JP6639303B2 - 縮約モデル作成装置 - Google Patents
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Description
[1−1.全体構成]
以下では、図1〜図3を参照しつつ、本実施形態の縮約モデル作成装置について説明する。図1は、本実施形態に係る縮約モデル作成装置1の構成を示す図である。
縮約パラメータチューニング部12の構成について詳細に説明する。縮約パラメータチューニング部12は、潮流断面データ設定部121、想定事故ケース設定部122、原系統動揺算出部123、縮約系統動揺算出部124、差分演算部125、縮約パラメータ推定部126、縮約パラメータ出力部127を有している。
Vi=Xr1+F×(Xr2−Xr3)
本実施形態の縮約モデル作成装置1の作用を図4〜図11を参照しつつ、説明する。図4は、本実施形態の縮約モデル作成装置1のフローチャートである。図4のフローチャートは一例であり、動作順序が入れ替わっていても良い。なお、前提として、縮約モデル作成部11が原系統モデルから縮約系統モデルを作成し、その縮約系統モデルが縮約系統モデル記憶部22に記憶されているものとする。
(データ読み込み処理)
まず、縮約パラメータ推定部126において、データ読込部126aが、各記憶部23〜26から必要なデータを読み込む(ステップS131)。具体的には、対象となる事故シーケンス、縮約系統のベースとなるデータ、原系統の動揺波形データ、縮約パラメータの上下限値、各制約条件(縮約点からの覗き込みインピーダンス、連系線潮流、連系点電圧、縮約対象系統の発電機定格容量及び定格出力の合計、縮約対象系統の負荷需要の合計など)を読み込む。
次に、パラメータ設定部126bが、データ読込部126aが読み込んだ縮約パラメータの上下限値の間で、最適化する縮約パラメータをN個、ここではランダムに設定する(ステップS132)。すなわち、N個のデータ列(ベクトル)を設定する。
(式1)
PGtotal=PLtotal−Ptie
PLtotal:縮約対象系統の負荷需要の合計
Ptie:連系線潮流
縮約ブランチリアクタンス演算部126cにより、縮約ブランチリアクタンスX1とX2を算出する(ステップS133)。X1とX2は、連系点から縮約系統を除いた短絡容量が原系統と等しい制約条件、連系線の潮流および連系点の電圧が原系統と等しい制約条件などを考慮して算出する。この算出方法は公知の方法を採用することができる。
データ書込部126dにより、S132でランダム設定した縮約パラメータと、S133で算出した縮約ブランチリアクタンスを、過渡安定度計算用の系統データファイルに書き込む(ステップS134)。
S131で設定された事故シーケンスおよびS134で作成した縮約系統の系統データファイルを読み込んで、縮約モデル作成部11が作成した縮約系統モデルを用いて、過渡安定度計算を実施する(ステップS135)。
S135の計算結果から、原系統の系統動揺波形に対する縮約系統の系統動揺波形の誤差を算出する(ステップS136)。系統動揺波形を位相基準点を基準とした発電機の内部位相角波形とした場合は、(式2)によって、連系点の電圧位相を基準とした非縮約対象系統の発電機の内部相差角の誤差総和、すなわち目的関数を計算する。
(式2)
AG(i,t):原系統における時刻tの発電機iの位相基準点からの内部相差角
AG_r(i,t):縮約系統における時刻tの発電機iの位相基準点からの内部相差角
i:発電機の番号
gmax:発電機の総数
t:時間
tmin:誤差を計算する最初断面
tmax:誤差を計算する最終断面
図4を参照する。S13の最適化準備処理の後、縮約パラメータを最適化処理する(ステップS14)。この最適化処理は、縮約パラメータ推定部126、縮約系統動揺算出部124、差分演算部125が連動して行われる。最適化処理では、差分進化法を用いて世代Gの更新を行い、最適化した縮約パラメータを求める。
調整部Bのパラメータ生成部は、Xi,Gに対して変異ベクトルViを生成する(ステップS141)。具体的には、パラメータ生成部の変異パラメータ生成部126eにより、現世代の解から3つランダムに個体を抽出して、下記の(式3)に従って、N個の変異ベクトルViを生成する。
(式3)
Vi=Xr1+F×(Xr2−Xr3)
F:0〜1の実数(スケーリングパラメータ)
Xr1、Xr2、Xr3:X1,G〜XN,Gからランダムに抽出された個体
交叉部126fにおいて、S141で生成したViとXi,Gを交叉して試験ベクトルUiを生成する(ステップS142)。ここでは、図11に示すように、交叉位置をランダムに1点決定し、後方交叉とする。交叉部126fは、Ui,1、Ui,2を生成した後、いずれか一方をランダムに選択して試験ベクトルUiとする。
縮約ブランチリアクタンス演算部126cにおいて、S142で生成した試験ベクトルUiの縮約ブランチリアクタンスを計算する(ステップS143)。なお、各縮約発電機のXd’’であるXd1’’およびXd2’’(次過渡直軸リアクタンス)は発電機事故容量ベースの値であるため、縮約発電機の容量が変わる度にXd1’’およびXd2’’を更新し、S133と同様の制約条件を考慮してX1とX2を再計算する。
S143で試験ベクトルUiの縮約ブランチリアクタンスを計算後、縮約系統動揺算出部124と差分演算部125により、Uiの目的関数を計算する(ステップS144)。系統動揺波形を位相基準点を基準とした発電機の内部位相角波形とした場合は、(式2)に従って、Uiの目的関数を計算する。
選択部126gにおいて、試験ベクトルUiと現世代の解Xi,Gの目的関数値を比較し、目的関数値の最適な方を次世代の解Xi,G+1として選択する(ステップS145)。
本実施形態の縮約モデル作成装置1は、電力系統の原系統モデルから縮約系統モデルを作成する縮約モデル作成部11と、縮約系統モデルの縮約パラメータを調整する縮約パラメータチューニング部12と、電力系統の不安定事故ケースにおいて原系統モデルで安定化に必要な最小限の安定化制御量である原系統安定化制御量が記憶された原系統安定化制御量記憶部26と、を備える。縮約パラメータチューニング部12は、電力系統の不安定事故ケースを設定する想定事故ケース設定部122と、不安定事故ケースにおいて、原系統安定化制御量以上の制御量で安定化制御を実施した場合の原系統モデルの系統動揺波形を算出する原系統動揺算出部123と、不安定事故ケースにおいて原系統安定化制御量以上の制御量で安定化制御を実施した場合の縮約系統モデルの系統動揺波形を算出する縮約系統動揺算出部124と、原系統モデルの系統動揺波形と縮約系統モデルの系統動揺波形との差分を演算する差分演算部125と、当該差分を最小化するよう縮約パラメータを推定することで調整する縮約パラメータ推定部126と、を備えるようにした。
[2−1.構成]
第2の実施形態について、図12〜図17を用いて説明する。第2の実施形態は、第1の実施形態と基本構成は同じである。よって、第1の実施形態と異なる点のみを説明し、第1の実施形態と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
本実施形態の縮約モデル作成装置1の作用を、図17を用いて説明する。図17に示すように、第1の実施形態と異なる部分は、ステップS14の縮約パラメータの最適化処理で制約条件を考慮して縮約パラメータを推定する点である。制約条件設定部Cが設定する制約条件に分けて説明する。
ステップS14において、制約条件設定部Cは、例えば入力部30からのユーザからの入力に応じて、制約条件記憶部27から制約条件の種別を設定する。ここでは、制約条件設定部Cは、波形ピーク値制約を設定する。
ステップS14において、制約条件設定部Cは、例えば入力部30からのユーザからの入力に応じて、制約条件記憶部27から波形ピーク値制約及び安定度感度制約を設定する。
ステップS14において、制約条件設定部Cは、例えば入力部30からのユーザからの入力に応じて、制約条件記憶部27から波形ピーク値制約及び電制量制約を設定する。
(1)縮約パラメータ推定部126は、原系統モデルの系統動揺波形のピーク値よりも、縮約系統モデルの系統動揺波形のピーク値の方が大きくなる制約条件(波形ピーク値制約)を設定する制約条件設定部Cを有するようにした。
[3−1.構成]
第3の実施形態について、説明する。第3の実施形態は、第1の実施形態と基本構成は同じである。よって、第1の実施形態と異なる点のみを説明し、第1の実施形態と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
本実施形態に係る縮約モデル作成装置1の作用について、図18〜図21を用いて説明する。本実施形態は、図4のステップS13の最適化準備処理とステップS14の縮約パラメータの最適化処理において、複数潮流断面及び複数不安定事故ケースで動揺波形誤差の合計を最小化する処理が加わったものである。
(潮流断面セット)
まず前提として、ステップS13の最適化処理準備処理までに、ステップS10において、電力系統の潮流断面データ(系統断面ともいう)が既に設定されている。ステップS1361の潮流断面セットにおいては、対象となる潮流断面毎に入力部30を介してオンラインで取得できる情報を活用して縮約発電機出力及びその容量、縮約負荷、縮約インピーダンス等を更新する。
まず、潮流断面データ設定部121は、オンラインで取得した情報を用いて、縮約負荷(P)、縮約発電機出力(P)、縮約発電機定格容量及び縮約発電機定格出力の更新を行う。なお、上記及び図21に記載の(P)は有効電力を示し、(PQ)は有効電力と無効電力の両方を示す。
(1)潮流断面データ設定部121が、外部系統総需要(P)から連系線潮流(P)を差し引き、総縮約発電機出力(p)を算出する。
(2)潮流断面データ設定部121が、各縮約負荷(P)を、外部系統総需要(P)を縮約パラメータの「負荷分配比率」(図7参照)で按分して算出する。
(3)潮流断面データ設定部121が、縮約発電機出力(P)、縮約発電機定格容量、及び縮約発電機定格出力を、総縮約発電機出力(P)、外部系統発電機総定格容量、系統発電機総定格出力を縮約パラメータの「発電機出力分配比率」(図7参照)で按分してそれぞれ算出する。
潮流断面データ設定部121は、自系統内の情報をオンラインで取得し、自系統内の各発電機出力(PQ)、定格出力及び定格容量、並びに各負荷(PQ)の値を更新する。
想定事故ケース設定部122は、リファレンスとする不安定な想定事故ケースをセットする(ステップS1362)。当該不安定な想定事故ケースとしては、例えば、2回線6相地絡事故(6LG−0)、1回線3相地絡事故(3LG−0)の平衡事故、1回線2相地絡等の不平衡事故が挙げられる。また、想定事故ケース設定部122は、リファレンスとする不安定な想定事故ケースに対する電制量も設定する。
ステップS1363では、ステップS1361でセットした潮流断面において、ステップS1362でセットした系統事故が発生した場合の原系統モデルと縮約系統モデルの動揺波形を、原系統動揺波形算出部123と縮約系統動揺算出部124により算出し、これらの誤差を差分演算部125により、例えば(式2)と同様に算出する。
(1)想定事故ケース設定部122は、複数の不安定事故ケースを設定し、差分演算部125は、複数の不安定事故ケース毎に、原系統モデルの系統動揺波形と縮約系統モデルの動揺波形との差分をそれぞれ演算し、縮約パラメータ推定部126は、当該差分の合計を最小化するようにした。これにより、複数の不安定事故ケースに対して系統動揺波形の誤差を最小化することが可能となり、不安定事故ケース毎に縮約系統モデルの切り替えをしなくとも高精度な縮約系統モデルを得ることができる。
[4−1.構成]
第4の実施形態について、説明する。第4の実施形態は、第1の実施形態と基本構成は同じである。よって、第1の実施形態と異なる点のみを説明し、第1の実施形態と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
(式4)
安定化制御量誤差=縮約系統安定化制御量−原系統安定化制御量
本実施形態の縮約モデル作成装置の作用を、図23のフローチャートに示す。図23に示すように、最適化準備処理(S13)及び縮約パラメータ最適化処理(S14)では、原系統モデルの系統動揺波形を算出する代わりに、縮約系統安定化制御量算出部128により縮約系統安定化制御量を算出し、原系統安定化制御量記憶部26から原系統安定化制御量を用いて、差分演算部125により、安定化制御量誤差を求める。そして、縮約パラメータ推定部126が、当該誤差が最小化するよう縮約パラメータを推定する。
(1)本実施形態の縮約モデル作成装置1の縮約パラメータチューニング部12は、電力系統の不安定事故ケースを設定する想定事故ケース設定部121と、電力系統の不安定事故ケースにおいて、縮約系統モデルで安定化に必要な最小限の安定化制御量である縮約系統安定化制御量を算出する縮約系統安定化制御量算出部128と、不安定事故ケースにおいて、原系統安定化制御量と縮約系統安定化制御量との差分を演算する差分演算部125と、当該差分を最小化するよう縮約パラメータを推定することで調整する縮約パラメータ推定部126と、を備えるようにした。
本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。以上のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
11 縮約モデル作成部
12 縮約パラメータチューニング部
121 潮流断面データ設定部
122 想定事故ケース設定部
123 原系統動揺算出部
124 縮約系統動揺算出部
125 差分演算部
126 縮約パラメータ推定部
A 調整準備部
126a データ読込部
126b パラメータ設定部
126c 縮約ブランチリアクタンス演算部
126d データ書込部
B 調整部
126e 変異パラメータ生成部
126f 交叉部
126g 選択部
C 制約条件設定部
127 縮約パラメータ出力部
128 縮約系統安定化制御量算出部
21 原系統モデル記憶部
22 縮約系統モデル記憶部
23 潮流断面データ記憶部
24 事故データ記憶部
25 設定記憶部
26 原系統安定化制御量記憶部
30 入力部
40 出力部
Claims (8)
- 電力系統の原系統モデルから縮約系統モデルを作成する縮約モデル作成部と、
前記縮約系統モデルの縮約パラメータを調整する縮約パラメータチューニング部と、
前記電力系統の不安定事故ケースにおいて原系統モデルで安定化に必要な最小限の安定化制御量である原系統安定化制御量が記憶された原系統安定化制御量記憶部と、
を備え、
前記縮約パラメータチューニング部は、
前記電力系統の不安定事故ケースを設定する想定事故ケース設定部と、
前記不安定事故ケースにおいて、前記原系統安定化制御量以上の制御量で安定化制御を実施した場合の原系統モデルの系統動揺波形を算出する原系統動揺算出部と、
前記不安定事故ケースにおいて、前記原系統安定化制御量以上の制御量で安定化制御を実施した場合の縮約系統モデルの系統動揺波形を算出する縮約系統動揺算出部と、
前記原系統モデルの系統動揺波形と前記縮約系統モデルの系統動揺波形との差分を演算する差分演算部と、
前記差分を最小化するよう前記縮約パラメータを推定することで前記調整する縮約パラメータ推定部と、
を備え、
前記縮約パラメータ推定部は、安定化制御量を前記原系統安定化制御量未満の安定化制御量で安定化制御を実施した場合に前記縮約系統モデルが不安定となる制約条件を設定する制約条件設定部を有すること、を特徴とする縮約モデル作成装置。 - 前記制約条件設定部は、前記原系統モデルの系統動揺波形のピーク値よりも、前記縮約系統モデルの系統動揺波形のピーク値の方が大きくなる制約条件を設定する制約条件を更に設定すること、
を特徴とする請求項1記載の縮約モデル作成装置。 - 前記制約条件設定部は、前記制約条件に加えて、安定化制御量を前記原系統安定化制御量より微小分増加させた安定化制御量で安定化制御を実施した場合の系統動揺波形のピーク値の変化量が、前記原系統モデルよりも前記縮約系統モデルの方が大きくなる制約条件を更に設定すること、
を特徴とする請求項1記載の縮約モデル作成装置。 - 前記差分演算部は、何れかの前記制約条件を逸脱する前記差分にペナルティー値を加算すること、
を特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の縮約モデル作成装置。 - 前記電力系統の潮流断面データを複数設定する潮流断面データ設定部を備え、
前記差分演算部は、前記潮流断面データ設定部で設定した複数の潮流断面データ毎に、前記原系統モデルの系統動揺波形と前記縮約系統モデルの系統動揺波形との差分をそれぞれ演算し、
前記縮約パラメータ推定部は、前記差分の合計を最小化すること、
を特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の縮約モデル作成装置。 - 前記差分演算部は、前記複数の潮流断面データ毎に、前記差分に優先順位を示す重み係数をかけること、
を特徴とする請求項5記載の縮約モデル作成装置。 - 電力系統の原系統モデルから縮約系統モデルを作成する縮約モデル作成部と、
前記縮約系統モデルの縮約パラメータを調整する縮約パラメータチューニング部と、
前記電力系統の不安定事故ケースにおいて原系統モデルで安定化に必要な最小限の安定化制御量である原系統安定化制御量が記憶された原系統安定化制御量記憶部と、
を備え、
前記縮約パラメータチューニング部は、
前記電力系統の不安定事故ケースを設定する想定事故ケース設定部と、
前記電力系統の不安定事故ケースにおいて、縮約系統モデルで安定化に必要な最小限の安定化制御量である縮約系統安定化制御量を算出する縮約系統安定化制御量算出部と、
前記不安定事故ケースにおいて、前記原系統安定化制御量と前記縮約系統安定化制御量との差分を演算する差分演算部と、
前記差分を最小化するよう前記縮約パラメータを推定することで前記調整する縮約パラメータ推定部と、
を備えたことを特徴とする縮約モデル作成装置。 - 前記縮約パラメータ推定部は、前記原系統安定化制御量より前記縮約系統安定化制御量が少なくならない制約条件の下で、前記差分を最小化すること、
を特徴とする請求項7記載の縮約モデル作成装置。
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