JP6347765B2 - 配電系統の自律型監視システム、配電系統の監視方法および配電系統の自律型監視システムで使用する第１装置 - Google Patents

Description

本発明は、配電系統の自律型監視システム、配電系統の監視方法および配電系統の自律型監視システムで使用する第１装置に関する。

水力発電所、火力発電所、原子力発電所などの大規模な発電所で生成された高電圧の電力は、送電網を通って各地の変電所に送られる。変電所は電圧等を調整し、配電網を介して各需要家に電力を供給する。需要家へ良質な電力を供給するために、発電所、変電所、電線路などの電気設備を合理的かつ経済的に運用する必要がある。この運用業務を給電運用と呼ぶ。

従来の給電運用では、発電所から需要家まで片方向に電力が流通することを前提としている。しかし、近年では、環境保護などの観点から、太陽光や風力などの再生可能エネルギを利用する分散電源が普及しつつある。これまでの給電運用では、発電所から需要家への一方通行の電力流通であった。しかし今後は分散電源の普及に伴い、分散電源を有する需要家から配電網へ電力が供給される双方向の電力流通時代が到来する。

したがって、多数の分散電源を含む双方向電力流通システムにおいては、送電網で実施されていたシステム冗長性確保や系統運用を、配電網にも適用する必要がある。しかし、火力発電所などの大規模な集中型電源の場合、その出力は安定しているが、太陽光発電装置や風力発電装置のような再生可能エネルギを利用する分散電源の場合は、日射量や風速などに応じて出力が急激に変化する。このように自然環境の変化に応じて変化する不安定な分散電源が配電網に多数接続されると、配電網の電圧や周波数を一定範囲に制御するのが難しくなるため、電力品質の低下や電力流通の信頼性低下を招くおそれがある。

配電網に接続された分散電源による影響を排除するために、電圧などを計測する新たな監視装置を配電網に多数追加したり、双方向の電力流通に対応する新たな制御装置を導入したりするのでは、コストが著しく増大する。

さらに、送配電事業者は、いつ、どこに、どれだけの出力の分散電源が設置されるか、あるいは既存の分散電源がいつ撤去されるのか等を事前に把握することが難しい。このため、送配電事業者は、分散電源から配電網に流れ込む電力量を予測したり、配電網の電圧などの状態を把握したりするのが難しい。予測困難なタイミングで、分散電源が配電網に増設されたり、移設されたり、撤去されたりするため、変動する配電網の状況に応じて適切に給電運用をするのは難しい。

このような課題に対して、特許文献１では、風力発電機と蓄電池とを組合せることで、安定した出力を実現しようとする。特許文献１では、風力発電機の発電量が多い場合は余った電力を蓄電池に貯めておき、風力発電機の発電量が少ない場合に蓄電池から電力を放出させる。蓄電池と分散電源を組み合わせれば、出力を安定化することができる。

特許文献２では、独立成分分析の手法を用い、既存の或る一点の電力潮流の信号源に包含された分散電源の出力を独立成分として分離する。これにより、特許文献２では、配電網に接続された分散電源を検出し、その出力を推定できるようになっている。

特許第４８９６２３３号公報 特開２０１２−９５４７８号公報

特許文献１では、分散電源に蓄電池を組合せて使用するが、蓄電池の導入コストは現状ではまだまだ高い。一方、分散電源の出力変化に十分対応するためには大容量の蓄電池を必要とするため、高価な蓄電池を配電網に多量に導入するのは現実的ではない。さらに、送配電事業者は、蓄電池の導入時期や容量を把握できないため、蓄電池の導入を見越して電力送電を制御するのは難しい。

特許文献２では、分散電源の出力を推定できるが、推定精度が低下した場合は、逆潮流の影響を排除することができなくなり、電力品質が低下するおそれがある。実際の電力流通システムでは、分散電源以外に、他の送配電線や電力運用装置などの劣化も観測点に混入する。従って、一つの観測点だけで分散電源の出力を推定するのは難しく、推定精度を高めるためには観測点を追加する必要がある。

そこで、本発明の目的は、配電系統の状態を計測して監視できるようにした配電系統の自律型監視システム、配電系統の監視方法および配電系統の自律型監視システムで使用する第１装置を提供することにある。本発明の他の目的は、配電系統の状態を推定し、推定した状態に応じてその場で対応することができるようにした配電系統の自律型監視システム、配電系統の監視方法および配電系統の自律型監視システムで使用する第１装置を提供することにある。

上記課題を解決すべく、本発明に従う自律型監視システムは、配電系統の状態を自律的に監視する監視システムであって、配電系統に設置される所定の制御装置に対応付けられる第１装置と、所定の制御装置の上流側で配電系統の状態を計測する第２装置と、所定の制御装置の下流側で配電系統の状態を計測する第３装置と、を備え、第１装置と第２装置と第３装置とは、第１通信経路により双方向通信可能に接続されており、第１装置は、第２装置の計測結果と第３装置の計測結果とを収集して配電系統を監視する。

本発明によれば、配電系統の所定の制御装置に対応付けられている第１装置は、その上流側および下流側に位置する第２装置および第３装置の計測結果を収集することで、配電系統を監視することができる。したがって、本発明によれば、第１装置は、その場所でただちに配電系統を監視することができる。

自律型監視システムが設けられている配電系統システムの全体を示すシステム構成図である。 コントロールノードおよびセンサノードのブロック図である。 アグリゲーションノードおよびクラウドノードのブロック図である。 観測値を記録したデータベースの一例である。 統計値をグラフ化して記録したデータベースの一例である。 通信経路表の一例である。 ノード同士の関係を記録したデータベースの一例である。 動作モードを確認する処理を示すフローチャート図である。 観測値の統計情報を隣接するコントロールノード間で共有する処理を示すシーケンス図である。 隣接するコントロールノードが協力して配電系統の構成を変更する様子を示す説明図であって、（ａ）は配電系統を切り替える前を示し、（ｂ）は配電系統を切り替えた後を示す。 逆潮流を検出した場合の系統切替処理を示すシーケンス図である。 経路切替の是非を判定する基準の例を示す統計値グラフ図である。 第２実施例に係る自律型監視システムを有する配電系統システムの全体図であって、配電路の一部が断線した状態を示す。 断線から系統切替した場合の配電系統システムの全体図である。 断線検出時の系統切替の処理を示すシーケンス図である。 第３実施例に係り、階層化されたアグリゲーションノードと、コントロールノード間で情報を交換する範囲を規定する管理表とを示す説明図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。以下に述べるように、本実施形態では、再生可能エネルギなどの分散電源９が設置された配電系統の所定の各地点に、自律分散型のコントロールノード１およびセンサノード２，３を追加することで、効率よく配電系統を監視する。さらに、本実施形態では、所定の各地点の計測結果に基づいて配電系統の状態を推定し、その推定結果に応じて配電系統の構成を変更する。

本実施形態のコントロールノード１およびセンサノード２，３は、例えば近距離無線通信を用いる第１通信経路ＣＮ１を介して、相互に認識することができ、相互に通信することができる。例えば、コントロールノード１およびセンサノード２，３は、第１通信経路ＣＮ１で通信可能な圏内に他のノードが存在するかを認識し、認識した他のノードとの間でパケットリレー方式で通信する。

送配電事業者は、コントロールノード１およびセンサノード２，３を、配電系統の所定地点に設置できる。配電系統には複数の所定地点を設定でき、各所定地点には、コントロールノード１およびセンサノード２，３の組をそれぞれ設けることができる。ただし、全ての組の構成が同一である必要はなく、ある組はコントロールノード１とセンサノード２から構成され、別のある組はコントロールノード１とセンサノード３から構成され、さらに別のある組はセンサノード２，３の少なくともいずれか一つから構成され、さらに別のある組はコントロールノード１のみから構成される場合もある。

コントロールノード１は、例えば配電系統に設置されている「所定の制御装置」の一例である開閉装置７に対応して設けられる。「所定の制御装置」としては、開閉装置７以外に、例えば、自動電圧調整装置、無効電力補償装置がある。コントロールノード１は、所定の制御装置とは別に形成してもよいし、所定の制御装置の内部に設けてもよい。

センサノード２，３は、好ましくは、開閉装置７の上流側，下流側に設けられる。したがって、コントロールノード１の上流側に位置するセンサノード２は上流側センサノード２（または上流側センサ２）と呼ぶこともできる。コントロールノード１の下流側に位置するセンサノード３は、下流側センサノード３（または下流側センサ３）と呼ぶこともできる。

ここで上流側、下流側とは、配電系統における電流の向きを基準にしている。配電系統上、変電所６の設置されている側は高電圧であるため、上流側となる。これに対し、負荷ＬＤの設置されている側は低電圧であるため、下流側となる。

ただし、分散電源９の出力電圧が配電系統の電圧よりも高くなった場合は、逆向きに電流が流れることもある。例えば、太陽光発電装置の場合、日射量の変化に応じて発電電圧が変化する。風力発電装置の場合、風速や風向の変化で、発電電圧が変化する。これらの出力電圧の変化により、分散電源９から配電系統へ通常とは逆向きに電流が流れる事象を逆潮流と呼ぶ。

さて本実施形態では、各地点に配置されるコントロールノード１およびセンサノード２，３の組のうち、所定範囲内のコントロールノード１は互いに情報を交換する。各地点のコントロールノード１は、それぞれの地点でセンサノード２，３が自律的に計測した情報を、そのままで、あるいは加工して、蓄積している。そして、所定範囲内のコントロールノード１同士は、それぞれが蓄積した情報（監視情報）を、第１通信経路ＣＮ１を介して所定タイミングで交換する。

コントロールノード１同士は、情報交換の意義のある範囲で、互いに情報を交換することができる。情報交換の意義があるとは、例えば、コントロールノード１が、他のコントロールノード１から受領した情報を、自ノード１の接続先である制御装置（開閉装置７など）の制御に利用できること、である。つまり、コントロールノード１は、他のコントロールノード１と情報を交換することで、配電系統の状態を推定し、配電系統が安定になるように、制御装置（開閉装置７など）を制御する。各地点のコントロールノード１は、配電系統に接続された分散電源９の存在やその出力変動を推定し、その推定結果を用いることで、その地点において配電系統を安定化する。

本実施形態の自律型監視システムは、既存の集中管理型の系統制御システムに対して、部分的な自律制御機能を追加する。本実施形態では、既存の集中管理型の系統制御システムが十分に監視できていない箇所に対し、自律的な監視機能と自律的な制御機能を追加することができる。これにより、本実施形態では、分散電源９の出力変動（逆潮流）や配電線の断線などの事象を速やかに検出し、その事象に対応するための制御をその場で直ちに行うことができる。

例えば、逆潮流の発生時には、開閉装置７を制御して系統変更を行うことで、電力損失を最小化する。これにより本実施形態では、経済的な系統運用を実現する。さらに例えば、地絡や短絡事故時には、瞬時に周辺のコントロールノード１同士が情報交換を行って、問題の発生した系統を特定し、問題の発生した系統を配電系統から切り離す。このように本実施形態では、適切な経路変更を行うことで、電力供給を速やかに復旧する。

本実施形態では、コントロールノード１を開閉装置７などの制御装置に対応付けることで、その制御装置の機能をいわゆる後付けで拡張することができる。本実施形態では、既存設備を有効活用できるため、開発コスト、導入コストを低減することができ、比較的低コストに系統制御システムを改善することができる。

本実施形態では、各地点のコントロールノード１およびセンサノード２，３は、それぞれ近距離無線通信を用いる第１通信経路ＣＮ１を介して通信し、相互に認識して通信経路を確立する。したがって、各ノードを通信ケーブルで接続する必要がなく、比較的簡単かつ低コストに、ノード間の通信経路を構築できる。

本実施形態では、配電系統上の必要な場所へコントロールノード１やセンサノード２，３を設置するだけで、それらノード１，２，３が自律的に通信経路ＣＮ１を構築し、配電系統を安定化させるための制御を必要に応じて行う。したがって、配電系統に制御装置（開閉装置７など）や分散電源９が追加されたり撤去されたりあるいは移設されたり、配電系統の配電路が分岐したりした場合でも、これらの構成変更に応じてノード１，２，３を設置したり移設したりするだけで、それらの構成変更に対応することができる。これにより本実施形態では、各ノード１，２，３の通信設定をやり直したりする必要がなく、運用コストを低減することができる。

図１〜図１２を用いて第１実施例を説明する。図１に、本実施例に係る自律型監視システムを有する配電系統システムの全体構成を示す。

本実施例の配電系統システムは、それぞれ後述するように、配電系統を構成する要素６，７，８，９，ＬＤ，ＦＤと、配電系統を制御する要素ＳＡ１，ＳＡ２と、配電系統を監視する要素１，２，３と、配電系統の監視結果（計測結果から推定される結果）に基づいて配電系統全体としての制御判断を下す要素４と、配電系統を監視する要素１，２，３を支援する要素５とを含む。

電力系統の一部である配電系統は、例えば、変電所６（１），６（２）と、開閉装置７（１），７（２）と、監視装置８（１），８（２）と、分散電源９と、負荷ＬＤ（１）〜ＬＤ（４）と、配電線ＦＤ（１）〜ＦＤ（３）を含む。

以下、特に区別しない場合は、符号に添える（１）、（２）などのかっこ付き数字を省略する。例えば、変電所６（１），６（２）は変電所６と、コントロールノード１（１），１（２）はコントロールノード１と、センサノード２（１），２（２）はセンサノード２と、配電線ＦＤ（１）〜ＦＤ（３）は配電線ＦＤと、略記する。

変電所６は、図外の大規模集中型電源（火力発電所、原子力発電所など）から送られてきた電力の電圧などを調整し、配電線ＦＤに送り出す。変電所６からの電力は、各負荷ＬＤに供給される。負荷ＬＤとしては、例えば、家庭内の電気製品、工場の電気設備などがある。

開閉装置７は、配電線ＦＤの途中に設けられており、配電線ＦＤを途中で遮断したり接続したりする。開閉装置７が開閉することで、問題の生じている配電線ＦＤを配電系統から切り離したり、障害から復旧した配電線ＦＤを配電系統に再接続したりする。監視装置８は、配電線ＦＤの途中に設けられており、例えば、有効電力、無効電力、電圧などを監視する。分散電源９は、例えば、太陽光発電装置、風力発電装置などである。

変電所自動化システムＳＡ１および配電自動化システムＳＡ２は、第３通信経路ＣＮ３を介して変電所６に接続されている。これら自動化システムＳＡ１，ＳＡ２は、配電系統全体の制御を担当する。以下の説明では、これら自動化システムＳＡ１，ＳＡ２を外部の他システムＳＡ１，ＳＡ２と呼ぶことがある。

コントロールノード１およびセンサノード２，３は、配電系統の所定位置（所定地点）に設けられ、自律的に監視システムを構築して配電系統を監視する。コントロールノード１は「第１装置」に、センサノード２は「第２装置」に、センサノード３は「第３装置」に、それぞれ該当する。

コントロールノード１およびセンサノード２，３は、第１通信経路ＣＮ１を介して双方向通信可能に接続されている。第１通信経路ＣＮ１は、例えば、近距離無線通信網のように構成される。各ノードは、隣接するノードを自動的に検出し、通信ネットワークを自律的に構築する。

開閉装置７の上流側には、センサノード２が設けられている。センサノード２は、監視装置８に対応付けられている。監視装置８は、開閉装置７の状態を監視する。例えば、監視装置８は、開閉装置７の設けられている配電線の電圧値などを監視する。監視装置８の検出した値が閾値に達すると、開閉装置７は動作し、配電線を遮断したり、再接続したりする。

このように開閉装置７と監視装置８とは関連しており、両者は一体化して構成される場合がある。そして、センサノード２は監視装置８に接続されるため、センサノード２と監視装置８と開閉装置７を同一筐体に設ける構成としてもよい。センサノード２と監視装置８と開閉装置７を、それぞれ別々に形成して接続する構成でもよい。このように、上流側のセンサノード２は、既存の監視装置８を利用するように構成されている。換言すれば、既存の監視装置８にコンピュータプログラムなどを追加することで、監視装置８内にセンサノード２を構築することができる。

センサノード３は、開閉装置７の下流側に設けられている。センサノード３は、監視装置８に対応付けられていない。集中型電源から変電所を介して需要家に向かう一方通行の電力流通の場合、上流側（変電所側）の系統状態のみ知ることができればよく、下流側（負荷側）の系統状態は特に必要がなかった。このため、既存の配電系統システムでは、開閉装置７の下流側に監視装置８を設けていない。そこで、本実施例では、開閉装置７の下流側の状態、つまり負荷側の系統状態（有効電力、無効電力、電圧など）を計測するために、観測装置３０５を内蔵するセンサノード３を設けている。

センサノード３は、観測したデータ（観測値とも呼ぶ）の蓄積および統計処理と系統状態推定処理とを、外部装置であるクラウドノード５に委ねている。蓄積機能等と後述の系統状態推定機能Ｆ５３をセンサノード３から外してクラウドノード５に設ける構成のため、センサノード３の構成を簡素化して製造コストを低減できる。そして、コントロールノード１は、センサノード３の計測結果から、負荷側に設置された分散電源９の存在や出力変動を検出できる。

コントロールノード１は、センサノード２の計測結果とセンサノード３の計測結果とから、配電系統の状態を監視する。監視対象の配電系統の状態としては、例えば、分散電源９の存在、分散電源９の出力変動、配電線ＦＤの断線等がある。コントロールノード１は、監視結果に基づいて、つまり各センサノード２，３の計測結果に基づいて、開閉装置７の動作を制御する。開閉装置７が開くと、開閉装置７の設けられている配電線ＦＤは遮断される。開閉装置７が閉じると、遮断されていた配電線ＦＤが再接続される。

コントロールノード１は、開閉装置７内に設けることもできるし、開閉装置７の外部に設けることもできる。なお、分散電源９の有する制御装置内に、コントロールノード１を設けることもできる。

アグリゲーションノード４は、第２通信経路ＣＮ２を介して、各コントロールノード１およびクラウドノード５と双方向通信可能に接続されている。さらに、アグリゲーションノード４は、第３通信経路ＣＮ３を介して、変電所自動化システムＳＡ１および配電自動化システムＳＡ２と双方向通信可能に接続されている。第２通信経路ＣＮ２は、例えば、携帯電話通信網のように比較的長距離の無線通信網として構成することができる。第３通信経路ＣＮ３は、例えば、光ファイバ回線やメタル回線などを用いる有線通信ネットワークとして構成することができる。

アグリゲーションノード４は、コントロールノード１、センサノード２，３およびクラウドノード５からの情報に基づいて、管理下の配電系統の状態を把握し、変電所自動化システムＳＡ１および配電自動化システムＳＡ２のような他システムと連携する。

クラウドノード５は、センサノード３からの要求に応じて、センサノード３で計測したデータ（観測値のデータ）を蓄積したり、蓄積データを統計処理したりする。クラウドノード５は、コントロールノード１を経由してセンサノード３と通信できる。

クラウドノード５は、第２通信経路ＣＮ２を介してコントロールノード１と通信し、コントロールノード１から第１通信経路ＣＮ１を介してセンサノード３と通信する。センサノード３は、第１通信経路ＣＮ１を介してコントロールノード１と通信し、コントロールノード１から第２通信経路ＣＮ２を介してクラウドノード５と通信する。同様に、アグリゲーションノード４も、第２通信経路ＣＮ２、コントロールノード１および第１通信経路ＣＮ１を経由して、各センサノード２，３と通信できる。

図２を用いて、コントロールノード１とセンサノード２，３の構成例を説明する。コントロールノード１は、例えば、「演算処理部」としてのプロセッサ１０１と、メモリ１０２と、「通信部」としての通信装置１０３と、記憶装置１０４を備える。記憶装置１０４は、「記憶部」の例である。記憶装置１０４とメモリ１０２が協働して「記憶部」を構成してもよい。後述する他の記憶装置２０４，３０４およびメモリ２０２，３０２についても同様である。

記憶装置１０４は、例えば、フラッシュメモリデバイスのような書き換え可能な不揮発性メモリから構成される。揮発性メモリをバッテリ等でバックアップして用いる構成でもよい。他の記憶装置２０４，３０４も同様に構成できる。

記憶装置１０４には、所定の機能Ｆ１１〜Ｆ１３を実現するためのコンピュータプログラムが格納されている。制御指令・管理機能Ｆ１１は、開閉装置７に対する制御指令の生成等を制御する。通信制御・管理機能Ｆ１２は、センサノード２，３やアグリゲーションノード４およびクラウドノード５との通信を制御する。制御判断機能Ｆ１３は、センサノード２，３の計測結果に基づいて、開閉装置７の開閉動作について判断する。以下、制御指令・管理プログラムＦ１１、通信制御・管理プログラムＦ１２、制御判断プログラムＦ１３のように、所定の機能を実現するためのコンピュータプログラムに、その機能の符号を付して説明する場合がある。

プロセッサ１０１は、記憶装置１０４に記憶されているコンピュータプログラムＦ１１〜Ｆ１３を必要に応じてメモリ１０２に読み込んで実行する。これにより、各機能Ｆ１１〜Ｆ１３が実現される。

図２では開閉装置７と通信装置１０３を接続する線を省略しているが、プロセッサ１０１は、通信装置１０３を介して開閉装置７と通信し、開閉装置７へ制御指令を出すことができる。さらに、プロセッサ１０１は、通信装置１０３および第１通信経路ＣＮ１を介して、センサノード２，３や他のコントロールノード１と通信する。さらに、プロセッサ１０１は、通信装置１０３および第２通信経路ＣＮ２を介して、アグリゲーションノード４およびクラウドノード５と通信する。

センサノード２は、開閉装置７の上流側に位置する監視装置８に対応付けられており、例えば、プロセッサ２０１と、メモリ２０２と、通信装置２０３と、記憶装置２０４を備えている。

記憶装置２０４は、所定の機能Ｆ２１〜Ｆ２３を実現するためのコンピュータプログラムと、データベースＴ２１，Ｔ２２を格納している。プロセッサ２０１は、コンピュータプログラムＦ２１〜Ｆ２３を必要に応じてメモリ２０２に読み込んで実行する。これにより各機能Ｆ２１〜Ｆ２３が実現される。

観測・値加工機能Ｆ２１は、監視装置８を通じて配電系統の状態を観測し、その観測値を観測値データベースＴ２１へ格納する。さらに、観測・値加工機能Ｆ２１は、観測値を統計処理し、その結果を統計値データベースＴ２２へ格納する。

通信制御・管理機能Ｆ２２は、監視装置８、コントロールノード１や隣接するノード、アグリゲーションノード４、クラウドノード５、との通信を制御する。監視装置８と通信装置２０３を接続する線を省略しているが、プロセッサ２０１は、通信装置２０３を介して、監視装置８に接続されている。監視装置８の計測したデータ（観測値）は、配電線ＦＤなどから通信装置２０３を介して、センサノード２へ送られる。プロセッサ２０１は、通信装置２０３および第１通信経路ＣＮ１を介して、コントロールノード１や隣接する他のノードと通信できる。さらに、プロセッサ２０１は、コントロールノード１を介して、アグリゲーションノード４やクラウドノード５と通信できる。

系統状態推定機能Ｆ２３は、観測値データベースＴ２１や統計値データベースＴ２２に基づき、配電系統が今後どのような変化をするか、どのような分散電源９が接続しているかを推定する。

本実施例のセンサノード２は、系統状態推定機能Ｆ２３を備えているため、基本的には、クラウドノード５に系統状態推定処理を委ねる必要はない。しかし、例えば、クラウドノード５の有する系統状態推定機能Ｆ５３のアルゴリズムの方が、センサノード２の有する系統状態推定機能Ｆ２３よりも性能が良い場合などには、センサノード２からクラウドノード５へ観測値を送信し、系統状態の推定を要求してもよい。

センサノード３は、開閉装置７の下流側に位置して配電系統に設けられている。センサノード３は、例えば、プロセッサ３０１、メモリ３０２、通信装置３０３、記憶装置３０４、観測装置３０５を備えている。

観測装置３０５は、配電線ＦＤに接続することで、配電系統の状態を監視し、観測値を取得する。観測装置３０５の取得した観測値は、センサノード３を介してクラウドノード５へ送信される。

記憶装置３０４は、各機能Ｆ３１，Ｆ３２を実現するためのコンピュータプログラムを記憶している。プロセッサ３０１は、必要に応じて、記憶装置３０４内のコンピュータプログラムをメモリ３０２へ読み込んで実行する。これにより、各機能Ｆ３１，Ｆ３２が実現される。

観測機能Ｆ３１は、観測装置３０５を用いて配電系統の状態（有効電力、無効電力、電圧など）を観測する。観測機能Ｆ３１は、観測値をクラウドノード５へ送信し、系統状態の推定を依頼する。

通信制御・管理機能Ｆ３２は、通信装置３０３および第１通信経路ＣＮ１を介して、コントロールノード１と通信する。さらに、通信制御・管理機能Ｆ３２は、コントロールノード１および第２通信経路ＣＮ２を介して、クラウドノード５やアグリゲーションノード４と通信できる。

既存の監視装置８を利用するセンサノード２と新たに配電系統に追加されるセンサノード３との違いは、センサノード自身が観測装置を保有しているか否か、観測値を加工する機能を保持しているか否か、データベースを保有しているか否か、である。観測値を加工する機能やデータベースを保有するためには、高速なプロセッサや大容量記憶装置が必要となる。したがって、センサノード３に高速プロセッサおよび大容量記憶装置を搭載すると、センサノード３の製造コストが増大する。

そこで、本実施例では、センサノード３は、観測値や統計値を記憶装置３０４に格納せず、それらデータの処理をクラウドノード５へ依頼する。したがって、センサノード３は、上流側のセンサノード２に比べて、記憶装置３０４の容量を少なくでき、プロセッサ３０１の性能は高性能である必要がない。これにより、本実施例では、センサノード３の製造コストは、センサノード２の製造コストよりも少なくできる。したがって、本実施例では、比較的安価に製造できるセンサノード３を、配電系統の負荷側に配置することができるため、配電系統の状態を比較的正確に推定することができる。

図３を用いて、アグリゲーションノード４とクラウドノード５の構成を説明する。先にクラウドノード５の構成を説明する。

クラウドノード５は、配電系統の下流側（負荷側）に新たに配置されるセンサノード３に関する処理の一部を肩代わりする装置である。一つのクラウドノード５が、複数のセンサノード３の処理の一部を肩代わりするため、自律型監視システム全体としてのコストを低減することができる。しかし、クラウドノード５を廃止し、各センサノード３がそれぞれ観測値を記憶し、系統状態を推定する構成としてもよい。

クラウドノード５は、例えば、プロセッサ５０１、メモリ５０２、通信装置５０３、記憶装置５０４を備えている。

記憶装置５０４は、例えばフラッシュメモリデバイスやハードディスクドライブのような書き換え可能な不揮発性メモリ媒体から構成されており、所定の機能Ｆ５１〜Ｆ５４を実現するためのコンピュータプログラムとデータベースＴ５１，Ｔ５２を格納する。

プロセッサ５０１は、必要に応じて、記憶装置５０４に格納されているコンピュータプログラムをメモリ５０２に読み込んで実行する。これにより各機能Ｆ５１〜Ｆ５４が実現される。

記憶装置５０４には、観測値加工機能Ｆ５１、通信制御・管理機能Ｆ５２、系統状態推定機能Ｆ５３、制御判断機能Ｆ５４が記憶されている。センサノード３で観測した値（監視データ）は、第１通信経路ＣＮ１、コントロールノード１および第２通信経路ＣＮ２を介して、クラウドノード５へ送られる。観測値加工機能Ｆ５１は、各センサノード３から取得した観測値を観測値データベースＴ５１に記憶する。観測値加工機能Ｆ５１は、観測値データベースＴ５１に記憶した観測値を統計処理し、統計処理したデータを統計値データベースＴ５２に記憶する。

通信制御・管理機能Ｆ５２は、通信装置５０３および第２通信ネットワークＣＮ２を介して、コントロールノード１およびアグリゲーションノード４と通信する。さらに、通信制御・管理機能Ｆ５２は、コントロールノード１および第１通信経路ＣＮ１を介して、センサノード３と通信する。通信制御・管理機能Ｆ５２は、センサノード２と通信することもできる。

系統状態推定機能Ｆ５３は、観測値データベースＴ５１および統計値データベースＴ５２の記憶内容に基づいて、配電系統が今後どのような変化をするか、どのような分散電源９が接続しているかを推定する。

制御判断機能Ｆ５４は、系統状態推定機能Ｆ５３の推定結果に基づき、所定の制御装置としての開閉装置７の動作をいかに制御すべきか判断する。

アグリゲーションノード４の構成を説明する。アグリゲーションノード４は、その管理下にある配電系統の全体を把握し、他システムＳＡ１，ＳＡ２と連携する。アグリゲーションノード４は、例えば、プロセッサ４０１、メモリ４０２、通信装置４０３、記憶装置４０４、入出力装置４０５を備えている。

記憶装置４０４は、例えばフラッシュメモリデバイスやハードディスクドライブのような書き換え可能な不揮発性メモリ媒体から構成することができる。記憶装置４０４は、各機能Ｆ４１〜Ｆ４４を実現するためのコンピュータプログラムを格納する。

プロセッサ４０１は、必要に応じて、記憶装置４０４に格納されているコンピュータプログラムをメモリ４０２に読み込んで実行する。これにより各機能Ｆ４１〜Ｆ４４が実現される。

通信装置４０３は、第２通信経路ＣＮ２を介して、コントロールノード１、センサノード２，３、クラウドノード５と通信する。アグリゲーションノード４とセンサノード２，３とは、コントロールノード１および第１通信経路ＣＮ１を経由して通信する。さらに、通信装置４０３は、第３通信経路ＣＮ３を介して、変電所自動化システムＳＡ１および配電自動化システムＳＡ２とも接続されている。

なお、第１通信経路ＣＮ１と第２通信経路ＣＮ２とを統合し、共通の通信経路として構築してもよいし、あるいは、センサノード２，３も第２通信経路ＣＮ２に接続する構成としてもよい。後者の場合、センサノード２，３は、コントロールノード１を経由せずに直接、アグリゲーションノード４およびクラウドノード５と通信できる。第２通信経路ＣＮ２と第３通信経路ＣＮ３とを統合し、共通の通信経路として構築してもよい。

入出力装置４０５は、オペレータとアグリゲーションノード４とが情報を交換するための装置である。オペレータは、必要に応じて、入出力装置４０５に指示を入力したり、入出力装置４０５に画面を表示させたりすることができる。入出力装置４０５としては、例えば、ディスプレイ、キーボード、マウス、タッチパネル、プリンタ、音声合成装置、音声認識装置などがある。

他システム連携機能Ｆ４１は、通信装置４０３および第３通信経路ＣＮ３を介して、変電所自動化システムＳＡ１および配電自動化システムＳＡ２と通信する。これにより、アグリゲーションノード４は、例えば、既存の配電系統図、遠隔監視状況、停電状態、事故状況などを把握できる。アグリゲーションノード４は、全体の状況を外部の他システムＳＡ１，ＳＡ２から取得すると共に、管理下にあるコントロールノード１およびセンサノード２，３で検出した情報を、外部の他システムＳＡ１，ＳＡ２へ送信する。これにより配電系統システム全体で情報を共有する。

通信制御・管理機能Ｆ４２は、通信装置４０３を用いて、コントロールノード１、センサノード２，３、クラウドノード５、他のアグリゲーションノード４と通信する。

系統把握機能Ｆ４３は、各ノード１，２，３，５（および他のアグリゲーションノード４）から取得した情報と、他システム連携機能が外部の他システムＳＡ１，ＳＡ２から取得した情報とに基づいて、配電系統システムの状態を把握する。なお、入出力機能Ｆ４４は、入出力装置４０３を用いて、オペレータと情報を交換する。

なお、本実施例では、コントロールノード１、センサノード２，３、アグリゲーションノード４、クラウドノード５をそれぞれ別々の装置として構成する場合を説明したが、これに限らず、複数の装置を一つの装置にまとめたり、一つの装置を複数の装置に分けて構成したりしてもよい。

例えば、配電系統に分散配置される複数のコントロールノード１のうちのいずれかに、アグリゲーションノード４の機能を持たせて、配電系統全般を把握してもよい。複数のコントロールノード１のいずれかに一つまたは複数に、クラウドノード５の機能を持たせて、センサノード３からのデータ処理を受け付ける構成でもよい。各ノード１，２，３，４，５をさらに複数の装置に分割して連携させてもよい。例えば、記憶装置は、各ノードとは別のストレージ装置として構成してもよい。各ノード１，２，３，４，５の記憶装置を、一つのストレージ装置から提供する論理ボリュームとして構成してもよい。

さらに、各ノード１，２，３，４，５の持つ各機能を一部入れ替えたり、統合したりしてもよい。

図４は、観測値データベースＴ２１の表の例を示す。センサノード２の観測値データベースＴ２１と、クラウドノード５の観測値データベースＴ５１とは同一構成であるため、観測値データベースＴ２１を中心に説明する。

観測値データベースＴ２１は、例えば、観測日時を表す日時Ｃ２１０と、有効電力Ｃ２１１と、無効電力Ｃ２１２と、電圧Ｃ２１３とを備える。これらの値Ｃ２１０〜Ｃ２１３は、観測・値加工機能Ｆ２１で作成される。

有効電力Ｃ２１１は、測定値Ｃ２１１１と補正値Ｃ２１１２を有する。無効電力Ｃ２１２も、測定値Ｃ２１２１と補正値Ｃ２１２２を有する。電圧Ｃ２１３も、測定値Ｃ２１３１と補正値Ｃ２１３２を有する。補正値には、例えば、測定装置である監視装置８や観測装置３０５の測定誤差、正規化等の計測に必要な加工計算値を格納する。

図５は、統計値データベースＴ２２に記録された統計値の表の一例を示す。センサノード２の統計値データベースＴ２２と、クラウドノード５の統計値データベースＴ５２とは同一であるため、統計値データベースＴ２２を中心に説明する。

統計値データベースＴ２２は、例えば、統計値の種別を表す統計ＩＤ Ｃ２２０と、曜日Ｃ２２１と、統計を作成するために用いた観測値数を表す統計数Ｃ２２２とを備えて構成されている。グラフＧ２２は、時刻につれて観測値がどのように変化したかを、過去８点の値から平均値にて算出した例を示している。グラフＧ２２の横軸は時刻を示し、縦軸は観測値を示す。

統計値データベースＴ２２（Ｔ５２）は、系統状態推定機能Ｆ２３，Ｆ５３にて作成することができる。統計値データベースＴ２２（Ｔ５２）を用いることで、過去の観測値から将来の系統変化を予測することができる、さらに、観測値がある期間から変化した場合は、新しい分散電源９が配電系統に接続されたと推定可能である。図５では、一つの観測値についての統計処理を示すが、実際には、有効電力、無効電力、電圧などの各観測値ごとに統計処理が行われる。なお、周波数変化を観測して統計処理してもよい。

図６は、通信制御・管理機能Ｆ１２，Ｆ２２，Ｆ３２，Ｆ４２，Ｆ５２が管理する通信経路表Ｔ１０の一例を示す。

通信経路表Ｔ１０は、例えば、最終送信先の端末ＩＤ Ｃ１００と、次の送信先の端末ＩＤ Ｃ１０１と、端末種別Ｃ１０２と、到達ホップ数Ｃ１０３とを備える。

本実施例では、インターネット等で用いられる通信経路表の構成に加えて、端末種別Ｃ１０２を追加している。図６に示す端末種別Ｃ１０２には、アグリゲーションノード４の場合に「アグリゲーション」、コントロールノード１の場合に「コントロール」、センサノード２，３の場合に「センサ」と設定される。到達ホップ数Ｃ１０３は、自ノードから最終送信先端末ＩＤを持つ最終目的地ノードまでに要するホッピング数である。

本実施例では、第１通信経路ＣＮ１は無線通信であり、センサノード２（１），３（１），２（２），３（２）およびコントロールノード１（１），１（２）は、無線通信によるマルチホップネットワークを構築している。なお、無線マルチホップネットワークの構築手法は、いわゆる当業者に知られており、記載を省略しても本実施例に係る自律型監視システムの生産や使用に影響を与えない。そこで、無線マルチホップネットワークの構築手法については割愛する。

図７は、通信制御・管理機能Ｆ１２，Ｆ２２，Ｆ３２，Ｆ４２，Ｆ５２が管理するノード管理表Ｔ１１の一例を示す。ノード管理表Ｔ１１は、コントロールノード１、センサノード２，３、アグリゲーションノード４、クラウドノード５と、配電系統上に設置された所定の制御装置との対応関係を管理する。

ノード管理表Ｔ１１は、例えば、端末ＩＤ Ｃ１１０と、管理端末ＩＤ Ｃ１１１と、接続装置Ｃ１１２と、装置名称Ｃ１１３を備えている。

端末ＩＤ Ｃ１１０は、各ノードを識別する情報である。管理端末ＩＤ Ｃ１１１は、複数のノードが一体化またはグループ化されている場合の代表識別子である。例えば、図１に示すコントロールノード１（１）とセンサノード２（１），３（１）とは一方の自律型監視グループを構成しており、コントロールノード１（２）とセンサノード２（２），３（２）は他方の自律型監視グループを構成している。管理端末ＩＤ Ｃ１１１は、グループを識別するための識別子（グループ識別子）である。

なお、例えば、コントロールノード１およびセンサノード２，３を一つの端末装置内に設けてもよい。自律監視型グループは、コントロールノード１、センサノード２、センサノード３のいずれか一つを含んでいればよく、３種類のノード１，２，３の全てを含んでいる必要はない。

接続装置Ｃ１１２は、各ノードが接続されている接続先装置を示す情報である。接続装置Ｃ１１２としては、例えば、外部に存在する制御装置（例えば開閉装置７）、センサノード３内に設けられた内包センサ（例えば観測装置３０５）、センサノード２の外部に設けられた外部センサ（例えば監視装置８）がある。装置名称Ｃ１１３は、各ノードの属するグループが対象としている装置の名称である。上記の例では、一方の自律型監視グループ（１（１），２（１），３（１））は一方の開閉装置７（１）を対象とし、他方の自律型監視グループ（１（２），２（２），３（２））は他方の開閉装置７（２）を対象としている。他に対象装置としては、例えば、電圧監視装置などもある。

図７に示すノード管理表Ｔ１１を用いれば、例えば、監視装置８の設けられている開閉装置７のような遠隔制御対象装置を、コントロールノード１およびセンサノード２，３で識別して管理することができる。

図８は、自律型監視グループを構成する各ノード１，２，３が動作モードを確認する処理を示すフローチャートである。コントロールノード１、センサノード２，３は、その起動時に、または定期的に、あるいは所定の契機に、本処理を実行する。これにより、各ノード１，２，３は、自ノードの動作モードを確認して決定する。まず最初に、各モードについて説明する。

第１通信経路ＣＮ１において、コントロールノード１や各センサノード２，３は、自律的に無線通信経路を構成し、その無線通信経路の状況に応じて動作モードを変更する。本実施例では、動作モードとして、自律モード、協調モード、単独モード、孤立モードの複数種類（４種類）を予め用意している。

自律モードは、後述のように、隣接するノードがあり（Ｓ１２：ＹＥＳ）、かつ、アグリゲーションノード４と接続できない場合に（Ｓ１３：ＮＯ）、選択される。ここで、隣接するノードとは、第１通信経路ＣＮ１を用いて所定ホップ数内で通信可能なノードである。自律モードは、コントロールノード１やセンサノード２，３がそれぞれ自律的に監視や制御を行うモードである。自律モードで動作するノードは、他グループのノードと情報を交換して共有し、論理判断をして対象装置（例えば開閉装置７）を制御する。例えば、一方のグループに属するノードは、自ノードの持つ情報と他方のグループに属するノードから受け取った情報とから、対象装置の動作（例えば開閉装置７を開くか閉じるか等）を決定することができる。つまり、自律モードでは、自律型監視グループ毎に自律的に監視や制御を行うことができる。

協調モードは、後述のように、隣接するノードがあり（Ｓ１２：ＹＥＳ）、かつ、アグリゲーションノード４に接続可能な場合に（Ｓ１３：ＹＥＳ）、選択される。協調モードは、ノードが自律モードで動作すると共に、アグリゲーションノード４からの指令に基づいて動作することもできるモードである。

協調モードに従うノードは、アグリゲーションノード４からの指令を受け取っていない場合、自律モードで動作する。しかし、アグリゲーションノード４からの指令を受け取った場合、協調ノードに従うノードは、アグリゲーションノード４からの指令に従って動作する。

アグリゲーションノード４は、他のアグリゲーションノード４、変電所自動化システムＳＡ１や配電自動化システムＳＡ２等の外部システムと連携するため、配電系統の全体を把握した上で適切な指令を出すことができる。つまり、例えば、ある自律型監視グループと隣接する他の自律型監視グループにとっては最適な動作であったとしても、その動作は部分最適を実現するだけのものに過ぎず、配電系統全体に対して最適であるとは限らない。そこで、部分最適化を図る自律モードに従うノードに対し、時折アグリゲーションノード４から指令を与えることで、配電系統全体の制御の最適化を図ることができる。

単独モードは、後述のように、隣接ノードが存在せず（Ｓ１２：ＮＯ）、かつ、アグリゲーションノード４にも接続できない場合に（Ｓ１６：ＮＯ）、選択される。単独モードに従うセンサノード２，３は、観測や監視をするだけである。単独モードに従うコントロールノード１も、監視するだけであり、対象装置を制御しない。

孤立モードは、後述のように、隣接ノードは存在しないが（Ｓ１２：ＮＯ）、アグリゲーションノード４には接続可能な場合に（Ｓ１６：ＹＥＳ）、選択される。例えば、１つだけ孤立して配置されたコントロールノード１は、第２通信経路ＣＮ２を介してアグリゲーションノード４と接続されているため、孤立ノードに従って動作する。孤立ノードに従うノードは、基本的には単独モードと同様に監視するだけであるが、アグリゲーションノード４からの指令を受け取った場合はその指令に従って動作する。

図６のフローチャートに沿って説明する。本処理は各ノード１，２，３がそれぞれ実行する。対象ノードは、接続装置との接続を確認する（Ｓ１０）。対象ノードは、隣接するノードを検索し、図６で説明した通信管理表Ｔ１０を更新する（Ｓ１１）。

対象ノードは、ステップＳ１１の検索結果から、隣接ノードが存在するか判定する（Ｓ１２）。対象ノードは、隣接ノードが存在すると判定すると（Ｓ１２：ＹＥＳ）、接続装置の情報を交換して共有し、図７で述べたノード管理表Ｔ１１を更新する。

対象ノードは、隣接ノードの存在を検知した場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、アグリゲーションノード４へ接続可能であるか判定する（Ｓ１３）。対象ノードがコントロールノード１である場合、対象ノードは、第２通信経路ＣＮ２を介して、直接的にアグリゲーションノード４と接続されている。対象ノードがセンサノード２，３のいずれかであり、かつ隣接ノードがコントロールノード１である場合、対象ノードは、第１通信経路ＣＮ１を介して隣接ノード（コントロールノード１）に接続し、隣接ノードおよび第２通信経路ＣＮ２を介してアグリゲーションノード４に接続することができる。

対象ノードは、隣接ノードが存在し（Ｓ１２：ＹＥＳ）、かつ、アグリゲーションノード４と接続可能であると判定した場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、動作モードとして協調モードを選択する（Ｓ１４）。これに対し、対象ノードは、隣接ノードが存在し（Ｓ１２：ＹＥＳ）、かつ、アグリゲーションノード４に接続不能であると判定した場合（Ｓ１３：ＮＯ）、動作モードとして自律モードを選択する。

一方、対象ノードは、隣接ノードが存在しないと判定した場合（Ｓ１２：ＮＯ）、アグリゲーションノード４に接続可能であるか判定する（Ｓ１６）。対象ノードは、隣接ノードが存在せず（Ｓ１２：ＮＯ）、かつ、アグリゲーションノード４に接続不能であると判定すると（Ｓ１６：ＮＯ）、動作モードとして単独モードを選択する。これに対し、対象ノードは、隣接モードが存在せず（Ｓ１２：ＮＯ）、かつ、アグリゲーションノード４に接続可能であると判定すると（Ｓ１６：ＹＥＳ）、動作モードとして孤立モードを選択する（Ｓ１８）。

なお、本実施例では、アグリゲーションノード４およびクラウドノード５は、第２通信経路ＣＮ２を介してコントロールノード１に接続されるが、アグリゲーションノード４およびクラウドノード５も第１通信経路ＣＮ１に接続する構成でもよい。

本実施例の第１通信経路ＣＮ１は、近距離無線通信を用いて構築されており、携帯電話通信網のような中距離または長距離で無線通信可能な第２通信経路ＣＮ２と異なる。第１通信経路ＣＮ１は、その通信距離が短く、かつ、駐停車しているトラックや建築物等の障害物による影響も受けやすい。従って、第１通信経路ＣＮの構築する通信網は、各ノードの設置先の状況に応じて変動し、昨日まで繋がっていた経路が今日は途切れてしまったり、昨日まで繋がらなかった経路が今日は繋がったりすることがある。このような第１通信経路ＣＮ１の持つ特徴に対応すべく、本実施例では、図８に示すように、各モードの動作モードを、第１通信経路ＣＮ１の状況に応じてそれぞれ決定させる。これにより、本実施例では、第１通信経路ＣＮ１の状況に応じた適切な動作モードを各ノードに選択させて、自律的に動作させることができる。

本実施例では、近距離無線通信を用いて通信網を自律的に構築できる第１通信経路ＣＮ１を各ノード１，２，３に採用することで、各ノード１，２，３を配電系統の任意の場所に設置することができる。そして、本実施例では、各ノード１，２，３が互いに通信し合うことで、第１通信経路ＣＮ１を自律的に構築することができる。本実施例では、配電系統の現場の状況（障害物の有無等）に応じて通信網を自律的に構築できるという第１通信経路ＣＮ１の特徴を活かしながら、第１通信経路ＣＮ１に参加する各ノード１，２，３は自ノードに適した動作モードをそれぞれ自主的に選択する。これにより、本実施例では、配電系統の構成変更に柔軟かつ速やかに対応できる自律型監視システムを実現する。したがって、もしもアグリゲーションノード４やクラウドノード５も第１通信経路ＣＮ１に参加するのであれば、図８に示すような処理に従って、自ノードの動作モードを定期的にまたは不定期に、決定すればよい。

図９は、各ノード１，２，３，４，５の処理シーケンスを示す。図９において、コントロールノード１およびセンサノード２，３は、自律モードまたは協調モードのいずれかで動作しているものとする。図９では、アグリゲーションノード４を「ＡＮ４」、センサノード２を「ＳＮａ２」、コントロールノード１を「ＣＴＬＮ１」、センサノード３を「ＳＮｂ３」と表示している。先に一方の自律型監視グループの動作を説明する。

統計値データベースＴ５２の作成タイミングが到来すると、センサノード３（１）は、クラウドノード５に対して、統計処理を要請する（Ｓ２０）。この統計処理の要請は、センサノード３（１）からコントロールノード１（１）へ第１通信経路ＣＮ１を介して送られ、コントロールノード１（１）から第２通信経路ＣＮ２を介してクラウドノード５へ送られる（Ｓ２１）。

本実施例では、より多くのセンサノード３を配電系統へ追加できるように、センサノード３の製造コストを低減する。製造コスト低減のために、センサノード３は、センサノード２よりも性能を抑えている。例えば、センサノード３は、観測値を加工する機能を有していない。さらに、センサノード３は、観測値の長期間保存を行わないため、記憶装置３０４の容量は小さくてよい。センサノード３は、製造コストを抑えたため、観測値の保存および統計処理をクラウドノード５に代行させる。

このようにセンサノード３（１）は、観測装置３０５で検出した観測値を、コントロールノード１を介してクラウドノード５へ送信する。なお、観測値の送信方法には、例えば、観測値を取得する都度送信する逐次送信と、所定量の観測値が集まったら一括して送信する一括送信とがある。逐次送信と一括送信のいずれを選択するかは、例えば第１通信経路ＣＮ１の混雑具合、通信遅延の状況などに基づいて判断すればよい。

クラウドノード５は、センサノード３（１）からの観測値を受領すると、その観測値を観測値データベースＴ５１に記憶すると共に、その観測値を加工して、加工した値を統計値データベースＴ５２へ記憶する。クラウドノード５は、観測値を加工した結果（統計処理の結果）を、第２通信経路ＣＮ２を介して、コントロールノード１（１）へ送信する（Ｓ２３）。

一方、センサノード２（１）は、観測値を加工する機能Ｆ２１を有すると共に、観測値を長期間保存する観測値データベースＴ２１を備える。従って、センサノード２（１）は、観測値の蓄積および加工（観測値の統計処理）を自ノード２（１）で実行し、観測値データベースＴ２１および統計値データベースＴ２２を更新する（Ｓ２４）。センサノード２（１）は、観測値の加工結果（統計処理の結果）を、第１通信経路ＣＮ１を介して、コントロールノード１（１）へ送信する（Ｓ２５）。

他方の自律型監視グループも、一方の自律型監視グループと同様に動作する。センサノード３（２）は、コントロールノード１（２）を介して、クラウドノード５に対し統計処理を要請する（Ｓ２６）。コントロールノード１（２）は、第２通信経路ＣＮ２を介して、クラウドノード５に統計処理の代行を要請する（Ｓ２７）。

クラウドノード５は、センサノード３（２）からの観測値を観測値データベースＴ５１へ記憶すると共に、その観測値を加工し、加工した値を統計値データベースＴ５２に記憶する（Ｓ２８）。クラウドノード５は、統計処理の結果を第２通信経路ＣＮ２を介して、コントロールノード１（２）へ送信する（Ｓ２９）。

センサノード２（２）も、監視装置８（２）から取得した観測値を観測値データベースＴ２１へ格納すると共に、観測値を統計処理して統計値データベースＴ２２へ格納する（Ｓ３０）。センサノード２（２）は、統計処理の結果を、第１通信経路ＣＮ１を介して、コントロールノード１（２）へ送信する（Ｓ３１）。

次に、隣接する自律型監視グループ同士で、統計情報を交換し、共有する。一方のグループのコントロールノード１（１）は、センサノード２（１）の統計情報とセンサノード３（１）の統計情報とを、第１通信経路ＣＮ１を介して、他方のグループのコントロールノード１（２）へ送信する（Ｓ３２）。他方のグループのコントロールノード１（２）は、一方のグループのコントロールノード１（１）から受信した統計情報を記憶装置１０４へ記憶する。

同様に、他方のグループのコントロールノード１（２）も、センサノード２（２）の統計情報とセンサノード３（２）の統計情報とを、第１通信経路ＣＮ１を介して、一方のグループのコントロールノード１（１）へ送信する（Ｓ３３）。一方のグループのコントロールノード１（１）は、他方のグループのコントロールノード１（２）から受信した統計情報を記憶装置１０４へ記憶する。

隣接するグループのコントロールノード１（１）とコントロールノード１（２）とで情報の共有が完了すると、各コントロールノード１（１），１（２）は、保持または取得した情報を、第２通信経路ＣＮ２を介してアグリゲーションノード４へ送信する（Ｓ３４，Ｓ３５）。これにより、それら自律型監視グループを管理するアグリゲーションノード４は、各グループでの統計処理データに基づいて、配電系統の状況を把握する。

なお、コントロールノード１（１），１（２）からアグリゲーションノード４へ情報を送信する場合、例えば第２通信経路ＣＮ２の混雑度、使用可能な通信容量、アグリゲーションノード４の処理負荷、コントロールノード１（１），１（２）の処理負荷などに応じて、通信を制御することができる。例えば、前回送信した情報との差分だけを、コントロールノード１（１），１（２）からアグリゲーションノード４へ送信してもよい。

図１０を用いて、隣接するグループのコントロールノード同士が協力して配電系統の構成を変更する様子を説明する。図１０（ａ）は配電系統を切り替える前の状態を示し、図１０（ｂ）は配電系統を切り替えた後の状態を示す。図中、開閉装置を「ＳＷ」、変電所を「ＥＳ」と略記する。

図１０（ａ）の配電系統を切り替える前の状態では、一方の開閉装置７（１）は閉じている。これにより、配電線ＦＤ（１）と配電線ＦＤ（２）とは、開閉装置７（１）を介して電気的に接続されている。これに対し、他方の開閉装置７（２）は開いているため、配電線ＦＤ（２）と配電線ＦＤ（３）とは開閉装置７（２）において遮断されている。

従って、変電所６（１）から供給する電力は、配電線ＦＤ（１），ＦＤ（２）を経て、開閉装置７（２）まで流れる。変電所６（２）から供給する電力は、配電線ＦＤ（３）を経て開閉装置７（２）まで流れる。

図１０（ｂ）は、開閉装置７（１），７（２）の開閉状態を切り替えた場合を示す。開閉装置７（１）は開いており、開閉装置７（２）は閉じている。その結果、変電所６（１）から供給する電力は、配電線ＦＤ（１）を経て開閉装置７（１）まで流れる。変電所６（２）から供給する電力は、配電線ＦＤ（３）を経て開閉装置７（１）まで流れる。

図１１は、自律型監視グループが協力して自律的に系統を変更する処理を示すシーケンス図である。本処理は、図９で述べた統計情報の共有を前提として実行される。

配電系統の最初の構成は、図１０（ａ）に示す構成であるとする。図１０（ａ）に示す配電系統の構成において、一方のグループのセンサノード３（１）は、観測装置３０５により逆潮流を検出したとする（Ｓ４０）。センサノード３（１）は、一方のグループを取りまとめるコントロールノード１（１）に第１通信経路ＣＮ１を介して、逆潮流を検出した旨を通知する（Ｓ４１）。

コントロールノード１（１）は、センサノード３（１）からの逆潮流の検出通知を受領すると、逆潮流の発生原因は分散電源９の出力であると推定する。コントロールノード１（１）は、配電系統の構成を変更することで逆潮流を解消すべく、他方のグループを取りまとめるコントロールノード１（２）に対して系統切替を要請する（Ｓ４２）。

他方のコントロールノード１（２）は、一方のコントロールノード１（１）からの系統切替要請を受領すると、要請された系統切替が適切であるか判断する（Ｓ４３）。適切であるか否かを判断する手法については、図１２で後述する。

他方のコントロールノード１（２）は、ステップＳ４３での判定結果を、第１通信経路ＣＮ１を介して、一方のコントロールノード１（１）へ送信する（Ｓ４４）。一方のコントロールノード１（１）は、自ノード側において配電系統の切替が可能であるかを判定する（Ｓ４５）。一方のコントロールノード１（１）は、配電系統の切替はできないと判定すると（Ｓ４５：ＮＯ）、本処理を終了する。

一方のコントロールノード１（１）は、配電系統の切替が可能であると判定すると（Ｓ４５：ＹＥＳ）、開閉装置７（１）を操作して、開閉装置７（１）を開状態から閉状態へ切り替える（Ｓ４６）。一方のコントロールノード１（１）は、ステップＳ４６での操作結果を、アグリゲーションノード４へ送信する（Ｓ４７）。

他方のコントロールノード１（２）も、ステップＳ４３の判定結果に従って開閉装置７（２）を操作し、開閉装置７（２）を開状態から閉状態へ切り替える（Ｓ４８）。

以上の処理により、逆潮流が検出されると、配電系統は図１０（ａ）に示す構成から図１０（ｂ）に示す構成へ変化する。

図１２は、系統切替の是非を判定する際に使用する統計値グラフ図である。図１２は、図５で示した統計値グラフＧ２２に対し、上限値ＴｈＵと下限値ＴｈＬを追加したものである。

例えば、コントロールノード１（２）は、配電線ＦＤ（３）での電力変動を取得し、さらに電力変動の上限値および下限値を取得する。電力供給には一定の品質が要求されているためである。送配電事業者は、所定の上限値と所定の下限値とで規定される所定の範囲内で、電力を供給する必要がある。

コントロールノード１（２）は、コントロールノード１（１）から受信した情報に基づいて、配電線ＦＤ（２）における電力変動を取得し、その電力変動が所定の範囲内に収まっているか判定する。コントロールノード１（２）は、電力変動が所定の範囲内に収まっていると判断した場合は、ステップＳ４２で述べた系統切替（系統構成の変更）に応じることができる。これとは逆に、コントロールノード１（２）は、電力変動が所定の範囲内に収まらないと判定した場合、系統切替に応じない。

ただし、電力変動が所定の範囲内にある場合でも、コントロールノード１（１）から取得した情報が実態とは異なる可能性が高いと判定できる場合、コントロールノード１（２）は、コントロールノード１（１）からの系統切替の要請を拒絶してもよい。

例えば、太陽光発電では、天候悪化により、その発電量が大幅に低下すると推定できる場合がある。風力発電では、天候悪化により風車を止める場合は、その発電量が０になると推定できる。または、風力発電では、天候変動に応じて風況も変化し、発電量が大きく変動すると推定できる場合がある。さらに、多数の電気自動車に対して一斉に充電する予定がある場合、充電予定時刻には負荷が急激に増大すると推定できる。さらに、多数のプラグインハイブリッド車から配電系統への放電が予測された場合も、配電系統の電力変動は急激に変化すると推定できる。このように、コントロールノード１（１）で把握している配電系統の状態に関する情報の信頼性を疑うべき根拠がある場合、コントロールノード１（２）は、コントロールノード１（１）からの系統切替の要請を断ってもよい。

このように構成される本実施例によれば、既存の配電系統システム（系統制御システム）にコントロールノード１やセンサノード２，３などを追加するだけで、監視機能を強化して、既存の配電系統システムの機能を改善することができる。

本実施例の自律型監視システムは、既存の配電系統システムが十分に監視できていない箇所にも、自律的な監視機能と自律的な制御機能を容易に追加することができる。これにより、本実施形態では、配電系統に分散電源９が多数接続される場合でも、系統変更の必要性を速やかに検出して、早期に系統変更を実施することができる。この結果、本実施例では、電力供給における電力損失を低減し、合理的かつ安定性の良い系統運用を実現することができ、配電系統の信頼性を高めることができる。

なお、頻繁な系統変更（系統切替）が発生するのは好ましくない。そこで、頻繁な系統変更を抑制すべく、系統変更の履歴をコントロールノード１の記憶装置１０４に記憶させておき、前回の系統変更時刻から所定時間が経過するまで新たな系統変更を許可しないように構成してもよい。または、観測値から統計値を算出する期間を長く設定したり、判定用の閾値を緩やかな値に設定したりすることで、系統変更の頻度を抑制できる。これにより、開閉装置７等の装置寿命も向上する。

本実施例では、アグリゲーションノード４を１つだけ示すが、これに限らず、複数のアグリゲーションノード４から階層構造を形成してもよい。階層化されたアグリゲーションノード４の例は、後述する。

図１３〜図１５を用いて第２実施例を説明する。本実施例を含む以下の実施例は、第１実施例の変形例に該当するため、第１実施例との相違を中心に説明する。本実施例では、停電から復旧する場合を例に挙げて説明する。

図１３，図１４は、自律型監視システムを有する配電系統システムの全体を示す。図１３は停電発生時の配電系統システムを示し、図１４は停電から復旧した場合の配電系統システムを示す。

図１３に示す例では、配電線ＦＤ（１）と開閉装置７（１）の間に断線１０が発生している。開閉装置７（１）は、断線１０を検知すると回路を開く。その結果、変電所６（１）と配電線ＦＤ（２）とは開閉装置７（１）で遮断されるため、変電所６（１）からの電力は、配電線ＦＤ（２）に供給されない。

図１４は、停電からの早期復旧を目指して、開閉装置７（２）の動作を切り替えた状態を示す。コントロールノード１（２）は、コントロールノード１（１）との情報交換の結果、停電１０の発生を知ると、開閉装置７（２）を閉じるべきであると判断する。コントロールノード１（２）の操作により開閉装置７（２）が閉じると、変電所６（２）と配電線ＦＤ（２）とは開閉装置７（２）を介して接続される。その結果、変電所６（２）から供給する電力は、配電線ＦＤ（３）から開閉装置７（２）を経由して、配電線ＦＤ（２）へ流れ込む。これにより、配電線ＦＤ（２）に接続された負荷ＬＤ（２），ＬＤ（３）に変電所６（２）からの電力が供給され、配電線ＦＤ（２）における停電は解消する。

図１５は、停電から復旧する場合のシーケンス図である。本処理も、図９で述べたコントロールノード１間での情報交換を前提とする。

センサノード２（１）は、監視装置８（１）により断線１０を検知する（Ｓ５０）。センサノード２（１）は、断線を検知したことを示す断線検知情報を、第１通信経路ＣＮ１を介して、コントロールノード１（１）に通知する（Ｓ５１）。

コントロールノード１（１）は、センサノード２（１）からの断線検知情報を受領すると、断線区間を配電系統から切り離すべく、開閉装置７（１）を開く。これにより、配電系統は、図１３に示す状態となる。ここで、コントロールノード１（１）は、開閉装置７（１）を開くと、配電線ＦＤ（２）の区間が停電することを認識する。そこで、コントロールノード１（１）は、配電線ＦＤ（２）の停電を早期に復旧させるべく、コントロールノード１（２）に対して、系統変更を要請する（Ｓ５２）。

コントロールノード１（２）は、コントロールノード１（１）からの系統変更の要請を受領すると、系統変更の適切性を判定する（Ｓ５３）。その判定手法の例は、第１実施例で述べたのでここでは割愛する。コントロールノード１（２）は、判定結果をコントロールノード１（１）へ送信する（Ｓ５４）。シーケンス図では省略するが、コントロールノード１（２）は、開閉装置７（２）を閉じて、変電所６（２）からの電力を配電線ＦＤ（２）に供給し、配電線ＦＤ（２）の停電を解消する。この停電から復旧した状態を図１４に示している。

このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。さらに、本実施例では、停電から早期に復旧することもでき、配電系統システムの信頼性をさらに高めることができる。

なお、本実施例では、配電線ＦＤ（２）での停電を復旧させるために、変電所６（１）と配電線ＦＤ（２）との接続を遮断し、その代わりに変電所６（２）と配電線ＦＤ（２）とを接続しているが、これに代えて、分散電源９を利用してもよい。例えば、配電線ＦＤ（２）の両端に位置する各開閉装置７（１），７（２）をそれぞれ閉じて、配電線ＦＤ（２）を配電系統から切り離し、孤立した配電線ＦＤ（２）へ分散電源９からの電力を供給する。分散電源９の発電量が十分に大きい場合、および／または、負荷ＬＤ（２），ＬＤ（３）を抑制できる場合は、分散電源９による単独供給系統を実現することができる。これにより、配電線ＦＤ（２）の区間を停電から復旧させることができる。

例えば、分散電源９が大規模な太陽光発電装置であり、断線１０が晴天の昼間に生じた場合には、分散電源９から大きな発電量を期待することができる。なお、開閉装置７（２）を閉じることで逆潮流が発生する可能性がある場合、太陽光発電の出力が弱まる時間帯を選んで開閉装置７（２）を閉じればよい。これにより、配電線ＦＤ（２）の区間で生じた停電を復旧できる共に、かつ、配電系統の電力損失を最小にした系統運営を行うことができる。

図１６を用いて、第３実施例を説明する。本実施例では、複数のアグリゲーションノード４から階層構造を形成すると共に、コントロールノード１間での情報交換範囲を対象装置の種類に応じて制御する。

図１６は、アグリゲーションノード４およびコントロールノード１の接続状態の概要を示す。センサノード２，３およびクラウドノード５については記載を省略する。

本実施例では、例えば、配電系統の分岐点に下位アグリゲーションノード４（１）〜４（３）を設置し、変電所６内に上位アグリゲーションノード４（４）を設置する。配電線ＦＤが分岐する地点での配電系統の把握は、下位アグリゲーションノード４（１）〜４（３）が担当する。変電所６から延びる全ての配電系統の把握は、上位アグリゲーションノード４（４）が担当する。

下位アグリゲーションノード４（１）〜４（３）のうち、いずれかのアグリゲーションノードで処理負荷が増大したり障害が生じたりした場合、正常な他の下位アグリゲーションノードへ処理を依頼することもできる。図１６では、下位アグリゲーションノード４（３）から他の下位アグリゲーションノード４（２）へ、下位アグリゲーションノード４（３）の処理を代行するように依頼している。

コントロールノード１も同様に、処理負荷が増大したり、障害が発生したりした場合に、隣接する他のコントロールノード１へ処理を依頼することができる。図１６では、コントロールノード１（３）とコントロールノード１（４）の間で、互いに処理を引き継ぐことができる様子を示している。すなわち、配電系統に分散配置される各コントロールノード１のうち、隣接するコントロールノード１間でフェイルオーバーグループを設定することができる。

第１実施例で述べたように、コントロールノード１は、配電系統の信頼性向上等のために、隣接する他のコントロールノード１と情報を交換する。ここで、第１通信経路ＣＮ１は、近距離無線通信網（例えば無線マルチホップネットワーク）として構成されるため、ホップ可能な範囲でコントロールノード同士は通信可能である。しかし、配電系統の監視や制御とは関係の薄いコントロールノード同士が情報を交換してもメリットはなく、記憶装置１０４の容量を無駄に消費するだけである。

そこで、本実施例では、コントロールノード間の情報交換範囲を規定する情報交換範囲管理表Ｔ１２を用意している。この管理表Ｔ１２は、例えば、対象装置の種類Ｃ１２０と、上限ホップ数Ｃ１２１とを含んでいる。対象装置の種類Ｃ１２０とは、コントロールノード１の監視対象または制御対象の装置の種類であり、例えば、「開閉装置」、「電圧調整装置」、「太陽光発電装置」などがある。上限ホップ数Ｃ１２１は、情報を交換する他のコントロールノード１との通信距離の上限を規定する。

例えば、対象装置が「開閉装置」の場合の上限ホップ数Ｈ１は２、対象装置が「電圧調整装置」の場合の上限ホップ数Ｈ２は３、対象装置が太陽光発電装置である場合の上限ホップ数Ｈ３は３、のように設定する。ここで、対象装置が系統変更に関わる装置の場合は、対象装置が系統変更に関わらない装置よりも情報交換範囲が小さくなるように管理表Ｔ１２を設定することができる（Ｈ１＞Ｈ２，Ｈ１＞Ｈ３）。系統変更に関わるコントロールノードが、その系統変更に直接関わらない他のコントロールノードと情報を交換しても、無駄になるためである。一方、系統変更に関わるコントロールノードは、その系統変更に直接関わらないコントロールノードの持つ観測値や統計値を参考にして、系統変更すべきかの判断に役立てることができる。そこで、観測値や統計値を幅広く集めるために、情報交換範囲を広くする。

このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。本実施例では、アグリゲーションノード４を階層化するため、配電系統を区間ごとにより適切に把握して管理することができる。さらに、本実施例では、コントロールノード１同士の情報交換範囲を対象装置の種類に応じて制御するため、無駄な情報交換が行われるのを抑制することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。

１：コントロールノード、２：センサノード、３：センサノード、４：アグリゲーションノード、５：クラウドノード、６：変電所、７：開閉装置、８：監視装置、９：分散電源、ＦＤ：配電線

Claims (13)

1. 配電系統の状態を自律的に監視する監視システムであって、
   前記配電系統に設置される所定の制御装置に対応付けられる第１装置と、
   前記所定の制御装置の上流側で前記配電系統の状態を計測する第２装置と、
   前記所定の制御装置の下流側で前記配電系統の状態を計測する第３装置と、
   を備え、
   前記第１装置と前記第２装置と前記第３装置とは、第１通信経路により双方向通信可能に接続されており、
   前記第１装置は、前記第２装置の計測結果と前記第３装置の計測結果とを収集して前記配電系統を監視する、
   配電系統の自律型監視システム。
2. 前記第１装置は、前記第２装置の計測結果と前記第３装置の計測結果とに基づいて、前記所定の制御装置の動作を制御する、
   請求項１に記載の配電系統の自律型監視システム。
3. 前記所定の制御装置は前記配電系統に複数設けられており、
   前記所定の制御装置ごとに、前記第１装置と前記第２装置および前記第３装置がそれぞれ設けられてグループを構成する、
   請求項２に記載の配電系統の自律型監視システム。
4. 前記第２装置は、前記配電系統に設置されている外部の計測装置を介して前記配電系統の状態を計測し、
   前記第３装置は、内蔵している計測装置を介して前記配電系統の状態を計測する、
   請求項３に記載の配電系統の自律型監視システム。
5. 前記第２装置は、前記配電系統の状態を計測した結果に基づいて、前記配電系統の状態を推定し、推定結果を前記第２装置の計測結果として前記第１装置へ送信し、
   前記第３装置は、前記配電系統の状態を計測した結果に基づいて前記配電系統の状態を推定するための系統状態推定部に推定処理を依頼し、前記系統状態推定部は、推定結果を前記第３装置の計測結果として前記第１装置へ送信する、
   請求項４に記載の配電系統の自律型監視システム。
6. 前記第１装置は、前記配電系統が所定の状態にあると判定した場合、前記配電系統の構成を前記所定の状態に対応する所定の構成に変更するために、前記所定の制御装置の動作を制御する、
   請求項５に記載の配電系統の自律型監視システム。
7. 前記配電系統のうち管理対象の配電系統を把握する全体管理装置を設け、
   前記全体管理装置は、前記第１通信経路とは異なる第２通信経路を介して、前記所定の制御装置ごとの前記第１装置と双方向通信可能に接続されており、
   前記第２装置および前記第３装置は、前記第１通信経路を介して前記第１装置と通信することで、前記第１装置を介して前記全体管理装置と通信可能である、
   請求項６に記載の配電系統の自律型監視システム。
8. 前記第１装置は、所定の範囲内に存在する他の第１装置との間で情報を交換するようになっており、
   前記所定の範囲は前記所定の制御装置の種類に応じて設定される、
   請求項７に記載の配電系統の自律型監視システム。
9. 前記第１装置、前記第２装置および前記第３装置は、
   前記第２通信経路を介して通信可能な他の装置があるか判定し、
   前記通信可能な他の装置を検出した場合、自装置は前記第１通信経路を介して前記全体管理装置と通信可能であるか判定し、
   自装置が前記全体管理装置と通信不能であると判定した場合、前記他の装置と連携する第１モードで動作し、
   自装置が前記全体管理装置と通信可能であると判定した場合、前記他の装置と連携すると共に、前記全体管理装置からの指示にも従う第２モードで動作し、
   前記通信可能な他の装置を検出できない場合、自装置は前記第１通信経路を介して前記全体管理装置と通信可能であるか判定し、
   自装置が前記全体管理装置と通信不能であると判定した場合、自装置が前記第２装置または前記第３装置のいずれかであるときは前記配電系統の状態を計測し、自装置が前記第１装置であるときは自律的な動作を停止する、第３モードで動作し、
   自装置が前記全体管理装置と通信可能であると判定した場合、前記全体管理装置からの指示に従う第４モードで動作する、
   請求項８に記載の配電系統の自律型監視システム。
10. 前記所定の状態とは、分散電源からの逆潮流の発生、または、停電の発生の少なくともいずれか一方である、請求項６に記載の配電系統の自律型監視システム。
11. 前記全体管理装置は、前記配電系統の分岐点に対応して設けられる第１全体管理装置と、前記第１全体管理装置の上位に位置して前記配電系統に接続されている変電所内に設けられる第２全体管理装置とから階層構造を有して構成されている、
    請求項７に記載の配電系統の自律型監視システム。
12. 配電系統に配置される複数の装置を用いて、前記配電系統の状態を自律分散的に監視する方法であって、
    前記複数の装置には、前記配電系統に設置される所定の制御装置に対応付けられる第１装置と、前記所定の制御装置の上流側で前記配電系統の状態を計測する第２装置と、前記所定の制御装置の下流側で前記配電系統の状態を計測する第３装置が含まれており、
    前記第１装置と前記第２装置と前記第３装置とは、近距離無線通信により双方向通信可能に接続されており、
    前記第１装置は、前記第２装置の計測結果と前記第３装置の計測結果とを収集し、
    前記第１装置は、前記第２装置の計測結果から推定される前記配電系統の状態と、前記第３装置の計測結果から推定される前記配電系統の状態とに基づいて、前記配電系統が前記所定の状態にあるか判定し、
    前記第１装置は、前記配電系統の状態が前記所定の状態にあると判定した場合、前記配電系統の構成を前記所定の状態に対応する所定の構成に変更するために、前記所定の制御装置の動作を制御する、
    配電系統の監視方法。
13. 配電系統の状態を自律的に監視する監視システムに使用する第１装置であって、
    所定の機能を実現するためのコンピュータプログラムを記憶する記憶部と、
    前記記憶部に記憶された前記コンピュータプログラムを実行することで前記所定の機能を実現する演算処理部と、
    前記配電系統に設置される所定の制御装置と、前記所定の制御装置の上流側で前記配電系統の状態を計測する第２装置と、前記所定の制御装置の下流側で前記配電系統の状態を計測する第３装置と、通信するための通信部と、
    を備え、
    前記通信部は、前記第２装置の計測結果と前記第３装置の計測結果とを受信し、
    前記記憶部は、前記受信した各計測結果を記憶し、
    前記演算処理部は、
    前記第２装置の計測結果から推定される前記配電系統の状態と、前記第３装置の計測結果から推定される前記配電系統の状態とに基づいて、前記配電系統が所定の状態にあるか判定し、
    前記配電系統の状態が前記所定の状態にあると判定した場合、前記配電系統の構成を前記所定の状態に対応する所定の構成に変更させるための制御指令を作成し、
    前記作成した制御指令を前記通信部から前記所定の制御装置へ送信することで、前記所定の制御装置の動作を制御する、
    配電系統の自律型監視システムで使用する第１装置。

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