知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(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】P2023063644
(43)【公開日】2023-05-10
(54)【発明の名称】情報処理装置及び方法
(51)【国際特許分類】
H02J 3/00 20060101AFI20230428BHJP
H02J 3/38 20060101ALI20230428BHJP
【ＦＩ】
H02J3/00 170
H02J3/38 110
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021173594
(22)【出願日】2021-10-25
(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】110002365
【氏名又は名称】弁理士法人サンネクスト国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】小野 哲嗣
(72)【発明者】
【氏名】山本 将士
(72)【発明者】
【氏名】友部 修
(72)【発明者】
【氏名】河村 勉
【テーマコード（参考）】
5G066
【Ｆターム（参考）】
5G066AA01
5G066AA02
5G066AA03
5G066AA06
5G066AA09
5G066AD04
5G066AE03
5G066AE07
5G066AE09
5G066HA06
5G066HB01
5G066HB03
5G066HB06
5G066LA04
(57)【要約】
【課題】
系統安定性を考慮したオフグリッドエリアを短時間で選定し得る情報処理装置及び方法を提案する。
【解決手段】
複数の開閉器が配置された配電系統内のオフグリッドを構築可能なエリアを選定するオフグリッドエリア選定装置、及び、当該オフグリッドエリア選定装置において実行されるオフグリッドエリア選定方法であって、開閉器区間ごとの負荷容量及び電源設備に関する各情報、並びに、配電系統の設備情報に基づいて、配電系統内のオフグリッドを構築可能なエリアを選定し、選定したエリアにおける系統安定性をシミュレーションし、当該エリアが配電系統の系統運用制約を遵守できるか否かを判定するようにした。
【選択図】 図２
系統安定性を考慮したオフグリッドエリアを短時間で選定し得る情報処理装置及び方法を提案する。
【解決手段】
複数の開閉器が配置された配電系統内のオフグリッドを構築可能なエリアを選定するオフグリッドエリア選定装置、及び、当該オフグリッドエリア選定装置において実行されるオフグリッドエリア選定方法であって、開閉器区間ごとの負荷容量及び電源設備に関する各情報、並びに、配電系統の設備情報に基づいて、配電系統内のオフグリッドを構築可能なエリアを選定し、選定したエリアにおける系統安定性をシミュレーションし、当該エリアが配電系統の系統運用制約を遵守できるか否かを判定するようにした。
【選択図】 図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の開閉器が配置された配電系統内のオフグリッドを構築可能なエリアを選定する情報処理装置において、
開閉器区間ごとの負荷容量及び電源設備に関する各情報、並びに、前記配電系統の設備情報に基づいて、前記配電系統内のオフグリッドを構築可能なエリアを選定するオフグリッドエリア選定部と、
前記オフグリッドエリア選定部により選定された前記エリアにおける系統安定性をシミュレーションし、当該エリアが前記配電系統の系統運用制約を遵守できるか否かを判定する系統安定性シミュレーション部と
を備えることを特徴とする情報処理装置。
開閉器区間ごとの負荷容量及び電源設備に関する各情報、並びに、前記配電系統の設備情報に基づいて、前記配電系統内のオフグリッドを構築可能なエリアを選定するオフグリッドエリア選定部と、
前記オフグリッドエリア選定部により選定された前記エリアにおける系統安定性をシミュレーションし、当該エリアが前記配電系統の系統運用制約を遵守できるか否かを判定する系統安定性シミュレーション部と
を備えることを特徴とする情報処理装置。
【請求項2】
前記オフグリッドエリア選定部により選定された前記エリアが前記配電系統の前記系統運用制約を遵守できない場合に、当該エリアが前記系統運用制約を遵守するための制約を生成する制約生成部をさらに備え、
前記オフグリッドエリア選定部により選定された前記エリアが前記配電系統の前記運用制約を遵守するまで、前記オフグリッドエリア選定部が、前記制約生成部により生成された前記制約を追加した上で前記配電系統内の前記オフグリッドを構築可能な前記エリアを選定する処理と、前記系統安定性シミュレーション部が当該エリアにおける前記系統安定性をシミュレーションする処理と、前記制約生成部が当該エリアが前記系統運用制約を遵守するための前記制約を生成する処理とを繰り返す
ことを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
前記オフグリッドエリア選定部により選定された前記エリアが前記配電系統の前記運用制約を遵守するまで、前記オフグリッドエリア選定部が、前記制約生成部により生成された前記制約を追加した上で前記配電系統内の前記オフグリッドを構築可能な前記エリアを選定する処理と、前記系統安定性シミュレーション部が当該エリアにおける前記系統安定性をシミュレーションする処理と、前記制約生成部が当該エリアが前記系統運用制約を遵守するための前記制約を生成する処理とを繰り返す
ことを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
【請求項3】
前記オフグリッドエリア選定部は、
最終的な前記オフグリッドを構築可能な前記エリアの選定結果に加えて、当該エリアにおける系統安定性の推定結果を出力する
ことを特徴とする請求項２に記載の情報処理装置。
最終的な前記オフグリッドを構築可能な前記エリアの選定結果に加えて、当該エリアにおける系統安定性の推定結果を出力する
ことを特徴とする請求項２に記載の情報処理装置。
【請求項4】
前記オフグリッドエリア選定部は、
最終的に選定した前記エリアに前記オフグリッドを構築するため、必要な前記開閉器を開閉させるべき旨の指示を前記配電系統を運用する事業者のシステムに送信する
ことを特徴とする請求項２に記載の情報処理装置。
最終的に選定した前記エリアに前記オフグリッドを構築するため、必要な前記開閉器を開閉させるべき旨の指示を前記配電系統を運用する事業者のシステムに送信する
ことを特徴とする請求項２に記載の情報処理装置。
【請求項5】
複数の開閉器が配置された配電系統内のオフグリッドを構築可能なエリアを選定するオフグリッドエリア選定装置により実行される情報処理方法であって、
開閉器区間ごとの負荷容量及び電源設備に関する各情報、並びに、前記配電系統の設備情報に基づいて、前記配電系統内のオフグリッドを構築可能なエリアを選定する第１のステップと、
選定した前記エリアにおける系統安定性をシミュレーションし、当該エリアが前記配電系統の系統運用制約を遵守できるか否かを判定する第２のステップと
を備えることを特徴とする情報処理方法。
開閉器区間ごとの負荷容量及び電源設備に関する各情報、並びに、前記配電系統の設備情報に基づいて、前記配電系統内のオフグリッドを構築可能なエリアを選定する第１のステップと、
選定した前記エリアにおける系統安定性をシミュレーションし、当該エリアが前記配電系統の系統運用制約を遵守できるか否かを判定する第２のステップと
を備えることを特徴とする情報処理方法。
【請求項6】
選定した前記エリアが前記配電系統の前記系統運用制約を遵守できない場合に、当該エリアが前記系統運用制約を遵守するための制約を生成する第３のステップをさらに備え、
前記第１のステップで選定する前記エリアが前記配電系統の前記運用制約を遵守するまで、第１～第３のステップを繰り返す
ことを特徴とする請求項５に記載の情報処理方法。
前記第１のステップで選定する前記エリアが前記配電系統の前記運用制約を遵守するまで、第１～第３のステップを繰り返す
ことを特徴とする請求項５に記載の情報処理方法。
【請求項7】
最終的な前記オフグリッドを構築可能な前記エリアの選定結果に加えて、当該エリアにおける系統安定性の推定結果を出力する第４のステップを備える
ことを特徴とする請求項６に記載の情報処理方法。
ことを特徴とする請求項６に記載の情報処理方法。
【請求項8】
前記第４のステップにおいて、前記オフグリッドエリア選定装置は、
最終的に選定した前記エリアに前記オフグリッドを構築するため、必要な前記開閉器を開閉させるべき旨の指示を前記配電系統を運用する事業者のシステムに送信する
ことを特徴とする請求項２に記載の情報処理方法。
最終的に選定した前記エリアに前記オフグリッドを構築するため、必要な前記開閉器を開閉させるべき旨の指示を前記配電系統を運用する事業者のシステムに送信する
ことを特徴とする請求項２に記載の情報処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は情報処理装置及び方法に関し、配電系統内のオフグリッドを構築可能なエリアを選定するオフグリッドエリア選定装置に適用して好適なものである。
【背景技術】
【0002】
従来、配電系統を構成する系統機器の１つとして、電気の通り道を開け閉めする開閉器がある。開閉器は、一般的に数百ｍ～数kmごとに設置されるため、配電系統全体での設置数は膨大である。そのため配電系統が取り得る系統トポロジ、つまり各開閉器の開閉器状態（開又は閉）の組合せとしては膨大な数が存在する。
【0003】
開閉器は、操作方法に応じて手動開閉器及び遠制開閉器の２種類に分けられる。手動開閉器は人手により開閉を行う開閉器であり、遠制開閉器は配電事業者（例えば電力会社）の配電自動化システムによる遠隔での開閉制御が可能な開閉器である。遠制開閉器は、膨大な数の系統トポロジ候補の中から、遠隔での開閉操作により所望する系統トポロジを瞬時に構築できるという自由度の高さから、近年では別目的への応用が模索されている。その１つがオフグリッド構築である。
【0004】
ここで、「オフグリッド構築」とは、平常時又は緊急時において、配電系統の一部のエリアを開閉器により他の配電系統から切り離し、マイクログリッドとして独立運用するエリアを構築することを指す。オフグリッド化するエリア（以下、これをオフグリッドエリアと呼ぶ）では、周波数などの系統安定性を確保する必要がある。またオフグリッドエリアにおける電源としては、従来の発電機に加えて、太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーを発電する発電機や、電源車、系統用電池及び電気自動車などが考えられる。
【0005】
平常時にオフグリッドエリアを構築する利点としては、電力の地産地消促進による系統混雑の緩和が挙げられる。加えて、再生可能エネルギー発電比率の高いオフグリッドエリアを構築することで、地域ブランディングやＲＥ１００（Renewable Energy 100%）を目指す企業の拠点誘致などの観点で利点がある。
【0006】
また台風接近時や地震発生時などの緊急時にオフグリッドエリアを構築する利点としては、周囲の電力系統が停電していても、オフグリッドエリア単体で電力供給が可能であることによる停電時間の減少、即ち系統のレジリエンスの向上が挙げられる。
【0007】
さらにオフグリッド構築は、配電系統に接続される分散電源（以下、これをＤＥＲ（Distributed Energy Resources）と呼ぶ）の有効利用策として注目されている。将来的にＤＥＲは、配電事業者のＤＲＥマネジメントシステム（DERMS：DER Management System）による遠隔指令・制御が可能になると考えられている。DMRMSは、オフグリッドエリア内での系統安定性の維持や、迅速なオフグリッドエリアの構築に寄与する。
【0008】
一方で、上述のように配電系統がとり得る系統トポロジ候補は膨大な数が存在するため、オフグリッドエリアとしてどのような開閉器区間（隣接する開閉器に挟まれる区間）を選定するかの組合せについても膨大な数の候補が存在する。これらの候補の中から周波数などの系統安定性の確保可否などを考慮し、オフグリッド化する開閉器区間の組合せを決定する必要がある。
【0009】
なお、オフグリッドエリアの運用技術の１つとして、特許文献１には、解列後のマイクログリッドの単独運転において、再生可能エネルギーのＰＣＳ（Power Conditioning Subsystem）が電池のＳｏＣ（State of Charge）とは無関係に制御され、蓄電池が満充電／過放電状態になる可能性があり、長時間の単独運転の妨げになるという課題に対し、蓄電池のＳｏＣに基づきＰＣＳの制御量を決定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開２０２１－４０４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
しかしながら、特許文献１には、マイクログリッド単独運転するエリアを選定する仕組みは含まれていない。このため、仮に特許文献１に開示された技術を用いてかかるエリアを選定しようとすると、膨大な数の候補のすべてについて特許文献１に開示されたシミュレーションを実施する必要があり、膨大な計算時間を要する問題があった。
【0012】
またオフグリッドエリアの選定を最適化問題として定式化することも考えられるものの、最適化計算では周波数等の系統安定性を模擬できない。このため、最適化計算のみによるかかるエリアの選定では、例えば周波数を維持できないなどの系統安定性に問題がある候補を除外できず、誤ってそのようなエリアを選定してしまうおそれがあった。
【0013】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、系統安定性を考慮したオフグリッドエリアを短時間で選定し得る情報処理装置及び方法を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0014】
かかる課題を解決するため本発明においては、複数の開閉器が配置された配電系統内のオフグリッドを構築可能なエリアを選定する情報処理装置において、開閉器区間ごとの負荷容量及び電源設備に関する各情報、並びに、前記配電系統の設備情報に基づいて、前記配電系統内のオフグリッドを構築可能なエリアを選定するオフグリッドエリア選定部と、前記オフグリッドエリア選定部により選定された前記エリアにおける系統安定性をシミュレーションし、当該エリアが前記配電系統の系統運用制約を遵守できるか否かを判定する系統安定性シミュレーション部とを設けるようにした。
【0015】
また本発明においては、複数の開閉器が配置された配電系統内のオフグリッドを構築可能なエリアを選定するオフグリッドエリア選定装置において実行される情報処理方法であって、開閉器区間ごとの負荷容量及び電源設備に関する各情報、並びに、前記配電系統の設備情報に基づいて、前記配電系統内のオフグリッドを構築可能なエリアを選定する第１のステップと、選定した前記エリアにおける系統安定性をシミュレーションし、当該エリアが前記配電系統の系統運用制約を遵守できるか否かを判定する第２のステップとを設けるようにした。
【0016】
本発明の情報処理装置及び方法によれば、オフグリッドを構築可能なエリアに対してのみ系統安定性をシミュレーションすることができる。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、系統安定性を考慮したオフグリッドエリアを短時間で選定し得る情報処理装置及び方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】オフグリッドエリア選定装置の構成例を示すブロック図である。
【図2】第１の実施の形態によるオフグリッドエリア選定装置の論理構成例を示すブロック図である。
【図3】（Ａ）は配電系統構成情報の構成例を示す図表であり、（Ｂ）は開閉器構成情報の構成例を示す図表である。
【図4】オフグリッドエリアの説明に供する概念図である。
【図5】負荷予測情報の構成例を示す図表である。
【図6】再生可能エネルギー出力予測情報の構成例を示す図表である。
【図7】系統安定性違反量テーブルの構成例を示す図表である。
【図8】（Ａ）及び（Ｂ）は、系統安定性制約の説明に供するグラフである。
【図9】感度情報テーブルの構成例を示す図表である。
【図10】オフグリッドエリア選定処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図11】第２の実施の形態によるオフグリッドエリア選定装置の論理構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
【0020】
（１）第１の実施の形態
（１－１）本実施の形態によるオフグリッドエリア選定装置の構成
図１において、１は全体として本実施の形態によるオフグリッドエリア選定装置を示す。このオフグリッドエリア選定装置１は、図示しない配電系統内のオフグリッドを構築可能なエリア（オフグリッドエリア）を選定する機能が搭載された情報処理装置であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２、メモリ３、記憶装置４、通信装置５、入力装置６及び表示装置７を備えた汎用のサーバ装置から構成される。
（１－１）本実施の形態によるオフグリッドエリア選定装置の構成
図１において、１は全体として本実施の形態によるオフグリッドエリア選定装置を示す。このオフグリッドエリア選定装置１は、図示しない配電系統内のオフグリッドを構築可能なエリア（オフグリッドエリア）を選定する機能が搭載された情報処理装置であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２、メモリ３、記憶装置４、通信装置５、入力装置６及び表示装置７を備えた汎用のサーバ装置から構成される。
【0021】
ＣＰＵ２は、オフグリッドエリア選定装置１全体の動作制御を司るプロセッサである。またメモリ３は、例えば揮発性の半導体メモリから構成され、ＣＰＵ２のワークメモリとして利用される。メモリ３には、オフグリッドエリア選定装置１の起動時又は必要時に記憶装置４から読み出された各種プログラムが一時的に格納される。後述のオフグリッドエリア選定プログラム１０、系統安定性シミュレーションプログラム１１及び制約生成プログラム１２も必要時に記憶装置４から読み出され、このメモリ３に格納されて保持される。
【0022】
記憶装置４は、例えばハードディスク装置やＳＳＤ（Solid State Drive）などの大容量の不揮発性の記憶装置から構成され、各種プログラムや長期間保存が必要な各種データが格納される。後述の感度情報テーブル１４もこの記憶装置４に格納されて保持される。
【0023】
通信装置５は、配電事業者の配電自動化システム１５や、ＤＥＲＭＳが搭載されたサーバ装置などとネットワーク１６を介して通信を行うためのインタフェース装置である。また入力装置６は、キーボードやマウスなどから構成され、オペレータが各種指示や情報を入力するために利用される。さらに表示装置７は、例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイなどから構成され、各種ＧＵＩ（Graphical User Interface）画面や各種情報を表示するために利用される。
【0024】
図２は、本オフグリッドエリア選定装置１の論理構成を示す。この図２に示すように、オフグリッドエリア選定装置１は、オフグリッドエリア選定部２０、系統安定性シミュレーション部２１及び制約生成部２２を備えて構成される。
【0025】
オフグリッドエリア選定部２０は、オフグリッドエリア選定装置１のＣＰＵ２（図１）がメモリ３（図１）に保持されたオフグリッドエリア選定プログラム１０を実行することにより具現化される機能部である。このオフグリッドエリア選定部２０は、配電事業者の配電自動化システム１５（図１）から負荷容量情報２４、再生可能エネルギー容量情報２５及び系統設備情報２６を取得し、取得したこれらの情報を利用して配電系統内のオフグリッドを構築可能なエリアを選定する。そしてオフグリッドエリア選定部２０は、選定結果をオフグリッドエリア選定案２７として系統安定性シミュレーション部２１及び制約生成部２２に出力する。
【0026】
ここで、負荷容量情報２４は、配電系統内に数百ｍ～数kmごとに設置された各開閉器の間の区間である開閉器区間ごとの負荷容量、即ち開閉器区間ごとの、その開閉器区間内に存在するすべての負荷の合計容量の最大値である。この「負荷の合計容量の最大値」は、統計的に得られたものであっても、各電力需要家との契約内容に基づくものであってもよい。
【0027】
また再生可能エネルギー容量情報２５は、開閉器区間ごとの再生可能エネルギーの容量、即ち開閉器区間ごとの、その開閉器区間内に存在する再生可能エネルギー発電設備などから出力される再生可能エネルギーの合計容量の最大値である。この「再生可能エネルギーの合計容量の最大値」も統計的に得られたものであっても、各再生可能エネルギー事業者との契約に基づくものであってもよい。また「再生可能エネルギーの合計容量の最大値」を、再生可能エネルギー以外を発電する発電施設からの出力や、系統蓄電池や電源車などの分散電源からの出力を含めた合計容量の最大値としてもよい。
【0028】
【0029】
配電系統構成情報２６Ａは、配電系統を構成する各配電線に関する情報であり、配電線ごとの配電線ＩＤ情報２６ＡＡ、接続バスＩＤ（始点）情報２６ＡＢ、接続バスＩＤ（終点）情報２６ＡＣ、長さ情報２６ＡＤ、太さ情報２６ＡＥ及び平行本数情報２６ＡＦをそれぞれ含む。
【0030】
「配電線ＩＤ情報」は、対応する配電線に付与されたその配電線に固有の識別子（配電線ＩＤ）を表す情報であり、「接続バスＩＤ（始点）情報」及び「接続バスＩＤ（終点）情報」は、それぞれその配電線の始点又は終点となるバスの識別子（接続バスＩＤ（始点）、接続バスＩＤ（終点））を表す情報である。なお「バス」とは、発電機、負荷又は給電線などの電力システムのいくつかのコンポーネントが接続された垂直線を指す。また「長さ情報」及び「太さ情報」はその配電線の長さ及び太さをそれぞれ表す情報であり、「平行本数情報」は、その配電線を構成する電線の数を表す情報である。
【0031】
また開閉器構成情報２６Ｂは、配電系統に設置された各開閉器に関する情報であり、開閉器ごとの開閉器ＩＤ情報２６ＢＡ、設置位置情報２６ＢＢ及び開閉器種別情報２６ＢＣをそれぞれ含む。「開閉器ＩＤ情報」は、対応する開閉器に付与されたその開閉器に固有の識別子（開閉器ＩＤ）を表す情報であり、「設置位置情報」は、その開閉器が設置された配電線の識別子を表す情報である。また「開閉器種別情報」は、その開閉器の種別（手動又は遠制）を表す情報である。
【0032】
そしてオフグリッドエリア選定部２０は、取得したこれら負荷容量情報２４、再生可能エネルギー容量情報２５及び系統設備情報２６に基づいて、例えば次式
で与えられる数理計画問題を解くことにより、配電系統内に（１）式を満たすオフグリッドを構築可能なすべてのエリア（オフグリッドエリア）を選定し、選定結果をオフグリッドエリア選定案２７として系統安定性シミュレーション部２１及び制約生成部２２に出力する。
【数1】
【0033】
なお（１）式に示す数理計画問題は、「w1×area－w2×y」を最大化する「area」を求める問題であり、areaはオフグリッドエリアの面積（以下、これをオフグリッドエリア面積と呼ぶ）、ｙは系統安定性違反量の推定値をそれぞれ表し、ｗ１及びｗ２はそれぞれ重み係数を表す。ｗ２の値はｗ１よりも十分大きいものとする。
【0034】
ここで、（１）式は、係数安定性違反量の推定値ｙの最小化と、オフグリッドエリア面積areaを最大化という多目的最適化を行う数理計画問題と捉えることができる。この場合、（１）式の制約条件としては、需給バランス制約などが挙げられる。また（１）式の最適化変数としては、オフグリッドエリア面積areaや、オフグリッド化する開閉器区間の組合せ、及び、各開閉器の状態などが挙げられる。なお系統安定性違反量の推定値ｙは、図７について後述する系統安定性違反量テーブル３４における違反量の推定値であり、最初の演算では予め設定されたダミーの値が用いられる。推定値ｙの推定精度は、系統安定性制約を追加することで向上させることができる。
【0035】
（１）式の数理計画問題を解くことにより得られた１つのオフグリッドエリアのオフグリッドエリア選定案２７の例を図４に示す。図４に示す配電系統では、配電変電所４０から３本の配電フィーダ（第１～第３の配電フィーダ）４１Ａ～４１Ｃが伸びており、５つの開閉器４２Ａ～４２Ｅが設置されている。このうち中央の配電フィーダ（第２の配電フィーダ）４１Ｂには、太陽光発電システム４３が接続されたバスがある。点線の枠で囲まれた部分が１つのオフグリッドエリアの構成案、即ちオフグリッドとして他の配電系統から切り離すべき１つのエリアの選定案（オフグリッドエリア選定案２７）である。仮にこのオフグリッドエリア選定案２７を採用する場合、点線と重なる開閉器４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｅを開状態とし、それ以外の開閉器４２Ａ，４２Ｄを閉にする操作となる。
【0036】
なお、図４に例示したオフグリッドエリア選定案２７では、オフグリッドエリア内に太陽光発電システム４３が含まれるが、こうした電源がないエリアをオフグリッドとして運用する場合、電源車や電気自動車などの移動可能な電源を用いることになる。
【0037】
図２の説明に戻って、系統安定性シミュレーション部２１は、オフグリッドエリア選定装置１のＣＰＵ２（図２）がメモリ３（図１）に保持された系統安定性シミュレーションプログラム１１（図１）を実行することにより具現化される機能部である。系統安定性シミュレーション部２１は、系統運用制約情報２８、負荷予測情報２９及び再生可能エネルギー出力予測情報３０を配電自動化システム１５などの外部システム（図１）から取得する。
【0038】
系統運用制約情報２８は、例えば、配電系統を流れる電流・電圧の周波数は49Hz以上51Hz以下、配電系統を流れる電圧は0.93pu以上1.07pu以下といった、配電系統を運用する上で遵守すべき制約（以下、これを系統運用制約と呼ぶ）に関する情報である。
【0039】
また負荷予測情報２９は、例えば図５に示すように、各バスにおける所定時間ごとの負荷容量の予測値を表す情報である。さらに再生可能エネルギー出力予測情報３０は、例えば図６に示すように、各バスにおける所定時間ごとの再生可能エネルギーの発電量の予測値を表す情報である。図５及び図６では、時間刻みを10分とした場合を例示しているが、これ以外の時間刻みであってもよい。
【0040】
そして系統安定性シミュレーション部２１は、取得した系統運用制約情報２８、負荷予測情報２９及び再生可能エネルギー出力予測情報３０と、オフグリッドエリア選定部２０から与えられたオフグリッドエリア選定案２７とに基づいて、オフグリッドエリア選定部２０により選択された１又は複数の各オフグリッドエリアについて、系統安定性に関する各種シミュレーションをそれぞれ実行する。
【0041】
実際上、系統安定性シミュレーション部２１は、突入電流シミュレーション部３１、周波数シミュレーション部３２及び電圧・過負荷シミュレーション部３３を備えている。
【0042】
そして突入電流シミュレーション部３１は、オフグリッドエリア選定部２０により選定されたオフグリッドエリアごとに、そのオフグリッドエリアにおける突入電流に関するシミュレーションをそれぞれ実行する。また周波数シミュレーション部３２は、これらのオフグリッドエリアにおける周波数変動に関するシミュレーションをそれぞれ実行し、電圧・過負荷シミュレーション部３３は、これらのオフグリッドエリアにおける電圧変動及び過負荷に関するシミュレーションをそれぞれ実行する。
【0043】
そして系統安定性シミュレーション部２１は、上述の突入電流シミュレーション部３１、周波数シミュレーション部３２及び電圧・過負荷シミュレーション部３３における各シミュレーションにより、系統運用制約に違反するシミュレーション結果が得られた場合には、そのようなシミュレーション結果が得られたオフグリッドエリアごとにその内容を１つの系統安定性違反量テーブル３４にそれぞれ格納して制約生成部２２に出力する。
【0044】
図７は、１つのオフグリッドエリアに対する系統安定性違反量テーブル３４の構成例を示す。この図７に示すように、系統安定性違反量テーブル３４には、系統安定性を判断する際の指標（以下、これを系統安定性指標と呼ぶ）である「周波数」、「突入電流」、「電圧」及び「過負荷」の４つの各項目（系統安定性指標）について、違反量欄３４Ａ、発生時刻欄３４Ｂ及び発生位置欄３４Ｃがそれぞれ設けられる。そして違反量欄３４Ａには、対応する系統安定性指標の系統運用制約に対する違反量が格納され、発生時刻欄３４Ｂにはその発生時刻が格納され、発生位置欄３４Ｃにはその発生位置がそれぞれ格納される。
【0045】
なお周波数は位置に依らずに一定であるため、周波数違反についての発生位置欄３４Ｃは空欄としてよい。また違反が発生しない系統安定性指標（図７の例では「突入電流」）については、発生時刻及び発生位置のいずれも空欄としてよい。さらに各系統安定性指標において複数の時刻及び又は位置で違反が発生する場合には、違反量、発生時刻及び発生場所をそれぞれ配列又はリストとして定義し、これら配列又はリストに各違反発生時の値を格納するようにしてもよい。
【0046】
制約生成部２２は、オフグリッドエリア選定装置１のＣＰＵ２（図１）がメモリ３（図１）に保持された制約生成プログラム１２（図１）を実行することにより具現化される機能部である。制約生成部２２は、オフグリッドエリア選定部２０から与えられたオフグリッドエリア選定案２７と、系統安定性シミュレーション部２１から与えられた系統安定性違反量テーブル３４とに基づいて、オフグリッドエリア選定部２０が選定したオフグリッドエリアごとに、そのオフグリッドエリアが系統運用制約を遵守し安定するための制約式を系統安定性制約３５としてそれぞれ生成する。
【0047】
具体的に、制約生成部２２は、次式
を満たす制約式を系統安定性制約３５として生成する。この（２）式において、ｘ及びｙはいずれも最適化変数であり、ｙは系統安定性違反量の推定値、ｘはオフグリッドエリア面積である。またａ、ｂ及びｃはいずれも定数であり、ａは感度情報、ｂは暫定解（オフグリッドエリア選定案２７における最適化変数ｘの値）、ｃは系統安定性違反量テーブル３４における違反量である。
【数2】
【0048】
系統安定性制約３５について、図８（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明する。図８（Ａ）に示すように、最適化変数ｘに対する違反量は点線で示された違反量ｃ及び暫定解ｂの真の特性式を表す曲線Ｋ１に従い変化するが、この真の特性式は不明であるとする。実線で示された線形推定式を表す直線Ｋ２は、系統安定性シミュレーション部２１におけるシミュレーション結果を接点Ｐとしたときの、曲線Ｋ１の接線と捉えることもできる。このシミュレーション結果は、ｘ軸の値が暫定解ｂ、ｙ軸の値が違反量ｃと一致する。
【0049】
以上のとき、系統安定性制約３５により定義される安定性違反量ｃの推定値の探索範囲は、直線Ｋ２より左上の領域となるが、目的関数で安定性違反量ｃの推定値は最小化されるため、実際には直線Ｋ２の線上のみを探索することになる。また系統安定性制約３５を様々な暫定解ｂにおいて生成することで、曲線Ｋ１が非線形であっても図８（Ｂ）のような線形特性式の重ね合わせにより真の特性式を精度良く推定することができる。
【0050】
系統安定性制約３５を構成するために必要な定数ａ、ｂ及びｃのうち、ｂ及びｃの値は、それぞれオフグリッドエリア選定部２０及び系統安定性シミュレーション部２１から受け取るものとする。一方、感度情報を表すａの値は、条件ごとに事前に計算しておき、テーブル等で保持しておくものとする。
【0051】
事前に設定された感度情報ａを保持するためのテーブル（以下、これを感度情報テーブルと呼ぶ）１４の構成例を図９に示す。この図９に示すように、感度情報テーブル１４は、条件ごとの感度情報ａの値が格納される。図９は、条件としてオフグリッドエリアにおいて３台の各電源車の使用／不使用が条件としている場合の例であり、例えば、３台すべての電源車を使用しないという条件（「条件１」）の下では感度情報ａの値が「30.0」であり、「電源車１」のみを使用し、「電源車２」及び「電源車３」を使用しないという条件（「条件２」）の下では感度情報ａの値が「20.0」となることが示されている。なお図９では、３台の電源車の使用の有無を条件とした場合の例であり、これ以外の条件を用いるようにしてもよい。
【0052】
制約生成部２２は、上述のようにして生成した系統安定性制約（制約式）３５をオフグリッドエリア選定部２０に出力する。そしてオフグリッドエリア選定部２０は、この系統安定性制約（制約式）３５を制約条件として数理計画に加えた上で上述と同様にしてオフグリッドエリアを再度選定し、選定結果をオフグリッドエリア選定案２７として系統安定性シミュレーション部２１に出力する。この後、オフグリッドエリア選定部２０が選定したオフグリッドエリアが配電系統の系統運用制約を遵守できるまで、系統安定性シミュレーション部２１、制約生成部２２及びオフグリッドエリア選定部２０において同様の処理が繰り返される。
【0053】
このような繰返し処理によってオフグリッドエリア選定装置１が最終的に得る情報は、オフグリッドエリア選定結果３６及び系統安定性特性の推定結果３７である。ここでの「オフグリッドエリア選定結果」は、オフグリッドエリア選定案２７の最終結果、即ち計算終了時におけるオフグリッドエリア選定案２７である。また「系統安定性特性の推定結果」は、図８（Ｂ）に示す直線Ｋ２（線形推定式）であり、オフグリッドエリア選定結果の解としての最適性の根拠や、系統安定性を遵守すると判断した根拠となる。オフグリッドエリア選定部２０は、上述のようにして最終的に得たオフグリッドエリア選定結果３６及び系統安定性特性の推定結果３７を表示装置７（図１）に出力し、これらの情報を表示させる。
【0054】
またオフグリッドエリア選定部２０は、表示装置７に表示させたオフグリッドエリア選定結果３６及び系統安定性特性の推定結果３７について、入力装置６（図１）が操作されてオペレータからその実行命令が入力されると、最終的に選定したオフグリッドエリアにオフグリッドを構築するため、必要な開閉器を開状態となるように操作すべき旨の指示（以下、これを開閉器操作指示と呼ぶ）を配電自動化システム１５（図１）に送信する。
【0055】
この結果、配電自動化システム１５は、オフグリッドエリア選定部２０から与えられた開閉器操作指示に基づいて、当該開閉器操作指示において指定された各開閉器をそれぞれ操作することにより、これらの開閉器の状態を開状態に遷移させる。これによりオフグリッドエリア選定部２０により選定された１又は複数のオフグリッドエリアが配電系統内に構築されることになる。
【0056】
図１０は、以上のような本実施の形態のオフグリッドエリア選定装置１において実行される一連の処理のうち、配電系統内でオフグリッドエリアを選定するまでの処理（以下、これをオフグリッドエリア選定処理と呼ぶ）の流れを示す。
【0057】
このオフグリッドエリア選定処理は、入力装置６（図１）が所定操作されてオフグリッドエリアの選定指示が入力されると開始される。そして、まず、オフグリッドエリア選定部２０が、配電自動化システム１５（図１）から配電系統内の負荷容量情報２４（図２）、再生可能エネルギー容量情報２５（図２）及び系統設備情報２６（図２）をそれぞれ取得し、取得したこれらの情報に基づいて（１）式について上述した数理計画問題の解を求め、求めた解をオフグリッドエリア選定案２７として系統安定性シミュレーション部２１に出力する（Ｓ１）。
【0058】
続いて、系統安定性シミュレーション部２１が、配電自動化システム１５から系統運用制約情報２８（図２）、負荷予測情報２９（図２）及び再生可能エネルギー出力予測情報３０（図２）を取得し、取得したこれらの情報と、オフグリッドエリア選定部２０から与えられたオフグリッドエリア選定案２７とに基づいて、オフグリッドエリア選定部２０が選定した各オフグリッドエリアにおける突入電流、周波数変動、電圧変動及び過負荷に関する各シミュレーションをそれぞれ実行する（Ｓ２Ａ～Ｓ２Ｃ）。
【0059】
また系統安定性シミュレーション部２１は、これらのシミュレーションのシミュレーション結果に基づいて、オフグリッドエリア選定部２０が選定したオフグリッドエリアが系統運用制約に違反していないか否かをそれぞれ判定する（Ｓ３）。
【0060】
そして系統安定性シミュレーション部２１は、オフグリッドエリア選定部２０が最後に選定した各オフグリッドエリアのいずれもが突入電流、周波数及び電圧・過負荷のいずれのシミュレーションでも系統運用制約を満たしていない場合には（Ｓ３：違反有）、オフグリッドエリア選定部２０が最後に選定した各オフグリッドエリアに対する系統安定性違反量テーブル３４（図７）をそれぞれ必要に応じて生成し、生成した系統安定性違反量テーブル３４を制約生成部２２に出力する（Ｓ４）。
【0061】
また制約生成部２２は、系統安定性シミュレーション部２１から系統安定性違反量テーブル３４が与えられると、この系統安定性違反量テーブル３４に基づいて上述の（２）式を満たす系統安定性制約３５（図２）を生成し（Ｓ５）、生成した系統安定性制約３５をオフグリッドエリア選定部２０に出力する。そしてオフグリッドエリア選定部２０は、制約生成部２２から与えられた系統安定性制約３５を数理計画に追加した上で（１）式の数理計画問題を再度解き、数理計画問題の解であるオフグリッドエリア選定案２７を更新する（Ｓ１）。
【0062】
以上のステップＳ１～ステップＳ５の処理が、オフグリッドエリア選定部２０が選定したオフグリッドエリアのうちの少なくとも１つのオフグリッドエリアについて系統安定性制約に対する系統運用制約に対する制約違反がなくなるまで繰り返される。
【0063】
そして、やがてオフグリッドエリア選定部２０により系統運用制約に違反しない少なくとも１つのオフグリッドエリアが選定されると（Ｓ３：違反無）、その旨が系統安定性シミュレーション部２１から制約生成部２２を介してオフグリッドエリア選定部２０に通知され、これによりそのオフグリッドエリアが最終的なオフグリッドエリアに決定されて、この後、このオフグリッドエリア選定処理が終了する。
【0064】
（１－２）本実施の形態の効果
以上のように本実施の形態のオフグリッドエリア選定装置１では、オフグリッドエリア選定部２０が、開閉器区間ごとの負荷容量情報２４、再生可能エネルギー容量情報２５及び系統設備情報２６に基づいて配電系統内のオフグリッドを構築可能なエリアを選定し、系統安定性シミュレーション部２１が、オフグリッドエリア選定部２０が選定したオフグリッドエリアにおける系統安定性をシミュレーションし、当該エリアが配電系統の系統運用制約を遵守できるか否かを判定する。
以上のように本実施の形態のオフグリッドエリア選定装置１では、オフグリッドエリア選定部２０が、開閉器区間ごとの負荷容量情報２４、再生可能エネルギー容量情報２５及び系統設備情報２６に基づいて配電系統内のオフグリッドを構築可能なエリアを選定し、系統安定性シミュレーション部２１が、オフグリッドエリア選定部２０が選定したオフグリッドエリアにおける系統安定性をシミュレーションし、当該エリアが配電系統の系統運用制約を遵守できるか否かを判定する。
【0065】
従って、本オフグリッドエリア選定装置１によれば、オフグリッドを構築可能なエリアに対してのみ系統安定性をシミュレーションすることができ、かくして系統安定性を考慮したオフグリッドエリアを短時間で選定することができる。
【0066】
（２）第２の実施の形態
本実施の形態においては、停電などの非常時にオフグリッドエリアを選定する場合について説明する。ここでは、オフグリッドエリアの電源としては、太陽光発電、系統用蓄電池及び電源車を使用するものとする。
本実施の形態においては、停電などの非常時にオフグリッドエリアを選定する場合について説明する。ここでは、オフグリッドエリアの電源としては、太陽光発電、系統用蓄電池及び電源車を使用するものとする。
【0067】
図２との対応部分に同一符号を付して示す図３は、第２の実施の形態によるオフグリッドエリア選定装置５０の論理構成を示す。オフグリッドエリア選定装置５０のハードウェア構成及びソフトウェア構成は第１の実施の形態と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【0068】
このオフグリッドエリア選定装置５０は、最終的な結果としてオフグリッドエリア選定結果３６及び系統安定性特性の推定結果３７に加えて、各電源車の配備場所５１を提示する点が第１の実施の形態のオフグリッドエリア選定装置１と相違する。
【0069】
実際上、本実施の形態のオフグリッドエリア選定装置５０の場合、オフグリッドエリア選定部５２は、負荷容量情報２４及び再生可能エネルギー容量情報２５に加えて、電源車リソース情報５３及び停電区間情報５４を配電自動化システム１５（図１）から取得する。電源車リソース情報５３は、各電源車に関する情報であり、各電源車の発電容量と、事前の配備場所との情報を含む。また停電区間情報５４は、災害等により停電した開閉器区間を表す情報である。
【0070】
そしてオフグリッドエリア選定部５２は、取得したこれらの情報に基づいて（１）式について上述した数理計算問題を解く。この際、（１）式のオフグリッドエリア面積areaを、停電区間情報５４として得られた停電が発生している区域内のオフグリッド化するエリアの面積と定義する。また、かかる数理計算問題の制約条件には、数理計画の制約式に加えて、電源車数の上限や、各電源車の発電容量などを含める。さらに数理計算問題の最適化変数として、上述した数理計画の最適化変数ｘ，ｙに加えて、各電源車の配備場所などを含める。そしてオフグリッドエリア選定部５２以外の系統安定性シミュレーション部２１及び制約生成部２２は、第１の実施の形態のオフグリッドエリア選定装置１と同様の処理を実行する。
【0071】
この結果、本オフグリッドエリア選定装置５０では、オフグリッドエリア選定部５２が解く数理計算問題の最終的な解として、停電が発生している区域内でオフグリッド化が可能な１又は複数のエリア（オフグリッドエリア）を表すオフグリッドエリア選定結果３６と、これらオフグリッドエリアごとの系統安定性特性の推定結果３７と、各電源車の配備場所５１とが得られ、これらの情報が表示装置７（図１）に表示される。
【0072】
以上のように本実施の形態のオフグリッドエリア選定装置５０によれば、停電などの非常時におけるオフグリッドエリアを選定することができるため、第１の実施の形態により得られる効果に加えて、停電時間を減少させて配電系統のレジリエンスを向上させ得るという効果をも得ることができる。
【0073】
（３）他の実施の形態
なお上述の第１及び第２の実施の形態においては、本発明によるオフグリッドエリア選定装置を１つのサーバ装置により構築するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、オフグリッドエリア選定装置の機能を分散型コンピューティングシステムを構成する複数のコンピュータ装置に分散して配置するようにしてもよい。
なお上述の第１及び第２の実施の形態においては、本発明によるオフグリッドエリア選定装置を１つのサーバ装置により構築するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、オフグリッドエリア選定装置の機能を分散型コンピューティングシステムを構成する複数のコンピュータ装置に分散して配置するようにしてもよい。
【0074】
また上述の第１及び第２の実施の形態においては、系統安定性シミュレーション部２１に突入電流シミュレーション部３１、周波数シミュレーション部３２及び電圧・過負荷シミュレーション部３３を設けるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、系統安定性シミュレーション部２１に、これ以外の系統安定性に関するシミュレーションを行う機能部を設けるようにしてもよい。
【0075】
さらに上述の第１及び第２の実施の形態においては、開閉器区間ごとの電源設備に関する情報として、開閉器区間ごとの、その開閉器区間内に存在する再生可能エネルギー発電設備などから出力される再生可能エネルギーに関する情報（再生可能エネルギー容量情報２５）を取得するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、再生可能エネルギー以外であってもオフグリッドエリアの電源となり得る独立した電源設備の情報を取得してオフグリッドエリアの選定に利用するようにしてもよい。
【0076】
さらに上述の第２の実施の形態においては、停電などの非常時にオフグリッドエリアを選定する機能のみがオフグリッドエリア選定装置５０に搭載されている場合について述べたが、本発明はこれに限らず、上述した第２の実施の形態の機能に加えて、第１の実施の形態のオフグリッドエリア選定装置１の機能をすべて第２の実施の形態のオフグリッドエリア選定装置５０に搭載するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0077】
本発明は、複数の開閉器が配置された配電系統内のオフグリッドを構築可能なエリアを選定するオフグリッドエリア選定装置に適用することができる。
【符号の説明】
【0078】
１，５０……オフグリッドエリア選定装置、２……ＣＰＵ、６……入力装置、７……表示装置、１４……感度情報テーブル、１５……配電自動化システム、２０，５２……オフグリッドエリア選定部、２１……系統安定性シミュレーション部、２２……制約生成部、２４……負荷容量情報、２５……再生可能エネルギー容量情報、２６……系統設備情報、２７……オフグリッドエリア選定案、２８……系統運用制約情報、２９……負荷予測情報、３０……再生可能エネルギー出力予測情報、３１……突入電流シミュレーション部、３２……周波数シミュレーション部、３３……電圧・過負荷シミュレーション部、３４……系統安定性違反量テーブル、３５……系統安定性制約、３６……オフグリッドエリア選定結果、３７……推定結果、３８……開閉器、５１……配備場所。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】