(57)【要約】【課題】電力系統事故による発電所内単独運転の発生時に、所内負荷量に応じた発電を行なうとともに、タービンの運転制限内に負荷量を収めることができるプラント制御装置を提供する。【解決手段】タービンと発電機を同一軸に連結して、タービン出力により発電機が発生する電力を出力する発電軸を複数有するとともに、前記発電軸の電力を系統遮断器を介して系統母線に出力するコンバインドサイクル発電プラント型発電所のプラント制御装置であって、不特定な所内負荷に応じられる所内負荷判定器と、運転／解列判定器と、タービンの運転制限内に負荷量を収める所内負荷制限手段と、所内単独運転判定器と、指令出力装置とを具備する。【選択図】図１
2008259366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンと発電機を同一軸に連結して、タービン出力により発電機が発生する電力を出力する発電軸を複数有するとともに、前記発電軸の電力を系統遮断器を介して系統母線に出力するコンバインドサイクル発電プラントのプラント制御装置であって、
常時は、特定の前記発電軸、所内造水プラントおよび所内プロセスプラントの運転状態を入力して、系統事故時に対処する所内単独運転に必要な所内負荷量を判定し、該所内負荷量を担う前記発電軸、所内造水プラントおよび所内プロセスプラントに対する負荷を決定して、前記発電軸の負荷量を所内負荷制限装置に、また前記造水プラントおよび所内プロセスプラントの負荷量を運転／解列判定器に、所内負荷信号として出力する所内負荷判定器と、
前記所内負荷信号を受取ると、負荷運転を継続する前記造水プラントおよびプロセスプラントと、解列する前記造水プラントおよびプロセスプラントを判定して、運転／解列信号を指令出力装置に送る運転／解列判定器と、
前記発電軸による所内負荷が前記タービンの供給量を越えているか否かを判定し、越えていれば適切な供給量にする信号を指令出力装置に送る所内負荷制限手段と、
電力系統事故により負荷運転中に、系統遮断器が開かれて所内単独運転に移行したと判定した場合に、前記指令出力装置およびタービン制御装置に所内単独運転指令を出力する所内単独運転判定器と、
前記所内単独運転判定手段から所内単独運転指令を受取ったとき、前記運転／解列判定手段の判定結果である運転／解列信号に基いて、前記造水プラントおよびプロセスプラントの開閉装置に、解列信号を出力するとともに、前記所内負荷制限手段から送られた適切な供給量にする信号を受けて、前記発電軸のガスタービンを制御するタービン制御装置に、発電軸負荷指令を出力する指令出力装置と
を具備することを特徴とするプラント制御装置。
【請求項２】
前記所内負荷判定器は、前記コンバインドサイクル発電プラントを構成する発電軸、造水プラントおよびやプロセスプラントの補機運転状態から、所内単独運転に必要な所内負荷を判定することを特徴とする請求項１記載のプラント制御装置。
【請求項３】
前記所内負荷判定器は、前記コンバインドサイクル発電プラントの所内各所の開閉装置の電力量から、所内単独運転に必要な所内負荷を判定することを特徴とする請求項１記載のプラント制御装置。
【請求項４】
他の発電軸５の運転状態が入力されて、複数の発電軸が出力している所内全負荷量を判定している所内負荷判定器と、
他の発電軸５の制御状態が入力されて、各制御軸の制御状態から、自軸の運転を継続するか解列するかを判定する運転／解別判定器と、
他の発電軸５が故障して、高圧遮断機が作動したことにより、自軸以外の発電軸の故障と判断して、所内単独運転指令を出力する所内単独運転判定器と、
自軸以外の発電軸の故障発生を示す所内単独運転指令が出力された時に、自軸の運転を継続する指令を自軸のタービン制御装置に出力する指令出力装置と
を、前記タービン制御装置内にさらに設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラント制御装置。
【請求項５】
タービンと発電機を同一軸に連結して、タービン出力により発電機が発生する電力を出力する発電軸を複数有するとともに、前記発電軸の電力を系統遮断器を介して系統母線に出力するコンバインドサイクル発電プラントのプラント制御装置において、
所内負荷判定器が、常時は、特定の前記発電軸、所内造水プラントおよび所内プロセスプラントの運転状態を入力して、系統事故時に対処する所内単独運転に必要な所内負荷量を判定し、該所内負荷量を担う前記発電軸、所内造水プラントおよび所内プロセスプラントに対する負荷を決定して、前記発電軸の負荷量を所内負荷制限装置に、また前記造水プラントおよび所内プロセスプラントの負荷量を運転／解列判定器に、所内負荷信号として出力するステップと、
前記運転／解列判定器が前記所内負荷信号を受取ると、負荷運転を継続する前記造水プラントおよびプロセスプラントと、解列する前記造水プラントおよびプロセスプラントを判定して、運転／解列信号を指令出力装置に送るステップと、
所内負荷制限器が、前記発電軸による所内負荷が前記タービンの供給量を越えているか否かを判定し、越えていれば適切な供給量にする信号を指令出力装置に送るステップと、
所内単独運転判定器が、電力系統事故により負荷運転中に、系統遮断器が開かれて所内単独運転に移行したと判定した場合にだけ、前記指令出力装置およびタービン制御装置に所内単独運転指令を出力するステップと、
前記指令出力装置が、前記所内単独運転判定手段から所内単独運転指令を受取ったとき、前記運転／解列判定手段の判定結果である運転／解列信号に基いて、前記造水プラントおよびプロセスプラントの開閉装置に、解列信号を出力するとともに、前記所内負荷制限手段から送られた適切な供給量にする信号を受けて、前記発電軸のガスタービンを制御するタービン制御装置に、発電軸負荷指令を出力するステップと
を有することを特徴とするプラント制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンバインドサイクル発電プラントを制御するプラント制御装置およびプラント制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、送電系統の事故により、コンバインドサイクル発電プラントが発電所内で単独に発電しなければならない場合には、コンバインドサイクル発電プラントの制御装置は、発電所内だけの負荷を予め算出しておき、それに応じるためのガスタービン台数を用いて発電所内だけの負荷を負担させて、所内単独運転を継続させている。
【０００３】
このようなコンバインドサイクル発電プラントの制御装置としては、つぎのようなものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
すなわち、所内単独運転への移行を判定する所内単独運転判定器と、発電プラントの使用状態から、所内単独運転が必要な所内負荷を判定し、所内負荷を負担するための発電軸（タービンと発電機を連結したもの）の軸数を決定する所内負荷判定器と、電力系統遮断器の状態から、同遮断器が開の場合は、所内単独運転への移行を判定する所内単独運転判定器と、所内負荷判定器により決定された発電軸数に応じて、運転継続する発電軸と解列する発電軸とを判定する運転／解列判定器を備えることにより、運転／解列判定器の判定結果に対応して発電軸のタービン出力が制御される。
【０００５】
図５は、従来の複数の発電軸で構成されたコンバインドサイクル発電プラントの構成を示したものである。
【０００６】
同図において、ガスタービン１と発電機２は、同一軸に連結されて発電軸５を構成している。
【０００７】
燃料調節弁１ａ、燃焼器１ｂを介して、ガスタービン１に、燃料パワーを供給すると、発電機２が、回転して、電力を発生する。
【０００８】
このように、発電軸５が発生した電力は、高圧遮断器３ｂを介して所内母線４に供給され、さらに、系統遮断器６を経由して図示しない系統母線に供給される。
【０００９】
なお、通常、コンバインドサイクル発電プラントの発電軸には、ガスタービン１の排ガスを利用して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、その発生蒸気を利用する蒸気タービンが設けられているが、本図では省略されている。
【００１０】
図５のように構成された複数の発電軸を備えたコンバインドサイクル発電プラントから成る発電所においては、電力系統事故が発生すると、系統遮断器６が開かれて、系統母線が遮断され、所内単独運転と判定されて、各発電軸５の発電機２に対する負荷が、発電所内の負荷だけになる。
【００１１】
運転継続を指定された発電軸５のガスタービン１を制御するタービン制御装置においては、ガスタービン１のガバナ設定がリセットされる。また、ガスタービン１の排ガスを利用する蒸気タービンにおいては、過速度防止装置を作動させて、蒸気圧加減弁を急閉させ、再起動指令により開放する。
【００１２】
また、発電機周波数すなわちタービン速度については、定格値を維持する周波数制御装置を作動して、電力の需要と供給をバランスさせている。
【００１３】
周波数制御については、電力供給に対して需要が高い場合は、周波数が低下するので、出力指令を増加し、電力供給を高くして周波数を復旧させ、また、電力供給に対して需要が低い場合は、周波数が上昇するので、出力指令を減少し、電力供給を低くして周波数を復旧させる。このように周波数を一定に制御することにより、電力の需要と供給のバランスを安定に維持している。
【００１４】
上述した従来のプラント制御装置については、系統事故による所内単独運転発生時に、発電所内だけの電源を供給することを目的としており、その負荷は、予め一意的に決定できたが、自家発電プラントや、造水設備等のプラントにも電源を供給する発電所においては、所内単独運転時の所内負荷が、発電プラント以外のプラントの運転状態により変動するため、その所内負荷の決定方法が決まらないという課題があった。
【００１５】
また、コンバインドサイクル発電のガスタービンの燃焼制御については、燃焼量の制約があるので、所内単独運転時の所内負荷を、ある一定範囲内に抑える必要があるという課題があった。
【特許文献１】特開２００１−１９７７８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、電力系統事故による所内単独運転の発生時に、予め一意的に決定できない、変動する所内負荷にも対応できるとともに、発電機器の運転制限を越える所内負荷要求がある場合でも、所内負荷要求をある一定範囲内に抑えることができるプラント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】
【００１７】
本発明は、上述した目的を達成するためになされたものであり、本発明の一態様に係るプラント制御装置は、タービンと発電機を同一軸に連結して、タービン出力により発電機が発生する電力を出力する発電軸を複数有するとともに、発電軸の電力を系統遮断器を介して系統母線に出力するコンバインドサイクル発電プラントのプラント制御装置であって、常時は、特定の発電軸、所内造水プラントおよび所内プロセスプラントの運転状態を入力して、系統事故時に対処する所内単独運転に必要な所内負荷量を判定し、該所内負荷量を担う発電軸、所内造水プラントおよび所内プロセスプラントに対する負荷を判定して、発電軸の負荷量を所内負荷制限装置に、また造水プラントおよび所内プロセスプラントの負荷量を運転／解列判定器に、所内負荷信号として出力する所内負荷判定器と、所内負荷信号を受取ると、負荷運転を継続する造水プラントおよびプロセスプラントと、解列する造水プラントおよびプロセスプラントを判定して、運転／解列信号を指令出力装置に送る運転／解列判定器と、発電軸による所内負荷がタービンの供給量を越えているか否かを判定し、越えていれば適切な供給量にする信号を指令出力装置に送る所内負荷制限手段と、電力系統事故により負荷運転中に、系統遮断器が開かれて所内単独運転に移行したと判定した場合に、指令出力装置およびタービン制御装置に所内単独運転指令を出力する所内単独運転判定器と、所内単独運転判定手段から所内単独運転指令を受取ったとき、運転／解列判定手段の判定結果である運転／解列信号に基いて、造水プラントおよびプロセスプラントの開閉装置に、解列信号を出力するとともに、所内負荷制限手段から送られた適切な供給量にする信号を受けて、発電軸のガスタービンを制御するタービン制御装置に、発電軸負荷指令を出力する指令出力装置とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、電力系統事故による所内単独運転の発生時に、変動する所内負荷量に応じた発電を行うことができるとともに、発電プラントの運転制限を越える所内負荷の要求がある場合には、過大分の負荷を切り離して、運転制限内に収め、安定した発電プラント運転を継続することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、実施例を挙げて説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明の実施例１として適用されるコンバインドサイクル発電プラントの制御装置の概略構成を示したものである。
【００２１】
なお、コンバインドサイクル発電プラントの構成および作用については、図５を用いて、技術背景で記載したので、図１では、コンバインドサイクル発電プラントの制御装置の構成のみを示している。
【００２２】
図１において、制御装置本体１１は、所内負荷判定器１２、所内負荷制限器１２ａ、所内単独運転判定器１３、運転／解列判定器１４および指令出力装置１５を備えている。
【００２３】
本発明は、所内負荷として、造水プラントおよびプロセスプラントのような予め一意的に決定できない、不特定な負荷を対象とし、さらに、そのような負荷が発電軸を構成するガスタービンの制限を越えないようにする所内負荷制限器１２ａを設けたことを特徴とする。
【００２４】
以下に、上述した各構成要素の作用について説明する。  
所内単独運転判定器１３は、電力系統事故により負荷運転中に系統遮断器６が開かれたことと、高圧遮断器３ｂが開かれたことと、発電機遮断器３ａが閉じていることに基いて、所内単独運転に移行したと判定した場合に、指令出力装置１５およびタービン制御装置１６に、所内単独運転指令を出力する。
【００２５】
所内負荷判定器１２は、常時、図５で示した発電軸５の運転状態だけでなく、造水プラントの運転状態およびプロセスプラントの運転状態も入力されており、これらの運転状態から、電力系統事故により所内単独運転に移行した場合の所内負荷量を判定している。発電軸５の負荷量は、所内負荷信号として、所内負荷制限器１２ａに送られ、造水プラントおよびプロセスプラント等の負荷量は、所内負荷信号として、運転／解列判定器１４に送られている。
【００２６】
運転／解列判定器１４は、所内負荷判定器１２より所内負荷信号を受取ると、負荷運転を継続する造水プラントおよびプロセスプラントと、解列する造水プラントおよびプロセスプラントを判定し、運転／解列信号を指令出力装置１５に送っている。
【００２７】
運転／解列判定器１４は、所内負荷量が低ければ、造水プラントおよびプロセスプラントに運転継続指令を、指令出力装置１５に出力するが、所内負荷量が高ければ、その超過負荷に見合った造水プラントおよびプロセスプラントを判定して、運転解列指令を指令出力装置１５に出力する。
【００２８】
一方、所内負荷制限器１２ａは、発電軸のガスタービンの容量を制限内に抑えるために、発電軸による所内負荷量がガスタービンの供給量制限に懸かるか否かを判定し、供給制限を超えている場合には、適切な供給量にするための信号を指令出力装置１５に送っている。
【００２９】
指令出力装置１５は、所内単独運転判定器１３から所内単独運転指令を受け取ったときだけ、運転／解列判定器１４の判定結果である運転／解列信号に基いて、造水プラントおよびプロセスプラントの開閉装置７に、運転継続または解列の指令を出力する。
【００３０】
同時に、指令出力装置１５は、所内負荷制限器１２ａから送られた適切な供給量にするための信号を受けて、発電軸５のガスタービン１を制御するタービン制御装置１６に、発電軸負荷指令を出力する。
【００３１】
発電軸５のタービン制御装置１６は、指令出力装置１５からの発電軸負荷指令と、所内単独運転判定器１３からの所内単独指令とを受取ると、ガスタービン１のガバナ設定を元に戻す。
【００３２】
本実施例１によれば、電力系統事故により所内負荷単独運転に移行する場合に、所内負荷として、造水プラントおよびプロセスプラントのような予め一意的に決められない不特定な所内負荷を対象とすることができ、また、変動する所内負荷が発電軸を構成するガスタービンの制限を越えないようにするために、所内負荷制限器１２ａを設けたので、発電軸５のガスタービン１の燃焼器１ｂを安定燃焼域で運転させことができる。
【実施例２】
【００３３】
図２は、本発明の実施例２として適用されるコンバインドサイクル発電プラントの制御装置の概略構成を示したものである。図１と同一部分には、同一符号を付している。
【００３４】
図２では、所内負荷判定器１７は、発電軸５、造水プラントまたはプロセスプラントなどの補機１Ａ，２Ａ…ｎＡの運転状態が入力されている場合に、所内負荷を担う発電軸５の所内負荷信号として、発電軸５などの補機１Ａ，２Ａ…ｎＡの運転状態から、所内単独運転に必要な所内負荷量を判定している。
【００３５】
このように、所内負荷判定器１７の入力状態を補機１Ａ，２Ａ…ｎＡの運転状態にすれば、通常、所内負荷は、補機の運転台数により大きく影響を受けるので、これら補機の運転台数に基づいて所内負荷を細部まで判定することができる。
【００３６】
その結果、造水プラントまたはプロセスプラントの運転継続／解列判定器１４では、その判定を、さらに正確に行なうことができる。
【実施例３】
【００３７】
図３は、本発明の実施例３として適用されるコンバインドサイクル発電プラントの制御装置の概略構成を示したものである。図１と同一部分には、同一符号を付している。
【００３８】
図３では、所内負荷判定器１８は、発電軸５から供給される開閉装置７の電力量が入力され、これら電力量に基いて、所内単独運転に必要な所内負荷量を判定し、所内負荷を担う発電軸５の所内負荷信号として、運転／解列判定器１４および所内負荷制限器１２ａを介して指令出力装置１５に出力している。
【００３９】
このように、所内負荷判定器１８の入力状態を各開閉装置７の電力量にすれば、所内単独運転に必要な所内負荷量を判定するのに、正確な所内負荷量を判定することができる。
【００４０】
その結果、系統事故による所内単独運転時に運転継続されるタービン制御装置１６に、正確な負荷指令値を与えることができ、安定した負荷制御が実現できる。
【実施例４】
【００４１】
図４は、本発明の実施例４として適用されるコンバインドサイクル発電プラントの制御装置の概略構成を示したものである。図１と同一部分には、同一符号を付している。
【００４２】
実施例１乃至３では、複数の発電軸を備えたコンバインドサイクル発電プラントにおいて、特定の発電軸５の制御を行なう制御装置について述べた。
【００４３】
図４では、各発電軸５のタービン制御装置１６内に、上述のプラント制御装置の構成要素、すなわち、所内負荷判定器１９、所内単独判定器１３、運転／解別判定器１４および出力装置１５が設けられている。
【００４４】
タービン制御装置１６内に設けられた所内負荷判定器１９は、他の発電軸５の運転状態が入力されて、複数の発電軸が出力している所内全負荷量を判定している。    
また、タービン制御装置１６内に設けられた運転／解列判定機１４は、他の発電軸５の制御状態が入力されて、各制御軸の制御状態から、自軸の運転を継続するか解列するかを判定する。
【００４５】
さらに、タービン制御装置１６内に設けられた所内単独運転判定器１３は、他の発電軸５の故障等により、高圧遮断機３ｂが作動したことにより、特定の発電軸の故障と判断して、所内単独運転指令を出力する。
【００４６】
指令出力装置１５は、特定の発電軸の故障発生を示す所内単独運転指令が出力されると、特定の発電軸の運転を中止する指令を自軸のタービン制御装置１６に出力する。
【００４７】
実施例１乃至３で述べたように、複数の発電軸に対して制御装置が一台で構成された制御装置の場合は、一台の制御装置自身の異常時や点検時の際は、コンバインドサイクル発電プラント全ての発電軸が使用できなくなる。
【００４８】
これに対して、本実施例４によれば、各発電軸５のタービン制御装置１６内に、所内負荷判定器１２、所内単独運転判定器１３、運転／解列判定器１４および指令出力装置１５を組み込むことにより、一つの発電軸のタービン制御装置１６が、異常時や点検作業などで停止された場合でも、他の発電軸５のタービン制御装置１６は、独立して支障なく使用することができるので、複数の発電軸から構成されたコンバインドサイクル発電プラントは、安定した運用を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施例１の概略構成を示す図。
【図２】本発明の実施例２の概略構成を示す図。
【図３】本発明の実施例３の概略構成を示す図。
【図４】本発明の実施例４の概略構成を示す図。
【図５】従来の多軸型コンバインドサイクル発電プラントの概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００５０】
１…ガスタービン、１ａ…燃料調節弁、１ｂ…燃焼器、２…発電機、３ａ…発電機遮断器、３ｂ…高圧遮断器、４…所内母線、５…発電軸、６…系統遮断器、７…開閉装置、８ａ…所内系統開閉器、８ｂ…補機開閉器、１１…制御装置本体、１２…所内負荷判定器、１２ａ…所内負荷制限器、１３…所内単独運転判定器、１４…運転／解列判定器、１５…指令出力装置、１６…タービン制御装置、１７,１８,１９…所内負荷判定器。
【図１】
2008259366.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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