专利名称：电力系统的频率特性推断方法和装置及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力系统的频率特性推断方法和装置，特别是，涉及获取发电机和调速机的在线信息，由此推断适应电力系统的频率特性的技术及其应用。
在电力系统的运行中，供需不平衡量与频率偏差有密切关系。一般，把该供需不平衡量与频率偏差的关系叫做系统的频率特性。在电力系统的调度和运行操作等中，必须掌握其频率特性。
例如，提高在频率稳定化装置中的频率特性的利用。即，为了对因某种状态的急剧变化而引起的频率变动，在适当范围内校正频率，需要迅速地按照适当量的电源限制或负荷限制，消除供需不平衡。这时，为吸收频率的变动，就必须计算供需不平衡消减量，掌握控制对象的电力系统的频率特性。因此，在现有的频率稳定化装置中，基于经验上的频率特性的推断值对控制对象的电力系统进行设定。
另外，电力系统的频率特性不仅在频率稳定化装置中，例如电力系统事故的复原操作时的频率监视中也需要，即使在这样的情况下，在现有的装置中，使用着经验上得出的频率特性调节值。
例如，倘采用示于JP-B7-108063的装置，作为分离系统的频率稳定化装置的例子，把设想的分离系统模型化为一发电机一负荷，各自设定的发电机和负荷的经验上的频率特性系数。
但是，根据现有的技术，由于没有考虑到伴随运行变化而来的发电机或负荷状态的改变，其频率特性系数也改变了，所以在提高频率稳定化控制的控制精度方面受到限制。
特别是，由于发电机的频率特性是整个系统的频率特性的主要因素，故在期望把发电机的构成设想在运转状态变化大的系统分离运行等情况下，推断发电机构成的总的动态电力系统的频率特性。
尽管，采用记载于JP-A4-140022的装置，虽然已作成了使电力系统的频率特性适应于供需状态，但是由于没有考虑到作为频率特性主要因素的各发电机的运转状态的变化，是依存于电力系统的频率其本身的实际测量的结果，就存在对于断开电源等的发电机供需状态急变，难以适应的问题。
作为本发明要解决的课题，在于提供一种根据电力系统的供需状态来推断电力系统的频率特性的方法和装置。
电力系统的频率特性，虽然依存于发电机的频率特性和负荷的频率特性，但由于对发电机施加调速控制，故发电机的频率特性是关键性的。可是，在合并需要一侧的状态推断整个负荷的频率特性中，观测全部负荷的运行状态由于必须推断各个特性，故难以实现。因此，只能根据现有的这样的统计处理作出推断。但是，要推断发电机的频率特性，就涉及有关必要的信息，例如系统内并联起来的发电机及设置于该发电机上的调速机的结构和运转状态的信息，由在线很容易进行观测。
为了达到上述目的，根据本发明的一种方式的电力系统频率特性推断方法，包括以下多个步骤把对频率偏差的发电机输出调整的灵敏度系数，例如把比例常数(1/δ)定义为该发电机的频率特性系数；以电力系统的输出可调整的发电机群为整体，求出该发电机群的频率特性系数；求出该发电机的额定输出对整体发电机额定输出所占比率与各个发电机的频率特性系数相乘的结果，把有关全部发电机进行相加的结果作为整体的频率特性系数；以及根据不同的供需状态求出的输出可调整的发电机群实施上述步骤的办法，推断对电力系统的整体供需状态即供需不平衡量的频率特性。
也就是，因相对于频率偏差的发电机输出调整的灵敏度特性，基本上与发电机的频率特性相当，故把发电机的输出调整灵敏度系数确定为该发电机的频率特性系数。而且，简单地，采用对属于电力系统的多台发电机的频率特性系数进行相加的办法，就可以求出由该多台发电机组成的发电机群的频率特性系数。但是，若发电机的额定输出有差别，则实际的输出调整量不同，因而使频率特性受到的给予率也不同。因此，采用在发电机的频率特性系数上加上输出与该发电机的额定相应的加权，求出由属于电力系统的多台发电机组成的发电机群的频率特性系数的办法，就可以适当地求出发电机群的频率特性系数。
这时，例如，对有关输出可调整全部发电机，合计发电机的频率特性系数与额定输出相乘后的值，把该合计值除以发电机群的总输出量，可求出发电机群的频率特性系数。
这样以来，采用在推断的发电机群的频率特性系数上加上负荷整体的频率特性系数的办法，求出电力系统整体的频率特性系数。该电力系统整体的频率特性系数是加上供需不平衡量与频率偏差之间关系的系数，并以分段函数示出。
并且，在上述中，可以根据相应发电机而设置的发电机的调速机的调节率(δ)，求出频率特性系数。就含有备用电力而具有输出调整余量的发电机而言，求出发电机的频率特性系数是理想的。特别是，按照发电机的运行状态，分为(a)全部发电机具有输出调整余量的第1状态、(b)一部分发电机受输出调整限制的第2状态、(c)一部分的发电机达到输出调整极限，而其余发电机在备用电力范围内具有输出调整余量的第3状态、(d)包括备用电力的全部发电机都达到输出调整极限的第4状态，对应于这4种状态把供需不平衡量区分为4个区域，期望对每一个区域求出发电机群的频率特性系数。由此，就可以考虑发电机的负荷限制，根据实际的运行状态推断适当的电力系统的频率特性。
也就是，具体地说，由作为在线观测值的发电机的输出，收集有关发电机的并联或分离的状态和运行状态的数据，进而掌握各发电机的运转方法。在这里，就运转方法来说，称为相当于从监视系统整体的供需状态指令所要求的发电输出的负荷设定值、发电机的负荷限制值等。至于发电机的负荷限制值，就是从有关按固定格式的发电机调节数据的数据库，可以掌握有关调速机的限制器的调速控制运转的范围或限制运转的范围。从这些发电机的输出和运转方法，掌握各发电机的输出可调整的范围，并将其汇集起来把供需不平衡区域分割为输出可调整的发电机成为同一集合的区间。而且，在分割后的每个供需不平衡区域上，着眼于输出可调整的发电机，推断发电机群的频率特性，进而，用众所周知的其它方法加上负荷的频率特性，求出系统整体的频率特性，并推断特定的供需不平衡区域内的电力系统的频率特性。
另外，大家都知道，在调速机中已设定的发电机的负荷设定值或负荷限制值，将根据季节、一日之中的时间来变动，因此，除季节或时间外，还可以估计负荷设定值或负荷限制值，并储存于存储器中，作为特性主要因素加上季节或时间来推断电力系统的频率特性。
这样以来，根据已随时适应于与系统连接的发电机的结构和状态的运算结果，从而推断发电机整体，即供给一侧的频率特性，故可能更正确地掌握系统的频率特性。即使对发电机构成的变化，也无须等待观测频率，而可以立即适应变化，作为频率稳定化装置，就可成为象提高使用频率特性那样的运行上的控制精度，同时，不限于运行操作，还可以应用于电力系统的调度和复原操作的模拟，以及进行高精度和高可靠性的调度或复原操作。
通过结合附图阅读下述的各实施例，将使本发明的其它目的、特点和优点变得更清楚。
图1是表示本发明的一实施例的频率特性推断装置的构成典型图；图2是本发明的一实施例的频率特性推断装置的处理顺序概要流程图。
图3是用于说明电力系统的频率特性的曲线图。
图4是用于说明与供需不平衡区域的分割区域对应的发电机运转状态的图。
图5是发电机频率特性推断装置的处理顺序流程图。
图6是表示应用了本发明的频率特性推断装置的频率稳定化装置的构成框图。
图7是使用了本发明的频率特性推断结果的频率稳定化控制的说明图。
图8是应用本发明的频率特性推断装置而构成的发电机调度的引导系统的构成框图。
图9是表示应用了本发明的频率特性推断装置的复原操作调度的引导系统的构成框图。
以下，用附图详细地说明本发明的实施例。
(第1实施例)图1示出了已把本发明应用于推断对电力系统的供需平衡的频率特性的装置的实施例的整体构成图。在图中，电力系统10，由备有与多台发电机11A～11C的输出端连接的各自母线12A、12B、12C而构成。发电机11A～11C，由备有根据给予的指令，自行地调整发电机输出的控制系统13A～13C等而构成。这些控制系统13A～13C，例如，应降低电力系统10的额定频率与实际频率之间的偏差，由设于发电机11A～11C的调速机(图未示出)自行进行速度调整。并且，用图未示出的计算机，由在线周期性观测各发电机11A～11C的输出量14A～14C和各控制系统13A～13C中的状态量15A～15C的信息，并储存到发电机观测数据库16里。各控制系统的状态量15A～15C，在本实施例中，例如，发电机的调速机中的负荷设定值或负荷限制值，即发电机是输出设定值或输出限制值。
并且，按照多台发电机11A～11C和多个控制系统13A～13C的状态量之中的系统的运行，有关没有变化的设定值，就继续保存于发电机调整数据库17内。在本实施例中，数据库17保存每台发电机的调速机的种类、调速机的调节率。另一方面，关于负荷，负荷调整数据库18保存用现有的统计方法等作成的负荷频率特性。
使用计算机构成了本发明的有关特征的频率特性推断装置19，从发电机观测数据库16、发电机调整数据库17、以及负荷调整数据库18取入必要的数据，按照下述的顺序，实行电力系统的频率特性的推断。首先，从发电机观测数据库16和发电机调整数据库17，对有关支配电力系统频率特性的主要因素的发电机，推断其频率特性。其次，从已推断的发电机的频率特性和储存于负荷调整数据库18里的负荷的频率特性，推断电力系统整体的频率特性。
图2概要示出了在频率特性推断装置19中的处理顺序，并据此详细说明频率特性的推断顺序。首先，所谓电力系统的频率特性，就是对供需不平衡的频率特性，基本上，如式(1)所示的那样，就是供需不平衡量ΔP与频率偏差Δf之间的比例关系。而且，所谓频率特性的推断，实质上相当于推断式(1)中的比例系数kS(以下，称为频率特性系数)。该频率特性系数ks，如式(2)所示的那样，可以认为是取决于发电机的频率特性系数kG和负荷的频率特性系数kL合成后的系数。
ΔP=kS·Δf (1)
kS=kG+kL(2)在频率特性推断装置19中，分离推算这些kG和kL。首先，如图2所示，在系统并联发电机认识过程21中，从发电机观测数据库16取入各发电机的输出，根据其输出，识别各发电机的并联和分离。也就是，判断为维持着有效的发电机输出的发电机被并联于系统中，而没有有效输出的发电机已从系统中分离。接着，关于已判断为是并联发电机的多台发电机，在发电机频率特性推断过程22，根据发电机的有效输出和储存于发电机调整数据库17中的调节数据，运算推断由多台发电机组成的发电机群的频率特性系数kG。而且，在系统频率特性推断过程23中，把已储存于负荷调整数据库18里的负荷频率特性系数kL加到发电机群的频率特性系数kG上进行校正，求出系统整体的频率特性系数kS的推断值。
这里，将对关系本发明特征的发电机频率特性推断过程22的运算内容，做更详细说明。一般，对供需不平衡的电力系统的频率特性，大致具有示于图3的折线31的关系。也就是，相对于需要而言供给为过剩的状态，即发电输出过剩时频率上升，相反当需要过大的情况，即发电输出不足时频率降低的折线函数来表示的关系。
一般地说，电力系统的频率特性，很大程度依存于发电机的运行状态，如图3的折线所示的那样进行变化，可以考虑，把供需不平衡相对应分割成几个区域(在图3的例子中为4个区域)。也就是，N(N=1、2、…、N)台的发电机N的各自输出调整电力，基本上以额定输出PON为极限，因此对于额定输出PON取决于实际输出PGN具有哪种程度的余量。然而，因为在构成系统的发电机群之中，存在已设定了在负荷限制控制下运转的发电机、和设定了在调速机控制下运转的发电机，故不能单纯地把额定输出PON作为极限的运行。因此，系统整体的频率特性，象图3的那样，分成了供需不平衡区域的折线31的特性。
发电机的输出PG的调整，基本上对频率偏差Δf进行比例控制，在用调速机的输出调整机能的状态下，发电机N的输出PGN可用近似式(3)表示。也就是，在用按照发电机N要求的负荷设定值LDN[百分单位(p.u.)]的输出进行运转的状态下，产生供需不平衡时，就作出为了吸收由此而引起频率偏差的输出调整。其输出调整量由频率控制的灵敏度系数kGN乘以频率偏差Δf来得到。而且，一般地说，由于负荷设定值LDN和频率偏差Δf以百分单位来表示，所以可以认为，如式(3)所示，采用将其与额定输出PON相乘的办法，相当于发电机N的实际输出PGN。
PGN≈PON(LDN-kGN·Δf)(3)其中，抓住上面以调速机的输出调整作为式(3)，说明各供需不平衡区域中发电机的运转状态。图4分别把与供需不平衡区域32、33、34和35对应的发电机群的运转状态设定为状态A、B、C和D。供需不平衡区域32是相对于需要发电机群的输出为过剩的状态，将其作为运转状态A。即，全部的发电机在低于额定输出以下进行运转，在输出调整方面有余量，根据式(3)，是可以自由地调整(抑制输出)输出的区域。
供需不平衡区域33，虽然对需要来说发电机群的输出为过剩的状态，但是一部分的发电机处于输出调整的限制状态，实质上处于不进行输出调整的状况，将其作为运转状态B。例如，对于发电机，有按照频率的变化程度限制输出调整的负荷限制运转的设定，若这时频率的变化不超过预定的一定量的不灵敏带，则输出调整称作不工作的状况。但是，其余的发电机按照式(3)是在输出调整的余量状态。
供需不平衡区域34，需要为过大而发电机群的输出不足，在一部分的发电机以额定输出基准达到输出调整极限的一方，通过一部分有调速机控制运转的发电机的备用电力为进行调整的状态，以便维持频率，把这个状态作为运转状态C。例如，在调速机控制下的发电机在用负荷设定值LDN所指定的要求输出以上，使发电机输出功率增加，并处于可能运转的状态下，以便达到频率的维持。但是，负荷限制下运转的发电机，或者象许多的燃气轮机发电机、组合循环发电机那样，在发电机输出功率上不具有备用电力的运转的发电机，在所设定的值以上就没有输出。
供需不平衡区域35，全部的发电机也已用完备用的发电机输出功率，变成为输出极限的状态，将其作为运转状态D。这时，变成没有发电机的频率的维持作用，只依据负荷的频率特性来变动频率。
在这里，已讨论了成为各状态A～D边界的供需不平衡状态的条件。成为供需不平衡区域32的状态A和成为供需不平衡区域33的状态B的边界36，依赖于具有负荷限制运转等频率变化上不灵敏带的发电机运行的状态来决定。将成为该边界的供需不平衡量作为边界A/B。并且，成为供需不平衡区域33的状态B和成为供需不平衡区域34的状态C的边界，变成供需平衡点，这时的频率偏差为零。进而，成为供需不平衡区域34的状态C和供需不平衡区域35的状态D的边界37，由在调速机控制下发电机的输出功率上取决于具有备用电力运转的发电机的状态来决定。把成为该边界的供需不平衡量作为边界C/D。
在发电机频率特性推断过程22中，分成以上的4个供需不平衡状态，推断在各供需不平衡状态下的发电机群整体的频率特性，以及这些供需不平衡状态的边界。图5示出发电机频率特性推断过程22的详细处理顺序，下面基于此进行说明。
首先，在各发电机频率特性计算过程401中，假定输出功率为可以自由调整的状态A，计算各发电机的频率特性。对发电机N的频率变动的输出功率调整电力，即频率特性系数kGN，由作为发电机N的调速机的控制灵敏度的调节率δN换算来推断。例如，作为设计值，在用对发电机百分比速度[p.u.]与额定输出PON的百分比表示输出调整部分之间的灵敏度给出调节率δN的情况下，按照式(4)，换算成kGN[p.u./Hz]。另外，在式(4)中，fO表示额定频率。并且，调节率δN，根据运行，成为不变的设计值，并作为事前保存于发电机调整数据库17中。
kGN=100/(fO·δN)(4)在各发电机频率特性计算过程401中，在基于已计算的各个发电机N的频率特性系数kGN，发电机群的频率特性也就是在状态A中的频率特性的推断处理。这里，对各个发电机N的系统整体的频率调整电力，不是作为对各个额定输出PON的输出调整电力的频率特性系数kGN，而是需要用对系统整体的发电输出的输出调整能力进行评价。但是，在各发电机额定输出获得过程402中，用额定输出值PON进行换算各个发电机发频率特性系数kGN的处理。从发电机调整数据库17获得有关各个发电机的额定输出值PON。状态A频率特性推断过程403基于各发电机频率特性计算过程401和各发电机额定输出获得过程402的结果，根据式(5)进行发电机群的频率特性合成。kG=ΣNPON•KGNΣNPGN---(5)]]>即，如式(5)所示，对于发电机群N=1～N，用额定输出PON把频率特性系数kGN换算成以MW(兆瓦)为基准进行合计，将其除以发电机的实际输出PGN的合计值，即计计算对系统容量的比率，求出发电机群的频率特性系数kG。也就是，KGA是在全部发电机输出调整后的状态下的合成频率特性系数，在图3中示出了表示供需不平衡区域32所示状态A的发电机群的频率特性的灵敏度系数。此后，把状态A下的发电机群的频率特性系数记作KGA，并且，把在状态A下的发电机集合记作SA，并按照式(6)计算KGA。另外，发电机集合SA与并联发电机的整个集合相对应。KGA=ΣNSAPON·KGNΣNSAPGN---(6)]]>其次，在状态B输出调整机判断过程404、状态B频率特性推断过程405和边界A/B推断过程406进行对状态B的供需不平衡状态的处理。首先，状态B输出调整机判断过程404，识别在状态B下已进行了输出调整的发电机。因此，从发电机观测数据库16输入在线观测到的负荷设定值LDN和负荷限制值获得限制运转的有无和运转限制率。其中，所谓限制运转，就意味着在调速机的负荷限制运转等，对频率变化的输出调整上设定了一定量不灵敏带的运转模式。运转限制率作为不灵敏带的限制幅度，是用PLMN表示发电机N的运转限制率。单位就变成为对自己的额定输出PON的p.u．值。就没有负荷限制运转或者没有输出控制的不灵敏带的发电机而言，可以与作为PLMN=0的操作相对应。这样以来，从对有关在状态B输出调整机判断过程404中的各发电机的限制运转的判断结果，基于全部发电机的集合，作为在状态B下进行输出调整的发电机集合，把限制运转的发电机除外的发电机集合设定为发电机集合SB。
在状态B频率特性推断过程405中，用式(7)求出在状态B输出调整机判断过程404所获得的发电机集合SB的频率特性系数kGB。由此计算的kGB，用表示在图3中在供需不平衡区域33所示的状态B的供需不平衡状态的发电机群的频率特性的灵敏度系数进行表示。KGB=ΣNSBPON·KGNΣNSAPGN---(7)]]>其次，在边界A/B推断过程406中，用式(8)求出与边界A/B对应的供需不平衡量PLM。PLM=ΣPON·PLMNΣPGN---(8)]]>式(8)的意思是，各发电机N的运转限制率PLMN是对应自己的额定输出的比率换算成以MW为基准，具有对全部发电机的输出总和的比率，并成为对系统整体的运转限制率。
另一方面，对于状态C的供需不平衡状态的处理，通过状态C输出调整机判断过程407和状态C频率特性推断过程408进行。首先，在状态C输出调整机判断过程407中，识别在状态C进行了输出调整的发电机。也就是，从发电机观测数据库16输入在线观测到的LDN和负荷限制值PLMN，获得控制(free-参见原注)运转的有无和运转余量率。这里，所谓控制运转，意思是在对调速机的调速控制运转等，对频率变化的输出调整中，设定了一定量的备用电力的运转模式。并且，所谓运转余量率，在于作为备用电力的输出幅度，以PGFM表示发电机N的运转余量率。单位变成为对自己的额定输出PON的p.u．值。关于未进行调速机控制运转的发电机，或者，在输出调整中不具有备用电力的发电机，可以与作为PGFM=0的处理相对应。
首先，从关于在状态C输出调整机判断过程407中的有关各发电机的控制运转的判断结果，把控制运转发电机的集合，作为在状态C可以进行输出调整的发电机的集合，并设定为发电机集合SC。其次，在状态C频率特性推断过程408中，用式(9)求出在有关发电机集合SC的频率特性系数kGC。由此计算的kGC，用表示在图3中在供需不平衡区域34所示的状态C的在供需不平衡状态下的发电机群的频率特性的灵敏度系数进行表示。KGC=ΣNSCPON·KGNΣNSAPGN---(9)]]>尽管由供需不平衡区域33的状态B和供需不平衡区域34的状态C的边界变成供需不平衡点，但是不需要推断该供需不平衡状态的过程。因此，作为接着的处理是在边界C/D推断过程409中，用式(10)计算与边界C/D对应的供需不平衡量PGF。它与边界A/B推断过程406进行同样处理。PGF=ΣPON·PGFNΣPGN---(10)]]>各发电机的运转限制率PLMN是对自己的额定输出PON的比率，故在换算成以MW为基准上，是对全部发电机输出总和的比率而用作系统整体的运转限制率。
然后，在状态D频率特性推断过程410中，推断处于图3中所示供需不平衡区域35的状态D的供需不平衡状态中表示发电机群频率特性的灵敏度系数kGD。
以上的处理是在发电机频率特性推断过程22中的运算处理。因此，可得到象图3的折线31那样的，将供需不平衡分割成的为4个区域的频率特性的发电机主要因素成分。
而且，对在发电机频率特性推断过程22中求出的发电机群的频率特性，在系统频率特性推断过程23中进行负荷的频率特性系数kl部分的补充校正。即，在发电机频率特性推断过程22中，分别把kL加到已求出的kGA、kGB、kGC和kGD上，求出处于状态A、状态B、状态C和状态D的系统整体的频率特性系数kSA、kSB、kSC和kSD。上述图2到图5的过程，可以理解为借助于由推断装置19构成的计算机，用读出可执行的程序代码，储存到ROM等的半导体存储器、各种磁盘等的记录媒体上。
根据以上的处理，完成了频率特性推断装置19的处理，由此可以推断将示于图3的供需不平衡一分为4的折线31的系统整体的频率特性。因此，倘若采用第1实施例的频率特性推断装置，则变得可能适应电力系统的状态，特别适应在发电机的运转状态掌握频率特性的变化。其结果，可以在电力系统的运行和控制方面，有望提高精度和可靠性。
在第1实施例中，虽然仅仅示出了推断输出频率特性的频率特性推断装置的例子，但不限于此，本发明也可应用于采用频率特性的控制系统，以下说明有关应用本发明的频率特性推断装置的实施例。
(第2实施例)图6示出了把本发明的频率特性推断装置应用于电力系统的频率稳定化装置中的实施例。频率稳定化装置，例如，在分离电力系统的一部分的部分系统的时候，把对剩余的电力系统的频率稳定为目的，紧急地进行电力系统内供需平衡的控制。在同一图中，与图1同样的符号用具有同样的功能结构件，说明从略。与图1的不同点是，电力系统52具有通过连接线51连起来的部分系统，以及设置有观测电力系统52的系统频率特性的频率观测装置53和象供需不平衡消减量计算装置那样的控制信号产生电路54等。而且，例如，由于连接线51中的系统分离，在从电力系统52分离出了部分系统的时，就进行电力系统52频率的维持。
首先，频率观测装置53观测电力系统52的频率，并把该数据输入控制信号产生电路54中。在该电路54中，由频率观测装置53的观测结果，求出相对于额定频率的频率偏差。当该频率偏差没有落入容许范围内的情况下，将控制信号加到控制对象上，适当控制供需平衡以稳定频率。
也就是说，控制信号产生电路54，从频率特性推断装置19输入已推断的电力系统52的频率特性55，用它来推断与频率偏差对应的供需不平衡量。即，如图7所示，根据已在频率特性推断装置19中推断的推断频率特性61，推断与观测到的频率偏差62对应的供需不平衡量63。因为该推断频率特性61以系统容量为基准[p.u．单位]进行计算，所以若把供需不平衡量63与系统容量的MW表示值相乘换成MW单位上来也行。
因此，例如，在供需不平衡已是需要过大的情况下，对电力系统52内的负荷56，输出紧急的断开指令(负荷限制指令)57而进行控制，使之降低供需不平衡量63。相反，在供需不平衡已是供给过剩的情况下，对电力系统52内的发电机11，输出紧急的断开指令(负荷限制指令)58而进行控制，使之降低消解供需不平衡量63。
通过在电力系统中设置这样的频率稳定化装置，适应发电机的运行状态，变得可以计算对频率稳定化所必须的电源限制量和负荷限制量，不仅变成确实能维持频率，而且即使在由于过剩的控制或者不足的控制而来维持系统的频率方面，也提高了可靠性。特别是，可望对分离系统的频率稳定化有效果。
例如，在电源集中的地区，假定把在已分离的电力系统52内包括大约10台发电机构成的电力系统作为频率稳定化控制的对象的情况下，具有与原子能发电厂、组合循环发电厂等现有的发电厂不同性能的发电机，在该分离的电力系统52内只有2～3台，对于被分离的系统整体而言受影响增大，在分离前后频率特性变化也增大。在这样的情况下，要是错误掌握频率特性，就有不能正确进行计算用于频率稳定化的控制量的危险。在同样的情况下，为了频率稳定化，还可以考虑对4～5台或以上台数的发电机实施控制。这样的场合下，由于对被分离的电力系统52整体的发电机构成和运行状态的变化相对地增大，因在控制前后频率特性变化增大，所以需要在添加多级控制的情况下，做到掌握频率特性。
但是，如第2实施例所示的那样，备有推断频率特性的功能的频率稳定化装置，在系统分离控制的频率稳定化方面，预期可以实现正确控制的效果。但是，本实施例的频率稳定化装置，不是只把系统分离运行的情况作为对象，也不是将系统的规模特定化作为对象，而是可以广泛地应用于各种各样的电力系统的运行。
(第3实施例)图8示出了把本发明的频率特性推断装置应用于电力系统的发电机调度支援系统的实施例。发电机调度支援系统，例如在作成有关多台发电机在启动停止和运转方法的调度的情况下，进行备有被调度的发电机构成的电力系统频率特性的推断，并向调度人员提示其推断结果，还备有支援发电机调度的功能。
如图8所示，调度支援系统装置701，通过有关发电机构成的拟定调度的调度人员702的输入操作，生成有关基于其输入构成的调度电力系统频率特性的推断结果，并输出给调度人员702。首先，在支援系统装置701中，输入并储存由调度人员702作成的有关发电机构成的多种拟定调度数据M(M=1、2、…、M)703。在各个拟定调度M的内容里，包括调度电力系统704和设于调度电力系统704中的多台发电机705。将多台发电机705的各个发电机的启动停止和运转方法的调度作为调度人员702的拟定工作对象。
首先，着眼于向与发电机705的电力系统704的分离或并联状态和输出的状态，作成与在图1已说过发电机观测数据库16相当的发电机预定数据库706。并且，把多台发电机705和无关于这些发电机控制系统运行的设定值，保管在图1中说过的与发电机调整数据库17相当的发电机调节数据库707中。并且，至于负荷，也与图1中说过的负荷调整数据库18同样，把负荷的频率特性保存在负荷调节数据库708中。
而且，在系统频率特性推断装置709，与图1中说过的频率特性推断装置19同样，根据发电机预定数据库706和发电机调节数据库707进行发电机群的频率特性的推断。而且，加上已储存与负荷调节数据库708中的负荷频率特性并进行校正，推断系统整体的频率特性。推断运算的内容，与图2中已说过的频率特性推断装置19同样。
其次，在系统频率特性显示装置710中，把由负荷调节数据库708作成的推断频率特性的概要向调度人员702提示。其中，作为揭示内容，保持处于如图3所示的供需不平衡区域32和供需不平衡区域33的频率特性系数、和有关状态C和状态D的边界37的调度电力系统的瞬时动作备用电力等的输出备用电力。并且，至于频率特性的推断值，提示由该值与参考值组成运行上的指标值，并提供作为调度人员702所拟定调度的变更、调整的参考。
基于此，调度人员702向发电机构成拟定装置711中存取，并输入有关现有的拟定调度或者新颖的拟定调度，各台发电机的启动停止和运转方法的变更或新颖的拟定调度内容。根据用该发电机构成调度装置711更新的拟定调度内容，系统频率特性推断装置709立即推断有关各拟定调度的调度电力系统的频率特性，把该结果输出到系统频率特性显示装置710上。
倘若采用这样构成的电力系统的发电机调度支援系统，调度人员就可以在调度电力系统的发电机构成和各台发电机的运转方法方面，或妥当处理其频率特性，或容易检查作出确认。同时，为了使一连串的推断运算的运算量少，对新拟定和调度校正的内容可以进行人机对话操作，所以具有辅助调度人员考察的效果。
(第4实施例)图9示出了把本发明的频率特性推断装置应用于电力系统事故时复原操作的支援系统的例子。即，估计在电力系统中产生了事故需要复原操作的情况下，把电力系统分成多个单位系统，或在该单位系统单位上边再并联，或在象变更多台发电机的启动停止和运转方法等的那样的复原调度制定中，在进行了频率特性的推断后，就提示对维持频率必须的供需不平衡消减量的条件。
在图9中，支援系统装置801构成是，以便给调度人员输出有关复原操作的拟定调度的调度人员802的输入操作和对基于该输入的复原操作之后的模拟系统的频率特性的推断结果。
支援系统801，根据复原对象的估计情况的系统状态或者实际观测结果，用其它装置推断的系统状态作为估计的初期状态的估计系统状态803被储存到存储装置中。在估计系统状态803中，作为假想电力系统804和假想电力系统内的多台发电机805及多个负荷806，还有从本系统804分离出来的单位电力系统807存在。
首先，着眼于各发电机的分离、并联的状态和输出的状态，作成与图1的发电机观测数据库16相当的发电机估计数据库808。并且，将多台发电机805和有关这些发电机控制系统的运转无关的设定值，保管在与图1的发电机调整数据库17相当发电机调节数据库809中。至于负荷，也与图1的负荷调整数据库18同样，把负荷的频率特性保存到负荷调节数据库810中去。
而且，在系统频率特性推断装置811中，与图1的频率特性推断装置19同样，首先，从发电机估计数据库808和发电机调节数据库809，推断有关发电机群的频率特性。而且，加上储存于负荷调节数据库810中的负荷的频率特性并进行校正，推断电力系统整体的频率特性。推断的方法与在图2说过的频率特性推断装置19的方法同样。
其次，在系统频率系统显示装置812中，向调度人员802，提示用系统频率特性推断装置811作成的推断频率特性的概要，进而用频率检测装置813观测或从估计的频率和推断频率特性推断的供需不平衡状态。作为揭示推断频率特性的概要，已在实施例中已说过的例子同样。并且，作为有关供需不平衡状态，是按照与图7同样的方法计算供需不平衡的。
调度人员802考虑到在系统频率系统显示装置812上提示的频率特性和供需不平衡情况，进行复原操作的调度计划制定。即，调度人员802，向复原操作输入装置814中进行存取，并输入有关发电机的输出调整和并联或分离等分离发电机的指令815、有关负荷的断开或再投入等的负荷的指令816、单位电力系统的再并联等、对连接线818的断开器的指令817等。
而且，在估计系统状态803上假设模拟由复原操作输入装置814输入的内容，至于该更新了的估计系统状态，立即进行系统频率推断运算，并作为输出该推断结果的构成方面，与第3实施例同样。
倘若采用这样的复原操作支援系统，则很容易检查有关实施已拟定的复原操作后的系统状态，有关频率可否维持。并且，也可以检查系统的输出备用电力等的频率特性是否稳妥。同时，为了使一连串的推断运算的运算量少，对复原操作的拟定和校正可以进行人机对话操作，所以具有辅助调度人员考察的效果。
在以上的实施例中，如新设发电机等，则采用添加脱机数据库的设计值或设定值的办法，在此后的正常运行中，不需要继续调节等，预期可以减轻工作量。
权利要求
1．一种电力系统的频率特性推断方法，包括以下步骤把对频率偏差的发电机的输出调整的灵敏度系数，定义为该发电机的频率特性系数；以电力系统的输出可调整的发电机群作为整体，求出该发电机群的频率特性系数；求出对各个发电机的频率特性系数乘以该发电机的额定输出在整体发电机额定输出中所占比率的结果，把有关在整体条件下的发电机进行相加的结果作为整体的频率特性系数；以及采用对根据不同的供需状态求得的输出可调整的发电机群实施上述阶段的办法，推断对于整体的供需状态的频率特性。
2．根据权利要求1所述的方法，其特征是，包括对输出可调整的全部上述发电机合计上述发电机的频率特性系数与额定输出相乘的值，和将该合计值除以上述发电机群的总输出量，求出上述发电机群的频率特性系数。
3．根据权利要求1所述的方法，其特征是，上述发电机的频率特性系数，求出对含有备用电力且具有输出调整余量的上述发电机装置的之中的发电机。
4．根据权利要求1所述的方法，其特征是，包括根据上述发电机的运行状态，在整体条件下把上述发电机分成具有输出调整余量的第1状态、上述发电机的一部分受输出调整限制的第2状态、上述发电机的一部分达到输出调整的极限，其余的上述发电机在备用电力的范围内具有输出调整余量的第3状态、全部的上述发电机含有备用电力达到输出调整的极限的第4状态，以及从上述第1状态到上述第4状态，与此对应把电力的供需不平衡量区分为从第1到第4区域，求出在每一个区域中上述发电机群的频率特性系数。
5．根据权利要求1所述的方法，其特征是，上述发电机的频率特性系数，根据设于上述发电机的调速机的调速率求出。
6．一种频率特性推断装置，包括运算电路、储存装置、具有控制上述运算电路和上述储存装置的控制电路的计算机，及包括用上述计算机推断对由多台发电机构成发电机群的电力系统的供需不平衡量的频率特性，其特征是上述储存装置，储存上述各发电机的状态量数据、与各发电机对应设有调速机的设置数据以及控制数据，上述运算电路，根据上述储存装置中所储存的数据，按照上述控制电路，把对频率偏差的发电机的输出调整的灵敏度系数，定义为该发电机的频率特性系数；以电力系统的输出可调整的发电机群作为整体，求出该发电机群的频率特性系数；求出对各个发电机的频率特性系数乘以其发电机的额定输出在整体发电机额定输出中所占比率的结果，把有关在整体条件下的发电机进行相加的结果作为整体的频率特性系数；以及对根据不同的供需状态求得的输出可调整的发电机群实施上述阶段，输出表示对于整体的供需状态的推断频率特性的信号。
7．一种电力系统的控制系统，包括运算电路、储存装置、具有控制上述运算电路和上述储存装置的控制电路的计算机，包括用上述计算机推断对由多台发电机构成发电机群的电力系统的供需不平衡量的频率特性的频率特性推断装置，其特征是，上述频率特性推断装置包括有关上述各发电机的状态控制数据、与各发电机对应设有调速机的设置数据以及控制数据上述储存装置；以及根据上述储存装置中所储存的数据，在上述控制电路的控制下，把对偏差的发电机的输出调整的灵敏度系数定义为该发电机的频率特性系数；以电力系统的输出可调整的发电机群作为整体，求出该发电机群的频率特性系数；求出对各个发电机的频率特性系数乘以其发电机的额定输出在整体发电机额定输出中所占比率的结果，把有关在整体条件下的发电机进行相加的结果作为整体的频率特性系数；以及对根据不同的供需状态求得的输出可调整的发电机群，实施上述阶段，包括输出表示对于整体的供需状态的推断频率特性的信号，上述运算电路包括推断频率特性信号输出装置(19)，根据上述推断频率特性信号输出装置的输出，包括产生用于上述电力系统的控制对象的指令信号的指令信号产生装置(54)。
8．根据权利要求7所述的电力系统的控制系统，其特征是，所述指令信号产生装置至少包括负荷控制指令(57)和发电机控制信号(58)中的一种，作为所述指令信号。
9．根据权利要求7所述的电力系统的控制系统，其特征是，所述发电机的灵敏度系数，根据设于所述发电机上的调速机的调速率求得。
10．一种电力系统的控制系统，备有具有运算装置、储存装置、及对其控制的装置构成的计算机，包括用上述计算机推断对备有由多台发电机构成发电机群的电力系统的供需不平衡量的频率特性的频率特性推断装置，其特征是，上述推断装置包括储存上述各发电机的额定输出，与各发电机对应在设置的调速机上设定的调速率、负荷设定值和负荷限制条件的储存装置；从上述储存装置取入各调速机的调速率，根据该调速率，求出对各发电机的频率偏差的输出调整的灵敏度系数，以该灵敏度系数作为各发电机的频率特性系数，求出该各发电机的频率特性系数与额定输出相乘值的合计值，将对于频率偏差的各发电机的输出调整率加到上述各发电机的负荷设定值上去的值乘以上述额定输出求出各发电机的输出，对各发电机的输出进行合计求出上述发电机群的总输出量，以此总输出量除上述频率特性系数的合计值求出上述发电机群的频率特性系数，由此输出表示电力系统的推断频率特性的信号的上述运算装置；以及上述控制系统包括根据上述频率特性推断装置的上述输出信号，产生对上述电力系统的控制对象的控制信号的产生装置。
11．根据权利要求10所述的电力系统的控制系统，其特征是，上述频率特性推断装置的上述发电机的频率特性系数是对含有备用电力且有输出调整余量的上述发电机求出来的。
12．根据权利要求10所述的电力系统的控制系统，其特征是，上述运算装置，根据上述发电机的负荷限制条件，把在整体条件下的上述发电机分成具有输出调整余量的第1状态、一部分的发电机受输出调整限制的第2状态、一部分的上述发电机达到输出调整的极限且其余的上述发电机在备用电力的范围内具有输出调整余量的第3状态、全部的上述发电机含有备用电力且达到输出调整极限的第4状态，与此4个状态对应，把供需不平衡量区分为4个区域，求出在每一个区域中上述发电机群的频率特性系数。
13．根据权利要求10所述的电力系统的控制系统，其特征是，上述运算装置，将上述电力系统分成多个单位电力系统，假设把该单位电力系统的系统分离，设置多个电力系统的再构成模型，推断有关该各再构成模型的频率特性并储存到上述储存装置中。
14．一种电力系统的频率稳定装置，包括如下运算电路、储存装置、具有控制上述运算电路和上述储存装置的控制电路的计算机，包括用上述计算机推断对由多台发电机构成发电机群的电力系统的供需不平衡量的频率特性的频率特性推断装置，其特征是还包括，上述储存装置，储存上述各发电机的状态量数据、与各发电机对应在设有调速机的设置数据以及控制数据，上述运算电路，根据上述储存装置中所储存的数据，按照上述控制电路，把对频率偏差的发电机的输出调整的灵敏度系数，定义为该发电机的频率特性系数；以电力系统的输出可调整的发电机群作为整体，求出该发电机群的频率特性系数；求出对各个发电机的频率特性系数乘以其发电机的额定输出在整体发电机额定输出中所占比率的结果，把有关在整体条件下的发电机进行相加的结果作为整体的频率特性系数；以及对根据不同的供需状态求得的输出可调整的发电机群实施上述阶段，输出表示对于整体的供需状态的推断频率特性的信号的装置；上述运算装置包括将上述电力系统分成多个单位电力系统，假设把该单位电力系统的系统分离，设置多个电力系统的再构成模型，推断有关该各再构成模型的频率特性并储存到上述储存装置中的装置，在产生上述单位电力系统的系统分离时，从上述储存装置读出与该系统分离后的再构成模式对应的推断频率特性，根据该推断频率特性计算供需不平衡量，由此进行包括电源断开和负荷断开控制的装置。
15．一种电力系统调度支援系统，包括如下包括运算电路、储存装置、具有控制上述运算电路和上述储存装置的控制电路的计算机，包括用上述计算机推断对由多台发电机构成发电机群的电力系统的供需不平衡量的频率特性的频率特性推断装置，其特征是，包括有关上述各发电机的状态控制数据、存储与各发电机对应设有调速机的设置数据以及控制数据的上述储存装置；以及根据上述储存装置中所储存的数据，在上述控制电路的控制下，把对偏差的发电机的输出调整的灵敏度系数定义为该发电机的频率特性系数；以电力系统的输出可调整的发电机群作为整体，求出该发电机群的频率特性系数；求出对各个发电机的频率特性系数乘以其发电机的额定输出在整体发电机额定输出中所占比率的结果，把有关在整体条件下的发电机进行相加的结果作为整体的频率特性系数；以及对根据不同的供需状态求得的输出可调整的发电机群，实施上述阶段，包括输出表示对于整体的供需状态的推断频率特性的信号，上述运算电路的包括推断频率特性信号输出装置(19)，上述运算电路，响应有关上述发电机启动停止和运转方法的调度模型的输入，按照该调度，进行包括电力系统的瞬时工作备用电力的频率特性的推断，从上述输出装置输出该推断结果，由此可以作出关于系统调度时的经济负荷分配的支援。
16．根据权利要求15所述的调度支援系统，其特征是，上述关于系统调度时的经济负荷分配的支援，从上述推断频率特性的推断结果，提示输出有关瞬时工作备用电力或输出备用电力，和有关这些运行的对象值的信息。
17．一种电力系统复原操作的调度支援系统，包括如下包括运算电路、储存装置、具有控制上述运算电路和上述储存装置的控制电路的计算机，包括用上述计算机推断对由多台发电机构成发电机群的电力系统的供需不平衡量的频率特性的频率特性推断装置，其特征是，包括有关上述各发电机的状态控制数据、存储与各发电机应对设有调速机的设置数据以及控制数据的上述储存装置；以及根据上述储存装置中所储存的数据，在上述控制电路的控制下，把对偏差的发电机的输出调整的灵敏度系数定义为该发电机的频率特性系数；以电力系统的输出可调整的发电机群作为整体，求出该发电机群的频率特性系数；求出对各个发电机的频率特性系数乘以其发电机的额定输出在整体发电机额定输出中所占比率的结果，把有关在整体条件下的发电机进行相加的结果作为整体的频率特性系数；以及对根据不同的供需状态求得的输出可调整的发电机群，实施上述阶段，包括输出表示对于整体的供需状态的推断频率特性的信号，上述运算电路包括推断频率特性信号输出装置(19)，备有频率特性推断装置，上述输出装置在对上述电力系统的事故的复原操作中的电力系统的再构成和运行调度的电力系统中，进行包括发电机的瞬时工作备用电力或输出备用电力的频率特性的推断，通过输出该推断结果支援复原操作的调度拟定。
18．根据权利要求17所述的系统，上述支援复原操作的调度拟定的输出信息，从上述推断频率特性的推断结果，包括有关瞬时工作备用电力或输出备用电力，和有关这些运行的对象值的信息，以及有关保持频率必须的供需不平衡的消减量的信息。
19．一种计算机程序产品，具有计算机可能读出的记录媒体，包含实行如下各步骤的程序把对于频率偏差的发电机的输出调整灵敏度系数作为该发电机的频率特性定义；在由属于电力系统的多台发电机构成的发电机群的频率特性系数上，加上与该发电机的额定输出相应的加权，将其结果进行相加求出上述发电机群的频率特性系数；以及根据该发电机群的频率特性系数推断对于上述电力系统的供需不平衡量的频率特性。
全文摘要
本发明涉及根据电力系统的运行状态推断电力系统的频率特性的方法和装置。在频率特性推断中,不仅把对频率偏差的发电机的输出调整灵敏度系数作为该发电机的频率特性系数,而且在该电机的频率特性系数上与此电机的额定输出相应的加权,求出由属于电力系统的多台发电机构成的发电机群的频率特性系数,在该发电机群的频率特性系数上加上其它求出负荷的频率特性系数,推断对电力系统的供需不平衡量的频率特性。
文档编号H02J3/24GK1217597SQ9812342
公开日1999年5月26日 申请日期1998年10月22日 优先权日1997年10月22日
发明者佐藤康生, 福井千寻, 中村知治 申请人:株式会社日立制作所