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公開番号2025113227
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-01
出願番号2025008646
出願日2025-01-21
発明の名称応答関係曲線に基づく電力システム過渡安定判別方法
出願人東北電力大学
代理人弁理士法人R&C
主分類H02J 3/00 20060101AFI20250725BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電力システムの過渡電力角安定性を簡単かつ迅速に識別する方法を提供する。
【解決手段】発電機電流と角周波数との関連関係の確立、発電機電流と角周波数の関係曲線の特性解析、および発電機電流と角周波数の関係曲線に基づく電力システム過渡電力角安定性の判断基準の提出などのステップを含む。本発明は、電力システムの過渡電力角安定態勢を正確かつ迅速に識別することができ、計算が簡単で、ネットワークの構造、パラメータ及びシステム運転モードの変化の影響を受けず、過渡安定判別のリアルタイム性の要求を満たしやすく、エンジニアリング用途が容易であるなどの利点がある。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
以下のステップを含み、
ステップ１：発電機電流と角周波数との関連関係の確立、
古典的な二次モデルの単一機械無限バスシステムでは、減衰を考慮せず、その発電機ロータの運動方程式は、
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2025113227000066.tif
21
156
で表され、
式において、Δωは角周波数偏差で、δは電力角で、Ｍは慣性係数で、Ｐ
ｍ
は発電機の機械的出力で、Ｐ
ｅ
は発電機の電磁電力であり、
発電機電流
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2025113227000067.tif
7
156
を負荷電流
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2025113227000068.tif
8
156
と故障後の付加電流
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2025113227000069.tif
8
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の二つの部分から構成されていると考え、
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2025113227000070.tif
10
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、
電流で表される電磁電力は、
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2025113227000071.tif
10
156
、
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2025113227000072.tif
18
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であり、
式において、Ｑ
ｅ
は発電機の無効電力で、Ｐ
０
は通常運転時の電磁電力で、ｊは複素数の虚数単位で、ｒｅａｌは実部を取ることを意味し、
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2025113227000073.tif
6
156
と
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2025113227000074.tif
5
156
はそれぞれ発電機内の電位ベクトルと振幅で、
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2025113227000075.tif
7
156
は
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2025113227000076.tif
6
156
と
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2025113227000077.tif
8
156
の角度差であり、
電流と角周波数偏差の相関関係式は、
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2025113227000078.tif
12
156
であり、
角周波数偏差の変化率は、角周波数自体の変化率で表され、
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2025113227000079.tif
14
156
、
電流と角周波数の変化率との関連関係は、
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2025113227000080.tif
13
156
であり、
ステップＳ２：発電機電流と角周波数の関係曲線の特性解析、
プロセス全体の電流は角周波数の変化とともに電流が減少し続ける特性を示し、
プロセス全体の電流は角周波数の変化とともに増大し続け、
ステップＳ３：発電機電流と角周波数の関係曲線に基づく電力システム過渡電力角安定性の判断基準の提出、
発電機電流と角周波数の関係曲線におけるシステム安定と不安定の重要な特徴を識別することにより、角周波数の変曲点を迅速に定位し、角周波数の変曲点付近の電流変化率を計算し、プラスとマイナスの符号から角周波数の変曲点付近の電流の変化傾向を判断すること、を特徴とする応答関係曲線に基づく電力システム過渡安定判別方法。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記ステップＳ２において、
安定平衡点付近で
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2025113227000081.tif
7
156
で、角周波数が減少する過程で、
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2025113227000082.tif
11
156
、
TIFF
2025113227000083.tif
7
156
があり、
角周波数の変曲点を経た後に角周波数が増大する過程で、
TIFF
2025113227000084.tif
12
156
、
TIFF
2025113227000085.tif
9
156
があり、
不安定平衡点付近で
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2025113227000086.tif
8
156
で、角周波数が減少する過程で、
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2025113227000087.tif
12
156
、
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2025113227000088.tif
7
156
があり、
角周波数の変曲点を経た後に角周波数が増大する過程で、
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2025113227000089.tif
12
156
、
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2025113227000090.tif
7
156
があること、を特徴とする請求項１に記載の応答関係曲線に基づく電力システム過渡安定判別方法。
【請求項３】
前記ステップＳ３は、
ｉ）システムの安定、
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2025113227000091.tif
28
156
と、
ｉｉ）システムの不安定、
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2025113227000092.tif
29
156
とを含み、
式において、時刻ｔで測定した角周波数はω（ｔ）であり、時刻ｔ－τで測定した角周波数はω（ｔ－τ）であり、時刻ｔ＋τで測定した角周波数はω（ｔ＋τ）であること、を特徴とする請求項１に記載の応答関係曲線に基づく電力システム過渡安定判別方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は電力システム過渡安定性識別技術の分野に属し、特に応答関係曲線に基づく電力システム過渡安定判別方法に関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
同期フェーザ測定装置の中国電力網への普遍的な増設と広域測定システムの広範な配置に伴い、オンラインでリアルタイムに電力網の動態を監視することが現実的になり、過渡安定性解析とその緊急制御に重要な意義を持っている。応答情報に基づく過渡安定性解析と制御は応答データのリアルタイム測定に依存し、運転時のネットワークの構造、システムパラメータとモデルの影響を受けず、過渡安定性判別のシミュレーションモデルと事前想定運転モードへの依存を軽減でき、「リアルタイム意思決定、リアルタイム制御」の実現に役立ち、安定判定結果の正確性と緊急制御戦略の適応性を向上させることが期待される。
【０００３】
発電機の応答情報、例えば角周波数、ポート電流には電力システムの過渡安定性レベルを反映できる重要な特徴情報が含まれており、従来の過渡安定判別方法がネットワーク構造と運転モードの変化に大きく影響され、解くことが困難または計算量が多く、過渡安定判別のリアルタイム性の要求を満たすことが困難であるなどの問題から脱却するために、応答関係曲線に基づく電力システム過渡安定判別方法を構築する。電力システムが大きな外乱を受けた後の発電機のポート電流と角周波数をリアルタイムで測定し、理論的な導出を通じて、メカニズムから２つの応答電気量間の関連関係を掘り起こし、発電機電流と角周波数との間の関数関係を確立する。電流と角周波数の関連関係に基づいて、電流と角周波数の関係曲線をプロットし、関係曲線の特徴を解析し、その中から過渡電力角安定と過渡電力角不安定の差異の重要な特徴を抽出する。安定時と不安定時のシステムの電流と角周波数の関係曲線の重要な特徴を利用して電力システムの過渡安定態勢を判別し、電流と角周波数の関係曲線に基づく電力システムの過渡電力角安定と不安定の判断基準を構築し、電力システムの過渡電力角安定性を正確かつ迅速に判別することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、電力システムの過渡電力角安定性を簡単かつ迅速に識別する方法を提案し、従来の過渡安定解析方法が直面していた計算量が多く、ネットワークの構造、パラメータ及びシステム運転モードの変化の影響が深刻で、過渡安定判別のリアルタイム性の要求を満たすことが困難であるなどの問題を回避し、発電機電流と角周波数との関連関係を深く掘り下げて確立し、測定可能で簡単な電気量を関係曲線の形で電力システム過渡安定性解析に導入することにより、応答関係曲線に基づく電力システム過渡安定判別方法を構築することである。この方法は伝統的かつ新エネルギーグリッド接続電力システムに応用でき、電力システムの過渡安定性を保証し、向上させることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するため、本発明の応答関係曲線に基づく電力システム過渡安定判別方法の具体的な技術案は以下の通りである。
【０００６】
１）発電機電流と角周波数との関連関係の確立
【０００７】
古典的な二次モデルの単一機械無限バスシステムでは、減衰を考慮せず、その発電機ロータの運動方程式は、
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2025113227000002.tif
19
156
で表され、
式において、Δωは角周波数偏差で、δは電力角で、Ｍは慣性係数で、Ｐ
ｍ
は発電機の機械的出力で、Ｐ
ｅ
は発電機の電磁電力である。
【０００８】
発電機ロータの運動方程式をもとに理論的な導出を行い、電流量をロータの運動方程式に導入し、発電機電流と角周波数との関連関係を探求し、発電機電流を簡単に処理して、発電機電流
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2025113227000003.tif
8
156
を負荷電流
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2025113227000004.tif
8
156
と故障後の付加電流
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2025113227000005.tif
7
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の二つの部分から構成されていると考え、
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2025113227000006.tif
9
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、
成分形の電流量を電磁電力式に代入すると、電磁電力の成分形が得られ、電流で表される電磁電力が得られ、
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2025113227000007.tif
9
156
、
TIFF
2025113227000008.tif
18
156
、
式において、Ｑ
ｅ
は発電機の無効電力で、Ｐ
０
は通常運転時の電磁電力で、ｊは複素数の虚数単位で、ｒｅａｌは実部を取ることを意味し、
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2025113227000009.tif
7
156
と
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2025113227000010.tif
7
156
はそれぞれ発電機内の電位ベクトルと振幅で、
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2025113227000011.tif
7
156
は
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2025113227000012.tif
6
156
と
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2025113227000013.tif
8
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の角度差である。
【０００９】
式（１）から分かるように、角周波数偏差と発電機の電磁電力との関係は、
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2025113227000014.tif
14
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である。
式（５）からΔωについての一般解式が得られる：
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2025113227000015.tif
13
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。
【００１０】
故障初期時点での発電機の角周波数偏差Δω＝０であり、発電機の機械的出力の変化を無視すると、常に
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8
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であり、式（４）と式（６）を組み合わせると、Δωについての特解式が得られる：
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12
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。
（【００１１】以降は省略されています）

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