JPS5833933A - 電力系統の過渡状態演算装置 - 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】 本発明は、多数の発電機や負荷およびそれらを接続する
ネットワークからなる電力系統において。

事故等の外乱が印加された場合の発電機等の応動のシミ
ュレーションに係り、特にそれを高速に実施するだめの
演算装置に関する０ 系統に事故等外乱のあった場合でも、発電機力；負荷と
の間にエネルギのノくランスを保ち、安全に電力を供給
し得ること、すなわち、系統の過渡安定度の保持は電力
系統の運用等において最も基本的課題である。そのため
、従来から外乱の入った場合に、発電機を含む電力系統
がどのように応動するかを予めデイジタルシミュレー・
ンヨンにより求めておくことが検討されており、系統や
発電機のパラメータが適切に与えられれば実用上充分な
精度で結果の求まることも知られている。その計算フロ
ーは一般に概略第１図に示すものであるが。

系統が大規模になると演算に多大な時間を要するのがこ
の手法の欠点である。

そこで従来多大の時間を要している系統の過渡状態を把
握するだめのシミュレーション演算を高速化すること、
そして得られた演算結果を系統の適切な安定度向上策の
一助とすることが本発明の目的である。

本発明について説明する前に、系統の過渡状態シミュレ
ーション演算について述べる。演算は前述のように第１
図に示すフローに従って行われる。

演算は１０３に示すように充分に細かなタイムステップ
毎に、１０１のグイナミクスを個々の発電機等に対して
１次に１０２のネットワーク計算により該発電機等相互
の関連を求める。すなわち１０１と１０２の各演算をタ
イムステップの回数だけ繰り返して行う。この場合、１
０１では多数の微分方程式の計算が必要なこと、また１
０２では大規模なネットワークを表現するだめのマトリ
クス演算となることから過渡状態の計算には多大の時間
を要している。

ところで、近年、ＬＳＩ技術の進歩などから。

小型で高機能・高性能のマイコン等が安価に入手できる
ようになっている０−１だ、ベクトル演算をパイプライ
ン処理等により高速に処理可能なアレイプロセサ等が実
用化されてきている。

前記１０１の微分方程式では、各係数は機器や制御系の
測定データ等として予め与えられた定数で、求めるべき
変数についても線形となっている。

従って、適当な前処理により、比較的単純なベクトルの
内績演算等として扱うことカニできる０従って、１０１
の処理を高速化するには、ベク）／し演算処理を行う複
数のマイコンユニットを設けるとよい０このマイコンユ
ニットは第１図のフローの同一タイムステップでのベク
トル演算の数だけあれば最も高速処理が可能であるカニ
、該ベクトル演算を複数含む発電機等に対応して設けて
おくの力；現実的である。勿論、発電機等の複数台にマ
イコン１個という具合でもよい。

次に、１０２のネットワーク演算にふ・いては、前記発
電機等相互の関連等を求める力；、大規模スパースな行
列を扱うことになる。ス・ζ−ス行夕１」については種
々の効率化演算手法カニ提案されているが決定的なもの
はまだなく、例えば現象と同程度のシミュレーション演
算を可能とする程の高速処理を達成するには程遠い状況
である。そこで、ここでは１０２のネットワーク演算が
基本的には発電機相互の関連を求めるものであること、
まだ発電機の台数はネットワークのメート数に対し約１
７４程度と少ないことから、ネットワークを発電機の接
続されているノードだけに縮約することにする。

すなわち、電力系統の過渡状態の計算のだめの数式モデ
ルにおいては、第２図に示すように各発電機２０３は（
初期過渡）リアクタンス（ｘ　５／　）の背後電圧Ｅ“
を持ち、ネットワーク２０１を介して他の発電機（同じ
＜’２０３）と結合している。

とみなすことができる。この関係は、Ｉ　Ｃ１＊　Ｅ　
ｌ”を第１番目（ｉ＝１．２．・・・ｓ”）の発電機の
電流・電圧とすると次の（１）式で表わすことができる
。

ＹＩ、は機関アドミタンスであるが、その概念を第２図
により説明すると次のようになる。各発電機２０３の背
後電圧をＥＴから順次１　ｐ、ｕ　、該１ｐ、ｕに設定
している１つのもの以外全て０とし。

そのときの各発電機電流を求めれば、該電流が上記（１
）式のアドミタンス行列の各列要素として順次求まる。

前記アレイプロセサでは（１）式は元のネットワーク方
程式に比べ次数が約１／４（従って要素数は約１／１６
　　）となっているので、大巾な演算時間の削減示達成
できることになる。

更にネットワーク演算を次のように並列処理することも
可能である。

すなわち、第３図に示すように、アドミタンス行列の各
行３５と各発電機の背後電圧ベクトル３３との内積演算
を複数のユニットで並列処理する。この複数ユニットの
割・り当て方は、第３図に示すように各発電機毎とする
ことも、あるいはそれらを適当にグループ化することも
前記１０１の場合と同様可能である０なお、この１０２
用の処理ユニットと前記１０１用の処理ユニットをとも
に１例えば発電機台数だけ用意したとすると、１０１．
１０２のどちらの演算も各発電機毎に並列処理されるこ
とになる。

以下、本発明の一実施例を第４図により説明す。

る。本実施例において、装置は、前記第１図１０１の演
算を行う、すなわちグイナミクス演算を必要とする各発
電機に対応してＮ個のマイコン等よシなるローカル処理
装置４１１．ならびにマンマシン部との間でデータの入
出力インタフニー−を行ったり、事故前（初期）潮流計
算を実施。

更に前記機関アドミタンス行列を算出して前記各ローカ
ル処理装置４１１の必要とする該アドミタンス行列の要
素をデータバス４０３を介してグロ、＜ルメモリ４２１
に与えておく１例えばミニコンのような主処理装置４０
１から構成される。

電力系統の過渡状態は通常、与えられた初期潮流に対し
、多数のケースの想定事故を設定して行う。そして潮流
計算については、オンライン運用にも充分適用可能な程
に高速処理が達成されておシ、今後、ミニコンが更に高
性能化していく趨勢と併せて、４０１の基本方式は現状
のもので実用に供し得ると考えられる〇 一方、事故後の発電機応動等の系統の過渡状態について
は、ローカル処理装置４１１が、予め主処理装置４０１
から与えられたデータに基いて処理を行う。この場合、
前記第１図１０１の発電機およびその制御系の微分方程
式は、前述のように行列の加算と乗算に帰することがで
きる。また、前述の発電機間のネットワークを介しての
結合も、第３図で前述したように１機関アドミタンス行
列の当該性要素と背後電圧ベクトルの内積で求めること
ができる。従って、各ローカル処理装置４１１は機能の
比較的単純なマイコンにより構成可能である。また演算
量も各ローカル処理装置４１１に分散され削減でき処理
の高速化が達成できる。例えば１００ノードで２５台の
発電機のある系統の場合ネットワークに対応する原マト
リクスではスパーシティは４係程度であり１００×１０
０Ｘ４％＝４００もの非零要素が存在する。

しかも、実際の演算量は更に新たな非零要素の発生で大
幅に増す。一方１機関ア上゛ミタンス行列は２５次のク
ルマトリクスであるが２５のローカル処理装置４１１に
分散され、各１個については２５の要素を扱うだけでよ
い。

なお、各演算のステップにおいてローカル処理装置４１
１で求められる発電機リアクタンス背後電圧Ｅ７．ＥＨ
１・・・、Ｅｚはデータバス４２２によりグローバルメ
モリ４２１に格納され、前記各ローカル処理装置４１１
力・らアク七ス可能となる。

ローカル処理装置４１１の演算結果については。

例えばグローバルメモリ４２１に格納しておき、適宜中
央処理装置４１１で更にマンマシン用の処理をしていく
ことが可能である。中央とローカル、すなわち４０１と
４１１あるいはローカルすなわち４１１同志の処理タイ
ミングの同期化は、全て４０１７５・らの指令によるも
のとして制御バス４０２を介して与えられるとしておい
ても支障はない０ また、以上では発電機とローカル処理装置４１１とが１
対１に対応しているが１発電機複数台を１つのローカル
処理装置４１１に割り当てハードを削減することも可能
である。

次に、本発明の別の実施例について第５図を用いて説明
する。これはローカル処理装置４１１を２つの部分に分
は処理裕更に高速化するものである。すなわち、第５図
に示すようにローカル処理装置（５）４１２では個々の
発電機の背後電圧Ｅ　Ｉ／を算出し、一方ローカル処理
装置＠４１３では、該背後電圧Ｅ″を用いて各発電機電
流の算出、すなワチ、ネットワークの計算を行うことが
できる。

その際４１２と４１３にパイプライン処理を導入するこ
ともできる。なお、この場合も４１２と４１３に各々複
数の発電機を割り当てることも可能である。

なお、以上において発電機の背後電圧Ｅ″は各ローカル
処理装置４１１あるいは４１２力為らデータバス４２２
を介してグローバルメモｌ）　４２１　Ｋ格納され、該
格納された背後電圧を４１１あるいは４１３で使用する
ことになっている。しかし、４１１あるいは４１２更に
４１３にデータの記憶機能を保持してグローバルメモリ
４２１の機能を一部代行する仁とも可能である。

ところで前述の実施例では解析の対象となる系統として
第２図のものを扱っていた。すなわち。

系統の負荷は線形（定インピーダンス）と仮定していた
わけであるが、場合によっては一部の負荷に対しては前
述のように定インピーダンスとしてブランチに組みこむ
のではなく、そのインピーダンスが負荷点の電圧に依存
、あるいは更に負荷電力の周波数特性にも依存する場合
をも考慮して、第６図に示すようにネットワークへの電
流注入とみなす方がより実際的である。

このように一部の負荷に対し、非線形特性を考慮する場
合、前記（１）式は用いることはできず１代りに発電機
のりアクタンス背後電圧と負荷電流とを既知とし１発電
機電流と負荷点電圧とを求める′次の（２）式を用いる
。そして、前記機関アドミタンス行列の代りに、ハイブ
リドマトリクス〔Ｈ〕を用いる。

ハイブリドマトリクスにおいては、各要素は前記機関ア
ドミタンス行列の場合とは異なり、アドミタンスだけで
はなくインピータンスとなっているものもある。その算
出は、第６図からも類推されるように、各発電機のリア
クタンス背後電圧を順次１．Ｑ）’、Ｕと設定（他は全
てＯ）した場合の発電機電流および負荷点電圧から、前
記背後電圧とリンクする部分の列要素が順次求まる。同
様にして１次に負荷注入電流を順次−１，□ｐ、Ｕ（他
は全て０）と設定して残りの列要素が求まる。

この場合の装置の構成は、基本的には第４図のものでよ
い。但し、各ローカル処理装置４１１では前述（１）式
の機関アドミタンスによる演算ではなく、前記ハイブリ
ドマトリクスを用いて（２）式による処理を行う。また
、いくつかの、１１では発電機の状輯量算出ではなく、
前記非線形′（荷の注入電流の算出を行うことになり、
演算アルゴリズムとともに処理機能も変化することにな
るが、装置か特に複雑化することはない。

以上述べたように１本発明によれば系統過渡状態の演算
における隷ットヮーク演算に対し機関アドミタンス行列
を用いることにより、アレイプロセサの活用が図れる。

更に１発電機等のダイナミクス演算に対しても複数の処
理装置を割シ当てることにより並列処理化するとともに
、前記機関アドミタンス行列についても前記各処理装置
で関係する部分の演戸のみを扱うことにより並列同時処
理が可能となる。従って、従来方式の演算に比べ大幅な
高速化とそれによる電力系統の安定度のオンライン監視
制御が達成できる。

また１本発明は従来の問題点をシステム的に解決したも
のであり、装置の各構成要素の機能や性能等は現状のミ
ニコンやマイコンのレベルのもので実用に充分供するこ
とができる。

なお１本発明は、ここで述べた用途以外にも。

一般にある程度複雑な特性を持つ複数のサブシステムが
相互にスパース行列によって表わされる関係で結合して
いるシステムの高速シミュレーション演算にも有効であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は過渡安定度計算フロー、第２図は０機ｍノード
系、第３図は本発明の要点である機関アドミタンス行列
とキれを活用してのローカル処理装置におけるネットワ
ーク演算を、第４図と第５図は各々本発明の一実施例の
装置構成とその変形例を、第６図はｔ個の非線形負荷を
考慮したｎ機。 −を負荷１ｍノード系を示す。 ４０１・・・主処理装置、４０２・・・制御バス、４０
３・・・データバス、４１１・・・ローカル処理装置、
第　１　囚 ′５Ｉｌ！ｉＺ　　囚 ヤ　３　口　　・ ￥１４　国 第５　口 ｏｚ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の発電材と負荷とを接続した電力系統ネットワ
   ークを対象として、各発電材の少なくとも背後電圧と位
   相角を内部状態量として演算する機能と、該演算された
   発電機内部状態量を用いて機間アドミタンスより発電機
   電流を演算する機能を具備してなる。電力系統の過渡状
   態演算装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の発電機内部状態量演算
   機能において、複数の演算装置を具備し、各発電機動特
   性モデルを用いて、同時に全発電機の内部状態量を演算
   することを特徴とする電力系統の過渡状態演算装置。 ３、特許請求の範囲第１項記載の発電機電流演算機能に
   おいて、複数の演算装置を具備し、各発電機間の機関ア
   ドミタンス行列の該発電機当該性要素と各発電機背後電
   圧値の積和演算によって、各発電機電流を同時に演算す
   ることを特徴とする電力系統の過渡状態演算装置。 ４、特許請求の範囲第１項記載の発電機内部状態演算機
   能と発電機電流演算機能とのデータ交換に対して、各演
   算機能に共通の記憶装置を具備し。 該記憶装置を介して演算データの交換を行うことを特徴
   とする電力系統の過渡状態演算装置。 ５、特許請求の範囲第１項において、過渡状態演算装置
   として複数の演算装置と該複数の演算装置に共有の記憶
   装置を具備し、上記演算装置で内部状態量の演算を行い
   、前記記憶装置に演算値を格納した後、同一演算装置で
   各発電機の電流を上言已記憶装置に格納された発電機内
   部状態量を用いて演算することを特徴とする電力系統の
   過渡状態演算装置。 ６、特許請求の範囲第１項記載の過渡状態演算装置にお
   いて、演算機能と記憶機能を具備した複数の演算装置を
   具備し、該演算装置で発電機内部状態を演算した後、該
   演算値を他の演算機に伝達し。 伝達された各発電機の内部状態量を用いて各発電機電流
   を演算することを特徴とする電力系統の過渡状態演算装
   置。 ７、特許請求の範囲第２項記載の演算装置において、該
   演算装置の出力を他の発電機電流演算装置に伝達し、該
   伝達された発電機内部状態量を用いて、発電機電流を演
   算することを特徴とする電力系統の過渡状態演算装置。 ８、特許請求の範囲第１項記載の発電機内部状態演算機
   能と発電機電流演算機能とのデータ交換に対して、各演
   算装置共有のデータバスを具備し、該データバスを介し
   て各演算装置間のデータを交換することを特徴とする電
   力系統の過渡状態演算装置。 ９、特許請求の範囲第１項記載の過渡状態演算装置に対
   して、機関アドミタンスの演算を行い、前記過渡状態演
   算装置に供給すること、過渡状態演算装置の演算値を入
   力し系統状態を判断すること。 電力系統網の操作機器に対して制御指令を与えることの
   少なくとも一つの機能を具備した計算機を付加すること
   を特徴とする電力系統の過渡状態演算装置。