Kita Hiroyuki

Faculty of Information Science and Technology　Systems Science and Informatics　System SynthesisProfessor
Research Institute for Electronic Science　Research Center of Mathematics for Social CreativityProfessor
Last Updated :2026/02/04

■Researcher basic information

Degree

  • Jun. 1994

Researchmap personal page

Researcher number

  • 30214779

J-Global ID

Research Keyword

  • 電力系統
  • 分散電源
  • 信頼度
  • 競争環境
  • 周波数制御
  • ファジイ
  • 予防制御
  • 電源計画
  • 電圧制御
  • Q-learning
  • 蓄電池
  • PQ分離モデル
  • 独立系発電事業者(IPP)
  • 再生可能エネルギー
  • セキュリティ
  • ノーダルプライス
  • 電力工学
  • 相反定理
  • 支配度
  • セキュリティ制御
  • ATC
  • 送電混雑
  • 貯水池運用計画
  • 予備力
  • 電力市場
  • 予備力市場
  • 太陽光発電
  • 系統フレキシビリティ
  • 貯水池運用
  • 強化学習
  • 電気エネルギー工学
  • 電力系統工学
  • Electric Energy Engineering
  • Power System Engineering

Research Field

  • Manufacturing technology (mechanical, electrical/electronic, chemical engineering), Electrical power engineering

Educational Organization

■Career

Career

  • Jul. 2005 - Present
    Hokkaido University, Graduate School of Information Science and Technology, 教授
  • Apr. 2018 - Mar. 2020
    Hokkaido University, Graduate School of Information Science and Technology, 研究科長
  • Apr. 2014 - Mar. 2016
    Hokkaido University, Graduate School of Information Science and Technology, 副研究科長（総務・研究担当）
  • Apr. 2012 - Mar. 2014
    Hokkaido University, Graduate School of Information Science and Technology, 副研究科長（教育担当）
  • Apr. 2004 - Jun. 2005
    Hokkaido University, Graduate School of Information Science and Technology, 助教授
  • Apr. 1995 - Mar. 2004
    Hokkaido University, Graduate School of Engineering, 助教授
  • Apr. 1989 - Mar. 1995
    Hokkaido University, School of Engineering, 助手

Educational Background

  • Jun. 1994, 博士（工学）（北海道大学）
  • Apr. 1988 - Mar. 1989, 北海道大学大学院, 工学研究科博士後期課程, 電気工学専攻, Japan
  • Apr. 1986 - Mar. 1989, 北海道大学大学院, 工学研究科修士課程, 電気工学専攻, Japan
  • Apr. 1982 - Mar. 1986, Hokkaido University, School of Engineering, 電気工学科, Japan

Committee Memberships

  • Nov. 2022 - Present
    資源エネルギー庁, 令和４年度洋上風力発電の導入拡大に向けた調査支援事業有識者委員会委員
  • Oct. 2022 - Present
    NEDO, 再生可能エネルギーの主力電源化に向けた次々世代電力ネットワーク安定化技術開発/研究開発項目① 擬似慣性PCSの実用化開発検討委員会委員長
  • May 2022 - Present
    北海道電力ネットワーク, 再エネ大量導入時の周波数対策委員会委員
  • Feb. 2022 - Present
    国土審議会 北海道開発分科会計画部会委員
  • Oct. 2020 - Present
    日本学術会議, 連携会員
  • Aug. 2020 - Present
    電力広域的運営推進機関, 広域連系系統のマスタープラン及び系統利用ルールの在り方等に関する検討委員会委員
  • Nov. 2019 - Present
    NEDO, 技術委員
  • Oct. 2018 - Present
    文部科学省 卓越大学院プログラム「パワー・エネルギー・プロフェッショナル育成プログラム」, プログラム担当教員
  • Apr. 2010 - Present
    パワーアカデミー, 大学検討委員会委員
  • May 2020 - May 2022
    電気学会, 北海道支部代表理事（北海道支部長）
  • Sep. 2020 - Mar. 2022
    電気学会, 令和３年度電力・エネルギー部門大会実行委員長
  • Aug. 2019 - Mar. 2022
    環境省, 地域連携・低炭素水素技術実証事業「家畜ふん尿由来水素を活用した水素サプライチェーン実証事業検討委員会」委員
  • Jun. 2019 - Mar. 2022
    電気学会, 防災・減災のための電気エネルギーセキュリティ特別調査専門委員会委員
  • Sep. 2020 - Mar. 2021
    国立研究開発法人科学技術振興機構, 創発的研究支援事業アドバイザー
  • Apr. 2020 - Mar. 2021
    北海道総合開発委員会, 委員
  • Aug. 2015 - Mar. 2021
    環境省, 地域連携・低炭素水素技術実証事業「小水力由来の 再エネ水素の導入拡大と北海道の地域特性に適した水素活用モデルの構築実証」検討委員会委員
  • Apr. 2015 - Mar. 2021
    電気学会保護リレーシステム技術委員会, １号委員, Society
  • Apr. 2017 - Mar. 2020
    電気設備学会, 理事・北海道支部長, Society
  • Apr. 2017 - Mar. 2020
    電気学会, 電力系統技術委員会委員長, Society
  • Jun. 2012 - May 2014
    電気学会, 電力系統技術委員会委員, Society
  • Jun. 2012 - May 2014
    電気学会, 不確実性を有する需給変動に係わる時系列データの解析技術調査専門委員会委員長, Society
  • Oct. 2011 - Mar. 2013
    電気学会, 平成24年電気学会電力・エネルギー部門大会実行委員会委員長, Society
  • 2008 - 2010
    電気学会, 電力系統の高度利用を実現するシステム技術調査専門員会委員, Society
  • 2007 - 2009
    電気学会, 北海道支部協議員, Society
  • 2009
    電気学会, 電気学会編修専門第1部会委員, Society
  • 2006 - 2008
    電気学会, 周波数リレーシステムによる事故波及防止技術調査専門委員会委員, Society
  • 2006 - 2008
    電気学会, 電力・エネルギー部門研究調査運営委員会副委員長, Society
  • 2008
    電気学会, 平成21年電気学会全国大会実行委員会幹事, Society
  • 2005 - 2007
    電気学会, 分散型電源の系統連系解析モデル調査専門委員会委員, Society
  • 2005 - 2007
    電気学会, 北海道支部総務企画幹事, Society
  • 2005 - 2006
    電気学会, 電力系統の利用を支える解析・運用技術調査専門委員会委員, Society
  • 2004 - 2005
    電気学会, 北海道支部会計幹事, Society
  • 2003 - 2005
    電気学会, 電力系統におけるインテリジェントシステムの実用化とその実態評価調査専門委員会委員, Society
  • 2003 - 2004
    電気学会, ICEE2004論文委員会幹事, Society
  • 2003 - 2004
    電気学会, ICEE2004運営委員会幹事, Society
  • 2003 - 2004
    電気学会, 分散型電源有効活用のための電力系統技術調査専門委員委員, Society
  • 2003 - 2004
    電気学会, 論文委員会幹事, Society
  • 2003 - 2004
    電気学会, 競争環境下の新しい系統運用技術調査専門委員会 委員, Society
  • 2002 - 2004
    電気学会, ICEE2004実行委員会幹事, Society
  • 2002 - 2004
    電気学会, 負荷供給系統保護リレーシステムの現状とその動向調査専門委員委員, Society
  • 2001 - 2002
    電気学会, 競争環境下における電力品質調査専門委員会委員, Society
  • 2000 - 2002
    電気学会, 電力系統へのメタヒューリスティクス応用調査専門委員会委員, Society
  • 2000 - 2002
    電気学会, 超電導電力機器の仕様と特性調査専門委員会委員, Society
  • 2000 - 2001
    電気学会, 電力機器と系統保護の相互協調調査専門委員会委員, Society
  • 1999 - 2001
    電気学会, 北海道支部会計幹事, Society
  • 1998 - 2001
    電気学会, 燃料電池発電次世代システム技術調査専門委員会委員, Society
  • 1997 - 1999
    電気学会, 電力系統における知識工学手法の実用化技術調査専門委員会幹事, Society
  • 1996 - 1999
    電気学会, 電力系統における超電導機器のシステム特性調査専門委員会委員, Society
  • 1996 - 1998
    電気学会, 燃料電池発電分散配置技術調査専門委員会委員, Society
  • 1995 - 1996
    電気学会, 保護リレーシステム基本技術調査専門委員会委員, Society
  • 1994
    電気学会, 論文委員会幹事, Society

Position History

  • 教育研究評議会評議員, 2018年4月1日 - 2020年3月31日
  • 大学院情報科学院長, 2019年4月1日 - 2020年3月31日
  • 大学院情報科学研究院長, 2019年4月1日 - 2020年3月31日
  • 大学院情報科学研究科長, 2018年4月1日 - 2019年3月31日
  • 大学院情報科学研究科副研究科長, 2014年4月1日 - 2016年3月31日
  • 副工学部長, 2018年4月1日 - 2020年3月31日

■Research activity information

Awards

  • 2010, 平成21年電気学会電力・エネルギー部門誌優秀論文賞　　　　　　　　　　　　　　　
    Japan
  • 2010, BEST PAPER AWARD RENEWABLE ENERGY 2010　　　　　　　　　　　　　　　
  • 1997, 第53回電気学術振興賞(論文賞)　　　　　　　　　　　　　　　
    Japan
  • 1997, 電気学会論文発表賞　　　　　　　　　　　　　　　
    Japan
  • 1994, 電気学会論文発表賞　　　　　　　　　　　　　　　
    Japan
  • 1991, 電気学会論文発表賞　　　　　　　　　　　　　　　
    Japan

Papers

Other Activities and Achievements

Books and other publications

  • 深層を訊く あふれる北海道の再エネ　　　　　　　　　　　　　　　
    北 裕幸
    電気新聞, 01 Aug. 2022
  • 北海道から再生可能エネルギーの明日を考える
    吉田 文和, 荒井 眞一, 佐野 郁夫, 堀口 健夫, 吉田 晴代, 近久 武美, 江原 幸雄, 松田 從三, 北 裕幸, 安田 將人, 山口 佳三
    北海道大学出版会, 2014, 9784832968004, Japanese
  • 分散型電源導入系統の電力品質安定化技術
    大山 力, 北 裕幸, 太陽光発電システムのNAS電池による出力変動抑制
    S＆T出版, 24 May 2013, 4907002173, 266, [Contributor]
  • メガソーラー事業戦略　　　　　　　　　　　　　　　
    北 裕幸, 「NAS電池へのメガソーラーへの適用」，「メガソーラーの各種装置と系統連系」
    情報機構, 2012, [Contributor]
  • 『電力自由化と系統技術』　　　　　　　　　　　　　　　
    電気学会, 2008
  • Autonomous Systems and Intelligent Agents in Power System Control and Operation　　　　　　　　　　　　　　　
    Springer, 2003
  • 電力系統工学 (電気学会大学講座)
    長谷川 淳, 大山 力, 三谷 康範, 斉藤 浩海, 北 裕幸, 電気学会
    電気学会, 01 Mar. 2002, 4886862322, 160, [Joint work]
  • 『燃料電池の技術』　　　　　　　　　　　　　　　
    オーム社, 2002

Lectures, oral presentations, etc.

Courses

  • システムマネジメント　　　　　　　　　　　　　　　
    北海道大学工学部
    Present
  • 電気制御システム演習１　　　　　　　　　　　　　　　
    北海道大学工学部
    Present
  • 応用電気回路　　　　　　　　　　　　　　　
    北海道大学工学部
    Present
  • 電気エネルギーシステム工学　　　　　　　　　　　　　　　
    北海道大学工学部
    Present
  • 電力システム特論　　　　　　　　　　　　　　　
    北海道大学大学院情報科学院
    Present
  • 環境と人間 ２０３０年エレクトロニクスの旅　　　　　　　　　　　　　　　
    北海道大学全学教育
    Present
  • 情報エレクトロニクス概論　　　　　　　　　　　　　　　
    北海道大学工学部
    Present

Affiliated academic society

  • Present
    電気学会　　　　　　　　　　　　　　　
  • Present
    電気設備学会　　　　　　　　　　　　　　　
  • Present
    日本オペレーションズリサーチ学会　　　　　　　　　　　　　　　
  • Present
    The Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)　　　　　　　　　　　　　　　
  • Present
    エネルギー・資源学会　　　　　　　　　　　　　　　

Research Themes

  • Optimal design of energy systems including hydrogen, taking into account the temporal and spatial shifts of renewable energy power
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2025 - 31 Mar. 2028
    北 裕幸
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hokkaido University, 25K07710
  • WFと新規需要誘導による地産地消の電力系統への影響評価　　　　　　　　　　　　　　　
    Oct. 2025 - Aug. 2026
    北海道大学大学院情報科学研究院:北 裕幸, 原 亮一, 川島 伸明,ユーラスエナジーホールディングス:鷲澤 茉由子, 佐藤 泰東, 寺尾 星弥
    Principal investigator
  • マルチエネルギー供給システムのマネジメント手法の開発　　　　　　　　　　　　　　　
    Jul. 2024 - Mar. 2026
    北海道大学大学院情報科学研究院:北 裕幸,原 亮一,北海道電力株式会社, 執行役員, 総合研究所長, 青山 孝広, 株式会社明電舎, 電力インフラ営業, 技術本部, 役職氏名, 技術部長, 伊藤 孝充
  • HP/CGS併用熱供給システムを用いた防災型地域マイクログリッドに関する研究
    科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    01 Apr. 2021 - 31 Mar. 2024
    北 裕幸
    本研究では，研究代表者らがすでに提案した，ヒートポンプとコジェネレーションを併用する熱電併給技術を，マイクログリッド（MG）に導入し，その等価的な蓄電機能を利用して，再生可能エネルギー電源の不安定な出力変動を抑制しつつエネルギー供給を継続できる防災型の地域MGの内部構成及び運用・制御手法を提案し，その有効性を明らかにすることを目的としている．
    今年度は，防災型地域MGの内部構成・容量並びに対応する設備コストをエネルギーフローベースで算定した．すなわちMG内部には，太陽光発電と蓄電池，熱関連設備としてヒートポンプ，温熱から冷熱を作る吸収式冷凍機，蓄熱槽，地域熱供給配管，水素関連設備として水電解装置，燃料電池，水素専焼ボイラー，水素タンクの導入を考慮した．エネルギーの過不足に対しては電力あるいは水素の形で外部ネットワークに販売することもでき，PV の出力抑制や熱の大気放出による廃棄などをも認めている．
    数値試算により，水素供給のための設備を導入することは買電量削減（すなわち自立的運用）と調整力確保の両面で効果的であることが示された．その際にかかる追加投資も現状の価格ベースではあるが，回収可能な範囲の追加投資で実現可能であることを確認した．言い換えれば，現状，火力発電で確保している調整力を，MG化することで，より安価でクリーンに確保できることになる．これは，将来の電力系統において大きな期待と言える．
    また，小型のガスタービンや太陽光発電のような分散型電源を持つ配電システムに対して，災害時に動的にマイクログリッドを構成することによって，多くの負荷に対して電力供給を行う方法についても検討を行った．
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 21K03992
  • HP/CGS System for Mitigating Variable Power Outputs of Renewable Energy System
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
    01 Apr. 2015 - 31 Mar. 2018
    Kita Hiroyuki
    Variable renewable energy generations (RE) are being integrated into power systems in the world due to their environmental advantages. On the other hand, massive integration of RE would enlarge system frequency excursion due to variable and intermittent nature of RE outputs. For the supply and demand balancing control in a whole power system, introduction and application of energy storage systems (ESS) attracts great attention in the world. Usage of ESS is technically feasible, but is still difficult from economical viewpoint, due to their expensive installation cost and round-trip conversion losses. Therefore, as an alternative solution for fluctuation in generation output from renewables, the authors propose combined heat-pump and co-generation system such as gas-engine generator system, fuel cell system (CHBS). Major distinguishing idea of CHBS is to hybridize two heat supply devices, heat pump (HP) and CGS. Adequate control of HP and BG enables the apparent energy storage function.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, Principal investigator, Competitive research funding, 15H03954
  • 風力発電等分散エネルギーの広域運用システムに関する実証研究　　　　　　　　　　　　　　　
    環境省地球温暖化対策技術開発・実証研究事業
    Nov. 2012 - Mar. 2015
    北 裕幸
    一般社団法人日本気象協会, Principal investigator, Competitive research funding
  • 自立・分散型エネルギー社会の実現に向けた直流方式による地域間相互エネルギー融通システムの開発　　　　　　　　　　　　　　　
    環境省地球温暖化対策技術開発・実証研究事業
    Jul. 2012 - Mar. 2015
    北 裕幸
    ㈱NTTファシリティーズ, Principal investigator, Competitive research funding
  • Contribution Evaluation and the Cooperation Incentive of the Distributed Resource forPowerSystemFlexibility
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
    2010 - 2012
    KITA Hiroyuki, HARA Ryoichi, TANAKA Eiichi
    Electric power systems with high penetration of natural energy systems such as photovoltaic generations, wind power generations are required to secure more flexibility than usual because those energy resources have intermittent and unpredictable characteristics depending on the weather condition. On the other hand, the new power suppliers or power consumers (distributed resources) can provide the flexibility to power systems because they own the small scale generators or controllable loads. In this study, we developed new framework in which those distributed resources can contribute to solution for some issues caused by high penetration of natural energy systems.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hokkaido University, Principal investigator, Competitive research funding, 22560260
  • MW級の大規模PVシステムの系統安定化対策技術の開発，数時間オーダーでの大規模PVの出力制御技術の開発　　　　　　　　　　　　　　　
    委託研究
    Oct. 2006 - Mar. 2011
    北 裕幸
    北海道電力株式会社, Principal investigator, Competitive research funding
  • Research on autonomous decentralized control for generation systems including renewable energy
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
    2008 - 2010
    TANAKA Eiichi, KITA Hiroyuki, HARA Ryoichi, TOYAMA Atsushi
    Renewable energy such as wind power and solar power generates electric power intermittently and therefore requires backup generation or batteries. This research aims to develop the optimal control system for electric power supply including renewable energy based generators. For that purpose, system frequency control which maintains the real power balance between supply and demand was reviewed. The authors proposed a framework for dispersed local generators to contribute toward the frequency control and verified it with computer simulations. System voltage control system to maintain the reactive power balance on each node was also reviewed. The cooperative control method of conventional equipment and up-to-date one was proposed and verified.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hokkaido University, Coinvestigator not use grants, Competitive research funding, 20560254
  • Assurance of Power System Reliability Based on Evaluation of Balance between Generators and Network
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
    2007 - 2008
    KITA Hiroyuki, HARA Ryoichi, TANAKA Eiichi
    電気事業の自由化は世界的な潮流であり, わが国でも新規参入の発電事業者による電源の建設・運用が進んできている. 本研究では,発電事業者が建設・運用する電源が, 電力の安定供給にどの程度貢献するかを評価する手法を開発した. 開発した手法は, 電力を需要家まで輸送するための電力ネットワークを考慮しているため, 本手法により輸送設備が十分ではない地点の電源の価値が小さく評価される. 本研究では, 上記の価値に基づいて電力の購入価格を決定する手法や, ネットワークの増強・拡充を行う手法についても検討した.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hokkaido University, Principal investigator, Competitive research funding, 19560273
  • Research on Technical Management of Distributed Generators based on Decentralized Supply Responsibility
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
    2003 - 2005
    TANAKA Eiichi, KITA Hiroyuki, HASEGAWA Jun
    This research project aimed to investigate a new framework for decentralizing supply responsibility among local independent system operators which control distributed generators within each community areas.
    The brief results are as follows :
    1. By introducing Energy Management Center (EMC) installed energy storage systems and power conversion devices between distribution network and customers, smoothing power outputs of distributed generators, maintaining specified voltages and continuing power supply within islanded area are enabled.
    2. Technical management of EMCs and customers to participate them in system operation by direct or indirect control using communication network was investigated. As a result, it was conformed that the liability of system operator for load frequency control could be reduced and load factor would be improved by EMC introducing real-time pricing of electric energy.
    3. Contribution method of distributed generators for power supply and reserves was simulated and evaluated quantitatively. As a result, it was revealed that the installed capacity prepared by system operator for electric energy supply and control could be reduced. It was also revealed that regulating reliability depended on customer's needs was more economical than regulating uniformly.
    4. Possibility of consulting service about introduction of distributed generators and energy storage systems was presented by developing evaluation method for local distribution system's reliability, power quality against system faults and cost reduction.
    5. Market simulation model based on essential trading rules was developed considering power exchange between local areas and system operator. Two basic solutions for the important issue to secure operation reserves under deregulation were developed and evaluated.
    6. Assessment of distribution network reliability was carried out in two cases that each EMC took responsibility for power supply directly and local independent system operator which supervised EMCs in the area took it. It was conformed that the former is favorable for social cost.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), HOKKAIDO UNIVERSITY, Coinvestigator not use grants, Competitive research funding, 15360144
  • Market-based Management of Distributed Generators in Competitive Power Systems
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
    2003 - 2004
    KITA Hiroyuki, TANAKA Eiichi, HASEGAWA Jun
    The purpose of this research is to investigate a framework of a market-based management where decision-makings of distributed generators are controlled indirectly through markets for selling and buying energy and service. The obtained results through this research are summarized as follows :
    (1)Model of Controlled Object : In the controlled object which is composed of large-scale generators and electric power network, a method for determining the optimal mix of large-scaled generators was developed under the condition where the reliability of power system in which distributed generators were introduced has the same value as that of the conventional power system.
    (2)Model of Market : Models for obtaining a optimal decision-making of distributed generators for given markets such as spot market, bilateral market, reserve market was developed.
    (3)Economical Analysis on Roles of Distributed Generators in Market : How large distributed generators give impacts on oligopoly market was investigated economically.
    (4)Management by Market for Selling and Buying Value of Environment : Market for selling and buying renewable energy credit was modeled by multi-agent theory and Q-learning, and some simulations using the market were executed.
    (5)Management by Market for Selling and Buying Value of Reliability (reserve) : Two kinds of models for compensating the energy in the fault occurrence were modeled and a desirable way for procuring the required reserve power was investigated in the competitive power systems.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), HOKKAIDO UNIVERSITY, Principal investigator, Competitive research funding, 15560232
  • Study on Distributed Autonomous Power System under a Deregurated Environment
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
    2000 - 2002
    HASEGAWA Jun, TANAKA Eiichi, KITA Hiroyuki
    This research developed a concept of new electric power supply system called Distributed Autonomous Power System (DAPS) under a deregulated environment including a lot of distributed generators. What is the most original idea in the DAPS is to divide the whole power system into two parts. One is the transmission system which consits of some large-sized generators and high voltage transmission network. The other is the distribution system which consists of some local areas. Each area has flexible, reliable and intelligent distribution network and some kinds of distributed generators or energy storage systems, and can determine the price of electricity and supply reliability indipendently. The following things concerning the DAPS clarified thorough this research.
    1. This research developed a method for determining the amount of distributed generators to be introduced and desirable supply reliability by minimizing the social cost in each area.
    2. This research presented some strategies to make the distributed generators in each area coordinate with the large-sized generators to resolve the environmental issues such as CO2 emission and too consumption of fossil fuels. It evaluated a desiable operation of the distributed generators by simulating the customers' behaviors.
    3. This research assumed the introduction of the quality control centers (QCC) in each area for management of the supply reliability. This research compared it with the case that the individual customer manages its reliability for itself.
    4. This research developed a concrete control system in QCC to make distributed generators in each area cooperate with taking a balance between supply and demand in the whole power system. Also, it investigated that how the operation for balancing the power in each time period of GOV, LFC and ELD should be shared between the transmission system and the each area.
    5. This research developed a multi-agent algorithm for the fault restoration or voltage regulation, in which every QCC in each area behaves autonomously by measuring system state and using information from the other QCCs.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, Coinvestigator not use grants, Competitive research funding, 12450106
  • 注入可能電力を用いた競争環境における電力ネットワークの運用・計画に関する研究
    科学研究費助成事業 奨励研究(A)
    2000 - 2001
    北 裕幸
    本年度は,前年度開発した基本ツールを用い,以下の点について重点的に研究を行った。
    (1)前年度に開発した手法は,ある一時間断面で注入可能電力を評価し,それに基づいてネットワーク運用・計画を行うものであった。本年度は,すでに開発した手法を,複数時間断面を考慮できるように拡張すると共に,さらに,送電線における事故確率などを組み入れた上で,ネットワークの増強箇所,その時期などを総合的に評価するアルゴリズムを開発した。
    (2)注入可能電力を最大化する決定変数として,位相器,UPFCなどのパワーエレクトロニクス機器を適切にモデル化した上で開発手法に組み込み,その影響・効果を詳細に解析した。
    (3)ある送電線を拡張した際に得られる注入可能電力の増加量を感度解析により算出する手法を開発した。感度解析を用いて算出する注入可能電力の増加量は大きな誤差が生じることから,送電線を拡張する場合にそのまま本手法を適用するのではなく,安定度制約により実際の線路容量よりも線路の上下限制約が狭い範囲に設定されているような箇所に適用することが考えられる。これは,規制緩和の導入に伴い重視されつつある,既存の設備を有効利用することで設備投資の効率化を行うという風潮にも当てはまることから、利用価値のある考え方と思われる。
    (4)将来の不確定性を考慮した送電線増設効果を示す指標(CSR)の開発を行った。起こりうる将来のシナリオを複数考慮し,どのシナリオの発生確率も同等であると仮定していることから,多少現実味のない指標であるという感はいなめないが,規制緩和環境下における将来のシナリオというものは全く未知なものであり,全ての参加者に納得をさせ,設備の有効利用にもつながるこの指標は,公共的な役割を担うUtilityの設備計画において有用であると思われる。
    日本学術振興会, 奨励研究(A), 北海道大学, Principal investigator, Competitive research funding, 12750231
  • Research on Quality Control Center in Power Systems for Coming in Practice
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B).
    1999 - 2000
    HASEGAWA Jun, TANAKA Eiichi, KITA Hiroyuki
    This research project aimed to investigate a Quality Control Center (QCC), the core of a new power distribution system FRIENDS, for coming in practical use. The brief results are as follows :
    1. Configurations of connection between the high voltage side of QCC and network lines were investigated and the features of them were revealed.
    2. Transfer switching methods to realize flexible network reconfigurations were investigated. As a result, "Individual Thyristor Control Method" and "Transfer Switching Utilizing UPS" were developed. The latter is not effected by the system voltage magnitudes and phase angles before and after transfer switching.
    3. In an UPS type interior structure, a compensation method of the unbalanced three phase loads was proposed by controlling three phase voltage magnitudes and phases with PWM controlled converter independently.
    4. By dividing the load changes into quick and slow elements, a method for sharing and cooperating between PWM convertors and Dispersed Energy Storage Systems (DESS) was developed.
    5. To improve the value of renewable energy systems as power sources, a control method of DESS for cooperating with them was developed.
    6. UPQC (Unified Power Quality Controller) type configuration was proposed as one of interior structure of QCC.It can realize high quality power distribution under the voltage fluctuation in high voltage side and cancel the harmonics distortion and unbalances between three phases of loads as UPS type.
    7. The economical merit of DC power distribution for potential percentage of DC load was investigated. Estimation methods for necessaries of capacities and marginal cost of equipment in QCC were developed.
    8. Autonomous, decentralized and cooperative operation of QCCs was investigated and it was confirmed that the concept of multi agent would be promising.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B)., HOKKAIDO UNIVERSITY, Coinvestigator not use grants, Competitive research funding, 11555074
  • 競争環境下における電力系統セキュリティ制御に関する基礎研究
    科学研究費助成事業 奨励研究(A)
    1998 - 1999
    北 裕幸
    本研究では,競争環境下における電力系統のセキュリティ確保に関する,新しい枠組みを創生するための基礎的な研究を行った。
    1.事故後の送電線過負荷を対象とした予防制御を想定し,IPP等の分散電源からの契約外電力の購入単価の決定手法を開発し,契約外電力の購入を考慮したことによる予防制御の効果や,全体のコストに与える影響について詳細に考察した。
    2.誘導価格は送電損失を考慮した系統増分費とセキュリティ制約に対する限界費用とから構成されており,それぞれの値は,スラック母線の位置によって変化する。そこで本研究では,仮想的なスラック母線を導入し,スラック母線の位置に依存することなく,公平に価格を決定できる手法を開発した。
    3.電気事業者側の意図と,分散電源側の実際の行動パターンの違いは,電力貯蔵装置あるいはFACTSなどの能動的な制御装置が導入されていることでかなり緩和できると考えられる。本研究では,そのための基礎検討としてまず,これらの機器が導入されていることで,過負荷制約の範囲内で系統から受電できる最大電力(到達可能電力と呼ぶ)が増加し,しかも各母線毎に差がないように潮流状態を制御できることを明らかにした。今後は,その効果が予防制御のための誘導価格へ適切に反映できるかどうかを検証することが課題である。
    4.制御対象として潮流過負荷だけでなく,電圧制約や無効電力制約についても考慮できるよう拡張を行った。同様のアプローチに従って進めることで,分散電源の無効電力に対する価値を算定することが可能となり,これを予防制御のための誘導価格の1つの目安とできるものと考えている。
    日本学術振興会, 奨励研究(A), 北海道大学, Principal investigator, Competitive research funding, 10750202
  • Research on Net Energy Analysis and Global Warming Effect Analysis of Energy Storage Facilities
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
    1997 - 1998
    TANAKA Eiichi, KITA Hiroyuki, HASEGAWA Jun
    This research project aimed to analyze net energy and global warming effect of energy storage facilities from a life cycle's viewpoint, For the assessment of net energy and CO_2 emission, not only energy storage facilities themselves but a power system including them was considered as a simulation model.
    The brief results are as follows :
    1. An algorithm to find the optimum power source composition including energy storage facilities, subject to constraints on CO2 emission and the amount of nuclear power plants, was developed.
    2. The load leveling effect by using superconducting magnetic energy storage system (SMES), which is one of the most efficient energy storage facilities, was confirmed under the condition that the load factor and the introduced SMES's MW and MWh capacities were given. If the efficiency of a energy storage facility goes down to that of storage hydro power plants (about 70%), we cannot expect sufficient effect.
    3. It was verified by simulations that CO2 emission is reduced by SMES and nuclear power plants though input energy increases. If the amount of nuclear power plants is restricted, however, CO2 emission increases substantially as coal fired power plants increase by economical reason.
    4. The guidelines for the optimum power source composition including energy storage facilities in the future were indicated by simulations of a power system with forecasted load pattern in the year 2030.
    5. The results of environmental protection cost assessment show that SMES can reduce CO_2 emission as economically as de CO2 system of LNG/coal fired power plants or 1/2 - 1/10 of renewable energy plants if the annual cost of SMES is less than Y50,000/kW.
    6. The study on the effect of improving the load factor by energy storage facilities reveals the relationship between the improved rate of the load factor and the amount of energy storage facilities.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), HOKKAIDO UNIVERSITY, Coinvestigator not use grants, Competitive research funding, 09650304
  • Superconducting Materials, Power Apparatus and Systems
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for international Scientific Research
    1996 - 1998
    HASEGAWA Jun, HONMA Toshihisa, TSUCHIYA Takeshi, ONISHI Toshitada, S.Y.HAHN, J.K.PARK
    (1)Theoretical and numerical analysis of electromagnetic phenomena of superconductor : In pulsed field magnetization of a melt processed bulk high Tc superconductor (HTS), there exists a peak of the trapped flux as applied pulsed field was increased. Local heat generation is considered reducing the shielding current density. Nonlinear dependence of shielding current on dynamic magnetic field is considered by using the flux flow - creep model in the analysis of the pulsed field magnetization. Flow resistivity is also evaluated in the analysis. Since heat conductivity of the HTS is small, little heat diffuses to the surrounding liquid N2 during the magnetization. We can see that local heat generation at the edge region reduces the shielding current density and the trapped field.
    A magnet can be levitated on a bulk HTS.On the other hand, there is a toy with a magnetically levitated spinning top. Both levitations with spinning top and with HTS are discussed from Earnshaw's theorem. Horizontal stability of the spinning top is evaluate from eddy current analysis, and that of HTS is evaluate from pinning of fluxoid. Both critical state model and frozen field mode are applied to the analysis of the HTS, and they are useful for the evaluation.
    (2)Improvement on Stability in Superconducting Wire and Control Method for Superconducting Levitation System : A hybrid conductor consisting of both low and high temperature superconductors was proposed. A simukation model on the transient stabilities in the conductor was developed and the stabilized current was analyzed and shown to be fairly increased by adding a high temperature superconductor to a low temperature one. An active control method suppressing a vibration in the magnetically levitated body due to some transient perturbation was also proposed and was shown to be effective for suppressing a vibration.
    (3)Superconducting Fault Current Limiter : A magnetic shield type superconducting fault current limiter(named MSFCL) with active trigger coil was proposed. The current limiting performances were analyzed and shown to be considerably improved by its method. The MSFCL's with the magnetic shielding bodies composed with Bi2223 bulk, YBCO thin film, Nb3Sn wire etc. were also developed. Their current limiting characteristics, superconducting recovery ones and so on were investigated and a data base for designing a MSFCL was developed. The concepts of "multifunction" and / or "maintenance free" for the MSFCL was also proposed and the one with such a concept was shown.
    (4)Energy Storage System : The energy storage systems are considered to be a dispensable technology for future power systems because of their fast response and flexibility. Several new types of energy storage systems are researched and developed in many institutes. Considering that small-scale energy storage systems will be installed dispersively in power system, this study investigates the characteristics of voltage and reactive power control using dispersed energy storage systems. Further, this study discusses several characteristics of dispersed energy storage systems considering real and reactive power control during a day.
    (5)System Control : A new method is developed on simultaneous design of a control system and a controlled object utilizing an asymptotic characteristics of optimal control systems. The optimal control system approaches the decoupled control system in asymptotic situation. In the design of the decoupled control system, the time constant between the reference signal and the controlled variable is independent on the selection of the parameters of the controlled object. The characteristics are helpful for simplifying the procedure and reducing trial and error in the simultaneous design because the parameters of the controlled object can be compared by only the magnitude of the control input while the response speed is fixed. Further, the method is applied to the vector control system for an induction motor drive where the preview information of the reference signal and/or disturbance can be utilized to improve the control system performance.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for international Scientific Research, HOKKAIDO UNIVERSITY, Coinvestigator not use grants, Competitive research funding, 08045028
  • Research on a Novel Framework of the Fuzzy DP and its Application to Power System Planning
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
    1996 - 1997
    KITA Hiroyuki, TANAKA Eiichi, HASEGAWA Jun
    As a method for solving multistage decision making problems in power system planning, the Dynamic Programming (DP) algorithm has been used. Here, in the time sequential decision making process such as the optimal future planning problem, uncertainty factors are necessarily included in the problem itself.
    In this research, the authors developed a novel framework of the fuzzy DP where the optimal pass can be deterimined by judging the superiority between the membership functions. This framework is based on the characteristics that objective function itself can be obtained as a fuzzy number by the direct consideration of uncertain data. In this novel framework the optimal solution obtained has a width which will be appeared necessarily as a result of data uncertainties. In other words, the optimal solution is determined as a set. Any decision making which belongs to this set are equal under the fuzzy environment.
    Further, in this research, the authors investigated characteristics and effectiveness of the developed fuzzy DP algorithm by applying it to the hydro-thermal scheduling problem and the generation planning problem which are typical planning problems in the power systems. In the hydro-thermal scheduling problem, the natural inflow to reservoirs and the power demand are given as fuzzy numbers. As a result, the authors could obtain the optimal operation of reservoir as the solution with a band. In the generation planning problem, the authors developed a method for obtaining the future optimal mix of generators as the solution with a band by defining the future costs (fixed cost and variable cost) as fuzzy numbers. Also, the developed method was extended so that the system planner can cope with any senario on the increase of power demand flexibly by setting the uncertainty of the demand as several scenarios. Further, the authors developed a method for determining the optimal generation expansion planning considering the time-lag from a determination of introduction to a start of the operation.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), HOKKAIDO UNIVERSITY, Principal investigator, Competitive research funding, 08650324
  • Research on Synchronous Generator Control based on Nonlinear Digital Control Theory
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
    1996 - 1997
    HASEGAWA Jun, TOYAMA Atsushi, TANAKA Eiichi, KITA Hiroyuki
    Improving the performance of generator control system is very significant for power system stability. In the application of the optimal control theory to generator control, controllers are generally designed for a model linearized at a certain operating point. Although these controllers are effective near the designed operating point, they may not necessarily be effective when the operating conditions change considerably.
    In this research, a nonlinear digital control method of synchronous generators in a power system is investigated. This method considers nonlinear dynamics of the controlled object by applying the concept of digital acceleration control. The feedback gain changes in accordance with the generator state variables, based on a nonlinear control rule. By using this control rule, the proposed method is independent of the operating point. The research results are summarized as follows :
    1.A formulation for the nonlinear digital control of synchronous generators based on the concept of digital acceleration control and an algorithm for the design of controller have been developed.
    2.The performance of the controller was investigated by using model systems, especially the influences of simplifying the model, parameter change, the movement of operating point, and limiters.
    3.We must give a lot of care to the sampling period in the proposed method because of the assumption on modeling. An appropriate sampling period was obtained by simulation.
    4.It was confirmed that the proposed method could be applied to rotating speed control of generator instead of the output control. Performance of the method is the same as that of the optimal regulator.
    5.According to the investigation into the influence of measurement noises, that on rotating speed is the worst. The low-pass filter is effective in the other measurement noises.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), HOKKAIDO UNIVERSITY, Coinvestigator not use grants, Competitive research funding, 08455125
  • セキュリティ監視制御システムにおける想定事故選択に関する研究
    科学研究費助成事業 奨励研究(A)
    1994 - 1994
    北 裕幸
    1.ある想定事故(j)の過酷さの度合(セキュリティ)を定量的に評価できる以下の指標を開発した。
    SI_j=Σ^^__(y_-y_i^+y_i^-)^<2n>但しy_:j番目の事故におけるi番目の監視対象変数、n:整数(≧1)NY:監視対象変数の数、y_i^+=(y_+y_)/2、y_i^-=(y_-y_)/2上式の括弧内は、yが制限値を超えているときのみ1以上となるため、違反した変数は指標の値に大きな影響を及ぼす。また、制限値に近い変数が多数存在する場合にも指標は大きな値を示す。厳密潮流計算に基づき試算した結果、実際に逸脱を引き起こす事故は、指標の大きさの順位で上位にあり、その有効性が裏付けられた。
    2.20〜30分毎に実施される基準状態の計算では、指標の値と状態変化(Δu)に対する指標の感度(dSI_j/du)を高速に計算する必要があり、具体的な計算手法を開発すると共に、モデル系統を用いてその有効性を確認した。
    (1)指標の計算:高速分離潮流計算法で用いられるPQ分離増分回路に、事故を模擬するための電流源を注入することで、事故前のアドミタンス行列をそのまま用いて事故後の被制御変数(y)を解析する手法を開発した。
    (2)感度の計算:上記の増分回路と線形回路理論の相反定理を用いて、指定変数に対する指標の感度を高速に算定する手法を開発した。この手法では、各指定変数に対する感度を1度の計算で求めることができる。
    3.状態変化に伴う指標は、次式に従って近似的に求められるという考えに基づき試算を行った。
    SI_j(u_0+Δu)≒SI_j(u_0)+dSI_j/du・Δu
    感度に基づいて得られた変化後の指標(上式の右辺)は、厳密な指標(上式の左辺)と比べ順位に多少の相違はあるものの、逸脱を引き起こす事故が確実に選択され得るという点で有効であることが確認された。
    日本学術振興会, 奨励研究(A), 北海道大学, Principal investigator, Competitive research funding, 06750271
  • Power Systems under a Deregulated Environment　　　　　　　　　　　　　　　
    1994
    Competitive research funding
  • 電力系統における分散配置多目的SMESの評価
    科学研究費助成事業 重点領域研究
    1992 - 1992
    長谷川 淳, 西谷 健一, 北 裕幸, 田中 英一
    本研究においては、中小容量の超伝導エネルギー貯蔵システム(SMES)を電力系統内に分散して配置し、それらに主要な系統制御機能の一翼を担わせるような構成形態および運用形態を、将来の電力系統の有り得る一つの姿として想定して、その場合にSMESが果たし得る役割を明確化し、発揮できる性能、必要とされる仕様、経済性等を明らかにすることを目的としてきた。今年度得られた研究成果は、以下のとおりである。
    1.検討すべき多目的SMESの用途としては、有効電力に関する基本的機能として負荷平準化と負荷周波数制御が、また無効電力に関しては電圧安定化制御が特に重要であると考えて、詳細な分析を行うこととした。
    2.多目的SMESによる負荷周波数制御機能に関しては、SMES-発電機間の役割分担の実現により発電機の負担の大幅な軽減が可能であることを明らかにした。その際のSMESの制御方式として、負荷変動に対するPID制御と貯蔵エネルギー量偏差に対するPI制御の併用が有効であること、SMESの貯蔵容量や変換器容量と制御の仕上がりとの関係などに関しても、シミュレーションにより明らかにすることができた。
    3.上記の負荷周波数制御系に基づいた負荷平準化機能についても検討を行った。具体的には、SMESの貯蔵エネルギー量を基準レベルに戻すための制御ループを開放することで負荷平準化が実現可能であることを確認したうえで、負荷周波数制御モードと負荷平準化モードの切替運用方策について検討を加え、両モード間の切替時の応答特性の評価を行った。また、切替時の注意点についても明らかにした。
    4.多目的SMESによる電圧安定化制御に関しては、従来の変圧器タップや調相設備による制御との比較検討を行った結果、SMESでは連続かつ高速な制御が可能なことから大幅な改善が期待できることが確認された。
    日本学術振興会, 重点領域研究, 北海道大学, Coinvestigator not use grants, Competitive research funding, 04203202
  • 電力系統における超電導エネルギ-貯蔵システムの総合評価および導入計画に関する研究
    科学研究費助成事業 重点領域研究
    1989 - 1989
    長谷川 淳, 北 裕幸, 田中 英一, 西谷 健一
    本研究に最終目的は、超電導エネルギ-貯蔵システム(SMES)の電力系統における実用化の可能性を検証することにあり、そのため本年度は以下のような研究項目についてそれぞれ研究成果を得ることができた。
    1.電源のベストミックスを考慮したSMES経済性評価
    動的計画法に基づく解析手法により、(1)負荷変動のパタ-ン、(2)ベ-ス電源とピ-ク電源の燃料費の比率、(3)SMESの効率、(4)SMESの運転停止率などの各種のパラメ-タがSMESの経済性に与える影響について評価した。その際、電力貯蔵システムの評価のためには、負荷変動パタ-ンを特徴づけるために新しい導入した「KWh運用率」が、従来用いられている「負荷率」よりも優れた指標であることを明らかにした。
    2.SMESの負荷変動補償効果の解析
    SMESを電力系統の負荷変動補償に用いた場合の効果、適正規模(必要なKW容量およびKWh容量)などについて解析を行った。その結果、(1)比較的周期の短い負荷変動はSMESが、周期の長いものは発電機が受け持つという役割分担が負荷変動補償に対して極めて効果的であること、(2)SMESの導入により制御系が全体としてロバスト化できること、(3)この目的でのSMESの所要KW容量およびKWh容量は、それぞれ、系統容量が10GWの場合、約300MW程度、約500KWh程度であること、などが明らかにされた。
    3.発電機の出力変化率制約を考慮した電力貯蔵システムの最適運用方策決定手法の開発
    原問題を発電機2台と貯蔵システムとからなる部分問題に分割し、この部分問題を繰り返し解くことによって最適運用方策を決定する新しい手法を開発した。この部分問題は3次元DP法を適用して解かれる。
    日本学術振興会, 重点領域研究, 北海道大学, Coinvestigator not use grants, Competitive research funding, 01603503

Industrial Property Rights

  • 太陽光発電システムを有した配電系統における負荷量推定装置および負荷量推定方法　　　　　　　　　　　　　　　
    Patent right, 北 裕幸
    特願2014-195952, 26 Sep. 2014
    特許6376923
    03 Aug. 2018

syllabus

  • 電力システム特論, 2024年, 修士課程, 情報科学院
  • 電力システム特論, 2024年, 博士後期課程, 情報科学研究科
  • 電力システム特論, 2024年, 博士後期課程, 情報科学院
  • システムマネジメント, 2024年, 学士課程, 工学部
  • 応用電気回路, 2024年, 学士課程, 工学部
  • 電気エネルギーシステム工学, 2024年, 学士課程, 工学部
  • 電気制御システム演習Ⅰ, 2024年, 学士課程, 工学部
  • 情報エレクトロニクス概論, 2024年, 学士課程, 工学部
  • 電気法規及び施設管理, 2024年, 学士課程, 工学部