JPWO2016067438A1 - 系統安定化制御装置及び方法 - Google Patents

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Abstract

電制情報の履歴データを用いて故障監視点における潮流量と電制量の関係を表す相関直線を推定するが、サンプル点が局所的に集中してしまう場合に、当該相関直線の推定精度が著しく劣化する。そこで本発明は、電力系統の安定度を推定して制御する系統安定化制御装置であって、前記電力系統から潮流量を含む系統情報を収集する収集部と、前記系統情報に基づいて故障監視点における電制量を演算し、前記潮流量と前記電制量に基づいて相関直線を推定する演算部と、を備え、前記演算部は、前記相関直線に基づいて、前記電力系統に接続する発電機の発電機内部相差角と前記潮流量の関係である電力相差角曲線を求め、前記電力相差角曲線における前記発電機の加速エネルギーと減速エネルギーの量に基づいて安定度限界潮流量を求め、前記安定限界潮流量に対応する安定限界電制量を求め、前記安定限界電制量及び前記安定限界潮流量からなる安定限界点を含めて前記相関直線を推定することを特徴とする。

Description

本発明は、電力系統の過渡安定度維持に係り、事前演算した想定故障ケースの安定度情報を基に、送電線故障発生時などに瞬時に電源制限（以下、電制と呼ぶ）を実施することで系統の安定を維持する方式に関し、特に、障害等により事前演算ができないケースにおいて、適切な電制量を推定する系統安定化制御装置に関する。
系統安定化制御装置は、系統情報のオンラインデータを用いて、一定周期で想定故障ケースに対する電制情報を事前演算し、系統に事故が発生した場合には、事故の影響により系統内の発電機群が動揺または脱調する前に、事前演算情報を用いて適切な発電機の電制を実施する。一方で、系統安定化制御装置の障害等により事前演算ができない場合においても、現在の系統状態に適した電制情報を算出し、電制量不足を生じさせない必要がある。
従来技術として、特許文献１において、過去に演算した電制情報の履歴データを用いて、現在の系統状態に適した電制情報を推定する方法が報告されている。具体的には、系統安定化制御装置にて電制情報を一定周期で事前演算する毎に、各故障監視点における潮流量と電制量のデータ対を２次元電制量データとして蓄積する。この電制量の履歴データから、各故障監視点における潮流量と電制量の関係性を表す相関直線を事前に推定しておき、系統故障を検出した場合には瞬時に、現在断面潮流と相関直線の関係から必要な電制量を求め、その電制量を越える最小の電制量となる発電機の組み合わせで電制を実施する。
特開平９−０７４６７９号公報
前述の従来技術では、当該相関直線は、履歴データとして蓄積してある故障監視点潮流量と電制量のデータ対を２次元的にプロットし、電制量データを予め設定した電制量の刻み幅で区分けして、区分毎に電制量データの代表点を決定し、その代表点群に対して最小二乗法を適用することで、故障監視点における潮流量と電制量の相関直線を算出する。しかし、特定の故障監視点においては、履歴データである潮流量と電制量のデータ対の２次元的プロット点群が局所的に集中してしまい、電制量の全区分に対して代表点が１点しか算出できないケースが生じる可能性がある。前記ケースにおいては、代表点１点のみで相関直線を強引に推定するために、相関直線の傾きを整定値で固定し、代表点を通るような切片のみを決定するため、相関直線の推定精度が著しく劣化してしまう。そのため、現在系統に適した電制情報を算出できず、電制量不足が生じる可能性がある。相関直線を安定的に算出するためには代表点が最低でも２点必要である。
つまり、電制情報の履歴データを用いて故障監視点における潮流量と電制量の関係を表す相関直線を推定する際に、サンプル点が局所的に集中してしまうと、当該相関直線の推定精度が著しく劣化してしまうという課題がある。
上記課題を解決する為に本発明は、電力系統の安定度を推定して制御する系統安定化制御装置であって、前記電力系統から潮流量を含む系統情報を収集する収集部と、前記系統情報に基づいて故障監視点における電制量を演算し、前記潮流量と前記電制量に基づいて相関直線を推定する演算部と、を備え、前記演算部は、前記相関直線に基づいて、前記電力系統に接続する発電機の発電機内部相差角と前記潮流量の関係である電力相差角曲線を求め、前記電力相差角曲線における前記発電機の加速エネルギーと減速エネルギーの量に基づいて安定度限界潮流量を求め、前記安定限界潮流量に対応する安定限界電制量を求め、前記安定限界電制量及び前記安定限界潮流量からなる安定限界点を含めて前記相関直線を推定することを特徴とする。
本発明により、電制選択情報のサンプル点が局所的に集中してしまい、故障監視点における潮流量と電制量の関係を表す相関直線の推定精度が著しく劣化してしまうケースにおいても、系統構成に大きな変化がない間は、相関直線の推定精度を維持できるため、系統状態に適した電制量の算出を実現できる。
本発明が適用される系統安定化制御装置の機能ブロック図である。 本発明が適用される系統安定化制御装置における電制情報決定システムの処理フローを示す図であり、この図では電制量演算部とバックアップ定数演算部が同時並行で演算する場合を示している。 本発明が適用される系統安定化制御装置における電制情報決定システムの処理フローを示す図であり、この図では電制量演算部とバックアップ定数演算部が逐次的に演算する場合を示している。 電制量データの履歴を用いた相関直線推定の概略図である。 オンライン系統データから算出した電力相差角曲線の例を示す図である。 安定限界潮流量推定の概略図である。 安定限界電制量推定の概略図である。 本発明による相関直線推定の概略図である。
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に本発明が適用される系統安定化制御装置の機能ブロック図、図２に電制情報決定システムの処理フローを示す。
系統安定化制御装置５は、電制情報決定システム５０１および遮断制御システム５０２で構成される。なお、これらのシステムは、演算処理を行うＣＰＵ等のプロセッサー及びデータ保存を行うハードディスク等の記憶媒体を含む構成となる。ここで、電制情報決定システム５０１は、オンラインデータ収集部５０３、電制情報演算部５０４、電制データ保存部５０７にて構成される。
オンラインデータ収集部５０３は、電力系統１から通信網６を介して、電力系統の系統運用情報であるＴＭデータ（発電機の有効・無効電力・端子電圧、送電線や変圧器の有効・無効電力など）、ＳＶデータ（リレー動作や遮断機の入り切り情報など）を系統情報７として周期的に取り込み、系統情報７を用いて系統モデル作成および状態推定を実施し（ステップ１１０、１２０）、その結果を電制情報演算部５０４に伝送する。
電制情報演算部５０４は、電制量演算部５０５およびバックアップ定数演算部５０６にて構成される。
電制量演算部５０５は、一定周期で、系統情報７を用いて各故障監視点毎に詳細な過渡安定度計算を実施し（ステップ１３０）、事前演算結果である電制情報８を決定する（ステップ１４０）。電制情報８を遮断制御システム５０２に伝送する。また、電制情報８（電力相差角曲線情報を含む）を電制データ保存部５０７に伝送し、履歴データとして蓄積する。
バックアップ定数演算部５０６は、電制量演算部５０５のバックアップ機能として、系統情報７と履歴データである電制情報８を用いて、各故障監視点における潮流量と電制量の関係を表す相関直線１２を算出し、相関直線１２の情報である傾きと切片の情報をバックアップ定数９として遮断制御システム５０２に伝送する。具体的な処理フローとしては、まず、電制情報８の履歴である故障監視点潮流量と電制量のデータ対を２次元的にプロットし（ステップ１５０）、設定した電制量の刻み幅毎に代表点を決定する（ステップ１６０）。
ここで、この代表点の数に対して条件分岐を設ける（ステップ１７０）。代表点の数が２つ以上ある場合には、その代表点群に対して最小二乗法を適用し、相関直線を決定する。図４に代表点の数が２つ以上の場合の相関直線１２の推定の例を示す。同図では、代表点が４点求められるため、最小二乗法を適用することができる。一方で、代表点の数が１点のみの場合には、最小二乗法により相関直線１２を求めることができないため、安定度限界点を用いて相関直線１２を推定する。
まず、オンラインデータである系統情報７を用いて現在断面の電力相差角曲線を推定する（ステップ１８０）。現在断面の電力相差角曲線の例を図５示す。安定断面であるため、事故発生前潮流量Ｐ１を基準に安定度を判定すると、「発電機加速エネルギー＜発電機減速エネルギー」の関係が成り立つ。
ここで電力相差角曲線とは、故障監視点における系統事故発生以後の発電機出力曲線の軌跡であり、発電機内部相差角と故障監視点潮流量の関係性を表し、この軌跡が事故発生前潮流量の出力よりも低い場合には、発電機が加速するため囲まれた面積を発電機加速エネルギー、高い場合には発電機が減速するため囲まれた面積を発電機減速エネルギーと呼ばれる。この加速エネルギーと減速エネルギーを比較することで、送電線故障監視点の過渡安定度を評価することができる。系統故障を検出していない断面では、安定状態であるため、「発電機加速エネルギー＜発電機減速エネルギー」の関係が成り立っている。
次に、電力相差角曲線を用いて安定限界潮流量（ステップ１９０）を推定する。安定限界潮流量推定の概略図を図６に示す。事故発生前潮流量Ｐ１を変移させながら安定度を判定し、「発電機加速エネルギー＝発電機減速エネルギー」となる潮流量を安定度限界潮流量Ｐ２とする。また、電制データ保存部５０７に蓄積した電力相差角曲線の履歴の中から、Ｐ２に最も近い事故発生前潮流量を有する電力相差角曲線を選択し、その曲線を用いて現在断面の電力相差角曲線の曲線係数を補正する。補正後の電力相差角曲線において、Ｐ２を変位させながら安定度を判定し、「発電機加速エネルギー＝発電機減速エネルギー」となるＰ２を再推定する。
この処理を行う理由は、厳密に言えば、故障監視点潮流量を変化させた場合には電力相差角曲線自体も微小に変化するため、前述のように、事故発生前潮流量を発電機内部相差角に対して単純平行移動により変動させて状態安定度を評価してしまうと、安定限界潮流量の推定精度は劣化する。そのため、安定限界潮流量の推定精度向上のために、事故発生前潮流量を変動させた電力相差角曲線を履歴データの電力相差角曲線を用いて補正する処理を導入する。また、補正後の電力相差角曲線は、「発電機加速エネルギー≠発電機減速エネルギー」となるため、「発電機加速エネルギー＝発電機減速エネルギー」となる安定限界潮流量を再計算する。この補正処理により、故障監視点潮流量を変化させた電力相差角曲線をより精度良く再現することができるため、安定限界潮流量の推定精度が向上する。
そして、安定限界潮流量の偏差ΔＰ（＝Ｐ２−Ｐ１）に対する故障監視点の電制量として、図７に示すように故障監視点の発電機群の中で電制効果の最も高い最過酷発電機の電制量を安定限界電制量ΔＴとして決定する（ステップ２００）。
上述の通りこの安定限界電制量は、安定限界潮流量に対応した値であり、当該最過酷発電機を選択し、その発電機の出力量とする。これは、本発明の機能がバックアップ機能という位置付けであり、電制量不足は必ず回避し、多少の過電制は許容するという思想に基づいている。そのため、最も電制効果の高い最過酷発電機のみを電制対象とする。ここで、最過酷発電機の判定は、系統安定化制御装置に蓄積した電制情報により決定することが可能である。
最後に、図８に示すように、履歴データの代表点１３からの変位量であるΔＰおよびΔＴで安定限界点１４を決定する。
ここで言う安定限界点とは、履歴データである潮流量と電制量のデータ対の２次元的プロット点群が局所的に集中してしまい、電制量の全区分に対して代表点が１点しか算出できない場合、その代表点からの偏差とし、その偏差は安定限界潮流量および安定限界電制量で決定するものとする。
履歴データの代表点１３と安定限界点１４を通る相関直線１２を算出し（ステップ２１０）、相関直線１２の情報であるバックアップ定数９を遮断制御システム５０２に伝送する。
このように本発明では、系統安定化制御装置にて電制情報を一定周期で事前演算する毎に、各故障監視点における潮流量と電制量のデータ対を２次元電制量データとして蓄積し、また同時に、電力相差角曲線の情報も履歴データとして蓄積しておき、現在断面の電力相差角曲線と履歴データの電力相差角曲線から安定限界点を推定する。
ここで、電制情報演算部５０４での処理フローとして、電制量演算部５０５とバックアップ定数演算部５０６の演算を同時並行で実施する方法（図２）と、電制量演算部５０５とバックアップ定数演算部５０６の演算を逐次的に実施する方法（図３）が考えられる。同時並行で実施する方法（図２）では、電制量演算部５０５とバックアップ定数演算部５０６の演算周期は必ずしも同じである必要は無く、電制量演算部５０５やバックアップ定数演算部５０６に充てる解析エンジンの数などに応じて、変更することができる。
遮断制御部５０６は、電力系統の故障情報１０を受信した際には、オンラインデータ収集部５０３からの系統情報７と電制情報演算部５０４からの電制情報８およびバックアップ定数９を基に、瞬時に適切な発電機に遮断指令１１を伝送することで電制を実施する。ここで、電制量演算部５０５の動作が正常の場合には、電制情報８を用いて電制を実施し、電制量演算部５０５が何らかの障害により事前演算ができない場合には、バックアップ定数９を用いて電制を実施する。
以上より、本発明は、電制量の全区分に対して代表点が１点しか算出できない場合、一定周期で取り込んでいる系統情報から現在断面における電力相差角曲線を算出し、電力相差角曲線から安定限界点を推定し、その安定限界点と代表点の２点から相関直線を決定するものである。
１ 電力系統
２ 発電機
３ 送電線
４ 母線
５ 系統安定化制御装置
６ 通信網
７ 系統情報
８ 電制情報
９ バックアップ定数
１０ 故障情報
１１ 遮断指令
１２ 相関直線
１３ 履歴データの代表点
１４ 安定限界点
５０１ 電制情報決定システム
５０２ 遮断制御システム
５０３ オンラインデータ収集部
５０４ 電制情報演算部
５０５ 電制量演算部
５０６ バックアップ定数演算部
５０７ 電制データ保存部

Claims (10)

  1. 電力系統の安定度を推定して制御する系統安定化制御装置であって、
    前記電力系統から潮流量を含む系統情報を収集する収集部と、
    前記系統情報に基づいて故障監視点における電制量を演算し、前記潮流量と前記電制量に基づいて相関直線を推定する演算部と、を備え、
    前記演算部は、
    前記相関直線に基づいて、前記電力系統に接続する発電機の発電機内部相差角と前記潮流量の関係である電力相差角曲線を求め、前記電力相差角曲線における前記発電機の加速エネルギーと減速エネルギーの量に基づいて安定度限界潮流量を求め、前記安定限界潮流量に対応する安定限界電制量を求め、前記安定限界電制量及び前記安定限界潮流量からなる安定限界点を含めて前記相関直線を推定することを特徴とする系統安定化制御装置。
  2. 請求項1記載の系統安定化制御装置は、
    前記電力相差角曲線の履歴情報を保存した保存部を更に備え、
    前記演算部は、
    前記安定限界潮流量に最も近い潮流量を持つ第二の電力相差角曲線を前記保存部から選択し、前記第二の電力相差角曲線を用いて前記電力相差角曲線の曲線係数を補正することを特徴とする系統安定化制御装置。
  3. 請求項２記載の系統安定化制御装置であって、
    前記演算部は、
    前記補正後の電力相差角曲線から前記安定度限界潮流量及び前記安定限界電制量からなる安定限界点を求め、前記安定限界点を含めて前記相関直線を推定することを特徴とする系統安定化制御装置。
  4. 請求項２記載の系統安定化制御装置であって、
    前記演算部は、
    前記保存部に蓄積した電制情報に基づいて、電制効果の高い発電機を選択して前記安定限界電制量を求めることを特徴とする系統安定化制御装置。
  5. 請求項１記載の系統安定化制御装置であって、
    前記演算部は、系統事故発生前の潮流量に基づいて前記発電機の加速エネルギーと減速エネルギーの量を求め、前記安定度限界潮流量を求めることを特徴とする系統安定化制御装置。
  6. 請求項１記載の系統安定化制御装置であって、
    前記演算部は、前記潮流量に対する前記電制量の単数又は複数データを所定区分ごとにおける代表点で求めることを特徴とする系統安定化制御装置。
  7. 請求項６記載の系統安定化制御装置であって、
    前記代表点の最小二乗法により前記相関直線を推定することを特徴とする系統安定化制御装置。
  8. 請求項１記載の系統安定化制御装置は、
    前記電制情報及び前記相関直線に係る傾きと切片の定数情報に基づいて、前記発電機に対して遮断指令を送信する遮断制御部を更に備えることを特徴とする系統安定化制御装置。
  9. 電力系統の安定度を推定して制御する系統安定化制御方法であって、前記電力系統から潮流量を含む系統情報を収集し、前記系統情報に基づいて故障監視点における電制量を演算し、前記潮流量と前記電制量から推定した前記相関直線に基づいて、前記電力系統に接続する発電機の発電機内部相差角と前記潮流量の関係である電力相差角曲線を求め、前記電力相差角曲線における前記発電機の加速エネルギーと減速エネルギーの量に基づいて安定度限界潮流量を求め、前記安定限界潮流量に対応する安定限界電制量を求め、前記安定限界電制量及び前記安定限界潮流量からなる安定限界点を含めて前記相関直線を推定することを特徴とする系統安定化制御方法。
  10. 請求項９記載の系統安定化制御方法であって、
    前記安定限界潮流量に最も近い潮流量を持つ第二の電力相差角曲線を前記電力相差角曲線の履歴情報から選択し、前記第二の電力相差角曲線を用いて前記電力相差角曲線の曲線係数を補正することを特徴とする系統安定化制御方法。
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