JPWO2014199502A1 - Power system control apparatus, system and method - Google Patents

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Abstract

本発明は前記制御機器に与える出力目標として確率的な変動を許容する指令を与えることで、前記負荷エネルギーの減少を図ることを目的とし、本発明に係る電力系統制御装置では、電力系統の状態値を取得する手段と、前記状態値に基づいて、前記電力系統に連系する制御対象の出力目標値を確率分布で設定する手段と、前記設定した確率分布に基づいて、制御パラメータを求める手段を備える。It is an object of the present invention to reduce the load energy by giving a command that allows stochastic fluctuations as an output target to be supplied to the control device. Means for obtaining a value, means for setting an output target value of a control object linked to the power system based on the state value in a probability distribution, and means for obtaining a control parameter based on the set probability distribution Is provided.

Description

本発明は、電力系統における電圧等の安定化を図る装置、システム及び方法に関する。   The present invention relates to an apparatus, a system, and a method for stabilizing voltage or the like in a power system.

従来、電力系統に接続する負荷の変動により、系統状態を取得するセンサの測定信号にノイズが発生し、また、太陽光・風力発電等の分散電源の導入も進み、当該変動幅の拡大が益々大きいものとなっている。そこで、当該変動をシステムの状態推定を行うことで把握し、当該状態推定に基づいて電力系統を最適に制御する技術が知られている。   Conventionally, due to fluctuations in the load connected to the power system, noise has been generated in the measurement signal of the sensor that acquires the system status, and the introduction of distributed power sources such as solar and wind power generation has progressed, and the fluctuation range has been increasing. It has become big. Therefore, a technique is known in which the fluctuation is grasped by estimating the state of the system, and the power system is optimally controlled based on the state estimation.

例えば従来技術として、特許文献1は、系統電圧を一定に保持することを目的とし、不明の系統インピーダンスについて統計学的手法を用いて推定して、電圧安定化装置を制御する装置構成を開示している。また、特許文献2は、電圧変動を引き起こす要因である太陽光発電の状態について統計学的手法を用いて推定、予測する装置構成を開示している。   For example, as a prior art, Patent Document 1 discloses a device configuration for controlling a voltage stabilizing device by estimating a unknown system impedance using a statistical method for the purpose of keeping the system voltage constant. ing. Patent Document 2 discloses a device configuration that estimates and predicts the state of photovoltaic power generation, which is a factor causing voltage fluctuation, using a statistical method.

特開平4−229022Japanese Patent Laid-Open No. 4-229022 特開2011−087372JP2011-087372

しかし、上記技術では、対象機器の実時間における状態推定を行い、前記状態推定に基づく確定的な目標値を与えて制御を行う構成となっており、最適化制御を行う為に、系統連系する制御機器に加わる負荷エネルギーが大きいものとなっていた。当該負荷エネルギーが増大すると、制御回数・制御量過多による制御機器の早期劣化や当該制御量の計算速度の遅延という問題が生じ得る。   However, in the above technique, the state of the target device is estimated in real time, and the control is performed by giving a definitive target value based on the state estimation. The load energy applied to the control equipment is large. When the load energy increases, problems such as early deterioration of the control device due to excessive number of times of control and control amount, and delay in calculation speed of the control amount may occur.

そこで、本発明は前記制御機器に与える出力目標として確率的な変動を許容する指令を与えることで、前記負荷エネルギーの減少を図ることを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to reduce the load energy by giving a command that allows stochastic fluctuations as an output target given to the control device.

上記の課題を解決するために、本発明に係る電力系統制御装置では、電力系統の状態値を取得する手段と、前記状態値に基づいて、前記電力系統に連系する制御対象の出力目標値を確率分布で設定する手段と、前記設定した確率分布に基づいて、制御パラメータを求める手段とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, in the power system control device according to the present invention, a means for obtaining a state value of the power system, and an output target value of a control object linked to the power system based on the state value Means with a probability distribution, and means for obtaining a control parameter based on the set probability distribution.

本発明によれば、従来技術の特徴であった目標値を確定的に与える構成と比して、目標値を確率的に与えることで、必要な制御装置の規模・動作量・電力量等を縮小し、制御に必要な負荷エネルギーを低減できる。   According to the present invention, the target value is stochastically given as compared with the configuration in which the target value that is the characteristic of the prior art is definitely given, so that the necessary scale, operation amount, power amount, etc. of the control device can be obtained. This reduces the load energy required for control.

本発明全体の装置構成を示す図The figure which shows the apparatus structure of the whole this invention 1入力1出力システムの確率密度関数の関係と制御構成を示す図The figure which shows the relation of the probability density function of 1 input 1 output system and control constitution 太陽光発電と蓄電池の組み合わせた場合を示す図Diagram showing the combination of photovoltaic power generation and storage battery 電力系統の既知量と未知量の組み合わせを示す図Diagram showing the combination of known and unknown quantities in the power system 確定システムと確率システムの比較を示す図Diagram showing comparison between deterministic system and probabilistic system 確率的特性(分散)の設定方法を示す図Diagram showing how to set stochastic characteristics (variance) 確率的特性(分散)の設定方法を示す図Diagram showing how to set stochastic characteristics (variance) 外部機器などに関する状態を電力方程式の変数に反映させる時間の経過を示す図A diagram showing the passage of time to reflect the state of external equipment etc. in the variables of the power equation 分散制御装置による電圧安定化の構成を示す図The figure which shows the configuration of voltage stabilization by the distributed control device

本発明の実施例における具体的な説明に入る前に、当該実施例を好適に実施する為に必要な電力系統の状態値及び推定値を算出する従来技術について簡単に説明する。   Prior to a specific description of an embodiment of the present invention, a brief description will be given of a conventional technique for calculating a state value and an estimated value of a power system necessary for suitably implementing the embodiment.

電力系統は、L(インダクタンス)、C(キャパシタンス)、R(抵抗)の組み合わせで構成され、電力系統の状態値はV(電圧)、I(電流)、P(有効電力)、Q(無効電力)、θ(位相)などで表記される。これらの状態値は、例えば電力(潮流)方程式で関係づけることができる。潮流方程式は非線形連立方程式であるため解析的に解くことは難しく、数値計算を利用することが多い。その一つにニュートンラプソン法があり、ヤコビアンと呼ぶ係数行列を用意して収束計算を行うことで解を得る。   The power system is composed of a combination of L (inductance), C (capacitance), and R (resistance). The state values of the power system are V (voltage), I (current), P (active power), and Q (reactive power). ), Θ (phase), etc. These state values can be related by, for example, a power (tidal current) equation. Since the tidal current equation is a nonlinear simultaneous equation, it is difficult to solve it analytically, and numerical calculation is often used. One of them is the Newton-Raphson method, which obtains a solution by preparing a coefficient matrix called Jacobian and performing convergence calculation.

また、当該潮流方程式は、測定データに基づいて電力系統の状態値を計算するために使われるほか、電力系統を安定的に運用する為の制御機器の制御パラメータを算出する為に使われる。変動を抑圧して安定化するための制御装置としては、例えば電圧の安定化であれば、SVR(Step Voltage Regulator)、SVC(Static Var Compensator)、蓄電池などが利用されている。   The power flow equation is used not only to calculate the state value of the power system based on the measurement data, but also to calculate control parameters of the control device for stably operating the power system. As a control device for suppressing and stabilizing the fluctuation, for example, SVR (Step Voltage Regulator), SVC (Static Var Compensator), storage battery, and the like are used for voltage stabilization.

対象システムの状態値が取得できないとき、取得可能な状態値を利用して、未知の状態値を推定する方法が利用されている。   When the state value of the target system cannot be acquired, a method of estimating an unknown state value using the state value that can be acquired is used.

このような状態推定の技術として、最小二乗法を利用する方法がある。また変動要因を確率的に考慮する状態推定の方法としてカルマンフィルタが知られている。 ここでカルマンフィルタとは、雑音(変動成分)に乱された観測値に基づいて、システムの状態ベクトルの二乗誤差を最小にする推定値を逐次的に計算する信号処理方式をいう。対象とするシステムをシステム方程式と観測方程式の組み合わせで表記し、両者を逐次に繰り返し演算する手順を持つ。システムが線形であり、正規分布で表わされる雑音が加法的に加わるとき、分散の項を方程式に加えることで確率的な特性を表わす。この線形システムは、確率的に表記される雑音の項を持つことから、線形確率システムともよばれる。また、対象とするシステムが非線形な特性である場合にも適用されて、区別を必要とする場合は、非線形カルマンフィルタと呼ばれる。カルマンフィルタは、導出方法、計算手順、適用分野、等において多くのバリエーションが提案されている。導出方法としてベイズ統計に基づく解釈がある。非線形なシステムを対象にした非線形カルマンフィルタとして、エクステンデッド・カルマンフィルタ、アンセンテッド・カルマンフィルタ、などがある。さらに、雑音の統計的性質が事前に分からないことを想定した、パーティクル・フィルタと呼ばれる派生の方式が提案されている。本発明はカルマンフィルタとして上記のような派生方式を含めて利用できる。   As such a state estimation technique, there is a method using a least square method. Further, a Kalman filter is known as a state estimation method that considers fluctuation factors stochastically. Here, the Kalman filter refers to a signal processing system that sequentially calculates an estimated value that minimizes the square error of the state vector of the system based on an observed value disturbed by noise (fluctuation component). The target system is represented by a combination of system equations and observation equations, and has a procedure for calculating both sequentially and repeatedly. When the system is linear and noise represented by a normal distribution is added additively, a stochastic characteristic is represented by adding a dispersion term to the equation. Since this linear system has a noise term expressed stochastically, it is also called a linear stochastic system. In addition, the present invention is also applied to a case where the target system has nonlinear characteristics, and when the system needs to be distinguished, it is called a nonlinear Kalman filter. Many variations of the Kalman filter have been proposed in derivation methods, calculation procedures, application fields, and the like. There is an interpretation based on Bayesian statistics. Nonlinear Kalman filters for nonlinear systems include an extended Kalman filter and an unscented Kalman filter. Further, a derivative method called a particle filter has been proposed that assumes that the statistical properties of noise are not known in advance. The present invention can be used as a Kalman filter including the derivation method as described above.

以下、図面等を用いて、本発明の具体的な実施形態について説明する。以下の実施例は本願発明の内容の具体例を示すものであり、本願発明がこれらの実施例に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。   Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following examples show specific examples of the contents of the present invention, and the present invention is not limited to these examples, but by those skilled in the art within the scope of the technical idea disclosed in this specification. Various changes and modifications are possible.

まず図1を用いて本発明の全体装置構成例について説明する。   First, an example of the overall apparatus configuration of the present invention will be described with reference to FIG.

本発明における電力系統制御装置101は、電力系統102における電圧、電流、電力値を含む系統の状態値を取得又は受信する手段を持ち、それらの状態値情報を蓄積する手段を持つ。また、所定の時間帯のおける当該状態値情報を確率分布情報として算出する部と、当該確率分布情報と、外部(ENERGY MANAGEMENT SYSTEM(以下EMS)、系統運用者、サービス業者等)から入力させる目標値(閾値等含む)とを制御信号算出手段に入力し、制御信号算出部は、それらの情報に基づいて、確率的な変動を許容する制御パラメータを算出し、制御信号発行手段を介して発行した制御信号を電力系統102における制御機器を伝達する。以下、当該制御パラメータの算出手段を始めとする詳細部分について説明する。   The power system control apparatus 101 according to the present invention has means for acquiring or receiving system state values including voltage, current, and power value in the power system 102, and has means for storing the state value information. In addition, a part that calculates the state value information in a predetermined time zone as probability distribution information, the probability distribution information, and a target that is input from outside (ENERGY MANAGEMENT SYSTEM (hereinafter referred to as EMS), system operator, service provider, etc.) A value (including a threshold value and the like) is input to the control signal calculation unit, and the control signal calculation unit calculates a control parameter that allows stochastic fluctuation based on the information and issues the control parameter through the control signal issue unit. The control signal transmitted to the control device in the power system 102 is transmitted. Hereinafter, detailed portions including the control parameter calculation means will be described.

確率分布(確率密度関数)に基づく制御パラメータ算出手法について以下説明する。   A control parameter calculation method based on the probability distribution (probability density function) will be described below.

電力系統において、太陽光・風力などの自然エネルギー導入、災害・事故の発生、計測・通信手段の変動を考慮するとき、それらの挙動は確率的、統計的に扱うことが好ましい場合がある。本発明は、電力系統を確率システムとして記述し、確率的・統計的な変動要因を取り込んだ数値解析を行う手段を実現することで、モデル、シミュレーション、状態推定、制御などの手法および装置構成を実現する。そして本発明は、目標値および自然エネルギーなどの変動を確率的に与えられるとき、その目標値を実現するために必要な制御パラメータを算出することを特徴とする。従来、確率的な変動がある条件のもとで、状態値を推定する手法は提案されている。本発明は、状態値の推定ではなくて、出力目標値を実現するための制御を行うことを目的とする。   When considering the introduction of natural energy such as sunlight and wind power, the occurrence of disasters and accidents, and fluctuations in measurement / communication means in an electric power system, it may be preferable to handle those behaviors stochastically and statistically. The present invention describes a power system as a stochastic system and realizes a means for performing numerical analysis incorporating stochastic and statistical fluctuation factors, thereby enabling methods and apparatus configurations such as model, simulation, state estimation, and control. Realize. The present invention is characterized in that, when fluctuations such as a target value and natural energy are given stochastically, a control parameter necessary for realizing the target value is calculated. Conventionally, a method for estimating a state value under a condition with a probabilistic variation has been proposed. An object of the present invention is not to estimate a state value but to perform control for realizing an output target value.

本発明の具体的な制御対象として電力系統、電力系統を構成する装置を取り上げて説明を行うが、多種の装置への転用が可能である。また、以下の説明では、確率、統計、変動、ノイズなどを、ばらつきを意味する言葉として使用する場合がある。   The power system and the devices constituting the power system will be described as a specific control target of the present invention, but it can be diverted to various devices. In the following description, probability, statistics, fluctuation, noise, and the like may be used as terms meaning variation.

ここで本発明の動作原理を、図2上段に示す1入力1出力のシステムを取り上げて確率密度関数の組み合わせを用いて説明する。外部には入力x1、出力x3を、内部に入力x2を持つ。ここで入力x1、入力x2の確率密度関数は、それぞれy1=N(μ1、σ12)、y2=N(μ2、σ22)の正規分布特性とする。このとき入力x1と入力x2の和である出力x3(=x1+x2)の確率密度関数y3は数式1で与えられ、y3=N(μ3、σ32)の正規分布の特性を持つ。平均値μ3の式を変形すれば数式2になり、第一項を、第二項の平均値μ1とμ2の差分で修正する形式を持っている。ここで第二項に掛かる係数は分散σ12とσ22から算出される。この係数を細かく見れば、分散σ12とσ22の大きさの比率によって決まる、μ1とμ2のどちらを重視するかを示す0から1をとる重み係数になっている。この性質を利用することで、ノイズを含む信号x1とx2を入力するとき、それぞれの信号の重みを考慮して出力信号x3を求めることができる。従来から重み係数は広く知られている手法だが、分散を用いることで根拠のある重み係数を決定することができる。この分散を根拠として算出する重み係数は、両端に信号x1と信号x2をおいて任意に位置調整できるスライダ装置に類似する。Here, the operation principle of the present invention will be described using a combination of probability density functions taking the one-input one-output system shown in the upper part of FIG. There are an input x1 and an output x3 on the outside, and an input x2 on the inside. Here, the probability density functions of the input x1 and the input x2 have normal distribution characteristics of y1 = N (μ1, σ1 2 ) and y2 = N (μ2, σ2 2 ), respectively. At this time, the probability density function y3 of the output x3 (= x1 + x2), which is the sum of the input x1 and the input x2, is given by Equation 1, and has a normal distribution characteristic of y3 = N (μ3, σ3 2 ). If the formula of the average value μ3 is modified, the formula 2 is obtained, and the first term is corrected by the difference between the average values μ1 and μ2 of the second term. Here, the coefficient applied to the second term is calculated from the variances σ1 2 and σ2 2 . Looking closely at this coefficient, it is a weighting coefficient ranging from 0 to 1 indicating which of μ1 and μ2 is important, which is determined by the ratio of the magnitudes of the variances σ1 2 and σ2 2 . By utilizing this property, when the signals x1 and x2 including noise are input, the output signal x3 can be obtained in consideration of the weight of each signal. Conventionally, a weighting factor is a widely known method, but a weighting factor with a basis can be determined by using variance. The weighting coefficient calculated on the basis of this variance is similar to a slider device that can arbitrarily adjust the position with the signals x1 and x2 at both ends.

Figure 2014199502
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本発明の制御構成を図2下段に示す。出力x3の目標値を確率的に設定して、その目標値を実現するための制御パラメータを算出する。ここで入力と出力が確定的であれば従来の帰還制御と同等である。しかし本発明は、出力目標値を確率的に与えることを特徴とする。1入力1出力システムでは、y1=N(μ1、σ12)の入力x1があるとき、y3=N(μ3、σ32)で与えられる出力目標値x3を得るために、制御信号(制御パラメータ)x2を算出する。まず前記の式を変形することで数式3を得る。ここで平均値μ1、μ2、μ3は、ある時間帯のk個の信号x1(t)、x2(t)、x3(t)を加算して定数kで割り算した値である。したがって平均値μ1、μ2、μ3を時系列信号に分解して時刻tに着目すれば、数式4に示すように信号x1(t)、x2(t)、x3(t)の関係式になる。こうして時刻tにおける制御信号x2を、x1とx3から算出できる。つまり、入力x1を逐次入力する構成において、出力x3の確率的特性N(μ3、σ32)を出力目標値として事前に与え、それを実現するための制御信号x2を求めることができる。言い換えれば、出力目標として一定値μ3を与えたとき、出力に残るノイズ成分を分散σ32として管理できることになる。The control configuration of the present invention is shown in the lower part of FIG. A target value of the output x3 is set stochastically, and a control parameter for realizing the target value is calculated. Here, if the input and output are deterministic, it is equivalent to the conventional feedback control. However, the present invention is characterized in that the output target value is given probabilistically. In the 1-input 1-output system, when there is an input x1 of y1 = N (μ1, σ1 2 ), a control signal (control parameter) is used to obtain an output target value x3 given by y3 = N (μ3, σ3 2 ). x2 is calculated. First, Equation 3 is obtained by modifying the above equation. Here, the average values μ1, μ2, and μ3 are values obtained by adding k signals x1 (t), x2 (t), and x3 (t) in a certain time zone and dividing by a constant k. Therefore, if the average values μ1, μ2, and μ3 are decomposed into time series signals and attention is paid to the time t, the relational expressions of the signals x1 (t), x2 (t), and x3 (t) are obtained as shown in Expression 4. Thus, the control signal x2 at time t can be calculated from x1 and x3. That is, in the configuration in which the input x1 is sequentially input, the stochastic characteristic N (μ3, σ3 2 ) of the output x3 is given in advance as the output target value, and the control signal x2 for realizing it can be obtained. In other words, when a constant value μ3 is given as the output target, the noise component remaining in the output can be managed as the variance σ3 2 .

Figure 2014199502
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Figure 2014199502
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例えば入力信号x1の分散σ12=1のとき、出力信号x3の平均μ3を0、分散σ32=0.5と設定すると、制御信号x2はx2=−x1、分散σ22=1になる。つまり入力信号の逆向きの信号を加えることでノイズをキャンセルする動作となる。ここでは1入力1出力の構成で説明したが、多入力多出力の構成に展開することは容易である。For example, when the variance σ1 2 = 1 of the input signal x1 and the average μ3 of the output signal x3 is set to 0 and the variance σ3 2 = 0.5, the control signal x2 becomes x2 = −x1 and variance σ2 2 = 1. That is, the operation of canceling noise is performed by adding a signal in the reverse direction of the input signal. Here, the description has been made with the configuration of one input and one output, but it is easy to develop into a configuration of multiple inputs and multiple outputs.

図3に、上記の1入力1出力の構成例として、太陽光発電の変動を、蓄電池の充放電で補償する装置構成例を示す。単位は電力(ワット)として、入力はx1が太陽光発電、x2が蓄電池、x3が安定化出力とする。太陽光発電x1は気象条件によって発電量が変動するが、それを蓄電池x2の充放電によって安定化出力x3に変換することが目的である。安定化の一つの方法は、x1とx2が逆向きになるように蓄電池の充放電を制御することである。しかし蓄電池は充放電を繰り返すにしたがって容量が低下し寿命が短くなる。従来は、平均的な充放電容量は管理されていたが、このような高周波成分を含む変動成分は管理されていなかった。これは長期的には、結局、制御のためのコストが高くなるように働く。そこで本発明は、出力x3に確率的な変動を許容して、蓄電池の充放電容量を軽減することを考える。一般に細かな変動は高周波成分であるので、電力系統のインピーダンスで吸収されたり、ならし効果が働いたりして、全体としては軽減する傾向にある。太陽光発電の確率的な変動がN(μ1、σ12)で表わされるとする。このとき、出力に許容する確率的な変動をN(μ3、σ32)とする。この条件で蓄電池の充放電の制御アルゴリズムは、前記した数式3あるいは数式4で表わされる。FIG. 3 shows an example of a device configuration that compensates for fluctuations in photovoltaic power generation by charging and discharging a storage battery as a configuration example of the above-described one input and one output. The unit is power (watts), and the input is x1 for photovoltaic power generation, x2 is a storage battery, and x3 is a stabilized output. Although the amount of power generation of the photovoltaic power generation x1 varies depending on weather conditions, the purpose is to convert it into a stabilized output x3 by charging and discharging the storage battery x2. One method of stabilization is to control the charging / discharging of the storage battery so that x1 and x2 are reversed. However, as the storage battery is repeatedly charged and discharged, its capacity decreases and its life becomes shorter. Conventionally, the average charge / discharge capacity has been managed, but such fluctuation components including high frequency components have not been managed. In the long run, this will eventually work to increase the cost of control. Therefore, the present invention considers reducing the charge / discharge capacity of the storage battery by allowing stochastic fluctuations in the output x3. In general, fine fluctuations are high-frequency components, so they tend to be absorbed as a result of the impedance of the electric power system, or to have a smoothing effect and to be reduced as a whole. It is assumed that the stochastic fluctuation of solar power generation is represented by N (μ1, σ1 2 ). At this time, the stochastic variation allowed for the output is N (μ3, σ3 2 ). Under this condition, the charging / discharging control algorithm of the storage battery is expressed by Equation 3 or Equation 4 described above.

さらに出力x3の平均値μ3=0とする場合を考える。これは太陽光発電を蓄電池に充電するだけに使うことを意味するが、ただし出力x3に確率的な変動N(μ3=0、σ32)を許容する。つまり細かな変動は外部と入出力して、蓄電池の充放電から細かな変動を取り除く。これは充放電容量および充放電回数を減らすことになるので、蓄電池の寿命を向上させることができる。また細かな変動、すなわち高周波成分に対応する充放電回路は不要になる。こうして制御に掛かるコストを低減する効果がある。例えば入力信号x1の分散σ12=1のとき、出力信号x3の平均μ3を0、分散σ32=0.25と設定すると、制御信号x2はx2=−0.333・x1、分散σ22=0.333になる。これより入力信号を全て充放電に利用する場合に比べて充放電容量を3分の1に抑えることができる。また出力に残る変動の確率的特性を事前に設定できる特徴がある。Further, consider a case where the average value μ3 = 0 of the output x3 is set. This means that solar power generation is used only for charging the storage battery, but a stochastic fluctuation N (μ3 = 0, σ3 2 ) is allowed in the output x3. In other words, fine fluctuations are input / output from / to the outside, and fine fluctuations are removed from charge / discharge of the storage battery. Since this reduces the charge / discharge capacity and the number of times of charge / discharge, the life of the storage battery can be improved. In addition, a charging / discharging circuit corresponding to fine fluctuations, that is, high-frequency components is not necessary. Thus, there is an effect of reducing the cost for the control. For example, when the variance σ1 2 = 1 of the input signal x1 and the average μ3 of the output signal x3 is set to 0 and the variance σ3 2 = 0.25, the control signal x2 is x2 = −0.333 · x1, and the variance σ2 2 = 0.333. As a result, the charge / discharge capacity can be reduced to one-third compared to the case where all input signals are used for charge / discharge. In addition, there is a feature that the stochastic characteristic of fluctuation remaining in the output can be set in advance.

また、太陽光発電した電力の系統側への供給、蓄電池の充放電容量の制御などは、パワーエレクトロニクスの分野で開発されているスイッチングコンバータの技術を利用することができる。そして電力系統の安定化を有効電力、無効電力の制御で実現することができる。   Moreover, the technology of the switching converter developed in the field of power electronics can be utilized for the supply to the system side of the electric power generated by solar power, the control of the charge / discharge capacity of the storage battery, and the like. The stabilization of the power system can be realized by controlling active power and reactive power.

一般に制御の目的は、対象システムに与えた目標値と実際の出力信号との誤差を減らすことである。このため、例えば、ノイズとは逆向きの波形信号を加えてノイズをキャンセルするならば、出力を一定に保つことができる。しかしノイズを外部から測定できない場合、あるいは測定時にノイズが入るときにはキャンセルができない。またノイズに広域の周波数成分が含まれるときにノイズをキャンセルするための波形信号を作るためには、高速な信号処理が必要になる。キャンセルした結果に誤差(ノイズ)が残ることがあるが、そのノイズ特性は制御の対象にならない。   In general, the purpose of control is to reduce an error between a target value given to a target system and an actual output signal. For this reason, for example, if the noise is canceled by adding a waveform signal opposite to the noise, the output can be kept constant. However, if noise cannot be measured from the outside, or if noise enters during measurement, it cannot be canceled. Further, in order to create a waveform signal for canceling noise when a wide frequency component is included in the noise, high-speed signal processing is required. Although an error (noise) may remain in the canceled result, the noise characteristic is not a control target.

これに対して本発明は、出力信号に確率的な変動が含まれることを許容する確率システムを作る。システムに確率的な変動(ノイズ)があることを前提にする。そして、変動が含まれる出力目標を確率的に設定する。制御の結果として、出力信号に事前に設定した確率的な変動が残ることを許容する。この特徴的な動作は、確率システムの入力と出力の信号波形(つまり平均と分散)を比較することで確認できる。   In contrast, the present invention creates a stochastic system that allows the output signal to contain stochastic variations. It is assumed that there is a stochastic fluctuation (noise) in the system. Then, an output target including fluctuation is set stochastically. As a result of the control, a preset stochastic variation is allowed to remain in the output signal. This characteristic behavior can be confirmed by comparing the input and output signal waveforms (ie, mean and variance) of the stochastic system.

カルマンフィルタの利用について説明する。以下数式5に示すように電圧をV、電流をI、アドミッタンス行列をYとおけば、オームの法則からI=YVとなる。電力の関係式に置き換えるため両辺にVを掛ければVI=VYVとなり、これは電力方程式(潮流方程式)と呼ばれている。なお電力は電圧と電流の位相の関係に依存するため複素数で表記することが便利である。電力方程式に設定する既知量、未知量として例えば図4に示すように有効電力(P)、無効電力(Q)、電圧(V)、位相(δ)がある。ノード(節点)の既知量に基づいて、PQ指定、PV指定などと呼び、既知量を設定する。例えばセンサを用いて計測したPQあるいはPV値をノードに指定して、電力方程式を解くことで未知量を算出することが出来る。   The use of the Kalman filter will be described. As shown in Equation 5, if the voltage is V, the current is I, and the admittance matrix is Y, I = YV from Ohm's law. If both sides are multiplied by V to replace the relational expression of power, VI = VYV, which is called a power equation (power flow equation). Since power depends on the phase relationship between voltage and current, it is convenient to express it as a complex number. For example, as shown in FIG. 4, there are active power (P), reactive power (Q), voltage (V), and phase (δ) as known amounts and unknown amounts set in the power equation. Based on the known amount of the node (node), it is called PQ designation, PV designation, etc., and the known amount is set. For example, an unknown quantity can be calculated by specifying a PQ or PV value measured using a sensor as a node and solving a power equation.

Figure 2014199502
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電力方程式は非線形なので、ニュートンラプソン法などの数値解析手法を利用することが一般的である。ニュートンラプソン法は、非線形方程式をテーラー展開したときの低次成分のみに着目して線形方程式に置き換えて収束演算を行う。ニュートンラプソン法を電力方程式に適用するには、数式6に示すように、アドミッタンス行列Yを偏微分して得られるヤコビアン行列Jを係数とする線形連立方程式に置き換える。この例は、左辺に既知量としてPQ指定ノードのP2、Q2、P3、Q3、およびPV指定ノードのP4、V4を設定して、右辺にある未知量の電圧(e、f)が安定するまで収束計算を行う。収束演算の結果として安定した(それ以上繰り返し演算を行っても状態の変化が少ない)状態を得ることが方程式を解いたことであり、このときの状態変数を解として利用する。なお電力系統は複素数形式で表記することが便利であり、複素電圧Vの実数部をe、虚数部をfとしている。   Since the power equation is non-linear, it is common to use a numerical analysis method such as Newton-Raphson method. In the Newton-Raphson method, focusing on only low-order components when a nonlinear equation is Taylor-expanded, it is replaced with a linear equation to perform a convergence operation. In order to apply the Newton-Raphson method to the power equation, as shown in Equation 6, a linear simultaneous equation using a Jacobian matrix J obtained by partial differentiation of the admittance matrix Y as a coefficient is replaced. In this example, P2, Q2, P3, and Q3 of PQ designation nodes are set as known quantities on the left side, and P4 and V4 of PV designation nodes are set until the unknown voltage (e, f) on the right side is stabilized. Perform convergence calculation. Obtaining a stable state as a result of the convergence calculation (the state change is small even if the calculation is repeated further) is to solve the equation, and the state variable at this time is used as a solution. It is convenient to express the power system in a complex number format, where e is the real part of the complex voltage V and f is the imaginary part.

Figure 2014199502
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電力方程式をニュートンラプソン法で解く一例を示す。初期設定として、電力方程式、アドミッタンス行列Yを用意する。また、ノード指定値(PQ指定値など)、電圧初期値(e、f)を設定する。 収束演算は、現時点の電圧推定値とアドミタンス行列YからPQ推定値を求め、PQ指定値と前記PQ推定値の差分ΔPQを求める。また、ヤコビアンJを算出する。そして、数式7に示すように、Δ(e、f) =J-1 ・ΔPQを解き、求めたΔ(e、f)を使って電圧推定値を更新する。An example of solving the power equation using the Newton-Raphson method is shown. As an initial setting, a power equation and an admittance matrix Y are prepared. Also, a node specified value (PQ specified value or the like) and an initial voltage value (e, f) are set. In the convergence calculation, a PQ estimation value is obtained from the current voltage estimation value and the admittance matrix Y, and a difference ΔPQ between the PQ designated value and the PQ estimation value is obtained. Also, Jacobian J is calculated. Then, as shown in Expression 7, Δ (e, f) = J −1 · ΔPQ is solved, and the estimated voltage is updated using the obtained Δ (e, f).

Figure 2014199502
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これらの演算により、収束判定を行う。ここで、Δ(e、f)が十分小さければ収束したとして終了し、そうで無ければ前記収束演算に戻り計算を繰り返す。   The convergence is determined by these calculations. Here, if Δ (e, f) is sufficiently small, the process is terminated as converged. If not, the process returns to the convergence calculation and the calculation is repeated.

ところで上記のシステムは、アドミタンス行列Y、あるいはヤコビアンJによって入出力の関係づけが行われる確定システムである。これに対して、確率的な変動を含むシステムの状態推定を行う手法として前述したカルマンフィルタ(Kalman Filter)が知られている。ここでカルマンフィルタは、ノイズ特性が正規分布N(μ、σ2)で与えられるとき(ここでμは平均、σ2は分散を示す)、入力信号の特性に追従するように逐次演算を行う。カルマンフィルタの逐次演算は、カルマンゲインを用いて更新値を算出する手順を持つことが特徴である。ここで、この更新値を算出する形式は、ニュートンラプソン法とカルマンフィルタの両者で類似していることに着目する。さらにカルマンフィルタの派生方式として非線形システムを対象にしたエクステンデッド・カルマンフィルタがあり、これは微分係数を利用して線形近似を行う仕組みを取り込んでいる。By the way, the above system is a deterministic system in which the input / output is related by the admittance matrix Y or the Jacobian J. On the other hand, the above-described Kalman filter is known as a method for estimating the state of a system including stochastic fluctuations. Here, when the noise characteristic is given by the normal distribution N (μ, σ 2 ) (where μ is an average and σ 2 is a variance), the Kalman filter sequentially performs an operation so as to follow the characteristics of the input signal. A sequential operation of the Kalman filter is characterized in that it has a procedure for calculating an update value using a Kalman gain. Here, it is noted that the format for calculating the updated value is similar in both the Newton-Raphson method and the Kalman filter. Furthermore, as a derivation method of the Kalman filter, there is an extended Kalman filter for nonlinear systems, which incorporates a mechanism for performing linear approximation using a differential coefficient.

上記の観点から、電力方程式をカルマンフィルタの形式で解くことを考える。電力方程式をニュートンラプソン法で解くときの係数マトリクス(ヤコビアン)を、カルマンフィルタのカルマンゲインの算出に利用する。電力方程式は変動を考慮にいれない確定システムであるのに対して、カルマンフィルタは変動を考慮に入れる確率システムである。両者の違いは、変動特性を表わす分散の働きによる。   From the above viewpoint, consider solving the power equation in the form of a Kalman filter. A coefficient matrix (Jacvian) used when solving the power equation by the Newton-Raphson method is used to calculate the Kalman gain of the Kalman filter. The power equation is a deterministic system that does not take into account variations, whereas the Kalman filter is a stochastic system that takes into account variations. The difference between the two is due to the dispersion function representing the fluctuation characteristics.

数式8にカルマンフィルタの処理手順を示す。カルマンフィルタの表記方法は多種ありこれが唯一ではない。また説明に使わない詳細な添え字は簡略化してある。まず初期設定手順(0)(以下、手順(0))に非線形状態方程式を示す。このうち上段はシステム方程式であり、下段は観測方程式である。システム雑音v(k)、観測雑音w(k)は正規分布で表わされるノイズである。次に収束演算手順(1)(以下、手順(1))は時間更新ステップ、収束判定手順(2)(以下、手順(2))は観測更新ステップである。手順(1)(2)を繰り返して安定した状態変数に漸近したときの状態変数を解として利用する。   Formula 8 shows the Kalman filter processing procedure. There are various Kalman filter notation methods, and this is not the only one. In addition, detailed subscripts not used in the explanation are simplified. First, a nonlinear equation of state is shown in the initial setting procedure (0) (hereinafter, procedure (0)). The upper part is the system equation, and the lower part is the observation equation. System noise v (k) and observation noise w (k) are noises represented by a normal distribution. Next, the convergence calculation procedure (1) (hereinafter, procedure (1)) is a time update step, and the convergence determination procedure (2) (hereinafter, procedure (2)) is an observation update step. Steps (1) and (2) are repeated to use the state variable asymptotically asymptotic to a stable state variable.

Figure 2014199502
Figure 2014199502

電力方程式へ適用する一つの方法を示す。まず手順(0)のシステム方程式は、ここではダイナミクスを考慮しないので関数fは単位定数になる(なお過渡特性などを組み込む場合は、システム方程式にダイナミクスを表わす関数を用意すれば良い)。そして観測方程式を前記した電力方程式とする。つまりyがノード指定値であり目標値であり、xが電圧、hがアドミタンス行列Yとする。それぞれの分散を目標値として設定する。手順(2)(a)の観測行列Hにおいて、アドミタンス行列Yが非線形観測行列hであり、Yを偏微分して得られるヤコビアンJを観測行列Hとする。そして手順(2)(b)でカルマンゲインKを算出して、手順(2)(c)で確率的な特性を取り込んだ信号の更新を行う。更新を繰り返すことで安定な状態に漸近し、そのときの状態変数を解として利用する。こうして電力方程式をカルマンフィルタ(エクステンデッド・カルマンフィルタ)の形式で解くことが出来る。   One method applied to the power equation is shown. First, since the system equation of the procedure (0) does not consider dynamics here, the function f becomes a unit constant (if a transient characteristic or the like is incorporated, a function representing dynamics may be prepared in the system equation). And let an observation equation be an above-mentioned electric power equation. That is, y is a node designation value and a target value, x is a voltage, and h is an admittance matrix Y. Each variance is set as a target value. In the observation matrix H of the procedure (2) (a), the admittance matrix Y is a nonlinear observation matrix h, and the Jacobian J obtained by partial differentiation of Y is the observation matrix H. Then, the Kalman gain K is calculated in steps (2) and (b), and the signal incorporating the stochastic characteristics is updated in steps (2) and (c). By repeating the update, it gradually approaches a stable state, and the state variable at that time is used as a solution. Thus, the power equation can be solved in the form of a Kalman filter (extended Kalman filter).

なお電力方程式に特有の特徴として、複素数形式の演算手段を用意してカルマンフィルタの逐次計算を行う。また安定解に至らない場合があるので、繰り返し計算のなかに信号範囲を判定する手順を用意して、異常値と判定した場合には抜け出してなんらかの異常対策を行う。   Note that as a characteristic characteristic of the power equation, a Kalman filter is sequentially calculated by preparing an arithmetic means in a complex number format. In addition, since a stable solution may not be reached, a procedure for determining the signal range is prepared in the repeated calculation, and if it is determined to be an abnormal value, it is escaped and some abnormality countermeasures are taken.

ここで事前に既知量を設定して、電力方程式をカルマンフィルタの形式で解くならば、未知の状態変数の推定を行うことができる。したがって本発明は、確率的な変動を考慮した、いわゆる状態推定の解法として利用できる。さらに本発明は、確率的な目標値をノード指定値として設定し、これらの目標値が安定的に成り立つように電力方程式をカルマンフィルタの形式で解くことで、設定した目標値を実現する為に必要となる状態値を算出する。例えば、PQ指定ノードとして有効電力Pと無効電力Q、あるいはPV指定ノードとして有効電力Pと電圧Vを目標値として設定する。同時にそれぞれの分散を併せて目標値として設定する。こうして逐次計算を行い安定化した状態が、上記の目標値を実現するための状態であり、これより必要とする制御パラメータを取り出すことができる。   If a known amount is set in advance and the power equation is solved in the form of a Kalman filter, an unknown state variable can be estimated. Therefore, the present invention can be used as a so-called state estimation solution considering stochastic fluctuations. Furthermore, the present invention sets the stochastic target value as the node designation value and solves the power equation in the form of the Kalman filter so that these target values are stably established, so that it is necessary to realize the set target value. The state value that becomes is calculated. For example, active power P and reactive power Q are set as target values for active power P and reactive power Q as PQ designated nodes, or active power P and voltage V as PV designated nodes. At the same time, each variance is set as a target value. The state in which the sequential calculation is performed and stabilized in this manner is a state for realizing the above target value, and a necessary control parameter can be extracted from this state.

確率的な目標値として設定する分散は、統計の定義から言えば測定結果から算出することになるが、本発明は、この分散を測定結果に依らずに操作者あるいは何らかのプログラムにより設定する手段を備える。さらに分散の設定により確定システムと確率システムの切り替えをシームレスに行うことを特徴とする。具体的な設定方法および手段については後述する。   The variance set as the stochastic target value is calculated from the measurement result in terms of the definition of statistics, but the present invention provides means for setting this variance by the operator or some program regardless of the measurement result. Prepare. Furthermore, it is characterized in that switching between a deterministic system and a stochastic system is performed seamlessly by setting of dispersion. Specific setting methods and means will be described later.

上記の結果から設定した目標値を実現する為の各ノードのP,Q,V等の関係が明らかになる。これらの関係を成り立たせるように、例えばSVC、PCS、SVR、LRTなどの制御機器を動作させることで、設定した目標値を実現する。これらの制御機器の動作原理には言及しないが、パワーエレクトロニクスの分野のスイッチングコンバータ技術、あるいは電力分野の変圧器の技術が参考になる。   From the above results, the relationship of P, Q, V, etc. of each node for realizing the target value set is clarified. The set target value is realized by operating control devices such as SVC, PCS, SVR, and LRT so as to establish these relationships. Although the operating principle of these control devices is not mentioned, the switching converter technology in the power electronics field or the transformer technology in the power field is helpful.

太陽光発電、風力発電などは、電力系統に向けた電力供給する分散電源として動作できる。この供給量は、気象条件などの条件で変動する。これに伴い系統の電圧分布も変動する。従来から系統の電圧分布を安定化する目的で、電圧制御機器が利用されている。例えばSVR、SVC、蓄電池などの電圧制御機器がある。さらに需要家に設置されている機器の消費電力を制御することで負荷を調整する手法が検討されている。図5の上段に示すように、これらの制御手法は一般に、系統状態の確定的目標値を設定して、目標値と実際の出力値との差分(誤差)を入力側の制御信号として帰還するフィードバック制御が行われる。そして目標値との差分が小さいこと、つまり誤差が小さく整定時間が短いほど制御性が高いことが良いこととされている。これに対して本発明は同図下段に示すように、上記のような電圧制御機器を対象にして確率的な目標値を与えて、分散の大きさで管理する変動を許容しながら平均値を漸近させる制御を行う。例えば、無効電力の注入による電力系統の電圧安定化、有効電力の注入による位相の安定化などの、制御の方式が知られている。本発明はこれらの方式を限定するものではない。   Solar power generation, wind power generation, and the like can operate as a distributed power supply that supplies power to the power system. This supply amount varies depending on conditions such as weather conditions. Along with this, the voltage distribution of the system also fluctuates. Conventionally, voltage control devices have been used for the purpose of stabilizing the voltage distribution of the system. For example, there are voltage control devices such as SVR, SVC, and storage battery. Furthermore, a method for adjusting the load by controlling the power consumption of the equipment installed in the consumer is being studied. As shown in the upper part of FIG. 5, these control methods generally set a deterministic target value of the system state and feed back a difference (error) between the target value and the actual output value as a control signal on the input side. Feedback control is performed. And it is supposed that the controllability is better as the difference from the target value is smaller, that is, as the error is smaller and the settling time is shorter. On the other hand, as shown in the lower part of the figure, the present invention gives a stochastic target value for the voltage control device as described above, and allows an average value while allowing a variation managed by the magnitude of dispersion. Perform asymptotic control. For example, control methods such as voltage stabilization of the power system by injecting reactive power and phase stabilization by injecting active power are known. The present invention does not limit these methods.

こうして本発明は、時刻の進捗に伴い出力目標に漸近的に近付くような制御パラメータを算出し、対象機器の制御を行うことができる。ところでニュートンラプソン法とカルマンフィルタでは、繰り返し演算の方法に次の違いがある。ニュートンラプソン法は、ある時刻tにおける線形近似した方程式の収束演算行う一方、カルマンフィルタは、ある時刻tから次の時刻t+1に進む逐次演算を行う点である。   Thus, the present invention can calculate the control parameter that asymptotically approaches the output target as time progresses, and can control the target device. By the way, the Newton-Raphson method and the Kalman filter have the following differences in the iterative calculation method. The Newton-Raphson method performs a convergence operation of a linearly approximated equation at a certain time t, while the Kalman filter performs a sequential operation that proceeds from a certain time t to the next time t + 1.

本発明は電力方程式をカルマンフィルタの形式で解くとき、上記の二つの繰り返し演算を適宜に組み合わせて時刻tの進み方を管理することができる。各時刻においてニュートンラプソン法の繰り返し演算の回数を多くすれば演算結果の精度を高めるに良い。そしてセンサのサンプリング間隔に同期するなどの適宜な時刻管理によってカルマンフィルタを使って時刻を進めれば良い。例えばセンサ計測が30分間隔であると確実に分かっている場合は、その期間に観測信号の更新は無いから、その期間内にニュートンラプソン法の近似方程式の収束演算に関わる繰り返し演算が終わっていれば良い。この繰り返し計算はカルマンフィルタの逐次計算で行っても良い。そして十分に収束したと判断したならば繰り返し計算は中断して、待機状態に移行して良い。   In the present invention, when the power equation is solved in the form of a Kalman filter, it is possible to manage the progress of the time t by appropriately combining the above two repeated operations. Increasing the number of iterations of the Newton-Raphson method at each time can improve the accuracy of the computation results. Then, the time may be advanced using a Kalman filter by appropriate time management such as synchronization with the sampling interval of the sensor. For example, if you know that the sensor measurement is at 30-minute intervals, there is no update of the observation signal during that period, so iterative calculations related to the convergence calculation of the Newton-Raphson method approximate equation may be completed within that period. It ’s fine. This iterative calculation may be performed by sequential calculation of the Kalman filter. Then, if it is determined that it has sufficiently converged, the iterative calculation may be interrupted and a standby state may be entered.

カルマンフィルタには、エクステンデッド・カルマンフィルタ(Extended Kalman Filter)、イタレーテッド・エクステンデッド・カルマンフィルタ(Iterated Extended Kalman Filter)、アンセンテッド・カルマンフィルタ(Unscented Kalman Filter)、粒子フィルタ(Particle Filter)など多くの派生方式が提案されている。これらの手法は、変動要因が正規分布でない場合、対象システムが非線形である場合、あるいは事前に対象システムのモデルが得られない場合などの適用するために工夫されている。本発明は、カルマンフィルタの原理を踏襲するものであれば限定するものではない。   Many Kalman filters have been proposed, such as Extended Kalman Filter, Iterated Extended Kalman Filter, Unscented Kalman Filter, and Particle Filter. Yes. These methods are devised for application when the variation factor is not a normal distribution, when the target system is nonlinear, or when a model of the target system cannot be obtained in advance. The present invention is not limited as long as it follows the principle of the Kalman filter.

電圧(電流)方程式を用いた安定化制御について説明する。電力系統は電力方程式を用いて状態量を関係付けることで、特性の解析、推定、評価などが行われている。一方、電子回路は、オームの法則、キルヒホッフの法則に基づいて電圧、電流を状態量とする方程式を立てて解くことが多い。両者の考え方の違いは、電力系統はエネルギー伝送であるのに対して、電子回路は信号伝送に注目することである。   The stabilization control using the voltage (current) equation will be described. The power system uses a power equation to relate state quantities to analyze, estimate, and evaluate characteristics. On the other hand, electronic circuits are often solved by establishing equations with voltage and current as state quantities based on Ohm's law and Kirchhoff's law. The difference between the two concepts is that the electric system pays attention to signal transmission while the electric power system uses energy transmission.

電力方程式は、電圧、電流などについて非線形になるため解法自体が課題となる。例えばニュートンラプソン法を用いる解法が知られている。しかし、局所的な線形近似を繰り返して解に収束する近似解法であるため真の解に収束するとは限らない。   Since the power equation becomes nonlinear with respect to voltage, current, etc., the solution itself becomes a problem. For example, a solution using the Newton-Raphson method is known. However, since it is an approximate solution that converges to a solution by repeating local linear approximation, it does not always converge to a true solution.

一般に安定化制御は、状態が変動したとき、あるいは何らかの不安定状態にあるときに、安定状態に移行するために必要とされる。ここで、前記した電力方程式の近似解法に基づいて制御信号を算出するならば、その解に基づく制御信号の妥当性が確実では無い場合には、安定状態への移行ができないことになる。   In general, stabilization control is required to shift to a stable state when the state changes or is in some unstable state. Here, if the control signal is calculated based on the approximate solution of the power equation described above, the transition to the stable state cannot be made if the validity of the control signal based on the solution is not certain.

電力系統において電圧変動の安定化に着目するとき、エネルギーの観点に基づく電力方程式では無くて、代わりにオームの法則とキルヒホッフの法則に基づく電圧(あるいは電流)に関する方程式を利用することを考える。電圧(あるいは電流)方程式は、電力系統の電圧と電流を関係づける。ここで、電圧と電流を関係づけるアドミッタンス(インピーダンス)行列は、前記した電力方程式で使う行列と同じで良い。電圧(あるいは電流)方程式は、電圧と電流の位相を変数とする複素形式で表記することができる。   When focusing on stabilization of voltage fluctuations in an electric power system, instead of using an electric power equation based on an energy viewpoint, consider using an equation relating to voltage (or current) based on Ohm's law and Kirchhoff's law instead. The voltage (or current) equation relates the voltage and current of the power system. Here, the admittance (impedance) matrix that relates the voltage and the current may be the same as the matrix used in the above-described power equation. The voltage (or current) equation can be expressed in a complex form with the phase of voltage and current as variables.

ところで、電力系統に連系する機器は、電力に基づいて動作するものがある。そもそも従来、電力方程式が広く使われている理由に、電力の入出力を明示的に表わしたいことがある。例えば電力を入出力する電源、インバータによる電力制御を行う機器、などがある。これらは、電力系統に連系する個所の電圧、電流、位相に依存して、目標とする電力に収束するような制御を行っている。このような機器を状態方程式に含めるため、システム方程式に、電圧、電流、位相に基づいて、電力制御を行う動作を記述する。そして観測方程式に、前記したように、電圧と電流をアドミッタンス(インピーダンス)行列で関係づける。両者を逐次的に繰り返し演算する。こうして、電力機器を連系した電力系統の状態量を算出できる。システム方程式と観察方程式には、それぞれ   By the way, some devices linked to the power system operate based on electric power. In the first place, the reason why the power equation has been widely used in the past is to explicitly express the power input and output. For example, there are a power source that inputs and outputs power, a device that performs power control by an inverter, and the like. These control such that the power converges to a target power depending on the voltage, current, and phase of the location linked to the power system. In order to include such a device in the state equation, the system equation describes an operation for performing power control based on voltage, current, and phase. Then, as described above, the voltage and current are related to the observation equation by an admittance (impedance) matrix. Both are repeated sequentially. In this way, the state quantity of the power system interconnecting the power devices can be calculated. The system equation and the observation equation are respectively

電圧(あるいは電流)方程式を使うメリットは、電力系統を線形方程式で扱うことができることである。近似解法を使うことなく、一般の連立方程式の解法を利用して解を算出できる。解法が簡略になると共に、局所解に陥る恐れがないので、求めた厳密解に基づく制御信号を信頼して利用できる。   The merit of using the voltage (or current) equation is that the power system can be handled by a linear equation. A solution can be calculated by using a general simultaneous equation solution method without using an approximate solution method. Since the solution method is simplified and there is no possibility of falling into a local solution, a control signal based on the obtained exact solution can be used reliably.

従来の電力方程式と、提案する電圧(電流)方程式による計算結果は、定常的な状態においてはほぼ同じ結果になることが期待できる。一方で、電圧の変動が大きいような不安定状態においては、前記した理由で提案方法が安定した結果を出す。この性質は、従来方式と提案方式を外部から区別するために利用できて、テスト信号を入力したときの出力信号の観察によって両者を判別できる。   It can be expected that the calculation results based on the conventional power equation and the proposed voltage (current) equation are almost the same in a steady state. On the other hand, in an unstable state where the voltage fluctuation is large, the proposed method gives a stable result for the reason described above. This property can be used to distinguish the conventional method and the proposed method from the outside, and can be distinguished from each other by observing the output signal when a test signal is input.

電圧(電流)方程式は、雑音(変動成分)を分散で表わして付加することで、確率的なシステム方程式と観察方程式を記述できる。この確率的な方程式は、カルマンフィルタを用いて解くことができる。本発明は、目標値として確率的な変動を許容した電圧、電流、位相を設定し、これらの目標値を実現するための電圧、電流、位相の制御信号を算出する。   In the voltage (current) equation, a stochastic system equation and an observation equation can be described by adding noise (variation component) in a distributed manner. This stochastic equation can be solved using a Kalman filter. The present invention sets voltages, currents, and phases that allow stochastic fluctuations as target values, and calculates voltage, current, and phase control signals for realizing these target values.

この制御信号を算出するには、まず電圧(電流)方程式をカルマンフィルタの形式で記述して、目標値を変数に設定し、制御対象とする変数について解けば良い。カルマンフィルタは、時間経過に伴う逐次計算の手順であるから、目標値および現状の状態値を時間経過に沿って逐次に変化させながら、制御信号を算出できる。   In order to calculate this control signal, first, a voltage (current) equation is described in the Kalman filter format, a target value is set as a variable, and a variable to be controlled is solved. Since the Kalman filter is a sequential calculation procedure with time, the control signal can be calculated while sequentially changing the target value and the current state value with time.

電力方程式をカルマンフィルタで解くには、電力方程式が非線形方程式であることから、非線形カルマンフィルタを使うことになる。非線形カルマンフィルタとしては、前述の通り、エクステンデッド・カルマンフィルタがある。しかしこの手法は、解法のなかに線形近似の手順を持つことから、結局は近似解法となる。   In order to solve the power equation with the Kalman filter, since the power equation is a nonlinear equation, a nonlinear Kalman filter is used. As the nonlinear Kalman filter, as described above, there is an extended Kalman filter. However, since this method has a linear approximation procedure in the solution, it eventually becomes an approximate solution.

これに対して本発明は、線形な電圧(電流)方程式を利用することで線形なカルマンフィルタを用いて厳密解を求めて、この解に基づく制御信号を算出できる。これより、安定な制御を実現できるメリットがある。   On the other hand, according to the present invention, by using a linear voltage (current) equation, an exact solution can be obtained using a linear Kalman filter, and a control signal based on this solution can be calculated. Thus, there is an advantage that stable control can be realized.

本発明は、電力系統を確率システムと捉えて制御信号を算出するものである。このとき、電力系統特有の確率的な状態変数の設定方法を行うことに特徴がある。カルマンフィルタの確率的な状態変数としては、A.正規分布で表わされるシステムの変動特性N(μ1、σ12)(以下、Aと示す)、B.正規分布で表わされる観測信号の変動特性N(μ2、σ22)(以下、Bと示す)、C.状態変数間の関係を表わす分散共分散行列(以下、Cと示す)、がある。Cの分散は逐次計算によって更新されていく値である。したがってAとBを事前に設定することになる。The present invention calculates a control signal by regarding a power system as a stochastic system. At this time, it is characterized in that a stochastic state variable setting method specific to the power system is performed. The stochastic state variables of the Kalman filter include A. F. System fluctuation characteristics N (μ1, σ1 2 ) (hereinafter referred to as A) represented by a normal distribution; Fluctuation characteristics N (μ2, σ2 2 ) (hereinafter referred to as B) of the observation signal represented by a normal distribution, C.I. There is a variance-covariance matrix (hereinafter referred to as C) representing the relationship between state variables. The variance of C is a value that is updated by sequential calculation. Therefore, A and B are set in advance.

分散の役割をカルマンフィルタのカルマンゲインに着目して示す。簡単のため分散共分散が単位対角行列であるとすれば、分母には電力方程式から導かれるヤコビアンと、分散が残る。ここで分散が0のとき、カルマンゲインはヤコビアンだけが残り、これは元々の電力方程式を解くニュートンラプソン法の収束計算と同じになる。分散が0というのは、観測信号に誤差が含まれないことであり、従来の電力系統のシミュレーションはこの条件で計算されている。逆に分散が十分に大きいとカルマンゲインは0に近づいて観測信号は利用されず推定値は更新されない。分散が大きいということは観測信号の信頼が低いこと、あるいは精度が低いことに相当する。これらに対して分散が適切に設定しているならば、カルマンゲインに基づいて推定値は逐次更新される。   The role of dispersion is shown by focusing on the Kalman gain of the Kalman filter. If the variance covariance is a unit diagonal matrix for simplicity, the Jacobian derived from the power equation and the variance remain in the denominator. Here, when the variance is 0, only the Jacobian remains in the Kalman gain, which is the same as the convergence calculation of the Newton-Raphson method for solving the original power equation. The variance of 0 means that the observation signal does not contain an error, and the simulation of the conventional power system is calculated under this condition. On the contrary, if the variance is sufficiently large, the Kalman gain approaches 0 and the observation signal is not used and the estimated value is not updated. A large variance corresponds to low reliability of the observation signal or low accuracy. If the variance is appropriately set for these, the estimated value is sequentially updated based on the Kalman gain.

図6に分散を利用目的に応じて設定する装置構成を示す。まず制御信号算出手段110が前記した本発明の制御信号を算出する手段である。例えばソフトウェア処理によりカルマンフィルタを実行する手段などを実装している。データ採取手段は、センサなどを用いて外部装置あるいは何らかの状況をデジタルデータとして入力する手段である。平均・分散算出手段は、カルマンフィルタのように確率統計的な信号処理を行うに利用する平均と分散を算出する。制御信号発行手段は、算出した制御信号を制御機器に伝達する手段であり、有線、無線などの適宜な手段で構成する。本発明は分散の設定方法および手段として以下の構成を備える。   FIG. 6 shows an apparatus configuration for setting the variance according to the purpose of use. First, the control signal calculation means 110 is a means for calculating the control signal of the present invention described above. For example, a means for executing a Kalman filter by software processing is implemented. The data collection means is means for inputting an external device or some situation as digital data using a sensor or the like. The average / variance calculation means calculates an average and variance used for performing stochastic statistical signal processing like a Kalman filter. The control signal issuing means is means for transmitting the calculated control signal to the control device, and is configured by appropriate means such as wired or wireless. The present invention has the following configuration as a dispersion setting method and means.

装置構成601より行う統計的算出について説明する。   Statistical calculation performed by the apparatus configuration 601 will be described.

電力系統においてシステムノイズであるAの平均と分散は、系統に連系する負荷の変動などによる。観測信号であるBの平均と分散は、センサによる測定値のばらつき、センサ自体の信頼性、測定信号を伝達する通信手段のノイズ、などの要因から決まる。従って、確率的特性の設定の基本は、観測信号あるいは外部環境などの測定結果に基づいて、随時に、統計量を算出することである。   The average and variance of system noise A in the power system are due to fluctuations in the load connected to the system. The average and variance of B, which is an observation signal, are determined by factors such as variations in measured values by the sensor, reliability of the sensor itself, and noise of communication means that transmits the measurement signal. Therefore, the basis for setting the stochastic characteristic is to calculate the statistics at any time based on the measurement result of the observation signal or the external environment.

装置構成602より行う、制御目標値として設定について説明する。   Setting as a control target value performed from the apparatus configuration 602 will be described.

これらの確率的特性の設定方法の一つは、制御目標値として設定する。例えば低圧配電系統の電圧範囲に基づいて、平均μは101V、分散σ2は3σ(99.7%範囲)が±6Vになるように出力目標値を設定する。この電圧の平均と分散は、電力系統の電圧階級により異なり、また国により異なるので、適宜に設定することになる。そして例えば前記した電力方程式において、対象ノードをPV指定としてVの平均値と分散を設定する。One of the setting methods of these stochastic characteristics is set as a control target value. For example, based on the voltage range of the low-voltage distribution system, the output target value is set so that the average μ is 101V and the variance σ 2 is 3σ (99.7% range) is ± 6V. The average and variance of the voltage vary depending on the voltage class of the power system and also vary from country to country. For example, in the power equation described above, the average value and variance of V are set with the target node designated as PV.

図7上段の装置構成701により行う、確定システムと確率システムの切り替えについて説明する。   Switching between a deterministic system and a probability system performed by the apparatus configuration 701 in the upper part of FIG. 7 will be described.

確率的特性の設定方法の別の方法として、対象システムの状態変数の統計的性質(つまり分散)の設定により、確定システムと確率システムの両者の特徴を切り替えることを特徴とする。例えばセンサで取得する信号の信頼性を分散の大きさで表現する。例えば、ノイズが多く含まれるセンサ、量子化ステップが粗いセンサ、時間的なサンプリング間隔が長いセンサなど特性を、分散値を大きくすることで設定する。逆に信頼がおける測定値は分散を小さくする。またセンサ信号の通信手段の信頼性を組み合わせて良い。こうして電力方程式は維持したまま(つまりプログラムを変更することなく)、分散の設定により、観測信号の利用の割合を調整することが出来る。   Another method for setting the stochastic characteristic is to switch the characteristics of both the deterministic system and the stochastic system by setting the statistical property (that is, variance) of the state variable of the target system. For example, the reliability of a signal acquired by a sensor is expressed by the magnitude of dispersion. For example, characteristics such as a sensor containing a lot of noise, a sensor with a rough quantization step, and a sensor with a long sampling interval are set by increasing the dispersion value. Conversely, reliable measurements reduce variance. Further, the reliability of the sensor signal communication means may be combined. Thus, while maintaining the power equation (that is, without changing the program), it is possible to adjust the rate of use of the observation signal by setting the dispersion.

なお本発明は、計測信号のサンプリングに関わる技術(例えばセンサ、AD変換、通信、フィルタリング、補間 など)については限定することなく適宜に利用する。   In the present invention, techniques related to sampling of measurement signals (for example, sensors, AD conversion, communication, filtering, interpolation, etc.) are appropriately used without limitation.

カルマンフィルタの形式で求まる状態推定値、制御信号などの安定性、感度、分解能を高めるために、観測信号の種類、個数、量子化ステップ、時間間隔などを適宜に変更を繰り返すことで、好適な設定値を求めることができる。電力系統あるいはセンサデータ通信手段に発生する障害、事故、誤動作などの影響を事前に評価する為に、上記のように条件を変更しながら繰り返し計算を行うことで、影響の範囲、大きさなどを事前に把握できる。このとき仮設定する分散値と結果として得られる影響を学習パタンとして記憶しておけば、同様の障害、事故、誤動作などが発生したとき、結果から原因を素早く探ることができる。こうして、対策を迅速に実行できることになる。   In order to improve the stability, sensitivity, and resolution of state estimation values, control signals, etc. obtained in the Kalman filter format, suitable settings are made by repeatedly changing the type, number, quantization step, and time interval of observation signals as appropriate. The value can be determined. In order to evaluate in advance the effects of failures, accidents, malfunctions, etc. that occur in the power system or sensor data communication means, the range and magnitude of the effects can be determined by repeatedly calculating while changing the conditions as described above. Can be grasped in advance. If the variance value temporarily set and the resulting effect are stored as learning patterns at this time, the cause can be quickly found from the result when a similar failure, accident, malfunction, or the like occurs. In this way, countermeasures can be executed quickly.

図7下段の装置構成702により行う、予測信号の利用について説明する。   The use of the prediction signal performed by the apparatus configuration 702 in the lower part of FIG. 7 will be described.

何らかの手段により予測信号が入手出来る場合を説明する。例えば太陽光発電において、近隣に置いたセンサから日射量変化が計測できるとき、その計測信号を用いて太陽光発電の設置個所における日射量を予測して該発電量の予測ができる場合がある。本発明は予測手法を限定しない。しかし多くの場合、計測信号には誤差が含まれ、その結果から得られる予測信号にも誤差が含まれる。そこで本発明は、予測信号そのものでは無くて、その統計的性質を利用することにする。つまり予測信号は、予測対象とする信号の平均と分散とする。こうして本発明は、電力系統を確率システムで記述すると共に、予測信号(信号の平均と分散)に基づいてシステムノイズの確率的な設定を行うことで、制御パラメータを算出する。こうして対象システム、あるいはその周辺状況に関わる統計的性質を、計測、通信、解析などの所要時間を費やすことなく反映できる。   A case where a prediction signal can be obtained by some means will be described. For example, in solar power generation, when a change in solar radiation can be measured from a sensor placed in the vicinity, the solar power generation may be predicted by predicting the amount of solar radiation at the location where the solar power generation is installed using the measurement signal. The present invention does not limit the prediction method. However, in many cases, an error is included in the measurement signal, and an error is also included in the prediction signal obtained from the result. Therefore, in the present invention, the statistical property is used instead of the prediction signal itself. That is, the prediction signal is the average and variance of signals to be predicted. Thus, according to the present invention, the control system is calculated by describing the power system using a stochastic system and performing the stochastic setting of the system noise based on the predicted signal (signal mean and variance). In this way, the statistical properties related to the target system or its surroundings can be reflected without spending the time required for measurement, communication, and analysis.

図8に、本発明の電力系統をカルマンフィルタの形式で逐次計算するにあたり、外部機器あるいは外部環境などに関する状態をセンサで採取して、前記の電力方程式の変数に反映させていく時間の経過を示す。同図上段にセンサaとセンサbの動作を示す。センサから入力する信号は、センサ自体の応答時間、AD変換器の動作、通信手段、などの影響を受けるので、周期および採取時刻を指定できないことがある。GPSなどの採取時刻スタンプ機能などを利用しても、途中の遅延時間を管理できるとは限らない。対象システムは動的に変化しているのだから、ある時刻で採取したセンサ信号を、時間の経過に関わらず同じ信頼性で扱うのは好ましくない場合がある。従来、採取データを補間することによって採取時刻を事後調整する再サンプリング(リサンプリング)の手法が知られている。しかし、補間処理による信頼性の変化については考慮されていない。   FIG. 8 shows the passage of time in which the state relating to the external device or the external environment is collected by the sensor and reflected in the variables of the power equation when sequentially calculating the power system of the present invention in the Kalman filter format. . The operation of sensor a and sensor b is shown in the upper part of the figure. Since the signal input from the sensor is affected by the response time of the sensor itself, the operation of the AD converter, the communication means, and the like, the period and the sampling time may not be specified. Even when a sampling time stamp function such as GPS is used, the delay time on the way cannot always be managed. Since the target system is dynamically changing, it may not be desirable to handle a sensor signal collected at a certain time with the same reliability regardless of the passage of time. Conventionally, a resampling (resampling) technique is known in which the sampling time is post-adjusted by interpolating the sampling data. However, the change in reliability due to the interpolation process is not taken into consideration.

そこで本発明は、センサの採取データを分散と組み合わせて確率的に扱う。採取データは最新に取得したデータとする。分散は、統計学で定義されている分散の意味であり、値が小さいほどばらつきが小さいことを示す。このばらつきを信頼性と解釈すれば、値が小さいほど信頼性が高いことになる。図中のセンサaの分散、センサbの分散の大きさは、採取データを更新してからの経過時間に基づいて増大する構成例を示している。さらに不感帯となる一定の時間範囲を用意しても良い。また周期的に採取するはずのデータが何らかの理由で欠落したとき分散の増加が始まるように、何らかのトリガを用意して良い。いずれの場合も、新たな採取データで更新しない期間は、時間の経過に従って増加する(停留はあっても低下することはない)ように分散の大きさを管理する手段を用意する。具体的に利用する関数の形式は限定するものは無い。   Therefore, the present invention treats the collected data of the sensor stochastically in combination with dispersion. Collected data shall be the most recently acquired data. Variance is the meaning of variance defined in statistics, and the smaller the value, the smaller the variance. If this variation is interpreted as reliability, the smaller the value, the higher the reliability. The distribution of the sensor a and the distribution of the sensor b in the figure shows a configuration example that increases based on the elapsed time since the collection data is updated. Furthermore, you may prepare the fixed time range used as a dead zone. Also, some trigger may be prepared so that the increase in variance starts when data that should be collected periodically is lost for some reason. In any case, a means for managing the magnitude of the dispersion is prepared so that the period not updated with new collection data increases as time elapses (it does not decrease even if there is a stop). The form of the function to be specifically used is not limited.

こうして、電力方程式の構成、つまりカルマンフィルタの処理手順を変更することなく、分散の設定だけで、センサ信号の信頼性を任意に調整できる。分散はカルマンゲインに反映されて、分散が小さいほど該当するセンサ信号に重みを置いた更新処理が行われ、分散が大きいほどセンサ信号に依存しない更新処理が行われる。   In this way, the reliability of the sensor signal can be arbitrarily adjusted only by setting the dispersion without changing the configuration of the power equation, that is, the Kalman filter processing procedure. The variance is reflected in the Kalman gain, and an update process that places a weight on the corresponding sensor signal is performed as the variance is small, and an update process that does not depend on the sensor signal is performed as the variance is large.

カルマンフィルタの逐次計算は、センサ周期よりも短く、また計算結果の出力タイミングよりも短く設定すれば、常に最新状態を用いた計算が行われる。カルマンフィルタの逐次計算は、内部状態を安定させる収束演算と組み合わせて実行して良い。   If the sequential calculation of the Kalman filter is set shorter than the sensor cycle and shorter than the output timing of the calculation result, the calculation using the latest state is always performed. The sequential calculation of the Kalman filter may be executed in combination with a convergence calculation that stabilizes the internal state.

長らく更新がおこなわれないセンサ信号は、分散が十分大きくなり、カルマンゲイン算出における重みが小さくなる。この理由が、センサ故障、通信路の障害、事故などのいずれであろうとも、分散の大きさと言う統一した指標で管理できることが特徴である。逆に、これらの原因を仮定して任意の分散の大きさを設定しても良い。何らかの事故を模擬して分散を設定して、そのときの制御対象の状態変数を上記のカルマンフィルタで算出することができる。さらに想定した原因に対処する方法を事前に検討することができる。そして、原因と結果、さらには対処方法を表にまとめておくことができる。そして実際に何らかの事故が起きた時、上記の表を検索することで原因、結果、対処方法を素早く探ることができる。   The sensor signal that is not updated for a long time has a sufficiently large variance, and the weight in the Kalman gain calculation is small. Regardless of whether the reason is a sensor failure, a communication path failure, or an accident, the feature is that it can be managed by a unified index called the size of dispersion. On the contrary, an arbitrary magnitude of dispersion may be set assuming these causes. A variance can be set by simulating some accident, and the state variable to be controlled at that time can be calculated by the Kalman filter. In addition, a method for dealing with the assumed cause can be examined in advance. Then, the causes and results, and the countermeasures can be summarized in a table. When an accident actually occurs, the cause, result, and coping method can be searched quickly by searching the above table.

制御範囲・対象について以下説明する。   The control range / object will be described below.

本発明は、確率的な目標値に基づいて制御する対象範囲を限定するものではなく、また安定化機器を限定するものではない。制御機器によっては、制御信号の大きさ、制御時間の間隔などを連続に設定出来ないものがある。例えばSVRは、2次側のタップ切り替えの段数は限られていて、また切り替えに数〜数十秒が掛かるものがある。SVCは、応答速度は速いものの、無効電力(Q)の制御しかできない。   The present invention does not limit the target range to be controlled based on the stochastic target value, and does not limit the stabilizing device. Some control devices cannot set the control signal size, control time interval, etc. continuously. For example, SVR has a limited number of tap switching stages on the secondary side, and switching may take several to several tens of seconds. SVC can only control reactive power (Q), although its response speed is fast.

本発明は、算出した制御パラメータで駆動する制御装置を1台に限定しない。特性が異なる複数の制御装置を組み合わせて安定化制御を行ってよい。例えば上記のSVRとSVC、あるいは、それ以外の機器を組み合わせて、全体の制御特性を向上させることができる。   The present invention does not limit the number of control devices that are driven with the calculated control parameters to one. Stabilization control may be performed by combining a plurality of control devices having different characteristics. For example, the overall control characteristics can be improved by combining the above-described SVR and SVC or other devices.

電力系統を構成する機器あるいはセンサの動作タイミングが機器ごとに異なる場合がある。センサのサンプリング時刻と周期が機器毎に異なる場合、その採取データを電力方程式に反映させるタイミングがずれることになる。逆に電圧制御機器を制御できるタイミングが機器毎に異なることがある。   There are cases where the operation timings of the devices or sensors constituting the power system differ from device to device. When the sampling time and cycle of the sensor are different for each device, the timing at which the collected data is reflected in the power equation is shifted. Conversely, the timing at which a voltage control device can be controlled may vary from device to device.

前記したように、カルマンフィルタの形式による電力方程式の逐次計算を、上記の周期よりも十分早くしておくことで、センサ信号は入手できたタイミングで系統方程式に反映させ、一方、制御機器の動作タイミングで制御信号を生成して出力することで、いずれの場合も最新の状態を利用できることになる。これは、本来として、カルマンフィルタの形式による電力方程式の逐次計算が離散的であることから実現できる。   As described above, by making the sequential calculation of the power equation in the form of the Kalman filter sufficiently earlier than the above period, the sensor signal is reflected in the system equation at the available timing, while the operation timing of the control device is By generating and outputting the control signal at, the latest state can be used in any case. This can be realized because the sequential calculation of the power equation in the Kalman filter format is discrete.

自然エネルギーを利用する分散電源である太陽光発電、風力発電の出力の安定化制御への適用構成を説明する。これらの分散電源の出力は日射量、風速などの気象に依存して変動する。そこで、インバータ、蓄電池などを利用する安定化装置が提案されている。   A configuration of application to stabilization control of output of solar power generation and wind power generation that are distributed power sources using natural energy will be described. The output of these distributed power sources fluctuates depending on weather such as solar radiation and wind speed. Therefore, a stabilizing device using an inverter, a storage battery, or the like has been proposed.

図9は、分散電源と電圧安定化機器、および分散型に配置する制御装置の構成例を示す。   FIG. 9 shows a configuration example of a distributed power source, a voltage stabilizing device, and a control device arranged in a distributed manner.

分散電源は太陽光発電とすると、日射量に比例して発電することから、気象状況によって発電量が変化する。余剰電力を系統に供給するとき電圧上昇が起きやすいが、この電圧の変動は気象状況に大きく依存することになる。そこで、例えば、分散配置制御装置が周辺地区内の太陽光発電量、系統電圧などの情報を収集する。晴れが続く場合は、日射量は高止まりであり余剰電力は多めになる。曇天(雨天)の場合は日射量は下げ止まりであり、余剰電力は少なめになる。そして、晴れ時々曇りあるいは晴れ時々曇りなどの状況では日射量が大きく変動することになる。分散配置制御装置は、これらの情報をもとに日射量(あるいは発電量、あるいは余剰電力)の確率的特性(平均と分散)を算出する。この算出は適宜な周期でおこなう。また算出結果は、何らかの学習ルールあるいは特徴パタンに置き換えて、以降の再利用のために記憶しておいて良い。   If the distributed power source is solar power generation, it generates power in proportion to the amount of solar radiation, so the power generation amount changes depending on the weather conditions. When surplus power is supplied to the grid, a voltage rise is likely to occur. However, this voltage fluctuation greatly depends on weather conditions. Therefore, for example, the distributed arrangement control device collects information such as the amount of photovoltaic power generation and the system voltage in the surrounding area. When clear weather continues, the amount of solar radiation stays high and the surplus power becomes larger. In the case of cloudy weather (rainy weather), the amount of solar radiation has stopped decreasing, and the surplus power is less. And the amount of solar radiation will fluctuate | varieously greatly in the conditions, such as sunny and cloudy or sunny and cloudy. The distributed arrangement control device calculates the probabilistic characteristics (average and variance) of the amount of solar radiation (or power generation amount or surplus power) based on such information. This calculation is performed at an appropriate cycle. The calculation result may be replaced with some learning rule or feature pattern and stored for later reuse.

そして余剰電力供給が晴天続きにより高止まりの傾向にあるとき、SVRなどの電圧制御機器を用いて系統電圧の高止まりを防ぐようにタップ制御する。逆に余剰電力供給が曇天(雨天)続きにより下げ止まりの傾向にあるとき、SVRなどの電圧制御機器を用いて系統電圧の下げ止まりを防ぐようにタップ制御する。あるいは余剰電力供給が晴れ時々曇りあるいは晴れ時々曇りにより大きく変動する傾向にあるとき、SVRなどの電圧制御機器を用いて系統電圧が平均的に中間域になるようにタップ制御したり、あるいは、図示していないが高速な電圧制御が可能なSVCなどの電圧制御機器を用いて電圧安定化を実現する。   Then, when the surplus power supply tends to remain high due to continuous sunny weather, tap control is performed using a voltage control device such as SVR so as to prevent the system voltage from staying high. On the contrary, when surplus power supply tends to stop decreasing due to cloudy (rainy) continuation, tap control is performed using a voltage control device such as SVR to prevent the system voltage from stopping decreasing. Alternatively, when the surplus power supply tends to be cloudy when it is sunny or cloudy when it is sunny, tap control is performed so that the system voltage becomes an average intermediate range using a voltage control device such as SVR, or Although not shown, voltage stabilization is realized using a voltage control device such as SVC capable of high-speed voltage control.

上記のシナリオは定性的に説明したが、対象とする電力系統の電力方程式に基づいて、センサなどで測定した信号と、安定化の目標値を用意して、前記した本発明の制御パラメータ算出の手順を利用して、制御信号を生成することができる。   Although the above scenario has been described qualitatively, based on the power equation of the target power system, a signal measured by a sensor and a stabilization target value are prepared, and the control parameter calculation of the present invention described above is performed. A procedure can be used to generate a control signal.

また当然ながら、分散的に配置する制御機器は、相互に通信ができる手段を備えていてよい。他地域の太陽光発電のデータを収集し、確率的特性の設定に利用することができる。   Naturally, the control devices arranged in a distributed manner may be provided with means capable of communicating with each other. Data on solar power generation in other areas can be collected and used to set stochastic characteristics.

地域毎の配電系統で連系する実施例について説明する。ここで地域の大きさを限定するものではないが、例えば柱状トランスで区切られた低圧配電系統とすることができる。地域内の需要家には電力を消費する機器、および電力を発電するPV発電機(発電はマイナスの負荷と考える)が、任意の個数と容量で備わっていて、変動を伴いながら動作しているとする。ここで需要家あるいは地域ごとの負荷を確率密度関数で設定するような安定化制御を行うとする。そして負荷の制御結果である確率密度関数は、連系する電力系統で重なり合って電力系統の全体の負荷の確率密度関数になる。なお負荷を制御する方法は限定するものではないが、例えば需要家側の機器制御を行うDSM(Demand Side Management)技術を利用できる。   The Example linked with the power distribution system for every area is described. Here, although the size of the area is not limited, for example, it can be a low-voltage distribution system partitioned by a columnar transformer. Consumers in the region are equipped with devices that consume electricity and PV generators that generate electricity (power generation is considered a negative load) with an arbitrary number and capacity, and are operating with fluctuations. And Here, it is assumed that stabilization control is performed such that the load for each customer or region is set by a probability density function. The probability density function that is the load control result overlaps with the interconnected power systems and becomes the probability density function of the entire load of the power system. The method for controlling the load is not limited. For example, a DSM (Demand Side Management) technique for controlling equipment on the consumer side can be used.

次に、電力系統に連系するn個の需要家を考える。それぞれの需要家の負荷が電力系統で重なり合って、変動がたがいに独立した正規分布に従うとき、nを大きくすると、電圧は平均μに集中して、分散σ2はn分の1になっていく。この性質は、統計の分野で、大数の法則として知られている。上記は複数の需要家をまとめた地域内の負荷を制御する場合も同様である。地域ごとの電圧安定化の制御の結果が正規分布N(μ、σ2)で表わされるとき、それらを連系した電圧系統においては正規分布N(μ、σ2/n)となる。一般に複数の系統が組み合わされる上位系統になるほどn分の1の効果は大きくなる。Next, n consumers connected to the power system are considered. When the load of each customer overlaps in the power system and the fluctuation follows an independent normal distribution, if n is increased, the voltage concentrates on the average μ and the variance σ 2 becomes 1 / n. . This property is known as the law of large numbers in the field of statistics. The same applies to the case of controlling the load in a region where a plurality of consumers are grouped. When the voltage stabilization control result for each region is represented by a normal distribution N (μ, σ 2 ), the normal distribution N (μ, σ 2 / n) is obtained in a voltage system connecting them. In general, the effect of 1 / n increases as the higher system is a combination of a plurality of systems.

前記した太陽光発電と蓄電池の組み合わせにおいて、安定化出力として変動を許容する確率的目標値を設定して、該設定に基づいて蓄電池制御を行う方法を示したのは、このような電力系統における平均化の効果が期待できることが理由の一つである。   In the combination of solar power generation and storage battery described above, a method for setting a stochastic target value that allows variation as a stabilized output and performing storage battery control based on the setting is shown in such a power system. One reason is that an averaging effect can be expected.

本発明は、上記の大数の法則を利用して、需要家ごと、地域ごと、あるいは配電フィーダごとなどで、確率的な目標値を設定する。例えば、上位の電力系統に求められる目標値を下位の電力系統に分担させる手順を階層的に行い、最下位にある系統の制御内容を決める。この最下位には需要家の宅内の機器が存在し得て、需要家において負荷目標値の分散を小さく設定することで高い電力品質を確保することができる。このとき、分散を小さくするために掛かる制御コストと電力品質のバランスをとる仕組みを併用しても良い。   In the present invention, a probabilistic target value is set for each consumer, for each region, for each distribution feeder, or the like, using the above-mentioned large number law. For example, the procedure of sharing the target value required for the upper power system with the lower power system is performed hierarchically, and the control content of the lowest system is determined. At the lowest level, there can be devices in the customer's home, and high power quality can be ensured by setting the variance of the load target value small in the customer. At this time, a mechanism for balancing the control cost and power quality required to reduce the dispersion may be used in combination.

このように地域毎の確率的な目標値を設定して制御を行うことは、制御システムの構築の上でもメリットがある。前記した電力方程式はアドミッタンス行列によって機器構成が特徴づけられるが、系統が大きくなるにつれてアドミッタンス行列(あるいはヤコビアン)は大きくなる。電力方程式を解くとき、ニュートンラプソン法あるいはカルマンフィルタはアドミッタンス行列(あるいはヤコビアン)の逆行列を利用する。しかし一般に逆行列を算出することは処理負荷および演算精度の点で問題があり、これは行列が大きくなるほど顕在化する。したがって系統構成を階層的に扱い、下位にある地域の電力系統については本発明の確率的な電力品質の維持を実現し、上位においては前記したn分の1の効果を利用することが有効である。   In this way, performing control by setting a probabilistic target value for each region is advantageous in the construction of a control system. In the power equation described above, the device configuration is characterized by an admittance matrix, but the admittance matrix (or Jacobian) increases as the system increases. When solving the power equation, the Newton-Raphson method or the Kalman filter uses the inverse matrix of the admittance matrix (or Jacobian). However, in general, calculating an inverse matrix is problematic in terms of processing load and calculation accuracy, and this becomes more apparent as the matrix becomes larger. Therefore, it is effective to treat the system configuration hierarchically, to realize the stochastic power quality maintenance of the present invention for the power system in the lower region, and to use the above-mentioned 1 / n effect in the upper unit. is there.

上記は負荷の安定化を説明したが、電力方程式のノード指定の方法によって、電圧、有効電力、電流、位相などに置き換えることができる。   Although the above has described the stabilization of the load, it can be replaced with voltage, active power, current, phase, etc., by the method of specifying nodes in the power equation.

本発明は上記のように、電力系統を構成する需要家、地域あるいは配電系統を対象に、負荷あるいは電圧の目標値を確率的に与えることにより制御パラメータを算出し、それぞれを制御することで、個々に設定する確率的な目標値を大数の法則に基づいて組み合わせることを特徴とする。個々の目標値を確定的な固定値で設定する場合に比べて、確率的なばらつきを許容することになり、制御に掛かるコストを低減できる効果が得られる。   As described above, the present invention calculates a control parameter by probabilistically giving a target value of a load or a voltage to a consumer, a region, or a distribution system that constitutes an electric power system, and controls each of them. It is characterized by combining individually set probabilistic target values based on the law of large numbers. Compared to the case where individual target values are set as deterministic fixed values, stochastic variations are allowed, and the effect of reducing the cost for control can be obtained.

統計学的手法における派生方式の利用について説明する。   Explain the use of derivation methods in statistical methods.

電力系統モデルを電力(潮流)方程式で記述することが困難なとき、カルマンフィルタ、エクステンデッド・カルマンフィルタあるいはイタレーテッド・カルマンフィルタの代わりに、派生方式であるアンセンテッド・カルマンフィルタ、粒子フィルタなどを利用できる。アンセンテッド・カルマンフィルタは、シグマポイントと呼ぶ特徴量を用いて対象システムを表わす。粒子フィルタは統計的サンプリングを利用する手法であり、原理的にはカルマンフィルタとは異なるとする意見もあるが、ここでは派生方式として扱う。   When it is difficult to describe a power system model with a power (power flow) equation, a derivative method such as an unscented Kalman filter or a particle filter can be used instead of the Kalman filter, the extended Kalman filter or the iterated Kalman filter. The unscented Kalman filter represents a target system using a feature amount called a sigma point. The particle filter is a technique that uses statistical sampling, and although there is an opinion that it is different from the Kalman filter in principle, it is treated as a derivation method here.

今までの説明は、目標とする電圧値の確率密度関数を正規分布で設定する構成例を示した。しかし正規分布に限定することはなく、何らかの非対称な確率密度関数であって良い。 非対称な確率密度関数を利用する例として、太陽光発電が連系する系統がある。太陽光発電は日射量に依存するので、雲の流れがあると発電量が低下する。晴れ時々曇りのときは、日射量が多いなかで、時々曇りによる日射量低下と回復が混じることになる。発電量としては、最大発電量が続くなかで時々発電量低下と回復が混じる。したがって、電圧の出現は対称の分布ではなくなることがある。   The description so far has shown the configuration example in which the probability density function of the target voltage value is set in a normal distribution. However, the distribution is not limited to a normal distribution, and may be any asymmetric probability density function. An example of using an asymmetric probability density function is a system in which photovoltaic power generation is connected. Since solar power generation depends on the amount of solar radiation, the amount of power generation decreases when there is a cloud flow. When it is sunny and cloudy, the amount of solar radiation is often mixed with the decrease and recovery of the amount of solar radiation. As the amount of power generation, the power generation amount declines and recovers from time to time while the maximum power generation amount continues. Thus, the appearance of voltage may not be a symmetrical distribution.

電力系統の入力あるいは出力の何れかに何らかの不感帯を設ける場合は、信号特性としては微分不可の非線形特性になる。微分係数を用いる線形近似の方法は利用できない。   When any dead band is provided at either the input or output of the power system, the signal characteristics are non-differentiable nonlinear characteristics. A linear approximation method using a differential coefficient cannot be used.

例えば、複数の正規分布の組み合わせで、非対称な確率密度関数を作って良い。また事前に確率密度関数を設定しない方法として、前記の粒子フィルタなどを利用して良い。本発明は、これらのバリエーションについて、それらの制約に対処可能なカルマンフィルタの派生方式を適用することで、確率的な出力目標値を達成する為の制御パラメータを算出できる。   For example, an asymmetric probability density function may be created by combining a plurality of normal distributions. Further, as a method of not setting the probability density function in advance, the above particle filter or the like may be used. The present invention can calculate a control parameter for achieving a stochastic output target value by applying a Kalman filter derivation method capable of coping with these restrictions to these variations.

101 電力系統制御装置
102 電力系統
110 制御信号算出手段
601、602、701、702 装置構成
901、902、903 需要家
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Power system control apparatus 102 Power system 110 Control signal calculation means 601, 602, 701, 702 Device configuration 901, 902, 903 Consumer

Claims (10)

電力系統の制御パラメータを決定する電力系統制御装置において、
前記電力系統の状態値を取得する手段と、
前記状態値に基づいて、前記電力系統に連系する制御対象の出力目標値を確率分布で設定する手段と、
前記設定した確率分布に基づいて、制御パラメータを求める手段と、
を備えることを特徴とする電力系統制御装置。
In the power system control device that determines the control parameters of the power system,
Means for obtaining a state value of the power system;
Based on the state value, means for setting an output target value of a control target linked to the power system in a probability distribution;
Means for determining a control parameter based on the set probability distribution;
A power system control device comprising:
請求項1における電力系統制御装置において、
更に前記制御パラメータを用いて前記制御対象を制御する手段を備えることを特徴とする電力系統制御装置。
In the electric power system control apparatus according to claim 1,
The power system control apparatus further comprising means for controlling the control object using the control parameter.
請求項1における電力系統制御装置において、
前記確率分布には、正規分布を含むことを特徴とする電力系統制御装置。
In the electric power system control apparatus according to claim 1,
The power system control apparatus according to claim 1, wherein the probability distribution includes a normal distribution.
請求項1における電力系統制御装置において、
前記状態値には、位相、電圧、電流又は電力を含むことを特徴とする電力系統制御装置。
In the electric power system control apparatus according to claim 1,
The state value includes a phase, voltage, current, or power.
請求項1における電力系統制御装置において、
前記出力目標値は、カルマンフィルタを含む信号処理方法を用いて求めることを特徴とする電力系統制御装置。
In the electric power system control apparatus according to claim 1,
The output target value is obtained using a signal processing method including a Kalman filter.
請求項1における電力系統制御装置において、
前記出力目標値は、前記状態値の信頼性に基づき、分散値を変化させて求めることを特徴とする電力系統制御装置。
In the electric power system control apparatus according to claim 1,
The output target value is obtained by changing a variance value based on reliability of the state value.
請求項1における電力系統制御装置において、
前記制御目標値を確定値で設定する手段を更に備え、
前記状態値の信頼性に基づいて、出力目標値を確率分布又は確定値のいずれか選択して設定することを特徴とする電力系統制御装置。
In the electric power system control apparatus according to claim 1,
Means for setting the control target value as a final value;
The power system control device, wherein the output target value is selected and set from either a probability distribution or a definite value based on the reliability of the state value.
請求項1における電力系統制御装置において、
前記制御対象には、太陽光発電又は風力発電を含む自然エネルギーによる電源及び蓄電池を含むことを特徴とする電力系統制御装置。
In the electric power system control apparatus according to claim 1,
The control system includes a power source and a storage battery using natural energy including solar power generation or wind power generation.
電力系統を制御する電力系統制御システムにおいて、
前記電力系統の状態値を取得する手段と、
前記状態値に基づいて、前記電力系統に連系する制御対象の出力目標値を確率分布で設定する手段と、
前記設定した確率分布に基づいて、制御パラメータを求める手段と、
前記制御パラメータを用いて、前記制御対象を制御する手段を備え、
前記電力系統における複数の制御対象の出力目標値を連系させることで、分散値が小さい出力目標値を求め、各制御対象を制御することを特徴とする電力系統制御システム。
In the power system control system for controlling the power system,
Means for obtaining a state value of the power system;
Based on the state value, means for setting an output target value of a control target linked to the power system in a probability distribution;
Means for determining a control parameter based on the set probability distribution;
Means for controlling the control object using the control parameter;
A power system control system characterized in that an output target value having a small dispersion value is obtained by interconnecting output target values of a plurality of control targets in the power system, and each control target is controlled.
電力系統を制御する電力系統制御方法において、
前記電力系統の状態値を取得するステップと、
前記状態値に基づいて、前記電力系統に連系する制御対象の出力目標値を確率分布で設定するステップと、
前記設定した確率分布に基づいて、制御パラメータを求めるステップと、
前記制御パラメータを用いて、前記制御対象を制御するステップを含むことを特徴とする電力系統制御方法。
In a power system control method for controlling a power system,
Obtaining a state value of the power system;
Based on the state value, setting a target output value to be controlled linked to the power system in a probability distribution;
Obtaining a control parameter based on the set probability distribution;
A power system control method comprising the step of controlling the control object using the control parameter.
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