(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラに燃料を供給して燃焼させた熱を熱交換器で吸収して発生させた蒸気をタービンへ供給して発電するボイラ・タービン・発電機設備のボイラ蒸気圧力実績値を一定値に制御すべくボイラに供給する燃料量を補正するにあたり、蒸気圧力実績値の蒸気圧力設定値との偏差である蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値を用いて前記燃料量補正量を算出して補正する方法において、
蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて前記燃料量補正量を算出して補正（以下、「積分制御」という。）している場合に、
前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲を逸脱し、かつ、前記圧力範囲に突入する現象が２回以上発生した場合であって、前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲を第１回目に逸脱した時刻（以下、「第１回目の逸脱時刻」という。）から第２回目に前記圧力範囲に突入する時刻（以下、「第２回目の突入時刻」という。）までの時間（以下、「疑似振動周期」という。）（ＴP）が予め設定した時間（ＴV）以下であったときの当該第２回目の突入時刻（以下、「切替時刻」という。）に、
前記蒸気圧偏差（△Ｐ）の積分値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて燃料量補正量を算出する方法から、
前記蒸気圧偏差（△Ｐ）が零となった時刻の前記蒸気圧偏差（△Ｐ）の積分値のうち直近の２つの値の平均値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて燃料量補正量を算出する方法に変更するステップを有することを特徴とする蒸気圧力制御方法。
【請求項２】
ボイラに燃料を供給して燃焼させた熱を熱交換器で吸収して発生させた蒸気をタービンへ供給して発電するボイラ・タービン・発電機設備のボイラ蒸気圧力実績値を一定値に制御すべくボイラに供給する燃料量を補正するにあたり、蒸気圧力実績値の蒸気圧力設定値との偏差である蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値を用いて前記燃料量補正量を算出して補正する方法において、
蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて前記燃料量補正量を算出して補正（以下、「積分制御」という。）している場合に、
前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲を逸脱し、かつ、前記圧力範囲に突入する現象が２回以上発生した場合であって、前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲を第１回目に逸脱した時刻（以下、「第１回目の逸脱時刻」という。）から第２回目に前記圧力範囲に突入する時刻（以下、「第２回目の突入時刻」という。）までの時間（以下、「疑似振動周期」という。）（ＴP）が予め設定した時間（ＴV）以下であったときの当該第２回目の突入時刻（以下、「切替時刻」という。）に、
前記蒸気圧偏差（△Ｐ）の積分値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて燃料量補正量を算出する方法から、
前記予め設定した圧力範囲を逸脱した時刻（以下、「逸脱時刻」という。）の前記蒸気圧偏差（△Ｐ）の積分値のうち直近の２つの値の平均値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて燃料量補正量を算出する方法に変更するステップを有することを特徴とする蒸気圧力制御方法。
【請求項３】
ボイラに燃料を供給して燃焼させた熱を熱交換器で吸収して発生させた蒸気をタービンへ供給して発電するボイラ・タービン・発電機設備のボイラ蒸気圧力実績値を一定値に制御すべくボイラに供給する燃料量を補正するにあたり、蒸気圧力実績値の蒸気圧力設定値との偏差である蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値を用いて前記燃料量補正量を算出して補正する方法において、
蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて前記燃料量補正量を算出して補正（以下、「積分制御」という。）している場合に、
前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲を逸脱し、かつ、前記圧力範囲に突入する現象が２回以上発生した場合であって、前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲を第１回目に逸脱した時刻（以下、「第１回目の逸脱時刻」という。）から第２回目に前記圧力範囲に突入する時刻（以下、「第２回目の突入時刻」という。）までの時間（以下、「疑似振動周期」という。）（ＴP）が予め設定した時間（ＴV）以下であったときの当該第２回目の突入時刻（以下、「切替時刻」という。）に、
前記蒸気圧偏差（△Ｐ）の積分値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて燃料量補正量を算出する方法から
前記予め設定した圧力範囲に突入した時刻（以下、「突入時刻」という。）の前記蒸気圧偏差（△Ｐ）の積分値うち直近の２つの値の平均値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて燃料量補正量を算出する方法に変更するステップを有することを特徴とする蒸気圧力制御方法。
【請求項４】
ボイラに燃料を供給して燃焼させた熱を熱交換器で吸収して発生させた蒸気をタービンへ供給して発電するボイラ・タービン・発電機設備のボイラ蒸気圧力実績値を一定値に制御すべくボイラに供給する燃料量を補正するにあたり、蒸気圧力実績値の蒸気圧力設定値との偏差である蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値を用いて前記燃料量補正量を算出して補正する方法において、
蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて前記燃料量補正量を算出して補正（以下、「積分制御」という。）している場合に、
前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲を逸脱し、かつ、前記圧力範囲に突入する現象が２回以上発生した場合であって、前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲を第１回目に逸脱した時刻（以下、「第１回目の逸脱時刻」という。）から第２回目に前記圧力範囲に突入する時刻（以下、「第２回目の突入時刻」という。）までの時間（以下、「疑似振動周期」という。）（ＴP）が予め設定した時間（ＴV）以下であったときの当該第２回目の突入時刻（以下、「切替時刻」という。）に、
前記蒸気圧偏差（△Ｐ）の積分値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて燃料量補正量を算出する方法から、
直近の突入時刻と当該突入時刻の直前の逸脱時刻に対応する前記蒸気圧偏差（△Ｐ）の積分値の平均値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて燃料量補正量を算出する方法に変更するステップを有することを特徴とする蒸気圧力制御方法。
【請求項５】
蒸気圧力実績値の蒸気圧力設定値との偏差である蒸気圧力偏差（△Ｐ）を用いて前記燃料量補正量を算出して補正する方法を有する特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の蒸気圧力制御方法。
【請求項６】
前記蒸気圧力実績値の蒸気圧力設定値との偏差である蒸気圧力偏差（△Ｐ）を用いて前記燃料量補正量を算出して補正する方法においては、
蒸気圧力偏差（△Ｐ）の区分に応じて前記燃料量補正量を修正する第１修正ステップを有し、
前記第１修正ステップにおいては、前期蒸気圧力偏差（△Ｐ）が零となる値を含む区分においては、前記燃料量補正量を零とすることを特徴とする請求項５に記載の蒸気圧力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はボイラに燃料を供給して燃焼させた熱を熱交換器で吸収して発生させた蒸気をタービンへ供給して発電するボイラ・タービン・発電機設備の蒸気圧力制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発電において用いるボイラ設備は、高温高圧の蒸気を使用する設備であり、ボイラ設備を用いた発電では、ボイラに燃料を供給して燃焼させ、その熱を熱交換器で吸収して発生させた蒸気をタービンへ供給し、発電機から出力するボイラ・タービン・発電機設備（以下、「ＢＴＧ設備」という。）を用いている。
【０００３】
ＢＴＧ設備では、ボイラチューブの保護、タービン翼の保護、発電機が発電出力上限値を超過しないようにボイラ蒸気系統の制御性を高める必要がある。
【０００４】
図１２はボイラ蒸気系統とその制御の概要を表した図である。ボイラ蒸気系統の制御機構は、ＢＴＧ設備１、発電量指令１０と蒸気圧力制御部１８からの燃料量補正量２２に応じてボイラ２に供給する燃料量を制御する燃料量制御部１２と、発電量指令１０に応じてガバナ弁３に流入させる蒸気流入量を制御するガバナ制御部１４と、ボイラ２の蒸気圧力の設定値と実測値との偏差に基づき燃料量をフィードバックにより補正するボイラ蒸気圧力制御部１８とから構成される。
【０００５】
ボイラ蒸気系統では、発電量指令１０の変化に応じてガバナ弁を動作させて、蒸気圧力や流量変化を検出し、燃料量や給水量等を制御する方式のボイラ追従制御や、発電量指令１０をボイラ及びタービンに並列に入力し、ガバナ弁の開度、燃料量、給水量等を制御する方式のボイラ・タービン協調制御が設置されている。
【０００６】
例えば、ボイラ２へ供給される燃料量が過剰であると、蒸気の発生量が増大しボイラの蒸気圧力が増加する。このときタービン供給圧力が増加すると発電出力が過剰となるので、ガバナ制御部１４はガバナ弁３を閉じ、タービン４へ供給する蒸気量の増加を防止する。これにより、発電機５から出力される電力一定に保つことができる。また、ボイラ２へ供給される燃料量が不足していると、蒸気の発生量が減少しボイラの蒸気圧力が減少する。このときタービン供給圧力が減少すると発電出力が不足している状態となる。このとき、ガバナ制御部１４はガバナ弁３を開き、タービン４へ供給する蒸気量の減少を防止する。これにより、発電機５から出力される電力を一定に保つことができる。
【０００７】
さらに、ガバナ弁３の開閉によってボイラ２からタービン４へ供給される蒸気量が変化すると、ボイラ２内の蒸気圧力（ボイラ蒸気圧力）が変化する。すなわち、ボイラ２へ供給される燃料量が過剰であるときには、ボイラ２で発生した蒸気のうち一部のみがタービン４へ供給されるので、ボイラ蒸気圧力は上昇する。
【０００８】
さて、一定量の発電を行う場合には発電量指令１０は固定値であるが、次のような問題がある。
【０００９】
例えば、ボイラ２へ供給される燃料量が不足しているときには、ボイラ２で発生される以上の蒸気量をタービン４へ供給するため、ボイラ蒸気圧力は低下する。ボイラ蒸気圧力制御部１８は、このように変化するボイラ蒸気圧力を所定の設定値となるように、例えば蒸気圧力実績値１９の蒸気圧力設定値９に対する偏差である蒸気圧力偏差２１（△Ｐ）に比例ゲインを乗じた値を用いて補正する比例制御、蒸気圧力偏差２１（△Ｐ）を積分した値に積分ゲインを乗じた値を用いて燃料量を補正する積分制御、ないし、蒸気圧力偏差２１（△Ｐ）を微分した値に微分ゲインを乗じた値を用いて燃料量を補正する微分制御が用いられている。このような制御方法については、特許文献１ないし２に開示されている。
【００１０】
しかしながら、ボイラに燃料を供給して燃焼させた熱を熱交換器で吸収して発生させた蒸気をタービンへ供給して発電するボイラ・タービン・発電機設備の蒸気圧力制御系は、投入した燃料により水蒸気が発生するまでには数分程度の時間遅れがあり、燃料量が補正により変動すること自体が制御系の振動を誘発するという問題がある。
【００１１】
そのため、積分制御を用いる場合にはいわゆる積分ゲインを大きくとると制御性能が向上するが、何らかの事情で蒸気圧力偏差（△Ｐ）が振動を開始すると、蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分は蒸気圧力偏差（△Ｐ）より９０°位相が遅れて振動する。したがって、蒸気圧力偏差（△Ｐ）より９０°位相が遅れた信号を用いて燃料量を補正すると、燃料量も蒸気圧力偏差（△Ｐ）より９０°位相が遅れた信号となり、当該振動を防止するどころか、助長することとなる。
【００１２】
さらに、比例制御を用いる場合にはいわゆる比例ゲインを大きくとると制御性能が向上するが、何らかの事情で蒸気圧力偏差（△Ｐ）が振動を開始すると、蒸気圧力偏差（△Ｐ）信号を用いて燃料量を補正すると、燃料量も蒸気圧力偏差（△Ｐ）と同位相で振動することから、当該振動を防止するどころか、助長することとなる。
【００１３】
一方、制御に用いるゲインを小さくすると、制御の応答が遅くなって制御性が悪くなるという問題を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００６−２００８７５号公報
【特許文献２】特開２００４−１９０９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的とするところは、蒸気圧力の制御性を向上させ、かつ、大きなゲインを設定した場合において振動が発生してもその発生を抑制しうる蒸気圧力制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
発明者はボイラに燃料を供給して燃焼させた熱を熱交換器で吸収して発生させた蒸気をタービンへ供給して発電するボイラ・タービン・発電機設備の蒸気圧力制御について鋭意研究開発を行い、蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲を逸脱し、かつ、前記圧力範囲に突入する現象が２回以上発生した場合に、前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲を第１回目に逸脱した時刻から第２回目に前記圧力範囲に突入するまでの時間（ＴP）が予め設定した時間（ＴV）以下である場合には蒸気圧偏差（△Ｐ）が振動を開始したと判断できることを見出すとともに、蒸気圧力偏差（△Ｐ）が振動を開始した場合には、蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値に代わって蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値のうち直近の特定の２つの積分値の平均値を使用することで振動の助長を抑制できることを見出した。
【００１７】
さらに、蒸気圧力偏差（△Ｐ）をその大きさに応じて複数の区分を設けて、区分ごとに比例ゲインを異なる値に設定し、かつ、蒸気圧力偏差（△Ｐ）が零を含む区分では、比例ゲインを零とすることで振動を抑制できることを見出した。
【００１８】
以上から、本発明の要旨は以下の通りである。
（１）ボイラに燃料を供給して燃焼させた熱を熱交換器で吸収して発生させた蒸気をタービンへ供給して発電するボイラ・タービン・発電機設備のボイラ蒸気圧力実績値を一定値に制御すべくボイラに供給する燃料量を補正するにあたり、蒸気圧力実績値の蒸気圧力設定値との偏差である蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値を用いて前記燃料量補正量を算出して補正する方法において、
蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて前記燃料量補正量を算出して補正（以下、「積分制御」という。）している場合に、
前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲を逸脱し、かつ、前記圧力範囲に突入する現象が２回以上発生した場合であって、前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲を第１回目に逸脱した時刻（以下、「第１回目の逸脱時刻」という。）から第２回目に前記圧力範囲に突入する時刻（以下、「第２回目の突入時刻」という。）までの時間（以下、「疑似振動周期」という。）（ＴP）が予め設定した時間（ＴV）以下であったときの当該第２回目の突入時刻（以下、「切替時刻」という。）に、
前記蒸気圧偏差（△Ｐ）の積分値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて燃料量補正量を算出する方法から、
前記蒸気圧偏差（△Ｐ）が零となった時刻の前記蒸気圧偏差（△Ｐ）の積分値のうち直近の２つの値の平均値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて燃料量補正量を算出する方法に変更するステップを有することを特徴とする蒸気圧力制御方法。
（２）ボイラに燃料を供給して燃焼させた熱を熱交換器で吸収して発生させた蒸気をタービンへ供給して発電するボイラ・タービン・発電機設備のボイラ蒸気圧力実績値を一定値に制御すべくボイラに供給する燃料量を補正するにあたり、蒸気圧力実績値の蒸気圧力設定値との偏差である蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値を用いて前記燃料量補正量を算出して補正する方法において、
蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて前記燃料量補正量を算出して補正（以下、「積分制御」という。）している場合に、
前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲を逸脱し、かつ、前記圧力範囲に突入する現象が２回以上発生した場合であって、前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲を第１回目に逸脱した時刻（以下、「第１回目の逸脱時刻」という。）から第２回目に前記圧力範囲に突入する時刻（以下、「第２回目の突入時刻」という。）までの時間（以下、「疑似振動周期」という。）（ＴP）が予め設定した時間（ＴV）以下であったときの当該第２回目の突入時刻（以下、「切替時刻」という。）に、
前記蒸気圧偏差（△Ｐ）の積分値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて燃料量補正量を算出する方法から、
前記予め設定した圧力範囲を逸脱した時刻（以下、「逸脱時刻」という。）の前記蒸気圧偏差（△Ｐ）の積分値のうち直近の２つの値の平均値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて燃料量補正量を算出する方法に変更するステップを有することを特徴とする蒸気圧力制御方法。
（３）ボイラに燃料を供給して燃焼させた熱を熱交換器で吸収して発生させた蒸気をタービンへ供給して発電するボイラ・タービン・発電機設備のボイラ蒸気圧力実績値を一定値に制御すべくボイラに供給する燃料量を補正するにあたり、蒸気圧力実績値の蒸気圧力設定値との偏差である蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値を用いて前記燃料量補正量を算出して補正する方法において、
蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて前記燃料量補正量を算出して補正（以下、「積分制御」という。）している場合に、
前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲を逸脱し、かつ、前記圧力範囲に突入する現象が２回以上発生した場合であって、前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲を第１回目に逸脱した時刻（以下、「第１回目の逸脱時刻」という。）から第２回目に前記圧力範囲に突入する時刻（以下、「第２回目の突入時刻」という。）までの時間（以下、「疑似振動周期」という。）（ＴP）が予め設定した時間（ＴV）以下であったときの当該第２回目の突入時刻（以下、「切替時刻」という。）に、
前記蒸気圧偏差（△Ｐ）の積分値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて燃料量補正量を算出する方法から、
前記予め設定した圧力範囲に突入した時刻（以下、「突入時刻」という。）の前記蒸気圧偏差（△Ｐ）の積分値うち直近の２つの値の平均値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて燃料量補正量を算出する方法に変更するステップを有することを特徴とする蒸気圧力制御方法。
（４）ボイラに燃料を供給して燃焼させた熱を熱交換器で吸収して発生させた蒸気をタービンへ供給して発電するボイラ・タービン・発電機設備のボイラ蒸気圧力実績値を一定値に制御すべくボイラに供給する燃料量を補正するにあたり、蒸気圧力実績値の蒸気圧力設定値との偏差である蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値を用いて前記燃料量補正量を算出して補正する方法において、
蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて前記燃料量補正量を算出して補正（以下、「積分制御」という。）している場合に、
前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲を逸脱し、かつ、前記圧力範囲に突入する現象が２回以上発生した場合であって、前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲を第１回目に逸脱した時刻（以下、「第１回目の逸脱時刻」という。）から第２回目に前記圧力範囲に突入する時刻（以下、「第２回目の突入時刻」という。）までの時間（以下、「疑似振動周期」という。）（ＴP）が予め設定した時間（ＴV）以下であったときの当該第２回目の突入時刻（以下、「切替時刻」という。）に、
前記蒸気圧偏差（△Ｐ）の積分値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて燃料量補正量を算出する方法から、
直近の突入時刻と当該突入時刻の直前の逸脱時刻に対応する前記蒸気圧偏差（△Ｐ）の積分値の平均値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて燃料量補正量を算出する方法に変更するステップを有することを特徴とする蒸気圧力制御方法。
（５）蒸気圧力実績値の蒸気圧力設定値との偏差である蒸気圧力偏差（△Ｐ）を用いて前記燃料量補正量を算出して補正する方法を有する特徴とする（１）ないし（４）のいずれか１つに記載の蒸気圧力制御方法。
（６）前記蒸気圧力実績値の蒸気圧力設定値との偏差である蒸気圧力偏差（△Ｐ）を用いて前記燃料量補正量を算出して補正する方法においては、
蒸気圧力偏差（△Ｐ）の区分に応じて前記燃料量補正量を修正する第１修正ステップを有し、
前記第１修正ステップにおいては、前期蒸気圧力偏差（△Ｐ）が零となる値を含む区分においては、前記燃料量補正量を零とすることを特徴とする（５）に記載の蒸気圧力制御方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の装置並びに方法によれば、蒸気圧力の制御性を向上させ、大きなゲイン設定においても発生した振動を抑制することができるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】蒸気圧力偏差制御系のブロック図
【図２】制御部のブロック図
【図３】積分制御部のブロック図
【図４−１】比例制御部の説明図（ａ）比例制御部のブロック図
【図４−２】比例制御部の説明図（ｂ）Ｋｐｇ１のテーブル
【図５】振動開始の判断
【図６−１】本発明の説明図（ａ）第１の実施形態の発明を説明する図
【図６−２】本発明の説明図（ｂ）第２の実施形態の発明を説明する図
【図６−３】本発明の説明図（ｃ）第３の実施形態の発明を説明する図
【図６−４】本発明の説明図（ｄ）第４の実施形態の発明を説明する図
【図７−１】第１の実施形態の発明を説明する図（ａ）積分制御のみ
【図７−２】第１の実施形態の発明を説明する図（ｂ）比例制御と積分制御を併用
【図７−３】第１の実施形態の発明を説明する図（ｃ）修正ゲイン付き比例制御と積分性制御を併用
【図８−１】第２の実施形態の発明を説明する図（ａ）積分制御のみ
【図８−２】第２の実施形態の発明を説明する図（ｂ）比例制御と積分制御を併用
【図８−３】第２の実施形態の発明を説明する図（ｃ）修正ゲイン付き比例制御と積分性制御を併用
【図９−１】第３の実施形態の発明を説明する図（ａ）積分制御のみ
【図９−２】第３の実施形態の発明を説明する図（ｂ）比例制御と積分制御を併用
【図９−３】第３の実施形態の発明を説明する図（ｃ）修正ゲイン付き比例制御と積分性制御を併用
【図１０−１】第４の実施形態の発明を説明する図（ａ）積分制御のみ
【図１０−２】第４の実施形態の発明を説明する図（ｂ）比例制御と積分制御を併用
【図１０−３】第４の実施形態の発明を説明する図（ｃ）修正ゲイン付き比例制御と積分性制御を併用
【図１１−１】比較例を実施した場合のグラフ
【図１１−２】比較例を実施した場合のグラフ
【図１２】ボイラ・タービン・発電機設備並び制御設備の概念図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、図１２に示すようなボイラに燃料を供給して燃焼させた熱を熱交換器で吸収して発生させた蒸気をタービンへ供給して発電するボイラ・タービン・発電機設備において、ボイラの蒸気圧力実績値を一定値に制御すべくボイラに供給する燃料量を補正する方法である。
【００２２】
具体的には、蒸気圧力実績値１９の蒸気圧力設定値５との偏差である蒸気圧力偏差２１（△Ｐ）の積分値を用いて前記燃料量を算出して補正する方法において、蒸気圧力偏差（△Ｐ）が振動を開始した場合には、前記蒸気圧偏差（△Ｐ）の積分値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて燃料量補正量を算出する方法から、前記蒸気圧偏差（△Ｐ）の積分値のうち直近の特定の２つの積分値の平均値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて燃料量補正量を算出する方法に変更するステップを有することを特徴とする蒸気圧力制御方法である。
【００２３】
（制御系の構成）
図１には、本発明の制御系の基本的構成が示されている。
【００２４】
ボイラ２により生成される蒸気の蒸気圧力実測値（Ｐ）１９が引出点２８から引き出され、加算点２９において蒸気圧力設定値（ＰＮ）９から減算することにより蒸気圧力偏差（△Ｐ）が算出されている。
すなわち、△Ｐ＝ＰＮ−Ｐである。
蒸気圧力制御部１８では、蒸気圧力偏差（△Ｐ）２１を入力として燃料量補正量２２（△Ｆ）が算出される。燃料量制御部１２では、燃料量補正量２２（△Ｆ）を入力として燃料量（Ｆ）２３が算出される。ボイラ２には算出された燃料量２３が与えられ、これに応じて新たな蒸気が発生し、さらに、当該蒸気は温度制御部１６で温度制御がなされる。温度制御がなされた蒸気はタービン４に与えられて回転エネルギーとなり、発電機５で回転エネルギーを電気エネルギーに変換して発電が実行される。
【００２５】
（蒸気圧力制御部）
図２には蒸気圧力制御部の構成が記載されている。蒸気圧力制御部は、振動開始判断部８０、積分制御部５０並びに比例制御部６０から構成されている。振動開始判断部８０は、蒸気圧力偏差（△Ｐ）が振動しているか否かを常時監視して、振動を開始したと判断したときは、積分制御部５０、比例制御部６０にその旨の通知をおこなう。積分制御部５０は、蒸気圧力偏差（△Ｐ）を引出点２８から引き出して入力として、積分制御補正量５８を算出している。比例制御分６０は、蒸気圧力偏差（△Ｐ）を引出点２８から引き出して入力として、比例制御補正量６８を算出している。積分制御補正量５８と比例制御補正量６８は加算点２９で加えられて燃料量補正量２２となる。
【００２６】
（振動開始判断部）
蒸気圧力偏差（△Ｐ）が振動を開始したことは、図５に示すように、前記蒸気圧力偏差２１（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲３７を逸脱し（１回目の逸脱）、その後圧力範囲３７に突入し（１回目の突入）、また圧力範囲３７を逸脱し（２回目の逸脱）、さらに圧力範囲３７に突入（２回目の突入）した場合であって、前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲を第１回目に逸脱した時刻３１から第２回目に前記圧力範囲３７に突入する時刻３４までの時間（ＴP）が予め設定した時間（ＴV）以下である場合に認定する。
【００２７】
図５は蒸気圧力偏差（△Ｐ）が振動を開始した旨の判断の概要について記載されている。
【００２８】
図５において、縦軸は蒸気圧力偏差（△Ｐ）であり、横軸は時刻（ｔ）であり、３５は蒸気圧力偏差（△Ｐ）上限値を示す線であり、３６は蒸気圧力偏差（△Ｐ）の下限値を示す線であり、３７は蒸気圧力偏差（△Ｐ）の予め設定した圧力範囲である。
【００２９】
３０は蒸気圧力偏差（△Ｐ）の時々刻々の挙動を表わすグラフであり、蒸気圧力偏差（△Ｐ）上限値を表わす線３５とは３１、３２において交差しており、蒸気圧力偏差（△Ｐ）下限値を表わす線３６とは３３、３４において交差している。
【００３０】
図５において、３１に対応する時刻は蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲３７を第１回目に逸脱した時刻であり、３２に対応する時刻は蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲３７に第１回目に突入した時刻であり、３３に対応する時刻は蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲３７を第２回目に逸脱した時刻であり、３４に対応する時刻は蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲３７に第２回目に突入した時刻である。
【００３１】
したがって、３１に対応する時刻から３４に対応する時刻までの時間は、前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲を第１回目に逸脱した時刻から第２回目に前記圧力範囲に突入するまでの時間（ＴP）である。
【００３２】
発明者らは鋭意研究開発の結果、第１回目に逸脱した時刻から第２回目に前記圧力範囲に突入するまでの時間（ＴP）が予め設定した時間（ＴV）以下である場合には、蒸気圧力偏差（△Ｐ）が振動を開始したと判断し、当該判断を下した時刻である３４に対応する時刻（切替時刻）であり、当該切替時刻以降直ちに振動抑制のための手段を講じることで、当該振動を有効に抑制できることを見出した。
【００３３】
予め設定した時間（ＴV）とは、通常発生する振動周期であり、１０〜２０分程度の時間である。
【００３４】
（積分制御部）
本発明は、積分制御部に特徴があり、以下の第１〜第４の実施形態を採用することができる。
【００３５】
［第１の実施形態］
第１の実施形態は、積分制御において切替時刻以降において蒸気圧力偏差（△Ｐ）が零となる時刻に対応する蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値であって直近の２つの時刻の値の平均値に積分ゲインを乗じた値に基づいて燃料量補正量を算出して制御する方法である。第１の実施形態において比例制御あるいは修正ゲインを用いた比例制御を併せて用いる場合が含まれる。
【００３６】
図３には本実施形態に用いる積分制御部ブロック図が記載されている。
【００３７】
積分制御部は主に、積分器用リセット５２のついた積分器５１、切替器５６、２点平均算出器５５、積分ゲイン５７から構成される。
【００３８】
制御開始時において、積分器５１は積分器用リセット５２によりリセットされて初期値としては０が入力される。また、切替器５６はＡに接続されている。
【００３９】
蒸気圧力偏差（△Ｐ）２１が振動していないときは、蒸気圧力偏差（△Ｐ）２１は積分器５１に入力されて積分され、積分ゲインＫｉが乗じられて積分制御補正量５８が算出される。
【００４０】
これとは並行して、制御開始時刻から積分器５１の出力は２点平均算出器５５に送られて、前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値の２点の平均値が出力される。
【００４１】
さて、蒸気圧力偏差（△Ｐ）２１が振動を開始した旨が振動開始判断部からの通知を受理した時刻に切替器５６はＢに接続され、以降は、蒸気圧力偏差（△Ｐ）２１を積分器５１が積分した値について２点の平均をとった値に積分ゲインＫｉが乗じられた値が積分制御補正量５８出力される。
【００４２】
このような構成により、振動開始判断部からの通知を受理した時刻に蒸気圧力偏差（△Ｐ）２１の積分値による燃料量補正量の算出から蒸気圧力偏差（△Ｐ）２１の積分値の２点平均による燃料量補正量の算出に切換えられる。
【００４３】
発明者らは鋭意研究開発の結果、振動抑制のための手段として、使用していた蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値に代えて、蒸気圧力偏差（△Ｐ）が零となる時刻における当該積分値であって直近の２つの時刻の値の平均値を使用することとすることで、当該振動を有効に抑制できることを見出した。
【００４４】
図６（ａ）において上段には蒸気圧力偏差（△Ｐ）のグラフが描かれており、下段には蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値のグラフが描かれている。
【００４５】
上段には蒸気圧力偏差（△Ｐ）のグラフにおいて、○で示された点は蒸気圧力偏差（△Ｐ）が零となる点である。また、これに対応する蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値は●で示されている。
【００４６】
本発明の方法は、切替時刻以降において、Ｉ（１）とＩ（２）の平均値、Ｉ（２）とＩ（３）の平均値と順次、直近の２つの時刻の積分値の平均値を使用する。
【００４７】
（比例制御部）
下記比例制御部については、上記第１の実施形態のみならず、下記第２〜４の実施形態においても適用することができる。
【００４８】
図４（ａ）は比例制御部の概要を示した図である。図４（ａ）に記載したように、比例ゲインＫｐを修正するためのゲインＫｐｇ１を直列に配置し、蒸気圧力偏差（△Ｐ）にＫｐ、Ｋｐｇ１を乗じて比例制御補正量を算出し、これにより燃料量を補正する。
【００４９】
Ｋｐｇ１＝１として比例制御を行っても良い。本発明においてより好ましくは、以下のように蒸気圧力偏差（△Ｐ）の区分に応じて前記燃料量補正量を修正する第１修正ステップを有する比例制御を行う。
【００５０】
図４（ｂ）は修正ゲイン１の概要を示した図である。図４（ｂ）に記載したように、Ｋｐｇ１は、蒸気圧力偏差（△Ｐ）に応じた区分テーブルにより構成されており、蒸気圧力偏差（△Ｐ）が零に近い区分である０〜ａ１或いは−ｃ１〜０においてはそのゲインが零となっている。
【００５１】
［第２の実施形態］
第２の実施形態は、切替時刻以降において蒸気圧力偏差（△Ｐ）の逸脱時刻に対応する蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値であって直近の２つの時刻の値の平均値に積分ゲインを乗じた値に基づいて燃料量補正量を算出して制御する方法である。
【００５２】
基本構成、蒸気圧力制御部、振動開始判断部、積分制御部は第１の実施形態と同一であるから、相違する２点平均処理について説明する。
【００５３】
発明者らは鋭意研究開発の結果、振動抑制のための手段として、使用していた蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値に代えて、蒸気圧力偏差（△Ｐ）の逸脱時刻における当該積分値であって直近の２つの時刻の値の平均値を使用することとすることで、当該振動を有効に抑制できることを見出した。
【００５４】
図６（ｂ）において上段には蒸気圧力偏差（△Ｐ）のグラフが描かれており、下段には蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値のグラフが描かれている。
【００５５】
上段には蒸気圧力偏差（△Ｐ）のグラフにおいて、○で示された点は逸脱時刻における蒸気圧力偏差（△Ｐ）である。また、逸脱時刻における蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値は●で示されている。
【００５６】
本発明の方法は、切替時刻以降において、Ｉ（１）とＩ（２）の平均値、Ｉ（２）とＩ（３）の平均値と順次、直近の２つの時刻の積分値の平均値を使用する。
【００５７】
［第３の実施形態］
第３の実施形態は、切替時刻以降において蒸気圧力偏差（△Ｐ）の突入時刻に対応する蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値であって直近の２つの時刻の値の平均値に積分ゲインを乗じた値に基づいて燃料量補正量を算出して制御する方法である。
【００５８】
基本構成、蒸気圧力制御部、振動開始判断部、積分制御部は第１の実施形態と同一であるから、相違する２点平均処理について説明する。
【００５９】
発明者らは鋭意研究開発の結果、振動抑制のための手段として、使用していた蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値に代えて、蒸気圧力偏差（△Ｐ）の突入時刻における当該積分値であって直近の２つの時刻の値の平均値を使用することとすることで、当該振動を有効に抑制できることを見出した。
【００６０】
図６（ｃ）において上段には蒸気圧力偏差（△Ｐ）のグラフが描かれており、下段には蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値のグラフが描かれている。
【００６１】
上段には蒸気圧力偏差（△Ｐ）のグラフにおいて、○で示された点は突入時刻における蒸気圧力偏差（△Ｐ）である。また、突入時刻における蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値は●で示されている。
【００６２】
本発明の方法は、切替時刻以降において、Ｉ（１）とＩ（２）の平均値、Ｉ（２）とＩ（３）の平均値と順次、直近の２つの時刻の積分値の平均値を使用する。
【００６３】
［第４の実施形態］
第４の実施形態は、切替時刻以降において、直近の突入時刻と当該突入時刻の直前の逸脱時刻に対応する前記蒸気圧偏差（△Ｐ）の積分値の平均値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて燃料量補正量を算出する方法である。
【００６４】
基本構成、蒸気圧力制御部、振動開始判断部、積分制御部は第１の実施形態と同一であるから、相違する２点平均処理について説明する。
【００６５】
発明者らは鋭意研究開発の結果、振動抑制のための手段として、使用していた蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値に代えて、直近の突入時刻と当該突入時刻の直前の逸脱時刻に対応する前記蒸気圧偏差（△Ｐ）の積分値の平均値を使用することとすることで、当該振動を有効に抑制できることを見出した。
【００６６】
図６（ｄ）において上段には蒸気圧力偏差（△Ｐ）のグラフが描かれており、下段には蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値のグラフが描かれている。
【００６７】
上段には蒸気圧力偏差（△Ｐ）のグラフにおいて、○で示された点は逸脱時刻ないし突入時刻における蒸気圧力偏差（△Ｐ）である。また、逸脱時刻ないし突入時刻における蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値は●で示されている。
【００６８】
本発明の方法は、切替時刻以降において、Ｉ（１）とＩ（２）の平均値を使用し、次に、Ｉ（３）とＩ（４）の平均値というように順次、直近の突入時刻と当該突入時刻の直前の逸脱時刻に対応する前記蒸気圧偏差（△Ｐ）の積分値の平均値を使用する。
【実施例】
【００６９】
本発明の各実施形態の発明を実施したものについて以下説明する。図１２に示すようなボイラに燃料を供給して燃焼させた熱を熱交換器で吸収して発生させた蒸気をタービンへ供給して発電するボイラ・タービン・発電機設備において、本発明を適用した。図１に示す制御系、図２、図３に示す蒸気圧力制御部を有している。実施例１〜４は本発明例、実施例５は比較例である。
【００７０】
図７〜図１０において、上段の蒸気圧力偏差（△Ｐ）のグラフにおいて、●で示された点は各実施形態で用いる特定の２つの時刻である。また、これに対応する蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値は、各図の「積分制御による燃料量補正量」グラフに●で示されている。なお、「積分制御による燃料量補正量」グラフにおいて破線は蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値であり、実線は本発明で採用する積分制御燃料量補正量である。
【００７１】
（実施例１）
図７（ａ）は、第１の実施形態の発明であって、積分制御のみを実施した場合を示している。図７（ｂ）は、第１の実施形態の発明であって、積分制御に比例制御を併用し、比例制御の第１修正ゲインを使用しない場合を示している。図７（ｃ）は、第１の実施形態の発明であって、積分制御に比例制御を併用し、比例制御の第１修正ゲインとして図４（ｂ）に示すものを使用した場合を示している。いずれの場合も、振動を抑制しており良好である。
【００７２】
（実施例２）
図８（ａ）は、第２の実施形態の発明であって、積分制御のみを実施した場合を示している。図８（ｂ）は、第２の実施形態の発明であって、積分制御に比例制御を併用し、比例制御の第１修正ゲインを使用しない場合を示している。図８（ｃ）は、第２の実施形態の発明であって、積分制御に比例制御を併用し、比例制御の第１修正ゲインとして図４（ｂ）に示すものを使用した場合を示している。いずれの場合も、振動を抑制しており良好である。
【００７３】
（実施例３）
図９（ａ）は、第３の実施形態の発明であって、積分制御のみを実施した場合を示している。図９（ｂ）は、第３の実施形態の発明であって、積分制御に比例制御を併用し、比例制御の第１修正ゲインを使用しない場合を示している。図９（ｃ）は、第３の実施形態の発明であって、積分制御に比例制御を併用し、比例制御の第１修正ゲインとして図４（ｂ）に示すものを使用した場合を示している。いずれの場合も、振動を抑制しており良好である。
【００７４】
（実施例４）
図１０（ａ）は、第４の実施形態の発明であって、積分制御のみを実施した場合を示している。図１０（ｂ）は、第４の実施形態の発明であって、積分制御に比例制御を併用し、比例制御の第１修正ゲインを使用しない場合を示している。図１０（ｃ）は、第４の実施形態の発明であって、積分制御に比例制御を併用し、比例制御の第１修正ゲインとして図４（ｂ）に示すものを使用した場合を示している。いずれの場合も、振動を抑制しており良好である。
【００７５】
（実施例５）
図１１（ａ）は、通常の積分制御のみを実施した場合を示している。図１１（ｂ）は、通常の比例制御と積分制御を実施した場合をしめしている。いずれも、振動を抑制できず、不良である。
【符号の説明】
【００７６】
１：ボイラ・タービン・発電機設備
２：ボイラ
３：ガバナ弁
４：タービン
５：発電機
６：復水器
９：蒸気圧設定値
１０：発電量指令
１２：燃料量制御部
１４：ガバナ制御部
１６：蒸気温度制御部
１８：蒸気圧力制御部
１９：蒸気圧力実績値
２１：蒸気圧力偏差
２２：燃料量補正量
２３：燃料量
２８：引出点
２９：加算点
５０：積分制御部
５１：積分器
５２：積分器用リセット
５３：ホールダ
５４：ホールダ用リセット
５５：移動平均算出器
５６：切替器
５７：積分ゲイン
５８：積分制御補正量
６０：比例制御部
６１：第１修正ゲイン
６７：比例ゲイン
６８：比例制御補正量
【図１】
0005736330.tif 000002
【図２】
0005736330.tif 000003
【図３】
0005736330.tif 000004
【図４−１】
0005736330.tif 000005
【図４−２】
0005736330.tif 000006
【図５】
0005736330.tif 000007
【図６−１】
0005736330.tif 000008
【図６−２】
0005736330.tif 000009
【図６−３】
0005736330.tif 000010
【図６−４】
0005736330.tif 000011
【図７−１】
0005736330.tif 000012
【図７−２】
0005736330.tif 000013
【図７−３】
0005736330.tif 000014
【図８−１】
0005736330.tif 000015
【図８−２】
0005736330.tif 000016
【図８−３】
0005736330.tif 000017
【図９−１】
0005736330.tif 000018
【図９−２】
0005736330.tif 000019
【図９−３】
0005736330.tif 000020
【図１０−１】
0005736330.tif 000021
【図１０−２】
0005736330.tif 000022
【図１０−３】
0005736330.tif 000023
【図１１−１】
0005736330.tif 000024
【図１１−２】
0005736330.tif 000025
【図１２】
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