JP7118282B2 - マイクログリッドを構成するシステム、方法、及びコンピュータプログラム製品 - Google Patents
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Description
図3は、自然災害シナリオの下での例示の123ノード配電システムを示している。このシステムは、4.16kVの公称電圧において動作し、総有効電力需要及び総無効電力需要はそれぞれ3490kW及び1920kVArである。システムには2つのタイスイッチ54-94及び151-300がある。
本開示では、DGを有する配電システムのレジリエントな復旧が、制約付き多目的問題、すなわち、混合整数線形計画問題として定式化される。
図3に示す例示の配電システムは、開示された方法の使用法を実例で示すのに使用される。この例示のシステムは、3つのディスパッチ可能リソース(すなわち、MT)と、2つの異なるタイプのディスパッチ不能リソース(5つのWT及び3つのPV)と、3つのエネルギー蓄積システム(すなわち、ESS)とを含む。
本開示の態様によれば、現在の状態情報は、デバイスが情報ネットワークに通信可能にリンク接続されるように、通電ステータス、損傷/切断ステータス、端子電圧、及び電力潮流を含むことができる。現在の情報を有することの少なくとも1つの利点は、崩壊した電力状態を検出する時間を節約し、その結果、応答に迅速に対処することができることである。別の態様は、PDG内のデバイスが、変電所、バス間リンク、電力源、負荷、及びスイッチを含むことができるということである。さらに、別の態様は、情報ネットワークは、ワイドエリアネットワーク、インターネット又はそれらの双方のうちの1つであるとすることができる。
電力グリッド及び電気グリッドは、本出願では同じ定義を指す。電力グリッドは、電力生産者から電力消費者へというように或るロケーションから別のロケーションに電気を送達する相互接続されたネットワークである。電力グリッドは、電力を生産する発電所と、遠方の電力源から需要中心地に電力を運ぶ高電圧送電線路と、顧客等の電力の消費者に接続する配電線路とからなることができる。例えば、電力グリッド又は配電グリッドは、電気又は電力を消費するデバイスを含む住宅、会社又は設備等の1つ以上の土地/建物と、発電機及び再生可能エネルギー等の電気又は電力を提供するエネルギーリソースとを含むことができる。
これまでの説明は、例示的な実施形態のみを提供し、本開示の範囲も、適用範囲も、構成も限定することを意図していない。そうではなく、例示的な実施形態のこれまでの説明は1つ以上の例示的な実施形態を実施することを可能にする説明を当業者に提供する。添付の特許請求の範囲に明記されているような開示された主題の趣旨及び範囲から逸脱することなく要素の機能及び配置に行うことができる様々な変更が意図されている。
Claims (23)
- 電力配電グリッド(PDG)にわたる電力崩壊に応じて前記PDGにおいて一部の電力を復旧するようにマイクログリッドを構成するシステムであって、前記PDGは、バスに接続された電力源及び負荷のセットを含み、前記負荷のセットは、重要負荷のサブセット及び非重要負荷のサブセットを含むようになっており、前記マイクログリッドは、復旧期間中にネットワーク接続されないように構造化されるようになっており、
前記システムは、情報ネットワークを介して前記PDGに通信可能にリンク接続された1つ以上のコンピューティングデバイスを備えるコンピューティングハードウェアシステムを備え、
前記1つ以上のコンピューティングデバイスは、
前記PDG内のデバイスから前記情報ネットワークを介して現在の状態情報を受信することと、
最小スパニングフォレスト(MSF)を形成してマイクログリッドのセットを特定することであって、フォレスト内の各スパニングツリーは、自立アイランド型マイクログリッド(SSIMG)ネットワークであるマイクログリッドとなることと、
1つ以上の制約条件に従って前記マイクログリッドのセットの各マイクログリッド内の各バス間リンクにランキングを割り当てて、前記復旧期間中にオフに切り替えられる高ランキング閾値を上回るバス間リンクを特定することと、
オンに切り替えられるバスに基づいて、異なるフォレスト構成を有する前記重要負荷のサブセットの重要負荷への電力を復旧するスイッチを特定して、前記復旧期間中にリンク故障の影響を受けにくいマイクログリッドのサブセットを決定し、更新された状態を前記PDG内のデバイスから受信すると、前記スイッチを作動させて前記PDGへの一部の電力を復旧することと、
を行うように構成される、システム。 - 前記現在の状態情報は、前記デバイスが前記情報ネットワークに通信可能にリンク接続されるように、通電ステータス、損傷/切断ステータス、端子電圧、及びブランチ電力潮流を含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記PDG内のデバイスは、変電所、バス間リンク、電力源、負荷、及びスイッチを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記情報ネットワークは、ワイドエリアネットワーク、インターネット又はそれらの双方のうちの1つである、請求項1に記載のシステム。
- 前記1つ以上のコンピューティングデバイスは、ハードウェアメモリにアクセスするように通信可能にリンク接続され、前記ハードウェアメモリは、プログラム命令及び履歴データを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記履歴データは、1つ以上の負荷を前記重要負荷のサブセット及び前記非重要負荷のサブセットとしてラベル付けするとともに、前記マイクログリッド及び前記1つ以上の負荷のロケーションを識別することを組み込んだ前記PDGのトポロジーを含むPDGデータを含む、請求項5に記載のシステム。
- 前記MSFを前記形成することは、独立した放射状構成の連結グラフの最適なセットを見つけることによって行われ、各連結グラフは、その基準となるノードとしてブラックスタート能力を有する電力源と、そのエッジとして健全なバス間リンクのセットとを含み、そのトポロジー接続は、全ての接続されたバスの復旧されていない総重要負荷及び総非重要負荷の和と、全ての接続されたバス間リンクの総脆弱性ランキングの和とを同時に最小にすることによって最適化される、請求項1に記載のシステム。
- 前記SSIMGネットワークは、動作される独立した放射状構成のネットワークであり、前記SSIMGネットワークは、ピックアップされる重要負荷及び非重要負荷との或る期間の電力バランスを確認する少なくともディスパッチ可能電力源、ディスパッチ不能電力源のセット、及びエネルギー蓄積システムのセットを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記マイクログリッドのセットの各マイクログリッド内の各バス間リンクに割り当てるランクは、将来の激甚事象に対するその脆弱性を表し、スパン長、ロケーション及び支持構造を含む複数のファクターに基づいて求められる、請求項1に記載のシステム。
- 前記マイクログリッドのセットの各マイクログリッド内の各バス間リンクに割り当てるランクは、将来の激甚事象に対するその脆弱性を表し、リンク脆弱性及び端子バス脆弱性の加重和として求められ、前記リンク脆弱性は、スパン長、及び支持塔/ポール構造に少なくとも関係し、前記端子バス脆弱性は、前記バス間リンクの2つの端子バスの脆弱性の和であり、各端子バスの脆弱性は、前記バスに対応する変電所の構造及びロケーションに少なくとも関係する、請求項1に記載のシステム。
- 前記1つ以上の制約条件は、バス通電、負荷ピックアップ、スイッチ通電及び放射状トポロジーの接続性制約条件、電力源容量及び蓄積残留エネルギー制約条件、三相電力潮流を使用する電力バランス及び電圧制約条件を含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記三相電力潮流は、線形方程式を使用して、バス間リンクの端子バスにおいて三相電圧を有するリンクの等価な直列ブランチ及び分路ブランチ上の三相電力潮流の関係をモデル化することによって線形化される、請求項11に記載のシステム。
- 前記バス間リンクのランク付けされた和は、復旧されたネットワークが災害の将来の衝撃又は第2の打撃に耐える能力を向上させるように最小にされる、請求項1に記載のシステム。
- 前記高ランキング閾値を上回るバス間リンクは、前記バス間リンク上のスイッチのステータスをリモート制御することを通じて前記復旧期間中にオフに切り替えられる、請求項1に記載のシステム。
- 前記スイッチの前記異なるフォレスト構成は、リモート制御される負荷スイッチ及び線路スイッチのスイッチステータスを調整することによって形成される、請求項1に記載のシステム。
- 前記オンに切り替えられるバスを決定することは、復旧された重要負荷及び復旧された非重要負荷の加重和を最大にするバス組み合わせのセットを選ぶことによって実施される、請求項1に記載のシステム。
- ユーティリティグリッドにわたる電力崩壊に応じて前記ユーティリティグリッドにおいて一部の電力を復旧するようにマイクログリッドを構成する方法であって、前記ユーティリティグリッドは、バスに接続された複数の電力源及び負荷のセットを含み、前記負荷のセットは、重要負荷のサブセット及び非重要負荷のサブセットを含むようになっており、前記マイクログリッドは、復旧期間中にネットワーク接続されないように構造化されるようになっており、前記方法は、
前記ユーティリティグリッド内のデバイスからの状態情報を、情報ネットワークを介して監視することと、
ハードウェアメモリに記憶された実行可能プログラム及び履歴データを使用して、
電力崩壊状態が前記ユーティリティグリッドにおいて検出されると、最小スパニングフォレスト(MSF)を形成してマイクログリッドのセットを特定することであって、フォレスト内の各スパニングツリーは、自立アイランド型マイクログリッドネットワークであるマイクログリッドとなるように構成されることと、
1つ以上の制約条件に従って前記マイクログリッドのセットの各マイクログリッド内の各バス間リンクにランキングを割り当てて、前記復旧期間中にオフに切り替えられる高ランキング閾値を上回るバス間リンクを特定することと、
オンに切り替えられるバスに基づいて、異なるフォレスト構成を有する前記重要負荷のサブセットへの電力を復旧するスイッチを特定して、前記復旧期間中にバス間リンク故障の影響を受けにくいマイクログリッドのサブセットを決定することと、
電力崩壊状態を含む前記ユーティリティグリッドの更新された状態を前記デバイスから受信することと、
前記電力崩壊状態に基づいて記憶された実行可能プログラムを起動して、前記復旧期間中にバス間リンク故障の影響を受けにくいマイクログリッドのサブセットを決定することと、
前記情報ネットワークを介して前記ユーティリティグリッドに通信可能にリンク接続されたコンピューティングハードウェアシステムの1つ以上のコンピューティングデバイスのうちの1つのコンピューティングデバイスを使用して前記スイッチを作動させて、前記ユーティリティグリッドへの一部の電力を復旧することと、
を含む、方法。 - 前記スイッチを作動させることは、各マイクログリッドが、前記マイクログリッドのサブセット内の他のマイクログリッド及び前記ユーティリティグリッドから独立して動作することを含む、請求項17に記載の方法。
- 前記複数の電力源はマイクロタービンを含み、前記マイクログリッドのサブセット内の各マイクログリッドがマイクロタービンを含むようになっている、請求項17に記載の方法。
- 前記マイクログリッドのサブセット内の各マイクログリッドは、前記マイクロタービンと、太陽光電力源、風力電力源、別のタイプの再生可能電力源のような少なくとも1つの電力源と、フライホイールエネルギー蓄積システムのようなエネルギー蓄積デバイスとを含む、請求項19に記載の方法。
- 配電グリッド(EDG)にわたる電力崩壊に応じて前記EDGにおいて一部の電力を復旧するように前記EDG内のマイクログリッドを構成する方法であって、前記EDGは、バスに接続された複数の電力源及び負荷のセットを含み、前記負荷のセットは、重要負荷のサブセット及び非重要負荷のサブセットを含むようになっており、前記マイクログリッドは、復旧期間中にネットワーク接続されないように構造化されるようになっており、前記方法は、
前記EDGに対応するネットワークサーバに登録されたデバイスに接続することと、
前記デバイスによってメッセージに発行された現在の状態情報を、前記ネットワークサーバを介して受信することと、
電力崩壊が前記EDGに存在するか否かを判断することと、
前記電力崩壊が存在すると判断された場合には、プログラム命令及び履歴データを含むハードウェアメモリからの実行可能プログラムにアクセスすることと、
を行うように動作可能なコンピュータインフラストラクチャを設けること、
を含み、
前記実行可能プログラムは、
最小スパニングフォレスト(MSF)を形成して、マイクログリッドのセットを特定することと、
1つ以上の制約条件に従って各マイクログリッド内の各バス間リンクにランキングを割り当てることであって、高ランキング閾値を上回るバス間リンクは、前記復旧期間中にオフに切り替えられることと、
オンに切り替えられるバスに基づいて、異なるフォレスト構成を有する前記重要負荷のサブセットの重要負荷への電力を復旧するスイッチを特定して、マイクログリッドのサブセットを決定することと、
前記重要負荷のうちの幾つかへの電力を復旧するメッセージを前記特定されたスイッチに送信することと、
を行うように構成される、方法。 - フォレスト内の各スパニングツリーは、自立アイランド型マイクログリッド(SSIMG)ネットワークであるマイクログリッドとなるように構成され、
前記バス間リンクのランク付けされた和は、前記マイクログリッドのセット内の各マイクログリッドにおいて最小にされ、
前記マイクログリッドのセットからの前記マイクログリッドのサブセットは、前記復旧期間中にバス間リンク故障の影響を受けにくい、請求項21に記載の方法。 - 請求項17から22のいずれか一項の方法によってマイクログリッドを構成するコンピュータプログラム製品であって、
1つ以上のコンピュータ可読記憶媒体と、
1つ以上の土地/建物を電気的に絶縁して電力配電グリッド内のマイクログリッドにする、前記1つ以上のコンピュータ可読記憶媒体のうちの少なくとも1つに記憶されたプログラム命令と、
前記1つ以上の土地/建物のローカル領域ネットワークにおけるデバイスに接続する、前記1つ以上のコンピュータ可読記憶媒体のうちの少なくとも1つに記憶されたプログラム命令と、
前記ローカル領域ネットワークを介して前記デバイスから提供された、電力崩壊を特定する現在の状態情報に基づいて、前記マイクログリッド内の電力潮流を変更する、前記1つ以上のコンピュータ可読記憶媒体のうちの少なくとも1つに記憶されたプログラム命令と、
を備える、コンピュータプログラム製品。
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