(57)【要約】      （修正有）【課題】識別されている発電機予備容量を利用可能にして、失われた発電機容量の補償を一時的に実現するための方法、システム、およびネットワークに関する。【解決手段】現在動作中の同期発電機の電力出力（ΔＰ）の増加をもたらして、他の発電能力の損失時に、追加の電力の実質的に即時の供給を実現する。そのような発電が、追加の電力を提供する個々の発電機の最適な動作特性未満で提供される場合であっても、本システムは、動作中の発電機の追加の実際の電力出力能力の全体的な利用可能性を考慮し、システムオペレータがこれを利用できるようにする。【選択図】図２
2012191840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
失われた発電機容量を補う方法であって、
１つまたは複数のエネルギー発電機の動作特性を評価し、予備発電容量を決定するステップと、
識別されている予備エネルギー容量へのアクセスの申し出を生成するステップと、
申し出を受入れたとき、ローカル発電機制御システムが前記発電機にその実際の電力出力を増加させることを可能にするステップとを含む方法。
【請求項２】
複数のエネルギー発電機の動作特性を評価し、個々の予備容量を決定するステップと、
前記複数のエネルギー発電機の合計予備量までへのアクセスの申し出を生成するステップとをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
申し出受入れエンティティからコマンドをローカル発電機で直接受け入れるステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
アクセスの申し出を生成するステップが、動作中の同期発電機の予備容量へのアクセスの申し出を生成するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
アクセスの申し出を生成するステップが、１つまたは複数の動作中のタービン駆動発電機の予備容量へのアクセスの申し出を生成するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
申し出の受入れ後に、所定の値を上回って生成されたエネルギーの差分測定を行って、前記発電機から提供された電力量を決定するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
受け入れられた申し出に応答して発電機出力を増加させる前に、前記発電機の動作ベースラインになる前記所定の値を設定するステップをさらに含む、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記予備発電容量が、最適動作点を上回る一時的な発電動作に少なくとも部分的に基づいて決定される、請求項１記載の方法。
【請求項９】
失われた発電機容量を補うシステムであって、
予備エネルギー発電容量を有する少なくとも１つのエネルギー発電機と、
前記予備エネルギー発電容量へのアクセスの申し出を伝達するように構成された信号システムと、
申し出受入れ信号を受信し、伝達された申し出を受入れたとき前記発電機にその実際の電力出力を増加させるように構成されたローカル発電機制御システムとを備えるシステム。
【請求項１０】
それぞれが個別に決定された独自の予備容量を有する、複数の動作中の同期発電機と、
前記複数のエネルギー発電機の最大で合計予備容量までへのアクセスを申し出るように構成された信号システムとをさらに備える、請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
申し出の受入れ後に前記少なくとも１つのエネルギー発電機によって生成された、所定の値を上回るエネルギーを測定するように構成された差分測定デバイスであって、それによって前記発電機から提供された実際の電力量が決定され得る、差分測定デバイスをさらに備える、請求項９記載のシステム。
【請求項１２】
前記差分測定デバイスが、受け入れられた申し出に応答して発電機出力電力を増加させる前に、前記発電機の動作ベースラインを上回る提供された前記発電機出力電力を測定するように構成される、請求項１１記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本主題は、発電に関する。より詳細には、本主題は、失われた発電機容量の置換えための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
公益事業体および給電センタが、再生可能資源の一時的な損失時に、特定の再生可能エネルギー発電の発電容量に置き換える能力を維持しなければならないのは、一般的なことである。失われた発電を補うための従来の給電対策が存在するが、場合によっては、これらの置換え対策は、ハードウェアにかなりの費用をかけてさらなる待機資産を追加することを必要とする。
【発明の概要】
【０００３】
動作状況は確かに異なるが、発電供給の低下を識別し、その結果、必要となる置換え量の電力を提供することには、しばしばかなりの時間遅延がある。したがって、即座に指令し、制御システムの反応をもたらすことができる発電損失置換えシステムを提供することが有利であろう。待機発電容量を稼働させることよりも電力を確約することが必要とされるとき、既存の動作中の同期発電機から、所望の予備容量を識別し、定量化し、経済的に提供するシステムを提供することがさらに有利であろう。
【０００４】
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記載され、または説明から明らかとなることも、本発明の実施を通して習得されることもある。
【０００５】
本主題は、失われた発電機容量を補う方法に関する。１つの方法によれば、１つまたは複数のエネルギー発電機の動作特性が評価されて、発電機の予備発電容量を決定する。識別されている予備エネルギー容量へのアクセスの申し出を生成することができ、そのような申し出が受け入れられた場合、ローカル発電機制御システムは発電機にその実際の電力出力を増加させることが可能になる。
【０００６】
本開示による選択された方法では、複数のエネルギー発電機の動作特性が評価されて個々の予備容量を決定し、複数のエネルギー発電機の合計予備量までへのアクセスの申し出を生成することができる。
【０００７】
本方法のいくつかでは、申し出受入れエンティティから申し出受入れコマンドをローカル発電機に直接出すことができる。特定の方法では、予備容量へのアクセスを申し出ることは動作中の同期発電機へのアクセスを申し出ることに対応する場合があり、場合によっては、動作中の同期発電機へのアクセスを申し出ることは１つまたは複数の動作中のタービン駆動発電機へのアクセスを申し出ることに対応する場合がある。
【０００８】
本方法の特定の実施形態では、申し出の受入れ後に、所定の値を上回って生成されたエネルギーの差分測定が行われて、発電機から提供された電力量を決定する。これらの方法のうちの選択された方法では、受け入れられた申し出に応答して発電機出力を増加させる前に、発電機の動作ベースラインになる所定の値が設定される。
【０００９】
本方法の選択された他の実施形態では、予備発電容量は、最適動作点を上回る一時的な発電動作に少なくとも部分的に基づいて決定される。
【００１０】
本主題は、失われた発電機容量を補うシステムにも関する。特定のそのようなシステムによれば、予備エネルギー発電容量を有する少なくとも１つのエネルギー発電機が提供される。また、このシステムは、予備エネルギー発電容量へのアクセスの申し出を伝達するように構成された信号システムを含み、ローカル発電機制御システムが提供され、また、申し出受入れ信号を受信し、伝達された申し出を受入れたとき発電機にその実際の電力出力を増加させるように構成される。
【００１１】
選択された実施形態では、それぞれが個別に決定された独自の予備容量を有する、複数の動作中の同期発電機を含むシステムが提供される。そのようなシステムでは、複数のエネルギー発電機の合計予備容量までへのアクセスを申し出るように構成された信号システムが提供される。
【００１２】
選択されたシステムでは、差分測定デバイスが提供され、また、アクセスの申し出の受入れ後に少なくとも１つのエネルギー発電機によって生成された、所定の値を上回るエネルギーを測定するように構成され、その結果として、発電機から提供された実際の電力量が決定され得る。選択されたシステムでは、差分測定デバイスは、受け入れられた申し出に応答して発電機出力電力を増加させる前に、発電機の動作ベースラインを上回る、提供された発電機出力電力を測定するように構成される。
【００１３】
本主題のさらなる目的および利点は、本明細書の詳細な説明において記載され、または本明細書の詳細な説明から当業者に明らかとなろう。また、具体的に例示され、参照され、説明される特徴およびその要素に対する修正および変形は、主題の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の様々な実施形態および用途において実施され得ることをさらに理解されたい。変形は、例示され、参照され、または説明される手段、特徴、またはステップの、これらと均等なものによる置換、および様々な部分、特徴、ステップなどの機能的、動作的、または位置的な反転を含み得るが、これらに限定されない。
【００１４】
またさらに、本主題の異なる実施形態ならびに現在好ましい異なる実施形態は、現在開示されている特徴、ステップ、もしくは要素、またはこれらの均等物（図に明示的に示されておらず、そのような図の詳細な説明に記載されてもいない特徴、部分、もしくはステップの組合せまたはこれらの構成を含む）の様々な組合せまたは構成を含み得ることを理解されたい。本主題のさらなる実施形態は、要約の節に必ずしも明示されていないが、上記の要約された目的において参照された特徴、構成要素、もしくはステップ、および／またはこの用途において別段の記載がある他の特徴、構成要素、もしくはステップの態様の様々な組合せを含み、組み込むことができる。当業者であれば、本明細書の残りの部分を精査すれば、そのような実施形態の特徴および態様、ならびにその他をよりよく理解されよう。
【００１５】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照して、よりよく理解されよう。添付の図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成するものであるが、本発明の実施形態を例示し、また説明とともに本発明の原理を説明する働きをする。
【００１６】
当業者を対象とした、その最良の形態を含む本発明の完全で実施可能な程度の開示が本明細書に記載されており、本明細書は添付の図を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】例示的な発電機の動作能力を示すグラフであり、予測された予備発電容量を示す図である。
【図２】本技術によるタービン発電機および制御システムのブロック図である。
【図３】本主題のさらなる態様による複数の発電機を含む企業ネットワークを示すブロック図である。
【図４】利用可能な予備発電を提供する際の例示的なタービン発電機システムの動作を示すブロック図である。
【図５】申し出られた発電の増分の受入れの期間中に提供された電力を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本明細書および添付の図面の全体を通して参照符号を繰り返し使用することは、本発明の同一または類似の特徴または要素を表すことを意図するものである。
【００１９】
次に、主題の発電機予備容量制御システムおよびネットワークの現在好ましい実施形態を詳細に参照する。これらの１つまたは複数の例が図面に示されている。それぞれの例は、本発明を限定するものではなく、本発明の説明として提供される。実際に、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、本発明に様々な修正および変形を加えることができることが当業者に明らかとなろう。例えば、一実施形態の一部として例示され、または説明される特徴を別の実施形態とともに使用して、さらに別の実施形態をもたらすことができる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内に入るそのような修正および変形を含むことが意図される。
【００２０】
次に図面を参照すると、図１は例示的な発電機の動作パラメータをグラフで示している。例示のグラフ１００は、本技術に従って利用可能となり得る予測された予備発電容量ΔＰを含む、いくつかの動作態様を示している。
【００２１】
良好に運転されている発電資産は、大半の時間、最適制御点で動作する。しかし、しばしば、現在発電している機械上で利用可能な余分の発電容量があり、ただし、その追加の容量は、任意の種類のローカルパラメータにより、最適ではない場合がある。例えば、図１に示すように、発電デバイスを最適化スケジュール１０２に沿った任意の数の点で動作させることができ、動作ライン１０４は、認識された最適動作ライン１０６と、一般的にそれを下回って発電機を動作させるべきではない準最適動作のラインとして一般的に認識された限界ライン１０８との間を通るので、発電デバイスは、このライン１０４によって全体的に示されるように、変化する効率で動作する。
【００２２】
本技術によれば、発電資産が、定量化することができ、他の資産とともに合計することができ、また、単一のコマンドで利用することができる増分の発電能力としてシステム指令係に申し出ることができる増分の発電予備量を割り当てることができる場合、制御システムおよび収益測定プロトコルが提供される。
【００２３】
例えば、図１にさらに示すように、発電機の性能特性に関する知識と資源スケジュールおよび見通しの評価とを組み合わせることによって、発電機の動作に対する責任を負う各個人は、現在の最適なユニットの平衡状態を越えて取得され得る電力「ΔＰ」の受入れ可能な増分を生じさせることができる。このようにして、例えば、最適動作ライン１０６と現在のまたはベースライン発電値１１４との接合点における最適動作点Ｐ１でまたは最適動作点Ｐ１の近くで動作している発電機は、それにもかかわらず、予測された予備発電容量値１１２までの追加の実際の電力を提供するように要求され得る。
【００２４】
そうする際に、動作点Ｐ２での発電機の動作は実際の電力の増加をもたらすが、そのような動作は準最適であることを理解されたい。しかし、そのような条件下では、動作中の発電機は、オンラインで追加の予備能力をもたらすのに必要となる時間よりも速く増加容量を供給することができ、それによって、受入れ可能な一時的な代替策を提供する。発電機が追加の容量を提供することができると判断されると、制御システムは実際の電力の利用可能な量を割り当てることができ、次いで、その量を予備容量「ΔＰ」の増分として給電管理局に申し出ることができる。
【００２５】
図２を参照すると、また本技術によれば、タービン制御システム２００は、ベースライン発電値１１４、すなわち、予備量が「申し出られた」時点での実際の発電機出力を含む、先に図１に示したパラメータに基づいて、いくつかのパラメータ２１０を識別するように構成される。次いで、タービン制御システム２００は、給電指令係に申し出ることができる追加の実際の電力ΔＰの予備量２１２を定義するように構成され得る。この申し出は、予備量の利用可能性についてのタイムスタンプ付きのイベントレコードを含むこともできる。
【００２６】
そのような申し出の指示２１４を給電指令係に対して行うことができ、それが受け入れられれば、受入れ２１６の指示をタービン制御システム２００に送ることができ、その場合の後、タービン制御システム２００は次いで、申し出られた実際の電力ΔＰ値をベースライン値Ｐ１に加え、その合計Ｐ１＋ΔＰを回線２１８上の制御信号としてタービン２２０に提供することによって、応答する。
【００２７】
同時に、また、さらに本主題のさらなる態様によれば、差分測定デバイス２３０には、ベースライン発電値Ｐ１に関する情報、申し出られている最大の実際の電力ΔＰ値、および給電指令係による申し出の受入れの指示が提供される。次いで、差分測定デバイス２３０は、発電機２２２の出力を監視して、元のベースライン値Ｐ１を上回って提供されているエネルギーの実際の量を記録することができ、その結果として、発電機のオペレータは提供された電力の増分に対する割増金請求のオプションを利用できるようになる。
【００２８】
当業者であれば、予備容量を提供すると見なされている任意のおよび全ての個々の発電ユニットについて類似の解析を行うことができること、およびそのような各発電ユニットは識別されている異なる容量を有し得ることが理解されよう。したがって、図３に示すように、それぞれが図１に関して説明したように評価されている複数の発電機ユニットＧ１、Ｇ２、Ｇｎを企業予備ネットワーク３００において組み合わせることができ、企業予備ネットワーク３００では、評価された量の合計を給電管理局に提示することができる。図３に示す発電機ユニットＧ１、Ｇ２、Ｇｎのそれぞれには、図２に示すもののような、ただし、例示を簡潔にするために図３から省略されている、それ自体の制御システムを備えることを理解されたい。
【００２９】
そのような企業予備ネットワーク３００は、個々の発電機での最大の実際の電力の増分ΔＰ値を管理および監視し、実際の電力のそのような増分を給電指令係に申し出るように構成され得る。受入れ信号が受信されると、直ちに動作および応答するように個々の発電機制御システムに通知することができる。この受入れ信号は、個々の発電機それぞれに関連付けられたローカル制御システムによる即時の動作に適した、付加的な拡大された量である。ローカル制御システムは、増分で実際の電力を増加させる申し出を生み出す意思決定の一部として、この受入れを受け取り、この受入れに従って動作するように構成されていることを理解されたい。
【００３０】
本文脈では、制御量「Ｐ１」は、現在のベースライン電力設定値を表し、多くの場合、制御システムがドループまたは速度調整モードである点に対応する。これは、制御システムが周波数外乱に対して応答することができ、制御システムによる自動的な反応を可能にし、ほとんどの場合、周波数逸脱（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｅｘｃｕｒｓｉｏｎ）の期間中に所望の電力と実際の電力との間のオフセットをもたらす点でもある。
【００３１】
図３に示すように、予備発電の申し出が受け入れられたそれぞれのユニットにおいて、図２に示された差分メータ２３０に類似した差分収益メータ３０２、３０４、３０６は、予備量の受入れコマンドに応答して動作し、ベースライン発電レベルおよび予備量の大きさに関する知識を用いて受入れのイベントにタイムスタンプを付し、提供された予備発電の実際の量を累積し始める。差分メータは、受入れ期間を通してディスパッチに報告される個々の量の合計について、リアルタイムデータをディスパッチまたは企業ネットワーク３００に直接報告することもできる。
【００３２】
差分メータ３０２、３０４、３０６は、ベースライン値および受け入れられたΔＰに関する知識を有し、ベースライン値にΔＰを加えた合計を上回る合計発電となる発電値を統合しない。また、差分メータ３０２、３０４、３０６は、所望の合計未満の提供された電力を正確に観測し、統合する。これらの状況は、周波数外乱または単なるユニットの「乱調（ｈｕｎｔｉｎｇ）」の結果として起こり得る。
【００３３】
提供された予備量のリアルタイムで測定された確認は、本主題の重要な態様を表す。予備電力の提供に関与している発電機ユニットは相反する局所的なオペレータのコマンドを有効にしていないことを理解されたい。むしろ、ディスパッチによる申し出の受入れは管理局の「権利放棄（ｓｕｒｒｅｎｄｅｒ）」を立証し、給電コマンドのオフセットをユニット制御システムに導入する。実際の実施では、ユニット保護の措置が順守されなければならず、したがって、個々のユニットは周波数制御モードのままである場合があり、是正措置で自動的に対応することによって、システム周波数外乱に対応する。これらの措置は、受入れ期間中に提供された予備電力の統合において取り込まれ、適切に含まれる。
【００３４】
図４および図５を参照すると、ローカル発電機システム４００の例示的な動作期間中に、例えば、期間Ｔ０からＴ１の中間部分５１０の間で、制御システム４１０（図４）が過周波数の状況に応答してユニット出力を変更した可能性があることに留意されたい。所望のΔＰの大きさは変化していないが、ベースライン電力設定点が速度ドループ曲線によって縮小されたので、その結果として見込まれていた予備量が提供されていない。
【００３５】
受入れ期間Ｔ０からＴ１の末端５１２での領域は、反対の状況を示している。ここでは、制御システムはシステム不足周波数に応答したので、提供された合計電力はΔＰの現在値を越えている。ここでは、差分メータは、その時間枠中に追加の電力を正確に統合していない。受入れ期間が終了した後、不足周波数の状況がしばらくの間続いており、その後にユニット制御システムがベースライン電力を最初にスケジュールされた設定値に戻したことにも留意されたい。
【００３６】
本明細書は、例を使用して最良の形態を含む本発明を開示し、また、任意の当業者が、任意のデバイスまたはシステムを作製し使用すること、および任意の組み込まれた方法を実行することを含め、本発明を実施することを可能にする。本発明の特許可能な範囲は特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の例を含み得る。そのような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を含む場合、または特許請求の範囲の文言とのごくわずかな差異を有する均等な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００３７】
１００  グラフ
１０２  最適化スケジュール
１０４  動作ライン
１０６  最適動作ライン
１０８  限界ライン
１１２  予測された予備容量
１１４  ベースライン発電値
２００  タービン制御システム
２１０  パラメータ
２１２  予備量
２１４  申し出の指示
２１６  申し出の受入れ
２１８  制御回線
２２０  タービン
２２２  発電機
２３０  差分メータ
３００  企業予備ネットワーク
３０２、３０４、３０６  差分メータ
４００  ローカル発電機システム
４１０  制御システム
５１０  受入れ期間の中間部分
５１２  受入れ期間の末端部分
【図１】
2012191840.tif 000003
【図２】
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【図３】
2012191840.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
2012191840000001.pdf