JP2016077138A - 配電系統を構成する方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】最適な多目的スケジューリングおよび分割方法が、隣接する基本切換えセクション(BSS)の最適な組合せを通して系統を自己充足セクション(SSS)になるよう分割するために提供される。SSSは、系統が、低コストで、少ない電力損失で、より大きなエネルギー効率で、改善された電力品質で、また十分な過渡セキュリティを有して運転することを可能にする。2つの貯蔵ベース過渡セキュリティ指数を使用し、貯蔵補償電力余裕(SCPM)および貯蔵補償エネルギー余裕(SCEM)は、配電系統の過渡安定性余裕を評価する。最小安定性余裕を使用して、予期しない大きな負荷偏差を受けるとき、系統が安定したままであることを保証する。
【選択図】図2
Description
図2に示すように、本発明の実施形態による配電系統220は、ツリー構造を有する放射状トポロジーを使用することができる。メッシュ、ループ状、および結んだリング等の他のトポロジーもまた可能である。
スーパースイッチを使用して、配電系統は、基本切換えセクション(BSS)200を備えるように構成することができる。BSSは、配電系統オペレータ(DSO:distribution system operator)によってサービス提供または分離することができる最小セクションである。
図3に示すように、隣接するBSSは、運転条件に従って互いに独立に運転する自己充足セクション(SSS)300になるように組合せることができる。各SSSは、適切な安定余裕を有する安定周波数および電圧を維持するのに十分な発電および貯蔵予備力(generation and storage reserve)を有する。図3のSSSは、スーパースイッチSS−1およびSS−3を開き、スーパースイッチSS−2を閉じることによって形成される。
図4は、独立運転式の4つの自己充足セクションSSS−1、SSS−2、SSS−3、およびSSS−4を有する例示的な配電系統の日中の構成を示す。この構成は、太陽パネル400等の再生可能リソースを十分に利用する。セクションSSS−1は、DG−1、DG−2、DG−3等のその局地的リソースから十分な発電を有するため、開いたスイッチSS−1およびSS−3によって主グリッドおよび他のSSSから切離される。セクションSSS−3は、局地的リソースが欠如するため、主グリッドに接続される。セクションSSS−2およびSSS−4はまた、単独で局地的リソースを使用し、電力貯蔵ユニット410、例えば電池を、再生可能リソースを十分に利用するため充電状態に設定することができる。
図5は、図4の場合と同じ配電系統についての夜間の構成を示す。この構成は、2つの独立運転セクションSSS−1およびSSS−2を有する。両方のセクションは主グリッドに接続される。貯蔵ユニット410を、放電状態に設定することによって同様に使用することができる。
独立運転式セクションとして、各SSSは、負荷発生平衡(load generation balance)を保証するため適切な分散型発電能力を有する。さらに、メンテナンスコストを低減し、系統を信頼性がある状態に保つため、スーパースイッチは、あまりに頻繁に動作すべきではない。そのことは、各SSS内の負荷発生平衡が、運転サイクルと呼ばれる比較的長い期間にわたって一貫性があるべきであることを意味する。これについては以下を参照されたい。運転サイクルは、配電系統要件に基づくことができる。トポロジーは、目的関数の或る制約を超える例外事象が全く存在しない限り、全運転サイクルの間、有効であるべきである。配電系統のモニタリングは、リアルタイムベースとすることができる。
図6Aは、本発明の実施形態による配電系統の動的でかつ適応的な構成の基礎にある基本的な考えのタイミング図を示す(正確な縮尺ではない)。タイミングは3つのレベルで働く。最も細かいレベルにおいて、配電系統の状態は、本質的にリアルタイムに(601)、例えば秒以下で測定される。測定は、定期的に、例えば、電力潮流および安定性分析を使用して、例えば数分ごとの評価間隔602を使用して評価される。理想的には、構成は、全ての評価間隔中に、セキュリティ、安定性、信頼性、および効率要件を満足すべきである。運転サイクル603は、評価間隔より実質的に長い、例えば、評価サイクルより、30分〜180分長いかまたはほぼ一桁長い。運転サイクルの長さを、必要とされるときまた必要に応じて、配電系統オペレータが予め決定するかまたは設定することができる。より長い運転サイクルの目標は、系統の性能を評価する目的関数に関する制約が違反されない限り、配電系統の構成を比較的安定に保つことである。構成が変更される場合、新しい運転サイクルが始まる。この手法は、切換え周波数を最小にしながら、リアルタイムにモニタする利益を有する。
候補の実行可能な構成は、定常状態セキュリティ、信頼性、電力品質、デバイス(貯蔵等)についての技術的制限、および過渡的または動的状態安定性から導出される制約のセットを満足すべきである。
最適な構成候補は、複数の目的関数に従って決定される。
全運転サイクルにわたる系統についての平均線路損失の最小化は、エネルギー効率についての目的を示すために使用される。
需要家に提供される電力の品質は、一般に、需要家にサービス提供される電圧によって測定される。この目的は、所望のレベルからの電圧偏差および電圧閾値に対する電圧違反の平均加重和の最小化として示される。
目的は、経済的な負荷レベルからの偏差およびデバイス容量に対する過負荷の加重和の最小化として示される。
この目的は、
エネルギー独立性を強化するため、系統は、再生可能エネルギーリソースによって提供される分散型発電を最大限利用し、送電系統からの、また、価格が高い期間中の電力購入を最大限に減少させるべきである。この目的は、分散型発電の未利用有効電力および全ての評価間隔について平均された主グリッドからの有効電力購入の加重和の最小化として示される。
最適化の目標は、不必要な切換えおよびBSSの不必要な組合せを制限することである。通電しているスイッチ上での電力潮流が比較的低い場合、隣接する2つのBSSを組合せる必要性が存在しないことが示される場合がある。目的は、全ての評価間隔についての、スイッチオープン/クローズ状態変更の総数、および、所与の閾値未満の負荷を有するスーパースイッチの平均化された総数の加重和の最小化として示される。
最適化の目標は、所定の安定性余裕を有する各自己充足セクションが、かなりの負荷降下または増加等、予期しない事象に耐えることを可能にすることである。この目的は、各評価間隔において各自己充足セクションについて貯蔵補償電力余裕および貯蔵補償エネルギー余裕の加重和の最大化として示される。
この問題をより効果的に解くため、問題は、安定性制約(17)および目的関数(24)なしで最初に解かれる。候補解が得られた後、候補について安定性分析を実施して、その候補が最小安定性余裕を有するか否かを判定する。最終的な解は、全ての非安定性制約および目的を有する多目的最適化によって決定された候補リスト内にあり、かつ、安定性分析によって評価された最小安定性余裕を有する候補であるべきである。
構成変更の成功にとって最も重要であるのは、計算時間、特に、送電系統110の完全崩壊等の緊急事態に応答する計算時間である。配電系統を構成するための計算時間は、負荷、発電機、およびスイッチ特性によって決定される最大許容可能応答時間以内でなければならない。計算時間はまた、従来の方法によって達成できないリアルタイム測定およびほぼ連続的なモニタリングを達成するために重要である。
発電機iについての動揺方程式は、
ここで、Ps,t CHおよびPs,t DCHは、評価間隔tにおけるセクションsについての充電電力容量および放電電力容量である。同様に、必要とされる貯蔵電力定格Ps,t Vも、事象が負荷上昇または負荷降下であることに基づいて充電成分および放電成分、Ps,t V,CHおよびPs,t V,DCHに分解することができる。
従来の配電系統は、送電系統または主グリッドから給電され、放射状構成を使用し、単方向潮流で運転する。従来の配電系統の構成は、固定であり、「汎用的な(one−size−fits−all)」信頼性標準を有する。そのため、従来の系統は、広域な停電となりやすく、回復が遅くなりやすい可能性がある。それらは、また、効率、信頼性および品質が低い。
Claims (11)
- 配電系統を構成する方法であって、
前記配電系統の状態情報を、リアルタイムに測定し収集することと、
評価間隔および目的関数を使用して、前記状態情報を定期的に評価することと、
前記目的関数の制約に違反するとき、運転サイクルを使用して、前記配電系統の構成を変更することと、
を備え、
前記運転サイクルは、評価サイクルよりほぼ一桁長い
配電系統を構成する方法。 - 切換えは、固体スイッチを使用する、
請求項1に記載の方法。 - 前記固体スイッチは、フェーザ測定ユニットによって制御される、
請求項2に記載の方法。 - 前記配電系統を、隣接する基本切換えセクション(BSS)を組合せることによって自己充足セクション(SSS)になるよう分割することをさらに備え、
各BSSは、前記配電系統がサービス提供するかまたは分離する最小セクションであり、
各SSSは、独立に運転し、安定した周波数および電圧を維持するのに十分な発電および貯蔵予備力を有する、
請求項1に記載の方法。 - 制約のセットに違反することなく実行可能SSSを決定することをさらに備え、
前記制約のセットは、最小電圧制約および最大電圧制約、2方向に関する電力潮流制限、貯蔵の充電および放電による負荷および発電の平衡要件、発電機のランプアップ制約およびランプダウン制約、貯蔵についての最小の充電時間および放電時間、貯蔵についての充電状態、最小安定性余裕制約を含む、
請求項4に記載の方法。 - 複数の目的関数によってSSSの最適な組合せを決定することをさらに備え、
前記複数の目的関数は、線路損失の最小化、電圧偏差および違反の最小化と、負荷偏差および過剰負荷の最小化、自発的負荷低減および強制負荷削減の最小化、未使用再生可能エネルギーおよび主グリッド電力購入の最小化、軽い負荷によるスイッチ動作およびスイッチ閉鎖の回数の最小化、および過渡安定性余裕の最大化を含む、
請求項4に記載の方法。 - 前記変更することは、
前記目的関数および制約を使用して前記構成について候補のセットを生成することと、
最適候補を選択することと、
前記最適候補の安定性分析を実行することと、
前記最適候補が最小安定性余裕を有するとき、前記配電系統の前記構成を前記最適候補に変更することと、
をさらに備えた請求項1に記載の方法。 - 前記最小安定性余裕は、リアルタイム配電を補償するための貯蔵補償余裕(SCM)を含む、
請求項7に記載の方法。 - 過渡セキュリティ指数は、貯蔵補償電力余裕(SCPM)および貯蔵補償エネルギー余裕(SCEM)を含む、
請求項8に記載の方法。 - 自己充足セクションについての前記SCPMは、前記セクションの通電された貯蔵の充電電力容量と放電電力容量との差、および、前記自己充足セクション内の予期しない擾乱に起因する、必要とされる仮想充電電力定格と仮想放電電力定格との差として決定される、
請求項9に記載の方法。 - 自己充足セクションについての前記SCEMは、前記セクションの通電された貯蔵の充電エネルギー容量と放電エネルギー容量との差、および、前記自己充足セクション内の予期しない擾乱に起因する、必要とされる仮想充電エネルギー定格と仮想放電エネルギー定格との差として決定される、
請求項9に記載の方法。
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