JPS6117221B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、計算機を使用して、電力系統の時々
刻々変化するデータを収集し、これに基づいて潮
流計算等の演算を行い、適切な表示、制御信号を
送出する電力系統監視方式に関する。

従来の電力系統監視方式においては、電力系統
の各点において、周波数、有効電力、無効電力、
電圧等を計測し、それらを、遠方監視制御装置を
利用して中央の計算機システムに伝送し、計算機
側では、それらの値を上下限値と比較し、オペレ
ーターに表示、警報等を発することにより、系統
の監視を実施する方式が多く用いられてきた。

また一方、電力系統における各ノードでの有効
電力および、電圧あるいは無効電力を入力データ
として、各ノードおよび各ブランチを流れる有効
電力、送電損失各ノードの電圧を求める潮流計算
が、計算機を利用した解法の改善とともに、大学
あるいは、研究所において、系統解析の一助とし
て実施されている。

このような従来の系統監視方式では、実際の系
統より入力されるデータの監視は可能であるが、
それ以外のデータの監視は計算機では困難である
という欠点を持つていた。例えば、ラインを流れ
る潮流（有効電力）が、実際に計測されない場合
は、オペレーターが両端の母線のデータから経験
的に、ラインに許容し得る潮流が流れているかど
うかを判断せざるを得なかつた。それかと言つて
計測するデータ数を増やすことは、計測器、テレ
メータ等の設備増加となり、コスト高の原因とな
るという欠点を持ていた。

また現在の運用状態が系統として安定している
かどうか、さらに適切な系統運用が可能かどう
か、あるいは近い将来予想される負荷の変化対し
て、現在の系統運用が適切かどうか等は、全てオ
ペレーターの経験的な感に頼つており、充分な経
験を積んだオペレーターでないと良好な系統運用
は不可能であるという欠点があつた。

さらに、従来実施されて来た、潮流計算は、あ
る系統状態の断面をとらえ、その状態で計算を実
施して結果を出力するという単発的なものであ
り、現実の電力系統の変化あるいは予想される変
化に対して充分追従できないという欠点を持つて
いた。

本発明の目的は、現実の電力系統から収集した
データを潮流計算に効果的に適用し、オペレータ
ーにより適切な系統運用を指示することのできる
電力系統監視方式を提供することにある。

本発明は、時々刻々変化する各母線（計算上は
ノードと見なす）の潮流、および無効電力あるい
は電圧を入力データとし、一定周期で潮流計算を
実施することにより、各送電線およびトランス
（計算上はブランチとみなす）の潮流、送電損失
および各ノードの電圧を求め、入力データおよび
計算結果に対して、予め定められた制限値と比較
することにより、余裕度および制限値違反をオペ
レーターに表示・警報するものである。これによ
つてオペレーターは適切な対応策（例えば、系統
切りかえ、トランスタツプ変更、調相器制御な
ど）をとることができる。

また本発明によれば、オペレーターが設定した
有効電力、無効電力、電圧および遮断器、断路器
の入切状態およびトランスタツプ値等により、現
在の運用電力系統状態を修正した状態を１ケース
とし、これらの複数個のケースについて一定周期
で潮流計算を実施し、各ケースの計算結果に対し
て、余裕度および制限値違反をオペレーターに表
示・警報する。

これに基づいて、オペレーターは、計算したケ
ースのうちの最適なケースを選択し、それに向つ
て系統を変更することが出来る。すなわち、各値
が制限値以内で、余裕のあるケースが複数個ある
場合は、各送電線の損失の合計が少ないケースが
より経済的であり、望ましい系統運用状態といえ
るので、それに向つて系統を切換えるようにす
る。

さらに、本発明では、予め与えられたか、ある
いは統計的に求められた負荷曲線に従い、現在運
用系統の一定時間後の系統状態を予測し、その予
測された系統状態に対して潮流計算を実施し、現
在の系統構成（遮断器、断路器の開閉状態）で、
一定時間後も、安全に電力系統を運用できるかど
うかをオペレーターに表示・警報するようにして
いる。

さらにまた、本発明では、予め与えられるか、
あるいは統計的に求められた負荷曲線に基づい
て、現在運用系統および予め設定された有効電
力、無効電力、電圧および遮断器、断路器の入切
状態およびトランスタツプ値等に応じて現在の運
用電力系統状態を修正した複数個のケースについ
て、一定時間後の系統状態を予測し、このように
予測された各ケースに対して潮流計算を実施し
て、各ケースの制限値違反や余裕度を表示・警報
する。

これに基づいて、オペレーターは、現在運用系
統が一定時間後にも安全であるかどうかを判定で
きると共に、制限違反がなく、しかも各送電線の
損失の合計が最も少ない系統運用状態に向つて切
換えて行くとことができる。

次に本発明の実施例について説明する。

第１図は本発明を適用される電力系統およびそ
の監視制御システムの１例を示す図で、２は電力
系統の各所で計測されたデータをデータ入出力装
置３に伝送するテレメータ遠方監視制御ライン、
４は計算機、□印で示した５は電力系統内の断断
器、〇印で示した６は同じく電力系統内の断路
器、７は計算機４の演算結果を表示するCRT、
８はオペレータズ・コンソールである。

電力系統内の各所における遮断器５、断路器６
の開閉状態および有効電力、無効電力、電圧等が
計測され、テレメータあるいは遠方監視制御ライ
ン２およびデータ入出力装置３を経て、計算機４
に入力される。

計算機４では、送電線を第２図に示す等価回
路、すなわち、大地に平行のインピーダンスＺ_ij
＝Ｒ_ij＋Ｘ_ij、および大地にシリーズのアドミツ
タンスＹ_ijであらわすことにより、電力系統全体
を、ノードとブランチより構成される等価回路で
表示する。

第３図はこのような等価回路の１例で〜は
ノードを示し、ノードとノードはブランチにより
接続されている。ブランチのインピーダンスは送
電線個有のものであるので、予め計算機に常数と
して記憶しておく。またノードの接続状態は、系
統内の遮断器５、断路器６の開閉状態により決定
される。

このような等価回路において、実際の電力系統
より入力された、各ノードの有効電力および電
圧、また必要に応じて無効電力等を初期値とし
て、各ブランチを流れる潮流（有効電力）および
各ノードの電圧を潮流計算により計算する。潮流
計算の手法としてはフロー交流法、ニユートンラ
プソン法等の種々の手法が開発されているが、本
発明の実施例ではフロー交流法を使用した場合に
ついて説明する。

第２図の等価回路を流れる有効電力Ｐ_ijおよび
無効電力を発生せしめる無効電流Ｉ_ijは、近似的
に(1)式および(2)式で与えられることが知られてい
る。

Ｐ_ij＝Ｖ_ｉ・Ｖ_ｊ・（θ_ｉ・θ_ｊ）／Ｚ_ｉｊ ^２／Ｘ_ｉ
ｊ＝（θ_ｉ・θ_ｊ）／Ｚ_ｉｊ ^２／（Ｘ_ｉｊ・Ｖ_ｉ・Ｖ_ｊ
）…(1) Ｉ_ij＝Ｖ_ｉ−Ｖ_ｊ／Ｚ_ｉｊ ^２／Ｘ_ｉｊ ……(2) ただし、 Ｚ_ij＝Ｒ_ij＋jX_ij ：インピーダンス θ_i，θ_j ：ノードijの電圧位相角 これらの式から、有効電力は電圧位相角差に比
例し（近似的に）、無効電力は電圧差に比例する
ことが分かる。

ノードｉの電力Ｐ_iは(3)式であらわされる。

(3)式中のα_iuはノードｉとノードｕの接続状態を
表示するもので、ノードｉとノードｕが１つのブ
ランチのみによつて直接接続されていないときは
α_iu＝０とする。この(3)式に前記(1)式を代入する
と(4)式が得られる。

〓＝〓・〓 …………(4) ただし、 前記式中の〓は、ノード・ブランチの接続状態、
ブランチのインピーダンス、各ノードの電圧によ
り決まり、また1Pは入力データとして既知であ
るので、〓は〓の逆マトリツクスを計算すること
により求めることができる。しかしながら、実際
の計算では、マトリツクス〓を〓Ｌ・〓Ｕ解法に
より分解して計算を実施する。

このようにしてθとＶとを独立に交互に計算
し、各ノードの位相角θの分布と電圧Ｖの分布
が、収束するまでくり返し計算を実施する。この
ようにして得られた電圧位相角θを用いれば、ブ
ランチの潮流は(1)式より容易に求められる。即ち
計算結果としては、各ノード、ブランチの有効電
力（および必要ならば無効電力）ならびに各ノー
ドの電圧が求められる。また各ノード、ブランチ
の有効電力より、各ブランチ（送電線）の送電損
失が計算できる。

従つて、これらの値を制限値と比較すれば、現
在の系統運用の余裕度および、違反の有無をオペ
レーターに表示することができる。

つぎに本発明の第２実施例について述べる。前
記計算を実施する時の現在運用系統が、例えば第
３図に示されたように構成されたいたとすると、
例えば、 (A) ノードとノード間に介在する遮断器、断
路器を全て閉にしたと仮定して、第４図に示す
ようにブランチを追加し、ループ系統を構成し
て潮測計算を実施する。

(B) ノード，間に平行なブランチを追加（送
電線を１回線から平行２回線運転とする）し、
第５図の系統を構成して潮流計算を実施する。

(C) ブランチに挿入されたトランスタツプ比を変
えた系統構成として潮流計算を実施する。

等のように、現在運用系統と異なる系統をあらか
じめ複数ケース設定しておき、これら複数ケース
の修正系統状態について常に一定周期でそれぞれ
潮流計算を実施し、各ケースの系統運用の余裕
度、制限値違反の有無および送電損失合計等をオ
ペレーターに表示・警報するようにする。

条件の設定、計算対象系統の構成およびオペレ
ーターへの表示に関しては、CRT７およびオペ
レーターズコンソール８より、会話的に設定ある
いは表示できるようにする。

本発明の第３実施例においては、第６図に示す
ような、例えば一日の負荷曲線が与えられる。前
記負荷曲線の与え方は、オペレーターが設定する
か、あるいは季節、曜日等により分類した統計デ
ータのうち、最も当日に近い曲線を計算機自身が
索引するかの何れかでよい。この場合現在負荷を
Ｐ_tとすると、一定時間α後の負荷Ｐ_t+〓は(5)式
で与えられる。

Ｐ_t+〓＝（Ｐ_０）_ｔ＋〓／（Ｐ_０）_ｔＰ_t ………(5) （P₀）_t：負荷カーブ上の時刻ｔにおける負荷 現在の運用系統より入力された有効電力を(5)式
により、補正して一定時間α後の負荷状態を予測
する。そして、ここの予測負荷状態の下での現在
運用系統に関する潮流計算を実施することによ
り、現在運用されている系統構成が、一定時間後
にも安定かどうかをオペレーターに表示・警報す
る。この場合、負荷曲線が、系統内部の局地によ
り異る場合は、系統をブロツクに分割し、各ブロ
ツク毎に最適の負荷曲線をそれぞれ適用すること
により、より正確な予測に基づく潮流計算が可能
となることはいうまでもない。

さらに本発明の第４実施例においては、前述の
ようにして予測された一定時間後の負荷状態の下
における潮流計算を、第２実施例に関して前述し
たような複数の種々の修正系統状態の各ケースに
ついて実施する。そして、その計算の結果に基づ
いて、各修正系統の構成が一定時間後に安定かど
うか、あるいはそれぞれの余裕度、制限値違反等
をオペレーターに表示・警報する。

オペレーターはこれらの表示・警報にしたがつ
て、適切な対応策―例えば系統の切換え、調相器
制御など―をとることができるので、安全かつ経
済的、効率的な電力系統の運用制御が可能とな
る。

第７図は、前記した本発明の第１ないし第４実
施例におけるすべての潮流計算を行なう場合のフ
ローチヤートの１例である。周期タイマで起動さ
れると、まずステツプＡでは現在運用系統から収
集されたデータを計算機４に入力し、これをケー
ス１とする。

ステツプＢでは、予め定められているか、ある
いはオペレーターが適宜設定する条件にしたがつ
て、現在運用系統とは異なるｎケースの修正系統
状態を構成し、これをケース２ないしケース（ｎ
＋１）とする。ステツプＣでは、適当な負荷曲線
に基づいて、現在運用系統―すなわち前記ケース
１の一定時間α後の負荷状態を予測し、この予測
負荷状態の下での各種データを予測し、これをケ
ース（ｎ＋２）とする。

ステツプＤでは、ステツプＣにおいて得られた
データを基礎として、前記ｎケースの修正系統状
態の各々についてデータ修正を行ない、これをケ
ース（ｎ＋３）ないし２（ｎ＋１）とする。ステ
ツプＥでは、前記の各ケース１ないし２（ｎ＋
１）に対して各値が収束するまで潮流計算を実行
する。

そして、全ケースについての潮流計算が終了し
たら（ステツプＧ）、ステツプＨにおいて各ケー
スについての計算結果をCRT７に表する。その
際、制限値違反があればその旨を表示・警報す
る。

以上の説明から明らかなように、前述の第１実
施例は第７図のステツプＢ〜Ｄを省略したもの、
第２実施例はステツプＣ，Ｄを省略したもの、第
３実施例はステツプＢ，Ｄを省略したもの、また
第４実施例はＡ〜Ｄの全ステツプを実行するもの
である。

このように本発明によれば、現実の電力系統よ
り収集したデータを効果的に使用し、計測されな
いデータの推定あるいは一定時間後の状態の予測
を実施し、それぞれの状態についての １）系統運用の安全性（制限値違反、余裕度） ２）系統運用の経済性（送電損失合計の最小化） の評価を行うため、オペレーターが、安定で経済
的な系統運用を実施できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用される電力系統およびそ
の監視制御システムの１例を示す図、第２図は送
電線の等価回路図、第３ないし５図はそれぞれ系
統状態を切換えた場合の等価回路図、第６図は１
日の負荷曲線の１例を示す図、第７図は本発明の
処理の１例を示すフローチヤートである。 ３…データ入出力装置、４…計算機、５…遮断
器、６…断路器、７…CRT、８…オペレーター
ズ・コンソール。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電力系統の各点から伝送入力される遮断器、
   断路器の入切状態および電圧、有効電力のデータ
   を入力される計算機を用いて潮流計算等の演算を
   行ない、その結果を表示するようにした電力系統
   監視方法において、 電力系統内の各母線をノードとし、一方母線と
   母線とを接続するラインをブランチとして、前記
   電力系統をノードとブランチよりなる電気回路と
   みなし、 予定の周期で現在運用系統についての潮流計算
   を実行して各ノードの電圧と有効電力および各ブ
   ランチの有効電力を求め、 これらの値を予め定められた制限値と比較して
   余裕度、制限値違反の有無を表示すると共に、 現在運用系統のある時間後の負荷状態を、予め
   準備された負荷曲線に基づいて予測し、 予測負荷状態の下での現在運用系統についての
   潮流計算を予定の周期で実行し、 これによつて予測負荷状態の下での少なくとも
   各ノードの電圧と有効電力および各ブランチの有
   効電力を求め、 これらの値を前記予め定められた制限値と比較
   して現在運用系統のある時間後における余裕度、
   制限値違反の有無を表示することを特徴とする電
   力系統監視方式。 ２ 電力系統の各点から伝送入力される遮断器、
   断路器の入切状態および電圧、有効電力のデータ
   を入力される計算機を用いて潮流計算等の演算を
   行ない、その結果を表示するようにした電力系統
   監視方式において、 電力系統内の各母線をノードとし、一方母線と
   母線とを接続するラインをブランチとして、前記
   電力系統をノードとブランチよりなる電気回路と
   みなし、 予定の周期で現在運用系統についての潮流計算
   を実行して各ノードの電圧と有効電力および各ブ
   ランチの有効電力を求め、 これらの値を予め定められた制限値と比較して
   余裕度、制限値違反の有無を表示すると共に、 現在運用系統のある時間後の負荷状態を、予め
   準備された負荷曲線に基づいて予測し、 予測負荷状態の下での現在運用系統についての
   潮流計算を予定の周期で実行し、 これによつて予測負荷状態の下での少なくとも
   各ノードの電圧と有効電力および各ブランチの有
   効電力を求め、 これらの値を前記予め定められた制限値と比較
   して現在運用系統のある時間後における余裕度、
   制限値違反の有無を表示するとともに、 現在運用系統の遮断器、断路器の入切状態等を
   変更したと仮定した場合の複数の修正系統状態の
   各ケースについて、前記予測負荷状態の下での潮
   流計算を予定の周期で併せて実行し、 これによつて、各ケースについて前記予測負荷
   状態の下での各ノードの電圧と有効電力および各
   ブランチの有効電力を求め、 これらの値を予め定められた制限値と比較して
   余裕度、制限値違反の有無を表示することを特徴
   とする電力系統監視方式。