JP2000350413A - 回転電機冷却ガス温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発電機内の水素ガス温度は、発電機の起動、
停止、過負荷運転などの場合には急激に変化するため、
水素ガス温度が所定の値に保持されないという問題を解
決する。 【解決手段】 発電機１内の水素ガスを冷却するガス冷
却器２と、ガス冷却器２内の冷却水３量を調節する制御
弁４と、水素ガス温度の測定値と設定値との偏差よりＰ
ＩＤ制御を行い、制御弁４の操作量を決定するコントロ
ーラ６ａと、プラントの状態を判定する状態判定手段１
０と、プラントの状態と水素ガス温度の設定値が書込ま
れたデータベース１２を参照し、水素ガス温度の設定値
を切替える切替手段１１とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、回転電機冷却ガ
ス温度制御装置に関するものであり、例えば水素冷却方
式のタービン発電機において、その冷却媒体である水素
ガス温度を制御する装置の改良を図ったものに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図７は、従来の回転電機冷却ガス温度制
御装置を示す構成図である。発電機の冷却媒体である水
素ガスは、発電機１内を循環する時に、発電機１内で発
生した熱を吸収する。その熱はガス冷却器２により水素
ガスを冷却するための冷却水３によって吸収され、発電
機１の外部に放出される。

【０００３】ガス冷却器２内の冷却水３は制御弁４の開
度によってその水量が調節され、発電機１内の水素ガス
温度は、上記冷却水３の水量調節によって所定の値に保
持される。

【０００４】測温抵抗体や熱電対などの温度センサー５
が検出した水素ガス温度の測定値は、コントローラ６０
に入力される。コントローラ６０内において、上記測定
値は、信号発生器７によって設定されている水素ガス温
度の設定値との偏差が減算器８によって算出される。上
記偏差はＰＩＤ制御器９によってＰＩＤ演算が実行さ
れ、その演算結果に基づき、ガス冷却器２の水量を調節
する制御弁４に開度の指令値を出すことによって、発電
機１内の水素ガス温度は所定の値に保持される。

【０００５】また、特開平３−１２８６３９号公報に
は、回転電機の冷却ガス温度制御装置において、回転電
機の起動時に、回転電機に封入された冷却ガスを冷却す
る冷却水の流量を、通常の制御時よりも先行して増加さ
せるものが開示されている。

【０００６】ここで開示されている水素ガス温度の設定
値は、界磁遮断機及び発電機遮断機のＯＮ、ＯＦＦ条件
をもとに切り替えられる。また、ＰＩＤ演算によって得
られた開度指令は、プラントの水素ガス温度が３８℃を
越えた時、かつ界磁遮断機がＯＮとなった場合に切り替
えられる。

【０００７】この特開平３−１２８６３９号公報によれ
ば、回転電機の起動時に冷却ガスの温度の、最終設定値
からのオーバーシュートを小さくでき、制御性のよいも
のを得ることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、発電機内の
水素ガス温度は、発電機の定格負荷運転の場合はほぼ一
定の値となるが、例えば、発電機の起動、停止、過負荷
運転などの場合には急激に変化する。

【０００９】図７に示す回転電機冷却ガス温度制御装置
においては、水素ガス温度の設定値が一定値に固定され
ているため、上記のような発電プラントの状態によって
は、設定値と測定値との偏差があまりにも大きくなり、
ＰＩＤ制御がうまく機能せず、水素ガス温度が一定の値
に制御されないという問題があった。

【００１０】また、特開平３−１２８６３９号公報に開
示された方法では、もっぱら起動時の水素ガス温度の安
定化のみが考察されており、発電機の停止や過負荷運転
の場合の安定化については、これを全く考慮していな
い。また、起動時においても、水素ガス温度の設定値は
界磁遮断機ＯＮなどの発電機の運転動作によって決定し
ているにすぎず、コントローラはプラントの状態を全く
監視していない。このため、水素ガス温度が所定の値に
保持されない場合が生じるなどの問題があった。

【００１１】本発明は、上記のような従来のものの問題
点を解決するためになされたものであり、定格負荷運転
以外においても回転電機の冷却ガス温度の制御特性を改
善できる回転電機冷却ガス温度制御装置を得ることを目
的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明（請求項１）にかかる回転電機冷却ガス温度
制御装置は、回転電機内の冷却媒体としての冷却ガスを
冷却用液体により冷却するガス冷却手段と、このガス冷
却手段内の冷却用液体量を調節する制御弁と、冷却用ガ
ス温度の測定値と設定値との偏差に基づきＰＩＤ制御を
行い、上記制御弁の操作量を決定するコントローラと、
回転電機を含むプラントの状態を判定する状態判定手段
と、このプラントの各々の状態と冷却ガス温度の設定値
が書き込まれたデータベースを参照し、冷却ガス温度の
設定値を切り替える手段と、を備えたものである。

【００１３】また、本発明（請求項２）にかかる回転電
機冷却ガス温度制御装置は、請求項１に記載の回転電機
冷却ガス温度制御装置において、ＮＮにより実現され、
上記コントローラからの操作量を補正する補正手段を備
えたものである。

【００１４】また、本発明（請求項３）にかかる回転電
機冷却ガス温度制御装置は、請求項１に記載の回転電機
冷却ガス温度制御装置において、ＮＮにより実現され、
上記コントローラのＰＩＤ制御における比例・積分・微
分の各ゲインを自動調整するゲイン調整手段を備えたも
のである。

【００１５】また、本発明（請求項４）にかかる回転電
機冷却ガス温度制御装置は、請求項１に記載の回転電機
冷却ガス温度制御装置において、上記データベースを更
新するための編集手段を備えたものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面に基づいて詳細に説明する。

【００１７】実施の形態１．この実施の形態１は、回転
電機を含むプラントの状態を判定し、その状態に応じて
水素ガス温度の設定値を切り替えることで、回転電機冷
却ガス温度制御装置の制御特性の改善を行うようにした
ものである。

【００１８】図１は、本発明の実施の形態１による回転
電機冷却ガス温度制御装置の構成図である。図１におい
て、１は水素冷却方式の発電機（回転電機）、２は発電
機１に封入された水素ガス（冷却ガス）を冷却水（冷却
用液体）と熱交換を行い冷却するためのガス冷却器（冷
却手段）、３はガス冷却器２内の水管を通る冷却水、４
は冷却水３の水量を調節する制御弁、５は発電機１内の
水素ガス温度を検出するための温度センサーである。

【００１９】また、６はコントローラであり、以下のよ
うに構成されている。すなわち、８および９は、従来の
コントローラ６０と同様の構成要素である減算器および
ＰＩＤ制御器、６ａは、これら減算器８およびＰＩＤ制
御器９により構成されたコントローラであり、これは本
件の請求項１におけるコントローラに相当するものであ
る。また、１０は、発電プラントの各状態変数を入力と
し、発電プラントの現在の状態を判定する状態判定手段
である。１１は、特定されたプラント状態に対して、水
素ガス温度の設定値を切替えて出力する切替手段であ
る。１２は、プラント状態ごとの水素ガス温度設定値が
書き込まれているデータベースである。また、１３は、
水素ガス温度の設定値の急な切替わりを緩和するために
設けてある１次遅れ器である。

【００２０】次に、本発明の実施の形態１による回転電
機冷却ガス温度制御装置の動作について説明する。図２
は、図１のコントローラ６全体をプログラマブルな機器
で実現した場合に、発電プラントの状態を判定し、水素
ガス温度の設定値を切り替えるプログラムのフローチャ
ートを示すものである。

【００２１】図２において、発電機の運転が開始２１さ
れると、入力処理２２プログラムが実行され、プラント
状態変数のデータがワーキングメモリ２０に格納され
る。次に、検索２３プログラムが実行され、上記ワーキ
ングメモリ２０のデータとデータベース１２を参照し、
発電プラントの状態を特定する。次に、動作２４プログ
ラムが実行され、上記特定された発電プラントの状態に
応じてデータベースから水素ガス温度の設定値を選択
し、ワーキングメモリ２０のデータを更新する。次に出
力処理２５プログラムが実行され、上記選択された水素
ガス温度の設定値をワーキングメモリ２０から読み出し
て出力する。

【００２２】図３は、本発明の実施の形態１による水素
ガス温度設定値を示すタイムチャートである。この図３
の例では、発電機停止状態、発電機起動時での界磁遮断
機（ＦＣＢ）ＯＮ、発電機起動時での発電機遮断機（Ｇ
ＭＣＢ）ＯＮ、発電機定格負荷運転、発電機過負荷運
転、タービントリップの６パターンのプラント状態と、
上記各プラント状態に応じて切替えた水素ガス温度の設
定値を示している。

【００２３】そして、この例では、発電機の停止状態で
は水素ガス温度の設定値をＴ１、発電機起動状態では水
素ガス温度の設定値をＴ２、発電機の定格負荷運転では
水素ガス温度の設定値をＴ３、発電機の過負荷運転では
水素ガス温度の設定値をＴ４、タービントリップ状態で
は水素ガス温度の設定値をＴ５、にそれぞれ切り替える
ようにしている。

【００２４】このため、発電機の起動、停止、過負荷運
転における水素ガス温度の設定値を、これらの状態にお
ける急激な水素ガス温度の変化を補償できるような値を
予め求めておき、これらの値を発電機の起動、停止、過
負荷運転の各状態に対応して、水素ガス温度の設定値と
して設定しておくことにより、水素ガス温度が急激に変
化する場合でも、設定値と測定値との偏差があまりにも
大きくなるのを防止できる。このため、ＰＩＤ制御を確
実に機能させることが可能となり、水素ガス温度を一定
の値に制御することが可能となる。

【００２５】このように、本発明の実施の形態１による
回転電機冷却ガス温度制御装置によれば、プラントの状
態をいくつかのパターンに分けて判定し、それらに応じ
て水素ガス温度の設定値を切替えることにより、水素ガ
ス温度が急激に変化する場合でも、これを所定の値に保
持することが容易に実現できる。

【００２６】実施の形態２．この実施の形態２は、実施
の形態１の構成に、ニューラルネットワークを付加する
ことにより、冷却ガスの温度の所定温度への保持を、よ
り容易に実現できるようにしたものである。

【００２７】図４は、本発明の実施の形態２による回転
電機冷却ガス温度制御装置の構成図である。図４におい
て、図１と同一符号は同一または相当するものを示す。
１４は、ＰＩＤ制御器９と共に設置したニューラルネッ
トワーク（以下、ＮＮと称す）である。これは、人間の
脳が行っている情報処理を模擬するものであり、予め水
素ガス温度の測定値と設定値の偏差が最小となるよう学
習させてある。１５は、ＮＮ１４の出力とＰＩＤ制御器
９の出力を加算する加算器である。１６は、これらＮＮ
１４および加算器１５から構成され、コントローラ６ａ
からの操作量を補正する補正手段である。

【００２８】この実施の形態２は、実施の形態１による
回転電機冷却ガス温度制御装置に対し、ＮＮ１４と、加
算器１５とを加えた構成としたものである。

【００２９】次に、動作について説明する。ＮＮ１４
は、上記実施の形態１と同様に設定された水素ガス温度
設定値が入力され、ＰＩＤ制御器９から制御弁４への開
度指令値に対して、水素ガス温度変化の不確定な要素で
ある，水素ガス圧力、純度、冷却水量などのプロセス値
に関する補正を行う。

【００３０】このＮＮ１４は事前に発電機の運転を行っ
ておき、その際得られた実際のデータに基づいて学習を
行っておくことにより、ＰＩＤ制御器９から制御弁４に
出力する開度指令値を補正する際に用いる補正量を出力
することが可能となる。

【００３１】すなわち、ＮＮ１４が、１次遅れ器１３か
ら得られた，発電機の運転状況に応じた水素ガス温度の
設定値を与えることで、設定値に応じた制御弁４に対す
る開度指令値の最適な補正値を出力するように、事前に
発電機の運転を行い、水素ガス温度の測定値と設定値の
偏差が所定の範囲に収まるまで、ＮＮ１４の学習を繰り
返す。そして、学習が終わったＮＮ１４に入力信号を与
えると、誤差が所要の範囲内に収まるような補正値を出
力することができる。

【００３２】従って、学習が終了したＮＮ１４をＰＩＤ
制御器９と共に設け、このＮＮ１４が水素ガス温度の設
定値に基づいて出力した補正値を、加算器１５によりＰ
ＩＤ制御器９の出力に加えることにより、水素ガス温度
変化の不確定な要素である，水素ガス圧力、純度、冷却
水量などのプロセス値に関する補正を行うことが可能と
なり、発電機１内の水素ガス温度を所定の値に保持する
ことが、より確実に可能となる。

【００３３】このように、本発明の実施の形態２による
回転電機冷却ガス温度制御装置によれば、プラントの状
態に応じて水素ガス温度の設定値を切り替えるだけでは
なく、ＮＮ１４を利用してＰＩＤ制御器９からの開度指
令値を補正することにより、発電機１内の水素ガス温度
を所定の値に保持することが、より一層容易に実現でき
る。

【００３４】実施の形態３．この実施の形態３は、実施
の形態１に対し、実施の形態２とは異なる動作を行うニ
ューラルネットワークを付加したものである。

【００３５】図５は、本発明の実施の形態３による回転
電機冷却ガス温度制御装置の構成図である。図５におい
て、１７は、上記実施の形態２のようにＰＩＤ制御器９
からの開度指令値を補正するのではなく、ＰＩＤ制御器
９における比例・積分・微分の各ゲインを自動調節する
ように設置されたＮＮである。１８はこのＮＮ１７から
構成され、コントローラ６ａのＰＩＤ制御における比例
・積分・微分の各ゲインを自動調整するゲイン調整手段
である。

【００３６】この実施の形態３は、実施の形態１による
回転電機冷却ガス温度制御装置に対し、ＮＮ１７を加え
た構成としたものである。

【００３７】次に、動作について説明する。ＮＮ１７
は、上記実施の形態１と同様に設定された水素ガス温度
設定値と、温度センサー５から出力された水素ガス温度
測定値と、ＰＩＤ制御器９からの開度指令値が入力さ
れ、ＰＩＤ制御器９に対しＰＩＤ定数を出力し、水素ガ
ス温度変化の不確定な要素に関する補正を行う。

【００３８】このＮＮ１７は上記実施の形態２と同様、
事前に発電機の運転を行っておき、その際得られた実際
のデータに基づいて学習を行っておくことにより、ＰＩ
Ｄ定数を補正する際に用いる補正量を出力することが可
能となる。

【００３９】すなわち、ＮＮ１７が、温度センサー５か
ら出力された水素ガス温度測定値と、１次遅れ器１３か
ら得られた，発電機の運転状況に応じた水素ガス温度の
設定値、ＰＩＤ制御器９から出力された開度指令値を与
えることで、これらの測定値，設定値や指令値に対する
ＰＩＤ定数の最適な補正値を出力するように、事前に発
電機の運転を行い、水素ガス温度の測定値と設定値の偏
差が所要の範囲内に収まるまで、ＮＮ１７の学習を繰り
返す。そして、学習が終わったＮＮ１７に入力信号を与
えると、誤差が所要の範囲内に収まるようなＰＩＤ定数
の補正値を出力することができる。

【００４０】従って、学習を終了したＮＮ１７が、水素
ガス温度の測定値、水素ガス温度の設定値、および開度
指令値に基づいて出力した補正値を、ＰＩＤ制御器９に
対しＰＩＤ定数の補正値として加えることにより、水素
ガス温度変化の不確定な要素である，水素ガス圧力、純
度、冷却水量などのプロセス値に関する補正を行うこと
が可能となり、発電機１内の水素ガス温度を所定の値に
保持することが、より確実に可能となる。

【００４１】このように、本発明の実施の形態３による
回転電機冷却ガス温度制御装置によれば、プラントの状
態に応じて水素ガス温度の設定値を切り替えるだけでは
なく、さらにＮＮ１７を利用してＰＩＤ制御器９におけ
る比例・積分・微分の各ゲインを自動調節することによ
り、発電機１内の水素ガス温度を所定の値に保持するこ
とができる。

【００４２】実施の形態４．図６は、本発明の実施の形
態４による回転電機冷却ガス温度制御装置の構成図であ
る。図６において、１９は、データベース１２を編集す
るエディタである。

【００４３】この実施の形態４は、実施の形態１による
回転電機冷却ガス温度制御装置に、エディタ１９を加え
た構成としたものである。エディタ１９は、上記実施の
形態１、２、３において、発電プラントの操作者や管理
者等が、各々のプラント状態とそのプラント状態に応じ
た水素ガス温度の設定値が書き込まれたデータベース１
２を更新するために用いるものである。

【００４４】従って、水素ガス温度変化の新たな知見が
発見された場合など、この知見に基づいて、データベー
ス１２の水素ガス温度の設定値を適切な値に更新するこ
とができる。このため、この更新結果に基づいて温度制
御を行えば、より好ましい制御結果を得ることが期待で
きる。

【００４５】このように、本発明の実施の形態４による
回転電機冷却ガス温度制御装置によれば、上記実施の形
態１、２、３において、水素ガス温度変化の新たな知見
が発見された場合でも、エディタ１９を利用してデータ
ベース１２を更新することにより、新たなプラント状態
に応じた水素ガス温度の設定値をＰＩＤ制御に提供する
ことができる。

【００４６】

【発明の効果】以上のように、本願の請求項１の発明に
係る回転電機冷却ガス温度制御装置によれば、発電機内
の冷却媒体としての冷却ガスを冷却用液体により冷却す
るガス冷却手段と、このガス冷却手段内の冷却用液体量
を調節する制御弁と、冷却用ガス温度の測定値と設定値
との偏差に基づきＰＩＤ制御を行い、上記制御弁の操作
量を決定するコントローラと、回転電機を含むプラント
の状態を判定する状態判定手段と、このプラントの各々
の状態と冷却ガス温度の設定値が書き込まれたデータベ
ースを参照し、冷却ガス温度の設定値を切り替える切替
手段と、を備えるようにしたので、回転電機の起動、停
止、過負荷運転などの冷却ガス温度の変化が大きいプラ
ント状態において、回転電機内の冷却ガス温度の設定値
と測定値との偏差があまり大きくならず、ＰＩＤ制御が
うまく機能することができ、冷却ガスを冷却する冷却用
液体量は開度調整され、冷却ガス温度を所定の値に保持
することができる効果がある。

【００４７】また、本願の請求項２の発明に係る回転電
機冷却ガス温度制御装置によれば、請求項１に記載の回
転電機冷却ガス温度制御装置において、ＮＮにより実現
され、上記コントローラからの操作量を補正する補正手
段を備えるようにしたので、回転電機の起動、停止、過
負荷運転などの冷却ガス温度の変化が大きいプラント状
態において、回転電機内の冷却ガス温度の設定値と測定
値との偏差があまり大きくならず、ＰＩＤ制御がうまく
機能することができ、また、ＰＩＤ制御に対して冷却ガ
ス温度変化の不確定な要素に関する補正も行うことがで
き、冷却ガス温度をより確実に、所定の値に保持するこ
とができる効果がある。

【００４８】また、本願の請求項３の発明に係る回転電
機冷却ガス温度制御装置によれば、請求項１に記載の回
転電機冷却ガス温度制御装置において、ＮＮにより実現
され、上記コントローラのＰＩＤ制御における比例・積
分・微分の各ゲインを自動調整するゲイン調整手段を備
えるようにしたので、回転電機の起動、停止、過負荷運
転などの冷却ガス温度の変化が大きいプラント状態にお
いて、回転電機内の冷却ガス温度の設定値と測定値との
偏差があまり大きくならず、ＰＩＤ制御がうまく機能す
ることができ、また、ＰＩＤ制御に対して冷却ガス温度
変化の不確定な要素に関する補正も行うことができ、よ
り確実に、冷却ガス温度を所定の値に保持することがで
きる効果がある。

【００４９】また、本願の請求項４の発明に係る回転電
機冷却ガス温度制御装置によれば、請求項１に記載の回
転電機冷却ガス温度制御装置において、上記データベー
スを更新するための編集手段を備えるようにしたので、
回転電機の起動、停止、過負荷運転などの冷却ガス温度
の変化が大きいプラント状態において、回転電機内の冷
却ガス温度の設定値と測定値との偏差があまり大きくな
らず、ＰＩＤ制御がうまく機能することができ、さら
に、冷却ガス温度の設定値を更新することができ、冷却
ガス温度をより確実に所定の値に保持することができる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による回転電機冷却
ガス温度制御装置を示す構成図である。

【図２】 この発明の実施の形態１による，判定手段、
切替手段およびデータベースを含めたフローチャートを
示す図である。

【図３】 この発明の実施の形態１による回転電機冷却
ガス温度制御装置における状態毎の水素ガス温度設定値
のタイムチャートを示す図である。

【図４】 この発明の実施の形態２による回転電機冷却
ガス温度制御装置を示す装置構成図である。

【図５】 この発明の実施の形態３による回転電機冷却
ガス温度制御装置を示す装置構成図である。

【図６】 この発明の実施の形態４による回転電機冷却
ガス温度制御装置を示す装置構成図である。

【図７】 従来の回転電機冷却ガス温度制御装置を示す
構成図である。

【符号の説明】

１ 発電機、２ ガス冷却器、３ 冷却水、４ 制御
弁、５ 温度センサー、６，６ａ，６０ コントロー
ラ、７ 信号発生器、８ 減算器、９ ＰＩＤ制御器、
１０ 状態判定手段、１１ 切替手段、１２ データベ
ース、１３ １次遅れ器、１４，１７ ニューラルネッ
トワーク、１５ 加算器、１６ 補正手段、１８ ゲイ
ン調整手段、１９ エディタ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転電機内の冷却媒体としての冷却ガス
   を冷却用液体により冷却するガス冷却手段と、 このガス冷却手段内の冷却用液体量を調節する制御弁
   と、 冷却ガス温度の測定値と設定値との偏差に基づきＰＩＤ
   制御を行い、上記制御弁の操作量を決定するコントロー
   ラと、 回転電機を含むプラントの状態を判定する状態判定手段
   と、 このプラントの各々の状態と冷却ガス温度の設定値が書
   き込まれたデータベースを参照し、冷却ガス温度の設定
   値を切り替える切替手段と、 を備えたことを特徴とする回転電機冷却ガス温度制御装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の回転電機冷却ガス温度
   制御装置において、 ニューラルネットワーク（以下、ＮＮと称す）により実
   現され、上記コントローラからの操作量を補正する補正
   手段を備えたことを特徴とする回転電機冷却ガス温度制
   御装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の回転電機冷却ガス温度
   制御装置において、 ＮＮにより実現され、上記コントローラのＰＩＤ制御に
   おける比例・積分・微分の各ゲインを自動調整するゲイ
   ン調整手段を備えたことを特徴とする回転電機冷却ガス
   温度制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の回転電機冷却ガス温度
   制御装置において、 上記データベースを更新するための編集手段を備えたこ
   とを特徴とする回転電機冷却ガス温度制御装置。