JPS63181618A - 電力系統の予防制御装置 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は比較的頻度の高い事故に対して発電機や負荷の
一部をしゃ断することなく、予め発電機の出力調整等の
予防制御により系統安定度を維持する電力系統の予防制
御装置に関する。

（従来の技術） 電力系統が大規模１つ複雑化するに伴って、電力系統の
安定度を把握し、維持して行くことは益々重要なことで
ある。このような状況の中で、今後とも電力系統の安定
度を確保するためには、緊急時の安定化制御とともに平
常時の予防制御も重要になってくる。

今まで実系統に適用された安定度向上対策は、外乱が発
生したことを条件に各種安定化装置を緊急に制御する緊
急制御方式か主体であった。一方、平常時の安定度を監
視し、ある程度の外乱に対しては充分安定度か維持でき
るように、予め必要な制御を施す、いわゆる予防制御に
ついてはまた研究段階であり、演算時間等の問題により
、実系統に適用された例は少ない。

（発明か解決しようとする問題点） 一般に緊急制御方式は比較曲面頻度な事故を対象として
おり、安定化のために発電機や負荷の一部をしゃ断する
場合が多く、結果として系統の需給バランスを崩すこと
になる。

従って、比較的頬度の高い事故を対象とする場合は発電
機や負荷の一部をしゃ断する必要がないように、予め発
電機の出力調整等の予防制御を実施して充分系統安定度
を維持しておくことが最も良い方法と考えられる。

そこで、本発明は予め算出された現在の潮流状態をもと
に多数の想定外乱に対する過渡安定度を判定し、不安定
と判定された想定外乱に対しては充分安定度が維持でき
るように予め必要な制御を施こして、想定された外乱に
対して充分安定度を維持させることかできる電力系統の
予防制御装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は−に記の目的を達成するため、電力系統の接続
状態及び電力の需給状態を系統情報として収集する系統
情報収集手段と、この系統情報収集手段により収集され
た系統情報及び系統設備データに基いて系統の潮流状態
を算出する潮流状態演算手段と、この潮流状態演算手段
で求められた現状の潮流状態での複数の想定外乱に対す
る過渡安定度を、各想定外乱発生時点における各発電機
の出力をもとに求められる発電機間の加速エネルギのア
ンバランス分から求めてその値と予め設定された基弗値
との関係から各想定外乱毎に安定か否かを判定する判定
手段と、この判定手段により不安定と判定された想定外
乱に対しその想定外乱発生時点における発電機の出力を
求めて非線形計画法により過渡安定度を維持するに必要
な発電機の出力調整量を演算する出力調整量演算手段と
、この出力調整量演算手段により求められた発電機の出
力調整量に基いて発電機出力を調整して系統の過渡安定
度を向上させる制御手段とを備えたことを特徴としてい
る。

（作用） 従って、このような構成の電力系統の予防制御装置にあ
っては系統情報が潮流状態演算手段に入力されてこの系
統情報と予め用意された設備データとをもとに系統の潮
流状態が算出されると、判定手段ではこの潮流状態から
多数の想定外乱に対する過渡安定度の判定を行ない、不
安定と判定された想定外乱に対しては出力調整量演算手
段により充分安定度が維持できるような発電機の出力調
整量が算出されて制御手段によりその出力調整量に応じ
て発電機の出力調整が実施されるので、たとえ想定した
外乱が実際に発生しても発電機。

負荷等を緊急しゃ断することなく、電力系統を安定に維
持することができることになる。

（実施例） 先ず、実施例を説明する前に本発明の基本的な考え方、
即ち想定外乱の安定判別方法と不安定な想定外乱に対す
る制御量算出法について述べる。

一般に過渡安定度には事故前の負荷・発電分布、事故の
発生場所・事故継続時間、事故除去後の系統構成等が影
響する。しかし、第１波税調を対象とした場合には、特
に事故中に蓄えられた個々の発電機のエネルギ、つまり
加速エネルギの発電機間のアンバランス分が大きい影響
を持つことになる。そこで、この加速エネルギのアンバ
ランス分（以下ＡＥ値と称す）を想定外乱の安定判別及
び制御量算出のための指標として用いることができる。

以下に加速エネルギの算出方法について説明する。

事故中の発電機出力を一定として近似すれば、事故中の
角速度の増加分は発電機の運動方程式より、（１）式か
ら求められる。一方、事故中に個々の発電機に蓄積され
る加速エネルギは（２）式ここで、添字１は発電機ｉを
示し、Ｍｉは慣性、ＰＩＮｉは事故発生前の発電機出力
、ΔＴは事故継続時間である。

次に加速エネルギのアンバランス分を全発電機の平均角
速庶ω０からの偏差として定義する。

ここで、ω。は慣性Ｍ１の荷重平均とする。

Ｍ７　＝　ＮＭ　　　　　　　　　　　　・・・（３）
個々の発電機のωＤからの偏差値で定義したエネルギの
合計ＡＥは、（５）式で求められる。

１　　　　　　］ ＝−ΣＭ、ω　２　　　ＭＴω。２　・・・（５）第１
項は個々の発電機の同期速度からの変化分による加速エ
ネルギであり、第２項は系統中心の加速エネルギである
。例えは全発電機が同じ割合で変化する想定外乱（この
場合、系統全体の周波数は変化するが、発電機間の同期
は維持される）に対しては、ＡＥ値は大きくなる。

（５）式に（１）〜（４）式を代入すると、ＡＥはＰ−
ＴｔＪｆ　、Ｐｆｌ、Ｍ　ｉ　、△Ｔのみの関数として
（６）式から求められる。

結局、ＡＥ値は事故発生時点の発電機出力Ｐｆｊを計算
するだけで求めることができるので、計算時間は非常に
少ない。

次に」１記計算式より算出されたＡＥ値を用いた想定外
乱の安定判別法について説明する。

ＡＥ値は加速エネルギの発電機間のアンバランス分を示
す指標であり、その値か大きいほど過渡安定度が厳しい
。従って、規定外乱ごとにそのＡＥ値を求め、予め設定
された基準値ＡＥよりも大きい場合は不安定であると判
定する。

即ち、第２図に示すようにまずステップＳ１では現在の
電力系統の需給状態に応じて対象とする想定外乱を設定
する。次にステップＳ２で各想定外乱に対して故障計算
を行ない、事故発生時点の各発電機の出力Ｐｆｉを求め
る。そして、ステップＳ３ではステップＳ２で求めた各
発電機の事故発生時点に対するＡＥ値を（６）式より求
め、更にステップ＄４でそのＡＥ値が予め設定された基
準値ＡＥより大きい場合はステップＳ５で不安定なケー
スとして登録する。

次にＡＥ値を指標とした制御量、即ち発電機の出力調整
量の算出方法について説明する。

通常、不安定となり得る想定外乱は複数になると考えら
れるため、それらを全て考慮できる定式化が必要となる
。

今、予防制御を実施すべき規定外乱数をＭとし、それら
に対するＡＥ値の総和を最小とするような最適化問題に
定式化すると、目的関数は（７）式となる。

Ｆ（ＰＩＮｊＰｆｉｊ）＝ｊ函ａｉＡＥｉここで、Ｐ　
ＩＮｉはｊ番目の発電機の発電調整後の出力、Ｐ　ｆｌ
ｊは１番目の想定外乱に対するｊ番目の発電機の事故中
出力、ａｉは規定外乱に対する重み係数である。（例え
ば、重大事故はどａｉを大きくする。） また、制約条件としては系統の需給バランス、ＰＩＮｊ
の４−下限値、Ｐ　ｒＩｊを求めるためのネットワーク
方程式がある。これらをそれぞれ（８）〜（１０）式に
示す。

ｍ１ｎ Ｐ　　、＜ＰＩＮｊ＜Ｐ　　、　　　　　　・・・（９
）ＩＮＪ　　−−ＩＮＪ Ｐ　　　、＝ｒ（Ｙ、、　　Ｐ　　　、）　　　　　　
　　・　（１０）ｆｊＪ　　　　　　１　　　１ＮＪ ここで、ＰＩＮ　ｊ　　（ｏ　）は発電調整前の発電機
Ｊの出力、Ｙｌは規定外乱ｉに対するアドミッタンス行
列である。

次に事故中の発電機出力Ｐｆｉｊはその定常出力ＰＩＮ
ｊよりは事故点に強く影響すること、また実際の発電出
力調整幅はかなり限られた範囲となることを考えて、Ｐ
　ｆｉｊは一定であると近似する。

これにより、（７）式の目的関数は（１１）式に示すよ
うにＰＩＮｊに関する２次式となり、また（１０）式は
不用となる。

結局、予防制御量の算出は（８）、（９）式の線形制約
条件のもとに、（１１）式の２次の目的関数を最小化す
るＰＩＮｊを求める非線形計画問題に定式化される。

Ｆ　（Ｐ、Ｎｊ）　＝、モａ１ＡＥ。

第３図に以」二のような考え方に基いた制御量算出の流
れを示す。

まず、ステップＳｌｌでは先に説明した安定判別法によ
り不安定であると判定された各想定外乱に対して故障計
算を行なう。次にステップＳ１２ではステップＳｌｌで
求めた不安定な想定外乱に対する各発電機の事故発生時
点の出力を用いて非線形計画法により（８）、（９）式
の制約条件のもとに（１１）式の目的関数を最小化する
各発電機の出力Ｐ　ＩＮｊを求める。

次に本発明の一実施例を第１図を参照して説明する。

第１図において、Ｌは電力系統、Ｇ１．Ｇ２はこの電力
系統に連繋された発電機である。１は各発電所から伝送
される電力系統りの接続状態（例えばしゃ断器や断路器
等の開閉状態）及び電力の需給状態（有効、無効電力Ｐ
、Ｑ）を系統情報として収集する系統状態収集部、２は
この系統状態収集部１で収集された系統情報を記憶する
情報記憶部である。３はこの情報記憶部２に記憶された
系統情報が取込まれる潮流状態演算部で、この潮流状態
演算部３は系統情報と予め系統設備記憶部４に記憶され
ている系統設備データとに基いて現在の系統の潮流状態
を算出するものである。

また５はこの潮流状態演算部３で求められた潮流状態が
人力される安定判定部で、この安定判定部５は現在の潮
流状態をもとに予め想定事故記憶部６に記憶されている
多数の想定事故に対し故障計算を行なって各発電機の事
故発生時点における出力を求めると共にこの事故発生時
点における出力をもとに各想定事故に対するＡＥ値を求
める演算手段５ａと、この演算手段５ａにより求められ
たＡＥ値を予め基準値データ記憶部６に記憶されている
各想定事故に対する基準値Ａ−と比較し、ＡＥ値が基準
値ＡＥよりも大きければ過渡安定度が不安定と判定する
判定手段５ｂ及びこの判定手段５ｂにより不安定と判定
された想定事故を記憶する記憶手段５Ｃから構成されて
いる。さらに７はこの安定判定部５の記憶手段５ｃに記
憶された不安定となる想定事故を取込みＡＥ値を指標と
して発電機の出力調整量を算出する出力調整量演算部で
、この出力調整量演算部７は安定判定部５の記憶手段５
Ｃに記憶された不安定となる想定事故に対して故障計算
を行なうと共に事故発生時点における各発電機の出力を
求める演算手段７ａとこの演算手段７ａにより求められ
た各発電機の出力を記憶する記憶手段７ｂ及びこの記憶
手段７ｂに記憶された各発電機出力を用いて非線形計画
法により前述した（８）、（９）式の制約条件のもとに
（１１）式の目的関数を最小化する各発電機の出力を求
め、これを発電機の出力調整量として出力する演算手段
７ｃから構成されている。一方、８は出力調整量演算部
７の演算手段７ｃで求められた出力調整量が図示しない
伝送系を介して入力される制御部で、この制御部８はそ
の出力調整量に応じて発電機Ｇ、、Ｇ２の出力を調整す
るものである。

次に一１ｘ記のように構成された電力系統の予防制御装
置の作用について述べる。

電力系統りに事故が発生する前の定常状態において、発
電所側から一定周期で伝送されてくる電力系統の接続状
態及び電力の需給状態は系統状態収集部１に収集され、
ここで収集された系統情報は情報記憶ｔＲ２に記憶され
る。この情報記憶部２に記憶された系統情報が潮流状態
演算部３に取込まれると、この潮流状態演算部３ではそ
の系統情報と予め系統設備記憶部４に記憶されている系
統設備データに基いて現状の系統の潮流状態を算・　出
し、その出力が安定判定部５に入力される。この安定判
定部５では、まず演算手段５ａにより潮流状態演算部３
で算出された現状の潮流状態をもとに想定事故記憶部６
に記憶されている各想定事故に対して故障計算を行ない
、この故障計算結果から各発電機の事故発生時点におけ
る出力Ｐｒｉを求める。そして、この出力Ｐｆｉをもと
に各想定事故に対するＡＥ値（ＡＥｉ）を前述した（６
）式を用いて計算する。次に判定手段５ｂでは演算手段
５ａで求められた各想定事故に対するＡＥｉと基準値デ
ータ記憶部６に記憶されている基準値ＡＥ”とを比較し
、　ＡＥｉ　＞ＡＥ”　であれば、不安定な想定事故で
あるとして記憶手段５Ｃに登録する。この安定判定部５
の記憶手段５ｃに登録された不安定な想定事故が出力調
整量演算部７に取込まれると、まず演算手段７ａにより
その各想定事故ｉに対して故障計算を行ない、事故発生
時点における各発電機の出力Ｐ　ｆ’ｉｊを求め、その
出力Ｐｆｊｊを記憶手段７ｂに記憶する。次にこの記憶
手段７ｂに出力Ｐ　ｆｉｊが記憶されると、演算手段７
ｃによりこの出力Ｐｆｉｊを用いて非線形計画法により
前述した（８）、（９）式の制約のもとに（１１）式の
目的関数を最小化する各発電機の出力ＰＩＮｊを求める
。

このように安定判定部５で不安定と判定された想定事故
に対して出力調整量演算部７から最終出力として得られ
る各発電機の出力Ｐ　ＩＮｊが図示しない伝送系を介し
て制御部８に送られると、このｎ４御部８によりその発
電機の出力ＰＩＮｊを出力調整量として該当する発電機
Ｇ１．Ｇ２の出力が調整される。従って、たとえ想定し
た外乱が実際に発生しても発電機、負荷等の緊急しゃ断
を実施することなく、電力系統を安定に維持することが
できる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、予め算出された現状
の潮流状態をもとに多数の想定外乱に対する過渡安定度
を判定し、不安定と判定された想定外乱に対しては充分
安定度が維持できるように予め発電機の出力調整を行な
うようにしたので、想定された外乱が実際に発生しても
発電機、負荷等を緊急しゃ断することなく系統の過渡安
定度を充分維持することができる電力系統の予防制御装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック回略図、第２
図及び第３図は本発明の基本となる想定外乱の安定判別
法と不安定な想定外乱に対する制御量算出法を説明する
ためのフローチャトをそれぞれ示す図である。 １・・・・・・系統状態収集部、２・・・・・・情報記
憶部、３・・・・・・潮流状態演算部、４・・・・・・
系統設備記憶部、５・・・・・・安定判定部、５ａ・・
・・・・演算手段、５ｂ・・・・・・判定手段、５ｃ・
・・・・・記憶手段、６・・・・・・想定事故記憶部、
７・・・・・・出力調整量演算部、７ａ、７ｃ・・・・
・・演算手段、７ｂ・・・・・・記憶手段、８・・・・
・・制御部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電力系統の接続状態及び電力の需給状態を系統情報とし
   て収集する系統情報収集手段と、この系統情報収集手段
   により収集された系統情報及び系統設備データに基いて
   系統の潮流状態を算出する潮流状態演算手段と、この潮
   流状態演算手段で求められた現状の潮流状態での複数の
   想定外乱に対する過渡安定度を、各想定外乱発生時点に
   おける各発電機の出力をもとに求められる発電機間の加
   速エネルギのアンバランス分から求めてその値と予め設
   定された基準値との関係から各想定外乱毎に安定か否か
   を判定する判定手段と、この判定手段により不安定と判
   定された想定外乱に対しその想定外乱発生時点における
   発電機の出力を求めて非線形計画法により過渡安定度を
   維持するに必要な発電機の出力調整量を演算する出力調
   整量演算手段と、この出力調整量演算手段により求めら
   れた発電機の出力調整量に基いて発電機出力を調整して
   系統の過渡安定度を向上させる制御手段とを備えたこと
   を特徴とする電力系統の予防制御装置。