(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に設定される監視点における制御対象の系統状態量をコンピュータに入力し、該コンピュータにより前記系統状態量を予め設定された範囲内に保持するように調整機器を制御する電力系統制御方法において、前記電力系統に複数の監視点候補を設定しておき、該監視点候補における前記系統状態量を前記コンピュータに入力し、該コンピュータにより前記監視点候補における前記系統状態量の変化を監視し、その変化量が設定範囲を越えている監視点候補を前記監視点として設定すること特徴とする電力系統制御方法。
【請求項２】
電力系統に設定される監視点における制御対象の系統状態量をコンピュータに入力し、該コンピュータにより前記系統状態量を予め定められた範囲内に保持するように調整機器を制御する電力系統制御方法において、前記電力系統に複数の監視点候補を設定しておき、該監視点候補における前記系統状態量を前記コンピュータに入力し、該コンピュータにより前記監視点候補における前記系統状態量の変化を監視し、該系統状態量が設定範囲内の上下限近傍に保持されている時間が設定値を越えている監視点候補を前記監視点として設定すること特徴とする電力系統制御方法。
【請求項３】
請求項１と２に記載の電力系統制御方法を組み合わせてなることを特徴とする電力系統制御方法。
【請求項４】
コンピュータを備えて構成され、該コンピュータに電力系統に設定される監視点における制御対象の系統状態量を入力し、該系統状態量を予め設定された範囲内に保持するように、該系統状態量を制御する調整機器に制御指令を出力する電力系統制御装置において、前記電力系統に複数の監視点候補を設定しておき、前記コンピュータに前記監視点候補における系統状態量を入力して該系統状態量の変化を監視し、その変化量が設定範囲を越えている前記監視点候補を前記監視点として設定すること特徴とする電力系統制御装置。
【請求項５】
コンピュータを備えて構成され、該コンピュータに電力系統に設定される監視点における制御対象の系統状態量を入力し、該系統状態量を予め設定された範囲内に保持するように、該系統状態量を制御する調整機器に制御指令を出力する電力系統制御装置において、前記電力系統に複数の監視点候補を設定しておき、前記コンピュータに前記監視点候補における前記系統状態量を入力して該系統状態量の変化を監視し、該系統状態量が設定範囲内の上下限近傍に保持されている時間が設定値を越えている監視点候補を前記監視点として設定すること特徴とする電力系統制御装置。
【請求項６】
請求項４と５に記載の電力系統制御装置を組み合わせてなることを特徴とする電力系統制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力系統制御方法及び装置に係り、特に電力系統の電圧、無効電力等の調整に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力系統における電圧の変動を抑えて高い品質の電力を供給するため、従来より、電力系統の電圧、無効電力潮流等の系統状態量の変動に対応させて、発電機、変圧器のタップ、調相設備などの調整機器を制御することにより、その系統状態量の変動幅を抑制するように制御する制御方法及び制御装置が知られている。
【０００３】
例えば、電気学会技術報告（１９７９年）の「電力系統の電圧安定維持対策」に記載された従来技術（１）によれば、系統状態量を監視する監視点を電力系統に複数設定し、それらの監視点における電圧や無効電力潮流を検出して、予め定められているそれらの基準値との偏差を求め、その偏差を予め定められた運用幅に追い込むように、調整機器を制御するようにしている。そして、その調整機器の調整量を決めるにあたり、基準値との偏差を運用幅よって正規化して得られる判定関数を用い、各調整機器の調整量に対する判定関数の変化量（減少量）をそれぞれ計算し、つまり基準値からの偏差の減少量に相関する量を各調整機器について計算し、判定関数の減少量が最大の調整機器を選定する。その選定された調整機器をその機器に定められた固有の調整可能な上下限内で操作し、これを各監視点に設定された運用幅等の制約条件が満足されるまで繰返して行うことにより、適切な電圧を維持するように制御するものである。また、合わせて、送電損失を最小化するように上述した調整機器の調整量を決めることも行われている。
【０００４】
一方、特開平６−２８４５８２号公報に記載された電力系統の電圧安定度監視制御システムの従来技術（２）によれば、監視制御対象の電力系統を発電機を多く含む電源系統の部分と、負荷を多く含む負荷系統の部分とに分け、電源系統の無効電力指標Ｑsと、その最大値Ｑmaxを計算し、対象とする電力系統の送電損失を減少させるように無効電力の供給目標値を設定し、その目標値に見合うように調整機器の操作順序を決定することが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術（１）の監視点は、系統の運用者が予め定めたものであり、固定されていることから、昼間の電力需要が大きい時間帯や、夜間の電力需要が小さい時間帯があるように、電力潮流等の状態量が大幅あるいは急激に変化する場合であっても、固定された同一監視点の電圧等を運用幅に追い込むように制御することになり、必ずしも適切な電圧や無効電力の制御を行うことができないという問題がある。また、対象とする電力系統が拡大した場合や、自然災害等によって電力系統が縮小した場合は、新たに監視点を再設定しなければならないが、監視点の設定は、人手により高度な電力系統に対するノウハウに基づいて、多大な時間をかけて行わなければならないという問題がある。
【０００６】
また、従来技術（２）によれば、監視点を決定したり、設定する必要はないが、送電損失を最小化する目標に沿って電圧を制御するものであることから、コンピュータによって得られる解は、系統全体にわたって電圧を高めに調整する傾向になる。つまり、一般に、発電機の無効電力の出力、又は無効電力を系統側に供給する調相設備の投入量などの調整量を設備の上限値にすることが多い。その結果、電圧を上昇調整する能力幅が小さくなり、負荷が急増した場合に、大規模な電圧低下を起こす恐れがある。したがって、単に送電損失のみを指標として電圧制御を行うのは好ましくなく、監視点を設定してその監視点の系統状態量を適切に保持する必要がある。
【０００７】
そこで、本発明は、電力系統の状態変化に応じて監視点を自動的に変更できるようにすることを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、電力系統に複数の監視点候補を設定しておき、その監視点候補における系統状態量をコンピュータに入力して系統状態量の変化を監視し、その変化量が設定範囲を越えている監視点候補を監視点として設定することにより解決することができる。この場合において、変化量の設定範囲は、その系統状態量に設定された上下限値の他、その上下限値から安全側に一定の余裕を持たせた余裕上下限値を適用できる。
【０００９】
また、これに代えて、電力系統に複数の監視点候補を設定しておき、その監視点候補における系統状態量を前記コンピュータに入力して系統状態量の変化を監視し、その系統状態量が設定範囲内の上下限近傍に保持されている時間が設定値を越えている監視点候補を監視点として設定することができる。さらに、それら２つの監視点の設定法を組み合わせることができる。
【００１１】
また、上記の監視点の設定は、制御対象の系統状態量を制御するタイミングごとに行うようにしてもよく、これによれば電力需要の急変する時間帯に適用することにより、電圧変動の少ない高品質の電力を供給できる。一方、夜間等のように電力需要の変化が少ない時間帯は、監視点設定の処理周期を長くすることができ、これによれば監視点設定のための冗長な演算処理を低減できる。
【００１２】
さらに、本発明の特徴にかかる監視点の自動設定手段を、電圧、無効電力制御装置に組み込んでリアルタイム制御に適用する他、制御装置から分離して形成することにより、例えば数年先の電力系統構成に応じた監視点の配置計画等に応用することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１，２に本発明の特徴にかかる監視点自動設定の処理手順を示し、図１は現在の監視点に新たな監視点を追加設定する例、図２は現在設定されている監視点から監視点を除去する例を示す。図３は監視点を自動設定する監視点決定装置を備えて、コンピュータにより構成した一実施形態の電力系統制御装置の全体構成図を示す。
【００１４】
図３に示すように、本発明を適用してなる電力系統制御装置は、取り込むデータ取り込み装置１０２、データベース１０３、監視点決定装置１０４、入力データ作成装置１０５、制御計算実行装置１０６、制御指令出力装置１０７及び結果出力装置１０８を含んで構成されている。
【００１５】
データ取り込み装置１０２は、制御対象の電力系統１０１から通信線などを介して、所望の制御に必要な電圧、無効電力潮流等の系統状態量を取り込み、図４（ａ）に示すような形式のデータに変換してデータベース１０３に格納する。これらのデータは、所定の制御周期もしくは任意に設定された時刻ごとに取り込まれ、同図（ａ）に示す形式にて、系統を構成する設備＃１、＃２、……に対応させて発電機の有効電力、発電機の無効電力、負荷の有効電力、負荷の無効電力、電圧の大きさ、等のデータが格納される。
【００１６】
データベース１０３には、図４（ｂ）に示すような形式で、制御対象の電力系統の設備に関するデータが予め格納されている。これらのデータには、設備＃１、＃２、……相互間の抵抗分、誘導分（インダクタンス）、容量分（キャパシタンス）、変圧器等のタップ比、等のデータが含まれる。
【００１７】
監視点決定装置１０４は、本発明の特徴にかかる部分であり、図１，２，５を参照して詳細な機能構成を次に説明する。ここでは、制御対象の系統状態量が電圧、無効電力の場合を仮定して説明する。また、監視点は本発明の方法又は何らかの方法によって予め設定されている状態から、監視点を削除又は追加するものとして説明する。
【００１８】
まず、監視点を追加又は削除する条件の一例について説明する。監視点における系統状態量については、図５に示すように、上限値３０１、余裕上限値３０２、基準値３０３、下限値３０４、余裕下限値３０５、上限警戒域３０６、下限警戒域３０７等の制御条件が定義され、データベース１０３に格納されている。これらの制御条件の中で、例えば電圧に関しての上限値３０１、基準値３０３、及び下限値３０４は、制御対象の電力系統に関して予め同一の値に設定されている。なお、その電圧の設定値は制御時刻ごと変更することも可能である。余裕上限値３０２と余裕下限値３０５は、基準値３０３と上下限値３０１，３０４とを勘案して決定される。そして、余裕上限値３０５と上限値３０１とに挟まれる範囲を上限警戒域３０６とし、余裕下限値３０５と下限値３０４とに挟まれる範囲を下限警戒域３０７と定義する。
【００１９】
このような制御条件に基づき、判断対象の監視点の系統状態量の変化が、例えば下記の数１に示す基準１又は数２に示す基準２のいずれか又は双方を満たすことを追加監視点の条件とし、それらのいずれか又は双方を満たさないことを削除監視点の条件とする。
【００２０】
【数１】
0003809569.tif 000002
【００２１】
【数２】
0003809569.tif 000003
【００２２】
基準１は、電圧等の系統状態量の変化量が大きい非監視点を新たな監視点に追加することを意味する。基準２は、電圧等の系統状態量が長い時間、下限近くに保持されている場合に、その非監視点を監視点に組み入れて、その監視点における系統状態量をできるだけ基準値に近付けることにある。なお、上限値近くに保持されている時間が長い場合も、同様に監視点に組み入れるようにすることができる。しかし、事故時に電力系統が連鎖的に停電に至るような不測の事態を回避することが重要であるから、通常時に下限値近くに保持されている状態を避けるべく、基準２によって監視点を追加、削除することが好ましい。
【００２３】
このような監視点の追加又は削除の条件に基づいて監視点決定装置１０４の処理手順を図１，２を用いて説明する。図１は、現在設定されている監視点に対し、新たな監視点を追加する処理手順を示す。まず、データベース１０３を検索し、予め設定されている監視点候補の中から、現在は監視点として設定されていない非監視点を抽出して、非監視点の集合Ｎとする（ステップ５０１）。次いで、非監視点の集合Ｎの中の１個の監視点ｎを選択し（ステップ５０２）、その監視点ｎについて新たな監視点として追加するか否かを、前述した基準１又は基準２に照らし、追加監視点の条件を満たすか否かを判断する（ステップ５０３）。その判断結果が肯定の場合は、その非監視点を新たに監視点として追加する（ステップ５０４）。ステップ５０３における判断が否定の場合及びステップ５０４にて監視点の追加処理をした後、その非監視点を集合Ｎから削除し（ステップ５０５）、ステップ５０６を介してステップ５０２に戻り、非監視点の集合Ｎがなくなるまで、つまりステップ５０６における判断がＮ＝φになるまで処理を繰り返す。
【００２４】
図２は、現在設定されている監視点の系統状態量の変化を監視し、その変化に応じて監視点から削除する処理手順を示す。図１の場合と同様に、データベース１０３を検索し、現在は設定されている監視点の集合Ｎを抽出する（ステップ６０１）。次いで、その集合Ｎの中の１個の監視点ｎを選択し（ステップ６０２）、その監視点ｎについて、まず図１の処理にて追加された監視点か否かを判断する（ステップ６０３）。この判断結果が肯定の場合は、つまり新たに追加された監視点ではない場合は、前述した基準１又は基準２に照らし、追加監視点の条件を満たすか否かを判断する（ステップ６０４）。その判断結果が否定の場合は、その監視点を削除して非監視点とする（ステップ６０５）。ステップ６０３、ステップ６０４における判断が否定の場合、及びステップ６０５にて監視点の除去処理をした後、その監視点を集合Ｎから削除し（ステップ６０６）、ステップ６０７を介してステップ６０２に戻り、検証対象である監視点の集合Ｎがなくなるまで、つまりステップ６０７における判断がＮ＝φになるまで処理を繰り返す。
【００２５】
このようにして、系統状態量の変動が大きい監視点候補、あるいは下限値近傍に維持されている時間が長い監視点候補が、自動的に監視点として設定される。
【００２６】
次に、図３に戻り、上述のように決定された監視点に基づいて、入力データ作成装置１０５以降の制御処理が行われる。すなわち、監視点決定装置１０４で決定された監視点をもとに、電圧、無効電力制御に必要なデータを作成する。このデータには、データベース１０３に格納されている図４（ａ））に示した電力系統の設備情報、同図（ｂ）に示した系統状態量のデータの他、図６（ａ）に示すような設備＃１、＃２、……の設備種類、設備容量、設備単位操作量などの設備情報、及び設備＃１、＃２、……が監視点に設定されているか否かを示す監視点設定情報からなる。なお、図（ａ）において、タップは変圧器のタップを、ＳＣ・ＳｈＲは調相設備を、ＡＶＲは自動電圧調整器をそれぞれ表している。
【００２７】
制御計算実行装置１０６は、設定された監視点の系統状態量に基づき、電圧、無効電力の調整機器に対する制御指令を演算により求めるものであり、公知の従来技術をそのまま適用して実施することができる。例えば、特願平７−７８５８７あるいは電気学会技術報告「電力系統の電圧安定維持対策」（１９７９年）に詳しく記載されている。ここでは、図７にその一例を示して簡単に説明する。まず、ステップ９０１において制御対象時における電力系統の監視点候補における系統状態量を含むデータを読み込むとともに、ステップ９０２において監視点決定装置１０４にて決定された図６（ｂ）に示すデータに従って、電圧、無効電力制御の監視点を設定する。そして、読み込んだ系統状態量に対応する調整機器の集合Ｎを抽出して設定する（ステップ９０３）。そして、ステップ９０４において、カウンタＭＭとＮＮを初期化する。カウンタＭＭは後述するように監視点における系統状態量が予め定めた上下限値を超えている逸脱監視点の数を示し、ＮＮは制御すべき調整機器の数Ｎのカウンタである。ステップ９０５にて、監視点における系統状態量が予め定めた上下限値を超えているか否を判断し、超えていれば逸脱発生として検出し、逸脱している監視点の数をＭにセットする。次いで、ステップ９０６にてカウンタＭの内容を見て、１つでも逸脱している監視点があればステップ９０７に進み、逸脱している監視点がなければ制御を行う必要がないので制御処理を終了する。ステップ９０７では、電力系統の潮流計算、あるいは簡易線形回路網（Ｑ-εネットワーク)を解くことにより、調整機器の微小操作量に対する監視点におけ系統状態量の変化量を求める。つまり、制御の感度計算を行う。この感度計算は、ステップ９０８，９０９を介してステップ９０７に戻り、調整機器の数Ｎだけ繰り返し行う。そして、ステップ９１０において、感度が最も大きい調整機器を選択する。この選択を、ステップ９１１を介して、逸脱が発生している監視点の数Ｍだけ実行し、選択された調整機器に対して制御指令を制御指令出力装置１０７に出力する（ステップ９１２）。
【００２８】
制御指令出力装置１０７は、制御計算実行装置１０６の処理結果をもとに、制御指令に応じた例えば制御パルスを各調整機器に送って制御を実行する。また、制御計算結果による調整機器の操作状況、及び実際の制御結果は結果出力装置１０８に出力表示される。すなわち、図８に示すように、経過時間に対応させて、調相設備の投入量の移り変わり（１００１）、変圧器のタップの移り変わり（１００２）、ＡＶＲ発電機の端子電圧の移り変わり（１００３）、監視点における電圧の移り変わり（１００４）が、結果出力装置１０８の監視画面１００５等に表示されるようになっている。この監視画面１００５の表示内容は、切り替えボタンスイッチ１００６〜１００９を操作することにより、全画面を一括あるいは必要な部分ごとに見ることができるようにしている。
【００２９】
上述したように、図１，２に示した監視点の設定法によれば、電力系統の状態変化に応じて、制御が必要な、あるいは制御に効果的な監視点を自動的に設定又は変更することができ、これにより電圧などの品質の高い電力系統制御を実現できる。
【００３０】
次に、本発明にかかる監視点決定装置１０４の他の実施の形態を、図９を用いて説明する。本実施形態は、数理計画法や遺伝的アルゴリズムに代表されるモダンヒューリスティクと呼ばれる最適化手法、あるいは探索アルゴリズムを用いて、監視点を制御実行の周期（時刻）ごとに決定する方法である。なお、図９に示した例は探索アルゴリズムを用いた例である。図１，２に示した監視点の決定法は、監視点における系統状態量の制約条件に基づいて監視点追加又は削除の判断をしたのに対し、図９の例は、最小とする目的関数を求めながら、適切な監視点の数と場所を決定するようにしている点で相違する。つまり、監視点における系統状態量の基準値及び上下限値をもとに、各系統状態量の基準値からの偏差が最も小さくなるように、監視点の数と配置場所を設定する。
【００３１】
図９に示すように、ステップ７０１において、データベース１０３に格納されているデータを用いて、制御対象の電力系統状態を作成する。これにより決定した系統により、電圧母線あるいは無効電力潮流の監視点候補の集合Ｎを作成する（ステップ７０２）。次のステップ７０３にて、本処理に必要なカウンタＴ、監視点リスト等の変数を初期化する。次に、ステップ７０４にて、特定の制御（例えば、電圧制御）においては監視する必要がない監視点候補を検出し、検討非対象監視点候補としてそのリストを作成する。つまり、このリストに入っている監視点候補はステップ７０５以降の検索対象にならない。
【００３２】
次に、ステップ７０５において、検討非対象監視点候補のリストに入っていない他の監視点候補の集合Ｓを抽出する。そして、その集合Ｓの中から１つの要素（監視点候補）ｓを選択する（ステップ７０６）。このとき選択する要素ｓは、単数あるいは複数の監視点候補とすることができる。次いで、選択した要素ｓの監視点候補を監視点として仮設定し、これに基づいて制御シミュレーションを実行する（ステップ７０７）。なお、このステップ７０７の実行内容は、例えば図３の制御計算実行装置１０６の処理内容をシミュレーションにより実行するものである。そのシミュレーションの結果に基づいて、予め定められた評価関数を計算し（ステップ７０８）、その結果である評価関数値をメモリなどの記憶手段に保存する（ステップ７０９）。そして、検討が終了した要素ｓを集合Ｓから削除し（ステップ７１１）、ステップ７０１に戻って他の要素ｓを選択し、集合Ｓがなくなるまで同じ処理を繰り返す。
【００３３】
監視点候補の集合Ｓの全ての要素ｓについての評価関数を求めた後、ステップ７１２にて、評価関数が最も小さかったケース、又は評価関数が前回の実行時よりも減少したケースがあるか否かを判断する。この判断の結果が肯定のときは、つまり評価関数が前回の実行時よりも減少したケースがない等の場合は、カウンタＬを１つ増加し（ステップ７１３）、このカウンタＬが上限設定値（図示例では、２）を超えたか否か判断する（ステップ７１４）。この判断が肯定のときは、つまり、これ以上適切な監視点群がないと判断したときは、ステップ７２１にて監視点探索の終了メッセージを出力して処理を終了する。一方、カウンタＬが上限値を超えていないときは、前回の探索時（Ｔ−１）に追加した監視点候補を削除し、前回の探索時において評価関数が次によかった監視点をリストに追加し、ステップ７０６に戻って処理を繰り返す。
【００３４】
また、ステップ７１２の判断において、評価関数が減少したケースがある場合は、ステップ７１７に進み、評価関数の中で最も評価関数のよい監視点候補を監視点に追加する。そして、ステップ７１８，７１９にて、カウンタＴの値を１つ増やすとともに、全ての監視点候補についての処理が終了したか否かを判断し、終了していない場合はステップ７０４に戻って、監視点探索の処理を繰り返し実行する。終了している場合は、監視点リストに蓄えられている監視点候補を設定監視点として、制御計算実行装置１０６に出力する（ステップ７２０）。
【００３５】
上述したように、図９の実施形態によれば、評価関数が高い監視点を自動的に設定することができ、これによって電圧の品質が高い、つまり電圧変動の少ない電力系統制御を実現することができる。また、シミュレーションにより評価関数を求めていることから、電力系統の拡大又は縮小等の計画段階においても適用することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電力系統の状態変化に応じて監視点を自動的に変更できるようにすることができ、これにより電圧変動などが少ない、品質の高い電力系統制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の特徴にかかる監視点自動設定の処理手順の一例を示し、現在の監視点に新たな監視点を追加設定する例である。
【図２】本発明の特徴にかかる監視点自動設定の処理手順の一例を示し、は現在設定されている監視点から監視点を除去する例である。
【図３】本発明の特徴にかかる監視点決定装置を備えてコンピュータにより構成した一実施形態の電力系統制御装置の全体構成図である。
【図４】電力系統の系統状態量のデータと、制御対象の電力系統の設備に関するデータの一例を示す図である。
【図５】監視点における系統状態量に対して設定された制御条件を説明する図である。
【図６】制御対象の電力系統の設備情報と監視点設定リストとを示す図である。
【図７】制御計算実行装置の処理手順を示す図である。
【図８】本発明にかかる電力系統制御装置の結果出力装置の表示画面に表示される制御結果を一例を説明する図である。
【図９】本発明の特徴にかかる監視点自動設定の処理手順の他の実施の形態を説明する図である。
【符号の説明】
１０１  電力系統
１０２  データ読み込み装置
１０３  データベース
１０４  監視点決定装置
１０５  入力データ作成装置
１０６  制御計算実行装置
１０７  制御指令出力装置
１０８  結果出力装置
【図１】
0003809569.tif 000004
【図２】
0003809569.tif 000005
【図３】
0003809569.tif 000006
【図４】
0003809569.tif 000007
【図５】
0003809569.tif 000008
【図６】
0003809569.tif 000009
【図７】
0003809569.tif 000010
【図８】
0003809569.tif 000011
【図９】
0003809569.tif 000012