JP4435101B2 - Design evaluation method for small-scale power system - Google Patents

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Description

本発明は、小規模電力系統の設計評価方法に係わり、とくに一つの電力系統につき複数の電源配置計画を立てて比較し評価する方法に関する。   The present invention relates to a design evaluation method for a small-scale power system, and more particularly to a method for making and comparing a plurality of power supply arrangement plans for one power system.

近年、自然エネルギー発電やマイクロガスタービンなどの小容量発電システムの普及に伴い、特定地域の電力をその地域内での発電により賄う、いわゆるマイクログリッドなどと呼ばれる小規模電力系統が検討されている（特許文献１および同２参照）。   In recent years, with the spread of small-capacity power generation systems such as natural energy power generation and micro gas turbines, small-scale power systems called so-called micro grids that cover power in a specific area by power generation in that area are being studied ( (See Patent Documents 1 and 2).

そして、小規模系統の普及により風力発電機器および太陽光発電機器等の自然エネルギー発電機器の導入を促進し、自然環境保全への寄与を図り、小規模系統内に熱電併給機器を導入して発電時に生じる廃熱を有効利用することにより省エネ化するなど、が検討されている。   And by promoting the introduction of wind power generators and solar power generators, etc. through the spread of small-scale grids, and contributing to the conservation of the natural environment, the introduction of combined heat and power equipment in small-scale grids for power generation Energy saving is being studied by effectively using waste heat that is sometimes generated.

この小規模系統は、電力会社が運用する商用系統から独立して運用されたり、小規模系統の緊急時にのみ商用系統と連系されたりし、また商用系統との連系も様々な方法および制御方式が提案されている（特許文献２参照）。   This small-scale system is operated independently from the commercial system operated by the electric power company, or is connected to the commercial system only in the event of an emergency of the small-scale system. A method has been proposed (see Patent Document 2).

小規模系統を運用し電力供給網として有用なシステムとするためには、次のような評価が必要である。すなわち、(a)系統内の電圧変動、周波数変動等の各電力品質を規定範囲内に維持可能かどうかに着目した電力品質の評価、(b)小規模系統の運用を継続して事業としての成立性を評価する経済性評価、(c)自然エネルギー発電機器等の導入による地球温暖化ガス削減量を評価する環境性評価、である。なお、環境性評価は、ＬＣＡ（ライフサイクルアセスメント）により可能である。
特開2005-151746号公報 特開2005-223986号公報 In order to operate a small-scale system and make it a useful system as a power supply network, the following evaluation is required. That is, (a) evaluation of power quality focusing on whether each power quality such as voltage fluctuation and frequency fluctuation in the system can be maintained within the specified range, and (b) continuing operation of the small-scale system as a business. Economic evaluation to evaluate feasibility, (c) Environmental evaluation to evaluate the amount of global warming gas reduction by introducing natural energy power generation equipment. The environmental evaluation can be performed by LCA (life cycle assessment).
JP 2005-151746 JP 2005-223986 JP

小規模電力系統への自然エネルギー発電機器の導入は、自然エネルギー発電機器の発電原理が自然エネルギーを利用するものであり、化石燃料を使用しないので環境性の向上に寄与すると考えられる。しかし、風向、風速、日射等の自然環境の変化により発電出力が大きく変化するため、電力品質の低下を招く可能性がある。   The introduction of natural energy power generation equipment to a small-scale power system is considered to contribute to the improvement of environmental performance because the power generation principle of the natural energy power generation equipment uses natural energy and does not use fossil fuel. However, since the power generation output greatly changes due to changes in the natural environment such as wind direction, wind speed, and solar radiation, there is a possibility that the power quality will be degraded.

一方、電力品質の維持向上を目的に、例えば電圧変動を抑制する電圧調整器、電力変動を補償する蓄電地および二次電池を導入すると、その導入費用および運用費用によって経済性が悪化する可能性があり、また、発電出力を可変制御可能な、例えばディーゼルエンジン発電機等を導入すると、温暖化ガスの放出により逆に環境性を悪化させる可能性もある。   On the other hand, for the purpose of maintaining and improving power quality, for example, if a voltage regulator that suppresses voltage fluctuations, a storage battery that compensates for power fluctuations, and secondary batteries are introduced, the economics may deteriorate due to the introduction and operation costs. In addition, when a diesel engine generator or the like capable of variably controlling the power generation output is introduced, there is a possibility that the environmental performance may be worsened due to the release of the warming gas.

このように、小規模電力系統における電力品質、経済性および環境性は、複雑に相互に影響し合うため、電力品質を規定値範囲内に維持し、かつ経済性および環境性を共に最適化する小規模電力系統のシステム構成を最適化問題として解くことで、システム設計を行うことは極めて困難である。ただし、環境性と経済性とを両立させる最適解を得るように、例えば混合整数計画問題等の最適化問題に帰着させて定式化し、最適化問題を解くこと自体は可能である。   In this way, power quality, economy, and environmental performance in a small-scale power system interact with each other in a complex manner, so that power quality is maintained within the specified value range and both economy and environmental performance are optimized. It is extremely difficult to design a system by solving the system configuration of a small-scale power system as an optimization problem. However, it is possible to solve the optimization problem by formulating it by reducing it to an optimization problem such as a mixed integer programming problem so as to obtain an optimal solution that achieves both environmental performance and economic efficiency.

しかし、最適解として得られたシステム構成では、一部の送電線が重潮流化したり、母線電圧が低くなったりする等の、電力系統として成立しないか、電力品質が規定範囲を維持できない場合が生じる。その対策として、適切な電力機器等の設置とかシステム構成の変更を行うと、経済性および環境性に対するシステム構成の最適解に対策電力機器を加えたシステム構成が経済性や環境性に対する真の最適解である保証がなくなる。   However, with the system configuration obtained as the optimal solution, some power transmission lines may become heavy currents or the bus voltage may be low, or the power system may not be established, or the power quality may not maintain the specified range. Arise. As countermeasures, if appropriate power equipment is installed or the system configuration is changed, the system configuration with the power equipment added to the optimal solution of the system configuration for economic and environmental performance is truly optimal for economic and environmental performance. There is no guarantee that it is a solution.

また、最適化問題の拘束条件として電力系統の成立性や電力品質の条件を加えると、最適化問題解法の繰り返し計算刻み毎の中で電力潮流計算および電力動特性計算が必要となって計算量過大となり、有限時間で解を得ることが困難となるとか、経済性評価と環境性評価とがそもそもトレードオフの関係とならず、元々最適解が存在しない場合にシステム構成解が得られない問題がある。   In addition, if the power system feasibility and power quality conditions are added as constraints for the optimization problem, power flow calculation and power dynamic characteristic calculation are required for each iteration of the optimization problem solution. The problem is that it is difficult to obtain a solution in a finite time because it becomes excessive, or the economic evaluation and the environmental evaluation are not in a trade-off relationship in the first place, and the system configuration solution cannot be obtained when there is no optimal solution originally There is.

さらに、最適解として唯一のシステム構成解を算出した場合には、例えば少し経済性を悪化させ、環境性を向上させる等の要求に対してシステム構成の変更が難しい問題がある。   Further, when the only system configuration solution is calculated as the optimum solution, there is a problem that it is difficult to change the system configuration in response to a request for, for example, slightly degrading economy and improving environmental performance.

本発明は上述の点を考慮してなされたもので、熱需要と電力需要とを考慮して複数の電源配置計画を立て、複数の電源配置計画結果から電力系統として成立する複数の電源配置計画を抽出して電力品質対策案を求めて、電力系統構成案を立案し、かつ環境性評価および経済性評価の結果を明示することにより、複数の電力系統構成案を定量的に比較評価することが可能な小規模電力系統の設計評価方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above-described points. A plurality of power supply arrangement plans are established in consideration of heat demand and power demand, and a plurality of power supply arrangement plans are established as a power system from a plurality of power supply arrangement plan results. Qualitatively compare and evaluate multiple power system configuration plans by seeking out power quality countermeasure proposals, formulating power system configuration plans, and clarifying the results of environmental assessment and economic assessment The purpose is to provide a design evaluation method for small-scale power systems that can be used.

上記目的達成のため、本発明では、
小規模電力系統内の熱需要および電力需要に対する需給バランスを考慮した複数の電源配置計画を立案し、
前記電源配置計画に対し電力送電が可能であるかの系統成立性を評価し、
系統成立性の成立条件を満足する複数の電源配置計画について、電源の出力変動および負荷量変動に対する前記小規模電力系統内の電力品質が規定範囲内となるように電力品質対策を施し、
前記電源配置計画のそれぞれについて電力品質対策を施して得た複数の電力系統構成案につき、温室ガス排出量による環境性評価と内部収益率による経済性評価とを定量的に明示し、
前記複数の電力系統構成案の中から、前記環境性評価結果および前記経済性評価結果をそれぞれ比較評価して何れかを選択する
ことを特徴とする小規模電力系統の設計評価方法、
を提供するものである。 In order to achieve the above object, in the present invention,
Develop multiple power supply arrangement plans that take into account the supply and demand balance for heat demand and power demand in a small-scale power system,
Evaluate system feasibility of whether power transmission is possible for the power supply arrangement plan,
For a plurality of power supply arrangement plans that satisfy the conditions for establishment of system feasibility, power quality measures are taken so that the power quality in the small-scale power system with respect to power output fluctuations and load fluctuations is within a specified range,
For a plurality of power system configuration plans obtained by taking power quality measures for each of the power supply arrangement plans, quantitatively clarifying the environmental assessment by greenhouse gas emissions and the economic assessment by internal rate of return,
A design evaluation method for a small-scale power system, wherein the environmental evaluation result and the economic evaluation result are respectively compared and selected from the plurality of power system configuration proposals.
Is to provide.

本発明では上述のように、小規模系統内の熱需要および電力需要を考慮して複数の電源配置計画を立て、複数の電源配置計画結果から電力系統として成立する複数の電源配置計画を抽出してそれぞれの電力系統構成案を作成し、さらに複数の電力系統構成案に対して電力品質が規定範囲内となるように電力品質対策案をそれぞれ算出し、この電力品質対策案を施した複数の電力系統構成案に保護設備をそれぞれ設置した複数の小規模電力系統のシステム構成について運用年数による環境性評価としてのＣＯ２排出量、および運用年数に対する経済性評価としての内部収益率を定量的に明示することができ、有限時間内で電力品質が規定範囲であることが保証される複数の小規模系統のシステム構成案が得られるため、各システム構成案について環境性および経済性の評価結果を比較評価し選択することにより、小規模系統の適切な評価およびそれに基く設計が可能となる。   In the present invention, as described above, a plurality of power supply arrangement plans are made in consideration of heat demand and power demand in a small-scale system, and a plurality of power supply arrangement plans that are established as a power system are extracted from a plurality of power supply arrangement plan results. Each power system configuration plan is created, and each power quality plan is calculated so that the power quality is within the specified range for a plurality of power system configuration plans. Quantitatively specify CO2 emissions as an environmental assessment based on the number of years of operation and internal rate of return as an economic assessment for the number of years of operation for a system configuration of multiple small-scale power systems each with protective equipment installed in the power system configuration plan System configuration proposals for multiple small-scale systems that guarantee that the power quality is within the specified range within a finite time. By environmental resistance and comparatively evaluated The evaluation results of economy selected, it is possible to correct evaluation and design based on that of the small-scale system.

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図１は、本発明の実施例１に係る小規模電力系統の設計評価方法のフローチャートである。図１に示す小規模電力系統の設計評価方法のフローチャートを用いて、実施例１を説明する。   FIG. 1 is a flowchart of a design evaluation method for a small-scale power system according to Embodiment 1 of the present invention. The first embodiment will be described with reference to the flowchart of the design evaluation method for a small-scale power system shown in FIG.

（構成）
実施例１における小規模電力系統の設計評価方法は、次の(i)ないし(vii)に示す通りである。 (Constitution)
The design evaluation method for a small-scale power system in the first embodiment is as shown in the following (i) to (vii).

(i) 小規模電力系統対象区域内の季節毎、月毎あるいは１日２４時間毎などの熱需要の変化を時系列で表した熱需要カーブと、この熱需要カーブと同様に季節毎、月毎或いは１日２４時間毎などの電力需要の変化を時系列で表した電力需要カーブと、小規模系統区域内に設置可能な電源の種類と、電源設置条件とを入力し、小規模電力系統内の電力需給バランスおよび熱需給バランスの制約条件を満足する複数の電源配置案Ａを出力する電源配置計画機能１、
(ii) 複数の電源配置案Ａ、小規模電力系統内の送配電網データおよび系統制約条件を入力し、複数の電源配置案Ａから小規模電力系統として成立する電源配置案のみを選出した複数の電源配置案Ｂを出力する系統成立性確認機能２、
(iii) 複数の電源配置案Ｂ、送配電網データ、発電出力および負荷変動をデータ化した発電負荷変動データ、電力品質の許容範囲値を記した電力品質条件、ならびに系統の動特性解析に必要なデータを記した系統動特性解析データを入力し、発電負荷変動データで与えられた発電出力または負荷の変動時において小規模電力系統の電力品質が電力品質条件範囲内となる電源配置、送配電網および電力品質対策機器の配置案を含む複数のシステム構成案Ａを出力する電力品質対策機器設置計画機能３、
(iv) 複数のシステム構成案Ａを入力し、これらシステム構成案Ａそれぞれに対し保護設備を設置した複数のシステム構成案Ｂを出力する保護設備設置計画機能４、
(v) 複数のシステム構成案Ｂを入力し、複数のシステム構成案Ｂのそれぞれに対応する複数の環境性評価結果を出力する環境性評価機能５、
(vi) 複数のシステム構成案Ｂと環境性評価結果とを入力し、複数のシステム構成案Ｂそれぞれに対応する複数の経済性評価結果を出力する経済性評価機能６、
(vii) 複数のシステム構成案Ｂと、環境性および経済性の評価結果とを入力し、複数のシステム構成案Ｂについて環境性評価および経済性評価をそれぞれ比較することにより複数の小規模電力系統のシステム構成を評価するシステム構成評価機能７、
により構成される。 (i) A heat demand curve that shows changes in heat demand in seasons, months, or 24 hours a day in the target area of the small-scale power system in time series, and in the same way as this heat demand curve, seasonal and monthly Enter a power demand curve that shows changes in power demand in time series, such as every hour or every 24 hours per day, the type of power source that can be installed in a small power system area, and power supply installation conditions, and a small power system A power supply arrangement plan function 1 for outputting a plurality of power supply arrangement plans A satisfying the constraints of the power supply and demand balance and the heat supply and demand balance
(ii) A plurality of power supply arrangement plans A, a transmission / distribution network data in a small-scale power system, and system constraint conditions are input, and a plurality of power supply arrangement plans that are established as a small-scale power system are selected from the plurality of power supply arrangement plans A System feasibility confirmation function 2 for outputting power supply plan B
(iii) Necessary for multiple power distribution plan B, transmission / distribution network data, power generation load fluctuation data converted from power generation output and load fluctuation, power quality condition with power quality tolerance range value, and system dynamic characteristic analysis Power distribution and transmission / distribution in which the power quality of the small-scale power system is within the power quality condition range at the time of power generation output or load fluctuation given by the power generation load fluctuation data. Power quality countermeasure device installation planning function 3 for outputting a plurality of system configuration plans A including a network and power quality countermeasure device arrangement plan,
(iv) A protection facility installation plan function 4 for inputting a plurality of system configuration plans A and outputting a plurality of system configuration plans B in which protection facilities are installed for each of these system configuration plans A;
(v) An environmental evaluation function 5 that inputs a plurality of system configuration plans B and outputs a plurality of environmental evaluation results corresponding to each of the plurality of system configuration plans B;
(vi) Economic evaluation function 6 for inputting a plurality of system configuration plans B and environmental evaluation results and outputting a plurality of economic evaluation results corresponding to each of the plurality of system configuration plans B;
(vii) By inputting a plurality of system configuration plans B and environmental and economic evaluation results, and comparing a plurality of system configuration plans B with environmental evaluations and economic evaluations, respectively, a plurality of small power systems System configuration evaluation function 7 for evaluating the system configuration of
Consists of.

（作 用）
次に、図１の小規模電力系統設計評価方法のフローチャートを構成する各機能の作用について説明する。 (Work)
Next, the operation of each function constituting the flowchart of the small-scale power system design evaluation method of FIG. 1 will be described.

図２は、小規模系統対象域１０内に点在する１以上の電力負荷または熱負荷１１と、１つ以上の負荷１１を纏めたエリア１２との関係を示している。エリア１２の設定は、各エリア１２内に存在する熱負荷１１が、同一のエリア内に設置される熱電併給電源機器や熱供給のみを行うボイラを含む、１台以上の電源１３から熱の供給を受けることが可能な区域とする。   FIG. 2 shows a relationship between one or more power loads or thermal loads 11 scattered in the small-scale system target area 10 and an area 12 in which the one or more loads 11 are collected. The area 12 is set by supplying heat from one or more power supplies 13 including heat and power supply devices installed in the same area and boilers that only supply heat. We assume area that can receive.

次に、電源配置計画機能１の作用について説明する。電源配置計画機能１には、
(a) 各エリア１２（ｊと表記する。ｊ＝１，２，…，ｎ、ｎは小規模電力系統対象区域１０内に設定したエリアの総数）毎に、季節毎、月毎あるいは１日２４時間毎など時間（t）に対する各エリアｊの熱需要を時系列ｔで表した熱需要カーブ（DHjt）と、
(b) 各エリア１２毎の熱需要カーブにおける時間と同一時間の電力需要を時系列で表した電力需要カーブ（DPjt）と、
(c) 小規模系統対象域１０内に設置可能な電源１３について、例えばディーゼルエンジン発電機（DE）、ガスタービン（GT）、風力発電機（WP）、ボイラ（BO）等を表す電源種別について電源種別の認識番号ｉ（ここで、ｉ＝１，２，…，Ｇとして、Ｇは設置を検討する電源種別総数であり、例えばGTでも容量が異なる場合はGT1，GT2と区別することとする。）、
を表記する。 Next, the operation of the power supply arrangement planning function 1 will be described. The power allocation plan function 1 includes
(a) For each area 12 (denoted as j. j = 1, 2,..., n, n is the total number of areas set in the small power system target area 10), every season, every month, or every day A heat demand curve (DHjt) representing the heat demand of each area j with respect to time (t) such as every 24 hours in time series t,
(b) A power demand curve (DPjt) representing the power demand in the same time as the time in the heat demand curve for each area 12 in time series,
(c) Regarding the power source 13 that can be installed in the target area 10 for the small-scale system, for example, the power source type representing a diesel engine generator (DE), gas turbine (GT), wind power generator (WP), boiler (BO), etc. Identification number i of power supply type (where i = 1, 2,..., G, G is the total number of power supply types to be considered for installation, and for example, if GT has different capacities, it is distinguished from GT1 and GT2. ),
Is written.

また各電源種別について、
(a) 電源容量（Pmaxi）および電源の可能最小電力出力（Pmini）、発電出力（Pijt）毎の燃料消費量を表す発電消費エネルギー特性（EPi(Pijt））、熱出力（Hijt）毎の燃料消費量を表す発熱消費エネルギー特性（EHi(Hijt））、電源設置に係る初期コスト（Cinitiali）および燃料単価（Ci）のデータから構成される電源の種類と、
(b) エリア１２（j）にそれぞれ設置可能な電源種別（i）を、Xijが１ならば設置可とし、また０ならば設置不可として表記した電源設置条件と
が入力される。 For each power supply type,
(a) Power supply capacity (Pmaxi), minimum possible power output of power supply (Pmini), power generation energy characteristics (EPi (Pijt)) representing fuel consumption per power generation output (Pijt), fuel per heat output (Hijt) The type of power source composed of data on heat generation energy consumption characteristics (EHi (Hijt)), initial cost (Cinitiali) and fuel unit price (Ci) related to power installation,
(b) The power supply type (i) that can be installed in each of the areas 12 (j) is input as follows.

なお、発電消費エネルギー特性（EPi（Pijt））および発熱消費エネルギー特性（EHi（Hijt））は、図３に示すように発電出力（P）または熱出力（H）に対して一般に多次元数の関数となるが、例えば、
EPi(Pijt) ＝ api × Pijt＾２＋ bpi × Pijt ＋ Cpi …(1)
EHi(Hijt) ＝ ahi × Hijt＾２＋ bhi × Hijt ＋ Chi …(2)
と２次式で近似したものとしてもよい。 The power generation consumption energy characteristic (EPi (Pijt)) and the heat generation energy consumption characteristic (EHi (Hijt)) are generally multi-dimensional with respect to the power generation output (P) or the heat output (H) as shown in FIG. Function, for example,
EPi (Pijt) = api x Pijt ^ 2 + bpi x Pijt + Cpi (1)
EHi (Hijt) = ahi × Hijt ^ 2 + bhi × Hijt + Chi… (2)
And may be approximated by a quadratic expression.

また更に、簡単化して１次式で、
EPi(Pijt) ＝ bpi × Pijt ＋ Cpi …(3)
EHi(Hijt) ＝ bhi × Hijt ＋ Chi …(4)
と表現してもよい。 Furthermore, it is simplified and is a linear expression.
EPi (Pijt) = bpi × Pijt + Cpi (3)
EHi (Hijt) = bhi × Hijt + Chi… (4)
It may be expressed as

発電時に熱出力が可能な電源については、電主熱従運転を考える。この場合、ある発電出力時の燃料消費量は（EPi(Pijt)）となり、発熱消費エネルギー特性の燃料消費量（EHi(Hijt)）が等価となるので、発電消費エネルギー（EPi(Pijt)）と熱出力（Hijt）との関係は、(1)式と(2)式の場合には、

Figure 0004435101
と熱出力（Hijt）を表現でき、(3)式と(4)式の場合には、
Figure 0004435101
 と熱出力（Hijt）を表現できる。 For power sources capable of heat output during power generation, consider the main heat driven operation. In this case, the fuel consumption at a certain power generation output is (EPi (Pijt)), and the fuel consumption (EHi (Hijt)) of the heat generation energy characteristic is equivalent, so the power generation consumption energy (EPi (Pijt)) The relationship with the heat output (Hijt) is as follows in the case of Equations (1) and (2):
Figure 0004435101
 And thermal output (Hijt) can be expressed, and in the case of Equations (3) and (4),
Figure 0004435101
 And heat output (Hijt).

さらに、小規模電力系統対象域１０内の電力需給のバランスは、(7)式で与えられる。

Figure 0004435101
Further, the balance of power supply and demand in the small power system target area 10 is given by equation (7).
Figure 0004435101

熱需給のバランスについては、電主熱従運転で熱が余ったら廃熱することとすると、熱需給バランスは（８）式で与えられる。

Figure 0004435101
As for the balance of heat supply and demand, assuming that heat is exhausted when there is excess heat in the main heat driven operation, the heat supply and demand balance is given by equation (8).
Figure 0004435101

１つのエリア１２に設置可能な電源数を最大Gmax個とすると、エリアへの電源設置数の条件は、

Figure 0004435101
と表現できる。 If the maximum number of power supplies that can be installed in one area 12 is Gmax, the conditions for the number of power supplies installed in the area are as follows:
Figure 0004435101
 Can be expressed as

また、小規模電力系統対象域１０内に電源を設置してT時間運用した場合の電源総コストは、

Figure 0004435101
と表現できる。 In addition, the total cost of power when a power source is installed in the small power system target area 10 and operated for T hours is
Figure 0004435101
 Can be expressed as

ここで、(10)式の最小化を、(1)式、(2)式および(5)式の条件、または(3)式、(4)式および(6)式の条件、ならびに(7)式、(8)式および(9)式の条件を拘束条件とした最適化問題とみなすと、０また１で表される変数XijおよびPijtを変数とする混合整数計画問題として定式化されたことになる。なお、(1)式および(2)式を使用する場合は混合整数非線形計画問題となり、(3)式および(4)式を使用した場合には混合整数線形計画問題となる。   Here, the minimization of equation (10) is performed by the conditions of equations (1), (2) and (5), or the conditions of equations (3), (4) and (6), and (7 ), (8) and (9) are regarded as optimization problems with constraints as constraints, and are formulated as mixed integer programming problems with variables Xij and Pijt represented by 0 or 1 as variables. It will be. Note that using equations (1) and (2) results in a mixed integer nonlinear programming problem, and using equations (3) and (4) results in a mixed integer linear programming problem.

混合整数計画問題の解法は公知であり、(10）式で表す電源総コストを最小化する各エリア１２（j）へ設置する電源種別（i）がｘijの０または１で得られ、xijが１の場合にはその電源種別ｉをエリアｊへ設置することを表す。   The solution method of the mixed integer programming problem is known, and the power supply type (i) to be installed in each area 12 (j) that minimizes the total power supply cost expressed by the equation (10) is obtained by 0 or 1 of xij, where xij is 1 indicates that the power supply type i is installed in the area j.

さらに、Pijtにより、エリアｊの電源種別ｉの時刻ｔにおける発電出力Pijtを解として得る。また、最適化問題を解く過程においては、上記した拘束条件を全て満足するが、（10）式が最小値ではない準最適解も併せて出力することが可能である。   Furthermore, the power generation output Pijt at time t of the power source type i in area j is obtained as a solution from Pijt. Further, in the process of solving the optimization problem, it is possible to output a sub-optimal solution that satisfies all of the above-mentioned constraint conditions, but in which equation (10) is not the minimum value.

なお、準最適解を出力する際に、(10)式で表す電源総コストについて電源総コスト最大値を電源配置計画機能１内に設定することにより、電源総コストが最大値以下となる最適解や準最適解を選出することもできる。   When the sub-optimal solution is output, by setting the maximum total power cost value for the total power cost expressed by equation (10) in the power allocation planning function 1, the optimal solution for which the total power cost is less than the maximum value is set. And suboptimal solutions can be selected.

このように、(10)式の値の最小化を達成する最適化問題について、最適解と電源総コストが最大値以下となる複数の準最適解とを出力することで、各エリア１２に設置する電源種別xijと、熱需要カーブおよび電力需要カーブで与えた時系列データの各時点での各発電出力カーブPijtと、について明記した複数の電源配置案Ａを出力する。   In this way, for the optimization problem that achieves the minimization of the value of equation (10), the optimal solution and a plurality of sub-optimal solutions whose total power source cost is less than or equal to the maximum value are output, and installed in each area 12. A plurality of power supply arrangement plans A that specify the power source type xij and the power generation output curves Pijt at each point in time series data given by the heat demand curve and the power demand curve are output.

次に、系統成立性確認機能２の作用について説明する。系統成立性確認機能２では、
(a) １個以上の電源配置案を含む複数の電源配置案Ａと、
(b) 小規模系統対象域１０内の送配電線の各線路接続状況、各線路のインピーダンス、各電源の接続母線、各電源の運転モード、各電源の端子電圧または各電源の力率値、およびしわ取り母線を記した送配電網データと、
(c) 各線路の通過有効電力の上限値および各母線電圧の規定範囲を設定した系統制約条件と、
を入力する。 Next, the operation of the system feasibility confirmation function 2 will be described. In system feasibility confirmation function 2,
(a) a plurality of power supply arrangement plans A including one or more power supply arrangement plans;
(b) Each line connection status of transmission and distribution lines in the small-scale system target area 10, impedance of each line, connection bus of each power source, operation mode of each power source, terminal voltage of each power source or power factor value of each power source, And transmission / distribution network data with wrinkle removal buses,
(c) System constraints that set the upper limit of the passing active power of each line and the specified range of each bus voltage,
Enter.

各電源の運転モードについて更に詳しく説明する。発電機では、
(a) 発電機端子電圧を制御して発電機端子電圧一定運転とし、発電機有効電力出力Pと発電機端子電圧Vを指定するPV指定モードと、
(b) 力率一定運転とし発電機有効電力出力Pと発電機無効電力出力Qを指定するPQ指定モードと、
の２種に分類される。 The operation mode of each power source will be described in more detail. In the generator,
(a) PV designation mode for controlling the generator terminal voltage to make the generator terminal voltage constant operation, and specifying the generator active power output P and the generator terminal voltage V;
(b) PQ designation mode in which generator active power output P and generator reactive power output Q are designated with constant power factor operation,
It is classified into two types.

PV指定モード時には、発電機端子電圧Vを設定し、PQ指定モード時には電源配置案Ａに含まれる各電源の発電出力に対して各電源毎に設定する力率を考慮し、各発電機の各有効電力出力時に対応する発電機無効電力出力を算出して設定する。   In the PV designation mode, the generator terminal voltage V is set. In the PQ designation mode, the power factor set for each power supply is considered for the power generation output of each power supply included in the power supply arrangement plan A. The generator reactive power output corresponding to the active power output is calculated and set.

しわ取り母線は、スラック母線と呼ばれることもあるが、電力潮流計算時に送電損失分を調整する母線を指す。しわ取り母線は、負荷母線や電源母線の１箇所以上の母線を定め、しわ取り母線の電圧の大きさを設定する。   A wrinkle-removing bus is sometimes called a slack bus, but refers to a bus that adjusts transmission loss when calculating power flow. The wrinkle removal bus defines one or more buses of the load bus and the power supply bus, and sets the voltage level of the wrinkle removal bus.

次に、図４に示すフローチャートを用いて系統成立性確認機能２の内部処理の流れを説明する。まずステップ２１で入力された電源配置案Ａからこの電源配置案Ａに含まれる案数をｎと設定し、電源配置案Ａに含まれる電源の発電出力（Pijt）時系列データのデータ点数を、ｋと設定する。またカウンタとして使用する変数ｊおよびｓを、１と設定する。   Next, the flow of internal processing of the system feasibility confirmation function 2 will be described using the flowchart shown in FIG. First, n is set as the number of plans included in the power supply plan A from the power plan A inputted in step 21, and the number of data points of the power generation output (Pijt) time series data of the power source included in the power plan A is Set to k. Also, variables j and s used as counters are set to 1.

次に、ステップ２２でｊがｎ以下であれば、ステップ２３へ移動し、ｊがｎより大きければステップ３１へ分岐する。ステップ２３では、電源配置案Ａのｊ番目の電源配置案Ａ[ｊ]に含まれる各電源の発電出力時系列データのｓ番目の値を各電源の有効電力出力として、送配電網データに加えた系統データが作成される。   Next, in step 22, if j is n or less, the process moves to step 23, and if j is larger than n, the process branches to step 31. In step 23, the sth value of the power generation output time-series data of each power source included in the jth power source allocation plan A [j] of the power source allocation plan A is added to the transmission and distribution network data as the active power output of each power source. System data is created.

このとき同時に、送配電網データに含まれる各電源の運転モードを参照し、ＰＶ指定モードならば送配電網データに含まれる発電機端子電圧値が系統データに設定され、ＰＱ指定モードならば送配電網データに含まれる力率と発電機有効電力出力とから発電機無効電力出力が算出されて、系統データに設定される。   At the same time, the operation mode of each power source included in the transmission / distribution network data is referred to. If the PV designation mode, the generator terminal voltage value included in the transmission / distribution network data is set in the system data, and if the PQ designation mode, the transmission mode is transmitted. The generator reactive power output is calculated from the power factor and the generator active power output included in the distribution network data, and set in the grid data.

次に、ステップ２４で、ｓがｋ以下であればステップ２５へ移動し、ｓがｋより大きければステップ２８に分岐する。   Next, in step 24, if s is less than or equal to k, the process proceeds to step 25, and if s is greater than k, the process branches to step 28.

ステップ２５では、ステップ２３で作成した系統データに対し、公知であるNewton−Raphson法などの電力潮流計算を実施して、各母線の電圧値（大きさ）、電圧位相、各送電線路の通過有効電力および通過無効電力を算出する。電力潮流計算結果の各母線の電圧値（大きさ）、電圧位相、各線路の通過有効電力および通過無効電力は、ｓ番目の電力潮流計算結果として、ステップ２６にて潮流計算結果（s）の中に保存される。次に、ステップ２７で、ｓに１を加算した後、ステップ２３に戻る。   In step 25, the power flow calculation such as the well-known Newton-Raphson method is performed on the system data created in step 23, and the voltage value (magnitude) of each bus, the voltage phase, and the passing effectiveness of each transmission line are validated. Calculate power and reactive reactive power. The voltage value (magnitude), voltage phase, passing active power and passing reactive power of each line in the power flow calculation result are obtained as the s-th power flow calculation result in step 26 in step 26. Saved in. Next, in step 27, 1 is added to s, and then the process returns to step 23.

ステップ２４で、ｓがｋより大きい場合にはステップ２８に移る。ステップ２８では、各線路の通過有効電力の上限値、および各母線電圧の規定範囲を設定した系統制約条件と潮流計算結果[１]ないし[ｋ]が入力され、潮流計算結果[１]ないし[ｋ]の全てで各線路の通過有効電力および各母線電圧が系統制約条件を満足しているか否かが確認され、満足している場合はステップ２９へ移動し、満足していない場合はステップ３０へ分岐する。   If it is determined in step 24 that s is greater than k, the process proceeds to step 28. In step 28, the upper limit value of the passing active power of each line and the system constraint condition in which the prescribed range of each bus voltage is set and the power flow calculation results [1] to [k] are input, and the power flow calculation results [1] to [[ k], it is confirmed whether or not the effective power passing through each line and each bus voltage satisfy the system constraint condition. If satisfied, the process moves to step 29. If not satisfied, the process proceeds to step 30. Branch to

ステップ２９では、電源配置案Ｂに電源配置案Ａ[ｊ]を保存してステップ３０へ移る。ステップ３０では、ｊに１を加算してステップ２２へ移る。ステップ２２でｊがｎより大きい場合には、ステップ３１へ移ってステップ３１で電源配置案Ｂが出力され、系統成立性確認機能２の処理は終了する。   In step 29, the power supply arrangement plan A [j] is stored in the power supply arrangement plan B, and the process proceeds to step 30. In step 30, 1 is added to j, and the process proceeds to step 22. If j is larger than n in step 22, the process proceeds to step 31 where the power supply arrangement plan B is output in step 31 and the processing of the system feasibility confirmation function 2 ends.

このような系統成立性確認機能２の処理によれば、電源配置案Ａから系統制約条件を満足する電源配置案のみを抽出した電源配置案Ｂを作成できる。   According to such processing of the system feasibility confirmation function 2, it is possible to create the power supply arrangement plan B in which only the power supply arrangement plan that satisfies the system constraint condition is extracted from the power supply arrangement plan A.

次に、電力品質対策機器設置計画機能３の作用について説明する。電力品質対策機器設置計画機能３では、系統成立性確認機能２が出力する１つ以上の電源配置案Ｂと、系統成立性確認機能２の作用で説明した送配電網データと、発電機有効電力出力や負荷電力の時間変化を時系列データとして保管する発電負荷変動データと、発電機のガバナ制御系モデル、電圧制御系モデル、インバータ等の変換器を備える電源のインバータ制御系モデル、その他電力機器、負荷の電圧特性等の系統動特性解析に必要となるデータを格納した系統動特性解析データと電力品質の条件を記した電力品質条件とを入力する。   Next, the operation of the power quality countermeasure device installation planning function 3 will be described. In the power quality countermeasure equipment installation planning function 3, one or more power supply arrangement plans B output by the system feasibility confirmation function 2, the transmission / distribution network data described in the operation of the system feasibility confirmation function 2, and the generator active power Generation load fluctuation data that stores time change of output and load power as time series data, generator governor control system model, voltage control system model, inverter control system model of power source with converter such as inverter, and other power equipment Then, the system dynamic characteristic analysis data storing data necessary for the system dynamic characteristic analysis such as the voltage characteristic of the load and the power quality condition describing the power quality condition are input.

次に、電力品質対策機器設置計画機能３の内部の動作を、図５に示す電力品質対策機器設置計画機能３のフローチャートを用いて説明する。   Next, the internal operation of the power quality countermeasure device installation planning function 3 will be described using the flowchart of the power quality countermeasure device installation planning function 3 shown in FIG.

電源配置案Ｂが入力され、ステップ４１では電源配置案Ｂに含まれる電源配置案の数がｎに、また電源配置案Ｂ内の各発電機出力の時系列データ点数がｋに保存され、カウンタ変数ｊが１に設定されてステップ４３に移る。   The power supply arrangement plan B is input, and in step 41, the number of power supply arrangement plans included in the power supply arrangement plan B is stored in n, and the time series data points of each generator output in the power supply arrangement plan B are stored in k. The variable j is set to 1 and the routine goes to Step 43.

ステップ４３では、ステップ４２で設定する時刻Ｔを読み込み、時刻Ｔに該当する各発電機出力の時系列データ点数が何点目かを表す点番号ｓを検索して保存し、ステップ４４に移る。ステップ４４では、ｊがｎより大きければステップ５２へ移り、ｊがｎ以下であればステップ４５に移る。   In step 43, the time T set in step 42 is read, the point number s representing the number of time series data points of each generator output corresponding to the time T is searched and stored, and the process proceeds to step 44. In step 44, if j is larger than n, the process proceeds to step 52, and if j is n or less, the process proceeds to step 45.

ステップ４５では、系統成立性確認機能２の作用で説明したステップ２３の場合と同様に、送配電網データと、電源配置案Ｂのｊ番目の案に含まれる各発電機出力時系列データ点列のｓ番目に記される各発電機出力とが入力され、系統データが作成された後にステップ４６に移る。   In step 45, as in the case of step 23 described in the operation of the system feasibility confirmation function 2, each generator output time series data point sequence included in the jth plan of the power distribution plan B and the power distribution plan data After the generator outputs described in the sth are input and the system data is created, the process proceeds to step 46.

ステップ４６では、系統成立性確認機能２の作用で説明したステップ２５の場合と同様に、入力される系統データを基に、公知の方法により電力潮流計算が実行され、電力潮流計算結果を得る。   In step 46, similarly to the case of step 25 described in the operation of the system feasibility confirmation function 2, the power flow calculation is executed by a known method based on the input system data, and the power flow calculation result is obtained.

次にステップ４７では、電源配置案Ｂ[ｊ]に含まれる電源種別とステップ４６による電力潮流計算結果および後述する電力品質対策ステップ５０が出力する電力対策機器の種別、設置点および機器容量を読み込み、各電源種別に対応する発電機ガバナ制御系モデル、励磁電圧制御系モデル、電力品質対策機器モデルおよび負荷の電圧特性を系統動特性解析データから読み込んで、動特性解析データを作成してステップ４８に移る。   Next, in step 47, the power source type included in the power source arrangement plan B [j], the power flow calculation result in step 46, and the type, installation point, and device capacity of the power countermeasure device output by the power quality countermeasure step 50 described later are read. Then, the generator governor control system model, excitation voltage control system model, power quality countermeasure device model and load voltage characteristics corresponding to each power supply type are read from the system dynamic characteristic analysis data, and the dynamic characteristic analysis data is created. Move on.

ステップ４８では、ステップ４６で作成した電力潮流計算結果とステップ４７で作成した動特性解析データとステップ４８で読み込む発電負荷変動データとを用い、電力潮流計算結果を初期値とし、発電負荷変動データで与える電源や負荷の変動時系列データを外乱とした動特性計算を例えばルンゲクッタ数値積分法等で計算し、動特性計算結果として出力してステップ４９に移る。   In step 48, the power flow calculation result created in step 46, the dynamic characteristic analysis data created in step 47, and the power generation load fluctuation data read in step 48 are used. The dynamic characteristic calculation using the time series data of the power supply and load to be applied as disturbance is calculated by, for example, Runge-Kutta numerical integration method, and the result is output as the dynamic characteristic calculation result, and the process proceeds to step 49.

ステップ４９は、ステップ４８が出力する動特性計算結果と入力する電力品質条件を比較し、例えば電力品質条件中に各母線電圧の規定範囲と逸脱許容時間が記載されているとすると、動特性計算結果による各母線電圧の時間変化が電力品質条件を満足しているか否かを確認する。   In step 49, the dynamic characteristic calculation result output in step 48 is compared with the input power quality condition. For example, if the specified range of each bus voltage and the allowable deviation time are described in the power quality condition, the dynamic characteristic calculation is performed. It is confirmed whether the time change of each bus voltage according to the result satisfies the power quality condition.

電力品質条件としては、特定の送電線路の電力潮流変動の大きさの上限値や小規模系統の周波数変化最大量とその逸脱時間などを設定するとよい。ステップ４９で動特性計算結果が電力品質条件範囲内であればステップ５１へ移動し、動特性計算結果が電力品質条件を満足しない場合にはステップ５０へ移る。   As the power quality condition, an upper limit value of the magnitude of power flow fluctuation of a specific transmission line, a maximum frequency change amount of a small-scale system, and a deviation time thereof may be set. If the dynamic characteristic calculation result is within the power quality condition range in step 49, the process moves to step 51. If the dynamic characteristic calculation result does not satisfy the power quality condition, the process moves to step 50.

ステップ５１では、電源配置案Ｂ[ｊ]の電源配置と、電力品質対策である電力品質対策機器の機器種類、機器容量、設置母線名および送配電網データがシステム構成案Ａへ格納される。   In step 51, the power supply arrangement of the power supply arrangement plan B [j] and the device type, device capacity, installed bus name, and transmission / distribution network data of the power quality countermeasure device which is a power quality countermeasure are stored in the system configuration plan A.

ステップ５０では、電力品質対策について電力品質条件を満足するように、電力品質対策機器の機器種類、機器容量および設置母線名が決定される。電力品質対策機器の決定過程は例えば、特開2001-231163号公報で提案されている公知の方法を利用する。   In step 50, the device type, device capacity, and installed bus name of the power quality countermeasure device are determined so as to satisfy the power quality condition for the power quality countermeasure. For example, a known method proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-231163 is used for determining the power quality countermeasure device.

この特開2001-231163号公報に記載されている（８）式、すなわち

Figure 0004435101
を利用し、小規模系統内の各母線の有効電力の変動ΔPおよび無効電力の変動ΔQに対する各母線の電圧位相の変動Δδ、ならびに電圧振幅の変動ΔVを算出する。そして、Δδの大きさが大きく顕著となる母線に対しては、有効電力を制御するための、例えば二次電池や蓄電池等をΔδの大きさに従い機器容量を定めて設置し、また、ΔVの大きさが大きく顕著な母線に対しては、無効電力を制御するための、例えば無効電力制御装置をΔVの大きさにしたがって機器容量を定めて設置するものとする。 The formula (8) described in JP-A-2001-231163, that is,
Figure 0004435101
 Is used to calculate the voltage phase variation Δδ of each bus and the voltage amplitude variation ΔV with respect to the active power variation ΔP and reactive power variation ΔQ in the small-scale system. For the buses where the magnitude of Δδ is large and significant, for example, a secondary battery or a storage battery for controlling the active power is installed with a device capacity determined according to the magnitude of Δδ, and ΔV For a bus having a large size and a significant size, for example, a reactive power control device for controlling reactive power is installed with a device capacity determined according to the size of ΔV.

その後、電力品質対策機器の選定結果は、ステップ４７に送出され電力品質対策機器の動特性解析用モデルが動特性解析データに組み込まれ、ステップ４８の動特性計算を経てステップ４９で電力品質条件を満足するまで繰り返される。   Thereafter, the selection result of the power quality countermeasure device is sent to step 47, the dynamic characteristic analysis model of the power quality countermeasure device is incorporated into the dynamic characteristic analysis data, and the power quality condition is determined in step 49 through the dynamic characteristic calculation in step 48. Repeat until satisfied.

一方、ステップ４４で、ｊがｎより大きい場合には、ステップ５２においてシステム構成案Ａが出力されて電力品質対策機器設置計画機能３を終了する。   On the other hand, if j is larger than n in step 44, the system configuration plan A is output in step 52, and the power quality countermeasure device installation planning function 3 is terminated.

このような電力品質対策機器設置計画機能３の処理フローによれば、電源配置案Ｂに対し設定する発電負荷変動データに記された電源の出力変動および負荷変動などに対する電力品質が設定する電力品質条件を満足するかが確認され、電力品質条件を満足しない場合には電力品質対策機器の種類と設置母線と容量とを決定して電源配置案Ｂの電源種別と合わせたものを、小規模系統のシステム構成案Ａとして複数個出力することができる。   According to the processing flow of the power quality countermeasure device installation planning function 3 as described above, the power quality set by the power quality against the power output fluctuation and load fluctuation described in the power generation load fluctuation data set for the power supply plan B is set. It is confirmed whether the conditions are satisfied. If the power quality conditions are not satisfied, the type of the power quality countermeasure device, the installed bus and the capacity are determined and combined with the power type of the power supply plan B A plurality of system configuration proposals A can be output.

次に、保護設備設置計画機能４での作用を説明する。保護設備設置計画機能４では、電力品質対策機器設置計画機能３が出力する複数のシステム構成案Ａに含まれる電源、電力品質対策機器、負荷および送配電線に対し、保護設備設置計画機能４内の保護設備データベースを利用して、システム構成案Ａの電源の電源種や電力品質対策機器、負荷、送配電線に設置すべき保護設備を設置し、複数のシステム構成案Ａと適用する保護設備とを保存した複数のシステム構成案Ｂを出力する。   Next, the operation of the protection facility installation planning function 4 will be described. In the protective equipment installation planning function 4, the power equipment, power quality countermeasure equipment, loads and transmission / distribution lines included in the plurality of system configuration plans A output by the power quality countermeasure equipment installation planning function 3 Protective equipment to be applied to multiple system configuration proposals A by installing the protection equipment to be installed on the power source type, power quality countermeasure equipment, load, and transmission / distribution line of the system configuration plan A Are output a plurality of system configuration plans B.

保護設備設置計画機能４により、小規模系統を構成する電源や電力品質対策機器や負荷や送配電線に対し保護設備データベースに保存している各設備に対する必要な保護設備を抽出し、小規模系統のシステム構成案に追加することができる。   Protective equipment installation planning function 4 extracts the necessary protective equipment for each facility stored in the protective equipment database for the power supply, power quality countermeasure equipment, load and transmission / distribution lines that make up the small scale system. It can be added to the system configuration plan.

次に、環境性評価機能５の作用について説明する。環境性評価機能５では、公知であるライフサイクルアセスメント（ＬＣＡ）評価法を利用する。環境性評価機能５の内部では、データベースに、小規模電力系統内に設置が予想される電源機器、電力品質対策機器、保護設備および送配電網の各機器や、送配電線線種等のハードウエアの各種類について、ＣＯ２排出原単位を機器製造時の排出原単位[kg−CO2/kVA]および機器運用時の排出原単位[kg-CO2／kWh]として保持している。そして、複数のシステム構成案Ｂのそれぞれのシステム構成について、製造時から設定する運用時間[ｈ]後までの総ＣＯ２排出量を求める。   Next, the operation of the environmental evaluation function 5 will be described. The environmental evaluation function 5 uses a known life cycle assessment (LCA) evaluation method. Within the environmental assessment function 5, the database includes hardware such as power supply equipment, power quality countermeasure equipment, protective equipment and power transmission / distribution network equipment that are expected to be installed in a small-scale power system, and transmission / distribution line types. For each type of wear, the CO2 emission unit is held as the emission unit [kg-CO2 / kVA] at the time of device manufacture and the emission unit [kg-CO2 / kWh] at the time of device operation. Then, for each system configuration of the plurality of system configuration plans B, the total CO2 emission amount from the manufacturing time to the operation time [h] set is obtained.

運用時間[ｈ]後の総ＣＯ２排出量は、各機器について下記(11)式、
機器製造時CO2排出原単位[kg-CO2/kVA]×機器容量[kVA]
＋運用時CO2排出原単位[kg-CO2/kWh]×運用時間[h]×機器稼働率[%]
…（11）
により算出する。 The total CO2 emissions after the operation time [h] are as follows for each device:
CO2 emission intensity during equipment manufacture [kg-CO2 / kVA] x equipment capacity [kVA]
+ CO2 emission intensity during operation [kg-CO2 / kWh] x operation time [h] x equipment availability [%]
(11)
Calculated by

小規模電力系統を構成するシステム構成の運用時間[ｈ]後におけるＣＯ２総排出量は、各機器の運用時間[ｈ]後におけるＣＯ２排出量を総和して算出する。なお、機器稼働率は、ある時間Ｔに対し、各機器の定格出力と時間Ｔとの積と、電源配置案Ａまたは電源配置案Ｂに含まれる各電源の出力変化や電力品質対策機器設置計画機能３の動特性計算結果を参照して設定する電力品質対策機器の出力変化に対し、Ｔ時間内の出力を積分した値を利用して下記(12)式を用いて算出する。
稼働率[%] ＝ 各機器の出力についてT時間分における
積分／各機器の定格出力と時間Tとの積 …（12） The total CO2 emission amount after the operation time [h] of the system configuration constituting the small-scale power system is calculated by summing the CO2 emission amount after the operation time [h] of each device. Note that the equipment operation rate is the product of the rated output of each equipment and the time T for a certain time T, the output change of each power source included in the power supply arrangement plan A or the power supply arrangement plan B, and the power quality countermeasure equipment installation plan. The output change of the power quality countermeasure device set with reference to the dynamic characteristic calculation result of function 3 is calculated using the following equation (12) using a value obtained by integrating the output within T time.
Occupancy rate [%] = Output of each device in T hours
Integration / Product of rated output of each device and time T (12)

このような環境性評価機能５によれば、複数のシステム構成案Ｂのそれぞれについて機器製造時から運用時間[ｈ]後までの総ＣＯ２排出量を求めることができる。   According to such an environmental evaluation function 5, it is possible to obtain the total CO2 emission amount from the time of manufacturing the device to after the operation time [h] for each of the plurality of system configuration plans B.

次に、経済性評価機能６の作用について説明する。経済性評価機能６には、複数のシステム構成案Ｂが入力される。経済性評価機能６では、
(a) 小規模系統内に設置が予想される電源機器、電力品質対策機器、保護設備および送配電網等の各機器や線種等、各建築作業、土地代等の小規模系統システムを構築するために必要となる各初期コストのデータと、
(b) 小規模系統システムを運用する際に必要となる各機器を作動させるための、例えば燃料費などのランニングコストのデータと、
(c) 小規模系統システム内の各機器を動作させ続けるために必要となる保守点検費、保守頻度、故障修理費および故障率のデータと、
(d) 固定資産税、事業税およびＣＯ２排出量に対する炭素税の税支出などのデータと、
を格納する支出データベースを持つ。 Next, the operation of the economic evaluation function 6 will be described. A plurality of system configuration plans B are input to the economic evaluation function 6. In economic evaluation function 6,
(a) Establish a small-scale system such as power supply equipment, power quality countermeasure equipment, protective equipment and transmission / distribution network, etc. Data for each initial cost required to
(b) Running cost data, such as fuel costs, for operating each device required when operating a small system,
(c) Maintenance and inspection costs, maintenance frequency, failure repair costs and failure rate data necessary to keep each device in the small-scale system operating.
(d) data such as property tax, business tax and carbon tax tax expenditure on CO2 emissions;
Has a spending database to store.

例えば炭素税は、環境性評価結果５が出力するＣＯ２排出量を取り込み、ＣＯ２排出量を炭素排出量に変換し、炭素量に対する税率を積算する等により算出できる。   For example, the carbon tax can be calculated by taking in the CO2 emission amount output from the environmental assessment result 5, converting the CO2 emission amount into the carbon emission amount, and integrating the tax rate for the carbon amount.

これらのデータは、小規模電力系統の運用者または事業者にとっては支出となるデータであり、複数のシステム構成案Ｂの各システム構成について支出データベースを参照して、システム構築時および運用１年間の運用コストを求める。   These data are expenditures for the operator or operator of the small-scale power system. Refer to the expenditure database for each system configuration of the plurality of system configuration plans B, and at the time of system construction and operation for one year. Find operational costs.

一方、小規模系統の運用による収入としては、小規模系統内の需要家からの電気代および熱代等がある。総収入の算出は、需要家への電力量kWhに対する電気代単価および熱供給のcalに対する熱代単価をそれぞれ設定し、需要家が１年間に使用する電力量および熱量に対して、それぞれ電気代単価および熱代単価を乗じることで総収入が算出される。需要家が１年間に使用する電力量および熱量は、熱需要カーブと電力需要カーブとを１年間分に換算することで得られる。   On the other hand, the income from the operation of the small system includes electricity bills and heat bills from customers in the small scale system. The total revenue is calculated by setting the unit price of electricity for the amount of electricity kWh to the consumer and the unit price of heat for the cal of heat supply, respectively. Total revenue is calculated by multiplying the unit price and heat unit price. The amount of electric power and the amount of heat used by the customer for one year can be obtained by converting the heat demand curve and the electric power demand curve into one year.

次に、収益性評価には、例えば内部収益率IRRとして知られる指標を利用できる。（x0,x1,x2,……xn）をキャッシュ・フロー流列とする。この流列の内部収益率は、下記（13）式で示す方程式を満足するｒの値である。

Figure 0004435101
この（13）式で、ｉ＝０，１，２，…，ｎは年数を表す。ｉ＝０は初年度で表し、Ｘ０は初期コスト（マイナスと設定する）を示す。 Ｘｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）は該当年の（収入−運用コスト）を示す。 Next, for example, an index known as an internal rate of return IRR can be used for profitability evaluation. Let (x 0 , x 1 , x 2 ,... X n ) be a cash flow stream. The internal rate of return of this stream is a value of r that satisfies the equation shown in the following equation (13).
Figure 0004435101
 In this equation (13), i = 0, 1, 2,..., N represents the number of years. i = 0 are expressed in the first year, X 0 represents the initial cost (set negative). X i (i = 1, 2,..., N) indicates (income-operating cost) for the corresponding year.

ｒが正で大きくなるほど収益性が良く、ｒが負のときは、収支がマイナスであることを示す。各システム構成について、例えば運用１０年後のｒの値を比較することで、各小規模系統のシステム構成時における小規模系統運用の収益性が定量的に評価できる。   The profitability is better as r is positive and larger, and when r is negative, the balance is negative. For each system configuration, for example, by comparing the value of r after 10 years of operation, the profitability of small-scale system operation at the time of system configuration of each small-scale system can be quantitatively evaluated.

また経済性評価機能６で、ある特定の小規模電力系統のシステム構成についてある運用期間後にｒが正となるように、電気代単価および熱代単価を試行錯誤的に設定して小規模系統の事業が成立する電気代単価および熱代単価を求めることも可能である。   The economic evaluation function 6 sets the unit price of electricity and the unit price of heat by trial and error so that r becomes positive after a certain period of operation for the system configuration of a specific small-scale power system. It is also possible to determine the electricity bill and heat bill unit price at which the business is established.

このように、経済性評価機能６によれば、複数のシステム構成案Ｂの各システム構成時に、任意の運用年後の経済性を(13)式の解である、ｒの大小によって定量的に比較することが可能となる。以上のように、経済性評価機能６では複数のシステム構成案Ｂを取り込み、各システム構成案の小規模系統を構築し運営する際の経済性評価が可能となる。   As described above, according to the economic evaluation function 6, when each system configuration of the plurality of system configuration plans B is established, the economic efficiency after an arbitrary operation year is quantitatively determined by the magnitude of r, which is the solution of equation (13). It becomes possible to compare. As described above, the economic evaluation function 6 can take in a plurality of system configuration plans B and perform economic evaluation when constructing and operating a small system of each system configuration plan.

また、この経済性評価機能６を利用することで、ある小規模電力系統のシステム構成についてある収益を上げるために必要な小規模系統内で、電力および熱を消費する需要家の電気代単価および熱代単価の算出が可能となる。   In addition, by using this economic evaluation function 6, the unit price of electricity consumed by consumers who consume electric power and heat in a small-scale system necessary for raising a certain profit for the system configuration of a small-scale power system and Calculation of heat unit price is possible.

次に、システム構成評価機能７の作用を説明する。システム構成評価機能７では、複数のシステム構成案Ｂと、環境性評価機能５の出力である各システム構成案Ｂの運用時間に対するＣＯ２排出量と、経済性評価機能６の出力である各システム構成案Ｂの運用時間に対する内部収益率とを取り込む。   Next, the operation of the system configuration evaluation function 7 will be described. In the system configuration evaluation function 7, the CO2 emissions with respect to the operation time of each system configuration plan B that is the output of the plurality of system configuration plans B and the environmental evaluation function 5, and each system configuration that is the output of the economic evaluation function 6 Capture the internal rate of return for the operating time of plan B.

次に、システム構成案Ｂの各システム構成、ＣＯ２排出量および内部収益率を併記して出力する。   Next, each system configuration of the system configuration plan B, the CO2 emission amount and the internal rate of return are written together and output.

このような作用によれば、システム構成評価機能７では、小規模系統の各システム構成について、ＣＯ２排出量および内部収益率を勘案して、システム設計者が環境性と経済性とを比較して小規模系統のシステム構成を選択できる。   According to such an operation, in the system configuration evaluation function 7, the system designer compares the environmental performance with the economic efficiency in consideration of the CO2 emission amount and the internal rate of return for each system configuration of the small-scale system. A system configuration of a small scale system can be selected.

（効果）
このような小規模電力系統の設計手法によれば、まず小規模電力系統内の熱需要および電力需要を考慮して複数の電源配置計画を立て、複数の電源配置計画結果から電力系統として成立する複数の電源配置計画を抽出して電力系統構成案を作成し、次に複数の電力系統構成案に対して電力品質が規定範囲内となるように電力品質対策案をそれぞれ算出し、さらに電力品質対策案を施した複数の電力系統構成案に保護設備をそれぞれ設置した複数の小規模電力系統のシステム構成について運用年数による環境性評価としてＣＯ２排出量および運用年数に対する経済性評価として、内部収益率を定量的に明示する。これにより、有限時間内で電力品質が規定範囲であることが保証される複数の小規模電力系統のシステム構成案が得られる。 (effect)
According to such a design method for a small-scale power system, first, a plurality of power supply arrangement plans are made in consideration of heat demand and power demand in the small-scale power system, and the power system is established from a plurality of power supply arrangement plan results. Create multiple power system configuration plans by extracting multiple power supply arrangement plans, then calculate power quality countermeasure plans for each of the multiple power system configuration plans so that the power quality is within the specified range. For the system configuration of multiple small-scale power systems with protection facilities installed on multiple power system configuration plans for which countermeasures have been proposed, the internal rate of return is an economic evaluation of CO2 emissions and the number of years of operation as an environmental assessment based on the years of operation. Is quantitatively specified. As a result, a system configuration proposal of a plurality of small-scale power systems that guarantees that the power quality is within the specified range within a finite time can be obtained.

したがって、それぞれのシステム構成案について環境性評価結果と経済性評価結果とを比較評価して希望する小規模系統システム構成を選択することにより、小規模系統の評価および設計が可能となる特徴を持つ小規模電力系統の設計評価方法を提供できる。また、それを記録した記録媒体を提供することもできる。   Therefore, it is possible to evaluate and design a small-scale system by comparing the environmental evaluation results and economic evaluation results for each system configuration plan and selecting the desired small-scale system configuration. A design evaluation method for a small-scale power system can be provided. It is also possible to provide a recording medium on which it is recorded.

また、小規模系統内の熱需要に対して共通に熱供給が可能な地域をエリアとしてまとめて処理すれば、熱需要負荷が多数存在する小規模系統においても熱の供給可能性を考慮し、かつ効率よく電力および熱の需給バランスを考慮した電源の配置計画を立案できる。   In addition, if areas where heat can be supplied in common to heat demand in a small scale system are processed together as an area, considering the possibility of supplying heat even in a small scale system where there are many heat demand loads, Moreover, it is possible to make a power supply arrangement plan that efficiently and efficiently balances the supply and demand of power and heat.

さらに、電源配置計画の際、各電源の初期コストと電源の年間運転燃料費の総和である電源の総コストを目的関数とし、目的関数が設定値と以下となる複数の電源配置計画を抽出し、その後のシステム構成の検討を行えば、設計手法の初期段階に位置する電源配置計画で経済性の悪い電源構成案をあらかじめ除外することが可能となる。このため、最終的に経済性評価や環境性評価を行う小規模系統のシステム構成の案数を初期段階である程度削減でき、複数の小規模系統の効率的な設計が可能となる。   Furthermore, when planning the power supply arrangement, the total cost of the power supply, which is the sum of the initial cost of each power supply and the annual operating fuel cost of the power supply, is used as the objective function, and a plurality of power supply arrangement plans whose objective function is the set value and below are extracted. Then, if the system configuration is examined, it becomes possible to exclude in advance a power source configuration plan that is not economical in the power source arrangement plan located at the initial stage of the design method. For this reason, the number of proposals for the system configuration of a small-scale system that is finally subjected to economic evaluation and environmental evaluation can be reduced to some extent at the initial stage, and efficient design of a plurality of small-scale systems becomes possible.

また、特定の小規模系統のシステム構成について、収益をあげて小規模系統の運用を事業として成立させるに必要となる需要家への電気代単価や熱代単価の算出ができる。   In addition, with respect to the system configuration of a specific small-scale system, it is possible to calculate a unit price of electricity and a unit price of heat for consumers who are required to increase profits and establish the operation of the small-scale system as a business.

図６は、本発明の実施例２における処理フローを示している。この図６を用いて、実施例１に関する図１に示す系統成立性確認機能２とは異なる処理フローについて説明する。   FIG. 6 shows a processing flow in Embodiment 2 of the present invention. A processing flow different from the system feasibility confirmation function 2 shown in FIG. 1 relating to the first embodiment will be described with reference to FIG.

図４における実施例１の説明で用いた系統成立性確認機能２の内部フローチャートと図６における実施例２で説明するフローチャートとの相違点は、図６中のステップ３５、ステップ３６およびステップ３７である。図６に示したステップ番号が、図４と同一の処理は実施例１の説明と同一であるので、ここでは説明を省略する。   The difference between the internal flow chart of the system feasibility confirmation function 2 used in the description of the first embodiment in FIG. 4 and the flowchart described in the second embodiment in FIG. 6 is in steps 35, 36 and 37 in FIG. is there. The process with the step number shown in FIG. 6 that is the same as that in FIG. 4 is the same as that described in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted here.

図６に示す処理フローでは、ステップ２８においてｋ個の潮流計算結果[１]から[ｋ]が系統制約条件を満足しない場合にはステップ３５へ処理が移動し、一方、系統制約条件を満足する場合にはステップ３７に処理が移動する。   In the processing flow shown in FIG. 6, when k power flow calculation results [1] to [k] do not satisfy the system constraint condition in step 28, the process moves to step 35, while the system constraint condition is satisfied. If so, the process moves to step 37.

ステップ３５では、潮流計算を実施したｊ番目の電源配置案[ｊ]の電源にＰＱモード運転の電源が１個以上存在するか否かを確認する。ＰＱモード運転の電源が１個以上存在する場合はステップ３６へ処理を移動し、ＰＱモード運転が０個の場合にはステップ３０へ処理を移動する。次に、ステップ３６では無効電力補償量および補償箇所を算出する。   In step 35, it is confirmed whether or not there is at least one PQ mode operation power supply in the power supply of the jth power supply arrangement plan [j] for which the power flow calculation has been performed. If there is one or more power supplies for PQ mode operation, the process moves to step 36, and if the PQ mode operation is zero, the process moves to step 30. Next, in step 36, a reactive power compensation amount and a compensation location are calculated.

無効電力補償装置としては、例えばスタティックコンデンサ（ＳＣ）の設置を想定する。ステップ３６における無効電力補償量と補償箇所すなわち無効電力補償装置の設置母線の算出は、実施例１に関して図５を用いて説明した電力品質対策機器設置計画機能内の電力品質対策のステップ５０におけるΔＶについて着目したものと同等である。   As the reactive power compensator, for example, installation of a static capacitor (SC) is assumed. The calculation of the reactive power compensation amount and the compensation location, that is, the installation bus of the reactive power compensator in Step 36 is performed by ΔV in Step 50 of the power quality countermeasure in the power quality countermeasure equipment installation planning function described with reference to FIG. It is equivalent to the one focused on.

ΔＶが大きく算出される母線を無効電力補償装置の設置母線とし、ΔＶの大きさに比例して無効電力補償量を決定する。次にステップ２３に移動し、ステップ３６で求めた無効電力補償量と補償母線に該当する系統データ部に無効電力補償量と等価のサセプタンスを設定する。   The bus for which ΔV is greatly calculated is set as the installation bus of the reactive power compensator, and the reactive power compensation amount is determined in proportion to the magnitude of ΔV. Next, the process moves to step 23, and a susceptance equivalent to the reactive power compensation amount is set in the system data portion corresponding to the reactive power compensation amount and the compensation bus obtained in step 36.

ステップ３７では、ステップ２８においてｋ個の潮流計算結果[１]から[ｋ]の全てが系統制約条件を満足した場合に、電源配置案Ｂにｊ番目の電源配置案Ａ[ｊ]、無効電力補償量および無効電力補償母線を格納する。   In step 37, when all of the k power flow calculation results [1] to [k] satisfy the system constraint conditions in step 28, the power allocation plan B includes the jth power allocation plan A [j], reactive power. Stores compensation amount and reactive power compensation bus.

このような構成および作用によれば、小規模系統内に設置される電源がＰＱモードの一定力率運転する場合に、無効電力の不足分を無効電力補償装置、または機器の設置で補い電力系統として成立させることが可能となる。   According to such a configuration and operation, when the power source installed in the small-scale system operates at a constant power factor in the PQ mode, the shortage of the reactive power is compensated by the reactive power compensation device or the installation of the power system. Can be established as follows.

小規模電力系統の設計評価方法のフローチャート。The flowchart of the design evaluation method of a small scale electric power system. 小規模電力系統対象域の説明図。Explanatory drawing of a small electric power system object area. 発電消費エネルギー（Eｐ）と発電出力（P）の関係および発熱消費エネルギー（Eｈ）と熱出力（H）の関係を示す図。The figure which shows the relationship between electric power generation energy (Ep) and electric power generation output (P), and the relationship of heat_generation | fever consumption energy (Eh) and heat output (H). 系統成立性確認機能のフローチャート。The flowchart of a system feasibility confirmation function. 電力品質対策機器設置計画機能フローチャート。The power quality countermeasure apparatus installation plan function flowchart. 実施例２の説明で用いる系統成立性確認機能のフローチャート。10 is a flowchart of a system feasibility confirmation function used in the description of the second embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１：電源配置計画機能、２：系統成立性確認機能、３：電力品質評価機能、
３Ｂ：電力品質対策機器設置検討機能、４：環境性評価機能、５：経済性評価機能、
６：システム構成評価機能、１０：小規模電力系統対象区域、１１：負荷、
１２：エリア、１３：電源。 1: power supply planning function, 2: system feasibility confirmation function, 3: power quality evaluation function,
3B: Power quality countermeasure equipment installation examination function, 4: Environmental evaluation function, 5: Economic evaluation function,
6: System configuration evaluation function, 10: Small power system target area, 11: Load,
12: Area, 13: Power supply.

Claims (6)

小規模電力系統内の熱需要および電力需要に対する需給バランスを考慮した複数の電源配置計画を立案し、
前記電源配置計画に対し電力送電が可能であるかの系統成立性を評価し、
系統成立性の成立条件を満足する前記電源配置計画について、電源の出力変動および負荷量変動に対する前記小規模電力系統内の電力品質が規定範囲内となるように電力品質対策を施し、
前記電源配置計画のそれぞれについて電力品質対策を施して得た複数の電力系統構成案につき、温暖化ガス排出量による環境性評価と内部収益率による経済性評価とを定量的に明示し、
前記複数の電力系統構成案の中から、前記環境性評価および前記経済性評価の各結果をそれぞれ比較評価して何れかを選択する
ことを特徴とする小規模電力系統の設計評価方法。 Develop multiple power supply arrangement plans that take into account the supply and demand balance for heat demand and power demand in a small-scale power system,
Evaluate system feasibility of whether power transmission is possible for the power supply arrangement plan,
For the power supply arrangement plan that satisfies the conditions for establishment of the system feasibility, power quality measures are taken so that the power quality in the small-scale power system with respect to output fluctuations and load fluctuations of the power supply is within a specified range,
For a plurality of power system configuration plans obtained by taking power quality measures for each of the power supply arrangement plans, the environmental evaluation by the greenhouse gas emissions and the economic evaluation by the internal rate of return are clarified quantitatively,
A design evaluation method for a small-scale power system, comprising: comparing and selecting each result of the environmental evaluation and the economic evaluation from the plurality of power system configuration plans. 前記小規模電力系統の対象地域を熱供給が共有可能な地区毎に分割したエリアを設定し、前記エリア内に含まれる熱需要時系列変化の総和と、前記エリア内に含まれる電力需要時系列変化の総和とを利用して前記電源配置計画を立案する
ことを特徴とする、請求項１記載の小規模電力系統の設計評価方法。 An area obtained by dividing the target area of the small-scale power system for each area where heat supply can be shared is set, and the sum total of heat demand time series changes included in the area and the power demand time series included in the area The design evaluation method for a small-scale power system according to claim 1, wherein the power supply arrangement plan is made using a sum of changes. 前記小規模電力系統に設置する電源の初期コストと設定する期間における電源の運転燃料費との総和を目的関数とし、
前記目的関数が設定値以下となる電源配置計画案を１つ以上出力することを特徴とする、請求項１記載の小規模電力系統の設計評価方法。 The sum of the initial cost of the power source installed in the small-scale power system and the operating fuel cost of the power source in the set period is an objective function,
2. The design evaluation method for a small-scale power system according to claim 1, wherein one or more power supply arrangement plans in which the objective function is not more than a set value are output. 前記経済性評価の機能を利用し、
運用期間に対する経済性評価結果を参照し希望する内部収益率が得られるように、前記小規模電力系統内の需要家に対する電力供給料金および熱供給料金を決定する
ことを特徴する、請求項１記載の小規模電力系統の設計評価方法。 Utilizing the economic evaluation function,
The power supply charge and the heat supply charge for consumers in the small-scale power system are determined so that a desired internal rate of return can be obtained by referring to the economic evaluation result for the operation period. Design evaluation method for small-scale power systems. 前記系統成立性の評価に際し、電源配置計画に含まれる電源の運転方法に力率一定運転の電源が存在する場合には、無効電力の供給を行う無効電力補償機器の設置を検討する
ことを特徴とする、請求項１記載の小規模電力系統の設計評価方法。 When evaluating the system feasibility, if there is a power factor with a constant power factor in the power source operation method included in the power source arrangement plan, consider installing reactive power compensation equipment that supplies reactive power. The design evaluation method for a small-scale power system according to claim 1. 請求項１記載の小規模電力系統の設計評価方法を記録した記録媒体。   A recording medium recording the design evaluation method for a small-scale power system according to claim 1.
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