JP4092617B2

JP4092617B2 - Step-out detection method and apparatus for power system

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Publication number: JP4092617B2
Application number: JP2001368520A
Authority: JP
Inventors: 正弘佐藤
Original assignee: Nihon University
Current assignee: Nihon University
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2001-12-03
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2021-12-03
Also published as: JP4766434B2; JP2003194863A; AU2002354328A1; JP2008154452A; WO2003048792A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力系統の連係線の両側の発電機群の間に生ずる脱調を確実に検出できる電力系統の脱調検出方法および電力系統の脱調検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電力系統の脱調検出装置は、周知のとおり、電力系統の連係線の両側に設置されている発電機群の間に生ずる脱調を検出する装置として提供されている。
この電力系統の脱調検出装置は、いくつかの脱調検出方式を採用したものが提案されているが、インピーダンス変化から脱調を検出する方式と、送電線の両端電圧の位相差から脱調を検出する方式を採用したものが現在では主流である。
【０００３】
まず、インピーダンス変化から脱調を検出する方式を採用した電力系統の脱調検出装置について説明すると、インピーダンス変化から脱調を検出する方式には二重円方式あるいは３ゾーン方式がある。
二重円方式を採用した電力系統の脱調検出装置は、送電線の端子に設置した継電器のインピーダンス特性から脱調を検出するようにしたものである。これは、継電器が接地点からみるインピーダンスを２つの大小同心円に区分し、小さい円の内側にできる第１の領域と、小さい円の外側と大きい円の内側にできる第２の領域と、大きい円の外側にできる第３の領域とに分け、通常の運転状態では継電器がみるインピーダンスは大きい円の外側にできる第３の領域に位置している。電力系統が脱調すると、継電器がみるインピーダンスは、第３の領域から第２の領域、第２の領域から第１の領域へと緩慢に移行してゆくが、第２の領域に一定時間超えた後に第３の領域に移行したときに、脱調が発生したと判断するものである。
【０００４】
また、３ゾーン方式を採用した電力系統の脱調検出装置は、上記二重円方式と同様に、あらかじめ３つの領域（第１のゾーン、第２のゾーン、第３のゾーン）を設定しておき、この状態において継電器が見るインピーダンスが緩慢に第１のゾーン、第２のゾーン、第３のゾーンと移行する際に、第２のゾーンに移動しているときに一定時間を超えた後に、第３のゾーンに移行したときに、脱調が発生したと判断するものである。
【０００５】
さらに、送電線の両端電圧の位相差から脱調を検出する方式を採用した電力系統の脱調検出装置は、送電線の両端電圧をそれぞれ検出し、各検出電圧を伝送手段で他の電圧検出地点に伝送し合い、両端電圧の位相角差が１８０度以上になったときに、当該検出地点において脱調が発生したと判断するものである。
しかしながら、インピーダンスの変化から脱調を検出しようとする電力系統の脱調検出装置によれば、各領域を各インピーダンスが通過する時間差から脱調を検出するものであるが、インピーダンスが通過する領域の場合の決め方が困難であり、領域の決め方によっては、脱調ではないのに脱調と判断したり、脱調が発生しているのに脱調ではないと判断したりしまうことがあり、判断の信頼性が悪かった。
【０００６】
また、インピーダンスの変化から脱調を検出しようとする電力系統の脱調検出装置によれば、各領域の通過時間が短い場合には、脱調と判断できなくなることがあった。
さらに、送電線両端電圧の位相差から脱調を検出する電力系統の脱調検出装置によれば、送電線の両端電圧を伝送手段で伝送を行う必要があることから、設備費が増大化する。
【０００７】
このような不都合を解消した電力系統の脱調検出装置としては、電圧と電流の位相角差の測定間隔毎の変化分を求め、前記位相格差の測定間隔毎の変化分が所定の閾値以下のときに、前記位相角差が脱調判定用位相角差より大きいときに送電線の両側の電源系統に脱調が発生したと判断するものである（特開平１０−３３６８８３号公報（以下、従来技術という））。
この従来技術の電力系統の脱調検出装置によれば、従来のようにゾーンを設定したり、特別な伝送手段を用いる必要がなく、母線を含む送電線の電圧および電流を測定して高い判定精度で脱調を判定することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術の電力系統の脱調検出装置によれば、特定の位相角差になったときに、現実に脱調していないのにもかかわらず、脱調と判断するという不都合があった。
本発明は、上述した不都合を解消し、電力系統の連係線の両側の発電機群の間に生ずる脱調を確実に検出できる電力系統の脱調検出方法およびその装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明に係る電力系統の脱調検出方法は、電圧と電流の位相角差に基づいて送電線の両側の電源系統に脱調が発生したと判断する電力系統の脱調検出方法において、電力系統の送電線の電圧および電流を取り込む第１のステップと、前記第１のステップで得た電圧と電流を基に、判断時点までの所定区間における電圧の平均値と電流の平均値を求める第２のステップと、前記第２のステップで得た電圧および電流の平均値の最大値と最小値を求め、これら最大値および最小値を記憶しておく第３のステップと、前記取り込んだ電圧および電流から位相角差を求める第４のステップと、前記第４のステップで得た位相角差が９０度を超えた時点で、前記第２のステップで得た判断時点の測定電圧の平均値が前記第３のステップで記憶しておいた電圧の平均値の最小値を中心とした一定の範囲に入っていて、かつ、前記第２のステップで得た判断時点の測定電流の平均値が前記第３のステップで記憶しておいた電流の平均値の最大値を中心とした一定の範囲に入っているときに、送電線の両側の電源系統に脱調が発生したと判断する第５のステップとを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項２記載の発明に係る電力系統の脱調検出装置は、電圧と電流の位相角差に基づいて送電線の両側の電源系統に脱調が発生したと判断する電力系統の脱調検出装置において、電力系統の送電線の電圧および電流を取込む電圧および電流取込み手段と、前記電圧および電流取込み手段で取り込んだ電圧および電流を基に、判断時点までの所定区間における電圧の平均値と電流の平均値を求める平均値算出手段と、前記平均値算出手段で得た電圧の平均値の最大値および最小値を求めるとともに電流の平均値の最大値と最小値を求め、これら最大値および最小値を記憶しておく最大・最小判定記憶手段と、前記取り込んだ電圧と電流とから位相角差を算出する位相角差演算手段と、前記位相角差演算手段から得た位相角差が９０度を超えたと判断した場合に、その判断時点における前記平均値算出手段から得た測定電圧の平均値が前記最大・最小判定記憶手段に記憶しておいた電圧の平均値の最小値を中心した一定の範囲に入っていて、かつ、当該判断時点における前記平均値算出手段から得た測定電流の平均値が前記最大・最小判定記憶手段に記憶しておいた電流の平均値の最大値を中心とした一定の範囲に入っているときに、送電線の両側の電源系統の間が脱調したと判断する脱調判定手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［第１の実施の形態（請求項１および２に相当）］
図１ないし図５は本発明の第１の実施の形態に係る電力系統の脱調検出方法および電力系統の脱調検出装置を説明するためのものである。
【００１５】
ここで、図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電力系統の脱調検出装置を含む電力系統全体を示すブロック図である。この図１において、電力系統１ａは母線２ａを介して送電線３の一端に接続され、また、電力系統１ｂは母線２ｂを介して送電線３の他端に接続されることにより、二つの電力系統１ａ，１ｂが送電線３で連係されることになる。また、送電線３に付した記号ｕ，ｖ，ｗは相の名称をであり、ｕはｕ相を、ｖはｖ相を、ｗはｗ相を示している。
【００１６】
ここで、ｕ相，ｖ相，ｗ相の母線２ａに電圧変成器４ｕ，４ｖ，４ｗの一次巻線を接続することにより、電圧変成器４ｕ，４ｖ，４ｗの二次巻線から送電線３の電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに比例した所定の電圧信号を取り出すことができる。また、ｕ相，ｖ相，ｗ相の母線２ａに変流器５ｕ，５ｖ，５ｗの一次側を設置することにより、変流器５ｕ，５ｖ，５ｗの二次巻線から送電線３に流れる電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに比例した所定の電流信号を取り出すことができる。前記各電圧変成器４ｕ，４ｖ，４ｗの二次巻線と、前記各変流器５ｕ，５ｖ，５ｗの二次巻線とは電力系統の脱調検出装置６の入力部に接続されている。
【００１７】
前記電力系統の脱調検出装置６は、大別して、電圧および電流取込み手段であるアナログ・デジタル変換装置７と、電力系統の脱調検出プログラムを実行し前記アナログ・デジタル変換装置７から得た電圧・電流デジタルデータに基づいて脱調を判断するデジタル演算処理装置９とから構成されている。
アナログ・デジタル変換装置７は、前記各電圧変成器４ｕ，４ｖ，４ｗの二次巻線から得られた電圧信号を取込み、ノイズ等を除去して電圧信号の基本成分を取り出す電圧用フィルタ７１ｕ，７１ｖ，７１ｗと、前記各変流器５ｕ，５ｖ，５ｗの二次巻線から得られた電流信号を取込み、ノイズ等を除去して電流の基本成分を取り出す電流用フィルタ７２ｕ，７２ｖ，７２ｗと、電圧用フィルタ７１ｕ，７１ｖ，７１ｗから得られた電圧の基本成分をサンプルホールド指令時点でサンプルホールドし当該サンプルホールドした電圧値をデジタル信号に変換する電圧用Ａ／Ｄ変換手段７３ｕ，７３ｖ，７３ｗと、電流用フィルタ７２ｕ，７２ｖ，７２ｗから得られた電流の基本成分をサンプルホールド指令時点でサンプルホールドし当該サンプルホールドした電流値をデジタル信号に変換する電流用Ａ／Ｄ変換手段７４ｕ，７４ｖ，７４ｗとから構成されている。なお、以下では、説明を簡単にするため、１相のみについて説明する。
【００１８】
前記デジタル演算処理装置９は、少なくとも、各種の演算処理を実行する処理装置本体９１と、所定のデータ入力に使用するキーボード９２と、所定の指令などを行うためのマウス９３と、前記処理装置本体９１で処理された結果を表示するディスプレイ９４とから構成されている。
【００１９】
前記処理装置本体９１は、各種演算処理を行う中央演算処理ユニット１１と、オペレーティングシステムや電力系統の脱調検出プログラムや各種一時データを記憶する主メモリ１２と、入力装置用インターフェース１３と、オペレーティングシステム等を主メモリ１２に展開したり入出力デバイスの読み込みを行わせる基本プログラムが格納されたＲＯＭ１４と、ハードディスク用インターフェース１５と、オペレーティングシステムや各種プログラム等を格納するハードディスク装置１６と、Ａ／Ｄ変換用インターフェース１７と、ディスプレイ用インターフェース１８と、これらを接続するバスライン１９とから構成されている。
【００２０】
電圧用Ａ／Ｄ変換手段７３ｕ，７３ｖ，７３ｗおよび電流用Ａ／Ｄ変換手段７４ｕ，７４ｖ，７４ｗは、Ａ／Ｄ変換用インターフェース１７に接続されている。キーボード９２およびマウス９３は、入力装置用インターフェース１３に接続されている。ハードディスク装置１６は、ハードディスク用インターフェース１５に接続されている。ディスプレイ９４は、ディスプレイ用インターフェース１８に接続されている。
【００２１】
ハードディスク装置１６には、オペレーティングシステムと、本発明の電力系統の脱調検出方法および電力系統の脱調検出装置を実現させるための電力系統の脱調検出プログラムとが格納されている。
また、ハードディスク装置１６からオペレーティングシステムと、前記電力系統の脱調検出プログラムとを読出して主メモリ１２に展開し、これらプログラムを中央演算処理ユニット１１が実行することにより、以下に説明する電力系統の脱調検出装置が実現され、これにより電力系統の脱調検出方法も実現される。
【００２２】
図２は、図１に示すデジタル演算処理装置によって実現された電力系統の脱調検出装置の機能ブロックを示すブロック図である。この図２において、図１と同一構成要素は同一の符号を付して説明を省略する。
この電力系統の脱調検出装置６は、既に説明したが、電力系統１ａの送電線３の電圧および電流を母線２ａから取込む電圧および電流取込み手段であるアナログ・デジタル変換装置７と、前記アナログ・デジタル変換装置７からのデジタル信号を取込み電力系統の脱調検出プログラムを実行するデジタル演算処理装置９とから構成されている。
【００２３】
デジタル演算処理装置９は、電力系統の脱調検出プログラムを実行することにより、前記アナログ・デジタル変換装置７で取り込んだ電圧および電流を記憶するサンプリングデータ記憶手段９５と、前記サンプリングデータ記憶手段９５からのデータを取り出し判断時点までの所定区間における電圧の平均値と電流の平均値を測定する平均値算出手段９６と、前記平均値算出手段９６で得た電圧の平均値の最大値および最小値を求めるとともに電流の平均値の最大値と最小値を求め、これら最大値および最小値を記憶しておく最大・最小判定記憶手段９７と、前記取り込んだ電圧および電流から実効電圧および実効電流を求め、これら実効電圧および実効電流に基づいて位相角差を算出する位相角差演算手段９８と、この位相角差演算手段９８の出力のうち、実効値を記憶する実効値データ記憶手段９９と、前記位相角差演算手段９８からの位相角差を記憶する位相角差データ記憶手段１００と、前記位相角差データ記憶手段１００からの位相角差を取込み、当該位相角差が９０度を超えたと判断した場合に、その判断時点にける前記平均値算出手段９５から得た現在の測定電圧の平均値が前記最大・最小判定手段９７に記憶しておいた電圧の平均値の最小値を中心した一定の範囲に入っていて、かつ、当該判断時点における前記平均値算出手段９５から得た現在の測定電流の平均値が前記最大・最小判定手段９７に記憶しておいた電流の平均値の最大値を中心とした一定の範囲に入っているときに、送電線の両側の電源系統に脱調と判断する脱調判定手段１０１とからなる。
【００２４】
なお、サンプリングデータ記憶手段９５、最大・最小判定手段９７の記憶エリアおよび実効値データ記憶手段９９は、デジタル演算処理装置９が動作中の場合であって最新値は主メモリ１２上に作成されており、一定時間経過した後には、ハードディスク装置１６の所定のエリアに作成されている。
【００２５】
このように構成された電力系統の脱調検出装置の動作を図１および図２を基に、図３ないし図５を参照して説明する。
図３は、本発明の第１の実施の形態に係る電力系統の脱調検出装置で処理される電圧および電流のサンプリング状態を説明するための図であり、横軸には時刻ｔを、縦軸には電圧Ｖおよび電流Ｉが取られている。図４は、電力系統において脱調発生前後の発電機内部電圧および母線電圧・送電線電流などのベクトル関係を説明するための図である。図５は、本発明の第１の実施の形態に係る電力系統の脱調検出装置において処理される脱調判定を説明するための図であり、横軸には時刻ｔが、縦軸には、位相角差Δθ、電圧Ｖおよび電流Ｉがそれぞれ取られている。
【００２６】
電圧用フィルタ７１ｕ，７１ｖ，７１ｗは、各電圧変成器４ｕ，４ｖ，４ｗを介して得られる電圧を取込み、ノイズ成分や高周波成分を除去し基本波成分を電圧用Ａ／Ｄ変換手段７３ｕ，７３ｖ，７３ｗに送出する。同様に、電流用フィルタ７２ｕ，７２ｖ，７２ｗは、各変流器５ｕ，５ｖ，５ｗを介して得られた電流を取込み、ノイズ成分や高周波成分を除去し基本波成分を電流用Ａ／Ｄ変換手段７４ｕ，７４ｖ，７４ｗに送出する。以下では、１相分についてのみに着目して説明するものとする。
【００２７】
デジタル演算処理装置９からのサンプリング指令（例えば６００［Hz］でサンプリング）を電圧用Ａ／Ｄ変換手段７３ｕおよび電流用Ａ／Ｄ変換手段７４ｕが受信すると、図３に示すように３０度毎に電圧サンプル値Ｖm-２，Ｖm-１，Ｖm，…が電圧用Ａ／Ｄ変換手段７３ｕで、電流サンプル値Ｉm-２，Ｉm-１，Ｉm，…が電流用Ａ／Ｄ変換手段７４ｕでサンプリングされる。このサンプリング値は、電圧用Ａ／Ｄ変換手段７３ｕでデジタル電圧に、電流用Ａ／Ｄ変換手段７４ｕでデジタル電流に、それぞれ変換される。ここで、図２において、ｍは現在のサンプリング時点、ｍ−１は一つ前のサンプリング時点、ｍ−２は前々回のサンプリング時点をそれぞれ示している。
【００２８】
これら電圧用Ａ／Ｄ変換手段７３ｕからのデジタル電圧および電流用Ａ／Ｄ変換手段７４ｕからのデジタル電流は、サンプリングデータ記憶手段９５に格納される。なお、電圧用Ａ／Ｄ変換手段７３ｖ，７３ｗも、電流用Ａ／Ｄ変換手段７４ｖ，７４ｗも同様にサンプリングデータ記憶手段９５に格納される。
位相角差演算手段９８は、サンプリングデータ記憶手段９５から前回と今回の電圧Ｖm-１，Ｖmと、電流Ｉm-１，Ｉmとを取り出し、次の数式（１），（２）に基づいて電圧実効値Ｖと電流実効値Ｉを求める。
Ｖ² ＝Ｖm² ＋Ｖm-１² …（１）
Ｉ² ＝Ｉm² ＋Ｉm-１² …（２）
上記数式により位相角差演算手段９８で算出された電圧実効値Ｖと電流実効値Ｉは、実効値データ記憶手段９９に格納される。
【００２９】
一方、平均値算出手段９６は、サンプリングデータ記憶手段９５から所定の期間の電圧および電流を取り出し、判断時点までの所定区間における電圧の平均値Ｖｈと電流の平均値Ｉｈを算出し、最大・最小判定手段９７に与える。
最大・最小判定手段９７は、前記平均値算出手段９６で得た電圧の平均値の最大値Ｖhmaxおよび最小値Ｖhminを求めるとともに電流の平均値の最大値Ｉhmaxおよび最小値Ｉhminを求め、これら最大値(Ｖhmax，Ｉhmax)および最小値(Ｖhmin，Ｉhmin）を記憶する。
【００３０】
また、位相角差演算手段９８は、実効値データ記憶手段９９に記憶されている電圧Ｖおよび電流Ｉを基に下記数式（４）から位相角差を算出する。この数式（４）で位相角差が算出できる理由を説明する。ここで、位相角差をθとすると、電圧および電流の間ではと、次の数式（３）が成立する。
ＶＩcos（θ）＝Ｖm×Ｉm＋Ｖm-3×Ｉm-3 …（３）
この数式（３）を変形すると、
θ＝arc cos｛(Ｖm×Ｉm＋Ｖm-3×Ｉm-3)÷ＶＩ｝…（４）
となり、数式（４）から位相角差θが算出できることが分かる。
この位相角差演算手段９８で順次算出された位相角差θは、位相角差データ記憶手段１００に格納される。
【００３１】
次に、図４を参照して位相角差θと図１に示す電力系統１ａ，１ｂとの関係を説明する。まず、二つの電力系統１ａ，１ｂは送電線３で連係されているので、これの説明を簡単にするために、図４（ａ）に示すように、発電機Ｇおよび発電機Ｓとなる電力系統とする。また、発電機Ｇの内部電圧をＥG、発電機Ｓの内部電圧をＥSとする。また、母線２ａをＮで表し、母線Ｎの電圧をＶとし、かつ、送電線をＴLとし、送電線ＴLの電流をＩとする。以上の約束の基に、電力系統の条件に応じて図４（ｂ）ないし図４（ｄ）の関係が成立する。
【００３２】
脱調前では、定常状態あるいは動揺中のいずれでも脱調となる前であれば、図４（ｂ）に示すように、両発電機Ｇ，Ｓの内部電圧ＥG，ＥSの間の位相角差θは、１８０度以内である。また、一般に、送電線ＴLの抵抗値はリアクタンス値と比較してきわめて小さいので、抵抗を無視するものとする。
このとき、電流Ｉと発電機Ｇ，Ｓの間の電位差（ＥG−ＥS）はほぼ直交する。言い換えれば、ノードＮの電圧Ｖと電流Ｉとの位相角差θは９０度以下となる。
【００３３】
次に、脱調時点では、図４（ｃ）に示すように、発電機Ｇ，Ｓの間の電圧ＥG，ＥSの位相角差が拡大し、１８０度となると、脱調と判断する時点では母線電圧Ｖと送電線電流Ｉは直交し、位相角差θは９０度となる。
さらに、脱調した後では、図４（ｄ）に示すように、両発電機Ｇ，Ｓの間の電圧ＥG，ＥSは１８０度を超え、母線電圧Ｖと送電線電流Ｉとの位相角差θは９０度以上になり、脱調となる。
この図４に示すベクトル関係は、発電機Ｇ，Ｓの電圧ＥG，ＥSを用いたが、送電線３の両端の母線２ａ，２ｂの電圧関係でも同じである。
【００３４】
したがって、脱調判定手段１０１は、上述した関係を利用し、位相角差データ記憶手段１００から取り出した位相角差データを基に、図５に示すように、当該位相角差θが９０度を超えたと判断した場合に、その判断時点ｔr にける前記平均値算出手段９６から得た現在時点の測定電圧の平均値Ｖhが前記最大・最小判定手段９７に記憶しておいた電圧の平均値の最小値Ｖhminを中心した一定の範囲に入っていて、かつ、当該判断時点ｔrにおける前記平均値算出手段９６から得た現時点の測定電流の平均値Ｉhが前記記憶しておいた電流の平均値の最大値Ｉhmaxを中心とした一定の範囲に入っているときに、送電線３の両側の電源系統１ａ，１ｂに脱調が発生したと判断している。
【００３５】
したがって、本発明の第１の実施の形態によれば、上述したとおり、電圧Ｖの平均値Ｖhの最大値Ｖhmaxおよび最小値Ｖhminを求めるとともに電流Ｉの平均値Ｉhの最大値Ｉhmaxと最小値Ｉhminを求め、これら最大値および最小値を記憶しておき、前記電圧Ｖおよび電流Ｉから位相角差θを求め、当該位相角差θが９０度を超えた場合に、測定電圧の平均値Ｖhが前記記憶しておいた電圧Ｖの平均値の最小値Ｖhminを中心とした一定の範囲に入っていて、かつ、当該判断時点の測定電流Ｉの平均値Ｉhが前記記憶しておいた電流の平均値の最大値Ｉhmaxを中心とした一定の範囲に入っているときに、送電線の両側の電源系統に脱調が発生したと判断しているので、９０度の時点で脱調が確実に判定でき、かつ、あらかじめゾーンの設定や、通信網を用いることなく、確実に母線を含む送電線の両端の発電機群の脱調を検出することができる。
【００３６】
［第２の実施の形態（請求項３および４に相当）］
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る電力系統の脱調検出装置を含む系統全体を示す図である。
本発明の第２の実施の形態に係る電力系統の脱調検出装置６ａでも、図１に示すハードウエアを利用する。すなわち、この第２の実施の形態に係る電力系統の脱調検出装置６ａは、アナログ・デジタル変換装置７と、デジタル演算処理装置９ａとから構成されることになる。
【００３７】
この第２の実施の形態に係る電力系統の脱調検出装置６ａが第１の実施の形態に係る電力系統の脱調検出装置６と異なるところは、デジタル演算処理装置９ａが第２の実施の形態を４実現するための電力系統の脱調検プログラムを実行することにより、実現される点にある。したがって、第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３８】
この第２の実施の形態に係る電力系統の脱調検出装置６ａのデジタル演算処理装置９ａは、図６に示すように、サンプリングデータ記憶手段９５と、平均値算出手段９６と、最大・最小判定記憶手段９７と、位相角差演算手段９８と、実効値データ記憶手段９９と、位相角差データ記憶手段１００と、前記位相角差データ記憶手段１００から順次取り出したデータを基に、将来の判断時点の位相角差位相を推定し、その推定結果から脱調を推定する脱調推定手段１０５と、前記平均値算出手段９６から順次取り出した電圧データを基に判断時点の電圧の平均値を推定する電圧推定手段１０６と、前記平均値算出手段９６から順次読み出した電流データを基に判断時点の電流の平均値を推定する電流推定手段１０７と、前記脱調推定手段１０５によって判断時点で脱調と推定された場合に、前記推定した電圧の平均値が前記最大・最小判定記憶手段９７に記憶しておいた電圧の平均値の最小値を中心とした一定の範囲に入っていて、かつ、前記予測した電流の平均値が前記最大・最小判定記憶手段９７に記憶しておいた電流の平均値の最大値を中心とした一定の範囲に入っているときに、送電線の両側の電源系統に脱調が発生したと判断する脱調判定手段１０８とから構成されている。
【００３９】
脱調推定手段１０５は、過去の複数時点の位相角差を用いて、位相角差が例えば二次予測式であれば、二次予測式のパラメータを推定する位相格差パラメータ推定手段１０５１と、この位相格差パラメータ推定手段１０５１で推定されたパラメータを持つ二次予測式で、将来の時刻に対する位相角差θを予測する位相角差予測手段１０５２と、前記位相角差予測手段１０５２で予測される位相角差θと脱調判定用位相角差θｃとを用いて脱調を予測する脱調予測手段１０５３とからなる。
【００４０】
このように構成された電力系統の脱調検出装置６ａの動作を説明する。
母線２ａの電圧および電流を取込み、アナログ・デジタル変換装置７でデジタル電圧およびデジタル電流に順次変換し、デジタル演算処理装置９ａのサンプリングデータ記憶手段９５に記憶させる。
また、このサンプリングデータ記憶手段９５から順次読み出した電圧および電流を基に、位相角差演算手段９８で数式（１）および（２）に基づいて実効電圧Ｖおよび実効電流Ｉを算出し、実効値データ記憶手段９９に格納する。
【００４１】
位相角差演算手段９８は、実効値データ記憶手段９９から順次読み出された実効電圧Ｖおよび実効電流Ｉを基に、数式（４）により位相角差θを算出し、位相角差データ記憶手段１００に記憶させる。
一方、サンプリングデータ記憶手段９５から順次デジタル電圧およびデジタル電流を読出し、平均値算出手段９６により所定期間の電圧の平均値および電流の平均値を算出し、最大・最小判定記憶手段９７に与える。最大・最小判定記憶手段９７は、電圧および電流の平均値の最大値および最小値をそれぞれ求め、記憶しておく。
【００４２】
また、電圧推定手段１０６は、前記平均値算出手段９６から得られた電圧の平均値の過去の推移から将来の判断時点の電圧の平均値を推定し、脱調判定手段１０８に与える。
同様に、電流推定手段１０７は、前記平均値算出手段９６から得られた電流の平均値の過去の推移から将来の判断時点の電圧の平均値を推定し、脱調判定手段１０８に与える。
【００４３】
さらに、最大・最小判定記憶手段９７に記憶されていた電圧の平均値の最小値と、電流の平均値の最大値とは、脱調判定手段１０８に与えられる。
また、脱調推定手段１０５の位相格差パラメータ推定手段１０５１により、過去の複数時点の位相角差を用いて、位相角差が例えば二次予測式であれば、二次予測式のパラメータを推定し、この位相格差パラメータ推定手段１０５１で推定されたパラメータを持つ二次予測式で位相角差予測手段１０５２により、将来の判定時刻に対する位相角差θを予測し、前記位相角差予測手段１０５２で予測される位相角差θと脱調判定用位相角差θｃとを用いて脱調予測手段１０５３で脱調を予測し、その予測結果を脱調判定手段１０８に与える。
【００４４】
脱調判定手段１０８は、前記脱調推定手段１０５によって判断時点で脱調と推定された場合に、前記電圧推定手段１０６で推定した電圧の平均値が前記最大・最小判定記憶手段９７に記憶しておいた電圧の平均値の最小値を中心とした一定の範囲に入っていて、かつ、前記電流推定手段１０７で予測した電流の平均値が前記最大・最小判定記憶手段９７に記憶しておいた電流の平均値の最大値を中心とした一定の範囲に入っているときに、送電線の両側の電源系統に脱調が発生したと判断する。
このように第２の実施の形態によれば、将来の判断時点での位相角差、電圧および電流を用いることにより脱調を早めに予測できるので、脱調による弊害に早めに対処できる。
【００４５】
［第３の実施の形態（請求項５ないし８に相当）］
図７および図８は、本発明の第３の実施の形態を説明するためのものである。ここに、図７は、本発明の第３の実施の形態に係る電力系統の脱調検出装置を含む系統全体を示す図である。
本発明の第３の実施の形態に係る電力系統の脱調検出装置６ｂでも、図１に示すハードウエアを利用する。すなわち、この第３の実施の形態に係る電力系統の脱調検出装置６ｂは、アナログ・デジタル変換装置７と、デジタル演算処理装置９ｂとから構成されることになる。
【００４６】
前記デジタル演算処理装置９ｂは、電力系統の脱調検出プログラムを実行することにより、前記アナログ・デジタル変換装置７で取り込んだ電圧および電流を記憶するサンプリングデータ記憶手段９５と、前記電圧および電流取込み手段で得た電圧と電流を基に、判断時点までの所定区間における電圧の平均値と電流の平均値を求める平均値算出手段９６と、前記サンプリングデータ記憶手段９５からの電圧のデータおよび電流のデータを取り出し、当該電圧データおよび電流データをそれぞれ二次関数の形式に模擬し、当該二次関数の係数を推定し、係数が負で関数が下に凸ならば最小値あるいは係数が正で関数が上に凸なら最大値と推定し記憶する最大・最小推定記憶手段１３０と、前記取り込んだ電圧および電流から電圧実効値および電流実効値を求め、これら電圧実効値および電流実効値に基づいて位相角差を算出する位相角差演算手段９８と、この位相角差演算手段９８の出力のうち、実効値を記憶する実効値データ記憶手段９９と、前記位相角差演算手段９８からの位相角差を記憶する位相角差データ記憶手段１００と、前記位相角差データ記憶手段１００からの位相角差を取込み、当該位相角差が９０度を超えたと判断した場合に、その判断時点にける前記平均値算出手段９５から得た現在の測定電圧の平均値が前記最大・最小推定記憶手段１３０に記憶しておいた電圧の最小値を中心した一定の範囲に入っていて、かつ、当該判断時点における前記平均値算出手段９５から得た現在の測定電流の平均値が前記最大・最小推定記憶手段１３０に記憶しておいた電流の最大値を中心とした一定の範囲に入っているときに、送電線の両側の電源系統に脱調と判断する脱調判定手段１０１とからなる。
【００４７】
ここで、前記最大・最小推定記憶手段１３０は、
係数をＡｖ，Ｂｖ，Ｃｖ、電圧をＶとすると、
Ｖ＝Ａｖｔ²＋Ｂｖｔ＋Ｃｖ …（５）
数式５のように模擬し、
係数をＡｉ，Ｂｉ，Ｃｉ、電流をＩとすると、
Ｉ＝Ａｉｔ²＋Ｂｉｔ＋Ｃｉ …（６）
数式（６）のように模擬し、
これら数式に最小自乗法を適用して係数Ａｖ，Ａｉを推定し、
係数Ａｖが正で関数が下に凸ならば電圧Ｖは最小値とし、係数Ａｉが負で関数が上に凸ならば電流Ｉは最大値とし、それぞれを記憶する。
【００４８】
上述したように構成された第３の実施の形態の動作を図８を参照して説明する。ここに、図８は、本発明の第３の実施の形態に係る海産物の貯蔵方電力系統の脱調検出装置の動作を説明するための特性図であり、横軸に時間ｔを、縦軸に電圧Ｖを、それぞれ取ったものである。
【００４９】
まず、サンプリングデータ記憶手段９５には、アナログ・デジタル変換装置７を介して電力系統１ａの送電線（母線２ａ）から電圧および電流が取り込まれる。
前記平均値算出手段９６は、前記サンプリングデータ記憶手段９５に格納されている電圧と電流を基に、判断時点までの所定区間における電圧の平均値と電流の平均値を求める。
【００５０】
前記最大・最小推定記憶手段１３０は、次のように電圧の最大値あるいは電流の最小値を推定し、記憶している。すなわち、図８に示すように、現在時刻をｔ_kとすると、一定時間間隔の過去の数時点ｔ_k-n，…，ｔ_k-2，ｔ_k-1，ｔ_kで測定した電圧値Ｖ_k-n，…，Ｖ_k-2，Ｖ_k-1，Ｖ_k を用いて、上記数式５の二次関数の形の式の係数Ａｖを、最小自乗法で推定する。
そして、推定した係数Ａｖが推定した係数が正で関数が下に凸なら最小値とし、推定した係数が負で関数が上に凸なら最大値とし、これらを記憶する。電流Ｉについても、上述同様に計算し、記憶しておく。
【００５１】
前記位相角差演算手段９８は、前記サンプリングデータ記憶手段９５に格納されている電圧および電流から電圧実効値および電流実効値を求め、これら電圧実効値および電流実効値に基づいて位相角差を算出する。
前記脱調判定手段１０１は、前記位相角差演算手段９８で得た位相角差が９０度を超えたと判定すると、その時点において前記平均値算出手段９６で得た判断時点の測定電圧の平均値が前記最大・最小推定記憶手段１３０で記憶しておいた電圧の最小値を中心とした一定の範囲に入っていて、かつ、前記平均値算出手段９６で得た判断時点の測定電流の平均値が前記最大・最小推定記憶手段１３０で記憶しておいた電流の最大値を中心とした一定の範囲に入っているときに、送電線の両側の電源系統の間に脱調が発生したと判断している。
【００５２】
このような第３の実施の形態によっても、電圧変動の波形あるいは電流変動の波形の傾向に従った電圧および電流の傾きを用いることにより、電力系統の傾向に基づく脱調を早めに検出でき、脱調による弊害に早めに対処できる。
【００５３】
【発明の効果】
請求項１および２記載の発明によれば、従来のようにゾーンを推定したり、特別な伝送手段を用いることなく、母線を含む送電線の電圧および電流を測定して高い判定精度で脱調を判定でき、かつ、特定な条件になっても確実に脱調を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電力系統の脱調検出装置を含む電力系統全体を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係り、図１に示すデジタル演算処理装置によって実現された電力系統の脱調検出装置の機能ブロックを示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る電力系統の脱調検出装置で処理される電圧および電流のサンプリング状態を説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係わり、電力系統において脱調発生前後の発電機内部電圧および母線電圧・送電線電流などのベクトル関係を説明するための図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る電力系統の脱調検出装置において処理される脱調判定を説明するための図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る電力系統の脱調検出装置を含む系統全体を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る電力系統の脱調検出装置を含む系統全体を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る海産物の貯蔵方電力系統の脱調検出装置の動作を説明するための特性図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ電力系統
２ａ，２ｂ母線
３送電線
４ｕ，４ｖ，４ｗ電圧変成器
５ｕ，５ｖ，５ｗ変流器
６，６ａ，６ｂ電力系統の脱調検出装置
７アナログ・デジタル変換装置
９，９ａ，９ｂデジタル演算処理装置
１１中央演算処理ユニット
１２主メモリ
１３入力装置用インターフェース
１４ＲＯＭ
１５ハードディスク用インターフェース
１６ハードディスク装置
１７Ａ／Ｄ変換用インターフェース
１８ディスプレイ用インターフェース
１９バスライン
９１処理装置本体
９２キーボード
９３マウス
９４ディスプレイ
９５サンプリングデータ記憶手段
９６平均値算出手段
９７最大・最小判定記憶手段
９８位相角差演算手段
９９実効値データ記憶手段
１００位相角差データ記憶手段
１０１脱調判定手段
１０５脱調推定手段
１０６電圧推定手段
１０７電流推定手段
１０８脱調判定手段
１３０最大・最小推定記憶手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power system step-out detection method and a power system step-out detection apparatus that can reliably detect a step-out occurring between generator groups on both sides of a power system link line.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, this kind of power system out-of-step detection device is provided as a device for detecting out-of-step occurring between generator groups installed on both sides of a power system link line, as is well known.
This power system out-of-step detection device has been proposed to employ several out-of-step detection methods. However, the out-of-step detection method from the impedance change and the out-of-step detection from the phase difference of the voltage across the transmission line are proposed. At present, the method of detecting the current is the mainstream.
[0003]
First, an out-of-step detection device for a power system that employs a method for detecting step out from an impedance change will be described. A method for detecting step out from an impedance change includes a double circle method or a three-zone method.
An out-of-step detection device for a power system that employs a double circle method detects out-of-step from the impedance characteristics of a relay installed at a terminal of a transmission line. This is because the relay divides the impedance viewed from the ground into two large and small concentric circles, a first area that can be inside the small circle, a second area that can be inside the small circle and inside the large circle, and a large circle In a normal operation state, the impedance seen by the relay is located in the third region that can be outside the large circle. When the power system steps out, the impedance seen by the relay slowly transitions from the third region to the second region and from the second region to the first region, but exceeds the second region for a certain period of time. It is determined that a step-out has occurred when the process shifts to the third region.
[0004]
In addition, the power system step-out detection device adopting the three-zone method sets three regions (first zone, second zone, and third zone) in advance as in the double circle method. In addition, when the impedance seen by the relay in this state slowly transitions to the first zone, the second zone, and the third zone, after exceeding a certain time when moving to the second zone, When shifting to the third zone, it is determined that a step-out has occurred.
[0005]
Furthermore, the power system step-out detection device adopting a method of detecting step-out from the phase difference of the voltage at both ends of the transmission line detects the voltage at both ends of the transmission line and detects each detected voltage at the other means by the transmission means. When the phase angle difference between the voltages at both ends reaches 180 degrees or more, it is determined that a step-out has occurred at the detection point.
However, according to the out-of-step detection device of the electric power system that attempts to detect the out-of-step from the change in impedance, the out-of-step is detected from the time difference that each impedance passes through each region. It is difficult to determine the case, and depending on how the area is determined, it may be determined that the step is out of step even though it is not out of step, or it may be determined that the step is out but not out of step. The reliability of was bad.
[0006]
Further, according to the power system step-out detection device that attempts to detect a step-out from a change in impedance, it may not be possible to determine a step-out when the passage time of each region is short.
Furthermore, according to the power system step-out detection device that detects the step-out from the phase difference of the voltage at both ends of the transmission line, it is necessary to transmit the voltage at both ends of the transmission line by the transmission means, which increases the equipment cost. .
[0007]
As an out-of-step detection device for a power system that eliminates such inconveniences, a change amount at each measurement interval of a phase angle difference between voltage and current is obtained, and a change amount at each measurement interval of the phase difference is equal to or less than a predetermined threshold value When the phase angle difference is larger than the phase difference for step-out determination, it is determined that step-out has occurred in the power supply system on both sides of the transmission line (Japanese Patent Laid-Open No. 10-336883 (hereinafter referred to as conventional)). Called technology)).
According to this prior art power system step-out detection device, it is not necessary to set a zone or use a special transmission means as in the prior art, and the voltage and current of the transmission line including the bus are measured to make a high determination. Step-out can be determined with accuracy.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the above-described conventional power system step-out detection device, when a specific phase angle difference is reached, it is determined that the step-out is determined even though the step is not actually stepped out. was there.
It is an object of the present invention to provide a power system out-of-step detection method and apparatus capable of reliably detecting the out-of-step occurring between the generator groups on both sides of the power system linkage line, and solving the above-described disadvantages. Yes.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the power system step-out detection method according to the first aspect of the present invention determines that a step-out has occurred in the power supply systems on both sides of the transmission line based on the phase angle difference between the voltage and current. In the power system step-out detection method, the first step of taking in the voltage and current of the transmission line of the power system, and the voltage in a predetermined section until the judgment time point based on the voltage and current obtained in the first step A second step for obtaining an average value of the current and an average value of the current, a maximum value and a minimum value of the average value of the voltage and current obtained in the second step are obtained, and the maximum value and the minimum value are stored. A third step, a fourth step of obtaining a phase angle difference from the captured voltage and current, and a phase angle difference obtained in the fourth step exceeding 90 degrees; Average measured voltage at the time of judgment Is within a certain range centered on the minimum value of the average voltage stored in the third step, and the average value of the measured current obtained at the determination time obtained in the second step is It is determined that a step-out has occurred in the power supply system on both sides of the transmission line when it is within a certain range centered on the maximum average value of the current stored in the third step. These steps are provided.
[0010]
In order to achieve the above object, the power system step-out detection apparatus according to claim 2 determines that a step-out has occurred in the power supply system on both sides of the transmission line based on the phase angle difference between the voltage and current. In the power system step-out detection device, the voltage and current capturing means for capturing the voltage and current of the transmission line of the power system, and the predetermined time until the judgment time point based on the voltage and current captured by the voltage and current capturing means. Average value calculating means for calculating the average value of the voltage and the average value of the current in the section, the maximum value and the minimum value of the average value of the voltage obtained by the average value calculating means and the maximum value and the minimum value of the average value of the current the calculated, and the maximum and minimum determination storage means for storing these maximum and minimum values, and the phase angle difference computing means for calculating the phase angle difference from said captured voltage and current, the phase angle difference computing means Obtained from When the phase angle difference is determined to exceed 90 degrees, the average of the voltage average value of the measured voltage obtained from our Keru said average value calculating means of the determination time point have been stored in the maximum and minimum determination storage means The average value of the measured current obtained from the average value calculation means at the time of the determination is within a certain range centered on the minimum value, and the current stored in the maximum / minimum determination storage means Step-out determination means for determining that the power supply system on both sides of the transmission line has stepped out when it is within a certain range centered on the maximum average value. is there.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First embodiment (corresponding to claims 1 and 2)]
1 to 5 are for explaining a power system step-out detection method and a power system step-out detection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
[0015]
Here, FIG. 1 is a block diagram showing the entire power system including the power system step-out detection apparatus according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the power system 1a is connected to one end of the power transmission line 3 via the bus 2a, and the power system 1b is connected to the other end of the power transmission line 3 via the bus 2b. The systems 1 a and 1 b are linked by the transmission line 3. The symbols u, v, and w attached to the power transmission line 3 indicate phase names, u indicates the u phase, v indicates the v phase, and w indicates the w phase.
[0016]
Here, by connecting the primary windings of the voltage transformers 4u, 4v, 4w to the u-phase, v-phase, and w-phase bus 2a, the secondary windings of the voltage transformers 4u, 4v, 4w are connected to the transmission line 3 A predetermined voltage signal proportional to the voltages Vu, Vv, and Vw can be extracted. In addition, by installing the primary side of the current transformers 5u, 5v, 5w in the u-phase, v-phase, and w-phase bus 2a, the secondary windings of the current transformers 5u, 5v, 5w flow to the transmission line 3. A predetermined current signal proportional to the currents Iu, Iv, and Iw can be extracted. The secondary windings of the voltage transformers 4u, 4v, 4w and the secondary windings of the current transformers 5u, 5v, 5w are connected to the input of the out-of-step detection device 6 of the power system. .
[0017]
The power system out-of-step detection device 6 is broadly divided into an analog / digital conversion device 7 which is a voltage and current capturing means, and a voltage obtained from the analog / digital conversion device 7 by executing a power system out-of-step detection program. -It is comprised from the digital arithmetic processing apparatus 9 which judges step-out based on electric current digital data.
The analog-to-digital converter 7 takes in a voltage signal obtained from the secondary winding of each of the voltage transformers 4u, 4v, 4w, removes noise and the like, and extracts a basic component of the voltage signal 71u, 71v, 71w and current filters 72u, 72v, 72w for taking in a current signal obtained from the secondary winding of each of the current transformers 5u, 5v, 5w and removing a noise and the like to extract a basic component of the current; The voltage A / D conversion means 73u, 73v, 73w for sampling and holding the basic components of the voltages obtained from the voltage filters 71u, 71v, 71w at the time of the sample hold command and converting the sampled and held voltage values into digital signals. The basic components of the current obtained from the current filters 72u, 72v, 72w are sample-held at the time of the sample-hold command and the sample Hold current value for current A / D converting means for converting the digital signal to 74u, 74V, is composed of a 74W. Hereinafter, only one phase will be described for the sake of simplicity.
[0018]
The digital arithmetic processing device 9 includes at least a processing device main body 91 for executing various arithmetic processes, a keyboard 92 used for predetermined data input, a mouse 93 for executing predetermined commands, and the processing device main body. And a display 94 for displaying the result processed in 91.
[0019]
The processing device main body 91 includes a central processing unit 11 that performs various types of arithmetic processing, a main memory 12 that stores an operating system and a power system step-out detection program and various temporary data, an input device interface 13, and an operating system. Are stored in the main memory 12, and a ROM 14 storing a basic program for reading input / output devices, a hard disk interface 15, a hard disk device 16 storing an operating system and various programs, and A / D conversion are stored. Interface 17, display interface 18, and bus line 19 connecting them.
[0020]
The voltage A / D conversion means 73u, 73v, 73w and the current A / D conversion means 74u, 74v, 74w are connected to the A / D conversion interface 17. The keyboard 92 and the mouse 93 are connected to the input device interface 13. The hard disk device 16 is connected to the hard disk interface 15. The display 94 is connected to the display interface 18.
[0021]
The hard disk device 16 stores an operating system, a power system step-out detection method and a power system step-out detection program for realizing the power system step-out detection device of the present invention.
Further, the operating system and the power system out-of-step detection program are read from the hard disk device 16 and loaded in the main memory 12, and the central processing unit 11 executes these programs, whereby the power system described below is executed. A step-out detection device is realized, thereby realizing a step-out detection method for the electric power system.
[0022]
FIG. 2 is a block diagram showing functional blocks of the power system step-out detection device realized by the digital arithmetic processing device shown in FIG. In FIG. 2, the same components as those in FIG.
The power system step-out detection device 6 has already been described, but the analog / digital conversion device 7 which is a voltage and current capturing means for capturing the voltage and current of the transmission line 3 of the power system 1a from the bus 2a, and the analog A digital arithmetic processing unit 9 that takes in a digital signal from the digital conversion unit 7 and executes a step-out detection program for the power system.
[0023]
The digital arithmetic processing unit 9 executes a power out-of-step detection program to store the voltage and current taken in by the analog / digital conversion unit 7 and the sampling data storage unit 95. The average value calculating means 96 for measuring the average value of the voltage and the average value of the current in a predetermined section until the judgment time is taken out, and the maximum value and the minimum value of the average value of the voltage obtained by the average value calculating means 96 are obtained. Obtaining the maximum and minimum values of the average value of the current and obtaining the maximum and minimum determination storage means 97 for storing these maximum and minimum values, and determining the effective voltage and effective current from the acquired voltage and current, The phase angle difference calculating means 98 for calculating the phase angle difference based on these effective voltage and effective current, and the phase angle difference calculating means 9 Among the outputs, an effective value data storage means 99 for storing the effective value, a phase angle difference data storage means 100 for storing the phase angle difference from the phase angle difference calculation means 98, and the phase angle difference data storage means 100. When the phase angle difference is taken in, and it is determined that the phase angle difference exceeds 90 degrees, the average value of the current measured voltage obtained from the average value calculation means 95 at the time of the determination is the maximum / minimum determination. The average value of the current measured current that is within a certain range centered on the minimum value of the average value of the voltage stored in the means 97 and obtained from the average value calculating means 95 at the time of the judgment is the above-mentioned. Step-out determination means for determining that the power supply system on both sides of the transmission line is out of step when it is within a certain range centered on the maximum average current value stored in the maximum / minimum determination means 97 101.
[0024]
Note that the sampling data storage means 95, the storage area of the maximum / minimum determination means 97 and the effective value data storage means 99 are the cases where the digital arithmetic processing unit 9 is operating, and the latest values are created on the main memory 12. Thus, after a certain period of time, it is created in a predetermined area of the hard disk device 16.
[0025]
The operation of the power system step-out detection apparatus configured as described above will be described with reference to FIGS. 3 to 5 based on FIGS.
FIG. 3 is a diagram for explaining voltage and current sampling states processed by the power system step-out detection apparatus according to the first embodiment of the present invention. A voltage V and a current I are taken on the shaft. FIG. 4 is a diagram for explaining the vector relationship between the generator internal voltage and the bus voltage / transmission line current before and after the occurrence of the step-out in the power system. FIG. 5 is a diagram for explaining step-out determination processed in the step-out detection device for a power system according to the first embodiment of the present invention, where the horizontal axis represents time t and the vertical axis represents , Phase angle difference Δθ, voltage V and current I are respectively taken.
[0026]
The voltage filters 71u, 71v, 71w take in the voltages obtained via the voltage transformers 4u, 4v, 4w, remove noise components and high frequency components, and convert the fundamental wave components into voltage A / D conversion means 73u, 73v. , 73w. Similarly, the current filters 72u, 72v, 72w take in the current obtained through the current transformers 5u, 5v, 5w, remove noise components and high frequency components, and convert the fundamental wave components into A / D conversion for current. Send to means 74u, 74v, 74w. In the following, description will be given focusing on only one phase.
[0027]
When the voltage A / D conversion means 73u and the current A / D conversion means 74u receive a sampling command (for example, sampling at 600 [Hz]) from the digital arithmetic processing unit 9, as shown in FIG. 3, every 30 degrees. The voltage sample values Vm-2, Vm-1, Vm, ... are sampled by the voltage A / D conversion means 73u, and the current sample values Im-2, Im-1, Im, ... are sampled by the current A / D conversion means 74u. Is done. The sampling value is converted into a digital voltage by the voltage A / D conversion means 73u and converted into a digital current by the current A / D conversion means 74u. In FIG. 2, m indicates the current sampling time point, m-1 indicates the previous sampling time point, and m-2 indicates the previous sampling time point.
[0028]
The digital voltage from the voltage A / D conversion means 73u and the digital current from the current A / D conversion means 74u are stored in the sampling data storage means 95. The voltage A / D converters 73v and 73w and the current A / D converters 74v and 74w are similarly stored in the sampling data storage unit 95.
The phase angle difference calculating means 98 takes the previous and current voltages Vm-1, Vm and currents Im-1, Im from the sampling data storage means 95, and calculates the voltage based on the following equations (1), (2). The effective value V and the current effective value I are obtained.
V ² = Vm ² + Vm-1 ² (1)
I ² = Im ² + Im-1 ² (2)
The effective voltage value V and the effective current value I calculated by the phase angle difference calculation means 98 according to the above formula are stored in the effective value data storage means 99.
[0029]
On the other hand, the average value calculation means 96 takes out the voltage and current for a predetermined period from the sampling data storage means 95, calculates the average value Vh of the voltage and the average value Ih of the current in the predetermined section up to the judgment time point, This is given to the judging means 97.
The maximum / minimum determination means 97 obtains the maximum value Vhmax and the minimum value Vhmin of the average value of the voltage obtained by the average value calculation means 96, and obtains the maximum value Ihmax and the minimum value Ihmin of the average value of the current. (Vhmax, Ihmax) and minimum values (Vhmin, Ihmin) are stored.
[0030]
Further, the phase angle difference calculating means 98 calculates the phase angle difference from the following formula (4) based on the voltage V and the current I stored in the effective value data storage means 99. The reason why the phase angle difference can be calculated by the mathematical formula (4) will be described. Here, when the phase angle difference is θ, the following formula (3) is established between the voltage and the current.
VIcos (θ) = Vm × Im + Vm−3 × Im−3 (3)
When this equation (3) is transformed,
θ = arc cos {(Vm × Im + Vm−3 × Im−3) ÷ VI} (4)
Thus, it can be seen that the phase angle difference θ can be calculated from Equation (4).
The phase angle difference θ sequentially calculated by the phase angle difference calculation means 98 is stored in the phase angle difference data storage means 100.
[0031]
Next, the relationship between the phase angle difference θ and the power systems 1a and 1b shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. First, since the two electric power systems 1a and 1b are linked by the power transmission line 3, in order to simplify the description thereof, as shown in FIG. A system is used. Further, the internal voltage of the generator G is EG, and the internal voltage of the generator S is ES. Also, the bus 2a is represented by N, the voltage of the bus N is V, the transmission line is TL, and the current of the transmission line TL is I. Based on the above promises, the relationships shown in FIGS. 4B to 4D are established according to the conditions of the power system.
[0032]
Before the step-out, if it is before the step-out in either the steady state or during shaking, as shown in FIG. 4B, the phase angle difference between the internal voltages EG and ES of the two generators G and S θ is within 180 degrees. In general, the resistance value of the transmission line TL is extremely small compared to the reactance value, and thus the resistance is ignored.
At this time, the potential difference (EG−ES) between the current I and the generators G and S is almost orthogonal. In other words, the phase angle difference θ between the voltage V of the node N and the current I is 90 degrees or less.
[0033]
Next, at the time of step-out, as shown in FIG. 4 (c), when the phase angle difference between the voltages EG and ES between the generators G and S is increased to 180 degrees, the step-out time is determined. The bus voltage V and the transmission line current I are orthogonal to each other, and the phase angle difference θ is 90 degrees.
Further, after the step-out, as shown in FIG. 4 (d), the voltages EG and ES between the two generators G and S exceed 180 degrees, and the phase angle difference between the bus voltage V and the transmission line current I is exceeded. θ becomes 90 degrees or more, resulting in step-out.
The vector relationship shown in FIG. 4 uses the voltages EG and ES of the generators G and S, but the same applies to the voltage relationship between the buses 2 a and 2 b at both ends of the transmission line 3.
[0034]
Therefore, the step-out determination unit 101 uses the above-described relationship, and based on the phase angle difference data extracted from the phase angle difference data storage unit 100, the phase angle difference θ is 90 degrees as shown in FIG. When it is determined that the average value Vh has been exceeded, the average value Vh of the current measured voltage obtained from the average value calculation means 96 at the determination time tr is the average value of the voltages stored in the maximum / minimum determination means 97. The average value Ih of the current measured current obtained from the average value calculation means 96 at the determination time tr is within a certain range centered on the minimum value Vhmin, and the stored average value of the currents. It is determined that a step-out has occurred in the power supply systems 1a and 1b on both sides of the transmission line 3 when it is within a certain range centered on the maximum value Ihmax.
[0035]
Therefore, according to the first embodiment of the present invention, as described above, the maximum value Vhmax and the minimum value Vhmin of the average value Vh of the voltage V are obtained, and the maximum value Ihmax and the minimum value Ihmin of the average value Ih of the current I are obtained. The maximum and minimum values are stored, the phase angle difference θ is determined from the voltage V and the current I, and when the phase angle difference θ exceeds 90 degrees, the average value Vh of the measured voltage is The average value Ih of the measured current I at the time of the determination is within a certain range centered on the minimum value Vhmin of the average value of the stored voltage V, and the average of the stored currents When it is within a certain range centered on the maximum value Ihmax, it is determined that a step-out has occurred in the power supply system on both sides of the transmission line, so the step-out is reliably determined at 90 degrees. It is possible to set a zone or use a communication network in advance. No, it is possible to detect the step-out of the generator groups at both ends of reliably transmission lines including bus.
[0036]
[Second Embodiment (corresponding to claims 3 and 4)]
FIG. 6 is a diagram showing the entire system including the power system step-out detection device according to the second embodiment of the present invention.
The hardware shown in FIG. 1 is also used in the power system step-out detection device 6a according to the second embodiment of the present invention. That is, the power system step-out detection device 6a according to the second embodiment is composed of the analog / digital conversion device 7 and the digital arithmetic processing device 9a.
[0037]
The difference between the power system out-of-step detection device 6a according to the second embodiment and the power system out-of-step detection device 6 according to the first embodiment is that the digital arithmetic processing device 9a performs the second embodiment. This is realized by executing a power system step-out inspection program for realizing the form 4. Therefore, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0038]
As shown in FIG. 6, the digital arithmetic processing unit 9a of the power system step-out detection device 6a according to the second embodiment includes a sampling data storage unit 95, an average value calculation unit 96, and a maximum / minimum determination. Based on the data sequentially fetched from the storage means 97, the phase angle difference calculation means 98, the effective value data storage means 99, the phase angle difference data storage means 100, and the phase angle difference data storage means 100, a future judgment is made. Estimating the phase angle difference phase at the time and estimating the step-out from the estimation result, and estimating the average value of the voltage at the judgment time based on the voltage data sequentially taken out from the average value calculating means 96 Based on the current data sequentially read from the average value calculation means 96, current estimation means 107 for estimating the average current value at the time of determination, and the step-out estimation means 105 Therefore, when stepping out is estimated at the time of determination, the average value of the estimated voltage is within a certain range centered on the minimum value of the average value of the voltage stored in the maximum / minimum determination storage means 97. And the predicted average current value is within a certain range centered on the maximum average current value stored in the maximum / minimum determination storage means 97. Step-out determination means 108 for determining that step-out has occurred in the power supply system on both sides of the electric wire.
[0039]
The step-out estimation means 105 uses a phase angle difference estimation means 1051 for estimating the parameters of the secondary prediction formula if the phase angle difference is, for example, a quadratic prediction formula, using the phase angle differences at a plurality of points in the past, A phase angle difference prediction unit 1052 that predicts a phase angle difference θ with respect to a future time, using a quadratic prediction formula having parameters estimated by the phase difference parameter estimation unit 1051, and a phase predicted by the phase angle difference prediction unit 1052. Step-out prediction means 1053 that predicts step-out using the angle difference θ and the step-out determination phase angle difference θc.
[0040]
The operation of the power system step-out detection device 6a configured as described above will be described.
The voltage and current of the bus 2a are taken in, converted into digital voltage and digital current sequentially by the analog / digital conversion device 7, and stored in the sampling data storage means 95 of the digital arithmetic processing device 9a.
Based on the voltage and current sequentially read from the sampling data storage unit 95, the phase angle difference calculation unit 98 calculates the effective voltage V and the effective current I based on the formulas (1) and (2), and the effective value The data is stored in the data storage means 99.
[0041]
The phase angle difference calculation means 98 calculates the phase angle difference θ by the equation (4) based on the effective voltage V and the effective current I sequentially read from the effective value data storage means 99, and the phase angle difference data storage means. 100.
On the other hand, the digital voltage and the digital current are sequentially read from the sampling data storage unit 95, the average value of the voltage and the average value of the current for a predetermined period are calculated by the average value calculation unit 96, and are supplied to the maximum / minimum determination storage unit 97. The maximum / minimum determination storage means 97 calculates and stores the maximum and minimum values of the average values of voltage and current, respectively.
[0042]
Further, the voltage estimation means 106 estimates the average value of the voltage at the future determination time from the past transition of the average value of the voltage obtained from the average value calculation means 96 and gives it to the step-out determination means 108.
Similarly, the current estimation unit 107 estimates the average value of the voltage at the future determination time from the past transition of the average value of the current obtained from the average value calculation unit 96, and gives it to the step-out determination unit 108.
[0043]
Further, the minimum value of the average value of the voltage and the maximum value of the average value of the current stored in the maximum / minimum determination storage means 97 are given to the step-out determination means 108.
Further, the phase difference parameter estimation means 1051 of the step-out estimation means 105 estimates the parameters of the secondary prediction formula if the phase angle difference is a secondary prediction formula, for example, using the phase angle differences at a plurality of past points in time. The phase angle difference prediction unit 1052 predicts the phase angle difference θ with respect to a future determination time using a quadratic prediction formula having the parameters estimated by the phase difference parameter estimation unit 1051, and the phase angle difference prediction unit 1052 predicts the phase angle difference. The out-of-step prediction means 1053 predicts out-of-step using the phase angle difference θ and out-of-step determination phase angle difference θ c, and gives the prediction result to the out-of-step determination means 108.
[0044]
The step-out determination means 108 stores the average value of the voltage estimated by the voltage estimation means 106 in the maximum / minimum determination storage means 97 when the step-out estimation means 105 estimates a step-out at the time of determination. The average current value predicted by the current estimation means 107 is stored in the maximum / minimum determination storage means 97 and is within a certain range centered on the minimum value of the average voltage value. It is determined that a step-out has occurred in the power supply system on both sides of the transmission line when it is within a certain range centered on the maximum average current value.
As described above, according to the second embodiment, the step-out can be predicted early by using the phase angle difference, the voltage, and the current at the time of the future determination, so that the adverse effects caused by the step-out can be dealt with early.
[0045]
[Third embodiment (corresponding to claims 5 to 8)]
7 and 8 are for explaining a third embodiment of the present invention. FIG. 7 is a diagram showing the entire system including the power system step-out detection device according to the third embodiment of the present invention.
The power system step-out detection device 6b according to the third embodiment of the present invention also uses the hardware shown in FIG. That is, the power system step-out detection device 6b according to the third embodiment includes the analog / digital conversion device 7 and the digital arithmetic processing device 9b.
[0046]
The digital arithmetic processing unit 9b executes a power system step-out detection program, thereby sampling data storage means 95 for storing the voltage and current taken in by the analog / digital conversion device 7, and the voltage and current taking means. Based on the voltage and current obtained in step 1, the average value calculation means 96 for obtaining the average value of the voltage and the average value of the current in a predetermined section until the judgment time point, the voltage data and the current data from the sampling data storage means 95 The voltage data and current data are respectively simulated in the form of a quadratic function, the coefficient of the quadratic function is estimated, and if the coefficient is negative and the function is convex downward, the minimum value or coefficient is positive and the function is If it is convex upward, the maximum / minimum estimation storage means 130 that estimates and stores the maximum value, the voltage effective value from the captured voltage and current, and A phase angle difference calculating means 98 for obtaining a current effective value and calculating a phase angle difference based on the voltage effective value and the current effective value; and an effective value for storing the effective value among the outputs of the phase angle difference calculating means 98 The data storage means 99, the phase angle difference data storage means 100 for storing the phase angle difference from the phase angle difference calculation means 98, and the phase angle difference from the phase angle difference data storage means 100 are taken in, and the phase angle difference Is determined to have exceeded 90 degrees, the average value of the current measured voltage obtained from the average value calculation means 95 at the time of the determination is the minimum voltage stored in the maximum / minimum estimation storage means 130. A current that is within a certain range centered on the value and that the current measured current average value obtained from the average value calculation means 95 at the time of the determination is stored in the maximum / minimum estimation storage means 130 of When contained in a certain range around the Daine consists out-of-step judging means 101 Metropolitan for determining a step-out on both sides of the power supply system of transmission lines.
[0047]
Here, the maximum / minimum estimation storage means 130 includes:
If the coefficients are Av, Bv, Cv and the voltage is V,
V = Avt ² + Bvt + Cv (5)
Simulate like Equation 5,
If the coefficients are Ai, Bi, Ci and the current is I,
I = Ait ² + Bit + Ci (6)
Simulate like equation (6),
Applying the least squares method to these equations to estimate the coefficients Av and Ai,
If the coefficient Av is positive and the function is convex downward, the voltage V is the minimum value, and if the coefficient Ai is negative and the function is convex upward, the current I is the maximum value and is stored.
[0048]
The operation of the third embodiment configured as described above will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a characteristic diagram for explaining the operation of the step-out detection device for the marine product storage power system according to the third embodiment of the present invention. The voltage V is taken respectively.
[0049]
First, voltage and current are taken into the sampling data storage means 95 from the power transmission line (bus 2a) of the power system 1a via the analog / digital conversion device 7.
The average value calculation means 96 obtains the average value of the voltage and the average value of the current in a predetermined section up to the determination time based on the voltage and current stored in the sampling data storage means 95.
[0050]
The maximum / minimum estimation storage means 130 estimates and stores the maximum value of voltage or the minimum value of current as follows. That is, as shown in FIG. 8, assuming that the current time is t _k , the voltage values V _kn , measured at the past several time points t _kn ,..., T _k-2 , t _k−1 , t _k at a certain time interval. .., V _k−2 , V _k−1 , and V _k are used to estimate the coefficient Av of the equation in the form of the quadratic function of Equation 5 by the method of least squares.
If the estimated coefficient Av is positive and the function is convex downward, the minimum value is set. If the estimated coefficient is negative and the function is convex upward, the maximum value is stored. The current I is calculated and stored in the same manner as described above.
[0051]
The phase angle difference calculating means 98 obtains a voltage effective value and a current effective value from the voltage and current stored in the sampling data storage means 95, and calculates a phase angle difference based on the voltage effective value and the current effective value. To do.
When the out-of-step determining means 101 determines that the phase angle difference obtained by the phase angle difference calculating means 98 exceeds 90 degrees, the average value of the measured voltage at the determination time obtained by the average value calculating means 96 at that time Is within a certain range centered on the minimum value of the voltage stored in the maximum / minimum estimation storage means 130, and the average value of the measured current at the time of determination obtained by the average value calculation means 96 Is in a certain range centered on the maximum current value stored in the maximum / minimum estimation storage means 130, it is determined that a step-out has occurred between the power supply systems on both sides of the transmission line. is doing.
[0052]
Also according to the third embodiment, by using the voltage and current slopes according to the trends of the voltage fluctuation waveform or current fluctuation waveform, the step-out based on the tendency of the power system can be detected early, It is possible to deal with the harmful effects of step-out early.
[0053]
【The invention's effect】
According to the first and second aspects of the present invention, step-out is performed with high determination accuracy by measuring the voltage and current of the power transmission line including the bus line without estimating the zone or using special transmission means as in the prior art. And step-out can be reliably determined even under specific conditions.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an entire power system including a power system step-out detection device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing functional blocks of a power system step-out detection device realized by the digital arithmetic processing device shown in FIG. 1 according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining voltage and current sampling states processed by the power system step-out detection device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a diagram for explaining a vector relationship such as a generator internal voltage and a bus voltage / a transmission line current before and after the occurrence of a step-out in the power system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining out-of-step determination processed in the out-of-step detection device for a power system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an entire system including a power system step-out detection device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing an entire system including a power system step-out detection device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a characteristic diagram for explaining the operation of the step-out detection device for the marine product storage power system according to the third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1a, 1b Power system 2a, 2b Bus 3 Transmission line 4u, 4v, 4w Voltage transformer 5u, 5v, 5w Current transformer 6, 6a, 6b Power system step-out detection device 7 Analog / digital conversion device 9, 9a, 9b Digital arithmetic processing unit 11 Central processing unit 12 Main memory 13 Input device interface 14 ROM
15 Hard disk interface 16 Hard disk device 17 A / D conversion interface 18 Display interface 19 Bus line 91 Processing unit main body 92 Keyboard 93 Mouse 94 Display 95 Sampling data storage means 96 Average value calculation means 97 Maximum / minimum determination storage means 98 Phase Angular difference calculation means 99 Effective value data storage means 100 Phase angle difference data storage means 101 Step out determination means 105 Step out estimation means 106 Voltage estimation means 107 Current estimation means 108 Step out determination means 130 Maximum / minimum estimation storage means

Claims

In the power system out-of-step detection method for determining that a step-out has occurred in the power supply system on both sides of the transmission line based on the phase angle difference between the voltage and current,
A first step of capturing the voltage and current of the transmission lines of the power system;
Based on the voltage and current obtained in the first step, a second step for obtaining an average value of the voltage and an average value of the current in a predetermined section until the determination time;
A third step of obtaining maximum and minimum values of average values of voltage and current obtained in the second step, and storing these maximum and minimum values;
A fourth step of determining a phase angle difference from the captured voltage and current;
When the phase angle difference obtained in the fourth step exceeds 90 degrees, the average value of the measured voltage at the judgment time obtained in the second step is the voltage stored in the third step. The average value of the measured current at the time of determination obtained in the second step and the average value of the current stored in the third step is within a certain range centered on the minimum average value. A fifth step of determining that a step-out has occurred between the power supply systems on both sides of the transmission line when entering a certain range centered on the maximum value;
An out-of-step detection method for a power system, comprising:

In a power system out-of-step detection device that determines that a step-out has occurred in the power supply system on both sides of the transmission line based on the phase angle difference between the voltage and current,
Voltage and current capturing means for capturing the voltage and current of the transmission lines of the power system;
Based on the voltage and current taken in by the voltage and current take-in means, an average value calculating means for obtaining an average value of the voltage and an average value of the current in a predetermined section until the determination time point;
Maximum / minimum determination memory for determining the maximum and minimum values of the average value of the voltage obtained by the average value calculating means, determining the maximum and minimum values of the average value of the current, and storing these maximum and minimum values Means,
A phase angle difference computing means for calculating the phase angle difference from said captured voltage and current,
When the phase angle difference obtained from the phase angle difference computing means determines that exceeds 90 degrees, the average value of the maximum and minimum determination storage means of the measurement voltage obtained from our Keru said average value calculating means on the determination time Is within a certain range centered on the minimum value of the average value of the stored voltage, and the average value of the measured current obtained from the average value calculation means at the time of the determination is the maximum / minimum determination storage. Step-out determination means for determining that the power supply system on both sides of the transmission line has stepped out when it is within a certain range centered on the maximum average value of the current stored in the means;
An out-of-step detection apparatus for a power system, comprising: