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技術 発電機負荷配分装置

出願人 株式会社日立製作所
発明者 久保理石田隆張
出願日 1998年5月20日 (22年7ヶ月経過) 出願番号 1998-137957
公開日 1999年11月30日 (21年0ヶ月経過) 公開番号 1999-332102
状態 未査定
技術分野 交流の給配電
主要キーワード 出力総和 負荷基準値 将来状態 状態量データ タップ比 動作閾値 将来時刻 上下限制約
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1999年11月30日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

課題

負荷母線が高くなると負荷消費電力が大きくなり、それに伴う発電コストの増加を、本発明では、電圧安定度を考慮して変圧器タップ整定値を変更することにより負荷の消費電力および必要な発電機出力を抑制する。

解決手段

本発明の発電機負荷配分装置101は、対象電力系統111の任意の時刻における状態量観測値112,将来時刻負荷予測データ113,発電燃料特性データ114,負荷特性データ115を入力として、運用制約条件116を満たす将来時刻における変圧器のタップ整定値117および発電機出力指令値118を計算する。これにより、所定の電圧安定度を満たした上で発電機の燃料コストを抑制することが可能になる。

概要

背景

従来の発電機負荷配分装置201について図2を用いて説明する。従来は、対象電力系統211の任意の時刻における状態量観測値212,将来時刻負荷予測データ213,発電燃料特性データ214を用い、発電機の出力上下限および電圧安定度を維持するために設けた送電線を流れる有効電力潮流上下限などの運用制約条件215の下で発電燃料コストを最小化する最適化問題解くことにより将来時刻の発電機出力指令値216を計算していた。

概要

負荷母線が高くなると負荷消費電力が大きくなり、それに伴う発電コストの増加を、本発明では、電圧安定度を考慮して変圧器タップ整定値を変更することにより負荷の消費電力および必要な発電機出力を抑制する。

本発明の発電機負荷配分装置101は、対象電力系統111の任意の時刻における状態量観測値112,将来時刻の負荷予測データ113,発電機燃料特性データ114,負荷特性データ115を入力として、運用制約条件116を満たす将来時刻における変圧器のタップ整定値117および発電機出力指令値118を計算する。これにより、所定の電圧安定度を満たした上で発電機の燃料コストを抑制することが可能になる。

目的

電力系統の負荷は電圧特性を持っているため、負荷母線の電圧が低下するとそれに伴い負荷の消費電力は減少し、逆に電圧が上昇すると消費電力は増加する。そのため従来の技術では、負荷母線の電圧が高くなると負荷の消費電力が増加し、それに伴い発電機出力も上昇するため発電燃料コストの増加を招いていた。本発明は所定の電圧安定度を保つ制約下で負荷母線の電圧を抑制して運用することにより、発電燃料コストを抑制できる発電機負荷配分装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

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請求項1

電力系統内で計測された状態量観測値将来時刻負荷予測データおよび発電機の燃料特性データを用い、該電力系統内の諸設備運用制約条件を満たすような将来時刻の発電機出力指令値を計算する発電機負荷配分装置において、負荷特性データを用いて変圧器タップ整定値および発電機出力指令値を計算し、該計算値に基づき発電機の負荷配分を行う発電機負荷配分装置。

請求項2

請求項1記載の発電機負荷配分装置において、所定の電圧安定度満足するように変圧器のタップ整定値および発電機出力指令値を計算し、該計算値に基づき発電機の負荷配分を行う発電機負荷配分装置。

請求項3

請求項2記載の発電機負荷配分装置において、該電力系統における負荷の増加限界量により電圧安定度を評価する発電機負荷配分装置。

請求項4

請求項1又は2記載の発電機負荷配分装置において、変圧器のタップ整定値として変圧器2次側母線電圧基準値を計算する発電機負荷配分装置。

技術分野

0001

本発明は電力系統内で計測された状態量観測値将来時刻における負荷変動予測結果および発電機の燃料消費特性に応じて該時刻における発電機出力指令値を計算する発電機負荷配分装置に関する。

背景技術

0002

従来の発電機負荷配分装置201について図2を用いて説明する。従来は、対象電力系統211の任意の時刻における状態量観測値212,将来時刻の負荷予測データ213,発電機燃料特性データ214を用い、発電機の出力上下限および電圧安定度を維持するために設けた送電線を流れる有効電力潮流上下限などの運用制約条件215の下で発電燃料コストを最小化する最適化問題解くことにより将来時刻の発電機出力指令値216を計算していた。

発明が解決しようとする課題

0003

電力系統の負荷電圧特性を持っているため、負荷母線の電圧が低下するとそれに伴い負荷の消費電力は減少し、逆に電圧が上昇すると消費電力は増加する。そのため従来の技術では、負荷母線の電圧が高くなると負荷の消費電力が増加し、それに伴い発電機出力も上昇するため発電燃料コストの増加を招いていた。本発明は所定の電圧安定度を保つ制約下で負荷母線の電圧を抑制して運用することにより、発電燃料コストを抑制できる発電機負荷配分装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0004

前記問題点を解決するために、本発明では、電力系統内で計測された状態量観測値,将来時刻の負荷予測データおよび発電機の燃料特性データを用い、電力系統内の諸設備の運用制約条件を満たすような将来時刻の発電機出力指令値を計算する発電機負荷配分装置において、負荷特性データを用いて変圧器タップ整定値および発電機出力指令値を計算し、この計算値に基づき発電機の負荷配分を行うことにより達成できる。

発明を実施するための最良の形態

0005

下図面を参照して実施例を説明する。

0006

図1は本発明の発電機負荷配分装置の一実施例である。

0007

発電機負荷配分装置101は、対象電力系統111の任意の時刻における状態量観測値112,将来時刻の負荷予測データ113,発電機燃料特性データ114,負荷特性データ115を入力として、運用制約条件116を満たす将来時刻における変圧器のタップ整定値117および発電機出力指令値118を計算する。尚、状態量は送電線の抵抗分誘導分,容量分の定数,発電機の有効電力出力,負荷母線の電圧,有効電力負荷,無効電力負荷,調相設備の使用量,変圧器のタップ比,タップ整定値等であり、これらを格納するデータ形式の一例を図8に示す。801は対象電力系統の送電線のブランチ定数,送電線の抵抗分,誘導分,容量分,変圧器タップ比からなる。また、802は発電機の出力データ,負荷の有効電力,無効電力,母線電圧からなるデータである。803は変圧器のタップ整定値である基準電圧不感帯幅動作閾値,上限値,下限値からなるデータである。また、発電機燃料特性データは例えば次式(数1)のように発電燃料コストを発電機出力の2次式で近似する場合の発電機燃料特性係数(2次・1次・定数)である。

0008

Cost=a・P2+b・P+c
Cost :発電燃料コスト
a:発電機燃料特性係数(2次)
b:発電機燃料特性係数(1次)
c:発電機燃料特性係数(定数)
P:発電機出力
尚、この他の発電機燃料特性データ形式(例えば公知例「新需給制御システムの開発,中山徳之,東西田憲一,本哲也,三浦敏秀,稲田剛,鶴,中田祐司,原田泰志,電気学会電力技術研究会,PE97−122,1997」)を利用することももちろん可能である。さらに、負荷特性データ115は次式(数2)のように負荷の消費電力を負荷母線電圧関数として表現する場合の負荷基準値および負荷特性係数である。

0009

0010

P:負荷の消費電力
Pi :i番目の特性の負荷基準値
V:負荷母線の電圧
αi :i番目の特性の負荷特性係数
また、運用制約条件116は発電機有効電力出力上下限,発電機無効電力出力上下限,送電線有効電力潮流上下限,母線電圧上下限などである。

0011

次に、図1中の発電機負荷配分装置101の一構成例について図3を用いて説明する。

0012

発電機負荷配分装置101は、タップ整定値変更装置301,将来状態決定装置302,電圧安定度評価装置303,指令値決定装置304から構成される。タップ整定値変更装置301は、任意の時刻の状態量観測値112よりも負荷母線電圧が低くなるように変圧器のタップ整定値、例えば2次側母線基準値を低くする。変更したタップ整定値は状態量観測値112と共に将来状態決定装置302へ送られる。将来状態決定装置302は、タップ整定値変更装置301から受け取った情報,負荷予測データ113,発電機燃料特性データ114,負荷特性データ115,運用制約条件116を用いて将来時刻における系統の状態量を決定する。尚、決定方法の詳細については後述する。決定した状態量はタップ整定値変更装置301から受け取った情報と共に電圧安定度評価装置303へ送られる。電圧安定度評価装置303は、将来状態決定装置302で決定した将来時刻における系統の電圧安定度を評価する。尚、評価方法の詳細については後述する。評価結果は将来状態予測装置302から受け取った情報と共に指令値決定装置304へ送られる。指令値決定装置304は、電圧安定度評価装置303の評価結果と電圧安定度閾値311とを比較して所定の電圧安定度を満たすか否かを判定し、満たす場合は電圧安定度評価装置から受け取った情報をタップ整定値変更装置301へ送り、さらにタップ整定値を変更する。逆に、満たさない場合は所定の電圧安定度を満たすタップ整定値117および発電機出力指令値118を決定する。尚、決定方法の詳細については後述する。

0013

次に、図3中の将来状態決定装置302の第一の実施例について図4を用いて説明する。

0014

将来状態決定装置302は、制約条件設定装置401,負荷条件設定装置402,目的関数設定装置403,最適潮流計算装置404から構成される。制約条件設定装置401は、タップ整定値変更装置301から状態量観測値および変更したタップ整定値を受け取り、さらに運用制約条件116を読み込み、将来時刻における発電機有効電力出力上下限,発電機無効電力出力上下限,送電線有効電力潮流上下限,母線電圧上下限などの制約条件を設定する。設定した制約条件はタップ整定値変更装置301から受け取った情報と共に負荷条件設定装置402へ送られる。負荷条件設定装置402は、制約条件設定装置401から情報を受け取り、負荷予測データ113および負荷特性データ115から将来時刻における負荷条件を設定する。設定した負荷条件は制約条件設定装置401から受け取った情報と共に目的関数設定装置403へ送られる。目的関数設定装置403は、負荷条件設定装置402から情報を受け取り、発電機燃料特性データ114を用いて発電燃料コスト最小化を図る目的関数を設定する。設定した目的関数は負荷条件設定装置402から受け取った情報と共に最適潮流計算装置404へ送られる。最適潮流計算装置404は、目的関数設定装置403から情報を受け取り、最適潮流計算により将来時刻において発電燃料コストが最小となる発電機出力,変圧器のタップ位置などの状態量を求める。求めた状態量は目的関数設定装置403から受け取った情報と共に電圧安定度評価装置303へ送られる。最適潮流計算については文献「Optimal Power Flow by Newton Approach,David I. Sun, Bruce Ashley,Brain Brewer,Art Hughes,IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems,Vol.PAS−103,No. 10,pp. 2864−2880,1984」に詳しく記載されている。

0015

次に、図3中の将来状態決定装置302の第2の実施例について図5を用いて説明する。

0016

将来状態決定装置302は、負荷条件設定装置501,潮流計算装置502,制約条件判定装置503,タップ位置変更装置504,発電機出力変更装置505,出力総和計算装置506,出力総和配分装置507から構成される。負荷条件設定装置501は、タップ整定値変更装置301から状態量観測値および変更したタップ整定値を受け取り、負荷予測データ113および負荷特性データ115から将来時刻における負荷条件を設定する。設定した負荷条件はタップ整定値変更装置301から受け取った情報と共に潮流計算装置502へ送られる。潮流計算装置502は、負荷条件設定装置501から情報を受け取り、交流法潮流計算により将来時刻における状態量を求める。求めた状態量は負荷条件設定装置501から受け取った情報と共に制約条件判定装置503へ送られる。制約条件判定装置503は、潮流計算装置502から情報を受け取り、将来時刻において発電機有効電力出力上下限,発電機無効電力出力上下限,送電線有効電力潮流上下限,母線電圧上下限などの制約違反が発生するか否かを運用制約条件116と比較することにより判定する。判定の結果、制約違反が発生する場合、運用制約条件および判定結果は潮流計算装置502から受け取った情報と共にタップ位置変更装置504へ送られる。また、制約違反が発生しない場合、潮流計算装置502から受け取った情報は出力総和計算装置506へ送られる。タップ位置変更装置504は、制約条件判定装置503から情報を受け取り、運用制約条件を満たすように変圧器のタップ位置を変更する。例えば、変圧器の2次側母線の電圧が上下限制約違反する場合に、違反を解消するように変圧器のタップ位置を変更する。変更したタップ位置は制約条件判定装置503から受け取った情報と共に発電機出力変更装置505へ送られる。発電機出力変更装置505は、タップ位置変更装置504から情報を受け取り、将来時刻における負荷消費電力に合わせて発電機出力を変更する。変更の方法としては、次式(数3)のように各発電機の出力で比例配分するなどが可能である。

0017

PGnew=PGold×PallL feture/PallL new
PGnew:変更後の発電機出力
PGold:変更前の発電機出力
PallL feture:将来時刻の負荷消費電力
PallL new:現在の負荷消費電力
発電機出力の変更結果は、タップ位置変更装置504から受け取った情報と共に潮流計算装置502へ送られる。出力総和計算装置506は、制約条件判定装置503から情報を受け取り、将来時刻における発電機出力の総和を計算する。計算した発電機出力の総和は、制約条件判定装置503から受け取った情報と共に出力総和配分装置507へ送られる。出力総和配分装置507は、出力総和計算装置506から情報を受け取り、発電機燃料特性データ114を用いて発電燃料コストが最小になるように発電機出力の総和を各発電機へ配分し、配分した値を将来時刻における発電機出力状態量とする。配分手法としては、等ラムダ法などを用いることが可能である。等ラムダ法については、公知例「野田權祐編,電力系統の制御,電気書院,pp.33−36,1986」に詳しいのでここでは省略する。算出した発電機出力状態量は出力総和計算装置506から受け取った情報と共に電圧安定度評価装置303へ送られる。

0018

次に、図3中の電圧安定度評価装置303における電圧安定度指標算出の一実施例について図6を用いて説明する。

0019

電圧安定度評価装置303では、系統状態予測装置302で予測した将来時刻の状態量を用いて計算したPVカーブ601において、PVカーブの先端における総負荷と該時間断面における総負荷との差を電圧安定度指標602として算出する。この他の電圧安定度指標(例えば電協研報告書,電力系統安定運用技術,H3,7月)を使用することも可能である。算出した電圧安定度指標は系統状態予測装置302から受け取った情報と共に指令値決定装置304へ送られる。

0020

次に、図3中の指令値決定装置304の一実施例について図7を用いて説明する。

0021

指令値決定装置304は、電圧安定度判定装置701,指令値格納装置702,指令値読込装置703,タップ整定値バッファ711,発電機出力バッファ712から構成される。電圧安定度判定装置701は、電圧安定度評価装置303から電圧安定度指標および将来時刻における状態量を受け取り、電圧安定度閾値311と電圧安定度指標を比較して所定の電圧安定度を満足するか否かを判定する。満足する場合は、状態量を指令値格納装置702へ送る。満足しない場合は、指令値読込装置703へ進む。指令値格納装置702は、電圧安定度判定装置701から受け取った状態量の内、タップ値および発電機出力をタップ整定値バッファ711および発電機出力バッファ712へそれぞれ格納し、タップ整定値変更装置301へ進む。指令値読込装置703は、タップ整定値バッファ711からタップ整定値,発電機出力バッファ712から発電機出力を読み出し、それぞれを将来時刻におけるタップ整定値117および発電機出力指令値118とする。

発明の効果

0022

本発明によれば、従来の発電機負荷配分装置と比較して、発電機出力を抑制でき、発電燃料コストの低減が可能となる。

図面の簡単な説明

0023

図1本発明の特徴を表すシステム構成図である。
図2従来の発電機負荷配分装置を示す図である。
図3発電機負荷配分装置の一実施例を示す図である。
図4将来状態決定装置の第1の実施例を示す図である。
図5将来状態決定装置の第2の実施例を示す図である。
図6電圧安定度評価装置における電圧安定度指標算出の一実施例である。
図7指令値決定装置の一実施例を示す図である。
図8状態量データ保存形式の一例を示す図である。

--

0024

101…発電機負荷配分装置、111…対象とする電力系統、112…状態量観測値、113…負荷予測データ、114…発電機燃料特性データ、115…負荷特性データ、116…運用制約条件、117…タップ整定値、118…発電機出力指令値。

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