JP2016073129A - Cooling gas temperature control device - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、発電機を冷却するための冷却ガスの温度を、発電機の起動時から、安定状態になるまで制御するための冷却ガス温度制御装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a cooling gas temperature control device for controlling the temperature of a cooling gas for cooling a generator from when the generator is started until it reaches a stable state.
従来、この種の冷却ガス温度制御は、発電機を冷却する冷却ガスを、冷却水により冷却することによってなされている。具体的には、冷却水の水量を調節する調節弁の弁開度を、冷却ガスの温度の現在値と設定値との差に基づくPID制御に基づいて変化させることによって、冷却ガスの温度が制御されている。 Conventionally, this kind of cooling gas temperature control is performed by cooling the cooling gas for cooling the generator with cooling water. Specifically, the temperature of the cooling gas is changed by changing the valve opening of the control valve that adjusts the amount of cooling water based on PID control based on the difference between the current value of the cooling gas temperature and the set value. It is controlled.
PID制御とは、プロセス値PVと設定値SVとの差に応じて操作端への操作量MVである出力信号(弁開度指令値)を増減させ、プロセス値PVと設定値SVの偏差を限りなく0(ゼロ)に近づける制御である。一般に、冷却ガスとして水素ガスを用いる場合、水素ガスの温度が設定値を超えると、調節弁の制御を開始する。 PID control increases or decreases an output signal (valve opening command value), which is an operation amount MV to the operation end, according to the difference between the process value PV and the set value SV, and the deviation between the process value PV and the set value SV is increased. This control is as close to 0 (zero) as possible. Generally, when hydrogen gas is used as the cooling gas, control of the control valve is started when the temperature of the hydrogen gas exceeds a set value.
しかしながら、このような従来の冷却ガス温度制御では、以下のような問題がある。 However, such conventional cooling gas temperature control has the following problems.
すなわち、従来の冷却ガス温度制御では、発電機の起動時t1から、調節弁の制御開始t2までのタイミングが遅いため、図13に示すように冷却ガス温度がオーバシュートし、冷却ガス温度高の警報を発生することがある。 That is, in the conventional cooling gas temperature control, since the timing from the generator start time t1 to the control valve control start t2 is late, the cooling gas temperature overshoots as shown in FIG. An alarm may be generated.
このオーバシュートの原因としては、冷却ガス温度の急上昇に、調節弁の動作が追従できないことによる。 The cause of this overshoot is that the operation of the control valve cannot follow the sudden rise in the cooling gas temperature.
つまり、発電機のタービンが回転すると、周囲空気との摩擦が発生し、回転エネルギが熱エネルギに変換される。一般に、タービンの回転数の3乗に比例して風損が大きくなり、図13の温度上昇率急変点aに示すように、冷却ガスの温度上昇率が急変するようになる。 That is, when the turbine of the generator rotates, friction with ambient air is generated, and rotational energy is converted into heat energy. In general, the windage loss increases in proportion to the cube of the rotational speed of the turbine, and the temperature rise rate of the cooling gas suddenly changes as indicated by the temperature rise rate sudden change point a in FIG.
しかしながら、従来の冷却ガス温度制御における調節弁の制御開始t2は、温度上昇率急変点aにおいてではなく、冷却ガスの温度が設定値SVを超えるまでなされなかった。 However, the control valve control start t2 in the conventional cooling gas temperature control is not performed at the temperature rise rate sudden change point a but until the temperature of the cooling gas exceeds the set value SV.
このように、温度上昇率急変点aではなく、設定値SVを超えたタイミングで調節弁の制御開始t2がなされていたので、冷却ガス温度の上昇に、調節弁の動作が追従できず、冷却ガス温度がオーバシュートしてしまい、安定した制御を行うことが出来なかった。 As described above, since the control valve control start t2 is made not at the temperature change rate sudden change point a but at a timing exceeding the set value SV, the operation of the control valve cannot follow the rise in the cooling gas temperature, and the cooling The gas temperature overshooted and stable control could not be performed.
このようなオーバシュートを回避するためには、例えば、比例ゲインを大きくしたり、積分時間を短くすることによって、冷却ガス温度の、設定値SVまでの到達を早めるといった対策を講じることが考えられる。 In order to avoid such an overshoot, for example, it is conceivable to take measures such as increasing the proportional gain or shortening the integration time so that the cooling gas temperature reaches the set value SV earlier. .
しかしながら、その場合、冷却ガスの現在の温度PVと、冷却ガス温度の設定値SVとの差に基づく操作量MV(弁開度指令値)が大きくなるため、冷却ガス温度がハンチングする可能性が高くなる。 However, in that case, the manipulated variable MV (valve opening command value) based on the difference between the current temperature PV of the cooling gas and the set value SV of the cooling gas becomes large, and therefore the cooling gas temperature may hunt. Get higher.
一般に、発電機過負荷、冷却水温度高、調節弁の故障等により、水素ガス温度高の警報を発生する可能性はあるが、起動時t1から安定状態t3に至る状態において同警報が発生することは想定されていない。そのため、起動時t1から安定状態t3に至るまでの間に警報が発生した場合、どこにトラブルがあるのかを逐一確認をしなければいけない可能性も有りうる。その手間、または不安要素を取り除くためにも解決策を考える必要がある。 In general, there is a possibility that a hydrogen gas temperature high alarm may be generated due to a generator overload, a high coolant temperature, a malfunction of the control valve, etc., but the alarm is generated in a state from the start t1 to the stable state t3. This is not expected. Therefore, when an alarm is generated during the period from the start time t1 to the stable state t3, there is a possibility that it is necessary to confirm where the trouble is. It is necessary to devise a solution to remove the trouble or anxiety factor.
また、起動の度にオーバシュートしてしまうということは、制御が適切になされていないとも考えられる。よって、より信頼性の高い制御装置が求められる。 In addition, overshooting at every start-up may be considered as not being properly controlled. Therefore, a more reliable control device is required.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、冷却ガスの温度を、発電機の起動時から、安定状態になるまで、より迅速に、かつ、できるだけオーバシュートしないように制御することが可能な冷却ガス温度制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and controls the temperature of the cooling gas more quickly and as little as possible from the start of the generator until it becomes stable. It is an object of the present invention to provide a cooling gas temperature control device capable of performing the following.
なお、特許文献1には、冷却ガスの温度を制御するためにPID演算を適用する技術が開示されている。しかしながら、特許文献1に開示されている技術は、制御性を改善するために、各運転状態により設定値を切り替えるのに対し、本願発明による冷却ガス温度制御装置では、起動時においても、過渡運転状態においても、設定値を切り替える必要なく制御可能であるという点において異なっている。
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。 In order to achieve the above object, the present invention takes the following measures.
実施形態の冷却ガス温度制御装置は、発電機を冷却するための冷却ガスの温度を、発電機の起動時から、安定状態になるまで制御するための装置であって、冷却ガスを冷却する冷却水の流量を調節するための調節弁の弁開度の下限値を、発電機内のプロセス条件に応じて決定する決定手段と、冷却ガスの温度の現在値と、冷却ガスの温度に関して予め設定された設定値との差に基づくPID演算を行い、弁開度の調節量を決定するPID演算手段と、決定手段によって決定された弁開度の下限値に、PID演算手段によって決定された調節量を加算し、加算結果を操作量として調節弁に適用することによって、弁開度を制御する弁開度制御手段と、を備えている。 The cooling gas temperature control device of the embodiment is a device for controlling the temperature of the cooling gas for cooling the generator from the time of starting the generator until it becomes stable, and cooling for cooling the cooling gas The lower limit value of the valve opening of the control valve for adjusting the flow rate of water is set in advance with respect to the determining means that determines the process conditions in the generator, the current value of the temperature of the cooling gas, and the temperature of the cooling gas. PID calculation means for performing a PID calculation based on the difference from the set value and determining the adjustment amount of the valve opening, and the adjustment amount determined by the PID calculation means to the lower limit value of the valve opening determined by the determination means And a valve opening degree control means for controlling the valve opening degree by applying the addition result to the control valve as an operation amount.
以下に、本発明の各実施形態の冷却ガス温度制御装置を、図面を参照して説明する。各実施形態において、例として、冷却ガスは水素ガスとしている。 Below, the cooling gas temperature control apparatus of each embodiment of this invention is demonstrated with reference to drawings. In each embodiment, as an example, the cooling gas is hydrogen gas.
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係る冷却ガス温度制御装置100の構成例を示す概念図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a configuration example of a cooling gas
すなわち、第1の実施形態に係る冷却ガス温度制御装置100は、発電機2を冷却するための冷却ガスである水素ガス3の温度を、発電機2の起動時から、安定状態になるまで制御するための装置である。
That is, the cooling gas
この装置100は、水素ガス3を冷却する水素ガス冷却器4,5,6,7に導入される冷却水1の流量を調節するための調節弁8の弁開度の下限値を、発電機2内のプロセス条件に応じて決定する決定モジュール20と、PID演算器12と、加算器13とを備えている。
This
プロセス条件とは、例えば、発電機2のタービンの回転数や、水素ガス3の温度である。これらプロセス条件を把握するために、決定モジュール20は、発電機2の回転数を測定するための回転数測定器10と、水素ガス3の温度を測定するための温度測定器11とを備えている。
Process conditions are the rotation speed of the turbine of the
決定モジュール20はさらに、回転数測定器10によって測定された回転数が、所定回転数以上になった場合に“ON”の信号を出力するハイコンパレータ14と、温度測定器11によって測定された温度が、所定温度以上になった場合に“ON”の信号を出力するハイコンパレータ15とを備えている。
The
例えばタービン回転数900rpmで、水素ガス3の温度が急変することが実績に基づいて知られている場合、回転数測定器10が、タービン回転数が900rpmを測定した時に、ハイコンパレータ14が“ON”信号を出力するようにする。
For example, when it is known based on the results that the temperature of the
また、例えば水素ガス3の温度が36℃から温度上昇率が急変することが実績に基づいて知られている場合、温度測定器11が35℃を測定した時に、ハイコンパレータ15が“ON”信号を出力するようにする。
For example, when it is known based on the results that the temperature rise rate of the
なお、所定回転数、所定温度は、前述した値に限定されるものではなく、運転状態に応じて、最適な制御特性が得られるように適宜適切に設定するようにして良い。 Note that the predetermined rotation speed and the predetermined temperature are not limited to the above-described values, and may be appropriately set appropriately so as to obtain optimum control characteristics according to the operating state.
決定モジュール20はさらに、論理演算器(OR)16、バンプレス・トランスファ17、下限弁開度設定器18,19を備えている。下限弁開度設定器19には、調節弁8の弁開度の下限値として、低い値(例えば、0%)が、予め設定されており、下限弁開度設定器18には、調節弁8の弁開度の下限値として、高い値(例えば、5%)が、予め設定されている。そして、発電機2の起動時には、バンプレス・トランスファ17が、下限弁開度設定器19(すなわち、低い下限値)を選択するようにデフォルト設定されている。
The
論理演算器(OR)16は、ハイコンパレータ14またはハイコンパレータ15のうちの何れかから“ON”信号が出力された場合に、バンプレス・トランスファ17に“ON”信号を入力する。これにより、バンプレス・トランスファ17は、調節弁8の弁開度の下限値を決定する下限弁開度を、下限弁開度設定器19によって設定されている値(例えば、0%)から、下限弁開度設定器18によって設定されている値(例えば、5%)へと高めるように切り替える。そして、切り替えられた下限弁開度(本例では、5%)およびそのレートを、加算器13に入力する。本実施形態では、レートは、一例として、100%/秒としている。加算器13の構成については、後述する。
The logical operation unit (OR) 16 inputs an “ON” signal to the
なお、下限弁開度は、前述した値に限定されるものではなく、運転状態に応じて、最適な制御特性が得られるように適宜設定するようにして良い。 The lower limit valve opening is not limited to the above-described value, and may be set as appropriate so as to obtain optimal control characteristics according to the operating state.
一方、PID演算器12は、水素ガス3の温度の現在値PVと、水素ガス3の温度に関して予め設定された設定値SVとの差に基づくPID演算を行い、調節弁8の弁開度の調節量を決定し、決定された調節量を、加算器13に入力する。このため、冷却ガス温度制御装置100は、水素ガス3の温度を測定するための温度測定器9を備えている。温度測定器9は、測定した温度を、PID演算器12に入力する。なお、温度測定器9と温度測定器11とは同一であっても、別々であっても良い。
On the other hand, the
加算器13は、バンプレス・トランスファ17から入力された下限弁開度に、PID演算器12によって決定された調節量を加算し、加算結果を操作量MV(弁開度指令値)として調節弁8に適用することによって、調節弁8の弁開度を制御する。なお、レートが、100%/秒であるので、1秒間に、100%の操作量MV(弁開度指令値)が調節弁に適用される。
The
次に、以上のように構成した第1の実施形態に係る冷却ガス温度制御装置100の動作について、図2のフローチャートを用いて説明する。
Next, the operation of the cooling gas
発電機2が起動される(S1)と、発電機2のタービンの回転数が回転数測定器10によって、水素ガス3の温度が温度測定器11によってそれぞれ測定される(S2)。
When the
そして、回転数測定器10によって測定された回転数が、所定回転数(例えば、900rpm)以上になり、ハイコンパレータ14から“ON”信号が出力された場合、あるいは、温度測定器11によって測定された温度が、所定温度(例えば、35℃以上)以上になり、ハイコンパレータ15から“ON”信号が出力された場合(S3:Yes)、論理演算器(OR)16によって、バンプレス・トランスファ17に“ON”信号が入力される(S4)。
Then, when the rotational speed measured by the rotational
これにより、バンプレス・トランスファ17によって、調節弁8の下限弁開度が、下限弁開度設定器19によって設定されている値(例えば、0%)から、下限弁開度設定器18によって設定されている値(例えば、5%)へと高めるように切り替えられる(S5)。そして、切り替えられた下限弁開度(本例では、5%)およびレート(本例では、100%/秒)が、加算器13に入力される(S6)。
As a result, the lower limit valve opening of the
また、温度測定器9によって測定された水素ガス3の温度が、PID演算器12に入力される(S7)。すると、PID演算器12では、温度測定器9によって入力された水素ガス3の温度の現在値PVと、水素ガス3の温度に関して予め設定された設定値SVとの差に基づくPID演算が行われ、調節弁8の弁開度の調節量が決定され、加算器13に入力される(S8)。
Further, the temperature of the
加算器13では、バンプレス・トランスファ17から入力された下限弁開度に、PID演算器12によって決定された調節量が加算され、加算結果が操作量MV(弁開度指令値)として、レートにしたがって調節弁8に適用されることによって、調節弁8の弁開度が制御される(S9)。
In the
一方、ステップS3において、回転数測定器10によって測定された回転数が、所定回転数(例えば、900rpm)以上にもならず、温度測定器11によって測定された温度が、所定温度(例えば、35℃以上)以上にもならない場合(S3:No)には、ステップS2に戻る。
On the other hand, in step S3, the rotational speed measured by the rotational
第1の実施形態に係る冷却ガス温度制御装置では、このような制御がなされることによって、図3の制御特性例に示すように、温度上昇率急変点aと制御開始t2とが同一タイミングとなり、図13に示す従来技術に比べて、調節弁8の制御開始を適切に早めることができるので、風損による水素ガス3の温度上昇が抑制され、発電機2の起動t1時から、安定状態t3になるまで、図13に比べて、水素ガス3の温度オーバシュートをより緩和し、より安定した制御を行うことが可能となる。
In the cooling gas temperature control apparatus according to the first embodiment, by performing such control, as shown in the control characteristic example of FIG. 3, the temperature increase rate sudden change point a and the control start t2 have the same timing. Compared with the prior art shown in FIG. 13, the control start of the
[第2の実施形態]
第2の実施形態は、第1の実施形態の変形例である。
[Second Embodiment]
The second embodiment is a modification of the first embodiment.
図4は、第2の実施形態に係る冷却ガス温度制御装置200の構成例を示す概念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a configuration example of the cooling gas
図4は、図1に比べて、レートが固定されたバンプレス・トランスファ17の代わりに、レートが変更可能なバンプレス・トランスファ17’を備えた点のみが異なる。したがって、ここでは、第1の実施形態と異なる点のみを説明し、図1と同一部位については、同一符号を付すことにより、重複説明を避ける。
FIG. 4 is different from FIG. 1 only in that a bumpless transfer 17 'capable of changing the rate is provided instead of the
第1の実施形態で説明されたバンプレス・トランスファ17は、レートが100%/秒に固定されているので、弁開度の下限値が高められた場合、例えば、図3に示すように、制御開始t2時において、ステップ状に操作量MV(弁開度指令値)が加えられるようになる。
The
しかしながら、このようにステップ状に操作量MV(弁開度指令値)が加えられると、調節弁8が急開し、図3のcに示すように、水素ガス3の温度がいったん下がってしまい、設定値SVへの追従を遅れさせる恐れもありうる。
However, when the manipulated variable MV (valve opening command value) is added stepwise in this way, the
このように、操作量MV(弁開度指令値)を加えるレートが、温度制御に悪影響を与えるほど大きく、かえって外乱要素として作用してしまう場合、レートが固定されているバンプレス・トランスファ17の代わりに、図4に示すように、レート変更可能なバンプレス・トランスファ17’を適用し、操作量MV(弁開度指令値)を加えるレートを、例えば、0.1%/秒のように下げる。
As described above, when the rate at which the operation amount MV (valve opening command value) is applied is so large as to adversely affect the temperature control, and instead acts as a disturbance element, the rate of the
このように、レートを下げることによって、第1の実施形態よりもゆっくりと操作量MV(弁開度指令値)を加えるようにする。 In this way, the operation amount MV (valve opening command value) is added more slowly than in the first embodiment by reducing the rate.
このように構成された第2の実施形態に係る冷却ガス温度制御装置200による制御特性の例を図5に示す。すなわち、図5では、図3で見られたような操作量MV(弁開度指示値)のステップ状の立ち上がりは無くなり、操作量MV(弁開度指示値)が、制御開始t2から時間t4までコンスタントに加えられる。
An example of control characteristics by the cooling gas
このような構成の本実施形態に係る冷却ガス温度制御装置200によれば、操作量MV(弁開度指示値)をゆっくりと加えるようにすることができ、調節弁8の急開により、制御が不安定になることを回避することができる。
According to the cooling gas
なお、0.1%/秒というレートは、一例であり、最適な制御特性が得られるように適宜変えて設定するようにして良い。 Note that the rate of 0.1% / second is an example, and may be appropriately changed and set so as to obtain optimum control characteristics.
[第3の実施形態]
図6は、第3の実施形態に係る冷却ガス温度制御装置300の構成例を示す概念図である。
[Third Embodiment]
FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a configuration example of the cooling gas
図6は、図1における決定モジュール20の代わりに決定モジュール30を備えた点が異なっている。したがって、ここでは、第1の実施形態と異なる点のみを説明し、図1と同一部位については、同一符号を付すことにより、重複説明を避ける。
FIG. 6 is different in that a
すなわち、決定モジュール30は、水素ガス3の温度上昇率が、予め定めた温度上昇率よりも高い場合、調節弁8の弁開度の下限値を、現在の値よりも高くなるように決定する。
That is, when the temperature increase rate of the
これを実現するために、決定モジュール30は、一次遅れ器21と、偏差演算器22と、ハイコンパレータ23を備えている。
In order to realize this, the
温度測定器9は、水素ガス3の温度を測定すると、測定結果を、一次遅れ器21と、偏差演算器22とに送る。
When measuring the temperature of the
一次遅れ器21は、温度測定器9から送られた測定結果を、一定時間後(例えば、5分後)に、偏差演算器22に送る。
The first-
これによって、偏差演算器22は、水素ガス3の現在の温度と、一定時間前(例えば、5分前)の温度との両方を取得し、これら温度から、温度上昇率が急変しているか否かを判定する。
Thereby, the
例えば、水素ガス3の温度が、5分間で5℃以上上昇すると水素ガス3の温度が急変すると知られている場合、偏差演算器22は、水素ガス3の温度が、例えば5分間で3℃以上上昇すると、温度上昇急変点に接近していると判定するように予めプログラムされる。これによって、偏差演算器22は、水素ガス3の温度が、例えば5分間で3℃以上上昇した場合には、ハイコンパレータ23から、バンプレス・トランスファ17に“ON”信号を出力させる。
For example, when the temperature of the
これにより、バンプレス・トランスファ17は、第1の実施形態で説明したように動作し、調節弁8の弁開度の下限値を決定する下限弁開度が、下限弁開度設定器19によって設定されている値(例えば、0%)から、下限弁開度設定器18によって設定されている値(例えば、5%)へと高められる。
Thereby, the
このように構成された第3の実施形態に係る冷却ガス温度制御装置300による制御特性の例を図7に示す。温度上昇急変点に達する前に制御開始t2することができるので、オーバシュートを緩和することができる。なお、一定遅れ器21によって遅延される時間や、温度上昇率は、前述した値に限定されるものではなく、運転状態に応じて、最適な制御特性が得られるように適宜変えて設定するようにして良い。例えば、タービン昇速率によって温度上昇率が異なる場合には、最適な制御特性が得られるように、下限弁開度設定器18の弁開度を変更しても良い。
An example of control characteristics by the cooling gas
また、図7のdに示すような温度低下が顕著である場合には、バンプレス・トランスファ17の代わりに、バンプレス・トランスファ17’を適用し、操作量MV(弁開度指令値)をゆっくりと加えるようにすれば、図7のdに示すような温度低下が緩和され、例えば図5に示す傾向のように、制御特性を改善することができる。
Further, when the temperature decrease as shown in FIG. 7d is remarkable, the
[第4の実施形態]
図8は、第4の実施形態に係る冷却ガス温度制御装置400の構成例を示す概念図である。
[Fourth Embodiment]
FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating a configuration example of the cooling gas
図8は、図1における決定モジュール20の代わりに決定モジュール40を備えた点が異なる。したがって、ここでは、第1の実施形態と異なる点のみを説明し、図1と同一部位については、同一符号を付すことにより、重複説明を避ける。
FIG. 8 differs in that a
すなわち、決定モジュール40は、発電機2内のプロセス値と、プロセス値に関して予め設定された設定値との差に応じて予め設定された関数にしたがって、弁開度の下限値を決定する。
That is, the
これを実現するために、決定モジュール40は、図1の決定モジュール20の温度測定器11、ハイコンパレータ15、論理演算器(OR)16、下限弁開度設定器18を排除し、代わりに、設定値設定器41、偏差演算器42、関数発生器43を備えている。これは、プロセス値を、水素ガス3の温度とする例における構成である。
In order to realize this, the
設定値設定器41には、この場合、安定状態t3における水素ガス3の温度(例えば、45℃)を設定しておく。
In this case, the temperature of the
偏差演算器42は、温度測定器9によって測定された、水素ガス3の温度を受け取る。そして、この温度を、設定値設定器41に設定された温度から減算し、結果を、関数発生器43に出力する。
The
関数発生器43には、例えば、図9のような関数が記憶されており、偏差演算器42からの結果に応じて、弁開度指令値をバンプレス・トランスファ17に出力する。図9のような関数は、実績に基づいて予め生成された一例であって、この関数に限定されるものではない。
For example, a function as shown in FIG. 9 is stored in the
回転数測定器10は、タービンの回転数を測定し、ハイコンパレータ14は、回転数測定器10によって測定された回転数が、所定回転数以上になった場合に“ON”の信号を、バンプレス・トランスファ17に出力する。
The rotational
バンプレス・トランスファ17は、ハイコンパレータ14から“ON”信号を受け取ると、調節弁8の弁開度の下限値を、下限弁開度設定器19によって設定されていた値(例えば、0%)から、関数発生器43によって出力された弁開度指令値に切り替える。また、レートも0.1%/秒とする。
When the
本実施形態に係る冷却ガス温度制御装置400によれば、このような構成によって、水素ガス3の温度の設定値と、現在値との差に基づくフィードフォワード制御を行うことにより、調節弁8を先行して開または閉動作させることができる。
According to the cooling gas
一般に、フィードバック制御では、例えば、冷却水温度の急上昇、または発電機2の過負荷による内部温度の急上昇のように、制御を乱す外乱要因が発生した場合、偏差が出た後でなければPID演算できず、外乱に対する制御が困難である場合がある。
In general, in the feedback control, when a disturbance factor that disturbs the control occurs, for example, when the cooling water temperature suddenly rises or the internal temperature suddenly rises due to an overload of the
それに比べて、フィードフォワード制御では、前述したような外乱要因が発生した場合、温度の乱れ等の影響が発生する前に、前もってその影響をなくすように修正動作を行うことができるので、外乱に対する制御性が、フィードバック制御のみの場合よりも優れているという利点を有する。 On the other hand, in the feedforward control, when the disturbance factors described above occur, the correction operation can be performed in advance to eliminate the influence before the influence of the disturbance of temperature, etc. There is an advantage that the controllability is superior to the case of only feedback control.
本実施形態に係る冷却ガス温度制御装置400は、決定モジュール40によってなされる、先行的に操作量を加えるフィードフォワード制御と、PID演算器12によってなされるフィードバック制御とを組み合わせて実施することができる。
The cooling gas
これによって、その制御特性の例を図10に示すように、水素ガス3の温度オーバシュートを防止し、かつ過渡状態において制御を乱す外的要因が発生した場合でも、安定した制御状態を実現することが可能となる。
As a result, as shown in FIG. 10, an example of the control characteristics prevents the temperature overshoot of the
[第5の実施形態]
図11は、第5の実施形態に係る冷却ガス温度制御装置の部分構成500の一例を示す概念図である。
[Fifth Embodiment]
FIG. 11 is a conceptual diagram showing an example of a
この部分構成500は、図1、図4、図6、図8の一部として適用されるものであり、単一の温度測定器9の代わりに、複数の温度測定器9(図11の例では、9(#1)〜(#4)の4つ)を備え、その直後に、最大値検出器51を備えたものである。そして、最大値検出器51によって検出された最大温度が、図1、図4、図6、図8に示されているPID演算器12および決定モジュール20,30,40へ送られるようになっている。
This
PID演算器12、加算器13、および決定モジュール20,30,40の構成は、図1、図4、図6、図8と同じであるので、ここでは、複数の温度測定器9と、最大値検出器51とについて説明し、図示されていない他の部位については、図示および重複説明を避ける。
Since the configurations of the
すなわち、本実施形態では、複数の温度測定器9を備える。図11に示す例では、水素ガス冷却器4,5,6,7の出口にそれぞれ、すなわち、合計して4つの温度測定器9(#1),9(#2),9(#3),9(#4)を設置している。
That is, in this embodiment, a plurality of
このように複数の温度測定器9を設ける理由は以下の通りである。
The reason for providing a plurality of
すなわち、例えば、1点の代表点にのみ設置された1つの温度測定器9によって測定された温度に基づく制御では、バックアップがないため、この温度測定器9が故障した場合、制御の継続が困難となる。
That is, for example, since there is no backup in the control based on the temperature measured by one
また水素ガス3の温度は、各水素ガス冷却器4,5,6,7の出口において若干異なる。よって、代表点温度(例えば、水素ガス冷却器4の出口における温度)のみでの制御を行っていても、その他の水素ガス冷却器5,6,7の出口の何れかにおける温度が設定値を越えている場合、警報点までの許容値が十分であるか否かの判断が困難になる場合がありうる。
The temperature of the
そこで、本実施形態では、各水素ガス冷却器4,5,6,7の出口に、温度測定器9(#1),9(#2),9(#3),9(#4)をそれぞれ設置する。そして、最大値検出器51が、これら4つの温度測定器9(#1),9(#2),9(#3),9(#4)によって測定された温度のうちの最高温度を選択し、選択された最高温度を、PID演算器12および決定モジュール20,30,40へと提供する。
Therefore, in the present embodiment, temperature measuring devices 9 (# 1), 9 (# 2), 9 (# 3), and 9 (# 4) are provided at the outlets of the
これによって、PID演算器12および決定モジュール20,30,40は、これら複数の温度測定器9(#1),9(#2),9(#3),9(#4)によって測定された温度のうちの最高温度を、水素ガス3の温度の現在値として使用する。
As a result, the
このように、複数の温度測定器9(#1),9(#2),9(#3),9(#4)によって測定された温度のうちの最高温度を水素ガス3の温度の現在値として使用することで、各水素ガス冷却器4,5,6,7の出口における水素ガス3の温度が設定値以下で制御されるようになり、警報点までの許容値を確保することが可能となる。
As described above, the maximum temperature among the temperatures measured by the plurality of temperature measuring devices 9 (# 1), 9 (# 2), 9 (# 3), and 9 (# 4) is the current temperature of the
また、故障やトラブル等により温度測定器9(#1),9(#2),9(#3),9(#4)のうちの何れか1台が使用不可となった場合であっても、制御を継続することが可能となる。 In addition, when any one of the temperature measuring devices 9 (# 1), 9 (# 2), 9 (# 3), 9 (# 4) becomes unusable due to a failure or trouble, etc. However, the control can be continued.
一般に、発電機2の起動t1から、安定状態t3に到達するまで、各水素ガス冷却器4,5,6,7の出口における水素ガス3の温度が最も高い箇所は、運転状態によって異なり、例えばタービン回転数上昇時は、水素ガス冷却器4の出口における水素ガス3の温度が最も高く、負荷上昇時は、水素ガス冷却器7の出口における水素ガス3の温度が最も高くなるという状態が有り得る。
Generally, the location where the temperature of the
よって、本実施形態のように、各水素ガス冷却器4,5,6,7の出口における水素ガス3の温度を考慮する制御によって、より信頼性かつ安全性の高い制御を行うことが可能となる。
[第6の実施形態]
図12は、第6の実施形態に係る冷却ガス温度制御装置の部分構成600の一例を示す概念図である。
Therefore, it is possible to perform more reliable and safe control by controlling the temperature of the
[Sixth Embodiment]
FIG. 12 is a conceptual diagram showing an example of a
この部分構成600は、図11に示す部分構成500の変形例であり、図11に示されるような、複数の温度測定器9(図12の例では、9(#1)〜(#4)の4つ)と、最大値検出器51とに加えて、故障判定器53をも備えた構成をしている。
This
したがって、ここでは、第5の実施形態と異なる点のみ説明し、図示されていない他の部位については、図示および重複説明を避ける。 Therefore, only the points different from the fifth embodiment will be described here, and illustration and duplication description will be avoided for other parts not shown.
すなわち、本実施形態では、複数の温度測定器9を備えている。図12に示す例では、図11に示す例と同様に、水素ガス冷却器4,5,6,7の出口にそれぞれ、すなわち、合計して4つの温度測定器9(#1),9(#2),9(#3),9(#4)を設置している。
That is, in this embodiment, a plurality of
このように複数の温度測定器9を設ける理由は、第5の実施形態で説明した通りである。
The reason for providing the plurality of
これら各温度測定器9(#1),9(#2),9(#3),9(#4)は、水素ガス3の温度を測定し、測定温度を示す信号を、最大値検出器51および故障判定器53に出力する。
Each of these temperature measuring devices 9 (# 1), 9 (# 2), 9 (# 3), 9 (# 4) measures the temperature of the
故障判定器53は、温度測定器9(#1),9(#2),9(#3),9(#4)からの信号に基づいて、温度測定器9(#1),9(#2),9(#3),9(#4)のうちの何れかに故障が発生したか否かを判定する。
The
具体的には、予め設定された警報温度を超える温度を示す温度測定器9を、故障していると判定する。例えば、水素ガス3の温度の設定値が45℃である場合、警報温度を47℃と設定する。なお、これらは一例であり、設定値および警報温度は、発電機2内の絶縁抵抗が低下せずに安全に運転できる温度、または「同期機」の規格より適切に求めるようにして良い。
Specifically, it is determined that the
故障判定器53は、警報温度を超える温度を示す信号が、温度測定器9(#1),9(#2),9(#3),9(#4)のうちの何れかから送られた場合には、この信号の出力元の温度測定器9に故障が発生したと判定し、故障が発生したと判定された温度測定器9の報知とともに警報を発する。さらには、故障が発生したと判定された温度測定器9を、最大値検出器51に通知する。
The
最大値検出器51は、温度測定器9(#1),9(#2),9(#3),9(#4)によって測定された温度のうちの最高温度を選択し、選択された最高温度を、PID演算器12および決定モジュール20,30,40へと提供する。なお、故障判定器53から、故障が発生したと判定された温度測定器9の通知があった場合には、通知された温度測定器9によって測定された温度を除外して、最高温度を選択する。
The
これによって、PID演算器12および決定モジュール20,30,40は、これら複数の温度測定器9(#1),9(#2),9(#3),9(#4)によって測定された温度のうち、故障した温度測定器9によって測定された温度を除いた最高温度を、水素ガス3の温度の現在値として使用する。
As a result, the
このような構成により、本実施形態によれば、第5の実施形態と比べて以下のような利点を奏することができる。 With this configuration, according to the present embodiment, the following advantages can be achieved compared to the fifth embodiment.
例えば、本実施形態や第5の実施形態のように、複数(ここでは、4台とする)の温度測定器9による制御を行っている場合、4台の温度測定器9(#1),9(#2),9(#3),9(#4)のうちの例えば温度測定器9(#1)が、計器故障とならない範囲で指示不良が生じ、例えば50℃や60℃を示す場合を仮定する。
For example, when the control is performed by a plurality of (here, four)
この場合、他の3台の温度測定器9(#2),9(#3),9(#4)が、設定値である45℃を示しており、実際に、発電機2が安定状態である場合であっても、第5の実施形態では、最高温度を用いて制御することになるので、調節弁8は、開方向に動作し、水素ガス3の温度を下げるような制御がなされてしまう。これによって、水素ガス3の温度は、設定値である45度から逸脱するために、設定値に保つことが困難となる。
In this case, the other three temperature measuring devices 9 (# 2), 9 (# 3), 9 (# 4) indicate the set value of 45 ° C., and the
実際、水素ガス3の温度が、50℃あるいは60℃のように極端に高い値になる原因としては、冷却水系統におけるチューブリーク、異物混入による閉塞、温度測定器の不良等による可能性が高く、制御異常に依る可能性は低い。
Actually, the reason why the temperature of the
したがって、本実施形態のように、PID演算器12および決定モジュール20,30,40が、複数の温度測定器9(#1),9(#2),9(#3),9(#4)によって測定された温度のうち、故障した温度測定器9(#1)によって測定された温度を除いた最高温度を、水素ガス3の温度の現在値として使用することにより、冷却水系統におけるチューブリーク、異物混入による閉塞、温度測定器の不良が生じた場合であっても、制御を継続することが可能となる。
Therefore, as in this embodiment, the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1 冷却水、2 発電機、3 水素ガス、4,5,6,7 水素ガス冷却器、8 調節弁、9 温度測定器、10 回転数測定器、11 温度測定器、12 PID演算器、13 加算器、14,15,23 ハイコンパレータ、16 論理演算器(OR)、17,17’ バンプレス・トランスファ、18,19 下限弁開度設定器、20,30,40 決定モジュール、21 一次遅れ器器、22,42 偏差演算器、41 設定値設定器、43 関数発生器、51 最大値検出器、53 故障判定器、100,200,300,400 冷却ガス温度制御装置、500,600 部分構成
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記冷却ガスを冷却する冷却水の流量を調節するための調節弁の弁開度の下限値を、前記発電機内のプロセス条件に応じて決定する決定手段と、
前記冷却ガスの温度の現在値と、前記冷却ガスの温度に関して予め設定された設定値との差に基づくPID演算を行い、前記弁開度の調節量を決定するPID演算手段と、
前記決定手段によって決定された弁開度の下限値に、前記PID演算手段によって決定された調節量を加算し、加算結果を操作量として前記調節弁に適用することによって、前記弁開度を制御する弁開度制御手段と、
を備える冷却ガス温度制御装置。 A device for controlling the temperature of the cooling gas for cooling the generator from the start-up of the generator until it reaches a stable state,
A determining means for determining a lower limit value of a valve opening of a control valve for adjusting a flow rate of cooling water for cooling the cooling gas according to a process condition in the generator;
PID calculation means for performing a PID calculation based on a difference between a current value of the temperature of the cooling gas and a preset value related to the temperature of the cooling gas, and determining an adjustment amount of the valve opening;
The valve opening degree is controlled by adding the adjustment amount determined by the PID calculating means to the lower limit value of the valve opening degree determined by the determining means, and applying the addition result to the adjustment valve as an operation amount. Valve opening degree control means,
A cooling gas temperature control device comprising:
前記冷却ガスの温度上昇率が、予め定めた温度上昇率よりも高い場合、前記冷却ガスを冷却する冷却水の流量を調節するための調節弁の弁開度の下限値を、現在の値よりも高くなるように決定する決定手段と、
前記冷却ガスの温度の現在値と、前記冷却ガスの温度に関して予め設定された設定値との差に基づくPID演算を行い、前記弁開度の調節量を決定するPID演算手段と、
前記決定手段によって決定された弁開度の下限値に、前記PID演算手段によって決定された調節量を加算し、加算結果を操作量として前記調節弁に適用することによって、前記弁開度を制御する弁開度制御手段と、
を備える冷却ガス温度制御装置。 A device for controlling the temperature of the cooling gas for cooling the generator from the start-up of the generator until it reaches a stable state,
When the temperature increase rate of the cooling gas is higher than a predetermined temperature increase rate, the lower limit value of the valve opening of the control valve for adjusting the flow rate of the cooling water for cooling the cooling gas is set from the current value. And a determination means for determining so as to be higher,
PID calculation means for performing a PID calculation based on a difference between a current value of the temperature of the cooling gas and a preset value related to the temperature of the cooling gas, and determining an adjustment amount of the valve opening;
The valve opening degree is controlled by adding the adjustment amount determined by the PID calculating means to the lower limit value of the valve opening degree determined by the determining means, and applying the addition result to the adjustment valve as an operation amount. Valve opening degree control means,
A cooling gas temperature control device comprising:
前記弁開度制御手段は、前記操作量を、前記レートにしたがって、前記調節弁に適用するようにした、請求項3または4に記載の冷却ガス温度制御装置。 When the lower limit value of the valve opening is determined to be higher than the current value, the determining means determines the lower limit value of the valve opening from the current value to the increased valve opening. To notify the valve opening control means of the rate for changing to
The cooling gas temperature control device according to claim 3 or 4, wherein the valve opening degree control means applies the manipulated variable to the control valve according to the rate.
前記PID演算手段および決定手段は、前記複数の温度測定手段から提供される測定結果のうち、最も高い温度を示す測定結果を、前記冷却ガスの温度の現在値として使用する、請求項1乃至6のうち何れか1項に記載の冷却ガス温度制御装置。 A plurality of temperature measuring means for measuring the temperature of the cooling gas and providing the measurement result to the PID calculating means;
The said PID calculating means and a determination means use the measurement result which shows the highest temperature among the measurement results provided from these several temperature measurement means as a present value of the temperature of the said cooling gas. The cooling gas temperature control apparatus of any one of these.
前記PID演算手段および決定手段は、前記故障検出手段によって検出された故障した温度測定手段からの測定結果を、前記冷却ガスの温度の現在値として使用しないようにした、請求項7に記載の冷却ガス温度制御装置。 When any one of the plurality of temperature measuring means fails, it further comprises a failure detecting means for detecting the failed temperature measuring means and issuing an alarm for notifying the failure,
The cooling according to claim 7, wherein the PID calculating means and the determining means do not use the measurement result from the failed temperature measuring means detected by the failure detecting means as the current value of the temperature of the cooling gas. Gas temperature control device.
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