JP2005045901A

JP2005045901A - 架空配電線最適自動設計システムおよびその方法

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Publication number: JP2005045901A
Application number: JP2003202352A
Authority: JP
Inventors: Junya Shinohara; 純也篠原; Kazuhiko Orimoto; 和彦折本; Hirotoshi Hakoda; 博俊箱田
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2023-07-28
Also published as: JP4094993B2

Abstract

【課題】作業効率の向上、設計時間の短縮および設備コストの低減などが図れる架空配電線最適自動設計システムおよびその方法を提供する。
【解決手段】架空配電線最適自動設計システム８０は、少なくとも分岐元柱、電柱位置、配電線ルート、各電柱の負荷および制約条件を含む初期設定項目を格納するための電柱情報ファイル８１と、初期設定項目に基づいて架空配電線設計の初期解を求めるとともに、架空配電線設計の初期解に基づいて建設コストおよび電力ロスを最小化する架空配電線設計の最適解を求めるコンピュータ８２とを備える。コンピュータ８２は、ロジック手法を用いて架空配電線設計の初期解を求め、初期解に基づいてメタヒューリスティック手法を用いて架空配電線設計の最適解を求める。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、架空配電線を設計する際に用いる架空配電線最適自動設計システム及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、架空配電線の設計においては、設計者が設計基準に基づいて手計算または個別のツールを用いて強度計算や電圧降下計算などを行って、電柱、電線および変圧器などの組合せや配置を決定している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の架空配電線設計方法では、設計者が手計算や個別のツールを用いて設計を行うため、作業効率が悪く、設計時間が長期化し、設備コストがかかるなどの問題がある。
【０００４】
このような問題を解決するために、顧客の負荷に応じて強度計算や電圧計算などを行うことにより電柱や変圧器などの機器選択部分を自動化および最適化する方法が実用化されているが、変圧器の配置、低圧系統、電柱および電線などの組合せを自動化および最適化したものはない。
【０００５】
なお、本発明の架空配電線最適自動設計システム及びその方法に関連する技術を開示するものとしては、以下の特許文献がある。
【特許文献１】
特許第３４０３５５４号公報（特開平９−７０１４１号公報）
【特許文献２】
特開平２０００−１８４５９４号公報
【０００６】
しかしながら、特許第３４０３５５４号公報に開示された配電系統計画支援装置は、配電高圧系統における設備増設計画の検討や策定を機械的に行うものである。
また、特開平２０００−１８４５９４号公報に開示された配電系統計画作成方法は、電力供給支障が生じた場合に、各配電線の経路断続を行う開閉器、および同一の変電所から給電される配電線同士の間の連系断続を行う開閉器の開閉組合せを、電力供給支障が発生しないように遺伝的アルゴリズムを用いて作成するものである。
【０００７】
本発明の目的は、変圧器の配置、低圧系統、電柱および電線などの組合せを自動化および最適化することにより、作業効率の向上、設計時間の短縮および設備コストの低減などが図れる架空配電線最適自動設計システムおよびその方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の架空配電線最適自動設計システム（８０）は、少なくとも分岐元柱、電柱位置、配電線ルート、各電柱の負荷および制約条件を含む初期設定項目を入力する入力手段（８１）と、前記初期設定項目に基づいて架空配電線設計の初期解を求めるとともに、該架空配電線設計の初期解に基づいて建設コストおよび電力ロスを最小化する架空配電線設計の最適解を求める演算手段（８２）とを備える。
【０００９】
前記演算手段（８２）が、ロジック手法を用いて前記架空配電線設計の初期解を求めるとともに、該架空配電線設計の初期解に基づいてメタヒューリスティック手法を用いて前記架空配電線設計の最適解を求めてもよい。
前記演算手段（８２）が、電柱の数に応じて山登り法またはタブサーチを使用して前記架空配電線設計の最適解を求めてもよい。
前記演算手段（８２）が、電柱の数が所定の数よりも少ない場合には前記山登り法を使用し、電柱の数が所定の数よりも多い場合には前記タブサーチを使用してもよい。
前記演算手段（８２）が、電柱をグループ分けすることにより前記架空配電線設計の初期解を求めたのちに、変更可能な電柱を前記架空配電線設計の初期解として求められたグループから他のグループに移動させる移動処理と、変更可能な電柱を前記架空配電線設計の初期解として求められたグループから他のグループに移動させるとともに別のグループから電柱を追加する交換処理とを用いて前記架空配電線設計の最適解を求めてもよい。
前記演算手段（８２）が、次式で表される最適化計算を行って前記架空配電線設計の最適解を求めてもよい。
【数３】

【００１０】
本発明の架空配電線最適自動設計方法は、架空配電線を設計する際に用いる架空配電線最適自動設計方法であって、少なくとも分岐元柱、電柱位置、配電線ルート、各電柱の負荷および制約条件を含む初期設定項目をコンピュータ（８２）に入力するステップと、前記初期設定項目に基づいて前記コンピュータ（８２）によりロジック手法を用いて架空配電線設計の初期解を求めるステップと、前記架空配電線設計の初期解に基づいて前記コンピュータ（８２）によりメタヒューリスティック手法を用いて建設コストおよび電力ロスを最小化する架空配電線設計の最適解を求めるステップとを備える。
前記コンピュータ（８２）が、電柱の数が所定の数よりも少ない場合には前記山登り法を使用し、電柱の数が所定の数よりも多い場合には前記タブサーチを使用して前記架空配電線設計の最適解を求めてもよい。
前記コンピュータ（８２）が、次式で表される最適化計算を行って前記架空配電線設計の最適解を求めてもよい。
【数４】

【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の架空配電線最適自動設計システムおよびその方法の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１２】
本発明の一実施の形態による架空配電線最適自動設計システム８０は、図１に示すように、電柱情報（初期設定項目など）を格納するための電柱情報ファイル８１と、電柱情報ファイル８１から入力される電柱情報に基づいて架空配電線設計の初期解を求めるとともにこの架空配電線設計の初期解に基づいて架空配電線設計の最適解を求めるためのコンピュータ８２と、コンピュータ８２によって求めた架空配電線設計の初期解を格納するための初期解ファイル８３と、コンピュータ８２によって求めた架空配電線設計の最適解を格納するための最適解ファイル８４と、架空配電線設計の最適解に基づいてコンピュータ８２によって求めた装柱データを格納するための装柱ファイル８５と、コンピュータ８２における処理の経過を格納するための処理経過ログ出力ファイル８６と、後述する初期条件ファイル８７とを備える。
【００１３】
次に、本実施の形態による架空配電線最適自動設計システム８０の動作について図２から図６を用いて説明する。
まず、設計者は、ＧＵＩプログラムを用いて、初期設定項目（分岐元柱、電柱位置、支線、配電線ルート、各電柱の負荷（顧客の契約種別、契約電力、戸数など）、および設備設置制限などの制約条件）をコンピュータ８２に入力する。なお、この初期設定項目は電柱情報として電柱情報ファイル８１に格納される。
すなわち、設計者は、データ入力として、分岐元柱として図３に示す電柱１を設定したのち（図２のステップＳ１）、電柱１〜１４の位置を設定するとともに支線を設定する（ステップＳ２）。その後、設計者は、配電線のルートを設定したのち（ステップＳ３）、各電柱の負荷（顧客の契約種別、契約電力、戸数など）を設定する（ステップＳ４）。その後、設計者は、設備設置制限などの制約条件を設定する（ステップＳ５）。なお、変圧器容量、低圧電線の許容電流値、線路許容亘長、負荷電流計算式、電圧降下計算式、風圧荷重計算式、許容風圧荷重値、工事費単価などは、初期条件ファイル８７としてプログラムに予め設定されている（変更可能）。
その後、設計者は、前処理として、コンピュータ８２を用いて全電柱１〜１４間の距離を計算する（ステップＳ６）。
【００１４】
続いて、設計者は、コンピュータ８２を用いてロジック手法により、変圧器柱を決定したのち、末端電柱までのルートを低圧系統に加え、低圧線の電圧降下や許容電流を考慮しつつ変圧器容量、変圧器位置および低圧線の線種を変更して、低圧系統を決定していく処理を繰り返す（図４から図６に示す初期解作成処理）。
すなわち、まず、電柱ファイル８１から入力された電柱情報に基づいて、分岐元柱である電柱１（始点）に最小容量（５ｋＶＡ）の変圧器（不図示）が設置され、電柱１が第１のグループとされる。その後、図４に示すように、始点である電柱１から最小距離（２４ｍ＋３８ｍ＋２４ｍ＋４７ｍ＝１３３ｍ）の末端電柱（電柱５）までの全電柱２〜５が第１のグループに追加される。このとき、電柱１に設置された最小容量の変圧器では過負荷となるため、この変圧器は容量１０ｋＶＡの変圧器３１に変更される。その後、負荷密度と負荷合計とを計算し、その計算結果に基づいて最小コストの電線が選定される。たとえば、負荷密度０．５ｋＶＡ／本超過かつ負荷合計３．７ｋＶＡ超過の場合には、低圧線ＯＷ５８または低圧線ＭＯＥ５５が選定される。なお、図４に示す例では、低圧線ＭＯＥ５５の亘長制約が１０５ｍ以内であるため、図５に示すように低圧線ＯＷ５８が選定される（以上、ステップＳ７，Ｓ８）。その後、これらの処理が、以下のように繰り返される。
【００１５】
電柱１（始点）から２番目に最小距離（２４ｍ＋３８ｍ＋２４ｍ＋５３ｍ＋４８ｍ＝１８７ｍ）の末端電柱である電柱１４までの電柱１１，１４が第１のグループに追加される。このとき、電圧降下が５Ｖを超過するため、変圧器位置（始点）を電柱１から順次移動していき、最終的に容量２０ｋＶＡの変圧器３２が電柱３に設置される。したがって、これ以降は、電柱３が始点とされる。また、電柱３（始点）から最も遠い場所にある電柱１４までの距離は２４ｍ＋５３ｍ＋４８ｍ＝１２５ｍであり低圧線ＭＯＥ５５の亘長制約１０５ｍ以内を満たさないため、線種は低圧線ＯＷ５８のままとされる。
続いて、電柱３（始点）からグループ以外で最小距離（２４ｍ＋５３ｍ＋４８ｍ＋３５ｍ＝１６０ｍ）の末端電柱である電柱１３までの電柱１２，１３が第１のグループに追加される。このとき、電圧降下が５Ｖを超過するため、変圧器位置（始点）を電柱３から順次移動していき、最終的に容量２０ｋＶＡの変圧器３３が電柱１１に設置される。したがって、これ以降は、電柱１１が始点とされる。また、電柱１１（始点）から最も遠い場所にある電柱１までの距離は２４ｍ＋３８ｍ＋２４ｍ＋５３ｍ＝１３９ｍであり低圧線ＭＯＥ５５の亘長制約１０５ｍ以内を満たさないため、線種は低圧線ＯＷ５８のままとされる。
【００１６】
続いて、残りの電柱６〜１０が第１のグループに追加されるが、電圧降下が５Ｖを超過し、かつ、変圧器位置（始点）を電柱１１から順次移動しても電圧降下が５Ｖを超過するため、電柱６〜１０は図６に示すように第２のグループとされる。なお、第１のグループにおける線種は低圧線ＯＷ５８のままとされる。
第２のグループについては、まず、最も若番である電柱６に変圧器を設置して上記と同様の処理が繰り返される。その結果、最終的に、電柱８に容量２０ｋＶＡの変圧器３４が設置される。このとき、電柱８（始点）から最も遠い場所にある電柱６との距離は５５ｍ＋５５ｍ＝１１０ｍであり低圧線ＭＯＥ５５の亘長制約１０５ｍ以内を満たさないため、第２のグループに使用される線種は低圧線ＯＷ５８とされる。
以上のようにしてすべての電柱１〜１４がグループ分けされると、分岐元柱から変圧器柱（電柱１１と電柱８）に対して高圧線が図６に実線で示すように配置される（ステップＳ９）。
【００１７】
続いて、コンピュータ８２は、架空配電線設計の初期解として初期解作成処理により得られた架空配電線の総合コストを計算するとともに（ステップＳ１１）、最適解探索処理（建設コストおよび電力ロスの最小化）を行うため、次式で表わされる最適化計算を行う（ステップＳ１２）。ここで、建設コストおよびロス電力量については複数年の累計としてもよい。
【数５】

【００１８】
この最適化計算の結果に基づいて（ステップＳ１３）、コンピュータ８２は、メタヒューリスティック手法である山登り法またはタブサーチを使用して、ランダムに移動処理または交換処理を選択して解の更新をすることにより、最適解探索処理を行う。なお、基本的には山登り法を使用すればよいが、山登り法では局所解に陥ったときに十分に探索が行われないため、大規模なケース（たとえば、電柱が９９本以上）ではタブサーチを使用することが好ましい。
ここで、移動処理は、図８に示すように、選択した変更可能電柱を当該グループから削除して隣接グループに追加する処理である。また、交換処理は、図９に示すように、同一グループで変更可能電柱を２箇所選択し、選択された変更可能電柱の中の１本をグループから削除して隣接グループに追加するとともに、もう１本の選択された変更可能電柱の隣接グループの変更可能電柱の１本を追加する処理である。ただし、変更可能電柱が変圧器柱である場合は、グループすべてを移動・追加する。
【００１９】
図７に示す最適解探索処理の例では、移動処理によって電柱６を第２のグループから第１のグループに移動することにより、電柱８（始点）から電柱１０までの距離（４７ｍ＋２２ｍ＝６９ｍ）と電柱８（始点）から電柱７までの距離（５５ｍ）とを低圧線ＭＯＥ５５の亘長制約１０５ｍ以内とする。これにより、第２のグループに使用する線種を低圧線ＯＷ５８から、それよりも低コストである低圧線ＭＯＥ５５に変更することができ、建設コストダウンを図ることができる。
【００２０】
なお、最適解探索処理にかかる平均計算時間の一例を表１に示すとともに、最適解探索回数を１０００回としたときの計算結果の一例を表２に示す。
【表１】

【表２】

【００２１】
表２の計算結果によれば、小規模の架空配電線（電柱２３本）の場合には再現性は問題ないが、規模が大きくなるに従って再現性が悪くなった。しかし、たとえば、プログラムの内部処理として最適解探索回数を１０００回×１０回程度実行して、その中で最適解を採用するなどの対策をとれば、再現性が問題となることはないと考える。
【００２２】
図１０に、本発明の架空配電線最適自動設計システムにおける最適解探索処理の結果の他の一例を示す。この例では、架空配電線設計の初期解として、電柱１〜３が第１のグループに、電柱４〜６が第２のグループに、電柱７〜１２が第３のグループに、電柱１３〜１５が第４のグループに、電柱１６〜２３が第５のグループにグループ分けされたが、最適解探索処理の結果、電柱１３，１４を第４のグループから第５のグループに移動して、電柱１５を第４のグループにし、電柱１３，１４，１６〜２３を第５のグループとし直すことにより、建設コストの最小化および電力ロスの最小化を図っている。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の架空配電線最適自動設計システムおよびその方法は、次の効果を有する。
（１）電柱位置、支線位置、電線ルートおよび顧客の負荷を入力するだけで設計基準および工事基準を満たしたコストミニマムな電柱、電線および変圧器などの組合せおよび配置を短時間に選択できるため、これまでと比べて作業効率の向上、設計時間の短縮、設備コストの低減などができる。
（２）コストミニマムな組合せおよび配置（最適解）を決定する手法には、ロジック手法で求めた架空配電線設計の初期解からメタヒューリスティック手法を用いて架空配電線設計の最適解を探索することにより、組合せ数が膨大な場合でも効率的に架空配電線設計の最適解を探索することができる。
（３）架空配電線設計の初期解を求めるのにロジック手法を用いることにより、架空配電線設計の初期解の段階で架空配電線設計の最適解に近い解を求めることができるため、架空配電線設計の最適解の探索時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の架空配電線最適自動設計システムの一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１示した架空配電線最適自動設計システム８０の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】図１示した架空配電線最適自動設計システム８０の動作を説明するための図であり、電柱の初期設定の一例を示す図である。
【図４】図１示した架空配電線最適自動設計システム８０の動作を説明するための図であり、初期解作成処理の一例を示す図である。
【図５】図１示した架空配電線最適自動設計システム８０の動作を説明するための図であり、初期解作成処理の一例を示す図である。
【図６】図１示した架空配電線最適自動設計システム８０の動作を説明するための図であり、初期解作成処理の一例を示す図である。
【図７】図１示した架空配電線最適自動設計システム８０の動作を説明するための図であり、最適解探索処理の一例を示す図である。
【図８】移動処理について説明するための図である。
【図９】交換処理について説明するための図である。
【図１０】本発明の架空配電線最適自動設計システムにおける最適解探索処理の結果の他の一例を示す図である。
【符号の説明】
１〜２３電柱
３１〜３４変圧器
８０架空配電線最適自動設計システム
８１電柱情報ファイル
８２コンピュータ
８３初期解ファイル
８４最適解ファイル
８５装柱ファイル
８６処理経過ログ出力ファイル
８７初期条件ファイル
Ｓ１〜Ｓ１４ステップ

Claims

少なくとも分岐元柱、電柱位置、配電線ルート、各電柱の負荷および制約条件を含む初期設定項目を入力する入力手段（８１）と、
前記初期設定項目に基づいて架空配電線設計の初期解を求めるとともに、該架空配電線設計の初期解に基づいて建設コストおよび電力ロスを最小化する架空配電線設計の最適解を求める演算手段（８２）と、
を備えることを特徴とする、架空配電線最適自動設計システム。
前記演算手段（８２）が、ロジック手法を用いて前記架空配電線設計の初期解を求めるとともに、該架空配電線設計の初期解に基づいてメタヒューリスティック手法を用いて前記架空配電線設計の最適解を求めることを特徴とする、請求項１記載の架空配電線最適自動設計システム。
前記演算手段（８２）が、電柱の数に応じて山登り法またはタブサーチを使用して前記架空配電線設計の最適解を求めることを特徴とする、請求項２記載の架空配電線最適自動設計システム。
前記演算手段（８２）が、電柱の数が所定の数よりも少ない場合には前記山登り法を使用し、電柱の数が所定の数よりも多い場合には前記タブサーチを使用することを特徴とする、請求項３記載の架空配電線最適自動設計システム。
前記演算手段（８２）が、電柱をグループ分けすることにより前記架空配電線設計の初期解を求めたのちに、変更可能な電柱を前記架空配電線設計の初期解として求められたグループから他のグループに移動させる移動処理と、変更可能な電柱を前記架空配電線設計の初期解として求められたグループから他のグループに移動させるとともに別のグループから電柱を追加する交換処理とを用いて前記架空配電線設計の最適解を求めることを特徴とする、請求項１乃至４いずれかに記載の架空配電線最適自動設計システム。
前記演算手段（８２）が、次式で表される最適化計算を行って前記架空配電線設計の最適解を求めることを特徴とする、請求項１乃至５いずれかに記載の架空配電線最適自動設計システム。
架空配電線を設計する際に用いる架空配電線最適自動設計方法において、
少なくとも分岐元柱、電柱位置、配電線ルート、各電柱の負荷および制約条件を含む初期設定項目をコンピュータ（８２）に入力するステップと、
前記初期設定項目に基づいて前記コンピュータ（８２）によりロジック手法を用いて架空配電線設計の初期解を求めるステップと、
前記架空配電線設計の初期解に基づいて前記コンピュータ（８２）によりメタヒューリスティック手法を用いて建設コストおよび電力ロスを最小化する架空配電線設計の最適解を求めるステップと、
を備えることを特徴とする、架空配電線最適自動設計方法。
前記コンピュータ（８２）が、電柱の数が所定の数よりも少ない場合には前記山登り法を使用し、電柱の数が所定の数よりも多い場合には前記タブサーチを使用して前記架空配電線設計の最適解を求めることを特徴とする、請求項７記載の架空配電線最適自動設計方法。
前記コンピュータ（８２）が、次式で表される最適化計算を行って前記架空配電線設計の最適解を求めることを特徴とする、請求項７または８記載の架空配電線最適自動設計方法。