JP2016208629A

JP2016208629A - 電力系統状態推定装置、電力系統状態推定プログラム、および電力系統状態推定方法

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Publication number: JP2016208629A
Application number: JP2015086475A
Authority: JP
Inventors: 章弘大井; Akihiro Oi
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2015-04-21
Filing date: 2015-04-21
Publication date: 2016-12-08

Abstract

【課題】電力系統状態推定装置は、測定した系統情報が誤りを含む場合であっても、短時間で精度の高い電力系統の推定結果を得ることができる。【解決手段】電力系統状態推定装置は、電力系統の状態を示す複数の測定値のうち、誤りのある測定値を検出する検出部と、誤りのある測定値が検出されると、誤りが検出されたパターンに応じて定められた電力系統の状態推定処理が実行できるか否かを示す第１データと、誤りのある測定値とに基づいて、電力系統の状態推定の可否を判定する判定部と、電力系統の状態推定ができないと判定されると、誤りが検出されたパターンに応じて定められた電力系統の仮想的な分割パターンを示す第２データと、誤りのある測定値とに基づいて、電力系統を仮想的に分割する分割部と、仮想的に分割した電力系統の状態を推定すべく、複数の測定値のうち誤りが検出されていない測定値に対して状態推定処理を施す状態推定部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電力系統状態推定装置、電力系統状態推定プログラム、および電力系統状態推定方法に関する。

一般に、電力系統においては、系統の状態を推定する電力系統状態推定装置が設けられている。電力系統状態推定装置は、電力系統の状態を示し、測定された系統情報に基づいて、系統の状態を推定する。ただし、系統情報を測定する測定装置の故障やノイズ等により、電力系統状態推定装置が取得した測定結果に誤りがあると、推定結果の精度が大きく悪化する虞がある。

このような問題に対処すべく、誤りがある測定結果の代わりに過去の測定結果を用いて電力系統の状態を推定する技術が知られている（例えば特許文献１）。

特開平６−２７６７００号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、過去の測定結果の値が、測定点における本来の値から大きくずれている場合、推定結果の精度が悪くなってしまうことがある。また、誤りがある測定値に対する過去の値がない場合には、推定結果を得るために更なる計算をする必要があるため、計算時間が長くなる。

前述した課題を解決する主たる本発明は、電力系統の状態を示す複数の測定値のうち、誤りのある測定値を検出する検出部と、前記誤りのある測定値が検出されると、誤りが検出されたパターンに応じて定められた前記電力系統の状態推定処理が実行できるか否かを示す第１データと、前記誤りのある測定値とに基づいて、前記電力系統の状態推定の可否を判定する判定部と、前記電力系統の状態推定ができないと判定されると、前記誤りが検出されたパターンに応じて定められた前記電力系統の仮想的な分割パターンを示す第２データと、前記誤りのある測定値とに基づいて、前記電力系統を仮想的に分割する分割部と、仮想的に分割した前記電力系統の状態を推定すべく、前記複数の測定値のうち誤りが検出されていない測定値に対して前記状態推定処理を施す状態推定部と、を備えることを特徴とする。

本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。

本発明によれば、測定した系統情報が誤りを含む場合であっても、短時間で精度の高い電力系統の推定結果を得ることが可能となる。

本実施形態に係る電力系統状態推定装置の構成を示すブロック図である。測定値の誤りパターンごとの状態推定の可否および分割パターンの関係を示す図である。電力系統が仮想的に分割された状態を示す図である。本実施形態に係る電力系統状態推定装置で実行される処理の一例を示すフローチャートである。本実施形態に係る電力系統状態推定装置の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る電力系統状態推定装置で実行される処理の一例を示すフローチャートである。

本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

＝＝状態推定の計算方法の一例＝＝
まず、電力系統の状態推定が実施される際に実行される計算方法について説明する。状態推定は、電力系統における複数の地点における測定値（有効電力、無効電力、電圧振幅、電圧位相角、電力潮流等の系統情報）を用いて、重み付け最小二乗法により電力系統の状態値（例えば、電圧振幅、電圧位相角）を計算して行われる。ここで、測定値を示す測定値ベクトルｚは、以下の式で表される。

なお、ｍは、測定値の数、状態値ベクトルｘの要素ｘ１〜ｘｎは、測定点における電力系統で推定したい状態値（例えば、電圧振幅、電圧位相角等）である。また、関数ベクトルｈ１〜ｈｍは、測定値ベクトルｚと状態値ベクトルｘとの関係を示す回路方程式から導かれる非線形関数である。また、測定誤差ベクトルｅ１〜ｅｍは、各測定値に含まれる誤差を示す。つまり、式（１）は、測定値を示すｚが、非線形関数から得られる測定値の真値ｈ（ｘ）に測定誤差ｅを加えたものに等しいとの関係を示すものである。このため、重み付け最小二乗法により得られる目的関数Ｊ（ｘ）の最小値を求めることにより、状態値ベクトルｘが求められる。

なお、Ｒは、式（３）に示す重み行列である。

ここで、重み行列Ｒの要素ｗ１〜ｗｍ（複数の係数）は、各測定値ｚ１〜ｚｍの精度の違いを考慮するために設定された、測定誤差に応じた値であり、測定値ｚｉに対する分散（重み）σ_i ²である。また、目的関数Ｊ（ｘ）を最小化するための状態値ベクトルｘは、以下の式（４）に基づいて計算される。

ここで、Ｈは、δｈ（ｘ）／δｘである。また、δｈ（ｘ）／δｘをテイラー展開し、一次までの項を考慮すると、ｘについては以下の式が成り立つ。

ただし、ｋはｘについて、ｋ＝０とした反復回数である。ここで、ｘ⁰に適当な初期値を与え（例えば、電圧ならば振幅を１、位相角を０）、ｘが収束するまで反復計算を行うことで、電力系統の状態値を推定することができる。

＝＝電力系統状態推定装置１０の構成＝＝
図１は、上述した計算方法に基づいて、電力系統の状態値を推定する電力系統状態推定装置１０の構成を示す図である。電力系統状態推定装置１０は、図示しない電力系統の制御所等に設けられ、データ入力装置２０、入力データ処理装置２１、状態推定計算装置２２、誤りデータ検出装置２３、記憶装置２４、状態推定可否判定装置２５、入力データ修正装置２６、およびデータ出力装置２７を含んで構成される。

データ入力装置２０は、測定された系統情報や、線路インピーダンス等の線路定数、状態推定の計算を行う際に用いられる各種係数を、入力データ処理装置２１に出力する。

入力データ処理装置２１は、データ入力装置２０から出力される各種情報を、状態推定の計算に適した形式（行列、ベクトル）、つまり式（１）等で計算できる形式に変換する。なお、データ入力装置２０から出力される系統情報は、前述した式（１）における測定値ベクトルｚに変換される。

状態推定計算装置２２（状態推定部）は、入力データ処理装置２１からのデータに基づいて、電力系統の状態を推定する。具体的には、状態推定計算装置２１は、前述した式（１）〜（５）を実行し、推定結果（状態ベクトルｘ）を計算する。

誤りデータ検出装置２３（検出部）は、状態推定計算装置２２で計算された推定結果に対し、カイ２乗検定等の統計的な処理を施すことにより、測定された系統情報における誤りの有無を判定する。そして、誤りデータ検出装置２３は、測定された系統情報に誤りが含まれている場合、推定結果および系統情報の測定値の差を計算し、差がしきい値より大きい測定値を、誤っている測定値として特定する。なお、誤りデータ検出装置２３は、測定値が誤りを含まないと判定した場合には、その旨を示す情報をデータ出力装置２７に出力する。

記憶装置２４（記憶部）は、測定値の誤りパターンごとに、電力系統において状態推定できるか否かを示す状態推定可否データ（第１データ）と、電力系統を仮想的に分割した際の分割パターンを示す分割データ（第２データ）とを記憶する。ここで、各データの詳細を、図２，３を参照しつつ説明する。なお、ここでは、便宜上、電力系統に配置された測定装置の数を６個、故障して誤りを含む測定結果を出力する測定装置の数を２個として説明するが、測定装置の数や故障の数は一例であり、これに限られない。

まず、６個の測定装置のうち、２個が故障して誤りを含む測定結果を出力する場合、故障パターン、つまり、測定値の誤りパターンは₆Ｐ₂となる。このため、測定値の誤りパターンは、図２に示すように、３０（＝６×５）パターンとなる。そして、例えば、電力系統状態推定装置１０の利用者は、３０パターンそれぞれに対し、電力系統の状態推定処理が実行できるか否かを、オフラインのコンピュータ等を用いて事前に検討する。具体的には、利用者は、３０パターンそれぞれの条件で誤りのある測定値を除去し、式（５）の右辺の［Ｈ^T（ｘ^k）Ｒ^-1Ｈ（ｘ^k）］^-1の項Ａが計算できるか否かを検討する。利用者は、項Ａの計算ができる場合には、状態推定ができることを示し、項Ａの計算ができない場合には、状態推定ができないことを示すデータを、状態推定可否データとして記憶装置２４に格納する。なお、記憶装置２４には、図２に示すように、誤りパターン１〜３では、状態推定ができることを示し、誤りパターン２８〜３０では、状態推定ができないことを示すデータが状態推定可否データとして記憶されている。

つぎに、電力系統を仮想的に分割した際の分割パターンを示す分割データについて説明する。なお本実施形態では、状態推定可否データにおいて“否”が示されている場合、つまり、誤っている測定値を除去して電力系統の状態推定ができない場合に電力系統は仮想的に分割される。図３は、電力系統を仮想的に分割した際の分割パターンの一例を示す図である。例えば、位置Ｐ２，Ｐ５に設置された測定装置が故障し、それぞれの測定装置の測定値に誤りがある場合、電力系統は、位置Ｐ０，Ｐ１を含む区間と、位置Ｐ３，Ｐ４を含む区間に仮想的に分割される。ここでは、分割された区間のそれぞれで状態推定が可能となるように、利用者は、オフラインのコンピュータ等を用いて事前に電力系統を仮想的に分割する。なお、電力系統の分割方法については、例えば、特開平１１−２５２７９５号公報等に開示されている。そして、利用者は、図３に示すような、誤りパターン１〜３０に対する分割パターンを分割データとして記憶装置２４に格納する。なお、例えば、誤りパターン１〜３においては、電力系統を分割しない場合であっても状態推定が可能であるため、分割パターンには、“無”が割り当てられる。

状態推定可否判定装置２５（判定部、分割部）は、誤った測定値から得られる誤りパターンと、記憶装置２４に記憶された状態推定可否データとに、基づいて、電力系統の状態推定ができるか否かを判定する。また、状態推定可否判定装置２５は、電力系統全体における状態推定ができないと判定されると、誤りパターンに対応する分割パターンを、分割データを参照して決定する。

入力データ修正装置２６は、電力系統全体における状態推定ができると判定されると、誤った測定値を修正し、入力データ処理装置２１に出力する。なお、誤った測定値の修正方法は、例えば、特開平６−２７６７００号公報に記載されている。また、前述のように、入力データ処理装置２１は、修正された測定値を状態推定可能な形式に変換するため、状態推定計算装置２２は、誤っていない測定値および修正された測定値に基づいて再度状態推定を行うことができる。

一方、入力データ修正装置２６は、電力系統全体における状態推定ができないと判定されると、分割パターンに基づいて、分割された区間で状態推定を行う際に必要となるリファレンシャルノードに関する情報等を入力データ処理装置２１に出力する。入力データ処理装置２１は、リファレンシャルノードに関する情報等を、状態推定可能な形式に変換するため、状態推定計算装置２２は、分割された区間の状態推定を行うことができる。

データ出力装置２７は、各ブロックで得られた推定結果等をディスプレイ（不図示）に表示する。

＝＝電力系統状態推定装置１０が実行する処理の一例＝＝
図４に示すフローチャートを参照しつつ、電力系統状態推定装置１０が実行する処理の一例について説明する。

まず、入力データ処理装置２１は、データ入力装置２０から出力される系統情報等を、状態推定可能な形式に変換する（Ｓ１０１）。状態推定計算装置２２は、変換された情報に対して、状態推定処理を実行する（Ｓ１０２）。状態推定処理が実行されると、誤りデータ検出装置２３は、推定結果と、測定値とに基づいて、測定値の誤りを検出する（Ｓ１０３）。そして、誤りデータ検出装置２３が、測定された系統情報に誤りを検出しないと（Ｓ１０４：ＮＯ）、誤りデータ検出装置２３は、データ出力装置２７に推定結果を出力する（Ｓ１０５）。

一方、誤りデータ検出装置２３が、測定された系統情報の誤りを検出すると（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、状態推定可否判定装置２５は、測定値の誤りパターンと、状態推定可否データとに基づいて、誤った測定値を除去して状態推定が可能か否かを判定する（Ｓ１０６）。状態推定が可能の場合（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、入力データ修正装置２６は、誤った測定値を修正する（Ｓ１０７）。この結果、状態推定計算装置２２は、修正された測定値と、誤っていない測定値に基づいて状態推定処理を行うため（Ｓ１１０）、推定結果は、データ出力装置２７に出力される。また、状態推定ができない場合（Ｓ１０６：ＮＯ）、状態推定可否判定装置２５は、測定値の誤りパターンと、分割データとに基づいて、分割パターンを決定する（Ｓ１０９）。入力データ修正装置２６は、分割パターンに基づいて、リファレンシャルノードに関する情報を入力データ処理装置２１に出力する（Ｓ１１０）。入力データ処理装置２１は、リファレンシャルノードに関する情報を状態推定で用いられるように変換するため（Ｓ１１１）、状態推定計算装置２２は、分割した区間において状態推定処理を行う（Ｓ１１２）。なお、処理Ｓ１１２における推定結果も、データ出力装置２７に出力される。

＝＝電力系統状態推定装置１５の構成＝＝
図５は、電力系統の状態値を推定する電力系統状態推定装置１５の構成を示す図である。電力系統状態推定装置１５は、図示しない電力系統の制御所等に設けられ、データ入力装置３０、入力データ処理装置３１、記憶装置３２、状態推定可否判定装置３３、状態推定計算装置３４、およびデータ出力装置３５を含んで構成される。

データ入力装置３０（検出部）は、測定された系統情報や、線路インピーダンス等の線路定数、状態推定の計算を行う際に用いられる各種係数を、入力データ処理装置３１に出力する。また、データ入力装置３０は、測定された系統情報を、過去の測定された系統情報と比較することにより、測定された系統情報における誤りの有無を判定する。具体的には、データ入力装置３０は、測定された系統情報のそれぞれ値が、過去の系統情報のそれぞれ平均値から所定以上ずれている場合には、誤っていると判定する。

入力データ処理装置３１は、データ入力装置３０から出力される各種情報を、状態推定の計算に適した形式（行列、ベクトル）、つまり式（１）等で計算できる形式に変換する。

記憶装置３２（記憶部）は、記憶装置２４と同様に、測定値の誤りパターンごとに、電力系統において状態推定できるか否かを示す状態推定可否データ（第１データ）と、電力系統を仮想的に分割した際の分割パターンを示す分割データ（第２データ）とを記憶する。

状態推定可否判定装置３３（判定部、分割部）は、データ入力装置３０が特定した誤った測定値において状態推定ができるか否かを、状態推定可否データを参照して判定する。また、状態推定可否判定装置３３は、電力系統全体における状態推定ができると判定されると、誤った測定点を過去のデータに基づいて修正する。一方、状態推定可否判定装置３３は、電力系統全体における状態推定ができないと判定されると、誤った測定値に対応する分割パターンを、分割データを参照して決定する。なお、状態推定可否判定装置３３は、電力系統を仮想的に分割する際には、分割パターンに応じたリファレンシャルノードに関する情報を状態推定計算装置３４に出力する。

状態推定計算装置３４（状態推定部）は、入力データ処理装置３１からのデータや状態推定可否判定装置３３からの出力に基づいて、電力系統の状態を推定する。

データ出力装置３５は、状態推定計算装置３４で得られた推定結果等をディスプレイ（不図示）に表示する。

＝＝電力系統状態推定装置１５が実行する処理の一例＝＝
図６に示すフローチャートを参照しつつ、電力系統状態推定装置１５が実行する処理の一例について説明する。

まず、データ入力装置３０は、測定された系統情報の誤りを検出する（Ｓ２０１）。データ入力装置３０が測定値に誤りを検出しないと（Ｓ２０２：ＮＯ）、系統情報等は、入力データ処理装置３１に出力される。入力データ処理装置３１は、系統情報等を、状態推定可能な形式に変換する（Ｓ２０３）。そして、状態推定計算装置３４は、変換された情報に対して、状態推定処理を実行する（Ｓ２０４）。一方、データ入力装置３０が測定値に誤りを検出すると（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、入力データ処理装置３１は、系統情報等を、状態推定可能な形式に変換する（Ｓ２０５）。状態推定可否判定装置３３は、誤りのある測定値を取得し、状態推定可否データを参照することにより状態推定ができるか否かを判定する（Ｓ２０６）。状態推定が可能であると判定されると（Ｓ２０６：ＹＥＳ）、状態推定可否判定装置３３は、誤っていない測定値と、誤りが修正された測定値とを、状態推定計算装置３４に出力する（Ｓ２０７）。状態推定計算装置３４は、誤っていない測定値および誤りが修正された測定値を取得し、状態推定処理を実行する（Ｓ２０８）。この結果、推定結果は、データ出力装置３５に出力される。

状態推定が可能でないと判定されると（Ｓ２０６：ＮＯ）、状態推定可否判定装置３３は、誤った測定値に対応する分割パターンを、分割データを参照して決定する（Ｓ２０９）。さらに、状態推定可否判定装置３３は、分割パターンに応じたリファレンシャルノードに関する情報を状態推定計算装置３４に出力する（Ｓ２１０）。状態推定計算装置３４は、誤っていない測定値およびリファレンシャルノードに関する情報を取得し、状態推定処理を実行する（Ｓ２１１）。この結果、推定結果はデータ出力装置３５に出力される。

以上、電力系統状態推定装置１０，１５が実行する処理について説明した。電力系統状態推定装置１０，１５は、予めオフラインで計算された状態推定可否データおよび分割データが用いられ、各種処理が実行されている。このため、測定した系統情報に誤りを含む場合、電力系統状態推定装置１０，１５は、複雑な計算をすることなく、直ちに電力系統全体の状態推定の可否を判定し、さらに、電力系統を仮想的に分割した際の状態推定を計算できる。したがって、電力系統状態推定装置１０，１５は、短時間で精度の高い電力系統の推定結果を得ることができる。

また、電力系統状態推定装置１０の誤りデータ検出装置２３は、電力系統の推定結果と、系統情報の測定値とに基づいて、系統情報に含まれる誤りを検出することができる。

また、予めオフラインで計算された状態推定可否データおよび分割データは、電力系統状態推定装置１０，１５のそれぞれに設けられた記憶装置２４，３２に格納されている。

また、電力系統状態推定装置１０，１５は、状態推定計算装置等の装置を含んで構成されることとしたが、これに限られない。例えば、コンピュータに、プログラムを実行させ、状態推定計算装置等と同様の機能を有する機能ブロックを実現させ、図４，６に示す処理を実行させてもよい。このような場合であっても、同様の効果を得ることができる。

なお、上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

１０，１５電力系統状態推定装置
２０，３０データ入力装置
２１，３１入力データ処理装置
２２，３４状態推定計算装置
２３誤りデータ検出装置
２４，３２記憶装置
２５，３３状態推定可否判定装置
２６入力データ修正装置
２７，３５データ出力装置

Claims

電力系統の状態を示す複数の測定値のうち、誤りのある測定値を検出する検出部と、
前記誤りのある測定値が検出されると、誤りが検出されたパターンに応じて定められた前記電力系統の状態推定処理が実行できるか否かを示す第１データと、前記誤りのある測定値とに基づいて、前記電力系統の状態推定の可否を判定する判定部と、
前記電力系統の状態推定ができないと判定されると、前記誤りが検出されたパターンに応じて定められた前記電力系統の仮想的な分割パターンを示す第２データと、前記誤りのある測定値とに基づいて、前記電力系統を仮想的に分割する分割部と、
仮想的に分割した前記電力系統の状態を推定すべく、前記複数の測定値のうち誤りが検出されていない測定値に対して前記状態推定処理を施す状態推定部と、
を備えることを特徴とする電力系統状態推定装置。
請求項１に記載の電力系統状態推定装置であって、
前記検出部は、
前記複数の測定値に対して前記状態推定処理を施して得られる推定結果と、前記複数の測定値とに基づいて、前記複数の測定値のうち誤りのある測定値を検出すること、
を特徴とする電力系統状態推定装置。
請求項１または請求項２に記載の電力系統状態推定装置であって、
前記第１および第２データを記憶する記憶部を更に備えること、
を特徴とする特徴とする電力系統状態推定装置。
コンピュータに、
電力系統の状態を示す複数の測定値のうち、誤りのある測定値を検出する処理と、
前記誤りのある測定値が検出されると、誤りが検出されたパターンに応じて定められた前記電力系統の状態推定処理が実行できるか否かを示す第１データと、前記誤りのある測定値とに基づいて、前記電力系統の状態推定の可否を判定する処理と、
前記電力系統の状態推定ができないと判定されると、前記誤りが検出されたパターンに応じて定められた前記電力系統の仮想的な区間を示す第２データと、前記誤りのある測定値とに基づいて、前記電力系統を前記仮想的な区間に分割する処理と、
前記仮想的な区間の前記電力系統の状態を推定すべく、前記複数の測定値のうち誤りが検出されていない測定値に対して前記状態推定処理を施す処理と、
を実行させることを特徴とする電力系統状態推定プログラム。
電力系統の状態を示す複数の測定値のうち、誤りのある測定値を検出し、
前記誤りのある測定値が検出されると、誤りが検出されたパターンに応じて定められた前記電力系統の状態推定処理が実行できるか否かを示す第１データと、前記誤りのある測定値とに基づいて、前記電力系統の状態推定の可否を判定し、
前記電力系統の状態推定ができないと判定されると、前記誤りが検出されたパターンに応じて定められた前記電力系統の仮想的な区間を示す第２データと、前記誤りのある測定値とに基づいて、前記電力系統を前記仮想的な区間に分割し、
前記仮想的な区間の前記電力系統の状態を推定すべく、前記複数の測定値のうち誤りが検出されていない測定値に対して前記状態推定処理を施すこと、
を特徴とする電力系統状態推定方法。