(57)【要約】【課題】配電線全体の電圧を適正範囲とするように、常に変化する配電線状況に応じて、機器相互の影響を反映させた各電圧調整機器の操作量を高精度に高速演算可能とする。【解決手段】電圧・無効電力最適化演算手段１３は、入力手段１２により取得した各電圧調整機器の状態データ、配電線負荷電流、配電線電圧等のデータに基づき、各電圧調整機器の操作量を変数とし、これら機器の操作量による電圧変化量を制約条件に、各電圧管理ノードの配電線電圧と電圧目標値との差の二乗和を最小化するように混合整数二次計画問題を解く電圧・無効電力最適化演算を行う。潮流分布計算手段１４は、電圧・無効電力最適化演算結果に基づいて配電系統２０の潮流分布を計算する。収束判定手段１５は、電圧・無効電力最適化演算と潮流分布計算を繰り返す毎に各ノードの配電線電圧の収束を判定し、出力手段１６は、収束時点での各電圧調整機器の操作量の組み合わせを出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配電系統に設置された複数の電圧調整機器の設置地点を含む複数の電圧管理ノードの電圧情報を用いて、各電圧調整機器の操作量を計算する配電系統監視制御システムにおいて、
前記配電系統に関するデータとして、配電線接続構成情報、線路インピーダンス、負荷データ、各電圧調整機器の設置場所、および、各電圧調整機器の定数データを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されたデータを読み出すと共に、各電圧調整機器の状態データ、配電線負荷電流、および、配電線電圧を収集して前記システム内に取り込む入力手段と、
前記入力手段により取得したデータに基づき、各電圧調整機器の操作量を変数とし、これら機器の操作量による電圧変化量を制約条件に、各電圧管理ノードの配電線電圧と電圧目標値との差の二乗和を最小化するように混合整数二次計画問題を解く電圧・無効電力最適化演算を行う電圧・無効電力最適化演算手段と、
前記電圧・無効電力最適化演算手段による演算結果に基づき、各電圧調整機器の操作量の組み合わせを出力する出力手段を有する
ことを特徴とする配電系統監視制御システム。
【請求項２】
前記電圧・無効電力最適化演算手段による演算結果に基づき、前記配電系統の潮流分布計算を行う潮流分布計算手段と、
前記電圧・無効電力最適化演算手段による電圧・無効電力最適化演算と前記潮流分布計算手段による潮流分布計算を繰り返す毎に、各電圧管理ノードの配電線電圧が収束したか否かの判定を行う収束判定手段を有し、
前記出力手段は、前記収束判定手段により収束したと判定された場合に、その時点での各電圧調整機器の操作量の組み合わせを出力するように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の配電系統監視制御システム。
【請求項３】
前記出力手段は、前記電圧・無効電力最適化演算手段による演算結果として得られた各電圧管理ノードの配電線電圧を近似解として、この近似解の時点での各電圧調整機器の操作量の組み合わせを出力するように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の配電系統監視制御システム。
【請求項４】
前記複数の電圧管理ノード中に、前記電圧・無効電力最適化演算手段による電圧・無効電力最適化演算に必要な配電線電圧が前記入力手段により収集できない電圧管理ノードが存在する場合に、この電圧管理ノードの配電線電圧を、収集した配電線負荷電流と配電線電圧を用いて算出する状態推定計算を行う状態推定手段を有する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の配電系統監視制御システム。
【請求項５】
前記電圧・無効電力最適化演算手段による電圧・無効電力最適化演算は、電圧調整機器の操作量を最小とする各電圧調整機器の操作量の組み合わせを求めるものである
ことを特徴とする請求項１に記載の配電系統監視制御システム。
【請求項６】
前記複数の電圧調整機器は、変圧器、自動電圧調整器、進相コンデンサ、分路リアクトル、および、無効電力補償装置、の中から選択された１種以上の機器を含む
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の配電系統監視制御システム。
【請求項７】
前記複数の電圧調整機器が、変圧器または自動電圧調整器を含む場合には、
前記各電圧調整機器の定数データは、変圧器または自動電圧調整器のタップ幅を示すデータを含み、
前記各電圧調整機器の状態データは、変圧器または自動電圧調整器のタップ位置を示すデータを含み、
前記各電圧調整機器の操作量は、変圧器または自動電圧調整器のタップ調整量を含む
ことを特徴とする請求項６に記載の配電系統監視制御システム。
【請求項８】
前記複数の電圧調整機器が、進相コンデンサ、分路リアクトル、または、無効電力補償装置を含む場合には、
前記各電圧調整機器の定数データは、進相コンデンサ、分路リアクトル、または、無効電力補償装置の容量を示すデータを含み、
前記各電圧調整機器の状態データは、進相コンデンサ、分路リアクトル、または、無効電力補償装置の無効電力出力を示すデータを含み、
前記各電圧調整機器の操作量は、進相コンデンサ、分路リアクトル、または、無効電力補償装置の無効電力出力調整量を含む
ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の配電系統監視制御システム。
【請求項９】
配電系統に設置された複数の電圧調整機器の設置地点を含む複数の電圧管理ノードの電圧情報を用いて、各電圧調整機器の操作量を計算する配電系統監視制御方法において、
記憶手段と、入力手段と、電圧・無効電力最適化演算手段と、出力手段を有する配電系統監視制御システムを用いて、
前記記憶手段に、前記配電系統に関するデータとして、配電線接続構成情報、線路インピーダンス、負荷データ、各電圧調整機器の設置場所、および、各電圧調整機器の定数データを記憶しておき、
前記入力手段によって、前記記憶手段に記憶されたデータを読み出すと共に、各電圧調整機器の状態データ、配電線負荷電流、および、配電線電圧を収集して前記システム内に取り込む入力ステップと、
前記電圧・無効電力最適化演算手段によって、前記入力ステップにより取得したデータに基づき、各電圧調整機器の操作量を変数とし、これら機器の操作量による電圧変化量を制約条件に、各電圧管理ノードの配電線電圧と電圧目標値との差の二乗和を最小化するように混合整数二次計画問題を解く電圧・無効電力最適化演算を行う電圧・無効電力最適化演算ステップと、
前記出力手段によって、前記電圧・無効電力最適化演算手段による演算結果に基づき、各電圧調整機器の操作量の組み合わせを出力する出力ステップを行う
ことを特徴とする配電系統監視制御方法。
【請求項１０】
コンピュータを利用して、配電系統に設置された複数の電圧調整機器の設置地点を含む複数の電圧管理ノードの電圧情報を用いて、各電圧調整機器の操作量を計算する配電系統監視制御システムを実現する配電系統監視制御プログラムにおいて、
前記配電系統に関するデータとして、配電線接続構成情報、線路インピーダンス、負荷データ、各電圧調整機器の設置場所、および、各電圧調整機器の定数データを記憶する記憶手段を用いて、
前記記憶手段に記憶されたデータを読み出すと共に、各電圧調整機器の状態データ、配電線負荷電流、および、配電線電圧を収集して前記システム内に取り込む入力機能と、
前記入力機能により取得したデータに基づき、各電圧調整機器の操作量を変数とし、これら機器の操作量による電圧変化量を制約条件に、各電圧管理ノードの配電線電圧と電圧目標値との差の二乗和を最小化するように混合整数二次計画問題を解く電圧・無効電力最適化演算を行う電圧・無効電力最適化演算機能と、
前記電圧・無効電力最適化演算機能による演算結果に基づき、各電圧調整機器の操作量の組み合わせを出力する出力機能を前記コンピュータに実現させる
ことを特徴とする配電系統監視制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配電系統の監視制御および配電自動化に関するものであり、特に、配電線に設置された複数の電圧調整機器の操作量を計算する配電系統監視制御システムと方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、配電系統は、図１３に示すように、配電用変電所１００より引き出され、地中管路内または電柱上の架空に設置された複数の配電線２０１，２０２，２０３，…により、供給対象地域の需要家へ電力を供給している。ここで、複数の配電線２０１，２０２，２０３，…は、通常時は入り状態の常閉開閉器４０１により複数の区間に区分されている。また、事故時や作業時に隣接する配電線間（図１３中では、２０１と２０２間、２０２と２０３間、２０１と３０１間、２０３と３０２間）で切り替えて送電可能とするために、各配電線間には連系線が設けられ、その連系点に通常時は切り状態の常開開閉器４０２が設置されている。
【０００３】
従来、このような配電系統の制御としては、例えば、配電線に設置された自動開閉器の入り切り、自動電圧調整装置のタップ切り替えなどが、配電自動化システムにより行われている。図１４は、そのような配電自動化システムの構成例を示す概念図である。
【０００４】
この図１４において、配電用変電所１００には、主変圧器１０１、この主変圧器１０１より引き出された複数の配電線２０１，２０２，…とそれらを個別に遮断する配電線遮断器１０２が設置されている。また、配電用変電所１００に設置される電流センサ１０３と電圧センサ１０４により送り出し電圧、母線、各配電線の電流が測定され、これらの計測値は変電所子局５０１から伝送路５０２を介して営業所６００などに設置された制御用計算機５００に送信される。
【０００５】
また、配電線２０１，２０２，…の常開開閉器４０１と常閉開閉器４０２には、制御用変圧器４０３を介して配電線２０１，２０２，…から電源を供給される開閉器子局５０３が個別に設置されており、各開閉器子局５０３は、制御用計算機５００と伝送路５０２を通じて接続されている。そして、このような配電自動化システムにより、配電系統の状態監視、開閉器の遠隔操作、事故停電の自動復旧、作業停電の自動操作、計測データや事故関係情報の記録が行われる。
【０００６】
なお、図１４においては、簡略・明瞭化の観点から、配電線２０１についてのみ、開閉器４０１，４０２や開閉器子局５０３を含む構成が記載されているが、実際には、他の配電線２０２，…についても、配電線２０１と同様の構成を有するものである。
【０００７】
さらに、図１４に示すような配電系統において、配電用変電所１００側では、バンクを構成する主変圧器１０１のタップ調整を行って、送り出し電圧を調整するようになっている。これに対して、配電線２０１，２０２，…側では、図示していない複数の電圧調整機器が設置され、電圧変動を許容される上下限範囲に収めると共に、各設置地点の電圧を制御するようになっている。
【０００８】
すなわち、配電線２０１，２０２，…においては、電圧変動を許容される上下限範囲に収めるために、例えば、柱上変圧器や自動電圧調整器と称されるＳＶＲ（Step Voltage Regulator）等が設置されており、これらの機器のタップ調整を行って電圧を調整している。この他の電圧調整機器としては、例えば、電力用進相コンデンサ（ＳＣ）、分路リアクトル（ＳｈＲ）、および無効電力補償装置と称されるＳＶＣ（Static Var Compensator）等が設置されており、これらの機器によって無効電力を制御することにより設置地点の電圧を制御している。
【０００９】
これらの電圧調整機器は、概して、オフライン計算により予め設定された整定値に入るように、自律分散制御を行っている。近年では、配電自動化システムにより遠隔制御可能なＳＶＲやＳＶＣも開発されている。
【００１０】
また、複数の異なる方式の電圧調整機器が配電線に設置されている場合に、配電線全体に亘って電圧を適正範囲に保持するための技術としては、例えば、各電圧調整機器のタップ位置または無効電力と電圧の情報および高圧配電線路の各節点（ノード）の電圧の情報を収集して、各変圧器のタップ位置および各無効電力調節装置の無効電力を、配電系統の各電圧検出地点の電圧が規定範囲内に保持されるように決定する技術が存在している（特許文献１参照）。
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−２６９７４４
【特許文献２】特開２００６−２４６６８３
【非特許文献１】配電自動化研究会編「配電自動化システム入門」オーム社、１９９１年、１−１３頁
【非特許文献２】電気協同研究  第６０巻  第２号「配電系統における電力品質の現状と対応技術」電気協同研究会、平成１７年３月、１３１−１３７頁
【非特許文献３】「計測情報を利用した配電系統の電圧・潮流分布状態計算法」、電気学会論文誌Ｂ、１２５巻１０号、ｐｐ．９４８−９５６、２００５年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記の従来技術には、次のような問題点がある。
まず、従来の電圧調整機器の自律分散制御では、複数の異なる方式の電圧調整機器が配電線に設置されている場合に、電圧調整機器相互の影響を考慮して、配電線全体に亘って電圧を適正範囲に保持する電圧制御が困難であった。また、予め設定した整定値を用いた制御であるため、配電系統の変更や、負荷の変動がある場合には、整定値を変更する必要があった。
【００１３】
一方、特許文献１に記載された技術においては、各変圧器のタップ位置および各無効電力調節装置の無効電力を、各電圧管理ノードの配電線電圧と電圧目標値との差の二乗和を最小にするように最小二乗法により求めており、アルゴリズムが異なる。この技術においては、電圧を調整する機器のタップ調整だけでは電圧目標値が逸脱する場合に、無効電力出力を調整する機器により無効電力出力を調整するといった段階を踏んで解いている。また、各機器の定格値の範囲内であるかを確認するため、機器毎に繰り返し計算を行っている。
【００１４】
このように、特許文献１に記載された技術においては、タップ調整と無効電力出力の調整を異なる段階で行う上、機器毎に繰り返し計算を行うことから、計算量が多いという問題がある。また、電圧調整機器が動作した場合、配電線に接続される他の電圧調整機器がその影響を受けるが、この技術においては、電圧調整機器を調整するための演算と無効電力調整機器を調整するための演算は、異なる段階で行われるため、電圧調整機器相互の影響を十分に考慮できない恐れがあった。
【００１５】
さらに、電圧調整機器の調整だけでなく、実際の配電線の負荷電流や電圧は、常に変動しているため、配電線の電圧を予め定められた基準電圧範囲内に保持するには、その時々の配電線の状態に応じて各電圧調整機器の操作量を高速に求める必要がある。
【００１６】
本発明は、上記のような従来技術の課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、需要断面、および配電系統構成などの運用条件の各断面において、配電線全体に亘って電圧を適正範囲に保持するように、常に変化する配電線の負荷電流や電圧の状況に応じて、電圧調整機器相互の影響を的確に反映させた各電圧調整機器の操作量を高精度に高速演算可能な、配電系統監視制御システムと方法、およびプログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の配電系統監視制御システムは、配電系統に設置された複数の電圧調整機器の設置地点を含む複数の電圧管理ノードの電圧情報を用いて、各電圧調整機器の操作量を計算する配電系統監視制御システムにおいて、記憶手段、入力手段、電圧・無効電力最適化演算手段、および出力手段を有することを特徴としている。ここで、記憶手段は、前記配電系統に関するデータとして、配電線接続構成情報、線路インピーダンス、負荷データ、各電圧調整機器の設置場所、および、各電圧調整機器の定数データを記憶する手段である。入力手段は、前記記憶手段に記憶されたデータを読み出すと共に、各電圧調整機器の状態データ、配電線負荷電流、および、配電線電圧を収集して前記システム内に取り込む手段である。電圧・無効電力最適化演算手段は、前記入力手段により取得したデータに基づき、各電圧調整機器の操作量を変数とし、これら機器の操作量による電圧変化量を制約条件に、各電圧管理ノードの配電線電圧と電圧目標値との差の二乗和を最小化するように混合整数二次計画問題を解く電圧・無効電力最適化演算を行う手段である。出力手段は、前記電圧・無効電力最適化演算手段による演算結果に基づき、各電圧調整機器の操作量の組み合わせを出力する手段である。
【００１８】
また、本発明の配電系統監視制御方法と配電系統監視制御プログラムは、上記システムの特徴を方法およびコンピュータプログラムの観点からそれぞれ把握したものである。
【００１９】
以上のように、本発明は、各電圧調整機器の状態データ、配電線負荷電流、および配電線電圧に基づき、各電圧調整機器の操作量を変数とし、これら機器の操作量による電圧変化量を制約条件に、各電圧管理ノードの配電線電圧と電圧目標値との差の二乗和を最小化するように混合整数二次計画問題を解く電圧・無効電力最適化演算を行うものである。このような電圧・無効電力最適化演算を行う本発明においては、常に変化する配電線の負荷電流や電圧の状況を示す詳細なデータに基づき、電圧調整機器の実際の操作による電圧調整機器相互の電圧の影響を的確に反映させた最適解を得ることができるため、各電圧調整機器の操作量を高精度に高速演算可能である。
【００２０】
そして、需要断面、および配電系統構成などの運用条件の各断面において、上記のデータの取り込み、電圧・無効電力最適化演算、および演算結果に応じた各電圧調整機器の操作量の出力を行うことにより、常に変化する配電線の負荷電流や電圧の状況に応じて、電圧調整機器相互の影響を的確に反映させた各電圧調整機器の操作量を高精度に高速演算して即時に出力可能である。
【００２１】
また、本発明の配電系統監視制御システムの一つの態様においては、さらに、次のような特徴を有する。すなわち、前記電圧・無効電力最適化演算手段による演算結果に基づき、前記配電系統の潮流分布計算を行う潮流分布計算手段と、前記電圧・無効電力最適化演算手段による電圧・無効電力最適化演算と前記潮流分布計算手段による潮流分布計算を繰り返す毎に、各電圧管理ノードの配電線電圧が収束したか否かの判定を行う収束判定手段を有する。この態様において、前記出力手段は、前記収束判定手段により収束したと判定された場合に、その時点での各電圧調整機器の操作量の組み合わせを出力するように構成される。
【００２２】
このように、電圧・無効電力最適化演算と潮流分布計算を繰り返して配電線電圧を収束させる態様によれば、電圧調整機器の操作による機器相互の電圧の影響をより的確に反映させた最適解を得ることができるため、各電圧調整機器の操作量をより高精度に演算可能である。
【００２３】
また、本発明の配電系統監視制御システムの別の態様においては、電圧・無効電力最適化演算と潮流分布計算を繰り返して配電線電圧を収束させる代わりに、次のような特徴を有する。すなわち、前記出力手段は、前記電圧・無効電力最適化演算手段による演算結果として得られた各電圧管理ノードの配電線電圧を近似解として、この近似解の時点での各電圧調整機器の操作量の組み合わせを出力するように構成される。
【００２４】
このように、電圧・無効電力最適化演算と潮流分布計算を繰り返すことなく、電圧・無効電力最適化演算結果による演算結果をそのまま近似解として処理する態様によれば、各電圧調整機器の操作量をより高速に演算可能である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、需要断面、および配電系統構成などの運用条件の各断面において、配電線全体に亘って電圧を適正範囲に保持するように、常に変化する配電線の負荷電流や電圧の状況に応じて、電圧調整機器相互の影響の的確に反映させた各電圧調整機器の操作量を高精度に高速演算可能な、配電系統監視制御システムと方法、およびプログラムを提供することができる。そして、高精度に高速演算された各電圧調整機器の操作量を迅速に出力することにより、配電線全体に亘って電圧を適正範囲に保持する有効な電圧制御を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下には、本発明の配電系統監視制御システムの実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００２７】
［第１の実施形態］
［構成］
図１は、本発明を適用した第１の実施形態に係る配電系統監視制御システムの構成を示すブロック図である。
【００２８】
この図１に示す配電系統監視制御システム１０は、記憶手段１１、入力手段１２、電圧・無効電力最適化演算手段１３、潮流分布計算手段１４、収束判定手段１５、出力手段１６を備えており、配電系統２０との間でデータ伝送を行うようになっている。この配電系統監視制御システム１０は、パーソナルコンピュータやワークステーションなどのコンピュータとそれを制御するプログラムおよび周辺機器からなるコンピュータシステムにより、次のような機能を有する各手段１１〜１６を実現する。
【００２９】
記憶手段１１は、配電系統２０に関するデータとして、配電線接続構成情報、線路インピーダンス、負荷データ、各電圧調整機器の設置箇所、および、各電圧調整機器の定数データを予め記憶すると共に、配電系統監視制御システム１０内で得られた演算結果・計算結果を記憶する機能を有する。ここで、各電圧調整機器の定数データは、配電用変電所のバンクを構成する変圧器（以下には、「バンク変圧器」と適宜略称する）、配電線に設置された柱上変圧器やＳＶＲ等のタップ調整を行う電圧調整機器についてはそのタップ幅を示すデータであり、また、進相コンデンサ（ＳＣ）、分路リアクトル（ＳｈＲ）や無効電力補償装置（ＳＶＣ）等の無効電力を調整する電圧調整機器についてはその容量を示すデータである。このデータ記憶手段１１は、コンピュータが基本的に有する各種のメモリや補助記憶装置またはその他の各種の記憶媒体により実現される。
【００３０】
入力手段１２は、記憶手段１１に記憶されたデータを読み出すと共に、需要断面、および配電系統構成などの運用条件の各断面において、配電系統２０から伝送される各電圧調整機器の状態データ、配電線負荷電流、および、配電線電圧等のデータを受信および収集して配電系統監視制御システム１０内に取り込む機能を有する。ここで、各電圧調整機器の状態データは、バンク変圧器、配電線に設置された柱上変圧器やＳＶＲ等のタップ調整を行う電圧調整機器についてはそのタップ位置を示すデータであり、また、進相コンデンサ（ＳＣ）、分路リアクトル（ＳｈＲ）や無効電力補償装置（ＳＶＣ）等の無効電力を調整する電圧調整機器についてはその無効電力出力を示すデータである。
【００３１】
電圧・無効電力最適化演算手段１３は、入力手段１２により取得したデータに基づき、各電圧調整機器の操作量を変数とし、これら機器の操作量による電圧変化量を制約条件に、各電圧管理ノードの配電線電圧と電圧目標値との差の二乗和を最小化するように混合整数二次計画問題を解く電圧・無効電力最適化演算を行う機能を有する。ここで、各電圧調整機器の操作量は、バンク変圧器、配電線に設置された柱上変圧器やＳＶＲ等のタップ調整を行う電圧調整機器についてはそのタップ調整量であり、また、進相コンデンサ（ＳＣ）、分路リアクトル（ＳｈＲ）や無効電力補償装置（ＳＶＣ）等の無効電力を調整する電圧調整機器についてはその無効電力出力調整量である。
【００３２】
なお、「ノード」とは、配電の分野で一般的に使用されている用語であり、配電系統上の開閉器設置地点、電圧調整機器設置地点、配電線の末端地点等の、構成上の変移点を示している。本明細書中における「電圧管理ノード」は、そのような「ノード」のうち、電圧の管理対象となるノードを意味している。
【００３３】
潮流分布計算手段１４は、電圧・無効電力最適化演算手段１３による電圧・無効電力最適化演算の演算結果に基づいて配電系統２０の潮流分布を計算する機能を有する。
【００３４】
収束判定手段１５は、電圧・無効電力最適化演算手段１３による電圧・無効電力最適化演算と潮流分布計算手段１４による潮流分布計算を繰り返す毎に、各電圧管理ノードの配電線電圧が収束したか否かの判定を行う機能を有する。
【００３５】
なお、以上のような電圧・無効電力最適化演算手段１３、潮流分布計算手段１４、収束判定手段１５は、コンピュータが基本的に有するＣＰＵなどの演算処理用ハードウェアと、配電系統監視制御用に特化されたプログラムの組み合わせ等により実現される。
【００３６】
出力手段１６は、システム１０内の処理結果として得られた各ノードの電圧と各電圧調整機器の操作量を含む各種の演算結果・計算結果を、システム１０内の記憶手段１１に記憶すると共に、外部のディスプレイ画面、プリンタ、記憶装置などに出力する機能と、各電圧調整機器の操作量の指令を配電系統２０に伝送する機能を有する。
【００３７】
なお、この出力手段１６および前述した入力手段１２は、コンピュータが基本的に有する入出力装置や通信制御装置等のハードウェア、あるいは、それらのハードウェアと入出力用のソフトウェアや通信用のソフトウェアとの組み合わせにより実現される。
【００３８】
［動作］
図２は、以上のような第１の実施形態の配電系統監視制御システム１０の処理手順の一例を示すフローチャートである。この図２に示すように、ステップＳ２０１では、入力手段１２によって、電圧調整機器の操作量の計算に必要な各種のデータを入力する。すなわち、記憶手段１１に記憶されている配電線接続構成情報、線路インピーダンス、負荷データ、各電圧調整機器の設置箇所、各電圧調整機器の定数データ等の配電系統２０に関するデータを読み出すと共に、需要断面、および配電系統構成などの運用条件の各断面において、配電系統２０から伝送される各電圧調整機器の状態データ、配電線負荷電流、配電線電圧等のデータを受信および収集して配電系統監視制御システム１０内に取り込む。
【００３９】
ここで入力される各電圧調整機器の定数データは、前述したように、バンク変圧器、配電線に設置された柱上変圧器やＳＶＲ等のタップ調整を行う電圧調整機器についてはそのタップ幅を示すデータであり、また、進相コンデンサ（ＳＣ）、分路リアクトル（ＳｈＲ）や無効電力補償装置（ＳＶＣ）等の無効電力を調整する電圧調整機器についてはその容量を示すデータである。また、各電圧調整機器の状態データは、バンク変圧器、柱上変圧器やＳＶＲ等のタップ調整を行う電圧調整機器についてはそのタップ位置を示すデータであり、また、ＳＣ、ＳｈＲやＳＶＣ等の無効電力出力を調整する電圧調整機器についてはその無効電力出力を示すデータである。
【００４０】
次に、ステップＳ２０２では、電圧・無効電力最適化演算手段１３によって、入力されたデータに基づき、各電圧調整機器の操作量を変数とし、これら機器の操作量による電圧変化量を制約条件に、各電圧管理ノードの配電線電圧と電圧目標値との差の二乗和を最小化するように混合整数二次計画問題を解く電圧・無効電力最適化演算を行うことにより、各電圧調整機器の操作量の組み合わせを求める。ステップＳ２０２におけるこの演算アルゴリズムの一例を、図３〜図６を用いて以下に説明する。
【００４１】
図３は、複数の電圧調整機器が接続された配電系統の一例を示している。前述したように、配電線の電圧を調整する電圧調整機器としては、バンク変圧器、柱上変圧器、およびＳＶＲ等の、タップ調整により電圧を調整する機器と、進相コンデンサ（ＳＣ）、分路リアクトル（ＳｈＲ）、およびＳＶＣ（Static Var Compensator）等の無効電力を制御する機器があるが、図３においては、このうち、配電用変電所の変圧器と、配電線に設置されたＳＶＲ、ＳＣ、ＳＶＣが例示的に示されている。
【００４２】
まず、このような配電系統における配電線の電圧降下について、図４を用いて説明する。図４は、配電線を簡略化して抵抗ＲとリアクタンスＸの直列回路で表した図である。この図４において、ノード間の電圧降下は、近似的に、次の式（１）、（２）で表される。
【数１】
2008278658.tif 000003
【００４３】
次に、バンク変圧器、柱上変圧器、あるいはＳＶＲのタップ調整操作により電圧を調整する場合の電圧変化について、図５を用いて説明する。図５は、配電線の始端から末端までの、配電用変電所、柱上変圧器およびＳＶＲ等のタップ調整操作による電圧変化を示す図である。
【００４４】
ここで、バンク変圧器、柱上変圧器、およびＳＶＲの一次側電圧Ｖ1、二次側電圧Ｖ2とタップ値の間の関係は、次式（３）で表わされるものとする。
【数２】
2008278658.tif 000004
このとき、タップ値の変化によって、一次側電圧は変化しないものとすると、タップ値の変化量と二次側電圧の変化量の関係は次式（４）で表される。
【数３】
2008278658.tif 000005
【００４５】
また、バンク変圧器、柱上変圧器、あるいはＳＶＲの位置を原点とした電圧分布をV(x)、タップ変更後の電圧分布V’(x)とし、電圧の変化による有効電力Ｐと無効電力Ｑの変化を無視できるとすると、前記の式（１）より、次の式（５）が得られる。
【数４】
2008278658.tif 000006
この式（５）から式（１）を引くと、以下の式（６）となり、式（７）を経て式（８）が得られる。
【数５】
2008278658.tif 000007
【００４６】
ここで、以下の式（９）に示すように、ΔV(x)は、|V(x)|より非常に小さいため、式（８）から式（１０）が得られる。
【数６】
2008278658.tif 000008
この式（１０）は、|V(x)|＜|V(0)|の場合（図５の場合）に、ΔV(x)＞ΔV(0)であることを意味している。
【００４７】
続いて、ＳＶＣ、ＳＣ、あるいはＳｈＲの無効電力制御により電圧を調整する場合の電圧変化について、図６を用いて説明する。図６は、配電線の始端から末端までの、ＳＶＣ、ＳＣ等の無効電力を調整する場合の電圧変化を示す図である。この図６は、配電線のｘ＝ｌの位置に設置された電圧調整機器による無効電力を調整する場合を示しており、（ａ）、（ｂ）は、無効電力調整量ΔＱが正の値の場合の無効電力Ｑの変化と電圧Ｖの変化、図６の（ｃ）、（ｄ）は、無効電力調整量ΔＱが負の値の場合の無効電力Ｑの変化と電圧変化、をそれぞれ示している。
【００４８】
ここで、例えばＳＶＣが配電線のｘ＝ｌの位置に設置されており、図６の（ａ）、（ｃ）に示すように、ＳＶＣはこのｌ点の無効電力負荷をΔＱだけ増加させることができるものとする。このとき、配電線の無効電力負荷分布は、図６の（ａ）、（ｃ）に示すように、０≦ｘ≦ｌの範囲でΔＱ増加し、ｌ＜ｘでは変化しないものとする。すなわち、配電線の無効電力負荷分布は、以下の式（１１）、式（１２）で表されるものとする。
【数７】
2008278658.tif 000009
【００４９】
前記の式（２）から、次の式（１３）が得られる。
【数８】
2008278658.tif 000010
この式（１３）から式（２）を引くと、以下の式（１４）が得られる。
【数９】
2008278658.tif 000011
【００５０】
以上のように、配電線の電圧調整機器の操作により変化する電圧を表し、各電圧調整機器の操作量を変数として、各電圧管理ノードの配電線電圧と予め定められた電圧目標値との差を最小化する問題は、例えば、以下の式（１５）を目的関数とし、式（１６）〜（２０）を制約条件とする最適化問題として解くことができる。また、表１は、これらの式（１５）〜（２０）のパラメータと変数を示している。
【００５１】
【数１０】
2008278658.tif 000012
【表１】
2008278658.tif 000013
【００５２】
この最適化問題において、電圧目標値としては、例えば、予め定められた基準電圧の上下限値の平均値を用いることができる。また、電圧初期値としては、例えば、入力手段１２により取り込んだ配電線電圧を用いることができる。
【００５３】
ステップＳ２０２で行う以上のような電圧・無効電力最適化演算は、近似した電力潮流方程式による計算であるため、図２に示すように、続くステップＳ２０３では、潮流分布計算手段１４によって、このステップＳ２０２の演算結果に基づき、詳細な潮流分布の計算を行う。本実施形態では、ステップＳ２０２の電圧・無効電力最適化演算とステップＳ２０３の潮流分布計算を、１回の繰り返し計算として、各回の繰り返し計算毎に、ステップＳ２０４で、収束判定手段１５によって、解が予め設定された収束条件を満たすか否か、すなわち、各電圧管理ノードの配電線電圧が収束したか否か、を判定する。
【００５４】
解が収束しない場合（ステップＳ２０４のＮＯ）は、ステップＳ２０３の潮流分布計算結果に基づいて電圧・無効電力最適化演算（ステップＳ２０２）を行い、さらにその演算結果に基づいてステップＳ２０３の潮流分布計算を行う、という繰り返し計算を継続する。
【００５５】
最終的に、解（各電圧管理ノードの配電線電圧）が収束した場合（ステップＳ２０４のＮＯ）は、ステップＳ２０５で、出力手段１６によって、収束した時点での各電圧調整機器の操作量を出力する。
【００５６】
このステップＳ２０５の処理は、先行する一連のステップＳ２０１〜Ｓ２０４の処理結果として得られた各ノードの電圧と各電圧調整機器の操作量を含む各種の演算結果・計算結果を、システム１０内の記憶手段１１に記憶すると共に、ディスプレイ画面、プリンタ、記憶装置などに出力する処理と、各電圧調整機器の操作量の指令を配電系統２０に伝送する処理を含む。ここで出力される各電圧調整機器の操作量は、前述したように、バンク変圧器、配電線に設置された柱上変圧器やＳＶＲ等のタップ調整を行う電圧調整機器についてはそのタップ調整量であり、また、進相コンデンサ（ＳＣ）、分路リアクトル（ＳｈＲ）や無効電力補償装置（ＳＶＣ）等の無効電力を調整する電圧調整機器についてはその無効電力出力調整量である。
【００５７】
配電線の負荷電流、電圧は常に変動し、しばしば配電系統の運用条件も変更されるため、需要断面、および配電系統構成などの運用条件の各断面毎に、図２に示すような一連の処理Ｓ２０１〜Ｓ２０５を行い、配電線の電圧を調整する。
【００５８】
［配電線電圧の最適化演算例］
次に、以上のような第１の実施形態の配電系統監視制御システムによる配電線電圧の最適化演算例について、図７と図８を用いて説明する。
【００５９】
まず、図７は、配電線に２台の自動電圧調整装置（ＳＶＲ１，ＳＶＲ２）と１台の進相コンデンサ（ＳＣ）が設置されている配電系統の一例とその電圧調整例を示しており、従来例として、ＳＶＲ１とＳＶＲ２のＬＤＣ制御により、負荷電流に応じてタップを自動調整して電圧調整を行った場合と、本実施例として、前述した最適化演算によって得られた最適解によって電圧調整を行った場合を比較して示している。図７においては、一例として、従来例（ＬＤＣ制御）におけるＳＶＲ１，ＳＶＲ２のタップがいずれも「６」、ＳＣが「入状態」であり、本実施例（最適解）におけるＳＶＲ１，ＳＶＲ２のタップがいずれも「５」、ＳＣが「入状態」である場合を示している。
【００６０】
図８は、図７に示す電圧調整の結果として得られる各電圧管理ノードの電圧値を示している。この図８から、本発明に係る前述した最適化演算で得られる最適解により電圧調整を行った場合には、負荷電流により制御を行うＬＤＣ制御を行った場合に比べて、配電線全体に亘って配電線電圧を目標電圧に近づける効果があることがわかる。
【００６１】
［効果］
以上のような第１の実施形態の配電系統監視制御システムによれば、次のような効果が得られる。
【００６２】
すなわち、本実施形態は、各電圧調整機器の状態データ、配電線負荷電流、および配電線電圧に基づき、各電圧調整機器の操作量を変数とし、これら機器の操作量による電圧変化量を制約条件に、各電圧管理ノードの配電線電圧と電圧目標値との差の二乗和を最小化するように混合整数二次計画問題を解く電圧・無効電力最適化演算を行うものである。このような電圧・無効電力最適化演算を行う本実施形態においては、常に変化する配電線の負荷電流や電圧の状況を示す詳細なデータに基づき、電圧調整機器の実際の操作による電圧調整機器相互の電圧の影響を的確に反映させた最適解を得ることができるため、各電圧調整機器の操作量を高精度に高速演算可能である。
【００６３】
そして、需要断面、および配電系統構成などの運用条件の各断面において、上記のデータの取り込み、電圧・無効電力最適化演算、および演算結果に応じた各電圧調整機器の操作量の出力を行うことにより、常に変化する配電線の負荷電流や電圧の状況に応じて、電圧調整機器相互の影響を的確に反映させた各電圧調整機器の操作量を高精度に高速演算して即時に出力可能である。
【００６４】
したがって、本実施形態によれば、需要断面、および配電系統構成などの運用条件の各断面において、配電線全体に亘って電圧を適正範囲に保持するように、常に変化する配電線の負荷電流や電圧の状況に応じて、電圧調整機器相互の影響を的確に反映させた各電圧調整機器の操作量を高精度に高速演算可能な、配電系統監視制御システムと方法を提供することができる。そして、高精度に高速演算された各電圧調整機器の操作量を迅速に出力することにより、配電線全体に亘って電圧を適正範囲に保持する有効な電圧制御を実現できる。なお、そのようなシステムと方法をコンピュータハードウェアにより実現するために特化されたコンピュータプログラム単体もまた、本発明の一つの態様である。
【００６５】
さらに、本実施形態においては、電圧・無効電力最適化演算と潮流分布計算を繰り返して配電線電圧を収束させる演算アルゴリズムを用いることにより、電圧調整機器の操作による機器相互の電圧の影響をより的確に反映させた最適解を得ることができるため、各電圧調整機器の操作量をより高精度に演算可能である。
【００６６】
また、本実施形態においては、このように高精度かつ高速に演算した各電圧調整機器の操作量の指令を配電系統に自動的に伝送することにより、配電線全体に亘って電圧を適正範囲に保持する有効な電圧制御を迅速かつ自動的に実現できる。
【００６７】
そしてまた、本実施形態においては、システム内の処理結果として得られた各ノードの電圧と各電圧調整機器の操作量を含む各種の演算結果・計算結果を、ディスプレイ画面、プリンタ、記憶装置などに出力することにより、現時点での配電線の負荷電流や電圧の状況、それに応じた各電圧調整機器の操作量とその操作後の電圧や潮流分布の状況等の有用な情報の関係者に対する迅速な通知や、記憶装置へのデータ蓄積等が可能となる。そのため、関係者は、これらの有用な情報を即時的かつ正確に把握可能であり、また、記憶装置に蓄積されたデータを有効に活用可能である。
【００６８】
［第２の実施形態］
図９は、本発明を適用した第２の実施形態に係る配電系統監視制御システムの構成を示すブロック図である。この図９に示すように、本実施形態は、第１の実施形態の構成（図１）から潮流分布計算手段１４と収束判定手段１５を削除して、より簡素な構成としたものであり、他の構成は第１の実施形態と同様であるため、以下には、第１の実施形態と異なる本実施形態に特有の処理および作用効果のみ説明する。
【００６９】
図１０は、第２の実施形態の配電系統監視制御システム１０の処理手順の一例を示すフローチャートである。この図１０に示すように、本実施形態の処理手順においては、第１の実施形態の処理手順（図２）から、潮流分布計算と収束判定のステップＳ２０３，Ｓ２０４が削除されている。すなわち、本実施形態においては、ステップＳ２０２ａで、電圧・無効電力最適化演算手段１３により、近似した電力潮流方程式を用いた電圧・無効電力最適化演算を行った後、ステップＳ２０５ａで、出力手段１６により、その演算結果として得られた各電圧管理ノードの配電線電圧を近似解として、この近似解の時点での各電圧調整機器の操作量の組み合わせを出力する。
【００７０】
以上のような第２の実施形態の配電系統監視制御システムによれば、第１の実施形態と同様の効果に加えて、さらに次のような効果が得られる。すなわち、本実施形態においては、電圧・無効電力最適化演算と潮流分布計算を繰り返すことなく、電圧・無効電力最適化演算結果による演算結果をそのまま近似解として処理する演算アルゴリズムを用いることにより、各電圧調整機器の操作量をより高速に演算可能である。
【００７１】
［第３の実施形態］
図１１は、本発明を適用した第３の実施形態に係る配電系統監視制御システムの構成を示すブロック図である。この図１１に示すように、本実施形態は、第１の実施形態の構成（図１）における入力手段１２と電圧・無効電力最適化演算手段１３の間に、状態推定手段１７を追加したもので、他の構成は第１の実施形態と同様であるため、以下には、第１の実施形態と異なる本実施形態に特有の処理および作用効果のみ説明する。
【００７２】
図１２は、第３の実施形態の配電系統監視制御システム１０の処理手順の一例を示すフローチャートである。この図１２に示すように、本実施形態の処理手順においては、第１の実施形態の処理手順（図２）におけるデータ入力のステップＳ２０１の後に状態推定のステップＳ１００１が追加されており、このステップＳ１００１で、状態推定手段１７による状態推定計算が行われる。
【００７３】
すなわち、電圧・無効電力最適化演算に必要なノードの配電線電圧は、計測器の設置場所やデータの伝送、計測の条件などから収集できない場合があるが、本実施形態の状態推定計算は、このような場合に対処するものである。すなわち、ステップＳ１００１で、状態推定手段１７は、配電線より取り込んだ配電線負荷電流と収集できたノードの配電線電圧に基づいて、収集できなかった電圧管理ノードの配電線電圧を算出する状態推定計算を行う。このような状態推定計算は、潮流計算を用いた既存の方法（例えば、非特許文献３、特許文献２参照）により容易に実現可能である。
【００７４】
続く電圧・無効電力最適化演算のステップＳ２０２ｂでは、電圧・無効電力最適化演算手段１３により、パラメータであるノードの初期値と、ステップＳ１００１の状態推定計算結果に基づき、電圧・無効電力最適化演算を行う。
【００７５】
以上のような第３の実施形態の配電系統監視制御システムによれば、第１の実施形態と同様の効果に加えて、さらに次のような効果が得られる。すなわち、演算に必要なノードの配電線電圧が収集できない場合でも、収集可能なデータから算出したノード電圧値を用いて電圧・無効電力最適化演算を行うことができるため、より信頼性の高い配電系統監視制御システムと方法を提供することができる。そして、高精度に高速演算された各電圧調整機器の操作量を迅速かつ確実に出力できるため、配電線全体に亘って電圧を適正範囲に保持する有効な電圧制御を確実に実現できる。
【００７６】
［第４の実施形態］
本発明を適用した第４の実施形態に係る配電系統監視制御システムは、第１の実施形態と同様の構成および処理手順を有する変形例であり、第１の実施形態と異なるのは、電圧・無効電力最適化演算手段１３（図１）による電圧・無効電力最適化演算（図２のステップＳ２０２）の内容を若干変更した点のみであるため、以下には、第１の実施形態と異なる本実施形態に特有の電圧・無効電力最適化演算および作用効果のみ説明する。
【００７７】
本実施形態において、電圧・無効電力最適化演算手段１３による電圧・無効電力最適化演算は、電圧調整機器の操作量を最小とするように解を求める。このような電圧・無効電力最適化演算は、図２のステップＳ２０２の電圧・無効電力最適化演算に関する説明として前述した式（１５）の目的関数の代わりに、例えば、次の式（２１）を目的関数とし、前記式（１６）〜（２０）を制約条件とする最適化問題として解くことができる。
【数１１】
2008278658.tif 000014
【００７８】
以上のような第４の実施形態の配電系統監視制御システムによれば、第１の実施形態と同様の効果に加えて、さらに次のような効果が得られる。すなわち、電圧・無効電力最適化演算において、電圧調整機器の操作量を最小とするように解を求めることにより、電圧調整機器の調整によって電圧が大きく変動したり、みだりに操作が行われたりする等の不都合を防止できるため、より電圧安定性の高い配電系統監視制御システムと方法を提供することができる。そして、高精度に高速演算された各電圧調整機器の最小限の操作量を迅速かつ確実に出力できるため、配電線全体に亘って電圧を適正範囲に保持する有効かつ安定した電圧制御を実現できる。
【００７９】
［他の実施形態］
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で他にも多種多様な変形例が実施可能である。すなわち、図面に示したシステム構成は機能構成の一例にすぎず、具体的なハードウェア構成およびソフトウェア構成は適宜選択可能である。また、図面に示した配電系統の配電線接続構成や設置される電圧調整機器の種類や数、設置箇所等もまた一例にすぎず、本発明の適用対象となる具体的な配電系統の配電線接続構成や設置される電圧調整機器の種類や数、設置箇所等は、何ら制限されない。すなわち、本発明は、各種の構成を有する配電系統に同様に適用可能であり、同様に優れた効果が得られるものである。
【００８０】
また、前記実施形態においては、各電圧調整機器の操作量の指令を配電系統に自動的に伝送する場合について説明したが、ディスプレイ画面等により各電圧調整機器の操作量を関係者に通知して、画面上のＯＫボタンの押し下げなどによる関係者の確認を得た時点で配電系統に伝送するように構成してもよい。このような処理を行う場合には、さらに、通知後の所定時間内に確認が得られなかった時点で配電系統に自動的に伝送するなどの処理を加えることにより、関係者が迅速に対応できない場合でも、各電圧調整機器を確実に操作して有効な電圧制御を確実に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明を適用した第１の実施形態に係る配電系統監視制御システムの構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態の配電系統監視制御システムの処理手順の一例を示すフローチャート。
【図３】第１の実施形態で使用する演算アルゴリズムの一例を説明するために、複数の電圧調整機器が接続された配電系統の一例を示す図。
【図４】第１の実施形態で使用する演算アルゴリズムの一例を説明するために、配電線を簡略化して抵抗とリアクタンスの直列回路で表した図。
【図５】第１の実施形態で使用する演算アルゴリズムの一例を説明するために、配電線の始端から末端までの電圧調整機器のタップ調整操作による電圧変化を示す図。
【図６】第１の実施形態で使用する演算アルゴリズムの一例を説明するために、配電線の始端から末端までの電圧調整機器の無効電力調整による電圧変化を示す図。
【図７】第１の実施形態の配電系統監視制御システムによる配電線電圧の最適化演算例において、配電系統の一例とその電圧調整例を示す図。
【図８】第１の実施形態の配電系統監視制御システムによる配電線電圧の最適化演算例において、図７に示す電圧調整の結果として得られる各電圧管理ノードの電圧値を示す図。
【図９】本発明を適用した第２の実施形態に係る配電系統監視制御システムの構成を示すブロック図。
【図１０】第２の実施形態の配電系統監視制御システムの処理手順の一例を示すフローチャート。
【図１１】本発明を適用した第３の実施形態に係る配電系統監視制御システムの構成を示すブロック図。
【図１２】第３の実施形態の配電系統監視制御システムの処理手順の一例を示すフローチャート。
【図１３】従来の配電系統の構成例を示す図。
【図１４】従来の配電自動化システムの構成例を示す概念図。
【符号の説明】
【００８２】
１０…配電系統監視制御システム
１１…記憶手段
１２…入力手段
１３…電圧・無効電力最適化演算手段
１４…潮流分布計算手段
１５…収束判定手段
１６…出力手段
１７…状態推定手段
２０…配電系統
【図１】
2008278658.tif 000015
【図２】
2008278658.tif 000016
【図３】
2008278658.tif 000017
【図４】
2008278658.tif 000018
【図５】
2008278658.tif 000019
【図６】
2008278658.tif 000020
【図７】
2008278658.tif 000021
【図８】
2008278658.tif 000022
【図９】
2008278658.tif 000023
【図１０】
2008278658.tif 000024
【図１１】
2008278658.tif 000025
【図１２】
2008278658.tif 000026
【図１３】
2008278658.tif 000027
【図１４】
2008278658.tif 000028