JP5272809B2 - 配電系統の電力融通処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、配電自動化システムの電力融通方法に係り、特に多段融通を可能とした配電系統の電力融通処理方法に関するものである。

配電系統を管理するコンピュータシステムである配電自動化システムでは、当該配電系統に停電が発生した場合や、工事等で計画的に限定した範囲で停電を発生させる場合、通常の電力供給経路とは別の電力供給経路の探索を実行し、得られた経路から電力を供給する機能が備えられている。

電力融通を行うための計算方法としては非特許文献１が公知となっている。
この方法は、配電系統をグラフ理論で扱うもので、入力されるグラフを「木」に限定したとき、最適解を効率よく求める。そのためのアルゴリズムは木の持つ特殊な構造を利用することで最適解を求めている。この手法では、配電系統の融通計算問題をグラフ理論で扱うために必要となる構成要素を、供給点、需要点および開閉器の３つとしている。

供給点は、電力を供給するための元となる点で、配電線の大元としては配電用変電所の送出点となる。需要点は、ビルや工場、一般家庭といった電力を使用する点である。また、開閉器は、電力系統上に複数設置されている開閉器である。

これら３つの要素をグラフ理論で扱うために、供給点および需要点を“点”として扱い、開閉器を“辺”として扱う。さらに供給点における供給量、及び需要点における需要量をそれぞれ数値で表すことによって、配電系統をグラフで扱うことが可能とし、配電系統の全ての開閉器を考慮した構成を表現したものとなって閉路を含んだグラフとなっている。
蒲倉、周、西関：「木の分割問題を解くアルゴリズム」 Technical Report COMP2001-87.IEICE of Japan(2002) p．33〜40 (社)電子情報通信学会

非特許文献１では、入力されるグラフを木に限定し、その特殊な構造を利用して最適解を求めているが、実際の電力網における融通計算では、同一フィーダ（１つの供給点）から複数箇所の負荷区間へ電力供給できるケースが存在し、そのケースにおいては、電力網は木ではなくなり、アルコリズムには入力することさえできない。したがって、理論的裏付けのあるアルゴリズムを配電融通問題に応用することができなかった。その一方、例え入力されるグラフが木であったとしても、配電融通問題の応用において許容される時間以内に、最適解を求めることができない問題を有していた。

本発明が目的とするところは、上記問題を解決した配電系統の電力融通処理方法を提供することにある。

本発明の請求項１は、電力の融通計算処理部と監視制御部を有する演算処理装置により、配電系統の停電発生時に記憶装置に格納された停電発生時のデータをもとに電力の融通処理演算を実行するものであって、演算処理装置は、グラフ理論を用いた分割処理手段により配電系統に対しグラフを構成し、部分木に分割して電力の融通演算をするものにおいて、
前記融通計算処理部にループ解除手段を設け、このループ解除手段によって前記停電発生時に、電力の供給点と需要点により形成される電力融通経路のループの辺を取り除いて停電復旧したい電力網を木構造とすることを特徴としたものである。

本発明の請求項２は、前記融通計算処理部に重み付加手段を設け、事故発生時にこの重み付加手段により健全な経路の需要点と事故経路の需要点に異なる重み点数を付加し、重み点数の総和の大小をもとに電力融通経路を演算することを特徴としたものである。

本発明の請求項３は、前記融通計算処理部による電力融通演算時に、健全経路の需要点を集合して需要点数を削減した後、電力融通経路を演算することを特徴としたものである。

以上のとおり、本発明によれば、配電系統の停電時に当該電力網が木構造でなくなった場合でも、仮想的に木をつくることにより、その木構造を利用して電力融通演算を精度よく可能とすると共に、演算速度の高速化を可能としたものである。

図１は、本発明の実施例を示すシステム構成図で、１は配電系統、２はコンピュータよりなる演算処理装置で、ＲＡＭ、ＲＯＭの記憶部と監視制御部３及び融通計算処理部４を有している。５は記憶装置で、この記憶装置５には配電系統１の設備データや、系統構成、負荷実績値、開閉器状態等の系統運用のための制約条件データなどが格納されている。監視制御部３は、配電系統１の系統状態、すなわち、系統の繋がり、負荷電力量、開閉器の開閉状態を監視し、それらの状態を記憶装置５に記憶しておく。融通計算処理部４には、非特許文献１のグラフ理論を用いた分割処理手段の他に、ループ解除手段、重み付加手段などを備えている。

配電系統に停電が発生すると、監視制御部３は停電事故の発生を検出し、融通計算処理部４に対して融通計算を実施するよう指令する。融通計算処理部４は、この指令に基づいて記憶装置５に格納されている事故発生時の系統データや制約条件データ等を用いて融通計算を実行する。

電力会社の配電系統では、系統のループ運用は行わないため定常状態における電力網は図２で示すような木構造をしている。同図において、○印はブランチに接続された負荷ノードである需要点、□印は配電用変電所等の電力供給点である。この木構造をしている供給点□に事故が発生すると、事故直後の停電区間は、図３で示すように木構造をしている。しかし、停電が発生すると、停電復旧のために周りにある停電区間外の配電系統供給点から電力が供給されるため、図４で示すように考慮されるべき停電区間の電力網は木ではなくなる。木ではなくなることによって、非特許文献１のアルゴリズムへの適用が不可能になる。

また、実際の電力系統では、通常は開状態となっている連系開閉機（常開開閉器）があり、電力融通時にはこの開閉器を使った融通計算を行うことを考慮すれば、融通可能範囲が広がるため、融通演算時には常開開閉器を考慮した演算が望まれている。しかし、この常開開閉器を使用（閉じる）すると、図５（ａ）で示すように、例えば、ループ１とループ２の経路が存在して木構造ではなくなり、例え供給点ｎを２ヶ所に振り分けてループ１を解消しても（ｂ）図で示すようにループ２が残り、木構造にすることが困難となる。

さらに、図６（ａ）で示すように、電力系統のａ点で事故が発生したとすると、健全フィータＡと、事故フィータＢとに分けられるが、例えば、充足量最大となるような最適解を求めると、図６（ｂ）で示す太線の供給ルートとなって健全フィータＡグループに属していたＡ’の需要グループが停電する。電力の融通元フィーダＡは元々健全フィーダであり、融通することによって一部のフィータであっても健全フィータを停電させることは許されない。

本発明では、常開開閉器を使用することにより閉ループが形成されるような状態となったとき、融通計算処理部４の機能の一つであるループ解除手段により閉ループを形成する辺を削除して木構造とするものである。
すなわち、図７（ａ）で示すような閉ループが形成された場合、（ｂ）図で示すようにループ上の需要点アとイ間の辺を取り除くことにより閉ループが解消されて木構造となる。ループ解除手段は供給点ｕに注目し、ループ上から１辺を取り除くことによりループは解消されるという性質を利用し、常開開閉器を制御するときの解除する辺の探索を実施する。

この場合の探索は、ループ形成が図７（ａ）で示すように辺の数が供給点ｕから６本のため、６通りの組み合わせを計算すればよい。配電系統の性質上、供給量は数百アンペアという数字になるケースが非常に多く、また、特に遠隔制御開閉器のみを考慮した場合などでは、逆にループが形成されるような箇所でのループ上の数は多くても数十本となるケースが多い。このことから、ループを解除して木構造とするための演算ケースが少ないため、演算速度の高速化が図られる。

なお、上記では供給点を含んだループのみに着目したが、図８（ａ）で示すように２ループ形成される場合もある。このようなことが想定される場合には、構成されたグラフ内全てのループに着目し、全てのループからそれぞれ１辺ずつを取り除くことによって全てのループが解消され、常開開閉器を扱うことができる。
図８の場合には、（ｂ）図で示すように需要点アとウ間の辺と、エとオ間の辺を取り除くことによって２ループの全てを解消して木構成としている。したがって、常開開閉器を扱うことが可能となって、融通可能な経路の候補が多くなり、より最適な融通経路の探索を行うことができる。

前述のように元々健全であったフィーダが、電力融通することによってその一部であっても停電させことは許されない。図９はその対策例で、各需要点に需要量に加えてポイント（重み）付けを行う。このポイント付加は、融通計算処理部４の重み負荷手段によって行われるもので、停電が発生すると元々健全であった需要点には、例えば、10000点というようなポイントを付加し、停電需要点に対しては、例えば、１以下の小さなポイントを割り当てる。ポイント付加後、演算処理装置２は既存の技術によって電力融通のための経路探索を実行し、求まった解のポイント総和を計算し、ポイント総和が最大となるような経路を最適解とする。なお、付加されるポイント数は、上記とは逆に健全側を少なくするようにしてもよいことは勿論である。

図９において、供給点ｕの供給量が５５であったとすると、充足量最大（＝５５）となる経路はＡグループであるが、このときのポイント総和は2000.4となり、この場合には健全フィータのＢグループが停電することになる。融通計算処理部４による探索が図１０で示す需要経路Ｃとなると、ポイント数が5000.1となって最大となり、このときにおける充足量が４２となる。つまり、融通計算処理部４は供給点ｕの供給量以下で、且つポイントが最大となる供給経路を探索して最適解とし、健全フィータを停電させることなく事故フィーダに電力融通を可能とする。

融通計算処理部４は、停電発生時にその重み付加手段によりポイント割当てを行うことによって健全フィータを停電させることなく、事故フィーダへの電力融通が可能となるが、その場合でもさらなる演算処理の高速化が要求される。
図１１はそのような要求に基づくもので、事故発生時に（ａ）図のような健全フィーダＡのグループと、事故フィーダＢグループが出来たとする。融通計算処理部４は、健全フィーダＡのグループについての需要点間個々については、その電力融通経路についての演算は実行せず、（ｂ）図で示すようにグループＡの５つの需要点と辺については１個にまとめて需要量３２として需要点・辺の数を少なくして演算する。
したがって、この手法によれば、探索しなければならない融通経路が少なくなり、計算数が削減されることから、計算速度の高速化が図れるものである。

本発明の実施形態を示す電力融通のシステム構成図。 定常状態における電力網の説明図。 停電発生時の電力網の説明図。 停電発生後の電力網の説明図。 電力融通の説明図で、（ａ）は２ループ形成状態図、（ｂ）は１ループ残留状態図。 電力融通の説明図で、（ａ）は事故発生状態図、（ｂ）は経路探索状態図。 本発明の説明図で、（ａ）は事故発生状態図、（ｂ）は経路探索状態図。 ２ループ発生時の本発明の説明図で、（ａ）は事故発生状態図、（ｂ）は経路探索状図。 ポイント付加時の説明図。 本発明のポイント付加時の説明図。 本発明の他の説明図で、（ａ）は事故発生時の状態図、（ｂ）は経路演算状態図。

１… 配電系統
２… 演算処理装置
３… 監視制御部
４… 融通計算処理部
５… 記憶装置

Claims (3)

1. 電力の融通計算処理部と監視制御部を有する演算処理装置により、
   配電系統の停電発生時に記憶装置に格納された停電発生時のデータをもとに電力の融通処理演算を実行するものであって、演算処理装置は、グラフ理論を用いた分割処理手段により配電系統に対しグラフを構成し、部分木に分割して電力の融通演算をするものにおいて、
   前記融通計算処理部にループ解除手段を設け、このループ解除手段によって前記停電発生時に、電力の供給点と需要点により形成される電力融通経路のループの辺を取り除いて停電復旧したい電力網を木構造とすることを特徴とした配電系統の電力融通処理方法。
2. 前記融通計算処理部に重み付加手段を設け、事故発生時にこの重み付加手段により健全な経路の需要点と事故経路の需要点に異なる重み点数を付加し、重み点数の総和の大小をもとに電力融通経路を演算することを特徴とした請求項１記載の配電系統の電力融通処理方法。
3. 前記融通計算処理部による電力融通演算時に、健全経路の需要点を集合して需要点数を削減した後、電力融通経路を演算することを特徴とした請求項１又は２記載の配電系統の電力融通処理方法。
   

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