JP2008172923A - 配電系統制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】オンラインで配電系統の電圧および潮流を制御する配電系統制御システムを提供すること。
【解決手段】遮断器、開閉器、調相設備を含んだ配電系統設備をそなえる配電系統の管理値が最適になるようにオンライン制御するシステムであって、前記配電系統の構成データ、需要データ、前記遮断器および前記開閉器の入切状態、前記調相設備の設定状態、ならびに電圧および電流の計測値を前記システムに取り込む入力手段２と、前記入力手段に取り込まれた入力を基に、前記管理値が最適となるように前記配電系統設備の操作量を解として演算する複数の演算手段３と、前記複数の演算手段における演算時間が前記オンライン制御の周期を超えた演算手段の解は除いて前記複数の演算手段の解の中から最適な解を選定する最適解選定手段５と、前記配電系統設備中の遠隔制御可能な配電系統機器を前記選定した最適解により遠隔制御する配電系統機器制御手段６とをそなえたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、配電系統制御システムに係わり、とくに配電系統の電圧および潮流を制御するシステムに関する。

太陽光発電、風力発電などの自然エネルギーを利用する電源は、化石燃料の枯渇および地球環境問題への対策として期待されている。しかし、これらの電源（以下自然エネルギー電源と呼ぶ）は出力制御ができないため、発電量を事前に予測できない。

そのため、現状の配電系統では、自然エネルギー電源の導入量を抑制することで出力変動に対する影響を最小化し、電圧や潮流のオフラインでの最適化計算結果に基づく計画ベースでの運用を行っている（例えば、非特許文献１および非特許文献２参照）。

従来、配電系統の制御は、配電線に設置された自動開閉器の入り切り、自動電圧調整装置のタップ切り替えなど、配電自動化システムにより行われているものがある。

一般に配電系統は、図８に示すように配電用変電所１００から複数の配電線２０１，２０２，２０３，…が引き出され、地中管路内または電柱上に設置された各配電線２０１，２０２，２０３，…が、供給対象地域の需要家へ電力を供給している。

配電線２０１，２０２，２０３，…は、常時は、入り状態の常閉開閉器４０１により区間に区分されている。また、配電線には、事故時や作業時に隣接する配電線間３０１，３０３で切り替えて送電が可能なように連系線を設け、その連系点に常時は切りの常開開閉器４０２が設置されている。

図９は、従来の配電自動化システムの概念図である。配電用変電所１００には、主変圧器１０１、この主変圧器１０１より引き出された配電線２０１，２０２、および配電線遮断器１０２が設置されている。また配電用変電所１００に設置される電流センサ１０３および電圧センサ１０４により送り出し電圧、ならびに母線および各配電線の電流を測定し、これらの計測値を変電所子局５０１が伝送路５０２を介して営業所などに置かれた制御用計算機５００に送信している。

配電線２０１，２０２の常開開閉器４０１および常閉開閉器４０２には、制御用変圧器４０３を介して配電線２０１，２０２から電源を供給される開閉器子局５０３が設置され、開閉器子局５０３は制御用計算機５００および伝送路５０２を通じて接続されている。このような配電自動化システムにより、配電系統の状態監視、開閉器の遠隔操作、事故停電の自動復旧、作業停電の自動操作、計測データや事故関係情報の記録を行う。

配電用変電所１００では、主変圧器１０１のタップ調整を行って、送り出し電圧を調整している。配電線２０１，２０２においては、電圧変動を許容される上下限範囲に収めるため、柱上変圧器のタップ調整を行い、配電線に設置される電力用コンデンサ（ＳＣ）、分路リアクトル（ＳｈＲ）の入切による電圧調整の他、ＳＶＲ（Step Voltage Regulator）、ＳＶＣ（Static Var Compensator）等の電圧調整機器が、設置地点の電圧を制御している。

これらの調相設備は、予めオフライン計算を行い設定した整定値に入るように、自律制御を行っている。近年では、配電自動化システムにより遠隔制御可能なＳＶＲやＳＶＣも開発されている。
配電自動化研究会編「配電自動化システム入門」オーム社，1991年，1-13頁 電気協同研究 第60巻、第2号「配電系統における電力品質の現状と対応技術」電気協同研究会,平成17年3月，131-137頁 電気学会技術報告 第923号「電力系統へのメタヒューリスティクス応用技術」電気学会，2003年6月，17-43頁 特開平10-56737号公報（第24,25,68-72頁） 特開2003-219558号公報 特開2002-051466号公報

配電系統に自然エネルギー電源を大量に導入するためには、自然エネルギー電源の運用状態に応じて、配電自動化システムが電圧や潮流をオンラインで最適化する制御を行う必要がある。しかし、以下の問題がある。

配電系統の最適化問題を精度よく解くには、一般に長い計算時間を要するため、所定時間内での計算完了が求められるオンライン適用には向いていない。

そこで、近年、計算時間を短縮しつつ網羅的に最適解を求めるメタヒューリスティクス手法を配電系統の最適化問題に適用する検討が進んでいる（例えば非特許文献３参照）。

しかし、手法としての信頼性や解の安定性に懸念があり、オンラインでの実適用には至っていない。しかも配電系統の構成や状態によって、適用する最適化手法による向き不向きがあり、決定的な解法が存在しない。

本発明は上述の点を考慮してなされたもので、オンラインで配電系統の電圧および潮流を制御する配電系統制御システムを提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本発明では、
遮断器、開閉器、調相設備を含んだ配電系統設備をそなえる配電系統の管理値が最適になるようにオンライン制御するシステムであって、
前記配電系統の構成データ、需要データ、前記遮断器および前記開閉器の入切状態、前記調相設備の設定状態、ならびに電圧および電流の計測値を前記システムに取り込む入力手段と、
前記入力手段に取り込まれた入力を基に、前記管理値が最適となるように前記配電系統設備の操作量を解として演算する複数の演算手段と、
前記複数の演算手段における演算時間が前記オンライン制御の周期を超えた演算手段の解は除いて、前記複数の演算手段の解の中から最適な解を選定する最適解選定手段と、
前記配電系統設備中の遠隔制御可能な配電系統機器を前記選定した最適解により遠隔制御する配電系統機器制御手段と
をそなえたことを特徴とする配電系統制御システム、
を提供する。

本発明は上述のように、複数の演算手段により並行して処理する中で、所定の制御周期内に求解可能な解を選択することにより、オンラインで配電系統の管理値が最適になるように最適制御を行うことができ、複数の解の中で最も精度のよい解を選択することができる。

以下、図１ないし図７を参照して本発明の実施例１ないし７につき説明する。

（実施例１）
（構成）
図１は、本発明の実施例１の構成を示している。この実施例１は、想定需要、配電系統構成、および開閉器の入切状態と調相設備のタップの調整値といった設備データを記憶する配電系統情報記憶手段１と、記憶されたデータを入力し、電圧、電流、有効電力および無効電力といった配電系統の計測データを配電系統に設置された計測器から通信線を介して獲得する入力手段２と、入力された系統状態の下で配電系統の電圧・潮流が最適となるように、調相設備の調整値と開閉器の入切状態といった操作量を演算する複数の異なる演算手段３と、オンラインで制御するため所定の時間内に演算できるかどうかを計測する演算時間計測手段４と、複数の演算手段３の解の中より最適な解を選定する最適解選定手段５と、通信線を介して遠隔操作可能な配電系統機器を最適操作量に遠隔制御する配電系統機器制御手段６とをそなえている。

（作用）
図２に示すフローチャートは、実施例１の動作を示すもので、１回の制御周期に行う演算の処理手順の一例である。配電系統情報を入力し、配電系統の電圧・潮流を最適に制御するために、調相設備の調整値と開閉器の入切状態といった操作量を解とする演算を行い、配電系統機器を遠隔制御する。この処理を、制御周期毎に繰り返すことにより、オンライン制御を行う。

まず、入力手段２により、想定需要データ、配電系統構成と設備データ、開閉器の入切状態と調相設備のタップ値といった設備の状態データ、および電圧・電流計測データを入力する（ステップＳ１）。

次に、配電系統の管理値、すなわち電圧や過負荷などの値を最適化するために、配電系統に設置された各調相設備の調整値と各開閉器の入切状態などの操作量とを解とした演算を、演算手段３１，３２，・・・，３ｎにおいて並行して処理する（ステップＳ２）。ここでの演算手段は、配電系統の運用監視制御の演算を適用できる。

このような演算は、例えば特許文献１に示されている。特許文献１の制御目的は送電損失の最小化であるが、本発明の演算目的は送電損失の最小化に限ったものではなく、電圧や過負荷など配電系統の管理値を最適化するための演算を対象とする。

ステップＳ３では、各演算手段３１，３２，・・・，３ｎの解が演算速度の速い演算手段より順に求まるので、逐次得た解の中から最も精度の高いものを選定する。

ステップＳ４では、演算時間計測手段４により本処理を開始した時点からの時間を計測し、制御周期を超えた場合には、求解できない演算は見送り、ステップＳ５へ進む。ステップＳ５では、配電系統機器を最適な操作量に遠隔操作する。

ステップＳ２ないしＳ４で行う最適値を求める処理において、最適とする制御対象が複数の場合、例えば配電線損失の最小化と電圧の管理値を最適化するという場合には、最適値を求める処理を問題規模の大きな制御対象から順に別々に解いてもよいし、各制御対象に重み係数を割り当てて同時に解いてもよい。

（効果）
この実施例１によれば、複数の演算手段により並行して処理する中で、所定の制御周期内に求解可能な解を選択することにより、オンラインで配電系統の最適制御を行うことが可能で、複数の解の中で最も精度のよい解を選択できる。

（実施例２）
図３は、本発明の実施例２の構成を示すブロック線図であり、図４はその動作を示すフローチャートである。なお、実施例１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。この実施例２では、図３に示すように最適解および選定条件の履歴記憶手段７を有している。

このとき図４に示すフローチャートでは、各演算手段３１，３２，・・・，３ｎが選定される採用率ＡＲ_ｘの計算を例に示す。各演算手段の採用率ＡＲ_ｘ（x=1,2,・・・,n）は、例えば下式（１）のように計算することができる（ステップＳ６）。

ここで、Ｃ_Ｎは対象とする期間の全制御回数、Ｎ_ｘは演算手段ｘの採用回数である。Ｎ_ｘは、前回までの採用回数Ｎ_ｘｐｒｅを用いて、

と計算できる。

ステップＳ７では、最適解と選定条件の履歴記憶手段７に、最適解の選定条件と共に各演算手段の採用回数Ｎ_ｘおよび採用率ＡＲ_ｘを記憶する。このように採用率を記憶しておけば、ユーザが選定条件に応じて演算手段を選択したり、採用率の小さい演算手段を異なる演算手段に取り替えたりするための判断に用いることができる。

この実施例２によれば、効率よく最適解を得て、オンラインで配電系統の最適制御を行うことが可能である。

（実施例３）
本発明の実施例３を、図３および図５を用いて説明する。なお、実施例１および２と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

この実施例３では、図３に示すように最適解および選定条件の履歴記憶手段７が、図５に示すフローチャートのステップＳ８，Ｓ７の処理を行う。まずステップＳ８では、各演算手段３１，３２，・・・，３ｎの解の中で最も精度が高く、かつ制御操作量が最小となるように解を選定する。制御操作量とは、一回の制御で操作する、調相設備の調整量および開閉器の入切といった値である。ステップＳ７で、選定条件および選定した最適解の履歴を記憶する。

この実施例３によれば、連続する制御周期において、制御操作量の変動が少なく、滑らかな操作となるように、オンラインで配電系統の最適制御を行うことが可能である。

（実施例４）
図６は、本発明の実施例４の構成を示すブロック線図である。なお、実施例１ないし３と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

実施例４では、図６に示すように制御周期変更手段８を有している。ユーザが配電系統の変動状況をみて、制御周期を短くした方がよいと判断した場合に、制御周期を変更する。この変更は、ユーザがマニュアルにより行ってもよいし、時間帯毎に制御周期を変更するように自動処理してもよい。

この実施例４によれば、制御周期を可変にすることにより、配電系統の変動状況に合わせて細やかにオンラインで配電系統の最適制御を行うことが可能である。

（実施例５）
図７は、本発明の実施例５の構成を示すブロック線図である。なお、実施例１ないし４と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

実施例５では、図７に示すようにステップＳ９が最適値による配電系統の管理値の改善度（前回と今回の差分）が小さいか否かを判断し、改善度判定基準よりも小さい場合には、配電系統機器の遠隔制御を行わないで現状維持とする。最適値による改善効果がある場合には、ステップＳ５へ進み配電系統機器の遠隔制御を行う。

この実施例５によれば、無闇に配電系統機器を操作することなく、オンラインで配電系統の最適制御を行うことが可能である。

（実施例６）
次に、本発明の実施例６を、図３を用いて説明する。この実施例６では、図３に示す演算手段３１，３２，・・・，３ｎにおける演算アルゴリズムが、演算手段が解を逐次改善、更新していくアルゴリズムである。

このような演算にはメタヒューリスティクスな手法があり、大規模な問題に対して現実的な計算時間で最適解を求めることができるため、近年、配電系統に適用する検討が進んでいる（非特許文献３参照）。

この実施例６では、最適化選定手段５において解を選定するときに、演算手段３１，３２，・・・，３ｎの演算途中の準最適解についても選定対象とし、最も精度のよい解を選定することを特徴とする。

この実施例６によれば、制御周期以内に準最適解が求まれば、配電系統機器の操作量を得ることができるので、オンラインで配電系統の最適制御を行うことが可能である。

（実施例７）
次に、本発明の実施例７を、図３を用いて説明する。この実施例７では、複数のコンピュータにより図３に示す演算手段３１，３２，・・・，３ｎにおける演算アルゴリズムを実行することを特徴とする。

この実施例７によれば、複数のコンピュータによって並列処理するため、同じスペックの一つのコンピュータによって演算するよりも個々の演算を高速にできるため、より高速に所定の制御周期内に求解可能な解を選択することができる。

本発明の実施例１および実施例２の構成を示す図。 本発明の実施例１の配電系統制御処理を説明するためのフローチャート。 本発明の実施例２の構成を示す図。 本発明の実施例２の配電系統制御処理を説明するためのフローチャート。 本発明の実施例３の配電系統制御処理を説明するためのフローチャート。 本発明の実施例４の構成を示す図。 本発明の実施例５の配電系統制御処理を説明するためのフローチャート。 従来の配電系統の構成を示す図。 従来の配電系統制御システムを説明するための図。

符号の説明

１…配電系統情報記憶手段
２…配電系統情報入力手段
３…配電系統の電圧・潮流を最適値に制御する機器の操作量を演算する手段
４…演算時間計測手段
５…最適解選定手段
６…最適解出力手段
７…最適解と選定条件の記憶手段
８…演算手段の採用率の算出・判定手段
９…制御周期変更手段

Claims (7)

1. 遮断器、開閉器、調相設備を含んだ配電系統設備をそなえる配電系統の管理値が最適になるようにオンライン制御するシステムであって、
   前記配電系統の構成データ、需要データ、前記遮断器および前記開閉器の入切状態、前記調相設備の設定状態、ならびに電圧および電流の計測値を前記システムに取り込む入力手段と、
   前記入力手段に取り込まれた入力を基に、前記管理値が最適となるように前記配電系統設備の操作量を解として演算する複数の演算手段と、
   前記複数の演算手段における演算時間が前記オンライン制御の周期を超えた演算手段の解は除いて、前記複数の演算手段の解の中から最適な解を選定する最適解選定手段と、
   前記配電系統設備中の遠隔制御可能な配電系統機器を前記選定した最適解により遠隔制御する配電系統機器制御手段と
   をそなえたことを特徴とする配電系統制御システム。
2. 請求項１記載の配電系統制御システムにおいて、
   前記最適解選定手段が、選定した条件および演算手段ならびにその解の履歴を記憶させる手段をそなえたことを特徴とする配電系統制御システム。
3. 請求項１または２記載の配電系統制御システムにおいて、
   前記最適解選定手段が、選定した条件および演算手段ならびにその解の履歴を記憶させる手段を有し、連続する制御断面において制御操作量が滑らかとなるように解を選定することを特徴とする配電系統制御システム。
4. 請求項１ないし３の何れかに記載の配電系統制御システムにおいて、
   前記オンライン制御の周期が、変更可能なことを特徴とする配電系統制御システム。
5. 請求項１ないし４記載の配電系統制御システムにおいて、
   前記配電系統機器制御手段が、前記管理値の改善効果が小さい場合は遠隔操作を行わずに現状を維持することを特徴とする配電系統制御システム。
6. 請求項１ないし５の何れかに記載の配電系統制御システムにおいて、
   前記複数の演算手段が解を逐次改善、更新していく方法であり、演算途中で得た解を前記最適解選定手段において選定する解の対象とすることを特徴とする配電系統制御システム。
7. 請求項１ないし６の何れかに記載の配電系統制御システムにおいて、
   前記配電系統を制御するステップを有する配電系統制御システム。

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