JP5275864B2 - 複数発電軸の統括スケジュール計算システムおよび統括スケジュール計算方法 - Google Patents
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Description
起動順位が第1軸目の発電軸の負荷運転中に起動順位が第2軸目の発電軸を追加させる起動スケジュールを計算する際、第1軸目発電軸から追加起動される第2軸目発電軸へ送気する起動用蒸気入手先の選択は、第1軸目発電軸の軸スケジュール計算で求めた目標負荷到達時刻以後の負荷運転時間が追加起動軸へ蒸気送気できる蒸気供給可能時間帯と、第2軸目発電軸における自軸起動のための蒸気必要時間帯を求め、これらの時間帯を比較することにより、第1軸目発電軸から第2軸目発電軸へ蒸気供給が可能であるかを自動的に判断して決定する複数発電軸の統括スケジュール計算方法を特徴とする。
図1は、本発明の一実施例に係わる統括スケジュール計算システムのブロック図を示したものである。図1において、統括スケジュール計算演算装置104は、給電指令装置101から30分単位で予定された負荷パターンを入力する要求電力量入力手段102を有する。
〔蒸気供給系統〕
図2は、発電ユニットの発電軸間、補助ボイラ間の蒸気制御系統のプラント構成図を示したものである。各発電軸毎に高圧主蒸気管系統135〜137、復水脱気グランド蒸気系統125〜127、補助ボイラ115〜117を有する。例えば1軸発電軸Aが単独で起動する時は、まず1軸発電軸Aの補助ボイラ115が起動し、蒸気が補助ボイラ供給弁203、蒸気ヘッダ管225、復水脱気グランド蒸気供給弁202を経由して復水脱気グランド蒸気系統125へ供給される。
〔蒸気供給先の決定〕
図5は、発電軸の使用蒸気供給先の決定方法のフロー図を示したものである。運転軸起動スケジュール計算ステップ501を行い、併入時刻、目標負荷到達時刻等を求め追加起動軸への蒸気供給可能時間帯の算出ステップ502を行う。一方、新規に起動する追加起動軸の起動スケジュール計算ステップ503を行い、追加起動軸の蒸気必要時間帯の算出ステップ504を行う。この両者502と504の時間帯の比較演算ステップ505を行う。
〔蒸気供給スケジュール〕
図7は、図5のフロー図を時刻ベースの給電要求電力量から求める1軸目の運転軸蒸気供給時間帯のスケジュール図を示したものである。給電指令装置101からの30分単位の負荷パターンとして要求電力量が統括スケジュール計算演算装置105に送信されてくる。電力量により軸起動が1軸目、2軸目と順次起動するパターンとなる。図5の運転軸起動スケジュール計算ステップ501は目標負荷、目標負荷到達時刻を基に併入時刻、起動開始時刻等のスケジュール計算を行い、発電電力量(以下、起動過程で自然発生する出なり負荷という)のカーブデータが決まる。さらに軸起動のために蒸気の必要な時間帯が決まりこの時間は蒸気供給不可の時間帯となる。目標負荷到達時刻以後は負荷運転状態にあるため蒸気供給可の時間帯の起動スケジュール701とする。
〔合計負荷調整〕
図9は、給電要求電力量から求める追加起動時の合計負荷調整方法のフロー図を示したものである。軸起動停止操作を行う状況においても、運転軸と起動軸/停止軸の合計発生電力量は30分間単位で給電指令装置からの要求電力量に合わせることが必須である。起動軸停止軸スケジュール計算ステップ901を実施し、軸の起動時および停止時に発生する出なり負荷算出ステップ902を行う。連続運転中の運転は通常運転スケジュール計算ステップ903を行い通常運転負荷算出ステップ904を行う。次に起動時および停止時に発生する出なり負荷と通常運転負荷の合計電力量と30分単位毎に要求電力量との比較演算ステップ905を行う。
LS2=LG2 ・・・(2)
30分間の電力量LG1を求めるには運転軸の電力L1から電力LD1分だけ負荷降下率R1で負荷降下させた電力の積算値を行う。負荷降下時間T11は式(3)で求める。
負荷降下後の負荷一定運転時間T12は式(4)で求める。
T12=30−T11 ・・・(4)
30分間の電力量LG1は式(5)で求める。
次30分間電力量LG2を求めるには運転軸の負荷降下後の(L1−LD1)電力から更にLD2まで負荷降下率R1で負荷降下させ、負荷上昇率R2で負荷上昇させた電力の積算値を行う。
負荷降下時間T21は式(6)で求める。
T21=(LD2−LD1)/R1 ・・・(6)
負荷上昇時間T23は式(7)で求める。
T23=LD2/R2 ・・・(7)
負荷運転時間T22は式(8)で求める。
T22=30−(T21+T23) ・・・(8)
30分間電力量LG2は式(9)で求める。
+(LD2*T23)/2+LD2*T22・・・(9)
負荷降下後の負荷LD2が最低安定電力よりも低い場合、発電軸の発電電力は最低安定電力LMまでしか降下できず制限されるので見直し後降下可能電力量LG2’は下記のように求められる。
見直し後の負荷降下時間T21’は式(10)で求める。
T21’=(L1−LM−LD1)/R1 ・・・(10)
見直し後の負荷上昇時間T23’は式(11)で求める。
T23’=(L1−LM)/R2 ・・・(11)
見直し後の負荷運転時間T22’は式(12)で求める。
T22’=30−(T21’+T23’) ・・・(12)
見直し後の30分間電力量LG2’は式(13)で求める。
LG2’=(LD1*T21’)+((L1−LM−LD1)*T21’)/2
+((L1−LM)*T23’)/2+(L1−LM)*T22’・・・(13)
従って、見直し後の30分間単位の電力量は下記のようになる。
LS2=LG2’ ・・・(15)
上記計算により追加起動軸の出なり負荷分を運転軸が負荷を降下させる運転により、給電要求電力量を満足させることができる。負荷降下できずに要求電力量に対し多めに発電してしまう電力量は(LG2−LG2’)となる。
〔操作重複対応〕
図11は、単独軸の停止起動時における操作重複発生時の対応フロー図を示したものである。
要求電力量の負荷パターンによる停止操作後に再起動操作を行う場合、保守点検若しくは軸故障により1軸発電軸でのみ負荷運転を行わなければいけない状況が発生する。
(1)停止優先スケジュール計算時は、停止操作は予定通り行い停止完了後に再起動させる起動スケジュール計算ステップ1107を再実施する。
(2)起動優先スケジュール計算時は、起動操作は予定通り行い起動開始時刻の決定後に起動開始時刻に停止完了時刻となる停止スケジュール計算ステップ1108を再実施する。
(3)通常運転スケジュール計算時は、停止起動させずに最低安定電力で連続運転を行う通常運転スケジュール計算ステップ1109を再実施する。
〔収支計算〕
図14は、スケジュール見直し後における売電買電の収支計算フロー図を示したものである。図11で計算された停止スケジュール計算を基準として起動スケジュール再計算ステップ1107の結果を基に停止時・停止出なり負荷の売電額算出ステップ1401を行う。起動目標到達時刻は要求電力量から指定される時刻に対し停止スケジュール計算基準により変更される見直し後の起動目標到達時刻が後ろにずれるため、要求電力量に対し起動過程の発電電力量では不足し、他から購入しなければならない不足分の買電額算出ステップ1402を計算する。次にスケジュールに相当する運転時の燃料消費額算出ステップ1403を行う。
〔大気温度算出〕
図17は、ガスタービン発電時におけるスケジュール計算用の大気温度算出フロー図を示したものである。ガスタービンは大気温度が低いときは出力が多めとなり逆に高いときは低めとなるので、スケジュール計算でガスタービンの出力を詳細に計算してスケジュール計算を行うことは、要求電力量に対し満足する電力量が確保可能であるかを事前に把握する上で重要となる。また要求電力量に対し満足するための出力を確保するために発電軸の起動台数を決める上でも必要となってくる。
〔シームレススケジュール計算〕
図18は、2日分同時スケジュール計算のスケジュール図を示したものである。給電指令装置からの要求電力量を満足するように各軸へ電力量を配分する。1軸目は要求電力量に従って連続運転を行うスケジュールとなり、2軸目は1日目に起動開始する起動スケジュールとなり、n軸目は2日目の早朝起動の起動スケジュールにより1日目の深夜に起動開始するスケジュールとなる。2日分の連続スケジュール計算を行うことにより、1日目と2日目のスケジュールがスムーズかつ軸起動・停止の誤操作を起こすことが無いような運転スケジュール計算を行うことにより、1日目と2日目の日替わり時間、および翌日分のスケジュールを本日に事前確認することが可能となり、これを繰り返すことで長期間にわたりシームレスな発電計画を行うことが可能となる。
〔軸緊急停止〕
図20は、軸緊急停止時におけるスケジュール計算自動実行のフロー図である。発電軸が故障等の要因で緊急停止する事象時は、運転員は事故対応操作に追われる。複数発電軸で構成される発電ユニットでは迅速に別の運転中の発電軸で停止した発電軸の不足電力量をバックアップすることになるが、それでも電力量が不足する場合は緊急に発電ユニット内の別の発電軸を起動させることが必要となる。
104‥統括スケジュール計算演算装置、105‥統括スケジュール計算演算手段、
106‥1軸スケジュール計算演算手段、107‥2軸スケジュール計算演算手段、
108‥n軸スケジュール計算演算手段、109‥1軸GT・ST・補機制御装置、
110‥2軸GT・ST・補機制御装置、111‥n軸GT・ST・補機制御装置、
112‥1軸GT・ST、113‥2軸GT・ST、114‥n軸GT・ST、
115‥1軸用補助ボイラ、116‥2軸用補助ボイラ、117‥n軸用補助ボイラ、
A‥1軸発電軸、B‥2軸発電軸、C‥n軸発電軸
Claims (12)
- ガスタービンと蒸気タービンと補助ボイラを有する発電軸を複数台備えた発電ユニットにおいて、給電指令装置から要求された所定単位の負荷パターンからなる要求電力量を入力する要求電力量入力手段と、各軸の起動/停止方法および軸起動/停止順を選択するモード選択手段と、前記要求電力量入力手段およびモード選択手段の信号を基に起動目標負荷到達時刻、起動目標負荷、停止開始負荷、停止開始時刻を計算する統括スケジュール計算演算手段と、該統括スケジュール計算演算手段の出力信号を基に各軸の起動停止スケジュールを計算する複数の軸スケジュール計算演算手段を備え、前記給電指令装置から要求された所定単位の負荷パターンからなる要求電力量に対し、発電軸を複数台起動させて要求電力量に見合う発電量を供給する複数発電軸の統括スケジュール計算システムにおいて、
前記統括スケジュール計算演算手段から前記軸スケジュール計算演算手段へ起動目標負荷到達時刻、起動目標負荷、停止開始負荷、停止開始時刻を送信し、前記軸スケジュール計算演算手段から前記統括スケジュール計算演算手段へ起動開始時刻、併入時刻、解列時刻、停止完了時刻等を返信し、
前記統括スケジュール計算演算手段は、起動順位が第1軸目の発電軸の負荷運転中に起動順位が第2軸目の発電軸を追加させる起動スケジュールを計算する際、第1軸目発電軸から追加起動される第2軸目発電軸へ送気する起動用蒸気入手先の選択は、第1軸目発電軸の軸スケジュール計算で求めた目標負荷到達時刻以後の負荷運転時間であって追加起動軸へ蒸気送気できる蒸気供給可能時間帯と、第2軸目発電軸における自軸起動のための蒸気必要時間帯を求め、これらの時間帯を比較することにより、第1軸目発電軸から第2軸目発電軸へ蒸気供給が可能であるかを自動的に判断して決定し、
各軸のスケジュールが最も効率的な運用で、迅速な起動となるべく前記統括スケジュール計算演算手段と前記軸スケジュール計算演算手段間でデータの相互送受信を繰り返すことにより精度の高いスケジュールを作成することを特徴とする複数発電軸の統括スケジュール計算システム。 - ガスタービンと蒸気タービンと補助ボイラを有する発電軸を複数台備えた発電ユニットで、給電指令装置から要求された所定単位の負荷パターンからなる要求電力量を入力する要求電力量入力手段と、各軸の起動/停止方法および軸起動/停止順を選択するモード選択手段と、前記要求電力量入力手段およびモード選択手段の信号を基に起動目標負荷到達時刻、起動目標負荷、停止開始負荷、停止開始時刻を計算する統括スケジュール計算演算手段と、該統括スケジュール計算演算手段の出力信号を基に各軸の起動停止スケジュールを計算する各軸スケジュール計算演算手段を備え、前記給電指令装置から要求された所定単位の負荷パターンからなる要求電力量に対し、発電軸を複数台起動させて要求電力量に見合う発電量を供給する複数発電軸の統括スケジュール計算システムにおいて、
起動順位が第1軸目の発電軸の負荷運転中に起動順位が第2軸目の発電軸を追加させる起動スケジュールを計算する際、第1軸目発電軸から追加起動される第2軸目発電軸へ送気する起動用蒸気入手先の選択は、第1軸目発電軸の軸スケジュール計算で求めた目標負荷到達時刻以後の負荷運転時間であって追加起動軸へ蒸気送気できる蒸気供給可能時間帯と、第2軸目発電軸における自軸起動のための蒸気必要時間帯を求め、これらの時間帯を比較することにより、第1軸目発電軸から第2軸目発電軸へ蒸気供給が可能であるかを自動的に判断して決定することを特徴とする複数発電軸の統括スケジュール計算方法。 - 請求項2に記載された複数発電軸の統括スケジュール計算方法において、運転中の前記第1軸目発電軸から追加起動する前記2軸目発電軸への蒸気供給が不可能な状態で、追加起動する第2軸目発電軸以外の前記各補助ボイラについて起動完了状態であるかを第2軸目発電軸以外の発電軸のスケジュール計算結果から判断し、前記補助ボイラが既に発電軸への蒸気供給を実施中であるかを第2軸目発電軸以外の発電軸のスケジュール計算結果から判断し、前回実施した統括スケジュール計算結果の補助ボイラ起動停止時刻から補助ボイラから追加起動軸へ蒸気供給を受けられない時間帯を判断し、当該時間帯においては、さらに別の発電軸の補助ボイラから蒸気を供給することを特徴とする複数発電軸の統括スケジュール計算方法。
- 請求項3に記載された複数発電軸の統括スケジュール計算方法において、追加起動する前記第2軸目発電軸へ第2軸目発電軸以外の前記補助ボイラからの蒸気供給が可能である状態で、2軸目発電軸以外の補助ボイラから蒸気供給を受ける際、追加起動軸以外の補助ボイラ停止指令信号に対し、追加起動軸による追加起動軸以外の補助ボイラ使用の予約信号がある場合は、補助ボイラ停止指令信号を出力しないようにブロックし、追加起動軸以外の補助ボイラが予約した蒸気使用完了信号とのAND条件が成立した場合に停止操作を行い、追加起動軸の補助ボイラ停止信号を出力することにより、蒸気の使用時間帯において停止操作を一時的に延期させるスケジュールを決定することを特徴とする複数発電軸の統括スケジュール計算方法。
- 請求項2乃至4のいずれか1項に記載された複数発電軸の統括スケジュール計算方法において、運転中の発電軸からの蒸気供給の不可状態、他軸補助ボイラからの蒸気供給不可状態、蒸気供給時間帯における停止操作の一時延期が不能な状態を含む、第2軸目発電軸以外の発電軸および補助ボイラの全てからの蒸気供給が不可能な状態において、追加起動する第2軸目軸の自軸に設置された補助ボイラを起動させるスケジュールを決定することを特徴とする複数発電軸の統括スケジュール計算方法。
- 請求項2に記載された複数発電軸の統括スケジュール計算方法において、給電指令装置から要求された負荷指令値の負荷計画パターンにより第1軸目発電軸運転中に第2軸目発電軸が追加起動するスケジュールで、第2軸目発電軸起動時の起動立ち上げにより必然的に発生する出なり負荷の発電量分を第1軸目発電軸運転中の電力を降下させることにより相殺させ、所定単位の発電量を負荷指令値に一致させる運転を行うスケジュールを組む際、第2軸目発電軸起動時の発電量と第1軸目発電軸運転の発電量の合計発電量が給電指令値の所定単位の発電量と同一になるように、運転軸の負荷降下を行う負荷運転スケジュールを決定する予定スケジュール計算を行うことを特徴とする複数発電軸の統括スケジュール計算方法。
- 請求項6に記載された複数発電軸の統括スケジュール計算方法において、所定単位における第1軸目発電軸起動時の起動立ち上げ発電量から第1軸目発電軸の負荷降下電力を差引いた差引発電量と、発電軸として安定運転できる最低安定電力時の発電量とを比較することにより、差引発電量が最低安定電力よりも少ない時には負荷降下電力を最低安定電力と一致させることを特徴とする複数発電軸の統括スケジュール計算方法。
- 請求項2に記載された複数発電軸の統括スケジュール計算方法において、スケジュール計算当日のスケジュール計算実施時に使用した大気温度と、スケジュール計算当日のスケジュール計算実施時刻と同時刻の前日スケジュール計算使用の大気温度を比較することにより当日のスケジュール計算に使用する大気温度を決め、さらにスケジュール計算当日のスケジュール計算実施時に入力した天候と前日スケジュール計算使用に入力した天候により、スケジュール計算当日のスケジュール計算用の大気温度を補正することにより、ガスタービン出力値を要求電力値により近似させることを特徴とする複数発電軸の統括スケジュール計算方法。
- 請求項2に記載された複数発電軸の統括スケジュール計算方法において、1軸目発電電力量として1日目のスケジュール計算および2日目のスケジュール計算を行い発電電力量を作成し、2軸目発電電力量として1日目のスケジュール計算および2日目のスケジュール計算を行い発電電力量を作成し、n軸目発電電力量として1日目のスケジュール計算および2日目のスケジュール計算を行い発電電力量を作成し、1日目に実施した統括スケジュール計算実施時刻において1回目のユーザの要求電力に相当する起動・停止スケジュールに加えて、2日目の2回目に相当するのユーザの要求電力の起動・停止スケジュールを把握し、翌日と本日の48時間分の発電軸における起動停止スケジュールをシームレスに計算することを特徴とする複数発電軸の統括スケジュール計算方法。
- 請求項2に記載された複数発電軸の統括スケジュール計算方法において、次回発生する発電軸の起動操作若しくは停止操作を事前にスケジュール計算し、更にその後に発生する次々回の起動操作若しくは停止操作についても事前にスケジュールを確認することにより、数回の起動停止のスケジュールを予め確認しておくことを特徴とする複数発電軸の統括スケジュール計算方法。
- 請求項2に記載された複数発電軸の統括スケジュール計算方法において、給電指令装置より要求された発電ユニット全体の負荷計画パターンに沿って決めたスケジュールによる負荷運転中に、発電軸が緊急停止した場合に給電指令装置から受信した負荷計画パターンを満足する緊急発生時以後の起動スケジュールを緊急停止信号により自動で計算することを特徴とする複数発電軸の統括スケジュール計算方法。
- 請求項2に記載された複数発電軸の統括スケジュール計算方法において、給電指令装置より要求された発電ユニット全体の所定単位の負荷指令値である負荷計画パターンに沿って、この所定単位の発電量を満足するように各発電軸の起動スケジュール、通常運転時の負荷運転スケジュール、停止スケジュールを決めるための予定スケジュール計算を行うことを特徴とする複数発電軸の統括スケジュール計算方法。
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