JPWO2015079554A1 - Power system state estimation device, state estimation method thereof, and power system control system - Google Patents

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Abstract

電力系統の状態量を推定する電力系統の状態推定装置であって、電力系統に連系する電源もしくは電力消費装置が入出力する電力量の出現分布情報を受信する電力系統計測部110と、受信した前記電力量の出現分布情報に基づいて前記電力系統の状態推定の計算をするシミュレータ部120と、前記電力系統計測部から出力される電力系統の計測データと前記シミュレータ部から出力されるシミュレータデータを用いて確率的に尤もらしい状態値を算出する最尤状態値算出部130と、該最尤状態値算出部の出力に基づき、前記シミュレータ部のパラメータを修正するパラメータ修正部140と、を備え、前記電力系統計測部の電力系統の計測データと、前記シミュレータ部のシミュレータデータとの差が小さくなるように、前記シミュレータ部のパラメータを逐次に修正する。A power system state estimation device for estimating a power system state quantity, the power system measurement unit 110 receiving power distribution information input / output by a power source or a power consuming apparatus linked to the power system, and a reception The simulator 120 that calculates the state estimation of the power system based on the appearance distribution information of the power amount, the measurement data of the power system output from the power system measurement unit, and the simulator data output from the simulator unit A maximum likelihood state value calculation unit 130 that calculates a state value that is probabilistically probable using, and a parameter correction unit 140 that corrects the parameters of the simulator unit based on the output of the maximum likelihood state value calculation unit. The simulation is performed so that the difference between the power system measurement data of the power system measurement unit and the simulator data of the simulator unit is reduced. To correct sequentially the parameters of the data part.

Description

本発明は、電力系統の状態推定装置、その状態推定方法、およびそれを用いた電力系統制御システムに関する。   The present invention relates to a power system state estimation device, a state estimation method thereof, and a power system control system using the same.

電力系統においては、電力会社と需要家(工場、施設、家庭など)によって電力の生成(発電、供給)と消費(もしくは蓄電)を行う多種多様の機器が独自の動作をしている。
電力会社は、電力系統に各種の制御装置を導入し、電力の需給バランスを保持し、電力品質を確保する運用を行っている。
従来においては、電力を生成する発電所の多くは、電力会社によって、いわゆる集中型に設置されて運用されていた。
しかし近年、自然エネルギーの活用を図るため太陽光発電、風力発電などの分散型の電源が普及を始めている。これらの分散型の電源の多くは、需要家側に設置されていて、電力会社が運用、管理するものではない。
In the electric power system, a wide variety of devices that generate (generate power and supply) and consume (or store) electric power by electric power companies and customers (factories, facilities, homes, etc.) perform their own operations.
The electric power company introduces various control devices to the electric power system, maintains an electric power supply-demand balance, and operates to ensure electric power quality.
Conventionally, many power plants that generate electric power have been installed and operated in a centralized manner by electric power companies.
Recently, however, distributed power sources such as solar power generation and wind power generation have begun to spread in order to utilize natural energy. Many of these distributed power sources are installed on the customer side and are not operated or managed by the power company.

また、これらの分散電源は気象状況に依存して発電量が変動するものがある。例えば日射量、風向と風速などで、発電量の変化が引き起こされる。
また、需要家において、大容量の蓄電池が電気自動車などに搭載されて、連系点、連系する時刻、充放電の容量などが変化しながら系統に連系されることがある。
これら分散電源の変動要因は、例えば電力系統の電圧変動などを引き起こし、電力の品質を劣化させることがある。
電力を供給する電力会社は、電力の需給バランスと品質を確保するために、電力系統の主要箇所の電力に関する計測データを取得している。それとともに、電力系統の動作を模擬計算して電力系統の状態値を算出するために電力系統解析シミュレータなどの装置および方法を用いて、電力系統の状態を推定し、電力系統を安定に制御する。
しかし、電力系統の状態は、刻々と変化、変動し、センサが取得する箇所や計測時間は一般的に限られている。
Some of these distributed power sources vary in power generation amount depending on weather conditions. For example, changes in the amount of power generation are caused by the amount of solar radiation, wind direction, and wind speed.
Further, in a consumer, a large-capacity storage battery may be mounted on an electric vehicle or the like, and may be connected to the grid while changing the connection point, the connection time, the charge / discharge capacity, and the like.
The fluctuation factors of these distributed power sources may cause, for example, voltage fluctuations in the power system, and deteriorate the quality of power.
An electric power company that supplies electric power obtains measurement data related to electric power at major locations in the electric power system in order to ensure a balance between supply and demand and quality of electric power. At the same time, the state of the power system is estimated by using an apparatus and method such as a power system analysis simulator to simulate the operation of the power system and calculate the state value of the power system, and the power system is stably controlled. .
However, the state of the power system changes and fluctuates from moment to moment, and the location and measurement time that the sensor acquires are generally limited.

また、対象とする電力系統の状態値が充分に取得できないとき、未知の状態値を、シミュレータを用いて推定する。ただし、シミュレータにも設定されるパラメータなどに誤差、変動がある。
また、電力系統にある変動要因は複数あるので、複数の変動要因の組み合わせとして電力系統の動作が影響を受ける。
このような場合における変動要因の特性を調べる方法および状態推定の方法としては、時間方向の変化をセンサによって計測し、計測データ(センサ計測データ)およびシミュレータデータを時系列信号として取り扱う方法がある。
また、計測データおよびシミュレータデータの変動要因を確率的に取り扱う方法がある。
また、特許文献1には、電力系統の系統データと、系統に連系した分散型電源の発電量、負荷又は送り出し電圧の変動の確率分布を定義するデータを取込み、ノード電圧又は線路電流の確率分布を求めて平均値を算出する技術が開示されている。
When the state value of the target power system cannot be obtained sufficiently, the unknown state value is estimated using a simulator. However, there are errors and fluctuations in parameters set in the simulator.
In addition, since there are a plurality of variation factors in the power system, the operation of the power system is affected as a combination of a plurality of variation factors.
As a method for examining characteristics of variation factors and a state estimation method in such a case, there are a method in which changes in the time direction are measured by a sensor, and measurement data (sensor measurement data) and simulator data are handled as time-series signals.
In addition, there is a method of stochastically handling the variation factors of measurement data and simulator data.
Patent Document 1 incorporates system data of the power system and data defining the probability distribution of fluctuations in the amount of power generation, load or delivery voltage of the distributed power source connected to the system, and the probability of node voltage or line current. A technique for obtaining a distribution and calculating an average value is disclosed.

特開2005−57821号公報JP 2005-57821 A

前記のように、シミュレータで電力の潮流状態の潮流計算を行うには、対象とする電力系統を構成する要素である線路インピーダンス、分散電源、負荷などの特性値を事前に設定することが必要である。しかし、現実の電力系統の特性値を計測することには困難があり、誤差を伴って設定することが多い。この結果、現実の電力系統の動作結果と、シミュレータの計算結果には差分(誤差)が生じることになる。
また、前記の変動要因の特性を調べる一つの方法としての時間方向の変化を計測する方法は、複数の変動要因の組み合わせの全てを観測することになり、観測の時間が長くなるうえ、稀な事象は観測できない可能性があるという課題がある。
As described above, in order to calculate the power flow state with the simulator, it is necessary to set in advance the characteristic values of the line impedance, distributed power source, load, etc., which are the elements constituting the target power system. is there. However, it is difficult to measure a characteristic value of an actual power system, and it is often set with an error. As a result, a difference (error) occurs between the operation result of the actual power system and the calculation result of the simulator.
In addition, the method of measuring the change in the time direction as one method for examining the characteristics of the variation factors described above involves observing all combinations of a plurality of variation factors. There is a problem that events may not be observable.

また、センサ計測データに基づいて電力系統の動作を模擬するシステムにおいて、模擬結果である電力系統の状態値には、観測誤差(計測データ誤差)とシステム誤差(シミュレータデータ誤差)の両者が組み合わされて、その組み合わせ数は膨大になるという課題がある。
また、前記した日射量のような実測に基づく確率分布は複雑な形状であるから、確率変数の全体に渡ってサンプルしなければならない。変動要因の個数が増えるにしたがい確率分布の組み合わせは膨大になるので計算負荷が重くなるという課題がある。
このように、変動要因の増加と観測誤差とシステム誤差の組み合わせの増大は、電力系統における計測機器、制御機器およびシミュレータのコスト上昇を招く要因となるという課題がある。
In addition, in a system that simulates the operation of the power system based on sensor measurement data, both the observation error (measurement data error) and the system error (simulator data error) are combined with the state value of the power system that is the simulation result. Therefore, there is a problem that the number of combinations becomes enormous.
In addition, since the probability distribution based on the actual measurement such as the amount of solar radiation described above has a complicated shape, it must be sampled over the entire random variable. As the number of variation factors increases, the number of combinations of probability distributions becomes enormous, which increases the calculation load.
As described above, there is a problem that the increase in the variation factor and the increase in the combination of the observation error and the system error cause a cost increase of the measurement device, the control device, and the simulator in the power system.

また、特許文献1には、入力した確率分布データに基づいてノード電圧又は線路電流を計算して表示する技術が開示されている。ここで入力する確率分布のデータは、系統に連系する機器(分散電源、負荷など)の変動を表わすデータである。つまり電力系統に連系する機器の変動(観測誤差)を考慮するのみであり、状態を模擬する手順に含まれる誤差(システム誤差)を考慮していない。
また、その確率分布は正規分布を仮定している。これらの誤差は正規分布で表わせない場合があり、例えば日射量の変動は天候に大きく依存していて、結果として太陽光発電の発電量は正規分布を仮定することはできない。
このように特許文献1は正規分布を仮定した観測ノイズを用いて潮流計算する手法であることから、正規分布以外の確率分布、および観測誤差とシステム誤差の組み合わせを扱うことができないという課題がある。
Patent Document 1 discloses a technique for calculating and displaying a node voltage or a line current based on input probability distribution data. The probability distribution data input here is data representing fluctuations in equipment (distributed power supply, load, etc.) connected to the grid. That is, it only considers the fluctuation (observation error) of the equipment connected to the power system, and does not consider the error (system error) included in the procedure for simulating the state.
The probability distribution assumes a normal distribution. In some cases, these errors cannot be expressed in a normal distribution. For example, the variation in the amount of solar radiation greatly depends on the weather, and as a result, the power generation amount of photovoltaic power generation cannot assume a normal distribution.
As described above, since Patent Document 1 is a technique for calculating power flow using observation noise assuming a normal distribution, there is a problem that a probability distribution other than the normal distribution and a combination of an observation error and a system error cannot be handled. .

そこで、本発明は、電力系統の電力品質を向上させ、安定化制御にかかるコストを低減する電力系統の状態推定装置を提供することを課題とする。   Then, this invention makes it a subject to provide the state estimation apparatus of the electric power system which improves the electric power quality of an electric power system and reduces the cost concerning stabilization control.

前記の課題を解決するために、本発明を以下のように構成した。
すなわち、本発明の電力系統の状態推定装置は、電力系統の状態量を推定する電力系統の状態推定装置であって、電力系統に連系する電源もしくは電力消費装置が入出力する電力量の出現分布情報を受信する電力系統計測部と、受信した前記電力量の出現分布情報に基づいて前記電力系統の状態推定の計算をするシミュレータ部と、前記電力系統計測部から出力される電力系統の計測データと前記シミュレータ部から出力されるシミュレータデータを用いて確率的に尤もらしい状態値を算出する最尤状態値算出部と、該最尤状態値算出部の出力に基づき、前記シミュレータ部のパラメータを修正するパラメータ修正部と、を備え、前記電力系統計測部の電力系統の計測データと、前記シミュレータ部のシミュレータデータとの差が小さくなるように、前記シミュレータ部のパラメータを逐次に修正することを特徴とする。
また、その他の手段は、発明を実施するための形態のなかで説明する。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
That is, the power system state estimation device of the present invention is a power system state estimation device that estimates the state amount of the power system, and the appearance of the amount of power input and output by a power supply or power consumption device linked to the power system. An electric power system measurement unit that receives distribution information, a simulator unit that calculates the state estimation of the electric power system based on the received distribution information of the electric energy, and an electric power system measurement output from the electric power system measurement unit A maximum likelihood state value calculating unit that calculates a state value that is probabilistically probable using data and simulator data output from the simulator unit, and based on the output of the maximum likelihood state value calculating unit, parameters of the simulator unit A parameter correction unit for correction, and the difference between the measurement data of the power system of the power system measurement unit and the simulator data of the simulator unit is reduced Sea urchin, wherein the modifying sequentially the parameter of the simulator.
Other means will be described in the embodiment for carrying out the invention.

本発明によれば、電力系統の電力品質を向上させ、安定化制御にかかるコストを低減する電力系統の状態推定装置を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electric power system state estimation apparatus which improves the electric power quality of an electric power system and reduces the cost concerning stabilization control can be provided.

本発明の第1実施形態に係る電力系統の状態推定装置および電力系統の状態推定方法の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the state estimation apparatus of the electric power system which concerns on 1st Embodiment of this invention, and the state estimation method of an electric power system. 本発明の第1実施形態に係る電力系統の状態推定方法のフローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the state estimation method of the electric power grid | system which concerns on 1st Embodiment of this invention. 電力系統の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of an electric power grid | system. 時刻と日射量との関連を頻度分布として示す図の一例である。It is an example of the figure which shows the relationship between time and the amount of solar radiation as frequency distribution. 日射量とその頻度との関連を時系列信号として示す図の一例である。It is an example of the figure which shows the relationship between the amount of solar radiation and the frequency as a time series signal. 時刻による日射量の変化とPV連系する系統の電圧変動の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the change of the solar radiation amount by time, and the voltage fluctuation | variation of the system | strain connected to PV. PV連系する系統の電圧変動と頻度分布の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the voltage fluctuation | variation and frequency distribution of the system | strain which carries out PV interconnection. 本発明の第1実施形態に係る電力系統の状態推定方法において、時間の推移に従って逐次計算する手順を示す模式図である。In the state estimation method of the electric power system which concerns on 1st Embodiment of this invention, it is a schematic diagram which shows the procedure calculated sequentially according to transition of time. 本発明の第1実施形態に係る電力系統の状態推定方法において、部分系統ごとの電流計算をすることを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows performing the electric current calculation for every partial system | strain in the state estimation method of the electric power system which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る電力系統の状態推定方法において、線路に沿った電流の累積計算をすることを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows performing the accumulation calculation of the current along a track | line in the state estimation method of the electric power grid | system which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る電力系統の状態推定方法において、線路に沿った電圧の分布計算をすることを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows calculating the distribution of the voltage along a track | line in the state estimation method of the electric power grid | system which concerns on 1st Embodiment of this invention. 電力系統の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an electric power grid | system. 本発明の第1実施形態に係る電力系統の状態推定方法において、シミュレータパラメータの修正動作を示す図である。It is a figure which shows the correction operation | movement of a simulator parameter in the state estimation method of the electric power grid | system which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る電力系統の状態推定方法において、時間的な負荷変動に追従したシミュレーションの推定結果を示す図である。It is a figure which shows the estimation result of the simulation which followed the temporal load fluctuation | variation in the state estimation method of the electric power system which concerns on 1st Embodiment of this invention. 正規分布N)、N)によって推定される状態値の同じく正規分布N)の関係を示す模式図である。Normal distribution N 1 (μ 1, σ 1 ), N 2 (μ 2, σ 2) likewise normal distribution of the state value estimated by N 3 (μ 3, σ 3 ) is a schematic diagram showing the relationship between. 確率分布の周波数特性を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the frequency characteristic of probability distribution. 制御機器の周波数特性を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the frequency characteristic of a control apparatus. GUIを備えた本発明の電力系統の状態推定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the state estimation apparatus of the electric power grid | system of this invention provided with GUI.

<第1実施形態・その1>
以下、図面を用いて、本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る電力系統の状態推定装置および電力系統の状態推定方法の構成を示す図である。
また、図2は、本発明の第1実施形態に係る電力系統の状態推定方法のフローを示すフローチャートである。
図1において、電力系統の計測データを取得する電力系統計測データ部111や計測データを確率的に処理する計測データ処理部112、あるいは誤差114がある。
これらを説明するに先立って、本発明の電力系統の状態推定装置が用いられる電力系統(電力系統の構成例)や電力系統関連の事象・挙動について、まず説明し、その後で、再度、図1、図2を参照して、本発明の第1実施形態について、詳細に説明する。
<First embodiment, part 1>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a power system state estimation device and a power system state estimation method according to the first embodiment of the present invention.
Moreover, FIG. 2 is a flowchart which shows the flow of the state estimation method of the electric power grid | system which concerns on 1st Embodiment of this invention.
In FIG. 1, there are a power system measurement data unit 111 that acquires power system measurement data, a measurement data processing unit 112 that probabilistically processes the measurement data, or an error 114.
Prior to explaining these, a power system (configuration example of the power system) in which the state estimation device of the power system of the present invention is used and events / behavior related to the power system will be described first, and then again FIG. The first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

<電力系統の構成例>
図3は、電力系統(配電系統)の構成例を示す図である。
図3において、電力系統300は、配電変電所301から配電線302が施設されており、配電線302の途中には、電圧調整器303が備えられている。
また、配電線302には、分散電源として、風力発電を備えた分散電源311、系統蓄電池を備えた分散電源312、太陽光発電(PV:Photovoltaics)を備えた分散電源313が接続されている。
また、配電線302からは、柱上変圧器304を介して低圧電圧に変換されて需要家(工場、施設、家庭など)314A、314B、314Cに電力が供給されている。
<Example of power system configuration>
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a power system (distribution system).
In FIG. 3, a power system 300 includes a distribution line 302 from a distribution substation 301, and a voltage regulator 303 is provided in the middle of the distribution line 302.
In addition, a distributed power source 311 provided with wind power generation, a distributed power source 312 provided with a grid storage battery, and a distributed power source 313 provided with photovoltaic power generation (PV: Photovoltaics) are connected to the distribution line 302 as distributed power sources.
In addition, the distribution line 302 is converted to a low voltage via the pole transformer 304 and is supplied to consumers (factories, facilities, homes, etc.) 314A, 314B, 314C.

なお、需要家314Aは、供給される電力を単に消費するのみならず、太陽光発電設備(PV)や電気自動車(EV:Electric Vehicle)も備えられている。また、需要家314Bには、供給される電力を単に消費するのみならず、太陽光発電設備(PV)や需要家蓄電池(蓄電池)も備えられている。また、需要家314Cは、供給される電力を消費するのみで分散電源に相当するものは特に備えていない。   The consumer 314A not only simply consumes the supplied power, but also includes a photovoltaic power generation facility (PV) and an electric vehicle (EV). In addition, the consumer 314B not only consumes the supplied power, but also includes a photovoltaic power generation facility (PV) and a consumer storage battery (storage battery). Further, the consumer 314C only consumes the supplied power and does not particularly have anything corresponding to the distributed power source.

以上のように、電力系統300には、配電変電所301から需要家314A、314B、314Cに電力を供給するのみならず、電力を発電もしくは充放電(蓄電池)する分散電源311、312、313が存在している。
また、需要家314A、314Bにおいても、前記したように分散電源(PV、EV、蓄電池)に相当するものを備えている。
図3は、需要家に近い配電系統(電力系統)を示したものであるが、再生可能エネルギーの導入による前記の分散電源の増加に伴い、電力系統の変動要因が多種多様となり、電力系統の安定した電圧と電力の供給に関する品質の劣化が懸念されている。
電力系統300の電力(電圧、電流)に関する状態量を把握し、また潮流計算をする場合には、負荷量の変動のみならず、前記分散電源の発電量の変動も把握しなければならない。
As described above, the power system 300 includes the distributed power sources 311, 312, and 313 that not only supply power from the distribution substation 301 to the consumers 314 </ b> A, 314 </ b> B, and 314 </ b> C, but also generate or charge / discharge (storage battery) power. Existing.
In addition, the consumers 314A and 314B are also provided with one corresponding to the distributed power source (PV, EV, storage battery) as described above.
FIG. 3 shows a power distribution system (power system) close to the consumer. With the increase of the distributed power source due to the introduction of renewable energy, the variation factors of the power system become various, and the power system There is concern about the deterioration of quality related to stable voltage and power supply.
When grasping the state quantity regarding the power (voltage, current) of the power system 300 and calculating the power flow, it is necessary to grasp not only the fluctuation of the load amount but also the fluctuation of the power generation amount of the distributed power source.

分散電源が太陽光発電や風力発電の場合には、天候、気象によっても発電量が変動する。このような変動要因、および対処の仕方の詳細については、後記する。
なお、図3においては、配電線302は、途中で分岐がしていない場合について図示したが、複数個所で配電線302が分岐する場合もある。
また、図3においては、電圧や電流を計測するセンサについては、図示を省略している。
When the distributed power source is solar power generation or wind power generation, the power generation amount varies depending on the weather and weather. Details of such fluctuation factors and how to deal with them will be described later.
In FIG. 3, the distribution line 302 is illustrated as being not branched in the middle, but the distribution line 302 may be branched at a plurality of locations.
Further, in FIG. 3, illustration of sensors for measuring voltage and current is omitted.

<第1実施形態・その2>
次に、本発明の第1実施形態に係る電力系統の状態推定装置および電力系統の状態推定方法の構成について詳しく説明する。なお、以下における説明は、電力系統の状態推定装置と電力系統の状態推定方法の説明を兼ねるものとする。
<First embodiment, part 2>
Next, the configuration of the power system state estimation device and the power system state estimation method according to the first embodiment of the present invention will be described in detail. Note that the description below also serves as a description of a power system state estimation device and a power system state estimation method.

前記したように、図1は、本発明の第1実施形態に係る電力系統の状態推定装置および電力系統の状態推定方法の構成を示す図である。
図1において、電力系統の状態推定装置(電力系統の状態推定方法)100は、電力系統計測部(電力系統計測手段)110とシミュレータ部(模擬計算手段)120と最尤状態値算出部(最尤状態値算出手段)130とパラメータ修正部(パラメータ修正手段)140とを備えて構成されている。
As described above, FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of the power system state estimation device and the power system state estimation method according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a power system state estimation apparatus (power system state estimation method) 100 includes a power system measurement unit (power system measurement unit) 110, a simulator unit (simulation calculation unit) 120, and a maximum likelihood state value calculation unit (maximum state). Likelihood state value calculating means) 130 and parameter correcting section (parameter correcting means) 140 are provided.

《電力系統計測部について》
電力系統計測部110は、電力系統計測データ部111と計測データ処理部112と合算部113とを備えて構成される。
電力系統計測データ部111は、電力系統300(図3)におけるセンサ(不図示)を設置した箇所の電圧、電流、および電力系統に連系する電源もしくは電力消費装置が入出力する電力量の出現分布情報などの電力関連情報(センサ計測データ)を受信し取得する。なお、計測データ(センサ計測データ)は位相などの他の要素を含む場合もあり、前記の計測データの例に限定されない。
<About the power system measurement unit>
The power system measurement unit 110 includes a power system measurement data unit 111, a measurement data processing unit 112, and a summation unit 113.
The power system measurement data unit 111 shows the voltage and current at the location where the sensor (not shown) in the power system 300 (FIG. 3) is installed, and the appearance of the amount of power input / output by the power supply or power consuming device linked to the power system. Receive and acquire power related information (sensor measurement data) such as distribution information. Note that the measurement data (sensor measurement data) may include other elements such as a phase, and is not limited to the example of the measurement data.

電力系統計測データ部111が受信するデータ(電力関連情報)は、電力系統に設置されたセンサによって取得されたものである。このセンサは各種あり、また同一種のセンサでも各センサによって、特性にばらつきがある。また、取り付け箇所や個数に制約もある。また、センサによって取得されるデータは、連続して計測されたデータではなく、いわばサンプリングされた不連続なデータであり、かつサンプリング間隔などに制約もある。例えば太陽光発電の発電量の変動は秒単位で起きることがあるのに対し、センサによる計測データは30分間隔で伝送される場合がある。このようにして、変動要因が入り込む。   The data (power related information) received by the power system measurement data unit 111 is acquired by a sensor installed in the power system. There are various types of sensors. Even in the same type of sensors, the characteristics vary depending on the sensors. In addition, there are restrictions on the location and number of attachments. In addition, the data acquired by the sensor is not continuously measured data, but is so-called discontinuous data sampled, and there are restrictions on the sampling interval and the like. For example, while fluctuations in the amount of power generated by solar power generation may occur in units of seconds, measurement data from sensors may be transmitted at 30-minute intervals. In this way, fluctuation factors are introduced.

これらのばらつきや制約や様々な変動要因による誤差を、図1における観測誤差(誤差)114で示している。なお、この観測誤差(誤差)114は、観測ノイズである。
合算部113で電力系統計測データ部111が受信したデータと前記の観測誤差(誤差)114が付加(合算)されたデータが実際には、観測される電力系統の計測データである。
すなわち、電力系統計測データ部111のデータは、前記の観測誤差(誤差)114が含まれていない理想的な計測データであり、合算部113を通過したデータが、実際に観測される誤差を含んだ電力系統の計測データである。
Errors due to these variations, restrictions, and various fluctuation factors are indicated by an observation error (error) 114 in FIG. This observation error (error) 114 is observation noise.
The data received by the power system measurement data unit 111 in the summation unit 113 and the data to which the observation error (error) 114 is added (summed) are actually the measurement data of the observed power system.
That is, the data of the power system measurement data unit 111 is ideal measurement data that does not include the observation error (error) 114, and the data that has passed through the summation unit 113 includes errors that are actually observed. It is the measurement data of the power system.

計測データ処理部112は、前記のように変動要因や誤差を含む計測データをそれぞれの変動要因を確率分布として表記して、確率分布の組み合わせとして電力系統への影響を評価(確率・統計的に演算処理)する。
例えば、複数の変動要因を確率分布に基づいて条件設定をして潮流計算することで、電力系統の変動要因を考慮した潮流計算を実行する。ここで確率分布が正規分布、β分布のように数式で表記できる場合は、代表的なサンプル値だけを利用すれば全体の分布を再現できる。例えば正規分布は、平均と分散で規定される数点のサンプル値を利用した計算をすれば全体の分布を再現できる。
The measurement data processing unit 112 expresses the measurement data including the fluctuation factors and errors as described above as the probability distribution, and evaluates the influence on the power system as a combination of the probability distributions (probability / statistically). Arithmetic processing).
For example, by setting conditions based on probability distributions for a plurality of fluctuation factors and calculating the power flow, the power flow calculation considering the power system fluctuation factors is executed. Here, when the probability distribution can be expressed by a mathematical expression such as a normal distribution and a β distribution, the entire distribution can be reproduced by using only representative sample values. For example, the normal distribution can reproduce the entire distribution by performing calculations using several sample values defined by the mean and variance.

以上のように演算処理された電力系統の計測データは、電力系統計測部110の出力として、最尤状態値算出部130へ出力される。   The measurement data of the power system that has been arithmetically processed as described above is output to the maximum likelihood state value calculation unit 130 as an output of the power system measurement unit 110.

《シミュレータ部について》
シミュレータ部120は、電力系統シミュレータ121とシミュレータデータ処理部122とパラメータ設定部125と合算部123とを備えて構成される。
電力系統シミュレータ121は、電力系統300(図3)を反映した系統モデルを構成し、パラメータ設定部125で設定される電力系統に関連した各種のパラメータ、およびセンサ計測データの入力に基づいて実時間動作で模擬計算(模擬動作、シミュレート)する。
なお、各種のパラメータとは、線路・機器特性、負荷データ、発電量データ、時間などであり、電力系統計測データ部111もしくは電力系統計測部110が取得したセンサ計測データも入力する。
About the simulator
The simulator unit 120 includes a power system simulator 121, a simulator data processing unit 122, a parameter setting unit 125, and a summing unit 123.
The power system simulator 121 constitutes a system model reflecting the power system 300 (FIG. 3), and is based on various parameters related to the power system set by the parameter setting unit 125 and the input of sensor measurement data in real time. Simulate calculation by operation (simulation operation, simulation).
The various parameters include track / equipment characteristics, load data, power generation amount data, time, and the like, and sensor measurement data acquired by the power system measurement data unit 111 or the power system measurement unit 110 is also input.

ただし、前記の各種パラメータには、系統モデルにおける機器特性や計算手法や負荷・発電量などの要因による誤差がある。
この各種パラメータの誤差を図1において、システム誤差(誤差)124として、パラメータ設定部125の信号に合算部123で合算されるものとして、表記している。
すなわち、合算部123を通過したデータが、実際のシステム誤差(シミュレータ誤差、シミュレータノイズ)を反映した各種のパラメータデータである。
However, the various parameters have errors due to factors such as device characteristics, calculation method, load and power generation amount in the system model.
In FIG. 1, errors of these various parameters are represented as system errors (errors) 124 as being added to the signal of the parameter setting unit 125 by the adding unit 123.
That is, the data that has passed through the summation unit 123 is various parameter data that reflects actual system errors (simulator errors, simulator noise).

電力系統シミュレータ121は、このシステム誤差を含む各種のパラメータデータと観測誤差を含むセンサ計測データに基づき、潮流計算として模擬計算(模擬動作、シミュレート)する。したがって、電力系統シミュレータ121のシミュレーションデータには誤差が含まれている。
この誤差を含んだ電力系統シミュレータ121の出力は、シミュレータデータ処理部122に入力される。
シミュレータデータ処理部122は、確率分布や統計処理などの各種の演算処理を行い、前記の誤差を少なくしたシミュレータデータを出力する。このシミュレータデータ処理部122の出力は、シミュレータ部120の出力としても最尤状態値算出部130に入力される。
The power system simulator 121 performs simulation calculation (simulation operation, simulation) as power flow calculation based on the various parameter data including the system error and the sensor measurement data including the observation error. Therefore, the simulation data of the power system simulator 121 includes an error.
The output of the power system simulator 121 including this error is input to the simulator data processing unit 122.
The simulator data processing unit 122 performs various arithmetic processes such as probability distribution and statistical processing, and outputs simulator data with reduced errors. The output of the simulator data processing unit 122 is also input to the maximum likelihood state value calculation unit 130 as the output of the simulator unit 120.

《最尤状態値算出部について》
最尤状態値算出部130には、前記した電力系統計測部110の出力とシミュレータ部120の出力とが入力される。
最尤状態値算出部130において、電力系統計測部110の出力とシミュレータ部120の出力とを比較処理し、その差分(偏差)を検出する。
そして、この差分(もしくは変換処理した信号)の出力をパラメータ修正部140に入力する。
また、最尤状態値算出部130には、前記差分の状態量を符号に変換する手段が備えられている。
なお、以上の最尤状態値算出部130の動作は、電力系統計測部110から出力される電力系統の計測データとシミュレータ部120から出力されるシミュレータデータを用いて確率的に尤もらしい状態値を算出する演算でもある。詳細は後記する。
<< About Maximum Likelihood State Value Calculation Unit >>
The maximum likelihood state value calculation unit 130 receives the output of the power system measurement unit 110 and the output of the simulator unit 120.
Maximum likelihood state value calculation section 130 compares the output of power system measurement section 110 with the output of simulator section 120 and detects the difference (deviation).
Then, the output of this difference (or converted signal) is input to the parameter correction unit 140.
The maximum likelihood state value calculation unit 130 includes means for converting the state quantity of the difference into a code.
Note that the above operation of the maximum likelihood state value calculation unit 130 obtains a state value probabilistically probable using the measurement data of the power system output from the power system measurement unit 110 and the simulator data output from the simulator unit 120. It is also a calculation to calculate. Details will be described later.

《パラメータ修正部について》
パラメータ修正部140は、最尤状態値算出部130の出力における差分の情報により、電力系統シミュレータ121における各種のパラメータを変更する信号を出力する。つまり、最尤状態値算出部130で得られた目標とする確率分布を実現するように、シミュレータのパラメータを修正する。
例えば、電力系統においては、電圧の変化と、負荷の有効電力および無効電力との関係式が知られている。そこで、電圧平均値の差分を補正するように、電力系統の関係式に基づいて負荷の有効電力および無効電力の調整量を算出して、シミュレータのパラメータとして設定する。
あるいは、修正の対象として、線路の抵抗とインピーダンスなどを指定することもできる。
なお、これらの修正するパラメータの選択は、様々にある。
<Parameter correction section>
The parameter correction unit 140 outputs a signal for changing various parameters in the power system simulator 121 based on the difference information in the output of the maximum likelihood state value calculation unit 130. That is, the parameters of the simulator are corrected so as to realize the target probability distribution obtained by the maximum likelihood state value calculation unit 130.
For example, in a power system, a relational expression between a change in voltage and active power and reactive power of a load is known. Therefore, the adjustment amount of the active power and reactive power of the load is calculated based on the relational expression of the power system so as to correct the difference in the voltage average value, and is set as a parameter of the simulator.
Alternatively, the resistance and impedance of the line can be specified as the correction target.
There are various selections of parameters to be corrected.

《電力系統シミュレータと最尤状態値算出部とパラメータ修正部の連携》
電力系統シミュレータ121は、再度、シミュレーションを実行し、その新しい出力を、シミュレータデータ処理部122を介して最尤状態値算出部130に入力する。
最尤状態値算出部130においては、再度、電力系統計測部110の出力とシミュレータ部120の出力とを比較処理し、その差分(もしくは変換処理した信号)を再度、パラメータ修正部140に出力する。
<< Cooperation of power system simulator, maximum likelihood state value calculation unit and parameter correction unit >>
The power system simulator 121 executes the simulation again and inputs the new output to the maximum likelihood state value calculation unit 130 via the simulator data processing unit 122.
Maximum likelihood state value calculation section 130 compares again the output of power system measurement section 110 and the output of simulator section 120 and outputs the difference (or the converted signal) to parameter correction section 140 again. .

このようにして、電力系統計測部110の出力とシミュレータ部120の出力との、差分が小さくなるように、電力系統シミュレータ121のシミュレータ動作を逐次に修正する。
つまり、センサ計測データ(電力系統計測部110のデータ)と、シミュレータ出力(シミュレータ部120の出力)が確率的に最も尤もらしく一致する(最尤状態値算出部130)ように、シミュレータのパラメータを逐次に修正する(パラメータ修正部140)。
そのために観測誤差とシステム誤差(シミュレータデータ誤差)があるとき、シミュレータのパラメータを修正する目標の設定を確率的に行う。
この補正を、時間軸に沿って逐次に処理することで、機器特性のドリフトに追従する。
In this way, the simulator operation of the power system simulator 121 is sequentially corrected so that the difference between the output of the power system measurement unit 110 and the output of the simulator unit 120 becomes small.
That is, the parameters of the simulator are set so that the sensor measurement data (data of the power system measurement unit 110) and the simulator output (output of the simulator unit 120) most probably match with each other (maximum likelihood state value calculation unit 130). It corrects sequentially (parameter correction part 140).
Therefore, when there is an observation error and a system error (simulator data error), a target setting for correcting the parameters of the simulator is stochastically performed.
This correction is sequentially processed along the time axis to follow the drift of the device characteristics.

また、この補正は、出力の変動分と機器特性の変動分の対応関係を事前に準備しておくことで実現する。この対応関係は、複雑な電気回路であれば事前の関係付けが難しい。
しかし、電力系統は、部分系統に分解できることが多い。例えば1入力1出力の部分系統で、調整対象が負荷1個の場合には、変動分の関連付けは簡単になる。本発明は、部分系統の大きさに限定を設けるものでは無く、また動的に部分系統を作り直しても良い。
シミュレータの出力とセンサ計測データに電圧誤差がある場合には、シミュレータに設定してある負荷の有効電力あるいは無効電力を調整することで、シミュレータ出力の電圧調整を行うことができる。
This correction is realized by preparing in advance a correspondence relationship between the output fluctuation and the device characteristic fluctuation. This correspondence is difficult to associate in advance if it is a complex electric circuit.
However, the power system can often be broken down into partial systems. For example, in the case of a partial system with one input and one output and the adjustment target is one load, the association of fluctuations is simplified. The present invention does not limit the size of the partial system, and the partial system may be dynamically recreated.
When there is a voltage error between the simulator output and the sensor measurement data, the simulator output voltage can be adjusted by adjusting the active power or reactive power of the load set in the simulator.

以上は、電力系統の状態推定装置、および状態推定方法の概要である。次に、電力系統の状態推定方法の手順(フロー)について説明する。なお、より詳しい機能動作や方法については、適宜、詳細な説明を後記する。   The above is the outline of the power system state estimation device and the state estimation method. Next, the procedure (flow) of the power system state estimation method will be described. Note that detailed descriptions of detailed functional operations and methods will be given later as appropriate.

<電力系統の状態推定方法のフローチャート>
電力系統の状態推定方法の概略について、フローチャートを用いて説明する。
図2は、電力系統の状態推定方法を説明するための概略のフローチャートである。
図2において、電力系統の状態推定方法のフローを開始(S200)し、まずステップS201で系統構成、機器特性のパラメータ設定を行う(パラメータ設定部125、電力系統シミュレータ121、図1)。
<Flowchart of power system state estimation method>
The outline of the power system state estimation method will be described using a flowchart.
FIG. 2 is a schematic flowchart for explaining a power system state estimation method.
In FIG. 2, the flow of the power system state estimation method is started (S200). First, in step S201, system configuration and device characteristic parameters are set (parameter setting unit 125, power system simulator 121, FIG. 1).

次に、ステップS202において、取得(電力系統計測部110、図1)した電力系統のセンサ計測データをシミュレータ部120(図1)に入力する。なお、センサ計測データは、シミュレータ部120(図1)および最尤状態値算出部130(図1)に供給される。   Next, in step S202, the acquired sensor measurement data of the power system (power system measurement unit 110, FIG. 1) is input to the simulator unit 120 (FIG. 1). The sensor measurement data is supplied to the simulator unit 120 (FIG. 1) and the maximum likelihood state value calculation unit 130 (FIG. 1).

次に、ステップS203において、電力系統の潮流計算、つまりシミュレーションを実施する(電力系統シミュレータ121、パラメータ設定部125、シミュレータデータ処理部122、図1)。この潮流計算においては、前記のセンサ計測データも用いられる。   Next, in step S203, power system power flow calculation, that is, simulation is performed (power system simulator 121, parameter setting unit 125, simulator data processing unit 122, FIG. 1). The sensor measurement data is also used in this tidal current calculation.

ステップS204において、電力系統のセンサ計測データとシミュレータ部120(図1)のシミュレーションデータとを比較、参照して、尤もらしい推定値(最も尤もらしい推定値、最尤状態値)の算出を行う(最尤状態値算出部130、図1)。
また、前記のセンサ計測データとシミュレーションデータとの乖離(差)に対応する信号をパラメータ修正部140(図1)に出力する。
In step S204, the sensor measurement data of the power system and the simulation data of the simulator unit 120 (FIG. 1) are compared and referred to, and a plausible estimated value (the most likely estimated value and the maximum likelihood state value) is calculated ( Maximum likelihood state value calculation unit 130, FIG. 1).
Further, a signal corresponding to the deviation (difference) between the sensor measurement data and the simulation data is output to the parameter correction unit 140 (FIG. 1).

ステップS205において、パラメータ修正部140(図1)は、最尤状態値算出部130(図1)の信号に応じて、電力系統シミュレータ121(図1)で用いられるパラメータを修正する。   In step S205, the parameter correction unit 140 (FIG. 1) corrects the parameters used in the power system simulator 121 (FIG. 1) according to the signal of the maximum likelihood state value calculation unit 130 (FIG. 1).

ステップS206において、修正されたパラメータによって、電力系統の潮流計算(シミュレーション)を再度、実施する(電力系統シミュレータ121、シミュレータデータ処理部122、図1)。   In step S206, power system power flow calculation (simulation) is performed again using the corrected parameters (power system simulator 121, simulator data processing unit 122, FIG. 1).

ステップS207において、再度、実施された潮流計算(シミュレーション)の結果をセンサ計測データと比較して、その差が所定の範囲以内(収束)か、所定の範囲を超えている(未収束)か、を判定する(収束判定)、(最尤状態値算出部130、図1)。
「未収束」の場合は、ステップS205に戻り、ステップS205からの演算を繰り返す。
また、「収束」の場合は、次のステップS208に進む。
In step S207, the result of the tidal flow calculation (simulation) performed again is compared with the sensor measurement data, and whether the difference is within a predetermined range (convergence) or exceeds a predetermined range (unconvergence), (Convergence determination), (maximum likelihood state value calculation unit 130, FIG. 1).
In the case of “unconvergence”, the process returns to step S205 and the calculation from step S205 is repeated.
In the case of “convergence”, the process proceeds to the next step S208.

ステップS208において、収束した状態推定値を出力する(最尤状態値算出部130、図1)。そして、次のステップS209に進む。   In step S208, the converged state estimation value is output (maximum likelihood state value calculation unit 130, FIG. 1). Then, the process proceeds to next Step S209.

ステップS209において、「逐次計算」か「オフライン計算」か、を判定する。「逐次計算」の場合は、次の時刻の電力系統の状態推定を行うために、ステップS202に戻り、ステップS202以下の演算を繰り返す。
また、「オフライン計算」の場合は、それ以上、データが入力して来ないので、フローを終了(S210)する。
In step S209, it is determined whether it is “sequential calculation” or “offline calculation”. In the case of “sequential calculation”, in order to estimate the state of the electric power system at the next time, the process returns to step S202, and the operations after step S202 are repeated.
In the case of “offline calculation”, no more data is input, so the flow ends (S210).

以上のフローにおいて、ステップS202〜S204がセンサ計測データから確率的に最も尤もらしい状態値(最尤状態値)を算出する工程である。
また、ステップS205〜S208が確率的に最も尤もらしい状態値を出力するようにシミュレータのパラメータを修正する工程である。
以上に示したフローは、概要である。個別のステップにおける詳細な処理については、必要に応じて詳細な説明を後記する。
In the above flow, steps S202 to S204 are steps for calculating the most likely state value (maximum likelihood state value) from the sensor measurement data.
In addition, steps S205 to S208 are steps for correcting the parameters of the simulator so as to output a state value that is most likely in terms of probability.
The flow shown above is an overview. The detailed processing in the individual steps will be described later as necessary.

<変動要因の詳細について>
電力系統およびそのシミュレーションにおける変動要因の詳細について説明する。
図1において、電力系統計測部110において取得する電力系統の計測データに係る変動要因および誤差と、シミュレータ部120におけるシミュレーションデータに係る変動要因および誤差とに分けて説明する。
<Details of fluctuation factors>
The details of the fluctuation factors in the power system and its simulation will be described.
In FIG. 1, a description will be given separately for a variation factor and error related to the measurement data of the power system acquired by the power system measurement unit 110 and a variation factor and error related to the simulation data in the simulator unit 120.

《電力系統の計測データに係る変動要因》
まず、電力系統の計測データに係る変動要因について説明する。
電力系統の計測データに係る変動要因については、電力系統に係る変動要因とセンサ計測システムに係る変動要因がある。
<1> 電力系統に係る変動要因について
<1-1> 電力系統に係る変動要因としては、負荷量(消費電力)や分散電源の発電量の変動がある。需要家の消費電力は1日の時間帯や季節や天候によって変動する。また、分散電源としての発電量も太陽光発電や風力発電は天候、気象、季節によって変動する。
なお、天候、時間による変動について詳細については後記する。
<1-2> また、電力系統に係る他の変動要因として、電力系統における系統構成の変更、機器特性のばらつきがある。機器特性の一つである線路のインピーダンスは、単位距離あたりの抵抗RとインダクタンスXの組み合わせで表記されるが、その仕様と実際の線路特性には、誤差がある。
また、電力機器や配電線の諸特性の変動や経年(経時)劣化による変動がある。
<Variation factors related to power system measurement data>
First, the variation factors related to the measurement data of the power system will be described.
As for the variation factors related to the measurement data of the power system, there are the variation factors related to the power system and the variation factors related to the sensor measurement system.
<1> Fluctuating factors related to the power system
<1-1> Fluctuating factors related to the power system include fluctuations in the load (power consumption) and the amount of power generated by distributed power sources. Consumer power consumption varies depending on the time of day, season and weather. In addition, the amount of power generation as a distributed power source varies depending on the weather, weather, and season of solar power generation and wind power generation.
Details regarding changes due to weather and time will be described later.
<1-2> In addition, other fluctuation factors related to the power system include a change in the system configuration in the power system and variations in device characteristics. The impedance of the line, which is one of the device characteristics, is expressed by a combination of the resistance R and the inductance X per unit distance, but there is an error in the specification and the actual line characteristics.
In addition, there are variations in characteristics of power equipment and distribution lines, and variations due to deterioration over time (aging).

<2> センサ計測システムに係る変動要因について
<2-1> センサ計測システムに係る変動要因としては、センサ計測して得られる電圧値には、センサのAD変換器(Analog-to-digital converter)の特性が大きく影響する。例えば量子化ビット数、ホールド時間、サンプリング間隔などに制約があり、状態値を任意に採取できるわけではない。これらの信号特性が計測誤差となる場合がある。
また、計測機器の安定性、時定数の変化または劣化、ノイズによる影響などがある。また、計測時の温度、天候の変動、計測時刻の変動がある。また、センサの取り付け場所の適、不適もある。
<2-2>また、センサ計測システムに係る変動要因として、データ伝送における遅延、データの欠損や誤りがある。また、伝送途中でのノイズによる影響もある。
<2> Fluctuating factors related to sensor measurement systems
<2-1> As a variation factor related to the sensor measurement system, the voltage value obtained by measuring the sensor is greatly influenced by the characteristics of the analog-to-digital converter of the sensor. For example, there are restrictions on the number of quantization bits, hold time, sampling interval, etc., and state values cannot be arbitrarily collected. These signal characteristics may cause measurement errors.
In addition, there are stability of measuring equipment, change or deterioration of time constant, and influence by noise. There are also temperature at the time of measurement, changes in weather, and changes in measurement time. In addition, there are also appropriate and unsuitable locations for sensor mounting.
<2-2> In addition, there are delays in data transmission, data loss and errors as fluctuation factors related to the sensor measurement system. There is also the influence of noise during transmission.

《シミュレーションデータに係る変動要因》
次に、シミュレータ側のシミュレーションデータに係る変動要因について説明する。
シミュレータ側のシミュレーションデータに係る変動要因については、系統モデルに係る変動要因がある。シミュレータは一意の計算結果を出力するが、計算手法の選択や、パラメータの誤差、変動があれば、結果に誤差、変動が含まれることになる。
<Variation factors related to simulation data>
Next, the fluctuation factors related to the simulation data on the simulator side will be described.
As for the fluctuation factors relating to the simulation data on the simulator side, there are fluctuation factors relating to the system model. The simulator outputs a unique calculation result, but if there is a calculation method selection, parameter error, or variation, the result includes the error or variation.

<3> 系統モデルに係る変動要因について
<3-1> 系統モデルに係る変動要因としては、計算手法による近似、演算誤差、収束性の要因がある。これは、どのような計算手法をとるかによって、前記の近似、演算誤差、収束性は変化する。
<3-2> また、系統モデルに係る変動要因として、負荷・発電量をシミュレーションで算出する場合において、負荷・発電量のパターンの模擬(モデル)、気象条件の模擬の設定の要因がある。これらをどのように選択、設定するかによって、シミュレーションで算出される結果は異なってくる。
<3-3> また、系統モデルに係る変動要因として、電力系統における機器特性がある。電力機器や配電線の諸特性の特性値をどのように設定するか、また、各機器の時間遅れの特性をシミュレーションでどのように設定するかによって、シミュレーションで算出される結果は異なってくる。
<3> Fluctuating factors related to system model
<3-1> Fluctuation factors related to the system model include approximation by calculation method, calculation error, and convergence factor. The approximation, calculation error, and convergence vary depending on the calculation method used.
<3-2> In addition, when calculating the load / power generation amount by simulation, there are factors for setting the simulation of the load / power generation pattern (model) and the simulation of the weather conditions. The result calculated in the simulation differs depending on how these are selected and set.
<3-3> In addition, there is equipment characteristics in the power system as a variation factor related to the system model. The results calculated in the simulation differ depending on how the characteristic values of the various characteristics of the power equipment and distribution lines are set and how the time delay characteristics of each equipment are set in the simulation.

<日射量の出現分布のデータと変動要因について>
以上のように、誤差を生じさせる可能性のある変動要因は、様々にある。次に、一例として、日射量の出現分布のデータと、この日射量と系統電圧を例にとって変動の要因と結果の関連(PV連系する系統の電圧変動)をシミュレーション《PV連系する系統の電圧変動》で示す。
先に、日射量の出現分布のデータを示し、その後、日射量と系統電圧における変動の要因と結果について説明する。
<Appearance distribution data and fluctuation factors of solar radiation>
As described above, there are various fluctuation factors that may cause an error. Next, as an example, simulation of the data on the distribution of the occurrence of solar radiation and the relationship between fluctuation factors and results (voltage fluctuation of the PV interconnected system) taking the solar radiation and system voltage as an example. Voltage fluctuation >>
First, the appearance distribution data of the solar radiation amount is shown, and then the factors and results of fluctuations in the solar radiation amount and the system voltage will be described.

《日射量の出現分布のデータ》
図4Aと図4Bに日射量の出現分布のデータを示す。
図4Aは、時刻と日射量との関連を頻度分布として示す図の一例である。
また、図4Bは、日射量とその頻度との関連を時系列信号として示す図の一例である。
なお、図4Aおよび図4Bは、気象条件が晴れ時々曇りの日における実測データに基づいている。
図4Aにおいて、横軸は時刻であり、縦軸は日射量である。また、符号1Sで示した特性線は、1秒間隔で測定(計測)したデータであり、符号30Mで示した特性線は、30分で計測したデータを平均化したものである。
また、図4Bにおいて、横軸は日射量であり、縦軸はその日射量の出現頻度(頻度、累積秒)である。また、符号1Sで示した特性線は、1秒間隔で測定したデータであり、符号30Mで示した特性線は、30分単位でデータを累積して表記したものである。また、符号Fで示した特性線のピークは、気象条件が晴れの状況に対応し、符号Cで示した特性線の小さな山は、気象条件が曇りの状況に対応している。
《Data on the distribution of appearance of solar radiation》
FIG. 4A and FIG. 4B show data on the appearance distribution of solar radiation.
FIG. 4A is an example of a diagram showing the relationship between time and solar radiation as a frequency distribution.
FIG. 4B is an example of a diagram illustrating the relationship between the amount of solar radiation and the frequency thereof as a time-series signal.
4A and 4B are based on actually measured data on a day when weather conditions are sunny and cloudy.
In FIG. 4A, the horizontal axis is time, and the vertical axis is the amount of solar radiation. The characteristic line indicated by reference numeral 1S is data measured (measured) at intervals of 1 second, and the characteristic line indicated by reference numeral 30M is obtained by averaging data measured at 30 minutes.
In FIG. 4B, the horizontal axis represents the amount of solar radiation, and the vertical axis represents the appearance frequency (frequency, accumulated seconds) of the amount of solar radiation. The characteristic line indicated by reference numeral 1S is data measured at intervals of 1 second, and the characteristic line indicated by reference numeral 30M is expressed by accumulating data in units of 30 minutes. Further, the peak of the characteristic line indicated by reference character F corresponds to a sunny weather condition, and the small peak of the characteristic line indicated by reference character C corresponds to a cloudy weather condition.

前記したように、この日は晴れ時々曇りの気象条件であり、図4Aにおいて、日射量は数秒程度で大きく振幅している。また、図4Bにおいて、頻度分布には二つのピークがある。
また、図4A、図4Bにおいて、1秒間隔で測定した符号1Sで示した特性線は、30分平均のデータである符号30Mで示した特性線に比較して、実際の気象の日射量の変化をより忠実に表している。しかし、この1秒間隔で測定したデータを基にシミュレーションをすると膨大な計算量になる。
一方、30分平均のデータである符号30Mで示した特性線を基にシミュレーションをした場合には、シミュレーションの際の計算量は軽減されるが、短時間の気象変化に対応しにくいという特徴がある。
As described above, this day is sunny and cloudy weather conditions, and in FIG. 4A, the amount of solar radiation has a large amplitude in about several seconds. In FIG. 4B, there are two peaks in the frequency distribution.
4A and 4B, the characteristic line indicated by reference numeral 1S measured at intervals of one second is larger than the characteristic line indicated by reference numeral 30M, which is 30-minute average data, of the actual solar radiation amount. It represents changes more faithfully. However, if the simulation is performed based on the data measured at intervals of 1 second, a huge amount of calculation is required.
On the other hand, when a simulation is performed based on the characteristic line indicated by reference numeral 30M, which is 30-minute average data, the amount of calculation at the time of the simulation is reduced, but it is difficult to cope with a short-term weather change. is there.

再生可能エネルギーの一つである太陽光発電は、太陽が放射する日射を地上に設定するパネルで受けて電力に変換するので、日射量と発電量とは、関連付けて扱える。
その過程には多くの変動要因があり、長周期の要因には太陽と地球の天文学的な位置関係があり、短周期の要因には図4A、図4Bに示したように、雲の流れによって発生する日射量の時間的な変動がある。晴れ時々曇りのような天気の日射量の出現分布は、晴れと曇りの二つのピークを持つ日射量の出現分布になる。
Solar power generation, which is one of the renewable energies, receives solar radiation radiated from the sun by a panel that is set on the ground and converts it into electric power.
There are many fluctuation factors in the process, long-period factors have an astronomical positional relationship between the sun and the earth, and short-cycle factors are caused by the flow of clouds as shown in FIGS. 4A and 4B. There is a temporal variation in the amount of solar radiation that occurs. The appearance distribution of the amount of solar radiation in the weather such as sunny and cloudy becomes the appearance distribution of the amount of solar radiation having two peaks of sunny and cloudy.

《PV連系する系統の電圧変動》
図5Aと図5BにPV連系(太陽光発電設備PVが電力系統に接続)する系統の電圧変動(シミュレーション結果)のデータを示す。
図5Aは、時刻による日射量の変化とPV連系する系統の電圧変動(ノード電圧)の関係(ノード電圧の時系列信号)を示す図である。
図5Bは、PV連系する系統の電圧変動(ノード電圧)と頻度分布(確率、確率密度関数、確率分布)の関係を示す図である。
図5Aにおいて、横軸は時刻(時刻によって日照が変化)であり、縦軸はノード電圧である。また、符号N1〜N5は、それぞれノード1〜5のノード電圧特性を表している。
また、図5Bにおいて、ノード電圧であり、縦軸は確率(頻度分布、確率分布、確率密度関数)である。また、符号N1〜N5は、それぞれノード1〜5のノード電圧特性を表している。
<< Voltage fluctuation of PV interconnected system >>
FIG. 5A and FIG. 5B show data of voltage fluctuations (simulation results) of a system interconnected with PV (the photovoltaic power generation facility PV is connected to the power system).
FIG. 5A is a diagram showing a relationship (node voltage time-series signal) between a change in the amount of solar radiation with time and a voltage fluctuation (node voltage) of a PV-linked system.
FIG. 5B is a diagram illustrating a relationship between voltage fluctuation (node voltage) and frequency distribution (probability, probability density function, probability distribution) of a PV-connected system.
In FIG. 5A, the horizontal axis represents time (the sunshine changes depending on the time), and the vertical axis represents the node voltage. Reference numerals N1 to N5 represent node voltage characteristics of the nodes 1 to 5, respectively.
Further, in FIG. 5B, it is a node voltage, and the vertical axis is a probability (frequency distribution, probability distribution, probability density function). Reference numerals N1 to N5 represent node voltage characteristics of the nodes 1 to 5, respectively.

図5A、図5Bは、図4A、図4Bで示した気象条件と、後記する配電系統(図8)を用いて系統潮流計算を行った結果である。計算の簡単化のために、PV発電量の最大出力が1MWになるように前記の日射量に係数を掛けて、系統(ノード5、符号N5)に連系している。
この図5Bに示す例では、日射量の頻度分布と同様にノード電圧に二つの頻度のピークが現れている。これより電圧安定化制御の検討には、時系列信号だけでなく、確率分布を考慮することの有効性が伺える。そのため、変動要因のある電力系統を対象に、シミュレータの模擬精度を向上する方法について説明する。
FIG. 5A and FIG. 5B are the results of system power flow calculation using the weather conditions shown in FIG. 4A and FIG. 4B and the power distribution system (FIG. 8) described later. In order to simplify the calculation, the solar radiation amount is multiplied by a coefficient so that the maximum output of the PV power generation amount is 1 MW, and the system is connected to the system (node 5, symbol N5).
In the example shown in FIG. 5B, two frequency peaks appear in the node voltage in the same manner as the solar radiation frequency distribution. From this, the effectiveness of considering not only time-series signals but also probability distributions can be seen in the study of voltage stabilization control. Therefore, a method for improving the simulation accuracy of the simulator will be described for a power system having a variation factor.

<電力系統関連の事象・挙動の確率的、統計的な扱い>
複数の変動要因の組み合わせがある場合の一つの方法は、時間方向の変化を計測することである。しかしこの手法は、複数の変動要因の組み合わせの全てを観測することになり、観測の時間が長くなるうえ、稀な事象は観測できない可能性がある。
したがって、電力系統において、太陽光・風力などの自然エネルギー導入、災害・事故の発生、計測・通信手段の変動(言い換えれば信頼性)を考慮するとき、それらの挙動は確率的、統計的に扱うことが好ましい。
多数の変動要因が組み合わせられるとき、基本的な原理として、大数の法則と中心極限定理が働く。これらの性質を利用すれば、個々の変動要因の確率分布を考慮することなく、最初から正規分布を仮定して現象を解析していくことができる。
<Probabilistic and statistical treatment of power system-related events and behaviors>
One method in the case of a combination of a plurality of variation factors is to measure a change in the time direction. However, this method observes all combinations of multiple fluctuation factors, which increases the observation time and may not allow observation of rare events.
Therefore, when considering the introduction of natural energy such as solar and wind power, the occurrence of disasters and accidents, and fluctuations in measurement and communication means (in other words, reliability) in the power system, these behaviors are treated stochastically and statistically. It is preferable.
When many variables are combined, the law of large numbers and the central limit theorem work as basic principles. By using these properties, it is possible to analyze a phenomenon assuming a normal distribution from the beginning without considering the probability distribution of each variation factor.

ただし、前記のように、晴れと曇りが混在するような天候では日射量の出現分布には大きく離れた二つのピークがでてくる。このような系統では中心極限定理は十分に働かず、前記した変動要因の確率分布を残しながら現象が発生する。
したがって、電力系統において前記のような変動要因を考慮した計算を行うには、更なる工夫が必要である。次に、それらの方法について、詳しく説明する。
However, as described above, in the weather in which sunny and cloudy are mixed, the appearance distribution of the amount of solar radiation has two peaks that are largely separated. In such a system, the central limit theorem does not work sufficiently, and the phenomenon occurs while leaving the probability distribution of the variation factors described above.
Therefore, further ingenuity is required to perform the calculation in consideration of the above-mentioned variation factors in the power system. Next, those methods will be described in detail.

<第1実施形態・その3>
次に、本発明の第1実施形態に係る電力系統の状態推定装置および電力系統の状態推定方法についてさらに詳しく説明する。なお、以下における説明は、電力系統の状態推定装置と電力系統の状態推定方法の説明を兼ねるものとする。
前記したように、本発明の第1実施形態に係る電力系統の状態推定装置および電力系統の状態推定方法は、以下の推定プロセスと修正プロセスとを備えて構成されている。
すなわち、「推定プロセス」とは、センサ計測データから確率的に最も尤もらしい状態値を算出するプロセスである。
また、「修正プロセス」とは、前記の確率的に最も尤もらしい状態値を出力するように、シミュレータのパラメータを修正するプロセスである。
これらのプロセスについて、順にさらなる詳細について説明する。
<First embodiment, part 3>
Next, the power system state estimation device and the power system state estimation method according to the first embodiment of the present invention will be described in more detail. Note that the description below also serves as a description of a power system state estimation device and a power system state estimation method.
As described above, the power system state estimation device and the power system state estimation method according to the first embodiment of the present invention include the following estimation process and correction process.
That is, the “estimation process” is a process of calculating a state value that is most probable from the sensor measurement data.
The “correction process” is a process for correcting the parameters of the simulator so as to output the state value that is most likely to be probable.
These processes will be described in further detail in order.

<推定プロセスの詳細>
前記したように、複数の変動要因がある場合には、計算上の取り扱いが煩雑になることがある。この煩雑さを低減するために以下に述べる方法を用いることにする。
なお、以下に示す方法では、電力系統においてセンサの種類と個数が充分に確保されているものとして説明する。また、センサの種類と個数が充分に確保されていない場合の方法については後記する。
<Details of estimation process>
As described above, when there are a plurality of fluctuation factors, handling in calculation may be complicated. In order to reduce this complexity, the method described below will be used.
Note that the following method will be described assuming that the type and number of sensors are sufficiently secured in the power system. A method when the number and type of sensors are not sufficiently secured will be described later.

《観測ノイズの重畳計算》
電力系統にあるノイズとセンサ計測システムにあるノイズを観測ノイズ、シミュレータにあるノイズをシミュレータノイズとする。
このように観測ノイズによる観測誤差と、シミュレータノイズによるシステム誤差(シミュレータデータ誤差)があるとき、シミュレータのパラメータを修正する目標の設定を確率的に行う。
簡単のために、観測誤差とシステム誤差の確率分布が正規分布であるとする。このとき、目標とする確率分布を、観測誤差とシステム誤差の確率分布の畳み込み積分で設定する。この根拠はベイズ統計における事前確率と事後確率の関係に基づいている。特に正規分布を仮定するとき、畳み込み積分の結果も正規分布になるので、結局、次の式1に示すような平均と分散の計算だけで積分の結果が得られる。
両者のノイズが正規分布N)、N)であるとき、推定する状態値は、同じく正規分布N)で表わされて、その平均と分散は次の式1になる。
《Calculation of superposition of observation noise》
Noise in the power system and noise in the sensor measurement system are referred to as observation noise, and noise in the simulator is referred to as simulator noise.
As described above, when there is an observation error due to observation noise and a system error (simulator data error) due to simulator noise, a target for correcting the parameters of the simulator is set stochastically.
For simplicity, it is assumed that the probability distribution of the observation error and the system error is a normal distribution. At this time, the target probability distribution is set by convolution of the probability distribution of the observation error and the system error. This basis is based on the relationship between prior and posterior probabilities in Bayesian statistics. In particular, when assuming a normal distribution, the result of convolution integration is also a normal distribution. Therefore, the result of integration can be obtained only by calculating the mean and variance as shown in the following equation (1).
When both noises are normal distributions N 11 , σ 1 ) and N 22 , σ 2 ), the estimated state values are also represented by normal distribution N 33 , σ 3 ). Then, the average and the variance are as follows.

Figure 2015079554
Figure 2015079554

また、図11は、正規分布N)、N)によって推定される状態値の同じく正規分布N)の関係を示す模式図である。
図11において、横軸は、状態値であり、縦軸は確率密度である。
図11に示すように、二つの正規分布N、Nがあった場合に、これらの分布を畳み込み積分すると、一つの正規分布Nとしてみることができる。前記の式1は、この図11に示す関係を数式で表したものである。
FIG. 11 shows the relationship between the normal distributions N 33 , σ 3 ) of the state values estimated from the normal distributions N 11 , σ 1 ) and N 22 , σ 2 ). It is a schematic diagram.
In FIG. 11, the horizontal axis is the state value, and the vertical axis is the probability density.
As shown in FIG. 11, when there are two normal distributions N 1 and N 2 , these distributions can be viewed as one normal distribution N 3 by convolution integration. The above equation 1 expresses the relationship shown in FIG.

以上においては、両者のノイズ(観測誤差とシステム誤差)が共に正規分布の場合を示したが、正規分布以外の場合の詳細については、後記する。
なお、後記するように、対象システムの全体を扱うのでは無くて、部分の系に着目することでノイズ要因を簡潔に扱えるようになる。
In the above, the case where both of the noises (observation error and system error) have a normal distribution has been shown, but details of cases other than the normal distribution will be described later.
Note that, as will be described later, the noise factor can be handled concisely by focusing on the partial system rather than handling the entire target system.

《時間の推移に従う逐次計算》
図6は、本発明の第1実施形態に係る電力系統の状態推定方法において、時間の推移に従って逐次計算する手順を示す模式図である。
図6において、横軸は時間(サンプリング時刻)であり、縦軸は状態値である。また、観測ノイズが重畳したセンサ計測データ61を、サンプル点を中心とする広がりを持った分布63として示している。また、上記の式で算出した最も尤もらしい推定値を重ねている。
なお、分布63は、サンプリングされた短い時間においては、正規分布に近似されるような分布となる。
このようにセンサ計測データを入力しながら逐次に推定値62を算出(図2のステップS209における逐次計算の場合のステップS202への帰還に対応)することで、変動のある電力系統の動作に追従する。
《Sequential calculation according to time transition》
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a procedure for performing sequential calculation according to a transition of time in the power system state estimation method according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 6, the horizontal axis is time (sampling time), and the vertical axis is the state value. Further, the sensor measurement data 61 on which the observation noise is superimposed is shown as a distribution 63 having a spread centering on the sample point. In addition, the most probable estimated values calculated by the above formula are superimposed.
The distribution 63 is a distribution that approximates a normal distribution in a short sampled time.
Thus, the estimated value 62 is sequentially calculated while inputting the sensor measurement data (corresponding to the feedback to step S202 in the case of sequential calculation in step S209 in FIG. 2), thereby following the operation of the power system with fluctuation. To do.

実際の電力系統を対象にするとき幾つかの課題がある。一つは正規分布の仮定である。前記した日射量計測データは二つのピークを持つ頻度分布になっている。稀な事象を扱うには、このような計測によって得られた確率分布を忠実に利用することが望ましい。一方で代表的な挙動を見るには、二つ(晴れと曇り)の正規分布の混合問題として近似することができる。混合する正規分布を分離する方法としては、例えば教師なし学習の手法の一つであるEMアルゴリズムなどを利用できる。
例えば電圧安定化の制御を目的とするときは、晴れと曇りの2つの正規分布を仮定して、両者を切り替えることで演算を高速化する。
この二つの方法を適宜、切り替えて演算することにより、高い精度と演算の高速化を併用することが可能となる。
There are several challenges when targeting an actual power system. One is a normal distribution assumption. The above-mentioned solar radiation amount measurement data has a frequency distribution having two peaks. In order to handle rare events, it is desirable to faithfully use the probability distribution obtained by such measurement. On the other hand, to see typical behavior, it can be approximated as a mixed problem of two normal distributions (clear and cloudy). As a method for separating the normal distribution to be mixed, for example, an EM algorithm which is one of unsupervised learning methods can be used.
For example, when the purpose is voltage stabilization control, two normal distributions, sunny and cloudy, are assumed and the calculation is speeded up by switching between the two.
By switching between these two methods as needed for calculation, it becomes possible to use both high accuracy and high speed calculation.

別の課題に、分散の設定方法がある。原理的にはセンサ計測データを統計的に処理することで分散が得られるが、多くの事象を事前に計測することは簡単ではない。一方で分散は、データの信頼性の意味を持つ。分散が小さいデータの信頼性は高く、大きくなれば逆になる。例えばデータ欠損があって1周期前の計測データで代用するときデータの信頼性は低下する。この違いを分散の大きさで表現できる。   Another problem is how to set the distribution. In principle, dispersion can be obtained by statistically processing sensor measurement data, but it is not easy to measure many events in advance. On the other hand, distribution has the meaning of data reliability. The reliability of data with small variance is high, and vice versa. For example, when there is data loss and the measurement data from one cycle before is used as a substitute, the reliability of the data decreases. This difference can be expressed by the size of the variance.

<修正プロセスの詳細>
次に、修正プロセスについて、さらに詳しく説明する。潮流計算の手法、パラメータ修正量の設定方法について順に説明する。
<Details of revision process>
Next, the correction process will be described in more detail. A method for calculating the power flow and a method for setting the parameter correction amount will be described in order.

《潮流計算の手法》
潮流計算の手法として、電力系統を複数の部分系統に分割して、個々の部分系統の計算結果を組み合わせることで、全体の電力系統の電力潮流を算出する手法を利用する。その一例としてバックワードフォワード法(BF法:Backward Forward)を利用する。バックワードフォワード法は、分岐した放射状の電力系統を対象にして次に述べる手順を繰り返す。同様の分割手順を備えるならばBF法に限定するものではない。
図7Aは、本発明の第1実施形態に係る電力系統の状態推定方法において、部分系統ごとの電流計算をすることを示す模式図である。
図7Bは、本発明の第1実施形態に係る電力系統の状態推定方法において、線路に沿った電流の累積計算をすることを示す模式図である。
図7Cは、本発明の第1実施形態に係る電力系統の状態推定方法において、線路に沿った電圧の分布計算をすることを示す模式図である。
《Tidal current calculation method》
As a power flow calculation method, a method of calculating the power flow of the entire power system by dividing the power system into a plurality of partial systems and combining the calculation results of the individual partial systems is used. As an example, a backward forward method (BF method: Backward Forward) is used. The backward forward method repeats the following procedure for a branched radial power system. If the same division procedure is provided, the method is not limited to the BF method.
FIG. 7A is a schematic diagram showing that current calculation is performed for each partial system in the power system state estimation method according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7B is a schematic diagram showing that cumulative calculation of current along the line is performed in the power system state estimation method according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7C is a schematic diagram showing that the distribution calculation of the voltage along the line is performed in the power system state estimation method according to the first embodiment of the present invention.

(1) 部分系統ごとの電流計算
図7Aに示すように、配電設備(配電変電所)701から部分系統702、703、704、705に電力が供給される。そのため部分系統702、703、704、705には電流が流れる。この電流を部分系統702、703、704、705ごとに、それぞれの電流(I2、I3、I4、I5)を計算する。
なお、ここで部分系統は、ノードに連系する負荷、電源等で構成する。電力系統の規模に関わらず、線路に沿った部分系統(1入力1出力系)を計算の単位とすることで、入力と出力および内部のパラメータの関係が簡潔になる。
(1) Current calculation for each partial system As shown in FIG. 7A, power is supplied from the distribution facility (distribution substation) 701 to the partial systems 702, 703, 704, and 705. Therefore, current flows through the partial systems 702, 703, 704, and 705. This current (I2, I3, I4, I5) is calculated for each of the partial systems 702, 703, 704, 705.
Here, the partial system is configured by a load, a power source, and the like that are connected to the node. Regardless of the scale of the power system, the relationship between the input, output, and internal parameters is simplified by using a partial system (one input, one output system) along the line as a unit of calculation.

(2) 電流の累積計算
図7Bに示すように、部分系統702、703、704、705で、それぞれ計算された電流(I2、I3、I4、I5)を、線路に沿った電流として累積計算(J1、J2、J3、J4、J5)を行う。なお、例えば、図7Aにおける部分系統704で計算された部分系統の電流I4と、図7Bにおける電流J4は必ずしも等しいとは限らない。これは電流J4には部分系統705の電流I5(J5)の影響が含まれるからである。
(2) Cumulative calculation of current As shown in FIG. 7B, the calculated currents (I2, I3, I4, and I5) in the sub systems 702, 703, 704, and 705 are cumulatively calculated as currents along the line ( J1, J2, J3, J4, J5). For example, the current I4 of the partial system calculated by the partial system 704 in FIG. 7A and the current J4 in FIG. 7B are not necessarily equal. This is because the current J4 includes the influence of the current I5 (J5) of the partial system 705.

(3) 電圧の分布計算
図7Cに示すように、線路に沿った各箇所の電圧の分布計算を行う。
(3) Voltage distribution calculation As shown in FIG. 7C, the voltage distribution calculation at each location along the line is performed.

(4) 推定値の取り込み
以上の潮流計算の手順のなかで、前記推定プロセスで算出した推定値を取り込む。
(4) Taking in estimated values In the above tidal flow calculation procedure, take in the estimated values calculated in the estimation process.

(5) 収束判定
取り込んだ推定値へ、シミュレータの計算結果が漸近するように、シミュレータのパラメータを修正する。つまり、部分系統のなかでシミュレータパラメータを修正する帰還制御を構成する(図1のパラメータ修正部140、図2のステップS205に概ね対応)。
推定プロセスで算出した推定値とシミュレータの計算結果の差が所定の範囲内に収まった場合に、収束したものとして、収束判定をする。
(5) Convergence determination The simulator parameters are modified so that the simulator calculation results asymptotically approach the estimated values. That is, feedback control for correcting the simulator parameter is configured in the partial system (corresponding generally to the parameter correction unit 140 in FIG. 1 and step S205 in FIG. 2).
When the difference between the estimated value calculated in the estimation process and the calculation result of the simulator falls within a predetermined range, the convergence is determined as having converged.

以上のバックワードフォワード法は、電力系統全体の電力方程式を使わない潮流計算の方法である。電力系統全体の電力方程式を用いる方法に比較して、連系する太陽光発電の種類、個数、場所が更新される場合においても、更新のたびに電力方程式を作り直すような作業が不要となる特徴がある。
また、部分系統に分割することで、入力、処理、出力の関係が簡単になり、因果関係が分かりやすくなり、かつ補正計算を安定的に実現できるという特徴がある。
このバックワードフォワード法は、電力方程式に含まれるアドミッタンス行列(あるいはインピーダンス行列)を部分系統ごとに分解して方程式を解くことに相当している。アドミッタンス行列は対角付近以外の成分は0になるスパース行列になることが多いことが、電力系統を部分系統に分割できる理由になる。
なお、本発明は、バックワードフォワード法に限定するものではなく、電力系統を部分系統に分割して計算する手法であれば、上記と同様に利用できる。
The backward forward method described above is a power flow calculation method that does not use the power equation of the entire power system. Compared to the method using the power equation of the entire power system, even when the type, number, and location of the connected photovoltaic power generation are updated, it is not necessary to recreate the power equation each time it is updated There is.
Further, by dividing into partial systems, the relationship between input, processing, and output is simplified, the causal relationship is easy to understand, and correction calculation can be realized stably.
This backward forward method corresponds to solving the equation by decomposing the admittance matrix (or impedance matrix) included in the power equation for each partial system. The admittance matrix is often a sparse matrix in which components other than near the diagonal are zero, which is why the power system can be divided into partial systems.
The present invention is not limited to the backward forward method, and can be used in the same manner as described above as long as the power system is divided into partial systems for calculation.

《パラメータ修正量の設定方法》
次にパラメータ修正量の設定方法について説明する。
パラメータ修正量の設定方法は部分系統の構成に依存する。例えば、電圧・電流の計測データを利用して、シミュレータのパラメータ(負荷)を
修正する場合を考える。
まず電圧・電流の計測データとシミュレータ出力の差分(ΔV、ΔI)を算出して、次に、この差分を減らすようにシミュレータに設定した負荷の修正量を算出する。パラメータ修正量は、上記で算出した差分値に、係数kと符号(±)を掛けて負荷Pの修正量を算出する(式2A、式2B)。これは、感度係数(状態値間の比例係数)を、微小な更新値に置き換えるのに相当する。事前に感度係数を用意する必要が無い代わりに、繰り返し計算によって収束を図る。
この係数kと符号(±)は、系統構成と系統状態に基づいて設定して良い。あるいは系統状態の実測データに基づいて設定しても良い。係数kと符号(±)は固定としても良く、あるいは系統状態に応じて変化させても良い。
<Setting method of parameter correction amount>
Next, a parameter correction amount setting method will be described.
The parameter correction amount setting method depends on the configuration of the partial system. For example, consider a case where a simulator parameter (load) is corrected using voltage / current measurement data.
First, the difference (ΔV, ΔI) between the voltage / current measurement data and the simulator output is calculated, and then the load correction amount set in the simulator is calculated so as to reduce this difference. The parameter correction amount is calculated by multiplying the difference value calculated above by the coefficient k and a sign (±) (Equation 2A, Equation 2B). This is equivalent to replacing the sensitivity coefficient (proportional coefficient between state values) with a minute updated value. Instead of preparing sensitivity coefficients in advance, convergence is achieved by iterative calculation.
The coefficient k and the sign (±) may be set based on the system configuration and the system state. Or you may set based on the measurement data of a system state. The coefficient k and the sign (±) may be fixed, or may be changed according to the system state.

ここで係数kと符号(±)は、対象とする系統構成と系統状態において収束の方向と速度に基づいて決める。
負荷Pの修正量ΔP= 符号(±)・ΔV・k ・・・(式2A)
負荷Pの修正量ΔP= 符号(±)・ΔI・k ・・・(式2B)
以上の手順を纏めると、前記した図2のフローチャートとなる。
また、以上の手順は、1入力1出力系のカルマンフィルタに相当する。なお、電力方程式は非線形方程式なので、カルマンフィルタとしては、エクステンデッド・カルマンフィルタ(EKF)などの非線形カルマンフィルタの形式を利用する。
この方法の主な特徴は、以下に示すとおりである。
#部分系統を単位とする計算手順なので系統構成の変更に容易に対応できる。
#負荷に非線形特性、プログラム動作を組込むことができる。
#時刻を推移させながら逐次計算することで対象の変化に追従できる。
#センサ計測データが利用できないときは確定的なシミュレータとして動作する。
Here, the coefficient k and the sign (±) are determined based on the direction and speed of convergence in the target system configuration and system state.
Load P correction amount ΔP = sign (±) · ΔV · k (Equation 2A)
Load P correction amount ΔP = sign (±) · ΔI · k (Equation 2B)
The above procedure is summarized as the flowchart of FIG.
The above procedure corresponds to a 1-input 1-output system Kalman filter. Since the power equation is a nonlinear equation, a form of a nonlinear Kalman filter such as an extended Kalman filter (EKF) is used as the Kalman filter.
The main features of this method are as follows.
# Since it is a calculation procedure in units of partial systems, it can easily cope with changes in system configuration.
# Non-linear characteristics and program operation can be incorporated into the load.
# It is possible to follow the change of the target by calculating sequentially while changing the time.
# When sensor measurement data is not available, it operates as a definitive simulator.

<センサの種類と個数が限られている場合>
次に電力系統に設置されているセンサの種類と個数が限られている場合について説明する。
電力系統に設置されているセンサの種類と個数が限られている場合には、パラメータ修正に利用できるデータが不足する場合がある。
この場合の対処方法の一例として、センサ計測点に挟まれる範囲内で、センサ計測データを配分する方法を示す。
<When the types and number of sensors are limited>
Next, the case where the types and number of sensors installed in the power system are limited will be described.
When the types and number of sensors installed in the power system are limited, there are cases where data available for parameter correction is insufficient.
As an example of a coping method in this case, a method of allocating sensor measurement data within a range between sensor measurement points is shown.

<1> N個の部分系統を挟む2点で電圧のセンサ計測データV1とセンサ計測データV2が採取できるとする。この場合に、以下の手順を実施する。
<2> まず、初期パラメータを使った潮流計算で、N個の部分系統の範囲で状態値を算出する。
<3> 次にセンサ計測データV1とセンサ計測データV2を、上記の算出値に基づいてN個の部分系統に配分する。
<4> 配分値を反映した状態値に漸近するように、N個の部分系統パラメータを修正する。
<5> 前記手順を繰り返して収束を待つ。
<1> It is assumed that voltage sensor measurement data V1 and sensor measurement data V2 can be collected at two points sandwiching N partial systems. In this case, the following procedure is performed.
<2> First, state values are calculated in the range of N subsystems by tidal current calculation using initial parameters.
<3> Next, the sensor measurement data V1 and the sensor measurement data V2 are distributed to N partial systems based on the calculated values.
<4> The N partial system parameters are corrected so as to approach the state value reflecting the distribution value.
<5> Repeat the above procedure and wait for convergence.

≪電力系統の計算例≫
次に、電力系統の計算例を、図8に示す電力系統を参照して説明する。
図8は、電力系統の一例を示す図である。
図8において、電力系統800は、ノード1〜5(N1〜N5)を備え、配電変電所801がノード1(N1)に電力を供給し、配電線L12、L23、L24、L45を介して負荷であるLoad2、3、4、5に電力を供給している。
なお、配電線L12、L23、L24、L45は、それぞれノード1とノード2、ノード2とノード3、ノード2とノード4、ノード4とノード5における配電線である。
≪Power system calculation example≫
Next, a calculation example of the power system will be described with reference to the power system shown in FIG.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a power system.
In FIG. 8, a power system 800 includes nodes 1 to 5 (N1 to N5), a distribution substation 801 supplies power to the node 1 (N1), and loads via distribution lines L12, L23, L24, and L45. Power is supplied to Loads 2, 3, 4, and 5.
Distribution lines L12, L23, L24, and L45 are distribution lines in node 1 and node 2, node 2 and node 3, node 2 and node 4, and node 4 and node 5, respectively.

また、配電線L12、L23、L24、L45には、それぞれ線路インピーダンスZを有している。
また、負荷であるLoad2、3、4、5は、単に電力消費をする負荷のみならず、自ら発電する分散電源を備えている場合がある。
また、ノード2(N2)の出力端の配電線L23側には、電圧・電流センサ(M)823があり、ノード4(N4)の出力端の配電線L45側には、電圧・電流センサ(M)845がある。
このとき、ノード2(N2)とノード4(N4)のセンサ計測データを利用して、ノード2(N2)〜ノード5(N5)にある負荷を推定する。
Further, the distribution lines L12, L23, L24, and L45 each have a line impedance Z.
Loads 2, 3, 4, and 5 that are loads may include not only loads that consume power but also distributed power sources that generate power themselves.
A voltage / current sensor (M) 823 is provided on the distribution line L23 side of the output end of the node 2 (N2), and a voltage / current sensor (M) is provided on the distribution line L45 side of the output end of the node 4 (N4). M) There is 845.
At this time, the load on the nodes 2 (N2) to 5 (N5) is estimated using the sensor measurement data of the nodes 2 (N2) and 4 (N4).

ここでシミュレータを二つの目的で利用する。一つは電力系統自体に見立てて、シミュレータ出力をセンサ計測データとして利用する。
他方は本来のシミュレータとして、パラメータを修正しながらシミュレータ出力を得る。
後者のシミュレータの初期値には、前者とは異なる(誤差を持った)パラメータを設定しておき、その収束の様子を観察する。この図8に示す例では、ノード2(N2)〜ノード5(N5)の負荷をパラメータとする。
Here, the simulator is used for two purposes. One is based on the power system itself and uses the simulator output as sensor measurement data.
The other is an original simulator and obtains a simulator output while correcting parameters.
For the initial value of the latter simulator, parameters different from the former (with errors) are set, and the state of convergence is observed. In the example shown in FIG. 8, the load of the node 2 (N2) to the node 5 (N5) is used as a parameter.

[手順1]
ノード2〜ノード5に負荷を設定して潮流計算を行いノード2とノード4の電圧と電流を算出する。これを実際の電力系統から採取したセンサ計測データに見立てる。ノード2〜ノード5の負荷を順に500kW、300kW、500kW、−200kWとする。
なお、ノード2〜ノード4の負荷の値が正であるのに対し、ノード5の負荷の値が負であるのは、ノード5において発電する負荷(分散電源)が接続されていることを意味している。
[Procedure 1]
Loads are set in the nodes 2 to 5 and the power flow is calculated to calculate the voltages and currents of the nodes 2 and 4. This is regarded as sensor measurement data collected from an actual power system. The loads on the nodes 2 to 5 are set to 500 kW, 300 kW, 500 kW, and −200 kW in order.
Note that the load value of the node 2 to the node 4 is positive while the load value of the node 5 is negative means that the load (distributed power supply) that generates power at the node 5 is connected. doing.

[手順2]
シミュレータの潮流計算を行いノード2とノード4の電圧電流を求める。これをシミュレータ出力とする。ノード2〜ノード5に設定する誤差を含んだ負荷の初期値を400kW、700kW、700kW、300kWとする。
[Procedure 2]
The power flow calculation of the simulator is performed to obtain the voltage / current of node 2 and node 4. This is the simulator output. The initial values of loads including errors set in the nodes 2 to 5 are 400 kW, 700 kW, 700 kW, and 300 kW.

[手順3]
前記手順1と手順2で用意したセンサ計測データとシミュレータ出力を用いて最も尤もらしい推定値を算出する。
ただしノイズの平均が0、分散が固定のランダムノイズを加算するとき、推定値の算出手順は、ノイズ除去フィルタ(エクスポネンシャル・フィルタ)と同等になる。
[Procedure 3]
The most likely estimated value is calculated using the sensor measurement data and the simulator output prepared in steps 1 and 2.
However, when adding random noise with an average noise of 0 and a fixed variance, the estimation value calculation procedure is equivalent to a noise removal filter (exponential filter).

[手順4]
ノード2とノード4において、電力系統とシミュレータの電圧・電流の誤差ΔV、ΔIを算出する。そして、誤差を小さくするように負荷の修正量ΔPを算出する。kは係数とする(式3)。
ΔP=+ΔV・k
ΔP=−ΔI・k
ΔP=+ΔV・k ・・・(式3)
ΔP=−ΔI・k
[Procedure 4]
At nodes 2 and 4, voltage / current errors ΔV and ΔI of the power system and simulator are calculated. Then, a load correction amount ΔP is calculated so as to reduce the error. k is a coefficient (Equation 3).
ΔP 2 = + ΔV 2 · k
ΔP 3 = −ΔI 2 · k
ΔP 4 = + ΔV 4 · k (Equation 3)
ΔP 5 = −ΔI 4 · k

[手順5]
前記[手順2]に戻る。なお、この例では時間経過に沿った逐次計算を想定しているため、収束判定は行わない。
[Procedure 5]
Return to [Procedure 2]. In this example, since it is assumed that sequential calculation is performed over time, convergence determination is not performed.

《シミュレータパラメータの修正動作》
次に、シミュレータパラメータの修正動作を示す。
図9は、シミュレータパラメータの修正動作を示す図である。
図9において、横軸は収束計算の繰り返し回数、縦軸は負荷量(負荷、kW)を示す。また、符号N1〜符号N5で示した特性線が、それぞれノード1〜ノード5における負荷の計算結果を示している。
計算を開始する際のパラメータの初期値は、誤差を含んでいて、計算ごとに値が変動しているが、計算を繰り返すと、徐々に電力系統にある負荷に漸近していく様子を示している。繰り返し計算の結果、誤差は1%以内に収まっている。
《Simulator parameter correction operation》
Next, the simulator parameter correcting operation will be described.
FIG. 9 is a diagram illustrating a simulator parameter correcting operation.
In FIG. 9, the horizontal axis indicates the number of convergence calculation iterations, and the vertical axis indicates the load amount (load, kW). In addition, characteristic lines indicated by reference numerals N1 to N5 indicate the calculation results of loads at the nodes 1 to 5, respectively.
The initial values of the parameters at the start of the calculation include errors and the values fluctuate from one calculation to the next. As the calculation is repeated, the parameters gradually approach the load in the power system. Yes. As a result of repeated calculation, the error is within 1%.

《時間的な負荷変動に追従した推定結果》
次に、時間的な負荷変動に追従したシミュレーションの推定結果を示す。
図10は、時間的な負荷変動に追従したシミュレーションの推定結果を示す図である。
図10において、横軸は時刻(時間の推移)であり、縦軸は負荷量(負荷、kW)を示している。符号N1〜符号N5は、それぞれノード1〜ノード5の負荷量の特性線を示している。
図10に示すシミュレーション結果は、前記の図4A、図4Bで示した日射量データからPV発電量を算出してノード5に連系し、残るノード2からノード4には固定の負荷500kW、300kW、500kWを設定して計算したものである。また、ノード2とノード4で電圧・電流を計測できるとしている。
なお、ノード2〜ノード4の負荷値が正の値を示しているのに対し、ノード5の負荷値が負の値を示しているのは、ノード5において太陽光発電による発電(PV発電量)が行われているからである。
<< Estimated results following temporal load fluctuations >>
Next, a simulation estimation result following the temporal load fluctuation is shown.
FIG. 10 is a diagram illustrating a simulation estimation result following the temporal load fluctuation.
In FIG. 10, the horizontal axis represents time (time transition), and the vertical axis represents the load amount (load, kW). Reference numerals N1 to N5 indicate load characteristic lines of the nodes 1 to 5, respectively.
The simulation result shown in FIG. 10 shows that the PV power generation amount is calculated from the solar radiation amount data shown in FIG. 4A and FIG. 4B and is connected to the node 5, and the remaining loads from the node 2 to the node 4 are fixed loads 500 kW and 300 kW. , 500 kW is set and calculated. In addition, voltage / current can be measured at node 2 and node 4.
Note that the load values of the nodes 2 to 4 show positive values, whereas the load value of the node 5 shows a negative value. ) Is done.

一方、シミュレータは、各ノード負荷が不明の状態からスタートして、前記のセンサ計測データ(ノード2とノード4の電圧・電流)を用いて各ノードの負荷を推定している。前記したように、電力系統とシミュレータの負荷は誤差1%以内に収まっている。
なお、この手順にPV発電の出力抑制等の非線形な制御動作を模擬して組み込むことができる。
また、逆に目標値を設定して、それを実現する制御量を導いても良い。
On the other hand, the simulator starts from a state in which each node load is unknown, and estimates the load of each node using the sensor measurement data (the voltage and current of the nodes 2 and 4). As described above, the load on the power system and the simulator is within 1% error.
Note that this procedure can be incorporated by simulating non-linear control operations such as output suppression of PV power generation.
Conversely, a target value may be set and a control amount for realizing the target value may be derived.

以上、本願の第1実施形態の電力系統の状態推定装置、および電力系統の状態推定方法は、電力系統の電力品質を向上させ、安定化制御にかかるコストを低減する電力系統の状態推定装置およびその状態推定方法を提供できるという効果がある。
また、電力系統の変動要因が正規分布と仮定できない場合においても、適用できて、汎用性が高いという効果がある。
また、電力系統に連系する機器の変動である観測誤差のみならず、状態を模擬計算するシミュレータのシステム誤差(シミュレータデータ誤差)も考慮しているので、精度が高いという効果がある。
また、確率的に最も尤もらしい潮流計算をするので、確率的に最も尤もらしい電力制御を実現する効果がある。
また、電力系統に起きる変動の要因と結果を確率的に扱うことで、時系列信号で扱う場合に比べて、安定化制御にかかるコストを低減できる効果がある。
また、多数の変動要因が組み合わせられる電力系統において、稀に発生する事象に対処する制御機器の構成についても確率的な根拠をもって計画し、対処できる効果がある。
As described above, the power system state estimation device and the power system state estimation method according to the first embodiment of the present application improve the power quality of the power system and reduce the cost for stabilization control, and The state estimation method can be provided.
In addition, even when the fluctuation factor of the power system cannot be assumed to be a normal distribution, it can be applied and has an effect of high versatility.
In addition, not only observation errors, which are fluctuations in equipment connected to the power system, but also system errors (simulator data errors) of a simulator that simulates the state are taken into account, so that there is an effect of high accuracy.
Moreover, since the tidal current calculation that is most likely to be probabilistic is performed, there is an effect of realizing power control that is most likely to be probable.
In addition, since the factors and results of fluctuations occurring in the power system are handled stochastically, there is an effect that the cost for stabilization control can be reduced as compared with the case of handling with time series signals.
In addition, in an electric power system in which a large number of variable factors are combined, there is an effect that the configuration of a control device that deals with a rare event can be planned and dealt with on a probabilistic basis.

また、本願の第1実施形態の電力系統の状態推定装置を電力系統に備え、前記電力系統の状態推定装置が算出した確率的に最も尤もらしい状態値を参照して、前記電力系統に備えられた配電変電所を含む電力機器(電圧調整器SVR、無効電力補償装置SVC<Static Var Compensator>など)を制御する電力系統制御システムを構成すれば、低コストで電力系統の電力品質を向上させ、安定化制御が可能となる。   In addition, the power system state estimation device according to the first embodiment of the present application is provided in the power system, and the power system is provided with reference to the most probable state value calculated by the power system state estimation device. If you configure a power system control system that controls power equipment including voltage distribution substations (voltage regulator SVR, reactive power compensator SVC <Static Var Compensator>, etc.), the power quality of the power system can be improved at low cost, Stabilization control is possible.

<その他の実施形態>
以上、本願の第1実施形態の電力系統の状態推定装置、および、その状態推定について説明した。また、第1実施形態の電力系統の状態推定装置を電力系統に備えた電力系統制御システムについて説明した。しかし、本発明の実施形態は、前記に説明した実施形態に限定されるものではない。
次に、その他の実施形態について説明する。
<Other embodiments>
The power system state estimation device and the state estimation of the first embodiment of the present application have been described above. Moreover, the power system control system provided with the power system state estimation device of the first embodiment in the power system has been described. However, the embodiment of the present invention is not limited to the embodiment described above.
Next, other embodiments will be described.

《グラフィカル・ユーザ・インタフェース》
また、本発明の電力系統の状態推定装置にGUI(グラフィカル・ユーザ・インタフェース)を備えてもよい。
本発明の電力系統の状態推定装置は、変動要因の確率分布を実際の計測データに基づいて設定するほか、図13に示すような装置構成を用いて、GUIによる任意の確率分布を設定する手段を備える。
図13は、GUIを備えた本発明の電力系統の状態推定装置の構成を示す図である。
《Graphical user interface》
Further, the power system state estimation apparatus of the present invention may be provided with a GUI (graphical user interface).
The power system state estimation apparatus according to the present invention sets a probability distribution of fluctuation factors based on actual measurement data, and also sets an arbitrary probability distribution by GUI using the apparatus configuration as shown in FIG. Is provided.
FIG. 13: is a figure which shows the structure of the state estimation apparatus of the electric power grid | system of this invention provided with GUI.

図13において、バス913を介して、演算装置903、メモリ装置904、入力データ・確率分布データ911、潮流計算結果・誤差算出結果912、通信装置905、表示装置901、入力装置902が接続されている。
通信装置905を介して、電力系統の電圧・電流の情報を取得し、そのデータを参照して、演算装置903、メモリ装置904、入力データ・確率分布データ911、潮流計算結果・誤差算出結果912の組み合わせによって
電力形態の最も尤もらしい状態推定が算出される。また、表示装置901と入力装置902によって、電力系統の状態推定装置の各種データの表示と、入力が行われる。
In FIG. 13, an arithmetic device 903, a memory device 904, input data / probability distribution data 911, a power flow calculation result / error calculation result 912, a communication device 905, a display device 901, and an input device 902 are connected via a bus 913. Yes.
Information on the voltage and current of the power system is acquired via the communication device 905, and by referring to the data, the arithmetic device 903, the memory device 904, the input data / probability distribution data 911, the power flow calculation result / error calculation result 912 The most likely state estimation of the power configuration is calculated by the combination of. The display device 901 and the input device 902 display and input various data of the power system state estimation device.

GUIは、表示装置901と入力装置902の組み合わせで実現して、確率分布の編集・加工を行う機能を持たせる。例えば、前記した晴れと曇りの二つのピークを持つ日射量の確率分布について、晴れあるいは曇りだけの分布をGUI操作により抽出することで、それぞれが単独で出現したときの確率分布を作り出して、電力系統への影響を評価することができる。
また、このGUIの機能によって、確率分布に基づく計算結果を視覚的に分かりやすく表示することができる。この機能も、正規分布を仮定しているならばメリットは小さいが、任意の確率分布を設定するとき、計算結果として得られる確率分布を可視化表示することは、確率的な特徴を把握するために大きなメリットになる。
The GUI is realized by a combination of the display device 901 and the input device 902, and has a function of editing and processing the probability distribution. For example, with regard to the probability distribution of the amount of solar radiation having two peaks of sunny and cloudy as described above, a distribution of only sunny or cloudy is extracted by a GUI operation to create a probability distribution when each appears independently, and The impact on the system can be evaluated.
Moreover, the calculation result based on the probability distribution can be displayed visually and easily by this GUI function. This function also has a small merit if a normal distribution is assumed, but when setting an arbitrary probability distribution, visualizing and displaying the probability distribution obtained as a calculation result is necessary to grasp the probabilistic features. It will be a big merit.

《マルコフチェーン・モンテカルロ法》
以上において、計測データなどの変動要因を確率分布として表記し、確率分布の組み合わせとして電力系統への影響を評価することについて述べた。
この方法として、電力系統にある複数の変動要因の確率分布の組み合わせをMCMC(マルコフチェーン・モンテカルロ)で設定し、該設定した条件にもとづいて電力系統の潮流計算を行い、電力系統の状態値の確率分布を算出してもよい。
MCMC法は、確率統計の分野で知られている手法であり、確率分布を飛び飛びにサンプリングする手順を作り出す。MCMC法でサンプリングした確率変数を用いてシステム動作を模擬した結果を積み上げていくことで、入力の確率分布に対応した出力の確率分布が得られる。電力系統では、例えば分散電源の変動を示す確率分布をMCMC法でサンプリングして発電量を設定して、その発電量が連系するときの電力潮流を計算する手順を繰り返して、算出した電力潮流を積み上げることで電力潮流の確率分布を得ることができる。
《Markov chain Monte Carlo method》
In the above, the fluctuation factors such as measurement data are described as probability distributions, and the influence on the power system is evaluated as a combination of probability distributions.
As this method, a combination of probability distributions of a plurality of fluctuation factors in the power system is set by MCMC (Markov Chain Monte Carlo), and the power flow is calculated based on the set conditions, and the state value of the power system is calculated. A probability distribution may be calculated.
The MCMC method is a method known in the field of probability statistics, and creates a procedure for sampling a probability distribution in a jump. By accumulating the results of simulating system operation using random variables sampled by the MCMC method, an output probability distribution corresponding to the input probability distribution is obtained. In a power system, for example, a probability distribution indicating fluctuations in distributed power sources is sampled by the MCMC method to set a power generation amount, and a procedure for calculating a power flow when the power generation amount is connected is repeated to calculate a calculated power flow The probability distribution of power flow can be obtained.

この方法のメリットは、モンテカルロ法による乱数発生に比べて少ないサンプリング数で確率分布を近似できることであり、計算負荷の軽減に効果がある。
また、電力系統にある複数の変動要因により電力系統の発生する電力潮流の確率分布は、複数の変動要因の確率分布の組み合わせになるので、MCMC法による計算負荷の軽減は大きなメリットになる。
また確率分布に正規分布を仮定せず任意の分布を許容することから、図4Aに示したような再生可能エネルギー(太陽光発電)の発電量の確率分布を取り込むことができる。
The advantage of this method is that the probability distribution can be approximated with a smaller number of samplings compared to the random number generation by the Monte Carlo method, which is effective in reducing the calculation load.
In addition, since the probability distribution of the power flow generated by the power system due to a plurality of variation factors in the power system is a combination of the probability distributions of the plurality of variation factors, reduction of the calculation load by the MCMC method is a great merit.
Further, since an arbitrary distribution is allowed without assuming a normal distribution as the probability distribution, the probability distribution of the amount of power generation of renewable energy (solar power generation) as shown in FIG. 4A can be taken in.

《確率状態方程式》
以上においては、観測誤差とシステム誤差が単純な正規分布ではない場合を主として説明したが、状況によっては、単純な正規分布の組み合わせである場合もある。この場合には、以下に説明する確率状態方程式を用いると計算量が軽減されることがある。
観測誤差とシステム誤差が正規分布であるとき、平均と分散を用いて数式化が容易になる。観測誤差を含む観測方程式と、システム誤差を含むシステム方程式の組み合わせで状態方程式の形式を作る。これは分散を取り込んでいることから確率状態方程式と呼ぶことができる。
《Stochastic equation of state》
In the above, the case where the observation error and the system error are not a simple normal distribution has been mainly described. However, depending on the situation, there may be a combination of simple normal distributions. In this case, the calculation amount may be reduced by using a probability state equation described below.
When the observation error and the system error are normally distributed, it is easy to formulate using the mean and the variance. The state equation form is created by combining the observation equation including the observation error and the system equation including the system error. This can be called a stochastic equation of state because it incorporates the variance.

この状態方程式の各変数は、スカラーあるいはベクトルである。時間的な推移に従い、センサ計測データに基づいて前記観測方程式と前記システム方程式の更新手順を繰り返すことで、確率的に最も尤もらしい状態値に漸近していくことになる。
この状態方程式の解法としてカルマンフィルタを利用できる。また派生方式である拡張カルマンフィルタ、粒子フィルタなどを利用できる。これらは、確率的な最も尤もらしさを満たす解を得る手法であるので観測誤差とシステム誤差があるなかで確率的に最も尤もらしい状態値を算出することができる。
この算出過程は、シミュレーション、状態推定、カルマンフィルタなどと呼ぶことができるが、ベイズ統計に基づいた方法でもある。
Each variable of this state equation is a scalar or a vector. By repeating the update procedure of the observation equation and the system equation based on the sensor measurement data according to the temporal transition, the state value becomes asymptotically asymptotically most probable.
A Kalman filter can be used as a solution to this state equation. Derivative methods such as extended Kalman filter and particle filter can be used. Since these are methods for obtaining a solution satisfying the most probabilistic likelihood, it is possible to calculate a state value that is most likely to be probabilistic among observation errors and system errors.
This calculation process can be called simulation, state estimation, Kalman filter, or the like, but it is also a method based on Bayesian statistics.

この方法を用いた場合には、数式で記述した電力系統の物理モデルと、気象条件などの変動要因、あるいは事前に設定が困難な機器特性などの確率モデルを作り、両者のモデルを確率的な状態方程式として組み合わせることで、算出根拠を明確にした状態値の算出を実現する。
なお前記の確率状態方程式においては、分散の大きさが信号の信頼性を示すことになる。これより、分散の大きさを制御することで信号の信頼の程度を調整できるので、電力系統の解析の条件を恣意的に設定するために利用できる。
When this method is used, a physical model of the power system described by mathematical formulas and a probabilistic model such as fluctuation factors such as weather conditions or device characteristics that are difficult to set in advance are created. By combining as a state equation, calculation of a state value with a clear calculation basis is realized.
In the stochastic state equation, the magnitude of the variance indicates the reliability of the signal. Thus, since the degree of signal reliability can be adjusted by controlling the magnitude of dispersion, it can be used to arbitrarily set conditions for power system analysis.

《周波数成分を考慮する方法》
状態の変動を確率分布で表記することは、広く利用されている手法であるが、確率分布による表記は、変動の時間的な特性、言い換えれば周波数特性を反映させることができない。実際の電力系統には、周波数特性が異なる多くの変動がある。一方、シミュレータに設定する電力系統のキャパシタンス、インダクタンスは周波数特性を持つ。
したがって、周波数成分を考慮することにより、計算量の低減や制御の安定化や制御機器の駆動に掛かるエネルギーあるいはコストの低減を図ることができる。
<Method for considering frequency components>
Indicating state fluctuations with probability distribution is a widely used technique, but notation with probability distributions cannot reflect temporal characteristics of fluctuations, in other words, frequency characteristics. In an actual power system, there are many variations with different frequency characteristics. On the other hand, the capacitance and inductance of the power system set in the simulator have frequency characteristics.
Therefore, by considering the frequency component, it is possible to reduce the amount of calculation, stabilize the control, and reduce the energy or cost required to drive the control device.

この方法の例として、電力系統に起きる変動要因およびセンサなどの計測手段に含まれる観測誤差、および電力系統の動作を模擬するシミュレータに含まれるシステム誤差を、周波数特性を考慮に入れた確率分布として表わす。これは変動要因を時系列信号として入力して、周波数成分に分解してから確率分布を算出することで得られる。
例えば、前記した太陽光発電の発電量の変動のように、雲の流れに依存して数秒で変化する成分と、一日の太陽高度に依存して変化する成分を周波数の違いで分離して、別々の確率分布として扱うことができる。そして安定化制御のため、周波数特性の異なる制御装置を組み合わせることができる。
前記の数秒単位の変動には蓄電池、一日単位の変動には系統側の電圧調整器SVR(Step Voltage Regulator)を組み合わせて制御することなどがある。具体的には、需要家側に設置するパワーコンデショナーPCSは、変動の高周波成分だけについて蓄電池を用いた安定化制御を行い、残る低周波成分は系統側の安定化制御に任せるような分担を、変動の確率分布の周波数特性に基づいて行うことができる。
As an example of this method, fluctuation factors occurring in the power system, observation errors included in measurement means such as sensors, and system errors included in a simulator that simulates the operation of the power system are represented as probability distributions that take frequency characteristics into account. Represent. This is obtained by inputting a variation factor as a time-series signal and decomposing it into frequency components and then calculating a probability distribution.
For example, the component that changes in a few seconds depending on the flow of the cloud and the component that changes depending on the solar altitude of the day are separated by the difference in frequency, such as fluctuations in the amount of power generated by the photovoltaic power generation described above. Can be treated as separate probability distributions. For stabilization control, control devices having different frequency characteristics can be combined.
For example, the above-mentioned variation in units of several seconds may be controlled by combining a storage battery, and the variation in units of one day may be controlled by combining a voltage regulator SVR (Step Voltage Regulator) on the system side. Specifically, the power conditioner PCS installed on the customer side performs the stabilization control using the storage battery only for the high frequency component of the fluctuation, and the remaining low frequency component is assigned to the system side stabilization control, This can be done based on the frequency characteristics of the probability distribution of variation.

前記手順は、安定化制御のための制御信号を算出したあとで、制御信号を周波数成分に分離することで、周波数特性の異なる制御装置を組み合わせて安定化制御を実現することができる。これにより、一日単位の変動には高価な蓄電池では無くて、電圧調整器SVR(Step Voltage Regulator)を利用することで、電圧安定化制御のコストを低減できる効果がある。
また事前準備として、電力系統に発生する変動の時系列信号を用意して、これに対処する為の制御信号を同じく時系列信号として算出し、この制御信号を周波数成分に展開したうえで確率分布を算出することで、周波数を変数とする確率分布、言い換えれば確率分布の周波数特性が得られる。
In the above procedure, after calculating a control signal for stabilization control, the control signal is separated into frequency components, so that stabilization control can be realized by combining control devices having different frequency characteristics. As a result, it is possible to reduce the cost of voltage stabilization control by using a voltage regulator SVR (Step Voltage Regulator) instead of an expensive storage battery for daily fluctuations.
Also, as a preliminary preparation, prepare a time-series signal of fluctuations that occur in the power system, calculate the control signal to cope with this as a time-series signal, develop this control signal into frequency components, and then distribute the probability distribution Is obtained as a probability distribution with the frequency as a variable, in other words, the frequency characteristic of the probability distribution.

図12Aは、確率分布の周波数特性を模式的に示す図である。
また、図12Bは、制御機器の周波数特性を模式的に示す図である。
図12Aにおいて、横軸は周波数であり、縦軸は分散と平均であり、分散と平均について、それぞれの周波数特性が示されている。
図12Aに模式的に示すように、周波数に対する平均(AVE)と分散(VAR)をプロットすることができる。あるいは図示して無いが、周波数を幾つかの領域に分割して、分割した周波数領域毎の平均と分散、として表形式にできる。
FIG. 12A is a diagram schematically illustrating frequency characteristics of the probability distribution.
FIG. 12B is a diagram schematically illustrating the frequency characteristics of the control device.
In FIG. 12A, the horizontal axis represents frequency, the vertical axis represents dispersion and average, and frequency characteristics of dispersion and average are shown.
As schematically shown in FIG. 12A, the mean (AVE) and variance (VAR) versus frequency can be plotted. Alternatively, although not shown, the frequency can be divided into several regions and tabulated as an average and variance for each divided frequency region.

図12Bにおいて、横軸は周波数であり、縦軸は制御量であり、電圧調整器SVRと、蓄電池BATと、無効電力補償装置SVCについて、それぞれの周波数特性が示されている。
図12Bに示すように、電力系統の制御機器、例えば電圧調整器SVRと蓄電池BATと無効電力補償装置SVCなどは、制御の方式に依存する周波数応答特性があるので、好適な周波数領域内の制御信号で制御機器を駆動することが望ましい。
また、分割した周波数領域内の分散が、全体の周波数領域の分散に比べて小さいときは、制御信号の振幅が小さく分布することなので、制御機器の駆動に掛かるエネルギーあるいはコストが小さくなる効果がある。
In FIG. 12B, the horizontal axis represents frequency, the vertical axis represents control amount, and the frequency characteristics of the voltage regulator SVR, the storage battery BAT, and the reactive power compensator SVC are shown.
As shown in FIG. 12B, control devices in the power system, for example, the voltage regulator SVR, the storage battery BAT, the reactive power compensator SVC, and the like have frequency response characteristics that depend on the control method. It is desirable to drive the control device with a signal.
In addition, when the variance in the divided frequency domain is smaller than the variance in the entire frequency domain, the control signal amplitude is distributed to be small, which has the effect of reducing the energy or cost required to drive the control device. .

また、周波数特性が不一致な制御信号に基づいて無理に制御機器を駆動することがないので、同じく、制御機器の駆動に掛かるエネルギーあるいはコストが小さくなる効果がある。
電力系統の安定化制御に使う制御機器と制御方法は、変動要因の確率分布の周波数特性、制御機器の周波数応答特性のほか、制御レベルの範囲、設置個所、装置コストなどの組み合わせ条件から選ぶことになる。この条件の組み合わせ数が増える場合には、事前に評価関数を用意したうえで組み合わせの最適化計算を行うことで、制御機器の設備計画を行うことができる。
In addition, since the control device is not forcibly driven based on the control signal having the mismatched frequency characteristics, the energy or cost required for driving the control device can be reduced.
The control equipment and control method used for stabilization control of the power system should be selected from the combination of the frequency characteristics of the fluctuation factor probability distribution, the frequency response characteristics of the control equipment, as well as the control level range, installation location, equipment cost, etc. become. When the number of combinations of these conditions increases, it is possible to perform an equipment plan for a control device by preparing an evaluation function in advance and then performing a combination optimization calculation.

《畳み込み積分》
最尤状態値算出部130(図1)においては、観測誤差とシステム誤差が比較されるが、この際に、それぞれの誤差が組み合わされる。
観測誤差とシステム誤差が組み合わされた確率分布は、両者の確率分布の畳み込み積分で得られる。この畳み込み積分の計算において、次に示す幾つかの方法がある。
《Convolution integral》
In the maximum likelihood state value calculation unit 130 (FIG. 1), the observation error and the system error are compared. At this time, the respective errors are combined.
A probability distribution combining observation errors and system errors is obtained by convolution integration of both probability distributions. There are several methods for calculating the convolution integral as follows.

<1> 正規分布の場合に平均と分散による計算方法
観測誤差とシステム誤差の両者の確率分布が正規分布で表わされるとき、もしくは正規分布で近似されるときは、畳み込み積分の結果も正規分布になるので、平均と分散の関係式による計算で扱える(式1)。このような平均と分散の計算のみで済ます方法である。この場合には、計算量が少ないという特徴がある。
<1> Calculation method using mean and variance in the case of normal distribution When the probability distribution of both observation error and system error is expressed by normal distribution or approximated by normal distribution, the result of convolution integration also becomes normal distribution. Therefore, it can be handled by the calculation based on the relational expression between average and variance (Formula 1). It is a method that only needs to calculate the mean and variance. In this case, the calculation amount is small.

<2> 畳み込み積分の原理に基づいて積分計算する方法
確率分布は、必ずしも正規分布であるとは限らない(例えば図4B)。確率分布が任意の分布であるとき、畳み込み積分の結果は、事前に分かる形式で表わすことができない。このような場合には、畳み込み積分の原理に基づいて積分計算する方法がある。確率変数を離散的に表わして全ての組み合わせについて計算を行い足し合わせる方法である。この場合には、正規分布のみならず任意の確率分布でも計算できる。
<2> Method of performing integral calculation based on the principle of convolution integration The probability distribution is not necessarily a normal distribution (for example, FIG. 4B). When the probability distribution is an arbitrary distribution, the result of convolution integration cannot be expressed in a form known in advance. In such a case, there is an integration calculation method based on the principle of convolution integration. This is a method in which random variables are represented discretely and all combinations are calculated and added. In this case, not only a normal distribution but also an arbitrary probability distribution can be calculated.

<3> モンテカルロ法
モンテカルロ法は、確率変数を離散的に表わすが、全ての組み合わせの代わりに、ランダムに選択した組み合わせを利用する方法である。この場合には、確率分布が任意の分布でも取り扱えるとことと、畳み込み積分の原理に基づいて積分計算する方法よりは、計算量が低減されるという特徴がある。
<3> Monte Carlo method The Monte Carlo method represents a random variable discretely, but uses a randomly selected combination instead of all combinations. In this case, there is a feature that the probability distribution can be handled even in an arbitrary distribution and the amount of calculation is reduced as compared with the method of performing the integral calculation based on the principle of convolution integration.

<4> マルコフチェーン・モンテカルロ法
観測誤差とシステム誤差の確率分布の畳み込み積分を、マルコフチェーン・モンテカルロ法を利用して解く方法である。この方法では、任意の確率分布の畳み込み積分を簡易に計算できる。また、電力系統に現れる様々な変動要因の影響を評価できるという特徴がある。
<4> Markov chain Monte Carlo method This method uses the Markov chain Monte Carlo method to solve the convolution integral of the probability distribution of observation errors and system errors. In this method, a convolution integral of an arbitrary probability distribution can be easily calculated. In addition, there is a feature that the influence of various fluctuation factors appearing in the power system can be evaluated.

<5> 任意の確率分布を複数の正規分布の組み合わせで近似する方法
任意の確率分布を複数の正規分布の組み合わせで近似し、平均と分散の計算で畳み込み積分と等価の計算を行う方法である。
例えば、図4A、図4Bで示した太陽光発電の確率分布は、晴れの時間帯と曇りの時間帯の発電量の分布を組み合わせたものであるとして、晴れと曇りの二つの状態の正規分布で表わす方法である。この手法は、計算負荷が軽いことと、平均値の変化を見るには好適であるという特徴がある。
<5> Method of approximating an arbitrary probability distribution with a combination of multiple normal distributions This method approximates an arbitrary probability distribution with a combination of multiple normal distributions, and performs a calculation equivalent to convolution integral by calculating the mean and variance. .
For example, the probability distribution of the solar power generation shown in FIGS. 4A and 4B is a combination of the power generation amount distribution in a clear time zone and a cloudy time zone, and is a normal distribution in two states, sunny and cloudy. It is a method to express by. This method is characterized in that the calculation load is light and that it is suitable for seeing the change in the average value.

<6> 電圧範囲の規定に基づいて計算の範囲を狭める方法
この方法は、畳み込み積分の計算過程において、電力系統に特有の制約を利用して計算負荷を軽減する方法である。
電圧の推定においては、低圧配電系統の電圧範囲は101±6Vと規定されている。稀に発生する大きな変動要因あるいは事故などが無ければ、101±6Vから大きく外れた電圧にはならない。そこで畳み込み積分の計算過程において101±6Vから大きく外れた電圧を計算の対象にする必要は無いと考える方法がある。
正規分布を仮定するとき、その裾は無限小から無限大まで伸びるので、原理的には無限小から無限大までを計算対象にしなければならない。これに対して、電圧範囲の規定に基づいて計算の範囲を狭めることで計算負荷を軽減する。また、収束しやすい特徴がある。
<6> Method of narrowing the calculation range based on the voltage range specification This method is a method of reducing the calculation load by using constraints specific to the power system in the calculation process of convolution integration.
In the voltage estimation, the voltage range of the low voltage distribution system is defined as 101 ± 6V. If there are no rare fluctuation factors or accidents that rarely occur, the voltage does not deviate significantly from 101 ± 6V. Therefore, there is a method of considering that it is not necessary to calculate a voltage greatly deviating from 101 ± 6 V in the calculation process of convolution integration.
Assuming a normal distribution, the tail extends from infinity to infinity, so in principle it must be calculated from infinity to infinity. In contrast, the calculation load is reduced by narrowing the calculation range based on the voltage range specification. In addition, there is a feature that tends to converge.

また、前記の性質は電圧範囲に限らず、供給された以上の電力は流れないという性質も利用できる。
また、前記のように電圧範囲が規定されて電力の上限がきめられたときには流れる電流にも上限があるという性質も利用できる。
また、周波数は50Hzあるいは60Hzであるという性質、などの電力に関わる性質を利用できる。
Further, the above property is not limited to the voltage range, and the property that no more power than the supplied power flows can be used.
In addition, when the voltage range is defined and the upper limit of power is determined as described above, the property that the current that flows has an upper limit can also be used.
Moreover, the property regarding electric power, such as the property that a frequency is 50 Hz or 60 Hz, can be utilized.

《電力系統に関する方程式》
電力系統シミュレータが、電力系統全体や部分系統を系統モデルとして、表現するときに、電力方程式を用いることができる。ただし、電力系統を記述する方法は、電力方程式以外にも様々にある。
電力系統も電気回路であるから、電圧あるいは電流に着目した方程式で記述することができる。それでも負荷の動作は電力で記述される場合がある。例えばインバータ回路による定電力動作がある。インバータ回路は電圧と電流をセンサ計測しながら、一定の電力が流れるように帰還制御する。これより、電力系統と負荷の計算を二つに分離して記述する。
<< Equation for power system >>
When the power system simulator expresses the entire power system or a partial system as a system model, a power equation can be used. However, there are various methods for describing the power system other than the power equation.
Since the power system is also an electric circuit, it can be described by an equation focusing on voltage or current. Still, load behavior may be described in terms of power. For example, there is a constant power operation by an inverter circuit. The inverter circuit performs feedback control so that constant power flows while measuring the voltage and current with sensors. Thus, the calculation of power system and load is described separately in two.

手順(1) 電力系統を、電圧、電流、インピーダンスを要素とする電気回路で記述する。
手順(2) 電力を入出力する負荷を、前記手順(1)で決まる状態量(電圧、電流)を用いて記述する
両者の計算結果は相互に作用するので、手順(1)と(2)を繰り返して計算して、変化量が十分に小さくなった時点で収束したと判定する。
この方法は簡易法では無く、インバータ回路を用いて定電力負荷の制御を行う装置構成は、上記の繰り返し計算を実際に実施している。つまり定電力負荷は、一定の電力(電圧と電流の積)を消費するように、電圧と電流の値を帰還制御している。また太陽光発電装置がインバータ回路を経由して余剰電力を売電するときは、インバータ回路と電力系統の連系点の電圧と電流のセンサ計測データに基づいて、余剰電力が系統側に流れるように帰還制御する。
Procedure (1) Describe the power system with an electric circuit whose elements are voltage, current, and impedance.
Step (2) Describe the load that inputs and outputs power using the state quantities (voltage, current) determined in step (1). Since the calculation results of both interact, step (1) and (2) Is repeatedly calculated, and it is determined that convergence has occurred when the amount of change becomes sufficiently small.
This method is not a simple method, and the apparatus configuration for controlling a constant power load using an inverter circuit actually performs the above-described repetitive calculation. That is, the constant power load feedback-controls the voltage and current values so as to consume constant power (product of voltage and current). When the solar power generator sells surplus power via the inverter circuit, the surplus power flows to the grid side based on the sensor measurement data of the voltage and current at the connection point between the inverter circuit and the power grid. To feedback control.

手順(1)のなかでは、負荷をインピーダンス負荷と見立てれば、線形方程式なので確定的な解が得られる。その結果を利用して(2)の負荷の動作を計算する。この手順(1)と(2)を繰り返して安定状態に収束させる。
この方法は、電力方程式をニュートンラプソン法で解く方法のように、非線形方程式を局所的に線形近似する手順は不要であり、また局所解に陥ることが無い特徴がある。
In procedure (1), if the load is regarded as an impedance load, a definite solution can be obtained because it is a linear equation. Using the result, calculate the load behavior of (2). Repeat steps (1) and (2) to converge to a stable state.
This method does not require a procedure for locally linearly approximating a nonlinear equation like the method of solving a power equation by the Newton-Raphson method, and has a feature that it does not fall into a local solution.

《センサ計測データの補正方法》
センサ計測データは、センサ自体の特性、通信遅延、ノイズなどの要因で、計測の失敗、あるいは計測の時間間隔の乱れ、時間遅れなどが発生することがある。
対象とする特性が時間的に変化するとき、非同期のセンサ計測データを利用するならば、対象の特性が正しく採取できないことになる。このままセンサ計測データを利用した機器特性の補正を行うならば、補正結果には誤差が生じることになる。
非同期信号から同期信号を作り出す方法として、離散的に採取されるセンサ計測データから時間的に補間した連続信号を再生し、それを適切な時間間隔で再サンプリングすることができる。
《Sensor measurement data correction method》
Sensor measurement data may cause measurement failure, measurement time interval disturbance, time delay, or the like due to factors such as the characteristics of the sensor itself, communication delay, and noise.
When the target characteristic changes with time, if the asynchronous sensor measurement data is used, the target characteristic cannot be collected correctly. If the device characteristic is corrected using the sensor measurement data as it is, an error will occur in the correction result.
As a method of generating a synchronous signal from an asynchronous signal, a continuous signal interpolated in time from sensor measurement data collected discretely can be reproduced and resampled at an appropriate time interval.

センサ計測データが得られてから時間が経つほどに対象の特性は変化するので、計測データの信頼度は低下する。そのために、前記したセンサ計測データの分散を、計測時刻からの時間経過の関数で表わす。
簡単には、計測時刻において分散は最小値をとり、時間が経つほど分散が大きくなるようにする。確率的な状態方程式において、分散の大きな状態量は、システムの動作への寄与が低減される。
Since the characteristics of the object change as time passes after the sensor measurement data is obtained, the reliability of the measurement data decreases. For this purpose, the variance of the sensor measurement data described above is expressed as a function of the passage of time from the measurement time.
In simple terms, the variance takes a minimum value at the measurement time, and the variance increases with time. In a stochastic equation of state, a state quantity with a large variance reduces the contribution to system operation.

この手法により、センサ計測データの採取タイミングに合わせて確率的な状態方程式を解く、というようなタイミングを取る必要は無くなり、別々にタイミングを管理できる。
センサ計測の周期が異なるセンサが混在するとき、それぞれの周期に基づく時間方向の補間処理をする必要はなく、分散の数値を周期に基づいて調整すれば良い。
同様に、センサ動作の安定/不安定、経年変化、温度特性、AD変換の量子化ビット数、周波数特性、などに基づいて分散を設定し、その寄与を制御することができる。
この方法は、状態方程式に含まれる状態量がシステム動作に寄与する度合いを分散によって制御する。これは、対象特性のなかで、注目する状態量、あるいは重みを付加したい状態量を、分散を小さくすることで表記する。
こうしてセンサ計測データが得られない任意の個所の任意の時刻の状態値を推定することができる。
With this method, it is not necessary to take the timing of solving the stochastic state equation in accordance with the collection timing of the sensor measurement data, and the timing can be managed separately.
When sensors with different sensor measurement periods coexist, it is not necessary to perform interpolation processing in the time direction based on the respective periods, and the dispersion value may be adjusted based on the period.
Similarly, dispersion can be set based on stability / unstableness of sensor operation, aging, temperature characteristics, number of quantization bits of AD conversion, frequency characteristics, and the like, and its contribution can be controlled.
In this method, the degree to which the state quantity included in the state equation contributes to the system operation is controlled by dispersion. This is expressed by reducing the variance of the state quantity of interest or the state quantity to which a weight is to be added in the target characteristics.
Thus, it is possible to estimate a state value at an arbitrary time at an arbitrary position where sensor measurement data cannot be obtained.

《状態値の電力系統の制御に利用する方法》
電力系統の安定化制御の方法として、集中制御、分散制御などの手法がある。集中制御は、電力系統の広範囲の状態値を収集して安定化制御のための制御信号を算出するのに対して、分散制御はその範囲を狭めた制御になる。
いずれも、現在の状態値を正しく収集できることが望ましいが、現実にはセンサの種別、設置個所、データ伝送などに制約がある。
この制約を除く方法として、センサ計測データを用いて電力系統に数式モデルを動作させることで、電力系統の任意の状態値を、任意の個所で、任意の時刻での算出が可能となる。この状態値を電力系統の制御に利用することができる。
<< Method used to control power system of state value >>
There are methods such as centralized control and distributed control as methods for stabilizing control of the electric power system. Centralized control collects a wide range of state values of the power system and calculates a control signal for stabilization control, whereas distributed control is control with a narrowed range.
In any case, it is desirable that the current state value can be collected correctly, but in reality, there are restrictions on the type of sensor, installation location, data transmission, and the like.
As a method of removing this restriction, by operating the mathematical model in the power system using the sensor measurement data, it is possible to calculate an arbitrary state value of the power system at an arbitrary location and at an arbitrary time. This state value can be used for controlling the power system.

《データ圧縮》
前記のように、電力系統の安定化制御の方法として集中制御、分散制御などの手法があるが、制御を行うには電力系統に設置したセンサで採取したデータを制御装置へ伝える必要がある。
多くのセンサがあるほど制御のために活用できる。しかし一方でデータ量が増えることになる。データ伝送手段には単位時間当たり伝送できるデータ量に上限があるので、データ量を増やすには設備増強が必要になる。
本発明の第1実施形態の電力系統の状態推定装置(状態推定方法)は、電力系統の状態値の確率分布を算出するものである。その算出過程において、電力系統の状態値の確率分布に基づいて、伝送データを符号語へ変換してデータ量の削減を行う。
<Data compression>
As described above, there are methods such as centralized control and distributed control as methods for stabilizing the power system. In order to perform control, it is necessary to transmit data collected by sensors installed in the power system to the control device.
The more sensors there are, the more they can be used for control. However, on the other hand, the amount of data increases. Since the data transmission means has an upper limit on the amount of data that can be transmitted per unit time, an increase in equipment is required to increase the amount of data.
The power system state estimation apparatus (state estimation method) according to the first embodiment of the present invention calculates a probability distribution of state values of the power system. In the calculation process, the transmission data is converted into codewords based on the probability distribution of the state values of the power system to reduce the data amount.

データ圧縮の基本原理は、事象の生起確率に基づいて符号語を生成することであり、例えばハフマン符号の生成手順がある。本発明の第1実施形態において、電気系統に起きる事象の生起確率に基づいて、データ伝送あるいは蓄積に用いる符号語を生成あるいは切り替える手段を、さらに備える。
この手段を備えることで、伝送あるいは蓄積の効率を向上させる効果がある。
なお、前記の伝送データを符号語へ変換する際において、符号語の生成アルゴリズムを限定するものではない。そして元データを再生するため、圧縮と伸長の双方で共通の符号語、あるいは確率分布を用意する手段を用意する。このための方法を幾つか示す。
The basic principle of data compression is to generate a code word based on the occurrence probability of an event. For example, there is a Huffman code generation procedure. The first embodiment of the present invention further includes means for generating or switching a code word used for data transmission or storage based on the occurrence probability of an event occurring in the electrical system.
By providing this means, there is an effect of improving the efficiency of transmission or storage.
Note that the codeword generation algorithm is not limited when the transmission data is converted into the codeword. In order to reproduce the original data, a means for preparing a common codeword or probability distribution for both compression and decompression is prepared. Several methods for this are shown.

(1)複数の符号語表を用意する方法
(1-1) 実際に生起した確率分布に基づいて符号語表を選択し、データ圧縮を行う。
(1-2) 選択した表番号を圧縮データに付加する。
(1-3) 圧縮によって作られる圧縮データに表番号を併せて伝送あるいは蓄積する。
(1-4) 伸長時には、表番号から使われている符号語を選び、圧縮データの伸長処理を行う。
(1) Method of preparing a plurality of codeword tables
(1-1) Select a codeword table based on the actual probability distribution and compress the data.
(1-2) Append the selected table number to the compressed data.
(1-3) Transmit or store the compressed data created by compression along with the table number.
(1-4) When decompressing, select the codeword used from the table number and decompress the compressed data.

(2)符号語表を集中管理する方法
(2-1) 圧縮データを受信するデータ管理手段から、圧縮データを送信するデータ送信手段に向けて、事前に使用する符号語表を渡しておく。
(2-2) データ送信手段は受け取った符号語表でデータ圧縮を行う。
(2-3) データ管理手段とデータ送信手段で共通の符号語を利用する。
(2-4) データ送信手段が複数あるときは、それぞれに別の符号語を割り当てても良い。
確率分布に基づくデータ処理は、符号語変換によるデータ圧縮のほか、データ伝送の時間間隔の可変制御を行うことができる。確率的に変動が小さいと推定される測定個所あるいは時間帯においては、データ伝送間隔を長くすることで、通信トラフィックを低減できる効果がある。
(2) Centralized management of codeword table
(2-1) A codeword table to be used in advance is passed from the data management unit that receives the compressed data to the data transmission unit that transmits the compressed data.
(2-2) The data transmission means performs data compression using the received codeword table.
(2-3) Use a common codeword for the data management means and the data transmission means.
(2-4) When there are a plurality of data transmission means, different codewords may be assigned to each.
The data processing based on the probability distribution can perform variable control of the data transmission time interval in addition to data compression by codeword conversion. In measurement locations or time zones where fluctuations are estimated to be small in probability, communication traffic can be reduced by increasing the data transmission interval.

逆に、確率的に変動が大きくなると推定される測定個所あるいは時間帯においては、データ伝送間隔を短くして、安定化制御の時間的な分解能を高め、電力品質の向上の効果が得られる。
さらには、推定結果に基づいてセンサのサンプリング周期を可変設定しても良い。
また、需要家と電力系統の連系点に設置する電力計は、センサにより電圧と電流を計測結果に基づいて、電力=電圧×電流の計算式に基づいて電力を算出する構成がある。算出した電力量は、例えば課金を目的に、電力会社に伝送されている。
このような電力計は、電圧と電流の波形を計測するために、データ伝送間隔よりも高い周波数でサンプリングしている。そして30分程度の累積値を計算して電力量としている。したがって電力計の回路としては、電圧と電流の波形の計測データを持っている。短期的な変動が推定される場合には、電力計が採取した電圧と電流の波形の計測データを伝送することで、電力品質の安定化に利用することができる。
Conversely, in a measurement location or time zone where fluctuations are estimated to increase stochastically, the data transmission interval is shortened, the temporal resolution of stabilization control is increased, and the effect of improving power quality is obtained.
Furthermore, the sampling period of the sensor may be variably set based on the estimation result.
Moreover, the wattmeter installed at the connection point of the customer and the power system has a configuration in which the power is calculated based on the calculation formula of power = voltage × current based on the measurement result of the voltage and current by the sensor. The calculated power amount is transmitted to an electric power company for the purpose of charging, for example.
Such a wattmeter samples at a frequency higher than the data transmission interval in order to measure voltage and current waveforms. A cumulative value of about 30 minutes is calculated as the amount of power. Therefore, the wattmeter circuit has voltage and current waveform measurement data. When short-term fluctuations are estimated, transmission of voltage and current waveform measurement data collected by a power meter can be used to stabilize power quality.

100 電力系統の状態推定装置
110 電力系統計測部(電力系統計測手段)
111 電力系統計測データ部
112 計測データ処理部
113、123 合算部
114 誤差、観測誤差
124 誤差、システム誤差
120 シミュレータ部(模擬計算手段)
121 電力系統シミュレータ
122 シミュレータデータ処理部
125 パラメータ設定部
130 最尤状態値算出部(最尤状態値算出手段)
140 パラメータ修正部(パラメータ修正手段)
300 電力系統(配電系統)
301、701、801 配電変電所、配電設備
302、L12、L23、L24、L45 配電線
303 電圧調整器
304 柱上変圧器
311、313 分散電源
312 系統電池
314A、314B、314C 需要家
702、703、704、705 部分系統
800 電力系統
823、845 電圧・電流センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 State estimation apparatus of electric power system 110 Electric power system measurement part (electric power system measurement means)
111 Power System Measurement Data Unit 112 Measurement Data Processing Unit 113, 123 Summation Unit 114 Error, Observation Error 124 Error, System Error 120 Simulator Unit (Simulation Calculation Means)
121 Power System Simulator 122 Simulator Data Processing Unit 125 Parameter Setting Unit 130 Maximum Likelihood State Value Calculation Unit (Maximum Likelihood State Value Calculation Unit)
140 Parameter correction unit (parameter correction means)
300 Power system (distribution system)
301, 701, 801 Distribution substation, distribution facility 302, L12, L23, L24, L45 Distribution line 303 Voltage regulator 304 Pole transformer 311, 313 Distributed power supply 312 System battery 314A, 314B, 314C Consumer 702, 703, 704, 705 Partial system 800 Power system 823, 845 Voltage / current sensor

Claims (14)

電力系統の状態量を推定する電力系統の状態推定装置であって、
電力系統に連系する電源もしくは電力消費装置が入出力する電力量の出現分布情報を受信する電力系統計測部と、
受信した前記電力量の出現分布情報に基づいて前記電力系統の状態推定の計算をするシミュレータ部と、
前記電力系統計測部から出力される電力系統の計測データと前記シミュレータ部から出力されるシミュレータデータを用いて確率的に尤もらしい状態値を算出する最尤状態値算出部と、
該最尤状態値算出部の出力に基づき、前記シミュレータ部のパラメータを修正するパラメータ修正部と、
を備え、
前記電力系統計測部の電力系統の計測データと、前記シミュレータ部のシミュレータデータとの差が小さくなるように、前記シミュレータ部のパラメータを逐次に修正することを特徴とする電力系統の状態推定装置。
A power system state estimation device for estimating a power system state quantity,
A power system measuring unit for receiving appearance distribution information of the amount of power input / output by a power source or a power consuming device linked to the power system;
A simulator unit that calculates the state estimation of the power system based on the received distribution information of the electric energy;
A maximum likelihood state value calculation unit for calculating a state value probabilistically using the measurement data of the power system output from the power system measurement unit and the simulator data output from the simulator unit;
Based on the output of the maximum likelihood state value calculation unit, a parameter correction unit for correcting the parameters of the simulator unit,
With
An apparatus for estimating a state of a power system, wherein parameters of the simulator unit are sequentially corrected so that a difference between power system measurement data of the power system measurement unit and simulator data of the simulator unit is reduced.
請求項1において、
前記電力系統計測部は、
前記電力系統におけるセンサが計測した電力関連情報を受信して取得する電力系統計測データ部と、
該電力系統計測データ部の変動要因や誤差を含む計測データを確率・統計的に演算処理をして前記変動要因や誤差の影響を低減する計測データ処理部と、
を備えて構成されることを特徴とする電力系統の状態推定装置。
In claim 1,
The power system measurement unit is
A power system measurement data unit for receiving and acquiring power related information measured by sensors in the power system;
A measurement data processing unit that probabilistically and statistically processes measurement data including variation factors and errors of the power system measurement data unit to reduce the influence of the variation factors and errors;
A state estimation device for a power system, comprising:
請求項1において、
前記シミュレータ部は、
電力系統に関連する各種のパラメータを設定するパラメータ設定部と、
前記電力系統を反映した系統モデルを有し、前記パラメータ設定部で設定された電力系統に関連する各種のパラメータと、前記電力系統の計測データに基づいてシミュレートする電力系統シミュレータと、
該電力系統シミュレータの変動要因や誤差を含むシミュレータデータを確率・統計的に演算処理をして前記変動要因や誤差の影響を低減するシミュレータデータ処理部と、
を備えて構成されることを特徴とする電力系統の状態推定装置。
In claim 1,
The simulator unit is
A parameter setting unit for setting various parameters related to the power system;
A power system simulator that reflects the power system, various parameters related to the power system set by the parameter setting unit, and a power system simulator that simulates based on measurement data of the power system,
A simulator data processing unit which reduces the influence of the variation factor and error by performing a stochastic and statistical calculation process on the simulator data including the variation factor and error of the power system simulator;
A state estimation device for a power system, comprising:
請求項1において、
前記シミュレータ部は、前記電力系統の状態推定の計算をする際に、電力系統を複数の部分系統に分割し、該部分系統ごとに前記状態推定の計算を行う手段を備えて構成されることを特徴とする電力系統の状態推定装置。
In claim 1,
The simulator unit is configured to include a means for dividing the power system into a plurality of partial systems and calculating the state estimation for each partial system when calculating the state estimation of the power system. A power system state estimation device.
請求項1において、
前記シミュレータ部は、前記電力系統の状態推定の計算において、電力系統の電力、電圧、電流、位相のいずれかを対象として推定することを特徴とする電力系統の状態推定装置。
In claim 1,
The simulator is configured to estimate any one of power, voltage, current, and phase of a power system in the calculation of state estimation of the power system.
請求項1において、
前記最尤状態値算出部は、前記電力系統の計測データの確率分布と前記シミュレータデータの確率分布とを畳み込み積分する手段を備えて構成されることを特徴とする電力系統の状態推定装置。
In claim 1,
The maximum likelihood state value calculation unit is configured to include means for convolving and integrating the probability distribution of the measurement data of the power system and the probability distribution of the simulator data.
請求項1において、
前記最尤状態値算出部は、前記電力系統の計測データと前記シミュレータ部から出力されるシミュレータデータとを比較処理して得られる状態量の確率分布の推定結果を用いて、前記状態量を符号に変換する手段を備えて構成されることを特徴とする電力系統の状態推定装置。
In claim 1,
The maximum likelihood state value calculating unit encodes the state quantity using the estimation result of the probability distribution of the state quantity obtained by comparing the measurement data of the power system and the simulator data output from the simulator unit. An apparatus for estimating the state of an electric power system, characterized in that it comprises means for converting into
請求項1において、
前記パラメータ修正部は、前記最尤状態値算出部において前記電力系統の計測データの確率分布と前記シミュレータデータの確率分布とを畳み込み積分で算出される確率分布の最尤度を大きくするように、前記シミュレータ部のシミュレータ動作に用いるパラメータを修正する手段を備えて構成されることを特徴とする電力系統の状態推定装置。
In claim 1,
The parameter correction unit increases the maximum likelihood of the probability distribution calculated by convolution integration between the probability distribution of the measurement data of the power system and the probability distribution of the simulator data in the maximum likelihood state value calculation unit, An apparatus for estimating a state of a power system, comprising means for correcting a parameter used for a simulator operation of the simulator unit.
請求項1において、
前記電力系統計測部の電力系統の計測データと、前記シミュレータ部のシミュレータデータとの差が小さくなるように、前記シミュレータ部のパラメータを逐次に修正する工程において、電力系統の周波数成分ごとに、確率分布に基づいて状態推定を行うことを特徴とする請求項1に記載の電力系統の状態推定装置。
In claim 1,
In the step of sequentially correcting the parameters of the simulator unit so that the difference between the measurement data of the power system of the power system measurement unit and the simulator data of the simulator unit is small, the probability for each frequency component of the power system The state estimation apparatus for a power system according to claim 1, wherein state estimation is performed based on the distribution.
請求項1乃至請求項9のいずれか一項に記載の電力系統の状態推定装置において、
さらに、前記受信した電力量の出現分布情報と、前記電力系統の状態推定の計算結果と、を表示する手段を備えて構成されることを特徴とする電力系統の状態推定装置。
In the electric power system state estimation device according to any one of claims 1 to 9,
Furthermore, the power system state estimation device is characterized by comprising means for displaying the received power amount appearance distribution information and the power system state estimation calculation result.
請求項1乃至請求項9のいずれか一項に記載の電力系統の状態推定装置において、
さらに、電力系統の状態推定装置が演算処理に用いる変動要因の確率分布の編集、加工をするために入力する手段を備えて構成されることを特徴とする電力系統の状態推定装置。
In the electric power system state estimation device according to any one of claims 1 to 9,
The power system state estimation apparatus further comprises means for inputting in order to edit and process a probability distribution of variation factors used in the arithmetic processing by the power system state estimation apparatus.
電力系統の電力量の出現分布情報を受信する電力系統計測手段と電力系統の状態推定を模擬計算する模擬計算手段とを備えた電力系統の状態推定方法であって、
前記模擬計算手段において、電力系統の系統構成、機器特性のパラメータ設定を行うステップと、
前記電力系統計測手段が電力系統のセンサ計測データを取得するステップと、
前記模擬計算手段が前記電力系統の系統構成、機器特性のパラメータを基に、前記電力系統のセンサ計測データを参照して、電力系統の潮流を模擬計算するステップと、
最尤状態値算出手段が前記電力系統のセンサ計測データと、前記電力系統の潮流の模擬計算とを比較、演算して、確率的に尤もらしい推定値を算出するステップと、
パラメータ修正手段が前記最尤状態値算出手段の算出した前記尤もらしい推定値を参照して、前記模擬計算手段のパラメータを修正するステップと、
前記修正されたパラメータによって、前記模擬計算手段が電力系統の潮流の模擬計算を再度、実施するステップと、
該再度、実施された電力系統の潮流の模擬計算の結果を前記電力系統のセンサ計測データと比較して、その差が所定の範囲以内か、所定の範囲を超えているか、を判定するステップと、
前記比較した差が所定の範囲を超えている場合には、前記パラメータ修正手段が前記最尤状態値算出手段の算出した前記確率的に尤もらしい推定値を参照して、前記模擬計算手段のパラメータを修正するステップに戻り、修正されたパラメータによって、前記模擬計算手段が電力系統の潮流の模擬計算を再度、実施するステップを行い、該再度、実施された電力系統の潮流の模擬計算の結果を前記電力系統のセンサ計測データと比較して、その差が所定の範囲以内に収まるまで繰り返し実施して、前記電力系統のセンサ計測データから確率的に最も尤もらしい状態値を算出することを特徴とする電力系統の状態推定方法。
A power system state estimation method comprising power system measurement means for receiving appearance distribution information of power amount of power system and simulation calculation means for simulating calculation of power system state estimation,
In the simulation calculation means, the system configuration of the power system, the step of setting the parameters of the equipment characteristics,
The power system measuring means obtaining power system sensor measurement data; and
The simulation calculation means, based on the system configuration of the power system, parameters of equipment characteristics, referring to sensor measurement data of the power system, and performing a simulation calculation of the power system power flow;
The maximum likelihood state value calculating means compares and calculates the sensor measurement data of the power system and the simulation calculation of the power flow of the power system, and calculates a probabilistic likelihood estimated value;
A parameter correcting means referring to the likely estimated value calculated by the maximum likelihood state value calculating means, correcting parameters of the simulation calculating means;
Performing the simulation calculation of the power system power flow again by the simulation calculation means according to the corrected parameter;
Again, comparing the result of the simulation calculation of the tidal current of the power system performed with the sensor measurement data of the power system and determining whether the difference is within a predetermined range or exceeds a predetermined range; ,
If the compared difference exceeds a predetermined range, the parameter correction means refers to the stochastic likelihood estimated value calculated by the maximum likelihood state value calculation means, and sets the parameter of the simulation calculation means. The simulation calculation means performs again the simulation calculation of the power flow of the power system according to the corrected parameters, and the result of the simulation calculation of the power flow of the power system is performed again. Comparing with the sensor measurement data of the power system, repeatedly performing the difference until it falls within a predetermined range, and calculating the most probable state value from the sensor measurement data of the power system, To estimate the state of the power system.
請求項12に記載の電力系統の状態推定方法において、
前記電力系統のセンサ計測データから確率的に最も尤もらしい状態値を算出するステップの後に、さらに、
前記電力系統計測手段が電力系統のセンサ計測データを取得するステップに戻り、
時間の推移にしたがって、確率的に最も尤もらしい状態値を算出するための各ステップを繰り返し実施し、各時刻の最も尤もらしい状態値を連続して算出することを特徴とする電力系統の状態推定方法。
The power system state estimation method according to claim 12,
After calculating the most probable state value from the sensor measurement data of the power system,
The power system measuring means returns to the step of acquiring power system sensor measurement data,
State estimation of a power system characterized by repeatedly performing each step for calculating a state value that is most likely to be probabilistically according to the transition of time, and continuously calculating the most likely state value at each time Method.
請求項1乃至請求項9のいずれか一項に記載の電力系統の状態推定装置が備えられた電力系統において、
前記電力系統の状態推定装置が算出した確率的に最も尤もらしい状態値を参照して、前記電力系統に備えられた配電変電所を含む電力機器を制御することを特徴とする電力系統制御システム。
In the electric power system provided with the state estimating device of the electric power system according to any one of claims 1 to 9,
A power system control system for controlling a power device including a distribution substation provided in the power system with reference to a probabilistic most likely state value calculated by the power system state estimation device.
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