(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統の安定性監視装置において、
前記電力系統の故障条件及び系統構成に基づいて、故障ケース毎に発電機の角速度及び内部位相角を算出する簡略安定性計算部と、
前記発電機の角速度及び内部位相角に基づいて系統の不安定度合いを表す過酷度指標を算出する過酷度指標算出部と、
ＰＣＳ電源の解列が発電機の不安定度合いに与える解列感度指標及び前記過酷度指標に基づいて、ＰＣＳ電源の解列過酷度指標を算出し、前記解列過酷度指標が所定の閾値を上回る故障ケースを抽出するＰＣＳ電源過酷解列条件抽出部と、
前記過酷度指標又は前記解列過酷度指標に基づいて、前記で抽出した故障ケースに対して詳細安定性計算を行う詳細安定性計算部と、
を備えたことを特徴とする安定性監視装置。
【請求項２】
請求項１に記載の安定性監視装置は、
故障場所、様相を含む故障条件を格納する故障条件データベースと、
線路、発電機、ＰＣＳ電源を含む系統構成を格納する系統構成データベースと、
を更に備えることを特徴とする安定度監視装置。
【請求項３】
請求項１に記載の安定性監視装置は、
前記詳細安定性計算で不安定と判定した故障ケースに対して、電源制御又は負荷制御の少なくとも一方を選択する電制発電機選択部と、
を更に備えたことを特徴とする安定性監視装置。
【請求項４】
請求項１に記載の安定性監視装置は、
前記系統構成に関するデータ及び前記ＰＣＳ電源のメンテナンスに関するデータに基づいて、前記メンテナンスに関するデータが更新される度に、起動中のＰＣＳ電源について、前記解列感度指標に関する事前テーブルを作成するＰＣＳ電源解列感度作成部、
を更に備えることを特徴とする安定性監視装置。
【請求項５】
請求項１に記載の安定性監視装置は、
前記系統構成に関するデータ及び前記ＰＣＳ電源のメンテナンスに関するデータに基づいて、系統の故障点と前記ＰＣＳ電源との電気的距離が所定の閾値以上となるＰＣＳ電源は解列しないと判定し、前記ＰＣＳ電源の解列ケースを除外して解列パターンを抽出するＰＣＳ電源解列パターン抽出部、
を更に備えることを特徴とする安定性監視装置。
【請求項６】
請求項１に記載の安定性監視装置は、
前記ＰＣＳ電源の解列及び再連系が発電機の不安定度合いに与える解列再連系感度指標を事前テーブルとして格納し、前記過酷度指標と前記解列再連系感度指標を基づいて、前記ＰＣＳ電源の解列再連系過酷度指標を算出し、前記解列再連系過酷度指標が所定の閾値を上回る故障ケースを抽出するＰＣＳ電源過酷解列再連系条件抽出部、
を更に備えることを特徴とする安定性監視装置。
【請求項７】
請求項１に記載の安定性監視装置は、
前記系統構成に関するデータ及び前記ＰＣＳ電源のメンテナンスに関するデータに基づいて、前記メンテナンスに関するデータが更新される度に、起動中のＰＣＳ電源について、解列及び再連系時の出力変化が発電機の内部位相角に与える影響度合いを表す解列再連系感度に関する事前テーブルを作成するＰＣＳ電源解列再連系感度作成部、
を更に備えることを特徴とする安定性監視装置。
【請求項８】
請求項１に記載の安定性監視装置において、
前記ＰＣＳ電源過酷解列条件抽出部は、発電機の各周波数偏差と位相角速度に基づき、前記解列過酷度指標が大きくなる解列のタイミングを抽出することを特徴とする安定性監視装置。
【請求項９】
請求項６に記載の安定性監視装置において、
前記ＰＣＳ電源過酷解列再連系条件抽出部は、発電機の各周波数偏差と位相角速度に基づき、前記解列再連系過酷度指標が大きくなる解列及び再連系のタイミングを抽出することを特徴とする安定性監視装置。
【請求項１０】
電力系統の安定性監視方法において、
前記電力系統の故障条件及び系統構成に基づいて、故障ケース毎に発電機の角速度及び内部位相角を算出するステップと、
前記発電機の角速度及び内部位相角に基づいて系統の不安定度合いを表す過酷度指標を算出するステップと、
ＰＣＳ電源の解列が発電機の不安定度合いに与える解列感度指標及び前記過酷度指標に基づいて、ＰＣＳ電源の解列過酷度指標を算出し、前記解列過酷度指標が所定の閾値を上回る故障ケースを抽出するステップと、
前記過酷度指標又は前記解列過酷度指標に基づいて、前記で抽出した故障ケースに対して詳細安定性計算を行うステップと、
を備えたことを特徴とする安定性監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統の過渡安定性を判定する安定性監視装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
落雷などが原因で電力系統に故障が発生すると、一部の回転機型発電機において他の発電機に対して回転が加速する。加速した発電機の基準発電機に対する内部相差角が他の発電機と比較して大きくなり、発電機間の同期が維持できなくなる。この現象を過渡安定性の悪化と呼ぶ。加速した発電機を系統から切り離さなければ、加速する発電機が増え、発電機保護のため停止させる。これが連鎖的に発生すると、最悪の場合、大停電に至る課題がある。【０００３】
大停電を防止するため、安定性監視装置（非特許文献１）が開発された。このシステムは故障発生時の同期安定性の悪化現象を、安定性監視装置で実施の故障発生前（事前）演算と電制制御装置で実施の故障発生後（事後）演算の組合せにより防止するものである。事前演算では、オンライン計測情報から全ての想定故障ケースに対して安定性を解析し、ケース毎に系統から切り離す発電機を予め決定する。オンライン計測情報は一定周期で更新されるため、前記周期以内に全ての想定故障ケースの安定性を解析し終える必要がある。事後演算では、系統故障が発生した場合、発電機遮断指令を受信し、発電機または負荷を遮断する。【０００４】
事前演算において、故障監視点を送電線、母線、変圧器として、基幹系と電源系合わせて多数の箇所を対象に安定性解析をしている。故障監視点１か所に対し複数の故障様相を計算するため、例えば数百ケース等、膨大なケース数を解析する必要がある。１ケースの演算においては、１０ミリ秒程度の刻みで故障発生後１０秒程度シミュレーションすることで、安定性を判定している。本計算を詳細安定性計算と呼ぶ。詳細安定性計算は計算時間が長いため、オンライン計測情報の収集周期内に全ての故障ケースの安定性を判定できない。【０００５】
上記の背景から、全ての故障ケースについて詳細安定性計算するわけではなく、以下に示す簡略安定性計算によって算出した各故障ケースの過酷度を基に、過酷度の高い故障ケースのみ詳細安定性計算をすることで、過渡安定性を判定するための計算時間を短縮する安定性監視装置が考案されている。過酷度とは、故障による擾乱に対して、各発電機が一定の内部位相角を保ち、同期回転を維持することが困難になる度合いを表す。発電機が脱調するまでの時間が短いほど、また発電機の内部位相角の変動が大きいほど、過酷度は大きくなる。【０００６】
以下に故障ケースを絞り込むための簡略安定性計算の例を示す。【０００７】
本技術分野において、特開2007-288878公報（特許文献１）がある。この文献には、想定する故障ごとの計算を行うにあたり、故障発生後の短時間の現象を状態模擬し、複数の発電機の角速度や内部位相角から算出される電力系統の過酷度指標値を求め、系統が安定か不安定かを短時間に決定できると記載されている。【０００８】
他に、特開2007-181387公報（特許文献２）がある。この文献には、拡張等面積法によって安定判別や安定性の定量評価等の安定判別結果を取得できると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開2007-288878公報
【特許文献２】特開2007-181387公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】太田宏次、井上紀宏、伊藤久徳、福島宣夫、小俣和也、森田 憲一、小海裕：「オンライン安定度計算による脱調未然防止システム (ＴＳＣ) の開発」、電学論Ｂ、115巻1号、平成7年
【非特許文献２】一般社団法人  日本電気協会系統連系専門部会：「系統連系規定 JEAC 9701-2012」、平成24年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記特許文献１と特許文献２に記載の従来の安定性監視装置は、簡略安定性計算によって、系統の過酷度指標を求め、指標値の大きさで不安定となる故障ケースの過酷度を順位付けすることで、詳細安定性計算する故障ケース数を絞り込む。【００１２】
しかし、上記の安定性監視装置では、電圧低下や周波数低下によって風力発電装置等のＰＣＳを備えた分散型電源（以下、ＰＣＳ電源と呼ぶ）が解列する（非特許文献２）影響を想定していないため、ＰＣＳ電源が増加すると故障ケース数が膨大になる。具体的には、ＰＣＳ電源がＮ台増えると各ＰＣＳ電源の解列または運転継続の２通りを想定するため、故障ケース数は２のＮ乗倍に増加する。そのため、簡略安定性計算による順位付けに膨大な時間を要し、演算周期が長くなる課題がある。演算周期が長くなると、直近の系統情報に基づく制御ができず、マージンを考慮して過剰な電源制限等が必要になる課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決する為に本発明は、電力系統の安定性監視装置において、前記電力系統の故障条件及び系統構成に基づいて、故障ケース毎に発電機の角速度及び内部位相角を算出する簡略安定性計算部と、前記発電機の角速度及び内部位相角に基づいて系統の不安定度合いを表す過酷度指標を算出する過酷度指標算出部と、ＰＣＳ電源の解列が発電機の不安定度合いに与える解列感度指標及び前記過酷度指標に基づいて、ＰＣＳ電源の解列過酷度指標を算出し、前記解列過酷度指標が所定の閾値を上回る故障ケースを抽出するＰＣＳ電源過酷解列条件抽出部と、前記過酷度指標又は前記解列過酷度指標に基づいて、前記で抽出した故障ケースに対して詳細安定性計算を行う詳細安定性計算部と、を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、安定性が過酷となるＰＣＳ電源の解列または運転継続の組合せに故障ケースを絞り演算周期を短縮することで、直近の系統情報に基づく制御ができ、過剰な電源制限または負荷制限等を防げる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】安定性監視装置のソフト構成図の例である。
【図２】安定性監視装置のハード構成図の例である。
【図３】安定性監視装置の処理の全体を示すフローチャートの例である。
【図４】簡略安定性計算におけるＰＣＳ電源解列未考慮時の過酷度指標ランキングの例である。
【図５】簡略安定性計算におけるＰＣＳ電源解列考慮時の過酷度指標ランキングの例である。
【図６】簡略安定性計算によって算出した過酷度指標ランキングと詳細安定性計算によって算出した脱調するまでの時間および最大内部位相角差の例である。
【図７】過酷解列条件抽出の処理を示すフローチャートの例である。
【図８】ＰＣＳ電源解列感度作成の処理を示すフローチャートの例である。
【図９】ＰＣＳ電源一台の解列が発電機の内部位相角に与える影響度合いを表す解列感度指標の事前演算テーブルの例である。
【図１０】ＰＣＳ電源二台の解列が発電機の内部位相角に与える影響度合いを表す解列感度指標の事前演算テーブルの例である。
【図１１】ＰＣＳ電源三台が接続された系統モデルの例である。
【図１２】実施例１において簡略安定性計算による順位付けをするＰＣＳ電源パターンの例である。
【図１３】公知例において詳細安定性計算をした結果の例である。
【図１４】実施例１において詳細安定性計算をした結果の例である。
【図１５】ＰＣＳ電源過酷パターン抽出部（故障点、ＰＣＳ電源設置点参照）を追加した安定性監視装置のソフト構成図の例である。
【図１６】ＰＣＳ電源過酷パターン抽出部（故障点、ＰＣＳ電源設置点参照）の処理を追加したＰＣＳ電源解列感度作成の処理を示すフローチャートの例である。
【図１７】実施例２において簡略安定性計算による順位付けをするＰＣＳ電源パターンの例である。
【図１８】詳細安定性解析における各ノードの故障時電圧のシミュレーション結果の例である。
【図１９】ＰＣＳ電源過酷パターン抽出部（故障時電圧参照）を追加した安定性監視装置のソフト構成図の例である。
【図２０】ＰＣＳ電源過酷パターン抽出部（故障時電圧参照）の処理を追加したＰＣＳ電源解列感度作成の処理を示すフローチャートの例である。
【図２１】ＰＣＳ電源のＦＲＴ特性の例である。
【図２２】実施例３において簡略安定性計算による順位付けをするＰＣＳ電源パターンの例である。
【図２３】簡略安定性解析におけるノード電圧のシミュレーション結果の例である。
【図２４】安定性監視装置のソフト構成図の例である。
【図２５】安定性監視装置の処理の全体を示すフローチャートの例である。
【図２６】実施例１と実施例４において詳細安定性計算するための過酷度指標ランキングの例である。
【図２７】解列および再連系を考慮した安定性監視装置のソフト構成図の例である。
【図２８】解列および再連系を考慮した安定性監視装置の処理の全体を示すフローチャートの例である。
【図２９】ＰＣＳ電源一台の解列および再連系が発電機の内部位相角に与える影響度合いを表す解列再連系感度指標の事前演算テーブルの例である。
【図３０】ＰＣＳ電源二台の解列および再連系が発電機の内部位相角に与える影響度合いを表す解列再連系感度指標の事前演算テーブルの例である。
【図３１】簡略安定性計算におけるＰＣＳ電源解列考慮時の過酷度指標ランキングの例である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施に好適な実施例について説明する。尚、下記はあくまでも実施の例に過ぎず、下記具体的内容に発明自体が限定されることを意図するものではない。
【実施例１】
【００１７】
本発明の実施例について、以下に説明する。【００１８】
図１は、本発明の一実施形態が適用された安定性監視装置１０のソフト構成図の例であり、安定性監視装置１０は、故障条件データベースＤＢ１、系統構成データベースＤＢ２、ＰＣＳ電源メンテナンス情報データベースＤＢ３、過酷度指標出力部２１、簡略安定性計算部３１、過酷度指標算出部３２、詳細安定性計算部３３、電制発電機選択部３４、および本発明の安定性感度データベースＤＢ４、ＰＣＳ電源過酷解列条件抽出部４１、ＰＣＳ電源解列感度作成部４２を備えている。また、安定性監視装置１０と、電制制御指令部７１を備えた電制制御装置６０を備えることで、系統安定化システム１００を構成していてもよい。【００１９】
過酷度指標出力部２１において、発電機毎に角速度や内部位相角から算出される過酷度指標を出力する。【００２０】
簡略安定性計算部３１において、場所、様相等の故障条件が格納される系統情報データベースＤＢ１の情報と、線路、発電機、ＰＣＳ電源等の系統構成が格納される系統構成データベースＤＢ２の情報を用いて、故障ケースおよびＰＣＳ電源の解列または運転継続の組合せ毎に簡略安定性計算を行う。簡略安定性計算では、例えば、故障ケース毎に１秒間程度の現象のシミュレーションを行う。【００２１】
過酷度指標算出部３２において、故障ケース毎に発電機毎の角速度や内部位相角から過酷度指標xを算出する（特許文献１参照）。過酷度指標xの算出方法は後述する。詳細安定性計算部３３において、発電機が脱調すると判定される閾値x_th以上の過酷度指標xとなる故障ケースに対して、詳細安定性計算を行い、安定または不安定を判定する。【００２２】
電制発電機選択部３４において、前記詳細安定性計算の結果を参照し、脱調する可能性のある発電機を選択する。【００２３】
ＰＣＳ電源過酷条件抽出部４１において、故障ケース毎に一定の閾値x_th以上の過酷度指標xとなった発電機に対して、安定性感度データベースＤＢ４に格納されている事前テーブルにおけるＰＣＳ電源解列時の出力変化が発電機の内部位相角に与える影響度合い表す解列感度指標yを用いて、例えば、解列過酷度指標wの値が一定の閾値w_th以上となる場合、前期発電機が脱調する可能性のあるＰＣＳ電源の解列または運転継続の組合せでの故障ケースとして抽出する。解列過酷度指標wの算出方法は後述する。【００２４】
各指標（x,y,w）の値が大きくなると、他の発電機と同期が維持できなくなり，脱落しやすい。【００２５】
ＰＣＳ電源解列感度作成部４２において、線路、発電機、ＰＣＳ電源等の系統構成が格納される系統構成データベースＤＢ２の情報と、ＰＣＳ電源の停止や補修スケジュール等のＰＣＳ電源メンテナンス情報が格納されるＰＣＳ電源メンテナンスデータベースＤＢ３の情報を用いて、ＰＣＳ電源メンテナンス情報が更新される度に、稼働しているＰＣＳ電源のみについて、ＰＣＳ電源解列時の出力変化が発電機の内部位相角に与える影響度合いを表す解列感度指標yに関する事前テーブルを作成する。解列感度指標yの算出方法は後述する。【００２６】
系統安定化システム１００において、安定性監視装置１０の電制発電機選択部３４より出力された結果を基に、電制制御装置６０の電制制御指令部７１で電制制御の指令を出す。【００２７】
図２は、本発明の一実施形態が適用された安定性監視装置のハード構成図の例を表している。安定性監視装置１０は計算機システムで構成されており、ディスプレイ装置等の表示部１１、キーボードやマウス等の入力部１２、通信部１３、ＣＰＵ１４、メモリ１５、および各種データベースがバス線５１に接続されている。安定性監視装置のデータベースとして、故障条件データベースＤＢ１、系統構成データベースＤＢ２、ＰＣＳ電源メンテナンス情報データベースＤＢ３、安定性感度データベースＤＢ４を備える。【００２８】
表示部１１は、例えば、ディスプレイ装置に代えて、またはディスプレイ装置と共に、プリンタ装置または音声出力装置等を用いる構成でもよい。入力部１２は、例えば、キーボードスイッチ、マウス等のポインティング装置、タッチパネル、音声指示装置等の少なくともいずれか一つを備えて構成できる。通信部１３、通信ネットワークに接続するための回路及び通信プロトコルを備える。ＣＰＵ１４は、計算プログラムを実行して表示すべき画像データの指示や、各種データベース内のデータの検索等を行う。ＣＰＵ１４は、一つまたは複数の半導体チップとして構成してもよいし、または、計算サーバのようなコンピュータ装置として構成してもよい。メモリ１５は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）として構成され、コンピュータプログラムを記憶したり、各処理に必要な計算結果データ及び画像データ等を記憶したりする。メモリ１５に格納された画面データは、表示部１１に送られて表示される。【００２９】
図３は、安定性監視装置の処理の全体を示すフローチャートを表している。ステップＳ１では、故障条件、系統構成を基に全ＰＣＳ電源が運転継続した状態を想定して簡略安定性計算を行う。簡略安定性計算では、例えば、故障ケース毎に詳細安定性計算を１秒間程度行う。ステップＳ２では、故障ケース毎に発電機毎の角速度や内部位相角から過酷度指標xを算出する。一例として、系統故障発生直後における電力系統の過酷度を示す第一の指標値Ke及び第二の指標値KEを用いて、過酷度指標xを算出する方法を以下に示す（特許文献１）。【００３０】
指標値Keは、各発電機の運動エネルギーの故障発生前からの増加率Kei(%)の最大値であり、（１）、（２）式によって表される。
【数１】
0006591677.tif 000002
【数２】
0006591677.tif 000003
【００３１】
ただし、ｉ：発電機番号、ω0i：故障発生前の発電機ｉの角速度、ωi：故障発生後の発電機ｉの角速度、Ｍi：発電機ｉの慣性定数である。【００３２】
さらに、発電機の運動エネルギーの増加率Keiを時間積分した値であるＫＥiの最大値KE（s％）を、式（３）−（５）式のよう求める。
【数３】
0006591677.tif 000004
【数４】
0006591677.tif 000005
【数５】
0006591677.tif 000006
【００３３】
ただし、θは内部位相角、θiは位相角変化である。【００３４】
発電機の内部位相角δが１１０°程度となる安定限界で、Keの安定限界を示す値２．５（%）と、KEの安定限界を示す値０．５（%ｓ）の指標値をそれぞれ正規化し、その積をとった過酷度指標xを求める。xは次式で表される。
【数６】
0006591677.tif 000007
【００３５】
式（６）は、不安定な状態では指標値Keは２．５より大きくなり、また指標値KEも０．５より大きくなるため、xが閾値x_th＝１．０より大きくなるか否かで、安定か不安定を判断する。【００３６】
図４は、簡略安定性計算における過酷度指標のランキングの一例を表している。過酷度指標ランキングでは、過酷度指標xを基に順位付けを行う。本図では、故障点毎のランキングを示したが、１回線１線地絡や１回線３線地絡等の故障様相によって順位付けしてもよい。ステップＳ３では、一定の閾値x_th以上の過酷度指標xとなる発電機が存在する故障ケースにおいて、解列過酷度指標wを基に電力系統の安定性が過酷となるＰＣＳ電源の解列または運転継続の組合せを抽出する（後述の図７の説明参照）。解列過酷度指標wの算出方法は後述する。ステップＳ４では、ステップＳ３で抽出した電力系統の安定性が過酷となるＰＣＳ電源の解列または運転継続の組合せ毎に、簡略過渡安定性計算を行う。ステップＳ５では、ＰＣＳ電源の過酷な組合せ毎に発電機毎の角速度や内部位相角から過酷度指標xを算出する。図５は、簡略安定性計算における過酷度指標のランキングの一例を表している。過酷度指標ランキングでは、過酷度指標xを基に順位付けを行う。公知例１および公知例２のランキング手法では、ＰＣＳ電源の解列の有無を考慮してないため、ＰＣＳ電源解列による安定性の変化を考慮できない。そこで、ＰＣＳ電源が増加した系統の場合、故障点に加えて、各ＰＣＳ電源の解列の有無も考慮し、順位付けを行う必要がある。ステップＳ６では、電力系統の安定性が過酷となるＰＣＳ電源の解列または運転継続の組合せの計算が全て終了していない場合、ステップＳ４に戻り、電力系統の安定性が過酷となるＰＣＳ電源の解列または運転継続の組合せの計算が全て終了した場合、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、故障点ごとの想定故障ケースの計算が全て終了していない場合、ステップＳ１に戻り、故障点ごとの想定故障ケースの計算が全て終了した場合、ステップＳ８に進む。ステップＳ８では、ステップＳ５で求めた電力系統の安定性が過酷となるＰＣＳ電源の解列または運転継続の組合せ毎に、詳細安定性計算を行う。図６は、簡略安定性計算によって算出した過酷度指標ランキングと、詳細安定性計算によって算出した脱調するまでの時間および最大内部位相角差の一例を表している。詳細過渡安定性計算結果による想定故障点の過酷度と、一致する結果を簡略安定性計算によって得られる。ステップＳ９では、ステップＳ７の詳細安定性計算結果のもと、電制する発電機を選択する。【００３７】
図７は、過酷解列条件抽出の処理（図３のステップＳ３参照）を示すフローチャートを表している。ステップＳ１０では、全ＰＣＳ電源が運転継続した状態での簡略安定性計算により、一定の閾値x_th以上の過酷度指標xとなった発電機iを選択する。ステップＳ１１では、故障ケース毎に一定の閾値x_th以上の過酷度指標xとなった発電機iに対して、ＰＣＳ電源解列時の出力変化が発電機の内部位相角に与える影響度合い表す解列感度指標yを求める。解列感度指標yの算出方法は、後述の図８の説明に記載する。ステップＳ１２では、電力系統の安定性が過酷となるＰＣＳ電源の解列または運転継続の組合せ条件での簡略安定性計算により一定の閾値x_th以上の過酷度指標xとなった発電機、およびＰＣＳ電源の出力変化に対する発電機の内部位相角変化yを用いて、例えば、解列過酷度指標wの値が一定の閾値w_th以上となる場合、前期発電機が脱調する可能性のあるＰＣＳ電源の解列または運転継続の組合せでの故障ケースとして抽出する。解列過酷度指標wの算出方法は後述する。ステップＳ１３では、一定の閾値x_th以上の過酷度指標xとなった発電機の計算が全て終了していない場合、ステップＳ１０に戻り、一定の閾値x_th以上の過酷度指標xとなった発電機の計算が全て終了した場合、過酷解列条件抽出の処理のフローを終了する。【００３８】
図８は、安定性感度ベースＤＢ４の作成方法として、発電機iの過酷度を算出する際に必要となるＰＣＳ電源解列感度作成の処理（図７のステップＳ１１）を示すフローチャートを表している。図３の安定性監視装置の全体の処理と図７の過酷解列条件抽出の処理はオンラインでの処理であり、本処理はオフラインでの処理であるため、発電機iと発電機jに直接的な関係はないことに注意されたい。ステップＳ１４では、全ての発電機の中から、発電機jを選択する。ステップＳ１５では、全てのＰＣＳ電源の中から、ＰＣＳ電源kを選択する。ステップＳ１６では、ＰＣＳ電源kの出力変化が発電機jの内部位相角に与える影響度合いを表す解列感度指標yを算出する。感度は、例えば、ＰＣＳ電源kから与える発電機ｊの内部位相角変化量で表す。図９に示すような、横軸はＰＣＳ電源の解列に伴う出力変化、縦軸はＰＣＳ電源の出力変化に対する発電機の内部位相角変化の関係を示す事前テーブルを作成する。図９では、ＰＣＳ電源の解列に伴う出力変化が３ＭＷの時に位相角変化が１．５度であることを表している。ステップＳ１７では、系統内にあるＰＣＳ電源の選択が全て終了しない場合、ステップＳ１５に戻り、系統内にあるＰＣＳ電源の選択が全て終了した場合、ステップＳ１８に進む。Ｓ１８では、複数ＰＣＳ電源の出力変化が発電機jの内部位相角に与える影響度合いを表す解列感度指標yを算出する。図１０は、例えば、ＰＣＳ電源ＡおよびＰＣＳ電源Ｂが２台接続された系統での例を表している。横軸はＰＣＳ電源Ａの解列に伴う出力変化、奥行軸はＰＣＳ電源Ｂの解列に伴う出力変化、縦軸はＰＣＳ電源の出力変化に対する発電機の内部位相角変化の関係を示す事前テーブルを作成する。図１０では、ＰＣＳ電源Ａの解列に伴う出力変化が３ＭＷ、ＰＣＳ電源Ｂの解列に伴う出力変化が４ＭＷの時に位相角変化が８度であることを表している。ＰＣＳ電源が３台以上接続された系統でも同様の方法で事前テーブルを作成する。ステップＳ１９では、系統内にある発電機の選択が全て終了しない場合、ステップＳ１２に戻り、系統内にある発電機の選択が全て終了した場合、ＰＣＳ電源解列感度作成の処理を終了する。【００３９】
実施例１によれば、故障ケースを安定性が過酷となる組合せのみに絞り、演算周期を短縮することができる効果がある。以下その効果について説明する。例えば、図１１は、ＰＣＳ電源三台（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）が接続された系統モデルの例を表している。図１２は、本系統モデルにおいて８ノード付近で系統故障が発生した時の、実施例１において簡略安定性計算による順位付けをするＰＣＳ電源パターンの例を表している。図１３は、本系統モデルにおいて８ノード付近で系統故障が発生した時の、公知例において簡略安定性計算による順位付けをするＰＣＳ電源パターンの例を表している。ステップＳ１２で、例えば、解列過酷度指標wの値が一定の閾値１．０以上となる場合、前記発電機が脱調する可能性のあるＰＣＳ電源の解列または運転継続の組合せとして抽出することで、公知例と比べて故障ケース数を８パターンから５パターンに絞り、演算周期を短縮することができる。図１２の斜線は、除外した故障ケースを示す。【００４０】
次に、指標wの算出方法について、説明する。yが正であれば解列過酷度が増加し、yが負であれば解列過酷度が減少するため、内部位相角δ１１０°に対しての解列感度指標yの割合を式（６）に反映し、過酷度指標wを求める。wは次式で表される。
【数７】
0006591677.tif 000008
【００４１】
式（７）は、不安定な状態では指標値Keは２．５より大きくなり、指標値KEは０．５より大きくなり、解列感度指標yは０より大きくなるため、wが閾値w_th＝１．０より大きくなるか否かで、安定か不安定を判断する。【００４２】
図１４は、図１２に示すランキング１位、４位、および６位の事故ケースにおける、発電機の内部位相角の波形の例を示している。図１４に示すように、第１波の内部位相角が大きくなるほど、発電機は脱調しやすくなる。本実施例の図１に示す安定性監視装置１０のＰＣＳ過酷解列条件抽出部４１が計算する解列過酷度指標wは、内部位相角が大きくなることによる脱調のしやすさの度合いを表すことができる。そのため、解列過酷度指標wに基づいてランキングし、その上位のケースを詳細計算することで、故障波及を防ぐための電源制限または負荷制限等の対策を前もって実施することができる。
【実施例２】
【００４３】
本発明の実施例について、以下に説明する。なお、実施例１で説明した内容と重複する説明については省略する。【００４４】
図１５に示す実施例２の安定性監視装置１０は、実施例１からＰＣＳ電源過酷パターン抽出部４３を追加し、安定性感度ＤＢ４に保存するデータ容量を削減するため、運用者のコストを削減する効果がある。【００４５】
ＰＣＳ電源解列パターン抽出部４３において、線路、発電機、ＰＣＳ電源等の系統構成が格納される系統構成データベースＤＢ２の情報と、ＰＣＳ電源の停止や補修スケジュール等のＰＣＳ電源メンテナンス情報が格納されるＰＣＳ電源メンテナンスデータベースＤＢ３の情報を用いて、ＰＣＳ電源の解列または運転継続の故障ケース２のＮ乗通りの中から、起こり得る解列または運転継続の組合せに絞る。【００４６】
図１６は、ＰＣＳ電源過酷パターン抽出の処理ステップ２０を追加したＰＣＳ電源解列感度作成の処理を示すフローチャートの例を表している。実施例１との差分である本処理ステップ２０では、例えば、想定故障点とＰＣＳ電源設置箇所との電気的距離zを参照し、例えば、故障点から見た等価インピーダンスや故障点との最短インピーダンスを参照し、一定の閾値z_th以上の電気的距離zとなった場合、前記ＰＣＳ電源は運転継続のみの状態しか取らないとすることで、ＰＣＳ電源の解列または運転継続の組合せ数を絞る。【００４７】
実施例２によれば、ＰＣＳ電源の解列または運転継続の故障ケース２のＮ乗通りの中から起こり得る解列または運転継続の組合せに絞り、事前テーブルを作成することで、データベースに保存するデータ量を削減できる効果がある。以下その効果について説明する。例えば、図１１は、ＰＣＳ電源三台（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）が接続された系統モデルの例を表している。図１７は、本系統モデルにおいて８ノード付近で系統故障が発生した時の、実施例２において簡略安定性計算による順位付けをするＰＣＳ電源パターンの例を表している。ステップＳ２０で、例えば、図１１に示す送電線路１３０の電気的距離（インピーダンス）をzとし、想定故障点とＰＣＳ電源設置箇所との最短の電気的距離4z上となる場合、解列が起こらないと判定する。Ｐ１は運転継続の状態のみしか取らないため、実施例１（図１２参照）と比べて故障ケース数を５パターンから３パターンに絞り、事前テーブルを作成することで、データベースに保存するデータ量を削減できる。図１７の斜線は、除外した故障ケースを示す。図１８は詳細安定性解析における各ノードの故障時電圧のシミュレーション結果の例を表している。Ｐ１が接続される６００ノード、Ｐ２が接続される７００ノード、Ｐ３が接続される８００ノードの結果を比較すると、故障点からの電気的距離が小さい順番（８００ノード、７００ノード、６００ノード）で故障時電圧も小さい。故障点とノードの電気的距離と故障時電圧の大きさは正の相関関係があるため、故障点とノードの電気的距離が大きい場合、ノード電圧の低下が小さい。ノード電圧が低下すると、発電機は解列する場合がある（実施例３で後述）。
【実施例３】
【００４８】
本発明の実施例について、以下に説明する。なお、実施例１で説明した内容と重複する説明については省略する。【００４９】
図１９に示す実施例３の安定性監視装置１０は、実施例１からＰＣＳ電源過酷パターン抽出部４４を追加し、詳細計算するＰＣＳ電源の解列または運転継続の組合せを絞るため、演算周期を短縮する効果がある。【００５０】
ＰＣＳ電源解列パターン抽出部４４において、全ＰＣＳ電源運転継続時の簡略安定性計算におけるＰＣＳ電源接続ノードの電圧から、解列または運転継続の状態を判定することで、起こり得るＰＣＳ電源解列または運転継続の組合せに絞る。【００５１】
図２０は、ＰＣＳ電源過酷パターン抽出の処理ステップ２１を追加したＰＣＳ電源解列感度作成の処理を示すフローチャートの例を表している。実施例１との差分である本処理ステップ２１では、全ＰＣＳ電源運転継続時の故障直後のＰＣＳ電源接続ノードの電圧を参照し、解列または運転継続を判定することで、起こり得るＰＣＳ電源解列解列または運転継続の組合せに絞る。【００５２】
図２１は、ＰＣＳ電源のＦＲＴ特性（非特許文献２）を表している。故障時電圧によって、ＰＣＳ電源は(a)運転継続、(b)運転継続またはゲートブロック、(c)解列の状態となる。【００５３】
判定方法としては、故障時電圧が(a)運転継続の場合、ＰＣＳ電源は運転継続の状態のみを取ることができるとする。また、故障時電圧が(b)運転継続またはゲートブロックの場合、ＰＣＳ電源は解列または運転継続の状態を取ることができるとする。ゲートブロックすると、発電設備を停止させるＰＣＳ電源の出力が０になることより、ここでは解列として扱う。また、故障時電圧が(c)解列の場合、ＰＣＳ電源は解列の状態のみを取ることができるとする。さらに電圧低下が(a)、(b)、(c)の境目付近の場合においても、運転継続や解列の状態の両者の状態がとれるとする。例えば、電圧低下が(a)と(b)の境目の定格比前後１０％の時に両者の状態がとれるとした場合、０．０〜０．１秒においては電圧が０〜３０％の時、ＰＣＳ電源は解列または運転継続の状態を取ることができる。【００５４】
実施例３によれば、故障ケースを安定性が過酷となる組合せのみに絞り、演算周期を短縮する効果がある。以下その効果について説明する。例えば、図１１は、ＰＣＳ電源三台（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）が接続された系統モデルの例を表している。図２２は、本系統モデルにおいて８ノード付近で系統故障が発生した時の、実施例３において簡略安定性計算による順位付けをするＰＣＳ電源パターンの例を表している。ステップＳ２１で、例えば、図２３に示す故障時電圧が３０％より大きい場合、ＰＣＳ電源は運転継続の組合せのみを取るものとすることで、実施例１（図１２参照）と比べて故障ケース数を５パターンから３パターンに絞り、演算周期を短縮することができる。図２２の斜線は、除外した故障ケースを示す。
【実施例４】
【００５５】
本発明の実施例について、以下に説明する。なお、実施例１で説明した内容と重複する説明については省略する。【００５６】
図２４に示す実施例４の安定性監視装置１０は、実施例１からＰＣＳ電源過酷解列条件抽出部４１の配置を変更した。本構成では、ＰＣＳ電源過酷解列条件抽出部４１で算出したＰＣＳ電源の過酷解列条件を基に簡略安定性計算をし、過酷度指標を算出する機能を実施例１から除外するため、演算周期を短縮する効果がある。【００５７】
図２５は、安定性監視装置の処理の全体を示すフローチャートを表している。本構成では、ステップＳ４、Ｓ５を実施例１から省略した。ステップＳ１では、故障条件、系統構成を基に全ＰＣＳ電源が運転継続した状態で簡略安定性計算を行う。ステップＳ２では、故障ケース毎に発電機毎の角速度や内部位相角から過酷度指標xを算出する。ステップＳ３では、一定の閾値x_th以上の過酷度指標xとなる発電機が存在する故障ケースにおいて、電力系統の安定性が過酷となるＰＣＳ電源の解列または運転継続の組合せを抽出する。ステップＳ３の詳細は、実施例１の図７で記載した通りである（以下に再掲）。【００５８】
図７は、過酷解列条件抽出の処理を示すフローチャートを表している。ステップＳ１０では、全ＰＣＳ電源が運転継続した状態での簡略安定性計算により、一定の閾値x_th以上の過酷度指標xとなった発電機iを選択する。ステップＳ１１では、故障ケース毎に一定の閾値x_th以上の過酷度指標xとなった発電機iに対して、ＰＣＳ電源解列時の出力変化が発電機の内部位相角に与える影響度合い表す解列感度指標yを求める。解列感度指標yの算出方法は、前述の図８の説明に記載する。ステップＳ１２では、電力系統の安定性が過酷となるＰＣＳ電源の解列または運転継続の組合せ条件での簡略安定性計算により一定の閾値x_th以上の過酷度指標xとなった発電機、およびＰＣＳ電源の出力変化に対する発電機の内部位相角変化yを用いて、例えば、解列過酷度指標wの値が一定の閾値w_th以上となる場合、前記発電機が脱調する可能性のあるＰＣＳ電源の解列または運転継続の組合せでの故障ケースとして抽出する。ステップＳ１３では、一定の閾値x_th以上の過酷度指標xとなった発電機の計算が全て終了していない場合、ステップＳ１０に戻り、一定の閾値x_th以上の過酷度指標xとなった発電機の計算が全て終了した場合、過酷解列条件抽出の処理のフローを終了する。【００５９】
ステップＳ７では、故障点ごとの想定故障ケースの計算が全て終了していない場合、ステップＳ１に戻り、故障点ごとの想定故障ケースの計算が全て終了した場合、ステップＳ８に進む。ステップＳ８では、電力系統の安定性が過酷となるＰＣＳ電源の解列または運転継続の組合せ条件での簡略安定性計算により一定の閾値x_th以上の過酷度指標xとなった発電機、およびＰＣＳ電源の出力変化に対する発電機の内部位相角変化yを用いて、例えば、解列過酷度指標wの値が一定の閾値w_th以上となる場合（前述の図７の説明参照）、電力系統の安定性が過酷となるＰＣＳ電源の解列または運転継続の組合せとし、詳細安定性計算を行う。【００６０】
実施例４によれば、電力系統の安定性が過酷となるＰＣＳ電源の解列または運転継続の組合せ毎の簡略安定性計算を省略し演算周期を短縮することができる効果がある。以下その効果について説明する。例えば、図１１は、ＰＣＳ電源三台（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）が接続された系統モデルの例を表している。図２６は、本系統モデルにおいて８ノード付近で系統故障が発生した時の、実施例１と実施例４において詳細安定性計算するための過酷度指標ランキングの例を表している。実施例１では、解列過酷度指標wを基に算出した過酷度指標xの値を参照し、詳細安定性計算する。一方、実施例４では、解列過酷度指標wの値を参照し、詳細安定性計算する。そのため、実施例１と比べて故障ケース数を５パターンから０パターンに絞り、演算周期を短縮することができる。図２６の斜線は、除外した故障ケースを示す。解列過酷度指標wは、全ＰＣＳ電源運転継続時の簡略安定性計算より求めた過酷度指標xに、事前テーブルで予め算出済のＰＣＳ電源の出力変化に対する発電機の内部位相角変化yの影響を付加して求める値であるため、精度の低下は最小限に抑えられる。また、精度を保証するために、閾値w_thを下げることで、詳細安定性計算する故障ケース数を増やしてもよい。
【実施例５】
【００６１】
本発明の実施例について、以下に説明する。なお、実施例１で説明した内容と重複する説明については省略する。【００６２】
図２７に示す実施例５の安定性監視装置１０は、実施例１からＰＣＳ電源過酷解列条件抽出部４１をＰＣＳ電源過酷解列再連系条件抽出部４５に、またＰＣＳ電源過酷解列感度作成部４２をＰＣＳ電源解列再連系感度作成部４６に変更する。安定性が過酷な解列と再連系の瞬間のタイミングを把握し、安定性が過酷な組合せのみに絞ることで、演算周期を短縮する効果がある。【００６３】
ＰＣＳ電源過酷解列条件抽出部４５において、ＰＣＳ電源の解列に対する発電機の内部位相角に与える影響度合いの大きいパターンを抽出する機能に加えて、解列および再連系の有無と、解列と再連系の瞬間等のタイミングを考慮した上で、内部位相角に与える影響度合いが大きいパターンを抽出する。解列と再連系の瞬間のタイミングは無限にあるため、故障ケースが増加する課題があるが、内部位相角に与える影響度合いが大きいタイミングのみを考慮することで、故障ケース数を絞る。ＰＣＳ電源の解列および再連系のタイミングについては、発電機の各周波数偏差と位相角速度を参照し、決定する。例えば、ＰＣＳ電源解列時は、発電機に対して減速作用をするため、発電機が減速するタイミングでＰＣＳを脱調させる。【００６４】
ＰＣＳ電源解列再連系感度作成部４６において、ＰＣＳ電源の解列に対する発電機の内部位相角に与える影響度合いを安定性感度データベースＤＢ４に格納する構成に加えて、解列および再連系の有無とそのタイミングが発電機の内部位相角に与える影響度合いも安定性感度データベースＤＢ４に格納することによって、過酷パターンを抽出する。図２８はＰＣＳ電源解列感度作成の処理を示すフローチャートの例を表している。実施例１との差分である本処理ステップ２２では、ＰＣＳ電源kの出力変化が発電機jの内部位相角に与える影響度合いを表す解列再連系感度指標yを算出する。図２９に示すような、横軸はＰＣＳ電源の解列に伴う出力変化、縦軸はＰＣＳ電源の出力変化に対する発電機の内部位相角変化の関係を示す事前テーブルを作成する。また、実施例１との差分である本処理ステップＳ２４では、複数ＰＣＳ電源の出力変化が発電機jの内部位相角に与える影響度合いを表す解列再連系感度指標yを算出する。図３０は、例えば、ＰＣＳ電源ＡおよびＰＣＳ電源Ｂが２台接続された系統での例を表している。横軸はＰＣＳ電源Ａの解列に伴う出力変化、奥行軸はＰＣＳ電源Ｂの解列に伴う出力変化、縦軸はＰＣＳ電源の出力変化に対する発電機の内部位相角変化の関係を示す事前テーブルを作成する。ＰＣＳ電源が３台以上接続された系統でも同様の方法で事前テーブルを作成する。【００６５】
過酷度指標ランキングの一例を図３１に示す。故障点、各ＰＣＳ電源の解列再連系タイミングも考慮し、順位付けを行う。【００６６】
実施例５によれば、安定性が過酷な解列と再連系の瞬間のタイミングを把握し、安定性が過酷な組合せのみに絞ることで、演算周期を短縮する効果がある。
【符号の説明】
【００６７】
１０  安定性監視装置
１１  表示部
１２  入力部
１３  通信部
１４  ＣＰＵ
１５  メモリ
２１  過酷度指標出力部
３１  簡略安定性計算部
３２  過酷度指標算出部
３３  詳細安定性計算部
３４  電制制御指令部
４１  ＰＣＳ電源過酷解列条件抽出部
４２  ＰＣＳ電源解列感度作成部
４３  ＰＣＳ電源解列パターン抽出部（故障点、ＰＣＳ電源設置点参照）
４４  ＰＣＳ電源解列パターン抽出部（故障時電圧参照）
４５  ＰＣＳ電源過酷解列再連系条件抽出部
４６  ＰＣＳ電源解列再連系感度作成部
５１  バス線
６０  電制制御装置
７１  電制制御指令部
１００  系統安定化システム
１１０  ノード
１２０  変圧器
１４０  火力発電
１４０  送電線路
１５０  ＰＣＳ電源
１６０  負荷
１７０  系統故障点
ＤＢ１  故障条件データベース
ＤＢ２  系統構成データベース
ＤＢ３  ＰＣＳ電源メンテナンス情報データベース
ＤＢ４  安定性感度データベース
【図１】
0006591677.tif 000009
【図２】
0006591677.tif 000010
【図３】
0006591677.tif 000011
【図４】
0006591677.tif 000012
【図５】
0006591677.tif 000013
【図６】
0006591677.tif 000014
【図７】
0006591677.tif 000015
【図８】
0006591677.tif 000016
【図９】
0006591677.tif 000017
【図１０】
0006591677.tif 000018
【図１１】
0006591677.tif 000019
【図１２】
0006591677.tif 000020
【図１３】
0006591677.tif 000021
【図１４】
0006591677.tif 000022
【図１５】
0006591677.tif 000023
【図１６】
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【図１７】
0006591677.tif 000025
【図１８】
0006591677.tif 000026
【図１９】
0006591677.tif 000027
【図２０】
0006591677.tif 000028
【図２１】
0006591677.tif 000029
【図２２】
0006591677.tif 000030
【図２３】
0006591677.tif 000031
【図２４】
0006591677.tif 000032
【図２５】
0006591677.tif 000033
【図２６】
0006591677.tif 000034
【図２７】
0006591677.tif 000035
【図２８】
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【図２９】
0006591677.tif 000037
【図３０】
0006591677.tif 000038
【図３１】
0006591677.tif 000039