WO2022004029A1

WO2022004029A1 - 需給監視装置、需給調整装置および方法

Info

Publication number: WO2022004029A1
Application number: PCT/JP2021/003481
Authority: WO
Inventors: 佑樹辻井; 晴樹三好
Original assignee: 株式会社日立製作所
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2021-02-01
Publication date: 2022-01-06
Also published as: JP7551360B2; JP2022011353A

Abstract

出力配分が安定性制約を満たした上で最経済の出力配分であるかについての妥当性を評価できるとともに、より安価な出力配分パターンを適用できる電力系統の需給監視装置、需給調整装置および方法を提供する。電力系統の複数の調整電源の出力配分パターンを定める需給監視装置であって、出力配分指令値に対してより安価な複数の出力配分パターンを決定する出力配分パターン決定部と、出力配分パターン決定部からの複数の出力配分パターンの夫々を基に電力系統の系統解析を実施する系統解析部と、系統解析部における系統解析の結果として複数の出力配分パターンの時の電力系統の安定性を判定する安定性判定部とを備え、電力系統の複数の調整電源の出力配分パターンが電力系統の安定性制約を満たした上で最経済の出力配分であることについての妥当性評価を可能とすることを特徴とする需給監視装置。

Description

需給監視装置、需給調整装置および方法

　本発明は、電力系統の需給監視装置、需給調整装置および方法に関する。

　電力系統において負荷変動（再生可能エネルギーの出力変動を含む）などにより需給アンバランスが発生すると、周波数変動が発生する。現在、系統運用者は中央給電指令所で経済負荷配分（ＥＬＤ：Ｅｃｏｎｏｍｉｃ　Ｌｏａｄ　Ｄｉｓｐａｔｃｈ）と負荷周波数制御（ＬＦＣ：Ｌｏａｄ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）を組み合わせて、調整電源に出力配分することで、電力供給エリアの需給バランスを調整している。なお、本明細書では、需給調整における出力配分の配分先を調整電源と言う。調整電源は、発電機、蓄電池、デマンドレスポンスの少なくともいずれか１つから選択することができる。

　経済負荷配分ＥＬＤは、十数分程度以上の負荷変動に対して、燃料費などを考慮して、負荷に追従するように各調整電源の出力配分を決める機能である。負荷周波数制御ＬＦＣは、数分～十数分程度の負荷に対する変動量を計算し、この変動量に追従する発電量を各調整電源に指令することで、系統周波数を許容範囲に抑制する機能である。

　また、調整力の取引を行う需給調整市場が創設されると、系統運用者は、この需給調整市場において調整力を調達することになる。その運用においては、メリットオーダーに基づいて調整力を発動する仕組みが設けられる可能性がある。メリットオーダーによる出力配分では、コストに基づく優先順位を基に調整電源に出力を配分する。調整力の上げ方向についてはコストの安い順に出力を配分し、調整力の下げ方向についてはコストの高い順に出力を配分する。

　図１に、メリットオーダーに応じた出力配分に基づく調整電源ごとの出力配分の一例を示す。但しこのとき、各調整電源Ｇ（ＧＡからＧＥ）の調整コストＭＡ～ＭＥは、ＭＡ＜ＭＢ＜ＭＣ＜ＭＤ＜ＭＥであるものとする。この例は、出力配分可能上限値を３０とする各調整電源Ｇ（ＧＡからＧＥ）に対して、上げ側の調整力の合計値８０を配分するイメージである。この上げ側の調整力の配分例ではまず、調整コストが最も安い調整電源ＧＡに出力配分可能上限値である３０を割り当てる。次に、調整コストが２番目に安い調整電源ＧＢに出力配分可能上限値である３０を割り当てる。最後に、調整コストが２番目に安い調整電源ＧＣに２０を割り当てる。

　この時、需給のバランスだけでなく、電力系統の安定性についても考慮して出力配分されることが想定される。電力系統を安定的に運用するためには、過負荷、電圧逸脱、電圧安定性、同期安定性、調整力確保などの各種制約を解消する必要がある。このような制約違反とならないように、メリットオーダーによる配分から出力を持替えることで、経済性は犠牲になるが、制約違反が起こらないように運用することが通常である。

　つまり電力系統を安定性の制約を考慮した結果、図１のようなメリットオーダーに応じた出力配分にならない可能性がある。図２は、メリットオーダー順となっていない調整電源の配分例として、調整電源ＧＡに３０、調整電源ＧＢに５、調整電源ＧＣに２５、調整電源ＧＤに２０が配分された例を示している。

　安定性の一つ目の制約として、過負荷について説明する。過負荷とは、潮流が送電線の容量を超過することである。図３に過負荷となった送電線の例を示す。この送電系統は調整電源Ｇ（ＧＡからＧＤ）が図示のように接続されており、上図は調整電源ＧＢから負荷１への方向の潮流が小さい例を示している。また下図は、調整電源ＧＤの出力が増加することにより負荷１への方向の当該潮流が大きくなった例である。なお、調整電源の出力を変更するなどにより、過負荷が起こらないように運用している。

　安定性の二つ目の制約として、電圧逸脱について説明する。電圧逸脱とは、各ノードの電圧が上限値または下限値を逸脱することである。図３では、負荷３が接続されたノードが電圧逸脱（電圧の下限値を逸脱）となった例を示している。なお、無効電力のバランスを適正に調整するなどにより、電圧逸脱が起こらないように運用している。

　安定性の三つ目の制約として、電圧安定性について説明する。電圧安定性とは、負荷の増加、調整電源や変電設備の停止などの擾乱時に、電圧を安定に維持する能力である。電源の遠隔化や偏在化による長距離にわたる大電力送電と無効電力損失の増加および、負荷特性の変化（定電力負荷の増加）などにより、電圧安定性が問題となる。なお、電圧・無効電力を制御する同期調相機や静止型無効電力補償装置を設置し、電圧安定性を維持している。

　安定性の四つ目の制約として、同期安定性について説明する。同期安定性とは、調整電源の停止などの擾乱時に、調整電源間の同期を安定に維持する能力である。落雷などが原因で電力系統に故障が発生すると、一部の回転機型調整電源において他の調整電源に対して回転が加速する。加速した調整電源の基準調整電源に対する内部相差角が他の調整電源と比較して大きくなり、調整電源間の同期が維持できなくなる。なお、加速した調整電源を系統から切り離し、加速する調整電源が増えないようすることで、同期安定性を維持している。

　安定性の五つ目の制約として、調整力確保について説明する。調整力とは、上げ方向および下げ方向に供給または需要を変更できる能力である。この調整力を需要予測誤差、時間内変動、電源脱落などに対応できるように確保しておく必要がある。

　電力系統の需給調整方法として、特許文献１に開示された技術がある。特許文献１によると、経済負荷配分ＬＦＣだけではなく負荷周波数制御ＥＬＤも踏まえた上でメリットオーダーによる需給調整を可能とし、調整力調達時の公平性および透明性を確保すると共に、優れた需給制御性能を発揮する電力需給制御システム、プログラムおよび方法を提供すると記載されている。

　また、電力系統の需給調整方法として、特許文献２に開示された技術がある。特許文献２によると、並列バンク群の変圧器タップ比および調相設備投入量のいずれか一方または両方の制約について適切な定式化を図り最適潮流計算に組み入れることにより、計算時間を短縮化しつつ、目的関数がどのようなものであっても最適潮流計算結果として実際の運用に則した妥当な解を得ることができると記載されている。

特開２０１９－１８７０９９号公報特許５０７７３１６号

　しかしながら、特許文献１では、メリットオーダーによる出力配分のみを実施する場合に、電力系統の安定性の各種制約を満たせない可能性がある。

　また、特許文献２では、メリットオーダー方式による出力配分に言及していないが、最適潮流計算によって、電力系統の安定性について制約違反とならないように計算される。
過負荷などの電力安定性を満たすことができるが、それが安定性の制約を満たした上で最経済な出力配分であるか、説明できない可能性がある。

　以上のことから本発明においては、出力配分が安定性制約を満たした上で最経済の出力配分であるかについての妥当性を評価できるとともに、より安価な出力配分パターンを適用できる電力系統の需給監視装置、需給調整装置および方法を提供することを目的とする。

　以上のことから本発明においては「電力系統の複数の調整電源の出力配分パターンを定める需給監視装置であって、出力配分指令値に対してより安価な複数の出力配分パターンを決定する出力配分パターン決定部と、出力配分パターン決定部からの複数の出力配分パターンの夫々を基に電力系統の系統解析を実施する系統解析部と、系統解析部における系統解析の結果として複数の出力配分パターンの時の電力系統の安定性を判定する安定性判定部とを備え、電力系統の複数の調整電源の出力配分パターンが電力系統の安定性制約を満たした上で最経済の出力配分であることについての妥当性評価を可能とすることを特徴とする需給監視装置」としたものである。

　また本発明においては「需給監視装置に出力手段を備え、電力系統の複数の調整電源に通信手段を介して出力指令を与えるようにされた需給調整装置であって、出力手段は、電力系統の安定性制約を満たした上で最経済の出力配分である１つの出力配分パターンを選択し、通信手段を介して複数の調整電源に対して出力指令を与えることを特徴とする需給調整装置」としたものである。

　また本発明においては「電力系統の複数の調整電源の出力配分パターンを定める需給監視方法であって、出力配分指令値に対してより安価な複数の出力配分パターンを決定し、複数の出力配分パターンの夫々を基に電力系統の系統解析を実施し、系統解析の結果として複数の出力配分パターンの時の電力系統の安定性を判定し、電力系統の複数の調整電源の出力配分パターンが電力系統の安定性制約を満たした上で最経済の出力配分であることについての妥当性評価を可能とすることを特徴とする需給監視方法」としたものである。

　また本発明においては「需給監視方法で得られた出力配分パターンを、電力系統の複数の調整電源に出力指令として与えるようにされた需給調整方法であって、電力系統の安定性制約を満たした上で最経済の出力配分である１つの出力配分パターンを選択し、複数の調整電源に対して出力指令として与えることを特徴とする需給調整方法。」としたものである。

　本発明によれば、出力配分が安定性制約を満たした上で最経済の出力配分であるかについての妥当性を評価できるとともに、より安価な出力配分パターンを適用できることにある。

メリットオーダーに応じた出力配分の一例を示す図。電力系統を安定性の制約を考慮した結果、メリットオーダーに応じた出力配分とならない一例を示す図。過負荷と電圧逸脱となった電力系統の例を示す図。実施例１に係る電力系統の需給監視装置のハードウェア構成を示すブロック図。実施例１に係る需給監視装置の機能的な構成を示すブロック図。図５の需給監視装置の処理を示すフローチャート。出力配分パターン自動決定の第１の例を示すフローチャート。出力配分パターン自動決定の第１の例の処理イメージを示す図。出力配分パターン自動決定の第２の例を示すフローチャート。出力配分パターン自動決定の第２の例の処理イメージを示す図。調整電源の出力配分パターンと安定性解析に関する結果についての出力イメージの一例を示す図。実施例２に係る電力系統の需給監視装置のハードウェア構成を示すブロック図。図１２の需給監視装置の処理を示すフローチャート。調整電源の出力配分パターンと安定性解析に関する結果についての出力イメージの一例を示す。実施例３に係る需給監視装置の機能的な構成を示すブロック図。図１５の需給調整装置の処理を示すフローチャート。調整電源の出力配分パターンと安定性解析に関する結果についての出力イメージの一例を示す図。

　本発明の実施例について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施例では特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また、実施例の中で説明されている諸要素およびその組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

　図４は、実施例１に係る電力系統の需給監視装置のハードウェア構成を示すブロック図である。図４には電力系統２０と、電力系統２０の各所と通信ネットワーク３００を介して接続された電力系統の需給監視装置１０が記述されている。

　図４において、需給監視装置１０は、例えば、計算機システムで構成される。需給監視装置１０は、ある出力配分に対して、安定性制約を満たした上で最適経済の出力配分であるかについての妥当性を評価する。

　需給監視装置１０は、通信ネットワーク３００を介して、電力系統２０の計測情報などにアクセスすることができる。ここでの電力系統２０は、図３と同じ構成を例示しており、複数の調整電源Ｇ（ＧＡからＧＤ）および負荷Ｌｄ（Ｌｄ１からＬｄ６）が、ノードＮ（Ｎ１からＮ６）、変圧器Ｔｒ（Ｔｒ１からＴｒ４）および送電線Ｌ（Ｌ１からＬ５）などを介して相互に連系されたシステムである。ノードＮ（Ｎ１からＮ６）には、電力系統２０の保護、制御および監視のための各種の計測器が設置されている。

　需給監視装置１０は、出力部２１、入力部２２、通信部２３、プロセッサ２４、メモリ２５および記憶装置２６を備え、これらは、バス２７を介して相互に接続されている。

　表示部２１は、需給監視装置１０で扱われるパラメータおよび需給監視装置１０での処理結果などを表示する。表示部２１は、ディスプレイ装置であってもよいし、ディスプレイ装置とともにプリンタ装置または音声出力装置などを用いてもよい。

　入力部２２は、需給監視装置１０を動作させるための各種条件などを入力する。入力部２２は、キーボードおよびマウスなどを使用できる他、タッチパネルまたは音声指示装置などの少なくともいずれか一つを備えるようにしてもよい。

　通信部２３は、通信ネットワーク３００に接続するための回路および通信プロトコルを備える。通信ネットワーク３００は、インターネットなどのＷＡＮ（Ｗｉｄｅ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）であってもよいし、ＷｉＦｉまたはイーサネット（登録商標）などのＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）であってもよいし、ＷＡＮとＬＡＮが混在していてもよい。

　プロセッサ２４は、コンピュータプログラムを実行し、記憶装置２６に記憶されている各種データベース内のデータの検索、処理結果の表示指示、電力系統２０の需給監視に関する処理などを行う。プロセッサ２４は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）であってもよいし、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）であってもよい。プロセッサ２４は、シングルコアロセッサであってもよいし、マルチコアロセッサであってもよい。プロセッサ２４は、処理の一部または全部を行うハードウェア回路（例えばＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）またはＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ））を備えていてもよい。プロセッサ２４は、ニューラルネットワークを備えていてもよい。プロセッサ２４は、１つまたは複数の半導体チップとして構成してもよいし、計算サーバのようなコンピュータ装置として構成してもよい。プログラムの実行は、複数のプロセッサやコンピュータに分担させてもよい。あるいは、プロセッサ２４は、通信ネットワーク３００を介してクラウドコンピュータなどに需給監視プログラムの全部または一部の実行を指示し、その実行結果を受け取るようにしてもよい。

　メモリ２５は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）として構成され、コンピュータプログラムおよび計算結果データを記憶したり、各処理に必要なワークエリアをプロセッサ２４に提供したりする。

　記憶装置２６は、大容量の記憶容量を有する記憶デバイスであり、例えば、ハードディスク装置やＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｄｒｉｖｅ）である。記憶装置２６は、各種プログラムの実行ファイルやプログラムの実行に用いられるデータを保持することができる。記憶装置２６は、出力配分指令値モデルデータベースＤＢ１、系統情報データベースＤＢ２、安定性結果データベースＤＢ３を保持することができる。また、記憶装置２６は、需給監視プログラムを保持することができる。需給監視プログラムは、需給監視装置１０にインストール可能なソフトウェアであってもよいし、需給監視装置１０にファームウェアとして組み込まれていてもよい。

　出力配分指令値データベースＤＢ１は、メリットオーダー方式などで出力配分された出力配分指令値Ｄ１を格納する。系統情報データベースＤＢ２は、電力系統の安定性を解析するための系統情報Ｄ２を格納する。安定性結果データベースＤＢ３は、過負荷、電圧逸脱、電圧安定性、同期安定性などの各種制約に関する安定性結果Ｄ３を格納する。

　図４では、需給監視装置１０が、出力配分指令値データベースＤＢ１、系統情報データベースＤＢ２、安定性結果データベースＤＢ３を保持する例を示したが、これらデータベースの少なくともいずれか１つのデータベースをクラウドサーバに保持させるようにしてもよい。

　図５は、実施例１に係る需給監視装置の機能的な構成例を示すブロック図である。なお、以下の説明では、“○○部は”と動作主体を記した場合、図４のプロセッサ２４がプログラムである○○部を読み出し、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）にロードした上で○○部の機能を実現するものとする。

　図５において、需給監視装置１０は、出力配分指令値データベースＤＢ１、系統情報データベースＤＢ２、安定性結果データベースＤＢ３、出力配分パターン決定部１１、系統解析部１２、安定性判定部１３を備える。

　出力配分パターン決定部１１では、出力配分指令値データベースＤＢ１から出力配分指令値Ｄ１を入力し、より安価な複数の出力配分パターンを決定することで、その結果を系統解析部１２に出力する。

　系統解析部１２では、任意の時間と、任意の出力配分指令値Ｄ１を入力し、また系統情報データベースＤＢ２から系統情報Ｄ２を入力し、潮流計算、同期安定性計算、電圧安定性計算、調整力確保量計算などを実施することで、その結果を安定性判定部１３に出力する。

　安定性判定部１３では、系統解析部１２で計算された結果を入力し、過負荷、電圧逸脱、同期不安定、電圧不安定、調整力不足などの安定性を判定することで、その結果を安定性結果データベースＤＢ３に出力する。

　図６は、図５の需給監視装置の処理を示すフローチャートである。図６ではまず、処理ステップＳ１の出力配分パターン決定において、出力配分指令値Ｄ１を基により安価な複数の出力配分パターンを決定する。出力配分パターンは手動で決定しても良いし、自動で決定しても良く、特定の決定手段に限定されないものとする。出力配分パターンを自動で決定する例を以下で二つ説明する。

　処理ステップＳ１の出力配分パターン自動決定の第１の例を、図７のフローと図８の処理イメージを用いて説明する。また、処理ステップＳ１の出力配分パターン自動決定の第２の例を、図９のフローと図１０の処理イメージを用いて説明する。

　出力配分パターン自動決定の第１の例として、図１における理想的なメリットオーダーに応じた出力配分から乖離した場合に、コストを考慮しながら出力配分パターンを決定する例を示す。図７に出力配分パターン決定部１１の処理の例を示すフローチャートを示す。また、フローチャートの各処理ステップについて、図８の出力配分パターン決定部１１の処理の例のイメージを用いて説明する。

　図７の処理ステップＳ１１の出力配分持替対象決定では、理想的なメリットオーダーに応じた出力配分から乖離した調整電源が選択される。この場合に、理想的なメリットオーダーに応じた出力配分は、コストの観点から図１の３台（ＧＡ、ＧＢ、ＧＣ）による３０、３０、２０の出力であることから、図８上段においてこの関係から乖離した調整電源の持替対象として、調整電源のＧＡ～ＧＥのうち、ＧＢ、ＧＣ、ＧＤが選択される。

　処理ステップＳ１２の上げ調整幅算出では、上げ調整幅を算出する。図８上段の例では、理想的なメリットオーダーに応じた出力配分である図１の関係と比較すると、下げ側に出力が乖離しているのは、調整電源ＧＢであり、上げ調整幅は＋２５である。

　同様に処理ステップＳ１３の下げ調整幅算出では、下げ調整幅を算出する。図８上段の例では、理想的なメリットオーダーに応じた出力配分から上げ側に出力が乖離しているのは図１の関係と比較すると、調整電源ＧＣ、調整電源ＧＤであり、上げ調整幅はそれぞれ－５、－２０である。

　処理ステップＳ１４の出力持替では、上げ調整幅、下げ調整幅の範囲で出力を持替えることで、より安価な出力配分パターンの候補を求める。図８中段の例では、出力配分パターンの候補の１つ目として、上げ調整幅、下げ調整幅を５刻みでコストを考慮しながら出力を持替えた結果、調整電源ＧＢの出力を５から１０に、調整電源ＧＤの出力を２０から１５に変更された。そのため、出力配分パターンの一つ目は、調整電源ＧＡ～ＧＥの出力がそれぞれ３０、１０、２５、１５、０となる。処理ステップＳ１４の出力持替処理は、上げ調整幅、下げ調整幅を５刻みでコストを考慮しながら出力を持替える処理が継続実行され、その都度新たな出力配分パターンが生成される。

　処理ステップＳ１５では、全調整幅について出力持替えが完了したか判定する。完了した場合、当フローを終了する。完了しない場合、処理ステップＳ１４に戻り、次の刻みにおける出力配分パターンを決定する。完了後の出力配分パターンは図８下段に記述されており、図１に例示した理想的なメリットオーダーに応じた出力配分とされている。

　出力配分パターン自動決定の第２の例として、安価な調整電源の出力が、高価な調整電源の出力より小さい場合に、コストを考慮しながら出力配分パターンを決定する例を、図９のフローと図１０の処理イメージを用いて説明する。

　図９の出力配分パターン決定部の処理の例を示すフローチャートでは、最初に処理ステップＳ２１の出力配分持替対象決定処理において、安価な調整電源の出力が高価な調整電源の出力より小さい場合にそれぞれの調整電源が選択される。図１０上段の事例では、安価な調整電源ＧＢの出力が５であり、高価な調整電源ＧＤの出力である２０よりさらに小さい状態を図示しており、当初の出力配分持替対象としては調整電源ＧＢと調整電源ＧＤが選択されることになる。なお、以下の処理から明らかなように、図１０の例では、持替対象として、最終的に調整電源のＧＡ～ＧＥのうち、ＧＢ、ＧＣ、ＧＤが選択される。

　処理ステップＳ２２の安価な調整電源選択では、持替対象の中から最も安価な調整電源を選択する。図１０上段の例では、調整電源ＧＢが選択される。処理ステップＳ２３の高価な調整電源選択では、図１０上段の例では、持替対象の中から最も高価な調整電源ＧＤを選択する。

　処理ステップＳ２４の出力持替では、両調整電源ＧＢ、ＧＤの出力が同じになるまで出力を持替えることで、より安価な出力配分パターンの候補を求める。図１０上段の例では、出力配分パターンの候補の１つ目として、両調整電源ＧＢ、ＧＤにおいてコストを考慮しながら出力を持替えた結果、調整電源ＧＢの出力を５から１２．５に、調整電源ＧＤの出力を２０から１２．５に変更されることを表している。この時、一定の刻みを考慮しながら出力を持替えてもよい。

　処理ステップＳ２５では、全調整電源について出力持替えが完了したか判定する。完了した場合、当フローを終了する。完了しない場合、処理ステップＳ２２に戻り、次の刻みにおける出力配分パターンを決定する。

　図１０中段は、両調整電源ＧＢ、ＧＤにおける第１回持替処理後に、再度安価な調整電源の出力が高価な調整電源の出力より小さい場合を検討した結果、第２回持替処理では調整電源ＧＢ、ＧCの間で６．２５を調整幅として行うことを表している。この場合にも、持替処理の都度新たな出力配分パターンが生成される。

　この結果、図１０下段に示すように、両調整電源ＧＢ、ＧＤの出力が等しくなり、次回実行条件である「安価な調整電源の出力が高価な調整電源の出力より小さい場合」が不存在となり、処理終了となったことを表している。

　図６に戻り、処理ステップＳ２の系統解析部１２では、潮流計算、同期安定性計算、電圧安定性計算、調整力確保量計算などの系統解析を実施する。系統解析については、複数の安定性計算を実施しても、一つの安定性計算を実施しても良い。

　処理ステップＳ３の安定性判定部１３では、潮流計算、同期安定性計算、電圧安定性計算、調整力確保量計算などの系統解析結果に関して、出力配分パターンと安定性結果に関するデータを出力する。安定性とは、背景技術で説明した過負荷、電圧逸脱、同期安定性、電圧安定性、調整力不足などが挙げられる。

　処理ステップＳ２、処理ステップＳ３の処理は、処理ステップＳ１における初期段階（図８上段、図１０上段）が最終段階（図８下段、図１０下段）に至るまでの中間段階（図８中段、図１０中段）における出力配分パターン毎に実施され、複数の出力配分パターンについての各種安定性評価が実行される。

　図１１に調整電源の出力配分パターンと安定性解析に関する結果についての出力イメージの一例を示す。ここでは、出力配分パターンとして初期段階１から中間段階を経て最終段階Ｘに至るまでの各調整電源の出力と、各段階の出力配分パターンでのコスト、ならびに各種安定性の判断結果が一覧に整理されている。この一覧によれば、初期段階１から中間段階を経て最終段階Ｘまで、時系列的に電力系統の調整電源の運用を変更していった場合に、どのタイミング、どの状況で不安定になるかが判明する。このことから、任意の時間における過去の出力配分が各安定性において全て安定となり、任意の出力配分指令値が各安定性において一つ以上不安定となる場合に、出力配分指令値は出力配分が安定性制約を満たした上で最経済の出力配分であると言える。

　以上説明したように、上述した実施例１によれば、出力配分が安定性制約を満たした上で最経済の出力配分であるかについての妥当性を評価できる。

　図１２は、実施例２に係る需給監視装置の機能的な構成を示すブロック図である。

　図１２の需給監視装置１０は、出力配分指令値データベースＤＢ１、系統情報データベースＤＢ２、安定性結果データベースＤＢ３、任意出力配分指令値データベースＤＢ４、出力配分パターン決定部１１、系統解析部１２、安定性判定部１３、出力配分決定部１４、出力再配分決定部１５を備える実施例１、図５の需給監視装置１０に加えて、さらに任意出力配分指令値データベースＤＢ４を備えたものである。

　任意出力配分指令値データベースＤＢ４は、任意の出力配分指令値を１パターンまたは複数パターン格納している。

　出力配分パターン決定部１１では、出力配分指令値と任意出力配分指令値を入力し、より安価な複数の出力配分パターンを決定することで、その結果を系統解析部１２に出力する。

　系統解析部１２では、出力配分パターン決定部１１で計算された出力配分パターンと系統情報ＤＢ２に格納された系統情報を入力し、潮流計算、同期安定性計算、電圧安定性計算、調整力確保量計算などを実施することで、その結果を安定性判定部１３に出力する。

　図１３は、図１２の需給監視装置の処理を示すフローチャートである。

　処理ステップＳ１の出力配分パターン決定では、メリットオーダー方式などで出力配分された出力配分指令値と、任意出力配分指令値のうち、どちらか一つの値または両方の値を基に出力配分パターンを決定する。系統解析部１２に入力する出力配分パターンの例を以下で二つ説明する。

　一つ目の例では、任意出力配分指令値データベースＤＢ４からの任意出力配分指令値とする。系統運用者や発電事業者が希望する任意の出力配分指令値（メリットオーダー方式などで出力配分された出力配分指令値より安価な出力配分指令値など）を入力値とすることで、所望の出力配分指令値の安定性を判別できる。

　二つ目の例では、メリットオーダー方式などで出力配分された出力配分指令値と、任意出力配分指令値データベースＤＢ４からの任意出力配分指令値を出力配分パターンとする。系統運用者や発電事業者が希望する任意の出力配分指令値（メリットオーダー方式などで出力配分された出力配分指令値より安価な出力配分指令値など）に加えて、メリットオーダー方式などで出力配分された出力配分指令値を入力値とすることで、所望の出力配分指令値の安定性だけでなく、メリットオーダー方式などで出力配分された出力配分指令値の安定性も判別できる。これにより、両者の安定性の結果の違いを確認できるようになる。

　処理ステップＳ２の系統解析部１２では、潮流計算、同期安定性計算、電圧安定性計算、調整力確保量計算などの系統解析を実施する。系統解析については、複数の安定性計算を実施しても、一つの安定性計算を実施しても良い。

　図１４に調整電源の出力配分パターンと安定性解析に関する結果についての出力イメージの一例を示す。任意の時間における過去の出力配分が各安定性において全て安定となり、任意の出力配分指令値が各安定性において一つ以上不安定となる場合に、出力配分指令値が出力配分が安定性制約を満たした上で最経済の出力配分であると言える。

　以上説明したように、実施例２によれば、出力配分が安定性制約を満たした上で最経済の出力配分であるかについての妥当性を評価できる。

　図１５は、実施例３に係る需給監視装置の機能的な構成を示すブロック図である。

　図１５において、需給調整装置１０は、出力配分指令値データベースＤＢ１、系統情報データベースＤＢ２、安定性結果データベースＤＢ３、出力再配分指令値データベースＤＢ５、出力配分パターン決定部１１、系統解析部１２、安定性判定部１３、出力配分決定部１４、出力再配分決定部１５を備える、実施例１、図５の需給監視装置１０に加えて、さらに出力再配分指令値ＤＢ４、出力配分決定部１４、出力再配分決定部１５を備える。

　出力再配分指令値データベースＤＢ５は、メリットオーダー方式などで出力配分された出力配分指令値を基に、さらに安定性を満たした上でコストを低減する出力再配分指令値を格納する。

　出力配分決定部１４では、需給アンバランスを入力し、各調整電源への出力配分を決定することで、その結果を出力配分指令値データベースＤＢ１に出力する。

　出力配分パターン決定部１１では、出力配分決定部１４で計算された出力配分指令値を入力し、より安価な複数の出力配分パターンを決定することで、その結果を系統解析部１２に出力する。

　安定性判定部１３では、系統解析部１２で計算された結果を入力し、過負荷、電圧逸脱、同期不安定、電圧不安定、調整力不足などの安定性を判定することで、その結果を安定性結果データベースＤＢ３、出力再配分決定部１５に出力する。

　出力再配分決定部１５では、複数の出力配分パターンとその安定性結果を入力とし、安定性制約を満たした上で最経済である出力再配分指令値を選択することで、その結果を出力再配分指令値データベースＤＢ５に出力する。

　図１６は、図１５の需給調整装置の処理を示すフローチャートである。

　最初の処理ステップＳ３４の出力配分決定では、需給アンバランスの量を基に、各調整電源への出力配分を決定する。例えば、メリットオーダーに応じた出力配分を決定する。
メリットオーダーに応じて各調整電源の出力配分を決定する場合、調整力の上げ方向については、各調整電源に割り当て可能な制約の範囲内において、コストの安い各調整電源から順に調整力を割り当てることができる。調整力の下げ方向については、各調整電源に割り当て可能な制約の範囲内において、コストの高い各調整電源から順に調整力を割り当てることができる。ここで言うコストは、調整電源の燃料コストの他、調達コストを含んでも良い。

　この時、電力系統を安定的に運用するために、需給のバランスだけでなく、過負荷、電圧逸脱、電圧安定性、同期安定性などの電力系統の安定性についても満足させるように、出力配分を決定する必要がある。そのために、各種制約条件を設定した上で最適化計算によって出力配分を決定する方法が一般的である。

　処理ステップＳ３１の出力配分パターン決定では、処理ステップＳ３４で決定した出力配分を基により安価な複数の出力配分パターンを決定する。出力配分パターンを決定する例を以下で二つ説明する。

　処理ステップＳ３２の系統解析部１２では、潮流計算、同期安定性計算、電圧安定性計算、調整力確保量計算などの系統解析を実施する。系統解析については、複数の安定性計算を実施しても、一つの安定性計算を実施しても良い。

　処理ステップＳ３３の安定性判定部１３では、潮流計算、同期安定性計算、電圧安定性計算、調整力確保量計算などの系統解析結果に関して、出力配分パターンと安定性結果に関するデータを出力する。安定性とは、背景技術で説明した過負荷、電圧逸脱、同期安定性、電圧安定性、調整力不足などが挙げられる。図１７に調整電源の出力配分パターンと安定性解析に関する結果に出力イメージの一例を示す。

　処理ステップＳ３５の出力配分再決定では、複数の出力配分パターンでの安定性解析により制約違反の有無を判定する。全出力配分パターンに対して、各安定性において一つ以上不安定となる場合に、出力配分決定部１４で決定した出力配分指令値が出力配分が安定性制約を満たした上で最経済の出力配分であると言える。また、各安定性において全て安定となる出力配分パターンが存在する場合に、該当の出力配分パターンの中で最もコストが安価な出力配分パターンを出力再配分指令値として選択する。図１７の例では、パターン１～Ｘにおいて全ての安定性が安定なものがパターン１とパターン２のみと仮定すると、このうち、より安価なパターンであるパターン２が選択される。

　なお上記の説明は、主として電力系統の需給監視装置を構成することについて説明を行ってきたが、ここで定めた出力配分パターンを調整電源に配分する機能をさらに備えることで、需給調整装置を構成できることは言うまでもない。

　以上説明したように、上述した実施例３によれば、さらに良い出力配分も探索でき、それをもとに出力配分できることで、安定性を満たした上でコストを低減することができる。

　なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除または置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能および処理部などは、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計するなどによりハードウェアで実現してもよい。

ＤＢ１：出力配分指令値データベース、ＤＢ２：系統情報データベース、ＤＢ３：安定性結果データベース、ＤＢ４：任意出力配分指令値データベース、ＤＢ５：出力再配分指令値データベース、２０：電力系統、１０：需給監視装置、１１：出力配分パターン決定部、１２：系統解析部、１３：安定性判定部、１４：出力配分決定部、１５：出力再配分決定部、２１：表示部、２２：入力部、２３：通信部、２４：プロセッサ、２５：メモリ、２６：記憶装置、２７：バス、３００：通信ネットワーク

Claims

　電力系統の複数の調整電源の出力配分パターンを定める需給監視装置であって、
　出力配分指令値に対してより安価な複数の出力配分パターンを決定する出力配分パターン決定部と、前記出力配分パターン決定部からの複数の出力配分パターンの夫々を基に電力系統の系統解析を実施する系統解析部と、前記系統解析部における系統解析の結果として複数の前記出力配分パターンの時の電力系統の安定性を判定する安定性判定部とを備え、電力系統の複数の調整電源の出力配分パターンが電力系統の安定性制約を満たした上で最経済の出力配分であることについての妥当性評価を可能とすることを特徴とする需給監視装置。
　請求項１に記載の需給監視装置であって、
　前記系統解析部における系統解析により、潮流計算、同期安定性計算、電圧安定性計算、調整力確保量計算の少なくとも１つ以上を計算することを特徴とする需給監視装置。
　請求項１または請求項２に記載の需給監視装置であって、
　前記安定性判定部では、安定性として過負荷、電圧逸脱、同期不安定、電圧不安定、調整力不足の少なくとも１つ以上について、安定性を判定することを特徴とする需給監視装置。
　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の需給監視装置であって、
　複数の前記出力配分パターンについて、電力系統の安定性制約を満たした上で最経済の出力配分であることについての妥当性評価を付して外部出力することを特徴とする需給監視装置。
　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の需給監視装置であって、
　前記出力配分パターン決定部は、理想的なメリットオーダーに応じた出力配分から乖離した場合に、コストを考慮しながら出力配分パターンを決定することを特徴とする需給監視装置。
　請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の需給監視装置であって、
　前記出力配分パターン決定部は、安価な調整電源の出力が、高価な調整電源の出力より小さい場合に、コストを考慮しながら出力配分パターンを決定することを特徴とする需給監視装置。
　請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の需給監視装置であって、
　前記出力配分パターン決定部は、メリットオーダー方式などで出力配分された出力配分指令値と、任意出力配分指令値のうち、どちらか一つの値または両方の値を基に出力配分パターンを決定することを特徴とする需給監視装置。
　請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の需給監視装置であって、
　複数の出力配分パターンとその安定性結果を基に出力再配分指令値を決定する出力再配分決定部とを更に備えることで、安定性制約を満たした上でより安価な出力配分パターンを適用できることを特徴とする需給監視装置。
　請求項８に記載の需給監視装置であって、
　需給アンバランスを入力し、各調整電源への出力配分を決定する出力配分決定部を備え、前記出力配分決定部の結果を前記出力配分パターン決定部に反映することを特徴とする需給監視装置。
　請求項８に記載の需給監視装置であって、
　出力再配分決定部は、複数の出力配分パターンとその安定性結果を入力とし、安定性制約を満たした上で最経済である出力再配分指令値を選択することで、その結果を出力再配分指令値データベースに出力することを特徴とする需給監視装置。
　請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の需給監視装置に出力手段を備え、電力系統の複数の調整電源に通信手段を介して出力指令を与えるようにされた需給調整装置であって、
　前記出力手段は、電力系統の安定性制約を満たした上で最経済の出力配分である１つの出力配分パターンを選択し、通信手段を介して複数の調整電源に対して出力指令を与えることを特徴とする需給調整装置。
　電力系統の複数の調整電源の出力配分パターンを定める需給監視方法であって、
　出力配分指令値に対してより安価な複数の出力配分パターンを決定し、複数の前記出力配分パターンの夫々を基に電力系統の系統解析を実施し、前記系統解析の結果として複数の前記出力配分パターンの時の電力系統の安定性を判定し、電力系統の複数の調整電源の出力配分パターンが電力系統の安定性制約を満たした上で最経済の出力配分であることについての妥当性評価を可能とすることを特徴とする需給監視方法。
　請求項１２に記載の需給監視方法で得られた出力配分パターンを、電力系統の複数の調整電源に出力指令として与えるようにされた需給調整方法であって、
　電力系統の安定性制約を満たした上で最経済の出力配分である１つの出力配分パターンを選択し、複数の調整電源に対して出力指令として与えることを特徴とする需給調整方法。