(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の単位時間毎に給電指令の電力量を受信する給電指令入力部と、現在の送電電力を受信する送電電力入力部と、複数の発電機へ発電機出力指令を送信する発電機出力指令出力部と、を備える発電制御装置の制御方法において、
前記給電指令入力部に入力した前記単位時間毎の電力量を単位時間で除算することで給電指令電力とし、前記送電電力入力部で受信した前記現在の発電機の送電電力と前記給電指令電力との差である誤差電力を積分した誤差積分電力を前記給電指令電力の調整電力として使用し、
さらに電力量の上限を設定するレートリミッタを備え、
前記誤差積分電力と前記誤差電力とを合計した電力を発電効率の異なる発電機に適用可能となるように前記レートリミッタで制限し、
前記レートリミッタの出力である制限後の調整電力を前記給電指令電力に加算した同時同量出力指令を、前記複数の発電機の出力指令値として使用することを特徴とする発電制御装置の制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の発電制御装置の制御方法において、
給電指令システムから前記給電指令入力部に与えられる所定の単位時間毎に変化する給電指令電力量と発電機の送電電力量とを一定時間内に一致化させることを特徴とする発電制御装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統において、一定時間毎に指定される電力量と等しい発電機送電電力量となるように発電機の出力指令を決定する電力量の同時同量制御を用いた発電制御装置の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
規制緩和により電力自由化がなされ、自家発電設備を新設して電力会社の送電ネットワークを使用して電力売買を行う特定規模電気事業者(ＰＰＳ：Power Producer & Supplier、以下ＰＰＳと略す)が増えてきた。
ＰＰＳは契約した需要者が必要とする電力を送電する必要があり、一般的には一定時間毎の電力量で契約する形となる。この電力量が守られない場合は契約不履行となり違約金が発生する場合がある。
【０００３】
一定時間毎に電力量が変動する際に、発電機出力を制御して電力量を一致化させる制御は難しいため、ＰＰＳとの電力契約は電力量が変動している際の電力は売買契約外とするか、電力量を変動させないことを前提とした契約をするのが一般的である。
このような背景から、一定時間毎に電力量が変動する場合も電力取引を出来るように、変動する電力量にあわせて発電機出力を変動させることで送電電力量を契約電力量と一致化(同時同量)することのできる電力量の制御方法が求められている（特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許３８０６０２９号公報
【特許文献２】特開２００４−１０４９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１、２における同時同量制御方法では、給電指令電力量と発電機送電電力量が一致するのに長い時間がかかることがある。
また、給電指令電力量と発電機送電電力量を一致させるために、発電機出力を変動させる際に、余計な出力増指令、出力減指令を出力ことがある。
また、そのために発電機寿命が短くなるといった問題点があった。
【０００６】
そこで、本発明はこのような問題点を解決するもので、その目的とするところは、給電指令システムから与えられる一定時間毎の電力量が変動する際も発電機送電電力量を一致化させ、また、発電機出力変動時間を短くし、発電機の負担を減らし、発電機寿命を長くすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の課題を解決して、本発明の目的を達成するために、以下のように構成した。
すなわち、本発明の発電制御装置の制御方法は、所定の単位時間毎に給電指令の電力量を受信する給電指令入力部と、現在の送電電力を受信する送電電力入力部と、複数の発電機へ発電機出力指令を送信する発電機出力指令出力部と、を備える発電制御装置の制御方法において、前記給電指令入力部に入力した前記単位時間毎の電力量を単位時間で除算することで給電指令電力とし、前記送電電力入力部で受信した前記現在の発電機の送電電力と前記給電指令電力との差である誤差電力を積分した誤差積分電力を前記給電指令電力の調整電力として使用し、さらに電力量の上限を設定するレートリミッタを備え、前記誤差積分電力と前記誤差電力とを合計した電力を発電効率の異なる発電機に適用可能となるように前記レートリミッタで制限し、前記レートリミッタの出力である制限後の調整電力を前記給電指令電力に加算した同時同量出力指令を、前記複数の発電機の出力指令値として使用することを特徴とする。
【０００８】
かかる構成により、一定時間内に給電指令電力量と発電機送電電力量が一致する。また、発電機出力変動時間が短くなる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、給電指令システムから与えられる一定時間毎の電力量が変動する際も発電機送電電力量を一致化することが出来る。また、発電機出力変動時間が短くなり、発電機の負担が減り、発電機寿命が長くなるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の発電制御装置の制御方法で用いる電力誤差積分方式の電力量同時同量制御方法のロジック概要を示すブロック図である。
【図２】本発明の発電制御装置の制御方法で用いる電力誤差積分方式の電力量同時同量制御方法が適用される発電所の電力制御システムの構成図である。
【図３】本発明の発電制御装置の制御方法で用いる電力誤差積分方式の電力量同時同量制御方法を含む各種の電力制御方法を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
本発明の実施形態を次に説明する。図１が本実施形態の発電制御装置の制御方法で用いる電力誤差積分方式の電力量同時同量制御方法のロジック概要を示すブロック図である。
しかしながら、図１の本実施形態の発電制御装置の制御方法で用いる電力誤差積分方式の電力量同時同量制御方法のロジック概要を説明するにあたっては、図２の本実施形態が適用される発電所の電力制御システムについて、技術的な背景を先に述べた方が解りやすい。そのため、図２の発電所の電力制御システムの構成の概略をまず説明し、その後に図１の本実施形態について述べる。
【００１２】
＜発電所の電力制御システム＞
本発明を実施するための最良の形態は発電所の電力制御システムへの適用である。図２は発電制御装置の制御方法で用いる電力誤差積分方式の電力量同時同量制御方法が適用される発電機ｎ機を有する発電所の電力制御システムの構成を示している。
図２において、給電指令システム２１から一定時間毎に変動する電力量（特性図２０１）の指令が統括負荷制御装置２２に送られる。統括負荷制御装置２２は発電機出力制御機能を有するｎ台の負荷制御装置（１号負荷制御装置２３１〜ｎ号負荷制御装置２３ｎ）から１号発電機２４１〜ｎ号発電機２４ｎの各実負荷（１号実負荷〜ｎ号実負荷）の情報を得る。
【００１３】
そして給電指令システム２１の電力量に係る指令と比較して、後記する「同時同量制御」と「負荷分配制御」を行い、ｎ台の負荷制御装置（１号負荷制御装置２３１〜ｎ号負荷制御装置２３ｎ）に各負荷指令（１号負荷指令〜ｎ号負荷指令）を出力する。
ｎ台の各負荷制御装置（１号負荷制御装置２３１〜ｎ号負荷制御装置２３ｎ）はｎ台の各発電機（１号発電機２４１〜ｎ号発電機２４ｎ）にそれぞれ負荷指令をだして、各発電機を動作させる。なお、ｎ台の各発電機（１号発電機２４１〜ｎ号発電機２４ｎ）は発電機の電圧や電流によって各実負荷の情報をｎ台の各負荷制御装置（１号負荷制御装置２３１〜ｎ号負荷制御装置２３ｎ）にそれぞれ把握される。
【００１４】
以上により、給電指令システム２１の電力量に係る指令と同量の電力量を発生させ、かつ指令とほぼ同時に近い短時間に給電指令と同量の電力量を発生させる制御である「同時同量制御」と、各発電機の能力と状態に応じた負荷分配を行う「負荷分配制御」とを実現する。
【００１５】
＜電力誤差積分方式の電力量同時同量制御に適用する制御ロジック＞
図１に本実施形態の発電制御装置の制御方法で用いる電力誤差積分方式の電力量同時同量制御に適用する制御ロジックの概要を示す。
図１において、破線１１に囲まれた内部が発電制御装置の機能をブロック図で表した発電制御機能ブロック１１である。破線１２に囲まれた内部が同時同量調整部１２である。
【００１６】
給電指令システムＳＹＳから一定時間毎に変化する給電指令システム電力量（Ｐｔ）１０１を発電制御機能ブロック１１に備えられた除算ブロックＡ１で受信する。なお、図１は発電制御装置の機能をブロック図と表記したものであるので、装置そのものは図示していない。しかし、装置としての給電指令の電力量を受信する給電指令入力部（不図示）が図１の機能ブロックで概略相当するのは給電指令システム電力量（Ｐｔ）１０１あるいは入力端子を備えた除算ブロックＡ１である。
【００１７】
除算ブロックＡ１は基準の時間となるｔを信号入力している、もしくは除算ブロックＡ１内に基準の時間となるｔを発生するクロック源を備えている。除算ブロックＡ１において、前記した一定時間毎に変化する給電指令システム電力量Ｐｔを時間ｔで除算し、給電指令電力Ｗ１ｔとする（１式）。
なお、給電指令システム電力量Ｐｔを時間ｔで除算し、給電指令電力Ｗ１ｔとすることは電力量を電力に変換することも意味している。
また、前記した基準の時間となるｔは概ね、分（ｍｉｎｕｔｅ）単位（数分〜数十分）である。
Ｗ１ｔ＝Ｐｔ／ｔ    ・・・（１式）
【００１８】
送電電力検出ブロックＡ２では現在の送電電力を検出している。なお、図１で示したのは送電電力を検出する機能を送電電力検出ブロックＡ２として表記したものであり、送電電力を検出する装置や送電の配線等については図示していない。
また、装置としての現在の送電電力を受信する送電電力入力部（不図示）が図１の機能ブロックで概略相当するのは現在の送電出力（電力）（Ｗ２ｔ、Ｗ１０ｔ）１０２あるいは検出機能を備えた送電電力検出（ブロック）Ａ２である。
【００１９】
給電指令電力Ｗ１ｔと送電電力検出（ブロック）Ａ２より受信した現在の送電出力（電力）Ｗ２ｔとの差を減算ブロックＡ３で減算して、得られた出力値を誤差電力Ｗ３ｔとする（２式）。
これは、給電指令システムの指令を反映した給電指令電力Ｗ１ｔと現在の送電出力（電力）Ｗ２ｔとの乖離を把握するものである。
Ｗ３ｔ＝Ｗ１ｔ−Ｗ２ｔ    ・・・（２式）
【００２０】
積分ブロックＡ５で計算した調整電力(制限前)Ｗ５ｔを保持ブロックＡ５’で１タイミング（ｔ）保持する（ＤＬＹ：Delay）。この保持したものをＷ５ｔ−１とする。なお、この関係を（３式）のように表記するものとする。
なお、これは給電指令システムの指令を反映した給電指令電力Ｗ１ｔと現状の送電出力（電力）Ｗ２ｔとの乖離が現時点のみならず、過去の時点での累積がある場合には、その過去の分も反映させるために、過去の送電電力に関する情報として、１タイミング（ｔ）保持した（ＤＬＹ：Delay）データを用いるためである。
Ｗ５ｔ−１＝ＤＬＹ（Ｗ５ｔ）  ・・・（３式）
【００２１】
誤差電力Ｗ３ｔと１タイミング前に計算した調整電力(制限前)Ｗ５ｔ−１を加算ブロックＡ４で加算したものが誤差調整電力Ｗ４ｔとなる（４式）。
これは、前記した現在の送電出力Ｗ２ｔとの乖離と、過去の時点での累積を合計するものである。
Ｗ４ｔ＝Ｗ３ｔ＋Ｗ５ｔ−１  ・・・（４式）
【００２２】
積分ブロックＡ５で誤差調整電力Ｗ４ｔを積分したものが誤差積分電力Ｗ５ｔであり、これはまた調整電力(制限前)Ｗ５ｔとなる（５式）。
これは、電力の調整を短時間（同時）に行うため、かつ正確（同量）に行うために誤差（乖離）を累積（積分）するものである。
なお、ここでの積分はアナログ的に実施されて、概ね、秒（ｓｅｃｏｎｄ）単位で行われる。
Ｗ５ｔ＝∫Ｗ４ｔ・ｄｔ  ・・・（５式）
【００２３】
調整電力(制限前)Ｗ５ｔを電力制限ブロックＡ６で制限した電力が調整電力Ｗ６ｔとなる（６式）。
なお、電力制限ブロックＡ６はレートリミッタ（Rate Limiter）により実現している。調整電力(制限前)Ｗ５ｔは計算上において、実際の複数の発電機（ＧＥＮ１〜ＧＥＮｎ）の能力の合計を超えた非現実的な値として出力されることがある。電力制限ブロックＡ６により、電力の上限あるいは変化量の限界を設定することにより、現実的な電力制御を実現する。
なお、電力制限ブロックＡ６により制限を設けた場合には、制限を受けた差は残るが、これは次の単位時間（ｔ）以降における演算で次第に解消される。
Ｗ６ｔ＝Ｌｉｍ（Ｗ５ｔ）  ・・・（６式）
【００２４】
調整電力Ｗ６ｔと給電指令電力Ｗ１ｔを加算ブロックＡ７で加算したものが同時同量出力指令Ｗ７ｔとなる（７式）。
調整電力Ｗ６ｔが給電指令電力Ｗ１ｔと現在の送電出力（電力）Ｗ２ｔとの差を調整するものとして、給電指令電力Ｗ１ｔに調整電力Ｗ６ｔを加えるものである。
Ｗ７ｔ＝Ｗ１ｔ＋Ｗ６ｔ  ・・・（７式）
【００２５】
同時同量出力指令Ｗ７ｔを発電機出力指令分配ブロックＡ８で、複数の発電機へ発電機出力指令Ｗ８ｔを出力し、その出力に従い発電機ＧＥＮ１〜ＧＥＮｎを制御することで同時同量制御を実現する。なお、前記したように各発電機を発電機ＧＥＮ１〜ＧＥＮｎと表記することも、また各発電機の出力を発電機の出力ＧＥＮ１〜ＧＥＮｎと表記することもある。
また、装置としての発電機出力指令出力部（不図示）が図１の機能ブロックで概略相当するのは発電機出力指令分配ブロックＡ８である。
そして、全ての発電機の発電電力を発電機出力Ｗ８ｔ’とする（８式）。
なお、発電機出力指令Ｗ８ｔと実際の全ての発電機の発電電力を合計した発電機出力Ｗ８ｔ’においては若干の差異があることもある。
Ｗ８ｔ'＝ＧＥＮ１＋ＧＥＮ２＋・・・・＋ＧＥＮｎ  ・・・（８式）
【００２６】
減算ブロックＡ１０で、発電機出力Ｗ８ｔ’から所内電力検出（ブロック）Ａ９から検出された所内電力Ｗ９ｔを減算したものが現在の送電出力Ｗ１０ｔとなる（９式）。
これは、発電所の複数の発電機ＧＥＮ１〜ＧＥＮｎで発電した電力を発電所内部で使用する分（損失分も含む）に相当する所内電力Ｗ９ｔを差し引くものである。
Ｗ１０ｔ＝Ｗ８ｔ’−Ｗ９ｔ  ・・・（９式）
【００２７】
この送電出力Ｗ１０ｔは電力量の同時同量制御で使用する送電出力Ｗ２ｔと等しくなる（１０式）。
Ｗ２ｔ＝Ｗ１０ｔ  ・・・（１０式）
【００２８】
本発明では調整電力Ｗ６ｔを給電指令電力Ｗ１ｔに加算したものを同時同量出力指令Ｗ７ｔとすることで、給電指令システム電力量Ｐｔ（及び電力Ｐ）の要求を満たした上で、発電機出力指令Ｗ８ｔを速やかに一定とする電力量の同時同量制御を実現している。
【００２９】
＜出力電力制御特性＞
次に、以上の電力量の同時同量制御を用いた場合の制御特性について述べる。
図３は、本発明の発電制御装置の制御方法で用いる電力誤差積分方式の電力量同時同量制御方法を含む各種の電力制御方法を示す特性図である。
図３（ｃ）は本実施形態（本発明）の発電制御装置の制御方法で用いる電力誤差積分方式の電力量同時同量制御を電力制御システムへ適用することで、得られる出力電力制御特性である。なお、図３（ｃ）の表題は簡単化のため「本発明の電力誤差積分方式同時同量制御」としている。
図３（ｃ）における破線で示した給電指令システムより矩形波で出力指令が与えられた場合において、実線で示した波形の発電機送電出力が得られている。矩形波の出力指令の立ち上がりと立下りにおいて、急峻に対応するため、発電機送電出力は振動しながら応答し、最終的に出力指令に一致する。
【００３０】
このとき、破線と実線で構成された三角形の部分は出力指令に対して発電機送電出力の不足分に相当する。また、矩形波の出力指令を超えて発電機送電出力の実線で構成された三角形の部分は出力指令に対して発電機送電出力の余剰分に相当する。これらの不足分と余剰分は等しくなるように制御されている。
このように、給電指令システムより矩形波で負荷指令が与えられた場合も、電力量を容易に制御可能とし、発電機出力を早い段階で一定にすることを可能とする。
【００３１】
参考図として、図３（ａ）は「発電機出力指令値と発電機送電出力の誤差のみで制御」をした場合の特性図である。
一般的に給電指令システムからは指定の電力量が負荷指令としてｎ分毎に矩形波で与えられるが、発電機は機械的な制限から負荷追従特性に制限を受ける為、発生する電力は矩形波とならず、一定の変化率で発電される。このため、送電電力は負荷指令値に達するまで一定の変化率で遅れて追従することになり、矩形波の負荷指令をそのまま与えても図３（ａ）で示す通り、一定時間での発生電力量を規定値に制御することはできない。
この方式では、図３（ａ）の破線部の三角形で示された電力量が不足、または過剰となり、合計としての電力量が契約で定められた値になる保証がない。
【００３２】
また、参考図として、図３（ｂ）は「公知の同時同量制御」の場合の特性図である。
この方法においては、同時同量制御を実施し、給電指令システムより指定された電力量を満たす制御を実施していた。
しかし、公知の同時同量制御では常時発電機出力が変動する状態となり、電力量としての制御が難しく、給電指令電力量と発電機送電電力量が一致するのに長い時間がかかることがある。
また、給電指令電力量と発電機送電電力量を一致させるために発電機出力を変動させる際に、余計な出力増指令、出力減指令を出力ことがある。また、そのために発電機寿命が短くなる制御方法であった。
【００３３】
前記したように、本実施形態において、発電制御装置の制御方法で用いる電力誤差積分方式の電力量同時同量制御を電力制御システムへ適用することで、図３（ｃ）示すような出力電圧制御特性となり、給電指令システムより矩形波で負荷指令が与えられた場合も、電力量を容易に制御可能とし、発電機出力を早い段階で一定にすることを可能とする。
したがって、従来に比較して短い所定時間内で給電指令電力量と発電機送電電力量が一致する。
また、発電機出力を変動させる際に余計な出力増指令、出力減指令を出力しないので、発電機寿命が短くなることを防いでいる。
【００３４】
＜本実施形態のさらなる効果＞
以上、本実施形態においては、所定時間毎に変動する電力量を、本発明の発電制御装置の制御方法における電力誤差積分方式同時同量制御を用いて発電機出力を適宜調整して電力量を一致化させることでＰＰＳとして契約した電力量を供給できる。
【００３５】
また、給電指令システムから与えられる一定時間毎の電力量が変動する際も、追従して発電機送電電力量を一致化することが出来る為、現状売買取引外としている電力も取引可能とすることが出来る。
【００３６】
また給電指令システムから与えられる一定時間毎の電力量が変動する場合も、発電機送電電力量を一致化することが可能になるため、電力量換算での契約の幅が広がる。
【００３７】
また、本実施形態の電力誤差積分方式同時同量制御方法を用いることで発電機出力変動時間が短くなり、電力量調整時の余計な出力増指令、出力減指令は解決、もしくは軽減する。
また発電機出力変動時間が短かくなるので、発電機への負担が減り、発電機寿命を延ばすことが可能となる。
【００３８】
また、本実施形態は、発電機の発電機出力指令部のロジックを変更することで実現できるため、既設の発電設備に適用することが可能である。したがって、一定電力量等で契約運転している発電設備を電力量が変動する契約の運転に変更することが可能となる。
【符号の説明】
【００３９】
１１  発電制御機能ブロック
１２  同時同量調整部
１０１、Ｐｔ  給電指令システム電力量（給電指令入力部）
１０２、Ｗ２ｔ、Ｗ１０ｔ  現在の送電電力（送電電力入力部）
１０３、Ｗ８ｔ  分配後の発電機出力指令
Ａ１  除算ブロック
Ａ２  送電電力検出ブロック
Ａ３、Ａ１０  減算ブロック
Ａ４、Ａ７  加算ブロック
Ａ５  積分ブロック
Ａ５’  保持ブロック
Ａ６  電力制限ブロック
Ａ８  発電機出力指令分配ブロック（発電機出力指令出力部）
Ａ９  所内電力検出ブロック
ＧＥＮ１〜ＧＥＮｎ  発電機（１〜ｎ）の出力、発電機（１〜ｎ）
ＳＹＳ  給電指令システムブロック
Ｗ１ｔ  給電指令電力
Ｗ３ｔ  誤差電力
Ｗ４ｔ  誤差調整電力
Ｗ５ｔ  制限前の調整電力、調整電力、誤差積分電力
Ｗ５ｔ−１  １タイミング前の調整電力、調整電力
Ｗ６ｔ  制限後の調整電力
Ｗ７ｔ  同時同量出力指令
Ｗ８ｔ’  発電機出力
Ｗ９ｔ  所内電力
【図１】
0005571456.tif 000002
【図２】
0005571456.tif 000003
【図３】
0005571456.tif 000004