(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散型発電を伴う配電系統(ＰＤＳ)における動的状態推定(ＤＳＥ)のための方法であって、
前記ＰＤＳの各バス上での現在の時間間隔における電力注入から今後の時間間隔における電力注入への遷移を通して、前記ＰＤＳの前記現在の時間間隔における状態から前記ＰＤＳの前記今後の時間間隔における状態への遷移を定義する間接状態遷移モデルを介して前記ＰＤＳの前記現在の時間間隔における状態から前記ＰＤＳの前記今後の時間間隔における状態を決定することであって、前記今後の時間間隔における状態は、前記ＰＤＳ内の測定用バスを含む、ＰＤＳ内の前記バスに関する電力潮流、電力注入、電圧振幅及び位相角の推定値を規定するものと、
前記ＰＤＳの前記測定用バス上で電力潮流、電力注入、電圧振幅及び位相角のうちの１つ又は組み合わせを測定することと、
前記電力潮流、前記電力注入、前記電圧振幅及び前記位相角の推定された推定電力潮流、推定電力注入、推定電圧振幅及び推定位相角のうちの１つ又は組み合わせと、前記電力潮流、前記電力注入、前記電圧振幅及び前記位相角の測定された被測定電力潮流、被測定電力注入、被測定電圧振幅及び被測定位相角との間の対応する差に基づいて、前記ＰＤＳの前記今後の時間間隔における状態を更新することと、
を含み、該方法の少なくとも幾つかのステップはプロセッサによって実行される、方法。
【請求項２】
前記今後の時間間隔における状態を決定することは、
前記ＰＤＳの前記現在の時間間隔における状態を前記ＰＤＳの各バス上の前記現在の時間間隔における電力注入に変換することと、
前記電力注入のレベル及び傾向を用いて、前記現在の時間間隔における電力注入から前記ＰＤＳの各バス上の前記今後の時間間隔における電力注入を求めることと、
前記今後の時間間隔における電力注入を前記ＰＤＳの前記今後の時間間隔における状態に変換することと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＰＤＳ内の発電の履歴情報と、前記ＰＤＳ内の前記発電の前記現在の時間間隔における測定値とのうちの１つ又は組み合わせに基づいて前記現在の時間間隔における発電を求めることと、
前記ＰＤＳ内の負荷需要の履歴情報と、前記ＰＤＳ内の前記負荷需要の前記現在の時間間隔における測定値とのうちの１つ又は組み合わせに基づいて前記現在の時間間隔における負荷需要を求めることと、
前記現在の時間間隔における発電と前記現在の時間間隔における負荷需要との間の差として前記現在の時間間隔における電力注入を求めることと、
を更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
バスの相に関する前記現在の時間間隔における電力注入が
【数１】
0006635954.tif 000057
に従って、前記バス及び前記相における等価発電から前記バス及び前記相における等価負荷需要を引いたものとして求められ、ただし、Ｓｉ，ｘは前記バスｉの前記相ｘにおける前記現在の時間間隔における電力注入であり、
【数２】
0006635954.tif 000058
は前記バスｉの前記相ｘにおける等価発電であり、
【数３】
0006635954.tif 000059
は前記バスｉの前記相ｘにおける等価負荷需要であり、前記現在の時間間隔における電力注入は、前記バスｉ及び前記相ｘにおける有効電力注入成分及び無効電力注入成分のうちの１つ又は組み合わせである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記
【数４】
0006635954.tif 000060
は、
【数５】
0006635954.tif 000061
に従って前記バスｉにおける対応するＹ結線及びΔ結線発電によって求められ、ただし、それぞれ、
【数６】
0006635954.tif 000062
は前記相ｘにおけるＹ結線発電の発電出力であり、
【数７】
0006635954.tif 000063
は前記相ｘと相ｙとの間の前記Δ結線発電の発電出力であり、
【数８】
0006635954.tif 000064
は相ｚと前記相ｘとの間の前記Δ結線発電の発電出力であり、
【数９】
0006635954.tif 000065
は異なる相におけるΔ結線発電のための変換係数であり、前記発電出力が有効電力である場合には、
【数１０】
0006635954.tif 000066
に従って、前記発電出力が無効電力である場合には、
【数１１】
0006635954.tif 000067
に従って、発電の定格力率ｃｏｓφＧに基づいて規定され、
【数１２】
0006635954.tif 000068
は、
【数１３】
0006635954.tif 000069
に従って、前記バスｉにおける対応するＹ結線負荷及びΔ結線負荷によって求められ、ただし、それぞれ
【数１４】
0006635954.tif 000070
は前記相ｘにおけるＹ結線負荷の負荷需要であり、
【数１５】
0006635954.tif 000071
は前記相ｘと相ｙとの間のΔ結線負荷の負荷需要であり、
【数１６】
0006635954.tif 000072
は相ｚと前記相ｘとの間のΔ結線負荷の負荷需要であり、
【数１７】
0006635954.tif 000073
はΔ結線負荷のための変換係数であり、前記負荷需要が有効電力である場合には、
【数１８】
0006635954.tif 000074
に従って、前記負荷需要が無効電力である場合には、
【数１９】
0006635954.tif 000075
に従って、負荷定格力率ｃｏｓφＤに基づいて規定される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記現在の時間間隔における電力注入、前記電力注入の前記レベルの先行する値、及び前記電力注入の先行する傾向の関数として、前記電力注入の前記レベル及び前記電力注入の前記傾向を求めることと、
前記電力注入の前記レベル及び前記電力注入の前記傾向の組み合わせとして前記現在の時間間隔における電力注入を求めることと、
を更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
【数２０】
0006635954.tif 000076
に従って、時間間隔ｋにおけるサンプル状態ｌごとの前記電力注入
【数２１】
0006635954.tif 000077
を求め、ただし、
【数２２】
0006635954.tif 000078
は時間間隔(ｋ−１)におけるサンプル状態ｌに対応する電力注入の前記レベル及び前記傾向であり、Ｌ(ｋ−２)及びＴ(ｋ−２)は時間間隔(ｋ−２)における実際の状態に対応する電力注入の前記レベル及び前記傾向であり、αｆ及びβｆは前記レベル及び前記傾向のための平滑化係数である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ＰＤＳ内の予測又は被測定発電及び負荷需要に基づいて前記電力注入の前記レベル及び前記電力注入の前記傾向を更新することを更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
【数２３】
0006635954.tif 000079
に従って入手可能な時間間隔ｋにおける前記被測定発電又は予測発電及び負荷需要に基づいて、時間間隔ｋにおける実際の電力注入の前記レベルＬ(ｋ)及び実際の電力注入の前記傾向Ｔ(ｋ)を更新し、ただし、Ｌ(ｋ−１)及びＴ(ｋ−１)は時間間隔(ｋ−１)における実際の状態に対応する電力注入の前記レベル及び前記傾向である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記更新することは、無香カルマンフィルターを用いて実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記今後の時間間隔における状態は、各バスの相ごとの前記今後の時間間隔における状態の値の分布を含み、前記更新することは、
各バスの相ごとの前記今後の時間間隔における状態の値の前記分布の予測平均ベクトルｘ−(ｋ)及び予測共分散行列Ｐ−(ｋ)を求めることと、
電力潮流、電力注入、電圧振幅及び位相角の測定値ｙ(ｋ)を用いて前記予測平均ベクトルｘ−(ｋ)及び前記予測共分散行列Ｐ−(ｋ)を補正して、推定平均ベクトル
【数２４】
0006635954.tif 000080
及び推定共分散行列Ｐ(ｋ)を生成することと、
推定平均ベクトル
【数２５】
0006635954.tif 000081
及び推定共分散行列Ｐ(ｋ)に従って、前記今後の時間間隔における状態を更新することと、
を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
【数２６】
0006635954.tif 000082
に従って、前記推定平均ベクトル
【数２７】
0006635954.tif 000083
及び前記推定共分散行列Ｐ(ｋ)が求められ、ただし、
【数２８】
0006635954.tif 000084
であり、ｎＳは状態変数の数であり、αＳ及びκはサンプル点の周囲への広がりを決定するパラメーターであり、βＳは状態変数の前記分布の予備知識を組み込むためのパラメーターであり、ｈ(・)は測定値を後続の状態の変数に関連付ける測定モデルであり、Ｒ(ｋ)は時間間隔ｋにおける測定雑音の共分散行列であり、Ｑ(ｋ−１)は時間間隔(ｋ−１)における状態雑音の共分散行列であり、Ｋ(ｋ)は時間間隔ｋにおけるカルマン利得であり、
【数２９】
0006635954.tif 000085
は時間間隔(ｋ−１)におけるサンプル状態ｌから間接状態遷移モデルを用いて求められた間隔ｋにおける予測サンプル状態ｌであり、ｘｌ(ｋ−１)は、時間間隔(ｋ−１)における推定平均
【数３０】
0006635954.tif 000086
及び推定共分散Ｐ(ｋ−１)に従って規定され、
【数３１】
0006635954.tif 000087
である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ＰＤＳの前記今後の時間間隔における状態から前記バス上の電圧を求めることと、
前記バス上の前記電圧を所定のレベルに向かって昇降させるために前記ＰＤＳの電圧調整デバイスを制御することと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ＰＤＳの前記今後の時間間隔における状態から前記バス上の電圧を求めることと、
前記ＰＤＳ内の発電及び負荷需要のうちの１つ又は組み合わせを制御することと、
を更に含み、前記制御することは、前記バス上の電圧が第１のしきい値より小さいときに、バスへの有効電力注入又は無効電力注入を調整することと、前記バス上の電圧が第２のしきい値より大きいときに、前記バスへの前記有効電力注入又は前記無効電力注入を調整することと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ＰＤＳの前記今後の時間間隔における状態から前記バス上の電圧を求めることと、
ＰＤＳ制御システムのディスプレイ上に前記ＰＤＳのバスごとの電圧位相角及び振幅を表示することと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
分散型再生可能発電を伴う配電系統(ＰＤＳ)における動的状態推定(ＤＳＥ)のための方法であって、
前記ＰＤＳの各バス上での現在の時間間隔における電力注入から今後の時間間隔における電力注入への遷移を通して、前記ＰＤＳの前記現在の時間間隔における状態から前記ＰＤＳの前記今後の時間間隔における状態への遷移を定義する間接状態遷移モデルを決定することと、
前記現在の時間間隔における電力注入のレベル及び前記現在の時間間隔における電力注入の傾向を用いて前記現在の時間間隔における電力注入から前記今後の時間間隔における電力注入への遷移を決定することと、
前記今後の時間間隔における電力注入から前記ＰＤＳの前記今後の時間間隔における状態を決定することと、
前記今後の時間間隔における状態に対応する今後の時間間隔における電力潮流、今後の時間間隔における電力注入、今後の時間間隔における電圧振幅及び今後の時間間隔における位相角と、前記ＰＤＳ内の少なくとも幾つかのバスに関する電力潮流、電力注入、電圧振幅及び位相角の測定値との間の対応する差に基づいて、前記ＰＤＳの前記今後の時間間隔における状態を更新することと、
を含み、該方法の少なくとも幾つかのステップはプロセッサによって実行される、方法。
【請求項１７】
配電系統(ＰＤＳ)の制御システムであって、
前記ＰＤＳの現在の時間間隔における状態と、前記ＰＤＳの各バス上での前記現在の時間間隔における電力注入から今後の時間間隔における電力注入への遷移を通して、前記ＰＤＳの前記現在の時間間隔における状態から前記ＰＤＳの前記今後の時間間隔における状態への遷移を定義する間接状態遷移モデルとを記憶するメモリと、
前記ＰＤＳ内の測定用バスに配置され、前記ＰＤＳ内の前記測定用バス上の電力潮流、電力注入、電圧振幅及び位相角のうちの１つ又は組み合わせを測定する１組のセンサーと、
前記間接状態遷移モデルを介して前記ＰＤＳの前記現在の時間間隔における状態から前記ＰＤＳの前記今後の時間間隔における状態を決定し、前記今後の時間間隔における状態に対応する前記今後の時間間隔における電力潮流、前記今後の時間間隔における電力注入、前記今後の時間間隔における電圧振幅及び前記今後の時間間隔における位相角と、前記ＰＤＳ内の少なくとも幾つかのバスに関する電力潮流、電力注入、電圧振幅及び位相角の測定値との間の対応する差の１つ又は組み合わせ間の対応する差に基づいて、無香カルマンフィルターを用いて、前記ＰＤＳの前記今後の時間間隔における状態を更新するプロセッサと、
を備える、制御システム。
【請求項１８】
前記メモリは、
前記ＰＤＳの前記状態から前記ＰＤＳの各バス上の前記電力注入に変換することと、
前記電力注入のレベル及び傾向を用いて、前記電力注入から前記ＰＤＳの各バス上の前記今後の時間間隔における電力注入を求めることと、
前記今後の時間間隔における電力注入を前記ＰＤＳの前記今後の時間間隔における状態に変換することと、
によって、前記今後の時間間隔における状態を決定するように前記プロセッサを構成する１組の命令を記憶する、請求項１７に記載の制御システム。
【請求項１９】
ディスプレイを更に備え、該プロセッサは、前記ＰＤＳの前記今後の時間間隔における状態から前記バス上の電圧を求め、前記制御システムの前記ディスプレイ上に前記ＰＤＳのバスごとの電圧位相角及び振幅を表示する、請求項１７に記載の制御システム。
【請求項２０】
電圧調整デバイスを更に備え、前記プロセッサは、前記ＰＤＳの前記今後の時間間隔における状態から前記バス上の電圧を求め、前記バス上の前記電圧を所定のレベルに向かって昇降させるように、前記ＰＤＳの前記電圧調整デバイスを制御する、請求項１７に記載の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は配電系統に関し、より具体的には、配電系統のための動的状態推定に関する。
【背景技術】
【０００２】
正確な状態推定は配電系統の安全動作条件を維持する上で不可欠な要素であり、経済的な配分及び最適な電力潮流問題のような制御機能のための入力としての役割を果たす。状態推定は２つのカテゴリに分けることができ、１つは静的状態推定であり、もう１つは動的状態推定である。
【０００３】
静的状態推定では、システム状態は、現時点のスナップショットからの測定値のみを用いて推測される。動的状態推定の背後にある動機は、現在の測定値に加えて、先行する測定値からの情報も用いて、改善された推定を行うことである。動的状態推定は、実際の配電系統に関する大規模な非線形状態推定問題である。動的状態推定の解決策の精度及び効率は、そのリアルタイムの適用例を成功させるのに重要な役割を担う。
【０００４】
例えば、特許文献１において記載されている方法は、無香カルマンフィルター(ＵＫＦ)に基づく電力系統のための動的状態推定方法を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】中国特許第１０１６１５７９４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、その方法は、利用可能にすべき測定モデルに加えて、状態遷移モデルを必要とする。実際の電力系統のための明確な状態遷移モデルを習得することが実現不可能であることに起因して、指数平滑化法に基づく手法を用いて、バスごとに状態遷移モデルを当てはめていた。しかしながら、状態遷移モデルを当てはめることは、物理的意味を欠いているという難点があり、異なるバスの状態間の依存性を無視する。それゆえ、この状態遷移モデルを使用したＵＫＦは、実際の配電系統のような複雑な電力系統の場合に十分に正確な推定結果を与えない場合がある。
【０００７】
したがって、配電系統の動的状態推定のためのシステム及び方法が依然として必要とされている。
【０００８】
この発明の幾つかの実施の形態の目的は、配電系統の動的状態推定のためのシステム及び方法を提供することである。この発明の一実施の形態の別の目的は、分散型発電を伴う配電系統の動的状態推定のために適している、そのような動的状態推定のための方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の幾つかの実施の形態は、配電系統の状態の変化が、電力注入、すなわち、バスにおける発電機の電力出力と、バスにおける負荷の電力消費量との間の差によって実際に引き起こされるという理解に基づく。そのために、幾つかの実施の形態は、異なるバスの状態間の依存性を無視する状態遷移モデルとは対照的に、間接状態遷移モデルを用いて、配電系統の動的状態推定を実現する。
【００１０】
間接状態遷移モデルは、配電系統の各バス上での電力注入から新たな電力注入への遷移を通して、配電系統の１つの状態から配電系統の新たな状態への遷移を定義する。幾つかの実施の形態は、状態は最初に、電力注入式を使用することによって電力注入に変換され、電力注入は電流注入遷移モデルに基づいて新たな電力注入に変換され、新たな電力注入は、電力潮流解法を実行することによって新たな状態に更に変換される。
【００１１】
状態変化に比べて、バス電力注入の変化は追跡及び解析しやすく、更に重要なことに、バス電力注入は互いに独立している。動的状態推定のための各測定更新間の相対的に短い時間間隔(例えば、数分以内)を考えるとき、電力注入は、例えば、時系列を用いて、又は指数平滑法のような回帰法を用いて、その履歴データに基づいて予測することができる。
【００１２】
したがって、この発明の一実施の形態は、分散型発電を伴う配電系統(ＰＤＳ)における動的状態推定(ＤＳＥ)のための方法を開示する。本方法は、ＰＤＳの各バス上での現在の電力注入から新たな電力注入への遷移を通して、ＰＤＳの現在の状態からＰＤＳの新たな状態への遷移を定義する間接状態遷移モデルを介してＰＤＳの現在の状態からＰＤＳの新たな状態を決定することであって、新たな状態は、ＰＤＳ内の測定用バスを含む、ＰＤＳ内のバスに関する電力潮流、電力注入、電圧振幅及び位相角の推定値を規定することと、ＰＤＳの測定用バス上で電力潮流、電力注入、電圧振幅及び位相角のうちの１つ又は組み合わせを測定することと、推定電力潮流、推定電力注入、推定電圧振幅及び推定位相角のうちの１つ又は組み合わせと、被測定電力潮流、被測定電力注入、被測定電圧振幅及び被測定位相角との間の対応する差に基づいて、ＰＤＳの新たな状態を更新することとを含む。本方法の少なくとも幾つかのステップはプロセッサによって実行される。
【００１３】
この発明の別の実施の形態は、分散型再生可能発電を伴う配電系統(ＰＤＳ)における動的状態推定(ＤＳＥ)のための方法を開示する。本方法は、ＰＤＳの各バス上での現在の電力注入から新たな電力注入への遷移を通して、ＰＤＳの現在の状態からＰＤＳの新たな状態への遷移を定義する間接状態遷移モデルを決定することと、現在の電力注入のレベル及び現在の電力注入の傾向を用いて現在の電力注入から新たな電力注入への遷移を決定することと、新たな電力注入からＰＤＳの新たな状態を決定することと、新たな状態に対応する新たな電力潮流、新たな電力注入、新たな電圧振幅及び新たな位相角と、ＰＤＳ内の少なくとも幾つかのバスに関する電力潮流、電力注入、電圧振幅及び位相角の測定値との間の対応する差に基づいて、ＰＤＳの新たな状態を更新することとを含む。本方法の少なくとも幾つかのステップはプロセッサによって実行される。
【００１４】
更に別の実施の形態は、配電系統の制御システム(ＰＤＳ)であって、
ＰＤＳの現在の状態と、ＰＤＳの各バス上での現在の電力注入から新たな電力注入への遷移を通して、ＰＤＳの現在の状態からＰＤＳの新たな状態への遷移を定義する間接状態遷移モデルとを記憶するメモリと、
ＰＤＳ内の測定用バスに配置され、ＰＤＳ内の測定用バス上の電力潮流、電力注入、電圧振幅及び位相角のうちの１つ又は組み合わせを測定する１組のセンサーと、
間接状態遷移モデルを介してＰＤＳの現在の状態からＰＤＳの新たな状態を決定し、新たな状態に対応する新たな電力潮流、新たな電力注入、新たな電圧振幅及び新たな位相角と、ＰＤＳ内の少なくとも幾つかのバスに関する電力潮流、電力注入、電圧振幅及び位相角の測定値との間の対応する差の１つ又は組み合わせ間の対応する差に基づいて、無香カルマンフィルターを用いて、ＰＤＳの新たな状態を更新するプロセッサと、
を備える、システム。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】この発明の幾つかの実施の形態による、直接状態遷移モデルから間接状態遷移モデルへの変換の概略図である。
【図１Ｂ】この発明の一実施の形態による、配電系統(ＰＤＳ)における動的状態推定(ＤＳＥ)のための方法のブロック図である。
【図２Ａ】この発明の幾つかの実施の形態による、ＰＤＳの制御システムの概略図である。
【図２Ｂ】この発明の一実施の形態に従って制御される例示的なＰＤＳの概略図である。
【図３】この発明の幾つかの実施の形態の原理に従って制御される三相ＰＤＳの一例を示す図である。
【図４Ａ】この発明の幾つかの実施の形態による、配電系統のバス上の現在の電力注入を決定する概略図である。
【図４Ｂ】この発明の一実施の形態による、ＰＤＳのバス上の現在の電力注入を決定するための方法のブロック図である。
【図４Ｃ】この発明の一実施の形態の電力注入遷移モデルに従って新たな電力注入を決定するための方法の概略図である。
【図５】この発明の幾つかの実施の形態による、任意の時間間隔ｋにおける配電系統の動的状態推定のための方法に関するフローチャートである。
【図６】この発明の幾つかの実施の形態による、並列実施態様を使用する計算加速の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
間接状態遷移モデル
配電系統の状態は、各バス上の相電圧の振幅及び位相角によって記述することができる。状態は通常、直接、かつ完全に測定されることはなく、入手可能な測定値に基づいて推定されなければならない。配電系統の場合に一般的に使用される測定値タイプは、分岐上の有効及び無効相電力潮流、バス上の有効及び無効相電力注入、バス上の相電圧の振幅、及びバスの相電圧の位相角を含む。
【００１７】
配電系統の動的状態推定は、以下に記述されるような状態遷移モデル及び測定モデルに基づく。
【００１８】
【数１】
0006635954.tif 000002
【００１９】
ただし、ｘ(ｋ)及びｙ(ｋ)は時間間隔ｋにおける状態ベクトル及び測定ベクトルであり、ｑ(ｋ)及びｒ(ｋ)は時間間隔ｋにおける状態及び測定のためのガウス雑音ベクトルであり、０平均の乱数及び無相関共分散行列、それぞれＱ(ｋ)及びＲ(ｋ)としてモデル化され、ｆ(・)及びｈ(・)はそれぞれ状態遷移式及び測定式である。
【００２０】
配電系統の場合、測定モデルは通常、状態変数に関する１組の非線形方程式として記述される。バス電力注入を例にとると、電力注入は、
【００２１】
【数２】
0006635954.tif 000003
【００２２】
に従ってバス電圧に関連付けることができる。ただし、Ｐｉ，ｘ及びＱｉ，ｘはバスｉ及び相ｘにおける有効及び無効電力注入である。ＢＵＳはシステム内の１組のバスであり、ＰＨｉは、バスｉにおける１組の相であり、Ｖｉ，ｘ及びθｉ，ｘは相ｘにおけるバスｉの電圧及び位相角であり、Ｖｊ，ｙ及びθｊ，ｙは相ｙにおけるバスｊの電圧及び位相角であり、
【００２３】
【数３】
0006635954.tif 000004
【００２４】
はバスｉ及び相ｘに対応する行、及びバスｊ及び相ｙに対応する列におけるシステムアドミタンス行列の要素である。システムアドミタンス行列ＹＳＹＳは、システム内のデバイス接続と、デバイスごとの対応する分岐アドミタンス行列とに従って決定することができる。システム内の全てのバスに対する１組の電力注入式は通常、電力潮流式と呼ばれる。電力潮流を解くことは、電力注入が与えられるときに電圧振幅及び位相角を求めることを指している。
【００２５】
同様に、２端子デバイスにおける相電力潮流は、以下のように２つの終端バスにおける相電圧に関連付けることができる。
【００２６】
【数４】
0006635954.tif 000005
【００２７】
ただし、Ｐｉｊ，ｘ及びＱｉｊ，ｘ、並びにＰｊｉ，ｘ及びＱｊｉ，ｘはそれぞれ、分岐の相ｘにおいて、バスｉからバスｊに向かって流れる有効及び無効電力、並びにバスｊからバスｉに向かって流れる有効及び無効電力であり、Ｖｊ，ｘ及びθｊ，ｘは相ｘにおけるバスｊの電圧及び位相角であり、ＰＨｉｊはバスｉとバスｊとの間のデバイスのための１組の通電相であり、
【００２８】
【数５】
0006635954.tif 000006
【００２９】
はデバイスための分岐アドミタンス行列の要素であり、ＹＡＣ−ｉｊは下付き文字によって与えられる行及び列にあり、最初の２つは行の対応するバス及び相を与え、最後の２つは列の対応するバス及び相を与える。分岐アドミタンス行列ＹＡＣ−ｉｊは、分岐における終端バスの各相における注入される電流と電圧との間の関係を規定するために使用される。その行列は正方行列であり、その行のサイズは分岐の利用可能な相の全数の２倍に等しい。分岐アドミタンス行列の定式化は、異なるタイプのデバイスの場合に異なることができる。線分の場合、その分岐アドミタンス行列は、その直列インピーダンスと、そのシャントアドミタンスとによって定義される。変圧器の場合、そのアドミタンス行列は、その巻線接続と、タップ位置と、インピーダンスとによって定義される。
【００３０】
直接状態遷移モデルがわかっている場合には、配電系統のための動的状態推定は、無香カルマンフィルターのような、非線形状態推定法を用いて実現することができる。非線形状態推定を取り扱う能力に起因して、本特許では無香カルマンフィルター技法が使用される。しかしながら、複雑な配電系統の場合、その技法は、明確な状態式を得るのに現実的ではなく、容易でもない。
【００３１】
図１Ａは、この発明の幾つかの実施の形態による、直接状態遷移モデル１０５から間接状態遷移モデル１２０への変換１１５の概略図を示す。実施の形態は、状態の変化が、電力注入、すなわち、バスにおける発電機によって発電される電力と、バスにおける負荷によって消費される電力との間の差によって実際に引き起こされるので、間接状態遷移モデルは、現在の電力注入から後続の電力注入への遷移を通して、現在の状態から後続の状態への遷移を定義できるというという認識に基づく。具体的には、間接状態遷移モデルは、ＰＤＳの状態を電力注入に変換し(１２２)、電力注入遷移モデルを用いて新たな電力注入を生成し(１２４)、新たな電力注入を新たな状態に変換する(１２６)。
【００３２】
間接状態遷移モデルは以下のように記述することができる。
【００３３】
【数６】
0006635954.tif 000007
【００３４】
ただし、ｓ(ｋ)及びｖ(ｋ)はそれぞれ、時間間隔ｋにおける相電力注入及びガウス雑音のベクトルであり、ｃ(・)は(３)において示されるような電力注入を状態式に関連付ける１組の式であり、ｇ(・)は次節において論じられる電力注入の遷移を記述する１組の式である。
【００３５】
間隔(ｋ−１)における状態が最初に、電力注入式(６)を使用することによって間隔(ｋ−１)における電力注入に変換され、その後、間隔ｋにおける電力注入が電力注入遷移モデル(７)に基づいて予測され、間隔ｋにおける電力注入が、電力潮流解法(８)を実行することによって間隔ｋにおける状態に更に変換される。
【００３６】
状態変化に比べて、バス電力注入の変化は追跡及び解析しやすく、更に重要なことに、バス電力注入は互いに独立している。それゆえ、考案された方法は、既存の手法より正確な結果をもたらすことが期待される。
【００３７】
図１Ｂは、この発明の一実施の形態による、分散型発電を伴う配電系統(ＰＤＳ)における動的状態推定(ＤＳＥ)のための方法のブロック図を示す。その方法は、間接状態遷移モデル１２０を介して、ＰＤＳの現在の状態１２５からＰＤＳの新たな状態１３５を決定する(１３０)。その後、新たな状態の推定値を用いて、ＰＤＳ内の測定用バスを含むＰＤＳ内のバスに関する電力潮流の推定値、電力注入の推定値、電圧振幅の推定値、位相角の推定値のような、ＰＤＳの異なるパラメーターの推定値を与える。本明細書において使用されるときに、ＰＤＳ内の測定用バスは、それらのバスにおいてシステムのパラメーターを測定することができるセンサーに関連付けられるバスである。
【００３８】
間接状態遷移モデル１２０は、ＰＤＳの各バスにおける現在の電力注入から新たな電力注入への遷移を通して、ＰＤＳの現在の状態からＰＤＳの新たな状態への遷移を規定する。例えば、間接状態遷移モデル１２０は、ＰＤＳの各バスにおいてＰＤＳの現在の状態を現在の電力注入に変換し(１２２)、電力注入のレベル及び傾向を用いて、電力注入からＰＤＳの各バスにおける新たな電力注入を特定し(１２４)、新たな電力注入をＰＤＳの新たな状態に変換する(１２６)。
【００３９】
また、その方法は、ＰＤＳ内の測定用バスにおいて電力潮流、電力注入、電圧振幅及び位相角のうちの１つ又は組み合わせを測定して(１４０)、測定値１４５を生成し、新たな状態１３５の推定電力潮流、推定電力注入、推定電圧振幅及び推定位相角のうちの１つ又は組み合わせと、被測定(１４５)電力潮流、被測定電力注入、被測定電圧振幅及び被測定位相角との間の対応する差に基づいて、ＰＤＳの新たな状態を更新する(１５０)。幾つかの実施の形態では、更新することは、カルマンフィルターを用いて実行される。
【００４０】
図２Ａは、この発明の幾つかの実施の形態による、配電系統(ＰＤＳ)の制御システム２００の概略図である。制御システムは、メモリ２５５、１組のセンサー２６５、プロセッサ２０１、及びディスプレイ／画面２７０のうちの１つ又は組み合わせを含むことができる。種々の実施の形態において、図１Ａ及び／又は図１Ｂの方法は、制御システム２００を用いて実現される。
【００４１】
例えば、１組のセンサー２６５は、分岐のための相電力潮流に関する測定値、バスのための相電力注入に関する測定値、バスのための相電圧振幅に関する測定値を与える遠隔測定ユニットを含むことができる。また、センサー２６５は、バスのための相電圧振幅及び角度を与える位相ベクトル測定ユニットも含むことができる。
【００４２】
幾つかの実施の形態では、プロセッサ２０１は３つの機能ブロック、すなわち、間接状態遷移モデルブロック１２０、測定モデルブロック２３５及び無香カルマンフィルターブロック２４０を含むことができる。データ受信、推定実行及び結果送信はプロセッサにおいて実施される。
【００４３】
また、システムは、画面又はディスプレイ２７０も含むことができる。幾つかの実施の形態では、状態推定の結果は、ディスプレイ２７０上に表示することができるか、又はシステムの内部又は外部に存在することができる異なるアプリケーションに提示することができる。例えば、それらの結果は、プロセッサ２０１に追加することができるリアルタイム監視及びセキュリティ解析アプリケーションに送ることができる。
【００４４】
メモリ２５５は、プロセッサ２０１内に実装することができ、及び／又はプロセッサ２０１の外部に存在することができる。幾つかの実施の形態では、メモリ２５５は、システムの以前の状態及び現在の状態、並びにシステムのパラメーターを記憶する。例えば、メモリ２５５は、ＰＤＳの現在の状態１２５と、間接状態遷移モデル１２０とを記憶することができる。それに加えて、又はその代わりに、メモリ２５５は、間接状態遷移モデル１２０を介して現在の状態から新たな状態を決定する、プロセッサ２０１への命令を記憶することができる。
【００４５】
同様に、メモリ２５５は、測定モデル２３５、及び／又は測定モデルを使用する方法に関するプロセッサ２０１への命令を記憶することができる。例えば、種々の実施の形態において、プロセッサ２０１は、測定値を状態変数に関連付ける測定モデルを用いて、新たな状態１３５に対応する新たな電力潮流、新たな電力注入、新たな電圧振幅、及び新たな位相角の推定値を求める。
【００４６】
図２Ｂは、この発明の一実施の形態に従って制御される例示的なＰＤＳの概略図を示す。従来の発電施設１１０が、風力タービンファーム２２０及び太陽電池アレイ２１０のような再生可能エネルギー源と同様に変電所１２５に結合される。図２Ｂは３つの発電形態を示すが、この発明が任意の発電形態又はエネルギー源に適用可能であることは当業者には認識されよう。実際には、この発明の幾つかの実施の形態は、その電力が送電系統の形態に適合する限り、電気車両において見られる場合があるような電池から分散型エネルギー系統に加えられる電力を同様に管理することができる。
【００４７】
各変電所１２５に関連付けられるのは、地域制御モジュール２２５である。地域制御モジュールは、その地域内の発電、配電及び消費を管理する。また、各地域に関連付けられるのは、工場又は大きな営利企業を表す工業／商業負荷２６０及び／又は住宅負荷２５０である。この発明の幾つかの実施の形態によれば、１つ又は複数のアプリケーションを使用する各地域制御モジュールが、その領域内の配電及び発電を管理するように動作可能である。
【００４８】
例えば、この発明の幾つかの実施の形態では、各地域制御モジュールは、対応する地域内に位置するエネルギー発生機と負荷との間でエネルギーを分配する独立した地域エネルギー事業者である。地域内の電気を制御することに加えて、地域エネルギー事業者は、電気の超過量を送電系統に供給することができるか、又は送電系統から必要とされる電気を消費することができる。例えば、１日のうちの時間帯、気象条件及びエネルギー生産及び消費に影響を及ぼす他の状況によっては、地域エネルギー事業者は、その地域のエネルギー発生機が地域内の負荷によって要求されるエネルギーより多くのエネルギーを生産するとき、エネルギー供給者である。代替的には、地域エネルギー事業者は、地域のエネルギー発生機が地域内の負荷によって要求されるエネルギーより少ないエネルギーを生産するとき、エネルギー消費者である。種々のエネルギー事業者が主送電系統２０５と相互接続される(破線で示される)。
【００４９】
幾つかの実施態様では、発電所１１０及び再生可能エネルギー源又は代替エネルギー源２２０のような発電エンティティ２１０は、局所制御モジュール２１５を介して、地域送電系統と接続する。局所制御モジュール２１５は、複数の電力供給者のそれぞれとの制御コマンド応答を標準化することができる。地域制御モジュール２２５に複数の発電エンティティのそれぞれからの標準化された応答を提供することによって、地域制御モジュールは、拡縮可能なように能動的に配電系統を管理することができる。地域制御モジュール２２５は更に、地域内の電気生産能力及び配電系統への制限を認識している。地域制御モジュール２２５は、電力供給者及び電力消費者に関するトポロジーと、自らの配電能力とを理解している。
【００５０】
各地域制御モジュール２２５は、例えば、ワイドエリアネットワーク２３０を介して、制御システム２７５に通信可能に結合される。ワイドエリアネットワークは、インターネット、又は遠隔地間でデータを通信する他の手段とすることができる。それに加えて、又はその代わりに、ローカルエリアネットワーク又はイントラネットを介して、制御システム２７５と地域制御モジュール２２５との間でデータを交換することができる。そのために、制御システム２７５は、ネットワーク２３０を介して制御システムと地域制御モジュール２２５との間でデータを交換するための送受信機２８０を含む。また、制御システム２７５は、送電系統を通り抜ける電気量のバランスをとる１つ又は幾つかのプロセッサ２８５及び２９０を含む。
【００５１】
制御システム２７５は、その制御下で、幾つかの地域制御モジュール２２５と電力供給者とのやりとりを管理するように動作可能である。上記で説明されたように、適用可能なアプリケーションを使用する各地域制御モジュール２２５は、その制御範囲内で電力消費者と電力供給者とを動的に管理することができる。地域制御モジュール２２５によって管理される特定の地域内の需要(有効電力又は無効電力)が増加又は減少するのに応じて、地域制御モジュール２２５は、特定の地域内の発電を補償するように作用する必要がある。そのために、地域制御モジュール２２５は、送電系統に対して電気を供給するか、又は要求するかを決定する。制御システム２７５は、送電系統に送り込むか、又は送電系統から取り込む電気量のバランスをとるために、そのような要求を受信するか、送信するか、又は再送する。
【００５２】
この発明の種々の実施の形態は、ＰＤＳのバス上の電圧、及び／又はＰＤＳ内の発電及び負荷需要のうちの１つ又は組み合わせを制御する。例えば、一実施の形態は、ＰＤＳの新たな状態からバス上の電圧を特定し、ＰＤＳの電圧調整デバイスを制御して、バス上の電圧を所定のレベルに向かって昇降させる(drive)。例えば、制御システム２７５は、電圧調整デバイスを制御するコマンドを地域制御モジュール２２５に発行する。
【００５３】
それに加えて、又はその代わりに、幾つかの実施の形態は、ＰＤＳ内の発電及び負荷需要のうちの１つ又は組み合わせを制御する。例えば、制御システム２７５は、バス上の電圧が第１のしきい値より高いときにバスへの有効及び無効電力注入を増加させ、バス上の電圧が第２のしきい値より低いときにバスへの有効及び無効電力注入を減少させるコマンドを地域制御モジュール２２５に発行する。
【００５４】
配電系統の電力注入決定
図３は、この発明の幾つかの実施の形態の原理に従って制御される三相ＰＤＳの一例を示す。その系統は、主送電系統と接続される変電所バス３１０と、Ｙ結線及びΔ結線再生可能発電とでそれぞれ接続される２つの発電バス３８０及び３９０とを含む。３つのＹ結線バス３２０、３３０及び３４０と、３つのΔ結線バス３５０、３６０及び３７０とを含む、６つの負荷バスが存在する。通常、配電系統は不平衡システムであり、そのバス及びデバイスは三相不平衡とすることができる。例えば、バス３２０とバス３３０との間の線路は２つの相Ｂ及びＣのみを有する。一方、バス３３０とバス３４０との間の線路は相Ａのみを有する。配電系統が不平衡であることに起因して、配電系統の状態は相ごとに推定されるべきであり、したがって、測定値も相ごとに与えられる必要がある。
【００５５】
負荷及び分散型発電はＹ結線又はΔ結線のいずれかを通してバスに接続することができる。分散型発電は、定有効電力及び定電圧振幅モードを用いて、又は定有効電力及び定無効電力モードを用いて調整することができる。負荷は、定電力成分、定電流成分及び定インピーダンス成分を含むことができる。一実施の形態では、全ての負荷が定電力負荷として処理され、全ての分散型発電が定有効電力及び定無効電力モードとして調整される。
【００５６】
図４Ａは、この発明の幾つかの実施の形態による、配電系統のバス上の現在の電力注入を決定する概略図を示す。電力注入４５０は、バス等価負荷４３０及びバス等価発電４４０に従って決定される。バス等価負荷４３０は、バスにおけるＹ結線負荷４１０及びΔ結線負荷４１５に従って計算される。バス等価発電４４０は、バスにおけるＹ結線発電４２０及びΔ結線発電４２５に従って計算される。
【００５７】
図４Ｂは、この発明の一実施の形態による、ＰＤＳのバス上の現在の電力注入を決定するための方法のブロック図を示す。その方法は、ＰＤＳにおける発電の履歴情報及びＰＤＳにおける発電の現在の測定値の１つ又は組み合わせに基づいて等価発電を求め(４６０)、ＰＤＳ内の負荷需要の履歴情報及びＰＤＳ内の負荷需要の現在の測定値のうちの１つ又は組み合わせに基づいて等価負荷需要を求める(４７０)。その方法は、等価発電と等価負荷需要との間の差として現在の電力注入を求める。
【００５８】
例えば、バスｉの相ｘに関する現在の電力注入Ｓｉ，ｘは、バスｉ及び相ｘにおける等価発電から等価負荷需要を引いたものとして求められる。
【００５９】
【数７】
0006635954.tif 000008
【００６０】
ただし、
【００６１】
【数８】
0006635954.tif 000009
【００６２】
はバスｉの相ｘにおける等価発電出力であり、
【００６３】
【数９】
0006635954.tif 000010
【００６４】
はバスｉの相ｘにおける等価負荷需要である。電力注入変数Ｓｉ，ｘは、有効電力注入成分又は無効電力注入成分を表すことができる。
【００６５】
バスｉの相ｘにおける等価相発電
【００６６】
【数１０】
0006635954.tif 000011
【００６７】
は以下のようにバスｉにおける対応するＹ結線及びΔ結線発電によって求められる。
【００６８】
【数１１】
0006635954.tif 000012
【００６９】
ただし、
【００７０】
【数１２】
0006635954.tif 000013
【００７１】
は相ｘにおけるＹ結線発電の発電出力であり、
【００７２】
【数１３】
0006635954.tif 000014
【００７３】
はそれぞれ、相ｘ及び相ｙとの間、及び相ｚと相ｘとの間のΔ結線発電の発電出力であり、
【００７４】
【数１４】
0006635954.tif 000015
【００７５】
は２つの相間のΔ結線発電のための変換係数であり、以下のように、発電の力率、ｃｏｓφＧ及び３つの相間の理想的な電圧関係に基づいて規定される。
【００７６】
【数１５】
0006635954.tif 000016
【００７７】
である。
【００７８】
バスｉの相ｘにおける等価相負荷需要
【００７９】
【数１６】
0006635954.tif 000017
【００８０】
は以下のようにバスにおける対応するＹ結線負荷及びΔ結線負荷によって求められる。
【００８１】
【数１７】
0006635954.tif 000018
【００８２】
ただし、
【００８３】
【数１８】
0006635954.tif 000019
【００８４】
は相ｘにおけるＹ結線負荷の負荷需要であり、
【００８５】
【数１９】
0006635954.tif 000020
【００８６】
及び
【００８７】
【数２０】
0006635954.tif 000021
【００８８】
はそれぞれ、相ｘ及び相ｙとの間、及び相ｚと相ｘとの間のΔ結線負荷の負荷需要であり、
【００８９】
【数２１】
0006635954.tif 000022
【００９０】
は２つの相間のΔ結線負荷のための変換係数であり、以下のように、負荷力率、ｃｏｓφＤ及び３つの相間の理想的な電圧関係に基づいて規定される。
【００９１】
【数２２】
0006635954.tif 000023
【００９２】
である。
【００９３】
バスごとに、負荷需要の履歴データと、それに応じてＹ結線又はΔ結線を通してバスに接続される分散型発電とに基づいて、その履歴電力注入データを計算することができる。一方、バス電力注入に関する予測も、全ての結線タイプの負荷需要と、それに応じた分散型発電との予測を通して実施することができる。
【００９４】
バスの数が多いことに起因して、配電系統の負荷は、計算又は予測されることになる幾つかのグループに統合することができる。状態推定中に、統合された負荷は、その典型的な負荷プロファイル、又は最大能力に基づいて、各バス及び各相に割り当てられる必要がある。例えば、給電線部分の場合、給電線部分の上流境界及び下流境界における電力潮流のみがわかっている。給電線部分内の各負荷は、倍率と、負荷の典型的な負荷プロファイルによって規定される基本電力との積として求めることができる。境界において解かれた電力潮流を所与の値に厳密に一致させることができるようにする最適な倍率が見つけられるまで、種々の倍率を用いて給電線部分上の電力潮流を繰り返し説く解くことによって、倍率を求めることができる。さらに、システムに関する十分な測定値が存在しない場合には、その部分内の線分又は他のデバイス上で解かれた電力潮流を擬似測定値として使用することもできる。
【００９５】
電力注入遷移モデル
電力注入遷移モデルを導出するために使用することができる、回帰分析、時系列分析を含む種々の複雑な予測技法が存在する。しかしながら、動的状態推定のための推定間隔は相対的に短く(例えば、数分以下)、動的状態推定アプリケーションのためにそれらの技法を使用する必要はない。例えば、この発明の一実施の形態は、以下に記載するように、二重指数平滑法を使用する。
【００９６】
電力注入遷移モデルは、電力注入データに基づいて直接導出することができるか、又は結線タイプごとに別々の発電及び負荷に基づいて導出することができる。例えば、履歴、現在及び／又は予測データに基づいて、幾つかの実施の形態は、電力注入に関する新たな観測結果と、電力注入の履歴レベル及び傾向とに基づいて、新たな電力注入のレベル及び新たな電力注入のための傾向を求める。
【００９７】
例えば、電力注入のレベル及び傾向は、履歴データに基づいて求めることができ、ＰＤＳにおいて予測又は測定された発電及び負荷に基づいて、定期的に、ランダムに又は要求に応じて更新することができる。
【００９８】
図４Ｃは、この発明の一実施の形態の電力注入遷移モデルに従って新たな電力注入を決定するための方法の概略図を示す。その方法は、現在の電力注入と、電力注入のレベル及び電力注入の傾向の先行する値との関数として電力注入のレベル４８４及び電力注入の傾向４８６を求める(４８５)。種々の実施の形態において、その方法は繰り返し実行される。そのために、一度の繰り返しの場合に求められたレベル４８４及び傾向４８６は、電力注入のレベル及び傾向の先行する値になる。
【００９９】
その方法は、電力注入のレベル及び電力注入の傾向の組み合わせとして新たな電力注入を求める(４９０)。また、その方法は、ＰＤＳにおいて予測又は測定された発電及び負荷需要に基づいて、電力注入のレベル及び電力注入の傾向を更新することもできる。
【０１００】
幾つかの実施の形態では、電力注入の遷移モデルは、バスごと、及び相ごとに別々に規定される。１つの間隔における電力注入の予想はあらかじめ２つの要素を含み、１つはレベルであり、もう１つは傾向である。時間間隔(ｋ−１)における所与の電力注入推定値
【０１０１】
【数２３】
0006635954.tif 000024
【０１０２】
の場合、時間間隔ｋにおいて予想される電力注入
【０１０３】
【数２４】
0006635954.tif 000025
【０１０４】
は以下のように求めることができる。
【０１０５】
【数２５】
0006635954.tif 000026
【０１０６】
ただし、Ｌｉ，ｘ(ｋ−１)及びＴｉ，ｘ(ｋ−１)は間隔(ｋ−１)におけるデータのレベル及び傾向を表す。Ｌｉ，ｘ(ｋ−２)及びＴｉ，ｘ(ｋ−２)は間隔(ｋ−２)におけるデータのレベル及び傾向を表す。αｆ及びβｆはそれぞれ、レベル及び傾向のための平滑化定数である。例えば、
【０１０７】
【数２６】
0006635954.tif 000027
【０１０８】
に設定することができる。
【０１０９】
バス及び相の対ごとの電力注入の傾向及びレベルは、新たな時間間隔ごとに更新される。例えば、時間間隔ｋにおける結線タイプごとの実際の、又は予測される負荷及び発電を入手した後に、時間間隔ｋにおける等価電力注入
【０１１０】
【数２７】
0006635954.tif 000028
【０１１１】
を以下のように入手することができる。
【０１１２】
【数２８】
0006635954.tif 000029
【０１１３】
ただし、
【０１１４】
【数２９】
0006635954.tif 000030
【０１１５】
は相ｘにおけるＹ結線発電、相ｘと相ｙとの間のΔ結線発電及び相ｚと相ｘとの間のΔ結線発電であり、
【０１１６】
【数３０】
0006635954.tif 000031
【０１１７】
はそれぞれ相ｘにおけるＹ結線負荷の負荷需要、相ｘと相ｙとの間のΔ結線負荷の負荷需要及び相ｚと相ｘとの間のΔ結線負荷の負荷需要である。求められた電力注入
【０１１８】
【数３１】
0006635954.tif 000032
【０１１９】
を使用するとき、時間間隔(ｋ＋１)における新たな電力注入予測を入手し、以下の式に従って、時間間隔ｋにおける実際の電力注入のレベル及び傾向を得るために更新することができる。
【０１２０】
【数３２】
0006635954.tif 000033
【０１２１】
無香カルマンフィルターを使用する動的状態推定
図５は、この発明の幾つかの実施の形態による、任意の時間間隔ｋにおける配電系統の動的状態推定のための方法に関するフローチャートを示す。これらの実施の形態において、現在の状態及び新たな状態は、状態の値の不確定性を反映させるために、各バスの相ごとの新たな状態の値の分布を含む。
【０１２２】
それらの実施の形態は、時間間隔(ｋ−２)における実際の電力注入のレベル及び傾向Ｌ(ｋ−２)、Ｔ(ｋ−２)を初期化し(５１０)、時間間隔(ｋ−１)における状態推定値の平均及び対応する共分散行列
【０１２３】
【数３３】
0006635954.tif 000034
【０１２４】
及びＰ(ｋ−１)を初期化する(５２０)。
【０１２５】
それらの実施の形態は、間隔(ｋ−１)における状態推定値の平均及び共分散
【０１２６】
【数３４】
0006635954.tif 000035
【０１２７】
及びＰ(ｋ−１)に基づいて、間隔(ｋ−１)における推定された状態の種々の取り得る値を表す１組のサンプル点Ｘ(ｋ−１)を求める(５３０)。サンプル点の全数は(２ｎｓ＋１)であり、そのサンプル点ｌ、ｘｌ(ｋ−１)、すなわち、ｘ(ｋ)の列ｌは以下の式に従って求められる。
【０１２８】
【数３５】
0006635954.tif 000036
【０１２９】
ただし、ｎｓは状態変数の数であり、
【０１３０】
【数３６】
0006635954.tif 000037
【０１３１】
であり、αＳ及びκは、シグマ点の周囲への広がりを決定するパラメーターである。共分散行列Ｐ(ｋ−１)の平方根はコレスキー分解法を用いて解くことができる。
【０１３２】
それらの実施の形態は、Ｘ(ｋ−１)、Ｘｌ(ｋ−１)(ｌ＝０，１，…，２ｎｓ)の各列ｌに基づいて、電力潮流式(３)を用いて計算された第ｌのサンプル注入ベクトル
【０１３３】
【数３７】
0006635954.tif 000038
【０１３４】
を求め(５４４)、(１８)に従って間隔ｋにおける計算されたサンプル電力注入
【０１３５】
【数３８】
0006635954.tif 000039
【０１３６】
を予測するために、
【０１３７】
【数３９】
0006635954.tif 000040
【０１３８】
及び履歴注入データを使用する(５４６)。
【０１３９】
【数４０】
0006635954.tif 000041
【０１４０】
ただし、
【０１４１】
【数４１】
0006635954.tif 000042
【０１４２】
は時間間隔(ｋ−１)における電力注入の第ｌのサンプル点の場合のレベル及び傾向である。
【０１４３】
それらの実施の形態は、求められた第ｌのサンプル電力注入
【０１４４】
【数４２】
0006635954.tif 000043
【０１４５】
をバス電力注入として見なすことによって、間隔ｋにおける対応する第ｌのサンプル状態推定
【０１４６】
【数４３】
0006635954.tif 000044
【０１４７】
を求めるために、ニュートン法のような非線形方程式技法を用いて電力潮流式(３)を解く(５４８)。
【０１４８】
次に、それらの実施の形態は、
【０１４９】
【数４４】
0006635954.tif 000045
【０１５０】
に従って間隔ｋにおける状態及び共分散、ｘ−(ｋ)及びＰ−ｌ(ｋ)を予測するために、
【０１５１】
【数４５】
0006635954.tif 000046
【０１５２】
を使用する(５５０)。ただし、
【０１５３】
【数４６】
0006635954.tif 000047
【０１５４】
であり、βＳは状態変数の分布の予備知識を組み込むためのパラメーターである。無香カルマンフィルターに関するパラメーターはあらかじめ決定され、例えば、αＳ＝１．０、κ＝０及びβＳ＝２．０に設定することができる。
【０１５５】
それらの実施の形態は、
【０１５６】
【数４７】
0006635954.tif 000048
【０１５７】
に従って間隔ｋにおける推定状態及び共分散
【０１５８】
【数４８】
0006635954.tif 000049
【０１５９】
及びＰ(ｋ)を生成するために、カルマン利得Ｋ(ｋ)を用いて、予測されたｘ−(ｋ)及び共分散行列Ｐ−(ｋ)を補正する(５６０)。ただし、ｘ−ｌ(ｋ)はｘ−(ｋ)の第ｌの列であり、Ｙ−ｌ(ｋ)はＹ−(ｋ)の第ｌの列である。
【０１６０】
次に、それらの実施の形態は、間隔ｋにおける状態推定値及び共分散
【０１６１】
【数４９】
0006635954.tif 000050
【０１６２】
及びＰ(ｋ)を出力し(５７０)、間隔ｋにおける被測定又は予測負荷需要及び分散型発電に従ってステップ間隔ｋのための実際の、又は予測されるバス電力注入
【０１６３】
【数５０】
0006635954.tif 000051
【０１６４】
を(２９)として求め(５８０)、その後、(３０)に従って間隔ｋにおける実際の電力注入のためのレベル及び傾向、Ｌ(ｋ)及びＴ(ｋ)を更新する。
【０１６５】
【数５１】
0006635954.tif 000052
【０１６６】
ただし、
【０１６７】
【数５２】
0006635954.tif 000053
【０１６８】
は相ｘにおけるＹ結線発電の電力出力であり、
【０１６９】
【数５３】
0006635954.tif 000054
【０１７０】
はそれぞれ、相ｘ及び相ｙとの間、及び相ｚと相ｘとの間のΔ結線発電の電力出力であり、
【０１７１】
【数５４】
0006635954.tif 000055
【０１７２】
は相ｘにおけるＹ結線負荷の電力消費量であり、
【０１７３】
【数５５】
0006635954.tif 000056
【０１７４】
はそれぞれ、相ｘ及び相ｙとの間、及び相ｚと相ｘとの間のΔ結線負荷の電力消費量である。
【０１７５】
ステップ５９０において、それらの実施の形態は、ｋを１だけ増加させ、その実行を次の繰り返しに移行する。
【０１７６】
並列実施態様による計算加速
既存のＵＫＦに基づく動的状態推定法と比べて、種々の実施の形態は、より正確な状態推定結果をもたらし、実施するのがはるかに容易である。唯一のトレードオフは、電力注入をシステム状態に変換するための電力潮流解法によって引き起こされる計算負荷の増大である。
【０１７７】
リアルタイムアプリケーションの場合に所望の計算効率を維持するために、一実施の形態は、状態遷移を実行するときに、並列計算技法を用いて、電力潮流解法を迅速に処理する。その実施の形態は、電力潮流を解いて異なる状態推定値を得るために、並列に動作する複数のコアを割り振る。システム分解を通して動的状態推定を並列処理する既存の手法とは異なり、この発明は、推定プログラム自体に対して直接に並列化を実施する。
【０１７８】
上記で論じられたように、提案される方法のトレードオフは、状態予測の段階において電力潮流を繰り返し解くことによって引き起こされる計算の増大である。予測ステップを簡単に調べてみると、上記の節のステップ５４４、５４６及び５４８において説明されたＸ(ｋ−１)の伝搬が、互いに独立している列方向への伝搬であることが明らかであり、それは、複数の計算スレッドが存在する場合には、Ｘ(ｋ−１)における列を並列に数値計算できることを意味する。これが、この発明において提案される方法の並列実施態様を使用する概念につながる。
【０１７９】
図６は、この発明の幾つかの実施の形態による、並列実施態様を使用する計算加速の概略図を示す。並列実施態様は、単一スレッド６１０(「マスタースレッド」を使用する)を開始することができ、その後、並列領域６２０に入ることができ、複数のスレッド(「マスター」及び「スレーブ」スレッド)が共有メモリを用いて同時に実行される。並列領域が終了した後に、そのプログラムはマスタースレッドに戻ることができる。
【０１８０】
提案される方法の場合、各スレッドは、そのスレッドＩＤによって決まるＸ(ｋ−１)行列内の一群の列に取り組むことができる。電力潮流解法を通してＸ(ｋ−１)が伝搬することに加えて、測定式、すなわち、ステップ５６０を通してのｘ−(ｋ)の伝搬も、並列計算を通して達成することができる。このようにして、使用されるスレッドの数とともに増加している比率において加速化を達成できることが期待される。
【０１８１】
この発明の上記の実施の形態は、数多くの方法のいずれにおいても実現することができる。例えば、それらの実施の形態は、ハードウェア、ソフトウェア又はその組み合わせを用いて実現することができる。ソフトウェアにおいて実現されるとき、そのソフトウェアコードは、単一のコンピューター内に設けられるにしても、複数のコンピューター間に分散されるにしても、任意の適切なプロセッサ、又はプロセッサの集合体において実行することができる。そのようなプロセッサは集積回路として実現することができ、集積回路構成要素内に１つ又は複数のプロセッサが含まれる。一方、プロセッサは、任意の適切な構成の回路を用いて実現することができる。
【０１８２】
また、本明細書において概説される種々の方法又はプロセスは、種々のオペレーティングシステム又はプラットフォームのいずれか１つを利用する１つ又は複数のプロセッサ上で実行可能であるソフトウェアとしてコード化することができる。さらに、そのようなソフトウェアは、幾つかの適切なプログラミング言語及び／又はプログラミングツール若しくはスクリプト記述ツールのいずれかを用いて書くことができ、フレームワーク又は仮想機械上で実行される実行可能機械語コード又は中間コードとしてコンパイルすることもできる。通常、プログラムモジュールの機能は、種々の実施の形態において望ましいように、組み合わせることもできるし、分散させることもできる。
【０１８３】
また、この発明の実施の形態は方法として具現することができ、その一例が提供されてきた。その方法の一部として実行される動作は、任意の適切な方法において順序化することができる。したがって、例示的な実施の形態において順次の動作として示される場合であっても、例示されるのとは異なる順序において動作が実行される実施の形態を構成することもでき、異なる順序は、幾つかの動作を同時に実行することを含むことができる。
【図１Ａ】
0006635954.tif 000088
【図１Ｂ】
0006635954.tif 000089
【図２Ａ】
0006635954.tif 000090
【図２Ｂ】
0006635954.tif 000091
【図３】
0006635954.tif 000092
【図４Ａ】
0006635954.tif 000093
【図４Ｂ】
0006635954.tif 000094
【図４Ｃ】
0006635954.tif 000095
【図５】
0006635954.tif 000096
【図６】
0006635954.tif 000097