JP2023004593A - 電力系統制御装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】予測結果が局所的に外れた場合においても対応可能な電力系統制御装置及び方法を提供する。【解決手段】電力系統制御装置は、電力系統において計測された計測値を取得する計測値取得部と、未来の時刻である所定時刻における電力系統の状態を予測した状態予測データを複数生成する状態予測部と、予測した複数の状態予測データのそれぞれに対応する制御アクション群を立案する制御アクション演算部と、制御アクション群から抽出した一意な制御アクションのそれぞれに対して対応する計測ポジションを特定して計測ポジションに紐づく制御アクションの形に再構成し、所定時刻における制御スケジュールとして設定する制御スケジュール構成部と、所定時刻に特定した計測ポジションで計測した計測値に基づき、制御スケジュールの中から実際に実行する制御アクションを計測ポジション毎に決定し、制御を実行する制御実行部を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、電力系統の電圧を制御する電力系統制御装置及び方法に関する。

電力系統の電圧制御は、電力の安定供給を高効率に行う上で非常に重要な要素である。近年の再生可能エネルギーの増加により電力系統の不確実性は増しており、それに伴って運用者によって適切な制御方策を立案することは困難さを増してきている。

そこで、電力系統の将来状態を予測し、予測した将来状態に対して最適潮流計算を用いることで、電圧安定性の維持と送電ロスの低減を両立することが出来る制御方策を立案することが行われている。

この点に関し、特許文献１では、電力系統の将来状態予測に基づき制御方策を立案する際に懸念される、予測誤差の問題に対処する方法として、電力系統の状態を複数予測してそれぞれの状態に対する最適な制御方法を立案し、制御実行時に最適なものを選択する手法が記載されている。

特許第６６８９７３２号

特許文献１は、電力系統の将来状態を複数予測し、制御を実行する実時間において系統状態を比較し、最も合致する状態予測データを選択することにより最適な制御を決定する手法である。

しかし、電力系統の将来状態の予測は、系統全体としては誤差が少なかったとしても、局所的に外れる可能性がある。電圧の安定性はしばしば局所的な問題として発生するため、局所的に不適切な制御となってしまう可能性がある。

また、最適潮流計算を含むモデルベースの系統解析技術に基づく制御をそのまま出力するため、解析精度に起因する問題が存在した場合に、回避することが困難である。

以上のことから本発明においては、予測結果が局所的に外れた場合においても対応可能な電力系統制御装置及び方法を提供することを目的とする。

以上のことから本発明においては、「所定時刻における電力系統の状態の予測に基づいて適切な制御アクション群を立案し、所定時刻において立案した制御アクション群を実行することにより電力系統を制御する電力系統制御装置であって、電力系統において計測された計測値を取得する計測値取得部と、未来の時刻である所定時刻における電力系統の状態を予測した状態予測データを複数生成する状態予測部と、予測した複数の状態予測データのそれぞれに対応する制御アクション群を立案する制御アクション演算部と、制御アクション群から抽出した一意な制御アクションのそれぞれに対して対応する計測ポジションを特定して計測ポジションに紐づく制御アクションの形に再構成し、所定時刻における制御スケジュールとして設定する制御スケジュール構成部と、所定時刻に特定した計測ポジションで計測した計測値に基づき、制御スケジュールの中から実際に実行する制御アクションを計測ポジション毎に決定し、制御を実行する制御実行部を有することを特徴とする電力系統制御装置」としたものである。

また本発明においては、「所定時刻における電力系統の状態の予測に基づいて適切な制御アクション群を立案し、所定時刻において立案した制御アクション群を実行することにより電力系統を制御する電力系統制御方法であって、電力系統から計測値を取得し、未来の所定時刻における電力系統の状態を予測した状態予測データを複数生成し、予測した複数の状態予測データのそれぞれに対応する制御アクション群を立案し、制御アクション群から抽出した一意な制御アクションのそれぞれに対して対応する計測ポジションを特定して計測ポジションに紐づく制御アクションの形に再構成し、所定時刻における制御スケジュールとして設定し、所定時刻に特定した計測ポジションで計測した計測値に基づき、制御スケジュールの中から実際に実行する制御アクションを計測ポジション毎に決定し、制御を実行することを特徴とする電力系統制御方法」としたものである。

本発明によれば、予測結果が局所的に外れた場合においても対応可能である。計測値に基づき制御アクションの実行有無を判定するようになるため、局所的な予測ずれの問題を回避することが出来る。

実施例１に係る電力系統制御装置を適用したシステム構成の一例を示す図。 実施例１に係る制御スケジュール構成部１４の概略フローチャート。 系統状態のそれぞれに対して、実施すべき制御アクションの一覧例を示す図。 系統状態、制御アクションに対して、対応する計測値ポジションを決定した一覧を示す図。 全ての制御アクションを計測値ポジションに紐づき整理した一覧を示す図。 優先度を付与した制御アクションを示す図。 制御アクション実行基準しきい値の具体例を示す図。 実施例２に係る制御実行部の動作方式を示す図。 実施例３に係る電力系統制御装置を適用したシステム構成の一例を示す図。

以下、図面に基づいて本発明の実施例について説明する。

図１は、実施例１に係る電力系統制御装置を適用したシステム構成の一例を示すブロック図である。図１における１は電力系統制御装置、２は電力系統、３は計測機器、４は電気機器、５は通信ネットワークを示しており、これにより電力系統制御システムを構成している。

電力系統制御装置１は、一例として、ＣＰＵ、メモリ、ハードディスクあるいはＳＳＤ等の記憶装置、および通信機能を備えたサーバとして構成されている。メモリに記憶された制御プログラムに従って処理を行うＣＰＵによって実現される処理を、機能として表現したものが、図１における入力データ取得部１１、状態予測部１２、制御アクション演算部１３および制御スケジュール構成部１４の各機能である。なお制御スケジュール保存部１５は、メモリおよび記憶装置により実現される。

電力系統制御装置１により安定化制御される電力系統２は、発電装置を用いて発電を行う発電所の設備と、発電所が発生した電力を消費する需要家の設備と、発電所から需要家までの電力を送る電力流通設備とを含み、これらの設備には様々な電気機器４が含まれている。

更に、電力系統２は、これらの設備の状態を計測する計測機器３を含んでいる。計測機器３の計測項目には、電力系統２の系統接続情報、母線電圧、送電線・変圧器の潮流値、発電機の有効電力出力値及び無効電力出力値、母線負荷の有効電力値及び無効電力値等の各種計測値を含んでいる。

電気機器４は、電力系統２を構成する機器であり、発電装置、変圧器、遮断器、調相設備などの電力系統２の電力潮流状態を変更するための装置を含んでいる。電気機器４は、電力系統制御装置１内の制御実行部１６が通信ネットワーク５を介して送信した制御指令を受信すると、制御指令に応じて設定状態や動作状態を変更することができる。

通信ネットワーク５は、電力系統制御装置１と電力系統２との間で通信を可能とするネットワークである。

図１に例示する電力系統制御装置１内の入力データ取得部１１は、電力系統２の計測機器３が計測した計測値などを、入力データとして収集する。入力データ取得部１１が収集する入力データは、計測機器３により得られた各種計測値ばかりではなく、未来の時刻における電力系統２の状態を予測するために使用する、発電計画データや気象予報データ、需要予測データなどのデータを含み、より広範囲な情報を含んで収集されたものである。なお、各種計測値は、計測機器３より直接収集された値でもよいし、他システムが計測機器３から収集した各種計測値を周期毎に取得してもよいし、或は計測値の二次的な加工情報であってもよい。

状態予測部１２は、入力データ取得部１１から得られた入力データに基づき、未来の時刻における電力系統２の状態を複数個予測する。さらに、作成した複数の系統状態のそれぞれに対して、電圧安定性の評価指標値を求める。電圧安定性の評価指標値には、例えばＰＶ曲線から得られる有効電力余裕を利用することができる。ＰＶ曲線上の安定限界点における限界有効電力と未来時刻の推定された有効電力の差分が有効電力余裕であり、これが大きいほど安定ということができる。

制御アクション演算部１３は、状態予測部１２により作成された複数の系統状態のそれぞれに対して、電圧安定性を維持し、かつ運用コストを低減することの可能な制御アクションを最適潮流計算により求める。ここで、制御アクションにはＡＶＲ運転をしている発電機の指定電圧といった連続値の指令と、変圧器のタップ位置切り替えや調相機器の入切制御といった離散値の指令を含むものがある。これにより、電力系統の電圧、或は無効電力の制御が可能である。

図３は、制御アクション演算部１３の処理結果として作成された、複数の系統状態のそれぞれに対して、実施すべき制御アクションの一覧の例を示す図である。この一覧図では、推定した未来の系統状態が、系統状態１、２、３として例示され、例えばここで、系統状態１は電圧安定性の評価指標値により最も電圧安定性が高いと判断されたケースである。系統状態２は中間ケースであり、系統状態３は最も電圧安定性が低くなると判断されたケースである。

この一覧図によれば、電圧安定性が高いと判断されたケースである系統状態１では、電圧安定度確保のための制御アクションとしては、制御アクション１、２を準備しておけばよいのに対し、電圧安定性が中間と判断されたケースである系統状態２では、電圧安定度確保のための制御アクションとしては、制御アクション１、２、３、４を準備しておく必要があり、電圧安定性が低いと判断されたケースである系統状態３では、電圧安定性確保のための制御アクションとしては、制御アクション１、２、３、４、５を準備しておく必要があることを意味している。

制御スケジュール構成部１４は、制御アクション演算部１３により得られた制御アクション群のそれぞれに対して、制御アクションにより大きく影響を受ける計測値ポジションを特定する。例えば電力系統各所に設置された電圧変性器の出力である系統電圧について、ある位置の発電機またはタップ付き機器を制御アクションとして変更、操作した場合に、最も大きく電圧が変動する電圧変性器を特定し、これを制御アクションにより大きく影響を受ける計測値ポジションとする。

図４は、制御スケジュール構成部１４の処理結果として作成された、複数の系統状態、全ての制御アクションに対して、対応する計測値ポジションを決定した一覧を示す図である。

この一覧図によれば、系統状態１、かつ制御アクション１のとき大きく影響を受ける計測値ポジションはＡであり、系統状態１、かつ制御アクション２のとき大きく影響を受ける計測値ポジションはＢである。同様に系統状態２、かつ制御アクション１のとき大きく影響を受ける計測値ポジションはＡであり、系統状態２、かつ制御アクション２のとき大きく影響を受ける計測値ポジションはＢであり、系統状態２、かつ制御アクション３のとき大きく影響を受ける計測値ポジションはＡであり、系統状態２、かつ制御アクション４のとき大きく影響を受ける計測値ポジションはＣである。これらの対応は、系統状態３に対しても同様に求められる。

この一覧によれば、制御アクションが相違する場合であっても、つまり電圧、無効電力制御のために操作する機器が相違する場合であっても、この結果として大きく影響を受ける計測ポジションが同じ地点になる場合がある。系統状態２における制御アクション１、３では、いずれも計測ポジションＡがこのケースに該当する。

このことに鑑みて制御スケジュール構成部１４では、その後、複数の系統状態から得られた全ての制御アクションを計測値ポジションに紐づくものとして整理して、指定時刻における制御スケジュールとして決定する。

図５は、制御スケジュール構成部１４の処理結果として作成された、複数の系統状態から得られた全ての制御アクションを計測値ポジションに紐づくものとして整理した一覧を示す図である。

この図５の一覧は、図４の系統状態３について整理したものであり、これによれば、制御アクション１、制御アクション３は同じ計測値ポジションＡに対応すると決定され、制御アクション２、制御アクション５は、同じ計測値ポジションＢに対応すると決定され、制御アクション４は、計測値ポジションＢに対応すると決定される。

上記した図５の一覧によれば、計測値ポジションＡに対応する制御アクションのうち、制御アクション１は電圧安定性の高い系統状態１においても必要であると立案されたものである。一方で、計測値ポジションＡに対応する制御アクションのうち、制御アクション３は、系統状態１に対しては立案されておらず、比較的電圧安定性の低い系統状態２、３に対してのみ立案されている。従って、制御アクション１は制御アクション３より優先度が高いと判断することができる。同様に、図５の計測値ポジションＢに対応する制御アクションについても、制御アクション２は制御アクション５より優先度が高いと判断することができる。

このようにして優先度の観点から纏めた一覧が図６であり、これによれば監視対象ポジションに着目した時に計測ポジションに紐づけされた複数の制御アクションについて、系統状態が示す安定度に応じた優先度が設定されたものである。

図６の一覧が意味するところは、将来における複数の系統状態を予測しておき、予測した時刻において、計測ポジションの電圧が変動（例えば閾値より低下）した時に制御アクションとして実行操作すべき機器の優先度を決定した制御スケジュールを定めたものということができる。優先順位が１位の操作によっても改善がされない時には、優先順位が２位の操作を行うというスケジュールを定めたものである。

制御スケジュール保存部１５は、制御スケジュール構成部１４により得られた制御スケジュールを保存する。

制御実行部１６は、制御スケジュール保存部１５に予め保存されている実時間における制御スケジュールから、実際の計測値に応じて制御段数を確定し、制御を実行する。また、制御アクションは一度に実行せず、計測値を継続的に監視したうえで、計測値がしきい値を割り込んだ際に段階的に制御アクションを実行してもよい。

図７は、制御アクション実行基準しきい値の具体例である。図７によれば、例えば計測値ポジションＡの例で述べると、ここで計測した電圧の大きさについて、しきい値ａ、ｂが設定されており、計測した電圧の大きさがしきい値ａを上回る場合、電圧は確保されており、従って制御アクションの実行は不要であると判断する。計測値ポジションＡの電圧の大きさがしきい値ａとしきい値ｂの間となる場合、制御アクション１のみを実行する。またしきい値ｂ以下となる場合、制御アクション１、３を実行する。

なお、この実行基準しきい値は、生成した各状態予測データから当該計測ポジションの値を抽出して用いても良い。すなわち、状態１における計測ポジションＡの値をしきい値ａと設定し、状態２における計測ポジションＡの値をしきい値ｂと設定する。また、計測値ポジションに対して定められたユーザーによる設定値を用いても良い。

図２は、図１の制御スケジュール構成部１４の概略フローチャートである。図２のフローの最初の処理ステップＳ１０１では、制御アクション演算部１３において得られた、図３に例示する全ての制御アクションに対して、このアクションが最も影響を及ぼす計測ポジションを図４のように決定する。この計測ポジションとしては、例えば制御機器が接続された母線の電圧がある。計測ポジションの決定は、制御アクションが系統状態に与える影響に基づき演算により行っても良いし、予めユーザーにより定義された対応関係を用いても良い。

処理ステップＳ１０２では、処理ステップＳ１０１により抽出された計測ポジションのそれぞれに対して、対応付けられた制御アクションを図５のように整理する。

処理ステップＳ１０３では、ある１つの計測ポジションに対応付けられた制御アクションの数をカウントし、複数存在する場合には処理ステップＳ１０４に進む。そうでない場合には、処理ステップＳ１０５に進む。図５の例の場合には、計測ポジションＡ、Ｂに対応付けられた制御アクションではカウント数が複数存在するので処理ステップＳ１０４に進み、計測ポジションＣに対応付けられた制御アクションではカウント数が１つのみ存在するので処理ステップＳ１０５に進む。

処理ステップＳ１０４では、１つの計測ポジションに対応付けられた制御アクションが複数存在するので、それぞれの制御アクションの実行優先度を図６のように決定する。実行優先度は、予め状態予測データを生成するときに算出した系統安定性の評価値を用い、評価値の高い（安定性の高い）状態予測データから得られた制御アクションをより優先度が高いものとして設定する。

処理ステップＳ１０５では、計測値ポジションの大きさに基づき制御アクションの実行有無を決定可能とするために、制御アクション実行基準しきい値を算出する。

処理ステップＳ１０６では、全ての計測値ポジションに対して処理ステップＳ１０５を実施することにより、制御アクションを計測値ポジションに対応付けた形で再構成する）。
図３～図６は、処理ステップＳ１０１～処理ステップＳ１０６における制御アクション構成の一例を示す。

図２のフローは、系統状態の未来予測処理段階において求められているものであり、これに対し、予測された時刻が到来した実時間においては、制御実行部１６が実際の計測値の大きさに応じて制御段数を確定し、制御を実行する。これにより予め作成した将来時刻における複数の系統状態のいずれもが局所的な予測ずれを含んでいた場合であっても、実際の計測値に基づき適切な制御段数を選択することが可能になる。

実施例２は、実施例１と処理ステップＳ１０４までは同一であるが、処理ステップＳ１０５において制御アクション単位にしきい値を設定せず、１つのしきい値の設定により制御を実行する点において異なる。この処理では、処理ステップＳ１０５において、対応する制御アクションの数によらず、１つのしきい値を設定する。

図８は、実施例２における実時間における制御方法を図示したものである。曲線２１１は、計測値ポジションＡの大きさの時間変化を示している。実時間において制御する際に、制御実行部１６は計測値ポジションの時間変化を監視する。計測値ポジションＡの大きさがあらかじめ設定したしきい値を下回った場合２１２に、優先度が最も高い制御アクション１を実行する。その後、計測値ポジションＡの大きさが再度予め設定したしきい値を下回った場合２１３、次の優先度を持つ制御アクション３を実行する。

実時間において単一のしきい値を監視することにより必要な制御アクションを順次実行することが出来る。

実施例３は、実施例２における電力系統制御装置１の持つ機能のうち、電気機器５を制御するためのコントローラである地域制御装置３０２が既に存在している場合における本発明の適用方法である。

図９は、実施例３に係るシステム構成の一例を示すブロック図である。図９における３０１は中央制御装置、３０２は地域制御装置、３０３、３０４は通信ネットワークを示す。
中央制御装置３０１は、一例として、ＣＰＵ、メモリ、ハードディスクあるいはＳＳＤ等の記憶装置、および通信機能を備えたサーバである。入力データ取得部１１、状態予測部１２、制御アクション演算部１３および制御スケジュール構成部１４は、メモリに記憶された制御プログラムにしたがって処理を行うＣＰＵによって実現される。中央制御装置３０１は、電力系統３に対して１つ設置される。

地域制御装置３０２は、あらかじめ定められたしきい値に基づいて特定の電気機器５の制御アクションを決定することの出来るコントローラであり、電力系統３に対して複数設置されている。

通信ネットワーク３０３は、中央制御装置３０１と地域制御装置３０２との間で通信を可能とするネットワークである。通信ネットワーク３０４は、中央制御装置３０１、地域制御装置３０２と電力系統３との間で通信を可能とするネットワークである。通信ネットワーク３０４は、通信ネットワーク３０３と同一でも良いし、独立したネットワークであっても良い。

制御スケジュール構成部１４において、制御アクションに対応する計測ポジションとして、地域制御装置３０２により収集可能な計測値を採用する。制御スケジュール構成部１４により作成された制御スケジュールは、地域制御装置３０２の設定値のスケジュールとして地域制御装置３０２に送信され、制御スケジュール保存部３１２に保存される。制御実行部３１３は、制御スケジュール保存部に保存された時刻に応じた制御スケジュールに基づき、計測値を監視し、しきい値に基づいて制御アクションを実行する。

実施例３により、系統全体を把握することの出来ないリージョナルな電力系統制御装置を用いて、予測に基づき全体最適を考慮した制御を行う階層状の制御システムを構築することが出来る。

１：電力系統制御装置
２：電力系統
３：計測機器
４：電気機器
５：通信ネットワーク
１１：入力データ取得部
１２：状態予測部
１３：制御アクション演算部
１４：制御スケジュール構成部
１５：制御スケジュール保存部
１６：制御実行部
２１１：計測値の時間推移グラフ
２１２、２１３：計測値の時間推移グラフ上の座標
３０１：中央制御装置
３０２：地方制御装置

Claims (6)

1. 所定時刻における電力系統の状態の予測に基づいて適切な制御アクション群を立案し、前記所定時刻において立案した制御アクション群を実行することにより電力系統を制御する電力系統制御装置であって、
   電力系統において計測された計測値を取得する計測値取得部と、
   未来の時刻である所定時刻における電力系統の状態を予測した状態予測データを複数生成する状態予測部と、
   予測した複数の前記状態予測データのそれぞれに対応する制御アクション群を立案する制御アクション演算部と、
   前記制御アクション群から抽出した一意な制御アクションのそれぞれに対して対応する計測ポジションを特定して計測ポジションに紐づく制御アクションの形に再構成し、前記所定時刻における制御スケジュールとして設定する制御スケジュール構成部と、
   前記所定時刻に前記特定した計測ポジションで計測した計測値に基づき、前記制御スケジュールの中から実際に実行する制御アクションを計測ポジション毎に決定し、制御を実行する制御実行部を有することを特徴とする電力系統制御装置。
2. 請求項１に記載の電力系統制御装置であって、
   前記状態予測部は、複数の状態予測データのそれぞれに対して系統安定性の評価値を生成することを特徴とする電力系統制御装置。
3. 請求項２に記載の電力系統制御装置であって、
   前記制御スケジュール構成部は、複数の状態予測データから得られた制御アクション群のそれぞれに対して、制御アクションを実行した場合に計測値が制御の影響を受けて変化すると判断される計測ポジションを対応する計測ポジションとして特定することを特徴とする電力系統制御装置。
4. 請求項３に記載の電力系統制御装置であって、
   前記制御スケジュール構成部は、ある計測ポジションに対応する制御アクションが複数存在した場合に、前記制御実行部が計測値の大きさに基づきどの制御アクションを実行するか決められるように計測ポジションに紐づく多段制御アクションとして制御スケジュールを設定することを特徴とする電力系統制御装置。
5. 請求項４に記載の電力系統制御装置であって、
   前記制御スケジュール構成部は、前記多段制御アクションの実行優先度を、前記状態予測部により生成した状態予測データの系統安定性評価値に基づき決定することを特徴とする電力系統制御装置。
6. 所定時刻における電力系統の状態の予測に基づいて適切な制御アクション群を立案し、前記所定時刻において立案した制御アクション群を実行することにより電力系統を制御する電力系統制御方法であって、
   電力系統から計測値を取得し、未来の所定時刻における電力系統の状態を予測した状態予測データを複数生成し、予測した複数の前記状態予測データのそれぞれに対応する制御アクション群を立案し、前記制御アクション群から抽出した一意な制御アクションのそれぞれに対して対応する計測ポジションを特定して計測ポジションに紐づく制御アクションの形に再構成し、前記所定時刻における制御スケジュールとして設定し、前記所定時刻に前記特定した計測ポジションで計測した計測値に基づき、前記制御スケジュールの中から実際に実行する制御アクションを計測ポジション毎に決定し、制御を実行することを特徴とする電力系統制御方法。

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