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JP2692793B2 - 電力系統の脱調予測装置 - Google Patents
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JP2692793B2 - 電力系統の脱調予測装置 - Google Patents

電力系統の脱調予測装置

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JP2692793B2
JP2692793B2 JP61153552A JP15355286A JP2692793B2 JP 2692793 B2 JP2692793 B2 JP 2692793B2 JP 61153552 A JP61153552 A JP 61153552A JP 15355286 A JP15355286 A JP 15355286A JP 2692793 B2 JP2692793 B2 JP 2692793B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は、電力系統の脱調を事前に予測判定し得るよ
うにした電力系統の脱調予測装置に関するものである。 [発明の技術的背景とその問題点] 従来から、系統事故による発電機間の脱調現象を防止
する手段として、複数の電気所間の電圧位相を比較しあ
い、その互いの位相角差が電気角で例えば180度以上に
なったことを検出して脱調と判定し、夫々の電気所のし
ゃ断器を開放する脱調分離リレーがある。しかしかかる
手段では、脱調検出が遅れるために脱調現象が他に波及
してしまう恐れがある。 そこで、発電機の脱調を事前に予測判定する、即ち脱
調を検出するのではなく脱調を事前に予測判定すること
ができれば、この条件により種々の系統安定化制御を行
なって発電機間の脱調を事前に防止することが可能とな
るが、発電機間の内部電圧位相角差を検出して脱調を早
期に予測判定するような手段は、現在のところまだ実現
していない。 [発明の目的] 本発明は上記のような事情を考慮して成されたもの
で、その目的は電力系統が脱調に至ることを早期に予測
判定して発電機間の脱調を事前に防止することが可能な
電力系統の脱調予測装置を提供することにある。 [発明の概要] 上記目的を達成するために本発明の電力系統の脱調予
測装置においては、複数の発電機を連係して構成された
電力系統における各発電機の端子又はその近傍の電圧お
よび電流を夫々検出する複数の電圧・電流検出器と、こ
の電圧・電流検出器により検出された発電機の電圧およ
び電流値を正相値に変換する複数の正相変換器と、この
正相変換器により変換された発電機の正相電圧および正
相電流を基に夫々の発電機の内部電圧を検出する複数の
内部電圧検出器と、この各内部電圧検出器で検出された
各発電機の内部電圧を入力して将来の脱調発生を予測す
る脱調判定器とを備えている。 さらに、上述した脱調判定器に対して、伝送系を介し
て夫々伝送される各内部電圧検出器からの各発電機の内
部電圧を入力して発電機間の内部電圧位相角差を一定周
期で検出する内部電圧位相角差検出手段と、この内部電
圧位相角差検出手段にて検出された過去の複数時刻にお
ける内部電圧位相角差を用いて、時刻と内部電圧位相角
差との関係を示す曲線の近似式を求め、この近似式から
将来の各時刻における内部電圧位相角差を予測演算する
予測演算手段と、この予測演算手段で算出された各予測
内部電圧位相角差が時間経過に伴って増大する発散傾向
を示し、かつその値が許容値を越えると判定したとき脱
調発生と判定する脱調判定手段とを備えている。 [発明の実施例] まず、本発明による脱調予測の考え方について説明す
る。 第4図は電力系統の一例を示す図であり、1aおよび1b
は夫々電力系統に並列している発電機を示す。 次に第5図(a)〜(c)および(d)は、系統事故
などが原因となって上記第4図における発電機1aが発電
機1bに対して加速脱調に至る様相の概略を、各発電機1
a,1bの内部電圧ベクトルABの動きと両者の内部電
圧位相角差の動きで示したものである。 ここで、第5図(a)は通常の状態を示し、発電機1a
と発電機1bはある位相角差θaで運転している。次に第
5図(b)は、系統擾乱などによって発電機1aと発電機
1bの動きが異なり、徐々に位相角差が拡大して行く様子
を示す。そして第5図(c)は、位相角差が増々拡大し
てその角度が180°になった場合を示す。この様な状態
になれば、発電機1aは発電機1bに対して同期を失い脱調
となる可能性がある。更に第5図(d)は、この様な発
電機1aと発電機1bとの内部電圧位相角差の拡大傾向の時
間的変化を示したものであり、例えば過渡第一波脱調の
場合はその傾向が単調発散となる。 この様に、各発電機間の内部電圧位相角差の変化を観
測すれば脱調現象をとらえることができる。 次に、一定周期で検出した過去数点の2つの発電機1
a,1b間の内部電圧位相角差より、将来時点の内部電圧位
相角差を予測演算する方法について述べる。一般に、保
護継電器により事故送電線がしゃ断され、トランジェン
トが鎮静化すると、発電機1aと発電機1bとの間の内部電
圧位相角差は、それぞれの発電機の慣性により不連続に
変化せずに滑らかに変化する。それゆえ、過去数点の内
部電圧位相角差を通る高次式を求め、その延長上の点と
して将来の内部電圧位相角差を求めることかできる。 以下、2次式で予測する場合について第6図を用いて
説明する。いまΔT間隔で検出した発電機1aと発電機1b
との間の内部電圧位相角差を θ(tK),θ(tK-1),θ(tK-2)とすると、この3点
を通る曲線は(1)式,(2)式で定義される。 θ(t)=θ(tK-2)+Δθ12(t−tK-1)+ΔθO12
(t−tK-1)(t−tK-2) …(1) ここで、tKは現時間、tK-1はΔT前の時間、tK-2は2
ΔT前の時間をそれぞれ示す。そして、将来時点τにお
ける内部電圧位相角差は、(1)式のtにてτを代入す
ることにより演算される。 次に、脱調の判定方法について同様に第6図を用いて
説明する。脱調判定は上記(1),(2)式で演算した
将来時点の発電機1aと発電機1bとの間の内部電圧位相角
差が発散傾向を示し、かつ予め設定した境界値を越えた
か否かにより行なう。すなわち、将来時点τ1<τ2<…
<τPにおける内部電圧位相角差が、 θ(τ1)<θ(τ2)<…<θ(τP) …(3) かつ θ(τP)>θlimit …(4) の場合に脱調と判定する。ここで、θlimitは先に述べ
た境界値である。この脱調判定方法は、発電機1aが発電
機1bに対して例えば第一波で加速脱調する場合、両者の
内部電圧位相角差が単調に発散しかつある境界値を越え
るという物理的性質を利用している。 以下、上記のような考え方に基づく本発明の一実施例
について図面を参照して説明する。 第1図は本発明による電力系統の脱調予測装置の構成
例を示すものである。図において、1aおよび1bは前述の
通り電力系統に並列している発電機で2a,2bは変成器PT
a,PTb、変流器CTa,CTbを介して夫々の発電機1a,1bの電
圧および電流を高速にサンプリングする電圧・電流検出
器、3a,3bはこの電圧・電流検出器2a,2bで高速にサンプ
リングされた発電機の電圧および電流を正相値に変換す
る正相変換器、4a,4bはこの正相変換器3a,3bから出力さ
れる発電機1a,1bの正相電圧および正相電流値を基に発
電機1a,1bの内部電圧を検出する内部電圧検出器であ
る。また、5a,5bは上記内部電圧検出器4a,4bで検出され
た発電機1a,1bの内部電圧を、脱調判定器6へ伝送する
ための伝送系である。さらに、脱調判定器6は内部電圧
位相角差検出部6aと脱調判定部6bとから構成しており、
内部電圧位相角差検出部6aは上記伝送系5a,5bを介して
伝送される各発電機1a,1bの内部電圧より両者の位相角
差を検出するものであり、また脱調判定部6bは上記位相
角差の過去数点の値より将来の内部電圧位相角差を予測
演算し、かつその値および変化の傾向に応じて発電機1a
または1bの脱調を予測判定するものである。 次に、かかる構成の作用について具体的に述べる。い
ま第1図において、送電線故障などによって系統擾乱が
発生し、図示しない保護継電器により故障が除去されて
一定時間経過すると、電圧・電流検出器2a,2bは夫々発
電機1a,1bの電圧および電流をΔT間隔で高速にサンプ
リングし、正相変換器3a,3bによりこの検出された発電
機1a,1bの電圧および電流は夫々正相値に変換される。
例えば、50Hz系統で600Hzサンプリングならば、サンプ
リング間隔ΔTは約1.67[msec]となり、現時点の電圧
および電流のサンプリング値をV(m)およびI(m)
とすると、その正相値V1(m)およびI1(m)は夫々以下の
(5),(6)式により演算される。 V1(m)={Va(m)−Vb(m-2)+Vc(m-4)}/3 …(5) I1(m)={Ia(m)−Ib(m-2)+Vc(m-4)}/3 …(6) ここで、Va,Iaはa相の電圧,電流値、Vb,Ibはb相の
電圧,電流値、Vc,Icはc相の電圧,電流値である。 次に内部電圧検出器4a,4bは上記正相変換器3a,3bから
出力される発電機1a,1bの正相電圧および正相電流値よ
り、発電機1a,1bの内部電圧EA,EBを検出する。例えば、
50Hz系統で600Hzサンプリングならば、現時点の内部電
圧E(m)は上記で検出した正相電圧V1,正相電流I1
用いると、以下の(7)式により計算される。 E(m)=V1(m)−I1(m-3)・Xq …(7) ここで、V1(m)は現時点の発電機の正相電圧であり、I
1(m-3)は3サンプリング前に検出された発電機の正相電
流である。また、Xqは発電機のq軸同期リアクタンスで
ある。 更に、上記で検出された発電機1a,1bの内部電圧E
A(m),EB(m)は、夫々伝送系5a,5bを介して脱調判定器6
に伝送される。これにより、脱調判定器の6の内部位相
角差検出部6aでは、第2図に示す様に発電機1aと発電機
1bの内部電圧EA,EBが零電位を切る時間差Δξから、両
者の内部電圧位相角差θを次式よりΔT間隔で演算す
る。 θ=360×f×Δξ …………(8) ここで、fは系統の基本周波数である。また、ΔTは
1/2fあるいは1/fであり、例えば50(Hz)系統では10[m
sec]あるいは20[msec]となる。 次に脱調判定器6bは、現時点tK,ΔT時間前tK-1,2Δ
T時間前tK-2時点に夫々検出した内部電圧位相角差θ
(tK), θ(tK-1),θ(tK-2)より、前記(1),(2)式を
用いて将来時点τ1,τ2…τPにおける内部電圧位相角
差を予測演算する。そしてさらに、その予測値が前記
(3),(4)式を満足したならば脱調と判定し、図示
しない系統安定化装置に制御指令を与えることにより、
発電機の脱調を事前に防止することができる。なお第3
図は、上述した脱調判定器6の作用をフローチャートで
示したものである。 上述したように、本実施例構成の電力系統の脱調予測
装置とすることにより、発電機1a,1b間の脱調を早期に
予測検出することが可能となり、もってこの様な判定条
件を用いて所定の系統安定化制御を行なうことにより、
系統脱調を事前に防止することができる。 尚、上記実施例では、将来時点の内部電圧位相角差の
予測演算を2次式で行なったが、3次式以上のN次式で
行なっても同様の効果が得られるものである。この場合
には、現時点までの(N+1)個の内部電圧位相角差が
必要である。 [発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、電力系統が脱調
に至ることを早期に予測判定して発電機間の脱調を事前
に防止することが可能な極めて信頼性の高い電力系統の
脱調予測装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2図は内部
電圧サンプリング値から発電機間の内部電圧位相角差を
検出する方法を説明するための図、第3図は脱調判定器
の作用を説明するためのフローチャート図、第4図は電
力系統の一例を示す構成図、第5図(a)〜(d)は定
常時および脱調時の内部電圧ベクトルおよび内部電圧位
相角差の時間的変化を説明するための図、第6図は将来
時点の内部電圧位相角差の演算方法および脱調判定方法
を説明するための図である。 1a,1b……発電機、2a,2b……電圧・電流検出器、3a,3b
……正相変換器、4a,4b……内部電圧検出器、5a,5b……
伝送系、6……脱調判定器、6a……内部位相角差検出
部、6b……脱調判定部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松沢 邦夫 東京都千代田区内幸町1丁目1番3号 東京電力株式会社内 (72)発明者 柳橋 健 東京都千代田区内幸町1丁目1番3号 東京電力株式会社内 (72)発明者 小俣 和也 東京都府中市東芝町1番地 株式会社東 芝府中工場内 (72)発明者 佐藤 正弘 東京都府中市東芝町1番地 株式会社東 芝府中工場内 (56)参考文献 特開 昭60−121916(JP,A) 特開 昭55−125925(JP,A) 特開 昭56−117540(JP,A) 特開 昭58−215916(JP,A)

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.複数の発電機を連係して構成された電力系統におけ
    る前記各発電機の端子又はその近傍の電圧および電流を
    夫々検出する複数の電圧・電流検出器と、 この電圧・電流検出器により検出された発電機の電圧お
    よび電流値を正相値に変換する複数の正相変換器と、 この正相変換器により変換された発電機の正相電圧およ
    び正相電流を基に夫々の発電機の内部電圧を検出する複
    数の内部電圧検出器と、 この各内部電圧検出器で検出された各発電機の内部電圧
    を入力して将来の脱調発生を予測する脱調判定器と を備えた電力系統の脱調予測装置であって、 前記脱調判定器は、 伝送系を介して夫々伝送される前記各内部電圧検出器か
    らの各発電機の内部電圧を入力して発電機間の内部電圧
    位相角差を一定周期で検出する内部電圧位相角差検出手
    段と、 この内部電圧位相角差検出手段にて検出された過去の複
    数時刻における内部電圧位相角差を用いて、時刻と内部
    電圧位相角差との関係を示す曲線の近似式を求め、この
    近似式から将来の各時刻における内部電圧位相角差を予
    測演算する予測演算手段と、 この予測演算手段で算出された各予測内部電圧位相角差
    が時間経過に伴って増大する発散傾向を示し、かつその
    値が許容値を越えると判定したとき脱調発生と判定する
    脱調判定手段とを備えた ことを特徴とする電力系統の脱調予測装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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