JP2009041379A

JP2009041379A - タービン制御装置及びタービン制御方法

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Publication number: JP2009041379A
Application number: JP2007204869A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Kono; 有亮河野; Takashi Tomura; 孝戸村; Shintaro Tsuji; 真太郎辻
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2007-08-07
Filing date: 2007-08-07
Publication date: 2009-02-26
Anticipated expiration: 2027-08-07
Also published as: JP4839279B2

Abstract

【課題】
調整時間，労力を軽減し、ヒューマンエラーの抑制にもつながる調整を実現する。
【解決手段】
試験用蒸気流量要求信号を生成し、制御用蒸気流量要求信号と試験用蒸気流量要求信号の一方を選択し、選択された信号を所定の変換規則に沿って開度指令信号に変換し、開度指令に応じた制御弁の動作を示す制御弁動作信号を入力し、制御弁動作信号を蒸気流量要求信号に相当する信号に変換し、試験用蒸気流量要求信号が選択されたときに出力される蒸気流量要求信号に相当する信号と、生成された試験用蒸気流量要求信号とを比較して変換規則を補正する。
【効果】
弁ストローク信号に基づいた簡単な構成での関数のパラメータＹ調整ができ、調整時間，労力を軽減し、ヒューマンエラーの抑制にもつながる調整が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、タービン制御装置及びタービン制御方法に係り、特に、蒸気流量要求信号を制御弁の開度指令信号に変換する関数を備え、タービンに流入する流体流量を制御する装置に好適なタービン制御装置及びタービン制御方法に関する。

一般にタービンの制御は、タービンに流入する蒸気の配管に設けられた制御弁を制御し、タービンに流入する蒸気流量を調整するものである。すなわち、タービンへの蒸気流量を決める流量司令部からの蒸気流量要求信号を、弁の開度に対する流入蒸気量の関係から得られる関数により制御弁の開度指令信号に変換して制御弁を制御するのである。このような技術は例えば、特開２００５−１８９０１６号公報に記載されている。

この弁の開度に対する流入蒸気量の関係から得られる関数は、弁が機械的な特性をもつために変化する為、定期的に、弁の開度指令信号に対する弁の動作、すなわち弁のストロークを測定して、計画値と同等の特性に補正する必要がある。

特開２００５−１８９０１６号公報

関数の特性に従って弁開度指令信号に変換され、弁開度指令信号に基づき制御弁が動作するが、従来は、マニュアル作業にて弁調整スイッチを入れて試験用入力信号を関数に入力し、そして、動作した制御弁のストロークを測定し、測定値が計画値の許容範囲に収まるように、関数のパラメータを手入力で変換するという作業を繰り返し、関数のパラメータを調整するものであった。

そのため、試験用入力信号の入力，関数のパラメータの手入力による変換、及び制御弁ストロークの測定に時間と労力を要し、前記の入力，変換操作，制御弁ストロークの測定に対してヒューマンエラーが発生する可能性も高まる。

本発明の目的は、簡単な構成で自動調整が可能なタービン制御装置及びタービン制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、試験用蒸気流量要求信号を生成し、制御用蒸気流量要求信号と前記試験用蒸気流量要求信号の一方を選択し、前記選択された信号を所定の変換規則に沿って開度指令信号に変換し、前記開度指令に応じた制御弁の動作を示す制御弁動作信号を入力し、前記制御弁動作信号を蒸気流量要求信号に相当する信号に変換し、前記試験用蒸気流量要求信号が選択されたときに出力される蒸気流量要求信号に相当する信号と、前記生成された試験用蒸気流量要求信号とを比較して前記変換規則を補正するように構成した。

具体的には、関数のパラメータの調整中に、弁ストローク信号から蒸気流量要求信号に相当する信号を算出し、関数に入力する試験用信号の不足分に対する補正量を算出し、関数に入力する試験用信号に補正量を加算して関数に入力した後、関数から出力される弁開度指令信号を関数のパラメータＹに格納することで、自動的にパラメータＹを調整する。

本発明によれば、簡単な構成で自動調整が可能となる。より具体的には、弁ストローク信号に基づいた簡単な構成での関数のパラメータＹ調整ができ、調整時間，労力を軽減し、ヒューマンエラーの抑制にもつながる調整が可能となる。

以下図面を用いて本発明を説明する。

図１は本発明の関数パラメータＹを自動で調整する回路を備えたタービン制御回路を示し、関数パラメータ調整回路１を追設したことを特徴とする。図においてパラメータＸ１〜Ｘｎ，Ｙ１〜Ｙｎを備えた関数（ｆ_1(X)）１６と、タービンに流入する蒸気流量を調整する制御弁２２と、制御弁２２のストロークを測定し、測定値である弁ストローク信号２６を出力する弁ストローク測定器２３が設けられているが、本実施例では、関数１６のパラメータＹ１〜Ｙｎについて、制御弁２２の弁ストロークを測定し、測定値に基づいて関数１６のパラメータＹ１〜Ｙｎを自動的に、調整するために、追設した関数パラメータ調整回路１にて関数１６のパラメータＹｎを自動で調整する。

蒸気流量司令部３０は、負荷とタービン回転速度により蒸気流量要求信号３１を求め、出力する。関数１６はパラメータＸｎとＹｎとが１対１に定められており、例えば、図４に示すような、その交点を滑らかに結ぶグラフが示す特性を備える。切替スイッチ８から蒸気流量要求信号３１としてＸ１が入力されると、関数１６ではＹ＝ｆ_1(X)として対応するＹ１が出力されるのである。すなわち、Ｘ１，Ｘ２，…，Ｘ６が入力されるとそれぞれに対応するＹ１，Ｙ２，…，Ｙ６が出力される。なお、中間値は例えば図４に示されるように補間される。ここで、Ｘ１〜Ｘｎはあらかじめ決められた定数であり、Ｙ１〜Ｙｎは調整によって変化する変数である。通常の制御では、切替スイッチ８にて選択され（接点ｂと接点ｃを接続）蒸気流量要求信号３１が関数１６に入力され、関数特性により変換後、弁開度指令信号１７として出力され、制御弁を動作する。関数１６の出力である弁開度指令信号１７によりサーボアンプ２０及びサーボ弁２１を介して制御弁２２の開度が調整される。すなわち、制御弁２２の開度は差動トランス２４によって弁開度信号２５として検出され弁開度指令信号１７に追従するようにフィードバック制御される。

関数パラメータ調整回路１は、弁調整スイッチ２，弁調整モード１〜Ｎ選択スイッチ３，切替スイッチ４，比較器５，パラメータ切替６，積分器７，切替スイッチ８，切替スイッチ９，保持回路１０−１〜Ｎ，切替スイッチ１１−１〜Ｎ，関数１２を有する。

弁調整スイッチ２はパラメータ調整を実施する際に操作し、実施中はＯＮ信号を出力し、切替スイッチを接点ａと接点ｃを接続する。関数１６のパラメータＹｎの調整は、パラメータＹ１〜Ｙｎを１つずつ順に調整するが、調整するパラメータに応じて関数１６に入力する試験用入力信号もＫ１〜Ｋｎがあらかじめ決めてある。

弁調整モード１〜Ｎ選択スイッチ３は、調整するパラメータを選択するスイッチで、Ｙｎを調整する場合はモードＮを選択して使用する。

切替スイッチ４は弁調整モード１〜Ｎ選択スイッチ３の選択結果に基づき、モードＮが選択された場合は入力端子をＮに切り替えて、Ｋｎの値を出力する。

比較器５は、試験用入力信号Ｋｎと、試験用入力相当信号１５を入力し、両信号の偏差がパラメータＨ以上、またはＬ以下のとき、ＯＮ信号を出力する。それ以外の場合はＯＦＦ信号を出力する。

パラメータ切替６は弁調整モード１〜Ｎ選択スイッチ３の選択に従って、比較器５のパラメータＨ、Ｌを切り替える。つまり、弁調整モードに従って、パラメータＹｎの調整許容範囲を切り替える。

積分器７は比較器５の出力がＯＮの場合、試験用入力信号Ｋと試験用入力相当信号１５の偏差を積分演算した値を補正量１４として出力する。比較器５の出力がＯＦＦの場合は出力がＯＦＦになる直前の出力を保持し、補正量１４として出力する。

切替スイッチ８は弁調整スイッチ２の出力がＯＦＦの場合はｂの入力である蒸気流量要求信号３１をｃより出力し、弁調整スイッチ２の出力がＯＮの場合は試験用入力信号Ｋに補正量１４が加算された値をｃより出力する。

切替スイッチ９は弁調整モード１〜Ｎ選択スイッチ３の選択結果に従って、出力端子を１〜Ｎのいずれかに切り替えて、関数１６の出力である弁開度指令信号１７を出力する。

保持回路１０−１〜Ｎは、弁調整モード１〜Ｎ選択スイッチ３の選択結果に従って動作する。

モードＮが選択された場合は、保持回路１０−ＮはＸの入力をそのままＹより出力し、選択が解除されると、解除される直前のＸの入力値で出力を保持する。

切替スイッチ１１−１〜Ｎも、弁調整モード１〜Ｎ選択スイッチ３の選択結果に従って動作する。モードＮが選択された場合は、切替スイッチ１１−Ｎはａの入力である、選択される直前の出力をｃより出力し、選択が解除されると、ｂの入力である保持回路１０−Ｎの出力信号をｃより出力する。

関数１２は制御弁２２の弁ストローク測定器２３より出力された弁ストローク信号２６を試験用入力信号に逆変換する関数であり、出力を試験用入力相当信号１５とする。

このフローは図１で示したブロック図の機能を実現するものであり、マイクロコンピュータのソフトウェア（プログラム）によるとこのフローの動作を実現しても良いのはもちろんである。

図２のパラメータ調整回路動作フローを説明する。

ステップ１−１で弁調整スイッチ２をＯＮとし試験用入力信号が選択されるようにする。

ステップ１−２で弁調整モードＮ選択スイッチをＯＮとする。

ステップ２−１では、弁調整モードＮを選択したことにより、切替スイッチ４の入力端子が切り替わり、関数１６のパラメータＹｎに対応した入力信号であるＫｎが試験用入力信号として出力される。これに伴い、パラメータ切替６，切替スイッチ９，保持回路１０及び切替スイッチ１１が切替えられる。

ステップ２−２〜２−４では、比較器５が試験用入力信号Ｋｎと試験用入力相当信号（１５）Ｋａの偏差を比較し、偏差が弁調整モードＮを選択したことにより切り替えられたパラメータＨｎ以上、またはＬｎ以下の場合で、比較器５の出力がＯＮとなる。この場合、積分器７は前回出力ＫｙにΔＫを付加し、補正量１４を出力する。

ステップ２−５では、偏差がＨｎ未満、及びＬｎより大である場合で、比較器５の出力はＯＦＦとなるため、積分器７は前回出力Ｋｙをそのまま補正量１４として出力する。

ステップ２−６ではステップ２−４，ステップ２−５で演算された補正量１４が試験用入力信号Ｋｎに加算され、関数１６に入力される。

ステップ２−７では、関数１６は特性に従い、前記の入力値に対応した出力値を弁開度指令信号１７として出力する。なお、この弁開度指令信号１７はステップ２−１２で保持される。

ステップ２−８では、弁開度指令信号と弁開度信号２５の偏差分がサーボアンプ２０で増幅され、サーボ弁２１を動作し、それにより制御弁２２が動作する。

ステップ２−９では、弁ストローク測定器２３が制御弁２２のストロークの動作量を測定し、その測定値を弁ストローク信号２６として関数１２に出力する。

ステップ２−１０では、弁ストローク信号２６は関数１２の特性に従い、試験用入力相当信号１５に変換される。そしてステップ２−２，２−３に戻り、ステップ２−４、または２−５が実行されることを繰り返す。

一方、ステップ２−３で、Ｋｎ−Ｋａ≧Ｈｎ or Ｋｎ−Ｋａ≦Ｌｎが“ＮＯ”と判断された場合は、ステップ２−１１で、試験用入力信号Ｋｎと試験用入力相当信号Ｋａの偏差がＬｎ〜Ｈｎの範囲内に入ったため、その時点での弁開度指令信号１７が満足されていると判断し、弁調整モード選択スイッチをＯＦＦする。

ステップ２−１２〜２−１４では、選択スイッチのＯＦＦにより、保持回路１０−Ｎは選択スイッチがＯＦＦされる直前の値を保持して出力し、切替スイッチ１１−Ｎは入力端子をｂに切り替えるため、保持回路１０−Ｎの出力である選択スイッチがＯＦＦされる直前の値を出力し、従って関数１６のパラメータＹｎの値は選択スイッチがＯＦＦされる直前の弁開度指令信号１７の値で固定される。

よって、パラメータＹｎの調整が完了し、ステップ３で、弁調整スイッチ２をＯＦＦしてパラメータ調整終了となる。

図３に図１に示すパラメータ調整回路を用いてパラメータＹｎの調整を実施した際の関数パラメータＹｎ，弁開度指令信号１７，補正量１４，試験用入力相当信号１５，試験用入力信号Ｋｎの推移を示す。

Ｔ_a で弁調整スイッチ２をＯＮにする。Ｔ₀ にて弁調整モードＮ選択スイッチをＯＮすると、試験用入力信号Ｋｎが選択され、それに基づいて制御弁２２が動作し、ストローク動作量に従い試験用入力相当信号１５が上昇する。

試験用入力信号Ｋｎと試験用入力相当信号１５の偏差により、補正量が発生し、比較器５のＨｎ，Ｌｎの許容範囲内に収まるまで、補正量が増加する。それに伴い、関数１６の出力である弁開度指令信号１７が増加する。

試験用入力相当信号１５，補正量１４，弁開度指令信号１７が安定したため、弁調整モードＮ選択スイッチをＯＦＦすると、保持回路１０−Ｎで保持されていた弁開度指令信号１７の値が切替スイッチ１１−Ｎを介してパラメータＹｎに入力されるため、Ｔ₁ で関数パラメータＹｎは上昇し、そのまま固定される。そして、Ｔ_b で弁調整スイッチ２をＯＦＦにする。

図５に別のパラメータ調整回路の例を示す。図１と異なる箇所のみ説明し同様な箇所については説明を省略する。図１と異なる箇所は、弁ストローク信号２６ではなく、差動トランス２４から出力される弁開度信号２５を関数１３で試験用入力相当信号１５に変換し使用する点である。この方法でも、同様のパラメータ調整が可能である。

関数パラメータ調整回路の一実施例。関数パラメータ調整回路動作フロー図。関数パラメータ調整回路の動作状態。関数の特性。関数パラメータ調整回路の別の実施例。

符号の説明

１関数パラメータ調整回路
２弁調整スイッチ
３弁調整モード１〜Ｎ選択スイッチ
４，８，９切替スイッチ
５比較器
６パラメータ切替
７積分器
１０保持回路−１〜Ｎ
１１切替スイッチ−１〜Ｎ
１２関数（ｆ_2(X)）
１３関数（ｆ_3(X)）
１４補正量
１５試験用入力相当信号
１６関数（ｆ_1(X)）
１７弁開度指令信号
２０サーボアンプ
２１サーボ弁
２２制御弁
２３弁ストローク測定器
２４差動トランス
２５弁開度信号
２６弁ストローク信号
３０蒸気流量司令部
３１蒸気流量要求信号

Claims

試験用蒸気流量要求信号を生成する試験用蒸気流量要求信号生成部と、制御用蒸気流量要求信号と前記試験用蒸気流量要求信号の一方を選択する選択部と、前記選択された信号を所定の変換規則に沿って開度指令信号に変換する第１の変換部と、前記開度指令に応じた制御弁の動作を示す制御弁動作信号を入力する制御弁動作信号入力部と、前記制御弁動作信号を蒸気流量要求信号に相当する信号に変換する第２の変換部と、前記試験用蒸気流量要求信号が選択されたときに前記第２の変換部が出力する蒸気流量要求信号に相当する信号と、前記生成された試験用蒸気流量要求信号とを比較して前記第１の変換部の変換規則を補正する補正部を有することを特徴とするタービン制御装置。
請求項１において、前記第１の変換部の規則は、パラメータを含んだ関数であり、前記補正は、前記試験用蒸気流量要求信号が選択されたときの前記蒸気流量要求信号に相当する信号に応じて前記第１の変換部が変換した弁開度指令信号に基づいて前記パラメータを補正することを特徴とするタービン制御装置。
請求項２において、前記パラメータは、入力値に対する出力値として規定され、前記補正は、既規定の前記出力値を前記試験用蒸気流量要求信号が選択されたときの出力値に置き換えることを特徴とするタービン制御装置。
請求項２において、前記試験用蒸気流量要求信号に、前記試験用蒸気流量要求信号と前記蒸気流量要求信号に相当する信号との偏差に基づいた補正量を加算するものであり、前回算出した補正量と今回算出した補正量を加算したものを補正量として前記蒸気流量要求流量信号へ加算することを特徴とするタービン制御装置。
請求項３において、前記関数の出力値の置き換えは、前記の出力値を保持する保持と、前記出力値と直前の出力をフィードバックした値とを切り替えることでなされることを特徴とするタービン制御装置。
請求項２において、前記蒸気流量要求信号に相当する信号に基づいて、前記関数に入力する試験用蒸気流量要求信号の不足分に対する補正量を算出するものであり、前記蒸気流量要求信号に相当する信号と、前記関数に入力する試験用蒸気流量要求信号の差を補正量とすることを特徴とするタービン制御装置。
請求項２において、前記蒸気流量要求信号に相当する信号と、前記関数に入力する試験用蒸気流量要求信号との差が、あらかじめ決めてある許容値内であれば、補正量はないことを特徴とするタービン制御装置。
請求項１において、前記制御弁動作信号は、弁ストローク信号を用いて蒸気流量要求信号に相当する信号、あるいは、弁の差動トランスから得られる弁開度信号を用いて蒸気流量要求信号に相当する信号であることを特徴とするタービン制御装置。
試験用蒸気流量要求信号を生成し、制御用蒸気流量要求信号と前記テスト用蒸気流量要求信号の一方を選択し、前記選択された信号を所定の変換規則に沿って開度指令信号に変換し、前記開度指令に応じた制御弁の動作を示す制御弁動作信号を入力し、前記制御弁動作信号を蒸気流量要求信号に相当する信号に変換し、前記テスト用蒸気流量要求信号が選択されたときに出力される蒸気流量要求信号に相当する信号と、前記生成されたテスト用蒸気流量要求信号とを比較して前記変換規則を補正するタービン制御方法。