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クープマンモード解析に基づく電力ネットワークのデータ駆動型運用技術の構築

研究課題

研究課題/領域番号 15H03964
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 電力工学・電力変換・電気機器
研究機関大阪府立大学 (2016-2018)
京都大学 (2015)

研究代表者

薄 良彦  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40402961)

研究分担者 小島 千昭  富山県立大学, 工学部, 講師 (00456162)
太田 豊  東京都市大学, 工学部, 准教授 (50372537)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)
2018年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2017年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2016年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2015年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
キーワード電力工学 / 制御工学 / 計測工学 / クープマンモード / フェーザ計測装置 / フェーザ計測装置(PMU) / オンラインアルゴリズム / フェーザ計測装置(PMU) / 機械学習 / 電力系統工学 / クープマン作用素 / 安定性 / 風力発電
研究成果の概要

電力ネットワークは,電気エネルギーの供給を担う大規模工学システムである。近年,太陽光や風力などの再生可能エネルギーの大量導入や2018年北海道で発生したような供給停止事象の頻発により,電力ネットワークの従来の運用技術の限界とそれを打破する新しい技術の構築が求められきた。本研究の目的は,実計測により取得されるデータを全面に活用した電力ネットワーク運用システムの構築に関する基盤研究である。特に,同期フェーザ計測装置により得られる高解像度時系列データを最大限活用するために,非線形力学系理論に基づくクープマンモード解析に着眼し,データより電力ネットワークの安定性を把握し,制御する技術を新規に提案した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で得られた結果はいずれも,電力ネットワークで取得されたデータを全面に活用した運用技術に資するものである。このようなデータを全面に活用した運用技術の研究は,従来の物理モデルをベースとした運用が難しい状況,例えば,不確定性を有する再生可能エネルギー源が大量導入された小規模電力ネットワーク(マイクログリッド)や大規模停電に至るような極限的環境下にある電力ネットワークに対して,運用に関する新しい指針を与えるものである。このような複雑電力ネットワークに対するシステム構築に資する本研究は,AIを含むデータサイエンスとの接点から学術的意義を有し,エネルギーの安定供給に資する観点から社会的意義を有する。

報告書

(5件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (59件)

すべて 2019 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (8件) 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 4件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 7件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (38件) (うち国際学会 20件、 招待講演 5件) 学会・シンポジウム開催 (2件)

  • [国際共同研究] University of California, Santa Barbara/University of New Mexico/Virginia Tech(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Namur(ベルギー)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] SINTEF Energy Research(Norway)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] University of California, Santa Barbara/North Carolina State University/University of New Mexico(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] SINTEF Energy Research(Norway)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] University of California, Santa Barbara/North Carolina State University/University of New Mexico(米国)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] University of California, Santa Barbara(米国)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [国際共同研究] SINTEF Energy Research(ノルウェー)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Data-Driven Participation Factors for Nonlinear Systems Based on Koopman Mode Decomposition2019

    • 著者名/発表者名
      Netto Marcos、Susuki Yoshihiko、Mili Lamine
    • 雑誌名

      IEEE Control Systems Letters

      巻: 3 号: 1 ページ: 198-203

    • DOI

      10.1109/lcsys.2018.2871887

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Assessment of offshore wind farm characteristics with the cloud resolving storm simulator: A case study in Japan2018

    • 著者名/発表者名
      Raak Fredrik、Susuki Yoshihiko、Tsuboki Kazuhisa、Kato Masaya、Eguchi Shinya、Hikihara Takashi
    • 雑誌名

      Wind Energy

      巻: 21 号: 7 ページ: 531-543

    • DOI

      10.1002/we.2176

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Estimation of Power System Inertia Using Nonlinear Koopman Modes2018

    • 著者名/発表者名
      SUSUKI Yoshihiko、HAMASAKI Ryo、ISHIGAME Atsushi
    • 雑誌名

      Proceedings of IEEE Power & Energy Society Meeting

      巻: 1 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1109/pesgm.2018.8586007

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Data-Based Voltage Analysis of Power Systems via Delay Embedding and Extended Dynamic Mode Decomposition2018

    • 著者名/発表者名
      Susuki Yoshihiko、Sako Kyoichi
    • 雑誌名

      IFAC-PapersOnLine

      巻: 51 号: 28 ページ: 221-226

    • DOI

      10.1016/j.ifacol.2018.11.705

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Power grid transient stabilization using Koopman model predictive control2018

    • 著者名/発表者名
      Korda Milan、Susuki Yoshihiko、Mezic Igor
    • 雑誌名

      IFAC-PapersOnLine

      巻: 51 号: 28 ページ: 297-302

    • DOI

      10.1016/j.ifacol.2018.11.718

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Introduction to Koopman Mode Decomposition for Data-Based Technology of Power System Nonlinear Dynamics2018

    • 著者名/発表者名
      Susuki Yoshihiko、Chakrabortty Aranya
    • 雑誌名

      IFAC-PapersOnLine

      巻: 51 号: 28 ページ: 327-332

    • DOI

      10.1016/j.ifacol.2018.11.723

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Quantifying smoothing effects of wind power via Koopman mode decomposition: A numerical test with wind speed predictions in Japan2017

    • 著者名/発表者名
      F. Raak, Y. Susuki, K. Tsuboki, M. Kato, and T. Hikihara
    • 雑誌名

      Nonlinear Theory and Its Applications, IEICE

      巻: 8 号: 4 ページ: 342-357

    • DOI

      10.1587/nolta.8.342

    • NAID

      130006110756

    • ISSN
      2185-4106
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] クープマン作用素による非線形ダイナミクスの解析2017

    • 著者名/発表者名
      薄 良彦
    • 雑誌名

      システム/制御/情報

      巻: 61 号: 5 ページ: 175-181

    • DOI

      10.11509/isciesci.61.5_175

    • NAID

      130006206076

    • ISSN
      0916-1600, 2424-1806
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] クープマン作用素による大規模非線形ダイナミカルシステムの解析2017

    • 著者名/発表者名
      薄 良彦
    • 雑誌名

      計測と制御

      巻: 56 号: 12 ページ: 931-936

    • DOI

      10.11499/sicejl.56.931

    • NAID

      130006250913

    • ISSN
      0453-4662, 1883-8170
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] Applied Koopman operator theory for power systems technology2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Susuki, I. Mezic, F. Raak, and T. Hikihara
    • 雑誌名

      Nonlinear Theory and Its Applications, IEICE

      巻: 7 号: 4 ページ: 430-459

    • DOI

      10.1587/nolta.7.430

    • NAID

      130005605917

    • ISSN
      2185-4106
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Decomposition of energy function and hierarchical diagnosis of power grid swing instabilities2016

    • 著者名/発表者名
      C. Kojima, Y. Susuki, K. Tsumura, and S. Hara
    • 雑誌名

      Nonlinear Theory and Its Applications, IEICE

      巻: 7 号: 4 ページ: 523-547

    • DOI

      10.1587/nolta.7.523

    • NAID

      130005605911

    • ISSN
      2185-4106
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] クープマン作用素による非線形ダイナミカルシステムの解析と制御2019

    • 著者名/発表者名
      薄 良彦
    • 学会等名
      電子情報通信学会 複雑コミュニケーションサイエンス研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Gaussian process for Koopman spectral analysis with application to smart grids2019

    • 著者名/発表者名
      Manel Martinez-Ramon, Yoshihiko Susuki, Akitoshi Masuda, Satomi Sugaya, Andrea Mammoli, and Atsushi Ishigame
    • 学会等名
      SIAM Conference on Applications of Dynamical Systems
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Data-driven participation factors for nonlinear systems based on Koopman mode decomposition2019

    • 著者名/発表者名
      Marcos Netto, Yoshihiko Susuki, and Lamine Mili
    • 学会等名
      SIAM Conference on Applications of Dynamical Systems
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Expansion formula of the resolvents of Koopman operators: towards applications in analysis and synthesis of nonlinear dynamical systems2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiko Susuki. Alexandre Mauroy, and Igor Mezic
    • 学会等名
      SIAM Conference on Applications of Dynamical Systems
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Koopman mode decomposition of power grid phasor data on Japan’s western power system2018

    • 著者名/発表者名
      Akash Lohani, Yoshihiko Susuki, Atsushi Ishigame, Masayuki Watanabe, and Yasunori Mitani
    • 学会等名
      システム制御情報学会研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] クープマン作用素による非線形ダイナミクスの解析と制御2018

    • 著者名/発表者名
      薄 良彦
    • 学会等名
      システム制御情報学会研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] クープマン作用素による非線形力学系の制御と解析: 最近の話題から2018

    • 著者名/発表者名
      薄 良彦
    • 学会等名
      京都大学 数理解析研究所, 共同研究「力学系---理論と応用の融合---」
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Koopman operator techniques in data-driven power systems technology2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiko Susuki
    • 学会等名
      The University of Vermont, IGERT Seminar
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Koopman operator techniques in data-driven power systems technology2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiko Susuki
    • 学会等名
      Rensselaer Polytechnic Institute, CURRENT Seminar
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Introduction to the Koopman operator in systems and control2018

    • 著者名/発表者名
      Alexandre Mauroy and Yoshihiko Susuki
    • 学会等名
      SICE Annual Conference
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Gaussian process regression for dynamic mode decomposition2018

    • 著者名/発表者名
      Akitoshi Masuda, Yoshihiko Susuki, Satomi Sugaya, Manel Martinez-Ramon, Andrea Mammoli, and Atsushi Ishigame
    • 学会等名
      電気学会 電力・エネルギー部門大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Assessing smoothing effects of wind power around Trondheim via Koopman mode decomposition2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Susuki, F. Raak, H.G. Svendsen, and H.C. Bolstad
    • 学会等名
      Deep Sea Offshore Wind R&D Conference
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] クープマンモード分解による系統慣性定数推定の実測データへの適用2018

    • 著者名/発表者名
      浜崎 凌, 薄 良彦, 寺師 純, 石亀 篤司, 渡邊 政幸, 三谷 康範
    • 学会等名
      電気学会全国大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Comparison of dynamic mode decomposition, Koopman mode decomposition, and vector Prony analysis2017

    • 著者名/発表者名
      F. Raak, Y. Susuki, I. Mezic, and T. Hikihara
    • 学会等名
      SIAM Conference on Applications of Dynamical Systems
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Assessment of voltage collapse phenomena in power grids based on continuous spectrum of the Koopman operator2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Susuki, K. Sako, F. Raak, and T. Hikihara
    • 学会等名
      SIAM Conference on Applications of Dynamical Systems
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A data-driven distributed algorithm for nonlinear Koopman mode estimation in power systems2017

    • 著者名/発表者名
      A. Chakraborrty and Y. Susuki
    • 学会等名
      SIAM Conference on Applications of Dynamical Systems
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Data-driven Koopman spectral analysis in power and energy systems2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Susuki
    • 学会等名
      Workshop on Set Oriented Numerics
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Modeling nonlinear dynamic system in RKHS through the Koopman operator2017

    • 著者名/発表者名
      S. Sugaya, Y. Susuki, A. Ishigame, A. Mammoli, and M. Martinez-Ramon
    • 学会等名
      International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] クープマンモード分解による系統慣性定数の推定に関する一検討2017

    • 著者名/発表者名
      浜崎 凌, 薄 良彦, Fredrik Raak, 石亀 篤司
    • 学会等名
      電気学会電力・エネルギー部門大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 大規模電力系統に対するエネルギー関数のデータ駆動型構成とその数値的検証2017

    • 著者名/発表者名
      小島 千昭, 薄 良彦, Aranya Chakrabortty
    • 学会等名
      電気学会電力・エネルギー部門大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] クープマンモード解析に基づく電力ネットワークのデータ駆動型監視制御システムの構築2017

    • 著者名/発表者名
      太田 豊, 薄 良彦
    • 学会等名
      電気学会電力・エネルギー部門大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] クープマンモード分解による系統慣性定数の代数的推定に関する一検討2017

    • 著者名/発表者名
      浜崎 凌, 薄 良彦, 石亀 篤司
    • 学会等名
      電気関係学会関西連合大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] A data-driven construction of energy functions for power grid collective behavior via synchrophasors2017

    • 著者名/発表者名
      C. Kojima, Y. Susuki, and A. Chakrabortty
    • 学会等名
      SICE International Symposium on Control Systems 2017
    • 発表場所
      Okayama, Japan
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 連系線潮流データのクープマンモード分解: ベクトルプローニ解析の適用2016

    • 著者名/発表者名
      薄 良彦
    • 学会等名
      電気学会 全国大会
    • 発表場所
      東北大学(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-03-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Quantifying smoothing effects of wind power via Koopman modes2016

    • 著者名/発表者名
      Fredrik Raak
    • 学会等名
      電気学会 全国大会
    • 発表場所
      東北大学(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-03-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Hierarchical transient stability diagnosis for interconnected loop power grids2016

    • 著者名/発表者名
      Chiaki Kojima
    • 学会等名
      SICE International Symposium on Control Systems
    • 発表場所
      南山大学(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2016-03-07
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] クープマン作用素に基づく電力系統の電圧ダイナミクスに関する解析2016

    • 著者名/発表者名
      佐孝 恭一
    • 学会等名
      計測自動制御学会関西支部・システム制御情報学会 若手研究発表会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2016-01-08
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Wind power simulation and analysis incorporating highly-resolved weather prediction and measurement data of Japan2016

    • 著者名/発表者名
      F. Raak, Y. Susuki, K. Tsuboki, M. Kato, S. Eguchi, and T. Hikihara
    • 学会等名
      15th World Wind Energy Conference and Exhibition
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Koopman operator theory for nonlinear dynamical systems: An introduction with engineering applications2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Susuki and I. Mezic
    • 学会等名
      2016 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications
    • 発表場所
      Yugawara, Japan
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] On smoothing effects of wind power via Koopman mode decomposition2016

    • 著者名/発表者名
      F. Raak, Y. Susuki, K. Tsuboki, M. Kato, and T. Hikihara
    • 学会等名
      2016 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications
    • 発表場所
      Yugawara, Japan
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] On Koopman and dynamic mode decompositions for application to dynamic data with low spatial dimension2016

    • 著者名/発表者名
      F. Raak, Y. Susuki, I. Mezic, and T. Hikihara
    • 学会等名
      55th IEEE Conference on Decision and Control
    • 発表場所
      Las Vegas, USA
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] クープマン作用素による非線形時系列データの解析と電力・エネルギーシステムへの応用2016

    • 著者名/発表者名
      薄 良彦
    • 学会等名
      京大数理解析研究所・共同研究「統計的モデリングと予測理論のための統合的数理研究」
    • 発表場所
      京都
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] クープマン作用素による非線形力学系の解析と電力・エネルギーシステムへの応用2016

    • 著者名/発表者名
      薄 良彦
    • 学会等名
      計測自動制御学会 制御部門 非線形制御理論調査研究会 第2回研究会
    • 発表場所
      大阪
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] クープマン作用素に基づく電力系統の電圧不安定化現象に関する一検討2016

    • 著者名/発表者名
      佐孝 恭一, 薄 良彦, 引原 隆士
    • 学会等名
      システム制御情報学会 研究発表講演会
    • 発表場所
      京都
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Statistical test of dynamic model of a wind turbine incorporated with measurement data in Japan2016

    • 著者名/発表者名
      F. Raak, Y. Susuki, S. Eguchi, and T. Hikihara
    • 学会等名
      システム制御情報学会 研究発表講演会
    • 発表場所
      京都
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] クープマン作用素の連続スペクトルに基づく電圧崩壊現象の時系列データ解析2016

    • 著者名/発表者名
      佐孝 恭一, 薄 良彦, Fredrik Raak, 引原 隆士
    • 学会等名
      電気関係学会関西連合大会
    • 発表場所
      大阪
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Decomposition of energy function and hierarchical transient stability diagnosis for power networks2015

    • 著者名/発表者名
      Chiaki Kojima
    • 学会等名
      IEEE Conference on Decision and Control
    • 発表場所
      大阪国際会議場(大阪府大阪市)
    • 年月日
      2015-12-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A Prony approximation of Koopman mode decomposition2015

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiko Susuki
    • 学会等名
      IEEE Conference on Decision and Control
    • 発表場所
      大阪国際会議場(大阪府大阪市)
    • 年月日
      2015-12-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会・シンポジウム開催] OPU-UNM Symposium on Energy Systems Research2018

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] Kyoto-Norway Workshop on Offshore Energy Systems: Wind Power and HVDC Grids2016

    • 発表場所
      京都大学(京都府京都市)
    • 年月日
      2016-02-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2022-08-26  

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