(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配電システムのための、ソフトウェアおよびハードウェアの組み合わせを含む位相平衡化システム（１１０）であって、
関心のある期間の前記配電システムに対する負荷予測量を求めるための、ソフトウェアおよびハードウェアの組み合わせを含む負荷予測モジュール（１１２）と、
前記関心のある期間の前記配電システムにおける電圧不平衡量を求めるための、ソフトウェアおよびハードウェアの組み合わせを含む位相不平衡特定モジュール（１１４）と、
前記関心のある期間の前記配電システムにおける、利用可能なデマンドレスポンスを見積もるための需要反応モジュール（１１６）とを含み、
前記需要反応モジュール（１１６）が、前記関心のある期間の前記配電システムにおける前記電圧不平衡を最小にするために、前記利用可能なデマンドレスポンスから最適化された需要反応を割り当てるようにさらに構成され、
前記需要反応モジュール（１１６）が、臨界ピーク価格（ＣＰＰ）プログラム、可変ピーク価格（ＶＰＰ）プログラム、または直接負荷制御（ＤＬＣ）プログラムを含む、
位相平衡化システム（１１０）。
【請求項２】
前記負荷予測モジュール（１１２）が、回帰アルゴリズム、時系列アルゴリズム、ニューラルネットワークアルゴリズム、ファジー論理アルゴリズム、または統計的学習アルゴリズムのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の位相平衡化システム。
【請求項３】
前記負荷予測量が、時間、気象条件、顧客の種類、配電システムの状態および履歴データに基づいて確定される、請求項２に記載の位相平衡化システム。
【請求項４】
位相不平衡特定モジュール（１１４）が、前記配電システムの中の種々のノードにおける電圧情報を確定するための負荷潮流アルゴリズムを含む、請求項１から３のいずれかに記載の位相平衡化システム。
【請求項５】
前記負荷潮流アルゴリズムが、Ｗｉｌｌｉａｍ  ＫｅｒｓｔｉｎｇのＢＦ法潮流計算アルゴリズムからなる、請求項４に記載の位相平衡化システム。
【請求項６】
最適化された需要反応を割り当てるステップが、前記最適化された需要反応を特定するために、動的計画法、進化的プログラミング、ニューラルネットワークおよびファジーシステム、発見的方法、遺伝的アルゴリズム、または内点法のうちの１つを使用するステップを含む、請求項１から５のいずれかに記載の位相平衡化システム。
【請求項７】
配電システムの中で位相を平衡化するための方法（８０）であって、
関心のある期間の前記配電システムに対する負荷予測量を求めるステップと、
前記関心のある期間の前記配電システムにおける電圧不平衡量を求めるステップと、
前記関心のある期間の前記配電システムにおける利用可能なデマンドレスポンスを見積もるステップと、
前記配電システムにおける前記電圧不平衡を最小にするために、前記利用可能なデマンドレスポンスから最適化された需要反応（９０）を割り当てるステップと、
を含み、
前記利用可能なデマンドレスポンスを見積もるステップが、臨界ピーク価格（ＣＰＰ）プログラム、可変ピーク価格（ＶＰＰ）プログラム、または直接負荷制御（ＤＬＣ）プログラムのうちの少なくとも１つを使用するステップを含む、
方法（８０）。
【請求項８】
コンピュータに、配電システムの中で位相を平衡化するための方法を実施させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記方法が、
関心のある期間の前記配電システムに対する負荷予測量を求めるステップと、
前記関心のある期間の前記配電システムにおける電圧不平衡量を求めるステップと、
前記関心のある期間の前記配電システムにおける利用可能なデマンドレスポンスを見積もるステップと、
前記配電システムにおける前記電圧不平衡を最小にするために、前記利用可能なデマンドレスポンスから最適化された需要反応（９０）を割り当てるステップと、
を含み、
前記利用可能なデマンドレスポンスを見積もるステップが、臨界ピーク価格（ＣＰＰ）プログラム、可変ピーク価格（ＶＰＰ）プログラム、または直接負荷制御（ＤＬＣ）プログラムのうちの少なくとも１つを使用するステップを含む、
コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
平衡三相電力システム（ｂａｌａｎｃｅｄ  ｔｈｒｅｅ−ｐｈａｓｅ  ｐｏｗｅｒ  ｓｙｓｔｅｍ）では、個々の位相の量（電圧／電流）は振幅が等しく、互いに１２０°ずつずれている。一般に、送電システム（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）は平衡を保っているが、配電システム（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｐｏｗｅｒ  ｓｙｓｔｅｍ）は極めて不平衡である。不平衡（ｉｍｂａｌａｎｃｅ）の原因のいくつかには、分配変圧器（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）の非対称な巻線インピーダンスおよび非対称な線路インピーダンス（ｌｉｎｅ  ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）が含まれる。分岐点（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｐｏｉｎｔ）における電圧不平衡の主要な原因は、単相負荷の不均等な分配にある。不平衡の別の原因は、単相線路に沿った障害または他の遮断（例えば、保全のため）にある。このことは、影響を受けた線路が供給（ｓｅｒｖｉｃｅ）を復活できるまで、短期間の平衡化の必要性を発生させるであろう。さらに、これらの負荷によるエネルギー消費は絶え間なく変化し、平衡化のプロセスを、困難なものにする。
【０００２】
位相の不平衡の影響には、線路損失および発熱の増加、装置の過負荷、ならびにシステムの安定性の低下が含まれる。不平衡相電流（ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ  ｐｈａｓｅ  ｃｕｒｒｅｎｔ）は、（仮に中性線路（ｎｅｕｔｒａｌ  ｐａｔｈ）が存在するならば）中性電流の流れを生成し、システムに付加的な損失（中性線（ｎｅｕｔｒａｌ  ｌｉｎｅ）損失）をもたらす。不平衡電圧は、誘導電動機または電力電子変換器（ｐｏｗｅｒ−ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）のような３つの相負荷に対して問題となる。というのは、負シーケンス（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｓｅｑｕｅｎｃｅ）電流および零シーケンス（ｚｅｒｏ  ｓｅｑｕｅｎｃｅ）電流が、付加的な損失を生成するからである。また、不平衡電流は、トルク脈動（ｔｏｒｑｕｅ  ｐｕｌｓａｔｉｏｎ）、振動および機械的応力の増加、損失の増加、および電動機の過熱につながり、それゆえ、誘導電動機の性能を低下させ、寿命を短くする。電力電子変換器において、不平衡電圧の影響には、入力電流歪みの増加、ＤＣリンク（ＤＣ  ｌｉｎｋ）における基本周波数の２倍の電圧脈動の発生および無効電力（ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｐｏｗｅｒ）の増加が含まれる。
【０００３】
現在、配電システム（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）における位相の不平衡を緩和するために、極めて限られた能力しか存在しない。変電所のレベルで、多数の顧客すなわち負荷を有する回路を１つの位相から別の位相に移すための、手動の給電線切替操作が、配電システム（ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）を平衡化する１つの方法である。いくつかのアルゴリズムが、給電線スイッチの位置を最適化するために開発されてきた。しかし、スイッチングは離散的に実施され、システムの負荷を動的に平衡化することはできない。配電システムを平衡化するための別の方法は、負荷インピーダンスを平衡化する受動電力フィルタ（ｐａｓｓｉｖｅ  ｐｏｗｅｒ  ｆｉｌｔｅｒ）を使用することである。この場合の負荷電流は、リアクタンス素子（ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ）を負荷に並列に加えることによって平衡化される。電流を平衡化する代替の方法は、分流器（ｓｈｕｎｔ）を接続されたサイリスタ制御の静止型ＶＡＲ補償装置（ｓｔａｔｉｃ  ＶＡＲ  ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）を使用することであり、同様に、リアクタンス素子を負荷に並列に加えることによって、負荷電流が平衡化される。しかし、これらの方法は、装置をシステムに加えるために付加的な資本投資を必要とするので、高価な解決策となる。さらに、これらの方法は動的ではなく、やはり、高調波をシステム内に流す可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０１８７２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記および他の理由のために、本発明の実施形態が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態によれば、配電システムのための位相平衡化システム（ｐｈａｓｅ  ｂａｌａｎｃｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）が提供される。このシステムは、関心のある期間の配電システムに対する負荷予測を確定するための負荷予測モジュール（ｌｏａｄ  ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ  ｍｏｄｕｌｅ）を含む。また、このシステムは、関心のある期間の配電システムにおける電圧不平衡を確定するための位相不平衡特定モジュール（ｐｈａｓｅ  ｕｎｂａｌａｎｃｅ  ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｍｏｄｕｌｅ）と、関心のある期間の配電システムにおける利用可能な需要反応（ｄｅｍａｎｄ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ）を推定するための需要反応モジュール（ｄｅｍａｎｄ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ｍｏｄｕｌｅ）とを含む。さらに、需要反応モジュールは、関心のある期間の配電システムにおける電圧不平衡を最小にするために、利用可能な需要反応から最適化された需要反応を割り当てるように構成される。
【０００７】
本発明の別の実施形態によれば、配電システムの中で位相を平衡化するための方法が提供される。この方法は、関心のある期間の配電システムに対する負荷予測を確定するステップと、関心のある期間の配電システムにおける電圧不平衡を確定するステップとを含む。また、この方法は、関心のある期間の配電システムにおける利用可能な需要反応を推定するステップと、配電システムにおける電圧不平衡を最小にするために、利用可能な需要反応から最適化された需要反応を割り当てるステップとを含む。
【０００８】
本発明のさらに別の実施形態によれば、プロセッサで実行されるときに、配電システムの中で位相を平衡化するための方法をプロセッサに実行させるコンピュータプログラムのコンピュータ可読命令を含む、コンピュータ可読媒体が提供される。この方法は、関心のある期間の配電システムに対する負荷予測を確定するステップと、関心のある期間の配電システムにおける電圧不平衡を確定するステップとを含む。また、この方法は、関心のある期間の配電システムにおける利用可能な需要反応を推定するステップと、配電システムにおける電圧不平衡を最小にするために、利用可能な需要反応から最適化された需要反応を割り当てるステップとを含む。
【０００９】
本発明の実施形態の上記および他の特徴および態様は、以下の詳細な説明が、添付の図面を参照して読まれるときに、より深く理解されるであろう。図面を通して、同じ記号は同じ部品を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】総合的電気システムを表す図である。
【図２】不平衡配電システムを表す図である。
【図３】本発明の一実施形態による３つの相電圧（ｐｈａｓｅ  ｖｏｌｔａｇｅ）を平衡化する方法を表す流れ図である。
【図４】三相給電線のＭＶＡ負荷および三相給電線の中性線電流を表すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態による配電システムに対する位相平衡化システムを表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の種々の実施形態の要素を紹介するときに、冠詞「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」および「前記（ｓａｉｄ）」は、１つまたは複数の要素が存在することを意味することが意図される。用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、包括的であり、列挙された要素のほかに追加の要素が存在してよいことを意味することが意図される。
【００１２】
本明細書で使用されるように、用語「モジュール（ｍｏｄｕｌｅ）」は、本明細書で説明されるプロセスを実施または促進する、ソフトウェア、ハードウェアもしくはファームウェア、またはこれらの任意の組合せ、あるいは任意のシステム、プロセスもしくは機能のことを言う。
【００１３】
図１は、発電（ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）から使用までの総合的電気システム１０の単線結線図（ｓｉｎｇｌｅ  ｌｉｎｅ  ｄｉａｇｒａｍ）を示す。電気システム１０は、発電所（ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ  ｓｔａｔｉｏｎ）１２、送電変電所（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ）１４、地域変電所（ｌｏｃａｌ  ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ）または配電変電所（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ）１６および負荷１８を含む。発電所１２は、例えば、水力発電所、火力発電所、風力発電所、太陽光発電所であってよい。発電所１２は、４ｋＶ〜１３ｋＶの範囲の発電所電圧（ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ  ｓｔａｔｉｏｎ  ｖｏｌｔａｇｅ）で発電する。電気は、高電圧においてより効率良く伝送されうるので、発電所電圧は、発電所変圧器（図示せず）によって、１１０ｋＶ以上などのより高い送電レベル電圧まで昇圧される。
【００１４】
送電レベル電圧における電気は、超高電圧（ＥＨＶ）送電線２０によって送電変電所１４まで送電される。ＥＨＶ送電線２０は、変電所までの長距離を送電する。送電変電所１４において、高電圧（ＨＶ）送電線２２を通してシステム内の他の地点に分配するために、電圧の引き下げが行われる。商業負荷および産業負荷あるいは住宅負荷１８のためのさらなる電圧引き下げが、配電変電所１６において行われる。配電変電所１６は、４ｋＶ〜６９ｋＶの範囲の電圧で、電気を供給することができる。さらに、電圧は、１２０Ｖまたは２４０Ｖなど、より低い電圧で住宅負荷に電気を供給するために、さらに１レベルまたは２レベル引き下げられる。
【００１５】
発電所１２、送電変電所１４および配電変電所１６の操作および保全のために、ユーティリティ制御センター（ｕｔｉｌｉｔｙ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｃｅｎｔｅｒ）２４が、システム１０の中で使用される。ユーティリティ制御センター２４は、これらの構成要素のそれぞれからデータを受け、同様に、これらの構成要素に制御信号を供給する。ここで、負荷１８が、それら個々の地域変電所１６と交信し、それゆえユーティリティ制御センター２４もまた、情報を、負荷１８から受け、負荷１８に送ることにも留意されたい。一実施形態では、スマートメータ（ｓｍａｒｔ  ｍｅｔｅｒ）（図示せず）が、負荷１８と地域変電所１６との間の交信を容易にする。これらの種々の構成要素間の交信モードは、ファイバ光学（ｆｉｂｅｒ  ｏｐｔｉｃｓ）、電力線搬送方式（ｐｏｗｅｒ  ｌｉｎｅ  ｃａｒｒｉｅｒ  ｓｙｓｔｅｍ）および種々の無線技術を含むことができる。ユーティリティ制御センター２４の構成要素は、監視制御およびデータ収集（ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ａｎｄ  ｄａｔａ  ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）（ＳＣＡＤＡ）システム２６、エネルギー管理システム（ＥＭＳ）２８、需要反応管理システム（ＤＲＭＳ）３０および配電管理システム（ＤＭＳ）３２を含む。一実施形態では、これらの構成要素のいくつかは、ユーティリティ制御センター２４の中ではなく、システム１０の中に単独で設けられてよい。議論を分かりやすくするために、ユーティリティ制御センター２４を１つだけ示すが、実施に必要な任意の数のユーティリティ制御センターが存在してよい。
【００１６】
ＳＣＡＤＡは、通常、遮断器（ｂｒｅａｋｅｒ）、スイッチ、キャパシタ、リクローザ（ｒｅｃｌｏｓｅｒ）および変圧器を含む現場の機器（ｆｉｅｌｄ  ｄｅｖｉｃｅ）の基本的な制御および監視のことを言うことは、当業者には理解されよう。ＳＣＡＤＡシステムは、制御センター２４におけるデータ収集コンピュータと、数百〜数千のデータ地点の任意の場所を包括的に監視し制御することができる、現場における遠隔端末装置（ｒｅｍｏｔｅ  ｔｅｒｍｉｎａｌ  ｕｎｉｔ）（ＲＴＵ）とを含む。また、ＳＣＡＤＡシステムは、通常は休みなく監視されるユーザインターフェースを含む。１つまたは複数のコンピュータディスプレイに加えて、ユーザインターフェースは、通常、システム状態（ｓｙｓｔｅｍ  ｓｔａｔｕｓ）の概観を提供するための地図盤（ｍａｐｂｏａｒｄ）または大きな群表示（ｌａｒｇｅ  ｇｒｏｕｐ  ｄｉｓｐｌａｙ）を含む。
【００１７】
ＥＭＳ  ２８は、発電および送電を調整し、最適化する。ＥＭＳ  ２８は、自動発電制御（ＡＧＣ）、負荷予測、工学的負荷潮流（ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ｌｏａｄ  ｆｌｏｗ）、経済配分（ｅｃｏｎｏｍｉｃ  ｄｉｓｐａｔｃｈ）、エネルギー会計（ｅｎｅｒｇｙ  ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇ）、入れ替え処理（ｉｎｔｅｒｃｈａｎｇｅ  ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ）、予備力計算（ｒｅｓｅｒｖｅ  ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ）（瞬動（ｓｐｉｎ）および非瞬動（ｎｏｎ−ｓｐｉｎ））、およびＶＡＲ／電圧の制御などのアプリケーションを含む。ＤＲＭＳ  ３０は、ピーク需要を制御し、顧客に重大な不便を与えることなく他の経済性を生み出す。いくつかの実施形態では、ＤＲＭＳ  ３０は、それが、ピーク需要および発電要求を総合的に制御することにおいて使用されるので、ＥＭＳ  ２８の１つの機能として加えられる。別の実施形態では、ＤＲＭＳ  ３０は、配電変電所の近くに配置されたユーティリティ制御センターに配置される。さらに、ＤＭＳ  ３２は、配電システムの信頼性および効率を改良するであろう機能および能力を含む。
【００１８】
図２は、不平衡配電システム５０を示す。図１のように、配電システム５０は、配電線５４、１５４および２５４を通して地域変電所５６、１５６、２５６に電力を供給する送電変電所５２を含む。次に、地域変電所５６、１５６、２５６は、それぞれ、位相Ａの給電線に対して６０、１６０、２６０、位相Ｂの給電線に対して６２、１６２、２６２、位相Ｃの給電線に対して６４、１６４、２６４の位相給電線を通して負荷５８に電力を供給する。地域変電所５６、１５６、２５６のそれぞれにおける負荷配分が不平衡であることが、図から理解されうる。例えば、変電所５６は、位相Ａに２０ＭＶＡの負荷、位相Ｂに１６ＭＶＡの負荷、および位相Ｃに２２ＭＶＡの負荷を有する。同様に、地域変電所１５６および２５６における負荷配分は、不平衡である。さらに、時間的に変化するという負荷の性質が、位相不平衡の問題をより複雑にする。地域変電所５６、１５６および２５６における不平衡負荷配分の結果として、送電変電所５２における負荷配分もまた不平衡になる。送電変電所５２における位相Ａの全負荷は、地域変電所５６、１５６、２５６における位相Ａの全負荷を含む。同様に、送電変電所５２における位相Ｂの全負荷および位相Ｃの全負荷は、地域変電所５６、１５６、２５６におけるそれぞれの位相の負荷の合計である。したがって、送電変電所５２は、位相Ａに１７０ＭＶＡの負荷、位相Ｂに１５２ＭＶＡの負荷、および位相Ｃに１７４ＭＶＡの負荷を有し、これは、送電変電所５２における不平衡負荷配分である。しかし、仮に送電変電所が大きいならば、地理的多様性が、個々の位相における負荷配分を釣り合わせることができる。対照的に、配電変電所５６、１５６および２５６は、常に、不平衡な負荷配分を経験するであろう。
【００１９】
三相線における不平衡な負荷配分は、それらの線に不平衡電流を引き起こし、それゆえ、それらの線にまたがる不平衡電圧降下を引き起こす。例えば、計算を簡単にするためにＤＣ回路を仮定し、かつ位相給電線６０、６２および６４のそれぞれのインピーダンスが２オームに等しいと仮定すると、すべての３つの位相における２０ｋＶの地域変電所電圧に対して、相負荷のそれぞれは、異なる電圧を経験するであろう。位相Ａの負荷は１１．８４ｋＶの電圧を観測し、位相Ｂの負荷は１１．６８ｋＶの電圧を観測し、位相Ｃの負荷は１１．９２ｋＶの電圧を観測するであろう。ＡＣ回路に対しては、位相ベクトルの項があるため、計算は複雑になろう。ここで、上で計算された電圧は、相−中間電圧（ｐｈａｓｅ  ｔｏ  ｎｅｕｔｒａｌ  ｖｏｌｔａｇｅ）であり、相間電圧（ｐｈａｓｅ  ｔｏ  ｐｈａｓｅ  ｖｏｌｔａｇｅ）は、星形結線または三角結線によって変化するであろうことにも留意されたい。３つの相負荷が不平衡であるときに、３つの相電圧が不平衡であることが、上の計算から知ることができる。また、不平衡負荷は、ある量の電流が中性線（ｎｅｕｔｒａｌ  ｗｉｒｅ）を通して流れることを引き起こし、線損失の増加をもたらす。仮に負荷が平衡化されている、すなわち、各相において２０ＭＶＡであるならば、電圧もまた平衡化され、中性線に損失は発生しないであろう。
【００２０】
米国電機工業会（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）（ＮＥＭＡ）によって定義される、パーセント電圧不平衡（ＶＵ）（ｖｏｌｔａｇｅ  ｕｎｂａｌａｎｃｅ  （ＶＵ）  ｉｎ  ｐｅｒｃｅｎｔ）は、
％ＶＵ＝１００×（平均電圧からの最大偏差）／平均電圧      （１）
で与えられ、ここで、平均電圧は、３つの電圧すべての平均電圧である。ここで、相電圧とは対照的に、線間電圧（ｌｉｎｅ  ｖｏｌｔａｇｅ）が、このＮＥＭＡ規格（ＮＥＭＡ  ｓｔａｎｄａｒｄ）において使用されることに留意されたい。相電圧が使用されるときは、位相角の不平衡は％不平衡（％  Ｕｎｂａｌａｎｃｅ）に反映されず、それゆえ、相電圧が電圧不平衡を計算するために使用されることはほとんどない。例えば、２３０ｋＶ、２３２ｋＶおよび２２５ｋＶの線間電圧の読みに対して、平均は２２９ｋＶである。３つの読みの間の平均からの最大偏差は４ｋＶである。パーセント不平衡は、１００×４／２２９＝１．７％である。
【００２１】
不平衡の程度を示すために欧州規格（Ｅｕｒｏｐｅａｎ  ｓｔａｎｄａｒｄ）で使用される別の方法は、電圧不平衡率（ｖｏｌｔａｇｅ  ｕｎｂａｌａｎｃｅ  ｆａｃｔｏｒ）（ＶＵＦ）であり、ＶＵＦは
％ＶＵＦ＝（Ｖ２／Ｖ１）×１００      （２）
として表される、負シーケンス電圧の正シーケンス電圧に対する比であり、ここでそれぞれ、Ｖ１は正のシーケンス電圧であり、Ｖ２は負のシーケンス電圧である。したがって、仮にシステム電圧に負シーケンス電圧が存在しないならば、システム電圧が平衡化されていることを意味する。
【００２２】
図３は、本発明の一実施形態による３つの相電圧を平衡化する方法８０を示す。上で説明したように、仮に負荷が３つの位相すべてで平衡化されるならば、平衡化された線間電圧が達成されうる。したがって、方法８０は、配電システムの中で負荷を平衡化するためのステップを提供する。ステップ８２で、配電システムに対する負荷予測が、関心のある期間に対して確定される。負荷予測は、有効負荷（ａｃｔｉｖｅ  ｌｏａｄｉｎｇ）のほかに無効負荷（ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｌｏａｄｉｎｇ）をも示すＭＶＡ負荷（ＭＶＡ  ｌｏａｄｉｎｇ）に関して確定される。一実施形態では、関心のある期間は、ユーザまたはオペレータによって確定される、１時間、１日もしくは１週間、または任意の他の適切な時間であってよい。別の実施形態では、負荷予測は、将来におけるｎ回のステップに対して確定され、ここで、ｎは、やはり、オペレータによって確定される数字である。
【００２３】
負荷を予測することは、関心のある期間の任意の所与の時刻に、どれだけの負荷を、各位相が有することができるかを確定することにおいて重要である。したがって、負荷予測は、負荷を平衡化するステップを計画することを支援する。負荷を予測する技術は、負荷予測を提供するために、時間、気象条件、顧客の種類、配電システムの状態、ならびに負荷データおよび気象データの履歴など、種々の要因を利用する。時間の要因は、１年における時期、１週における曜日、１日における時間を含む。例えば、平日の負荷と週末の負荷との間には、重大な差が存在する。気象要因は、温度および湿度を含む。実際、不快指数（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｈｕｍｉｄｉｔｙ  ｉｎｄｅｘ）（ＴＨＩ）および風速冷却率（ｗｉｎｄ  ｃｈｉｌｌ  ｉｎｄｅｘ）（ＷＣＩ）は、負荷予測を確定することにおける２つの重要な要因である。ＴＨＩは、夏の暑さの不快さの尺度であり、同様に、ＷＣＩは、冬の低温ストレスである。同様に、住宅、商業および産業の消費者に対して異なる負荷の部類（ｃｌａｓｓ  ｏｆ  ｌｏａｄ）を特定することによって、顧客の種類が、負荷予測を確定することを支援する。負荷を予測する方法は、類似日法（ｓｉｍｉｌａｒ  ｄａｙ  ａｐｐｒｏａｃｈ）、種々の回帰モデル、時系列、ニューラルネットワーク、エキスパートシステム、ファジー論理、および統計的学習アルゴリズムを含んでよいことは、当業者には理解されよう。配電システムの状態は、ネットワークのトポロジー、ネットワークに沿った顧客の位置、および電圧調整器、キャパシタバンク、他などの制御装置の情報を含む。この情報は、異なる地点における電圧に関する状態を推定するために、配電システムにおける負荷潮流アルゴリズムを実行すること（ｒｕｎｎｉｎｇ  ａ  ｌｏａｄ  ｆｌｏｗ）において有用である。
【００２４】
負荷予測が各時間ステップに対して確定されると、ステップ８４で、負荷潮流アルゴリズムが、予測されたデータに適用される。負荷潮流アルゴリズムは、予測された有効負荷および無効負荷に対して、配電システムにおける各バスまたは各ノードに対する完全な、電圧位相角および振幅の情報を得る。有効負荷および無効負荷の情報に基づいて電圧情報を確定することは、非線形問題であるので、許容誤差の範囲内にある解を得るために、数値法（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  ｍｅｔｈｏｄ）が使用される。配電負荷潮流アルゴリズムのための数値法は、Ｗｉｌｌｉａｍ  ＫｅｒｓｔｉｎｇのＢＦ法潮流計算アルゴリズム（ｂａｃｋｗａｒｄ／ｆｏｒｗａｒｄ  ｓｗｅｅｐ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を含むことができる。電圧が確定されると、上で説明した方程式（１）または（２）が、関心のある期間の各時間ステップの間の電圧不平衡または位相不平衡を特定するために使用されうる。
【００２５】
ステップ８６で、関心のある期間の各時間ステップに対して利用可能な需要反応（ＤＲ）のリソース／イベント（ｒｅｓｏｕｒｃｅ／ｅｖｅｎｔｓ）が推定される。需要反応は、特定の時期の間の総計のユーティリティ需要（ｕｔｉｌｉｔｙ  ｄｅｍａｎｄ）を引き下げるために、ユーティリティ消費者（ｕｔｉｌｉｔｙ  ｃｏｎｓｕｍｅｒ）が、個々の需要を節減するかまたは移動するように勧める／説得するために使用されるメカニズムのことを言う。例えば、本実施形態では、電気事業（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｕｔｉｌｉｔｙ）は、３つの位相すべてにおける負荷およびそれゆえ電圧を平衡化するために、需要反応プログラムを使用する。需要反応プログラムは、典型的には、消費者に、一定期間の間、彼らの需要を引き下げることに同意するように、インセンティブを提案する。
【００２６】
臨界ピーク価格（ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｐｅａｋ  ｐｒｉｃｉｎｇ）（ＣＰＰ）、可変ピーク価格（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｐｅａｋ  Ｐｒｉｃｉｎｇ）（ＶＰＰ）、直接負荷制御（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｌｏａｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）（ＤＬＣ）および他の種々のインセンティブプログラムなど、需要反応プログラムは、公益事業が、参加する顧客に対して需要反応イベントの時期、頻度、および持続期間について、契約上の責務を特定するプログラムの例である。例えば、契約は、公益事業が、年間に１５までのイベントを行使することができ、各イベントは、正午から午後６時の時間の間に、年間総計で最大６０時間発生するという条件を付けることができる。本発明の実施形態によれば、公益事業は、各顧客に対して、負荷を平衡化するために、各６時間のイベントを１０イベントまたは各４時間のイベントを１５イベントを使用すること、あるいは１５イベント、６０時間という制限内に留めるために、任意の他のそのようなイベントと時間との組合せを使用することを選択することができる。
【００２７】
この例では、ステップ８２での負荷予測に基づくものと仮定すると、その日の午後３時から午後５時までの間に、配電システムの位相Ａの負荷が２７５ＭＶＡに、位相Ｂの負荷が３００ＭＶＡに、そして位相Ｃの負荷が３２５ＭＶＡになるであろうということが確定された。さらに、ステップ８６で、利用可能なＤＲイベントは、午後３時から午後５時までに、各位相において１００ＭＶＡの負荷容量であることが求められた。したがって、一実施形態では、ステップ９０で、位相ＢのＤＲイベントに対する利用可能な負荷容量から２５ＭＶＡの負荷が使用され、位相Ｃから５０ＭＶＡの負荷が使用されることになる。次いで、この種類のＤＲは、各位相において負荷は等しく２７５ＭＶＡに平衡化され、それゆえ、３つの相電圧もまた平衡化されることを確実にする。しかし、多くの場合では、電圧の平衡を１００％達成するために利用できる十分なＤＲイベントが存在しない可能性がある。このため、ステップ８４で確定された電圧不平衡を最小にするために、ステップ８８で、利用可能なＤＲイベントから最適化されたＤＲイベントが特定される。ＤＲイベント最適化計算は、関心のある期間のすべての時間ステップに対して行われる。最適化計算技術の例には、ダイナミックプログラミング、進化的プログラミング、ニューラルネットワークおよびファジーシステム、発見的方法、遺伝的アルゴリズム、および内点法が含まれる。したがって、ステップ９０で、最適化されたＤＲイベントが、関心のある期間の間の各時間ステップに対して割り当てられる。ステップ９２で、ＤＲイベントの履歴が記録される。ステップ９２は、同じＤＲイベントが繰り返し使用されないことを確実にすることを支援する。また、気象および他の配電システムのパラメータ要因における経時的変化（ｔｉｍｅ−ｔｏ−ｔｉｍｅ  ｖａｒｉａｔｉｏｎ）が、最適化されたＤＲイベントを変えるであろう。したがって、ステップ８２〜９２は、ある期間にわたって繰り返される。その期間は、１０分、３０分、またはオペレータによって確定される任意の他の時間であってよい。
【００２８】
図４は、三相４線（ｔｈｒｅｅ  ｐｈａｓｅｓ  ａｎｄ  ａ  ｎｅｕｔｒａｌ  ｌｉｎｅ）からなる実際のユーティリティシステムのＭＶＡ負荷の２つのグラフ、１８０および１８２を示す。グラフ１８０は、位相Ａに対するプロット１８４、位相Ｂに対するプロット１８６、位相Ｃに対するプロット１８８の、３つの不平衡ＭＶＡのプロットを表す。グラフ１８２は、不平衡三相負荷に対する中性線電流のプロット１９４を表す。また、グラフ１８０は、本発明の一実施形態による、三相給電線が平衡化されたときの、位相ＣのＭＶＡ負荷の、点線で示されるプロット１９０を表す。ＤＲイベントは、現在の時間の負荷のうちの１０％を次の時間に移すために、２回（それぞれ連続する２時間の期間の間）行使される。ＤＲイベントは、この重い負荷をかけられた位相における瞬間的な電力消費を低減し、それゆえ、位相間の不平衡／差を低減することを支援する。対応する中性線電流１９６を、グラフ１８２に示す。２つの中性線電流のプロット１９４および１９６から、平衡化された場合の１９６における電流二乗（Ｉ2）の減少は、不平衡な場合の１９４の約１．１％であることが分かる。中性線における電力損失は、Ｉ2×Ｒで与えられ、ここでＲは中性線の抵抗であり、それゆえ、不平衡な場合と比較して平衡化された場合には、中性線における電力損失もまた、１．１％だけ低減する。一実施形態では、上で論じたように、この損失の低減は、単相負荷のある割合（ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ）を、１日における１つの継続期間から１日における別の継続期間に移すことによって成し遂げられる。
【００２９】
図５は、本発明の例示的一実施形態による、配電システムに対する位相平衡化システム１１０を示す。位相平衡化システム１１０は、負荷予測モジュール１１２、位相不平衡特定モジュール１１４、および需要反応モジュール１１６を含む。上で論じたように、負荷予測モジュール１１２は、オペレータが関心のある期間の、配電システムに対する負荷予測を確定し、それゆえ、負荷を平衡化するステップを計画することを支援する。負荷予測モジュール１１２は、例えば、回帰モデル、時系列、ニューラルネットワーク、エキスパートシステム、ファジー論理、および統計的学習アルゴリズムなど、種々のアルゴリズムを含んでよい。
【００３０】
負荷予測モジュール１１２で特定された負荷予測に基づいて、位相不平衡特定モジュール１１４が、関心のある期間の配電システムにおける位相不平衡を確定する。位相不平衡特定モジュール１１４は、負荷潮流アルゴリズムを予測された負荷データに適用し、配電システムの中の種々のノードにおける電圧を特定し、それゆえ、電圧不平衡を確定する。負荷潮流アルゴリズムは、Ｗｉｌｌｉａｍ  ＫｅｒｓｔｉｎｇのＢＦ法潮流計算アルゴリズムを含むことができる。需要反応モジュール１１６は、関心のある期間の各時間ステップに対して、配電システムの中で利用可能な需要反応のリソース／イベントを推定し、次いで、電圧不平衡を最小にするために、利用可能な需要反応イベントを利用する。需要反応モジュール１１６は、臨界ピーク価格（ＣＰＰ）、可変ピーク価格（ＶＰＰ）、直接負荷制御（ＤＬＣ）および他の種々のインセンティブプログラムなどの需要反応プログラムを含む。
【００３１】
前述の例もしくは前述の例の一部および方法ステップは、汎用または専用のコンピュータなど、プロセッサベースシステム上の適切なコンピュータプログラムコードによって実施されうることは、上で説明した通りであり、当業者には理解されよう。本発明の異なる実施が、本明細書で説明したステップのいくつかまたはすべてを、異なる順序で、またはほぼ同時にすなわち並列に実施することができることにも留意されたい。コンピュータプログラムコードは、記憶されたコードを実行するためにプロセッサベースシステムによってアクセスされうる、メモリチップ、局所もしくはリモートのハードディスク、光ディスク（すなわち、ＣＤもしくはＤＶＤ）、または他の媒体上など、１つまたは複数の有形の機械可読媒体上に、記憶されてよいかまたは記憶するように適合されてよいことは、当業者には理解されよう。有形の媒体が、命令が印刷される、紙または別の適切な媒体を含んでよいことに留意されたい。例えば、命令は、紙または他の媒体を光学的に走査することによって電子的に取り込まれてよく、次いで、必要であればコンパイルされるか、解釈されるか、またはそれ以外に適切な方法で処理され、次いでコンピュータメモリに記憶される。
【００３２】
本発明のいくつかの特徴だけを、本明細書の中で例示し、説明してきたが、多くの改変および変形が、当業者には想到されよう。それゆえ、添付の特許請求の範囲が、本発明の真の趣旨の範囲に入る改変および変形のすべてを包含することが意図されることを理解されたい。
【符号の説明】
【００３３】
１０  総合的電気システム
１２  発電所
１４  送電変電所
１６  配電変電所
１８  負荷
２０  超高電圧送電線
２２  高電圧送電線
２４  ユーティリティ制御センター
２６  監視制御およびデータ収集（ＳＣＡＤＡ）システム
２８  エネルギー管理システム（ＥＭＳ）
３０  需要反応管理システム（ＤＲＭＳ）
３２  配電管理システム（ＤＭＳ）
５０  不平衡配電システム
５２  送電変電所
５４、１５４、２５４  配電線
５６、１５６、２５６  地域変電所
５８  負荷
６０、１６０、２６０  位相Ａに対する位相給電線
６２、１６２、２６２  位相Ｂに対する位相給電線
６４、１６４、２６４  位相Ｃに対する位相給電線
８０  ３つの相電圧を平衡化する方法
８２〜９２  ３つの相電圧を平衡化する方法ステップ
１８０  実際のユーティリティシステムのＭＶＡ負荷
１８２  中性線電流のプロット
１８４、１８６、１８８  ３つの位相に対する３つの不平衡ＭＶＡのプロット
１９０  需要反応に対する位相ＣのＭＶＡ負荷のプロット
１９４  不平衡三相負荷に対する中性線電流のプロット
１９６  中性線電流
１１０  位相平衡化システム
１１２  負荷予測モジュール
１１４  位相不平衡特定モジュール
１１６  需要反応モジュール
【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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