JP2647156B2 - 電力系統監視制御システム - Google Patents

電力系統監視制御システム

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JP2647156B2 JP63205941A JP20594188A JP2647156B2 JP 2647156 B2 JP2647156 B2 JP 2647156B2 JP 63205941 A JP63205941 A JP 63205941A JP 20594188 A JP20594188 A JP 20594188A JP 2647156 B2 JP2647156 B2 JP 2647156B2
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正彦 雨宮
寿男 加藤
堅 柵木
正弘 佐藤
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は良質な電気を高信頼度に安定して供給するこ
とを支援する電力系統監視制御システムに関する。
(従来の技術) 従来の電力系統監視制御システムにて系統電圧を監視
する場合、現在の系統電圧の状態を表示し、これが電圧
目標値の上限値と下限値との範囲内にあるか否かを監視
し、範囲外にあるときは警報するようにしている。
(発明が解決しようとする課題) 上記した通り、従来システムでは系統電圧の安定度に
関してはオペレータの判断に委ねられている。しかし電
圧の安定度限界がどこにあるかを知る方法がなかったた
め、過去に経験されていない特異に電力系統状態になっ
た時、例えば予測できないほどの重負荷になった時や負
荷の急激な変化が発生した時は、状況によっては系統電
圧を安定に維持できるかは不確実な状態となる虞れがあ
った。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、電力
系統の電圧の安定度に関して諸データを提供し、一層質
の高い電力系統の監視、運用の可能な電力系統監視制御
システムを提供することを目的としている。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記目的を達成するための構成を、第1図にて説明す
ると本発明は電力系統からの系統情報を情報伝送装置を
介して電子計算機へ入力し、これらの各情報をもとに処
理して電圧安定度についての諸データを表示装置に出力
する電力系統監視制御システムにおいて、情報伝送装置
を介して伝送されてきた系統情報から被監視電力系統の
状態を求める系統状態決定手段(S10)と、前記求めら
れた系統状態をもとに系統の需要量Pと系統電圧Vとの
関係を示すP−V曲線を求めると共に、そのP−V曲線
の高め解と低め解の中間点を結ぶ線を基準に電圧安定限
界を求める安定度限界計算手段(S20)と、前記電圧安
定度限界を境にして安定領域では前記安定度限界からど
れだけ離れているかによって安定度のレベルを決定し系
統電圧の安定度を判定する安定度監視手段(S30)と、
系統電圧を調整するための機器を単位量だけ調整したと
き、系統電圧がどれだけ上昇するかを示す効果量を求め
る効果量計算手段(S40)と、前記効果量をもとに系統
電圧が不安定状態にあるとき、これを安定にするために
必要とする調整量を求める調整量計算手段(S50)と、
前記各演算結果としての諸データを出力する出力手段
(S60)とから構成した。
(作 用) 先ず、系統状態決定手段が情報伝送装置より入力され
る電力系統の情報の、誤差を含む計測値を用いて電力系
統の情報を決定し、次いで電圧安定度限界計算手段が系
統状態決定手段の結果を初期値として用いて電圧安定度
限界を求める。つぎに安定度監視手段が系統状態決定手
段と電圧安定度限界計算手段の結果とを用い電力系統の
電圧安定度のレベルを判定し、さらに効果量計算手段は
系統状態決定手段の結果を用いて電圧調整機器が電圧安
定度を高める効果量を求め、調整量計算手段が安定度監
視手段と効果量計算手段の結果とを用いて電圧が不安定
な状態を安定にするために必要な調整量を求め、最後に
出力手段が上記各手段の種々の結果をCRT等のマンマシ
ン・インターフェース装置へ出力する。
(実施例) 以下図面を参照して実施例を説明する。説明の都合上
で第2図から説明するが、第2図は本発明による電力系
統監視制御システムの構成例図である。
第2図において、1は電力系統であり、この電力系統
の状態を計測しその計測値を伝送する情報伝送装置2−
1と、伝送路3を介して前記情報を受信する情報伝送装
置2−2と、これらの情報を受けて電圧安定度に関する
処理をする電子計算機4と、電気計算機4の処理結果を
表示するマンマシン・インターフェース装置(MMI)か
らなっている。なお、電力系統からの計測情報として
は、例えば発電機の電圧と出力,負荷の有効電力と無効
電力,有効電力潮流,無効電力潮流,母線電圧,しゃ断
器と断路器の開閉状態,変圧機のタップ位置等がある。
したがって電子計算機4は電力系統からの前記各情報を
入力し、後述する電圧安定度に関する処理を行い、その
結果としての種々の電圧安定度に関するデータをMMI装
置に表示する。
第1図は電子計算機の電圧安定度に関する処理内容を
示すフローチャートである。第1図において、系統状態
決定処理S10では情報伝送装置より入力された電力系統
の誤差を含む計測情報を用いて、最も確からしい電力系
統の状態値を重み付き最少2乗推定法により求める。安
定度限界計算処理S20では前記した系統状態決定処理S10
の結果を初期値として利用し、電圧の安定度限界を求め
る。安定度監視処理S30では前記各処理S10,S20の結果を
用いて、現在の電力系統の安定度についての状態を判定
する。効果量計算処理S40では前記した処理S10の結果を
用いて、電圧調整機器が電圧安定度を高める効果量を求
める。調整量計算処理S50では前記各処理S30,S40の結果
を用いて系統電圧が不安定なときは安定にするために必
要な電圧調整機器の調整量を求め、出力処理S60では前
記各処理の結果としての種々のデータをMMI装置5に表
示する。以下に各処理に手順の詳細を説明する。
情報伝送装置2−1,2−2を介して受信する電力系統
の計測データには、トランスジューサの変換誤差や、故
障あるいは計測時刻の不揃い等に起因する誤差が含まれ
ているのが通常である。そこで系統状態決定処理S10で
は、これらの誤差を含んだ測定値より、最も確からしい
系統状態値すなわちノード電圧、電圧の位相角を重み付
き最少2乗推定方法、すなわち状態推定計算により決定
する。一般に誤差を含む測定値は次のように表せる。
z=h(x)+ε ……(1) 但し、 z:測定値のベクトル x:状態変数の真値、すなわちノード電圧とその位相角の
ベクトル h(x):xより測定値の真値を求める関数のベクトル ε:測定誤差のベクトル このとき、測定値とその推定値の残差の2乗和、 J=(z−h(x))tw(z−h(x)) ……(2) 但し、 w:各測定値の誤差の重みのマトリックス z−h(x):測定値の残差のベクトル t:ベクトルの転置を示す を最少にする状態変数xの推定値xを求める。つぎに求
められたxより電力潮流の推定値を求める。以上の手順
により計測値に含まれている誤差の影響が除かれたより
確かな電力系統の状態が得られる。その結果より第3図
のの位置が定まる。
各計測値を基に潮流計算をするとき、先ず現在の潮流
値を基準にして需要量をやゝ増加させ、その増加分に対
して有効電力,無効電力の割合いを計算する。そして需
要量の増加分に対しての系統電圧を求めてプロットする
ようにする。このようにして順次、、……を求めて
P−Vカーブとする。
ここで第3図は横軸に需要量(MW)をとり、この需要
量の変化によって縦軸にとった系統電圧(KV)がどのよ
うに変化するかプロットした図である。
安定度限界計算処理S20は、電力系統の潮流計算が非
線形の2次連立方程式であるため複数の解を持ち、或る
与えられた需要に対して潮流計算を行うと第3図のと
のように電圧が高めの解と低めの解が得られ、その中
間点を電圧安定限界と定義する。すなわち電圧が第3図
の安定限界より高いときは安定状態であり、低いときは
不安定状態であることから、つぎの手順により電圧安定
限界を求める。まず系統状態決定処理S10が求めた第3
図のの点の現在系統状態により、需要を或る量だけ増
加させた時の状態を求める。すなわち増加された需要に
対して経済負荷配分計算を行い発電機の出力を決定し、
負荷の総需要に対する分布係数と負荷の力率とにより負
荷の有効電力と無効電力とを決定し、その条件で潮流計
算を行った結果の高め解がである。このように順次、
需要を増加させ潮流計算の解が得られなくなるまで計算
する。その結果が、、、である。次に、、
、、に対応する低め解、、、、を求め
る。一般に二次以上の方程式の解をニュートン・ラフソ
ン法のような逐次修正法によって求める場合、複数の解
のうちどの解が得られるかは解の初期値、すなわち最初
の近似値によって定まるため、の低め解はノード電圧
とその位相角の初期値を小さくすることによって求めら
れる。の解をの解を求めるための初期値とし、の
解をの解を求めるための初期値とし、の解をの解
を求めるための初期値として、順次、、、の点
を求める。との中間点ととの中間点ととの
中間点ととの中間点とを安定限界と定義する。
第4図は電圧安定度のレベルを示す図であり、安定度
監視処理S30は安定度限界計算処理S20が求めた第4図に
示されているような電圧安定度限界曲線に対して現在の
電力系統の電圧安定度がどうなっているかを下記の項目
につき評価する。
(1)電圧安定度IVS=Vt−VSL(Pt) Vt:現在の電圧 VSL(P):電力総需要Pのときの安定度限界電圧 P:総需要 Pt:現在の総需要 (2)安定度レベルの判定 現在の電力系統の系統電圧の安定度のレベルを判定す
る。すなわち現在の状態が第4図に示されている安定状
態、安定度注意、安定度警戒、不安定の各領域のどれに
含まれているかを判定する。
効果量計算処理S40はコンデンサー、リアクトル、変
圧器のタップ、発電機電圧等の系統電圧を調整するため
の機器が電圧安定度を高める効果の量を求める。第4図
から分かるように電圧安定度は電力系統の電圧を高める
ことによって大きくなる、すなわち系統電圧が安定度限
界電圧により高いほど安定となる。従って電圧調整機器
を単位量だけ調整したとき系統電圧がどれだけ上昇する
か、すなわち電圧感度係数ΔV/ΔCqが安定度の改善の効
果量である。電圧感度係数は次の方法で求める。調整前
も調整後もノードに流出入する有効電力の和Fと無効電
力の和Gが常に零であることにより、 調整前: F(V,Cq,θ)=0 ……(3) G(V,Cq,θ)=0 ……(4) ここで、F,Gはベクトルである。
調整後: F(V+ΔV,Cq+ΔCq,θ+Δθ)=0 ……(5) G(V+ΔV,Cq+ΔCq,θ+Δθ)=0 ……(6) となる。ここで、 V:ノード電圧 θ:ノード電圧の位相角 Cq:コンデンサー(SC)やアクトル(ShR)等の無効電力
関連調整変数である。
次に(5),(6)式をテーラ展開すると、 F(V+ΔV,Cq+ΔCq,θ+Δθ)=F(V,Cq,θ) +FV・ΔV+Fcq・ΔCq+Fθ・Δθ ……(7) G(V+ΔV,Cq+ΔCq,θ+Δθ)=G(V,Cq,θ) +Gv・ΔV+Gcq・ΔCq+Gθ・Δθ ……(8) となる。ここで、 Fv,Fcq,Fθ,Gv,Gcq,Gθ:テーラ展開係数のマトリック
スである。
したがって、 Fv・ΔV+Fcq・ΔCq+Fθ・Δθ=0 ……(9) Gv・ΔV+Gcq・ΔCq+Gθ・Δθ=0 ……(10) であり、SCまたはShRの投入または解放の場合は、Fcq
0であるから(9),(10)式よりΔθを消去して、 ΔV/ΔCq=−(Gv−Fθ -1Fv・Gθ-1・Gcq ……(11) となる。ここで、処理S10の結果であるVとθを用いてG
v、Fθ、FV、Gcqの計算を行う。この様にして求めた調
整機器が系統電圧の安定度を改善する効果量の例を第5
図に示す。
調整量計算処理S50は処理S30により系統電圧が不安定
と判定された場合、すなわち現在の系統電圧が電圧安定
度限界曲線より低い場合、安定な状態に復元をするため
に必要な調整量Rを求める。系統電圧を第4図に示され
ている電圧安定度限界電圧曲線より高くするために必要
な電圧上昇量VUPを安定度監視処理S30が求めた電圧安定
度IVSより次のように決める。
VUP=−IVS+α ……(12) α:安全ファクター 次に、コンデンサー(SC)の投入によって安定化をす
る場合、処理S40の結果である(11)式のΔV/ΔCqを用
いて、 R=VUP÷(ΔV/ΔCq) ……(13) によって調整量Rを求める。
出力処理S60は前記各処理S10,S20,S30,S40,S50の結果
をCRT表示装置のようなMMI装置に出力する。第6図は処
理S10が決定した系統電圧の現在値と処理S20が決定した
安定度限界電圧VSLの状況の時系列変化をCRT表示装置に
表示する例である。
以上説明した如く、本実施例によれば電力系統の系統
電圧に関して、電圧の安定性に関する諸データをオペレ
ータに対して適切に提供できる。
第7図は本発明による他の実施例の処理内容を示すフ
ローチャートである。
本実施例では調整量計算処理S50を省略したものであ
る。すなわち、オペレータは効果量を見ることにより、
必要な調整量を決定することができるからである。その
他は第1図と同様である。
第8図は本発明による更に他の実施例の処理内容を示
すフローチャートである。
本実施例では電力系統の状態の計測データの誤差が十
分に小さい場合を考慮し、系統状態決定手段を省略した
ものである。すなわち、計測データの誤差が十分小さい
場合は、計測データを直接使って潮流計算を行ない電圧
安定限界を求めることができるので、第8図のように系
統状態決定処理S10を省略することができる。
第9図は本発明による更に他の実施例の処理内容を示
すフローチャートである。
本発明では前記第7図及び第8図に伴ない、系統状態
決定処理S10及び調整量決定処理S50を同時に省略したも
のである。
[発明の効果] 以上説明した如く、本発明によれば電力系統の系統電
圧に関して電圧の安定限界を求め、これを基に安定度を
改善する効果量及び安定化に必要とされる調整量を表示
するようにしたので、オペレータにとって一層質の高い
電力系統の監視,運用が可能となり、したがって電力の
一層安定な供給が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によってなされる電圧安定度に関しての
処理内容を示すフローチャート、第2図は本発明による
電力系統監視制御システムの構成例図、第3図は需要量
と系統電圧との関係図、第4図は電圧安定度のレベルを
示す図、第5図は調整機器の効果量の例を示す図、第6
図はMMIへの表示例図、第7図は本発明による他の実施
例の処理内容を示すフローチャート、第8図は更に他の
実施例の処理内容を締すフローチャート、第9図は更に
他の実施例の処理内容を示すフローチャートである。 S10……系統状態決定処理 S20……安定度限界計算処理 S30……安定度監視処理 S40……効果量計算処理 S50……調整量計算処理 S60……出力処理
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 寿男 東京都千代田区内幸町1丁目1番3号 東京電力株式会社内 (72)発明者 柵木 堅 東京都府中市東芝町1 株式会社東芝府 中工場内 (72)発明者 佐藤 正弘 東京都府中市東芝町1 株式会社東芝府 中工場内 (72)発明者 岸田 幸雄 東京都港区芝浦1丁目1番1号 株式会 社東芝本社事務所内 (56)参考文献 特開 昭62−210838(JP,A) 特開 昭61−121720(JP,A) 特開 昭55−159270(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電力系統からの系統情報を情報伝送装置を
    介して電子計算機へ入力し、これらの情報をもとに処理
    して電圧安定度についての諸データを表示装置に出力す
    る電力系統監視制御システムにおいて、情報伝送装置を
    介して伝送されてきた系統情報から被監視電力系統の状
    態を求める系統状態決定手段と、前記求められた系統状
    態をもとに系統の需要量Pと系統電圧Vとの関係を示す
    P−V曲線を求めると共に、そのP−V曲線の高め解と
    低め解の中間点を結ぶ線を基準に電圧安定限界を求める
    安定度限界計算手段と、前記電圧安定度限界を境にして
    安定領域では前記安定度限界からどれだけ離れているか
    によって安定度のレベルを決定し系統電圧の安定度を判
    定する安定度監視手段と、系統電圧を調整するための機
    器を単位量だけ調整したとき、系統電圧がどれだけ上昇
    するかを示す効果量を求める効果量計算手段と、前記効
    果量をもとに系統電圧が不安定状態にあるとき、これを
    安定にするために必要とする調整量を求める調整量計算
    手段と、前記各演算結果としての諸データを出力する出
    力手段とを備えたことを特徴とする電力系統監視制御シ
    ステム。
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CN108199374B (zh) * 2018-01-30 2019-08-09 清华大学 一种基于熵的电力***的稳定性评价方法及***

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