JP2012095501A

JP2012095501A - 負荷配分装置

Info

Publication number: JP2012095501A
Application number: JP2010242569A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Kaminaga; 正教神永; Kazunobu Morita; 和信森田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2012-05-17

Abstract

【課題】系統に接続された各発電機の燃料消費量および有害物質排出量が最小となるように各発電機に総需要電力を割り当てる。
【解決手段】電力系統に接続された各発電機が分担すべき出力の最適値を演算し、演算した最適値を各発電機に配分する負荷配分装置において、各発電機の出力毎の燃料消費量を、発電機出力の関数として数式化して表す燃料消費量特性数式化部２と、各発電機の出力毎の有害物質排出量を、発電機出力の関数として数式化して表す有害物質排出量特性数式化部４と、前記発電機出力の関数として表された各発電機の燃料消費量および有害物質排出量にそれぞれ重みを付与して加算した総和が最小値となるように各発電機に前記必要発電量を割り当てる負荷配分部６を備え、前記燃料消費量および有害物質排出量を表す関数の何れかは２次関数であり、前記負荷配分部の前記割り当てにしたがって各発電機を運転する。

【選択図】図１

Description

本発明は、負荷配分技術に係り、特に電力系統に接続された複数の発電機に系統負荷を、環境への影響を考慮して割り当てる負荷配分技術に関する。

例えば、特許文献１、２には、発電機の経済負荷配分方法が示されている。この方法は、発電機の負荷−燃料消費特性が、発電機出力の２次関数で表されることを利用し、最も経済的となる個々の発電機出力をラグランジェの未定係数法などを用いて求めるものであり、燃料の増分コストが一定となるように負荷配分を決定するものである。

特開平６−１４４６４号公報特開２００２−６４９３５号公報

前記従来技術は、発電機の出力を変化させるときの増分燃料費が等しくなるように負荷配分を決定する等増分燃料費法であり、この方法によれば、燃料消費量を抑制することは可能である。

近年では、あらゆる分野において環境への配慮が必要とされており、発電機の運転においても、燃料消費量を抑制するとともに有害物質の排出量を抑制することが望まれる。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、系統に接続された各発電機の燃料消費量および有害物質排出量の（例えば費用に換算した）総和が最小となるように各発電機に総需要電力を迅速に割り当てることのできる負荷配分装置を提供するものである。

本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。

入力される必要発電量に対応して、電力系統に接続された各発電機が分担すべき出力の最適値を演算し、演算した最適値を各発電機に配分する負荷配分装置において、各発電機の出力毎の燃料消費量を、発電機出力の関数として数式化して表す燃料消費量特性数式化部と、各発電機の出力毎の有害物質排出量を、発電機出力の関数として数式化して表す有害物質排出量特性数式化部と、前記発電機出力の関数として表された各発電機の燃料消費量および有害物質排出量にそれぞれ重みを付与して加算した総和が最小値となるように各発電機に前記必要発電量を割り当てる負荷配分部を備え、前記燃料消費量および有害物質排出量を表す発電機出力の関数の何れかは２次関数であり、前記負荷配分部の前記割り当てにしたがって各発電機を運転する。

本発明は、以上の構成を備えるため、系統に接続された各発電機に割り当てるべき発電電力を、系統に接続された各発電機の燃料消費量および有害物質排出量の総和が最小となるべく速やかに演算して各発電機に割り当てることができる。

第１の実施形態を説明する図である。第２の実施形態を説明する図である。

以下、実施形態を添付図面を参照しながら説明する。

［実施形態１］
図１は、排出を抑制する対象として考慮する有害物質が１種類である場合における発電機の負荷配分装置を説明する図である。

図１に示すように、負荷配分装置は発電機の燃料消費量特性１を発電機出力の２次関数で近似する燃料消費量特性数式化処理部２、有害物質排出量特性３を発電機出力の２次関数で近似する有害物質排出量特性数式化処理部４、系統が必要とする発電量（必要発電量）が入力される必要発電量入力処理部５、並びに前記数式化処理部２，４の出力である数式と入力処理部５から入力された必要発電量をもとに燃料消費量および有害物質排出量の総和を最も抑制することのできる発電機出力を計算する燃料消費量・排出量削減負荷配分処理部６を備える。

なお、前記燃料消費量特性１は、発電機出力１００％時、７５％時、５０％時等における燃料消費量がサンプリング値として与えられる。また、燃料消費量特性数式化処理部２は与えられた燃料消費量特性１を次のような２次多項式（（１）式）で近似する。

同様に、有害物質排出量特性３は、発電機出力１００％時、７５％時、５０％時等における有害物質排出量がサンプリング値として与えられる。また、有害物質排出量特性数式化処理部４は与えられた有害物質排出量特性３を次のような２次多項式（（２）式）で近似する。なお、（１）式、および（２）式のうち何れか一方が２次式であればよい。

必要発電量入力処理部５には、例えば操作員が必要発電量を手動入力することができる。また、前記必要発電量は負荷を予測する予測システムから入力することができる。

燃料消費量・排出量削減負荷配分処理部６は、燃料消費量特性を表す多項式である（１）式と、有害物質排出量特性を表す多項式である（２）式にそれぞれ重み係数Ｒf、およびＲeを乗算し、さらに、これらを発電機台数（Ｎ台）分積算する。積算結果を（３）式に示す。

（３）式におけるＲｆおよびＲｅは重み係数である。この重み係数ＲｆおよびＲｅは単位の異なる数式を加算するための単位換算係数でもある。この換算係数は燃料消費量削減および有害物質排出量削減のいずれを重要視するかによりその値（比率）を変更する。なお、前記重み係数の値は、燃料消費量あるいは排出量の削減量が金額として表されるように設定するのが一般的であるが、他の量に設定することもできる。

ここで、（３）式におけるそれぞれの係数を置き換えると（４）式（目的関数）を得ることができる。

ここで、目的関数である（４）式の値Ｔを最小にする発電機出力を求めることで有害物質排出量を考慮した発電機出力の経済負荷配分行うことができる。この目的関数の最小値を求めるには、等増分燃料費法の場合と同様にラグランジュの未定乗数法を適用することができ、（５）式が成立するとき最小になる。

そして、各発電機の出力は（６）式により求まるが、ここで、λは未定である。

また、必要発電量Ｐ_Ｒは（７）式により各発電機の出力の総和となる。

これより、λは（８）式より得ることができる。

ここで、（８）式を（６）式に代入すると、（９）式を得ることができる。

ここで得られた（９）式は、燃料消費量と有害物質排出量の双方の削減を考慮した負荷配分を表している。

［実施形態２］
図２は、排出を抑制する対象として考慮する有害物質が複数種類である場合における発電機の負荷配分装置を説明する図である。

図２に示すように、複数種類の有害物質の排出量削減を考慮した負荷配分装置は、燃料消費量特性１を発電機出力の２次関数で近似する燃料消費量特性数式化処理部２、有害物質１の排出量特性８を発電機出力の２次関数で近似する有害物質１排出量特性数式化処理部９、有害物質２の排出量特性１０を発電機出力の２次関数で近似する有害物質２排出量特性数式化処理部１１、有害物質Ｍの排出量特性１２を発電機出力の２次関数で近似する有害物質Ｍ排出量特性数式化処理部１３、必要発電量入力処理部５、並びに数式化処理部の出力である数式と必要発電量入力処理部で入力された必要発電量をもとに燃料消費量及び有害物質排出量を最も抑制することのできる発電機出力を計算する燃料消費量・排出量削減負荷配分処理部６を備える。

燃料消費量特性１は前記実施態様１の場合と同様に、燃料消費量特性数式化処理部２により２次多項式で近似する。近似式は前記（１）式に同じである。

有害物質１排出量特性８の排出量は、前記第１の実施形態の場合と同様に、発電機出力１００％時、７５％時、５０％時等における有害物質排出量のサンプリング値として与えられ、有害物質１排出量特性数式化処理部９は与えられた有害物質１排出量特性８を次のような２次多項式で近似する。

同様に、有害物質２排出量特性数式化処理部１０は与えられた有害物質２排出量特性１０を次のような２次多項式で近似する。

同様に、有害物質Ｍ排出量特性数式化処理部１３は与えられた有害物質Ｍ排出量特性１２を次のような２次多項式で近似する。

必要発電量入力処理部５には、例えば操作員が必要発電量を手動入力することができる。なお、前記前記必要発電量は負荷を予測する予測システムから入力することができる。

燃料消費量・排出量削減負荷配分処理部６は、燃料消費量特性多項式（１）式と、有害物質１排出量特性多項式（１０）式、有害物質２排出量特性多項式（１１）式、有害物質Ｍ排出量特性多項式（１２）式にそれぞれ重み係数Ｒf、Ｒe1、Ｒe2、ＲeMを乗算して発電機台数Ｎ台分積算する。

この重み係数は、単位の異なる数式を加算するための単位換算係数でもある。この換算係数は燃料消費量削減、有害物質１排出量削減、有害物質２排出量削減、有害物質Ｍ排出量削減のいずれを重要視するかによりその値を変更する。なお、前記重み係数の値は、燃料消費量あるいは排出量の削減量が金額として表されるように設定するのが一般的である。

積算の結果は１３式となり、これが目的関数となる。

ここで、それぞれの係数を置き換えると下記となる。

この目的関数の値を最小にする発電機出力を求めることで複数の有害物質排出量を考慮した発電機出力の経済負荷配分行うことができる。この目的関数の最小値を求めるには、第１の実施形態の場合と同様にラグランジュの未定乗数法を用いることで求めることができる
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、各発電機の出力毎の燃料消費量を、発電機出力の関数として数式化して表す燃料消費量特性数式化部と、各発電機の出力毎の有害物質排出量を、発電機出力の関数として数式化して表す有害物質排出量特性数式化部とを備え、前記発電機出力の関数として表された各発電機の燃料消費量および有害物質排出量にそれぞれ重みを付与して加算した総和が最小値となるように各発電機に前記必要発電量を割り当てる。

このように、発電機出力毎の燃料消費量のサンプル値をもと発電機の燃料消費量特性を数式化する手段に対し、同じように発電機出力毎の有害物質排出量のサンプル値をもと有害物質排出量特性を数式化する手段を付加し、これらの手段により作成した数式をもとに有害物質排出量を考慮した経済負荷配分を一回の演算で速やかに求めることができる。このため、負荷配分量を簡易且つ迅速に求めることができる。

１燃料消費量特性
２燃料消費量特性数式化処理部
３有害物質排出量特性
４有害物質排出量特性数式化処理部
５必要発電量入力処理部
６燃料消費量排出量削減負荷配分処理部
７発電機出力
８有害物質１排出量特性
９有害物質１排出量特性数式化処理部
10 有害物質２排出量特性
11 有害物質２排出量特性数式化処理部
12 有害物質Ｍ排出量特性
13 有害物質Ｍ排出量特性数式化処理部

Claims

入力される必要発電量に対応して、電力系統に接続された各発電機が分担すべき出力の最適値を演算し、演算した最適値を各発電機に配分する負荷配分装置において、
各発電機の出力毎の燃料消費量を、発電機出力の関数として数式化して表す燃料消費量特性数式化部と、
各発電機の出力毎の有害物質排出量を、発電機出力の関数として数式化して表す有害物質排出量特性数式化部と、
前記発電機出力の関数として表された各発電機の燃料消費量および有害物質排出量にそれぞれ重みを付与して加算した総和が最小値となるように各発電機に前記必要発電量を割り当てる負荷配分部を備え、前記燃料消費量および有害物質排出量を表す発電機出力の関数の何れかは２次関数であり、前記負荷配分部の前記割り当てにしたがって各発電機を運転することを特徴とする負荷配分装置。
請求項１記載の負荷配分装置において、
燃料消費量特性数式化部は、発電機出力毎の燃料消費量のサンプル値をもとに燃料消費量特性を表す数式を作成することを特徴とする負荷配分装置。
請求項１記載の負荷配分装置において、
有害物質排出量特性数式化部は、発電機出力毎の有害物質排出量のサンプル値をもとに有害物質排出量特性を表す数式を作成することを特徴とする負荷配分装置。
入力された電力系統の必要電力量に対応して、前記電力系統に接続された複数の各発電機が分担すべき出力の最適値を演算し、演算した最適値を各発電機に配分して各発電機を運転する発電機の負荷配分方法において、
各発電機の出力毎の燃料消費量を、発電機出力の関数として数式化して表し、
各発電機の出力毎の有害物質排出量を、発電機出力の関数として数式化して表し、
前記発電機出力の関数として表された各発電機の燃料消費量および有害物質排出量にそれぞれ重みを付与して加算した総和が最小値となるように各発電機に前記必要電力量を演算して割り当てるに際して、前記演算に使用する前記燃料消費量および有害物質排出量を表す発電機出力の関数の何れかは２次関数であり、前記演算結果にしたがって各発電機を運転することを特徴とする負荷配分方法。
入力された電力系統の必要電力量に対応して、前記電力系統に接続された複数の各発電機が分担すべき出力の最適値を演算し、演算した最適値を各発電機に配分して各発電機を運転する発電機の負荷配分方法において、
各発電機の出力毎の燃料消費量を、与えられた発電機出力毎の燃料消費量のサンプル値をもとに発電機出力の関数として数式化して表し、
各発電機の出力毎の有害物質排出量を、与えられた発電機出力毎の有害物質排出量のサンプル値をもとに発電機出力の関数として数式化して表し、
前記発電機出力の関数として表された各発電機の燃料消費量および有害物質排出量にそれぞれ重みを付与して加算した総和が最小値となるように各発電機に前記必要電力量を演算して割り当てるに際して、前記燃料消費量および有害物質排出量を表す発電機出力の関数の何れかは２次関数であり、前記割り当てにしたがって各発電機を運転することを特徴とする負荷配分方法。