柔軟性制約下における電圧源コンバータを用いた配電システムの計画・運用二層最適化手法
A Planning–Operation Bi-Level Optimization Method for Flexible Power Distribution System Scenarios with Voltage Source Converters Under Flexibility Constraints
高普及率の分散型太陽光発電(PV)、蓄電池、柔軟負荷、電圧源コンバータ(VSC)が配電システムの運用を変革しており、計画段階での運用柔軟性が不可欠となっている。本稿では、双方向の柔軟性制約を持つ柔軟配電システムのための計画・運用二層最適化手法を提案する。PV、蓄電池、遮断可能負荷、VSCのためのマルチリソースモデルを開発し、ネット負荷のランプアップ/ダウンから上方・下方柔軟性要求量を定量化し、各リソースの利用可能柔軟性を明示的に表現する。上位層は年間総コストを最小化するためにPVと蓄電池の設置場所と容量を決定し、下位層は時系列運用を最適化し、運用コスト、PV抑制、ネットワーク損失、電圧偏差、柔軟性不足を計画層にフィードバックする。改善された dung beetle 最適化アルゴリズムと運用評価を組み合わせたネストされた解法戦略を、58バスAC/DCハイブリッド配電システムでテストした。柔軟性制約のない協調的な電源・蓄電池計画と比較して、提案手法は年間総コストを1489.98万元削減し、平均的な日次上方・下方柔軟性マージンをそれぞれ約1.30MWおよび0.38MW増加させた。結果はPVの利用率と電圧品質の向上も示しており、再生可能エネルギー普及率が高い状況下での手法の経済的および運用上の有効性を確認した。
- 高普及率の分散型PV・蓄電池・柔軟負荷・電圧源コンバータ(VSC)を対象に、双方向の柔軟性制約を持つ配電システムの計画・運用二層最適化手法を提案した研究。
- 上位層でPVと蓄電池の設置場所・容量を決定して年間総コストを最小化し、下位層で時系列運用を最適化して運用コスト・PV抑制・ネットワーク損失・電圧偏差・柔軟性不足を計画層にフィードバックする構成。
- 改善した dung beetle 最適化アルゴリズムと運用評価を組み合わせたネスト解法を、58バスAC/DCハイブリッド配電システムで検証した。
- 柔軟性制約なしの協調的な電源・蓄電池計画と比較して、年間総コストを1489.98万元削減し、平均日次の上方・下方柔軟性マージンをそれぞれ約1.30MW・0.38MW増加させた。
- PV利用率と電圧品質の向上も示され、再生可能エネルギー普及率が高い状況での経済性・運用上の有効性が確認された。
配電系統の計画・運用を二層最適化で解く学術論文であり、直接の事業発表ではないが、分散型PV・蓄電池・VSCの普及に伴い「運用柔軟性(上下方柔軟性マージン)」を定量的に制約・評価する枠組みが示された点は、系統用蓄電池・パワーエレクトロニクス(VSC)・配電自動化への投資テーマと整合する。年間総コスト1489.98万元削減、日次柔軟性マージン+1.30MW/+0.38MWという試算は、柔軟性リソース(蓄電池・遮断可能負荷・VSC)の経済価値を裏付ける根拠になり得る。ただし58バスAC/DCハイブリッド系統でのシミュレーション結果に留まり、商用実証や事業化の発表ではないため、実務導入の時期・規模は未確定であり、投資判断では関連機器ベンダーや系統運用者への影響を見極める必要がある。