(57)【要約】【課題】電力動揺を収束させるまでの計算時間を短縮することができるシミュレーション装置、シミュレーション方法、およびシミュレーションプログラムを提供すること。【解決手段】実施形態のシミュレーション装置は、発電機モデル部と、タービン出力演算部と、補正部とを持つ。前記発電機モデル部は、発電機に設けられたタービンの角速度偏差を算出する。前記タービン出力演算部は、前記発電機モデル部によって算出された前記角速度偏差に基づいて、前記タービンを回転させるトルクを示すタービン出力を算出する。前記補正部は、前記タービン出力演算部によって算出された前記タービン出力を補正する。前記発電機モデル部は、前記補正部によって補正された前記タービン出力を用いて、前記角速度偏差を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機に設けられたタービンの角速度偏差を算出する発電機モデル部と、
前記発電機モデル部によって算出された前記角速度偏差に基づいて、前記タービンを回転させるトルクを示すタービン出力を算出するタービン出力演算部と、
前記タービン出力演算部によって算出された前記タービン出力を補正する補正部と、を備え、
前記発電機モデル部は、前記補正部によって補正された前記タービン出力を用いて、前記角速度偏差を算出する
シミュレーション装置。
【請求項２】
前記補正部は、
前記発電機モデル部によって算出された前記角速度偏差の変動を抽出する変動抽出部と、
前記変動抽出部によって抽出された前記角速度偏差の変動に所定のゲインを乗じることによって、前記タービン出力を補正するための補正値を算出するゲイン部と、
シミュレーションが開始されてから所定時間経過するまでは、前記発電機モデル部によって算出された前記角速度偏差を前記変動抽出部に出力せず、シミュレーションが開始されてから所定時間経過後は、前記発電機モデル部によって算出された前記角速度偏差を前記変動抽出部に出力する切替部と、を更に備える
請求項１記載のシミュレーション装置。
【請求項３】
前記変動抽出部は、時定数を用いて前記角速度偏差に対して不完全微分を行うことにより、前記角速度偏差の変動を抽出する
請求項２記載のシミュレーション装置。
【請求項４】
前記変動抽出部に入力される入力値と、前記変動抽出部から出力される出力値との差分の最大値である第１最大値を取得するとともに、前記入力値の最大値である第２最大値を取得し、前記第２最大値に対する前記第１最大値の比率が第１基準値を超える場合、前記時定数を大きくする調整部を更に備える
請求項３記載のシミュレーション装置。
【請求項５】
前記調整部は、前記角速度偏差の振幅を算出し、算出した前記振幅が第２基準値を超える場合、前記ゲインを大きくする
請求項４記載のシミュレーション装置。
【請求項６】
前記補正部は、予め設定された複数のゲインのうちの何れか一つを選択し、選択したゲインを前記角速度偏差に乗じることによって、前記タービン出力を補正するための補正値を算出する
請求項１記載のシミュレーション装置。
【請求項７】
前記補正部は、シミュレーションが開始されてから所定時間経過するまでは、第１のゲインを前記角速度偏差に乗じることによって前記補正値を算出し、シミュレーションが開始されてから所定時間経過後は、前記第１のゲインよりも大きい第２のゲインを前記角速度偏差に乗じることによって前記補正値を算出する
請求項６記載のシミュレーション装置。
【請求項８】
前記発電機モデル部は、
前記発電機の電気系のシミュレーションを行うことにより、発電機出力電流によって生じる反発力である電気トルクを算出する電気系演算部と、
前記発電機の機械系のシミュレーションを行うことにより、前記角速度偏差を算出する機械系演算部と、を備える
請求項１から７のいずれか一項に記載のシミュレーション装置。
【請求項９】
前記補正部は、前記機械系演算部の内部に設けられ、前記タービン出力演算部によって算出された前記タービン出力を補正する
請求項８記載のシミュレーション装置。
【請求項１０】
前記機械系演算部は、前記電気系演算部によって算出された前記電気トルクと、前記補正部によって補正された前記タービン出力とに基づき、前記角速度偏差を算出する
請求項８または９記載のシミュレーション装置。
【請求項１１】
発電機に設けられたタービンの角速度偏差を算出する角速度偏差算出工程と、
前記角速度偏差算出工程で算出された前記角速度偏差に基づいて、前記タービンを回転させるトルクを示すタービン出力を算出するタービン出力算出工程と、
前記タービン出力算出工程で算出された前記タービン出力を補正する補正工程と、を備え、
前記角速度偏差算出工程において、前記補正工程で補正された前記タービン出力を用いて、前記角速度偏差を算出する
シミュレーション方法。
【請求項１２】
コンピュータに、
発電機に設けられたタービンの角速度偏差を算出させ、
算出された前記角速度偏差に基づいて、前記タービンを回転させるトルクを示すタービン出力を算出させ、
算出された前記タービン出力を補正させ、
補正された前記タービン出力を用いて、前記角速度偏差を算出させる
シミュレーションプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、シミュレーション装置、シミュレーション方法、およびシミュレーションプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機から電力を供給する電力系統において、落雷等の影響で短絡や地絡といった系統故障が発生する場合がある。発電機の動作中に系統故障が発生すると、発電機の動作の安定性が損なわれることにより電力動揺が生じる。電力動揺とは、発電機から供給される電力が不安定な状態を意味する。
【０００３】
電力動揺を収束させるために、過渡安定度計算を行う電力系統安定化解析装置が知られている。過渡安定度計算は、発電機の挙動や電力系統の特性が定式化されたモデルを用いて、時間経過に伴う電力系統の様々な状態変化をシミュレーションする計算を意味する。電力系統安定化解析装置は、過渡安定度計算を行うことで、発電機から供給される電力の安定性を評価するとともに、電力の安定性を維持するための制御を決定する。
【０００４】
しかしながら、電力動揺が収束するまでに要するシミュレーション時間は発電機や電力系統の特性に依存するため、過渡安定度計算に長時間を要する場合があった。このため、電力の安定性を維持するための制御を、所望時間以内に決定することができない場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１１９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、電力動揺を収束させるまでの計算時間を短縮することができるシミュレーション装置、シミュレーション方法、およびシミュレーションプログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態のシミュレーション装置は、発電機モデル部と、タービン出力演算部と、補正部とを持つ。前記発電機モデル部は、発電機に設けられたタービンの角速度偏差を算出する。前記タービン出力演算部は、前記発電機モデル部によって算出された前記角速度偏差に基づいて、前記タービンを回転させるトルクを示すタービン出力を算出する。前記補正部は、前記タービン出力演算部によって算出された前記タービン出力を補正する。前記発電機モデル部は、前記補正部によって補正された前記タービン出力を用いて、前記角速度偏差を算出する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係るシミュレーション装置１０の全体構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態に係る発電機間における有効電力Ｐを説明するための図。
【図３】第１の実施形態に係る角速度偏差Δωの時間経過に応じた変化の一例を示す図。
【図４】第１の実施形態に係るタービン出力Ｔｍ’の時間経過に応じた変化の一例を示す図。
【図５】比較例に係る角速度偏差Δωの時間経過に応じた変化の一例を示す図。
【図６】比較例に係るタービン出力Ｔｍ’の時間経過に応じた変化の一例を示す図。
【図７】第１の実施形態に係るシミュレーション装置１０の動作を示すフローチャート。
【図８】第２の実施形態に係るシミュレーション装置２０の全体構成を示すブロック図。
【図９】第２の実施形態に係る機械系演算部１２０の詳細を示すブロック図。
【図１０】第３の実施形態に係る機械系演算部１２０の詳細を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態のシミュレーション装置、シミュレーション方法、およびシミュレーションプログラムを、図面を参照して説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るシミュレーション装置１０の全体構成を示すブロック図である。シミュレーション装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサと、プロセッサが実行するプログラムを格納するプログラムメモリとを備えるコンピュータである。図１に示されるように、シミュレーション装置１０は、発電機モデル部１００と、タービン出力演算部２００と、補正部３００と、励磁制御演算部４００と、調整部５００と、減算器６００とを備える。
【００１１】
発電機モデル部１００、タービン出力演算部２００、補正部３００、励磁制御演算部４００、調整部５００、および減算器６００は、プロセッサがプログラムメモリに記憶されたプログラムを実行することで実現される。なお、発電機モデル部１００、タービン出力演算部２００、補正部３００、励磁制御演算部４００、調整部５００、および減算器６００は、プロセッサがプログラムを実行するのと同様の機能を有するＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、およびＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアにより実現されてもよい。
【００１２】
発電機モデル部１００は、電気系演算部１１０および機械系演算部１２０を備える。電気系演算部１１０は、発電機の電気系のシミュレーションを行うことにより、電気トルクＴｅおよび端子電圧Ｖｔを算出する。電気トルクＴｅは、発電機から電力系統へ流れる電流の作用で生じる反発力であり、定格回転数において単位法で表した発電機有効電力出力と等しい。端子電圧Ｖｔは、発電機の端子から出力される出力電圧である。
【００１３】
具体的に、電気系演算部１１０は、以下の式（１）に基づいて電気トルクＴｅを算出する。ここで、φｄおよびφｑは、Ｐａｒｋ式モデルにより求められる値である。また、ＩｄおよびＩｑは、発電機出力電流をｄｑ軸変換した値である。
【００１４】
【数１】
2018074634.tif 000003
【００１５】
また、電気系演算部１１０は、以下の式（２）に基づいて端子電圧Ｖｔを算出する。ここで、ωは、発電機に設けられたタービンの角速度である。ω０は基本角周波数である。タービンの角速度偏差をΔωとすると、ω＝ω０＋Δωと表される。詳細は後述するが、Δωは、機械系演算部１２０によって算出される。また、ｆ０を基本周波数とすると、ω０＝２πｆ０と表される。ｒａは、電気抵抗である。
【００１６】
【数２】
2018074634.tif 000004
【００１７】
電気系演算部１１０は、算出した電気トルクＴｅを機械系演算部１２０に出力し、算出した端子電圧Ｖｔを励磁制御演算部４００に出力する。
【００１８】
機械系演算部１２０は、発電機の機械系のシミュレーションを行うことにより、角速度偏差Δωを算出する。具体的に、機械系演算部１２０は、電気系演算部１１０によって算出された電気トルクＴｅと、補正部３００によって補正されたタービン出力Ｔｍ’とに基づき、角速度偏差Δωを算出する。機械系演算部１２０は、算出した角速度偏差Δωをタービン出力演算部２００および補正部３００に出力する。なお、補正部３００によって補正されたタービン出力Ｔｍ’の詳細については後述する。
【００１９】
タービン出力演算部２００は、機械系演算部１２０によって算出された角速度偏差Δωに基づき、タービン出力Ｔｍを算出する。タービン出力Ｔｍは、発電機に設けられたタービンを回転させるトルクである。タービン出力演算部２００は、算出したタービン出力Ｔｍを減算器６００に出力する。
【００２０】
補正部３００は、切替部３１０と、変動抽出部３２０と、ゲイン部３３０とを備える。切替部３１０は、機械系演算部１２０によって算出された角速度偏差Δωを変動抽出部３２０に出力するか否かを切り替える。なお、切替部３１０の切替動作の詳細については後述する。
【００２１】
変動抽出部３２０は、機械系演算部１２０によって算出された角速度偏差Δωの変動を抽出する。具体的に、変動抽出部３２０は、時定数を用いて角速度偏差Δωに対して不完全微分を行うことにより、角速度偏差Δωの変動を抽出する。変動抽出部３２０は、抽出した角速度偏差Δωの変動をゲイン部３３０に出力する。
【００２２】
ゲイン部３３０は、変動抽出部３２０によって抽出された角速度偏差Δωの変動に所定のゲインを乗じることによって、タービン出力Ｔｍを補正するための補正値Ｃを算出する。ゲイン部３３０は、算出した補正値Ｃを減算器６００に出力する。
【００２３】
減算器６００は、タービン出力演算部２００によって算出されたタービン出力Ｔｍから、ゲイン部３３０によって算出された補正値Ｃを減算することにより、タービン出力Ｔｍ’を算出する。つまり、Ｔｍ’＝Ｔｍ−Ｃである。減算器６００は、算出したタービン出力Ｔｍ’を機械系演算部１２０に出力する。なお、減算器６００は、補正部３００に設けられてもよい。
【００２４】
励磁制御演算部４００は、電気系演算部１１０によって算出された端子電圧Ｖｔに基づき、界磁電圧Ｅｆｄを算出する。界磁電圧Ｅｆｄは、発電機に設けられた界磁に印加される電圧である。励磁制御演算部４００は、算出した界磁電圧Ｅｆｄを電気系演算部１１０に出力する。
【００２５】
調整部５００は、変動抽出部３２０に入力される入力値と、変動抽出部３２０から出力される出力値とに基づき、変動抽出部３２０によって使用される時定数を調整する。また、調整部５００は、角速度偏差Δωの振幅に基づき、ゲイン部３３０によって使用されるゲインを調整する。なお、調整部５００によって行われる処理の詳細は後述する。
【００２６】
シミュレーション装置１０は、過渡安定度計算により、電力系統で地絡事故などの外乱が発生した場合に電力系統の安定性を維持するために必要な制御量を求める。過渡安定度計算は、発電機の挙動や電力系統の特性が定式化されたモデルを用いて、時間経過に伴う電力系統の様々な状態変化をシミュレーションする計算である。上述したように、過渡安定度計算の過程で、発電機モデル部１００の機械系演算部１２０によって角速度偏差Δωが算出される。外乱発生後の電力系統は、発電機の有効電力出力などが増減を繰り返す電力動揺という状態となり、徐々に増減の幅が小さくなって一定の状態に収束する。発電機有効電力出力が収束するまでに要する時間は、発電機や電力系統の特性によって異なる。収束後の状態を得るためには、シミュレーション内の時間で数十秒の計算が必要となる場合もある。短いシミュレーションで収束後の状態を得るためには、角速度偏差Δωの動揺を短時間で収束させる必要がある。以下、この点について説明する。
【００２７】
機械系演算部１２０は、以下の式（３）に基づいて角速度偏差Δωを算出する。ここで、ＭおよびＤは、発電機の機械特性に応じて予め設定された定数である。
【００２８】
【数３】
2018074634.tif 000005
【００２９】
また、発電機内部位相角δと角速度偏差Δωとの関係は、以下の式（４）に示される。ここで、発電機内部位相角δは、発電機内部のタービンの位相角を示す。また、δ０は、発電機内部位相角δの初期値である。
【００３０】
【数４】
2018074634.tif 000006
【００３１】
図２は、第１の実施形態に係る発電機間における有効電力Ｐを説明するための図である。図２において、電力系統の左端に発電機Ｇ１が接続され、電力系統の右端に発電機Ｇ２が接続されているものとする。発電機Ｇ１の出力電圧はＶ１であり、発電機Ｇ１の内部位相角はδ１である。また、発電機Ｇ２の出力電圧はＶ２であり、発電機Ｇ２の内部位相角はδ２である。Ｘは発電機Ｇ１およびＧ２間における電力系統のリアクタンス、ＸＧ１は発電機Ｇ１の内部リアクタンス、ＸＧ２は発電機Ｇ２の内部リアクタンスである。この場合、発電機Ｇ１およびＧ２間における有効電力Ｐは、以下の式（５）に示される。
【００３２】
【数５】
2018074634.tif 000007
【００３３】
式（５）に示されるように、位相角差δ１−δ２を一定にすることで、有効電力Ｐも一定となる。したがって、有効電力Ｐの動揺を収束させるには、それぞれの発電機の内部位相角δを一定にすればよい。式（４）に示されるように、角速度偏差Δωが動揺すると、発電機内部位相角δも動揺する。このため、有効電力Ｐの動揺を短時間で収束させるためには、角速度偏差Δωの動揺を短時間で収束させる必要がある。
【００３４】
図３は、第１の実施形態に係る角速度偏差Δωの時間経過に応じた変化の一例を示す図である。図４は、第１の実施形態に係るタービン出力Ｔｍ’の時間経過に応じた変化の一例を示す図である。図３および図４に示される例においては、タービン出力Ｔｍを一定とし、電気トルクＴｅを短時間だけ低下させている。
【００３５】
本実施形態において、切替部３１０は、シミュレーションが開始されてから４［ｓｅｃ］経過するまでは、機械系演算部１２０によって算出された角速度偏差Δωを変動抽出部３２０に出力しない。一方、切替部３１０は、シミュレーションが開始されてから４［ｓｅｃ］経過後は、機械系演算部１２０によって算出された角速度偏差Δωを変動抽出部３２０に出力する。このため、図４に示されるように、シミュレーションの開始から４［ｓｅｃ］後に、角速度偏差Δωに応じて補正されたタービン出力Ｔｍ’が機械系演算部１２０に出力されている。
【００３６】
図３に示される例においては、シミュレーションの開始から１［ｓｅｃ］後に、角速度偏差Δωに動揺が生じている。しかしながら、シミュレーションの開始から４［ｓｅｃ］以降は、角速度偏差Δωに応じて補正されたタービン出力Ｔｍ’が機械系演算部１２０に出力されることによって、角速度偏差Δωの動揺が短時間で収束している。
【００３７】
これによって、シミュレーションの開始から所定時間（４［ｓｅｃ］）以内に角速度偏差Δωの動揺を収束させることができない場合であっても、タービン出力Ｔｍを補正することで、角速度偏差Δωの動揺を短時間で収束させることができる。したがって、電力動揺を収束させるまでの計算時間を短縮することができる。
【００３８】
図５は、比較例に係る角速度偏差Δωの時間経過に応じた変化の一例を示す図である。図６は、比較例に係るタービン出力Ｔｍ’の時間経過に応じた変化の一例を示す図である。図５および図６に示される例においても、タービン出力Ｔｍを一定とし、電気トルクＴｅを短時間だけ低下させている。
【００３９】
図５および図６に示される比較例においては、シミュレーション装置１０に補正部３００を設けないこととした。したがって、タービン出力Ｔｍは補正されないため、タービン出力Ｔｍ’は一定である。
【００４０】
図５に示されるように、シミュレーション装置１０に補正部３００を設けない場合は、図３に示される本実施形態と比較して、角速度偏差Δωの動揺が収束するまでに長時間を要する。このため、比較例のシミュレーション装置によれば、電力動揺を収束させるまでの計算時間が長期化してしまう。これに対し、本実施形態のシミュレーション装置１０によれば、補正部３００を設けることで、電力動揺を収束させるまでの計算時間を短縮することができる。
【００４１】
また、本実施形態のシミュレーション装置１０は、電力動揺を収束させるまでの計算時間をより短縮させるために、調整部５００を備えている。調整部５００は、過渡安定度計算の時系列の計算結果を参照して、変動抽出部３２０に入力される入力値と、変動抽出部３２０から出力される出力値との差分の最大値である第１最大値Ｍａｘ１を取得するとともに、入力値の最大値である第２最大値Ｍａｘ２を取得する。また、調整部５００は、第２最大値Ｍａｘ２に対する第１最大値Ｍａｘ１の比率が第１基準値Ｒ１を超える場合、変動抽出部３２０が不完全微分を行う際に使用される時定数を大きくする。つまり、Ｍａｘ１／Ｍａｘ２＞Ｒ１の場合、調整部５００は時定数を大きくする。
【００４２】
変動抽出部３２０は、入力値である角速度偏差Δωの変動分を抽出するために、角速度偏差Δωに対して不完全微分を実行する。このため、入力値と出力値との差分が大きい場合は、必要としている変動分が得られていないことになる。
【００４３】
そこで、調整部５００は、第１最大値Ｍａｘ１と第２最大値Ｍａｘ２との比率を算出する。調整部５００によって算出された比率が第１基準値Ｒ１より大きい場合は、必要としている変動分が得られていると考えられるため、調整部５００は、変動抽出部３２０が不完全微分を行う際に使用される時定数を大きくする。これによって、電力動揺を収束させるまでの計算時間をより短縮することができる。
【００４４】
また、調整部５００は、過渡安定度計算の最終時刻付近における角速度偏差Δωの振幅を算出し、算出した振幅が第２基準値Ｒ２を超える場合、ゲイン部３３０に設定されたゲインを大きくする。過渡安定度計算の最終時刻付近における角速度偏差Δωの振幅が大きい場合は、角速度偏差Δωに動揺が生じており、安定した状態が得られていないこととなる。このため、調整部５００は、ゲイン部３３０に設定されたゲインを大きくすることで、角速度偏差Δωの動揺を収束させる効果を強める。これによって、電力動揺を収束させるまでの計算時間をさらに短縮することができる。
【００４５】
図７は、第１の実施形態に係るシミュレーション装置１０に含まれる調整部５００の処理内容を説明するためのフローチャートである。本フローチャートを実行するためのプログラムは、シミュレーション装置１０のプログラムメモリに格納されている。
【００４６】
まず、シミュレーション装置１０は、過渡安定度計算を実行する（Ｓ１０）。次に、シミュレーション装置１０は、過渡安定度計算の計算結果を、時系列で不図示のメモリに記憶する（Ｓ１１）。
【００４７】
シミュレーション装置１０は、過渡安定度計算が終了したか否かを判定する（Ｓ１２）。過渡安定度計算が終了していない場合、シミュレーション装置１０は、前述のＳ１０に処理を戻す。
【００４８】
一方、過渡安定度計算が終了した場合、シミュレーション装置１０の調整部５００は、過渡安定度計算の時系列の計算結果を参照して、変動抽出部３２０に入力される入力値と、変動抽出部３２０から出力される出力値との差分を算出する（Ｓ１３）。次に、調整部５００は、算出した差分の最大値である第１最大値Ｍａｘ１を取得し（Ｓ１４）、入力値の最大値である第２最大値Ｍａｘ２を取得する（Ｓ１５）。
【００４９】
調整部５００は、第２最大値Ｍａｘ２に対する第１最大値Ｍａｘ１の比率を算出する（Ｓ１６）。その後、調整部５００は、算出した比率（Ｍａｘ１／Ｍａｘ２）が第１基準値Ｒ１を超えるか否かを判定する（Ｓ１７）。算出した比率が第１基準値Ｒ１を超えない場合（言い換えると、Ｍａｘ１／Ｍａｘ２≦Ｒ１の場合）、調整部５００は、後述するＳ１９に処理を移行させる。
【００５０】
一方、算出した比率が第１基準値Ｒ１を超える場合（言い換えると、Ｍａｘ１／Ｍａｘ２＞Ｒ１の場合）、調整部５００は、変動抽出部３２０が不完全微分を行う際に使用される時定数を大きくする（Ｓ１８）。
【００５１】
次に、調整部５００は、過渡安定度計算の最終時刻付近における角速度偏差Δωの振幅を算出する（Ｓ１９）。その後、調整部５００は、算出した振幅が第２基準値Ｒ２を超えるか否かを判定する（Ｓ２０）。振幅が第２基準値Ｒ２を超えない場合、シミュレーション装置１０は、本フローチャートによる処理を終了する。
【００５２】
一方、振幅が第２基準値Ｒ２を超える場合、調整部５００は、ゲイン部３３０に設定されたゲインを大きくする（Ｓ２１）。その後、シミュレーション装置１０は、本フローチャートによる処理を終了する。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態の補正部３００は、タービン出力演算部２００によって算出されたタービン出力Ｔｍを補正する。また、本実施形態の発電機モデル部１００（機械系演算部１２０）は、補正部３００によって補正されたタービン出力Ｔｍ’を用いて、角速度偏差を算出する。これによって、シミュレーション装置１０は、電力動揺を収束させるまでの計算時間を短縮することができる。
【００５４】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。第１の実施形態においては、補正部３００が発電機モデル部１００とは別に設けられていた。これに対し、第２の実施形態においては、補正部３００は発電機モデル部１００の機械系演算部１２０内に設けられることとする。以下、第２の実施形態について詳細に説明する。
【００５５】
図８は、第２の実施形態に係るシミュレーション装置２０の全体構成を示すブロック図である。図８において、図１の各部に対応する部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５６】
シミュレーション装置２０は、ＣＰＵ等のプロセッサと、プロセッサが実行するプログラムを格納するプログラムメモリとを備えるコンピュータである。図８に示されるように、シミュレーション装置２０は、発電機モデル部１００と、タービン出力演算部２００と、励磁制御演算部４００とを備える。
【００５７】
発電機モデル部１００、タービン出力演算部２００、および励磁制御演算部４００は、プロセッサがプログラムメモリに記憶されたプログラムを実行することで実現される。なお、発電機モデル部１００、タービン出力演算部２００、および励磁制御演算部４００は、プロセッサがプログラムを実行するのと同様の機能を有するＬＳＩ、ＡＳＩＣ、およびＦＰＧＡ等のハードウェアにより実現されてもよい。
【００５８】
発電機モデル部１００は、電気系演算部１１０および機械系演算部１２０を備える。シミュレーション装置２０の各部によって算出される値は、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００５９】
図９は、第２の実施形態に係る機械系演算部１２０の詳細を示すブロック図である。機械系演算部１２０は、減算器１２１と、ゲイン付き積分器１２２と、ゲイン部１２３と、補正部３００とを備える。補正部３００は、切替部３１０と、変動抽出部３２０と、ゲイン部３３０とを備える。
【００６０】
補正部３００は、角速度偏差Δωに基づいてタービン出力Ｔｍを補正するための補正値Ｃを算出し、算出した補正値Ｃを減算器１２１に出力する。減算器１２１は、補正部３００から入力された補正値Ｃをタービン出力Ｔｍから減算する。これによって、第１の実施形態と同様に、タービン出力Ｔｍが補正される。なお、減算器１２１は、補正部３００に設けられてもよい。
【００６１】
このように、補正部３００がタービン出力Ｔｍを補正することで、角速度偏差Δωの動揺を短時間で収束させることができる。したがって、電力動揺を収束させるまでの計算時間を短縮することができる。
【００６２】
以上説明したように、第２の実施形態の補正部３００は、機械系演算部１２０の内部に設けられ、タービン出力演算部２００によって算出されたタービン出力Ｔｍを補正する。これによって、シミュレーション装置２０は、電力動揺を収束させるまでの計算時間を短縮することができる。
【００６３】
また、過渡安定度計算のプログラムにおいて、タービン出力演算部２００が入力データで定義され、機械系演算部１２０がプログラムコードで定義されている場合、プログラムコードを変更するだけで機械系演算部１２０に補正部３００を組み込むことができる。このため、様々な条件が設定された数多くの入力データを全て修正する手間を省くことができる。
【００６４】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。第１および第２の実施形態において、補正部３００は、変動抽出部３２０によって抽出された角速度偏差Δωの変動に所定のゲインを乗じることによって、タービン出力Ｔｍを補正するための補正値Ｃを算出することとした。これに対し、第３の実施形態においては、補正部３００は予め設定された複数のゲインのうちの何れか一つを選択し、選択したゲインを角速度偏差Δωに乗じることによって、タービン出力Ｔｍを補正するための補正値を算出する。以下、第３の実施形態について詳細に説明する。
【００６５】
図１０は、第３の実施形態に係る機械系演算部１２０の詳細を示すブロック図である。機械系演算部１２０は、減算器１２１と、ゲイン付き積分器１２２と、補正部３００とを備える。補正部３００は、選択部３４０と、乗算器３５０とを備える。
【００６６】
補正部３００には、第１のゲインＤ１と、第１のゲインＤ１よりも大きい第２のゲインＤ２が予め設定されている。選択部３４０は、第１のゲインＤ１および第２のゲインＤ２のうちの何れか一つを選択し、選択したゲインを乗算器３５０に出力する。
【００６７】
乗算器３５０は、選択部３４０によって選択されたゲインを角速度偏差Δωに乗じることによって、タービン出力Ｔｍを補正するための補正値Ｃを算出する。その後、乗算器３５０は、算出した補正値Ｃを減算器１２１に出力する。減算器１２１は、補正部３００から入力された補正値Ｃをタービン出力Ｔｍから減算する。これによって、第１の実施形態と同様に、タービン出力Ｔｍが補正される。なお、減算器１２１は、補正部３００に設けられてもよい。
【００６８】
このように、補正部３００がタービン出力Ｔｍを補正することで、角速度偏差Δωの動揺を短時間で収束させることができる。したがって、電力動揺を収束させるまでの計算時間を短縮することができる。
【００６９】
なお、補正部３００は、シミュレーションが開始されてから所定時間（例えば、４［ｓｅｃ］）経過するまでは、第１のゲインＤ１を角速度偏差Δωに乗じることによって補正値Ｃを算出する。一方、補正部３００は、シミュレーションが開始されてから所定時間（例えば、４［ｓｅｃ］）経過後は、第１のゲインＤ１よりも大きい第２のゲインＤ２を角速度偏差Δωに乗じることによって補正値Ｃを算出する。
【００７０】
これによって、シミュレーションの開始から所定時間以内に角速度偏差Δωの動揺を収束させることができない場合であっても、より大きいゲインを用いることで、角速度偏差Δωの動揺を短時間で収束させることができる。したがって、電力動揺を収束させるまでの計算時間を短縮することができる。
【００７１】
以上説明したように、第３の実施形態の補正部３００は、予め設定された、第１のゲインＤ１および第２のゲインＤ２のうちの何れか一つを選択し、選択したゲインを角速度偏差Δωに乗じることによって、タービン出力Ｔｍを補正するための補正値Ｃを算出する。これによって、電力動揺を収束させるまでの計算時間を短縮することができる。また、補正部３００に変動抽出部３２０を設ける必要が無いため、補正部３００を機械系演算部１２０に容易に組み込むことができる。
【００７２】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、シミュレーション装置１０および２０は、発電機モデル部１００と、タービン出力演算部２００と、補正部３００とを持つ。発電機モデル部１００は、発電機に設けられたタービンの角速度偏差Δωを算出する。タービン出力演算部２００は、発電機モデル部１００によって算出された角速度偏差Δωに基づいてタービン出力Ｔｍを算出する。補正部３００は、タービン出力演算部２００によって算出されたタービン出力Ｔｍを補正する。発電機モデル部１００は、補正部３００によって補正されたタービン出力Ｔｍ’を用いて、角速度偏差Δωを算出する。これによって、電力動揺を収束させるまでの計算時間を短縮することができる。
【００７３】
なお、上記実施形態によるシミュレーション装置１０および２０は、内部にコンピュータシステムを有している。そして、上述したシミュレーション装置１０および２０の各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって上記各種処理が行われる。ここで、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
【００７４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７５】
１０…シミュレーション装置、２０…シミュレーション装置、１００…発電機モデル部、１１０…電気系演算部、１２０…機械系演算部、１２１…減算器、１２２…積分器、１２３…ゲイン部、２００…タービン出力演算部、３００…補正部、３１０…切替部、３２０…変動抽出部、３３０…ゲイン部、３４０…選択部、３５０…乗算器、４００…励磁制御演算部、５００…調整部、６００…減算器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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