JP5442668B2 - 発電機制御システムおよび発電機制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、発電機の出力・発電量を制御する発電機制御システムおよび発電機制御方法に関する。

例えば、自動給電システムでは、電力需要の変化に応じた適正な発電量を出力するために、常に刻々と変化する電力需要に対応した適正・最適な出力（発電量）を発電機に指令している。そして、このような適正な出力指令を行うために、予め現地にて試験的に測定した発電機出力変化速度を自動給電システムに設定している。

例えば、発電機の出力を１００ＭＷから１５０ＭＷに上昇させる場合、試験的な測定において、図５に示すような出力変化示線Ｌ１が得られたとする。この場合、１００ＭＷから１５０Ｍまでは、５分間で直線的に変化し、発電機出力変化速度は、１０ＭＷ／分となり、この変化速度が自動給電システムに設定、記憶される。そして、実際の運用時において、発電機の出力を１００ＭＷから１５０ＭＷに上昇させる場合、発電機に対して１０ＭＷ／分の出力上昇指令を送って制御するものである。

また、一定時間における需要量合計と発電量合計とを一致させようとする技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この技術は、負荷予測値や発電計画値、負荷実績値や発電実績値などを画面に表示することで、需給状況などを把握して、オペレータによる補正などをタイムリーに行える、というものである。

特開２００２−３４５１５４号公報

ところで、自動給電システムに予め設定された発電機出力変化速度で発電機の出力を制御する場合、実際の発電機出力とに誤差・差異に生じる場合がある。例えば、上記のように発電機出力を１００ＭＷから１５０ＭＷに上昇させる場合、１０ＭＷ／分の発電機出力変化速度が発電機に指令されるが、この１０ＭＷ／分は、試験的な測定で得られたものである。つまり、図５に示すように、出力変化をさせる前の出力が、１００ＭＷで安定している場合に得られた変化速度である。

このため、例えば図６の出力軌跡Ｌ２に示すように、１００ＭＷから１５０ＭＷに上昇させる前の出力状態が、１５０ＭＷよりも高い出力から１００ＭＷまで下降してきた場合には、１０ＭＷ／分の変化速度を発電機に指令しても、図中破線で示す１０ＭＷ／分では出力が上昇せずに、図中実線で示す出力軌跡Ｌ２のように、出力が変化する。すなわち、１００ＭＷから１５０Ｍまで出力上昇するのに６分間を要し、発電機出力変化速度は、約８．３ＭＷ／分となり、制御遅れが生じることになる。このため、このような制御遅れを防止するために、運転者が発電機への指令値を手動で設定しなければならず、多大な労力を要するのみではなく、制御精度のバラツキや不安定性などが生じるおそれがあった。

そこでこの発明は、発電機の出力を所定の出力値に適正に制御することが可能な発電機制御システムおよび発電機制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、発電機の過去の出力軌跡を記憶する記憶手段と、前記出力軌跡のなかで、前記発電機の出力が変動している状態における出力軌跡を実変動軌跡とし、前記発電機の出力をいくつからいくつにするという上昇量や下降量を示す変化パラメータが入力された場合に、前記変化パラメータの上昇量や下降量と同一または近似する上昇量や下降量の実変動軌跡であって、かつ該実変動軌跡による変動前の前記発電機の出力状態が、前記変化パラメータによる出力変化を行う直前の前記発電機の出力状態と同一または近似する実変動軌跡を、前記記憶手段の出力軌跡から割り出す割出手段と、前記割出手段で割り出された実変動軌跡に基づいて、前記発電機の出力を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする発電機制御システムである。

この発明によれば、発電機の出力を変化させるために変化パラメータ、例えば、出力を出力Ａから出力Ｂに変えるという変化パラメータが入力されると、割出手段によって、次のような実変動軌跡が割り出される。つまり、出力が出力Ａから出力Ｂに変動した実変動軌跡であって、この実変動軌跡の前の出力状態が、変化パラメータによる出力変化を行う前の出力状態、例えば現時点で最新・直前の出力状態と同一または近似する実変動軌跡が、過去の出力軌跡から割り出される。そして、制御手段によって、割り出された実変動軌跡に基づいて、発電機の出力が制御される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発電機制御システムにおいて、前記制御手段は、前記割出手段で割り出された実変動軌跡に沿うように、前記発電機の出力を制御する、ことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、記憶手段が、発電機の過去の出力軌跡を記憶し、前記出力軌跡のなかで、前記発電機の出力が変動している状態における出力軌跡を実変動軌跡とし、割出手段が、前記発電機の出力をいくつからいくつにするという上昇量や下降量を示す変化パラメータの上昇量や下降量と同一または近似する上昇量や下降量の実変動軌跡であって、かつ該実変動軌跡による変動前の前記発電機の出力状態が、前記変化パラメータによる出力変化を行う直前の前記発電機の出力状態と同一または近似する実変動軌跡を、前記記憶した出力軌跡から割り出し、制御手段が、前記割り出した実変動軌跡に基づいて、前記発電機の出力を制御する、ことを特徴とする発電機制御方法である。

請求項１および３に記載の発明によれば、実変動軌跡が変化パラメータに同一または近似するだけでなく、実変動軌跡前の出力状態が出力変化前（最新・直前）の出力状態と同一または近似する実変動軌跡に基づいて、発電機の出力が制御されるため、発電機の出力を所定の出力値に適正に制御することが可能となる。すなわち、出力変化を示す変化パラメータに同一または近似するだけの実変動軌跡に基づいて、発電機の出力を制御する場合、その実変動軌跡前の出力状態が出力変化前の出力状態と異なっていると、その実変動軌跡通りには出力が変化せずに、制御遅れなどが生じてしまう。

これに対してこの発明では、実変動軌跡が変化パラメータに同一または近似し、かつ実変動軌跡前の出力状態が出力変化前の出力状態と同一または近似する実変動軌跡に基づいて、発電機の出力を制御するため、その実変動軌跡通りに（あるいは実変動軌跡に近似して）出力が変化し、制御遅れなどを防止・抑制することができる。しかも、請求項１に記載の発明によれば、システムが発電機の出力を所定の出力値に適正に制御するため、運転者が発電機への指令値を手動で設定、調整する必要がなく、労力を著しく削減できるのみではなく、運転者による制御精度のバラツキや不安定性などを削減することができる。

請求項２に記載の発明によれば、直線的・一次式的な変化のみではなく、割り出された実変動軌跡に沿うように発電機の出力を制御するため、つまり、過去の実績・結果である実変動軌跡に沿って曲線的、柔軟に制御するため、発電機の出力をより適正に制御することが可能となる。

この発明の実施の形態に係る発電機制御システムを含む自動給電システムを示す概略構成図である。 図１の発電機制御システムの出力データベースに記憶される出力軌跡の一例を示す図である。 この発明の実施の形態に係る出力軌跡のなかで、二次曲線的な実変動軌跡の一例を示す図である。 図１の発電機制御システムの作用を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態や従来における試験的な測定で得られた出力変化示線の一例を示す図である。 この発明の実施の形態での実変動軌跡や、従来における出力変化示線の一例を示す図である。

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

図１は、この発明の実施の形態に係る発電機制御システム１を含む自動給電システム１０を示す概略構成図である。この自動給電システム１０は、時々刻々と変化する電力需要に対応した適正な出力・発電量となるように、発電機１２を制御するシステムであり、発電機制御システム１は、自動給電システム１０において、発電機１２の出力が所定の出力値になるように発電機１２を制御するシステムである。ここで、発電機１２は、火力発電機、水力発電機、あるいは原子力発電機などのすべての発電機を含み、発電機１２ごとに、自動給電システム１０による制御が行われるものとする。

自動給電システム１０は、リアルタイムに電力需要量を演算・算出する機能と、適正な給電量を算出、管理する給電管理部１１などとを備え、給電管理部１１には、発電機１２による発電量がリアルタイムに送信されるようになっている。そして、給電管理部１１において、演算された電力需要量と発電機１２からの発電量とを常時比較し、電力需要量に応じた適正な（電力需要量と同等の）発電量でない場合には、発電量をどのように変化させるべきかを算出する。例えば、発電量を現在値の１００ＭＷから１５０ＭＷに上昇させる、という変化パラメータを算出し、この変化パラメータを発電機制御システム１の後述する中央処理部２に送信するものである。

ここで、リアルタイムに電力需要量を演算する機能として、当電力会社で運用するすべての発電機１２の総出力から、隣接する他の電力会社と送受電する総電力を差し引いた値から電力需要量を算出したり、各需要家の電力使用量を計量、合計して電力需要量を算出したりしてもよい。

発電機制御システム１は、主として、中央処理部２と、出力データベース（記憶手段）３と、割出部（割出手段）４と、制御部（制御手段）５とを備えている。

中央処理部２は、主に出力データベース３、割出部４および制御部５を制御などする演算部であり、発電機１２からの発電量がリアルタイムに送られるようになっている。そして、発電機１２からの発電量を受信すると、この発電量に基づいて後述するような出力軌跡を出力データベース３に逐次記憶、蓄積し、給電管理部１１から変化パラメータを受信すると、後述するようにして、割出部４や制御部５を起動するものである。

出力データベース３は、発電機１２の過去の実際の出力軌跡や、試験的な測定で得られた出力変化示線を記憶するデータベースである。すなわち、図２に示すように、発電機１２の過去の実際の出力状態を時系列に示す出力軌跡Ｔを記憶し、この出力軌跡には、常に最新の出力がリアルタイムに記憶されている。また、試験的な測定で得られた出力変化示線とは、例えば図５に示すような出力変化示線Ｌ１であり、この場合、出力が１００ＭＷで安定している状態から、１００ＭＷから１５０Ｍまで５分間で直線的に変化し、発電機出力変化速度が１０ＭＷ／分となっているものであり、このような出力変化示線が複数記憶されている。

ここで、図２に示すような出力軌跡Ｔのなかで、発電機１２の出力が変動している状態における軌跡部を実変動軌跡ＴＣ１〜ＴＣ４とする。また、この実施の形態では、図２には図示されていないが、過去の出力軌跡Ｔのなかに、図６に示すような実変動軌跡ＴＣ５が存在するものとする。この実変動軌跡ＴＣ５は、１００ＭＷから１５０ＭＷに上昇させる前の出力状態が、１５０ＭＷよりも高い出力から１００ＭＷまで下降しているケースを示している。

割出部４は、変化パラメータが中央処理部２に送信、入力された場合に、中央処理部２からの起動指令を受けて、所定の実変動軌跡をトレース対象軌跡として、出力データベース３の出力軌跡Ｔから割り出す（検索する）タスクである。ここで、トレース対象軌跡とは、変化パラメータの上昇量または下降量と同一または近似する上昇量または下降量の実変動軌跡であって、かつ、この実変動軌跡前の出力状態が変化パラメータによる出力変化を行う前の出力状態と同一または近似する実変動軌跡である。

具体的には、変化パラメータが、発電量を１００ＭＷから１５０ＭＷに上昇させる、というものであり、この変化パラメータによる出力変化を行う時点、つまり現時点を図２中の時間ｔ１とする。この場合、まず、発電量が１００ＭＷから１５０ＭＷに上昇している実変動軌跡を割り出す。これにより、実変動軌跡ＴＣ１とＴＣ５とが割り出される。次に、この実変動軌跡ＴＣ１とＴＣ５のうちで、実変動軌跡ＴＣ１、ＴＣ５の前の出力状態が現時点ｔ１前の出力状態と同等である実変動軌跡を割り出す。すなわち、実変動軌跡ＴＣ１またはＴＣ５の前で、出力が１５０ＭＷよりも高い出力から１００ＭＷまで下降している方を割り出す。その結果、実変動軌跡ＴＣ５がトレース対象軌跡として割り出される。

このように、これから行おうとする変化前後の出力状態と、過去の変動前後の出力状態とが、ともに同一または近似する実変動軌跡を割り出する。ここで、この実施の形態では、変化パラメータによる出力変化を行う時点を現時点とし、割り出す時点が出力変化を行う時点となっているが、将来行う出力変化に対して、予め上記のような割り出しを行うようにしてもよい。

また、上記のような実変動軌跡が割り出せない場合、例えば、変化パラメータと同等であるが実変動軌跡前の出力状態が現時点前の出力状態とは同等でない場合には、出力データベース３に記憶されている試験的な測定で得られた出力変化示線のなかから、変化パラメータと出力変化（上昇量や下降量など）が同等な出力変化示線を割り出す。

制御部５は、割出部４で割り出された実変動軌跡などに基づいて、発電機１２の出力を制御するものであり、割り出された実変動軌跡に沿うように、発電機１２の出力を制御するようになっている。すなわち、例えば上記の実変動軌跡ＴＣ５が割出部４で割り出された場合には、最初の１分間は変化しないでその後１００ＭＷから１５０Ｍまで５分で出力上昇しているため、１分後に発電機１２に対して１０ＭＷ／分の出力上昇指令（制御指令）を送って制御する。あるいは、６分間で１００ＭＷから１５０Ｍまで出力上昇しているため、発電機１２に対して８．３ＭＷ／分の出力上昇指令を送って制御する。

また、図３に示すように、割出部４で割り出された実変動軌跡ＴＣ６が二次曲線的に変化している場合には、発電機１２に対して二次曲線的な出力上昇指令を送って制御する。このようにして、発電機１２の出力が、割り出された実変動軌跡に沿うように制御される。同様に、試験的な測定で得られた出力変化示線が割出部４で割り出された場合には、この出力変化示線に基づいて発電機１２に出力変化指令（制御指令）を送信する。例えば、図５に示すような出力変化示線Ｌ１が割り出された場合には、発電機１２に対して１０ＭＷ／分の出力上昇指令を送信するものである。

次に、このような構成の発電機制御システム１による発電機制御方法などについて、説明する。

まず、図４に示すように、発電機１２による発電量を受信すると（ステップＳ１）、中央処理部２によって、新たな発電量が出力軌跡に追加されて、出力データベース３に記憶される（ステップＳ２）。そして、発電機１２の出力を変えない限り（ステップＳ３で「Ｎ」である限り）、このような発電量の受信、記憶がリアルタイムに繰り返し行われ、出力軌跡が逐次蓄積されていく。

このような状態で、電力需要に応じた適正な発電量にするために、発電機１２の出力を変える必要性が生じ、給電管理部１１から変化パラメータを受信した場合（ステップＳ３で「Ｙ」の場合）には、割出部４が起動され、トレース対象軌跡が割り出される（ステップＳ４）。その結果、上記のように、変化パラメータの上昇量または下降量と同等であって、その実変動軌跡前の出力状態が現時点直前の出力状態と同等であるトレース対象軌跡が割り出された場合（ステップＳ５で「Ｙ」の場合）には、このトレース対象軌跡に沿った出力変化指令が、制御部５から発電機１２に送信される（ステップＳ６）。例えば、上記のような実変動軌跡ＴＣ５がトレース対象軌跡として割り出された場合には、８．３ＭＷ／分の出力上昇指令などが発電機１２に送信される。

一方、トレース対象軌跡が割り出されなかった場合（ステップＳ５で「Ｎ」の場合）には、上記のように割出部４によって、変化パラメータと出力変化（上昇量や下降量など）が同等な出力変化示線が出力データベース３から割り出され、この出力変化示線に基づく出力変化指令が、制御部５から発電機１２に送信される（ステップＳ７）。例えば、上記のような出力変化示線Ｌ１が割り出された場合には、発電機１２に対して１０ＭＷ／分の出力上昇指令が送信される。

そして、このような出力変化指令を受けて、発電機１２の出力が変化すると同時に、上記と同様にして、発電量の受信、記憶が繰り返し行われ（ステップＳ１、Ｓ２）、出力変化中および出力変化後の出力軌跡が逐次蓄積されていく。これにより、新たな実変動軌跡・実測値が蓄積され、次に出力を変化させる際の割出部４の割出対象となる。このようにして、出力変化およびこれによる実変動軌跡の蓄積を繰り返すことで、割出部４においてより適正な実変動軌跡（トレース対象軌跡）が割り出され、発電機１２に対する制御精度が高まる（制御遅れなどがなくなる）。例えば、ある出力状態で変化パラメータを受けて、試験的な測定で得られた出力変化示線に基づいて出力制御が行われた場合であっても、次に同等の出力状態で同等の変化パラメータを受けた場合には、トレース対象軌跡が割り出されるため、より適正、高精度に発電機１２が制御されるものである。

以上のように、この発電機制御システム１および制御方法によれば、変化パラメータの上昇量または下降量と同等の実変動軌跡であって、この実変動軌跡前の出力状態が現時点直前の出力状態と同等である実変動軌跡が割り出され、このトレース対象軌跡に基づいて発電機１２の出力が制御される。つまり、変動・変化前後の状態が同等で、過去に実績のあるトレース対象軌跡に基づいて出力が制御されるため、その軌跡通りに（あるいはその軌跡に近似して）出力が変化する。その結果、制御遅れなどが防止・抑制され、発電機１２の出力を所定の出力値に適正に制御することが可能となる。

しかも、直線的な変化のみではなく、割り出されたトレース対象軌跡に沿うように、曲線的な変化を含めて柔軟に発電機１２の出力が制御されるため、発電機１２の出力をより適正に制御することが可能となる。さらに、本システム１が発電機１２の出力を所定の出力値に適正に制御するため、運転者が発電機１２への指令値を手動で設定、調整する必要がない。この結果、労力が著しく削減されるとともに、迅速に制御が行われ、業務の効率化が図れるのみではなく、運転者による制御精度のバラツキや不安定性などを削減することができ、さらには、調速機などの摩耗、劣化を軽減することが可能となる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、発電機制御システム１によって自動で発電機１２を制御しているが、手動で行ってもよい。すなわち、発電機１２の出力を変化させる際に、出力データベース３などに記憶された出力軌跡から、上記のようなトレース対象軌跡を割り出し、このトレース対象軌跡に基づいて発電機１２に指令値を手動で設定するようにしてもよい。

また、トレース対象軌跡として割出対象となる実変動軌跡は、ひとつの実変動軌跡（各ＴＣ１〜ＴＣ６など）のみでなく、連続する実変動軌跡（複数のＴＣ１〜ＴＣ６などを含む軌跡）であってもよい。つまり、出力を出力Ａから出力Ｂに変え、その後一定時間後に出力を出力Ｂから出力Ｃに変える、などという変化パラメータに対しても、適用することができる。さらに、上記の実施の形態では、発電機制御システム１が自動給電システム１０に組み込まれているが、その他のシステムに発電機制御システム１を組み込んでもよく、単独で構成してもよい。つまり、電力需要に対応した適正な発電量に制御する場合に限らずに、本発電機制御システム１によって発電機１２の出力を所定値に適正制御することができる。

１ 発電機制御システム
２ 中央処理部
３ 出力データベース（記憶手段）
４ 割出部（割出手段）
５ 制御部（制御手段）
１０ 自動給電システム
１１ 給電管理部
１２ 発電機
Ｔ、Ｌ２ 出力軌跡
ＴＣ１〜ＴＣ６ 実変動軌跡
Ｌ１ 出力変化示線

Claims (3)

1. 発電機の過去の出力軌跡を記憶する記憶手段と、
   前記出力軌跡のなかで、前記発電機の出力が変動している状態における出力軌跡を実変動軌跡とし、
   前記発電機の出力をいくつからいくつにするという上昇量や下降量を示す変化パラメータが入力された場合に、前記変化パラメータの上昇量や下降量と同一または近似する上昇量や下降量の実変動軌跡であって、かつ該実変動軌跡による変動前の前記発電機の出力状態が、前記変化パラメータによる出力変化を行う直前の前記発電機の出力状態と同一または近似する実変動軌跡を、前記記憶手段の出力軌跡から割り出す割出手段と、
   前記割出手段で割り出された実変動軌跡に基づいて、前記発電機の出力を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする発電機制御システム。
2. 前記制御手段は、前記割出手段で割り出された実変動軌跡に沿うように、前記発電機の出力を制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の発電機制御システム。
3. 記憶手段が、発電機の過去の出力軌跡を記憶し、
   前記出力軌跡のなかで、前記発電機の出力が変動している状態における出力軌跡を実変動軌跡とし、
   割出手段が、前記発電機の出力をいくつからいくつにするという上昇量や下降量を示す変化パラメータの上昇量や下降量と同一または近似する上昇量や下降量の実変動軌跡であって、かつ該実変動軌跡による変動前の前記発電機の出力状態が、前記変化パラメータによる出力変化を行う直前の前記発電機の出力状態と同一または近似する実変動軌跡を、前記記憶した出力軌跡から割り出し、
   制御手段が、前記割り出した実変動軌跡に基づいて、前記発電機の出力を制御する、
   ことを特徴とする発電機制御方法。

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