JP2022552050A

JP2022552050A - 送電網復旧システム

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Publication number: JP2022552050A
Application number: JP2022505511A
Authority: JP
Inventors: サミュエルロディック、ロバート; フーマニ、マズダクハエリ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2019-08-21
Publication date: 2022-12-15
Also published as: US11876375B2; WO2021034326A1; US20220329076A1; EP4018522A1

Abstract

送電網復旧システムは、送電網に電力を供給するハイブリッド発電所を含む。ハイブリッド発電所は、電力駆動装置によって電力を生成する発電所を含む。発電所から電力を受け取って貯蔵する電池エネルギー貯蔵システムが、送電網のブロック負荷中に電力を放出する。コントローラが、発電所および電池エネルギー貯蔵システムに結合する。コントローラは、発電所による電池エネルギー貯蔵システムの充電を制御し、ブラックグリッド復旧中に送電網にブロック負荷をかけている間に、電池エネルギー貯蔵システムおよび発電所からの電力のブロック負荷の放出を制御する。【選択図】図１

Description

本明細書において開示される主題は、発電所に関する。

送電網は、発電所から様々な顧客に電気エネルギーを運ぶ。電気エネルギーを使用する装置は、負荷として参照される。発電所はまた、発電を開始するために電力を使用するときは、負荷と考えることもでき、これは一般に所内負荷として知られている。

不都合なことに、機器の障害、天候、技術的問題、および事故により、停電が発生する可能性がある。これらの停電の規模は様々であり得る。場合によっては、停電は大規模になる場合があり、送電網から電力を引き出すことによって発電所が運転を再開することを妨げる可能性がある。この状況では、発電所は、同じ発電所または他の場所に設置された局所的なまたは一時的に利用可能な電源から開始する必要があり得る。この種の再始動は、一般にブラックスタートと呼ばれる。ブラックスタートは、送電網以外の電源から発電所を始動させ、部分的または完全なブラックアウト後にグリッドの区画を復旧するプロセスである。ブラックアウト後のグリッドの区画の復旧は、複数の負荷が同時に電力を引き出すため、相当量の電力を必要とする。例えば、グリッド区画の同時通電は、産業負荷、オフィス負荷、および／または家庭負荷を含み得る。しかしながら、グリッド復旧段階に応じて発電所による発電量を動的に変化させると、機器が摩耗する可能性があり、および／または発電所の能力を超える過剰な電力消費のために発電所を故障させる（すなわち、オフラインにする）可能性がある。

中国特許出願公開第１０９７１３６６９号明細書

出願時に特許請求される発明と同等の範囲の特定の実施形態が、以下で要約される。これらの実施形態は、特許請求される発明の範囲を限定することを意図しておらず、むしろ、これらの実施形態は、本主題の送電網復旧システムの可能な形態の概要を提供することのみを意図している。実際に、本システムは、以下に記載される実施形態に類似してもよく、あるいは異なってもよい様々な形態を含むことができる。

第１の実施形態では、送電網復旧システムは、送電網に電力を供給するハイブリッド発電所を含む。ハイブリッド発電所は、電力駆動装置によって電力を生成する発電所を含む。電力を受け取って貯蔵する電池エネルギー貯蔵システムが、送電網のブロック負荷中に電力を放出する。コントローラが、発電所および電池エネルギー貯蔵システムに結合する。コントローラは、発電所による電池エネルギー貯蔵システムの充電を制御し、ブラックグリッド復旧中に送電網にブロック負荷をかけている間に、電池エネルギー貯蔵システムおよび発電所からの電力のブロック負荷の放出を制御する。

第２の実施形態では、ハイブリッド発電所を用いたブラックグリッド復旧の方法が提供される。本方法は、発電所を始動するステップを含む。発電所を始動した後、本方法は、発電所からの電力を用いて電池エネルギー貯蔵システムを充電するステップを含む。本方法は、発電所および電池エネルギー貯蔵システムから送電網に電力のブロック負荷を放出するステップを含む。

第３の実施形態では、コントローラが、発電所および電池エネルギー貯蔵システムに結合する。コントローラは、発電所による電池エネルギー貯蔵システムの充電を制御し、ブラックグリッド復旧中に送電網にブロック負荷をかけている間に、電池エネルギー貯蔵システムおよび発電所からの電力のブロック負荷の放出を制御する。

本送電網復旧システムおよびブラックグリッド事象中に電力を復旧する方法のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読解すればより良好に理解され、添付の図面においては、図面全体を通して同一の符号は同一の部分を表している。

本開示の一実施形態による、送電網の様々な区画に結合されたハイブリッド発電所の概略図である。本開示の第１の態様による、送電網をブラックスタートさせるように構成された送電網復旧システムの概略図である。本開示の第２の態様による、送電網をブラックスタートさせるように構成された送電網復旧システムの概略図である。本開示の第３の態様による、送電網をブラックスタートさせるように構成された送電網復旧システムの概略図である。本開示の一実施形態による、送電網をブラックスタートさせる第１の例示的な方法を示す図である。本開示の別の実施形態による、送電網をブラックスタートさせる第２の例示的な方法を示す図である。

以下、本送電網復旧システムの１つまたは複数の具体的な実施形態について説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供する努力において、実際の実施態様の一部の特徴は、本明細書において説明されないことがある。あらゆるそのような実際の実施態様の開発において、あらゆるエンジニアリングまたは設計プロジェクトと同様に、実施態様ごとに異なり得るシステム関連およびビジネス関連の制約条件の遵守など、開発者の特定の目標を達成するために、多数の実施態様に特有の決定を行わなければならないことを、理解すべきである。さらに、そのような開発の努力は、複雑かつ時間を必要とするものであるかもしれないが、それでもなお本開示の恩恵を被る当業者にとって設計、作製、および製造の日常的な取り組みにすぎないと考えられることを、理解すべきである。

本発明のシステムの様々な実施形態の要素を導入するとき、冠詞「１つの（ａ、ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」、および「前記（ｓａｉｄ）」は、要素が１つまたは複数あることを意味することが意図される。「・・・を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「・・・を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「・・・を有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、包括的であるように意図され、挙げられた要素以外のさらなる要素が存在してもよいことを意味する。

上記で説明したように、送電網はブラックアウトとも呼ばれる著しい停電を経験する可能性がある。１つ以上の発電所による発電量の増加に伴ってグリッドを安定させるために、ブラックアウト後に、測定されたステップでグリッドが復電される。例えば、ある近隣発電所が復電し、後続して別の近隣発電所、工場、街区などが復電し得る。グリッドのこれらの様々な区画への復電は、各区画が通電されると、区画からの電力の同時引き出しが負荷または電力使用のステップ変化を生成するため、負荷ステップと呼ばれる。例えば、グリッドの第１の区画からの負荷（すなわち、様々な電気装置の合計負荷）は、２５ＭＷを引き出し得る。グリッドの第２の区画が通電されるとすぐに、合計電力消費は、２５ＭＷから４５ＭＷまたはグリッドによって要求されかつソリューション容量に向けてサイジングされた任意の他の値にジャンプし得る。

本明細書に記載の実施形態は、大きい負荷ステップによってグリッドのブラックスタートを可能にするハイブリッド発電所を含む。負荷ステップが大きい結果として、グリッドは、ハイブリッド発電所の発電所部分に負荷をかける動的に正常外の動作をすることなく、より迅速に復旧することができる。言い換えれば、グリッドの区画の通電に応答して、発電所は、通常の動作限界を超えて電力出力を急速に増加させないことができる。この測定される手法は、ガスタービンなどの発電所の構成要素に対する応力および寿命消費を低減する。

図１は、送電網１２の様々な区画に結合されたハイブリッド発電所１０の概略図である。送電網区画は、符号１４、１６、および１８によってラベル付けされている。ハイブリッド発電所１０は、発電所２０と、電池エネルギー貯蔵システム（ＢＥＳＳ）２２とを含む。発電所２０は、発電機２６に結合する複数の電力駆動装置２４（例えば、ガスタービン、蒸気タービン、往復動エンジン）を含むことができる。動作中、電力駆動装置２４は、エネルギー変換（例えば、油、合成ガス、蒸気）に応答して回転する。燃料の燃焼は、電力駆動装置２４（例えば、ガスタービン、往復動エンジン）内で行われてもよく、または電力駆動装置２４は、燃料、蒸気発生器、および／または原子炉の燃焼によって生成される蒸気流を受け取ってもよい。

次いで、発電機２６によって生成された電気エネルギーは、送電線を介して送電網１２の区画（例えば、区画１４、１６、および１８）に伝達される。発電機２６からの電力はまた、ＢＥＳＳ２２に伝送されてもよく、ＢＥＳＳ２２は、電気エネルギーを電池２８のバンク内に化学エネルギーとして貯蔵する。ＢＥＳＳ２２内のエネルギーは、発電所２０によって生成される電力を補うために必要に応じてグリッド１２に放出することができる。例えば、ＢＥＳＳ２２からの電力は、ピーク電力使用中に放出することができる。ＢＥＳＳ２２からの電力はまた、予期しない需要を満たすために放出することもできる。ＢＥＳＳ２２は、発電所２０によって生成される電力を補うことに加えて、ブラックグリッド復旧を可能にする。

上述したように、ブラックグリッド復旧は、ブラックアウト後の送電網１２への復電である。１つ以上の発電所による発電量の増加に伴ってグリッド１２を安定させるために、ブラックアウト後に、測定されたステップでグリッド１２が復電される。例えば、ある近隣発電所が電力を受け取り、後続して別の近隣発電所、工場、街区などが受け取り得る。グリッド１２のこれらの様々な区画への復電は、グリッドの区画が通電されると直ちに、その区画内の電気装置からの電力の同時引き出しが電力使用のステップ変化を生成するため、負荷ステップと呼ばれる。例えば、グリッドの第１の区画（例えば、区画１４）からの負荷（すなわち、様々な電気装置の合計負荷）は、２５ＭＷを引き出し得る。グリッドの第２の区画（例えば、区画１６または区画１８）が通電されるとすぐに、第２の区画内の電力を使用する装置が直ちに電力を使用し始めるため、合計電力消費は、２５ＭＷから４５ＭＷまたはグリッドによって要求されかつソリューション容量に向けてサイジングされた任意の他の値にジャンプし得る。

本明細書に記載の実施形態は、ＢＥＳＳ２２を使用した大きい負荷ステップ変化によってブラックグリッド復旧を可能にするハイブリッド発電所１０を含む。したがって、グリッド１２は、より迅速に柔軟な負荷ステップで復旧することができる。下記に説明するハイブリッド発電所１０はまた、ハイブリッド発電所１０の発電所２０部分からの動的応答を低減することができる。言い換えれば、発電所２０は、グリッド１２の通電区画に応答して電力出力を急速に増加させる必要がない場合がある。これによって、ガスタービンなどの発電所２０の構成要素に対する応力および寿命消費を低減することができる。

図２は、本開示の一態様による、ブラックグリッドに復電するハイブリッド発電所５０を含む送電網復旧システム４８の概略図である。ハイブリッド発電所５０は、電池エネルギー貯蔵システム（ＢＥＳＳ）５４に結合する発電所５２を含む。ＢＥＳＳ５４は、発電所５２によって生成された電気エネルギーを受け取り、化学エネルギーとして貯蔵する電池を含む。上述したように、ブラックグリッド復旧中、発電所５２は、始動中にグリッド５６から電力を受け取ることができない。より具体的には、発電所５２は、発電所５２をグリッド５６に結合する伝送線路を介して電力を受信することができない。代わりに、ハイブリッド発電所５０は、始動中に発電所５２の所内負荷に電力を供給する補助電源５８（例えば、ガスまたはディーゼル発電機またはタービン）を含むことができる。発電所５２は、補助電源５８からの電力を使用して、発電所５２がその所内負荷（例えば、ポンプ、バルブ、制御システム）に電力を供給するのに十分な電力を生成するまで、またはさらにはグリッド復旧が終了するまで、発電所５２の始動および動作に必要な発電所５２の機器に給電する。発電所５２が運転可能になると、ハイブリッド発電所５０は、段階的に（すなわち、次にグリッドの区画を復旧することによって）ブラックグリッドに復電し始めることができる。

ブラックグリッド復旧のプロセスを制御するために、ハイブリッド発電所５０はコントローラ６０を含む。コントローラ６０は、プロセッサ６２およびメモリ６４を含む。例えば、プロセッサ６２は、ソフトウェアを実行して発電所５２、ＢＥＳＳ５４、および補助電源５８の動作を制御するマイクロプロセッサであってもよい。プロセッサ６２は、複数のマイクロプロセッサ、１つもしくは複数の「汎用」マイクロプロセッサ、１つもしくは複数の専用マイクロプロセッサ、および／もしくは１つもしくは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、またはそれらの組合せを含むことができる。例えば、プロセッサ６２は、１つまたは複数の縮小命令セット（ＲＩＳＣ）プロセッサを含んでもよい。

メモリ６４は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの揮発性メモリ、および／または読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）などの不揮発性メモリを含んでもよい。メモリ６４は、種々の情報を記憶することができ、様々な目的のために使用することができる。例えば、メモリ６４は、プロセッサ６２が実行するための、ファームウェアまたはソフトウェアなどの、プロセッサ実行可能命令を記憶することができる。メモリ６４は、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードドライブ、または任意の他の適切な光学、磁気、もしくはソリッドステートの記憶媒体、またはそれらの組合せを含んでもよい。メモリ６４は、データ、命令、および任意の他の適切なデータを記憶してもよい。

発電所５２を始動した後、コントローラ６０は、ＢＥＳＳ５４を充電するために必要に応じて、発電所５２による発電を増加させる。スイッチの開閉の説明は、電力の流れの理解を容易にするためのものであり、必ずしも電力の流れが実際にどのように制御され得るかを理解するためのものではないことを理解されたい。ＢＥＳＳ５４を充電するために、スイッチ６６が閉じられて、発電所５２からＢＥＳＳ５４へと電力が流れることが可能になる。ＢＥＳＳ５４を充電した後、コントローラ６０は、スイッチ６６を閉じながらスイッチ６８を開くことができる。スイッチ６８を閉じることにより、発電所５２からグリッド５６への電力の放出が可能になる。スイッチ６８を閉じている間、コントローラ６０は同時にＢＥＳＳ５４からグリッド５６へと電力を放出する。ＢＥＳＳ５４および発電所５２からの電力の合成放出は、第１のブロック負荷（例えば、電力のブロック）である。

例えば、発電所５２は２０ＭＷを放出することができ、ＢＥＳＳ５４は２５ＭＷの電力を放出し、４５ＭＷの合成電力出力とすることができる。４５ＭＷは、グリッド５６の区画（例えば、図１の区画１４、１６、１８）を再通電する。次に、コントローラ６０は、ＢＥＳＳ５４による電力出力を減少させ、同時に発電所５２による電力出力を増加させる。

上記の例を続けると、コントローラ６０は、ＢＥＳＳ５４の電力出力を２５ＭＷから０ＭＷに減少させると同時に、発電所による発電を２０ＭＷから４５ＭＷに増加させる。このようにして、発電所５２は、発電所５２の動的負荷（例えば、発電の急速な増加）を低減および／または遮断しながら、発電量を漸進的に増加させることができる。ＢＥＳＳ５４および／または発電所５２による電力出力は、ハイブリッド発電所５０の容量／サイズおよびグリッドの電力需要に応じて、説明した例示的な電力出力より大きくてもよく、または小さくてもよいことを理解されたい。

第１の電力ブロックまたは負荷ブロックを整合させた後、コントローラ６０は、ＢＥＳＳ５４から電力を再び放出する。第２の電力ブロックは、発電所５２からの４５ＭＷおよびＢＥＳＳ５４からの２５ＭＷを含むことができ、合成電力放出は７０ＭＷとなる。この第２の電力ブロックの放出は、第１の区画への電力を維持することに加えて、グリッドの第２の区画を再通電する。次に、コントローラ６０は、ＢＥＳＳ５４による電力出力を減少させ、同時に発電所５２による電力出力を増加させる。すなわち、ＢＥＳＳ５４による発電は２５ＭＷから０ＭＷに減少し、同時に発電所による発電は４５ＭＷから７０ＭＷに増加する。このようにして、コントローラ６０は、ハイブリッド発電所５０からグリッド５６への電力のブロック負荷を放出し続けて、追加のグリッド区画（例えば、１、２、３、４、５、１０、またはそれ以上の区画）に復電することができる。

いくつかの実施形態では、電力のブロック負荷はまた、ＢＥＳＳ５４によって提供される電力ジャンプに加えて、発電所５２によって提供される電力ジャンプを含むことができる。例えば、ハイブリッド発電所は、発電所５２から２０ＭＷおよびＢＥＳＳ５４から２５ＭＷによって第１のブロック負荷の電力を放出することができ、合成電力出力は４５ＭＷとなる。４５ＭＷは、グリッド５６の区画（複数可）（例えば、図１の区画１４、１６、１８）を再通電する。次に、コントローラ６０は、ＢＥＳＳ５４による電力出力を減少させ、同時に発電所５２による電力出力を増加させる。

第１の電力ブロックまたは負荷ブロック（すなわち、４５ＭＷ）を整合させた後、コントローラ６０は、ＢＥＳＳ５４から電力を再び放出し、同時に発電所５２からの追加の電力ジャンプも提供する。例えば、ＢＥＳＳ５４は再び２５ＭＷの電力を放出し、同時に、発電所５２は６０ＭＷを放出する（すなわち、第１のブロック負荷に等しい４５ＭＷに、１５ＭＷの電力ジャンプを加えたもの）。したがって、第２の電力ブロックは、合計８５ＭＷをグリッド５６に送達する。この第２の電力ブロックの放出は、第１の区画への電力を維持することに加えて、グリッドの１つ以上の追加の区画を再通電する。

次に、コントローラ６０は、ＢＥＳＳ５４による電力出力を減少させ、同時に発電所５２による電力出力を増加させる。すなわち、ＢＥＳＳ５４による発電は２５ＭＷから０ＭＷに減少し、同時に発電所５２による発電は６０ＭＷから８５ＭＷに増加する。このようにして、コントローラ６０は、ハイブリッド発電所５０からグリッド５６への電力のブロック負荷を放出し続けて、追加のグリッド区画（例えば、１、２、３、４、５、１０、またはそれ以上の区画）に復電することができる。

ハイブリッド発電所５０が送電網５６にブロック負荷をかけると、ＢＥＳＳ５４からの電力の放出がＢＥＳＳ５４の電池を使い果たす可能性がある。したがって、ＢＥＳＳ５４による各電力放出間に、または複数回の放出後に、コントローラ６０は、スイッチ６６を閉じ、発電所５２による発電を増加させてＢＥＳＳ５４の電池を再充電することができる。ＢＥＳＳ５４を再充電した後、ブロック負荷の電力を放出するプロセスは継続することができる。

図示のように、発電所５２およびＢＥＳＳ５４は、グリッド５６への同じ相互接続点７０の背後／上流にある。発電所５２およびＢＥＳＳ５４を同じ相互接続点７０からの背後／上流に配置することにより、発電所５２およびＢＥＳＳ５４によって放出された電力は、同じ変圧器７２（例えば、変圧器のセット）を通って流れる。言い換えれば、ハイブリッド発電所５０は、発電所５２およびＢＥＳＳ５４のための重複する構成要素（例えば、変圧器）を含まなくてもよい。いくつかの実施形態では、ＢＥＳＳ５４からの電力は変圧器７２を通って流れなくてもよく、むしろＢＥＳＳ５４は変圧器７２のハイ側に接続することができ、そこで、次いで交差点７０を通って流れる。

図３は、本開示の第２の態様による、ブラックグリッドに復電するハイブリッド発電所９０を含む送電網復旧システム８８の概略図である。ハイブリッド発電所９０は、電池エネルギー貯蔵システム（ＢＥＳＳ）９４に結合する発電所９２を含む。ＢＥＳＳ９４は、エネルギープラント９２によって生成された電気エネルギーを受け取り、化学エネルギーとして貯蔵する電池を含む。上述したように、ブラックグリッド復旧中、発電所９２は、始動中にグリッド９５から電力を受け取ることができない。したがって、ハイブリッド発電所９０は、始動中に異なる電源を使用する。図３において、ハイブリッド発電所９０は、ＢＥＳＳ９４を使用して、始動中に発電所９２の所内負荷に電力を供給する。

ハイブリッド発電所９０の通常運転中、発電所９２はＢＥＳＳ９４を充電する。したがって、ＢＥＳＳ９４またはその一部は、発電所９２がそれ自体に給電するのに十分な電力を供給するまで、運転および始動に必要な発電所９２の機器を始動させるのに十分な電力を含むことができる。いくつかの実施形態では、ＢＥＳＳ９４の一部分９６は、発電所９２の再始動または所内負荷の供給に専用であってもよい。この部分９６（例えば、この部分９６内の電池）の充電は、ブラックグリッド復旧またはブラックスタートの場合に発電所９２を再始動するために、ハイブリッド発電所９０の運転中に継続的に維持することができる。さらに他の実施形態では、ＢＥＳＳ９４の異なる部分（例えば、電池）が、発電所９２およびそれぞれの所内負荷を再始動するための電力を貯蔵するための専用部分９６に交互になってもよい。発電所９２の再始動に専用のＢＥＳＳ９４の部分を交互にすることにより、ＢＥＳＳ９４内の電池の均等な消耗を可能にすることができる。

ブラックグリッド復旧中、コントローラ９８は、スイッチ１００を閉じ、ＢＥＳＳ９４（例えば、部分９６）から発電所９２へと電力を放出する。発電所９２は、このエネルギーを使用して、発電所の始動および運転に必要な様々な機器を始動させる。発電所９２は、発電所９２がそれ自体に給電するのに十分な電力を生成するまで、またはグリッド復旧まで、この電力を使用し続ける。

コントローラ９８は、プロセッサ１０２およびメモリ１０４を含む。メモリ１０４は、種々の情報を記憶することができ、様々な目的のために使用することができる。例えば、メモリ１０４は、プロセッサ１０２が、（例えば、ブラックグリッド復旧中に）ハイブリッド発電所９０を制御するために実行するための、ファームウェアまたはソフトウェアなどの、プロセッサ実行可能命令を記憶することができる。

上記で説明したように、発電所９２を始動した後、コントローラ９８は、ＢＥＳＳ９４を充電するため、発電所９２による発電を増加させ、スイッチ６６を閉じる。ＢＥＳＳ９４を充電した後、コントローラ９８は、スイッチ１０８を閉じながらスイッチ６６を開くことができる。スイッチ１０８を閉じることにより、発電所９２からグリッド９５への電力の放出が可能になる。スイッチ１０８を閉じている間、コントローラ９８は同時にＢＥＳＳ９４からグリッド９５へと電力を、合成された第１の電力ブロックまたは負荷ブロックとして放出する。次に、コントローラ９８は、ＢＥＳＳ９４による電力出力を減少させ、同時に発電所９２による電力出力を増加させて、ＢＥＳＳ９４による電力出力の変化を補償する。上記で説明したように、スイッチの開閉の説明は、電力の流れの理解を容易にするためのものであり、必ずしも電力の流れが実際にどのように制御され得るかを理解するためのものではないことを理解されたい。

第１の電力ブロックを整合させた後、コントローラ９８は、ＢＥＳＳ９４から電力を再び放出する。この第２の電力ブロックの放出は、発電所９２が第１の区画への電力を維持している間に、グリッドの第２の区画を再通電する。次に、コントローラ９８は、ＢＥＳＳ９４による電力出力を再び減少させ、同時に発電所９２による電力出力を増加させる。このようにして、コントローラ９８は、ハイブリッド発電所９０からグリッド９５への電力のブロック負荷を放出し続けて、追加のグリッド区画（例えば、１、２、３、４、５、１０、またはそれ以上の区画）に復電することができる。

ハイブリッド発電所９０が送電網９５にブロック負荷をかけると、ＢＥＳＳ９４からの電力の放出がＢＥＳＳ９４の電池を使い果たす可能性がある。したがって、グリッド９５の各ブロック負荷間に、または複数のブロック負荷の後に、コントローラ９８は、スイッチ６６を閉じ、発電所９２による発電を増加させてＢＥＳＳ９４の電池を再充電することができる。ＢＥＳＳ９４を再充電した後、ブロック負荷の電力を放出するプロセスは継続することができる。電力のブロック負荷が放出されると、それらは変圧器１１０を通って、グリッド９５と同じ交差点１１２を通って流れる。いくつかの実施形態では、ＢＥＳＳ９４からの電力は変圧器１１０を通って流れなくてもよく、むしろＢＥＳＳ９４は変圧器１１０のハイ側に接続することができ、そこから電力は交差点１１２を通って流れる。

図４は、本開示の第３の態様による、ブラックグリッドに復電するために協働する発電所１３２および電池エネルギー貯蔵システム１３４（ＢＥＳＳ）を含む送電網復旧システム１３０の概略図である。図示のように、発電所１３２およびＢＥＳＳ１３４は、グリッド１３５との異なる交差点（例えば、それぞれ交差点１４６および１４８）を有することができ、同じ場所に配置されなくてもよい。発電所１３２およびＢＥＳＳ１３４は、グリッド１３５に結合された別個のシステムであってもよく、その動作は、ブラックグリッドに復電するためにコントローラ１３６によって調整される。

上述したように、ブラックグリッド復旧中、発電所１３２は、始動中にグリッド１３５から電力を受け取ることができない。発電所１３２は、代わりに、補助電源１３７を使用して、発電所１３２がそれ自体に給電するのに十分な電力を供給するまで、またはさらには必要であると考えられる場合にはグリッド復旧が終了するまで、発電所１３２の始動および動作に必要な発電所の機器に給電することができる。

コントローラ１３６は、補助電源１３７による電力生成、および発電所１３２の始動を制御することができる。コントローラ１３６は、プロセッサ１３８およびメモリ１４０を含む。メモリ１４０は、種々の情報を記憶することができ、様々な目的のために使用することができる。例えば、メモリ１４０は、プロセッサ１３８が、（例えば、ブラックグリッド復旧中に）発電所１３２、補助電源１３７、およびＢＥＳＳ１３４を制御するために実行するための、ファームウェアまたはソフトウェアなどの、プロセッサ実行可能命令を記憶することができる。

上記で説明したように、発電所１３２を始動した後、コントローラ１３６は、発電所１３２による発電を増加させる。発電を増加させ後、コントローラ１３６は、発電所１３２からグリッド１３５へと電力を放出する。閉スイッチ１４２を介した発電所１３２からの電力の放出と同時に、コントローラ１３６はスイッチ１４４を閉じてＢＥＳＳ１３４から電力を放出する。発電所１３２およびＢＥＳＳ１３４からの合成電力出力は、グリッド１３５に入る第１の電力ブロックまたは負荷ブロックを形成する。次に、コントローラ１３６は、ＢＥＳＳ１３４による電力出力を減少させ、同時に発電所１３２による電力出力を増加させて、ＢＥＳＳ１３４による電力出力の変化を補償する。このようにして、発電所１３２は、発電所１３２の動的負荷（例えば、発電の急速な増加）を低減および／または遮断しながら、発電量を漸進的に増加させることができる。

第１の電力ブロックを整合させた後、コントローラ１３６は、ＢＥＳＳ１３４から電力を再び放出する。この第２の電力ブロックの放出は、発電所１３２が第１の区画への電力を維持している間に、グリッドの第２の区画を再通電する。次に、コントローラ１３６は、ＢＥＳＳ１３４による電力出力を再び減少させ、同時に発電所１３２による電力出力を増加させる。コントローラ１３６は、追加のグリッド区画が再通電され（例えば、１、２、３、４、５、１０、またはそれ以上の区画）、発電所１３２によって発電が持続されるまで、グリッド１３５にブロック負荷の電力を放出し続ける。

経時的に、ＢＥＳＳ１３４からの電力の放出は、ＢＥＳＳ１３４の電池を使い果たす可能性がある。したがって、発電所１３２は、その後グリッド１３５を通って流れ、ＢＥＳＳ１３４の電池を再充電する発電量を増加させることができる。ＢＥＳＳ１３４を再充電した後、ブロック負荷の電力を放出するプロセスは継続することができる。

上記で説明したように、発電所１３２およびＢＥＳＳ１３４は、同じ場所に配置されなくてもよく、グリッド１３５との異なる交差点（特に、交差点１４６および１４８）を有することができる。送電網復旧システム１３０は、これらの電源の電圧を増加させるために、複数の変圧器を含むことができる。図示のように、送電網復旧システム１３０は、発電所１３２によって送電網１３５に放出される電気の電圧を増加させる変圧器１５０を含む。同様に、送電網復旧システム１３０は、ＢＥＳＳ１３４によって放出される電気の電圧を増加させる変圧器１５２を含む。

図５は、本開示の一態様による、ブラックグリッドに復電する第１の例示的な方法１７０である。方法１７０は、ステップ１７２において、発電所を始動するために補助電力システムから電力を供給することによって開始する。すなわち、補助電力システムは、発電所内負荷に電力を供給するとともに、１つ以上の発電所タービンおよび発電機を始動させることができる。補助電力システムは、ガス発電機、ディーゼル発電機、電池（例えば、電池エネルギー貯蔵システム）であってもよい。発電所は、タービンの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機に結合する１つ以上のガスタービンおよび／または蒸気タービンを含むことができる。

いくつかの実施形態では、発電所を始動した後、ステップ１７４において、発電所によって生成された電力は、電池エネルギー貯蔵システム（ＢＥＳＳ）を充電するために使用される。例えば、ＢＥＳＳは、以前に枯渇している場合があり、電力をグリッドに供給する前に再充電する必要があり得る。

ＢＥＳＳを充電した後、ステップ１７６において、発電所およびＢＥＳＳからの合成電力が、第１のブロック負荷の電力としてグリッドに放出される。この第１のブロック負荷の電力は、グリッドの一部分または区画を通電する。

次いで、ステップ１７８において、ＢＥＳＳの電力出力を同時に減少させながら、発電所による発電量を増加させて第１のブロック負荷を整合させる。例えば、第１のブロック負荷は、発電所からの１５ＭＷおよびＢＥＳＳからの２５ＭＷを含むことができき、合成出力は４０ＭＷとなる。移行中、ＢＥＳＳによる発電は、発電所による発電が４０ＭＷに増加するにつれてゼロに減少する。

次いで、ステップ１８０において、発電所による発電量は、第２のブロック負荷の電力の放出に備えてＢＥＳＳを同時に再充電しながら（例えば、必要に応じてＢＥＳＳを再充電する）、グリッドへの電力を維持するために、第１のブロック負荷を超えて増加させることができる。例えば、発電所出力は５０ＭＷに増加し得る。

ＢＥＳＳを充電した後、ステップ１８２において、ＢＥＳＳからの電力がグリッドに放出され、発電所からの電力と組み合わされて第２のブロック負荷の電力を形成する。

次いで、ステップ１８４において、ＢＥＳＳの電力出力を同時に減少させながら、発電所による発電量を増加させて第２のブロック負荷を整合させる。例えば、第２のブロック負荷は、発電所からの５０ＭＷおよびＢＥＳＳからの２５ＭＷを含むことができ、合成出力は７５ＭＷとなる。移行中、ＢＥＳＳによる発電は、発電所による発電が７５ＭＷに増加するにつれてゼロに減少する。

次いで、ステップ１８６において、発電所による発電量は、別のブロック負荷の電力の放出に備えてＢＥＳＳを同時に再充電しながら（例えば、必要に応じてＢＥＳＳを再充電する）、グリッドへの電力を維持するために、第２のブロック負荷を超えて増加させることができる。例えば、発電所出力は８５ＭＷに増加し得る。

発電所による発電を増加させながらＢＥＳＳを充電および放電することによってブロック負荷の電力を放出するこのプロセスは、ブラックグリッドが復旧するまで継続する（ステップ１８８）。

図６は、本開示の別の態様による、ブラックグリッドに復電する第２の例示的な方法２００である。方法２００は、ステップ２０２において、発電所を始動するために補助電力システムから電力を供給することによって開始する。すなわち、補助電力システムは、発電所内負荷に電力を供給するとともに、１つ以上の発電所タービンおよび発電機を始動させることができる。補助電力システムは、ガス発電機、ディーゼル発電機、または電池（例えば、電池エネルギー貯蔵システム）であってもよい。発電所は、タービンの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機に結合する１つ以上のガスタービンおよび／または蒸気タービンを含むことができる。

いくつかの実施形態では、発電所を始動した後、ステップ２０４において、発電所によって生成された電力は、電池エネルギー貯蔵システム（ＢＥＳＳ）を充電するために使用される。例えば、ＢＥＳＳは、発電所を始動するために使用される補助電力システムであってもよく、またはＢＥＳＳは以前に枯渇している場合があり、送電網にブロック負荷をかける前に再充電する必要があり得る。

ＢＥＳＳを充電した後、ステップ２０６において、発電所およびＢＥＳＳからの合成電力が、第１のブロック負荷の電力としてグリッドに放出される。この第１のブロック負荷の電力は、グリッドの一部分または区画を通電する。

次いで、ステップ２０８において、ＢＥＳＳの電力出力を同時に減少させながら、発電所による発電量を増加させて第１のブロック負荷を整合させる。例えば、第１のブロック負荷は、発電所からの２５ＭＷおよびＢＥＳＳからの２５ＭＷを含むことができ、合成出力は５０ＭＷとなる。移行中、ＢＥＳＳによる発電は、発電所による発電が５０ＭＷに増加するにつれてゼロに減少する。

発電所による発電を増加した後、ステップ２１０において、ＢＥＳＳからの電力が再びグリッドに放出され、発電所からの電力と組み合わされて第２のブロック負荷の電力を形成する。

次いで、ステップ２１２において、ＢＥＳＳの電力出力を同時に減少させながら、発電所による発電量を増加させて第２のブロック負荷を整合させる。例えば、第２のブロック負荷は、発電所からの５０ＭＷおよびＢＥＳＳからの２５ＭＷを含むことができ、合成出力は７５ＭＷとなる。移行中、ＢＥＳＳによる発電は、発電所による発電が７５ＭＷに増加するにつれてゼロに減少する。

方法２００は、ステップ２１４において、グリッドが復旧するまで発電を増加させながら、ブロック負荷においてＢＥＳＳから電力を放電するこのプロセスを継続することができる。

経時的に、ＢＥＳＳの継続的な放電は、貯蔵されたエネルギーを使い果たす可能性がある。したがって、発電所は、ステップ２１６において、グリッドの発電を依然としてサポートしながら、ＢＥＳＳを再充電するために発電を増加させることができる。

本ハイブリッド発電所の技術的効果は、大きい負荷ステップによって発電所およびグリッドをブラックスタートさせることを可能にする。したがって、グリッドは、ハイブリッド発電所の発電所部分に動的に負荷をかけることなく、より迅速に復旧することができ、ガスタービンなどの発電所の構成要素に対する応力および寿命消費を低減することができる。

本明細書は、最良の態様を含む本送電網復旧システムおよび方法を開示するため、およびどのような当業者にも、任意の装置またはシステムの作製および使用ならびに任意の組み込まれた方法の実施を含む本システムおよび方法の実践を可能にするために、実施例を使用している。本技術の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到する他の例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求の範囲の文言と相違しない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言と実質的に相違しない同等な構造要素を含む場合、特許請求の範囲内であるものとする。

１０ハイブリッド発電所
１２送電網、グリッド
１４送電網区画、区画
１６送電網区画、区画
１８送電網区画、区画
２０発電所
２２電池エネルギー貯蔵システム（ＢＥＳＳ）
２４電力駆動装置
２６発電機
２８電池
４８送電網復旧システム
５０ハイブリッド発電所
５２発電所
５４電池エネルギー貯蔵システム（ＢＥＳＳ）
５６グリッド、送電網
５８補助電源
６０コントローラ
６２プロセッサ
６４メモリ
６６スイッチ
６８スイッチ
７０相互接続点、交差点
７２変圧器
８８送電網復旧システム
９０ハイブリッド発電所
９２発電所、エネルギープラント
９４電池エネルギー貯蔵システム（ＢＥＳＳ）
９５グリッド、送電網
９６部分
９８コントローラ
１００スイッチ
１０２プロセッサ
１０４メモリ
１０８スイッチ
１１０変圧器
１１２交差点
１３０送電網復旧システム
１３２発電所
１３４電池エネルギー貯蔵システム（ＢＥＳＳ）
１３５グリッド、送電網
１３６コントローラ
１３７補助電源
１３８プロセッサ
１４０メモリ
１４２閉スイッチ
１４４スイッチ
１４６交差点
１４８交差点
１５０変圧器
１５２変圧器
１７０方法
２００方法

Claims

送電網復旧システム（４８、８８、１３０）であって、
送電網（５６、９５、１３５）に電力を供給するように構成されているハイブリッド発電所（１０、５０、９０）を備え、前記ハイブリッド発電所（１０、５０、９０）は、
電力駆動装置（２４）によって電力を生成するように構成されている発電所（２０、５２、９２、１３２）と、
前記発電所（２０、５２、９２、１３２）から電力を受け取って貯蔵するように構成されている電池エネルギー貯蔵システム（２２、５４、９４、１３４）であり、前記電池エネルギー貯蔵システム（２２、５４、９４、１３４）は、前記送電網（５６、９５、１３５）のブロック負荷中に前記電力を放出するように構成されている、電池エネルギー貯蔵システム（２２、５４、９４、１３４）と、
前記発電所（２０、５２、９２、１３２）および前記電池エネルギー貯蔵システム（２２、５４、９４、１３４）に結合されているコントローラ（６０、９８、１３６）であり、前記コントローラ（６０、９８、１３６）は、前記発電所（２０、５２、９２、１３２）による前記電池エネルギー貯蔵システム（２２、５４、９４、１３４）の充電を制御し、ブラックグリッド復旧中に前記送電網（５６、９５、１３５）にブロック負荷をかけている間に、前記電池エネルギー貯蔵システム（２２、５４、９４、１３４）および前記発電所（２０、５２、９２、１３２）からの第１のブロック負荷の電力の放出を制御するように構成されている、コントローラ（６０、９８、１３６）と
を備える、送電網復旧システム（４８、８８、１３０）。
前記発電所（２０、５２、９２、１３２）は、前記送電網（５６、９５、１３５）への前記第１のブロック負荷の前記電力の前記放出の間に、一貫したレベルの発電を維持する、請求項１に記載のシステム（４８、８８、１３０）。
前記コントローラ（６０、９８、１３６）は、前記電池エネルギー貯蔵システム（２２、５４、９４、１３４）からの電力の前記放出を同時に低減しながら、前記第１のブロック負荷に実質的に等しい第１の負荷への前記発電所（２０、５２、９２、１３２）による発電を増加させるように構成される、請求項１に記載のシステム（４８、８８、１３０）。
前記コントローラ（６０、９８、１３６）は、前記発電所（２０、５２、９２、１３２）による第２の負荷への発電を増加させて、前記電池エネルギー貯蔵システム（２２、５４、９４、１３４）を再充電するように構成される、請求項３に記載のシステム（４８、８８、１３０）。
前記コントローラ（６０、９８、１３６）は、前記電池エネルギー貯蔵システム（２２、５４、９４、１３４）および前記発電所（２０、５２、９２、１３２）から第２のブロック負荷の電力を放出するように構成されており、前記第２のブロック負荷は前記第１のブロック負荷よりも大きい、請求項４に記載のシステム（４８、８８、１３０）。
前記電力駆動装置（２４）は、ガスタービンおよび／または蒸気タービンを含む、請求項１に記載のシステム（４８、８８、１３０）。
前記電力駆動装置（２４）は、往復動エンジンを含む、請求項１に記載のシステム（４８、８８、１３０）。
前記ブラックグリッド復旧中に前記発電所（２０、５２、９２、１３２）の所内負荷を始動するように構成された補助電源（５８、１３７）を備え、前記コントローラ（６０、９８、１３６）は、前記補助電源（５８、１３７）から前記発電所（２０、５２、９２、１３２）への前記電力の放出を制御するように構成されている、請求項１に記載のシステム（４８、８８、１３０）。
前記補助電源（５８、１３７）が、前記電池エネルギー貯蔵システム（２２、５４、９４、１３４）である、請求項８に記載のシステム（４８、８８、１３０）。
前記発電所（２０、５２、９２、１３２）および前記電池エネルギー貯蔵システム（２２、５４、９４、１３４）は、同じ相互接続点（７０）を介して前記送電網（５６、９５、１３５）に電力を送達する、請求項１に記載のシステム（４８、８８、１３０）。
ハイブリッド発電所（１０、５０、９０）を用いたブラックグリッド復旧の方法（１７０、２００）であって、
前記ハイブリッド発電所（１０、５０、９０）の発電所（２０、５２、９２、１３２）を始動するステップと、
前記発電所（２０、５２、９２、１３２）からの電力を用いて前記ハイブリッド発電所（１０、５０、９０）の電池エネルギー貯蔵システム（２２、５４、９４、１３４）を充電するステップと、
ブラックグリッドの一部分に復電するために、前記発電所（２０、５２、９２、１３２）および前記電池エネルギー貯蔵システム（２２、５４、９４、１３４）から送電網（５６、９５、１３５）に第１のブロック負荷の電力を放出するステップと
を含む、方法（１７０、２００）。
前記第１のブロック負荷に実質的に等しい第１の負荷まで前記発電所（２０、５２、９２、１３２）による発電を増加させることを含む、請求項１１に記載の方法（１７０、２００）。
前記発電所（２０、５２、９２、１３２）による前記第１の負荷への発電を増加させながら、前記電池エネルギー貯蔵システム（２２、５４、９４、１３４）からの電力の前記放出を減少させることを含む、請求項１２に記載の方法（１７０、２００）。
前記発電所（２０、５２、９２、１３２）および前記電池エネルギー貯蔵システム（２２、５４、９４、１３４）から第２のブロック負荷の電力を放出することを含む、請求項１３に記載の方法（１７０、２００）。
前記発電所（２０、５２、９２、１３２）による前記第２のブロック負荷に実質的に等しい第２の負荷への発電を増加させるステップを含む、請求項１４に記載の方法（１７０、２００）。
前記発電所（２０、５２、９２、１３２）による前記第２の負荷への発電を増加させながら、前記電池エネルギー貯蔵システム（２２、５４、９４、１３４）からの電力の前記放出を減少させるステップを含む、請求項１５に記載の方法（１７０、２００）。
システムであって、
ハイブリッド発電所（１０、５０、９０）の発電所（２０、５２、９２、１３２）および電池エネルギー貯蔵システム（２２、５４、９４、１３４）に結合するように構成されているコントローラ（６０、９８、１３６）を備え、前記コントローラ（６０、９８、１３６）は、前記発電所（２０、５２、９２、１３２）による前記電池エネルギー貯蔵システム（２２、５４、９４、１３４）の充電を制御し、ブラックグリッド復旧中に送電網（５６、９５、１３５）にブロック負荷をかけている間に、前記電池エネルギー貯蔵システム（２２、５４、９４、１３４）および前記発電所（２０、５２、９２、１３２）からの第１のブロック負荷の電力の放出を制御するように構成されている、システム。
前記コントローラ（６０、９８、１３６）は、前記電池エネルギー貯蔵システム（２２、５４、９４、１３４）からの電力の前記放出を同時に低減しながら、前記第１のブロック負荷に実質的に等しい第１の負荷への前記発電所（２０、５２、９２、１３２）による発電を増加させるように構成される、請求項１７に記載のシステム。
前記コントローラ（６０、９８、１３６）は、前記発電所（２０、５２、９２、１３２）による第２の負荷への発電を増加させるように構成される、請求項１８に記載のシステム。
前記コントローラ（６０、９８、１３６）は、前記ブラックグリッド復旧中に前記送電網（５６、９５、１３５）にブロック負荷をかけながら前記電池エネルギー貯蔵システム（２２、５４、９４、１３４）および前記発電所（２０、５２、９２、１３２）から第２のブロック負荷の電力を放出するように構成されており、前記第２のブロック負荷は前記第１のブロック負荷よりも大きい、請求項１９に記載のシステム。