早稲田大学大学院 環境・エネルギー研究科
博 士 論 文 概 要 書
論 文 題 目
変電設備アセットマネジメントのための 数理計画法を用いた
意思決定支援ツールに関する研究 Decision Making Support Tools using Mathematical Planning Methods for Substation Facilities Asset Management
申 請 者 田中 秀昭
Hideaki Tanaka
氏 名
環境・エネルギー研究科 環境エネルギー研究
研究科・研究指導 (課程内のみ)
２ ０ ０ ９ 年 １ １ 月
1
１ ． 研 究 の 目 的
電 力 自 由 化 が 進 展 す る 中 で 、 競 争 の 無 い 自 然 独 占 分 野 と な っ て い る 流 通 設 備
（ 送 変 配 電 設 備 ） に つ い て は 、 バ ブ ル 崩 壊 と 省 エ ネ の 進 展 等 に よ る 電 力 需 要 の 伸 び の 鈍 化 に よ っ て 設 備 新 設 工 事 が 激 減 す る 一 方 、昭 和 4 0 年 代 の 高 度 成 長 時 代 に 建 設 し た 設 備 の 老 朽 化 が 進 み 、 今 後 は そ の 大 量 更 新 が 必 要 に な っ て く る 。
こ の た め 、 近 年 で は 流 通 設 備 を 経 済 学 で い う ア セ ッ ト （ 資 産 ） と み な し 、 そ の 維 持 ・ 更 新 あ る い は 新 設 を 戦 略 的 に 進 め て い く 「 ア セ ッ ト マ ネ ジ メ ン ト 」 の 研 究 が 国 内 外 で 始 ま っ て い る 。 ま た 、 設 備 更 新 に 際 し て は 、 コ ス ト と 信 頼 度 と い う 従 来 の 指 標 に 加 え て 、騒 音 な ど の 環 境 規 制 や 地 球 温 暖 化 問 題 へ の 対 応 な ど 、 新 た な 要 素 を 考 慮 す る 必 要 が 生 じ て き て い る 他 、 そ の 意 思 決 定 に 関 す る 一 層 の 透 明 性 と 説 明 責 任 が 要 求 さ れ つ つ あ る 。
こ の よ う な 背 景 か ら 、 本 研 究 は 題 目 を 「 変 電 設 備 ア セ ッ ト マ ネ ジ メ ン ト の た め の 数 理 計 画 法 を 用 い た 意 思 決 定 支 援 ツ ー ル に 関 す る 研 究 」 と し 、 現 在 現 場 に お い て ニ ー ズ の 大 き い ツ ー ル の 開 発 と 実 系 統 へ の 適 用 検 証 を 行 っ た 。
２ ． 従 来 の 研 究
ア セ ッ ト マ ネ ジ メ ン ト は 、 個 別 機 器 の 寿 命 診 断 や 維 持 基 準 を 扱 う ハ ー ド 面 の も の や 、 電 力 ネ ッ ト ワ ー ク の 信 頼 度 維 持 と い う ソ フ ト 面 の も の が あ り 、 大 別 す る と ４ 種 ； ① 個 別 機 器 の ア セ ッ ト マ ネ ジ メ ン ト （ 機 器 の 寿 命 診 断 技 術 開 発 と 設 備 維 持 基 準 の 構 築 ）、 ② 設 備 の ア セ ッ ト マ ネ ジ メ ン ト （ 群 と し て の 改 修 ･ 取 替 え な ど 、 保 守 管 理 費 用 の 最 適 化 ）、 ③ ネ ッ ト ワ ー ク の ア セ ッ ト マ ネ ジ メ ン ト （ 特 定 の 閉 じ た ネ ッ ト ワ ー ク 内 の 最 適 な 取 替 え 順 位 決 定 な ど ）、④ 投 資 戦 略 の ア セ ッ ト マ ネ ジ メ ン ト （ 設 備 の 新 設 を 含 む 投 資 計 画 全 体 の 最 適 化 ） に 分 類 す る こ と が で き る 。
し か し 、 ア セ ッ ト マ ネ ジ メ ン ト に 関 す る 研 究 は 世 界 で も ま だ 端 緒 に つ い た ば か り の も の が 多 い こ と に 加 え 、 統 一 的 な 手 法 を 開 発 す る と い う よ り も 、 ケ ー ス 毎 に ニ ー ズ に 沿 っ た ア ル ゴ リ ズ ム を 開 発 す る と い う の が 実 態 と な っ て い る 。
３ ． 本 研 究 の 概 要
本 研 究 は 、 前 述 し た 4 種 の ア セ ッ ト マ ネ ジ メ ン ト の う ち 、 主 に ③ の ネ ッ ト ワ ー ク ア セ ッ ト マ ネ ジ メ ン ト に 取 り 組 ん だ 。 具 体 的 に は 、 送 変 配 電 設 備 の な か で 特 に 老 朽 化 が 進 ん で い る 一 次 変 電 所 お よ び そ の 機 器 を 対 象 と し 、 個 別 テ ー マ と し て 以 下 の ３ テ ー マ に 取 り 組 ん だ 。 ア ル ゴ リ ズ ム の 開 発 に 当 た っ て は 、 そ れ ぞ れ の テ ー マ が 保 有 す る 問 題 解 決 の 難 し さ を 解 決 す る の に 適 し た 「 数 理 計 画 法 」 を 選 定 し 、 こ れ を 適 用 し た 。
○ テ ー マ １ ：「 経 年 変 電 所 の 健 全 度 可 視 化 」
一 次 変 電 所 を 対 象 に 、環 境 要 素 を 含 む 複 数 の 健 全 度 評 価 項 目 を 定 量 評 価 し 、 こ れ を 統 合 す る こ と で 、 個 別 変 電 所 、 エ リ ア 別 、 あ る い は 全 系 の 変 電 所 群 と し て の 健 全 度 の 時 間 推 移 を マ ク ロ 的 に 評 価 す る ア ル ゴ リ ズ ム を 開 発 し た 。
目 的 ・ ・ ・ 可 視 化 （ 見 え る 化 ）・ ・ ・ ・ ・ ・ V i s u a l i z a t i o n
難 し さ ・ ・ ・ 健 全 度 を 多 面 的 に 評 価 す る た め に は 次 元 の 異 な る 属 性 を 定 量 的 に 統 合 し な け れ ば な ら な い が 、 そ の 統 一 的 な 手 法 が な い 。 適 用 手 法 ・ ・「 A H P（ A n a l y t i c H i e r a r c h y P r o c e s s）」
○ テ ー マ ２ ：「 経 年 機 器 の 最 適 更 新 順 位 づ け 」
陳 腐 化 が 進 み ト ラ ブ ル 時 の 信 頼 度 へ の 影 響 が 大 き い こ と か ら 全 量 取 替 え の 方 針 が 決 定 し て い る 「 旧 形 遮 断 器 」 を 対 象 に 、 コ ス ト と 信 頼 度 面 か ら の 最 適 取 替 え 順 位 を 探 索 す る ア ル ゴ リ ズ ム を 開 発 し た 。
目 的 ・ ・ ・ ・ 優 先 順 位 づ け ・ ・ ・ ・ ・ P r i o r i t i z a t i o n
難 し さ ・ ・ ・ 遮 断 器 群 の 数 を M 群 ， タ イ ム フ レ ー ム を N 年 と す る と 、「 組 合 せ 」 の 総 数 は N の M 乗 通 り と 膨 大 な 数 （ 例 . 1 7 群 、8 年 の 場 合 、 2 2 5 2 兆 通 り ） と な る 。
適 用 手 法 ・ ・「 分 枝 限 定 法 」
○ テ ー マ ３ ：「 設 備 更 新 時 の 仕 様 最 適 化 」
変 圧 器 騒 音 と い う 環 境 規 制 遵 守 の 観 点 か ら 取 替 え 計 画 が 決 定 し た 変 電 所 に お い て 変 圧 器 騒 音 仕 様 を 最 適 化 （ コ ス ト 最 小 ） す る ア ル ゴ リ ズ ム を 開 発 し た 。
目 的 ・ ・ ・ ・ 最 適 化 （ コ ス ト 最 小 化 ）・ ・ ・ C o s t M i n i m i z a t i o n 難 し さ ・ ・ ・ ・ 敷 地 境 界 上 の 規 制 値 を 満 足 す る 複 数 の 変 圧 器 騒 音 レ ベ ル の 組
合 せ は 、 所 与 の 騒 音 レ ベ ル 組 合 せ を 前 提 と し た 境 界 騒 音 レ ベ ル の 予 測 計 算 を 試 行 錯 誤 的 に 行 な う こ と に よ っ て 見 出 す こ と か ら 、 テ ー マ 2 と 同 様 に 膨 大 な 組 合 せ の 作 業 が 必 要 と な る 。 適 用 手 法 ・ ・ ・「 疑 似 逆 行 列 法 」 お よ び 「 線 形 計 画 法 」
４ ． 個 別 テ ー マ 研 究 の 概 要
（ １ ）「 経 年 変 電 所 の 健 全 度 可 視 化 」
研 究 の 第 １ ス テ ッ プ と し て 、 ま ず 複 数 の 次 元 の 異 な る 属 性 （ 評 価 項 目 ） を 定 量 的 に 統 合 化 す る 手 法 （A H P（ A n a l y t i c H i e r a r c h y P r o c e s s） を 用 い て 評 価 項 目 の 定 量 的 な 統 合 化 を 行 い 、変 電 所 健 全 度 を 評 価 す る ア ル ゴ リ ズ ム を 開 発 し た 。
具 体 的 に は 、 東 京 電 力 管 内 1 0 支 店 に あ る 7 4 箇 所 の 一 次 変 電 所 を 対 象 に 、 現 場 技 術 者 と の 議 論 を 踏 ま え て 選 定 し た 機 器 類 の ハ ー ド ウ エ ア と し て の リ ス ク 7 項 目 （ ① 経 年 、 ② 稼 働 率 、 ③ 旧 形 機 器 数 、 ④ 不 具 合 兆 候 機 器 数 、 ⑤ 同 形 対 策 機 器 数 、 ⑥ 騒 音 規 制 満 足 度 ， ⑦P C B 混 入 絶 縁 油 量 ） に つ い て 定 量 評 価 す る と と も
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に 、こ れ ら を A H P の 一 対 比 較 に よ る 重 み づ け で 統 合 し 、変 電 所 ご と 、支 店 ご と 、 エ リ ア ご と （ 都 区 内 、 周 辺 、 外 辺 ） な ら び に 全 系 に つ い て 、 健 全 度 比 較 や 経 年 推 移 の 推 定 が で き る こ と を 確 認 し た 。 ま た 、 改 良 ・ 修 繕 計 画 （ 5 ヵ 年 ） の 感 度 解 析
（ 改 修 促 進 ケ ー ス ／ 改 修 抑 制 ケ ー ス な ど ） を 行 い 、 設 備 計 画 （ 改 良 、 修 繕 ） の 妥 当 性 評 価 に も 適 用 可 能 で あ る こ と を 確 認 し た 。
（ ２ ）「 経 年 機 器 の 最 適 更 新 順 位 づ け 」
第 １ ス テ ッ プ で 開 発 し た 手 法 は 変 電 所 の 健 全 度 を マ ク ロ 的 に 監 視 す る と と も に 、 改 良 ・ 修 繕 計 画 の 妥 当 性 を 評 価 す る た め の ツ ー ル で あ り 、 個 別 変 電 所 の 特 定 機 器 の 取 替 え 順 位 づ け に は 使 え な い 。 そ こ で 、 第 ２ ス テ ッ プ と し て 、 直 列 機 器 で あ り 万 一 故 障 し た 際 に は 広 域 停 電 に つ な が り や す い 旧 形 遮 断 器 （ 空 気 遮 断 器 ）を 対 象 と し て 、膨 大 な 組 合 せ か ら 最 適 解 を 効 率 的 に 見 い だ す 手 法 で あ る「 分 枝 限 定 法 」 に よ り 最 適 取 替 え 順 位 を 決 定 す る ア ル ゴ リ ズ ム を 開 発 し 、 実 系 統 に 適 用 し た 。
具 体 的 に は 、 都 区 内 一 次 変 電 所 1 8 箇 所 の う ち 、 旧 形 遮 断 器 を 保 有 す る 6 変 電 所 （ 遮 断 器 群 と し て の ユ ニ ッ ト 数 の 合 計 は 1 7） を 対 象 に 、 現 在 か ら 取 替 え 完 了 目 標 年 度 ま で の 8 年 間 に お け る 「 取 替 え コ ス ト ＋ 保 守 コ ス ト ＋ 信 頼 度 コ ス ト
（ ト ラ ブ ル 発 生 時 の 供 給 支 障 電 力 量 の 停 電 コ ス ト に よ る 費 用 換 算 値 ）」の 現 在 価 値 総 合 計 が 最 小 と な る 取 替 え 順 位 を 単 年 度 予 算 額 お よ び 個 別 地 点 毎 の 取 替 え 工 事 可 能 期 間 と い う 実 務 に 即 し た 制 約 の も と に 探 索 す る ア ル ゴ リ ズ ム を 開 発 ･ 適 用 し た 。1 7 ユ ニ ッ ト を 8 年 間 で 取 替 え る ケ ー ス で は 、 組 合 せ 数 が 2 0 0 0 兆 以 上 と な り 、 従 来 の 列 挙 法 で は 9 0 分 の 計 算 で も 全 組 合 せ の ご く 一 部 し か 探 索 で き な い の に 対 し 、 本 手 法 で は 数 秒 で 最 適 解 お よ び 複 数 の 実 行 可 能 解 の 探 索 が で き た 。
（ ３ ）「 設 備 更 新 時 の 仕 様 最 適 化 」
第 ２ ス テ ッ プ で 開 発 し た よ う な 最 適 更 新 順 位 づ け ツ ー ル に よ っ て 取 替 え 計 画 が 確 定 し た 後 の 実 施 段 階 で は 、 当 該 現 場 に お け る 最 適 設 計 が 課 題 と な る 。 そ こ で 、 第 ３ の 取 り 組 み と し て 、 距 離 減 衰 の 実 験 式 と 境 界 騒 音 規 制 値 か ら 導 出 し た 拘 束 条 件 の 下 で 、 変 圧 器 騒 音 レ ベ ル 合 計 値 を 最 小 に す る 最 適 変 圧 器 騒 音 レ ベ ル 組 合 せ を 単 一 の 計 算 に よ り 求 め る ２ 種 （「 疑 似 逆 行 列 法 」 お よ び 「 線 形 計 画 法 」）
の 「 逆 問 題 」 ア ル ゴ リ ズ ム を 開 発 し 、 モ デ ル 変 電 所 （ 変 圧 器 2 台 ） な ら び に 実 変 電 所 （ 変 圧 器 5 台 ） の デ ー タ を 用 い て 検 証 を 行 っ た 。 そ の 結 果 、 境 界 騒 音 規 制 値 を 満 足 す る 変 圧 器 騒 音 レ ベ ル の 組 合 せ を 単 一 の 計 算 に よ っ て 得 ら れ る こ と が 確 認 で き た 。 ま た 、 実 変 電 所 に お け る 実 対 策 の 再 現 も で き た 。
早稲田大学 博士（工学） 学位申請 履歴書
※ 年号はすべて西暦でご記入ください （2010年2月12日 現在）
フリガナ 姓 タナカ 名 ヒデアキ
氏 名
田 中 秀 昭
印ローマ字 TANAKA HIDEAKI
本籍地 または 国 籍
東 京
○
都 道 府 県 生年月日 1951年11月 6日 （58歳）性 別
○
男 女現住所
〒145-0063
東京都大田区南千束３−１４−７
(℡ 03-5499-529 ) e-mail [email protected]
学 歴 ［高等学校入学以降を記入し（入学・編入学）（卒業・修了・退学）等を区分してください］ 1967年 4月
1970年 3月 私立 駒場東邦 高等学校
入 学 卒業・修了・退学 1970年 4月
1974年 3月
早稲田大学 理工学部 電気工学科
入 学 卒業・修了・退学 年 月
年 月
入 学・編入学
卒業・修了・退学 年 月
年 月
入 学・編入学
卒業・修了・退学 年 月
年 月
入 学・編入学
卒業・修了・退学 1974年 4月
1976年 3月
（新制大学院修士課程・前期課程）
早稲田大学 理工学研究科 修士課程 電気工学専攻 入 学・編入学 修了・退学 2007年 3月
年 月
（博士課程・後期課程）
早稲田大学大学院 環境・エネルギー研究科 博士課程 入 学・編入学 修了・退学・在学中
修士学位
（取得学位名）
工学修士
（受領大学）
早稲田大学
（受領年月日）
1976年 3月 博士学位
（取得学位名）
（受領大学）
（受領年月日）
職 歴［職歴異動の場合は入社・退社、および身分・資格等を明記してください］
1976年 4月 1日 東京電力株式会社 神奈川支店 発変電課入社 年 月 日
2002年 7月 1日 東京電力株式会社 埼玉支店 志木支社長 2003年 11月 1日 〃 本店 国際部 部長代理
2006年 6月 28日 電気事業連合会 理事・事務局長代理（東電 技術部より派遣）
現 職 社団法人 日本動力協会 専務理事代行（東電 技術部より派遣）
所属学会および社会活動
1973年 月 電気学会 学生会員を経て現在正会員 2007年 月 電気設備学会 正会員
2007年 月 IEEE 会員 年 月
受 賞
年 月 日 年 月 日
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Ｎｏ．1
早稲田大学 博士（工学） 学位申請 研究業績書
［査読論文、論文・口頭発表、著書、その他の分類別・年代の新しい順に記入してください］
氏 名 田中 秀昭 印
（2010年2月現在）
分 類 著者(申請者含む)、 題名、 発行掲載誌名/発表場所･巻号･頁、 発行/発表年月
査読論文
論文・口 頭発表
○H. Tanaka, H. Magori, T. Niimura, R. Yokoyama,” Optimal Replacement Scheduling of Obsolete Substation Equipment by Branch & Bound Method”, IEEE PES GM, Minneapolis USA, 2010・
○田中秀昭、山下大樹、横山隆一、「線形計画法を用いた屋外変電所変圧器の最適騒音仕様 の決定」、電気設備学会誌、2010年1月号（Vol.30,No.１）
○H. Tanaka, D. Yamashita, T. Niimura, R. Yokoyama, ”Determination of Optimal Transformer Noise Levels in Outdoor Substations Using Pseudo-Inverse”, IEEE PES
PSCE, Seattle USA, 2009・3
○H. Tanaka, D. Yamashita, R. Yokoyama, ”Transformer Noise Level Optimization based on Reverse Calculation Problem and Linear Programming”, IEEE PES GM, Pittsburgh USA, 2008・7
○H. Tanaka, D. Yamashita, R. Yokoyama, ” Optimization of Transformer Noise Level by Reverse Calculation using Linear Programming”, 電気学会 共通英文論文誌（特 集：Advanced Technologies in Power System）、pp. 503 -508 , 2008・9
＜投稿中（査読結果（照会後に判定）に対し、回答済み＞
○H. Tanaka, S. Tsukao, D. Yamashita, T. Niimura, R. Yokoyama, ” Multiple Criteria Assessment of Substation Conditions by Pair-Wise Comparison of Analytic Hierarchy Process ”, IEEE PES Transaction on Power Delivery
○田中秀昭、馬郡英樹、横山隆一、「分枝限定法を用いた旧型変電機器の最適取替え順位づ け」、電気学会Ｂ部門誌
○H. Tanaka, H. Magori, K. Koyanagi, R. Yokoyama,” Determination of Optimal Order for Obsolete Equipments in Aged Substations Using Branch-and-Bound Method”, 電気学会 電力・電力系統技術委員会研究会（タイ電気学会との合同シンポジウム）、タ イ・バンコク, 2009・11
○北島功、田中秀昭、横山隆一、「需要断面を考慮した事故復旧シナリオ分析による配電用 変電所機器類の供給支障量評価」、電気学会電力技術・電力系統技術合同研究会,2009・9
○H. Tanaka, D. Yamashita, R. Yokoyama, ” Optimization of Transformer Noise Level by Reverse Calculation using Linear Programming”, 電気学会 電力・電力系統技術委 員会研究会（タイ電気学会との合同シンポジウム）、タイ・バンコク, 2007・11
Ｎｏ．2
早稲田大学 博士（工学） 学位申請 研究業績書
［査読論文、論文・口頭発表、著書、その他の分類別・年代の新しい順に記入してください］
氏 名 田中 秀昭 印
（2010年2月現在）
分 類 著者(申請者含む)、 題名、 発行掲載誌名/発表場所･巻号･頁、 発行/発表年月
その他
共著論文
口頭発表
＜本学位論文に関係のあるもの＞ ・・東京電力委託研究報告書
○田中秀昭、山下大樹、横山隆一、「多属性評価方法を用いた一次変電所の健全度評価に関 する研究」、 2009・3
○田中秀昭、山下大樹、横山隆一、「数理計画法を用いた変電所の変圧器仕様最適化に関す る研究」、 2008・3
＜本学位論文に関係のないもの＞ ：国内学会／国際会議におけるシンポジウム等
○J. Arai、S. Fujino, H. Tanaka, R. Yokoyama, ”Coordinated Control for Isolated Distribution Networks Supplied by Inverter Power Sources” IEEE PES GM, Pittsburgh USA, 2008・7
○H. Tanaka ,” Practices of Energy Efficiency Improvement in Electric Power Sector”, WEC/ABAC Joint Symposium, Danang, Vietnam, 2009・8
○H. Tanaka, ”Foundation of Japan Power Academy”, 8th IERE GM, Special Session:
Bring New Students to Electrical Power Industry, Fozdo Igacu, Brazil, 2008・11
○田中秀昭、「パワーアカデミーの設立について」、電気学会Ｂ部門大会パネルディスカッシ ョン：電力・エネルギー分野の新しい展開〜さらなる活性化に向けて〜、広島、
2008・9
○田中秀昭、「電力・エネルギー部門の現状」、電気学会Ｂ部門大会パネルディスカッショ ン：電力・エネルギー分野の新しい展開〜さらなる活性化に向けて〜、広島、
2008・9
○田中秀昭、「電力分野における省エネ・省CO2に向けた取り組み」、日中省エネルギー・
環境総合フォーラム・電力分科会、北京、2007・ 9
○H. Tanaka, ”Innovative Technologies For Power Grid”, 日印エネルギー対話、電力・発 電ＷＧ、New Delhi India, 2007・6
○H. Tanaka, ”Practices and Experiences of Energy Conservation in Electric Power Sector”, 東アジアサミット 省エネカンファレンス、東京、2007・6
