JP2007215314A - 分散型電源を配電ネットワークに連系する際の条件を決定する支援システム及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 樹枝状（放射状）に連系された配電ネットワークに分散型電源が連系されたネットワーク構成において、電力供給の品質の安定化を図りつつ配電損失を少なくすることのできる条件決定支援システムを提供する。
【解決手段】 配電系統情報と一定期間における負荷データとピーク負荷データとが記憶されたデータベース１９に基づき、配電損失と供給支障電力と電圧不平衡率と高調波電圧歪みとを許容範囲内で最小化することを同時に達成するような配電ネットワークの構成を、配電損失が小さい上位所定数分を構成候補として求める配電系統構成最適化部１３と、負荷データをもとに、各構成候補についてそれぞれトータルロスを算出し、最小の構成を仮候補に決定する構成候補決定部１４と、仮候補の配電ネットワーク構成において分散型電源が連系された配電系統の電圧を、許容範囲内に収めるように送出電圧を決定する最適送出し電圧決定部１５と、を備えた。
【選択図】 図５

Description

本発明は、分散型電源を配電ネットワークに連系する際の条件を決定する支援システム及びプログラムに関する。

電力会社が持つ既存の配電系統（配電ネットワーク）に、別の電力供給者が持つ分散エネルギー源を連系し、配電系統に接続された各需要者に対しては、電力会社が発電し供給する電力と、分散エネルギー源から注入（逆潮流）される電力が合わさった状態で電力供給されるようになっている。この分散エネルギー源は、省エネルギー効果や石油代替効果やＣＯ２削減効果等から、例えば、太陽光発電などの自然エネルギーを利用したものが用いられることが増えている。

そして、係る自然エネルギーを用いた分散エネルギー源は、例えば、戸建て住宅の屋根に設置した比較的小型なものから、集合住宅その他の比較的大きな建築物等に設置された大型なものもある。従来から戸建て住宅からの注入は比較的盛んに行なわれてきたが、今後は、大型で出力電力の大きい分散エネルギーからの系統接続も増加することが見込まれる。

一般に、複数の配電線によって形成される配電ネットワークは、図１に示すように、事故時の供給信頼度を確保するために、開閉器により複数の負荷区間に分けられている。それぞれの負荷区間は、フィーダから電力の供給を受ける。そして、あるフィーダの配電線は、他のフィーダの配電線と、常時開の連系開閉器で連系されている。このような配電系統の各フィーダには、放射状（樹枝状）構成で運用する多分割多連系方式（たとえば、３分割３連系方式あるいは６分割３連系方式）が採用されている。係る放射状構成からなる配電ネットワークは、既設の設備として従来から存在しており、かかる配電ネットワークを構築した当時は、電力供給は電力会社の設備（発電所・変電所）から行なわれることを前提としており、上述した配電ネットワークの途中に分散エネルギー源が連系され、注入電力が逆潮流してくることは想定されていない。

配電ネットワークは、例えば、変電所から遠くなるほど配電線の径を小さくしたり、配電用変圧器のタップ切替による送出電圧制御その他様々な制御機器を用いた運用を行なったりすることで、需要家が消費する電力の品質が許容範囲内に収まるようにしている。これらは、いずれも上述した分散エネルギー源（分散型電源）による注入を前提としない状態で行なっているのが現状である。

一方、自然エネルギーを利用した分散電源の場合、自然現象に左右されるため、注入電力が時々刻々と変化するばかりでなく、発電量が制御できない。そのため、特に、大型の分散型電源の場合、注入電力の変動量も大きくなり、出力が大きい場合に配電ネットワークへ及ぼす影響が非常に大きく、系統の健全性を保つ観点から必然的に連系量が抑制される可能性を生じる。

また、現在の配電系統は、図１に示すように、樹枝状に構成されているため、将来予想される分散型電源による多数台連系まで対処可能な運用形態であるとは言い難い。そのため、分散型電源の多数台連系による電圧許容範囲（法律で規定されている）の逸脱可能性など、健全時や事故時で様々な技術課題が存在する。

これに対し、現在では、配電ネットワーク側の制御のみや、分散型電源側の制御だけといった一方向の断片的で簡易な計算シミュレーションによる検討しかなされていないのが現状である。

本発明は、樹枝状（放射状）に連系された配電ネットワークに分散型電源を連系されたネットワーク構成において、電力供給の品質の安定化を図りつつ配電損失を少なくすることができる分散型電源を配電ネットワークに連系する際の条件を決定する支援システム及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明の分散型電源を配電ネットワークに連系する際の条件を決定する支援システムは、配電系統情報と、一定期間における負荷データと、その一定期間におけるピーク負荷データと、が記憶された記憶手段と、前記記憶手段に格納された配電系統情報と、一定期間における負荷データとに基づき分散エネルギー源を、配電ネットワーク上のある地点に連系することを想定した状態で、配電損失と，供給支障電力と，電圧不平衡率と、高調波電圧歪みとを許容範囲内で最小化することを同時に達成するような配電ネットワークの構成を、配電損失が小さい上位所定数分を構成候補として求める配電系統構成最適化部と、前記記憶手段に格納された負荷データをもとに、前記配電系統構成最適化部で決定した各構成候補について、それぞれ前記一定期間におけるトータルロスを算出し、その算出したトータルロスが最小の構成を仮候補に決定する構成候補決定部と、前記構成候補決定部で決定された仮候補の配電ネットワーク構成において分散型電源が連系された配電系統の電圧を、許容範囲内に収めるように送出電圧を決定する最適送出し電圧決定部と、を備えて構成した。

最適送出し電圧決定部が決定した仮候補のパターンについて、電力品質基準を満たすか否かを判断する系統構成決定部をさらに備えると良い。さらにまた、前記配電系統構成最適化部は、配電系統の情報を格納した配電系統情報記憶装置と、グラフィクスモデルで表した前記配電系統を立上がり部によってＸ連系未満の閉じられた複数の部分フィーダに分割した情報を記憶するノードモデル情報記憶装置と、前記各部分フィーダを、放射状構成制約を満たし、Ｙ分割制約および部分フィーダ内での電圧降下制約を満たす部分フィーダ構成を全数検索する部分フィーダ作成手段と、前記部分フィーダ内での損失を計算する損失計算手段と、フィーダ根元の線路容量制約を満たす候補の全てを精密解法により算出する精密計算手段と、前記電圧降下制約を満たす候補の中から配電損失が最小となる候補１つを配電損失最小構成として特定する配電損失最小構成特定手段と、を備えて構成することもできる。

記憶手段は、データベースに対応する。記憶手段に格納する各種の情報は、物理的に１つの記憶装置に格納しても良いし、異なる記憶装置に格納しても良い。また、記憶手段と、各処理部は同一の装置に実装しても良いし（この場合には、実施の形態に示すように支援装置となる）、記憶手段の一部または全部が、処理部が実装された装置と別の外部のデータベース等に配置されても良い。

本発明のプログラムは、コンピュータを、配電系統情報と、一定期間における負荷データと、その一定期間におけるピーク負荷データと、が記憶された記憶手段に格納された配電系統情報と、一定期間における負荷データとに基づき分散エネルギー源を、配電ネットワーク上の希望するある地点に連系することを想定した状態で、配電損失と，供給支障電力と，電圧不平衡率と、高調波電圧歪みとを許容範囲内で最小化することを同時に達成するような配電ネットワークの構成を、配電損失が小さい上位所定数分を構成候補として求める配電系統構成最適化部、前記記憶手段に格納された負荷データをもとに、前記配電系統構成最適化部で決定した各構成候補について、それぞれトータルロスを算出し、その算出したトータルロスが最小の構成を仮候補に決定する構成候補決定部、前記構成候補決定部で決定された仮候補の配電ネットワーク構成において分散型電源が連系された配電系統の電圧を、許容範囲内に収めるように送出電圧を決定する最適送出し電圧決定部、として機能させるためのプログラムである。

本発明は、樹枝状（放射状）に連系された配電ネットワークに分散型電源が連系されたネットワーク構成において、電力供給の品質の安定化を図りつつ配電損失を少なくする配電系統を容易に見つけることができる。

本発明の配電系統構成最適化部の一実施形態を説明する。図２には、分散型電源と配電ネットワークの関係を示している。配電ネットワーク１は、複数の変電所Ｇ１，Ｇ２に接続されている。配電ネットワーク１は、変電所Ｇ１，Ｇ２に接続された立ち上がり点Ｕ１，Ｕ２を基点として複数の配電線２が複数の開閉器３により接続された構成を採る。これらの開閉器３には、常時開の開閉器（白抜き四角で示す）と、常時閉の開閉器（黒塗り四角で示す）とがあり、常時開の開閉器が連系開閉器として機能する。これにより、白抜き四角で示した常時開の開閉器で電気的に切断されるため、（１）から（３）までの区間が、変電所Ｇ１から電力供給を受けることになり、（４）から（６）までの区間が、変電所Ｇ２から電力供給を受けることになる。なお、図２では便宜上１本の線（分岐しない）として示したが、実際には、図１等に示すように樹枝状に枝分かれした状態で配電ネットワークが構築されている。

このような配電ネットワーク１に対し、ある地点（図示の場合には、区間（３））に分散エネルギー源５の連系を希望するユーザ（設置希望者）がいたとする。この分散エネルギー源５は、太陽光発電その他の自然エネルギーを利用して発電する分散型電源５ａと、その分散型電源５ａで発電した電力を蓄電するための貯蔵装置５ｂ（蓄電池）とを備えている。

配電用の変電所Ｇ１，Ｇ２の配電用変圧器や、柱上変圧器には、複数のタップが設けられ、そのタップを適宜の設定することで、配電線電圧を許容範囲内に収めるようにしている。例えば、図３に示すように、変電所Ｇ１からの系統が、複数のタップ区間に分けられ（図では、第１〜第３タップ区間まで示しているが、それ以降も存在する）、柱上変圧器のタップを適宜に設定することで各タップ区間における許容範囲内が決定される。通常、柱上変圧器のタップは、街中に配置されていることもあり、稼働中に簡単に切り替えることは困難である。一方、図４に示すように、配電用変圧器のタップ位置が同じ（Ａ点）であっても、重負荷の場合と軽負荷の場合で各位置での電圧が異なる。図４の場合では、タップ位置をＡ点にしていると、重負荷の場合には配電線電圧が各タップ区間で許容範囲内に収まる（線ａ）が、軽負荷の場合には第２タップ区間、第３タップ区間で許容上限値を超えてしまう（線ｂ）。そこで、配電用変圧器のタップをＢ点に切り替えることで、配電線電圧は図中、線ｃのような特性となり各タップ区間で許容範囲内に収まる。よって、変電所Ｇ１では、負荷の状況に応じてタップを切り替え、分散型電源が連系された配電系統の電圧を許容範囲内に収めるようにする。具体的なタップの決定は後述する。

本発明に係る支援装置は、分散型電源からの逆潮流を活用しつつ、配電ネットワークの配電損失を少なくするための条件や対策案を導き出すためのものであり、具体的には、以下に示すような構成を採る。

図５は、支援装置１０の一例を示している。この支援装置１０は、パソコン等のコンピュータに、以下に示す機能を実現するアプリケーションプログラムを実装することで実現することができる。各処理を実施するために必要なデータは、パソコンが持つハードディスクその他の記憶装置に記憶保持したものを用いたり、外部のデータベースにアクセスして取得したりすることができる。

すなわち、支援装置１０は、キーボード、マウス等の入力装置１１と、各種の処理の実行結果を表示する表示装置１２とを備えている。図示省略するが、通信機能も備えており、インターネット或いはその他の通信回線を介して外部のデータベースにアクセスする機能も備えている。また、内部構造としては、配電系統構成最適化部１３と、構成候補決定部１４と、最適送出し電圧決定部１５と、系統構成決定部１６と、データベース１９とを備えている。配電系統構成最適化部１３と、構成候補決定部１４と、最適送出し電圧決定部１５と、系統構成決定部１６とは、パソコンのＣＰＵにて稼働される。

また、パソコンのデータベース１９には、配電系統情報（図１に示すように各配線の接続状況と、開閉器の設置位置と、開閉器の状態（常開／常閉）と、変電所との接続位置と、各区間の負荷等の各種の情報）と、が格納されている。負荷データは、日付情報と関連づけられて任意の間隔で格納されており、たとえば１時間単位での代表負荷データが、たとえば１年分格納されている。さらに、本実施の形態では、夏期（６月から８月）と、冬期（１２月，１月，２月）と、中間期（３月から５月，９月から１１月）の３つの期間に分けて制御・管理するため、各期間のピークの負荷データも記録している。

既存の稼働中の配電ネットワークは、元々分散エネルギー源５の存在は考慮しない状態で各開閉器の開閉状態が設定されている。従って、分散エネルギー源５を、配電ネットワーク１上のある地点に連系することを想定した場合、両者（配電ネットワークの運用管理者と分散型電源の設置希望者）にとって、よりよい配電ネットワークの構成が存在する可能性がある。係る可能性を求めるのが、配電系統構成最適化部１３である。

この配電系統構成最適化部１３は、（１）配電損失，（２）供給支障電力，（3）電圧不平衡率並びに（４）高調波電圧歪みを許容範囲内で最小化するという「４つの目的」を同時に達成するような、配電ネットワークの構成（開閉器の開閉状態）を決定する機能を備えている。具体的な機能は後述するが、これにより、既存の変電所からの電力供給や、既存或いは新規の分散エネルギー源からの注入電力を考慮した状態で、配電損失が小さくなる配電ネットワーク構成を算出し、決定することができる。ここでは、指定された期間（夏期，冬期，中間期）のピーク負荷時における配電損失が小さい上位の構成候補（例えば５０個）を抽出し、構成候補群を生成する。

構成候補決定部１４は、配電系統構成最適化部１３が求めたピーク負荷時に最小ロスとなる全ての構成候補群ｋに対し、下記式に基づき、その期間におけるトータルロスを算出し、トータルロスが最小となる構成候補を仮候補として選択する。

最適送出し電圧決定部１５は、構成候補決定部１４が決定した仮候補の配電ネットワーク構成について、分散型電源が連系された配電系統の電圧を許容範囲内に納めるという制約の下で、配電用変電所に設置された配電用変圧器のタップ切替回数と、電圧変動余裕の二乗和の重み付け和が最小となる送出電圧の２４時間プロフィールを決定するものである。

配電ネットワークの各配電線の送出電圧は、配電用変電所における配電用変圧器のタップの切替により離散的に制御されているが、離散値で動作させる変圧タップ位置のパターンの組み合わせは膨大となる。これらの膨大なタップ位置のパターンの組み合わせの中から、全地点の時間毎の電圧を許容範囲内に納めつつ、かつ、変圧器の長寿命化を目的として切替回数が最小となる１つのパターンを決定するのが理想である。

そこで、多地点実測により得られることが想定される通過電流データ（センサから取得）から各地点の三相電圧のプロフィールを算定し、全てのタップ値の変動パターンの組み合わせの中で、全地点の電圧を許容範囲内に押されることが可能なタップパターンを論理関数を用いて高速に全て抽出し、それらの中で１日（２４時間）のタップ切替回数が最小で、かつ電圧余裕が大きなパターン候補を抽出する。

係る送出電圧制御機能の算出アルゴリズムは、例えば、「分散型電源が連系された配電系統における最適送出し電圧の決定手法」（気学会論文誌Ｂ，１２５巻９号，２００５年,ｐｐ．８４６−８５４：電気学会：平成１７年９月１日発行）にて発表された公知のアルゴリズムを適用することで実現できる。

上記の処理をイメージ的に示すと、算出されたＡ相，Ｂ相，Ｃ相の全ての配電線の送出し電圧プロフィールが、図６（ａ）に示すように、電圧許容範囲内に収まるように制御可能であるかを判定し、制御不能な場合には、現在処理対象の仮候補を構成候補群から除外する。この制御可能か否かの判断は、最適送出し電圧決定部１５が行なう。すなわち、上述したように、最適送出し電圧決定部１５が実行する最適送出し電圧の決定手法は、もともと各タップ区間内で電圧許容範囲内に収まる中でさらに最前の条件を決定するものであるので、この決定手法によっても条件が求まらない（電圧許容範囲内に収まらない）場合には、エラーとなる。そこで、係るエラーとなったものは、構成候補群から除外する処理を行なう。

また、タップの切り替えは、図６（ｂ）に示すように、１日（２４時間）について、１時間ごとの最適送出し電圧を決定し、当該決定した電圧のためのタップが選択される（選択されたタップ位置が「１」となる）。図示の例では、１日のうちで３回タップの切り替えが行なわれている。係るタップ切り替えが最小で、電圧余裕が大きい少ないパターン候補が選択される。

系統構成決定部１６は、最適送出し電圧決定部１５が決定した、系統が電圧許容範囲内で上述した条件（タップ切り替え回数，電圧余裕等）を満たす仮候補のパターンについて、電力品質基準を満たすか否かを判断し、満たす場合にはその仮候補の構成候補を最適な系統構成として決定し、その系統構成について最適送出し電圧決定部１５が求めた各配電線の送出し電圧プロフィールも採択する。一方、系統構成決定部１６は、上記電力品質基準を満たさない系統候補を構成候補群から排除する。電力品質基準は、ノード電圧の最大不平衡率が３％以下で、かつ、ノード電圧の最大歪み率が３％以下としたが、任意の値を設定することが可能である。

図７は、上記の実施の形態の支援装置全体の機能を示すフローチャートである。まず、制御対象の時期の入力を受け付ける（Ｓ１）。具体的には、例えば表示装置の入力画面に、「夏期」，「冬期」，「中間期」のボタン領域を表示し、そのうちのどれかがクリックされるのを待ち、クリックされた期間を今回の処理対象とする。

次いで、配電系統構成最適化部１３は、受付けた期間をキーにしてデータベースをアクセスし、当該期間のピーク負荷時のデータと、配電ネットワーク構成等のデータを取得し、ピーク負荷時における配電損失が小さい上位の構成候補（例えば５０個）を求め、構成候補群を生成する（Ｓ２）。

次に、構成候補決定部１４は、配電系統構成最適化部１３が求めた構成候補群の各構成候補を受け取るとともに、処理ステップ１で受け付けた期間についての負荷データをデータベース１９から読み出し、全ての構成候補ｋにつき、トータルロスを求める（Ｓ３）。そして構成候補決定部１４は、求めたトータルロスが最小値となる構成候補を抽出し、仮候補に決定する（Ｓ４）。

最適送出し電圧決定部１５は、仮候補のネットワーク系統における最適な送出し電圧プロフィールを求める（Ｓ５）。そして、求めた最適な送出し電圧プロフィールが、全ての区間において許容電圧内に収まるようになる（制御可能）か否かを判断する（Ｓ６）。許容電圧範囲内に収まらない（Ｓ６でＮｏ）場合は、現在の仮候補を構成候補群の中から削除し（Ｓ７）、処理ステップＳ４に戻る。

一方、許容電圧範囲内に収まる場合（Ｓ６でＹｅｓ）には、処理ステップ８に進み、系統構成決定部１６が、電力品質基準を求め、品質基準を満たしているか否かを判断する（Ｓ８）。品質基準を満たさない場合には、処理ステップ７経由で処理ステップＳ４に戻り、次の仮候補の決定から処理を実行する。そして、電力品質基準を満たしている場合は、現在処理中の仮候補の系統構成を最適な系統構成として決定するとともに、最適送出し電圧決定部１５が求めた各配電線の送出し電圧プロフィールも採択する。

上記の処理を全ての期間について実行することで、１年間のそれぞれの期間における最適な系統構成等を求めることができる。これにより、各季節において、当該季節の負荷パターンのときに電力損失が最小であること、および電圧が適正に維持できることをシミュレーションにより事前に把握することができる。また、上記の処理では、各期間において最適な系統構成を１つずつ求めたが、複数個求め、それぞれについて優先順位を決定してもよい。

次に、配電系統構成最適化部１３について説明する。配電ネットワーク構成は、どの開閉器を連系開閉器とするかにより、系統構成が変わり、それに伴って配電損失も大きく異なることになる。すなわち、損失は電流の２乗に比例するので、たとえば、図８（Ａ）での電力損失ＬＡは、
ＬＡ＝（２５２×０．０３）＋（１５２×０．０２）＋（５２×０．０１）＝２３．５〔Ｗ〕
であり、図８（Ｂ）での電力損失ＬＢは、
ＬＢ＝（１０２×０．０３）＋（１５２×０．０２）＋（２０２×０．０１）＝１１．５〔Ｗ〕
となる。従って、図８（Ｂ）の配電系統を採った場合の電力損失は、図８（Ａ）の配電系統を採った場合の電力損失よりも小さくなる。

配電系統においては、多数の開閉器の開・閉の組み合わせを配電損失が最小となるように決定する必要がある。ところが、実際の配電系統では、面構成の網目状に需要家が広がって存在しており、通常、営業所単位でも開閉器数が１０００程度にまで及ぶ。このため、系統構成候補の総数（すなわち、開閉器の開・閉の組合わせ総数）は膨大な数となる。

たとえば、開閉器が１０００個の場合には、系統構成候補は２１０００個であり、１つの構成を１０−３０秒で評価できたとしても、全体で約１０２９３年を要することとなる。これら開閉器の開・閉の組合わせの全てについて配電損失を計算して比較するとした場合には、演算時間が膨大となり現実的ではない。

一般に実系統における配電損失は、３〜４％であるが、配電損失をたとえば１％改善することで数億円／年のコスト削減が見込まれている。しかし、配電系統の構築において、電力損失を最小にするような最適化処理は従来達成されていない。

ところで、電力系統において電力損失を低減するために、メタヒューリスティクス手法を適用した最適化技術（たとえば、タブーサーチ、遺伝的アルゴリズム、シミュレーテッドアニーリング等を用いた近似最適化技術）が開発されている。メタヒューリスティクス手法では、全ての解の組み合わせを探索することはあきらめ、あるルールや概念に基づき、それに近い精度の解（近似最適解）を短時間で取得することができる。

しかし、このメタヒューリスティクス手法では、大域的最適解自体の取得は保証されていないため、得られた解が最適解であるか否かが不明であり、かつ候補となる解の数が多数であるため、得られた解が最適解であるか否かの検証ができないという問題がある。

配電系統構成最適化部１３は、３分割３連系配電方式等の多分割多連系を採用した配電ネットワークにおいて、ＲＯＢＤＤ（Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｏｒｄｅｒｅｄ Ｂｉｎａｒｙ Ｄｅｃｉｓｉｏｎ Ｄｉａｇｒａｍ）等の厳密解法を用いて、効率よく運用制約を満足する候補を搾り込むことで、厳密な配電損失最小構成を決定できるものであり、これはあらゆる多分割多連系で構成される配電ネットワークに応用できるものであるが、以下説明の便宜上、３分割３連系を例にとって説明する。

図９に示すように、配電系統構成最適化部１３は、配電系統情報記憶装置２１と、ノードモデル情報記憶装置２２と、部分フィーダ作成手段２３と、精密計算手段２４と、損失計算手段２５と、配電損失最小構成特定手段２６と、操作表示手段２７とを備えている。なお、ノードモデル情報記憶装置２２は、図３に示すデータベース１９内に実装することもできる。

配電系統情報記憶装置２１は、配電系統の情報を格納している。ノードモデル情報記憶装置２２は、グラフィクスモデルで表した配電系統を、立上がり部によって３連系未満の閉じられた複数の部分フィーダに分割した情報を記憶している。

また、部分フィーダ作成手段２３は、各部分フィーダを、放射状構成制約を満たし、３分割制約および部分フィーダ内での電圧降下制約を満たす部分フィーダ構成を全数検索することができる。

精密計算手段２４は、フィーダ根元の線路容量制約を満たす候補の全てを精密解法により算出することができる。また、損失計算手段２５は、部分フィーダ内での損失を計算することができる。

配電損失最小構成特定手段２６は、電圧降下制約を満たす候補の中から配電損失が最小となる候補１つを配電損失最小構成として特定することができる。なお、損失計算手段２５の機能を配電損失最小構成特定手段２６により実行するようにしてもよい。操作表示手段２７はユーザインタフェースである。

配電系統構成最適化部１３の機能を図１０により説明する。図１０において、まず配電系統情報記憶装置（配電系統情報ＤＢ）２１から配電系統情報を抽出する（Ｓ１１０）。後述するように、この情報には、系統構成情報、線種情報、負荷情報、配電線情報、開閉器情報等が含まれる。次に、これら抽出した情報をグラフィクスモデルに変換する（Ｓ１２０）。これにより、後述するノードや辺が定義される。

次に、上記のグラフィクスモデルを部分フィーダに分割する（Ｓ１３０）。すなわち、部分フィーダ作成手段２３が、グラフィクスモデルから部分フィーダを作成する。後述するように、ノード（フィーダ根元分岐点）とノード（フィーダ根元分岐点）をつなぐ線とをひとつの単位とする。

次に、ノードモデルを作成し（Ｓ１４０）、これをノードモデル記憶手段２２に登録する（Ｓ１５０）。そして、このノードモデルに対して制約を通過する態様を抽出する（Ｓ１６０）。Ｓ１６０には、各部分フィーダを、放射状構成制約を満たし、３分割制約を満たす部分フィーダ構成を全数検索するステップを含むことができる。

つぎに、精密計算手段２４により精密解法を適用する（Ｓ１７０）。この精密解法には、たとえばＲＯＢＤＤが適用される。最後に、損失計算手段２５により配線損失を求め、配線損失最小構成を特定する（Ｓ１８０）。

《配電系統のグラフィクスモデル化と部分フィーダの作成》
図１１は、配電系統の典型例を示すグラフィクスモデルである。図１１において、配電用変電所Ｇ１からフィーダＦ１，Ｆ２が引き出されており、配電用変電所Ｇ２からフィーダＦ３，Ｆ４が引き出されている。フィーダＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の立上がり点Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４（黒塗りの丸で示す）を基点として敷設された配電線には、複数の開閉器が設けられている。これらの開閉器には、常時開の開閉器（白抜き四角で示す）と、常時閉の開閉器（黒塗り四角で示す）とがあり、常時開の開閉器が連系開閉器として機能する。開閉器間の配電線には区間負荷が存在し、図１１では区間負荷をアンペア〔Ａ〕で示してある。

連系開閉器の選択が不適切な場合には、配電系統の供給電圧が低下する。図１２（Ａ），（Ｂ）に、３分割３連系方式の配電系統の供給電圧とフィーダ容量（電流容量）との関係を示す。図１２（Ａ）では、配電用変電所Ｇからの電力はフィーダＦを介して立上がり点Ｕ（黒塗りの丸で示す）に供給される。立上がり点Ｕから引き出された配電線は正常稼動時には連系開閉器Ａ３，Ａ４，Ａ５で閉じられており、立上がり点Ｕ，開閉器Ａ１，Ａ５により閉じられた負荷区間、開閉器Ａ１，Ａ２，Ａ３により閉じられた負荷区間、開閉器Ａ２，Ａ４により閉じられた負荷区間にはそれぞれ１５０〔Ａ〕が供給されている。図１２（Ａ）ではこれらの負荷区間を点線円で示す。連系開閉器は、立上がり点Ｕにおける送り出し電圧（本実施形態では６９００〔Ｖ〕）が、電圧許容限界（本実施形態では６６００〔Ｖ〕）を下回らないように、連系開閉器を選択する必要がある（図１２（Ｂ）参照）。

《系統のグラフィクスモデル化と部分フィーダの作成》
実際の配電系統の配電線は、図１１に例示したように、フィーダＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の立上がり点Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４を基点とした放射状構成とされる。これらの放射状の（複数の）配電線は互いに常時開の開閉器により小区域に分割されており、これらの小区域同士は当該開閉器により連系している。

本例では、図１１に示したような配電系統のグラフィクスモデルを以下のようにして作成する。まず、配電系統の情報を配電系統情報ＤＢから抽出する。この配電系統の情報には、
・系統構成情報（系統構成・設備の接続状態に関する情報）
・線種情報（電線の種類）
・負荷情報（区間ごとの負荷量（ｋＷ））
・配電線情報（立上がり点、最大送出電流（配電線電流の年間最大値）、変電所フィーダ番号、配電線定格容量（配電線の許容電流値））
・開閉器の入・切情報
が含まれる。

つぎに、上記配電系統の情報をノードによるグラフィクスモデル（ノードモデル）に変換する。この変換には（１）〜（４）の処理を行う。
（１）開閉器と負荷区間は両端をノードとした辺にする。
（２）分岐点（配電線が交差する部分）をノードとする。
（３）配電用変電所および立上がり点に至る地中線は変換対象外とする。
（４）辺、ノードに番号を付与する。

図１３にノードモデルへの変換結果を示す。この結果は、ノードモデルデータベースに格納される。図１３では、線路区間の連結点のノードを白抜きの丸で示し、立上がり点のノードを黒塗りの丸で示し、フィーダ根元分岐点のノードを２重丸で示す。また、開閉器を斜線抜きの太線の辺で示し、負荷区間を実線の辺で示し、フィーダ根元負荷区間を黒塗りの太線の辺で示す。なお、図１３ではノードを２桁の数字で、辺を３桁の数字で示す。

次に、図１４に示すように、立上がりと立上がりとをつなぐ配電線を単位（部分フィーダＰＦ１〜ＰＦ４）に３連系を満たすように分割する。

そして、図１５に示すように、運用制約として、
（１）放射状構成制約
（２）フィーダ容量制約
（３）３分割制約
（４）電圧降下制約
のうち、（１），（３）の条件を満たすように、連系開閉器の探索を行う。図１５では、部分フィーダＰＦ１，ＰＦ２，ＰＦ３，ＰＦ４の探索結果を符号Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４で示し、連系開閉器は空白で示してある。

なお、探索結果を符号Ｋ４では、３分割制約を満たさない態様、すなわち分割した配電線にが４つ以上に分割されている（開閉器が３つ以上含まれる）態様が生じるが、この分割態様での開閉器は、連系開閉器の候補から除外される。

次に、図１６，図１７に示すように（２）を満たす連系開閉器による分割態様を探索する。図１６，図１７では、楕円で囲った分割態様で連系開閉器を選択した場合に、（２）が満たされている場合を示している。図１８（Ａ），（Ｂ）は、この図１６，図１７に基づく系統の算出結果（第１，第２の制約充足解）を示す。これにより、配電損失最小構成が求められる。

つぎに、精密解法による処理を行う。すなわち、各部分フィーダから１つずつ解を選び、（２）のフィーダ容量制約と、（３）の３分割制約とを満足する解の組み合わせの全てを、ＲＯＢＤＤ（Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｏｒｄｅｒｅｄ Ｂｉｎａｒｙ Ｄｅｃｉｓｉｏｎ Ｄｉａｇｒａｍ）を用いて算出する。ＲＯＢＤＤは、図１９（Ａ），（Ｂ）に示すような、論理関数を表現した二分決定グラフ（ＢＤＤ）をさらにコンパクトに効率良く表現したグラフである。図１９（Ａ），（Ｂ）では、ｘ１からｘ３に至るまでの経路（論理関数ｆ（ｘ１，ｘ２，ｘ３））を求める際のＢＤＤを、ＲＯＢＤＤに変更した場合の例を示している。

算術制約式ではフィーダ容量制約は、
Ｓ（ｘ１１，ｘ１２，．．．，ｘｉｊ）≦４５０
で表され、
構成選択制約（各部分フィーダからは１つの制約充足構成しか選択できないという制約）は、
Ｒ（ｘ１１，ｘ１２，．．．，ｘｉｊ）＝１
で表され、
３分割制約（各フィーダには閉の開閉器を３つ未満という制約）は、
Ｆ（ｘ１１，ｘ１２，．．．，ｘｉｊ）＝２
（ただし、ｘｉｊ：０−１変数（部分フィーダｉのｊ番目の制約充足解が選ばれるなら１それ以外は０）を満たす解を全て抽出する）で表されるが、これは、図１９に示す節点「１」に至る経路を全て見つける場合と等価である。図２０において、Ｓ，Ｒ，ＦのＲＯＢＤＤによる論理式Ｗは、
Ｗ（ｘ１１，ｘ１２，．．．，ｘｉｊ）＝１
Ｗ（ｘ１，ｘ２，ｘ３）＝ｘ１＋＜ｘ２＞ｘ３
（＜ｘ２＞はｘ２の共役）
で表される。

次に、配線損失最小構成を特定する処理を行う。すなわち、（４）電圧降下制約を満足する候補の中で、配電損失が最小となる構成を最適系統構成として決定する。ここで配電損失Ｌｏｓｓは、
Ｌｏｓｓ＝（各部分フィーダで計算した損失）＋（各フィーダ根元区間の損失）
で表される。

各フィーダの潮流から損失（電圧降下を含む）計算し、（４）の電圧降下制約を満足する構成の中から配電損失が最小となる構成を決定する。図２１（Ａ）に配電損失が電圧降下制約を満たす場合を示し、図２１（Ｂ）に配電損失が電圧降下制約を満たさない場合を示す。

図２２に示すような、３分割３連系配電系統のグラフィクスモデル、
開閉器数：１４０
フィーダ数：４０
系統構成候補：２１４０個＝約１．３９×１０４２個
に対し、本形態の配電系統構成最適化部１３の手法を適用して配電損失最小構成の決定を行なった場合、第１問題を通過した時点で、候補数は、約４．４４×１０１３個であり、精密解法による処理を通過した時点で候補は３２個になり、配線損失最小構成を特定する処理を通過した時点で候補は２つとなる。

この場合損失最小値は８１６．６３２［ｋＷ］であり、系統総需要は４９．７３１ＭＷに対して損失は１．６４２％であった。すなわち、実系統における損失が３〜４％であるので提案手法により約１．５％程度の損失改善がみられ、１年で４億円のコスト削減が見込める。このときの計算時間は、内部クロック１．７ＧＨｚのＣＰＵを用いて約３０分で計算が終了した。本発明との関係で言うと、任意の地点に連系されたフィーダが分散型電源とすることで最適な配電ネットワーク構成を短時間で求めることができる。

配電ネットワークを示す図である。 配電ネットワークに分散エネルギー源を連系する場合の概略図を示す図である。 タップ切り替えについて説明する図である。 タップ切り替えについて説明する図である。 本発明に係る支援装置の一例を示す図である。 支援装置の動作原理（各処理部の実施結果）を説明する図である。 支援装置の動作原理を説明する図である。 連系開閉器の選択態様により配電損失が異なる例を示す図であり、（Ａ）は電力損失が大きい場合を、（Ｂ）は電力損失が小さい場合を示す図である。 本発明の配電系統構成最適化部の一実施形態を示す構成図である。 本発明の配電系統構成最適化方法の一実施形態を示すフローチャートである。 配電系統の典型例を示すグラフィクスモデルである。 （Ａ），（Ｂ）は、３分割３連系方式の配電系統の供給電圧とフィーダ容量（電流容量）との関係を示す図である。 ノードモデルへの変換結果を示す図である。 立上がりと立上がりとをつなぐ配電線を単位に３連系を満たすように分割した様子を示す図である。 運用制約として、放射状構成制約、フィーダ容量制約、３分割制約、電圧降下制約のうち、放射状構成制約、３分割制約を満たすように連系開閉器の探索を行った場合の探索結果を示す図である。 フィーダ容量制約を満たす連系開閉器による分割態様を探索した結果を示す図である。 フィーダ容量制約を満たす連系開閉器による分割態様を探索した他の結果を示す図である。 （Ａ），（Ｂ）は、第１，第２の制約充足解を示す図である。 （Ａ）はＢＤＤの算出法を，（Ｂ）はＲＯＢＤＤの算出法を示す図である。 ＲＯＢＤＤによる算出法を具体的に示す説明図である。 （Ａ）は配電損失が電圧降下制約を満たす場合を示し、（Ｂ）は配電損失が電圧降下制約を満たさない場合を示す説明図である。 ３分割３連系配電系統のグラフィクスモデルを示す図である。

符号の説明

１０ 支援装置
１１ 入力装置
１２ 表示装置
１３ 配電系統構成最適化部
１４ 構成候補決定部
１５ 最適送出し電圧決定部
１６ 系統構成決定部
１９ データベース
２１ 配電系統情報記憶装置
２２ ノードモデル情報記憶装置
２３ 部分フィーダ作成手段
２４ 精密計算手段
２５ 損失計算手段
２６ 配線損失最小構成特定手段
２７ 操作表示手段

Claims (4)

1. 配電系統情報と、一定期間における負荷データと、その一定期間におけるピーク負荷データと、が記憶された記憶手段と、
   前記記憶手段に格納された配電系統情報と、一定期間における負荷データとに基づき分散エネルギー源を、配電ネットワーク上のある地点に連系することを想定した状態で、配電損失と，供給支障電力と，電圧不平衡率と、高調波電圧歪みとを許容範囲内で最小化することを同時に達成するような配電ネットワークの構成を、配電損失が小さい上位所定数分を構成候補として求める配電系統構成最適化部と、
   前記記憶手段に格納された負荷データをもとに、前記配電系統構成最適化部で決定した各構成候補について、それぞれトータルロスを算出し、その算出したトータルロスが最小の構成を仮候補に決定する構成候補決定部と、
   前記構成候補決定部で決定された仮候補の配電ネットワーク構成において分散型電源が連系された配電系統の電圧を、許容範囲内に収めるように送出電圧を決定する最適送出し電圧決定部と、
   を備えた分散型電源を配電ネットワークに連系する際の条件を決定する支援システム。
2. 最適送出し電圧決定部が決定した仮候補のパターンについて、電力品質基準を満たすか否かを判断する系統構成決定部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の分散型電源を配電ネットワークに連系する際の条件を決定する支援システム。
3. 前記配電系統構成最適化部は、
   配電系統の情報を格納した配電系統情報記憶装置と、
   グラフィクスモデルで表した前記配電系統を立上がり部によってＸ連系未満の閉じられた複数の部分フィーダに分割した情報を記憶するノードモデル情報記憶装置と、
   前記各部分フィーダを、放射状構成制約を満たし、Ｙ分割制約および部分フィーダ内での電圧降下制約を満たす部分フィーダ構成を全数検索する部分フィーダ作成手段と、
   前記部分フィーダ内での損失を計算する損失計算手段と、
   フィーダ根元の線路容量制約を満たす候補の全てを精密解法により算出する精密計算手段と、
   前記電圧降下制約を満たす候補の中から配電損失が最小となる候補１つを配電損失最小構成として特定する配電損失最小構成特定手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の分散型電源を配電ネットワークに連系する際の条件を決定する支援システム。
4. コンピュータを、
   配電系統情報と、一定期間における負荷データと、その一定期間におけるピーク負荷データと、が記憶された記憶手段に格納された配電系統情報と、一定期間における負荷データとに基づき分散エネルギー源を、配電ネットワーク上の希望するある地点に連系することを想定した状態で、配電損失と，供給支障電力と，電圧不平衡率と、高調波電圧歪みとを許容範囲内で最小化することを同時に達成するような配電ネットワークの構成を、配電損失が小さい上位所定数分を構成候補として求める配電系統構成最適化部、
   前記記憶手段に格納された負荷データをもとに、前記配電系統構成最適化部で決定した各構成候補について、それぞれトータルロスを算出し、その算出したトータルロスが最小の構成を仮候補に決定する構成候補決定部、
   前記構成候補決定部で決定された仮候補の配電ネットワーク構成において分散型電源が連系された配電系統の電圧を、許容範囲内に収めるように送出電圧を決定する最適送出し電圧決定部、
   として機能させるためのプログラム。

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