時刻同期（GPS）

時々刻々の安定・不安定予測

GPS（汎地球測位システム）で同期をとり大規模な系統の安定性をリアルタイムで判定する

電力系統の安定性をリアルタイムで判定■ 自由化時代に求められる電力の高い信頼性■ 安定性をリアルタイムに判定■ 複雑な模擬系統で検証● ひとこと システム技術研究所 電力システム領域・主任研究員 山下 光司

自由化時代に求められる電力の高い信頼性
電力の自由化が進んでいます。電力自由化で、新規の事業者が参入したり、電力会社が従来の供給範囲を越えて離れた地域に電力を供給するようになったりして、電力の流れは増えていくと考えられます。一方、電力のネットワークには、流せる電力の上限があります。これまでは、送電容量の上限に対して余裕があり、電線に雷が落ちたり発電所でトラブルが発生しても対処可能でした。しかし、流れる電力が増えると余裕が少なくなり、電力系統で事故が発生すると遠く離れた発電所にまで強く影響し、広範囲に事故が波及する恐れがあります。
電力中央研究所では、事故が広範囲に波及しないように、速やかな対応が求められる送電の「安定化」に対し、迅速に対応できるリアルタイム判定手法を開発しました。

■ 自由化で変わる系統■ 新しい安定判別方法を提案

電力系統は、安定して電気を送るために、電これまでは、主に事故を想定したシミュレー

気的な制約（電流、電圧、周波数、安定性）をション解析により対策を決めていました。すな

満たさねばなりません。電流（電気抵抗によりわち、系統上の多数の電圧・電流情報を収集し、発生する熱を定められた値以下に保つこと）、電

ある１時点の系統状態を把握することで、発電圧（定められた範囲内に電圧を維持すること）、機や系統のそれぞれに起きる事故を想定し解析

周波数（定められた範囲内に周波数を維持するすることでその結果を予測していました。

こと）を維持するために、各発電機の出力を調しかし、不確実性が増した系統では、事故の整したり、その配分を適正に調整したりします。

結果をしっかりと予測することが難しくなりま

これらは、比較的ゆっくりした現象であり、専す。そこで、系統でどのように電気が流れてい門家が監視し、状況に応じた時々刻々の対応がるかを実際に測定し、これを用いて解析するこ可能です。従来は、系統状況の把握に必要なすとで、そこから予測される問題を的確に判断し、べての情報が得られていましたが、新規事業者対策をとるという、新しい対策手段が必要です。

が参入すると、系統を管理している電力会社にこれは、位相差という新しい情報を用い、ある必要な情報が十分には伝わらず、不確実性が増

１時点ではなく、系統状態が変化している状態大することが懸念されます。

（過去数秒間分）を示すデータを用いて、系統の状態を逐次把握しようという試みです。GPSを用いて、全測定時刻を同期させることで、精密な測定が可能になります。

系統技術の高度化による対応
不確実性への対応技術

経年設備への対応技術

ゆっくりした現象

速い現象

・需給制御

・安定化制御（安定度問題）・電圧制御
余裕の減少（既存設備の有効活用）への対応技術自由化で不確実性が増す

・周波数制御状況に応じた時々刻々の対応済み

迅速な対応が求められる

安定性をリアルタイムに判定■ 安定性とは■ 不安定化への兆しを判定

通常は、系統につながれた多数の発電所（発送電線に余裕が少ない場合には、脱調しやす電機）がすべて同期をとって回転しています。

くなります。これらの現象は、事故後数秒から系統に事故が起きると、電気の流れは大きく乱十数秒の間で起こるので、いち早くこの現象のれます。これは、静かな水面に石を落とした時始まりを自動判定できれば的確な判断が下せ、に、波が発生するのに似ています。この波はや系統の安定を維持できます。脱調の始まりには、がて治まる（安定、下図（a））か、あるいは大き以下が観察されます（下図（d））。GPSを用いてくなり（不安定、下図（b））ます。

時刻を同期させた変電所の電圧と、発電機の電すなわち、事故が生じた場合には、事故で低下した電力を補償するように発電機が出力を上圧とを比べると、２つの電圧の動揺の周期が一致し、しかも不安定な特徴をしめします。

げ、上がりすぎたら出力を下げるという動作を新方式では、変電所の電圧と、そこに電力を繰り返し、各発電機は周期的に変動（動揺）し供給している各発電所の電圧の動揺を比較するます。この動揺が、小さくなれば安定し、大きことで不安定になるかどうか、どの発電機が強くなれば、全く同期がとれなくなり、その発電く影響しているかを判定でき、適切な対策が可機は脱調し（系統からはずれ、下図（c））ます。

能になります。従来の事故対策と新しい事故対200→時間
変電所間の動揺周期［s］（a）安定する例
この時点で不安定化を判定
500−50発電機内部
相差角［deg］（発電機端子基準）

変電所間の位相差［deg］：安定な動揺モード
：不安定な
動揺モード

100T380604020N2T20510（b）不安定が増大する例

D451015N115（c）発電機の動揺

20→時間（秒）20→時間（秒）従来方式

N1の動揺周期［s］

変電所間の位相差［deg］

策を比較すると下表のようになります。

2.01.5変電所の電圧を解析

1.00.5

6

周期が一致

2.0
1.5
1.00.5発電機の電圧を解析

67 （秒）（d）不安定の兆しを判定

新方式

電圧・電流情報

１時点の電圧・電流情報から、 連続的な電圧・電流情報からある１時点の系統状態を把握
過去数秒間の系統状態を把握予測できること想定された事故の安定性を予測可能

系統が安定から不安定に転じる時点を把握可能

安定性の評価方法

系統想定事故シミュレーショ
ンによる安定性の評価

系統事故後の実測波形によるリアルタイム評価

従来方式と新方式の比較

7 （秒）複雑な模擬系統で検証■ リアルタイム安定性監視装置■ ハイブリッド系統シミュレータ

リアルタイムで安定性を判定するシステムを検証に用いた系統シミュレータは、電気の流作り、当所の系統シミュレータで検証しました。

れを実験的に再現する設備です。実機の特性をリアルタイム判定システムは、変電所と発電機模擬した小型電力設備（アナログ）とコンピュにそれぞれローカル安定性判定装置をつけ、同ータ（デジタル）とを組み合わせているためハ期をとって毎秒1,200回データをとり、動揺モーイブリッド系統シミュレータとよばれ、コンピドと動揺周波数をもとめます。さらに、ローカュータにより、仮想的に発電機の数を増すこと

ル安定性判定装置とLANで結んだ広域安定性判ができ、さまざまな系統構成を実現できます。

定装置が、変電所と発電機の動揺周波数を比較

これまでの実験で、すべてアナログ実機のシミして、系統が安定に収束するかを判断します。

ュレータと同様の正確さを示しています。新方発電機を５台繋げた模擬系統に適用し、式の検証の際には、アナログシミュレータでは―0.1秒間隔で安定性判別可能なリアルタイム処

困難な500kVAの大規模発電機をデジタル部分で理性能を有すること、シミュレートしました。今後も系統安定化の研―複雑な動揺に対して、動揺モードごとに安定究に活躍します。

性を予測できること、● ひとことを示し、新手法が理論どおりに機能することを立証できました。
アナログ部

デジタル部

発電機N2100kVA 変電所A 変電所B 変電所C 変電所D
60km
60km
60km
60km
1回線
3LG

50kW50kW50kW

変電所E
60km
発電機D4500kVA
ディジタルシミュレータ

100kW 315kW

発電機T2 発電機N1 発電機T360kVA
100kVA
90kVA

大規模停電を未然に防ぐ日本の技術は、世界の中でもトップレベルにあります。そのレベルを維持するためには、将来起こりそうな問題を早いうちから予測し、対処方法を考えることが大切です。
電力系統の安定性をリシステム技術研究所
アルタイムに把握する手
電力システム領域法は、不確実性の増大が主任研究員予想される将来において、山下 光司有効と考えられます。欧米では、時刻同期可能な計測装置が多数導入され、これを活用した電力系統の安定性把握の研究が盛んですが、リアルタイム性を満たす研究は開発途上です。
当所では、開発手法を活用した大規模停電を未然に防ぐ研究を今後展開して参ります。

ハイブリッド系統シミュレータと模擬系統■ 既刊「電中研ニュース」ご案内
No.437 安全で高性能な電力貯蔵用電池を作る
No.436 25年間の世界の気候を精緻に再現

No.435 一人暮らしのお年寄りを見守る
No.434 地域経済の成長に対する産業集積の効果を検証

2007年２月23日発行〒100-8126（財）電力中央研究所 広報グループ
東京都千代田区大手町1-6-1（大手町ビル7階） TEL.（03）3201-6601 FAX.（03）3287-2863
http : //criepi. denken. or. jp/

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