JPH0993792A

JPH0993792A - 電力系統動揺検出装置

Info

Publication number: JPH0993792A
Application number: JP26942295A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Matsushima; 哲郎松島
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-09-22
Filing date: 1995-09-22
Publication date: 1997-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】データ伝送の手段としてはデータ・サンプリ
ングの同期を要せず、低速な伝送路を用いて遠方同士の
電圧の位相関係を計測する。【解決手段】各端末装置には計時手段13A を設けて絶
対時刻を正確に計測して所定の時刻毎に電圧位相を求
め、この計測された電圧位相情報を伝送すると共に、前
記伝送された電圧位相情報をもとに系統動揺を検出する
手段12A とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力系統に系統安
定化のために用いられる電力系統動揺検出装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、電力系統は益々増大する電力需要
に対処するため、電力会社間の連系を密にして電力の融
通を図っている。系統間の連系強化は、電力の需給を効
率的に満たすこと及び緊急時の電力融通による系統の安
定運用を図る点で、非常に有効な手段である。

【０００３】しかし、反面大系統が互いに連系し合うこ
との裏目として、連系された一方の系統で発生した重大
な事故が原因して系統動揺を引き起こし、これが他方の
系統に波及していって、遂には系統間動揺へと発展する
可能性がある（平成５年電気学会全国大会シンポジウム
Ｓ．１７−２、小林，松島「連系系統事故波及防止リレ
ー技術について」）。

【０００４】このような系統間動揺は、何度か繰り返す
うちに動揺が拡大して遂には系統間の脱調に至ることも
あり得る。図13は電力系統Ｘと電力系統Ｙが連系されて
いる様子を示す。系統Ｘ内には発電機Ｇ１が、系統Ｙ内
には発電機Ｇ２が接続されている。

【０００５】図13の連系系統において、重大事故に起因
して系統Ｘ，Ｙ間に動揺が発生し、夫々の系統の代表発
電機であるＧ１とＧ２の間で脱調が起こる場合の発電機
電圧位相の相対関係の例を示したのが図14である。図14
（ａ）はＧ１発電機の近傍で重大事故が発生したような
場合の典型的パターンで、Ｇ１発電機は系統事故に起因
して加速し、第１波で脱調に至る。

【０００６】図14（ｂ）は第２波脱調の場合の例を示
す。系統事故が第１波脱調に至る（ａ）の場合程厳しく
はないが、他の発電機の動揺の影響も受けてＧ１発電機
は第２波で脱調したものである。図14（ｃ）は第ｎ波の
動揺・脱調パターンである。

【０００７】発電機が複数回動揺を繰り返した後に脱調
するケースとしては、大規模系統の一部で発生した動揺
が他の地域に波及してゆき、発電機間の相互作用により
動揺が拡大して遂には脱調に至るものがある。又、動揺
を繰り返した後に収束して安定に至るケースもある。前
述の電力会社間の連系に伴なう系統動揺は、このような
ケースである。

【０００８】ここで、系統間動揺等、広域動揺現象の特
徴をまとめると次のようになる。近傍の発電機同士は発電機の同期化力の働きによっ
て、ほぼ同一位相で一体となって動く。

【０００９】系統全体では同期して動くコヒーレン
スな発電機のグループが２つあるいは３つ程度に分か
れ、発電機のグループの間で動揺を繰り返す。電力会社
間の連系系統では、各電力会社の系統が夫々一体とな
り、連系線を中心として系統動揺が連続するような動揺
モードが通常である。

【００１０】広域を含む系統動揺では、動揺の周期
は比較的ゆっくりで、２〜３秒周期となるケースが多
い。

【００１１】このような系統間動揺は通常は自然に収束
していくために放置しておいてもよいが、動揺が拡大し
ていくものは、何れ系統間脱調に発展していく可能性が
高いため、系統分離あるいは電源制限等の制御を行な
い、動揺を抑制する必要がある。

【００１２】このような系統安定化のための制御を行な
うためには、系統動揺を検出することが必要となる。図
13の連系系統で系統Ｘと系統Ｙの間の系統間動揺を検出
するためには、系統Ｘと系統Ｙを夫々代表する地点の電
圧位相を互いに比較するか、又はＧ１とＧ２のように、
動揺している発電機の近傍の電圧位相を互いに比較する
ことが必要となる。

【００１３】電圧位相が測定され、図14に示すような位
相関係が把握できれば系統動揺が安定に推移するのか、
あるいは脱調に発展するため系統分離あるいは電源制限
等の制御が必要であるのかが判断ができる。

【００１４】異地点間の位相関係を知った上での脱調予
測方式については、平成４年７月号、電気学会論文誌
Ｂ、大浦他「電源系統の事故波及防止システムの方式と
構成」等に詳しいが、ここでは説明を省略する。ここ
で、互いに遠方に位置している点の電圧位相を比較する
ためには、位相データを同期をとって測定する必要があ
る点で、技術的な問題が伴なう。

【００１５】近年のデータ伝送技術は高度なものがあ
り、互いに遠方に位置していても厳密に同期をとってサ
ンプリングしたデータを互いに伝送し合うことができ
る。伝送遅延時間を測定する方式では、１０〜２０ｍｓ
程度以内の誤差で遠隔地点間のサンプリングの同期をと
ることが可能である（Ａｋｉｍｏｔｏ，他「Ｄｉｇｉｔ
ａｌＣｕｒｒｅｎｔＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＣ
ａｒｒｅｉｅｒＲｅｌａｙｉｎｇＳｙｓｔｅｍｆ
ｏｒＥＩＩＶＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＬｉｎ
ｅ」ＩＦＡＣ京都大会１９８１ＣＳ−２．３．
１）。

【００１６】図15は互いに遠方にあってサンプリング同
期をとって観測された電圧Ｖ_AとＶ_Bの瞬時値の様子を
示す。このように、互いに同期をとって瞬時値が計測さ
れ、互いにデータ伝送を行なえば、両地点の位相差を瞬
時瞬時知ることができ、更に系統全体での動揺の様子を
把握することができる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】電力系統の互いに遠方
にある電圧位相を測定することは、純技術的には既に確
立している。しかし、現実の問題として遠方でのサンプ
リング同期を確保する方法は、専用で高速のデータ伝送
路を要し、非常に高価でコストの掛かる方法である。デ
ータ伝送のコストとしては、測定データのサンプリング
・タイミングとしては非同期で、かつデータ伝送の速度
が低い方が安価に構成できる。

【００１８】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、データ伝送の手段としてはデータ・サン
プリングの同期を必要とせず、かつ低速な伝送路を用い
て遠方同士の電圧の位相関係を計測できる手段を備えた
電力系統動揺検出装置を提供することを目的としてい
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
電力系統動揺検出装置は、電力系統の異地点での各端末
装置にて電圧位相を検出して相互に伝送し合い、事故発
生後の前記電圧位相情報をもとに系統動揺の発生を検出
する電力系統動揺検出装置において、前記各端末装置に
は絶対時刻を正確に計測するために設けた計時手段と、
所定の時刻毎に電圧位相を計測する手段と、計測された
電圧位相情報を伝送する手段と、前記伝送された電圧位
相情報をもとに系統動揺を検出する手段とを備えた。

【００２０】請求項１において、互いの電圧位相の関係
を知りたいのは、系統に擾乱が発生し系統動揺が起こっ
た後の現象に対してである。通常、平常時の電力系統に
おける各地点の電圧位相に関しては、電力会社の中央の
計算機で常時把握されている。しかし、系統擾乱発生後
の動揺中の位相については、データ収集の時間的制約も
あり中央計算機では計算できない。

【００２１】従って、本発明においては擾乱発生前の異
地点間の電圧位相を既知であるとし、擾乱発生後の動揺
中の位相の動きを把握する手段を提示すればよい。本発
明では擾乱発生後の電圧位相の変化分を、各地点におい
て正確な計時装置を用いて絶対時刻を基準としたもので
ある。

【００２２】本発明の請求項２に係る電力系統動揺検出
装置は、電力系統の異地点での各端末装置にて電圧位相
を検出して相互に伝送し合い、事故発生後の前記電圧位
相情報をもとに系統動揺の発生を検出する電力系統動揺
検出装置において、前記異地点間の平常時の電圧位相差
を検出する第１の手段と、電力系統の擾乱を検出して装
置を起動する第２の手段と、前記起動後の経過時間を起
動時の電圧の零点又は所定の位相を基準として正確に計
測する第３の手段と、前記第３の手段により定められる
所定時間後に順次電圧位相を計測する第４の手段と、前
記第４の手段により計測された電圧位相情報を伝送する
第５の手段と、前記第５の手段により伝送された電圧位
相情報をもとに異地点間の電圧位相を計測し系統動揺を
検出する第６の手段とを備えた。

【００２３】従って、請求項２では擾乱発生を契機にし
て起動後の経過時間によって電圧位相を検出するように
した。

【００２４】本発明の請求項３に係る電力系統動揺検出
装置は、請求項２において、第３の手段による計時機能
の基準点を、第２の手段による装置起動より以前の時点
とするようにした。このようにすれば計時カウントを事
故検出以前の電圧零点を基準とすることができ、電圧零
点検出時に系統事故による電圧波形の乱れを回避でき
る。

【００２５】本発明の請求項４に係る電力系統動揺検出
装置は、請求項２において、第３の手段に代えて、装置
起動前の電圧の零点間の周期を正確に測定する第７の手
段を付加し、前記第７の手段によって求められた電圧周
期の整数倍の値を電圧位相測定の所定時間間隔とした。

【００２６】このようにすれば相手端装置での測定結果
との差分を求めなくても、自端の電圧が事前電圧と比べ
て進み方向なのか、遅れ方向なのかを識別できる。

【００２７】本発明の請求項５に係る電力系統動揺検出
装置は、請求項４において、第７の手段による電圧の周
期測定が、正確なクロックを用いた電圧の零点間の時間
計測によるものであり、又、請求項６では同じく請求項
４において、第７の手段による電圧の周期測定が所定時
間毎の電圧の測定瞬時値から電圧零点を推定して、電圧
の零点間の時間計測によるものとした。

【００２８】このようにすればクロックによって事前の
電圧位相の周期を求めることができるし、又、電圧の瞬
時値からも求めることができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して実施例を説明
する。図１は電力系統動揺検出装置の一実施例の構成図
であり、大規模電力系統に本発明を適用した場合の構成
例である。11A は本発明による系統安定化装置で、電力
系統のＡ地点に設置されている。その中で12A は演算
部、13A は刻時装置である。

【００３０】刻時装置13A は十分正確に絶対時刻を計測
できるものとする。絶対時刻を正確に計測する刻時装置
については、今日では例えば人口衛星を利用したＧＰＳ
（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅ
ｍ）が広く実用化されている。

【００３１】又、正確なクロックを内蔵しておき、一定
定時毎に他のマスター・クロックからの時刻訂正信号を
受けて絶対時刻測定の精度を確保する手法も古くから行
なわれている。11B ，12B ，13B は、夫々11A ，12A ，
13A と同一の構成で、電力系統の遠方地点Ｂに設置され
ている。14はデータ伝送のための伝送路である。

【００３２】演算部12A ，12B は、系統の電圧を入力と
してディジタル・データに変換し、演算を行なう機能で
ある。その一般的な構成例を図２に示す。図２におい
て、21a から21n は入力変換器で、電力系統の電圧を入
力として適当な大きさの電圧信号に変換する。22a から
22n は入力回路で、アナログフィルタ及びサンプルホー
ルド回路で構成される。

【００３３】アナログフィルタは後に入力量がディジタ
ル変換された時の折り返し誤差を防ぐために必要な機能
である。23はマルチプレクサで22a から22n の出力信号
を順次Ａ／Ｄ変換器24へ送り出す。Ａ／Ｄ変換器24では
マルチプレクサ23から送られるアナログ信号を順次ディ
ジタル信号に変換する。

【００３４】25はメモリ部（ＲＡＭ）で、Ａ／Ｄ変換器
24で変換された電力系統の電気量のディジタルデータを
記憶しておく。26は演算部ＭＰＵで、通常マイクロコン
ピュータで構成される。27は演算プログラムを記憶して
おくためのメモリ（ＲＯＭ）である。

【００３５】28は外部からの各種条件を取り込むための
入力インタフェイス（Ｄ／Ｉ）で、刻時装置13とのイン
タフェイス機能を果たす。29は出力インタフェイス（Ｄ
／Ｏ）で、しゃ断器へのトリップ指令等、演算部ＭＰＵ
26の演算結果を外部に出力する。

【００３６】210 は伝送装置とのインタフェイスであ
る。このような構成で、擾乱発生により電力系統が動揺
した時、本発明によりＡ，Ｂ地点の電圧位相差を測定し
て系統全体の安定度を判断する手法を以下に示す。

【００３７】図３は所定の時刻ｔ_kにおける電圧位相を
測定する手法の一例を示す。図で電圧が零点を過ぎた時
刻から計測してｔ_kまでの時間ｔ_pを計測すれば、基本
周波数での電圧の１周期の時間Ｔ₀が周知であるから
(1) 式により容易にｔ_k時点での電圧の位相が判定でき
る。

【数１】 θ＝（ｔ_p／Ｔ₀）×３６０° ……………(1)

【００３８】１周期の時間Ｔ₀は、通常は商用周波数を
考えればよい。厳密にはその時点の基本周波数と商用周
波数には微小なずれがあり得る。例えば５０Ｈｚを商用
周波数としている場合でも、実際の運用は５０．１Ｈｚ
で運転していることもあり得る。

【００３９】しかし、この場合を例にとっても、(1) 式
の演算結果に与える誤差は０．２％に過ぎず、本装置の
目的からは無視できる値である。従って、(1) 式のＴ₀
は５０Ｈｚ系の場合は２０ｍｓ（６０Ｈｚ系の場合は１
６．６７ｍｓ）と仮定して十分である。

【００４０】ｔ_k点での電圧位相を求める手法は(1) 式
による零点からの時間測定のみではない。系統電圧の瞬
時値｜Ｖ｜を知って、ｔ_K時点での電圧瞬時値Ｖ
（ｔ_k）から(2) 式により電圧位相θを求めることがで
きる。

【数２】 sin θ＝Ｖ（ｔ_k）／｜Ｖ｜ ………………(2) 電圧の瞬時値データから振幅値｜Ｖ｜を求める手法も広
く知られているため、ここでは説明を省略する（例え
ば、電気学会大学講座「保護継電工学」ｐ１１２〜）。

【００４１】ここで、Ａ地点，Ｂ地点での計測時刻を予
め同時刻となるように設定しておき、同時刻に順次測定
した位相データを伝送系を介して伝送して照合すること
で、系統の動揺を把握できる。

【００４２】測定された電圧位相データは測定タイミン
グによって０〜３６０°の範囲で定まるもので、位相の
絶対値には特別意味はないが、測定時刻の同時性が確保
されていれば、Ａ，Ｂ両地点での位相差分は明確に求め
ることができる。今日の計時機能は高度化しており、例
えば前述のＧＰＳを用いたとしても、１μｓ程度の誤差
で絶対時刻の計測が可能である。

【００４３】５０Ｈｚの商用周波数の１周期３６０°が
２０ｍｓ相当であることを留意すると、１μｓという時
間精度は、０．０１８°の精度での位相測定が可能であ
ることを意味する。この誤差は系統動揺時の異地点電圧
位相差を論じるには十分な精度である。

【００４４】図４をもとに作用について説明する。ま
ず、本発明により計測された系統動揺時のＢ地点の電圧
位相をＡ地点電圧位相を基準として示したものである。
本発明により、Ａ，Ｂ両地点での位相測定を、例えば午
前０時等の正時に同期した１００ｍｓ毎に合わせてお
き、測定データを伝送路14で送信すれば、このような
Ａ，Ｂ地点の電圧位相関係が把握できる。

【００４５】図ではＴ_F時点で系統に擾乱が発生し、系
統動揺が始まっている。系統の動揺周期は通常１〜３秒
程度であるから、図４のような系統動揺による電圧位相
の変化を把握するためには、位相差の検出を５０〜１０
０ｍｓ程度の間隔で行なえば十分である。５０〜１００
ｍｓの間隔で測定されたデータはその間に伝送すればよ
い。

【００４６】要するに５０〜１００ｍｓ程度の間隔のデ
ータ伝送は低速伝送に属するものであり、かつ伝送路と
してはデータ・サンプリング同期を必要としない廉価な
データ伝送路を用いて系統の動揺把握が可能である。

【００４７】図５は電力系統動揺検出装置の他の実施例
の構成図である。本実施例は各端末の中に正確なクロッ
ク装置を備え、互いに遠方にある電圧を同期をとって位
相を検出するようにしたものである。即ち、23A ，23B
は絶対時刻を知るものではなく、単に時間の経過を正確
に計測するクロック装置である。

【００４８】又、55は電力会社の中央計算機で、常時電
力系統全体の状態を計算して、Ａ，Ｂ地点の電圧位相差
も把握している。この平常時のＡ，Ｂ間位相差は56A ，
56B伝送路を介して常時本発明による系統安定化装置11A
，11B に伝送されている。この例では互いに遠方にあ
るクロックの同期を系統電圧の零点から求める手法を示
す。

【００４９】図６は本発明により電圧位相を計測するた
めのクロックの制御例を示す。61は系統事故検出手段で
あり、系統事故検出機能としては種々のものが考えられ
る。例えば電圧，電力等の低下検出あるいは変化分検
出、インピーダンスが所定領域に入ったことによる検出
等である。

【００５０】この例の場合、系統事故検出手段が何であ
るかは問わない。62は記憶手段で61から事故検出出力が
あったことを記憶しておく。63は系統電圧の零点検出手
段である。64はインヒビット手段、65は本発明に係る正
確なクロック手段で、電圧零点検出手段63のタイミング
で今までのカウント値をクリアし、新たにカウントを開
始する。

【００５１】電力系統が平常な状態ではクロック手段65
は電圧が零点を過ぎる度にカウントの開始を繰り返す。
系統事故が検出されると、記憶要素62とインヒビット手
段64とにより以降の電圧零点でカウント値クリア信号が
ロックされ、クロック手段65はカウント・アップ動作を
継続する。

【００５２】系統事故検出により装置が起動された後
は、クロック手段65による計時により所定の時間間隔毎
に電圧の位相を計測するタイミング信号が出力される。
12A ，12B の演算装置では、このタイミング信号を入力
として系統電圧の位相を検出する。

【００５３】図７はこの間の電圧波形と事故発生前後の
カウンタのカウント値を示す。この時、所定の時間間隔
は基本周波数の周期の整数倍の時間を選ぶものとする。

【００５４】このようにすると、クロック手段のカウン
ト開始が電圧の零点としているため、系統周波数が５０
Ｈｚ又は６０Ｈｚの基本周波数で厳密に運用されていれ
ば、装置起動以降の所定時間間隔での電圧位相測定時は
常に電圧零点と重なることになり、位相０°と測定され
ることになる。

【００５５】しかし、通常は系統電圧の位相は微小なが
ら変動しており、特に系統事故による擾乱発生後は位相
変化が大きくなり、その変化分が図６の機能により測定
できるわけである。計時用クロックとしては、近年では
１０^-6の精度のものは容易に入手できる。

【００５６】１０^-6の精度とは、例えば１００秒経過し
た時の誤差が１００秒×１０^-6秒＝０．１ｍｓであるこ
とを意味する。０．１ｍｓは基本周波数が５０Ｈｚの場
合、２０ｍｓが３６０°であることを留意すると１．８
°に相当する。

【００５７】本発明は電力系統の安定度判定に供するも
のであるが、電力動揺と呼ばれる現象は電圧の位相が数
１０度以上の範囲で変動するものであり、かつ系統事故
発生後に系統の安定度を判別するのは長くても１０〜２
０秒程度の範囲であることを勘案すると、上記の１００
秒経過後の誤差が１．８°以下であるということは、本
来の目的に十分応え得る結果が得られることを示す。

【００５８】本実施例によると装置を電力系統の異地点
Ａ，Ｂに設置して電圧位相を測定した場合の例を図８に
示す。Ａ，Ｂ地点は遠方に位置しているため、平常状態
での夫々の地点の電圧Ｖ_A，Ｖ_Bの位相は一般的には差
がある。

【００５９】従って、電圧零点検出により起動される地
点Ａ，Ｂのクロック65A ，65B は、カウント開始時点で
この電圧位相差分θ₀だけの時間差をもっていることに
なる。そして、装置起動後はＡ，Ｂ装置が個別に夫々の
系統電圧の事前の位相を基準とした電圧位相の変化分を
計測することになる。

【００６０】系統事故発生後はＡ点装置11A ではＴ_A1，
…，Ｔ_An、Ｂ地点装置11B ではＴ_B1，…Ｔ_Bnのタイミン
グで電圧位相が計測されるが、Ｔ_An，Ｔ_Bnは勿論事前の
位相差θ₀によって定まる時間差がある。地点Ａ，Ｂの
周波数が事故後も基本周波数を保つならば、Ｔ_An，Ｔ_Bn
時点で観測される電圧位相は、図中の点線で示す通り常
に０°である。

【００６１】しかし、系統事故により系統動揺が発生
し、例えばＶ_Aが進み側に、Ｖ_Bが遅れ側に変化する
と、Ｔ_An，Ｔ_Bn時点での計測された位相は図のように、
θA _，θ_Bで示される値となる。この計測データθ_A，
θ_Bを伝送すれば、θ₀は既知であるから次式により
Ａ，Ｂ間の電圧位相差θ_A-Bが求められる。

【数３】 θ_A-B＝θ₀＋θ_A−θ_B ……………(3)

【００６２】従って、作用としては事前電圧からの位相
のずれ分θ_A，θ_BをＡ，Ｂの両装置で同一の時間間隔
で測定し、低速伝送路を用いて互いに伝送することによ
り、系統の動揺を把握することができる。この場合、両
電気所での位相測定データは差分を取り、図４と同様に
一方の電気所を基準として比較する方が有利である。

【００６３】これは、系統全体の周波数が基本周波数か
らずれている場合、実施例１と同様に電圧位相の測定結
果は絶対値としては意味を持たなくなり、Ａ，Ｂ両電気
所の差分のみが意味を持つようにになるからである。

【００６４】又、本実施例において系統事故検出手段の
動作時間のバラツキによっては、カウント開始事故が
Ａ，Ｂ間で１サイクル分ずれることがあり得る。しか
し、開始時刻が電圧零点に固定されている限り、開始時
刻が１周期又はその倍数ずれたとしても、最終の測定結
果である電圧位相には殆ど影響を与えない。

【００６５】図９は電力系統動揺検出装置の更に他の実
施例の構成図である。図９において図６と同一部分につ
いては同一符号を付して説明を省略する。本実施例では
事故点が装置設置点近傍にあっても正確なクロックの開
始ができるようにしたものである。

【００６６】即ち、系統事故が比較的遠方にある場合は
特に問題はないが、系統事故が装置設置点の近傍にある
場合、事故中の乱れた電圧波形の零点で計時の基準とな
るクロックのカウント開始を行なうことになり、正確を
期すことができないからである。

【００６７】図９における96はデータ受け渡し手段でク
ロック手段65とクロック手段97とのデータの受け渡し機
能であり、通常は電圧零点検出手段63の出力がある度
に、電圧零点のタイミングでクロック手段65のカウント
値をクロック手段97に転送している。なお、本例ではク
ロック手段65は電圧零点検出手段63のタイミングにより
常にカウント値をクリアしている。

【００６８】従って、クロック手段97では零点検出の度
に、クロック手段65によるカウント値を引き継いでカウ
ント継続する。又、データ受け渡し手段は96は系統事故
検出により系統事故による起動が掛かるとデータ転送を
ロックし、クロック手段97による以後の計時カウントを
継続させるようにする。

【００６９】このような構成とすると、クロック手段97
による計時カウントは事故検出以前の電圧零点を基準と
することができ、電圧零点検出時に系統事故による電圧
波形の乱れを回避できる。

【００７０】図10は図９によるカウント値の様子を示
す。系統事故前の電圧零点では６５のカウンタは常に零
にクリアされる。従って、９７のクロックはこの値を引
き継ぎ、カウントを継続する。従って、系統事故発生に
よりクリア信号がロックされた後は、９７のクロックは
事故前の電圧零点を基点として時間カウントを継続する
ことになる。

【００７１】系統事故判定に時間を要し、図９に示した
１サイクル分カウント基点を遡るだけでは不十分である
ことも考えられる。この場合は同様の手法により２サイ
クルなり３サイクル分だけ起点を遡ることは容易であ
る。本実施例によれば、計時用クロックの時間カウント
の基点に対し、系統事故の影響を排除できる。

【００７２】図11は電力系統動揺検出装置の更に他の実
施例の構成図である。図11において図６と同一部分につ
いては同一符号を付して説明を省略する。本実施例では
系統の実際の周波数が基本周波数と僅かながらずれた場
合の対策を考慮したものである。

【００７３】即ち、上記実施例では装置起動後の６５，
９７カウンタによる電圧位相の測定は、基本周波数によ
る所定の時間間隔としていた。このため、系統の実際の
周波数が基本周波数と僅かながらずれた場合、位相の測
定結果は絶対値としては意味がなく、Ａ，Ｂ両地点での
測定値の差分に意味があった。

【００７４】例えば、電力系統の実際の周波数が５０．
１Ｈｚであったとすると、基本周波数５０Ｈｚとは０．
２％の誤差がある。この０．２％の誤差分は、１００秒
間では０．２秒に相当する。そして０．２秒は５０Ｈｚ
に対しては１０×３６０°に相当する。

【００７５】従って、電圧の零点を基準として時間カウ
ントを始めても、既に１０秒も継続すれば、電圧位相と
位相計測タイミングの関係は誤差分のみで、殆ど関連性
がなくなってしまう。これに対し、計測タイミングを系
統の実際の周波数の１サイクルの時間と厳密に合わせて
おけば、位相測定結果に絶対値としての意味を持たせる
ことができる。

【００７６】このような目的を果たすのが図11に示した
実施例である。図11において、111は系統電圧を入力と
した電圧周期測定手段である。平常時は周期測定手段11
1 により、系統電圧の１サイクルの周期を厳密に測定す
る。

【００７７】電圧の負から正又は正から負への変化時点
の零点の周期を測定するわけであるが、電圧自身の揺ら
ぎ等による誤差を軽減するために、例えば１０サイクル
間の時間を測定し、その平均をとるというような処理を
すれば、高精度に電圧の平常状態での周期が測定でき
る。

【００７８】又、その測定精度は例えば１ＭＨｚのクロ
ックを用いるとすると、時間測定の刻みは１マイクロ秒
である。１マイクロ秒は５０Ｈｚの基本周波に対しては
０．０１８°に相当する。従って、１ＭＨｚ程度のクロ
ックでも十分電力系統の１周期の長さを正確に測定でき
る。

【００７９】電圧周期測定手段111 は事故検出の指令に
より系統事故発生時点で電圧事故測定を停止し、系統事
故発生前の電圧周期を記憶する。そして、系統事故発生
後、装置が起動された後では測定された事前の電圧周期
に従って、その整数倍の時間間隔で６５又は９７のクロ
ックから電圧位相測定のタイミングを指定する。

【００８０】このように、事前の電圧周期に厳密に同期
した時間間隔で電圧位相を測定することは、測定された
位相が事前電圧との位相変化を直接示すものであり、測
定値の絶対値に意味を持たせることができる。

【００８１】Ａ，Ｂ両地点で装置起動後の電圧位相測定
の間隔を同一としておき、その測定結果を伝送しあうこ
とにより、互いの位相関係が判り、系統動揺を把握する
ことができる。因みに、事前の電圧周期測定は１０^-6精
度のクロックを用いれば、図６の場合と同じように１０
０秒後の誤差が０．１ｍｓ以内であり、本発明の趣旨に
十分応えられる精度である。

【００８２】本実施例によれば、装置起動後の電圧位相
測定結果を、起動後の位相変化分としての意味を持たせ
ることできる。このことは、相手端装置での測定結果と
の差分を求めなくても、自端の電圧が事前電圧と比べて
進み方向なのか、遅れ方向なのかを識別できることにな
る。

【００８３】上記実施例では正確なクロックを用いて事
前の電圧位相の周期を零点から零点への時間を直接計時
することにより厳密に測定する手法を記した。しかし、
この場合周期測定の専用回路を必要とするのが通常であ
る。

【００８４】今日の電力系統制御・保護装置では、図２
の構成で示した通り、一定時間間隔で電圧の瞬時値が測
定される。この瞬時値を用いて電圧の１サイクルの周期
を厳密に測定できれば専用のハードウェアを要さずに所
期の目的が得られる。

【００８５】図12は電圧瞬時値の測定値から１サイクル
の周期を測定する方法を示す。時刻ｔ_m-1からｔ_mの間
では、所定間隔でサンプリングされた電圧瞬時値データ
が負から正に変化する。

【００８６】このとき、負のデータを−ｖ（ｔ_m-1）、
正のデータをｖ（ｔ_m）とすると、零点付近では正弦波
はほぼ直線で近似できることを念頭におくと、負のデー
タのサンプリング時点ｔ_m-1から電圧零点ｔ₀までの時
間は(4) 式で示される。

【数４】ｔ₀−ｔ_m-1＝（ｔ_m−ｔ_m-1）×ｖ（ｔ_m-1）／（ｖ（ｔ_m）＋ｖ（ｔ_m-1）） ……(4)

【００８７】このように、データ・サンプリング時点か
ら電圧零点までの時間が計算できれば、電圧零点間、即
ち、電圧１サイクルの周期が正確に計算できる。電圧周
期の計算は、例えば５サイクル分等、比較的長時間の零
点間の時間を測定することにより、より正確な周期測定
が行なわれることは前述の例と同様である。

【００８８】又、(4) 式では直線近似での例を示した
が、(2) 式において絶対位相を求めサンプリング時点と
零点の時間を計算することも可能である。又、更にサン
プリングデータが正弦波上にあることを前提として、よ
り厳密に零点への時間を計算することも可能である。

【００８９】しかし、今日、データ・サンプリングの周
波数は高くなる方向にあり、正弦波を３〜５°程度の間
隔でサンプリングすることが普通の技術である。このよ
うに、密にデータ・サンプリングが行なわれるのであれ
ば、(4) 式における直線近似で十分な精度の結果が得ら
れる。

【００９０】本実施例によれば、電圧零点の時刻を直線
計測せずに、零点とは非同期で一定時間間隔で計測され
た瞬時値データから電圧の周期を厳密に測定できる。

【００９１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば低
速かつデータ・サンプリングの同期を不要とした通常の
廉価な伝送路を使用して、遠隔地の電圧位相差を求める
ことができる。従って、廉価な伝送系を用いて得られた
電圧位相差から系統の動揺や脱調の様相を把握でき、系
統安定化制御を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電力系統動揺検出装置の一実施例
の構成図。

【図２】演算部の構成例図。

【図３】所定観測時点と電圧零点からの時間を測定する
ことにより、観測時点の電圧位相を求める様子を示す
図。

【図４】Ａ地点電圧の位相を基準としてＢ地点での電圧
位相が動揺している様子を示す図。

【図５】電力系統動揺検出装置の他の実施例の構成図。

【図６】電圧零点を基準として時間カウントをするため
のクロック制御を示す図。

【図７】図６の構成に対応するクロックのカウント値の
変化を示す図。

【図８】Ａ，Ｂ両地点での時刻後の電圧位相変化と本発
明による位相測定の関連を示す図。

【図９】時間計測の基点となる時刻を系統事故前とする
ための制御回路図。

【図10】図９に対するカウント値の変化の様子を示す
図。

【図11】事故後の電圧位相計測の周期を事故前の電圧の
周期に厳密に合わせるための制御回路図。

【図12】電圧零点とは非同期のサンプリング・タイミン
グで得られた瞬時値から電圧周期を厳密に計測する手法
の説明図。

【図13】一般的な連系系統図。

【図14】図13の系統における系統動揺・脱調の典型的パ
ターンを示す図。

【図15】遠方にある電圧同士を同期をとってサンプリン
グしてその間の位相を測定する様子を示す図。

【符号の説明】

11A ，11B 系統安定化装置 12A ，12B 演算部 13A ，13B 刻時装置 23A ，23B クロック装置 55 中央計算機 61 系統事故検出手段 62 Ｆ／Ｆ 63 電圧零点検出手段 64 インヒビット回路 65，97 クロック手段 96 データ受け渡し手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電力系統の異地点での各端末装置にて電
圧位相を検出して相互に伝送し合い、事故発生後の前記
電圧位相情報をもとに系統動揺の発生を検出する電力系
統動揺検出装置において、前記各端末装置には絶対時刻
を正確に計測するために設けた計時手段と、所定の時刻
毎に電圧位相を計測する手段と、計測された電圧位相情
報を伝送する手段と、前記伝送された電圧位相情報をも
とに系統動揺を検出する手段とを備えたことを特徴とす
る電力系統動揺検出装置。
【請求項２】電力系統の異地点での各端末装置にて電
圧位相を検出して相互に伝送し合い、事故発生後の前記
電圧位相情報をもとに系統動揺の発生を検出する電力系
統動揺検出装置において、前記異地点間の平常時の電圧
位相差を検出する第１の手段と、電力系統の擾乱を検出
して装置を起動する第２の手段と、前記起動後の経過時
間を起動時の電圧の零点又は所定の位相を基準として正
確に計測する第３の手段と、前記第３の手段により定め
られる所定時間後に順次電圧位相を計測する第４の手段
と、前記第４の手段により計測された電圧位相情報を伝
送する第５の手段と、前記第５の手段により伝送された
電圧位相情報をもとに異地点間の電圧位相を計測し系統
動揺を検出する第６の手段とを備えたことを特徴とする
電力系統動揺検出装置。
【請求項３】第３の手段による計時機能の基準点は、
第２の手段による装置起動より以前の時点とすることを
特徴とする請求項２記載の電力系統動揺検出装置。
【請求項４】第３の手段に代えて、装置起動前の電圧
の零点間の周期を正確に測定する第７の手段を付加し、
前記第７の手段によって求められた電圧周期の整数倍の
値を電圧位相測定の所定時間間隔とすることを特徴とす
る請求項２記載の電力系統動揺検出装置。
【請求項５】第７の手段による電圧の周期測定が、正
確なクロックを用いた電圧の零点間の時間計測によるこ
とを特徴とする請求項４記載の電力系統動揺検出装置。
【請求項６】第７の手段による電圧の周期測定が、所
定時間毎の電圧の測定瞬時値から電圧零点を推定して、
電圧の零点間の時間計測によることを特徴とする請求項
４記載の電力系統動揺検出装置。