(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配電系統の構成、各機器インピーダンス、各負荷容量及び各電源容量が与えられた時に、融通電源の供給予備力を平均化し、かつ、電圧降下を最小化することを目的として、被融通区間に対する負荷融通形態を開閉器の入切として決定する負荷融通形態決定方法において、
開閉器により囲まれるセクションと電源とにより放射状に表現された系統を対象として、電源の供給予備力及び容量を考慮しながら各電源により給電するセクションを放射状かつ確率的に徐々に決定していき、すべてのセクションについて電源が決定した状態での負荷融通形態を系統の状態表現に変換して初期状態を生成する第１のステップと、
現在の放射状系統のセクションごとに与えられた一つの負荷の融通電源を変更することにより隣接状態を複数、生成して次の探索点の候補とする第２のステップと、
探索点の候補とされた複数の隣接状態の中でタブーリストに存在せず評価が最も良い隣接状態を次状態として選択すると共に、現状態をタブーリストに格納する第３のステップとを有し、
終了条件が満たされるまで前記第２、第３のステップを繰り返し実行して最適な負荷融通形態を決定することを特徴とする配電系統における負荷融通形態決定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配電系統における系統構成や各機器インピーダンス、各負荷容量及び各電源容量が与えられた際に、被融通区間に対する融通形態を、融通電源の供給予備力の平均化及び被融通区間内の末端電圧の最低値の最大化（電圧降下の最小化）を目的として、汎用の最適化手法であるタブーサーチを用いて決定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、この種の負荷融通形態の決定に当たっては、発見的なアルゴリズムに基づいた探索によって融通可能にすることのみを目的としており、融通電源の供給予備力の平均化や電圧降下の最小化を考慮した融通形態の決定は行われていなかった。
特に、上述したアルゴリズムでは、配電系統ごとに発見的な規則を見付け出す必要があり、各系統ごとに制御用コンピュータのプログラムを変更する必要を生じていた。また、このような発見的な規則を見つけることができたとしても、最適化が十分ではなかった。
そこで本発明は、融通電源の供給予備力の平均化や電圧降下の最小化をも考慮しながら、タブーサーチを利用して系統に関わらず汎用のプログラムによって最適解を探索するようにした配電系統における負荷融通形態決定方法を提供しようとするものである。
【０００３】
【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、配電系統の構成、各機器インピーダンス、各負荷容量及び各電源容量が与えられた時に、融通電源の供給予備力を平均化し、かつ、電圧降下を最小化することを目的として、被融通区間に対する負荷融通形態を開閉器の入切として決定する負荷融通形態決定方法において、
開閉器により囲まれるセクションと電源とにより放射状に表現された系統を対象として、電源の供給予備力及び容量を考慮しながら各電源により給電するセクションを放射状かつ確率的に徐々に決定していき、すべてのセクションについて電源が決定した状態での負荷融通形態を系統の状態表現に変換して初期状態を生成する第１のステップと、現在の放射状系統のセクションごとに与えられた一つの負荷の融通電源を変更することにより隣接状態を複数、生成して次の探索点の候補とする第２のステップと、探索点の候補とされた複数の隣接状態の中でタブーリストに存在せず評価が最も良い隣接状態を次状態として選択すると共に、現状態をタブーリストに格納する第３のステップとを有し、終了条件が満たされるまで前記第２、第３のステップを繰り返し実行して、いわゆるタブーサーチにより最適な負荷融通形態を決定するものである。
【０００４】
【発明の実施の形態】
はじめに、配電系統における負荷融通は、配電線事故の発生時等に被融通区間が発生した場合に、この区間への再送電を行うための系統切替操作を求める配電業務である。
そのためには、開閉器の入切状態を決定し、各負荷に対してどのフィーダを電源として復旧していくかという融通形態を決定することが必要になる。この融通形態の決定は、放射状負荷、電源容量制約等の配電ネットワークが持つ各種の制約のもとで、各電源からどこまでの負荷群に電力を供給するかを決定する問題であり、グラフの分割という一種の組合せ最適化問題と考えることができる。
【０００５】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
（１）ネットワーク表現
制御対象となる開閉器（遠制開閉器または非遠制開閉器）によって囲まれる部分をセクションとし、各セクションごとに負荷が定電流値として与えられており、区間インピーダンスも与えられるものとする。また、電源は、被融通区間の電源端電圧が与えられるものとする。
【０００６】
（２）融通形態決定問題の定式化
Ａ．最適化問題としての定式化
負荷融通における融通形態決定問題はグラフ分割問題として定式化できるが、ここでは以下のように定式化する。
〔目的関数〕
供給電源の供給予備力平均化及び被融通区間における末端電圧の最小値の最大化（電圧降下の最小化）
【０００７】
〔制約条件〕
ａ．放射状制約
分割された部分グラフ（部分系統）は、電源を根とする木になっていなければならないことから、各負荷への供給電源は一つでなければならない。
ｂ．輸送経路制約
分割された部分グラフは、電源を根とする木になっていなければならないことから、ある負荷ノードの電源とその一つ上流の電源とは同一でなければならない。
ｃ．電源容量制約
分割された部分グラフに属する負荷ノードの負荷容量の総和は、電源の容量を超えてはならない。
ｄ．電圧制約
損失を最小化する最適な系統構成を決定する際は、電源端から徐々に降下していく電圧降下を考慮する必要があり、各負荷は規定電圧以上の電圧でなくてはならない。この規定電圧の考え方は、各電力会社によって異なっている。
ｅ．フィーダ・開閉器容量制約
各フィーダ・開閉器は流すことができる最大電流が決まっており、これ以上の電流を流すと事故の原因になる。
【０００８】
Ｂ．簡易回路計算
上述した種々の制約を考慮するためには、系統内の電圧・電流を求める必要がある。ここでは、以下のような仮定を設けた簡易回路計算を用いる。
ａ．各負荷に対する現状の入力データとしては、契約電流容量のみである。従って、各負荷は、契約容量分の定電流負荷とする。
ｂ．各区間インピーダンスＺ（ｎ）は、等価抵抗分として力率、線路特性を用いてＲｃｏｓθ＋Ｘｓｉｎθから計算することができる。ここで、Ｒは線路の抵抗、Ｘは線路のリアクタンス、θは力率角である。
【０００９】
上記の仮定のもとでは、電圧・電流は以下の手順によって計算可能である。
（手順１）：電流和の計算
末端負荷から電源に向かって、各負荷の電流を足し込み、各ノードにおける通過電流を以下の数式１により求める。
【００１０】
【数１】
ＳＣＵＲ（ｋ）＝ＣＵＲ（ｎ）＋ΣＳＣＵＲ
【００１１】
数式１において、ＳＣＵＲ（ｋ）は開閉器ｋにおける電流和、ＣＵＲ（ｎ）は開閉器ｋの属するノードｎにおける負荷電流、ΣＳＣＵＲはノードｎまでの電流和である。末端ノードでは、ΣＳＣＵＲ＝０〔Ａ〕となる。
【００１２】
（手順２）：各ノードにおける電圧降下の計算
以下の数式２により各ノードにおける電圧降下を計算する。
【００１３】
【数２】
ΔＶ（ｎ）＝ＣＵＲ（ｎ）×Ｚ（ｎ）
【００１４】
数式２において、ΔＶ（ｎ）はノードｎにおける電圧降下、ＣＵＲ（ｎ）はノードｎにおける電流和、Ｚ（ｎ）はノードｎにおけるインピーダンスである。
【００１５】
（手順３）：各ノードの電圧計算
電源における電圧は既知であるため、電源から以下の数式３を用いて各ノード電圧を計算する。
【００１６】
【数３】
Ｖ（ｎ）＝Ｖ０−ΔＶ（ｎ）
【００１７】
数式３において、Ｖ（ｎ）はノードｎにおける電圧、Ｖ０は電源電圧（配電用変圧器のフィーダ電圧）、ΔＶ（ｎ）は計算済みのノードｎまでの電圧降下である。
【００１８】
（３）タブーサーチ（Tabu Search）による定式化
タブーサーチ（タブー探索法）は、Prof. Glover等によって開発されたモダンヒューリスティック手法であり、解空間を効率的に探索できる方法として注目されている。
すなわち、局所探索法などでは、探索の過程で同一の解が繰り返し現れる場合があり、このような同一解の再探索は探索効率の低下につながる。
そこで、過去の探索過程で求められた解や探索の移動パターンを一種の集合であるタブーリストに記憶しておき、このタブーリストに含まれない解の中から最良のものを選択するというタブーサーチが用いられてきている。なお、タブーリストは一定の大きさを有し、その内容は最新情報によって逐次更新される。
具体的な探索法は、例えば次のとおりである。
（手順Ａ）まず初期解（本実施形態において初期状態に相当する）を選ぶ。
（手順Ｂ）次に、現在の解の近傍において前記初期解を除く最適な解（本実施形態における隣接状態に相当する）を見つけ、この解により初期解を置き換える。
（手順Ｃ）更に、タブーリストに前回の解（初期解）と、必要に応じて初期解から次の最適解への移動パターン等を格納する。
上記手順Ａ〜Ｃの繰り返しにより、現在の解から近傍の最適解が求まるたびに現在の解や移動パターン等をタブーリストに格納していき、タブーリスト内の情報量が所定値を越えた場合には最も古い情報を除去していく。そして、終了条件が満たされるまで、手順Ｂ以後の処理を繰り返す。
【００１９】
以下、本実施形態におけるタブーサーチの適用につき述べる。
Ａ．系統状態表現及びタブーリスト
ここでは、「セクション数の長さの配列を用意し、各要素には要素位置に対応する各セクションの上流電源・セクションの番号を示す」という系統状態の表現方法を用いた。また、１０進法によって各セクション番号を格納するものとする。
上記表現方法を用いると、図１に示す系統構成は以下のような配列で表現することができる。
［９  １  ４  ５  １０  ３  ８  １１］
【００２０】
なお、図１において、１〜８はセクション、９〜１１は電源を示し、セクションのそばに記した（  ）内の数字は、セクション群に対する供給電源を示している。つまり、セクション１，２が電源９から、セクション３〜６が電源１０から、セクション７，８が電源１１からそれぞれ給電されている。
【００２１】
また、探索の途中で、系統構成、タブーとなった探索回数、目的関数の値をタブーリストに保存する。
【００２２】
Ｂ．初期状態の生成
ここでは電源容量のみに着目し、以下の手順によって初期状態（初期解）を生成する。
（手順１）当該電源Ｇにより供給することが決定しているセクション群の隣接セクションで、供給される電源が決定されていないセクションの中からセクションＬをランダムに選択する。
【００２３】
（手順２）電源ＧがセクションＬに電源を供給するか否かは、以下の数式４で表される確率ＰCONNECTに従う。なお、各セクションの電圧が規定値以下である場合には、確率を０とする。
【００２４】
【数４】
ＰCONNECT＝（ＲＥＳG＋ＣＡＰG）／２ＣＡＰG×（ＰMAX−ＰMIN）＋ＰMIN
【００２５】
数式４において、ＲＥＳGは電源Ｇの供給予備力、ＣＡＰGは電源Ｇの電源容量、ＰMAXは最大確率（＝０．９）、ＰMINは最小確率（＝０．１）である。
また、ＰCONNECTの下限はＰMINとする。つまり、供給予備力が正の場合には、セクションを持続する確率を０．５よりも大きくし、更に、予備力の大きさにより最大確率まで均等に高くなるようにした。供給予備力が負の場合も同様の考えとなる。
【００２６】
（手順３）供給する電源が決定していないセクションがなくなるまで、手順１，２を繰り返す。
（手順４）最終的な融通形態を上記状態表現に変換する。
【００２７】
上述した初期状態の生成概念を図２に示す。この方法は、電源が供給するセクションを放射状に徐々に確率的に決定していくアルゴリズムとなっており、電源容量制約をできる限り満たすように初期状態を確率的に求めることが可能である。
【００２８】
Ｃ．隣接状態の生成及び次状態の選択
現在の放射状系統の一つの負荷の電源方向を変更して隣接状態を生成する。あるセクションとその上流セクションの電源が同じであることが必要である放射状制約及び輸送経路制約等を満たしながら一つのセクションの上流の方向を変更するためには、異なる電源フィーダから供給されているセクションに隣接するセクションのみ可能である。ある探索点の系統状態における各負荷区間のうち、電源方向を変更できるものを抽出し、変更したもの（一般的には複数生成できる）を隣接状態として、次の探索点の候補とする。
次探索点の候補である隣接状態がタブーであるかどうかをチェックし、タブーリストになく評価が最も良い隣接状態を次状態とする。
【００２９】
以上から、処理フローは図３のようになる。この図３において、初期状態を生成するステップＳ１、隣接状態を生成し、それがタブーリストにあるかどうかを判定するステップＳ２、タブーリストになく評価が最良の隣接状態を選択して次状態とし、現状態をタブーリストに格納するステップＳ３、終了条件の判断ステップＳ４からなる全体の処理手順がタブーサーチを構成している。
【００３０】
フィーダが複数の区間で連系し、ループも含むやや複雑な３電源、２５負荷のモデル系統を対象として、本実施形態により融通形態を決定したシミュレーションの結果を図４に示す。図４における融通電源Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３の中の数字は融通可能電源容量を示し、負荷＃１〜＃２５の中の数字は負荷容量を示している。図４の融通形態はすべての被融通区間に電源が供給され、電源供給予備力が平均化されており、最低電圧は６５５４〔Ｖ〕となっている。また、すべての負荷区間が電源から４区間以内に入っており、バランス良く融通されている。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、最適化手法の一つであるタブーサーチの応用により、系統に関係なく汎用のプログラムを用いて最適な負荷融通形態を効率良く決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における放射状系統の説明図である。
【図２】本発明の実施形態における初期状態の生成を示す概念図である。
【図３】本発明の実施形態における処理手順を示すフローチャートである。
【図４】シミュレーションに用いたモデル系統と融通形態の決定結果を説明する図である。
【符号の説明】
Ｆ１〜Ｆ３  融通電源
＃１〜＃２５  負荷
【図１】
0003781522.tif 000002
【図２】
0003781522.tif 000003
【図３】
0003781522.tif 000004
【図４】
0003781522.tif 000005