(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統における或る特定の発電機を解列したとき、残りの他の発電機の出力値の変化量を事故発生前の系統状態のみをもとに推定することを特徴とする電力系統の発電機出力推定方法。
【請求項２】
電力系統からの電気量を入力する手段と、前記各電気量を用いて或る特定の発電機を解列（電源制限、以下、電制と称す）したとき、残りの他の発電機の出力値の変化量を事故発生前の系統状態のみをもとに推定する手段と、前記事故発生前の系統状態のみをもとに推定した変化量から安定化に最も効果的な電制対象の発電機を選択する手段とを備えたことを特徴とする電力系統の発電機出力推定装置。
【請求項３】
請求項２記載の電力系統の発電機出力推定装置において、前記安定化に有効な発電機の選択は、発電機の無効電力値と位相角の差分から求めることを特徴とする電力系統の発電機出力推定装置。
【請求項４】
請求項１記載の電力系統の発電機出力推定方法において、前記発電機Ｋを電制した場合の発電機ｊの出力変化分を推定する式は、下記であることを特徴とする電力系統の発電機出力推定方法。
【数１】
0003601912.tif 000012
但し、Ｐｋ，Ｑｋは発電機の出力（有効分，無効分）。
δｊ，δｋは解列前の内部電圧の位相角。
Ｘ，Ｘｊはインピーダンス。
Ｅｊ，Ｅｋは解列前の発電機内部電圧。
【請求項５】
請求項２記載の電力系統の発電機出力推定装置において、前記発電機Ｋを電制した場合の発電機ｊの出力変化分を推定する式は、下記であることを特徴とする電力系統の発電機出力推定装置。
【数２】
0003601912.tif 000013
但し、Ｐｋ，Ｑｋは発電機の出力（有効分，無効分）。
δｊ，δｋは解列前の内部電圧の位相角。
Ｘ，Ｘｊはインピーダンス。
Ｅｊ，Ｅｋは解列前の発電機内部電圧。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力系統の安定運用及び特に脱調防止に適用する電力系統の発電機出力推定方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力系統において脱調が予測される場合、安定化対策のひとつに発電機の一部を高速に解列する方法がある。このとき電制対象の発電機及びその選択の順序等は予め決められているのが普通である。例えば原子力発電等のベースとなる電源はそのままにして、その他解列するに有利な発電機が予め指定されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
電力系統に事故が発生した場合、あるいは或る事故が発生すると想定した場合に、その事故に対して安定化に最も効果のある電制対象の発電機を選択することが必要である。
【０００４】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、安定化に最も効果的な発電機を選択して電制対象とするようにした電力系統の発電機出力推定方法とその装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る電力系統の発電機出力推定方法は、電力系統における或る特定の発電機を解列したとき、残りの他の発電機の出力値の変化量を事故発生前の系統状態のみをもとに推定するようにした。したがって発電機の解列前の電気的諸量のみをもとに、他の発電機の出力値の変化量を予め推定できる。
【０００６】
本発明の請求項２に係る電力系統の発電機出力推定装置は、電力系統からの電気量を入力する手段と、前記各電気量を用いて或る特定の発電機を解列したとき、残りの他の発電機の出力値の変化量を事故発生前の系統状態のみをもとに推定する手段と、前記事故発生前の系統状態のみをもとに推定した変化量から安定化に最も効果的な電制対象の発電機を選択する手段とを備えた。したがって或る発電機を電制した場合に、他の発電機の出力量の変化分を事故が発生する前の系統状態のみから推定できる。
【０００７】
本発明の請求項３に係る電力系統の発電機出力推定装置は、請求項２において、前記安定化に有効な発電機の選択は、発電機の無効電力値と位相各の差分から求めるようにした。したがって発電機の無効電力の正負の符号と位相各差分のみから安定化に有効な発電機を選択できる。
【０００８】
本発明の請求項４及び請求項５に係る電力系統の発電機出力推定方法及び装置は、請求項１又は請求項２において、前記発電機Ｋを電制した場合の発電機ｊの出力変化分を推定する式は下記とした。
【数１】
0003601912.tif 000002
但し、Ｐｋ，Ｑｋは発電機の出力（有効分，無効分）。
δｊ，δｋは解列前の内部電圧の位相角。
Ｘ，Ｘｊはインピーダンス。
Ｅｊ，Ｅｋは解列前の発電機内部電圧。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の請求項１に係る電力系統の発電機出力推定方法を説明する実施の形態を示す図である。図１の説明に先立って、図２の電力系統図を用いて、電制の基本的な考え方を説明する。
【００１０】
図２（ａ）において、発電機Ｇ１  ，Ｇ２  が無限大母線Ｄに接続している場合を想定する。これは、電力系統の負荷中心から遠方にある発電所の場合に相当するもので特殊なケースではない。Ｘ１  ，Ｘ２  は母線Ｃから発電機内部インピーダンスＸｇ  背後の仮想の端子Ａ，Ｂまでのインピーダンス、Ｘは母線Ｃから系統の負荷中心方向の駆動点インピーダンスである。
【００１１】
ここで、発電機内部インピーダンスＸｇ  は、系統構成変化の直後はＸｄ  ″、その２〜３サイクル後はＸｄ  ′、又、定常状態ではＸｄ  となっている。
但し、Ｘｄ  ″：次過渡直軸リアクタンス。
Ｘｄ  ′：直軸過渡リアクタンス。
Ｘｄ    ：直軸同期リアクタンス。
【００１２】
発電機Ｇ１  ，Ｇ２  が夫々Ｐ１  ，Ｐ２  を出力中に、発電機Ｇ１  を電制した場合、発電機Ｇ２  の出力が図３（ａ）のようにＰ２  からＰ２  ＋ΔＰ２  に増加するが、増加量ΔＰ２  がどのようになるかを以下に説明する。なお、図３（ｂ）は発電機Ｇ２  を電制した場合であり、考え方は図３（ａ）の場合と同じである。
【００１３】
先ず、電制前発電機出力と内部電圧との関係であるが、図２において発電機Ｇ１  ，Ｇ２  の電力，電圧，電流の関係は（１）  ，（２）  式であり、電圧と電流の関係は（３）  ，（４）  式となる。なお、Ｐ１  ，Ｑ２  は発電機Ｇ１  の有効電力と無効電力、Ｐ２  ，Ｑ２  は発電機Ｇ２  の有効電力，無効電力であり、＊Ｅ１  ，＊Ｅ２  は各発電機の内部電圧、＊Ｉ１  ，＊Ｉ２  は各発電機電流、Ｖは端子電圧である。ここでＥ１  ，Ｉ１  等文字に＊を併記したものは複素数を示し、＊＊を併記したものは共役複素数（以下同じ）であることを示す。又、＊Ｅ１  ＝Ｅ１  ∠θ１  、Ｅ１  は絶対値、∠θ１  は位相角。
【００１４】
【数２】
0003601912.tif 000003
【００１５】
ここで、（３）  ，（４）  式をまとめると（５）  式になる。
【数３】
0003601912.tif 000004
【００１６】
更に、（１）  ，（２）  式からＩ１  ，Ｉ２  を求めると（６）  ，（７）  式となり、これを（５）  式に代入すると（８）  式になる。この結果、発電機出力と内部電圧の関係が（９）  ，（１０）式で得られる。
【００１７】
【数４】
0003601912.tif 000005
【００１８】
次に、電制直後の発電機出力値の推定式について説明する。先ず、発電機Ｇ１  を解列した直後は、内部電圧Ｅ２  は解列前後で不変であるため、図２（ｂ）の回路において（１１）  ，（１２）  式が成立し、発電機Ｇ２  側では（１３）式が成立する。（１３）式に（１０）式の共役複素数を代入すると、解列後の残った発電機の出力は（１４）式で表わされる。Ｐ２  ＊  ＋ｊＱ２  ＊  は解列後の出力値を示す。
【００１９】
【数５】
0003601912.tif 000006
【００２０】
ここで、（１４）式は次の２つの項から成立している。
【数６】
0003601912.tif 000007
【００２１】
次に、内部電圧Ｅ１  ，Ｅ２  を夫々（１５）式の如く極座標表示すれば、（１５）式から（１６）式が導かれる。そして（１４）式の第２項は（１７）式のように実部と虚部の項で表わされる。なお、δ１  ，δ２  は解列前の位相角である。
【００２２】
【数７】
0003601912.tif 000008
【００２３】
ここで、Ｇ１を解列した直後のＧ２の有効電力は（14）式の有効電力Ｐ２*、即ち、Ｐ２+ΔＰ２は（14），（17）式から（18）式で表され、又、Ｇ２を解列した直後のＧ１の有効電力Ｐ１*（＝Ｐ1+ΔＰ1）は同じ計算手順を経て（19）式として求められる。
【００２４】
【数８】
0003601912.tif 000009
【００２５】
即ち、（１８），（１９）式は、電気諸量の解列前の電気量のみから求めることができる。本発明では（１８），（１９）式を出発点としたものである。ここでは、母線Ｃまでの発電機台数が２機の場合について述べたが、３機以上の場合にも成立する関係であるので、発電機ｋを電制した場合の発電機ｊの出力変化分を推定する式を（２０）式で示す。
【００２６】
【数９】
0003601912.tif 000010
【００２７】
したがって実施の形態を図１を用いて説明すると、測定部２において電力系統の遮断器の開閉状況，電圧，電流，電力を測定する。これによって系統構成と発電機の運転状態が把握できるので、演算部３にて通常の潮流計算又は状態推定を実施する。
【００２８】
この結果、発電機の端子電圧Ｖｉ  ，発電機の電流Ｉｉ  を求めることができる。次に、発電機ｉの端子電圧Ｖｉ  ，発電機電流Ｉｉ  から（２１）式で内部電圧Ｅｉ  と位相角δｉ  を計算する。
【数１０】
0003601912.tif 000011
【００２９】
ここで、Ｘｉ  は内部インピーダンスである。更に、端子発電機ｉを解列したと想定したときの発電機ｊの出力値ΔＰｊ  を（２０）式を用いた計算によって推定する。
【００３０】
本実施の形態によれば、或る発電機を電制した場合に、他の発電機の出力量の変化分を事故が発生する前の系統状態のみから推定できるので短時間に多くのケースの推定ができ、オンライン運用中にも適用できる。
【００３１】
図４は本発明の電力系統の安定化装置の実施の形態を示す図である。本実施の形態における特長部は発電機選択部４を設けて、ここで安定化効果の大きい発電機を選択して解列するようにしたものである。
【００３２】
図５は演算部における処理内容を示すフローチャートである。ステップＳ５１ではデータ収集をし、ステップＳ５２では潮流計算又は状態推定（位相角，電圧を）する。ステップＳ５３では過渡安定度計算を実施する。
【００３３】
ステップＳ５４にて脱調する発電機群（ｌ，ｍ，ｎ，…）を選択する。以下、脱調する発電機群をＧＲＯＵＰ（ｌ，ｍ，ｎ，…）とする（ステップＳ５４）。次に演算部はステップＳ５５において、ＧＲＯＵＰの中の対象発電機ｉを解列するものと想定した場合の当該ＧＲＯＵＰに属する他の発電機ｊの出力変化分ΔＰｊ  を推定する。
【００３４】
この計算の中で、ＧＲＯＵＰに属する発電機ｉの端子電圧Ｖｉ  ，発電機電流Ｉｉ  から（２１）式で内部電圧Ｅｉ  と位相角δｉ  を求める。発電機ｉを解列すると想定した場合の、ＧＲＯＵＰの中の発電機ｊの出力変化分ΔＰｊ  は（２１）式を用いて推定できる。
【００３５】
次に、電制によって他の発電機を安定化させるのに最も効果的な発電機を次の基準で選択する。
（ｉ）  その発電機を解列することによって、ＧＲＯＵＰに属する発電機の出力変化分の合計が最大になる発電機。
（ｉｉ）その発電機を解列することによって、ＧＲＯＵＰに属する他の発電機の出力変化分のうち最小値が最も大きくなる発電機。
【００３６】
これは、脱調する発電機の出力が増加すれば、発電機の減速効果が働き安定化する効果があることを利用している。発電機Ｇ１  ，Ｇ２  ，Ｇ３  が脱調する場合の例を図６を用いて説明する。この例では、発電機Ｇ１  を電制すると、他の発電機Ｇ２  ，Ｇ３  の出力増加分（ΔＰ２  ，ΔＰ３  ）が夫々０．５，０．２ＰＵになった場合であり、合計増加分（ΣΔＰ）は０．７ＰＵである。
【００３７】
同様にして発電機Ｇ２  ，Ｇ３  を夫々電制する場合の合計増加分（ΣΔＰ）は０．３，０．６ＰＵであるから、（ｉ）  の基準にしたがえば、Ｇ１  を選択することになる。（ｉｉ）の基準にしたがえば、Ｇ３  を電制するときに、他の発電機の出力変化分のうち最小値は０．３ＰＵと最も大きくなるので、Ｇ３  を選択する。本実施の形態によれば、安定度向上に最も効果的な発電機を選択でき、しかも高速な計算が可能である。
【００３８】
図７は電力系統の安定化装置の他の実施の形態を示す図である。なお、図７は演算部内での処理内容を示すフローチャートである。そしてステップＳ７１，Ｓ７２は前記した処理内容と同じであり、本例の特長点は解列するのに有効な発電機の選択の仕方にある。
【００３９】
先ず、脱調する発電機群をＧＲＯＵＰ（ｌ，ｍ，ｎ，…）とする。次に演算部では、ＧＲＯＵＰに属する発電機ｉの端子電圧Ｖｉ  ，発電機電流Ｉｉ  から（２１）式で内部電圧Ｅｉ  と位相角δｉ  を求める（ステップＳ７３）。次に、電制によって他の発電機を安定化させるのに最も効果的な発電機を次の基準で選択する。
【００４０】
発電機ｋと発電機ｊについて、発電機ｋの無効電力Ｑｋ  が正、位相角δｋ  がδｊ  よりも大きい場合、発電機ｊよりも発電機ｋを電制する方が有効と判定できる。なぜならば、（２０）式において発電機は定常時において、有効出力電力は正であるから、発電機間の位相角差の正負に無関係にＰｋ    ｃｏｓ（δｊ  −δｋ  ）は正である。
【００４１】
逆に、発電機ｋの無効電力Ｑｋ  が負ならば、位相角δｋ  がδｊ  よりも小さい場合、発電機ｊよりも発電機ｋを電制する方が有効と判定できる。ＧＲＯＵＰに属する全ての発電機同士の比較を行なって最も有効な発電機が選択できる。本実施の形態によれば、発電機の無効電力の正負の符号と位相角差分のみから安定化に有効な発電機を選択できる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば安定化に最も効果的な発電機を、電気諸量の解列前の電気量のみから求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の安定化推定方法の実施の形態を示す構成図。
【図２】電制により他の発電機出力増加を説明する系統図。
【図３】電制により他の発電機出力増加を説明する出力状態図。
【図４】本発明の安定化装置の実施の形態を示す図。
【図５】図４の処理内容を示すフローチャート。
【図６】電制効果の高い発電機を選択する例図。
【図７】他の処理内容を示すフローチャート。
【符号の説明】
１  電力系統
２  測定部
３  演算部
４  発電機選択部
【図１】
0003601912.tif 000014
【図２】
0003601912.tif 000015
【図３】
0003601912.tif 000016
【図４】
0003601912.tif 000017
【図５】
0003601912.tif 000018
【図６】
0003601912.tif 000019
【図７】
0003601912.tif 000020