(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二相媒体を有する容器（２６）内の液体水位を制御するための水位制御システム（３４）であって、
前記容器（２６）に関するパラメータを測定するように構成されたセンサ（３６、３８、４０、４１、４２）であって、前記パラメータが、容器（２６）内の液体水位、容器（２６）からの気体流速、容器（２６）内の圧力、容器（２６）の温度、および容器（２６）内への供給液体流速を含むセンサと、
前記センサ（３６、３８、４０、４１、４２）から出力信号を受信し、かつ容器（２６）内の液体水位を表す第１のフィルタ処理された出力信号（５４）、容器（２６）からの気体流速を表す第２のフィルタ処理された出力信号（５６）、容器（２６）内への供給液体流速を表す第３のフィルタ処理された出力信号（５８）、容器（２６）内の圧力を表す第４のフィルタ処理された出力信号（７０）、および容器（２６）の温度を表す第５のフィルタ処理された出力信号（７１）を生成するように構成された信号処理ユニット（４６）、
前記第１のフィルタ処理された出力信号（５４）を受信し、かつ供給液体必要流量を表す出力信号を生成するように構成された必要流量制御ユニット（４８）、
前記第２の（５６）、第４の（７０）、および第５のフィルタ処理された出力信号（７１）を受信するように構成され、かつ、前記容器（２６）内の圧力、温度、またはそれらの組合せの関数として形成された気体流速を表す出力信号を生成するように構成された形成ユニット（５０）、および、
前記必要流量制御（４８）ユニット、前記形成ユニット（５０）からの前記出力信号、および前記第３のフィルタ処理された出力信号（５８）に基づいて、前記容器（２６）と結合された１つまたは複数の構成要素を制御することによって、前記容器（２６）内の液体水位を所定の限界内に制御するように構成された液体水位制御ユニット（５２）を備える、
コントローラ（４４）と
を備えるシステム。
【請求項２】
前記信号処理ユニット（４６）が、前記容器圧力センサ（３８）から出力信号を受信し、かつ前記容器圧力センサ（３８）からの出力信号に基づいて、容器（２６）からの算定された気体流速を表す出力信号を生成するように構成されている、請求項１記載のシステム（３４）。
【請求項３】
前記信号処理ユニット（４６）が、前記フィルタ処理された出力信号（５４、５６、５８、７０、７１）を生成するとき、ドラム幾何形状パラメータ、ドラム材料特性、動作パラメータ、またはそれらの組合せを使用するように構成されている、請求項１記載のシステム（３４）。
【請求項４】
前記信号処理ユニット（４６）が、容器（２６）からの算定された気体流速を表す出力信号を生成し、かつ前記フィルタ処理された出力信号（５４、５６、５８、７０、７１）を生成するとき、算定された気体流速を表す前記出力信号を使用するように構成されている、請求項１記載のシステム（３４）。
【請求項５】
前記信号処理ユニット（４６）が、容器（２６）内の設定液体水位を表すフィルタ処理された出力信号を生成するように構成されている、請求項１記載のシステム（３４）。
【請求項６】
前記信号処理ユニット（４６）が、少なくとも１つのコントローラゲイン（６７、６９）を生成するように構成され、かつ前記必要流量制御ユニット（４８）が、供給液体必要流量を表す前記出力信号を生成するために、前記少なくとも１つのコントローラゲイン（６７、６９）を使用するように構成されている、請求項１記載のシステム（３４）。
【請求項７】
前記コントローラゲインが、容器（２６）内の設定液体水位および容器（２６）内の検知された液体水位に基づいて決定された可変比例ゲイン（６７）および可変積分ゲイン（６９）を含む、請求項６記載のシステム（３４）。
【請求項８】
前記信号処理ユニット（４６）が、少なくとも１つの気体フィルタパラメータ（７３）を生成するように構成され、かつ前記形成フィルタ（５０）が、前記容器内の圧力、温度、またはそれらの組合せの関数として形成された気体流速を表す前記出力信号を生成するとき、前記少なくとも１つの気体フィルタパラメータ（７３）を使用するように構成されている請求項１記載のシステム（３４）。
【請求項９】
二相媒体を有するボイラードラム（２６）内の水位を制御するための水位制御システム（３４）であって、
前記ボイラードラム（２６）に関するパラメータを測定するように構成されたセンサ（３６、３８、４０、４１、４２）であって、前記パラメータが、ボイラードラム（２６）内の水位、ボイラードラム（２６）からの蒸気流速、ボイラードラム（２６）内の圧力、ボイラードラム（２６）の温度、およびボイラードラム（２６）内への供給水流速を含むセンサと、
前記センサ（３６、３８、４０、４１、４２）から出力信号を受信し、かつボイラードラム（２６）内の水位を表す第１のフィルタ処理された出力信号（５４）、ボイラードラム（２６）からの蒸気流速を表す第２のフィルタ処理された出力信号（５６）、ボイラードラム（２６）内への供給水流速を表す第３のフィルタ処理された出力信号（５８）、ボイラードラム（２６）内の圧力を表す第４のフィルタ処理された出力信号（７０）、およびボイラードラム（２６）の温度を表す第５のフィルタ処理された出力信号（７１）を生成するように構成された信号処理ユニット（４６）、
前記第１のフィルタ処理された出力信号（５４）を受信し、かつ供給水必要流量を表す出力信号を生成するように構成された必要流量制御ユニット（４８）、
前記第２の（５６）、第４の（７０）、および第５のフィルタ処理された出力信号（７１）を受信し、かつ前記ボイラードラム（２６）内の圧力、温度、またはそれらの組合せの関数として形成された蒸気流速を表す出力信号を生成するように構成された形成ユニット（５０）、および、
前記必要流量制御ユニット（４８）、前記形成ユニット（５０）からの前記出力信号、および前記第３のフィルタ処理された出力信号（５８）に基づいて、前記ボイラードラム（２６）と結合された１つまたは複数の構成要素を制御することによって、前記ボイラードラム（２６）内の水位を所定の限界内に制御するように構成された液体水位制御ユニット（５２）を備える、
コントローラ（４４）と
を備えるシステム。
【請求項１０】
二相媒体を有する容器（２６）内の液体水位制御するための方法であって、
センサ（３６、３８、４０、４１、４２）を使用して容器（２６）に関するパラメータを測定するステップであって、前記パラメータが、容器（２６）内の液体水位、容器（２６）からの気体流速、容器（２６）内の圧力、容器（２６）の温度、および容器（２６）内への供給液体流速を含むステップと、
前記測定されパラメータに基づいて容器（２６）内の液体水位を表す第１のフィルタ処理された出力信号（５４）、容器（２６）からの気体流速を表す第２のフィルタ処理された出力信号（５６）、容器（２６）内への供給液体流速を表す第３のフィルタ処理された出力信号（５８）、容器（２６）内の圧力を表す第４のフィルタ処理された出力信号（７０）、および容器（２６）の温度を表す第５のフィルタ処理された出力信号（７１）を生成するステップと、
前記第１のフィルタ処理された出力信号（５４）から供給液体必要流量を表す出力信号を生成するステップと、
前記第２の（５６）の、第４の（７０）、および第５の（７１）フィルタ処理された出力信号から、前記容器（２６）内の圧力、温度、またはそれらの組合せの関数として形成された気体流速を表す出力信号を生成するステップと、
前記供給液体必要流量を表す出力信号、前記形成された気体流速を表す出力信号、および前記第３のフィルタ処理された出力信号（５８）に基づいて、前記容器（２６）と結合された１つまたは複数の構成要素を制御することによって、前記容器（２６）内の液体水位を所定の限界内に制御するステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示されるシステムおよび方法は一般に、容器内の液体水位を制御することに、およびより具体的には、発電プラント内のドラムタイプボイラー内の水位を制御することに関する。
【背景技術】
【０００２】
ドラムタイプボイラーは、発電プラント内で最も一般的に使用されているボイラーである。ドラム水位のトリップはしばしば、発電所のトリップおよび中断の原因となる。発電産業では、過渡動作中のドラム水位制御動作によるドラム水位トリップは、発電機の中断の主要な原因であり、プラントの使用可能性および利益の大きな損失に至る。
【０００３】
ドラム水位の制御は、二相流の複雑な動態、波の存在、未知の熱および圧力外乱、および荷重要求のため、困難な問題である。水位を限界内に維持することは、限界を超えることがトリップに至る、または装置に損傷を与えることになるため、重要である。ドラムボイラーは、水位を所要の範囲内に維持しながら、様々な未知の圧力および荷重（熱）外乱の存在中に動作しなければならない。水位の降下は、ドラムの熱疲労の原因となる。水位の増加は、水の小滴が、過熱器／蒸気タービンに入り、したがって過熱器／蒸気タービンに損傷を与える可能性を顕著に増加させる。
【０００４】
水位の制御のための従来の手法は通常、ドラムに水を供給する供給水制御バルブの駆動を含む。
【特許文献１】米国特許第４２４２９８９号
【特許文献２】米国特許第５１４８７７５号
【特許文献３】米国特許第７０５３３４１号
【特許文献４】米国特許出願公開第２００５０１７８７５９号
【特許文献５】英国特許第２４１１０１１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、水位を制御するためのこのような手法は、このようなシステムによって呈される逆の応答のため、特に過渡動作状態中、ドラムタイプボイラーにとって困難である。供給水必要流量の特性を逆転させるコントローラ応答の大きさは、ドラムボイラー圧力に依存する。より低いドラムボイラー圧力では、供給水必要流量の特性を逆転させようとするコントローラ応答の影響が増幅される。ドラムボイラー水位の制御するための典型的な戦略は、蒸気流速、供給水流速、および水位の良好な測定または算定を必要とする。不正確な測定（故障またはセンサ不具合よるものなど）は、プラントをトリップさせることがある。
【０００６】
特に過渡動作状態中、たとえば、ドラムタイプボイラー内の液体水位を制御するような、容器内の液体水位を制御するためのより効率的な技術に対する必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある例示的な実施形態によると、二相媒体を有する容器内の液体水位を制御するための水位制御システムが、開示されている。水位制御システムは、容器に関するパラメータを測定するように構成されたセンサを備える。パラメータは、容器内の液体水位、容器からの気体流速、容器内の圧力、容器の温度、および容器内への供給液体流速を含む。信号処理ユニットは、センサから出力信号を受信し、かつ容器内の液体水位を表す第１のフィルタ処理された出力信号、容器からの気体流速を表す第２のフィルタ処理された出力信号、容器内への供給液体流速を表す第３のフィルタ処理された出力信号、容器内の圧力を表す第４のフィルタ処理された出力信号、および容器の温度を表す第５のフィルタ処理された出力信号を生成するように構成されている。必要流量制御ユニットは、第１のフィルタ処理された出力信号を受信し、かつ供給液体必要流量を表す出力信号を生成するように構成されている。形成ユニットは、第２の、第４の、および第５のフィルタ処理された出力信号を受信し、かつ容器内の圧力、温度、またはそれらの組合せの関数として形成された気体流速を表す出力信号を生成するように構成されている。液体水位制御ユニットは、必要流量制御ユニット、形成ユニットからの出力信号、および第３のフィルタ処理された出力信号に基づいて容器と結合された１つまたは複数の構成要素を制御することによって、容器内の液体水位を所定の限界内に制御するように構成されている。
【０００８】
本発明の別の例示的な実施形態によると、二相媒体を有するボイラー内の水位を制御するための水位制御システムが、開示されている。水位制御システムは、ボイラードラムに関するパラメータを測定するように構成されたセンサを備える。パラメータは、ボイラードラム内の水位、ボイラードラムからの蒸気流速、ボイラードラム内の圧力、ボイラードラムの温度、およびボイラードラム内への供給水流速を含む。信号処理ユニットは、センサから出力信号を受信し、かつボイラードラム内の水位を表す第１のフィルタ処理された出力信号、ボイラードラムからの蒸気流速を表す第２のフィルタ処理された出力信号、ドラム内への供給水流速を表す第３のフィルタ処理された出力信号、ドラム内の圧力を表す第４のフィルタ処理された出力信号、およびドラムの温度を表す第５のフィルタ処理された出力信号を生成するように構成されている。必要流量制御ユニットは、第１のフィルタ処理された出力信号を受信し、かつ供給水必要流量を表す出力信号を生成するように構成されている。形成ユニットは、第２の、第４の、および第５のフィルタ処理された出力信号を受信し、かつドラム内の圧力、温度、またはそれらの組合せの関数として形成された蒸気流速を表す出力信号を生成するように構成されている。液体水位制御ユニットは、必要流量制御ユニット、形成ユニットからの出力信号、および第３のフィルタ処理された出力信号に基づいて、ドラムと結合された１つまたは複数の構成要素を制御することによって容器内の水位を所定の限界内に制御するように構成されている。
【０００９】
本発明の別の例示的な実施形態によると、二相媒体を有する容器内の液体水位を制御するための方法が、開示されている。
【００１０】
本発明のこれらおよびその他の特徴、態様および利点は、図面全体を通じて類似の符号が類似の部品を表す添付の図面を参照にして、以下の詳細な説明を読めば、より良く理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下で詳細に議論するように、本発明の実施形態は、二相媒体、すなわち液体および気体の両方を有する容器２６内の液体水位を制御するための水位制御システム３４を提供する（図１）。制御システムは、容器内の液体水位、容器内の圧力、容器からの気体流速、容器の温度、および容器内への供給液体流速（図２）を含む、容器に関するパラメータを測定するように設けられた、センサ３６、３８、４０、４１および４２を有する。信号処理ユニット４６は、センサから出力信号を受信し、かつ容器内の液体水位を表す第１のフィルタ処理された出力信号、容器からの気体流速を表す第２のフィルタ処理された出力信号、容器内への供給液体流速を表す第３のフィルタ処理された出力信号、容器内の圧力を表す第４のフィルタ処理された出力信号、および容器の温度を表す第５のフィルタ処理された出力信号を生成する（図２）。必要流量制御ユニット４８は、第１のフィルタ処理された出力信号を受信し、かつ供給液体必要流量を表す出力信号を生成し、形成ユニット５０は、第２の、第４の、および第５のフィルタ処理された出力信号を受信し、かつ容器内の圧力、温度、またはそれらの組合せの関数として形成された気体流速を表す出力信号を生成し、かつ液体水位制御ユニット５２は、流動液体必要流量を満たすように、必要流量制御ユニット、形成ユニットからの出力信号、および第３のフィルタ処理された出力信号に基づいて容器と結合された１つまたは複数の構成要素を制御することによって、容器内の液体水位を所定の限界内に制御する（図２）。
【００１２】
本発明の別の例示的な実施形態によると、二相媒体、すなわち、水および蒸気を有するボイラードラム内の水位を制御するための水位制御システムが、開示されている。本発明のさらに別の例示的な実施形態によると、二相媒体を有する容器内の液体水位を制御するための方法が、開示されている。ここで開示されている例示的なシステムおよび方法は、たとえば、システム内での荷重および圧力変動の存在中などの過渡動作状態中、ドラム水位を所要の限界内に維持するための適切な供給水コマンドを生成する。例示的な技術は、気体流算定、液体水位算定、供給液体流応答を改善するための追加の制御ループ、またはそれらの組合せを追加で含んでもよい。例示的な技術はまた、供給水流コマンドの設定点を生成するために、気体流速信号形成を使用することを含んでもよい。以下で説明する実施形態は、ボイラードラム内の水位を制御することを関するものであるが、例示的なシステムおよび方法は、少なくとも二相の流体を含む容器を有する他のシステムの安全な動作のために等しく適用可能である。１つの例は超電導空洞共振器内の液体ヘリウムの水位の制御である。
【００１３】
図１を参照すると、例示的な複合サイクル発電プラント１０が、示されている。複合サイクル発電プラント１０は、排熱回収ボイラー（ＨＲＳＧ）１６を介して相互接続された、少なくとも１つのガスタービン発電機および少なくとも１つの蒸気タービン発電機を備える。ガスタービンからの高温の排出ガスは、蒸気タービンのための蒸気を発生させるためにＨＲＳＧ１６内へ入力される。ＨＲＳＧ１６は、エコノマイザ２０、蒸発器２２、および過熱器２４などの複数のセクションに分割されてもよい。さらに、蒸気発生サイクルの一部として、ボイラードラム２６が、ＨＲＳＧ１６と結合されている。ボイラー供給ポンプは、供給水制御バルブ８０を介してボイラードラム２６に供給水を供給するように構成されている。ボイラードラム２６はまた、ボイラードラム２６内の固体の濃度を連続的に調整するように構成されたブローダウンバルブ７８と結合されている。サイクル動作の説明は、現在当業者に公開されており、複合サイクル発電プラント１０を理解するためにさらに説明される必要はない。
【００１４】
図示した実施形態では、水位制御システム３４が、二相媒体を有するボイラードラム２６内の水位を制御するために設けられている。前に議論したように、ドラム水位の制御は、二相流の複雑な動態、波の存在、未知の熱および圧力外乱、および荷重要求のため、困難な問題である。水位を限界内に維持することは、装置のトリップおよび損傷を回避するために必要である。ドラムボイラーを備える発電システムの場合、ドラム水位に対する主要な外乱は、過渡圧力外乱および熱流束外乱である。図示した水位制御システム３４は、このような外乱中、ドラム水位を効率的に制御するように構成されている。制御システム３４の詳細は、次の図面を参照にして、以下でより詳細に説明される。
【００１５】
図２を参照すると、水位制御システム３４が、図１の態様に従って示されている。上記で議論したように、水位制御システムは、二相媒体を有するボイラードラム内の水位を制御するように構成されている。水位制御システム３４は、ボイラードラムに関するパラメータを測定するように構成された複数のセンサを備える。図示した実施形態では、複数のセンサは、ボイラードラム２６内の水位を検知するように構成されたドラム水位センサ３６、ボイラードラム２６内の圧力を測定するように構成された圧力センサ３８、ドラムからの蒸気流速を測定するように構成された蒸気流センサ４０、ドラムの温度を測定するように構成された温度センサ４１、およびドラム内への供給水流速を測定するように構成された供給水流センサ４２を備える。システム３４はまた、信号処理ユニット４６、必要流量制御ユニット４８、形成ユニット５０、および液体水位制御ユニット５２を有するコントローラ４４を備える。ここで説明したコントローラ４４およびユニットは、１つまたは複数の物理計算ユニットで具現化されてもよい。信号処理ユニット４６は、センサ３６、３８、４０、４１、および４２から出力信号を受信し、かつボイラードラム内の水位を表す第１のフィルタ処理された出力信号５４、ボイラードラムからの蒸気流速を表す第２のフィルタ処理された出力信号５６、ボイラードラム内への供給水流速を表す第３のフィルタ処理された出力信号５８、およびボイラードラム内の圧力を表す第４のフィルタ処理された出力信号７０、およびボイラードラムの温度を表す第５のフィルタ処理された出力信号７１を生成するように構成されている。他のある例示的な実施形態では、信号処理ユニットは、出力信号５４、５６、５８、７０、および７１を生成するために、ドラム幾何形状パラメータ、ドラム材料特性、ドラム動作パラメータ、またはそれらの組合せのうちの複数を追加で使用する。いくつかの実施形態では、ドラム幾何形状パラメータおよび材料特性は、金属の質量、長さ、体積、熱伝導率、比熱、および表面積を含んでもよい。他のいくつかの実施形態では、ドラム幾何形状パラメータおよび材料特性は、金属の質量、体積、断面積、表面積、長さ、金属の質量、および摩擦係数などの降水管（図示せず）のパラメータを含んでもよい。他のいくつかの実施形態では、ドラム幾何形状パラメータおよび材料特性は、金属の質量、長さ、体積、断面積、表面積、摩擦係数、比熱、導電率、内直径および外直径などの蒸発器パラメータを含んでもよい。ある他の例示的な実施形態では、発電プラントの所定の位置での圧力、温度、および流れデータなどの他の動作パラメータは、出力信号５４、５６、５８、７０および７１を生成するために追加で使用されてもよい。いくつかの実施形態では、圧力データは、蒸気タービンスロットル圧力、蒸気タービン出口圧力および漏出、大気圧、およびコンデンサ圧力を含んでもよい。他のいくつかの実施形態では、温度データは、蒸気タービン出口蒸気温度、供給水温度、および排気筒気体温度を含んでもよい。他のいくつかの実施形態では、流れデータは、排気筒気体流速、およびブローダウン流速を含んでもよい。
【００１６】
ある例示的な実施形態では、信号処理ユニット４６は、ボイラードラム内の水位設定点を表すフィルタ処理された出力信号６０を生成するように構成されている。いくつかの実施形態では、信号処理ユニット４６は、ボイラードラム内の検知された水位に基づいて、ボイラードラム内の算定された水位を表すフィルタ処理された出力信号５４を生成する。ある他の例示的な実施形態では、別個の算定ユニットは、ボイラードラム内の水位を算定するために使用されてもよい。水位算定は、過渡動作状態中のドラム内の表面波運動に付随する問題の軽減を容易にすることにも注意されたい。図示した実施形態では、水位処理ユニット６２は、信号５４、６０を受信し、かつフィルタ処理された出力信号６４を生成するように構成されている。出力信号６４は、出力信号５４、６０の間の差であることに、ここで注意されたい。必要流量制御ユニット４８は、フィルタ処理された出力信号６４を受信し、かつ出力信号６６を生成するように構成されている。
【００１７】
信号処理ユニット４６は、少なくとも１つのコントローラゲインを生成するようにさらに構成されてもよい。この実施形態では、少なくとも１つのコントローラゲインは、水位設定点および検知されたドラム内の水位に基づいて決定される可変比例ゲイン６７および可変積分ゲイン６９を含む。必要流量制御ユニット４８は、出力信号６６を生成するために可変コントローラゲインを使用するように構成されている。他のいくつかの実施形態では、少なくとも１つのコントローラゲインは、定数ゲインを含んでもよい。例示的な実施形態では、水位制御を平均化することが独立に計画された比例および積分ゲインの使用を介して実施されるフィードバックループの使用が、開示されている。計画の可変性は、測定された水位と水位設定点の間の差に依存することに、ここで注意されたい。ゲインは、コントローラに誘発される水位振動が回避されるように計画される。また、コントローラゲインは、設定値からの測定値の水位のより小さい偏差に対してバルブチャタリングが回避されるように計画される。
【００１８】
形成ユニット５０は、第２のフィルタ処理された出力信号５６、第４のフィルタ処理された出力信号７０、および第５のフィルタ処理された出力信号７１を受信し、かつボイラードラム内の圧力、または温度、またはそれらの組合せの関数として形成された蒸気流速を表す出力信号６８を生成するように構成されている。図示した実施形態では、信号処理ユニット４６はまた、少なくとも１つの気体フィルタパラメータ７３、たとえば可変気体フィルタパラメータを生成するように構成されている。少なくとも１つの気体フィルタパラメータ７３はまた、出力信号６８を生成するためにも使用される。気体フィルタパラメータは、ボイラードラム内の圧力および／または温度の関数であってよい。いくつかの実施形態では、気体フィルタパラメータ７３は、定数パラメータを含む。ある例示的な実施形態では、信号処理ユニット４６は、圧力センサ３８から出力信号を受信し、かつ圧力センサ３８からの出力信号に基づいてボイラードラムからの算定された蒸気流速を表す出力信号を生成するように構成されている。ある例示的な実施形態では、信号処理ユニット４６は、温度センサ４１から出力信号を受信し、かつ温度センサ４１からの出力信号に基づいてボイラードラムからの算定された蒸気流速を表す出力信号を生成するように構成されている。気体フィルタパラメータは、算定された蒸気流速および実際に測定された蒸気流速に基づいて決定されてもよい。蒸気流算定は、ドラムから外への未測定の蒸気流の結果となることがあるセンサの故障状態中（たとえば、安全弁の開放）、より正確な流れ情報を提供する。蒸気流速算定は、センサが不正確な場合、実際の蒸気流測定値の適切なフィルタ処理を容易にし、測定値を修正する。算定された蒸気流速値と測定値の間の不一致は、蒸気流速センサの故障を検知するために使用されてもよい。
【００１９】
供給水必要量処理ユニット７２は、出力信号６６、６８を受信し、かつ供給水必要流量を表す出力信号７４を生成するように構成されている。供給水必要流量を表す出力信号７４は、出力信号６６、６８の合計である。液体水位制御ユニット５２は、ユニット７２からの出力信号７４および信号処理ユニット４６からの供給水流速を表す第３のフィルタ処理された出力信号５８を受信するように構成されている。液体水位制御ユニット５２は、供給水必要量を満たすように、必要流量制御ユニット、形成ユニットからの出力信号、および第３のフィルタ処理された出力信号に基づいて、ボイラードラムと結合された１つまたは複数の構成要素を制御することによってボイラードラム内の水位を所定の限界内に制御するように構成されている。図示した実施形態では、液体水位制御ユニット５２は、出力信号７４、５８に基づいて、ボイラードラムと結合された圧力制御バルブ７６、ブローダウンバルブ７８、供給水制御バルブ８０、可変周波数ポンプ（図示せず）、またはそれらの組合せを制御することによって、ボイラードラム内の水位を所定の限界内に制御するように構成されている。
【００２０】
上記で議論したように、荷重または圧力外乱は、ドラムボイラー内の蒸気と水の複雑な相変化のため、ドラムボイラー内の水位を膨張および収縮させる。ボイラードラム内の圧力外乱過渡状態中、供給水必要流量は逆応答を示す。ある例では、ドラムからの蒸気流の増加はドラムの圧力の減少となる。ドラムからの蒸気流の増加は、供給水必要量の逆応答を結果として生じさせる。結果として、ボイラー内への供給水必要流量の増加となる。ドラムへの供給水流の追加は、ドラム内の水位が、泡立ち現象の増加によりすでに膨張しているため、ドラム水位のさらなる増加を結果として生じさせる。別の例では、ドラムからの蒸気流速の減少の結果、ドラム内の圧力の増加が生じる。結果として、ボイラー内への供給水必要流量の減少となる。ドラムへの供給水流の減少は、ドラム内の水位の結果、泡の崩壊減少のためすでに減少するため、水位のさらなる減少を生じさせる。
【００２１】
ボイラードラム内の水位の効率的な制御のために、ドラム内の蒸気流速、供給水流速、および水位の正確な測定が重要であることに、ここで注意されたい。故障したセンサまたはセンサの不具合による不正確な測定は、発電プラントをトリップさせることがある。たとえば、故障したセンサの存在は、コントローラゲインが、「一元モード」に対してドラム内の液体水位を調整するためには低すぎる場合、プラントトリップに至ることがある。
【００２２】
別の例示的な本発明の実施形態によると、蒸気流速信号の適切な形成は、圧力（蒸気流）外乱、ならびに荷重（熱）外乱の軽減を容易にする。言い換えれば、蒸気流速信号の形成は、上記で説明したコントローラ応答に付随する問題の軽減を容易にする。一例では、水位制御ユニットは、水位設定点と測定された水位の間にかなり大きい偏差があるとき、ドラム内の水位を制御するための積極的な供給水流応答を提供するように、および水位設定点と測定された水位の間にかなり小さい偏差があるとき、（バルブチャタリングの影響を最小化するように）ドラム内の水位を制御するために比較的緩慢な供給水応答を提供するように構成されている。例示的な実施形態では、積分ゲインは、水位設定点と測定された水位の間の偏差が大きいほど積極的でなく、水位設定点と測定された水位の間の偏差が小さいほど積極的である。このことは、コントローラに誘発される水位振動を減少させる。
【００２３】
図３を参照すると、本発明の例示的な実施形態による容器内の液体水位を制御する方法に含まれる例示的なステップを示すフローチャートが、示されている。方法は、ステップ８２によって表されるように、複数のセンサを介して容器に関するパラメータを測定するステップを含む。図示した実施形態では、パラメータは、容器内の液体水位、容器内の圧力、容器の温度、容器からの気体流速、および容器内への供給液体流速を含む。方法はさらに、ステップ８４によって表されるように、センサから信号処理ユニットへ信号を出力するステップを含む。信号処理ユニットは、ステップ８６によって表されるように、センサから出力信号を受信し、かつ容器のパラメータを表すフィルタ処理された出力信号を生成する。フィルタ処理された出力信号は、容器内の液体水位を表す第１のフィルタ処理された出力信号、容器からの気体流速を表す第２のフィルタ処理された出力信号、容器内への供給液体流速を表す第３のフィルタ処理された出力信号、容器内の圧力を表す第４のフィルタ処理された出力信号、および容器の温度を表す第５のフィルタ処理された出力信号を含む。
【００２４】
必要流量制御ユニットは、ステップ８８によって表されるように、容器内の液体水位を表すフィルタ処理された出力信号を受信し、かつ供給液体必要流量を表す出力信号を生成する。必要流量制御ユニットはまた、供給液体必要流量を表す出力信号を生成するために、少なくとも１つのコントローラゲインを使用してもよい。例示的な実施形態では、水位制御の平均化が独立して計画された比例および積分ゲインの使用を介して実施されるフィードバックループの使用法が、開示されている。ゲインは、コントローラに誘発される液体水位振動が回避されるように計画される。また、コントローラゲインは、設定値からの測定値のより小さい水位偏差に対して、バルブチャタリングが回避されるように計画される。
【００２５】
形成ユニットは、ステップ９０によって表されるように、気体流速を表す第２のフィルタ処理された出力信号、容器内の圧力を表す第４のフィルタ処理された出力信号、および容器の温度を表す第５のフィルタ処理された出力信号を受信し、かつ容器内の圧力、または温度またはそれらの組合せの関数として形成された気体流速を表す出力信号を生成する。形成ユニットは、形成された気体流速を表す出力信号を生成するための少なくとも１つの気体フィルタパラメータを含んでもよい。気体フィルタパラメータは、算定された気体流速および実際に測定された気体流速に基づいて決定されてもよい。気体流算定は、ドラムから出る気体流の未測定を結果として生じさせうるセンサの故障状態中に（たとえば安全弁の開放）、正確な流れ情報を提供する。
【００２６】
液体水位制御ユニットは、必要流量制御ユニット、形成ユニットからの出力信号、および信号処理ユニットからの供給液体流速を表す第３のフィルタ処理された出力信号を受信する。液体水位制御ユニットは、ステップ９２によって表されるように、必要流量制御ユニット、形成ユニットからの出力信号、および第３のフィルタ処理された出力信号に基づいて、供給水必要流量を満たすように、容器と結合された１つまたは複数の構成要素を制御する。図示した実施形態では、液体水位制御ユニットは、ステップ９４によって表されるように、容器内の液体水位を所定の限界内に制御する。液体水位制御ユニットは、必要流量制御ユニット、形成ユニットからの出力信号、および第３のフィルタ処理された出力信号に基づいて、容器と結合された圧力制御バルブ、ブローダウンバルブ、供給水制御バルブ、可変周波数ポンプ、またはそれらの組合せを制御する。
【００２７】
本発明のある特徴のみが、本明細書で図示され、説明されたが、多くの修正および変更が当業者の心に浮かぶであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神の範囲内にあるこのような修正および変更を全て含むように意図されていることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の例示的な実施形態による液体水位制御システムを備えるボイラードラムを有する複合サイクル発電プラントの概略図である。
【図２】図１の態様による水位制御システムの概略図である。
【図３】本発明の例示的な実施形態による容器内の液体水位を制御する方法に含まれる例示的なステップを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２９】
１０  複合サイクル発電プラント
１２  ガスタービン発電機
１４  蒸気タービン発電機
１６  熱回収蒸気発電機
１８  低圧力エコノマイザ
２０  高圧力エコノマイザ
２２  蒸発器
２４  過熱器
２６  ボイラードラム
２８  ＤＡＡＳＨサイクルループ
３０  フラッシュタンク
３２  脱気器
３４  水位制御システム
３６  ドラム水位センサ
３８  圧力センサ
４０  蒸気流センサ
４１  温度センサ
４２  供給水流センサ
４４  コントローラ
４６  信号処理ユニット
４８  必要流量制御ユニット
５０  形成ユニット
５２  液体水位制御ユニット
５４  第１のフィルタ処理された出力信号
５６  第２のフィルタ処理された出力信号
５８  第３のフィルタ処理された出力信号
６０  フィルタ処理された出力信号
６２  水位処理ユニット
６４  フィルタ処理された出力信号
６６  出力信号
６７  可変比例ゲイン
６８  出力信号
６９  可変積分ゲイン
７０  第４のフィルタ処理された出力信号
７１  第５のフィルタ処理された出力信号
７２  供給水必要量処理ユニット
７３  ガスフィルタパラメータ
７４  出力信号
７６  圧力制御バルブ
７８  ブローダウンバルブ
８０  供給水制御バルブ
８２  容器に関するパラメータを測定するためのステップ
８４  容器に関するパラメータを表す信号を信号処理ユニットへ出力するためのステップ
８６  容器に関するパラメータを表すフィルタ処理された出力信号を生成するステップ
８８  必要流量制御ユニットを介して供給液体必要流量を表す出力信号を生成するためのステップ
９０  形成ユニットを介して容器内の圧力および／または温度の関数として形成されたガス流速を表す出力信号を生成するためのステップ
９２  液体水位制御ユニットを介して、容器と結合された１つまたは複数の構成要素を制御するためのステップ
９４  容器内の水位を所定の限界内に制御するためのステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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