JP2666193B2 - 電気エネルギー発生装置に対する制御装置 - Google Patents

電気エネルギー発生装置に対する制御装置

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JP2666193B2 JP6524795A JP52479594A JP2666193B2 JP 2666193 B2 JP2666193 B2 JP 2666193B2 JP 6524795 A JP6524795 A JP 6524795A JP 52479594 A JP52479594 A JP 52479594A JP 2666193 B2 JP2666193 B2 JP 2666193B2
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気エネルギー供給システムのなかの発電
所ブロックを自動制御するための制御装置に関する。
電気エネルギー供給システムにおける確実なエネルギ
ー供給は、複数個の発電所ブロックによる電気エネルギ
ーの発生と配電回路網のなかの複数個の負荷による電気
エネルギーの取出しとが注意深く合致させられているこ
とを前提としている。電気エネルギーの発生および取出
しが等しい大きさであれば、電気回路網の主要な特性量
である系統周波数は一定である。その定格値はたとえば
ヨーロッパ電力系統では50Hzである。たとえば発電所ブ
ロックの故障および負荷のスイッチオンまたはスイッチ
オフにより生ずる周波数偏差は、発生装置電力の上昇ま
たは低下の尺度とみなされ得る。その際に周波数挙動は
なかんずくエネルギー供給システムに結合されている発
電所ブロックの数に関係する。従って、比較的大きい結
合回路網のなかのブロック故障の結果としての障害は比
較的小さい孤立回路網のなかのそれよりもはるかにわず
かな系統周波数低下に通ずる。
印刷物“VGB発電所技術”、第１号、1980年１月、第1
8〜23頁に記載されているように、エネルギー供給シス
テムのなかの周波数偏差の調節とならんで、隣の供給回
路網への連結個所における予め定められた授受電力を守
るという別の課題がある。従って、たとえば社団法人ド
イツフェアブンドゲゼルシャフト（DVG）により定めら
れた要求が発電所ブロックの周波数および電力の調節に
課せられる。１つの要求はたとえば、発電所ブロックの
定格電力の５％の電力上昇が30秒以内に、またこの電力
上昇の半分、すなわち2.5％が５秒後に既に利用できる
ことにある。
電力調節および周波数バックアップ制御の可能性は前
記の文書“VGB発電所技術”、第１号、1980年１月、第1
9〜23頁に記載されている。秒の範囲の速い電力変化に
対しては複数の同時にまたは代替的に実施可能な干渉可
能性が存在するが、発電所ブロックの電力の持続的な変
化に対しては燃料供給の変化が必要である。化石燃料発
電所ブロックのなかでは不可避的に燃料供給または火力
の上昇とそれに起因する電力上昇との間に遅延時間が蒸
気発生器のなかで生ずる。周波数落ち込みの際にこのよ
うな遅延時間を橋絡するため、最初の５または30秒の間
に蒸気タービンのたとえば予め絞られた位置に保たれた
操作弁が開かれ、またそれにより利用し得る蒸気蓄積器
が実際上遅延なしに能動化されかつ減負荷される。
蒸気タービンの操作弁の絞りの取消による電力上昇と
ならんで、蒸気タービンの水−蒸気循環路のなかに設け
られており蒸気タービンからの抽気蒸気により加熱され
る低圧予熱器も切り離される。同時に低圧予熱器を通し
て導かれる凝縮水流が数秒間以内に停止され、また再び
高められ得る。凝縮水停止とともに低圧予熱器の切り離
しにより化石燃料発電所ブロックのなかの迅速な電力調
節のためのこの対策はたとえばドイツ特許第3304292号
明細書に記載されている。
しばしば予備電力または短縮して秒−予備と呼ばれる
このような跳躍状の電力上昇は、蒸気蓄積器の比較的わ
ずかな蓄積器容量に基づいて時間的に制限されている。
従って、持続的追加電力を維持するためには、いわゆる
分−予備、すなわち分のオーダー以内に供給される追加
電力を能動化することが必要である。このことはたとえ
ば火力の上昇により達成される。その際にこの電力上昇
のむだ時間および変化速度は発電所形式、すなわちその
つどの発電所ブロックがたとえば石油または天然ガスを
燃料とする火力発電所であるか、石炭を燃料とするガス
および（または）蒸気タービンプラントであるかに関係
する。たとえば“電力経済”、第74巻（1975）、第24
号、第884〜894頁を参照されたい。
発電所ブロックの運転の際に保つべき秒−予備はター
ビン操作弁の絞りにより惹起される損失だけ燃料コスト
を高める。このことは特に無擾乱の運転の際には、すな
わち電気エネルギーの発生と消費との間の能力バランス
がとれている際には不経済である。
本発明の課題は、電気エネルギー供給システムにおけ
る発電所ブロックを制御するための経済的な可能性を提
供することであり、その際にエネルギーまたは電流供給
の予め定められた信頼性レベルが守られなければならな
いと共に、不必要に高い予備電力が回避されなければな
らない。
この課題は、本発明によれば、データ伝送要素を介し
て制御すべき各発電所ブロックと接続されており、ブロ
ック特有の測定量を受信し、またブロック特有の制御量
を出力する第１の制御ユニットを含んでいる制御装置に
より解決される。その際に制御ユニットはサイクリック
にメモリ値を考慮に入れて測定量を評価し、また１つま
たは各々の発電所ブロックに対して操作命令を定める。
このような制御命令は発電所ブロックに対する始動また
は停止命令であってよい。
第１の制御ユニットがサイクリックに特定の時間、た
とえば24秒の間に各発電所ブロックに対して発電スケジ
ュールおよびブロック予備スケジュールを定めることは
目的にかなっている。そのために各発電所ブロックに対
する制御ユニットは全体としてカバーすべき系統負荷へ
のその寄与に対する目標値と、全予備電力（全−秒予
備）へのその寄付に対する目標値とを決定する。
用意される全予備電力が回路網の必要性に連続的に適
応されることは目的にかなっている。そのために、第１
の制御ユニットは、個々の発電所ブロックに分配すべき
全予備電力に対する補正値を第１の制御ユニットに与え
る第２の制御ユニットと接続されており、その際に第１
の制御ユニットが各発電所ブロックに補正された予備電
力を対応付ける。補正値は目標値からの実際値の偏差か
ら求められる。その際に目標値は予め定められた時間中
の予め定められた電力上昇、たとえば冒頭に記載した５
秒以内の定格電力の2.5％の電力上昇（DVG基準）であっ
てよい。しかし目標値はたとえば49Hzの予め定められた
系統周波数最小値であってもよい。実際値が目標値の好
ましくは設定可能な許容帯のなかにあれば、第１の制御
ユニットは投入および（または）予備スケジュールを定
める。
制御装置の有利な構成では、第１および第２の制御ユ
ニットと接続されており、発電所ブロックのブロック特
有の測定量およびブロック特有の一定量から第１の制御
ユニットに対して規範的なこの発電所ブロックの予備電
力を決定する第１の計算ユニットが設けられている。こ
の予備電力は秒のオーダーの時間の間に用意される追加
的な電力であり、この電力がサイクリックに求められる
ことは目的にかなっている。
制御装置の別の目的にかなった構成は、ブロック特有
の測定量およびブロック特有の一定量からむだ時間およ
びこの発電所ブロックから用意すべき持続追加電力に対
する変化速度を決定することにある。そのために、第１
の制御ユニットと接続されている第２の計算ユニットが
設けられている。
最大の供給電力の停止をシミュレートする故障を基礎
とする際には、第２の制御ユニットが第１の制御ユニッ
トからのデータを用いて故障の進行を計算する。代替的
に第２の制御ユニットに実際の系統障害の経過が供給さ
れ、それからモデルに対する補正されたデータ、すなわ
ち改善されたモデルデータが計算されてもよい。そのた
めに、エネルギー供給システムのなかの電力分配の変化
から導き出されているデータを記憶するためのメモリが
設けられていることは有利である。これらのデータによ
り第２の制御ユニットのなかに記憶されたパラメータが
変更され、実際の系統挙動に適合され得る。
本発明により得られる利点は特に、制御装置により実
際上任意の時間間隔で自動的に行われ得るエネルギー供
給システムの必要性への適合により、保たれる全予備電
力の特に望ましい高さが達成させることにある。その際
に一方では電流供給の予め定められた信頼性レベルが守
られる。他方では不必要に高い秒−予備、従ってまた高
い燃料コストが回避される。
以下、本発明の実施例を図面により詳細に説明する。
図１は、電力系統に接続されている発電所ブロックお
よびこの発電所ブロックを自動制御するのに用いられる
制御および計算ユニットのブロック回路図、 図２は図１による制御装置の第１の制御ユニットの拡
大された部分図、 図３は図１による制御装置の第２の制御ユニットの拡
大された部分図である。
すべての図面中で互いに相応する部分には等しい参照
符号が付されている。
図１には例として、複数個の発電所ブロックB1…Bnお
よび負荷V1…Vnを有する系統２を含んでいるエネルギー
供給システム１が示されている。発電所ブロックB1…Bn
はデータ線d1…dnを介してデータ伝送要素としてのデー
タバス４に接続され、このデータバス４は制御装置６と
接続されている。すべての発電所ブロックB1…Bnに対し
て共通のデータバス４の代わりに各発電所ブロックBnに
対して分離したデータ伝送要素４が設けられていてもよ
い。
制御装置６は第１の制御ユニットSE1を含み、この第
１の制御ユニットSE1は第２の制御ユニットSE2と接続さ
れている。制御装置６はさらに、第１の制御ユニットSE
1および第２の制御ユニットSE2と接続されている第１の
計算ユニットRE1と、第１の制御ユニットSE1と接続され
ている第２の計算ユニットRE2とを含んでいる。それは
さらに、それぞれ第１の制御ユニットSE1と接続されて
いる２つのデータメモリS1およびS2と、第２の制御ユニ
ットSE2と接続されているデータメモリS3とを含んでい
る。
第１の制御ユニットSE1は、矢印８により示されてい
るように、ブロック特有の測定量M1…Mnをデータバス４
を介して個々の発電所ブロックB1…Bnから受信する。好
ましくは測定量Mnは第１の制御ユニットSE1に第１の計
算ユニットRE1を介して供給され、そのなかで測定量Mn
にブロック特有の標識が付けられ得る。そのためにたと
えばすべての発電所ブロックBnに対して共通の計算ユニ
ットRE1が、矢印10により示されているように、データ
バス４と接続されている。第２の計算ユニットRE2は、
矢印11により示されているように、同じくデータバス４
と接続されている。
複数の計算ユニットRE1が設けられていてもよい。た
とえば各発電所ブロックBnに対して、ブロック特有の測
定量Mnを受信しこれを第１の制御ユニットSE1に与える
個別の計算ユニットRE1が設けられていてもよい。ブロ
ック特有の測定量Mnはたとえばブロック電力（Pi）およ
び生蒸気圧力（pi）の実際値ならびに弁開度およびター
ビンハウジング内またはその壁で測定された温度であ
る。
メモリS1から第１の制御ユニットSE1および第１の計
算ユニットRE1に一定のブロック特有の量C1…Cnが供給
される。これらの一定の量Cnはたとえば最大および最小
ブロック電力（Pmax、Pmin）ならびに最大および最小生
蒸気圧力（pmax、pmin）である。別のブロック特有の一
定の量Cnは、そのつどのブロック形式を顧慮して、たと
えば電力調節範囲、最大予備電力（秒−および（また
は）分−予備）、電力に関係する熱消費の経過ならびに
始動、運転および停止時間である。
さらに第１の制御ユニットSE1にはメモリS2から系統
特有のデータが供給される。メモリS2のなかに記憶され
たこれらのデータは系統運転の一般的な基準Vgである。
このような基準は下回ってはならない最低周波数の目標
値、たとえば49Hzであってよい。しかし基準Ｖは全予備
電力の時間的経過であってもよい。この場合、コーナー
値として冒頭に記載したDVG基準、すなわち30秒以内の
５％または５秒以内の2.5％の定格電力の上昇が定めら
れている。
図２により後で詳細に説明するように、第１の制御ユ
ニットSE1がサイクリックに量C1…Cnおよび基準Ｖの顧
慮のもとに測定量M1…Mnを評価し、また１つまたは複数
の発電所ブロックB1…Bnに対して操作命令Ｓを定める。
この操作命令Ｓはブロック特有の操作命令S1…Snとして
データバス４を介して制御すべき各発電所ブロックB1…
Bnに供給される。操作命令Ｓはたとえば、追加的に投入
すべき発電所ブロックBnに対する始動命令または切り離
すべき発電所ブロックBnに対する停止命令である。第１
の制御ユニットSE1は複数の発電所ブロックB1…Bnを始
動または停止させるための時間的に相続く制御命令S1…
Snを発し得る。
始動命令Snが発電所ブロックBnの運転経歴を考慮に入
れて定められることは有利である。すなわち第１の制御
ユニットSE1は停止時間および発電所ブロックBnと系統
２との同期化のために必要とされる時間を考慮に入れて
ブロック特有の始動時間を求める。この始動時間に相応
して第１の制御ユニットSE1はこの発電所ブロックBnを
始動させるための操作命令Snを、系統２へのこの発電所
ブロックBnの電力供給が実際に必要とされかつ経済的で
あると確認される以前に既に発する。
第１の制御ユニットSE1が全体としてカバーすべき系
統負荷および全予備電力を分配し、各発電所ブロックBn
に対して全体としてカバーすべき系統負荷へのその寄与
に対する目標値（Psn）と、全予備電力へのその寄与に
対する目標値（Rsn）とを決定することは有利である。
カバーすべき系統負荷および全予備電力の分配の際に、
たとえば挿入すべき一次エネルギーおよび効率を顧慮し
て、主要な規範としてそのつどの発電所ブロックBnの有
効性または経済性が考慮に入れられることは目的にかな
っている。
従って、第１の制御ユニットSE1は、図２によれば、
第１のデータメモリ12を含んでおり、そのなかにそのつ
どの発電所ブロックBnを写像するためのモデルデータが
記憶されている。このように定められるデータはたとえ
ば最大および最小ブロック電力（Pmax、Pmin）である。
第２のデータメモリ13のなかには測定値M1…Mnがオンラ
イン−プロセスデータとして一時記憶される。第３のデ
ータメモリ14のなかには第１の計算ユニットRE1からの
別のプロセスデータが一時記憶される。データメモリ1
2、13および14のなかに記憶されているこれらのデータ
から、データ初期化のための装置15が目下の応用に対し
て必要なデータを選択する。ブロック選択計算機16が先
ずこれらのデータを用いて特に適した発電所ブロックBn
を選択する。個々の選択された発電所ブロックBnへの電
力分配は計算機18のなかで行われる。予備電力の計算お
よび検査は計算機20のなかで行われる。モデル計算によ
り予め定められた全予備電力の条件が満足されていない
ならば、ブロック選択計算機16のなかでたとえば別の発
電所ブロックBnが選択される。破線の矢印21により示さ
れているように、このプロセスは、予備条件を満足する
ブロック選択が行われるまで、１つのループのなかで繰
り返される。これらの条件と、第２の制御ユニットSE2
の比較段44（図３）のなかで問い合わされた（基準Vgか
ら導き出された）系統特有の規範とが満足されているな
らば、第１の制御ユニットSE1の段22のなかで段24への
分岐が行われる。この段24のなかで負荷分配の短周期の
現実化が行われ、また別の段26のなかで予備分配の短周
期の現実化が行われる。第３の段28のなかで形成された
部分負荷Psnおよび部分予備電力Rsnのブロック特有の目
標値は、データバス４を経て相応の発電所ブロックB1…
Bnにたとえばそれらのタービンおよび（または）発電機
調節器に対する操作命令または制御量S1…Snとして供給
される。
第２の制御ユニットSE2の比較段44のなかの比較によ
り、探索される規範の目標値が満足されていないことが
示されると、段22のなかで段30への分岐が行われ、段30
のなかに負荷分配に対する現在の発電スケジュールおよ
び予備分配に対する予備スケジュールが記憶される。第
１の制御ユニットSE1から与えられた現在の全予備電力
のデータは第２の制御ユニットSE2に供給される。
図３に示されているように、これらのデータは先ずメ
モリ32のなかに記憶される。このメモリ32のなかには系
統２を記述しまた発電所ブロックB1…Bnを写像するため
の基本データおよび目標値ならびにブロック故障に対す
るシミュレーションモデルも記憶されている。このモデ
ルのなかにはたとえば最大の故障電力、すなわち現在最
高の電力を系統２に供給する発電所ブロックBnの故障、
がシミュレートされる。選択計算機34はスイッチ36およ
び38の図示されている位置で故障進行の予測に必要とさ
れるデータをデータメモリ32から読出し、これらを計算
機40に伝達する。そこで故障進行が現在の全予備電力を
考慮に入れて計算される。その際に求められた全予備電
力の時間的経過は計算機40から第１の計算ユニットRE1
に与えられる。探索される系統特有の規範の、故障進行
から導き出され、結果メモリ42のなかに記憶された実際
値は、比較段44のなかで探索される規範の目標値と比較
される。この規範は、前記のように、たとえば比較的小
さい孤立回路網における周波数最小値または比較的大き
い結合回路網における時間の関数としての全予備電力の
目標経過（DVG基準）である。
探索される規範が満足されていないならば、第１の制
御ユニットSE1に、段46のなかで求められた補正値Ｋが
供給される。たとえば実際値が目標値の設定可能な許容
帯の10％だけ外側に位置するならば、補正値Ｋは１より
も大きく、または小さい。その場合、第１の制御ユニッ
トSE1から後続の通過中に、すなわち最初の反復ステッ
プのなかで、たとえば10％だけ上昇または低下された全
予備電力が予め定められる。目標値に収斂するこの反復
プロセスは、探索される規範が満足されるまで行われ
る。その後に初めて、第１の制御ユニットSE1の段30の
なかに最後に記憶された電力目標値Psnを有する発電ス
ケジュールおよび部分予備目標値Rsnを有する最後に記
憶された予備スケジュールが能動化される。
エネルギー供給システム１のなかに故障が生ずると、
制御装置６のメモリS3のなかに、エネルギー供給システ
ム１のなかの負荷分配の変化から導き出されているデー
タが記憶される。これらのデータにより第２の制御ユニ
ットSE2のなかに記憶されたシミュレーションモデルの
パラメータが変更される。そのためにメモリS3の第１の
段60のなかに系統故障が記録される。別の段62のなかで
評価されたデータがドキュメンテーションメモリ64のな
かに記憶される。段62のなかで評価されたこれらのデー
タはスイッチ36および38の操作後に第２の制御ユニット
SE2の選択計算機34に供給され、その際に反復プロセス
は段46および第１の制御ユニットSE1を介して中断され
ている。選択計算機34により選択されたメモリS3からの
データは９つのブロックパラメータの同定のために第２
の制御ユニットSE2の段66に供給される。そこで、シミ
ュレーションモデルの基礎とされたパラメータが、シミ
ュレーションモデルから計算された故障進行が実際の故
障経過に一致するまで、または少なくとも近づくまで変
更される。これらのパラメータは結果メモリ68のなかに
記憶され、必要であれば、たとえば（図示されていな
い）エキスパートシステムの知識ベースのなかに記憶さ
れている選択規範を考慮に入れて段70のなかで選択さ
れ、そこから第１の計算ユニットRE1に供給される。こ
れらのパラメータは第１の計算ユニットRE1から第２の
制御ユニットSE2のデータメモリ32のなかに読入れら
れ、そこで従来のモデルパラメータを置換する。それに
より第２の制御ユニットSE2のなかで進行する反復プロ
セスの基礎となっているシミュレーションモデルが実際
の回路網経過および故障進行にさらに適合される。
前記の仕方で制御装置６の第１の制御ユニットSE1に
より求められ、発電所ブロックB1…Bnにより準備すべ
き、部分予備電力Rsnから成る全予備電力は、時間的に
制限されてのみ使用し得る秒−予備である。この時間的
な制限は発電所ブロックB1…Bnのなかで用意または準備
されており要求に応じて能動化可能であるメモリ容量に
関係している。永久的または持続的な追加電力（分−予
備）を準備するため、発電所ブロックB1…Bnのなかでた
とえば火力が相応に高められなければならない。従って
第２の計算ユニットRE2がブロック特有の測定量M1…Mn
およびブロック特有の一定量C1…Cnから、相応の発電所
ブロックBnから能動化すべき持続的追加電力または分−
予備を決定する。そのために準備すべき持続的追加電力
に対する尺度として、ブロック特有の電力（Pi）とブロ
ック特有の最大電力（Pmax）との間の時間に関係する電
力経過からむだ時間を考慮に入れて求められ得る時間的
変化（勾配）が用いられる。そのつどの発電所ブロック
Bnから可能な電力経過を考慮に入れて計算された分−予
備は、サイクリックにたとえば15分の間隔で第１の制御
ユニットSE1のなかで行われる計算を基礎としている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−236127（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−47827（ＪＰ，Ａ) 特公 昭56−45179（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電気エネルギー供給システム（１）におけ
    る発電所ブロック（B1…Bn）を自動制御するための制御
    装置であって、データ伝送要素（４）を介して制御すべ
    き各発電所ブロック（Bn）と接続されており、ブロック
    特有の測定量（M1…Mn）を受信し、ブロック特有の制御
    量（S1…Sn）を出力する第１の制御ユニット（SE1）を
    含んでおり、制御ユニット（SE1）がメモリ値（C1…C
    n）を考慮に入れて測定量（M1…Mn）をサイクリックに
    評価し、１つまたは各々の発電所ブロック（B1…Bn）に
    対して操作命令（Ｓ）を定め、各発電所ブロック（Bn）
    に対する第１の制御ユニット（SE1）が、全体としてカ
    バーすべき系統負荷へのその電力寄与に対する目標値
    （Psn）と、全予備電力へのその電力寄与に対する目標
    値（Rsn）とを決定することを特徴とする電気エネルギ
    ー供給システムにおける発電所ブロックを自動制御する
    ための制御装置。
  2. 【請求項２】第１の制御ユニット（SE1）と接続されて
    おり、個々の発電所ブロック（B1…Bn）に分配すべき全
    予備電力に対する補正値（Ｋ）を第１の制御ユニット
    （SE1）に与える第２の制御ユニット（SE2）を含んでお
    り、その際に目標値への実際値の近似が行われ、その際
    に第１の制御ユニット（SE1）が各発電所ブロック（B
    n）に補正された予備電力（Rsn）を対応付けることを特
    徴とする請求項１記載の制御装置。
  3. 【請求項３】目標値が設定可能な許容帯のなかにあるこ
    とを特徴とする請求項２記載の制御装置。
  4. 【請求項４】第１および第２の制御ユニット（SE1、SE
    2）と接続されており、発電所ブロック（B1…Bn）のブ
    ロック特有の測定量（M1…Mn）およびブロック特有の一
    定量（C1…Cn）から第１の制御ユニットに対して規範的
    なこの発電所ブロック（B1…Bn）の予備電力を決定する
    第１の計算ユニット（RE1）を含んでいることを特徴と
    する請求項２または３記載の制御装置。
  5. 【請求項５】規範的な予備電力が秒のオーダー以内に準
    備される追加的な電力であることを特徴とする請求項４
    記載の制御装置。
  6. 【請求項６】第１の制御ユニット（SE1）と接続されて
    おり、ブロック特有の測定量（M1…Mn）およびブロック
    特有の一定量（C1…Cn）からむだ時間およびこの発電所
    ブロック（B1…Bn）から準備すべき持続的追加電力に対
    する変化速度を決定する第２の計算ユニット（RE2）を
    含んでいることを特徴とする請求項１ないし５のいずれ
    か１つに記載の制御装置。
  7. 【請求項７】第２の制御ユニット（SE2）と接続されて
    おり、エネルギー供給システム（１）のなかの電力分配
    の変化から導き出されているデータを記憶するためのメ
    モリ（S3）を含んでおり、その際にこれらのデータによ
    り第２の制御ユニット（SE2）のなかに記憶されたシム
    ュレーションモデルのパラメータが変更可能であること
    を特徴とする請求項２ないし６のいずれか１つに記載の
    制御装置。
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