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公開番号2020145913
公報種別公開特許公報(A)
公開日20200910
出願番号2019218710
出願日20191203
発明の名称外部ネットワークに対する等価パラメータを推定する方法およびシステム
出願人株式会社日立製作所
代理人青稜特許業務法人
主分類H02J 3/00 20060101AFI20200814BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】外部ネットワークに対して等価パラメータを推定する、安定した信頼性の高い方法およびシステムを提供する。
【解決手段】単純化されたネットワークは、内部ネットワークと外部ネットワークとを備える電力系統に対して確立される。単純化されたネットワークは、内部ネットワークの状態変数に基づいて確立されてもよい。外部ネットワークは、外部ネットワークに対して予め定義された状態変数を有するバスとして表される。単純化されたネットワークは、電力系統の内部ネットワークおよび境界バスの状態変数および測定値を使用して、外部ネットワークに対してネットワークパラメータを推定することによって確立される。
【選択図】図4a
特許請求の範囲【請求項1】
電力系統の内部ネットワークと関連付けられた少なくとも1つの外部ネットワークに対して1つまたは複数の等価パラメータを推定する方法であって、
前記電力系統の前記内部ネットワークおよび1つまたは複数の境界バスの状態変数および測定値の少なくとも一方に基づいて、推定システムによって、前記内部ネットワークと少なくとも1つの外部ネットワークとを備える電力系統に対して、単純化されたネットワークを確立するステップであって、前記少なくとも1つの外部ネットワークが、前記単純化されたネットワークを確立する、前記少なくとも1つの外部ネットワークに対する複数の予め定義された状態変数を有するバスとして表される、ステップと、
最適化技術を使用して、前記単純化されたネットワークおよび前記複数の予め定義された状態変数に基づいて、前記推定システムによって、前記少なくとも1つの外部ネットワークに対する1つまたは複数のネットワークパラメータを推定するステップと、
前記内部ネットワークおよび前記1つまたは複数の境界バスの前記状態変数および前記測定値に対して、前記推定システムによって、前記1つまたは複数のネットワークパラメータの調整を実施するステップであって、
前記1つまたは複数のネットワークパラメータを使用して、前記推定システムによって、前記電力系統の状態推定を実施するステップと、
前記電力系統の前記状態推定と関連付けられた、閾値と比較される残余を、前記推定システムによって判定するステップと、
前記残余が前記閾値よりも大きいと判定された場合、前記電力系統の更なる状態推定を実施するため、前記推定システムによって、前記1つまたは複数のネットワークパラメータを最適化するステップであって、前記残余が前記閾値よりも小さいと判定されるまで前記調整が実施される、ステップとを実施することによる、ステップと、
前記推定システムによって、前記1つまたは複数のネットワークパラメータを、前記少なくとも1つの外部ネットワークに対する1つまたは複数の等価パラメータとして提供するステップとを含む、方法。
続きを表示(約 2,600 文字)【請求項2】
前記電力系統に対して前記単純化されたネットワークを確立するステップが、
前記内部ネットワークの前記状態変数に基づいて、前記内部ネットワークと関連付けられた、前記1つまたは複数の境界バスと、対応する有効電力潮流および無効電力潮流とを判定するステップと、
1つまたは複数のインピーダンスを通して前記バスを使用して、前記1つまたは複数の境界バスと共に前記内部ネットワークを拡張するステップとを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記1つまたは複数のネットワークパラメータを最適化するステップが、前記1つまたは複数の境界バスにおける電力潮流および状態変数の少なくとも一方と関連付けられた不整合を低減するように実施される、請求項1に記載の方法。
【請求項4】
前記1つまたは複数のネットワークパラメータを最適化するステップが、前記外部ネットワークの前記1つまたは複数のネットワークパラメータと関連付けられた感度因子に基づいて実施される、請求項1に記載の方法。
【請求項5】
前記1つまたは複数のネットワークパラメータを最適化するステップが、
前記1つまたは複数の境界バスに対して前記バスを分割し、
前記1つまたは複数の境界バスそれぞれに対する前記1つまたは複数のネットワークパラメータの値を、前記内部ネットワークおよび前記1つまたは複数の境界バスの有効電力、電圧、角度、無効電力の少なくとも1つと関連付けられた残余を最小限に抑えるように変動させることによって、実施される、請求項1に記載の方法。
【請求項6】
前記1つまたは複数のネットワークパラメータを最適化するステップが、
1つまたは複数の分流器を前記単純化されたネットワークに注入し、
前記1つまたは複数の分流器の値を、前記1つまたは複数のネットワークパラメータを最適化するように調節することによって、実施される、請求項1に記載の方法。
【請求項7】
電気系統の内部ネットワークと関連付けられた少なくとも1つの外部ネットワークに対して1つまたは複数の等価パラメータを推定する推定システムであって、
プロセッサと、
前記プロセッサに通信可能に連結され、プロセッサ実行可能命令を記憶するメモリとを有し、該命令が実行されると、前記プロセッサが、
前記電力系統の前記内部ネットワークおよび1つまたは複数の境界バスの状態変数および測定値の少なくとも一方に基づいて、前記内部ネットワークと少なくとも1つの外部ネットワークとを備える電力系統に対して、単純化されたネットワークを確立し、前記少なくとも1つの外部ネットワークが、前記単純化されたネットワークを確立する、前記少なくとも1つの外部ネットワークに対する複数の予め定義された状態変数を有するバスとして表され、
最適化技術を使用して、前記単純化されたネットワークおよび前記複数の予め定義された状態変数に基づいて、前記少なくとも1つの外部ネットワークに対する1つまたは複数のネットワークパラメータを推定し、
前記内部ネットワークおよび前記1つまたは複数の境界バスの前記状態変数および前記測定値に対して、前記1つまたは複数のネットワークパラメータの調整を実施し、該調整が、
前記1つまたは複数のネットワークパラメータを使用して、前記電力系統の状態推定を実施するステップと、
前記電力系統の前記状態推定と関連付けられた、閾値と比較される残余を判定するステップと、
前記残余が前記閾値よりも大きいと判定された場合、前記電力系統の更なる状態推定を実施するため、前記1つまたは複数のネットワークパラメータを最適化するステップであって、前記残余が前記閾値よりも小さいと判定されるまで前記調整が実施される、ステップとを実施することによって実施され、
前記1つまたは複数のネットワークパラメータを、前記少なくとも1つの外部ネットワークに対する1つまたは複数の等価パラメータとして提供する、推定システム。
【請求項8】
前記内部ネットワークの前記複数の状態変数に基づいて、前記内部ネットワークと関連付けられた、前記1つまたは複数の境界バスと、対応する有効電力潮流および無効電力潮流とを判定し、
1つまたは複数のインピーダンスを通して前記バスを使用して、前記1つまたは複数の境界バスと共に前記内部ネットワークを拡張することによって、
前記電力系統に対して前記単純化されたネットワークが確立される、請求項7に記載の推定システム。
【請求項9】
前記1つまたは複数のネットワークパラメータの最適化が、前記1つまたは複数の境界バスにおける電力潮流および状態変数の少なくとも一方と関連付けられた不整合を低減するように実施される、請求項7に記載の推定システム。
【請求項10】
前記1つまたは複数のネットワークパラメータの最適化が、前記外部ネットワークの前記1つまたは複数のネットワークパラメータと関連付けられた感度因子に基づいて実施される、請求項7に記載の推定システム。
【請求項11】
前記1つまたは複数のネットワークパラメータの最適化が、
前記1つまたは複数の境界バスに対して前記バスを分割し、
前記1つまたは複数の境界バスそれぞれに対する前記1つまたは複数のネットワークパラメータの値を、前記内部ネットワークおよび前記1つまたは複数の境界バスの有効電力、電圧、角度、無効電力の少なくとも1つと関連付けられた残余を最小限に抑えるように変動させることによって、実施される、請求項7に記載の推定システム。
【請求項12】
前記1つまたは複数のネットワークパラメータの最適化が、
1つまたは複数の分流器を前記単純化されたネットワークに注入し、
前記1つまたは複数の分流器の値を、前記1つまたは複数のネットワークパラメータを最適化するように調節することによって、実施される、請求項7に記載の推定システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明の主題は、全体として、内部および外部ネットワークを備えた電力系統に関し、より詳細には、ただし非排他的には、電力系統における内部ネットワークと関連付けられた少なくとも1つの外部ネットワークに対して、1つまたは複数の等価パラメータを推定することに関する。
続きを表示(約 17,000 文字)【背景技術】
【0002】
電力系統は、電力の生成、伝送、分配、通信、および他の機能を提供する、電気回路網群である。電気回路網は、電力系統において互いに物理的に接続されている。電力系統は、対応する電気回路網を監視し、リアルタイム測定値の遠隔計測データを受信して、対応する電気回路網の分析を行う、制御センターを含む。その遠隔計測データにアクセスし監視してもよい電気回路網は、内部システムまたは内部エリアまたは内部ネットワークと呼ばれることがある。内部ネットワークは、隣接する電気回路網に接続されてもよく、かかる隣接する電気回路網は、外部システムまたは外部エリアまたは外部ネットワークと呼ばれることがある。内部ネットワークは、境界バスを通して外部ネットワークと接続されてもよい。内部ネットワークに対する外部ネットワークの影響には、定常状態では、外部ネットワークから境界バスを通る有効電力潮流および無効電力潮流が反映される。一連のリアルタイム測定値は、制御センターに位置するエネルギー管理システムの状態推定のために処理される。処理によって、内部ネットワークの現在の状態についての最良の推定値を得ることができる。状態が得られると、内部ネットワークのリアルタイム適用に関する他の関心量が計算されてもよい。
【0003】
電力系統では、内部ネットワークは外部ネットワークによる問題または課題に直面することがあることが知られている。一般的に、電力系統は様々な公益事業が所有しているいくつかのエリアで構成されており、いくつかの公益事業は完全なシステム情報を他の公益事業と共有したがらないことがある。更に、電力系統の計算資源に対して実用上の制限があることがある。かかるシナリオが問題または課題に結び付くことがある。
【0004】
リアルタイム適用では、内部ネットワークの情報は状態推定器から得られることがある。オフライン研究では、単に定常状態の電力潮流解である。外部ネットワークは、任意の数の相互に接続された別個の制御域を含んでもよく、または観察不能な部分であってもよい。外部ネットワークのモデリングは、電力系統のセキュリティ診断と呼ばれるリアルタイム適用にとって重大な役割を果たす。電力系統は、内部ネットワークにおける偶発事態が過負荷、異常電圧などを引き起こさない場合に、安全であると言われる。未来の事例である偶発事態の結果を評価するには、外部ネットワークの利用可能な測定値がないので、状態評価はそれ以上使用されない。
【0005】
既存のシステムは、内部ネットワークに関する潮流モデルをシミュレートすることによって、偶発事態を評価することを開示している。偶発事態の場合の潮流モデルは、状態推定器から利用可能であってもよく、外部ネットワークから境界バスまでの潮流が分かっている場合、内部ネットワークのみに関して潮流モデルを走らせることが可能であろう。しかしながら、偶発事態に対する外部ネットワークの応答によって、外部システムから境界バスまでの潮流は、それらの実際のまたは現在の値と異なってくる。したがって、オンラインでの偶発事態評価の場合、外部ネットワーク情報が部分的にまたは完全に分かっていれば、内部ネットワークの変化に関して、外部ネットワークからの応答を評価する必要がある。かかる評価によって、電力系統の信頼性および安定性が維持され得る。
【0006】
従来のシステムは、外部ネットワークの等価物を予測するのに、外部ネットワークの測定値を要することを教示している。かかる等価物は、状態推定に更に使用されてもよい。一部の従来システムは、外部等価パラメータに対する多期間最小二乗推定モデルを開示していることがある。かかる従来システムでは、多期間における内部ネットワークの境界ノードおよび状態情報にしたがって、外部パラメータと外部ノードとの間の制約関係が判定されてもよい。更に、ガウス・ニュートン法を使用して等価パラメータの解を求めて、外部ネットワークから最小測定値を得てもよい。これには、外部ネットワークの各ノードにおける電力注入を含んでもよい。しかしながら、かかる従来システムは、依然として外部ネットワーク測定値に依存している。また、複数の期間における測定値が求められることがあるが、各期間または各内部ネットワークの状態推定は数分間続くことがあるため、リアルタイムの運用的適用では実現不能である。かかる従来システムの場合、測定値がなければ、最小または部分測定値が利用可能であり、内部ネットワークイベントに対する応答が正確に獲得されないことがある。また、外部ネットワークにおける仮定をほとんど用いずに、1つまたは複数の等価外部ネットワークが判定されることがある。しかしながら、かかる仮定は正確な等価物を提供しないことがある。
【0007】
本開示のこの背景技術の項で開示した情報は、単に本発明の全体的背景の理解を高めるためのものであり、この情報が当業者には既に知られている従来技術を形成することを容認するものとして、またはそれを何らかの形で提示するものとして解釈すべきではない。
【発明の概要】
【0008】
一実施形態では、本開示は、電力系統の内部ネットワークと関連付けられた少なくとも1つの外部ネットワークに対して、1つまたは複数の等価パラメータを推定する方法に関する。推定のため、内部ネットワークと少なくとも1つの外部ネットワークを備える電力系統に対して、単純化されたネットワークが確立される。単純化されたネットワークは、電力系統の内部ネットワークおよび1つまたは複数の境界バスの状態変数および測定値の少なくとも一方に基づいて確立されてもよい。少なくとも1つの外部ネットワークは、少なくとも1つの外部ネットワークに対する複数の予め定義された状態変数を有するバスとして表される。更に、少なくとも1つの外部ネットワークに対して、単純化されたネットワークおよび複数の予め定義された状態変数に基づいて、1つまたは複数のネットワークパラメータが推定される。1つまたは複数のネットワークパラメータは、最適化技術を使用して推定される。更に、1つまたは複数の等価パラメータの推定に関して、内部ネットワークおよび1つまたは複数の境界バスの状態変数および測定値に対して、1つまたは複数のネットワークパラメータの調整が実施される。調整は、1つまたは複数のネットワークパラメータを使用して電力系統の状態推定を実施することと、電力系統の状態推定と関連付けられた、閾値と比較される残余を判定することと、残余が閾値よりも大きいと判定された場合、電力系統の更なる状態推定を実施するため、1つまたは複数のネットワークパラメータを最適化することとを含む。調整は、残余が閾値よりも小さいと判定されるまで実施される。最適化の際、1つまたは複数のネットワークパラメータは、少なくとも1つの外部ネットワークに対する1つまたは複数の等価パラメータとして提供される。
【0009】
一実施形態では、本開示は、電力系統の内部ネットワークと関連付けられた少なくとも1つの外部ネットワークに対して、1つまたは複数の等価パラメータを推定する推定システムに関する。推定システムは、プロセッサと、プロセッサに通信可能に連結されたメモリとを含む。メモリはプロセッサ実行可能命令を記憶し、それを実行することによって、プロセッサに1つまたは複数の等価パラメータを推定させる。推定のため、内部ネットワークと少なくとも1つの外部ネットワークとを備える電力系統に対して、単純化されたネットワークが確立される。単純化されたネットワークは、電力系統の内部ネットワークおよび1つまたは複数の境界バスの状態変数および測定値の少なくとも一方に基づいて確立されてもよい。少なくとも1つの外部ネットワークは、少なくとも1つの外部ネットワークに対する複数の予め定義された状態変数を有するバスとして表される。更に、少なくとも1つの外部ネットワークに対して、単純化されたネットワークおよび複数の予め定義された状態変数に基づいて、1つまたは複数のネットワークパラメータが推定される。1つまたは複数のネットワークパラメータは、最適化技術を使用して推定される。更に、1つまたは複数の等価パラメータの推定に関して、内部ネットワークおよび1つまたは複数の境界バスの状態変数および測定値に対して、1つまたは複数のネットワークパラメータの調整が実施される。調整は、1つまたは複数のネットワークパラメータを使用して電力系統の状態推定を実施することと、電力系統の状態推定と関連付けられた、閾値と比較される残余を判定することと、残余が閾値よりも大きいと判定された場合、電力系統の更なる状態推定を実施するため、1つまたは複数のネットワークパラメータを最適化することとを含む。調整は、残余が閾値よりも小さいと判定されるまで実施される。最適化の際、1つまたは複数のネットワークパラメータは、少なくとも1つの外部ネットワークに対する1つまたは複数の等価パラメータとして提供される。
【0010】
上述の概要は単なる例証であり、いかなる形でも限定的であることを意図しない。上述した例示的な態様、実施形態、および特徴に加えて、図面および以下の詳細な説明を参照することによって、更なる態様、実施形態、および特徴が明白となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0011】
添付図面は、本開示に組み込まれると共にその一部を構成するものであり、例示の実施形態を例証し、説明と併せて開示の原理を説明するのに役立つ。図面中、参照番号の左端の桁は、その参照番号が最初に現れる図面を特定する。同様の特徴および構成要素を参照するのに、図面全体を通して同じ番号が使用される。本発明の主題の実施形態によるシステムおよび/または方法のいくつかの実施形態について、単なる例として、添付図面を参照して以下に記載する。
【0012】
本開示のいくつかの実施形態による、少なくとも1つの外部ネットワークに対する1つまたは複数の等価パラメータを推定する、推定システムの例示の環境を示す図である。
本開示のいくつかの実施形態による、少なくとも1つの外部ネットワークに対する1つまたは複数の等価パラメータを推定する、推定システムの詳細なブロック図である。
本開示のいくつかの実施形態による、電力系統の単純化されたネットワークを確立するための、電力系統の例示の実施形態を示す図である。
本開示のいくつかの実施形態による、電力系統の単純化されたネットワークを確立するための、電力系統の例示の実施形態を示す図である。
本開示のいくつかの実施形態による、電力系統の単純化されたネットワークを確立するための、電力系統の例示の実施形態を示す図である。
本開示のいくつかの実施形態による、電力系統の単純化されたネットワークを確立するための、電力系統の例示の実施形態を示す図である。
本開示のいくつかの実施形態による、電力系統の単純化されたネットワークを確立するための、電力系統の例示の実施形態を示す図である。
本開示のいくつかの実施形態による、電力系統の単純化されたネットワークを確立するための、電力系統の例示の実施形態を示す図である。
本開示のいくつかの実施形態による、調整のために1つまたは複数のネットワークパラメータを最適化する、例示の実施形態を示す図である。
本開示のいくつかの実施形態による、調整のために1つまたは複数のネットワークパラメータを最適化する、例示の実施形態を示す図である。
本開示のいくつかの実施形態による、少なくとも1つの外部ネットワークに対して1つまたは複数の等価パラメータを推定する、例示の方法を示すフローチャートである。
は、本開示と一致する実施形態を実現する、例示のコンピュータシステムのブロック図である。
【0013】
本明細書のいずれのブロック図も、本発明の主題の原理を具体化する例示的なシステムの概念図を表すことが、当業者には認識されるべきである。同様に、いずれのフローチャート、フロー図、状態遷移図、擬似コードなどは、コンピュータ可読媒体の形で実質的に表され、明示的に示されるか否かにかかわらずコンピュータまたはプロセッサによって実行されてもよい、様々なプロセスを表すことが理解されるであろう。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本明細書では、「例示の」という語は、「例、事例、または実例としての役割を果たす」ことを意味するのに使用される。「例示」として本明細書に記載される本発明の主題のいずれの実施形態または実現例も、他の実施形態よりも好ましいかもしくは有利であるものと必ずしも解釈されない。
【0015】
本開示は様々な修正および代替形態に影響されやすいが、それらの具体的な実施形態を図面に例として示しており、以下に詳細に記載する。ただし、本開示を開示する形態に限定しようとするものではなく、それとは逆に、本開示は、本開示の趣旨および範囲内にある全ての修正例、等価物、および代替例を網羅することが理解されるべきである。
【0016】
「備える」、「備えている」という用語、またはそのあらゆる他の変形は、一連の構成要素もしくはステップを備えるセットアップ、デバイス、または方法が、それらの構成要素もしくはステップだけを含むのではなく、明示的に列挙されないかまたはかかるセットアップもしくはデバイスもしくは方法に固有のものではない、他の構成要素もしくはステップを含んでもよいという、非排他的な包含を網羅するものとする。換言すれば、「〜を備える」に続く、システムまたは装置における1つまたは複数の要素は、更なる制約なしに、システムまたは方法に他の要素もしくは追加要素が存在することを除外しない。
【0017】
「含む」、「含んでいる」という用語、またはそのあらゆる他の変形は、一連の構成要素もしくはステップを含むセットアップ、デバイス、または方法が、それらの構成要素もしくはステップだけを含むのではなく、明示的に列挙されないかまたはかかるセットアップもしくはデバイスもしくは方法に固有のものではない、他の構成要素もしくはステップを含んでもよいという、非排他的な包含を網羅するものとする。換言すれば、「〜を含む」に続く、システムまたは装置における1つまたは複数の要素は、更なる制約なしに、システムまたは方法に他の要素もしくは追加要素が存在することを除外しない。
【0018】
本開示の実施形態の以下の詳細な説明において、本開示の一部を形成すると共に、例として本開示が実施されてもよい特定の実施形態が示される、添付図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本開示を実施できるように十分に詳細に記載されるが、他の実施形態が利用されてもよく、本開示の範囲から逸脱せずに変更が行われてもよいことが、理解されるべきである。したがって、以下の説明は限定的な意味で解釈されるべきではない。
【0019】
本開示は、電力系統において、外部ネットワークに対する等価パラメータを推定する、推定システムに関する。本開示は、外部ネットワークにおける仮定のパラメータを用いて、境界ノードおよび内部ネットワークノードにおける関係を確立または構築することを教示する。単純化されたネットワークが電力系統に対して確立され、ネットワークパラメータは最適化方法を使用して推定される。ネットワークパラメータを使用して、電力系統全体に対して状態推定が計算される。ネットワークパラメータは、状態推定と関連付けられた残余を最小限に抑えるように、内部ネットワークおよび境界バスに関して調整される。残余の最小値に対するネットワークパラメータは、等価パラメータと見なされる。提案するこの方法によって、外部ネットワークの測定値または状態変数を知る必要性を排除することができる。
【0020】
図1は、電力系統の少なくとも1つの外部ネットワークに対する1つまたは複数の等価パラメータを推定する、推定システム101の例示の環境100を示している。例示の環境100は、推定システム101と、電力系統102と、通信ネットワーク103とを含んでもよい。推定システム101は、本開示のステップを実施するように構成されてもよい。電力系統102は、内部ネットワーク104および少なくとも1つの外部ネットワーク105と関連付けられてもよい。電力系統102は、電力の生成、伝送、分配、通信、および他の機能を提供するように構成されてもよい。内部ネットワーク104および少なくとも1つの外部ネットワーク105は、電力系統102において互いに物理的に接続されてもよい。内部ネットワーク104は、1つまたは複数の境界バスを通して、少なくとも1つの外部バス105に接続されてもよい。内部ネットワーク104と関連付けられた複数の状態変数および1つまたは複数の測定値は、電力系統102において既知であってもよい。しかしながら、少なくとも1つの外部ネットワーク105と関連付けられた複数の状態変数および1つまたは複数の測定値は、電力系統102において既知でなくてもよい。推定システム101は、通信ネットワーク103を介して電力系統102と通信するように構成されてもよい。一実施形態では、推定システム101は、内部ネットワーク104の一部であってもよい(図面には図示なし)。一実施形態では、通信ネットワーク103としては、非限定的に、直接相互接続、ローカルエリアネットワーク(LAN)、広域ネットワーク(WAN)、コントローラエリアネットワーク(CAN)、ワイヤレスネットワーク(例えば、ワイヤレスアプリケーションプロトコルを使用)、インターネットなどを挙げることができる。
【0021】
更に、推定システム101は、プロセッサ106と、入出力インターフェース107と、メモリ108とを含んでもよい。いくつかの実施形態では、メモリ108は、プロセッサ106に通信可能に連結されてもよい。メモリ108は、プロセッサ106によって実行可能な命令を記憶し、命令を実行することによって、推定システム101が、本開示において開示するように、少なくとも1つの外部ネットワーク105の1つまたは複数の等価パラメータを推定してもよい。一実施形態では、メモリ108は、1つまたは複数のモジュール109とデータ110とを含んでもよい。1つまたは複数のモジュール109は、データ110を使用して本開示のステップを実施して、1つまたは複数の等価パラメータを推定するように構成されてもよい。一実施形態では、1つまたは複数のモジュール109はそれぞれ、メモリ108の外部にあって推定システム101と連結されてもよい、ハードウェア装置であってもよい。推定システム101は、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、パーソナルコンピュータ(PC)、ノートブック、スマートフォン、タブレット、電子ブックリーダー、サーバー、ネットワークサーバー、クラウドベースサーバーなどの様々なコンピューティングシステムに実装されてもよい。一実施形態では、推定システムは、通信ネットワーク103を通して、入出力インターフェースを介してデータを送受信してもよい。
【0022】
1つまたは複数の等価パラメータの推定のため、推定システム101は、電力系統102に対する単純化されたネットワークを確立するように構成されてもよい。単純化されたネットワークは、内部ネットワーク104の複数の状態変数に基づいて確立されてもよい。少なくとも1つの外部ネットワーク105は、少なくとも1つの外部ネットワーク105に対する複数の予め定義された状態変数を有するバスとして表されてもよい。一実施形態では、推定システム101は、内部ネットワーク104と関連付けられた、1つまたは複数の境界バスと、対応する有効電力潮流および無効電力潮流とを判定するように構成されてもよい。1つまたは複数の境界バスは、内部ネットワーク104の複数の状態変数に基づいて判定されてもよい。更に、推定システム101は、単純化されたネットワークを確立するため、1つまたは複数のインピーダンスを通してバスを使用して、1つまたは複数の境界バスと共に内部ネットワーク104を拡張するように構成されてもよい。
【0023】
単純化されたネットワークを確立する際、推定システム101は、少なくとも1つの外部ネットワーク105に対する1つまたは複数のネットワークパラメータを推定するように構成されてもよい。1つまたは複数のネットワークパラメータは、単純化されたネットワークおよび複数の予め定義された状態変数に基づいて推定されてもよい。1つまたは複数のネットワークパラメータは、最適化技術を使用して推定されてもよい。一実施形態では、当業者には知られている任意の最適化技術が、1つまたは複数のネットワークパラメータを推定するために実現されてもよい。
【0024】
更に、推定システム101は、1つまたは複数のネットワークパラメータの調整を実施するように構成されてもよい。調整は、内部ネットワークおよび1つまたは複数の境界バスの状態変数および測定値に対して実施されてもよい。調整は、1つまたは複数のネットワークパラメータを使用して、電力系統102の状態推定を実施することを含む。電力系統102の状態推定と関連付けられた残余が判定され、閾値と比較されてもよい。更に、残余が閾値よりも大きいと判定されると、1つまたは複数のネットワークパラメータは、電力系統102の更なる状態推定に対して最適化される。一実施形態では、1つまたは複数のネットワークパラメータの最適化は、1つまたは複数の境界バスにおける電力潮流および状態変数のうち少なくとも一方と関連付けられた不整合を低減するように実施されてもよい。一実施形態では、1つまたは複数のネットワークパラメータの最適化は、少なくとも1つの外部ネットワーク105の1つまたは複数のネットワークパラメータと関連付けられた感度因子に基づいて実施されてもよい。一実施形態では、1つまたは複数のネットワークパラメータの最適化は、1つまたは複数の境界バスに対してバスを分割し、1つまたは複数の境界バスそれぞれに対して1つまたは複数のネットワークパラメータの値を変動させることによって実施される。1つまたは複数のネットワークパラメータの値は、内部ネットワーク104および1つまたは複数の境界バスの有効電力、電圧、角度、無効電力の少なくとも1つと関連付けられた残余を最小限に抑えるように変動させてもよい。一実施形態では、1つまたは複数のネットワークパラメータの最適化は、1つまたは複数の分流器を単純化されたネットワークに注入し、1つまたは複数のネットワークパラメータを最適化するように1つまたは複数の分流器の値を調節することによって実施されてもよい。
【0025】
推定システム101は、残余が閾値よりも小さいと判定されるまで調整を実施してもよい。残余が閾値よりも小さくなるまで1つまたは複数のネットワークパラメータの調整および最適化を行う際、最適化された1つまたは複数のネットワークパラメータは、少なくとも1つの外部ネットワーク105に対する1つまたは複数の等価パラメータとして提供される。
【0026】
図2は、本開示のいくつかの実施形態による、少なくとも1つの外部ネットワークに対する1つまたは複数の等価パラメータを推定する、推定システム101の詳細なブロック図を示している。
【0027】
推定システム101のメモリ108内のデータ110および1つまたは複数のモジュール109について、本明細書で詳細に記載する。
【0028】
一実現例では、1つまたは複数のモジュール109は、単純化されたネットワーク確立モジュール201と、ネットワークパラメータ推定モジュール202と、調整モジュール203と、等価パラメータ提供モジュール204と、推定システム101と関連付けられた1つまたは複数の他のモジュール205とを含んでもよいが、それらに限定されない。
【0029】
一実施形態では、メモリ108内のデータ110は、内部ネットワークデータ206と、外部ネットワークデータ207と、境界バスデータ208と、ネットワークパラメータ209(1つまたは複数のネットワークパラメータ209とも呼ばれる)と、状態推定データ210と、残余データ211(残余211とも呼ばれる)と、閾値212と、等価パラメータ213(1つまたは複数の等価パラメータ213とも呼ばれる)と、推定システム101と関連付けられた他のデータ214とを含んでもよい。
【0030】
一実施形態では、メモリ108内のデータ110は、推定システム101の1つまたは複数のモジュール109によって処理されてもよい。一実施形態では、1つまたは複数のモジュール109は専用ユニットとして実現されてもよく、そのような形で実現された場合、前記モジュールは、新規なハードウェアをもたらす本開示で定義される機能性を有して構成されてもよい。本明細書で使用するとき、モジュールという用語は、特定用途向け集積回路(ASIC)、電子回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、プログラマブルシステムオンチップ(PSoC)、組み合わせ論理回路、および/または記載される機能性を提供する他の適切な構成要素を指してもよい。
【0031】
本開示の1つまたは複数のモジュール109は、少なくとも1つの外部ネットワークに対する1つまたは複数の等価パラメータを推定するように機能する。1つまたは複数のモジュール109は、データ110と共に、1つまたは複数の等価パラメータを推定するため、任意のシステムに実装されてもよい。
【0032】
電力系統は、内部ネットワークと少なくとも1つの外部ネットワークとを含んでもよい。内部ネットワークは、1つまたは複数の境界バスを介して外部ネットワークに接続されてもよい。図3aに示されるような、電力系統102の例示の表現について検討する。電力系統は、1つまたは複数の境界バスおよび伝送線を介して、第1の外部ネットワーク302.1、第2の外部ネットワーク302.2、および第3の外部ネットワーク302.3に接続された、内部ネットワーク301を含む。一実施形態では、内部ネットワーク301は、任意の数の外部ネットワークに接続されてもよい。内部ネットワーク301は、複数の状態変数および複数の測定値と関連付けられてもよい。複数の状態変数は、内部ネットワーク301のノードにおける電圧、電流、および角度を含んでもよい。複数の測定値は、内部ネットワーク301と関連付けられたバスを流れる無効電力および有効電力を含んでもよい。一実施形態では、前記複数の状態変数および前記複数の測定値は、内部ネットワークデータ206として推定システム101のメモリ108に記憶されてもよい。一実施形態では、1つまたは複数の境界バスはそれぞれ、対応する複数の状態変数および対応する複数の測定値と関連付けられてもよい。複数の状態変数は、それぞれの境界バスにおける電圧、電流、および角度を含んでもよい。複数の測定値は、それぞれの境界バスを流れる無効電力および有効電力を含んでもよい。一実施形態では、1つまたは複数の境界バスのそれぞれと関連付けられた前記複数の状態変数および前記複数の測定値は、それぞれの境界バスデータ208として推定システム101のメモリ108に記憶されてもよい。一実施形態では、外部ネットワーク302.1、302.2、および302.3はそれぞれ、複数の状態変数および複数の測定値と関連付けられてもよい。本開示では、複数の状態変数および複数の測定値は未知なので、前記複数の状態変数および前記複数の測定値は仮定され、外部ネットワークデータ207としてメモリ108に記憶されてもよい。複数の状態変数は、それぞれの外部ネットワークのノードにおける電圧、電流、および角度を含んでもよい。複数の測定値は、それぞれの外部ネットワークと関連付けられたバスを流れる無効電力および有効電力を含んでもよい。一実施形態では、外部ネットワーク302.1、302.2、および302.3それぞれの前記複数の状態変数および前記複数の測定値は、外部ネットワークデータ207として推定システム101のメモリ108に記憶されてもよい。同様に、内部ネットワークと任意の数の外部ネットワークとを含む電力系統のいずれかに関して、推定システム101のメモリ108は、対応する内部ネットワークデータ206、外部ネットワークデータ207、および境界バスデータ208を記憶してもよい。一実施形態では、電力系統102の伝送線は、第1の外部ネットワーク302.1、第2の外部ネットワーク302.2、および第3の外部ネットワーク302.3の等価物を推定する、ゼロインピーダンス線と見なされてもよい。伝送線がゼロインピーダンス線と見なされない場合、第1の外部ネットワーク302.1、第2の外部ネットワーク302.2、および第3の外部ネットワーク302.3の外部バスはそれぞれ、状態変数値V

および<δ

、V

および<δ

、ならびにV

および<δ

を用いて仮定されてもよい。
【0033】
一実施形態では、本開示において、内部ネットワーク301は、内部ネットワーク301からアクセスする十分で適切な数の測定値を有するものと仮定されてもよい。図3bに示されるように、既知の測定値は、有効電力潮流、無効電力潮流、注入、および電圧測定値などを含んでもよい。一実施形態では、複数の状態変数、即ち電圧および角度が、内部ネットワーク301および1つまたは複数の境界バスにおいて計算されてもよい。更に、内部ネットワーク301および1つまたは複数の境界バスの有効電力潮流および無効電力潮流が、計算された複数の状態変数から計算されてもよい。図3bに示されるように、複数の測定値および複数の状態変数は、外部ネットワーク302.1、302.2、および302.3に対しては未知であってもよい。
【0034】
本開示では、最初に、単純化されたネットワーク確立モジュール201は、電力系統に対する単純化されたネットワークを確立するように構成されてもよい。電力系統に対する単純化されたネットワーク303の例示の表現が、図3bに示されている。一実施形態では、単純化されたネットワーク303は、1つまたは複数のインピーダンスを通してバスを使用して、1つまたは複数の境界バスと共に内部ネットワーク301を拡張することによって確立されてもよい。バスは、基準バスまたはスイングバスとも呼ばれることがある。バスは外部ノードに接続されてもよい。一実施形態では、外部ノードは基準ノードと呼ばれることがある。一実施形態では、単純化されたネットワーク303は、1つを超える基準ノードと関連付けられてもよい。その場合、電力系統における連絡線はそれぞれ、基準バスを介して接続された、基準ノードと関連付けられてもよい。1つまたは複数のインピーダンスは、バスおよび外部ノードと共に、外部ネットワーク302.1、302.2、および302.3を表してもよい。
【0035】
図4aに示される単純化されたネットワークについて検討する。図面中、「a」および「b」は、内部ネットワーク401と少なくとも1つの外部ネットワークとの間に接続された境界バスである。外部ネットワーク302.1、302.2、および302.3は、インピーダンスZ
ab
、Z
ar
、Z
br
、Z
a0
、およびZ
b0
、バス402、ならびに基準ノード403を使用して表される。
【0036】
インピーダンスZ
ab
は、次の式1を使用して計算される、境界バス「a」および「b」における等価インピーダンスであってもよい。

ab
=r
ab
+jx
ab
…(1)
【0037】
インピーダンスZ
ar
は、次の式2を使用して計算される、境界バス「a」および基準バスにおける等価インピーダンスであってもよい。

ar
=r
ar
+jx
ar
…(2)
【0038】
インピーダンスZ
br
は、次の式3を使用して計算される、境界バス「b」および基準バスにおける等価インピーダンスであってもよい。

br
=r
br
+jx
br
…(3)
【0039】
インピーダンスZ
a0
は、次の式4を使用して計算される、境界バス「a」におけるシャントインピーダンスであってもよい。

a0
=r
a0
+jx
a0
…(4)
【0040】
インピーダンスZ
b0
は、次の式5を使用して計算される、境界バス「b」におけるシャントインピーダンスであってもよい。

b0
=r
b0
+jx
b0
…(5)
【0041】
一実施形態では、少なくとも1つの外部ネットワークの複数の状態変数は、最初に、予め定義され、外部ネットワークデータ207として記憶される。一実施形態では、少なくとも1つの外部ネットワークの複数の状態変数、即ち電圧および角度はそれぞれ、1.0p.uおよび0として仮定されてもよい。一実施形態では、少なくとも1つの外部ネットワークの複数の状態変数は、当業者には知られている、1つまたは複数の技術を使用して予測されてもよい。一実施形態では、電力系統のトポロジーは、新しいバスまたは線を、即ち1つまたは複数の境界バスにおけるインピーダンスを含めることによって変化することがある。その場合、インピーダンス行列(Z
bus
行列とも呼ばれる)の形成に対して、アドミタンス行列(Y
bus
行列とも呼ばれる)を再計算することが必要なことがある。
【0042】
バスインピーダンス行列に関して電圧・電流関係が与えられている、nバスシステムが内部ネットワークに存在することについて検討する。バスインピーダンス行列は、次の式6に示されるようなものであってもよい。
式中、V

、V

、…V

は、内部ネットワークおよび1つまたは複数の境界バスの電圧、I

、I

、…I

は、内部ネットワークおよび1つまたは複数の境界バスにおける注入電流、Z
int
は、内部ネットワークのZ
bus
行列である。
【0043】
一実施形態では、電力系統の単純化されたネットワークは、既存のバスインピーダンス行列であるZ
int
を修正することによって確立されてもよい。
【0044】
単純化されたネットワークを確立する場合、インピーダンスZ
ab
、Z
ar
、Z
br
、Z
a0
、およびZ
b0
はそれぞれ、1つまたは複数の境界バス「a」および「b」に追加されてもよい。インピーダンスZ
ab
、Z
ar
、Z
br
、Z
a0
、およびZ
b0
をそれぞれ追加することで、電力系統の電圧・電流関係が適宜修正されてもよい。電力系統のインピーダンス電圧・電流関係の追加の任意のシーケンスに、単純化されたネットワークを確立する目的でしたがってもよい。インピーダンスZ
ab
、Z
ar
、Z
br
、Z
a0
、およびZ
b0
を追加して、図4aのような単純化されたネットワークを確立する例示の方法が、図4b〜4dに示される。
【0045】
図4bは、新しいバスを、インピーダンスZ
ar
およびZ
br
を有する1つまたは複数の境界バス「a」および「b」に追加することを示している。内部ネットワーク401の一部ではなかった少なくとも1つの外部ネットワークにおける新しいバスは、インピーダンスZ
ar
を有する伝送線を通して既存のバス「a」に追加される。新しいバスは、インピーダンスZ
br
を有する伝送線を通して既存のバス「b」に追加される。したがって、電力系統の新しい修正された電圧・電流関係は、次の式7のように示されてもよい。
式中、V
ref
は、少なくとも1つの外部バスにおける予め定義された基準バス電圧、I
ref
は、I

+I

である基準バス電流である。
【0046】
一実施形態では、V
ref
など、少なくとも1つの外部ネットワークの複数の予め定義された状態変数は、1つまたは複数の等価物を推定するためにユーザ定義されてもよい。前記複数の予め定義された状態変数は、電力系統の動作制約に基づいて最小および最大範囲が仮定されてもよい。一実施形態では、少なくとも1つの外部ネットワークの複数の予め定義された状態変数は、当業者には知られている、1つまたは複数の技術に基づいて予測されてもよい。1つまたは複数の技術は自動化された技術であってもよい。一実施形態では、少なくとも1つの外部ネットワークの複数の予め定義された状態変数は、内部ネットワーク401および少なくとも1つの外部ネットワークの状態変数に対して得られた相関に基づいて予測されてもよい。一実施形態では、予測は繰返しプロセスであってもよい。
【0047】
修正された新しい電圧・電流関係は、次の式8に示されるように単純化されてもよい。
[V
int_modified
]=Z
int_modified
[I
int_modified
]…(8)
式中、V
int_modified
は、基準バスを含む修正されたバス電圧ベクトル、

int_modified
は、追加の基準バスを有する修正されたインピーダンス行列、

int_modified
は、基準バスを含む修正された電流注入ベクトルである。
【0048】
図4cは、インピーダンスZ
ar
およびZ
br
と共に、境界バス「a」および「b」の間に、インピーダンスZ
ab
を有する新しいバスを追加することを示している。新しいインピーダンスZ
ab
は、2つの既存の境界バス「a」および「b」の間に追加される。電流は、内部ネットワーク401から少なくとも1つの外部ネットワークに注入されるものと仮定する。境界バス「a」から少なくとも1つの外部ネットワークに注入される電流は、I

の代わりに、I

−I
ab
であってもよい。同様に、境界バス「b」から少なくとも1つの外部ネットワークに注入される電流は、I

の代わりに、I

−I
ab
であってもよい。
【0049】
電力系統における新しい電圧・電流関係は、次の式9に示されるように提供されてもよい。
式中、

ab_eq
=Z
ab
+Z
bb
−2Z
a−b
+Z
aa
式中、Z
aa
は、境界バス「a」における内部ネットワークの等価インピーダンス、

bb
は、境界バス「b」における内部ネットワークの等価インピーダンス、

a−b
は、境界バス「a」および「b」の間における内部ネットワークの等価相互インピーダンス、

ab
は、境界バス「a」および「b」の間における少なくとも1つの外部ネットワークの等価相互インピーダンスである。Zabは未知の値であってもよい。
【0050】

ab
は未知なので、縮約技術を使用して、最後の行および最後の列を排除することが必要なことがある。一実施形態では、当業者には知られている、1つまたは複数の縮約技術は、最後の行および最後の列を排除するために実現されてもよい。例えば、最後の行および最後の列を排除し、電力系統の最終電圧・電流関係を得るのに、Kronの方法が実現されてもよい。
(【0051】以降は省略されています)

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