JP4727566B2 - 周波数制御装置および周波数制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、緊急時に電力系統の周波数を制御する周波数制御装置および周波数制御方法に関し、特に、簡単な計算で精度良く電源脱落時の負荷制限量を算出することができる周波数制御装置および周波数制御方法に関するものである。

電力系統の緊急時の周波数制御では、系統事故等により需給不均衡が発生した場合、周波数の変化を安定運転可能な範囲内に抑えるため、発電または負荷の制限（トリップ）を行い、需給不均衡を抑制する。この制限量の算出では、制限量を必要最小限の量に留めるために、事故によって生じた需給不均衡に加えて、周波数変動に対する発電機応答特性および負荷の応答特性、ならびに、事故による負荷の脱落量等が考慮される。

周波数変動に対する負荷の応答特性、事故時の負荷の脱落量については、過去の統計などを基に概算される。周波数変動に対する発電機出力の応答特性については、各発電機のボイラ特性、運転状態などを基に動特性シミュレーションを行って算出される（例えば、特許文献１参照。）。

特開平１１−２１５７１０号公報

しかしながら、動特性シミュレーションは計算が煩雑となるという問題がある。また、動特性シミュレーションでは、発電機の種々の特性・運転状態と瞬動予備力との関係が直感的に分かりにくいため、実測データを用いた精度向上が難しいという課題がある。これは同時に、周波数安定化制御がブラックボックス化し、扱いにくくなるという課題を生じる。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、簡単な計算で精度良く電源脱落時の負荷制限量を算出することができる周波数制御装置および周波数制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１に係る発明は、緊急時に電力系統の周波数を制御する周波数制御装置であって、周波数が許容下限値から所定の範囲に達した時点で各発電機で発動される瞬動予備力の合計を算出する瞬動予備力算出手段と、前記瞬動予備力算出手段により算出された瞬動予備力の合計を用いて電源脱落時の負荷制限量を算出し、該算出した負荷制限量に基づいて電力系統の制御を行う系統制御手段と、を備え、前記瞬動予備力算出手段は、一般火力発電機については、周波数変動に対する発電機出力の応答特性についてシミュレーションによる算出方法を用いることなく、主蒸気圧力および加減弁開度変化幅を用いた代数演算により実機の特性・運転状態に基づいて瞬動予備力を算出することを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、上記の発明において、前記瞬動予備力算出手段は、主蒸気圧力変圧設定を用いて現在出力に応じた主蒸気圧力を算出し、該算出した主蒸気圧力および加減弁開度変化幅を用いた代数演算により実機の特性・運転状態に基づいて瞬動予備力を算出することを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、上記の発明において、前記瞬動予備力算出手段は、周波数が許容下限値から所定の範囲に達した時点のガバナ調定率に応じた加減弁開度の変化幅、ガバナフリー幅、加減弁開度の上限までの余裕の３つのうち、最も小さいものを前記加減弁開度変化幅とすることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、緊急時に電力系統の周波数を制御する周波数制御装置であって、周波数が許容下限値から所定の範囲に達した時点で各発電機で発動される瞬動予備力の合計を算出する瞬動予備力算出手段と、前記瞬動予備力算出手段により算出された瞬動予備力の合計を用いて電源脱落時の負荷制限量を算出し、該算出した負荷制限量に基づいて電力系統の制御を行う系統制御手段と、を備え、前記瞬動予備力算出手段は、コンバインドサイクル発電機に対しては、ガスタービン出力変化幅を用いて実機の特性・運転状態に基づいて瞬動予備力を算出することを特徴とする。

また、請求項５に係る発明は、上記の発明において、前記瞬動予備力算出手段は、周波数が許容下限値から所定の範囲に達した時点の周波数バイアス調定率に応じたＧＴ出力の変化幅、周波数バイアスの変化率、現在のＧＴ出力から瞬動予備力を期待できる最高のＧＴ出力までの余裕の３つのうち、最も小さいものを前記ガスタービン出力変化幅とすることを特徴とする。

また、請求項６に係る発明は、上記の発明において、前記瞬動予備力算出手段は、ＩＧＶ開度および外気温度に基づいて前記最高のＧＴ出力を算出することを特徴とする。

また、請求項７に係る発明は、緊急時に電力系統の周波数を制御する周波数制御装置による周波数制御方法であって、周波数が許容下限値から所定の範囲に達した時点で各発電機で発動される瞬動予備力の合計を算出する瞬動予備力算出工程と、前記瞬動予備力算出工程により算出された瞬動予備力の合計を用いて電源脱落時の負荷制限量を算出し、該算出した負荷制限量に基づいて電力系統の制御を行う系統制御工程と、を含み、前記瞬動予備力算出工程は、一般火力発電機については、周波数変動に対する発電機出力の応答特性についてシミュレーションによる算出方法を用いることなく、主蒸気圧力および加減弁開度変化幅を用いた代数演算により実機の特性・運転状態に基づいて瞬動予備力を算出することを特徴とする。

また、請求項８に係る発明は、緊急時に電力系統の周波数を制御する周波数制御装置による周波数制御方法であって、周波数が許容下限値から所定の範囲に達した時点で各発電機で発動される瞬動予備力の合計を算出する瞬動予備力算出工程と、前記瞬動予備力算出工程により算出された瞬動予備力の合計を用いて電源脱落時の負荷制限量を算出し、該算出した負荷制限量に基づいて電力系統の制御を行う系統制御工程と、を含み、前記瞬動予備力算出工程は、コンバインドサイクル発電機に対しては、ガスタービン出力変化幅を用いて実機の特性・運転状態に基づいて瞬動予備力を算出することを特徴とする。

請求項１または７の発明によれば、周波数が許容下限値から所定の範囲に達した時点で各発電機で発動される瞬動予備力の合計を算出し、算出した瞬動予備力の合計を用いて電源脱落時の負荷制限量を算出し、算出した負荷制限量に基づいて電力系統の制御を行い、一般火力発電機については、周波数変動に対する発電機出力の応答特性についてシミュレーションによる算出方法を用いることなく、主蒸気圧力および加減弁開度変化幅を用いた代数演算により瞬動予備力を算出するよう構成している。このため、従来瞬動予備力を算出するには煩雑な動特性のシミュレーションを行う必要があるが、本発明ではそのようなシミュレーションをすることなく、簡単な計算で実機の特性・運転状態を考慮して精度よく瞬動予備力を算出し、その結果、精度良く負荷制限量を算出して負荷制限を行うことができるという効果を奏する。

また、請求項２の発明によれば、主蒸気圧力変圧設定を用いて現在出力に応じた主蒸気圧力を算出し、算出した主蒸気圧力および加減弁開度変化幅を用いた代数演算により瞬動予備力を算出するよう構成したので、瞬動予備力を容易により精度良く算出することができ、その結果、負荷制限量をより精度良く算出することができるという効果を奏する。例えば、主蒸気圧力が低くなるような出力が小さい運転状態に対しては，同じ加減弁開度変化幅に対する瞬動予備力は主蒸気圧力が低い分小さくなる。このように出力が小さい運転状態では、本発明では主蒸気圧力を考慮しない場合と比べて精度の良い瞬動予備力の算出が可能となる。

また、請求項３の発明によれば、周波数が許容下限値から所定の範囲に達した時点のガバナ調定率に応じた加減弁開度の変化幅、ガバナフリー幅、加減弁開度の上限までの余裕の３つのうち、最も小さいものを加減弁開度変化幅とするよう構成したので、加減弁開度変化幅を精度良く算出することができ、その結果、瞬動予備力を精度良く算出することができるという効果を奏する。

また、請求項４または８の発明によれば、周波数が許容下限値から所定の範囲に達した時点で各発電機で発動される瞬動予備力の合計を算出し、算出した瞬動予備力の合計を用いて電源脱落時の負荷制限量を算出し、算出した負荷制限量に基づいて電力系統の制御を行い、コンバインドサイクル発電機に対しては、ガスタービン出力変化幅に基づいて瞬動予備力を算出するよう構成したので、実機の特性・運転状態を考慮して瞬動予備力を容易に精度良く算出することができ、その結果、負荷制限量を精度良く算出することができるという効果を奏する。

また、請求項５の発明によれば、周波数が許容下限値から所定の範囲に達した時点の周波数バイアス調定率に応じたＧＴ出力の変化幅、周波数バイアスの変化率、現在のＧＴ出力から瞬動予備力を期待できる最高のＧＴ出力までの余裕の３つのうち、最も小さいものをガスタービン出力変化幅とするよう構成したので、ガスタービン出力変化幅を精度良く算出することができ、その結果、瞬動予備力を精度良く算出することができるという効果を奏する。

また、請求項６の発明によれば、ＩＧＶ開度および外気温度に基づいて最高のＧＴ出力を算出するよう構成したので、最高のＧＴ出力を精度良く算出することができ、その結果、ガスタービン出力変化幅を精度良く算出することができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る周波数制御装置および周波数制御方法の好適な実施例を詳細に説明する。なお、本実施例では、緊急事態発生直後および周波数変化幅が許容範囲を超える手前の所定の時点の二段階で制御を行う場合を中心に説明する。

まず、本実施例に係る周波数制御装置の構成について説明する。図１は、本実施例に係る周波数制御装置の構成を示す機能ブロック図である。同図に示すように、この周波数制御装置１００は、系統情報収集部１１０と、系統情報記憶部１２０と、負荷脱落量算出部１３０と、負荷減少分算出部１４０と、瞬動予備力算出部１５０と、第一段負荷制限量算出部１６０と、操作部１７０と、第二段負荷制限量算出部１８０とを有する。

系統情報収集部１１０は、制御対象の電力系統から各発電機の運転状態に関する情報、外気温度などの情報を常時収集して系統情報記憶部１２０に格納する処理部である。また、この系統情報収集部１１０は、電源脱落時に電源脱落量を計算して系統情報記憶部１２０に格納する。

系統情報記憶部１２０は、系統情報収集部１１０が収集した情報、各発電機の特性に関する情報、電源脱落時の電源脱落量などを記憶する記憶部である。なお、各発電機の運転状態に関する情報および各発電機の特性に関する情報の詳細については後述する。

負荷脱落量算出部１３０は、過去の統計などに基づいて事故時の負荷脱落量を算出する処理部であり、具体的には、事故時の電圧低下量と負荷脱落量の過去の統計値と実際の電圧低下量から算出する。

負荷減少分算出部１４０は、事故時の負荷減少分を算出する処理部であり、具体的には、総需要×負荷の周波数特性定数×（基準周波数−（許容下限値＋マージン））によって負荷減少分を算出する。ここで、負荷の周波数特性定数は過去の統計値などを用いる。また、許容下限値は、周波数について発電プラントの安全運転範囲などを考慮して決定される許容値の下限であり、マージンは、周波数が許容下限値を下回らないように制御するために設けた所定の値である。ここでは、許容下限値は５９Ｈｚであり、マージンは０．２Ｈｚであるとする。

瞬動予備力算出部１５０は、周波数が（許容下限値＋マージン）に達した時点で各発電機で発動される瞬動予備力の合計を算出する処理部である。この瞬動予備力算出部１５０は、各発電機の種々の特性および運転状態を基に簡単な代数計算によって瞬動予備力を算出する。

具体的には、この瞬動予備力算出部１５０は、一般火力発電機については、
・現在出力
・ＧＦ運転（ガバナフリー運転）／ＬＬ運転（ロードリミッタ運転）の別
・ガバナ調定率
・ガバナフリー幅
・加減弁開度の上限までの余裕
・主蒸気圧力変圧設定
・低圧タービンの遅れ
に基づいて瞬動予備力を算出する。

ここで、ガバナは、系統周波数の変化に追随して出力を増減させるための装置であり、ガバナフリー運転（ＧＦ運転）は、ガバナにより系統周波数の変化に追随して出力を増減させる運転である。ロードリミッタ運転（ＬＬ運転）は、ガバナをロックし、系統周波数の変化に対して出力を一定とする運転（但し、周波数の増加がある程度大きくなると出力を減少させる）である。ＬＬ運転の場合は、出力が一定であるため、瞬動予備力は零となる。

ガバナ調定率は、ガバナフリー運転を行う場合に、系統周波数変化に対して出力をどれだけ増減するかを表す特性である。図２にガバナ調定率特性の一例を示す。ガバナフリー幅は、発電プラントに過度の負担を与えないために設けられるガバナフリー運転による出力増加幅の上限値である。

また、発電プラントによっては、出力が低いところでは、加減弁を絞るのではなく、主蒸気圧力を下げるような制御方式としており、主蒸気圧力変圧設定とは、出力に対して主蒸気圧力をどのような値とするかを決める設定のことである。図３に主蒸気圧力変圧設定の一例を示す。

また、高圧・中圧タービンは数１００ｍ秒程度の時定数で出力が変化するが、低圧タービンは再熱器が１０秒程度の時定数を持つため、出力は１０秒程度の時定数を持つ。このため電源脱落後数秒では、低圧タービンの出力はあまり変化しない。瞬動予備力算出部１５０は、このような低圧タービンの遅れを考慮して瞬動予備力を算出する。

コンバインドサイクル発電機については、瞬動予備力算出部１５０は、
・現在出力
・外気温度
・周波数バイアス調定率
・周波数バイアス変化率制限
・ＩＧＶ開度によるガバナフリー制約
に基づいて瞬動予備力を算出する。

ここで、周波数バイアスは、ガバナの上流の制御にあたるプラント制御系において、系統周波数の変化に対して出力を増減させるために出力目標値に加えられるバイアス値である。一般に、ガバナによる出力制御よりも周波数バイアスによる出力制御の方が遅い。図４にガバナによる出力制御と周波数バイアスによる出力制御のイメージを示す。一般火力では、電源脱落後数秒程度においてはガバナ制御が主であるが、コンバインドサイクルではガスタービンの応答が速いため周波数バイアスによる制御が主となる。このため、瞬動予備力算出部１５０は、一般火力ではガバナの特性、コンバインドサイクルでは周波数バイアスの特性に基づいて瞬動予備力を算出する。

周波数バイアス調定率は、系統周波数の変化に対してどれだけの周波数バイアスを加えるかを表す特性であり、周波数バイアス変化率制限は、変化速度をある程度までに抑えるための制限である。図５に周波数バイアス調定率特性の一例を示す。

ＩＧＶ開度は、ガスタービンの空気圧縮機に空気を取り込む入口案内翼の開度である。プラントによっては、ＩＧＶ開度が最低あるいは最高に近い範囲ではガバナフリー運転をできない場合がある。

なお、瞬動予備力算出部１５０が瞬動予備力の算出に用いる各発電機の種々の特性に関する情報および運転状態に関する情報は系統情報記憶部１２０が記憶し、各発電機の運転状態に関する情報は、系統情報収集部１１０によって収集される。

図１に戻って、第一段負荷制限量算出部１６０は、負荷脱落量算出部１３０が算出した負荷脱落量、負荷減少分算出部１４０が算出した負荷減少分および瞬動予備力算出部１５０が算出した各発電機の瞬動予備力の合計に基づいて電源脱落時の負荷制限量を算出する処理部であり、具体的には、以下の式によって負荷制限量を算出する。
（負荷制限量）＝（電源脱落量）−（負荷脱落量）−（周波数が（許容下限値＋マージン）に達した時点で各発電機で発動される瞬動予備力の合計）−（負荷減少分）

この第一段負荷制限量算出部１６０が、負荷脱落量、負荷減少分および周波数が（許容下限値＋マージン）に達した時点で各発電機で発動される瞬動予備力の合計を電源脱落量から引いて電源脱落時の負荷制限量を算出することによって、簡単な計算で電源脱落時の負荷制限量を算出することができる。

操作部１７０は、緊急事態発生時に、二段階で系統の負荷制限を行う処理部であり、第一段階では第一段負荷制限量算出部１６０によって算出された負荷制限量に基づいて負荷制限を実施し、第二段階では第二段負荷制限量算出部１８０によって算出された負荷制限量に基づいて負荷制限を実施する。

第二段負荷制限量算出部１８０は、電源脱落時に第一段負荷制限量算出部１６０によって算出された負荷制限量に基づく負荷制限の後、周波数が（許容下限値＋マージン）に達した時点で第二段負荷制限量を算出する処理部である。この第二段負荷制限量算出部１８０は、周波数変化率および系統の単位慣性定数に基づいて第二段負荷制限量を算出する。

次に、本実施例に係る周波数制御装置１００による負荷制限処理の処理手順について説明する。図６は、本実施例に係る周波数制御装置１００による負荷制限処理の処理手順を示すフローチャートである。同図に示すように、この負荷制限処理では、周波数制御装置１００は、電源脱落が発生すると、瞬動予備力算出部１５０が周波数が（許容下限値＋マージン）に達した時点での各発電機で発動される瞬動予備力を算出する（ステップＳ１）。

そして、負荷減少分算出部１４０が周波数低下による負荷減少分を負荷の周波数特性定数の過去の統計値などを基に算出し、負荷脱落量算出部１３０が過去の統計などに基づいて負荷脱落量を算出する（ステップＳ２）。

そして、第一段負荷制限量算出部１６０が、（負荷制限量）＝（電源脱落量）−（負荷脱落量）−（周波数が（許容下限値＋マージン）に達した時点で各発電機で発動される瞬動予備力の合計）−（負荷減少分）によって第一段階の負荷制限量を算出し（ステップＳ３）、操作部１７０が第一段の制御を実行する（ステップＳ４）。その後、周波数が（許容下限値＋マージン）に達すると、第二段負荷制限量算出部１８０が第二段の負荷制限量を算出し、操作部１７０が第二段の制御を実行する（ステップＳ５）。

このように、第一段負荷制限量算出部１６０が、電源脱落量から負荷脱落量、周波数が（許容下限値＋マージン）に達した時点で各発電機で発動される瞬動予備力の合計および負荷減少分を引いて第一段階の負荷制限量を算出することによって、簡単に第一段階の負荷制限量を算出することができる。

次に、瞬動予備力算出部１５０による瞬動予備力算出処理の処理手順について説明する。図７は、一般火力発電機についての瞬動予備力算出処理の処理手順を示すフローチャートである。

同図に示すように、一般火力発電機については、瞬動予備力算出部１５０は、対象発電機の現在出力およびＧＦ／ＬＬ運転の別を系統情報記憶部１２０から読み出し（ステップＳ１１）、系統情報記憶部１２０に記憶された主蒸気圧力変圧設定を用いて現在出力に応じた主蒸気圧力を算出する（ステップＳ１２）。なお、ここでは、現在出力、主蒸気圧力などは、全て定格に対する割合（％）で扱うこととする。

そして、現在出力を主蒸気圧力で割って加減弁開度を推定し（ステップＳ１３）、周波数が（許容下限値＋マージン）に変化したときのガバナ調定率に応じた加減弁開度の変化幅、ガバナフリー幅、加減弁開度の上限までの余裕の３つのうち、最も小さいものを加減弁開度変化幅とする（ステップＳ１４）。また、ＬＬ運転の場合は、出力一定であるので、加減弁開度変化幅を零とする（ステップＳ１５）。

そして、加減弁開度変化幅×主蒸気圧力×期待係数によって、瞬動予備力を算出する（ステップＳ１６）。ここで、期待係数は、低圧タービンの遅れ等に基づいて、瞬動予備力としてどれだけ期待できるかを表す係数であり、例えば０．５である。また、期待係数を発電機毎に異なる値とすることで、各発電機の応答の違いを表現することもできる。

このように、加減弁開度変化幅、主蒸気圧力および期待係数によって瞬動予備力を計算することによって、瞬動予備力算出部１５０は、一般火力発電機について精度の良い瞬動予備力を簡単に計算することができる。

一般火力発電機の瞬動予備力の算出例を図８に示す。同図において、横軸は現在出力、縦軸は算出した瞬動予備力である。いずれも定格出力に対する比率(pu)で示している。発電機Ａは定圧ボイラであり、ガバナフリーは定格出力位置を上限としている。このため、発電機Ａの場合には、出力が小さい間は瞬動予備力はガバナ調定率に支配され、出力が大きくなると定格出力位置までの余裕に支配される。

発電機Ｂは変圧ボイラであり、ガバナフリーは定格出力位置を上限としている。このため、発電機Ｂの場合には、出力が小さい間は瞬動予備力はガバナ調定率に支配され、出力が大きくなると変圧領域での定格出力位置までの余裕に支配されるようになり、さらに出力が大きくなると定格出力位置までの余裕に支配される。発電機Ｃは変圧ボイラであり、ガバナフリー幅５％としている。このため、発電機Ｃの場合には、出力が小さい間は瞬動予備力はガバナフリー幅に支配され、出力が大きくなると定格出力位置までの余裕に支配される。なお、期待係数は０．５としている。

図９は、コンバインドサイクル発電機についての瞬動予備力算出処理の処理手順を示すフローチャートである。同図に示すように、コンバインドサイクル発電機については、瞬動予備力算出部１５０は、対象発電機の現在出力および外気温度を系統情報記憶部１２０から読み出し（ステップＳ２１）、現在出力および外気温度に応じて現在のＧＴ出力（ガスタービン出力）を推定する（ステップＳ２２）。なお、ここでも、現在出力、ＧＴ出力などは、全て定格に対する割合（％）で扱うこととする。

そして、ＩＧＶ開度の制約の基に瞬動予備力を期待できる最低のＧＴ出力を外気温度に応じて算出する。また、ＩＧＶ開度の制約の基に瞬動予備力を期待できる最高のＧＴ出力を外気温度に応じて算出する（ステップＳ２３）。なお、瞬動予備力を期待できる最低のＧＴ出力および最高のＧＴ出力の算出に使用される特性は設計あるいは実測によるものを用いる。

そして、周波数が（許容下限値＋マージン）に変化したときの周波数バイアス調定率に応じたＧＴ出力の変化幅、周波数バイアスの変化率、現在のＧＴ出力から瞬動予備力を期待できる最高のＧＴ出力までの余裕の３つのうち、最も小さいものをＧＴ出力変化幅とする（ステップＳ２４）。なお、現在のＧＴ出力が瞬動予備力を期待できる最低のＧＴ出力よりも小さい場合はＧＴ出力変化幅を零とする（ステップＳ２５）。

そして、ＧＴ出力変化幅×期待係数によって、瞬動予備力を算出する（ステップＳ２６）。ここで、期待係数は、ＧＴ、制御系の遅れ等に基づいて、瞬動予備力としてどれだけ期待できるかを表す係数であり、例えば、０．７である。また、期待係数を発電機毎に異なる値とすることで、各発電機の応答の違いを表現することもできる。

このように、ＧＴ出力変化幅および期待係数によって瞬動予備力を計算することによって、瞬動予備力算出部１５０は、コンバインドサイクル発電機について精度の良い瞬動予備力を簡単に計算することができる。

コンバインド発電機の瞬動予備力の算出例を図１０に示す。同図は、外気温度が低、中および高の場合の瞬動予備力を示しており、瞬動予備力算出部１５０は、瞬動予備力を算出する場合に外気温度の変化に対する特性の違いを反映していることがわかる。なお、期待係数は０．７としている。

上述してきたように、本実施例では、周波数が（許容下限値＋マージン）に達した時点で各発電機で発動される瞬動予備力を瞬動予備力算出部１５０が発電機の現在の運転状態（出力、ＧＦ運転／ＬＬ運転の別、外気温度）に応じて精度良く簡単な計算によって算出し、第一段負荷制限量算出部１６０が電源脱落量から各発電機の瞬動予備力の合計、負荷脱落量および負荷減少分を引くことによって電源脱落時の負荷制限量を算出することとしたので、負荷制限量を簡単に精度良く計算することができる。

また、瞬動予備力算出部１５０による瞬動予備力の算出は、発電機の特性と瞬動予備力の関係がシンプルで分かり易いことから、実測データを用いた精度の向上が容易である。また、周波数安定化論理の見通しが良くなり、負荷制限量が小さくなるような発電機の運転状態の設定などへ活用することもできる。

また、本実施例では、第一段負荷制限量算出部１６０により算出された負荷制限量に基づく第一段制御に加えて、第二段負荷制限量算出部１８０が周波数の変化に基づいて第二段の負荷制限量を算出し、第二段制御を設けることとしたので、分散電源の脱落や第一段制御によって周波数の最低値に誤差が生じるような場合に対しても周波数を許容下限値以上に制御することができる。すなわち、本実施例のように第一段制御と第二段制御を組み合わせることで、シンプルかつ信頼性の高い周波数安定化が可能となる。

なお、本実施例では、電源脱落時および周波数が（許容下限値＋マージン）に達した時点の二段階で負荷制限を行う場合、すなわち第一段制御と第二段制御を組み合わせる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電源脱落時だけ負荷制限を行う場合にも同様に適用することができる。

以上のように、本発明に係る周波数制御装置および周波数制御方法は、電源脱落など緊急時の電力系統の制御に有用であり、特に、個々の発電機が周波数変動に対して種々の応答特性を持つ電力系統に適している。

本実施例に係る周波数制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 ガバナ調定率特性の一例を示す図である。 主蒸気圧力変圧設定の一例を示す図である。 ガバナによる出力制御と周波数バイアスによる出力制御のイメージを示す図である。 周波数バイアス調定率特性の一例を示す図である。 本実施例に係る周波数制御装置による負荷制限処理の処理手順を示すフローチャートである。 一般火力発電機についての瞬動予備力算出処理の処理手順を示すフローチャートである。 一般火力発電機の瞬動予備力の算出例を示す図である。 コンバインドサイクル発電機についての瞬動予備力算出処理の処理手順を示すフローチャートである。 コンバインドサイクル発電機の瞬動予備力の算出例を示す図である。

符号の説明

１００ 周波数制御装置
１１０ 系統情報収集部
１２０ 系統情報記憶部
１３０ 負荷脱落量算出部
１４０ 負荷減少分算出部
１５０ 瞬動予備力算出部
１６０ 第一段負荷制限量算出部
１７０ 操作部
１８０ 第二段負荷制限量算出部

Claims (8)

1. 緊急時に電力系統の周波数を制御する周波数制御装置であって、
   周波数が許容下限値から所定の範囲に達した時点で各発電機で発動される瞬動予備力の合計を算出する瞬動予備力算出手段と、
   前記瞬動予備力算出手段により算出された瞬動予備力の合計を用いて電源脱落時の負荷制限量を算出し、該算出した負荷制限量に基づいて電力系統の制御を行う系統制御手段と、
   を備え、
   前記瞬動予備力算出手段は、一般火力発電機については、周波数変動に対する発電機出力の応答特性についてシミュレーションによる算出方法を用いることなく、主蒸気圧力および加減弁開度変化幅を用いた代数演算により瞬動予備力を算出することを特徴とする周波数制御装置。
2. 前記瞬動予備力算出手段は、主蒸気圧力変圧設定を用いて現在出力に応じた主蒸気圧力を算出し、該算出した主蒸気圧力および加減弁開度変化幅を用いた代数演算により、実機の特性・運転状態に基づいて瞬動予備力を算出することを特徴とする請求項１に記載の周波数制御装置。
3. 前記瞬動予備力算出手段は、周波数が許容下限値から所定の範囲に達した時点のガバナ調定率に応じた加減弁開度の変化幅、ガバナフリー幅、加減弁開度の上限までの余裕の３つのうち、最も小さいものを前記加減弁開度変化幅とすることを特徴とする請求項２に記載の周波数制御装置。
4. 緊急時に電力系統の周波数を制御する周波数制御装置であって、
   周波数が許容下限値から所定の範囲に達した時点で各発電機で発動される瞬動予備力の合計を算出する瞬動予備力算出手段と、
   前記瞬動予備力算出手段により算出された瞬動予備力の合計を用いて電源脱落時の負荷制限量を算出し、該算出した負荷制限量に基づいて電力系統の制御を行う系統制御手段と、
   を備え、
   前記瞬動予備力算出手段は、コンバインドサイクル発電機に対しては、ガスタービン出力変化幅を用いて実機の特性・運転状態に基づいて瞬動予備力を算出することを特徴とする周波数制御装置。
5. 前記瞬動予備力算出手段は、周波数が許容下限値から所定の範囲に達した時点の周波数バイアス調定率に応じたＧＴ出力の変化幅、周波数バイアスの変化率、現在のＧＴ出力から瞬動予備力を期待できる最高のＧＴ出力までの余裕の３つのうち、最も小さいものを前記ガスタービン出力変化幅とすることを特徴とする請求項４に記載の周波数制御装置。
6. 前記瞬動予備力算出手段は、ＩＧＶ開度および外気温度に基づいて前記最高のＧＴ出力を算出することを特徴とする請求項５に記載の周波数制御装置。
7. 緊急時に電力系統の周波数を制御する周波数制御装置による周波数制御方法であって、
   周波数が許容下限値から所定の範囲に達した時点で各発電機で発動される瞬動予備力の合計を算出する瞬動予備力算出工程と、
   前記瞬動予備力算出工程により算出された瞬動予備力の合計を用いて電源脱落時の負荷制限量を算出し、該算出した負荷制限量に基づいて電力系統の制御を行う系統制御工程と、
   を含み、
   前記瞬動予備力算出工程は、一般火力発電機については、周波数変動に対する発電機出力の応答特性についてシミュレーションによる算出方法を用いることなく、主蒸気圧力および加減弁開度変化幅を用いた代数演算により実機の特性・運転状態に基づいて瞬動予備力を算出することを特徴とする周波数制御方法。
8. 緊急時に電力系統の周波数を制御する周波数制御装置による周波数制御方法であって、
   周波数が許容下限値から所定の範囲に達した時点で各発電機で発動される瞬動予備力の合計を算出する瞬動予備力算出工程と、
   前記瞬動予備力算出工程により算出された瞬動予備力の合計を用いて電源脱落時の負荷制限量を算出し、該算出した負荷制限量に基づいて電力系統の制御を行う系統制御工程と、
   を含み、
   前記瞬動予備力算出工程は、コンバインドサイクル発電機に対しては、ガスタービン出力変化幅を用いて実機の特性・運転状態に基づいて瞬動予備力を算出することを特徴とする周波数制御方法。

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