JP6960263B2 - 電力系統における系統運用支援装置および方法、並びに広域監視保護制御システム - Google Patents

Description

本発明は電力系統における系統運用支援装置および方法、並びに広域監視保護制御システムに関する。

電力系統においては、再生可能エネルギーの導入や設備の老朽化などによる電力系統の複雑化が進んでいる。そのため、電力系統の安定化が困難になってきている。

本発明に関する技術分野の背景技術として、特許文献１が知られている。特許文献１には、その課題として「電力系統の正確な状態把握は困難である」ことが記述されている。

またその解決手段として、「電力系統の状態を把握する装置であって、潮流状態データと系統トポロジーデータを入力とし、送電線端の電圧位相差を監視することと、送電線端の電圧位相差に変化を監視することと、変化に応じてユーザーインタフェースに通知すること」が記述されている。

また、特許文献１の解決手段では「閾値を超えた送電線端位相差を解消する電力系統制御のアクションセットを提示すること」が記載されている。

また、本技術分野の背景技術として、非特許文献１が知れている。非特許文献１には、「送電線ロス位相差感度で送電線端位相差を解消する」ことが記述されている。

ＵＳ２０１６／０３３４４４７

K. E. Van Horn, A. D. Dominguez-Garcia and P. W. Sauer, "Sensitivity-based line outage angle factors," 2015 North American Power Symposium (NAPS), Charlotte, NC, 2015, pp. 1-5.

特許文献１では、電力系統の送電線端位相差を監視し、制御するメニュー（制御メニュー）を提示することで、電力系統の安定化を図る。しかし、制御メニューから想定される制御手順は膨大であり、電力系統の運用者が制御メニューから事故時制約に基づいた適正な制御手順を算出するのは困難である。

非特許文献１では、電力系統の送電線端位相差を感度計算により局所的に予測し、予防制御（事前制御）を支援する。しかし、予防制御メニュー策定はできるが、事故時制約に基づいた制御手順まで算出することはできない。

以上のことから、本発明においては、電力系統の安定化を図るため、電力系統の運用者に対し運用支援ができる電力系統における系統運用支援装置および方法、並びに広域監視保護制御システムを提供するものである。

上記課題を解決するために、代表的な本発明の一つは、「電力系統の安定化を図るための系統運用支援装置であって、計測データと系統トポロジーと対象事故タイプを入力とし系統状態と予測事故時系統状態を算出する予測事故時系統状態算出部と、予測事故時系統状態算出部の結果を入力とし制御メニューを算出する制御メニュー算出部と、制御メニュー算出部の結果を入力とし復旧制御手順を算出する復旧制御手段算出部と、復旧制御手段算出部の結果と目標復旧時間パラメータを入力とし発電機出力調整時間シミュレーションと必要予防制御量算出と予防制御手順算出をする復旧予防制御手順算出部と、復旧制御手順と予防制御手順を表示する表示部を備えることを特徴とする電力系統における系統運用支援装置。」としたものである。

さらに本発明においては、「電力系統の安定化を図るための電力系統における系統運用支援方法であって、計測データと系統トポロジーと対象事故タイプを入力として系統状態と予測事故時系統状態を算出し、算出結果を入力とし制御メニューを算出し、制御メニューを入力とし復旧制御手順を算出し、復旧制御手順と目標復旧時間パラメータを入力とし発電機出力調整時間シミュレーションと必要予防制御量算出と予防制御手順算出を行い、復旧制御手順と予防制御手順を与えることを備えることを特徴とする電力系統における系統運用支援方法」としたものである。

さらに本発明においては、「電力系統における想定事故発生前の第１の状態において、電力系統における想定事故発生後の第２の状態と第１の状態への復旧制御手順を求める復旧制御手順算出機能と、復旧制御手順が、設定された目標復旧時間内に完了するための予防制御手順を求める復旧予防制御手順算出機能と、予防制御手順で定められた電力系統に対する制御操作を想定事故発生前の第１の状態において提示する表示手段を備えていることを特徴とする電力系統における系統運用支援装置」としたものである。

さらに本発明においては、「発電機を含み、多回線構成の電力系統における系統運用支援装置であって、系統運用支援装置は、電力系統の想定事故時に、開放した事故区間両端の位相差が所定値以上である時に事故区間両端の再投入前に発電機出力を調整するための復旧制御手順を決定する復旧制御手順算出機能と、復旧制御手順の実行に要する時間が予定時間以上である時に、予定時間内に完了するための予防制御手順を求める復旧予防制御手順算出機能と、予防制御手順で定められた発電機出力の制御操作を想定事故発生前の状態において提示する表示手段を備えていることを特徴とする電力系統における系統運用支援装置」としたものである。

さらに本発明においては、「電力系統における想定事故発生前の第１の状態において、電力系統における想定事故発生後の第２の状態と第１の状態への復旧制御手順を求め、求めた復旧制御手順が、設定された目標復旧時間内に完了するための予防制御手順を求め、予防制御手順で定められた電力系統に対する制御操作を想定事故発生前の第１の状態において実行しておくことを特徴とする電力系統における系統運用支援方法。」としたものである。

さらに本発明においては、「発電機を含み、多回線構成の電力系統における系統運用支援方法であって、電力系統の想定事故時に、開放した事故区間両端の位相差が所定値以上である時に事故区間両端の再投入前に発電機出力を調整するための復旧制御手順を決定し、復旧制御手順の実行に要する時間が予定時間以上である時に、予定時間内に完了するための予防制御手順を求め、予防制御手順で定められた発電機出力の制御操作を想定事故発生前の状態において提示することを特徴とする電力系統における系統運用支援方法。」としたものである。

本発明によれば、電力系統の安定化を図るため、電力系統の運用者に対し運用支援ができる電力系統における系統運用支援装置および方法、並びに広域監視保護制御システムを提供することができる。

より具体的には、本発明の実施例によれば、目標復旧時間パラメータと復旧予防制御手順算出部を用いることにより、運用者に目標復旧時間内に復旧が可能になる復旧制御手順と予防制御手順を提示でき、運用者の系統運用支援ができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例に係る系統運用支援システムの適用対象である電力系統構成例として、電力系統の第１の状態を示す図。 本発明の実施例に係る系統運用支援システムの適用対象である電力系統構成例として、電力系統の第２の状態を示す図。 電力系統の時系列的な推移を模式的に示す図。 実施例１に係る系統運用支援装置１の全体構成例を示す図。 実施例１における系統運用支援装置１のハード構成と電力系統１２の構成例を示す図。 系統運用支援装置１の処理全体を記す処理フローの例を示す図。 計測データデータベースＤＢ１に蓄えられる計測データＤ１の一例を示す図。 図６の処理ステップＳ２の詳細な処理内容を示す図。 系統状態データベースＤＢ５に蓄えられる系統状態データＤ５の一例を示す図。 予測事故後系統状態データベースＤＢ６に格納される予測事故後系統状態データＤ６の一例を示す図。 図６の処理ステップＳ３の詳細な処理内容を示す図。 制御メニューデータベースＤＢ７に格納される制御メニューデータＤ７の一例を示す図。 復旧制御手順データベースＤＢ８に格納される復旧制御手順Ｄ８の一例を示す図。 図６の処理ステップＳ５の詳細な処理内容を示す図。 復旧予防制御手順データベースＤＢ９に格納される復旧予防制御手順Ｄ９の一例を示す図。 表示部６への表示内容例を示す図。 実施例１の系統運用装置１における予測事故時系統状態算出部２の変形例を示す図。 実施例２の予測事故時系統状態算出部２の処理内容を示す処理フロー。 広域監視保護制御システム２０の構成例を示す図。 実施例３の広域監視保護制御システム２０の処理内容を示す処理フロー。

以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。

本発明の実施例に係る系統運用支援装置および方法、並びに広域監視保護制御システムを説明するに当たり、その前提として適用対象である電力系統の一例を示しておく。

図１、図２は、本発明の実施例に係る系統運用支援装置および方法、並びに広域監視保護制御システムの適用対象である電力系統構成例を示しており、図１では電力系統１２の第１の状態を、図２は電力系統１２の第２の状態を示している。これらの図において、Ｌは送電線、Ｇは発電機、Ｂは母線、Ｌｄは負荷をそれぞれ表しており、マス目状の電力系統１２を構成している。なお第１の状態は、全ての回線が多回線運用として例えば２回線運用されている例であり、第２の状態は一部回線が事故などにより開放されて残りの１回線により運用されている例を示している。

図１、図２における時系列的な推移は、例えば図１の第１の状態（全回線が２回線運用）において電力系統１２の一部（送電線Ｌ１）に事故が発生して当該部分を開放し、図２の一部１回線運用（母線ＢＡ−ＢＢ間）の第２の状態に移行したものである。本発明では、第２の状態から第１の状態に復旧するときの処理を迅速に行わせることを意図している。

図３は、上記時系列的な推移を模式的に示した図であり、時刻ｔ０では図１の第１の状態にあり電力ＰＡで運用されており、時刻ｔ１で送電線Ｌ１に事故が発生して当該区間が開放され、開放に伴い電力動揺が発生し、時刻ｔ２において電力動揺が収束して図２の第２の状態となり電力ＰＢでの運用に変更されたことを示している。さらに図３では第２の状態の時刻ｔ３において第１の状態への復旧処理を実行開始し、時刻ｔ５で第１の状態の２回線運用に戻すことを示している。

本発明は、第２の状態での復旧処理により速やかに第１の状態に戻すための発明である。より具体的には、現在時刻である時刻ｔ０における図１の第１の状態において、将来発生し得る電力系統の事故、並びに電力系統の状態変動を想定し、その時の復旧処理を迅速に行うために、現在時点ｔ０においてなすべき電力運用事項を定めておくというものである。事故発生時刻ｔ１よりも前の時刻ｔ０における電力運用を見直すことにより、将来における復旧完了処理を時刻ｔ５から時刻ｔ４に前倒し可能とするのが本発明の趣旨である。

実施例１は、系統運用支援システムを電力系統の安定化運用に適用した事例を示している。

図４は、実施例１に係る系統運用支援装置１の全体構成例を示す図である。系統運用支援装置１の機能は、復旧制御手順算出機能１Ａと、復旧予防制御手順算出機能１Ｂにより構成されている。ここで復旧制御手順算出機能１Ａとは、図３の現在時刻ｔ０において将来の時刻ｔ３からｔ５の間で実行される復旧制御手順を算出する機能である。また復旧予防制御手順算出機能１Ｂとは、上記復旧制御手順を図３の将来の時刻ｔ３からｔ４の間で短時間に実行することを可能とする提案（現在時点ｔ０においてなすべき電力運用事項）を行う機能である。

系統運用支援装置１は計算機システムで構成されることになるが、図４では、系統運用支援装置１が保有するデータベースＤＢと、内部における処理機能をブロック化して示している。

このうち、内部に保有するデータベースＤＢは、計測データデータベースＤＢ１、対象事故タイプデータベースＤＢ２、系統トポロジーデータベースＤＢ３、目標復旧時間パラメータデータベースＤＢ４、系統状態データベースＤＢ５、予測事故時系統状態データベースＤＢ６、制御メニューデータベースＤＢ７、復旧制御手順データベースＤＢ８、予防制御手順データベースＤＢ９である。

これらのデータベースＤＢのデータは、予め準備され、或は中間的な処理により生成され、あるいは最終的な出力として利用される。これらのデータを用いておこなわれる復旧制御手順算出機能１Ａの処理は以下のようである。なお、復旧制御手順算出機能１Ａは、データベースとしてＤＢ１―ＤＢ３，ＤＢ５−ＤＢ８を利用し、かつ予測事故時系統状態算出部２、制御メニュー算出部３、及び制御手順算出部４の各処理機能により構成され、最終的に図３の現在時刻ｔ０において、将来の時刻ｔ３からｔ５の間で実行される復旧制御手順を算出する。

復旧制御手順算出機能１Ａにおける処理機能のうち予測事故時系統状態算出部２においては、計測データデータベースＤＢ１に蓄積された計測データＤ１、対象事故タイプデータベースＤＢ２に蓄積された対象事故タイプデータＤ２、系統トポロジーデータベースＤＢ３に蓄積された系統トポロジーデータＤ３を入力として、系統状態データベースＤＢ５に系統状態データＤ５を形成し、予測事故時系統状態データベースＤＢ６に予測事故時系統状態Ｄ６を形成する。ここでの機能はごく簡単には、想定した系統事故の発生後における系統状態を予測、推定したものである。

制御メニュー算出部３においては、系統状態データベースＤＢ５と予測事故時系統状態データベースＤＢ６に蓄積された各データ（系統状態データＤ５と予測事故時系統状態Ｄ６）を入力として、制御メニューデータＤ７を生成し、制御メニューデータベースＤＢ７に格納する。この機能はごく簡単には、時刻ｔ３からｔ５において実行する復旧処理に使用可能な制御メニューを求めたものである。

制御手順算出部４においては、制御メニューデータベースＤＢ７に蓄積された制御メニューデータＤ７を入力として、復旧制御手順データＤ８を作成し、復旧制御手順データベースＤＢ８に格納する。

なお詳細は後述するが、電力系統の遮断区間の再接続（再投入）は、遮断区間両端の位相差が制限値以内であることを前提として行われる。このため、遮断区間両端の位相差が制限値以上であるときには、制限値以内となるように電力系統を再構成することも含めた復旧計画を立てる必要がある。電力系統の再構成は、電力系統を構成する複数の発電機出力を見直すことで実現される。そのために、復旧制御手順算出機能１Ａの制御メニュー算出部３においては、制御メニューとして各発電機の感度（位相差と発電機出力の比）を算出し、制御手順算出部４においては、感度を考慮の上で遮断区間両端の位相差を制限値以内とすることができる発電機出力の組み合わせを復旧制御手順として求め、安定投入を確保する発電機出力を実現したうえで電力系統の遮断区間の再接続（再投入）を行うものである。復旧制御手順算出機能１Ａによる復旧処理が時刻ｔ３から時刻ｔ５で行われる計画である。

これに対し、復旧予防制御手順算出機能１Ｂの処理は以下のようである。なお、復旧予防制御手順算出機能１Ｂは、データベースとしてＤＢ４，ＤＢ９を利用し、かつ復旧予防制御手順算出部５、表示部６の各処理機能により構成され、最終的に図３の現在時刻ｔ０において、将来の時刻ｔ３からｔ５の間で実行される復旧制御手順を、時刻ｔ３からｔ４の間で実行完了可能な現在時点の施策を提案するものである。

復旧予防制御手順算出機能１Ｂ内の復旧予防制御手順算出部５においては、復旧制御手順データベースＤＢ８に格納された復旧制御手順データＤ８と、目標復旧時間パラメータデータベースＤＢ４内の目標復旧時間パラメータデータＤ４を入力として予防制御手順データＤ９を算出し、予防制御手順データベースＤＢ９に格納する。

表示部６では、予防制御手順データベースＤＢ９に蓄積された予防制御手順データＤ９を含む各データを画面上に直接、或は加工して表示し、運転員に対して支援情報を提示する。

図５は、実施例１における系統運用支援装置１のハード構成と電力系統１２の構成例を示した図である。

図４では、系統運用支援装置１をデータベースＤＢと、処理機能の観点から記述しているが、図５ではハード構成の観点で記述している。ハード構成で記述した場合には、系統運用支援装置１は、複数のデータベースＤＢ（ＤＢ１からＤＢ９）、メモリＨ１、通信部Ｈ２，入力部Ｈ３，ＣＰＵ９１、表示部６、並びに複数のプログラムデータベースＤＢ２０，ＤＢ３０，ＤＢ４０がバスＨ４に接続されて構成されている。

図５のハード構成において、まず入力部Ｈ３は、例えば、キーボードスイッチ、マウス等のポインティング装置、タッチパネル、タブレット、カメラなどを用いた目線推定装置、脳波変換装置、音声指示装置等の少なくともいずれか一つを備えて構成できる。入力部Ｈ３は、上記以外のユーザーインターフェースであってもよい。

通信部Ｈ２は、通信ネットワーク１１に接続するための回路及び通信プロトコルを備える。

メモリＨ１は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）として構成され、各プログラムデータベースＤＢ２０，ＤＢ３０，ＤＢ４０から読み出されたコンピュータプログラムを記憶したり、各処理に必要な計算結果データ及び画像データ等を記憶したりする。メモリＨ１は、計測データＤ１、表示用の画像データ、計算結果データ等の計算一時データ及び計算結果データなどを一旦格納するメモリであり、ＣＰＵ９１によって必要な画像データを生成して表示部６（例えば表示ディスプレイ画面）に表示する。演算処理においては、メモリＨ１の物理メモリを使用するが、仮想メモリを使ってもよい。

メモリＨ１に格納された画面データは、表示部６に送られて表示される。表示部６は、例えばディスプレイやプリンタ装置や音声出力装置、または携帯端末やウェアラブルの一つ以上として構成される。

ＣＰＵ９１は、各プログラムデータベースＤＢ２０，ＤＢ３０，ＤＢ４０から所定のコンピュータプログラムを読み込んで実行する。ＣＰＵ９１は、一つまたは複数の半導体チップとして構成してもよいし、または、計算サーバのようなコンピュータ装置として構成してもよい。ＣＰＵ９１では、各プログラムデータベースＤＢ２０，ＤＢ３０，ＤＢ４０から、メモリＨ１に読み出された各計算プログラムを実行して、各種データベース（ＤＢ１からＤＢ９）内のデータの検索等などを演算処理する。

図５に例示する電力系統１２には、計測器１０ａや計測器１０ｂが含まれ（以下、計測器１０と示す）、計測器１０は、電力系統の各所における計測値を計測し、計測結果を、通信ネットワーク１１を介して、系統運用支援装置１の通信部Ｈ２に送信する。送信により系統運用支援装置０１が受信した計測値は一時的にメモリＨ１に保持され、その後計測データデータベースＤＢ１に計測データＤ１として記憶保存される。

ここで、計測器１０の例としては、ＰＭＵ（Ｐｈａｓｏｒ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔｓ）やＶＴ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｔｒａｎｓｆｏｍｅｒ）やＰＴ（Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｔｒａｎｓｆｏｍｅｒ）やＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｍｅｒ）やテレメータ（ＴＭ：Ｔｅｌｅｍｅｔｅｒ）などの電力系統に設置される計測機器や計測装置である。なお、計測器１０は、ＳＣＡＤＡ（Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｎｄ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）などの電力系統に設置される計測値の集約装置であってもよい。

計測データデータベースＤＢ１に記憶される計測データＤ１については、上述のとおりであるが、計測データデータベースＤＢ１以外のデータベースの記憶内容の概略は後述する。

次に図６を用いて実施例１における系統運用装置１の処理フローを説明する。図６は、系統運用支援装置１の処理全体を記す処理フローの例である。処理ステップＳ１〜Ｓ６に沿って、内容を説明する。

まず、処理ステップＳ１では、計測データデータベースＤＢ１と系統トポロジーデータベースＤＢ３と対象事故タイプデータベースＤＢ２とから、記憶されている各データ（計測データＤ１と系統トポロジーデータＤ３と対象事故タイプデータＤ２）を読み出す。なおここでは各データを集約し、一つ以上のデータベースの複数テーブルとして蓄積してもよい。

ここで、図７を用いて計測データデータベースＤＢ１に蓄えられる計測データＤ１の一例を説明する。計測データデータベースＤＢ１は、電力系統１２からの計測データＤ１として、例えば時刻Ｄ１１、測定値Ｄ１２、測定情報Ｄ１３などを持つことを特徴とする。これらは、電力系統の複数地点から収集されたものであってもよく、また計測器に関する様々な情報を含んでもよい。これらの情報は、計測器の導入日、平均誤差、メーカー、タイプ、製造番号、商品番号、稼働時間、稼働率、などであってもよい。

次に、図１を用いて系統トポロジーデータデータベースＤＢ３に蓄えられる系統トポロジーデータＤ３の一例を説明する。系統トポロジーデータＤ３は図１の電力系統構成例で示すように、電力系統１２の各種装置、機器などの接続状態を表すものである。例えば、電力系統の母線Ｂ、送電線Ｌ、発電機Ｇ、負荷Ｌｄ、ＳＴＡＴＣＯＭ、ＳＶＲ、などの繋がりを示す。本実施例では図１に示す通り、電力系統の母線Ｂと、母線Ｂに繋がれている発電機Ｇや負荷Ｌｄ、母線間を繋ぐ送電線Ｌを対象とし、これらの接続状態を表す。尚、系統トポロジーデータＤ３は各機器のインピーダンスや時定数と言った電力系統をモデル化したパラメータを含めて保有する。

図６に戻り、処理ステップＳ２では系統状態データＤ５と予測事故時系統状態データＤ６を算出する。対象事故タイプデータＤ２には、電力系統１２に起こり得る事象の種類が蓄積、記憶されていて、例えば送電事故や母線事故によるＮ−１事故、Ｎ−２事故、Ｎ−１−１事故などがある。

図８は、図６の処理ステップＳ２の詳細な処理内容を示している。ここで、図８を用いて処理ステップＳ２の詳細を説明する。処理ステップＳ２０１では、計測データＤ１と系統トポロジーデータＤ２と対象事故タイプデータＤ３を読み込む。処理ステップＳ２０２では、入力データＤ１を用いて系統状態データＤ５を推定する。処理ステップＳ２０３では予測事故時系統状態データＤ６を推定する。処理ステップＳ２０４では系統状態データＤ５と予測事故時系統状態データＤ６を出力する。

図９は、系統状態データベースＤＢ５に蓄えられる系統状態データＤ５の一例を示す図である。次に図９で系統状態データＤ５について説明する。系統状態データＤ５とは、前述の計測データＤ１と系統トポロジーデータＤ２を用いて算出されたものである。ここでの状態は、例えば、母線の電圧、母線の位相、送電線の潮流方向などを含むこととする。算出方法は、計測データＤ１が十分である場合は系統トポロジーデータＤ２と組合せることでよく、そうでない場合は潮流計算や状態推定などの電力系統の状態把握手法を用いて算出する。

図９の事例では、現在時点ｔ０での系統状態データＤ５の一例を示しており、電力系統１２における母線間潮流や、発電機出力、負荷などが例示されている。図９の電力系統の構成は、図１の第１の状態における構成であり、かつ第１の状態では、各部における母線間潮流や、発電機出力、負荷の大きさが図９に示す値のものであったとする。

図１０は、予測事故後系統状態データベースＤＢ６に格納される予測事故後系統状態データＤ６の一例を示す図である。ここで予測事故後系統状態データＤ６とは、事故発生前の状態値である系統状態データＤ５から、対象事故タイプデータＤ２で想定する事故が電力系統１２で発生した場合の、事故後における状態での系統状態データを示す。ここでは、事故後の潮流状態や電圧、位相、機器状態などを保有する。

図１０の電力系統の構成は、図２の第２の状態における構成であり、かつ第２の状態では、各部における母線間潮流や、発電機出力、負荷、母線間電圧位相差の大きさなどが図１０に示す値のものであったとする。母線ＢＡ−ＢＢ間の送電線Ｌにおける想定故障により送電線Ｌ１が開放されてこの部分が１回線運用とされた時の、母線間潮流の分布が図４の状態とは相違している。なお、後述するが母線ＢＡとＢＢ間の電圧位相差は、２０度に拡大したものとする。但し、発電機出力、負荷の大きさには想定故障の前後での変動はないものとしている。

なお、想定事故時における系統状態の予測手法としては、公知の種々の手法のものが利用可能である。予測事故後系統状態Ｄ６の算出には、系統モデルを使ったモデルベースの手法であってもよく、計測データＤ１のみを使ったメジャーメントベースの手法でもあってもよく、計測データＤ１と系統モデルを組み合わせた手法であってもよい。これらの例としては、モデルベースの過渡計算、モデルベースの潮流計算、メジャーメントベースの回帰予測などがある。

また、予測事故後系統状態Ｄ６の予測高速化が必要な場合は、非特許文献１記載のＬＯＡＦ（ＬＩＮＥ ＯＵＴＡＧＥ ＡＮＧＬＥ ＦＡＣＴＯＲ）のような局所的な予測を使ってもよい。これは、電力系統のあるトポロジーにおけるインピーダンスと潮流状態から算出される送電線端位相差の線形感度計算である。また、予測事故後系統状態Ｄ７を算出するにあたり、類似例検索手段を用いて蓄積解析結果から類似する予測事故後系統状態を出してもよい。これにより、オンライン演算における演算タイムラグを軽減することができる。

ここで、本実施例で用いる図１０の具体例について詳細説明をする。図１０で示す予測事故後系統状態は、Ｎ−１送電線事故後の予測系統状態である。図９の系統状態Ｄ６に比べ、潮流が大きく変化しており、また事故影響にあったルート（母線間を繋ぐ送電線群）が変化することによる送電線端の位相差が大きくなっている。そのため、送電線Ｌ１を再投入することができず、系統状態が脆弱な状態にある。このような状態で、再生可能エネルギー源など不安定な電源が脱落した場合、系統を安定化できない可能性がある。そのため、系統運用装置１は、電力系統が脆弱な状態である時間を短縮することを一つの目的とする。この短縮には、図３の復旧処理に要する時間を早める、短くすることの対策を含んでいる。

図６に戻り、処理ステップＳ３では制御メニューＤ７を作成する。図１１は、図６の処理ステップＳ３の詳細な処理内容を示す図である。図１１の詳細処理フローにおける最初の処理ステップＳ３０１では予測事故時系統状態Ｄ６を読み込む。処理ステップＳ３０２では予測事故時系統状態Ｄ７の発電機感度を計算する。処理ステップＳ３０３では発電機感度を優先度付けし、制御メニューＤ７を作成する。処理ステップＳ３０４では制御メニューＤ７を出力する。

ここで、各処理ステップを詳細に説明する。処理ステップＳ３０２における発電機感度とは、各発電機の出力を調整することによって得られる対象送電線端位相差の変化量である。送電線端に発生する位相差とは、潮流の大きさおよび潮流が通るルートのインピーダンスによって発生するため、発電機出力調整による潮流の変更を用いて位相差を操作することが可能であるためである。

発電機感度の算出は、電力系統モデルの潮流計算方程式から求めてもよく、計測データＤ１に保管されている過去実績から学習してもよい。処理ステップＳ３０３における制御メニューＤ７は、発電機感度の高さ、発電機容量、発電機の時定数、などの一つ以上を用いて優先度付けされた発電機感度のことである。

図１２は、制御メニューデータベースＤＢ７に格納される制御メニューデータＤ７の一例を示す図である。ここでは図２の第２の状態における各部の状態量（図１０に示した状態量）に、さらに計算により求めた発電機感度（位相差と発電機出力の比）を例示している。図示の例では、発電機ＧＡの発電機感度は−０．３（度／ＭＷ）、発電機ＧＤの発電機感度は−０．２（度／ＭＷ）、発電機ＧＣの発電機感度は０．１（度／ＭＷ）であるものとする。

他方、想定事故により送電線Ｌ１が開放された区間である母線ＢＡ−ＢＢ間における母線間電圧位相差は２０度に拡大しており、この位相差を例えば１５度以内に下げないと、送電線Ｌ１の復旧、いわゆる再投入をすることはできない。この場合に、位相差を１５度以内に抑制するには、発電機Ｇの出力を事前に調整することが有効であり、どこの発電機について、どの程度発電量を操作するのがよいかを決定する際に必要となるのが発電機感度の情報である。よって、これを解消するために最も有効な発電機を選択表示する。制御メニューＤ７のような情報を用いることにより、運用者は制御対象の発電機の選定、さらにはその大凡な制御量を決定することができる。

図６に戻り、処理ステップＳ４では復旧制御手順Ｄ８を作成する。この復旧制御手順Ｄ８の作成とは、例えば、制御メニューＤ７を用いて、復旧に必要な発電機制御量を決定することである。

図１３は、復旧制御手順データベースＤＢ８に格納される復旧制御手順Ｄ８の一例を示す図である。図１３を用いて復旧手順Ｄ８の具体例を示す。制御メニューＤ７で感度が高い（有効制御対象）と判定された発電機に出力を感度の高い順から調整量を定める。この制御量を決定するには、過去の計測データＤ１から各発電機の一般的な制御量を算出し、一般的な制御量を基準値として発電機制御量を割り振り、割り振られた発電制御量をベースに策定する。

図１３に図示した事例では、発電機感度が−０．３（度／ＭＷ）である発電機ＧＡの出力を１０ＭＷ増加し、発電機感度が−０．２（度／ＭＷ）である発電機ＧＤの出力を２０ＭＷ減少し、発電機感度が０．１（度／ＭＷ）である発電機ＧＣの出力を２０ＭＷ増加することで、想定事故により送電線Ｌ１が開放された区間である母線ＢＡ−ＢＢ間における母線間電圧位相差を５度に抑えることができることを意味している。なお図１３では上記発電機出力の増減の結果として、母線間潮流が変更されている。

図８と図１１の詳細フローを参照しながら説明した、図６の処理ステップＳ１からＳ４の処理は、図４の復旧制御手順算出機能１Ａを説明したものである。ここで定められた復旧手順は、図３の第２の状態を表している時刻ｔ２以降の状態において、復旧のために行う処理内容であり、事故発生後に各部発電機の発電出力を定めて、電圧位相差が基準以内となる状態にしたうえで、遮断器を投入するための準備手続きを示したものであり、事故発生後の事後復旧処理の考え方を示したものである。この方式による復旧処理には、図３の時刻ｔ３からｔ５までの時間を要しており、この時間を短縮したいための行うのが以下に示す復旧予防処理の考え方である。

復旧予防処理の考え方は、事故発生前の第１の状態である時刻ｔ０の段階において、予防的に各部発電機の発電出力を定めておき、事故後に電圧位相差が拡大するにしても大きな差異を生じないような状態にしておく、結果として復旧処理が簡便、従って短時間で行い得ることを期待するものである。

以下に復旧予防制御手順算出機能１Ｂの詳細を説明する。図６に戻り、処理ステップＳ５では復旧予防制御手順Ｄ９を算出する。ここで図１４は、図６の処理ステップＳ５の詳細な処理内容を示す図である。図１４の最初の処理ステップＳ５０１では復旧制御手順Ｄ８と目標復旧時間パラメータＤ４を読み込む。処理ステップＳ５０２では復旧制御手順Ｄ８を用いて発電機出力長時間をシミュレーションし、これを復旧時間とする。処理ステップＳ５０３では復旧時間が目標復旧時間以下かを確認する。ＹＥＳなら終了し、ＮＯなら処理ステップＳ５０４に進む。処理ステップＳ５０４では、予防制御量を算出する。処理ステップＳ５０５では予防制御手順Ｄ９を算出する。処理ステップＳ５０６では予防制御手順Ｄ９を出力する。

図１５は、復旧予防制御手順データベースＤＢ９に格納される復旧予防制御手順Ｄ９の一例を示す図である。図１５を用いて予防制御手順Ｄ９の具体例を示す。図１５には系統状態Ｄ５上に予防制御量が提示されている。図１５によれば、時刻ｔ０における第１の状態における推奨される運転状態として、図９で示した第１の状態における運転状態に比較して、発電機ＧＡの出力を１０ＭＷ増加し、発電機ＧＤの出力を２０ＭＷ減少し、発電機ＧＣの出力を２０ＭＷ増加し、発電機ＧＢの出力を１０ＭＷ増加しておくことを提案している。この場合には、事故後の母線ＢＡ−ＢＢ間の電圧位相差は１８度になることを想定しており、以前の想定の２０度よりは抑制されたものとなっている。この場合にも、事故後の復旧処理（電圧位相差を１５度以内とするための発電機出力の再計算処理）は必要となるが、操作すべき発電機出力量が少なくて済み、その分復旧処理が簡便、従って短時間で行うことが可能となる。この時の処理時間が図３のｔ３−ｔ４である。

この考え方は、非特許文献１に紹介のＬＯＡＦ法より、事故後の送電線端位相差はその送電線に流れる潮流と正比例するからである。要は、潮流を事前に制御することによって、事故が発生する前に運用点を変更し、目標復旧時間内に復旧ができる状態へ運用点を変更することである。

図６に戻り、処理ステップＳ６では復旧制御手順Ｄ８と予防制御手順Ｄ９を画面上に表示する。ここで図１６を用いて表示の具体例を示す。表示部６は、例えばコントロールセンター内の系統運用者が見るものとする。表示部６には、系統状態表示６１と予測事故時系統状態表示６２と、操作手順リスト５３と、操作手順詳細５４などを具備する。

系統状態表示６１は第１の状態における系統状態Ｄ５を表示したものであり、これは例えばノードブレイカーモデルなどで表示する。同様に予測事故時系統状態表示６２は予測事故時系統状態Ｄ６を表示したものである。操作手順リスト５３とは、復旧制御手順Ｄ８と予防制御手順Ｄ９を総合評価し、それをリスト化したものである。操作手順リスト５３には、例えば復旧時間やコストなど表示してもよい。操作手順詳細５４とは、前途の復旧制御手順ＤＢ８と予防制御手順Ｄ９の詳細を示すものである。

ここで、本実施例の効果について説明する。表示部６を電力系統運用者が確認した際、電力系統運用は現在の系統状態と、予測事故後の系統状態と予測事故から目標復旧時間内に復旧できる制御手順および予防制御手順、が把握できるようになる。これにより、電力系統を復旧容易性の観点から運用することができるようになり、安定した電力の供給を担保することができる。

実施例２では、実施例１の系統運用支援装置１における予測事故時系統状態算出部２の変形例について説明する。実施例２では、予測事故時系統状態算出部２の解析方法を状況に応じて変更する。

図１７は、実施例１の系統運用支援装置１における予測事故時系統状態算出部２の変形例を示す図である。図１７の予測事故時系統状態算出部２は、計測データＤ１と系統トポロジーＤ３を入力として系統状態を推定する系統状態推定部２１と、計測データＤ１を入力としイベントアラームＤ１１を作成するイベントアラーム作成部２２と、イベントアラームＤ１１を入力としシミュレーション方法を選択するシミュレーション方法選択部２３と、状態推定結果とシミュレーション方法選択結果と対象事故タイプＤ２を入力とし予測事故時系統状態Ｄ６と系統状態Ｄ５を算出する予測事故時系統状態推定部２４を備えている。

図１８は、実施例２の予測事故時系統状態算出部２の処理内容を示す処理フローである。図１８の最初の処理ステップＳ２００１では計測データＤ１と系統トポロジーＤ３を読み込む。処理ステップＳ２００２では計測データＤ１と系統トポロジーＤ３から系統状態を推定する。処理ステップＳ２００３では計測データＤ１の異常値からイベントアラームを作成する。処理ステップＳ２００４ではシミュレーション方法を選択する。処理ステップＳ２００５ではイベントアラームを出力する。処理ステップＳ２００６では対象事故タイプを読み込む。処理ステップＳ２００７では予測事故時系統を状態推定する。処理ステップＳ２００８では予測事故時系統状態Ｄ６と系統状態Ｄ５を出力する。

このとき処理ステップＳ２００３の異常値算出は、統計と閾値の一つ以上を用いた異常検出法であるとする。処理ステップＳ２００４のシミュレーション方法選択は、処理ステップＳ２００３の結果の異常度（ＡＴＹＰＩＣＡＬＩＴＹ）に基づいて選択する。異常度が高い場合は、瞬時値解析法で、異常値が低い場合は実効値を用いたシミュレーションを選択する。

このような処理をすることで、電力系統における異常が発生した場合にはより詳細な解析をすることができ、複雑な現象への対処が可能となる。また、さほど複雑ではない状況では、実効値ベースの演算をすることで高速性を保てる。

実施例３は、実施例１乃至実施例２の系統運用支援装置１を、広域監視保護制御システムに適用した場合の構成例である。

図１９は広域監視保護制御システム２０の構成例を示す図である。広域監視保護制御シシステム２０は、運用支援装置１の各種出力とイベントアラームＤ１１を入力とし制御指令を作成する制御指令作成装置７と、計測データＤ１と制御指令作成部の結果を入力とし制御指令を確認する制御指令確認装置８と、制御確認信号を入力とし制御する制御対象９と、前記制御対象９の結果から制御ログＤ１２を作成する制御ログ作成装置９ａと、を具備している。その他部位については図１の系統運用支援装置１と差異がないため、その説明については省略する。

ここで、図２０を用いて実施例３の処理フローを説明する。処理ステップＳ３００１では運用支援装置の出力とイベントアラームＤ１１を読み込む。処理ステップＳ３００２では制御指令を作成する。ステップＳ３００３では計測データＤ１を読み込む。処理ステップＳ３００４では制御指令を確認する。処理ステップＳ３００５では制御対象を制御する。処理ステップＳ３００６では制御ログを作成する。処理ステップＳ３００７では制御ログを出力する。

ここで、制御対象８とは、例えばＳＴＡＴＣＯＭ、コンデンサー、発電機の各種制御機能などであってもよい。尚、この制御対象は可変速用水や蓄電池などの装置も含んでもよい。

実施例３によれば、まず、系統運用支援装置１の出力を制御指令に用いることと、制御指令を確認することで、広域監視保護制御システム２０では高速な自動制御をすることもできる。さらに、作成した制御ログを解析することで、電力系統のレスポンス等を記録することができ、制御をより高度化することも可能になる。

１：系統運用支援装置
２：予測事故時系統状態算出部
３：制御メニュー算出部
４：復旧制御手順算出部
５：復旧予防制御手順算出部
６：表示部
７：制御指令作成装置
８：制御指令確認装置
９：制御対象
９ａ：制御ログ作成装置
１０：計測器
１１：通信ネットワーク
１２：電力系統
２０：広域監視保護制御システム
２１：系統状態推定法
２２：イベントアラーム作成法
２３：シミュレーション方法選択手段
２４：予測事故時系統状態推定法
９１：ＣＰＵ
ＤＢ１：計測データデータベース
ＤＢ２：対象事故タイプデータベース
ＤＢ３：系統トポロジーデータベース
ＤＢ４：目標復旧時間パラメータデータベース
ＤＢ５：系統状態データベース
ＤＢ６：予測事故時系統状態データベース
ＤＢ７：制御メニューデータベース
ＤＢ８：制御手順データベース
ＤＢ９：予防制御手順データベース
ＤＢ１１：イベントアラームデータベース
ＤＢ１２：制御ログデータベース
Ｈ１：メモリ
Ｈ２：通信部
Ｈ３：入力部
Ｈ４：バス
Ｐ：系統運用者

Claims (10)

1. 発電機を含む電力系統に事故が発生して遮断器を開放し、その後の復旧処理を経て遮断器を再投入して元の電力系統の構成に戻る時の、電力系統の安定化を図るための系統運用支援装置であって、
   電力系統の各所に設けた計測器で計測した少なくとも電圧を含む計測データと、電力系統に事故が発生する前の電力系統の構成についての系統トポロジーと、電力系統に起こる事故の事象を予め想定した対象事故タイプを入力とし、電力系統に事故が発生する前の母線の電圧、母線の位相、送電線の潮流方向を含む系統状態と、予め想定した前記対象事故タイプが発生した時の前記系統状態を、予測事故時系統状態として算出する予測事故時系統状態算出部と、前記予測事故時系統状態算出部の結果を入力とし、発電機の感度（位相差と発電機出力の比）を制御メニューとして算出する制御メニュー算出部と、前記制御メニュー算出部の結果を入力とし、前記対象事故タイプが発生した時の復旧のために、発電機の発電出力を定めて、電圧位相差が基準以内となる状態にしたうえで、遮断器を再投入するための準備手続きである復旧制御手順を算出する復旧制御手段算出部と、前記復旧制御手段算出部の結果と目標復旧時間パラメータを入力とし、発電機出力調整に要する時間をシミュレーションして復旧時間とし、電力系統に事故が発生した後の電力系統の電圧位相差が基準以内となるように、電力系統に事故が発生する前の電力系統における複数の発電機の出力配分を定める必要予防制御量算出と、前記出力配分を変更する手順である予防制御手順算出をする復旧予防制御手順算出部と、前記復旧制御手順と予防制御手順を表示する表示部を備えることを特徴とする電力系統における系統運用支援装置。
2. 請求項１に記載の電力系統における系統運用支援装置であって、
   前記予測事故時系統状態算出部は、系統状態から系統モデルを使ったモデルベースの手法、計測データのみを使ったメジャーメントベースの手法、の一つ以上を用いることを特徴とする予測事故時系統状態算出部を備えることを特徴とする電力系統における系統運用支援装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の電力系統における系統運用支援装置であって、
   予測事故時系統状態算出部は、感度計算を用いた局所的な予測、類似例検索手段を用いて蓄積解析結果から類似結果による予測、のうち一つ以上であることを特徴とする予測事故時系統状態算出部を備えることを特徴とする電力系統における系統運用支援装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電力系統における系統運用支援装置であって、
   前記予測事故時系統状態算出部は、計測データと系統トポロジーを入力とし系統状態を推定する系統状態推定部と、前記計測データを入力としイベントアラームを作成するイベントアラーム作成部と、前記イベントアラームを入力としシミュレーション方法選択部と、前記系統状態推定部の状態推定結果と前記シミュレーション方法選択部の結果と対象事故タイプを入力とし予測事故時系統状態と系統状態を算出する予測事故時系統状態推定部を具備することを特徴とする電力系統における系統運用支援装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電力系統における系統運用支援装置を用いる広域監視保護制御システムであって、
   系統運用支援装置の各種出力とイベントアラームを入力とし制御指令を作成する制御指令作成装置と、計測データと前記制御指令作成装置の結果を入力とし制御指令確認する制御指令確認装置と、前記制御指令確認装置からの制御指令確認信号を入力とし制御される制御対象と、前記制御対象の結果から制御ログを作成する制御ログ作成装置を備えることを特徴とする電力系統における広域監視保護制御システム。
6. 発電機を含む電力系統に事故が発生して遮断器を開放し、その後の復旧処理を経て遮断器を再投入して元の電力系統の構成に戻る時の、電力系統の安定化を図るための系統運用支援方法であって、
   電力系統の各所に設けた計測器で計測した少なくとも電圧を含む計測データと、電力系統に事故が発生する前の電力系統の構成についての系統トポロジーと、電力系統に起こる事故の事象を予め想定した対象事故タイプを入力とし、電力系統に事故が発生する前の母線の電圧、母線の位相、送電線の潮流方向を含む系統状態と、予め想定した前記対象事故タイプが発生した時の前記系統状態を、予測事故時系統状態として算出し、前記予測事故時系統状態を入力とし、発電機の感度（位相差と発電機出力の比）を制御メニューとして算出し、前記制御メニューを用いて、前記対象事故タイプが発生した時の復旧のために、発電機の発電出力を定めて、電圧位相差が基準以内となる状態にしたうえで、遮断器を再投入するための準備手続きである復旧制御手順を算出し、前記復旧制御手順と目標復旧時間パラメータを入力とし、発電機出力調整に要する時間をシミュレーションして復旧時間とし、電力系統に事故が発生した後の電力系統の電圧位相差が基準以内となるように、電力系統に事故が発生する前の電力系統における複数の発電機の出力配分を定め、前記出力配分を変更する手順である予防制御手順を算出し、前記復旧制御手順と予防制御手順を表示することを特徴とする電力系統における系統運用支援方法。
7. 発電機を含む電力系統に事故が発生して遮断器を開放し、その後の復旧処理を経て遮断器を再投入して元の電力系統の構成に戻る時の電力系統の安定化を図るために、
   発電機を含む電力系統における事故を事前に想定し、想定事故発生前の第１の状態において、
   電力系統における想定事故発生後の第２の状態から第１の状態への復旧制御手順として発電機の発電出力を定めて、電圧位相差が基準以内となる状態にしたうえで、遮断器を再投入するための準備手続きを求める復旧制御手順算出機能と、前記復旧制御手順が、設定された目標復旧時間内に完了するための予防制御手順として電力系統に事故が発生した後の電力系統の電圧位相差が基準以内となるように、電力系統に想定事故が発生する前の電力系統における複数の発電機の出力配分を定め、前記出力配分を変更する手順を求める復旧予防制御手順算出機能と、前記予防制御手順で定められた電力系統に対する制御操作を想定事故発生前の第１の状態において提示する表示手段を備えていることを特徴とする電力系統における系統運用支援装置。
8. 発電機を含む電力系統に事故が発生して遮断器を開放し、その後の復旧処理を経て遮断器を再投入して元の電力系統の構成に戻る時の電力系統の安定化を図るための、多回線構成の電力系統における系統運用支援装置であって、
   系統運用支援装置は、電力系統における事故を事前に想定し、想定事故時に、遮断器により開放した事故区間両端の電圧位相差が所定値以上である時に前記事故区間両端の遮断器の再投入前に前記発電機の出力を調整するための復旧制御手順として発電機の発電出力を定めて、電圧位相差が基準以内となる状態にしたうえで、遮断器を再投入するための準備手続きを決定する復旧制御手順算出機能と、前記復旧制御手順の実行に要する時間が予定時間以上である時に、予定時間内に完了するための予防制御手順として電力系統に事故が発生した後の電力系統の電圧位相差が基準以内となるように、電力系統に想定事故が発生する前の電力系統における複数の発電機の出力配分を定め、前記出力配分を変更する手順を求める復旧予防制御手順算出機能と、前記予防制御手順で定められた前記発電機の出力の制御操作を想定事故発生前の状態において提示する表示手段を備えていることを特徴とする電力系統における系統運用支援装置。
9. 発電機を含む電力系統に事故が発生して遮断器を開放し、その後の復旧処理を経て遮断器を再投入して元の電力系統の構成に戻る時の電力系統の安定化を図るために、
   電力系統における事故を事前に想定し、想定事故発生前の第１の状態において、電力系統における想定事故発生後の第２の状態から第１の状態への復旧制御手順として発電機の発電出力を定めて、電圧位相差が基準以内となる状態にしたうえで、遮断器を再投入するための準備手続きを求め、求めた前記復旧制御手順が、設定された目標復旧時間内に完了するための予防制御手順として電力系統に事故が発生した後の電力系統の電圧位相差が基準以内となるように、電力系統に想定事故が発生する前の電力系統における複数の発電機の出力配分を定め、前記出力配分を変更する手順を求め、前記予防制御手順で定められた電力系統に対する制御操作を想定事故発生前の第１の状態において実行しておくことを特徴とする電力系統における系統運用支援方法。
10. 発電機を含む電力系統に事故が発生して遮断器を開放し、その後の復旧処理を経て遮断器を再投入して元の電力系統の構成に戻る時の電力系統の安定化を図るための多回線構成の電力系統における系統運用支援方法であって、
    電力系統における事故を事前に想定し、想定事故時に、遮断器により開放した事故区間両端の電圧位相差が所定値以上である時に前記事故区間両端の遮断器の再投入前に前記発電機の出力を調整するための復旧制御手順として発電機の発電出力を定めて、電圧位相差が基準以内となる状態にしたうえで、遮断器を再投入するための準備手続きを決定し、前記復旧制御手順の実行に要する時間が予定時間以上である時に、予定時間内に完了するための予防制御手順として電力系統に事故が発生した後の電力系統の電圧位相差が基準以内となるように、電力系統に想定事故が発生する前の電力系統における複数の発電機の出力配分を定め、前記出力配分を変更する手順を求め、前記予防制御手順で定められた前記発電機の出力の制御操作を想定事故発生前の状態において提示することを特徴とする電力系統における系統運用支援方法。

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