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公開番号2024035816
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-14
出願番号2023139801
出願日2023-08-30
発明の名称停電ローテーションを可能にする配電システムの制御のためのシステムおよび方法
出願人三菱電機株式会社
代理人弁理士法人深見特許事務所
主分類G06N 99/00 20190101AFI20240307BHJP(計算;計数)
要約【課題】配電システムにおける配電に関連する重要な要因を考慮して最適化された、公平な停電ローテーションを制御する制御システムを提供する。
【解決手段】配電システムは、エッジによって接続されたノードからなる放射状の木としての、配電システムのグラフベースの表現を収集する。各ノードは、スイッチによって分離された配電システムのセクションを表し、各エッジは、ノードによって表されるセクションと隣接ノードによって表される隣接セクションとを接続するスイッチを表す。各ノードは対応するセクションの電力需要の特性を有し、これは、セクションの要求エネルギと利用可能なエネルギとの差によって支配され、各エッジは、電力流の方向にスイッチを通るエネルギのスループットに制約を課す特性を有する。制御システムは、最適化問題を解いてエッジの状態を決定し、対応するエッジの最適化された状態に基づいてスイッチを制御する。
【選択図】図1A
特許請求の範囲【請求項１】
配電システムにおける利用可能なエネルギの電力流を制御するための制御システムであって、前記制御システムは、プロセッサと、命令が格納されたメモリとを備え、前記命令は、前記プロセッサによって実行されると、前記制御システムに、
複数のエッジによって接続された複数のノードからなる放射状の木としての、前記配電システムのグラフベースの表現を、収集することを実行させ、前記複数のノードのうちの各ノードは、前記配電システムのセクションを表し、前記セクションは、１つ以上のスイッチが開位置にあるときに前記１つ以上のスイッチによって前記配電システムの他の部分から分離され、ノードと隣接ノードとを接続する前記複数のエッジのうちの各エッジは、前記ノードによって表されるセクションと、前記隣接ノードによって表される隣接セクションとを接続するスイッチを表し、前記複数のノードのうちの各ノードは、対応するセクションの電力需要の特性を有し、前記電力需要の特性は、前記対応するセクションの負荷から要求されるエネルギと、前記対応するセクション内で、ローカルエネルギ発生機およびローカルエネルギストレージのうちの１つまたは組み合わせから利用可能なエネルギとの差によって支配され、前記エッジは、電力流の方向に前記スイッチを通るエネルギのスループットに制約を課す特性を有し、前記命令はさらに、前記制御システムに、
最適化問題を解くことにより、制約として前記配電システムの前記グラフベースの表現を考慮して前記複数のノードの前記特性のコスト関数を最適化する前記利用可能なエネルギの前記電力流を支配する前記グラフベースの表現の前記複数のエッジのうちの各エッジの状態を決定することと、
前記複数のエッジのうちの各エッジの前記決定した状態を、前記配電システムの少なくともいくつかのスイッチの状態に対する制御コマンドに変換することと、
前記制御コマンドを、前記配電システムの少なくともいくつかのスイッチにサブミットすることにより、前記利用可能なエネルギの前記電力流に変化を引き起こすこととを、実行させる、制御システム。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記グラフベースの表現によって定められる制約は、前記ノード間の電力交換の可能性、各エッジの前記電力流の方向に対する制約、各エッジにおける前記電力流のスループットに対する制約、分離されていない各ノードに流入する電力と前記各ノードから流出する電力との間の電力バランス、および、複数のエッジによって形成される径方向経路に対する径方向制約のうちの、１つまたは組み合わせを含む、請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記配電システムが利用可能なエネルギは、敵対的事象が原因で、要求エネルギ未満であり、前記制御システムは、前記敵対的事象のタイプに基づいて前記配電システムの公称グラフベースの表現を更新して、前記配電システムの前記グラフベースの表現を収集する、請求項１に記載の制御システム。
【請求項４】
前記エッジの最適化された状態が、前記エッジの状態と前記スイッチの現在の状態とに基づいて、前記制御コマンドに変換される、請求項１に記載の制御システム。
【請求項５】
前記エッジの特性は、前記電力流の方向に前記スイッチを通るエネルギのスループットに対し、前記スイッチのタイプと、前記ノードを親ノードに接続する親エッジの状態とによって定められる、前記スイッチのスループット以下になるように、制約を課し、各ノードの状態が、対応するスイッチを通って流れる電力の量を定める、請求項１に記載の制御システム。
【請求項６】
前記コスト関数は、前記最適化問題が多目的最適化となるように、前記最適化問題の異なる目的に向けられた、異なる成分を含む、請求項１に記載の制御システム。
【請求項７】
前記異なる目的は、システム総損失エネルギの最小化、スイッチ動作のシステム総回数の最小化、システム最大セクション分離継続時間の最小化、システム最大セクション分離頻度の最小化、任意の２つのフィーダセクション間の分離継続時間の最大差の最小化、および、任意の２つのフィーダセクション間の分離頻度の最大差の最小化であり、前記目的は、一組の連続時間ステップに対して定められ、前記エッジの少なくともいくつかは、異なる時間ステップにおいて異なるステータスを有する、請求項６に記載の制御システム。
【請求項８】
前記制御システムは、その目的を、すべての複数の目的に対する充足度の加重和として定義される第１のアイテムと、すべての複数の目的間の加重充足度の最小値として定義される第２のアイテムとの合計を最大化するものとして、定義することにより、前記多目的最適化を単一目的最適化に変換する、請求項６に記載の制御システム。
【請求項９】
各目的の充足度は、上限しきい値を１．０とし正の方向または負の方向の勾配を最小および最大目的値によって定義して一般化された、一般化正規化線形ユニット（ＲｅＬＵ）アクション関数を用いて、定義される、請求項８に記載の制御システム。
【請求項１０】
前記最適化問題は、混合された２値変数および連続変数ならびに論理演算を用いる非線形最適化問題であり、非線形ソルバを使用して解かれる、請求項１に記載の制御システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して電力システムに関し、より具体的には配電システムの停電ローテーション制御に関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
停電ローテーションまたは計画停電は、最適なデマンドレスポンスを保証するために配電事業者が頼らなければならない、ほぼ不可避の手段である。それらの原因は、一般的に、発電容量不足、または、電力が必要なエリアに配電するための送電インフラストラクチャが不十分であることにある。停電ローテーションは、極端な気象事象、自然災害その他の場合のような、予期せずオフラインで起こった発電所の予備容量を上回る出力低減に対処するためのレスポンス戦略としても使用される。公平な停電ローテーションは、すべての配電および発電事業者が実現しようと努力する目標である。停電ローテーション方式は、通常、ヒューリスティックルールベースの手法を使用することによって構築される。しかしながら、そのような手法は、停電のシナリオが、複雑で、より長い時間区間およびより大きな地理的領域調整を必要とする場合には、うまく機能しないことがある。また、配電システムは、通常、有効な負荷分離、電源ルート変更、およびローカルリソースバックアップを容易にするのに十分な柔軟性およびレジリエンスを有していない。結果として、公平な計画停電はほぼ不可能となり得る。たとえば、影響を受けるサービスエリア内のほとんどの消費者が停電を経験する可能性がある。これに対し、どこにいるか次第で、一部の重要な消費者は複数回の停電を経験し他の消費者は停電を全く経験しない可能性がある。
【０００３】
従来の電力システムは、中央発電所と、送電システムと、配電および利用システムとを組み合わせた構造を有する。そのようなシステムは、ルールベースの手法に従って停電ローテーションを実施し、このルールベースの手法は、消費履歴データおよび停電履歴データ、地理的領域の予め定められた何らかの優先度、ならびに同様の静的データに基づいて、規定することができる。そのようなシステムに適用し得るどの最適化技術も、電力システムの構造の次元による制約を受ける。そのため、停電ローテーションの公平性に関してより高度の柔軟性を提供することが可能な多くの最適化技術は、そのような固定された次元が原因で、実現できない場合がある。
【０００４】
したがって、配電に関連する重要な要因を考慮して最適化された、公平な停電ローテーションを実現するための、柔軟な方式および手法が必要とされている。また、公平な停電ローテーションを実現するためのより高度なツールと、より公平な停電ローテーションを可能にするより費用効果の高い手段とが、必要とされている。
【発明の概要】
【０００５】
自然災害および停電の頻度、強度、および継続時間の増加に伴い、災害によって生じる発電不足およびネットワーク障害が避けられないものになっている。そのため、停電ローテーションは、顧客が、災害の影響による被害と、システムの安定性を維持する責任とを共有するために、必要な手段となる。
【０００６】
いくつかの実施形態の目的は、配電システムを制御するためのシステムおよび方法を提供することである。それに加えてまたはその代わりとして、いくつかの実施形態の目的は、配電システムの運転において停電ローテーションを制御するのに適した制御方法を提供することである。それに加えてまたはその代わりとして、いくつかの実施形態の目的は、極端な運転事象下における配電システムの公平な停電ローテーションのための方法を開示することである。それに加えてまたはその代わりとして、いくつかの実施形態の目的は、最適化問題における次元の呪い（curse of dimensionality）を被る大規模配電システムに適した、公平な停電ローテーションのための方法を提供することである。
【０００７】
計画停電または輪番停電は、系統的で一時的な停電であり、電力系統における電気の供給と需要のバランスを取るのに役立つ。通常、電力系統のオペレータは、計画停電を要求し、一時的な停電を一度に一つのエリアに対して実施することで、各エリアの停電の継続時間を制限する。これらの状況において、停電ローテーションは、特定の配電システムについて受け入れられるルールに基づく。しかしながら、ルールベースの停電ローテーションは、多くの場合、特定の種類の停電または配電システムの特定の消費者にとって、最適ではない。
【０００８】
そのため、いくつかの実施形態の目的は、停電ローテーションの原理を最適化するのに適した配電システムを制御するための方法を提供することである。言い換えると、いくつかの実施形態の目的は、ルールベースの停電ローテーションを最適化ベースの停電ローテーションに置き換えることである。しかしながら、最適化ベースの技術は、大規模配電システムの電力流分析を必要とし、次元の呪い問題を被る。そのため、配電システムの運転において停電ローテーションを制御するために最適化ベースの技術が採用されてこなかったことは、驚くべきことではない。
【０００９】
この問題に対処するために、いくつかの実施形態は、配電システムの構造モデルを、異なる次元のメタ構造に置き換え、電力流モデルを、システムにおける電力流分析を最適化するためにメタ構造の内部電力のバランスを取るモデルに置き換える。そのような置き換えの目的は、電力流分析に適した新たな最適化空間を提供することであり、これは、計算負荷を低減し、配電システムを制御する際に最適化問題における次元の呪いの可能性を低減することを、可能にする。
【００１０】
すなわち、システム最適化のために、次元の呪い問題を引き起こす大規模電力流の直接的なモデル化を回避すべく、いくつかの実施形態は、最初に、配電システムを、常時開または常時閉である切替可能デバイスによって分離される一組のフィーダセクションに分割し、次に、フィーダセクションをそのノードとしてモデル化し、スイッチをリンクとしてモデル化することにより、配電システムを、接続されたネットワークに単純化する。システムの電力流モデルを、分離されたときに各セクションの局所的な発電と負荷のバランスを取る内部電力バランスモデルと、通電されたときにスイッチを介して隣接するセクションとの電力交換を調整する外部電力バランスモデルとに、置き換える。小規模電力流計算を使用することで、いずれかのフィーダセクションに電力流違反が存在するか否かを確認することができる。違反が発見された場合、スイッチにおける電力注入に対する違反の感度に従い、スイッチ電力流制限を調整／低減することにより、違反を解消することができる。各フィーダセクションの通電ステータスは、セクションと利用可能な変電所／フィーダとの間の経路上に存在するスイッチの状態によって判断することができる。いくつかの実装形態において、セクションの隔離に起因して失われるエネルギは、ローカル再生可能発電、ストレージディスパッチ、および負荷需要に基づいて決定される。
（【００１１】以降は省略されています）

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