JPH0681423B2 - 電力系統安定化方法 - Google Patents
電力系統安定化方法Info
- Publication number
- JPH0681423B2 JPH0681423B2 JP5361085A JP5361085A JPH0681423B2 JP H0681423 B2 JPH0681423 B2 JP H0681423B2 JP 5361085 A JP5361085 A JP 5361085A JP 5361085 A JP5361085 A JP 5361085A JP H0681423 B2 JPH0681423 B2 JP H0681423B2
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- JP
- Japan
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- accident
- power system
- energy
- angular frequency
- power
- Prior art date
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- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、電力系統に１事故が発生した時に発電機の
脱調の有無を判別（安定判別）し、また制御により系統
が不安定になるのを防止する系統安定化方法に関するも
のである。
脱調の有無を判別（安定判別）し、また制御により系統
が不安定になるのを防止する系統安定化方法に関するも
のである。
発電機等の回転機の基本運動方程式は一般に下式で表さ
れる。
れる。
ＭΔ＝PM−Pe ただし、M:慣性定数、δ：相差角（‥は二階微分）、
PM：機械的入力、Pe：電気的出力。
PM：機械的入力、Pe：電気的出力。
従来は上式を二度積分して相差角δを求め、整定値と比
較するアングル法により、又は両辺をδで積分し、エネ
ルギー量で比較するエネルギー法により、回転機の運動
状態を判断していた。
較するアングル法により、又は両辺をδで積分し、エネ
ルギー量で比較するエネルギー法により、回転機の運動
状態を判断していた。
次に従来の安定判別方法について説明する。回転機の安
定判別の説明には電力・相差角曲線がよく使われるので
まずそれから説明する。回転機の特性を示す第１図にお
いて、１は相差角δの座標軸、２は電気的出力Peの座標
軸、PMは初期機械的入力、δｓは初期（事故前）に入力
出力が平衡している時の相差角、δｃはこれ以上相差角
が増大すれば、回転機が脱調していく臨界相差角、6a・
6b・6cは電気的入力Peの相差角δに対する軌跡で、6aは
事故前、6bは事故中、6cは事故除去後（事故ラインを開
放する事により事故除去する。）の軌跡をそれぞれ示
す。Ａは事故中に回転機に蓄積され、回転機を脱調させ
様とする運動エネルギー量に相当する面積、Ｂは事故除
去後、回転機が放出可能なエネルギー量に相当する面積
である。
定判別の説明には電力・相差角曲線がよく使われるので
まずそれから説明する。回転機の特性を示す第１図にお
いて、１は相差角δの座標軸、２は電気的出力Peの座標
軸、PMは初期機械的入力、δｓは初期（事故前）に入力
出力が平衡している時の相差角、δｃはこれ以上相差角
が増大すれば、回転機が脱調していく臨界相差角、6a・
6b・6cは電気的入力Peの相差角δに対する軌跡で、6aは
事故前、6bは事故中、6cは事故除去後（事故ラインを開
放する事により事故除去する。）の軌跡をそれぞれ示
す。Ａは事故中に回転機に蓄積され、回転機を脱調させ
様とする運動エネルギー量に相当する面積、Ｂは事故除
去後、回転機が放出可能なエネルギー量に相当する面積
である。
アングル法は、回転機の基本方程式ＭΔ＝PM−Peを二
度積分する事により相差角δ＝Δδ＋δ０（初期値）が
臨界位相角δｃを越えるか否かで安定判別を行なう。こ
の場合、積分する事により必然的に出てくる相差角の初
期値（事故前の値なのでδｓに相当）を実際の系統から
求めるには相差角の基準原点の設定場所や潮流断面によ
つても変化する等の問題があり、その値の信頼度は低い
ものであつた。
度積分する事により相差角δ＝Δδ＋δ０（初期値）が
臨界位相角δｃを越えるか否かで安定判別を行なう。こ
の場合、積分する事により必然的に出てくる相差角の初
期値（事故前の値なのでδｓに相当）を実際の系統から
求めるには相差角の基準原点の設定場所や潮流断面によ
つても変化する等の問題があり、その値の信頼度は低い
ものであつた。
ただし、δ０は初期値（＝δｓ）である。
又、臨界位相角δｃも相差角として求めるには位相角δ
ｓと同様の理由により極めて困難であり、180°等の値
が便宜上オフラインで与えられているに過ぎなかつた。
ｓと同様の理由により極めて困難であり、180°等の値
が便宜上オフラインで与えられているに過ぎなかつた。
エネルギー法は回転機の基本方程式ＭΔ＝PM−Peの両
辺を積分し、 （以下、式（Ｉ）と呼ぶ）の形、すなわち両辺をエネル
ギーの形で比較し、安定判別する方法である（力学モデ
ルにおいて、質量ｍの物体が外部からの力Ｆによりx1か
らx2まで移動した時に速度がΔｖだけ増加した場合、 で示されるがこの式との対比で式（Ｉ）がエネルギー量
の比較である事が理解できる）。
辺を積分し、 （以下、式（Ｉ）と呼ぶ）の形、すなわち両辺をエネル
ギーの形で比較し、安定判別する方法である（力学モデ
ルにおいて、質量ｍの物体が外部からの力Ｆによりx1か
らx2まで移動した時に速度がΔｖだけ増加した場合、 で示されるがこの式との対比で式（Ｉ）がエネルギー量
の比較である事が理解できる）。
式（Ｉ）の左辺は事故中に蓄えられる運動エネルギー
（以下EKと表記する。）で面積Ａに相当する。
（以下EKと表記する。）で面積Ａに相当する。
ただし、ｔ＝０事故発生の時刻、ｔ＝tf事故除去の時刻
である。
である。
式（Ｉ）の右辺は事故除去後に放出可能なエネルギー量
で面積Ｂに相当し、両辺の大小関係（面積ＡとＢの大
小）で安定判別を行なうわけである。
で面積Ｂに相当し、両辺の大小関係（面積ＡとＢの大
小）で安定判別を行なうわけである。
ところで電力工学の教える所により、Pe＝α・sinδの
関係があり、αは電力系統の構成で決まる値なので、事
故除去後に放出可能なエネルギー量は電力系統に固有の
耐力（強靱さ）を表わす量と言える。よつてエネルギー
法とは事故中に蓄えられた運動エネルギーEKと電力系統
に固有の耐力（以下、ポテンシヤルエネルギーEcと呼
ぶ）を比較することにより、安定判別を行なう方法と言
換えられる。実際にポテンシヤルエネルギーEcを求める
にはシミユレーシヨンで安定と不安定の臨界事故除去時
刻tcを求め式（Ｉ）で等号が成立した時の左辺で計算で
きる。
関係があり、αは電力系統の構成で決まる値なので、事
故除去後に放出可能なエネルギー量は電力系統に固有の
耐力（強靱さ）を表わす量と言える。よつてエネルギー
法とは事故中に蓄えられた運動エネルギーEKと電力系統
に固有の耐力（以下、ポテンシヤルエネルギーEcと呼
ぶ）を比較することにより、安定判別を行なう方法と言
換えられる。実際にポテンシヤルエネルギーEcを求める
にはシミユレーシヨンで安定と不安定の臨界事故除去時
刻tcを求め式（Ｉ）で等号が成立した時の左辺で計算で
きる。
ω＝Δω＋ω０、ω０は角速度の初期値で、ω０＝２π
0、0＝50Hz又は60Hzと決つているので、安心して偏
差Δωのみを考えればよい。この形で計算すれば、アン
グル法の様に位相角δｓ、臨界位相角δｃに煩わされる
事がなく、潮流断面を変えてポテンシヤルエネルギーEc
を数段出しておけば制御量も決定できる。例えば、全台
運転の潮流断面→Ec→この値で不安定となれば１台制御
することが必要となる。また（全台−１台）運転の潮流
断面→Ec′→この値で不安定となればもう１台制御する
ことが必要となる。
0、0＝50Hz又は60Hzと決つているので、安心して偏
差Δωのみを考えればよい。この形で計算すれば、アン
グル法の様に位相角δｓ、臨界位相角δｃに煩わされる
事がなく、潮流断面を変えてポテンシヤルエネルギーEc
を数段出しておけば制御量も決定できる。例えば、全台
運転の潮流断面→Ec→この値で不安定となれば１台制御
することが必要となる。また（全台−１台）運転の潮流
断面→Ec′→この値で不安定となればもう１台制御する
ことが必要となる。
このようにエネルギー法は、運動エネルギーが計算され
た時点、すなわち事故除去直後に安定判別に入れるの
で、高速制御が可能である。しかし、実際に制御されて
系統構成が変化した後の系統の持つ耐力と事前にシミユ
レーシヨンで出したポテンシヤルエネルギーEc′，Ec″
等との誤差により完全に安定化されない場合は、実系統
のポテンシヤルエネルギーEcをオンラインで計算するの
が簡単でないため、エネルギー法による後追制御は容易
でないと云う欠点もあつた。
た時点、すなわち事故除去直後に安定判別に入れるの
で、高速制御が可能である。しかし、実際に制御されて
系統構成が変化した後の系統の持つ耐力と事前にシミユ
レーシヨンで出したポテンシヤルエネルギーEc′，Ec″
等との誤差により完全に安定化されない場合は、実系統
のポテンシヤルエネルギーEcをオンラインで計算するの
が簡単でないため、エネルギー法による後追制御は容易
でないと云う欠点もあつた。
この発明は、高速制御が可能なエネルギー法を初段制御
に用い、後追制御には角周波数で後追制御を可能にした
もので、角周波数ωがエネルギー法の安定判別演算の途
中に出てくる で計算される量なので、計測項目を増加させることな
く、また演算過程もエネルギー法と共用できる部分が多
いので制御プログラムを別々に作る必要をなくし、しか
も異種原理で安定判別するので、信頼性の向上も可能に
した系統安定化方法を提供することを目的とする。
に用い、後追制御には角周波数で後追制御を可能にした
もので、角周波数ωがエネルギー法の安定判別演算の途
中に出てくる で計算される量なので、計測項目を増加させることな
く、また演算過程もエネルギー法と共用できる部分が多
いので制御プログラムを別々に作る必要をなくし、しか
も異種原理で安定判別するので、信頼性の向上も可能に
した系統安定化方法を提供することを目的とする。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第２
図において、９は電力系統、10は安定化対象である発電
機ユニツト、11は瞬時電圧を計測するための変圧器、12
は瞬時電流を計測するための変流器、13は変圧器11及び
変流器12からの各データを瞬時電力に変換する電力変換
器、14は安定判別及び必要制御量を算出する演算処理装
置、15は遮断指令を出す出力装置、16は遮断指令によつ
て開放される遮断器、17はデータの伝送又は遮断指令の
伝送のためのケーブル（無線を介して伝送する場合は送
受信装置も含む）である。初段制御に用いるエネルギー
法は事故中に蓄えられる運動エネルギー と事前にシミユレーシヨンにより算出されたポテンシヤ
ルエネルギーEcの比較によつて安定判別をする。まず運
動エネルギーEKの具体的な計算方法としては常時、瞬時
有効電力Peをオンラインで計測し、そのレベル又は電圧
Ｖのレベル瞬時有効電力（Pe算出のための電圧Ｖは当然
計測している。）で事故発生を検出し、事故発生前のPe
のレベルすなわち初期の機械的入力PMとオンラインで刻
々と入つてくる瞬時有効電力Peとの差を事故発生時刻ｔ
＝０から事故除去時刻tfまで（１）式で積分すればよ
い。事故除去も事故発生と同様に瞬時有効電力Pe又は電
圧Ｖのレベルで検出するものとする。Ｍは制御対象の慣
性定数の合計で、事故発生前の瞬時有効電力Peレベルよ
り運転台数が判明するので、単機の慣性定数を事前に整
定しておけばよい。この様に運動エネルギーEcは事故除
去時点で求まるのでポテンシヤルエネルギーEcを事前に
整定しておけばすぐに安定判別に入ることができる。
図において、９は電力系統、10は安定化対象である発電
機ユニツト、11は瞬時電圧を計測するための変圧器、12
は瞬時電流を計測するための変流器、13は変圧器11及び
変流器12からの各データを瞬時電力に変換する電力変換
器、14は安定判別及び必要制御量を算出する演算処理装
置、15は遮断指令を出す出力装置、16は遮断指令によつ
て開放される遮断器、17はデータの伝送又は遮断指令の
伝送のためのケーブル（無線を介して伝送する場合は送
受信装置も含む）である。初段制御に用いるエネルギー
法は事故中に蓄えられる運動エネルギー と事前にシミユレーシヨンにより算出されたポテンシヤ
ルエネルギーEcの比較によつて安定判別をする。まず運
動エネルギーEKの具体的な計算方法としては常時、瞬時
有効電力Peをオンラインで計測し、そのレベル又は電圧
Ｖのレベル瞬時有効電力（Pe算出のための電圧Ｖは当然
計測している。）で事故発生を検出し、事故発生前のPe
のレベルすなわち初期の機械的入力PMとオンラインで刻
々と入つてくる瞬時有効電力Peとの差を事故発生時刻ｔ
＝０から事故除去時刻tfまで（１）式で積分すればよ
い。事故除去も事故発生と同様に瞬時有効電力Pe又は電
圧Ｖのレベルで検出するものとする。Ｍは制御対象の慣
性定数の合計で、事故発生前の瞬時有効電力Peレベルよ
り運転台数が判明するので、単機の慣性定数を事前に整
定しておけばよい。この様に運動エネルギーEcは事故除
去時点で求まるのでポテンシヤルエネルギーEcを事前に
整定しておけばすぐに安定判別に入ることができる。
次にそのポテンシヤルエネルギーEcの具体的な計算方法
を述べる。制御対象となる系統及び潮流断面を使い、シ
ミユレーシヨンで事故を起し、事故除去時間を変化さ
せ、事故が除去されても脱調現象が起り出す安定限界を
求める。その時の事故除去時刻tcを（１）式に対入すれ
ば、その時の運動エネルギーEK＝臨界のポテンシヤルエ
ネルギーEcが求まる。事故点としては最も厳しい脱調現
象の起る点としておけば、安全サイドのポテンシヤルエ
ネルギーEcが求まる。次に、潮流断面を全機運転中、全
発電所１台停止、全発電所２台停止……と逐次変化させ
前述の方法でポテンシヤルエネルギーEcを求めると、そ
れぞれの潮流断面に対応したポテンシヤルエネルギーEc
（全台運転）、Ec（全発電所１台停止）、Ec（全発電所
２台停止）……が求まり、（１）式で計算された運動エ
ネルギーEKがポテンシヤルエネルギーEcのレベルを越え
るかによつて制御台数が求まる。
を述べる。制御対象となる系統及び潮流断面を使い、シ
ミユレーシヨンで事故を起し、事故除去時間を変化さ
せ、事故が除去されても脱調現象が起り出す安定限界を
求める。その時の事故除去時刻tcを（１）式に対入すれ
ば、その時の運動エネルギーEK＝臨界のポテンシヤルエ
ネルギーEcが求まる。事故点としては最も厳しい脱調現
象の起る点としておけば、安全サイドのポテンシヤルエ
ネルギーEcが求まる。次に、潮流断面を全機運転中、全
発電所１台停止、全発電所２台停止……と逐次変化させ
前述の方法でポテンシヤルエネルギーEcを求めると、そ
れぞれの潮流断面に対応したポテンシヤルエネルギーEc
（全台運転）、Ec（全発電所１台停止）、Ec（全発電所
２台停止）……が求まり、（１）式で計算された運動エ
ネルギーEKがポテンシヤルエネルギーEcのレベルを越え
るかによつて制御台数が求まる。
次に角周波数ωを利用した後追制御について説明する。
によつて事故発生と同時に積分を開始し、初段制御が安
定と判別した場合はその直後から、不安定と判別した場
合には補助リレー・遮断器の動作時間を考慮して遮断が
完了すると予想される時刻からの点のデータより最小二
乗法等の手法でΔωの推移を予測する。そしてΔωの符
号が反転すれば電力系統は安定（第３図ａ）、しなけれ
ば不安定（第３図ｂ）と判別する。この安定判別原理の
意味は、臨界位相角δｃに達する以前に運動エネルギー が０になるか否か、すなわち が０点を通過し符号が反転するかを調べているもので、
第４図の力学モデルと比較すると理解し易い。臨界位相
角δｃを通過する前に運転エネルギー＝０となり、逆戻
りして安定平衡点に向う物体の速度Δｖの符号が18から
19に反転するのと、同等である。遮断台数を求めるに
は、遮断台数分だけPM，Pe,Mを変化させΔωの符号が変
化する様にすればよい。具体的には （ここでｎ＝初段制御後の運転台数、ｍ＝求める必要制
御台数、Ｚ＝初段制御後のトランスのインピーダンス＋
系統中心までのラインインピーダンス、Ｚ′＝ｍ台遮断
したと仮定した場合のその後のトランスのインピーダン
ス＋系統中心までのラインインピーダンスでシミユレー
シヨンで遮断を行なつてみる事により が求まる。）を（２）式に代入しΔωの符号の反転する
必要制御台数ｍを求める。（初段制御で遮断があつた場
合は後追制御の前にPM、Ｍを同様に修正し、電気的出力
Peは実測値を用いて（１）式で計算を継続しておく。） 〔発明の効果〕 以上の様に、この発明によれば、エネルギー法を利用す
る事により事故除去時点で安定判別に入れるので高速制
御が可能となり、角周波数ωに着目する事で後追制御も
可能となり、又 と云う積分計算が両制御で共通なので、計測項目をふや
す必要がなく、従つてプログラムも共有でき、作成時間
の短縮化につながり、又演算処理時間もさほど増加せ
ず、二つの異なつた安定判別原理を組合せる事により信
頼性の向上も図れる効果がある。
定と判別した場合はその直後から、不安定と判別した場
合には補助リレー・遮断器の動作時間を考慮して遮断が
完了すると予想される時刻からの点のデータより最小二
乗法等の手法でΔωの推移を予測する。そしてΔωの符
号が反転すれば電力系統は安定（第３図ａ）、しなけれ
ば不安定（第３図ｂ）と判別する。この安定判別原理の
意味は、臨界位相角δｃに達する以前に運動エネルギー が０になるか否か、すなわち が０点を通過し符号が反転するかを調べているもので、
第４図の力学モデルと比較すると理解し易い。臨界位相
角δｃを通過する前に運転エネルギー＝０となり、逆戻
りして安定平衡点に向う物体の速度Δｖの符号が18から
19に反転するのと、同等である。遮断台数を求めるに
は、遮断台数分だけPM，Pe,Mを変化させΔωの符号が変
化する様にすればよい。具体的には （ここでｎ＝初段制御後の運転台数、ｍ＝求める必要制
御台数、Ｚ＝初段制御後のトランスのインピーダンス＋
系統中心までのラインインピーダンス、Ｚ′＝ｍ台遮断
したと仮定した場合のその後のトランスのインピーダン
ス＋系統中心までのラインインピーダンスでシミユレー
シヨンで遮断を行なつてみる事により が求まる。）を（２）式に代入しΔωの符号の反転する
必要制御台数ｍを求める。（初段制御で遮断があつた場
合は後追制御の前にPM、Ｍを同様に修正し、電気的出力
Peは実測値を用いて（１）式で計算を継続しておく。） 〔発明の効果〕 以上の様に、この発明によれば、エネルギー法を利用す
る事により事故除去時点で安定判別に入れるので高速制
御が可能となり、角周波数ωに着目する事で後追制御も
可能となり、又 と云う積分計算が両制御で共通なので、計測項目をふや
す必要がなく、従つてプログラムも共有でき、作成時間
の短縮化につながり、又演算処理時間もさほど増加せ
ず、二つの異なつた安定判別原理を組合せる事により信
頼性の向上も図れる効果がある。
第１図は回転機の電力対相差角曲線図、第２図はこの発
明の一実施例による系統安定化装置のブロツク図、第３
図及び第４図は第２図に示す系統安定化装置の動作特性
図である。 ９…電力系統、10…発電機、11…変圧器、12…変流器、
13…電力変換器、14…演算処理装置、15…出力装置、16
…遮断器、17…ケーブル。
明の一実施例による系統安定化装置のブロツク図、第３
図及び第４図は第２図に示す系統安定化装置の動作特性
図である。 ９…電力系統、10…発電機、11…変圧器、12…変流器、
13…電力変換器、14…演算処理装置、15…出力装置、16
…遮断器、17…ケーブル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 津久田 尚志 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町１丁目１番２ 号 三菱電機株式会社制御製作所内 (72)発明者 押田 秀治 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町１丁目１番２ 号 三菱電機株式会社制御製作所内 (72)発明者 寺尾 保彦 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町１丁目１番２ 号 三菱電機株式会社制御製作所内
Claims (1)
- 【請求項１】瞬時有効電力と初期機械的入力の偏差を事
故発生時刻から事故除去時刻まで積分するとともに、そ
の積分結果である角周波数に基づいて事故中に蓄えられ
る運動エネルギーを演算し、その運動エネルギーがポテ
ンシャルエネルギーより小さければ電力系統が安定であ
ると判定する一方、小さくなければ電力系統が不安定で
あると判定し、その運動エネルギーとポテンシャルエネ
ルギーに基づいて電力系統から発電機を遮断する第１の
工程と、その第１の工程が終了したのち、上記角周波数
の推移を予測し、その角周波数の符号が反転すれば電力
系統が安定であると判定する一方、その角周波数の符号
が反転しなければ電力系統が不安定であると判定し、そ
の角周波数の符号を反転させるのに見合う分だけ電力系
統の発電機を遮断する第２の工程とを備えた電力系統安
定化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5361085A JPH0681423B2 (ja) | 1985-03-18 | 1985-03-18 | 電力系統安定化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5361085A JPH0681423B2 (ja) | 1985-03-18 | 1985-03-18 | 電力系統安定化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61214726A JPS61214726A (ja) | 1986-09-24 |
| JPH0681423B2 true JPH0681423B2 (ja) | 1994-10-12 |
Family
ID=12947667
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5361085A Expired - Lifetime JPH0681423B2 (ja) | 1985-03-18 | 1985-03-18 | 電力系統安定化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0681423B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2647085B2 (ja) * | 1987-03-30 | 1997-08-27 | 中部電力株式会社 | 脱調予測装置 |
| JP2647088B2 (ja) * | 1987-05-14 | 1997-08-27 | 中部電力株式会社 | 脱調予測装置 |
-
1985
- 1985-03-18 JP JP5361085A patent/JPH0681423B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61214726A (ja) | 1986-09-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
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