最適潮流計算の可視化 E98066 1. はじめに 菅原 大介 [1] 近年, 電力需要の増加に伴い , 電源の大容量化 や電源から負荷の遠隔化により電力系統はますま す大規模化している。この様な大規模な電力系統 に対して信頼性を確保した上でより経済的な運用 が求められている。また, 電力システムの最適な運 用方法の決定，拡充計画の立案のためには，送電 系統内の各点における電圧や電流などの分布を知 る事が重要となる。 そ の た め に 用 い ら れ る 最 適 潮 流 計 算 (OPF) は 様々な運用制約を満たす運用状態の中で，目的関 数(運用コストを最小にする等)を最良とする運用 状態を決定する計算であり，電力系統解析での必 要性と用途は極めて広いものである。 しかし，その解析計算の結果として得られる大 量のデータから系統の特徴を把握する事が困難で ある。 そこで本研究において，潮流計算プログラムで の計算を行ない，その計算結果から系統の特徴を 視覚的に把握するために可視化について検討を行 なった。 2. 最適潮流計算 指導教員 藤田 吾郎 表 1 最適潮流計算の目的関数と制約条件の内容 1. 燃料費最小化 目的関数 2. 送電有効電力ロス最小化 3. 送電無効電力ロス最小化 4. 調相設備量最小化 など 1. 母線電圧の範囲 2. 発電機有効電力出力の範囲 制約条件 3. 発電機無効電力出力の範囲 4. 調相設備量の範囲 5. 線路潮流の制約 など 本研究では, 図 1 に示す様な 3 機 9 母線電力系統 で計算を行なった。 Bus6 Bus5 [1] [2] [3] 最適潮流計算(OPF)は, 近年の急速な計算機性能 の向上や計算アルゴリズムの改良により, 欧米を 中心に実用化プログラムが開発されてきている。 特に，電力市場の自由化が進んでいる国々では, 電 力系統の計画・運用の問題に対して最適潮流計算 (OPF)を積極的に活用し，送電アクセスの解析や評 価への応用を検討している。 最適潮流計算(OPF)とは, 所定の負荷パターンと 系統パラメータに対して多数の等式と不等式から なる制約条件を満足しながら，送電損失，調相設 備運用あるいは燃料コストなどの目的関数を最小 にする様にすべての変数を決定する非線形最適化 問題である。 表 1 に最適潮流計算(OPF)の目的関数と制約条件 の主な内容を示す。 Bus3 Bus2 図1 Bus1 Bus4 3 機 9 母線電力系統図 計算の順序は, ①初期状態 ②発電機制約を考慮 ③送電線制約を考慮 ④送電線脱落時の場合 の順で行なった。 3. 可視化 計算において得られたデータ量は多いので, こ れらを視覚的に捉える為に可視化を行なう。本研 究での可視化は, 表 2 に示す様な方法を用いた。 表2 円の半径 矢印の向き ブランチの太さ 可視化における方法 ノードにおける発電量及び負荷 有効電力の流れる向き 有効電力の平均値 ①∼④の状態の計算結果を可視化した図を図 2 ∼図 5 に示す。 図 3 では送電線 2-4 と 3-5 に過負荷が生じてい るため, 母線の色が他と比べて異なっている事が 分かる。また, 図 5 においては送電線脱落が起き た場所によって脱落箇所が異なるが, この図では 送電線 1-2 が脱落した状態を表示した。 4. ①初期状態の可視化 過負荷 検討結果 初期状態から制約を加える, または事故が起き る事によって, 発電機の発電量, 有効電力の変化 が円の半径や線の太さの変化で見て取れる。また 矢印の向きも変化している箇所があることが分か る。 問題点としては, 可視化した図について発電量 や有効電力の数字の表示が見づらくなってしまっ た点があげられる。 5. 図2 過負荷 図3 ②発電機制約を考慮した状態の可視化 過負荷解消 まとめ 本研究では, 最適潮流計算プログラムでの計算 を行ない, またその結果を可視化する為のプログ ラムを作成した。 今後は, この点について改善し更に図が見やす くなるプログラムを検討したい。また, 発電量や有 効電力以外の値を表示出来る様にプログラムを作 成し, それらについても一目で把握できる様にし たい。 文 過負荷解消 図4 ③送電線制約を考慮した状態の可視化 献 [1] Allen J. Wood, Bruce F. Wollenberg, “Power Generation, Operation, and Control” , Wiley, (1996) [2] 西川 一・三宮信夫・茨木俊秀， 『最適化』，岩波書店, (1982) [3] 関根泰次，『電力系統解析理論』，電気書院, (1971) 送電線脱落 図5 ④送電線脱落時の可視化
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