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電力系統の系統安定度監視方法及びシステム 新技術説明会

国内特許コード P06A009270
整理番号 4078
掲載日 2006年8月18日
出願番号 特願2005-020791
公開番号 特開2006-211830
登録番号 特許第4061412号
出願日 平成17年1月28日(2005.1.28)
公開日 平成18年8月10日(2006.8.10)
登録日 平成20年1月11日(2008.1.11)
発明者
  • 三谷 康範
  • 渡邊 政幸
  • 辻 毅一郎
  • 橋口 卓平
出願人
  • 学校法人九州工業大学
  • 学校法人大阪大学
発明の名称 電力系統の系統安定度監視方法及びシステム 新技術説明会
発明の概要

【課題】 遠隔・多地点の情報量を同時刻で計測して、広域的なデ-タ収集に基づくリアルタイムの監視・制御を実現する。
【解決手段】 本発明は、広域的な複数地点におけるデ-タ収集に基づきリアルタイムに電力系統の系統安定度を監視する。広域的な複数地点のそれぞれにおいて、一般需要家が用いる商用電源コンセントの電圧からその位相を検出し、この位相情報に時刻情報を付加したデ-タを、ネットワ-クを介して、デ-タサ-バに送出する。デ-タサ-バは、複数地点からのデ-タを、継続的に取得して、収集し、この取得したデ-タに基づき、系統の動揺成分を抽出し、抽出した動揺成分に基づき系統の安定度を判別する。
【選択図】 図1

従来技術、競合技術の概要


電力産業は現在2,000kW以上の大口需要家を対象として、市場が開放され、電力供給者を選択できるようになっている。2005年4月からは50kWまで自由化対象が拡大され、また、複数の電力会社をまたがった電力融通における託送料金が統一化されるため、遠隔地から大都市に向けた小売託送が活発化されることが予想されている。こうした中で、電力を送るための余裕量を的確に把握することが重要である。送電電力限界を決定する要因は、熱容量、系統安定度、電圧安定度などがある。これらの中で、系統安定度はシミュレ-ション上では検討できるものの、実系統における正確な状態を把握することは困難であった。



電力系統の広域安定度は、主としてシミュレ-ションと電力系統安定度理論に基づき、予め余裕を持った値を計算によって算出しておき、この値を上限と設定する方法が取られてきた。この電力系統の広域安定度を求めるためには、系統安定度の中で支配的な長周期電力動揺の安定度余裕を把握することが必要となる。



電力会社ではデ-タ収集システムを構築し、自系統の様子は緻密に把握しており、各電力会社の中央給電指令所がこの役割を担っている(例えば、http://www.tmt-d.co.jp/work/ncs/seo.htm、及び、http://www.hts.co.jp/kansi.html、参照。)。電力系統規模の拡大とともに、電源の容量増大、遠隔地化、偏在化およびこれに伴う送電線の長距離化、重潮流化が進む傾向にある。これらは系統の安定度特性を厳しくする方向に作用するため、系統故障時に発電機脱調から大規模電源脱落や広域停電への発展が懸念される(非特許文献1)。そのため系統の安定度を常時監視し、発電機脱調などを未然に予防、予測するオンラインによる評価法は、機器を停止させることなく定常状態から機器のパラメ-タを推定できる点で有効である(非特許文献2)。特に近年においては、広範囲からデ-タを収集し、リアルタイムでシステム全体の動的振る舞いを把握することで、システム状態の変化に柔軟に対応できる広域的な制御が重視されており、これまで様々なオンラインによる系統監視手法が提案されてきた(非特許文献1) (非特許文献3) (非特許文献4)。



このような広域的なデ-タ収集に基づくリアルタイムの監視・制御を実現するためには、遠隔・多地点の情報量(位相角、線路潮流など)を同時刻で計測する必要がある(非特許文献5)。しかし、電力会社のエリアを超えた広域監視の例はない。特殊で大がかりな工事を伴うことなく系統状態の計測を行うことが求められる。

【非特許文献1】太田宏次・井上紀宏・伊藤久徳・福島宣夫・小俣和也・森田憲一・小海裕:「オンライン安定度計算による脱調未然防止システム(TSC)の開発」、 電学論B、 115, 1 , pp.75-84(1995-1)

【非特許文献2】J. A. Demcko, S. Pillutla, and A. Keyhani: ”Measurement of Synchronous Generator Data from Digital Fault Recorders for Tracking of Parameters and Field Degradation Detection”, Electric Power Systems Research 39, pp.205-213 (1996)

【非特許文献3】柳橋健・今井伸一・庄司寿哉・佐藤正弘・石原祐二:「リアルタイム測定デ-タを用いた動揺推定と脱調予測法の開発」, 電学論B, 118,10, pp.1186-1193 (1998-10)

【非特許文献4】鈴木直人・檜山隆・船越節彦:「実時間FFT による電力システム動揺モ-ドのオンライン同定」, 電学論B,120, 2,pp.134-140(2000-2)

【非特許文献5】斉藤浩海:「電力システムにおける同期計測技術の応用動向」, 電学論B, 119, 8/9, pp.897-900(1999-8/9)

【非特許文献6】水町守志:「ミニ特集GPS(衛星測位システム)技術と今後の展開」, 計測と制御,36, 8, pp.533-562(1997-8)

【非特許文献7】今江理人:「全世界測位システム(GPS) とその応用」, 電学論B, 118, 3, pp.227-230(1998-3)

【非特許文献8】R. Tsukui, P. Beaumont, T. Tanaka and K. Sekiguchi: ”Intranet-Based Protection and Control”, IEEE Computer Applications in Power, pp.14-17(2001-4)

【非特許文献9】三谷康範・佐伯修・北條昌秀・鵜飼裕之:「多地点同期フェ-ザ量計測に基づく西日本60Hz 系統の動特性オンライン観測システム」, 電気学会電力技術電力系統技術研究会資料,PE-02-60,PSE-02-70 (2002-9)

【非特許文献10】The MathWorks: MATLAB Wavelet Toolbox, Wavelet Toolbox User's guide

【非特許文献11】小林一行: MATLAB ハンドブック, 秀和システム(1998)

【非特許文献12】大澤靖冶・杉原弘章:「多数の分散電源からなる電力系統の安定化制御に関する考察」, 電気学会電力技術電力系統技術研究会資料,PE-98-116,PSE-98-106(1998)

【非特許文献13】富山克之・佐藤雅一・山地幸司・関田昌弘・後藤益雄:「交直並行送電系統における直流パワ-モジュレ-ションによる電力動揺抑制制御」, 電学論B, 117, 7,pp.938-944(1997-7)

【非特許文献14】垣本直人:「長距離くし形系統の内部共振による長周期動揺不安定性」, 電学論B,115, 3,pp.219-226(1995-3)

【非特許文献15】渡邊政幸・三谷康範・辻毅一郎:「非線形連成振動モデルを用いた多機くし形系統におけるHopf 分岐特性の解析」, 電学論B, 123, 12,pp.1454-1461(2003-12)

【非特許文献16】中地域技術研究連絡会・系統研究分科会,西日本研究連絡会:「60Hz 連系系統における電力-周波数特性の実測」, 電学論B,97, 1,pp.45-51(1977-1)

【非特許文献17】小畑嘉造・平井信好・武田捷一:「小擾乱に対する電力系統の安定度判別手法の比較」, 情報処理研究会資料, IP-78-69(1978)

【非特許文献18】電力系統モデル標準化調査専門委員会編:「電力系統の標準モデル」, 電気学会技術報告第754 号(1999)

【非特許文献19】I. J. Perez-Arriaga, G. C. Verghese and F. C. Schweppe, ”Selective modal analysis with applications to electric power system, Part 1: Heuristics Introduction”, IEEE Trans. on Power Apparatus and Systems, Vol. 101, No.9,pp.3117-3125(1982-9)

産業上の利用分野


本発明は、広域的な複数地点におけるデ-タ収集に基づきリアルタイムに電力系統の系統安定度を監視する方法及びシステムに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
広域的な複数地点におけるデ-タ収集に基づきリアルタイムに電力系統の系統安定度を監視する方法において、
前記広域的な複数地点のそれぞれにおいて、一般需要家が用いる商用電源コンセントの電圧からその位相を検出し、
この位相情報に時刻情報を付加したデ-タを、ネットワ-クを介して、デ-タサ-バに送出し、
デ-タサ-バは、前記複数地点からのデ-タを、継続的に取得して、収集し、
次に、取得したデ-タに基づき、系統内で発生する最も周期が長い第1モ-ドと次に周期が長い第2モ-ドの動揺成分を抽出し、
抽出した第1モードと第2モードの動揺成分に基づき系統の安定度を判別し、
前記安定度の判別は、前記第1と第2の2つのモ-ド間に相互作用が働く連成モデルであることを考慮した2自由度系振動モデルを適用し、第1と第2モ-ドの動揺成分から前記連成モデルの係数を同定し、その結果から固有値を計算することにより行う、
ことから成る電力系統の系統安定度監視方法。

【請求項2】
前記第1と第2モードの動揺成分は、前記複数地点から取得したデ-タに、ウェ-ブレット変換を施すことにより抽出する請求項1に記載の電力系統の系統安定度監視方法。

【請求項3】
前記連成モデルは、第1モードの動揺成分をx1、その1 階微分をx2、第2モードの動揺成分をx3、その1 階微分をx4 として、以下のモデル式で表され、
X1(x1の微分)=x2
X2(x2の微分)=a1000・x1+a0100・x2+a0010・x3+a0001・x4
X3(x3の微分)=x4
X4(x4の微分)=b1000・x1+b0100・x2+b0010・x3+b0001・x4
【数式1】


この行列Aから2つの共役な複素固有値を導出することで、2つの振動モ-ドの特徴を調べる請求項1に記載の電力系統の系統安定度監視方法。

【請求項4】
広域的な複数地点におけるデ-タ収集に基づきリアルタイムに電力系統の系統安定度を監視するシステムにおいて、
前記広域的な複数地点のそれぞれにおいて、一般需要家が用いる商用電源コンセントの電圧からその位相を検出し、この位相情報に時刻情報を付加したデ-タを送出する位相計測装置と、
前記複数地点からのデ-タを、ネットワ-クを介して、継続的に取得して、収集するデ-タサ-バと、
前記デ-タサ-バが取得したデ-タに基づき、系統内で発生する最も周期が長い第1モ-ドと次に周期が長い第2モ-ドの動揺成分を抽出する手段と、
抽出した動揺成分に基づき系統の安定度を判別する手段と、を備え、
前記安定度の判別は、前記第1と第2の2つのモ-ド間に相互作用が働く連成モデルであることを考慮した2自由度系振動モデルを適用し、第1と第2モ-ドの動揺成分から前記連成モデルの係数を同定し、その結果から固有値を計算することにより行う、
ことから成る電力系統の系統安定度監視システム。

【請求項5】
前記第1と第2モードの動揺成分を抽出する手段は、前記複数地点から取得したデ-タに、ウェ-ブレット変換を施すことにより抽出する請求項4に記載の電力系統の系統安定度監視システム。

【請求項6】
前記連成モデルは、第1モードの動揺成分をx1、その1 階微分をx2、第2モードの動揺成分をx3、その1 階微分をx4 として、以下のモデル式で表され、
X1(x1の微分)=x2
X2(x2の微分)=a1000・x1+a0100・x2+a0010・x3+a0001・x4
X3(x3の微分)=x4
X4(x4の微分)=b1000・x1+b0100・x2+b0010・x3+b0001・x4
【数式2】


この行列Aから2つの共役な複素固有値を導出することで、2つの振動モ-ドの特徴を調べる請求項4に記載の電力系統の系統安定度監視システム。
産業区分
  • 送配電
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2005020791thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
詳細は、下記「問合せ先」まで直接お問い合わせください。


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