JP5426716B2 - 配電網電力フロー分析システム及び方法 - Google Patents
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Description
本発明は一種の配電網電力フロー分析システム及び方法に関する。
周知の配電網電力フロー分析システム及び方法は、複雑な計算を必要とし、且つ新たなノード或いはインピーダンスが加わる時、インピーダンス(Z)マトリクスの変動が相当に大きく、計算もまた相当に煩雑となり、実行速度が下がり、及び、大きなメモリ空間が必要となり、且つ強健性もまた不良である。
これにより、一種の新規で且つ進歩性を有する配電網電力フロー分析システム及び方法を提供することで、上述の問題を解決する必要がある。
本発明は一種の配電網電力フロー分析システムを提供し、それは、第1関係マトリクス構築装置と第2関係マトリクス構築装置及び配電網電力フロー分析装置を包含する。
該第1関係マトリクス構築装置は第1関係マトリクスを構築するのに用いられ、それはノード(node)注入電流マトリクスと分岐電流マトリクスの関係とされ、そのうちノード注入電流マトリクスは複数の注入電流とされ、分岐電流マトリクスは複数のノード間の分岐電流とされる。
該第2関係マトリクス構築装置は第2関係マトリクスを構築するのに用いられ、それはノード電圧差マトリクスと分岐電流マトリクスの関係とされ、そのうち、ノード電圧差マトリクスは参考点と其の他のノードの電圧差とされる。
該配電網電力フロー分析装置は該第1関係マトリクスと該第2関係マトリクスに基づき、配電網電力フローを分析する。
本発明はまた、配電網電力フロー分析方法を提供する。それは以下のステップを包含する。
(a)第1関係マトリクスを構築する。該第1関係マトリクスは、ノード(node)注入電流マトリクスと分岐電流マトリクスの関係とされ、そのうちノード注入電流マトリクスは複数の注入電流とされ、分岐電流マトリクスは複数のノード間の電流とされる。
(b)第2関係マトリクスを構築する。該第2関係マトリクスはノード電圧差マトリクスと分岐電流マトリクスの関係とされ、そのうち、ノード電圧差マトリクスは参考ノードと其の他のノードの電圧差とされる。
(c)該第1関係マトリクスと該第2関係マトリクスに基づき、配電網電力フローを分析する。
(a)第1関係マトリクスを構築する。該第1関係マトリクスは、ノード(node)注入電流マトリクスと分岐電流マトリクスの関係とされ、そのうちノード注入電流マトリクスは複数の注入電流とされ、分岐電流マトリクスは複数のノード間の電流とされる。
(b)第2関係マトリクスを構築する。該第2関係マトリクスはノード電圧差マトリクスと分岐電流マトリクスの関係とされ、そのうち、ノード電圧差マトリクスは参考ノードと其の他のノードの電圧差とされる。
(c)該第1関係マトリクスと該第2関係マトリクスに基づき、配電網電力フローを分析する。
本発明のシステム及び方法は、第1関係マトリクスと第2関係マトリクスを利用し、配電網電力フローを分析し、且つ新たにノード或いはインピーダンス或いは並列回路が増設される状況に応用可能で、其の他の周知の方法と比較すると、本発明のシステムと方法は、配電網電力フローの計算に対して良好な強健性と実行速度を有し、且つ必要なメモリ空間は比較的少ない。
図2を参照されたい。それは本発明の実施例の5つのノードを具えた配電網の表示図である。図7は本発明の配電網電力フロー分析方法のフローチャートである。図11は本発明の配電網電力フロー分析システムの回路図である。図2、図7及び図11を組み合わせて、本発明のシステムと方法を説明する。本発明の配電網電力フロー分析システム11は、第1関係マトリクス構築装置110、第2関係マトリクス構築装置120及び配電網電力フロー分析装置150を包含する。該配電網電力フロー分析装置150は本分析方法を使用するプログラマブル装置、たとえばスマートメーターとされ得る。ステップS71を参照されたい。該第1関係マトリクス構築装置110は第1関係マトリクスを構築するのに用いられ、該第1関係マトリクスはノード注入電流マトリクスと分岐電流マトリクスの関係とされ、そのうち、ノード注入電流マトリクスは複数の注入電流とされ、分岐電流マトリクスは複数のノード間の電流とされる。
等価電流注入法を利用し、ノードiの電流はその第k次の反復の注入パワー及び電圧によりその等価電流値を、以下の式(5)のように表示できる。
そのうち、Vi k、Ii k はノードiの第k次反復の電圧及び電流値である。
式(7a)は式(7b)のように一般式で表示され得る。
そのうち、ノード注入電流マトリクス[I]は複数の注入電流とされ、分岐電流マトリクス[B]は複数のノード間の分岐電流とされる。これにより、[BI]はノード注入電流マトリクス[I]と分岐電流マトリクス[B]の第1関係マトリクスとされ且つ僅かに0と1を包含する上三角マトリクスとされる。
ステップS72を参照されたい。該第2関係マトリクス構築装置120は、第2関係マトリクスを構築するのに用いられ、該第2関係マトリクスは、ノード電圧差マトリクスと分岐電流マトリクスの関係とされ、そのうち、ノード電圧差マトリクスは参考ノードと其の他のノードの電圧差とされる。
式(10a)の△Vは式(10b)のように一般式で表示され得る。
そのうち、ノード電圧差マトリクス[△V]は参考ノード電圧V0と其の他のノードの電圧差とされ、[ZV-BC]はノード電圧差マトリクス[△V]と分岐電流マトリクス[B]の第2関係マトリクスとされる。該第2関係マトリクスはノード間のインピーダンスとされ、且つ下三角マトリクスとされる。
ステップS75を参照されたい。該配電網電力フロー分析装置150は第1関係マトリクス[BI]及び該第2関係マトリクス[ZV-BC]に基づき、配電網電力フローを分析する。これにより、式(7b)を式(10b)に代入して式(11)が得られる。
式(5)及び式(12)の解を求めて、配電網電力フローを分析できる。
図3を参照されたい。それは本発明の第1のノード(node)追加実施例の配電網電力フロー分析システムの表示図である。図2及び図3を参照されたい。本発明の第1のノード追加実施例は、新ノード6が該参考ノード0に接続される。且つ新インピーダンスZnewが新ノード6と参考ノード0の間に設けられる。
図3、図7及び図11を参照されたい。ステップS73において、新たにノード或いはインピーダンスが追加されたかを判断し、イエスであれば、ステップS74において第1関係マトリクスと第2関係マトリクスを修正する。
本発明の配電網電力フロー分析システム11は、また第1関係マトリクス修正装置130及び第2関係マトリクス修正装置140を包含し、それらは新たにノード或いはインピーダンスが追加された時、該第1関係マトリクス及び該第2関係マトリクスを修正する。
上述の第1ノード追加実施例において、該第1関係マトリクス修正装置130は第1関係マトリクスに一行及び一列を追加し、新たに追加された行列の対角線位置は1とされ、其の他は0とされ、以下の式(13a)のように表示される。
該第2関係マトリクス修正装置140は第2関係マトリクスに一行及び一列を追加し、新たに追加された行列の対角線位置は新たに追加されたインピーダンスとされ、其の他は0とされ、以下の式(13b)のように表示される。
図4を参照されたい。図4は本発明の第2のノード追加実施例の配電網電力フロー分析システムの表示図である。図2を図4に合わせて参照されたい。本発明の第2のノード追加実施例によると、新規のノード6が第k個のノード(本実施例では第5個のノード5)に接続され、且つ新インピーダンスZnewが新ノード6と第5個のノード5の間に設けられる。
図4及び図11を合わせて参照されたい。該第1関係マトリクス修正装置130は、該第1関係マトリクスに1行と1列を追加し、並びに該第1関係マトリクスの第k行(本実施例では第5行とされる)の値をこの新たに追加された行に複製する。この新たに追加された行列の対角線位置は1とされ、其の他は0とされ、式(14a)のように示される。
そのうち、col.(k)はもとの第1関係マトリクスの第k行(本実施例では第5行)の値である。
該第2関係マトリクス修正装置140は該第2関係マトリクスに1行及び1列を追加し、並びに該第2関係マトリクスの第k列(本実施例では第5列とされる)の値をこの新たに追加された列に複製する。この新たに追加された行列の対角線位置は新インピーダンスとされ、其の他は0とされ、式(14b)のように示される。
図5を参照されたい。それは本発明の第3のインピーダンス追加実施例の配電網電力フロー分析システムの表示図である。図2を図5に合わせて参照されたい。本発明の第3のインピーダンス追加実施例によると、新インピーダンスZnewが第i個のノード(本実施例では第4個のノード4)と第j個のノード(本実施例では第5個のノード5)の間に増加される。
図6及び図11を参照されたい。該第1関係マトリクス修正装置130は、該第1関係マトリクスに1行及び1列を追加し、並びに該第1関係マトリクスの第i行(本実施例では第4行)の値より第j行(本実施例では第5行)の値を減じて追加された行に置く。この追加された行列の対角線位置は1とされ、其の他は0とされる。本実施例では、新インピーダンスZnewが第4ノード4と第5ノード5の間に追加され、第4ノード4と第5ノード5の注入電流は、式(15a)のように表示される。
該第2関係マトリクス修正装置140は該第2関係マトリクスに1行と1列を追加し、並びに該第2関係マトリクスの第i列の値より第j列の値を減じてこの追加された列に置き、追加された行列の対角線位置は該新インピーダンスとされ、其の他は0とされる。
反復プロセスが式(5)、式(16d)、式(16e)を用いて、予め調整された電圧差△vにいたるまで実行される。
図6を参照されたい。それは、本発明の第4のノードとインピーダンス追加実施例の配電網電力フロー分析システムの表示図である。図2を図6に合わせて参照されたい。本発明の第4のノードとインピーダンス追加実施例によると、新ノード6が第i個のノード(本実施例では第2個のノード2)と第j個のノード(本実施例では第5個のノード5)の間に追加され、且つ新インピーダンスZnewが、該新ノード6と該第i個のノード(本実施例では第2個のノード2)の間に設けられる。
図5及び図11を合わせて参照されたい。該第1関係マトリクス修正装置130は、該第1関係マトリクスに2行及び2列を追加し、並びに第1関係マトリクスの第i行(本実施例では第2行)の値を追加された第1行に複製し、且つ該第1関係マトリクスの追加された第1行の値より第j行(本実施例では第5行)の値を減じて追加された第2行に置き、追加された行列の対角線位置は1とされ、其の他は0とされ、式(17a)のように表示される。
式(17a)は一般式(17b)のように表示され得る。
そのうち、col.(i)はもとの第1関係マトリクスの第i行(本実施例では第2行)の値であり、col.(k−j)は、第1関係マトリクスの追加された第1行の値より第j行(本実施例では第5行)の値を減じたものである。
該第2関係マトリクス修正装置140は、該第2関係マトリクスを2行及び2列追加し、並びに該第2関係マトリクスの第i列(本実施例では第2列)の値を追加された第1列に複製し、且つ該第2関係マトリクスの追加された第1列の値より第j列(本実施例では第5列)の値を減じて追加された第2列に置き、追加された第1行及び追加された第1列の対角線位置は新インピーダンスとされ、其の他は0とされる。KVLをこの追加された回路に応用すると、式(18a)のように表示される。
式(18b)は一般式(18c)のように表示される。
そのうち、row.(i)はもとの第2関係マトリクスの第i列(本実施例では第2列)の値である。row.(k−j)は、第2関係マトリクスの追加された第1列の値より第j列(本実施例では第5列)の値を減じた値である。
反復プロセスは、予調整電圧差△Vにいたるまで、式(5)、式(18d)及び式(18e)により実行される。
図8を参照されたい。図8は本発明の配電網システムシミュレーション図である。それは、8個のノードを具えている。本発明は、周知のガウスZマトリクス法(Gaussimplicit Z−matrix)、周知のニュートン・ラフソン法及び本発明の方法でシミュレーション比較を行った。
図9を参照されたい。図9は本発明と周知の方法の実行時間比較図である。そのうち、第1の周知の方法は周知のガウスZマトリクス法とされ、第2の周知の方法は、ニュートン・ラフソン法とされる。図9から分かるように、本発明の実行時間(normalized execution time,NET)は周知の方法より遥かに短く、且つノード数が多くなるほど、本発明の方法はより効率的且つスピーディーとなる。
図10を参照されたい。図10は本発明と周知の方法の反復回数比較図である。
本発明のシステム及び方法は、該第1関係マトリクス及び該第2関係マトリクスを利用し、配電網電力フローを分析でき、且つ新たにノード或いはインピーダンスが追加される状況に応用可能であり、其の他の周知の方法と比較すると、本発明のシステム及び方法は、配電網電力フローの計算に対して良好な強健性と実行速度を有し、且つ必要なメモリ空間が比較的少ない。
以上述べたことは、本発明の実施例にすぎず、本発明の実施の範囲を限定するものではなく、本発明の特許請求の範囲に基づきなし得る同等の変化と修飾は、いずれも本発明の権利のカバーする範囲内に属するものとする。
11 配電網電力フロー分析システム
110 第1関係マトリクス構築装置
120 第2関係マトリクス構築装置
130 第1関係マトリクス修正装置
140 第2関係マトリクス修正装置
150 配電網電力フロー分析装置
110 第1関係マトリクス構築装置
120 第2関係マトリクス構築装置
130 第1関係マトリクス修正装置
140 第2関係マトリクス修正装置
150 配電網電力フロー分析装置
Claims (16)
- 配電網電力フロー分析システムにおいて、
第1関係マトリクス構築装置であって、第1関係マトリクスを構築するのに用いられ、該第1関係マトリクスはノード注入電流マトリクスと分岐電流マトリクスの関係とされ、該ノード注入電流マトリクスは複数の注入電流とされ、該分岐電流マトリクスは複数のノード間の分岐電流とされる、上記第1関係マトリクス構築装置と、
第2関係マトリクス構築装置であって、第2関係マトリクスを構築するのに用いられ、該第2関係マトリクスはノード電圧差マトリクスと分岐電流マトリクスの関係とされ、該ノード電圧差マトリクスは参考ノードと其の他のノードの電圧差とされる、上記第2関係マトリクス構築装置と、
配電網電力フロー分析装置であって、該第1関係マトリクスと該第2関係マトリクスに基づき、配電網電力フローを分析する、上記配電網電力フロー分析装置と、
を包含することを特徴とする、配電網電力フロー分析システム。 - 請求項1記載の配電網電力フロー分析システムにおいて、該システムの装置は、配電網電力フロー分析方法を使用するプログラマブル装置であるスマートメーターを包含することを特徴とする、配電網電力フロー分析システム。
- 請求項1記載の配電網電力フロー分析システムにおいて、該第1関係マトリクスは上三角マトリクスとされ、該第2関係マトリクスは下三角マトリクスとされることを特徴とする、配電網電力フロー分析システム。
- 請求項1記載の配電網電力フロー分析システムにおいて、ノード或いはインピーダンスが新たに追加される時に、該第1関係マトリクスと該第2関係マトリクスを修正するのに用いられる第1関係マトリクス修正装置と第2関係マトリクス修正装置をさらに包含することを特徴とする、配電網電力フロー分析システム。
- 請求項4記載の配電網電力フロー分析システムにおいて、追加された新ノードが参考ノードに接続され、且つ新インピーダンスが新ノードと該参考ノードの間に接続されると、該第1関係マトリクス修正装置は該第1関係マトリクスに1行及び1列を追加し、この追加された行列の対角線位置を1とし、其の他は0とし、該第2関係マトリクス修正装置は該第2関係マトリクスに1行及び1列を追加し、この追加された行列の対角線位置を該新インピーダンスとし、其の他を0とすることを特徴とする、配電網電力フロー分析システム。
- 請求項4記載の配電網電力フロー分析システムにおいて、追加された新ノードが第k個のノードに接続され、且つ新インピーダンスが該新ノードと該第k個のノードの間に接続される時、該第1関係マトリクス修正装置は該第1関係マトリクスに1行及び1列を追加し、並びに該第1関係マトリクスの第k行の値をこの新たに追加された行に複製し、該追加された行の対角線位置を0とし、其の他を0とし、該第2関係マトリクス修正装置は該第2関係マトリクスに1行及び1列を追加し、並びに該第2関係マトリクスの第k列の値をこの新たに追加された列に複製し、この新たに追加された行列の対角線位置を該新インピーダンスとし、其の他を0とすることを特徴とする、配電網電力フロー分析システム。
- 請求項4記載の配電網電力フロー分析システムにおいて、新インピーダンスが第i個のノードと第j個のノードの間に追加される時、該第1関係マトリクス修正装置は該第1関係マトリクスに1行及び1列を追加し、並びに該第1関係マトリクスの第i行の値より第j行の値を減じて、この新たに追加された行に置き、この新たに追加された行列の対角線位置を1とし、其の他は0とし、該第2関係マトリクス修正装置は該第2関係マトリクスに1行及び1列を追加し、並びに該第2関係マトリクスの第i列の値をこの新たに追加された列に置き、この新たに追加された行列の対角線位置を該新インピーダンスとし、其の他を0とすることを特徴とする、配電網電力フロー分析システム。
- 請求項4記載の配電網電力フロー分析システムにおいて、新ノードが第i個のノードと第j個のノードの間に追加され、且つ新インピーダンスが該新ノードと該i個のノードの間に設けられる時、該第1関係マトリクス修正装置は該第1関係マトリクスに2行及び2列を追加し、並びに該第1関係マトリクスの第i行の値をこの新たに追加された第1行に複製し、且つ該第1関係マトリクスの新たに追加された第1行の値より第j行の値を減じてこの新たに追加された第2行に置き、この新たに追加された行列の対角線位置を1とし、其の他を0とし、該第2関係マトリクス修正装置は、該第2関係マトリクスに2行及び2列を追加し、並びに該第2関係マトリクスの第i列の値をこの新たに追加された列に複製し、且つ該第2関係マトリクスの新たに追加された第1列の値より第j列の値を減じてこの新たに追加された第2列に置き、該第2関係マトリクスの新たに追加された第1行と新たに追加された第1列の対角線位置を該新インピーダンスとし、其の他は0とすることを特徴とする、配電網電力フロー分析システム。
- 配電網電力フロー分析方法において、
(a)第1関係マトリクスを構築するステップであって、該第1関係マトリクスは、ノード注入電流マトリクスと分岐電流マトリクスの関係とされ、該ノード注入電流マトリクスは複数の注入電流とされ、該分岐電流マトリクスは複数のノード間の電流とされるステップ、
(b)第2関係マトリクスを構築するステップであって、該第2関係マトリクスはノード電圧差マトリクスと分岐電流マトリクスの関係とされ、該ノード電圧差マトリクスは参考ノードと其の他のノードの電圧差とされるステップ、
(c)該第1関係マトリクスと該第2関係マトリクスに基づき、配電網電力フローを分析するステップ、
以上を包含することを特徴とする、配電網電力フロー分析方法。 - 請求項9記載の配電網電力フロー分析方法において、該第1関係マトリクスは上三角マトリクスとされることを特徴とする、配電網電力フロー分析方法。
- 請求項9記載の配電網電力フロー分析方法において、該第2関係マトリクスはノード間インピーダンスとされて下三角マトリクスとされることを特徴とする、配電網電力フロー分析方法。
- 請求項9記載の配電網電力フロー分析方法において、ノード或いはインピーダンス或いは並列回路が新たに追加される時に、該第1関係マトリクスと該第2関係マトリクスを修正する第1関係マトリクス修正ステップと第2関係マトリクス修正ステップをさらに包含することを特徴とする、配電網電力フロー分析方法。
- 請求項12記載の配電網電力フロー分析方法において、追加された新ノードが参考ノードに接続され、且つ新インピーダンスが新ノードと該参考ノードの間に接続されると、該第1関係マトリクス修正ステップで、装置は該第1関係マトリクスに1行及び1列を追加し、この追加された行列の対角線位置を1とし、其の他は0とし、該第2関係マトリクス修正ステップで、該第2関係マトリクスに1行及び1列を追加し、この追加された行列の対角線位置を該新インピーダンスとし、其の他を0とすることを特徴とする、配電網電力フロー分析方法。
- 請求項12記載の配電網電力フロー分析方法において、追加された新ノードが第k個のノードに接続され、且つ新インピーダンスが該新ノードと該第k個のノードの間に接続される時、該第1関係マトリクス修正ステップで、該第1関係マトリクスに1行及び1列を追加し、並びに該第1関係マトリクスの第k行の値をこの新たに追加された行に複製し、該追加された行の対角線位置を0とし、其の他を0とし、該第2関係マトリクス修正ステップで、該第2関係マトリクスに1行及び1列を追加し、並びに該第2関係マトリクスの第k列の値をこの新たに追加された列に複製し、この新たに追加された行列の対角線位置を該新インピーダンスとし、其の他を0とすることを特徴とする、配電網電力フロー分析方法。
- 請求項12記載の配電網電力フロー分析方法において、新インピーダンスが第i個のノードと第j個のノードの間に追加される時、該第1関係マトリクス修正ステップで、該第1関係マトリクスに1行及び1列を追加し、並びに該第1関係マトリクスの第i行の値より第j行の値を減じて、この新たに追加された行に置き、この新たに追加された行列の対角線位置を1とし、其の他は0とし、該第2関係マトリクス修正ステップで、該第2関係マトリクスに1行及び1列を追加し、並びに該第2関係マトリクスの第i列の値より第j列の値を減じて、この新たに追加された列に置き、この新たに追加された行列の対角線位置を該新インピーダンスとし、其の他を0とすることを特徴とする、配電網電力フロー分析方法。
- 請求項12記載の配電網電力フロー分析方法において、新ノードが第i個のノードと第j個のノードの間に追加され、且つ新インピーダンスが該新ノードと該i個のノードの間に設けられる時、該第1関係マトリクス修正ステップで、該第1関係マトリクスに2行及び2列を追加し、並びに該第1関係マトリクスの第i行の値をこの新たに追加された第1行に複製し、且つ該第1関係マトリクスの新たに追加された第1行の値より第j行の値を減じてこの新たに追加された第2行に置き、この新たに追加された行列の対角線位置を1とし、其の他を0とし、該第2関係マトリクス修正ステップで、該第2関係マトリクスに2行及び2列を追加し、並びに該第2関係マトリクスの第i列の値をこの新たに追加された列に複製し、且つ該第2関係マトリクスの新たに追加された第1列の値より第j列の値を減じてこの新たに追加された第2列に置き、該第2関係マトリクスの新たに追加された第1行と新たに追加された第1列の対角線位置を該新インピーダンスとし、其の他は0とすることを特徴とする、配電網電力フロー分析方法。
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