火力發電設備、自然能源發電工廠及其控制方法
2023-10-25 00:29:32 4
火力發電設備、自然能源發電工廠及其控制方法
【專利摘要】本發明具備：燃氣輪機發電裝置(100)，將燃料的反應熱能源變換為電力；風力發電預測部(400)，計算風力發電裝置(10)的未來的設定時刻下的預測發電輸出；目標運算部(511)，根據預測發電輸出，運算設定時刻下的燃氣輪機發電裝置(100)的目標發電輸出；指令運算部(512)，運算燃氣輪機發電裝置(100)的發電輸出成為目標發電輸出那樣的向燃氣輪機發電裝置(100)的指令值(150)；以及指令輸出部(515)，從設定時刻，超前燃氣輪機發電裝置(100)的應答延遲時間，將指令值(150)輸出到燃氣輪機發電裝置(100)。由此，能夠高效地抑制自然能源發電裝置以及火力發電裝置的總發電輸出的變動。
【專利說明】火力發電設備、自然能源發電工廠及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及在自然能源發電裝置中組合的火力發電設備、在自然能源發電裝置中組合了火力發電設備的自然能源發電工廠及其控制方法。
【背景技術】
[0002]近年來，根據二氧化碳降低的觀點，利用了自然能源的發電裝置(自然能源發電裝置)、例如風力發電裝置、太陽能發電裝置得到了普及。但是，包括氣象而自然現象無法控制，所以自然能源發電裝置的發電輸出一般不穩定，如果連接這樣的電源，則有可能使針對系統的供給電力量變得不穩定。相對於此，提倡了將燃氣輪機發電裝置和風力發電裝置作為電源具備，根據風力發電裝置的預測發電輸出，控制燃氣輪機發電裝置的重油改質工廠(參照專利文獻I)。
[0003]【專利文獻I】日本特開2008-285571號公報
【發明內容】
[0004]雖然根據發電裝置的規模、氣溫等條件存在程度上的差異，但包括燃氣輪機發電裝置而在火力發電設備的發電輸出的控制中產生應答延遲。因此，在根據自然能源發電裝置的發電輸出的變動，控制火力發電設備的發電輸出的情況下，即使假設自然能源發電裝置的發電輸出按照預測推移，也有可能針對兩個發電裝置的目標總發電輸出，在實際的總發電輸出中，產生無法容許的過不足。根據環境保護的觀點、能源源的多樣化，今後估計自然能源發電裝置的需要進一步增加，預想自然能源發電裝置的負載變動的課題逐漸顯著化。
[0005]本發明是鑑於上述事情而完成的，其目的在於提供一種能夠抑制總發電輸出的變動的火力發電設備、自然能源發電工廠及其控制方法。
[0006]為了達成上述目的，本發明計算自然能源發電裝置的未來的設定時刻下的預測發電輸出，根據該預測發電輸出，運算上述設定時刻下的火力發電裝置的目標發電輸出，加入火力發電裝置的應答延遲時間，超前上述設定時刻，控制火力發電裝置。
[0007]根據本發明，能夠高效地抑制自然能源發電裝置以及火力發電裝置的總發電輸出的變動。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是示出本發明的第I實施方式的自然能源發電工廠的整體結構的概略圖。
[0009]圖2是本發明的第I實施方式的自然能源發電工廠的控制裝置中具備的控制部的功能框圖。
[0010]圖3是本發明的第I實施方式的自然能源發電工廠的控制裝置中具備的關聯信息資料庫的儲存信息的示意圖。
[0011]圖4是本發明的第I實施方式的自然能源發電工廠的控制裝置中具備的運轉信息資料庫的儲存信息的示意圖。
[0012]圖5是本發明的第I實施方式的自然能源發電工廠的控制裝置中具備的風力發電預測部的預測運算功能的動作說明用的模型圖。
[0013]圖6是示出由本發明的第I實施方式的自然能源發電工廠的控制裝置實施的針對燃氣輪機發電裝置的指令值的生成以及輸出的步驟的流程圖。
[0014]圖7是示出本發明的自然能源發電工廠的目標發電輸出和容許變動幅度的關係的圖。
[0015]圖8是示出負載變化率與頻率的變動幅度的關係的一個例子的圖形。
[0016]圖9是示意地示出燃氣輪機發電裝置的應答延遲特性的圖。
[0017]圖10是示意地示出本發明的自然能源發電工廠中的發電輸出的變動抑制的原理的圖。
[0018]圖11是例示在本發明的第I實施方式的自然能源發電工廠的圖像顯示裝置中顯示的初始畫面的圖。
[0019]圖12是例示在本發明的第I實施方式的自然能源發電工廠的圖像顯示裝置中顯示的運轉狀態顯示畫面的圖。
[0020]圖13是例示在本發明的第I實施方式的自然能源發電工廠的圖像顯示裝置中顯示的趨勢顯示畫面的圖。
[0021]圖14是例示在本發明的第I實施方式的自然能源發電工廠的圖像顯示裝置中顯示的趨勢圖形的圖。
[0022]圖15是示出本發明的第2實施方式的自然能源發電工廠的整體結構的概略圖。
[0023]圖16是本發明的第I實施方式的自然能源發電工廠的控制裝置中具備的太陽能發電預測部的預測運算功能的動作說明用的模型圖。
[0024]圖17是示出明的第3實施方式的自然能源發電工廠的整體結構的概略圖。
[0025]【符號說明】
[0026]10:風力發電裝置(自然能源發電裝置)；100、110:燃氣輪機發電裝置(火力發電裝置)；150、170:指令值；300:關聯信息資料庫；400:風力發電預測部(發電預測部)；401:太陽能發電預測部(發電預測部)；511:目標運算部；512:指令運算部；513:應答特性資料庫；514:延遲時間運算部；515:指令輸出部；516:數據更新部；600:運轉信息資料庫；962:時刻指定部；964:特性狀態顯示(輸出部)；965:設定條件欄(輸入部)；981:測量信號顯示欄(輸出部)；982、985:時刻指定部；1000:太陽能發電裝置(自然能源發電裝置)。
【具體實施方式】
[0027]本實施方式的自然能源發電工廠是在自然能源發電裝置中組合了火力發電設備的工廠。自然能源發電裝置是指將風力發電裝置、太陽能發電裝置等自然能源變換為電力的裝置。另外，本實施方式中的火力發電設設備是指包括火力發電裝置和其控制裝置的成套設備，還能夠例如與既存的自然能源發電裝置組合來構成自然能源發電工廠。火力發電裝置是指燃氣輪機裝置、聯合循環發電裝置等，將石油、煤炭、天然氣、廢棄物、生物質等燃料的反應熱能源變換為電力的裝置。
[0028]火力發電裝置具備具有渦輪的原動機、以及與渦輪連接的發電機，通過由控制裝置控制原動機的動作，控制火力發電裝置的發電輸出。控制裝置還連接到自然能源發電裝置，對自然能源發電裝置的控制也作出貢獻。控制裝置的控制的大的特徵在於，基於自然能源發電裝置的未來的預測發電輸出的火力發電裝置的先行控制。關於自然能源發電裝置的預測發電輸出，根據氣象信息等，通過適宜的運算模型(例如神經網絡)運算，優選根據與之後測量的自然能源發電裝置的發電輸出的誤差，修正運算模型來提高精度。必要的氣象信息的項目雖然還基於自然能源發電裝置的種類，但在例如風力發電裝置的情況下，是氣溫、溼度、風力、風向等。氣象信息是至少設置了自然能源發電裝置的地點(或者最接近其的地點)。關於這些氣象信息，既能夠使用用自然能源發電裝置的傳感器類或者另外設置的傳感器類測量的值，在不足的情況下還能夠利用氣象信息的提供機關提供的氣象信息。關於從提供機關所提供的氣象信息，雖然也可以由操作員輸入到控制裝置的資料庫，但還能夠將從氣象信息的提供機關經由網絡取得的信息逐次積蓄到資料庫。
[0029]另外，前面的「先行控制」是指，加入從對火力發電裝置輸出指令值至實際上該火力發電裝置轉移到與指令值對應的運轉狀態經過的時間(應答延遲時間)，以在比當前時刻規定時間前的設定時刻得到目標的發電輸出的方式，超前設定時刻，向火力發電裝置輸出指令。例如，在希望在從當前時刻起規定時間前的設定時刻在火力發電裝置中得到某個目標的發電輸出的情況下，在設定時刻輸出指令時，在發電輸出增加或者減少至目標發值的時刻成為從設定時刻起經過了應答延遲時間的時刻，此時，通過在從設定時刻起應答延遲時間前的時刻輸出指令，從而在設定時刻得到目標發電輸出。因此，為了實現本控制，從設定時刻追溯了應答延遲時間的時刻不應是過去的時刻，必須將從當前時刻起應答延遲時間未來的時刻(或者比其更前的時刻)作為設定時刻，決定設定時刻下的火力發電裝置的目標發電輸出。即，計算未來的設定時刻下的自然能源發電裝置的預測發電輸出，與其對應地計算該設定時刻下的火力發電裝置的目標發電輸出以及向用於得到目標發電輸出的火力發電裝置的指令值，在設定時刻的應答時間前的時刻，將該指令值輸出到火力發電裝置。在使自然能源發電裝置以及火力發電裝置的每小時的總發電輸出在期望的範圍內推移的情況下，如果能夠預測例如自然能源發電裝置的設定時刻的發電輸出，則能夠將從目標的總發電輸出減去該預測值而得到的值決定為火力發電裝置的設定時刻的目標發電輸出。
[0030]關於應答延遲時間，根據本自然能源發電工廠的工作環境，有可能在火力發電裝置的規模中成為大致恆定，但即使是同一火力發電裝置，也有可能根據氣溫、溼度等條件隨著時間經過變化。在該情況下，在例如燃氣輪機發電裝置、聯合循環發電裝置中，能夠根據壓縮機的吸氣的溫度、壓力、排氣的溫度、壓力等，計算應答延遲時間的預測值。另外，在伴隨運轉而在應答延遲時間的預測值和測量值中確認了超過容許的誤差的情況下，優選將應答延遲時間的預測值校正該誤差。
[0031]在上述技術思想下，根據自然能源發電裝置的預測發電輸出，加入應答延遲時間而對火力發電裝置進行先行控制，從而能夠抑制自然能源發電工廠的每小時的總發電輸出的變動，在連接的系統中決定了的容許範圍內，使總發電輸出推移。這樣，能夠使工廠的每小時的總發電輸出穩定，所以無需以不使總發電輸出低於容許範圍的方式，將目標總發電輸出設定得高於必要以上。如果將目標總發電輸出設定得高於必要以上，則經常在發電輸出中發生剩餘量，為了活用剩餘發電輸出，需要準備消耗剩餘發電輸出的負載裝置、例如電氣鍋爐、造水裝置等。相對於此，在本實施方式的自然能源發電工廠中，使每小時的總發電輸出在期望的範圍內推移，所以無需以剩餘發電輸出的消耗用的負載裝置的設置為前提，能夠抑制工廠的規模、成本而低廉地構築小型的工廠。另外，發電輸出穩定，所以具有作為電源的通用性高且能夠對應於各種系統這樣的大的優點。
[0032]另外，本實施方式的自然能源發電工廠對既存的自然能源發電裝置的活用大幅作出貢獻。即，通過將包括控制裝置的火力發電設備作為封裝而追加設置到既存的自然能源發電裝置，能夠將作為不穩定電源的既存的自然能源發電裝置改良為符合於例如連接系統的要求的穩定電源。
[0033]以下，使用附圖，說明本發明的實施方式。
[0034](第I實施方式)
[0035]1.結構
[0036](1-1)自然能源發電工廠
[0037]圖1是示出本發明的第I實施方式的自然能源發電工廠的整體結構的概略圖。
[0038]該圖所示的自然能源發電工廠具備作為自然能源發電裝置的風力發電裝置10、作為火力發電設備的燃氣輪機發電設備。燃氣輪機發電設備具備作為火力發電裝置的燃氣輪機發電裝置100、控制裝置200、以及用戶接口。該自然能源發電工廠有時新構築，在例如風力發電裝置10是既存設備的情況下，還有時對其追加設置燃氣輪機發電設備而構築。
[0039](1-2)燃氣輪機發電裝置
[0040]燃氣輪機發電裝置100具備作為原動機的燃氣輪機、以及用燃氣輪機驅動的發電機3。燃氣輪機具備對吸入了的空氣進行壓縮的壓縮機2、將來自壓縮機2的壓縮空氣與燃料一起燃燒的燃燒器4、以及用來自燃燒器4的燃燒氣體驅動的渦輪I。發電機3經由渦輪軸與渦輪I連結。雖然沒有特別圖示，但在燃氣輪機發電裝置100中，在各處設置有溫度計、壓力計、流量計、電力計等各種傳感器，在燃氣輪機發電裝置100的運轉中、將這些傳感器的測量值140、例如壓縮機2的吸氣溫度、吸氣壓力、渦輪I的排氣溫度、排氣壓力、燃料濃度、燃料流量、吸氣流量、發電機3的發電輸出等作為運轉信息輸出到控制裝置200。另外，通過燃燒器4的燃料噴射量、壓縮機2的吸氣流量，控制燃氣輪機發電裝置100的動作。具體而言，通過在燃燒器4中與燃料噴射噴嘴連接了的燃料系統的流量調整閥的開度，調整燃料噴射量。具體而言，通過在壓縮機2的入口中設置的IGV(Inlet Guide Vane)的開度，調整吸氣流量。這些流量調整閥、IGV依照來自控制裝置200的指令值150動作。
[0041](1-3)風力發電裝置
[0042]風力發電裝置10具備多個風力發電機11。在各風力發電機11中，設置了例如對風速、風向分別進行測量的風速計、風向計等傳感器。這些傳感器與控制裝置200連接，在風力發電裝置10的運轉中，將各傳感器的測量值120作為運轉信息輸出到控制裝置200。另外，通過葉片的俯仰角、葉片、輪轂以及吊艙的朝向，控制風力發電裝置10的動作。具體而言，通過介於葉片與輪轂之間的俯仰驅動裝置，調整葉片的俯仰角。具體而言，通過介於搭架與吊艙之間的偏航驅動裝置，調整葉片、輪轂以及吊艙的朝向。這些俯仰驅動裝置、偏航驅動裝置依照來自控制裝置200的指令值130而動作。在風力發電裝置10中，通常針對風承受一定以上的風速而使葉片旋轉，從而使發電機驅動而發電，在例如強風時，還有時改變葉片的俯仰角來減小受風面積而停止。風力發電裝置10的發電輸出依賴於風速,並且針對風速的發電輸出的特性依賴於風力發電機11的設計。
[0043](1-4)控制裝置
[0044]控制裝置200根據來自燃氣輪機發電裝置100的測量值140，以使燃氣輪機發電裝置100的發電輸出接近該目標發電輸出的方式，控制該燃氣輪機發電裝置100的動作。該控制裝置200具備關聯信息資料庫200、風力發電預測部300、控制部500、以及運轉信息資料庫600。
[0045](1-4.1)關聯信息資料庫
[0046]關聯信息資料庫300是儲存了包括氣象信息的與自然能源關聯的信息、風力發電裝置10、燃氣輪機發電裝置100的設計信息、這些發電裝置10、100的傳感器的一部的測量值等為了計算風力發電裝置10的預測發電輸出而所需的信息的存儲部。控制裝置200連接到網際網路等網絡700，能夠經由網絡700逐次取得氣象信息提供機關(例如氣象廳)提供的氣象信息，取得了的氣象信息被積蓄於關聯信息資料庫300。之後，參照圖3，說明在該關聯信息資料庫300中儲存的數據的例子。
[0047](1-4.2)運轉信息資料庫
[0048]運轉信息資料庫600是儲存包括從風力發電裝置10以及燃氣輪機發電裝置100輸入了的測量值120、140的運轉信息的存儲部。之後，參照圖4，說明在該運轉信息資料庫300中儲存的數據的例子。
[0049](1-4.3)風力發電預測部
[0050]風力發電預測部400發揮讀出在關聯信息資料庫300中儲存的信息，根據所讀出的信息，計算風力發電裝置10的未來的設定時刻下的預測發電輸出的功能。「設定時刻」是指，比當前時刻前進了設定時間的前面的時刻，「設定時間」是指，燃氣輪機發電裝置100的應答延遲時間或者比其更長地設定的時間，但在本實施方式中，與應答延遲時間符合。「應答延遲時間」是指，從向燃氣輪機發電裝置100輸出指令值至實際上該燃氣輪機發電裝置100轉移到與指令值對應的運轉狀態所經過的時間。應答延遲時間有可能根據壓縮機2的吸氣溫度等條件而變化。作為為了計算風力發電裝置10的預測發電輸出而所需的信息，例如，可以舉出氣溫、溼度等大氣信息、風速、用風力發電裝置10測量了的發電輸出等。之後，參照圖5，說明預測發電輸出的計算的例子。
[0051](1-4.4)控制部
[0052]控制部500發揮如下功能:根據由風力發電預測部400計算出的預測發電輸出，計算上述設定時刻下的燃氣輪機發電裝置100的目標發電輸出，以在設定時刻得到目標發電輸出的方式，在加入了應答延遲時間的定時，將基於目標發電輸出的指令值150輸出到燃氣輪機發電裝置100。在燃氣輪機發電裝置100中，根據該指令值150，調整吸氣流量、燃料流量而控制發電輸出。之後，參照圖2，說明控制部500內的各功能部。另外，之後，參照圖6，說明指令值150的生成.輸出的步驟。
[0053](1-5)用戶接口
[0054]在自然能源發電工廠中，作為用戶接口，具備輸入裝置900、支援工具910、以及圖像顯示裝置950。輸入裝置900由鍵盤901、滑鼠902等適宜地構成。在使圖像顯示裝置950成為觸摸面板的情況下，圖像顯示裝置950也有可能作為輸入裝置發揮功能。操作員通過使用輸入裝置900以及圖像顯示裝置950來操作支援工具910，能夠觀察與風力發電裝置10、燃氣輪機發電裝置100有關的各種信息。另外，能夠訪問控制裝置200的資料庫300、600等來閱覽儲存信息、或者設定風力發電裝置10、燃氣輪機發電裝置100的控制值。
[0055]支援工具910具備外部輸入接口 920、數據發送接收處理部930、以及外部輸出接口 940。將由輸入裝置900生成了的輸入信號800、來自控制裝置200的信息210經由外部輸入接口 920取入到支援工具910。在數據發送接收處理部930中，接收輸入信號800處理從外部輸入接口 920輸入的輸入信號801，作為輸出信號802發送到外部輸出接口 940。例如，在根據指示顯示輸出的操作從輸入裝置900輸入了輸入信號800的情況下，根據該輸入信號800在數據發送接收處理部930中實施了適宜處理的結果，從外部輸出接口 940向圖像處理裝置950輸入輸出信號803而在圖像顯示裝置950中實施期望的顯示輸出。在根據指示設定輸入的操作而從輸入裝置900輸入了輸入信號800的情況下，根據該輸入信號800在數據發送接收處理部930中實施了適宜處理的結果，從外部輸出接口 940向控制裝置200輸入輸出信號220而向控制裝置200提供指示。另外，在控制裝置200與風力發電裝置10以及燃氣輪機發電裝置100之間交換的指令值130、150以及測量值120、140也可以儲存於保養工具910內的資料庫(未圖示)。
[0056](1-6)控制部的功能部
[0057]圖2是控制裝置200的上述控制部500的功能框圖。
[0058]如該圖所示，控制裝置200的上述控制部500具備目標運算部511、指令運算部512、應答特性資料庫513、延遲時間運算部514、指令輸出部515、以及數據更新部516。
[0059](1-61)目標運算部
[0060]目標運算部511發揮根據由風力發電預測部400計算出的設定時刻下的預測發電輸出，運算該設定時刻下的燃氣輪機發電裝置100的目標發電輸出的功能。從例如風力發電裝置10以及燃氣輪機發電裝置100的每小時的總發電輸出的目標值(自然能源發電工廠的每小時的目標發電輸出)，減去該設定時刻下的風力發電裝置10的預測發電輸出，求出該設定時刻下的目標發電輸出。
[0061](1-62)指令運算部
[0062]指令運算部512發揮運算燃氣輪機發電裝置100的每小時的發電輸出成為由目標運算部511計算出的目標發電輸出那樣的向燃氣輪機發電裝置100的指令值的功能。此處計算出的指令值成為向壓縮機I的IGV、燃燒器4的流量調整閥的指令值150。
[0063](1-63)應答特性資料庫
[0064]應答特性資料庫513是存儲了燃氣輪機發電裝置100的應答延遲時間的預測值的存儲部。關於應答延遲時間的預測值，例如，針對壓縮機I的吸氣溫度、吸氣壓力、渦輪I的排氣溫度、排氣壓力、燃料濃度等燃氣輪機發電裝置100的各種動作條件的每一個，設定適合的值，以表格形式存儲。
[0065](1-64)延遲時間運算部
[0066]延遲時間運算部514起到根據燃氣輪機發電裝置100的動作條件，計算應答延遲時間的預測值的功能。具體而言，該延遲時間運算部514從運轉信息資料庫600讀出例如燃氣輪機發電裝置100的最新的運轉信息(吸氣溫度、吸氣壓力、排氣溫度等)，根據讀出的運轉信息，從應答特性資料庫513，抽出與該信息相應的表格。抽出的表格中所設定的應答延遲時間成為從當前的燃氣輪機發電裝置100的運轉狀況預測的應答延遲時間。
[0067](1-65)指令輸出部
[0068]指令輸出部515發揮比上述設定時刻超前由延遲時間運算部514所運算的燃氣輪機發電裝置100的應答延遲時間而將指令值150輸出到燃氣輪機發電裝置100的功能。
[0069](1-66)數據更新部
[0070]數據更新部516起到在應答特性資料庫513中儲存了的應答延遲時間的預測值和測量值的誤差超過了設定值(設定的容許範圍)的情況下，根據該誤差修正並更新應答特性資料庫513的應答延遲時間的功能。成為修正的對象的是在與實際的應答延遲時間之間有超過設定值的誤差的運轉信息(表格)的應答延遲時間，但針對接近的運轉信息的表格，也能夠修正應答延遲時間。作為此處所稱的接近的運轉信息的表格，例如，可以舉出針對在應答延遲時間的預測值中認識了超過容許的誤差的表格，關於全部條件項目，差收斂於一定範圍的表格。
[0071]2.數據
[0072]此處，例示關聯信息資料庫300以及運轉信息資料庫600的儲存信息。
[0073](2-1)關聯信息資料庫的儲存信息
[0074]圖3是關聯信息資料庫的儲存信息的示意圖。
[0075]如該圖所示，在關聯信息資料庫300的儲存信息中，包括直至達到當前的各時刻下的氣象信息。另外，在關聯信息資料庫300中儲存的氣象信息至少包括設置了風力發電裝置10的地點(或者從該地點最近的地點)的氣象信息，另外，還可能包括能夠在該地點的設定時間後的氣象中反映的多個地點的氣象信息。氣象信息的取得間隔基於氣象信息提供機關的信息的更新間隔。但是，如果不依賴於氣象信息提供機關而處於獲知期望的地域的氣象信息的狀況，則在氣象信息提供機關的信息的更新間隔中沒有制約。另外，在該圖中，還顯示了不對風力發電的預測發電輸出的計算作出貢獻的項目(例如日射量)，還設想以太陽能發電裝置為對象的情況而在此合起來儲存。如果不期望儲存不需要的數據，則僅儲存必要的數據既可。
[0076]在圖3的例子中，儲存了每個時刻的天氣、氣溫、風向、風速、溼度、日射量。天氣用晴朗、晴、微陰……等(例如氣象廳一般發布的15種)區分。關於風向，在日本一般使用16個方位，但在國際式中，使用了以正北為基準而順時針分割為360度而表現的360方位。在該圖中，示出了採用了按照I度單位對風向進行數值化而得到的360方位的例子，但即使在16方位下，也能夠針對各方位按照22.5度單位對風向進行數值化。另外，關於風向、風速，是在風力發電裝置10中也測量的值，所以不限於氣象信息提供機關提供的信息，還能夠儲存來自風力發電裝置10的測量值120。
[0077]另外，雖然未特別圖示，但除了圖3所示的信息以外，將風力發電裝置10的設計信息、燃氣輪機發電裝置100的設計信息、系統連接的限制、規則等信息也儲存於關聯信息資料庫300。
[0078](2-2)運轉信息資料庫的儲存信息
[0079]圖4是運轉信息資料庫的儲存信息的示意圖。
[0080]如該圖所示，在運轉信息資料庫600的儲存信息中，包括從風力發電裝置10以及燃氣輪機發電裝置100得到的測量值120、140。即，針對每個測量時刻，存儲了風力發電裝置10以及燃氣輪機發電裝置100的各傳感器的測量信息。圖中的PID編號是指，為了運轉信息資料庫600的儲存信息的活用的容易化而對各測量項目分配了的固有的編號。處於其下的字母是表示被測量對象的記號。例如，F是流量值、T是溫度值、P是壓力值、E是發電輸出值、D是濃度值……。另外，該圖是示意圖，所以不詳細，但對於例如流量值F，實際上也有吸氣流量、燃料流量、排氣流量等多個信息。溫度值T、壓力值P等也是同樣的。另外，在該圖中，例示了以I秒周期保存了運轉信息的情況，但運轉信息的適合的採樣周期根據成為對象的燃氣輪機發電裝置而不同。
[0081]3.風力發電輸出的預測
[0082]圖5是風力發電預測部的預測運算功能的動作說明用的模型圖。
[0083]此處，說明根據風況和當前的風力發電輸出，預測設定時刻的風力發電輸出的運算模型。本模型具有輸入層、中間層以及輸出層，在輸入層以及中間層中具備多個節點。輸入層的各節點與中間層的各節點連結，中間層的各節點與輸出層的節點連結。在各節點中，設定了表示連結的強度的權重係數。即，運算模型存在輸入層、中間層以及輸出層的節點的連結圖案的數量。這樣的模型被稱為神經網絡，是模擬人類的腦神經網絡而得到的。
[0084]在風力發電預測部400中，使用這樣的運算模型來計算風力發電裝置10的預測發電輸出。具體而言，如果由風力發電裝置10所測量的風力發電輸出被輸入到該圖的輸入層，則風力發電預測部400抽出應用於在設定時間前輸入到輸入層的輸入值(包括氣溫、風速、溼度等的關聯信息資料庫300的存儲信息)來得到風力發電輸出(測量值)的運算模型(權重係數的組合)。根據抽出了的運算模型，能夠根據設定時間前的輸入值，計算風力發電輸出(測量值)。風力發電預測部400將這樣求出了的運算模型應用於新的輸入值，計算設定時間後的風力發電裝置10的預測發電輸出。然後，將在設定時間後測量的風力發電輸出與預測值進行比較，如果針對測量值的預測值的誤差是設定值(容許值)以上，則調整權重係數來再學習導入了根據設定時間前的輸入值實際上測量了的風力發電輸出的運算模型。在這樣的步驟中，風力發電預測部400反覆學習，對輸入值間的相關關係進行模型化。越重複學習，利用運算模型的風力發電輸出的預測精度越能夠提高。關於在節點中設定的函數，一般使用被稱為反曲函數的指數函數，但不限於此。另外，考慮多個在學習時調整權重係數的算法。一般，使用反向傳播法。關於這些詳細的計算算法，在「Simon Haykin著"NEURAL NETWORKS:a comprehensive foundat1n-2nd sd."Prentice-Hall, Inc.出版、1999年」中詳述。
[0085]另外，雖然還能夠針對每個風力發電機11，製作運算模型，但還能夠用風力發電裝置10(風力發電場)整體製作I個運算模型。
[0086]4.控制步驟
[0087]圖6是示出由控制裝置實施的針對燃氣輪機發電裝置的指令值(MWD:發電指令)的生成以及輸出的步驟的流程圖。
[0088](步驟S501、S506)
[0089]控制裝置200首先在步驟S501中，通過風力發電預測部400，比較根據設定時間前的輸入值計算出的預測發電輸出和當前或者最新的風力發電輸出(測量值)，判定兩者的誤差的大小是否小於預先決定為容許範圍的設定值(閾值)。此處，將設定時間作為燃氣輪機發電裝置100的應答延遲時間。在判斷為誤差小於設定值而預測發電輸出的當前的運算模型確保了期望的精度的情況下，使步驟轉移到步驟S502。另一方面，在判斷為誤差是設定值以上而在預測發電輸出的當前的運算模型中未確保期望的精度的情況下，使步驟轉移到步驟S506，在如上所述再學習了預測發電輸出的運算模型之後，使步驟轉移到步驟S502。
[0090](步驟 S502)
[0091 ] 在本步驟中，控制裝置200通過風力發電預測部400，使用當前的運算模型，如圖5說明，根據當前或者最新的輸入值，計算設定時間後的(燃氣輪機發電裝置100的應答延遲時間量之前的時刻的)風力發電裝置10的預測發電輸出。關於在本步驟中使用的運算模型，在步驟S501中誤差小於設定值的情況下，是步驟S501的執行時間點的運算模型，在步驟S501中誤差是設定值以上的情況下，是在步驟S506中修正了的運算模型。
[0092](步驟S503)
[0093]在接著的步驟503中，控制裝置200根據之前計算出的風力發電裝置10的設定時間後的每小時的預測發電輸出，通過目標運算部511，計算設定時間後的燃氣輪機發電裝置100的每小時的目標發電輸出。具體而言，通過從本自然能源發電工廠的每小時的目標總發電輸出(負載目標)減去風力發電裝置10的預測發電輸出，計算設定時間後的燃氣輪機發電裝置100的目標發電輸出。另外，根據目標發電輸出，通過指令運算部512，生成向燃氣輪機發電裝置100的指令信號(MWD) 150。
[0094]另外，通過針對連接本自然能源發電工廠的每個系統規定了的連接條件，決定本自然能源發電工廠的每小時的目標總發電輸出。系統的連接條件在國家、地域中不同，但在大多數情況下，規定了發電輸出的變動幅度(負載變動幅度)和系統頻率的變動幅度。如果是已經連接了幾個電源的系統，則即使連接本工廠而使燃氣輪機發電裝置100的輸出急劇變化，頻率的變動也被系統吸收，所以重視發電輸出的變動幅度的抑制既可。另外，在為了抑制發電輸出的變動幅度而規定了發電輸出的範圍的情況下，期望如圖7所示，將規定範圍的上限值以及下限值之間的值(例如兩值的平均值程度)設定為目標總發電輸出，向減少方向和增加方向都保持餘量。
[0095]另一方面,在連接到以獨立操作(island operat1n)為代表那樣的其他連接電源少的系統的情況下，如果使燃氣輪機發電裝置100的輸出急速變化，則有可能在系統頻率中產生影響。在該情況下，需要使燃氣輪機發電裝置100的負載以收斂於系統頻率的容許變動幅度的負載變化率變化。在圖8中說明該點。
[0096]圖8是示出負載變化率與頻率的變動幅度的關係的一個例子的圖形。
[0097]在該圖的圖形中，例示了負載變化率與頻率的變動幅度的關係是線性的情況，但兩者的關係不限於線性。通過事先的特性試驗、仿真模型，掌握負載變化率與頻率的變動幅度的關係。在頻率的變動幅度中有制約的情況下，例如，在圖8的圖形中，將與頻率變動幅度的制限值X對應的負載變化率I決定為容許的負載變化率的上限值，在調整燃氣輪機發電裝置100的發電輸出時，以使負載變化率不超過上限值y的方式，運用燃氣輪機發電裝置100。
[0098](步驟S504、S507、S508)
[0099]在接著的步驟504中，控制裝置200根據從設定時間前至當前的測量值140，求出燃氣輪機發電裝置100的應答特性(發電輸出的推移)，判定在應答特性資料庫513中儲存了的對應的應答特性的預測值和測量了的應答特性的誤差的大小是否小於設定值(閾值)。另外，在圖9中示意地示出燃氣輪機發電裝置的應答延遲特性。在該圖中，示出使燃氣輪機發電裝置100的負載從75%變化為100%時的針對指令值的發電輸出的延遲。
[0100]在步驟S504中，控制裝置200在判斷為誤差小於設定值而在應答特性資料庫513中儲存了的應答特性的預測值確保了期望的精度的情況下，使步驟轉移到步驟S505。另一方面，在判斷為誤差是設定值以上而在應答特性資料庫513中當前儲存了的數據未具有期望的精度的情況下，控制裝置200在執行了步驟S507、S508的步驟之後，使步驟轉移到步驟S505。在步驟S507中，由數據更新部516，將在應答特性資料庫513中儲存了的應答特性的預測值修正誤差量。伴隨該應答特性的預測值的修正，在接著的步驟S508中，在步驟S501中在風力發電裝置10的預測發電輸出的誤差判定中使用的設定時間也通過數據更新部516變更。
[0101](步驟S5O5)
[0102]在步驟505中，將在步驟503中生成了的指令值150通過指令輸出部515輸出到燃氣輪機發電裝置100。此處輸出的指令值150是根據設定時間後、即應答延遲時間後的燃氣輪機發電裝置100的目標發電輸出生成了的指令值，所以關於燃氣輪機發電裝置100的發電輸出，延遲而應答，在設定時間後能夠達到目標值。
[0103]控制裝置200通過反覆執行以上的步驟，能夠提高風力發電裝置10的預測發電輸出的計算精度、應答延遲時間的估計精度，靈活地對應於風力發電裝置10的發電輸出的變動，將自然能源發電工廠的發電輸出的變動抑制於期望的範圍內。在理想地執行了燃氣輪機發電裝置100的控制的情況下，如圖10所示，與風力發電裝置10的發電輸出的變動對應地，以使增減與風力發電裝置10的發電輸出相逆的方式，控制燃氣輪機發電裝置100的發電輸出，合計了兩者的發電輸出的工廠的總發電輸出成為大致恆定。
[0104]5.操作方法
[0105]接下來，說明使用支援工具910而使測量值120、指令值130、關聯信息資料庫300、設定值、運轉信息資料庫600等信息顯示於圖像顯示裝置950的方法。
[0106]圖11-圖14是在圖像顯示裝置950中顯示的畫面的例子。操作員執行使用鍵盤901、滑鼠902而在成為這些畫面的空欄的部位輸入參數值等操作。
[0107]圖11是例示了在圖像顯示裝置中顯示的初始畫面的圖。
[0108]在該初始畫面中，顯示了運轉狀態顯示按鈕951、趨勢顯示按鈕952，使用滑鼠902使光標953移動到某個選擇了的按鈕上並點擊，從而顯示遷移到下層次的畫面。
[0109]圖12是例示了通過在初始畫面中點擊運轉狀態顯示按鈕951而顯示的運轉狀態顯示畫面的圖。
[0110]在該運轉狀態顯示畫面中，顯示了系統信息顯示欄961、時刻指定欄962、特性狀態顯示部964、設定條件欄965、關聯信息顯示欄966等。如果在時刻指定欄962中輸入並指定過去的時刻，並點擊了顯示按鈕963，則指定時刻的各種信息、具體而言工廠各處的傳感器的測量數據等顯示於顯示欄。在特性狀態顯示部964中，顯示與指定時刻下的風力發電裝置10的預測發電輸出的測量值的誤差、燃氣輪機發電裝置10的應答延遲時間。在設定條件欄965中，顯示在圖6的流程圖的說明中敘述了的各種條件、例如風力發電裝置10的預測發電輸出的誤差的容許值、工廠的發電輸出的變動容許值、以及頻率的變動容許值，並且還能夠在該設定條件欄965中輸入設定設定條件。另外，在關聯信息顯示欄966中，顯示了關聯信息資料庫300的儲存信息的項目(在圖12中，天氣、氣溫、風向、風速、溼度、日射量)，通過從這些中選擇期望的項目而點擊顯示按鈕967，顯示在關聯信息資料庫300中儲存了的指定時刻的相應項目的數據。另外，在點擊了返回按鈕968的情況下，返回到圖11的初始畫面。
[0111]圖13是例示了通過在初始畫面中點擊趨勢顯示按鈕952而顯示的趨勢顯示畫面的圖。
[0112]該趨勢顯示畫面是用於使趨勢在圖像顯示裝置950中顯示的設定畫面。如果在該趨勢顯示畫面中，在測量值顯示欄981中用各段的下拉菜單選擇期望的測量值，輸入其邊緣(上限/下限)，在時刻指定欄982中指定時刻而點擊了顯示按鈕963，則如圖14那樣，趨勢圖形顯示於圖像顯示裝置950。如果點擊了圖14的返回按鈕991，則返回到圖13的畫面。
[0113]另外，通過在趨勢顯示畫面的關聯信息顯示欄984中，選擇天氣、氣溫、風向、風速、溼度、日射量中的期望的項目來點擊顯示按鈕985，顯示在關聯信息資料庫300中儲存了的指定時刻的相應項目的數據。另外，關於天氣，如上所述，使用例如氣象廳一般發布的15種來表現。如果如對晴朗分配O、對晴分配1、對微陰分配2那樣，對天氣的種類依次分配直至14的編號，在時刻指定欄985中指定時間而點擊了顯示按鈕986，則指定了的時間的趨勢圖形如圖14那樣顯示於圖像顯示裝置950。如果點擊了趨勢顯示畫面的返回按鈕989，則返回到圖11的初始畫面。
[0114]6.效果
[0115]如以上說明，在本實施方式中，計算風力發電裝置10的未來的設定時刻下的預測發電輸出，根據該預測發電輸出，運算該設定時刻下的燃氣輪機發電裝置100的目標發電輸出，加入燃氣輪機發電裝置100的應答延遲時間，超前該設定時刻而控制燃氣輪機發電裝置100。由此，能夠靈活地對應於風力發電設備10的發電輸出的變動，來抑制自然能源發電工廠的每小時的發電輸出(風力發電裝置10以及燃氣輪機發電裝置100的每小時的總發電輸出)的變動，也能夠滿足在連接的系統中決定了的連接條件。
[0116]另外，這樣，能夠使每小時的總發電輸出穩定，所以無需以不使總發電輸出低於容許範圍的方式，將目標總發電量設定得高於必要以上，能夠抑制發生剩餘發電量。另外，無需為了活用剩餘發電輸出，準備消耗剩餘發電輸出的電氣鍋爐、造水裝置等負載裝置，所以能夠抑制工廠的規模、成本。具有能夠提供根據發電輸出的穩定性，通用性也高，且能夠對應於各種系統的自然能源發電工廠的大的優點。
[0117]另外，本實施方式的自然能源發電工廠還能夠活用既存的自然能源發電裝置。即，在風力發電裝置10作為既存設備存在的情況下，通過將包括控制裝置200的燃氣輪機發電設備作為封裝追加設置到既存的風力發電裝置10，能夠將單獨時成為不穩定電源的既存的風力發電裝置10改良為適合於例如連接系統的要求的穩定電源。
[0118]另外，如圖5說明，通過風力發電預測部400、控制部500 (數據更新部516)，風力發電裝置10運算的預測發電輸出、以及燃氣輪機發電輸出100運算的應答延遲時間的預測值的精度能夠伴隨運用時間而提高，所以能夠使燃氣輪機發電裝置100的控制的可靠性隨著時間經過提聞。
[0119](第2實施方式)
[0120]圖15是示出本發明的第2實施方式的自然能源發電工廠的整體結構的概略圖，是與圖1對應的圖。在該圖中，對與第I實施方式同樣的部分，附加與上述附圖相同的符號而省略說明。
[0121]本實施方式與第I實施方式相異的點在於，作為自然能源發電裝置，代替風力發電裝置10而使用太陽能發電裝置1000。太陽能發電裝置1000是由多個太陽能面板1100構成的發電裝置。另外，在控制裝置200中，代替風力發電預測部400而設置了太陽能發電預測部401。
[0122]圖16是太陽能發電預測部的預測運算功能的動作說明用的模型圖，是與圖5對應的圖。
[0123]如該圖所示，太陽能發電預測部401在是具備分別具有節點的輸入層、中間層以及輸出層的模型的點中與風力發電預測部400共用，但在代替風速將日射量作為必須的輸入值的點中與風力發電裝置400相異。另外，即使是相同的日射量，根據溼度，陽光的散射程度也變化，所以溼度也是重要的輸入值。根據這些輸入值學習太陽能發電輸出的運算模型的步驟與風力發電預測部400相同。自然能源發電裝置的種類不同，所以關聯的測量值有可能不同，但關於其他裝置、針對燃氣輪機發電裝置100的指令值150的輸出步驟，與第I實施方式相同。
[0124]即使在本實施方式中，通過根據太陽能發電裝置1000的預測發電輸出，運算設定時間後的燃氣輪機發電裝置100的目標發電輸出，加入應答延遲時間,對燃氣輪機發電裝置100進行先行控制，能夠靈活地對應於太陽能發電設備1000的發電輸出的變動，抑制工廠的發電輸出的變動等，得到與第I實施方式同樣的效果。
[0125](第3實施方式)
[0126]圖17是示出本發明的第3實施方式的自然能源發電工廠的整體結構的概略圖，是與圖1對應的圖。在該圖中，對與第I實施方式同樣的部分，附加與上述附圖相同的符號而省略說明。
[0127]本實施方式與第I實施方式相異的點在於，追加燃氣輪機發電裝置110而使燃氣輪機發電裝置成為多個(在本實施方式中2個)。燃氣輪機發電裝置11既可以與燃氣輪機發電裝置10相同，也可以不同。與燃氣輪機發電裝置100同樣地，燃氣輪機發電裝置110在與控制裝置200之間交換測量值160以及指令值170。其他結構與第I實施方式相同。
[0128]在本實施方式的情況下，通過燃氣輪機發電裝置100、110的運用方法在得到的效果中產生差。例如，在與第I實施方式同樣地，根據風力發電裝置10的發電輸出的變動，控制燃氣輪機發電裝置100、110這雙方的情況下，依照圖6的流程圖，控制燃氣輪機發電裝置100、110這雙方。但是，使燃氣輪機發電裝置100、110以適合的比例(例如1:1)分擔要求的燃氣輪機發電輸出，將各分擔量的發電輸出分別決定為圖6的流程圖的步驟S503中的目標發電輸出。在該情況下，雖然工廠的規模不同，但得到與第I實施方式基本上同樣的效果O
[0129]另一方面，還能夠以例如頻率的穩定化為目的，使一方的燃氣輪機發電裝置100以恆定負載運轉，使另一方的燃氣輪機發電裝置110如第I實施方式那樣以變動負載運轉。在該情況下，在圖6的步驟503中，從目標總發電輸出減去風力發電裝置10的預測發電輸出與燃氣輪機發電裝置100的發電輸出之和，來計算燃氣輪機發電裝置110的目標發電輸出。此時，通過燃氣輪機發電裝置100抑制頻率的變動，所以在使燃氣輪機發電裝置110的發電輸出變動時，無需決定在圖7中說明那樣的負載變化率的上限，採用最大負載變化率。在該情況下，燃氣輪機發電裝置110的發電輸出的應答性提高。
[0130](其他)
[0131]另外，如上所述，在火力發電裝置中，不限於燃氣輪機發電裝置100、110，而能夠應用聯合循環發電裝置等、包括燃氣輪機的發電裝置。另外，關於自然能源發電裝置，也不限於風力發電裝置10、太陽能發電裝置1000，例如波力發電裝置等其他自然能源發電裝置也能夠成為對象。另外，以關聯信息資料庫300、運轉信息資料庫600等資料庫包含於控制裝置200的情況為例子進行了說明，但當然還能夠應用與控制裝置200獨立的存儲裝置。控制裝置200的各功能部也可以分別分成獨立的裝置。另外，以將運轉信息資料庫600、關聯信息資料庫300的儲存信息、各種信息、設定等在圖像顯示裝置950中顯示輸出的情況為例子進行了說明，但這些信息的輸出方式不限於向顯示裝置的顯示輸出，而也可以是向印表機的印刷輸出、向揚聲器的聲音輸出等其他輸出樣式。
【權利要求】
1.一種火力發電設備，其特徵在於包括: 火力發電裝置，將燃料的反應熱能源變換為電力； 發電預測部，計算自然能源發電裝置的未來的設定時刻下的預測發電輸出； 目標運算部，根據所述預測發電輸出，運算所述設定時刻下的所述火力發電裝置的目標發電輸出； 指令運算部，運算所述火力發電裝置的發電輸出成為所述目標發電輸出那樣的向所述火力發電裝置的指令值；以及 指令輸出部，從所述設定時刻超前所述火力發電裝置的應答延遲時間，而將所述指令值輸出到所述火力發電裝置。
2.根據權利要求1所述的火力發電設備，其特徵在於包括: 關聯信息資料庫，儲存了包括氣象信息的與自然能源關聯的信息；以及 所述發電預測部，根據該關聯信息資料庫的信息，運算所述預測發電輸出。
3.根據權利要求1所述的火力發電設備，其特徵在於:所述目標發電輸出是從所述自然能源發電裝置以及所述火力發電裝置的總發電輸出的目標值減去所述預測發電輸出而得到的值。
4.根據權利要求1所述的火力發電設備，其特徵在於:所述發電預測部在所述自然能源發電裝置的預測發電輸出相對於測量值的誤差是容許值以上的情況下，修正預測發電輸出的運算模型。
5.根據權利要求1所述的火力發電設備，其特徵在於包括: 應答特性資料庫，存儲了所述火力發電裝置的應答延遲時間的預測值；以及數據更新部，在該應答特性資料庫的應答延遲時間的預測值相對於測量值的誤差是容許值以上的情況下，將所述應答延遲時間的預測值修正並更新該誤差量。
6.根據權利要求1所述的火力發電設備，其特徵在於包括: 運轉信息資料庫，儲存了包括動作流體的溫度的運轉信息；以及 延遲時間運算部，根據該運轉信息資料庫的信息，運算所述火力發電裝置的應答延遲時間的預測值。
7.根據權利要求1所述的火力發電設備，其特徵在於包括: 輸入部，輸入所述自然能源發電裝置以及所述火力發電裝置的總發電輸出的容許變動幅度。
8.根據權利要求1所述的火力發電設備，其特徵在於包括: 時刻指定部，指定過去的時刻；以及 輸出部，輸出指定時刻下的所述預測發電輸出相對於測量值的誤差。
9.根據權利要求1所述的火力發電設備，其特徵在於包括: 時刻指定部，指定過去的時刻；以及 輸出部，輸出指定時刻下的所述自然能源發電裝置以及所述火力發電裝置的運轉信肩、O
10.一種自然能源發電工廠，其特徵在於包括: 權利要求1所述的火力發電設備；以及 所述自然能源發電裝置。
11.一種自然能源發電工廠，其特徵在於: 所述自然能源發電裝置是既存的設備，是對該自然能源發電裝置追加設置權利要求1的火力發電設備而構成的。
12.一種自然能源發電工廠的控制方法，在自然能源發電裝置中組合了火力發電設備，其特徵在於: 計算所述自然能源發電裝置的未來的設定時刻下的預測發電輸出， 根據所述預測發電輸出，運算所述設定時刻下的所述火力發電設備的目標發電輸出， 以使所述火力發電設備的發電輸出成為所述目標發電輸出的方式，運算向所述火力發電設備的指令值， 比所述設定時刻超前所述火力發電設備的應答延遲時間而將所述指令值輸出到所述火力發電設備。
13.根據權利要求11的自然能源發電工廠的控制方法，其特徵在於: 計算所述自然能源發電裝置的未來的設定時刻下的預測發電輸出， 為了頻率穩定，使所述火力發電設備的一方成為負載恆定運轉， 關於所述火力發電設備的另一方，根據所述預測發電輸出，運算所述設定時刻下的所述火力發電設備的目標發電輸出， 以使所述火力發電設備的發電輸出成為所述目標發電輸出的方式，運算向所述火力發電設備的指令值， 比所述設定時刻超前所述火力發電設備的應答延遲時間而將所述指令值輸出到所述火力發電設備。
14.根據權利要求11的自然能源發電工廠的控制方法，其特徵在於: 計算所述自然能源發電裝置的未來的設定時刻下的預測發電輸出， 根據所述預測發電輸出，運算所述設定時刻下的多個所述火力發電設備的目標發電輸出， 以使多個所述火力發電設備的合計發電輸出成為所述目標發電輸出的方式，運算向所述火力發電設備的指令值， 比所述設定時刻超前所述火力發電設備的應答延遲時間而將所述指令值輸出到所述火力發電設備。
【文檔編號】H02J3/00GK104272200SQ201280073074
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2012年6月29日 優先權日:2012年6月29日
【發明者】楠見尚弘, 日野徳昭 申請人:株式會社日立製作所