(57)【要約】【課題】  電力系統に擾乱が発生すると、事故条件や系統状態に適応して適切な安定化制御をオンライン制御により速やかに行うと共に、該制御による経済損失を抑制して、経済効率の良好な安定化制御および系統運転を実施する。【解決手段】  電力系統の事故発生を検出した後、事故後の系統情報から、制御対象発電機の必要制御量をオンラインで算出し、必要制御量を満たす範囲で発電機の制御パターンを想定して最適潮流計算をオンラインで行う。即ち、想定される複数の制御パターン毎に、直流法潮流計算を行い経済損失が最小となる制御パターンを選択して経済効率が最適化された制御を求める。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に擾乱が発生すると、上記電力系統に適切な制御を実施して安定化する電力系統安定化制御装置において、上記電力系統各部で計測される諸量（以下、系統情報と称す）から上記電力系統の事故発生を検出する手段と、該事故発生検出後の上記系統情報に基づいて、制御対象となる発電機または負荷を必要制御量を満たす範囲で遮断する複数の制御パターンの中から、該制御に伴う経済効率が最適となる最適制御パターンを選択するように最適潮流計算をオンラインで演算する制御パターン決定手段とを備え、該選択された最適制御パターンに従って上記電力系統を制御して安定化することを特徴とする電力系統安定化制御装置。
【請求項２】
電力系統に擾乱が発生すると、上記電力系統に適切な制御を実施して安定化する電力系統安定化制御装置において、上記電力系統各部で計測される諸量（以下、系統情報と称す）から上記電力系統における電力需要の増大を検出する手段と、該電力需要増大検出後の上記系統情報に基づいて、想定される系統変更の複数の制御パターンの中から、該制御に伴う経済効率が最適となる最適制御パターンを選択するように最適潮流計算をオンラインで演算する制御パターン決定手段と、選択された最適制御パターンに従って上記電力系統に対する系統変更指令を発生する手段とを備えたことを特徴とする電力系統安定化制御装置。
【請求項３】
電力系統に擾乱が発生すると、上記電力系統に適切な制御を実施して安定化する電力系統安定化制御方法において、上記電力系統各部で計測される諸量（以下、系統情報と称す）から上記電力系統の事故発生を検出する第１のステップと、該事故発生検出後の上記系統情報に基づいて、制御対象となる発電機または負荷を必要制御量を満たす範囲で遮断する複数の制御パターンの中から、該制御に伴う経済効率が最適となる最適制御パターンを選択するように最適潮流計算をオンラインで演算する第２のステップと、該選択された最適制御パターンに従って上記電力系統を制御して安定化する第３のステップとを備えたことを特徴とする電力系統安定化制御方法。
【請求項４】
上記第１のステップの後、事故発生検出後の上記系統情報に基づいて、制御対象となる発電機の過渡安定度指標を算出して該発電機に対する上記必要制御量をオンラインで求め、その後第２のステップにおける上記最適潮流計算では、上記必要制御量以上で上記発電機を遮断するように想定した上記複数の制御パターン毎に該制御を仮定した潮流計算を行い、上記最適制御パターンを選択することを特徴とする請求項３記載の電力系統安定化制御方法。
【請求項５】
上記第１のステップの後、事故発生検出後の上記系統情報に基づいて、潮流計算により系統各部の潮流値を算出して過負荷部を検出し、その後第２のステップにおける上記最適潮流計算では、系統各部の潮流値が規定内となる制御量を上記必要制御量として、上記制御対象となる発電機または負荷を上記必要制御量を満たす範囲で遮断するように想定した上記複数の制御パターン毎に該制御を仮定した潮流計算を行い、上記最適制御パターンを選択することを特徴とする請求項３記載の電力系統安定化制御方法。
【請求項６】
電力系統に擾乱が発生すると、上記電力系統に適切な制御を実施して安定化する電力系統安定化制御方法において、上記電力系統各部で計測される諸量（以下、系統情報と称す）に基づいて潮流計算を行って、系統各部の潮流値を監視し、該潮流値により電力需要の増大を検出する第１のステップと、該電力需要増大検出後の上記系統情報に基づいて、系統各部の潮流値が規定内となるように想定された系統変更の複数の制御パターンの中から、該制御に伴う経済効率が最適となる最適制御パターンを選択するように最適潮流計算をオンラインで演算する第２のステップと、選択された上記最適制御パターンに従って上記電力系統に対する系統変更指令を発生する第３のステップとを備えたことを特徴とする電力系統安定化制御方法。
【請求項７】
上記第２のステップにおける上記最適潮流計算は、直流法潮流計算を用いて行うことを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の電力系統安定化制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力系統に故障が発生した場合に、安定に維持する制御量を算出して、安定化制御を行う電力系統安定化制御装置および電力系統安定化制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力系統安定化制御装置としての系統安定化装置は、予め想定し得る故障（制御対象故障）に対して安定度計算により各想定故障に対する過渡安定度維持対策制御量をテーブル化している。例えば、送電線で地絡故障が発生した場合、電圧低下などの計測要素の急変をキックとして、系統安定化装置は起動し、送電線保護リレーの情報または遮断器の入力情報により故障種別を識別する。また、系統安定化装置は常時センサを通じて入力される電流、電圧から送電線に流れる潮流値を算出しており、予め設定した制御テーブル（潮流値、故障点、故障種別などに対する制御量）と照合して、系統安定化制御量を算出し、その制御量に見合った電力を発電している発電機に対し、出力ケーブルを通じて遮断信号を出力し、過渡安定度を維持する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来の別例による電力系統安定化制御方法は、オンライン計測の結果に基づいたオンライン安定化制御方式で、エネルギ法をベースに制御ロジックを構築して、安定度の予測的かつ定量的な評価を行う。また、オンラインデータに基づいた有効電力出力−内部アングル曲線を推定して、事故条件や系統状態に適応して最適な安定化制御量を算出する（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３５９２４１号公報
【非特許文献１】「大容量電源系統のオンライン安定化制御方式の開発」電気学会論文誌Ｂ分冊、１９９０年８月号、（Vol.110-B, No.8）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような従来の電力系統安定化制御は、事故時に事故条件や系統状態に適応して適切な安定化制御を行うものであるが、安定化制御による経済損失について殆ど考慮されておらず、過渡安定度を維持するための適切な制御が大きな経済損失を伴うことがあるという問題点があった。
【０００６】
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、電力系統に擾乱が発生すると、事故条件や系統状態に適応して適切な安定化制御をオンライン制御により速やかに行うと共に、該制御による経済損失を抑制して、経済効率の良好な安定化制御および系統運転を実施することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明による電力系統安定化制御装置は、電力系統に擾乱が発生すると、上記電力系統に適切な制御を実施して安定化する。この電力系統安定化制御装置は、上記電力系統各部で計測される諸量（以下、系統情報と称す）から上記電力系統の事故発生を検出する手段と、該事故発生検出後の上記系統情報に基づいて、制御対象となる発電機または負荷を必要制御量を満たす範囲で遮断する複数の制御パターンの中から、該制御に伴う経済効率が最適となる最適制御パターンを選択するように最適潮流計算をオンラインで演算する制御パターン決定手段とを備える。そして、該選択された最適制御パターンに従って上記電力系統を制御して安定化するものである。
【０００８】
またこの発明による電力系統安定化制御方法は、系統情報から上記電力系統の事故発生を検出する第１のステップと、該事故発生検出後の上記系統情報に基づいて、制御対象となる発電機または負荷を必要制御量を満たす範囲で遮断する複数の制御パターンの中から、該制御に伴う経済効率が最適となる最適制御パターンを選択するように最適潮流計算をオンラインで演算する第２のステップと、該選択された最適制御パターンに従って上記電力系統を制御して安定化する第３のステップとを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
このような電力系統安定化制御では、事故条件や系統状態に適応して適切な安定化制御を速やかに行うことができると共に、制御に伴う経済効率が最適となる最適制御パターンを選択するように最適潮流計算を行うことにより、経済効率の最適な制御パターンを容易で確実に決定でき、経済効率の良好な安定化制御および系統運転が実施できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による電力系統安定化制御方法および該制御方法を適用する電力系統安定化制御装置について説明する。
図１は、この発明の実施の形態１による電力系統安定化制御装置および保護対象系統（以下、保護系統と称す）の構成を示す図である。
図に示すように、保護系統は、本系統側の母線１Ｅと連系線２Ｄで繋がれ、母線１Ａ〜１Ｄ、送電線２Ａ〜２Ｃ、遮断器３Ａ〜３Ｈ、オンライン計測可能な発電機８Ａ〜８Ｃ、負荷９を備える。また、電力系統安定化制御装置１０（以下、系統安定化装置１０と称す）は、送電線電流を取り込む為のセンサ（変流器）４Ａ〜４Ｄ、母線電圧を取り込む為のセンサ（変成器）５Ａ、５Ｂ、遮断器情報や電流・電圧を取り込むための入力ケーブル６Ａ〜６Ｆ、電源制限（遮断）や負荷制限（遮断）の出力信号を出すための出力ケーブル７Ａ、７Ｂを備え、送電線２Ａ、２Ｂまたは母線１Ａ、１Ｄで発生する故障に対して、発電機８Ａ〜８Ｃ、または負荷９を遮断して、保護系統内の過渡安定度を維持する。
【００１１】
次に動作について図２に示すフローチャートに基づいて以下に説明する。
まず、ステップＳＴ１では、系統安定化装置１０は、通常時、例えば一定周期で保護系統各部で計測される諸量（以下、系統情報と称す）を収集している。例えば、センサ４Ａ〜４Ｃ、５Ａを通じて、入力ケーブル６Ａ、６Ｂにより入力される系統情報としての電流、電圧から送電線２Ａ、２Ｂに流れる潮流値を算出して制御対象発電機出力を算出し、また入力ケーブル６Ｅ、６Ｆにより入力される系統情報としての電流、電圧から負荷９の値を算出し、また、図示しない中央給電指令所からの系統情報も収集し、後述する最適潮流計算が可能な状態で待機している。
【００１２】
次に、ステップＳＴ２において、入力された系統情報から上記電力系統の事故発生を検出する。例えば、送電線２Ａで地絡故障が発生した場合、母線１Ｂの電圧が所定値以下に急変することを検出して事故発生を判断する。なお、ここでの動作は、系統安定化装置１０が内部に有する演算機能である事故発生検出手段（図示せず）により行う。
次に、ステップＳＴ３において、事故発生後にオンラインで計測されて入力される系統情報から、例えばエネルギ法を用いた公知の演算により保護系統内の過渡安定度を定量的に算出し、制御対象および制御量をオンラインで算出する。
次に、ステップＳＴ４において、上記制御対象に対し上記算出された制御量を満たすように、制御の組み合わせによる制御パターンを想定し、オンラインで最適潮流計算を行って、経済損失が最小となる最適制御パターンを選択する。なお、ここでの動作は、系統安定化装置１０が内部に有する演算機能である制御パターン決定手段（図示せず）により行う。また最適潮流計算については、後述する実施の形態２において、詳細に説明する。
次に、ステップＳＴ５において、選択された最適制御パターン、即ち、経済損失が最小となる組み合わせの制御を、例えば出力ケーブルを通じて遮断信号を出力することにより行う。
そして、ステップＳＴ６において、事故発生後からの一連の系統安定化装置１０の処理を停止して、定常状態に戻す。
【００１３】
以上のように、この実施の形態では、系統情報から事故発生を検出すると、オンライン計測される系統情報から必要制御量を算出し、最適潮流計算を用いることで、経済損失が最小となる制御パターンをオンライン処理により速やかに決定できる。このため、事故の状態に柔軟に対応した経済効率の良好な安定化制御が行える。
【００１４】
実施の形態２．
上記実施の形態１について、送電線２Ａで地絡故障が発生した場合を例にして、最適潮流計算処理を含む安定化制御の詳細を、以下に説明する。
図３はこの実施の形態２による系統安定化制御の動作を示すフローチャートである。
まず、ステップＳＴ１では、上述したように、系統安定化装置１０は、センサ４Ａ〜４Ｃ、５Ａを通じて、入力ケーブル６Ａ、６Ｂにより入力される系統情報としての電流、電圧から送電線２Ａ、２Ｂに流れる潮流値を算出して制御対象発電機出力を算出し、また入力ケーブル６Ｅ、６Ｆにより入力される系統情報としての電流、電圧から負荷９の値を算出し、また、図示しない中央給電指令所からの系統情報も収集し、後述する最適潮流計算が可能な状態で待機している。
次に、ステップＳＴ２において、送電線２Ａで地絡故障が発生した場合、母線１Ｂの電圧が所定値以下に急変することを検出して事故発生を判断する。
【００１５】
次に、ステップＳＴ３において、事故発生後にオンラインで計測されて入力される系統情報から、制御対象発電機の過渡安定度指標を、例えばエネルギ法を用いた公知の演算により算出して、必要制御量となる必要電源制限量をオンラインで算出する。
次に、ステップＳＴ４において、ステップＳＴ３で算出した必要電源制限量に基づいて、無制御で過渡安定度が許容範囲内か否かを判断する。安定度が許容範囲内の場合にはステップＳＴ７に進み、否の場合はステップＳＴ５に進む。
【００１６】
次に、ステップＳＴ５において、オンラインの演算処理である最適潮流計算を用いて経済効率の最適制御パターンを選択する。ここでは、まず、制御量（遮断量）がステップＳＴ３で算出した必要電源制限量以上となるような制御パターンを想定する。具体的には、発電機８Ａ〜８Ｃの何れか、またはその組み合わせの遮断量を有する制御パターン（遮断パターン）を想定する。そして、想定される複数の制御パターン毎に、当該制御を実施したと仮定して潮流計算を実施し、最も経済損失が低い制御パターンを最適制御パターンとして選択することで、経済効率を最適化する。
なお、この最適潮流計算で行う潮流計算は、直流法潮流計算による簡易型潮流計算とする。
上記最適潮流計算は、例えば、以下のような計算処理により行うものである。
このときの目的関数は、次式のように表すことができる。
【００１７】
【数１】
2005151628.tif 000003
また、式（１）の目的関数の最小値を求める際に、以下のような制約条件を想定することができる。  
【００１８】
【数２】
2005151628.tif 000004
【００１９】
制約条件の中で、式（２）の需給バランス方程式については、送電損失を無視し、直流法によって計算し、発電コストである目的関数には線形計画法を用いて瞬時に最適計算が行えるようにする。
この場合、ステップＳＴ３で算出した必要電源制限量以上で、制御前後で経済損失が最小となる制御の組み合わせを選択するように次のように演算する。即ち、式（３）の制御対象となる当該発電機の発電最大値（Ｇmaxｉ）をゼロとして計算することで、仮にその発電機を遮断した場合の発電分布および総発電コストを計算し、上述したような想定される複数の制御パターン毎に発電機の組み合わせを遮断対象として順次簡易型の直流法潮流計算を繰り返し、経済損失が最小となる制御パターンを選択する。
なお、ここでは目的関数を総発電コストとしたが、他のコストを考慮しても良い。
また、最適潮流計算に用いる各発電機の発電コストや各送電線の容量などについては、中央給電指令所から取り込む。
【００２０】
次に、ステップＳＴ６において、ステップＳＴ５で選択された最適制御パターン、即ち、経済損失が最小となる組み合わせの制御を、例えば出力ケーブルを通じて遮断信号を出力することにより行う。
そして、ステップＳＴ７において、事故発生後からの一連の系統安定化装置１０の処理を停止して、定常状態に戻す。
【００２１】
以上のように最適潮流計算を用いることで、経済損失が最小となる制御パターンをオンライン処理により確実に速やかに決定できる。また、直流法潮流計算による簡易型潮流計算を行っているため、演算が容易で、事故発生に速やかに対応できる安定化制御を実現できる。
【００２２】
実施の形態３．
次に、事故発生により過負荷制御を行う場合について図４のフローチャートに基づいて説明する。系統安定化装置１０および保護系統の構成は図１と同様である。
まず、ステップＳＴ１では、系統安定化装置１０は、通常時、例えば一定周期で系統情報を収集している。例えば、センサ４Ａ〜４Ｃ、５Ａを通じて、入力ケーブル６Ａ、６Ｂにより入力される系統情報としての電流、電圧から送電線２Ａ、２Ｂに流れる潮流値を算出して制御対象発電機出力を算出し、また入力ケーブル６Ｅ、６Ｆにより入力される系統情報としての電流、電圧から負荷９の値を算出し、また、図示しない中央給電指令所からの系統情報も収集し、後述する最適潮流計算が可能な状態で待機している。
【００２３】
次に、ステップＳＴ２において、入力された系統情報から上記電力系統の事故発生を検出する。
次に、ステップＳＴ３において、事故発生後にオンラインで計測されて入力される系統情報から、発生した事故の状態を反映した潮流計算を行い、保護系統内の各線路の事故後の潮流値をオンラインで算出する。
次に、ステップＳＴ４において、ステップＳＴ３で算出した各線路の事故後の潮流値を各線路の容量と照合して、事故により過負荷となる線路が存在するか否かを判断する。過負荷線路が存在する場合にはステップＳＴ５に進み、否の場合はステップＳＴ７に進む。
【００２４】
次に、ステップＳＴ５において、オンラインの演算処理である最適潮流計算を用いて経済効率の最適制御パターンを選択する。ここでは、まず、線路潮流分流係数を用いて経済損失が最小となるように最適潮流計算を直流法潮流計算により行い、過負荷となっている線路の潮流値を規定値以下とする発電状態を演算する。このとき、発電機の遮断制御だけで過負荷が解消可能な場合は、上記最適潮流計算結果による制御パターン（最適制御パターン）を決定する。また、発電機の遮断制御だけでは対応できない場合、負荷の遮断制御を組み合わせた制御パターンを予め想定して最適潮流計算を行う。即ち、想定される複数の制御パターン毎に、当該制御を実施したと仮定して潮流計算を実施し、最も経済損失が低い制御パターンを最適制御パターンとして選択する。さらにまた、例えば、高速な出力制限が不可能な発電機タイプなど、部分的な発電制限ができない場合には、演算された制限量以上の発電機遮断を想定した最適潮流計算を行って、最も経済損失が低い制御パターンを最適制御パターンとして選択する。なお、負荷遮断の制御パターンは、予めテーブル化して用いるものとする。
【００２５】
次に、ステップＳＴ６において、ステップＳＴ５で選択された最適制御パターン、即ち、経済損失が最小となる組み合わせの制御を、例えば出力ケーブルを通じて遮断信号を出力することにより行う。
そして、ステップＳＴ７において、事故発生後からの一連の系統安定化装置１０の処理を停止して、定常状態に戻す。
【００２６】
以上のように最適潮流計算を用いることで、経済損失が最小となる制御パターンをオンライン処理により確実に速やかに決定できる。また、事故後の状態を反映した最適潮流計算により過負荷を解消するようにしたため、経済損失が最小となる過負荷制御が実現できる。
【００２７】
実施の形態４．
次に、負荷の自然増など想定外の電力需要の増大に対する安定化制御について図５のフローチャートに基づいて説明する。系統安定化装置１０および保護系統の構成は図１と同様である。
まず、ステップＳＴ１で起動された系統安定化装置１０は、ステップＳＴ２において、一定周期で取り込んだ系統情報を基に潮流計算を実施し、保護系統内の各線路又は変圧器の潮流値を算出する。
次に、ステップＳＴ３において、ステップＳＴ２で算出した各潮流値を各規定値（定格容量値以下の運用上の値）と照合して、潮流値が規定値を超える送電線または変圧器が存在するか否かを判断する。存在する場合にはステップＳＴ４に進み、否の場合はステップＳＴ６に進む。なお、ここでの動作、即ち、保護系統内の各線路又は変圧器の潮流値を監視して潮流値の変動による電力需要の増大を検出する動作は、系統安定化装置１０が内部に有する演算機能である電力需要増大検出検出手段（図示せず）により行う。
【００２８】
次に、ステップＳＴ４において、オンラインの演算処理である最適潮流計算を用いて経済効率の最適制御パターンを選択する。ここでは、まず、線路の開放や母線の切替など遮断を伴わない系統変更制御による制御パターンを予め想定して最適潮流計算を行う。即ち、想定される複数の制御パターン毎に制御を実施したと仮定した線路潮流分流係数を用いて潮流計算を行い、最も経済損失が低い制御パターンを最適制御パターンとして選択する。なお、ここでの動作は、系統安定化装置１０が内部に有する演算機能である制御パターン決定手段（図示せず）により行う。
【００２９】
次に、ステップＳＴ５において、ステップＳＴ４で選択された最適制御パターン、即ち、経済損失が最小となる系統変更制御と系統操作警報とを系統変更指令として中央給電指令所に送信する。この系統変更指令の送信は、系統安定化装置１０の系統変更指令発生手段（図示せず）により行う。なお、実際の系統変更制御は、中央給電指令所が実施するかどうかを再度判断して行う。
そして、ステップＳＴ６において、中央給電指令所が系統変更制御を実施しそれを確認する間、系統安定化装置１０の処理を停止する。
【００３０】
以上のように、この実施の形態では、系統情報から電力需要の増大を検出し、過負荷解消のための遮断を伴わない系統変更制御を、最適潮流計算を用いることで、経済損失が最小となるようにオンライン処理により速やかに決定できる。このため、系統状態に柔軟に対応した経済効率の良好な安定化制御が行える。また、系統各部の過負荷の監視制御を最小の経済損失で効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の実施の形態１による電力系統安定化制御装置および保護系統の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１による電力系統安定化制御方法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２による電力系統安定化制御方法を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態３による電力系統安定化制御方法を示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態４による電力系統安定化制御方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３２】
８Ａ〜８Ｃ  発電機、９  負荷、１０  電力系統安定化制御装置。
【図１】
2005151628.tif 000005
【図２】
2005151628.tif 000006
【図３】
2005151628.tif 000007
【図４】
2005151628.tif 000008
【図５】
2005151628.tif 000009