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- 弁理士法人 勇智国際特許事務所 (名古屋市中区（伏見）)
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2017-229110(P2017-229110A)
(43)【公開日】2017年12月28日
(54)【発明の名称】電圧無効電力監視制御装置及び方法
(51)【国際特許分類】
H02J 3/00 20060101AFI20171201BHJP
H02J 3/16 20060101ALI20171201BHJP
H02J 13/00 20060101ALI20171201BHJP
【ＦＩ】
H02J3/00 170
H02J3/16
H02J13/00 301A
H02J13/00 311R
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】33
(21)【出願番号】特願2016-121478(P2016-121478)
(22)【出願日】2016年6月20日
(71)【出願人】
【識別番号】000005108
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110000350
【氏名又は名称】ポレール特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】黒田 英佑
(72)【発明者】
【氏名】三宅 俊之
(72)【発明者】
【氏名】齋藤 直
(72)【発明者】
【氏名】谷津 昌洋
(72)【発明者】
【氏名】河原 大一郎
【テーマコード（参考）】
5G064
5G066
【Ｆターム（参考）】
5G064AC05
5G064AC09
5G064BA02
5G064CB08
5G064CB10
5G064DA03
5G066AA02
5G066AA03
5G066AE03
5G066AE07
5G066AE09
5G066DA04
(57)【要約】
【課題】電力系統の電圧と無効電力のバランス維持や経済性向上が可能な電力系統電圧無効電力監視制御装置及び方法を提供する。【解決手段】無効電力を調整可能な制御対象機器を含む電力系統に適用され、電圧無効電力を監視制御する電圧無効電力監視制御方法であって、電力系統の計測データと、電力系統の系統設備のデータとを用いて、電力系統計測時の系統状態を計算し、状態推定計算結果のデータと、電力系統の発電と負荷の予測データとを用いて、電力系統計測時から将来の系統状態を予測計算し、電力系統から得たデータの予測値について、その変動成分を求め、変動成分を抑止するに必要な無効電力を必要無効電力量として求め、複数の制御対象機器の中から無効電力配分対象を選択し、選択した制御対象機器について、必要無効電力量を出力配分計算し、選択した制御対象機器に対して定められた出力配分計算結果から、各制御対象機器に対する制御指令値を計算することを特徴とする。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
無効電力を調整可能な制御対象機器を含む電力系統に適用され、電圧無効電力を監視制御する電圧無効電力監視制御装置であって、
電力系統から得たデータの予測値について、その変動成分を計算する変動成分計算部と、
前記変動成分を抑止するに必要な無効電力を必要無効電力量として求める必要無効電力量計算部と、
複数の制御対象機器の中から無効電力配分対象を選択する無効電力配分対象選択部と、
選択した前記制御対象機器について、前記必要無効電力量を出力配分計算する出力配分計算部と、
選択した前記制御対象機器に対して定められた出力配分計算結果から、各制御対象機器に対する制御指令値を計算する出力指令部と、
を具備することを特徴とする電圧無効電力監視制御装置。
電力系統から得たデータの予測値について、その変動成分を計算する変動成分計算部と、
前記変動成分を抑止するに必要な無効電力を必要無効電力量として求める必要無効電力量計算部と、
複数の制御対象機器の中から無効電力配分対象を選択する無効電力配分対象選択部と、
選択した前記制御対象機器について、前記必要無効電力量を出力配分計算する出力配分計算部と、
選択した前記制御対象機器に対して定められた出力配分計算結果から、各制御対象機器に対する制御指令値を計算する出力指令部と、
を具備することを特徴とする電圧無効電力監視制御装置。
【請求項2】
無効電力を調整可能な制御対象機器を含む電力系統に適用され、電圧無効電力を監視制御する電圧無効電力監視制御装置であって、
電力系統の計測データと、電力系統の系統設備のデータとを用いて、電力系統計測時の系統状態を計算し、状態推定計算結果を得る状態推定計算部と、
前記状態推定計算結果のデータと、電力系統の発電と負荷の予測データとを用いて、電力系統計測時から将来の系統状態を予測計算し、予測値を得る予測値計算部と、
電力系統から得たデータの予測値について、その変動成分を計算する変動成分計算部と、
前記変動成分を抑止するに必要な無効電力を必要無効電力量として求める必要無効電力量計算部と、
複数の制御対象機器の中から無効電力配分対象を選択する無効電力配分対象選択部と、
選択した前記制御対象機器について、前記必要無効電力量を出力配分計算する出力配分計算部と、
選択した前記制御対象機器に対して定められた出力配分計算結果から、各制御対象機器に対する制御指令値を計算する出力指令部と、
を具備することを特徴とする電圧無効電力監視制御装置。
電力系統の計測データと、電力系統の系統設備のデータとを用いて、電力系統計測時の系統状態を計算し、状態推定計算結果を得る状態推定計算部と、
前記状態推定計算結果のデータと、電力系統の発電と負荷の予測データとを用いて、電力系統計測時から将来の系統状態を予測計算し、予測値を得る予測値計算部と、
電力系統から得たデータの予測値について、その変動成分を計算する変動成分計算部と、
前記変動成分を抑止するに必要な無効電力を必要無効電力量として求める必要無効電力量計算部と、
複数の制御対象機器の中から無効電力配分対象を選択する無効電力配分対象選択部と、
選択した前記制御対象機器について、前記必要無効電力量を出力配分計算する出力配分計算部と、
選択した前記制御対象機器に対して定められた出力配分計算結果から、各制御対象機器に対する制御指令値を計算する出力指令部と、
を具備することを特徴とする電圧無効電力監視制御装置。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載の電圧無効電力監視制御装置であって、
前記変動成分計算部は、電力系統から得たデータの予測値について、その変動成分を計算するに際し、複数周期での変動成分を算出し、
前記必要無効電力量計算部は、前記複数周期での変動成分の中から、無効電力による抑制を行う変動成分と行わない変動成分を定めて、無効電力による抑制を行うことにした変動成分に対して前記必要無効電力量を求めることを特徴とする電圧無効電力監視制御装置。
前記変動成分計算部は、電力系統から得たデータの予測値について、その変動成分を計算するに際し、複数周期での変動成分を算出し、
前記必要無効電力量計算部は、前記複数周期での変動成分の中から、無効電力による抑制を行う変動成分と行わない変動成分を定めて、無効電力による抑制を行うことにした変動成分に対して前記必要無効電力量を求めることを特徴とする電圧無効電力監視制御装置。
【請求項4】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電圧無効電力監視制御装置であって、
電力系統から得た前記データの予測値は、電力系統の電圧であって、予め保持した変換係数を用いて無効電力に変換して前記必要無効電力量を求めることを特徴とする電圧無効電力監視制御装置。
電力系統から得た前記データの予測値は、電力系統の電圧であって、予め保持した変換係数を用いて無効電力に変換して前記必要無効電力量を求めることを特徴とする電圧無効電力監視制御装置。
【請求項5】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電圧無効電力監視制御装置であって、
前記無効電力配分対象選択部は、前記必要無効電力量に対する前記制御対象機器の調整力を考慮して無効電力配分対象となる前記制御対象機器を選択することを特徴とする電圧無効電力監視制御装置。
前記無効電力配分対象選択部は、前記必要無効電力量に対する前記制御対象機器の調整力を考慮して無効電力配分対象となる前記制御対象機器を選択することを特徴とする電圧無効電力監視制御装置。
【請求項6】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電圧無効電力監視制御装置であって、
前記無効電力配分対象選択部は、前記制御対象機器の変化可能周期と前記変動成分の周期を考慮して無効電力配分対象とする前記制御対象機器を選択する抑制することを特徴とする電圧無効電力監視制御装置。
前記無効電力配分対象選択部は、前記制御対象機器の変化可能周期と前記変動成分の周期を考慮して無効電力配分対象とする前記制御対象機器を選択する抑制することを特徴とする電圧無効電力監視制御装置。
【請求項7】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電圧無効電力監視制御装置であって、
前記出力配分計算部は、前記制御対象機器が発電機である場合に、出力配分の対象とする複数の発電機の能力に従って、必要無効電力を配分することを特徴とする電圧無効電力監視制御装置。
前記出力配分計算部は、前記制御対象機器が発電機である場合に、出力配分の対象とする複数の発電機の能力に従って、必要無効電力を配分することを特徴とする電圧無効電力監視制御装置。
【請求項8】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電圧無効電力監視制御装置であって、
前記出力配分計算部は、前記制御対象機器が機械的機構部を有する離散的な無効電力供給装置である場合に、出力配分の対象とする複数の前記無効電力供給装置の前記機械的機構部の操作回数が偏らないように、必要無効電力を配分することを特徴とする電圧無効電力監視制御装置。
前記出力配分計算部は、前記制御対象機器が機械的機構部を有する離散的な無効電力供給装置である場合に、出力配分の対象とする複数の前記無効電力供給装置の前記機械的機構部の操作回数が偏らないように、必要無効電力を配分することを特徴とする電圧無効電力監視制御装置。
【請求項9】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電圧無効電力監視制御装置であって、
電圧無効電力監視制御装置が監視、制御する電力系統の運用状態を可視化して表示する表示部を備えることを特徴とする電圧無効電力監視制御装置。
電圧無効電力監視制御装置が監視、制御する電力系統の運用状態を可視化して表示する表示部を備えることを特徴とする電圧無効電力監視制御装置。
【請求項10】
請求項９に記載の電圧無効電力監視制御装置であって、
前記表示部には、系統のデータについて入手した時刻、ノード電圧とその各種制約条件（運用電圧上下限値、目標電圧幅、目標電圧）の関係、変動成分の確率密度、無効電力供給装置の操作回数の少なくとも１つ以上が可視化されて表示されることを特徴とする電圧無効電力監視制御装置。
前記表示部には、系統のデータについて入手した時刻、ノード電圧とその各種制約条件（運用電圧上下限値、目標電圧幅、目標電圧）の関係、変動成分の確率密度、無効電力供給装置の操作回数の少なくとも１つ以上が可視化されて表示されることを特徴とする電圧無効電力監視制御装置。
【請求項11】
請求項９に記載の電圧無効電力監視制御装置であって、
前記表示部には、必要無効電力の配分状況、配分による配分効果、確率分布の場合に逸脱の程度、各制御装置の使用頻度、回数の表示、対策と帯域の関係、対策機器及び不足容量の少なくとも１つ以上が可視化されて表示されることを特徴とする電圧無効電力監視制御装置。
前記表示部には、必要無効電力の配分状況、配分による配分効果、確率分布の場合に逸脱の程度、各制御装置の使用頻度、回数の表示、対策と帯域の関係、対策機器及び不足容量の少なくとも１つ以上が可視化されて表示されることを特徴とする電圧無効電力監視制御装置。
【請求項12】
請求項９に記載の電圧無効電力監視制御装置であって、
前記表示部には、電圧無効電力監視制御装置が監視、制御するに使用したデータの少なくとも１つ以上が可視化されて表示されることを特徴とする電圧無効電力監視制御装置。
前記表示部には、電圧無効電力監視制御装置が監視、制御するに使用したデータの少なくとも１つ以上が可視化されて表示されることを特徴とする電圧無効電力監視制御装置。
【請求項13】
請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の電圧無効電力監視制御装置であって、
前記出力指令部は、求めた制御指令値を制御対象機器に与えて電力系統を制御することを特徴とする電圧無効電力監視制御装置。
前記出力指令部は、求めた制御指令値を制御対象機器に与えて電力系統を制御することを特徴とする電圧無効電力監視制御装置。
【請求項14】
請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の電圧無効電力監視制御装置であって、
前記表示部には、予測時刻における無効電力の不足量並びにその対応策の提案１、変動成分ごとの必要無効電力ΔＱについての過去値、予測値並びに制御対象機器容量、必要機器容量の時間経過の少なくとも１つ以上が可視化されて表示されることを特徴とする電圧無効電力監視制御装置。
前記表示部には、予測時刻における無効電力の不足量並びにその対応策の提案１、変動成分ごとの必要無効電力ΔＱについての過去値、予測値並びに制御対象機器容量、必要機器容量の時間経過の少なくとも１つ以上が可視化されて表示されることを特徴とする電圧無効電力監視制御装置。
【請求項15】
無効電力を調整可能な制御対象機器を含む電力系統に適用され、電圧無効電力を監視制御する電圧無効電力監視制御方法であって、
電力系統から得たデータの予測値について、その変動成分を求め、
前記変動成分を抑止するに必要な無効電力を必要無効電力量として求め、
複数の制御対象機器の中から無効電力配分対象を選択し、
選択した前記制御対象機器について、前記必要無効電力量を出力配分計算し、
選択した前記制御対象機器に対して定められた出力配分計算結果から、各制御対象機器に対する制御指令値を計算することを特徴とする電圧無効電力監視制御方法。
電力系統から得たデータの予測値について、その変動成分を求め、
前記変動成分を抑止するに必要な無効電力を必要無効電力量として求め、
複数の制御対象機器の中から無効電力配分対象を選択し、
選択した前記制御対象機器について、前記必要無効電力量を出力配分計算し、
選択した前記制御対象機器に対して定められた出力配分計算結果から、各制御対象機器に対する制御指令値を計算することを特徴とする電圧無効電力監視制御方法。
【請求項16】
無効電力を調整可能な制御対象機器を含む電力系統に適用され、電圧無効電力を監視制御する電圧無効電力監視制御方法であって、
電力系統の計測データと、電力系統の系統設備のデータとを用いて、電力系統計測時の系統状態を計算し、
前記状態推定計算結果のデータと、電力系統の発電と負荷の予測データとを用いて、電力系統計測時から将来の系統状態を予測計算し、
電力系統から得たデータの予測値について、その変動成分を求め、
前記変動成分を抑止するに必要な無効電力を必要無効電力量として求め、
複数の制御対象機器の中から無効電力配分対象を選択し、
選択した前記制御対象機器について、前記必要無効電力量を出力配分計算し、
選択した前記制御対象機器に対して定められた出力配分計算結果から、各制御対象機器に対する制御指令値を計算することを特徴とする電圧無効電力監視制御方法。
電力系統の計測データと、電力系統の系統設備のデータとを用いて、電力系統計測時の系統状態を計算し、
前記状態推定計算結果のデータと、電力系統の発電と負荷の予測データとを用いて、電力系統計測時から将来の系統状態を予測計算し、
電力系統から得たデータの予測値について、その変動成分を求め、
前記変動成分を抑止するに必要な無効電力を必要無効電力量として求め、
複数の制御対象機器の中から無効電力配分対象を選択し、
選択した前記制御対象機器について、前記必要無効電力量を出力配分計算し、
選択した前記制御対象機器に対して定められた出力配分計算結果から、各制御対象機器に対する制御指令値を計算することを特徴とする電圧無効電力監視制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電力系統の状態を監視し電圧と無効電力のバランスを維持するための、電力系統の電圧無効電力監視制御装置及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
電力系統の状態を監視し電圧と無効電力のバランスを維持するための電力系統の電圧無効電力監視制御装置及び方法に関して、特許文献１から特許文献３、並びに非特許文献１が知られている。
【0003】
このうち特許文献１（特開平８−２８０１３５号）には、「対象とする電力系統、電力系統より必要なデータを読み込むデータ読み込み装置、読み込んだデータより、該時点の尤もらしい系統状態を推定する状態推定装置、電圧無効電力制御の実施を行う前処理としての電力系統部分系統分割計算装置、前記状態推定装置より、数時間先将来の電力系統を予測する将来系統潮流状態予測装置、前記装置より求めた予測潮流状態より、最適な無効電力の配分のための操作すべき電圧無効電力制御装置を選択する無効電力最適配分計算装置の結果を元に操作機器に指令を出す無効電力配分指令装置からなる。」と記載されている（要約参照）。また特許文献１には、本技術分野の背景技術として、非特許文献１の内容も記載されている。
【0004】
特許文献２（特開平７−２８８９３２号）には、「電力系統の電圧無効電力制御において、監視対象母線電圧と監視対象送電線路の無効電力潮流に対する発電機及び無効電力供給装置の制御効果を示す指標を算出する手段と、制御優先度を表す各制御機器の制御重み係数の中で系統運用上の制約条件を導入するために発電機の制御重み係数を電力系統の状態に応じて算出する手段と、前記調整効果を表す指標と制御重み係数を用いて発電機及び無効電力供給装置の無効電力制御量を算出する手段とから構成した。」と記載されている（要約参照）。また、「ΔＶ０のシフトにより、ＬＲＴ及び無効電力供給装置の制御は、発電機制御と無効電力供給装置の制御協調を加味した制御とすることができる。」と記載されている。
【0005】
特許文献３（特開２００３−２５９５５４号）には、「中央値偏差重み付き目的関数作成手段１９は、電力系統情報把握手段１１で求められた電力系統の系統情報に基づいて電圧無効電力調整機器３の調整可能範囲の中央値からの偏差重み付き２乗和の項を組み込んだ目的関数を作成する。制御量算出手段１２は、その偏差重み付き２乗和の項を組み込んだ目的関数により監視対象となる母線電圧及び無効電力潮流が許容値以内に収まるように電圧無効電力調整機器３の制御量を算出し、指令出力手段１４及び情報伝送装置４ｃ、４ｄを介して電圧無効電力調整機器３に対する制御量を指令出力する。これにより、電圧無効電力調整機器の制御余裕量を確保する。」と記載されている（要約参照）。また特許文献３には、「請求項８の発明に係る電圧無効電力監視制御装置においては、請求項１乃至請求項７のいずれか１項の発明の作用に加え、制御量継続判定手段は、同一の電圧無効電力調整機器に対する同一方向の制御量の継続時間が所定時間継続したか否かを判定し、制御量算出手段は、制御量継続判定手段が所定時間以上継続した制御量である判定した場合に電圧無効電力調整機器に対する制御量を指令出力する。これにより、電力系統の瞬時的な外乱変化のように所定時間以上制御量が継続しない場合の無駄な電圧無効電力調整機器の多頻度制御を抑制できる。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開平８−２８０１３５号公報
【特許文献2】特開平７−２８８９３２号公報
【特許文献3】特開２００３−２５９５５４号公報
【非特許文献】
【0007】
【非特許文献1】電気学会編、電力系統の電圧安定維持対策、電気学会技術報告ＩＩ−７３号、ｐｐ．３７〜４４（１９７９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
将来、電力系統には、再生可能エネルギー（太陽光発電や風力発電など）をはじめとする天候によって出力が変動する電源（出力変動型電源）が大量導入される予定であるため、電圧や潮流の変動量が大きくなる可能性がある。また、電力自由化により活発な市場取引が生じると、部分的または全体的に線路潮流が増加し、電力系統の電圧と無効電力のバランスが維持できなくなる恐れや、供給信頼性の低下の恐れや、経済性を向上することができない恐れがある。
【0009】
この点に関し特許文献１の無効電力最適配分計算装置は、「対象とする電力系統、電力系統より必要なデータを読み込むデータ読み込み装置、読み込んだデータより、該時点の尤もらしい系統状態を推定する状態推定装置、電圧無効電力制御の実施を行う前処理としての電力系統部分系統分割計算装置、前記状態推定装置より、数時間先将来の電力系統を予測する将来系統潮流状態予測装置、前記装置より求めた予測潮流状態より、最適な無効電力の配分のための操作すべき電圧無効電力制御装置を選択する無効電力最適配分計算装置の結果を元に操作機器に指令を出す無効電力配分指令装置からなる。」と記載されている。さらに特許文献１は、「対象とする電力系統に対し、この電力系統を分割して、この分割された電力系統内で無効電力発生源と無効電力消費源との整合状態を計算することにより、電力系統の無効電力発生装置を制御するようにしたものである。［０００９］すなわち、本発明では対象とする電力系統に対し、これまで全系一括で求めている電圧無効電力調整機器を、いくつかの部分系統に分割する。これまでの公知例では特定の種類の電圧感度の高い電気無効電力調整機器に限って部分系統に分割する公知例はあったが（公知例（１）（ｂ））、本発明では、この部分系統の分割を基幹系統の変電所とその下位系統、あるいは電源供給が同一の系統を一単位として行う。この分割方法では、無効電力の需要と供給のバランスがとれない場合は、隣接した部分系統との融合、分割を繰り返し最適な部分系統分割を行う。このように分割した部分系統ごとに無効電力バランスを求め、各部分系統ごとに最適な電圧無効電力調整機器を求める。［００１０］各部分系統ごとの最適な制御すべき電圧無効電力調整機器の算出には、従来用いられていたアルゴリズムに加え、過去の履歴データより類似の系統状況の場合を検索し、その過去の結果を元に最適な電圧無効電力制御装置を選択する方法を用いる。また、この考えを数時間先将来時点の潮流状態予測支援システムと結合することにより、時々刻々と変化する系統状態に対処できるようにした。また、各時点での無効電力操作機器の結果と潮流状態を学習し、次時点での最適な無効電力制御装置の計算に用いるようにした。」としている。
【0010】
しかし特許文献１によれば、活発な市場取引による部分的な線路潮流の増加や、再生可能エネルギーの導入拡大による火力発電機などの既存電源の出力比率減少が発生すると、前記各部分系統内の制御対象設備が発電機や無効電力供給装置のいずれかに偏って存在する恐れがあり、無効電力供給が不足するため、前記部分系統の融合が繰り返され、前記部分系統に分けることで期待していた逆動作現象の防止などの効果が低下するまたは得られない恐れがある。
【0011】
非特許文献１には、調整に必要な無効電力を発電機間に配分する方法として、特許文献１に記載のように「この中には（ａ）判定関数を用いる方法、（ｂ）等余裕率で配分する方法、（ｃ）送電損失最小で配分する方法がある。（ａ）の判定関数を用いて配分する方法は、対象系統内の全調整機器について判定関数の変化量を計算し、最大の判定関数減少を与える調整機器を選定し、その調整上下限内で操作を行う。この過程を監視点の制約条件が満足されるまで繰り返す。また、（ｂ）の方法は電力系統中の電圧監視機器の基準電圧の逸脱に対して、これを調整する発電機のグループを、系統特性定数によってあらかじめ対応づけておき、そのグループ内では各ユニットが定められた無効電力調整範囲内で同じ余裕率になるように調整量を求める。また、（ｃ）の送電損失最小で配分する方法は、系統各所の電圧の基準値からの偏差の平均値を少なくし、かつ、連系点の無効電力潮流が基準値に近づくように火力の無効電力の合計値を制御する。」としている。
【0012】
しかし非特許文献１によれば、活発な市場取引による部分的な線路潮流の増加や、再生可能エネルギーの導入拡大による火力発電機などの既存電源の出力比率減少が発生すると、制御対象設備が発電機や無効電力供給装置のいずれかに偏って存在する恐れがある。非特許文献１には５・１表に示されるように、調整機器として火力・水力・ＬＲＴ・ＳＣ・ＳｈＲと記述されているが、調整に必要な無効電力を発電機間に配分する方法しか記述されておらず、無効電力供給装置に対する配分方法や、発電機と無効電力供給装置を合せての配分方法は示されていない。そのため、前記無効電力供給装置や前記発電機と無効電力供給装置に対しての無効電力配分が困難であり、電力系統の電圧と無効電力のバランスが維持できなくなる恐れや、供給信頼性の低下の恐れや、経済性を向上することができない恐れがある。
【0013】
特許文献２では、課題を「上記した従来の感度定数による方法では、制御機器の制御可否、監視点の母線電圧上下限及び送電線路の無効電力潮流上下限を考慮できても、以下の理由により制御機器間の協調制御が不十分である。［００１５］（ａ）第１の問題点：発電機間の制御量配分における不均衡。（５）式や（６）式で使われる感度定数Ａｉｊ、Ｂｋｊ、Ｄｋｊは、電力系統の直流等価回路又は電力方程式のヤコビ行列を用いて算出されるので、発電所内の発電機間又は隣接発電所の発電機との間で、昇圧変圧器や送電線のインピーダンスのわずかな差異で効果量の大きい方の発電機が専ら制御されることになる。［００１６］その結果、無効電力出力の不均衡は、徒な発電機の過励磁や進相運転の発生をもたらし、系統運用上特に安定度面での信頼性低下につながる。ＡＶＲ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ）モードで運転中の発電機に対する電圧目標値制御により制御を行なう場合には、無効電力出力の不均衡が顕著に現われ易い。［００１７］（ｂ）第２の問題点：無効電力供給装置と発電機間の無効電力出力の不均衡。電力系統の運用では、発電機の無効電力出力と無効電力供給装置の無効電力出力は、以下に述べる協調をとる必要がある。発電機は過励磁や進相運転とならないように運転余裕を確保しなければならず、系統が必要とする無効電力量が大幅に変化した場合、発電機の運転余裕を保つために無効電力供給装置による無効電力供給量の調整を行なう。［００１８］一方、無効電力供給装置では、電力用コンデンサやリアクトルの開閉制御により無効電力供給量を調整しており、頻繁な開閉操作は避けなければならない。したがって、系統状態が安定し必要無効電力量の変化が小さい場合は、発電機による制御を優先させる。感度定数による方法では効果量により制御優先度が決まるが、（５）式と（６）式において予め定めた定数αｊとβｊを使用しているので、時々刻々変化する系統状態に応答して上記の協調制御を行なうことは困難である。［００１９］（ｃ）第３の問題点：「ＬＲＴ，無効電力供給装置」と「発電機」間の制御協調不可。ＬＲＴ制御は、ＬＲＴを装備した変圧器の１次側電圧（Ｖ１）と２次側電圧（Ｖ２）からタップの上げ／下げを決める方法がとられることが多い。又、変圧器の３次側には無効電力供給装置が設置されることが多いため、ＬＲＴ制御は無効電力供給装置との協調をとるために、制御目標電圧Ｖ１ｒｅｆ及びＶ２ｒｅｆからの偏差ΔＶ１（＝Ｖ１−Ｖ１ｒｅｆ），ΔＶ２（＝Ｖ２−Ｖ２ｒｅｆ）で表す平面上に動作領域を定義している（ΔＶ２の代わりに変圧器２次側無効電力潮流の偏差ΔＱを使用する場合もある。）。［００２０］動作領域は、ΔＶ１とΔＶ２の符号が逆である時はＬＲＴ制御とし、符号が同じであれば無効電力供給装置の制御となるように設定するのが一般的である。又、平面上には制御のハンチング防止や過頻度制御防止等を目的として、原点を中心に制御不感帯が設けられるのが普通である。上記の方法では、ＬＲＴと無効電力供給装置の制御協調は実現されるが、変圧器の両端電圧だけを制御量決定に使用するので、電力系統全体にわたる協調、特に発電機制御との協調ができない。本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、上記した制御量配分の不均衡を発生させない発電機，無効電力供給装置及びＬＲＴを有する電圧無効電力制御における協調制御方法を提供することを目的としている。」としており、解決手段として、「本発明の［請求項１］に係る電圧無効電力制御における協調制御方法は、電力系統の電圧無効電力制御において、監視対象母線電圧と監視対象送電線路の無効電力潮流に対する発電機及び無効電力供給装置の制御効果を示す指標を算出する手段と、制御優先度を表す各制御機器の制御重み係数の中で系統運用上の制約条件を導入するために発電機の制御重み係数を電力系統の状態に応じて算出する手段と、前記調整効果を表す指標と制御重み係数を用いて発電機及び無効電力供給装置の無効電力制御量を算出する手段とから構成した。［００２２］本発明の［請求項２］に係る電圧無効電力制御における協調制御方法は、電力系統の電圧無効電力制御において、監視対象母線電圧と監視対象送電線路の無効電力潮流に対する発電機及び無効電力供給装置の制御効果を示す指標を算出する手段と、制御優先度を表す各制御機器の制御重み係数の中で系統運用上の制約条件を導入するために無効電力供給装置の制御重み係数を電力系統の状態に応じて算出する手段と、前記調整効果を表す指標と制御重み係数を用いて発電機及び無効電力供給装置の無効電力制御量を算出する手段とから構成した。［００２３］本発明の［請求項３］に係る電圧無効電力制御における協調制御方法は、電力系統の電圧無効電力制御において、監視対象母線電圧と監視対象送電線路の無効電力潮流に対する発電機，無効電力供給装置及び変圧器負荷時タップ切替装置の制御効果を示す指標を算出する手段と、制御優先度を表す各制御機器の制御重み係数の中で系統運用上の制約条件を導入するために無効電力供給装置と変圧器負荷時タップ切替装置（以降、ＬＲＴと略す）の制御重み係数を電力系統の状態に応じて算出する手段と、前記調整効果を表す指標と制御重み係数を用いて無効電力供給装置の無効電力制御量とＬＲＴのタップ操作量を算出する手段とから構成した。」としている。ここで、前記［請求項３］に係る電圧無効電力制御における協調制御方法では、「ΔＶ０のシフトにより、ＬＲＴ及び無効電力供給装置の制御は、発電機制御と無効電力供給装置の制御協調を加味した制御とすることができる。」としている。これにより「発電機間の無効電力出力配分の均等化、発電機と無効電力供給装置間で発電機の制御余裕を維持する無効電力供給装置の制御、前記制御と競合しないＬＲＴと無効電力供給装置の制御、即ち、制御機器間の協調制御を実現する上で効果がある。」としている。
【0014】
しかし特許文献２によれば、活発な市場取引による部分的な線路潮流が増加や、再生可能エネルギーの導入拡大による火力発電機などの既存電源の出力比率減少が発生すると、系統上の無効電力供給不足が偏って発生したり、需要や電圧の変動周期も変化したりするため、前記協調制御方法では前記効果が低下する恐れがある。
【0015】
特許文献３では、「請求項８の発明に係る電圧無効電力監視制御装置においては、請求項１乃至請求項７のいずれか１項の発明の作用に加え、制御量継続判定手段は、同一の電圧無効電力調整機器に対する同一方向の制御量の継続時間が所定時間継続したか否かを判定し、制御量算出手段は、制御量継続判定手段が所定時間以上継続した制御量である判定した場合に電圧無効電力調整機器に対する制御量を指令出力する。これにより、電力系統の瞬時的な外乱変化のように所定時間以上制御量が継続しない場合の無駄な電圧無効電力調整機器の多頻度制御を抑制できる。」としている。
【0016】
しかし特許文献３によれば、活発な市場取引による部分的な線路潮流が増加や、再生可能エネルギーの導入拡大による火力発電機などの既存電源の出力比率減少が発生すると、系統上の無効電力供給不足が偏って発生する可能性があるため、前記外乱変化による影響を考えるだけでは、前記無効電力供給装置や前記発電機と無効電力供給装置に対しての無効電力配分が困難であり、電力系統の電圧と無効電力のバランスが維持できなくなる恐れや、供給信頼性の低下の恐れや、経済性を向上することができない恐れがある。
【0017】
また、特許文献３では、「図１５において、多頻度制御抑制順序指定手段２５は、多頻度制御抑制付きＬＰ法最適計算手段２４での演算について、電圧無効電力調整機器の制御頻度の抑制順序を選択する。例えば、第６の実施の形態では、発電機の制御、次に負荷時タップ付き変圧器ＬＲＴを加えた制御、次に調相機器（電力用コンデンサ、分路リアクトル）を加えた制御の順序で固定的に行われるが、この順序を多頻度制御抑制順序指定手段２５で選択する。［００８９］図１６は、第７の実施の形態における多頻度制御抑制付きＬＰ法最適計算手段２４の処理内容を示すフローチャートである。まず、多頻度制御抑制順序指定手段２５からの順序指定データを取り込み（Ｓ６０）、調相機器、ＬＲＴ、発電機の中での組合せ配分指定を判定し、配分指定を行う（Ｓ６１）。すなわち、ステップＳ６１での配分指定に従って、各々の配分指定による条件設定を行う（Ｓ６２〜Ｓ６８）。［００９０］すなわち、発電機のみの配分指定の場合には発電機を制御対象とした条件設定を行い（Ｓ６２）、調相機器（電力用コンデンサ、分路リアクトル）のみの配分指定の場合には調相機器（電力用コンデンサ、分路リアクトル）を制御対象とした条件設定を行い（Ｓ６３）、負荷時タップ付き変圧器ＬＲＴのみの配分指定の場合には負荷時タップ付き変圧器ＬＲＴを制御対象とした条件設定を行い（Ｓ６４）、発電機と調相機器の配分指定の場合には発電機と調相機器を制御対象とした条件設定を行い（Ｓ６５）、発電機と負荷時タップ付き変圧器ＬＲＴの配分指定の場合には発電機と負荷時タップ付き変圧器ＬＲＴを制御対象とした条件設定を行い（Ｓ６６）、調相機器と負荷時タップ付き変圧器ＬＲＴの配分指定の場合には調相と負荷時タップ付き変圧器ＬＲＴを制御対象とした条件設定を行い（Ｓ６７）、すべての電圧無効電力調整機器の配分指定の場合にはすべての電圧無効電力調整機器を制御対象とした条件設定を行う（Ｓ６８）。」としている。
【0018】
しかし特許文献３によれば、前記順序指定データや前記配分指定が具体的にどのように設定されるのかが記述されておらず、前記多頻度制御抑制順序指定手段が明確でないため、前記無効電力供給装置や前記発電機と無効電力供給装置に対しての無効電力配分が不明瞭であり、電力系統の電圧と無効電力のバランスが維持できなくなる恐れや、供給信頼性の低下の恐れや、経済性を向上することができない恐れがある。
【0019】
そこで、本発明では、再生可能エネルギーは天候に起因して時間経過とともに出力変動すること、電源構成や数や無効電力供給装置構成や系統構成が変更されることなどが発生しても、電力系統の電圧と無効電力のバランスが維持や経済性向上が可能な電力系統電圧無効電力監視制御装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0020】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
【0021】
本発明は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、「無効電力を調整可能な制御対象機器を含む電力系統に適用され、電圧無効電力を監視制御する電圧無効電力監視制御装置であって、電力系統から得たデータの予測値について、その変動成分を計算する変動成分計算部と、変動成分を抑止するに必要な無効電力を必要無効電力量として求める必要無効電力量計算部と、複数の制御対象機器の中から無効電力配分対象を選択する無効電力配分対象選択部と、選択した制御対象機器について、必要無効電力量を出力配分計算する出力配分計算部と、選択した制御対象機器に対して定められた出力配分計算結果から、各制御対象機器に対する制御指令値を計算する出力指令部とを具備することを特徴とする電圧無効電力監視制御装置」である。
【0022】
また本発明は、「無効電力を調整可能な制御対象機器を含む電力系統に適用され、電圧無効電力を監視制御する電圧無効電力監視制御装置であって、電力系統の計測データと、電力系統の系統設備のデータとを用いて、電力系統計測時の系統状態を計算し、状態推定計算結果を得る状態推定計算部と、状態推定計算結果のデータと、電力系統の発電と負荷の予測データとを用いて、電力系統計測時から将来の系統状態を予測計算し、予測値を得る予測値計算部と、電力系統から得たデータの予測値について、その変動成分を計算する変動成分計算部と、変動成分を抑止するに必要な無効電力を必要無効電力量として求める必要無効電力量計算部と、複数の制御対象機器の中から無効電力配分対象を選択する無効電力配分対象選択部と、選択した前記制御対象機器について、必要無効電力量を出力配分計算する出力配分計算部と、選択した制御対象機器に対して定められた出力配分計算結果から、各制御対象機器に対する制御指令値を計算する出力指令部とを具備することを特徴とする電圧無効電力監視制御装置」である。
【0023】
また本発明は、「無効電力を調整可能な制御対象機器を含む電力系統に適用され、電圧無効電力を監視制御する電圧無効電力監視制御方法であって、電力系統の計測データと、電力系統の系統設備のデータとを用いて、電力系統計測時の系統状態を計算し、状態推定計算結果のデータと、電力系統の発電と負荷の予測データとを用いて、電力系統計測時から将来の系統状態を予測計算し、電力系統から得たデータの予測値について、その変動成分を求め、変動成分を抑止するに必要な無効電力を必要無効電力量として求め、複数の制御対象機器の中から無効電力配分対象を選択し、選択した制御対象機器について、必要無効電力量を出力配分計算し、選択した制御対象機器に対して定められた出力配分計算結果から、各制御対象機器に対する制御指令値を計算することを特徴とする電圧無効電力監視制御方法。」である。
【発明の効果】
【0024】
本発明によれば、時間経過とともに再生可能エネルギーは天候に起因して出力変動することや電源構成や系統構成の変更が発生しても、電力系統の電圧と無効電力のバランスが維持でき、さらには経済性の向上が可能となる。
【0025】
また本発明の実施例によれば、電力系統電圧無効電力監視制御装置の目標値や制御量の計算において、複数の目的関数を用いる際に、重みづけする労力を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】実施例１に係る電圧無効電力監視制御装置１０をその内部における処理機能により記述した図。
【図2】電力系統の全体構成事例と本発明の実施例１に係る電圧無効電力監視制御装置のハード構成を示した図。
【図3】プログラムデータベースＤＢ１５に格納された各種プログラムを例示した図。
【図4】予測値データベースＤＢ１に記憶された予測値データＤ１の一例を示した図。
【図5】配分要否判定基準データベースＤＢ２に記憶された配分要否判定基準データＤ２の一例を示した図。
【図6】制御対象現在出力値データベースＤＢ３に記憶された制御対象現在出力値データＤ３の一例を示した図。
【図7】制御対象出力上下限値・刻み値データベースＤＢ４に記憶された制御対象出力上下限値・刻み値データＤ４の一例を示した図。
【図8】実施例１に係る電圧無効電力監視制御装置１０の処理の全体を示すフローチャートの例を示した図。
【図9】必要無効電力を計算する処理の一例を示す図。
【図10】出力配分を計算する処理の一例を示す図。
【図11】電圧状態および出力配分効果を確認するための操作頻度や使用回数を表示する画面の一例を示す図。
【図12】実施例２に係る電圧無効電力監視制御装置１０をその内部における処理機能により記述した図。
【図13】電力系統の全体構成事例と本発明の実施例２に係る電圧無効電力監視制御装置のハード構成を示した図。
【図14】プログラムデータベースＤＢ１５に格納された各種プログラムを例示した図。
【図15】実施例２に係る電圧無効電力監視制御装置１０の処理の全体を示すフローチャートの例を示した図。
【図16】必要無効電力のトレンド表示と将来予測および現在・過去無効電力機器容量と将来必要となる機器容量を表示する画面の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。
【0028】
本発明の実施例は多様な形態のものを含んでいるので、詳細説明に入る前に各実施例のあらましについて説明をしておく。
【0029】
本発明の実施例は、いずれも電力系統の監視制御を行う中央装置と、さらには電力系統の個別箇所に設置され中央装置からの送信データにより作動する個別制御装置で構成されている。
【0031】
図１２から図１５を用いて説明を行う実施例２における中央装置は、電力系統全体の監視制御を行う中央給電指令所と連携し、或は中央給電指令所に設置されて、領域内制御を行うことを念頭に入れている。
【0032】
実施例３では、実施例１または２における制御評価部の変形代案例を示している。
【実施例1】
【0033】
実施例１では、例えば電力系統を複数分割した領域内の監視制御のための地方給電指令所に設置されて電力系統の監視制御を行う中央装置と、さらには電力系統の個別箇所に設置され中央装置からの送信データにより作動する個別制御装置で構成されるシステム構成について説明する。
【0034】
図２は、電力系統の全体構成事例と本発明の実施例１に係る電圧無効電力監視制御装置のハード構成を示した図である。この図には電力系統１００の構成例と電圧無効電力監視制御装置１０のハード構成例が記述されているが、最初に電力系統１００の構成例について説明し、その後に電圧無効電力監視制御装置のハード構成例について説明する。
【0035】
図２において１００として区分され、例示された電力系統１００は、主に送電系統部分を表示しているが、本発明の実施例１では、この範囲が電力系統を複数分割した領域に相当する。また電圧無効電力監視制御装置１０が、電力系統を複数分割した領域内の監視制御のための地方給電指令所に設置されて電力系統の監視制御を行う中央装置に対応している。なお電力系統は広義の意味においては、１００として示した範囲以外に発電系統や負荷系統を含む概念である。以下の説明においては特に必要のない限り広義の意味において使用している。
【0036】
電力系統は、電源１１０（１１０ａ、１１０ｂ）、ノード（母線）１２０（１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ、１２０ｅ、１２０ｆ、１２０ｈ、１２０ｉ、１２０ｊ）、変圧器１３０（１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｅ）、ブランチ（線路）１４０（１４０ｂ、１４０ｅ、１４０ｆ、１４０ｇ、１４０ｈ）、負荷１５０（１５０ａ１５０ｂ、１５０ｃ）などを主要な主回路構成機器として構成されており、適宜の箇所に電力調整用の機器として電力用コンデンサ（ＳＣ：Ｓｔａｔｉｃ Ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ）１６０（１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃ、１６０ｄ）や分路リアクトル（ＳｈＲ：Ｓｈｕｎｔ Ｒｅａｃｔｏｒ）１７０（１７０ａ、１７０ｂ）を配置している。
【0037】
なお変圧器１３０ｃ、１３０ｅはタップ付き変圧器１３１であり、３次巻線に電力用コンデンサ１６０ｂや分路リアクトル１７０ａ、１７０ｂをそれぞれ接続している。また図２には記載していないが、その他制御可能な装置（バッテリー、充放電可能な二次電池、ＥＶの蓄電池、フライホイール、その他の調相設備（静止型無効電力補償装置ＳＶＣ（Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）、静止型無効電力発生装置ＳＶＧ（Ｓｔａｔｉｃ Ｃ Ｖａｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）、位相調整器付き変圧器ＬＰＣ（Ｌｏｏｐ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等）のいずれか又は複数を含んで構成されている。
【0038】
これら複数の各種機器で構成された電力系統の制御のために、電力系統の各所には各種の計測装置４４が適宜の箇所に、夫々の目的に応じて配置されている。また、これら複数の各種機器のうち制御可能な機器について、これを制御するための個別制御装置４５（４５ａ、４５ｂ）が適宜の箇所に、夫々の目的に応じて配置されている。
【0039】
上記した各種機器などのうち、本発明に関わりの深い機器について、以下にその内容や構成、特徴などを記載しておく。
【0040】
まず電源１１０は、火力発電機、水力発電機、原子力発電機などの回転系電源のほかに、太陽光発電や風力発電といった分散型電源、およびインバータを介して電力系統に接続するインバータ連系電源などを含むものである。
【0041】
計測装置４４は、電力系統におけるノード電圧Ｖ、ブランチ電流I、有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、力率Φ、タップ値、ノードやブランチや変圧器や電力用コンデンサや分路リアクトルなどの開閉器の入り切り情報などのいずれか一つまたは複数を計測する装置である。これは例えば、計器用変圧器ＶＴ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）、計器用変圧器ＰＴ（Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）、計器用変流器ＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）であり、データ計測箇所識別ＩＤや計測装置の内臓タイムスタンプを含んでデータを送信する機能を備えるテレメータＴＭ（Ｔｅｌｅｍｅｔｅｒ）やスーパービジョンＳＶ（Ｓｕｐｅｒ Ｖｉｓｉｏｎ）などである。なお、ＧＰＳを利用した絶対時刻付きの電力情報（電圧のフェーザ情報）を計測する装置や位相計測装置（ＰＭＵ：Ｐｈａｓｏｒ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔｓ）や、他の計測機器でもよい。前記計測装置４４は、電力系統１００内にあるように記述しているが、電源１１０と変圧器１３０とタップ付き変圧器１３１と負荷１５０と電力用コンデンサ１６０と分路リアクトル１７０と計測装置４４と個別制御装置４５に接続する母線や線路などに設置されてもよい。
【0042】
図２の電力系統は、概ね以上のようなものである。これに対し本発明の実施例１に係る電圧無効電力監視制御装置１０は、電力系統１００の計測装置４４から通信ネットワーク３００を介して受信データ７１を入力し、個別制御装置４５に送信データ７２を与える。この場合に、受信データ７１のデータ内容は、他のデータを含んでいてもよいが基本的に基準母線計測値データＤ５である。電力系統１００内の母線の内、基準母線に定めた母線において計測したデータに基づいて、例えば地方給電指令所に設置した電圧無効電力監視制御装置１０の機能を達成することを意図している。
【0043】
ここで受信データ７１のデータ内容である基準母線計測値データＤ５は具体的には、計測装置４４にて計測されたノード電圧Ｖ、ブランチ電流I、力率Φ、有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、のいずれか一つまたは複数のデータであり、通信ネットワーク３００を介して電圧無効電力監視制御装置１０に受信され、内部の基準母線計測値データベースＤＢ５に格納される。ただし、計測装置４４から直接基準母線計測値データＤ５を受信する代わりに、その他の監視装置に一端集約されてから、通信ネットワーク３００を介して基準母線計測値データベースＤＢ５に格納してもよいし、計測装置４４やその他の監視装置から通信ネットワーク３００を介して基準母線計測値データベースＤＢ５に格納してもよい。なお、基準母線計測値データＤ５は、データを識別するための固有番号と、タイムスタンプとを含んでもよい。なお、その他の監視装置とは、例えば、中央給電指令所や系統安定度監視サーバなどである。
【0044】
図２の電圧無効電力監視制御装置１０のハード構成は以下のようである。電圧無効電力監視制御装置１０は、一般的には計算機装置で構成されることになるので、表示部１１、キーボードやマウス等の入力部１２、通信部１３、コンピュータや計算機サーバ（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１４、メモリ１５、及び各種のデータベースＤＢにより構成される。これらは相互にバス線４３により接続されている。
【0045】
このうち表示部１１は、例えば、ディスプレイ装置として構成されるが、ディスプレイ装置に代えて、またはディスプレイ装置と共に、プリンタ装置または音声出力装置等を用いる構成でもよい。
【0046】
入力部１２は、例えば、キーボードスイッチ、マウス等のポインティング装置、タッチパネル、音声指示装置等の少なくともいずれか一つを備えて構成できる。
【0047】
通信部１３は、通信ネットワーク３００に接続するための回路及び通信プロトコルを備える。
【0048】
ＣＰＵ１４は、プログラムデータベースＤＢ１５から所定のコンピュータプログラムを読み込んで実行する。ＣＰＵ１４は、一つまたは複数の半導体チップとして構成してもよいし、または、計算サーバのようなコンピュータ装置として構成してもよい。
【0049】
メモリ１５は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）として構成され、プログラムデータベースＤＢ１５から読み出されたコンピュータプログラムを記憶したり、各処理に必要な計算結果データ及び画像データ等を記憶したりする。メモリ１４に格納された画面データは、表示部１１に送られて表示される。表示される画面の例は後述する。
【0050】
各種のデータベースＤＢは、具体的には以下のようなものである。データベースＤＢは、予測値データＤ１を記憶している予測値データベースＤＢ１、配分要否判定基準データＤ２を記憶している配分要否判定基準データベースＤＢ２、制御対象現在出力値Ｄ３を記憶している制御対象現在出力値データベースＤＢ３、制御対象出力上下限値・刻み値Ｄ４を記憶している制御対象出力上下限値・刻み値データベースＤＢ４、基準母線計測値データＤ５を記憶している基準母線計測値データベースＤＢ５、基準母線目標値データＤ６を記憶している基準母線目標値データベースＤＢ６、制御対象感度データＤ７を記憶している制御対象感度データベースＤＢ７、換算係数Ｄ８を記憶している換算係数データベースＤＢ８、制御対象変化可能周期データＤ９を記憶している制御対象変化可能周期データベースＤＢ９、必要無効電力計算結果データＤ１０を記憶している必要無効電力計算結果データベースＤＢ１０、無効電力配分対象選択結果データＤ１１を記憶している無効電力配分対象選択結果データベースＤＢ１１、出力配分計算結果データＤ１２を記憶している出力配分計算結果データベースＤＢ１２、制御指令値計算結果データＤ１３を記憶している制御指令値計算結果データベースＤＢ１３、制御評価結果データＤ１４を記憶している制御評価結果データベースＤＢ１４、プログラムＤ１５を記憶しているプログラムデータベースＤＢ１５、変動成分計算結果データＤ１６を記憶している変動成分計算結果データベースＤＢ１６から構成されている。
【0051】
なお、これらのデータベースに記憶されるデータのうち、系統計測データは、その他の監視制御装置を通して収集してもよいし、各種計測装置から入力してもよい。また、系統設備に関するデータは、手入力もしくは、中央給電指令所などからもらうことができる。また各データは予め整定され、データベースに保存されたデータであってもよい。またバス線４３を介したデータのやりとりには、指令値・時刻・ＩＤのデータも含めて行われる。
【0052】
図２は電圧無効電力監視制御装置１０のハード構成を示しているが、図１は電圧無効電力監視制御装置１０をその内部における処理機能により記述している。
【0053】
図１の処理機能は、計算部４１における一連の処理部により構成されており、入力系データベースＤＢＩからのデータが計算部４１における一連の処理により結果系データベースＤＢＯのデータを形成していく処理過程として示されている。ここでは、図２に示したデータベースＤＢ１からＤＢ１４、ＤＢ１６は、入力系データベースＤＢＩ、結果系データベースＤＢＯのいずれかに位置付けられる。
【0054】
入力系データベースＤＢＩには、予測値データベースＤＢ１、配分要否判定基準データベースＤＢ２、制御対象現在出力値データベースＤＢ３、制御対象出力上下限値・刻み値データベースＤＢ４、基準母線計測値データベースＤＢ５、基準母線目標値データベースＤＢ６、制御対象感度データベースＤＢ７、換算係数データベースＤＢ８、制御対象変化可能周期データベースＤＢ９が位置づけられている。
【0055】
結果系データベースＤＢＯには、必要無効電力計算結果データベースＤＢ１０、無効電力配分対象選択結果データベースＤＢ１１、出力配分計算結果データベースＤＢ１２、制御指令値計算結果データベースＤＢ１３、制御評価結果データベースＤＢ１４、変動成分計算結果データベースＤＢ１６が位置づけられている。
【0056】
計算部４１は、変動成分計算部３１、必要無効電力計算部３２、無効電力配分対象選択部３３、出力配分計算部３４、制御指令値計算部３５、出力指令部３６、制御評価部３７から構成されている。
【0057】
計算部４１の一連の処理によれば、変動成分計算部３１では、電力系統情報の予測値である予測値データＤ１を用いて変動成分を計算し、計算した変動成分計算結果データＤ１６を変動成分計算結果データベースＤＢ１６に蓄積する。
【0058】
必要無効電力計算部３２では、換算係数データベースＤＢ８の換算係数データＤ８と、変動成分計算部３１で計算した変動成分計算結果データＤ１６を用いて必要無効電力を計算し、必要無効電力計算結果データＤ１０として必要無効電力計算結果データベースＤＢ１０に蓄積する。
【0059】
無効電力配分対象選択部３３では、制御対象変化可能周期データベースＤＢ９の制御対象変化可能周期データＤ９と、必要無効電力計算部３２で計算した変動成分計算結果データＤ１６と、配分要否判定基準データベースＤＢ２に記憶されている配分要否判定基準データＤ２、制御対象現在出力値データベースＤＢ３に記憶されている制御対象現在出力値データＤ３、制御対象出力上下限値・刻み値データベースＤＢ４に記憶されている制御対象出力上下限値・刻み値データＤ４を用いて無効電力配分対象を選択する。選択された無効電力配分対象選択結果は、無効電力配分対象選択結果データＤ１１として無効電力配分対象選択結果データベースＤＢ１１に蓄積される。
【0060】
出力配分計算部３４では、制御対象現在出力値データベースＤＢ３に記憶されている制御対象現在出力値データＤ３と、制御対象出力上下限値・刻み値データベースＤＢ４に記憶されている制御対象出力上下限値・刻み値データＤ４と、基準母線計測値データベースＤＢ５に記憶されている基準母線計測値データＤ５と、基準母線目標値データベースＤＢ６に記憶されている基準母線目標値データＤ６と、制御対象感度データベースＤＢ７に記憶されている制御対象感度データＤ７と、計算した必要無効電力計算結果データＤ１０と、無効電力配分対象選択結果データＤ１１を用いて出力配分を計算し、出力配分計算結果データＤ１２として出力配分計算結果データベースＤＢ１２に蓄積する。
【0061】
制御指令値計算部３５では、基準母線計測値データベースＤＢ５に記憶されている基準母線計測値データＤ５と、基準母線目標値データベースＤＢ６に記憶されている基準母線目標値データＤ６と、制御対象感度データベースＤＢ７に記憶されている制御対象感度データＤ７と、計算した出力配分計算結果データＤ１２を用いて制御指令値を計算し、制御指令値計算結果データＤ１３として制御指令値計算結果データベースＤＢ１３に蓄積する。
【0062】
出力指令部３６では、計算した制御指令値計算結果データＤ１３を出力指令する。
【0063】
制御評価部３７では、計算した変動成分計算結果データＤ１６と、計算した必要無効電力計算結果データＤ１０と、無効電力配分対象選択結果データＤ１１と、出力配分計算結果データＤ１２と、制御指令値計算結果データＤ１３とを用いて制御を評価する。評価結果は、制御評価結果データベースＤＢ１４に制御評価結果データＤ１４として蓄積される。
【0064】
なお表示部には、上記データベースＤＢに蓄積された各種のデータが適宜の形式で、単独あるいは相関を示しながら表示される。例えば、予測値データＤ１と、配分要否判定基準データＤ２と、制御対象現在出力値データＤ３と、制御対象出力上下限値・刻み値データＤ４と、基準母線計測値データＤ５と、基準母線目標値データＤ６と、制御対象感度データＤ７と、計算した必要無効電力計算結果データＤ１０と、無効電力配分対象選択結果データＤ１１と、出力配分計算結果データＤ１２と、制御指令値計算結果データＤ１３、と制御評価結果データＤ１４の一つ以上を表示する。
【0065】
以上に述べた計算部４１の一連の処理を極く平易に述べると、電力系統の予測状態から変動成分を求め、この変動成分を抑制するに必要な必要無効電力を定め、当該必要無効電力を供給可能な制御対象機器とその制御量を定めたものということができる。以下の説明ではこれら一連の手順を実現するための手法が具体的に説明される。
【0066】
図３は、プログラムデータベースＤＢ１５に格納された各種プログラムを例示している。プログラムデータベースＤＢ１５には、例えば、変動成分計算部３１の機能を実現するための変動成分計算プログラムＰ３１、必要無効電力計算部３２の機能を実現するための必要無効電力計算プログラムＰ３２、無効電力配分対象選択部３３の機能を実現するための無効電力配分対象選択プログラムＰ３３、出力配分計算部３４の機能を実現するための出力配分計算プログラムＰ３４、制御指令値計算部３５の機能を実現するための制御指令値計算プログラムＰ３５、出力指令部３６の機能を実現するための出力指令プログラムＰ３６、制御評価部３７の機能を実現するための制御評価プログラムＰ３７、表示部１１の機能を実現するための画面表示プログラムＰ１１が格納されている。
【0067】
図２に戻り、ＣＰＵ１４は、プログラムデータベースＤＢ１５からメモリ１４に読み出された計算プログラム（変動成分計算プログラムＰ３１、必要無効電力計算プログラムＰ３２、無効電力配分対象選択プログラムＰ３３、出力配分計算プログラムＰ３４、制御指令値計算プログラムＰ３５、出力指令プログラムＰ３６、制御評価プログラムＰ３７、画面表示プログラムＰ１１）を実行して、変動成分計算と、必要無効電力計算と、無効電力配分対象選択と、出力配分計算と、制御指令値計算と、出力指令と、制御評価と、各種画面表示と、表示すべき画像データの指示と、各種データベース内のデータの検索等を行う。
【0068】
メモリ１４は、表示用の画像データ、基準母線計測値データＤ５や各計算一時データ及び各計算結果データを一旦格納するメモリであり、ＣＰＵ１４によって必要な画像データを生成して表示部１１（例えば表示ディスプレイ画面）に表示する。なお、電圧無効電力監視制御装置１０の表示部１１は、各制御プログラムやデータベースの書き換えを行うためだけの簡単な画面だけであってもよい。
【0069】
電力系統の電圧無効電力監視制御装置１０には、複数個のデータベースＤＢが格納されている。プログラムデータベースＤＢを除く、他のデータベースＤＢ（ＤＢ１からＤＢ１４、ＤＢ１６）について、ここで取り扱うデータ内容についてさらに詳細に説明する。
【0070】
図４は、予測値データベースＤＢ１に記憶された予測値データＤ１の一例を示している。図４の予測値データベースＤＢ１には、予測値データＤ１として、発電計画と負荷需要予測値などを用いて潮流計算により求められた各ノードの電圧Ｖと有効電力Ｐと無効電力Ｑなどのデータが時系列データとして記憶されている。予測値データＤ１は、監視制御装置や中央給電指令所やＥＭＳなどの別システムで計算されたり記憶されたりするものを入手してもよいし、手動で入力されてもよいし、後述する実施例２のような構成をとって計算されてもよい。手動で入力する際には、入力部１２によって手動で入力し記憶する。なお、入力の際はＣＰＵ１４によって必要な画像データを生成して表示部１１に表示するのがよい。入力の際は、補完機能を利用して、大量のデータを設定できるように半手動にしてもよい。
【0071】
図５は、配分要否判定基準データベースＤＢ２に記憶された配分要否判定基準データＤ２の一例を示している。配分要否判定基準データベースＤＢ２には、配分要否判定基準データＤ２として、図５に示すような各変動（変動１、変動２、変動３）に対する配分要否を判定するための基準が記憶されている。なお、配分要否判定基準データＤ２は、監視制御装置や中央給電指令所やＥＭＳから遠隔設定されてもよいし、手動で入力されてもよい。手動で入力する際には、入力部１２によって手動で入力し記憶する。なお、入力の際はＣＰＵ１４によって必要な画像データを生成して表示部１１に表示する。入力の際は、補完機能を利用して、大量のデータを設定できるように半手動にしてもよい。
【0072】
より詳細に配分要否判定基準データベースＤＢ２について説明すると、配分要否判定基準データＤ２として、例えば短周期の変動、中周期の変動、長周期の変動に対する配分要否の判定基準が記述されている。ここでは例えば、これらの変動を抑制するに必要な無効電力ΔＱ１、ΔＱ２、ΔＱ３に対して、配分要否判定基準データＤ２の基準値が設定されている。基準値は予め設定するものであるが、例えば、常時の負荷変動でプラスにもマイナスにも変わりうるような無効電力に関しては、これに逐次対応して制御すると、無駄な制御をすることになるため、そのような変動を上回ると判定できる基準値を設定する。なお、そのような変動データの基準値は、系統データを蓄積して運用者が補正し、あるいは自動で補正されてもよい。
【0073】
図６は、制御対象現在出力値データベースＤＢ３に記憶された制御対象現在出力値データＤ３の一例を示している。制御対象現在出力値データベースＤＢ３には、制御対象現在出力値データＤ３として、図６に示すような制御対象の発電機や無効電力共有装置の有効電力Ｐや無効電力Ｑが時刻ごとに記憶されている。
【0074】
図７は、制御対象出力上下限値・刻み値データベースＤＢ４に記憶された制御対象出力上下限値・刻み値データＤ４の一例を示している。制御対象出力上下限値・刻み値データベースＤＢ４には、制御対象出力上下限値・刻み値データＤ４として、図７に示すような、発電機や無効電力供給装置毎の上限値と下限値と刻み値などのいずれか又は複数で構成され、記憶されている。これらのデータは、電圧無効電力監視制御装置１０の入力部１２を用いて記憶してもよいし、その他の監視装置から記憶されてもよい。
【0075】
基準母線計測値データベースＤＢ５には、基準母線計測値データＤ５として、計測した時間とその計測値、例えば電圧Ｖ、などが含まれる。例えば、電力系統１００に接続するノード１２０における電圧と、変圧器１３０に接続するノード１２０の電圧Ｖと、ノード１２０に接続する電源１１０の電圧Ｖや負荷１５０の電圧Ｖと、計測装置４４やその他の監視装置などから通信ネットワークを介して計測する電力系統１００に接続するその他のノードやブランチや電源や負荷や制御装置などの電圧Ｖ、などのいずれか一つまたは複数が記憶されている。なお、計測装置は、ＶＴなどである。なお、基準母線計測値データＤ５は、監視制御装置や中央給電指令所やＥＭＳから入手してもよいし、系統全体の計測装置から直接入手してもよい。
【0076】
基準母線目標値データベースＤＢ６には、基準母線目標値データＤ６として、各時刻の目標値が記憶されている。目標値がスケジュールで設定されているのであれば、スケジュールが設定されている期間の分記憶されている。また、監視制御装置や中央給電指令所やＥＭＳから遠隔で設定され記憶されてもよいし、手動で設定されてもよい。ここで、基準母線目標値は、「電気学会編、電力系統の電圧安定維持対策、電気学会技術報告II−７３号、ｐｐ．１０〜１４（１９７９）」に記載の方法などに即して予め計算され記憶されているものとする。
【0077】
制御対象感度データベースＤＢ７には、制御対象感度データＤ７として、ある制御対象の出力変化がそれらの母線に対してどれだけの変化を及ぼすかの数値が記憶されており、電圧Ｖや無効電力Ｑに関しての感度が記憶されている。監視制御装置や中央給電指令所やＥＭＳから遠隔で設定され記憶されてもよいし、手動で設定されてもよいし、時々刻々前記感度が変化することを考慮して、次の方法で逐次計算されて保存されてもよい。
【0078】
なお、前記した制御対象感度は、感度行列であり、横山：「電力系統解析及び制御のための統一的感度係数決定法」、電気学会論文誌Ｂ、Ｖｏｌ．９４、Ｎｏ．１、ｐｐ．１７〜２４（１９７４）やＣＯＮＥＪＯ， Ａ．， ＧＯＭＥＺ， Ｔ．， ａｎｄ ＤＥ ＬＡ ＦＵＥＮＴＥ， Ｊ．Ｉ．： ‘Ｐｉｌｏｔ−Ｂｕｓ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ’， Ｅｕｒ． Ｔｒａｎｓ． Ｅｌｅｃｔｒ． Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇ．， １９９３， ３， （５）， ｐｐ． ３５９−３６６に記載の方法などに即して予めまたは逐次計算され記憶されている。前記方法を用いることで、従来よく用いられるＮｅｗｔｏｎ−Ｒａｐｈｓｏｎ法潮流計算の部分的修正で前記感度行列を求めることができるという利点がある。
【0079】
変換係数データベースＤＢ８には、電力系統の変動について、この変動を抑制するのに必要な無効電力を定めるための変換係数が記憶されている。例えば変動が電力系統の電圧の変動である時、この電圧変動分を抑制するに必要な無効電力に換算するための係数を換算係数として記憶している。換算係数は、種々の種類の変動に対して準備され、あるいは変動が同一種であってもその変動周期ごとに準備されることが望ましい。
【0080】
制御対象変化可能周期データベースＤＢ９には、電力系統に配置された制御可能機器ごとに、応答特性や調整力などを記憶している。例えば機械構造を有するために短周期での変動に対応するのは不向きであるが長周期での変動の抑制には適する、あるいは電力用素子で構成されているため短期での変動の抑制には適するが、コンデンサを含むため調整力には制限があるなどの情報を保持している。
【0081】
必要無効電力計算結果データベースＤＢ１０には、必要無効電力計算結果データＤ１０として、図９に示すような、予測された時系列平均電圧変動から求められる各変動に対する必要無効電力が記憶されている。図９について詳細を後述する。
【0082】
無効電力配分対象選択結果データベースＤＢ１１には、無効電力配分対象選択結果データＤ１１として、必要無効電力計算結果データＤ１０と配分要否判定基準データＤ２を使用して判断される無効電力配分対象の選択結果が記憶されている。この無効電力配分対象選択結果データＤ１１を持つことで、時々刻々変化する系統状態に対して、不要な配分をすることを回避できる効果がある。
【0083】
出力配分計算結果データベースＤＢ１２には、出力配分計算結果データＤ１２として、図１０に示すような、出力配分の計算結果が記憶されている。図１０について詳細を後述する。
【0084】
制御指令値計算ベースＤＢ１３には、制御指令値計算結果データＤ１３として、出力配分計算結果データＤ１２から求められる制御指令値の計算結果が記憶されている。
【0085】
制御評価結果データベースＤＢ１４には、制御評価結果データＤ１４として、図１１に示すような、電圧状態や配分効果としてどれだけ逸脱していないかを示す確率分布や各制御装置の使用頻度や回数などが記憶される。これにより、図１１に示すような画面で、指令値や目標値に従っているか、電圧と無効電力のバランスを維持できているか、操作回数を低減できているかなどを、運用者が容易に把握できるようになる効果がある。図１１について、詳細を後述する。
【0086】
次に電圧無効電力監視制御装置１０の計算処理内容について図８を用いて説明する。図８は、電圧無効電力監視制御装置１０の処理の全体を示すフローチャートの例である。簡単に流れを説明し、その後各部について詳述する。
【0087】
まず変動成分計算処理ステップＳ３１では、電力系統情報の予測値である予測値データＤ１を用いて変動成分計算を行う。変動成分計算の結果は、変動成分計算結果データＤ１６として変動成分計算結果データベースＤＢ１６に格納される。
【0088】
次に必要無効電力計算処理ステップＳ３２では、変動成分計算結果データＤ１６と換算係数データＤ８を用いて、必要無効電力計算を行う。必要無効電力計算の結果は、必要無効電力計算結果データＤ１０として必要無効電力計算結果データベースＤＢ２に格納される。
【0089】
次に無効電力配分対象選択処理ステップＳ３３では、制御対象変化可能周期データＤ９と、配分要否判定基準データＤ２と、制御対象現在出力値データＤ３と、制御対象出力上下限値・刻み値データＤ４と、計算した必要無効電力計算結果データＤ１０を用いて、無効電力配分対象選択を行う。無効電力配分対象選択の結果は、無効電力配分対象選択結果データＤ１１として無効電力配分対象選択結果データベースＤＢ１１に格納される。
【0090】
次に出力配分計算処理ステップＳ３４では、制御対象現在出力値データＤ３と、制御対象出力上下限値・刻み値データＤ４と、基準母線計測値データＤ５と、基準母線目標値データＤ６と、制御対象感度データＤ７と、計算した必要無効電力計算結果データＤ１０と、無効電力配分対象選択結果データＤ１１とを用いて、出力配分計算を行う。出力配分計算の結果は、出力配分計算結果データＤ１２として出力配分計算結果データベースＤＢ１２に格納される。
【0091】
次に制御指令値計算処理ステップＳ３５では、基準母線計測値データＤ５と、基準母線目標値データＤ６と、制御対象感度データＤ７と、計算した出力配分計算結果データＤ１２とを用いて、制御指令値計算を行う。制御指令値計算の結果は、制御指令値計算データＤ１３として制御指令値計算データベースＤＢ１３に格納される。
【0092】
次に出力指令処理ステップＳ３６では、計算した制御指令値計算結果データＤ１３を用いて、出力指令を行う。
【0093】
次に処理ステップＳ３７では、計算した必要無効電力計算結果データＤ１０と、無効電力配分対象選択結果データＤ１１と、出力配分計算結果データＤ１２と、制御指令値計算結果データＤ１３と、変動成分計算結果データＤ１６を用いて、制御評価の計算を行う。制御評価の結果は、制御評価結果データＤ１４として制御評価結果データベースＤＢ１４に格納される。
【0094】
最後に画面表示処理ステップＳ１１では、予測値データＤ１と、配分要否判定基準データＤ２と、制御対象現在出力値データＤ３と、制御対象出力上下限値・刻み値データＤ４と、基準母線計測値データＤ５と、基準母線目標値データＤ６と、制御対象感度データＤ７と、換算係数Ｄ８と、制御対象変化可能周期データＤ９と、計算した必要無効電力計算結果データＤ１０と、無効電力配分対象選択結果データＤ１１と、出力配分計算結果データＤ１２と、制御指令値計算結果データＤ１３と、制御評価結果データＤ１４と、変動成分計算結果データＤ１６の一つ以上の、画面表示を行う。なお、各種計算結果や計算途中でメモリに蓄積されるデータは、その他の監視装置の画面に逐次表示されてもよい。これにより、運用者が電圧無効電力監視制御装置１０の運用状況を容易に把握できる。以上の処理の流れをステップ毎に説明する。なお、図８の処理ステップの一部において計算が実行できないような事態が発生した場合には、別途アラートを出力し運転員による対応を促すのがよい。
【0095】
以下、各処理の具体内容について説明する。まず、変動成分計算処理ステップＳ３１では、電力系統情報の予測値である予測値データＤ１を用いて変動成分計算を行い、その結果を変動成分計算結果データベースＤＢ１６に記憶する。
【0096】
ここで、図９を用いて、変動成分計算方法の一例を説明する。図９上部には、予測値データＤ１として、平均電圧Ｖｉの波形を示している。この平均電圧Ｖｉの波形は、発電計画と負荷需要予測値などを用いて潮流計算により求められた各ノードの電圧の平均値の時系列データを示している。平均電圧Ｖｉの波形は、変動しながら増減しており、短周期の変動と、中周期の変動と、長周期の変動を含んで形成されているとみることができる。この時系列波形に対して、予め設定された、短周期、中周期、長周期の各変動周期のフィルタを通すことにより、各変動周期の時系列波形に成分を分けることができる。
【0097】
図９の事例では、変動１が短周期の変動周期のフィルタを通して得た変動成分であり、差電圧ΔＶ１は短周期フィルタ出力の所定時間帯における最大値ΔＶ１ｍａｘと最小値ΔＶ１ｍｉｎの差として求めたものである。同様に変動２は短周期の変動周期のフィルタを通して得た変動成分であり、差電圧ΔＶ２は短周期フィルタ出力の所定時間帯における最大値ΔＶ２ｍａｘと最小値ΔＶ２ｍｉｎの差として求めたものである。変動３は短周期の変動周期のフィルタを通して得た変動成分であり、差電圧ΔＶ３は短周期フィルタ出力の所定時間帯における最大値ΔＶ３ｍａｘと最小値ΔＶ３ｍｉｎの差として求めたものである。これらの成分が変動成分計算結果データＤ１６である。
【0098】
これにより、どの変動成分がどれだけの電圧変化幅を持つか容易に判断することができるようになる効果がある。ここでは、平均電圧Ｖｉの例を示したが、必要無効電力計算処理ステップＳ３２にて必要無効電力に変換できるものであれば、代表電圧の時系列波形でもよいし、需要の時系列データなどでもよい。各変動周期のフィルタとしては、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタなどの、設定された変動周期を通過させるまたは設定された変動周期以外を除去する処理装置であればよい。これにより、所望の変動周期の変動の大きさを分解できる効果がある。前記フィルタの前記設定された変動周期は、あとで調整できるようにしている。これにより、設備が変化した際に、運用者が前記設備に対応した所望の変動周期の成分を抽出できるようになる効果がある。
【0099】
必要無効電力計算処理ステップＳ３２は、変動成分計算処理ステップＳ３１で記憶した変動成分計算結果データＤ１６を用いて、必要無効電力計算を行い、その結果を必要無効電力計算結果データベースＤＢ１０に記憶する。ここで、変動成分計算処理ステップＳ３１における説明と同様に、図９を用いて、必要無効電力計算方法の前処理を説明する。
【0100】
各変動周期の時系列波形を図９では変動１、変動２、変動３で示しており、それぞれの最大値と最小値を計算し、その差分を計算することで、差分ΔＶ１、ΔＶ２、ΔＶ３の変動幅を持っていることが計算できる。また、予め記憶している換算係数データＤ８を用いて、差分ΔＶ１、ΔＶ２、ΔＶ３の電圧変動を抑制するのに必要な無効電力ΔＱ１、ΔＱ２、ΔＱ３を計算することができる。ここでは、平均電圧Ｖｉの例を示したが、必要無効電力に変換できるものであれば、代表電圧の時系列波形でもよいし、需要の時系列などでもよく、それぞれ必要な無効電力の換算を行い、必要無効電力を計算する。換算係数は、種々の種類の変動に対して準備され、あるいは変動が同一種であってもその変動周期ごとに準備されることが望ましい。
【0101】
無効電力配分対象選択処理ステップＳ３３では、制御対象変化可能周期データＤ９と、配分要否判定基準データＤ２と、制御対象現在出力値Ｄ３と、制御対象出力上下限値・刻み値Ｄ４と、必要無効電力計算処理ステップＳ３２で計算した必要無効電力計算結果データＤ１０を用いて無効電力配分対象選択を行い、その結果を無効電力配分対象選択結果データベースＤＢ１１に記憶する。
【0102】
具体的には、まず変動を抑制するに必要な無効電力ΔＱ１、ΔＱ２、ΔＱ３に対して、配分要否判定基準データＤ２の基準値を満足する場合に、無効電力配分対象を選択する計算に移行する。図５に示した配分要否判定基準データベースＤＢ２には、配分要否判定基準データＤ２として、短周期の変動１、中周期の変動２、長周期の変動３に対する配分要否の判定基準が記述されており、これに従い短周期の変動１については判定基準に満たないため無効電力配分対象外とし、中周期の変動２と長周期の変動３については判定基準を満足するため無効電力配分対象とするなどの選択を行う。
【0103】
これにより、対応不要な電圧変動などの事象に対する無効電力配分が不要となる効果がある。この基準値は予め設定するものであるが、例えば、常時の負荷変動でプラスにもマイナスにも変わりうるような無効電力に関しては、逐次制御すると、無駄な制御をすることになるため、そのような変動を上回ると判定できる基準値を設定する。なお、そのような変動データの基準値は、系統データを蓄積して運用者が補正し、あるいは自動で補正されてもよい。
【0104】
引き続き無効電力配分対象選択処理ステップＳ３３では、制御対象現在出力値データＤ３と制御対象出力上下限値・刻み値データＤ４を用いて、制御対象が、現在調整力があるかを判定する。具体的には、制御対象の現在出力が上限値またはそれに近い値であれば、下げ方向には調整可能であるが、上げ方向には調整不能であるとして、必要無効電力が上下方向に必要な場合は、対象から外す。一方で、下げ方向に必要な場合は、調整力があるので対象に入れる。上げ方向の場合も同様である。制御対象の現在出力が上限値またはそれに近い値でないならば、調整可能として対象に入れる。
【0105】
最後に、無効電力配分対象選択処理ステップＳ３３では、制御対象変化可能周期データベースＤＢ９に事前に保持している制御対象変化可能周期データＤ９を用いて、各制御対象の変化可能周期から、対応する変動を選択する。制御対象変化可能周期データベースＤＢ９には、電力系統に配置された制御対象（制御可能機器）ごとに、応答特性（変化可能周期）や調整力などを記憶しているので、これにより、無効電力配分対象となる制御可能機器を選択することができる。またその変動周期での変動を抑制するに適した制御可能機器による合計調整力も把握することができ、もし対応する制御対象が不足する場合には、変動周期の近い他の制御対象により補助できるように、事前に補助変動周期についても保持しておくのがよい。これにより、無効電力配分対象選択を漏れなくできる効果がある。それでも足りない場合には、アラームを出す。これにより、どの周期の変動に対して無効電力配分対象が不足しているかを運用者に知らせることができる効果がある。
【0106】
出力配分計算処理ステップＳ３４では、制御対象現在出力値データＤ３と、制御対象出力上下限値・刻み値データＤ４と、基準母線計測値データＤ５と、基準母線目標値データ Ｄ６と、制御対象感度データＤ７と、変動成分計算処理ステップＳ３１で記憶した必要無効電力計算結果データＤ１０と、無効電力配分対象選択処理ステップＳ３３で記憶した無効電力配分対象選択結果データＤ１１を用いて、出力配分計算を行い、その結果を出力配分計算結果データベースＤＢ１２に記憶する。
【0107】
ここで、図１０を用いて、出力配分計算方法の一例を説明する。図１０の上部には横軸に距離ｄ、縦軸に無効電力Ｑを示して、２つの発電機の無効電力出力特性Ｇ１、Ｇ２を例示している。図１０の上部に示すように、制御対象機器が発電機の場合、刻みが小さく、連続値として扱えるため、縦軸に無効電力Ｑｒｅｆ、横軸に距離ｄをとって示す発電機の無効電力出力特性Ｇ１、Ｇ２はある傾きを持った直線と表すことができる。
【0108】
図示の例では、距離ｄ１における発電機Ｇ１の無効電力出力の上限がＱｇ１ｍａｘ、発電機Ｇ２の無効電力出力の上限がＱｇ２ｍａｘ、距離ｄ０（初期）における発電機Ｇ１の無効電力出力がＱｇ０１、発電機Ｇ２の無効電力出力の上限がＱｇ０２である。この場合、発電機Ｇ１、Ｇ２の無効電力出力の上限Ｑｇ１ｍａｘ、Ｑｇ２ｍａｘと、初期値Ｑｇ０１、Ｑｇ０２は異なるため、それぞれの傾きは異なる。そこで、上限Ｑｇ１ｍａｘとＱｇ２ｍａｘが同じ距離ｄとなるようにして、図１０上部を作成したときに、任意距離の点ｄｋを左右に移動して、無効電力配分値、つまり無効電力指令値Ｑｒｅｆを算出することができる。前記出力配分計算の方法の計算式は制御指令値計算ステップＳ３５にて後述する。これにより、無効電力を能力に従って等配分することができるため、一部の発電機が先に無効電力限界を迎えて、電圧安定性が極端に悪化するといった現象を防止することができ、供給信頼性を向上することができる。
【0109】
図１０の下部には横軸に距離ｅ、縦軸に無効電力Ｑを示して、２つの無効電力供給装置の無効電力出力特性Ｃ１、Ｃ２を例示している。図１０の下部では、離散的な無効電力供給装置を対象としているが、図１０の上部と同様の効果を得ることができる。ただし、離散的な無効電力供給装置が制御対象であるために階段状の波形となり、刻みは連続的でなく離散的に扱う必要がある。
【0110】
無効電力供給装置による無効電力配分の計算では、刻みごとに距離ｅｋを左右に動かし、計算することにより、無効電力量を等配分することができる。また、刻みごとに左右に動かすため、制御回数も等配分することができ、一つの設備だけに操作回数が偏らないようにすることができる効果がある。これにより、設備の保守点検が偏ることを防止することができる効果がある。なお無効電力供給装置の制御は離散的であるが、離散値を近似して直線として処理することも可能である。
【0111】
ここで、図１０の上部と下部は、発電機と無効電力供給装置に関する出力配分を計算する図であるが、これは、無効電力配分対象選択処理ステップＳ３３にて選択した無効電力配分対象に基づいて、前記各変動に対して、計算することになる。なお、発電機と無効電力供給装置は無効電力の価値が異なるため、同時に配分計算を解かないことが基本であるが、発電機と無効電力供給装置の両方を使わないと、補償できない変動がある場合には、予め設定しておく重みを使って、図１０の直線の傾きの補正や、距離ｄｋの最大値と距離ｅｋの最大値をずらすといった工夫をすることで、運用者の考える価値に適合した出力配分を計算することができる効果がある。
【0112】
なお無効電力を制御可能な制御対象機器として、上記においては連続値として扱える発電機と、離散的な無効電力供給装置を例示したが、この他制御対象機器の代表的なものにはＬＲＴ、ＳＣ、ＳｈＲがある。ＬＲＴはタップを動かし、ＳＣやＳｈＲは入切装置（スイッチ）を動かすことになるため、離散的にならざるを得ない。これらの制御対象機器では、タップやスイッチといった機械的機構部を操作することになるというのが離散的にならざるを得ない理由になっている。
【0113】
制御指令値計算処理ステップＳ３５では、基準母線計測値データＤ５と、基準母線目標値データＤ６と、制御対象感度データＤ７と、出力配分計算処理ステップＳ３４で記憶した出力配分計算結果データＤ１２を用いて、制御指令値計算を行い、その結果を制御指令値計算ベース５５に記憶する。出力配分計算処理ステップＳ３４で算出した出力配分と、制御対象感度を用いた二次計画法を解くことにより、制御指令値を計算することができる。
【0114】
制御指令値計算は、例えば、Ａ．Ｃｏｎｅｊｏ、Ｍ．Ｊ．Ａｇｕｉｌａｒ、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｎｔｒｏｌ： Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｉｌｏｔ ｂｕｓｅｓ，ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｎ ｏｐｔｉｍａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｌａｗ，ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ、ＩＥＥ Ｐｒｏｃ．−Ｇｅｎｅｒ． Ｔｒａｎｓｍ． Ｄｉｓｔｒｉｂ．， Ｖｏｌ． １４５， Ｎｏ． １．（１９９８），ｐｐ．７７−８１や、Ｊ．Ｌ． Ｓａｎｃｈａ，Ｊ．Ｌ． ＦｅｒｎＡｎｄｅｚ，Ａ． Ｃｏｒｔｅｓ，Ｊ．Ｔ． Ａｂａｒｃａ、ＳＥＣＯＮＤＡＲＹ ＶＯＬＴＡＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬ： ＡＮＡＬＹＳＩＳ， ＳＯＬＵＴＩＯＮＳ ＡＮＤ ＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮ ＲＥＳＵＬＴＳ ＦＯＲ ＴＨＥ ＳＰＡＮＩＳＨ ＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ、ＩＥＥＥ、１９９５に記載の方法などに即して行うことができる。
【0115】
ここでは、一例として後者の文献の次式を用いて、二次目的関数と線形制約の例について説明する。（１）式は二次目的関数であり、（２）〜（５）式は線形制約として各上下限制約を示したものである。
【0116】
但し、これらの一連の式において、ΔＶｐは基準母線の電圧偏差、ΔＶｇは制御対象機器母線の電圧修正値、ΔＱｇは制御対象機器母線の無効電力偏差、Ｖｐｓは非制御対象機器のクリティカル母線の電圧、Ｃｖは制御対象機器の電圧値刻みと基準母線の電圧値刻みに関する感度行列、Ｃｖｓは制御対象機器の電圧値刻みと基準母線として選択されていない負荷母線の電圧値刻みに関する感度行列、Ｃｑは制御対象機器の電圧値刻みと制御対象機器の注入無効電力刻みに関する感度行列、αは閉ループ時定数を決定するパラメータ、ｍは目的関数の２つの構成要素の相対的重要性を決定する重みパラメータ、ＶｇｍａｘとＱｇｍａｘとＶｐｓｍａｘは上限制約、ＶｇｍｉｎとＱｇｍｉｎとＶｐｓｍｉｎは下限制約、ＶｐとＶｐｓとＶｇとＱｇはこの目的関数を計算するために必要なリアルタイムの計測値、である。
【0117】
【数1】
【0118】
【数2】
【0119】
【数3】
【0120】
【数4】
【0121】
【数5】
【0122】
ここで、（１）式は２つの要素からなり、１つ目は基準母線電圧の逸脱を最小にし、２つ目は制御対象機器間の無効電力の目標値からの逸脱を最小にする要素である。（２）〜（５）式は各上下限制約である。なお、各感度行列は、制御対象感度データに相当するものであり、制御対象感度データベースＤＢ７にて与えられる。これにより、基準母線目標値からの電圧偏差の最小化と、予め設定された各ゾーンに所属する発電機に対して、無効電力出力配分で決定された目標無効電力の逸脱を最小化する。
【0123】
なお、出力配分計算処理ステップＳ３４で前述したように、予め設定された各ゾーンに所属する発電機に対して、図１０に示すような出力配分計算を行うことで、各ゾーン内では所属する発電機が同時に無効電力出力の限界に達するようにしている。これにより、無効電力を能力に従って等配分することができるため、一部の発電機が先に無効電力限界を迎えて、電圧安定性が極端に悪化するといった現象を防止することができ、供給信頼性を向上することができる。
【0124】
ここで、図１０の上部を用いて、出力配分計算処理ステップＳ３４で前述した、無効電力配分の計算を補足する。前述の通り、図１０の上部では、縦軸を無効電力目標値Ｑｒｅｆ、横軸を距離ｄととったときに、発電機の無効電力出力特性はある傾きを持った直線となる。ここで、Ｑｇ１ｍａｘとＱｇ２ｍａｘは発電機Ｇ１とＧ２の無効電力上限制約であり、Ｑｇ０１とＱｇ０２は発電機Ｇ１とＧ２の無効電力の初期基準値であり、電圧無効電力監視制御装置から受信したり、予め設定されたりする値である。また、ｄは最適化問題の自由変数である。発電機の無効電力出力の上限制約と初期動作点は異なるため、それぞれの傾きは異なる。そこで、Ｑｇ１ｍａｘとＱｇ２ｍａｘが同じ距離ｄとなるようにして、図１０の上部を作成したときに、ｄｋを左右に移動して、無効電力配分値、つまり無効電力指令値Ｑｒｅｆを算出することができる。このとき、変数ｄを自由にしておき、以下の（６）式で示す無効電力の逸脱を最小化する。
【0125】
【数6】
【0126】
（６）式において、ΔＱｇｉは制御対象機器ｉの無効電力偏差、ΔＱｇ０ｉは制御対象機器ｉの無効電力の初期基準値、ｋｉは制御対象機器ｉの設定された傾き（スロープ）であり、無効電力を調整するのは基準次第であり、Ｑｇｉは瞬時の制御対象機器ｉの無効電力値、である。
【0127】
なお、Ａ．Ｃｏｎｅｊｏ、Ｍ．Ｊ．Ａｇｕｉｌａｒ、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｎｔｒｏｌ： Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｉｌｏｔ ｂｕｓｅｓ，ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｎ ｏｐｔｉｍａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｌａｗ，ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ、ＩＥＥ Ｐｒｏｃ．−Ｇｅｎｅｒ． Ｔｒａｎｓｍ． Ｄｉｓｔｒｉｂ．， Ｖｏｌ． １４５， Ｎｏ． １．（１９９８），ｐｐ．７７−８１や、大村、瓜生：「基幹電圧制御方策の複数の運転点を考慮した検討」，電気学会電力技術・電力系統技術合同研究会資料，ＰＥ−０３−１２２，ＰＳＥ−０３−１３３，ｐｐ．７―１１，２００３、では基準母線の選択（設定）方法について述べており、この文献などに記載された基準母線選択方法などを用いて、基準母線を設定してもよいし、予め基準母線は設定されていてもよい。予め基準母線を設定する場合は、従来の知見により設定されていてもよいし、前記文献の方法を用いて、設定しなおしてもよいし、基準母線数を減らしてもよいし、増やしてもよい。これにより、現在の観測点に対して、基準母線を適切に設定することができる。
【0128】
以上に示した出力配分計算処理ステップＳ３４の出力配分計算、および制御指令値計算処理ステップＳ３５の制御指令値計算を、変動成分計算処理ステップＳ３１で変動成分計算し、必要無効電力計算処理ステップＳ３２で必要無効電力量を計算し、無効電力配分対象選択処理ステップＳ３３で無効電力配分対象として選択された、変動成分に対する制御対象機器について、変動成分毎に計算することで、いずれの変動成分に対しても出力配分および出力指令ができ、時間経過とともに再生可能エネルギーは天候に起因して出力変動することや電源構成や系統構成の変更が発生しても、電力系統の電圧と無効電力のバランスが維持でき、さらには経済性の向上が可能となる。
【0129】
出力指令処理ステップＳ３６では、制御指令値計算処理ステップＳ３５で記憶した制御指令値計算結果データＤ１３を用いて、出力指令を行う。送信先は、例えば、ある地域の電圧無効電力バランスを維持するための個別制御装置４５であり、前記個別制御装置４５は、予め設定された周期で、制御指令値計算結果データＤ１３の一つ以上を受信し、電圧無効電力制御を実施する。
【0130】
制御評価処理ステップＳ３７では、必要無効電力計算処理ステップＳ３２で記憶した必要無効電力計算結果データＤ１０と、無効電力配分対象選択処理ステップＳ３３で記憶した無効電力配分対象選択結果データＤ１１と、出力配分計算処理ステップＳ３４で記憶した出力配分計算結果データＤ１２と、制御指令値計算処理ステップＳ３５で記憶した制御指令値計算結果データＤ１３とを用いて、制御評価の計算として、運用者が目標値に正しく追従しているかを確認しやすくなるために、目標電圧と計測値の偏差を計算し、その結果を制御評価結果データベース５６に記憶する。
【0131】
また制御評価処理ステップＳ３７では、図１１に示すような、電圧状態や配分効果としてどれだけ逸脱していないかを示すΔＶｐやΔＶｇやΔＱｇｉなどの確率分布や各制御装置の使用頻度や回数などを計算する。
【0132】
これにより、図１１に示すような画面９０上で、指令値や目標値に従っているか、電圧と無効電力のバランスを維持できているか、操作回数を低減できているかなどを、運用者が容易に把握できるようになる効果がある。
【0133】
なお図１１に示した画面９０の表示例は、電圧無効電力監視制御装置１０が監視、制御する電力系統の運用状態が可視化されて表示されたものの一例である。小画面９１には系統データについて、入手した時刻などの状態が表示されている。小画面９２には、タブで選択されたノード（図の例ではＢｕｓ１）における計測値としての電圧が、各種制約条件（運用電圧上下限値、目標電圧幅、目標電圧）、現在の運転点と共に可視化されて時系列表示されている。小画面９３には、タブで選択された変動要素ごとに確率密度を表示している。小画面９４には、複数の無効電力供給装置の劣化の度合いを管理する意味合いから、各無効電力供給装置の操作回数を比較表示している。そのほか、図示はしていないが、図９や図１０で示した無効電力Ｑの配分レベルの表示、配分による配分効果の表示、確率分布の場合に逸脱の程度の表示、各制御装置の使用頻度、回数の表示、あるいは傾向も表示する画面としてどういった対策がどの帯域で必要かを明示する表示、その場合の対策機器及び不足している容量の表示なども併せて行うのがよい。
【0134】
画面表示処理ステップＳ１１では、予測値データＤ１と、配分要否判定基準データＤ２と、制御対象現在出力値データＤ３と、制御対象出力上下限値・刻み値データＤ４と、基準母線計測値データＤ５と、基準母線目標値データＤ６と、制御対象感度データＤ７と、必要無効電力計算処理ステップＳ３２で記憶した必要無効電力計算結果データＤ１０と、無効電力配分対象選択処理ステップＳ３３で記憶した無効電力配分対象選択結果データＤ１１と、出力配分計算処理ステップＳ３４で記憶した出力配分計算結果データＤ１２と、制御指令値計算処理ステップＳ３５で記憶した制御指令値計算結果データＤ１３と、制御評価処理ステップＳ３７で記憶した制御評価結果データＤ１４の一つ以上の、画面表示を行う。
【0135】
図１１に示すような、電圧状態や配分効果としてどれだけ逸脱していないかを示す確率分布や各制御装置の使用頻度や回数などが記憶される。これにより、図１１に示すような画面で、指令値や目標値に従っているか、電圧と無効電力のバランスを維持できているか、操作回数を低減できているかなどを、運用者が容易に把握できるようになる効果がある。また、電力系統の電圧無効電力監視制御装置の目標値や制御量の計算において、複数の目的関数を用いる際に、重みづけする労力を低減できる。
【実施例2】
【0136】
本発明は電力系統の監視制御を行う中央装置と、電力系統の個別箇所に設置され中央装置からの送信データにより作動する個別制御装置で構成されるシステム構成を示しているが、図１２から図１５を用いて説明を行う実施例２における中央装置は、電力系統全体の監視制御を行う中央給電指令所と連携し、或は中央給電指令所に設置されて、領域内制御を行うことを念頭に入れている。
【0137】
この場合に、実施例２の中央装置である電圧無効電力監視制御装置１０は、中央給電指令所が保有するデータを扱い、また電力系統から入手するデータもより多様なものとされる。
【0138】
実施例２では、実施例１における予測値データＤ１と、基準母線目標値データＤ６の１つ以上の計算部を設けており、これにより入力データ、構成、プログラム、および制御フローの点において実施例１とは相違している。
【0139】
この結果、実施例１によれば、他装置からの予測値データＤ１や基準母線目標値データＤ６を受け取ることできなくなったとしても、電圧無効電力監視制御装置１０のみで、電力系統の電圧と無効電力のバランスを維持し、経済性を向上するいずれか一つまたは両方の効果を提供できるようになる。以下、実施例２に係る電圧無効電力監視制御装置の一例を説明する。但し、実施例１と同じ構成箇所で同じ動作の箇所については説明を省略する。
【0140】
図１３は、電力系統の全体構成事例と本発明の実施例２に係る電圧無効電力監視制御装置のハード構成を示した図である。図１３の電力系統の全体構成は、基本的に図２の電力系統の全体構成と同じである。但し、電圧無効電力監視制御装置１０に対して電力系統から送られるデータには、基準母線計測値データＤ５以外に系統計測データＤ１７を新たに含んでいる。系統計測データＤ１７は電力系統の任意箇所における計測データであって、基準母線で計測されたデータである基準母線計測値データＤ５をも含むより広範囲、広義の計測値データである。この結果、何らかの事情により基準母線計測値データＤ５が入手困難な状態に陥ったとしても、系統計測データＤ１７から基準母線の計測データが推定可能となる。なお監視制御の対象とする電力系統は、電力系統全体であっても、あるいは区分された領域のいずれであってもよい。
【0141】
電圧無効電力監視制御装置１０のハード構成に関し、実施例２では新たに２つのデータベースＤＢが追設されている。これらは図１の入力側データベースＤＢＩに位置付けされる系統計測データベースＤＢ１７と、系統設備データベースＤＢ１８である。
【0142】
図１２は、電圧無効電力監視制御装置１０をその内部における処理機能により記述した図であり、実施例１の図１に相当する。処理機能としては、計算部４１に状態推定計算部３８と、予測値計算部３９と、基準母線目標値計算部４０が追加された点が構成的には異なっている。また図１２の入力側データベースＤＢＩには、系統計測データベースＤＢ１７と、系統設備データベースＤＢ１８を含んでいる。なお、予測値計算部３９と基準母線目標値計算部４０の結果は、後の処理の入力データとなるため、入力側データベースＤＢＩに保存されているが、結果側データベースＤＢＯとして呼び出されることもある。
【0143】
図１４は、図３に相当するプログラム構成を示す図であり、プログラム的にはプログラムデータベースＤＢ１５内に、状態推定計算プログラムＰ３８と、予測値計算プログラムＰ３９と、基準母線目標値計算プログラムＰ４０が追加された点が構成的には異なっている。
【0144】
以上の主要な相違点について以下詳細に説明するが、最初にその前提としての系統計測データＤ１７について説明する。なお基準母線計測値データＤ５は、基準母線で計測したデータという位置づけであるが、系統計測データＤ１７は計測位置を特定せず、より広範囲の計測データということができる。図１３などの系統計測データＤ１７としては、基準母線計測値データＤ５と同様に、計測装置４４にて計測されたノード電圧Ｖ、ブランチ電流I、力率Φ、有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、のいずれか一つまたは複数のデータであり、通信ネットワーク３００を介して受信され、系統計測データベースＤＢ１７に格納される。ただし、計測装置４４から直接前記系統データを受信する代わりに、その他の監視装置に一端集約されてから、通信ネットワーク３００を介して系統計測データベースＤＢ１７に格納してもよいし、計測装置４４やその他の監視装置から通信ネットワーク３００を介して系統計測データベースＤＢ１７に格納してもよい。なお、系統計測データＤ１７は、データを識別するための固有番号と、タイムスタンプとを含んでもよい。なお、その他の監視装置とは、例えば、中央給電指令所や系統安定度監視サーバなどである。
【0145】
次に、系統設備データＤ１８について説明する。図１３などの系統設備データベースＤＢ１８には、系統設備データＤ１８として、系統構成、線路インピーダンス（Ｒ＋ｊＸ）、対地静電容量（アドミタンス：Ｙ）、電源データ、などが含まれ記憶されている。なお、系統構成は、系統の母線と線路と電源と負荷と変圧器と各制御装置の一つまたは複数の接続関係が含まれる。なお、系統設備データＤ１８は、監視制御装置や中央給電指令所やＥＭＳから入手してもよいし、手動で入力されてもよい。手動で入力する際には、入力部１２によって手動で入力し記憶する。なお、入力の際はＣＰＵ１４によって必要な画像データを生成して表示部１１に表示する。入力の際は、補完機能を利用して、大量のデータを設定できるように半手動にしてもよい。
【0146】
系統計測データＤ１７と系統設備データＤ１８を用いることで、実施例１の計算処理内容に対して実施例２では追加処理が生じている。電力系統電圧無効電力監視制御装置１０の処理の全体を示すフローチャートの例である図１５において、計算が追加された箇所を説明する。
【0147】
図１５に示したフローチャートのうち、処理ステップＳ３１から処理ステップＳ３７までの一連の処理、及び処理ステップＳ１１については、実施例１と同様である。実施例２では、その前処理として、ステップＳ３８、Ｓ３９、Ｓ４０が追加されている。
【0148】
図１５の状態推定計算処理ステップＳ３８では、系統計測データＤ１７と、系統設備データＤ１８と、適宜に設定された計算設定データを用いて、図１４に追加した状態推定計算プログラムＰ３８の計算により、系統計測時の系統状態を計算し、状態推定計算結果を記憶する。なお状態推定計算結果の記憶は記憶装置内の適宜の箇所に行われていればよいが、必要に応じて専用のデータベースとして状態推定計算結果データベースを設けることができる。
【0149】
なお、状態推定計算プログラムＰ３８による状態推定計算とは、変電所、発電所、送電線をはじめとした電力送配電機器の観測データ、ならびに接続データをもとに、観測データ中の異常データの有無を判定と除去を行い特定の時間断面における尤もらしい系統状態を推定する計算機能のことである。ここで、状態推定計算は、例えば、Ｌａｒｓ Ｈｏｌｔｅｎ， Ａｎｄｅｒｓ Ｇｊｅｌｓｖｌｋ、 Ｓｖｅｒｒｅ Ａｄａｍ、 Ｆ． Ｆ． Ｗｕ， ａｎｄ Ｗｅｎ−Ｈｓ Ｉｕｎｇ Ｅ． Ｌｉｕ， Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｓｔａｔｅ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ， Ｖｏｌ． ３ （１９８８）， ｐｐ．１７９８−１８０６の各種方法などに即して行うことができる。
【0150】
予測値計算処理ステップＳ３９では、状態推定計算結果データと、総需要予測結果データと、発電機燃料消費特性データと、変電所負荷対総需要比率データと、変電所負荷ＰＱ相関関係データを用いて、予測値計算プログラムＰ３９により、系統計測時から将来の系統状態を予測計算し、予測値データベースＤＢ１に記憶する。総需要予測結果データは、同ステップで例えば、原亮一：「電力システムの需給運用に関わる時系列データの解析・予測技術」，電気学会論文誌Ｂ，Ｖｏｌ．１３４，Ｎｏ．４，２０１４，ｐｐ．２７６−２７９の文献に記載の需要予測の方法や、所健一・他：「短時間先電力需要予測手法の開発」，電気学会電力技術・電力系統技術合同研究会，ＰＥ−０８−１２０，ＰＳＥ−０８−１２９，２００８，ｐｐ．２５−２８などに記載の方法に即して計算してもよいし、中央給電指令所にて行われる総需要予測結果データを、定期的に通信ネットワーク３００を介して入手してもよいし、予め設定されていてもよい。
【0151】
実施例２の場合に、中央装置である電圧無効電力監視制御装置１０は、電力系統全体の監視制御を行う中央給電指令所と連携し、或は中央給電指令所に設置されて、領域内制御を行うことを想定しているが、中央給電指令所との連携により、主に状態推定計算処理ステップＳ３８、予測値計算処理ステップＳ３９で使用するデータを入手することができる。
【0152】
予測値計算処理ステップＳ３９における予測値計算は、例えば、石田隆張・他：「ＬＰ法を用いた基幹系統への予測先行型電圧無効電力制御方式」、電学論Ｂ、１１７巻８号、１９９７、ｐｐ．１１１６−１１２０の方法などに即して行うことができる。
【0153】
具体的には、総需要予測結果データと、発電機燃料消費特性データからＥＬＤ（経済負荷配分）を用いて各発電機の発電機有効電力出力を予測計算する。また、総需要予測結果データと、変電所負荷対総需要比率データから（７）式を用いて変電所個別有効電力負荷を予測計算する。なお（７）式において、Ｐｌｉは変電所ｉの有効電力負荷予測結果、Ｐａｌｌは総需要予測結果、ｒａｔｉｏｉは変電所ｉの有効電力負荷の対総需要比率である。
【0154】
【数7】
【0155】
また、変電所個別有効電力負荷の予測結果と、変電所負荷ＰＱ相関関係データから（８）式を用いて変電所個別無効電力負荷を予測計算する。（８）式において、Ｑｌｉは変電所ｉの無効電力負荷予測結果、ｆｉは変電所ｉのＰＱ相関関係である。
【0156】
【数8】
【0157】
また、発電機有効電力出力予測結果と、変電所個別有効電力負荷予測結果と、変電所個別無効電力負荷予測結果より交流法潮流計算手法を用いて将来時間断面における潮流状態を予測計算する。これにより予測値データＤ１を得ることができる。ここで、交流法潮流計算手法は、例えば、ＷＩＬＬＩＡＭ Ｆ ＴＩＮＮＥＹ、ＣＬＩＦＦＯＲＤ Ｅ ＨＡＲＴ，Ｐｏｗｅｒ Ｆｌｏｗ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｂｙ Ｎｅｗｔｏｎ‘ｓ Ｍｅｔｈｏｄ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｐｏｗｅｒ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ，ＶＯＬ．ＰＡＳ−８６，ＮＯ．１１（１９６７）ｐｐ．１４４９−１９６７の方法などに則して行うことができる。
【0158】
基準母線目標値計算処理ステップＳ４０では、予測値データＤ１と、状態推定結果データと系統設備データＤ１８を用いて、基準母線目標値計算を行う。基準母線目標値は、実施例１に示したように、電気学会編、電力系統の電圧安定維持対策、電気学会技術報告II−７３号、ｐｐ．１０〜１４（１９７９）に記載の方法などに即してオフラインで計算されてもよいし、染谷純樹・他：「東日本系統における内点法による基準電圧最適制御の検討」，平成１５年電気学会全国大会，６−１５９，ｐｐ．２７３−２７４などに記載の方法に即して計算してもよい。これにより、時間経過とともに再生可能エネルギーは天候に起因して出力変動することを予測し、いずれの変動成分に対しても出力配分および出力指令ができるので、電力系統の電圧と無効電力のバランスが維持でき、さらには経済性の向上が可能となる。
【実施例3】
【0159】
実施例３では、実施例１または２における制御評価部３７で行うステップＳ３７の制御評価の内容として、必要無効電力のトレンド表示と将来予測および現在・過去無効電力機器容量と将来必要となる機器容量の画面例を追記する。機器構成や評価フローについては、実施例１または２と同じである。
【0160】
図１６に示した画面９０の表示例は、電圧無効電力監視制御装置１０の評価結果が可視化されて表示されたものの一例である。小画面９５には評価結果算出内容について、予測時刻における無効電力の不足量並びにその対応策として発電機Ｇ４を追加使用すべきことの提案１が表示されている。小画面９６には、タブで選択された変動について必要無効電力ΔＱが過去値、予測値、機器容量、必要機器容量と共に時間経過に沿って表示されている。また発電機ごとに機器容量と必要機器容量の大きさが表示されている。これにより、運用者がトレンドを把握しやすくなり、意思決定しやすくなる効果がある。
【0161】
図１６の画面を用いることで、運用者はどの変動に対してどれだけの必要無効電力ΔＱがあり、過去は許容されていたかどうか、将来的に不足するかを容易に判別できるようになる効果がある。また、必要無効電力が不足した場合や将来不足する場合には、上回る最小の制御対象機器を選択し、案として表示することで、運用者は必要な機器スペックを容易に判断できる効果がある。なお、将来的にどれだけの必要無効電力が生じるかは過去データを用いた回帰式などで算出する。
【符号の説明】
【0162】
１０：電圧無効電力監視制１２：入力部
１３：通信部
１４：ＣＰＵ
１５：メモリ
ＤＢ１：予測値データベース（予測値データＤ１）
ＤＢ２：配分要否判定基準データベース（配分要否判定基準データＤ２）
ＤＢ３：制御対象現在出力値データベース（制御対象現在出力値データＤ３）
ＤＢ４：制御対象出力上下限値・刻み値データベース（制御対象出力上下限値・刻み値データＤ４）
ＤＢ５：基準母線計測値データベース（基準母線計測値データＤ５）
ＤＢ６：基準母線目標値データベース（基準母線目標値データＤ６）
ＤＢ７：制御対象感度データベース（制御対象感度データＤ７）
ＤＢ８：換算係数データベース（換算係数データＤ８）
ＤＢ９：制御対象変化可能周期データベース（制御対象変化可能周期データＤ９）
３１：変動成分計算部
３２：必要無効電力計算部
３３：無効電力配分対象選択部
３４：出力配分計算部
３５：制御指令値計算部
３６：出力指令部
３７：制御評価部
４０：入力系データベース
４１：計算部
４２：結果系データベース
４３：バス線
４４：計測装置
４５ａ、４５ｂ：個別制御装置
４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ、４６ｅ：制御装置
ＤＢ１０：必要無効電力計算結果データベース（必要無効電力計算結果データＤ１０）
ＤＢ１１：無効電力配分対象選択結果データベース（無効電力配分対象選択結果データＤ１１）
ＤＢ１２：出力配分計算結果データベース（出力配分計算結果データＤ１２）
ＤＢ１３：制御指令値計算結果データベース（制御指令値計算結果データＤ１３）
ＤＢ１４：制御評価結果データベース（制御評価結果データＤ１４）
ＤＢ１５：プログラムデータベース（プログラムデータＤ１５）
ＤＢ１６：変動成分計算結果データベース（変動成分計算結果データＤ１６）
７１：受信データ（基準母線計測値データＤ５）
７２：送信データ（出力指令値計算結果データＤ１３）
１００：送電系統
１１０ａ、１１０ｂ：電源
１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ、１２０ｅ、１２０ｆ、１２０ｈ、１２０ｉ、１２０ｊ：ノード
１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｅ：変圧器
１４０ｂ、１４０ｅ、１４０ｆ、１４０ｇ、１４０ｈ：ブランチ
１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ：負荷
１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃ、１６０ｄ：電力用コンデンサ
１７０ａ、１７０ｂ：分路リアクトル
３００：通信ネットワーク