JP2001295607A - 火力発電プラントの負荷制御方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各負荷帯における蒸気圧力変動時のタービン
加減弁による発電量（蒸気流量）制御ループゲインを一
定化すること。 【解決手段】 発電機出力４を制御するためのタービン
流入蒸気量を調節するタービン加減弁３６の開度制御と
ボイラ蒸気圧力の制御をするためのボイラ燃焼制御を行
う火力発電プラントにおいて、ボイラ圧力変動時のター
ビン加減弁３６のオーバーシュート／アンダーシュート
を抑制するために設けられている発電機出力４の蒸気圧
力による補正手段に対し、プラント負荷に対するタービ
ン加減弁開度の特性から得られる各プラント負荷におけ
る蒸気圧力偏差２０による蒸気量変化が均一になるよう
な関数発生器４４からの補正信号をプラント負荷指標信
号として加えて火力発電プラントの負荷制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、火力発電プラント
に係わり、特に部分負荷におけるタービン加減弁の開度
制御ループゲインを一定化するのに好適な火力発電プラ
ントの負荷制御に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３に火力発電プラントの負荷制御装置
の全体構成を示す。プラントの負荷目標値（ＬＤ）１は
運転員による手動設定又は中央給電指令所等からの中給
指令によって与えられ、プラント運用に見合った負荷変
化率（ＬＲ）２と共に負荷変化率制限器（ＲＬ）３に入
力されて負荷デマンド（ＭＷＤ）１０を得る。負荷目標
値１はステップ的に目標到達負荷が設定されるが、負荷
デマンド１０は、タービン（図示せず）とボイラ（図示
せず）の操作量がスムースに協調して変化するよう一定
レートで上昇または下降するように制御される。

【０００３】発電機出力（ＭＷ）４は、タービンマスタ
とよばれるＭＷ制御系（ＴＭ）５で負荷デマンド１０と
比較されて、負荷変化に必要なタービン加減弁開度指令
１２がタービンマスタ５より出力されて図示しないター
ビンへの蒸気供給量を調節し、発電機（図示せず）の出
力、すなわちプラント負荷を変化させている。

【０００４】また、主蒸気圧力（ＴＰ）（最終の過熱器
から出てくる蒸気）６は、ボイラマスタと呼ばれる圧力
制御系（ＢＭ）７で主蒸気圧力設定値と比較されて、そ
の偏差量に応じて負荷デマンド１０を加算器８において
補正する。

【０００５】主蒸気圧力６により補正された負荷デマン
ド１０は、ボイラデマンド（ＢＩＤ）１１となって、ボ
イラ入力量である燃料、空気及び給水の各操作量の設定
値となる。ボイラデマンド１１は燃焼制御系（ＡＣＣ）
９において、主蒸気圧力６を設定値に戻すために燃料量
の過不足分の修正動作を行い、燃料操作指令１３をボイ
ラ操作端に与える。

【０００６】上記火力発電プラントの負荷制御装置にお
いて、従来のタービン加減弁３６（図４）の開度の制御
は図４に示すＭＷ制御系（ＴＭ）５ｂの構成で行われて
いた。

【０００７】図４に示されるように発電量フィードバッ
ク信号（発電機出力）４を主蒸気圧力偏差２０で補正す
ることで、蒸気圧力偏差２０によって生ずるタービン蒸
気流入量の変動及び蒸気エンタルピの変動がもたらす発
電機出力４の変化分を仮想修正して発電機出力４の制御
偏差の過剰発生を防ぎ、タービン加減弁３６（図４）開
度のオーバーシュート／アンダーシュートを抑制してい
た。

【０００８】図４に示す構成では、発電機出力４は、主
蒸気圧力偏差２０によってもたらされる発電機出力４へ
の影響を定格負荷ベースに関数発生器２１で演算した信
号により乗算器２２で修正され、負荷デマンド１０と減
算器２３で比較する。減算器２３の出力は発電機出力偏
差（△ＭＷ）２５となってボイラとタービンのエネルギ
ーのアンバランスを制限する限界圧力制御回路による高
低制限を受けてＰＩ調節器３３に入力される。限界圧力
制御回路は、限界圧力範囲を設定する信号発生器３１、
圧力下限幅を主蒸気圧力偏差２０との比較で演算する減
算器２７、同様に圧力上限幅を演算する加算器３０、下
限動作を選択する低選択器２６、上限動作を選択する高
選択器２９により構成される。

【０００９】ＰＩ調節器３３は、発電量偏差（発電機出
力偏差）／限界圧力偏差を戻す方向に動作してタービン
加減弁開度指令を、自動手動切替器３４経由でタービン
ガバナ装置３５へ出力し、タービン加減弁３６を操作す
る。タービンガバナ装置３５は、負荷上限制限器や調速
動作の結果をもって、タービン加減弁３６の開度を操作
（制御）する。

【００１０】図４に示す構成において、主蒸気圧力偏差
０．１Ｍｐａ当たりの蒸気流量変化が、タービン加減弁
３６の開度（弁Ｃｖ値）によって異なるため、発電機出
力４の仮想修正分も異なる点について配慮されていなか
った。

【００１１】すなわち、タービン加減弁３６における蒸
気流量は次の基本式で求められる。 Ｗ＝Ｐ・Ｋ・Ｃｖ （１） Ｃｖ＝Ｗ・Ｋ’／Ｐ （２） ここで、 Ｗ：タービン加減弁通過蒸気流量 Ｐ：タービン加減弁入口蒸気圧力 Ｋ：定数 Ｋ’：１／Ｋ Ｃｖ：タービン加減弁容量係数

【００１２】上記式において、主蒸気圧力６すなわち、
タービン加減弁３６の入口蒸気圧力の変化幅△Ｐは、蒸
気圧力設定値に対し、±０．７Ｍｐａ以内に制御される
ので、Ｋ／Ｐは次のように近似できる。

【００１３】 Ｋ’／Ｐ≒Ｋ’／（１±△Ｐ／ＴＰＤ） （３） ここで、 △Ｐ：蒸気圧力偏差 ＴＰＤ：蒸気圧力設定値

【００１４】蒸気圧力設定値ＴＰＤが一定の場合は Ｋ’／（１±△Ｐ／ＴＰＤ）＝Ｋ’／（１±ｋ・△Ｐ） （４） となる。従って（１）式は Ｗ＝Ｃｖ・Ｋ・（１±ｋ・△Ｐ） （５） であることから、上記蒸気圧力偏差による蒸気流量はタ
ービン加減弁３６の開度により異なり、タービン加減弁
通過蒸気流量Ｗと発電量ＭＷには次の関係があり、Ｗ∝
ＭＷ（発電量）発電量も異なってくる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、昼夜
間負荷電力需要が２〜１／２倍以上の幅で変動すること
に対応する火力発電プラントの負荷変動が拡大されて、
部分負荷の切り下げ幅が大きくなってきた近年の火力プ
ラント負荷制御装置の負荷追従性向上および安定負荷制
御向上のために必要な蒸気圧力偏差によるタービン蒸気
流量（∝発電機出力）の仮想修正分がタービン加減弁３
６の開度、即ちプラント負荷によって異なる点について
配慮がされていない欠点がある。

【００１６】すなわち、火力発電プラントの負荷変動が
拡大されて、負荷帯によってはタービン加減弁３６のオ
ーバーシュート幅／アンダーシュート幅が異なることか
ら生ずる蒸気圧力や発電機出力の追従性、安定性が一定
化しないため、高負荷変化率運転が難しくなり、又、制
御調整に長期間を必要とすることが問題であった。

【００１７】本発明の課題は、これらの問題点を解消す
るため各負荷帯における蒸気圧力変動時のタービン加減
弁による発電量（蒸気流量）制御ループゲインを一定化
することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の上記課題は、発
電機出力を制御するためのタービン流入蒸気量を調節す
るタービン加減弁の開度制御と蒸気発生設備であるボイ
ラ蒸気圧力の制御をするためのボイラ燃焼制御を行う火
力発電プラントの負荷制御方法において、ボイラ圧力変
動時のタービン加減弁のオーバーシュート／アンダーシ
ュートを抑制するために設けられている発電量フィード
バック信号（発電機出力信号）の蒸気圧力による補正手
段に対し、プラント負荷に対するタービン加減弁開度の
特性から得られる各プラント負荷における蒸気圧力偏差
による蒸気量変化が均一になるようなゲイン補正信号を
プラント負荷指標信号として加えた火力発電プラントの
負荷制御方法により解決される。

【００１９】前記負荷指標信号は、負荷とタービン加減
弁開度が比例関係にあることから、安定的な要素を持つ
負荷デマンド信号、タービン加減弁開度又は主蒸気圧力
設定値を選定するのが一般的である。

【００２０】

【作用】負荷デマンドによる主蒸気圧力偏差の補正信号
は、高負荷帯と低負荷帯の補正ゲインを可変とすること
により、単位蒸気圧力変動、例えば０．１Ｍｐａ当たり
の発電量修正分を負荷帯により均一化するのでタービン
加減弁制御ゲインは、これまでのようにハンチング防止
のために低目にすることなく、高目に調整することが可
能になるので、負荷追従性が向上する。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面ととも
に説明する。火力発電プラントの負荷制御全体構成は図
３に示した通りである。負荷目標値１が設定されるとプ
ラント運用に見合った負荷デマンド１０を得る。負荷目
標値１はステップ的に目標到達負荷が設定され、負荷デ
マンド１０は、タービンとボイラ操作量が協調して変化
するよう一定レートで上昇または下降する。

【００２２】発電機出力４はＭＷ制御系統５で負荷デマ
ンド１０と比較されて、負荷変化に必要なタービン加減
弁開度指令１２が得られ、タービンへの蒸気量を調節
し、発電機出力を変化させる。また、主蒸気圧力６はボ
イラマスタ圧力制御系７で主蒸気圧力設定値と比較され
て、その偏差量に応じて負荷デマンド信号１０を加算器
８において補正し、補正された負荷デマンド１０からボ
イラデマンド１１を得て主蒸気圧力６を設定値に戻すた
めに、燃料量過不足修正動作を行い、燃料操作指令１３
をボイラ操作端に与える。

【００２３】図１に上記火力発電プラントの負荷制御全
体構成において、本発明が適用されるタービン加減弁制
御系５ａの構成を示し、一点鎖線内に本発明の実施の形
態の制御回路の特徴部分を示す。

【００２４】発電機出力４は、主蒸気圧力偏差２０によ
ってもたらされる発電機出力４への影響を定格負荷ベー
スに関数発生器２１で演算した信号により、後述するよ
うに、一点鎖線内の機器により補正を受けた後、乗算器
２２で修正され、負荷デマンド１０と減算器２３で比較
する。

【００２５】以下の動作は図４で説明した手順と同一で
あるが、減算器２３の出力は発電機出力偏差となってボ
イラとタービンエネルギーのアンバランスを制限する限
界圧力制御回路２６〜３１による高低制限を受けてＰＩ
調節器３３に入力される。

【００２６】ＰＩ調節器３３は、発電量（蒸気出力）偏
差／限界圧力偏差を戻す方向に動作してタービン加減弁
３６の開度指令を、自動手動切替器３４を経てタービン
ガバナ装置３５へ出力し、タービンガバナ装置３５はタ
ービン加減弁３６の開度を操作（制御）する。

【００２７】上記の制御動作において、本実施の形態の
特徴は、タービン加減弁３６の開度により単位主蒸気圧
力、例えば０．１Ｍｐａ当たりの蒸気量変化が異なるた
め、一点鎖線内の回路で、その補正動作を行って、ター
ビン加減弁３６の必要以上の開閉動作を抑えるというも
のである。

【００２８】まず、関数発生器２１の出力は（１±蒸気
圧力偏差２０）となっているので信号発生器４０を
「１」に設定することにより±蒸気圧力偏差２０を減算
器４１より取り出す。

【００２９】関数発生器４４は図２（ａ）に示すような
負荷対タービン加減弁開度の特性から各負荷における蒸
気圧力偏差２０による蒸気量変化が均一になるように、
例えば図２（ｂ）に示すようなゲイン補正プログラムを
設定して乗算器４２で±蒸気圧力偏差２０を補正する。
補正後の蒸気圧力偏差は加算器４３で再び定数「１」を
信号発生器４０により加えられて「１±補正後の蒸気圧
力偏差」となって発電機出力４を乗算器２２において修
正し、過大な発電機出力偏差とならぬようにする。

【００３０】本発明の他の実施の形態としては関数発生
器４４の入力信号要素をタービン加減弁開度信号とする
か変圧プラントの場合には主蒸気圧力設定値としても類
似効果が得られる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、必要以上の発電機出力
フィードバック修正を行うことなく、また修正動作が不
足することもなくなる。そのため、全負荷域に亘ってタ
ービンガバナ制御ゲインを高めに設定してもハンチング
することなく、発電機出力偏差も抑制できることから、
負荷変化率アップや、負荷安定性の向上を図れる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態になる制御回路の系統図
である。

【図２】 図１の制御回路に用いる負荷とタービン加減
弁の開度と関係（図２（ａ））と負荷とゲインとの関係
（図２（ｂ））を示す図である。

【図３】 負荷制御回路の全体構成を示す概要図であ
る。

【図４】 従来回路を示す系統図である。

【符号の説明】

１ プラントの負荷目標値 ２ 負荷変化率 ３ 負荷変化率制限器 ４ 発電機出力 ５ タービンマスタ ６ 主蒸気圧力 ７ ボイラマスタ ８、３０、４３
加算器 ９ 燃焼制御系 １０ 負荷デマ
ンド １１ ボイラデマンド １２ タービン
加減弁開度指令 １３ 燃料操作指令 ２０ 主蒸気圧
力偏差 ２１ 関数発生器 ２２、４２ 乗
算器 ２３、２７、４１ 減算器 ２５ 発電機出
力偏差 ２６ 低選択器 ２９ 高選択器 ３１ 信号発生器 ３３ ＰＩ調節
器 ３４ 自動手動切替器 ３５ タービン
ガバナ装置 ３６ タービン加減弁 ４０ 信号発生
器 ４４ 関数発生器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発電機出力を制御するためのタービン流
   入蒸気量の調節をするタービン加減弁の開度制御と蒸気
   発生４設備であるボイラ蒸気圧力の制御をするためのボ
   イラ燃焼制御を行う火力発電プラントの負荷制御方法に
   おいて、 ボイラ圧力変動時のタービン加減弁のオーバーシュート
   ／アンダーシュートを抑制するために設けられている発
   電量フィードバック信号の蒸気圧力による補正手段に対
   し、プラント負荷に対するタービン加減弁開度の特性か
   ら得られる各プラント負荷における蒸気圧力偏差による
   蒸気量変化が均一になるようなゲイン補正信号をプラン
   ト負荷指標信号として加えたことを特徴とする火力発電
   プラントの負荷制御方法。
2. 【請求項２】 負荷指標信号として、負荷デマンド信
   号、タービン加減弁開度又は主蒸気圧力設定値を選定す
   ることを特徴とする請求項１記載の火力発電プラントの
   負荷制御方法。
3. 【請求項３】 発電機出力を制御するためのタービン流
   入蒸気量の制御をするタービン加減弁の開度制御装置と
   蒸気発生設備であるボイラ蒸気圧力の制御をするための
   ボイラ燃焼制御装置を備えた火力発電プラントの負荷制
   御装置において、 ボイラ圧力変動時のタービン加減弁のオーバー／アンダ
   ーシュートを抑制するために設けられている発電量フィ
   ードバック信号の主蒸気圧力による補正手段と、該補正
   手段に対して加算するための、プラント負荷に対する加
   減弁開度の特性から得られる各プラント負荷における蒸
   気圧力偏差による蒸気量変化が均一になるようなゲイン
   補正手段とを設けたことを特徴とする火力発電プラント
   の負荷制御装置。