(57)【要約】【課題】タービン発電機出力が目標負荷に速く到達する応答性の良い制御ができる発電プラント負荷制御装置を提供する。【解決手段】プラント目標負荷信号１に変化率制限を加えてプラント負荷指令信号3を出力する変化率制限器2と、プラント負荷指令信号3に遅れを作用させてタービン発電機負荷指令信号5を出力する遅れ手段4と、プラント負荷指令信号3がプラント目標負荷信号１に到達したことを検知する検知手段21と、遅れ手段4からのタービン発電機負荷指令信号5より速くプラント目標負荷信号１に追従する信号24を出力する信号出力手段23と、プラント負荷指令信号３がプラント目標負荷信号１に到達すると信号24に切り替えてタービン発電機負荷指令信号26とする切替手段25を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラで発生した蒸気をタービン発電機に導入して発電機出力を得る発電プラントであって、
前記発電プラントのプラント目標負荷信号に変化率制限を加えてプラント負荷指令信号を出力する変化率制限器と、
その変化率制限器から出力される前記プラント負荷指令信号に遅れを作用させてタービン発電機負荷指令信号を出力する遅れ手段とを備えて、その遅れ手段を作用させない前記プラント負荷指令信号を前記ボイラに対してボイラ負荷指令信号として出力するとともに、前記遅れ手段の出力信号をタービン発電機に対してタービン発電機負荷指令信号として出力する発電プラント負荷制御装置において、
前記プラント負荷指令信号が前記プラント目標負荷信号に到達したことを検知する到達検知手段と、
前記遅れ手段により遅れを作用させて得られた前記タービン発電機負荷指令信号よりも速く前記プラント目標負荷信号に追従する目標負荷到達後信号を出力する目標負荷到達後信号出力手段と、
前記プラント負荷指令信号が前記プラント目標負荷信号に到達するまでは、前記遅れ手段から出力されるタービン発電機負荷指令信号を前記タービン発電機に出力し、前記到達検知手段により前記プラント負荷指令信号が前記プラント目標負荷信号に到達したことを検知すると、前記タービン発電機負荷指令信号から前記目標負荷到達後信号に切り替えて、その目標負荷到達後信号を前記タービン発電機へのタービン発電機負荷指令信号とする切替手段とを備えたことを特徴とする発電プラント負荷制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラで発生した蒸気でタービン発電機を駆動して発電を行う発電プラントの負荷制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の発電プラントではタービン発電機への負荷指令信号を激しく変化させた場合、ボイラから発生し蒸気タービンに導入する蒸気流量を急激に変化させる必要がある。それがボイラ側で追従可能な変化を超越するとボイラへの外乱が多大となり、蒸気温度を初めとするボイラ側の各制御ループの制御が困難となって、プラントの不安定を招くことになる。
【０００３】
特に石炭焚き変圧ボイラを例にとって説明すると、ボイラの応答速度が遅い発電プラントにおいては、タービン発電機への負荷指令とボイラへの負荷指令の協調制御として、図６に示すような回路によりタービン発電機への負荷指令を滑らかな信号として与える方式が採用されることが多い。
【０００４】
すなわち、中央給電所の指令部１０から送信されたプラント目標負荷信号１は負荷変化率制限器（ＲＬ）２により、プラント（石炭焚き変圧ボイラとタービン発電機）に定められた負荷変化率に信号の変化速度が制限されたプラント負荷指令信号３を得る。このプラント負荷指令信号３に基づいてボイラ１１の負荷制御がなされるが、このプラント負荷指令信号３を直接タービン発電機１２の負荷指令として用いるのではなく、一次遅れまたは高次遅れ手段４を作用させた信号をタービン発電機負荷指令信号５として使用する。
【０００５】
図７はこの制御装置で得られる各種信号の波形図で、横軸に時間を、縦軸に負荷指令信号の変化を示している。図中の１’はプラント目標負荷信号１の波形、３’はプラント負荷指令信号３の波形、５’はタービン発電機負荷指令信号５の波形である。またｔ1は新たなプラント目標負荷信号１の取得によりプラント負荷指令信号３の変化が開始された時点、ｔ２はプラント負荷指令信号３がプラント目標負荷信号１に到達した時点、ｔ３はタービン発電機負荷指令信号５がプラント目標負荷信号１とプラント負荷指令信号３に到達した時点、をそれぞれ示している。
【０００６】
この図に示されているようにタービン発電機負荷指令信号波形５’は、プラント負荷指令信号波形３’よりもなだらかな曲線にて推移するようになっている。このなだらかな波形を有するタービン発電機負荷指令信号５に従ってタービン発電機１２の出力が制御されるので、ボイラ１１から抜き出す蒸気流量の変動が穏やかになり、その分ボイラ制御が安定化する。
【０００７】
タービン発電機の制御装置に関しては、例えば下記のような特許文献を挙げることができる。
【特許文献１】特開平８−２６６０９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、前述の負荷制御装置において、遅れ手段４を作用させることにより、プラント負荷指令信号３の変化中(プラント負荷指令信号３が変化を開始してプラント目標負荷信号１に到達するまでの間、すなわちｔ１〜ｔ２の間)においては、タービン発電機負荷指令信号５はプラント負荷指令信号３に対して前記遅れ手段４の時定数に相当する時間だけ遅れた波形になる。
【０００９】
更にプラント負荷指令信号３がプラント目標負荷信号１に到達した後、すなわちｔ２以降は非常に緩慢な推移を示し、タービン発電機負荷指令信号５がプラント目標負荷信号１に到達するのに多大な時間を要し、タービン発電機出力の応答が遅い。プラントの目的はタービン発電機出力を速やかにプラント目標負荷に追従させることなので、このような特性は発電プラントの性能として非常に不利である。
【００１０】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、タービン発電機出力が目標負荷に速く到達する応答性の良い制御とプラントの安定性とを両立した発電プラント負荷制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するため本発明は、ボイラで発生した蒸気をタービン発電機に導入して発電機出力を得る発電プラントであって、
前記発電プラントのプラント目標負荷信号に変化率制限を加えてプラント負荷指令信号を出力する変化率制限器と、
その変化率制限器から出力される前記プラント負荷指令信号に遅れを作用させてタービン発電機負荷指令信号を出力する遅れ手段とを備えて、その遅れ手段を作用させない前記プラント負荷指令信号を前記ボイラに対してボイラ負荷指令信号として出力するとともに、前記遅れ手段の出力信号をタービン発電機に対してタービン発電機負荷指令信号として出力する発電プラント負荷制御装置において、
前記プラント負荷指令信号が前記プラント目標負荷信号に到達したことを検知する到達検知手段と、
前記遅れ手段により遅れを作用させて得られた前記タービン発電機負荷指令信号よりも速く前記プラント目標負荷信号に追従する目標負荷到達後信号を出力する目標負荷到達後信号出力手段と、
前記プラント負荷指令信号が前記プラント目標負荷信号に到達するまでは、前記遅れ手段から出力されるタービン発電機負荷指令信号を前記タービン発電機に出力し、前記到達検知手段により前記プラント負荷指令信号が前記プラント目標負荷信号に到達したことを検知すると、前記タービン発電機負荷指令信号から前記目標負荷到達後信号に切り替えて、その目標負荷到達後信号を前記タービン発電機へのタービン発電機負荷指令信号とする切替手段とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は前述のような構成になっており、タービン発電機出力が目標負荷に速く到達する応答性の良い制御とプラントの安定性とを両立した発電プラント負荷制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に本発明の実施形態を図面とともに説明する。図１は本発明の実施形態に係る発電プラント負荷制御装置の概略系統図、図２はこの制御装置で得られる各種信号の波形図、図３はこの発電プラント負荷制御装置の具体的な系統図、図４はこの制御装置で得られる各種信号の波形図である。
【００１４】
図１に示すように、中央給電所の指令部１０から送信されたプラント目標負荷信号１は変化率制限器（ＲＬ）２により、プラント（石炭焚き変圧ボイラとタービン発電機）に定められた負荷変化率に信号の変化速度が制限されたプラント負荷指令信号３を得る。このプラント負荷指令信号３に基づいて石炭焚変圧ボイラ１１の負荷制御がなされるが、このプラント負荷指令信号３を直接タービン発電機１２の負荷指令として用いるのではなく、一次遅れまたは高次遅れ手段４を作用させた信号をタービン発電機負荷指令信号５として使用する。これまでの構成は、図６を用いて説明した従来技術と同じである。
【００１５】
本発明では、プラント負荷指令信号３がプラント目標負荷信号１に到達したことを到達検知回路２１で検知し、その検知信号２２を切替手段であるアナログスイッチ（ＡＳＷ）２５に出力する。この検知時点（ｔ２  図２参照）以後のタービン発電機１２への負荷指令は、前記遅れ手段４を作用して得られたタービン発電機負荷指令信号５を用いるのではなく、その信号５よりも速くプラント負荷指令信号３に追従する波形を形成する波形形成回路２３から出力された目標負荷到達後波形信号２４に切り換えて（ＡＳＷ２５でａ選択）、これをタービン発電機負荷指令信号２６として使用する。これによりプラント目標負荷信号１に到達する時間（時点ｔ４  図２参照）を速くすることができる。
【００１６】
なお、プラント負荷指令信号３がプラント目標負荷信号１に到達する前のタービン発電機１２への負荷指令には、前記遅れ手段４を作用させられたタービン発電機負荷指令信号５を用いるので、負荷変化開始時および負荷変化中のボイラ１１とタービン発電機１２の協調が図られ、ボイラプラントへの外乱の少ない制御が確保される。すなわち、負荷追従性とプラントの安定性を両立した制御が実現できる。
【００１７】
図３は、本実施形態に係る負荷制御装置をより具体的に示した系統図である。同図に示すように変化率制限器２の出力信号はそのまま負荷指令信号となるのではなく、プラント負荷指令信号３に、ＡＦＣ指令信号５１と周波数バイアス信号５３を信号加算処理器５５によって重畳された加算後負荷指令信号５６が用いられる。
【００１８】
前記ＡＦＣ(Automatic  Frequency  Controlの略)指令信号５１は、所轄管内の系統周波数を一定に維持し(例えば５０Hzとか６０Hz) 、補正する制御のために中央給電所から与えられる信号である。
【００１９】
前記周波数バイアス信号５３は、タービン入口の蒸気圧を検出して、そのタービン入口蒸気圧に基づいて関数発生器により圧力補正係数を作成し、系統周波数偏差と乗算器で掛け算することにより求められる信号で、ガバナフリー機能で変化する発電量と一致するように設定される信号である。
【００２０】
一般にＡＦＣ信号５１および周波数バイアス信号５３への応答は遅れを許されないので、ここで加算される信号成分は負荷指令信号に遅れ手段が作用されることが許されない。従って、負荷指令信号として遅れ手段を作用させる対象の信号成分は、ＡＦＣ信号５１,周波数バイアス信号５３による信号成分が重畳される前、すなわち変化率制限器２の出力信号の成分(プラント負荷指令信号３)に対してのみとする必要がある。
【００２１】
そのため、プラント負荷指令信号３に一次遅れ手段６４を作用させた一次遅れ出力信号６５から、遅れ手段を作用させないプラント負荷指令信号３を減算器５７で減じた信号５８を、前記加算後負荷指令信号５６に加算器６３で加算することにより、ＡＦＣ信号５１及び周波数バイアス信号５３が加算される前のプラント負荷指令信号３の成分のみが加算器６３の出力信号においては結果的にキャンセルされる構成を基本形としている。
【００２２】
前記減算器５７の出力信号５８は図４に示す波形５８’、すなわちプラント負荷指令信号３を不完全微分した信号のプラス・マイナスを逆にした信号波形として得られる。この信号をプラント負荷指令信号３が、プラント目標負荷信号１に到達したことを検知するモニターリレー７４の出力信号７５がｏｎとなったら値が０の信号発生器６８（設定値＝0）の出力信号６９にアナログスイッチ(ＡＳＷ)５９で切り替わる。
【００２３】
このアナログスイッチ(ＡＳＷ)５９の出力信号６０は図４に示す波形６０’を有し、この出力信号６０に変化率制限器２に使用したのと同様な変化率設定値信号７６、７７を用いて変化率制限器６１により変化速度に制限をかけた制限器出力信号６２は、図４に示す波形６２’となる。なお、前記信号７６は下降側の変化率設定値信号、信号７７は上昇側の変化率設定値信号である。
【００２４】
前記制限器出力信号６２と加算後負荷指令信号５６が加算器６３で加算されると、図４に示す波形２６’となり、本発明の目的である負荷指令信号がプラント目標負荷信号１に到達する時間を短縮すると同時に、動作の遅れが許されないＡＦＣ信号５１及び周波数バイアス信号５３の成分はそのままの波形で加算されたタービン発電機負荷指令信号２６を得ることができる。
【００２５】
なお、プラント負荷指令信号３がプラント目標負荷信号１に到達したことを検知するモニタリレー出力信号７５は、プラント負荷指令信号３の微分を微分器７０でとり、その出力信号７１の絶対値を絶対値演算器（ＡＢＳ）７２でとり、その出力信号７３の値が規定値以下であることをモニタリレー７４で検知することによって得る。
【００２６】
また、プラント負荷指令信号３を入力信号として関数発生器６６の出力信号６７を一次遅れまたは高次遅れ手段６４に作用させているのは、プラントの負荷によってボイラの応答性能が変化するためプラント負荷指令信号３に応じてタービン発電機負荷指令信号２６の波形の滑らかさを加減できるように考慮したものである。
【００２７】
従って前記微分器７０, 絶対値演算器（ＡＢＳ）７２ならびにモニタリレー７４で図１に示す到達検知回路２１を構成している。
【００２８】
また前記減算器５７、アナログスイッチ５９、変化率制限器６１、加算器６３ならびに信号発生器６８で図１に示す波形形成回路２３を構成している。
【００２９】
図５は従来技術と本発明によるタービン発電機負荷指令信号波形を比較して示す図であり、横軸に時間、縦軸に負荷指令信号ならびにタービン発電機負荷指令信号をとっている。
【００３０】
プラント負荷指令信号３が時刻ｔ＝０秒の時点まで５０％で安定していたとして、下記の条件にて負荷変化を行った時の従来技術によるタービン発電機負荷指令信号５および本発明によるタービン発電機負荷指令信号２６の応答は、以下の（１）および（２）によって表される。またその応答波形を示すと図５のようになる。
【００３１】
負荷変化率r ＝３％／ｍｉｎ.  負荷変化幅α＝２０％
タービン発電機負荷指令に対する一次遅れまたは高次遅れ手段４については、これまでの実績で一般的なＴ＝６０秒の一次遅れとする。
【数１】
2008131676.tif 000003
従来技術によるタービン発電機負荷指令信号５の波形５’と本発明によるタービン発電機負荷指令信号２６の波形２６’を比較すると、ｔ＝４００秒までは同じであるが４００秒以降の応答が異なる。
【００３２】
すなわち、従来技術によるタービン発電機負荷指令信号５であれば一次遅れ波形の特徴として目標値である７０％にゆっくりと到達する(実線で示す)が、本発明によるタービン発電機負荷指令信号２６であると、ｔ＜４００秒の波形の延長線に沿って、３％／ｍｉｎの速度でそのまま目標値７０％に到達する(破線で示す)。
【００３３】
その結果、プラント負荷指令３が目標値７０％に到達するｔ＝４００秒時点からどれだけ遅れてタービン発電機負荷指令が目標値７０％到達する時間を比較すると、従来技術では２０５秒も遅れるのに対して本発明では６０秒の遅れに短縮される。但し、一次遅れ波形の性質上７０％ちょうどまで到達するのは無限時間かかることから、０．１％手前すなわち６９．９％までを以って到達したと見做すこととした。
【００３４】
また別の観点で、この間の負荷変化率を  負荷変化幅÷目標負荷までの所要時間  として表すと、従来技術によるタービン発電機負荷指令信号５では１．９８％／ｍｉｎとプラント負荷指令信号３の負荷変化率３％／ｍｉｎから大きく低下しているのに対し、本発明によるタービン発電機負荷指令信号２６では２．６１％／ｍｉｎと改善できる。
【００３５】
ここで述べたのはタービン発電機負荷指令に関してであるが、発電プラントの究極の目的の発電機出力そのものはこの指令値にほぼ追随する形で制御されるので、定量的にも本発明の応答特性の改善が発電プラントとしての発電機出力の応答特性を改善することにそのまま結びつくことになる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態に係る発電プラント負荷制御装置の概略系統図である。
【図２】この制御装置で得られる各種信号の波形図である。
【図３】この発電プラント負荷制御装置の具体的な系統図である。
【図４】この制御装置で得られる各種信号の波形図である。
【図５】従来技術と本発明によるタービン発電機負荷指令信号波形を比較して示す図である。
【図６】従来の発電プラント負荷制御装置の概略系統図である。
【図７】この制御装置で得られる各種信号の波形図である。
【符号の説明】
【００３７】
１：プラント目標負荷信号、１’：プラント目標負荷信号波形、２：変化率制限器、３：プラント負荷指令信号、３’：プラント負荷指令信号波形、４：遅れ手段、５：タービン発電機負荷指令信号、５’：タービン発電機負荷指令信号波形、１０：指令部、１１：ボイラ、１２：タービン発電機、２１：到達検知回路、２２：到達検知信号、２３：波形形成回路、２４：目標負荷到達後波形信号、２５：アナログスイッチ、２６：タービン発電機負荷指令信号、２６’：タービン発電機負荷指令信号波形、５１：ＡＦＣ指令信号、５３：周波数バイアス信号、５５：信号加算処理部、５６：加算後負荷指令信号、５６’：加算後負荷指令信号波形、５７：減算器、５８：減算器出力信号、５８’：減算器出力信号波形、５９：アナログスイッチ、６０：アナログスイッチ出力信号、６０’：アナログスイッチ出力信号波形、６１：変化率制限器、６２：制限器出力信号、６２’：制限器出力信号波形、６３：加算器、６４：遅れ手段、６５：遅れ手段出力信号、６６：関数発生器、６７：関数発生器出力信号、６８：信号発生器、６９：信号発生器出力信号、７０：微分器、７１：微分器出力信号、７２：絶対値演算器、７３：絶対値演算器出力信号、７４：モニターリレー、７５：モニターリレー出力信号、７６：下降側変化率設定値信号、７７：上昇側変化率設定値信号。
【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】
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【図７】
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