JP2007181393A - 系統解析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電力系統における安定度の解析や制御機器の最適設定値の導出等には、複数の解析ツールを使用して解析条件設定、実行指示、結果判定の作業を繰り返し実行しているため、その作業が複雑、且つ長時間を要している。
【解決手段】 解析ツールをスクリプト環境で利用可能なインターフェイスを作成すると共に、解析ソフトウェアをスクリプト環境に適合させて電力系統設備管理用のデータベースと各解析ツールとを連動させる。これにより、解析装置の解析手順の実行中にはユーザーを解析業務から解放するようにしたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電力系統解析装置に係わり、特に解析手順の保存，再利用を可能とした系統解析方法に関するものである。

電力系統の解析作業は、電力会社の社員等が代表的な系統条件を前提として解析を実施している。代表的な系統条件としては、（１）夏季のように重負荷時で、有効電力・安定度・電圧安定性・短絡地絡電流の厳しいとき、（２）軽負荷時、（３）重要な設備の停止が行われるとき、（４）設備の新設計画を行うとき、等が考えられる。
これら（１）〜（４）のような各系統条件において、それぞれ全ての時間断面を対象に系統計算が実施されるわけではなく、系統条件が厳しいとき等を対象に条件選択して実施している。その条件の選択は、作業者の経験や主観に委ねられている。

図６は、電力系統の解析業務を実行するための環境を示したものである。１ａ，１ｂ…は解析ツールで、同図では２個のみを代表的に図示しているが、この解析ツールは解析目的によって複数の必要ｎ個数のものが用いられる。解析ツールとしては、Ｙ法（電力中央研究所）、ＥＭＴＰ，等の市販のものが使用される。
２ａ，３ｂは各解析ツールにそれぞれ設けられるユーザーインターフェイス、３はデータベースで、このデータベースにはユーザーインターフェイス４が設けられている。５はユーザー（作業者）である。

図７は、図６で示すような解析装置を用いは解析作業を実行するフローを示したものである。
ユーザー５は、先ずユーザーインターフェイス４を介してデータベース３に所望のデータを要求し、得られたデータを基に故障条件を設定して例えば解析ツール１ａを使用して解析を実行する。ユーザーはその解析結果を評価して次の解析に進むが、その際、例えば解析ツール１ｂを使用して解析を実行し、評価して以下同様に目的とする全ての解析作業が完了するまで継続する。

なお、電力系統の想定事故解析方法としては、特許文献のようなものが公知となっている。この特許文献のものは、全ての想定故障ケースに対して潮流計算と評価を実行していたため、計算時間が膨大であったことを解決するために、演算処理を並列化するようにしたものである。
特開２０００ー２７０４７７号公報 （１）Ｙ法「電中研レビュー」Ｎｏ．３９ ２０００／０６ｐ５９−７５ 財団法人電力中央研究所広報部発行 （２）ＥＭＴＰ http://pscat.doshisha.jp/jemtp/prod02.htm

上記特許文献のものは、計算時間は短縮できるものの、その手段は中央計算処理装置が複数必要となるように計算機ハードウエア面での対応と、ソフトウエアでの対応が必要であり、簡単には実施をすることができない。
電力系統解析は近年パソコンレベルの実施が可能になるまでダウンサイジングされており、この状況に対応するには特許文献のものでは適当でないという問題を有している。

図６で明らかなように、ユーザー５は各解析ツール１（１ａ，１ｂ，…１ｎ）毎にそれぞれユーザーインターフェイス２（２ａ，２ｂ…２ｎ）を操作することを前提として解析装置が構成されている。すなわち、解析ツール１ａを使用するときにはユーザーインターフェイス２ａを操作し、解析ツール１ｂを使用するときにはユーザーインターフェイス２ｂを操作するというように同様な作業を複数回繰り返し実行しているため、その解析作業が長時間となり、且つ、安定度の評価，制御の最適設定に代表される系統解析目的を達成するためには、解析条件の変更，解析ツールの実行を繰り返し行う必要があるのが一般的で、この多大な操作量により人為的なミスが発生しやすいものとなっている。
図８は従来の解析作業状態を示したものである。

また、近年は電力自由化の進展に伴って系統状態が複雑化し、しかも電力市場への新規参加者からの系統状況の開示要求による、例えば翌日の系統の安定度計算等があり、これらは各市場参加者の運転状態を左右しかねず、また、利害に直接影響することから代表な系統条件だけでなく、最悪の場合、各時間断面での計算が必要となることは十分に予想される。現在では、この計算ケースの増大には対応できない状態である。

この系統状況の開示要求の他、系統の制御機器の設定値を最適化する等の定期的又は定型的な業務があり、これらの業務は同様の作業を繰り返す必要がある。これらの業務による解析結果は保存できるが、解析手順を詳細に保存することはできず非効率的なものとなっている。

上記の問題を解決する手法として、ユーザーインターフェイスを統一すること、更にはアクセスが容易、記憶の効率性及び効率良いインデックス付け等の利点を有するスクリプト言語を用いて記述したインターフェイスを備えることも考えられるが、従来の思想からすると、スクリプトインターフェイスが指定する独自言語によるスクリプトをユーザーが作成し、これに基づいてスクリプトインターフェイスが処理を実行することになる。

この場合においても、あくまでもユーザーインターフェイスの一形態と考えられ、この環境においてユーザーは、データベースやアプリケーションの入出力を直接操作することはできないため、スクリプトインターフェイスが提供する範囲の機能しか利用できないことになる。それにも拘わらず利用した場合には、独自フォーマットの指定による習熟労力が増加し、技術転用が困難であるため開発ロスが増加する等の問題点を有している。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、短時間に解析作業ができ、解析手順の保存，再利用が可能な系統解析方法を提供することにある。

本発明の第１は、少なくとも一つのアプリケーションを有する解析ツールと、電力系統の設備管理用データの蓄積されたデータベースを用いて系統解析を行う電力系統解析装置において、
前記解析ツールと前記データベースとがスクリプト言語で直接入出力可能となるよう記述され、スクリプト言語から前記解析ツールとデータベースとの入出力実行処理機能と、ユーザーに公開された定型処理手順を格納する機能を有したスクリプト定型処理ライブラリ部と、ユーザーからスクリプト記述可能なユーザー定義スクリプト部とを使用することを特徴としたものである。

本発明の第２は、前記解析ツールと前記データベースとが、ユーザーに公開されたデータフォーマットで直接入出力可能となるよう記述されたことを特徴としたものである。

本発明の第３は、前記解析ツール及び前記データベースと、前記ユーザー定義スクリプト部及びスクリプト定型処理ライブラリ部との間にやりとりされる通信データフォーマットがユーザーに公開されていることを特徴としたものである。

本発明の第４は、前記ユーザー定義スクリプト部，及び前記スクリプト定型処理ライブラリ部の少なくとも一つと、互いに入出力実行処理機能を有するユーザーインターフェースを用いたことを特徴としたものである。

本発明の第５は、前記ユーザー定義スクリプト部，及び前記スクリプト定型処理ライブラリ部の少なくとも一つは解析条件や解析データの指定変更を行う機能を有し、繰り返し指定回数や所望条件を満たすことを含む前提処理の繰り返し手順制御機能を有することを特徴としたものである。

本発明の第６は、前記ユーザー定義スクリプト部，及び前記スクリプト定型処理ライブラリの少なくとも一つは解析結果が所望条件を満たしているか否かを判断して以後の処理を選択する分岐制御機能と、前記選択された処理に従って系統構成データまたは系統運用データの少なくとも一つを変更する機能を有することを特徴としたものである。

以上のとおり、本発明によれば、データや解析手順の変更、解析ツールの実行等一連の手順をスクリプトを用いて記述したものである。そのため、スクリプト記述時間は要するものの、解析手順の実行中はユーザーの時間を拘束することはなくなるものである。したがって、本発明においては、従来のように、
（１）手順の節目毎にユーザーによる操作が必要となり、ユーザーの作業量が多大となること。
（２）手順中の解析ツールの実行待ち時間が数分におよぶ場合等、作業効率が悪いこと。

（３）目的によっては数百ケースの繰り返し計算が必要となり、現実的にはその計算は不可能であるため、解析者の経験により検討ケースを絞り込むことによる解析者能力への依存や信頼性が不確実であったこと。
（４）解析手順の保存が困難であり、仮に文章で記録したとしても類似の検討課題が生じた際には再度同程度の作業量が必要となること。
等の問題点は全て除去される効果を有するものである。

図１は、本発明の実施形態を示す構成図である。１０（１０ａ，１０ｂ…１０ｎ）はアプリケーションを有する解析ツールで、複数設置された各解析ツールは、例えば潮流計算，最適潮流計算，短絡容量計算，固有値計算，過渡安定度計算，周波数応答解析等の解析実行のためのそれぞれ異なるアプリケーションに対応し、市販されている既存技術のもの、或いは知識表現がスクリプト表現のものが必要に応じて設けられる。

１１は電力系統設備管理用のデータベースで、電力系統の解析に必要なデータが蓄積されている。そのデータとしては、系統の接続状態を示す系統構成データ、機器固有のデータである設備データ、時々刻々と変化する電圧，有効・無効電力等の運用データがあり、解析結果を読み出す，あるいはデータベースに書き込む機能を備えている。

１２はスクリプトにより記載されたスクリプト定型処理ライブラリ部で、この処理ライブラリ部１２は解析ツール１０及びデータベース１１との間で送受信されるフォーマットが所定の通信データフォーマットにより統一されているので、システムが固有の計算機であっても、あるいは各部が分離されていた場合でも伝送路を介してデータ通信が行なわれ、このデータフォーマットはユーザーに公開される。
また、この処理ライブラリ部１２では、各解析ツールへの入出力処理や送電線故障時の一連の処理，例えば故障発生、故障相電圧零、事故点遮断、再閉路などの一定の定型的な処理を格納する機能を有している。この定型的な処理は、ユーザーが自由に扱えるようその内容を公開している。

１３はユーザー定義スクリプト部で、ユーザー１５は、キーボードやマウス等の入出力部を介してこのユーザー定義スクリプト部を操作することにより自由に記述する。このスクリプト部１３は、処理ライブラリ部と同様にスクリプトにより記載されて、処理ライブラリ部１２のライブラリを呼び出し、利用する機能を持っている。例えば、過渡安定度評価や短絡電流の改善に代表される故障解析の故障条件（処理ライブラリ部に格納された他のものを利用）変更、ＡＶＲ（Automatic Voltage Regulator）,ＰＳＳ（Power System Stabilizer）の最適決定に代表される解析目的を達成するための解析条件変更、解析ツール実行、及びこれらの繰り返し計算を含む実行手順機能を有している。これらはＯＳ（Operating System）上で直接実行可能なスクリプト言語によって記述される。
これによりユーザー定義スクリプト部１３が、データベースよりの入出力、アプリケーション実行を始としたあらゆる処理が可能となり、ユーザーによる解析ツールのアプリケーションをスクリプトによる記述が可能となる。また、記述言語は、独自言語ではなくＯＳ上で実行可能な汎用言語が採用されることによりユーザーの習熟労力が減少される。

１４はユーザーインターフェイスで、ＧＵＩ（Graphical User Interface）からなっており、スクリプト定型ライブラリ１２及びユーザー定義スクリプト部を呼び出し可能に構成されて系統構成データや系統運用データをこのインターフェースを介して変更する。ユーザーインターフェイス１４が利用するスクリプト定型処理部１２がライブラリ公開していることにより、ＧＵＩから実現できる全ての機能をスクリプトによって実行が可能となり、しかも、独自言語ではないため技術応用（転用）による開発ロスの低減が図れる。

また、図１で操作方向を示す矢印でも明らかなように、ユーザーインターフェイス１４からもスクリプト定型処理ライブラリ部１２の起動が可能なるよう構成され、スクリプト定型処理ライブラリ部１２からはユーザーインターフェイス１４の変更可能に構成されている。また、ユーザーからの記述により解析ツールを作成することが可能となる。これにより、高い技術レベルを有するユーザー１５が作成した高度な解析スクリプトをその他のユーザーが利用したり、初心者ユーザーの作成したＧＵＩデータを他のユーザーがスクリプトにより修正することができ、技術レベルの異なるユーザー間での技術／データの交換が容易となる。また、逆に高度の利用者にとっては、適切な解析ツールを開発し、編集して、それを新たな解析ツールとすることができる。

図２は解析作業を実行するフローを示し、また、図３は解析作業を実行するための解析手順例を示したものである。
ユーザー１５は、ユーザーインターフェイス１４を介して、もしくは直接にユーザー定義スクリプト部１３に対して解析手順の指示を行う。解析手順はスクリプトによって指示され、例えば図３で示したように、データベース１１から解析に使用する所望のデータをダウンロードしたのちに初期潮流を計算し以下の手順を繰り返す。

先ず、解析条件を変更して当該解析の計算、例えば安定度計算を実行してその結果を保存する。場合によっては、計算結果によってデータベースへのアップロードを行う。一つの解析ケースが終了したら次の計算のための条件変更が行なわれ、例えば短絡容量計算が実行されてその結果は図示省略された保存手段により保存され、同様の計算が解析終了まで実行される。全ての検討ケースが終了したら、その全ケースの解析結果の保存指示が行われる。
スクリプト定型処理ライブラリ部１２は、ユーザー定義スクリプト部１３の解析手順による指示を参照しながら解析ツール１０ａ〜１０ｎ及びデータベース１１を用いてスクリプト処理を実行する。

上記のように、解析手順の保存を可能とすることにより解析手順の再利用が可能となり、例えば翌日の電力系統の安定性評価や、将来系統の設備計画といった定期的業務、系統の安定度向上を目的としたＡＶＲ，ＰＳＳ等の制御系設定値最適化といった定型的業務が効率化する。また、スクリプトを一度作成すれば、数百，数千ケースの解析であっても演算実行中はユーザーの作業が不要であるため、従来では対話的インターフェイスでは不可能であった解析も可能となる。

図４は本発明における系統解析業務の一般的な作業フローで、担当者が解析業務にあたる時間は最初のデータ入力とスクリプトによる解析手順の指定と、最後の評価時間のみである。

図５は、翌日の電力系統の総合的な安定性検証時における具体例としてのフローである。ステップＳ０において、時間Ｔ＝１〜２４のそれぞれについて図５のフローが繰り返し実行される。
先ずステップＳ１で、Ｔ時の需要を想定してその時間の潮流計算を実行する（Ｓ２）。ステップＳ３では全ての送電線に過負荷がないか否かが判断され、送電線に過負荷状態のものが存在していた場合には、ステップＳ４で系統構成を変更する。この変更は、送電線の運用，停止や変圧器，母線の接続変更等で、変更後はＳ２に戻って再度潮流計算が行われる。

Ｓ３の判断において、送電線に過負荷がなかったときには、Ｓ５で短絡容量計算が実行された後、Ｓ６で全ての母線で故障電流が遮断器の定格以内であるか否かが判断され、定格外であった場合にはステップＳ７においてＳ４と同様の系統構成変更が行われる。また、Ｓ６で故障電流が遮断器の定格内と判断された場合には、ステップＳ８に移り電力系統の送電線，変圧器，発電機等の全ての系統設備機器に対してＳ９〜Ｓ１４が繰り返し実行され、単一故障発生時の系統の安定度が調べられる。

単一故障発生時の系統の安定度については、数百〜数千のケースがあり、各ケースの解析時間は数十秒〜数分を要するため、従来方法では全ケースの解析は不可能であるため、解析ケースを絞り込む等で対応しているが、本発明においては要求するケースについて全て対応するものである。
解析にあたっては、例えば送電線容量を確認するような場合には、系統内の総需要を１％ずつ増加させながら安定度，送電線の容量が確認され、制御機器の最適設定値については、系統内の制御機器の設定値を少しずつ変化させながら最適な設定値を求めることが行われる。

すなわち、ステップＳ９では送電線，変圧器，発電機等のうち、当該設備機器の単一故障が設定され、Ｓ１０ではそのときの過渡安定度計算が実行される。Ｓ１１では、設定された当該機器の単一故障の場合において電力系統に連系された何れの発電機も安定状態があることが判断され、 その結果不安定状態発生の場合には、Ｓ１２において過渡安定度対策の実施が行われる。この対策としては、ＰＳＳの設置や設定変更、系統内の発電機出力配分の変更、及び系統構成の変更等が実行され、Ｓ８に戻って再度同様の演算が行われる。

Ｓ１１で発電機がどれも安定状態であると判断されたときには、Ｓ１３に移り全ての電力設備に対して検証が終了したか否かが判断され、終了してない場合にはＳ８に戻り、順次全機器終了するまで繰り返し演算処理が実行される。全設備の検証終了時には、Ｓ１４においてＴ時刻の系統は安定であると判定されると、次の時間での安定性検証に入り、順次検証作業が繰り返される。

上記したステップＳ３，Ｓ６，Ｓ１１及びＳ１３の分岐制御（判断手段）に当たっては、過渡安定度や固有値解析等の結果において、所望の安定度が満たされているかどうか、あるいは解析結果が設備の定格値に照らして問題はないか、といった条件を判断して後の処理を選択する。

なお、図１で示す解析ツール（アプリケーション）やデータベースとユーザー定義スクリプト部は、同一計算機上に設置されていても構わないものであるが、他の実施形態としては、これら各部は別の計算機上にあり、それぞれの間でのデータのやりとりは通信によって行われるようにしてもよい。この通信は、インターネットやＬＡＮ等任意の手段で行われる。
データベースは送電設備を所有する電力会社にあり、解析アプリケーションは研究所や開発主体の企業の計算機内にあってユーザーに対してはその利用が公開されている。このような状況でスクリプトを利用した計算を実施する場合、自身で所有する計算機内にユーザー定義スクリプト部を記憶させておき、インターネット等で解析アプリケーションとデータベースを結びつけることで、同一の計算機の中で解析作業を実施すると同様の効果を得ることができる。

本発明の実施形態を示す構成図。 本発明の解析作業フロー図。 本発明の解析手順図。 本発明の解析時間構成図。 本発明の翌日における電力系統の総合的安定性の検証図。 従来の解析装置の構成図。 従来の解析作業フロー図。 従来の解析時間構成図。

符号の説明

１０…解析ツール
１１…データベース
１２…スクリプト定型処理ライブラリ部
１３…ユーザー定義スクリプト部
１４…ユーザーインターフェイス
１５…ユーザー

Claims (6)

1. 少なくとも一つのアプリケーションを有する解析ツールと、電力系統の設備管理用データの蓄積されたデータベースを用いて系統解析を行う電力系統解析装置において、
   前記解析ツールと前記データベースとがスクリプト言語で直接入出力可能となるよう記述され、スクリプト言語から前記解析ツールとデータベースとの入出力実行処理機能と、ユーザーに公開された定型処理手順を格納する機能を有したスクリプト定型処理ライブラリ部と、ユーザーからスクリプト記述可能なユーザー定義スクリプト部とを使用することを特徴とした系統解析方法。
2. 前記解析ツールと前記データベースとが、ユーザーに公開されたデータフォーマットで直接入出力可能となるよう記述されたことを特徴とした請求項１記載の系統解析方法。
3. 前記解析ツール及び前記データベースと、前記ユーザー定義スクリプト部及びスクリプト定型処理ライブラリ部との間にやりとりされる通信データフォーマットがユーザーに公開されていることを特徴とした請求項１又は２記載の系統解析方法。
4. 前記ユーザー定義スクリプト部，及び前記スクリプト定型処理ライブラリ部の少なくとも一つと、互いに入出力実行処理機能を有するユーザーインターフェースを用いたことを特徴とした請求項１乃至３記載の系統解析方法。
5. 前記ユーザー定義スクリプト部，及び前記スクリプト定型処理ライブラリ部の少なくとも一つは解析条件や解析データの指定変更を行う機能を有し、繰り返し指定回数や所望条件を満たすことを含む前提処理の繰り返し手順制御機能を有することを特徴とした請求項１乃至４記載の系統解析方法。
6. 前記ユーザー定義スクリプト部，及び前記スクリプト定型処理ライブラリの少なくとも一つは解析結果が所望条件を満たしているか否かを判断して以後の処理を選択する分岐制御機能と、前記選択された処理に従って系統構成データまたは系統運用データの少なくとも一つを変更する機能を有することを特徴とした請求項１乃至５記載の系統解析方法。

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