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公開番号2021166432
公報種別公開特許公報(A)
公開日20211014
出願番号2020068745
出願日20200407
発明の名称発電計画決定システム、発電計画決定方法、およびプログラム
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人特許業務法人酒井国際特許事務所
主分類H02J 3/24 20060101AFI20210917BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】計算量を抑制しつつ、過渡安定度を維持できる適切な発電計画を決定する。
【解決手段】実施形態の発電計画決定システムは、電力系統について詳細過渡安定度計算に基づいて過渡安定度を評価する安定度評価部と、過渡安定度の維持可否を判定するための閾値を算出する安定度評価閾値生成部と、過渡安定度を維持可能な制約条件に基づいて予め定義した目的関数の値を最小化する発電計画と需要計画とを含む計画を、前記閾値を用いて過渡安定度の維持可否の判定を繰り返すことで作成する最適計画作成部と、前記最適計画作成部において作成された前記計画に対して詳細過渡安定度計算を実行して前記制約条件を満たさない場合には前記制約条件を満たすように計画を補正する計画補正部と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
電力系統について詳細過渡安定度計算に基づいて過渡安定度を評価する安定度評価部と、
過渡安定度の維持可否を判定するための閾値を算出する安定度評価閾値生成部と、
過渡安定度を維持可能な制約条件に基づいて予め定義した目的関数の値を最小化する発電計画と需要計画とを含む計画を、前記閾値を用いて過渡安定度の維持可否の判定を繰り返すことで作成する最適計画作成部と、
前記最適計画作成部において作成された前記計画に対して詳細過渡安定度計算を実行して前記制約条件を満たさない場合には前記制約条件を満たすように計画を補正する計画補正部と、
を備える発電計画決定システム。
続きを表示(約 1,100 文字)【請求項2】
前記安定度評価閾値生成部は、
過渡安定度との相関があり、かつ詳細過渡安定度計算以外の方法によって算出可能な指標を過渡安定度の評価指標に決定し、前記評価指標について不安定と安定の境界となる前記閾値を算出する、請求項1に記載の発電計画決定システム。
【請求項3】
前記計画補正部は、
前記最適計画作成部における計算過程で得られた過渡安定度の前記評価指標の値と、前記目的関数の値とを組み合わせたデータベースを構築し、前記データベース中の任意のデータに対して詳細過渡安定度計算の実行を繰り返すことにより前記制約条件を満たすように前記計画を補正する、請求項2に記載の発電計画決定システム。
【請求項4】
前記安定度評価部は、前記閾値の算出要否を評価して記録し、
前記閾値の算出が必要である場合は、前記安定度評価閾値生成部において前記閾値を算出し、前記最適計画作成部において過渡安定度の前記評価指標の値と閾値とを比較して過渡安定度の維持可否を判定し、
前記閾値の算出が不要である場合は、前記最適計画作成部において詳細過渡安定度計算を実行して過渡安定度の維持可否を判定する、請求項2または請求項3に記載の発電計画決定システム。
【請求項5】
電力系統について詳細過渡安定度計算に基づいて過渡安定度を評価する安定度評価ステップと、
過渡安定度の維持可否を判定するための閾値を算出する安定度評価閾値生成ステップと、
過渡安定度を維持可能な制約条件に基づいて予め定義した目的関数の値を最小化する発電計画と需要計画とを含む計画を、前記閾値を用いて過渡安定度の維持可否の判定を繰り返すことで作成する最適計画作成ステップと、
前記最適計画作成ステップにおいて作成された前記計画に対して詳細過渡安定度計算を実行して前記制約条件を満たさない場合には前記制約条件を満たすように計画を補正する計画補正ステップと、
を含む発電計画決定方法。
【請求項6】
コンピュータに、
電力系統について詳細過渡安定度計算に基づいて過渡安定度を評価する安定度評価部と、
過渡安定度の維持可否を判定するための閾値を算出する安定度評価閾値生成部と、
過渡安定度を維持可能な制約条件に基づいて予め定義した目的関数の値を最小化する発電計画と需要計画とを含む計画を、前記閾値を用いて過渡安定度の維持可否の判定を繰り返すことで作成する最適計画作成部と、
前記最適計画作成部において作成された前記計画に対して詳細過渡安定度計算を実行して前記制約条件を満たさない場合には前記制約条件を満たすように計画を補正する計画補正部と、
を実行させるためのプログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、発電計画決定システム、発電計画決定方法、およびプログラムに関する。
続きを表示(約 5,700 文字)【背景技術】
【0002】
今後、中長期的に電力系統への再生可能エネルギー電源(以下、「再エネ」とも称する。)の大量導入が見込まれており、同期発電機を多数停止した運用が想定される。同期発電機の停止に伴い同期化力が低下する点と、再エネ増大により系統の潮流が重潮流化・不確実化する点を考慮すると、過渡安定度が低下することが懸念される。過渡安定度を維持するための方策の1つとして、発電計画時点で過渡安定度が維持できない断面(場面)について発電機の運転・停止状態や発電計画を変更する方法が考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2016−208826号公報
【0004】
上述の過渡安定度低下への懸念の対策として、例えば、詳細過渡安定度計算を繰り返し実行して過渡安定度を維持できる断面を探索する方法が考えられる。しかしながら、条件によっては実行すべき詳細過渡安定度計算の回数が膨大となり、限りある時間内で計算が終了しないことや、計算資源(計算機台数、演算プロセッサ数等)の増大によりシステムのコストが増加することが懸念される。
【0005】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、計算量を抑制しつつ、過渡安定度を維持できる適切な発電計画を決定することができる発電計画決定システム、発電計画決定方法、およびプログラムを提供することである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0006】
実施形態の発電計画決定システムは、電力系統について詳細過渡安定度計算に基づいて過渡安定度を評価する安定度評価部と、過渡安定度の維持可否を判定するための閾値を算出する安定度評価閾値生成部と、過渡安定度を維持可能な制約条件に基づいて予め定義した目的関数の値を最小化する発電計画と需要計画とを含む計画を、前記閾値を用いて過渡安定度の維持可否の判定を繰り返すことで作成する最適計画作成部と、前記最適計画作成部において作成された前記計画に対して詳細過渡安定度計算を実行して前記制約条件を満たさない場合には前記制約条件を満たすように計画を補正する計画補正部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【0007】
図1は、実施形態の発電計画決定システムの全体構成等を示す図である。
図2は、再エネ出力予測情報の一例を示す図である。
図3は、需要計画情報の一例を示す図である。
図4は、発電計画情報の一例を示す図である。
図5は、発電機情報の一例を示す図である。
図6は、想定事故ケース情報の一例を示す図である。
図7は、系統状態情報の一例を示す図である。
図8は、安定度評価部の処理を示すフローチャートである。
図9は、安定度評価情報の一例を示す図である。
図10は、安定度評価閾値生成部の処理を示すフローチャートである。
図11は、図10のS23の詳細の一例を示すフローチャートである。
図12は、閾値情報の一例を示す図である。
図13は、計画補正部の処理を示すフローチャートである。
図14は、最適化履歴情報の一例を示す図である。
図15は、最適化履歴情報の一例をグラフ化した図である。
図16は、メタヒューリスティクス手法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、実施形態の発電計画決定システム、発電計画決定方法、およびプログラムについて、図面を参照して説明する。
【0009】
[発電計画決定システムの全体構成]
図1は、実施形態の発電計画決定システム1の全体構成等を示す図である。電力系統2には、例えば、発電機21(21A(G1)、21B(G2))と、再エネ22(22A、22B)と、負荷23(23A、23B)と、系統状態情報収集装置24(24A、24B、24C、24D、24E)と、制御装置25(25A、25B、25C、25D)と、が接続される。なお、以下において、発電機21と再エネ22を総称して「発電機」と称する場合がある。
【0010】
発電機21は、火力発電機、水力発電機、原子力発電機などの大規模電源である。再エネ22は、太陽光発電や風力発電などの複数の電源で構成される。負荷23は、ビル、工場、一般家庭などの複数の需要家により構成される。系統状態情報収集装置24は、開閉器の開放・投入状態や、発電機の並解列状態など、電力系統2の構成に関する情報を発電計画決定システム1に送信する。制御装置25は発電計画決定システム1から計画データを受信し、発電機21や再エネ22や負荷23の制御を実施する。
【0011】
発電計画決定システム1は、過渡安定度(以下、単に「安定度」とも称する。)を維持可能な制約条件(例えば、発電機の物理的な制約を含む。)に基づいて予め定義した目的関数(例えば、発電機21の調整に伴い発生する総コスト最小の目的関数)の値を最小化する電力系統2における発電機21、再エネ22の発電計画や負荷23の需要計画を作成する。発電計画や需要計画は、例えば、実需給断面の1時間前に単一時間コマを対象に作成したり、前日に翌日の全時刻を対象に作成したり、1週間前に翌週の各日を対象に計画したりしても良い。発電計画等の単位時間は、例えば30分や1時間などであるが、これらに限定されない。
【0012】
発電計画決定システム1は、一以上のプロセッサを含む。発電計画決定システム10は、単体のコンピュータ装置であってもよいし、二以上に分散化されたコンピュータ装置であってもよい。発電計画決定システム1は、処理部11、記憶部12、入力部13、表示部14を有する。
【0013】
入力部13は、例えば、各種キー、ボタン、ダイヤルスイッチ、マウス、表示部14と一体として形成されるタッチパネルなどのうち一部または全部を含む。また、入力部13は、外部装置と電気的に接続される接続部であってもよい。表示部14は、例えば、LCD(Liquid Crystal Display)や有機EL(Electro-luminescence)表示装置などである。記憶部12は、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、SSD(Solid State Drive)などのフラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)などである。
【0014】
処理部11における各機能部(各部11A〜11G)は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサがプログラム(ソフトウェア)を実行することで実現される。また、これらの各機能部のうち一部または全部は、LSI(Large Scale Integration)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、GPU(Graphics Processing Unit)等のハードウェア(回路部;circuitryを含む。)によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。
【0015】
処理部11のうち、データ管理部11Aは、入力部13から入力された情報を記憶部12における再エネ出力予測情報12A、需要計画情報12B、発電計画情報12C、発電機情報12D、想定事故ケース情報12Eに記録する。入力部13にはキーボードやタッチパネルなどのI/O機器を接続してもよいし、あるいは、別のシステムからの情報を入力部13に入力(伝送)してもよい。
【0016】
図2は、再エネ出力予測情報12Aの一例を示す図である。再エネ出力予測情報12Aは、再エネ22の出力予測値を計画対象時刻ごとに保存した情報である。太陽光発電や風力発電などの再エネ22の出力値は天候に応じて変動する可能性があるため、想定されるパターンを複数保持しておく。
【0017】
図3は、需要計画情報12Bの一例を示す図である。需要計画情報12Bは、負荷23の需要を計画対象時刻ごとに保存した情報である。需要は、例えば、小売事業者から受領した需要計画値や需要予測値を用いれば良い。
【0018】
図4は、発電計画情報12Cの一例を示す図である。発電計画情報12Cは、発電機21の出力値を計画対象時刻ごとに保存した情報である。発電機21の出力値は、例えば、発電事業者から受領した発電計画値を用いれば良い。
【0019】
図5は、発電機情報12Dの一例を示す図である。発電機情報12Dは、最小出力、最大出力、上げ出力変化速度、下げ出力変化速度、上げ調整単価、下げ調整単価などの各発電機21に関する諸元(諸要素)の情報を保存した情報である。
【0020】
図6は、想定事故ケース情報12Eの一例を示す図である。想定事故ケース情報12Eは、想定事故ケースの事故箇所、事故様相、安定化制御などの情報を保存した情報である。安定化制御の情報については、例えば、系統安定化システムなどの別システムから入力すれば良い。
【0021】
処理部11のうち、系統状態情報収集部11Fは、電力系統2の系統状態情報収集装置24を介して開閉器の開放・投入状態や、発電機の並解列状態など、電力系統2の構成に関する情報を収集し、記憶部12の系統状態情報12Fに保存する。図7は、系統状態情報12Fの一例を示す図である。なお、系統状態情報12Fの情報は、入力部13およびデータ管理部11Aを介して入力されても良い。
【0022】
処理部11のうち、安定度評価部11Bは、記憶部12における再エネ出力予測情報12A、需要計画情報12B、発電計画情報12C、発電機情報12D、想定事故ケース情報12E、系統状態情報12Fを読み込み、計画対象時刻、想定事故ケース、再エネ出力予測パターンの全組合せに対して各1回の詳細過渡安定度計算を実行のうえ、その結果を安定度評価情報12Gに保存する。
【0023】
処理部11のうち、安定度評価閾値生成部11Cは、記憶部12における再エネ出力予測情報12A、需要計画情報12B、発電計画情報12C、発電機情報12D、想定事故ケース情報12E、系統状態情報12F、安定度評価情報12Gを読み込み、過渡安定度の維持可否を判定(以下、「過渡安定度の判定」とも称する。)するための閾値を算出して閾値情報12Hに保存する。
【0024】
処理部11のうち、最適計画作成部11Dは、記憶部12における再エネ出力予測情報12A、需要計画情報12B、発電計画情報12C、発電機情報12D、想定事故ケース情報12E、系統状態情報12F、安定度評価情報12G、閾値情報12Hを読み込み、過渡安定度を維持可能な制約条件下で、計画により生じる目的関数値を最小化する電力系統2における発電機21、再エネ22の発電計画や負荷23の需要計画を作成し、最適化履歴情報21Iに保存する。
【0025】
処理部11のうち、計画補正部11Eは、最適計画作成部11Dの解である発電機21、再エネ22の発電計画や負荷23の需要計画が反映された系統状態を対象に詳細過渡安定度計算を実行し、不安定となる場合には安定となるように計画(解。例えば図4の出力値)を補正する。
【0026】
処理部11のうち、制御指令送信部11Gは、計画補正部11Eにより作成された解すなわち発電計画や需要計画を制御装置25に送信する。また、制御指令送信部11Gは、表示部14に発電計画や需要計画を表示する。
【0027】
なお、記憶部12に記憶する各情報12A〜12Iのうち、従来技術と比較して特に新しいのは、安定度評価情報12G、閾値情報12H、最適化履歴情報21Iである。また、処理部11における各部11A〜11Gのうち、従来技術と比較して特に新しいのは、安定度評価閾値生成部11C、計画補正部11Eである。
【0028】
[発電計画決定システムの作用(処理)]
次に、実施形態の発電計画決定システム1の作用(処理)について説明する。図8は、安定度評価部11Bの処理を示すフローチャートである。安定度評価部11Bは、S1で想定事故ケースを初期化し(f=0)、S2で再エネ出力パターンを初期化し(p=0)、S3で計画対象時刻を初期化する(t=0)。なお、以下において、各変数(f、p、t)のインクリメント処理については適宜行うものとし、説明を省略する。
【0029】
次に、安定度評価部11Bは、S14、S15、S16の処理を想定事故ケース数Fmax、再エネ出力パターン数Pmax、計画対象時刻数Tmaxの全組合せに対して実行する。具体的には、以下のとおりである。
【0030】
安定度評価部11Bは、S14において、再エネ出力予測情報12A、需要計画情報12B、発電計画情報12C、発電機情報12D、想定事故ケース情報12E、系統状態情報12Fを読み込み、系統データを作成して詳細過渡安定度計算を実行する。
(【0031】以降は省略されています)

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