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電力系統の系統安定度制御方法及びシステム コモンズ 実績あり 外国出願あり

国内特許コード P09S000270
掲載日 2010年1月15日
出願番号 特願2007-504638
登録番号 特許第4069209号
出願日 平成18年1月20日(2006.1.20)
登録日 平成20年1月25日(2008.1.25)
国際出願番号 PCT/JP2006/300806
国際公開番号 WO 2006/090538
国際出願日 平成18年1月20日(2006.1.20)
国際公開日 平成18年8月31日(2006.8.31)
優先権データ
  • 特願2005-045176 (2005.2.22) JP
発明者
  • 三谷 康範
  • 渡邊 政幸
出願人
  • 九州工業大学
発明の名称 電力系統の系統安定度制御方法及びシステム コモンズ 実績あり 外国出願あり
発明の概要 【要約】 本発明は、広域的な複数地点のそれぞれにおいて、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ータを、データサーバに送出する。データサーバは、系統の一端を位相角基準とし、他端と中央を対象として位相差情報を観測し、得られた動揺から系統間動揺成分を抽出し、さらにその1 階および2 階微分して得られたデータ列に対して、着目する発電機に設置されたPSS のモデルが既知であるとして、それを含むように拡張した拡張連成振動モデルを構成する。モデル構成時におけるPSS の状態変数に関する時系列データを求め、これより、拡張連成振動モデルを用いてPSS パラメータを直接整定することにより支配モードの安定化を達成する。
従来技術、競合技術の概要 【背景技術】日本の電力産業は2005年4月からは50kWの大口需要家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、遠隔地から都市や工場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し、問題が有る場合は安定化制御装置の再設定を行って迅速に対応することが重要である。電力系統の動揺安定化は主として励磁系の補助信号の設計によって行われる。電力系統から取得した発電機角速度偏差Δωおよび発電機出力偏差ΔPを用いて、位相進み遅れ補償による信号処理により局所的な動揺および広域的な動揺の安定化をはかる方法が一般的に用いられている(特許文献1参照)。図25は、系統安定度制御を行うときに用いる励磁装置とPSSの役割を説明する図であり、(A)は電力系統に接続される1つの発電機の概略構成を示し、(B)は(A)に示す励磁装置とPSSの詳細を示すブロック図である。電力系統には多数の発電機が接続されており、PSS (Power System Stabilizer「電力系統安定化装置」)は、個々の発電機の安定化を目的として、発電機の回転角速度偏差Δωなどをフィードバックして界磁巻線電圧を制御する励磁装置の補助信号として用いるために備えられている。図25(B)に示すように、励磁装置(AVR)は、発電機端電圧Vtの値を規定の値Vrefに制御するためのもので、そのずれ(Vref-Vt)を入力として、励磁電圧Efdを上げ下げするものである。この励磁電圧を作り出す励磁機を動作させるのに必要な電圧を作り出す励磁電圧発生器と励磁機の動特性を図中のブロック内に示している。“s”はラプラス演算子である。乱調防止部は信号が急激に変化することを防止するために設けられている。発電機端電圧Vtは、発電機の出力端から計器用変成器を介して入力され、規定の値Vrefは発電機出力端電圧の規定値に相当する電圧を発生し入力する。また、励磁電圧の規定値に相当する電圧Efdo/100を発生して、励磁電圧発生器の発生電圧に加えて励磁機に入力する。100で割っているのは、その入力直後にある励磁機の増幅度がこの例の場合100であるとして、励磁電圧Efdと信号レベルを合わせるために予め調整するためのものである。励磁装置の増幅部の1.0は、信号の増幅度を表すもので、ここでは、1.0という数値が与えられている。1.0であれば、増幅部は不要であるが、変える必要が生じる場合を想定して設置されているものである。励磁電圧発生器の[1.0/(1+0.2s)]は、励磁機を動作させる電圧を発生するための動作特性を表し、ここでは、増幅度1.0、時定数0.2秒という数値が与えられている。励磁機の[100.0/(1+2.0s)]は、励磁機が励磁電圧Efdを出力する動作を表すもので、動作時定数2.0秒と増幅度100.0という数値が与えられている。乱調防止部の[0.1s/(1+0.5s)]は、励磁機の出力Efdの応答が速すぎて乱調現象を起こすことを防止するためのフィードバックの特性を意味する。それぞれ示される値が与えられている。一方、PSS(電力系統安定化装置)は励磁装置のための補助信号を発生して、発電機回転の動揺を安定化するために設けられる。図示したように、PSSは、発電機の回転速度の変化分Δωを入力として用いており、その出力信号は、補助信号(Vpss)として励磁装置に加えられる。PSSは、入力Δω信号を励磁装置の動作信号のレベルまで電圧を高める信号増幅器と、信号に含まれる直流偏差分を取り除く信号リセット部と、信号の位相を進ませたり遅らせたりして、動揺を安定化できるように調整するための信号位相補償器(ここでは、信号位相調整1と2の2つ用いている)から構成されている。PSS(電力系統安定化装置)は、Δωの入力によって動揺を安定化させるための補助信号を、電圧の規定値からのずれに相当する信号1.0×(Vref-Vt)と同じところに足し合わせて、励磁電圧発生器に入力する。図示している式は、その働きを式で当てはめて表現しているもので、実際には、半導体等で構成する基盤等のハードで構成される。また、励磁装置についても、図中に示した式は同様に、その働きを式で当てはめて表現しているもので、半導体等で構成する基盤や電磁機器等のハードで構成される。PSSの信号増幅器の動作を表す[K/(1+T0s)]は、発電機の回転角速度変化分Δωを検出するための検出器の応答(応答時定数T0)と信号増幅(増幅度K)を意味している。信号リセット部[Tws/(1+Tws)]は、信号に含まれるオフセット分をキャンセルするためのフィルタを意味している。信号位相調整1[(1+T1s)/(1+T2s)]は信号の位相を進ませるあるいは遅らせることにより、動揺を安定化できるように信号を調整するための信号位相補償器を意味している。信号位相調整2[(1+T3s)/(1+T4s)]は、上記と同じ役割で、位相進みあるいは遅れの量を増やす目的で2段直列に接続されている信号位相補償器を意味している。また、現在運転中の多くの発電機に採用されているΔP型PSSは、ローカル動揺の抑制に効果を上げている。さらに、長周期電力動揺抑制対応として(ΔP+Δω)型PSSも多くの発電機に採用され、安定送電電力を増加させる効果が報告されている(非特許文献1参照)。フィードバックする信号を追加し、長周期動揺モードを含む複数のモードを安定化するためのPSS補償器を構成した例もある(特許文献2参照)。電力系統の数箇所から電力系統の情報を取り込み、プローニー解析法を用いて、波形から動揺の周波数、減衰率、振幅を算定し、観測によって系統の安定度を監視しようとする技術が知られている(特許文献3参照)。しかしながら、この方法では、何らかの明らかな擾乱後の波形解析を行う必要があると考えられるが、電力系統の常時の揺らぎから電力系統動揺モデルを構成できることが望まれる。また、この方法では、系統安定化の手法として電源制限による方法を示しているが、励磁制御系の設計指針が求められる。本発明者らは、時刻同期機能を備えた位相計測装置を日本全国の大学に設置し、電力システム全体の動特性を観測するシステムを構築してきた。観測によって得られた位相情報をもとに、とくに系統全体で揺れる長周期動揺モードが定常時の微小な動揺から抽出できるようになってきている(非特許文献2参照)。そこで、抽出した動揺成分に対してPSSの調整を行うことで系統間の長周期動揺が効果的に抑制できることが期待される。これまで、動揺観測からモード間の相互作用を考慮して構成した連成振動モデルに基づき、PSSの調整を行う方法について検討してきた(非特許文献3参照)。この方法では、PSSパラメータを微少量変化させてモードの変化方向を調べることによりPSSの調整を試みており、調整毎にモデルを再構成して試行錯誤によりパラメータを決定する必要があった。
【特許文献1】特開平10-52096号公報
【特許文献2】特開平11-206195号公報
【特許文献3】特開2001-352679号公報
【非特許文献1】「連系系統の長周期動揺を抑制する複数PSSの開発と動揺モデルに関する研究」電学論B、Vol.115-B, No.1, 1995
【非特許文献2】橋口,他:「多地点同期フェーザ量計測に基づく電力動揺の特性係数の同定」電気学会電力・エネルギー部門大会, No.204 (2004)
【非特許文献3】渡邊,他:「動揺観測に基づく電力系統安定化制御」電気学会研究会資料,PE-04-45, PSE-04-45 (2004)
【非特許文献4】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5】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6】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7】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8】The MathWorks: MATLAB Wavelet Toolbox, Wavelet Toolbox User's guide
【非特許文献9】小林一行: MATLAB ハンドブック, 秀和システム(1998)
【非特許文献10】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)
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ー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制御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ー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制御する方法において、 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ータを、ネットワークを介して、データサーバに送出し、 データサーバは、系統の一端を位相角基準とし、他端と中央を対象として位相差情報を観測し、 得られた動揺から系統間動揺成分を抽出し、さらにその1 階および2 階微分して得られたデータ列に対して、拡張連成振動モデルを構成し、 該拡張連成振動モデルは、取得した前記位相差情報を用いて電力系統両端で逆位相に動揺する第1モードと系統の中央と両端が互いに逆位相に動揺する第2モードの特性を表現する部分と、取得した前記位相差情報を用いて電力系統安定化装置PSSから動揺モードへの影響の大きさを表す部分と、着目する発電機に設置された電力系統安定化装置PSSの動特性を表す部分とからなり、 前記位相差情報及びその微分値に関する時系列データを求め、これより、前記拡張連成振動モデルを用いて電力系統を安定化するためのパラメータを整定して、前記電力系統安定化装置PSSに入力することにより動揺モードの安定化を達成する電力系統の系統安定度制御方法。
【請求項2】前記系統間動揺成分は、前記得られた動揺からウェーブレット変換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制御方法。
【請求項3】添字1, 2の付いたδは対象地点の位相、添字s の付いたδは基準地点の位相、添字e の付いたδは位相の初期値として、x1~x4を以下のように定義して、
【数1】<EMI LX=0250 HE=056 WI=159 ID=000011 LY=0612> さらに、xpss1、xpss2は各々の電力系統安定化装置PSS の状態変数からなるベクトル、c1, c2 はa'i, b'i とともに最小二乗法によって決定される係数ベクトル、行列D1,D2 は電力系統安定化装置PSSの構造によって決まり、電力系統安定化装置PSS のゲインおよび時定数といったパラメータを含んでいると定義して、
【数2】<EMI LX=0250 HE=051 WI=159 ID=000012 LY=1434>前記拡張連成振動モデルが、上式で表される請求項1に記載の電力系統の系統安定度制御方法。
【請求項4】広域的な複数地点におけるデー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制御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ータを送出する位相計測装置と、 前記複数地点からのデータを、ネットワークを介して、継続的に取得して、収集するデータサーバと、 データサーバは、系統の一端を位相角基準とし、他端と中央を対象として位相差情報を観測し、得られた動揺から系統間動揺成分を抽出し、さらにその1 階および2 階微分して得られたデータ列に対して、拡張連成振動モデルを構成する手段と、から成り、 該拡張連成振動モデルは、取得した前記位相差情報を用いて電力系統両端で逆位相に動揺する第1モードと系統の中央と両端が互いに逆位相に動揺する第2モードの特性を表現する部分と、取得した前記位相差情報を用いて電力系統安定化装置PSSから動揺モードへの影響の大きさを表す部分と、着目する発電機に設置された電力系統安定化装置PSSの動特性を表す部分とからなり、 前記位相差情報及びその微分値に関する時系列データを求め、これより、前記拡張連成振動モデルを用いて電力系統を安定化するためのパラメータを整定して、前記電力系統安定化装置PSSに入力することにより動揺モードの安定化を達成する電力系統の系統安定度制御システム。
【請求項5】前記系統間動揺成分は、前記得られた動揺からウェーブレット変換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制御システム。
【請求項6】添字1, 2の付いたδは対象地点の位相、添字s の付いたδは基準地点の位相、添字e の付いたδは位相の初期値として、x1~x4を以下のように定義して、
【数3】<EMI LX=0250 HE=055 WI=159 ID=000013 LY=0869>さらに、xpss1、xpss2は各々の電力系統安定化装置PSS の状態変数からなるベクトル、c1, c2 はa'i, b'i とともに最小二乗法によって決定される係数ベクトル、行列D1,D2 は電力系統安定化装置PSSの構造によって決まり、電力系統安定化装置PSS のゲインおよび時定数といったパラメータを含んでいると定義して、
【数4】<EMI LX=0250 HE=050 WI=159 ID=000014 LY=1691>前記拡張連成振動モデルが、上式で表される請求項4に記載の電力系統の系統安定度制御システム。
産業区分
  • 送配電
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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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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