コンパクトな軟性手術器具実現のためのワイヤ操作機構

2022.10.20 By 東京電機大学

医学

技術概要

鉗子の開閉が外装とワイヤの相対変位により実現されることに着目し、外装を固定したドラムの回転による鉗子送り操作と、操作用ワイヤを固定したワイヤ固定具のドラムに対する相対変位による鉗子開閉操作を独立して操作可能な機構を提案する。

用途・応用

・内視鏡を用いた手術のための手術器具
・パイプ内の検査に伴う補修用の道具
・1軸のワイヤ駆動機構を持つ装置の操作

背景

 電力系統においては、発電及び消費される電力エネルギーに比して、貯蔵可能な電力エネルギーは少ない。このため電力系統の運用においては、需要量と発電量(供給量)との差異を一定の範囲に維持する「同時同量」の原則を遵守する必要がある。発電、送配電及び小売の垂直一貫体制で事業を行う電気事業者は「同時同量」を達成するために、ある程度柔軟に自社の保有する発電機を制御することができる。

 一方、電力自由化に伴う発送電分離により、電気事業者が送配電事業者と発電・小売事業者とに分離した場合、送配電事業者は、需給調整市場から調整力を調達(購入)し、これを運用する必要がある。

 ここで「調整力」とは、周波数変動及び需給インバランスを抑制するための発電機出力等の出力調整が可能な電力量を指し、周波数調整力と需給調整力に大別される。周波数調整力は、秒から分オーダまでの周波数変動に応じて自動的に出力調整されるガバナフリーや L F C ( Load Frequency Control) ・ A F C ( Automatic Frequency Control) を 指 し、 需 給 調 整 力 は 、 分 オ ー ダ 以 上 の 長 周 期 の 電 力 需 給 イ ン バ ラ ン ス を 解 消 す る E L D ( Economic Load Dispatching Control) や D P C ( Dispatching Power Control) を 指 す 。

 調整力の調達に際し、調達に要する費用は託送料金として最終的には需要者の負担となる。そこで、電気料金を抑制するためには、系統制約のもとで調整力調達を適切に計画することが重要となる。

 調整力の調達コストを安価に抑えるには、調整力をコストの低い順に並べたメリットオーダに従うことが望ましい。また、全体最適化の観点から、例えば国内が複数のエリアに分割されている場合には、エリア内のメリットオーダに従うのではなく、エリアを跨いだ広域メリットオーダに従うことが望ましい。しかしながら、日本のようにエリア間が疎に連系している電力系統では、調整力の取引や発動に対する連系線の影響を無視できない。

 特許文献1には、電力市場向けの発電機起動停止・出力配分の最適化について記載されている。具体的に、特許文献1では、市場入札情報と潮流制約に基づいてコストを目的関数とした最適化計算を実施することで、潮流制約の範囲内でコストが最小となるエネルギー及び調整力の取引状態を策定するとしている。

 また特許文献2には、系統安定化方法について記載されている。具体的には、特許文献2では、事故発生前の連系線の潮流状態から、分離系統を安定化させるための安定化制御量を算出することで、事故発生後における分離系統の崩壊を抑制するとしている。

【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献1】米国特許出願公開第2004/0181420号明細書
【特許文献2】特開2013-225956号公報

課題

 ところで、特許文献1には、系統制約を線形の潮流制約として取り扱い、その制約下で最適化演算をする技術が開示されているに過ぎない。このため特許文献1に開示された発明によると、エリア間が疎に連系しているような場合においては、エリアを跨いだ調整力の調達が十分にできず、調整力の広域メリットオーダを実現することができないという問題がある。

 また、特許文献2に記載の技術では、事故発生後の分離系統における電力需給のインバランスを解消するように安定化制御を実施するが、自己エリア内で電力需給の調整ができない。このため、この特許文献2に開示された発明によると、調整力(特に、周波数調整力)を他エリアからの調達に依存しているような場合、事故発生後の分離系統内において周波数調整力が不足するために、安定化制御のみでは周波数を安定に維持することができないという問題がある。

 本発明は以上の点を考慮してなされたもので、調整力の広域メリットオーダによるコスト削減及び電力系統の周波数安定性の維持を両立し得る管理装置、管理方法及び管理システムを提案しようとするものである。

手段

 かかる課題を解決するため本発明においては、電力市場における取引を実行及び管理する市場管理システムに接続され、電力系統を管理する管理装置において、前記市場管理システムから、電力調達に関する計画である計画情報、及び、電力系統のエリア間を接続する連系線における技術的制約である系統制約を取得し、前記連系線について想定される事故の発生後の周波数変動リスクと、広域メリットオーダを実現するために必要な前記連系線の空容量である必要連系線空容量とをそれぞれ算出する周波数変動リスク評価部と、算出された前記周波数変動リスクに対して予め登録された1又は複数のリスク緩和策候補について、当該リスク緩和策候補をリスク緩和策として適用した場合の費用及び効果をそれぞれ評価し、評価結果に基づいて、当該周波数変動リスクに対するリスク緩和策として適用する前記リスク緩和策候補を選択するリスク緩和策評価部とを設けるようにした。

 また本発明においては、電力市場における取引を実行及び管理する市場管理システムに接続され、電力系統を管理する管理装置により実行される管理方法において、前記管理装置が、前記市場管理システムから、電力調達に関する計画である計画情報、及び、電力系統のエリア間を接続する連系線における技術的制約である系統制約を取得し、前記連系線について想定される事故の発生後の周波数変動リスクと、広域メリットオーダを実現するために必要な前記連系線の空容量である必要連系線空容量とをそれぞれ算出する第1のステップと、前記管理装置が、算出された前記周波数変動リスクに対して予め登録された1又は複数のリスク緩和策候補について、当該リスク緩和策候補をリスク緩和策として適用した場合の費用及び効果をそれぞれ評価し、評価結果に基づいて、当該周波数変動リスクに対するリスク緩和策として適用する前記リスク緩和策候補を選択する第2のステップとを設けるようにした。

 さらに本発明においては、電力系統を管理する管理システムにおいて、電力市場における取引を実行及び管理する市場管理システムと、前記市場管理システムに接続され、前記電力系統を管理する管理装置とを有し、前記管理装置に、前記市場管理システムから、電力調達に関する計画である計画情報、及び、電力系統のエリア間を接続する連系線における技術的制約である系統制約を取得し、前記連系線について想定される事故の発生後の周波数変動リスクと、広域メリットオーダを実現するために必要な前記連系線の空容量である必要連系線空容量とをそれぞれ算出する周波数変動リスク評価部と、算出された前記周波数変動リスクに対して予め登録された1又は複数のリスク緩和策候補について、当該リスク緩和策候補をリスク緩和策として適用した場合の費用及び効果をそれぞれ評価し、評価結果に基づいて、当該周波数変動リスクに対するリスク緩和策として適用する前記リスク緩和策候補を選択するリスク緩和策評価部とを設けるようにした。

 本発明の管理装置、管理方法及び管理システムによれば、連系線の系統制約によって調達又は発動できない調整力を有効に活用することができる。

効果

 本発明によれば、調整力の広域メリットオーダによるコスト削減及び電力系統の周波数
の維持を両立し得る管理装置、管理方法及び管理システムを実現できる。

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特許情報

特開2019-180163

JPA 2019180163-000000