JP2001221010A - 発電所の負荷制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、所内負荷運転時（ＦＣＢ運転
時）に負荷再投入されたときの出力応答性を向上させる
ことのできる発電所の負荷制御装置を提供することにあ
る。 【解決手段】本発明の特徴とするところは、発電機の負
荷しゃ断時にボイラのボイラ入力量を所定値に保持し、
タービンバイパス弁２１４の開閉操作によって蒸気ター
ビンに流入する蒸気流量を制御するようにしたことにあ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蒸気タービンによ
って駆動される発電機の負荷しゃ断から負荷再投入にお
ける発電所の負荷制御方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に発電所においては、送電線系統な
どに事故が生じた場合には、発電機を系統から切り離
し、瞬時に発電出力を通常運転時の数％に相当する所内
用補機電力まで低下させる、いわゆるＦａｓｔ Cut
Ｂａｃｋ（以下ＦＣＢと称する）運転が行われている。

【０００３】このＦＣＢ運転に移行すると、発電機を駆
動する蒸気タービンも短時間無負荷運転状態となるの
で、ボイラに対する給水、燃料、空気のボイラ入力をボ
イラ最低負荷まで急速に絞り込んだ設定を行い、所内単
独負荷運転に移行させることが行われる。ボイラは、そ
の発生蒸気量（＝主蒸気流量）に見合って燃料、空気、給
水を供給され、ボイラのヒートバランスを保つようにな
される。

【０００４】ところで、蒸気タービンへの蒸気流量を制
御する加減弁は負荷制御あるいは速度制御のために開閉
操作され、また、タービンバイパス弁は蒸気タービン入
口の蒸気圧力を加減弁と協調して圧力制御のために開閉
操作される。ＦＣＢ運転時には、加減弁は閉方向に操作
され、タービンバイパス弁はＦＣＢ運転開始時に一時的
に開操作され所内単独負荷運転に移行すると全閉状態に
なる。

【０００５】なお、ＦＣＢ運転については、例えば、特
公平２―５６４８１号公報に記載されており、また、加
減弁とタービンバイパス弁の協調制御については、本発
明の課題と全く異なるが、例えば、特開昭５９―１４５
３０９号公報や特開平５−２９６４０２号公報に記載さ
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来技術においては、
ボイラに対する給水、燃料、空気のボイラ入力をボイラ
最低負荷まで急速に絞り込んで所内単独負荷運転に移行
させ、ボイラの発生蒸気量（＝主蒸気流量）に見合った
燃料、空気、給水を供給してボイラのヒートバランスを保
つようにしている。しかし，.ボイラは給水を蒸気に変
換するまでの動特性遅れが大きく、つまり時定数が大の
ため急激に主蒸気流量を増加させることができない。

【０００７】このため、発電機と系統を連系する遮断器
を投入して負荷再投入を行うときは、ボイラの動特性遅
れ（時定数）を考慮した変化率でもってボイラ入力量を
投入してゆく必要がある。ボイラの時定数は４００秒程
と大であり、負荷再投入時における発電機出力の応答性
が悪いという問題点を有する。

【０００８】本発明は上記点に対処して成されたもの
で、その目的とするところは所内負荷運転時に負荷再投
入されたときの出力応答性を向上させることのできる発
電所の負荷制御方法および装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴とするとこ
ろは、発電機の負荷しゃ断時にボイラのボイラ入力量を
予め定めた所定値に保持し、タービンバイパス弁の開閉
操作によって蒸気タービンに流入する蒸気流量を制御す
るようにしたことにある。

【００１０】本発明において、ボイラ入力量の予め定め
た所定値は、所内負荷（最低負荷）にタービンバイパス
弁の負荷調整容量を加えた程度にするのが望ましい。

【００１１】本発明は、発電機の負荷しゃ断時にボイラ
のボイラ入力量を所定値に保持し、タービンバイパス弁
の開閉操作によって蒸気タービンに流入する蒸気流量を
制御するようにしている。ボイラのボイラ入力量の予め
定めた所定値はＦＣＢ運転時のボイラ入力量よりはるか
に大きく、かつ、タービンバイパス弁の開閉速度で発電
機出力を増減できるので、負荷再投入されたときの出力
応答性を向上させることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１、
図２を用いて説明する。

【００１３】図１に本発明が適用される発電所の系統構
成を示す。

【００１４】図１において、蒸気タービン１０１は発電
機（ＧＥＮ）１０２を駆動することにより電力を発生さ
せる。発電機（ＧＥＮ）１０２にて発生した電力は、電
力計（ＭＷ）１１４にて検出され負荷制御に使用され
る。蒸気タービン１０１の回転は加減弁１０３の開閉操
作により一定速度の回転に調節される。加減弁１０３に
よる蒸気タービン１０１の回転数制御を行う際には、加
減弁１０３の入口圧力を一定に保つ必要がある為、ター
ビン入口圧力検出端１０５を設置して検出し圧力制御に
使用している。

【００１５】圧力検出端１０５の圧力検出値が規定値よ
り大きくなった場合はタービンバイパス弁１０４を開操
作することにより蒸気を復水器１０６に逃し、タービン
入口圧力が規定値になるように制御する。

【００１６】復水器１０６の復水は復水ポンプ１０７に
よりボイラ給水ポンプ１０８に送られ、ボイラ給水ポン
プ１０８によってボイラ１１３に設置されている節炭器
（ＥＣＯ）１０９に送られる。節炭器（ＥＣＯ）１０９
に送られる給水流量はボイラ１１３へのボイラ入力量で
あるため給水流量発信器１１５にて検出し負荷制御に使
用される。節炭器（ＥＣＯ）１０９を通過した給水は汽
水分離器１１１にて蒸気と水に分離され、水はドレンタ
ンク１１０に回収され、また、蒸気は過熱器１１２に送
られて加熱蒸気となり加減弁１０３を介し蒸気タービン
１０１に供給される。

【００１７】図２に本発明の一実施例を示す。

【００１８】通常の運転状態においては、負荷要求指令
（ＭＷＤ）２０１が加算器２０７、減算器２１１および
負荷要求指令（ＭＷＤ）２０１に応じた主蒸気圧力の設
定を行う関数発生器２０４に入力される。

【００１９】減算器２０５は関数発生器２０４の主蒸気
圧力設定値から図１のタービン入口圧力検出端１０５で
検出したタービン入口圧力信号（ＭＳＰ）を減算し主蒸
気圧力偏差を求めて比例積分制御器（ＰＩ）２０６に与
える。比例積分制御器（ＰＩ）２０６は主蒸気圧力偏差
に基づき補正指令を作成し、加算器２０７にて負荷要求
指令に加算する。

【００２０】加算器２０７からはボイラ入力量（ＢＩ
Ｄ）２２６が出力される。加算器２０７から得られるボ
イラ入力量（ＢＩＤ）２２６に基づき給水流量指令（Ｗ
ＦＤ）２２２、燃料流量指令（ＦＦＤ）２２３、空気流
量指令（ＡＦＤ）２２４を作成する。

【００２１】一方、減算器２１１は負荷要求指令（ＭＷ
Ｄ）２０１から図1の電力計（ＭＷ）１１４で検出され
た電力量（ＭＷ）を減算して発電機出力偏差を求め比例
積分制御器（ＰＩ）２１２に与える。比例積分制御器
（ＰＩ）２１２は加減弁１０３の開度指令を出力し加減
弁１０３を開閉操作する。発電機１０２の出力電力量
（ＭＷ）１１４は負荷要求指令（ＭＷＤ）２０１になる
ように制御される。

【００２２】このような制御は従来の発電所の負荷制御
と何ら変わりなく行われる。

【００２３】このように通常運転を行っている場合に負
荷しゃ断が発生すると接点２２１が動作（開路）する。
接点２２１は、タービンバイパス弁１０４の負荷調整容
量に基づく蒸気量から換算される発電機出力以下にある
ことを条件として動作する。

【００２４】接点２２１の開路によって接点増幅用の継
電器（ＲＹ）２２０が不動作となり、切替器２１６、２
１７、２１８、２１９のｂ側を閉路する。継電器（Ｒ
Ｙ）２２０による切替器２１６、２１７、２１８、２１
９のａ側とｂ側の切替は点線で示す切替信号２２５によ
って行われる。

【００２５】切替器２１６のｂ側の閉路により、加算器
２０７の一方の入力は負荷要求指令（ＭＷＤ）２０１か
らボイラ入力量（ＢＩＤ）２２６に切替る。また、加算
器２０７の他方の入力は切替器２１７のｂ側閉路によっ
て比例積分器（ＰＩ）２０６の圧力補正信号から設定値
（０）２１５に切替わる。

【００２６】加算器２０７は一方の入力であるＦＣＢ発
生時のボイラ入力量（ＢＩＤ）２２６から設定値（０）
２１５を減算したものをボイラ入力量（ＢＩＤ）２２６
を出力する。ＦＣＢ運転時の215のボイラ入力量（ＢＩ
Ｄ）２２６は、通常運転時に行っている比例積分制御器
（ＰＩ）２０６の圧力補正動作を除外するので常に一定
に保持される。

【００２７】一方、比例積分制御器（ＰＩ）２１２に
は、切替器２１８のｂ側の閉路により減算器２１１から
の発電機出力偏差に代わり減算器２０９からの主蒸気圧
力偏差が入力される。したがって、加減弁１０３は、切
替器２１８の動作により制御対象を発電機出力から主蒸
気圧力にする。

【００２８】また、比例積分制御器（ＰＩ）２１０に
は、切替器２１９のｂ側の閉路により減算器２０９から
の主蒸気圧力偏差に代わり減算器２１１からの発電機出
力偏差が入力される。したがって、タービンバイパス弁
１０４は、切替器２１８の動作により制御対象を主蒸気
圧力から発電機出力にする。

【００２９】このように、ＦＣＢ運転時には、加減弁１
０３が蒸気タービン１０１の入口における主蒸気圧力の
圧力制御を行い、タービンバイパス弁１０４が発電機出
力を制御する負荷制御を行うことになる。

【００３０】その後、負荷再投入が行われ発電機１０２
の発電機出力が接点２２１の開路する発電機出力以上に
なると接点増幅用の継電器（ＲＹ）２２０が動作し、切
替器２１６、２１７、２１８、２１９のａ側に閉路す
る。これにより通常運転状態になり、加減弁１０３が負
荷制御を行い、タービンバイパス弁１０４が圧力制御を
行うことになる。

【００３１】このようにして発電所の負荷制御を行うの
であるが、発電機１０２の負荷しゃ断時にボイラ１１３
のボイラ入力量を予め定めた所定値に保持し、タービン
バイパス弁１０４の開閉操作によって蒸気タービンに流
入する蒸気流量制御、つまり負荷制御するようにしてい
る。ボイラ１１３のボイラ入力量の予め定めた所定値
は、タービンバイパス弁１０４の負荷調整容量程度にさ
れる。ボイラのボイラ入力量の予め定めた所定値はＦＣ
Ｂ運転時のボイラ入力量よりはるかに大きく、かつ、タ
ービンバイパス弁１０４の開閉速度で発電機出力を増減
できるので、負荷再投入されたときの出力応答性を向上
させることができる。

【００３２】このことを具体的に図３、図４を用いて説
明する。図３に従来方式の制御特性を示す、図４に本発
明による制御特性を示す。

【００３３】負荷しゃ断時のボイラ入力量をタービンバ
イパス弁１０４の負荷調整容量で決まる制御領域（約２
５％負荷）相当まで減操作し保持し、負荷制御をタービ
ンバイパス弁に行わせてボイラ入力量の変化をなくすこ
とによって、タービンバイパス弁１０４の開閉操作によ
って発電機出力の増減が可能となる。したがって、理論
的には所内単独運転開始時のボイラ入力量以下の範囲お
いてタービンバイパス弁１０４の開閉速度が発電機出力
の増減の速度とすることができる。

【００３４】図３に示す従来制御では、イベント発生
（負荷しゃ断発生）により加減弁１０３は弁開度ＧＶの
ように負荷制御による閉動作、タービンバイパス弁１０
４は弁開度ＴＢにように圧力制御による開動作となり、
また、ボイラ入力量（ＢＩＤ）はイベント発生と共に減
少する。

【００３５】一方、本発明では、イベント発生により加
減弁１０３は図４の弁開度ＧＶのように主蒸気圧力制御
による閉動作、タービンバイパス弁１０４は弁開度ＴＢ
のように負荷制御による開動作となり、また、ボイラ入
力量（ＢＩＤ）はイベント発生時の値に保持されてい
る。

【００３６】ＦＣＢ運転により所内単独負荷運転の最低
負荷（一定負荷）まで発電器出力ＭＷを減少させた後に
時刻Ｔ１に負荷再投入が行われ、負荷上昇（発電機出力
増加）させる際には、従来制御では図３に示すようにボ
イラ入力量（ＢＩＤ）の上昇レートに依存した出力増加
となる。負荷上昇は時刻Ｔ１から時刻Ｔ２まで要するこ
とになる。

【００３７】これに対して本発明では、負荷制御により
タービンバイパス弁１０４を弁開度ＴＢのように閉方向
に動作させ、蒸気タービン１０１に導入する蒸気量を増
加させ負荷上昇を行うようにしている。負荷上昇は図４
に示すように時刻Ｔ１から時刻Ｔ３となり図３に比べて
極めて短時間で行える。したがって、従来のようにボイ
ラ１１３の動特性に左右されない短時間での負荷上昇を
実現できる。

【００３８】なお、図４のボイラ入力量（ＢＩＤ）の細
線は設定値２１５だけ減算した例を示している。

【００３９】

【発明の効果】本発明は、発電機の負荷しゃ断時にボイ
ラのボイラ入力量を所定値に保持し、タービンバイパス
弁の開閉操作によって蒸気タービンに流入する蒸気流量
を制御するようにしているので、ボイラの操作入力量の
予め定めた所定値はＦＣＢ運転時のボイラ入力量よりは
るかに大きく、かつ、タービンバイパス弁の開閉速度で
発電機出力を増減できるので、負荷再投入されたときの
出力応答性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される発電所の一例系統構成図で
ある。

【図２】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図３】従来技術における一例制御特性図である。

【図４】本発明による一例制御特性図である。

【符号の説明】 １０１…蒸気タービン、１０２…発電機、１０３…加減
弁、１０４…タービンバイパス弁、１１３…ボイラ、２
０１…負荷要求指令、２０６、２１０、２１２…比例積
分制御器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩田 基一 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか事業所内 (72)発明者 川又 圭一 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか事業所内 Ｆターム(参考） 3G071 AA02 AB01 BA04 BA07 BA09 BA11 CA00 DA05 DA11 EA02 EA05 EA06 FA01 FA03 HA01 HA03 HA04 JA02

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発電機を駆動する蒸気タービンと、前記蒸
   気タービンに供給する蒸気を発生するボイラと、前記蒸
   気タービンに流入する蒸気流量を制御する加減弁と、前
   記ボイラの発生する蒸気を、前記蒸気タービンをバイパ
   スさせて流すタービンバイパス弁とを備える発電所であ
   って、前記発電機の負荷しゃ断時に前記ボイラのボイラ
   入力量を所定値に保持し、前記タービンバイパス弁の開
   閉操作によって前記蒸気タービンに流入する蒸気流量を
   制御することを特徴とする発電所の負荷制御方法。
2. 【請求項２】発電機を駆動する蒸気タービンと、前記蒸
   気タービンに供給する蒸気を発生するボイラと、前記蒸
   気タービンに流入する蒸気流量を制御する加減弁と、前
   記ボイラの発生する蒸気を、前記蒸気タービンをバイパ
   スさせて流すタービンバイパス弁と、前記発電機の負荷
   しゃ断時に前記ボイラのボイラ入力量を所定値に保持
   し、前記タービンバイパス弁の開閉操作によって前記蒸
   気タービンに流入する蒸気流量を制御する負荷制御手段
   とを具備することを特徴とする発電所の負荷制御装置。
3. 【請求項３】発電機を駆動する蒸気タービンと、前記蒸
   気タービンに供給する蒸気を発生するボイラと、前記蒸
   気タービンに流入する蒸気流量を制御する加減弁と、前
   記ボイラの発生する蒸気を、前記蒸気タービンをバイパ
   スさせて流すタービンバイパス弁と、前記発電機の負荷
   しゃ断時に前記ボイラのボイラ入力量を負荷しゃ断発生
   時のボイラ入力量に保持し、前記タービンバイパス弁の
   開閉操作によって前記蒸気タービンに流入する蒸気流量
   を制御する負荷制御手段とを具備することを特徴とする
   発電所の負荷制御装置。
4. 【請求項４】発電機を駆動する蒸気タービンと、前記蒸
   気タービンに供給する蒸気を発生するボイラと、前記蒸
   気タービンに流入する蒸気流量を制御する加減弁と、前
   記ボイラの発生する蒸気を、前記蒸気タービンをバイパ
   スさせて流すタービンバイパス弁と、前記発電機の負荷
   しゃ断時に前記ボイラのボイラ入力量を、負荷しゃ断発
   生時のボイラ入力量から設定値を減算した値に保持し、
   前記タービンバイパス弁の開閉操作によって前記蒸気タ
   ービンに流入する蒸気流量を制御する負荷制御手段とを
   具備することを特徴とする発電所の負荷制御装置。
5. 【請求項５】発電機を駆動する蒸気タービンと、前記蒸
   気タービンに供給する蒸気を発生するボイラと、前記蒸
   気タービンに流入する蒸気流量を制御する加減弁と、前
   記ボイラの発生する蒸気を、前記蒸気タービンをバイパ
   スさせて流すタービンバイパス弁と、前記発電機の負荷
   しゃ断時に前記ボイラのボイラ入力量を所定値に保持し
   ファストカットバック運転を行い、前記ファストカット
   バック運転時には、前記タービンバイパス弁の開閉操作
   によって負荷制御を行い、前記加減弁の開閉操作によっ
   て前記蒸気タービン入口の蒸気圧力制御を行う負荷制御
   手段とを具備することを特徴とする発電所の負荷制御装
   置。
6. 【請求項６】発電機を駆動する蒸気タービンと、前記蒸
   気タービンに供給する蒸気を発生するボイラと、前記蒸
   気タービンに流入する蒸気流量を制御する加減弁と、前
   記ボイラの発生する蒸気を、前記蒸気タービンをバイパ
   スさせて流すタービンバイパス弁と、前記発電機の負荷
   しゃ断時に前記ボイラのボイラ入力量を、負荷しゃ断発
   生時のボイラ入力量に保持しファストカットバック運転
   を行い、負荷再投入時にも前記タービンバイパス弁の開
   閉操作によって前記蒸気タービンに流入する蒸気流量を
   制御する負荷制御手段とを具備することを特徴とする発
   電所の負荷制御装置。