JP6356927B1 - 系統状態推定装置および系統状態推定方法 - Google Patents

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Abstract

本発明にかかる系統状態推定装置は、複数のスマートメータのうちの少なくとも一部のスマートメータにより第1の時間帯に計量された計量データである第1の計量データを、複数のグループに分類する分類部(121)と、グループごとに、第1の計量データのバラツキを計算する統計量計算部(122)と、バラツキに基づいて、第2の時間帯における系統状態を推定する推定演算において第2の時間帯の計量データを用いるか代用値を用いるかをグループごとに判定する使用データ判定部(131)と、使用データ判定部(131)により判定された結果に基づいて、推定演算を実施する集計部(132)および潮流計算部(133)と、を備える。

Description

本発明は、電力系統の状態を示す情報を推定する系統状態推定装置および系統状態推定方法に関する。
配電系統においては、近年、各配電線の送り出し点の開閉器として、電圧をはじめ有効電力および無効電力を計測できるセンサ付き開閉器が普及してきている。従来は各配電線の送り出し点に設けられた電流センサにより送り出し点の電流が計測されているだけであったが、センサ付き開閉器を用いることで、配電線の送り出し点の有効電力および無効電力を把握することができる。
一方、電力系統(以下、単に系統と呼ぶ)では、系統の管理、運用、制御をはじめとした様々な目的のために、系統の状態の把握が望まれている。系統の状態とは、例えば、系統電圧、系統電流、変圧器負荷、負荷分布である。上述したセンサ付き開閉器を用いても、送り出し点の情報が得られるだけであり、系統内の他の部分の状態については把握することができない。これに対し、特許文献1には、スマートメータにより計量されたデータを活用して、配電系統の電圧分布を推定する技術が開示されている。
特開2015−109737号公報
スマートメータの計量データは30分周期で取得され、MDMS(Metering Data Management System)において管理される。このため、特許文献1に記載された技術を適用して配電系統の状態を推定する場合、配電系統の状態を推定する装置は、例えば、数千万台分のスマートメータの30分周期の計量データという膨大な量のデータをMDMS等から取得し、これらのデータを用いて、配電系統における各区間の状態を推定する処理を行うことになる。このため、特許文献1に記載された技術を実現するには、高性能なデータ処理能力、通信能力を備えたハードウェアが必要である。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、処理に使用する計量データの量を抑制して系統の状態を推定することができる系統状態推定装置を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる系統状態推定装置は、複数の計量装置のうちの少なくとも一部の計量装置により第1の時間帯に計量された計量データである第1の計量データを、複数のグループに分類する分類部と、分類部により分類されたグループごとに、第1の計量データのバラツキを計算する計算部と、を備える。系統状態推定装置は、さらに、バラツキに基づいて、系統状態を推定する推定演算において第2の時間帯の計量データを用いるか代用値を用いるかをグループごとに判定する判定部と、判定部により判定された結果に基づいて、推定演算を実施する演算部と、を備える。判定部は、バラツキが、閾値以下のときに代用値を使用すると判定し、バラツキが閾値を超えるときに計量データを使用すると判定し、閾値は、系統において要求される誤差とグループに属する計量装置の数とに基づいて決定される。
本発明にかかる系統状態推定装置は、処理に使用する計量データの量を抑制して系統の状態を推定することができるという効果を奏する。
本発明にかかる配電系統システムの構成例を示す図 自動検針システムの構成例を示す図 系統状態推定装置の構成例を示す図 M台のスマートメータの計量データを取得した場合の平均値および標準偏差の一例を示す図 計算機システムの構成例を示す図 前処理部における処理手順の一例を示すフローチャート スマートメータから送信される計量データの構成例を示す図 契約DBに格納される契約情報の一例を示す図 グループの定義の例を示す図 グループの定義の例を示す図 グループの定義の例を示す図 平均値DBに格納される平均値の一例を示す図 標準偏差値DBに格納される標準偏差の一例を示す図 推定処理部における処理手順の一例を示すフローチャート 平均値および標準偏差の時間帯ごとの値の一例を示す図 図15に示した平均値および標準偏差を用いて求められた使用データの一例を示す図
以下に、本発明の実施の形態にかかる系統状態推定装置および系統状態推定方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態.
図1は、本発明にかかる配電系統システムの構成例を示す図である。図1に示すように、本実施の形態の配電系統システムは、LRT(Load Ratio control Transformer:負荷時タップ切替器付変圧器)1−1〜1−3と、センサ付き開閉器2−1〜2−6と、配電線3−1〜3−6とを含む。
LRT1−1〜1−3は、配電用変圧器であり、例えば変電所に設置される。図1では、LRTを3台図示しているが、LRTの数は、この例に限定されず1以上であればよい。
LRT1−1〜1−3は、例えば6600Vまたは7700Vの送電線200に接続される。また、LRT1−1は、母線201に接続されている。母線201には、高圧系統の配電線である配電線3−1〜3−6が並列に接続されている。高圧系統とは、例えば6600Vの系統である。配電線3−1〜3−6は、高圧系統の配電線である。配電線3−1〜3−6の送り出し点すなわち上流側の端点には、それぞれセンサ付き開閉器2−1〜2−6が接続される。以下、配電線3−1〜3−6を個別に区別せずに示すときは、配電線3と記載し、センサ付き開閉器2−1〜2−6を個別に区別せずに示すときは、センサ付き開閉器2と記載する。なお、図1では、母線201に6本の配電線が接続される例を図示しているが、母線201に接続される配電線の数は、この例に限定されず1本以上であればよい。図示を省略しているが、LRT1−2,1−3に接続される母線にも、LRT1−1と同様に配電線が接続される。
配電線3−1には、高圧負荷4が接続される。高圧負荷4は、高圧系統の配電線に接続される負荷であり、例えば、工場などの需要家の負荷である。また、配電線3−1には、柱上変圧器5−1,5−2が接続される。以下、柱上変圧器5−1,5−2を個別に区別せずに示すときは、柱上変圧器5と記載する。柱上変圧器5−1,5−2は、高圧の電力を、例えば100Vまたは200Vといった低圧の電力に変換して、低圧配電線へ出力する変圧器である。柱上変圧器5−1に接続される低圧配電線には、低圧負荷6−1,6−2が接続される。柱上変圧器5−2に接続される低圧配電線には、低圧負荷6−3,6−4が接続される。低圧負荷6−1〜6−4は、一般家庭、事業所をはじめとした需要家における負荷である。
低圧負荷6−1〜6−4には、それぞれスマートメータ7−1〜7−4がそれぞれ接続される。スマートメータ7−1〜7−4は、それぞれ低圧負荷6−1〜6−4において使用された電力量を計量する計量装置である。以下、低圧負荷6−1〜6−4を個別に区別せずに示すときは低圧負荷6と記載し、スマートメータ7−1〜7−4を個別に区別せずに示すときはスマートメータ7と記載する。図1では、柱上変圧器5を2台図示しているが、配電線3−1には、一般には多数の柱上変圧器5が接続される。また、低圧負荷を代表して4つの低圧負荷を図示しているが、一般には多数の低圧負荷が低圧配電線に接続される。また、多数の低圧負荷のうちの一部または全部に、スマートメータが接続される。
なお、図1では図示していないが、発電設備を有する需要家もあり、発電設備を有する需要家の設備に設置されるスマートメータ7は発電設備による発電量と低圧負荷により使用された電力量との差分を計測する。または、スマートメータ7は、発電量と低圧負荷により使用された電力量とを個別に計測してもよい。また、高圧負荷4にスマートメータが設けられていてもよい。
図2は、本実施の形態の自動検針システムの構成例を示す図である。図2は、図1に示した配電系統システムにおいて、各スマートメータ7により計量された計量データを用いて、自動検針を行うためのシステムである。図2に示した例では、自動検針システムは、スマートメータ7−1,7−2と、コンセントレータ8−1,8−2と、HES(Head End System)9と、MDMS10とを備える。スマートメータ7−1,7−2は、無線通信を行うことが可能であり、自身が計量した計量データを無線信号として親局であるコンセントレータ8−1へ送信する。計量データは、有効電力量を含む。計量データは、さらに無効電力量を含んでいてもよい。コンセントレータ8−1は、スマートメータ7−1,7−2からそれぞれ受信した計量データを集約し、集約した計量データをHES9へ送信する。図2では、図示を省略しているが、コンセントレータ8−2も、スマートメータ7から受信した計量データを集約して、集約した計量データをHES9へ送信する。以下、コンセントレータ8−1,8−2を個別に区別せずに示すときは、コンセントレータ8と記載する。スマートメータ7には、各々に対応する親局となるコンセントレータ8が定められている。
HES9は、各コンセントレータ8から計量データを収集し、収集した計量データをMDMS10へ送信する。MDMS10は、HES9から受信した計量データを管理する。すなわち、MDMS10は、コンセントレータ8およびHES9を介して受信した各スマートメータ7により計量された計量データを管理する。
なお、図2では、コンセントレータ8が、柱上変圧器5が設置される電柱にそれぞれ設定されている例を示しているが、コンセントレータ8の設置位置はこの例に限定されない。
本実施の形態の系統状態推定装置11は、自動検針システムのMDMS10と通信可能である。系統状態推定装置11は、MDMS10から、後述するように、処理に用いる計量データを取得し、計量データを用いて系統状態の推定を行う。また、本実施の形態の系統状態推定装置11は、分類データ14、平均値DB(DataBase)15、標準偏差値DB16、契約DB17、スマートメータの設置位置DB18および系統設備DB19を記憶可能である。分類データ14、平均値DB15、標準偏差値DB16、契約DB17、スマートメータの設置位置DB18および系統設備DB19については後述する。
図3は、本実施の形態の系統状態推定装置11の構成例を示す図である。図3に示すように、本実施の形態の系統状態推定装置11は、前処理部12および推定処理部13を備える。MDMS10には、各スマートメータ7により計量された計量データがスマートメータ計量DB21として格納されている。
前処理部12は、分類部121および統計量計算部122を備える。分類部121は、MDMS10のスマートメータ計量DB21に格納されている計量データのうちの一部の計量データである第1の計量データを、MDMS10から取得する。そして、分類部121は、契約DB17に基づいて、第1の計量データを複数のグループに分類し、分類後のデータをさらに時間帯ごとに分類して分類データ14として保存する。契約DB17には、スマートメータ7ごとの契約種別、業種といった契約に関する情報である契約情報があらかじめ格納される。時間帯とは、1日における時間帯であり、例えば、0:00から0:30まで、0:30から1:00まで、…といったように30分単位の48個の時間帯である。なお、時間帯は30分単位に限定されず、例えば、1時間単位、2時間単位などであってもよい。グループは、例えば、契約容量、業種、契約種別、季節および曜日のうち少なくとも1つが同一となるスマートメータ7の集まりである。グループの定義の詳細については後述する。
統計量計算部122は、分類データ14を用いて、グループごとに、各グループに対応する計量データの、時間帯ごとの平均値および標準偏差を計算する計算部である。統計量計算部122は、グループごとの平均値を平均値DB15として格納し、グループごとの標準偏差を標準偏差値DB16として格納する。スマートメータ7の計量データに有効電力量が含まれ無効電力量が含まれない場合には、統計量計算部122は、有効電力量を有効電力に変換し、有効電力の平均値および標準偏差を算出する。スマートメータ7の計量データに無効電力量が含まれない場合、統計量計算部122は、無効電力については、あらかじめ定められた値例えば0として統計量の計算を実施する。また、スマートメータ7の計量データに有効電力量および無効電力量が含まれる場合には、統計量計算部122は、有効電力量および無効電力量をそれぞれ有効電力および無効電力に変換し、有効電力および無効電力のそれぞれについて、平均値および標準偏差を算出する。
図4は、一部の計量データとしてM台のスマートメータ7の計量データを取得した場合の平均値および標準偏差の一例を示す図である。図4に示した例では、スマートメータ7の識別情報であるスマートメータ番号(以下、SM番号と略す)が1からMまでのM台のスマートメータ7の有効電力量の計量データが有効電力に変換されて統計処理された例を示している。図4の右側に示したμは、1日における各時刻の、M台のスマートメータ7に対応するM個の有効電力の平均値であり、σは、1日における各時刻の、M個の有効電力の標準偏差である。なお、図4では各有効電力を曲線で示しているが、上述した通り、実際には各有効電力は時間帯ごとの離散的な値となる。本実施の形態では、以下に述べるように、一部の計量データを統計処理して得られるバラツキを示す値の一例である標準偏差を用いて、系統状態の推定演算において、計量データを用いるか代用値を用いるかを判定する。
推定処理部13の使用データ判定部131は、標準偏差値DB16および契約DB17に基づいて、グループごとに、各時間帯における使用データの判定処理を実施する判定部である。使用データの判定処理とは、後続の集計部132における処理で使用するデータとして、スマートメータ7の計量データを用いるか代用値を用いるかを判定する処理である。具体的には、例えば、σが閾値以下である場合に代用値を用いると判定し、σが閾値を超える場合に、計量データを用いると判定する。閾値はどのように決定されてもよいが、例えば、配電系統システムにおいて要求される誤差に基づいて決定される。一例を挙げると、系統において要求される誤差をεとし、グループに属するスマートメータ7の数(全数)をNとするとき、以下の式(1)により、閾値αを決定することができる。kは、誤差の確率としてどの程度までを考慮するかを示す定数であり、例えば、1σに対応する確率で誤差を抑えたい場合にはk=1であり、3σに対応する確率で誤差を抑えたい場合にはk=3である。
α=ε/(k×√(N)) …(1)
例えば、配電系統システムにおいて1000kWに対して5%以下の誤差が要求される場合、εは50kWである。このとき、N=500、k=3とすると、αは、約0.75kWとなる。
使用データ判定部131は、使用データの判定処理によりスマートメータ7の計量データを用いると判定されたグループについては、該グループに対応するスマートメータ7の計量データをMDMS10から取得し、電力量を電力に変換した後に集計部132へ出力する。また、使用データ判定部131は、使用データの判定処理により代用値を用いると判定されたグループについては、平均値DB15に格納されている該グループに対応する平均値を、該グループに対応するスマートメータ7を示す識別情報とともに集計部132に出力する。また、使用データの判定処理により代用値を用いると判定されたグループについて、代用値として平均値DB15に格納された平均値の代わりに、あらかじめ定められた任意の値を用いてもよい。
集計部132は、使用データ判定部131から受け取ったデータと、スマートメータの設置位置DB18とに基づいて、系統状態の推定における単位区間ごとにデータの集計を行い、集計結果を潮流計算部133へ出力する。すなわち、集計部132は、各単位区間の負荷電力を有効電力および無効電力のそれぞれについて求め、求めた負荷電力を潮流計算部133へ出力する。具体的には、集計部132は、単位区間ごとに、スマートメータ7の有効電力および無効電力を加算する。例えば、i(iは1以上の整数)番目の単位区間において、グループ番号1のグループのL(Lは1以上の整数)台のスマートメータ7とグループ番号2のH(Hは1以上の整数)台のスマートメータ7が存在したとする。そして、ある時間帯において、グループ番号1のグループは使用データの判定処理により代用値を用いると判定され、グループ番号2のグループは使用データの判定処理により計量データを用いると判定されたとする。この場合、i番目の単位区間の上記の時間帯における負荷電力のうち有効電力Piは、以下の式(2)により求めることができる。なお、μ1は、文字上記の時間帯におけるグループ番号1のグループの平均値であり、rj(j=1,…,H)は、i番目の単位区間のH台のスマートメータ7のうちのj番目のスマートメータ7の計量データから算出された有効電力であるとする。
i= L×μ1+(r1+r2+…+rH)…(2)
単位区間は、系統状態の推定の結果を算出する系統における区間の範囲であり、例えば、系統状態として負荷を算出する場合は、系統において負荷を算出する単位である。系統状態の推定における単位区間の例としては、1つの柱上変圧器5に対応する区間、図1では図示を省略している配電線3における各開閉器により区切られる区間、複数の柱上変圧器5に対応する区間などが挙げられる。スマートメータの設置位置DB18には、各スマートメータ7がどの単位区間に属するかを示す情報が格納される。例えば、単位区間が1つの柱上変圧器5に対応する区間である場合、柱上変圧器5と該柱上変圧器5に接続されるスマートメータ7との対応がスマートメータの設置位置DB18に格納される。具体的には、例えば、柱上変圧器5の識別情報である、柱上変圧器5の番号と、スマートメータ7の識別情報であるSM番号との対応がスマートメータの設置位置DB18に格納される。スマートメータの設置位置DB18に格納される具体的な情報はこの例に限定されず、単位区間ごとに対応するスマートメータ7は把握可能な情報であればどのような情報が格納されていてもよい。
潮流計算部133は、系統設備DB19と、集計部132から受け取った集計結果とに基づいて、潮流計算を行い、配電系統における電圧分布、電流分布などを算出する。系統設備DB19には、各配電線3に接続される柱上変圧器5の位置を示す情報、各配電線3のインピーダンスを示す情報など、潮流計算に必要な配電系統における情報があらかじめ格納される。潮流計算部133が実施する潮流計算の具体的な方法は、ニュートン・ラフソン(Newton-Raphson)法、ファースト・デカップルド(Fast Decoupled Load Flow)法をはじめとして任意の方法を用いることができる。
以上のように、集計部132および潮流計算部133により系統状態の推定演算が実施される。すなわち、集計部132および潮流計算部133は、使用データ判定部131により判定された結果に基づいて、系統状態の推定を行う推定演算を実施する演算部である。
なお、潮流計算部133は、センサ付き開閉器2により計測された有効電力および無効電力をさらに用いて潮流計算を行ってもよい。また、潮流計算部133は、センサ付き開閉器2により計測された有効電力および無効電力を用いて、集計部132から受け取った集計結果を補正し、補正後の集計結果を用いて潮流計算を行ってもよい。例えば、集計部132から受け取った集計結果に基づいて、各単位区間の負荷の比率を算出する。この比率とセンサ付き開閉器2により計測された有効電力および無効電力とを用いて、潮流計算部133は、各単位区間の有効電力および無効電力を求め、求めた有効電力および無効電力を用いて潮流計算を行う。
潮流計算部133により算出された電圧分布、電流分布などは、配電系統システムにおける電圧の制御に用いられてもよいし、配電系統システムにおける設備の計画に用いられてもよい。また、以上の例では、集計部132による集計結果を用いて潮流計算を行う例を説明したが、集計部132による集計結果を用いて各柱上変圧器5の負荷を求めてもよい。これにより、各柱上変圧器5が過負荷であるか否かを把握することができる。また、集計部132による集計結果を用いて算出された負荷分布が、設備の計画などに用いられてもよい。さらには、使用データ判定部131による使用データの判定処理の結果、代用値を用いると判定されたグループに対応する需要家のうちスマートメータ7が設置されていない需要家が存在する場合、該需要家に対応する計量データの代わりに上述した代用値を用いてもよい。また、スマートメータ7からの計量データの収集にあたって、代用値を用いると判定されたグループに対応する業種および時間帯についてはスマートメータ7からは計量データを収集しないようにしてもよい。これにより、計量データの収集における通信量を削減することができる。また、スマートメータ7の設置計画にあたって、全時間帯において代用値を用いると判定されたグループに対応する需要家にはスマートメータ7を設置しないことによりスマートメータ7の設置台数を削減してもよい。
なお、統計量計算部122は、グループごとに、各時間帯の計量データの平均値および標準偏差を算出する際に、スマートメータの設置位置DB18を用いて、単位区間ごとに平均値および標準偏差を算出してもよい。これにより、平均値DB15および標準偏差値DB16には、グループごとに、各時間帯の各単位区間の平均値および標準偏差がそれぞれ格納される。この場合、使用データ判定部131は、グループおよび時間帯ごとに、各単位区間に対して使用データの判定処理を行い、代用値を使用すると判定された単位区間は代用値が潮流計算部133へ出力される。使用データ判定部131は、計量データを使用すると判定された、グループ、時間帯および単位区間の組み合わせについては、上述した例と同様にスマートメータ7の有効電力および無効電力を集計部132へ出力する。この場合、集計部132は、集計を行う際に、例えば、上述した式(2)におけるL×μ1の代わりに、対応する単位区間の平均値自体を用いることができる。
本実施の形態の系統状態推定装置11は、具体的には、計算機システム、すなわちコンピュータである。この計算機システム上で系統状態推定プログラムが実行されることにより、計算機システムが系統状態推定装置11として機能する。図5は、本実施の形態の計算機システムの構成例を示す図である。図5に示すように、この計算機システムは、制御部101と入力部102と記憶部103と表示部104と通信部105と出力部106とを備え、これらはシステムバス107を介して接続されている。
図5において、制御部101は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサであり、本実施の形態の系統状態推定プログラムを実行する。入力部102は、例えば、キーボードおよびマウスなどで構成され、計算機システムのユーザーが、各種情報の入力を行うために使用する。記憶部103は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)などの各種メモリおよびハードディスクなどのストレージデバイスを含み、上記制御部101が実行すべきプログラム、処理の過程で得られた必要なデータ、などを記憶する。また、記憶部103は、プログラムの一時的な記憶領域としても使用される。表示部104は、ディスプレイ、LCD(液晶表示パネル)などで構成され、計算機システムのユーザーに対して各種画面を表示する。通信部105は、通信処理を実施する送信機および受信機である。なお、図5は、一例であり、計算機システムの構成は図5の例に限定されない。
ここで、本実施の形態の系統状態推定プログラムが実行可能な状態になるまでの計算機システムの動作例について説明する。上述した構成をとる計算機システムには、たとえば、図示しないCD(Compact Disc)−ROMまたはDVD(Digital Versatile Disc)−ROMドライブにセットされたCD−ROMまたはDVD−ROMから、系統状態推定プログラムが記憶部103にインストールされる。そして、系統状態推定プログラムの実行時に、記憶部103から読み出された系統状態推定プログラムが記憶部103の所定の場所に格納される。この状態で、制御部101は、記憶部103に格納されたプログラムに従って、本実施の形態の系統状態推定処理を実行する。
なお、本実施の形態においては、CD−ROMまたはDVD−ROMを記録媒体として、系統状態推定処理を記述したプログラムを提供しているが、これに限らず、計算機システムの構成、提供するプログラムの容量などに応じて、たとえば、通信部105を経由してインターネットなどの伝送媒体により提供されたプログラムを用いることとしてもよい。
図3に示した前処理部12および推定処理部13は、図5の制御部101および通信部105により実現される。図3に示した分類データ14、平均値DB15、標準偏差値DB16、契約DB17、スマートメータの設置位置DB18および系統設備DB19は、記憶部103に記憶される。
次に、スマートメータ7の計量データを用いた本実施の系統状態推定処理の詳細について説明する。図6は、本実施の形態の前処理部12における処理手順の一例を示すフローチャートである。まず、前処理部12の分類部121は、MDMS10からMDMS10の管理対象のスマートメータ7の計量データのうちの一部の計量データを取得する(ステップS1)。MDMS10のスマートメータ計量DB21には、自身の管理対象となる全スマートメータ7からそれぞれ送信された計量データが格納される。
図7は、スマートメータ7から送信される計量データの構成例を示す図である。図7には、有効電力量および無効電力量を計量するスマートメータ7から送信される計量データの構成例を示している。図7に示すように、スマートメータ7から送信される計量データは、スマートメータ7の識別情報であるSM番号、有効電力量および無効電力量を含む。なお、前述した通り、無効電力量を計測していないスマートメータ7もあり、この場合には、計量データは、無効電力量を含まず、SM番号および有効電力量を含む。スマートメータ7から送信される計量データの構成は図7の例に限定されず、少なくともSM番号および有効電力量が含まれていればよく、例えば、さらにスマートメータ7により計測された電圧値などが計量データに含まれていてもよい。
ステップS1でMDMS10から取得される一部の計量データはどのように決定されてもよいが、これら一部の計量データにより算出されるグループごとの平均値および標準偏差が、全スマートメータ7のグループごとの平均値および標準偏差とみなされても問題ないように決定される。すなわち、各グループの平均値および標準偏差の算出の元になる計量データの数はある程度以上となるように一部の計量データが決定される。したがって、なるべく特定の条件による偏りが少なく、各グループに対応する計量データがある程度の数以上のスマートメータ7が一部の計量データとして決定されることが望ましい。例えば、MDMS10が数千万台のスマートメータ7を管理しているときに、1000台程度のスマートメータ7の計量データを、ステップS1においてMDMS10から取得される一部の計量データとすることができる。このとき、1000台をランダムに抽出することによりスマートメータ7が属するグループがランダムとなるようにしてグループ間の計量データの数の偏りを抑制してもよいし、グループごとに一部の計量データの数を決定してもよい。なお、ステップS1においてMDMS10から取得される一部の計量データに対応するスマートメータ7の数は、1000台に限定されない。ステップS1でMDMS10から取得される一部の計量データが計量された時間帯である第1の時間帯は、後述する系統状態の推定対象で用いられる計量データの計量された時間帯である第2の時間帯と同一であってもよいし同一でなくてもよい。
また、ここでは、一部のスマートメータ7の計量データをステップS1で取得する例を説明するが、全スマートメータ7の計量データを取得して、全スマートメータ7の計量データを用いて、後述のステップS2からステップS4までの処理を実施してもよい。すなわち、ステップS1では、分類部121は、MDMS10が管理する全スマートメータ7のうち少なくとも一部のスマートメータ7の第1の時間帯の計量データを取得すればよい。
図6の説明に戻り、系統状態推定装置11の分類部121は、契約DB17に基づいて、ステップS1でMDMS10から取得したデータである第1の計量データをグループに分類する(ステップS2)。分類部121は、分類したデータを分類データ14として保存する。図8は、契約DB17に格納される契約情報の一例を示す図である。図8に示した例では、契約情報は、SM番号、契約容量、契約種別および業種を含む。図8に示した契約情報は一例であり、契約情報の内容および具体的な構成は図8に示した例に限定されない。
ここで、本実施の形態におけるグループの定義の例を説明する。図9、図10および図11は、グループの定義の例を示す図である。図9に示した例では、契約容量、契約種別および業種に基づいてグループが定義されている。すなわち、図9に示した例では、契約容量、契約種別および業種のうち全てが同一であれば同一グループとなり、契約容量、契約種別および業種のうち少なくとも1つが異なっていれば異なるグループとなる。
図10に示した例では、業種および季節に基づいてグループが定義されている。すなわち、図10に示した例では、業種および季節の両方が同一であれば同一グループとなり、業種および季節のうち少なくとも1つが異なっていれば異なるグループとなる。
図11に示した例では、業種および曜日に基づいてグループが定義されている。すなわち、図11に示した例では、業種および曜日の両方が同一であれば同一グループとなり、業種および曜日のうち少なくとも1つが異なっていれば異なるグループとなる。
図9、図10および図11に示したグループの定義は一例であり、グループの定義はこれらに限定されない。例えば、グループの定義は契約容量、契約種別、業種、季節、月、気温、天候および曜日のうちの少なくとも1つにより定義される。また、契約容量、契約種別、業種、季節、月、気温、天候および曜日のうちの2つ以上の任意の項目の組み合わせにより定義されてもよい。また、契約容量、契約種別、業種、季節、月、気温、天候および曜日以外の項目を含めて定義されてもよい。すなわち、グループは、スマートメータ7に対応する需要家における契約種別および業種のうちの少なくとも1つに基づいて決定されてもよい。また、グループは、スマートメータ7に対応する需要家における契約容量に基づいて決定されてもよい。また、グループは、スマートメータ7が計量された際の季節、気温および天候のうち少なくとも1つに基づいて決定されてもよい。
また、分類部121は、契約容量、季節、気温および天候のうちの少なくとも1つに応じて、グループ内の計量データに対して補正を行い、補正後の計量データを分類データ14として保存してもよい。例えば、図11に示した例のように、業種および曜日に基づいてグループが定義されているとする。このとき、同一曜日の同一業種のスマートメータ7の計量データは、契約容量が異なっていても同じグループに分類される。一方で、各スマートメータ7に対応する負荷により消費される電力は契約容量に概ね比例する傾向がみられる。したがって、分類部121は、各スマートメータ7の計量データにおける有効電力量を以下の式(3)により補正することができる。分類部121は、無効電力量も同様に補正することができる。Bはあらかじめ定めた定数である。
補正後の有効電力量=計量データにおける有効電力量/契約容量×B …(3)
また、各スマートメータ7における計量時の気温が気象情報サービスなどから取得可能な場合には、分類部121は、計量データを、気温を用いて補正することができる。また、気象情報サービスなどから取得した気温の代わりに、分類部121は、年間の平均気温を用いて計量データを補正することができる。例えば、気温と有効電力量との関係を予め予想することにより、気温ごとに、計量データに加算または減算する補正量をあらかじめ定めておく。すなわち、気温をtpとするとき、補正量δ(tp)をあらかじめ定めておく。そして、分類部121は、各計量データに対応する気温に応じた補正量を加算または減算する。または、気温ごとに、計量データに乗算する補正係数を定めておいてもよい。同様に、晴れ、曇り、雨といった天候ごとに、計量データに加算または減算する補正量、または計量データに乗算する補正係数を定めておき、これらを用いて計量データを補正してもよい。分類部121は、契約容量により補正と気温による補正との両方を行うといったように、複数の種類の補正を行ってもよい。また、上述した補正に用いられる補正係数、補正量などは、業種、季節などに応じて異なった値が用いられてもよい。以上のような補正を行うことで、標準偏差を小さくすることができ、代用値を用いると判定されるケースを多くすることができ、処理に用いるデータを削減することができる。
図6の説明に戻り、ステップS2の後、統計量計算部122は、分類データ14を用いて、グループごとに平均値および標準偏差を計算する(ステップS3)。詳細には、統計量計算部122は、グループごとに、各グループに対応する計量データの、時間帯ごとの平均値および標準偏差を計算する。なお、分類データ14は、ステップS3が終了した後に消去されてもよい。
統計量計算部122は、グループごとの平均値および標準偏差を保存する(ステップS4)。詳細には、統計量計算部122は、グループごとの各時間帯の平均値および標準偏差を、平均値DB15および標準偏差値DB16としてそれぞれ保存する。これにより前処理部12における処理が終了する。
図12は、平均値DB15に格納される平均値の一例を示す図である。図12に示すように、各グループの時間帯ごとの平均値が平均値DB15に格納される。図12では、0:00から0:30までの時間帯を1番目の時間帯、0:30から1:00まで時間帯を2番目の時間帯といったように、30分単位で1番目から48番目までの時間帯を定義したときに、s(s=1,2,…,48)番目の時間帯のq(1は1以上の整数)番目のグループの平均値をμq(s)と記載している。
図13は、標準偏差値DB16に格納される標準偏差の一例を示す図である。図13に示すように、各グループの時間帯ごとの標準偏差が標準偏差値DB16に格納される。図13では、図12の例と同様に30分単位で1番目から48番目までの時間帯を定義したときに、s番目の時間帯のq番目のグループの平均値をσq(s)と記載している。
次に、以上述べた前処理部12の処理の実施タイミングについて説明する。上述した通り、第2の時間帯と図6で説明したステップS1でMDMS10から取得される一部の計量データが計量された時間帯である第1の時間帯とは同一であっても同一でなくてもよい。第1の時間帯と第2の時間帯とが同一でない場合、一般には、第1の時間帯は第2の時間帯より前の時間帯を含む。例えば、第1の時間帯に計量された一部の計量データを用いて平均値および標準偏差を算出しておき、新しく取得した第2の時間帯の計量データを用いて系統状態の推定処理を実施する。すなわち、第1の時間帯と第2の時間帯が異なる場合、分類部121は、複数のスマートメータ7のうちの少なくとも一部のスマートメータ7により第1の時間帯に計量された計量データである第1の計量データを、複数のグループに分類する。そして、統計量計算部122は、グループごとに、第1の計量データのバラツキである標準偏差を計算し、使用データ判定部131は、標準偏差に基づいて、系統状態を推定する推定処理において第2の時間帯の計量データを用いるか代用値を用いるかをグループごとに判定する。第2の時間帯より前の第1の時間帯の計量データ、すなわち過去の計量データを用いて平均値および標準偏差が算出される場合、平均値および標準偏差の更新は、一般には例えば半年または一年に一度更新するといったようにあらかじめ定めた周期で行うことができる。
なお、グループの定義に、季節、月といった時間的要素が含まれる場合は、系統状態推定装置11は、例えば、一部のスマートメータ7の計量データが一年分蓄積されてから、平均値および標準偏差を算出してもよい。また、第1の時間帯は、時間的に連続しない複数の時間帯で構成されてもよい。例えば、5月1日の0:00から0:30の時間帯のグループ番号1のグループの計量データと、5月2日の0:00から0:30の時間帯のグループ番号1のグループの計量データとに基づいて、0:00から0:30の時間帯のグループ番号1のグループの平均値および標準偏差を求めてもよい。
また、図6で述べた手順の代わりに、30分ごとなど周期的にステップS1からステップS3を実施し、算出された標準偏差を用いて平均値DB15および標準偏差値DB16を更新するか否かを判断する処理を行ってもよい。例えば、30分ごとなど周期的にステップS1からステップS3を実施し、算出された標準偏差と標準偏差値DB16に格納されている標準偏偏差との差が閾値以下であれば平均値DB15および標準偏差値DB16を更新せず、差が閾値を超える場合には、平均値DB15および標準偏差値DB16を更新するといった処理を行う。
一方、過去のデータを用いて算出された平均値および標準偏差を用いるのではなく、系統状態の推定の対象となる時刻の計量データのうちの一部を用いて上述したステップS1からステップS4を実施する場合、平均値および標準偏差は、基本的には、系統状態の推定の対象となる計量データの更新タイミングと同じタイミングで更新される。ただし、平均値および標準偏差の更新は、系統状態の推定の対象となる計量データの更新と完全に同じタイミングで実施する必要はない。例えば、系統状態の推定の対象となる計量データの更新の2回に1回、平均値および標準偏差の処理を実施するといったように、平均値および標準偏差の処理を時間的に間引いて実施してもよい。過去のデータを用いて平均値および標準偏差を用いるのではなく、系統状態の推定の対象となる時刻の計量データのうちの一部を用いる場合、分類部121は、複数のスマートメータ7のうちの一部のスマートメータ7により計量された計量データである第1の計量データを、複数のグループに分類することになる。また、使用データ判定部131は、標準偏差に基づいて、系統状態を推定する推定処理において計量データを用いるか代用値を用いるかをグループごとに判定することになる。
図14は、本実施の形態の推定処理部13における処理手順の一例を示すフローチャートである。図14に示すように、推定処理部13の使用データ判定部131は、標準偏差値DB16に格納されている標準偏差に基づいて、使用データを判定する(ステップS11)。次に、使用データ判定部131は、使用データとして計量データを使用すると判定したスマートメータ7の計量データをMDMS10から取得する(ステップS12)。使用データ判定部131は、使用データの判定結果に基づいて、スマートメータ7ごとに、使用データすなわち代用値または計量データのいずれかをスマートメータ7のSM番号とともに集計部132へ出力する。
詳細には、使用データ判定部131は、計量データに対応するスマートメータ7ごとに、標準偏差値DB16と契約DB17とに基づいて、使用データとして代用値を用いるか計量データを用いるかを判定する使用データの判定処理を実施する。上述したように、使用データ判定部131は、例えば、各グループの時間帯ごとに、標準偏差値DB16に格納された標準偏差が閾値以下である場合に代用値を用いると判定し、標準偏差が閾値を超える場合に計量データを用いると判定する。閾値は例えば上述した式(1)により算出される。
図15は、平均値および標準偏差の時間帯ごとの値の一例を示す図である。図15には、あるグループについて算出された平均値および標準偏差を、30分ごとの時間帯であるT1からT48までの時間帯ごとに示した図である。図15における丸は平均値μを示し、丸の上下に示した線分は標準偏差σを示す。図16は、図15に示した平均値および標準偏差を用いて求められた使用データの一例を示す図である。図16は、あるスマートメータ7について、使用データ判定部131から出力される使用データの一例を示している。図16に示した丸は、図15に示した平均値であり、図16に示した三角は、計量データを示している。図16に示した例では、例えば、T1の時間帯では、標準偏差σが閾値以下であるため、使用データとして平均値が用いられ、T15の時間帯では、標準偏差σが閾値を超えるため、使用データとして計量データが用いられている。このように、使用データ判定部131は、各スマートメータ7の使用データとして、時間帯ごとに平均値または代用値である平均値を出力する。
図14の説明に戻り、次に、集計部132は、使用データと系統内の位置とを対応付け、単位区間ごとに集計する(ステップS13)。詳細には、集計部132は、スマートメータの設置位置DB18を用いて、使用データがどの単位区間に対応するかを判断し、単位区間ごとに有効電力および無効電力を集計する。潮流計算部133は、集計部132により集計された結果を用いて潮流計算を実施する(ステップS14)。これにより、系統状態の推定処理が終了する。
潮流計算部133により算出された電圧分布、電流分布などは、配電系統システムにおける電圧の制御、配電系統システムにおける設備の計画などに用いられる。また、上述したように、集計部132による集計結果を用いて各柱上変圧器5の負荷を求めてもよい。さらには、上述した例では、電圧分布などを算出するために代用値として平均値を用いたが、各柱上変圧器5の過負荷の判定を目的とする場合などには、平均値の代わりに最大値を保存しておいてもよい。そして、柱上変圧器5の過負荷を判定する際に、使用データ判定部131は、保存されている最大値を用いるが直近の計量データを用いるかを判定する。この場合、系統状態の推定処理は、柱上変圧器5の負荷を求める処理であり、系統状態推定装置は、最大値を用いるか直近の計量データを用いるかの判定結果に基づいて柱上変圧器5の負荷を求める処理を行う推定部を備えることになる。
以上の処理により、系統状態の推定処理において使用する計量データを削減することができる。このため、系統状態推定装置のハードウェア規模を抑制することができる。なお、以上の例では、使用データ判定部131は、使用データとして計量データを使用すると判定されたスマートメータ7だけの計量データをMDMS10から取得するようにしたが、これに限らず、使用データ判定部131は、一旦、使用データの判定結果にかかわらず全てのスマートメータ7の計量データを取得して、必要な計量データを抽出して保存するようにしてもよい。
なお、上述したように、平均値および標準偏差として、単位区間内で集計したものを保存し、集計部132は、代用値を使用すると判定されたグループおよび時間帯については単位区間内で集計された平均値を用いるようにしてもよい。
以上述べた例では、グループごとに、使用データの判定処理を実施したが、グループ分けをせずに、すなわちグループの数を1として、各時間帯における標準偏差に基づいて、使用データの判定処理をするようにしてもよい。
また、以上述べた例では、バラツキとして各グループの計量データの標準偏差を用いたが、標準偏差以外の演算値を用いてもよい。例えば、バラツキとして、分散、または最大値と最小値と差などを用いてもよい。
また、以上の説明では、同一グループに属するスマートメータ7の同一時間帯における標準偏差に基づいて、使用データの判定処理をするようにした。すなわち、上述した例では、使用データの判定に用いられる標準偏差は同一の時間帯に計量された同一のグループに属する複数の計量データ間の標準偏差である。しかしながら、これに限らず、1つのスマートメータ7の時間的なバラツキに基づいて、使用データの判定処理をするようにしてもよい。この場合、使用データの判定に用いられる標準偏差は、複数の時間帯に計量された同一のグループに属する複数の計量データ間のバラツキである。この場合、例えば、1つのスマートメータ7の1か月間の時間帯ごとの48個のデータの平均値および標準偏差を求め、標準偏差が閾値以下の場合には、このスマートメータ7は系統状態の推定処理において計量データの代わりに平均値を用いる。この場合も、グループの定義として季節、曜日または気温、天候などを用いて、グループごとに、平均値および標準偏差が算出され、グループごとに使用データの判定処理が実施されてもよい。すなわち、この場合も、グループは、計量データが計量された際の季節、気温および天候のうち少なくとも1つに基づいて決定されてもよい。また、計量データが計量された際の季節、気温および天候のうち少なくとも1つに基づいて計量データが補正されてもよい。
また、スマートメータ7間のバラツキと時間的なバラツキを組み合わせて、使用データの判定処理を行ってもよい。例えば、業種によりグループ分けを行って、業種ごとに標準偏差に基づいて使用データの判定処理を実施し、標準偏差が閾値より大きいグループについては、1つのスマートメータ7の時間的なバラツキに基づいて、使用データの判定処理をするようにしてもよい。
また、以上の説明では配電系統を例に説明したが、配電系統に限定されず送電系統など電力系統全般に、本実施の形態の動作および構成を適用可能である。
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
1−1〜1−3 LRT、2−1〜2−2 センサ付き開閉器、3−1〜3−6 配電線、4 高圧負荷、5−1,5−2 柱上変圧器、6−1〜6−4 低圧負荷、7−1〜7−4 スマートメータ、8−1,8−2 コンセントレータ、9 HES、10 MDMS、11 系統状態推定装置、12 前処理部、13 推定処理部、121 分類部、122 統計量計算部、131 使用データ判定部、132 集計部、133 潮流計算部。

Claims (15)

  1. 複数の計量装置のうちの少なくとも一部の前記計量装置により第1の時間帯に計量された計量データである第1の計量データを、複数のグループに分類する分類部と、
    前記分類部により分類された前記グループごとに、前記第1の計量データのバラツキを計算する計算部と、
    前記バラツキに基づいて、系統状態を推定する推定演算において代用値を用いるか第2の時間帯の計量データを用いるかを前記グループごとに判定する判定部と、
    前記判定部により判定された結果に基づいて、前記推定演算を実施する演算部と、
    を備え、
    前記判定部は、前記バラツキが、閾値以下のときに前記代用値を使用すると判定し、前記バラツキが前記閾値を超えるときに前記計量データを使用すると判定し、
    前記閾値は、系統において要求される誤差と前記グループに属する前記計量装置の数とに基づいて決定されることを特徴とする系統状態推定装置。
  2. 前記第1の時間帯は、前記第2の時間帯より前の時間帯を含むことを特徴とする請求項1に記載の系統状態推定装置。
  3. 複数の計量装置のうちの一部の前記計量装置により計量された計量データである第1の計量データを、複数のグループに分類する分類部と、
    前記分類部により分類された前記グループごとに、前記第1の計量データのバラツキを計算する計算部と、
    前記バラツキに基づいて、系統状態を推定する推定演算において計量データを用いるか代用値を用いるかを前記グループごとに判定する判定部と、
    前記判定部により判定された結果に基づいて、前記推定演算を実施する演算部と、
    を備え、
    前記判定部は、前記バラツキが、閾値以下のときに前記代用値を使用すると判定し、前記バラツキが前記閾値を超えるときに前記計量データを使用すると判定し、
    前記閾値は、系統において要求される誤差と前記グループに属する前記計量装置の数とに基づいて決定されることを特徴とする系統状態推定装置。
  4. 前記バラツキは、同一の時間帯に計量された同一の前記グループに属する複数の前記計量データ間のバラツキであることを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の系統状態推定装置。
  5. 前記グループは、前記計量装置に対応する需要家における契約種別および業種のうちの少なくとも1つに基づいて決定されることを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の系統状態推定装置。
  6. 前記グループは、前記計量装置に対応する需要家における契約容量に基づいて決定されることを特徴とする請求項1から5のいずれか1つに記載の系統状態推定装置。
  7. 前記分類部は、前記第1の計量データを契約容量に基づいて補正し、
    前記計算部は、補正後の前記第1の計量データを用いて前記バラツキを計算することを特徴とする請求項1から5のいずれか1つに記載の系統状態推定装置。
  8. 前記バラツキは、複数の時間帯に計量された同一の前記グループに属する複数の前記計量データ間のバラツキであることを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の系統状態推定装置。
  9. 前記グループは、前記計量データが計量された際の季節、気温および天候のうち少なくとも1つに基づいて決定されることを特徴とする請求項1から8のいずれか1つに記載の系統状態推定装置。
  10. 前記分類部は、前記第1の計量データを前記第1の計量データが計量された際の季節、気温および天候のうち少なくとも1つに基づいて補正し、
    前記計算部は、補正後の前記第1の計量データを用いて前記バラツキを計算することを特徴とする請求項1から9のいずれか1つに記載の系統状態推定装置。
  11. 前記グループは、曜日に基づいて決定されることを特徴とする請求項1から10のいずれか1つに記載の系統状態推定装置。
  12. 前記バラツキは前記第1の計量データの標準偏差であり、前記代用値は前記第1の計量データの平均値であることを特徴とする請求項1から11のいずれか1つに記載の系統状態推定装置。
  13. 系統において要求される誤差をεとし、前記グループに属する前記計量装置の数をNとし、kを定数とするとき、前記閾値はε/(k×√(N))であることを特徴とする請求項12に記載の系統状態推定装置。
  14. 系統状態推定装置における系統状態推定方法であって、
    複数の計量装置のうちの少なくとも一部の前記計量装置により第1の時間帯に計量された計量データである第1の計量データを、複数のグループに分類する分類ステップと、
    前記分類ステップで分類された前記グループごとに、前記第1の計量データのバラツキを計算する計算ステップと、
    前記バラツキに基づいて、系統状態を推定する推定演算において代用値を用いるか第2の時間帯の計量データを用いるかを前記グループごとに判定する判定ステップと、
    前記判定ステップにより判定された結果に基づいて、前記推定演算を実施する推定ステップと、
    を含み、
    前記判定ステップでは、前記バラツキが、閾値以下のときに前記代用値を使用すると判定し、前記バラツキが前記閾値を超えるときに前記計量データを使用すると判定し、
    前記閾値は、系統において要求される誤差と前記グループに属する前記計量装置の数とに基づいて決定されることを特徴とする系統状態推定方法。
  15. 系統状態推定装置における系統状態推定方法であって、
    複数の計量装置のうちの一部の前記計量装置により計量された計量データである第1の計量データを、複数のグループに分類する分類ステップと、
    前記分類ステップで分類された前記グループごとに、前記第1の計量データのバラツキを計算する計算ステップと、
    前記バラツキに基づいて、系統状態を推定する推定演算において計量データを用いるか代用値を用いるかを前記グループごとに判定する判定ステップと、
    前記判定ステップにより判定された結果に基づいて、前記推定演算を実施する推定ステップと、
    を含み、
    前記判定ステップでは、前記バラツキが、閾値以下のときに前記代用値を使用すると判定し、前記バラツキが前記閾値を超えるときに前記計量データを使用すると判定し、
    前記閾値は、系統において要求される誤差と前記グループに属する前記計量装置の数とに基づいて決定されることを特徴とする系統状態推定方法。
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