特許 7455644 発電計画決定システム、発電計画決定方法、およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-15

(45)【発行日】2024-03-26

(54)【発明の名称】発電計画決定システム、発電計画決定方法、およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/24 20060101AFI20240318BHJP

   H02J 3/00 20060101ALI20240318BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20240318BHJP

   G06Q 50/06 20240101ALI20240318BHJP

【ＦＩ】

H02J3/24

H02J3/00 170

H02J3/38 120

G06Q50/06

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020068745

(22)【出願日】2020-04-07

(65)【公開番号】P2021166432

(43)【公開日】2021-10-14

【審査請求日】2023-01-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山嵜 朋秀

(72)【発明者】

【氏名】木村 操

(72)【発明者】

【氏名】田能村 顕一

(72)【発明者】

【氏名】星野 友祐

【審査官】清水 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－２１６５３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１３５７３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０３００６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０６Ｑ １０／００－１０／１０

Ｇ０６Ｑ ３０／００－３０／０８

Ｇ０６Ｑ ５０／００－５０／２０

Ｇ０６Ｑ ５０／２６－９９／００

Ｇ１６Ｚ ９９／００

Ｈ０２Ｊ ３／００－５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力系統について過渡安定度計算に基づいて過渡安定度を評価する安定度評価部と、
過渡安定度の維持可否を判定するための閾値を算出する安定度評価閾値生成部と、
過渡安定度を維持可能な制約条件に基づいて予め定義した目的関数の値を最小化する発電計画と需要計画とを含む計画を、前記閾値を用いて過渡安定度の維持可否の判定を繰り返すことで作成する最適計画作成部と、
前記最適計画作成部において作成された前記計画に対して過渡安定度計算を実行して前記制約条件を満たさない場合には前記制約条件を満たすように計画を補正する計画補正部と、
を備え、
前記安定度評価閾値生成部は、
過渡安定度との相関があり、かつ過渡安定度計算以外の方法によって算出可能な指標を過渡安定度の評価指標に決定し、前記評価指標について不安定と安定の境界となる前記閾値を算出し、
前記安定度評価部は、前記閾値の算出要否を評価して記録し、
前記閾値の算出が必要である場合は、前記安定度評価閾値生成部において前記閾値を算出し、前記最適計画作成部において過渡安定度の前記評価指標の値と閾値とを比較して、前記過渡安定度計算よりも高速に過渡安定度の維持可否を判定し、
前記閾値の算出が不要である場合は、前記最適計画作成部において過渡安定度計算を実行して過渡安定度の維持可否を判定する、発電計画決定システム。

【請求項2】

前記計画補正部は、
前記最適計画作成部における計算過程で得られた過渡安定度の前記評価指標の値と、前記目的関数の値とを組み合わせたデータベースを構築し、前記データベース中の任意のデータに対して過渡安定度計算の実行を繰り返すことにより前記制約条件を満たすように前記計画を補正する、請求項１に記載の発電計画決定システム。

【請求項3】

電力系統について過渡安定度計算に基づいて過渡安定度を評価する安定度評価ステップと、
過渡安定度の維持可否を判定するための閾値を算出する安定度評価閾値生成ステップと、
過渡安定度を維持可能な制約条件に基づいて予め定義した目的関数の値を最小化する発電計画と需要計画とを含む計画を、前記閾値を用いて過渡安定度の維持可否の判定を繰り返すことで作成する最適計画作成ステップと、
前記最適計画作成ステップにおいて作成された前記計画に対して過渡安定度計算を実行して前記制約条件を満たさない場合には前記制約条件を満たすように計画を補正する計画補正ステップと、
を含み、
前記安定度評価閾値生成ステップは、
過渡安定度との相関があり、かつ過渡安定度計算以外の方法によって算出可能な指標を過渡安定度の評価指標に決定し、前記評価指標について不安定と安定の境界となる前記閾値を算出し、
前記安定度評価ステップは、前記閾値の算出要否を評価して記録し、
前記閾値の算出が必要である場合は、前記安定度評価閾値生成ステップにおいて前記閾値を算出し、前記最適計画作成ステップにおいて過渡安定度の前記評価指標の値と閾値とを比較して、前記過渡安定度計算よりも高速に過渡安定度の維持可否を判定し、
前記閾値の算出が不要である場合は、前記最適計画作成ステップにおいて過渡安定度計算を実行して過渡安定度の維持可否を判定する、発電計画決定方法。

【請求項4】

コンピュータに、
電力系統について過渡安定度計算に基づいて過渡安定度を評価する安定度評価部と、
過渡安定度の維持可否を判定するための閾値を算出する安定度評価閾値生成部と、
過渡安定度を維持可能な制約条件に基づいて予め定義した目的関数の値を最小化する発電計画と需要計画とを含む計画を、前記閾値を用いて過渡安定度の維持可否の判定を繰り返すことで作成する最適計画作成部と、
前記最適計画作成部において作成された前記計画に対して過渡安定度計算を実行して前記制約条件を満たさない場合には前記制約条件を満たすように計画を補正する計画補正部と、
を実行させるためのプログラムであって、
前記安定度評価閾値生成部は、
過渡安定度との相関があり、かつ過渡安定度計算以外の方法によって算出可能な指標を過渡安定度の評価指標に決定し、前記評価指標について不安定と安定の境界となる前記閾値を算出し、
前記安定度評価部は、前記閾値の算出要否を評価して記録し、
前記閾値の算出が必要である場合は、前記安定度評価閾値生成部において前記閾値を算出し、前記最適計画作成部において過渡安定度の前記評価指標の値と閾値とを比較して、前記過渡安定度計算よりも高速に過渡安定度の維持可否を判定し、
前記閾値の算出が不要である場合は、前記最適計画作成部において過渡安定度計算を実行して過渡安定度の維持可否を判定する、プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、発電計画決定システム、発電計画決定方法、およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

今後、中長期的に電力系統への再生可能エネルギー電源（以下、「再エネ」とも称する。）の大量導入が見込まれており、同期発電機を多数停止した運用が想定される。同期発電機の停止に伴い同期化力が低下する点と、再エネ増大により系統の潮流が重潮流化・不確実化する点を考慮すると、過渡安定度が低下することが懸念される。過渡安定度を維持するための方策の１つとして、発電計画時点で過渡安定度が維持できない断面（場面）について発電機の運転・停止状態や発電計画を変更する方法が考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－２０８８２６号公報

【0004】

上述の過渡安定度低下への懸念の対策として、例えば、詳細過渡安定度計算を繰り返し実行して過渡安定度を維持できる断面を探索する方法が考えられる。しかしながら、条件によっては実行すべき詳細過渡安定度計算の回数が膨大となり、限りある時間内で計算が終了しないことや、計算資源（計算機台数、演算プロセッサ数等）の増大によりシステムのコストが増加することが懸念される。

【0005】

そこで、本発明が解決しようとする課題は、計算量を抑制しつつ、過渡安定度を維持できる適切な発電計画を決定することができる発電計画決定システム、発電計画決定方法、およびプログラムを提供することである。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態の発電計画決定システムは、電力系統について詳細過渡安定度計算に基づいて過渡安定度を評価する安定度評価部と、過渡安定度の維持可否を判定するための閾値を算出する安定度評価閾値生成部と、過渡安定度を維持可能な制約条件に基づいて予め定義した目的関数の値を最小化する発電計画と需要計画とを含む計画を、前記閾値を用いて過渡安定度の維持可否の判定を繰り返すことで作成する最適計画作成部と、前記最適計画作成部において作成された前記計画に対して詳細過渡安定度計算を実行して前記制約条件を満たさない場合には前記制約条件を満たすように計画を補正する計画補正部と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、実施形態の発電計画決定システムの全体構成等を示す図である。

【図2】図２は、再エネ出力予測情報の一例を示す図である。

【図3】図３は、需要計画情報の一例を示す図である。

【図4】図４は、発電計画情報の一例を示す図である。

【図5】図５は、発電機情報の一例を示す図である。

【図6】図６は、想定事故ケース情報の一例を示す図である。

【図7】図７は、系統状態情報の一例を示す図である。

【図8】図８は、安定度評価部の処理を示すフローチャートである。

【図9】図９は、安定度評価情報の一例を示す図である。

【図10】図１０は、安定度評価閾値生成部の処理を示すフローチャートである。

【図11】図１１は、図１０のＳ２３の詳細の一例を示すフローチャートである。

【図12】図１２は、閾値情報の一例を示す図である。

【図13】図１３は、計画補正部の処理を示すフローチャートである。

【図14】図１４は、最適化履歴情報の一例を示す図である。

【図15】図１５は、最適化履歴情報の一例をグラフ化した図である。

【図16】図１６は、メタヒューリスティクス手法の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、実施形態の発電計画決定システム、発電計画決定方法、およびプログラムについて、図面を参照して説明する。

【0009】

［発電計画決定システムの全体構成］
図１は、実施形態の発電計画決定システム１の全体構成等を示す図である。電力系統２には、例えば、発電機２１（２１Ａ（Ｇ１）、２１Ｂ（Ｇ２））と、再エネ２２（２２Ａ、２２Ｂ）と、負荷２３（２３Ａ、２３Ｂ）と、系統状態情報収集装置２４（２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ、２４Ｅ）と、制御装置２５（２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄ）と、が接続される。なお、以下において、発電機２１と再エネ２２を総称して「発電機」と称する場合がある。

【0010】

発電機２１は、火力発電機、水力発電機、原子力発電機などの大規模電源である。再エネ２２は、太陽光発電や風力発電などの複数の電源で構成される。負荷２３は、ビル、工場、一般家庭などの複数の需要家により構成される。系統状態情報収集装置２４は、開閉器の開放・投入状態や、発電機の並解列状態など、電力系統２の構成に関する情報を発電計画決定システム１に送信する。制御装置２５は発電計画決定システム１から計画データを受信し、発電機２１や再エネ２２や負荷２３の制御を実施する。

【0011】

発電計画決定システム１は、過渡安定度（以下、単に「安定度」とも称する。）を維持可能な制約条件（例えば、発電機の物理的な制約を含む。）に基づいて予め定義した目的関数（例えば、発電機２１の調整に伴い発生する総コスト最小の目的関数）の値を最小化する電力系統２における発電機２１、再エネ２２の発電計画や負荷２３の需要計画を作成する。発電計画や需要計画は、例えば、実需給断面の１時間前に単一時間コマを対象に作成したり、前日に翌日の全時刻を対象に作成したり、１週間前に翌週の各日を対象に計画したりしても良い。発電計画等の単位時間は、例えば３０分や１時間などであるが、これらに限定されない。

【0012】

発電計画決定システム１は、一以上のプロセッサを含む。発電計画決定システム１０は、単体のコンピュータ装置であってもよいし、二以上に分散化されたコンピュータ装置であってもよい。発電計画決定システム１は、処理部１１、記憶部１２、入力部１３、表示部１４を有する。

【0013】

入力部１３は、例えば、各種キー、ボタン、ダイヤルスイッチ、マウス、表示部１４と一体として形成されるタッチパネルなどのうち一部または全部を含む。また、入力部１３は、外部装置と電気的に接続される接続部であってもよい。表示部１４は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）や有機ＥＬ（Electro-luminescence）表示装置などである。記憶部１２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＳＳＤ（Solid State Drive）などのフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などである。

【0014】

処理部１１における各機能部（各部１１Ａ～１１Ｇ）は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することで実現される。また、これらの各機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のハードウェア（回路部；circuitryを含む。）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。

【0015】

処理部１１のうち、データ管理部１１Ａは、入力部１３から入力された情報を記憶部１２における再エネ出力予測情報１２Ａ、需要計画情報１２Ｂ、発電計画情報１２Ｃ、発電機情報１２Ｄ、想定事故ケース情報１２Ｅに記録する。入力部１３にはキーボードやタッチパネルなどのＩ／Ｏ機器を接続してもよいし、あるいは、別のシステムからの情報を入力部１３に入力（伝送）してもよい。

【0016】

図２は、再エネ出力予測情報１２Ａの一例を示す図である。再エネ出力予測情報１２Ａは、再エネ２２の出力予測値を計画対象時刻ごとに保存した情報である。太陽光発電や風力発電などの再エネ２２の出力値は天候に応じて変動する可能性があるため、想定されるパターンを複数保持しておく。

【0017】

図３は、需要計画情報１２Ｂの一例を示す図である。需要計画情報１２Ｂは、負荷２３の需要を計画対象時刻ごとに保存した情報である。需要は、例えば、小売事業者から受領した需要計画値や需要予測値を用いれば良い。

【0018】

図４は、発電計画情報１２Ｃの一例を示す図である。発電計画情報１２Ｃは、発電機２１の出力値を計画対象時刻ごとに保存した情報である。発電機２１の出力値は、例えば、発電事業者から受領した発電計画値を用いれば良い。

【0019】

図５は、発電機情報１２Ｄの一例を示す図である。発電機情報１２Ｄは、最小出力、最大出力、上げ出力変化速度、下げ出力変化速度、上げ調整単価、下げ調整単価などの各発電機２１に関する諸元（諸要素）の情報を保存した情報である。

【0020】

図６は、想定事故ケース情報１２Ｅの一例を示す図である。想定事故ケース情報１２Ｅは、想定事故ケースの事故箇所、事故様相、安定化制御などの情報を保存した情報である。安定化制御の情報については、例えば、系統安定化システムなどの別システムから入力すれば良い。

【0021】

処理部１１のうち、系統状態情報収集部１１Ｆは、電力系統２の系統状態情報収集装置２４を介して開閉器の開放・投入状態や、発電機の並解列状態など、電力系統２の構成に関する情報を収集し、記憶部１２の系統状態情報１２Ｆに保存する。図７は、系統状態情報１２Ｆの一例を示す図である。なお、系統状態情報１２Ｆの情報は、入力部１３およびデータ管理部１１Ａを介して入力されても良い。

【0022】

処理部１１のうち、安定度評価部１１Ｂは、記憶部１２における再エネ出力予測情報１２Ａ、需要計画情報１２Ｂ、発電計画情報１２Ｃ、発電機情報１２Ｄ、想定事故ケース情報１２Ｅ、系統状態情報１２Ｆを読み込み、計画対象時刻、想定事故ケース、再エネ出力予測パターンの全組合せに対して各１回の詳細過渡安定度計算を実行のうえ、その結果を安定度評価情報１２Ｇに保存する。

【0023】

処理部１１のうち、安定度評価閾値生成部１１Ｃは、記憶部１２における再エネ出力予測情報１２Ａ、需要計画情報１２Ｂ、発電計画情報１２Ｃ、発電機情報１２Ｄ、想定事故ケース情報１２Ｅ、系統状態情報１２Ｆ、安定度評価情報１２Ｇを読み込み、過渡安定度の維持可否を判定（以下、「過渡安定度の判定」とも称する。）するための閾値を算出して閾値情報１２Ｈに保存する。

【0024】

処理部１１のうち、最適計画作成部１１Ｄは、記憶部１２における再エネ出力予測情報１２Ａ、需要計画情報１２Ｂ、発電計画情報１２Ｃ、発電機情報１２Ｄ、想定事故ケース情報１２Ｅ、系統状態情報１２Ｆ、安定度評価情報１２Ｇ、閾値情報１２Ｈを読み込み、過渡安定度を維持可能な制約条件下で、計画により生じる目的関数値を最小化する電力系統２における発電機２１、再エネ２２の発電計画や負荷２３の需要計画を作成し、最適化履歴情報２１Ｉに保存する。

【0025】

処理部１１のうち、計画補正部１１Ｅは、最適計画作成部１１Ｄの解である発電機２１、再エネ２２の発電計画や負荷２３の需要計画が反映された系統状態を対象に詳細過渡安定度計算を実行し、不安定となる場合には安定となるように計画（解。例えば図４の出力値）を補正する。

【0026】

処理部１１のうち、制御指令送信部１１Ｇは、計画補正部１１Ｅにより作成された解すなわち発電計画や需要計画を制御装置２５に送信する。また、制御指令送信部１１Ｇは、表示部１４に発電計画や需要計画を表示する。

【0027】

なお、記憶部１２に記憶する各情報１２Ａ～１２Ｉのうち、従来技術と比較して特に新しいのは、安定度評価情報１２Ｇ、閾値情報１２Ｈ、最適化履歴情報２１Ｉである。また、処理部１１における各部１１Ａ～１１Ｇのうち、従来技術と比較して特に新しいのは、安定度評価閾値生成部１１Ｃ、計画補正部１１Ｅである。

【0028】

［発電計画決定システムの作用（処理）］
次に、実施形態の発電計画決定システム１の作用（処理）について説明する。図８は、安定度評価部１１Ｂの処理を示すフローチャートである。安定度評価部１１Ｂは、Ｓ１で想定事故ケースを初期化し（ｆ＝０）、Ｓ２で再エネ出力パターンを初期化し（ｐ＝０）、Ｓ３で計画対象時刻を初期化する（ｔ＝０）。なお、以下において、各変数（ｆ、ｐ、ｔ）のインクリメント処理については適宜行うものとし、説明を省略する。

【0029】

次に、安定度評価部１１Ｂは、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６の処理を想定事故ケース数Ｆｍａｘ、再エネ出力パターン数Ｐｍａｘ、計画対象時刻数Ｔｍａｘの全組合せに対して実行する。具体的には、以下のとおりである。

【0030】

安定度評価部１１Ｂは、Ｓ１４において、再エネ出力予測情報１２Ａ、需要計画情報１２Ｂ、発電計画情報１２Ｃ、発電機情報１２Ｄ、想定事故ケース情報１２Ｅ、系統状態情報１２Ｆを読み込み、系統データを作成して詳細過渡安定度計算を実行する。

【0031】

次に、安定度評価部１１Ｂは、Ｓ１５において、詳細過渡安定度計算結果から過渡安定度を判定し、安定度評価情報１２Ｇに保存する。過渡安定度の判定は、例えば詳細過渡安定度計算結果において発電機の内部相差角が１８０ｄｅｇ．を超過する発電機が存在する場合には不安定、その他の場合には安定とする方法が考えられる。

【0032】

次に、安定度評価部１１Ｂは、Ｓ１６において、詳細過渡安定度計算結果を保存したファイルを安定度評価情報１２Ｇに保存する。保存する詳細過渡安定度計算結果は潮流計算結果、発電機内部相差角の時間推移、などの情報を含む。

【0033】

Ｓ１７において、ｔ＜ＴｍａｘであればＳ１４に戻り、ｔ＝ＴｍａｘであればＳ１８に進む。Ｓ１８において、ｐ＜ＰｍａｘであればＳ１３に戻り、ｐ＝ＰｍａｘであればＳ１９に進む。Ｓ１９において、ｆ＜ＦｍａｘであればＳ１２に戻り、ｆ＝ＦｍａｘであればＳ２０に進む。

【0034】

安定度評価部１１Ｂは、Ｓ２０において、安定度評価閾値生成部１１Ｃでの閾値の算出要否を判定して、安定度評価情報１２Ｇに保存する。閾値の詳細は後述するが、最適計画作成部１１Ｄにおいて最適化計算過程で詳細過渡安定度計算を実行せずに過渡安定度を判定する場合に用いる。元の計画において安定であるケースは最適化計算自体が不要であるので、閾値の算出は不要である。また、元の計画において不安定であるケースのうち、最適化計算過程で詳細過渡安定度計算を実行して過渡安定度を判定するケースについても閾値の算出は不要である。詳細過渡安定度計算を実行するケース数は計算機の処理能力や事故条件の複雑さ等に応じて任意に決定することができる。

【0035】

図９は、安定度評価情報１２Ｇの一例を示す図である。安定度評価情報１２Ｇは、事故ケース、再エネ出力パターン、時間、過渡安定度、過渡安定度計算結果を保存したファイル名、閾値の算出の要否（あり／なし）の各項目から構成される。

【0036】

図１０は、安定度評価閾値生成部１１Ｃの処理を示すフローチャートである。安定度評価閾値生成部１１Ｃは、Ｓ２１で、ケースの変数を初期化する（Ｎ＝０）。

【0037】

次に、安定度評価閾値生成部１１Ｃは、Ｓ２２、Ｓ２３の処理について、不安定かつ閾値を算出する対象としたケース数Ｎｍａｘだけ繰り返す。具体的には、以下のとおりである。

【0038】

安定度評価閾値生成部１１Ｃは、Ｓ２２において、過渡安定度との相関性があり、かつ潮流計算などの詳細過渡安定度計算以外の方法によって算出可能な指標を過渡安定度の評価指標に決定する。例えば、詳細過渡安定度計算で最初に脱調する発電機の端子電圧の相差角とする方法や、過去の計算データから相関係数の最も大きい計算値とする方法や、事前のオフライン検討で指標を決定して保存しておく方法などが考えられる。また、指標は複数あっても良く、さらに複数の指標について加重平均を取った値などでも良い。

【0039】

次に、安定度評価閾値生成部１１Ｃは、Ｓ２３において、Ｓ２２で決定した過渡安定度の評価指標について、不安定と安定の境界となる閾値を算出する。不安定と安定の境界となる閾値の算出方法としては、図１１に示されるように、発電機の有効電力出力を２分法によって変化させて不安定と安定の境界となる閾値を算出する方法が考えられる。

【0040】

図１１は、図１０のＳ２３の詳細の一例を示すフローチャートである。安定度評価閾値生成部１１Ｃは、Ｓ２０１において安定度評価情報１２Ｇに保存された詳細過渡安定度計算結果を参照し、不安定発電機群を決定する。不安定発電機群を決定する方法としては、例えば、発電機の内部相差角が１８０ｄｅｇ．を超過する発電機が出現する時刻まで、発電機の内部相差角が単調増加する発電機群とする方法が考えられる。

【0041】

次に、安定度評価閾値生成部１１Ｃは、Ｓ２０２において、不安定発電機群の有効電力出力合計値をＰＧｕとする。

【0042】

次に、安定度評価閾値生成部１１Ｃは、Ｓ２０３において、ＰＧｕｌに不安定発電機群の最低出力の合計値を代入し、ＰＧｕｕにＰＧｕを代入する。

【0043】

そして、安定度評価閾値生成部１１Ｃは、Ｓ２０６～Ｓ２１２の処理を、ｉがＩｍａｘに達するまで（Ｓ２０５でＹｅｓになるまで）繰り返す。

【0044】

安定度評価閾値生成部１１Ｃは、Ｓ２０６において、ｉをインクリメントする。次に、安定度評価閾値生成部１１Ｃは、Ｓ２０７において、ＰＧｕｌとＰＧｕｕの平均値をＰＧｕｃに代入する。

【0045】

次に、安定度評価閾値生成部１１Ｃは、Ｓ２０８において、不安定発電機群のＰＧ合計値がＰＧｕｃになるように各発電機出力値を変更し、変更により生じた需給インバランス分は不安定発電機群以外の発電機にて調整する。

【0046】

次に、安定度評価閾値生成部１１Ｃは、Ｓ２０９において、過渡安定度計算を実行する。次に、安定度評価閾値生成部１１Ｃは、Ｓ２１０において、過渡安定度が安定か否かを判定し、Ｙｅｓの場合はＳ２１１に進み、Ｎｏの場合はＳ２１２に進む。

【0047】

Ｓ２１１において、安定度評価閾値生成部１１Ｃは、ＰＧｕｌにＰＧｕｃを代入する。Ｓ２１２において、安定度評価閾値生成部１１Ｃは、ＰＧｕｕにＰＧｕｃを代入する。Ｓ２１１、Ｓ２１２の後、Ｓ２０５に戻る。

【0048】

安定度評価閾値生成部１１Ｃは、Ｓ２１３において、不安定発電機群のＰＧ合計値がＰＧｕｕである場合における過渡安定度の評価指標の値を閾値に設定する。なお、上記の例は２分法による実現案を示したが、その他の探索アルゴリズムを用いても良い。

【0049】

図１２は、閾値情報１２Ｈの一例を示す図である。閾値情報１２Ｈは、例えば、過渡安定度の評価指標値がＧ１の端子電圧の相差角である。

【0050】

最適計画作成部１１Ｄは、記憶部１２における再エネ出力予測情報１２Ａ、需要計画情報１２Ｂ、発電計画情報１２Ｃ、発電機情報１２Ｄ、想定事故ケース情報１２Ｅ、系統状態情報１２Ｆ、安定度評価情報１２Ｇ、閾値情報１２Ｈを読み込み、各時刻について、すべての事故ケース、再エネ出力パターンにおいて過渡安定度を維持可能な制約条件下で、予め定義した目的関数（例えば、発電機の調整に伴い発生する総コスト最小の目的関数）の値を最小化する電力系統２における発電機２１、再エネ２２の発電計画や負荷２３の需要計画を作成する。

【0051】

ただし、最適計画作成部１１Ｄは、過渡安定度の判定方法として、安定度評価情報１２Ｇにおいて過渡安定度が「不安定」でかつ閾値の算出が「なし」のケースについては、詳細過渡安定度計算を実行することにより判定する。過渡安定度が「不安定」でかつ閾値の算出が「あり」のケースについては、潮流計算などの詳細過渡安定度計算よりも高速に実行することが可能な方法によって過渡安定度の評価指標を算出し、閾値情報１２Ｈに保存された閾値と比較することにより判定する。最適化問題は、例えば遺伝的アルゴリズムや差分進化などのメタヒューリスティクス手法や、最適潮流計算として定式化できる場合には汎用最適化ソルバーを用いて解くことができる。

【0052】

図１３は、計画補正部１１Ｅの処理を示すフローチャートである。計画補正部１１Ｅは、Ｓ３１において、時刻を初期化する（ｔ＝０）。次に、計画補正部１１Ｅは、最適化を実行し、かつ過渡安定度の判定に際して閾値情報１２Ｈを用いたケースが存在する時刻数ＴＯｍａｘだけ（Ｓ４１でＹｅｓになるまで）Ｓ３２からＳ４０までの処理を繰り返す。具体的には、以下のとおりである。

【0053】

計画補正部１１Ｅは、Ｓ３２において、最適計画作成部１１Ｄの最適解について、全ての事故ケース、再エネ出力パターンで詳細過渡安定度計算を実行する。Ｓ３３で不安定なケースが存在する（つまり、安定でない）場合には（Ｎｏ）、計画補正部１１Ｅは、Ｓ３４において、図１４に示すような、過渡安定度の評価指標値と最適化の目的関数値の関係を保存したデータベースを作成し、最適化履歴情報１２Ｉに保存する。

【0054】

図１４は、最適化履歴情報１２Ｉの一例を示す図である。なお、最適化履歴情報１２Ｉは例えば最適化方法としてメタヒューリスティクス手法を用いた場合には全世代、全個体の計算結果をデータベース化すれば良い。

【0055】

ここで、図１６は、メタヒューリスティクス手法の説明図である。メタヒューリスティクス手法では、例えば、まず、発電機Ｇ１の出力値と発電機Ｇ２の出力値の組み合わせ（Ｐ１～Ｐ９）をランダムに設定する。そして、最適化の計算を実行するたびに、その組み合わせ（Ｐ１～Ｐ９）が最適値に近づく。この場合、発電機Ｇ１の出力値と発電機Ｇ２の出力値の組み合わせを個体と呼び、最適化を繰り返す回数を世代数と呼ぶ。

【0056】

次に、図１５は、最適化履歴情報１２Ｉの一例をグラフ化した図である。図１５は、図１４のデータベースについて、横軸をＧ１の端子電圧の相差角、縦軸を目的関数値としてプロットした例である。

【0057】

計画補正部１１Ｅは、図１３のＳ３５において、最適解における過渡安定度の評価指標をθ＿０＾ｓｏｌとする。次に、計画補正部１１Ｅは、Ｓ３６でｉ＝０に設定し、Ｓ３７において、過渡安定度の評価指標がθ＿ｉ＾ｓｏｌ未満で最適化の目的関数値が最小の点について全ての事故ケース、再エネ出力パターンについて詳細過渡安定度計算を実行する。

【0058】

Ｓ３８で不安定なケースが存在する（つまり、安定でない）場合には（Ｎｏ）、計画補正部１１Ｅは、Ｓ３９でθ＿（ｉ＋１）＾ｓｏｌ＝θ＿ｉ＾ｓｏｌ－α、Ｓ４０でｉ＝ｉ＋１に設定し、Ｓ３７以降の処理を再度実行する。図１５の例では、（ア）点（最適解）において不安定となるケースがあり、また、θ＿０＾ｓｏｌ未満のデータで目的関数値が最小である（イ）点でも不安定となるケースがある。そして、θ＿１＾ｓｏｌ未満のデータで目的関数値が最小である（ウ）点で全ケースが安定となり、（ウ）点を新たな解として選択する。

【0059】

なお、αは固定値として事前に設定した値とするか、あるいはｉが増加するにつれて可変にしても良い。また、実施形態では図１５において横軸方向に新たな解を探索したが、縦軸方向に解を探索しても良い。さらに、過渡安定度以外の制約条件も同時に確認し、これも満たすような解に補正しても良い。

【0060】

計画補正部１１Ｅにより作成された解すなわち発電計画や需要計画を制御装置２５に送信する。なお、実需給断面において需要・供給が発電計画や需要計画作成時の想定と一致しない場合には、一般的な経済負荷配分装置や負荷周波数制御装置の情報を用いて制御指令を補正すれば良い。また、同時に表示部１４にも発電計画や需要計画を表示する。

【0061】

［発電計画決定システムの効果］
安定度評価閾値生成部１１Ｃで算出した閾値を用いて、最適計画作成部１１Ｄの最適化過程において詳細過渡安定度計算よりも高速な手法で過渡安定度を判定した場合、詳細過渡安定度計算結果に基づき過渡安定度を判定する場合と比較して高速に発電計画、需要計画を策定可能である。

【0062】

一例として、最適計画作成部１１Ｄでメタヒューリスティクス手法により最適化を実行した場合、個体数１００、世代数１００と設定すると、１時刻、１事故ケース、１再エネパターンに対して１０，０００回の過渡安定度の評価が必要になる。例えば１回の計算につき１０秒の計算時間を要する詳細過渡安定度計算を過渡安定度の評価のために実行した場合には１００，０００秒の計算時間を要する。

【0063】

一方、例えば１回の計算につき０．１秒の計算時間を要する潮流計算を過渡安定度の評価のために実行した場合には１，０００秒で計画を策定可能である。ただし、本実施形態を用いた場合、設定値に応じて安定度評価閾値生成部１１Ｃおよび計画補正部１１Ｅで複数回の詳細過渡安定度計算が必要であり、それぞれ１０回とした場合には２０回分の詳細過渡安定度計算のために２００秒を要し、最適計画作成部１１Ｄの計算時間と合わせて１、２００秒の計算時間を要する。それでも最適計画作成部１１Ｄで詳細過渡安定度計算を過渡安定度の評価のために実行した場合と比較すると９８．８％の削減、即ち１．２％の計算時間で済む。

【0064】

このように、本実施形態の発電計画決定システム１によれば、詳細過渡安定度計算だけを行うのではなく、詳細過渡安定度計算と他の計算（例えば潮流計算）を使い分けることで、計算量を抑制しつつ、過渡安定度を維持できる適切な発電計画を決定することができる。具体的には、過渡安定度を維持できる制約条件下で目的関数値の最小化を図りつつ、詳細過渡安定度計算を用いるよりも高速に最適化計算を実行できる。

【0065】

従来技術では、例えば、固有値に基づく最適化計算によって安定度が向上するように発電機の出力配分を決定する技術を提案している。固有値は詳細過渡安定度計算よりも高速に導出できるが、線形領域を対象とした定態安定度の評価に用いられる指標であり、今回目的とする過渡安定度の向上に用いた場合には非線形領域において精度面で問題が生じることが懸念される。本実施形態の発電計画決定システム１によれば、非線形領域においても高精度な発電計画等の計画を策定できる。

【0066】

また、発電計画決定システム１によれば、過渡安定度との相関があり、かつ詳細過渡安定度計算以外の方法によって算出可能な指標を過渡安定度の評価指標に決定し、その評価指標を用いることで、詳細過渡安定度計算を用いるよりも高速な最適化計算を具体的に実行できる。

【0067】

また、詳細過渡安定度計算よりも高速な手法で過渡安定度を判定した場合には、過渡安定度が不安定となる解が得られてしまうリスクがあるが、計画補正部１１Ｅの処理によって必ず安定となる計画（解）を得ることが可能である。

【0068】

また、上述のように安定度評価閾値生成部１１Ｃによる閾値の算出の要否を判定することで、発電計画決定システム１における手法と従来と同様の詳細過渡安定度計算の手法を適切に組み合わせることができる。

【0069】

本実施形態の発電計画決定システム１で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ（Compact Disc）－ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。

【0070】

また、当該プログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、当該プログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。また、当該プログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。

【0071】

当該プログラムは、上述した各部１１Ａ～１１Ｇを含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵが上記記憶媒体からプログラムを読み出して実行することにより上記各部１１Ａ～１１Ｇが主記憶装置上にロードされ、主記憶装置上に生成される。

【0072】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0073】

１…発電計画決定システム、２…電力系統、１１…処理部、１１Ａ…データ管理部、１１Ｂ…安定度評価部、１１Ｃ…安定度評価閾値生成部、１１Ｄ…最適計画作成部、１１Ｅ…計画補正部、１１Ｆ…系統状態情報収集部、１１Ｇ…制御指令送信部、１２…記憶部、１３…入力部、１４…表示部、２１…発電機、２２…再エネ、２３…負荷、２４…系統状態情報収集装置、２５…制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】