(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
小規模電力系統内の熱需要および電力需要に対する需給バランスを考慮した複数の電源配置計画を立案し、
前記電源配置計画に対し電力送電が可能であるかの系統成立性を評価し、
系統成立性の成立条件を満足する前記電源配置計画について、電源の出力変動および負荷量変動に対する前記小規模電力系統内の電力品質が規定範囲内となるように電力品質対策を施し、
前記電源配置計画のそれぞれについて電力品質対策を施して得た複数の電力系統構成案につき、温暖化ガス排出量による環境性評価と内部収益率による経済性評価とを定量的に明示し、
前記複数の電力系統構成案の中から、前記環境性評価および前記経済性評価の各結果をそれぞれ比較評価して何れかを選択する
ことを特徴とする小規模電力系統の設計評価方法。
【請求項２】
前記小規模電力系統の対象地域を熱供給が共有可能な地区毎に分割したエリアを設定し、前記エリア内に含まれる熱需要時系列変化の総和と、前記エリア内に含まれる電力需要時系列変化の総和とを利用して前記電源配置計画を立案する
ことを特徴とする、請求項１記載の小規模電力系統の設計評価方法。
【請求項３】
前記小規模電力系統に設置する電源の初期コストと設定する期間における電源の運転燃料費との総和を目的関数とし、
前記目的関数が設定値以下となる電源配置計画案を１つ以上出力することを特徴とする、請求項１記載の小規模電力系統の設計評価方法。
【請求項４】
前記経済性評価の機能を利用し、
運用期間に対する経済性評価結果を参照し希望する内部収益率が得られるように、前記小規模電力系統内の需要家に対する電力供給料金および熱供給料金を決定する
ことを特徴する、請求項１記載の小規模電力系統の設計評価方法。
【請求項５】
前記系統成立性の評価に際し、電源配置計画に含まれる電源の運転方法に力率一定運転の電源が存在する場合には、無効電力の供給を行う無効電力補償機器の設置を検討する
ことを特徴とする、請求項１記載の小規模電力系統の設計評価方法。
【請求項６】
請求項１記載の小規模電力系統の設計評価方法を記録した記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小規模電力系統の設計評価方法に係わり、とくに一つの電力系統につき複数の電源配置計画を立てて比較し評価する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自然エネルギー発電やマイクロガスタービンなどの小容量発電システムの普及に伴い、特定地域の電力をその地域内での発電により賄う、いわゆるマイクログリッドなどと呼ばれる小規模電力系統が検討されている（特許文献１および同２参照）。
【０００３】
そして、小規模系統の普及により風力発電機器および太陽光発電機器等の自然エネルギー発電機器の導入を促進し、自然環境保全への寄与を図り、小規模系統内に熱電併給機器を導入して発電時に生じる廃熱を有効利用することにより省エネ化するなど、が検討されている。
【０００４】
この小規模系統は、電力会社が運用する商用系統から独立して運用されたり、小規模系統の緊急時にのみ商用系統と連系されたりし、また商用系統との連系も様々な方法および制御方式が提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
小規模系統を運用し電力供給網として有用なシステムとするためには、次のような評価が必要である。すなわち、(a)系統内の電圧変動、周波数変動等の各電力品質を規定範囲内に維持可能かどうかに着目した電力品質の評価、(b)小規模系統の運用を継続して事業としての成立性を評価する経済性評価、(c)自然エネルギー発電機器等の導入による地球温暖化ガス削減量を評価する環境性評価、である。なお、環境性評価は、ＬＣＡ（ライフサイクルアセスメント）により可能である。
【特許文献１】特開2005-151746号公報
【特許文献２】特開2005-223986号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
小規模電力系統への自然エネルギー発電機器の導入は、自然エネルギー発電機器の発電原理が自然エネルギーを利用するものであり、化石燃料を使用しないので環境性の向上に寄与すると考えられる。しかし、風向、風速、日射等の自然環境の変化により発電出力が大きく変化するため、電力品質の低下を招く可能性がある。
【０００７】
一方、電力品質の維持向上を目的に、例えば電圧変動を抑制する電圧調整器、電力変動を補償する蓄電地および二次電池を導入すると、その導入費用および運用費用によって経済性が悪化する可能性があり、また、発電出力を可変制御可能な、例えばディーゼルエンジン発電機等を導入すると、温暖化ガスの放出により逆に環境性を悪化させる可能性もある。
【０００８】
このように、小規模電力系統における電力品質、経済性および環境性は、複雑に相互に影響し合うため、電力品質を規定値範囲内に維持し、かつ経済性および環境性を共に最適化する小規模電力系統のシステム構成を最適化問題として解くことで、システム設計を行うことは極めて困難である。ただし、環境性と経済性とを両立させる最適解を得るように、例えば混合整数計画問題等の最適化問題に帰着させて定式化し、最適化問題を解くこと自体は可能である。
【０００９】
しかし、最適解として得られたシステム構成では、一部の送電線が重潮流化したり、母線電圧が低くなったりする等の、電力系統として成立しないか、電力品質が規定範囲を維持できない場合が生じる。その対策として、適切な電力機器等の設置とかシステム構成の変更を行うと、経済性および環境性に対するシステム構成の最適解に対策電力機器を加えたシステム構成が経済性や環境性に対する真の最適解である保証がなくなる。
【００１０】
また、最適化問題の拘束条件として電力系統の成立性や電力品質の条件を加えると、最適化問題解法の繰り返し計算刻み毎の中で電力潮流計算および電力動特性計算が必要となって計算量過大となり、有限時間で解を得ることが困難となるとか、経済性評価と環境性評価とがそもそもトレードオフの関係とならず、元々最適解が存在しない場合にシステム構成解が得られない問題がある。
【００１１】
さらに、最適解として唯一のシステム構成解を算出した場合には、例えば少し経済性を悪化させ、環境性を向上させる等の要求に対してシステム構成の変更が難しい問題がある。
【００１２】
本発明は上述の点を考慮してなされたもので、熱需要と電力需要とを考慮して複数の電源配置計画を立て、複数の電源配置計画結果から電力系統として成立する複数の電源配置計画を抽出して電力品質対策案を求めて、電力系統構成案を立案し、かつ環境性評価および経済性評価の結果を明示することにより、複数の電力系統構成案を定量的に比較評価することが可能な小規模電力系統の設計評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的達成のため、本発明では、
小規模電力系統内の熱需要および電力需要に対する需給バランスを考慮した複数の電源配置計画を立案し、
前記電源配置計画に対し電力送電が可能であるかの系統成立性を評価し、
系統成立性の成立条件を満足する複数の電源配置計画について、電源の出力変動および負荷量変動に対する前記小規模電力系統内の電力品質が規定範囲内となるように電力品質対策を施し、
前記電源配置計画のそれぞれについて電力品質対策を施して得た複数の電力系統構成案につき、温室ガス排出量による環境性評価と内部収益率による経済性評価とを定量的に明示し、
前記複数の電力系統構成案の中から、前記環境性評価結果および前記経済性評価結果をそれぞれ比較評価して何れかを選択する
ことを特徴とする小規模電力系統の設計評価方法、
を提供するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では上述のように、小規模系統内の熱需要および電力需要を考慮して複数の電源配置計画を立て、複数の電源配置計画結果から電力系統として成立する複数の電源配置計画を抽出してそれぞれの電力系統構成案を作成し、さらに複数の電力系統構成案に対して電力品質が規定範囲内となるように電力品質対策案をそれぞれ算出し、この電力品質対策案を施した複数の電力系統構成案に保護設備をそれぞれ設置した複数の小規模電力系統のシステム構成について運用年数による環境性評価としてのＣＯ２排出量、および運用年数に対する経済性評価としての内部収益率を定量的に明示することができ、有限時間内で電力品質が規定範囲であることが保証される複数の小規模系統のシステム構成案が得られるため、各システム構成案について環境性および経済性の評価結果を比較評価し選択することにより、小規模系統の適切な評価およびそれに基く設計が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の実施例１に係る小規模電力系統の設計評価方法のフローチャートである。図１に示す小規模電力系統の設計評価方法のフローチャートを用いて、実施例１を説明する。
【００１７】
（構成）
実施例１における小規模電力系統の設計評価方法は、次の(i)ないし(vii)に示す通りである。
【００１８】
(i) 小規模電力系統対象区域内の季節毎、月毎あるいは１日２４時間毎などの熱需要の変化を時系列で表した熱需要カーブと、この熱需要カーブと同様に季節毎、月毎或いは１日２４時間毎などの電力需要の変化を時系列で表した電力需要カーブと、小規模系統区域内に設置可能な電源の種類と、電源設置条件とを入力し、小規模電力系統内の電力需給バランスおよび熱需給バランスの制約条件を満足する複数の電源配置案Ａを出力する電源配置計画機能１、
(ii) 複数の電源配置案Ａ、小規模電力系統内の送配電網データおよび系統制約条件を入力し、複数の電源配置案Ａから小規模電力系統として成立する電源配置案のみを選出した複数の電源配置案Ｂを出力する系統成立性確認機能２、
(iii) 複数の電源配置案Ｂ、送配電網データ、発電出力および負荷変動をデータ化した発電負荷変動データ、電力品質の許容範囲値を記した電力品質条件、ならびに系統の動特性解析に必要なデータを記した系統動特性解析データを入力し、発電負荷変動データで与えられた発電出力または負荷の変動時において小規模電力系統の電力品質が電力品質条件範囲内となる電源配置、送配電網および電力品質対策機器の配置案を含む複数のシステム構成案Ａを出力する電力品質対策機器設置計画機能３、
(iv) 複数のシステム構成案Ａを入力し、これらシステム構成案Ａそれぞれに対し保護設備を設置した複数のシステム構成案Ｂを出力する保護設備設置計画機能４、
(v) 複数のシステム構成案Ｂを入力し、複数のシステム構成案Ｂのそれぞれに対応する複数の環境性評価結果を出力する環境性評価機能５、
(vi) 複数のシステム構成案Ｂと環境性評価結果とを入力し、複数のシステム構成案Ｂそれぞれに対応する複数の経済性評価結果を出力する経済性評価機能６、
(vii) 複数のシステム構成案Ｂと、環境性および経済性の評価結果とを入力し、複数のシステム構成案Ｂについて環境性評価および経済性評価をそれぞれ比較することにより複数の小規模電力系統のシステム構成を評価するシステム構成評価機能７、
により構成される。
【００１９】
（作  用）
次に、図１の小規模電力系統設計評価方法のフローチャートを構成する各機能の作用について説明する。
【００２０】
図２は、小規模系統対象域１０内に点在する１以上の電力負荷または熱負荷１１と、１つ以上の負荷１１を纏めたエリア１２との関係を示している。エリア１２の設定は、各エリア１２内に存在する熱負荷１１が、同一のエリア内に設置される熱電併給電源機器や熱供給のみを行うボイラを含む、１台以上の電源１３から熱の供給を受けることが可能な区域とする。
【００２１】
次に、電源配置計画機能１の作用について説明する。電源配置計画機能１には、
(a) 各エリア１２（ｊと表記する。ｊ＝１，２，…，ｎ、ｎは小規模電力系統対象区域１０内に設定したエリアの総数）毎に、季節毎、月毎あるいは１日２４時間毎など時間（t）に対する各エリアｊの熱需要を時系列ｔで表した熱需要カーブ（DHjt）と、
(b) 各エリア１２毎の熱需要カーブにおける時間と同一時間の電力需要を時系列で表した電力需要カーブ（DPjt）と、
(c) 小規模系統対象域１０内に設置可能な電源１３について、例えばディーゼルエンジン発電機（DE）、ガスタービン（GT）、風力発電機（WP）、ボイラ（BO）等を表す電源種別について電源種別の認識番号ｉ（ここで、ｉ＝１，２，…，Ｇとして、Ｇは設置を検討する電源種別総数であり、例えばGTでも容量が異なる場合はGT1，GT2と区別することとする。）、
を表記する。
【００２２】
また各電源種別について、
(a) 電源容量（Pmaxi）および電源の可能最小電力出力（Pmini）、発電出力（Pijt）毎の燃料消費量を表す発電消費エネルギー特性（EPi(Pijt））、熱出力（Hijt）毎の燃料消費量を表す発熱消費エネルギー特性（EHi(Hijt））、電源設置に係る初期コスト（Cinitiali）および燃料単価（Ci）のデータから構成される電源の種類と、
(b) エリア１２（j）にそれぞれ設置可能な電源種別（i）を、Xijが１ならば設置可とし、また０ならば設置不可として表記した電源設置条件と
が入力される。
【００２３】
なお、発電消費エネルギー特性（EPi（Pijt））および発熱消費エネルギー特性（EHi（Hijt））は、図３に示すように発電出力（P）または熱出力（H）に対して一般に多次元数の関数となるが、例えば、
EPi(Pijt) ＝ api × Pijt＾２＋ bpi × Pijt ＋ Cpi        …(1)
EHi(Hijt) ＝ ahi × Hijt＾２＋ bhi × Hijt ＋ Chi        …(2)
と２次式で近似したものとしてもよい。
【００２４】
また更に、簡単化して１次式で、
EPi(Pijt) ＝ bpi × Pijt ＋ Cpi                          …(3)
EHi(Hijt) ＝ bhi × Hijt ＋ Chi                          …(4)
と表現してもよい。
【００２５】
発電時に熱出力が可能な電源については、電主熱従運転を考える。この場合、ある発電出力時の燃料消費量は（EPi(Pijt)）となり、発熱消費エネルギー特性の燃料消費量（EHi(Hijt)）が等価となるので、発電消費エネルギー（EPi(Pijt)）と熱出力（Hijt）との関係は、(1)式と(2)式の場合には、
【数１】
0004435101.tif 000002
と熱出力（Hijt）を表現でき、(3)式と(4)式の場合には、
【数２】
0004435101.tif 000003
と熱出力（Hijt）を表現できる。
【００２６】
さらに、小規模電力系統対象域１０内の電力需給のバランスは、(7)式で与えられる。
【数３】
0004435101.tif 000004
【００２７】
熱需給のバランスについては、電主熱従運転で熱が余ったら廃熱することとすると、熱需給バランスは（８）式で与えられる。
【数４】
0004435101.tif 000005
【００２８】
１つのエリア１２に設置可能な電源数を最大Gmax個とすると、エリアへの電源設置数の条件は、
【数５】
0004435101.tif 000006
と表現できる。
【００２９】
また、小規模電力系統対象域１０内に電源を設置してT時間運用した場合の電源総コストは、
【数６】
0004435101.tif 000007
と表現できる。
【００３０】
ここで、(10)式の最小化を、(1)式、(2)式および(5)式の条件、または(3)式、(4)式および(6)式の条件、ならびに(7)式、(8)式および(9)式の条件を拘束条件とした最適化問題とみなすと、０また１で表される変数XijおよびPijtを変数とする混合整数計画問題として定式化されたことになる。なお、(1)式および(2)式を使用する場合は混合整数非線形計画問題となり、(3)式および(4)式を使用した場合には混合整数線形計画問題となる。
【００３１】
混合整数計画問題の解法は公知であり、(10）式で表す電源総コストを最小化する各エリア１２（j）へ設置する電源種別（i）がｘijの０または１で得られ、xijが１の場合にはその電源種別ｉをエリアｊへ設置することを表す。
【００３２】
さらに、Pijtにより、エリアｊの電源種別ｉの時刻ｔにおける発電出力Pijtを解として得る。また、最適化問題を解く過程においては、上記した拘束条件を全て満足するが、（10）式が最小値ではない準最適解も併せて出力することが可能である。
【００３３】
なお、準最適解を出力する際に、(10)式で表す電源総コストについて電源総コスト最大値を電源配置計画機能１内に設定することにより、電源総コストが最大値以下となる最適解や準最適解を選出することもできる。
【００３４】
このように、(10)式の値の最小化を達成する最適化問題について、最適解と電源総コストが最大値以下となる複数の準最適解とを出力することで、各エリア１２に設置する電源種別xijと、熱需要カーブおよび電力需要カーブで与えた時系列データの各時点での各発電出力カーブPijtと、について明記した複数の電源配置案Ａを出力する。
【００３５】
次に、系統成立性確認機能２の作用について説明する。系統成立性確認機能２では、
(a) １個以上の電源配置案を含む複数の電源配置案Ａと、
(b) 小規模系統対象域１０内の送配電線の各線路接続状況、各線路のインピーダンス、各電源の接続母線、各電源の運転モード、各電源の端子電圧または各電源の力率値、およびしわ取り母線を記した送配電網データと、
(c) 各線路の通過有効電力の上限値および各母線電圧の規定範囲を設定した系統制約条件と、
を入力する。
【００３６】
各電源の運転モードについて更に詳しく説明する。発電機では、
(a) 発電機端子電圧を制御して発電機端子電圧一定運転とし、発電機有効電力出力Pと発電機端子電圧Vを指定するPV指定モードと、
(b) 力率一定運転とし発電機有効電力出力Pと発電機無効電力出力Qを指定するPQ指定モードと、
の２種に分類される。
【００３７】
PV指定モード時には、発電機端子電圧Vを設定し、PQ指定モード時には電源配置案Ａに含まれる各電源の発電出力に対して各電源毎に設定する力率を考慮し、各発電機の各有効電力出力時に対応する発電機無効電力出力を算出して設定する。
【００３８】
しわ取り母線は、スラック母線と呼ばれることもあるが、電力潮流計算時に送電損失分を調整する母線を指す。しわ取り母線は、負荷母線や電源母線の１箇所以上の母線を定め、しわ取り母線の電圧の大きさを設定する。
【００３９】
次に、図４に示すフローチャートを用いて系統成立性確認機能２の内部処理の流れを説明する。まずステップ２１で入力された電源配置案Ａからこの電源配置案Ａに含まれる案数をｎと設定し、電源配置案Ａに含まれる電源の発電出力（Pijt）時系列データのデータ点数を、ｋと設定する。またカウンタとして使用する変数ｊおよびｓを、１と設定する。
【００４０】
次に、ステップ２２でｊがｎ以下であれば、ステップ２３へ移動し、ｊがｎより大きければステップ３１へ分岐する。ステップ２３では、電源配置案Ａのｊ番目の電源配置案Ａ[ｊ]に含まれる各電源の発電出力時系列データのｓ番目の値を各電源の有効電力出力として、送配電網データに加えた系統データが作成される。
【００４１】
このとき同時に、送配電網データに含まれる各電源の運転モードを参照し、ＰＶ指定モードならば送配電網データに含まれる発電機端子電圧値が系統データに設定され、ＰＱ指定モードならば送配電網データに含まれる力率と発電機有効電力出力とから発電機無効電力出力が算出されて、系統データに設定される。
【００４２】
次に、ステップ２４で、ｓがｋ以下であればステップ２５へ移動し、ｓがｋより大きければステップ２８に分岐する。
【００４３】
ステップ２５では、ステップ２３で作成した系統データに対し、公知であるNewton−Raphson法などの電力潮流計算を実施して、各母線の電圧値（大きさ）、電圧位相、各送電線路の通過有効電力および通過無効電力を算出する。電力潮流計算結果の各母線の電圧値（大きさ）、電圧位相、各線路の通過有効電力および通過無効電力は、ｓ番目の電力潮流計算結果として、ステップ２６にて潮流計算結果（s）の中に保存される。次に、ステップ２７で、ｓに１を加算した後、ステップ２３に戻る。
【００４４】
ステップ２４で、ｓがｋより大きい場合にはステップ２８に移る。ステップ２８では、各線路の通過有効電力の上限値、および各母線電圧の規定範囲を設定した系統制約条件と潮流計算結果[１]ないし[ｋ]が入力され、潮流計算結果[１]ないし[ｋ]の全てで各線路の通過有効電力および各母線電圧が系統制約条件を満足しているか否かが確認され、満足している場合はステップ２９へ移動し、満足していない場合はステップ３０へ分岐する。
【００４５】
ステップ２９では、電源配置案Ｂに電源配置案Ａ[ｊ]を保存してステップ３０へ移る。ステップ３０では、ｊに１を加算してステップ２２へ移る。ステップ２２でｊがｎより大きい場合には、ステップ３１へ移ってステップ３１で電源配置案Ｂが出力され、系統成立性確認機能２の処理は終了する。
【００４６】
このような系統成立性確認機能２の処理によれば、電源配置案Ａから系統制約条件を満足する電源配置案のみを抽出した電源配置案Ｂを作成できる。
【００４７】
次に、電力品質対策機器設置計画機能３の作用について説明する。電力品質対策機器設置計画機能３では、系統成立性確認機能２が出力する１つ以上の電源配置案Ｂと、系統成立性確認機能２の作用で説明した送配電網データと、発電機有効電力出力や負荷電力の時間変化を時系列データとして保管する発電負荷変動データと、発電機のガバナ制御系モデル、電圧制御系モデル、インバータ等の変換器を備える電源のインバータ制御系モデル、その他電力機器、負荷の電圧特性等の系統動特性解析に必要となるデータを格納した系統動特性解析データと電力品質の条件を記した電力品質条件とを入力する。
【００４８】
次に、電力品質対策機器設置計画機能３の内部の動作を、図５に示す電力品質対策機器設置計画機能３のフローチャートを用いて説明する。
【００４９】
電源配置案Ｂが入力され、ステップ４１では電源配置案Ｂに含まれる電源配置案の数がｎに、また電源配置案Ｂ内の各発電機出力の時系列データ点数がｋに保存され、カウンタ変数ｊが１に設定されてステップ４３に移る。
【００５０】
ステップ４３では、ステップ４２で設定する時刻Ｔを読み込み、時刻Ｔに該当する各発電機出力の時系列データ点数が何点目かを表す点番号ｓを検索して保存し、ステップ４４に移る。ステップ４４では、ｊがｎより大きければステップ５２へ移り、ｊがｎ以下であればステップ４５に移る。
【００５１】
ステップ４５では、系統成立性確認機能２の作用で説明したステップ２３の場合と同様に、送配電網データと、電源配置案Ｂのｊ番目の案に含まれる各発電機出力時系列データ点列のｓ番目に記される各発電機出力とが入力され、系統データが作成された後にステップ４６に移る。
【００５２】
ステップ４６では、系統成立性確認機能２の作用で説明したステップ２５の場合と同様に、入力される系統データを基に、公知の方法により電力潮流計算が実行され、電力潮流計算結果を得る。
【００５３】
次にステップ４７では、電源配置案Ｂ[ｊ]に含まれる電源種別とステップ４６による電力潮流計算結果および後述する電力品質対策ステップ５０が出力する電力対策機器の種別、設置点および機器容量を読み込み、各電源種別に対応する発電機ガバナ制御系モデル、励磁電圧制御系モデル、電力品質対策機器モデルおよび負荷の電圧特性を系統動特性解析データから読み込んで、動特性解析データを作成してステップ４８に移る。
【００５４】
ステップ４８では、ステップ４６で作成した電力潮流計算結果とステップ４７で作成した動特性解析データとステップ４８で読み込む発電負荷変動データとを用い、電力潮流計算結果を初期値とし、発電負荷変動データで与える電源や負荷の変動時系列データを外乱とした動特性計算を例えばルンゲクッタ数値積分法等で計算し、動特性計算結果として出力してステップ４９に移る。
【００５５】
ステップ４９は、ステップ４８が出力する動特性計算結果と入力する電力品質条件を比較し、例えば電力品質条件中に各母線電圧の規定範囲と逸脱許容時間が記載されているとすると、動特性計算結果による各母線電圧の時間変化が電力品質条件を満足しているか否かを確認する。
【００５６】
電力品質条件としては、特定の送電線路の電力潮流変動の大きさの上限値や小規模系統の周波数変化最大量とその逸脱時間などを設定するとよい。ステップ４９で動特性計算結果が電力品質条件範囲内であればステップ５１へ移動し、動特性計算結果が電力品質条件を満足しない場合にはステップ５０へ移る。
【００５７】
ステップ５１では、電源配置案Ｂ[ｊ]の電源配置と、電力品質対策である電力品質対策機器の機器種類、機器容量、設置母線名および送配電網データがシステム構成案Ａへ格納される。
【００５８】
ステップ５０では、電力品質対策について電力品質条件を満足するように、電力品質対策機器の機器種類、機器容量および設置母線名が決定される。電力品質対策機器の決定過程は例えば、特開2001-231163号公報で提案されている公知の方法を利用する。
【００５９】
この特開2001-231163号公報に記載されている（８）式、すなわち
【数７】
0004435101.tif 000008
を利用し、小規模系統内の各母線の有効電力の変動ΔPおよび無効電力の変動ΔQに対する各母線の電圧位相の変動Δδ、ならびに電圧振幅の変動ΔVを算出する。そして、Δδの大きさが大きく顕著となる母線に対しては、有効電力を制御するための、例えば二次電池や蓄電池等をΔδの大きさに従い機器容量を定めて設置し、また、ΔVの大きさが大きく顕著な母線に対しては、無効電力を制御するための、例えば無効電力制御装置をΔVの大きさにしたがって機器容量を定めて設置するものとする。
【００６０】
その後、電力品質対策機器の選定結果は、ステップ４７に送出され電力品質対策機器の動特性解析用モデルが動特性解析データに組み込まれ、ステップ４８の動特性計算を経てステップ４９で電力品質条件を満足するまで繰り返される。
【００６１】
一方、ステップ４４で、ｊがｎより大きい場合には、ステップ５２においてシステム構成案Ａが出力されて電力品質対策機器設置計画機能３を終了する。
【００６２】
このような電力品質対策機器設置計画機能３の処理フローによれば、電源配置案Ｂに対し設定する発電負荷変動データに記された電源の出力変動および負荷変動などに対する電力品質が設定する電力品質条件を満足するかが確認され、電力品質条件を満足しない場合には電力品質対策機器の種類と設置母線と容量とを決定して電源配置案Ｂの電源種別と合わせたものを、小規模系統のシステム構成案Ａとして複数個出力することができる。
【００６３】
次に、保護設備設置計画機能４での作用を説明する。保護設備設置計画機能４では、電力品質対策機器設置計画機能３が出力する複数のシステム構成案Ａに含まれる電源、電力品質対策機器、負荷および送配電線に対し、保護設備設置計画機能４内の保護設備データベースを利用して、システム構成案Ａの電源の電源種や電力品質対策機器、負荷、送配電線に設置すべき保護設備を設置し、複数のシステム構成案Ａと適用する保護設備とを保存した複数のシステム構成案Ｂを出力する。
【００６４】
保護設備設置計画機能４により、小規模系統を構成する電源や電力品質対策機器や負荷や送配電線に対し保護設備データベースに保存している各設備に対する必要な保護設備を抽出し、小規模系統のシステム構成案に追加することができる。
【００６５】
次に、環境性評価機能５の作用について説明する。環境性評価機能５では、公知であるライフサイクルアセスメント（ＬＣＡ）評価法を利用する。環境性評価機能５の内部では、データベースに、小規模電力系統内に設置が予想される電源機器、電力品質対策機器、保護設備および送配電網の各機器や、送配電線線種等のハードウエアの各種類について、ＣＯ２排出原単位を機器製造時の排出原単位[kg−CO2/kVA]および機器運用時の排出原単位[kg-CO2／kWh]として保持している。そして、複数のシステム構成案Ｂのそれぞれのシステム構成について、製造時から設定する運用時間[ｈ]後までの総ＣＯ２排出量を求める。
【００６６】
運用時間[ｈ]後の総ＣＯ２排出量は、各機器について下記(11)式、
機器製造時CO2排出原単位[kg-CO2/kVA]×機器容量[kVA]
＋運用時CO2排出原単位[kg-CO2/kWh]×運用時間[h]×機器稼働率[%] 
…（11）
により算出する。
【００６７】
小規模電力系統を構成するシステム構成の運用時間[ｈ]後におけるＣＯ２総排出量は、各機器の運用時間[ｈ]後におけるＣＯ２排出量を総和して算出する。なお、機器稼働率は、ある時間Ｔに対し、各機器の定格出力と時間Ｔとの積と、電源配置案Ａまたは電源配置案Ｂに含まれる各電源の出力変化や電力品質対策機器設置計画機能３の動特性計算結果を参照して設定する電力品質対策機器の出力変化に対し、Ｔ時間内の出力を積分した値を利用して下記(12)式を用いて算出する。
稼働率[%]  ＝  各機器の出力についてT時間分における
積分／各機器の定格出力と時間Tとの積      …（12）
【００６８】
このような環境性評価機能５によれば、複数のシステム構成案Ｂのそれぞれについて機器製造時から運用時間[ｈ]後までの総ＣＯ２排出量を求めることができる。
【００６９】
次に、経済性評価機能６の作用について説明する。経済性評価機能６には、複数のシステム構成案Ｂが入力される。経済性評価機能６では、
(a) 小規模系統内に設置が予想される電源機器、電力品質対策機器、保護設備および送配電網等の各機器や線種等、各建築作業、土地代等の小規模系統システムを構築するために必要となる各初期コストのデータと、
(b) 小規模系統システムを運用する際に必要となる各機器を作動させるための、例えば燃料費などのランニングコストのデータと、
(c) 小規模系統システム内の各機器を動作させ続けるために必要となる保守点検費、保守頻度、故障修理費および故障率のデータと、
(d) 固定資産税、事業税およびＣＯ２排出量に対する炭素税の税支出などのデータと、
を格納する支出データベースを持つ。
【００７０】
例えば炭素税は、環境性評価結果５が出力するＣＯ２排出量を取り込み、ＣＯ２排出量を炭素排出量に変換し、炭素量に対する税率を積算する等により算出できる。
【００７１】
これらのデータは、小規模電力系統の運用者または事業者にとっては支出となるデータであり、複数のシステム構成案Ｂの各システム構成について支出データベースを参照して、システム構築時および運用１年間の運用コストを求める。
【００７２】
一方、小規模系統の運用による収入としては、小規模系統内の需要家からの電気代および熱代等がある。総収入の算出は、需要家への電力量kWhに対する電気代単価および熱供給のcalに対する熱代単価をそれぞれ設定し、需要家が１年間に使用する電力量および熱量に対して、それぞれ電気代単価および熱代単価を乗じることで総収入が算出される。需要家が１年間に使用する電力量および熱量は、熱需要カーブと電力需要カーブとを１年間分に換算することで得られる。
【００７３】
次に、収益性評価には、例えば内部収益率IRRとして知られる指標を利用できる。（x0,x1,x2,……xn）をキャッシュ・フロー流列とする。この流列の内部収益率は、下記（13）式で示す方程式を満足するｒの値である。
【数８】
0004435101.tif 000009
この（13）式で、ｉ＝０，１，２，…，ｎは年数を表す。ｉ＝０は初年度で表し、Ｘ０は初期コスト（マイナスと設定する）を示す。  Ｘｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）は該当年の（収入−運用コスト）を示す。
【００７４】
ｒが正で大きくなるほど収益性が良く、ｒが負のときは、収支がマイナスであることを示す。各システム構成について、例えば運用１０年後のｒの値を比較することで、各小規模系統のシステム構成時における小規模系統運用の収益性が定量的に評価できる。
【００７５】
また経済性評価機能６で、ある特定の小規模電力系統のシステム構成についてある運用期間後にｒが正となるように、電気代単価および熱代単価を試行錯誤的に設定して小規模系統の事業が成立する電気代単価および熱代単価を求めることも可能である。
【００７６】
このように、経済性評価機能６によれば、複数のシステム構成案Ｂの各システム構成時に、任意の運用年後の経済性を(13)式の解である、ｒの大小によって定量的に比較することが可能となる。以上のように、経済性評価機能６では複数のシステム構成案Ｂを取り込み、各システム構成案の小規模系統を構築し運営する際の経済性評価が可能となる。
【００７７】
また、この経済性評価機能６を利用することで、ある小規模電力系統のシステム構成についてある収益を上げるために必要な小規模系統内で、電力および熱を消費する需要家の電気代単価および熱代単価の算出が可能となる。
【００７８】
次に、システム構成評価機能７の作用を説明する。システム構成評価機能７では、複数のシステム構成案Ｂと、環境性評価機能５の出力である各システム構成案Ｂの運用時間に対するＣＯ２排出量と、経済性評価機能６の出力である各システム構成案Ｂの運用時間に対する内部収益率とを取り込む。
【００７９】
次に、システム構成案Ｂの各システム構成、ＣＯ２排出量および内部収益率を併記して出力する。
【００８０】
このような作用によれば、システム構成評価機能７では、小規模系統の各システム構成について、ＣＯ２排出量および内部収益率を勘案して、システム設計者が環境性と経済性とを比較して小規模系統のシステム構成を選択できる。
【００８１】
（効果）
このような小規模電力系統の設計手法によれば、まず小規模電力系統内の熱需要および電力需要を考慮して複数の電源配置計画を立て、複数の電源配置計画結果から電力系統として成立する複数の電源配置計画を抽出して電力系統構成案を作成し、次に複数の電力系統構成案に対して電力品質が規定範囲内となるように電力品質対策案をそれぞれ算出し、さらに電力品質対策案を施した複数の電力系統構成案に保護設備をそれぞれ設置した複数の小規模電力系統のシステム構成について運用年数による環境性評価としてＣＯ２排出量および運用年数に対する経済性評価として、内部収益率を定量的に明示する。これにより、有限時間内で電力品質が規定範囲であることが保証される複数の小規模電力系統のシステム構成案が得られる。
【００８２】
したがって、それぞれのシステム構成案について環境性評価結果と経済性評価結果とを比較評価して希望する小規模系統システム構成を選択することにより、小規模系統の評価および設計が可能となる特徴を持つ小規模電力系統の設計評価方法を提供できる。また、それを記録した記録媒体を提供することもできる。
【００８３】
また、小規模系統内の熱需要に対して共通に熱供給が可能な地域をエリアとしてまとめて処理すれば、熱需要負荷が多数存在する小規模系統においても熱の供給可能性を考慮し、かつ効率よく電力および熱の需給バランスを考慮した電源の配置計画を立案できる。
【００８４】
さらに、電源配置計画の際、各電源の初期コストと電源の年間運転燃料費の総和である電源の総コストを目的関数とし、目的関数が設定値と以下となる複数の電源配置計画を抽出し、その後のシステム構成の検討を行えば、設計手法の初期段階に位置する電源配置計画で経済性の悪い電源構成案をあらかじめ除外することが可能となる。このため、最終的に経済性評価や環境性評価を行う小規模系統のシステム構成の案数を初期段階である程度削減でき、複数の小規模系統の効率的な設計が可能となる。
【００８５】
また、特定の小規模系統のシステム構成について、収益をあげて小規模系統の運用を事業として成立させるに必要となる需要家への電気代単価や熱代単価の算出ができる。
【実施例２】
【００８６】
図６は、本発明の実施例２における処理フローを示している。この図６を用いて、実施例１に関する図１に示す系統成立性確認機能２とは異なる処理フローについて説明する。
【００８７】
図４における実施例１の説明で用いた系統成立性確認機能２の内部フローチャートと図６における実施例２で説明するフローチャートとの相違点は、図６中のステップ３５、ステップ３６およびステップ３７である。図６に示したステップ番号が、図４と同一の処理は実施例１の説明と同一であるので、ここでは説明を省略する。
【００８８】
図６に示す処理フローでは、ステップ２８においてｋ個の潮流計算結果[１]から[ｋ]が系統制約条件を満足しない場合にはステップ３５へ処理が移動し、一方、系統制約条件を満足する場合にはステップ３７に処理が移動する。
【００８９】
ステップ３５では、潮流計算を実施したｊ番目の電源配置案[ｊ]の電源にＰＱモード運転の電源が１個以上存在するか否かを確認する。ＰＱモード運転の電源が１個以上存在する場合はステップ３６へ処理を移動し、ＰＱモード運転が０個の場合にはステップ３０へ処理を移動する。次に、ステップ３６では無効電力補償量および補償箇所を算出する。
【００９０】
無効電力補償装置としては、例えばスタティックコンデンサ（ＳＣ）の設置を想定する。ステップ３６における無効電力補償量と補償箇所すなわち無効電力補償装置の設置母線の算出は、実施例１に関して図５を用いて説明した電力品質対策機器設置計画機能内の電力品質対策のステップ５０におけるΔＶについて着目したものと同等である。
【００９１】
ΔＶが大きく算出される母線を無効電力補償装置の設置母線とし、ΔＶの大きさに比例して無効電力補償量を決定する。次にステップ２３に移動し、ステップ３６で求めた無効電力補償量と補償母線に該当する系統データ部に無効電力補償量と等価のサセプタンスを設定する。
【００９２】
ステップ３７では、ステップ２８においてｋ個の潮流計算結果[１]から[ｋ]の全てが系統制約条件を満足した場合に、電源配置案Ｂにｊ番目の電源配置案Ａ[ｊ]、無効電力補償量および無効電力補償母線を格納する。
【００９３】
このような構成および作用によれば、小規模系統内に設置される電源がＰＱモードの一定力率運転する場合に、無効電力の不足分を無効電力補償装置、または機器の設置で補い電力系統として成立させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】小規模電力系統の設計評価方法のフローチャート。
【図２】小規模電力系統対象域の説明図。
【図３】発電消費エネルギー（Eｐ）と発電出力（P）の関係および発熱消費エネルギー（Eｈ）と熱出力（H）の関係を示す図。
【図４】系統成立性確認機能のフローチャート。
【図５】電力品質対策機器設置計画機能フローチャート。
【図６】実施例２の説明で用いる系統成立性確認機能のフローチャート。
【符号の説明】
【００９５】
１：電源配置計画機能、２：系統成立性確認機能、３：電力品質評価機能、
３Ｂ：電力品質対策機器設置検討機能、４：環境性評価機能、５：経済性評価機能、
６：システム構成評価機能、１０：小規模電力系統対象区域、１１：負荷、
１２：エリア、１３：電源。
【図１】
0004435101.tif 000010
【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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