JP2008099431A - 情報処理方法及び情報処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過制御を防ぐための対策の立案を支援する情報処理方法を提供する。
【解決手段】電力系統における負荷周波数制御を模擬する情報処理方法であって、ＣＰＵ１１及びメモリ１２を有する情報処理装置１０が、入力される現在の地域要求量ＡＲに基づき負荷周波数制御の制御量であるＬＦＣ制御量を求め、ＬＦＣ制御量を、電力系統を構成している各発電機に配分することにより各発電機に対する指令値を生成し、各発電機から出力される電力の総和である発電機出力を求め、現在の地域要求量ＡＲを、ＬＦＣ制御量を求める際の入力としてフィードバックし、前記ＬＦＣ制御量の前記配分の条件を変化させた場合における、地域要求量ＡＲの変化量と発電機出力の変化量の累積値との関係を求めるようにする。また地域要求量ＡＲと、変化量累積値と、求めた耐用期間との対応を出力するようにする。
【選択図】図３Ｂ

Description

本発明は、電力系統における負荷周波数制御を模擬する技術に関し、発電機の過制御を防ぐための対策の立案を支援する情報処理方法及び情報処理装置に関する。

近年の電力自由化に伴い、電力関係各社においては電力品質の維持が課題となっている。ここで電力品質を決定する要素の一つとしては、電力系統内の周波数を観測して電力系統内の発電量にフィードバックさせる負荷周波数制御（ＬＦＣ：Load Frequency Control）がある。負荷周波数制御では、数分から数十分の変動周期の負荷に対して、現在の発電機の出力に電力系統の需給差を表わす地域要求量ＡＲ（Area Requirement）を上乗せした指令値を発電機に送出することで、需給バランスをとるようにしている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００１−８６６４９号公報 特開昭６０−１６８９１４号公報

ところで、負荷周波数制御についての上記指令値が頻繁に送出されると、発電機はいわゆる過制御となり、発電機やその周辺装置の構成要素の消耗が促進され、耐用期間が短縮してしまうこととなる。具体的には、例えば、水力発電機の構成要素であるガイドベーンの軸受は、所定の耐用期間を有し、摩耗が進むと交換が必要になるが（例えば、特許文献２を参照）、上記指令値によって発電機の過制御が頻発すると、点検や交換のための作業負担や費用負担が増大することとなる。

ここでこのような過制御を防ぐには、例えば、発電機に送出する上記指令値を緩慢にすることが考えられる。しかしこの場合、指令値の変化が地域要求量ＡＲに影響を与えないようにする必要があり、過制御に対して対策を講じる場合は電力系統全体に与える影響を調べる必要がある。

本発明はこのような背景に鑑みてなされたもので、過制御を防ぐための対策の立案を支援する電力系統における負荷周波数制御を模擬する情報処理方法及び情報処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、電力系統における負荷周波数制御を模擬する情報処理方法であって、ＣＰＵ及びメモリを有する情報処理装置が、入力される現在の地域要求量ＡＲに基づき負荷周波数制御の制御量であるＬＦＣ制御量を求めるステップと、前記ＬＦＣ制御量を、電力系統を構成している各発電機に配分することにより前記各発電機に対する指令値を生成するステップと、前記各発電機から出力される電力の総和である発電機出力を求めるステップと、前記現在の地域要求量ＡＲを、前記ＬＦＣ制御量を求めるステップにおける入力としてフィードバックするステップと、前記ＬＦＣ制御量の前記配分の条件を変化させた場合における、前記地域要求量ＡＲの変化量と前記発電機出力の変化量の累積値との関係を求めるステップと、を含むこととする。

本発明によれば、負荷周波数制御が行われる電力系統において、地域要求量ＡＲに基づいて生成されるＬＦＣ制御量の各発電機の配分条件を変化させた場合における、地域要求量ＡＲの変化量と発電機出力の変化量の累積値との関係を知ることができる。このため、発電機出力の変化量の累積値の変化が地域要求量ＡＲに及ぼす影響を知ることができ、過制御を防ぐための対策の立案に有用な情報を提供することができる。

なお、地域要求量ＡＲの変化量は、例えば、上記配分条件を変化させない場合の地域要求量ＡＲに対する増加量として求めることとする。また上記配分条件は、例えば、各発電機の変化速度についての制約や、各発電機に対して前記ＬＦＣ制御量の再配分を許すかどうか等である。またＬＦＣ制御量を求めるステップは、例えば、入力される現在の地域要求量ＡＲから極短周期成分を除去するステップと、地域要求量ＡＲから微動成分を除去するステップと、地域要求量ＡＲに対してＰＩＤ演算を行うステップを含む。また発電機出力を求めるステップは、例えば入力される指令値に各発電機の出力の上下限に関する制約を模擬するステップと、入力される指令値に各発電機の変化率に関する制約を模擬するステップと、入力される指令値に一次遅れ処理を実施するステップとを含む。

また本発明の他の主たる発明は、情報処理装置が、変化量累積値と、発電機の構成要素の消耗量との関係を出力するステップと、変化量累積値と消耗量との関係に基づき、構成要素の耐用期間を求めるステップと、地域要求量ＡＲと、変化量累積値と、求めた耐用期間との対応を記憶するステップとをさらに含むこととする。

なお、発電機の構成要素は、例えば、水力発電に用いられるガイドベーンであり、消耗量は前記ガイドベーンの摩耗量である。

このように、本発明によれば、配分の条件を変化させた場合における変化量累積値と、ガイドベーンなどの発電機の構成要素の耐用年数の関係を容易に知ることができる。

また本発明の他の主たる発明は、電力系統における負荷周波数制御を模擬する情報処理装置であって、ＣＰＵ及びメモリを有し、入力される現在の地域要求量ＡＲに基づき負荷周波数制御の制御量であるＬＦＣ制御量を求める手段と、前記ＬＦＣ制御量を、電力系統を構成している各発電機に配分することにより前記各発電機に対する指令値を生成する手段と、前記各発電機から出力される電力の総和である発電機出力を求める手段と、前記現在の地域要求量ＡＲを、前記ＬＦＣ制御量を求めるステップにおける入力としてフィードバックする手段と、前記ＬＦＣ制御量の前記配分の条件を変化させた場合における、前記地域要求量ＡＲの変化量と前記発電機出力の変化量の累積値との関係を求める手段とを含むこととする。

本発明の情報処理方法及び情報処理装置によれば、負荷周波数制御による発電機の過制御を防ぐための対策の立案を支援することができる。

以下、本発明の一実施形態につき詳細に説明する。図１に、本発明の一実施形態として説明する、電力系統における負荷周波数制御のシミュレーション（模擬）を行う情報処理装置１０のハードウエア構成を示している。

同図に示す情報処理装置１０は、例えば、パーソナルコンピュータやワークステーション、メインフレーム等のコンピュータである。同図に示すように、情報処理装置１０は、ＣＰＵ１１、ＲＡＭ・ＲＯＭ等のメモリ１２、ハードディスク１３、キーボードやマウス等の入力装置１４、液晶ディスプレイ等の表示装置１５、ＬＡＮ（Local Area Network）等の通信ネットワークへの接続を行う通信インタフェース１６を備えている。

図２に、情報処理装置１０によって提供される上記シミュレーションに関する機能を示す。なお、同図に示す各機能は、情報処理装置１０を構成しているハードウエアの機能によって、もしくは、ＣＰＵ１１がメモリ１２やハードディスク１３に記憶されているプログラムを実行することによって実現される。

図２において、自動給電システム２１は、電力会社の中央給電司令所等において動作する電力系統の維持管理を行うシステムを模擬する。自動給電システム２１には、後述する加算部２５からフィードバックされる地域要求量ＡＲが入力される。自動給電システム２１は、入力される地域要求量ＡＲに応じて、後述する発電機ブロック２２に送出する発電機出力制御のための指令値を生成する。
なお、本実施形態では、地域要求量ＡＲを、負荷周波数制御の対象となる発電機出力と、負荷周波数制御の対象となる発電機の負荷（実測による負荷周波数制御の対象となる発電機出力と実測による地域要求量ＡＲの和）との差としている。

図３Ａに自動給電システム２１の機能の詳細を示す。フィードバック入力される地域要求量ＡＲは、まず平滑化処理部２１１に入力され、ここで極短周期成分が除去される。また次の不感帯処理部２１２において、地域要求量ＡＲに含まれる微動成分が除去される。次のＰＩＤ演算処理部２１３（PID：Proportional Integral Differential）は、地域要求量ＡＲにＰＩＤ演算処理を施すことによりＬＦＣ制御量を生成する。

配分処理部２１４は、生成されたＬＦＣ制御量を、各発電機に課せられる条件（以下、配分条件と称する。）に応じて各発電機に配分する。ここで上記配分条件には、例えば、各発電機の出力に対する変化速度制約や、再配分を許すかどうか（再配分の有無）といったものがある。指令値生成部２１５は、配分処理部２１４から出力されるＬＦＣ制御量に現在の発電機ブロック２２の出力を加算して各発電機に対する指令値を生成する。

図３Ｂに上記配分処理部２１４の機能の詳細を示す。ＰＩＤ演算処理部２１３から出力されるＬＦＣ制御量は、まず比例配分処理部２１４１によって、各発電機にあらかじめ設定されている配分比に従って配分される。次の変化速度制約処理部２１４２は、各発電機に配分されたＬＦＣ制御量に対して変化速度制約を課す。さらに再配分処理部２１４３は、変化速度制約によって各発電機に割り当てることができなかった分の余剰の電力を、出力に余裕のある他の発電機に再配分する。上下限制約処理部２１４４は、各発電機に配分された各ＬＦＣ制御量に発電機の機械的な運転制約を課す。

図２に示す発電機ブロック２２は、電力系統を構成している各発電機の動作を模擬する。発電機ブロック２２は、自動給電システム２１から出力される制御指令値と、メモリ１２又はハードディスク１３に記憶されている実測指令値２３とに基づいて発電機出力を生成する。図３Ｃに発電機ブロック２２の機能の詳細を示す。同図において、上下限制約処理部２２１は各発電機に課される上下限制約を模擬する。また変化率制約処理部２２２は各発電機に課される出力の変化率に関する制約を模擬する。

図２に示す実測総需要２４は、実測負荷と実測の地域要求量（以下、実測ＡＲと称する
）との和である。なお、実測負荷及び実測ＡＲはメモリ１２又はハードディスク１３に記憶されている。図２に示す加算部２５は、発電機ブロック２２から出力される発電機出力（負値）と、上記実測総需要２４（正値）とを加算して、実測総需要２４と発電機出力との差を算出する。なお、算出された実測総需要２４と発電機出力との差は、自動給電システム２１に対してフィードバック入力される地域要求量ＡＲとなる。

図２の累積値算出ブロック２６は、発電機ブロック２２から出力される発電機出力に基づいて、発電機出力の変化量の累積値（以下、変化量累積値ΔＷtotalと称する。）を生成する。なお、変化量累積値ΔＷtotalは、各発電機が負荷周波数制御の制御対象になっている時間帯におけるサンプリング間隔ごとの出力変化の絶対値を合計することにより求める。例えば、図４に示す例では、時刻ｔ_１〜ｔ_４における変化量累積値ΔＷtotalは、
ΔＷtotal＝｜ΔＷ_１｜＋｜ΔＷ_２｜＋｜ΔＷ_３｜
として求められる。

図２の評価処理部２７は、加算部２５から出力される地域要求量ＡＲと、累積値算出ブロック２６から出力される変化量累積値ΔＷtotalとに基づいて、再配分の条件を変化させた場合の複数のケースについて、再配分の条件を変化させない場合に加算部２５から出力される地域要求量ＡＲ及び変化量累積値ΔＷtotalに対する、加算部２５から出力される地域要求量ＡＲの変化量と、変化量累積値ΔＷtotalの変化量とを求める。表１に上記ケースの例を示す。なお、表１において、各ケースの変化速度制約は、実装模擬の場合の変化速度制約を１００％として示している。

ケース１は、変化速度制約が５０％で再配分処理部２１４３による再配分を許可しない場合（再配分：無）である。またケース２は、変化速度制約が２０％で再配分を許可しない場合（再配分：無）である。またケース３は、変化速度制約が５０％で再配分を許可しない場合（再配分：無）である。
なお、ケース３では、さらに自動給電システム２１から出力される指令値を、ローパスフィルタ(Low Pass Filter）を介して発電機ブロック２２に与えるようにしている（ＬＰＦ：有）。

表２に表１の各ケースについて実施したシミュレーション結果を示す。なお、表２において、地域要求量ＡＲの変化量は、実測模擬の場合の地域要求量ＡＲを１００％とした場合の標準偏差（以下、ＡＲ標準偏差と称する。）で示している。

表２から理解されるように、変化量累積値ΔＷtotalが変化しても（１００％（実測模擬）→５５％（ケース１）→２８％（ケース２）→２５％（ケース３））、ＡＲ標準偏差は殆ど変化しないことがわかる。またケース３の結果から、ローパスフィルタを介して指令値を与えるようにした場合には、変化速度制約が５０％（表１を参照）としても、ＡＲ標準偏差に影響を与えずに変化量累積値ΔＷtotalを２５％に抑えることができることがわかる。

一方、上記ＡＲ標準偏差と変化量累積値ΔＷtotalの関係のほか、評価処理部２７は、メモリ１２又はハードディスク１３に記憶されている、各発電機についての変化量累積値ΔＷtotalと水力発電所の水力発電機の構成要素であるガイドベーンの摩耗量ΔＸとの関係に基づいて、ガイドベーンの耐用年数Ｎを求める。

図５に電力系統を構成しているある発電機についての変化量累積値ΔＷtotalとガイドベーンの摩耗量ΔＸとの関係の一例を示す。同図に示す例では、変化量累積値ΔＷtotalと摩耗量ΔＸの関係は直線的（一次関数的）である。

ここで例えば摩耗量の限界値ΔＸmaxが５ｍｍであり、これに対応する実測模擬の変化量累積値ΔＷtotalが１００ｋＷであり、これに対応する耐用年数Ｎが３年であった場合、耐用年数Ｎが摩耗量限界値ΔＸmaxに反比例するとすれば、ケース１では変化量累積値ΔＷtotalが５５ｋＷ（実測模擬を１００％とすれば５５％）であるので、耐用年数Ｎは３年×（１００／５５）≒５年と求まる。またケース２については変化量累積値ΔＷtotalが２８ｋＷ（実測模擬を１００％とすれば２８％）であるので、この場合の耐用年数Ｎは３年×（１００／２８）≒約１０年と求まる。表２に示すガイドベーン推定寿命は、以上のようにして求められたものである。

なお、情報処理装置１０は、表２の内容を適宜表示装置１５に表示し、情報処理装置１０のユーザに提供する。このため、ユーザは変化量累積値ΔＷtotalの変化に対するＡＲ標準偏差の変化、及びガイドベーンの耐用年数の変化を容易に把握することができ、ユーザはこれを参照して過制御を防ぐための対策の立案に役立てることができる。

ところで、以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

例えば、以上の実施形態では、発電機の構成要素の一例として水力発電機のガイドベーンを取り上げたが、本発明は負荷周波数制御によって摩耗の速度が変化する発電機の構成要素の構成要素について広く適用することができる。また構成要素は、発電機そのものの構成要素に限られず、発電機の周辺装置の構成要素であってもよい。

本発明の一実施形態として説明する情報処理装置１０のハードウエア構成を示す図である。 本発明の一実施形態として説明する情報処理装置１０によって提供される機能を示す図である。 本発明の一実施形態として説明する自動給電システム２１の機能の詳細を示す図である。 本発明の一実施形態として説明する配分処理部２１４の機能の詳細を示す図である。 本発明の一実施形態として説明する発電機ブロック２２の機能の詳細を示す図である。 本発明の一実施形態として説明する変化量累積値ΔＷtotalの算出方法を説明する図である。 本発明の一実施形態として説明する電力系統を構成しているある発電機についての変化量累積値ΔＷtotalとガイドベーンの摩耗量ΔＸとの関係の一例を示す図である。

符号の説明

１０ 情報処理装置
１１ ＣＰＵ
１２ メモリ
１３ ハードディスク
２１ 自動給電システム
２１１ 平滑化処理部
２１２ 不感帯処理部
２１３ ＰＩＤ演算処理部
２１４ 配分処理部
２１４１ 比例配分処理部
２１４２ 変化速度制約処理部
２１４３ 再配分処理部
２１４４ 上下限制約処理部
２１５ 指令値生成部
２２ 発電機ブロック
２２１ 上下限制約処理部
２２２ 変化率制約処理部
２３ 実測指令値
２４ 実測総需要
２５ 加算部
２６ 累積値算出ブロック
２７ 評価処理部

Claims (9)

1. 電力系統における負荷周波数制御を模擬する情報処理方法であって、
   ＣＰＵ及びメモリを有する情報処理装置が、
   入力される現在の地域要求量ＡＲに基づき負荷周波数制御の制御量であるＬＦＣ制御量を求めるステップと、
   前記ＬＦＣ制御量を、電力系統を構成している各発電機に配分することにより前記各発電機に対する指令値を生成するステップと、
   前記各発電機から出力される電力の総和である発電機出力を求めるステップと、
   前記現在の地域要求量ＡＲを、前記ＬＦＣ制御量を求めるステップにおける入力としてフィードバックするステップと、
   前記ＬＦＣ制御量の前記配分の条件を変化させた場合における、前記地域要求量ＡＲの変化量と前記発電機出力の変化量の累積値との関係を求めるステップと、
   を含むこと
   を特徴とする情報処理方法。
2. 請求項１に記載の情報処理方法であって、
   前記地域要求量ＡＲの変化量を、前記配分の条件を変化させない場合の前記地域要求量ＡＲに対する増加量として求めること
   を特徴とする情報処理方法。
3. 請求項１に記載の情報処理方法であって、
   前記配分の条件は、前記各発電機の変化速度についての制約であること
   を特徴とする情報処理方法。
4. 請求項１に記載の情報処理方法であって、
   前記配分の条件は、前記各発電機に対して前記ＬＦＣ制御量の再配分を許すかどうかであること
   を特徴とする情報処理方法。
5. 請求項１に記載の情報処理方法であって、
   前記情報処理装置が、
   前記変化量累積値と、前記発電機の構成要素の消耗量との関係を記憶するステップと、
   前記変化量累積値と前記消耗量との関係に基づき、前記構成要素の耐用期間を求めるステップと、
   前記地域要求量ＡＲと、前記変化量累積値と、求めた前記耐用期間との対応を出力するステップと
   をさらに含むこと
   を特徴とする情報処理方法。
6. 請求項５に記載の情報処理方法であって、
   前記発電機の前記構成要素は、水力発電に用いられるガイドベーンであり、
   前記消耗量は、前記ガイドベーンの摩耗量であること
   を特徴とする情報処理方法。
7. 請求項１に記載の情報処理方法であって、
   前記ＬＦＣ制御量を求めるステップは、
   前記入力される現在の地域要求量ＡＲから極短周期成分を除去するステップと、
   前記地域要求量ＡＲから微動成分を除去するステップと、
   前記地域要求量ＡＲに対してＰＩＤ演算を行うステップと
   を含むこと
   を特徴とする情報処理方法。
8. 請求項１に記載の情報処理方法であって、
   前記発電機出力を求めるステップは、
   入力される前記指令値に前記各発電機の出力の上下限に関する制約を模擬するステップと、
   入力される前記指令値に前記各発電機の変化率に関する制約を模擬するステップと、
   入力される前記指令値に一次遅れ処理を実施するステップと
   を含むこと
   を特徴とする情報処理方法。
9. 電力系統における負荷周波数制御のシミュレーションを行う情報処理装置であって、
   ＣＰＵ及びメモリを有し、
   入力される現在の地域要求量ＡＲに基づき負荷周波数制御の制御量であるＬＦＣ制御量を求める手段と、
   前記ＬＦＣ制御量を、電力系統を構成している各発電機に配分することにより前記各発電機に対する指令値を生成する手段と、
   前記各発電機から出力される電力の総和である発電機出力を求める手段と、
   前記現在の地域要求量ＡＲを、前記ＬＦＣ制御量を求めるステップにおける入力としてフィードバックする手段と、
   前記配分の条件を変化させた場合における、前記地域要求量ＡＲの変化量と前記発電機出力の変化量の累積値との関係を求める手段と、
   を含むこと
   を特徴とする情報処理装置。

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