JP2008271673A - 発電計画策定装置および発電計画策定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発電機群からなる発電機系列に対して、経済性指標に基づいて、発電機系列内の所属発電機の運転台数を決定することができる発電計画策定装置および発電計画策定方法を得ること。
【解決手段】発電機出力策定部４により、燃料単価等の経済性指標に基づき、発電機系列の出力を決定した後、記憶装置１のデータテーブルに保持された所属発電機運転台数とそれに対応する出力上下限値との関係を用いて、発電機系列内の発電機の運転台数を単位時間ごとに決定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、中央給電指令所等の給電運用・制御システム内に実装される発電計画策定装置および発電計画策定方法に関するものである。

従来、複数の多軸型コンバインドサイクル発電機からなる発電機系列等、発電機群からなる発電機系列の出力を決定する場合に、実際には発電機系列は複数の蒸気タービン発電機およびガスタービン発電機等から構成されているにもかかわらず、燃料単価、および変化速度等の発電設備固有のデータは、発電機系列単位で管理され、１つの発電機系列の出力を決定する際に１台の発電機として扱われている。

また、特許文献１では、発電運転管理システムにおいて、複数の発電機を１箇所で運転監視する総括運転管理装置を設け、この総括運転管理装置内に発電計画部を設けている。発電計画部は、管内の各発電機に対して、発電コストが最小となる出力値の決定および異常発生時の停止許容計画の立案等を実施する。

特開平１１−２９９０９９号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば以下に示すような問題点があった。発電機系列の出力を決定する場合には、発電設備固有のデータは発電機系列単位で管理され、１つの発電機系列は１台の発電機として扱われる。このため、従来、１つの発電機系列の出力上下限値制約に反映させることで、予め決定された作業停止計画に従い、発電機系列に所属する発電機群の運転台数を決定することはできたが、燃料単価等の経済性指標に基づき運転台数を決定してはいなかった。

また、中央給電指令所等から発電機系列単位での発電指令を受けた火力発電所は、発電機系列単位の出力をもとに所属発電機群の運転台数を決定し、発電機系列単位の出力を起動発電機数で按分することにより各所属発電機の出力を決定する必要があった。しかしながら、運転台数は経済性指標に基づいて決定されてはいなかった。

また、特許文献１においても、経済性指標に基づき管内発電機の運転台数を決定することは行っていなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発電機群からなる発電機系列に対して、経済性指標に基づいて、発電機系列内の所属発電機の運転台数を決定することができる発電計画策定装置および発電計画策定方法を得ることを目的とする。

本発明にかかる発電計画策定装置は、 複数の発電機からなる発電機系列が１または複数個と、発電機系列以外の他の発電機が１または複数個混在する場合に、前記発電機系列および前記他の発電機の出力を決定すると共に、前記発電機系列に所属する所属発電機の運転台数を決定することにより発電計画を行う発電計画策定装置であって、前記発電機系列の所属発電機の運転台数と、それに対応する当該発電機系列の出力上下限値の組とが、前記所属発電機の運転台数毎に複数記述されたデータベースと、経済性指標となるデータと、前記発電機系列および前記他の発電機の出力上下限値に対する制約を与える出力上下限値制約データと、を少なくとも含む、発電設備に依存して決まる発電設備固有データが格納された発電設備固有データ記憶部と、前記発電設備固有データに基づいて、前記発電機系列に対しては発電機系列単位で、前記他の発電機に対しては発電機単位で、それぞれ、時系列に出力を決定する発電機出力策定部と、この発電機出力策定部により決定された前記発電機系列に対する発電機系列単位出力と、前記データベースの内容とに基づいて、前記発電機系列単位出力が前記データベースに記述された複数の出力上下限値の組により規定される範囲のいずれに属するかを判別することにより、時系列に前記発電機系列の所属発電機運転台数および出力上下限値を算出する発電機系列単位出力解析部と、この発電機系列単位出力解析部により算出された所属発電機運転台数が、所定の時間間隔に対して、所定の回数より多く増減を繰り返す場合には、その増減が繰り返される期間における運転台数を増やす方向に補正することで、前記所属発電機運転台数の平滑化を行う所属発電機運転台数平滑化部と、を備え、前記発電機系列単位出力解析部は、前記所属発電機運転台数平滑化部から出力される所属発電機運転台数と前記データベースの内容とに基づいて、運転台数の平滑化がなされている場合には前記発電機系列単位出力解析部により算出された出力上下限値を補正し、さらに、この出力上下限値を出力上下限制約データとして前記発電設備固有データ記憶部に格納し、前記発電機出力策定部は、再度、前記発電設備固有データに基づいて、前記発電機系列と前記他の発電機とに対して、時系列に出力を決定することを特徴とする。

この発明によれば、燃料単価等の経済性指標に基づき、発電機系列の出力を決定すると共に、発電機系列に所属する発電機の運転台数を決定することができる。このため、発電機系列と単一の発電機である他の発電機とが混在した複数発電機システムに対する需給運用計画策定時に、経済性指標に基づいて、まず、発電機系列と他の発電機とに対して、起動停止および出力配分計画を策定した後、発電機系列に所属する発電機の運転台数を決定することができる。

以下に、本発明にかかる発電計画策定装置および発電計画策定方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態にかかる発電計画策定装置の構成を示す図である。図１に示すように、本実施の形態は、３つの記憶装置１〜３と、発電機出力策定部４と、所属発電機運転台数平滑部５と、表示画面を備えた入出力装置６と、発電機系列単位出力解析部７と、を備えている。

本実施の形態は、例えば、発電機群（すなわち、複数の発電機）からなる発電機系列が１または複数存在し、さらに、発電機系列以外の単一の発電機からなる他の発電機（以下、その他発電機という。）が１または複数存在する複数発電機システム、に対する需要運用計画策定等の発電計画策定に適用される。発電機系列は、例えば、複数の多軸型コンバインド発電機からなる。

記憶装置１はデータベースであり、発電機系列に所属する発電機の運転台数（以下、所属発電機運転台数という。）とそれに対応する発電機系列の出力上下限値とが、所属発電機運転台数毎に複数記述されたデータテーブルとして保持されている。すなわち、出力上下限値により規定される出力範囲と、発電機系列の出力が当該出力範囲内にある場合の所属発電機運転台数とを対応づけている。このデータテーブルの内容は、入出力装置６を介して、入力および更新される。

記憶装置２は、燃料単価、燃料消費量制約、変化速度制約、および出力上下限制約等の発電設備に依存して決まる、発電設備に固有の発電設備固有データを保持し、例えば、燃料単価は、発電計画策定における経済性指標を与える。発電設備固有データは、発電機群からなる発電機系列に対しては、発電機系列単位にデータが保持され、また、発電機系列以外の単一の発電機であるその他発電機に対しては、発電機単位にデータが保持される。出力上下限制制約は、後述するように、発電機系列およびその他発電機の出力に対する上下限値についての制約を与える。

次に、本実施の形態の動作、すなわち、本実施の形態にかかる発電計画策定方法について、図１〜図４を参照して説明する。図２は、発電機出力策定部４により決定される発電機系列単位およびその他発電機単位の出力の例を示す図、図３は、記憶装置１のデータテーブルを参照して、単位時間毎の所属発電機運転台数と出力上下限値を決定した例を示す図、図４は、短時間に所属発電機運転台数が増減を繰り返す場合の所属発電機運転台数の平滑化の例を示す図である。

図１に示すように、発電機出力策定部４は、記憶装置２に格納された発電設備固有データを入力とし（Ｓ１）、１または複数の発電系列と、１または複数のその他発電機とに対して、例えば、図２に示すように、時系列に単位時間毎の出力を決定し、その出力結果を記憶装置２に格納する（Ｓ２）。発電機出力策定部４による出力結果は、発電機系列およびその他発電機に応じて、それぞれ発電機系列単位およびその他発電機単位で与えられ、記憶装置２では、「発電機系列単位出力」および「その他発電機出力」として記載されている。また、図２では、例えば１つの発電機系列と３つのその他発電機とに対して、それぞれ、時系列で単位時間ごとの出力が与えられている様子を示している。上述のように、発電設備固有データには経済性指標となる燃料単価等のデータが含まれており、発電機出力策定部４は、例えば等ラムダ法等の最適化手法を用いて、出力上下限制約等の拘束条件化で、コストを最小にするような出力配分を決定し、「発電機系列単位出力」および「その他発電機出力」として出力する。なお、発電設備固有データに含まれる出力上下限制約は、この段階では、予め与えられた初期設定値である。

次に、発電機系列単位出力解析部７は、記憶装置２に出力された発電機系列単位出力に対して、記憶装置１に保持されたデータテーブル（所属発電機運転台数、出力上下限値）を参照することにより（Ｓ３）、例えば、図３に示すように、単位時間毎の所属発電機運転台数と出力上下限値を決定し、これらの解析結果を記憶装置１に格納する。図３では、データテーブルに保持された出力上下限値データから決まる３つの出力範囲Ａ、Ｂ、およびＣと、時系列に与えられた発電機系列の出力とを比較することにより、単位時刻毎の所属発電機運転台数を決定している。例えば、時刻「４」では、発電機系列の出力値は略２００であるため、出力範囲Ｃに属しており、出力範囲Ｃに対応する所属発電機運転台数は１台とデータテーブルに規定されているため、所属発電機運転台数を１台と決定する。また、時刻「４」における出力上下限値は、出力範囲Ｃの上限値および下限値より決まる。他の時刻においても同様に決定される。続いて、発電機系列単位出力解析部７は、各発電機系列に対して決定された単位時間毎の所属発電機運転台数を、記憶装置３に保存する（Ｓ４）。

所属発電機運転台数平滑化部５は、記憶装置３に保存された前記所属発電機運転台数を入力とし（Ｓ５）、運転台数平滑化を検討する。発電機出力策定部４が決定し、記憶装置２に出力された発電機系列単位出力（図２参照）が、短時間に運転台数の増減を繰り返す場合には、所属発電機運転台数平滑化部５によって所属発電機運転台数の補正を実施する。このとき、所属発電機運転台数平滑化部５では、短時間に運転台数の増減が繰り返された場合に、前後時間の運転台数を参照して、運転台数を増やす方向に補正する。例えば、図４においては、運転台数は、時刻「１９」では３台、時刻「２０」では２台、時刻「２１」では３台、と短時間に増減を繰り返している。したがって、所属発電機運転台数平滑化部５は、時刻「２０」における運転台数を３台にして、時刻「１９」〜「２１」における運転台数を平滑化する。これにより、短時間に発電機の運転・停止を繰り返す必要がなくなる。また、運転台数の補正の方向は、各所属運転発電機への配分負荷を減らす観点から、運転台数を増やす方向にとることが好ましい。運転台数の平滑化を行うか否かの判断は、例えば、予め設定された所定の時間間隔において、予め設定された所定の回数、運転台数の増減を繰り返したか否かを調べることにより実施される。図１に示すように、所属発電機運転台数平滑化部５は、補正した所属発電機運転台数を記憶装置３に出力する（Ｓ６）。また、運転台数平滑化が不要である場合には、所属発電機運転台数平滑化部５は、記憶装置３から入力された所属発電機運転台数を処理せずに、記憶装置３に出力する（Ｓ６）。

次に、発電機系列単位出力解析部７は、記憶装置３に出力された所属発電機運転台数平滑化結果と、記憶装置１のデータテーブルを参照し（Ｓ７）、平滑化に応じて記憶装置１に保存されている出力上下限値を補正する。すなわち、データテーブルを参照し、補正がなされた時刻における運転台数に対応する出力上下限値へ補正を行う。続いて、発電機系列単位出力解析部７は、補正された単位時間毎の出力上下限値を、発電機系列の出力上下限制約として記憶装置２に出力する（Ｓ８）。このように、記憶装置２に初期設定されていた出力上下限制約は、発電機出力策定部４による出力を反映して更新される。

次に、発電機出力策定部４は、記憶装置２に保存された発電機系列の出力上下限制約を含む発電設備固有データを入力とし、発電機系列とその他発電機とに対して、再度、時系列に単位時間毎の出力を決定し、記憶装置２に出力する（Ｓ２）。このとき、例えば等ラムダ法を用いて出力の決定を行うが、前述のように出力上下限制約は更新されているため、より制限されたパラメータ空間にて最適化を図ることができる。

続いて、記憶装置２に保存された発電機系列単位出力および記憶装置３に保存された所属発電機運転台数平滑化結果は、複数発電機群からなる発電機系列に対して出力され（Ｓ９，Ｓ１０）、記憶装置２に保存されたその他発電機出力は、単一の発電機であるその他発電機に対して出力される（Ｓ１０）。

本実施の形態によれば、燃料単価等の経済性指標に基づき、各発電機系列の出力および各その他発電機の出力を決定すると共に、各発電機系列の所属発電機運転台数を決定することができる。このため、発電機系列とその他発電機とが混在した複数発電機システムに対する需給運用計画策定時に、経済性指標に基づいて、まず、発電機系列とその他発電機とに対して、起動停止および出力配分計画を策定した後、発電機系列に所属発電機運転台数を決定することができる。

なお、本実施の形態においては、例えば３つの記憶装置を利用したが、これに限定されず、同様の機能を実現すれば、例えば単一の記憶装置から構成してもよい。また、本実施の形態では、発電機系列とその他発電機とが混在する場合について説明したが、複数の発電機系列のみが存在する場合についても同様に適用することができる。

実施の形態２．
図５は、本実施の形態にかかる発電計画策定装置の構成を示す図である。本実施の形態は、実施の形態１の構成において、発電設備固有データを発電所より取得する機能を有する。

図５に示すように、本実施の形態では、発電所に設けられた「複数発電機群からなる発電機系列」および「その他発電機」より、燃料単価、変化速度等を含む発電設備固有データを取得し、記憶装置２に保持する。また、発電機系列は、発電機系列単位にデータを保持するものとし、その他発電機は、発電機単位にデータを保持する。また、発電設備固有データを、例えば、本発電計画策定装置の起動時に発電所から取得し更新を行うものであってもよいし、定期的に取得することにより更新を行うものであってもよい。

本実施の形態においては、実施の形態１と同様の方法により、発電機系列の出力および所属発電機運転台数、ならびにその他発電機の出力を決定し、所属発電機運転台数および各出力を発電所に対して出力する。なお、本実施の形態のその他の構成、動作、および効果は、実施の形態１と同様である。そのため、図５では、図１と同一の構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

以上のように、本発明にかかる発電計画策定装置は、複数の発電所を総括して運転管理し発電計画を策定するのに適している。

実施の形態１にかかる発電計画策定装置の構成を示す図である。 実施の形態１において、発電機出力策定部により決定された発電機系列単位およびその他発電機単位の出力の例を示す図である。 実施の形態１において、記憶装置のデータテーブルを参照して、単位時間毎の所属発電機運転台数と出力上下限値を決定した例を示す図である。 実施の形態１において、短時間に所属発電機運転台数が増減を繰り返す場合の所属発電機運転台数の平滑化の例を示す図である。 実施の形態２にかかる発電計画策定装置の構成を示す図である。

符号の説明

１ 記憶装置（データベース）
２，３ 記憶装置
４ 発電機出力策定部
５ 所属発電機運転台数平滑化部
６ 入出力装置
７ 発電機系列単位出力解析部

Claims (3)

1. 複数の発電機からなる発電機系列が１または複数個と、発電機系列以外の他の発電機が１または複数個混在する場合に、前記発電機系列および前記他の発電機の出力を決定すると共に、前記発電機系列に所属する所属発電機の運転台数を決定することにより発電計画を行う発電計画策定装置であって、
   前記発電機系列の所属発電機の運転台数と、それに対応する当該発電機系列の出力上下限値の組とが、前記所属発電機の運転台数毎に複数記述されたデータベースと、
   経済性指標となるデータと、前記発電機系列および前記他の発電機の出力上下限値に対する制約を与える出力上下限値制約データと、を少なくとも含む、発電設備に依存して決まる発電設備固有データが格納された発電設備固有データ記憶部と、
   前記発電設備固有データに基づいて、前記発電機系列に対しては発電機系列単位で、前記他の発電機に対しては発電機単位で、それぞれ、時系列に出力を決定する発電機出力策定部と、
   この発電機出力策定部により決定された前記発電機系列に対する発電機系列単位出力と、前記データベースの内容とに基づいて、前記発電機系列単位出力が前記データベースに記述された複数の出力上下限値の組により規定される範囲のいずれに属するかを判別することにより、時系列に前記発電機系列の所属発電機運転台数および出力上下限値を算出する発電機系列単位出力解析部と、
   この発電機系列単位出力解析部により算出された所属発電機運転台数が、所定の時間間隔に対して、所定の回数より多く増減を繰り返す場合には、その増減が繰り返される期間における運転台数を増やす方向に補正することで、前記所属発電機運転台数の平滑化を行う所属発電機運転台数平滑化部と、
   を備え、
   前記発電機系列単位出力解析部は、前記所属発電機運転台数平滑化部から出力される所属発電機運転台数と前記データベースの内容とに基づいて、運転台数の平滑化がなされている場合には前記発電機系列単位出力解析部により算出された出力上下限値を補正し、さらに、この出力上下限値を出力上下限制約データとして前記発電設備固有データ記憶部に格納し、前記発電機出力策定部は、再度、前記発電設備固有データに基づいて、前記発電機系列と前記他の発電機とに対して、時系列に出力を決定することを特徴とする発電計画策定装置。
2. 前記発電機系列および前記他の発電機がそれぞれ設けられた発電所から、前記発電設備固有データを取得することにより、前記発電設備固有データの更新を行うことを特徴とする請求項１に記載の発電計画策定装置。
3. 複数の発電機からなる発電機系列が１または複数個と、発電機系列以外の他の発電機が１または複数個混在する場合に、前記発電機系列および前記他の発電機の出力を決定すると共に、前記発電機系列に所属する所属発電機の運転台数を決定することにより発電計画を行う発電計画策定方法であって、
   経済性指標となるデータと前記発電機系列および前記他の発電機の出力上下限値に対する制約を与える出力上下限値制約データとを少なくとも含む発電設備に依存して決まる発電設備固有データに基づいて、発電機出力策定部により、前記発電機系列に対しては発電機系列単位で、前記他の発電機に対しては発電機単位で、それぞれ、時系列に出力を決定するステップと、
   前記発電機系列の所属発電機の運転台数とそれに対応する当該発電機系列の出力上下限値の組とが前記所属発電機の運転台数毎に複数記述されたデータベース、および前記発電機出力策定部により決定された前記発電機系列に対する発電機系列単位出力に基づいて、発電機系列単位出力解析部により、前記発電機系列単位出力が前記データベースに記述された複数の出力上下限値の組により規定される範囲のいずれに属するかを判別することで、時系列に前記発電機系列の所属発電機運転台数および出力上下限値を算出するステップと、
   所属発電機運転台数平滑化部により、前記発電機系列単位出力解析部により算出された所属発電機運転台数が、所定の時間間隔に対して、所定の回数より多く増減を繰り返す場合には、その増減が繰り返される期間における運転台数を増やす方向に補正することで、前記所属発電機運転台数の平滑化を行うステップと、
   前記所属発電機運転台数平滑化部から出力される所属発電機運転台数と前記データベースの内容とに基づいて、前記発電機系列単位出力解析部により、運転台数の平滑化がされている場合には前記発電機系列単位出力解析部により算出された出力上下限値を補正し、さらに、この出力上下限値を出力上下限制約データとして前記発電設備固有データ記憶部に格納するステップと、
   前記発電機出力策定部により、再度、前記発電設備固有データに基づいて、前記発電機系列と前記他の発電機とに対して、時系列に出力を決定するステップと、
   を含むことを特徴とする発電計画策定方法。

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