(57)【要約】【課題】設備容量の制限値を加味しても潮流方程式の収束計算上の擾乱となることを抑制でき、収束計算に及ぼす悪影響を低減できる電力系統潮流計算装置を提供することである。【解決手段】収束計算手段１４は、設備容量の出力制限値を考慮していない潮流方程式を予め記憶し、出力制限判定手段１３でｉ次近似解が設備容量の出力制限にかかっていると判定されたときは、設備容量の出力制限値に固定した特性の潮流方程式に変更してｉ＋１次近似解を求め、ｉ次近似解が設備容量の出力制限に掛かっていないときは予め記憶された潮流方程式でｉ＋１次近似解を求め、出力手段１６は、収束判定手段１５により、収束計算手段１４が予め定めた所定回数の収束計算を行い収束計算が収束したと判定したときはそのときの近似解を潮流解として出力し、収束しないと判定したときは潮流解無しを出力する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
潮流方程式の収束計算のｉ次近似解が設備容量の出力制限にかかっているか否かを判定する出力制限判定手段と、前記設備容量の出力制限値を考慮していない潮流方程式を予め記憶し、前記ｉ次近似解が設備容量の出力制限にかかっているときは設備容量の出力制限値に固定した特性の潮流方程式に変更してｉ＋１次近似解を求め、前記ｉ次近似解が設備容量の出力制限に掛かっていないときは予め記憶された潮流方程式でｉ＋１次近似解を求める収束計算手段と、前記収束計算手段が予め定めた所定回数の収束計算を行ったときに収束計算が収束したか否かを判定する収束判定手段と、前記収束判定手段で収束計算が収束したと判定したときはそのときの近似解を潮流解として出力し、収束しないと判定したときは潮流解無しを出力する出力手段とを備えたことを特徴とする電力系統潮流計算装置。
【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電力系統潮流計算装置に関する。
【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潮流計算を行っている。潮流計算では、電力系統の状態（母線電圧の大きさと位相）を変数とする潮流方程式（非線形連立方程式）を数値計算により解いている。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）。
【０００３】
ニュートン・ラプソン（Newton-Raphson）法では、初期値を与え収束計算により順次近似解を求めて、解くべき潮流方程式の成立する精度あるいは前回の近似解と今回の近似解とのノルムが所定範囲内となったときに収束したと判断して潮流解を求めている。従って、初期値の与え方が収束性に大きく影響するので、良い初期値が必要である。
【０００４】
一般に、潮流方程式は（１）式で記述することができる。
【０００５】
ｐ＝ｆ（ｖ）  …（１）
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。
【０００６】
潮流計算では、（１）式で示される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）や指定値ベクトルｐを固定値として与え、電圧ベクトルｖを変数として収束計算により解いている。
【０００７】
図３は、従来の電力系統の潮流計算手順の説明図である。まず、初期値を設定する（Ｓ１）。通常、電圧の大きさとしては１［p.u.］、位相角０［rad］を初期値として設定する。そして、潮流計算を行う（Ｓ２）。潮流計算は、解くべき潮流方程式が成立するように、初期値から順次近似解を求めていく収束計算である。
【０００８】
次に、所定回数の収束計算を行ったときに収束計算は収束したか否かを判定する（Ｓ３）。収束計算が収束したか否かの判定は、解くべき潮流方程式の成立する精度が所定範囲内となったか否か（｜ｐ−ｆ（ｖ）｜＜εを満たしたか否か）、あるいは前回の近似解ｖｉ−１と今回の近似解ｖｉとのノルムが所定範囲内となったか否か（｜ｖｉ−ｖｉ−１｜＜ε）で判定する。
【０００９】
収束計算が収束しないときは、潮流解なしとして計算を終了する（Ｓ４）。一方、収束計算が収束したときは、リミッタにかかっているかどうかを判定する（Ｓ５）。すなわち、得られた解（電圧ｖ）を維持するために設備容量が制限値を超えているかどうかを判定する。例えば、得られた解（電圧ｖ）を維持するために必要とする無効電力が無効電力調整設備の調整容量を超えているかどうかを判断する。無効電力調整設備の調整容量を超えていないときは、得られた解（電圧ｖ）を維持できるので、そのときの近似解ｖｉを潮流解とし、潮流解ありとして計算を終了する（Ｓ６）。
【００１０】
一方、無効電力調整設備の調整容量を超えているときは、得られた解（電圧ｖ）を維持できないので、無効電力調整設備の調整容量の制限値とした場合の電圧ｖを初期値として設定することになる。すなわち、リミッタにかかった出力を制限値とした初期値を設定し（Ｓ７）、ステップＳ２に戻り、再度潮流計算をし直す。
【００１１】
このように、設備容量の出力制限の考慮においては、計算収束後に無効電力調整設備（発電機無効電力や静止型無効電力補償装置ＳＶＣ等）の出力をチェックし、その出力を制限値で固定して（ＳＶＣの場合であればコンデンサあるいはリアクトルに置き換えて）再計算を実施するロジックとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【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】
【００１３】
しかし、電力Ｐの変化に対して受電端電圧ｖがどのように変化するかを表すＰＶ曲線先端の電圧安定性が厳しい状態になると、無効電力調整設備は、収束計算中に必要以上に電圧特性改善に貢献しようとして、出力が大きくなりすぎる可能性がある。そのため、その後に、初期値を無効電力調整設備の制限値を満たす電圧ｖに固定すると、その制限値に固定した無効電力調整設備だけが大きく電圧ｖを変化させることになるため、これが収束計算の再計算時に大きな数値計算上の擾乱となり収束しなくなる可能性がある。
【００１４】
また、収束計算の収束領域に近づいてきた場合に、初期値を無効電力調整設備の制限値を満たす電圧ｖとした場合には、微小の電圧変化に対して無効電力調整設備の出力が大きく変動することがあり、収束計算に大きな悪影響を及ぼす可能性がある。
【００１５】
本発明の目的は、設備容量の制限値を加味しても潮流方程式の収束計算上の擾乱となることを抑制でき、収束計算に及ぼす悪影響を低減できる電力系統潮流計算装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１の発明に係る電力系統潮流計算装置は、潮流方程式の収束計算のｉ次近似解が設備容量の出力制限にかかっているか否かを判定する出力制限判定手段と、前記設備容量の出力制限値を考慮していない潮流方程式を予め記憶し、前記ｉ次近似解が設備容量の出力制限にかかっているときは設備容量の出力制限値に固定した特性の潮流方程式に変更してｉ＋１次近似解を求め、前記ｉ次近似解が設備容量の出力制限に掛かっていないときは予め記憶された潮流方程式でｉ＋１次近似解を求める収束計算手段と、前記収束計算手段が予め定めた所定回数の収束計算を行ったときに収束計算が収束したか否かを判定する収束判定手段と、前記収束判定手段で収束計算が収束したと判定したときはそのときの近似解を潮流解として出力し、収束しないと判定したときは潮流解無しを出力する出力手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、潮流方程式の収束計算の過程で近似解が設備容量の出力制限にかかっているか否かを判定し、近似解が設備容量の出力制限にかかっているときは設備容量の出力制限値に固定した特性の潮流方程式で次の近似解を求めるので、出力制限値に固定した設備だけが大きく出力を変化させることがなく収束計算上の擾乱とならない。また、微小の電圧変化に対して設備の出力が大きく変動する場合でも、収束計算に大きな悪影響を及ぼす可能性が低い。従って、収束計算の収束性を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る電力系統潮流計算装置の構成図。
【図２】本発明の実施形態における電力系統の潮流計算手順の説明図。
【図３】従来の電力系統の潮流計算手順の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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電力系統潮流計算装置の構成図である。潮流計算を行うにあたっては、電力系統の運用者は潮流方程式の初期値ｖ０を設定する。潮流方程式の初期値ｖ０は入力装置１１から演算制御装置１２の出力制限判定手段１３に入力される。この初期値ｖ０は、通常、電圧の大きさとして１［p.u.］、位相角として０［rad］が設定される。
【００２０】
出力制限判定手段１３は収束計算手段１４で計算した潮流方程式の収束計算のｉ次近似解（ｉ＝０、１、２、…）が設備容量の出力制限にかかっているか否かを判定するものであり、初期値ｖ０が入力されたときは、収束計算手段１４ではまだ収束計算は行われていないので、初期値ｖ０を０次近似解（ｉ＝０）として、初期値ｖ０が設備容量の出力制限にかかっているか否かを判定する。
【００２１】
すなわち、初期値ｖ０を維持するために設備容量が制限値を超えているかどうかを判定する。例えば、初期値ｖ０を維持するために必要とする無効電力が無効電力調整設備の調整容量を超えているかどうかを判断する。出力制限判定手段１３は、その出力制限判定結果を収束計算手段１４に通知する。
【００２２】
収束計算手段１４は、潮流方程式の収束演算を行うものであり、設備容量の出力制限値を考慮していない（１）式で示される潮流方程式を予め記憶している。そして、出力制限判定手段１３から出力制限判定結果が入力されると、その出力制限判定結果を参照し、無効電力調整設備の調整容量を超えていないときは、潮流方程式の特性を変更することなく初期値ｖ０を用いて１回目の収束計算を行う。
【００２３】
一方、無効電力調整設備の調整容量を超えているときは、設備容量の出力制限値に固定した特性の潮流方程式に変更し、初期値ｖ０についても、変更した潮流方程式に適合する値に変更して１回目の収束計算を行う。
【００２４】
収束計算手段１４は１回目の収束計算で１次近似解ｖ１を得ると、その１次近似解ｖ１を出力制限判定手段１３に出力する。出力制限判定手段１３は収束計算手段１４から１次近似解ｖ１を入力すると、初期値ｖ０の場合と同様に、１次近似解ｖ１を維持するために設備容量が制限値を超えているかどうかを判定し、その出力制限判定結果を収束計算手段１４に通知する。
【００２５】
収束計算手段１４は、出力制限判定手段１３からの出力制限判定結果を参照し、無効電力調整設備の調整容量を超えていないときは、潮流方程式の特性を変更することなく１次近似解ｖ１を用いて２回目の収束計算を行い、無効電力調整設備の調整容量を超えているときは、設備容量の出力制限値に固定した特性の潮流方程式に変更し、１次近似解ｖ１についても、変更した潮流方程式に適合する値に変更して２回目の収束計算を行う。
【００２６】
収束計算手段１４は、２回目の収束計算で２次近似解ｖ２が得られると、その２次近似解ｖ２を出力制限判定手段１３に出力する。出力制限判定手段１３は、１次近似解ｖ１の場合と同様に、２次近似解ｖ２を維持するために設備容量が制限値を超えているかどうかを判定し、その出力制限判定結果を収束計算手段１４に通知する。
【００２７】
以下、同様に、収束計算手段１４は、２次近似解以降のｉ近似解について、出力制限判定手段１３からの出力制限判定結果を参照し、ｉ次近似解が設備容量の出力制限にかかっているときは設備容量の出力制限値に固定した特性の潮流方程式に変更してｉ＋１次近似解を求め、ｉ次近似解が設備容量の出力制限に掛かっていないときは予め記憶された潮流方程式でｉ＋１次近似解を求め、ｉ＋１次近似解を出力制限判定手段１３に出力する。
【００２８】
そして、収束計算手段１４は、予め定めた所定回数ｎの収束計算を行ったときは、そのときのｎ次近似解を収束判定手段１５に出力する。収束判定手段１５は、収束計算手段１４が予め定めた所定回数ｎの収束計算を行ったときに収束計算が収束したか否かを判定する。収束計算が収束したか否かの判定は、前述したように、解くべき潮流方程式ｐ＝ｆ（ｖ）の成立する精度が所定範囲内となったか否か（｜ｐ−ｆ（ｖ）｜＜εを満たしたか否か）、あるいは前回の近似解ｖｉ−１と今回の近似解ｖｉとのノルムが所定範囲内となったか否か（｜ｖｉ−ｖｉ−１｜＜ε）で判定する。
【００２９】
収束判定手段１５の収束判定結果は出力手段１６に出力され、出力手段１６は収束判定手段１５の収束判定結果が収束であるときは、そのときの近似解を潮流解として出力装置１７に出力し、未収束であるときは、潮流解無しを出力装置１７に出力する。出力装置１７は、例えば、表示装置や印刷装置などである。
【００３０】
図２は、本発明の実施形態における電力系統の潮流計算手順の説明図である。まず、初期値ｖ０を設定する（Ｓ１）。出力制限判定手段１３は初期値ｖ０が入力されるとリミッタにかかっているか否かを判定する（Ｓ２）。すなわち、初期値ｖ０を維持するために必要とする設備容量が制限値を超えているかどうかを判定する。
【００３１】
設備容量が制限値を超えていないときは、潮流方程式の特性を変更することなく初期値ｖ０を用いて１回目の収束計算を行い１次近似解を計算する（Ｓ３）。一方、設備容量が制限値を超えているときは、リミッタにかかった出力を制限値に設定する（Ｓ４）。つまり、設備容量を制限値に固定した特性の潮流方程式に変更し、初期値ｖ０についても、変更した潮流方程式に適合する値に変更して１回目の収束計算を行い１次近似解を計算する（Ｓ３）。
【００３２】
そして、収束計算は所定回数ｎかどうかを判定し（Ｓ５）、予め定めた所定回数ｎでないときはステップＳ２に戻る。これにより、次回は１次近似解を求め、同様に、１次近似解が設備容量の出力制限にかかっているかどうかを判定し（Ｓ２）、１次近似解が設備容量の出力制限に掛かっていないときは予め記憶された潮流方程式で２次近似解を求め（Ｓ３）、１次近似解が設備容量の出力制限に掛かっているときは設備容量の出力制限値に固定した特性の潮流方程式に変更して（Ｓ４）、２次近似解を求め（Ｓ３）、収束計算は所定回数ｎかどうかを判定し（Ｓ５）、所定回数ｎでないときはステップＳ２に戻る。これを予め定めた所定回数ｎだけ繰り返し行う。
【００３３】
そして、予め定めた所定回数ｎの収束計算を行ったときは、収束計算が収束したか否かを判定する（Ｓ６）。収束計算が収束していないときは、潮流解なしとして計算を終了し（Ｓ７）、一方、収束計算が収束しているときは、そのときの近似解を潮流解とし、潮流解ありとして計算を終了する（Ｓ８）。
【００３４】
このように、本発明の実施の形態では、収束計算が終了してから設備容量の出力制限値を考慮するのではなく、収束計算の途中で設備容量が制限値を超えたかどうかを判定し、収束計算の途中でも設備容量が制限値を越えたら、その時点で、設備容量の出力制限値に固定した特性の潮流方程式に変更するので、出力制限値に固定した設備だけが大きく出力を変化させることがなく収束計算上の擾乱を抑制できる。
【００３５】
また、繰り返しの収束計算では、設備容量の出力制限に掛かっていないときは、設備容量の出力制限値を考慮していない潮流方程式で近似解を計算するので、一度、制限値に制限されたものでも、収束過程で制限値内に収まった場合にはその時点で特性を戻すことができる。
【符号の説明】
【００３６】
１１…入力装置、１２…演算制御装置、１３…出力制限判定手段、１４…収束計算手段、１５…収束判定手段、１６…出力手段、１７…出力装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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