(57)【要約】【課題】ガスタービン発電機の可能最大出力値とほぼ等しい値を推定できるガスタービン発電機の可能最大出力値推定方法を提供することである。【解決手段】ガスタービン発電機の運転の至近所定期間における大気温度及びガスタービン発電機出力を取り込み、大気温度ごとにその温度におけるガスタービン発電機出力の最大値を抽出し、抽出した大気温度ごとのガスタービン発電機出力の最大値のうちほぼ定格出力を維持している大気温度範囲の可能最大出力値の推定値は定格出力とし、それ以外の大気温度範囲の可能最大出力値の推定値は大気温度ごとのガスタービン発電機出力の最大値を基に直線近似または曲線近似で求めた関係式で得た値として、実際の大気温度に応じたガスタービン発電機の可能最大出力値を推定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン発電機の運転の至近所定期間における大気温度及びガスタービン発電機出力を取り込み、大気温度ごとにその温度におけるガスタービン発電機出力の最大値を抽出し、抽出した大気温度ごとのガスタービン発電機出力の最大値のうちほぼ定格出力を維持している大気温度範囲とそれ以外の大気温度範囲との分岐点を抽出し、ほぼ定格出力を維持している大気温度範囲の可能最大出力値の推定値は定格出力とするとともに、それ以外の大気温度範囲の可能最大出力値の推定値は大気温度ごとのガスタービン発電機出力の最大値を基に直線近似または曲線近似で求めた値とする大気温度と可能最大出力値との関係式を求め、その関係式により実際の大気温度に応じたガスタービン発電機の可能最大出力値を推定することを特徴とするガスタービン発電機の可能最大出力値推定方法。
【請求項２】
前記大気温度と可能最大出力値の関係式は、所定期間ごとに更新することを特徴とする請求項１記載のガスタービン発電機の可能最大出力値推定方法。
【請求項３】
前記ガスタービン発電機が可能最大出力値で運転されている状態でガスタービン発電機出力を取り込み、計測したガスタービン発電機出力と前記関係式により推定したガスタービン発電機の可能最大出力値との偏差を求め、その偏差が所定範囲を逸脱するときは至近所定期間における大気温度及びガスタービン発電機出力に基づいて前記関係式を更新することを特徴とする請求項１または請求項２記載のガスタービン発電機の可能最大出力値推定方法。
【請求項４】
前記ガスタービン発電機が可能最大出力値で運転されている状態は、前記ガスタービン発電機への出力指定作業がなく、前記ガスタービン発電機の出力指令値が前記関係式により推定したガスタービン発電機の可能最大出力値以上で、かつ、ＡＦＣ不使用の状態であることを特徴とする請求項３記載のガスタービン発電機の可能最大出力値推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン発電機が出力し得る可能最大出力値を推定するガスタービン発電機の可能最大出力値推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンバインドサイクル発電プラントやガスタービン発電プラントでは、圧縮空気と燃料とを燃焼器で燃焼させ、その燃焼ガスでガスタービンを駆動しガスタービン発電機で発電する。燃焼器には圧縮機により圧縮された圧縮空気が供給されるが、燃焼器に取り入れる空気の温度が変化すると、ガスタービン発電機出力が変化するという特性がある。すなわち、燃焼器に取り入れる空気が高温であるほど、ガスタービン発電出力が減少するという特性を有している。
【０００３】
このため、電力系統への電力の需給制御においては、大気温度からガスタービン発電機が出力可能な最大値（可能最大出力値）を推定し、この可能最大出力値を把握しながらガスタービン発電機を運用する必要がある。現状では、コンバインドサイクル発電プラントやガスタービン発電プラントの定期検査時の記録から大気温度と可能最大出力値との関係を導き出し、この関係を利用して大気温度からガスタービン発電機の可能最大出力値を推定するようにしている。
【０００４】
ここで、大気の空気温度が上昇したときのガスタービンの回転トルクの低下を防止するために、圧縮機の入口側に熱交換室を設け、大気の空気温度が上昇したとき、その空気を熱交換室で冷却して圧縮機に送り出すようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−３０７２５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１のものでは圧縮機の入口側に熱交換室を設けなければならない。また、定期検査時の記録を基にした大気温度と可能最大出力値との関係については、定期検査直後では精度が高いものの年数が経過すると、関係式から推定した値と実績値との差が大きくなる傾向にある。
【０００６】
このため、定期検査から数年が経過し、可能最大出力値と実績値との差が大きい発電機が多数ある場合には見込んでいた電力の供給が行えない。その場合、電力系統への電力の需給不均衡が生じて、系統周波数の変動を引き起こすおそれがある。また、出力上げ方向のＡＦＣ保有量、ＡＦＣ稼動量、電力の供給余力の正確な値も把握できなくなるため、周波数低下時の対応が十分にできなくなる可能性もある。
【０００７】
本発明の目的は、ガスタービン発電機の可能最大出力値とほぼ等しい値を推定できるガスタービン発電機の可能最大出力値推定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明に係わるガスタービン発電機の可能最大出力値推定方法は、ガスタービン発電機の運転の至近所定期間における大気温度及びガスタービン発電機出力を取り込み、大気温度ごとにその温度におけるガスタービン発電機出力の最大値を抽出し、抽出した大気温度ごとのガスタービン発電機出力の最大値のうちほぼ定格出力を維持している大気温度範囲とそれ以外の大気温度範囲との分岐点を抽出し、ほぼ定格出力を維持している大気温度範囲の可能最大出力値の推定値は定格出力とするとともに、それ以外の大気温度範囲の可能最大出力値の推定値は大気温度ごとのガスタービン発電機出力の最大値を基に直線近似または曲線近似で求めた値とする大気温度と可能最大出力値との関係式を求め、その関係式により実際の大気温度に応じたガスタービン発電機の可能最大出力値を推定することを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明に係わるガスタービン発電機の可能最大出力値推定方法は、請求項１の発明において、前記大気温度と可能最大出力値の関係式は、所定期間ごとに更新することを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明に係わるガスタービン発電機の可能最大出力値推定方法は、請求項１または請求項２の発明において、前記ガスタービン発電機が可能最大出力値で運転されている状態でガスタービン発電機出力を取り込み、計測したガスタービン発電機出力と前記関係式により推定したガスタービン発電機の可能最大出力値との偏差を求め、その偏差が所定範囲を逸脱するときは至近所定期間における大気温度及びガスタービン発電機出力に基づいて前記関係式を更新することを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明に係わるガスタービン発電機の可能最大出力値推定方法は、請求項３の発明において、前記ガスタービン発電機が可能最大出力値で運転されている状態は、前記ガスタービン発電機への出力指定作業がなく、前記ガスタービン発電機の出力指令値が前記関係式により推定したガスタービン発電機の可能最大出力値以上で、かつ、ＡＦＣ不使用の状態であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ガスタービン発電機の至近所定期間における大気温度及びガスタービン発電機出力を取り込み、大気温度ごとにその温度におけるガスタービン発電機出力の最大値を抽出し、大気温度ごとの発電機出力の最大値からガスタービン発電機の可能最大出力値を推定するので、ガスタービン発電機が可能最大出力値で運転されている状態でなくとも、実際の可能最大出力値とほぼ等しい値を導くことができる。
【００１３】
また、所定期間ごとあるいは計測したガスタービン発電機出力と関係式により推定したガスタービン発電機の可能最大出力値との偏差が所定範囲を逸脱するときは、関係式を更新するので、常時、実際の可能最大出力値とほぼ等しい値を導くことができる。これにより、円滑に電力系統の周波数制御や需給制御を行えるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本発明の実施の形態に係わる可能最大出力値推定方法の一例を示すフローチャートである。ガスタービン発電機の運転中においては、所定の時間間隔で大気温度及びガスタービン発電機出力を計測し、運転データの一部として保存している。例えば、５分おきに大気温度及びガスタービン発電機出力を計測し、時系列データとして数ヶ月から１年分のデータを更新保存する。
【００１５】
更新保存された大気温度及びガスタービン発電機出力のうちから、至近所定期間における大気温度及びガスタービン発電機出力を取り込む（Ｓ１）。例えば、現在より４ヶ月分前の至近の大気温度及びガスタービン発電機出力の時系列データを取り込む。
【００１６】
そして、大気温度ごとにその温度におけるガスタービン発電機出力をプロットする。図２は至近所定期間における大気温度及びガスタービン発電機出力のグラフである。図２では、定格出力が３５０ＭＷのガスタービン発電機に対して２月から５月までの４ヶ月間に５分おきで計測した大気温度及びガスタービン発電機出力を示している。すなわち、縦軸にガスタービン発電機出力、横軸に大気温度を取り、大気温度は０．１℃刻みで、各々の大気温度におけるガスタービン発電機出力をプロットしたものを示している。
【００１７】
図２に示すように、大気温度が低いときはガスタービン発電機出力は比較的高い値であり、大気温度が高くなるにつれてガスタービン発電機出力は低下する特性を示している。つまり、燃焼器に取り入れる空気が高温であるほど、ガスタービン発電出力が減少するという特性を示している。また、２月から５月までのデータであるので、大気温度は−２℃程度から２７℃程度の範囲で変化している。
【００１８】
次に、各々の大気温度ごとにその温度におけるガスタービン発電機出力の最大値を抽出する（Ｓ２）。ここで、各々の大気温度においてガスタービン発電機出力の最大値だけを抽出するのは、以下の理由による。
【００１９】
ガスタービン発電機の可能最大出力の実績を求めることが目的であるので、ガスタービン発電機が可能最大出力値（出力指令値＝定格出力）で運転されている状態のデータを計測することが本来的には好ましい。しかし、実際のガスタービン発電機の運転においては、電力系統の周波数を一定に保つためのＡＦＣ運転（自動周波数運転）や作業時には出力指令値を定格出力とは異なった一定値とした出力指定運転が行われることもあるので、ガスタービン発電機が可能最大出力値で運転されているとは限らない。また、出力指令値が定格出力である運転においても、ガスタービン発電機の立ち上げ時や解列時には、ガスタービン発電機は可能最大出力値で運転されていない状態がある。このことから、ガスタービン発電機が可能最大出力値で運転されている状態のデータを計測することは困難である。
【００２０】
そこで、ＡＦＣ運転や出力指定運転あるいはガスタービン発電機の起動停止時を含むすべての運転状態でガスタービン発電機出力を計測し、そのうちからガスタービン発電機出力の最大値だけを抽出して、ガスタービン発電機が可能最大出力値で運転されている状態のデータを近似的に得るようにした。
【００２１】
図３は各々の大気温度におけるガスタービン発電機出力の最大値だけを抽出した場合の大気温度及びガスタービン発電機出力のグラフである。図２に示すように、大気温度が低いときはガスタービン発電機出力は定格出力に近い値であり、大気温度が高くなるとガスタービン発電機出力は低下する特性を示している。
【００２２】
次に、抽出した大気温度ごとのガスタービン発電機出力の最大値のうち、ほぼ定格出力を維持している大気温度範囲とそれ以外の大気温度範囲との分岐点を抽出する（Ｓ３）。前述したように、ガスタービン発電機は、燃焼器に取り入れる空気が高温であるほどガスタービン発電出力が減少するという特性を有するが、逆に言えば、大気温度が低温である場合にはガスタービン発電出力は減少しない。
【００２３】
そこで、ほぼ定格出力を維持している大気温度範囲とそれ以外の大気温度範囲との分岐点を抽出する。分岐点の抽出にあたって、定格出力そのものではなく、ほぼ定格出力としたのは、ガスタービン発電機がガバナフリー運転や周波数調整運転等により、大気温度の低いところでも定格出力の実績データが得られないことがあるためである。
【００２４】
本発明の実施の形態では、ほぼ定格出力を維持しているガスタービン発電機出力として、定格出力の９９．５％以上の出力実績が得られている大気温度範囲と、それ以外の大気温度範囲とで分岐する。図３では、大気温度が８．６℃以下のときに、ガスタービン発電機出力は定格出力の９９．５％以上の出力実績となっている。そこで、分岐点を８．６℃とする。
【００２５】
次に、大気温度と可能最大出力値との関係式を求める（Ｓ４）。例えば、図３に示すように、分岐点である大気温度８．６℃以下のほぼ定格出力（定格出力の９９．５％以上の出力）が得られている大気温度範囲では、ガスタービン発電機の可能最大出力値の推定値は、定格出力に等しいものとする。一方、それ以外の大気温度範囲では、ガスタービン発電機の可能最大出力値の推定値は、大気温度ごとのガスタービン発電機出力の最大値を基に、直線近似または曲線近似により近似直線または近似曲線を求める。直線近似する場合には、例えば、最小二乗法を用いて近似直線を求める。また、曲線近似する場合にもｎ次の曲線を想定し最小二乗近似を用いてｎ次の近似曲線を求める。そして、ほぼ定格出力が得られている大気温度範囲の直線と、それ以外の大気温度範囲の近似直線または近似曲線と連結した可能最大出力値の推定曲線を求め、その推定曲線を満たす関係式を求める。その推定曲線は分岐点で折れ点を有した曲線となるので、大気温度と可能最大出力値との関係式は、分岐点を境界として２つの関係式で示されることになる。
【００２６】
図４は、可能最大出力値の推定曲線の一例を示すグラフである。図４では、ほぼ定格出力が得られている大気温度範囲以外での可能最大出力値を直線近似した場合を示している。可能最大出力値の推定曲線は、ほぼ定格出力が得られている大気温度範囲の直線Ｃ１と、それ以外の大気温度範囲の近似直線Ｃ２とを連結した曲線であり、分岐点である大気温度８．６℃で折れ点となっている。
【００２７】
この可能最大出力値の推定曲線を表す大気温度と可能最大出力値との関係式を用いて、現在の大気温度におけるガスタービン発電機の可能最大出力値を推定する（Ｓ５）。例えば、大気温度が１７．５℃であるときには、ガスタービン発電機の可能最大出力値は約３３０ＭＷであると推定される。これにより、定格出力が３５０ＭＷのガスタービン発電機であっても大気温度が１７．５℃であるときには、可能最大出力値は約３３０ＭＷに減少することが容易に推定できる。このようにして、推定されたガスタービン発電機の可能最大出力値は、電力系統の電力の需給制御や周波数制御に用いられる。この場合、給電指令所はガスタービン発電機の可能最大出力値を認識した出力指令値を作成できるので、円滑に電力の需給制御や周波数制御を行える。
【００２８】
そして、予め定めた更新周期となったか否かを判定し（Ｓ６）、予め定めた更新周期となった場合には、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１〜ステップＳ５の処理を行い、大気温度と可能最大出力値との関係式を更新する。例えば、更新周期を１ヶ月と定めた場合には、１ヶ月ごとに至近の所定期間（例えば数ヶ月）における大気温度及びガスタービン発電機出力に基づいて、大気温度と可能最大出力値との関係式を更新することになる。これにより、更新周期ごとに至近の所定期間のガスタービン発電機の運転実績データに基づいた関係式を使用してガスタービン発電機の可能最大出力値を推定できるので、ガスタービン発電機の可能最大出力値の推定値の精度を確保できる。
【００２９】
一方、ステップＳ６の判定で予め定めた更新周期となっていない場合には、ガスタービン発電機は停止したか否かを判定し（Ｓ７）、ガスタービン発電機が停止していないときはステップＳ６に戻り、ガスタービン発電機が停止したときは処理を終了する。
【００３０】
図５は本発明の実施の形態に係わる可能最大出力値推定方法の他の一例を示すフローチャートである。この他の一例は、図１に示した一例に対し、ステップＳ８〜ステップＳ１１を追加し、関係式の更新周期となっていない場合であっても、実際のガスタービン発電機の最大出力値と関係式から推定した可能最大出力値との誤差が大きくなったときには、関係式の再計算を行い関係式による可能最大出力値の推定値の信頼度を高めるようにしたものである。図１と同一ステップについては重複する説明は省略する。
【００３１】
ステップＳ１〜ステップＳ５で大気温度とガスタービン発電機の可能最大出力値との関係式を求め、ステップＳ６の判定で更新周期となっていない場合に、ガスタービン発電機が可能最大出力で運転されている状態か否かを判定する（Ｓ８）。
【００３２】
ガスタービン発電機が可能最大出力値で運転されている状態は、ガスタービン発電機への出力指定作業がなく、給電指令所からのガスタービン発電機の出力指令値が関係式により推定したガスタービン発電機の可能最大出力値以上で、かつ、ＡＦＣ運転（自動周波数運転）ではない状態のときである。ここで、ガスタービン発電機への出力指定作業とは、定格出力での出力指定運転以外の部分負荷での出力指定運転を行う作業をいう。
【００３３】
前述したように、実際のガスタービン発電機の運転においては、電力系統の周波数を一定に保つためのＡＦＣ運転（自動周波数運転）や作業時には出力指令値を定格出力とは異なった一定値とした出力指定運転が行われることがある。従って、ガスタービン発電機が可能最大出力値で運転されている状態は、ＡＦＣ運転でないこと、及び出力指定運転でないことの条件を満たしたときである。なお、出力指定運転でない場合であっても、給電指令所からのガスタービン発電機の出力指令値が、関係式により推定したガスタービン発電機の可能最大出力値より小さい場合には、ガスタービン発電機が可能最大出力値で運転されている状態ではないので、（出力指令値≧関係式により推定したガスタービン発電機の可能最大出力値）の条件も追加する。
【００３４】
ステップＳ８の判定で、ガスタービン発電機が可能最大出力値で運転されている状態であると判定されたときは、ガスタービン発電機出力と、関係式で推定したガスタービン発電機の可能最大出力値との偏差を求め（Ｓ９）、その偏差は所定範囲を逸脱するか否かを判定する（Ｓ１０）。そして、その偏差が所定範囲を逸脱するときは、更新周期となっていない場合であっても、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１〜ステップＳ５の処理を行い、大気温度と可能最大出力値との関係式を更新する。
【００３５】
ステップＳ８の判定でガスタービン発電機が可能最大出力値で運転されている状態でないと判定された場合、及びステップＳ１０の判定で偏差が所定範囲内であると判定された場合には、予め定めた更新周期となったか否かを判定し（Ｓ１１）、予め定めた更新周期となった場合には、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１〜ステップＳ５の処理を行い、大気温度と可能最大出力値との関係式を更新する。一方、ステップＳ１１の判定で予め定めた更新周期となっていない場合には、ガスタービン発電機は停止したか否かを判定し（Ｓ７）、ガスタービン発電機が停止していないときはステップＳ６に戻り、ガスタービン発電機が停止したときは処理を終了する。
【００３６】
このように、ガスタービン発電機が可能最大出力値で運転されている状態で、ガスタービン発電機出力と関係式で推定したガスタービン発電機の可能最大出力値との偏差が所定範囲を逸脱したときは、更新の予定日時でなくても、至近所定期間のデータを使用して大気温度と可能最大出力値との関係式を更新する。
【００３７】
本発明の実施の形態によれば、大気温度と可能最大出力値の関係について、定期検査時の記録をもとに作成するのではなく、至近所定期間の大気温度とガスタービン発電機の出力実績データとの関係から作成し、これを基に可能最大出力値を推定するので、実際の可能最大出力値とほぼ等しい値を導くことができる。これにより、円滑に周波数制御や需給制御を行える。
【００３８】
また、大気温度と可能最大出力値の関係は折れ線で近似し、ガスタービン発電機出力と関係式で推定したガスタービン発電機の可能最大出力値との偏差が所定範囲を逸脱したときは、更新周期となっていない場合でも大気温度と可能最大出力値の関係式を更新するので、関係式による推定値の信頼度が高まる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態に係わる可能最大出力値推定方法の一例を示すフローチャート。
【図２】本発明の実施の形態で使用する至近所定期間における大気温度及びガスタービン発電機出力のグラフ。
【図３】図２のグラフにおいて、各々の大気温度におけるガスタービン発電機出力の最大値だけを抽出した場合の大気温度及びガスタービン発電機出力のグラフ。
【図４】本発明の実施の形態における可能最大出力値の推定曲線の一例を示すグラフ。
【図５】本発明の実施の形態に係わる可能最大出力値推定方法の他の一例を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４０】
Ｃ１…ほぼ定格出力が得られている大気温度範囲での可能最大出力値の近似直線
Ｃ２…ほぼ定格出力が得られていない大気温度範囲での可能最大出力値の近似直線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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