WO2024070039A1 - 電力系統制御装置及び電力系統制御方法 - Google Patents

電力系統制御装置及び電力系統制御方法 Download PDF

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WO2024070039A1
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WO
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scenario
power system
control
effectiveness
scenarios
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English (en)
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Inventor
晋也 末永
泰之 多田
雅浩 渡辺
Original Assignee
株式会社日立製作所
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load

Definitions

  • This disclosure relates to a power system control device and a power system control method.
  • the power system control device that controls the power system operates each piece of equipment in the power system in accordance with the power system state, such as power demand, so as to increase multiple index values, such as transmission loss, available transmission capacity, and voltage stability, while satisfying the constraints on the power system.
  • this type of power system control device has the problem that the costs associated with operating the equipment (hereinafter referred to as operation costs) can be high.
  • Patent Document 1 discloses a technique for calculating the operation costs associated with operating target equipment in a power system.
  • the amount of operation for the target equipment is calculated so that an index value including the operation cost becomes a predetermined value while satisfying the constraints on the power system. This makes it possible to suppress operation costs while improving voltage stability.
  • Patent Document 1 only calculates the operation cost at a specific time, making it difficult to prevent increases in operation costs due to changes over time in the state of the power system.
  • the objective of this disclosure is to provide a power system control device and a power system control method that can suppress increases in operating costs due to changes in the state of the power system over time.
  • a power system control device generates a scenario indicating whether or not each of a plurality of future control times is to be a target time for performing an operation on a target facility included in the power system for each combination of two or more possible values of the scenario, determines the operation content for the target facility at each of the target times for each scenario based on the system time change data, calculates the effectiveness of each scenario based on the operation cost for the operation on the target facility in the scenario and an index value that evaluates the state of the power system in the scenario, and determines a control scenario to be used to control the power system from the scenarios based on the effectiveness.
  • the present invention makes it possible to suppress increases in operating costs caused by changes over time in the state of the power system.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a power system control device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a scenario.
  • 2 is a flowchart illustrating the overall processing of the power system control device 1.
  • 13 is a flowchart illustrating an example of an effectiveness calculation process.
  • 11 is a flowchart illustrating an example of a constraint satisfaction determination process.
  • FIG. 11 illustrates an example of a determination process.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating another example of the determination process.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a power system control device according to an embodiment of the present disclosure.
  • the power system control device 1 shown in FIG. 1 is a system that is communicatively connected to each component device of a power system 3 via a communication network 2, and controls the power system 3 using each component device.
  • the power system 3 has, as its component devices, measuring devices 4 that measure physical quantities related to the power system 3, such as voltage and current, and electrical devices 5 that are equipment to be operated by the power system control device 1. There may be multiple measuring devices 4 and multiple electrical devices 5.
  • the electrical devices 5 are, for example, power generation equipment, reactive power adjustment devices such as SVCs (Static Var Compensators), transformers, power capacitors, and circuit breakers.
  • the power system control device 1 has a control unit 10, a recording unit 20, an input unit 30, a display unit 40, and a communication unit 50.
  • the control unit 10 is a processor such as a CPU (Central Processing Unit) and is also called a processing unit.
  • the control unit 10 reads a program (computer program: not shown) recorded in the recording unit 20 and executes the read program to realize various functions.
  • the control unit 10 executes the program to realize a main control unit 110, a scenario generation unit 120, a control planning unit 130, an effectiveness calculation unit 140, a constraint satisfaction determination unit 150, and a control decision unit 160.
  • the main control unit 110 controls each part of the control unit 10 as a whole.
  • the scenario generation unit 120 generates multiple scenarios indicating whether or not to apply optimization calculation to the target equipment group for each of multiple control times within a future prediction period.
  • the main control unit 110 generates scenarios for two or more combinations of whether or not to apply optimization calculation.
  • the optimization calculation is a process of determining the operation content for each electric device 5 at each application time so that a predetermined objective function is optimized, for example, so that the value of the objective function becomes a predetermined value (maximum or minimum value).
  • the objective function is, for example, the transmittable capacity, which is the sum (or weighted addition) of the available transmission capacity for each transmission line. In this case, the predetermined value is the maximum value.
  • the objective function is not limited to the transmittable capacity, and may be active power loss or the like.
  • the predetermined value is the minimum value.
  • the prediction period is, for example, about 3 to 12 hours.
  • the interval between control times is constant, and the value is, for example, about 5 to 30 minutes.
  • the prediction period and the interval between control times are not limited to these examples.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a scenario.
  • the control times are t0 to t3, and among scenarios 1 to n, the values at control times t0 to t3 of scenarios 1 to 3 and n are shown diagrammatically.
  • scenarios are generated for all possible combinations of values, so n is 16.
  • the interval between control times t0 to t3 is, for example, 30 minutes. In this case, control time t0 is 30 minutes later, t1 is 1 hour later, t2 is 1.5 hours later, and t3 is 2 hours later.
  • scenario 1 is a scenario in which optimization calculations are performed at all control times t0 to t3.
  • Scenario 2 is a scenario in which optimization calculations are not performed at the first control time t0, but are performed at the other control times t1 to t3.
  • Scenario n is a scenario in which optimization calculations are not performed at all control times t0 to t3.
  • control planning unit 130 performs an optimization calculation for each scenario generated by the scenario generation unit 120, and generates, for each scenario, operation information indicating the operation content for each electrical device 5 at each application time of the scenario.
  • the set of electrical devices 5 that are the subject of the optimization calculation and the set of electrical devices 5 whose application/non-application is changed in the scenario may be the same or different.
  • the effectiveness calculation unit 140 calculates the effectiveness of each scenario generated by the scenario generation unit 120 based on the operation cost associated with the operation of the electrical device 5 in that scenario and the index value that evaluates the state of the power system 3 in that scenario.
  • the constraint satisfaction determination unit 150 determines, for each scenario generated by the scenario generation unit 120, whether or not that scenario satisfies the constraint conditions related to the power grid 3.
  • the constraint conditions are conditions for the capacity constraints, voltage deviation, voltage stability, etc. related to the power grid 3.
  • the control decision unit 160 decides a control scenario to be used for controlling the electrical equipment 5 of the power system 3 from among the scenarios generated by the scenario generation unit 120 based on the effectiveness calculated by the effectiveness calculation unit 140 and the judgment result by the constraint satisfaction judgment unit 150.
  • the main control unit 110 controls the electrical appliance 5 according to the control scenario determined by the control determination unit 160. Instead of controlling the entire time of the scenario, only a recent portion may be used for control, and recalculation may be performed for the time not being controlled, thereby avoiding the adverse effects of prediction errors.
  • the recording unit 20 is a memory that records the above programs and various information used and generated in the processing by the programs.
  • the recording unit 20 records system-related data 210, system measurement data 220, control schedule 230, scenario data 240, control data 250, cost data 260, index value data 270, effectiveness data 280, and constraint satisfaction data 290.
  • the system-related data 210 is data related to the power system 3, and includes power configuration data indicating the configuration of the power system 3 (the arrangement and configuration of each piece of equipment, the impedance of the power distribution network, etc.) and system time change data predicting the time change of values related to the state of the power system 3. Values related to the state of the power system 3 are, for example, the output power of the generators of the power system 3 and the power demand of the consumers of the power system 3.
  • the system measurement data 220 is measurement data measured by the measuring instruments 4 of the power system 3.
  • the control schedule 230 is information indicating a schedule for controlling the power system 3, and indicates, for example, a prediction period and a control time related to the optimization calculation. The control schedule 230 may be determined in advance, or may be specified by a user of the power system control device 1, etc.
  • Scenario data 240 indicates each scenario generated by the scenario generation unit 120.
  • Control data 250 indicates operation information generated by the control planning unit 130 and control scenarios determined by the control decision unit 160.
  • Cost data 260 indicates the operation cost of each scenario.
  • Index value data 270 indicates the index value of each scenario.
  • Effectiveness data 280 indicates the effectiveness of each scenario calculated by the effectiveness calculation unit 140.
  • Constraint satisfaction data 290 indicates the judgment result of each scenario by the constraint satisfaction judgment unit 150.
  • the input unit 30 accepts various information from a user who uses the power system control device 1. For example, the input unit 30 may accept a control schedule 230 from the user.
  • the display unit 40 displays various information. For example, the display unit 40 displays control data 250 and constraint satisfaction data 290.
  • the communication unit 50 is communicatively connected to each measuring device 4 and electrical device 5 of the power system 3 via the communication network 2. The communication unit 50, for example, receives measurement data from the measuring device 4 and transmits command data corresponding to the control data 250 to the electrical device 5.
  • FIG. 3 is a flowchart explaining the overall processing of the power system control device 1.
  • the main control unit 110 acquires system time change data that predicts the time change of the output power of the generators of the power system 3 and the power demand of the consumers of the power system 3 (step S1). For example, the main control unit 110 may calculate the system time change data from the system related data 210 and the system measurement data 220, etc., or may acquire the system time change data from a higher-level device (not shown). In addition, the system time change data may be recorded in the recording unit 20.
  • the scenario generation unit 120 generates scenarios for all possible combinations of values based on the control schedule 230.
  • the control planning unit 130 performs optimization calculations based on the system time-varying data for each scenario generated by the scenario generation unit 120, and generates operation information indicating the operation content for each electrical device 5 at the target time in each scenario (step S2).
  • the effectiveness calculation unit 140 executes an effectiveness calculation process (see FIG. 4) to calculate the effectiveness of each scenario generated by the scenario generation unit 120 (step S3).
  • the constraint satisfaction determination unit 150 also executes a constraint satisfaction determination process (see Figures 5 to 7) to determine whether or not the constraint conditions related to the power grid 3 are satisfied for each scenario generated by the scenario generation unit 120 (step S4).
  • the control decision unit 160 determines whether the highest effectiveness level among the effectiveness levels of each scenario is equal to or greater than a threshold value and whether the scenario with the highest effectiveness level satisfies the constraint conditions (step S5).
  • step S5 If the maximum effectiveness is equal to or greater than the threshold and the scenario with the maximum effectiveness satisfies the constraint conditions (step S5: Yes), the control decision unit 160 decides that scenario with the maximum effectiveness as the control scenario (step S6) and ends the process.
  • control decision unit 160 checks whether all non-applicable scenarios, which are scenarios that are non-applicable at all control times, satisfy the constraint conditions (step S7).
  • control decision unit 160 decides that all non-applicable scenarios are to be control scenarios (step S8) and ends the process.
  • control decision unit 160 determines whether or not there is a constraint path scenario that satisfies the constraint conditions (step S9).
  • step S9 the control decision unit 160 decides on one of the constraint path scenarios as the control scenario (step S10) and ends the process.
  • the control decision unit 160 may decide on the control scenario based on the effectiveness or operation cost of the constraint path scenario. For example, the control decision unit 160 may decide on the scenario with the highest effectiveness among the constraint path scenarios as the control scenario, or may decide on the scenario with the lowest operation cost among the constraint path scenarios as the control scenario.
  • step S9 If no constraint path scenario exists (step S9: No), the control decision unit 160 performs emergency response processing, such as displaying error information on the display unit 40 and notifying the user that no scenario that satisfies the constraint conditions exists (step S11), and ends the processing.
  • emergency response processing such as displaying error information on the display unit 40 and notifying the user that no scenario that satisfies the constraint conditions exists (step S11), and ends the processing.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of the effectiveness calculation process in step S3 of FIG. 3.
  • the effectiveness calculation unit 140 first selects one of the scenarios as the scenario to be calculated (step S101).
  • the effectiveness calculation unit 140 calculates the improvement ⁇ P of the index value evaluating the state of the power grid 3 in the scenario to be calculated from the index values in all non-applied scenarios (step S102).
  • the index value of a scenario is the sum of individual index values evaluating the state of the power grid 3 at each control time when the scenario is applied (when the operation with the operation content indicated in the operation information corresponding to the scenario is applied to each electrical device 5).
  • the individual index value is, for example, the value of the objective function of the optimization calculation.
  • the effectiveness calculation unit 140 calculates the amount of change ⁇ C in the operation cost of operating the electrical device 5 in the scenario to be calculated from the operation cost in all non-applied scenarios (step S103).
  • the operation cost of a scenario is the sum of the individual operation costs related to the operations at each control time when the scenario is applied.
  • the effectiveness calculation unit 140 calculates the sum of the individual operation costs of the operations performed on the electrical device 5 in the scenario to be calculated as the operation cost of the scenario to be calculated, for example, using a lookup table showing the relationship between the operations on each electrical device 5 and the individual operation costs related to that operation. Note that the operation cost is expressed, for example, as a value converted into a monetary amount.
  • the effectiveness calculation unit 140 calculates the effectiveness of the scenario to be calculated based on the improvement ⁇ P and the change ⁇ C of the scenario to be calculated (step S104). Specifically, the effectiveness calculation unit 140 calculates the ratio of the improvement ⁇ P to the change ⁇ C as the effectiveness.
  • the effectiveness E is expressed by Equation 1.
  • P SC t is the individual index value of the scenario to be calculated at control time t
  • P base t is the individual index value of all non-applied scenarios at control time t
  • C SC t is the individual operation cost of the scenario to be calculated at control time t
  • C base t is the individual operation cost of all non-applied scenarios at control time t. Note that control time t ranges from 0 to T.
  • step S105 the effectiveness calculation unit 140 judges whether or not all scenarios have been selected as scenarios to be calculated. If all scenarios have not been selected (step S105: No), the process returns to step S101. On the other hand, if all scenarios have been selected (step S105: Yes), the process ends. Note that in step S101, scenarios that have not yet been selected are selected as scenarios to be calculated.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of the constraint satisfaction determination process in step S3 of FIG. 3.
  • the constraint satisfaction determination unit 150 first selects one of the scenarios as the scenario to be determined (step S201).
  • the constraint satisfaction determination unit 150 generates an individual determination result that determines whether or not the constraint condition is satisfied at each control time based on the operation information corresponding to the scenario to be determined (step S202). Specifically, the constraint satisfaction determination unit 150 determines whether or not the constraint condition is satisfied when an operation according to the operation information corresponding to the scenario to be determined is performed on the electrical device 5 at each control time.
  • the constraint satisfaction determination unit 150 determines whether the scenario to be determined satisfies the constraint conditions based on the individual determination results (step S203).
  • step S204 determines whether or not all scenarios have been selected as scenarios to be determined. If all scenarios have not been selected (step S204: No), the process returns to step S201. On the other hand, if all scenarios have been selected (step S204: Yes), the process ends. Note that in step S201, a scenario that has not yet been selected is selected as a scenario to be determined.
  • FIGS. 6 and 7 are diagrams showing an example of the determination process in step S204 in FIG. 5. Note that in FIGS. 6 and 7 and their explanations, satisfaction of the constraint conditions may be indicated as "OK,” and non-satisfaction of the constraint conditions may be indicated as "NG.”
  • the constraint satisfaction judgment unit 150 judges that the scenario to be judged satisfies the constraint conditions, and if the individual judgment result is "NG" at any one of the control times, it judges that the scenario to be judged does not satisfy the constraint conditions.
  • the constraint satisfaction determination unit 150 determines that the scenario to be evaluated satisfies the constraint condition if the individual determination result is not "NG" for m or more consecutive times, and determines that the scenario to be evaluated does not satisfy the constraint condition if the time period determination result is "NG" for m or more consecutive times.
  • m is 2, but is not limited to 2.
  • the value of m is set appropriately depending on the allowable time that is allowed even if the constraint condition is not satisfied and the interval between control times.
  • the constraint satisfaction determination unit 150 may determine that the scenario to be assessed satisfies the constraint conditions.
  • the scenario generation unit 120 generates a scenario indicating whether or not each of a plurality of future control times is a target time for performing an operation on the electric appliances 5 included in the power system 3, for each combination of two or more possible values of the scenario.
  • the control planning unit 130 determines the operation content of the operation on the electric appliances 5 at each of a plurality of future control times for each scenario based on the system time change data.
  • the effectiveness calculation unit 140 calculates the effectiveness of the scenario based on the operation cost related to the operation on the electric appliances 5 and the index value evaluating the state of the power system 3 for each scenario.
  • the control decision unit 160 determines the control scenario, which is the scenario to be used for controlling the power system 3, based on the effectiveness. Therefore, it is possible to decide a control scenario taking into account the operation cost at each of a plurality of future control times, and therefore it is possible to suppress an increase in the operation cost due to the change over time in the state of the power system.
  • the effectiveness of a scenario is the ratio of the improvement in the index value of the scenario from the index values of all non-applied scenarios to the change in the operation cost of the scenario from the operation cost of all non-applied scenarios. This makes it possible to more appropriately evaluate the effectiveness of a scenario.
  • the control decision unit 160 decides that the scenario with the highest effectiveness level is the control scenario. Therefore, it is possible to decide that a scenario that is more appropriate for reducing operation costs is the control scenario.
  • the control decision unit 160 decides that the all-non-application scenario, which is a scenario in which no operation is performed at any of the control times, is the control scenario. Therefore, it is possible to decide that a scenario that is more appropriate for suppressing operation costs is the control scenario.
  • control decision unit 160 decides on one of the scenarios that satisfies the constraint conditions as the control scenario. This makes it possible to suppress operation costs while satisfying the constraint conditions.
  • control decision unit 160 decides on a control scenario based on the effectiveness or operation cost of a scenario that satisfies the constraint conditions. This makes it possible to decide on a scenario that is more appropriate for reducing operation costs as the control scenario.
  • the control planning unit 130 determines the operation content so that the objective function related to the power system is optimized based on the system time change data. This makes it possible to generate appropriate operation content and scenarios.
  • Power system control device 3 Communication network 4: Power system 5: Measuring equipment 6: Electric equipment 10: Control unit 20: Recording unit 30: Input unit 40: Display unit 50: Communication unit 110: Main control unit 120: Scenario generation unit 130: Control planning unit 140: Effectiveness calculation unit 150: Constraint satisfaction unit 160: Control decision unit

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Abstract

電力系統の状態の時間変化による操作コストの増大化を抑制することが可能な電力系統制御装置を提供すること。シナリオ生成部１２０は、将来の複数の制御時刻のそれぞれについて電力系統３に含まれる電気機器５に対する操作を行う対象時刻とするか否かを示すシナリオを、当該シナリオの取りうる値の２以上の組み合わせごとに生成する。制御立案部１３０は、系統時間変化データに基づいて、シナリオごとに、対象時刻のそれぞれにおける電力系統３に含まれる電気機器５に対する操作の操作内容を決定する。有効度算定部１４０は、シナリオごとに、電気機器５に対する操作に係る操作コストと、電力系統３の状態を評価した指標値とに基づいて、シナリオの有効性を評価した有効度を算出する。制御決定部１６０は、有効度に基づいて、電力系統３の制御に用いるシナリオである制御シナリオを決定する。

Description

電力系統制御装置及び電力系統制御方法
　本開示は、電力系統制御装置及び電力系統制御方法に関する。
　電力系統を制御する電力系統制御装置は、電力需要のような電力系統の状態に応じて、電力系統に係る制約条件を充足しつつ、送電ロス、送電可能容量及び電圧安定度などの複数の指標値が高くなるように、電力系統の各設備を操作している。しかしながら、この種の電力系統制御装置では、設備に対する操作に伴うコスト（以降、操作コストと記載）が高くなることがあるという問題がある。
　これに対して特許文献１には、電力系統の操作対象設備に対する操作に伴う操作コストを算出する技術が開示されている。この技術では、電力系統に係る制約条件を充足しつつ、操作コストを含む指標値が所定値となるように、操作対象設備に対する操作量が算出されている。これにより、電圧安定度を向上させつつ操作コストを抑制することができる。
特開２０１６－１１１７８０号公報
　しかしながら、電力系統の状態は時間と共に変化するため、その時間変化によっては、操作対象設備をある状態に変更する操作と元の状態に戻す操作とが短時間に繰り返し行われるなど、無駄な操作が行われてしまい、操作コストが高くなることがある。特許文献１に記載の技術では、特定の時刻での操作コストを算出しているだけであるため、電力系統の状態の時間変化による操作コストの増大化を抑制することは難しい。
　本開示の目的は、電力系統の状態の時間変化による操作コストの増大化を抑制することが可能な電力系統制御装置及び電力系統制御方法を提供することにある。
　本開示の一態様に従う電力系統制御装置は、将来の複数の制御時刻のそれぞれについて前記電力系統に含まれる操作対象設備に対する操作を行う対象時刻とするか否かを示すシナリオを、当該シナリオの取りうる値の２以上の組み合わせごとに生成し、前記系統時間変化データに基づいて、前記シナリオごとに、前記対象時刻のそれぞれにおける前記操作対象設備に対する操作の操作内容を決定し、前記シナリオごとに、当該シナリオにおける前記操作対象設備に対する前記操作に係る操作コストと、当該シナリオにおける前記電力系統の状態を評価した指標値とに基づいて、当該シナリオの有効性を評価した有効度を算出し、前記有効度に基づいて、前記シナリオから、前記電力系統の制御に用いるシナリオである制御シナリオを決定する。
　本発明によれば、電力系統の状態の時間変化による操作コストの増大化を抑制することが可能になる。
本開示の一実施形態の電力系統制御装置の構成を示す図である。 シナリオの一例を示す図である。 電力系統制御装置１の全体処理を説明するフローチャートである。 有効度算出処理の一例を説明するためのフローチャートである。 制約充足判定処理の一例を説明するためのフローチャートである。 判定処理の一例を示す図である。 判定処理の他の例を示す図である。
　以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。
　図１は、本開示の一実施形態の電力系統制御装置の構成を示す図である。図１に示す電力系統制御装置１は、通信ネットワーク２を介して電力系統３の各構成機器と通信可能に接続され、各構成機器を用いて電力系統３を制御するシステムである。図１の例では、電力系統３は、構成機器として、電圧及び電流のような電力系統３に係る物理量を計測する計測機器４と、電力系統制御装置１による操作対象設備である電気機器５とを有する。計測機器４及び電気機器５は、複数ずつあってもよい。電気機器５は、例えば、発電設備、ＳＶＣ（Static Var Compensator）のような無効電力の調整装置、変圧器、電力キャパシタ及び遮断器などである。
　電力系統制御装置１は、制御部１０と、記録部２０と、入力部３０と、表示部４０と、通信部５０とを有する。
　制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなプロセッサであり、処理部とも呼ばれる。制御部１０は、記録部２０に記録されたプログラム（コンピュータプログラム：図示せず）を読み取り、その読み取ったプログラムを実行して種々の機能を実現する。本実施形態では、制御部１０は、プログラムを実行することで、主制御部１１０と、シナリオ生成部１２０と、制御立案部１３０と、と、有効度算定部１４０と、制約充足判定部１５０と、制御決定部１６０とを実現する。
　主制御部１１０は、制御部１０の各部全体を制御する。シナリオ生成部１２０は、将来の予測期間内の複数の制御時刻のそれぞれについて、対象設備群に対して最適化計算を適用するか否かを示すシナリオを複数生成する。本実施形態では、主制御部１１０は、最適化計算を適用するか否かの２以上の組合せについて、シナリオを生成している。最適化計算は、所定の目的関数が最適化されるように、例えば、目的関数の値が所定値（最大値又は最小値）となるように、各適用時刻における各電気機器５に対する操作内容を決定する処理である。目的関数は、例えば、送電線ごとの送電空き容量の総和（又は加重加算）である送電可能容量である。この場合、所定値は最大値である。ただし、目的関数は、送電可能容量に限らず、有効電力ロスなどでもよい。この場合、所定値は最小値となる。予測期間は、例えば、３時間から１２時間程度である。また、制御時刻の間隔は、本実施形態では、一定とし、その値は、例えば、５分から３０分程度である。ただし、予測期間及び制御時刻の間隔は、これらの例に限定されるものではない。
　図２は、シナリオの一例を示す図である。図２では、制御時刻はｔ０～ｔ３であり、シナリオ１～ｎのうち、シナリオ１～３及びｎの制御時刻ｔ０～ｔ３における値が模式的に示されている。図２の例では、シナリオは取りうる値の全ての組み合わせについて生成されているため、ｎは、１６である。なお、制御時刻ｔ０～ｔ３の間隔は、例えば、３０分である。この場合、制御時刻ｔ０が３０分後、ｔ１が１時間後、ｔ２が１時間半後、ｔ３が２時間後となる。
　例えば、シナリオ１は、全ての制御時刻ｔ０～ｔ３において、最適化計算を行うシナリオである。シナリオ２は、最初の制御時刻ｔ０において、最適化計算を行わず、他の制御時刻ｔ１～ｔ３において、最適化計算を行うシナリオである。シナリオｎは、全ての制御時刻ｔ０～ｔ３において、最適化計算を行わないシナリオである。
　図１の説明に戻る。制御立案部１３０は、シナリオ生成部１２０にて生成されたシナリオごとに最適化計算を行って、シナリオごとに、当該シナリオの各適用時刻のそれぞれにおける各電気機器５に対する操作内容を示す操作情報を生成する。なお、最適化計算において計算対象となる電気機器５の集合と、シナリオにおいて適用非適用が変更される電気機器５の集合とは同じでもよいし、異なっていてもよい。
　有効度算定部１４０は、シナリオ生成部１２０にて生成されたシナリオごとに、そのシナリオにおける電気機器５に対する操作に係る操作コストと、そのシナリオにおける電力系統３の状態を評価した指標値とに基づいて、シナリオの有効性を評価した有効度を算出する。
　制約充足判定部１５０は、シナリオ生成部１２０にて生成されたシナリオごとに、そのシナリオが電力系統３に係る制約条件を充足しているか否かを判定する。制約条件は、電力系統３に係る容量制約、電圧逸脱度及び電圧安定度などに対する条件である。
　制御決定部１６０は、有効度算定部１４０にて算出された有効度と、制約充足判定部１５０による判定結果に基づいて、シナリオ生成部１２０にて生成されたシナリオの中から、電力系統３の電気機器５の制御に用いるシナリオである制御シナリオを決定する。
　主制御部１１０は、制御決定部１６０によって決定された制御シナリオに沿って、電気機器５の制御を実施する。シナリオの全時間について制御せずに、直近の一部分のみ制御に利用し、制御していない時間について再計算を行うことで、予測誤差による悪影響を回避するようにしても良い。
　記録部２０は、上記のプログラムと、プログラムによる処理にて使用及び生成される種々の情報を記録するメモリである。本実施形態では、記録部２０は、系統関連データ２１０と、系統測定データ２２０と、制御スケジュール２３０と、シナリオデータ２４０と、制御データ２５０と、コストデータ２６０と、指標値データ２７０と、有効度データ２８０と、制約充足データ２９０とを記録する。
　系統関連データ２１０は、電力系統３に関するデータであり、電力系統３の構成（各設備の配置及び構成、配電網のインピーダンスなど）を示す電力構成データと、電力系統３の状態に関する値の時間変化を予測した系統時間変化データとを含む。電力系統３の状態に関する値は、例えば、電力系統３の発電機の出力電力及び電力系統３の需要家による需要電力などである。系統測定データ２２０は、電力系統３の計測機器４にて計測された計測データである。制御スケジュール２３０は、電力系統３を制御するスケジュールを示す情報であり、例えば、最適化計算に係る予測期間及び制御時刻などを示す。制御スケジュール２３０は、予め定められてもよいし、電力系統制御装置１を利用する利用者などにて指定されてもよい。
　シナリオデータ２４０は、シナリオ生成部１２０にて生成された各シナリオを示す。制御データ２５０は、制御立案部１３０にて生成された操作情報と制御決定部１６０にて決定された制御シナリオとを示す。コストデータ２６０は、各シナリオの操作コストを示す。指標値データ２７０は、各シナリオの指標値を示す。有効度データ２８０は、有効度算定部１４０にて算出された各シナリオの有効度を示す。制約充足データ２９０は、制約充足判定部１５０による各シナリオの判定結果を示す。
　入力部３０は、電力系統制御装置１を利用する利用者から種々の情報を受け付ける。例えば、入力部３０は、利用者から制御スケジュール２３０を受け付けてもよい。表示部４０は、種々の情報を表示する。例えば、表示部４０は、制御データ２５０及び制約充足データ２９０などを表示する。通信部５０は、通信ネットワーク２を介して電力系統３の各計測機器４及び電気機器５と通信可能に接続する。通信部５０は、例えば、計測機器４から計測データを受信したり、電気機器５に対して制御データ２５０に応じた指令データを送信したりする。
　図３は、電力系統制御装置１の全体処理を説明するフローチャートである。
　先ず、主制御部１１０は、電力系統３の発電機の出力電力及び電力系統３の需要家による需要電力の時間変化を予測した系統時間変化データを取得する（ステップＳ１）。例えば、主制御部１１０は、系統関連データ２１０及び系統測定データ２２０などから系統時間変化データを算出してもよいし、図示していない上位装置などから系統時間変化データを取得してもよい。また、系統時間変化データは、記録部２０に記録されてもよい。
　続いて、シナリオ生成部１２０は、制御スケジュール２３０に基づいて、シナリオをその値が取りうる全ての組み合わせについて生成する。制御立案部１３０は、シナリオ生成部１２０にて生成されたシナリオごとに、系統時間変化データに基づいて最適化計算を行い、各シナリオにおける対象時刻における各電気機器５に対する操作内容を示す操作情報を生成する（ステップＳ２）。
　その後、有効度算定部１４０は、シナリオ生成部１２０にて生成された各シナリオの有効度を算出する有効度算出処理（図４参照）を実行する（ステップＳ３）。
　また、制約充足判定部１５０は、シナリオ生成部１２０にて生成されたシナリオごとに電力系統３に係る制約条件を充足しているか否かを判定する制約充足判定処理（図５～図７参照）を実行する（ステップＳ４）。
　制御決定部１６０は、各シナリオの有効度の中で最も高い最大有効度が閾値以上であり、かつ、その最大有効度のシナリオが制約条件を充足しているか否かを判定する（ステップＳ５）。
　最大有効度が閾値以上、かつ、最大有効度のシナリオが制約条件を充足している場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、制御決定部１６０は、その最大有効度のシナリオを制御シナリオに決定し（ステップＳ６）、処理を終了する。
　最大有効度が閾値未満の場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、制御決定部１６０は、全ての制御時刻で非適用となるシナリオである全非適用シナリオが制約条件を充足しているか否かを確認する（ステップＳ７）。
　全非適用シナリオが制約条件を充足している場合（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、制御決定部１６０は、全非適用シナリオを制御シナリオに決定し（ステップＳ８）、処理を終了する。
　全非適用シナリオが制約条件を充足していない場合（ステップＳ７：Ｎｏ）、制御決定部１６０は、制約条件を充足するシナリオである制約パスシナリオが存在するか否かを判定する（ステップＳ９）。
　制約パスシナリオが存在する場合（ステップＳ９：Ｙｅｓ）、制御決定部１６０は、制約パスシナリオのいずれかを制御シナリオに決定し（ステップＳ１０）、処理を終了する。このとき、制御決定部１６０は、制約パスシナリオの有効度又は操作コストに基づいて、制御シナリオを決定してもよい。例えば、制御決定部１６０は、制約パスシナリオの中で有効度が最も高いシナリオを制御シナリオに決定してもよいし、制約パスシナリオの中で操作コストが最も低いシナリオを制御シナリオとして決定してもよい。
　制約パスシナリオが存在しない場合（ステップＳ９：Ｎｏ）、制御決定部１６０は、エラー情報を表示部４０に表示して、制約条件を充足するシナリオが存在しない旨を通知するなどの緊急対応処理を実施し（ステップＳ１１）、処理を終了する。
　なお、上記の全体処理において取得、生成及び使用された種々のデータ及び情報は適宜記録部２０に記録される。
　図４は、図３のステップＳ３の有効度算出処理の一例を説明するためのフローチャートである。
　有効度算出処理では、有効度算定部１４０は、先ず、シナリオのいずれかを算出対象シナリオとして選択する（ステップＳ１０１）。
　有効度算定部１４０は、その算出対象シナリオにおける電力系統３の状態を評価した指標値の、全非適用シナリオにおける指標値からの向上量ΔＰを算出する（ステップＳ１０２）。シナリオの指標値は、シナリオを適用した際（シナリオに対応する操作情報にて示される操作内容の操作を各電気機器５に適用した際）の各制御時刻における電力系統３の状態を評価した個別指標値の和である。個別指標値は、例えば、最適化計算の目的関数の値である。
　続いて、有効度算定部１４０は、算出対象シナリオにおける電気機器５を操作する操作コストの、全非適用シナリオにおける操作コストからの変化量ΔＣを算出する（ステップＳ１０３）。シナリオの操作コストは、シナリオを適用した際の各制御時刻における操作に係る個別操作コストの和である。有効度算定部１４０は、例えば、各電気機器５に対する操作とその操作に係る個別操作コストとの関係を示すルックアップテーブルを用いて、算出対象シナリオにて電気機器５に対して行われる操作の個別操作コストの総和を算出対象シナリオの操作コストとして算出する。なお、操作コストは、例えば、金額に換算した値などで表される。
　有効度算定部１４０は、算出対象シナリオの向上量ΔＰ及び変化量ΔＣに基づいて、算出対象シナリオの有効度を算出する（ステップＳ１０４）。具体的には、有効度算定部１４０は、変化量ΔＣに対する向上量ΔＰの比率を有効度として算出する。つまり、有効度Ｅは、数１で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　ここで、ＰＳＣ ｔは、制御時刻ｔにおける算出対象シナリオの個別指標値であり、Ｐｂａｓｅ ｔは、制御時刻ｔにおける全非適用シナリオの個別指標値である。また、ＣＳＣ ｔは、制御時刻ｔにおける算出対象シナリオの個別操作コストであり、Ｃｂａｓｅ ｔは、制御時刻ｔにおける全非適用シナリオの個別操作コストである。なお、制御時刻ｔは、０～Ｔである。
　そして、有効度算定部１４０は、全てのシナリオを算出対象シナリオとして選択したか否かを判断する（ステップＳ１０５）。全てのシナリオが選択されていない場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、ステップＳ１０１の処理に戻る。一方、全てのシナリオが選択された場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、処理が終了される。なお、ステップＳ１０１では、まだ選択されていないシナリオが算出対象シナリオとして選択される。
　図５は、図３のステップＳ３の制約充足判定処理の一例を説明するためのフローチャートである。
　制約充足判定処理では、制約充足判定部１５０は、先ず、シナリオのいずれかを判定対象シナリオとして選択する（ステップＳ２０１）。
　制約充足判定部１５０は、判定対象シナリオに対応する操作情報に基づいて、各制御時刻で制約条件が充足されるか否かを判定した個別判定結果を生成する（ステップＳ２０２）。具体的には、制約充足判定部１５０は、各制御時刻において、判定対象シナリオに対応する操作情報に応じた操作を電気機器５に対して行った場合に制約条件が充足されているか否かを判定する。
　制約充足判定部１５０は、個別判定結果に基づいて、判定対象シナリオが制約条件を充足しているか否かを判定する（ステップＳ２０３）。
　そして、制約充足判定部１５０は、全てのシナリオを判定対象シナリオとして選択したか否かを判断する（ステップＳ２０４）。全てのシナリオが選択されていない場合（ステップＳ２０４：Ｎｏ）、ステップＳ２０１の処理に戻る。一方、全てのシナリオが選択された場合（ステップＳ２０４：Ｙｅｓ）、処理が終了される。なお、ステップＳ２０１では、まだ選択されていないシナリオが判定対象シナリオとして選択される。
　図６及び図７は、図５のステップＳ２０４の判定処理の一例を示す図である。なお、図６及び図７とその説明では、制約条件が充足していることを「ＯＫ」と示し、制約条件が充足していないことを「ＮＧ」と示すことがある。
　図６の例では、制約充足判定部１５０は、制御時刻の全てにおいて個別判定結果が「ＯＫ」の場合、判定対象シナリオが制約条件を充足していると判定し、制御時刻のいずれか１つに対してでも個別判定結果が「ＮＧ」の場合、判定対象シナリオが制約条件を充足していないと判断する。
　つまり、図６の例では、各制御時刻において制約条件が充足している場合に、判定対象シナリオが制約条件を充足していると判定される。ただし、電圧逸脱度などの制約条件では、一定期間、制約条件が充足されなくても許容されることがある。
　図７の例では、制約充足判定部１５０は、個別判定結果がｍ回以上連続して「ＮＧ」にならない場合、判定対象シナリオが制約条件を充足していると判定し、時間帯別判定結果がｍ回以上連続して「ＮＧ」になっている場合、判定対象シナリオが制約条件を充足していないと判定する。なお、図７の例では、ｍは２であるが、２に限定されない。ｍの値は、制約条件が充足していなくても許容される許容時間と、制御時刻の間隔とに応じて適宜設定される。
　なお、制約条件は、複数あってもよい。この場合、例えば、全ての制約条件が充足されている場合に、制約充足判定部１５０は、判定対象シナリオが制約条件を充足していると判定してもよい。
　以上説明したように本実施形態では、シナリオ生成部１２０は、将来の複数の制御時刻のそれぞれについて電力系統３に含まれる電気機器５に対する操作を行う対象時刻とするか否かを示すシナリオを、当該シナリオの取りうる値の２以上の組み合わせごとに生成する。制御立案部１３０は、系統時間変化データに基づいて、シナリオごとに、将来の複数の制御時刻のそれぞれにおける電気機器５に対する操作の操作内容を決定する。有効度算定部１４０は、シナリオごとに、電気機器５に対する操作に係る操作コストと、電力系統３の状態を評価した指標値とに基づいて、シナリオの有効性を評価した有効度を算出する。制御決定部１６０は、有効度に基づいて、電力系統３の制御に用いるシナリオである制御シナリオを決定する。したがって、将来の複数の制御時刻のそれぞれにおける操作コストを考慮して制御シナリオを決定することが可能となるため、電力系統の状態の時間変化による操作コストの増大化を抑制することが可能になる。
　また、本実施形態では、シナリオの有効度は、当該シナリオの操作コストの全非適用シナリオの操作コストからの変化量に対する、当該シナリオの指標値の全非適用シナリオの指標値からの向上量の比率である。このため、シナリオの有効性をより適切に評価することが可能となる。
　また、本実施形態では、制御決定部１６０は、各シナリオの有効度の中で最も高い最大有効度が閾値以上の場合、最大有効度のシナリオを制御シナリオとして決定する。このため、操作コストを抑制するためにより適切なシナリオを制御シナリオとして決定することができる。
　また、本実施形態では、制御決定部１６０は、最大有効度が閾値未満の場合、制御時刻の全てにおいて操作を行わないシナリオである全非適用シナリオを制御シナリオとして決定する。このため、操作コストを抑制するためにより適切なシナリオを制御シナリオとして決定することができる。
　また、本実施形態では、制御決定部１６０は、全非適用シナリオが電力系統に係る制約条件を充足していない場合、制約条件を充足するシナリオのいずれかを制御シナリオとして決定する。このため、制約条件を充足させつつ、操作コストを抑制することが可能になる。
　また、本実施形態では、制御決定部１６０は、全非適用シナリオが制約条件を充足しない場合、制約条件を充足するシナリオの有効度又は操作コストに基づいて、制御シナリオを決定する。このため、操作コストを抑制するためにより適切なシナリオを制御シナリオとして決定することが可能になる。
　制御立案部１３０は、系統時間変化データに基づいて、電力系統に係る目的関数が最適化されるように、操作内容を決定する。このため、適切な操作内容及びシナリオを生成することが可能となる。
　上述した本開示の実施形態は、本開示の説明のための例示であり、本開示の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本開示の範囲を逸脱することなしに、他の様々な態様で本開示を実施することができる。
　１：電力系統制御装置　３：通信ネットワーク　４：電力系統　５：計測機器　６：電気機器　１０：制御部　２０：記録部　３０：入力部　４０：表示部　５０：通信部　１１０：主制御部　１２０：シナリオ生成部　１３０：制御立案部　１４０：有効度算定部　１５０：制約充足部　１６０：制御決定部

 

Claims (8)

  1. 　処理部と記録部とを有する電力系統制御装置であって、
    　前記記録部は、電力系統の状態に関する値の時間変化を予測した系統時間変化データを記憶し、
    　前記処理部は、
    　　将来の複数の制御時刻のそれぞれについて前記電力系統に含まれる操作対象設備に対する操作を行う対象時刻とするか否かを示すシナリオを、当該シナリオの取りうる値の２以上の組み合わせごとに生成し、
    　　前記系統時間変化データに基づいて、前記シナリオごとに、前記対象時刻のそれぞれにおける前記操作対象設備に対する操作の操作内容を決定し、
    　　前記シナリオごとに、当該シナリオにおける前記操作対象設備に対する前記操作に係る操作コストと、当該シナリオにおける前記電力系統の状態を評価した指標値とに基づいて、当該シナリオの有効性を評価した有効度を算出し、
    　　前記有効度に基づいて、前記シナリオから、前記電力系統の制御に用いるシナリオである制御シナリオを決定する、電力系統制御装置。
  2. 　前記シナリオの有効度は、当該シナリオの操作コストの前記制御時刻の全てにおいて前記操作を行わないシナリオである全非適用シナリオの操作コストからの変化量に対する、当該シナリオの指標値の前記全非適用シナリオの指標値からの向上量の比率である、請求項１に記載の電力系統制御装置。
  3. 　前記処理部は、各シナリオの有効度の中で最も高い最大有効度が閾値以上の場合、前記最大有効度のシナリオを前記制御シナリオとして決定する、請求項１に記載の電力系統制御装置。
  4. 　前記処理部は、前記最大有効度が閾値未満の場合、前記複数の制御時刻の全てにおいて前記操作を行わないシナリオである全非適用シナリオを前記制御シナリオとして決定する、請求項３に記載の電力系統制御装置。
  5. 　前記処理部は、前記全非適用シナリオが前記電力系統に係る制約条件を充足していない場合、前記制約条件を充足するシナリオのいずれかを前記制御シナリオとして決定する、請求項４に記載の電力系統制御装置。
  6. 　前記処理部は、前記全非適用シナリオが前記制約条件を充足しない場合、前記制約条件を充足するシナリオの前記有効度又は前記操作コストに基づいて、前記制御シナリオを決定する、請求項５に記載の電力系統制御装置。
  7. 　前記処理部は、前記系統時間変化データに基づいて、前記電力系統に係る目的関数が最適化されるように、前記操作内容を決定する、請求項１に記載の電力系統制御装置。
  8. 　処理部と記録部とを有する電力系統制御装置による電力系統制御方法であって、
    　前記記録部に、電力系統の状態に関する値の時間変化を予測した系統時間変化データを記憶させ、
    　前記処理部に、
    　　将来の複数の制御時刻のそれぞれについて前記電力系統に含まれる操作対象設備に対する操作を行う対象時刻とするか否かを示すシナリオを、当該シナリオの取りうる値の２以上の組み合わせごとに生成させ、
    　　前記系統時間変化データに基づいて、前記シナリオごとに、前記対象時刻のそれぞれにおける前記操作対象設備に対する操作の操作内容を決定させ、
    　　前記シナリオごとに、当該シナリオにおける前記操作対象設備に対する操作に係る操作コストと、当該シナリオにおける前記電力系統の状態を評価した指標値とに基づいて、当該シナリオの有効性を評価した有効度を算出させ、
    　　前記有効度に基づいて、前記シナリオから、前記電力系統の制御に用いるシナリオである制御シナリオを決定させる、電力系統制御方法。

     
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