KR100495578B1 - 발전기 제어 장치 - Google Patents

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KR100495578B1 KR10-2003-0027042A KR20030027042A KR100495578B1 KR 100495578 B1 KR100495578 B1 KR 100495578B1 KR 20030027042 A KR20030027042 A KR 20030027042A KR 100495578 B1 KR100495578 B1 KR 100495578B1
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모리가즈미
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

총수요 전력의 예상값을 기초로 발전 비용의 최적화를 실행하면서, 발전기의 출력을 보다 우수한 정밀도로 조정하여, 계통 주파수의 변동을 억제한다.
본 발명은, 계통의 현재 상태를 감시하여 수요 전력량을 출력하는 계통 감시 장치와, 발전 비용의 총합이 최소로 될 것을 요구하는 평가 함수식을 수요 전력량과 공급 전력량의 총합이 동등하게 될 것을 요구하는 수급 밸런스 제약을 고려하여 풀어서, 발전기의 출력을 소정 간격마다 결정하는 발전기 출력 최적화부를 구비하며, 이 발전기 출력 최적화부는 발전기의 변화 속도 상한값에 근거하여 결정할 수 있는 AFC 용량 제약을 더 고려해서 상기 평가 함수식을 푸는 것을 특징으로 하는 발전기 제어 장치에 관한 것이다. 평가 함수식에는, 대상으로 되는 발전기의 출력의 총합이 연료 소비 목표량과 동등하게 될 것을 요구하는 연료 소비량 제약을 포함시키더라도 된다.

Description

발전기 제어 장치{POWER GENERATOR CONTROLLER}
본 발명은 발전기 제어 장치에 관한 것으로, 특히, 각 발전기의 발전량을 원격으로 지시하는 발전기 제어 장치에 관한 것이다.
발전소에는 수력 발전소, 화력 발전소, 원자력 발전소 등이 있다. 이들 발전소에 의해 발생된 전력은 송전선을 경유하여 사용자에게 보내어지는데, 전기는 저장할 수 없기 때문에, 전기의 사용량에 따라 각 발전소의 발전량을 조정할 필요가 있다. 시시각각 변하는 전기의 사용량을 관찰하면서 각 발전소에 발전량을 지령하는 것은 중앙 급전 지령소이다. 중앙 급전 지령소가 수요 전력에 따라 공급 전력을 증감하여, 수요량과 공급량간에 과부족이 발생하지 않도록 발전기의 발전량을 조정하는 것을 수급 밸런스 제약이라고 부른다.
중앙 급전 지령소로부터 각 발전소로 지시하는 지령에는, 수급 밸런스 제약 외에도 여러 제약이 고려되어 있다. 예컨대, 원자력 발전소는 한번 연료를 넣으면, 적어도 1년 동안은 연속 운전할 수 있지만, 출력을 급속히 변화시키는 것은 곤란하다. 이에 반하여, 화력 발전소는 전력이 사용되는 방법에 따라서 출력을 비교적 간단히 증감할 수 있다. 발전기가 출력을 무리없이 조정할 수 있는 속도의 범위를 변화 속도 제약이라고 부른다.
발전량에는, 발전기를 장기간에 걸쳐 안정적으로 동작시키기 위해서, 적정한 범위가 마련되어 있다. 발전기가 안정하게 전력을 공급할 수 있는 출력값의 범위를 발전기 상하한 제약이라고 부른다. 발전기에 따라서는, 이 출력값은 연속량이 아니라 이산값으로밖에 지정할 수 없는 경우가 있다. 또한, 발전기의 출력은 복수의 밴드로 분리되어 있고, 어떤 밴드의 범위 내에서는 연속적으로 변화할 수 있지만, 밴드로부터 밴드로의 이행에는 소정의 정해진 시간 동안에는 이행할 수 없다고 하는 발전기 출력 단계 이행 제약이 마련되고 있는 것도 있다.
화력 발전소는 석유, 액화 천연 가스(LNG), 석탄 등의 연료를 사용하여 발전한다. 이들 연료의 공급량에는 제한이 마련되어 있고, 이 공급량을 초과하여 발전량을 증가시키는 것은 불가능하다. 이것을 연료 소비량 제약이라고 부른다.
발전된 전력은 송전선이나 변압기를 경유하여 보내어진다. 송전선이나 변압기 등의 선로는 전력을 수요에 따라 가장 효율적으로 보내기 위해서, 그리고 어떤 루트에서 문제가 발생되더라도 바로 별도의 루트에서 대응할 수 있도록 송전 네트워크를 형성하고 있다. 그러나 각 선로에는 송전 전력의 상한이 있어, 이 상한을 초과하여 전력을 공급하는 것은 불가능하다. 각 선로가 자신의 상한값을 초과하여 송전하는 것이 없도록 발전기의 발전량을 제어하는 것을 조류(潮流) 제약이라고 부른다.
여기서, 어떤 발전소의 전력 발전량이 1 단위 증가했을 때, 소정 선로에 흐르는 전력의 증가량을 조류 감도라고 부른다. 이 조류 감도는 실제의 계통 상태에 따라 각 시각에서 변화하고 있다.
중앙 급전 지령소는 발전 비용을 낮게 억제하는 것도 고려하고 있다. 총수요 전력의 예상값을 기초로 발전 비용의 최적화를 실행하는 것은 EDC(Economic Dispatching Control) 제어라고 불린다. 이것은 통상 3분 내지 5분 정도에 한번의 비율로 행하여지고 있다. 이것에 유사(類似)한 제어로서, AFC(Automatic Frequency Control) 제어가 알려져 있다. AFC 제어는, 전력 계통의 특성으로서, 수요와 공급의 밸런스가 맞지 않는 경우에 계통 주파수가 규정값으로부터 어긋난다고 하는 성질이 있기 때문에, 예컨대 5초 걸러 주파수 편차를 기초로 발전기의 출력을 조정하는 것을 가리킨다.
중앙 급전 지령소는 이러한 각종 제한을 고려하여, 각 발전소에 각 시각에서의 발전량을 지령한다. 일본 특허 공개 제 2001-037087 호 공보에는 다시각적인 단면에서, 수급 밸런스 제약, 발전기 상하한 제약, 조류 제약, 연료 소비량 제약을 만족하도록 발전기의 출력을 결정하는 방법이 개시되어 있다.
여기서는, 조류 제약을 미리 인가된 발전기의 송전선과 변압기에 관한 각 시각의 조류 감도를 이용하여, 각 시각에서 조류 제약이 발생하는 경우에, 수급 밸런스 제약에 조류 제약식을 추가함으로써 해결하고자 하고 있다. 연료 소비량 제약에 대해서는, 상기 방법에 의해 결정된 발전기 출력으로부터 연료 소비량을 계산하여, 이 일단 구해진 연료 소비량이 연료 소비 목표량과 일치하지 않는 경우는 연료비 보정 계수를 변경한 후에 발전기 출력을 재결정함으로써 해결하고자 하고 있다.
그런데 송전선이나 변압기 등의 선로의 보수 공사를 계획적으로 실행하기 위해서 선로 작업 계획이 작성되고 있다. 보수 공사는 이 선로 작업 계획에 근거하여 행하여지지만, 어떤 선로가 어느 만큼의 시간 동안 정지할지는 당일 보수 작업의 진척 상황에 의해 변화된다. 또한, 사고가 발생하여 예정하지 않고 있는 시간대에 송전이 완전히 정지하는 경우도 있다. 즉, 선로에 대한 각 시각의 조류 감도는 실제 계통 상태나 당일의 선로 작업 계획의 실시 상황에 의해 변화되기 때문에, 미리 인가된 조류 감도를 이용하는 조류 제약은 실제의 계통 상태를 반드시 정확하게 반영하지 않고 있다. 그 결과, 필요한 발전기의 출력을 양호한 정밀도로 조정되고 있지 않는 경우가 발생하였다.
또한, 연료 소비량 제약에 대해서는, 일단 발전기 출력을 결정한 후에 연료 소비량을 계산하고, 연료 소비 목표량과 일치하도록 연료비 보정 계수를 수정해서 발전기 출력을 결정한다는 것을 반복하여 실시하기 때문에, 처리 시간이 걸린다고 하는 문제점이 있었다.
또한, 전력 수요량을 미리 예상하여 발전량을 제어하고 있지만, 예상값으로부터 벗어나면, 발전기에는 출력을 증감할 수 있는 속도에 제한이 있기 때문에, 제어가 따라가지 못하는 경우가 발생한다. 당일의 총수요 실적이 총수요 예상값과 어긋난 경우, 수급 밸런스 제약을 만족하지 않거나 혹은 주파수 편차가 발생하는 문제가 있었다.
또한, 주파수 편차를 직접 취급하고 있지 않기 때문에, EDC 제어 중에, 발전기, 특히 양수 발전기의 병해열 시에 있어서, 주파수를 규정값으로 유지할 수 없는 경우가 발생하고 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 총수요 전력의 예상값을 기초로, 발전 비용을 최적화하면서 발전기의 출력을 보다 정밀도 좋게 조정하여, 계통 주파수의 변동을 억제하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 발전기 제어 장치는, 계통의 현재 상태를 감시하여 수요 전력량을 출력하는 계통 감시 장치와, 발전 비용의 총합이 최소로 될 것을 요구하는 평가 함수를 수요 전력량과 공급 전력량의 총합이 동등하게 될 것을 요구하는 수급 밸런스 제약을 고려하여 풀어, 발전기의 출력을 소정 간격마다 결정하는 발전기 출력 최적화부를 구비하되, 이 발전기 출력 최적화부는 발전기의 변화 속도 상한값에 근거하여 결정할 수 있는 AFC 용량 제약을 더욱 고려하여 상기 평가 함수를 푸는 것이다.
또한 본 발명에 따른 발전기 제어 장치는, 계통에 접속하는 선로의 개폐 상태를 감시하여 현재 계통 상태를 출력하는 계통 감시 장치와, 선로의 개폐 예정을 나타내는 선로 작업 계획을 출력하는 선로 작업 계획 조정 장치와, 현재 계통 상태와 선로 작업 계획을 이용하여 장래 계통 상태를 작성하는 계통 단면 작성 수단과, 계통 단면 작성 수단에 의해 작성되는 계통 단면마다 선로의 조류 감도를 산출하는 감도 산출 수단과, 대상으로 되는 복수의 발전기의 발전 비용의 총합이 최소로 될 것을 요구하는 평가 함수를 각 선로에 상한값을 초과하여 송전되는 경우가 발생되지 않을 것을 요구하는 조류 제약을 포함시켜 풀어서, 소정 간격마다 발전기의 출력을 결정하는 발전기 출력 최적화부를 구비하여 이루어지며, 조류 제약은 조류 감도를 이용하여 표시되고, 발전기 출력 최적화부는 이 조류 감도로 감도 산출 수단에 의해 산출되는 조류 감도를 이용하는 것이다.
또한, 발전기 출력 최적화부는 평가 함수를, 대상으로 되는 발전기의 출력의 총합이 연료 소비 목표량과 동등하게 될 것을 요구하는 연료 소비량 제약을 포함시켜 푸는 것이다.
또한, 발전기 출력 최적화부는 평가 함수를, 발전기의 변화 속도 상한값에 근거하여 결정할 수 있는 AFC 용량 제약을 포함시켜 푸는 것이다.
또한, 부하의 변동을 예측하는 부하 동작 예측 수단을 구비하며, 발전기 출력 최적화부는 평가 함수를 부하 동작 예측 수단에 의해 산출되는 제어량 예측값을 고려하여 결정할 수 있는 가변속 플라이휠 용량 제약을 포함시켜 푸는 것이다.
또한, 발전기 출력 최적화부는 평가 함수를 발전기의 추종 지연을 고려한 주파수 편차 제약을 포함시켜 푸는 것이다.
또한, 발전기 출력 최적화부는, 주파수 편차 제약을 포함시켜 평가 함수를 풀 때에, 우선 주파수 편차 제약을 고려하지 않고 소정 간격마다 발전기의 출력을 산출하며, 이 산출된 발전 출력을 이용해서 평가 함수를 주파수 편차 제약을 고려하여 소정 간격보다도 짧은 시간 간격으로 푸는 것이다.
또한, 발전기 출력 최적화부에 의해 결정된 발전기의 출력을 각 발전소에 송신하는 제어 신호 송출 장치를 구비하고 있는 것이다.
또한, 발전기의 발전 비용은 발전기의 출력의 2차 함수로 표시되고 있는 것이다.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적, 특징, 국면 및 이익 등은 첨부 도면을 참조로 하여 설명하는 이하의 상세한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다.
(실시예 1)
도 1은 중앙 급전 지령소의 1 구성예로서, 이 중앙 급전 지령소는 발전기 제어 장치(10), 데이터 설정 장치(20), 선로 작업 계획 조정 장치(30), 계통 감시 장치(40), 제어 신호 송출 장치(50), AFC 제어부(60)로 구성되어 있다. 발전기 제어 장치(10)는 발전 비용의 최적화를 실행하기 위해서 예컨대 5분마다 EDC 제어를 지령하는 신호를 출력한다. AFC 제어부(60)는 계통 감시 장치(40)가 검출한 전력 계통의 주파수 편차 ΔF에 근거하여, 예컨대 5초 걸러서 AFC 제어를 지령하는 신호를 출력한다.
발전기 제어 장치(10) 및 AFC 제어부(60)의 출력은 제어 신호 송출 장치(50)에 의해 개개의 발전기(도시하지 않음)에 지령값으로서 전송되고, 개개의 발전기는 이 지령값에 따라서 동작한다. 또, 본 발명은 본질적으로 EDC 제어에 관한 것이기 때문에, AFC 제어부(60)에 대해서는 상세히 설명하지 않는다.
도 2는 발전기 제어 장치(10)의 구성을 나타내는 블럭도이다. 발전기 제어 장치(10)는 발전기 출력 최적화부(5) 및 계통 계산부(6)로 구성되어 있다. 발전기 출력 최적화부(5)는 최적화 문제를 풀 수 있는 컴퓨터에 의해 구성되며, 발전기 출력 결정 수단(1)을 포함한다. 계통 계산부(6)는 계통 단면 작성 수단(2) 및 발전기 감도 산출 수단(3)을 포함한다.
발전기 출력 최적화부(5)는 데이터 설정 장치(20)로부터 총수요 예측값, 발전기 연료비 특성, 발전기 상하한 제약, 발전기 변화 속도 제약, 연료 소비 제약, 각 선로 조류 제약, AFC 용량 제약 등을 입수한다. 계통 계산부(6)는 선로 작업 계획 조정 장치(30)로부터 선로 작업 계획 데이터를 계통 감시 장치(40)로부터 현재 계통 상태 및 사고 설비 정보를 더 입수한다.
발전기 출력(7)은 도 3∼도 9에 정식화되어 있는 평가 함수 및 각종 제약식을 최적화 수법을 이용하여 풀음으로써 결정된다. 이들 제약식은 요구되는 정밀도에 따라 적절히 분리할 수 있다. 도 3에 나타내는 평가 함수는 계획 대상 기간 전체(T)에서의 발전 비용의 총합을 최소로 하는 것을 나타내고 있다. 여기서는 발전기 g의 발전 비용은 출력 Pgt의 2차 함수로 근사되어 있다.
도 4∼도 6에 나타낸 제약식은 먼저 정성(定性)적으로 설명한 수급 밸런스 제약, 발전기 상하한 제약, 변화 속도 제약을 수학식화한 것이다. 도 7에 나타낸 조류 제약은 각 선로의 조류 감도(klg)를 이용하고 수학식화되어 있다. 이후에 설명하는 바와 같이 조류 감도는 장래 계통 단면마다 산출된다. 또한, 제어 대상의 모든 발전기 출력을 0으로 했을 때의 선로 1의 조류값을 F0으로 한다.
도 8에 나타낸 연료 소비량 제약으로서, 연료 소비 제약 그룹 D는 화력 발전소와 같이, 연료 소비량을 고려할 필요가 있는 발전기의 집합체를 나타내고 있다. 연료 소비량 제약은 이 그룹에 속하는 발전기의 출력 Pgt의 총합이 연료 소비 목표량(TotalD)과 동등하게 되도록 제어할 필요성을 나타내고 있다. 이 연료 소비량 제약이 평가 함수를 푸는 제약 조건에 포함되어 있기 때문에, 연료비 보정 계산의 반복 계산을 하는 일이 없게 되어, 한번의 계산 처리로 발전기 출력을 결정할 수 있다.
도 9에 나타내는 AFC 용량 제약은 발전기의 변화 속도 상한값 Ymax에 근거하여 각 발전기의 AFC 용량을 확보하고 있다. AFC 용량은 얼마만큼의 발전량을 여유로 갖고 증가할 수 있는지를 나타내는 제어 여유양인 것이다. 이 AFC 용량은 도 10에 나타내는 바와 같이, 발전기의 출력에 따라 변화된다. 발전기의 출력이 낮을 때는, AFC 용량은 Ymax와 Tafc의 곱으로 구해지는 X1로 고정되어 있지만, 발전기의 출력이 어느 정도 커지면, AFC 용량은 출력의 증가에 대하여 기울어 -1의 직선으로 감소한다. 양자가 교차하는 점의 출력이 P1이다.
이와 같이 AFC 용량 제약이 정식(定式)화되어 있고, 각 발전기의 출력은 AFC 용량을 미리 확보하여 결정된다. 그 결과, 예상 총수요와 실제의 총수요가 틀린 경우라도, 수급 밸런스 제약을 일탈하는 일없이, 계통 주파수가 대폭 변동하는 것을 억제할 수 있다.
상술한 평가 함수 및 각종 제약식으로 표시되는 최적화 문제는 최적화 방법을 적용하여 알게 되며, 각 시각의 각각의 발전기 출력(7)이 결정된다. 이 연산에서는, 발전기 출력 등의 연속값 변수와, 양수 발전기의 병해열(양수를 행하여 댐에 저수하는 것을 병렬, 또한 이 양수를 중지하는 것 해열이라고 부름)나 밴드 위치 등의 이산값 변수가 독립 변수로 된다. 연속값의 최적화에 관해서는 2차 계획법(QP : Quadratic Programming)을 적용할 수 있다.
이산값의 최적화에 관해서는, 평성 10년 일본 특허원 제 221634 호 「화력 발전기의 경제 부하 배분 장치 및 그 방법」에 기재된 방법을 적용할 수 있다. 또한 문제 공간 탐색법, 탭(tab) 탐색법, 귀전적 알고리즘(genetic algorithm) 등을 적용하더라도 된다. 일례로서 문제 공간 탐색법과 내점법(內点法) 2차 계획법을 병용하는 경우의 흐름도를 도 11에 나타낸다. 굵은 선으로 표시되어 있는 단계에서 내점법 2차 계획법을 적용한다.
계통 단면 작성 수단(2)에서는, 계통 감시 장치(40)로부터 입력되는 현재 계통 상태 및 사고 설비 정보와, 선로 작업 계획 조정 장치(30)로부터 입력되는 선로 작업 계획 데이터로부터 장래 계통 상태를 작성한다. 여기서, 선로 작업 계획 데이터는 정지·복구 조작이 필요한 개폐기의 ON/OFF 상태 및 ON/OFF가 실행되는 시각 정보로 구성되어 있다.
도 12에 계통 단면 작성 수단(2)의 동작 원리를 나타낸다. 계통 단면 작성 수단(2)에서는 현재 계통 상태와 작업 설비 정보를 비교하는 것에 의해 작업 정지의 실시 착수 판정을 한다. 이 결과, 계획된 시각보다 예컨대 60분 이상 착수되어 있지 않은 작업에 관해서는 작업이 중지되었다고 판정하여, 이후의 장래 계통 단면 작성에는 이용하지 않는다(작업 A). 작업이 중지되었다고 판정되고 있지 않은 작업에 관해서는, 개폐기의 ON/OFF 상태 변화를 시각순으로 재배열하고, 현재 계통 상태에 시간순으로 중첩시킴으로써 복수의 장래 계통 단면을 작성한다.
또, 작업 B와 같이, 작업 종료 예정 시간으로 되어도 작업이 종료하지 않고 있는 작업은, 1분 후에 작업이 종료하는 것으로 취급한다. 또한, 작업 C와 같이, 현재 시간보다 1 시간 이내 전에 착수 예정임에도 불구하고, 미착수의 작업에 관해서는 작업 착수의 지연을 반영시키기 위해서, 1분 후에 작업이 착수되는 것으로 하여 취급한다. 작업 D는 작업의 개시를 n2분 후에, 작업의 종료를 n3분 후에 예정되어 있는 작업이다.
발전기 감도 산출 수단(3)에서는, 계통 단면 작성 수단(2)에 의해 얻어진 장래 계통 상태와 발전기 출력 결정 수단(1)에 의해 얻어진 발전기 출력을 이용하여, 장래 계통 단면마다 각 선로의 조류 감도를 산출한다. 도 13에 조류 감도를 산출하는 흐름도를 나타낸다. 발전기 G의 선로 L에 대한 조류 감도는, 예를 들면 DC 조류 계산을 이용하여 구해진다.
이상과 같이 조류 감도는 장래 계통 단면마다 구해진다. 이렇게 하여 구해진 조류 감도는 당일의 계통 상태나 선로 작업 계획의 실시 상황을 보다 정확하게 반영하고 있기 때문에, 조류 제약이 실제의 계통 상태를 정확히 반영할 수 있게 되어, 발전기 출력의 보다 정확한 조정이 가능하게 된다.
(실시예 2)
제철소 등의 대구 전력 수요가(some large customers of electricity)로부터 미리 전력 수요량(부하)의 증감에 관한 정보를 입수할 수 있는 경우가 있다. 실시예 2에서는 이 정보와 가변속 플라이휠을 이용하여 보다 정밀히 발전량을 제어한다.
실시예 2에 관계되는 발전기 출력 최적화부(5)는 도 14에 도시하는 바와 같이 부하 동작 예측 수단(11)을 구비하고 있다. 부하 동작 예측 수단(11)은 대구 수요가 등으로부터 입수하는 부하 동작 정보에 의해서 전력 수요량의 증감을 사전에 알 수 있다. 또는 계통 감시 장치(40)가 출력하는 주파수 편차 ΔF의 패턴을 부하 동작 패턴 검출부(12)에서 해석하여, 전력 수요량의 증감을 예측하더라도 된다.
가변속 플라이휠은 전력을 회전 에너지로서 축적하는 장치로서, 제어 용량은 적지만, 화력 발전기에 비하여 고속으로 전력을 방출, 흡수할 수 있다. 주파수 제어를 목적으로 한 가변속 플라이휠의 사용은, 예를 들면 「가변속 시스템의 전력 분야로의 적용 확대」(도시바 리뷰 Vol. 51 : No.12, 1996년)에 기재되어 있다.
발전기 출력 최적화부(5)는 평가 함수(도 3 참조)를 푸는데 있어, 도 15에 나타내는 가변속 플라이휠 용량 제약을 고려한다. 이 가변속 플라이휠 용량 제약은 부하의 증감을 예상하여 결정할 수 있는 제어량 예상값 rt를 이용하여 수학식화되어 있다. 또한 제어 변수로서 정수값(Fst)을 포함할 수 있다. 이후에서는 가변속 플라이휠 용량 제약을 고려한 EDC 제어를 협조 제어라고 부르기로 한다. 부하 동작 예측 수단(11)이 전력 수요의 증가를 예측한 경우, 발전기 출력 결정 수단(1)은 AFC 제어와의 협조를 고려하기 때문에, 화력 발전기의 AFC 용량을 통상보다도 크게 설정한다.
가변속 플라이휠 용량 제약을 고려하는 경우의 효과를 도 16(a)∼(e)를 이용하여 설명한다. 점선이 협조 제어를 하지 않는 경우의 제어 결과, 실선이 협조 제어를 한 경우의 제어 결과이다. 도 16(a)는 제철소의 부하(수요 전력)가 시각 t1에서 ΔPs만큼 증가한 것을 나타내고 있다. 이 때, 도 16(b)에 나타내고 있는 바와 같이, 어느 쪽의 경우도 계통 주파수 F는 감소하지만, 협조 제어를 한 경우 쪽이 주파수 편차 ΔF는 적다.
도 16(c)는 가변속 플라이휠의 회전수의 변화를 나타내고 있다. 협조 제어를 하는 경우, 부하의 증가를 예측하여, 가변속 플라이휠의 회전수는 부하 변동이 발생하기 전에 690rpm으로 설정되어 있다. 이 회전수는 상한값이기 때문에, 가변속 플라이휠의 AFC 용량이 최대한 확보되어 있다. 협조 제어를 하지 않는 경우는, 가변속 플라이휠의 회전수가 600rpm(회전수의 중앙값)으로 설정되어 있다. 이 경우, 가변속 플라이휠의 AFC 용량은 최대값의 절반밖에 확보되어 있지 않다.
시각 t1에서, 계통 감시 장치(40)는 계통 주파수의 변동을 감지하여, 가변속 플라이휠에 전력을 계통에 공급하도록 지령을 내기 때문에, 가변속 플라이휠의 회전수는 510rpm(회전수의 하한값)까지 내려간다. 그 후, 협조 제어의 유무에 관계없이, 가변속 플라이휠의 회전수는 초기의 정수값으로 되돌아간다. 이와 같이, 협조 제어를 하는 경우는 사전에 AFC 용량의 정수값(Fst)을 변화시켜 둠으로써, 가변속 플라이휠의 AFC 제어 용량을 최대 변화량분 확보할 수 있다.
도 16(d)는 화력 발전기의 출력의 변화를 나타내고 있다. 협조 제어의 유무에 관계없이, 중앙 급전 지령소로부터의 지령에 근거하여 화력 발전소의 출력은 시각 t1부터 증가하기 시작한다. 증가의 속도는 가변속 플라이휠에 비하면 비교적 천천히이다. 도 16(e)는 화력 발전소의 AFC 용량을 나타내고 있다. 가변속 플라이휠로 편(片) 방향의 AFC 용량을 최대한 확보했기 때문에, 이것을 보상하기 위해서 화력 발전기에서는 동일 방향의 AFC 용량이 크게 확보되어 있다.
요컨데 전력 수요의 대폭적인 변동을 예지하여 화력 발전기의 AFC 용량을 크게 확보해 두고, 순간의 변동에 대해서는 먼저 변화 속도가 빠른 가변속 플라이휠로 제어한다. 그 후, 변화 속도가 가변속 플라이휠보다도 느린 화력 발전기로 바꾸도록 제어가 행하여진다.
또, 가변속 플라이휠이 로컬 정보만으로 동작하고 있어, 중앙 급전 지령소로부터 정수값을 직접 제어할 수 없는 경우가 있다. 이 경우에는, 이하와 같이 해서 가변속 플라이휠을 간접 제어할 수 있다.
예컨대 수요가 급격한 상승에 대비하여 사전에 가변속 플라이휠의 회전수를 상승시켜 두고자 하는 경우, 직접 제어가 가능하면, 정정(整定)값(set value)(기준 주파수)을 통상의 운전보다도 낮게 설정함으로써 가변속 플라이휠의 회전수를 상승시켰다. 이에 반하여 간접 제어하는 경우는, 직접 제어가 가능한 화력 발전기에 출력 증대 방향의 지령을 보내어 계통 주파수를 증가시킨다. 이 계통 주파수의 증가를 로컬(local)에서 검출한 가변속 플라이휠은 회전수를 상승시키기 때문에 마찬가지의 효과가 나타난다.
(실시예 3)
주파수 제어에는 추종 지연이 발생한다. 실시예 1과 2에서는 주파수 편차 ΔF를 EDC 제어로 직접 취급하고 있지 않기 때문에, 가령 주파수를 일정하게 유지하기 위해서 AFC 제어를 5초 주기로 실행하고 있더라도, 주파수가 규정값(50 ㎐ 또는 60 ㎐)으로부터 꽤 어긋나는 일이 있다. 이 어긋남은 특히, 양수 발전기의 병해열을 지시하는 제어 신호와, 화력 발전기를 포함하는 복수의 발전기의 출력을 지시하는 제어 신호가 중앙 급전 지령소로부터 각 발전소로 송신되는 경우에 발생되기 쉽다.
실시예 3에서는, 5분마다의 EDC 제어의 결과에 대하여, 이것을 초기값으로 해서, 각 발전기의 추종 지연과 변화 속도를 고려하여 또한 최적화를 행함으로써, 주파수 편차의 최소화를 도모한다. 여기서의 제약 조건은 도 17에 나타내는 주파수 편차 제약이다. 주파수 편차 ΔF[tj]는 발전기 출력의 추종 지연과 변화 속도를 고려하여 결정할 수 있는 Pi[tj]로부터 산출된다. 또, 최적화해야 할 목적 함수는 지금까지와 동일하게 도 3에 나타낸 평가 함수이다.
이 경우의 독립 변수는, 5분마다의 연산과 마찬가지로, 각 발전기의 출력값과 병해열 상태이다. 종래는 고려되지 않았던 주파수 편차 ΔF[tj]를 주파수 편차 제약으로서 고려하여 발전기의 출력을 결정하도록 했기 때문에, 발전기의 추종 지연이나 변화 속도가 고려되어, 발전기의 출력 조정 및, 발전기의 병해열, 특히 양수 발전기의 병해열에 따른 주파수 변동을 저감할 수 있다.
(실시예 4)
실시예 3에서 나타낸 주파수 편차 제약에 근거하여, 출력 지령값을 5분마다가 아니라 1분마다 연산하고자 하면, 시간 피치(time pitches)가 증대하기 때문에, 연산량이 커져, 실제 상의 계산 속도가 추종하지 않는다. 그래서 실시예 4에서는, 도 18에 도시하는 바와 같이, 먼저 주파수 편차 제약을 포함시키지 않고 5분마다의 주기로 계산한다(도 11 참조). 이것을 기초로 또한 1분마다 보다 정밀히 주파수 편차 ΔF에 관한 제약 조건(도 17 참조)을 부가하여 발전기로의 출력 지령값과 그 시간, 또한 발전기의 병해열 신호의 제어 시간을 구한다. 즉, 2 단계로 계산을 한다.
또, 1분마다의 각 발전기의 출력 지령값은, 주파수 편차 ΔF[tj]를 구하는 식에 있어서, Pi[tj]의 발전기 출력의 추종 지연과 변화 속도는 사전에 알고 있기 때문에, 소정의 추종 지연 패턴, 또는 1차식으로서 변화되는 등의 간단한 모델을 적용하는 것에 의해, 과거의 수요 실적 등으로부터 간단히 계산할 수 있다.
5분마다 행하여지는 EDC 제어에 관한 계산 결과로부터 1분마다의 계산 결과를 전개하는 효과를 도 19를 이용하여 설명한다. 지령값(301)과 지령값(302)은 화력 발전기에 대한 출력 지령값이다. 지령값(301)은 5분마다의 계산 결과로서, 시각 0분에 출력을 100 ㎿로부터 120 ㎿로 높이고, 또한 시각 5분에는 100 ㎿로 낮추도록 출력을 변경하는 지령을 나타내고 있다.
그런데 발전 플랜트에는 각종 추종 지연이 있기 때문에, 시각 0분에 100 ㎿로부터 120 ㎿로 출력 지정값을 변경했다고 해도, 즉시 120 ㎿로와 단계 형상으로 변화하는 경우는 없다. 실제는, 시각 0분을 기점으로 하여 소정의 경사를 갖고 경사 형상으로 100 ㎿로부터 120 ㎿까지 비교적 완만하게 상승한다. 이 상승 방법을 과거의 수요 실적 등으로부터 예측하여, 이들의 총합을 구하는 것에 의해, 0분, 1분, 2분, 3분, 4분, 5분에서의 Pi[tj]의 값을 구한다.
지령값(303)과 지령값(304)은 예컨대 50만 ㎾ 등급의 양수 발전기에 대한 병해열 지령값이다. 지령값(303)은 시각 0분에 양수 발전기를 계통으로부터 해열하는 것을 지시하고 있다. 이 지시가 충실히 실행되면, 50만 ㎾의 부하가 급속히 0 ㎾로 감소하기 때문에, 수요와 공급의 밸런스가 크게 무너지고, 결과적으로 계통 주파수가 규정값으로부터 0.1㎐ 정도 상승하게 된다.
이 때문에 발전기 출력의 추종 지연과 변화 속도를 고려하여, 5분마다의 발전기 출력 등을 1분 피치로 전개한 경우에는, 화력 발전기에 대해서는 시각 1분에 출력을 증가시키고, 시각 7분에 출력을 감소시키는 지령값(302)을 출력한다. 또한 양수 발전기에 대해서는, 해열 지령을 0분이 아니라 3분에 출력하는 지령값(304)을 출력한다.
이와 같이 발전기 출력의 결정을 수 분 정도의 거친 정밀도로 실시한 결과에 근거하여, 또 계산 간격을 1분 정도의 상세한 정밀도로 실시함으로써, 양수 발전기의 기동 정지 등의 큰 제어를 하는 타이밍을, 계산 시간을 크게 증대시키는 일없이 결정하는 것이 가능해진다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명에 따른 발전기 제어 장치는, 계통의 현재 상태를 감시하여 수요 전력량을 출력하는 계통 감시 장치와, 발전 비용의 총합이 최소로 될 것을 요구하는 평가 함수를 수요 전력량과 공급 전력량의 총합이 동등하게 될 것을 요구하는 수급 밸런스 제약을 고려하여 풀어서, 발전기의 출력을 소정 간격마다 결정하는 발전기 출력 최적화부를 구비하며, 이 발전기 출력 최적화부는 발전기의 변화 속도 상한값에 근거하여 결정할 수 있는 AFC 용량 제약을 더 고려해서 상기 평가 함수를 푸는 것에 의해, 실제의 총수요가 예상값과 어긋난 경우라도, 발전기의 출력을 양호한 정밀도로 결정할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 발전기 제어 장치는, 계통에 접속하는 선로의 개폐 상태를 감시하여 현재 계통 상태를 출력하는 계통 감시 장치와, 선로의 개폐 예정을 나타내는 선로 작업 계획을 출력하는 선로 작업 계획 조정 장치와, 현재 계통 상태와 선로 작업 계획을 이용하여 장래 계통 상태를 작성하는 계통 단면 작성 수단과, 계통 단면 작성 수단에 의해 작성되는 계통 단면마다 선로의 조류 감도를 산출하는 감도 산출 수단과, 대상으로 되는 복수의 발전기의 발전 비용의 총합이 최소로 될 것을 요구하는 평가 함수를 각 선로에 상한값을 초과해서 송전되는 경우가 발생할 것을 요구하는 조류 제약을 포함시켜 풀어서, 소정 간격마다 발전기의 출력을 결정하는 발전기 출력 최적화부를 구비하여 이루어지며, 조류 제약은 조류 감도를 이용하여 표시되어, 발전기 출력 최적화부는 이 조류 감도에 감도 산출 수단에 의해 산출되는 조류 감도를 이용함으로써, 조류 제약에 실제의 계통 상태를 반영할 수 있다.
또한, 발전기 출력 최적화부는 평가 함수를, 대상으로 되는 발전기의 출력의 총합이 연료 소비 목표량과 동등하게 될 것을 요구하는 연료 소비량 제약을 포함시켜 푸는 것에 의해 복잡한 계산 처리를 생략할 수 있다.
또한, 발전기 출력 최적화부는 평가 함수를, 발전기의 변화 속도 상한값에 근거하여 결정할 수 있는 AFC 용량 제약을 포함시켜 푸는 것에 의해, 실제의 총수요가 예상값과 어긋난 경우라도, 발전기의 출력을 양호한 정밀도로 결정할 수 있다.
또한, 부하의 변동을 예측하는 부하 동작 예측 수단을 구비하며, 발전기 출력 최적화부는 평가 함수를, 부하 동작 예측 수단에 의해 산출되는 제어량 예측값을 고려하여 결정할 수 있는 가변속 플라이휠 용량 제약을 포함시켜 푸는 것에 의해, 발전기의 출력을 보다 양호한 정밀도로 결정할 수 있다.
또한, 발전기 출력 최적화부는 평가 함수를, 발전기의 추종 지연을 고려한 주파수 편차 제약을 포함시켜 푸는 것에 의해, 발전기의 출력을 보다 양호한 정밀도로 결정할 수 있다.
또한, 발전기 출력 최적화부는, 주파수 편차 제약을 포함시켜 평가 함수를 풀 때에, 먼저 주파수 편차 제약을 고려하지 않고 소정 간격마다 발전기의 출력을 산출하고, 이 산출된 발전 출력을 이용하여 평가 함수를 주파수 편차 제약을 고려해서 소정 간격보다도 짧은 시간 간격으로 푸는 것에 의해, 결정할 수 있었던 계산 시간 내에 발전기의 출력을 보다 양호한 정밀도로 결정할 수 있다.
또한, 발전기 출력 최적화부에 의해 결정된 발전기의 출력을 각 발전소에 송신하는 제어 신호 송출 장치를 구비하고 있는 것에 의해, 제어 신호를 각 발전소에 통지할 수 있다.
또한, 발전기의 발전 비용은 발전기의 출력의 2차 함수로 나타내고 있는 것에 의해, 간단히 발전 비용을 계산할 수 있다.
도 1은 중앙 급전 지령소의 구성을 나타내는 블럭도,
도 2는 발전기 출력 결정 장치의 구성을 나타내는 블럭도,
도 3은 EDC 제어에 사용되는 평가 함수를 설명하기 위한 도면,
도 4는 수급 밸런스 제약을 설명하기 위한 도면,
도 5는 발전기 상하한 제약을 설명하기 위한 도면,
도 6은 변화 속도 제약을 설명하기 위한 도면,
도 7은 조류(潮流) 제약을 설명하기 위한 도면,
도 8은 연료 소비량 제약을 설명하기 위한 도면,
도 9는 AFC 용량 제약을 설명하기 위한 도면,
도 10은 AFC 용량과 출력의 관계를 설명하기 위한 도면,
도 11은 발전기의 출력을 해석하는 순서를 설명하기 위한 흐름도,
도 12는 계통 단면을 작성하는 순서를 설명하기 위한 도면,
도 13은 조류 감도를 산출하는 순서를 설명하기 위한 흐름도,
도 14는 협조(協調) 제어를 설명하기 위한 블럭도,
도 15는 가변속 플라이휠 제약을 설명하기 위한 도면,
도 16은 협조 제어의 효과를 설명하기 위한 도면,
도 17은 주파수 편차 제약을 설명하기 위한 도면,
도 18은 2 단계로 출력 지령값을 산출하는 순서를 설명하기 위한 흐름도,
도 19는 2 단계로 출력 지령값을 산출한 효과를 설명하기 위한 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 발전기 출력 결정 수단
2 : 계통 단면 작성 수단
3 : 발전기 감도 산출 수단
5 : 발전기 출력 최적화부
6 : 계통 계산부
10 : 발전기 제어 장치
11 : 부하 동작 예측 수단
12 : 부하 동작 패턴 검출부
20 : 데이터 설정 장치
30 : 선로 작업 계획 조정 장치
40 : 계통 감시 장치
50 : 제어 출력 신호 송출 장치
60 : AFC 제어부

Claims (3)

  1. 계통의 현재 상태를 감시하여 수요 전력량을 출력하는 계통 감시 장치와,
    발전 비용의 총합이 최소로 될 것을 요구하는 평가 함수를 상기 수요 전력량과 공급 전력량의 총합이 동등하게 될 것을 요구하는 수급 밸런스 제약을 고려하여 풀어서, 발전기의 출력을 소정 간격마다 결정하는 발전기 출력 최적화부
    를 구비하되,
    이 발전기 출력 최적화부는 발전기의 변화 속도 상한값에 근거하여 결정되는 AFC 용량 제약을 더 고려하여 상기 평가 함수를 푸는 것
    을 특징으로 하는 발전기 제어 장치.
  2. 계통에 접속하는 선로의 개폐 상태를 감시하여 현재 계통 상태를 출력하는 계통 감시 장치와,
    상기 선로의 개폐 예정을 나타내는 선로 작업 계획을 출력하는 선로 작업 계획 조정 장치와,
    상기 현재 계통 상태와 상기 선로 작업 계획을 이용하여 장래 계통 상태를 작성하는 계통 단면 작성 수단과,
    상기 계통 단면 작성 수단에 의해 작성되는 계통 단면마다 상기 선로의 조류 감도를 산출하는 감도 산출 수단과,
    대상으로 되는 복수의 발전기의 발전 비용의 총합이 최소로 될 것을 요구하는 평가 함수를, 각 선로에 상한값을 초과해서 송전되는 경우가 발생하지 않을 것을 요구하는 조류 제약을 포함시켜 풀어서, 소정 간격마다 발전기의 출력을 결정하는 발전기 출력 최적화부
    를 구비하여 이루어지되,
    상기 조류 제약은 조류 감도를 이용하여 표시되고, 상기 발전기 출력 최적화부는 이 조류 감도로 상기 감도 산출 수단에 의해 산출되는 조류 감도를 이용하는 것
    을 특징으로 하는 발전기 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    발전기 출력 최적화부는 평가 함수를, 대상으로 되는 발전기의 출력의 총합이 연료 소비 목표량과 동등하게 될 것을 요구하는 연료 소비량 제약을 포함시켜 푸는 것을 특징으로 하는 발전기 제어 장치.
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