JP6099411B2

JP6099411B2 - 電力系統監視制御システム

Info

Publication number: JP6099411B2
Application number: JP2013010268A
Authority: JP
Inventors: 俊智渡邉; 小田木　隆一; 隆一小田木; 良雄丸山; 啓一郎八木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2013-01-23
Filing date: 2013-01-23
Publication date: 2017-03-22
Anticipated expiration: 2033-01-23
Also published as: JP2014143816A

Description

本発明は、電力系統監視制御システムに係り、複数の発電プラントの出力を速やかに自動調整することのできる電力系統監視制御システムに関する。

一般に電力需要は、気温や天候等の変化に伴い変動し、夏期の日中に多くなり、春秋には少なくなる傾向がある。このように季節あるいは時間帯によって変動する電力需要に合致する適切な電力を供給をするため、電力会社は中央給電指令所を設け、個々の発電設備を遠隔制御して発電所の稼動状態を調節している。

中央給電指令所には給電制御システムが備えられており、該給電制御システムは、過去の電力需要のデータ、現在の電力需要とその動向、気象情報などを基礎データとして、現在から１時間後、３時間後、６時間後などにおける電力需要を予測する。さらに給電制御システムは、予測した電力需要に基づいて、石油火力発電所、ガス火力発電所、石炭火力発電所、水力発電所、原子力発電所等の発電設備を遠隔指令するとともにその運転状況の監視を行う。

近年の電力需要の変動、あるいは総発電電力量に占める各種発電設備の発電電力量の動向を観察すると、原子力発電による発電電力量は一日を通してほとんど変化がないことが分かる。これは、原子力発電はその出力を短時間で変動させることに経済的な利点がないためである。

また、石炭火力発電による発電電力量は、日中は発電電力量を一定にし、夜間は発電電力量を少なくし、電力需要の急激な変化に対しては、主として石油火力発電の発電電力量、ガス火力発電あるいは水力発電の発電電力量を調節することによって対応している。これは、燃料コストが石炭＜石油・ガス・水力であるからである。

石油火力発電等は電力需要の変化に容易かつ迅速に出力を変動させて追従している（特許文献１参照）。

図２は、従来の電力系統監視制御システムの例を説明する図である。図２に示すように、電力系統監視制御システム４１は、各地に分散して配置した発電プラント２５と、これらの発電プラントを運転制御する中央給電所２２を備える。

ここで、２３はＣＰＵで構成した中央給電指令であり、系統負荷の増減のパターンを予測し、予測結果を出力する。

２４は系統制御回路であり、系統負荷の増加あるいは減少時において、例えば、図示しない運転スケジュール演算手段からの設定データあるいは平均発電端効率演算手段が計算した発電端における効率の順位等をもとに運転する各発電機の出力(軸出力）を決定する。

２７は調整制御回路であり、系統制御回路２４からの給電指令３２に従って発電プラントを構成する発電ユニット毎の発電出力を調整する。例えば、系統制御回路２４が電力グリッド全体において周波数変動を検出すると、発電プラント２５を監視制御する発電プラント監視制御回路２６内の調整制御回路２７に対し、発電出力量を変更した給電指令３２を出力し、調整制御回路２７は前記変更した給電指令３２に従って発電プラント２５の発電出力を調整する。２８は運転モード(例えば、タービン追従制御モード、ボイラ追従制御モード等）の切替指令３３を出力する切替回路である。

発電プラント２５内の発電プラント制御回路２６は、調整制御回路２７と運転モード切替回路２８を備えると共に、発電プラント２５を構成するフィールド機器（調整弁、バルブ等）３１を制御するサブループ制御回路２９およびフィールド機器３１を保護する保護回路３０を備え、調整制御回路２７からサブループ制御回路２９へ制御指令３４を出力する。サブループ制御回路２９はフィールド機器３１を制御する指令３５を出力し、フィールド機器からのフィードバック３６を受けて最適な制御を行う。

また、保護回路３０は、フィールド機器３１を保護する回路であり、フィールド機器３１をモニタ３７し、異常を検出した場合、フィールド機器３１に対して機器を保護する指令３８（例えば、その機器を停止させる指令）を出力すると共に、運転モード切替回路２８とサブループ制御回路２９に対してそれぞれ保護指令３９，４０を出力する。

特開２００９−７１９７３号公報

ところで、近年では、電力供給に占める自然エネルギの割合が増加しつつある。自然エネルギの電力グリッド(送配電網）内に占める割合が大きくなると、電力グリッド全体の発電出力の変動が大きくなり、電力グリッド全体が不安定となる。このため、大型の火力発電プラントに対しての発電要求電力量の変動(増減）も大きくなる。

ところで、従来の電力系統監視制御システム４１では、前述したように、調整制御回路２７および運転モード切替回路２８は発電プラント２５内（ＣＰＵで構成された発電プラント監視制御回路２６内）に設置されている。

このため、中央給電所２２内の系統制御回路２４からの各発電プラントに対する給電指令３２、すなわち、電力グリッド全体の要求電力量の変動に応じて、各発電プラント２５が出力すべき電力を指示する給電指令３２は、中央給電所から通信回線を介して各発電プラントに配置された調整制御回路に伝送される。

このため、中央給電所２２から給電指令３２を受ける発電プラント２５は、通常運転をしている発電プラントに限られ、起動または停止制御を行っている最中の発電プラントは中央給電所２２の給電指令３２は受けることはない。

このため、例えば、発電プラント２５が停止制御中の場合に、電力グリッド全体の要求電力量が増加しても、発電プラントは停止制御が継続されたままとなる。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、電力グリッド全体の要求電力量の変動に応じて速やかに発電プラントの発電出力を自動調整し、電力グリッド全体の安定化を図ることのできるプラントの監視制御システムを提供するものである。

本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。

複数のフィールド機器、該フィールド機器を制御するサブループ制御回路、および前記フィールド機器を保護する保護回路を備える複数の発電プラントと、系統負荷の増減のパターンを予測し、予測結果を出力する給電指令、前記系統負荷の増加または減少に伴い、発電機出力を増加または減少させて、系統の安定化を図る系統制御回路、前記系統負荷の増加あるいは減少時において、前記系統制御回路の出力にしたがって前記フィールド機器を遠隔制御する調整制御回路を備えた給電所とを連携し、前記調整制御回路が前記系統制御回路の出力にしたがって前記サブループ制御回路を介して前記フィールド機器を遠隔制御する電力系統監視制御システムにおいて、前記調整制御回路は、各発電プラントのそれぞれに対応して、前記系統制御回路を配置した給電指令所に集約して配置する。

本発明は、以上の構成を備えるため、電力グリッド全体の要求電力量の変動に応じて速やかに発電プラントの発電出力を自動調整し、電力グリッド全体の安定化を図ることができる。

本発明の実施形態にかかる電力系統監視制御システムを説明する図である。従来の電力系統監視制御システムを説明する図である。

以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施形態にかかる電力系統監視制御システム２１を説明する図である。

図１において、１は中央給電所、２はＣＰＵで構成した中央給電指令であり、系統負荷の増減のパターンを予測し、予測結果を出力する。

３は、系統制御回路であり、系統負荷の増加あるいは減少時において、運転スケジュール計算手段からの設定データあるいは平均発電端効率計算手段が計算した発電端における効率の順位等をもとに運転する発電機の出力を決定する。

なお、系統負荷の変動量が大きく、前記発電機出力の調整操作のみでは対応できない場合、新たに発電機を起動または停止しなければならないことになる。このとき、新たに起動または停止する発電機を選定するに、例えば、起動・停止スケジュール計算機が使用される。

このように、系統制御回路３は、系統負荷の増加または減少に伴い、発電機出力を増加または減少させて、系統の安定化を図る。

ここで、中央給電所１内のＣＰＵで構成された中央給電指令２は、系統制御回路３を備える。また、中央給電所１内の発電プラント毎にＣＰＵで構成された発電プラント７を監視制御する中央給電所側発電プラント監視制御回路４は調整制御回路５と運転モード切替回路６とを備える。

前記系統制御回路３は電力グリッド全体を安定化させる回路（系統安定化回路）であり、中央給電所側発電プラント監視制御回路４を介して、発電プラント７をそれぞれ制御する。

調整制御回路５は発電プラントを構成する発電機出力の調整及び発電機の起動停止を制御する回路である。例えば、系統制御回路３は、電力グリッド全体の要求電力量が変動したとき、発電プラント７を監視制御する中央給電所側発電プラント監視制御回路４内の調整制御回路５に対し、発電出力量を変更した給電指令１２を出力し、調整制御回路５は前記給電指令１２に従って発電プラント７の発電出力を調整する制御指令１４を発電プラント７内のＣＰＵで構成された発電プラント側発電プラント監視制御回路８内のサブループ制御回路９へ出力する。６は運転モード(例えば、タービン追従制御モード、ボイラ追従制御モード等）の切替指令１３を出力する切替回路である。なお、中央給電所側発電プラント監視制御回路４は、複数の発電プラント７にそれぞれ対応して複数設けられている。

発電プラント７内のＣＰＵで構成された発電プラント側発電プラント監視制御回路８は、発電プラント７を構成するフィールド機器（調整弁、バルブ等）１１を制御するサブループ制御回路９およびフィールド機器１１を保護する保護回路１０を備える。

中央給電所側発電プラント監視制御回路４の調整制御回路５は、サブループ制御回路９に制御指令１４を出力して、サブループ制御回路９からフィールド機器１１の制御量（バルブ開度等）を指定する制御指令１５をフィールド機器１１に出力する。フィールド機器１１の制御量の値はサブループ制御回路９にフィードバック１６される。すなわち、調整制御回路５はサブループ制御回路９を介してフィールド機器１１を遠隔制御する。

保護回路１０はフィールド機器１１の運転状態をモニタ１７し、モニタ１７した値がフィールド機器の使用条件を満足している場合は、運転モード切替回路６あるいはサブループ制御回路９に対する保護指令１９あるいは２０を解除し、運転モードの切り替え、あるいはフィールド機器の運転を可能とする。

なお、フィールド機器１１から得られたモニタ１７した値がフィールド機器の使用条件を満たしていない場合は、保護回路１０はフィールド機器１１に機器を保護する指令１８を出力してフィールド機器１１を保護する。

また、保護回路１０は、前記調整制御回路５と発電プラント７間の通信を監視し、通信回線に事故が発生し、発電プラントが孤立したとき、発電プラント単独で行う安定運転に切り替える。

本実施形態では、複数の発電プラント７をそれぞれ監視制御する中央給電所側発電プラント監視制御回路４を、中央給電所１に集約して配置する。このように集約して配置することにより、中央給電所１と発電プラント７の距離にかかわらず、複数の発電プラント７を中央給電所で同時に監視制御することができる。また同時に保守を行うことができる。

発電プラント７は、発電プラント毎に、使用燃料や保守・点検の実施計画などが異なる。このため、中央給電所１の系統制御回路３は、電力グリッド全体として最適となるよう発電プラント運転計画を立案し、さらに中央給電所側発電プラント監視制御回路４内の調整制御回路５に、発電すべき電力量を給電指令１２として出力する。

例えば、発電プラント７のうちの１つを運転を停止する運転停止制御中に、電力グリッド全体の要求電力量が増加すると、中央給電所１の系統制御回路３は、中央給電所側発電プラント監視制御回路４内の調整制御回路５へ変更した給電指令１２を出し、発電プラントの運転停止制御を中止し、発電プラントを再稼働させる。また、発電プラント７のうちの１つを起動する起動制御中に、電力グリッド全体の要求電力量が減少すると、中央給電所１の系統制御回路３は、中央給電所側発電プラント監視制御回路４内の調整制御回路５へ変更した給電指令１２を出し、発電プラントの起動制御を中止する。

なお、中央給電所１と発電プラント７間の通信に障害が発生した場合、保護回路１０により発電プラント単独での安定運転を行うことができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、系統制御回路３は、系統負荷の増加または減少に伴い、発電機出力を増加または減少させて、系統の安定化を図るに際して、複数の発電プラント７をそれぞれ監視制御する中央給電所側発電プラント監視制御回路４を、中央給電所１に集約して配置する。このように集約して配置することにより、中央給電所１と発電プラント７の距離にかかわらず、複数の発電プラント７を中央給電所で同時に監視制御することができる。また同時に保守を行うことができる。これにより、電力グリッド全体の要求電力量の変動に応じて速やかに発電プラントの発電出力を調整することができ、電力グリッド全体の安定度を向上することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

また、前記実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、前記実施形態を構成する処理部、処理手段等により果たされる機能は、処理手段等の一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、前記実施形態における各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ(Solid State Drive)等の記録装置、またはＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

１中央給電所
２中央給電指令（ＣＰＵ）
３系統制御回路
４中央給電所側発電プラント監視制御回路（ＣＰＵ）
５調整制御回路
６運転モード切替回路
７発電プラント
８発電プラント側発電プラント監視制御回路（ＣＰＵ）
９サブループ制御回路
１０保護回路
１１フィールド機器
１２給電指令
１３切替指令
１４サブループ制御回路９に対する制御指令
１５フィールド機器１１に対する制御指令
１６フィールド機器１１からのフィードバック
１７フィールド機器１１のモニタ
１８フィールド機器１１を保護する指令
１９運転モード切替回路６に対する保護指令
２０サブループ制御回路９に対する保護指令
２１電力系統監視制御システム
２２従来の中央給電所
２３従来の中央給電指令（ＣＰＵ）
２４従来の系統制御回路
２５従来の発電プラント
２６従来の発電プラント監視制御回路（ＣＰＵ）
２７従来の調整制御回路
２８従来の運転モード切替回路
２９従来のサブループ制御回路
３０従来の保護回路
３１従来のフィールド機器
３２従来の給電指令
３３従来の切替指令
３４従来のサブループ制御回路２９に対する制御指令
３５従来のフィールド機器３１に対する制御指令
３６従来のフィールド機器３１からのフィードバック
３７従来のフィールド機器３１のモニタ
３８従来のフィールド機器３１を保護する指令
３９従来の運転モード切替回路２８に対する保護指令
４０従来のサブループ制御回路２９に対する保護指令
４１従来の電力系統監視制御システム

Claims

複数のフィールド機器、該フィールド機器を制御するサブループ制御回路、および前記フィールド機器を保護する保護回路を備える複数の発電プラントと、
系統負荷の増減のパターンを予測し、予測結果を出力する給電指令、前記系統負荷の増加または減少に伴い、発電機出力を増加または減少させて、系統の安定化を図る系統制御回路、前記系統負荷の増加あるいは減少時において、前記系統制御回路の出力にしたがって前記フィールド機器を遠隔制御する調整制御回路を備えた給電所とを連携し、
前記調整制御回路が前記系統制御回路の出力にしたがって前記サブループ制御回路を介して前記フィールド機器を遠隔制御する電力系統監視制御システムにおいて、
前記調整制御回路は、各発電プラントのそれぞれに対応して、前記系統制御回路を配置した給電指令所に集約して配置することを特徴とする電力系統監視制御システム。
請求項１記載の電力系統監視制御システムにおいて、
前記系統制御回路は、遠隔地にある前記各発電プラントのそれぞれに対応して給電所に配置した前記調整制御回路を介して、前記発電プラントを遠隔制御することを特徴とする電力系統監視制御システム。
請求項２記載の電力系統監視制御システムにおいて、
前記調整制御回路と前記発電プラント間の通信に障害が発生したとき、該発電プラントは単独で安定運転することを特徴とする電力系統監視制御システム。
請求項１または２記載の電力系統監視制御システムにおいて、
前記系統制御回路は、前記発電プラントの発電電力量および起動停止制御を一元管理し、前記発電プラントの停止制御中に、系統の要求電力量が増加したとき、前記発電プラントの停止制御を中止し、再起動制御を開始することを特徴とする電力系統監視制御システム。
請求項１または２記載の電力系統監視制御システムにおいて、
前記系統制御回路は、前記発電プラントの発電電力量および起動停止制御を一元管理し、前記発電プラントの起動制御中に、系統の要求電力量が減少したとき、前記発電プラントの起動制御を中止することを特徴とする電力系統監視制御システム。