(57)【要約】【課題】電力系統監視制御システムについて、最も確からしい系統状態の決定精度をより高めることができるようにする。【解決手段】電力系統監視制御システムは、電力系統上から収集した観測値を用いて当該電力系統の最も確からしい状態を求め、それに基づいて監視制御を行うようにされており、系統状態算出装置３を備えている。系統状態算出装置は、状態推定手段１３により観測値を用いて状態推定を行うことで電力系統における最も確からしい状態変数を推定値として求め、それから潮流計算手段１４により潮流計算を行うことで最も確からしい系統状態を求めるものとし、そしてその潮流計算では、指定値として、発電機や負荷が接続しているノードについては前記推定値を用い、他のノードについては０．０を用いるようにしている【選択図】  図２
2008092685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統から収集した観測値を用いて当該電力系統の最も確からしい状態を求め、それに基づいて監視制御を行うようにされている電力系統監視制御システムにおいて、
前記観測値を用いて状態推定を行うことで前記電力系統における最も確からしい状態変数を推定値として求め、それから潮流計算を行うことで最も確からしい系統状態を求めるようにされており、そして前記潮流計算では、その指定値として、発電機や負荷が接続しているノードについては前記推定値を用い、他のノードについては０．０を用いるようにされていることを特徴とする電力系統監視制御システム。
【請求項２】
前記観測値の数が前記状態推定に不十分な場合に必要となる観測値補完における補完値として０．０を用いるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電力系統監視制御システム。
【請求項３】
前記観測値が前記状態推定で必要な数以上であるか否かを示す指標である冗長度を判定する冗長度判定手段を備えており、当該冗長度判定手段で前記冗長度が一定よりも小さいと判定された場合に前記観測値補完を行うようにされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力系統監視制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統の監視制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統の監視制御システムでは、一般に、監視制御対象の系統についてそのノード（母線）やブランチ（インピーダンス要素）における有効電力や無効電力などの観測値を例えばテレメータのような観測手段で観測して収集し、それらの観測値を用いて当該系統の最も確からしい状態を求め、それに基づいて監視制御を行うようにされている。このような電力系統監視制御システムについては、系統の最も確からしい状態を求める手法として、状態推定法と潮流計算法があり、従来ではこれらの手法のいずれかを用いて最も確からしい系統状態を求めるようにされていた（例えば特許文献１〜特許文献６）。
【０００３】
状態推定、潮流計算いずれの手法で最も確からしい系統状態を求めるにしても、それには一定数以上の観測値を必要とする。しかるに一般的な電力系統では十分な数の観測値を収集できない場合が少なくないのが実情である。観測値を十分に得られない場合、観測値の不足分について補完値（補完による観測値）で補完する必要があるが、その補完値として、従来では監視制御対象の系統における発電パターンや負荷パターンから得られる値、あるいは監視制御対象の系統における発電機の有効電力設定値や電圧設定値を用いるようにしていた。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−８７１７７号公報
【特許文献２】特開２００５−２８７１２８号公報
【特許文献３】特開２００２−５１４６４号公報
【特許文献４】特開２００１−１７７９９１号公報
【特許文献５】特開平６−３２７１５５号公報
【特許文献６】特開平６−３５１１６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように従来の電力系統監視制御システムでは、状態推定法と潮流計算法のいずれかにより系統の最も確からしい状態を求めるようにしており、またそれについて、観測値の不足分を補完する補完値として、発電パターンなどから得られる値や発電機の有効電力設定値などの「外部データ」を用いるようにしている。このような電力系統監視制御システムについては、そこで求められる最も確からしい系統状態の精度を改善する余地がある。すなわち状態推定法や潮流計算法で補完値として用いる外部データは、実際の観測値に比べてそれに伴う誤差が大きいのが一般的であり、そのために状態推定法や潮流計算法のいずれであっても、それらで求められる系統状態の確からしさには必ずしも高い精度が得られず、改善の余地がある。
【０００６】
本発明は、以上のような事情を背景になされたものであり、電力系統監視制御システムについて、最も確からしい系統状態の決定精度をより高めることができるようにすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の発明者等は、電力系統監視制御システムにおける系統状態の決定精度を高める方策について鋭意検討を重ねてきた。その結果、状態推定で得られた推定値を潮流計算の指定値として用いるようにして状態推定と潮流計算を組み合わせて系統状態を求めるようにすることで、系統状態の決定精度を高めることができるとの知見が得られた。また観測値の数が状態推定に不十分な場合に必要となる観測値補完における補完値として０．０を用いるようにすることで、状態推定と潮流計算を組み合わせる場合について、系統状態の決定精度をより一層高めることができるとの知見が得られた。
【０００８】
本発明は、上記のような知見に基づいており、電力系統から収集した観測値を用いて当該電力系統の最も確からしい状態を求め、それに基づいて監視制御を行うようにされている電力系統監視制御システムにおいて、前記観測値を用いて状態推定を行うことで前記電力系統における最も確からしい状態変数を推定値として求め、それから潮流計算を行うことで最も確からしい系統状態を求めるようにされており、そして前記潮流計算では、その指定値として、発電機や負荷が接続しているノードについては前記推定値を用い、他のノードについては０．０を用いるようにされていることを特徴としている。
【０００９】
また本発明は、上記のような電力系統監視制御システムについて、前記観測値の数が前記状態推定に不十分な場合に必要となる観測値補完における補完値として０．０を用いるようにしたことを特徴としている。
【００１０】
上記のような電力系統監視制御システムについては、前記観測値が前記状態推定で必要な数以上であるか否かを示す指標である冗長度を判定する冗長度判定手段を設け、当該冗長度判定手段で前記冗長度が一定よりも小さいと判定された場合に前記観測値補完を行うようにするのが好ましい。このようにすることにより、無駄な補完処理を行わずに済み、システムの処理負担を軽減することができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のような本発明によれば、電力系統監視制御システムについて、最も確からしい系統状態の決定精度をより高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。図１に、一実施形態による電力系統監視制御システムの要部の構成を模式化して示す。本実施形態の電力系統監視制御システムは、複数のＩＴＣ（インテリジェントテレコミュニケータ）１（１-１〜１-ｎ）、データ加工装置２、系統状態算出装置３およびデータ保存装置４を備え、また第１〜第３の各ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）５〜７を備えている。
【００１３】
ＩＴＣ１は、監視制御対象の系統における観測値取得箇所であるノードやブランチに設置されるテレメータなどの観測手段による観測値を収集する観測値収集装置であり、例えば監視制御対象の系統における発電所や変電所などに設置され、その配下にある複数の観測機器からそれぞれによる観測値を収集する。このＩＴＣ１が収集した観測値は、第１のＬＡＮ（ＩＴＣ用ＬＡＮ）５を介してデータ加工装置２に送られる。
【００１４】
データ加工装置２は、コンピュータシステムで構成されており、ＩＴＣ１-１〜１-ｎから送られてくる観測値を工学値変換などの演算によりデータ加工する。このデータ加工装置２によるデータ加工で得られた加工済み観測値は、第２のＬＡＮ（データ加工装置／系統状態算出装置間オンライン用ＬＡＮ）６を介して系統状態算出装置３に送られる。
【００１５】
系統状態算出装置３は、同じくコンピュータシステムで構成されており、状態推定と潮流計算を組み合わせて系統状態（最も確からしい系統状態）を算出する。この系統状態算出装置３による算出結果、つまり系統状態データは、第３のＬＡＮ（系統状態算出装置／データ保存装置間オンライン用ＬＡＮ）７を介してデータ保存装置４に送られる。
【００１６】
データ保存装置４は、同じくコンピュータシステムで構成されており、系統状態算出装置３で求められた系統状態データを保存するのに機能する。
【００１７】
以下では、系統状態算出装置３における系統状態算出処理の詳細について説明する。系統状態算出装置３は、上述のように状態推定と潮流計算を組み合わせて系統状態を求めるようにされている。具体的には、まず観測値（加工済み観測値と補完値）を用いて状態推定計算を行なう。この状態推定計算は、例えば重みつき最小自乗法を使用した線形状態推定法で行われ、その計算により観測値における誤差の影響が適切に除かれることで系統における最も確からしい状態変数が推定値として求められる。状態推定で推定値が得られたら、それを潮流計算における指定値（これは観測値を用いて潮流計算を行う場合の観測値に相当する）として潮流計算を行って系統状態を求める。また系統状態算出装置３は、上記のような状態推定を行うにあたって、観測値の冗長度を判定し、その冗長度が一定よりも小さい場合には観測値の補完を行う。
【００１８】
こうした一連の処理を行う系統状態算出装置３は、図２に示すように、冗長度判定手段１１、補完手段１２、状態推定手段１３および潮流計算手段１４を備えている。
【００１９】
冗長度判定手段１１は、観測値の冗長度を判定するのに用いられる。観測値の冗長度は、観測値が必要数以上にあるか否かを示す指標である。この冗長度Ｒは、ノードにつての観測値の数をＮｎ、ブランチについての観測値の数をＮｂ、ノード数をＮとして、下記の（１）式で与えられる。冗長度判定手段１１は、（１）式で系統の冗長度Ｒを求め、これを冗長度しきい値Ｒｔと比較し、Ｒ＜Ｒｔである場合に補完要信号を出力する。
【００２０】
Ｒ＝（Ｎｎ+Ｎｂ）／（２*Ｎ-１）  ………  （１）
補完手段１２は、冗長度判定手段１１から補完用信号が出力された場合に、観測値の補完を行う。観測値補完のための補完値（補完による観測値）には、例えば監視制御対象の系統における発電パターンや負荷パターンから得られる値、あるいは監視制御対象の系統における発電機の有効電力設定値や電圧設定値など、任意の値を用いることができるが、電力系統の物理的特性に見合った値を用いるのが特に好ましい。そのような補完値は０．０である。補完値として０．０を用いる場合の補完の例を図３〜図５に示す。
【００２１】
図３は、有効電力と無効電力それぞれの観測値が得られていない送電線の両端について補完する場合で、この場合は、どちらかの片端における有効電力Ｐと無効電力Ｑのそれぞれに補完値「０．０」を適用する。これが図３におけるＰ（１２００）、Ｑ（１２０１）、Ｐ（１２０２）、Ｑ（１２０３）である。
図４は、変圧器の三次側母線について補完する場合で、この場合も母線から流出する有効電力Ｐと無効電力Ｑのそれぞれに補完値「０．０」を適用する。これが図４におけるＰ（１２１０）、Ｑ（１２１１）である。
図５は、変圧器の中性点に流入する有効電力と無効電力を補完する場合で、この場合も中性点に流入する有効電力Ｐと無効電力Ｑのそれぞれに補完値「０．０」を適用する。これが図４におけるＰ（１２２０）、Ｑ（１２２１）である。
【００２２】
以上のように補完値として０．０を用いることにより、監視制御対象の系統内の各サブ系統間に独立性を与えることができ、このことにより系統状態の算出をより高い精度で行えるようになる。
【００２３】
状態推定手段１３は、観測値と補完値を用いて状態推定を行う。ただし補完値は、冗長度判定手段１１により補完を必要と判定されて観測値補完がなされた場合に用いられる。
【００２４】
状態推定は、上述のように、重みつき最小自乗法を使用した線形状態推定法で行うことができる。重みつき最小自乗法を使用した線形状態推定法では、以下のようにして推定値（最も確からしい状態変数）を決定する。
【００２５】
下記の（２）式で表される観測方程式に対し、下記の（３）式で表される評価関数を最小化するｘを推定値とする。したがって推定値は、下記の（４）式で求まる。
【００２６】
Ｚ＝Ｈｘ＋ｖ  ………  （２）
ただし、ｖ：観測雑音、Ｚ：観測ベクトル（観測値と補完値）、Ｈ：観測行列、ｘ：状態変数。
【００２７】
Ｊ＝（Ｚ−Ｈｘ）Ｔ Ｒ−１（Ｚ−Ｈｘ）  ………  （３）
推定値（ｘ）＝（ＨＴ Ｒ−１ Ｈ）−１ ＨＴ Ｒ−１ Ｚ  ………  （４）
ただし、Ｒ：観測雑音の共分散行列。
以上の式について計算を繰り返すことにより、推定値を求めることができる。
【００２８】
潮流計算手段１４は、潮流計算を行う。その潮流計算では、それに必要となる指定値として、発電機や負荷が接続されているノード（母線）については上記状態推定で求められる推定値を用い、他のノードについては０．０を用いる。この指定値の設定についての例を図６〜図８に示す。図６は、系統末端の母線、つまり負荷が接続している母線についての指定値として、有効電力の推定値と無効電力の推定値を適用する場合であり、図７は、発電機が接続している母線についての指定値として、有効電力の推定値と電圧の推定値を適用する場合であり、図８は、系統末端の母線と発電機が接続している母線以外の母線、つまり中間系統の母線について有効電力の値と無効電力の値のそれぞれに０．０を適用する場合である。
【００２９】
潮流計算手段１４での潮流計算は、一例としてニュートン・ラプソン法を適用して行うことができる。具体的には以下のとおりである。
母線ｉの有効電力、無効電力Ｐｉ、Ｑｉは、電圧を直行座標表示にして、
2008092685.tif 000003
ただしｊ＝１、・・・、ｎ
となり、したがって
2008092685.tif 000004
となる。
【００３０】
Ｐ−Ｑ指定母線では、
Ｐｉｓ−Ｐｉ（ｅｉ，ｆｉ，・・・，ｅｎ，ｆｎ）＝０  ………  （８）
Ｑｉｓ−Ｑｉ＝Ｑｉ（ｅｉ，ｆｉ，・・・，ｅｎ，ｆｎ）  ………  （９）
Ｐ−Ｖ指定母線では、
Ｐｉｓ−Ｐｉ（ｅｉ，ｆｉ，・・・，ｅｎ，ｆｎ）＝０  ………  （１０）
Ｖｉｓ２−（ｅｉ２＋ｆｉ２）＝０  ………  （１１）
（８）式から（１１）式までの２ｎ個の変数を、ｘ１＝ｅ１、ｘ２＝ｆ１、……ｘ２ｎ＝ｆｎとおき、（６）式と（７）式を
ｆ１（ｘ１，・・・，ｘ２ｎ）
ｆ２（ｘ１，・・・，ｘ２ｎ）
とおけば、
下記の（１２）式が得られる。
【００３１】
【数１】
2008092685.tif 000005
そしてこの（１２）式についてΔｘ１（ｋ＋１）からΔｘ２ｎ（ｋ＋１）を求め、解が収束するまで繰り返す。これにより監視制御対象の系統における電圧と位相差として最も確からしい系統状態が求まる。
【００３２】
以上のように本実施形態の電力系統監視制御システムでは、状態推定で得られた推定値を潮流計算の指定値として用いるようにして状態推定と潮流計算を組み合わせることで、監視制御対象の系統についてその状態を求めるようにしている。このため状態推定や潮流計算のいずれかで系統状態を求める従来の電力系統監視制御システムに比べて算出系統状態の確からしさを高めることができる。また本実施形態では、観測値について補完を必要とする場合に、その補完における補完値として０．０を用いるようにしており、これにより系統状態の算出精度をさらに一層高めることができる。さらに本実施形態では、観測値の冗長度を判定し、それに基づいて必要な場合にだけ観測値補完を行うようにしている。このため無駄な補完処理を行わずに済み、システムの処理負担を軽減することができる。
【００３３】
以上、本発明を実施するための形態の１つについて説明したが、これは代表的な例に過ぎず、本発明は、その趣旨を逸脱することのない範囲で様々な形態で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】一実施形態による電力系統監視制御システムの要部の構成を示す図である。
【図２】系統状態算出装置の構成を示す図である。
【図３】送電線の両端に観測値がない場合の観測値補完処理をイメージ化して示す図である。
【図４】変圧器の三次側母線についての観測値補完処理をイメージ化して示す図である。
【図５】変圧器の中性点に流入する有効電力と無効電力についての観測値補完処理をイメージ化して示す図である。
【図６】系統末端の母線に有効電力の推定値と無効電力の推定値を適用する処理をイメージ化して示す図である。
【図７】発電機が接続している母線に有効電力の推定値と電圧の推定値を適用する処理をイメージ化して示す図である。
【図８】中間系統の母線に有効電力の値と無効電力の値を適用する処理をイメージ化して示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
３    系統状態算出装置
１１    冗長度判定手段
１２    補完手段
１３    状態推定手段
１４    潮流計算手段
【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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