JPH02101929A - 電力系統監視制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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１１１Ｎ＠ｌ！ど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間
してはオペレータの判断に委ねられている。しかし電圧
の安定度隈界がどこにあるかを知る方法がなかったなめ
、過去に経験されていない特異な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
統の現在又は将来の電圧安定度隈界を求めると同時に、
現在又は将来の系統電圧の安定度の程度を判定し、オペ
レータに対して必要な諸データを提示することによって
、電力系統のより一層安定な運転ができるように支援を
する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。

［発明の構成コ （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、第２図にて
説明する。本発明は電力系統１からの系統情報を情報伝
送手段２−１　、３　、２−２を介して電子計算機４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５に出力する電力系統監視
制御システムにおいて、情報伝送手段を介して伝送され
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（ＳＩＯ）と、過去の実績あるいは総需要
予測結果より数分先あるいは数時間先の将来の電力系統
の状態を予測する将来系統状態予測手段（Ｓ２０）と、
前記系統状態決定手段並びに将来系統状態予測手段の結
果をもとにして電圧の安定限界を求める安定度隈界計算
手段（Ｓ３０）ど、前記電圧の安定度隈界より系統電圧
の安定度の程度を判定する安定度監視手段（３４０）と
、前記安定度監視手段と総需要予測結果を用いて電圧が
不安定に近づくとき調整完了すべき時間を求める調整時
間計算手段（Ｓ５０）と、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効果量計算手
段（ｓｅｏ＞と、系統電圧が不安定であるときこれを安
定にするために必要な調整量を求める調整量計算手段（
３７０）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（Ｓ８０）とから構成した。

（作　用） 先ず、系統状態決定手段が情報伝送手段より入力される
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、将来系統予測手段は過去の実績あるい
は総需要予測結果より数分先あるいは数時間先の将来の
状態を決定する。次いで電圧安定度隈界計算手段が系統
状態決定手段及び将来系統状態予測の結果を初期値とし
て用いて電圧安定度隈界を求める。次に安定度監視手段
が系統状態決定手段並びに将来系統状態予測手段と電圧
安定度隈界計算手段の結果とを用い現在並びに将来の電
力系統の電圧安定度のレベルを判定し、調整時間計算手
段が不安定回避のための電圧の調整時間を決定する。さ
らに効果量計算手段は系統状態決定手段並びに将来系統
状態予測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ｒＢ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側口である。

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、電子計算１１４の処理結果を
表示するマンマシン・インターフェース装ｆｉ（ＭＭＩ
）５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ｒＷＪｒ’Ｊ’ｌ状態、変圧機のタ
ッグ位置等がある。したがって電子計算機４は電力系統
からの前記各現在計測情報を入力し、これらの現在情報
をもとに数分先あるいは数時間先の将来電力系統状態の
予測データを後述する電圧安定度に関して処理を行い、
その結果としての種々の電圧安定度に関するデータをＭ
ＭＩ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数少２乗推定法により求める。将
来系統状態予測手段Ｓ２０は総需要予測データ、発電機
出力の予測配分値等より数分先、あるいは数時間先の電
力系統状態を予測する。安定度隈界計算処理Ｓ３０では
前記した系統状態決定処理Ｓ１０及びＳ２０の結果を初
期値として利用し、電圧の安定度隈界を求める。

安定度監視処理３４０では前記各処理３１０．　Ｓ２０
及び３３０の結果を用いて、現在並びは将来の電力系統
の安定度についての状態を判定する。調整時間計算処理
Ｓ５０では処理Ｓ２０及び処理Ｓ３０の結果を用いて、
将来系統電圧が不安定になるまでの時間を求める。効果
量計算処理Ｓ６０では前記した処理Ｓ１０及び３２０の
結果を用いて、現在並びに将来で電力系統の電圧調整機
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Ｓ７０では前記各処理３４０．　Ｓ６０の結果を用い
て現在並びに将来で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
Ｓ８０では前記各処理の結果としての種々のデータをＭ
ＭＴ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。

情報伝送手段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メート電圧、電圧の位相角を重み
付き最少２乗推定方法、すなわち状Ｂ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、すなわちメート電圧とその位相、
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
かれたより確が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。

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
ように変化するかをグロットした図である。

将来系統状態予測手段３２０は将来時点の総需要予測デ
ータ、発電機出力、融通電力等の予測配分値、電力系統
変更スゲジュール、発電機のＡＶＲ基準値パターン等か
ら将来時点の電力系統状態データを求めるが、求められ
た電力系統状態データを用いて個別ＶＱＣ等の独立制御
機器の応動を模擬して、再度電力系統状態を見直して潮
流計算を行なうことにより、将来時点の最終的な電力系
統状態データを得る。

安定度隈界計算処理Ｓ３０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、成る
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
間点が電圧安定限界となる。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より、需要を成る量だけ増加さ
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根をニュートン・ラフフン法のよう
な逐次修正法のよって求める場合、複数の解のうちどの
解が得られるかは根の初期値、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■の中間点とが安定限界となる。すなわち■と［相］
を結ぶ線が安定限界となる。

又、現時点■と臨界点■の総需要有効電力の差（これを
Ｐ余裕と呼ぶ）を求める。同様な手順により、将来系統
状態予測手段Ｓ２０が求めた将来系統状態に対して安定
度隈界を求める。

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３４０は安定限界計算処理回路Ｓ　３０が求めた
第４図に示されているような電圧安定度隈界曲線に対し
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１ＩＶｓ＝Ｖ　　−ＶＳＬ　＜Ｐ、）■
ｔ：現在並びに将来系統電圧 ｖｓｔ（ｐ）　：電力総需要Ｐのときの安定度隈界Ｐ：
総需要 Ｐｔ：現在並びに将来の総需要 （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。

調整時間計算処理Ｓ５０は、将来系統状態予測処理Ｓ２
０で用いた総需要予測データと安定限界計算処理３３０
で求めたＰ余裕値を用いて系統電圧を不安定にしないよ
うな電圧制御機器の調整時間を求ぬる。第５図を用いて
調整時間計算の方法を説明する。総需要予測カーブをＰ
　（ｋ＋ｔ）、現時点にの総需要実績をＰｋ、現時点ｋ
におけるＰ余裕をΔＰｋとする。これらの値を用いて調
整時間上には、 Ｐ　＋ΔＰｋ＝Ｐ　（ｋ＋ｔ、） なる関係を満足する最小のｔｋとして求まる。

効果量計算処理Ｓ６０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呈を求める。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隈
界電圧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Δ■／ΔＣ１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
前も調整後もメート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、Ｃ，θ）＝０　　　　　　　・・・・・・（３
）Ｇ（Ｖ、Ｃ，θ）−〇　　　　　　　・・・・・・（
４）ここで、Ｆ、Ｇはベクトルである。

調整後： Ｆ（Ｖ＋ＡＶ、Ｃ＋　ＡＣ、ｅ　　＋Ａ　θ　）＝０　
　　−＜５）ｑ Ｇ（Ｖ＋ＡＶ、Ｃ＋　ＡＣ、ｅ　　＋Ａ　θ）＝Ｏ・　
（６）ｑ となる、ここで、 ■二ノード電圧 θ：ノード電圧の位相角 Ｃ：コンデンサー（ＳＣ）やりアクドル（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、ｃ　　　＋　ΔＣｑ　、　θ　十Δθ）ｑ ＝Ｆ（Ｖ、Ｃ，θ）＋Ｆ、・Δ■ 十Ｆ　　　　・　Δ　Ｃ＋　　Ｆ　θ　・　Δ　θ　　
　・・・　（７）ＣＱ　　　　　　Ｑ Ｇ（Ｖ十ΔＶ、Ｃ＋　ＡＣ、θ　　＋Δ　θ　）Ｃｑ ＝Ｇ（Ｖ、　　Ｃ、０）＋Ｇｖ　−ＡＶ十Ｇ　　　・　
Δ　Ｃ＋Ｑ　　θ　・　Δ　θ　　　・・・　（８）Ｃ
ｑ　　　　　ｑ となる。ここで、 Ｆ　　、Ｆ　　　、Ｆ　　　、Ｇ、Ｇ　　　、Ｇ　　：
テーラｖ　　　ｃｑ　　　θ　　ｖ　　　ｃｑ　　　θ
展開係数のマトリックスである。

したがって、 Ｆ　　　　−ＡＶ＋Ｆ　　　　−ＡＣ＋Ｆ　　θ−Ａ　
　θ　＝Ｏ（９）ｖ　　　　　ｃｑ　　　　ｑ Ｇ　　　　・　ＡＶ＋Ｇ　　　　−ＡＣ＋　Ｇ　　θ−
Ａ　　θ　＝Ｏ（１０）Ｖ　　　　　ＣＱ　　　　Ｑ であり、ＳＣまたはＳｈＲの投入または解放の場合は、
Ｆ　＝０であるから＜９Ｌ　（１０）式よりΔθをＣｑ 消去して、 ΔＶ／ΔＣ＝−（Ｃ−Ｆ　　　Ｆ　　）　　−Ｇ、ｑｑ
　　　　　ｖ　　　θ　　Ｖ ・・・（１１） となる。ここで、処理３４０の結果であるＶとθを用い
てＧ、ＦＦＧ　　の計算を行なう。

Ｖ　　　　θ・　　ｖ’　　　ｃｑ 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６図に示す。

調整時計算処Ｉ！Ｉ！Ｓ　７０は処理Ｓ４０により系統
電圧が不安定と判定された場合、すなわち現在並びに将
来の系統電圧が電圧安定度隈界曲線ＶＳＬ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ｊｌＲを求
める。系統電圧を第４図に示されている電圧安定度隈界
曲線ＶＳＬ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Ｓ４０が求めた電圧安定度ＩＶＳより
次のように決める。

ＶＵＰ＝−ＩＶＳ＋（Ｚ　　　　　　　−−・−（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Ｓ６０の結果である（１１）式のΔＶ／Δ
Ｃを用いて、 Ｒ＝ＶＵＰ÷（ΔＶ／ΔＣ）　　・・・・・・　（１３
）によって調整量Ｒを求める。

出力処理Ｓ８０は前記各処理ＳＩＯ，Ｓ２０．３３０゜
Ｓ４０．　Ｓ５０．　Ｓ６０．　Ｓ７０の結果をＣＲＴ
表示装置のようなＭＭＩ装置に出力する。例えば処ｉ”
ｌ　Ｓ　４０が判定した系統電圧の安定度の程度に対応
したアラームメツセージを表示する。第７図は処理３１
０が決定した系統電圧の現在値と処理Ｓ３０が決定した
電圧安定度隈界曲線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
圧に間して、電圧の安定性に間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Ｓ７０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。

［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
に関して現在並びに将来の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
る調整量と調整時間を表示するようにしたので、オペレ
ータに・とって−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側口、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図は調整時間計算の説明図、第６図は調整
機器の効果量の例を示す図、第７図はＭＭＩへの表示例
図、第８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。 Ｓ１０・・・系統状態決定処理 Ｓ２０・・・将来系統状態予測処理 Ｓ３０・・・安定度隈界計算処理 Ｓ４０・・・安定度監視処理 Ｓ５０・・・調整時間計算処理 ｓｅｏ・・・効果量計算処理 Ｓ７０・・・調整量計算処理 Ｓ８０・・・出力処理

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電力系統からの系統情報を情報伝送手段を介して電子計
   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、情報伝送手段を介して伝送
   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、過去の実績あるいは総需要予測結
   果より数分先あるいは数時間先の将来の電力系統の状態
   を予測する将来系統状態予測手段と、前記系統状態決定
   手段並びに将来系統状態予測手段の結果をもとにして電
   圧の安定限界を求める安定度限界計算手段と、前記電圧
   の安定度隈界より系統電圧の安定度の程度を判定する安
   定度監視手段と、前記安定度監視手段と総需要予測結果
   を用いて電圧が不安定に近づくとき調整完了すべき時間
   を求める調整時間計算手段と、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効果量計
   算手段と、系統電圧が不安定であるときこれを安定にす
   るために必要な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。