(57)【要約】【課題】可変発電システムを含む電気ネットワークで分散型エネルギー資源（ＤＥＲ）を用いる。【解決手段】統合化されたボルト−バール制御（ＩＶＶＣ）構成要素は、ネットワークに結合された遅い動力学的電気機械デバイスおよび速い動力学的ＤＥＲデバイスに対する最適化パラメータを決定する。遅い動力学的デバイスは、電気ネットワークの現在の状態、ならびにコマンド出力を用いてリアルタイムに更新される電圧上昇テーブル、または従来の制御可能な資産および速い動力学的ＤＥＲデバイスに対する最適セットポイントを生成する電力潮流に基づく完全最適化ルーチンによって制御される。速い動力学的デバイスは、ＩＶＶＣ設定に基づいて、または光起電力（ＰＶ）プラント有効電力変動に基づいて、または力率に基づいて、または局所的電気ネットワークの電圧に基づいて、無効電力寄与を用いる制御アルゴリズムを用いて局所的に制御される。【選択図】図１
2015080401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の遅い動力学的電気機械デバイスと、無効電力出力の比較的速い連続的な動的変動に対して構成される複数の速い動力学的分散型エネルギー資源（ＤＥＲ）デバイス（２６）と、を含む電気ネットワークを制御するのに用いられるシステム（３０）であって、
前記システムは、
前記複数の遅い動力学的電気機械デバイスおよび前記複数の速い動力学的ＤＥＲデバイス（２６）に対する１つまたは複数の最適化パラメータを決定するように構成される統合化されたボルト−バール制御（ＩＶＶＣ）構成要素を含み、
前記遅い動力学的デバイスは、前記電気ネットワークの現在の状態と、コマンド出力の少なくとも１つを用いてリアルタイムに適応可能に更新される電圧上昇テーブルの少なくとも１つと、前記遅い動力学的デバイスに対する、および前記速い動力学的ＤＥＲデバイス（２６）の少なくともいくつかに対する最適セットポイントを生成するための電力潮流に基づく完全最適化ルーチンと、によって制御されるように構成され、
前記速い動力学的デバイスは、ＩＶＶＣ設定に基づくＤＥＲ無効電力寄与を用いる制御アルゴリズムと、可変生成ＤＥＲ有効電力変動に基づくＤＥＲ無効電力寄与を用いる制御アルゴリズムと、力率に基づくＤＥＲ無効電力寄与を用いる制御アルゴリズムと、前記局所的電気ネットワークの電圧に基づくＤＥＲ無効電力寄与を用いる制御アルゴリズムと、の少なくとも１つを用いて前記リモート制御更新の間に局所的に制御されるように構成されるシステム。
【請求項２】
前記遅い動力学的電気機械デバイスは、負荷タップ切換トランスもしくはオートトランス（４０６）、ステップ電圧調整器（４０４）、およびスイッチト・キャパシタ・バンク（４１８、４２２）の少なくとも１つを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
速い動力学的ＤＥＲデバイス（２６）は、光電発電機、同期発電機、バッテリエネルギー蓄積器、静的同期補償器（ＳＴＡＴＣＯＭ）、フレキシブルＡＣ送電システム（ＦＡＣＴＳ）デバイス、および静的無効電力補償器（ＳＶＣ）の少なくとも１つを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記速く動作する動的ＤＥＲの前記無効電力出力は、前記ルックアップテーブルに基づく方法または前記電力潮流に基づく最適化ルーチンに含まれるように、線形ステップに離散化される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
ＩＶＶＣ設定に基づくＤＥＲ無効電力寄与を用いる前記局所的制御アルゴリズムは、複数の期間の次の期間のＩＶＶＣ最適化によって提供される前記可変生成ＤＥＲ設定に直接基づいて、無効電力設定を決定する、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
可変生成ＤＥＲ有効電力変動に基づくＤＥＲ無効電力寄与を用いる前記制御アルゴリズムは、複数の期間の次の期間の前記ＤＥＲによって生成される有効電力評価の誤差に基づいて、無効電力設定を決定する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
力率に基づくＤＥＲ無効電力寄与を用いる前記制御アルゴリズムは、複数の期間の次の期間の前記ＤＥＲの力率評価の変動に基づいて、無効電力設定を決定する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記局所的電気ネットワークの電圧に基づくＤＥＲ無効電力寄与を用いる前記制御アルゴリズムは、複数の期間の次の期間の前記ＤＥＲの電圧評価の誤差に基づいて、無効電力設定を決定する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
電気ネットワークを制御する方法であって、
ａ）前記電気ネットワークの構成要素の第１の構成に関する第１の電気ネットワーク状態に対する予想電圧応答を決定するために、前記電気ネットワークをモデル化するステップと、
ｂ）前記第１の状態の後の所定の時刻に発生する、前記電気ネットワークの第２の状態を決定するステップと、
ｃ）前記第１の状態の発生に先立って発生する、前記電気ネットワークの状態履歴データを受け取るステップと、
ｄ）前記モデル、第２のネットワーク状態、およびネットワーク状態履歴データに基づいて、前記電気ネットワークの前記構成要素の第２の構成を決定するステップと、
ｅ）前記第２の構成を達成するために、前記構成要素に対してコマンドを送信するステップと、
ｆ）所定の期間の後に、ステップａ）〜ｅ）を再実行するステップと、を含む方法。
【請求項１０】
前記電気ネットワークの前記構成要素は、比較的速く応答する構成要素および比較的遅く応答する構成要素を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記比較的遅く応答する構成要素は、負荷タップ切換器、ステップ電圧調整器（４０４）、およびスイッチト・キャパシタ・バンク（４１８、４２２）の少なくとも１つを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記比較的速く応答する構成要素は、分散型エネルギー資源（２６）、配電ネットワークフレキシブルＡＣ送電システム（ＤＦＡＣＴＳ）、エネルギー蓄積デバイス、および直列補償器の少なくとも１つを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の構成を達成するために、前記構成要素に対してコマンドを送信するステップは、比較的遅く応答する構成要素に対して比較的長い間隔でコマンドを送信するステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の構成を達成するために、前記構成要素に対してコマンドを送信するステップは、比較的速く応答する構成要素に対して約１時間またはそれより短い間隔でコマンドを送信するステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の構成を達成するために、前記構成要素に対してコマンドを送信するステップは、比較的速く応答する構成要素に対して前記局所的制御に基づいてリアルタイムでベースラインコマンドを送信するステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記電気ネットワークの前記構成要素は、比較的速く応答する構成要素および比較的遅く応答する構成要素を含み、
前記比較的遅く応答する構成要素は、前記電気ネットワークの比較的大きい部分の電圧レベルを設定し、
前記比較的速く応答する構成要素の各々は、前記電気ネットワークの比較的小さい部分の電圧レベルを設定する、請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
電気ネットワーク制御システムであって、
送電および配電ネットワークを形成するように電気的に結合される電気的構成要素のモデルを含むネットワークモデル構成要素と、
複数のセンサー（３６）から前記ネットワークの測定されたパラメータに関するデータを受け取るように構成され、前記電気ネットワークの現在の状態を決定するように構成される測定構成要素と、
前記センサーデータを受け取り、前記センサーデータの少なくともいくつかを格納するように構成される履歴構成要素と、
前記センサーデータの前記少なくともいくつかを用いて、前記電気ネットワーク上のシステム負荷の評価および前記電気ネットワークに結合された再生可能資源の生成の評価を決定するように構成される評価構成要素と、
前記電気ネットワークに結合された遅い動力学的デバイスおよび速い動力学的デバイスに対する１つまたは複数の最適化パラメータを決定するように構成される統合化されたボルト−バール制御（ＩＶＶＣ）構成要素と、を含み、
前記速い動力学的デバイスが前記１つまたは複数の最適化パラメータの単一の値で動作可能である比較的短い期間と比較して、前記遅い動力学的デバイスは、比較的長い期間の前記１つまたは複数の最適化パラメータの単一の値で動作可能であるように構成され、
前記システムは、
前記最適化パラメータを受け取り、
キャパシタ・バンク・デバイスの最適コミットメント、分散型エネルギー資源（ＤＥＲ）（２６）無効電力ベースライン値、ならびに電圧調整器（４０４）および負荷タップ切換器（ＬＴＣ）のタップ設定の少なくとも１つを決定し、
前記電気ネットワークに接続された前記デバイスに対してディスパッチメッセージを発行するディスパッチコマンド構成要素をさらに含むシステム。
【請求項１８】
前記ＩＶＶＣ構成要素は、
前記発行されたディスパッチメッセージおよび前記現在の電気ネットワーク状態情報を受け取り、
前記電気ネットワークの改訂された電圧上昇テーブルを生成するように構成される、適応可能な閉ループ電圧上昇テーブルアップデーターをさらに含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記ＩＶＶＣ構成要素は、
前記発行されたディスパッチメッセージおよび前記現在の電気ネットワーク状態情報を受け取り、
前記電気ネットワークの改訂された電圧上昇ルックアップテーブルを生成するように構成される、適応可能なロジック構成要素をさらに含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記電圧上昇テーブルアップデーターは、前記電気ネットワークに通信可能に結合される監視制御およびデータ収集（ＳＣＡＤＡ）システムから現在の電気ネットワーク状態情報を受け取るように構成される、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２１】
前記ＩＶＶＣ構成要素は、局所的な速い動力学的デバイスコントローラをさらに含み、
前記速い動力学的デバイスコントローラは、ＩＶＶＣ設定に基づくＤＥＲ無効電力寄与を用いる制御アルゴリズム、ＰＶプラント有効電力変動に基づくＤＥＲ無効電力寄与を用いる制御アルゴリズム、力率に基づくＤＥＲ無効電力寄与を用いる制御アルゴリズム、および前記局所的電気ネットワークの電圧に基づくＤＥＲ無効電力寄与を用いる制御アルゴリズムの少なくとも１つを含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２２】
前記アルゴリズムの少なくとも１つは、無効電力寄与のための前記可変生成ＤＥＲの現在の設定を受け取る、請求項２１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載する実施形態は、一般的には発電および送電システムに関し、特に、可変発電システムを含む電気ネットワークにおいて分散型エネルギー資源（ＤＥＲ）を用いるためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電主体によって生成された電力は、典型的には送電および配電回路から成る電気ネットワークまたは送電網を介して顧客に供給される。発電および送電システムは、多数の個別のサブシステムを含む送電網制御システムによって緊密にモニターされ制御され、それは複数の構成要素を含むこともできる。典型的には、送電網の動作の制御に用いるために、多くのサブシステム／構成要素から制御システムへ情報が送信される。例えば、いくつかの発電主体は、エネルギー管理システムまたは制御センターを用いる。
【０００３】
既知のエネルギー管理システムは、典型的に発電主体にある中央管理システムと通信し、それによって制御され得る、複数の構成要素およびサブシステムを含む。構成要素およびサブシステムは、送電を容易にするために、電気ネットワークの様々な点に分散することができる。少なくとも部分的には、エネルギー管理システムの規模の大きさと、含むことができる個別構成要素／サブシステムの量とにより、管理システムにおける情報は、発電および送電の集中管理に用いるために、一般的に拡張的で複雑である。
【０００４】
伝統的に、配電システムについては、システムに存在する制御可能な無効電力源を通る過電圧および不足電圧違反を解決するために、電圧および無効電力（ボルト−バール）制御が実行されている。システムに存在する無効電力の生成、吸収、および流れを制御することによって、ボルト−バール制御は、電圧プロファイルを許容限度内に維持して、配電システム損失を低減することができる。従来のボルト−バール制御は、例えば電圧調整器および電圧制御用トランスの負荷タップ切換器（ＬＴＣ）などの制御可能デバイス、ならびにバール制御用の分路リアクトルおよび分路キャパシタを再構成することによって達成される。
【０００５】
しかし、給電線電圧および無効電力潮流は、変数の一方を変化させる制御動作が結果として他の変数を変化させる反対の制御動作をもたらす、緊密に関連した従属する変数である。例えば、変電所トランスＬＴＣを用いて電圧を上げることは、キャパシタバンク制御がサービスからキャパシタバンクを取り除くおそれのある電圧上昇を生じさせる可能性があり、これによって電圧を低下させる。同様に、サービス中にキャパシタバンクを配置することは、ＬＴＣが変電所の電圧を低下させるおそれがある。
【０００６】
このような矛盾する制御動作は、一般的には送電線上の容認できない電気的条件をもたらすことはないが、より効率的でない条件をもたらす。真に最適なボルト−バール制御動作を決定し実行するためには、電圧および無効電力の協調制御が必要である。
【０００７】
さらにまた、ＶＶＣ解決策に基づく既知の配電管理システム（ＤＭＳ）はあまり拡張性がなく、また導入コストおよび運用コストが高く、発電主体の採用を妨げている。従来の局所的ボルト−バール制御技術は、電圧平坦化、ＣＶＲ、無効電力低減、およびシステムの効率を上昇させる力率１を実現することができない。
【０００８】
一般に、大多数の顧客（すなわち負荷）が配電回路に位置している。電力ユーティリティは、配電回路に沿って分散する構成要素をモニターし制御することを要求する。この目的のために、いくつかの電力ユーティリティは、「スマートグリッド」と呼ばれるものを用いる。少なくともいくつかの既知のスマートグリッドは、典型的に発電主体にある中央管理システムと通信し、それによって制御され得る、複数の構成要素およびサブシステムを含む。構成要素およびサブシステムは、顧客への配電を容易にするために、発電主体配電ネットワークの様々な点に分散することができる。少なくとも部分的には、スマートグリッドの規模の大きさと、スマートグリッドに含むことができる個別構成要素／サブシステムの量とにより、管理システムにおける情報は、スマートグリッドの集中管理に用いるために、一般的に拡張的で複雑である。
【０００９】
電気ネットワークの送電線における電力損失は、配電システム技術者が懸念することである。送電線に送電される電力の約３パーセントから約８パーセントが失われる。電力損失は、抵抗損失、無効電力潮流による損失、およびシステムの非線形負荷から生じる高調波電流による損失を含む。現在、送電損失を減らすために、様々な電圧／無効電力制御方式が時々用いられる。少なくとも１つの既知の方式では、システムの電圧プロファイルの最適化を支持し試みるための無効電力を供給するために、電気ネットワークシステムの重要なバスに配置されるキャパシタバンクを用いて、無効電力補償が実現される。リアルタイム制御動作は、ある程度は、スイッチト・キャパシタ・バンクによって実現することができる。しかし、このようなキャパシタバンクは、スイッチト・キャパシタ・バンクを含み、電気ネットワークの離散的な点だけに配置されて、無効電力の離散的なレベルを注入する。さらに、スイッチト・キャパシタ・バンクの制御は、通常、特定のスイッチト・キャパシタ・バンクに局所的な情報に基づいている。
【００１０】
速い動力学的分散型エネルギー資源（ＤＥＲ）を追加すると、追加の制御がＤＥＲからの評価された制御入力を説明するために必要である。例えば、多くの遅い動力学的電気機械デバイスは、比較的長時間にわたって送電網上の電圧を制御することができる。このような従来型デバイスは、例えば、朝に工場が始まり重い電気的負荷が増加し、夜に工場および他の大きな負荷が固定されて負荷が減少することによる負荷変動などの、一般に良好に特性評価される日々の負荷変動を説明することができる。しかし、ＤＥＲの電力、無効電力、および電圧支持能力は、非常に短い時間間隔で変化することができる。光起電力設備は収集フィールドの上を通過する雲によって影響を受けることがあり、また風力発電所は変化する風によって影響を受けることがある。
【発明の概要】
【００１１】
一実施形態では、電気ネットワークを制御するのに用いられるシステムは、電気ネットワークに結合される複数の遅い動力学的電気機械デバイスおよび複数の速い動力学的ＤＥＲデバイスを含む。システムは、複数の遅い動力学的電気機械デバイスおよび複数の速い動力学的ＤＥＲデバイスに対する１つまたは複数の最適化パラメータを決定するように構成される統合化されたボルト−バール制御（ＩＶＶＣ）構成要素を含む。遅い動力学的デバイスは、電気ネットワークの現在の状態と、コマンド出力を用いてリアルタイムに適応可能に更新される電圧上昇テーブルならびに従来の制御可能な資産および速い動力学的ＤＥＲデバイスの少なくともいくつかに対する最適セットポイントを生成するための電力潮流に基づく完全最適化ルーチンの少なくとも１つとによって制御される。速い動力学的デバイスは、１）ＩＶＶＣ設定に基づく分散型エネルギー資源（ＤＥＲ）無効電力寄与を用いる制御アルゴリズム、２）可変生成プラント有効電力変動に基づくＤＥＲ無効電力寄与を用いる制御アルゴリズム、３）力率に基づくＤＥＲ無効電力寄与を用いる制御アルゴリズム、４）局所的電気ネットワークの電圧に基づくＤＥＲ無効電力寄与を用いる制御アルゴリズム、の少なくとも１つを用いてリモート制御更新の間に局所的に制御される。
【００１２】
別の実施形態では、電気ネットワークを制御する方法は、ａ）電気ネットワークの構成要素の第１の構成に関する第１の電気ネットワーク状態に対する予想電圧応答を決定するために、電気ネットワークをモデル化するステップと、ｂ）第１の状態の後の所定の時刻に発生する、電気ネットワークの第２の状態を決定するステップと、ｃ）第１の状態の発生に先立って発生する、電気ネットワークの状態履歴データを受け取るステップと、ｄ）モデル、第２のネットワーク状態、およびネットワーク状態履歴データに基づいて、電気ネットワークの構成要素の第２の構成を決定するステップと、ｅ）第２の構成を達成するために、構成要素に対してコマンドを送信するステップと、ｆ）所定の期間の後に、ステップａ）〜ｅ）を再実行するステップと、を含む方法。
【００１３】
さらに別の実施形態では、電気ネットワーク制御システムは、送電および配電ネットワークを形成するように電気的に結合される電気的構成要素のモデルを含むネットワークモデル構成要素と、複数のセンサーからネットワークの測定されたパラメータに関するデータを受け取るように構成され、電気ネットワークの現在の状態を決定するように構成される測定構成要素と、センサーデータを受け取り、センサーデータの少なくともいくつかを格納するように構成される履歴構成要素と、センサーデータの少なくともいくつかを用いて、電気ネットワーク上のシステム負荷の評価および電気ネットワークに結合された再生可能資源の生成の評価を決定するように構成される評価構成要素と、電気ネットワークに結合された遅い動力学的デバイスおよび速い動力学的デバイスに対する１つまたは複数の最適化パラメータを決定するように構成される統合化されたボルト−バール制御（ＩＶＶＣ）構成要素と、を含む。速い動力学的デバイスが１つまたは複数の最適化パラメータの単一の値で動作可能である比較的短い期間と比較して、遅い動力学的デバイスは、比較的長い期間の１つまたは複数の最適化パラメータの単一の値で動作可能であるように構成される。システムは、最適化パラメータを受け取り、キャパシタ・バンク・デバイスの最適コミットメント、分散型エネルギー資源（ＤＥＲ）無効電力ベースライン値、ならびに電圧調整器および負荷タップ切換器（ＬＴＣ）のタップ設定の少なくとも１つを決定し、電気ネットワークに接続されたデバイスに対してディスパッチメッセージを発行するディスパッチコマンド構成要素をさらに含む。
【００１４】
図１〜図１０は、本明細書に記載される方法およびシステムの例示的実施形態を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】例示的な発電および送電システムのブロック図である。
【図２】図１に示す管理システムの例示的ブロック図である。
【図３】ＩＶＶＣ最適化制御に組み込まれた局所的ＤＥＲ制御のプロセスのフローチャートである。
【図４】図１に示すより複雑なシステムを簡素に示す、バスシステムの模式的な単線接続図である。
【図５】例えば、時間１１から時間１６までの５時間にわたるＰＶのより速い変動を含むＰＶ発電の毎日の予報として用いられるＰＶプロファイルのグラフである。
【図６Ａ】電圧調整のためのＤＥＲ  ＰＶのないシステムの平均電圧プロファイルのグラフである。
【図６Ｂ】電圧調整のためのＤＥＲ  ＰＶを備えるシステムの平均電圧プロファイルのグラフである。
【図７Ａ】インバータがＩＶＶＣを通して送電線ネットワークの電圧を平坦化することに関与している場合の、２０００ｋＶＡのＰＶプラントと関係するインバータの無効電力出力のグラフである。
【図７Ｂ】インバータがＩＶＶＣを通して送電線ネットワークの電圧を平坦化することに関与している場合の、１５００ｋＶＡのＰＶプラントと関係するインバータの無効電力出力のグラフである。
【図８Ａ】単一段ＩＶＶＣ最適化のための平均電圧プロファイルのグラフである。
【図８Ｂ】二段ＩＶＶＣ最適化のための平均電圧プロファイルのグラフである。
【図９Ａ】二段ＩＶＶＣ最適化のためのインバータ無効電力出力のグラフである。
【図９Ｂ】単一段ＩＶＶＣ最適化のためのインバータ無効電力出力のグラフである。
【図１０】局所的ＤＥＲ制御の４つの方法の各々についての配電ネットワーク内の比較平均電圧のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
様々な実施形態の具体的な特徴がいくつかの図面には示されており、他の図面には示されていないが、これは単に便宜上のものである。図面の任意の特徴は、他の任意の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または請求することができる。
【００１７】
特に明記しない限り、本明細書において提供される図面は、本開示の実施形態の特徴を図示するものである。これらの特徴は、本開示の１つまたは複数の実施形態を含む多種多様なシステムで適用できると考えられる。したがって、図面は、本明細書に開示される実施形態の実施のために必要とされる当業者に知られている全ての従来の特徴を含むわけではない。
【００１８】
以下の詳細な説明は、複数の発電ソース、電気的負荷、ならびに広い地理的エリアにわたって間隔を置いて配置される速いおよび遅い動力学的無効構成要素を含む配電ネットワークを管理する実施形態を示す。
【００１９】
以下の開示は、協調ボルト−バール制御（ＣＶＶＣ）の電圧上昇テーブルの自律的リアルタイム更新を提供する適応可能なロジックを説明する。本方法は、動的な速い動作の分散型エネルギー資源（ＤＥＲ）含む、比較的遅い動作の従来の電気機械デバイスを用いる電流ＣＶＶＣ方法を改善する。適応可能なロジックは、協調ボルト−バール制御が毎日の負荷変動、最適な送電線再構成、ならびにトポロジー変化（故障、ＦＤＩＲ動作による）および分散発電によって生じる送電網の動的変化を扱うことを可能にする。
【００２０】
本明細書に記載した適応可能なＣＶＶＣは、電流システムデータ（例えばキャパシタ・バンク・グリッドの場所および値）に基づくオフライン電圧上昇ルックアップテーブル、ならびに今日の送電網構成および負荷のオフラインシミュレーションから始まる閉ループを含む。送電網構成または負荷を変える制御動作に続いて、適応可能なロジックに更新したシステム情報を提供するために、ＳＣＡＤＡ測定がフィードバックされる。さらに、適応可能なロジック機能は、最も新しく更新されたボルト−バール制御動作を受け取る。これらの２つの入力が与えられると、それは送電線の電圧上昇テーブルをリアルタイムに次々に更新する。後日の送電網成長に伴って新しいキャパシタバンクまたは他のＶＡＲ制御可能な資産を含めることは、電圧上昇テーブル行列をまばらに満たし、将来の制御可能なバール資産が位置するギャップに対する電圧値を見いだすために補間することによって扱うことができる。同様に、インバータからの制御可能な無効発電を追加することは、新しい無効資産が以前に値が補間されてあったまばらな行列のスペースを満たすことを可能にすることによって、電圧上昇テーブル内で表すことができる。
【００２１】
以下の説明は添付の図面を参照するが、そこで反対の表現がない場合には、異なる図面の同じ符号は類似の要素を表す。
【００２２】
以下の詳細な説明は、本開示の例示的実施形態を例として示すのであって、限定するために示すのではない。本開示は、工業、商業、および住居の用途において、広く地理的に多様な電力資産の運用および維持を管理する解析的で系統的な実施形態に、一般的な適用を有すると考えられる。
【００２３】
図１は、例示的な発電および送電システム１０のブロック図である。例示的実施形態では、発電および送電システム１０は、発電主体１２、送電網１４、および複数の顧客またはエネルギーユーザー位置１６を含む。さらに、電気は、送電網１４を介して、発電主体１２から顧客またはエネルギーユーザー位置１６まで送電される。より具体的には、送電網１４は、複数の送電線１８、複数の変電所２０、および配電を可能にする複数の配電線２２を含む。送電線１８および配電線２２は単線で示しているが、各送電線１８および配電線２２は１つまたは複数の配線を含むことができ、各々は単相、二相、または三相の電力を運ぶことができる。
【００２４】
さらに、例示的実施形態では、発電主体１２は送電網１４に電力を供給する発電システム２４を含む。発電システム２４は、例えば、ガスタービンエンジン、水力発電タービン、風力タービン、１つまたは複数の太陽電池パネル、および／または別の好適な発電システムによって駆動される発電機を含むことができる。例示的実施形態では、システム１０は複数の分散型エネルギー資源２６を含む。分散型エネルギー資源２６は、例えば、ガスタービンエンジン、水力発電タービン、風力タービン、１つまたは複数の太陽電池パネル、１つまたは複数のバッテリまたはバッテリのバンク、および／または別の好適な発電システムによって駆動される発電機を含むことができる。分散型エネルギー資源２６は、発電主体１２に属してもよいし（例えばそれに所有される、またはその一部である）、異なる発電主体に属してもよいし、あるいは発電主体の顧客に属してもよい。例示的実施形態では４つの分散型エネルギー資源２６を示しているが、発電および送電システム１０は送電網１４の全体にわたって分散する任意の数の分散型エネルギー資源２６を含むことができる。
【００２５】
また、発電主体１２は、エネルギー生成および／または送出の制御を容易にする配電制御中央サブステーション２８を含む。配電制御中央サブステーション２８は、発電主体１２の中に含まれるように示してあるが、しかし、配電制御中央サブステーション２８は、発電主体１２の外部（例えば、遠く離れた場所など）にあって発電主体１２と通信してもよいし、あるいは、発電主体変電所２０の１つにあってもよい。さらに、配電制御中央サブステーション２８は、分散型エネルギー資源２６の内部にあるか外部にあるかに関わらず、分散型エネルギー資源２６と通信することができる。
【００２６】
配電制御中央サブステーション２８は、発電システム２４から送電されるおよび／または送電網１４に配電される電力を管理するためのオペレータ制御を提供する管理システム３０を含む。管理システム３０は、送電網１４内の変電所２０、顧客またはエネルギーユーザー位置１６、および／または他の好適な位置に対する配電を制御することができる。管理システム３０は、送電網１４の動作条件を検出し、送電網１４の構成、ならびに／または送電網１４および／もしくは発電システム２４と関係する他の動作を変えるために用いることができる。具体的には、例示的実施形態では、管理システム３０は、システム１０全体にわたって分散する複数の切換可能な資産３２に結合される。
【００２７】
一例では、管理システム３０は、潜在的な安全問題を制限し、配電を制御し、および／または送電網１４への／からの損傷を制限しようと努力して、１つまたは複数の切換可能な資産３２（時には本明細書ではスイッチ３２と呼ばれる）を介して送電網１４を再構成するように、速やかに事故／故障状況に対応するために用いることができる。別の例では、機器の設置または既存の機器の交換を可能にするために、作業を実行する前に安全に導体区間への通電を断つように切換プランを提供することができる。管理システム３０は、切換プランを決定し、切換プランと関係する計画的な停止命令を作成することができる。また管理システム３０は、切換プランの精度、安全性、および効果を確実にするために切換プランをシミュレーションするように構成することもできる。所望の保守／修理を実行するのに必要な作業員および道具の入手可能性は、管理システム３０によって調整することもできる。具体的には、管理システム３０は、作業員および道具を適切な場所に送るために、および／または送電網１４の動作への影響を最小化する切換プランを調整するために、ディスパッチャまたはネットワークオペレータにより用いることができる。
【００２８】
少なくとも１つの実施形態では、管理システム３０は、例えばゼネラルエレクトリック社から市販されているＳＣＡＤＡエネルギー管理システムなどの監視制御およびデータ収集（ＳＣＡＤＡ）構成要素を含むことができる。具体的には、管理システム３０は、例えばディスパッチャ、ネットワークオペレータ、発電主体技術者、システム技術者、送電技術者などのユーザーが送電網１４を管理することを可能にするユーザーインターフェースを含むことができる。
【００２９】
例示的実施形態では、システム１０は、ＡＭＩメーター３４を含む高度測定基盤（ＡＭＩ）サブシステムを含む。ＡＭＩメーター３４は、ＡＭＩメーター３４に結合された１つまたは複数の負荷（例えばエネルギーユーザー位置１６など）に受け取られるおよび／または提供される電気の量を測定および／または検出する。メーター３４は、システム１０および／またはＡＭＩサブシステム内の他のデバイスまたはシステム（管理システム３０を含む）に例えば電気測定データなどのデータを送信し、および／またはそれからデータを受信する。システム１０は、任意の適当な数のＡＭＩメーター３４を含むことができる。例示的実施形態では、ＡＭＩメーター３４は、例えばインターネット、セルラーネットワークなどの通信網の無線通信を介して他のデバイスおよびシステムと通信する。他の実施形態では、ＡＭＩメーター３４は、有線および／または無線通信を介して他のデバイスおよびシステムと通信することができる。さらに、ＡＭＩメーター３４は、他のデバイスおよびシステムと直接的または間接的に通信することができる。
【００３０】
センサー３６は、送電網１４の全体にわたって分散している。センサー３６は、ＡＭＩメーター３４内に含まれてもよいし、および／または個別の独立型センサー３６であってもよい。各センサー３６は、そのセンサー位置で送電網１４を通して送電される電力の１つまたは複数のパラメータをモニターする。パラメータは、電圧の大きさ、電流の大きさ、電圧の位相、電流の位相などを含むが、これらに限定されない。例示的実施形態では、センサー３６は管理システム３０に通信可能に結合される。したがって、管理システム３０は、送電網１４全体にわたって分散するセンサー３６から、送電網１４全体にわたる電流状態情報を受け取ることができる。センサー３６は、直接的または間接的に管理システム３０に結合されてもよい。さらに、センサー３６は、有線接続および／または無線接続によって管理システムに結合されてもよい。
【００３１】
図２は、管理システム３０の例示的ブロック図である。例示的実施形態では、管理システム３０は、計算アセンブリ１００を含む。計算アセンブリ１００は、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、サーバー、ネットワークコンピュータ、モバイルコンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、スマートフォン、または他の好適なデバイスを含むことができる。図示するように、計算アセンブリ１００は、ディスプレイデバイス１０８、メモリデバイス１０２、ならびにディスプレイデバイス１０８およびメモリデバイス１０２と通信するプロセッサ１０４を含む。ディスプレイデバイス１０８は、陰極線管（ＣＲＴ）ディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、またはユーザー（図示せず）に情報を提供するために用いられる他の好適なデバイスを含むことができるが、これらに限定されない。
【００３２】
メモリデバイス１０２は、例えば実行命令および／またはデータなどの情報を格納し、および／または取り出すために用いることができる任意の好適なデバイスである。メモリデバイス１０２は、例えばハードディスク記憶装置、光学ドライブ／ディスク記憶装置、取外し可能ディスク記憶装置、フラッシュメモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの任意のコンピュータ可読媒体を含むことができる。図２ではメモリデバイス１０２は単一の要素として示してあるが、メモリデバイス１０２は共に配置されるかまたは互いに離れて配置される１または複数の個別のメモリデバイスを含むことができることが理解されるべきである。
【００３３】
プロセッサ１０４は、１つまたは複数の処理ユニット（例えば、マルチコア構成の）を含むことができる。本明細書で用いられるプロセッサという用語は、中央処理ユニット、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、縮小命令セット回路（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、ロジック回路、および命令を実行することができる他の任意の回路またはプロセッサを指す。プロセッサ１０４は、本明細書に記載されるプロセス、方法、または機能のいずれかを単独あるいは併用で実行するようにプログラムすることができる。
【００３４】
計算アセンブリ１００は、ユーザーから入力を受け取るための入力デバイス１０６を含む。入力デバイス１０６は、キーボード、ポインティングデバイス、マウス、スタイラス、接触感知パネル（例えば、タッチパッドまたはタッチスクリーン）、ジャイロスコープ、加速度計、位置検出器、および／または音声入力デバイスを含むことができるが、これらに限定されない。例えばタッチスクリーンなどの単一の構成要素は、ディスプレイデバイス１０８および入力デバイス１０６の両方として機能することができる。さらに、図２の特定の例示的実施形態では、計算アセンブリ１００はネットワークインターフェース１１０を含む。ネットワークインターフェース１１０は、計算アセンブリ１００と送電網１４および／または１つもしくは複数の公衆ネットワーク１１２、例えばインターネット、イントラネット、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）、セルラーネットワーク、広域ネットワーク（ＷＡＮ）などとの間の通信を提供することができる。
【００３５】
上述したように、送電網１４は、例えば切換可能な資産３２を用いることにより、管理システム３０を用いて構成および／または再構成することができる。さらに、分散型エネルギー資源２６は、管理システム３０を用いて、制御し、ならびに／または送電網１４の中に、および／もしくはその外に切り換えることができる。分散型エネルギー資源２６を制御することによって、管理システム３０は、送電網１４の配電損失を能動的に低減することができる。
【００３６】
図３は、ＩＶＶＣ最適化制御に組み込まれた局所的ＤＥＲ制御のプロセスのフローチャートである。発電および送電システム１０において、負荷および電圧レベルの変動は比較的小さく、平均負荷の重要な変化は比較的ゆっくりと、日および年にわたって予測可能な形で発生する。しかし、例えばＰＶなどのようにＤＥＲの普及が高水準である場合には、システム１０は比較的急速な変動を経験する。例えば、ＰＶの場合には、雲の通過によって、特定の場所で毎秒１５％程度のＰＶ発電の傾斜が生じることがあり得る。
【００３７】
このようなシナリオにおいては、例えば動作周波数が制限されるＬＴＣ、ステップ電圧調整器、および分路キャパシタなどの既存のゆっくり動作する制御デバイスは、配電システム全体の適切な電圧調整を保証することができない。たとえより短い時間尺度で応答するように用いたとしても、天候条件による変動を相殺するために必要な動作数の増加のために、スイッチおよびタップ切換器の寿命が大幅に短くなるであろう。
【００３８】
本開示の実施形態は、結果として分路キャパシタまたはキャパシタバンク（ＣＢ）、ＬＴＣ、ならびに図３に示すＤＥＲ発電機およびインバータのＶＡＲ制御の最適化された設定をもたらすダイナミックプログラムとして、ＩＶＶＣ最適化を定式化する。これらの設定は、負荷変動のゆっくりした時間尺度の時間を通じて一定のままである各時間について取得される。速い時間尺度（時間内変動）に対しては、ＩＶＶＣ最適化設定に基づくＤＥＲの局所的制御が取って代わる。この解決方法は、異なる部分問題を解くダイナミックプログラミング（ＤＰ）アルゴリズムに基づいており、部分問題の解を結合させて全体の解に到達する。
【００３９】
様々な実施形態では、本明細書に記載したように、局所的ＤＥＲ制御のための４つの異なる方法がＩＶＶＣ最適化の定式化によって組み込まれる。
【００４０】
一実施形態では、システム１０のディスパッチコマンドを決定するためのコンピュータで実行される方法３００は、複数のセンサーからの情報、ネットワークの測定されたパラメータに関するデータ、および電気ネットワークの決定された現在の状態を用いて、計算アセンブリ１００を初期化するステップ３０２を含む。また方法３００は、初期化された値を用いて配電網（図４に示す）の電力潮流を実行するステップ３０４と、電流状態測定値を決定するステップ３０６と、システム負荷および再生可能もしくは変化可能な発電のための予測データを取得するステップ３０８と、を含む。キャパシタバンクのコミットメント、ＤＥＲ  Ｑベースライン、およびタップ設定は、実行しているＩＶＶＣエンジン、例えば計算アセンブリ１００およびモデル予測制御アルゴリズムからの最適化パラメータを用いて、電圧調整器および負荷タップ切換器のために決定される。ＩＶＶＣエンジンは、遅い動力学的構成要素および速い動力学的構成要素と連携して動作し、遅い動力学的構成要素のための比較的長い期間のセットポイントおよび速い動力学的構成要素のための比較的より短い期間のセットポイントを生成する（ステップ３１０）。ディスパッチコマンドは、ステップ３１２で発行される。
【００４１】
負荷予想は、履歴データに基づいて、所与の期間、例えば２４時間またはそれ以上について、評価値を用いて取得される。最適なキャパシタバンクのコミットメントおよびタップ設定は負荷予想に基づくので、予想が正確であるほど、ボルト／バール最適化アルゴリズムの性能が向上する。計算がｔ分毎に基づく場合であっても、場合によっては、負荷予想アルゴリズムを３〜４時間毎に実行するためには十分すぎるかもしれない。同様に、キャパシタバンクのコミットメントおよびＶＲ／ＬＴＣタップ設定アルゴリズムについては、アルゴリズムを１５〜３０分毎に実行することがより実際的であり得る。
【００４２】
図４は、より複雑なシステム１０（図１に示す）を簡素に示す、配電ネットワーク４００の模式的な単線接続図である。例示的実施形態では、配電ネットワーク４００は、以下の特性を有する配電線４０２を示す。
【００４３】
すなわち、比較的短く高負荷の４．１６ｋＶ配電線であって、
Ｙ字状回路で接続される３つの単相ユニットを含む変電所電圧調整器４０４、
負荷タップ切換トランスまたはオートトランス４０６、不平衡スポットおよび分散負荷４０８、４１０、４１２、４１４、４１６、
バス４２０の６００ｋＶＡｒ三相キャパシタバンク４１８、
位相Ｃのバス４２４の１００ｋＶＡｒ単相キャパシタバンク４２２、
バス４２８の１５００ｋＶＡの定格インバータを有するＰＶプラント（ＤＥＲ）４２６、
ならびに、バス４３２の２０００ｋＶＡの定格インバータを有するＰＶプラント（ＤＥＲ）４３０を含む。
【００４４】
プラント（ＤＥＲ）４２６および４３０は、この場合はＰＶプラントであるが、例えば風力タービンなどの任意のタイプのプラントまたはエネルギー資源であってもよく、最大の有効電力の近傍で動作すると共に、無効電力の発電および消費を可能にする過剰な電力容量を有すると仮定する。この付加的容量の適切なサイズを決定することは、重要な未解決の問題であり、電圧および電力潮流の変化に対するインバータの応答を調整する制御方式に依存する。ここでは、ＰＶインバータ無効電力発電の集中化した最適で分散した準最適制御を用いる電圧調整（電圧平坦化）のための４つの局所的ＤＥＲ制御方法について説明する。
【００４５】
図５は、例えば、時間１１から時間１６までの５時間にわたるＤＥＲのより速い変動を含むＤＥＲ発電の毎日の予報として用いられるＤＥＲプロファイル５００のグラフである。ＤＥＲプロファイル５００は、ＤＥＲ統合化と共に高度なＩＶＶＣの解析のために考慮される。ＤＥＲプロファイル５００は、１５００ｋＶＡのＰＶプラント４２６のバス４２８の、および２０００ｋＶＡのＰＶプラント４３０のバス４３２の負の負荷として正規化され適用される。ＤＥＲを有する予備シナリオについては後述する。ＤＥＲプロファイルについて説明したが、プロファイル５００は特に任意の可変発電資源に関係することができ、それは風力、太陽光、水力、潮汐、および／またはポンプ資源を含むが、これらに限定されない。
【００４６】
図６Ａは、電圧調整のためのＤＥＲ  ＰＶのない配電ネットワーク４００の平均電圧プロファイル６００のグラフである。図６Ｂは、電圧調整のためのＤＥＲ  ＰＶを備える配電ネットワーク４００の平均電圧プロファイル６０２のグラフである。
１．ＩＶＶＣにＤＥＲが関与しない場合
配電線への各接続ポイント（ＰＯＣ）において、ＤＥＲプラントが配電線に有効電力入力を提供するが、それらは力率１で動作している。これは、それらの無効電力注入がゼロであって、それゆえに、配電線の電圧調整に寄与しないことを意味する。したがって、ＩＶＶＣ最適化定式化の際には、ＤＥＲインバータは制御デバイスとはみなされない。
２．ＩＶＶＣにＤＥＲが関与する場合
可変無効電力出力を有するＤＥＲは、最適化問題内の付加的な制御デバイスとみなされる。図６Ｂは、ネットワークの電圧プロファイルが図６Ａの場合よりも平坦であることを示す。電圧変動の変化率も、かなりの改善を示す。
【００４７】
図７Ａは、インバータがＩＶＶＣを通して配電線ネットワークの電圧を平坦化することに関与している場合の、２０００ｋＶＡのＰＶプラント４３０と関係するインバータの無効電力出力のグラフ７００である。図７Ｂは、インバータがＩＶＶＣを通して配電線ネットワークの電圧を平坦化することに関与している場合の、１５００ｋＶＡのＰＶプラント４２６と関係するインバータの無効電力出力のグラフ７０２である。
【００４８】
図８Ａは、単一段ＩＶＶＣ最適化のための平均電圧プロファイルのグラフ８００である。図８Ｂは、二段ＩＶＶＣ最適化のための平均電圧プロファイルのグラフ８０２である。図８Ａおよび図８Ｂに示すように、二段最適化（図８Ｂ）は、単一段ＩＶＶＣを用いる場合（図８Ａ）と比較してより高い電圧変動がある。
【００４９】
図９Ａは、二段ＩＶＶＣ最適化のためのインバータ無効電力出力のグラフ９００である。図９Ｂは、単一段ＩＶＶＣ最適化のためのインバータ無効電力出力のグラフ９０２である。また、図９Ａに示すように、二段最適化はインバータのより高い無効電力出力をもたらし、結果として配電線テストシステムネットワークのより高い電圧を生じさせる。図９Ｂは、ＤＥＲ制御を含む単一段最適化が、別々に行うよりも、結果としてより良好な電圧プロファイルになることを示す。
【００５０】
この節では、ＤＥＲのための４つの異なる局所的電圧制御方法について説明する。これらの方法は、ＤＥＲ有効電力出力の速い変動による可変発電プラントインバータの局所的制御のために用いられる。本明細書に記載するＤＥＲは典型的にはＰＶプラントであるが、同じ原理が風力発電所、水力、および他の可変発電源に適用する。速い変動は可変発電システムの時間内変動であって、したがって、インバータ応答における局所的制御を必要とする。
【００５１】
ここで説明する４つの局所的電圧制御方法は、第ｉ時間毎に最適化によって提供されるＩＶＶＣ設定が時間内変動に対するインバータの無効電力応答を得るためのベースライン設定として用いられると考える。ＤＥＲは、以下の局所的制御方法に基づいて無効電力を提供する。
【００５２】
方法１：ＩＶＶＣ設定。
【００５３】
方法２：ＰＶ有効電力変動に基づいて。
【００５４】
方法３：一定の力率。
【００５５】
方法４：一定の電圧。
【００５６】
ＤＥＲ局所的制御  方法１
この方法のためのＤＥＲ無効電力寄与は、問題定式化の単一段最適化から得られるベースラインＩＶＶＣ設定に基づく。これは、次の３つのステッププロセスで記述される。
【００５７】
ステップ１：以下の方程式で記述されるように、ＩＶＶＣ最適化は第ｉ時間毎に無効電力出力のためのＤＥＲ設定を提供する。
【００５８】
【数１】
2015080401.tif 000003
ここで、ｎはインバータ応答のステップ数である。
【００５９】
ステップ２：ベースライン無効電力出力は第ｉ時間の開始時に以下のように計算される。
【００６０】
【数２】
2015080401.tif 000004
【００６１】
【数３】
2015080401.tif 000005
ステップ３：次の時間内の時間内可変ＤＥＲ変動について、ＤＥＲの無効電力寄与は、以下の方程式で得られる。
【００６２】
【数４】
2015080401.tif 000006
ここで、
【００６３】
【数５】
2015080401.tif 000007
は、ＰＶプラントの電流有効電力である。
【００６４】
ＤＥＲ局所的制御  方法２
方法２のＤＥＲ無効電力寄与は、ＰＶプラント有効電力変動に基づく。これもまた、方法１で問題定式化の単一段最適化によって取得したベースラインＩＶＶＣ設定を用いる。
【００６５】
表１は、本方法が基礎とする制御フィロソフィを提供する。ＤＥＲの無効電力寄与は、各時間における有効電力入力がベースラインとみなされる場合には、ＰＯＣにおける電力注入のさらなる増加または減少が結果としてＰＯＣバス電圧の増加または減少をもたらすという事実に基づいている。したがって、バスにおいて電圧プロファイルを戻すために、無効電力は減少または増加しなければならない。
【００６６】
【表１】
2015080401.tif 000008
ステップ１：最適化は第ｉ時間毎に無効電力出力のためのＤＥＲ設定を提供する。
【００６７】
【数６】
2015080401.tif 000009
ここで、ｎはインバータ応答のステップ数である。
【００６８】
ステップ２：ベースライン無効電力出力
【００６９】
【数７】
2015080401.tif 000010
および第ｉ時間の開始時おける有効電力出力は、全体の時間の基準値として選択される。
【００７０】
【数８】
2015080401.tif 000011
ステップ３：次の時間内の時間内ＤＥＲ変動について、ＤＥＲの無効電力寄与は以下の方程式で得られる。
【００７１】
【数９】
2015080401.tif 000012
ここで、ＰＶはＤＥＲの電流有効電力であり、可変発電プラントの最大出力である。
【００７２】
ＤＥＲ局所的制御  方法３
この方法のＤＥＲ無効電力寄与は、各時間の一定の力率に基づく。これもまた、各時間の力率を得るために、問題定式化の単一段最適化によって取得したベースラインＩＶＶＣ設定を用いる。
【００７３】
方法３は、次の３つのステッププロセスで記述される。
ステップ１：以下の方程式で記述されるように、ＩＶＶＣ最適化は第ｉ時間毎に無効電力出力のためのＤＥＲ設定を提供する。
【００７４】
【数１０】
2015080401.tif 000013
ここで、ｎはインバータ応答のステップ数である。
【００７５】
ステップ２．ベースライン無効電力出力Ｑrefｉおよび有効電力出力ＰPVｉに基づいて、第ｉ時間の開始時において、ＤＥＲ力率ｐｆiが計算される。
【００７６】
【数１１】
2015080401.tif 000014
【００７７】
【数１２】
2015080401.tif 000015
ステップ３．ＤＥＲ出力の時間内変動について、特にＰＶおよび風力発電については、次の時間内において、無効電力寄与は以下で得られる力率により決定される。
【００７８】
【数１３】
2015080401.tif 000016
ここで、
【００７９】
【数１４】
2015080401.tif 000017
は、ＰＶプラントの電流有効電力である。
【００８０】
ＤＥＲ局所的制御  方法４
ＩＶＶＣによって提供される電圧セットポイントに基づくＤＥＲ無効電力寄与。
【００８１】
ステップ１．ＰＶプラントが接続されるＰＯＩにおいて第ｉ時間毎に電圧を決定するために、ＩＶＶＣ最適化を実行する。
【００８２】
第ｋのバスについての
【００８３】
【数１５】
2015080401.tif 000018
はＩＶＶＣから第ｉ時間において得られる。
【００８４】
【数１６】
2015080401.tif 000019
は、１時間毎の遅い送電網変動がキャパシタバンク、電圧調整器、およびタップ切換器によって補償される電圧セットポイントを表す。
【００８５】
ステップ２．
【００８６】
【数１７】
2015080401.tif 000020
はＤＥＲによって注入される高周波変動に対してＰＶインバータが働くための基準電圧調整セットポイントとして用いられる。
【００８７】
これは、毎時間設定されて、従来の電圧調整デバイスに抵抗していないセットポイント電圧制御を表す。
【００８８】
図１０は、局所的ＤＥＲ制御の４つの方法の各々についての配電ネットワーク４００内の比較平均電圧のグラフ１０００である。グラフ１０００は、時間を単位として目盛りを付けたｘ軸１００２および単位当り（ｐｕ）のボルトを単位として目盛りを付けたｙ軸１００４を含む。トレース１００６は、方法１を用いた平均電圧を示す。トレース１００８は、方法２を用いた平均電圧を示す。トレース１０１０は、方法３を用いた平均電圧を示す。トレース１０１２は、方法４を用いた平均電圧を示す。
【００８９】
時間内の速い変動に対する４つのＤＥＲ局所的制御方法は、結果としてＩＶＶＣ最適化から得られる類似のＬＴＣおよびキャパシタバンク位置になる。図８および図９は、局所的ＤＥＲ制御の３つの方法の比較を示す。方法２は、有効電力（赤で示す）の変動に基づいているが、その他の２つの方法と比較すると、結果としてより滑らかな電圧プロファイルになる。これは、ＤＥＲの無効電力応答でも認められる。これは、例えば現在のシステム条件を考慮しない一定の力率などの予め定義された補償方式に頼るのではなく、むしろＤＥＲがそれ自体で生じる電圧変動を自己補償するようにインバータが正しく応答することを意味している。
【００９０】
分散型エネルギー資源（ＤＥＲ）の普及の増加は、配電システム供給の急速で大きくランダムな変動をもたらす。これらの変動は、例えばＰＶシステムでは、ＰＶシステムが発電している昼間の部分に空を横切っている雲によってもたらされる。風力資源の場合には、風の通常の変動および急な強い風によって可変発電が生じやすくなる。再生可能エネルギーの普及が増加するにつれて、例えばインバータおよび同期発電機励起制御などのより速いコントローラが、回路の無効電力潮流を制御することによる電圧調整を提供するために必要となる。ＤＥＲは、そのインバータまたは発電機を通して、このような目的のための制御可能な無効電力源として働く。例えばこれらに限らないが、負荷タップ切換器、キャパシタバンク、およびそれらの組み合わせなどの従来のステップ式回路コントローラと比較して、インバータ発電機の利点は、それらが比較的より高速で、供給された無効電力を連続的に変化させることができて、運用コストが低いということである。現在では、インバータは典型的に力率１で動作され、ＶＡＲ制御には関与しない。インバータを用いる無効電力の制御は、各インバータまたは発電機からどのくらいの無効電力を送るのか、いつそれを送るのか、そして、制御信号をどこでどのように生成するべきかを、リアルタイムに決定するシステムを必要とする。以上、本明細書では、有効電力出力の目標を満たしながら、ＩＶＶＣ全体の目的を危うくせずに、統合化されたボルト−バール制御（ＩＶＶＣ）を強化するための付加的な無効電力を提供するＤＥＲの統合化の方法について説明した。また、本明細書では、決定されたランタイム、電圧違反の数、変電所の力率１、および性能を向上させるためのデバイス動作の数を用いるソフトウェアアルゴリズム法についても説明する。ボルト−バール制御（ＶＶＣ）最適化問題を解く２つの方法：１）動的計画法（ＤＰ）、および２）ナップザック問題定式化に基づく分岐限定法（ＢＢ）が用いられる。
【００９１】
本明細書に記載するシステムの実施形態は、一般的に電気ネットワークを制御することに役立ち、その電気ネットワークは、例えば伝統的なまたは従来の負荷タップ切換トランス、ステップ電圧調整器、およびスイッチト・キャパシタ・バンクなどの複数の遅い動力学的電気機械デバイス、ならびに、例えば同期発電機、光電発電機、バッテリエネルギー蓄積デバイス、静的同期補償器（ＳＴＡＴＣＯＭ）、フレキシブルＡＣ送電システム（ＦＡＣＴＳ）デバイス、および静的無効電力補償器（ＳＶＣ）などの全て電気ネットワークに結合される複数の速い動力学的ＤＥＲデバイスを含む。
【００９２】
遅いおよび速い動力学的デバイスは、分離しているが互いに依存する制御方式を用いて必然的に制御される。例えば、遅い動力学的デバイスは、システム電圧および効率に比較的大きい影響を及ぼす可能性があり、より長い期間にわたって調整されるセットポイントに対して伝統的に制御される従来デバイスである傾向がある。速い動力学的デバイスは、典型的にシステム電圧および効率に比較的より小さいがより変化する影響を及ぼし、本明細書に記載したように、局所的に決定され、より短い期間にわたって調整されるセットポイントに対して制御される、より新しいＤＥＲおよび再生可能ベースのデバイスである傾向がある。
【００９３】
システムは、複数の遅い動力学的電気機械デバイスおよび複数の速い動力学的ＤＥＲデバイスに対する１つまたは複数の最適化パラメータを決定するように構成される統合化されたボルト−バール制御（ＩＶＶＣ）構成要素を含む。
【００９４】
遅い動力学的デバイスは、電気ネットワークの現在の状態と、コマンド出力を用いてリアルタイムに適応可能に更新される電圧上昇テーブルならびに従来の制御可能な資産および速い動力学的ＤＥＲデバイスの少なくともいくつかに対する最適セットポイントを生成する電力潮流に基づく完全最適化ルーチンの少なくとも１つと、を用いて中央コントローラから遠隔制御される。
【００９５】
速い動力学的デバイスは、１）ＩＶＶＣ設定に基づく分散型エネルギー資源（ＤＥＲ）無効電力寄与を用いる制御アルゴリズム、２）ＤＥＲ有効電力変動に基づくＤＥＲ無効電力寄与を用いる制御アルゴリズム、３）力率に基づくＤＥＲ無効電力寄与を用いる制御アルゴリズム、４）局所的電気ネットワークの電圧に基づくＤＥＲ無効電力寄与を用いる制御アルゴリズム、の４つの局所的制御方法の１つを用いる局所的セットポイントコントローラによって遠隔制御更新の間に局所的に制御される。
【００９６】
上記の仕様に基づいて、本開示の上述した実施形態は、コンピュータソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、またはこれらの任意の組み合わせまたはサブセットを含むコンピュータプログラミングまたはエンジニアリング技術を用いて実現することができる。このようにして生じる任意のプログラムは、コンピュータ可読および／またはコンピュータ実行可能命令を有し、１つまたは複数のコンピュータ可読媒体内で具現化しまたは提供することができ、それによって、本開示の議論した実施形態によるコンピュータプログラム製品、すなわち製造物を作製することができる。コンピュータ可読媒体は、例えば、固定（ハード）ドライブ、ディスケット、光学ディスク、磁気テープ、例えば読出し専用メモリ（ＲＯＭ）もしくはフラッシュメモリなどの半導体メモリ、または例えばインターネットもしくは他の通信ネットワークもしくはリンクなどの送信／受信媒体であってもよい。コンピュータコードを含む製造物は、１つの媒体から直接に命令を実行することによって、あるいは１つの媒体から別の媒体へコードをコピーすることによって、あるいはネットワーク上でコードを送信することによって作製され、および／または用いることができる。
【００９７】
本明細書において、「ソフトウェア」および「ファームウェア」という用語は相互に交換可能で、プロセッサ１０４による実行のためのメモリに格納される任意のコンピュータプログラムを含む。そのメモリは、ＲＡＭメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、および不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）メモリを含む。上記のメモリのタイプは単なる例に過ぎず、したがってコンピュータプログラムの記憶のために使用可能なメモリのタイプについて限定するものではない。
【００９８】
本明細書に記載する方法とシステムの例示的実施形態は、発電および送電システムに関し、特に、電気ネットワークにおいて分散型エネルギー資源（ＤＥＲ）を用いるためのシステムおよび方法に関する。本明細書に記載した方法とシステムは、コンピュータソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、またはこれらの任意の組み合わせまたはサブセットを含むコンピュータプログラミングまたはエンジニアリング技術を用いて実現することができ、技術的効果は以下の少なくとも１つを含むことができる。すなわち、ａ）電気ネットワークの構成要素の第１の構成に関する第１の電気ネットワーク状態に対する予想電圧応答を決定するために、電気ネットワークをモデル化すること、ｂ）第１の状態の後の所定の時刻に発生する、電気ネットワークの第２の状態を決定すること、ｃ）第１の状態の発生に先立って発生する、電気ネットワークの状態履歴データを受け取ること、ｄ）モデル、第２のネットワーク状態、およびネットワーク状態履歴データに基づいて、電気ネットワークの構成要素の第２の構成を決定すること、およびｅ）第２の構成を達成するために、構成要素に対してコマンドを送信すること、の少なくとも１つを含むことができる。
【００９９】
このようにして生じる任意のプログラムは、コンピュータ可読コード手段を有し、１つまたは複数のコンピュータ可読媒体内で具現化しまたは提供することができ、それによって、本開示の議論した実施形態によるコンピュータプログラム製品、すなわち製造物を作製することができる。コンピュータ可読媒体は、例えば、これらに限らないが、固定（ハード）ドライブ、ディスケット、光学ディスク、磁気テープ、例えば読出し専用メモリ（ＲＯＭ）などの半導体メモリ、および／または例えばインターネットもしくは他の通信ネットワークもしくはリンクなどの送信／受信媒体であってもよい。コンピュータコードを含む製造物は、１つの媒体から直接にコードを実行することによって、あるいは１つの媒体から別の媒体へコードをコピーすることによって、あるいはネットワーク上でコードを送信することによって作製され、および／または用いることができる。
【０１００】
本明細書に記載した機能ユニットの多くは、特にそれらの実現の独立性を強調するためにモジュールとしてラベルされている。例えば、モジュールは、カスタム超大規模集積（「ＶＬＳＩ」）回路もしくはゲートアレイ、例えばロジックチップなどの市販の半導体、トランジスタ、または他の個別部品を含むハードウェア回路として実現することができる。またモジュールは、例えばフィールド・プログラマブル・ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブル・アレイ・ロジック、プログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ）などのプログラム可能なハードウェアデバイスで実現することもできる。
【０１０１】
またモジュールは、様々なタイプのプロセッサにより実行するためのソフトウェアで実現することもできる。実行可能コードの識別されたモジュールは、例えば、コンピュータ命令の１つまたは複数の物理的または論理的ブロックを含むことができ、それは例えばオブジェクト、プロシージャ、または関数として構成することができる。にもかかわらず、識別されたモジュールの実行可能形式は物理的に並べて配置される必要はなく、論理的に互いに結合された場合に、モジュールを含み、モジュールの所定の目的を達成する、異なる場所に格納された異なる命令を含むことができる。
【０１０２】
実際、実行可能コードのモジュールは、単一の命令または多くの命令であってもよく、いくつかの異なるコードセグメントにわたって、異なるプログラムの間で、そして、いくつかのメモリデバイスに分散することさえできる。同様に、動作データは、本明細書ではモジュール内で識別し図示することができ、任意の好適な形式で具現化し、任意の好適なタイプのデータ構造内に構成することができる。動作データは、単一のデータセットとして収集されてもよいし、あるいは異なる記憶デバイスを含む異なる場所に分散されてもよく、少なくとも部分的には、単にシステムまたはネットワーク上の電子信号として存在してもよい。
【０１０３】
配電システムの電圧を制御するための方法およびシステムの上記の実施形態は、ＩＶＶＣのためのＤＥＲの無効能力を用いる統合化されたＤＥＲ−ＩＶＶＣ配電構成を決定する、費用効果が高く信頼性が高い手段を提供する。より具体的には、本明細書に記載した方法およびシステムは、従来のまたは遅い動力学的構成要素の比較的より長い期間のセットポイント制御を維持すると共に、ＤＥＲのための比較的短い期間の電圧セットポイントを決定することを容易にする。その結果、本明細書に記載した方法およびシステムは、費用効果が高く信頼性が高い方法で配電ネットワークを管理することを容易にする。
【０１０４】
本明細書は、本開示の実施形態を説明するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本開示を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本開示の特許され得る範囲は、請求項によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例が請求項の文字通りの言葉と異ならない構造要素を有する場合、または、それらが請求項の文字通りの言葉と実質的な差異がなく等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。
【符号の説明】
【０１０５】
１０  発電および送電システム
１２  発電主体
１４  送電網
１６  エネルギーユーザー位置
１８  送電線
２０  変電所
２２  配電線
２４  発電システム
２６  分散型エネルギー資源
２８  配電制御中央サブステーション
３０  管理システム
３２  切換可能な資産
３４  ＡＭＩメーター
３６  センサー
１００  計算アセンブリ
１０２  メモリデバイス
１０４  プロセッサ
１０６  入力デバイス
１０８  ディスプレイデバイス
１１０  ネットワークインターフェース
１１２  公衆ネットワーク
３００  方法
３０２  初期化する
３０４  実行する
３０６  決定する
３０８  取得する
３１０  生成する
３１２  発行される
４００  配電ネットワーク
４０２  配電線
４０４  電圧調整器
４０６  トランス
４０８、４１０、４１２、４１４、４１６  分散負荷
４１８、４２２  キャパシタバンク
４２０、４２４、４２８、４３２  バス
４２６、４３０  ＰＶプラント
５００  ＤＥＲプロファイル
６００、６０２、７００、７０２、８００、８０２、９００、９０２、１０００  グラフ
１００２  ｘ軸
１００４  ｙ軸
１００６、１００８、１０１０、１０１２  トレース
【図１】
2015080401.tif 000021
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
2015080401.tif 000030
【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
2015080401.tif 000032
【図９Ｂ】
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【図１０】
2015080401.tif 000034
【外国語明細書】
2015080401000001.pdf