(57)【要約】【課題】重大故障かどうかを容易に判定でき、重大故障である場合には効果の高い適切な対策案を策定できる系統運用策定装置を提供することである。【解決手段】最適潮流計算手段１４は、重大故障候補記憶部１１に記憶された重大故障候補が入力装置１３から選択されたとき、選択された重大故障候補をパラメータ化し故障前の系統状態と故障後の系統状態との中間の系統状態を含めて設備容量を加味した最適潮流計算により潮流解を求め、重大故障判定手段１５は、最適潮流計算手段１４で求めた潮流解のうち故障後の系統状態での潮流解が適用条件を満たす範囲内にあるかどうかを判定し、適用条件を満たす範囲内に潮流解がないときは重大故障であると判定し、適用条件を満たす範囲内に潮流解があるときは重大故障でないと判定するとともに、選択した重大故障候補を重大故障候補記憶部１１から削除する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統の故障発生後の定常状態が運用可能でない重大故障候補を予め記憶した重大故障候補記憶部と、故障発生後に運用可能な適用条件及び故障時に調整可能な設備容量を予め記憶した条件記憶部と、前記重大故障候補記憶部に記憶された前記重大故障候補が選択されたとき、選択された重大故障候補をパラメータ化し故障前の系統状態と故障後の系統状態との中間の系統状態を含めて前記設備容量を加味した最適潮流計算により潮流解を求める最適潮流計算手段と、前記最適潮流計算手段で求めた潮流解のうち故障後の系統状態での潮流解が前記適用条件を満たす範囲内にあるかどうかを判定し、前記適用条件を満たす範囲内に潮流解がないときは重大故障であると判定し、前記適用条件を満たす範囲内に潮流解があるときは重大故障でないと判定するとともに、選択した重大故障候補を前記重大故障候補記憶部から削除する重大故障判定手段とを備えたことを特徴とする系統運用策定装置。
【請求項２】
前記重大故障判定手段で重大故障であると判定されたとき、前記最適潮流計算手段で求めた潮流解に代えて、故障後の系統状態で前記適用条件を満たす潮流解を得るための対策候補をランキングとともに作成する対策候補作成手段と、前記対策候補作成手段で作成されたランキング付対策候補から対策候補を選択し重大故障に対する対策案を作成する対策案作成手段と、前記対策案作成手段で作成された対策案での設備容量を加味した最適潮流計算により、前記適用条件を満たす範囲内に潮流解があるかどうかを判定し、前記適用条件を満たす範囲内に潮流解があるときはその対策案のリストを作成し、前記適用条件を満たす範囲内に潮流解がないときは前記対策案作成手段に別の対策案の作成を指示する対策案判定手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の系統運用策定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統における重大故障判定及びその対策を策定する系統運用策定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統を運用するに当たっては、電力系統に故障が発生した場合であっても継続して電力を供給できる状態に維持することが重要である。例えば、電力系統を構成する一部の送電線が故障してその送電線を使用できなくなった場合であっても別の送電線から電力供給ができるようにすることが重要である。その場合、例えば、各々の母線の電圧は所定範囲に維持するという適用条件を満たすことが必要となる。
【０００３】
電力系統の故障の中には、故障発生後の電力系統の定常状態が運用可能でなくなる故障がある。以下、このような故障を重大故障と呼ぶことにする。重大故障が発生した場合には、その対策を取らずにいると、電力系統の定常状態での運用ができなくなるので、予め重大故障が発生したことを想定して、対策が取れるようにしておかなければならない。
【０００４】
そこで、従来においては、予め重大故障候補を設定しその重大故障候補に対して、潮流計算に基づいて重大故障か否かを判定しており、潮流解が存在しない場合および潮流状態が運用可能でない場合が重大事故と判定している。そして、重大故障に対する対策案の作成では、対策候補の中から、試行錯誤的、経験的、あるいは潮流計算より得られる情報に基づいて対策案を策定し、その効果を潮流計算に基づいて評価し、対策を講じるようにしている。
【０００５】
図５は、従来における潮流計算での重大故障か否かの判定内容の説明図であり、図５（ａ）は健全時の電力と電圧との特性の一例を示す特性図、図５（ｂ）は故障時の電力と電圧との特性の一例を示す特性図である。
【０００６】
一般に、潮流方程式は、下記の（１）式で示される。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。
【０００７】
ｐ＝ｆ（ｖ）  …（１）
図５（ａ）に示すように、故障前においては、ｐ−ｆ（ｖ）の特性は曲線Ｓ１で示され、ｐ−ｆ（ｖ）＝０を満たす電圧ベクトルｖの潮流解ｖａが適用条件（ｖ１〜ｖ２）の範囲Ａに入っている。
【０００８】
図５（ｂ）に示すように、故障後において、ｐ−ｆ（ｖ）の特性が曲線Ｓ２で示されるようになったとすると、ｐ−ｆ（ｖ）＝０を満たす電圧ベクトルｖの潮流解が存在しない状態であるので重大事故と判定する。また、ｐ−ｆ（ｖ）の特性が曲線Ｓ３で示されるようになったとすると、ｐ−ｆ（ｖ）＝０を満たす電圧ベクトルｖの潮流解ｖｂは存在するが、適用条件（ｖ１〜ｖ２）の範囲Ａから外れているので、この場合も重大事故と判定する。
【０００９】
ここで、電力系統の所定の負荷パターンと系統パラメータに対して多数の等式と不等式とからなる制約条件を満足しながら，送電損失、調相設備運用あるいは燃料コストなどの目的関数を最小にするようにすべての変数を決定するようにした最適潮流計算（ＯＰＦ：Optimal Power Flow）がある（例えば、特許文献１参照）。この制約条件には潮流方程式も含まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−１１７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
重大故障の判定では、潮流解が存在しない場合および潮流状態が運用可能でない場合が重大事故と判定しているので、潮流計算が数値計算上の初期値の問題等の潮流解がないのか、実際に潮流解がないのかの判定が困難である。
【００１２】
図６に示すように、故障後において、ｐ−ｆ（ｖ）の特性が曲線Ｓ４で示されるようになったとすると、潮流方程式をニートン・ラプソン法で解く場合、潮流解ｖｃが適用条件（ｖ１〜ｖ２）の範囲Ａ内に存在するにも拘わらず、初期値としてｖ０を採用した場合には、初期値ｖ０における接線Ｌにより求まる近似値が得られず発散してしまい、潮流解を求めることができない。また、図５（ｂ）の曲線Ｓ２の場合も潮流解を求めることができない。従って、数値計算上の初期値の問題等で潮流解がないのか、実際に潮流解がないのかの判定が困難である。
【００１３】
また、重大故障に対する対策案の作成では、対策候補の中から、試行錯誤的、経験的、あるいは潮流計算より得られる情報に基づいて対策案を策定しているので、効果の高い適切な対策案の策定が効率的でなく、必ずしも最適な対策とはならない場合がある。
【００１４】
本発明の目的は、重大故障かどうかを容易に判定でき、重大故障である場合には効果の高い適切な対策案を策定できる系統運用策定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１の発明に係る系統運用策定装置は、電力系統の故障発生後の定常状態が運用可能でない重大故障候補を予め記憶した重大故障候補記憶部と、故障発生後に運用可能な適用条件及び故障時に調整可能な設備容量を予め記憶した条件記憶部と、前記重大故障候補記憶部に記憶された前記重大故障候補が選択されたとき、選択された重大故障候補をパラメータ化し故障前の系統状態と故障後の系統状態との中間の系統状態を含めて前記設備容量を加味した最適潮流計算により潮流解を求める最適潮流計算手段と、前記最適潮流計算手段で求めた潮流解のうち故障後の系統状態での潮流解が前記適用条件を満たす範囲内にあるかどうかを判定し、前記適用条件を満たす範囲内に潮流解がないときは重大故障であると判定し、前記適用条件を満たす範囲内に潮流解があるときは重大故障でないと判定するとともに、選択した重大故障候補を前記重大故障候補記憶部から削除する重大故障判定手段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項２の発明に係る系統運用策定装置は、前記重大故障判定手段で重大故障であると判定されたとき、前記最適潮流計算手段で求めた潮流解に代えて、故障後の系統状態で前記適用条件を満たす潮流解を得るための対策候補をランキングとともに作成する対策候補作成手段と、前記対策候補作成手段で作成されたランキング付対策候補から対策候補を選択し重大故障に対する対策案を作成する対策案作成手段と、前記対策案作成手段で作成された対策案での設備容量を加味した最適潮流計算により、前記適用条件を満たす範囲内に潮流解があるかどうかを判定し、前記適用条件を満たす範囲内に潮流解があるときはその対策案のリストを作成し、前記適用条件を満たす範囲内に潮流解がないときは前記対策案作成手段に別の対策案の作成を指示する対策案判定手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明によれば、重大故障候補をパラメータ化して故障前の系統状態と故障後の系統状態との離散的な変化をその間の連続的な変化に置き換え、設備容量を加味して中間の系統状態での潮流解も求めるので、必ず潮流解が求まると期待できる。従って、数値計算上の問題で解が求まらないことが回避できる。
【００１８】
請求項２の発明によれば、重大故障に対する対策候補をランキングとともに作成するので、効果の高い順番に対策候補を決定できる。従って、効果の高い適切な対策案の策定が効率的に行える。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る系統運用策定装置の構成図。
【図２】本発明の実施形態での故障後において潮流解が存在しない場合の潮流計算の説明図。
【図３】本発明の実施形態での故障後において潮流解は存在するが適用条件の範囲でない場合の潮流計算の説明図。
【図４】本発明の実施形態での故障後において適用条件の範囲内に潮流解は存在するが数値計算上の初期値の問題で潮流解が得られない場合の潮流計算の説明図。
【図５】従来における潮流計算での重大故障か否かの判定内容の説明図。
【図６】従来における潮流計算で故障後において潮流解は存在するが数値計算上の初期値の問題で潮流解が得られない場合の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係る系統運用策定装置の構成図である。
【００２１】
重大故障候補記憶部１１には、電力系統の故障発生後の定常状態が運用可能でない重大故障候補が予め記憶されている。例えば、並行２回線の送電線の１回線が系統から脱落した場合、発電機がトリップした場合、変電所が故障した場合など、対策を施さないと、故障発生後に定常状態で電力系統を運用できないと想定される故障を予め重大故障候補として重大故障候補記憶部１１に記憶しておく。
【００２２】
また、条件記憶部１２には、重大故障候補記憶部１１に記憶された重大故障候補の故障が発生した後に、運用可能な適用条件が予め記憶されている。例えば、重大故障候補の故障発生後であっても、電力系統を定常状態で運用可能とするために必要な各々の母線の電圧の範囲や、送電線に流す電流の範囲などが適用条件として予め条件記憶部１２に記憶しておく。
【００２３】
また、条件記憶部１２には適用条件に加え、故障時に調整可能な設備及びその設備の調整可能量（設備容量）が予め記憶されている。例えば、故障発生後に発電機無効電力が調整可能であれば、発電機母線の調整可能な無効電力を設定しておき、負荷母線に調相設備が接続されており、その調相設備で無効電力の調整が可能であれば調整可能な無効電力を設定しておく。
【００２４】
次に、重大故障候補記憶部１１に予め設定された重大故障候補に対して、潮流計算に基づいて重大故障か否かを判定する際には、電力系統の運用者は入力装置１３から判定対象の重大故障候補を選択する。すなわち、入力装置１３により最適潮流計算手段１４を起動して、最適潮流計算手段１４に判定対象の重大故障候補を入力する。
【００２５】
最適潮流計算手段１４は、入力装置１３で選択された重大故障候補を重大故障候補記憶部１１から取り出すとともに、条件記憶部１２から故障後の電力系統の適用条件や故障時に調整可能な設備容量を取り出す。そして、選択された重大故障候補をパラメータ化し故障前の系統状態と故障後の系統状態との中間の系統状態を含めて設備容量を加味した最適潮流計算により潮流解を求める。
【００２６】
この最適潮流計算では、故障前の潮流方程式及び故障後の潮流方程式を考慮し、重大故障候補をパラメータ化した最適潮流計算を実行する。ここでは、故障前の潮流方程式と故障後の潮流方程式とを等式制約として設定し、事故後の潮流方程式では、通常の最適潮流計算の変数に加えて、例えば、故障発生後に発電機無効電力が調整可能であれば、発電機母線の無効電力と電圧位相を変数として設定し、負荷母線では、電圧ベクトルを変数として設定する。
【００２７】
また、目的関数は重大故障候補パラメータの最小化である。運用可能な潮流解が存在するかどうかは、重大故障候補パラメータの最小化の最適潮流計算により故障状態となるかどうかで判定する。
【００２８】
例えば、送電線が電力系統から脱落した場合の重大故障候補パラメータαは、送電線のアドミタンスであり、健全時のアドミタンスを「１」、当該送電線が脱落したときのアドミタンスを「０」とし、目的関数は重大故障候補パラメータαの最小化であるので、アドミタンスが最小となる適用条件（ｖ１〜ｖ２）の範囲Ａ内の潮流解を求める。なお、アドミタンスが「０」である潮流解があるときは、故障後であっても、設備容量を調整すれば運用可能な状態となる場合である。一方、アドミタンスが０〜１の中間で適用条件（ｖ１〜ｖ２）の範囲Ａ内の潮流解となったときは、既存の設備容量の調整だけでは運用可能な状態とならない場合である。
【００２９】
図２は、本発明の実施形態での故障後において潮流解が存在しない場合の潮流計算の説明図である。故障前においては重大故障候補パラメータαは「１」であり、故障後においては重大故障候補パラメータαは「０」である。
【００３０】
いま、故障前のｐ−ｆ（ｖ）の特性は曲線Ｓ１（α＝１）で示され、ｐ−ｆ（ｖ）＝０を満たす電圧ベクトルｖの潮流解ｖａが適用条件（ｖ１〜ｖ２）の範囲Ａに入っており、一方、故障後のｐ−ｆ（ｖ）の特性は曲線Ｓ２（α＝０）で示され、ｐ−ｆ（ｖ）＝０を満たす電圧ベクトルｖの潮流解が存在しない状態であるとする。
【００３１】
最適潮流計算手段１４は、設備容量を加味して重大故障候補パラメータαを０〜１の範囲で変化させ、適用条件（ｖ１〜ｖ２）の範囲Ａ内に潮流解が得られるｐ−ｆ（ｖ）の特性曲線を求める。図２では、適用条件（ｖ１〜ｖ２）の範囲Ａの最小値ｖ１が潮流解となるｐ−ｆ（ｖ）の特性曲線Ｓ２’（α＝０．６）が求められた場合を示している。
【００３２】
特性曲線Ｓ２’（α＝０．６）は、既存の電力系統の設備容量を最大限に調整した場合であっても、重大故障候補パラメータαをα＝０とすることができず、重大故障候補パラメータαをα＝０．６とした場合に適用条件（ｖ１〜ｖ２）の範囲Ａ内に潮流解が得られる場合を示している。
【００３３】
図３は、本発明の実施形態での故障後において潮流解は存在するが適用条件の範囲でない場合の潮流計算の説明図である。いま、故障前のｐ−ｆ（ｖ）の特性は曲線Ｓ１（α＝１）で示され、ｐ−ｆ（ｖ）＝０を満たす電圧ベクトルｖの潮流解ｖａが適用条件（ｖ１〜ｖ２）の範囲Ａに入っており、一方、故障後のｐ−ｆ（ｖ）の特性は曲線Ｓ３（α＝０）で示され、ｐ−ｆ（ｖ）＝０を満たす電圧ベクトルｖの潮流解ｖｂは存在するが、適用条件（ｖ１〜ｖ２）の範囲Ａから外れているとする。
【００３４】
最適潮流計算手段１４は、適用条件（ｖ１〜ｖ２）の範囲Ａ内に潮流解が得られるｐ−ｆ（ｖ）の特性曲線を求める。図３では、適用条件（ｖ１〜ｖ２）の範囲Ａで潮流解ｖｂ’となるｐ−ｆ（ｖ）の特性曲線Ｓ３’（α＝０）が求められた場合を示している。特性曲線Ｓ３’（α＝０）は、既存の電力系統の設備容量を調整した場合に、重大故障候補パラメータαをα＝０とすることができた場合を示している。
【００３５】
図４は、本発明の実施形態での故障後において適用条件の範囲内に潮流解は存在するが数値計算上の初期値の問題で潮流解が得られない場合の潮流計算の説明図である。
【００３６】
いま、故障前のｐ−ｆ（ｖ）の特性は曲線Ｓ１（α＝１）で示され、ｐ−ｆ（ｖ）＝０を満たす電圧ベクトルｖの潮流解ｖａが適用条件（ｖ１〜ｖ２）の範囲Ａに入っており、一方、故障後のｐ−ｆ（ｖ）の特性は曲線Ｓ４（α＝０）で示され、ｐ−ｆ（ｖ）＝０を満たす電圧ベクトルｖの潮流解ｖｃが適用条件（ｖ１〜ｖ２）の範囲Ａ内に存在するが、従来では初期値の問題で潮流解が得られないものとする。
【００３７】
最適潮流計算手段１４は、重大故障候補パラメータαを０〜１の範囲で変化させ、適用条件（ｖ１〜ｖ２）の範囲Ａ内に潮流解が得られるｐ−ｆ（ｖ）の特性曲線を求める。図４では、適用条件（ｖ１〜ｖ２）の範囲Ａで潮流解ｖｃ’となるｐ−ｆ（ｖ）の特性曲線Ｓ４’（α＝０）が求められた場合を示している。特性曲線Ｓ４’（α＝０）は、既存の電力系統の設備容量を調整した場合に、重大故障候補パラメータαをα＝０とすることができた場合を示している。
【００３８】
このように、最適潮流計算手段１４は、重大故障候補をパラメータ化し故障前の系統状態と故障後の系統状態との中間の系統状態を含めて設備容量を加味した最適潮流計算により潮流解を求める。
【００３９】
次に、重大故障判定手段１５は、最適潮流計算手段１４で求めた潮流解のうち、故障後の系統状態（α＝０の状態）での潮流解が適用条件を満たす範囲内にあるかどうかを判定する。そして、故障後の系統状態（α＝０の状態）での潮流解がないときは重大故障であると判定する。前述の図２の場合は、故障後の系統状態（α＝０の状態）での潮流解が得られていないので、重大故障であると判定される。一方、故障後の系統状態（α＝０の状態）での潮流解があるときは、重大故障でないと判定するとともに、選択した重大故障候補を重大故障候補記憶部１１から削除する。前述の図３及び図４の場合は、故障後の系統状態（α＝０の状態）での潮流解があるので、重大故障でないと判定する。重大故障判定手段１５の判定結果は必要に応じて出力装置１６に出力される。出力装置１６は、例えば表示装置や印刷装置などである。
【００４０】
次に、対策候補作成手段１７は、重大故障判定手段１５で重大故障であると判定されたときは、最適潮流計算手段１４で求めた潮流解に代えて、故障後の系統状態で適用条件を満たす潮流解を得るための対策候補をランキングとともに作成する。
【００４１】
例えば、図２に示した場合には、最適潮流計算手段１４で求めた故障後の系統状態での潮流解は、重大故障候補パラメータαをα＝０．６とした場合の特性曲線Ｓ２’（α＝０．６）の潮流解ｖ１である。特性曲線Ｓ２’（α＝０．６）は、既存の電力系統の設備容量を最大限に調整した場合であっても、重大故障候補パラメータαをα＝０とすることができなかった場合であり、故障後の系統状態で適用条件を満たす潮流解とするためには、重大故障候補パラメータαをα＝０とした場合の特性曲線Ｓ２”（α＝０）を求め、さらにその潮流解ｖａ”が適用条件（ｖ１〜ｖ２）の範囲Ａ内に存在するようにしなければならない。
【００４２】
最適潮流計算手段１４の最適潮流計算では、重大故障候補パラメータαをα＝０．６とした場合の特性曲線Ｓ２’（α＝０．６）及びその潮流解ｖ１が得られているので、これから重大故障候補パラメータαをα＝０とした場合の特性曲線Ｓ２”（α＝０）を得るための対策候補を作成する。また、最適潮流計算で重大故障候補パラメータαに関するラグランジュ乗数が得られているので、対策候補のランキングはこのラグランジュ乗数を基に作成する。
【００４３】
対策候補作成手段１７で作成されたランキング付対策候補は、出力装置１６に出力される。運用者はランキング付対策候補を参照して、そのランキング付対策候補の中から、単一の対策案あるいは複数の対策候補を組合せて選択し、入力装置１３により対策案作成手段１８に入力する。対策案作成手段１８は、運用者により選択された対策候補を基に重大故障に対する対策案を作成する。
【００４４】
対策案作成手段１８で作成された対策案は、対策案判定手段１９に入力される。対策案判定手段１９は、対策案作成手段１８で作成された対策案での設備容量を加味した最適潮流計算を行う。この最適潮流計算は、最適潮流計算手段１４での最適潮流計算と同じであり、故障前の潮流方程式と故障後の潮流方程式とを等式制約として設定し、事故後の潮流方程式では、通常の最適潮流計算の変数に加えて、調整可能な設備容量（例えば、無効電力調整設備の無効電力量）と電圧位相とを変数として設定し、負荷母線では、電圧ベクトルを変数として設定する。また、目的関数は重大故障候補パラメータの最小化である。
【００４５】
そして、最適潮流計算で適用条件を満たす範囲内に潮流解があるかどうかを判定し、適用条件を満たす範囲内に潮流解があるときはその対策案のリストを作成し、その対策案リストを出力装置１６に出力する。これにより、運用者は重大故障の対策を容易に得ることができる。一方、対策案での設備容量を加味した最適潮流計算を行ったが、適用条件を満たす範囲内に潮流解がないときは対策案作成手段１８に別の対策案の作成を指示する。これにより、対策案判定手段１９は、別の対策案を基に最適潮流計算を行うことになる。適用条件を満たす範囲内に潮流解が得られるまで最適潮流計算を行う。
【００４６】
本発明の実施の形態では、重大故障候補をパラメータ化して故障前の系統状態と故障後の系統状態との離散的な変化をその間の連続的な変化に置き換えて潮流解を求めるので、故障前と故障後との中間状態において必ず潮流解が求まると期待できる。従って、数値計算上の問題で解が求まらないことを回避できる。また、設備容量を加味して潮流解を求めるので、故障時であっても定常状態での運用可能となる状態を判別できる。
【００４７】
また、故障前の系統状態と故障後の系統状態との離散的な変化をその間の連続的な変化に置き換えて潮流解を求めるので、故障前と故障後との中間状態での潮流解が得られているので、これから故障後の系統状態で潮流解を得るための対策候補を得ることができる。また、重大故障候補パラメータに関するラグランジュ乗数が得られているので、対策候補のランキングはこのラグランジュ乗数を基に得ることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１１…重大故障候補記憶部、１２…条件記憶部、１３…入力装置、１４…最適潮流計算手段、１５…重大故障判定手段、１６…出力装置、１７…対策候補作成手段、１８…対策案作成手段、１９…対策案判定手段
【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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