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技術 電力誤差積分方式同時同量制御方法

出願人 株式会社日立製作所
発明者 佐野智一永井克典
出願日 2010年5月25日 (10年6ヶ月経過) 出願番号 2010-118979
公開日 2011年12月8日 (8年11ヶ月経過) 公開番号 2011-250526
状態 特許登録済
技術分野 交流の給配電
主要キーワード 各負荷制御装置 減算ブロック 送電ネットワーク 分配ブロック 積分ブロック 誤差調整 負荷分配 所内電力
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2011年12月8日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

給電指令システムから与えられる一定時間毎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。

解決手段

所定の単位時間毎に給電指令の電力量Ptを受信する給電指令入力部と、現在の送電電力W2t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W8t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Ptを単位時間で除算することで給電指令電力W1t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W2tと前記給電指令電力W1tとの差である誤差電力W3tを積分した誤差積分電力W5tを前記給電指令電力の調整電力W5tとして使用する。

概要

背景

規制緩和により電力自由化がなされ、自家発電設備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。

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)。

概要

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。所定の単位時間毎に給電指令の電力量Ptを受信する給電指令入力部と、現在の送電電力W2t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W8t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Ptを単位時間で除算することで給電指令電力W1t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W2tと前記給電指令電力W1tとの差である誤差電力W3tを積分した誤差積分電力W5tを前記給電指令電力の調整電力W5tとして使用する。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
0件

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請求項1

所定の単位時間毎給電指令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することを特徴とする電力誤差積分方式同時同量制御方法

請求項2

請求項1に記載の電力誤差積分方式同時同量制御方法において、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電力誤差積分方式同時同量制御方法。

請求項3

請求項2に記載の電力誤差積分方式同時同量制御方法において、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電力誤差積分方式同時同量制御方法。

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

0004

特許3806029号公報
特開2004−104949号公報

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、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

本発明の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。
本発明の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電力制御システムの構成図である。
本発明の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。

実施例

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(c)は本実施形態(本発明)の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、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、本発明の電力誤差積分方式同時同量制御を用いることで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。

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

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