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公開番号2021058059
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210408
出願番号2019181836
出願日20191002
発明の名称系統安定化システム
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 13/00 20060101AFI20210312BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電力量が変動する場合であっても、事故発生時に電力系統を安定化することができる系統安定化システムを提供する。
【解決手段】実施形態の系統安定化システムは、制御装置と、制御端末とを持つ。制御装置は、系統事故が発生する前に事前演算された、事故種別ごとの目標制御量が示された制御テーブルと、発生した系統事故の事故種別を示す情報とに基づいて、当該系統事故において電力制御の対象とする電力機を決定し、制御指令を出力する。制御端末は、制御装置から受信した制御指令に従い、電力制御の対象となった電力機を、電力系統から遮断させる。制御端末は、制御指令の応答として、電力制御を実施した時点における、電力機の電力量である制御実施量を制御装置に送信する。制御装置は、制御実施量と目標制御量とに応じて定められる不足制御量に基づいて、当該系統事故において再度の電力制御を行うか否かを決定する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
系統事故が発生する前に事前演算された、事故種別ごとの目標制御量が示された制御テーブルと、発生した系統事故の事故種別を示す情報とに基づいて、当該系統事故において電力制御の対象とする電力機を決定し、制御指令を出力する制御装置と、
前記制御装置から受信した前記制御指令に従い、電力制御の対象となった電力機を、電力系統から遮断させる制御端末と、
を備える系統安定化システムにおいて、
前記制御端末は、前記制御指令の応答として、電力制御を実施した時点における、電力機の電力量である制御実施量を前記制御装置に送信し、
前記制御装置は、前記制御実施量と前記目標制御量とに応じて定められる不足制御量に基づいて、当該系統事故において再度の電力制御を行うか否かを決定する、
系統安定化システム。
続きを表示(約 1,000 文字)【請求項2】
前記制御端末は、系統事故発生前において、電力機の電力量を前記制御装置に通知し、
前記不足制御量は、前記制御実施量と前記目標制御量との差分であり、
前記制御装置は、系統事故発生前に受信した電力機の電力量が、前記不足制御量より大きい場合、当該電力機を再度の電力制御の対象とする、
請求項1に記載の系統安定化システム。
【請求項3】
前記制御端末は、系統事故発生前において、電力機の電力量を前記制御装置に通知し、
前記不足制御量は、前記制御実施量と前記目標制御量との差分に所定のマージンを乗算した値であり、
前記制御装置は、系統事故発生前に受信した電力機の電力量が、前記不足制御量より大きい場合、当該電力機を度の電力制御の対象とする、
請求項1に記載の系統安定化システム。
【請求項4】
系統事故が発生する前に事前演算された、事故種別ごとの目標制御量が示された制御テーブルと、発生した系統事故の事故種別を示す情報とに基づいて、当該系統事故において電力制御の対象とする電力機を決定し、制御指令を出力する制御装置と、
前記制御装置から受信した前記制御指令に従い、電力制御の対象となった電力機を、電力系統と遮断させる制御端末と、を備える系統安定化システムにおいて、
前記制御端末は、系統事故発生前において、電力機の電力量、及び当該電力機を電力制御することが可能か否かを示す制御可否情報SKを前記制御装置に通知し、
前記制御装置は、前記電力量、及び前記制御可否情報SKに基づいて、当該系統事故において電力制御の対象とする電力機を決定する、
系統安定化システム。
【請求項5】
系統事故が発生する前に事前演算された、事故種別ごとの目標制御量が示された制御テーブルと、発生した系統事故の事故種別を示す情報とに基づいて、当該系統事故において電力制御の対象とする電力機を決定し、制御指令を出力する制御装置と、
前記制御装置から受信した前記制御指令に従い、電力制御の対象となった電力機を、電力系統と遮断させる制御端末と、を備える系統安定化システムにおいて、
前記制御端末は、前記制御指令の応答を前記制御装置に通知し、
前記制御装置は、前記制御指令を出力した後の所定時間内に、前記制御装置から応答を受信しない場合、当該系統事故において再度の電力制御を行うと決定する、
系統安定化システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、系統安定化システムに関する。
続きを表示(約 6,100 文字)【背景技術】
【0002】
電力系統の安定的な運用のため、各種の電力設備の稼働状況を監視し、系統事故が発生した時に必要な電力制御を行う、系統安定化システムが知られている。系統安定化システムでは、系統事故が発生した場合に備えて、事故が発生する前の電力の状態に基づいて事故発生を想定した過渡安定度演算を繰り返し実行し、事故に応じて電力制御(以下、遮断、或いは電制とも称する)の対象とする電力機(例えば、発電機や負荷等)を決定する方法が行われている。
【0003】
従来の発電設備は、火力・水力機等が主流であり、制御対象の数も少なく、出力する電力量が安定していた。このため、演算結果に従い制御しておけば、妥当な効果を得ることができた。しかし、近年、再生可能エネルギーの適用が拡大している。これら発電設備は、自然条件によって出力する電力量が大きく変動するものがある。これら変動し得る電源を発電設備の対象とする場合、系統安定化システムにおける従来の演算と電力制御の仕組みを工夫する必要がある。
【0004】
また、再生可能エネルギーによっては、無線通信網や汎用の通信網等を経由して通信を行う場合があり、通信網の一部に通信不良が発生し易い。このような通信環境においては一定の通信品質を確保できず、通信不良が発生すると、制御指令を送信しても遮断できない可能性がある。この場合、電力制御量が不足し、電力系統を安定化させることが困難となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特許第3930369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、電力量が変動する場合であっても、事故発生時に電力系統を安定化することができる系統安定化システム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システムは、制御装置と、制御端末とを持つ。前記制御装置は、系統事故が発生する前に事前演算された、事故種別ごとの目標制御量が示された制御テーブルと、発生した系統事故の事故種別を示す情報とに基づいて、当該系統事故において電力制御の対象とする電力機を決定し、制御指令を出力する。前記制御端末は、前記制御装置から受信した前記制御指令に従い、電力制御の対象となった電力機を、電力系統から遮断させる。前記制御端末は、前記制御指令の応答として、電力制御を実施した時点における、電力機の電力量である制御実施量を前記制御装置に送信する。前記制御装置は、前記制御実施量と前記目標制御量とに応じて定められる不足制御量に基づいて、当該系統事故において再度の電力制御を行うか否かを決定する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
第1の実施形態の系統安定化システム1の構成の例を示すブロック図。
第1の実施形態の中央制御装置30と制御端末40との通信を説明する図。
第1の実施形態の中央制御装置30と制御端末40との通信を説明する図。
第1の実施形態の中央制御装置30と制御端末40との通信を説明する図。
第1の実施形態の中央制御装置30と制御端末40との通信を説明する図。
第1の実施形態の制御テーブル22の構成の例を示す図。
第1の実施形態の制御実績情報32の構成の例を示す図。
第2の実施形態の中央制御装置30と制御端末40との通信を説明する図。
第2の実施形態の中央制御装置30と制御端末40との通信を説明する図。
第3の実施形態の中央制御装置30と制御端末40との通信を説明する図。
【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システムを、図面を参照して説明する。以下の説明では、電力制御(電制)の対象が発電機である場合を例示して説明するが、これに限定されることはない。電制の対象は、負荷であってもよい。なお、電制は、事故発生時に、発電機や負荷を電力系統から切り離す(解列する)制御であり、以下では「遮断」という場合がある。また、電制の対象となり得る発電機、及び負荷の総称を「電力機」という。つまり、発電機は「電力機」の一例である。
【0010】
(系統安定化システム1の構成)
まず、図1を用いて系統安定化システム1の構成を説明する。
図1は、第1の実施形態の系統安定化システム1の構成の例を示すブロック図である。系統安定化システム1は、例えば、事故検出端末10と、中央演算装置20と、中央制御装置30と、制御端末40とを備える。ここで、中央制御装置30は、「制御装置」の一例である。制御端末40は、「制御端末」の一例である。
【0011】
電力系統E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の集合である。電力系統Eは、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)により構成される。電力系統Eは、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、及び電流計測用変成器を備える。
【0012】
給電情報網Nは、電力系統Eを構成する電力設備の各々と、中央演算装置20とを通信可能に接続する通信ネットワークである。給電情報網Nを介して、電力設備の各々において取得される系統情報が、中央演算装置20に出力される。系統情報は、電力系統Eにおける電力設備の接続状態、及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、遮断器や断路器等の開閉状態、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等である。
【0013】
事故検出端末10、中央演算装置20、中央制御装置30、及び制御端末40は、例えば、CPU(Central Processing Unit)などのハードウェアプロセッサがプログラム(ソフトウェア)を実行することにより実現される。これらの構成要素のうち一部または全部は、LSI(Large Scale Integration)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、GPU(Graphics Processing Unit)などのハードウェア(回路部;circuitryを含む)によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予めHDD(Hard Disk Drive)やフラッシュメモリなどの記憶装置(非一過性の記憶媒体を備える記憶装置)に格納されていてもよいし、DVDやCD−ROMなどの着脱可能な記憶媒体(非一過性の記憶媒体)に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることでインストールされてもよい。
【0014】
事故検出端末10は、電力系統Eと接続する。事故検出端末10は、電力系統Eにおいて事故の検出を行う必要がある電力設備、例えば、変電所、開閉所、発電所等に設けられる。事故検出端末10は、検出対象とする電力設備における電力の時系列情報を取得して、検出対象における系統事故の発生の有無を検出する。事故検出端末10は、系統事故を検出した場合、その事故種別を判別する。事故検出端末10は、系統事故の発生を検出すると、判別した事故種別を中央制御装置30に送信する。
【0015】
事故種別は、系統事故の種類を識別する情報であって、例えば、事故番号、事故対応箇所、および事故様相を示す情報である。系統事故は電力系統Eにおいて発生した地絡などの事故の総称である。事故対応箇所は、系統事故が発生した箇所である。事故様相は、記号や数字を組み合わせたコードなどで示される、系統事故の具体的な内容である。
【0016】
中央演算装置20は、給電情報網Nを介して電力系統Eと接続する。中央演算装置20は、電力設備の各々の系統情報を、一定の周期又は系統情報ごとの更新周期で、給電情報網Nを介して(オンラインで)取得する。
【0017】
中央演算装置20は、例えば、事前演算部21と、制御テーブル22とを備える。事前演算部21は、系統モデルを作成する。系統モデルは、系統情報が検出された時点における電力系統Eの状態と等価なモデルである。具体的に、事前演算部21は、系統情報と、予め記憶する系統設備情報とを用いて系統モデルを作成する。系統設備情報は、電力系統Eを構成する電力設備の仕様であって、例えば、発電機のインピーダンスなどの情報である。
【0018】
事前演算部21は、作成した系統モデルに、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。事前演算部21は、算出した潮流値を基に、事故発生、事故除去、電制の対象とする発電機を遮断した後の系統の動きについて、過渡安定度演算によるシミュレーションを行う。事前演算部21は、電制の対象とする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演算を行う。事前演算部21は、系統が安定となる解析シミュレーションの結果に基づいて、電制の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22を作成する。
【0019】
制御テーブル22は、想定される系統事故(想定事故)ごとに、事故発生時に系統から切り離す電力量の目標値(目標制御量MP)、及び遮断する発電機の組合せを対応づけた情報である(図6参照)。
【0020】
中央演算装置20は、事前演算部21による解析シミュレーション周期的に実行することにより、制御テーブル22を周期的に更新する。これにより、常に最新の系統情報を反映させ、系統事故が発生した場合に電力系統Eを安定化できるようにする。
【0021】
中央制御装置30は、事故検出端末10、中央演算装置20、及び制御端末40と通信可能に接続する。中央制御装置30は、事故検出端末10から事故種別を取得する。中央制御装置30は、中央演算装置20から制御テーブル22を取得する。
【0022】
中央制御装置30は、例えば、電制機決定部31と、制御実績情報32とを備える。電制機決定部31は、事故種別に基づいて制御テーブルを参照し、事故種別に示される系統事故に対応する、目標制御量、及び、電制の対象とする発電機の組合せを取得する。電制機決定部31は、取得した目標制御量、及び、電制の対象とする発電機の組合せに基づいて、実際に電制を行う発電機を決定し、決定した電制機に対応する制御端末40に制御指令を出力する。制御指令は、制御端末40に、制御端末40が管理する遮断器の遮断を命ずる指令である。制御端末40が管理する遮断器は、電制を行う発電機と電力系統Eとの間に設けられた遮断器であって、当該遮断器が遮断されることで発電機が電力系統Eから切り離される。
【0023】
電制機決定部31は、電制を行った実績に基づいて、制御実績情報32を作成する。制御実績情報32は、電制を行った実績を示す情報であって、例えば、電制を実施した系統事故の事故種別、目標制御量、電制を実施した発電機の識別番号、制御指令に対する応答(Ack)の有無等である(図7参照)。
【0024】
なお、制御テーブル22は、例えば、中央演算装置20の記憶部(不図示)、制御実績情報32は中央制御装置30の記憶部(不図示)に記憶される情報である。これらの記憶部は、例えば、HDD、フラッシュメモリ、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)、ROM(Read Only Memory)、またはRAM(Random Access Memory)等により構成される。
【0025】
制御端末40は、中央制御装置30からの制御指令に従い、制御端末40が管理する遮断器に遮断指令を出力する。遮断指令は、遮断器を遮断する命令である。制御端末40は、遮断器を遮断させると、中央制御装置30にその旨の応答(Ack)を返す。
以上が系統安定化システム1の構成である。
【0026】
ここで、実施形態においては、電制の対象となる発電機として、出力する電力量が経時的に大きく変動し得る発電機(例えば、再生可能エネルギーによるもの等)を前提としている。このため、事前オンライン演算にて想定した発電機の出力と、実際に電制を行った際の発電機の出力とに差異が生じる可能性がある。差異が生じ、電制にて電力系統Eから切り離した電力量が不足すれば、電力系統Eを安定化させることができなくなる可能性がある。
【0027】
この対策として、以下で説明する各実施形態では、中央制御装置30と制御端末40との通信を用いて、電力系統Eから切り離した電力量が不足した場合でも、電力系統Eを安定化させることができるようにする。
【0028】
(第1の実施形態)
第1の実施形態を説明する。図2〜図5は、第1の実施形態の中央制御装置30と制御端末40との通信を説明する図である。図2は、系統事故が発生していない事故前の通信を示す。図3〜図5は、系統事故が発生した事故時の通信を示す。
【0029】
図2に示すように、事故前において、制御端末40は、中央制御装置30に出力電力量HP(図2では電力量と記載)を通知する。ここでの出力電力量HPは、制御端末40が管理する遮断器を介して、電力系統Eと接続される発電機から出力される電力量である。つまり、電制の対象となり得る発電機から出力される電力量である。制御端末40は、例えば、発電機と遮断器との間に接続される電圧計測用変成器、及び電流計測用変成器から、発電機が出力する電圧及び電流を取得する。制御端末40は、取得した電圧及び電流に基づいて出力電力量HPを算出し、算出した出力電力量HPを中央制御装置30に通知する。
【0030】
この例では、中央制御装置30が制御対象とする複数の制御端末40(制御端末40−1、…、40−K、40−K+1、40−K+2、…、40−N)の各々が、中央制御装置30に出力電力量HPを通知する場合を示している。
(【0031】以降は省略されています)

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