(57)【要約】【課題】系統事故に起因した周波数低下時に、必要負荷制御量を演算して速やかに負荷の制限を行う周波数安定化装置において、伝送路の高速設備を削減してコスト低減を図る。【解決手段】電力系統内の複数の母線１ａ、１ｂに接続される負荷４ａ〜４ｆの制限制御を行う制御端末３ａ、３ｂを各母線毎に配し、この各制御端末３ａ、３ｂにおいて、母線１ａ、１ｂに係る計測情報を収集して周波数を監視すると共に、系統事故による変動が小さい系統基準情報を中央制御装置１０から例えば１０分間隔で取得し、系統事故発生時には、収集された情報を用いて各制御端末３ａ、３ｂにて負荷制御量を演算して、この負荷制御量に応じて母線１ａ、１ｂに接続された負荷４ａ〜４ｆに対する負荷制限を行う。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象電力系統全体の監視および制御を行う中央制御装置と、上記電力系統内の複数の母線に接続される負荷の制限制御を行う制御端末とを備え、該電力系統の系統事故により発電量が不足したときに、負荷制限を行うことにより系統の周波数を制御する周波数安定化装置において、上記制御端末を上記各母線毎に配し、該各制御端末に、当該母線に係る計測情報を収集して上記電力系統の周波数を監視する第１の情報収集手段と、該第１の情報収集手段による収集情報に比して上記系統事故による変動が小さい系統基準情報を上記中央制御装置から取得する第２の情報収集手段と、周波数低下時に上記第１、第２の情報収集手段により収集された情報を用いて負荷制御量を演算する手段と、該負荷制御量に応じて当該母線に接続された負荷に対する負荷制限を行う手段とを備えたことを特徴とする周波数安定化装置。
【請求項２】
上記各制御端末は、上記第２の情報収集手段により系統の慣性定数と系統容量とを上記系統基準情報として所定の時間間隔で上記中央制御装置から取得し、周波数低下時に、その時点の最新の該系統基準情報を用いて上記負荷制御量を演算することを特徴とする請求項１記載の周波数安定化装置。
【請求項３】
上記各制御端末は、当該母線の電圧変動による算出誤差を補正して上記負荷制御量を演算することを特徴とする請求項２記載の周波数安定化装置。
【請求項４】
上記各制御端末は、上記負荷制御量を演算する際に用いる最新の上記系統基準情報を、上記中央制御装置から前回までに取得した系統基準情報から推定演算して得ることを特徴とする請求項２または３記載の周波数安定化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電力系統において系統分断や発電機脱落の場合に発生する周波数低下を適正な周波数に制御する周波数安定化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電力系統の周波数安定化のための周波数制御装置においては、電力系統の送電線を流れる潮流値および系統周波数を計測して、中央給電指令所にて把握された発電機の容量と共に中央演算装置に取り込んで、中央演算装置は電力系統の周波数を適正な値に制御するのに必要な制御量を演算する。即ち、中央演算装置は、系統の周波数が異常に低下した場合には、周波数を上昇させる必要があるので、必要負荷制御量を求め、その制御量に相当する負荷量だけ遮断すべく、負荷を選定して制御端末にトリップ信号を出力して遮断器をトリップする（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１０８３６８号公報（第２頁、第７図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電力系統の周波数安定化は以上のように為されていたため、制御対象の電力系統全体を制御する中央演算装置にて、必要負荷制御量を演算し、事故発生時には速やかに負荷の制限を行うために、事故時の情報を高速に伝達して収集すると共に、負荷に接続された制御端末に負荷を制限するためのトリップ信号を高速に伝達していた。このため、中央演算装置と各制御端末とを結ぶ高速伝送路などの高速伝送設備が必要であり、コスト低減が困難であるという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、信号伝達に用いる高速な伝送路を削減して、電力系統の周波数安定化装置を安価に構成することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る周波数安定化装置は、電力系統内の複数の母線に接続される負荷の制限制御を行う制御端末を各母線毎に配する。この各制御端末に、第１、第２の情報収集手段と、収集された情報を用いて負荷制御量を演算する手段と、この負荷制御量に応じて母線に接続された負荷に対する負荷制限を行う手段とを設ける。また、各制御端末は、第１の情報収集手段にて、母線に係る計測情報を収集して上記電力系統の周波数を監視し、第２の情報収集手段にて、第１の情報収集手段による収集情報に比して系統事故による変動が小さい系統基準情報を、制御対象電力系統全体の監視および制御を行う中央制御装置から取得する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図について説明する。
図１はこの発明の実施の形態１による周波数安定化装置の概略構成を示す図である。
図１に示すように、制御対象電力系統内の複数の母線１ａ〜１ｄは、各母線間を送電線２ａ〜２ｄにより連係される。各母線１ａ〜１ｄには、それぞれ制御端末３ａ、３ｂが備えられ、各母線１ａ〜１ｄに接続された負荷４ａ〜４ｆあるいは発電機５ａ〜５ｃを制御する。なお、ここでは、負荷４ａ〜４ｆの制御について説明するため、負荷４ａ〜４ｆが接続された母線１ａ、１ｂについてのみ制御端末３ａ、３ｂを図示し、その他については、図示および説明を省略する。各制御端末３ａ、３ｂでは、当該母線１ａ、１ｂに係る計測情報として、センサ（変成器）５ａ、５ｂにて検出される母線電圧、およびセンサ（変流器）６ａ〜６ｆにて検出される送電線電流を入力ケーブル７を介して収集し、各負荷４ａ〜４ｆを制限、遮断する遮断器８ａ〜８ｆに負荷制限の指令信号を出力ケーブル９を介して出力する。また、この電力系統全体の監視および制御は中央制御装置１０が、中央給電指令所１１からの指令により行っており、各制御端末３ａ、３ｂは、この中央制御装置１０から後述する系統基準情報を伝送路１２を介して取得する。
【０００８】
次に、周波数安定化の動作について、図２のフローチャートに基づいて以下に説明する。なお、この発明による周波数安定化装置における周波数安定化の動作は、各母線１ａ、１ｂに備えられた制御端末３ａ、３ｂを中心として為されており、ここでは、各制御端末３ａ、３ｂの動作を図２にて図示すると共に、詳細に説明する。
通常時、各制御端末３ａ、３ｂでは、第１の情報収集手段により当該母線１ａ、１ｂに係る計測情報として、センサ（変成器）５ａ、５ｂにて検出される母線電圧、およびセンサ（変流器）６ａ〜６ｆにて検出される送電線電流を入力ケーブル７を介して収集して、系統の周波数Ｆを計測して該周波数Ｆを監視する（ｓ１）。即ち、予め設定された基準周波数Ｆ０に対する周波数Ｆの変動量を計測し、その変動量に基づいて電力系統に制御すべき事故が発生したかどうかを判定する（ｓ２）。
また、第２の情報収集手段により中央制御装置１０から所定の時間間隔（例えば、１０分間隔）で、系統基準情報として系統の慣性定数Ｍ、系統容量ＰＬ０（負荷量）、および当該制御端末３ａ、３ｂにおける負荷遮断の分担率Ｋｉ（整定数）を受信し、前回の受信情報を更新してこれを保持する（ｓ３）。
【０００９】
例えば、送電線２ｃで系統事故が発生して発電量が不足した場合、また、電源脱落などの周波数低下を伴う事故が発生した場合、ｓ２にて、系統事故を認識する。
次に、第１の情報収集手段によりｓ１にて収集された情報に基づいて、周波数偏差ΔＦおよびその変化分ｄΔＦ／ｄｔを、例えば以下の数式（１）、数式（２）に従って算出する。なお、（Ｔ１、ΔＦ１）、（Ｔ２、ΔＦ２）は、図３に示すように系統事故認識時あるいはその直後の周波数偏差の２データである（ｓ４）。
【００１０】
【数１】
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【００１１】
次に、第２の情報収集手段によりｓ３にて収集し保持している系統の慣性定数Ｍ、系統容量ＰＬ０およびｓ４にて算出した値を用い、系統事故発生に起因した発電機脱落後の出力演算値ＰＧ０’を以下の数式（３）に従って算出する。なお、発電機事故前出力ＰＧ０は、系統容量ＰＬ０とロス分のみの違いであり、系統容量ＰＬ０から算出しても良いし、便宜上同じ値を用いても良い（ｓ５）。
【００１２】
【数２】
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【００１３】
次に、系統全体における必要な負荷制御量ＰＬＣを以下の数式（４）に従って算出する（ｓ６）。
【００１４】
【数３】
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【００１５】
次に、当該制御端末３ａ、３ｂの分担率Ｋｉにより、当該制御端末３ａ、３ｂでの必要な負荷制御量ＰＬＣｉを以下の数式（５）に従って算出する（ｓ７）。
【００１６】
【数４】
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【００１７】
次に、当該制御端末３ａ、３ｂでの負荷制御量ＰＬＣｉに応じて、制限、遮断する負荷４ａ〜４ｆを選択し、選択された負荷４ａ〜４ｆを制限、遮断する遮断器８ａ〜８ｆに負荷制限の指令信号を出力ケーブル９を介して出力する（ｓ８）。
以上の動作（ｓ１〜ｓ８）を、各制御端末３ａ、３ｂで行い、各制御端末３ａ、３ｂからの指令信号を受信した遮断器８ａ〜８ｆは該指令に応じて負荷４ａ〜４ｆの制限、遮断を行う。
【００１８】
この実施の形態では、各制御端末３ａ、３ｂを母線毎１ａ、１ｂに設け、各制御端末３ａ、３ｂが、第１の情報収集手段により当該母線１ａ、１ｂに係る計測情報を収集して、系統の周波数Ｆを計測して該周波数Ｆを監視すると共に、第２の情報収集手段により中央制御装置１０から所定の時間間隔で、系統の慣性定数Ｍ、系統容量ＰＬ０などの系統基準情報を収集して、それぞれ当該制御端末３ａ、３ｂでの負荷制御量を演算して遮断器８ａ〜８ｆに負荷制限の指令信号を出力することで、周波数安定化を行う。
ここで、第２の情報収集手段により中央制御装置１０から受信する系統の慣性定数Ｍ、系統容量ＰＬ０および負荷遮断の分担率Ｋｉなどの系統基準情報は、上述したような周波数低下を伴う系統事故により急激に変化するものではなく、殆ど変動しない、あるいは連続的に緩やかに変動するものである。このため、事故時に、例えば２００ｍｓｅｃ程度で負荷制限の制御を行うことが必要であるが、各制御端末３ａ、３ｂにおける第２の情報収集手段による中央制御装置１０からの受信間隔は１０分に１回程度の長い時間間隔でよく、高価な高速伝送路を必要としない。
【００１９】
また、系統事故により変化の大きな情報は、第１の情報収集手段により母線１ａ、１ｂに係る計測情報として収集しており、各制御端末３ａ、３ｂは母線毎に設けているため、自端にてケーブル７を介し高速に情報収集が可能になる。さらに、各制御端末３ａ、３ｂにてそれぞれ負荷制御量を演算して遮断器８ａ〜８ｆに負荷制限の指令信号を伝達するにも、短い出力ケーブル９で高速に伝達可能になる。
このように、伝送路の高速設備が削減でき、コスト低減が図れる。
【００２０】
実施の形態２．
上記実施の形態１において、ｓ５にて発電機脱落後の出力演算値ＰＧ０’を上記数式（３）により算出したが、以下の数式（６）に従って算出しても良い。
【００２１】
【数５】
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【００２２】
このように、負荷４ａ〜４ｆの電圧静特性係数αを所定値に設定し、第１の情報収集手段によりｓ１にて収集された母線電圧を用いて、上記数式（３）による算出式に、系統事故による母線１ａ、１ｂの電圧変動を考慮する補正値（ＶＬ／ＶＬ０）αを乗算することにより、母線電圧変動による算出誤差を補正することができ、発電機脱落後の出力演算値および必要な負荷制御量の演算精度が向上し、信頼性の高い周波数安定化制御が行える。
【００２３】
実施の形態３．
上記実施の形態１において、各制御端末３ａ、３ｂではｓ３にて中央制御装置１０から、所定の時間間隔で系統基準情報である慣性定数Ｍおよび系統容量ＰＬ０を受信したが、既に受信された情報を用いて次回の受信時までの間に、慣性定数Ｍおよび系統容量ＰＬ０を推定演算しても良い。この推定演算について以下に説明する。
系統の慣性定数Ｍ、系統容量ＰＬ０は、それぞれ各制御端末３ａ、３ｂの制御対象の負荷量ＰＬｉとほぼ比例関係にある。このため、第１の情報収集手段により当該制御端末３ａ、３ｂの負荷量ＰＬｉを取得し、この負荷量ＰＬｉの変化に応じて慣性定数Ｍ、系統容量ＰＬ０を以下の数式（７）、数式（８）に従って算出する。なお、基準とする時点ｔ０は、通常前回の受信時点を指すが、それ以前の受信時点であってもよい。
【００２４】
【数６】
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【００２５】
このような推定演算は、例えば、系統の慣性定数Ｍおよび系統容量ＰＬ０を受信する時間間隔が、例えば１０分であれば、その間に、例えば受信後５分経過時に自動的に行って演算値を保持するようにしても良いし、ｓ２にて系統事故が認識された時点で演算して、ｓ５での発電機脱落後の出力演算値ＰＧ０’の算出に用いても良い。
これにより、第２の情報収集手段による受信間隔が大きくても、その間の情報を推定演算することにより上記系統基準情報の信頼性が高まり、発電機脱落後の出力演算値および必要な負荷制御量の演算精度が向上し、信頼性の高い周波数安定化制御が行える。また、第２の情報収集手段による中央制御装置１０からの受信が何らかの故障により途絶えた場合にも、既に受信された情報を用いて推定演算された系統基準情報が得られるため、周波数安定化制御が継続して行える。
【００２６】
なお、ｓ５での演算は、上記実施の形態２を適用して母線電圧変動による算出誤差を補正しても良い。
また、系統の慣性定数Ｍおよび系統容量ＰＬ０の推定演算方法は、上述したものに限るものではなく、例えば、前回と前々回との受信情報から変動を推定して、例えば比例計算により最新の情報を推定させても良い。
【００２７】
【発明の効果】
以上のようにこの発明に係る周波数安定化装置は、電力系統内の複数の母線に接続される負荷の制限制御を行う制御端末を各母線毎に配し、この各制御端末に、第１、第２の情報収集手段と、収集された情報を用いて負荷制御量を演算する手段と、この負荷制御量に応じて母線に接続された負荷に対する負荷制限を行う手段とを設ける。また、各制御端末は、第１の情報収集手段にて、母線に係る計測情報を収集して上記電力系統の周波数を監視し、第２の情報収集手段にて、第１の情報収集手段による収集情報に比して系統事故による変動が小さい系統基準情報を、制御対象電力系統全体の監視および制御を行う中央制御装置から取得する。このため、中央制御装置と各制御端末とを結ぶ高速伝送路を必要とせず、高価な高速伝送設備を削減でき、周波数安定化装置の装置構成を安価にでき、周波数安定化制御のコスト低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による周波数安定化装置の概略構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１による周波数安定化装置における各制御端末の動作を示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態１による周波数安定化装置の算出された周波数偏差のイメージ図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ　母線、３ａ，３ｂ　制御端末、４ａ〜４ｆ　負荷、
１０　中央制御装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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