(57)【要約】【課題】配電系統の要素をグラフ理論で扱って木構造とし、停電発生時に木全体に対する電力融通のための最適解を演算するとき、木構造でない状態時には演算不可能であった。【解決手段】融通計算処理部に供給点振分け手段を設け、停電発生時に当該停電区間に対する外部区間からの供給点を、仮想の複数供給点に分割して停電復旧したい電力網を木構造とする。その後に分割処理手段によって電力の融通演算を実行すると共に、融通元の配電系統に対しては多段融通の可否演算を実行する。多段融通可否演算は、融通元の配電系統に連系される１段目の全ての区間への電力融通可否を演算判断し、１段目のみ可能の場合には当該配電系統に対する最適解を探索し、１段目のみでは不可能との演算判断時には２段目への電力融通可否を演算判断した後に、最適解の探索演算を実行する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力の融通計算処理部と監視制御部を有する演算処理装置により、
配電系統の停電発生時に記憶装置に格納された停電発生時のデータをもとに電力の融通処理演算を実行するものであって、演算処理装置は、グラフ理論を用いた分割処理手段により配電系統に対しグラフを構成し、部分木に分割して電力の融通演算するものにおいて、
前記融通計算処理部に供給点振分け手段を設け、前記停電発生時に当該停電区間に対する外部区間からの供給点を、仮想の複数供給点に分割して停電復旧したい電力網を木構造とした後に、前記分割処理手段によって電力の融通演算を実行すると共に、融通元の配電系統に対しては多段融通の可否演算を実行することを特徴とした配電系統の電力融通処理方法。
【請求項２】
前記多段融通可否演算は、融通元の配電系統に連系される１段目の全ての区間への電力融通可否を演算判断し、１段目のみ可能の場合には当該配電系統に対する最適解を探索し、１段目のみでは不可能との演算判断時には２段目への電力融通可否を演算判断した後、最適解の探索演算を実行することを特徴とする請求項１記載の配電系統の電力融通処理方法。
【請求項３】
電力の融通計算処理部と監視制御部を有する演算処理装置により、
配電系統の停電発生時に記憶装置に格納された停電発生時のデータをもとに電力の融通処理演算を実行するものであって、演算処理装置は、グラフ理論を用いた分割処理手段により配電系統に対しグラフを構成し、部分木に分割して電力の融通演算するものにおいて、
前記融通計算処理部に変化点処理手段を設け、電力融通演算時に扱う配電系統の負荷量を配電系統に設置された開閉器単位の区間毎の負荷量として扱い、前記
部分木に対する電力の授受量の最適解を演算処理すると共に、最適解が求まった際に、区間の充電・停電情報、開閉器の入切情報を元に配電系統への融通演算を実行することを特徴とした配電系統の電力融通処理方法。
【請求項４】
前記融通元の配電系統は、融通に基づく電流が許容電流を超えるか否かをチェックし、この電流チェックは演算ケースの最適解を求める計算途中にて実行し、この計算途中にて許容電流超過の場合には当該演算ケースを終了することを特徴とした請求項１乃至３記載の配電系統の電力融通処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配電自動化システムの電力融通方法に係り、特に多段融通を可能とした配電系統の電力融通処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
配電系統を管理するコンピュータシステムである配電自動化システムでは、当該配電系統に停電が発生した場合や、工事等で計画的に限定した範囲で停電を発生させる場合、通常の電力供給経路とは別の電力供給経路の探索を実行し、得られた経路から電力を供給する機能が備えられている。
【０００３】
電力融通を行うための計算方法としては非特許文献１が公知となっている。
この方法は、配電系統をグラフ理論で扱うもので、入力されるグラフを「木」に限定したとき、最適解を効率よく求める。そのためのアルゴリズムは木の持つ特殊な構造を利用することで最適解を求めている。この手法では、配電系統の融通計算問題をグラフ理論で扱うために必要となる構成要素を、供給点、需要点および開閉器の３つとしている。
【０００４】
供給点は、電力を供給するための元となる点で、配電線の大元としては配電用変電所の送出点となる。需要点は、ビルや工場、一般家庭といった電力を使用する点である。また、開閉器は、電力系統上に複数設置されている開閉器である。
【０００５】
これら３つの要素をグラフ理論で扱うために、供給点および需要点を“点”として扱い、開閉器を“辺”として扱う。さらに供給点における供給量、及び需要点における需要量をそれぞれ数値で表すことによって、配電系統をグラフで扱うことが可能とし、配電系統の全ての開閉器を考慮した構成を表現したものとなって閉路を含んだグラフとなっている。
【非特許文献１】蒲倉、周、西関：「木の分割問題を解くアルゴリズム」    Technical Report COMP2001-87.IEICE of Japan(2002) p．33〜40  (社)電子情報通信学会
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１では、入力されるグラフを木に限定し、その特殊な構造を利用して最適解を求めているが、実際の電力網における融通計算では、同一フィーダ（１つの供給点）から複数箇所の負荷区間へ電力供給できるケースが存在し、そのケースにおいては、電力網は木ではなくなり、アルコリズムには入力することさえできない。したがって、理論的裏付けのあるアルゴリズムを配電融通問題に応用することができなかった。その一方、例え入力されるグラフが木であったとしても、配電融通問題の応用において許容される時間以内に、最適解を求めることができない問題を有していた。
【０００７】
本発明が目的とするところは、上記問題を解決し、且つ電力の多段融通を可能とした配電系統の電力融通処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１は、電力の融通計算処理部と監視制御部を有する演算処理装置により、配電系統の停電発生時に記憶装置に格納された停電発生時のデータをもとに電力の融通処理演算を実行するものであって、演算処理装置は、グラフ理論を用いた分割処理手段により配電系統に対しグラフを構成し、部分木に分割して電力の融通演算するものにおいて、
前記融通計算処理部に供給点振分け手段を設け、前記停電発生時に当該停電区間に対する外部区間からの供給点を、仮想の複数供給点に分割して停電復旧したい電力網を木構造とした後に、前記分割処理手段によって電力の融通演算を実行すると共に、融通元の配電系統に対しては多段融通の可否演算を実行することを特徴としたものである。
【０００９】
本発明の請求項２は、前記多段融通可否演算は、融通元の配電系統に連系される１段目の全ての区間への電力融通可否を演算判断し、１段目のみ可能の場合には当該配電系統に対する最適解を探索し、１段目のみでは不可能との演算判断時には２段目への電力融通可否を演算判断した後、最適解の探索演算を実行することを特徴としたものである。んしい力融通処理
本発明の請求項３は、電力の融通計算処理部と監視制御部を有する演算処理装置により、配電系統の停電発生時に記憶装置に格納された停電発生時のデータをもとに電力の融通処理演算を実行するものであって、演算処理装置は、グラフ理論を用いた分割処理手段により配電系統に対しグラフを構成し、部分木に分割して電力の融通演算するものにおいて、
前記融通計算処理部に変化点処理手段を設け、電力融通演算時に扱う配電系統の負荷量を配電系統に設置された開閉器単位の区間毎の負荷量として扱い、前記
部分木に対する電力の授受量の最適解を演算処理すると共に、最適解が求まった際に、区間の充電・停電情報、開閉器の入切情報を元に配電系統への融通演算を実行することを特徴としたものである。
【００１０】
本発明の請求項４は、前記融通元の配電系統は、融通に基づく電流が許容電流を超えるか否かをチェックし、この電流チェックは演算ケースの最適解を求める計算途中にて実行し、この計算途中にて許容電流超過の場合には当該演算ケースを終了することを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１１】
以上のとおり、本発明によれば、配電系統の停電時に当該電力網が木構造でなくなった場合でも、仮想的に木をつくることにより、その木構造を利用して電力融通演算を精度よく可能とすると共に、電力系統の多段融通も可能としたものである。また、この多段融通を可能とすると経路の候補が膨大となるが、多段融通を予め考慮しながら必要最小限の計算とすることで、計算速度の高速化を可能としたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の実施例を示すシステム構成図で、１は配電系統、２はコンピュータよりなる演算処理装置で、ＲＡＭ、ＲＯＭの記憶部と監視制御部３及び融通計算処理部４を有している。５は記憶装置で、この記憶装置５には配電系統１の設備データや、系統構成、負荷実績値、開閉器状態等の系統運用のための制約条件データなどが格納されている。監視制御部３は、配電系統１の系統状態、すなわち、系統の繋がり、負荷電力量、開閉器の開閉状態を監視し、それらの状態を記憶装置５に記憶しておく。融通計算処理部４には、非特許文献１のグラフ理論を用いた分割処理手段の他に、供給点振分け手段、整数刻み分け手段、変化点処理手段、及多段系統への融通手段などを備えている。
【００１３】
配電系統に停電が発生すると、監視制御部３は停電事故の発生を検出し、融通計算処理部４に対して融通計算を実施するよう指令する。融通計算処理部４は、この指令に基づいて記憶装置５に格納されている事故発生時の系統データや制約条件データ等を用いて融通計算を実行する。
【００１４】
電力会社の配電系統では、系統のループ運用は行わないため定常状態における電力網は図２で示すような木構造をしている。同図において、○印はブランチに接続された負荷ノードである需要点、□印は配電用変電所等の電力供給点である。この木構造をしている供給点□に事故が発生すると、事故直後の停電区間は、図３で示すように木構造をしている。しかし、停電が発生すると、停電復旧のために周りにある停電区間外の配電系統供給点から電力が供給されるため、図４で示すように考慮されるべき停電区間の電力網は木ではなくなる。木ではなくなることによって、非特許文献１のアルゴリズムへの適用が不可能になる。
【００１５】
本発明は、電力網が木ではなくなっても非特許文献１のアルゴリズムへの適用を可能としたものである。
【００１６】
すなわち、前述の供給点振分け手段は、図５で示すように停電区間に隣接する周りの供給点ｕをいくつかの仮想の供給点ｕ１〜ｕｋに分割することにより、停電復旧したい電力網を「木」にする。そのために、融通計算処理部４の機能の一つである供給点振分け手段は、記憶装置５に記憶された系統データを用いて図６のようなフローに基づいて演算処理を実行する。
【００１７】
図６のステップＳ１で、記憶装置５に格納されている系統構成データを用いて供給点ｕ（ｎ）が複数個（ｋ個）の需要点に繋がっているかを確認し、繋っている場合には、Ｓ２において供給点ｕ（ｎ）をｋ個の仮想供給点ｕ１〜ｕｋに分割し、それぞれを辺で結び、仮想供給点の供給量の合計が供給点ｕの供給量と一致するように設定する。Ｓ１の判断で供給点が複数個の需要点に繋がっていなかった場合には、Ｓ３でｎ＝ｎ＋１としてＳ１に戻る。
【００１８】
ステップＳ４では、ｎ＝Ｎか否かを判断する。すなわち、Ｎ個ある全ての供給点についての振分け処理が終了したかを判断する。処理が終了してない場合にはＳ３で次の供給点に移行し、再度Ｓ１からの処理を繰り返し実行し、図５で示すような木構造とする。ｎ＝Ｎとなり、停電区間の電力網が木構造となったとき、Ｓ５で非特許文献１による融通計算を実行する。
【００１９】
振分けの具体方法としては、例えば、供給点ｕの供給量を１００、ｕに繋がっている需要点の個数ｋを２とすると、仮想供給点はｕ１，ｕ２の２つが作られ、（ｕ１＝０，ｕ２＝１００），（ｕ１＝１，ｕ２＝９９），（ｕ１＝２，ｕ２＝９８），…（ｕ１＝１００，ｕ２＝０）といった形で供給量の全通りの組み合わせを試すもので、この例では１００通りの組み合わせとなる。
【００２０】
前述の整数刻み振り分け手段は、全通りの振分けを実施するものではなく、ある整数ｔ刻みで振分け演算を実施する手段で、そのため、融通計算処理部４には、供給点振分け手段の他に、さらに整数刻み分け手段が設けられる。整数刻み分け手段は、実施例１のように供給点ｕの供給量を０、１、２…と順次進むことではなく、例えば、ｔ＝１０とした場合、（ｕ１＝０，ｕ２＝１００），（ｕ１＝１０，ｕ２＝９０），（ｕ１＝２０，ｕ２＝８０），…（ｕ１＝１００，ｕ２＝０）といった形で試行し、この場合には１０通りとなって組み合わせの数は図６の１／１０となる。
【００２１】
整数ｔの刻み数によって解の精度は変わってくるが、この実施例が採用できる裏付けとしては配電系統の管理に関する性質を利用したものである。すなわち、融通計算における需要量とは、配電系統の負荷を示している。配電系統の負荷は、工場やビル、家庭等で使用されている電気使用量であり、事故復旧時の融通計算にはこの電気使用量が必要となるが、実際の配電系統では時々刻々変化する各負荷の電気使用量を全て把握することは不可能である。このため、電力会社では、各負荷の契約電力量や昨年度実績等を用いて負荷を推定し、その推定負荷量を融通計算時に使用している。したがって、この推定負荷量には或る程度の誤差が含まれている。
【００２２】
以上のように配電系統の管理に関する性質から、使用している負荷量自体が推定値であり、既に誤差が含まれている。したがって、この整数振分け方法を使用した場合、図６に比較して誤差は含まれるが、或る程度の粗さで振分けを実施しても解の精度に対して大きな影響は出ず、実用上満足できる解をより高速に求めることが出来る利点を有する。
【００２３】
木の特殊構造を利用することによって部分木外部から電力が供給されているときには、部分木内部にある需要点は部分木外部を唯一接続している１点を通さない限り供給されず、また、部分木内部から外部へ電力を供給するときも、その１点を通さない限り供給できない。非特許文献１では、その１点を通る電力の流れに着目して候補解を全列挙可能とするために、前述した（１）、（２）の場合に対して候補解を求めている。
すなわち、候補解の全列挙として図８（ｂ）と図９（ｂ）で示すグラフを求めている。
【００２４】
ここで、図８（ｂ）のｘ軸は、同図（ａ）の模式図で示すように外部から部分木内部に供給される電力量であり、ｙ軸は部分木の最大の充足量である。同様に、図９（ｂ）で示すｘ軸は、部分木内部から外部へ供給する電力量ｘ’であり、ｙ軸は部分木の最大の充足量ｙ’である。非特許文献１では、候補解を全列挙するため、全ての白点と黒点の両方を求めているため、多くの時間を要している。
なお、黒点は電力供給経路が変化した場合であり、白点は変化せず当該白点と同じ高さにある黒点と同じ電力供給経路をしている。
【００２５】
変化点処理手段は、黒点のみを求めることによって候補解の情報量を減らすことなく効率よく列挙することで高速化を図ったものである。図７はその処理フローを示したものである。
【００２６】
ステップＳ１０で融通計算処理部４は、監視制御部３、及び記憶装置５からの各データに基づき、図８（ａ）で示すように部分木の外部から内部へ供給される電力量をｘとし、この場合の電力量、すなわち、負荷量は開閉器単位で区切られた区間毎の負荷量とされ、そのため、融通計算処理部４の変化点処理手段は開閉器データを監視制御部３から導入し、また負荷量については記憶装置５から入力する。さらに融通計算処理部４は、供給量をｘとしたときの最大充足量ｙを求め、
充足量ｙとしたときの組（ｘ，ｙ）を候補解とする。
【００２７】
次に、ステップＳ１１で融通計算処理部４は、監視制御部３、及び記憶装置５からの各データに基づき、図９（ａ）で示すように部分木の内部から外部へ供給される電力量をｘ’とし、この場合の電力量、すなわち、負荷量は開閉器単位で区切られた区間毎の負荷量とされ、そのため、融通計算処理部４の変化点処理手段は開閉器データを監視制御部３から導入し、また負荷量については記憶装置５から入力する。さらに融通計算処理部４は、供給量をｘ’としたときの最大充足量ｙ’を求め、充足量ｙ’としたときの組（ｘ’，ｙ’）を候補解とする。
【００２８】
Ｓ１２では全ての変化点ｘ，ｘ’についての処理が終了したか否かが判断され、まだ終了してない場合にはＳ１３で次の変化点に１つ進める。ｘ＝次の変化点、ｘ’＝次の変化点にするためには記憶装置５内の設備情報に基づいて決定され、以下Ｓ１０〜Ｓ１２を繰り返して全ての変化点ｘ，ｘ’についての処理を実行する。
【００２９】
この例では、融通演算で扱う配電系統の負荷（電力量）は、開閉器単位で区切られた区間毎に纏めた負荷量として扱っているので、一つの区間の負荷量はある程度の大きさを持っている。例えば、必要とする電力量の大きさが１００であれば、その１００に対して１０だけの電力量供給の仕方はありえない。必ず１００の供給が可能か、又は０かの何れかとなる。
【００３０】
上述した融通方法では、配電系統の停電時に当該電力網が木構造でなくなった場合でも、仮想的に木をつくることにより、その木構造を利用して電力融通演算を精度よく実施することができる。
ところで、配電系統が図１０（ａ）で示ように、第１の配電系統Ｆ１と第２の配電系統Ｆ２との２系統を有し、配電系統Ｆ１とＦ２間は連系開閉器Ｓ１によって連系され、また、連系開閉器Ｓ２は他の配電系統に連系された多段構成の配電系統であったとする。なお、ＣＢ１〜ＣＢ３及びＣＢ１１〜ＣＢ１３は区分開閉器であり、連系開閉器Ｓ１、Ｓ２は通常接点が開状態とされている。
【００３１】
図１０（ａ）で示す配電系統Ｆ１の開閉器ＣＢ１、ＣＢ２間に事故が発生した場合、（ｂ）図で示すように、開閉器ＣＢ１、ＣＢ２を開状態とすると共に連系開閉器Ｓ１を投入し、例えば、第２の配電系統Ｆ２の予備力が５０Ａが存在していると、この５０Ａを連系開閉器Ｓ１を介して第１の配電系統Ｆ１の開閉器ＣＢ３以降の負荷へ供給される。上述した電力の融通方法では、この「連系開閉器Ｓ１を投入する」という状態を「予備力に相当する供給点ｕが接続された」として扱っている。したがって、配電系統Ｆ２から連系開閉器Ｓ１を介して配電系統Ｆ１のみへ電力供給する場合には問題ないが、連系開閉器Ｓ２を介して他の配電系統へ供給する多段融通への対応が問題となってくる。
【００３２】
融通計算処理部４の多段系統への融通手段はこの点を考慮して、電力の融通元である配電系統Ｆ２をそのまま展開して状況によっては、図１１で示すように連系開閉器Ｓ２をも操作する処理を実行する。
【００３３】
電力の多段融通を可能とすることにより、その分記憶装置５に記憶される「点」や「辺」の数が多くなって記憶量が多くなり、演算処理部２の計算が遅くなる。この処理計算を速くするために「ＡＬＬｏｒＮothing」の処理手法を用いる。すなわち、図１１（ａ）の開閉器ＣＢ１、ＣＢ２間において事故が発生すると、配電系統Ｆ２から見た１段目である配電系統Ｆ１のみの系統を展開する。その際、最適解云々は一切考慮せず、１段目のみで全ての区間に電力供給が可能か否かだけを計算する。したがって、この計算は最適解を考慮しないため高速に演算可能となる。この計算で「１段目のみで可能＝ＡＬＬ」という結果が出れば、１段目のみの系統だけで最適解を探索する。
一方、「１段目のみでは不可能＝Ｎothing」という結果が出た場合、２段目の系統、すなわち、連系開閉器Ｓ２に連系する他の配電系統を展開して「ＡＬＬｏｒＮothing」の処理演算を実行する。以降、この処理方法で多段融通を考慮して必要最小限の系統情報のみで最適解を探索することにより、計算の高速化が可能となる。
【００３４】
また、図８では最適解を求める際に「供給量と充足量の関係」について説明した。図１２では、この「供給量と充足量の関係」に、追加情報として「充電停電情報」と「開閉器入切情報」を加え、黒点（電力供給経路の変化）毎に区間の充電停電情報と開閉器の入切情報を記憶する。これにより、最適解算出後の配電系統への展開が可能となる。
【００３５】
配電系統での電線には許容電流値があり、融通計算によって求められた系統において、通過電流が許容電流値を超えていないかどうかをチェックする必要がある。その際、許容電流チェックを最適解を求める計算途中で、ケース毎に都度計算することで、途中で許容電流超過（ＮＧ）となった場合、当該ケース計算は即時計算終了とする。これにより計算の高速化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態を示す電力融通のシステム構成図。
【図２】定常状態における電力網の説明図。
【図３】停電発生時の電力網の説明図。
【図４】停電発生後の電力網の説明図。
【図５】本発明の電力融通の説明図。
【図６】本発明の供給点振分け手段による処理フロー。
【図７】本発明の変化点処理手段による処理フロー。
【図８】電力受給説明図で、（ａ）は外部からの受給時、（ｂ）は候補解の説明図。
【図９】電力授給説明図で、（ａ）は内部からの授給時、（ｂ）は候補解の説明図。
【図１０】停電発生時の説明図で、（ａ）は停電系統図、（ｂ）は融通系統図。
【図１１】多段融通の説明図で、（ａ）は停電系統図、（ｂ）は融通系統図。
【図１２】電力授給説明図。
【符号の説明】
【００３７】
１…  配電系統
２…  演算処理装置
３…  監視制御部
４…  融通計算処理部
５…  記憶装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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