(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
与えられた期間の各時刻の需要を満たすように各発電機の各時刻の起動停止状態と出力値を決定する発電機運用装置において、
与えられた対象期間内各時刻での各発電機の起動停止状態と出力値を表わす発電機運用パターンを用い、対象期間全体の燃料費と起動費の和を計算した値を発電機運転費用とし、対象とする故障ケースの故障発生時の供給支障量をコスト換算し、これに、故障ケース毎に設定される重み係数を乗じて足し合わせた値を故障時供給支障コストとし、これら発電機運転費用と故障時供給支障コストの合計をＲＥ指標として求めるＲＥ指標計算部と、
前記各発電機についてランダムに生成した個々の個体から突然変異による新個体を生成し、これら個体と新個体から次世代に残す個体を選別するサバイバル処理を実行して、前記ＲＥ指標が最小になるような発電機運用パターンを求める発電機運用パターン最適化部とを設け、
前記発電機運用パターンに基づいて前記発電機の運用を行うように構成したことを特徴とする電力系統発電機運用装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発明において、
前記ＲＥ指標計算部で用いられる故障ケース毎の重み係数として、故障発生確率を用いることを特徴とする電力系統発電機運用装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の発明において、
前記故障発生確率が、電力系統の現在の状態に基づいてオンラインで設定させる手段が備えられていることを特徴とする電力系統発電機運用装置。
【請求項４】
与えられた期間の各時刻の需要を満たすように各発電機の各時刻の起動停止状態と出力値を決定する発電機運用装置において、
与えられた対象期間内各時刻での各発電機の起動停止状態と出力値を表わす発電機運用パターンを用い、対象期間全体の燃料費と起動費の和を計算した値を発電機運転費用とし、対象とする故障ケースの故障発生時の供給支障量をコスト換算し、これに、故障ケース毎に設定される重み係数を乗じて足し合わせた値を故障時供給支障コストとし、これら発電機運転費用と故障時供給支障コストの合計をＲＥ指標として求めるＲＥ指標計算部と、
前記発電機の出力配分を指定する出力配分指定部と、
個体データの一部を変更して別の個体データを作成する個体データ生成部と、 前記個体データ生成部が生成した個体データの中から前記ＲＥ指標計算部が求めたＲＥ指標に基づいて一部の個体データを除外するサバイバル部と、
前記サバイバル部により除外された個体データと前記ＲＥ指標計算部が求めたＲＥ指標に基づいて発電機運用パターンを求める発電機運用パターン計算部とを備えることを特徴とする電力系統発電機運用装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力系統の計画運用装置に係り、特に発電機を用いて電力需要をまかなう際の発電機の起動停止計画を最適に決定するための電力系統発電機運用装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力系統に接続されている発電機の起動停止計画は、与えられた期間の各時刻における需要を満たすように、各発電機の起動停止状態と出力値を決定することにより策定されるが、この場合、従来から、対象期間内での運転費用（燃料費と起動費の和）全体を最小化するという経済運用の見地にたって策定するのが通例であった。
【０００３】
例えば、平成６年１２月発行、電気学会論文誌Ｂ１１４巻１２号「火力・揚水発電所の運用計画作成手法」に動的計画法を適用して策定するようにした場合について開示しており、ここでは、主な制約条件として、需給バランス制約、各発電機出力上下限制約、送電線潮流制約などが考慮され、対象期間全体における運転費用の最小化を目的として、各発電機の起動停止計画を最適化している。
【０００４】
そして、この例では、その最適化手法として、各発電機の優先順位付けを需要変動に応じて動的に変更し、その優先順位に従って起動停止計画候補を限定し、限定された候補の中から動的計画法により最適解を求める手法を提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
電力系統の計画運用では、運転費用の低減と同時に、故障発生時に生じる供給支障量の抑制が重要な課題である。
例えば、故障時供給支障量を抑制するには、その故障点の送電線の潮流量を抑制することになるが、このとき発電機の出力配分に制約が生じて、発電機運転費用としては増加してしまう可能性がある。つまり、故障時供給支障量の抑制のために、ある程度発電機運転費用の増加を許容することになる。
【０００６】
従って、発電機運転費用の増加との見合いで、故障時供給支障量の抑制レベルを設定することが重要になる。
しかし、上記した従来技術は、許容する故障時供給支障量に上限を設定し、その上限以下に収まるように故障点送電線の潮流量に上限制約をかけ、その範囲内で運転費用最小化を図るという考え方に基づくもので、故障時供給支障量の上限値については、運用者によって与えられることになり、この結果、上記従来技術では、発電機運転費用と故障時供給支障量のバランスという観点での定量的な設定根拠が不明確になってしまうという問題があった。
【０００７】
ところで、このような発電機運転費用と故障時供給支障量のバランスを定量的に論じる場合、それらがコストと電力量という異なる単位で評価されることが障害になる。
そこで、例えば特願平９−１０９４７７号の出願にかかる発明の明細書では、故障時供給支障量について、単位電力量あたりのコスト換算係数を乗じてコスト換算することにより、故障時供給支障コストとして評価する手法について開示している。
【０００８】
そして、ここでは、発電機運転費用は常に現存しているのに対し、故障時供給支障量は故障発生時にのみ生じる確率的量であることを考慮し、さらに故障発生確率を乗じて故障時供給支障コスト期待値として評価しており、これにより発電機運転費用と故障時供給支障量のバランスを、コストという統一基準で、かつ期待値という指標で定量的に論じることができるようにしている。
【０００９】
本発明の目的は、与えられた期間の各時刻の需要を満たすように、各発電機の各時刻の起動停止状態と出力値を決定する際、発電機運転費用と故障時供給支障量のバランスについての最適化が得られるようにした発電機運用装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、与えられた期間の各時刻の需要を満たすように各発電機の各時刻の起動停止状態と出力値を決定する発電機運用装置において、与えられた対象期間内各時刻での各発電機の起動停止状態と出力値を表わす発電機運用パターンを用い、対象期間全体の燃料費と起動費の和を計算した値を発電機運転費用とし、対象とする故障ケースの故障発生時の供給支障量をコスト換算し、これに、故障ケース毎に設定される重み係数を乗じて足し合わせた値を故障時供給支障コストとし、これら発電機運転費用と故障時供給支障コストの合計をＲＥ指標として求めるＲＥ指標計算部と、前記各発電機についてランダムに生成した個々の個体から突然変異による新個体を生成し、これら個体と新個体から次世代に残す個体を選別するサバイバル処理を実行して、前記ＲＥ指標が最小になるような発電機運用パターンを求める発電機運用パターン最適化部とを設け、前記発電機運用パターンに基づいて前記発電機の運用を行うようにして達成される。
【００１１】
この結果、対象期間全体の発電機運転費用と故障時供給支障コスト期待値の合計が最小化され、発電機運転費用と故障時供給支障量のバランスの最適化が得られることになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による電力系統発電機運用装置について、図示の実施の形態により詳細に説明する。
図１は、本発明による電力系統発電機運用装置の一実施形態で、装置本体は、図示のように、計算機１と入力装置２、それに表示装置３で構成され、更に計算機１は、電力システム４を介して電力系統５に接続されている。
【００１３】
ここで、電力システム４は、電力系統の各種の計画システム、運用システム、制御システムで構成され、電力系統５は、送電線や発電機などの実際の電力設備で構成されている。
計算機１は、入力装置２から入力されるデータと、電力システム４から入力されるデータ、或いは取り込んだデータに基づいて、ＲＥ指標を最小にする発電機運用パターンを求め、これを表示装置３、電力システム４に出力する。
【００１４】
このとき、表示装置３には、必要に応じて計算機１の状態やデータなどが表示がなされる。
また、ここで、ＲＥ指標とは、発電機運転費用と故障時供給支障コストの合計を表わす指標のことであり、詳しくは後述する。
【００１５】
図２は、計算機１に格納される発電機運用のための機能を表わす機能ブロック図で、図示のように、制御部１１、発電機運用パターン最適化部１２、ＲＥ指標計算部１３、系統データベース部１４、故障ケースデータベース部１５、パラメータデータベース部１６で構成されている。
【００１６】
制御部１１は、入力装置２と表示装置３、電力システム４、発電機運用パターン最適化部１２、ＲＥ指標計算部１３、系統データベース部１４、故障ケースデータベース部１５、それにパラメータデータベース部１６の間でのデータの授受を制御し、且つ、入力装置２や電力システム４からの要求に従って、最適な発電機運用パターンの作成を発電機運用パターン最適化部１２に指示し、その結果を受け取って出力装置３や電力システム４に出力する働きをする。
【００１７】
発電機運用パターン最適化部１２は、制御部１１から最適発電機運用パターン作成指示を受けて動作し、制御部１１を介して、系統データベース部１４と故障ケースデータベース部１５、それにパラメータデータベース部１６から、それぞれ系統に関するデータと故障ケースに関するデータ、それに各種パラメータに関するデータを取り込み、ＲＥ指標計算部１３と連携しながら処理を行い、最適な発電機運用パターンを作成する働きをする。なお、処理の詳細については後述する。
【００１８】
ＲＥ指標計算部１３は、発電機運用パターン最適化部１２から与えられる系統に関するデータと故障ケースに関するデータ、各種パラメータに関するデータ、されに発電機運用パターンついて、ＲＥ指標を計算し、結果を発電機運用パターン最適化部１２に返す働きをする。なお、処理の詳細については後述する。
【００１９】
系統データベース部１４は、系統に関する各種のデータ、すなわち系統構成データ、対象期間内各時刻の負荷分布データ、各発電機の出力上下限データ、各発電機の発電コスト特性データを管理する働きをする。
【００２０】
ここで、まず系統構成データとは、送電線のインピーダンスや発電機の定格容量などの系統設備の各定数、及び各系統設備間の接続情報のことで、次に負荷分布データとは、系統に接続されている各負荷の有効電力、電流、電圧などの電気的データことであり、また発電機出力上下限データとは、各発電機毎に与えられる有効電力出力の上下限値のことであり、さらに発電コスト特性データとは、各発電機の発電コストを出力に応じて与えるデータのことである。
【００２１】
故障ケースデータベース部１５は、故障時供給支障コスト期待値を計算する際に含めるための全ての故障ケースに関するデータを管理するもので、各故障ケース毎に、故障点データ、故障発生確率データを管理する働きをする。
【００２２】
ここで、まず故障点データとは、系統中における故障設備を指定するデータのことで、故障発生確率データとは、故障が発生する確率を与えるデータのことである。
このとき、故障発生確率データについては、制御部１１を介して入力装置２や電力システム４から系統の現在状態や天候の状態に基づいてオンラインで与えられるように構成してもよい。
【００２３】
パラメータデータベース部１６は、供給支障量をコスト換算するための供給支障量単位電力量あたりの単価を表わす供給支障量コスト換算係数データを管理する働きをする。
【００２４】
次に、発電機運用パターン最適化部１２による処理について説明する。
このとき、この実施形態では、ＥＰ（Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙ  Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ）と呼ばれている手法を適用して処理するように構成してあり、このため、まず、個々の発電機運用パターンについて、図３に示すように、行列表現する。
ここで、ｇｉｊ  は発電機ｉの時刻ｊにおける出力値のことで、ｍ  は対象とする時刻断面数を表わし、ｎ  は対象とする発電機数を表わす。
【００２５】
このように行列表現した各個別の発電機運用パターンを個体Ｓと呼ぶが、この個体Ｓが実際の発電機運用パターンとして意味を持つのは、需給バランス制約を意味する条件式である（式１）を対象期間内の全ての時刻ｊについて満たし、且つ発電機出力上下限制約を意味する（式２）を対象期間内の全ての時刻ｊと対象とする全ての発電機ｉについて満たす場合である。
【００２６】
【数１】
0003609278.tif 000002
【００２７】
【数２】
0003609278.tif 000003
【００２８】
ここで、まず（式１）のＤｊ  は、時刻ｊにおける負荷の総量（総需要）を表わし、次に（式２）におけるｇｉｍｉｎ  は、発電機ｉの出力下限値を表わす。そして、同じくｇｉｍａｘ  は発電機ｉの出力上限値を表わす。
【００２９】
次に、このときのＲＥ指標が最小になる個体を求める処理の詳細について、図４のフローチャートにより説明する。
この図４に示した処理は、入力装置２や電力システム４からの要求を受けた制御部１１からの要求に従って、発電機運用パターンの作成の指示を受けたことにより、スタートする。
【００３０】
処理を開始したら、まず、処理ステップ（Ｓ１）では、制御部１１を介して各データの読み込みを行う。すなわち系統データベース部１４からは系統に関するデータを読み込み、故障ケースデータベース部１５からは故障ケースに関するデータを読み込み、パラメータデータベース部１６からは供給支障量コスト換算係数データを読み込むのである。
【００３１】
次に、処理ステップ（Ｓ２）では、初期個体群の生成と、初期個体群の評価を行う。すなわちまず対象期間内の全ての時刻ｊについて（式１）を満たし、且つ、対象期間内の全ての時刻ｊと、対象とする全ての発電機ｉについて、（式２）を満たすＱ個の個体をランダムに生成する。
【００３２】
次いで、生成したＱ個の個体のＲＥ指標値を、ＲＥ指標計算部１３により計算する。すなわち個体データと系統に関するデータと故障ケースに関するデータと供給支障量コスト換算係数データをＲＥ指標計算部１３に渡し、ＲＥ指標計算部１３でそれらデータについてＲＥ指標を計算した結果を受け取り、これをその個体のＲＥ指標値とするのである。
【００３３】
処理ステップ（Ｓ３）では、突然変異による新固体の生成を行う。
この処理は、基本的には各個体Ｓに、（式３）に示すようにして、突然変異を発生させ、新しい個体を生成する。従って、Ｑ個の個体から新しいＱ個の個体が生成されることになる。
【００３４】
【数３】
0003609278.tif 000004
【００３５】
この（式３）は、個体Ｓの要素ｇｉｊ  にＮ（０、σ２）を加えることを表わす。そして式中のＮ（０、σ２）は、平均が０で、分散がσ２の正規分布に従う乱数により発生させた値を表わし、ＲＥ（Ｓ）は、個体ＳのＲＥ指標値を表わし、ＲＥｍｉｎは、突然変異前のＱ個の個体のＲＥ指標値の最小値を表わし、βは、予め設定されるパラメータである。
【００３６】
このとき、突然変異後の個体が実際の発電機運用パターンとして意味を持つようにするため、（式１）と（式２）を満たすように、各要素ｇｉｊ  を調整するようにする。
このときの調整方法としては種々の方法が考えられ、何れ方法でも良い。
例えば、（式２）については、突然変異後のｇｉｊ  がｇｉｍａｘ  を超えた場合は、そのままｇｉｍａｘ  と設定し、ｇｉｍｉｎを下回った場合は、０と設定する方法が考えられる。
また、（式１）については、ｇｉｊ  の変異量の符号を反転した分を、同時刻の他の発電機に振り分ける方法が考えられる。
【００３７】
処理ステップ（Ｓ３）に続いては処理ステップ（Ｓ４）で新個体の評価、すなわち突然変異によって生成された新しい個体のＲＥ指標値をＲＥ指標計算部１３により計算する。
このため、個体データと系統に関するデータと故障ケースに関するデータ、それに供給支障量コスト換算係数データをＲＥ指標計算部１３に渡し、それらデータについてＲＥ指標を計算した結果を受け取り、これをその個体のＲＥ指標値とする。
【００３８】
次の処理ステップ（Ｓ５）では、サバイバル処理を行う。すなわち突然変異前のＱ個の個体と、突然変異後のＱ個の新個体の合計２Ｑ個の個体から、次世代に残すＱ個の個体を選択するのである。
【００３９】
この選択処理では、各個体について、自分以外の（２Ｑ−１）個の個体からランダムに抽出されたＬ個の個体のうち、自分より悪い個体の数を計算し、これが大きい個体から順にＱ個を選択するものとする。ここで、Ｌは予め設定される１以上（２Ｑ−１）以下の整数値をとるパラメータである。
【００４０】
次の処理ステップ（Ｓ６）は、世代交代のための判定処理であり、これにより、予め設定された繰り返し回数に達するまで処理ステップ（Ｓ３）〜（Ｓ５）を繰り返し、世代交代が得られるようにする。
ここで、このように突然変異−サバイバルという発見的処理によってＲＥ指標値の小さい個体を探索するというのが、ＥＰ手法の本質である。
【００４１】
処理ステップ（Ｓ６）で予め設定された繰り返し回数に達したら、次に処理ステップ（Ｓ７）の最適化結果の抽出処理に進む。
ここでは、上記繰り返しの結果、最終的に得られたＱ個の個体のうち、ＲＥ指標値の最小値を与える個体を最適化結果として、制御部１１に返すことになる。
【００４２】
次に、ＲＥ指標計算部１３によるＲＥ指標計算処理について、図５のフローチャートにより説明する。
この図５の処理は、発電機運用パターン最適化部１２からのＲＥ指標計算起動要求に従ってスタートされる。
まず処理ステップ（Ｓ１０）ではデータの読み込みを行う。すなわち制御部１１を介して系統データベース部１４から系統に関するデータを読み込み、故障ケースデータベース部１５から故障ケースに関するデータを読み込み、パラメータデータベース部１６から供給支障量コスト換算係数データを読み込むのであり、制御部１１からはＲＥ指標を計算する個体Ｓのデータを受け取るのである。
【００４３】
次に、処理ステップ（Ｓ１１）では発電機運転費用の計算を行う。すなわち（式４）に従って、個体Ｓの発電機運転費用ＧＣを計算するのである。
【００４４】
【数４】
0003609278.tif 000005
【００４５】
この発電機運転費用計算式（式４）において、まずｇｉｊ  は計算対象となる個体Ｓの第ｉｊ成分で、発電機ｉの時刻ｊの出力値を表わし、次にｕｉｊ  は発電機ｉの起動停止状態を表わすもので、起動状態（ｇｉｊが発電機ｉの出力下限値以上）のときに１をとり、それ以外のときには０をとるものである。そして、ＧＣｉ  は発電機ｉの出力がｇｉｊのときの発電コストを表わし、ＧＳｉは発電機ｉが停止状態から起動状態に変化したときにかかる起動コストを表わす。
【００４６】
続く処理ステップ（Ｓ１２）では故障時供給支障コスト期待値の計算を行う。すなわち（式５）に従って、個体Ｓの故障時供給支障コスト期待値を計算するのである。
【００４７】
【数５】
0003609278.tif 000006
【００４８】
ここで、この故障時供給支障コスト期待値計算式（式５）における和は、想定故障ケースｆ全てに関して和をとることを表わす。また、Ｐ（ｆ）は故障ケースｆの故障発生確率を表わし、ＬＯＬ（ｆ）は故障ケースｆが発生したときの供給支障量を表わし、αは供給支障量のコスト換算係数（単位電力量あたりのコスト単価）を表わす。
【００４９】
供給支障量ＬＯＬ（ｆ）は、対象期間内の各時刻断面で故障ｆの故障点で系統分断が発生したときに生じる供給支障量ＬＯＬｊ（ｆ）を求め、これを対象期間内全時刻断面について合計して与える。
【００５０】
ここで、この各時刻断面での故障ｆによる供給支障量ＬＯＬｊ（ｆ）は、基本的には故障ｆにより系統分断が生じたとき周波数が低下する分断系統において、その周波数が許容範囲内になるように分断系統内の需給バランスを調整するために必要な負荷遮断量から計算するのであるが、ここでは簡略的な方法として、故障ｆの故障点で系統分断されたときの両側の分断系統について、それぞれ発電量と負荷量を計算し、負荷量が発電量より大きい分断系統の（負荷量−発電量）を求め、これをＬＯＬｊ（ｆ）としている。
【００５１】
なお、この簡略的方法は、たまたまこの実施形態で採用した方法というだけであり、他の方法によることも可能である。
【００５２】
次の処理ステップ（Ｓ１３）では、ＲＥ指標を計算する。すなわち処理ステップ（Ｓ１１）で求めた発電機運転費用と、処理ステップ（Ｓ１２）で求めた故障時供給支障コスト期待値から、以下の通りにして、ＲＥ指標を求めるのである。
ＲＥ指標＝発電機運転費用＋故障時供給支障コスト期待値
【００５３】
最後に処理ステップ（Ｓ１４）で、いま計算したＲＥ指標の出力を行う。すなわち発電機運用パターン最適化部１２にＲＥ指標計算結果を返すのである。
【００５４】
従って、上記実施形態によれば、対象期間全体の発電機運転費用と故障時供給支障コスト期待値の合計が最小化され、発電機運転費用と故障時供給支障量のバランスの最適化が充分に得られることになり、この結果、発電機の効率的な運用を容易に得ることができる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、与えられた対象期間内各時刻での各発電機の起動停止状態及び出力値である発電機運用パターンについて、対象期間全体の燃料費と起動費の和を計算してこれを発電機運転費用とし、また対象とする故障ケースの故障発生時の供給支障量をコスト換算してこれを故障ケース毎に設定される重み係数を乗じて足し合わせて故障時供給支障コストとし、発電機運転費用と故障時供給支障コストの合計をＲＥ指標として求め、このＲＥ指標が最小になるような発電機運用パターンを求めているので、対象期間全体の発電機運転費用と故障時供給支障コスト期待値の合計が最小化され、発電機運転費用と故障時供給支障量のバランスの最適化が充分に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電力系統発電機運用装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態における計算機の内部構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態における発電機運用パターン最適化部において使用する発電機運用パターンの表現形態の説明図である。
【図４】本発明の一実施形態における発電機運用パターン最適化部での処理フローを示す説明図である。
【図５】本発明の一実施形態におけるＲＥ指標計算部での処理フローを示す説明図である。
【符号の説明】
１  計算機
２  入力装置
３  表示装置
４  電力システム
５  電力系統
１１  制御部
１２  発電機運用パターン最適化部
１３  ＲＥ指標計算部
１４  系統データベース部
１５  故障ケースデータベース部
１６  パラメータデータベース部
【図１】
0003609278.tif 000007
【図２】
0003609278.tif 000008
【図３】
0003609278.tif 000009
【図４】
0003609278.tif 000010
【図５】
0003609278.tif 000011