(57)【要約】      （修正有）【課題】負荷側電圧を所定の上下限値内に収めつつ、配電系統の対策工事の費用コストを最小化する最適な対策工事を決定する。【解決手段】配電系統の対策工事決定装置１０であって、配電系統の計測データ２２及び配電系統の潮流計算データ２１から前記配電系統の潮流計算又は/及び状態推定を行って各ノードの電圧を求め、前記各ノードの電圧及び配電系統の柱上変圧器タップ値２３から負荷側電圧に換算した低圧換算電圧を求め、前記低圧換算電圧と所定の電圧上下限値の差分から電圧余裕を求め、前記電圧余裕が所定の閾値以下の時に、前記柱上変圧器のタップ値の変更に係る対策費用及び電圧調整を行う電圧調整装置の設置に係る対策費用を複数求め、前記電圧余裕と前記複数の対策費用に基づいて評価した複数の評価関数を比較する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配電系統の対策工事を決定する配電系統の対策工事決定装置であって、
配電系統の計測データを格納する計測データベースと、
配電系統の柱上変圧器タップ値を格納する柱上変圧器タップ値データベースと、
配電系統の潮流計算データを格納する潮流計算データベースと、
前記計測データ及び前記潮流計算データから前記配電系統の潮流計算又は/及び状態推定を行って各ノードの電圧を求め、前記各ノードの電圧及び前記柱上変圧器タップ値から負荷側電圧に換算した低圧換算電圧を求め、前記低圧換算電圧と所定の電圧上下限値の差分から電圧の余裕度を表す電圧余裕を求め、前記電圧余裕が所定の閾値以下の時に、前記柱上変圧器のタップ値の変更に係る対策費用及び電圧調整を行う電圧調整装置の設置に係る対策費用を複数求め、前記電圧余裕と前記複数の対策費用に基づいて評価した複数の評価関数を比較することで前記対策工事を決定する計算部と、
を備えることを特徴とする配電系統の対策工事決定装置。
【請求項２】
請求項１記載の配電系統の対策工事決定装置において、
前記計算部は、
前記電圧余裕が所定の閾値以上となるときの前記柱上変圧器のタップ値の変更に係る対策費用及び電圧調整を行う電圧調整装置の設置に係る対策費用を算出することを特徴とする配電系統の対策工事決定装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の配電系統の対策工事決定装置において、
前記計算部は、
前記電圧余裕と前記複数の対策費用を重み付けして前記評価関数を求めることを特徴とする配電系統の対策工事決定装置。
【請求項４】
請求項３記載の配電系統の対策工事決定装置において、
前記電圧余裕の重み付けは、前記ノードごとにおける以後の負荷量及び発電量の変化予測に基づいて設定することを特徴とする配電系統の対策工事決定装置。
【請求項５】
請求項１乃至４何れかに記載の配電系統の対策工事決定装置において、
前記計算部は、
更に前記前記柱上変圧器のタップ値の変更に係る対策費用のみ求めた場合の前記評価関数及び電圧調整を行う電圧調整装置の設置に係る対策費用のみ求めた場合の前記評価関数を求め、前記柱上変圧器のタップ値の変更に係る対策費用と電圧調整を行う電圧調整装置の設置に係る対策費用の両方を求めた場合の前記評価関数をそれぞれ比較することを特徴とする配電系統の対策工事決定装置。
【請求項６】
請求項１乃至５何れかに記載の配電系統の対策工事決定装置において、
前記計算部は、
前記比較した結果、前記評価関数が最大となるときの前記対策工事を決定することを特徴とする配電系統の対策工事決定装置。
【請求項７】
配電系統の対策工事を決定する配電系統の対策工事決定方法であって、
配電系統の計測データ及び潮流計算データから前記配電系統の潮流計算又は/及び状態推定を行って各ノードの電圧を求め、前記各ノードの電圧及び配電系統の柱上変圧器タップ値から負荷側電圧に換算した低圧換算電圧を求め、前記低圧換算電圧と所定の電圧上下限値の差分から電圧の余裕度を表す電圧余裕を求め、前記電圧余裕が所定の閾値以下の時に、前記柱上変圧器のタップ値の変更に係る対策費用及び電圧調整を行う電圧調整装置の設置に係る対策費用を複数求め、前記電圧余裕と前記複数の対策費用に基づいて評価した複数の評価関数を比較することで前記対策工事を決定することを特徴とする配電系統の対策工事決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対策費用と電圧上下限値に対する電圧余裕を評価指標として配電系統の電圧対策工事を決定する対策工事決定装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
配電系統の電圧は、既存の設備構成において、配電用変電所の変圧器（ＬＲＴ：Load Ratio Tap-changer）のタップ切り替えによって電圧を適正範囲内に収められない場合、柱上変圧器タップ値の変更や電圧自動調整器（ＳＶＲ：Step Voltage Regulator）を設置することによって適正範囲内に収める。ＳＶＲの最適設置について、次のような手法が示されている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、潮流計算によって系統状態を設定し、対象系統に新設する電圧調整装置の設置台数を最小とする手法が開示されている。また、特許文献２には、配電系統内の線路電圧の分布状態を求め、ＳＶＲの最適な設置位置を求める手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２９６０３０号公報
【特許文献２】特開２００８−３１２３２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１及び２に記載の方法では、コスト最小化はＳＶＲの設置台数を最小とすることによる対策のみである。このため、例えば系統内で電圧が常時高めとなっている柱上変圧器のタップ値を変更したほうが安価である場合も、ＳＶＲを１台設置するという解を算出する可能性がある。
【０００６】
このように，複数の電圧対策工事がある配電系統において，柱上変圧器タップ値変更による対策費用と、電圧調整装置の新設による対策費用を比較して電圧対策工事を決定する実用的な方法は確立されておらず、負荷側電圧を所定の上下限値内に収めつつ、配電系統の対策工事の費用コストを最小化する最適な対策工事を決定できていない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する為に本発明は、配電系統の対策工事を決定する配電系統の対策工事決定装置であって、配電系統の計測データを格納する計測データベースと、配電系統の柱上変圧器タップ値を格納する柱上変圧器タップ値データベースと、配電系統の潮流計算データを格納する潮流計算データベースと、前記計測データ及び前記潮流計算データから前記配電系統の潮流計算又は/及び状態推定を行って各ノードの電圧を求め、前記各ノードの電圧及び前記柱上変圧器タップ値から負荷側電圧に換算した低圧換算電圧を求め、前記低圧換算電圧と所定の電圧上下限値の差分から電圧の余裕度を表す電圧余裕を求め、前記電圧余裕が所定の閾値以下の時に、前記柱上変圧器のタップ値の変更に係る対策費用及び電圧調整を行う電圧調整装置の設置に係る対策費用を複数求め、前記電圧余裕と前記複数の対策費用に基づいて評価した複数の評価関数を比較することで前記対策工事を決定する計算部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また本装置発明に対応する方法発明も含まれる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、負荷側電圧を所定の上下限値内に収めつつ、配電系統の対策工事の費用コストを最小化する最適な対策工事を決定する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施例による対策工事決定装置を備えた配電系統概要図である。
【図２】本発明の一実施例による対策工事決定装置の構成図である。
【図３】本発明の一実施例による対策工事決定アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施例によるステップＳ２で求めた対策必要箇所の概略図である。
【図５】本発明の一実施例によるステップＳ５で求めたＳＶＲ最適設置結果の概略図である。
【図６】本発明の他の実施例によるステップＳ２で求めた対策必要箇所の概略図である。
【図７】本発明の他の実施例によるステップＳ５で求めたＳＶＲ最適設置結果の概略図である。
【図８】本発明の他の実施例によるステップＳ６で求めたタップ値変更とＳＶＲの最適設置の組合せ結果の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施例による電圧対策工事決定装置を備えた配電系統概要図であり、配電系統１００と、電圧対策工事決定装置１０とそれらを結ぶ通信ネットワーク１９０の構成を示している。配電系統１００は、配電変電所１１０とノード（母線）１２０およびそれらを接続する配電線路１４０、ノード１２０に接続される柱上変圧器１６０、柱上変圧器以下に接続される負荷１５０や発電機１３０、配電線路に設置されるセンサ１７０で構成される。センサ１７０は、線路の電流，流力率，有効電力Ｐ，無効電力Ｑ，ノード電圧Ｖなどを測定し、通信端局１８０、通信ネットワーク１９０を介して電圧対策工事決定装置１０に情報を送る。電圧調整装置３００が、配電系統１００の線路に直列に設置されている。
【００１３】
図２は、本発明の一実施例による電圧対策工事決定装置１０の構成図である。表示装置１１，キーボードやマウス等の入力手段１２，コンピュータ（ＣＰＵ）１３，通信手段１４，ＲＡＭ１５，および各種データベースがバス線３０に接続されている。データベースとして、潮流計算データ２１，計測データ２２，柱上変圧器タップ値データ２３，およびプログラムデータ２４がある。コンピュータ（ＣＰＵ）１３は、計算プログラムを実行して表示すべき画像データの指示や、各種データベース内のデータの検索等を行う。ＲＡＭ１５は、表示用の画像データ，潮流計算結果，計測データ一覧，整定パラメータ計算結果，およびＳＶＲ理想電圧計算結果等の計算結果データを一旦格納するメモリである。これらのデータに基づき、ＣＰＵ１３によって必要な画像データを生成して、表示装置１１（例えば表示ディスプレイ画面）に表示する。
【００１４】
電圧対策工事決定装置内のメモリには、大きく分けて４つのデータベースが格納される。潮流計算データ２１には、線路１４０のインピーダンスを示す線路定数Ｚ（＝Ｒ＋ｊＸ），負荷・発電量，並びに系統の線路やノードの接続状況を表す系統構成データが記憶されている。計測データ２２には、配電系統１００内のセンサ１７０で計測された各時間断面毎の線路の電流，電流力率，有効電力Ｐ，無効電力Ｑ，負荷や発電量，およびノード電圧Ｖなどの情報が格納される。計測データ２２には、この他に、潮流計算や状態推定計算によって求められた各時間断面毎の線路の電流，電流力率，有効電力Ｐ，無効電力Ｑ，負荷や発電量，およびノード電圧Ｖなどの情報も格納される。柱上変圧器タップ値データ２３には、系統内の柱上変圧器と柱上変圧器タップ値のデータセットが格納される。プログラムデータ２４は、計算プログラムである潮流計算プログラム，状態推定計算プログラム，対策必要箇所決定プログラムおよび対策工事決定プログラムを格納する。これらのプログラムは、必要に応じてＣＰＵ１３に読み出され、計算が実行される。
【００１５】
図３は、本発明の一実施例によるＬＤＣパラメータ決定アルゴリズムを示すフローチャートである。この図に示す電圧対策工事決定装置１０の計算処理内容について説明する。図には、配電系統内のセンサの電圧計測データとＳＶＲ出力電圧Ｖｓｖｒ，ＳＶＲ通過有効電力Ｐｓｖｒ，および無効電力Ｑｓｖｒに相当する計測データを用いて計算した電圧を基に、対策工事を決定する手順の例を示している。以下、処理の流れを説明する。
【００１６】
まず、ステップＳ１で、処理に必要なデータ読み込みを行う。分析対象とする期間を決め、分析対象期間の各時間毎の計測データを読み込む。
【００１７】
次に、ステップＳ２で、潮流計算または状態推定によって各ノードの電圧を計算する。電圧計算結果と柱上変圧器タップ値を用いて、数１のように低圧換算電圧を計算する。
【００１８】
〔数１〕  
Ｖｌｏｗ＝Ｖｈｉｇｈ／Ｔａｐ×１０５
ここで、Ｖｌｏｗはノードの低圧換算電圧、Ｖｈｉｇｈはノードの高圧電圧、Ｔａｐはノードの柱上変圧器タップ値を表す。
【００１９】
計算した低圧換算電圧から、数２のように電圧余裕を計算する。
【００２０】
〔数２〕
Ｖｍ１＝  ＶＵ−Ｖｌｏｗ（＜０）
又は、Ｖｍ１＝  Ｖｌｏｗ−ＶＬ（＜０）
ここで、ＶＵはノードの電圧上限値（低圧換算）、ＶＬはノードの電圧下限値（低圧換算）設定値である。数２より、低圧換算電圧が電圧上限値より高い、または電圧下限値より低いノードは電圧余裕がマイナスとなる。電圧余裕がマイナスとなったノードは、対策必要箇所とする。
【００２１】
次に、ステップＳ３で、対策必要箇所の低圧換算電圧が上限値より高い場合、柱上変圧器タップ値を大きく、下限値より低い場合、柱上変圧器タップ値を小さくして潮流計算や状態推定によって電圧を計算し、このときの電圧余裕をＶｍ１´とする。
【００２２】
対策必要箇所がなくなった場合は、ステップＳ４で、数３のように対策費用１を求める。
【００２３】
〔数３〕
ＣＯＳＴ１＝ＣＯＳＴｔｒ×Ｎｔｒ
ここで、ＣＯＳＴ１は柱上変圧器タップ値変更のみによる対策費用１、ＣＯＳＴｔｒは柱上変圧器タップ値変更にかかる工事費用の単価（設定値）、Ｎｔｒは対策必要箇所数である。
【００２４】
対策費用ＣＯＳＴ１と電圧余裕Ｖｍ１´から、数４のように評価関数１を計算する。
【００２５】
〔数４〕
Ｆ１＝ａ×Ｖｍ１´−ｂ×ＣＯＳＴ１
ここで、Ｆ１は柱上変圧器タップ値変更のみの対策工事の評価関数１、ａは電圧余裕に対する重み係数（設定値）、ｂは対策費用に対する重み係数（設定値）である。
【００２６】
次に、ステップＳ５で、電圧調整装置を最適配置した系統を作成し、潮流計算または状態推定によって各ノードの電圧を計算する。数１のように低圧換算電圧を計算し、数２によって求めた電圧余裕をＶｍ２とする。電圧調整装置を設置した場合の電圧の潮流計算や状態推定を行い、このときの電圧余裕Ｖｍ２’を求める。上記同様に対応必要個所が無くなったらその対策費用を計算する。
【００２７】
数５のように対策費用２を求める。
【００２８】
〔数５〕
ＣＯＳＴ２＝ＣＯＳＴｒｅｇ×Ｎｒｅｇ
ここで、ＣＯＳＴ２は電圧調整装置設置のみによる対策費用２、ＣＯＳＴｒｅｇは電圧調整装置設置にかかる工事費用の単価（設定値）、Ｎｒｅｇは電圧調整装置設置台数である。
【００２９】
対策費用ＣＯＳＴ２と電圧余裕Ｖｍ２’から、数４と同様に、評価関数２を求める。
【００３０】
次に、ステップＳ６で、柱上変圧器タップ値を変更した後に電圧調整装置を最適配置した系統を作成し、潮流計算または状態推定によって各ノードの電圧を計算する。数１のように低圧換算電圧を計算し、数２によって求めた電圧余裕をＶｍ３とする。柱上変圧器タップ値の変更し、電圧調整装置を設置した場合の電圧の潮流計算や状態推定を行い、このときの電圧余裕Ｖｍ３’を求める。上記同様に対応必要個所が無くなったらその対策費用を計算する。
【００３１】
数６のように対策費用３を求める。
【００３２】
〔数６〕
ＣＯＳＴ３＝ＣＯＳＴｔｒ×Ｎｔｒ´＋ＣＯＳＴｒｅｇ×Ｎｒｅｇ
ここで、Ｎｔｒ´は柱上変圧器タップ値を変更した柱上変圧器台数である。
【００３３】
対策費用ＣＯＳＴ３と電圧余裕Ｖｍ３’から、数４と同様に、評価関数３を求める。
【００３４】
次に、ステップＳ７で、評価関数１、評価関数２、評価関数３を比較し、評価関数が最も大きい対策工事を配電系統の電圧対策工事として決定する。
【００３５】
図４は、本発明の一実施例によるステップＳ２で求めた対策必要箇所である。逸脱が発生しているのは１箇所の柱上変圧器のみである。ステップＳ３でタップ値を変更して再度電圧を計算し、逸脱が解消された場合はステップＳ４で対策費用１を算出する。対策費用は柱上変圧器１箇所のタップ値を変更する費用となるため、対策費用１はタップ値変更単価と同じ値となる。このときの電圧余裕と、あらかじめ設定された重み係数を用いて、評価関数１を算出する。
【００３６】
図５は、本発明の一実施例によるステップＳ５で求めたＳＶＲ最適設置結果である。対策費用は電圧調整装置を１台設置する費用となるため、対策費用２は電圧調整装置設置単価と同じ値となる。このときの電圧余裕と、あらかじめ設定された重み係数を用いて、評価関数２を算出する。次に、ステップＳ６でタップ値変更とＳＶＲの最適設置の組合せを考えるが、タップ値を１箇所変更した時点で電圧逸脱が解消されるため、評価関数３は評価関数１と同じ値となり、対策は柱上変圧器１箇所のタップ値変更と電圧調整装置１台設置のいずれかとなる。一般的に、タップ値変更単価は電圧調整装置設置単価よりも安価であるため、対策費用１のほうが安価となる。重み係数を適切に設定した場合、評価関数１および評価関数３が最大となり、本手法で算出される電圧対策工事は柱上変圧器１箇所のタップ値変更となる。
【００３７】
図６は、本発明の他の実施例によるステップＳ２で求めた対策必要箇所である。逸脱が発生しているのは合計でｐ＋ｑ箇所の柱上変圧器である。ステップＳ３でタップ値を変更して再度電圧を計算し、逸脱が解消された場合はステップＳ４で対策費用１を算出する。対策費用は柱上変圧器ｐ＋ｑ箇所のタップ値を変更する費用となるため、対策費用１はタップ値変更単価×（ｐ＋ｑ）となる。このときの電圧余裕と、あらかじめ設定された重み係数を用いて、評価関数１を算出する。
【００３８】
図７は、本発明の他の実施例によるステップＳ５で求めたＳＶＲ最適設置結果である。幹線では下限逸脱、分岐線では上限逸脱が発生している系統では、分岐の手前に電圧調整装置を１台設置しても電圧逸脱が解消されず、２台設置する結果となった。対策費用は電圧調整装置を２台設置する費用となるため、対策費用２は電圧調整装置設置単価×２となる。このときの電圧余裕と、あらかじめ設定された重み係数を用いて、評価関数２を算出する。
【００３９】
図８は、ステップＳ６で求めたタップ値変更とＳＶＲの最適設置の組合せ結果である。分岐線の柱上変圧器ｑ箇所のタップ値を変更することで分岐線の上限逸脱が解消され、幹線には電圧調整装置を１台設置する結果となった。対策費用は、柱上変圧器ｑ箇所のタップ値を変更する費用と電圧調整装置を１台設置する費用となるため、対策費用３はタップ値変更単価×ｑ＋電圧調整装置設置単価となる。このときの電圧余裕と、あらかじめ設定された重み係数を用いて、評価関数３を算出する。柱上変圧器タップ値の変更数ｐが極端に多い場合、対策費用１よりも対策費用３のほうが安価となる。タップ値変更単価×ｑが電圧調整装置設置単価よりも安価であるとき、対策費用２よりも対策費用３のほうが安価となる。対策費用に対する重み係数を大きく設定すると、評価関数３が最大となり、本手法で算出される電圧対策工事はタップ値変更とＳＶＲの最適設置の組合せとなる。対策費用２と対策費用３の差が小さく、かつ対象系統において予測される将来の負荷量の変化や自然エネルギー導入による発電量の変化等を考慮して電圧余裕の重み係数が設定され、かつＳＶＲ２台の最適設置のほうがタップ値変更とＳＶＲの最適設置の組合せよりも電圧余裕が大きい場合、評価関数２が最大となり、本手法で算出される電圧対策工事はＳＶＲ２台の最適設置となる。
【００４０】
このように、対策費用と、対策費用の重み係数と、電圧上下限に対する余裕と、電圧上下限に対する余裕の重み係数で評価関数を計算することで、運用者の目的に合わせた対策工事を決定することが可能となる。
【符号の説明】
【００４１】
１０  対策工事決定装置
１１  表示装置
１２  入力手段
１３  コンピュータ（ＣＰＵ）
１４  通信手段
１５  ＲＡＭ
２１  潮流計算データ
２２  計測データ
２３  柱上変圧器タップ値データ
２４  プログラムデータ
３０  バス線
１００  配電系統
１１０  配電変電所
１２０  ノード
１３０  発電機
１４０  配電線路
１５０  負荷
１６０  柱上変圧器
１７０  センサ
１８０  通信端局
１９０  通信ネットワーク
２００  電圧調整装置
【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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