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公開番号2025122265
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-21
出願番号2024017565
出願日2024-02-08
発明の名称電力系統安定化装置および電力系統安定化方法
出願人株式会社日立製作所,中部電力パワーグリッド株式会社,中部電力株式会社
代理人ポレール弁理士法人
主分類H02J 3/24 20060101AFI20250814BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】同期発電機および再生可能エネルギー電源の電制による安定化効果を評価する電力系統安定化装置及び電力系統安定化方法を提供する。
【解決手段】同期機及び再生可能エネルギー電源の何れか1種類以上を故障時に電制するとともに、電制量が不足する場合に故障時の事後演算に基づき追加で電制する補正制御を実施する電力系統安定化装置であって、事後演算部は、事前演算の結果と故障情報に基づき加速同期機及び再生可能エネルギー電源からなる簡易系統モデルを作成する簡易系統作成部と、簡易系統モデルに故障時の事後計測情報を適用して、加速同期機及び再生可能エネルギー電源による追加の電制を実施したときの電力系統の電力と相差角の関係を示す電力相差角曲線を推定する電力相差角曲線推定部と、電力相差角曲線の推定結果に基づき加速同期機及び再生可能エネルギー電源の何れかを追加の電制対象として選択する補正制御対象選択部を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
同期機および再生可能エネルギー電源を含む電力系統における想定故障時の安定度の事前演算に基づき、前記同期機および前記再生可能エネルギー電源のいずれか１種類以上を故障時に電制する第一段制御を実施するとともに、前記第一段制御では電制量が不足する場合に故障時の事後演算に基づき追加で電制する補正制御を実施する電力系統安定化装置であって、
故障時の事後演算を行う事後演算部は、前記事前演算の結果と故障情報に基づき加速同期機および再生可能エネルギー電源からなる簡易系統モデルを作成する簡易系統作成部と、前記簡易系統モデルに故障時の事後計測情報を適用して、前記加速同期機および前記再生可能エネルギー電源による追加の電制を実施したときの電力系統の電力と相差角の関係を示す電力相差角曲線を推定する電力相差角曲線推定部と、前記電力相差角曲線推定部における電力相差角曲線の推定結果に基づき前記加速同期機および前記再生可能エネルギー電源のいずれか１種類以上の追加の電制対象を選択する補正制御対象選択部を備えることを特徴とする電力系統安定化装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
請求項１に記載の電力系統安定化装置であって、
前記電力相差角曲線推定部は、前記故障時の事後計測情報として再生可能エネルギー電源の状態量を用い、前記再生可能エネルギー電源の状態量は再生可能エネルギー電源の出力電流、有効電力出力、連系母線電圧、連系母線電圧位相角、力率角のいずれか１つ以上であることを特徴とする電力系統安定化装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力系統安定化装置であって、
前記事前演算の結果は、電力系統の想定故障時における加速同期機と電制候補のデータと、電力系統のインピーダンスに関するデータと、第一段制御対象のデータと、電制選択順位データと、を含むことを特徴とする電力系統安定化装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電力系統安定化装置であって、
前記事後計測情報は、電力系統の故障発生後の加速同期機および再生可能エネルギー電源の有効電力出力の情報を含むことを特徴とする電力系統安定化装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電力系統安定化装置であって、
親局において前記第一段制御の対象を故障前に事前演算し、子局において前記補正制御の対象を故障後に演算することを特徴とする電力系統安定化装置。
【請求項６】
請求項１に記載の電力系統安定化装置であって、
前記簡易系統モデルは、１台以上の加速同期機を１台に集約した加速同期機群と、１台以上の電制候補の再生可能エネルギー電源を１台に集約した再生可能エネルギー電源群と、電圧および電圧位相角が常に一定の母線である無限大母線と、これらを接続する送電線および変圧器により構成されることを特徴とする電力系統安定化装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電力系統安定化装置であって、
前記再生可能エネルギー電源群の連系母線電圧は、集約前の各再生可能エネルギー電源の連系母線電圧の算術平均または加重平均または幾何平均または調和平均のいずれか１つ以上を用いて算出されることを特徴とする電力系統安定化装置。
【請求項８】
請求項６に記載の電力系統安定化装置であって、
前記再生可能エネルギー電源群の連系母線の電圧位相角は、集約前の各再生可能エネルギー電源の連系母線の電圧位相角の算術平均または加重平均または幾何平均または調和平均のいずれか１つ以上を用いて算出されることを特徴とする電力系統安定化装置。
【請求項９】
請求項１に記載の電力系統安定化装置であって、
前記電力相差角曲線は、１台以上の加速同期機を１台に集約した加速同期機群から無限大母線へ向かって流れる有効電力の潮流方程式で表されることを特徴とする電力系統安定化装置。
【請求項１０】
請求項６に記載の電力系統安定化装置であって、
前記再生可能エネルギー電源群は、連系母線電圧が予め設定された値以下の範囲で出力電流が一定となる定電流特性と、連系母線電圧が前記予め設定された値を上回る場合に発電出力が一定となる定電力特性をもつことを特徴とする電力系統安定化装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統の安定度（安定性）を維持するための、電力系統安定化装置および電力系統安定化方法に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
電力系統で落雷などに起因する故障（故障）が発生すると、一部の同期発電機（ＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＧｅｎｅｒａｔｏｒ：ＳＧ）の出力が不安定となる場合がある。この不安定現象に対して有効な対策を講じなければ、不安定な同期発電機が時間とともに増加し、最終的には大停電に至る恐れがある。
【０００３】
上述の問題に対し、従来の電力系統安定化装置では、故障時に不安定な同期発電機を電力系統から遮断、すなわち電源制限（電制）することで、電力系統の過渡安定度を維持してきた。例えば、非特許文献１に記載の電力系統安定化装置では、電力系統における想定故障時の過渡安定度維持のために電制する同期発電機を、電力系統のオンライン計測情報を用いて予め数値シミュレーションにより周期的に演算し、想定故障が実際に生じた際に当該同期発電機を電制する安定化制御（第一段制御）を行っている。なお、安定化制御には上述の電制だけでなく、発電機の出力を抑制または停止する方法もあるが、以下では発電機の出力抑制および停止も含めて電制と呼ぶこととする。
【０００４】
他方近年、ＣＯ２排出量削減のために、火力発電などの同期発電機の代替として、太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギー電源（ＲｅｎｅｗａｂｌｅＥｎｅｒｇｙＳｏｕｒｃｅ：ＲＥＳ）の導入が盛んに進められており、電力系統に占める同期発電機の割合は減少傾向にある。然るに、同期発電機の割合が減ると、それらが従来担っていた電力系統の慣性や電圧維持能力が低下することで、過渡安定度が低下する恐れがある。また、太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギー電源は、気象条件に応じて発電出力が変動するため、電力系統の電力潮流状態に影響を与える。電力潮流状態に応じて故障時の安定度は変化するため、演算周期間において再生可能エネルギー電源の出力変動が発生すると、第一段制御の電制量が実際に必要な電制量に対して不足し、安定化できない可能性がある。
【０００５】
上述の問題に対し、非特許文献１に記載の電力系統安定化装置では、第一段制御の電制量が不足する場合に、故障後の事後演算により、同期発電機を安定化に必要な分だけ追加で電制する制御（補正制御）を行う。具体的には、事前演算結果に基づき、故障時の同期発電機群を不安定発電機群と安定発電機群にグループ分けし、２つのグループをそれぞれ１つの発電機で簡易的にモデリングした簡易系統を構築する。そして、当該簡易系統から、不安定発電機群の発電出力と内部相差角の関係式（電力相差角曲線）を導出し、電力相差角曲線に等面積法を適用して、安定化に必要な同期発電機の補正制御量を演算する。
【０００６】
また、特許文献１は、事前演算結果と故障後の系統計測データを用いて電力相差角曲線を補正することで補正制御の演算精度を向上させることを目的としたものであり、「電力系統に故障が発生すると、故障の状況に応じて制御対象の発電機からの出力を制御することで電力系統を安定化させる電力系統安定化システムであって、前記制御対象の発電機および制御対象外の発電機の状態値を用いて安定度計算を行なうことで、想定される故障の各々についての制御パターンを決定するとともに、各故障において生じる前記制御対象および前記制御対象外の発電機の動揺による影響量を示す修正量を算出する事前演算手段と、何らかの故障が発生すると、前記制御対象の発電機から計測される実計測値に基づいて、電力系統の過渡安定度を判別するためのモデルを生成するとともに、前記修正量を当該生成したモデルに反映した上で、前記制御パターンに従って制御を行なう事後演算手段とを備える、電力系統安定化システム。」としたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０１６－２５７１５号公報
【非特許文献】
【０００８】
吉田央・舘竜司・高藤耕哉・今枝弘典・武石勝・田口広幸・草場健一郎：「次世代グリッドに適応した基幹系統合型オンライン系統安定化システム（ＩＳＣ）の開発」、電学論Ｂ、Ｖｏｌ．１３７、Ｎｏ．６、ｐｐ．４３４－４４５（２０１７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
非特許文献１および特許文献１では、電力の供給電源が同期発電機のみで構成される簡易系統モデルに基づき、電力相差角曲線を導出している。そのため、電力相差角曲線を表す数式には、再生可能エネルギー電源の状態量を表すパラメータが含まれず、再生可能エネルギー電源の電制による電力相差角曲線の形状の変化を表すことができない。したがって、再生可能エネルギー電源は、電制による安定化効果を評価することができないため、補正制御対象として選択できない。
【００１０】
上記の結果、再生可能エネルギー電源の割合が大きな電力系統では補正制御対象が同期発電機に限定されるため、補正制御による過渡安定度維持が困難となる可能性や、過渡安定度維持に必要な総電制量（電制からの復帰に要するコスト）増加の可能性がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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