JP2012228003A - ループ状系統用潮流計算方法及び潮流計算装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】開状態とした連系開閉器の両端に仮想電源モデルをそれぞれ接続し、各配電線の電源側のノードを先頭ノード、仮想電源モデル側のノードを末端ノードとしてループ状配電系統を放射状配電系統に置換し、連系開閉器の両端電圧及び位相角がそれぞれ等しくなるように仮想電源モデルの有効電力、無効電力を算出し、少なくとも先頭ノードの電圧及び位相角、並びに、末端ノードの電圧及び位相角、有効電力、無効電力を用いて、ノード電圧分布及び線路潮流分布を放射状配電系統用潮流計算方法により計算する。
【選択図】図1
Description
電力系統の電圧分布状態及び線路潮流状態を計算する代表的な潮流計算方法としては、NR法(Newton Raphson Method)潮流計算方法があり、ループ状系統により運用する送電系統の潮流計算に広く用いられている。しかし、送電系統に比べてインピーダンスのR/X(抵抗/リアクタンス)比が大きい配電系統にNR法潮流計算方法を適用すると、解が収束しない場合があることが知られている。
しかしながら、この放射状系統用潮流計算方法は、その計算アルゴリズム上、ループ状配電系統には適用できないという問題がある。
図6は、非特許文献1の潮流計算方法による系統モデルの置換前後の説明図であり、100は配電用変圧器に相当する電源(電圧をV0、位相角をθ0とする)、200は送り出し母線、300は電源100に接続されたループ状の配電線、310はループ点、0〜9は負荷が接続される配電線300上のノードを示している。
その際、分割した送り出しノード0と末端ノード9とは本来、同一ノードであり、両ノードの電圧V0及び位相角θ0がそれぞれ等しいことを利用して、末端ノード9に接続した仮想電流源モデル101の出力電流を調整することにより、特許文献1に係る放射状配電系統用潮流計算方法と同等のアルゴリズムを用いてループ状配電系統の潮流計算を可能としている。
また、非特許文献1では、図7に示すように、ループ対象となる2本の配電線301,302を1本の配電線モデル303に置換して潮流計算を行っている。このため、配電線301,302内に直列形電圧制御装置としての自動電圧調整器(SVR:Step Voltage Regulator)SVR1,SVR2が存在する場合、本来であれば配電線末端方向(末端ノード9方向)に向かうはずのSVR2の電圧検出点(電圧補償範囲)が、放射状配電系統への置換によりノード0側(SVR2の二次側)になってしまう。
このため、ループ状配電系統を置換した放射状配電系統により潮流計算を実施する場合、SVR2の電圧検出点をループ点ノード9側(SVR2の一次側)に変更したモデルとする必要がある。
このように、非特許文献1による潮流計算方法では、計算対象のループ状配電系統にSVR等の直列形電圧制御機器が存在する場合、放射状配電系統へ置換するに当たり、ループ点の位置によってSVRモデルを変更しなければならないという煩雑さがあった。
前記コンピュータシステムの演算処理手段が、
記憶装置から前記ループ状配電系統、前記連系開閉器及び仮想電源モデルの情報を読み出し、開状態とした前記連系開閉器の両端に前記仮想電源モデルをそれぞれ接続することにより、各配電線の前記電源側のノードを先頭ノードとし、かつ、前記仮想電源モデル側のノードを末端ノードとして前記ループ状配電系統を放射状配電系統に置換すると共に、置換後の前記放射状配電系統を前記記憶装置に記憶させ、
前記記憶装置から読み出した前記放射状配電系統を対象として、前記連系開閉器の両端電圧及び位相角がそれぞれ等しくなるように前記仮想電源モデルの有効電力、無効電力を計算し、少なくとも前記先頭ノードの電圧及びその位相角、前記末端ノードの電圧及びその位相角、前記仮想電源モデルの有効電力、無効電力を用いて、前記ループ状配電系統における各ノードの電圧分布及び線路潮流分布を放射状配電系統用潮流計算方法により計算するものである。
なお、請求項2に記載するように、前記演算処理手段は、仮想電源モデルの有効電力、無効電力を非線形計画法により計算することが望ましい。
前記コンピュータシステムは、
演算処理装置と、この演算処理装置との間でデータを入出力するための入力装置及び出力装置と、記憶装置とを備え、
前記記憶装置には、少なくとも前記ループ状配電系統、前記連系開閉器及び仮想電源モデルの情報が記憶され、
前記演算処理装置は、
前記記憶装置から前記ループ状配電系統、前記連系開閉器及び仮想電源モデルの情報を読み出し、開状態とした前記連系開閉器の両端に前記仮想電源モデルをそれぞれ接続することにより、各配電線の前記送り出し母線側のノードを先頭ノード、前記仮想電源モデル側のノードを末端ノードとして前記ループ状配電系統を放射状配電系統に置換する系統置換手段と、
置換された前記放射状配電系統を対象として、前記連系開閉器の両端電圧及び位相角がそれぞれ等しくなるように前記仮想電源モデルの有効電力、無効電力を最適化演算により算出する最適化手段と、
前記記憶装置に記憶された前記先頭ノードの電圧及びその位相角、前記末端ノードの電圧及びその位相角、前記最適化演算手段により算出された前記仮想電源モデルの有効電力、無効電力を少なくとも用いて、前記ループ状配電系統におけるノード電圧分布及び線路潮流分布を放射状配電系統用潮流計算方法により計算する潮流計算手段と、
を有するものである。
また、本発明によれば、配電線上にSVR等の直列形電圧制御機器が存在する場合でも、放射状配電系統への置換に伴って電圧検出点が変わってしまう不都合がなく、ループ状配電系統のループ点の位置に左右されずに潮流計算を行うことが可能である。
まず、図1は、この実施形態による配電系統モデルの置換前後の説明図である。図1において、前記同様に100は配電用変圧器に相当する電源(電圧をV0、位相角をθ0とする)、200は送り出し母線、3001,3002は各一端が送り出し母線200に接続された配電線、310はループ点、0〜8は配電線3001,3002上のノードである。
配電線3001,3002は、常時開の連系開閉器(図示せず)を閉じることによりループ点310にて連系され、配電系統全体がループ状配電系統として運用されている。
これにより、図1上段のループ状配電系統をループ点310にて切り離し、図1下段の放射状配電系統に置換することにより、ループ状配電系統におけるノード電圧分布及び有効電力、無効電力等の線路潮流分布を計算可能とする。
図1下段において、PKGloop11,QKGloop11は、ループ点310に流入する有効電力、無効電力であって、仮想電源モデルKG1の有効電力、無効電力に等しく、PKGloop12,QKGloop12は、ループ点310から流出する有効電力、無効電力であって、仮想電源モデルKG2の有効電力、無効電力に等しい。
また、VKGloop11,θKGloop11は仮想電源モデルKG1の接続ノードの電圧及び位相角(送り出し電源100を基準)であり、VKGloop12,θKGloop12は仮想電源モデルKG2の接続ノードの電圧及び位相角(同上)である。
なお、上述したループ状配電系統、連系開閉器及び仮想電源モデルの情報は、本実施形態の潮流計算装置が有する記憶装置に記憶されている。また、置換後の放射状配電系統の情報も記憶装置に記憶される。
[数1]
VKGloop11=VKGloop12
[数2]
θKGloop11=θKGloop12
[数3]
PKGloop11=−PKGloop12
[数4]
QKGloop11=−QKGloop12
ここで、数式1、数式2の関係から、組合せ最適化問題の目的関数fminを数式5により定義する。
[数5]
fmin=(VKGloop11−VKGloop12)2+(θKGloop11−θKGloop12)2
[数6]
PKGloop11+PKGloop12=0
[数7]
QKGloop11+QKGloop12=0
特に、本実施形態では、特許文献1のように送り出しノードを二分割するのではなく、ループ点の連系開閉器を開状態としたままその両端(各配電線の末端ノード)に仮想電源モデルを接続して放射状配電系統に置換するため、配電線上にSVRが存在するループ状配電系統を放射状配電系統へ置換する場合でも、ループ点の位置に関わらずSVRの電圧検出点は常にSVRの二次側になり、SVRモデルを変更する必要も生じない。
この潮流計算方法は、放射状配電系統の電源(配電用変電所)の電圧及び位相角、各ノードの負荷量、収束判定基準値等の各種データをコンピュータに入力するステップと、負荷量の初期推定値を用いて、各配電線の末端ノードから加算して先頭ノードにおける流出有効電力、流出無効電力及び電圧からなる状態変数の初期値を求める初期値計算ステップと、各配電線の先頭ノードから末端ノードに向かって、上流側ノードの損失有効電力及び損失無効電力、前記状態変数の初期値、下流側ノードの有効電力負荷及び無効電力負荷、線路インピーダンスを用いて、下流側ノードの流出有効電力、流出無効電力及び電圧を逐次計算するステップ(前進計算ステップ)と、末端ノードの流出有効電力及び流出無効電力をいずれもゼロと仮定したときの末端ノードにおけるエラー分だけ、先頭ノードの流出有効電力及び流出無効電力を修正するステップ(後進計算ステップ)と、末端ノードの流出有効電力及び流出無効電力を所定の判定基準値と比較して収束の有無を判定する収束判定ステップと、から構成されている。
上記の潮流計算方法を図2上段のループ状配電系統に適用するには、図2下段のように置換した放射状配電系統の各配電線3001〜3001−1において、送り出し母線200側のノードを先頭ノード、仮想電源モデルKG1〜KGnが接続されている各ノードを末端ノードとし、前述した数式9,数式10の制約条件のもとで数式8の目的関数を最小にするような各仮想電源モデルKG1〜KGnの有効電力値、無効電力値を求め、その後に上記の初期値計算ステップ以降の手順を実行することでノード電圧分布、線路潮流分布を求めればよい。
同図に示すように、まず、ループ状配電系統の構成、電源(配電用変電所)の電圧及び位相角、ループ点の位置等の各種情報を記憶装置から読み出し、適宜な入力装置を用いてコンピュータ本体(潮流計算装置を構成する演算処理装置)に入力する(ステップS1)。次に、演算処理装置は、図2を用いて説明したように、ループ点の連系開閉器を開状態としたままで、連系開閉器の両端に仮想電源モデルをそれぞれ接続することにより、ループ状配電系統を放射状配電系統に置換する(ステップS2)。
次に、演算処理装置は、仮想電源モデルの有効電力、無効電力をゼロとおき(ステップS4)、下記の放射状配電系統用の潮流計算に移行する。
図4において、410は、操作員がループ状配電系統の構成、電源の電圧及び位相角、ループ点の位置等の各種データを記憶装置440から読み出す操作を実行する(または、これらのデータを直接入力する)と共に、入出力指令、計算指令等を入力するためのキーボード、マウス、タッチパネル等からなる入力装置、420は後述する各手段を所定のプログラムにより機能させるためのCPU等の演算処理装置、430はディスプレイ、プリンタ、外部へのデータ伝送装置等からなる出力装置、440は、ループ状配電系統の構成や潮流計算用の各種初期値、仮想電源モデル情報、潮流計算結果等が記憶されるハードディスク等の記憶装置である。
この実施例では、図5に示すように同一バンク内の3本の配電線3001,3002,3003の末端をループ点(連系開閉器の設置位置)3101,3102により接続したループ状配電系統モデルを対象として、ループ状配電系統の潮流計算が実行可能なNR法潮流計算法による計算値と、本発明に特許文献1の放射状配電系統用潮流計算方法を適用した際の計算値とを比較している。なお、図5において、1〜17はノードである。
100:電源
101:仮想電流源モデル
200:送り出し母線
300,3001,3002,3003,300i−1,301,302,303:配電線
310,3101,3102,……,310i:ループ点
410:入力装置
420:演算処理装置
421:制御手段
422:データ入力手段
423:系統置換手段
424:最適化・潮流計算手段
425:データ出力手段
430:出力装置
440:記憶装置
KG1,KG2,……,KGi:仮想電源モデル
Claims (3)
- 各一端が共通の送り出し母線に接続された2つの配電線の各他端を連系開閉器により連系してなるループ状配電系統のノード電圧分布及び線路潮流分布を、コンピュータシステムにより計算する潮流計算方法において、
前記コンピュータシステムの演算処理手段が、
記憶装置から前記ループ状配電系統、前記連系開閉器及び仮想電源モデルの情報を読み出し、開状態とした前記連系開閉器の両端に前記仮想電源モデルをそれぞれ接続することにより、各配電線の前記送り出し母線側のノードを先頭ノードとし、かつ、前記仮想電源モデル側のノードを末端ノードとして前記ループ状配電系統を放射状配電系統に置換すると共に、置換後の前記放射状配電系統を前記記憶装置に記憶させ、
前記記憶装置から読み出した前記放射状配電系統を対象として、前記連系開閉器の両端電圧及び位相角がそれぞれ等しくなるように前記仮想電源モデルの有効電力、無効電力を計算し、少なくとも前記先頭ノードの電圧及びその位相角、前記末端ノードの電圧及びその位相角、前記仮想電源モデルの有効電力、無効電力を用いて、前記ループ状配電系統におけるノード電圧分布及び線路潮流分布を放射状配電系統用潮流計算方法により計算することを特徴とするループ状配電系統用潮流計算方法。 - 請求項1に記載したループ状配電系統用潮流計算方法において、
前記演算処理手段が、前記仮想電源モデルの有効電力、無効電力を非線形計画法により計算することを特徴とするループ状配電系統用潮流計算方法。 - 各一端が共通の送り出し母線に接続された2つの配電線の各他端を連系開閉器により連系してなるループ状配電系統のノード電圧分布及び線路潮流分布を、コンピュータシステムにより計算する潮流計算装置において、
前記コンピュータシステムは、
演算処理装置と、この演算処理装置との間でデータを入出力するための入力装置及び出力装置と、記憶装置とを備え、
前記記憶装置には、少なくとも前記ループ状配電系統、前記連系開閉器及び仮想電源モデルの情報が記憶され、
前記演算処理装置は、
前記記憶装置から前記ループ状配電系統、前記連系開閉器及び仮想電源モデルの情報を読み出し、開状態とした前記連系開閉器の両端に前記仮想電源モデルをそれぞれ接続することにより、各配電線の前記送り出し母線側のノードを先頭ノード、前記仮想電源モデル側のノードを末端ノードとして前記ループ状配電系統を放射状配電系統に置換する系統置換手段と、
置換された前記放射状配電系統を対象として、前記連系開閉器の両端電圧及び位相角がそれぞれ等しくなるように前記仮想電源モデルの有効電力、無効電力を最適化演算により算出する最適化手段と、
前記記憶装置に記憶された前記先頭ノードの電圧及びその位相角、前記末端ノードの電圧及びその位相角、前記最適化演算手段により算出された前記仮想電源モデルの有効電力、無効電力を少なくとも用いて、前記ループ状配電系統におけるノード電圧分布及び線路潮流分布を放射状配電系統用潮流計算方法により計算する潮流計算手段と、
を有することを特徴とするループ状配電系統用潮流計算装置。
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