(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象配電系統が負荷の増加に伴って区間電流制約、区間電圧制約等の制約に違反する場合に、各種の設備増強工事の実施により系統設備を増強して前記制約違反を解消させるための配電系統設備増強計画の作成方法において、
三相潮流計算により電流制約違反が発生している区間を抽出するステップと、
電流制約違反区間内で配電線が細線である区間の配電線をすべて太線に張り替えるステップと、
三相潮流計算により電圧制約違反が発生している区間を抽出するステップと、
電圧制約違反区間を含むフィーダを抽出するステップと、
抽出されたフィーダの中で最上流に位置する細線の配電線区間から順次、配電線を太線に張り替えたと仮定して、制約違反が解消されるまで電圧、電流につき近似計算を繰り返し実行するステップと、
を有する電線張替工事案を設備増強工事案として作成することを特徴とする配電系統設備増強計画の作成方法。
【請求項２】
対象配電系統が負荷の増加に伴って区間電流制約、区間電圧制約等の制約に違反する場合に、各種の設備増強工事の実施により系統設備を増強して前記制約違反を解消させるための配電系統設備増強計画の作成方法において、
三相潮流計算により電流制約違反が発生している区間を抽出するステップと、
制約違反区間を含むフィーダを抽出するステップと、
抽出されたフィーダに含まれる区間の負荷量の平均値を求めるステップと、
抽出されたフィーダの中でなるべく末端に位置する区間であって、当該区間の負荷量が前記平均値よりも大きくなる区間を抽出し、その区間に区分開閉器を新設するステップと、
を有する区分開閉器新設工事案を設備増強工事案として作成することを特徴とする配電系統設備増強計画の作成方法。
【請求項３】
対象配電系統が負荷の増加に伴って区間電流制約、区間電圧制約等の制約に違反する場合に、各種の設備増強工事の実施により系統設備を増強して前記制約違反を解消させるための配電系統設備増強計画の作成方法において、
現在年度の系統データをセットする第１ステップと、
設備増強なしで電力供給が可能か否かを三相潮流計算に基づいてチェックする第２ステップと、
設備増強なしで電力供給が不可能である場合に、請求項１に記載した電線張替工事案及び請求項２に記載した区分開閉器新設工事案を設備増強工事案として作成する第３ステップと、
第３ステップにより作成した各設備増強工事案を反映させた系統構成により電力供給が可能か否かをチェックする第４ステップと、
各設備増強工事案の工事費用を算定する第５ステップと、
前記第２ステップから第５ステップまでを系統負荷を増加させながら最終計画年度に到達するまで繰り返し実行する処理と、
最終計画年度に到達したら、工事費用に基づいて各設備増強工事案を総合評価する第６ステップと、
総合評価が最も高い設備増強工事案を最適工事案として選択する第７ステップと、
を有することを特徴とする配電系統設備増強計画の作成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配電系統における各種の制約違反を解消し得る最適系統構成を実現するために、設備増強工事案として電線張替工事案、区分開閉器新設工事案等を作成し、また、これらの工事案を総合評価して最適工事案を決定する配電系統設備増強計画の作成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
負荷電力の増加に伴う配電系統の設備増強にあたっては、配電設備工事コスト、配電線利用率、供給信頼度、配電線ロス等を総合的に評価して、配電用変電所から負荷までの配電線の増設経路を決定する必要があり、新設する配電線をどこに配置し、それをどの配電用変電所までどのような経路で接続し、既設の配電線とどのような経路で連系すべきかを決定しなければならない。しかも供給経路は系統運用上の制約、例えば線路電流容量制約、電圧降下制約等を満足しなければならない。このような配電系統設備増強計画業務に必要な作業は、従来、人間が行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のごとく、従来では配電系統設備増強計画に必要な作業は人間が行っているが、検討時間の問題から限られた狭い検討範囲での計画しか作成できず、最適な設備増強計画を作成できる保証がない。しかも、負荷電力は年々変化するので、長期的な設備増強計画を作成することは困難である。また、近年では設備投資抑制によるコスト低減や省エネルギー化による環境保全が叫ばれているため、配電系統設備増強計画にはより広範囲を検討対象とした最適系統構成により効率的な運用が求められるようになり、従来の人間が行っていた作業では対応しきれなくなっている。
そこで本発明は、計算機上で自動的に最適な設備増強計画を立案できるようにした配電系統設備増強計画の作成方法を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、対象配電系統が負荷の増加に伴って区間電流制約、区間電圧制約等の制約に違反する場合に、各種の設備増強工事の実施により系統設備を増強して前記制約違反を解消させるための配電系統設備増強計画の作成方法において、三相潮流計算により電流制約違反が発生している区間を抽出するステップと、電流制約違反区間内で配電線が細線である区間の配電線をすべて太線に張り替えるステップと、三相潮流計算により電圧制約違反が発生している区間を抽出するステップと、電圧制約違反区間を含むフィーダを抽出するステップと、抽出されたフィーダの中で最上流に位置する細線の配電線区間から順次、配電線を太線に張り替えたと仮定して、制約違反が解消されるまで電圧、電流につき近似計算を繰り返し実行するステップと、を有する電線張替工事案を設備増強工事案として作成する。
【０００５】
請求項２記載の発明は、三相潮流計算により電流制約違反が発生している区間を抽出するステップと、制約違反区間を含むフィーダを抽出するステップと、抽出されたフィーダに含まれる区間の負荷量の平均値を求めるステップと、抽出されたフィーダの中でなるべく末端に位置する区間であって、当該区間の負荷量が前記平均値よりも大きくなる区間を抽出し、その区間に区分開閉器を新設するステップと、を有する区分開閉器新設工事案を設備増強工事案として作成する。
【０００６】
請求項３記載の発明は、現在年度の系統データをセットする第１ステップと、設備増強なしで電力供給が可能か否かを三相潮流計算に基づいてチェックする第２ステップと、設備増強なしで電力供給が不可能である場合に、請求項１に記載した電線張替工事案及び請求項２に記載した区分開閉器新設工事案を設備増強工事案として作成する第３ステップと、
第３ステップにより作成した各設備増強工事案を反映させた系統構成により電力供給が可能か否かをチェックする第４ステップと、各設備増強工事案の工事費用を算定する第５ステップと、前記第２ステップから第５ステップまでを系統負荷を増加させながら最終計画年度に到達するまで繰り返し実行する処理と、最終計画年度に到達したら、工事費用に基づいて各設備増強工事案を総合評価する第６ステップと、総合評価が最も高い設備増強工事案を最適工事案として選択する第７ステップと、を有する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
（１）電力系統構成
まず、図１は本発明の適用対象である配電系統の模式的な構成図である。
図１において、Ａフィーダには区間１，２，３，４，５、Ｂフィーダには区間６，７，８，９，１０が存在する。ここで、区間とは開閉器に挟まれた範囲を示し、区間の中に配電線や負荷が分布している。一般的に配電系統においては、電源に近い区間では配電線は太く、末端に近い区間では配電線は細くなっている。図１においては、電源に近い区間（◎印）１，２，６，７，８は電流容量の大きい太線、区間（○印）３，４，５，９，１０は電流容量の小さい細線である。
【０００９】
（２）最適系統構成の決定
このような配電系統において、最適系統構成を求めるために、以下の定式化を行う。
目的関数：対象系統のロス最小化、電圧適正化、電圧不平衡是正
制約条件：
（１）放射状制約：系統内にループを含まず、各区間への供給電源は一つでなければならない。
（２）区間電流制約：各区間の電流は規定範囲内でなければならない。
（３）区間電圧制約：各区間の電圧は規定範囲内でなければならない。
【００１０】
なお、上記問題を解くために、三相潮流計算とＲＴＳ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｔａｂｕ  Ｓｅａｒｃｈ）を用いている。
ここで、三相潮流計算は、周知のように三相電力系統の系統構成、設備定数、運用条件等に関する種々のデータに基づいて作成された電力方程式を解き、ノードの電圧や位相角、ノード及びブランチの有効電力、無効電力潮流を求めるものである。
【００１１】
また、ＲＴＳについて概説すると、ＲＴＳは、大規模な組合せ最適化問題に対し、解空間における効率的な探索手法として提案されているＴＳ（Ｔａｂｕ  Ｓｅａｒｃｈ）を基本として、更に探索領域を拡げて効率的な探索を行うための手法である。
ここで、ＴＳでは、探索済みの探索点への回帰を防ぐためにタブーリスト（ＴＬ）を設け、一度探索した探索点や探索点への状態変化をタブーとしてある期間は通らないようにし、未探索の解空間を積極的に探索するアルゴリズムとなっている。このＴＬを設けることで、一度探索した点は一定期間探索できないため、これにより、局所最適解からの脱出が可能となる。
しかるに、ＴＳでは、ＴＬ長が不十分である場合には探索が効率的に行われなかったり、局所最適解からの脱出が不可能になる場合があり、これを避けるために、次時点の探索点の候補の中で、これまで探索した最良解よりも目的関数値の評価が高い点はタブーであっても採用するというアスピレーションレベル（ＡＬ）を利用することにより、局所最適解からの脱出を容易化している。
ところが、事前のシミュレーションによりＴＬ長を決定することは一般に難しく、隣接状態にＡＬの条件を満足する状態が現れるかどうかは隣接状態の生成方法に依存してしまう。
【００１２】
ＴＳでは、ＴＬ長が探索効率に影響を与えることが知られており、対象問題に合ったＴＬ長を事前のシミュレーションで決定する必要がある。
ＲＴＳは、ＴＳの機能に基づき、探索領域を更に拡げて効率的な探索を行うべくReaction及びEscapeというメカニズムを追加し、ＴＬ長の自動調整、局所最適解からの脱出機能強化を可能にしている。
【００１３】
上記Reactionにおいては、
ａ 探索済みの探索点の状態をすべて保存しておく。
ｂ 探索点の移動時に、新たな探索点が以前に探索した点であり、ある一定以下の探索回数で再度探索された場合には、探索がループになっているためＴＬ長を長くする。
ｃ 以前探索された状態が現れるまでの探索回数の移動平均より長い間、ＴＬ長の修正がなかった場合、またはすべての隣接状態がタブーであってＡＬの条件を満足する探索点もない場合はＴＬ長を短くする。
【００１４】
具体的には、ＴＬ長の修正率をαとすると、ＴＬ長を増加させる場合はＴＬ長＝ＴＬ長×（１．０＋α）により新たなＴＬ長を計算し、減少させる場合にはＴＬ長＝ＴＬ長×（１．０−α）により新たなＴＬ長を計算する。
そして、最終的なＴＬ長は小数点以下の切り捨てによって整数値のＴＬ長を求める。従って、内部ではＴＬ長を実数として保存しており、実際のＴＬ長として利用する際には、整数値に直す方法を用いる。
ＴＳでは、すべての隣接状態がタブーであった場合に、タブーとなる隣接状態の中に、これまで探索した最良解より評価が高い隣接状態がない場合には探索が不可能になる。この意味ではＡＬでは局所最適解からの脱出が不十分であるということができ、また、上記のｂにより、局所最適解に陥った状態となっているループを脱出可能となる。つまり、このReactionにより、ＲＴＳでは局所最適解からの脱出機能が強化されている。
【００１５】
上記Reactionを用いれば、従来のＴＳではそれ以上の探索が不可能になる場合でも探索を可能にし、どのような局所解からも脱出することができるが、このReactionを用いても、ＴＬ長を遥かに超えるような探索上のループ（例えば局所解を数回脱出して再度、既探索点に戻るような場合）が存在した場合にこれを防ぐ方法がない。
このような状況に対応するため、Escapeというメカニズムが導入されている。すなわち、繰り返し探索される状態の数が事前に設定されたしきい値を超えた場合にはEscapeを行うものとし、ある回数だけランダム探索を繰り返す。これにより、探索領域を完全に変更する機能を達成することができる。
【００１６】
以上のような三相潮流計算及びＲＴＳにより、各制約条件をすべて満たしたもののなかで目的関数が最小である系統が最適系統構成となる。
しかし、年々負荷が増加することにより、上記制約条件のなかで（２）の区間電流制約や（３）の区間電圧制約等の制約条件を満足しない系統が存在することもある。このような場合に、以下に述べる各種の設備増強工事が必要となる。
【００１７】
（３）電線張替工事案の作成（請求項１の実施形態）
電線張替工事は、細線の配電線を太線に張替えることである。電線張替工事案を作成する計算アルゴリズムは、以下のような手順となる。なお、フローチャートを図２に示す。
【００１８】
（手順１）三相潮流計算結果より、前記（２）の区間電流制約違反が発生している区間を抽出する（Ｓ１１）。
（手順２）電流制約違反区間があれば（Ｓ１２ YES）、その中で、配電線が細線である区間の配電線を全て太線に張替える（Ｓ１３）。電流制約違反区間がなければ、ステップＳ１４へジャンプする。
（手順３）三相潮流計算結果より、前記（３）の電圧制約違反が発生している区間を抽出する（Ｓ１４）。
（手順４）電圧制約違反区間があれば（Ｓ１５ YES）、電圧制約違反区間を含むフィーダを抽出する（Ｓ１６）。電圧制約違反区間がなければ終了する。
（手順５）抽出されたフィーダの中で最も上流に位置する細線配電線区間を太線に張替えたと仮定して、電圧、電流について近似計算を行う（Ｓ１７）。
（手順６）近似計算により制約違反が解消すれば（Ｓ１８ YES）、終了する。制約違反が解消しなければ（Ｓ１８ NO）、次の（前回よりも下流の）細線配電線区間を太線に張替えたと仮定して、再び近似計算を実行する（Ｓ１７）。
（手順７）手順５（Ｓ１７）以下を、制約違反が解消されるまで繰り返す。
なお、ステップＳ１７の近似計算は以下の数式１によって示される。
【００１９】
【数１】
△Ｖn＝Ｚn・Ｉn
Ｖn＝Ｖn-1−△Ｖn
【００２０】
ここで、△Ｖn：区間ｎにおける電圧降下〔Ｖ〕
Ｚn：区間ｎにおける配電線のインピーダンス〔Ω〕
Ｉn：区間ｎにおける配電線を通過する電流〔Ａ〕
Ｖn：区間ｎの電圧〔Ｖ〕
Ｖn-1：区間ｎの上流区間（ｎ−１）の電圧〔Ｖ〕
【００２１】
（４）連系線新設工事案の作成  
連系線新設工事は２つの区間を連系設備としての連系線（配電線）により接続し、１つの区間にすることである。連系線新設工事を作成する計算アルゴリズムは以下のような手順となる。そのフローチャートを図３に示す。
ここで、どの区間とどの区間とを連系可能であるかは、予めデータとして与えておくものとする。
【００２２】
（手順１）三相潮流計算結果より、制約違反（区間電流制約または区間電圧制約）が発生している区間を抽出する（Ｓ２１）。
（手順２）制約違反区間を含むフィーダを抽出する（Ｓ２２）。
（手順３）抽出されたフィーダの中で、なるべく末端に位置する区間で連系可能な区間を探索する（Ｓ２３）。
（手順４）連系可能区間同士を連系線で接続したと仮定し、前記数式１を用いて電圧、電流について近似計算を行う（Ｓ２４）。
（手順５）近似計算により制約違反が解消すれば（Ｓ２５ YES）、ステップＳ２６に進む。制約違反が解消しなければ（Ｓ２５ NO）、他の連系可能区間を探し（Ｓ２３）、再び近似計算を実行する（Ｓ２４）。
（手順６）手順３（Ｓ２３）以下を、制約違反解消まで繰り返す。
（手順７）全ての制約違反フィーダが解消するまで、手順３以下を繰り返す（Ｓ２６）。
【００２３】
（５）連系開閉器新設工事案の作成  
連系開閉器新設工事は、２つの区間を連系設備としての連系開閉器によって接続することである。連系開閉器新設工事案を作成する計算アルゴリズムは、上記（４）における連系設備を連系線から連系開閉器に変更すれば良く、実質的に変わるところはない。
【００２４】
（６）区分開閉器新設工事案の作成（請求項２の実施形態）
区分開閉器新設工事は、１つの区間に開閉器を新設して２つの区間に分割することである。区分開閉器新設工事案を作成する計算アルゴリズムは、以下のような手順となる。なお、フローチャートを図４に示す。
【００２５】
（手順１）三相潮流計算結果より、制約違反（区間電流制約または区間電圧制約）が発生している区間を抽出する（Ｓ３１）。
（手順２）制約違反区間を含むフィーダを抽出する（Ｓ３２）。
（手順３）抽出されたフィーダに含まれる区間の負荷量の平均値を求める（Ｓ３３）。
（手順４）抽出されたフィーダの中でなるべく末端に近い区間で、当該区間の負荷量が平均値より大きくなる区間を新設区間として抽出し、当該区間に区分開閉器を新設する（Ｓ３４）。
【００２６】
（７）前記（３）〜（６）の各種工事案を用いた配電系統設備増強計画の作成（請求項４の実施形態）
前記（３）〜（６）の工事案を用いた設備増強計画の作成アルゴリズムは以下のようになる。なお、フローチャートを図５に示す。
【００２７】
（手順１）現在年度の系統データをセットする（Ｓ４１）。ここで、系統データには系統構成や発電機容量、負荷量等を含む。
（手順２）設備増強なしで電力供給可能か否かを、三相潮流計算に基づいてチェックする（Ｓ４２）。
（手順３）設備増強なしで電力供給が不可能であるとき（Ｓ４２ NO）は、前記（３）〜（６）の手順に従い各種の設備増強工事案を作成する（Ｓ４３）。電力供給が可能な場合（Ｓ４２ YES）は、手順６（ステップＳ４６）へジャンプする。
（手順４）各設備増強工事案を反映させた系統構成により、電力供給が可能か否かを、前述した「（２）最適系統構成の決定」手法によりチェックする（Ｓ４４）。
（手順５）各設備増強工事案の工事費用を算定する（Ｓ４５）。
（手順６）着目している年度が最終計画年度になったら（Ｓ４６ YES）、手順７（ステップＳ４８）へ進む。そうでない場合には着目年度を１年進めるたびに系統負荷を一定の割合で増加させて（Ｓ４７）、手順２（ステップＳ４２）へ戻る。
（手順７）最終計画年度に到達したら、工事費用に基づいて各設備増強工事案の総合評価を行う（Ｓ４８）。
（手順８）総合評価の最も高い工事案を最適工事案として選択し、出力する（Ｓ４９）。
【００２８】
【実施例】
次に、本発明の実施例を説明する。
図６は、本発明の実施形態を用いて各計画年度（本年度〜３年後）の系統構成を時系列的に示した図である。ここで、丸数字１（明細書の様式上、丸数字は使用できないため、このように表記する）は本年度の系統構成を表しており、この系統構成に対して請求項３の作成方法を適用する。なお、最終計画年度は第３年度としている。
【００２９】
最初に、丸数字１の系統構成に対して、設備増強なしで電力供給が可能か否かを、前述した「（２）最適系統構成の決定」手法に基づいてチェックした結果、設備増強工事が必要になったとする。
この場合、前述した各種の設備増強工事案を作成し、それらの工事案を反映させた系統構成によって再び電力供給可能かどうかを前述の「（２）最適系統構成の決定」手法に基づいてチェックし、その結果、３つの工事案の実施によって電力供給が可能になり、その３つの工事案を実施した場合の系統構成が丸数字２，３，４であるとする。すなわち、丸数字２，３，４が１年後の系統構成の候補となる。
以下、同様の手順を繰り返し、最終的に３年後の系統構成の候補として丸数字１１〜２０までの系統候補が出力される。なお、図６において、丸数字５→同１１、同３→７というように前年の系統構成案と次年の系統構成案が１対１に対応しているのは、新たな工事案を作成する必要がない時である。
【００３０】
以上の方式により、今後３年間における系統構成の遷移は、最終的に表１に示すように１０通り考えられることになる。この時、作成する工事案は１４種類となるが、各工事案の工事費用が表２のようになったとする。
【００３１】
【表１】
0003922828.tif 000002
【００３２】
【表２】
0003922828.tif 000003
【００３３】
この表２において、丸数字１→同２とは、系統構成を１から２に変えるために必要な工事費用を示している。
この結果、表１に示した１０通りの系統構成遷移の工事費用の合計は、表３のようになる。
【００３４】
【表３】
0003922828.tif 000004
【００３５】
表３から、ケース１の工事費用合計が最小であることが分かり、最終的な系統構成遷移はケース１が最良となる。従って、ケース１の系統構成遷移（丸数字１→同２→同５→同１１）を実現するために必要な工事案を選択し、出力して終了する。
【００３６】
以上のように本発明によれば、計算機により三相潮流計算結果を用いて電線張替工事案、区分開閉器新設工事案を作成し、これらの工事案を基本として最適な配電系統設備増強計画を作成するものであるため、電力系統における負荷の経年的な増加等を考慮した経済的かつ長期にわたる設備増強計画を、人手によらず容易に作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態が適用される配電系統の模式的な構成図である。
【図２】  請求項１に記載した発明の実施形態を示す概略的なフローチャートである。
【図３】  本発明の参考形態を示す概略的なフローチャートである。
【図４】  請求項２に記載した発明の実施形態を示す概略的なフローチャートである。
【図５】  請求項３に記載した発明の実施形態を示す概略的なフローチャートである。
【図６】  請求項３に記載した発明の実施形態を示す系統構成遷移図である。
【図１】
0003922828.tif 000005
【図２】
0003922828.tif 000006
【図３】
0003922828.tif 000007
【図４】
0003922828.tif 000008
【図５】
0003922828.tif 000009
【図６】
0003922828.tif 000010