JP3402738B2

JP3402738B2 - 電力系統制御装置

Info

Publication number: JP3402738B2
Application number: JP06664994A
Authority: JP
Inventors: 孝夫小俣; 量一市川
Original assignee: Toshiba Corp; Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Toshiba Corp; Tokyo Electric Power Co Inc
Priority date: 1994-03-10
Filing date: 1994-03-10
Publication date: 2003-05-06
Anticipated expiration: 2018-05-06
Also published as: JPH07250431A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電力系統制御装置に係
り、特に複数の電力系統制御業務間で互いに関連ある業
務の協調を図って、総合的に最適化することを可能とし
た電力系統制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電力系統制御における主要業務は、電力
系統の運用において夫々が独立して存在しておらず、互
いに関連しあっている。これは、各制御業務が同一の基
幹電力系統を制御対象としているうえに、取り扱う時間
領域も近いため、ある業務の制御結果が他の業務の制御
対象を変化させることになるからである。しかしなが
ら、従来の電力系統制御業務は、各発変電所から送られ
てくる情報を基に、各業務が独立に夫々の制御目標を満
たすような制御を行なっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術におい
て、幾つかの電力系統制御業務が同一の基幹電力系統を
制御した場合を考える。簡単のため、２つの電力系統制
御業務の場合を考えると、従来技術のように業務間の関
連を考慮しない制御装置にあっては、制御業務（１）の
制御装置がその目的関数を向上させるために、例えば発
電機出力を変化させたところ、制御業務（２）の制御装
置がその業務の目的関数を向上させるために発電機出力
をもとに戻してしまうというような競合が生じる可能性
がある。このような状況は、電力系統の安定な運用を妨
げるものである。

【０００４】又、上記のような競合が生じないように、
例えば、中央給電所の運用者が業務間の協調を図る場合
を考えたとしても、制御業務数が増える業務間のトレー
ドオフが複雑になり、又、運用上の制約条件も増加する
ので、人手では調整不可能となってしまう。本発明は上
記事情に鑑みてなされたものであり、複数の電力系統制
御業務を総合的に取り扱って最適化する電力系統制御装
置を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
電力系統制御装置は、複数の電力系統制御業務間で互い
に関連ある業務の協調を図りつつ、総合的に最適化する
電力系統制御装置において、電力系統の状態量を収集す
る系統状態量収集手段と、前記収集した電力系統内の設
備データを格納する電力系統設備データ格納手段と、前
記収集された情報をもとに電力系統の状態量を算出する
系統状態量算出手段と、前記系統状態収集手段と系統状
態量算出手段とから得られる系統状態量を格納する系統
状態量格納手段と、前記系統状態量格納手段に格納され
ているデータをもとに複数電力系統制御業務の目的関数
を算出する目的関数算出手段と、電力系統に接続されて
いる機器を操作したときの、前記各目的関数の変化の度
合としての感度を計算する感度算出手段と、前記計算さ
れた感度をもとに制御対象である電力系統に接続されて
いる機器の操作量を決定する操作量決定手段と、前記操
作量決定手段にて決定された機器を操作したとき、当該
電力系統の状態が予め定められた制約条件に対して違反
する状態になるか否かを判定する制約条件判定手段と、
前記制約条件判定手段で用いられる制約条件を格納する
制約条件格納手段と、前記電力系統の制御対象機器に対
して制御情報を出力する制御指令手段とを備えた。

【０００６】本発明の請求項２に係る電力系統制御装置
は、請求項１において、前記系統状態量格納手段に格納
された情報を基にして、電力系統の状態を評価し、その
系統状態に応じて制御のための目的関数を変化させる状
態評価手段を付加した。

【０００７】本発明の請求項３に係る電力系統制御装置
は、請求項２において、前記状態評価手段が現時点、一
定時間後時点、及び一定時間後時点の想定事故に対応す
る状態を評価し、前記評価された電力系統の状態に応じ
て制御のための目的関数を変化させるようにした。

【０００８】本発明の請求項４に係る電力系統制御装置
は、請求項１〜請求項３において、前記目的関数算出手
段が各制御業務の目的関数値及び複数の制御業務を総合
的に評価する統合目的関数値を算出し、これらの統合目
的関数を最適化するようにした。

【０００９】本発明の請求項５に係る電力系統制御装置
は、請求項４において、前記目的関数算出手段が算出す
る統合目的関数が、各複数の業務の目的関数の重み付き
の和であるようにした。

【００１０】本発明の請求項６に係る電力系統制御装置
は、請求項５において、前記系統状態量格納手段の系統
状態量と、前記目的関数算出手段における各複数の業務
の目的関数値，統合目的関数値とを表示し、又、前記目
的関数算出手段における各複数の業務の重みの値を表示
し、人間の判断に基づいて修正する入出力装置を備える
ようにした。

【００１１】本発明の請求項７に係る電力系統制御装置
は、請求項１〜請求項６において、前記制約条件判定手
段において、非線形潮流計算の結果で制約条件を判定す
るようにした。

【００１２】本発明の請求項８に係る電力系統制御装置
は、請求項１〜請求項６において、前記制約条件判定手
段において、繰り返し行なわれる近似計算の回数が規定
回数以内では線形近似計算により求められた値により制
約条件を判定し、規定回数後には非線形潮流計算を行な
い、制約条件の厳密な判定を行なうようにした。

【００１３】

【作用】本発明の［請求項１］に係る電力系統制御装置
は、複数の電力系統業務の目的に対して最適化を行なう
ことにより、最適な電力の供給が可能となる。

【００１４】本発明の［請求項２］に係る電力系統制御
装置は、系統状態量を基に電力系統の状態を評価して目
的関数を変化させるようにしたので、状態変化に対応で
きる。

【００１５】本発明の［請求項３］，［請求項４］，
［請求項５］に係る電力系統制御装置は、複数の制御業
務を総合的に最適化できる。

【００１６】本発明の［請求項６］に係る電力系統制御
装置は、各目標関数値の表示ができるばかりか、各業務
の重みの値を表示し、人間の判断に基づいて修正でき
る。

【００１７】本発明の［請求項７］に係る電力系統制御
装置は、非線形潮流計算の結果で制約条件を判定でき
る。

【００１８】本発明の［請求項８］に係る電力系統制御
装置は、線形近似計算により制約条件を判定し、非線形
潮流計算により制約条件の厳密な判定ができる。

【００１９】

【実施例】以下図面を参照して実施例を説明する。図１
は本発明の［請求項１」に係る電力系統制御装置の一実
施例の構成図である。図１において、11は電力系統制御
手段、12は電力系統、13は電力系統制御装置である。

【００２０】なお、電力系統制御装置13は電力系統の状
態量を収集する系統状態量収集手段１と、電力系統の設
備データを格納する電力系統設備データ格納手段２と、
系統の状態量を算出する系統状態量算出手段３と、系統
状態量収集手段及び系統状態量算出手段の出力を格納す
る系統状態量格納手段４と、複数の電力系統制御業務の
目的関数を計算する目的関数算出手段５と、電力系統に
接続されている機器を操作したときに目的関数の変化の
度合である感度を算出する感度算出手段６と、その感度
から電力系統に接続されている機器の操作量を決定する
操作量決定手段７と、操作量決定手段により決定された
操作を行なった時に電力系統の状態が予め定めた制約条
件を違反しないかを判定する制約条件判定手段８と、電
力系統運用のための制約条件を格納する制約条件格納手
段９と、電力系統に接続されている機器に制御情報を出
力する制御指令手段10とからなる。

【００２１】図２は本発明の［請求項１］に記載の電力
系統制御装置の処理内容を説明するフローチャートであ
る。先ず、系統状態量収集手段１及び系統状態量算出手
段３より系統状態量が入力され（ステップＳ201 ）、次
いで、各機器の操作に対する各制御業務の目的関数の感
度が感度算出手段６によって求められる（ステップＳ20
2 ）。操作量決定手段７は得られた感度に基づいて、全
ての目的関数を改善する操作があるか否かを調べる（ス
テップＳ203 ）。

【００２２】ここで、全ての目的関数を改善する操作が
なければ（ｎｏ）、現在の状態が最適解である。もし、
全ての目的関数を改善する操作があれば（ｙｅｓ）、操
作量決定手段７はその操作によって運用制約に違反しな
いか、その操作は実際に操作可能か（ステップＳ205 ）
を考慮して最終的な操作量を決定する（ステップＳ204
）。ここで言う運用制約とは、例えば送電線の潮流値
が指定値以下であること、及び母線電圧が指定された上
下限値内であること、である。

【００２３】又、実際に操作可能であるかについての制
約条件とは、例えば調相設備は設備量を越えて投入でき
ないこと、発電機出力は上下限値を越えて調整できない
こと、ＰＳＳゲインは上下限値を越えて調整できないこ
と、及びタップ比は上下限値を越えて調整できないこ
と、等である。以上のような手順を繰り返すことにより
複数の制御業務が互いに独立である場合の目的関数を同
時に最適化した系統状態が得られる。

【００２４】図３は本発明の［請求項２］に係る電力系
統制御装置の一実施例の構成図である。図３において、
図１と同一部分については同一符号を付して説明を省略
する。本実施例の構成において特徴部分は、状態評価手
段14を設けて系統状態量格納手段４に格納された情報を
基にして系統の状態を評価し、その状態に応じて制御の
目的関数を変化させるようにしたものである。その他の
構成は図１と同様である。

【００２５】即ち、電力系統の状態は常に変化してお
り、異なる系統の状態毎に最適な制御を行なうために
は、系統の状態に応じて制御の目的関数を変化させる必
要があるためである。例えば、現在の系統状態におい
て、ある送電線を流れる潮流が指定値以上（過負荷）で
ある場合を考える。電力系統の安定な運用のためには、
過負荷は即座に解消しなければならないので、本発明の
電力系統制御装置は、例えば、過負荷が起こるまでは火
力発電所燃料費と送電損失を最小にすることを目的とし
た制御をしていたとすると、過負荷が生じていることを
状態評価手段14が評価することにより、例えば、それま
で重視していた経済性を無視して、過負荷量を最小にす
ることを目的とするように目的関数算出手段の目的関数
を変化させる。このように系統状態に応じて目的関数を
変化させることにより、電力系統の状態を常に最適な状
態に向かわせるような制御が可能となる。

【００２６】本発明の［請求項３］に係る電力系統制御
装置は、図３に示す状態評価手段14の評価内容を更に拡
張するようにした。即ち、［請求項３］の場合、図３に
おける状態評価手段14による系統状態の評価は、現在時
点だけでなく、需要値の変化を考慮した一定時間後（５
〜１０分程度のオーダ）の時点や、想定事故を考慮した
状態について評価し、夫々の評価に応じた目的関数を構
成することにより、電力系統の状態をより安定な状態に
保つようにした。

【００２７】状態評価の方法としては、例えば以下に示
すように、違反している制約条件によって厳密に系統の
状態を定義して、各状態（平常，警戒，緊急状態）毎に
目的関数を切替える方法がある。想定事故としては、例
えば（ｎ−１）想定事故が考えられる。（ｎ−１）想定
事故とは、電力系統の機器が１つ停止した状態（例え
ば、送電線が一回線停止した状態）である。（イ）現在断面の系統状態が制約を違反しているか。違反している→緊急状態。（ロ）一定時間後断面の系統状態が制約を違反している
か。違反している→警戒状態。（ハ）一定時間後断面で（ｎ−１）想定事故を考慮する
と制約を違反するか。違反している→警戒状態。（ニ）前記制約を全て満足。 →平常状態。

【００２８】上記評価において考慮する制約条件として
は、例えば、送電線の潮流値が指定値以下であること、
母線電圧が指定された上下限値内であること、が考えら
れる。ただし、上記の状態評価の方法においては（ｎ−
１）想定事故を考えているが、複数の機器が停止するよ
うな事故を想定してもよい。

【００２９】図４，図５は本発明の［請求項４］に係る
電力系統制御装置の一実施例の処理内容を示すフローチ
ャートである。全ての目的関数を改善するような操作だ
けを選択的に行なう制御では、個々の制御の目的がトレ
ードオフの関係にある場合には、同時の最適化ができな
くなってしまう。このようなことを避けるために、本実
施例のように、複数の制御業務の目的関数から求められ
る統合目的関数を導入し、統合目的関数を最適化するた
めの操作を行なうことにより、多目的な最適化を行なう
ようにしている。

【００３０】上記のように、複数の制御業務の目的が夫
々トレードオフの関係にある場合には、全ての目的関数
を同時に最適化することはできない。このような多目的
最適化問題では、例えば２つの制御業務を例にとると、
２つの制御量ベクトルのいずれかが優れているかを決定
できない。即ち、制御量ベクトル（１）に対しては、第
１の制御業務の目的関数（例えば、電圧・無効電力制御
における送電損失）が、制御ベクトル（２）よりも優れ
ているが、逆に、第２の制御業務（例えば、有効電力制
御における火力発電所燃料費）については、制御ベクト
ル（２）の方が優れている場合があるからである。

【００３１】図４においては、ステップＳ401 にて統合
目的関数に対する感度を計算し、ステップＳ402 にて統
合目的関数を改善する操作があるかを検討している。な
お、図５では系統状態量入力処理の次に、系統状態評価
処理（ステップＳ501 ）と状態に応じた目的関数の変更
処理（ステップＳ502 ）を挿入している。

【００３２】このように、多目的最適化では半順序関係
が生じる。このような問題に対しては、パレート最適解
（非劣解）という概念が導入される。ある解がパレート
最適解であるとは、その解よりも全ての要素（ここでい
う目的関数）で優れた解が存在しないことを意味する。
例えば、２つの目的関数の場合を考えると、図６におい
て、とり得る目的関数をＦとすれば、波線で示した部分
がパレート最適解となる。ところで対象としている電力
系統制御のような多目的最適化問題において、多目的関
数に重みを掛けた単一の目的関数（総合目的関数）の最
適化を図れば、パレート最適解の１つが得られることに
なる。これが請求項４である。

【００３３】例えば、４つの制御業務、有効電力制
御、電圧・無効電力制御、定態安定度監視制御、
電圧安定度監視制御、を考え、各制御業務の目的関数を
夫々ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４として、統合目的関数Ｈを
Ｈ＝ｗ１＊ｆ１＋ｗ２＊ｆ２＋ｗ３＊ｆ３＋ｗ４＊ｆ４
とすると、このとき、統合目的関数Ｈを最小にする系統
状態を求めると、その状態は４つの制御業務の多目的最
適化問題のパレート最適解の１つとなっている。したが
って、本実施例のように統合目的関数として、各制御量
の重みつきの和を採用することによって，パレート最適
解の１つを求めることができる。これが［請求項５］で
ある。

【００３４】この問題では領域Ｆは凸な閉領域となるか
ら、各制御業務に対する重みの値を変化させることによ
って、全てのパレート最適解を求めることができる。し
たがって、図７，図８のように系統状態量や目的関数
値、重みの値の入出力装置15を設けることにより、例え
ばオペレータが重みの値を設定することにより、人間の
判断に基づいたパレート最適解の１つを求めることがで
き、運用者の意志を制御に容易に反映することができ
る。なお、図７，図８において15は入出力装置である。

【００３５】次に、本発明の［請求項７］の一実施例を
説明する。前述のように、制約条件判定手段８で判定さ
れる制約条件は、例えば、送電線の潮流値が指定値以下
であること、母線電圧が指定された上下限値内であるこ
と、であるが、このとき評価される潮流値及び母線電圧
値は、非線形方程式であるところの潮流方程式を解くこ
と（潮流計算）によって得られる。このような非線形方
程式を解く方法としては、例えば、数値計算手法の１つ
であるニュートン・ラフソン法が用いられる。

【００３６】次に本発明の［請求項８］の一実施例を説
明する。例えば、上記のように制約条件判定手段８で判
定される制約量の値を非線形潮流計算（例えば、ニュー
トン・ラフソン法）によって求める場合は、非線形潮流
計算が繰り返し演算を行なっている性質上、計算時間が
大きくなる。そこで、一定の操作回数（規定回数）の間
は、潮流方程式を線形に近似した計算により制約量の値
を高速に計算し、規定回数後に非線形潮流計算により厳
密な制約条件の判定を行なう。そして、線形近似計算に
基づく制約条件の判定による誤差の蓄積によって、非線
形計算の結果が運用制約を違反する場合があるが、この
ような場合には、規定回数の操作を行なう前の運用制約
を全て満足している状態に戻るとする。そして、その後
一操作毎に非線形潮流計算による制約判定を行なう。

【００３７】例えば、運用制約条件が、送電線の潮流
値が指定値以下であること、母線電圧が指定された上
下限値内であること、であるとすると、線形近似計算の
場合、潮流値は例えば直流法潮流計算によって求められ
る。又、潮流計算が例えばニュートン・ラフソン法なら
ば、電圧値は潮流計算過程で得られるヤコビアンの要素
を基にして計算される。このように、１回の操作毎に非
線形潮流計算で制約量を求めることは行なわず、規定回
数の間は線形近似した計算により制約量を求めることに
より、高速な制御が可能となる。以上のような電力系統
制御装置の協調制御によって、従来独立に制御を行なっ
ていた複数の電力系統制御業務を総合的に取り扱い、電
力系統の状態に応じた柔軟かつ効果的な制御が可能にな
る。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば電
力系統制御装置において、各業務が互いに独立である場
合だけでなく、トレードオフの関係にある場合であって
も、各業務を総合的に取り扱い、多目的に最適化するこ
とにより、電力系統を最適に運用するための制御が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図。

【図２】本発明の一実施例における制御の手順を示すフ
ローチャート。

【図３】本発明の一実施例を示すブロック図。

【図４】本発明の一実施例における制御の手順を示すフ
ローチャート。

【図５】本発明の一実施例における制御の手順を示すフ
ローチャート。

【図６】パレート最適解を説明する図

【図７】本発明の一実施例を示すブロック図。

【図８】本発明の一実施例を示すブロック図。

【符号の説明】

１系統状態量収集手段２電力系統設備データ格納手段３系統状態量算出手段４系統状態量格納手段５目的関数算出手段６感度算出手段７操作量決定手段８制約条件判定手段９制約条件格納手段 10 制御指令手段 11 電力系統制御手段 12 電力系統 13 電力系統制御装置 14 状態評価手段 15 入出力装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−288915（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−155728（ＪＰ，Ａ) 特開平５−276663（ＪＰ，Ａ) 特公昭46−32617（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02J 3/00 - 5/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の電力系統制御業務間で互いに関連
ある業務の協調を図りつつ、総合的に最適化する電力系
統制御装置において、電力系統の状態量を収集する系統
状態量収集手段と、前記収集した電力系統内の設備デー
タを格納する電力系統設備データ格納手段と、前記収集
された情報をもとに電力系統の状態量を算出する系統状
態量算出手段と、前記系統状態収集手段と系統状態量算
出手段とから得られる系統状態量を格納する系統状態量
格納手段と、前記系統状態量格納手段に格納されている
データをもとに複数電力系統制御業務の目的関数を算出
する目的関数算出手段と、電力系統に接続されている機
器を操作したときの、前記各目的関数の変化の度合とし
ての感度を計算する感度算出手段と、前記計算された感
度をもとに制御対象である電力系統に接続されている機
器の操作量を決定する操作量決定手段と、前記操作量決
定手段にて決定された機器を操作したとき、当該電力系
統の状態が予め定められた制約条件に対して違反する状
態になるか否かを判定する制約条件判定手段と、前記制
約条件判定手段で用いられる制約条件を格納する制約条
件格納手段と、前記電力系統の制御対象機器に対して制
御情報を出力する制御指令手段とを備えたことを特徴と
する電力系統制御装置。
【請求項２】前記系統状態量格納手段に格納された情
報を基にして、電力系統の状態を評価し、その系統状態
に応じて制御のための目的関数を変化させる状態評価手
段を付加したことを特徴とする請求項１記載の電力系統
制御装置。
【請求項３】前記状態評価手段が現時点、一定時間後
時点、及び一定時間後時点の想定事故に対応する状態を
評価し、前記評価された電力系統の状態に応じて制御の
ための目的関数を変化させることを特徴とする請求項２
記載の電力系統制御装置。
【請求項４】前記目的関数算出手段が各制御業務の目
的関数値及び複数の制御業務を総合的に評価する統合目
的関数値を算出し、これらの統合目的関数を最適化する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記
載の電力系統制御装置。
【請求項５】前記目的関数算出手段が算出する統合目
的関数が、各複数の業務の目的関数の重み付きの和であ
ることを特徴とする請求項４記載の電力系統制御装置。
【請求項６】前記系統状態量格納手段の系統状態量
と、前記目的関数算出手段における各複数の業務の目的
関数値，統合目的関数値とを表示し、又、前記目的関数
算出手段における各複数の業務の重みの値を表示し、人
間の判断に基づいて修正する入出力装置を備えることを
特徴とする請求項５記載の電力系統制御装置。
【請求項７】前記制約条件判定手段において、非線形
潮流計算の結果で制約条件を判定することを特徴とする
請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４又は請
求項５又は請求項６記載の電力系統制御装置。
【請求項８】前記制約条件判定手段において、繰り返
し行なわれる近似計算の回数が規定回数以内では線形近
似計算により求められた値により制約条件を判定し、規
定回数後には非線形潮流計算を行ない、制約条件の厳密
な判定を行なうことを特徴とする請求項１又は請求項２
又は請求項３又は請求項４又は請求項５又は請求項６記
載の電力系統制御装置。