JP7149237B2

JP7149237B2 - 電力系統の制御装置

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Publication number: JP7149237B2
Application number: JP2019137462A
Authority: JP
Inventors: 晋也末永; 泰之多田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2019-07-26
Filing date: 2019-07-26
Publication date: 2022-10-06
Anticipated expiration: 2039-07-26
Also published as: WO2021020012A1; JP2021023004A

Description

本発明は電力系統の制御装置に関する。

従来、発電設備、送電設備、変電設備、配電設備、需要家設備といった電力の生産から消費までを行う設備全体（以下、電力系統と適宜称する。）が知られている。電力系統において高品質な電力供給を維持するために、電力系統監視制御システムが存在する。電力系統の運用者は、電力系統監視制御システムを利用して、電力系統における特定の計測点の電圧、周波数、電力等を計測し、変動する需要家の電力消費に対して、電圧、周波数、潮流等が定められた適正値になるように、系統設備の監視制御を行う。

さらに近年、最適潮流計算などの最適化計算により、より満足度の高い制御値を決定する試みも見られる。例えば、特許文献１は、電力系統全体の電圧安定性を考慮しながら最適潮流計算を行って、電力系統の操作対象設備に対する操作量を求める制御方法を開示している。

特開２０１６－１１１７８０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、時系列で見た場合での操作の無駄が発生し、操作に応じて変動するメンテナンス等の費用（以下、操作コスト）が大きくなってしまう。特許文献１に記載の技術は、電力系統の需要などの変化に応じて、求めた操作量に従い制御を繰り返す必要がある。しかし、ある操作時間での操作を次の操作時間では取り消すことは、運用時間全体で見ると無駄な操作となり、操作量が増えてしまう。

操作対象の設備の中には、変圧器タップ切替器や調相設備など、操作回数が所定数を超えると、メンテナンス費用が発生する機器も存在する。このような機器の操作頻度の上昇は、メンテナンス費用の上昇につながり、操作コストが、増大してしまう。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、電力系統において、時系列で見た場合での操作の無駄を低減し、運用時間全体での操作コストを低減できる電力系統監視制御技術を提案するものである。

本開示の一態様は、電力系統の電力潮流を変更する複数の電気機器の操作値を決定する制御装置であって、コントローラと、前記複数の電気機器における１以上の固定電気機器の情報を格納する記憶装置と、を含む。前記コントローラは、前記電力系統における状態値を取得し、前記１以上の固定電気機器の決定したい時点の一つ前の操作値である固定操作値を、前記情報から取得し、所定の指標値を改善するように、前記１以上の固定電気機器の操作値を固定することなく、前記複数の電気機器の自由操作値を前記状態値に基づき決定し、前記固定操作値と、前記１以上の固定電気機器の前記自由操作値との間の差異に基づいて、前記１以上の固定電気機器それぞれの操作値を前記固定操作値とするか判定する。

本発明の一態様によれば、電力系統において、時系列で見た場合での操作の無駄を低減し、運用時間全体での操作コストを低減できる。

実施例１の系統制御システムの構成例を示す図である。実施例１の系統制御装置のハードウェア構成例を示す図である。実施例１の環境状態データの一例を示す図である。実施例１の機器設定データの一例を示す図である。実施例１の機器状態データの一例を示す図である。実施例１の系統構成データの一例を示す図である。実施例１の固定対象データの一例を示す図である。実施例１の固定設定データの一例を示す図である。実施例１の判定用データの一例を示す図である。実施例１の判定条件データの一例を示す図である。実施例１の系統制御データの一例を示す図である。実施例１の固定対象表示画面の一例を示す図である。実施例１の判定条件表示画面の一例を示す図である。実施例１の最適な電力系統状態への制御を行う場合のフローチャートを示す図である。実施例２の判定用データの一例を示す図である。実施例２の判定条件データの一例を示す図である。

以下、添付図面を参照して実施例を説明する。本実施形態は本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではないことに注意すべきである。

＜系統制御システムの構成＞
図１Ａは、本実施例による系統制御システム１の全体構成例を示す。系統制御システム１は、系統制御装置２および電力系統３を含む。

図１Ｂは、系統制御装置２のハードウェア構成例を示す。系統制御装置２は、計算機構成を有することができる。系統制御装置２は、コントローラ３０１、主記憶装置３０２、補助記憶装置３０３、出力装置３０４、入力装置３０５、および通信装置３０７を含む。上記構成要素は、バスによって互いに接続されている。主記憶装置３０２、補助記憶装置３０３又はこれらの組み合わせは記憶装置であり、プログラムおよびデータを格納している。

主記憶装置３０２は、例えば半導体メモリから構成され、主に実行中のプログラムやデータを保持するために利用される。コントローラ３０１は、主記憶装置３０２に格納されているプログラムに従って、様々な処理を実行する。コントローラ３０１がプログラムに従って動作することで、様々な機能部が実現される。補助記憶装置３０３は、例えばハードディスクドライブやソリッドステートドライブなどの大容量の記憶装置から構成され、プログラムやデータを長期間保持するために利用される。

コントローラ３０１は、単一の処理ユニットまたは複数の処理ユニットで構成することができ、単一もしくは複数の演算ユニット、又は複数の処理コアを含むことができる。コントローラ３０１は、１又は複数の中央処理装置、マイクロプロセッサ、マイクロ計算機、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、ステートマシン、ロジック回路、グラフィック処理装置、チップオンシステム、および／又は制御指示に基づき信号を操作する任意の装置として実装することができる。

補助記憶装置３０３に格納されたプログラムおよびデータが起動時又は必要時に主記憶装置３０２にロードされ、プログラムをコントローラ３０１が実行することにより、系統制御装置２の各種処理が実行される。したがって、以下において系統制御装置２により実行される処理は、コントローラ３０１又はプログラムによる処理である。

入力装置３０５は、ユーザが系統制御装置２に指示や情報などを入力するためのハードウェアデバイスであり、例えば、キーボード、マウス等のポインティングデバイス、タッチパネル、音声指示装置の少なくとも一つを含んで構成される。出力装置３０４は、入出力用の各種画像を提示するハードウェアデバイスであり、例えば、ディスプレイ装置、プリンタ、音声出力装置の少なくとも一つを含んで構成される。通信装置３０７は、ネットワークとの接続のためのインタフェースである。入力装置３０５および出力装置３０４は省略されてもよく、ユーザが、系統制御装置２に、ネットワークを介して、端末からアクセスされてもよい。

系統制御装置２の機能は、１以上のコントローラおよび非一過性の記憶媒体を含む１以上の記憶装置を含む１以上の計算機からなる計算機システムに実装することができる。複数の計算機はネットワークを介して通信する。例えば、系統制御装置２の複数の機能の一部が一つの計算機に実装され、他の一部が他の計算機に実装されてもよい。

図１Ｂにおいて、ソフトウェアの各要素は、記憶装置内のいずれの領域に格納されていてもよい。上述のように、コントローラ３０１は、特定のプログラムに従って動作することで、図１Ａに例示する機能部として機能する。

図１Ａに戻って、系統制御装置２は、各種の制御を行う制御部１０と、各種の情報を記録（記憶）する記録部２０と、所定の条件下での最適解を演算する最適演算部３０と、通信ネットワーク４を介して各種の機器と通信を行う通信部４０と、各種の情報を入力する入力部５０と、各種の情報を出力する出力部６０とを含む。

制御部１０および最適演算部３０は、コントローラ３０１が記憶装置３０２、３０３に記憶された各種のプログラムに従って処理を行うことで（ソフトウェアによって）実現されてもよいし、コントローラ３０１内のハードウェア（論理回路）によって実現されてもよい。制御部１０および最適演算部３０の機能は、単一の装置で実現されるものに限られるものではなく、相互に通信可能に接続された複数の装置により実現されてもよい。

記録部２０は、記憶装置３０２、３０３により実現される。通信部４０は、通信装置３０７により実現される。入力部５０は、入力装置３０５により実現され、出力部６０は出力装置３０４により実現される。

系統制御装置２は、通信部４０に接続された通信ネットワーク４を介して、電力系統３の１以上の計測機器５それぞれから、電力系統３の計測データを取得することができる。また、系統制御装置２は、電力系統３の複数の電気機器６それぞれに制御指令を送信することで、電気機器６それぞれの動作状態を制御することができる。なお、図１は、一つの計測機器５および一つの電気機器６を例として示すが、系統制御システム１は、１又は複数の計測機器５および複数の電気機器６を含むことができる。

電力系統３は、発電装置を用いて発電を行う発電設備（例えば発電所）と、発電設備が発生した電力を消費する需要家設備と、発電設備から需要家設備までの電力を送る電力流通設備（送電設備、変電設備、配電設備等）等、を含む。電力系統３は、さらに、これらの設備の状態を計測する計測機器５を含む。

発電装置は、火力発電、水力発電、原子力発電、地熱発電、太陽光発電、風力発電等を行う装置であるが、他にも様々な発電方法で発電を行う装置であってもよい。電力流通設備は、架空送電線、地中送電線、変圧器、遮断器、調相設備を含むが、他にも送配電に関わる様々な設備が含まれる。

計測機器５は、電力系統３の特定の測定ポイントにおける状態を計測する。計測項目の例は、電力系統３の電圧、位相、電力などの電力項目と、気温、風速、風向、降水量、日射量などの気象項目と、電気機器６の設定状態および動作状態の項目と、電力流通設備、発電装置等の電力潮流状態を変化させる機器の動作状態の項目とを含み得る。他にも、様々な項目が計測項目となり得る。

測定ポイントは、発電設備の母線、変電設備の母線、電力流通設備、需要家設備等を含み、１つの測定ポイントに対する計測装置の数は、単数であてもよいし、複数であってもよい。計測機器５が計測した値は、通信ネットワーク４を介して、系統制御装置２に送信される。計測機器５は、計測した値と共に、計測日時の情報を付加して送信してもよい。

電気機器６は、例えば、電力系統３を構成する機器のうち、発電装置、変圧器、遮断器、調相設備などの電力系統３の電力潮流状態を変更するための装置を含む。電気機器６は、他にも様々な装置を含んでもよい。電気機器６は、系統制御装置２が通信ネットワーク４を介して送信された制御指令を受信すると、制御指令に応じて動作状態を変更することができる。

＜系統制御システムにおける制御＞
系統制御装置２の制御部１０は、主制御部１００、系統状態取得部１０１、系統制御生成部１０２、系統制御判定部１０３、および実行部１０４を含む。系統状態取得部１０１は、定期的（例えば２秒間隔で）または主制御部１００からの指示時（例えばユーザが所望する時刻）に、計測機器５が送信した各種データを、通信部４０を介して取得し、記録部２０の系統状態データ２０１に、計測日時と共に記録する。

図１Ａに示すように、系統状態データ２０１は、環境状態データ２１１、機器設定データ２１２、および機器状態データ２１３を含む。環境状態データ２１１は、負荷（電力系統３において電気を消費する機器）に流れる有効電力、無効電力、発電装置が発電する有効電力等の情報を含む。環境状態データ２１１は、本例において、電力の需給状態を示す。

図２に、電力系統３の特定の測定ポイントにおける環境状態データ２１１の一例を示す。図２に示すように、環境状態データ２１１は、例えば、通し番号Ｄ１０１、計測日時Ｄ１０２、有効電力Ｄ１０３、および無効電力Ｄ１０４の情報を含む。環境状態データ２１１には、特定の測定ポイントの値（計測値）が時系列で格納される。なお、計測日時Ｄ１０２、有効電力Ｄ１０３、および無効電力Ｄ１０４は、測定に係る項目であり、各項目の値は、測定ポイントにおける測定に応じて適宜変更される。系統状態取得部１０１は、計測日時Ｄ１０２に未来の日時を含め、有効電力Ｄ１０３、および無効電力Ｄ１０４の特定の測定ポイントの予測される値（予測値）を別途外部のサーバの記憶装置等から取得して格納してもよい。このように、環境状態データ２１１は、実際の計測値又は予測された計測値（予測値）で表わされる状態値を格納している。

機器設定データ２１２は、電気機器６の設定状態の情報を含む。図３に、電力系統３に含まれる電気機器６の機器設定データ２１２の一例を示す。図３に示すように、機器設定データ２１２は、例えば、通し番号Ｄ２０１、計測日時Ｄ２０２、調相設備Ｒ１の投入量Ｄ２０３、調相設備Ｒ２の投入量Ｄ２０４、変圧器Ｔ１のタップ位置Ｄ２０５、および変圧器Ｔ２のタップ位置Ｄ２０６の情報を含む。機器設定データ２１２は、電気機器６の設定を示す情報（設定値）を時系列で格納している。設定値は、操作値とも呼ばれ、例えば、調相設備投入量（無効電力調整量）、変圧器のタップ位置（変圧比）、発電機出力電圧等を含む。

なお、調相設備Ｒ１の投入量Ｄ２０３、調相設備Ｒ２の投入量Ｄ２０４、変圧器Ｔ１のタップ位置Ｄ２０５、および変圧器Ｔ２のタップ位置Ｄ２０６は、電気機器６の設定に係る項目（設定値）の例であり、機器設定データ２１２に格納される情報として、計測機器５から取得可能な項目の組合せを適宜に採用可能である。

機器状態データ２１３は、電力流通設備、発電装置等の電力潮流状態を変化させる電気機器６の動作状態を示す情報（動作状態情報）を含む。図４に、電力系統３に接続された電気機器６の機器状態データ２１３の一例を示す。図４に示すように、機器状態データ２１３は、例えば、通し番号Ｄ３０１、計測日時Ｄ３０２、調相設備Ｒ１の動作状態Ｄ３０３、調相設備Ｒ２の動作状態Ｄ３０４、変圧器Ｔ１の動作状態Ｄ３０５、および変圧器Ｔ２の動作状態Ｄ３０６の情報を含む。

機器状態データ２１３は、電気機器６の動作状態情報を時系列で格納している。調相設備Ｒ１の動作状態Ｄ３０３、調相設備Ｒ２の動作状態Ｄ３０４、変圧器Ｔ１の動作状態Ｄ３０５、および変圧器Ｔ２の動作状態Ｄ３０６は、遮断器、開閉器などの開閉装置の開閉状態、送電線の送電ステータス等の項目を含んでよい。また、機器状態データ２１３の項目は、電力流通設備、発電装置等の電力潮流状態を変化させる電気機器６の動作状態の項目、計測機器５から取得したその他の機器の動作状態の項目の組合せであってもよい。

系統構成データ２０２は、記録部２０に予め格納され、電力系統３の構成に係る情報を含む。図５に、電力系統３における送電線の系統構成データ２０２の一例を示す。系統構成データ２０２は、例えば、送電線ごとに、通し番号Ｄ４０１、名称Ｄ４０２、定格電圧Ｄ４０３、基準容量Ｄ４０４、線路長Ｄ４０５、抵抗Ｄ４０６、およびリアクタンスＤ４０７の情報を含む。

系統構成データ２０２は、例えば、電力系統３の解析に必要な情報のうち、電力系統３を構成する機器の項目（パラメータ項目）、機器の相互の電気的な接続形態など、短時間では変化しない項目の情報を含む。図５は、送電線の例を示しているが、他の機器系統構成データは、異なる項目で構成されていてよい。

図６は、本実施例における固定対象データ２０３の例を示す。固定対象データ２０３は、設定値（操作値）が固定され得る設備（固定設備）を示す。後述するように、固定設備の設定値は、決定したい時点の一つ前の設定値（固定設定値）と最適化演算が示す設定値との差異に基づき、維持されるかまたは変更されるか決定される。固定設定値は、過去の最適化演算（前回またはそれより前の最適化演算）による設定値である。決定したい時点の一つ前の設定値は、実際の計測値又は予測値に基づき計算されたものである。

固定対象データ２０３において、欄Ｄ５０１～Ｄ５０６は、各設備（電気機器）が固定対象（固定設備／固定電気機器）であるか非対象（自由設備／自由電気機器）であるかを示す。設備が固定対象（固定設備）の場合は、当該設備の設定を固定設定データ２０４が示す状態で固定し操作不可であるとの条件が、最適演算部３０へ提供される。設備が固定非対象（自由設備）の場合、当該設備の設定値は操作可との条件が、最適演算部３０へ提供される。

操作コストが高い設備が、固定設備として選択される。操作コストは、操作に応じて変動するメンテナンスや動力等の費用を示す。例えば、ある操作の回数が所定回数に達するとその設備のメンテナンスが必要となり、メンテナンス費用が発生する。メンテナンス費が大きくその他の費用を無視すると、操作コストは、例えば、そのメンテナンスコスト費用を上記所定回数で割った値で表わすことができる。操作コストが高い設備を固定設備とし、操作コストが低い設備を自由設備とすることで、最適潮流計算により電力系統の操作を行う場合に、時系列で見た場合での操作の無駄を低減し、運用時間全体での操作コストを低減できる。

図６に示す例において、発電機は自由設備として登録され、変圧器及び調相設備は固定設備として登録されている。一般に、それらの操作の特性上、発電機の操作コストに比較して、変圧器及び調相設備の操作コストは高い。なお、これらの設定は一例であり、例えば、変圧器及び調相設備の一方が、自由設備として登録されてもよい。

図７は、本実施例における固定設定データ２０４の例を示す。固定設定データ２０４は、固定設備の固定設定値を示す。固定設定データ２０４において、欄Ｄ６０１～Ｄ６０６は各設備の固定設定値を示す。固定設備の固定設定値は、固定設備の設定値の変更に応じて更新される。固定設備に対応した欄Ｄ６０３～Ｄ６０４は、固定設備の固定設定値を格納している。固定非対象の自由設備に対応する欄Ｄ６０１～Ｄ６０２は、固定設定値を格納していない。固定設定データ２０４の設定値の項目は、機器設定データ２１２と同様でよい。

図８は、本実施例における判定用データ２０５の例を示す。判定用データ２０５は、例えば、制御案の種別を示すデータ種別Ｄ７０１、および各制御案の設備の設定値Ｄ７０２～Ｄ７０７を格納している。設定値の項目は、機器設定データ２１２のものと同様でもよい。判定用データ２０５は、後述する固定制御案と、自由制御案を示す。

後述するように、固定制御案は、固定設備の設定値を固定した条件において、最適演算部３０により生成される制御案である。自由制御案は、固定設備の設定値を固定することなく、最適演算部３０により生成される制御案である。固定制御案の固定設備の値は、固定設定データ２０４と一致する。

図９は、本実施例における判定条件データ２０６の例を示す。判定条件データ２０６は、記録部２０に予め記録され、例えば、判定閾値Ｄ８０１、および判定係数Ｄ８０２～Ｄ８０７を含む。判定条件データ２０６の項目は、固定設備の設定値を、固定設定値とするか自由制御案の設定値（自由設定値）とするか判定するために参照される。判定のために必要とされる項目に応じて、装置の設置地域や電圧階級、気候に応じた判定係数の区分や新たな項目の追加など、異なるデータの組合せでもよい。

図１０は、電力系統３を所定の状態にするための系統制御データ２０７の例である。系統制御データ２０７は、例えば、識別可能なＩＤＤ９０１、適用日時Ｄ９０２、制御対象の設備の設定値Ｄ９０３～Ｄ９０８を格納している。設定値の項目は、機器設定データ２１２のものと同様でもよい。設定値Ｄ９０３～Ｄ９０８は、電気機器６に含まれる制御対象の設定値であり、遮断器、開閉器など、その他の機器の組合せであってもよい。適用日時Ｄ９０２は、系統制御データを適用する日時が記録される。

図１１は、固定対象表示画面の例を示す図である。固定対象表示画面は、メニュー画面から呼び出され、固定対象データ２０３の内容を表示する。固定対象表示画面で表示される固定対象データ２０３の内容は、図６で説明したものと同じであるため、詳細の説明は省略する。

固定対象表示画面では、固定対象データ２０３の一部を表示しても、固定対象データ２０３に含まれないデータを併せて表示してもよい。固定対象表示画面は、固定対象を変更するための［変更］ボタンや、画面を閉じて、呼出元のメニュー画面に戻るための［戻る］ボタンを含んでもよい。

固定対象表示画面は、系統制御装置２である情報処理装置（計算機）や、系統制御装置２に接続される端末の表示画面に表示される。系統制御システム１の利用者は、固定対象表示画面を用いて、固定対象を設定できる。

図１２は、判定条件表示画面の例を示す図である。判定条件表示画面は、メニュー画面から呼び出され、判定条件データ２０６の内容を表示する。判定条件表示画面で表示される判定条件データ２０６の内容は、図９で説明したものと同じであるため、詳細の説明は省略する。

判定条件表示画面では、判定条件データ２０６の一部を表示しても、判定条件データ２０６に含まれないデータを併せて表示してもよい。判定条件表示画面は、判定条件を変更するための［変更］ボタンや、画面を閉じて、呼出元のメニュー画面に戻るための［戻る］ボタンを含んでもよい。

判定条件表示画面は、系統制御装置２である情報処理装置（計算機）や、系統制御装置２に接続される端末の表示画面に表示される。系統制御システム１の利用者は、判定条件表示画面を用いて、判定条件を設定できる。

制御部１０は、系統制御データを、特定の間隔で連続する日時で、順に生成する。実行部１０４は、系統制御データに記載された設定値を実現する制御指令を生成し、電力系統３の各対象電気機器６に送信する。上記特定の間隔は、事前の設定による一定（例えば１０分間隔）もしくは不定の間隔で指定された日時や、入力部５０を介した指示によって適宜指定された時点の日時でよい。

図１３は、制御部１０が、所定の指標を改善する状態へ電力系統を制御するフローチャートの例である。主制御部１００が新たな系統制御データの生成を指示すると、系統制御生成部１０２は、固定対象データ２０３に指定された設備の固定設定値を、固定設定データ２０４から取得する（Ｓ１０１）。

系統制御生成部１０２は、上記指示された日時直近の系統状態データ２０１のレコードと、固定設定データ２０４とを、最適演算部３０へ提供する。最適演算部３０は、固定設定値を変更しない条件において、設備の設定値を演算する。系統制御生成部１０２は、演算された設備の設定値（固定設定値を含む）を、最適な電力系統状態を達成するための固定制御案として取得し、判定用データ２０５に格納する（Ｓ１０２）。

次に、主制御部１００は、上記指示された日時直近の系統状態データ２０１のレコードを最適演算部３０へ提供し、最適演算部３０から、設備の設定値を取得する。最適演算部３０は、固定設備を含む全ての設備の設定値が可変の条件で、設備の設定値を演算する。主制御部１００は、取得した設定値を、演算された最適な電力系統状態を達成するための自由制御案として、判定用データ２０５に格納する（Ｓ１０３）。

次に、系統制御判定部１０３は、判定用データ２０５の固定制御案と自由制御案とを比較し、固定制御案と自由制御案とが、判定条件データ２０６が示す条件を満たすか判定する（Ｓ１０４）。判定方法の詳細は、後述する。

条件を満足する場合は（Ｓ１０４：Ｙ）、系統制御判定部１０３は、さらに自由制御案が後述の系統信頼性を満足するかを判定する（Ｓ１０５）。自由制御案が後述の系統信頼性を満足する場合（Ｓ１０５：Ｙ）、系統制御判定部１０３は、自由制御案を系統制御データ２０７に格納する（Ｓ１０６）。系統制御判定部１０３は、さらに、固定対象データ２０３にて指定された設備に対する自由制御案の設定値によって、固定設定データ２０４を更新する（Ｓ１０７）。

固定制御案と自由制御案との関係が、判定条件データ２０６が示す条件を満足しない場合（Ｓ１０４：Ｎ）、系統制御判定部１０３は、固定制御案を系統制御データ２０７に格納する（Ｓ１０８）。

ステップＳ１０５において、自由制御案が信頼性を満足しない場合（Ｓ１０５：Ｎ）、系統制御判定部１０３は、適切な制御案を生成できない旨をユーザに通知し、ユーザからの新しい制御案を新しい自由制御案として採用する（Ｓ１０９）。ユーザで修正できない場合、系統制御判定部１０３は、エラーを出力し処理を停止してもよい。ステップＳ１０９の実行後、系統制御判定部１０３は、ステップＳ１０６を実行する。

ｉは固定設備の番号を示し、固定設備の数はｎとしている。例えば、調相設備Ｒ１に設備番号１、調相設備Ｒ２を設備番号２というように割り当てる。Ｎ_i ^fは設備ｉに対する自由制御案における設定値、Ｎ_i ^sは設備ｉに対する固定制御案における設定値、ｗ_iは設備ｉに対する判定係数（重み）を示す。

本例において、系統制御判定部１０３は、二つの制御案の固定設備の設定値の差（絶対値）を設備毎に重み付けして積算した値と、閾値と比較する。具体的には、系統制御判定部１０３は、積和の値が閾値より大きい場合に自由制御案を選択し（固定制御案不採用）、積和の値が閾値以下の場合に固定制御案を選択（採用）する。

本実施例は、低操作コストの設備に加え、高操作コスト設備も利用して最適化する必要がある場合は高操作コスト設備を操作する。最適な操作を計算する場合に、高操作コスト設備の設定値を固定する場合（固定制御案）と変更する場合（自由制御案）とで、高操作コスト設備の設定値の差異（設定値の変化量）が大きい場合は、系統の全体や局所で状態が大きな変化を反映して、高操作コスト設備の設定値の変更の必要性が高くなったと判定できる。したがって、高操作コスト設備も操作対象として最適な操作を行う。差異が小さい場合は、必要性が小さいため高操作コスト設備を操作せずコスト削減を優先する。

ステップＳ１０４は、上記不等式の条件とは別に、固定制御案が実現する系統の信頼性が予め定めた基準を満足しない場合も、条件を満足すると判定して、自由制御案を採用する。これにより、信頼性が低い固定制御案の採用を避けることができる。ここで、系統の信頼性を測る指標の演算式は予め設定されている。信頼性を測る指標としては、例えば、電圧安定性や過渡安定性、Ｎ－１信頼性など、様々な指標があるが、これらを単独もしくは複数組み合わせた指標を用いて判定してよい。指標の値は、固定制御案の設定値に基づき計算される。

なお、固定制御案が実現する系統の信頼性についての判定は、省略されてもよい。また、このような省略などにより、判定に自由設備の設定値が不要な場合、Ｓ１０２における自由設備の設定値を含む固定制御案の取得と保存は、ステップＳ１０４において条件が満たされない場合（Ｓ１０４：Ｎ）に、ステップＳ１０８の前に生成されてもよい。

上記例のように、固定設備全体の設定値の差異を表すために統計値を使用することで、設定値それぞれの変化量が、通常、操作可能な最小単位である場合でも、適切に判定することができる。また、判定係数を使用することで、電気系統における固定設備の寄与度に応じてより適切な判定が可能となる。上記例は、各固定設備の設定値の差異を表す値として差（の絶対値）を使用するが、他の式、例えば比を使用してもよい。

他の例において、系統制御判定部１０３は、判定係数（重み）と設定値の差の積和と異なる統計値を使用してもよい。例えば、差の平均値を使用してもよく、固定設備の間で異なる判定係数を使用しなくてもよい、つまり、全ての判定係数を同一の値としてもよい。

他の例において、系統制御判定部１０３は、固定設備毎に、設定値の変更の有無を判定してもよい。例えば、系統制御判定部１０３は、各固定設備の自由制御案における設定値（自由設定値）と固定設定値との差異を表す値（例えば差または比）を計算し、その値と閾値とを比較して、固定設定値を選択するか否か判定する。差異が閾値より小さい場合に、固定値が選択される。これにより、固定設備の操作回数を減らすことができる。なお、差異を表す値の計算方法および閾値は固定設備間で共通でも異なってもよい。

系統制御判定部１０３は、固定設定値を使用する固定設備を選択した後、選択した固定設備の設定値のみを固定設定値として指定して、最適演算部３０に制御案を演算させてもよい。これにより、より適切な制御が可能となる。系統制御判定部１０３は、自由制御案の値を選択されなかった固定設備の設定値としてもよい。

ステップＳ１０５は、自由制御案が実現する系統の信頼性が予め定められている基準を満足する場合に、適切な制御案であると判定し、自由制御案を系統制御データ２０７に格納する。ステップＳ１０５における系統の信頼性は、ステップＳ１０４と同様の指標により算定できる。これにより、信頼性が低い自由制御案を採用することを避けることができる。なお、ステップＳ１０５は省略されてもよい。

次に、最適演算部３０による演算を説明する。最適演算部３０は、電力損失低減、電圧安定性向上等の所定の目的に対し、目的に最適な電力系統３の状態を演算するものである。最適演算部３０は、目的を表す指標が改善されるように、電力系統３の変数を決定する。例えば、最適演算部３０は、電力損失低減を表現する目的関数を与え、電力系統３の潮流方程式の制約条件と、電圧範囲、機器制御可不可等のその他の等式制約条件および不等式制約条件とを満足する変数の組合せの中から、上記目的関数を最小または最大とする変数の組合せを演算する。変数としては、各母線の電圧、調相設備の投入量、変圧器のタップ位置などが利用される。

最適演算部３０は、公知技術を用いて演算を行うことができる。最適演算部３０が使用する方法は、上記文献に記載の方法に限定されるものではなく、所望の目的に対して、最適な電力系統３の状態を演算する方法であれば、その他の方法を用いてもよい。

上述のように、本実施例は、電力系統の信頼性を維持しつつ、最適化による系統指標の改善効果を得つつ、操作コストが大きい設備の操作回数を抑制し、系統指標の改善と操作コスト低減を両立することができる。

実施例２では、実施例１の当該装置が有する機能に加え、系統制御判定部１０３が、図１３のステップＳ１０４にて、操作後の状態の系統指標も判定条件に含めて判定する。系統指標は、一般的に知られた送電ロスや負荷余裕などで示される電力系統の質的な指標を示す。本実施例は、系統状態変化に加え、系統制御データにより実現される状態の質についても同時に考慮して判定することが可能となる。

以下において、実施例２について主に実施例１と異なる部分について説明する。実施例２では、判定用データを生成する処理及び系統制御データを選択する処理が、実施例１とは異なる。

系統制御生成部１０２は、実施例１の機能に加えてさらに、系統状態データと自由制御案または固定制御案とを取得して、各制御案を適用した際の系統指標を算出する機能を備える。指標を計算する演算式は予め設定されており、その入力は例えば、設備の設定値、システムの構成情報、及び／または制約条件を含むことができる。入力は、例えば、最適演算と同様でもよい。ステップＳ１０２では、系統制御生成部１０２は、固定制御案の生成に加え、固定制御案を適用した際の系統指標を算出して、判定用データ２０５へ格納する。ステップＳ１０３では、系統制御生成部１０２は、自由制御案の生成に加え、自由制御案を適用した際の系統指標を算出して、判定用データ２０５へ格納する。

図１４は、本実施例における判定用データ２０５の例である。実施例１に加えて、系統指標の一つである送電ロスＤ７０８が追加されている。図１５は、本実施例における判定条件データ２０６の例である。実施例１に加えて、系統指標の一つである送電ロスに対する判定係数Ｄ８０８が追加されている。

図１３のステップＳ１０４は、固定制御案及び自由制御案による質の指標の値の差異に基づき、自由制御案を採用するか判定する。一例として、ステップＳ１０４は、以下不等式が成立すれば、条件を満足すると判定して、自由制御案を採用する。

ｊは系統指標の番号を示し、系統指標の数はｍとしている。例えば、送電ロスに系統指標番号１を割り当て、負荷余裕に系統指標番号２を割り当てる。Ｋ_j ^fは指標ｊに対する自由制御案における算出値を示す。Ｋ_j ^sは指標ｊに対する固定制御案における算出値を示す。ｕ_jは指標ｊに対する判定係数を示す。指標が大きい場合により良い状態を示す場合はｕ_jは正の値、逆の場合は負の値となる。

上記例は、制御案の設定値の差を装置毎に重み付けした積算値と、系統指標の差を重み付けした積算値と、の合計を閾値と比較する。系統指標の制御案間の差の計算は例であり、同様の符号であれば、指標の改善率などの形で算出しても良い。ステップＳ１０４は、実施例１と同様に、信頼性の判定も実行する。なお、ステップＳ１０４は、二つの制御案の系統指標の差異を表す値を、設定値とは別に、閾値と比較し、その値が閾値よりも大きいことを、自由制御案を採用する追加の条件としてもよい。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各構成・機能・処理部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆どすべての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１系統制御システム、２系統制御装置、３電力系統、４通信ネットワーク、５計測機器、６電気機器、１０制御部、２０記録部、３０最適演算部、４０通信部、５０入力部、６０出力部、１００主制御部、１０１系統状態取得部、１０２系統制御生成部、１０３系統制御判定部、１０４実行部、２０１系統状態データ、２０２系統構成データ、２０３固定対象データ、２０４固定設定データ、２０５判定用データ、２０６判定条件データ、２０７系統制御データ、２１１環境状態データ、２１２機器設定データ、２１３機器状態データ、３０１コントローラ、３０２主記憶装置、３０２記憶装置、３０３補助記憶装置、３０４出力装置、３０５入力装置、３０７通信装置

Claims

電力系統の電力潮流を変更する複数の電気機器の操作値を決定する制御装置であって、
コントローラと、
前記複数の電気機器における１以上の固定電気機器の情報を格納する記憶装置と、を含み、
前記コントローラは、
前記電力系統における状態値を取得し、
前記１以上の固定電気機器の決定したい時点の一つ前の操作値である固定操作値を、前記情報から取得し、
所定の指標値を改善するように、前記１以上の固定電気機器の操作値を固定することなく、前記複数の電気機器の自由操作値を前記状態値に基づき決定し、
前記固定操作値と、前記１以上の固定電気機器の前記自由操作値との間の差異に基づいて、前記１以上の固定電気機器それぞれの操作値を前記固定操作値とするか判定する、制御装置。
請求項１に記載の制御装置であって、
前記コントローラは、
前記固定操作値と前記１以上の固定電気機器の自由操作値それぞれとの間の差異を表す値の統計値が所定値よりも小さい場合、前記１以上の固定電気機器全ての操作値を前記固定操作値と決定する、制御装置。
請求項２に記載の制御装置であって、
前記統計値は、前記１以上の固定電気機器それぞれに割り当てられている重みに基づく、制御装置。
請求項１に記載の制御装置であって、
前記コントローラは、
前記所定の指標値を改善するように、前記１以上の固定電気機器の操作値を前記固定操作値に固定した条件で、前記複数の電気機器における前記１以上の固定電気機器以外の自由電気機器の操作値を前記状態値に基づき決定し、
前記自由電気機器の操作値と前記固定操作値とを含む固定制御案を決定し、
前記固定制御案による、前記電力系統の予め設定されている信頼性の指標の値を計算し、
前記信頼性の指標の値が所定の基準を満たさない場合に、前記固定制御案を不採用と決定する、制御装置。
請求項１に記載の制御装置であって、
前記コントローラは、
前記所定の指標値を改善するように、前記１以上の固定電気機器の操作値を前記固定操作値に固定した条件で、前記複数の電気機器における前記１以上の固定電気機器以外の自由電気機器の操作値を前記状態値に基づき決定し、
前記自由電気機器の操作値と前記固定操作値とを含む固定制御案を決定し、
前記複数の電気機器の自由操作値から自由制御案を決定し、
前記固定制御案及び前記自由制御案による前記電力系統の予め設定されている質の指標の値の差異に基づき、前記自由制御案を採用するか決定する、制御装置。
請求項１に記載の制御装置であって、
前記コントローラは、
前記１以上の固定電気機器の各固定電気機器の操作値を、各固定電気機器の前記固定操作値と前記自由操作値との間の比較結果に基づいて、前記固定操作値とするか判定し、
前記操作値を前記固定操作値とすると判定された固定電気機器以外の電気機器の操作値を、前記所定の指標値を改善するように、前記状態値と前記固定操作値とに基づき決定する、制御装置。
請求項１に記載の制御装置であって、
前記複数の電気機器は、発電装置、変圧器及び調相設備を含み、
前記１以上の固定電気機器は、前記変圧器及び調相設備の少なくとも一方を含む、制御装置。
制御装置が、電力系統の電力潮流を変更する複数の電気機器の操作値を決定する方法であって、
前記制御装置が、
前記電力系統における状態値を取得し、
前記複数の電気機器における予め設定された１以上の固定電気機器の、決定したい時点の一つ前の操作値である固定操作値を取得し、
所定の指標値を改善するように、前記１以上の固定電気機器の操作値を固定することなく、前記複数の電気機器の自由操作値を前記状態値に基づき決定し、
前記固定操作値と、前記１以上の固定電気機器の前記自由操作値との間の差異に基づいて、前記１以上の固定電気機器それぞれの操作値を前記固定操作値とするか判定する、方法。