電力系統(tǒng)控制系統(tǒng)以及其中所使用的分散控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)控制系統(tǒng)以及其中所使用的分散控制器。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)或配電系統(tǒng)，重要的是根據(jù)負載的變動等，在潮流變化的情況下也恰當 地控制、管理電力系統(tǒng)整體的電壓。
[0003] 例如，在專利文獻1中公開了如下技術(shù)，S卩：根據(jù)設(shè)置在配電系統(tǒng)中的傳感器的電 壓、電流等的測量值和基于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的潮流計算，計算測量誤差的推定值和基于潮流 計算的系統(tǒng)狀態(tài)的修正量，更高精度地推定系統(tǒng)狀態(tài)的真值。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0005] 專利文獻
[0006] 專利文獻1 :日本特開2008 - 154418號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明要解決的課題
[0008] 根據(jù)專利文獻1公開的技術(shù)，根據(jù)設(shè)置在電力系統(tǒng)中的傳感器的電壓、電流等的 測量值和基于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的潮流計算，能夠計算測量誤差的推定值和基于潮流計算的系 統(tǒng)狀態(tài)的修正量，更高精度地推定系統(tǒng)狀態(tài)的真值。
[0009] 然而，該技術(shù)以能夠取得系統(tǒng)上的所有傳感器的測量值的集中控制為前提，存在 無法應(yīng)用于因通信線路的制約而限定測量值的取得的分散控制的狀態(tài)推定中的問題。
[0010] 因此，本發(fā)明是為了解決該問題而提出的，其目的是即使在因通信線路的制約而 限定測量值的取得的情況下，也能夠使電力系統(tǒng)整體的電壓偏差變小。
[0011] 用于解決課題的手段
[0012] 為了解決所述課題而實現(xiàn)本發(fā)明的目的，按照如下方式構(gòu)成本發(fā)明。
[0013]即，本發(fā)明的電力系統(tǒng)控制系統(tǒng)，控制負載與電壓控制設(shè)備經(jīng)由節(jié)點連接的電力 系統(tǒng)的電壓，其中，該電力系統(tǒng)控制系統(tǒng)構(gòu)成為至少包括2個分散控制器，該分散控制器用 于對多個所述電壓控制設(shè)備發(fā)出控制指令，所述分散控制器構(gòu)成為具有測量值數(shù)據(jù)收集功 能部、狀態(tài)推定功能部以及最佳控制功能部，所述測量值數(shù)據(jù)收集功能部收集來自測量自 身所屬于的自節(jié)點的電壓和電流的傳感器的測量值數(shù)據(jù)和來自測量自身不屬于的其他節(jié) 點的電壓和電流的傳感器的測量值數(shù)據(jù)，所述狀態(tài)推定功能部以所述自節(jié)點的電壓和電流 的測量值以及所述其他節(jié)點的電壓和電流的測量值為輸入，推定在其他節(jié)點無法收集所述 測量值數(shù)據(jù)的節(jié)點的所述電力系統(tǒng)的狀態(tài)量即電壓或電流并輸出，所述最佳控制功能部以 所述測量值數(shù)據(jù)、所述狀態(tài)推定功能部的輸出即推定值以及在各節(jié)點設(shè)定的電壓目標值為 輸入，根據(jù)向包含自節(jié)點的多個節(jié)點的所述電壓控制設(shè)備分配的動作量輸出控制指令，通 過多個所述電壓控制設(shè)備的電壓控制量的疊加來控制電力系統(tǒng)的電壓。
[0014] 此外，在用于實施發(fā)明的方式中說明其他手段。
[0015] 發(fā)明效果
[0016] 根據(jù)本發(fā)明，即使在因通信線路的制約而限定測量值的取得的情況下，也能夠使 電力系統(tǒng)整體的電壓偏差變小。
【附圖說明】
[0017] 圖1是表示本發(fā)明的實施方式的電力系統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例的圖。
[0018] 圖2是表示本發(fā)明的實施方式的電力系統(tǒng)控制系統(tǒng)的各要素的結(jié)構(gòu)例和對各要 素賦予的節(jié)點編號的設(shè)定例的圖。
[0019] 圖3是表示與本發(fā)明的實施方式的電力系統(tǒng)控制系統(tǒng)的SVR和SVC相關(guān)的參數(shù)等 的表述的圖。
[0020] 圖4是表示通過本發(fā)明的實施方式的電力系統(tǒng)控制系統(tǒng)的各電壓控制設(shè)備的電 壓變化量的疊加來控制配電系統(tǒng)的電壓的狀況的例子的圖。
[0021] 圖5是表示本發(fā)明的實施方式的電力系統(tǒng)控制系統(tǒng)的運用的流程圖。
[0022] 圖6是表示存儲本發(fā)明的實施方式的電力系統(tǒng)控制系統(tǒng)中的測量值的測量值表 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的圖。
【具體實施方式】
[0023] 以下，參照附圖對用于實施本發(fā)明的方式（以下稱為"實施方式"）進行說明。
[0024] (實施方式）
[0025] 參照圖1~圖6,對本發(fā)明的實施方式的電力系統(tǒng)控制系統(tǒng)進行說明。
[0026] 另外，當對電力系統(tǒng)控制系統(tǒng)進行說明時，需要多個概念、定義、數(shù)學式，因此，首 先整理按怎樣的項目和順序進行說明并在先示出。然后，按照順序?qū)Ω黜椖窟M行說明。
[0027] <要說明的項目和順序的概要>
[0028] 首先，參照圖1，對電力系統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行說明。
[0029] 接著，參照圖2,對該電力系統(tǒng)控制系統(tǒng)的數(shù)學模型進行說明。在數(shù)學模型中示出 了系統(tǒng)拓撲和系統(tǒng)參數(shù)，并使用鄰接矩陣（式1、式2)和分層矩陣（式3A~式3D、式4A~ 式4D)來進行說明。
[0030] 接著，與式55A、式5B-起，對觀測源節(jié)點與觀測對象節(jié)點的關(guān)系和其參數(shù)等的表 述進行說明。并且，使用該表述方法說明從包含從電力系統(tǒng)所具備的分散控制器觀察到的 分層矩陣的節(jié)點觀察到的支路的電力方程式（式6A、式6B)。
[0031] 此外，說明根據(jù)該電力方程式和系統(tǒng)拓撲計算出從分散控制器觀察到的節(jié)點的動 作量變化所引起的電壓變化即控制靈敏度（式7)。
[0032] 接著，說明將在各節(jié)點成立的電力方程式在電力系統(tǒng)整體中匯集而得的電力方程 式（式8)和基于在各節(jié)點取得的節(jié)點的電壓和電流的測量值的測量方程式（式9)。
[0033] 然后，說明通過分散控制器所具備的狀態(tài)推定功能，使該匯集而得的電力方程式 和測量方程式聯(lián)立來求解最小二乘問題，求出使針對電力方程式的誤差和針對測量值的誤 差最小化的近似解的矩陣方程式（式10)。
[0034] 此外，由于上述的測量值受到通信線路的制約，因此定義與測量精度對應(yīng)的可靠 度矩陣（式11、式12)，進而定義由基于可靠度的對角化可靠度矩陣構(gòu)成的權(quán)重系數(shù)矩陣 (式 13)。
[0035]然后，將該權(quán)重系數(shù)矩陣進一步導入到使上述電力方程式和測量方程式聯(lián)立的最 小二乘問題（式14)，得到誤差更小的整個系統(tǒng)的電壓和電流相關(guān)的推定值（式15)。
[0036] 此外，說明通過分散控制器所具備的最佳控制功能，求解與電壓偏差相關(guān)的偏差 方程式（式16)和對動作量加以制約的制約方程式（式17)相關(guān)的最小二乘問題，從而根 據(jù)矩陣方程式（式18)得到使針對電壓目標值的偏差、針對制約值的誤差最小化的近似解。 另外，還對該偏差方程式和制約方程式進行說明。
[0037] 此外，說明狀態(tài)推定中的近似誤差根據(jù)節(jié)點而不同的情況下，針對敏感的負載優(yōu) 先進行用于消除電壓偏差的運用時，對偏差方程式進行基于優(yōu)先度矩陣（式19、式20)的加 權(quán)。
[0038] 此外，作為制約方程式，根據(jù)成為制約對象的控制設(shè)備，設(shè)定與制約強度對應(yīng)的值 的制約度矩陣（式21)。從該制約度矩陣取出對角化制約度矩陣（式22)，并且與從上述的 優(yōu)先度矩陣得到的對角化優(yōu)先度矩陣（式20)組合來構(gòu)成權(quán)重系數(shù)矩陣（式23)。并且，將 該權(quán)重系數(shù)矩陣導入到使上述偏差方程式和制約方程式聯(lián)立的最小二乘問題（式24)，得 到更實際的解（式25)。
[0039] 此外，說明從該解得到與自節(jié)點相關(guān)的動作量，并將該動作量作為控制指令向電 壓控制設(shè)備輸出、分配，從而實現(xiàn)電力系統(tǒng)整體的電壓偏差變小的控制。
[0040] 此外，說明導入可靠度矩陣、優(yōu)先度矩陣、制約度矩陣（式26、式27、式28)，通過這 些矩陣的要素的選擇，能夠在本地控制、分散協(xié)調(diào)控制、集中控制之間進行無縫迀移。
[0041] 此外，說明示出了以上控制中的電力系統(tǒng)控制系統(tǒng)的運用的流程圖和測量值表的 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
[0042] <電力系統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)>
[0043] 以下，對本發(fā)明的電力系統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行說明。
[0044] 圖1是表示本發(fā)明的實施方式的電力系統(tǒng)控制系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)例的圖。
[0045] 在圖1中，電力系統(tǒng)控制系統(tǒng)100具備：多個負載101、SVR(StepVoltage Regulator，自動電壓調(diào)整器）或SVC(StaticVarCompensator，無功功率補償裝置）等電 壓控制設(shè)備102。
[0046] 此外，電力系統(tǒng)控制系統(tǒng)100具備：所述電壓控制設(shè)備與多個所述負載經(jīng)由多個 節(jié)點103連接而得的電力系統(tǒng)104、設(shè)置在所述多個節(jié)點的所有節(jié)點或部分節(jié)點上且測量 電壓和電流的多個傳感器105、從該各傳感器105收集數(shù)據(jù)的通信線路106、控制所述各電 壓控制設(shè)備的多個分散控制器107。
[0047] 具體而言，負載101以高壓/低壓系統(tǒng)上的單一消費者，或者匯集了多個低壓消費 者的柱上變壓器等為單位，經(jīng)由節(jié)點103與電力系統(tǒng)104連接。
[0048] 電壓控制設(shè)備102除了考慮SVR或SVC等專用電壓控制設(shè)備外，作為高壓/低壓 系統(tǒng)上的設(shè)備，還考慮例如使用DMS(DistributionManagementSystem，配電電壓控制系 統(tǒng)）控制消費者的消耗功率或使用PCS(PowerConditioningSystem，功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)）控制 太陽電池的輸出功率。此外，電壓控制設(shè)備還包括DVR(DynamicVoltageRestorer，動態(tài) 電壓補償裝置）、UPS(UninterruptiblePowerSupply，不間斷電源裝置）、帶電壓調(diào)節(jié)功能 的柱上變壓器。并且，還考慮使用HEMS(HomeEnergyManagementSystem，家庭能源管理 系統(tǒng)）或所述DMS，根據(jù)電力系統(tǒng)連接時的充電計劃設(shè)定，控制能夠輸入輸出電力的電動汽 車，電熱水器，空調(diào)等的功率。
[0049]多個分散控制器107各自具備：測量值表（測量值數(shù)據(jù)收集功能部）108、狀態(tài)推 定功能（狀態(tài)推定功能部）109、最佳控制功能（最佳控制功能部）110以及將系統(tǒng)拓撲和電 路阻抗設(shè)定為已知信息的系統(tǒng)參數(shù)111。
[0050] 將在自節(jié)點進行測量而得到的自節(jié)點測量值112和經(jīng)由通信線路106限定地得到 的其他節(jié)點測量值113存儲在測量值表108中。
[0051] 狀態(tài)推定功能109輸入存儲在測量值表108中的測量值，使用系統(tǒng)參數(shù)111推定 電力系統(tǒng)的狀態(tài)量即各節(jié)點電壓和各節(jié)點電流。
[0052] 最佳控制功能110使用狀態(tài)推定功能109的輸出即推定值114和上述系統(tǒng)參數(shù) 111，并且輸入并參照電壓控制的目標值115和對動作量設(shè)定制約的制約值116,來分配各 電壓控制設(shè)備的動作量，以便消除推定值114與目標值115的電壓偏差。并且，最佳控制功 能110向電壓控制設(shè)備102輸出與自節(jié)點相關(guān)的動作量作為控制指令117。
[0053] <電力系統(tǒng)控制系統(tǒng)的數(shù)學模型>
[0054] 以下，表示電力系統(tǒng)控制系統(tǒng)100的數(shù)學模型。
[0055] 在數(shù)學模型中，按如下方式定義在系統(tǒng)參數(shù)111中設(shè)定的系統(tǒng)拓撲。
[0056] 首先，設(shè)定電力系統(tǒng)的各要素的節(jié)點編號，通過鄰接矩陣（上游鄰接矩陣U、下游 鄰接矩陣D)和分層矩陣（(："、(；、CpQ)來表現(xiàn)該節(jié)點之間的連接關(guān)系。以下，按照順序進 行說明。
[0057]《節(jié)點編號》
[0058] 圖2是表示本發(fā)明的實施方式的電力系