(57)【要約】【課題】代替給電指令装置で実際の電力系統の応動に対応して電力系統をリアルタイムで模擬できる代替給電制御システムを提供することである。【解決手段】主給電指令装置１１は、電力系統１４の系統周波数が所定範囲内を維持するように、複数の発電所１５ａ〜１５ｎに対するそれぞれの出力指令を演算し各々の発電所に送信出力する。代替給電指令装置１６は、主給電指令装置の代替として機能するものであり、電力系統１４を模擬する電力系統模擬部２０を備え、電力系統１４への出力指令の演算と並行して、電力系統模擬部２０への模擬出力指令の演算を行い、その模擬出力指令の演算を電力系統模擬部２０へ出力してリアルタイムで電力系統の挙動を模擬する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統の系統周波数が所定範囲内を維持するように前記電力系統を構成する複数の発電所に対するそれぞれの出力指令を演算し各々の発電所に送信出力する主給電指令装置と、前記主給電指令装置と同様に電力系統の系統周波数が所定範囲内を維持するように前記電力系統を構成する複数の発電所に対するそれぞれの出力指令を演算し前記主給電指令装置による出力指令では前記電力系統の系統周波数を所定範囲内に維持することができなくなった場合に前記主給電指令装置の代替として機能する代替給電指令装置と、前記代替給電指令装置は、前記電力系統を模擬する電力系統模擬部を備え、前記電力系統への出力指令の演算と並行して前記電力系統模擬部への模擬出力指令の演算を行い、その模擬出力指令を前記電力系統模擬部へ出力してリアルタイムで前記電力系統の挙動を模擬することを特徴とする代替給電制御システム。
【請求項２】
前記電力系統模擬部への模擬出力指令の演算に必要な設定データを入力するとともに前記電力系統模擬部の模擬状態を表示出力する操作表示部を備えたことを特徴とする請求項１記載の代替給電制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力供給システムの制御を主給電指令装置から代替給電指令装置に切り換える代替給電制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統は、多数の各種発電所、例えば、水力発電所、火力発電所、原子力発電所等の複数の発電所で発電した電力を送電線及び配電線から構成される送配電系統を介して需要家に供給している。そして、電力系統の系統周波数を所定の範囲内に保つように需要家に電力を供給している。電力系統の系統周波数は、複数の発電所で発電した総発電量が需要家の消費電力より不足した場合には低下し、発電所で発電した総発電量が需要家の消費電力より余剰になったときは上昇する。
【０００３】
そこで、電力系統における電力の予想需要曲線や発電所の発電機データ等に基づいて、電力系統を統括管理する中央給電指令所から複数の各々の発電所に発電出力指令を出力するとともに、系統周波数の変動に応じて発電所の発電機の起動停止や出力の増減を行うようにしている。ここで、中央給電指令所は、通常、電力系統に対して１個設けられ、電力系統を統括管理して電力系統の電力の需給制御を行うものであり、その呼称は中央給電指令所でなくともよく、以下の説明では主給電指令装置と呼ぶこととする。
【０００４】
ここで、主給電指令装置は電力系統を統括管理して電力系統の電力の需給制御を行うものであることから、代替給電指令装置を設けて二重化構成とし、主給電指令装置により系統周波数を所定範囲内に維持することができなくなった場合に主給電指令装置から代替給電指令装置に切り換えを行うようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、電力会社の主給電指令装置（中央給電指令所）における周波数調整業務の訓練や周波数応動解析業務のためのツールとして、総需要の変動、発電機出力の変動、発電機出力指令値の変更、系統接続状態（ＣＢ、ＬＳの状態）の変化、需要急変や発電機事故、周波数リレー動作等を模擬した系統周波数と各発電機出力の応動とを計算するシミュレータがある（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００６−１２９５６３号公報
【特許文献２】特開平６−１５３３９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１のものでは、代替給電指令装置での需給制御プログラムによる演算に不具合があるかどうかの検証は、代替給電指令装置の需給制御プログラムの製作時に行うことになる。実際の電力系統は、時々刻々、総需要の変動、発電機出力の変動、発電機出力指令値の変更、系統接続状態（ＣＢ、ＬＳの状態）の変化、需要急変や発電機事故、周波数リレー動作等が変化しているので、これらの応動に対して、代替給電指令装置の需給制御プログラムが不具合なく動作するか否かを判断することは難しい。
【０００７】
そこで、特許文献２に示されるように電力系統のシミュレータを用意し、このシミュレータを用いて代替給電指令装置の応動を検証したり、運転訓練したりすることが可能であるが、特許文献２に示されるように電力系統のシミュレータは実際の電力系統とは独立して設けられているので、実際の電力系統のリアルタイムの応動に対応してシミュレートすることができない。
【０００８】
本発明の目的は、代替給電指令装置で実際の電力系統の応動に対応して電力系統をリアルタイムで模擬できる代替給電制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明に係わる代替給電制御システムは、電力系統の系統周波数が所定範囲内を維持するように前記電力系統を構成する複数の発電所に対するそれぞれの出力指令を演算し各々の発電所に送信出力する主給電指令装置と、前記主給電指令装置と同様に電力系統の系統周波数が所定範囲内を維持するように前記電力系統を構成する複数の発電所に対するそれぞれの出力指令を演算し、前記主給電指令装置による出力指令では前記電力系統の系統周波数を所定範囲内に維持することができなくなった場合に前記主給電指令装置の代替として機能する代替給電指令装置と、前記代替給電指令装置は、前記電力系統を模擬する電力系統模擬部を備え、前記電力系統への出力指令の演算と並行して前記電力系統模擬部への模擬出力指令の演算を行い、その模擬出力指令の演算を前記電力系統模擬部へ出力してリアルタイムで前記電力系統の挙動を模擬することを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明に係わる代替給電制御システムは、請求項１の発明において、前記電力系統模擬部への模擬出力指令の演算に必要な設定データを入力するとともに前記電力系統模擬部の模擬状態を表示出力する操作表示部を備えたことを特徴とする。  
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、代替給電指令装置は電力系統を模擬する電力系統模擬部を備え、電力系統への出力指令の演算と並行して電力系統模擬部への模擬出力指令の演算を行い、その模擬出力指令の演算を電力系統模擬部へ出力してリアルタイムで電力系統の挙動を模擬するので、実際の電力系統の応動に対応して電力系統をリアルタイムで模擬できる。
【００１２】
また、操作表示部から電力系統模擬部への模擬出力指令の演算に必要な設定データを入力し、電力系統模擬部の模擬状態を表示出力するので、模擬演算途中でのシナリオ設定等の変更が可能となり、実際の電力系統を使用することなく、様々の場面を想定した需給制御プログラムの総合動作確認試験を行うことが可能となる。また、実際の電力系統の応動に対応して電力系統をリアルタイムで模擬するので、臨場感のある周波数調整訓練や詳細な周波数応動解析もできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明の実施の形態に係わる代替給電制御システムの構成図である。主給電指令装置１１は需給制御部１２及び送受信部１３を有する。需給制御部１２は電力系統１４を構成する複数の発電所１５ａ〜１５ｎに対するそれぞれの出力指令を演算する。送受信部１３は電力系統１４からの情報を受信するとともに、需給制御部１２で演算した複数の発電所１５ａ〜１５ｎに対するそれぞれの出力指令を電力系統１４の各々の発電所１５ａ〜１５ｎに送信出力する。
【００１４】
代替給電指令装置１６は、需給制御部１７及び送受信部１８に加え、監視制御部１９、電力系統模擬部２０及び操作表示部２１を有する。需給制御部１７は電力系統１４を構成する複数の発電所１５ａ〜１５ｎに対するそれぞれの出力指令を演算するともに、操作表示部２１からの模擬演算指令により電力系統模擬部２０への模擬出力指令の演算も並行して行う。送受信部１８は、電力系統１４からの情報を受信するとともに、主給電指令装置１１からの情報を入力する。また、主給電指令装置１１が異常となったとき、需給制御部１７で演算した複数の発電所１５ａ〜１５ｎに対するそれぞれの出力指令を電力系統１４の各々の発電所１５ａ〜１５ｎに送信出力する。
【００１５】
監視制御部１９は、送受信部１８を介して受信した主給電指令装置１１からの情報あるいは電力系統１４からの情報に基づいて、主給電指令装置１１が異常となったか否かを判断し、主給電指令装置１１が異常となったと判断したときは、需給制御部１７に対し、需給制御部１７で演算した複数の発電所１５ａ〜１５ｎに対するそれぞれの出力指令を電力系統１４の各々の発電所１５ａ〜１５ｎに送信出力するように指令を出力する。
【００１６】
電力系統模擬部２０は、主給電指令装置１１及び代替給電指令装置１６が接続される電力系統１４を模擬するものであり、操作表示部２１は電力系統模擬部２０への模擬出力指令の演算に必要な設定データを入力するとともに、電力系統模擬部２０の模擬状態を表示出力するものである。
【００１７】
電力系統１４は、複数の発電所１５ａ〜１５ｎが送配電系統２２に接続されて構成される。また、送配電系統２２の系統周波数は周波数計測器２３で計測され、主給電指令装置１１及び代替給電指令装置１６に送信される。
【００１８】
各々の発電所１５ａ〜１５ｎは、主給電指令装置１１の送受信部１３と情報の送受信を行う送受信部２４と、代替給電指令装置１６の送受信部１８と情報の送受信を行う送受信部２５とを有するとともに、これらを切り換える切換器２６を有している。切換器２６は、通常時は主給電指令装置１１と情報の送受信を行う送受信部２４を選択している。従って、通常時においては主給電指令装置１１で演算された出力指令が発電制御装置２７に入力され、その出力指令に基づき発電機３５を制御する。
【００１９】
一方、主給電指令装置１１が異常となったときは、代替給電指令装置１６の監視制御部１９から送受信部２５を介して切換器２６の切換指令ｃが入力される。切換器２６は、この切換指令ｃにより発電制御装置２７を送受信部２４から送受信部２５側に切り換えて接続する。これにより、主給電指令装置１１の代替として代替給電指令装置１６に切り換えられ、発電制御装置２７は代替給電指令装置１６からの出力指令により発電機３５を制御する。
【００２０】
図２は主給電指令装置１１の詳細構成図である。需給制御部１２は計算機の演算制御装置で構成され、需給制御プログラム２８がインストールされている。需給制御プログラム２８は、経済負荷配分制御機能（ＥＤＣ）２９と負荷周波数制御機能（ＬＦＣ）３０とを有し、予め設定された設定データ３１に基づいて、経済負荷配分制御のための出力指令及び負荷周波数制御のための出力指令を演算する。
【００２１】
すなわち、需給制御部１２は通常時において需給制御プログラム２８を演算実行する。これにより、電力系統１４の系統周波数ｆを送受信部１３を介して入力し、系統周波数ｆが所定範囲内であるときは、系統周波数ｆを所定範囲内に維持した状態で、最も経済的に負荷配分ができるように設定データ３１に基づいて発電所１５ａ〜１５ｎの出力指令を演算し送受信部１３を介して電力系統１４に出力する。また、系統周波数ｆが所定範囲内を逸脱したときは、どの発電所１５ａ〜１５ｎの出力を増減させると最も経済的に系統周波数ｆを所定範囲内とすることができるかを考慮して、発電所１５ａ〜１５ｎの起動停止または出力の増減指令を演算する。そして、その演算結果を出力指令として送受信部１３を介して電力系統１４の各々の発電所１５ａ〜１５ｎに出力する。
【００２２】
次に、図３は代替給電指令装置１６の詳細構成図である。需給制御部１７は、主給電指令装置１１の需給制御部１２と同様に、計算機の演算制御装置で構成され、需給制御プログラム３２がインストールされており、この需給制御プログラム３２は、経済負荷配分制御機能（ＥＤＣ）３３と負荷周波数制御機能（ＬＦＣ）３４とを有し、予め設定された設定データ３１に基づいて、経済負荷配分制御ための出力指令及び負荷周波数制御のための出力指令を演算する。
【００２３】
需給制御部１７は通常時において需給制御プログラム３２を演算実行する。これにより、需給制御部１７は電力系統１４の系統周波数ｆを送受信部１８を介して入力し、系統周波数ｆが所定範囲内であるときは、系統周波数ｆを所定範囲内に維持した状態で、最も経済的に負荷配分ができるように設定データ３１に基づいて発電所１５ａ〜１５ｎの出力指令を演算する。一方、系統周波数ｆが所定範囲内を逸脱したときは、どの発電所１５ａ〜１５ｎの出力を増減させると最も経済的に系統周波数ｆを所定範囲内とすることができるかを考慮して、発電所１５ａ〜１５ｎの起動停止または出力の増減指令を演算する。
【００２４】
そして、監視制御部１９により、主給電指令装置１１が異常であると判断されたとき、すなわち、主給電指令装置１１による制御状態で電力系統１４の系統周波数ｆを所定時間が経過しても所定範囲内に維持できない場合には主給電指令装置１１が異常であると判断して、監視制御部１９は送受信部１８を介して電力系統１４に切換指令ｃを出力する。また、代替給電指令装置１６の需給制御部１７は、演算した出力指令を送受信部１８を介して電力系統１４に出力する。
【００２５】
このように、代替給電指令装置１６の需給制御部１７は、通常においては電力系統１４への出力指令を演算しているが、出力はしない状態であり、主給電指令装置１１が異常となったときに、演算した出力指令を電力系統１４に出力する。
【００２６】
また、代替給電指令装置１６の需給制御部１７は、電力系統１４への出力指令の演算と並行して、電力系統模擬部２０への模擬出力指令の演算を行う。電力系統模擬部２０への模擬出力指令の演算は、需給制御プログラム３２を演算実行することにより行われる。すなわち、需給制御プログラム３２は、電力系統１４への出力指令の演算と電力系統模擬部２０への模擬出力指令の演算とを並列して処理される。電力系統模擬部２０への模擬出力指令の演算に必要な設定データは、操作表示部２１から需給制御部１７に設定入力される。これにより、電力系統模擬部２０は、需給制御部１７から模擬出力指令を入力してリアルタイムで電力系統１４の挙動を模擬する。
【００２７】
電力系統模擬部２０は、実際の電力系統１４を模擬したものであり、実際の電力系統１４の複数の発電所１５ａ〜１５ｎを模擬する発電所模擬部１５ａ’〜１５ｎ’を有するとともに、送配電系統２２を模擬する送配電系統模擬系統部２２’を有し、さらに周波数計測器２３を模擬する周波数計測器模擬部２３’を有する。また、発電所模擬部１５ａ’〜１５ｎ’は、送受信部模擬部２４’、発電制御装置模擬部２７’及び発電機模擬部３５’を有する。周波数計測器模擬部２３’で模擬された模擬系統周波数ｆ’は需給制御部１７の需給制御プログラム３２での模擬演算で使用される。なお、ここでは図示しないが系統運用者の訓練用シミュレータとして使用する場合には、需給制御部１７の出力を手動で設定することも考えられる。
【００２８】
発電所１５ａ〜１５ｎは、様々な種類の発電所があり、その種類に応じた発電所の特徴を十分に反映させた模擬モデルを構築し、さらに、リアルタイムでの周波数応動や発電機出力応動を実現する。例えば、発電所１５ａ〜１５ｎとしては、水力発電所、火力発電所、原子力発電所等の発電所があり、さらに、水力発電所には、ＰＩＤガバナ発電機、ダンピングガバナ発電機、アドバンストガバナ発電機、可変速揚水機などがあり、火力発電所では、電気式ガバナ発電機、機械式ガバナ発電機、ＡＣＣ発電機などがある。そこで、これら異なる発電所に対してそれぞれ詳細な模擬モデルを構築する。
【００２９】
すなわち、発電機出力の応動模擬については、簡易的なガバナ制御系のみの１次遅れ系での模擬のみでなくＬＦＣ機能の模擬や、水力発電所においては水路鉄管の特性の模擬、火力発電所においてはタービン系並びにボイラー系、原子力発電所においてはタービン系とタービンバイパス系統についても模擬する。また、複数台の発電機を有する発電所においては、複数の発電機を等価１機にまとめるようなことはせず、個々の発電機に出力制御系モデルを構築する。さらには、異なる電力会社間の連系模擬も可能にし電力融通がある系統も模擬する。
【００３０】
また、ガスタービンと蒸気タービンとを組み合わせたコンバインドサイクル発電所の複数台の発電機の並列模擬においては計算処理に時間を要するため、それを模擬する専用のプロセッサを設け、発電機並列時の計算を行うようにして、全体の周波数計算をリアルタイムに実施することを可能としている。
【００３１】
また、模擬演算の途中におけるシナリオ設定変更、発電機指令値の変更や需要変動等の設定変更を操作表示部２１から行えるようにしている。これにより、模擬演算の途中でも電力系統の状況変化を模擬する必要が生じたときは、電力系統の状況変化模擬のために容易にシナリオを設定を変更できる。
【００３２】
本発明の実施の形態によれば、周波数調整に活用されるコンバインドサイクル発電所や可変速揚水発電所を含め、様々な種類の発電所の特徴を十分反映させた電力系統模擬部２０を構築したので、臨場感のある周波数調整訓練や詳細な周波数応動解析ができる。
【００３３】
また、電力系統模擬部２０を代替給電指令装置１６に組み入れ、模擬演算の途中でのシナリオ設定等の変更を可能にしたので、需給制御プログラム３２の製作時において、実際の電力系統１４を使用することなく、様々の場面を想定した総合動作確認試験を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態に係わる代替給電制御システムの構成図。
【図２】本発明の実施の形態における主給電指令装置の詳細構成図。
【図３】本発明の実施の形態における代替給電指令装置の詳細構成図。
【符号の説明】
【００３５】
１１…主給電指令装置、１２…需給制御部、１３…送受信部、１４…電力系統、１５…発電所、１６…代替給電指令装置、１７…需給制御部、１８…送受信部、１９…監視制御部、２０…電力系統模擬部、２１…操作表示部、２２…送配電系統、２３…周波数計測器、２４…送受信部、２５…送受信部、２６…切換部、２７…発電制御装置、２８…需給制御プログラム、２９…経済負荷配分制御機能、３０…負荷周波数制御機能、３１…設定データ、３２…需給制御プログラム、１５’…発電所模擬部、２２’…送配電系統模擬部、２３’…周波数計測器模擬部、２４’…送受信部模擬部、２７’…発電制御装置模擬部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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