JP5223476B2 - ガスタービン発電プラントの発電量制御方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、所定の規定時間毎に発電設備から送電される送電電力量を調整するためのガスタービン発電プラントの発電量制御方法および装置に関する。

発電プラントでは、発電事業者が電力需要者へ電力を送電する場合において、一定の規定時間（一般に、３０分）毎の発電事業者の送電量と電力需要者の受電量との偏差が、許容偏差（例えば、±３％）以内となるよう発電量を制御している。かかる制御を一般に同時同量制御と呼ぶ。

この同時同量制御を達成するために、例えば特許文献１、２が既に提案されている。

特許文献１は、発電設備に大きな負担を掛けること無しに同時同量制御を達成することを目的とする。
そのため、特許文献１の方法は、所定期間内に発電設備から送電すべき送電電力量の要求値に基づいて、前記所定期間内に複数の制御タイミングで前記発電設備へ発電指令値をそれぞれ与えることで、前記発電設備からの前記所定期間内の送電電力量を前記要求値に近づけるよう調整する発電制御方法であって、前記複数の制御タイミングの一時点において、その時点までに達成されるべき送電電力量の達成目標値と送電電力量の実際の達成値とが所定の誤差量だけ異なる場合、前記誤差量を前記所定期間の残りの期間で平均して補償する場合に比べて早く前記誤差量の補償を進行させるための発電指令値導出ルールに従って前記発電指令値を導出し、前記発電設備に対して与えるものである。

特許文献２は、需要家の受電量の変動率の急激な変動に対して、安定した同時同量制御を行うことを目的とする。
そのため、特許文献２の方法は、図５に示すように、発電所から電力系統を介して託送される電力を受電する需要家の受電量と前記発電所から送電される送電量とを取り込み（Ｓ１）、託送条件により決められた規定時間ごとの前記送電量と前記受電量との偏差を規定値内に抑えるため、前記規定時間を複数の制御区間に区分し、一の制御区間の前記送電量と前記受電量の偏差を低減するように次回の制御区間の前記発電所に出力する発電量指令値を補正する基本制御（Ｓ２）を行うと共に、前記一の制御区間における前記受電量の変化率が規定値以上のとき（Ｓ３、Ｓ４、Ｓ６）、前記一の制御区間に続く他の制御区間における前記発電量指令値を、予め定めた計画負荷パターンに基づいて補正する（Ｓ５、Ｓ７）ものである。

特許第３９３５８０３号明細書、「発電制御方法および発電制御プログラム」 特開２００５−２１０８３３号明細書、「託送電力の同時同量制御方法」

ガスタービン発電プラントは、水力、火力、原子力等の発電プラントと比較して、小型かつ負荷変動への追従性が高いため、相対的に小電力を必要とする電力需要者のニーズが高い特徴がある。

従来、ガスタービン発電プラントの発電量制御方法は、上述した同時同量制御を達成するために、一定の規定時間（例えば３０分）毎の要求電力量（例えば３０００ｋＷｈ）に対応する平均出力（例えば３０００ｋＷ）を目標出力としていた。

しかし、この制御方法の場合、規定時間毎の要求電力量に大きな違いがある場合には、発電中のある時点の目標出力と次の規定時間の目標出力が大きく異なり、次の規定時間の開始時に、目標出力の変動が大きく、電力の不足又は余剰が規定時間の開始時に発生する問題点があった。

そのため、規定時間の開始直後に目標出力の修正が頻繁に必要となり、この修正が間に合わず、規定時間内に要求電力量を満たせないか、超過してしまう可能性があった。規定時間内に要求電力量を満たせない場合には、電力需要者に対してペナルティが発生し、超過してしまう場合には、超過分は無償提供となり、いずれにしても損害となってしまう問題点があった。

本発明は上述した従来の問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、規定時間毎の要求電力量に大きな違いがある場合でも、規定時間の開始直後における目標出力の修正が少なく、かつ規定時間内に要求電力量を容易に満たすことができるガスタービン発電プラントの発電量制御方法および装置を提供することにある。

本発明によれば、予め定められた規定時間毎の要求電力量に対し、規定時間毎に平均発電出力を目標出力に設定して送電し、
任意の規定時間内において、現在の経過時間とその間の送電済電力量から、現在の残存時間内に、規定時間内の累積送電電力量が要求電力量と等しく、かつ次の所定期間開始時に次の目標出力となるように、現在の目標出力を修正する、ことを特徴とするガスタービン発電プラントの発電量制御方法が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、現在の経過時間ｔ１とその間の送電済電力量ΣＰ１から、現在の残存時間ｔ２内の送電予定電力量ΣＰ２を算出し、
発電出力の許容変化率Ｃ（＝ΔＰ／Δｔ）を用いて、現在の目標出力Ｐａから修正目標出力Ｐｃまでの修正時間ｔａと、修正目標出力Ｐｃから次の目標出力Ｐｂまでの準備時間ｔｂと、修正目標出力Ｐｃの継続時間ｔｃとを算出し、
修正時間ｔａ、準備時間ｔｂ、及び継続時間ｔｃにおける累積発電量が前記送電予定電力量ΣＰ２と一致するように、修正目標出力Ｐｃを設定する。

また、修正目標出力Ｐｃを送電予定電力量ΣＰ２／残存時間ｔ２として暫定的に求め、
前記修正時間ｔａの修正発電量ΣＰａ、前記準備時間ｔｂの準備発電量ΣＰｂ、及び前記継続時間ｔｃの継続発電量ΣＰｃをそれぞれ求め、
送電予定電力量ΣＰ２と修正発電量ΣＰａ、準備発電量ΣＰｂ及び継続発電量ΣＰｃの総和との差ΣＰを求め、
前記差ΣＰが所定の閾値未満となるまで、修正目標出力Ｐｃを増加させて求める。

また、本発明によれば、予め定められた規定時間毎の要求電力量に対し、規定時間毎に平均発電出力を目標出力に設定して送電し、
任意の規定時間内において、現在の経過時間とその間の送電済電力量から、現在の残存時間内に、規定時間内の累積送電電力量が要求電力量と等しく、かつ次の所定期間開始時に次の目標出力となるように、現在の目標出力を修正する、ことを特徴とするガスタービン発電プラントの発電量制御装置が提供される。

上記本発明の方法および装置によれば、任意の規定時間内において、現在の残存時間内に、次の所定期間開始時に次の目標出力となるように、現在の目標出力を修正するので、規定時間毎の要求電力量に大きな違いがある場合でも、次の規定時間の開始直後における目標出力の修正を少なく或いは皆無にできる。
また、同時に、現在の残存時間内に、規定時間内の累積送電電力量が要求電力量と等しくなるように、現在の目標出力を修正するので、次の規定時間の開始直後の修正が少ないことにより、規定時間内に要求電力量を容易に満たすことができる。

従って、所定期間内での要求電力量の不足／超過の発生を回避し、効率的な運用が可能となる。

以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明の方法を実行する本発明の発電量制御装置の模式図である。
この図に示すように、本発明の発電量制御装置１０は、要求者１１からの一定の規定時間（例えば３０分）毎の要求電力量１に対し、規定時間毎に平均発電出力を目標出力２に設定して、ガスタービン発電プラントの制御装置（この例ではＧＴ−１制御装置１２ＡとＧＴ−２制御装置１２Ｂ）に目標出力２を指令する。
また、ガスタービン発電プラントの制御装置（この例ではＧＴ−１制御装置１２ＡとＧＴ−２制御装置１２Ｂ）はこの目標出力２に従って発電し、要求者１１に送電電力３を送電する。
さらに、本発明の発電量制御装置１０は、送電電力３の量（送電電力量４）を常時検出し記録して、後述する本発明の方法を実行するようになっている。

図２は、一定の規定時間毎の要求電力量に対する目標出力の説明図である。
この図において、横軸は規定時間（この例では３０分）内の経過時間、縦軸は要求電力量１に対応する規定時間内の目標出力２である。
この図において、Ｐａは現在の規定時間内の目標出力、Ｐｂは次の規定時間内の目標出力である。規定時間内の目標出力２、すなわちこの例で現在の目標出力Ｐａと次の目標出力Ｐｂは、規定時間（例えば３０分）毎の要求電力量１から平均発電出力として求めることができる。

この例において、次の目標出力Ｐｂは現在の目標出力Ｐａ’より高くなっている。現在の目標出力Ｐａ’は、現在の規定時間内の目標出力Ｐａと同一でも相違してもよい。
なお、本発明はこの例に限定されず、次の目標出力Ｐｂが現在の目標出力Ｐａ’より低くても、同一でもよい。
以下、次の目標出力Ｐｂが現在の目標出力Ｐａ’より高い場合について説明する。

図３は、本発明による発電量制御方法の説明図である。この図において、横軸と縦軸は図２と同一である。また、ｔ１は現在の規定時間内の経過時間、０〜ｔ１間の曲線は、規定時間内の現在までの発電出力である。
本発明の発電量制御方法は、任意の規定時間内において、現在の経過時間ｔ１とその間の送電済電力量ΣＰ１から、現在の残存時間ｔ２内に、規定時間内の累積送電電力量が要求電力量と等しく、かつ次の所定期間開始時に次の目標出力Ｐｂとなるように、現在の目標出力を修正する。

この図において、修正された現在の目標出力は、Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄの折線で示される。
線分ＡＢは、現在の目標出力Ｐａ’から修正目標出力Ｐｃまでの修正区間であり、この区間の必要時間を修正時間ｔａ、この区間の発電量を修正発電量ΣＰａと呼ぶ。
線分ＣＤは、修正目標出力Ｐｃから次の目標出力Ｐｂまでの準備区間であり、この区間の必要時間を準備時間ｔｂ、この区間の発電量を準備発電量ΣＰｂと呼ぶ。
線分ＢＣは、修正目標出力Ｐｃの継続区間であり、この区間の必要時間を継続時間ｔｃ、この区間の発電量を継続発電量ΣＰｃと呼ぶ。

図４は、本発明による発電量制御方法のフロー図である。この図に示すように、本発明の発電量制御方法は、Ｓ１〜Ｓ８の各ステップからなる。

ステップＳ１では、規定時間毎の要求電力量から、規定時間毎の目標出力Ｐａ，Ｐｂを算出する。この算出は、例えば要求電力量の平均発電出力を目標出力Ｐａ，Ｐｂとして設定する。Ｐａは現在の規定時間の目標出力、Ｐｂは次の規定時間の目標出力である。

ステップＳ２では、現在の経過時間ｔ１とその間の送電済電力量ΣＰ１から、現在の残存時間ｔ２と残存時間ｔ２内の送電予定電力量ΣＰ２を算出する。
送電済電力量ΣＰ１は、送電電力３の量（送電電力量４）の経過時間ｔ１における累積値として求めることができる。
また現在の残存時間ｔ２は、規定時間（例えば３０分）と現在の経過時間ｔ１との差として求められる。
さらに、送電予定電力量ΣＰ２は、現在の規定時間の要求電力量と送電済電力量ΣＰ１との差として求められる。

ステップＳ３では、修正目標出力Ｐｃを送電予定電力量ΣＰ２／残存時間ｔ２として暫定的に求める。この修正目標出力Ｐｃは後述するステップＳ８により随時変更される。

ステップＳ４では、発電出力の許容変化率Ｃ（＝ΔＰ／Δｔ）を用いて、現在の目標出力Ｐａ’から修正目標出力Ｐｃまでの修正時間ｔａと、修正目標出力Ｐｃから次の目標出力Ｐｂまでの準備時間ｔｂと、修正目標出力Ｐｃの継続時間ｔｃとを算出する。
修正時間ｔａは式（Ｐｃ−Ｐａ）／Ｃで、準備時間ｔｂは式（Ｐｃ−Ｐｂ）／Ｃで、継続時間ｔｃは式ｔ２−（ｔａ＋ｔｂ）でそれぞれ求めることができる。

ステップＳ５では、修正時間ｔａの修正発電量ΣＰａ、準備時間ｔｂの準備発電量ΣＰｂ、及び継続時間ｔｃの継続発電量ΣＰｃをそれぞれ求める。
修正発電量ΣＰａは、式（Ｐａ＋Ｐｃ）×ｔａ／２で、準備発電量ΣＰｂは、式（Ｐｃ＋Ｐｂ）×ｔｂ／２で、継続発電量ΣＰｃは、式Ｐｃ＋Ｐｂ×ｔｃで求めることができる。

ステップＳ６では、ΣＰ２’＝ΣＰａ＋ΣＰｂ＋ΣＰｃ、ΔΣＰ＝｜ΣＰ２−ｖＰ２’｜として、修正目標出力Ｐｃを設定した場合の修正時間ｔａ、準備時間ｔｂ、及び継続時間ｔｃにおける累積発電量ΣＰ２’と、送電予定電力量ｖＰ２との差ΔｖＰを求める。

ステップＳ７では、差ΔΣＰが所定の閾値より小さいか否かを判断し、ＮＯの場合には、ステップＳ８で修正目標出力Ｐｃを修正（この例では増加）し、ステップＳ４に戻る。

ステップＳ７で差ΔΣＰが所定の閾値より小さい場合（ＹＥＳ）には、修正時間ｔａ、準備時間ｔｂ、及び継続時間ｔｃにおける累積発電量ΣＰ２’が送電予定電力量ΣＰ２とほぼ一致するため、現時点のＰｃを修正目標出力Ｐｃとして、修正された現在の目標出力を、図３のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄの折線のように設定する。

なお、次の目標出力Ｐｂが現在の目標出力Ｐａ’より低い場合には、ステップＳ３で、最初に暫定的に設定する修正目標出力Ｐｃが、最終的に設定される値より高くなる。従って、ステップＳ８で修正目標出力Ｐｃを修正（この例では減少）し、ステップＳ４に戻るのがよい。

また、図３において修正目標出力Ｐｃが、現在の目標出力Ｐａ’と大きく相違する場合には、修正時間ｔａが長くなるおそれがある。従って、本発明の発電量制御方法は、好ましくは一定時間間隔（例えば５分間毎）に行うか、修正目標出力Ｐｃと現在の目標出力Ｐａが予め設定した閾値を超えない範囲で、随時実行するのがよい。

上述した本発明の方法および装置によれば、任意の規定時間（例えば３０分）内において、現在の残存時間ｔ２内に、次の所定期間開始時に次の目標出力Ｐｂとなるように、現在の目標出力（Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄの折線）を修正するので、規定時間毎の要求電力量に大きな違いがある場合でも、次の規定時間の開始直後における目標出力Ｐｂの修正を少なく或いは皆無にできる。
また、同時に、現在の残存時間ｔ２内に、規定時間内の累積送電電力量が要求電力量と等しくなるように、現在の目標出力（Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄの折線）を修正するので、次の規定時間の開始直後の修正が少ないことにより、規定時間内に要求電力量を容易に満たすことができる。

従って、所定期間内での要求電力量の不足／超過の発生を回避し、効率的な運用が可能となる。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

本発明の方法を実行する本発明の発電量制御装置の模式図である。 一定の規定時間毎の要求電力量に対する目標出力の説明図である。 本発明による発電量制御方法の説明図である。 本発明による発電量制御方法のフロー図である。 特許文献２の方法のフロー図である。

符号の説明

１ 要求電力量、２ 目標出力、３ 送電電力、４ 送電電力量、
１０ 発電量制御装置、１１ 要求者、
１２Ａ ＧＴ−１制御装置、１２Ｂ ＧＴ−２制御装置、
Ｐａ 現在の規定時間内の目標出力、
Ｐａ’ 現在の目標出力、
Ｐｂ 次の規定時間内の目標出力、
Ｐｃ 修正目標出力、
ｔ１ 現在の規定時間内の経過時間、
ｔ２ 現在の残存時間、
ｔａ 修正時間、ｔｂ 準備時間、ｔｃ 継続時間、
ΣＰ１ 送電済電力量、ΣＰ２ 送電予定電力量、
ΣＰａ 修正発電量、ΣＰｂ 準備発電量、ΣＰｃ 継続発電量、
Ｃ（＝ΔＰ／Δｔ） 発電出力の許容変化率

Claims (4)

1. 予め定められた規定時間毎の要求電力量に対し、規定時間毎に平均発電出力を目標出力に設定して送電し、
   任意の規定時間内において、現在の経過時間とその間の送電済電力量から、現在の残存時間内に、規定時間内の累積送電電力量が要求電力量と等しく、かつ次の所定期間開始時に次の目標出力となるように、現在の目標出力を修正する、ことを特徴とするガスタービン発電プラントの発電量制御方法。
2. 現在の経過時間ｔ１とその間の送電済電力量ΣＰ１から、現在の残存時間ｔ２内の送電予定電力量ΣＰ２を算出し、
   発電出力の許容変化率Ｃ（＝ΔＰ／Δｔ）を用いて、現在の目標出力Ｐａから修正目標出力Ｐｃまでの修正時間ｔａと、修正目標出力Ｐｃから次の目標出力Ｐｂまでの準備時間ｔｂと、修正目標出力Ｐｃの継続時間ｔｃとを算出し、
   修正時間ｔａ、準備時間ｔｂ、及び継続時間ｔｃにおける累積発電量が前記送電予定電力量ΣＰ２と一致するように、修正目標出力Ｐｃを設定する、ことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン発電プラントの発電量制御方法。
3. 修正目標出力Ｐｃを送電予定電力量ΣＰ２／残存時間ｔ２として暫定的に求め、
   前記修正時間ｔａの修正発電量ΣＰａ、前記準備時間ｔｂの準備発電量ΣＰｂ、及び前記継続時間ｔｃの継続発電量ΣＰｃをそれぞれ求め、
   送電予定電力量ΣＰ２と修正発電量ΣＰａ、準備発電量ΣＰｂ及び継続発電量ΣＰｃの総和との差ΣＰを求め、
   前記差ΣＰが所定の閾値未満となるまで、修正目標出力Ｐｃを増加させて求める、ことを特徴とする請求項２に記載のガスタービン発電プラントの発電量制御方法。
4. 予め定められた規定時間毎の要求電力量に対し、規定時間毎に平均発電出力を目標出力に設定して送電し、
   任意の規定時間内において、現在の経過時間とその間の送電済電力量から、現在の残存時間内に、規定時間内の累積送電電力量が要求電力量と等しく、かつ次の所定期間開始時に次の目標出力となるように、現在の目標出力を修正する、ことを特徴とするガスタービン発電プラントの発電量制御装置。

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