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特開2023-182930配電系統制御装置、配電系統制御方法
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(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】P2023182930
(43)【公開日】2023-12-27
(54)【発明の名称】配電系統制御装置、配電系統制御方法
(51)【国際特許分類】
   H02J 13/00 20060101AFI20231220BHJP
   H02J 3/00 20060101ALI20231220BHJP
【FI】
H02J13/00 311R
H02J3/00 170
H02J13/00 301A
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022096194
(22)【出願日】2022-06-15
(71)【出願人】
【識別番号】000006105
【氏名又は名称】株式会社明電舎
(71)【出願人】
【識別番号】504157024
【氏名又は名称】国立大学法人東北大学
(74)【代理人】
【識別番号】100086232
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 博通
(74)【代理人】
【識別番号】100092613
【弁理士】
【氏名又は名称】富岡 潔
(74)【代理人】
【識別番号】100104938
【弁理士】
【氏名又は名称】鵜澤 英久
(74)【代理人】
【識別番号】100210240
【弁理士】
【氏名又は名称】太田 友幸
(72)【発明者】
【氏名】杉村 修平
(72)【発明者】
【氏名】田邊 隆之
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 健洋
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 顕
【テーマコード(参考)】
5G064
5G066
【Fターム(参考)】
5G064AA04
5G064AC06
5G064AC08
5G064CB06
5G064CB11
5G064DA03
5G066AA03
5G066AE01
5G066AE04
5G066AE09
(57)【要約】      (修正有)
【課題】設備容量などの制約条件に応じた裕度を目的関数とすることで自己融通のし易い系統構成も選択可能とする配電系統制御装置、配電系統制御方法を提供する。
【解決手段】配電系統制御装置10の配電系統導出部11は、配電系統内の接続関係を導出する。開閉信号出力部15は、配電系統導出部11で導出された接続関係に基づいて配電系統内の複数の開閉器の各々を開閉する開閉信号を生成して出力する。配電系統導出部11は、配電系統内のすべての開閉器の開閉状態を閉状態にしてからループを壊していくことで制約条件を満たす候補を抽出する配電系統候補抽出部111と、配電系統候補抽出部111の抽出候補を対象として配電系統内の接続関係を単一また複数の評価値から算出される目的関数に応じて選択する配電系統選択部112と、を備える。評価値は、配電系統の各設備における電圧・電流の裕度に基づき設定される。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
制御対象である配電系統を制御する装置であって、
前記配電系統内の接続関係を導出する配電系統導出部と、
前記配電系統導出部により導出された接続関係に基づいて、前記配電系統内の複数の開閉器の各々を開閉する開閉信号を生成して出力する開閉信号出力部と、
を備え、
前記配電系統導出部は、
前記配電系統内のすべての開閉器の開閉状態を閉状態にしてからループを壊していくことで、制約条件を満たす候補を抽出する配電系統候補抽出部と、
前記配電系統候補抽出部が抽出した候補を対象として、前記配電系統内における接続関係を単一または複数の評価値から算出される目的関数に応じて選択する配電系統選択部と、
を備え、
前記評価値は、前記配電系統の各設備における電圧または電流の裕度に基づき設定される
ことを特徴とする配電系統制御装置。
【請求項2】
前記評価値は、評価値A,Bにグループ分けされ、
前記評価値Aには、電流使用率(電流/許容電流)・電圧使用率(電圧/許容電圧)の少なくとも一つが用いられる一方、
前記評価値Bには、電流裕度(許容電流-電流)・電流裕度率(隣接フィーダの電流裕度/フィーダ内の需要)・電圧裕度(許容電圧-電圧)・電圧裕度率(電圧裕度/フィーダ内の需要×インピーダンス)の少なくとも一つが用いられる
ことを特徴とする請求項1記載の配電系統制御装置。
【請求項3】
複数の前記設備における評価値A,Bの少なくとも一方の最大値・最小値・平均値・中央値・分散のいずれかが、
最小または最大となる接続状態を選択することを特徴とする請求項2記載の配電系統制御装置。
【請求項4】
以下の基準の少なくとも一つ以上を用いて前記接続状態を選択することを特徴とする請求項3記載の配電系統制御装置。
基準1:複数の設備における評価値Aの最大値が最小となる接続状態
基準2:複数の設備における評価値Bの最小値が最大となる接続状態
基準3:複数の設備における評価値Aの最小値が最大となる接続状態
基準4:複数の設備における評価値Bの最大値が最小となる接続状態
基準5:複数の設備における評価値Aの平均値が最小となる接続状態
基準6:複数の設備における評価値Bの平均値が最大となる接続状態
基準7:複数の設備における評価値Aの中央値が最小となる接続状態
基準8:複数の設備における評価値Bの中央値が最大となる接続状態
基準9:複数の設備における評価値Aの分散が最小となる接続状態
基準10:複数の設備における評価値Bの分散が最小となる接続状態
【請求項5】
制御対象である配電系統を制御する方法であって、
前記配電系統内の接続関係を導出する配電系統導出ステップと、
前記配電系統導出ステップにより導出された接続関係に基づいて、前記配電系統内の複数の開閉器の各々を開閉する開閉信号を生成して出力する開閉信号出力ステップと、
を有し、
前記配電系統導出ステップは、
前記配電系統内のすべての開閉器の開閉状態を閉状態にしてからループを壊していくことで、制約条件を満たす候補を抽出する配電系統候補抽出ステップと、
前記配電系統候補抽出ステップで抽出した候補を対象として、前記配電系統内における接続関係を単一または複数の評価値から算出される目的関数に応じて選択する配電系統選択ステップと、
を有し、
前記評価値は、前記配電系統の各設備における電圧または電流の裕度に基づき設定される
ことを特徴とする配電系統制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電力会社などの配電系統構成を最適化する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
配電系統内において電力の供給源と需要家との間に配置された開閉器群の開閉状態を制御することにより、供給源から需要家への伝送効率を向上させる技術が広く知られている。
【0003】
すなわち、N個の開閉器の開閉状態の組み合わせは、2通りと指数関数的に増加し、開閉状態の組み合わせが膨大となる。
【0004】
配電系統構成の最適化では、電圧降下や損失などの評価値から目的関数を作成し、系統制約を満たした上で目的関数を最小化または最大化するような開閉器の開閉状態を決定する。この最適化技術の一例として、特許文献1の配電系統制御装置が提案され、電圧や電流など様々な目的関数の最適化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2020-156311号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献1の配電系統制御装置は、「配電系統内の損失の最小化、電圧降下量の最小化、通過電流の最小化、所定の期間を指定した最適化、分散型電源による潮流変化を考慮した最適化又は不平衡計算による不平衡改善に向けた最適化」と、電流や電圧および損失の値を目的関数とする。
【0007】
確かに配電系統における常時の運用では、特許文献1の制約条件で考慮しているように、電線や開閉器など配電設備の許容電流や許容電圧を満たす開閉器の開閉状態を決定している。しかしながら、電流または電圧が許容値からの余力(裕度)が小さいと、事故時に健全区間へ融通することができず、停電区間・停電時間が大きくなってしまう。
【0008】
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされ、設備容量などの制約条件に応じた裕度を考慮することで事故融通のし易い配電系統構成も選択可能な技術の提案を解決課題としている。
【課題を解決するための手段】
【0009】
(1)本発明の一態様は、制御対象である配電系統を制御する装置であって、
前記配電系統内の接続関係を導出する配電系統導出部と、
前記配電系統導出部により導出された接続関係に基づいて、前記配電系統内の複数の開閉器の各々を開閉する開閉信号を生成して出力する開閉信号出力部と、
を備え、
前記配電系統導出部は、
前記配電系統内のすべての開閉器の開閉状態を閉状態にしてからループを壊していくことで、制約条件を満たす候補を抽出する配電系統候補抽出部と、
前記配電系統候補抽出部が抽出した候補を対象として、前記配電系統内における接続関係を単一または複数の評価値から算出される目的関数に応じて選択する配電系統選択部と、
を備え、
前記評価値は、前記配電系統の各設備における電圧または電流の裕度に基づき設定されることを特徴としている。
【0010】
(2)本発明の他の態様は、制御対象である配電系統を制御する方法であって、
前記配電系統内の接続関係を導出する配電系統導出ステップと、
前記配電系統導出ステップにより導出された接続関係に基づいて、前記配電系統内の複数の開閉器の各々を開閉する開閉信号を生成して出力する開閉信号出力ステップと、
を有し、
前記配電系統導出ステップは、
前記配電系統内のすべての開閉器の開閉状態を閉状態にしてからループを壊していくことで、制約条件を満たす候補を抽出する配電系統候補抽出ステップと、
前記配電系統候補抽出ステップで抽出した候補を対象として、前記配電系統内における接続関係を単一または複数の評価値から算出される目的関数に応じて選択する配電系統選択ステップと、
を有し、
前記評価値は、前記配電系統の各設備における電圧または電流の裕度に基づき設定されることを特徴としている。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、設備容量などの制約条件に応じた裕度を考慮することで事故融通のし易い配電系統構成が選択可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
図1】本発明の実施形態に係る配電系統制御装置の構成例を示すブロック図。
図2】同 配電系統例の構成図。
図3図2のフィーダ構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態に係る配電系統制御装置を説明する。この配電系統制御装置は、コンピュータにより構成され、前述のように電力会社などの配電系統構成の最適化を図るために用いられる。
【0014】
≪構成例≫
(1)図1に基づき前記配電系統制御装置10を説明する。ここでは前記配電系統制御装置10は、特許文献1とほぼ同様に構成され、配電系統導出部11,電力需要データ記憶部12,配電系統構成データ記憶部13,発電出力データ記憶部14,開閉信号出力部15を備え、制御対象である配電系統内の開閉器の開閉状態を制御している。
【0015】
配電系統導出部11は、プロセッサ(MPU,CPUなど)により実現され、配電系統候補抽出部111,配電系統選択部112を備えている。配電系統候補抽出部111は、配電系統内の開閉器の開閉状態の組み合わせから制約条件を満たす候補を抽出する。
【0016】
配電系統選択部112は、配電系統候補抽出部111の抽出した候補を対象として、目的関数に応じて接続関係を選択する。ただし、本実施形態の配電系統選択部112は、特許文献1の目的関数(評価関数)を抑制する接続関係だけでなく、電圧または電流の裕度に関する評価値から算出される目的関数に応じて接続関係を選択することもでき、この点で特許文献1と相違する。
【0017】
前記各記憶部12~14は記憶媒体(半導体メモリ,磁気ディスクなど)により実現され、前記記憶部12は配電系統内の電力需要データを記憶する。また、前記記憶部13は、配電系統内の需要点および供給点の接続構成のデータを記憶する。この接続構成のデータには配電系統に含まれる複数の開閉器の各々の開閉情報が含まれる。
【0018】
前記記憶部14は、配電系統内の発電出力データを記憶する。なお、開閉信号出力部15は、プロセッサおよび外部インターフェースにより実現され、配電系統導出部11で導出された接続関係に基づき配電系統内の複数の開閉器の各々を開閉する開閉信号を生成して出力する。
【0019】
(2)図2に基づき制御対象となる配電系統の構成例を説明する。ここでは特許文献1と同じ配電系統の構成例が示され、21a,21b,21cは電力の供給点を示し、点線(破線)23a,23b,23d,23e,23fは開閉器によって開閉が制御できる部分(区間)を示している。
【0020】
このとき配電系統候補抽出部111は、23a,23b,23d,23e,23fの開閉状態の組み合わせによって配電系統の候補を列挙して抽出する。また、配電系統の需要点を(2)~(20)として示している。
【0021】
≪目的関数について≫
配電系統選択部112は、配電系統候補抽出部111にて抽出列挙された配電系統の候補を選択の対象とし、特許文献1の目的関数だけでなく、前記裕度を示す評価値を取得することもでき、取得された評価値に基づき配電系統の候補を選択する。
【0022】
(1)詳細を説明すれば、まず電力需要データと発電出力データとを入力データとして計算期間を設定し、配電系統から供給される電力が送電線や変圧器を通じて各需要家に流れていく状態を各種の潮流計算によって求めることで特許文献1の目的関数だけでなく、開閉器により開閉制御された23a,23b,23d,23e,23fについて以下の評価値を取得することもできる。
【0023】
・電流使用率:電流/許容電流
・電流裕度:許容電流-電流
・電流裕度率:隣接フィーダの電流裕度/フィーダ内の需要の合計
・電圧使用率:電圧/許容電圧
・電圧裕度:許容電圧-電圧
・電圧裕度率:電圧裕度/(フィーダ内の需要(電流)の合計×インピーダンス)
図3に基づき電流裕度率・電圧裕度率について説明する。図3は23e,23bを閉状態とした場合を示し、閉状態の23e,23bを実線で表している。また、同図中のA~Cは、それぞれ供給点21a,21b,21cからの供給範囲を示し、23a,23f,23dはフィーダ間の連係開閉器を示している。
【0024】
ここでは供給点21a,21b,21cを送出とする三つのフィーダが示され、1つのフィーダで停電が起こった場合には連係開閉器23a,23f,23dによって電力の供給(融通)を行う必要がある。
【0025】
この場合、電力融通できる量(裕度)がフィーダ内の電力需要の合計値に対して大きくなることが望ましく、かかる観点から電流裕度率および電圧裕度率の指標が設けられている。
【0026】
すなわち、電流裕度率および電圧裕度率は、隣接フィーダからみた融通のし易さを示す指標であり、連係開閉器ごとに該連係開閉器から供給点までの経路の電流・電圧から求められる。
【0027】
例えば23aの連係開閉器は、21aを供給点とするフィーダと21cを供給点とするフィーダとに隣接しており、その電流裕度率および電圧裕度率は以下のように求めることができる。
【0028】
・21aから融通する電流裕度率=22d,22c,22aの電流裕度の最小値/21cを供給点とするフィーダの需要量の合計
・21cから融通する電流裕度率=22e,22b,22f,22gの電流裕度の最小値/21aを供給点とするフィーダの需要量の合計
・21aから融通する電圧裕度率=需要点(5),(4),(2)の電圧裕度の最小値/21cを供給点とするフィーダの需要量の合計×需要点(5),(4),(2)の内電圧裕度の最小である需要点から供給点までのインピーダンス
・21cから融通する電圧裕度率=需要点(6),(7),(8),(9)の電圧裕度の最小値/21aを供給点とするフィーダの需要量の合計×需要点(6),(7),(8),(9)の内電圧裕度の最小である需要点から供給点までのインピーダンス
(2)つぎに取得した各評価値を、以下のようにグループ分けする。
【0029】
・評価値A:電流使用率,電圧使用率(数値の大きい方が、裕度が小さくなる評価値)
・評価値B:電流裕度,電流裕度率,電圧裕度,電圧裕度率(数値の小さい方が、裕度が小さくなる評価値)
このとき配電系統の候補毎に開閉器の開閉状態が異なるため、図2の各需要点や電線および連係開閉器設備における評価値(電流使用率,電流裕度など)はそれぞれ異なることとなる。
【0030】
そして、配電系統候補抽出部111にて抽出列挙された配電系統の候補から以下の基準を用いて最適配電系統を選択する。
【0031】
・基準1:複数の設備における評価値Aの最大値が最小となる、系統(開閉状態の組み合わせ)を選択
・基準2:複数の設備における評価値Bの最小値が最大となる、系統(開閉状態の組み合わせ)を選択
・基準3:複数の設備における評価値Aの最小値が最大となる、系統(開閉状態の組み合わせ)を選択
・基準4:複数の設備における評価値Bの最大値が最小となる、系統(開閉状態の組み合わせ)を選択
・基準5:複数の設備における評価値Aの平均値が最小となる、系統(開閉状態の組み合わせ)を選択
・基準6:複数の設備における評価値Bの平均値が最大となる、系統(開閉状態の組み合わせ)を選択
・基準7:複数の設備における評価値Aの中央値が最小となる、系統(開閉状態の組み合わせ)を選択
・基準8:複数の設備における評価値Bの中央値が最大となる、系統(開閉状態の組み合わせ)を選択
・基準9:複数の設備における評価値Aの分散が最小となる、系統(開閉状態の組み合わせ)を選択
・基準10:複数の設備における評価値Bの分散が最小となる、系統(開閉状態の組み合わせ)を選択
このとき基準9,10中の「分散(V)」は、式(1)の計算により求めることができる。
【0032】
【数1】
【0033】
また、前記基準1~10を用いる際は、いずれか一つの基準を用いてもよく、あるいは複数基準の組み合わせを用いてもよく、複数基準を用いる場合に各基準に重み付けすることもできる。なお、前述したフィーダ間の電力を融通する観点からすれば、基準1,2のいずれか一方、あるいは基準1,2の組み合わせを用いることが好ましい。
【0034】
このような配電系統選択部112の最適配電系統の選択によれば、設備容量などの制約条件からみた電流・電圧の裕度を評価値に用いているため、事故融通のし易い配電系統構成を選択可能となる。
【0035】
その結果、配電系統の事故発生時などにおいて適切な開閉器の開閉状態を選択でき、配電系統の安定性を向上させることができ、また裕度の大きい配電系統構成とすることで分散電源連係のし易い配電系統構成も選択可能となる。
【0036】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載された範囲内で変形して実施することができる。例えば装置構成などは、図1に限定されるものではなく、各記憶部12~13は同一の記憶媒体に構築してもよく、また前記配電系統制御装置10の実行する配電系統制御方法として構成してもよい。
【符号の説明】
【0037】
10…配電系統制御装置
11…配電系統導出部
12…電力需要データ記憶部
13…配電系統構成データ記憶部
14…発電出力データ記憶部
15…開閉信号出力部
21a~21c…供給点
22a~22n…電線
23a~23f…開閉器
111…配電系統候補抽出部
112…配電系統選択部
図1
図2
図3