JP7002989B2 - 系統安定化装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、系統安定化装置に関する。

落雷等によって短絡や地絡といった系統事故と呼ばれる状況が電力系統において発生した場合、当該電力系統内の発電機は、脱調と呼ばれる不安定な状態になることがあり、脱調を放置すると、電力系統全体が不安定な状態に陥ることがある。この場合に、電力系統内の発電機の一部を電制機として、当該電制機からの電力の供給を遮断することにより、電力系統の大部分の安定運用を維持する系統安定化装置がある。

系統安定化装置は、予め設定された周期で、電力系統に関する系統情報を取得し、当該系統情報を用いて、電力系統の電力の潮流状態を表すシミュレーションモデルである系統モデルにおいて系統事故が発生した場合の過渡安定度を算出し、当該過渡安定度の算出結果に基づいて、発電機の脱調の有無を判断し、発電機の脱調が発生する場合、電力系統を安定な状態に維持するために必要な電制機を選定する。そして、系統安定化装置は、系統事故が発生した場合、当該選定した電制機からの電力の供給を遮断することにより、電力系統を安定な状態に維持する。

"付録２ 脱調未然防止リレーシステム事例"、平成１２年１０月、電気学会技術報告、第８０１号、ｐ．１５３－１５４

しかしながら、系統安定化装置では、１分などの一定周期で、電力系統に関する系統情報を取得し、当該系統情報を用いて、系統モデルにおいて系統事故が発生した場合の過渡安定度を算出し、その算出結果に基づいて電制機を選定するため、一定周期の間に、再生可能エネルギーにより発電する発電機からの出力の急変等によって、電力系統から供給される電力の潮流状態が変化した場合、脱調の防止に必要な電制機の数が不足して、発電機の脱調が発生する可能性がある。

実施形態の系統安定化装置は、選定部と、予測部と、決定部と、を備える。選定部は、予め設定された周期で、発電機を有する電力系統の特性を表す系統情報を取得し、当該系統情報を用いて、電力系統の電力の潮流状態を表すシミュレーションモデルである系統モデルを作成し、当該系統モデルで所定の系統事故が発生した場合の過渡安定度を算出し、かつ当該過渡安定度の算出結果に基づいて、所定の系統事故毎に、発電機のうち電力の供給を遮断する電制機の第１電制機候補を選定する。予測部は、系統情報と、系統モデルにおける所定の系統事故毎の第１電制機候補と、の組合せである電制機情報に基づいて、系統情報から電制機を予測する回帰式を作成し、回帰式と、選定部により最後に取得された系統情報とに基づいて、電制機の第２電制機候補を予測し、かつ回帰式と、所定の系統事故が発生する直前の系統情報とに基づいて、電制機の第３電制機候補を予測する。決定部は、第１電制機候補に対して、第２電制機候補と第３電制機候補との差分を加えた電制機の候補を、電制機に決定する。

図１は、第１の実施形態にかかる電力供給システムの構成の一例を示す図である。 図２は、第１の実施形態にかかる系統安定化装置による系統情報の分類処理の一例を説明するための図である。 図３は、第１の実施形態にかかる系統安定化装置による第１電制機候補の分類処理の一例を説明するための図である。 図４は、第１の実施形態にかかる系統安定化装置による状態量データの複数のグループへの分類処理の一例を説明するための図である。 図５は、第１の実施形態にかかる系統安定化装置における状態量データの断面の分類に用いる状態量データの種類の決定処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図６は、第１の実施形態にかかる系統安定化装置における状態量データの断面の分類に用いる状態量データの種類の決定処理の流れの他の例を示すフローチャートである。 図７は、第２の実施形態にかかる電力供給システムの構成の一例を示す図である。 図８は、第３の実施形態にかかる電力供給システムの構成の一例を示す図である。

以下、添付の図面を用いて、本実施形態にかかる系統安定化装置を適用した電力供給システムについて説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態にかかる電力供給システムの構成の一例を示す図である。図１に示すように、本実施形態にかかる電力供給システムは、電力系統１と、伝送系１０と、系統安定化装置２０と、を有する。電力系統１は、通信端末１１－１，１１－２，１１－３，１１－４、電制端末１２－１，１２－２、母線２－１，２－２，２－３，２－４，２－５，２－６、送電線３－１，３－２，３－３，３－４，３－５、変圧器４－１，４－２，４－３，４－４、発電機５－１，５－２，５－３，５－４、および遮断器６－１，６－２，６－３，６－４を有する。以下の説明では、母線２－１，２－２，２－３，２－４，２－５，２－６を区別する必要が無い場合には、母線２と記載する。また、送電線３－１，３－２，３－３，３－４，３－５を区別する必要が無い場合には、送電線３と記載する。

発電機５－１，５－２，５－３，５－４は、太陽光や風力等の再生可能エネルギーまたは化石燃料等の枯渇性エネルギーによって電力を発電し、発電した電力を、送電線３および母線２を介して、需要家に供給する。以下の説明では、発電機５－１，５－２，５－３，５－４を区別する必要が無い場合には、発電機５と記載する。

変圧器４－１は、発電機５－１により発電される電力の電圧を所定電圧に変圧する。変圧器４－２は、発電機５－２により発電される電力の電圧を所定電圧に変圧する。変圧器４－３は、発電機５－３により発電される電力の電圧を所定電圧に変圧する。変圧器４－４は、発電機５－４により発電される電力の電圧を所定電圧に変圧する。以下の説明では、変圧器４－１，４－２，４－３，４－４を区別する必要が無い場合には、変圧器４と記載する。

遮断器６－１は、発電機５－１により発電される電力の需要家への供給を遮断する。遮断器６－２は、発電機５－２により発電される電力の需要家への供給を遮断する。遮断器６－３は、発電機５－３により発電される電力の需要家への供給を遮断する。遮断器６－４は、発電機５－４により発電される電力の需要家への供給を遮断する。以下の説明では、遮断器６－１，６－２，６－３，６－４を区別する必要が無い場合には、遮断器６と記載する。

通信端末１１－１は、発電機５から母線２－１を介して需要家に電力を供給する電力系統１の特性を表す情報（以下、系統情報と言う）を計測する。具体的には、通信端末１１－１は、母線２－１に接続される送電線３－１により供給される電力等に関する電気情報と、当該送電線３－１の接続情報と、を含む系統情報を計測する。通信端末１１－２は、発電機５から母線２－２を介して需要家に電力を供給する電力系統１の特性を表す系統情報を計測する。具体的には、通信端末１１－２は、母線２－２に接続される送電線３－２の電気情報と当該送電線３－２の接続情報とを含む系統情報を計測する。通信端末１１－３は、発電機５から母線２－３を介して需要家に電力を供給する電力系統１の特性を表す系統情報を計測する。具体的には、通信端末１１－３は、母線２－３に接続される送電線３－１,３－３，３－４の電気情報と当該送電線３－１，３－３，３－４の接続情報とを含む系統情報を計測する。通信端末１１－４は、発電機５から母線２－４を介して需要家に電力を供給する電力系統１に関する系統情報を計測する。具体的には、通信端末１１－４は、母線２－４に接続される送電線３－２，３－３，３－５の電気情報と当該送電線３－２，３－３，３－５の接続情報とを含む系統情報を計測する。

ここで、系統情報が含む電気情報は、送電線３や変圧器４の有効電力、母線２に印加される母線電圧、送電線３の有効電力と当該送電線３のリアクタンスとの積、変圧器４の有効電力と当該変圧器４のリアクタンスとの積などである。また、系統情報が含む接続情報は、送電線３と変圧器４の接続状態などである。なお、本実施形態では、通信端末１１－１，１１－２，１１－３，１１－４において、送電線３の有効電力と当該送電線３のリアクタンスの積、および変圧器４の有効電力と当該変圧器４のリアクタンスの積を求めているが、これに限定するものではなく、系統安定化装置２０において、送電線３の有効電力と当該送電線３のリアクタンスの積、および変圧器４の有効電力と当該変圧器４のリアクタンスの積を求めても良い。以下の説明では、通信端末１１－１，１１－２，１１－３，１１－４を区別する必要が無い場合には、通信端末１１と記載する。

電制端末１２－１は、遮断器６－１，６－２を制御して、発電機５－１，５－２からの電力の供給の遮断を制御する。また、電制端末１２－２は、遮断器６－３，６－４を制御して、発電機５－３，５－４からの電力の供給の遮断を制御する。以下の説明では、電制端末１２－１，１２－２を区別する必要が無い場合には、電制端末１２－１，１２－２を電制端末１２と記載する。

伝送系１０は、専用通信回線やインターネット等の通信ネットワークにより構成され、通信端末１１と系統安定化装置２０との間で、系統情報等の各種情報を伝送する。

系統安定化装置２０は、伝送系１０を介して、通信端末１１から、系統情報等の各種情報を取得し、当該取得した各種情報に基づいて、電力系統１が有する発電機５のうち、電力系統１による電力供給の安定化に必要な電制機を決定する。ここで、電制機は、電力の供給を遮断する発電機５である。

図１に示すように、本実施形態では、系統安定化装置２０は、系統情報収集部２１、基本系統記憶部２２、系統モデル作成部２３、電制対象選定部２４、計算結果記憶部２５、電制機選択部２６、回帰式生成部３０、および電制機補正部４０を有する。系統情報収集部２１は、伝送系１０を介して、通信端末１１から、予め設定された周期で、電力系統１の特性を表す系統情報を取得する。基本系統記憶部２２は、電力系統１が有する送電線３のインダクタンス等、電力系統１の構成に関する構成情報を記憶する。

系統モデル作成部２３は、系統情報収集部２１により取得される系統情報を用いて、電力系統１の電力の潮流状態を表すシミュレーションモデル（以下、系統モデルと言う）を作成する。本実施形態では、系統モデル作成部２３は、系統情報収集部２１により取得される系統情報および基本系統記憶部２２に記憶される構成情報を組み合わせて、系統モデルを作成する。

電制対象選定部２４は、系統モデルが作成される度に、予め設定された系統事故（例えば、短絡や地絡等。所定の系統事故の一例。以下、想定事故条件と言う。）が系統モデルで発生した場合の過渡安定度を算出する。そして、電制対象選定部２４は、当該過渡安定度の算出結果に基づいて、想定事故条件毎に、発電機５のうち、電力の供給を遮断する電制機の候補（以下、第１電制機候補と言う）を選定する。本実施形態では、系統情報収集部２１、系統モデル作成部２３、および電制対象選定部２４が、選定部の一例として機能する。

計算結果記憶部２５は、系統情報と、当該系統情報を用いて作成される系統モデルにおける想定事故条件毎の第１電制機候補との組合せである電制機情報を記憶する。電制機選択部２６は、伝送系１０を介して、電力系統１において発生した系統事故を示す事故情報を取得する。そして、電制機選択部２６は、電制対象選定部２４により想定事故条件毎に選定された第１電制機候補のうち、取得した事故情報が示す系統事故と一致する想定事故条件について選定された第１電制機候補を選択する。

回帰式生成部３０は、計算結果記憶部２５に記憶される電制機情報に基づいて、系統情報から電制機を予測する回帰式を作成する。本実施形態では、回帰式生成部３０は、計算結果仕分部３１と、回帰式作成部３３と、を有する。計算結果仕分部３１は、電力系統１の特徴に従って、電制機情報が含む系統情報である過去の系統情報を複数のグループに分類する。回帰式作成部３３は、系統情報のグループ毎に、当該グループに属する過去の系統情報に基づいて、回帰式を作成する。

電制機補正部４０は、回帰式生成部３０により生成される回帰式および系統情報に基づいて、電制機の候補を予測し、当該電制機の候補の予測結果に基づいて、電制機選択部２６により選択される第１電制機候補を補正して、電制機を決定する。本実施形態では、電制機補正部４０は、電制機判定部４１、電制機決定部４２、および回帰式選択部３４を有する。

回帰式選択部３４は、回帰式作成部３３により作成される回帰式のうち、電力系統１において系統事故が発生した際の系統情報が属するグループの回帰式を選択する。電制機判定部４１は、回帰式選択部３４により選択された回帰式および系統情報収集部２１により最後に取得された系統情報に基づいて、電制機の候補（以下、第２電制機候補と言う）を予測する。さらに、電制機判定部４１は、回帰式選択部３４により選択された回帰式および電力系統１において系統事故が発生した際の系統情報（直近の系統情報）に基づいて、電制機の候補（以下、第３電制機候補と言う）を予測する。すなわち、電制機判定部４１は、回帰式作成部３３により作成される回帰式と、系統情報収集部２１により最後に取得される系統情報と、に基づいて、第２電制機候補を予測する。さらに、電制機判定部４１は、回帰式作成部３３により作成される回帰式と、直近の系統情報と、に基づいて、第３電制機候補を予測する。本実施形態では、回帰式生成部３０、回帰式選択部３４、および電制機判定部４１が、予測部の一例として機能する。

電制機決定部４２（決定部の一例）は、第１電制機候補に対して、第２電制機候補と第３電制機候補との差分を加えた電制機の候補を、電制機に決定する。これにより、系統モデルを用いて第１電制機候補が選定された後、再生可能エネルギーにより発電する発電機５からの出力等の急変によって電力系統１の状態が変化した場合でも、回帰式と系統事故が発生した際の系統情報を用いて予測された第２，３電制機候補に基づいて、脱調を防止できるように、第１電制機候補を補正できるので、再生可能エネルギーにより発電機５からの出力の急変等によって電力系統１の状態が変化した場合でも、電力系統１における発電機５の脱調を抑制できる。

次に、図１～３を用いて、本実施形態にかかる系統安定化装置２０が有する各部において実行される具体的な処理について説明する。図２は、第１の実施形態にかかる系統安定化装置による系統情報の分類処理の一例を説明するための図である。図３は、第１の実施形態にかかる系統安定化装置による第１電制機候補の分類処理の一例を説明するための図である。

まず、系統安定化装置２０において実行される処理は、１分などの予め設定された周期で実行される処理と、電力系統１において系統事故が発生した際に実行される処理とに分けられる。ここでは、まず、予め設定された周期で実行される処理について説明する。

系統情報収集部２１は、伝送系１０を介して、通信端末１１から、予め設定された周期で、系統情報を取得する。系統モデル作成部２３は、系統情報収集部２１により取得される系統情報、および基本系統記憶部２２に記憶される構成情報を組み合わせて、系統モデルを作成する。電制対象選定部２４は、系統モデルが作成される度に、想定事故条件が発生した場合の系統モデルの過渡安定度を算出する。そして、電制対象選定部２４は、過渡安定度の算出結果に基づいて、想定事故条件毎に、第１電制機候補を選定する。電制機選択部２６は、想定事故条件毎に選定された第１電制機候補を記憶する。計算結果記憶部２５は、系統情報と、当該系統情報を用いて作成される系統モデルにおける想定事故条件毎の第１電制機候補との組合せである電制機情報を記憶する。

計算結果仕分部３１は、計算結果記憶部２５から、電制機情報が含む過去の系統情報を読み出す。また、計算結果仕分部３１は、計算結果記憶部２５から、電制機情報が含む、想定事故条件毎の第１電制機候補を読み出す。そして、計算結果仕分部３１は、電力系統１の特徴に従って、過去の系統情報（以下、状態量データと言う）を複数のグループに分類する。また、計算結果仕分部３１は、図３に示すように、第１電制機候補（以下、電制対象データと言う）を、想定事故条件毎の複数のグループに分類する。

本実施形態では、計算結果仕分部３１は、電力系統１の特徴に従って、状態量データ（図２参照）の断面を複数のグループに分類する。ここで、断面は、過去に作成された電力系統１の系統モデルを示す番号である。よって、例えば、断面：１の状態量データと、断面：２の状態量データとは、異なる系統モデルにおける状態量データとなる。なお、ここで言うブランチ相差角は、系統モデルが含む送電線の有効電力と、当該送電線のリアクタンスとの積である。本実施形態では、状態量データの一例としてブランチ相差角を用いているが、これに限定するものではなく、例えば、発電機５の有効電力や、母線電圧の位相角、ブランチ相差角と母線電圧の位相角の組合せ等であっても良い。

具体的には、計算結果仕分部３１は、各断面のブランチ相差角間のユークリッド距離を求め、当該ユークリッド距離に基づく階層型クラスタリングを実行することで、各断面を複数のグループに分類する（各断面のブランチ相差角のグループを形成する）。例えば、計算結果仕分部３１は、下記の式（１）を用いて、断面ｉおよび断面ｊそれぞれのブランチ相差角間のユークリッド距離Ｄ（ｉ，ｊ）を求める。式（１）において、δ（ｉ，ｋ）は、断面ｉにおけるｋ番目のブランチのブランチ相差角であり、δ（ｊ，ｋ）は、断面ｊにおけるｋ番目のブランチのブランチ相差角であり、ｎは、ブランチ相差角の総数である。ここで、ブランチは、送電線や変圧器等、系統モデルが含む電力の供給に関わる機器である。

本実施形態では、計算結果仕分部３１は、ユークリッド距離が小さい断面が同一のグループとなるように集めていき、ユークリッド距離が予め設定された閾値に達するまで処理を継続する。計算結果仕分部３１は、電力系統１の特性に応じて閾値を設定する。例えば、計算結果仕分部３１は、負荷量が異なる複数の断面それぞれについて、閾値を求めるための状態量データと電制機との組合せを求め、断面毎の状態量データと電制機との組合せに基づいて、回帰式を作成する。そして、計算結果仕分部３１は、作成した回帰式による電制機の予測結果と、電制機選択部２６による電制機の選択結果との誤差が小さくなる、状態量データ間のユークリッド距離の閾値を求める。

または、計算結果仕分部３１は、各断面のブランチ相差角の主成分分析を実行し、第１主成分の大きさの差異が所定値以下のブランチ相差角を集めることによって、類似するブランチ相差角を集めたグループを形成する。主成分分析は、ブランチ相差角を対象として共分散行列を作成し、当該共分散行列の固有値問題を解くことによって固有ベクトルを得て、ブランチ相差角と固有ベクトルの積を求めることで、第１主成分から第ｎ主成分までのベクトルを求める。ここで、ｎは、ブランチ相差角の総数である。

第１主成分を用いて類似するブランチ相差角を集めたグループを作成する方法の一例としては、各断面の第１主成分の差を用いる方法がある。断面の総数をｍとした場合、各主成分は、ｍ個の要素を持つベクトルとなる。計算結果仕分部３１は、各断面の第１主成分を昇順に並べ替え、隣り合う断面間の差分（例えば、断面：１の第１主成分と断面：２の第１主成分の差分、断面：２の第１主成分と断面：３の第１主成分の差分）を求める。そして、計算結果仕分部３１は、得られたｍ－１個の差分を標準化した値が１を超える箇所を、グループの境界とする。ここで、標準化とは、数値の集合の平均値が０かつ分散が１となるように、数値を変換する処理である。

図４は、第１の実施形態にかかる系統安定化装置による状態量データの複数のグループへの分類処理の一例を説明するための図である。計算結果仕分部３１は、図４に示すように、２段階の分類によって、状態量データの断面を複数のグループに分類することも可能である。本実施形態では、計算結果仕分部３１は、１段階目の分類において、ブランチ相差角の類似度に基づいて、状態量データの断面を２以上の複数のグループ（例えば、３つのグループ）に分類する。さらに、計算結果仕分部３１は、２段階目の分類において、発電機５の有効電力の類似度に基づいて、１段階目の分類において分類された各グループに属する状態量データの断面を、さらに、複数のグループ（例えば、３つのグループ）に分類する。

具体的には、計算結果仕分部３１は、１段階目の分類において、各断面のブランチ相差角のユークリッド距離を求め、当該ユークリッド距離に基づく階層型クラスタリングを実行することで、各断面を複数のグループに分類する。例えば、計算結果仕分部３１は、上記の式（１）を用いて、断面ｉおよび断面ｊそれぞれのブランチ相差角のユークリッド距離Ｄ（ｉ，ｊ）を求める。そして、計算結果仕分部３１は、ユークリッド距離Ｄ（ｉ，ｊ）が予め設定された閾値以下の断面が同一のグループになるように、断面を集めることによって、各断面を複数のグループに分類する。

計算結果仕分部３１は、２段階目の分類において、１段階目の分類において分類されたグループ毎に、各断面の発電機５の有効電力間のユークリッド距離を求め、当該ユークリッド距離に基づく階層型クラスタリングを実行することで、各断面を複数のグループに分類する。例えば、計算結果仕分部３１は、下記の式（２）を用いて、断面ｉおよび断面ｊそれぞれの発電機５の有効電力間のユークリッド距離Ｄ（ｉ，ｊ）を求める。式（２）において、Ｐ（ｉ，ｋ）は、断面ｉにおけるｋ番目の発電機５の有効電力であり、Ｐ（ｊ，ｋ）は、断面ｊにおけるｋ番目の発電機５の有効電力であり、ｍは、発電機５の総数である。そして、計算結果仕分部３１は、１段階目の分類と同様に、ユークリッド距離Ｄ（ｉ，ｊ）が予め設定された閾値以下の断面が同一のグループになるように、断面を集めることによって、各断面を複数のグループに分類する。

または、計算結果仕分部３１は、１段階目の分類において、各断面のブランチ相差角（または、発電機５の有効電力）の主成分分析を実行し、第１主成分の大きさの差異が所定値以下のブランチ相差角（または、発電機５の有効電力）を集めることによって、類似するブランチ相差角（または、発電機５の有効電力）を集めたグループを形成しても良い。次いで、計算結果仕分部３１は、２段階目の分類において、１段階目の分類において分類されたグループ毎に、各断面のブランチ相差角（または、発電機５の有効電力）の主成分分析を実行し、第１主成分の大きさの差異が所定値以下のブランチ相差角（または、発電機５の有効電力）を集めることによって、類似するブランチ相差角（または、発電機５の有効電力）を集めたグループを形成する。

本実施形態では、計算結果仕分部３１は、状態量データの断面を、２段階の分類によって複数のグループに分類しているが、状態量データの断面を分類する段階は、これに限定するものではなく、例えば、３段階の分類によって、状態量データの断面を複数のグループに分類しても良い。また、本実施形態では、計算結果仕分部３１は、各段階において状態量データの断面を３つのグループに分類しているが、複数のグループに分類するものであれば良い。さらに、本実施形態では、計算結果仕分部３１は、ブランチ相差角および発電機５の有効電力を用いて、状態量データの断面を複数のグループに分類しているが、他の種類の状態量データを用いて、状態量データの断面を複数のグループに分類しても良い。

図５は、第１の実施形態にかかる系統安定化装置における状態量データの断面の分類に用いる状態量データの種類の決定処理の流れの一例を示すフローチャートである。本実施形態では、計算結果仕分部３１は、状態量データを用いて仮に作成した回帰式（以下、仮の回帰式と言う）により予測される電制機と、第１電制機候補と、の差分に基づいて、状態量データを複数の仮のグループ（以下、仮グループと言う）に分類する。そして、計算結果仕分部３１は、同一の仮グループ内での類似度が高くかつ異なる仮グループ間での類似度が低い状態量データの種類を、状態量データのグループへの分類に用いる。

具体的には、計算結果仕分部３１は、まず、全ての状態量データ、または１段階目の分類によって分類される各グループの状態量データを用いて、状態量データから電制機を予測する回帰式（以下、仮の回帰式と言う）を作成する（ステップＳ５０１）。仮の回帰式の具体的な作成方法は、後述する回帰式作成部３３による回帰式の作成方法と同様である。次に、計算結果仕分部３１は、仮の回帰式を用いて各断面の電制機を求め、当該各断面の電制機と各断面の第１電制機候補との差分を算出する（ステップＳ５０２）。

次いで、計算結果仕分部３１は、仮の回帰式を用いて求めた電制機と第１電制機候補との差分に基づいて、状態量データの断面を複数の仮グループに分類する（ステップＳ５０３）。具体的には、計算結果仕分部３１は、状態量データの断面を第１～３仮グループに分類する。第１グループは、仮の回帰式を用いて求めた電制機と第１電制機候補との差分が予め設定された閾値以下の断面の仮グループである。第２グループは、仮の回帰式を用いて求めた電制機と第１電制機候補との差分が予め設定された閾値より大きく、かつ仮の回帰式を用いて求めた電制機が第１電制機候補より少ない断面の仮グループである。第３グループは、仮の回帰式を用いて求めた電制機と第１電制機候補との差分が予め設定された閾値より大きく、かつ仮の回帰式を用いて求めた電制機が第１電制機候補より多い断面の仮グループである。

さらに、計算結果仕分部３１は、仮グループ毎に、当該仮グループに属する断面の状態量データの種類毎の類似度を算出する（ステップＳ５０４）。具体的には、計算結果仕分部３１は、下記の式（３）を用いて、第１～３仮グループの仮グループ毎に、各仮グループに属する断面（例えば、断面ｉ、断面ｊ）の状態量データの種類毎のユークリッド距離Ｄ（ｉ，ｊ）の平均値（以下、第１平均値と言う）を類似度として算出する。また、計算結果仕分部３１は、異なる仮グループに属する断面の状態量データの種類毎の類似度を算出する（ステップＳ５０５）。具体的には、計算結果仕分部３１は、下記の式（４）を用いて、第１～３仮グループのうち異なる仮グループに属する断面の状態量データの種類毎のユークリッド距離を算出し、かつその平均値（以下、第２平均値と言う）を類似度として算出する。式（３）および式（４）において、断面１，２は、第１仮グループに属し、断面３，４は、第２仮グループに属し、断面５，６は、第３仮グループに属する。そして、計算結果仕分部３１は、状態量データの種類のうち、第１平均値が予め設定された値より小さく（言い換えると、類似度が高く）、かつ第２平均値が予め設定された値より大きい（言い換えると、類似度が低い）種類を、状態量データの断面の分類に用いる状態量データの種類に決定する（ステップＳ５０６）。

図６は、第１の実施形態にかかる系統安定化装置における状態量データの断面の分類に用いる状態量データの種類の決定処理の流れの他の例を示すフローチャートである。本実施形態では、計算結果仕分部３１は、仮の回帰式の作成に用いられる状態量データ（入力変数）のうち状態量データの断面間の差が小さい状態量データの断面を同一の仮グループに分類する。そして、計算結果仕分部３１は、同一の仮グループに属する状態量データのうち、仮の回帰式により予測される電制機が異なりかつ状態量データ間の類似度が低い状態量データの種類を、状態量データのグループへの分類に用いても良い。

具体的には、計算結果仕分部３１は、まず、全ての状態量データ、または１段階目の分類によって分類される各グループの状態量データを用いて、仮の回帰式を作成する（ステップＳ６０１）。次に、計算結果仕分部３１は、仮の回帰式の作成に用いられた状態量データ（入力変数）のうち、状態量データの断面間の差が予め設定された閾値以下の断面を、同一の仮グループ（例えば、第１～３仮グループ）に分類する（ステップＳ６０２）。

さらに、計算結果仕分部３１は、同一の仮グループに属する状態量データの断面のうち、仮の回帰式により予測される電制機が異なる断面間の状態量データの種類毎の類似度を算出する（ステップＳ６０３）。例えば、計算結果仕分部３１は、同一の仮グループに属する断面間の状態量データのうち、仮の回帰式により予測される電制機が異なる断面間の状態量データのユークリッド距離Ｄ（ｉ，ｊ）を算出し、さらに、上記の式（３）を用いて、その平均値を類似度として算出する。そして、計算結果仕分部３１は、状態量データの種類のうち、算出した平均値が最も大きい（言い換えると、類似度が低い）種類を、状態量データの断面の分類に用いる状態量データの種類に決定する（ステップＳ６０４）。

回帰式作成部３３は、状態量データのグループ毎に、状態量データから電制機を予測する回帰式を作成する。使用する状態量データは、予め設定しておくものとする。これにより、類似する状態量データに基づいて回帰式を作成できるので、回帰式による、発電機５の脱調を抑制する電制機の予測精度が向上し、かつ過剰な電制を抑制できる。本実施形態では、回帰式作成部３３は、ブランチ相差角のグループ毎に、当該グループに分類されるブランチ相差角を含む電制機情報に基づいて、回帰式を作成する。その際、回帰式作成部３３は、下記の式（５）を用いて、最小二乗法によって、電制機による電制量が最小となる回帰式の係数を求める。そして、回帰式の電制量が、教師とした電制量以上となるように、式（５）の切片ｂを増加させる。式（５）において、ａｉは係数であり、Ｘｉはブランチ相差角である。また、回帰式作成部３３は、各グループに分類されるブランチ相差角を含む電制機情報に基づいて、想定事故条件毎に、状態量データから電制機を予測する回帰式を作成する。よって、回帰式作成部３３は、状態量データのグループの数と、想定事故条件の数とを掛け合わせた数だけ、回帰式を作成する。より正確には、電制機に選定された発電所の数で回帰式の数が増加する。回帰式作成部３３は、予め設定された周期（例えば、１分）毎に（計算結果記憶部２５に新たな電制機情報が記憶される度に）、回帰式を作成する必要は無く、例えば、予め設定された周期よりも長い時間（例えば、１日）毎に、回帰式を作成すれば良い。

次に、電力系統１において系統事故が発生した際に実行される処理について説明する。電制機選択部２６は、伝送系１０を介して、通信端末１１から、事故情報を取得する。そして、電制機選択部２６は、想定事故条件毎の第１電制機候補のうち、取得した事故情報が示す系統事故と一致する想定事故条件について選定された第１電制機候補を選択する。

回帰式選択部３４は、伝送系１０を介して、通信端末１１から、１秒等の周期で系統情報を取得する。そして、計算結果仕分部３１は、電力系統１において系統事故が発生した際に取得した系統情報（例えば、ブランチ相差角）を状態量データに含めて、状態量データのグループに分類し直す。次いで、回帰式選択部３４は、状態量データを分類し直した後、系統事故が発生した際に取得した系統情報が属するグループの回帰式を選択する。

電制機判定部４１は、回帰式選択部３４により選択される回帰式および系統情報収集部２１により最後に取得した系統情報に基づいて、第２電制機候補を予測する。また、電制機判定部４１は、回帰式選択部３４により選択される回帰式および電力系統１において系統事故が発生する直前に取得した系統情報（直近の系統情報）に基づいて、第３電制機候補を予測する。電制機決定部４２は、電制機判定部４１による第２電制機候補および第３電制機候補の予測結果に基づいて、電制機選択部２６により選択される第１電制機候補を補正し、補正後の第１電制機候補を、電制機に決定する。例えば、電制機決定部４２は、第２電制機候補と第３電制機候補との差分の電制機を求める。次いで、電制機決定部４２は、求めた差分の電制機を、第１電制機候補に加えた電制機の候補を、電制機に決定する。電制端末１２は、遮断器６を制御して、電制機決定部４２により電制機に決定した発電機５からの電力の供給を遮断する。

このように、第１の実施形態にかかる系統安定化装置２０によれば、系統モデルを用いて第１電制機候補が選定された後、再生可能エネルギーの出力等の急変によって電力系統１の状態が変化した場合でも、回帰式と系統事故が発生する直前の系統情報を用いて予測された第２，３電制機候補に基づいて、脱調を防止できるように、第１電制機候補を補正できるので、再生可能エネルギーの出力の急変等によって電力系統１の状態が変化した場合でも、電力系統１における発電機５の脱調を抑制できる。

（第２の実施形態）
本実施形態は、各グループの系統情報のうち、当該系統情報の標準偏差が予め設定された値以上であり、電制機との相関係数が高い順に予め設定された数の系統情報であり、かつ同一のグループに属する系統情報との類似度が所定の閾値以上である複数の系統情報のうちいずれか１つの系統情報に基づいて、回帰式を作成する例である。以下の説明では、第１の実施形態と同様の箇所については説明を省略する。

図７は、第２の実施形態にかかる電力供給システムの構成の一例を示す図である。図７に示すように、本実施形態にかかる系統安定化装置３００は、回帰式生成部３０１が入力変数選定部３０２を有する点において、第１の実施形態にかかる系統安定化装置２０と異なる。

入力変数選定部３０２は、計算結果仕分部３１により分類された状態量データのグループ毎に、当該グループに分類された状態量データのうち、回帰式の作成に用いる状態量データを選定する。本実施形態では、入力変数選定部３０２は、状態量データのグループ毎に、当該グループに分類される状態量データの標準偏差、当該グループに分類される状態量データと電制機との相関係数、および当該グループに属する状態量データ間の類似度を算出する。

具体的には、入力変数選定部３０２は、下記の式（６）を用いて、状態量データの各グループについて、当該グループに属する状態量データと、電制機と、の相関係数を算出する。また、入力変数選定部３０２は、下記の式（７）を用いて、状態量データの各グループについて、当該グループに属する状態量データの標準偏差を算出する。式（６）および式（７）において、Ｎは、各グループに属する状態量データの断面数であり、Ｘｉは、各状態量データであり、Ｘ´は、各状態量データの平均であり、Ｙｉは、電制機による電制量であり、Ｙ´は、電制機による電制量の平均である。

また、入力変数選定部３０２は、下記の式（８）を用いて、状態量データの各グループについて、当該グループに属する状態量データ間のユークリッド距離（類似度の一例）を算出する。さらに、入力変数選定部３０２は、算出したユークリッド距離が所定の閾値以下の複数の状態量データのグループを作成する階層型クラスタリングを実行する。式（８）において、Ｄ（ｉ，ｊ）は、ｉ番目の状態量データとｊ番目の状態量データのユークリッド距離であり、δ（ｉ，ｋ）は、断面：ｋのｉ番目の状態量データであり、δ（ｊ，ｋ）は、断面：ｋのｊ番目の状態量データであり、ｎは、各グループに分類された状態量データの断面数である。また、所定の閾値は、予め設定された値であり、例えば、状態量データのグループに属する状態量データの平均値である。

そして、入力変数選定部３０２は、状態量データの各グループに属する状態量データのうち、標準偏差が予め設定された値未満の状態量データを、回帰式の作成に用いる状態量データから除外する。また、入力変数選定部３０２は、状態量データの各グループに属する状態量データのうち、電制機との相関係数が高い順に予め設定された状態量データを選定する。さらに、入力変数選定部３０２は、同一のグループに属する状態量データとの類似度が所定の閾値以上の状態量データを重複して選定しない。

すなわち、回帰式作成部３３は、各グループの状態量データのうち、当該状態量データの標準偏差が予め設定された値以上であり、電制機との相関係数が高い順に予め設定された数の状態量データであり、かつ同一のグループに属する状態量データとの類似度が所定の閾値以上の複数の状態量データのうちいずれか１つの状態量データに基づいて、回帰式を作成する。

このように、第２の実施形態にかかる系統安定化装置３００によれば、電制機との相関が強い状態量データに基づいて回帰式を作成できるので、回帰式による、発電機５の脱調を抑制する電制機の予測精度が向上し、かつ過剰な電制を抑制できる。

（第３の実施形態）
本実施形態は、第１電制機候補を選定する処理が停止した場合、第３電制機候補を、電制機に決定する例である。以下の説明では、上述の実施形態と同様の箇所については説明を省略する。

図８は、第３の実施形態にかかる電力供給システムの構成の一例を示す図である。本実施形態にかかる系統安定化装置５００は、１分などの予め設定された周期で実行される処理（言い換えると、第１電制機候補を選定する処理）に関わる系統情報収集部２１、基本系統記憶部２２、系統モデル作成部２３、および電制対象選定部２４の少なくとも１つが停止した場合を想定した構成を有する。

具体的には、第１電制機候補を選定する処理が停止した場合でも、計算結果記憶部２５が電制機情報を記憶しているため、回帰式生成部３０による回帰式の作成、および電制機補正部５０１による第３電制機候補の予測は実行可能である。そこで、本実施形態では、電制機判定部５０２は、回帰式選択部３４により選択される回帰式および電力系統１において系統事故が発生した際に取得した系統情報に基づいて、第３電制機候補を予測する。そして、電制機決定部５０３は、電制機判定部５０２により予測される第３電制機候補を、電制機に決定する。電制端末１２は、遮断器６を制御して、電制機決定部５０３により電制機に決定した発電機５からの電力の供給を遮断する。

このように、第３の実施形態にかかる系統安定化装置５００によれば、第１電制機候補を選定する処理が停止した場合でも、電制機を決定できる。

以上説明したとおり、第１から第３の実施形態によれば、再生可能エネルギーの出力の急変等によって電力系統１の状態が変化した場合でも、電力系統１における発電機５の脱調を抑制できる。

なお、本実施形態の系統安定化装置２０，３００，５００で実行されるプログラムは、ＲＯＭ（Read Only Memory）等に予め組み込まれて提供される。本実施形態の系統安定化装置２０，３００，５００で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。

さらに、本実施形態の系統安定化装置２０，３００，５００で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施形態の系統安定化装置２０，３００，５００で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。

本実施形態の系統安定化装置２０，３００，５００で実行されるプログラムは、上述した各部（系統情報収集部２１、系統モデル作成部２３、電制対象選定部２４、電制機選択部２６、回帰式生成部３０，３０１、および電制機補正部４０，５０１）を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵ（Central Processing Unit）が上記ＲＯＭからプログラムを読み出して実行することにより上記各部が主記憶装置上にロードされ、系統情報収集部２１、系統モデル作成部２３、電制対象選定部２４、電制機選択部２６、回帰式生成部３０，３０１、および電制機補正部４０，５０１が主記憶装置上に生成されるようになっている。

本発明のいくつか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り、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。

１ 電力系統
２ 母線
３ 送電線
４ 変圧器
５ 発電機
６ 遮断器
１０ 伝送系
１１ 通信端末
１２ 電制端末
２０，３００，５００ 系統安定化装置
２１ 系統情報収集部
２２ 基本系統記憶部
２３ 系統モデル作成部
２４ 電制対象選定部
２５ 計算結果記憶部
２６ 電制機選択部
３０，３０１ 回帰式生成部
３１ 計算結果仕分部
３３ 回帰式作成部
３４ 回帰式選択部
４０，５０１ 電制機補正部
４１，５０２ 電制機判定部
４２，５０３ 電制機決定部
３０２ 入力変数選定部

Claims (9)

1. 予め設定された周期で、発電機を有する電力系統の特性を表す系統情報を取得し、当該系統情報を用いて、前記電力系統の電力の潮流状態を表すシミュレーションモデルである系統モデルを作成し、当該系統モデルで所定の系統事故が発生した場合の過渡安定度を算出し、かつ当該過渡安定度の算出結果に基づいて、前記所定の系統事故毎に、前記発電機のうち電力の供給を遮断する電制機の第１電制機候補を選定する選定部と、
   前記系統情報と、前記系統モデルにおける前記所定の系統事故毎の前記第１電制機候補と、の組合せである電制機情報に基づいて、前記系統情報から前記電制機を予測する回帰式を作成し、前記回帰式と、前記選定部により最後に取得された前記系統情報とに基づいて、前記電制機の第２電制機候補を予測し、かつ前記回帰式と、前記所定の系統事故が発生する直前の前記系統情報とに基づいて、前記電制機の第３電制機候補を予測する予測部と、
   前記第１電制機候補に対して、前記第２電制機候補と前記第３電制機候補との差分を加えた前記電制機の候補を、前記電制機に決定する決定部と、
   を備えた系統安定化装置。
2. 前記決定部は、前記選定部により前記第１電制機候補を選定する処理が停止した場合、前記第３電制機候補を、前記電制機に決定する請求項１に記載の系統安定化装置。
3. 前記予測部は、前記系統情報の特徴に従って、過去の前記系統情報を複数のグループに分類し、前記グループ毎に、当該グループに属する前記過去の系統情報に基づいて、前記回帰式を作成し、前記所定の系統事故が発生した際の前記系統情報を前記過去の前記系統情報に含めて、前記過去の系統情報を前記グループに分類し直し、前記過去の系統情報を分類し直した後、前記所定の系統事故が発生した際の前記系統情報が属する前記グループの前記回帰式に基づいて、前記第２電制機候補および前記第３電制機候補を予測する請求項１または２に記載の系統安定化装置。
4. 前記予測部は、前記各グループの前記系統情報のうち、前記系統情報の標準偏差が予め設定された値以上であり、前記電制機との相関係数が高い順に予め設定された数の前記系統情報であり、かつ同一の前記グループに属する前記系統情報との類似度が所定の類似度以上の複数の前記系統情報のうちいずれか１つの前記系統情報に基づいて、前記回帰式を作成する請求項３に記載の系統安定化装置。
5. 前記予測部は、前記系統情報間のユークリッド距離を求め、当該ユークリッド距離に基づく階層型クラスタリングを実行することで、前記系統情報の前記グループを形成する請求項３または４に記載の系統安定化装置。
6. 前記予測部は、前記系統情報の主成分分析を実行し、第１主成分の大きさの差異が所定値以下の前記系統情報を集めて、前記グループを形成する請求項３または４に記載の系統安定化装置。
7. 前記予測部は、過去の前記系統情報を複数の前記グループに分類する処理を複数の段階で実行する請求項３から６のいずれか一に記載の系統安定化装置。
8. 前記予測部は、過去の前記系統情報を用いて作成した仮の前記回帰式により予測される前記電制機と前記第１電制機候補との差分に基づいて、過去の前記系統情報を複数の仮グループに分類し、同一の前記仮グループ内での類似度が高くかつ異なる前記仮グループ間での類似度が低い前記系統情報の種類を、過去の前記系統情報の前記グループへの分類に用いる請求項３から７のいずれか一に記載の系統安定化装置。
9. 前記予測部は、過去の前記系統情報を用いて作成される仮の前記回帰式の作成に用いられる前記系統情報のうち前記系統情報間の差分が小さい前記系統情報を同一の仮グループに分類し、同一の前記仮グループに属する前記系統情報のうち、前記仮の回帰式により予測される前記電制機が異なりかつ前記系統情報間の類似度が低い前記系統情報の種類を、過去の前記系統情報の前記グループへの分類に用いる請求項３から７のいずれか一に記載の系統安定化装置。

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