(57)【要約】【課題】系統状態データを求めたい時点の精度の良い設備データを提供できる設備データ推定装置を提供するものである。【解決手段】電力系統の各ノードの時間合わせした観測データを観測データ計測装置１１で計測し、方程式作成手段１５は、観測データ計測装置１１で計測した観測データのうち各ノードの母線電圧の大きさ・位相、有効電力、無効電力を固定値とし設備データを変数とした方程式を作成し、設備データ演算手段１５は、方程式作成手段１５で作成した方程式を解いて高精度の設備データを演算する。【選択図】  図１
2012080707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統の各ノードの時間合わせした観測データを計測する観測データ計測装置と、
前記観測データ計測装置で計測した観測データのうち各ノードの母線電圧の大きさ・位相、有効電力、無効電力を固定値とし設備データを変数とした方程式を作成する方程式作成手段と、
前記方程式作成手段で作成した方程式を解いて前記設備データを演算する設備データ演算手段と、
を備えたことを特徴とする設備データ推定装置。
【請求項２】
前記方程式作成手段は、前記方程式として、潮流方程式を作成し、前記設備データ演算手段は、前記潮流方程式で求めた状態と、前記観測データ計測装置で測定された観測データとの偏差が最も小さくなる状態での前記設備データを演算することを特徴とする請求項１記載の設備データ推定装置。
【請求項３】
前記方程式作成手段は、前記方程式として前記ノードに流入する電流を求める回路方程式を作成し、前記設備データ演算手段は、前記回路方程式で求めた流入電流と、前記観測データ計測装置で測定された流入電流との偏差が最も小さくなる状態での前記設備データを演算することを特徴とする請求項１記載の設備データ推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統の潮流計算を行う際に使用する電力系統の設備データを推定する設備データ推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統の系統状態を把握するには、電力系統の潮流状態を把握する必要があり、そのために、母線電圧の大きさ及び位相の観測あるいは推定計算を行っている。推定計算では、電力系統解析用設備データ（以下、設備データ）から計算される値と、電力系統観測データ（以下、観測データ）との偏差が最も小さくなるような状態を求めている。
【０００３】
電力系統の潮流の推定計算（以下、潮流計算）は、負荷や発電機などの電力消費・供給源をノードとし、ノード間の設備（送電線、変圧器、調相設備など）をブランチとし、ノードの電圧・電流の関係よりノード間のブランチ電力を求めている。
【０００４】
この潮流計算においては、ノードに対する計算条件として、各々のノードの有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、電圧Ｖ、電圧位相角θのうち２つが既知で、残りの２つが未知であるとして扱われ、これら既知・未知の要素を組み合わせることによって、潮流方程式を作成してノードの電圧の大きさ及び位相を求めている。この潮流方程式の解を求めるには、例えば、ニュートン・ラプソン法が採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
すなわち、電力系統の設備データを既知とし、また、既知の有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、電圧Ｖ、電圧位相角θを用いて、未知のノード電圧を変数としてブランチ電力を計算し、この計算したブランチ電力と観測されるノード電力との偏差が最も小さくなるような状態のノード間の電圧及び位相を求め、その求めたノード間の電圧及び位相の関係よりノード間のブランチ電力を求めている。また、設備データは、設備毎の設計値、工場試験値、部分的には実測値等を既知の値として用いている。
【０００６】
一般に、ｉノードとｊノードとの間のブランチの潮流方程式は（１）式で記述することができる。
【数１】
2012080707.tif 000003
【０００７】
これを一般式としてベクトル表記すると（２）式で示される。
【０００８】
［数２］
ｐ＝ｆ（ｖ）  …（２）
ｖは、ノード電圧の大きさ及び位相角からなる電圧ベクトルであり、ｐは、発電機母線への注入有効電力、それ以外の母線においては母線への注入有効・無効電力からなる指定値ベクトルである。
【０００９】
潮流計算では、（２）式で示される各ノードの方程式を連立方程式とし、設備データ（送電線等で構成される系統のアドミタンス行列）及び指定値ベクトルｐを固定値として与え、電圧ベクトルｖを変数として数値計算により解いている。
【００１０】
図３は、従来の電力系統の系統状態を把握する手順の説明図である。電力系統のノードにおける観測データ（母線電圧の大きさ及び位相）を得る（Ｓ１）。この観測データは測定誤差や同期ずれを含んだデータである。一方、設備データは、設備毎の設計値、工場試験値、部分的には実測値等の値として得る（Ｓ２）。この設備データは、モデル化誤差等の誤差を含んだデータである。
【００１１】
そこで、この電力系統各所の観測データ（母線電圧の大きさ及び位相）と、設備データを用いて計算した電力系統各所の系統状態データ（母線電圧の大きさ及び位相）とを比較し、観測データと系統状態データとが一致するように、設備データを補正する（Ｓ３）。
【００１２】
前述したように、観測データは測定誤差や同期ずれを含んだデータであり、観測データの精度としては不十分であるので、（２）式を用いて、系統状態の推定計算を行う（Ｓ４）。その際には、設備データあるいは補正された設備データを用いて系統状態の推定計算を行い、観測される観測データ（母線電圧の大きさ及び位相）と、計算により求めた系統状態データ（母線電圧の大きさ及び位相）との偏差が最も小さくなるような状態の電圧の大きさ及び位相を求める。これにより、系統状態データの精度を向上させている。
【００１３】
そして、求めた電圧の大きさ及び位相を基に各々のノードのブランチ電力や電力系統全体の潮流状態を求めて系統状態を把握し（Ｓ５）、さらには、観測断面（観測データを求めた条件下）での系統状態データから系統解析を行いその系統解析データを提供している（Ｓ６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平８−４７１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、従来においては、系統各所の観測データと設備データからの計算結果（系統状態データ）との比較・補正により、設備データの精度を向上させているが、部分的な修正であるため、系統全体で整合の取れたデータになるとは限らない。また、ある観測断面（観測データを求めた条件下）での一時的な観測データに基づく補正であるため、他の観測断面で精度が高いデータになるとは限らない。つまり、系統状態データの求めたい時点での同期の取れた設備データとならない。
【００１６】
そのような設備データを基に推定した、ある観測断面の系統状態データや系統解析データには、観測データの誤差と設備データの誤差との双方の誤差が含まれてしまう。また、その分離が難しいため、系統解析データの精度向上には限界がある。
【００１７】
本発明の目的は、系統状態データを求めたい時点の精度の良い設備データを提供できる設備データ推定装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
請求項１の発明に係る設備データ推定装置は、電力系統の各ノードの時間合わせした観測データを計測する観測データ計測装置と、前記観測データ計測装置で計測した観測データのうち各ノードの母線電圧の大きさ・位相、有効電力、無効電力を固定値とし設備データを変数とした方程式を作成する方程式作成手段と、前記方程式作成手段で作成した方程式を解いて前記設備データを演算する設備データ演算手段とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
請求項２の発明に係る設備データ推定装置は、請求項１の発明において、前記方程式作成手段は、前記方程式として、潮流方程式を作成し、前記設備データ演算手段は、前記潮流方程式で求めた状態と、前記観測データ計測装置で測定された観測データとの偏差が最も小さくなる状態での前記設備データを演算することを特徴とする。
【００２０】
請求項３の発明に係る設備データ推定装置は、請求項１の発明において、前記方程式作成手段は、前記方程式として前記ノードに流入する電流を求める回路方程式を作成し、前記設備データ演算手段は、前記回路方程式で求めた流入電流と、前記観測データ計測装置で測定された流入電流との偏差が最も小さくなる状態での前記設備データを演算することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、電力系統の各ノードの時間合わせした高精度の観測データを計測し、各ノードの母線電圧の大きさ・位相、有効電力、無効電力を固定値とし設備データを変数とした方程式を作成し、その方程式を解いて設備データを求めるので、系統状態を求めたい時点での同期の取れた設備データを求められる。これにより、設備の経年、利用状況、気象条件などによる変化が加味された時点での設備データが提供でき、電力系統全体の実態を反映した観測時の設備データの取得が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る設備データ推定装置のブロック構成図。
【図２】本発明の実施形態の電力系統の系統状態を把握する手順の説明図。
【図３】従来の電力系統の系統状態を把握する手順の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係る設備データ推定装置のブロック構成図である。観測データ計測装置１１は電力系統の各ノードに設置され、各ノードの未知量を検出する。例えば、発電機については端子電圧Ｖ及び有効電力Ｐは既知であり、負荷については有効電力Ｐ及び無効電力Ｑは既知であるので、発電機ノードにおいては未知量である無効電力、位相を検出し、負荷ノードにおいては未知量である電圧の大きさ及び位相を検出する。位相は基準となるスラックノードの電圧位相を基準に対する位相角である。
【００２４】
観測データ計測装置１１は、ＧＰＳ（Global Positioning System）や高精度時間プロトコルIEEE1588などの分散クロック同期を利用して電力ネットワーク全体の絶対時間を定義し、位相を直接観測するＰＭＵ（Phasor Measurement Unit）を搭載している。
【００２５】
例えば、IEEE1588は、イーサネット（登録商標）などのマルチキャスト対応ネットワークを介して接続されるクロックを同期するための標準プロトコルであり、マイクロ秒以下の同期化精度の精密時間プロトコルによる測定システムである。このような高精度の測定システムを利用し、状態把握に十分な精度の必要箇所の同期観測データを取得する。
【００２６】
つまり、観測データ計測装置１１は、電力ネットワークの各部で検出した位相を絶対時間で時間合わせして観測データを計測する。この観測データ計測装置１１で計測された観測データは、演算制御装置１２の入力処理部１３により取り込まれ、記憶装置１４に記憶される。
【００２７】
この観測データを利用すれば、直接、系統の状態を精度良く（測定系の誤差だけで）把握することが可能となるので、（２）式の連立方程式による潮流計算（状態推定計算）は不要となる。
【００２８】
本発明の実施の形態では、精度の良い設備データを得るために、逆に、（２）式の電圧ベクトルｖを固定して設備データを変数ｙとした（３）式の潮流方程式を用いて、設備データｙを求める。
【００２９】
［数３］
ｐ＝ｆ（ｙ）  …（３）
そこで、方程式作成手段１５は、（３）式で示される各ノードの連立方程式を作成する。すなわち、観測データ計測装置１１で計測した観測データのうち各ノードの母線電圧の大きさ・位相、有効電力、無効電力を固定値とし設備データｙを変数とした連立方程式を作成する。
【００３０】
電圧ベクトルｖは、観測データ計測装置１１で計測したノード電圧の大きさ及び位相角からなる電圧ベクトル、ｐは、発電機母線への注入有効電力、それ以外の母線においては母線への注入有効・無効電力からなる指定値ベクトルである。そして、設備データ算出手段１６は、（４）式を制約条件とした以下の最適化問題を解く。
【数４】
2012080707.tif 000004
【００３１】
ただし、ｗｉは重み係数、ｚｉ＝ｐｉ−ｆｉ（ｙ）、ｉ＝１，２，…ｎである。ｎは方程式の数（=母線の数×２）であり、ｚｉは設備データｙから計算される状態と観測データとの偏差である。
【００３２】
これにより、観測データにより合致した（系統全体の実態を反映した）設備データｙを取得する。観測データは、運用状況（経年、利用率、気象条件等）による変化が加味されたデータであるので、設備データについても運用状況（経年、利用率、気象条件等）による変化が加味されたデータが取得できる。
【００３３】
設備データ演算手段１５で演算された設備データは記憶装置１４に記憶されるとともに、必要に応じて出力処理部１７にて出力装置１８に出力される。出力装置１８は、例えば表示装置や印刷装置などである。
【００３４】
以上の説明では、方程式として、潮流方程式を作成して設備データを計算するようにしたが、潮流方程式に代えて、ノードに流入する電流を求める回路方程式を作成するようにしてもよい。回路方程式は、（５）式に示される。
【００３５】
［数５］
Ｉ＝ＹＶ  …（５）
Ｉはノードに流入する電流、Ｙは設備データ、Ｖは高精度に測定した電圧ベクトルである。この場合も、回路方程式で求めた流入電流ＹＶと、観測データ計測装置で測定された流入電流Ｉとの偏差が最も小さくなる状態での設備データを演算することになる。（４）式のｚｉにｚｉ＝Ｉｉ−Ｙｉ・Ｖｉを適用することになる。
【００３６】
次に、図２は本発明の実施形態の電力系統の系統状態を把握する手順の説明図である。観測データ計測装置１１で電力系統のノードにおける高精度に時間合わせした観測データを得る（Ｓ１１）。この観測データは、潮流状態の把握に十分な精度の必要箇所の同期の取れたデータである。
【００３７】
一方、設備データは、設備毎の設計値、工場試験値、部分的には実測値等の値として得る（Ｓ１２）。この設備データは、モデル化誤差等の誤差を含んだデータである。
【００３８】
そこで、この電力系統各所の高精度の観測データを用いて、（３）式及び（４）式により設備データを推定計算する（Ｓ１３）。この設備データは、同期の取れた観測データを使用して推定計算したものであるから、運用状況（経年、利用率、気象条件等）による変化が加味されたデータであり、全体的・各断面での修正が可能なデータである。
【００３９】
前述したように、観測データは、直接、系統の状態を精度良く（測定系の誤差だけで）把握できるデータであるので、（２）式の連立方程式による潮流計算（状態推定計算）は不要となる（Ｓ１４）。
【００４０】
そして、観測データから各々のノードのブランチ電力や電力系統全体の潮流状態を求めて系統状態を把握し（Ｓ１５）、さらには、観測断面（観測データを求めた条件下）での系統状態データから系統解析を行い、精度の良い設備データを含めてその系統解析データを提供している（Ｓ１６）。
【００４１】
本発明の実施の形態では、分散クロック同期を利用した測定システムを利用することにより、状態推定計算が不要となり、直接、系統の状態を精度良く把握できる。また、設備データは高精度な観測データを用いて計算するので、より精緻な系統解析データを得ることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１１…観測データ計測装置、１２…演算制御装置、１３…入力処理部、１４…記憶装置、１５…方程式作成手段、１６…設備データ算出手段、１７…出力処理部、１８…出力装置
【図１】
2012080707.tif 000005
【図２】
2012080707.tif 000006
【図３】
2012080707.tif 000007