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公開番号2020145880
公報種別公開特許公報(A)
公開日20200910
出願番号2019042013
出願日20190307
発明の名称系統安定化装置
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人特許業務法人 志賀国際特許事務所
主分類H02J 3/24 20060101AFI20200814BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電力系統における発電機の数が少ない場合であっても、制御対象とする発電機を適切に選択可能な相関関数を導出することができる系統安定化装置を提供する。
【解決手段】実施形態の系統安定化装置は、取得部と、作成部と、計算部と、設定部と、導出部と、選択部と、切替部と、を持つ。導出部は、前記取得部、前記作成部、前記計算部、および前記設定部によるオンライン演算処理が所定の周期で実行される際に、それぞれの周期において求められた前記監視対象潮流値と制御する必要がある電力量を示す必要制御量との関係を示すオンライン演算実績情報を蓄積し、蓄積した前記オンライン演算実績情報に示される前記必要制御量が所定の閾値を越えてステップ状に変化するポイントに応じて、前記監視対象潮流値と制御対象とする発電機の台数又は前記必要制御量との関係を示すバックアップ整定情報を導出する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
電力系統から系統情報を取得する取得部と、
前記取得部により取得された前記系統情報に基づいて解析用系統モデルを作成する作成部と、
前記電力系統を流れる潮流値を監視対象潮流値として、前記電力系統に想定事故が生じた場合における系統解析シミュレーション計算を、前記解析用系統モデルを用いて行う計算部と、
前記計算部により求められた計算結果に基づいて、前記想定事故ごとに前記電力系統を安定化させるために制御対象とする発電機の組合せを選択して制御テーブルに設定する設定部と、
前記取得部、前記作成部、前記計算部、および前記設定部によるオンライン演算処理が所定の周期で実行される際に、それぞれの周期において求められた前記監視対象潮流値と制御する必要がある電力量を示す必要制御量との関係を示すオンライン演算実績情報を蓄積し、蓄積した前記オンライン演算実績情報に示される前記必要制御量が所定の閾値を越えてステップ状に変化するポイントに応じて、前記監視対象潮流値と制御対象とする発電機の台数又は前記必要制御量との関係を示すバックアップ整定情報を導出する導出部と、
前記バックアップ整定情報を用いて、現在の潮流値に対して前記想定事故ごとに前記電力系統を安定化させるために制御対象とする発電機の組合せを選択する選択部と、
前記オンライン演算処理が実行される過程において異常が発生した場合、制御対象とする発電機を決定する際に用いる情報を、前記制御テーブルから前記選択部により選択された選択結果に切り替える切替部と、
を備える系統安定化装置。
続きを表示(約 680 文字)【請求項2】
電力系統から得られる系統設備の接続に関する情報に基づいて、電力系統における系統設備の接続の状況を示す系統パターンを判定する系統パターン判定部をさらに備え、
前記導出部は、前記系統パターン判定部による処理が所定の周期で実行される際における、それぞれの周期において判定された前記系統パターンごとに前記バックアップ整定情報を導出し、
前記選択部は、前記系統パターンごとの前記バックアップ整定情報から、前記系統パターン判定部により判定された現在の前記系統パターンに応じた前記バックアップ整定情報を選択し、選択した前記バックアップ整定情報を用いて、前記想定事故ごとに前記電力系統を安定化させるために制御対象とする発電機の組合せを選択する、
請求項1に記載の系統安定化装置。
【請求項3】
前記導出部は、蓄積した前記オンライン演算実績情報の数又は期間が所定の値未満である場合、前記監視対象潮流値と、前記監視対象潮流値に対して予め定めた制御の内容との関係を示すバックアップ整定デフォルト情報を、前記バックアップ整定情報として導出する、
請求項1又は請求項2に記載の系統安定化装置。
【請求項4】
前記導出部は、前記監視対象潮流値と、前記監視対象潮流値に対して予め定めた制御の内容との関係を示すバックアップ整定デフォルト情報を持ち、蓄積していく前記オンライン演算実績情報を用いて前記バックアップ整定情報を更新する、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の系統安定化装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、系統安定化装置に関する。
続きを表示(約 8,700 文字)【背景技術】
【0002】
電力系統の安定を目的とした系統安定化装置では、系統において事故が発生した場合に備えて、事前に系統解析シミュレーションを実行する。系統解析シミュレーションでは、予め設定した想定事故により電力系統が不安定となった状態をシミュレーションにより解析し、電力系統を安定化させるために遮断する発電機(制御対象とする発電機)を選択する。系統安定化装置は、周期的に系統解析シミュレーションを実行し、最新の系統の状態を用いて制御対象とする発電機の選択を更新する。
【0003】
ここで、通信障害などの何らかの障害により、最新の系統の状態が取得できなくなり、周期的な系統解析シミュレーションを正しく実行できない場合があり得る。系統安定化装置は、このような場合に備えて、過去において実行した系統解析シミュレーションの結果を蓄積し、蓄積した結果を用いて相関関数(バックアップ整定情報ともいう)を導出しておく。相関関数は、系統を流れる電力の潮流値と、制御する内容との関係を示す関数であり、例えば、潮流値を横軸に、必要制御量(系統から切り離す電力量)を縦軸に示した一次関数で示される(図8参照)。これにより、実際に事故が発生した際に、系統解析シミュレーションが正しく実行できない場合であっても、相関関数に基づいて遮断する発電機を選択することができる。
【0004】
しかしながら、電力系統の規模が比較的小さく、電力系統に設けられる発電機の数が少ない場合、発電機の組み合わせによって実施できる遮断制御量が発電機の数が多い場合と比べて、不連続な値となる。この時、発電機の数が多い場合と同様な方法で相関関数を導出すると、必要制御量に対して発電機1台分過制御な選択となる場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特許第3497295号公報
特許第5591505号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明が解決しようとする課題は、電力系統における発電機の数が少ない場合であっても、制御対象とする発電機を適切に選択可能な相関関数を導出することができる系統安定化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
実施形態の系統安定化装置は、取得部と、作成部と、計算部と、設定部と、導出部と、選択部と、切替部と、を持つ。取得部は、電力系統から系統情報を取得する。作成部は、前記取得部により取得された前記系統情報に基づいて解析用系統モデルを作成する。計算部は、前記電力系統を流れる潮流値を監視対象潮流値として、前記電力系統に想定事故が生じた場合における系統解析シミュレーション計算を、前記解析用系統モデルを用いて行う。設定部は、前記計算部により求められた計算結果に基づいて、前記想定事故ごとに前記電力系統を安定化させるために制御対象とする発電機の組合せを選択して制御テーブルに設定する。導出部は、前記取得部、前記作成部、前記計算部、および前記設定部によるオンライン演算処理が所定の周期で実行される際に、それぞれの周期において求められた前記監視対象潮流値と制御する必要がある電力量を示す必要制御量との関係を示すオンライン演算実績情報を蓄積し、蓄積した前記オンライン演算実績情報に示される前記必要制御量が所定の閾値を越えてステップ状に変化するポイントに応じて、前記監視対象潮流値と制御対象とする発電機の台数又は前記必要制御量との関係を示すバックアップ整定情報を導出する。選択部は、前記バックアップ整定情報を用いて、現在の潮流値に対して前記想定事故ごとに前記電力系統を安定化させるために制御対象とする発電機の組合せを選択する。切替部は、前記オンライン演算処理が実行される過程において異常が発生した場合、制御対象とする発電機を決定する際に用いる情報を、前記制御テーブルから前記選択部により選択された選択結果に切り替える。
【図面の簡単な説明】
【0008】
第1の実施形態の中央演算装置1が適用される系統安定化システムSの構成を示すブロック図。
第1の実施形態のバックアップ整定情報を説明する図。
第1の実施形態のバックアップ整定情報を説明する図。
第2の実施形態の中央演算装置1Aが適用される系統安定化システムSの構成を示すブロック図。
第3の実施形態の中央演算装置1Bが適用される系統安定化システムSの構成を示すブロック図。
第4の実施形態の中央演算装置1Cが適用される系統安定化システムSの構成を示すブロック図。
第5の実施形態の中央演算装置1Dが適用される系統安定化システムSの構成を示すブロック図。
従来のバックアップ整定情報を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、実施形態の系統安定化装置を、図面を参照して説明する。
【0010】
(第1の実施形態)
まず、第1の実施形態について説明する。図1は、第1の実施形態の中央演算装置1が適用される系統安定化システムSの構成を示すブロック図である。系統安定化システムSは、中央演算装置1により電力系統Pを安定化するための制御を行う系統安定化システムである。つまり、中央演算装置1は、電力系統Pを安定化させるための処理を行う装置であり、「系統安定化装置」の一例である。
【0011】
系統安定化システムSは、例えば、中央演算装置1と、事故検出端末装置2と、制御端末装置3と、給電情報網Nとにより構成される。中央演算装置1は、事故検出端末装置2と、制御端末装置3と、給電情報網Nとを介して電力系統Pに接続される。電力系統Pは、電力を発電し、発電した電力を需要家の負荷設備まで送電するための一連の設備であり、例えば、発電機、母線、変圧器あるいは送電線、負荷、調相設備、遮断器、断路器等の電力設備(系統設備とも称する)により構成され、電力設備に供給される電力を計測するための電圧計測用変成器、及び電圧計測用変成器を備える。
【0012】
事故検出端末装置2は、電力系統Pにおいて設置する必要があると判定された電力設備、例えば、変電所、開閉所、発電所等に設けられ、当該設けられた電力設備における系統情報、および事故情報を取得し、中央演算装置1に出力する。
【0013】
ここでの系統情報は、電力系統Pの接続状態および電力の需給状態に関する情報である。系統情報は、例えば、電力系統の接続状態に関するオンオフ情報や、電力の需給状態に関する計測情報を含む。電力系統のオンオフ情報とは、遮断器や断路器等の開閉状態に関する情報である。計測情報とは、発電機出力、負荷、送電線の有効及び無効電力、各電気所の母線電圧に関する情報を含む。
【0014】
事故情報は、電力設備やその電力設備に接続する送電線等の設備に生じた事故に関する情報であり、例えば、事故を検出する箇所ごとに事故の発生の有無を示す情報である。
【0015】
給電情報網Nは、電力系統Pを構成する電力設備の各々と中央演算装置1とを通信可能に接続する通信ネットワークである。電力設備の各々と中央演算装置1との間で、給電情報網Nを介して、電力系統Pにおける給電に関する情報のやり取りが行われ、例えば、電力系統Pを構成する電力設備の各々における系統情報が中央演算装置1に出力される。
【0016】
中央演算装置1は、給電情報網Nからの系統情報と、事故検出端末装置2からの系統情報および事故情報とを取得し、取得した情報用いて、制御対象とする発電機の組合せを選択する。ここで、制御対象とする発電機は、電力系統Pに想定事故が発生した場合に生じる不安定現象を安定化するために遮断の対象とする発電機のことである。
【0017】
中央演算装置1は、周期的に給電情報網N、及び事故検出端末装置2から情報を取得し、最新の系統の状態を反映させて、制御対象の選択結果を更新する。中央演算装置1は、実際に想定事故が発生した場合に、事前に求めておいた制御対象に対応する発電機に対して、当該発電機を遮断するための制御指令を制御端末装置3に出力する。
【0018】
制御端末装置3は、中央演算装置1から入力した制御指令に基づいて、該当遮断器を制御して、該当発電機を遮断する。制御端末装置3は、例えば、発電所など、必要箇所に設置される。
【0019】
中央演算装置1は、例えば、オンライン事前演算部100と、バックアップ整定情報導出部200と、バックアップ制御演算部300と、制御テーブル切替部400と、制御対象事故判定部500と、制御指令出力部600と、を備える。ここで、バックアップ整定情報導出部200は、「導出部」の一例である。バックアップ制御演算部300は、「選択部」の一例である。
【0020】
オンライン事前演算部100は、系統情報取得部101と、系統モデル作成部102と、潮流計算・過渡安定度計算部103と、制御テーブル設定部104と、異常検出部105とを備える。ここで、系統情報取得部101は、「取得部」の一例である。系統モデル作成部102は、「作成部」の一例である。潮流計算・過渡安定度計算部103は、「計算部」の一例である。制御テーブル設定部104は、「設定部」の一例である。
【0021】
以下の説明において、オンライン事前演算部100の構成要素(系統情報取得部101、系統モデル作成部102、潮流計算・過渡安定度計算部103、制御テーブル設定部104)の各々が行う処理を、オンライン事前演算、又はオンライン演算と称することがある。
【0022】
系統情報取得部101は、系統情報を一定の周期で取得する。図1の例では、系統情報取得部101は、給電情報網N経由で系統情報を取得する場合を例示しているが、電力系統Pから給電情報網Nとは異なる通信網を介したオンラインにより取得してもよい。系統情報取得部101は、事故検出端末装置2から系統情報を取得してもよい。系統情報取得部101は、取得した系統情報を、系統モデル作成部102に出力する。
【0023】
系統モデル作成部102は、系統情報取得部101により取得された系統情報に基づいてオンライン系統モデルを生成する。ここで、系統モデルは、ノードとブランチから構成される。ノードは母線、発電機、負荷をデータ化したものであり、識別情報であるノード番号に対して、ノードタイプ、有効電力、無効電力、及び電圧等の情報が対応付けられた情報である。ブランチは送電線、変圧器をデータ化したものであり、識別情報であるブランチ番号に対して、接続先のノード番号(始端ノードと終端ノード)、運用回線数、インピーダンス等が対応付けられた情報である。系統モデル作成部102は、事故発生前において、取得した系統情報とあらかじめ記憶されている系統設備データとに基づいて、状態推定計算を行い、その時点の系統状態と等価なオンライン系統モデルを作成する。
【0024】
潮流計算・過渡安定度計算部103は、系統モデル作成部102により生成された解析用系統モデルを用いて、解析シミュレーションを行う。潮流計算・過渡安定度計算部103は、まず系統情報を用いた潮流計算を行い、系統に流れる潮流(電力)値を算出する。潮流計算・過渡安定度計算部103は、この潮流値を基に、事故発生、事故除去、制御対象とする発電機を遮断した後の系統の動きについて、過渡安定度計算によるシミュレーションを行う。潮流計算・過渡安定度計算部103は、遮断対象の発電機を変化させながら、系統が安定となる結果を得るまで繰り返し過渡安定度計算を行う。潮流計算・過渡安定度計算部103は、解析シミュレーションの結果を、制御テーブル設定部104、及びバックアップ整定情報導出部200に出力する。
【0025】
制御テーブル設定部104は、潮流計算・過渡安定度計算部103により計算された解析シミュレーションの結果を基に、制御対象とする発電機の組み合わせを選択し、想定事故ごとに制御テーブルに設定する。ここで、制御テーブルは、全ての想定事故ケースについて、事故発生時に遮断する発電機の組合せを設定するものである。制御テーブルは、オンライン事前演算を周期的に実行することにより、想定事故発生に備えて周期的に更新される。制御テーブル設定部104は、設定した制御テーブルの情報を、バックアップ整定情報導出部200、及び制御テーブル切替部400に出力する。
【0026】
異常検出部105は、オンライン事前演算の過程で発生する異常を検出する。異常検出部105は、異常の一例として、例えば、系統情報取得部101における系統情報が取得不可となる伝送系の異常や、潮流計算・過渡安定度計算部103におけるオンライン演算処理の異常を検出する。異常検出部105は、異常を検出した結果を制御テーブル切替部400に出力する。
【0027】
バックアップ整定情報導出部200は、オンライン演算実績情報記憶部201と、整定情報導出部202と、整定情報記憶部203と、を備える。
【0028】
バックアップ整定情報導出部200は、最新の系統の状態に対応する制御内容が、例えば通信障害などの何らかの障害により更新されなくなった場合に備えて、バックアップ整定情報を計算(導出)する。
【0029】
バックアップ整定情報は、過去の解析シミュレーションによる結果を用いて導出される、想定事故ごとの監視対象潮流値と制御内容との関係を示す情報である。
【0030】
バックアップ整定情報導出部200が予めバックアップ整定情報を導出することにより、オンライン事前演算の過程で異常が発生し、最新の系統の状態に対応する解析シミュレーションが正しく実行できない可能性がある場合であってもバックアップ整定情報を参照することにより、制御対象とする発電機を選択することが可能となる。
【0031】
オンライン演算実績情報記憶部201は、オンライン演算実績情報を蓄積(記憶)する。オンライン演算実績情報は、オンライン事前演算により周期的に求められた解析シミュレーションの結果の各々を示す情報であり、例えば、監視対象潮流値と、制御の内容に関する情報とを対応付けた情報である。
【0032】
監視対象潮流値は、想定事故の過酷度と相関が強い潮流値である。監視対象潮流値は、潮流計算・過渡安定度計算部103による系統情報を用いた潮流計算により求められる、想定事故が発生する前の系統に流れる潮流値である。
【0033】
制御の内容に関する情報は、想定事故が発生した場合に生じる不安定な現象を安定化するための制御の内容であり、例えば、制御対象として選択された発電機の台数、又は組み合わせ、制御対象とする発電機を遮断した場合において系統から切り離される電力量(以下、必要制御量)などである。
【0034】
本実施形態では、制御の内容に関する情報として、制御対象として選択された発電機の台数を用いる。
【0035】
オンライン演算実績情報記憶部201は、潮流計算・過渡安定度計算部103により求められた潮流値(監視対象潮流値)と、制御テーブル設定部104により設定された設定テーブルに示される制御対象の選択結果とを取得する。オンライン演算実績情報記憶部201は、監視対象潮流値と、それに対応する制御対象の選択結果とを取得する度に、オンライン演算実績情報を生成し、生成したオンライン演算実績情報を記憶する。
【0036】
本実施形態では、オンライン演算実績情報記憶部201は、制御テーブル設定部104から取得した制御対象の選択結果を遮断する発電機の台数に換算する。オンライン演算実績情報記憶部201は、監視対象潮流値と、換算した台数との関係をオンライン演算実績情報として記憶する。なお、オンライン演算実績情報記憶部201は、オンライン演算実績情報を記憶する際に、監視対象潮流値の昇順に並べ替えを行い、監視対象潮流値の昇順にオンライン演算実績情報を記憶するようにしてもよい。
【0037】
整定情報導出部202は、オンライン演算実績情報記憶部201に記憶されたオンライン演算実績情報を用いて、バックアップ整定情報を導出する。整定情報導出部202がバックアップ整定情報を導出する方法については、後述する。
【0038】
整定情報記憶部203は、整定情報導出部202により導出されたバックアップ整定情報を記憶する。
【0039】
バックアップ制御演算部300は、バックアップ制御対象決定部301と、選択対象リスト作成部302と、バックアップ制御選択部303とを備える。
【0040】
バックアップ制御演算部300は、制御テーブル設定部104により設定される制御テーブルが、何らかの障害によりに更新されなくなった場合に備えて、制御テーブルに代わるバックアップ用の制御テーブルを設定する。
【0041】
バックアップ用の制御テーブルは、バックアップ整定情報と、現在の電力系統Pを流れる潮流値と基づいて選択された、制御対象とする発電機の組み合わせを示す情報である。
【0042】
ここで、オンライン事前演算の過程で異常が発生した場合、給電情報網Nを介した系統情報が取得できない可能性がある。また、給電情報網Nを介した系統情報が取得できた場合であっても、潮流計算・過渡安定度計算部103による最新の潮流計算が正しく実行されない可能性がある。
【0043】
バックアップ制御対象決定部301は、事故検出端末装置2から監視対象潮流計測値を取得する。監視対象潮流計測値は、電力系統Pを流れる潮流の計測値を示す情報である。なお、事故検出端末装置2から取得される監視対象潮流計測値と、潮流計算・過渡安定度計算部103により求められる監視対象潮流値とは、対象系統の同一箇所における潮流値である。
【0044】
バックアップ制御対象決定部301は、取得した監視対象潮流計測値に基づいて、バックアップ整定情報を参照し、監視対象潮流計測値に対応する制御の内容を取得する。バックアップ制御対象決定部301は、取得した制御の内容に応じて、(バックアップの)制御の内容、例えば、制御する発電機の台数を決定する。
【0045】
なお、バックアップ制御対象決定部301は、系統安定化システムSにおけるシステムの構成や、系統安定化システムSを構成する各装置に配置する機能部の構成等によっては制御端末装置3を介して系統情報を取得するようにしてもよい。
【0046】
選択対象リスト作成部302は、事故検出端末装置2を介して、電力系統Pにおける制御対象発電機情報を取得する。制御対象発電機情報は、制御対象とする発電機の有効電力出力値や、当該発電機が制御対象として選択できるか否か情報などを含む情報である。
【0047】
選択対象リスト作成部302は、取得した制御対象発電機情報を基に、制御することが可能な発電機のリストを作成する。制御することが可能な発電機とは、例えば、現在稼動中でまだ遮断されておらず、系統運用者が遮断対象から除外する操作を行っていない等、所定の条件を満たす発電機である。
【0048】
バックアップ制御選択部303は、バックアップ制御対象決定部301により決定された制御する発電機の台数と、選択対象リスト作成部302により作成された選択対象リストを基に、想定事故ごとに制御対象とする発電機の組み合わせを選択する。バックアップ制御選択部303は選択した発電機の組み合わせを用いて、バックアップ用の制御テーブルを設定する。
【0049】
制御テーブル切替部400は、異常検出部105により異常が検出されていない平常時において、オンライン事前演算部100により求められた制御対象の選択結果が反映された制御テーブルを、制御対象とする発電機を決定する際に用いるテーブルとして使用する。
【0050】
制御テーブル切替部400は、異常検出部105にて異常が検出された場合、制御対象とする発電機を決定する際に用いるテーブルを、制御テーブルからバックアップ用の制御テーブルに切り替える。
(【0051】以降は省略されています)

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