JP2642999B2 - コンバインドサイクルプラントの負荷制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、コンバインドサイクルプラント、即ちガス
タービンに直結したガスタービン発電機により発電する
ガスタービン発電装置とガスタービンの排気ガスを排ガ
スボイラに導き排ガスボイラで発生した蒸気を蒸気ター
ビンに導き蒸気タービン発電機により発電する発電装置
（以下ボトミングサイクルと呼ぶ）とを組み合せたコン
バインドサイクル発電プラントのための負荷制御装置に
関する。

従来の技術 第３図は、１台以上のガスタービンとガスタービンと
同台数の排ガスボイラに対して１台の蒸気タービンとを
用いたコンバインドサイクルプラントの出力を総合的に
制御するプラント負荷制御装置の一例を示す。

中央給電指令所よりの伝送路により伝送されてくるプ
ラントの目標負荷指令１は負荷変化率設定器２により負
荷変化率を許容値以内に抑制されたあと、中央給電指令
所より前述の伝送路と異なる伝送路により伝送される周
波数制御信号（以下AFC信号と呼ぶ）３と加算器４で加
算されて発電量指令５となる。なお、別の実施例として
中央給電指令所から目標負荷指令信号とAFC信号とが加
算されて発電量指令として伝送されてくる場合もある。
発電量指令５は負荷上下限制限器６によりガスタービン
の運転台数及び大気温度により定まる負荷上下限の許容
値内に制限される。上下限制限器６の出力は比較器８で
蒸気タービン発電機の発電量７を差し引かれ、ガスター
ビン負荷要求指令９となる。ガスタービン負荷要求指令
９は運転中のガスタービンの台数及び運転状態に基づい
て、ガスタービン負荷配分制限器10において各ガスター
ビン毎の出力指令11となる。各ガスタービン毎の出力指
令11は変化率制限器12と出力上下限制限器13とにより各
ガスタービン毎に出力変化率及び出力の上下限が制限さ
れ、ガスタービン制御装置の入力信号14となる。この入
力信号14でガスタービンへ供給する燃料の流量を増減さ
せることによりガスタービン発電機の出力を調節する。

一方、蒸気タービンはボトミングサイクルの効率を最
大にするという観点から蒸気加減弁開度を全開とし、排
ガスボイラで発生する蒸気を全量飲み込む運転方式が採
用されている。実際には、蒸気加減弁制御信号に全開信
号を与えて全開に保持することも可能であるが、全開に
固定したままとすると、ガスタービンが緊急停止した場
合に排ガスボイラへの入熱が急減し、排ガスボイラから
の発生蒸気の温度が低下して悪質の蒸気が蒸気タービン
に流入し、タービンを損傷する可能性があるため、主蒸
気圧力が規定値より低下した場合には、蒸気加減弁開度
を絞り、主蒸気圧力の低下を抑制することとしている。
即ち、第４図に示すように、発電量指令５に従って主蒸
気圧力設定器15により主蒸気圧力設定値16が算出され
る。この主蒸気圧力設定値16は比較器17において実際の
主蒸気圧力18とつきあわされ、この偏差に基づいてコン
トローラ19が修正動作を行ない、コントローラ19の出力
が主蒸気圧力制御信号20となる。

本制御系統において主蒸気圧力設定器15の出力である
主蒸気圧力設定値16はボトミングサイクルの静的特性よ
り定まる圧力より、一定幅低い値となるように設定され
ているため、通常運転時は実際の主蒸気圧力18が主蒸気
圧力設定値16より大となり、コントローラ19の修正動作
の結果、主蒸気圧力制御信号20は蒸気加減弁全開相当と
なる。

一方、電力系統の周波数が過度に上昇した時、蒸気の
流入量を抑制するためのバックアップ制御信号として、
蒸気タービン回転数21と定格回転数22とを比較器23で比
較した偏差に比例した信号24に負荷バイアス25を加算器
26にて加算した蒸気タービン回転数制御信号27を使用し
ている。主蒸気圧力制御信号20及び蒸気タービン回転数
制御信号27は、低値選択器28により選択され、蒸気加減
弁制御信号29としているが、通常運転中は低値選択器28
で主蒸気圧力制御信号20が選択されるようにしている。

蒸気タービンに対する中央給電指令所からのAFC信号
はプラント負荷制御装置を経由して負荷バイアス25の中
に含まれて伝送されてくるが、前述のように通常運転中
は、蒸気加減弁30は主蒸気圧力制御下にあるため、AFC
信号に対しては追従しない。

ガスタービンの出力がAFC信号に追従して変動すると
ガスタービンの排ガス温度も変動し、その変動に応じて
排ガスボイラからの発生蒸気量が変動し、その結果とし
て蒸気タービン発電機出力も変化するが、排ガスボイラ
の熱容量が大きいため、応答の時間遅れが大きく、AFC
信号に対する迅速な応答ができない。

発明が解決しようとする課題 前述のように従来使用されていた蒸気タービンの加減
弁制御方式ではAFC信号のような急激な負荷変化指令に
は蒸気タービン出力が追従せず、結果としてガスタービ
ンのみがAFC信号に対応せざるを得なかった。そのた
め、ガスタービンの負荷変動幅が大きくなり、燃料の大
幅な調整を行わなければならないため、ガスタービンの
ガスタービン入口ガス温度の変動も大きく、ガスタービ
ンに発生する熱応力も大きくなる上、必ずしもプラント
としてAFC信号に対する良好な追従性は期待できなかっ
た。

本発明は上記の点を鑑みてなされたもので、信号によ
り蒸気タービンの蒸気加減弁を先行的に動かすことによ
り排ガスボイラの熱容量が大きいことに起因する蓄熱効
果を有効に利用すると共に、ガスタービン制御装置への
入力信号の変動幅を小さくし、ガスタービンのガスター
ビン入口ガス温度の変化を抑制し、AFC信号に対し応答
の優れたコンバインドサイクルプラント負荷制御装置を
提供することを目的とする 課題を解決するための手段 本発明によれば、ガスタービン制御装置への入力信号
を、中央給電指令所より伝送されてくる電力系統の周波
数制御信号に追従させる手段を備えたコンバインドプラ
ントの負荷制御装置において、蒸気タービン制御装置へ
の入力信号に対し前記周波数制御信号に対応した先行信
号を印加する回路手段を有し、プラント全体としてのAF
C信号に対する追従性を改善するようにしている。

作用 上記の回路手段によれば、まず、第３図に示したよう
に目標負荷指令１とAFC信号３とが加算されて発電量指
令５となる構成を有するプラント負荷制御装置を使用し
ている場合は、直接AFC信号３を使用し、中央給電指令
所より直接発電量指令５が伝送されてくる場合は、発電
量指令５に微分演算を施すことによって等価的なAFC信
号を算出する。主蒸気圧力18と主蒸気圧力設定値16との
偏差が一定幅以内である場合は、このAFC信号を蒸気タ
ービン蒸気加減弁30に印加し蒸気タービン出力をAFC信
号に追従させるようにする。

又、別の実施例によれば、蒸気タービン回転数制御信
号27が規定値以内にある場合に、前述のAFC信号又は等
価的なAFC信号を蒸気タービン回転数制御信号に重畳さ
せて蒸気タービンをAFC信号に追従させる。

後者の実施例では、蒸気タービン制御装置が有する調
速機能とAFC信号に対する追従機能との両方に効果あら
わし、AFC信号より短い周期の電力系統の周波数変動に
対しても蒸気タービンを追従させることを特徴としてい
る。

これに対し前者の実施例では、中央給電指令所よりも
AFC信号に対して蒸気タービンを追従させるが周期の短
い電力系統の周波数変動に対しては蒸気タービンを追従
させないこととしている。

実施例 以下、第１図及び第２図を参照して本発明の好適な実
施例を詳述する。なお、第１図及び第２図において、第
３図及び第４図に示したものと同一の部分には同一の符
号を付して、その詳細な説明は省略する。

第１図は本発明によるプラント負荷制御装置の第１の
実施例を示している。蒸気タービンのガバナを先行的に
動かす制御回路手段の構成は下記の通りである。

発電量指令５から基準の蒸気加減弁開度指令を演算す
る関数発生器31、発電量指令５を微分演算して等価的な
AFC信号を発生する微分器33、この微分器33の出力に対
応して蒸気加減弁制御信号を発生する関数発生器34、こ
の関数発生器34の出力信号である蒸気加減弁制御信号の
変化速度を制限する変化率制限器35、関数発生器31及び
変化率制限器35の各々の出力を加算する加算器36、そし
て圧力制御回路と周波数制御回路との切替器37である。

中央給電指令所よりAFC信号がプラントの目標負荷指
令と別の伝送路により伝送されてくる場合は、微分器33
を削除し、AFC指令信号を直接関数発生器34に入力する
ことも可能である。本回路手段の作用は以下の通りであ
る。

関数発生器31は定格の発電量指令５に対し、蒸気ター
ビン蒸気加減弁30が全開でなく、多少絞り込んだ状態と
なるように設定する。

このような蒸気加減弁30を絞り込むと、絞り圧損が生
じ、ボトミングサイクルの効率が若干低下することとな
るが、逆に排ガスボイラの蓄圧効果が増大し、蒸気加減
弁30が急開した場合の一時的な蒸気タービンに流入する
蒸気流量の増大が可能となり、AFC信号に対する追従性
が改善されることとなる。従って、関数発生器31の設定
はボトミングサイクルの効率低下と蓄圧効果の増大との
バランスを考慮して設定すべきである。

発電量指令５を微分演算器33で微分演算することによ
り等価的なAFC信号を算出することができる。この等価
的なAFC信号から関数発生器34により、AFC信号に対応し
た蒸気加減弁の開度指令相当信号を算出し、さらに変化
率制限器35で加減弁が追従可能な変化率以内に抑制す
る。

関数発生器31の出力と変化率制限器35の出力とを加算
器36で加算した信号を主蒸気圧力制御信号20とすること
により、AFC信号に応じて蒸気タービンの出力を調整す
ることが可能となる。

加算器36の出力を直接低値選択器28に入力すると、主
蒸気圧力は無制御状態となるため、主蒸気圧力と主蒸気
圧力設定との偏差が許容値を越えた場合は引きもどし操
作を行う回路を付加する。即ち、比較器17の出力である
主蒸気圧力偏差が許容値を越えた場合には、切替器37を
主蒸気圧力コントローラ19側に切り戻し、圧力偏差が許
容値以上に拡大することを防止する。

第２の実施例を第２図に示す。第１図と同一符号のも
のは同一の機能を有する。この例では蒸気タービン回転
数制御信号にAFC信号を印加し、第１の実施例と同様、
中央給電指令所から伝送されてくるAFC信号に蒸気ター
ビン出力も追従させると共に、蒸気タービンの回転数変
化として検出される、より周期の短い電力系統の周波数
変動に対する調整（いわゆるガバナフリー運転）も可能
としている。この例では主蒸気圧力偏差が許容値を越え
ない場合には優先的に蒸気タービン回転数制御信号27側
が蒸気加減弁制御信号29として選択されるように主蒸気
圧力偏差に不感帯38を設け、許容値内の偏差に対してコ
ントローラ19が修正動作しないようにしている。

発明の効果 本発明によれば、ガスタービンだけでなく、従来、全
開状態を維持してAFC信号に対しては追従動作を行わせ
ることのなかった蒸気タービン加減弁に対してもAFC信
号に追従させる回路手段を有することにより、プラント
全体のAFC信号に対する追従性を改善すると共に、プラ
ント全体で同等のAFC追従性を実現するとき、蒸気ター
ビンで追従させる分、相対的にガスタービンに要求され
る変動幅が小さくなり、ガスタービンのガスタービン入
口ガス温度の変動幅、さらにはガスタービンに生ずる熱
応力の変動幅が小さくなり、ガスタービンの寿命が延長
されるといった効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるコンバインドサイクルプラントの
負荷制御装置の第１の実施例を示すブロック図、第２図
は本発明装置の第２の実施例を示すブロック図、第３図
はコンバインドサイクルプラントの負荷制御装置の一例
を示す図、第４図は従来の蒸気タービン制御装置を示す
ブロック図である。 １……プラントの目標負荷指令、２……負荷変化率設定
器、３……周波数制御信号（AFC信号）、４……加算
器、５……発電量指令、６……上下限制限器、７……蒸
気タービン発電機発電量、８……比較器、９……ガスタ
ービン負荷要求指令、10……ガスタービン負荷配分制限
器、11……各ガスタービン毎の出力指令、12……変化率
制限器、13……出力上下限制限器、14……ガスタービン
制御装置への入力信号、15……主蒸気圧力設定器、16…
…主蒸気圧力設定値、17……比較器、18……主蒸気圧
力、19……コントローラ、20……主蒸気圧力制御信号、
21……蒸気タービン回転数、22……定格回転数、23……
比較器、24……偏差に比例した信号、25……負荷バイア
ス、26……加算器、27……蒸気タービン回転数制御信
号、28……低値選択器、29……蒸気加減弁制御信号、30
……蒸気加減弁、31……関数発生器、33……微分器、34
……関数発生器、35……変化率制限器、36……加算器、
37……切替器、38……不感帯。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガスタービン発電装置と蒸気タービン発電
   装置とを組み合わせたコンバインドサイクル発電プラン
   トにあって、ガスタービン制御装置への入力信号を、中
   央給電指令所より伝送されてくる電力系統の周波数制御
   信号に追従させる手段を備えたコンバインドプラントの
   負荷制御装置において、蒸気タービン制御装置への入力
   信号に対し前記周波数制御信号に対応した先行信号を印
   加する回路手段を有することを特徴とするコンバインド
   サイクルプラントの負荷制御装置。