(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
停電後の配電網再建の支援を強化するための方法であって、
複数の発電機（ＧＴ１Ａ〜ＧＴ２Ｃ）を備える発電プラント（２００）を設けるステップと、
前記プラント内の前記複数の発電機のそれぞれに対する、前記複数の発電機のそれぞれに対する少なくとも負荷ステップ能力を備える動作モデル（２０２）を構成するステップと、
配電網指定プラント負荷予想（２０４）を受け取るステップと、
前記複数の発電機のそれぞれの前記モデル化された能力を分析するステップと、
現在および将来の予測された前記配電網指定プラント負荷予想に応答するように前記複数の発電機のそれぞれに対する負荷ステップインストラクション（２０６）の強化されたシーケンスを形成するステップと、
を含み、
現在のプラント負荷に対する前記負荷ステップインストラクション（２０６）の前記強化されたシーケンスは、予測された将来のプラント負荷予想によって修正され、予測される将来のプラント負荷へのより迅速な応答が可能なように前記複数の発電機を設定し、
負荷ステップインストラクションの強化されたシーケンスを形成するステップは、発電機特性の混合整数最適化表現および発電機特性の一連の連続型変数表現のうちの少なくとも１つを解くステップを含み、
前記分析するステップは、決定論的または確率的な解の１つを使用して選択された表現を解くステップを含む、
方法。
【請求項２】
前記プラント内の外部要因を監視するステップと、
前記外部要因の選択に少なくとも一部は基づき負荷ステップインストラクションの前記強化されたシーケンスを形成するステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プラント内のそれぞれの発電機の発電機動作状態を監視するステップと、
前記動作状態に少なくとも一部は基づき負荷ステップインストラクションの前記強化されたシーケンスを形成するステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記プラント内の選択された発電機に、負荷ステップインストラクションの前記強化されたシーケンスを実装するためのインストラクションを伝送するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記伝送するステップは、インストラクションを選択された発電機コントローラに自動的に伝送するステップを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記伝送するステップは、選択された発電機コントローラに対するインストラクションの人手による入力のためのインストラクションを伝送するステップを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
負荷ステップインストラクションの強化されたシーケンスを形成するステップは、発電プラントの発電機、配電網配電制御システムに関連付けられているプロセッサ、および専用コントローラまたはこれらの組み合わせを制御するように構成されている１つまたは複数のプロセッサを使用して負荷ステップインストラクションの最適化されたシーケンスを形成するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
停電後の配電網再建の支援を強化するための方法であって、
複数の発電機（ＧＴ１Ａ〜ＧＴ２Ｃ）を備える発電プラント（２００）を設けるステップと、
前記プラント内の前記複数の発電機のそれぞれに対する、前記複数の発電機のそれぞれに対する少なくとも負荷ステップ能力を備える動作モデル（２０２）を構成するステップと、
配電網指定プラント負荷予想（２０４）を受け取るステップと、
前記複数の発電機のそれぞれの前記モデル化された能力を分析するステップと、
前記配電網指定プラント負荷予想に応答するように前記複数の発電機のそれぞれに対する負荷ステップインストラクション（２０６）の強化されたシーケンスを形成するステップと、
を含み、前記方法がさらに、
前記複数の発電機のそれぞれの前記モデル化された能力を分析して後続ステップにおける追加負荷の支援を行う発電機のそれぞれの能力を決定するステップを含み、
負荷ステップインストラクションの強化されたシーケンスを形成する前記ステップは、後続ステップにおける追加負荷の支援を行う前記決定された能力に少なくとも一部は基づく、
方法。
【請求項９】
停電後の配電網再建の支援を強化するための方法であって、
複数の発電機（ＧＴ１Ａ〜ＧＴ２Ｃ）を備える発電プラント（２００）を設けるステップと、
前記プラント内の前記複数の発電機のそれぞれに対する、前記複数の発電機のそれぞれに対する少なくとも負荷ステップ能力を備える動作モデル（２０２）を構成するステップと、
配電網指定プラント負荷予想（２０４）を受け取るステップと、
前記複数の発電機のそれぞれの前記モデル化された能力を分析するステップと、
前記配電網指定プラント負荷予想に応答するように前記複数の発電機のそれぞれに対する負荷ステップインストラクション（２０６）の強化されたシーケンスを形成するステップと、
を含み、
負荷ステップインストラクションの前記強化されたシーケンスは、前記複数の発電機の現在および将来の予測された負荷ステップ能力に関する分析を含み、これにより、個別の発電ユニットの位置決めと位置変更の両方を行い、現在のステップおよび前記シーケンス内の１つまたは複数の将来のステップの両方について前記現在の負荷ステップ能力を最大化することが可能である、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明対象は、発電プラントの起動に関するものである。より具体的には、本発明対象は、停電後の商用電源の復旧を強化するための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
比較的小規模な配電網で運用される発電ユニットは、周波数の安定化および維持に重要な役割を果たす。局地的な停電が発生した場合、配電網再建（ｇｒｉｄ  ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）を補助するために個別のユニットまたはユニットのセレクトグループが要求されることがある。この配電網再建プロセスは、ローカルグリッドモード（ｌｏｃａｌ  ｇｒｉｄ  ｍｏｄｅ）で動作中にユニット、ブロック、またはプラントのレベルの発電の指令ステップを伴うことがあり、その場合に、離散負荷ステップ（ｄｉｓｃｒｅｔｅ  ｌｏａｄ  ｓｔｅｐｓ）が調整済み需要に応える電力を供給する計算アプローチである。
【０００３】
負荷ステップ要件または要求は、個別の発電ユニットの最大容量定格（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｃａｐａｃｉｔｙ  Ｒａｔｉｎｇ）（ＭＣＲ）の割合に関して、またはプラントのＭＣＲのために定義される。しかし、個別の発電ユニットの負荷ステップ能力は、電力消費が増えることで引き起こされる速度不足事象を回避できる十分な速さで燃料を供給できることまたは個別発電ユニット限界を一時的にも超えることなく負荷をいきなり加えることができることなどのユニットの運用性および／または制御性に関する要因によって制限される可能性がある。これらの制約条件は、周囲条件および個別にユニットに対する現在の動作点などの要因にも左右される。
【０００４】
これらの知られている問題点を考えれば、停電が発生した場合に配電網再建を支援するために機械特有の能力の範囲内で実際の発電ユニット負荷ステップに備えて複数の発電ユニットの位置決めおよび動作を向上させ、ひいてはそれらの負荷ステップのその後のスケジューリングおよび実行を行うことが有益であろう。自動的に動作するか、または現在の動作点から受け入れることができる成功の可能性のある負荷ステップサイズをアドバイザリーモード（ａｄｖｉｓｏｒｙ  ｍｏｄｅ）で報告するように構成することができる制御メカニズムを実現することも有益であろう。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の態様および利点は、以下の説明において部分的に述べられるか、またはその説明から明らかであるか、または本発明の実施を通して理解されうる。
【０００６】
本発明対象は、停電後の配電網再建のプラントレベルの支援を強化するために提供される方法に関するものである。プラントベース配電網再建マネージャ（ｐｌａｎｔ  ｂａｓｅｄ  ｇｒｉｄ  ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｍａｎａｇｅｒ）は、混合整数最適化問題の少なくとも１つの決定論的もしくは確率的な解のいずれかおよび一連の連続型変数問題の同等の解を使用して、自動的に実行されるか、または人手による実施のため現場職員に伝達される再建シーケンスステップ（ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｓｅｑｕｅｎｃｅ  ｓｔｅｐｓ）に対する解を求める。
【０００７】
いくつかの実施形態では、シーケンスステップは、発電プラントに存在する発電ユニットの能力の高忠実度モデリングに基づいており、配電網特有の負荷予想、外部要因（周囲の温度、圧力、湿度、燃料組成など）、さらには発電機の現在の状態および動作レベルを考慮したものである。
【０００８】
選択された実施形態において、この方法では、再建シーケンスステップにおける可能な後続のステップも考慮し、そのような後続のステップにおける追加負荷をピックアップする能力を最大化する。追加の実施形態では、負荷ステップインストラクション（ｌｏａｄ  ｓｔｅｐ  ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ）の強化されたシーケンス（ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｓｅｑｕｅｎｃｅ）は、複数の発電機の現在および将来の予測された負荷ステップ能力に関する分析を含み、これにより、個別の発電ユニットの位置決めと位置変更の両方を行い、現在のステップおよびシーケンス内の１つまたは複数の将来のステップの両方について現在の負荷ステップ能力を最大化することができる。
【０００９】
いくつかの実施形態では、この方法は、負荷ステップインストラクションの強化されたシーケンスを形成するために発電プラントの発電機、配電網配電制御システムに関連付けられているプロセッサ、および専用コントローラまたはこれらの組み合わせを制御するようにすでに備えられ、構成されているプロセッサの１つまたは複数を使用する。
【００１０】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の説明および付属の請求項を参照することで理解しやすくなる。本明細書に組み込まれ、本明細書の一部をなす、添付図面は、本発明の実施形態を例示しており、また説明と併せて、本発明の原理を説明するのに役立つ。
【００１１】
当業者を対象とする、本発明の最良の形態を含む、本発明の完全な、権限のある開示は、添付図面を参照する、明細書において述べられている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】さまざまな周囲温度での例示的なガスタービンに対する最大実現可能負荷ステップサイズを示すガスタービンの負荷ステップ能力の例示的なグラフである。
【図２】本技術による方法によって制御される例示的な発電プラントを示す図である。
【図３】例示的なガスタービンの出力レベル、能力、および除外ゾーンのマップである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書および添付図面全体を通して参照文字を繰り返し使用しているが、これは、本発明の同じまたは類似の特徴もしくは要素を表すことを意図している。
【００１４】
次に、本発明の実施形態を詳細に見てゆくが、この実施例の１つまたは複数が図面に例示されている。それぞれの例は、本発明の説明のとして挙げられており、発明を制限するものではない。実際、当業者にとっては、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、本発明においでさまざまな修正および変更を加えることが可能であることは明白であろう。例えば、一実施形態の一部として例示されるか、または説明されている特徴は、さらなる実施形態を生み出すために別の実施形態とともに使用することができる。そこで、本発明は、付属の請求項およびその等価物の範囲内に収まるような修正および変更を対象とする。
【００１５】
「発明の概要」において述べられているように、本発明対象は、停電後の商用電源の復旧を強化することを対象とする。本技術によれば、配電網再建プロセスをプラント側で支援する際の活動の自動化または助言を行うための方法が提供されている。この方法は、予想される動作限界に従う発電ユニットの負荷ステップの強化されたシーケンスおよび大きさをユニット制御装置に指示するか、または作業チームに推奨するプラント制御システムにおける複雑な数値最適化問題またはプログラムを解くことを伴う。最適化問題の解は、さまざまな動作ユニットを制御するためにすでに使用されているものを含むさまざまなプロセッサ、配電制御システムに関連付けられているプロセッサ、またはアプリケーション用の専用コントローラによって得られる。いくつかの場合において、最適化問題を解決するため処理をこれらのデバイスおよび他のデバイス間で共有することができる。
【００１６】
この方法は、現在の時間ステップに対してプラント内のそれぞれの発電ユニットの負荷ステップサイズをやみくもに定義するわけではなく、むしろ、後続の負荷ステップ能力を最大化する活動について考慮している。つまり、この方法は、次の移動を不必要に制約するステップを回避するものである。例えば、この方法は、将来のステップにおいて第１の発電ユニットが発電プラント内の他の発電ユニットよりも迅速に追加出力を行えることを含む追加負荷を受けるようにより適切な位置に置かれることを知ったうえで、第１の発電ユニットが実際にその出力を低減することを要求し、その一方で、第２の発電ユニットがその出力を増大することを要求することができる。
【００１７】
本技術によれば、この方法は、除外ゾーンの周辺にユニットを最適な形で位置決めし、複数のユニットを同時に一時的障害の中に押し通すこと（ｐｕｓｈｉｎｇ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｕｎｉｔｓ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ  ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓ  ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ）、またはユニットがモード転送点を通じて（ｔｈｒｏｕｇｈ  ｍｏｄｅ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｐｏｉｎｔｓ）アンロードバック（ｕｎｌｏａｄ  ｂａｃｋ）することを要求することなどの高リスク操作を意図的に回避する。例えば、本発明対象の以下の例示的な実施形態は、システムの安定性に高いリスクをもたらすと思われるエンドポイントまたは負荷ステップとして優先的に除外される可能性のある動作点を識別するために動作空間がモデル化されうるガスタービンを含むものとしてよい。
【００１８】
次に図１を参照すると、例示的なガスタービン発電ユニットの実現可能な最大負荷ステップサイズを示す例示的な負荷ステップ能力のグラフ１００が示されている。ここでもまた、本技術は、ガスタービン以外の発電ユニットを備える発電プラントに応用することができ、また多くが多様な発電ユニットの組み合わせを備えることができる。
【００１９】
グラフ１００は、一般的には分単位で表される時間の経過とともに変わる負荷ステップ能力、および一般的にはメガワット単位で表されるタービン出力能力に関するステップを示している。当業者であれば、そのようなタービンは周囲温度にも依存することも理解するであろう。そのような温度依存性は、ライン１０２での０°Ｆ、ライン１０４での６０°Ｆ、ライン１０６での１２０°Ｆの周囲温度を表す個別のラインによって示されている。垂直ライン１０８は、典型的に、現在の状態での最大負荷ステップ能力を示している。水平ライン１１０は、典型的に、それぞれの負荷ステップの間に要する整定時間を示している。グラフ１００は、約３００メガワット（ＭＷ）までの出力が可能なタービン発電機の例示的な能力を示している。
【００２０】
周囲温度に加えて、限定はしないが、周囲の圧力、湿度、燃料組成、風力タービン応用機器に対する風速、ソーラー応用機器に対する雲量などの他の周囲条件も、使用される発電ユニットのタイプおよび混合状態に応じて監視することができることは理解されるであろう。
【００２１】
一般に、これらの動作特性および能力は、制御システム内において、発電プラント内の複数の発電ユニットのそれぞれに対する高忠実度ユニット特有のモデルを使用してリアルタイムで調べることができる。つまり、個別の発電ユニットに対するモデルは、例えば、ガスタービンであろうと他のタイプの発電ユニットであろうと設置されている発電ユニットのタイプに対する汎用モデルとは対照的に備えられる。決定された後、これらの動作特性および能力を利用して完全な動作空間をマップアウトすることができる。
【００２２】
次いで、動作状態を認識する監視コントローラが、最適化問題を定式化して、解決し、プラントまたは現場が現在の外部負荷ステップ要求を満たすように負荷ステップの強化されたスケジューリングシーケンスを生成することができる。次いで、新規の発電ユニット負荷設定点を、実装のため制御回線２０６を介してユニット制御システム２１０、２１２、２１４、２１６、２１８、２２０に直接ルーティングするか、またはアドバイザリーモードで、監視制御層２０８によって指定された動作モードに応じて配電網再建作業を支援している現場作業チームに送ることができる。
【００２３】
次に図２を参照すると、本技術による方法によって制御される例示的な発電プラント２００が示されている。特に、停電後に、図２に示されているような個別の発電プラントは、配電網復旧または再建作業の一部として求められている配電網特有のプラント負荷予想２０４の概略を示す連絡を他の配電網制御場所から受け取ることがある。本技術による発電プラントは、本技術のハードウェアおよび／またはソフトウェアによる実装に対応する配電網再建マネージャ２０２を備えることができる。
【００２４】
動作中、配電網再建マネージャ２０２は、図１に関してすでに説明されているガスタービン負荷ステップ能力ならびにプラントに存在しているガスタービンＧＴ１Ａ、ＧＴ２Ａ、ＧＴ１Ｂ、ＧＴ２Ｂ、ＧＴ１Ｃ、ＧＴ２Ｃおよび蒸気タービンＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３のそれぞれに適切であるモデリング情報などを含む利用可能な情報を有する。復旧監視制御層２０８は、例えば、ガスタービンコントローラ２１０、２１２、２１４、２１６、２１８、２２０への通信回線２０６を介したガスタービン負荷設定点の自動制御の選択の実施、または現場職員が人手で実施する個別制御ステップの伝達を制御するために配電網再建マネージャ２０２と連携して動作するアルゴリズムとして実装することができる。タービンコントローラ２１０、２１２、２１４、２１６、２１８、２２０からのコマンド応答は、通信回線２３０を使って配電網再建マネージャ２０２へ中継して送り返すことができる。配電網再建マネージャ２０２に送り返された情報は、発電機の現在の負荷レベルとともに機械の状態を表すモデル化された指示、つまり、負荷ステップ能力に影響を及ぼすような、ファウリングまたは劣化の程度を含む。
【００２５】
図２に示されている例示的な構成では、複合サイクルブロック２４０、２４２、２４４のそれぞれに対するペアになっているガスタービンＧＴ１およびＧＴ２  Ａ−Ｃ  からの排出エネルギーを使用してそれぞれ共有される蒸気タービンＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３に蒸気を供給する。本発明の例示的な実施形態は、６基のガスタービンがエネルギーを３基の蒸気タービンに供給するようにペアで構成されているという背景状況において例示されているが、本技術は、発電ユニットがいくつあっても等しく適用可能である。さらに、発電ユニットの混合形態を、１つの発電プラント内のすべてのユニットが同じタイプであってもなくても構築することができることも理解されるであろう。
【００２６】
本技術によれば、配電網再建の一部としての停電後のプラント再起動の強化は、混合整数最適化問題を解くこと、または一連の連続型変数問題の同等の解を与えることを伴うか、または他のタイプの最適化問題を解くことによって達成されうる。さらに、そのような問題の解は、決定論的な、または確率的な解を伴いうる。現在の周囲条件、エリア内のすべての発電ユニットの現在の出力レベル、および上述のような他の情報が通信回線２３０を介して配電網再建マネージャ２０２に供給された後、配電網再建マネージャ２０２は、ステップ要求を満たす新しいガスタービン出力設定点を規定し、また後続ステップにおける追加負荷をピックアップする能力を最大化する、外部から指令された、または要求された負荷予想２０４に基づく、解を計算する。規定された一組の設定点では、現在の負荷ステップ能力だけでなく多数の将来のステップに対する将来の予測される負荷ステップ能力をも最大化するため負荷ステップまたは位置変更を通じて複数の発電ユニットの動作可能な配置などの態様も考慮する。
【００２７】
図３を参照すると、複合サイクルブロック２４０、２４２、２４４（図２）と関連する蒸気タービンＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３とのペアコンポーネントとして典型的に示されている例示的なガスタービンＧＴ１Ａ、ＧＴ２Ａ、ＧＴ１Ｂ、ＧＴ２Ｂ、ＧＴ１Ｃ、ＧＴ２Ｃに対する例示的なガスタービン出力レベル、能力、および除外ゾーンのマップが示されている。発電プラント内のさまざまなガスタービンのこれらの能力および特性に関する知識から、再建プロセスにおける後続ステップに対する能力を評価するための情報が配電網再建マネージャ２０２に与えられる。
【００２８】
本発明の一実施形態は、例えば記憶媒体に格納されるか、またはコンピュータ内にロードされ、および／またはコンピュータによって実行されるか、または電気的配線またはケーブル配線上で、光ファイバーを通して、または電磁放射線を介してなど、何らかの伝送媒体上で伝送される、コンピュータプログラムコードの形態で具現化することもでき、コンピュータプログラムコードがコンピュータ内にロードされ、コンピュータによって実行されると、コンピュータは本発明を実施するための装置となる。汎用マイクロプロセッサ上で実装された場合、コンピュータプログラムコードのいくつかのセグメントがマイクロプロセッサを、特定の論理回路をなすように構成する。実行可能コードの技術的効果として、モデル化されたデバイスおよびシステムの予測および最適化が容易になる。
【００２９】
本明細書では、いくつかの例を使用して、最良の態様を含む発明を開示し、これにより、当業者は、デバイスまたはシステムを製作し、使用すること、および組み込まれている方法を実行することも含めて本発明を実施することができる。本発明の特許可能な範囲は、請求項によって定められ、当業者であれば思い付く他の例を含むものとしてよい。このような他の例は、これらの例が請求項の文言と異ならない構造要素を含んでいる場合、またはこれらの例が請求項の文言との違いがわずかである同等の構造要素を含む場合に、請求項の範囲内にあることが意図される。
【符号の説明】
【００３０】
１０８  垂直ライン−最大負荷ステップ
１１０  水平ライン−整定時間
２００  発電プラント
２０２  配電網再建マネージャ
２０４  配電網指定予想
２０６  制御回線
２０８  監視制御層
２１０、２１２、２１４、２１６、２１８、２２０  制御ユニット
２３０  通信回線
２４０、２４２、２４４  複合サイクルブロック
【図２】
0005956739.tif 000002
【図１】
0005956739.tif 000003
【図３】
0005956739.tif 000004