JP2001054237A - 系統安定化制御パラメータ決定装置および方法 - Google Patents
系統安定化制御パラメータ決定装置および方法Info
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Abstract
を行なう制御系の制御パラメータを適切に設定すること
を可能とする系統安定化制御パラメータ決定装置および
方法を提供する。 【解決手段】電力貯蔵装置13の出力制御装置18の制
御パラメータの一部は制御チューニング装置20によっ
て決定されるもので、制御チューニング装置20は、系
統情報管理装置24から提供される系統構成や系統情報
や、可観測性評価装置22から提供される系統の動揺モ
ード分析結果情報や、可制御性評価装置23から提供さ
れる電力貯蔵装置13等の制御量に対する発電機出力変
化感度情報を基に、出力制御装置18の制御入力を選定
し、あるいは制御パラメータを設定し、監視装置21
は、選定された制御入力やパラメータ情報を表示する。
Description
れた安定化装置を制御する制御装置のパラメータや構成
を決定およびそれをユーザに示すことで、電力系統の安
定度を向上させることを可能とする系統安定化制御パラ
メータ決定装置に関する。
系統のさまざまなパラメータを制御する安定化装置が検
討されている。例えば、電力貯蔵装置を系統に設置して
系統と有効電力や無効電力の授受をおこなったり、可変
インピーダンス型の直列コンデンサのインピーダンスを
変化させることで、系統の動揺の減衰を早めることが可
能となる。
には、系統の動揺に応じて変化する信号、例えば線路潮
流や周波数偏差を検出し、その信号に応じて制御を行う
ことが必要となる。
る系統から検出する信号のどれを使い、またその信号に
応じていかに制御するか、すなわち制御パラメータをど
う設定するかによってその動揺抑制効果が異なってく
る。このため系統安定化装置の制御方法の検討や、制御
パラメータの決定手法についても検討されてきた。
部門誌、Vol.113-B、No.3、P203の文献では、複数の遠
方地点の発電機角速度偏差△ωの動揺信号に感度で重み
付けして総和をとり、制御入力とする手法が示されてい
る。この手法を便宜上、手法1と呼ぶ。
算で制御パラメータを更新して最適な制御パラメータを
求める手法も知られている。この手法を便宜上、手法2
と呼ぶ。
では、時々刻々と変化する系統の観測値、たとえば発電
機角速度偏差を常時制御入力とする必要がある。このよ
うな制御入力信号に検出や伝送等による遅れが生じる
と、安定化装置の制御効果が低減することになる。上記
手法1では、一般に制御入力として複数の遠方地点の入
力信号を常時使用して制御を行なう必要があるために高
速な信号伝送設備が必要であったり、また伝送遅れの影
響で制御性能が低下したり、多くの入力信号を使用する
ために信頼性が低下するという問題点があった。
度を求めるために固有値計算が必要となり、系統及び安
定化装置の線形化モデルを用意する必要があった。ま
た、制御パラメータの選択や調整には試行錯誤が必要で
あり、専門家が繰り返し固有値計算を行わなければなら
ない問題点があった。このように、上記手法2では、安
定化装置の制御パラメータを決定するために、膨大な固
有値計算を専門家が行う必要があり、制御パラメータを
設定するために相当な時間が必要とされていた。
問題点を解決し、安定化装置の制御を行なう制御系の制
御パラメータを適切かつ高速に設定することを可能とす
る系統安定化制御パラメータ決定装置および方法を提供
することにある。
えば最低一つの入力信号によって適切かつ高速に設定す
ることを可能とする系統安定化制御パラメータ決定装置
および方法を提供することを本発明の目的とする。
に本発明の系統安定化制御パラメータ決定装置および方
法は、一実施態様において、電力系統の構成または状態
を変更することを可能とする安定化装置が接続された電
力系統において、該電力系統の動揺情報と、前記安定化
装置が電力系統に与える影響の情報を用いて、前記安定
化装置の制御パラメータまたは制御構成を決定すること
を特徴とする。
系統安定化制御パラメータ決定装置は、他の実施態様に
おいて、安定化装置が接続された電力系統の動揺情報を
用いて動揺モード情報、例えば動揺モードの振幅、位
相、減衰率を求める可観測性評価装置と、前記安定化装
置の制御に対する電力系統の感度情報、例えば系統内の
発電機の出力変化感度を求める可制御性評価装置と、前
記可観測性評価装置によって提供される動揺モード情報
および前記可制御性評価装置によって提供される感度情
報を用いて安定化装置の制御パラメータまたは制御構成
を決定する制御チューニング装置とを備えることを特徴
とする。
ラメータ決定装置においては、前記安定化装置が接続さ
れた電力系統の状態、構成および構成要素の少なくとも
一つに関する情報を取得し、前記可観測性評価装置へ提
供すべき前記動揺情報および前記可制御性評価装置へ提
供すべき前記影響の情報のうちの少なくとも一方を生成
し、該生成した情報を該当する装置へ出力する系統情報
管理装置を備える構成としてもよい。
ラメータ決定装置においては、前記系統情報に基づいて
シミュレーションを実施し、前記可観測性評価装置へ提
供すべき前記動揺情報および前記可制御性評価装置へ提
供すべき前記影響の情報のうちの少なくとも一方を生成
し、該生成した情報を該当する装置へ出力する系統シミ
ュレーション装置をさらに備える構成としてもよい。
メータ決定装置においては、前記制御チューニング装置
によって決定された安定化装置の制御パラメータまたは
制御構成を、オペレータにわかるように表示あるいは告
知する監視装置を備える構成としてもよい。
メータ決定装置においては、前記電力系統の構成または
状態を変更する場合、前記制御チューニング装置によっ
て決定された前記安定化装置の制御パラメータまたは制
御構成の情報に応じて、当該安定化装置の制御装置の変
更、予め用意しておいた制御パラメータおよび制御構成
のいずれかに対応する安定化装置の制御装置への変更、
および、該当する制御装置への入力信号の変更のうちの
いずれかを選択する構成としてもよい。
れた安定化装置の制御パラメータまたは制御構成の情報
とは、例えば、フィルタや位相補償ブロックの構成、ま
たは、各構成の時定数やゲインである。
グ装置は、安定化装置の制御入力信号に含まれる動揺モ
ードの大きさ、位相および減衰率のうち少なくとも一つ
に関する情報と、安定化装置の制御量に対する系統内の
発電機の出力変化感度情報と、系統内の発電機の動揺モ
ードの位相情報と、系統内の発電機の慣性定数または慣
性の大きさを表す情報とを用いて、安定化装置の制御装
置の位相補償量を決定する。
装置の制御装置の位相補償量を決定する場合、例えば、
電力系統内の発電機の周波数偏差情報、角速度変化情
報、位相角変化情報、有効出力変化情報のいずれか少な
くとも一つと、電力系統内の母線電圧周波数偏差情報ま
たは線路有効電力変化情報の少なくとも一方とを用いる
構成としてもよい。
解析手法またはSteiglitz-McBride法によって、動揺モ
ードの位相、振幅および減衰率のいずれかを求める。
メータ決定装置において、前記系統情報管理装置が電力
系統に外乱が発生した場合に外乱直前の系統情報を前記
系統シミュレーション装置に提供し、それをもとに前記
系統シミュレーション装置が実際の現象よりも早くシミ
ュレーションによって系統の応動を予測し、その結果を
もとに前記可観測性評価装置によって動揺モードの分析
を行ない、その結果をもとに前記制御チューニング装置
によって安定化装置の制御パラメータまたは制御構成を
決定する構成としてもよい。
タ決定装置および方法が対象とする安定化装置とは、例
えば、電力系統と有効電力または無効電力授受を行なう
装置、線路に直列に挿入されたインピーダンスや母線電
圧位相を調整する装置、および、発電機の励磁電圧を制
御する装置のいずれかである。
安定化装置が電力系統に与える影響の情報とを用いて、
安定化装置の制御パラメータまたは制御構成を決定する
ことで、最低限の制御入力信号によって、系統の動揺を
効果的に抑制する制御系を設計することが可能となる。
報を用いて動揺モード情報を求める可観測性評価装置
と、安定化装置の制御に対する感度情報を求める可制御
性評価装置と、前記動揺モード情報および感度情報を用
いて前記制御パラメータまたは制御構成を決定する制御
チューニング装置とを備えることで、最低限の制御入力
信号によって、系統の動揺を効果的に抑制する制御系を
設計することが可能となる。
された安定化装置の制御パラメータまたは制御構成を、
オペレータにわかるように表示または告知する監視装置
を備えることで、オペレータに制御構成や制御パラメー
タに関する知見を与えることが可能となる。
更する場合、前記制御チューニング装置によって決定さ
れた前記安定化装置の制御パラメータまたは制御構成の
情報に応じて、当該安定化装置の制御装置の変更、予め
用意しておいた制御パラメータおよび制御構成のいずれ
かに対応する安定化装置の制御装置への変更、および、
該当する制御装置への入力信号の変更のうちのいずれか
を選択することで、系統の状態に適応した制御構成およ
び制御パラメータの提供が可能となる。
された安定化装置の制御パラメータまたは制御構成の情
報を、フィルタまたは位相補償ブロックの構成、また
は、各構成の時定数またはゲインとすることで、系統の
動揺を効果的に抑制する制御系を設計することが可能と
なる。
置の制御入力信号に含まれる動揺モードの大きさ、位相
および減衰率の少なくとも一つに関する情報と、安定化
装置の制御量に対する系統内の発電機の出力変化感度情
報と、系統内の発電機の動揺モードの位相情報と、系統
内の発電機の慣性定数または慣性の大きさを表す情報を
用いて、安定化装置の制御装置の位相補償量を決定する
ことで、最低限の制御入力信号によって系統の動揺を効
果的に抑制する制御系を設計することが可能となる。
償量を決定する場合に、電力系統内の発電機の周波数偏
差情報、角速度変化情報、位相角変化情報および有効出
力変化情報のいずれかと、電力系統内の母線電圧周波数
偏差情報または線路有効電力変化情報のいずれかとを用
ることで、最低限の制御入力信号によって、系統の動揺
を効果的に抑制する制御系を設計することが可能とな
る。
法またはSteiglitz-McBride法によって動揺モードの位
相、振幅、減衰率を求めることで、適切に動揺モード分
析を行なうことが可能となる。
生した場合に外乱直前の系統情報を系統シミュレーショ
ン装置に提供し、それをもとに系統シミュレーション装
置は実際の現象よりも早くシミュレーションによって系
統の応動を予測し、その結果をもとに可観測性評価装置
によって動揺モードの分析を行ない、その結果をもとに
制御チューニング装置によって安定化装置の制御パラメ
ータまたは制御構成を決定することで、系統故障が発生
した後にその系統状態に最も適した制御構成で系統の動
揺を抑制することが可能となる。
系統と有効電力または無効電力授受を行なう装置、線路
に直列に挿入されたインピーダンスや母線電圧位相を調
整する装置、および、発電機の励磁電圧を制御する装置
のいずれかとすることで、最低限の制御入力信号によっ
て系統の動揺を効果的に抑制する系統安定化装置を提供
することが可能となる。
を参照して説明する。
直流送電システム12と電力貯蔵装置13で構成した場
合の構成例を図1に示す。以下、本発明による系統安定
化制御パラメータ決定装置1の一実施形態を図1を参照
して説明する。
定装置1は、制御チューニング装置20、監視装置2
1、可観測性評価装置22、可制御性評価装置23、系
統情報管理装置24、および系統シミュレーション装置
25を備えている。
測性評価装置22および可制御性評価装置23のそれぞ
れは、例えば、CPUとメモリを備える計算機およびそ
の上で動作するプログラムとして構成する。前記プログ
ラムは、例えば、記憶媒体に記憶しておき、記憶媒体読
込装置等で計算機に読み込む構成としてもよい。
22、可制御性評価装置23へ供給すべき動揺情報、系
統情報を、系統情報管理装置24および系統シミュレー
ション装置25から供給する構成としている。しかし、
上記動揺情報および系統情報が外部からの入力を受ける
ことができる場合、あるいは、系統情報管理装置24お
よび系統シミュレーション装置25のうちのいずれか一
方から得られる場合には、それに応じて不必要となる系
統情報管理装置24および系統シミュレーション装置2
5のいずれか一方あるいは両方を除く構成としてもよ
い。
2と電力貯蔵装置13は発電機14、負荷15、送電線
16等で構成される電力系統に接続されている。
例えば送電線への落雷事故などによって、例えば発電機
14の回転数が変動し、それに伴って発電機出力、母線
電圧、周波数、線路潮流等が振動する。ここではこのよ
うな電力系統に発生する振動現象を電力系統の動揺と表
記し、またそれらの動揺の様子を表す情報を電力系統の
動揺情報と表記する。
14に設置され、発電機14の動揺を抑制するように発
電機の励磁電圧を調整する。直流システム12と電力系
統の間にやり取りされる電力の一部は、直流モジュレー
ション装置(DC−PSS)17によって制御され、電
力系統の電力動揺を抑制するように働く。電力貯蔵装置
13の出力は出力制御装置18によって電力系統の電力
動揺を抑制するように制御される。出力制御装置18の
出力信号は、検出装置19によって検出された送電線1
6の電力偏差△Pや周波数偏差△fをもとにして作成さ
れる。
装置11、直流送電システム12、電力貯蔵装置13の
出力制御装置18の制御パラメータまたは制御構成の少
なくとも一部を、本発明を適用した系統安定化制御パラ
メータ決定装置1の制御チューニング装置20によって
セットする。
理装置24によって与えられる線路インピーダンスや発
電機運転状態などの系統構成または現在の系統情報や、
可観測性評価装置22によって与えられる系統の動揺モ
ード分析結果情報や、可制御性評価装置23によって与
えられる電力貯蔵装置13等の制御量に対する発電機出
力変化感度情報を基に、電力貯蔵装置13の出力制御装
置18の制御入力を選定したり、制御パラメータを設定
したりする。ここで、動揺モードとは、系統の動揺に含
まれるある周波数または周期の振動成分のことを表す。
装置23の処理機能についての説明は後述する。
置22に対して、発電機や線路電力や母線電圧周波数の
動揺等の検出値などの電力系統の動揺情報を与える。ま
た、系統情報管理装置24は、可制御性評価装置23に
対して、電力貯蔵装置13の出力変化に対する発電機の
出力変化感度等の、安定化装置が電力系統に与える影響
の情報を与える。ここでは、安定化装置が電力系統に与
える影響の情報のことを感度情報とも表記する。
報管理装置24によって与えられる線路インピーダンス
や発電機定数、発電機出力などの系統情報を基にして、
線路地絡故障等の外乱を想定した時間軸シミュレーショ
ンを行ない、計算結果から発電機や線路電力や母線電圧
周波数の動揺等の検出値などの系統の動揺情報や、電力
貯蔵装置13の出力変化に対する発電機の出力変化感度
などの情報を、可観測性評価装置22および可制御性評
価装置23に与える。
系統から得られた検出値を基にした動揺および感度情報
を可観測性評価装置22および可制御性評価装置23に
与え、一方、系統シミュレーション装置25は計算機な
どによる時間軸シミュレーションを用いた想定故障計算
結果を基にした動揺情報および感度情報を可観測性評価
装置22および可制御性評価装置23に与える。
グに必要となる情報や、選定された制御入力情報や制御
パラメータ情報を表示する。オペレータが監視装置21
の情報を見ることで、系統の電力動揺の様子や、制御チ
ューニングの効果などを監視することが可能となる。
ステム12、電力貯蔵装置13の出力制御装置18の制
御パラメータは、制御チューニング装置20がセットす
るとしたが、代りに監視装置21に表示される値を見
て、オペレータが入力する値に従って制御パラメータを
設定する構成としてもよい。
対象として系統安定化装置11と直流送電システム12
と電力貯蔵装置13を想定したが、この他に無効電力を
制御可能とする無効電力補償装置や、インピーダンスを
制御可能とするサイリスタ制御直列コンデンサや、位相
制御を可能とする位相調整器などの、系統のパラメータ
を制御して電力動揺を抑制することを可能とする装置で
あれば、本発明はいずれにも適用可能である。
が発生した場合に外乱直前の系統情報をシミュレーショ
ン装置25に提供し、それをもとに系統シミュレーショ
ン装置25による実際の現象よりも早くシミュレーショ
ンを行ない系統の応動を予測し、その結果によって可観
測性評価装置22によって動揺モードの分析を行ない、
その結果をもとに制御チューニング装置20によって電
力貯蔵装置13の出力制御装置18の制御パラメータま
たは制御構成を決定してもよい。
図2に示す。
データベース112、オンライン情報データベース11
3、観測値記録データベース114等のデータベース
と、それらの情報入出力処理を行うコンピュータ等で構
成される処理装置111とで構成される。処理装置11
1と各データベースは情報伝送路115で接続される。
る。系統設備データベース112は、発電機定数、送電
線定数、線路接続状態などの系統構成情報等を格納す
る。オンライン情報データベース113は、発電機出
力、遮断器や開閉器のON-OFF状態、シャントキャパシタ
やシャントリアクトルの投入量、直流連系システムの直
流電力量、電力貯蔵装置の出力などの時々刻々変化する
状態量の情報を格納する。観測値記録データベース11
4は、過去に発生した電力動揺の記録や、過去のステッ
プ応答試験等の実績値の情報を格納する。
17などの実際の電力系統を制御している装置から、情
報伝送路118および処理装置111を介して、前記デ
ータベースに各種情報が送られる。また、オペレータに
より処理装置111から直接入力することで各種情報を
前記データベースに送ってもよい。
ス114の情報を可観測性評価装置22や可制御性評価
装置23に送り、系統設備データベース112およびオ
ンライン情報データベース113のデータを系統シミュ
レーション装置25に送る。
制御方法の一例として、電力貯蔵装置13の出力制御装
置18の制御パラメータを決定する処理例を、図3のフ
ローチャートを参照して説明する。
置24によって制御入力信号となる母線電圧周波数偏差
や発電機の周波数偏差Δfを検出、もしくは、系統シミ
ュレーション装置25によるシミュレーションによって
これらの信号すなわち周波数偏差の時系列データを求め
る。さらに、可観測性評価装置22により周波数偏差の
動揺モードを抽出し、各モードの位相と振幅を求める。
さらに、可制御性評価装置23により電力貯蔵装置13
の出力変化に対する発電機14の出力変化感度を求める
(ステップ201)。
制御入力信号、位相補償制御量、発電機14の動揺位
相、電力貯蔵装置13の制御感度情報から、安定化指標
を算出する(ステップ202)。
ったときが、最も系統の電力動揺抑制効果が大きくな
る。このため、仮定した位相補償制御量をパラメータと
し、繰り返し計算で位相補償制御量を変更し、安定化指
標が最大値となった場合の位相補償制御量を最適値φと
する(ステップ203、204)。このようにして制御
パラメータを得ることができる。
例について詳細に示す。
系統情報管理装置24から渡される系統設備データベー
ス112およびオンライン情報データベース113のデ
ータをもとに時間軸シミュレーションを行う。
によく知られている実効値や瞬時値ベースの過渡安定度
解析手法を用いればよい。実効値ベースのシミュレーシ
ョン手法については例えば電気書院発行の「電力系統技
術計算の応用」(新田目倖造著)に詳細が示されてい
る。また、瞬時値ベースのシミュレーション手法につい
てはオーム社発行の「電力系統過渡解析論」(関根泰次
著)に詳細が示されている。
ピーダンス行列や発電機の運動方程式から系統故障等の
外乱時の様子を求める手法である。シミュレーションの
結果として、想定した外乱に対する系統の時間応答が得
られる。例えば、ある線路で地絡故障が発生した場合の
各発電機の角速度変化の様子や各母線の電圧周波数偏差
の様子が、時刻に対する値として得られる。
は、まず系統に発生する頻度が高いかまたは系統の安定
度を低下させるような外乱を設定し、その条件下で時間
軸シミュレーションを行い、その結果の時間波形情報を
可観測性評価装置22に伝える。ここで、外乱の設定は
あらかじめオペレータがファイルに記述するなどして決
定しておけばよい。
は、出力制御装置18によって制御される系統安定化装
置11が系統に与える影響についても計算する。具体的
には系統安定化装置11が瞬間的に出力をある一定量変
化させたときに、系統につながる各発電機の出力の変化
量を求める。例えば、図1において電力貯蔵装置13の
出力する有効電力を微小量ステップ状に変化させ、その
時の発電機14の有効電力の変化量を求める。このとき
の値を可制御性評価装置23に伝える。
力を例としたが、それだけでなく、出力制御装置18に
よって制御される系統安定化装置11について、その装
置の制御するパラメータを微小変化させた場合の、いず
れのケースについてもシミュレーション可能な構成とし
てもよい。
よびその上で動作するプログラムとして構成してもよい
し、電力系統を等価的に表すアナログシミュレータモデ
ルで構成してもよい。すなわち電力系統の状態と想定さ
れる外乱条件から時間波形情報が得られるものであれば
よい。
の動揺情報から動揺モードを抽出し、位相補償を行なう
処理例を、図4を参照して説明する。
線周波数偏差△fnから、可観測性評価装置22でモー
ド分析を行ない動揺モードを抽出し、該抽出した動揺モ
ードについて振幅A、位相Ψ、減衰係数Dを算出する。
モード分析を行なった結果、元の△fnから単一のモー
ドのみからなる時系列情報△fn’が得られる。この信
号を最適な位相補償量φだけずらし、電力貯蔵装置13
の出力指令値とすればよい。実際の位相補償は、例え
ば、後述する出力制御装置18に含まれる位相補償装置
72(図11)によって行うことができる。
法をオンラインで実施してもよいし、フィルタによって
制御対象とするモードを抽出してもよい。
ードの分析は、例えばProny解析手法を用いて行なえば
よい。Prony解析手法の詳細は、例えば平成8年度電気
学会電力技術・電力系統技術合同研究会資料PE-96-79の
文献に記載されている。本解析手法を本発明に適用する
場合の処理例について、図5を用いて概要を説明する。
ション結果から得られた系統の母線電圧周波数変動△f
には、一般的にいくつかの動揺モードが含まれている。
Prony解析手法によって、図4に示すような△fの時系
列データから、データに含まれる各動揺モードの初期位
相、振幅、減衰率、周波数、周期等を近似的に求めるこ
とができる。
列データ81を解析処理への入力データとし、解析結果
として各動揺モードの初期位相、振幅、減衰率、周波
数、周期等の動揺モード情報データ82を得ることがで
きる。このようにして、可観測性評価装置22では、各
動揺モード情報を出力する。
分析を行なうことを例に上げたが、各動揺モードの情報
を抽出可能な手法であれば、他の方法を用いても構わな
い。例えば、Steiglitz-McBride法などを用いてもよ
い。Steiglitz-McBride法の詳細は電気学会論文誌電力
・エネルギー部門誌、Vol.118-B、No.1、P52の文献に記
載されている。
は、時系列データに含まれる振動モードを抽出し、振動
周波数、減衰、振幅、位相を推定するものである。ノイ
ズがない場合には、複数モードの振動を高精度で推定し
再現する機能を持つ。Prony解析によるモード分析方法
の概要を以下に示す。
N-1)を
はモードの数、Δtはサンプリング間隔、λiは固有値、
Biは初期値である。Ziは次に示すn次の多項式(特性方
程式)の解として与えられる。
anは次式で表される。
二乗法を用いて係数a1〜anを求め、数3を解けば解Ziが
得られ、固有値λiが算出できる。
導出される。
算できる。固有値λiが複素数(振動モード)の場合、
初期値Biも複素数となり、その大きさが振幅、角度が初
期位相となる。
ンによる感度解析を用いて、電力貯蔵装置13などの制
御対象とする装置の出力変化に対する発電機の出力変化
感度情報を出力するものである。安定化装置11が系統
へ与える影響は、例えばこの感度情報を指標として測る
ことが可能となる。
説明する。制御対象を電力貯蔵装置13の有効電力出力
とした場合、電力貯蔵装置13の設置候補母線31に有
効電力の微小変化を与え、その時の系統内の各発電機出
力変化の大きさを求め、これを安定化効果の指標すなわ
ち感度とする。
挿入によって行うものとしても良く、もちろん実際に電
力貯蔵装置13について時間軸シミュレーションを行
い、該シミュレーション結果から感度を求めてもよい。
この感度が大きいほど動揺抑制対象とする発電機に対す
る安定化制御効果が大きい。
場合の感度解析について示したが、その他の無効電力や
インピーダンスなどのパラメータを制御する装置につい
ても、同様に制御量の微小変化に対する発電機の出力変
化を求めることで、感度を計算すればよい。さらにこの
他にも、電気学会論文誌電力・エネルギー部門誌、Vol.
115-B、No.9、P1054の文献に記載されている指標LIEDを
感度指標として用いても良い。
に、実際の系統おいて、例えば電力貯蔵装置などの有効
電力を微小変化させた場合の発電機の出力変化を観測す
ることで、感度情報を検出する構成としてもよい。
ーニングする具体的な方法の一例として、制御チューニ
ング装置20で実施される処理の流れの一例を図7を用
いて説明する。
12、直流送電システム13などの制御対象となる装置
をまとめて安定化装置と記述する。
1台を評価対象に選ぶ。これを図中では添え字iで表す
(ステップ501、502)。また、NU個ある制御入
力信号候補のいずれかを選択する。これを図中では添え
字kで表す。制御入力信号kの動揺モードの大きさAkお
よび動揺の位相ψkは可観測性評価装置22によって与
えられる(ステップ503、504)。
する(ステップ505、506)。φの値をパラメータ
として評価を行なうのであるが、φは連続量なので、い
くつかのφの候補を選び、それについて評価を行なえば
よい。例えばφの候補を-180°から180゜の間を1゜刻み
の離散値の値をとるようにし、各々のφの値に対して指
標を計算し評価を行なう。ここでは、このようにして選
んだ位相補償制御量をφとして表す。
御の影響を評価する。まず、発電機jのエネルギー感度
△Eijを、例えば数1に示すように安定化装置iの制御
量に対する発電機jの感度△Pgijと発電機jの慣性定数
Mjから求める(ステップ507〜509)。
数2に示すように発電機jのエネルギー感度△Eij、動
揺モードの大きさAk、位相ψk、安定化装置の位相補償
制御量φ、発電機jの動揺の位相θjから計算する(ステ
ップ510)。
て求めた後に、全ての発電機のαikjの総和を求め、こ
れを系統の安定化を示す指標となる制御効果指標αikと
する(ステップ511、512)。
0゜の範囲で1゜ずつ変えながら、制御効果指標αikが最
大となる点を求め、その時のパラメータを求める(ステ
ップ513、514)。
化装置iを制御する場合の最適な位相補償制御量φと、
その場合の制御効果指標αikが得られる。
御入力信号候補について、制御効果指標αikを求め、最
も制御効果の大きい制御入力信号を使用することとすれ
ばよい。
果的な制御入力信号の選択を行なうことが可能となる。
り、系統への接続点の候補がいくつかあった場合には、
各安定化装置または接続点について、最適な位相補償制
御量φと制御効果指標αikを求めればよい。そして、複
数箇所の安定化装置を同時に運転してもよいし、最も制
御効果の大きい制御装置のみ運転することとしてもよ
い。
の信号が多く含まれているとフィルタ等で取り除けなか
った制御対象ではないモードがノイズとなる可能性があ
るため、制御効果指標αikを元に選択する方法の他に、
制御対象と考えていないモードが最も現れていない信号
を選択する方法でも良い。また、制御を行わない場合に
動揺が最も長く続くような信号を、制御時には入力信号
として用いることが望ましいため、制御対象のモードの
減衰率が小さく動揺のダンピングが悪い信号を選択する
方法でも良い。
φを変えながら制御効果指標αikが最大となる点を求め
る一例を説明する図である。
を制御する場合の、最適な位相補償制御量φと、その場
合の制御効果指標αikを求める場合を示す。位相補償制
御量φを、例えば-180゜から180゜の範囲で変えながら
制御効果指標αikをプロットしたものがグラフ61とな
る。このグラフ61から、制御効果指標αikが最大とな
る点は、本図にも示すように、位相補償制御量φが最適
値と示す値であることが容易にわかる。
と、その場合の制御効果指標αikが得られる。
の例について、図9および図10を用いて説明する。
例を図9に示す。本例において、制御入力信号データ9
1として各安定化装置について入力信号候補毎にその動
揺モードの大きさと位相を必要とする。動揺モードの大
きさと位相は、制御入力信号データと同様に、可観測性
評価装置22によって与えられる。
電機毎に発電機慣性定数Mと発電機の動揺モードの大き
さと位相を必要とする。発電機慣性定数Mは系統情報管
理装置24によって与えられる。
て、各安定化装置について発電機毎の発電機感度Pgが必
要とされる。発電機感度Pgは可制御性評価装置23によ
って与えられる。
例を図10に示す。
は、位相補償量φに対する制御効果指標αの値が制御チ
ューニング装置20に備えられた記憶装置に蓄えるか、
または監視装置21の画面に表示する。同様に最適チュ
ーニング結果出力データ102としては、各安定化装置
について、最適制御指標αを最大とする制御入力信号と
最適位相補償量φを、制御チューニング装置20に備え
られた記憶装置に蓄えるか、または監視装置21の画面
に表示する。
に応じてオペレータが決定したパラメータの値を受け付
け、入力すべき安定化装置の出力制御装置18のパラメ
ータの変更を行う構成としてもよい。
適値だけではなく、上記図6のグラフや、最適値の次に
効果のあるパラメータの組み合わせ候補等を併せて示す
構成としてもよい。
る制御の具体的な構成例を図11に示す。
3を用いている。電力貯蔵装置13の出力制御装置18
は、系統の複数箇所の母線電圧周波数偏差を入力として
選択することを可能とし、電力貯蔵装置13の有効電力
出力量を制御する。
出装置75によって検出された信号をゲインブロック7
8に通した信号を入力としてもよく、または、周波数偏
差検出装置74によって検出された信号をゲインブロッ
ク77に通した信号と周波数偏差検出装置76によって
検出された信号をゲインブロック79に通した信号の和
を用いてもよい。これら、どちらの信号を用いるかは制
御チューニング装置20の指令によって決定されるもの
とする。
るように、フィルタブロック71、位相補償ブロック7
2、ゲインブロック73によって構成される。フィルタ
ブロック71は、制御対象とする動揺モード以外のモー
ドのゲインを下げる。具体的にはフィルタブロックの時
定数T3を調整すればよい。また、位相補償ブロック72
によって制御対象とする動揺モードの周波数で所望の位
相補償を行なう。具体的には位相補償ブロック72の時
定数T1、T2を調整すればよい。位相補償ブロック73の
出力は、ゲインを掛けた後、電力貯蔵装置13の出力基
準値P0に加えられる。
を抑制するために、制御チューニング装置20から入力
信号選択指令と位相補償量φが指示された場合を考え
る。この場合、入力信号は指令にしたがってスイッチで
切り替える。また、位相補償量φの指令に対しては、フ
ィルタ71および位相補償ブロック72の時定数T1、T
2、T3を調整し、周波数fxで位相補償量がφとなるよ
うな時定数に設定する。各時定数の決定は、あらかじめ
周波数と位相補償量を実現する時定数の組をテーブルと
して持っておけばよい。
各組み合わせに対してボード線図を計算し、所望の位相
補償量となるような時定数の組み合わせを探す方法で決
定してもよい。その結果決定された時定数を位相補償ブ
ロック等の時定数として設定すればよい。さらにまた、
フィルタ71、位相補償ブロック72、ゲイン73は時
定数を調整可能な電子回路として構成してもよいし、マ
イコン上で動作するソフトウェアとして構成してもよ
い。
ニング装置20の指令によって制御入力の選定指令や制
御パラメータの変更によって、動揺抑制に効果的な制御
系を構成することが可能となる。
可観測性の評価と、感度解析による可制御性評価をもと
にして、安定化装置の制御構成およびパラメータ決定を
行なうことで、最低限の制御入力信号によって、系統の
動揺を効果的に抑制する制御系の実現が可能となる。
定装置の構成を示すブロック図。
定方法の一例を示す流れ図。
図。
示す説明図。
定方法の一例を示す流れ図。
の説明するためのグラフ。
説明図。
す説明図。
の例を示すブロック図。
Claims (18)
- 【請求項1】電力系統の構成または状態の変更を可能と
する安定化装置の制御パラメータを決定する装置であっ
て、 前記安定化装置が接続された電力系統での動揺情報と、 前記安定化装置が前記電力系統に与える影響の情報とを
用いて、 前記制御パラメータまたは制御構成を決定することを特
徴とする系統安定化制御パラメータ決定装置。 - 【請求項2】安定化装置が接続された電力系統での動揺
情報の提供を受け、該動揺情報から動揺モード情報を求
める可観測性評価装置と、 前記安定化装置が前記電力系統に与える影響の情報の提
供を受け、該影響の情報を用いて当該電力系統の制御に
対する感度情報を求める可制御性評価装置と、 前記動揺モード情報および前記感度情報を用いて前記安
定化装置の制御パラメータまたは制御構成を決定する制
御チューニング装置とを備えることを特徴とする系統安
定化制御パラメータ決定装置。 - 【請求項3】前記安定化装置が接続された電力系統の状
態、構成および構成要素の少なくとも一つに関する情報
を取得し、前記可観測性評価装置へ提供すべき前記動揺
情報および前記可制御性評価装置へ提供すべき前記影響
の情報のうちの少なくとも一方を生成し、該生成した情
報を該当する装置へ出力する系統情報管理装置をさらに
備えることを特徴とする請求項2に記載の系統安定化制
御パラメータ決定装置。 - 【請求項4】前記安定化装置が接続された電力系統の状
態、構成および構成要素の少なくとも一つに関する情報
の提供を受け、該提供された系統に関する情報に基づい
てシミュレーションを実施し、前記可観測性評価装置へ
提供すべき前記動揺情報および前記可制御性評価装置へ
提供すべき前記影響の情報のうちの少なくとも一方を生
成し、該生成した情報を該当する装置へ出力する系統シ
ミュレーション装置をさらに備えることを特徴とする請
求項2または3に記載の系統安定化制御パラメータ決定
装置。 - 【請求項5】前記可観測性評価装置は、前記提供された
動揺情報を用いて動揺モードの振幅、位相および減衰率
のうち、少なくとも振幅と位相を求めることを特徴とす
る請求項2に記載の系統安定化制御パラメータ決定装
置。 - 【請求項6】前記可制御性評価装置は、前記提供された
影響の情報を用いて前記安定化装置の制御量に対する前
記電力系統内の発電機の出力変化感度を求めることを特
徴とする請求項2に記載の系統安定化制御パラメータ決
定装置。 - 【請求項7】前記制御チューニング装置によって決定さ
れた安定化装置の制御パラメータまたは制御構成を、認
識可能な形態でオペレータへ告知する監視装置をさらに
備えることを特徴とする請求項2に記載の系統安定化制
御パラメータ決定装置。 - 【請求項8】前記電力系統の構成または状態を変更する
場合、前記制御チューニング装置によって決定された前
記安定化装置の制御パラメータまたは制御構成の情報に
応じて、当該安定化装置の制御装置の変更、 予め用意しておいた制御パラメータおよび制御構成のい
ずれかに対応する安定化装置の制御装置への変更、およ
び、 該当する制御装置への入力信号の変更のうちのいずれか
を選択することを特徴とする請求項2に記載の系統安定
化制御パラメータ決定装置。 - 【請求項9】前記制御チューニング装置によって決定さ
れた安定化装置の制御パラメータまたは制御構成の情報
には、フィルタの構成、位相補償ブロックの構成、各構
成の時定数、および、各構成のゲインの少なくとも一つ
が含まれていることを特徴とする請求項2に記載の系統
安定化制御パラメータ決定装置。 - 【請求項10】前記制御チューニング装置は、 前記安定化装置の制御入力信号に含まれる動揺モードの
大きさ、位相および減衰率のうちの少なくとも一つに関
する情報と、 前記安定化装置の制御量に対する前記電力系統内の発電
機の出力変化感度に関する感度情報と、 前記電力系統内の発電機の動揺モードの位相情報と、 前記電力系統内の発電機の慣性定数または慣性の大きさ
を表す情報とを用いて、 前記安定化装置の制御装置の位相補償量を決定すること
を特徴とする請求項2に記載の系統安定化制御パラメー
タ決定装置。 - 【請求項11】前記制御チューニング装置は、前記安定
化装置の制御装置の位相補償量を決定する場合、 前記電力系統内の発電機の周波数偏差情報、角速度変化
情報、位相角変化情報および有効出力変化情報のうち少
なくとも一つと、 前記電力系統内の母線電圧周波数偏差情報および線路有
効電力変化情報のうちの少なくとも一方とを用いること
を特徴とする請求項2に記載の系統安定化制御パラメー
タ決定装置。 - 【請求項12】前記可観測性評価装置は、 Prony解析手法またはSteiglitz-McBride法によって前記
動揺モードの位相、振幅および減衰率のうちの少なくと
も一つを求めることを特徴とする請求項2に記載の系統
安定化制御パラメータ決定装置。 - 【請求項13】前記電力系統についてのシミュレーショ
ンを行う系統シミュレーション装置をさらに備え、 前記系統情報管理装置は、前記電力系統に外乱が発生し
た場合に外乱直前の系統情報を前記系統シミュレーショ
ン装置に提供し、 前記系統シミュレーション装置は、前記提供された系統
情報を用いてシミュレーションを実施し、実際の現象よ
りも早く当該電力系統の応動を予測し、 前記可観測性評価装置は、前記予測結果を用いて前記動
揺モードの分析を行ない、 前記制御チューニング装置は、前記動揺モードの分析結
果を用いて、前記安定化装置の制御パラメータまたは制
御構成を決定することを特徴とする請求項3に記載の系
統安定化制御パラメータ決定装置。 - 【請求項14】前記安定化装置は、 前記電力系統と有効電力または無効電力授受を行なう装
置、 前記電力系統内の線路に直列挿入されたインピーダンス
または母線電圧位相を調整する装置、および前記電力系
統内の発電機の励磁電圧を制御する装置のうちのいずれ
かであることを特徴とする請求項1乃至2のいずれかに
記載の系統安定化制御パラメータ決定装置。 - 【請求項15】電力系統の構成または状態を変更するこ
とを可能とする安定化装置と、該安定化装置を制御する
制御装置とを備える系統安定化システムであって、 前記制御装置の制御パラメータまたは制御構成を決定す
る請求項1または2に記載の系統安定化制御パラメータ
決定装置を備えることを特徴とする系統安定化システ
ム。 - 【請求項16】電力系統の構成または状態の変更を可能
とする安定化装置の制御パラメータを決定する方法であ
って、 前記安定化装置が接続された電力系統での動揺情報と、 前記安定化装置が前記電力系統に与える影響の情報とを
用いて、 前記制御パラメータまたは制御構成を決定することを特
徴とする系統安定化制御パラメータ決定方法。 - 【請求項17】安定化装置が接続された電力系統での動
揺情報の提供を受け、該動揺情報から動揺モード情報を
求め、 前記安定化装置が前記電力系統に与える影響の情報の提
供を受け、該影響の情報を用いて当該電力系統の制御に
対する感度情報を求め、 前記動揺モード情報および前記感度情報を用いて前記安
定化装置の制御パラメータまたは制御構成を決定するこ
とを特徴とする系統安定化制御パラメータ決定方法。 - 【請求項18】請求項16または17に記載の系統安定
化制御パラメータ決定方法を計算機上で実行させるため
のプログラムを記録した記憶媒体。
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