JP7450504B2 - 系統安定化システムおよび系統安定化方法 - Google Patents
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Description
[電力系統の概念図]
図1は、本開示によって想定される電力系統の構成を概念的に示す図である。図1を参照して、電力系統10(10A,10B)は、複数の発電機21と、直流系統と連系された1つ以上の電力変換装置22と、複数の負荷23と、送電線25,26,29,34と、配電線35とを含む。電力系統10は送電線38を介して接続された2つの電力系統10A,10Bを含む。送電線38には遮断器39が設けられている。
図2は、図1の各端末装置および中央演算装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
図2を参照して、端末装置40は、入力変換用の補助変成器41_1,41_2,…(総称する場合、補助変成器41と記載する)と、アナログフィルタ(AF:Analog Filter)42_1,42_2,…(総称する場合、アナログフィルタ42と記載する)と、A/D変換器43と、処理回路44と、通信回路45と、デジタル出力(DO:Digital Output)回路46、デジタル入力(DI:Digital Input)回路47とを含む。補助変成器41を入力変成器とも称する。
図2を参照して、中央演算装置50は、通信回路51,52と、処理回路53と、記憶装置54とを備える。
図3は、図1の中央演算装置の機能構成の一例を示すブロック図である。図3を参照して、中央演算装置50の処理回路53は、オンライン事前演算を行う事前演算部60、および事前演算部60の演算結果に基づいて周波数安定化制御を実行する制御実行部61として機能する。
以下、図4~図8を参照して、本開示で用いるシミュレーションモデルの構成について詳細に説明する。
図4は、シミュレーションモデルの構成の一例を示すブロック図である。図4のシミュレーションモデル70は、電力系統の周波数の動特性の解析に使用するための簡易モデルである。
図5は、同期機モデルの構成の一例を示すブロック図である。図5の同期機モデル100では、ガバナフリー制御のみがモデル化されている。具体的に図5の例では、同期機モデル100は、減算器103と、加算器104と、ガバナフリーモデル105とを含む。
図6は、DC連系モデルの構成の一例を示すブロック図である。図6のDC連系モデル110には、DC連系設備の周波数応答モデル112が組み込まれている。周波数応答モデル112は、周波数偏差uに応じたDC連系設備の出力変化量を計算する。DC連系モデル110は、より詳細にDC連系設備の動特性をモデル化したものであってもよいし、より簡素化したモデルであってもよい。
図7は、再生可能エネルギー電源モデルの一例を示すブロック図である。図7の再生可能エネルギー電源モデル120には、周波数低下によるトリップモデル122が組み込まれている。トリップモデル122は、周波数偏差uに応じて一部の再生可能エネルギー電源を電力系統10から分離する。再生可能エネルギー電源モデル120は、より詳細に再生可能エネルギー電源の動特性をモデル化したものであってもよいし、より簡素化したモデルであってもよい。
図8は、負荷モデルの一例を示すブロック図である。図8の負荷モデル130には、UFRモデル&負荷脱落モデル132と安定化制御モデル133とが組み込まれている。UFRモデルは、各UFR要素を模擬し、系統周波数が低下した場合に、周波数偏差uに応じて動作するUFR要素に対応した負荷量を電力系統10から分離する。負荷脱落モデルは、系統周波数が低下した場合に、周波数偏差uに応じて負荷の一部を脱落させる。安定化制御モデル133は、系統安定化システム1の動特性を模擬したものであり、周波数偏差uに応じた負荷の電力消費の減少量を計算する。
次に、図9~図12を参照して、中央演算装置50による制御動作について詳細に説明する。
以上のとおり、実施の形態1の系統安定化システムによれば、電力系統の簡易モデルを用いてオンライン事前演算方式によって周波数安定化のシミュレーションを実行するので、定常的に実行する演算量を抑制できる。また、シミュレーションに必要なオンラインデータは、同期発電機の総出力量および負荷の総需要量などであるので、収集が必要なオンラインデータの種類を従来よりも少なくできる。さらに、簡易モデルを用いているので、電力系統のネットワーク構成が変更されてもシミュレーションモデルの変更が不要である。
実施の形態2の中央演算装置50は、事故発生時の電力系統10の電気量の検出値に基づいて、既に実施した周波数安定化制御の過不足量を補正する補正制御を実行する。たとえば、中央演算装置50は、事故発生時における発電機21の有効電力の瞬時変化を取得する。中央演算装置50は、取得した有効電力の瞬時変化量と事前演算で見込んでいた量との差異が閾値を超えている場合には、負荷23の脱落量または再生可能エネルギー電源24の脱落量等が大きいと推定し、既に実施した制御量の過不足分について補正制御を実行する。
Claims (12)
- 電力系統の周波数を安定化する系統安定化システムであって、
前記電力系統の状態を表すオンラインデータと前記電力系統を模擬するシミュレーションモデルとに基づいて、前記電力系統に含まれる少なくとも1つの同機発電機の脱落を想定した複数の事故ケースに応じてシミュレーションを実行する事前演算部を備え、
前記シミュレーションモデルは、前記電力系統に含まれる複数の同期発電機の回転子動特性を1質点で模擬し需給不均衡に基づいて周波数偏差を計算する慣性モデルと、前記電力系統に含まれる複数の負荷を1つの負荷で模擬した負荷モデルと、前記電力系統の同期発電機を模擬する同期機モデルとを含み、
さらに、前記電力系統の事故発生時に、前記電力系統の実現象と前記事故ケースごとの前記シミュレーションの結果との比較に基づいて、前記電力系統の周波数が第1の閾値周波数を下回らないように、遮断すべき少なくとも1つの負荷または送電線を決定する制御実行部を備える、系統安定化システム。 - 前記オンラインデータは、前記電力系統に含まれる同期発電機の総出力と、前記電力系統に含まれる負荷の総需要量とを含む、請求項1に記載の系統安定化システム。
- 前記同期機モデルは、前記周波数偏差に応じて発電機の前記総出力を変化させるガバナ制御を模擬する、請求項2に記載の系統安定化システム。
- 前記シミュレーションモデルは、前記周波数偏差に基づく周波数低下リレーを模擬し、
前記負荷モデルは、前記総需要量から前記周波数低下リレーによって脱落した負荷量を減算する、請求項2または3に記載の系統安定化システム。 - 前記シミュレーションモデルは、前記電力系統に含まれる複数の再生可能エネルギー電源を1つの電源で模擬した再生可能エネルギー電源モデルを含み、
前記オンラインデータは、前記電力系統に含まれる複数の再生可能エネルギー電源の総出力を含み、
前記再生可能エネルギー電源モデルの出力は、前記周波数偏差に応じて変化する、請求項4に記載の系統安定化システム。 - 前記シミュレーションモデルは、少なくとも1つの直流系統と連系する複数の設備を模擬した直流連系モデルを含み、
前記オンラインデータは、前記複数の設備の総出力を含み、
前記直流連系モデルの出力は、前記周波数偏差に応じて変化する、請求項4または5に記載の系統安定化システム。 - 前記事前演算部は、前記第1の閾値周波数より高い第2の閾値周波数まで前記電力系統の周波数が低下したときの周波数変化率と、動作した前記周波数低下リレーの要素と、前記電力系統の最低周波数とを、前記シミュレーションの結果として記録する、請求項4~6のいずれか1項に記載の系統安定化システム。
- 前記事前演算部は、前記複数の事故ケースのうち、前記最低周波数が前記第1の閾値周波数を下回った複数の特定の事故ケースについて、前記電力系統の周波数が前記第1の閾値周波数を下回らないように削減すべき負荷量を決定するために、前記削減すべき負荷量を変数とした新たなシミュレーションを複数回実行する、請求項7に記載の系統安定化システム。
- 前記事前演算部は、前記特定の事故ケースごとに、決定された前記削減すべき負荷量に基づいて、前記遮断すべき少なくとも1つの負荷または送電線を決定し、前記複数の事故ケースと前記遮断すべき少なくとも1つの負荷または送電線との対応関係を制御テーブルとして記憶装置に格納し、
前記制御実行部は、前記電力系統の周波数が前記第2の閾値周波数に達したときに、前記制御テーブルに基づいて、前記遮断すべき少なくとも1つの負荷または送電線に対応する少なくとも1つの端末装置に遮断指令を出力する、請求項8に記載の系統安定化システム。 - 前記制御実行部は、事故発生時における前記電力系統の電気量の検出値に基づいて、既に実施した周波数安定化のための少なくとも1つの負荷または送電線の遮断による制御量の過不足分を補正する、請求項1~9のいずれか1項に記載の系統安定化システム。
- 前記シミュレーションモデルは、前記同期機モデルに代えて発電プラントの動特性を模擬するプラントモデルを含む、請求項1に記載の系統安定化システム。
- 電力系統の周波数を安定化する系統安定化方法であって、
処理回路が、前記電力系統の状態を表すオンラインデータと前記電力系統を模擬するシミュレーションモデルとに基づいて、前記電力系統に含まれる少なくとも1つの同機発電機の脱落を想定した複数の事故ケースに応じてシミュレーションを実行するステップを備え、
前記シミュレーションモデルは、前記電力系統に含まれる複数の同期発電機の回転子動特性を1質点で模擬し需給不均衡に基づいて周波数偏差を計算する慣性モデルと、前記電力系統に含まれる複数の負荷を1つの負荷で模擬した負荷モデルと、前記電力系統に含まれる同期発電機を模擬した同期機モデルとを含み、
さらに、処理回路が、前記電力系統の事故発生時に、前記電力系統の実現象と前記事故ケースごとの前記シミュレーションの結果との比較に基づいて、前記電力系統の周波数が第1の閾値周波数を下回らないように、遮断すべき少なくとも1つの負荷または送電線を決定するステップを備える、系統安定化方法。
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