JP5556334B2

JP5556334B2 - 電力系統信頼性評価システム

Info

Publication number: JP5556334B2
Application number: JP2010099997A
Authority: JP
Inventors: 泰之多田
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Priority date: 2010-04-23
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2030-04-23
Also published as: JP2011234434A

Description

本発明は、電力系統の運用を行う際に必要となる電力系統情報を評価するための電力系統信頼性評価システムに関する。

電力系統では、給電所において電力系統の状況を正確に把握して電力系統の運用を行っている。電力系統の挙動は非線形現象であることから、電力系統の状況を正確に把握するには適切な数値解析技術が必要になる。現在までに、ＳＣＡＤＡ（Supervisory Control And Data Acquisition）データを利用して、電力系統の運用状態の安定性を評価する信頼性評価システムがすでに多くの電力系統運用者において、様々なニーズに基づいて実現されている。

将来においては、不確定性の大きい再生可能エネルギー、例えば太陽光発電エネルギーや風力発電エネルギーなどが大量に電力系統に導入されることが予想されることから、信頼性評価システムの重要性はますます大きくなっている。

信頼性評価システムは、非常に高度な演算を行う必要がある。また、電力系統は、地域や規制法制等によりそれぞれ特質があり、必要となる特性評価はそれぞれ異なっており、電力系統運用者も世界的に見てもそれほど多くない。このような事情から、電力系統運用者は、ベンダーによりカスタマイズされた高価な信頼性評価システムを導入するのが実情である。

ここで、電力系統監視制御システムとして、電力系統の変電所の各種データを制御所などの施設で一括収集し監視制御を行うようにしたものがある。また、統一したインタフェースを用いて各施設のデータを各施設ごとに記憶しておき、どのデータがどの施設に記憶されているかというアドレス情報のみを管理サーバで一括管理することで、効率よくデータにアクセスできるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）

特開２００６−２０４０４１号公報

しかしながら、電力系統運用者は、ベンダーによりカスタマイズされた信頼性評価システムを区々に導入しているので、電力系統運用者の相互間において信頼性維持に貢献する情報や効率化を図るための情報を共有できない。例えば、低炭素社会実現に向けた効率化は電力系統運用者の共通の課題であるが、信頼性評価システムが区々であるので、低炭素社会実現に向けた具体的な共同作業が実現できず、その情報も共有できない。

また、信頼性評価システムがベンダーによりカスタマイズされたものであることから、信頼性評価システムが硬直化し柔軟に更新することができない。さらには、電力系統運用者は信頼性評価システムの連続性を最重要視するため、ベンダーは一度納入を果たすと、独占的に信頼性評価システムのメンテナンスを担当できることとなり、導入コストの低減が図られないだけでなく、ベンダーの競争も非活発となり、ついには技術革新も難くなる傾向にある。

本発明の目的は、電力系統運用者の相互間で共通の情報を共有でき、しかもシステムを柔軟に更新変更でき低コスト化も図れる電力系統信頼性評価システムを提供することである。

請求項１の発明に係る電力系統信頼性評価システムは、電力系統の時々刻々変化する系統データを計測状態量として記憶するとともに前記計測状態量を用いて算出された系統状態量を演算状態量として記憶する系統データベース記憶部と、前記系統データベース記憶部と専用ネットワークで接続され前記系統データベース記憶部に記憶された計測状態量に基づき予め定めた演算状態量をそれぞれ個別に演算し前記系統データベース記憶部に記憶する複数の状態量演算部と、前記専用ネットワークに接続され電力系統への監視制御のための指示値を記憶する監視制御データベース記憶部と、前記専用ネットワークに接続され前記系統データベース記憶部に記憶された計測状態量や演算状態量を用いて系統運用者により指定された電力系統の系統運用状態を推定演算しその演算結果に監視制御のための指示値が含まれるときはその指示値を前記監視制御データベース記憶部に記憶する演算処理部とを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明に係る電力系統信頼性評価システムは、請求項１の発明において、前記系統データベース記憶部に記憶された計測状態量や演算状態量を管理するための情報管理サーバを前記専用ネットワークに接続し、前記情報管理サーバは、前記演算処理部が系統運用者により指定された電力系統の系統運用状態を推定演算する際に、その推定演算に必要とする計測状態量や演算状態量に関する情報を前記演算処理部に伝えることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、複数の状態量演算部は計測状態量に基づき予め定めた演算状態量をそれぞれ個別に演算するので、演算状態量は電力系統運用者の相互間で共通の情報とすることができるとともに、状態量演算部の更新や変更によりシステムを柔軟に更新変更できる。また、演算処理部は計測状態量や演算状態量を用いて系統運用者により指定された電力系統の系統運用状態を推定演算するので、演算処理部は演算状態量の演算機能を持つ必要がなく、推定演算に使用する計測状態量や演算状態量の組合せを自在に変更できる。さらには、メンテナンスも状態量演算部の更新変更により行えるので、システムがカスタマイズされているものではなくなり、コストの低減も図ることができる。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加え、情報管理サーバは、演算処理部が系統運用者により指定された電力系統の系統運用状態を推定演算する際に、その推定演算に必要とする計測状態量や演算状態量に関する情報を演算処理部に伝えるので、演算処理部は推定演算に必要な計測状態量や演算状態量を迅速に得ることができる。

本発明の実施の形態に係る電力系統信頼性評価システムの構成図。本発明の実施の形態における演算制御部で実行処理される推定演算の処理手順の一例を示す説明図。

以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係る電力系統信頼性評価システムの構成図である。電力系統１１の時々刻々変化する系統データは、情報通信ネットワーク１２を介して系統データベース記憶部１３に計測状態量として記憶される。計測状態量は、例えば、電力系統の各母線の電圧、電流、周波数、有効電力、無効電力、開閉器の開閉状態等であり、ＧＰＳ信号を利用して電力ネットワークの全体の絶対時間を定義し位相を直接観測するＰＭＵ（Phasor Measurement Unit）等の先進デバイスによるモニタリングデータを一元管理する。さらに、気象情報や電力系統運用に大きな影響を及ぼす要因データ等も取り込む。この系統データベース記憶部１３は専用ネットワーク１４に接続される。

専用ネットワーク１４には複数の状態量演算部１５ａ〜１５ｎも接続され、状態量演算部１５ａ〜１５ｎは系統データベース記憶部１３に記憶された計測状態量に基づき予め定めた演算状態量をそれぞれ個別に演算し、系統データベース記憶部１３に記憶する。

状態量演算部１５ａ〜１５ｎは、時間同期に縛られことなく、一元管理された系統データベース記憶部１３の計測状態量を処理し、サイクリックに予め定めた演算状態量をそれぞれ演算する。演算状態量は、物理的な性質解析による系統特性であり、例えば、計測状態量の所定時間後の将来予測値、予め定めた箇所での潮流やその制限値等である。

状態量演算部１５ａ〜１５ｎは専用ネットワーク１４に接続されることから、その増減が容易に可能である。電力系統の状況変化に応じて、ある演算状態量が必要となったときはその演算状態量を求める状態量演算部１５ｉを追加することができ、また、不要となった演算状態量があるときは、その演算状態量を求める状態量演算部１５ｊを削除できる。

状態量演算部１５ａ〜１５ｎで演算された演算状態量は、一元管理されている系統データベース記憶部１３に記憶される。従って、演算状態量として、計測状態量の所定時間後の将来予測値が含まれるときは、系統データベース記憶部１３には、現時点のデータだけでなく、近い将来の系統運用状態を推定するためのデータも記憶されることになる。

また、複数の演算処理部１６ａ〜１６ｍが専用ネットワーク１４に接続されている。演算処理部１６ａ〜１６ｍは、入出力装置１７ａ〜１７ｍを介して系統運用者から指定された電力系統の系統運用状態の推定演算を行うものであり、系統データベース記憶部１３に記憶された計測状態量や演算状態量を用いて、推定演算を行い、演算結果を入出力装置１７ａ〜１７ｍに出力するとともに図示省略の記憶装置に記憶する。入出力装置１７ａ〜１７ｍと演算処理部１６ａ〜１６ｍとのインターフェースに、適切なＧＵＩ（Graphical User Interface）を付加してより利用し易いようにすることもできる。

演算処理部１６ａ〜１６ｍの演算結果に電力系統１１の監視制御のための指示値が含まれるときは、その指示値は専用ネットワーク１４を介して監視制御データベース記憶部１８に記憶される。監視制御データベース記憶部１８に記憶された監視制御のための指示値は、電力系統側の各種の監視制御装置の設定値や制限値などとして用いられる。例えば、電力系統の発電機出力変化や保護継電システム動作の敷居値等として用いられる。この監視制御のための指示値は、情報通信ネットワーク１２を介して電力系統側の各種の監視制御装置に送信される。

また、専用ネットワーク１４には情報管理サーバ１９が接続されている。情報管理サーバ１９は、系統データベース記憶部１３に記憶された計測状態量や演算状態量を管理するものであり、演算処理部１６ａ〜１６ｍが電力系統の系統運用状態を推定演算する際に、その推定演算に必要とする計測状態量や演算状態量に関する情報を演算処理部１６ａ〜１６ｍに伝える。これにより、演算制御部１６ａ〜１６ｍは、推定演算に必要とする計測状態量や演算状態量を系統データベース記憶部１３から迅速に取得できる。

図２は演算制御部１６ａ〜１６ｍで実行処理される推定演算の処理手順の一例を示す説明図である。図２ではダイナミックレーティングによる高機能ＬＭＰ（Locational Marginal Price ：地域別限界価格）の演算例を示している。

演算処理部１６ａ〜１６ｍで実行処理される推定演算の処理手順は、演算処理手順を容易に定義可能になるソフトウェア工学的な表現手段（シンタックス）を準備して構成した。例えば、各々の手順は状態量演算部１５ａ〜１５ｍの演算機能を有しない手順であり、演算状態量を必要とする手順は、その必要とする演算状態量を系統データベース記憶部１３から取り込み推定演算を行う。

図２のステップＳ１〜ステップＳ４はいずれも状態量演算部１５ａ〜１５ｍの演算機能を有しない手順であり、ステップＳ１が演算状態量を必要とする手順である。

ステップＳ１の手順では安定性指標による送電線潮流制限を決定する。安定性指標による送電線潮流制限を決定するには、定態安定性の観点での潮流制限Ｌ１、電圧安定性の観点での潮流制限Ｌ２、過渡安定性の観点での潮流制限Ｌ３、送電線の熱管理による潮流制限Ｌ４、短時間予測系統データＤ１が必要であるが、ステップＳ１の手順では、これら潮流制限Ｌ１〜Ｌ４及び系統データＤ１の演算機能は持たずに、状態量演算部１５ａ〜１５ｎで演算した結果を用いる。つまり、ステップＳ１の手順は、潮流制限Ｌ１〜Ｌ４及び系統データＤ１を用いて送電線潮流制限を決定する手順である。

ステップＳ１の手順では、状態量演算部１５ａ〜１５ｎで演算され系統データベース記憶部１３に記憶された潮流制限Ｌ１〜Ｌ４及び系統データＤ１を取り出し、送電線潮流制限を決定する。そして、ステップＳ２の手順では、電力系統運用者からＬＰ（Linear Programming：線形計画法）計算指示があるかどうかを判定する。

ＬＰ計算指示があるときは、ステップＳ３の手順によりＬＰによるＬＭＰ演算を行い、ステップＳ４の手順によりＬＭＰ（地域別限界価格）を入出力装置に出力する。

このように、本発明の実施の形態では、信頼性評価の電力系統の物理的な性質を分析する計算は、電力系統によらずに同じであるが、支配的な特性は電力系統の系統構成や運用状態により変化することから、このような部分は、電力系統運用者が適宜カスタマイズできる程度の柔軟性は必要となることに着目し、２００４年頃から注目を浴びているＳＯＡ（Service Oriented Architecture）の概念を利用し、物理的な性質を演算する部分は複数の状態量演算部１５ａ〜１５ｎを設け、演算機能として独立にサイクリックに動作させるように構成した。

この際、複数の状態量演算部１５ａ〜１５ｎの演算機能の遂行に必要な時間はバラバラで非同期であり処理を同期させることはしない。同期をとって演算処理を行わせる必要がないからである。これにより、柔軟性維持を図っている。また、電力系統の場合には、近い将来のデータ分析も必要となるので、現時点での特性だけでなく、近い将来のデータによる分析も並行して実行することとしている。

電力系統運用者は、これらシステム上に公開されている状態量演算部１５ａ〜１５ｎでの演算結果のサービスを自由に組み合わせて、電力系統の運用状態を簡易に正確に把握できるように、系統運用状態を推定演算する演算処理部１６ａ〜１６ｎの処理手順を状態量演算部１５ａ〜１５ｎの演算結果を容易に利用することを可能とした。例えば、簡易に処理手順を定義することができるスクリプト形式の処理定義言語体系を準備した。もちろんこの処理手順は適切なＧＵＩを持つことにより、柔軟性を向上させることができる。

また、系統特性を把握するだけでなく、下層の情報通信ネットワーク１２に構築されている監視制御装置に監視制御のための指示値を送信できるように、監視制御データベース記憶部１８を配置した。これにより、例えば、保護・制御システムへ整定データを送ることも可能になる。これにより、データベース技術とＳＯＡの概念、実際の電力系統の保護制御システムを高度に融合するシステムを実現した。

さらに、状態量演算部１５ａ〜１５ｎは、電力系統運用者側にて演算処理部１６ａ〜１６ｍの処理手順の記述により自由に起動させるようにしてもよいし、状態量演算部１５ａ〜１５ｎの演算機能は、相互にその計算結果の妥当性を評価するようにしてもよい。これにより、電力系統の広域監視制御のための司令塔の役割を果たす電力系統信頼性評価システムを、従来とは比較にならないほどの柔軟性で実現できる。

１１…電力系統、１２…情報通信ネットワーク、１３…系統データベース記憶部、１４…専用ネットワーク、１５…状態量演算部、１６…演算処理部、１７…入出力装置、１８…監視制御データベース、１９…情報管理サーバ

Claims

電力系統の時々刻々変化する系統データを計測状態量として記憶するとともに前記計測状態量を用いて算出された系統状態量を演算状態量として記憶する系統データベース記憶部と、前記系統データベース記憶部と専用ネットワークで接続され前記系統データベース記憶部に記憶された計測状態量に基づき予め定めた演算状態量をそれぞれ個別に演算し前記系統データベース記憶部に記憶する複数の状態量演算部と、前記専用ネットワークに接続され電力系統への監視制御のための指示値を記憶する監視制御データベース記憶部と、前記専用ネットワークに接続され前記系統データベース記憶部に記憶された計測状態量や演算状態量を用いて系統運用者により指定された電力系統の系統運用状態を推定演算しその演算結果に監視制御のための指示値が含まれるときはその指示値を前記監視制御データベース記憶部に記憶する演算処理部とを備えたことを特徴とする電力系統信頼性評価システム。
前記系統データベース記憶部に記憶された計測状態量や演算状態量を管理するための情報管理サーバを前記専用ネットワークに接続し、
前記情報管理サーバは、前記演算処理部が系統運用者により指定された電力系統の系統運用状態を推定演算する際に、その推定演算に必要とする計測状態量や演算状態量に関する情報を前記演算処理部に伝えることを特徴とする請求項１記載の電力系統信頼性評価システム。