アンバランス量に応じて負荷遮断量を変化させる必要
がある。

【００５９】図６は以上のような考えのもとに作成され
た第１段負荷遮断量と需給アンバランス量との関係を示
す図である。この図から明らかなように、予め第１段負
荷遮断量△Ｐ_C1（需給アンバランス量に対する比率）と
需給アンバランス量△Ｐ_G （総負荷量に対する比率）と
の関係は、下記する（１１）式のような１次式により定
式化でき、需給アンバランス量が大きくなったとき、そ
の大きさに比例して第１段遮断量を増加させていく必要
があることが分かる。

【００６０】 △Ｐ_C1＝ａ・△Ｐ_G （ａ＞０） ……（１１） 但し、上式において△Ｐ_C1は需給アンバランス量をベー
ス量とするＰ．Ｕ．値、△Ｐ_G は総負荷量をベース量と
するＰ．Ｕ．値である。ａは設定値である。

【００６１】そこで、第１段遮断量算出部２５２におい
ては、次のような処理を実行する。先ず、連系線端末装
置２１は連系線２の遮断器の開極情報などを受けて系統
分離の発生であると検出すると、その検出情報を遮断量
演算装置２５に伝送する。この遮断量演算装置２５の第
１段遮断量算出部２５２は、系統分離発生の検出情報の
受信を条件とし、直ちに前記（１１）式を用いて第１段
負荷遮断量△Ｐ_C1を求め、遮断フィーダ選択部２５６に
対し、負荷遮断を指示する。

【００６２】従って、このような実施の形態によれば、
第１段遮断量算出部２５２により、予め定式化された前
記（１１）式に基づいて第１段負荷遮断量を求めるの
で、需給アンバランス量に応じて負荷遮断量を変化させ
つつ適切な第１段負荷遮断量を求めることができる。よ
って、需給アンバランス量が変化しても、その後のパラ
メータの推定や追加遮断量の演算に必要な時間的な余裕
を確保できる。

【００６３】次に、本発明に係わる電力系統の周波数維
持システムのうち、遮断量演算装置２５を構成する前処
理部２５３の実施の形態例について説明する。その他の
構成は図１と同様であるので、ここではそれらの構成の
説明は省略する。

【００６４】この実施の形態では、前処理部２５３で周
波数検出値のフィルタリング処理を行うことにある。先
ず、フィルタリングの必要性について述べる。

【００６５】連系線２の３相地絡事故後に系統分離が発
生すると、地絡事故の影響で分離系統内の発電機間に動
揺が発生する。その結果、連系母線３の電圧周波数に
は、本来制御したい周波数とは関係のない発電機動揺成
分である１秒程度の短周期の高周波成分が重畳される。
この高周波成分は周波数特性定数の推定精度に影響を与
えるので、フィルタリングをする必要がある。

【００６６】そこで、本実施の形態では、例えば一次遅
れフィルタを用い、時々刻々実測する連系母線３の電圧
周波数ｆ_i に対し、次式に基づいてフィルタリング演算
を実行する。

【００６７】 ｆ_i ^*＝ｆ_i-1 ^*＋（ｆ_i −ｆ_i-1 ^*）・△Ｔ／Ｔ_F ……（１２） 上式においてｆ_i ^*はフィルタリング後の周波数、ｆ_i
はフィルタリング前の周波数、△Ｔは周波数ｆ_i の検出
周期、Ｔ_F は一次遅れフィルタの時定数である。

【００６８】そこで、前処理部２５３においては次のよ
うな処理を実行する。先ず、第１段遮断後、一定時間経
過後、連系線端末装置２１は連系母線３の電圧周波数ｆ
_i （ｉは検出番号を意味する）を１０ミリ秒程度の定周
期△Ｔで検出し、伝送ライン２４ａを経由して遮断量演
算装置２５に伝送する。

【００６９】この遮断量演算装置２５の前処理部２５３
は、電圧周波数ｆ_i を用いて前記（１２）式によりフィ
ルタリングし、そのフィルタリング結果を順次記憶する
とともに、このフィルタリング後の周波数ｆ_i ^*を用い
て下記する（１３）式に従って周波数変化率△ｆ_i ^*を
演算し記憶するものである。

【００７０】 △ｆ_i ^*＝（ｆ_i ^*−ｆ_i-1 ^*）／△Ｔ ……（１３） 従って、このような実施の形態によれば、前処理部２５
３において連系母線３の電圧周波数から発電機動揺に起
因する高周波成分を除去でき、パラメータ推定部２５４
において高精度な周波数特性定数の推定が可能となる。

【００７１】なお、上記実施の形態では、一次遅れのデ
ィジタルフィルタを用いたが、二次以上或いはアナログ
フィルタであっても同様に適用できる。さらに、前処理
部２５３のもう１つの実施の形態例について説明する。

【００７２】この実施の形態は、前述したフィルタリン
グ処理の代わりに、移動平均法を用いて高周波成分を除
去する例である。先ず、第１段遮断後、一定時間経過
後、連系線端末装置２１は連系母線３の電圧周波数ｆ_i
（ｉは検出番号を意味する）を１０ミリ秒程度の定周期
△Ｔで検出し、伝送ライン２４ａを経由して遮断量演算
装置２５に伝送する。この遮断量演算装置２５の前処理
部２５３では、蓄積した電圧周波数ｆ_i （i=1,2,…,n）
を用い、下記する（１４）式により移動平均値ｆ_i ^*を
計算する。

【００７３】

【数３】

【００７４】上式においてｆ_i ^*は移動平均処理後の周
波数、ｆ_i は移動平均処理前の周波数、ｎは移動平均処
理に用いるｆ_i の検出点数である。この検出点数ｎは、
例えば１秒周期の発電機動揺を除去ためには１秒間に検
出される検出点数以上に設定する。

【００７５】そして、前記（１４）式に基づいて順次移
動平均値ｆ_i ^*を求めた後、この移動平均値ｆ_i ^*を記憶
する。また、ｆ_i ^*を用いて前記（１３）式により順次
周波数変化率△ｆ_i ^*を演算し同様に記憶する。

【００７６】従って、このような実施の形態によれば、
前処理部２５３において連系母線３の電圧周波数から発
電機動揺に起因する高周波成分を除去でき、高精度な周
波数特性定数の推定が可能となる。

【００７７】次に、本発明に係わる電力系統の周波数維
持システムのうち、遮断量演算装置２５を構成するパラ
メータ推定部２５４の実施の形態例について説明する。
その他の構成は図１と同様であるので、ここではそれら
の構成の説明は省略する。

【００７８】この実施の形態は、最小２乗法を用いて、
周波数特性定数となる負荷の周波数特性定数Ｋ_L 、発電
機の瞬動予備力△Ｐ_S などのパラメータを推定すること
にある。

【００７９】最小２乗法を用いてパラメータを推定する
に先立ち、図４に示す周波数変動ブロックを微分方程式
に変換すれば、下記する（１５）式となる。 ｄｆ／ｄｔ＝｛−△Ｐ_G ＋Ｋ_HP・△Ｐ_S ＋△Ｐ_ML（ｔ） −Ｋ_L ・ｆ（ｔ）｝／Ｍ ……（１５） ここで、△Ｐ_ML（ｔ）は中・低圧タービンの出力変化で
あって、（１６）式で表わせるる。

【００８０】 △Ｐ_ML（ｔ）＝（１−Ｋ_HP）・△Ｐ_S ・（１−ｅ^-t/TR ） ……（１６） この（１６）式を（１５）式に代入し整理すると、（１
７）式となる。 ｄｆ／ｄｔ＝［−△Ｐ_G ＋△Ｐ_S −Ｋ_L ・ｆ（ｔ） −（１−Ｋ_HP）・△Ｐ_S ・ｅ^-t/TR ］／Ｍ……（１７） この（１７）式においてｄｆ／ｄｔ＝△ｆ（周波数の変
化率）で置き換えると、下記する（１８）式となる。

【００８１】 △ｆ（ｔ）＝［−△Ｐ_G ＋△Ｐ_S −Ｋ_L ・ｆ（ｔ） −（１−Ｋ_HP）・△Ｐ_S ・ｅ^-t/TR ］／Ｍ……（１８） なお、負荷の電圧特性を考慮した図５のブロック図の場
合には、（１８）式は下記する（１９）式となる。

【００８２】 △ｆ（ｔ）＝［−△Ｐ_G ＋｛１−（Ｖ／Ｖ₀ ） ｝＋△Ｐ_S −Ｋ_L ・ｆ（ｔ）−（１−Ｋ_HP）・△Ｐ_S ・ｅ^-t/TR ］／Ｍ…（１９） そこで、（１８）式或いは（１９）式を用いて、負荷の
周波数特性定数Ｋ_L 、発電機の瞬動予備力△Ｐ_s を推定
する例を説明する。

【００８３】今、（１８）式において検出可能なパラメ
ータは系統分離後の周波数ｆ（ｔ）とその変化率△ｆ
（ｔ）である。その他のパラメータである需給アンバラ
ンス量△Ｐ_G 、発電機の瞬動予備力△Ｐ_S 、負荷の周波
数特性定数Ｋ_L 、高圧タービン分担比Ｋ_HP、中・低圧タ
ービンの時定数Ｔ_R 、慣性定数Ｍは未知数である。

【００８４】ゆえに、前記（１８）式を用いて、直接最
小２乗法を適用して全てのパラメータを推定することが
考えられるが、未知数が多くて解が得られない可能性が
ある。

【００８５】そこで、Ｍ，Ｋ_HP，Ｔ_R などの発電機に関
する諸量は分離系統内の発電機の運転状態を用いて算出
できるので既知パラメータとすることができる。その結
果、推定すべきパラメータはＫ_L と△Ｐ_S の２量とな
る。

【００８６】ところで、（１８）式より各時点の周波数
ｆ_i と周波数変化率△ｆ_i との間に以下の関係が成立す
る。 △ｆ_i ＝［−△Ｐ_G ＋△Ｐ_S −Ｋ_L ・ｆ_i −（１−Ｋ_HP）・△Ｐ_S ・ｅ^-t/TR ］／Ｍ （i=1,…，n ）…（２０） この（２０）式を、推定すべきパラメータＫ_L ，△Ｐ_S
の関係から整理すると、下記する（２１）式〜（２３）
式で表すことができる。

【００８７】 Ｋ_L ・ｆ_i ＋△Ｐ_S ・ｇ_i ＝ｙ_i （i=1,…,n） ……（２１） ここで、ｇ_i およびｙ_i は次式で表わせる。 ｇ_i ＝（１−Ｋ_HP）・ｅ^-t/TR −１ ……（２２） ｙ_i ＝−△Ｐ_G −Ｍ・△ｆ_i ……（２３） そこで、（２１）式〜（２３）式に対して最小２乗法を
適用し、パラメータＫ_L ，△Ｐ_S を推定することを考え
ると、最小化すべき目的関数Ｆは下記する（２４）式の
ようになる。

【００８８】

【数４】

【００８９】なお、前記（１９）式，つまり図５の負荷
の電圧特性を考慮した周波数変動ブロックを用いたとき
の推定方法では、（２３）式のｙ_i が（２３′）式に変
わるだけであって、それ以外は全く同じである。

【００９０】 ｙ_i ＝−△Ｐ_G −Ｍ・△ｆ_i ＋｛１−（Ｖ／Ｖ₀ ） ｝ ……（２３′） そこで、パラメータ推定部２５４においては、次のよう
な処理を実行する。すなわち、パラメータ推定部２５４
は、前処理部２５３で記憶されている複数個の周波数検
出値ｆ_i 或いはそのフィルタリング値ｆ_i ^*、周波数変
化率△ｆ_i或いはそのフィルタリング値△ｆ_i ^*と、モデ
ル作成部２５１で作成された等価縮約発電機の定数Ｍ，
Ｋ_HP，Ｔ_R および予め記憶されている負荷の電圧特性定
数αとを取り込み、各検出値ｉに対して前記（２２）
式，（２３）式或いは（２２）式，（２３′）式を用い
てｇ_i ，ｙ_i を計算する。そして、得られたｇ_i ，ｙ_i
などを前記（２５）式に代入し、負荷の周波数特性定数
Ｋ_L 、発電機の瞬動予備力△Ｐ_S の推定値を求めた後、
追加遮断量算出部２５５に送出する。

【００９１】従って、以上のような実施の形態によれ
ば、同時点で検出した複数個の周波数と周波数変化率と
を用いて、最小２乗法によって負荷の周波数特性定数Ｋ
_L 、発電機の瞬動予備力△Ｐ_S を推定するようにしたの
で、実系統の周波数特性の変化や計測器の検出誤差など
に影響されずに適切にパラメータを推定できる。

【００９２】さらに、パラメータ推定部２５４の他の実
施の形態例について説明する。その他の構成は図１と同
様であるので、ここではそれらの構成の説明は省略す
る。このパラメータ推定部２５４では、需給アンバラン
ス量△Ｐ_G は、連系線２の事前潮流量であることから既
知量として取り扱ったが、系統分離事故の種別によって
分離系統内の電圧が大幅に低下し、電圧低下に伴う負荷
脱落が発生する可能性がある。

【００９３】この需給アンバランス量△Ｐ_G は、連系線
の事前潮流から負荷脱落量を減じることにより得られる
が、負荷脱落量は計測できないので△Ｐ_G は既知量とし
て取り扱うことができない。

【００９４】そこで、本実施の形態では、需給アンバラ
ンス量△Ｐ_G も未知量と考え、負荷の周波数特性定数Ｋ
_L 、発電機の瞬動予備力△Ｐ_S とともに推定することに
ある。

【００９５】以下、その推定例について説明する。前例
と同じように、前記（２０）式に関し、推定すべきパラ
メータＫ_L ，△Ｐ_S ，△Ｐ_G について整理すると、下記
する（２６）式〜（２８）式が得られる。

【００９６】 Ｋ_L ・ｆ_i ＋△Ｐ_S ・ｇ_i ＋△Ｐ_G ＝ｙ_i （i=1,…,n） ……（２６） ｇ_i ＝（１−Ｋ_HP）・ｅ^-t/TR −１ ……（２７） ｙ_i ＝−Ｍ・△ｆ_i ……（２８） そこで、（２６）式〜（２８）式に最小２乗法を適用
し、パラメータＫ_L ，△Ｐ_S ，△Ｐ_G を推定することを
考えると、最小化すべき目的関数Ｆは下記する（２９）
式のようになる。

【００９７】

【数５】

【００９８】なお、前記（２０）式，つまり図４の周波
数特性ブロックを対象とした場合のパラメータ推定法を
示しているが、図５の負荷の電圧特性を考慮した周波数
変動ブロックの場合でも、（２８）式のｙ_i が下記する
（２８′）に変わるだけであって、全く同様の方法によ
って推定できる。

【００９９】 ｙ_i ＝−Ｍ・△ｆ_i ＋｛１−（Ｖ／Ｖ₀ ） ｝ ……（２８′） そこで、パラメータ推定部２５４においては、前処理部
２５３で記憶されている複数個の周波数検出値ｆ_i 或い
はそのフィルタリング値ｆ_i ^*、周波数変化率△ｆ_i 或
いはそのフィルタリング値△ｆ_i ^*と、モデル作成部２
５１で作成された等価縮約発電機の定数Ｍ，Ｋ_HP，Ｔ_R
および予め記憶されている負荷の電圧特性定数αとを取
り込み、各検出値ｉに対して前記（２７）式，（２８）
式或いは（２７）式，（２８′）式を用いてｇ_i ，ｙ_i
を計算する。そして、得られたｇ_i ，ｙ_i などを前記
（３０）式に代入し、負荷の周波数特性定数Ｋ_L 、発電
機の瞬動予備力△Ｐ_S および需給アンバランス量△Ｐ_G
の推定値を求めた後、追加遮断量算出部２５５に送出す
るものである。

【０１００】従って、このような実施の形態によれば、
負荷の周波数特性定数Ｋ_L 、発電機の瞬動予備力△Ｐ_S
だけでなく、需給アンバランス量△Ｐ_G も未知パラメー
タとして推定するので、系統分離事故時に電圧低下に伴
う負荷脱落が発生しても、精度よく周波数特性定数を推
定できる。

【０１０１】次に、本発明に係わる電力系統の周波数維
持システムのうち、遮断量演算装置２５を構成する追加
遮断量算出部２５５の実施の形態例について説明する。
その他の構成は図１と同様であるので、ここではそれら
の構成の説明は省略する。

【０１０２】この実施の形態は、第１段の負荷遮断後、
追加遮断すべき追加負荷遮断量を算出することにある。
追加負荷遮断量の算出例について述べる。

【０１０３】前述のパラメータ推定部２５４の周波数特
性定数の推定演算により、負荷の周波数特性定数Ｋ_L ，
発電機の瞬動予備力△Ｐ_S および需給アンバランス量△
Ｐ_Gが得られているので、これらパラメータを用い、従
来で説明したように下式を用いて、追加負荷遮断量△Ｐ
_C2を求める。

【０１０４】 Ｋ_f ＝（△Ｐ_S ＋Ｋ_L ・△ｆ_c ）／（１＋△Ｐ_S ） ……（３１） △Ｐ_C2＝（△Ｐ_G −Ｋ_f ・Ｐ₀ ）／（１−Ｋ_f ） ……（３２） 但し、△ｆ_C は周波数許容低下量、Ｐ_LT0 は分離系統の
総負荷量である。

【０１０５】そこで、追加遮断量算出部２５５において
は、パラメータ推定部２５４で推定された負荷の周波数
特性定数Ｋ_L 、発電機の瞬動予備力△Ｐ_S および需給ア
ンバランス量△Ｐ_G を受け取ると、これらＫ_L ，△Ｐ
_S ，△Ｐ_G と予め設定された周波数許容低下量△ｆ_C と
をもとに、前記（３１）式，（３２）式に基づいて追加
負荷遮断量△Ｐ_C2を算出し、遮断フィーダ選択部２５６
に送出する。

【０１０６】従って、以上のような実施の形態によれ
ば、オンラインで推定された系統の周波数特性定数を用
いて、（３１）式および（３２）式から負荷遮断量を求
めるので、第１段負荷遮断後の系統特性に即した追加負
荷遮断量を得ることができる。

【０１０７】さらに、パラメータ推定部２５４の他の実
施の形態例について説明する。この実施の形態は、パラ
メータ推定部２５４で推定される発電機瞬動予備力の修
正を行うことにある。

【０１０８】先ず、発電機瞬動予備力の修正について述
べる。前述した実施の形態では、周波数低下量が最大に
達した時点ＴＭにおいて中・低圧タービンは既に発電機
瞬動予備力分の出力増加が完了していると仮定し、負荷
遮断量を求めるようにしている。

【０１０９】しかし、中・低圧タービンの前段には１０
秒程度の時定数をもつ再熱器があり、ＴＭ時点では出力
上昇が完了していない。そのため、推定された瞬動予備
力△Ｐ_S をそのまま用いると、不足気味の負荷遮断量が
算出される可能性があり、場合によっては周波数低下量
が周波数許容低下量△ｆ_C 以下となる可能性がある。

【０１１０】ゆえに、ＴＭ時点の中・低圧タービンの応
答量を図４或いは図５の周波数変動モデルをベースに見
積もり、△Ｐ_S を修正する必要がある。そこで、図４，
図５の高圧タービン、中・低圧タービンのブロックに着
目すれば、ＴＭ時点のタービン全体の出力上昇量，すな
わち最低周波数を抑制する実質的な瞬動予備力△Ｐ_S ′
は下記する（３３）式で表すことができる。

【０１１１】 △Ｐ_S ′＝Ｋ_HP・△Ｐ_S ＋（１−Ｋ_HP）・△Ｐ_S ・（１−ｅ^-TM/TR） ＝△Ｐ_S ・｛１−（１−Ｋ_HP）・ｅ^-TM/TR｝ ……（３３） 従って、△Ｐ_S の代わりに△Ｐ_S ′を用いて、（３１）
式および（３２）式から負荷遮断量を求めれば、中・低
圧タービンの応答遅れを考慮した最適な追加負荷遮断量
が求められる。なお、周波数低下量が最大に達する時点
ＴＭは概ね１０秒程度である。

【０１１２】そこで、パラメータ推定部２５４において
は、前処理部２５３で記憶されている複数個の周波数検
出値ｆ_i 或いはそのフィルタリング値ｆ_i ^*、周波数変
化率△ｆ_i 或いはそのフィルタリング値△ｆ_i ^*と、モ
デル作成部２５１で作成された等価縮約発電機の定数
Ｍ，Ｋ_HP，Ｔ_R および予め記憶されている負荷の電圧特
性定数αとを取り込み、各検出値ｉに対して前記（２
２）式，（２３）式或いは（２２）式，（２３′）式を
用いてｇ_i ，ｙ_i を計算する。そして、得られたｇ_i ，
ｙ_i などを前記（２５）式に代入し、負荷の周波数特性
定数Ｋ_L 、発電機の瞬動予備力△Ｐ_S の推定値を求め
る。しかる後、推定された発電機の瞬動予備力△Ｐ_S を
（３３）式を用いて修正し、負荷の周波数特性定数Ｋ_L
とともに追加遮断量算出部２５５に送出する。

【０１１３】従って、以上のような実施の形態によれ
ば、推定された発電機の瞬動予備力△Ｐ_S について、
（３３）式を用いて修正することにより、中・低圧ター
ビンの応答遅れを考慮した精度の高い負荷遮断量を求め
ることができる。

【０１１４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、送
電線事故等による系統分離直後に一部の負荷を遮断する
とともに、その後の周波数変動を実測し、分離系統の周
波数特性をオンラインで推定するので、最適な追加負荷
遮断量を算出でき、最小の負荷遮断で確実に分離系統の
運転を継続できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係わる電力系統の周波数維持システ
ムの一実施の形態を示す構成図。

【図２】 分離系統における周波数変動モデルのブロッ
ク図。

【図３】 系統分離時の周波数低下現象を説明する図。

【図４】 図２の周波数変動モデルの簡略モデルのブロ
ック図。

【図５】 負荷の電圧特性を考慮した周波数変動モデル
の簡略モデルのブロック図。

【図６】 需給アンバランス量と第１段負荷遮断量との
関係を説明する図。

【図７】 従来の電力系統の周波数維持システムの構成
図。

【図８】 系統分離時の周波数変化を説明する図。

【符号の説明】

２…連系線 ３…連系母線 ４ａ，４ｂ…負荷変電所 ５ａ，５ｂ…発電所 ２１…連系線端末装置 ２２ａ，２２ｂ…負荷遮断装置 ２３ａ，２３ｂ…発電所端末装置 ２５…遮断量演算装置 ２５１…モデル作成部 ２５２…第１段遮断量算出部 ２５３…前処理部 ２５４…パラメータ推定部 ２５５…追加遮断量算出部 ２５６…遮断フィーダ選択部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小俣 和也 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部系統から電力を受電している電力
   系統が送電線故障などにより系統分離したとき、分離系
   統内の負荷を高速に遮断し、分離系統の周波数の変動を
   許容範囲内に入るように制御する電力系統の周波数維持
   システムにおいて、 系統分離前の定常状態時に系統分離後の分離系統の周波
   数変動モデルを作成するモデル作成手段と、 系統分離直後に需給アンバランス量から負荷遮断量を決
   定し、分離系統内の一部の負荷を遮断する第１段負荷遮
   断手段と、 この第１段負荷遮断手段による負荷遮断後に定周期で分
   離系統の周波数を検出するとともに、この検出された系
   統周波数の周波数変化率を演算し、これら系統周波数お
   よび周波数変化率を順次記憶する前処理手段と、 前記定常状態時に前記モデル作成手段で作成された周波
   数変動モデルと前記前処理手段で記憶された系統周波数
   およびその変化率とを用いて、周波数変動に影響する前
   記分離系統の周波数特性定数を求めるパラメータ推定手
   段と、 このパラメータ推定手段で求められた周波数特性定数を
   用いて周波数維持に必要な追加負荷遮断量を算出する追
   加遮断量算出手段と、 この追加遮断量算出手段で算出された追加負荷遮断量に
   基づいて負荷遮断を実施する負荷追加遮断手段と、 を備えたことを特徴とする電力系統の周波数維持システ
   ム。
2. 【請求項２】 モデル作成手段は、発電機，高圧ター
   ビン，中・低圧タービン，負荷の周波数特性および需給
   アンバランス量からなる周波数変動モデルを作成するこ
   とを特徴とする請求項１記載の電力系統の周波数維持シ
   ステム。
3. 【請求項３】 モデル作成手段は、発電機，高圧ター
   ビン，中・低圧タービン，負荷の周波数特性，需給アン
   バランス量および負荷の電圧特性からなる周波数変動モ
   デルを作成することを特徴とする請求項１記載の電力系
   統の周波数維持システム。
4. 【請求項４】 第１段遮断量算出手段は、系統分離の
   発生を条件とし、事前に前記外部系統から受電している
   電力量を用いて所定の演算式により第１段負荷遮断量を
   求め、負荷の一部を遮断可能とすることを特徴とする請
   求項１記載の電力系統の周波数維持システム。
5. 【請求項５】 前処理手段は、フィルタまたは移動平
   均法を用いて、系統分離後に分離系統の検出周波数から
   発電機動揺に起因する高周波成分を除去することを特徴
   とする請求項１記載の電力系統の周波数維持システム。
6. 【請求項６】 パラメータ推定手段は、前記前処理手
   段により前処理された系統周波数，周波数変化率および
   前記モデル作成手段で作成された等価縮約発電機の定数
   などを用い、最小２乗法により負荷の周波数特性定数、
   発電機の出力増加可能量（以下、瞬動予備力と指称す
   る）を推定することを特徴とする請求項１記載の電力系
   統の周波数維持システム。
7. 【請求項７】 パラメータ推定手段は、前記前処理手
   段により前処理された系統周波数，周波数変化率および
   前記モデル作成手段で作成された等価縮約発電機の定数
   などを用い、最小２乗法により負荷の周波数特性定数、
   発電機の瞬動予備力、需給アンバランス量を推定するこ
   とを特徴とする請求項１記載の電力系統の周波数維持シ
   ステム。
8. 【請求項８】 追加遮断量算出手段は、負荷の周波数
   特性定数Ｋ_L 、発電機の瞬動予備力△Ｐ_S 、需給アンバ
   ランス量△Ｐ_G 、周波数許容低下量△ｆ_C および分離系
   統の総負荷量Ｐ₀ を用い、下記する式により追加負荷遮
   断量△Ｐ_C2を求めることを特徴とする請求項１記載の電
   力系統の周波数維持システム。 Ｋ_f ＝（△Ｐ_S ＋Ｋ_L ・△ｆ_C ）／（１＋△Ｐ_S ） △Ｐ_C2＝（△Ｐ_G −Ｋ_f ・Ｐ₀ ）／（１−Ｋ_f ）
9. 【請求項９】 パラメータ推定手段は、前記前処理手
   段により前処理された系統周波数，周波数変化率および
   前記モデル作成手段で作成された等価縮約発電機の定数
   などを用い、最小２乗法により負荷の周波数特性定数、
   発電機の瞬動予備力△Ｐ_S 、需給アンバランス量を推定
   する一方、高圧タービンの分担比Ｋ_HP、中・低圧タービ
   ンの時定数Ｔ_R 、最低周波数到達時間の仮定値ＴＭを用
   い、前記発電機の瞬動予備力△Ｐ_S を下式により修正し
   修正瞬動予備力△Ｐ_S ′を得ることを特徴とする請求項
   １記載の電力系統の周波数維持システム。 △Ｐ_S ′＝△Ｐ_S ・｛１−（１−Ｋ_HP）・ｅ^-TM/TR｝