(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン回転数偏差を入力として開度指令値を得る調定率関数発生器と、負荷指令値を与える負荷設定器と、前記開度指令値と負荷指令値の加算信号をガバナ指令値としてタービン入口の蒸気加減弁の弁開度を制御するタービン制御装置において、
タービン回転数偏差を入力として開度指令値を得る異なる調定率を与える複数の前記調定率関数発生器と、該複数の調定率関数発生器の出力の一つを選択する切替器と、該切替器による出力選択の前後での切替器出力の差を補正信号として記憶する補正信号記憶回路と、該補正信号記憶回路の補正信号と負荷要求信号の和として前記の負荷指令値を得る前記の負荷設定器とを備え、前記切替器による出力選択の前後で前記ガバナ指令値の変動を抑えることを特徴とするタービン制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のタービン制御装置において、
複数の調定率関数発生器の出力の一つを選択する切替操作をタービンの通常運転状態において実行することを特徴とするタービン制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のタービン制御装置において、
発電機出力の目標値と、検出した発電機出力の差に応じて前記負荷要求指令を定める第１の制御回路と、発電機出力の目標値と前記負荷指令値とを用いて前記負荷要求指令を定める第２の制御回路とを備え、前記切替器による出力選択の前に第１の制御回路の出力を前記負荷要求指令に定め、前記切替器による出力選択の後に第２の制御回路の出力を前記負荷要求指令に定めることを特徴とするタービン制御装置。
【請求項４】
タービン回転数偏差を入力として開度指令値を得る調定率関数発生器と、負荷指令値を与える負荷設定器と、前記開度指令値と負荷指令値の加算信号をガバナ指令値としてタービン入口の蒸気加減弁の弁開度を制御するタービン制御装置において、
タービン回転数偏差を入力として開度指令値を得る、異なる調定率を与える複数の前記調定率関数発生器と、該複数の調定率関数発生器の出力の一つを選択する切替器と、該切替器による出力選択の前後での切替器出力の差を補正信号として記憶する補正信号記憶回路と、該補正信号記憶回路の補正信号と負荷要求信号の和として前記の負荷指令値を得る前記の負荷設定器と、発電機出力の目標値と、検出した発電機出力の差に応じて前記負荷要求指令を定める第１の制御回路と、発電機出力の目標値と前記負荷指令値とを用いて前記負荷要求指令を定める第２の制御回路と、前記切替器による出力選択の前に第１の制御回路の出力を前記負荷要求指令に定め、前記切替器による出力選択の後ろに第２の制御回路の出力を前記負荷要求指令に定めることを特徴とするタービン制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はタービン制御装置に係り、特に複数の非線形速度調定率を有して、電力系統の運用状況に応じて切替使用するタービン制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
系統並列運転中のタービンにおいて、加減弁の開度を制御するための重要な要素に速度調定率がある。一般には速度調定率を超える程度の回転数偏差が発生すると加減弁は全開または全閉する制御が行われ、反対に速度調定率を超えない程度の偏差の場合には加減弁は偏差に比例した開度となるような制御が行われている。
【０００３】
係る制御に使用する速度調定率としては、従来から単一の速度調定率を備えているが、応答性が要求される状況、例えば負荷遮断時などの場合には、急速に加速及び減速することが難しく、火力発電プラントの制御にとり望ましいものでは無かった。つまり、単一の速度調定率として通常の系統並列運転時に好適な速度調定率に設定されていた場合には、この速度調定率のままで例えば負荷遮断時などの応答性が要求される状況に適合することが困難である。
【０００４】
このため、複数の速度調定率または、非線形速度調定率関数を用いることが行われてきた。これにより、通常の系統並列運転時に好適な速度調定率と、負荷遮断時に好適な速度調定率を備えることができる。特許文献１では負荷遮断時において、火力発電プラントを安定に制御させるために速度調定率を負荷遮断時と系統並列運転時とに分け、それらを切り替える手段を提供している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２５８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年の電力系統では多数の分散電源が設置されるようになってきた。係る電力系統の構成変化に対し、火力発電プラントが果たすべき役割として特許文献1のように負荷遮断時において、火力発電プラントを安定に制御させることが一側面としてあるが、通常の系統並列運転状態においても分散電源の運転状態に応じて系統変動に貢献できるものとする必要がある。
【０００７】
多数の分散電源を備えた電力系統において通常の系統並列運転を安定に行うことを考慮すると、火力発電プラントとして特許文献１のように、単一の非線形速度調定率関数を用いることは、系統変動における集中電源としての寄与など柔軟性が保てず安定した電力供給の面で望ましいものではない。
【０００８】
これに対して、火力発電プラントとして単一の非線形速度調定率関数を備えるのではなく、複数の非線形速度調定率関数を備え、通常の系統並列運転状態の中でこれらを切り替えて使用することが考えられる。
【０００９】
例えば分散電源からの発生電力が不安定な場合には、火力発電プラントとして大きな速度調定率を発生させる非線形速度調定率関数を使用して、火力発電プラントが分散電源からの発生電力の過不足を、積極的にかつ、迅速に補うように作動させることが考えられる。
【００１０】
他方で、分散電源からの発生電力が安定な場合には、火力発電プラントとして比較的小さな速度調定率、または定格回転数近傍に不感帯を持たせた非線形速度調定率関数を用いることにより、火力発電プラントとしては一定の電力を安定に供給させることとし、系統を安定に維持することが考えられる。
【００１１】
しかし、系統並列運転中に複数の速度調定率を切り替えて運転した場合、切り替えた瞬間に速度調定率が不連続となることによるガバナ信号の急変と、これに伴う加減弁の開度の変化により、タービン回転数の変化とこれによる系統周波数の変化が生じ、系統を維持することが困難となる。
【００１２】
本発明は、今後の分散電源増加に伴う集中電源の柔軟性及び制御性向上を目的とし系統並列運転中に複数の速度調定率を切り替える場合においても制御対象となる加減弁制御の連続性を維持し、制御対象の発電出力と系統を安定に維持させるタービンの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明では、タービン回転数偏差を入力として開度指令値を得る調定率関数発生器と、負荷指令値を与える負荷設定器と、開度指令値と負荷指令値の加算信号をガバナ指令値としてタービン入口の蒸気加減弁の弁開度を制御するタービン制御装置において、タービン回転数偏差を入力として開度指令値を得る異なる調定率を与える複数の調定率関数発生器と、複数の調定率関数発生器の出力の一つを選択する切替器と、切替器による出力選択の前後での切替器出力の差を補正信号として記憶する補正信号記憶回路と、補正信号記憶回路の補正信号と負荷要求信号の和として負荷指令値を得る負荷設定器とを備え、切替器による出力選択の前後で前記ガバナ指令値の変動を抑える。
【００１４】
また、複数の調定率関数発生器の出力の一つを選択する切替操作をタービンの通常運転状態において実行する。
【００１５】
また、発電機出力の目標値と、検出した発電機出力の差に応じて負荷要求指令を定める第１の制御回路と、発電機出力の目標値と負荷指令値とを用いて負荷要求指令を定める第２の制御回路とを備え、切替器による出力選択の前に第１の制御回路の出力を負荷要求指令に定め、切替器による出力選択の後に第２の制御回路の出力を負荷要求指令に定める。
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明では、タービン回転数偏差を入力として開度指令値を得る調定率関数発生器と、負荷指令値を与える負荷設定器と、開度指令値と負荷指令値の加算信号をガバナ指令値としてタービン入口の蒸気加減弁の弁開度を制御するタービン制御装置において、タービン回転数偏差を入力として開度指令値を得る異なる調定率を与える複数の調定率関数発生器と、複数の調定率関数発生器の出力の一つを選択する切替器と、切替器による出力選択の前後での切替器出力の差を補正信号として記憶する補正信号記憶回路と、補正信号記憶回路の補正信号と負荷要求信号の和として負荷指令値を得る負荷設定器と、発電機出力の目標値と、検出した発電機出力の差に応じて負荷要求指令を定める第１の制御回路と、発電機出力の目標値と負荷指令値とを用いて負荷要求指令を定める第２の制御回路と、切替器による出力選択の前に第１の制御回路の出力を負荷要求指令に定め、切替器による出力選択の後に第２の制御回路の出力を負荷要求指令に定める。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、系統側要求による系統並列運転中に複数の速度調定率を任意に切り替えた場合でも、速度調定率関数の切替に伴う加減弁の突変を防止することが可能となり、電力系統の需給に応じた安定したプラント制御が実現でき、電力系統の安定な運用を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例によるタービン制御装置の構成を示す図。
【図２】関数選択器７の構成を示す図。
【図３】調定率関数発生器２の関数を示す図。
【図４】調定率関数発生器３の関数を示す図。
【図５】調定率関数発生器４の関数を示す図。
【図６】調定率関数発生器５の関数を示す図。
【図７】速度調定率関数２から３へ切替時の各信号を示す図。
【図８】速度調定率関数３から２へ切替時の各信号の変化を示す図。
【図９】本発明の第２の実施例によるタービン制御装置の構成を示す図。
【図１０】第２の実施例のボイラ制御装置の回路構成の主要部を示す図。
【図１１】第２の実施例で速度調定率関数２から３へ切替時の各信号を示す図。
【図１２】第２の実施例で速度調定率関数３から２へ切替時の各信号を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００２０】
図１は、本実施例におけるタービン制御装置の構成である。タービン制御装置２０１は、タービン３０の蒸気導入部に設けられた例えば４組の蒸気加減弁２５〜２８の開度を制御する。開度調整された蒸気加減弁２５〜２８により、ボイラ２０からタービン３０へ導入される駆動蒸気量を調整する。発電機２９は、タービン３０により駆動される。
【００２１】
タービン制御装置２０１は、回転数検出器３１で検出したタービン回転数１０１を入力し、最終的に蒸気加減弁２５〜２８に対する開度指令信号１１０−１１３を与える。このために、タービン制御装置２０１は、定格回転数設定器１、調速指令計算回路２０２、負荷設定回路２０３、負荷制限器１０、低値選択回路１１及び加減弁開度指令器１２〜１５を備える。以下、各部の詳細回路構成とその動作について説明する。
【００２２】
まず、調速指令計算回路２０２は、調定率関数発生器２〜５、切替器６、関数選択器７、及び選択信号発生回路８から構成されている。この速度調定率計算回路２０２は、タービン回転数１０１と定格回転数設定器１との差である回転数偏差１０２を入力としている。
【００２３】
回転数偏差１０２は、図３から図６に例示する調定率関数発生器２〜５に入力される。図３から図６の調定率関数発生器２〜５の関数は、いずれも横軸に回転数偏差１０２（ｘ［ｒｐｍ］）、縦軸に出力ｆ（ｘ）を示している。
【００２４】
各調定率関数発生器の関数についてごく簡単に説明すると、図３の調定率関数発生器２の関数は、全領域で入力ｘに比例する出力ｆ１（ｘ）を与えるが、そのときのゲインは、例えば０．６７とされている。
【００２５】
図４の調定率関数発生器３の関数は、入力ｘが１０［ｒｐｍ］以内では出力せず、１０［ｒｐｍ］を超える領域では比例的に出力を与えるような出力ｆ２（ｘ）とされる。この関数では、回転数偏差１０２が±１０［ｒｐｍ］よりも小さい領域では不感帯とされており、速度制御を実行しない。
【００２６】
図５、図６の調定率関数発生器４，５の関数は、全領域で入力ｘに対応して出力ｆ３（ｘ）、ｆ４（ｘ）を与えるが、回転数偏差１０２が±１０［ｒｐｍ］よりも小さい領域でのゲインが低く抑えられている。
【００２７】
これらの関数は、通常の系統並列運転状態の中で適宜の条件に応じて切替使用される。例えば、回転数偏差１０２が発生したときに積極的に応答して電力系統の安定化に貢献させるガバナフリー運転を行うときには、図３の調定率関数発生器２の関数を選択するのがよい。また基底負荷運転を行うような場合には、図４の調定率関数発生器３の関数として回転数偏差１０２の変動には応答させないようにするのがよい。
【００２８】
調速指令計算回路２０２の切替器６には、以上説明した図３から図６の調定率関数発生器２〜５の関数に速度偏差信号１０２を印加し得られた信号が与えられている。切替器６では、関数選択器７の出力によって複数の調定率関数発生器の出力の1つを選択し、これを開度指令値１０３とする。
【００２９】
選択信号発生回路８は、通常の系統並列運転状態の中で適宜の条件に応じて調定率関数を変更するときに作動して出力を与える。関数選択器７は、選択信号発生回路８の出力により、切替器６を操作して新たに開度指令値１０３を決定すると共に、関数の切替過渡時における開度指令値１０３の変化分に応じた変動を抑止する為の補正信号１０４を出力する。
【００３０】
図２は、関数選択器７の詳細な構成を示したものである。関数選択器７は、関数記憶回路７１、補正信号演算回路７２、及び前回選択関数記憶回路７３からなる。関数選択器７には、回転数偏差信号１０２と選択信号発生回路８からの選択信号とが入力され、切替器６に切替信号を与え、後段の負荷設定回路２０３に補正信号を与える。
【００３１】
関数記憶回路７１は、調定率関数発生器２〜５の関数の1つを記憶するもので、選択信号発生回路８から得られる選択信号の意味する一つの調定率関数Ｋｎを記憶して補正信号演算回路７２に出力する。この結果、関数記憶回路７１には調定率関数切替後の新しい調定率関数が記憶されることになる。
【００３２】
これに対し、前回選択関数記憶回路７３は、１回前の切替信号発生回路８の出力により選択されていた調定率関数Ｋｏを記憶する。前回選択関数記憶回路７３は、選択信号発生回路８の出力により、以前に選択されていた調定率関数Ｋｏを補正信号演算回路７２に出力するとともに、補正信号演算回路７２より出力された調定率関数Ｋｎを記憶する。
【００３３】
補正信号演算回路７２は、関数記憶回路７１の出力Ｋｎ、前回選択関数記憶回路７３の出力Ｋｏ及び回転数偏差１０２を用いて、前回選択関数記憶回路７３に出力された関数の回転数偏差１０２における出力値と関数記憶回路７１から出力された関数の回転数偏差１０２における出力値との差により生成された値を、補正信号１０４として出力する。また補正信号演算回路７２は、前回選択関数記憶回路７３へ今回選択された調定率関数Ｋｎを出力し、これを記憶することで次回切替時の前回選択関数として使用する。
【００３４】
補正信号演算回路７２の具体的な動作について具体的な数値で説明する。これは例えば、前回選択関数記憶回路７３に記憶された関数Ｋｏが図６であり、新たに関数記憶回路７１に記憶された関数Ｋｎが図３であって、回転数偏差１０２が１０［ｒｐｍ］であったとするなら、図６の関数Ｋｏから得られていた出力（３．３５）と、図３の関数Ｋｎから得られる出力（６．７）の差としての出力（３．３５）を補正信号演算回路７２から補正信号１０４として出力することを意味する。
【００３５】
調速指令計算回路２０２で求められた開度指令値１０３及び補正信号１０４は、次段の負荷設定回路２０３に与えられる。
【００３６】
図1の負荷設定回路２０３は、補正信号記憶回路１６、負荷設定器９、加算回路から構成される。このうち、補正信号記憶回路１６は、関数切替の瞬間に生じたワンショットの補正信号１０４を記憶保持して負荷設定器９に与える。負荷設定器９は、プラント発電出力指令（負荷要求指令）１２１と、補正信号１０４の記憶値を入力し、負荷指令値１０５を出力する演算を行う。これは例えば先の例で、図６から図３に関数切替があったときに、差として与えられる出力（３．３５）をワンショットの補正信号１０４として受け取り、プラント発電出力指令１２１に加算して負荷指令値１０５を与える。負荷設定回路２０３は、その後、開度指令値１０３と、負荷設定器９からの負荷指令値１０５の和として生成された値をガバナ指令値１０６として出力する。
【００３７】
低値選択回路２０４は、ガバナ指令値１０６と負荷制限器１０の出力のうちいずれか低い値を選択し、それを加減弁開度指令器１２〜１５へ出力する。
【００３８】
加減弁開度指令器１２〜１５は、低値選択回路２０４の出力から加減弁開度指令１１０〜１１３を計算し、蒸気加減弁２５〜２８へ出力する。
【００３９】
先にも説明したように、図３から図６は本実施例における各調定率関数発生器の関数を示したものである。いずれも図中ｘで示される回転数偏差１０２に応じて速度調定率ｆｎ（ｘ）（ｎは調定率関数の番号）を乗じた出力を与えるものである。
【００４０】
次に図１、図２に示したタービン制御装置において、調定率関数発生器２の関数から調定率関数発生器３の関数への切替を行った場合における各部信号の変化を、図７のタイムチャートを用いて説明する。但し、定格回転数設定器１は、３０００［ｒｐｍ］（系統周波数基準５０［Ｈｚ］）を定格とする信号を与えるものとする。
【００４１】
この図は、図１の制御の流れの上流から下流に向かう各部の信号が、図７の下側から上側に向かって順次記載されている。各部の信号としては、タービン回転数１０１、調定率関数出力１０３、補正信号１０４、負荷設定信号１０５、ガバナ指令値１０６、加減弁開度指令１１０−１１３、発電機出力２０６を表示している。
【００４２】
またこの図で、横軸に示した時刻ｔ１以前は調定率関数２による定格回転数運転（３０００［ｒｐｍ］）状態、時刻ｔ１−ｔ２間は調定率関数２によるタービン回転数１０１が３０００［ｒｐｍ］から２９９０［ｒｐｍ］に１０［ｒｐｍ］低下した過渡状態、時刻ｔ３以前は調定率関数２による速度低下（２９９０［ｒｐｍ］）運転状態、時刻ｔ３以降は調定率関数３による切替過渡状態と、その後の調定率関数３による運転状態を示している。
【００４３】
なお、時刻ｔ１以前の運転状態では、タービン回転数１０１が定格の３０００［ｒｐｍ］にあり、その他の各部信号は安定的に一定を保っている。例えば、調定率関数出力１０３，補正信号１０４は０％を保持し、負荷設定信号１０５、ガバナ指令値１０６、加減弁開度指令１１０−１１３は５０％を維持しているとする。
【００４４】
以下時系列的に制御とその結果について説明する。まず、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて、タービン回転数１０１が３０００［ｒｐｍ］から２９９０［ｒｐｍ］に１０［ｒｐｍ］低下すると、このときに選択されていた調定率関数２により回転数偏差１０２に比例して開度指令値１０３が６．７％増大する。また、開度指令値１０３の増大分だけガバナ指令値１０６が増大(時刻ｔ１で５０．０％であったものが、時刻ｔ２では６．７％増加して５６．７％に増大)して、加減弁開度指令１１０〜１１３、しいては発電機出力２０６を増大させる。なおこのときには、切替が生じていないので、補正信号１０４に増減は生じない。
【００４５】
時刻ｔ２−ｔ３間では、タービン回転数１０１がほぼ２９９０［ｒｐｍ］で安定しており変動していないので、調定率関数２による安定した運転状態を継続する。この状態では、概ね開度指令値１０３が６．７％、ガバナ指令値１０６が５６．７％を維持している。
【００４６】
これに対し、時刻ｔ３において、何らかの事情により図２の選択信号が変更され、調定率関数２から調定率関数３への切替が実行された。この場合に、図２回路では選択信号発生回路８の出力(選択信号)を受け、関数記憶回路７１は新しい調定率関数３の出力を補正信号演算回路７２へ出力する。同時に、前回選択関数記憶回路７３は、従来の調定率関数２の出力を補正信号演算回路７２へ出力する。補正信号演算回路７２は、ｔ３時点での回転数偏差１０２及び調定率関数２及び３から前述の如く演算を行い、補正信号演算回路７２により生成された、関数切替の瞬間に生じたワンショットの補正信号１０４を出力する。
【００４７】
この場合に、切替前の調定率関数２による開度指令値１０３が６．７％であったものが、切替後には調定率関数３による開度指令値１０３が０％になる。また、このことから、補正信号１０４としては６．７％に相当する信号が得られる。
【００４８】
この結果、図1の負荷設定回路２０３の加算器の一方の入力である開度指令値１０３が６．７％だけ減少するのに対し、加算器の他方の入力である負荷設定信号１０５が６．７％だけ増加することになり、結果として加算器出力が変動しない。
【００４９】
このようにして、負荷設定回路２０３は、補正信号１０４と負荷設定信号１０５との和により生成された値をガバナ指令値１０６として出力し、以後運転継続する。つまり、調定率関数の切替により発生した補正信号分１０４が、負荷設定器９の負荷設定信号１０５に反映される形で変化し、以後はガバナ指令値１０６としては変動することなく制御が続行される。このことは、系統並列運転中に複数の速度調定率を切り替えて運転しても発電機出力に影響を与えないで切替可能であることを意味する。
【００５０】
次に図１、図２に示したタービン制御装置において、調定率関数発生器３の関数から調定率関数発生器２の関数への切替を行った場合における各部信号の変化を、図８のタイムチャートを用いて説明する。但し、図８のチャートの記載や説明の前提は図7の場合と同じであるので、主要な相違点について説明する。
【００５１】
この図で横軸に示した時刻ｔ１以前は調定率関数３による定格回転数運転（３０００［ｒｐｍ］）状態、時刻ｔ１−ｔ２間は調定率関数３によるタービン回転数１０１が３０００［ｒｐｍ］から２９９０［ｒｐｍ］に１０［ｒｐｍ］低下した過渡状態、時刻ｔ３以前は調定率関数３による速度低下（２９９０［ｒｐｍ］）運転状態、時刻ｔ３以降は調定率関数２による切替過渡状態と、その後の調定率関数２による運転状態を示している。
【００５２】
時刻ｔ１以前の運転状態では、タービン回転数１０１が定格の３０００［ｒｐｍ］にあり、その他の各部信号は安定的に一定を保っている。例えば、調定率関数出力１０３，補正信号１０４は０％を保持し、負荷設定信号１０５、ガバナ指令値１０６、加減弁開度指令１１０−１１３は５０％を維持しているとする。
【００５３】
以下時系列的に制御とその結果について説明する。まず、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて、タービン回転数１０１が３０００［ｒｐｍ］から２９９０［ｒｐｍ］に１０［ｒｐｍ］低下するが、このときに選択されていた調定率関数３は、±１０［ｒｐｍ］の範囲内を不感帯としているために、速度偏差が発生しても出力は０％を維持し変化しない。なお、後で選択される調定率関数２の出力は、回転数偏差１０２に比例して６．７％程度の値になっているが、この状態では選択されていないので、図８では点線で記載している。このため、他の各部信号も時刻ｔ３まで変化することなく、以前の状態を保持し続けている。
【００５４】
これに対し、時刻ｔ３において、何らかの事情により図２の選択信号が変更され、調定率関数３から調定率関数２への切替が実行された。この場合に、図２回路では選択信号発生回路８の出力(選択信号)を受け、関数記憶回路７１は新しい調定率関数２の出力を補正信号演算回路７２へ出力する。同時に、前回選択関数記憶回路７３は、従来の調定率関数３の出力を補正信号演算回路７２へ出力する。補正信号演算回路７２は、ｔ３時点での回転数偏差１０２及び前記調定率関数２及び３から前述の如く演算を行い、補正信号演算回路７２により生成された、関数切替の瞬間に生じたワンショットの補正信号１０４を出力する。
【００５５】
この場合に、切替前の調定率関数３による開度指令値１０３が０％であったものが、切替後には調定率関数２による開度指令値１０３が６．７％になる。また、このことから、補正信号１０４としては−６．７％に相当する信号が得られる。
【００５６】
この結果、図1の負荷設定回路２０３の加算器の一方の入力である開度指令値１０３が６．７％だけ増加するのに対し、加算器の他方の入力である負荷設定信号１０５が６．７％だけ減少することになり、結果として加算器出力が変動しない。
【００５７】
このようにして、負荷設定回路２０３は、補正信号１０４と負荷設定信号１０５との和により生成された値をガバナ指令値１０６として出力し、以後運転継続する。つまり、調定率関数の切替により発生した補正信号分１０４が、負荷設定器９の負荷設定信号１０５に反映される形で変化し、以後はガバナ指令値１０６としては変動することなく制御が続行される。このことは、系統並列運転中に複数の速度調定率を切り替えて運転しても発電機出力に影響を与えないで切替可能であることを意味する。
【００５８】
図９は、図１回路の変形実施例を示している。この事例では、タービン制御装置２０１とボイラ制御装置２１を備え、いわゆるタービン追従制御を行っている。タービン追従制御の場合、ボイラ制御装置２１は、中央給電指令所２２から与えられた系統周波数指令１２４に応じて当該発電所が負担すべき電力量の目標信号を求め、この目標信号に応じてボイラ２０を制御する。
【００５９】
また、ボイラ制御装置２１は、タービン制御装置２０１の負荷設定器９に与える負荷要求指令１２１を決定する。図１０回路は、ボイラ制御装置２１の回路構成のうち、ボイラ２０を制御する回路部分の記述を省略して、負荷設定器９に与える負荷要求指令１２１を決定する回路部分のみを記載している。
【００６０】
図１０のボイラ制御装置２１では、負荷設定器９に与える負荷要求指令１２１を決定するための２組の制御系統が切り替え使用されている。第１の制御系統は通常制御における発電機出力制御であり、第２の制御系統は調定率変更が生じたときの発電機出力制御である。
【００６１】
まず、通常制御における発電機出力制御について説明する。ここでは、目標発電機出力設定器２１２が発電機出力の目標値Ｐ０を与えている。なお、この値は、中央給電指令所２２から与えられた系統周波数指令１２４に応じて求められた当該発電所が負担すべき電力量の目標信号に相当する。この目標信号Ｐ０には発電機出力補正信号ΔＰ０が加算される。発電機出力補正信号ΔＰ０は、図９の開度指令値１０３を変換回路１８で系統周波数制御偏差量Δｆに変換し、さらに図１０の周波数変動補正回路２１１において発電機出力に変換して求められたものである。従って、加算回路ＡＤ１の出力は、長周期の系統周波数指令１２４で定まる目標発電量Ｐ０に、タービンのガバナ制御での短周期の速度変化信号で定まる発電補正量ΔＰ０を加味した信号ということができる。
【００６２】
通常制御における発電機出力制御は、加算回路ＡＤ１の出力を目標信号とし、タービン発電機出力１２２を帰還信号として偏差信号を加算回路ＡＤ２で求め、比例積分制御回路２１３により、負荷要求指令１２１を決定する。
【００６３】
第２の制御系統である発電機出力制御は、調定率変動が生じたときのワンショットの補正信号１０４が与えられたときに、加算回路ＡＤ１の出力を目標信号とし、負荷指令値１０５を帰還信号とする偏差信号を比例積分制御回路２１３に入力して負荷要求指令１２１を決定する。
【００６４】
図９、図１０の以上の説明から推測できるように、この回路構成によれば負荷指令値１０５は、通常は第１の制御系統で定まる制御を実行し、調定率切り替えの過渡時にワンショットの補正信号１０４により開度指令値１０３の変動をキャンセルし、その後は第２の制御系統による発電機出力制御に滑らかに移行する。図９、図１０の制御系統により以上の結果が得られることを図１１、図１２のタイムチャートを用いて説明する。
【００６５】
図１１は、図９のタービン制御装置において、調定率関数発生器２の関数から調定率関数発生器３の関数への切替を行った場合における各部信号の変化を示している。
但し、図１１では、新たに系統周波数制御偏差量１２３と負荷要求指令１２１を追記しているが、そのほかのチャートの記載や説明の前提は図7などの場合と同じであるので、主要な相違点について説明する。
【００６６】
この図で横軸に示した時刻ｔ１以前は調定率関数２による定格回転数運転（３０００［ｒｐｍ］）状態、時刻ｔ１−ｔ２間は調定率関数２によるタービン回転数１０１が３０００［ｒｐｍ］から２９９０［ｒｐｍ］に１０［ｒｐｍ］低下した過渡状態、時刻ｔ３以前は調定率関数２による速度低下（２９９０［ｒｐｍ］）運転状態、時刻ｔ３以降は調定率関数３による切替過渡状態と、その後の調定率関数３による運転状態を示している。
【００６７】
時刻ｔ１以前の運転状態では、タービン回転数１０１が定格の３０００［ｒｐｍ］にあり、その他の各部信号は安定的に一定を保っている。例えば、調定率関数出力１０３，補正信号１０４は０％を保持し、負荷設定信号１０５、ガバナ指令値１０６、加減弁開度指令１１０−１１３は５０％を維持しているとする。また系統周波数制御偏差量１２３は、その入力である調定率関数出力１０３が０％を保持しているため、０％とされている。また、ボイラ制御装置２１が与える負荷要求指令１２１は、５０％に保持されているものとする。
【００６８】
以下時系列的に制御とその結果について説明する。まず、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて、タービン回転数１０１が３０００［ｒｐｍ］から２９９０［ｒｐｍ］に１０［ｒｐｍ］低下すると、このときに選択されていた調定率関数２により回転数偏差１０２に比例して開度指令値１０３が６．７％増大する。他方、ボイラ制御装置２１においては、開度指令値１０３の変動を受けて系統周波数制御偏差量１２３が減少するが、この大きさは定格周波数(たとえば５０Ｈｚ)に対して０．１６７Ｈｚ程度である。このため、これを受けて、比例積分制御回路２１３により負荷要求指令１２１を減少方向に制御するが、この大きさは調定率関数２からの変動分に比較すると十分に小さいため、制御系全体としては開度指令値１０３の増大分だけガバナ指令値１０６が増大(時刻ｔ１で５０．０％であったものが、時刻ｔ２では６．７％増加して５６．７％に増大)して、加減弁開度指令１１０〜１１３、しいては発電機出力２０６を増大させる。なおこのときには、切替が生じていないので、補正信号１０４に増減は生じない。
【００６９】
時刻ｔ２−ｔ３間では、タービン回転数１０１がほぼ２９９０［ｒｐｍ］程度で微小変動しており、調定率関数２による運転状態を継続する。この状態では、概ね開度指令値１０３が６．７％、ガバナ指令値１０６が５６．７％を維持している。なお、系統周波数制御偏差量１２３は、その入力である調定率関数出力１０３に対応して変動している。
【００７０】
これに対し、時刻ｔ３において、何らかの事情により図２の選択信号が変更され、調定率関数２から調定率関数３への切替が実行された。この場合に、図２回路では選択信号発生回路８の出力(選択信号)を受け、関数記憶回路７１は新しい調定率関数３の出力を補正信号演算回路７２へ出力する。同時に、前回選択関数記憶回路７３は、従来の調定率関数２の出力を補正信号演算回路７２へ出力する。補正信号演算回路７２は、ｔ３時点での回転数偏差１０２及び調定率関数２及び３から前述の如く演算を行い、関数切替の瞬間に生じたワンショットの補正信号１０４を出力する。
【００７１】
この場合に、切替前の調定率関数２による開度指令値１０３がほぼ６．７％であったものが、切替後には調定率関数３による開度指令値１０３が０％になる。また、このことから、補正信号１０４としては６．７％に相当する信号が得られる。
【００７２】
この切り替えの前後において、図１０で説明したようにボイラ制御装置２１内の制御は、第１の制御系統で定まる制御（加算器ＡＤ１の出力を目標値、発電機出力１２２を帰還信号とする比例積分制御）から、第２の制御系統で定まる制御（加算器ＡＤ１の出力を目標値、負荷指令値１０５を帰還信号とする比例積分制御）に切り替わるが、比例積分制御回路２１３の積分時定数に従い、両制御系統の差分が収束される方向に時間変化する。
【００７３】
従って、切り替えの瞬時における負荷指令値１０５の変化分は、ワンショットの補正信号の−６．７％相当の信号みであり、この結果ガバナ指令値１０６としては、ワンショットの補正信号１０４により開度指令値１０３の変動分をキャンセルし、切り替えの前後では変動しないことになる。
【００７４】
なお、切り替え後の負荷指令値１０５の出力としては、図１０の加算回路ＡＤ１の出力、つまり発電量目標信号が与えられることになる。このため、時刻ｔ３前後では発電出力は変化せず、結果的にガバナ指令値１０６も変動しない。
【００７５】
このようにして、負荷設定回路２０３は、補正信号１０４と負荷設定信号１０５との和により生成された値をガバナ指令値１０６として出力し、以後運転継続する。つまり、調定率関数の切替により発生した補正信号分１０４が、負荷設定器９の負荷設定信号１０５に反映される形で変化し、以後はガバナ指令値１０６としては変動することなく制御が続行される。このことは、系統並列運転中に複数の速度調定率を切り替えて運転しても発電機出力に影響を与えないで切替可能であることを意味する。
【００７６】
図１２は、図９のタービン制御装置において、調定率関数発生器３の関数から調定率関数発生器２の関数への切替を行った場合における各部信号の変化を示している。
但し、図１２では、新たに系統周波数制御偏差量１２３と負荷要求指令１２１を追記しているが、そのほかのチャートの記載や説明の前提は図7などの場合と同じであるので、主要な相違点について説明する。
【００７７】
この図で横軸に示した時刻ｔ１以前は調定率関数３による定格回転数運転（３０００［ｒｐｍ］）状態、時刻ｔ１−ｔ２間は調定率関数３によるタービン回転数１０１が３０００［ｒｐｍ］から２９９０［ｒｐｍ］に１０［ｒｐｍ］低下した過渡状態、時刻ｔ３以前は調定率関数３による速度低下（２９９０［ｒｐｍ］）運転状態、時刻ｔ３以降は調定率関数２による切替過渡状態と、その後の調定率関数３による運転状態を示している。
【００７８】
時刻ｔ１以前の運転状態では、タービン回転数１０１が定格の３０００［ｒｐｍ］にあり、その他の各部信号は安定的に一定を保っている。例えば、調定率関数出力１０３，補正信号１０４は０％を保持し、負荷設定信号１０５、ガバナ指令値１０６、加減弁開度指令１１０−１１３は５０％を維持しているとする。また系統周波数制御偏差量１２３は、その入力である調定率関数出力１０３が０％を保持しているため、０％とされている。また、ボイラ制御装置２１が与える負荷要求指令１２１は、５０％に保持されているものとする。
【００７９】
以下時系列的に制御とその結果について説明する。まず、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて、タービン回転数１０１が３０００［ｒｐｍ］から２９９０［ｒｐｍ］に１０［ｒｐｍ］低下すると、このときに選択されていた調定率関数３により回転数偏差１０２は１０［ｒｐｍ］であるが、開度指令値１０３としては０％を維持している。他方、ボイラ制御装置２１においては、回転速度低下を受けて系統周波数制御偏差量１２３が減少するが、この大きさは定格周波数(たとえば５０Ｈｚ)に対して０．１６７Ｈｚ程度である。これを受けて、比例積分制御回路２１３により負荷要求指令１２１を減少方向に制御する。また、これを受けて負荷設定信号１０５も減少する。
【００８０】
時刻ｔ２−ｔ３間では、タービン回転数１０１がほぼ２９９０［ｒｐｍ］程度で微小変動しているが、調定率関数３により、開度指令値１０３としては０％を維持している。但し、ボイラ制御装置２１においては、回転速度低下を受けて系統周波数制御偏差量１２３が変動し、これを補正すべく負荷要求指令１２１、負荷設定信号１０５が調整されている。
【００８１】
これに対し、時刻ｔ３において、何らかの事情により図２の選択信号が変更され、調定率関数３から調定率関数２への切替が実行された。この場合に、図２回路では選択信号発生回路８の出力(選択信号)を受け、関数記憶回路７１は新しい調定率関数３の出力を補正信号演算回路７２へ出力する。同時に、前回選択関数記憶回路７３は、従来の調定率関数２の出力を補正信号演算回路７２へ出力する。補正信号演算回路７２は、ｔ３時点での回転数偏差１０２及び調定率関数２及び３から前述の如く演算を行い、関数切替の瞬間に生じたワンショットの補正信号１０４を出力する。
【００８２】
この場合に、切替前の調定率関数３による開度指令値１０３がほぼ０％であったものが、切替後には調定率関数２による開度指令値１０３が６．７％になる。また、このことから、補正信号１０４としては−６．７％に相当する信号が得られる。
【００８３】
この切り替えの前後において、図１０で説明したようにボイラ制御装置２１内の制御は、第１の制御系統で定まる制御（加算器ＡＤ１の出力を目標値、発電機出力１２２を帰還信号とする比例積分制御）から、第２の制御系統で定まる制御（加算器ＡＤ１の出力を目標値、負荷指令値１０５を帰還信号とする比例積分制御）に切り替わるが、比例積分制御回路２１３の積分時定数に従い、両制御系統の差分が収束される方向に時間変化する。
【００８４】
従って、切り替えの瞬時における負荷指令値１０５の変化分は、ワンショットの補正信号の−６．７％相当の信号みであり、この結果ガバナ指令値１０６としては、ワンショットの補正信号１０４により開度指令値１０３の変動分をキャンセルし、切り替えの前後では変動しないことになる。
【００８５】
なお、切り替え後の負荷指令値１０５の出力としては、図１０の加算回路ＡＤ１の出力、つまり発電量目標信号が与えられることになる。このため、時刻ｔ３前後では発電出力は変化せず、結果的にガバナ指令値１０６も変動しない。
【００８６】
このようにして、負荷設定回路２０３は、補正信号１０４と負荷設定信号１０５との和により生成された値をガバナ指令値１０６として出力し、以後運転継続する。つまり、調定率関数の切替により発生した補正信号分１０４が、負荷設定器９の負荷設定信号１０５に反映される形で変化し、以後はガバナ指令値１０６としては変動することなく制御が続行される。このことは、系統並列運転中に複数の速度調定率を切り替えて運転しても発電機出力に影響を与えないで切替可能であることを意味する。
【００８７】
以上のように、本発明によれば、調定率関数の切替に伴うガバナ指令１０６の変化は発生せず、複数の非線形調定率を安定して切り替えることが可能となる。
【００８８】
特に図９に示すように、ボイラ制御装置２１と連動したプラント出力制御においては、中央給電指令２２からの系統周波数追従指令１２４と、速度調定率関数２〜５に従うガバナ動作に対して、周波数を規定値（５０／６０［Ｈｚ］）に維持するための機能もあり、タービン制御装置の系統周波数偏差（Δｆ）制御量１２３をボイラ制御系に組み合わせることで、タービンとボイラ間の系統周波数補正に関し整合性の取れたプラント出力制御が可能となる。
【００８９】
なお、いずれの実施例でも調定率関数２と３の間での切替を行う際の例を挙げて説明したが、切替パターンはこれに限るものではなく、他の切替パターンにおいても前述した一連の動作により安定した切替が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、分散電源増加に伴う集中電源の柔軟性及び制御性向上を目的とし系統並列運転中に複数の速度調定率を切り替える場合に有用である。
【符号の説明】
【００９１】
１：定格回転数設定器
２〜５：調定率関数発生器
６：切替器
７：関数選択器
８：選択信号発生回路
９：負荷設定器
１０：負荷制限器
１１：低値選択回路
１２〜１５：加減弁開度指令器
１８：変換回路
２０：ボイラ
２１：ボイラ制御装置
２２：中央給電指令
２５〜２８：蒸気加減弁
２９：発電機
３０：タービン
３１：回転数検出器
７１：関数記憶回路
７２：補正信号演算回路
７３：前回選択関数記憶回路
１０１：タービン回転数
１０２：回転数偏差
１０３：開度指令値
１０４：補正信号
１０５：負荷指令値
１０６：ガバナ指令値
１１０〜１１３：加減弁開度指令
１２１：負荷要求指令
１２２：タービン発電機出力
１２３：系統周波数制御偏差量（Δｆ）
１２４：系統周波数指令
２０１：タービン制御装置
２０２：調速指令計算回路
２０３：負荷設定回路
２０４：低値選択回路
【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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【図６】
0005534357.tif 000007
【図７】
0005534357.tif 000008
【図８】
0005534357.tif 000009
【図９】
0005534357.tif 000010
【図１０】
0005534357.tif 000011
【図１１】
0005534357.tif 000012
【図１２】
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