(57)【要約】      （修正有）【課題】発電機コントローラを含む発電を制御するためのシステム及び装置を提供する。【解決手段】コントローラ５０は、フィルタ要素２０４、周波数応答スケジュール要素２０６、及び速度制限装置要素２０８を含むことができる。フィルタ要素２０４は、電力グリッド周波数信号２０２を受け取り、周波数信号が周波数帯域外であるとき、周波数信号を出力することができる。周波数応答スケジュール要素は、フィルタリングされた周波数信号を使用して最終目標寄与電力を決定することができるが、最終目標寄与電力は、発電機が１次周波数応答において提供すべき最終電力寄与量を表す。速度制限装置要素は、時間と共に変化し、最終目標寄与電力に接近する即時目標寄与電力信号２１０を決定することができる。したがって、コントローラは、電力グリッド周波数外乱に対する１次周波数応答の接近速度、到達時間などを制御することができる。【選択図】図４
2013048541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機（４６）用のコントローラ（５０）であって、
電力グリッド周波数信号（２０２）を受け取り、前記周波数信号（２０２）が周波数帯域外であるとき、前記周波数信号（２０２）を出力するように構成されるフィルタ要素（２０４）と、
前記フィルタリングされた周波数信号（２０２）に少なくとも部分的に基づいて最終目標寄与電力を決定するように構成される周波数応答スケジュール要素（２０６）であって、前記最終目標寄与電力は、前記発電機（４６）が１次周波数応答において提供すべき最終電力寄与量を表す、周波数応答スケジュール要素（２０６）と、
時間と共に変化し、速度制限スケジュールに少なくとも部分的に基づいて前記最終目標寄与電力に接近する即時目標寄与電力信号（２１０）を決定及び提供するように構成される可変速度制限装置要素（２０８）であって、前記即時目標寄与電力信号は、前記発電機（４６）が、前記即時目標寄与電力信号に対応する量だけ前記発電機（４６）により出力される電力を増加又は減少させるようにするように構成される、可変速度制限装置要素（２０８）とを備える、コントローラ（５０）。
【請求項２】
前記発電機（４６）は、航空機転用タービン発電機を含む、請求項１記載のコントローラ。
【請求項３】
前記フィルタ要素（２０４）は、前記周波数信号（２０２）が不感帯域周波数範囲外であるとき、前記周波数信号（２０２）を出力するように構成される不感帯域フィルタを含む、請求項１記載のコントローラ。
【請求項４】
前記周波数応答スケジュール要素（２０６）、前記速度制限装置要素（２０８）、又はその両方は、前記即時目標寄与電力信号（２１０）が前記発電機（４６）に前記電力グリッドの別の発電機をシミュレートさせるように構成される、請求項１記載のコントローラ。
【請求項５】
前記周波数応答スケジュール要素（２０６）、前記速度制限装置要素（２０８）、又はその両方は、前記即時目標寄与電力信号（２１０）が前記発電機（４６）に蒸気発電機をシミュレートさせるように構成される、請求項１記載のコントローラ。
【請求項６】
前記即時目標寄与電力信号（２１０）をメガワット需要信号（２１３）に加算し、メガワット検知信号（２１４）を差し引き、メガワット需要量制御誤差信号（２１６）をもたらすように構成される加算装置（２１２）を含む、請求項１記載のコントローラ。
【請求項７】
前記可変速度制限スケジュールは、前記即時目標寄与電力信号（２１０）、前記最終目標寄与電力、及び前記周波数信号（２０２）の変化が前記周波数帯域外になった後の時間を関連付ける、請求項１記載のコントローラ。
【請求項８】
トルクを発生させるように構成されるガスタービン（１４０）と、
前記ガスタービン（１４０）に結合する発電機（１４４）であって、前記トルクに基づいて電力グリッド（４０）に電力を提供するように構成される、発電機（１４４）と、
前記ガスタービン（１４０）と結合するコントローラ（１０２）であって、複数の即時目標寄与電力信号（２１０）の１つに少なくとも部分的に基づき、前記電力グリッド（４０）の周波数信号（２０２）に対する１次周波数応答として、前記ガスタービン（１４０）が前記トルクを変化させるようにするように構成される、コントローラ（１０２）と
を含む、システムであって、前記コントローラ（１０２）が、
前記周波数信号（２０２）を受け取り、前記周波数信号（２０２）が周波数帯域外であるとき、前記周波数信号（２０２）を出力するように構成される、１つ又は複数の周波数フィルタ要素（２９２、２９４、２９６、２９８）と、
前記周波数信号（２０２）を受け取り、それぞれの最終目標寄与電力信号を出力するようにそれぞれが構成される、１つ又は複数の周波数応答スケジュール要素（３００、３０２、３０４、３０６）であって、最終目標寄与電力信号のそれぞれは、前記発電機（１４４）が１次周波数応答において提供すべき最終電力寄与量を表す、１つ又は複数の周波数応答スケジュール要素（３００、３０２、３０４、３０６）と、
それぞれの最終目標寄与電力信号を受け取り、速度制限スケジュールに少なくとも部分的に基づいて前記複数の即時目標寄与電力信号（２１０）の１つを決定するようにそれぞれが構成される、１つ又は複数の速度制限装置要素（３０８、３１０、３１２、３１４）であって、前記複数の即時目標寄与電力信号のそれぞれは、前記発電機（１４４）が、前記発電機（１４４）により出力される電力を、この即時目標寄与電力信号（２１０）により指示されるレベルまで増加又は減少させるようにするように構成される、１つ又は複数の速度制限装置要素（３０８、３１０、３１２、３１４）とを含む、システム。
【請求項９】
前記コントローラ（１０２）は、前記発電機（１４４）の前記１次周波数応答が少なくとも部分的に基づく前記複数の即時目標寄与電力信号（２１０）の１つのユーザ選択（３２０）を可能にするように構成される選択要素（３１６）を含む、請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記コントローラ（１０２）は、前記発電機（１４４）の前記１次周波数応答が少なくとも部分的に基づく前記複数の即時目標寄与電力信号（２１０）の１つの選択を、応答決定論理回路（３１８）を介して可能にするように構成される選択要素（３１６）を含む、請求項８記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する主題は、概略的には、発電ユニットに関し、より具体的には、発電機を制御するためのシステム及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電ユニットは、通常、公称周波数（例えば、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）で電力グリッドに交流を提供する。しかし、時々、電力グリッド周波数は、揺動し、公称周波数から変化する場合がある。例えば、発電ユニットが突然追加され、もしくは電力グリッドから除去されるとき、又は、電力グリッドに接続される負荷が突然追加もしくは除去されるとき、そうした周波数外乱が起こる可能性がある。電力グリッドの安定性を維持するために、発電ユニットは、それに応じて出力を増加又は減少させることにより、周波数外乱に応答することができる。例えば、電力グリッド周波数の変化が、不感帯域周波数として知られる閾値（例えば、最小周波数変化）を超えるとき、個々の発電ユニットは、１次周波数応答を実行し、各発電ユニットにより発生する電力量を周波数変化に比例して増加及び減少させることができる。異なる発電ユニットは、異なる容量及び特性を有する可能性があるので、いくつかの発電ユニットは、周波数変化に応答して出力を迅速に変化させる可能性があるが、他の発電ユニットは、より緩やかに応答する可能性がある。さらに、周波数応答用の、発電ユニットの最終目標寄与電力を制御することができるが、配電時間、速度、及び形状を制御することができない。それに加えて、電力グリッドの安定性を維持するために、電力グリッド周波数外乱に応答して時間と共に特定の出力を提供するように、いくらかのグリッドオペレータを規制することができ、規制に合わない１次周波数応答を提供する発電ユニットの使用を除外することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０２９０５０７号明細書
【発明の概要】
【０００４】
特許請求されている当初の発明と範囲が整合するいくつかの実施形態を以下に要約する。これらの実施形態は、特許請求されている発明の範囲を限定するものではなく、むしろ、これらの実施形態は、本発明の可能な形態の概要のみを提供することを意図している。実際、本発明は、以下に記載する実施形態と同様であるか又はそれらと異なる可能性がある様々な形態を含むことができる。
【０００５】
第１の実施形態では、発電機コントローラは、電力グリッド周波数信号を受け取り、周波数信号が周波数帯域外であるとき、この周波数信号を出力するように構成されるフィルタ要素を含む。コントローラは、フィルタリングされた周波数信号に少なくとも部分的に基づいて最終目標寄与電力を決定するように構成される周波数応答スケジュール要素をさらに含む。最終目標寄与電力は、発電機が１次周波数応答において提供すべき最終電力寄与量を表す。コントローラは、時間と共に変化し、速度制限スケジュールに少なくとも部分的に基づいて最終目標寄与電力に接近する即時目標寄与電力信号を決定するように構成される可変速度制限装置要素を含む。即時目標寄与電力信号は、発電機が、即時目標寄与電力信号に対応する量だけ発電機により出力される電力を増加又は減少させるようにするように構成される。
【０００６】
第２の実施形態では、システムは、トルクを発生させるように構成されるガスタービンと、ガスタービンに結合する発電機とを含む。発電機は、トルクに基づいて電力グリッドに電力を提供するように構成される。システムは、ガスタービンと結合するコントローラも含む。コントローラは、複数の即時目標寄与電力信号の１つに少なくとも部分的に基づき、電力グリッドの周波数信号に対する１次周波数応答として、ガスタービンがトルクを変化させるようにするように構成される。コントローラは、周波数信号を受け取り、周波数信号が周波数帯域外であるとき、この周波数信号を出力するように構成される、１つ又は複数の周波数フィルタを含む。コントローラは、周波数信号を受け取り、それぞれの最終目標寄与電力信号を出力するようにそれぞれが構成される、１つ又は複数の周波数応答スケジュール要素をさらに含む。最終目標寄与電力信号のそれぞれは、発電機が１次周波数応答において提供すべき最終電力寄与量を表す。コントローラは、それぞれの最終目標寄与電力信号を受け取り、速度制限スケジュールに少なくとも部分的に基づいて複数の即時目標寄与電力信号の１つを決定するようにそれぞれが構成される、１つ又は複数の速度制限装置要素を含む。複数の即時目標寄与電力信号のそれぞれは、発電機が、発電機により出力される電力を、この即時目標寄与電力信号により指示されるレベルまで増加又は減少させるようにするように構成される。
【０００７】
第３の実施形態では、製造物品は、上にプロセッサ実行可能命令をエンコードした、１つ又は複数の有体の機械読取可能媒体を含む。命令は、電力グリッド周波数信号を受け取る命令と、電力グリッド周波数信号が電力グリッドの公称周波数の周りの不感帯域よりも高いか、又はそれよりも低いかを判定することにより、周波数外乱がいつ起こったかを判定する命令とを含む。命令は、周波数外乱が起こったとき、電力グリッドの公称周波数と電力グリッド周波数信号との間の差に少なくとも部分的に基づいて最終目標寄与電力を決定する命令も含む。最終目標寄与電力は、周波数外乱に対する発電機の１次周波数応答と関連する最終電力寄与量を表す。命令は、周波数応答が起こったとき、最終目標寄与電力及び周波数外乱が起こった後の時間に少なくとも部分的に基づいて、即時目標寄与電力信号を決定する命令を含む。即時目標寄与電力は、周波数外乱に対する発電機の１次周波数応答と関連する即時寄与電力量を表す。最終目標寄与電力、又は即時目標寄与電力、又はその両方を決定する命令は、現時刻、現日付、電力グリッド周波数信号、発電機の現出力、オペレータの嗜好、動作仕様、又は電力グリッドに関連する規則もしくは規制、又はそれらのいくつかの組合せに少なくとも部分的に基づいて変化するように構成される。
【０００８】
本発明のこれら及び他の特徴、態様、及び利点は、図面を通して同様の文字が同様の部品を表す、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読めば、より十分に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】発電ユニットが汎用性周波数コントローラを含むことができる電気システムの実施形態のブロック図である。
【図２】汎用性周波数コントローラを含むタービン発電機システムの実施形態のブロック図である。
【図３】汎用性周波数コントローラの実施形態の概略図である。
【図４】汎用性周波数コントローラにより使用される制御システムの実施形態を説明する流れ図である。
【図５】汎用性周波数コントローラの周波数応答スケジュールの実施形態の図である。
【図６】汎用性周波数コントローラの速度制限スケジュールの実施形態の図である。
【図７】汎用性周波数コントローラの速度制限スケジュールの別の実施形態の図である。
【図８】汎用性周波数コントローラにより使用される制御システムの別の実施形態の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の１つ又は複数の特定の実施形態を以下に説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するために、本明細書には、実際の実施形態のすべての特徴部を説明しない可能性がある。任意の工学的プロジェクト又は設計プロジェクトなどの任意の実際の実施形態の開発では、実施形態により変化する可能性がある、システム関連及びビジネス関連の制約との適合などの、開発者の特定の目標を達成するのに、多くの実施形態に固有の決定を行わなければならないことを理解されたい。さらに、そうした開発努力は、複雑で時間がかかる可能性があるが、それでも、本開示の利益を享受する当業者にとっては、設計、加工、及び製造の日常的な仕事であることを理解されたい。
【００１１】
本発明の様々な実施形態の要素を紹介するとき、冠詞「ａ（１つの）」、「ａｎ（１つの）」、「ｔｈｅ（その）」、及び「ｓａｉｄ（前記）」は、１つ又は複数の要素が存在することを意味するものとする。用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」、及び「ｈａｖｉｎｇ（有する）」は、包括的で、列挙した要素以外の付加的な要素が存在する可能性があることを意味するものとする。
【００１２】
本実施形態は、電力グリッド周波数信号の変化に応答して、発電機を制御することに関する。具体的には、以下に開示する実施形態は、単なる目標最終出力ではなく、発電機出力の接近速度及び／又は到達時間を制御することを含む可能性がある。これらの実施形態は、適当な任意の発電機を制御することを含む可能性がある。具体的には、いくつかの実施形態は、電力グリッドの周波数外乱に対して比較的感受性が高い可能性があるが、そうした外乱に比較的迅速に応答することもできる、航空機転用タービン発電機などの低慣性発電機の周波数応答を制御することに適用する。本明細書に使用する用語「ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（汎用性周波数コントローラ）」は、周波数応答シーケンス中に、出力の接近速度及び／又は到達時間を制御することができる発電機コントローラを指す。
【００１３】
電力グリッドの周波数を公称周波数（例えば、通常５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）から変化させる、周波数外乱が電力グリッドで起こるとき、そうした汎用性周波数コントローラにより、発電機は、制御された方法で出力をもたらすことができる。具体的には、公称周波数からの偏差が、不感帯域として知られる最小閾値を上回るとき、汎用性周波数コントローラは、電力グリッドを安定化するために、１次周波数応答を開始することができる。１次周波数応答は、制御された接近速度及び／又は到達時間に応じて、発電機の出力を増加又は減少させることができる。１次周波数応答の後、通常はより長期性の２次周波数応答は、電力グリッド周波数が安定しながら、一定時間、一定の出力を維持することを含むことができる。本開示は、１次周波数応答に焦点を当てる。
【００１４】
具体的には、汎用性周波数コントローラは、周波数応答スケジュール、速度制限スケジュール、及び／又は電力需要量制御誤差を使用して、発電機の１次周波数応答を制御することができる。周波数応答スケジュールは、周波数偏差量に応じて、最終目標寄与電力を特定することができる。この最終目標寄与電力は、発電機が１次周波数応答において最終的にもたらすべき、全寄与電力の増加量又は減少量を表す。しかし、発電機が、寄与電力のすべてを直ちにもたらさないように、発電機を、最終目標寄与電力のみに基づいて制御することはできない。むしろ、最終目標寄与電力を決定したとき、周波数外乱が起こった後、最終目標寄与電力及び／又は時間量に基づいて即時目標寄与電力を決定するのに、その際、速度制限スケジュールを使用することができる。即時目標寄与電力は、時間と共に変化し、最終的に最終目標寄与電力に達することができる。即時目標寄与電力を使用して発電機を制御することにより、時間と共に、発電機は、寄与電力を発生させ、寄与電力に制御された接近速度及び／又は到達時間をもたらすことができる。
【００１５】
このように、周波数応答スケジュール、速度制限スケジュール、及び／又は電力需要量制御誤差を使用して、汎用性周波数コントローラは、電力グリッドの安定性を改善することができる方法で、周波数外乱に応答することができる。すなわち、電力グリッドの安定性を改善するために、電力グリッドオペレータは、周波数応答が特定の方法で実行されるように要求することができる。例えば、電力グリッドオペレータは、より速い発電機からの電力がより遅い発電機内に逆流するとき、シーソー効果などを防ぐために、周波数外乱中に、すべての発電機が同様の方法で動作するように要求することができる。具体的には、電力グリッドオペレータは、発電機が、一定の時間にわたり、特定の速度で増加又は減少する出力をもたらすように要求することができる。例えば、一実施形態では、所望の出力変化は、線形変化を有する周波数応答スケジュールにより表すことができるが、発電機による可能な最大変化速度は、指数関数的変化により表すことができる。汎用性周波数コントローラは、単に、発電機を可能な最大速度で応答させるのではなく、発電機が周波数変化に応答する速度を制御することができる。
【００１６】
以上を考慮に入れて、図１は、電力グリッド１２の周波数ベースの外乱に応答するために、汎用性周波数コントローラを用いて構成することができる電力ユニット１４により供給される電力グリッド１２を含む電気システム１０の実施形態のブロック図である。図示するように、電気システム１０は、分散電力ユニット１４及び分散負荷１６に結合する電力グリッド１２を含む。分散電力ユニット１４は、電力ユニット１８、２０、２２、２４、２６、及び２８を含むことができる。これらの分散電力ユニット１４のそれぞれは、電力グリッド１２の分配用の電力を発生させるように構成される。分散負荷１６は、負荷３０、３２、３４、３６、及び３８を含むことができる。これらの分散負荷１６のそれぞれは、機械、建築物、及び他のシステムを動作させるために、電力グリッド１２から電力を抽出するように構成される。
【００１７】
図示する電気システム１０は、電力グリッド１２に結合する電力系統システム４０も含む。電力系統システム４０は、電力グリッド１２に一定の制御を与えることができ、電力グリッド１２内の過渡安定性揺動などの様々なグリッド不安定化現象を検出することができる。これらの過渡安定性揺動は、周波数、又は電力グリッド１２にかかる負荷の激しい変化に対応する可能性がある。それに加えて、そうした現象が起こるとき、電力系統システム４０は、電力ユニット１４の１つ又は複数から電力設備信号４２を受け取ることができる。電力設備信号４２は、電力ユニット１４に関する、状態及び／又はヘルスデータなどのデータを電力オペレータに提供することができる。
【００１８】
分散電力ユニット１４は、電力グリッド１２に電力を分配するように構成される、様々な発電システムを含むことができる。例えば、そうした分散電力ユニット１４は、往復動燃焼エンジン、ガスタービンエンジン、蒸気タービンエンジン、水力タービン、風力タービンなどにより駆動される発電機を含むことができる。これらの分散電力ユニット１４のサイズは、ユニットにより様々である可能性もある。例えば、ある電力ユニット１４は、電力グリッド１２に対して、別の電力ユニット１４よりも大幅に大きい慣性を有する可能性がある。大きい慣性を有する電力ユニット１４は、低慣性の電力ユニット１４よりも、周波数変化に応答するのに、より多くの時間がかかる可能性がある。
【００１９】
図示する実施形態では、電力ユニット１８は、比較的低慣性の電力ユニット１４を表し、発電機４６に結合する駆動装置４４を含む。電力ユニット１８は、駆動装置４４の比例動作制御をもたらすことができる調速機４８も含む。駆動装置４４は、調速機４８及び／又は他の内部制御機構による制御に応答して、発電用の発電機４６を回転させるように構成される。いくつかの実施形態では、駆動装置４４は、ガスタービンエンジンなどの低回転慣性エンジンを含むことができる。例えば、駆動装置４４は、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙ、Ｓｃｈｅｎｅｃｔａｄｙ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋにより製造される、ＬＭ１６００、ＬＭ２５００、ＬＭ６０００、又はＬＭＳ１００航空機転用ガスタービンエンジンなどの航空機転用ガスタービンエンジンを含むことができる。しかし、駆動装置４４は、発電機４６を回転させるのに適した任意の装置とすることができる。以下にさらに詳細に説明するように、駆動装置４４は、電力グリッド１２にかかる負荷の激しい変化に応答して速度が迅速に変化し、それにより、電力グリッド１２に対する発電機４６からの出力の周波数の迅速な変化をもたらす可能性がある。
【００２０】
分散負荷１６は、電力グリッド１２に関する、様々な装置及び設備を含むことができる。例えば、分散負荷１６は、住宅、商業ビル、工業施設、輸送システム、及び個々の装置を含むことができる。一般に、これらの分散負荷１６は、２４時間の各周期内で電気需要量を緩やかに変化させる可能性がある。例えば、最大需要量は、通常、真昼に生じるが、最小需要量は、通常、真夜中に生じる可能性がある。１日の間に、これらの分散負荷１６による電気需要量は、通常、午前の時間帯に増加し、続いて午後の時間帯に減少する可能性がある。分散電力ユニット１４は、通常、電力グリッド１２に対する電気需要量のこれらの緩やかな変化に応答することができる。不都合なことに、電力グリッド１２にかかる急激な負荷変動は、分散電力ユニット１６により供給される電力と、分散負荷１６による電気需要量との間の大きい差をもたらす可能性がある。その結果、大きい負荷減少により、電力ユニット１４は加速し、それにより、電力グリッド１２の周波数を増加させる可能性がある。同様に、大きい負荷増加により、電力ユニットは減速し、それにより、電力グリッド１２の周波数を減少させる可能性がある。
【００２１】
以下にさらに詳細に説明するように、電力グリッド１２の周波数を公称周波数から逸脱させる、そうした周波数ベースのグリッド外乱が起こるとき、駆動装置４４は、それに応じて、周波数を増加又は減少させることができる。そうした状態が、不感帯域として知られる最小閾値（例えば、１ｍＨｚ、２ｍＨｚ、５ｍＨｚ、１０ｍＨｚ、２０ｍＨｚなど）を上回る周波数を含むとき、電力グリッド１２を安定化するのを助けることを目的とする、汎用性周波数コントローラ５０は、駆動装置４４などに制御信号をもたらすことができる。さらに、汎用性周波数コントローラ５０は、周波数応答スケジュールに応じて、駆動装置４４が発電機４６へのトルクを追加又は除去するようにする信号をもたらすことができる。そうすることにより、他の分散電力ユニット１４と共同で、電力グリッド１２の周波数をその公称周波数に戻すことができる電力を追加又は除去することができる。図示する実施形態では、電力ユニット１８内のメガワットセンサ５２は、発電機４６により発生するメガワットを実時間で監視し、汎用性周波数コントローラ５０にフィードバックをもたらすように構成される。
【００２２】
それに加えて、図示するように、電力系統システム４０は、いくつかのシステム全体の現象を監視するように構成することができる。例えば、電力系統システム４０は、保護制御装置５４及びグリッドモニタ５６を含むことができ、これらは共同で、電力グリッド１２全体の様々なグリッド不安定化現象に基づいて、迅速な現象特定及び修正動作をもたらす。例えば、グリッドモニタ５６は、故障モニタ５８、トリップモニタ６０、及び変動モニタ６２を含むことができる。故障モニタ５８は、電力グリッド１２内の送電線故障６４などの故障を迅速に特定するように構成することができる。故障６４は、電力グリッド１２の第１及び第２の部分６６及び６８の断線を表す可能性がある。その結果、送電線故障６４は、電力グリッド１２の第１の部分６６から、負荷３６及び３８と、電力ユニット２６及び２８とを切断する可能性がある。
【００２３】
トリップモニタ６０は、電力ユニット２２のトリップ７０などの、分散電力ユニット１４の１つ又は複数のトリップを特定するように構成することができる。トリップ７０の結果、分散負荷１６による電力需要量は、分散電力ユニット１４によりもたらされる利用可能な電力を突然上回る可能性がある。変動モニタ６２は、負荷３２の変動７２などの、分散負荷１６の１つ又は複数による電気需要量の急激な変化を特定するように構成することができる。例えば、変動７２は、ある装置、工業施設などの電気需要量の急激な増加又は減少を表す可能性がある。
【００２４】
図２は、タービン発電機１０４に結合するタービン発電機コントローラ１０２を有するタービン発電機システム１００の実施形態のブロック図である。図示するように、タービン発電機コントローラ１０２は、汎用性周波数コントローラ５０、タービンコントローラ１０８、発電機コントローラ１１０、メガワットセンサ５２、及びヒューマンマシンインターフェース１１２を含む。以下にさらに詳細に説明するように、汎用性周波数コントローラ５０は、１つ又は複数の周波数応答スケジュールなどを使用することなどにより、タービン発電機１０４に供給される目標電力信号を制御することができる。タービンコントローラ１０８は、タービンモニタ１１８、燃料制御装置１２０、電力制御装置１２２、及び保護制御装置１２４などの、様々なモニタ及び制御装置を含むことができる。図示する発電機コントローラ１１０は、電力設備１１６（電力設備４０など）から電力設備信号１１４（電力設備信号４２など）を受け取ることもでき、発電機モニタ１２６、電圧制御装置１２８、及び保護制御装置１３０などの、様々なモニタ及び制御装置を含むことができる。タービンコントローラ１０８及び発電機コントローラ１１０のモニタ及び制御装置は、タービン発電機１０４のいくつかの特性を監視及び制御するように構成することができる。
【００２５】
図示する実施形態では、タービン発電機１０４は、１つ又は複数のシャフト１４６を介して圧縮機１４２及び発電機１４４に結合するタービン１４０を含む。理解されるように、図示するタービン１４０は、１つ又は複数のタービン段を含むことができ、圧縮機１４２は、１つ又は複数の圧縮機段を含むことができる。タービン発電機１０４は、燃料１５２及び空気１５４の混合物を燃焼し、高温燃焼ガス１５６をタービン１４０に供給するように構成される、１つ又は複数の燃焼器１４８及び燃料ノズル１５０をさらに含む。具体的には、圧縮機１４２は、タービン１４０により駆動され、上流吸気口１５８で空気１５４を圧縮し、次いで、１つ又は複数の燃焼器１４８及び燃料ノズル１５０に圧縮空気１６０を供給する。例えば、燃料ノズル１５０は、燃焼器１４８に圧縮空気１６０及び燃料１５２を燃焼用に適当に混合して送出することができる。
【００２６】
次いで、燃料と空気との混合物は、燃焼器１４８内で燃焼し、それにより、タービン１４０に流れ込む高温燃焼ガス１５６を発生させる。高温燃焼ガス１５６は、シャフト１４６を回転させるために、タービン１４０内のタービンブレードを駆動し、それにより、圧縮機１４２及び発電機１４４のどちらも駆動する。いくつかの実施形態では、タービンエンジンは、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙ、Ｓｃｈｅｎｅｃｔａｄｙ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋにより製造される、ＬＭ１６００、ＬＭ２５００、ＬＭ６０００、又はＬＭＳ１００航空機転用ガスタービンエンジンなどの航空機転用ガスタービンエンジンとすることができる。したがって、タービン発電機１０４は、約１４〜１００ＭＷ、３５〜６５ＭＷ、又は４０〜５０ＭＷまでの電気を発生させるように構成することができる。例えば、ＬＭ２５００エンジンは、約１８〜３５ＭＷまでを発生させるように構成することができ、ＬＭ６０００エンジンは、約４０〜５０ＭＷまでを発生させるように構成することができ、ＬＭＳ１００エンジンは、約１００ＭＷまでを発生させるように構成することができる。
【００２７】
タービン発電機コントローラ１０２は、タービン発電機１０４の様々な特性の監視及び制御をもたらす。例えば、タービンコントローラ１０８のタービンモニタ１１８は、回転速度、振動、温度、圧力、流量、ノイズ、及びタービン１４０、圧縮機１４２、燃焼器１４８などの他のパラメータを監視することができる。
【００２８】
タービンコントローラ１０８の燃料制御装置１２０は、１つ又は複数の燃料ノズル１５０への燃料流量を増加又は減少させるように構成され、それにより、燃焼器１４８内の燃焼力学、次いでタービン１４０の動作を変化させることができる。例えば、燃料制御装置１２０は、燃料ノズル１５０への燃料流速を低減し、燃焼器１４８内の燃焼を低減し、したがって、タービン１４０の速度を低減することができる。同様に、燃料制御装置１２０は、燃料ノズル１５０への燃料流速を増加させて、燃焼器１４８内の燃焼を増加させ、したがって、タービン１４０の速度を増加させることができる。燃料制御装置１２０は、燃料ノズル１５０の数及び構成に応じて、燃料注入の他の特性を変化させることもできる。例えば、燃料制御装置１２０は、異なる燃料ノズル１５０への複数の独立した燃料ラインを調整し、燃焼器１４８内の燃焼特性を変化させることができる。図２に示すように、ブロック１５２は、共通又は独立した燃料ライン、マニホールド、又は燃料調節器に対応する可能性がある。グリッド不安定化現象に応答して、汎用性周波数コントローラ５０は、燃料制御装置１２０の様々な項目を制御することができる。
【００２９】
タービンコントローラ１０８の電力制御装置１２２は、タービン１４０の出力を増加又は減少させるように構成することができる。例えば、電力制御装置１２２は、圧縮機１４２、燃料ノズル１５０、燃焼器１４８、タービン１４０、及び外部負荷（発電機１４４など）の様々な動作パラメータを監視及び／又は制御することができる。具体的には、電力制御装置１２２は、燃料制御装置１２０と協働して、燃料流量を調整し、それにより、燃焼を調整することができる。電力制御装置１２２は、性能、排出物などを含む様々な理由から、複数の燃料（ガス及び／又は液体燃料など）、空気、水、窒素、又は他の様々な流体の流量を制御することもできる。例えば、電力制御装置１２２は、様々な条件及び利用可能な燃料に応じて、ガス燃料流、液体燃料流、又はその両方を選択可能とすることができる。別の例では、電力制御装置１２２は、電力要求に応じて、低熱量（ＢＴＵ）燃料又は高熱量（ＢＴＵ）燃料を選択可能とすることができる。同様に、電力制御装置１２２は、排出物を制御するために、水流、窒素流、又は他の流れを選択可能とすることができる。タービン発電機コントローラ１０２は、周波数ベースのグリッド外乱に応答して、電力制御装置１２２の様々な項目を制御し、汎用性周波数コントローラ５０により制御されるように、出力を調整することができる。
【００３０】
タービンコントローラ１０８の保護制御装置１２４は、潜在的損傷、過剰な摩耗、又は動作閾値を示す現象に応答して、修正動作を実行することができる。例えば、タービンモニタ１１８が、過剰な振動、ノイズ、又は潜在的損傷の他の指標を特定するとき、保護制御装置１２４は、速度を低減し、又はタービン発電機１０４を運転停止し、さらなる損傷の可能性を低減することができる。いくつかの実施形態では、タービンコントローラ１０８の保護制御装置１２４は、例えばタービン１４０及び／又は圧縮機１４２において、回転要素と固定要素との間の間隙を制御することができる間隙制御装置を含むことができる。例えば、間隙制御装置は、タービン１４０又は圧縮機１４２を通る冷却材流量を増加又は減少させ、固定要素の熱膨張又は収縮を変化させ、それにより、回転ブレードの周りの固定要素（シュラウド部分など）を膨張又は収縮させることができる。このように、間隙制御装置は、タービン１４０及び圧縮機１４２内の回転ブレードと固定要素との間の間隙を増加又は減少させることができる。その代わりに、間隙制御装置は、タービン１４０又は圧縮機１４２内の回転ブレードの周りに配置される固定要素に結合する駆動装置などの、タービン１４０又は圧縮機１４２内の他の間隙装置を制御することができる。
【００３１】
発電機コントローラ１１０は、様々なモニタ制御装置を有し、タービン発電機１０４からの出力の性能及び信頼性を改善することもできる。例えば、発電機モニタ１２６は、電圧、電流、及び周波数などの、発電機１４４の様々な電力特性を監視することができる。発電機モニタ１２６は、振動、ノイズ、又は巻線故障などの、摩耗又は疲労を示す様々な特性を監視することもできる。電圧制御装置１２８は、発電機１４４からの電気出力を処理及びフィルタリングするように構成され、それにより、電力グリッド１２に所望の電気出力をもたらすことができる。
【００３２】
保護制御装置１３０は、発電機モニタ１２６からのフィードバックに応答して修正動作を行うように構成され、それにより、発電機１４４又はタービン発電機１０４の疲労又は劣化の可能性を全体的に低減することができる。例えば、保護制御装置１３０は、発電機モニタ１２６により特定される過剰な振動又はノイズに応答して、タービン発電機１０４から発電機１４４を切断し、発電機１４４から負荷を切断し、又はタービン発電機１０４を運転停止することができる。
【００３３】
タービン発電機１０４などの発電機４６の１次周波数応答を制御することができる汎用性周波数コントローラ５０の実施形態の概略図１８０を図３に示す。図３は、発電機４６と連絡する汎用性周波数コントローラ５０を概略的に示すが、汎用性周波数コントローラ５０は、発電ユニット１８の一部品（駆動装置４４など）である、発電ユニット１８の他の要素を介して発電機４６と連絡することができることを理解されたい。図示するように、汎用性周波数コントローラ５０は、特に電力グリッド１２の周波数を含むことができる、発電機４６から（１つ又は複数の）フィードバック信号１８４を受け取る。（１つ又は複数の）フィードバック信号１８４に少なくとも部分的に基づいて、汎用性周波数コントローラ５０は、発電機４６が特定の速度で電力を出力するようにする（１つ又は複数の）制御信号１８６を決定することができる。例えば、（１つ又は複数の）制御信号１８６は、電力（ＭＷ）目標寄与量、電力（ＭＷ）需要量制御誤差、及び／又は所望の電力増加の他の任意の適当な表示を含むことができる。
【００３４】
図３に示すように、汎用性周波数コントローラ５０は、メモリ１８８、プロセッサ１９０、及び記憶装置１９２を含む。メモリ１８８は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの揮発性メモリ、及び／又はリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）などの不揮発性メモリを含むことができる。メモリ１８８は、汎用性周波数コントローラ５０が本明細書に開示する技法を実行することができるように、汎用性周波数コントローラ５０用のプロセッサ実行可能命令（例えば、ファームウェア又はソフトウェア）を記憶することができる。プロセッサ１９０は、汎用性周波数コントローラ５０を制御する命令を実行することができる。プロセッサ１９０は、１つ又は複数の「汎用」マイクロプロセッサ、１つ又は複数の特定目的マイクロプロセッサ及び／もしくはＡＳＩＣＳ、又はそれらのいくつかの組合せなどの、１つ又は複数のマイクロプロセッサを含むことができる。例えば、プロセッサ１９０は、１つ又は複数の縮小命令セット（ＲＩＳＣ）プロセッサを含むことができる。図に示されている本実施形態の汎用性周波数コントローラ５０の不揮発性記憶装置１９２は、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードドライブ、又は他の任意の適当な光、磁気、もしくはソリッドステートの記憶媒体、あるいはそれらの組合せを含むことができる。記憶装置１９２は、データファイル（例えば、１次周波数応答の接近速度及び／又は時間を制御する、周波数応答スケジュール及び／又は速度制限スケジュール）、命令（例えば、汎用性周波数コントローラ５０の機能を実行する、ソフトウェア又はファームウェア）、及び他の任意の適当なデータを記憶することができる。
【００３５】
電力グリッド１２の周波数外乱が起こるとき、汎用性周波数コントローラ５０は、図４の流れ図２００により全体的に示すように、周波数応答スケジュール及び／又は速度制限スケジュールに応じて、発電機４６がその出力を増加又は減少させることにより応答するようにすることができる。流れ図２００は、発電機４６の出力を制御するために周期的に（例えば、１ミリ秒、５ミリ秒、１０ミリ秒、３０ミリ秒、１秒、５秒、１０秒、３０秒、１分、５分、１０分、３０分、１時間毎など、又は周波数外乱が起こったとみなされるときはいつでも）反復することができる反復処理を示す。したがって、汎用性周波数コントローラ５０は、図３を参照して上述した（１つ又は複数の）フィードバック信号１８４を表すことができる周波数信号２０２を受け取ることができる。周波数信号２０２は、電力グリッド１２の周波数を表し、標準動作状態の下で、ほぼ一定の公称値（例えば、通常５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）を維持すべきである。電力グリッド１２の周波数外乱が起こったことを周波数信号２０２が示すかどうか、及び／又は周波数外乱が起こった範囲に少なくとも部分的に基づいて、汎用性周波数コントローラ５０は、発電機４６が１次周波数応答を実行するようにすることができる。以下に説明するように、汎用性周波数コントローラ５０は、最終目標寄与電力だけでなく、接近速度及び／又は到達時間も制御する方法で、周波数外乱に対する１次周波数応答を制御することができる。
【００３６】
具体的には、汎用性周波数コントローラ５０は、フィルタ要素２０４、周波数応答スケジュール要素２０６、及び可変速度制限装置要素２０８を介して、流れ図の図４により表される処理を実行することができ、フィルタ要素２０４、周波数応答スケジュール要素２０６、及び可変速度制限装置要素２０８は共同で、１次周波数応答中の発電機４６により出力される電力が、必ずしも最大可能速度で増加又は減少するのではなく、特定のパターンに従うようにさせる。すなわち、フィルタ要素２０４、周波数応答スケジュール要素２０６、及び速度制限装置要素２０８は、発電機４６が、例えば同じもしくは異なるタイプの別の発電機４６、電圧低下応答、又は緊急応答などをシミュレートすることにより、周波数外乱に応答することを可能にすることができる。さらに、フィルタ要素２０４、周波数応答スケジュール要素２０６、及び速度制限装置要素２０８は、ハードウェア、プロセッサ実行可能命令、又はハードウェアとプロセッサ実行可能命令との組合せを使用して、汎用性周波数コントローラ５０内に実装することができる。フィルタ要素２０４は、周波数信号２０２を受け取り、周波数信号２０２が周波数帯域（例えば不感帯域）内又はその外にあるかどうかを判定することができる。したがって、フィルタ要素２０４は、ある周波数帯域内の周波数を遮断し、不感帯域外の周波数のみを通過させる不感帯域フィルタとして機能することができる。例えば、不感帯域周波数範囲は、約６０Ｈｚ＋／−１０ｍＨｚ、６０Ｈｚ＋／−２０ｍＨｚ、６０Ｈｚ＋／−２５ｍＨｚ、もしくは６０Ｈｚ＋／−３０ｍＨｚ、又は他の任意の適当な不感帯域範囲とすることができる。したがって、不感帯域周波数範囲が、約６０Ｈｚ＋／−２０ｍＨｚであるとき、６０Ｈｚ＋／−２０ｍＨｚの範囲内のどの周波数も、フィルタにより汎用性周波数コントローラ５０を通過することを遮断される。
【００３７】
周波数信号２０２が、フィルタ要素２０４により遮断されないとき、周波数応答スケジュール要素２０６は、周波数信号２０２を応答電力信号と関連付ける。周波数応答スケジュール要素２０６は、例えば、周波数信号２０２の可能な値に対応する応答電力信号を含む、参照表又はリストを含むことができる。周波数応答スケジュール要素２０６は、発電機４６及び電力系統４０に固有の変数（例えば、最大発電機出力、現発電機出力、パーセント寄与量など）の組合せを使用して計画することができる。
【００３８】
それに加えて、周波数応答スケジュール要素２０６は、汎用性周波数コントローラ５０の異なる実施形態で異なる可能性がある。いくつかの実施形態では、周波数が不感帯域周波数範囲外にあるとき、周波数応答スケジュール要素２０６は、示された最終目標寄与電力に周波数を線形的に関連付けることができる。例えば、周波数応答スケジュール要素２０６が周波数を最終目標寄与電力に関連付けることができる１つの方法のグラフ表示を含む、図５及び以下のその関連説明を参照されたい。さらに、電圧低下状態などの特定の状態が起こるとき、特定の周波数応答スケジュール２０６を使用することができる。いくつかの実施形態では、汎用性周波数コントローラ５０は、複数の周波数応答スケジュール要素２０６を含むことができることに留意されたい。
【００３９】
周波数応答スケジュール要素２０６が、最終目標出力を決定すると、速度制限装置要素２０８は、速度制限スケジュールに応じて、応答電力信号の変化速度を制限する。したがって、速度制限装置要素２０８は、周波数応答スケジュール要素２０６からの最終目標寄与電力、及び周波数外乱が最初に検出されて以降に経過した時間量に少なくとも部分的に基づき、目標電力信号２１０を指示する速度制限スケジュール（速度表など）に応じて動作することができる。それに加えて、又はその代わりに、速度制限装置要素２０８の速度制限スケジュールは、目標電力信号２１０を生成するために、利用可能な総寄与電力のパーセンテージとしての最終目標寄与電力を時間スケジュールに関連付けることができる。
【００４０】
いくつかの例を提供すれば、特定の状態（電圧低下状態など）が起こるとき、又は特定の発電機４６（電力グリッド１２の別の発電機４６など）の１次周波数応答をシミュレートするとき、特定の速度制限スケジュールを使用する特定の速度制限装置要素２０８を使用することができる。いくつかの実施形態では、汎用性周波数コントローラ５０は、複数の速度制限装置要素２０８を含むことができ、及び／又は、速度制限装置要素２０８は、複数の速度制限スケジュールを含むことができる。
【００４１】
上述のように、速度制限装置要素２０８は、即時目標寄与電力２１０を出力する。システムにより要求される電力を表す即時目標寄与電力２１０及びメガワット需要量２１３が、発電機４６の現出力を表す、メガワット検知２１４の信号に加算２１２されるとき、メガワット需要量制御誤差２１６の信号が生じる。このメガワット需要量制御誤差２１６の信号は、発電機４６の出力を制御するのに使用される。具体的には、メガワット需要量制御誤差２１６の信号は、発電機４６の出力に対する増加量又は減少量を表す。
【００４２】
上述のように、図４の流れ図の動作は、周期ベースで反復的に繰り返すことができる。したがって、各反復回で、周波数信号２０２が同じままで、したがって、周波数応答スケジュール要素２０６により示される最終目標寄与電力が同じままであることができても、時間が変化するとき、速度制限装置要素２０８は、異なる値の即時目標寄与電力２１０を出力することができる。具体的には、図６及び７を参照して以下に説明するように、速度制限装置要素２０８は、変化する値の即時目標寄与電力２１０を出力して、制御された接近速度及び／又は到達時間を有する１次周波数応答を発電機４６がもたらすようにすることができる。
【００４３】
図５は、最終目標寄与電力値を決定する、汎用性周波数コントローラ５０の周波数応答スケジュール要素２０６が使用することができる周波数応答スケジュール２１８の一例の図である。図５の周波数応答スケジュール２１８では、ｘ軸は、グリッド周波数２１９を表すが、ｙ軸は、最終目標寄与電力２２０を表す。したがって、線２２１は、グリッド周波数２１９に応じて提供するように発電機４６を制御することができる最終目標寄与電力２２０を表す。線２２１は、全体的に垂直な領域２２３及び２２４により境界を付けられる、全体的に水平な領域２２２を含む。線２２１は、領域２２２、２２３、及び２２４を取り囲む、線２２１の両側では全体的に直線的に示されるが、いくつかの実施形態では、線２２１は、直線的でない可能性がある。
【００４４】
全体的に水平な領域２２２は、周波数２１９が領域２２３と２２４との間の周波数範囲内（例えば、不感帯域内）であるとき、通常示される寄与電力２２０を表す。したがって、不感帯域周波数範囲内で、最終目標寄与電力２２０は、約０ＭＷとすることができる。すなわち、電力グリッドの公称周波数（例えば、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）に等しい周波数２１９に対応する入力グリッド周波数２２５では、最終目標寄与電力２２６は、０ＭＷとすることができる。不感帯域周波数範囲外の入力グリッド周波数２２７であれば、対応する最終目標寄与電力２２８は、０ＭＷ未満又は０ＭＷを上回ることができる。
【００４５】
言い換えれば、図５の周波数応答スケジュール２１８は、周波数外乱が起こるとき、寄与電力降下としてもたらす、最終目標寄与電力を表す。例えば、周波数応答スケジュール２１８は、番号２２５で示される公称周波数（例えば、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）と共に、様々な周波数の、示された最終目標寄与電力を表すことができる。図５の周波数応答スケジュール２１８は、特定の周波数（例えば、公称周波数２２５の±２．５％、±５％、±１０％、又は±１６％）において到達する、最大及び最小の最終目標寄与電力を指示することができる。すなわち、電力グリッド１２の周波数が、ある値又はパーセンテージだけ降下したとき、（発電機４６が出力する電力の増加量を表す）最大最終目標寄与電力を示し、電力グリッドの周波数が、ある値又はパーセンテージだけ上昇したとき、（発電機４６が出力する電力の減少量を表す）最小最終目標電力を指示することができる。
【００４６】
一例を提供すれば、例えば、発電機４６の総出力容量が１００ＭＷであり、現公称出力が５０ＭＷであるとき、周波数降下が起これば、発電機４６は、５０ＭＷの追加に寄与する能力を有することができる。周波数応答スケジュール２１８は、例えば５％の周波数降下が起こるとき、最大最終目標寄与電力を指示することができる。したがって、周波数２１９が５％以上降下するとき、周波数応答スケジュール２１８は、５０ＭＷの最大最終目標寄与電力（つまり、５０ＭＷの増加量、すなわち合計１００ＭＷ）を指示することができる。周波数が他のある量２２７（例えば１％だけ）降下するとき、周波数応答スケジュール２１８は、最終目標寄与電力２２８（例えば、最大値の１／５、すなわち１０ＭＷの最終目標寄与電力）を指示することができる。同様に、周波数が２％だけ降下するとき、周波数応答スケジュール２１８は、２０ＭＷの最終目標寄与電力などを指示することができる。周波数応答スケジュール２１８の他の実施形態は、線形又は非線形である可能性があることを理解されたい。
【００４７】
汎用性周波数コントローラ５０の速度制限装置要素２０８により使用される速度制限スケジュール２３０の実施形態は、図６に表す。速度制限スケジュール２３０は、周波数応答スケジュール要素２０６により決定される時間及び最終目標寄与電力の関数としての即時目標寄与電力２１０（すなわち、特定の接近速度及び／又は到達時間に対応するように、所与の瞬間にもたらされる寄与電力量）を表す。すなわち、速度制限スケジュール２３０は、周波数応答スケジュール要素２０６からの最終目標寄与電力に少なくとも部分的に基づいて、時間の関数として即時目標寄与電力２１０を指示することができる。速度制限スケジュール２３０では、ｙ軸２３４は、メガワット目標寄与量を表し、ｘ軸２３２は、最後に検出された周波数外乱の開始以降の時刻を表す。したがって、曲線２３６は、発電機４６に提供される即時目標寄与電力２１０を、周波数外乱の開始時に始まる時刻と関連付ける。図６の例では、曲線２３６は、開始時刻２４２から比較的急激に増加し、終了時刻２４４まで緩やかに最終目標寄与電力に接近し、終了時点を超えて、周波数外乱が続く限り、即時目標寄与電力２１０は、通常、最終目標寄与電力に等しくなる可能性がある。例えば、時刻２３８では、速度制限スケジュール２３０は、最大許容寄与電力２４０の即時目標寄与電力２１０を指示する。時刻２４４では、速度制限スケジュール２３０は、最終目標寄与電力に等しくなる可能性がある、最大許容寄与電力２４６の即時目標寄与電力２１０を指示する。
【００４８】
速度制限装置要素２０８は、様々な形状、接近速度、及び／又は到達時間を有する、他の機能的形態の速度制限スケジュールを使用することができる。実際に、図７に示すように、緊急状態の下で緊急応答を提供する緊急応答速度表に、速度制限スケジュール２６０を使用することができる。あるいは、発電機４６が蒸気発電機などの他の発電機の１次周波数応答を模倣するようにするのに、速度制限スケジュール２６０を使用することができる。速度制限スケジュール２６０は、速度制限スケジュール２３０と同様に、周波数応答スケジュール要素２０６により決定される時間及び最終目標寄与電力の関数として速度制限装置要素２０８により出力される、即時目標寄与電力２１０を表す。すなわち、速度制限スケジュール２３０は、周波数応答スケジュール要素２０６からの最終目標寄与電力に少なくとも部分的に基づいて、時間の関数として即時目標寄与電力２１０を指示することができる。
【００４９】
速度制限スケジュールでは、ｙ軸２６４は、メガワット目標を表し、ｘ軸２６２は、周波数外乱の開始以降の時刻を表す。したがって、曲線２６６は、発電機４６に提供される即時目標寄与電力２１０を、周波数外乱の開始時に始まる時刻と関連付ける。図７の例では、曲線２６６は、通常、１次周波数応答中に蒸気発電機により実行される、同じパターンの出力に全体的に従う。しかし、その代わりに、曲線２６６は、他の形状、接近速度、及び／又は到達時間を有することができることを理解されたい。図７からわかるように、曲線２６６は、終了時刻２７４で最終目標寄与電力に到達するまで、開始時刻２７２から特定の関数に従って増加し、終了時点を超えて、周波数外乱が続く限り、即時目標寄与電力２１０は、通常、最終目標寄与電力に等しくなる可能性がある。例えば、時刻２６８では、速度制限スケジュール２６０は、最大許容寄与電力２７０の即時目標寄与電力２１０を指示する。時刻２７４では、速度制限スケジュール２６０は、最終目標寄与電力に等しくなる可能性がある、最大許容寄与電力２７６の即時目標寄与電力２１０を指示する。
【００５０】
速度制限装置要素２０８が使用することができる速度制限スケジュールのさらに他の例は、他のパターン及び／又は関数に従う可能性がある。具体的には、速度制限スケジュールの少なくとも１つの実施形態では、即時目標寄与電力２１０は、最終目標寄与電力の特定の値に関係なく、時間と共に線形的に最終目標寄与電力に向かって増加する可能性がある。そうした速度制限スケジュールは、周波数応答スケジュール要素２０６により決定される最終目標寄与電力に関係なく、一定の勾配（ＭＷ／ｓ）を有する即時目標寄与電力２１０を指示することができる。他の実施形態は、最終目標寄与電力に応じて変化する勾配（ＭＷ／ｓ）を有することができる。
【００５１】
汎用性周波数コントローラ５０は、様々な環境の下で使用することができる、様々な異なる１次周波数応答をもたらすことができる場合がある。例えば、図８は、汎用性周波数コントローラ５０が少なくとも４つの異なる１次周波数応答をもたらすことができる、別の流れ図２９０を表す。他の実施形態は、より多い又はより少ない１次周波数応答をもたらすことができることを理解されたい。図４の流れ図２００と同様に、流れ図２９０は、汎用性周波数コントローラ５０が発電機４６の出力を制御するために周期的に（例えば、１ミリ秒、５ミリ秒、１０ミリ秒、３０ミリ秒、１秒、５秒、１０秒、３０秒、１分、５分、１０分、３０分、１時間毎など、又は周波数外乱が起こったとみなされるときはいつでも）反復することができる反復処理を表す。流れ図２９０の様々な要素は、ハードウェア、プロセッサ実行可能命令、又はハードウェアとプロセッサ実行可能命令との組合せを使用して、汎用性周波数コントローラ５０内に実装することができる。
【００５２】
図８からわかるように、流れ図２９０は、フィルタ要素２９２、２９４、２９６、及び２９８と、周波数応答スケジュール要素３００、３０２、３０４、及び３０６と、速度制限装置要素３０８、３１０、３１２、及び３１４とを含み、これらはそれぞれ、発電機４６により出力される電力が、必ずしも単に最大可能速度で増加又は減少するのではなく、特定の１次周波数応答パターンに従うようにする。すなわち、フィルタ要素２９２、２９４、２９６、及び２９８と、周波数応答スケジュール要素３００、３０２、３０４、及び３０６と、速度制限装置要素３０８、３１０、３１２、及び３１４とは、それらが同じ又は異なるそれぞれの不感帯域、周波数応答スケジュール、及び／又は速度制限スケジュールを使用することを除けば、図４のフィルタ要素２０４、周波数応答スケジュール要素２０６、及び速度制限装置要素２０８と全体的に同じ方法で、それぞれ機能することができる。
【００５３】
したがって、速度制限装置要素３０８、３１０、３１２、及び３１４は、マルチプレクサ３１６に異なる即時目標寄与電力２１０の信号を提供することができる。応答決定論理回路３１８は、マルチプレクサ３１６を介して、適当な任意の数の因子に基づき、汎用性周波数コントローラ５０により最終的に出力される目標メガワット寄与信号２１０を選択することができる。例えば、応答決定論理回路３１８は、オペレータオーバーライド３２０、時間３２２、周波数３２４、又は出力３２６などに少なくとも部分的に基づいて、どの即時目標寄与電力２１０を選択すべきかを決定することができる。他の任意の適当な因子を使用することができる。
【００５４】
オペレータオーバーライド３２０の因子は、オペレータが特定のフィルタ要素、周波数応答スケジュール要素、及び速度制限装置要素をいつ選択したいかを指示することができる。そうした選択は、電力グリッド１２の予測負荷、機能テスト、又はオペレータにより決定される他のいくつかの理由に基づいて決定することができる。応答決定論理回路３１８は、１日又は１年の別々の時間中（例えば、使用頻度がより低い時間に対する最大エネルギー使用時間中）に、フィルタ要素、周波数応答スケジュール要素、及び速度制限装置要素の異なる組合せを適用することができるように、時間３２２を使用することができる。例えば、フィルタ要素、周波数応答スケジュール要素、及び速度制限装置要素のある組合せを夜間に使用し、別の組合せを昼間に使用することができる。同様に、フィルタ要素、周波数応答スケジュール要素、及び速度制限装置要素のある組合せを、冬などの１年のある季節の間に使用することができるが、別の組合せは、夏などの１年の別に季節の間に使用される。
【００５５】
それに加えて、どの組合せを使用すべきかを決定するために、グリッドの周波数３２４を使用することができる。例えば、周波数３２４が、急激に増加又は減少するとき、フィルタ、周波数応答スケジュール、及び速度制限装置のある組合せを使用することができるが、緩やかな周波数変化には、別の組合せを使用することができる。例えば、周波数３２４が閾値未満まで降下するとき、電圧低下状態が存在する可能性がある。したがって、電圧低下状態に適したフィルタ要素、周波数応答スケジュール要素、及び速度制限装置要素は、即時目標寄与電力２１０の信号を提供することができる。同様に、発電機４６から利用可能な寄与電力量に少なくとも部分的に基づいて選択することができる、使用すべきフィルタ要素、周波数応答スケジュール要素、及び速度制限装置要素の組合せを決定するのに、発電機４６の出力３２６を使用することができる。例えば、発電機４６が、その最大容量近傍で電力を発生させているとき、ある組合せを使用することができるが、発電機４６が最小容量近傍にあるとき、別の組合せを使用することができる。さらに、使用される組合せは、ベース負荷（例えば最小負荷）、中間負荷（例えば、標準動作負荷）、又はピーク負荷（例えば、最大負荷）などの負荷レベルに依存する可能性がある。
【００５６】
本開示の技術的効果は、カスタマイズされた１次周波数応答をもたらすために、発電機を制御することを含む。例えば、電力グリッド周波数外乱が起こると直ちに、発電機コントローラは、最終目標寄与電力に到達するまで、時間と共に安定した速度（例えば、線形又は非線形速度）で増加する即時目標寄与電力を決定することができる。このように、発電機コントローラは、１次周波数応答の接近速度及び／又は到達時間を制御することができ、したがって、発電機の１次周波数応答が要望通りに変化するようにすることができる。例えば、発電機の１次周波数応答は、蒸気発電機などの別の発電機をシミュレートすることができ、又は、電力グリッドに存在する別の発電機と同じ応答パターンに全体的に従うことができる。
【００５７】
この記載した説明は、最良の形態を含めて、本発明を開示し、さらに、当業者が、任意の装置又はシステムを作成及び使用し、組み込まれた任意の方法を実施することを含めて、本発明を実施することができるように、実施例を使用する。本発明の特許範囲は、特許請求の範囲により規定され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。そうした他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構成要素を有するとき、又は、それらが特許請求の範囲の文言と実質的な差がない均等な構成要素を含むとき、特許請求の範囲の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００５８】
１０  電気システム
１２  電力グリッド
１４  電力ユニット
１６  分散負荷
１８  電力ユニット
２０  電力ユニット
２２  電力ユニット
２４  電力ユニット
２６  電力ユニット
２８  電力ユニット
３０  負荷
３２  負荷
３４  負荷
３６  負荷
３８  負荷
４０  電力系統システム
４２  電力設備信号
４４  駆動装置
４６  発電機
４８  調速機
５０  汎用性周波数コントローラ
５２  メガワットセンサ
５４  保護制御装置
５６  グリッドモニタ
５８  故障モニタ
６０  トリップモニタ
６２  変動モニタ
６４  送電線故障
６６  第１の部分
６８  第２の部分
７０  トリップ
７２  変動
１００  タービン発電機システム
１０２  タービン発電機コントローラ
１０４  タービン発電機
１０８  タービンコントローラ
１１０  発電機コントローラ
１１２  ヒューマンマシンインターフェース
１１４  電力設備信号
１１６  電力設備
１１８  タービンモニタ
１２０  燃料制御装置
１２２  電力制御装置
１２４  保護制御装置
１２６  発電機モニタ
１２８  電圧制御装置
１３０  保護制御装置
１４０  タービン
１４２  圧縮機
１４４  発電機
１４６  シャフト
１４８  燃焼器
１５０  燃料ノズル
１５２  燃料
１５４  空気
１５６  高温燃焼ガス
１５８  上流吸気口
１６０  圧縮空気
１８０  概略図
１８８  メモリ
１９０  プロセッサ
１９２  記憶装置
２００  流れ図
２０２  周波数信号
２０４  フィルタ要素
２０６  周波数応答スケジュール要素
２０８  可変速度制限装置要素
２１０  目標電力信号
２１２  加算
２１３  メガワット需要量
２１４  メガワット検知
２１６  メガワット需要量制御誤差
２１８  周波数応答スケジュール
２１９  グリッド周波数
２２０  最終目標寄与電力
２２１  線
２２２  水平な領域
２２３  垂直な領域
２２４  垂直な領域
２２５  入力グリッド周波数
２２６  最終目標寄与電力
２２７  入力グリッド周波数
２２８  目標電力寄与量
２３０  速度制限スケジュール
２３２  ｘ軸
２３４  ｙ軸
２３６  曲線
２３８  時刻
２４０  最大許容寄与電力
２４２  開始時刻
２４４  終了時刻
２４６  最大許容寄与電力
２６０  速度制限スケジュール
２６２  ｘ軸
２６４  ｙ軸
２６６  曲線
２６８  時刻
２７０  最大許容寄与電力
２７２  開始時刻
２７４  終了時刻
２７６  最大許容寄与電力
２９０  別の流れ図
２９２  フィルタ要素
２９４  フィルタ要素
２９６  フィルタ要素
２９８  フィルタ要素
３００  周波数応答スケジュール要素
３０２  周波数応答スケジュール要素
３０４  周波数応答スケジュール要素
３０６  周波数応答スケジュール要素
３０８  速度制限装置要素
３１０  速度制限装置要素
３１２  速度制限装置要素
３１４  速度制限装置要素
３１６  マルチプレクサ
３１８  応答決定論理回路
３２０  オペレータオーバーライド
３２２  時間
３２４  周波数
３２６  出力
【図１】
2013048541.tif 000003
【図２】
2013048541.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2013048541.tif 000007
【図６】
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【図７】
2013048541.tif 000009
【図８】
2013048541.tif 000010
【外国語明細書】
2013048541000001.pdf