JP2008301641A

JP2008301641A - 分散型電源の制御システムおよび制御方法

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Publication number: JP2008301641A
Application number: JP2007146377A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shishido; 洋宍道; Yoshimichi Okuno; 義道奥野; Koji Watanabe; 康治渡辺; Toshihisa Funahashi; 俊久舟橋
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2007-06-01
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2027-06-01
Also published as: JP4752810B2

Abstract

【課題】分散型電源を導入した電力系統において、処理時間を短縮および通信負荷を軽減して高速な最適化運転を行う。
【解決手段】電力系統の区分開閉器ＳＷ１で分離された区間内で、区分開閉器に配置した開閉器エージェント１をＩｎｉｔｉａｔｏｒとし、区間内の発電機や負荷および下流側開閉器に配置したエージェント２Ａ〜２ＥをＲｅｓｐｏｎｄｅｒとし、これらエージェント間で契約ネットプロトコルを用いて電力需給の契約をすることで、区間内の分散型電源、および下流区間の需給制御を行う。
また、マイクログリッドにおける単位マイクログリッド内で、連系点開閉器に配置した開閉器エージェントをＩｎｉｔｉａｔｏｒとする契約ネットプロトコルを用いて区間マイクログリッド内の需給バランス、及び下流のマイクログリッドの制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、分散型電源を配置した電力系統において、マルチエージェントを使用してコストやＣＯ₂排出量などの最適化運転を行うための制御システムおよび制御方法に関する。

近年、太陽光発電システム、風力発電システムといった自然エネルギー利用の発電システムやマイクロガスタービン発電システム、ディーゼル発電システム、燃料電池などの出力調整可能な発電システム、さらに電気二重層キャパシタからなる電力貯蔵装置（ＥＣＳ：ＥｎｅｒｇｙＣａｐａｃｉｔｏｒＳｙｓｔｅｍ）等により構成される複合型の分散型電源を、電力系統へ導入することが試みられている。

図６は、単独６．６ｋＶ系統の分散型電源システムの構成例である。ディーゼル発電ユニット１１、風力発電ユニット１２、太陽光発電ユニット１３及び電気二重層キャパシタからなる電力貯蔵装置（ＥＣＳ）１４等の分散型電源が分散配置されて、配電線１５に接続されている。なお、１６は固定負荷、１７は変動負荷である。

上記のように構成された分散型電源の出力調整方式として、数台のコンピュータから構成される自動発電制御（ＡＧＣ：ＡｕｔｏｍａｔｉｃＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌ）とコンピュータネットワークによる情報伝送により、周波数変動情報、出力情報の授受を行なうマルチエージェントシステムが提案されている（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照）。
左、檜山、舟橋：単独系統における自動発電制御へのマルチエージェントシステムの適用、平成１４年電気学会電力・エネルギー部門大会論文集（分冊Ａ）、２００２．８．７−９、福井大学檜山、江崎、森、小野、舟橋：電力貯蔵システムＥＣＳを有する単独系統におけるマルチエージェント方式自動発電制御の実験的検証、平成１５年電気学会全国大会、２００３．３．１７−１９、東北学院大学

電力系統には電力供給側と電力消費側の２種が存在するが、分散型電源を配置した系統でコストやＣＯ₂（二酸化炭素）に対して最適な制御を行う場合、マルチエージェントなどを用いて消費側と供給側で契約を結ばせる手段がとられる。

この際、契約に用いられるプロトコルは、契約ネットプロトコルといい、図７に示す手順で通信することにより、行うべきタスクを他のエージェントに依頼することができる。まず、契約開始側（Ｉｎｉｔｉａｔｏｒ）がｍ個の応答側（Ｒｅｓｐｏｎｄｅｒ）へｃｆｐ（ｃａｌｌｆｏｒｐｒｏｐｏｓａｌ）メッセージとして依頼するタスク内容を送信する。応答側（Ｒｅｓｐｏｎｄｅｒ）は、拒否する場合はｒｅｆｕｓｅメッセージを送信し、受け入れる場合は受け入れ条件（例えばコストなど）を付けｐｒｏｐｏｓａｌメッセージを送信する。

契約開始側（Ｉｎｉｔｉａｔｏｒ）は、制限時間内（ｄｅａｄｌｉｎｅ）に受信したｎ個のうち、ｊ個のｐｒｏｐｏｓｅメッセージの受け入れ条件を比較し、その中から最適なＲｅｓｐｏｎｄｅｒに対してはａｃｃｅｐｔ−ｐｒｏｐｏｓａｌメッセージを送信し、タスクを依頼する。それ以外はｒｅｊｅｃｔ−ｐｒｏｐｏｓａｌを送信して却下する。

タスクを任されたＲｅｓｐｏｎｄｅｒはタスクを処理し、終了後に失敗時にはｆａｉｌｕｒｅメッセージ、成功時には結果（ｉｎｆｏｒｍ−ｒｅｓｕｌｔ）または終了したこと（ｉｎｆｏｒｍ−ｄｏｎｅ）を送信し、一連の契約ネットプロトコルを終了する。

しかし、この契約ネットプロトコルでは、契約開始側（Ｉｎｉｔｉａｔｏｒ）と応答側（Ｒｅｓｐｏｎｄｅｒ）の比が１対多の場合しか対応できない。電力供給側と電力消費側をそれぞれＩｎｉｔｉａｔｏｒとＲｅｓｐｏｎｄｅｒ（または逆にＲｅｓｐｏｎｄｅｒとＩｎｉｔｉａｔｏｒ）としたときに、電力供給側と電力消費側それぞれが複数存在する場合、複数のＩｎｉｔｉａｔｏｒが順々に契約ネットプロトコルを繰り返す必要がある。この場合、すべてのＩｎｉｔｉａｔｏｒが契約ネットプロトコルを完了するまで処理が行われるため、全体の最適化に時間がかかる。またこのような電力供給側と電力消費側による契約ネットプロトコルでは、系統規模が大きくなるとその分だけ電力供給側および電力消費側それぞれの数が増加するため、通信負荷が増大してしまう。

本発明の目的は、分散型電源を導入した電力系統において、処理時間を短縮および通信負荷を軽減して高速な最適化運転ができる制御システムおよび制御方法を提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するため、電力系統の区分開閉器で分離された区間内で、区分開閉器に配置した開閉器エージェントをＩｎｉｔｉａｔｏｒとする契約ネットプロトコルを用いて区間内の分散型電源、および下流区間の需給制御を行うこと、さらに、マイクログリッドにおける単位マイクログリッド内で、連系点開閉器に配置した開閉器エージェントをＩｎｉｔｉａｔｏｒとする契約ネットプロトコルを用いて区間マイクログリッド内の需給バランス、及び下流のマイクログリッドの制御を行うもので、以下の制御システムおよび方法を特徴とする。

（１）分散型電源を導入した電力系統の制御システムであって、
電力系統の区分開閉器で分離された区間内で、区分開閉器に配置した開閉器エージェントをＩｎｉｔｉａｔｏｒとし、区間内の発電機や負荷および下流側開閉器に配置したエージェントをＲｅｓｐｏｎｄｅｒとし、これらエージェント間で契約ネットプロトコルを用いて電力需給の契約をすることで、区間内の分散型電源と負荷および下流区間の需給制御を行う手段を備えたことを特徴とする。

（２）分散型電源を導入した電力系統の制御システムであって、
マイクログリッドにおける単位マイクログリッド内で、連系点開閉器に配置した開閉器エージェントをＩｎｉｔｉａｔｏｒとし、区間マイクログリッド内の発電機や負荷および下流側開閉器に配置したエージェントをＲｅｓｐｏｎｄｅｒとし、これらエージェント間で契約ネットプロトコルを用いて電力需給の契約をすることで、区間マイクログリッド内の需給バランス、及び下流のマイクログリッドの制御を行う手段を備えたことを特徴とする。

（３）分散型電源を導入した電力系統の制御方法であって、
電力系統の区分開閉器で分離された区間内で、区分開閉器に開閉器エージェントを配置し、区間内の発電機や負荷および下流側開閉器にエージェントを配置し、
（Ｓ１）前記開閉器エージェントは、区間内または単位マイクログリッド内の負荷および下流側リソースのエージェントと通信し、必要な消費電力量及び電力購入希望コストを受け取るステップと、
（Ｓ２）前記エージェントは、、収集した情報を基に、消費電力総量およびコストによる供給優先順位を求めるステップと、
（Ｓ３）前記開閉器エージェントは、契約ネットプロトコルを開始し、発電機及び下流側リソースのエージェントに対してもメッセージを送信し、このメッセージに対して契約に参加するエージェントから発電機出力とコストの対応表のテーブルをｐｒｏｐｏｓｅメッセージとして受信するステップと、
（Ｓ４）前記開閉器エージェントは、発電機エージェントなどから受け取った前記テーブルに従い、総コストが安くなるように出力割り当てを行うステップと、
（Ｓ５）前記開閉器エージェントは、出力割り当てに応じ、ａｃｃｅｐｔ−ｐｒｏｐｏｓａｌメッセージで発電出力を送り、発電機エージェントは発電機に出力設定を行い、下流側リソースエージェントは下流側リソース内の最適化の設定を行うステップと、
を有することを特徴とする。

（４）前記開閉器エージェントは、発電機及び下流側リソースのエージェントから発電機出力とＣＯ₂排出量の対応表のテーブルを受信し、このテーブルに従い、総ＣＯ₂排出量が低くなるように出力割り当てを行うことを特徴とする。

以上のとおり、本発明によれば、電力系統の区分開閉器で分離された区間内で、区分開閉器に配置した開閉器エージェントをＩｎｉｔｉａｔｏｒとする契約ネットプロトコルを用いて区間内の分散型電源、および下流区間の需給制御を行うこと、さらに、マイクログリッドにおける単位マイクログリッド内で、連系点開閉器に配置した開閉器エージェントをＩｎｉｔｉａｔｏｒとする契約ネットプロトコルを用いて区間マイクログリッド内の需給バランス、及び下流のマイクログリッドの制御を行うため、処理時間を短縮および通信負荷を軽減して高速な最適化運転ができる。

具体的には、
・電力供給側と電力消費側の比が、多対多でも高速な最適化が可能になる。

・通信範囲内が区間内または単位マイクログリッド内に収まるため、系統が大規模になっても通信量が増大しない。

・発電機などの電力供給側設備のプラグイン・プラグアウトが可能になる。

・開閉器エージェントによる契約ネットプロトコルにより、一回のプロトコルで完了することができ、処理時間を短縮可能になる。

図１は、本発明の実施形態になる制御システムのマルチエージェント構成である。本実施形態では、電力系統の区分開閉器で分離された区間内で、区分開閉器に配置した開閉器エージェントをＩｎｉｔｉａｔｏｒとし、区間内の発電機Ｇや負荷Ｌおよび下流側開閉器に配置したエージェントをＲｅｓｐｏｎｄｅｒとし、これらエージェント間で契約ネットプロトコルを用いて電力需給の契約をすることで、区間内の分散型電源と負荷および下流区間の需給制御を行う。

また、マイクログリッドにおける単位マイクログリッド内で、連系点開閉器に配置した開閉器エージェントをＩｎｉｔｉａｔｏｒとし、区間マイクログリッド内の発電機Ｇや負荷Ｌおよび下流側開閉器に配置したエージェントをＲｅｓｐｏｎｄｅｒとし、これらエージェント間で契約ネットプロトコルを用いて電力需給の契約をすることで、区間マイクログリッド内の需給バランス、及び下流のマイクログリッドの制御を行う。

一般の電力系統では、事故対策などのため開閉器が多数設けられており、その中には図２のように特定区間を分離する区分開閉器がある。電力系統のある区間において、下流側にある区分開閉器以下は、一つの発電機や負荷のようなリソースとみなすことができる。

また、マイクログリッドは、図３のように、商用電力系統と連系点開閉器で接続し、特定領域内で需給バランスや電力品質維持を行う小規模電力供給網である。このマイクログリッドでは、場合によってメタな構造を持つことがあるが、上記の電力系統と同様、下流のメタなマイクログリッドは、一つのリソースとみなすことができる。

例えば、図３のマイクログリッドの場合、図４のように下流側マイクログリッドを発電機や負荷と同じ、一つの電力資源とみなすことができる。

以上のように、開閉器以下を一つのリソース（下流側リソース）とみなすことにより、マルチエージェントを用いて、区間毎またはマイクログリッド単位毎での制御が可能になる。例えば、図４の場合、エージェント構成は図１のようになる。区分開閉器ＳＷ１に開閉器エージェント１を配置し、それが自分の区間内または単位マイクログリッド内の発電機や負荷、下流側リソースのそれぞれのエージェント２Ａ〜２Ｅと通信しあい、コントロールする。

図１の構成におけるエージェント間の需給契約処理手順を以下に説明する。

（Ｓ１）開閉器エージェント１は、区間内または単位マイクログリッド内の負荷および下流側リソースのエージェント２Ａ〜２Ｅと通信し、必要な消費電力量及び電力購入希望コストを受け取る。

（Ｓ２）開閉器エージェント１は、収集した情報を基に、消費電力総量およびコストによる供給優先順位を求める。

（Ｓ３）開閉器エージェント１は、契約ネットプロトコルを開始する。発電機Ｇ及び下流側リソースのエージェント２Ａ、２Ｃ、２Ｅに対してもメッセージを送信し、受け取ったエージェントのうち、契約に参加するエージェントは、発電コストに関するテーブルを開閉器エージェント１へｐｒｏｐｏｓｅメッセージとして送信する。発電機コストテーブルとは、発電機出力とコストの対応表のことである。

（Ｓ４）開閉器エージェント１は、発電機エージェントなどから受け取った発電コストテーブルに従い、総コストが安くなるように出力割り当てを行う。

（Ｓ５）開閉器エージェント１は、出力割り当てに応じ、ａｃｃｅｐｔ−ｐｒｏｐｏｓａｌメッセージで発電出力を送り、発電機エージェント２Ａ、２Ｃは発電機に出力設定を行う。下流側リソースエージェント２Ｅの場合は、下流側リソース内の最適化設定に利用する。

このうち、（Ｓ５）での「下流側リソース内の最適化」については、図５のように下流側の単位マイクログリッド内で、上記と同じように契約ネットプロトコルを用いて処理を行う。下流側エージェント２Ｅと開閉器エージェント２Ｆが別々になっているのは、上流側のマイクログリッドと下流側のマイクログリッドそれぞれの契約ネットプロトコルによる処理を、非同期で行うためである。

上記の発電機コストテーブルは、発電出力コストを算出するテーブルである。このテーブルは以下のようなテーブルである。

このコストは、発電に必要な一次エネルギーや運用に関する料金（コスト）、またはＣＯ₂発生量などから算出することにより、システム全体の経済性優先またはＣ０₂削減優先など、優先目的を設定・変更することが出来る。

具体的な制御は、一般電力系統とマイクログリッド２種について以下の通りとなる。

（１）図２のような一般の電力系統における区分開閉器ＳＷで分離された区間内で、区分開閉器に配置した開閉器エージェントをＩｎｉｔｉａｔｏｒとする契約ネットプロトコルを用いることで、区間内の分散型電源、および下流区間の需給制御を行う。

（２）図３のようなマイクログリッドにおける単位マイクログリッド内で、連系点開閉器ＳＷに配置した開閉器エージェントをＩｎｉｔｉａｔｏｒとする契約ネットプロトコルを用いることで、区間マイクログリッド内の需給バランス、及び下流のマイクログリッドの制御を行う。

本発明の実施形態になる制御システムのマルチエージェント構成図。区分開閉器による電力系統の区分図。連系点開閉器によるマイクログリッドの区分図。下流側マイクログリッドを一つの電力資源とみなす図。下流側リソース内のエージェント構成図。分散型電源システムの構成例。契約ネットプロトコル。

符号の説明

１開閉器エージェント
２Ａ、２Ｃ発電機エージェント
２Ｂ、２Ｄ負荷エージェント
２Ｅ下流側エージェント
２Ｆ開閉器エージェント
ＳＷ１区分開閉器
ＳＷ２マイクログリッドの区分開閉器

Claims

分散型電源を導入した電力系統の制御システムであって、
電力系統の区分開閉器で分離された区間内で、区分開閉器に配置した開閉器エージェントをＩｎｉｔｉａｔｏｒとし、区間内の発電機や負荷および下流側開閉器に配置したエージェントをＲｅｓｐｏｎｄｅｒとし、これらエージェント間で契約ネットプロトコルを用いて電力需給の契約をすることで、区間内の分散型電源と負荷および下流区間の需給制御を行う手段を備えたことを特徴とする分散型電源の制御システム。
分散型電源を導入した電力系統の制御システムであって、
マイクログリッドにおける単位マイクログリッド内で、連系点開閉器に配置した開閉器エージェントをＩｎｉｔｉａｔｏｒとし、区間マイクログリッド内の発電機や負荷および下流側開閉器に配置したエージェントをＲｅｓｐｏｎｄｅｒとし、これらエージェント間で契約ネットプロトコルを用いて電力需給の契約をすることで、区間マイクログリッド内の需給バランス、及び下流のマイクログリッドの制御を行う手段を備えたことを特徴とする分散型電源の制御システム。
分散型電源を導入した電力系統の制御方法であって、
電力系統の区分開閉器で分離された区間内で、区分開閉器に開閉器エージェントを配置し、区間内の発電機や負荷および下流側開閉器にエージェントを配置し、
（Ｓ１）前記開閉器エージェントは、区間内または単位マイクログリッド内の負荷および下流側リソースのエージェントと通信し、必要な消費電力量及び電力購入希望コストを受け取るステップと、
（Ｓ２）前記エージェントは、、収集した情報を基に、消費電力総量およびコストによる供給優先順位を求めるステップと、
（Ｓ３）前記開閉器エージェントは、契約ネットプロトコルを開始し、発電機及び下流側リソースのエージェントに対してもメッセージを送信し、このメッセージに対して契約に参加するエージェントから発電機出力とコストの対応表のテーブルをｐｒｏｐｏｓｅメッセージとして受信するステップと、
（Ｓ４）前記開閉器エージェントは、発電機エージェントなどから受け取った前記テーブルに従い、総コストが安くなるように出力割り当てを行うステップと、
（Ｓ５）前記開閉器エージェントは、出力割り当てに応じ、ａｃｃｅｐｔ−ｐｒｏｐｏｓａｌメッセージで発電出力を送り、発電機エージェントは発電機に出力設定を行い、下流側リソースエージェントは下流側リソース内の最適化の設定を行うステップと、
を有することを特徴とする分散型電源の制御方法。
前記開閉器エージェントは、発電機及び下流側リソースのエージェントから発電機出力とＣＯ₂排出量の対応表のテーブルを受信し、このテーブルに従い、総ＣＯ₂排出量が低くなるように出力割り当てを行うことを特徴とする請求項３に記載の分散型電源の制御方法。