(57)【要約】【課題】潮流計算を発散させずに収束させて、電力系統における各点の電圧、電力潮流等の分布を確実に計算可能とした電力潮流計算装置を提供する。【解決手段】電子計算装置のハードウェア及びソフトウェアにより構成される電力潮流計算装置であって、分散型電源を有する電力系統の設備情報、電力系統の発電量，負荷量を含む発電・負荷情報が入力されるデータ入力部１１と、設備情報及び発電・負荷情報に基づいて電力系統の各点の電圧及び有効電力・無効電力を計算する潮流計算部１２と、その計算結果を出力するデータ出力部１３と、を備え、潮流計算部１２は、計算の発散・収束を判定する判定手段と、少なくとも電力系統の各点の電圧、電流または電力潮流の何れかの初期値を変更する初期値変更手段と、を有し、判定手段により計算の発散を判定した場合には計算の収束が判定されるまで、初期値変更手段により初期値を変更して再計算する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子計算装置のハードウェア及びソフトウェアにより構成される電力潮流計算装置であって、
分散型電源を有する電力系統の設備情報、前記電力系統の発電量，負荷量を含む発電・負荷情報が入力されるデータ入力部と、前記設備情報及び前記発電・負荷情報に基づいて前記電力系統の各点における電圧及び有効電力・無効電力を計算する潮流計算部と、前記潮流計算部による計算結果を出力するデータ出力部と、を備え、
前記潮流計算部は、
計算の発散・収束を判定する判定手段と、少なくとも前記電力系統の各点における電圧、電流または電力潮流の何れかの初期値を変更する初期値変更手段と、を有し、前記判定手段により計算の発散を判定した場合には前記判定手段により計算の収束が判定されるまで、前記初期値変更手段により前記初期値を変更して再計算を行うことを特徴とする電力潮流計算装置。
【請求項２】
請求項１に記載した電力潮流計算装置において、
前記初期値変更手段は、
前記分散型電源の発電量が最大で負荷の需要量が最小である時の前記電力系統の各点における電圧と前記電力系統の送り出し電圧との差分と、所定の係数との積を求め、この積を前記送り出し電圧に加算した値を前記各点における電圧の初期値として設定することを特徴とする電力潮流計算装置。
【請求項３】
請求項１に記載した電力潮流計算装置において、
前記初期値変更手段は、
前記分散型電源の発電量が最大で負荷の需要量が最小である時の前記電力系統の各点における電流或いは電力潮流を潮流計算により求め、この電流或いは電力潮流と所定の係数との積を前記各点における電流或いは電力潮流の初期値として設定することを特徴とする電力潮流計算装置。
【請求項４】
請求項１に記載した電力潮流計算装置において、
前記初期値変更手段は、
前記分散型電源の発電量が最小で負荷の需要量が最大である時の前記電力系統の各点における電圧と前記電力系統の送り出し電圧との差分と、所定の係数との積を求め、この積を前記送り出し電圧に加算した値を前記各点における電圧の初期値として設定することを特徴とする電力潮流計算装置。
【請求項５】
請求項１に記載した電力潮流計算装置において、
前記初期値変更手段は、
前記分散型電源の発電量が最小で負荷の需要量が最大である時の前記電力系統の各点における電流或いは電力潮流を求め、この電流或いは電力潮流と所定の係数との積を前記各点における電流或いは電力潮流の初期値として設定することを特徴とする電力潮流計算装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載した電力潮流計算装置において、
前記初期値変更手段により初期値を変更して前記潮流計算部が計算した結果を新たな初期値として、前記潮流計算部が所定の時間ごとに連続して潮流を計算することを特徴とする電力潮流計算装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、分散型電源が接続された電力系統における電圧、有効電力、無効電力等の状態や分布を計算する電力潮流計算装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
配電系統の制御において、電力事業者には、一般需要家の電圧を所定の管理幅（１０１±６［Ｖ］）に維持することが求められている。
一方、近年では、太陽光発電装置等の分散型電源の普及により、逆潮流の発生や配電系統の負荷分布の急変に起因して、系統電圧を上記の管理幅に維持することが困難になってきており、系統電圧を維持するには、電圧制御機器の制御定数の変更や新規設備の導入が必要になる。
そこで、電圧制御機器の制御定数の変更等によって電力系統の電圧や電力潮流（有効・無効電力の流れ）がどのように変化するかをシミュレーションするために、電力潮流計算が用いられている。
【０００３】
図６は、実際の電力系統に対応する系統モデルの構成図である。
図６において、Ｇは系統電源、ＳＶＲはタップの切り替えにより出力電圧を調整する自動電圧調整器、Ｆは配電線、ＰＶは太陽光発電装置、Ｌｏａｄは需要家、Ｎ１〜Ｎ４はノードを示す。
【０００４】
電力潮流計算では、下記の数式１に示すように、系統電源Ｇの電圧Ｖｓ，自動電圧調節器ＳＶＲの変圧比（タップ）や配電線Ｆのインピーダンス（抵抗Ｒ及びリアクタンスＸ）等の設備情報、太陽光発電装置ＰＶの有効電力ＰＰＶ及び無効電力ＱＰＶからなる発電情報、需要家Ｌｏａｄの有効電力ＰＬｏａｄ及び無効電力ＱＬｏａｄからなる負荷情報を入力として、各ノードＮ１〜Ｎ４における電圧Ｖ１〜Ｖ４や有効電力Ｐ１〜Ｐ４、無効電力Ｑ１〜Ｑ４の分布を求めている。なお、ＳＶＲの変圧比ではなく、目標電圧とＬＤＣ（Ｌｉｎｅ  Ｄｒｏｐ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）制御のｒ，ｘを入力しても良い。
［数式１］
［Ｖ１〜４，Ｐ１〜４，Ｑ１〜４］＝ｆ（Ｖｓ，Ｔａｐ，ｒ，ｘ，ＰＰＶ，ＱＰＶ，ＰＬｏａｄ，ＱＬｏａｄ）
【０００５】
このような電力潮流計算方法としては、一般に高電圧のループ状系統に適用されるＮＲ（Ｎｅｗｔｏｎ−Ｒａｐｈｓｏｎ）法や、放射状系統に特化した特許文献１記載のＢＦＳ（Ｂａｃｋｗａｒｄ−Ｆｏｒｗａｒｄ  Ｓｗｅｅｐ）法が知られている。
このうち、ＢＦＳ法では、図７（ａ）に示すように、初期設定（ステップＳ２０１）により電力系統の基準電圧を決定した後、放射状系統の末端側から電流または電力潮流を計算していくＢａｃｋｗａｒｄ  Ｓｗｅｅｐという計算処理（ステップＳ２０２）と、放射状系統の電源側から電圧変化を計算していくＦｏｒｗａｒｄ  Ｓｗｅｅｐという計算処理（ステップＳ２０３）とを繰り返し実行し、電圧の誤差が前回計算時と比較して規定値より小さくなった時点、或いは、放射状系統の末端での電流もしくは電力潮流が規定値より小さくなった時点で計算が収束したと判断して終了する（ステップＳ２０４ Ｙｅｓ）。
【０００６】
また、特に太陽光発電装置等の分散型電源が導入された電力系統では、時間により変動する分散型電源の発電量に対応できるか否かを評価する必要があるため、潮流計算を実行するごとに計算時間に対応した負荷や発電量にて、連続した時間の系統状態を計算（連続潮流計算）する。
図７（ｂ）は、上述した連続潮流計算のフローチャートである。１日のうち複数時間の電圧分布を求める場合には、まず、計算時間に応じた負荷や発電量を設定する（ステップＳ１００）。そして、例えばｎ分（例えば１分から１０分程度）ごとに、図７（ａ）に示した潮流計算を、時間を増加させながら終了時間になるまで連続的に行う（ステップＳ２００〜Ｓ４００）。
【０００７】
この場合、前回（ｎ分前）の時間断面で計算した電圧分布或いは電流もしくは電力潮流を初期値として、今回の潮流計算に利用することができる。通常、需要家の負荷は緩やかに変化し、短時間（例えば１分から１０分程度）では大きく変化しないことが多い。このため、連続潮流計算においては、前回の潮流計算時の電圧値を初期値として設定すれば計算が収束しやすくなる。
または、前回（ｎ分前）の時間断面で計算した電流もしくは電力潮流を初期値として、今回の潮流計算に利用することもできる。連続潮流計算においては、前回の潮流計算時の電流もしくは電力潮流を初期値として設定すれば、計算が収束しやすくなる。電流もしくは電力潮流を初期値として設定する場合、図７（ａ）の初期設定（ステップＳ２０１）では電力系統の電流もしくは電力潮流を初期値として設定する。既に電力系統の電流もしくは電力潮流があるため、１度目のＢａｃｋｗａｒｄ  Ｓｗｅｅｐという計算処理（ステップＳ２０２）はスキップする。その後、放射状系統の電源側から電圧変化を計算していくＦｏｒｗａｒｄ  Ｓｗｅｅｐという計算処理（ステップＳ２０３）を行う。２回目以降は、電圧を初期値とする場合と同じである。
以下では電圧を初期とした場合の手法を説明するが、電流や電力潮流を初期値としても構わない。
【０００８】
ここで、図８は、電力系統のある点において、ＢＦＳ法による潮流計算を繰り返し実行した場合の、計算の繰り返し回数に応じた電圧の収束状態を概念的に示した図である。
実際の電力系統には、電圧値によって制御量が変化する電圧制御機器等が存在するため、図８に示すほど単純ではないが、計算の繰り返し回数が多くなるほど電圧は収束値へと近付いていくことが多い。しかし、電圧の初期値が収束値に対して離れ過ぎている場合には、ＢＦＳ法、ＮＲ法の何れの方法でも、計算が収束せずに発散してしまい、解が得られない場合がある。
【０００９】
従来では、電圧の初期値を基準電圧または前回潮流計算時の電圧値に設定することが多い。しかし、近年では太陽光発電装置等の分散型電源の普及が進んでいるため、日射量により、短時間であっても出力が大きく変化することがある。このため、連続潮流計算において、前回潮流計算時の電圧を初期値として設定しても、計算が発散してしまう場合がある。
【００１０】
一方、特許文献２には、本来の潮流計算が発散して最適解を求めることができない場合に、電圧の位相角及び大きさが有効電力，無効電力にそれぞれ比例するという線形近似により簡易潮流計算を行うようにした最適潮流計算装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平８−２１４４５８号公報（［００１９］〜［００２１］、図４等）
【特許文献２】特許第３９８６６７５号公報（［００１７］，［００８１］、図７等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述の特許文献２に記載された最適潮流計算装置では、潮流計算が発散する場合に簡易潮流計算を行って近似解を求めているため、求められた電圧分布等が最適である保証はない。
そこで、本発明の解決課題は、潮流計算が発散する場合には電圧等の初期値を変更して再度、計算を行うことにより、潮流計算を確実に収束させるようにした電力潮流計算装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、電子計算装置のハードウェア及びソフトウェアにより構成される電力潮流計算装置であって、
分散型電源を有する電力系統の設備情報、前記電力系統の発電量，負荷量を含む発電・負荷情報が入力されるデータ入力部と、前記設備情報及び前記発電・負荷情報に基づいて前記電力系統の各点における電圧及び有効電力・無効電力を計算する潮流計算部と、前記潮流計算部による計算結果を出力するデータ出力部と、を備え、
前記潮流計算部は、
計算の発散・収束を判定する判定手段と、少なくとも前記電力系統の各点における電圧、電流または電力潮流の何れかの初期値を変更する初期値変更手段と、を有し、前記判定手段により計算の発散を判定した場合には前記判定手段により計算の収束が判定されるまで、前記初期値変更手段により前記初期値を変更して再計算を行うことを特徴とする。
【００１４】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載した電力潮流計算装置において、
前記初期値変更手段は、
前記分散型電源の発電量が最大で負荷の需要量が最小である時の前記電力系統の各点における電圧と前記電力系統の送り出し電圧との差分と、所定の係数との積を求め、この積を前記送り出し電圧に加算した値を前記各点における電圧の初期値として設定することを特徴とする。
【００１５】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載した電力潮流計算装置において、
前記初期値変更手段は、
前記分散型電源の発電量が最大で負荷の需要量が最小である時の前記電力系統の各点における電流或いは電力潮流を潮流計算により求め、この電流或いは電力潮流と所定の係数との積を前記各点における電流或いは電力潮流の初期値として設定することを特徴とする。
【００１６】
請求項４に係る発明は、請求項１に記載した電力潮流計算装置において、
前記初期値変更手段は、
前記分散型電源の発電量が最小で負荷の需要量が最大である時の前記電力系統の各点における電圧と前記電力系統の送り出し電圧との差分と、所定の係数との積を求め、この積を前記送り出し電圧に加算した値を前記各点における電圧の初期値として設定することを特徴とする。
【００１７】
請求項５に係る発明は、請求項１に記載した電力潮流計算装置において、
前記初期値変更手段は、
前記分散型電源の発電量が最小で負荷の需要量が最大である時の前記電力系統の各点における電流或いは電力潮流を求め、この電流或いは電力潮流と所定の係数との積を前記各点における電流或いは電力潮流の初期値として設定することを特徴とする。
【００１８】
請求項６に係る発明は、請求項１〜５の何れか１項に記載した電力潮流計算装置において、
前記初期値変更手段により初期値を変更して前記潮流計算部が計算した結果を新たな初期値として、前記潮流計算部が所定の時間ごとに連続して潮流を計算することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、潮流計算が発散する場合に、電力系統の各点における電圧等の初期値を変更して繰り返し計算し直すことにより、潮流計算を収束させ、電力系統の電圧や電力潮流の分布を確実に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態が適用される電力系統をモデル化した構成図である。
【図２】図１における電子計算装置の機能を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態による連続潮流計算のフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態における高めの初期値の説明図である。
【図５】本発明の実施形態における、前回潮流計算時の電圧初期値、新たに設定される高めの初期値，低めの初期値等の説明図である。
【図６】系統モデルの構成図である。
【図７】ＢＦＳ法による計算手順の説明図（図７（ａ））及び連続潮流計算方法の説明図（図７（ｂ））である。
【図８】電力系統のある時点においてＢＦＳ法を繰り返し実行した場合の、電圧の収束状態を概念的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、この実施形態が適用される電力系統をモデル化した構成図である。図１において、系統モデルの構成は図６と同一であり、系統電源Ｇ、自動電圧調整器ＳＶＲ、配電線Ｆ、太陽光発電装置ＰＶ、需要家Ｌｏａｄ、ノードＮ１〜Ｎ４を備えている。
【００２２】
潮流計算を行う電子計算装置１０は、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等のハードウェアとこれに実装されたソフトウェアとによって構成されている。この電子計算装置１０には、系統電源Ｇの電圧Ｖｓ，ｔ、配電線Ｆの抵抗ｒ及びリアクタンスｘ、自動電圧調整器ＳＶＲの変圧比Ｔａｐ，ｔ等の設備情報と、太陽光発電装置ＰＶの有効電力ＰＰＶ，ｔ，無効電力ＱＰＶ，ｔからなる発電情報と、需要家Ｌｏａｄの有効電力ＰＬｏａｄ，ｔ，無効電力ＱＬｏａｄ，ｔからなる負荷情報とが入力される。ここで、添え字ｔを付けた諸量は時間によって値が変化するものである。
電子計算装置１０は、ｎ分（例えば１分から１０分程度）ごとに連続して潮流計算を行い、電力系統の各点における電圧Ｖ１，ｔ〜Ｖ４，ｔや有効電力Ｐ１，ｔ〜Ｐ４，ｔ，無効電力Ｑ１，ｔ〜Ｑ４，ｔ等の電力潮流の分布を出力する。
【００２３】
図２は、電子計算装置１０の機能を示すブロック図である。
図２において、データ入力部１１には、前述した設備情報、発電情報・負荷情報が適宜な伝送手段を介して入力される。
潮流計算部１２では、演算処理手段の動作によって図７（ｂ）に示したような連続潮流計算を行い、電力系統の各点における電圧、有効電力，無効電力を演算する。また、潮流計算部１２は、後述するように、潮流計算の発散・収束を判定し、かつ、電力系統の各点における電圧等の初期値を変更する手段を備えている。これらの演算、判定、初期値変更等の処理は、コンピュータのハードウェア及びソフトウェアの機能によって実現されるものである。
連続潮流計算により得られた電力系統の各部の電圧Ｖ１，ｔ〜Ｖ４，ｔや電力潮流（有効電力Ｐ１，ｔ〜Ｐ４，ｔ，無効電力Ｑ１，ｔ〜Ｑ４，ｔ）の分布は、データ出力部１３によりディスプレイに表示され、あるいは図示されていない上位の系統監視装置等に伝送される。
【００２４】
図３は、潮流計算部１２により実行される連続潮流計算のフローチャートを示している。
まず、今回の計算が連続潮流計算の初回か２回目以降かを判定し、初回である場合は（ステップＳ１ ＹＥＳ）、前回潮流計算結果がないため、電力系統の基準電圧を初期値として潮流計算を実行する（ステップＳ２）。今回の計算が２回目以降である場合は（ステップＳ１ ＮＯ）、前回潮流計算時の各点の電圧を初期値として潮流計算を実行する（ステップＳ３）。
【００２５】
ステップＳ２またはステップＳ３による潮流計算を実行した後、計算が収束したか否かを判定する（ステップＳ４）。収束の判定は、例えば、図７（ａ）に示したＢＦＳ法による潮流計算の繰り返し時に、系統内の各点の電圧Ｖ１，ｔ〜Ｖ４，ｔを前回計算時の電圧Ｖ１，ｔ−１〜Ｖ４，ｔ−１とそれぞれ比較し、全ての点で電圧の差が１．００−６[ｐ.ｕ.]以下となったら計算が収束したと判定する（ステップＳ４ ＹＥＳ）。
また、発散の判定は、例えば、上限電圧を１．５ [ｐ.ｕ.]、下限電圧を０．５ [ｐ.ｕ.]とし、各点の電圧Ｖ１，ｔ〜Ｖ４，ｔのうちの何れかが、ＢＦＳ法による潮流計算の繰り返し時に上記の上限電圧を上回るか、あるいは下限電圧を下回った場合に計算が発散していると判定する（ステップＳ４ ＮＯ）。
なお、この実施形態では潮流計算にＢＦＳ法を用いているが、本発明は、ＮＲ法を用いる場合にも同様に適用可能である。
【００２６】
次に、ステップＳ４で発散と判定された場合に、発散の方向を判定する（ステップＳ５）。
計算した電圧が前述した上限電圧の１．５ [ｐ.ｕ.]を上回って発散していた場合、つまり高電圧方向に発散していた場合には、収束する電圧が高めにあると想定されるため、現在の初期値より高めの電圧を初期値に設定して潮流計算を実行する（ステップＳ６）。また、計算した電圧が下限電圧の０．５ [ｐ.ｕ.]を下回って発散していた場合、つまり低電圧方向に発散していた場合には、収束する電圧が低めにあると想定されるため、現在の初期値より低めの電圧を初期値に設定して潮流計算を実行する（ステップＳ７）。
【００２７】
ここで、初期値として新たに設定される高めの電圧（以下、高めの初期値），低めの電圧（以下、低めの初期値）について説明する。
まず、高めの初期値とは、例えば、電力系統に接続されている太陽光発電装置ＰＶの出力が最大であって需要家Ｌｏａｄの負荷が最小である時の各点の電圧分布を計算し、この電圧分布と電力系統の送り出し電圧（系統電源Ｇの電圧）Ｖｓとの差分値であるΔＶに係数Ｋ（Ｋ＝０〜１）を掛けた値を送り出し電圧Ｖｓに加算した電圧（その電圧分布）をいう。
また、低めの初期値とは、太陽光発電装置ＰＶの出力が最小（ゼロを含む）であって需要家Ｌｏａｄの負荷が最大である時の各点の電圧分布を計算し、この電圧分布と送り出し電圧Ｖｓとの差分値である負の値ΔＶに係数Ｋ（Ｋ＝０〜１）を掛けた値を送り出し電圧Ｖｓに加算した電圧（その電圧分布）をいう。
電流或いは電力潮流を初期値とする場合は、高めの電圧に相当する初期値として、電力系統に接続されている太陽光発電装置ＰＶの出力が最大であって需要家Ｌｏａｄの負荷が最小である時の各点の電流或いは電力潮流を計算し、この値に係数Ｋ（Ｋ＝０〜１）を掛けた値を各点の初期値として設定する。また、低めの電圧に相当する初期値として、太陽光発電装置ＰＶの出力が最小（ゼロを含む）であって需要家Ｌｏａｄの負荷が最大である時の各点の電流或いは電力潮流を計算し、この値に係数Ｋ（Ｋ＝０〜１）を掛けた値を各点の初期値として設定する。
【００２８】
図４は、高めの初期値を概念的に説明した図であり、Ｋ＝０の場合、Ｋ＝０．５の場合、及びＫ＝１の場合の、送り出し点（系統電源Ｇ）からの距離に応じた電圧の初期値をそれぞれ示している。図示するように、係数Ｋを適宜設定し、各点の電圧と送り出し電圧Ｖｓとの差分ΔＶと係数Ｋとの積を送り出し電圧Ｖｓに加算することで、系統上の各点における電圧の新たな初期値を求めることができる。
なお、図５は、前回潮流計算時の電圧初期値と、新たに設定される高めの初期値，低めの初期値を概念的に示した図である。
上述した新たな初期値の演算・変更や、計算の収束及び発散の判定は、潮流計算部１２の演算処理によって容易に実現可能である。
【００２９】
図３に戻って、高めの初期値を用いて潮流計算（ステップＳ６）を行った結果、未だに計算が発散する場合には、ステップＳ６とは逆に初期値を低めに設定して再度、潮流計算を行う（ステップＳ８，Ｓ１０）。
また、低めの初期値を用いて潮流計算（ステップＳ７）を行った結果、未だに計算が発散する場合には、ステップＳ７とは逆に初期値を高めに設定して再度、潮流計算を行う（ステップＳ９，Ｓ１１）。
その後、終了時間になったか否かを判断し、終了時間になっていなければ、系統内で時間により変化する値（例えば、太陽光発電装置ＰＶの有効電力ＰＰＶ，ｔ，無効電力ＱＰＶ，ｔからなる発電情報と、需要家Ｌｏａｄの有効電力ＰＬｏａｄ，ｔ，無効電力ＱＬｏａｄ，ｔからなる負荷情報等）を変更し、ステップＳ１からの処理を繰り返し実行する（ステップＳ１２ ＮＯ，Ｓ１３）。
【００３０】
なお、図３に示したフローチャートでは、高めの初期値と低めの初期値とを用いる２通りの場合につき潮流計算を行っているが、発散しやすい電力系統の場合には、係数Ｋを０〜１の範囲で細かく変更する等の方法により、高めから低めまで段階的に多数の初期値を設定して潮流計算を行っても良い。
また、この実施形態では、電力系統の各点における電圧等の初期値を変更する場合について説明したが、分散型電源や負荷の定格動作時の有効電力と無効電力との和の初期値を変更して連続潮流計算を行っても良い。
【符号の説明】
【００３１】
Ｇ：系統電源
ＳＶＲ：自動電圧調整器
Ｆ：配電線
ＰＶ：太陽光発電装置
Ｌｏａｄ：需要家
Ｎ１〜Ｎ４：ノード
１０： 電子計算装置（ＰＣ）
１１：データ入力部
１２：潮流計算部
１３：データ出力部
【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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