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公開番号2025161003
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-24
出願番号2024063816
出願日2024-04-11
発明の名称揚水発電所プラントの模擬装置、模擬装置方法、及び模擬システム
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類F03B 17/06 20060101AFI20251017BHJP(液体用機械または機関;風力原動機,ばね原動機,重力原動機;他類に属さない機械動力または反動推進力を発生するもの)
要約【課題】循環水路を構成可能な複数の揚水機における発電状態を模擬可能な揚水発電所プラントの模擬装置、模擬装置方法、及び模擬システムを提供することである。
【解決手段】本実施形態に係る揚水発電所プラントの模擬装置は、シナリオ生成部と、プラントモデル生成部と、実行部と、選択部と、を備える。シナリオ生成部は、第1揚水機の複数の第1シナリオと、第2揚水機の複数の第2シナリオと、を生成する。プラントモデル生成部は、管路内の圧力変動を模擬する管路系モデルと、複数の水車モデルとを有する揚水機モデルを生成する。実行部は、複数の第1シナリオと、複数の第2シナリオの組み合わせのそれぞれを揚水機モデルに模擬実験の実行をさせる。選択部は、模擬実験に基づき、管路内の圧力変動が予め定められた基準を満たすシナリオの組み合わせを選択する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１揚水機の初期発電量が目的発電量に達するまでの時系列な発電状態を示す複数の第１シナリオと、第２揚水機の初期発電量が目的発電量に達するまでの時系列な発電状態を示す複数の第２シナリオと、を生成するシナリオ生成部と、
前記第１揚水機と前記第２揚水機との間で循環水路を構成可能な管路内の圧力変動を模擬する管路系モデルと、前記第１揚水機、及び前記第２揚水機の水車特性をそれぞれ模擬する複数の水車モデルとを有する揚水機モデルを生成するプラントモデル生成部と、
前記複数の第１シナリオと、前記複数の第２シナリオの組み合わせのそれぞれを前記揚水機モデルに模擬実験の実行をさせる実行部と、
前記模擬実験に基づき、前記複数の第１シナリオと、前記複数の第２シナリオの組み合わせのなかから、前記管路内の圧力変動が予め定められた基準を満たすシナリオの組み合わせを選択する選択部と、
を備える、揚水発電所プラントの模擬装置。
続きを表示（約 2,100 文字）【請求項２】
前記複数の第１シナリオは、前記第１揚水機の発電動作を実行するシナリオであり、
前記複数の第２シナリオは、前記第２揚水機の揚水動作を実行するシナリオである、請求項１に記載の揚水発電所プラントの模擬装置。
【請求項３】
前記複数の第１シナリオは、前記第１揚水機の発電動作を実行するシナリオであり、
前記複数の第２シナリオは、前記第２揚水機の発電動作を実行するシナリオである、請求項１に記載の揚水発電所プラントの模擬装置。
【請求項４】
前記複数の第１シナリオは、目標発電電力に到達するまでの時間がそれぞれ異なり、前記複数の第２シナリオは、目標発電電力に到達するまでの時間がそれぞれ異なる、請求項１に記載の揚水発電所プラントの模擬装置。
【請求項５】
前記選択部は、前記第１揚水機、及び前記第２揚水機が共に発電動作をする場合に、単位時間、及び単位水量当たりの発電電力である発電効率に更に基づき、シナリオの組み合わせを選択する、請求項１に記載の揚水発電所プラントの模擬装置。
【請求項６】
前記選択部は、前記第１揚水機が発電動作をし、前記第２揚水機が揚水動作を実行する場合に、移行時間に更に基づき、シナリオの組み合わせを選択する、請求項１に記載の揚水発電所プラントの模擬装置。
【請求項７】
前記選択部に選択されたシナリオの組み合わせを記憶する記憶部を更に備える、請求項１に記載の揚水発電所プラントの模擬装置。
【請求項８】
前記揚水機モデルは、上ダムと、下ダムと、前記第１揚水機と、前記第２揚水機と、これらを繋ぐ導水路と、第１水圧鉄管と、第２水圧鉄管と、放水路と、前記導水路に連結された第１サージタンクと、前記放水路に連結された第２サージタンクとをモデル化しており、前記第１水圧鉄管と、２水圧鉄管とが前記循環水路を構成可能な前記管路に対応し、
前記導水路、前記第１水圧鉄管と、前記第２水圧鉄管、及び前記放水路は、管路結合モデルと、管路分岐・合流モデルとを有する水路モデルを構成し、
前記プラントモデル生成部は、前記上ダム、前記下ダム、前記第１サージタンク、及び前記第２サージタンクの水位の情報と、前記導水路、前記第１水圧鉄管、前記第２水圧鉄管、及び前記放水路のうちの少なくとも記第１水圧鉄管、及び前記第２水圧鉄管の水圧の情報とを、初期条件として前記揚水機モデルを生成する、請求項１に記載の揚水発電所プラントの模擬装置。
【請求項９】
第１揚水機の初期発電量が目的発電量に達するまでの時系列な発電状態を示す複数の第１シナリオと、第２揚水機の初期発電量が目的発電量に達するまでの時系列な発電状態を示す複数の第２シナリオと、を生成するシナリオ生成工程と、
前記第１揚水機と前記第２揚水機との間で循環水路を構成可能な管路内の圧力変動を模擬する管路系モデルと、前記第１揚水機、及び前記第２揚水機の水車特性をそれぞれ模擬する複数の水車モデルとを有する揚水機モデルを生成するプラントモデル生成工程と、
前記複数の第１シナリオと、前記複数の第２シナリオの組み合わせのそれぞれを前記揚水機モデルに模擬実験の実行をさせる実行工程と、
前記模擬実験に基づき、前記複数の第１シナリオと、前記複数の第２シナリオの組み合わせのなかから、前記管路内の圧力変動が予め定められた基準を満たすシナリオの組み合わせを選択する選択工程と、
を備える、揚水発電所プラントの模擬方法。
【請求項１０】
模擬装置と、
実運用制御装置と、を備える揚水発電所プラントの模擬システムであって、
前記模擬装置は、
第１揚水機の初期発電量が目的発電量に達するまでの時系列な発電状態を示す複数の第１シナリオと、第２揚水機の初期発電量が目的発電量に達するまでの時系列な発電状態を示す複数の第２シナリオと、を生成するシナリオ生成部と、
前記第１揚水機と前記第２揚水機との間で循環水路を構成可能な管路内の圧力変動を模擬する管路系モデルと、前記第１揚水機、及び前記第２揚水機の水車特性をそれぞれ模擬する複数の水車モデルとを有する揚水機モデルを生成するプラントモデル生成部と、
前記複数の第１シナリオと、前記複数の第２シナリオの組み合わせのそれぞれを前記揚水機モデルに模擬実験の実行をさせる実行部と、
前記模擬実験に基づき、前記複数の第１シナリオと、前記複数の第２シナリオの組み合わせのなかから、前記管路内の圧力変動が予め定められた基準を満たすシナリオの組み合わせを選択する選択部と、
前記選択部に選択されたシナリオの組み合わせを記憶する記憶部と、を有し、
実運用制御装置は、
前記揚水機モデルに対応する揚水発電所プラントの移行点の電力と現時点の電力とを収集する収集部と、
前記記憶部から前記移行点の電力と前記現時点の電力とに基づき、シナリオの組み合わせを選択して、前記揚水発電所プラントに実行させる制御選出部と、
を有する、揚水発電所プラントの模擬システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、揚水発電所プラントの模擬装置、模擬装置方法、及び模擬システムに関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
風力発電、太陽光発電（Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ（フォトボルタイク））などを用いた再生可能エネルギーによる発電装置の導入が進んでいる。これらの再生可能エネルギーによる発電装置の発電力は、環境の影響を受けやすいものである。このため、系統の電力需給を調整するため、出力調整や蓄電が可能な揚水発電所プラントの役割が増加している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１４－９６８３号公報
特開平１１－０８５２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このため、系統の電力需給を調整するために、循環水路を用いた発電と揚水を同時に行う運用が行われる場合がある。ところがこのような運用は、既設の発揚水電所では想定されていない場合がある。このため、循環水路における管路内の水圧等が許容範囲を超えてしまう恐れがある。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、循環水路を構成可能な複数の揚水機における発電状態を模擬可能な揚水発電所プラントの模擬装置、模擬装置方法、及び模擬システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態に係る揚水発電所プラントの模擬装置は、シナリオ生成部と、プラントモデル生成部と、実行部と、選択部と、を備える。シナリオ生成部は、第１揚水機の初期発電量が目的発電量に達するまでの時系列な発電状態を示す複数の第１シナリオと、第２揚水機の初期発電量が目的発電量に達するまでの時系列な発電状態を示す複数の第２シナリオと、を生成する。プラントモデル生成部は、第１揚水機と第２揚水機との間で循環水路を構成可能な管路内の圧力変動を模擬する管路系モデルと、第１揚水機、及び第２揚水機の水車特性をそれぞれ模擬する複数の水車モデルとを有する揚水機モデルを生成する。実行部は、複数の第１シナリオと、複数の第２シナリオの組み合わせのそれぞれを揚水機モデルに模擬実験の実行をさせる。選択部は、模擬実験に基づき、複数の第１シナリオと、複数の第２シナリオの組み合わせのなかから、管路内の圧力変動が予め定められた基準を満たすシナリオの組み合わせを選択する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
揚水発電所プラントの模擬システムの構成例を示すブロック図。
揚水発電所プラントの構成例を示す図。
プラントモデルの例を示す図。
実行処理部の構成例を示すブロック図。
移行先の選択例を模式的に示す図。
制御候補選出部が選択したシナリオの例を示す図。
制御候補選出部が選択した発電動作のシナリオの例を示す図。
発電運転への移行後に最も高い高効率点を選択する例を示す図。
本実施形態に係る模擬装置の動作例を示すフローチャート。
本実施形態に係る運用制御装置の動作例を示すフローチャート。
最も高い高効率点を選択する動作例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態に係る揚水発電所プラントの模擬装置、模擬装置方法、及び模擬システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。また、本実施形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号又は類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。
（一実施形態）
【０００９】
図１は、本実施形態に係る揚水発電所プラントの模擬システム１の構成例を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る模擬システム１は、循環水路を構成可能な複数の揚水機における発電状態を模擬可能なシステムである。この模擬システム１は、揚水機の模擬装置１０と、揚水機を制御する実運用制御装置２０とを備える。
【００１０】
図１には、更に複数の実際の揚水発電所プラント３０が模式的に図示されている。揚水発電所プラント３０は、循環水路を構成可能な複数の揚水機で構成される。揚水発電所プラント３０は、後述するように、発電動作、揚水動作、循環動作を有する。なお、本実施形態では、揚水発電所プラントを揚水発電所、揚水発電プラントと称する場合がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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