JP2009144651A - タービン制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的で、低コストでの制御が可能となるタービン制御装置を提供する。
【解決手段】サーボモジュール１１は、フィールド制御ステーション１から与えられる目標値と、差動変圧器７から電圧値として与えられる実際の開度とに基づくＰＩＤ演算を実行し、サーボ弁６の開度がこの目標値に近づけるようにフィードバック制御する。高速プロテクションモジュール１２は、タービン５から得られた回転数に基づいた演算を実行することでタービン５の異常を検出し、検出された異常をフィールド制御ステーション１に通知する。異常が通知された場合、フィールド制御ステーション１は、サーボモジュール１１に対し、異常時に特有の目標値を与える。
【選択図】図１

Description

本発明は、タービンの回転数を制御するタービン制御システムに関する。

主に火力発電所などで発電に使用されるタービンの回転数制御を行うタービン制御装置には、プラントの特性上、回転数制御の高速性（例えば、５ｍ秒、１０ｍ秒単位での制御）が要求される。
特開２００７−２２６５１０号公報

上記のように、タービン制御装置には高速制御が要求されるため、通常、プラントにおけるプロセス制御の分野で汎用的に用いられる制御システムが適用困難であるという問題がある。このため、火力発電所などのプラントで使用される制御システムの一部としてタービン制御装置を統合することができず、効率的な制御が困難となるとともに、設備のコストアップを招くという問題がある。

本発明の目的は、効率的で、低コストでの制御が可能となるタービン制御装置を提供することにある。

本発明のタービン制御システムは、タービンの回転数を制御するタービン制御システムにおいて、タービンに与える流体の流れを制御するサーボ弁のバルブ開度を検出する開度検出手段と、前記開度検出手段の検出結果に基づいて前記サーボ弁のバルブ開度を目標値に一致させるようにフィードバック制御するフィードバック制御手段と、タービンの異常を検出する異常検出手段と、前記フィードバック制御手段に前記目標値を与えるとともに、前記異常検出手段からの異常検出の通知を受ける動作制御手段と、を備え、前記動作制御手段は、前記異常検出手段から異常が通知された場合には、前記フィードバック制御手段に異常時に特有の前記目標値を与えることを特徴とする。
このタービン制御システムによれば、フィードバック制御手段によりサーボ弁のバルブ開度を目標値に一致させるようにフィードバック制御するとともに、異常が通知された場合には、フィードバック制御手段に異常時に特有の目標値が与えられるので、高速制御が可能となる。

前記動作制御手段は、分散型制御システムのフィールド制御ステーションであってもよい。

前記フィードバック制御手段、異常検出手段または動作制御手段で使用するロジックの定義を受け付けるロジック定義受付手段を備えてもよい。

本発明のタービン制御システムによれば、フィードバック制御手段によりサーボ弁のバルブ開度を目標値に一致させるようにフィードバック制御するとともに、異常が通知された場合には、フィードバック制御手段に異常時に特有の目標値が与えられるので、高速制御が可能となる。

以下、図１〜図３を参照して、本発明によるタービン制御装置の一実施形態について説明する。

図１は、本実施形態のタービン制御装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態のタービン制御装置は、プラントに分散配置されるフィールド制御ステーション１，１，・・・と、フィールド制御ステーション１，１，・・・を操作、監視する操作監視ステーション２と、エンジニアリングのための管理用端末装置３と、を備える分散型制御システムを用いて構成される。フィールド制御ステーション１，１，・・・、操作監視ステーション２、およびエンジニアリングのための管理用端末装置３は、互いに通信バス４を介して接続される。

図１に示すように、フィールド制御ステーション１には、高速ＰＩＤ演算ブロックを有し、制御対象であるタービン５の回転速度をフィードバック制御するためのサーボモジュール１１と、タービン５の回転数に基づいてタービンの異常を検出する高速プロテクションモジュール１２とが、それぞれ入出力モジュールとして実装されている。サーボモジュール１１は、フィードバック制御手段として、高速プロテクションモジュール１２は異常検出手段として、それぞれ機能する。また、フィールド制御ステーション１は、動作制御手段として機能する。

後述するように、サーボモジュール１１および高速プロテクションモジュール１２は、それぞれ自立した制御機能を持つため、サーボモジュール１１および高速プロテクションモジュール１２によるタービン５の高速制御を実現することができる。

制御対象であるタービン５は、サーボ弁６と呼ばれるバルブの開度の調整によりその回転速度が制御される。サーボ弁６の開度を変えることで、タービン５に向けて流れ出る蒸気（ガス）の量を変化させ、タービン５の回転速度を制御している。

図１に示すように、サーボ弁６の開度は差動変圧器（ＬＶＤＴ）７によって電圧値に変換され、サーボモジュール１１に与えられる。サーボモジュール１１は、フィールド制御ステーション１から与えられる目標値と、差動変圧器７から電圧値として与えられる実際の開度とに基づくＰＩＤ演算を実行し、サーボ弁６の開度がこの目標値に近づけるようにフィードバック制御する。これにより、実質的に、サーボ弁６の開度が上記目標値に一致するように制御される。

一方、高速プロテクションモジュール１２は、タービン５から得られた回転数に基づいた演算を実行することでタービン５の異常を検出し、検出された異常をフィールド制御ステーション１に通知する。異常が通知された場合、フィールド制御ステーション１は、サーボモジュール１１に対し、異常時に特有の目標値を与える。これにより、例えば、サーボ弁６の開度を指定位置で停止させるインターロックやタービン５の緊急停止などの負荷遮断が実行される。

本実施形態では、フィールド制御ステーション１がサーボモジュール１２に目標値を与える一方、フィールド制御ステーション１を制御ループに含まない、サーボモジュール１１によるフィードバック制御によりサーボ弁６の開度が制御される。このため、フィールド制御ステーション１の動作速度に拘束されることなく、サーボ弁６の開度を高速制御することができる。また、高速プロテクションモジュール１２による異常検出時には、異常時に特有の目標値がフィールド制御ステーション１からサーボモジュール１１に与えられるため、瞬時にインターロックや緊急停止などの負荷遮断が実行される。

このように、上記実施形態では、直接的には、高速動作が可能なサーボモジュール１１によりサーボ弁６を制御するとともに、フィールド制御ステーション１からサーボモジュール１２に目標値を与えるようにしており、フィールド制御ステーション１に高速動作が要求されない。このため、プラントで使用されている汎用的な分散型制御システムを用いてタービン５を制御することが可能となり、プラント内における制御システムの統合が可能となる。

また、タービン５の制御に汎用的な分散型制御システムを適用できるため、本実施形態では、通常のアナログ入出力やデジタル入出力を使用したプロセス制御システムの構築と同じ手法、手順でシステムのコンフィギュレーションが行える。

図２は、システムのエンジニアリングのための構成および手順を示す図である。

図２に示すように、管理用端末装置３には、エンジニアリング機能として、ロジック定義ビルダ３１、ＩＯＭ（入出力モジュール）ビルダ３２および通信入出力定義ビルダ３３が実装される。各ビルダによって、タービン制御装置におけるサーボモジュール１１、高速プロテクションモジュール１２および上位コントローラとしてのフィールド制御ステーション１の詳細な動作を設定することができる。各設定項目を専用のデータベースフォーマットに変換した後、フィールド制御ステーション１のロジックデータベース１４、ＩＯＭ定義データベース１５、および通信入出力定義データベース１６にそれぞれダウンロードする。また、高速プロテクションモジュール１２で必要なロジックはロジックデータベース１４から高速プロテクションモジュール１２に、サーボモジュール１１および高速プロテクションモジュール１２のＩＯＭ定義データは、ＩＯＭ定義データベース１５からそれぞれのモジュールに、ダウンロードされる。

ＩＯＭビルダ３２では、サーボモジュール１１および高速プロテクションモジュール１２の詳細な動作を設定する。例えば、ＩＯＭ実装位置、二重化指定、フォールバック指定など、様々な設定項目について設定が可能である。

通信入出力定義ビルダ３３では、フィールド制御ステーション１の通信入出力領域に対して入出力データのアクセスが可能となるように、モジュール毎の割付定義を行う。これにより、フィールド制御ステーション１内の機能ブロック等からサーボモジュール１１および高速プロテクションモジュール１２の入出力データへのアクセスが可能となり、各入出力モジュールのメッセージや状態表示などを操作監視することができる。

高速プロテクションモジュール１２内で実行されるロジックは、ロジック定義ビルダ３１で設定される。また、設定されたロジックを外部ファイルとしてエクスポートし、シミュレーション端末装置８のロジックデータベース８１にインポートすることで、サーボモジュール１１および高速プロテクションモジュール１２へのダウンロード前に、ロジックテストツール８２によるシミュレーションテストを行える。シミュレーション結果に問題がなければ、サーボモジュール１１および高速プロテクションモジュール１２へのダウンロードすることで、システムを起動する。

以上のように、ロジック定義ビルダ３１、ＩＯＭビルダ３２および通信入出力定義ビルダ３３によって、効率的なエンジニアリングが可能となる。また、ロジック定義ビルダ３１を用いることで、インターロックや負荷遮断などの保護についてユーザによるロジックの設定が可能となり、柔軟なシステムを構築することができる。さらに、ロジックテストツール８２によってコンピュータ上でのテストができるため、結果として安全なタービン制御装置を効率的に構築することが可能となる。

上記実施形態では、タービンの回転数に基づいて異常検出を行っているが、タービンの温度に基づいて異常検出を行ってもよい。例えば、高速プロテクションモジュール１２に代えて、あるいは高速プロテクションモジュール１２に付加して高速で温度検出可能なプロテクションモジュールを用いることで、温度に基づく異常検出および異常検出時の制御を行わせることができる。

図３に示すように、サーボモジュール１１および高速プロテクションモジュール１２をそれぞれ別のフィールド制御ステーション１に接続するようにしてもよい。この場合には、高速プロテクションモジュール１２による異常検出時に、フィールド制御ステーション１間の通信を経て、サーボモジュール１１に対し、異常時に特有の目標値が与えられる。

以上説明したように、本発明のタービン制御システムによれば、フィードバック制御手段によりサーボ弁のバルブ開度を目標値に一致させるようにフィードバック制御するとともに、異常が通知された場合には、フィードバック制御手段に異常時に特有の目標値が与えられるので、高速制御が可能となる。

本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、タービンの回転数を制御するタービン制御システムに対し、広く適用することができる。

一実施形態のタービン制御装置の構成を示すブロック図。 システムのエンジニアリングのための構成および手順を示す図。 サーボモジュールおよび高速プロテクションモジュールをそれぞれ別のフィールド制御ステーションに接続する構成を示すブロック図。

符号の説明

１ フィールド制御ステーション（動作制御手段）
７ 差動変圧器（開度検出手段）
１１ サーボモジュール（フィードバック制御手段）
１２ 高速プロテクションモジュール（異常検出手段）

Claims (3)

1. タービンの回転数を制御するタービン制御システムにおいて、
   タービンに与える流体の流れを制御するサーボ弁のバルブ開度を検出する開度検出手段と、
   前記開度検出手段の検出結果に基づいて前記サーボ弁のバルブ開度を目標値に一致させるようにフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
   タービンの異常を検出する異常検出手段と、
   前記フィードバック制御手段に前記目標値を与えるとともに、前記異常検出手段からの異常検出の通知を受ける動作制御手段と、
   を備え、
   前記動作制御手段は、前記異常検出手段から異常が通知された場合には、前記フィードバック制御手段に異常時に特有の前記目標値を与えることを特徴とするタービン制御システム。
2. 前記動作制御手段は、分散型制御システムのフィールド制御ステーションであることを特徴とする請求項１に記載のタービン制御システム。
3. 前記フィードバック制御手段、異常検出手段または動作制御手段で使用するロジックの定義を受け付けるロジック定義受付手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のタービン制御システム。

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