火力发电设备、自然能源发电工厂及其控制方法

火力发电设备、自然能源发电工厂及其控制方法
【专利摘要】本发明具备：燃气轮机发电装置(100)，将燃料的反应热能源变换为电力；风力发电预测部(400)，计算风力发电装置(10)的未来的设定时刻下的预测发电输出；目标运算部(511)，根据预测发电输出，运算设定时刻下的燃气轮机发电装置(100)的目标发电输出；指令运算部(512)，运算燃气轮机发电装置(100)的发电输出成为目标发电输出那样的向燃气轮机发电装置(100)的指令值(150)；以及指令输出部(515)，从设定时刻，超前燃气轮机发电装置(100)的应答延迟时间，将指令值(150)输出到燃气轮机发电装置(100)。由此，能够高效地抑制自然能源发电装置以及火力发电装置的总发电输出的变动。
【专利说明】火力发电设备、自然能源发电工厂及其控制方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及在自然能源发电装置中组合的火力发电设备、在自然能源发电装置中组合了火力发电设备的自然能源发电工厂及其控制方法。

【背景技术】
[0002]近年来，根据二氧化碳降低的观点，利用了自然能源的发电装置(自然能源发电装置)、例如风力发电装置、太阳能发电装置得到了普及。但是，包括气象而自然现象无法控制，所以自然能源发电装置的发电输出一般不稳定，如果连接这样的电源，则有可能使针对系统的供给电力量变得不稳定。相对于此，提倡了将燃气轮机发电装置和风力发电装置作为电源具备，根据风力发电装置的预测发电输出，控制燃气轮机发电装置的重油改质工厂(参照专利文献I)。
[0003]【专利文献I】日本特开2008-285571号公报


【发明内容】

[0004]虽然根据发电装置的规模、气温等条件存在程度上的差异，但包括燃气轮机发电装置而在火力发电设备的发电输出的控制中产生应答延迟。因此，在根据自然能源发电装置的发电输出的变动，控制火力发电设备的发电输出的情况下，即使假设自然能源发电装置的发电输出按照预测推移，也有可能针对两个发电装置的目标总发电输出，在实际的总发电输出中，产生无法容许的过不足。根据环境保护的观点、能源源的多样化，今后估计自然能源发电装置的需要进一步增加，预想自然能源发电装置的负载变动的课题逐渐显著化。
[0005]本发明是鉴于上述事情而完成的，其目的在于提供一种能够抑制总发电输出的变动的火力发电设备、自然能源发电工厂及其控制方法。
[0006]为了达成上述目的，本发明计算自然能源发电装置的未来的设定时刻下的预测发电输出，根据该预测发电输出，运算上述设定时刻下的火力发电装置的目标发电输出，加入火力发电装置的应答延迟时间，超前上述设定时刻，控制火力发电装置。
[0007]根据本发明，能够高效地抑制自然能源发电装置以及火力发电装置的总发电输出的变动。

【专利附图】

【附图说明】
[0008]图1是示出本发明的第I实施方式的自然能源发电工厂的整体结构的概略图。
[0009]图2是本发明的第I实施方式的自然能源发电工厂的控制装置中具备的控制部的功能框图。
[0010]图3是本发明的第I实施方式的自然能源发电工厂的控制装置中具备的关联信息数据库的储存信息的示意图。
[0011]图4是本发明的第I实施方式的自然能源发电工厂的控制装置中具备的运转信息数据库的储存信息的示意图。
[0012]图5是本发明的第I实施方式的自然能源发电工厂的控制装置中具备的风力发电预测部的预测运算功能的动作说明用的模型图。
[0013]图6是示出由本发明的第I实施方式的自然能源发电工厂的控制装置实施的针对燃气轮机发电装置的指令值的生成以及输出的步骤的流程图。
[0014]图7是示出本发明的自然能源发电工厂的目标发电输出和容许变动幅度的关系的图。
[0015]图8是示出负载变化率与频率的变动幅度的关系的一个例子的图形。
[0016]图9是示意地示出燃气轮机发电装置的应答延迟特性的图。
[0017]图10是示意地示出本发明的自然能源发电工厂中的发电输出的变动抑制的原理的图。
[0018]图11是例示在本发明的第I实施方式的自然能源发电工厂的图像显示装置中显示的初始画面的图。
[0019]图12是例示在本发明的第I实施方式的自然能源发电工厂的图像显示装置中显示的运转状态显示画面的图。
[0020]图13是例示在本发明的第I实施方式的自然能源发电工厂的图像显示装置中显示的趋势显示画面的图。
[0021]图14是例示在本发明的第I实施方式的自然能源发电工厂的图像显示装置中显示的趋势图形的图。
[0022]图15是示出本发明的第2实施方式的自然能源发电工厂的整体结构的概略图。
[0023]图16是本发明的第I实施方式的自然能源发电工厂的控制装置中具备的太阳能发电预测部的预测运算功能的动作说明用的模型图。
[0024]图17是示出明的第3实施方式的自然能源发电工厂的整体结构的概略图。
[0025]【符号说明】
[0026]10:风力发电装置(自然能源发电装置)；100、110:燃气轮机发电装置(火力发电装置)；150、170:指令值；300:关联信息数据库；400:风力发电预测部(发电预测部)；401:太阳能发电预测部(发电预测部)；511:目标运算部；512:指令运算部；513:应答特性数据库；514:延迟时间运算部；515:指令输出部；516:数据更新部；600:运转信息数据库；962:时刻指定部；964:特性状态显示(输出部)；965:设定条件栏(输入部)；981:测量信号显示栏(输出部)；982、985:时刻指定部；1000:太阳能发电装置(自然能源发电装置)。

【具体实施方式】
[0027]本实施方式的自然能源发电工厂是在自然能源发电装置中组合了火力发电设备的工厂。自然能源发电装置是指将风力发电装置、太阳能发电装置等自然能源变换为电力的装置。另外，本实施方式中的火力发电设设备是指包括火力发电装置和其控制装置的成套设备，还能够例如与既存的自然能源发电装置组合来构成自然能源发电工厂。火力发电装置是指燃气轮机装置、联合循环发电装置等，将石油、煤炭、天然气、废弃物、生物质等燃料的反应热能源变换为电力的装置。
[0028]火力发电装置具备具有涡轮的原动机、以及与涡轮连接的发电机，通过由控制装置控制原动机的动作，控制火力发电装置的发电输出。控制装置还连接到自然能源发电装置，对自然能源发电装置的控制也作出贡献。控制装置的控制的大的特征在于，基于自然能源发电装置的未来的预测发电输出的火力发电装置的先行控制。关于自然能源发电装置的预测发电输出，根据气象信息等，通过适宜的运算模型(例如神经网络)运算，优选根据与之后测量的自然能源发电装置的发电输出的误差，修正运算模型来提高精度。必要的气象信息的项目虽然还基于自然能源发电装置的种类，但在例如风力发电装置的情况下，是气温、湿度、风力、风向等。气象信息是至少设置了自然能源发电装置的地点(或者最接近其的地点)。关于这些气象信息，既能够使用用自然能源发电装置的传感器类或者另外设置的传感器类测量的值，在不足的情况下还能够利用气象信息的提供机关提供的气象信息。关于从提供机关所提供的气象信息，虽然也可以由操作员输入到控制装置的数据库，但还能够将从气象信息的提供机关经由网络取得的信息逐次积蓄到数据库。
[0029]另外，前面的“先行控制”是指，加入从对火力发电装置输出指令值至实际上该火力发电装置转移到与指令值对应的运转状态经过的时间(应答延迟时间)，以在比当前时刻规定时间前的设定时刻得到目标的发电输出的方式，超前设定时刻，向火力发电装置输出指令。例如，在希望在从当前时刻起规定时间前的设定时刻在火力发电装置中得到某个目标的发电输出的情况下，在设定时刻输出指令时，在发电输出增加或者减少至目标发值的时刻成为从设定时刻起经过了应答延迟时间的时刻，此时，通过在从设定时刻起应答延迟时间前的时刻输出指令，从而在设定时刻得到目标发电输出。因此，为了实现本控制，从设定时刻追溯了应答延迟时间的时刻不应是过去的时刻，必须将从当前时刻起应答延迟时间未来的时刻(或者比其更前的时刻)作为设定时刻，决定设定时刻下的火力发电装置的目标发电输出。即，计算未来的设定时刻下的自然能源发电装置的预测发电输出，与其对应地计算该设定时刻下的火力发电装置的目标发电输出以及向用于得到目标发电输出的火力发电装置的指令值，在设定时刻的应答时间前的时刻，将该指令值输出到火力发电装置。在使自然能源发电装置以及火力发电装置的每小时的总发电输出在期望的范围内推移的情况下，如果能够预测例如自然能源发电装置的设定时刻的发电输出，则能够将从目标的总发电输出减去该预测值而得到的值决定为火力发电装置的设定时刻的目标发电输出。
[0030]关于应答延迟时间，根据本自然能源发电工厂的工作环境，有可能在火力发电装置的规模中成为大致恒定，但即使是同一火力发电装置，也有可能根据气温、湿度等条件随着时间经过变化。在该情况下，在例如燃气轮机发电装置、联合循环发电装置中，能够根据压缩机的吸气的温度、压力、排气的温度、压力等，计算应答延迟时间的预测值。另外，在伴随运转而在应答延迟时间的预测值和测量值中确认了超过容许的误差的情况下，优选将应答延迟时间的预测值校正该误差。
[0031]在上述技术思想下，根据自然能源发电装置的预测发电输出，加入应答延迟时间而对火力发电装置进行先行控制，从而能够抑制自然能源发电工厂的每小时的总发电输出的变动，在连接的系统中决定了的容许范围内，使总发电输出推移。这样，能够使工厂的每小时的总发电输出稳定，所以无需以不使总发电输出低于容许范围的方式，将目标总发电输出设定得高于必要以上。如果将目标总发电输出设定得高于必要以上，则经常在发电输出中发生剩余量，为了活用剩余发电输出，需要准备消耗剩余发电输出的负载装置、例如电气锅炉、造水装置等。相对于此，在本实施方式的自然能源发电工厂中，使每小时的总发电输出在期望的范围内推移，所以无需以剩余发电输出的消耗用的负载装置的设置为前提，能够抑制工厂的规模、成本而低廉地构筑小型的工厂。另外，发电输出稳定，所以具有作为电源的通用性高且能够对应于各种系统这样的大的优点。
[0032]另外，本实施方式的自然能源发电工厂对既存的自然能源发电装置的活用大幅作出贡献。即，通过将包括控制装置的火力发电设备作为封装而追加设置到既存的自然能源发电装置，能够将作为不稳定电源的既存的自然能源发电装置改良为符合于例如连接系统的要求的稳定电源。
[0033]以下，使用附图，说明本发明的实施方式。
[0034](第I实施方式)
[0035]1.结构
[0036](1-1)自然能源发电工厂
[0037]图1是示出本发明的第I实施方式的自然能源发电工厂的整体结构的概略图。
[0038]该图所示的自然能源发电工厂具备作为自然能源发电装置的风力发电装置10、作为火力发电设备的燃气轮机发电设备。燃气轮机发电设备具备作为火力发电装置的燃气轮机发电装置100、控制装置200、以及用户接口。该自然能源发电工厂有时新构筑，在例如风力发电装置10是既存设备的情况下，还有时对其追加设置燃气轮机发电设备而构筑。
[0039](1-2)燃气轮机发电装置
[0040]燃气轮机发电装置100具备作为原动机的燃气轮机、以及用燃气轮机驱动的发电机3。燃气轮机具备对吸入了的空气进行压缩的压缩机2、将来自压缩机2的压缩空气与燃料一起燃烧的燃烧器4、以及用来自燃烧器4的燃烧气体驱动的涡轮I。发电机3经由涡轮轴与涡轮I连结。虽然没有特别图示，但在燃气轮机发电装置100中，在各处设置有温度计、压力计、流量计、电力计等各种传感器，在燃气轮机发电装置100的运转中、将这些传感器的测量值140、例如压缩机2的吸气温度、吸气压力、涡轮I的排气温度、排气压力、燃料浓度、燃料流量、吸气流量、发电机3的发电输出等作为运转信息输出到控制装置200。另外，通过燃烧器4的燃料喷射量、压缩机2的吸气流量，控制燃气轮机发电装置100的动作。具体而言，通过在燃烧器4中与燃料喷射喷嘴连接了的燃料系统的流量调整阀的开度，调整燃料喷射量。具体而言，通过在压缩机2的入口中设置的IGV(Inlet Guide Vane)的开度，调整吸气流量。这些流量调整阀、IGV依照来自控制装置200的指令值150动作。
[0041](1-3)风力发电装置
[0042]风力发电装置10具备多个风力发电机11。在各风力发电机11中，设置了例如对风速、风向分别进行测量的风速计、风向计等传感器。这些传感器与控制装置200连接，在风力发电装置10的运转中，将各传感器的测量值120作为运转信息输出到控制装置200。另外，通过叶片的俯仰角、叶片、轮毂以及吊舱的朝向，控制风力发电装置10的动作。具体而言，通过介于叶片与轮毂之间的俯仰驱动装置，调整叶片的俯仰角。具体而言，通过介于搭架与吊舱之间的偏航驱动装置，调整叶片、轮毂以及吊舱的朝向。这些俯仰驱动装置、偏航驱动装置依照来自控制装置200的指令值130而动作。在风力发电装置10中，通常针对风承受一定以上的风速而使叶片旋转，从而使发电机驱动而发电，在例如强风时，还有时改变叶片的俯仰角来减小受风面积而停止。风力发电装置10的发电输出依赖于风速,并且针对风速的发电输出的特性依赖于风力发电机11的设计。
[0043](1-4)控制装置
[0044]控制装置200根据来自燃气轮机发电装置100的测量值140，以使燃气轮机发电装置100的发电输出接近该目标发电输出的方式，控制该燃气轮机发电装置100的动作。该控制装置200具备关联信息数据库200、风力发电预测部300、控制部500、以及运转信息数据库600。
[0045](1-4.1)关联信息数据库
[0046]关联信息数据库300是储存了包括气象信息的与自然能源关联的信息、风力发电装置10、燃气轮机发电装置100的设计信息、这些发电装置10、100的传感器的一部的测量值等为了计算风力发电装置10的预测发电输出而所需的信息的存储部。控制装置200连接到因特网等网络700，能够经由网络700逐次取得气象信息提供机关(例如气象厅)提供的气象信息，取得了的气象信息被积蓄于关联信息数据库300。之后，参照图3，说明在该关联信息数据库300中储存的数据的例子。
[0047](1-4.2)运转信息数据库
[0048]运转信息数据库600是储存包括从风力发电装置10以及燃气轮机发电装置100输入了的测量值120、140的运转信息的存储部。之后，参照图4，说明在该运转信息数据库300中储存的数据的例子。
[0049](1-4.3)风力发电预测部
[0050]风力发电预测部400发挥读出在关联信息数据库300中储存的信息，根据所读出的信息，计算风力发电装置10的未来的设定时刻下的预测发电输出的功能。“设定时刻”是指，比当前时刻前进了设定时间的前面的时刻，“设定时间”是指，燃气轮机发电装置100的应答延迟时间或者比其更长地设定的时间，但在本实施方式中，与应答延迟时间符合。“应答延迟时间”是指，从向燃气轮机发电装置100输出指令值至实际上该燃气轮机发电装置100转移到与指令值对应的运转状态所经过的时间。应答延迟时间有可能根据压缩机2的吸气温度等条件而变化。作为为了计算风力发电装置10的预测发电输出而所需的信息，例如，可以举出气温、湿度等大气信息、风速、用风力发电装置10测量了的发电输出等。之后，参照图5，说明预测发电输出的计算的例子。
[0051](1-4.4)控制部
[0052]控制部500发挥如下功能:根据由风力发电预测部400计算出的预测发电输出，计算上述设定时刻下的燃气轮机发电装置100的目标发电输出，以在设定时刻得到目标发电输出的方式，在加入了应答延迟时间的定时，将基于目标发电输出的指令值150输出到燃气轮机发电装置100。在燃气轮机发电装置100中，根据该指令值150，调整吸气流量、燃料流量而控制发电输出。之后，参照图2，说明控制部500内的各功能部。另外，之后，参照图6，说明指令值150的生成.输出的步骤。
[0053](1-5)用户接口
[0054]在自然能源发电工厂中，作为用户接口，具备输入装置900、支援工具910、以及图像显示装置950。输入装置900由键盘901、鼠标902等适宜地构成。在使图像显示装置950成为触摸面板的情况下，图像显示装置950也有可能作为输入装置发挥功能。操作员通过使用输入装置900以及图像显示装置950来操作支援工具910，能够观察与风力发电装置10、燃气轮机发电装置100有关的各种信息。另外，能够访问控制装置200的数据库300、600等来阅览储存信息、或者设定风力发电装置10、燃气轮机发电装置100的控制值。
[0055]支援工具910具备外部输入接口 920、数据发送接收处理部930、以及外部输出接口 940。将由输入装置900生成了的输入信号800、来自控制装置200的信息210经由外部输入接口 920取入到支援工具910。在数据发送接收处理部930中，接收输入信号800处理从外部输入接口 920输入的输入信号801，作为输出信号802发送到外部输出接口 940。例如，在根据指示显示输出的操作从输入装置900输入了输入信号800的情况下，根据该输入信号800在数据发送接收处理部930中实施了适宜处理的结果，从外部输出接口 940向图像处理装置950输入输出信号803而在图像显示装置950中实施期望的显示输出。在根据指示设定输入的操作而从输入装置900输入了输入信号800的情况下，根据该输入信号800在数据发送接收处理部930中实施了适宜处理的结果，从外部输出接口 940向控制装置200输入输出信号220而向控制装置200提供指示。另外，在控制装置200与风力发电装置10以及燃气轮机发电装置100之间交换的指令值130、150以及测量值120、140也可以储存于保养工具910内的数据库(未图示)。
[0056](1-6)控制部的功能部
[0057]图2是控制装置200的上述控制部500的功能框图。
[0058]如该图所示，控制装置200的上述控制部500具备目标运算部511、指令运算部512、应答特性数据库513、延迟时间运算部514、指令输出部515、以及数据更新部516。
[0059](1-61)目标运算部
[0060]目标运算部511发挥根据由风力发电预测部400计算出的设定时刻下的预测发电输出，运算该设定时刻下的燃气轮机发电装置100的目标发电输出的功能。从例如风力发电装置10以及燃气轮机发电装置100的每小时的总发电输出的目标值(自然能源发电工厂的每小时的目标发电输出)，减去该设定时刻下的风力发电装置10的预测发电输出，求出该设定时刻下的目标发电输出。
[0061](1-62)指令运算部
[0062]指令运算部512发挥运算燃气轮机发电装置100的每小时的发电输出成为由目标运算部511计算出的目标发电输出那样的向燃气轮机发电装置100的指令值的功能。此处计算出的指令值成为向压缩机I的IGV、燃烧器4的流量调整阀的指令值150。
[0063](1-63)应答特性数据库
[0064]应答特性数据库513是存储了燃气轮机发电装置100的应答延迟时间的预测值的存储部。关于应答延迟时间的预测值，例如，针对压缩机I的吸气温度、吸气压力、涡轮I的排气温度、排气压力、燃料浓度等燃气轮机发电装置100的各种动作条件的每一个，设定适合的值，以表格形式存储。
[0065](1-64)延迟时间运算部
[0066]延迟时间运算部514起到根据燃气轮机发电装置100的动作条件，计算应答延迟时间的预测值的功能。具体而言，该延迟时间运算部514从运转信息数据库600读出例如燃气轮机发电装置100的最新的运转信息(吸气温度、吸气压力、排气温度等)，根据读出的运转信息，从应答特性数据库513，抽出与该信息相应的表格。抽出的表格中所设定的应答延迟时间成为从当前的燃气轮机发电装置100的运转状况预测的应答延迟时间。
[0067](1-65)指令输出部
[0068]指令输出部515发挥比上述设定时刻超前由延迟时间运算部514所运算的燃气轮机发电装置100的应答延迟时间而将指令值150输出到燃气轮机发电装置100的功能。
[0069](1-66)数据更新部
[0070]数据更新部516起到在应答特性数据库513中储存了的应答延迟时间的预测值和测量值的误差超过了设定值(设定的容许范围)的情况下，根据该误差修正并更新应答特性数据库513的应答延迟时间的功能。成为修正的对象的是在与实际的应答延迟时间之间有超过设定值的误差的运转信息(表格)的应答延迟时间，但针对接近的运转信息的表格，也能够修正应答延迟时间。作为此处所称的接近的运转信息的表格，例如，可以举出针对在应答延迟时间的预测值中认识了超过容许的误差的表格，关于全部条件项目，差收敛于一定范围的表格。
[0071]2.数据
[0072]此处，例示关联信息数据库300以及运转信息数据库600的储存信息。
[0073](2-1)关联信息数据库的储存信息
[0074]图3是关联信息数据库的储存信息的示意图。
[0075]如该图所示，在关联信息数据库300的储存信息中，包括直至达到当前的各时刻下的气象信息。另外，在关联信息数据库300中储存的气象信息至少包括设置了风力发电装置10的地点(或者从该地点最近的地点)的气象信息，另外，还可能包括能够在该地点的设定时间后的气象中反映的多个地点的气象信息。气象信息的取得间隔基于气象信息提供机关的信息的更新间隔。但是，如果不依赖于气象信息提供机关而处于获知期望的地域的气象信息的状况，则在气象信息提供机关的信息的更新间隔中没有制约。另外，在该图中，还显示了不对风力发电的预测发电输出的计算作出贡献的项目(例如日射量)，还设想以太阳能发电装置为对象的情况而在此合起来储存。如果不期望储存不需要的数据，则仅储存必要的数据既可。
[0076]在图3的例子中，储存了每个时刻的天气、气温、风向、风速、湿度、日射量。天气用晴朗、晴、微阴……等(例如气象厅一般发布的15种)区分。关于风向，在日本一般使用16个方位，但在国际式中，使用了以正北为基准而顺时针分割为360度而表现的360方位。在该图中，示出了采用了按照I度单位对风向进行数值化而得到的360方位的例子，但即使在16方位下，也能够针对各方位按照22.5度单位对风向进行数值化。另外，关于风向、风速，是在风力发电装置10中也测量的值，所以不限于气象信息提供机关提供的信息，还能够储存来自风力发电装置10的测量值120。
[0077]另外，虽然未特别图示，但除了图3所示的信息以外，将风力发电装置10的设计信息、燃气轮机发电装置100的设计信息、系统连接的限制、规则等信息也储存于关联信息数据库300。
[0078](2-2)运转信息数据库的储存信息
[0079]图4是运转信息数据库的储存信息的示意图。
[0080]如该图所示，在运转信息数据库600的储存信息中，包括从风力发电装置10以及燃气轮机发电装置100得到的测量值120、140。即，针对每个测量时刻，存储了风力发电装置10以及燃气轮机发电装置100的各传感器的测量信息。图中的PID编号是指，为了运转信息数据库600的储存信息的活用的容易化而对各测量项目分配了的固有的编号。处于其下的字母是表示被测量对象的记号。例如，F是流量值、T是温度值、P是压力值、E是发电输出值、D是浓度值……。另外，该图是示意图，所以不详细，但对于例如流量值F，实际上也有吸气流量、燃料流量、排气流量等多个信息。温度值T、压力值P等也是同样的。另外，在该图中，例示了以I秒周期保存了运转信息的情况，但运转信息的适合的采样周期根据成为对象的燃气轮机发电装置而不同。
[0081]3.风力发电输出的预测
[0082]图5是风力发电预测部的预测运算功能的动作说明用的模型图。
[0083]此处，说明根据风况和当前的风力发电输出，预测设定时刻的风力发电输出的运算模型。本模型具有输入层、中间层以及输出层，在输入层以及中间层中具备多个节点。输入层的各节点与中间层的各节点链接，中间层的各节点与输出层的节点链接。在各节点中，设定了表示链接的强度的权重系数。即，运算模型存在输入层、中间层以及输出层的节点的连结图案的数量。这样的模型被称为神经网络，是模拟人类的脑神经网络而得到的。
[0084]在风力发电预测部400中，使用这样的运算模型来计算风力发电装置10的预测发电输出。具体而言，如果由风力发电装置10所测量的风力发电输出被输入到该图的输入层，则风力发电预测部400抽出应用于在设定时间前输入到输入层的输入值(包括气温、风速、湿度等的关联信息数据库300的存储信息)来得到风力发电输出(测量值)的运算模型(权重系数的组合)。根据抽出了的运算模型，能够根据设定时间前的输入值，计算风力发电输出(测量值)。风力发电预测部400将这样求出了的运算模型应用于新的输入值，计算设定时间后的风力发电装置10的预测发电输出。然后，将在设定时间后测量的风力发电输出与预测值进行比较，如果针对测量值的预测值的误差是设定值(容许值)以上，则调整权重系数来再学习导入了根据设定时间前的输入值实际上测量了的风力发电输出的运算模型。在这样的步骤中，风力发电预测部400反复学习，对输入值间的相关关系进行模型化。越重复学习，利用运算模型的风力发电输出的预测精度越能够提高。关于在节点中设定的函数，一般使用被称为反曲函数的指数函数，但不限于此。另外，考虑多个在学习时调整权重系数的算法。一般，使用反向传播法。关于这些详细的计算算法，在“Simon Haykin著"NEURAL NETWORKS:a comprehensive foundat1n-2nd sd."Prentice-Hall, Inc.出版、1999年”中详述。
[0085]另外，虽然还能够针对每个风力发电机11，制作运算模型，但还能够用风力发电装置10(风力发电场)整体制作I个运算模型。
[0086]4.控制步骤
[0087]图6是示出由控制装置实施的针对燃气轮机发电装置的指令值(MWD:发电指令)的生成以及输出的步骤的流程图。
[0088](步骤S501、S506)
[0089]控制装置200首先在步骤S501中，通过风力发电预测部400，比较根据设定时间前的输入值计算出的预测发电输出和当前或者最新的风力发电输出(测量值)，判定两者的误差的大小是否小于预先决定为容许范围的设定值(阈值)。此处，将设定时间作为燃气轮机发电装置100的应答延迟时间。在判断为误差小于设定值而预测发电输出的当前的运算模型确保了期望的精度的情况下，使步骤转移到步骤S502。另一方面，在判断为误差是设定值以上而在预测发电输出的当前的运算模型中未确保期望的精度的情况下，使步骤转移到步骤S506，在如上所述再学习了预测发电输出的运算模型之后，使步骤转移到步骤S502。
[0090](步骤 S502)
[0091 ] 在本步骤中，控制装置200通过风力发电预测部400，使用当前的运算模型，如图5说明，根据当前或者最新的输入值，计算设定时间后的(燃气轮机发电装置100的应答延迟时间量之前的时刻的)风力发电装置10的预测发电输出。关于在本步骤中使用的运算模型，在步骤S501中误差小于设定值的情况下，是步骤S501的执行时间点的运算模型，在步骤S501中误差是设定值以上的情况下，是在步骤S506中修正了的运算模型。
[0092](步骤S503)
[0093]在接着的步骤503中，控制装置200根据之前计算出的风力发电装置10的设定时间后的每小时的预测发电输出，通过目标运算部511，计算设定时间后的燃气轮机发电装置100的每小时的目标发电输出。具体而言，通过从本自然能源发电工厂的每小时的目标总发电输出(负载目标)减去风力发电装置10的预测发电输出，计算设定时间后的燃气轮机发电装置100的目标发电输出。另外，根据目标发电输出，通过指令运算部512，生成向燃气轮机发电装置100的指令信号(MWD) 150。
[0094]另外，通过针对连接本自然能源发电工厂的每个系统规定了的连接条件，决定本自然能源发电工厂的每小时的目标总发电输出。系统的连接条件在国家、地域中不同，但在大多数情况下，规定了发电输出的变动幅度(负载变动幅度)和系统频率的变动幅度。如果是已经连接了几个电源的系统，则即使连接本工厂而使燃气轮机发电装置100的输出急剧变化，频率的变动也被系统吸收，所以重视发电输出的变动幅度的抑制既可。另外，在为了抑制发电输出的变动幅度而规定了发电输出的范围的情况下，期望如图7所示，将规定范围的上限值以及下限值之间的值(例如两值的平均值程度)设定为目标总发电输出，向减少方向和增加方向都保持余量。
[0095]另一方面,在连接到以独立操作(island operat1n)为代表那样的其他连接电源少的系统的情况下，如果使燃气轮机发电装置100的输出急速变化，则有可能在系统频率中产生影响。在该情况下，需要使燃气轮机发电装置100的负载以收敛于系统频率的容许变动幅度的负载变化率变化。在图8中说明该点。
[0096]图8是示出负载变化率与频率的变动幅度的关系的一个例子的图形。
[0097]在该图的图形中，例示了负载变化率与频率的变动幅度的关系是线性的情况，但两者的关系不限于线性。通过事先的特性试验、仿真模型，掌握负载变化率与频率的变动幅度的关系。在频率的变动幅度中有制约的情况下，例如，在图8的图形中，将与频率变动幅度的制限值X对应的负载变化率I决定为容许的负载变化率的上限值，在调整燃气轮机发电装置100的发电输出时，以使负载变化率不超过上限值y的方式，运用燃气轮机发电装置100。
[0098](步骤S504、S507、S508)
[0099]在接着的步骤504中，控制装置200根据从设定时间前至当前的测量值140，求出燃气轮机发电装置100的应答特性(发电输出的推移)，判定在应答特性数据库513中储存了的对应的应答特性的预测值和测量了的应答特性的误差的大小是否小于设定值(阈值)。另外，在图9中示意地示出燃气轮机发电装置的应答延迟特性。在该图中，示出使燃气轮机发电装置100的负载从75%变化为100%时的针对指令值的发电输出的延迟。
[0100]在步骤S504中，控制装置200在判断为误差小于设定值而在应答特性数据库513中储存了的应答特性的预测值确保了期望的精度的情况下，使步骤转移到步骤S505。另一方面，在判断为误差是设定值以上而在应答特性数据库513中当前储存了的数据未具有期望的精度的情况下，控制装置200在执行了步骤S507、S508的步骤之后，使步骤转移到步骤S505。在步骤S507中，由数据更新部516，将在应答特性数据库513中储存了的应答特性的预测值修正误差量。伴随该应答特性的预测值的修正，在接着的步骤S508中，在步骤S501中在风力发电装置10的预测发电输出的误差判定中使用的设定时间也通过数据更新部516变更。
[0101](步骤S5O5)
[0102]在步骤505中，将在步骤503中生成了的指令值150通过指令输出部515输出到燃气轮机发电装置100。此处输出的指令值150是根据设定时间后、即应答延迟时间后的燃气轮机发电装置100的目标发电输出生成了的指令值，所以关于燃气轮机发电装置100的发电输出，延迟而应答，在设定时间后能够达到目标值。
[0103]控制装置200通过反复执行以上的步骤，能够提高风力发电装置10的预测发电输出的计算精度、应答延迟时间的估计精度，灵活地对应于风力发电装置10的发电输出的变动，将自然能源发电工厂的发电输出的变动抑制于期望的范围内。在理想地执行了燃气轮机发电装置100的控制的情况下，如图10所示，与风力发电装置10的发电输出的变动对应地，以使增减与风力发电装置10的发电输出相逆的方式，控制燃气轮机发电装置100的发电输出，合计了两者的发电输出的工厂的总发电输出成为大致恒定。
[0104]5.操作方法
[0105]接下来，说明使用支援工具910而使测量值120、指令值130、关联信息数据库300、设定值、运转信息数据库600等信息显示于图像显示装置950的方法。
[0106]图11-图14是在图像显示装置950中显示的画面的例子。操作员执行使用键盘901、鼠标902而在成为这些画面的空栏的部位输入参数值等操作。
[0107]图11是例示了在图像显示装置中显示的初始画面的图。
[0108]在该初始画面中，显示了运转状态显示按钮951、趋势显示按钮952，使用鼠标902使光标953移动到某个选择了的按钮上并点击，从而显示迁移到下层次的画面。
[0109]图12是例示了通过在初始画面中点击运转状态显示按钮951而显示的运转状态显示画面的图。
[0110]在该运转状态显示画面中，显示了系统信息显示栏961、时刻指定栏962、特性状态显示部964、设定条件栏965、关联信息显示栏966等。如果在时刻指定栏962中输入并指定过去的时刻，并点击了显示按钮963，则指定时刻的各种信息、具体而言工厂各处的传感器的测量数据等显示于显示栏。在特性状态显示部964中，显示与指定时刻下的风力发电装置10的预测发电输出的测量值的误差、燃气轮机发电装置10的应答延迟时间。在设定条件栏965中，显示在图6的流程图的说明中叙述了的各种条件、例如风力发电装置10的预测发电输出的误差的容许值、工厂的发电输出的变动容许值、以及频率的变动容许值，并且还能够在该设定条件栏965中输入设定设定条件。另外，在关联信息显示栏966中，显示了关联信息数据库300的储存信息的项目(在图12中，天气、气温、风向、风速、湿度、日射量)，通过从这些中选择期望的项目而点击显示按钮967，显示在关联信息数据库300中储存了的指定时刻的相应项目的数据。另外，在点击了返回按钮968的情况下，返回到图11的初始画面。
[0111]图13是例示了通过在初始画面中点击趋势显示按钮952而显示的趋势显示画面的图。
[0112]该趋势显示画面是用于使趋势在图像显示装置950中显示的设定画面。如果在该趋势显示画面中，在测量值显示栏981中用各段的下拉菜单选择期望的测量值，输入其边缘(上限/下限)，在时刻指定栏982中指定时刻而点击了显示按钮963，则如图14那样，趋势图形显示于图像显示装置950。如果点击了图14的返回按钮991，则返回到图13的画面。
[0113]另外，通过在趋势显示画面的关联信息显示栏984中，选择天气、气温、风向、风速、湿度、日射量中的期望的项目来点击显示按钮985，显示在关联信息数据库300中储存了的指定时刻的相应项目的数据。另外，关于天气，如上所述，使用例如气象厅一般发布的15种来表现。如果如对晴朗分配O、对晴分配1、对微阴分配2那样，对天气的种类依次分配直至14的编号，在时刻指定栏985中指定时间而点击了显示按钮986，则指定了的时间的趋势图形如图14那样显示于图像显示装置950。如果点击了趋势显示画面的返回按钮989，则返回到图11的初始画面。
[0114]6.效果
[0115]如以上说明，在本实施方式中，计算风力发电装置10的未来的设定时刻下的预测发电输出，根据该预测发电输出，运算该设定时刻下的燃气轮机发电装置100的目标发电输出，加入燃气轮机发电装置100的应答延迟时间，超前该设定时刻而控制燃气轮机发电装置100。由此，能够灵活地对应于风力发电设备10的发电输出的变动，来抑制自然能源发电工厂的每小时的发电输出(风力发电装置10以及燃气轮机发电装置100的每小时的总发电输出)的变动，也能够满足在连接的系统中决定了的连接条件。
[0116]另外，这样，能够使每小时的总发电输出稳定，所以无需以不使总发电输出低于容许范围的方式，将目标总发电量设定得高于必要以上，能够抑制发生剩余发电量。另外，无需为了活用剩余发电输出，准备消耗剩余发电输出的电气锅炉、造水装置等负载装置，所以能够抑制工厂的规模、成本。具有能够提供根据发电输出的稳定性，通用性也高，且能够对应于各种系统的自然能源发电工厂的大的优点。
[0117]另外，本实施方式的自然能源发电工厂还能够活用既存的自然能源发电装置。即，在风力发电装置10作为既存设备存在的情况下，通过将包括控制装置200的燃气轮机发电设备作为封装追加设置到既存的风力发电装置10，能够将单独时成为不稳定电源的既存的风力发电装置10改良为适合于例如连接系统的要求的稳定电源。
[0118]另外，如图5说明，通过风力发电预测部400、控制部500 (数据更新部516)，风力发电装置10运算的预测发电输出、以及燃气轮机发电输出100运算的应答延迟时间的预测值的精度能够伴随运用时间而提高，所以能够使燃气轮机发电装置100的控制的可靠性随着时间经过提闻。
[0119](第2实施方式)
[0120]图15是示出本发明的第2实施方式的自然能源发电工厂的整体结构的概略图，是与图1对应的图。在该图中，对与第I实施方式同样的部分，附加与上述附图相同的符号而省略说明。
[0121]本实施方式与第I实施方式相异的点在于，作为自然能源发电装置，代替风力发电装置10而使用太阳能发电装置1000。太阳能发电装置1000是由多个太阳能面板1100构成的发电装置。另外，在控制装置200中，代替风力发电预测部400而设置了太阳能发电预测部401。
[0122]图16是太阳能发电预测部的预测运算功能的动作说明用的模型图，是与图5对应的图。
[0123]如该图所示，太阳能发电预测部401在是具备分别具有节点的输入层、中间层以及输出层的模型的点中与风力发电预测部400共用，但在代替风速将日射量作为必须的输入值的点中与风力发电装置400相异。另外，即使是相同的日射量，根据湿度，阳光的散射程度也变化，所以湿度也是重要的输入值。根据这些输入值学习太阳能发电输出的运算模型的步骤与风力发电预测部400相同。自然能源发电装置的种类不同，所以关联的测量值有可能不同，但关于其他装置、针对燃气轮机发电装置100的指令值150的输出步骤，与第I实施方式相同。
[0124]即使在本实施方式中，通过根据太阳能发电装置1000的预测发电输出，运算设定时间后的燃气轮机发电装置100的目标发电输出，加入应答延迟时间,对燃气轮机发电装置100进行先行控制，能够灵活地对应于太阳能发电设备1000的发电输出的变动，抑制工厂的发电输出的变动等，得到与第I实施方式同样的效果。
[0125](第3实施方式)
[0126]图17是示出本发明的第3实施方式的自然能源发电工厂的整体结构的概略图，是与图1对应的图。在该图中，对与第I实施方式同样的部分，附加与上述附图相同的符号而省略说明。
[0127]本实施方式与第I实施方式相异的点在于，追加燃气轮机发电装置110而使燃气轮机发电装置成为多个(在本实施方式中2个)。燃气轮机发电装置11既可以与燃气轮机发电装置10相同，也可以不同。与燃气轮机发电装置100同样地，燃气轮机发电装置110在与控制装置200之间交换测量值160以及指令值170。其他结构与第I实施方式相同。
[0128]在本实施方式的情况下，通过燃气轮机发电装置100、110的运用方法在得到的效果中产生差。例如，在与第I实施方式同样地，根据风力发电装置10的发电输出的变动，控制燃气轮机发电装置100、110这双方的情况下，依照图6的流程图，控制燃气轮机发电装置100、110这双方。但是，使燃气轮机发电装置100、110以适合的比例(例如1:1)分担要求的燃气轮机发电输出，将各分担量的发电输出分别决定为图6的流程图的步骤S503中的目标发电输出。在该情况下，虽然工厂的规模不同，但得到与第I实施方式基本上同样的效果O
[0129]另一方面，还能够以例如频率的稳定化为目的，使一方的燃气轮机发电装置100以恒定负载运转，使另一方的燃气轮机发电装置110如第I实施方式那样以变动负载运转。在该情况下，在图6的步骤503中，从目标总发电输出减去风力发电装置10的预测发电输出与燃气轮机发电装置100的发电输出之和，来计算燃气轮机发电装置110的目标发电输出。此时，通过燃气轮机发电装置100抑制频率的变动，所以在使燃气轮机发电装置110的发电输出变动时，无需决定在图7中说明那样的负载变化率的上限，采用最大负载变化率。在该情况下，燃气轮机发电装置110的发电输出的应答性提高。
[0130](其他)
[0131]另外，如上所述，在火力发电装置中，不限于燃气轮机发电装置100、110，而能够应用联合循环发电装置等、包括燃气轮机的发电装置。另外，关于自然能源发电装置，也不限于风力发电装置10、太阳能发电装置1000，例如波力发电装置等其他自然能源发电装置也能够成为对象。另外，以关联信息数据库300、运转信息数据库600等数据库包含于控制装置200的情况为例子进行了说明，但当然还能够应用与控制装置200独立的存储装置。控制装置200的各功能部也可以分别分成独立的装置。另外，以将运转信息数据库600、关联信息数据库300的储存信息、各种信息、设定等在图像显示装置950中显示输出的情况为例子进行了说明，但这些信息的输出方式不限于向显示装置的显示输出，而也可以是向打印机的印刷输出、向扬声器的声音输出等其他输出样式。
【权利要求】
1.一种火力发电设备，其特征在于包括: 火力发电装置，将燃料的反应热能源变换为电力； 发电预测部，计算自然能源发电装置的未来的设定时刻下的预测发电输出； 目标运算部，根据所述预测发电输出，运算所述设定时刻下的所述火力发电装置的目标发电输出； 指令运算部，运算所述火力发电装置的发电输出成为所述目标发电输出那样的向所述火力发电装置的指令值；以及 指令输出部，从所述设定时刻超前所述火力发电装置的应答延迟时间，而将所述指令值输出到所述火力发电装置。
2.根据权利要求1所述的火力发电设备，其特征在于包括: 关联信息数据库，储存了包括气象信息的与自然能源关联的信息；以及 所述发电预测部，根据该关联信息数据库的信息，运算所述预测发电输出。
3.根据权利要求1所述的火力发电设备，其特征在于:所述目标发电输出是从所述自然能源发电装置以及所述火力发电装置的总发电输出的目标值减去所述预测发电输出而得到的值。
4.根据权利要求1所述的火力发电设备，其特征在于:所述发电预测部在所述自然能源发电装置的预测发电输出相对于测量值的误差是容许值以上的情况下，修正预测发电输出的运算模型。
5.根据权利要求1所述的火力发电设备，其特征在于包括: 应答特性数据库，存储了所述火力发电装置的应答延迟时间的预测值；以及数据更新部，在该应答特性数据库的应答延迟时间的预测值相对于测量值的误差是容许值以上的情况下，将所述应答延迟时间的预测值修正并更新该误差量。
6.根据权利要求1所述的火力发电设备，其特征在于包括: 运转信息数据库，储存了包括动作流体的温度的运转信息；以及 延迟时间运算部，根据该运转信息数据库的信息，运算所述火力发电装置的应答延迟时间的预测值。
7.根据权利要求1所述的火力发电设备，其特征在于包括: 输入部，输入所述自然能源发电装置以及所述火力发电装置的总发电输出的容许变动幅度。
8.根据权利要求1所述的火力发电设备，其特征在于包括: 时刻指定部，指定过去的时刻；以及 输出部，输出指定时刻下的所述预测发电输出相对于测量值的误差。
9.根据权利要求1所述的火力发电设备，其特征在于包括: 时刻指定部，指定过去的时刻；以及 输出部，输出指定时刻下的所述自然能源发电装置以及所述火力发电装置的运转信肩、O
10.一种自然能源发电工厂，其特征在于包括: 权利要求1所述的火力发电设备；以及 所述自然能源发电装置。
11.一种自然能源发电工厂，其特征在于: 所述自然能源发电装置是既存的设备，是对该自然能源发电装置追加设置权利要求1的火力发电设备而构成的。
12.一种自然能源发电工厂的控制方法，在自然能源发电装置中组合了火力发电设备，其特征在于: 计算所述自然能源发电装置的未来的设定时刻下的预测发电输出， 根据所述预测发电输出，运算所述设定时刻下的所述火力发电设备的目标发电输出， 以使所述火力发电设备的发电输出成为所述目标发电输出的方式，运算向所述火力发电设备的指令值， 比所述设定时刻超前所述火力发电设备的应答延迟时间而将所述指令值输出到所述火力发电设备。
13.根据权利要求11的自然能源发电工厂的控制方法，其特征在于: 计算所述自然能源发电装置的未来的设定时刻下的预测发电输出， 为了频率稳定，使所述火力发电设备的一方成为负载恒定运转， 关于所述火力发电设备的另一方，根据所述预测发电输出，运算所述设定时刻下的所述火力发电设备的目标发电输出， 以使所述火力发电设备的发电输出成为所述目标发电输出的方式，运算向所述火力发电设备的指令值， 比所述设定时刻超前所述火力发电设备的应答延迟时间而将所述指令值输出到所述火力发电设备。
14.根据权利要求11的自然能源发电工厂的控制方法，其特征在于: 计算所述自然能源发电装置的未来的设定时刻下的预测发电输出， 根据所述预测发电输出，运算所述设定时刻下的多个所述火力发电设备的目标发电输出， 以使多个所述火力发电设备的合计发电输出成为所述目标发电输出的方式，运算向所述火力发电设备的指令值， 比所述设定时刻超前所述火力发电设备的应答延迟时间而将所述指令值输出到所述火力发电设备。
【文档编号】H02J3/00GK104272200SQ201280073074
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2012年6月29日 优先权日:2012年6月29日
【发明者】楠见尚弘, 日野徳昭 申请人:株式会社日立制作所