JP2938183B2

JP2938183B2 - タービン制御装置

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Publication number: JP2938183B2
Application number: JP2330396A
Authority: JP
Inventors: 立夫 ▲高▼橋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1999-08-23
Anticipated expiration: 2014-08-23
Also published as: JPH04203401A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明はタービン・発電機出力の安定化に寄与できる
タービン制御装置に関する。

（従来の技術）火力発電所のタービン・発電機における発電設備とし
ては、概略第５図に示すような構成となっている。第５
図において、タービン17はボイラ15で発生した蒸気が蒸
気加減弁16を通して流入することにより駆動され、この
タービン17に流入した蒸気は復水器18へ排気される。タ
ービン17には発電機19が直結され、タービン17により発
電機が回転することにより発電出力を得ている。この発
電機19はしゃ断器20を介して電力系統21に接続されて同
期運転を行なうようにしている。

ところで、このようなタービン・発電機において、発
電機19の出力を制御するにはボイラ15からタービン17に
流入する蒸気量を蒸気加減弁16の開度を調整することに
より行なわれている。

第６図はかかる従来のタービン制御装置の構成例を示
す回路図である。第６図に示すように、速度検出器２に
より検出されたタービンの実速度信号S₂と基準速度設定
器１に設定されたタービンの基準速度、すなわち定格設
定速度S₁とを加算器３に入力して両信号の偏差を求め、
これを速度偏差信号S₃として係数器10に与えている。こ
の係数器10は速度制御ゲインを設定するもので、一般的
に速度調定率と呼ばれており、電力系統によって異なる
が通常４〜５％の調定率に設定される。ここで、例えば
５％の調定率とは５％の速度変化（偏差）でタービン出
力を100％変化させるゲインであることを意味する。

また、この係数器10より出力される速度制御信号P₄と
弁開度設定器８より出力される弁開度設定信号P₁とを加
算器９に入力し、その加算信号を弁開度指令信号P₃とし
て蒸気加減弁16の操作器に与えるものである。この場
合、弁開度設定器８は蒸気加減弁16の弁開度を設定する
ものであり、運転員はこの設定器８を設定することで、
必要なタービン出力を得るようにしている。

このような構成のタービン制御装置において、電力系
統内の発電電力値と需要電力（負荷電力）にアンバラン
スが生じると、電力系統周波数が変化するため、電力系
統と同期運転しているタービンの速度も変化する。ター
ビン速度が変化すると、係数器10に入力される速度変化
信号S₃が変化するので、この係数器10で係数倍された信
号P₄と弁開度設定器８の設定値とを加算して得られる弁
開度指令信号P₃も変化する。したがって、この弁開度指
令信号P₃が蒸気加減弁16の操作器に入力されることによ
り、タービン速度が一定になるように蒸気加減弁16の弁
開度が制御されることになる。

ここで、タービン速度S₂と弁開度指令信号P₃との関係
を示すと第７図に示すようになる。すなわち、第７図に
示す特性は係数器10で設定している速度調定率を５％と
し、ａのグラフは弁開度設定値P₁を100％としたとき、
ｂのグラフはP₁を50％一定としたときのものである。い
ずれのグラフにおいてもタービン速度S₂が増加すると、
弁開度指令P₃が減少し、またS2が減少するとP₃が増加す
る特性を示している。そして、基準速度S₁に対するP₃の
変化の割合はいずれのグラフも一定であることが分か
る。

（発明が解決しようとする課題）このように電力系統の周波数、つまりタービン速度が
変化したときは、前述したようにこの変化を修正するよ
うに制御することは電力系統上必要不可欠なことであ
る。

しかし、火力発電所のように蒸気タービン発電系統に
おいては、変動周期が速く、且つ変動幅が比較的大きく
なることのあるタービン制御系に対して、蒸気を発生す
るボイラ側が追従できなくなる発電出力帯がある。これ
は例えばタービン出力、すなわちボイラ発生蒸気量が少
ない場合にはボイラへ送給する給水流量制御が不安定に
なったり、またボイラの燃料制御が不安定になるまで、
タービン速度制御を除外して弁開度設定値を一定にし、
蒸気加減弁16を一定開度に維持した運用を行なわざるを
得なくなり、電力系統の周波数制御に寄与できないとい
う不都合を生じる問題がある。

本発明は電力系統の周波数制御の運用幅を広げて電力
系統の安定負荷運転に寄与させ、且つタービン・発電機
の負荷がしゃ断されても規定値以上にタービンが加速す
ることのないタービン制御装置を提供することを目的と
する。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は上記の目的を達成するため、次のようなター
ビン制御装置を構成するものである。

（１）電力系統と同期して運転されるタービン・発電機
の発電電力の基準値を設定するタービン蒸気弁開度設定
信号と、タービン速度および速度基準の速度偏差信号と
を加算した信号によりタービン蒸気加減弁の開度を調整
して前記タービン・発電機の出力を制御するタービン制
御装置において、前記速度偏差信号が入力されこの速度
偏差信号の速度制御ゲインを設定する乗算器と、前記タ
ービン蒸気弁開度設定信号が入力されこのタービン蒸気
弁開度設定信号の大きさに応じてゲイン設定信号を発生
し前記乗算器に入力される前記速度偏差信号の速度制御
ゲインを可変する関数発生器とを備えたものである。

（２）電力系統と同期して運転されるタービン・発電機
の発電電力の基準値を設定するタービン蒸気弁開度設定
信号と、タービン速度および速度基準の速度偏差信号と
を加算した信号によりタービン蒸気加減弁の開度を調整
して前記タービン・発電機の出力を制御するタービン制
御装置において、前記速度偏差信号が入力されこの速度
偏差信号の速度制御ゲインを設定する乗算器と、前記タ
ービン蒸気弁開度設定信号が入力されこのタービン蒸気
弁開度設定信号の大きさに応じてゲイン設置信号を発生
する関数発生器と、一定のゲイン設定信号を出力する信
号発生器と、前記タービン・発電機が前記電力系統と同
期運転されているときは前記関数発生器より発生するゲ
イン設定信号を前記乗算器に入力し、前記タービン・発
電機が前記電力系統と同期運転されている状態から単独
運転状態になると切替動作して前記信号発生器の出力信
号を前記乗算器に入力する切替手段とを備えたものであ
る。

（３）電力系統と同期して運転されるタービン・発電機
の発電電力の基準値を設定するタービン蒸気弁開度設定
信号と、タービン速度および速度基準の速度偏差信号と
を加算した信号によりタービン蒸気加減弁の開度を調整
して前記タービン・発電機の出力を制御するタービン制
御装置において、前記速度偏差信号が入力されこの速度
偏差信号の速度制御ゲインを設定する係数器と、この係
数器より出力される速度制御信号の制御幅を制限する信
号制限器と、前記タービン蒸気弁開度設定信号が入力さ
れこのタービン蒸気弁開度設定信号の大きさに応じて発
生する前記速度制御信号の上下限の少なくとも一方の制
御幅を制限する制限値を前記信号制限器に入力する関数
発生器とを備えたものである。

（４）電力系統と同期して運転されるタービン・発電機
の発電電力の基準値を設定するタービン蒸気弁開度設定
信号と、タービン速度および速度基準の速度偏差信号と
を加算した信号によりタービン蒸気加減弁の開度を調整
して前記タービン・発電機の出力を制御するタービン制
御装置において、前記速度偏差信号が入力されこの速度
偏差信号の速度制御ゲインを設定する係数器と、この係
数器より出力される速度制御信号の制御幅を制限する信
号制限器と、前記タービン蒸気弁開度設定信号が入力さ
れこのタービン蒸気弁開度設定信号の大きさに応じて前
記速度制御信号の上下限の少なくとも一方の制御幅を制
限する制限値を発生する関数発生器と、前記速度制御信
号を一定の制限幅に制限する制限値が設定された信号発
生器と、前記タービン・発電機が前記電力系統と同期運
転されているときは前記関数発生器の出力信号の前記乗
算器に入力し、前記タービン・発電器が前記電力系統と
同期運転されている状態から単独運転状態になると切替
動作して信号発生器の出力信号を前記乗算器に入力する
切替手段とを備えたものである。

（作用）上記（１）又は（３）項のような構成のタービン制御
装置にあっては、弁開度設定値、つまりタービン・発電
機の出力設定値に応じてタービン速度制御信号の制御ゲ
イン又は制御幅を弁開度設定値を応じて可変することに
より、ボイラを安定に運転することが可能となり、ター
ビン速度制御による蒸気量の変動を抑えることができ、
もって周波数制御の運用幅を拡大することができ、電力
系統の安定負荷運転に寄与することができる。

また、上記（２）又は（４）項のような構成のタービ
ン制御装置にあっては、上述した作用に加え、タービン
・発電機が電力系統から切離されて負荷が変動した場合
にはタービン速度制御信号の速度制御ゲイン又は制御幅
がタービンの過速防止可能な一定値に切替えられるの
で、タービン速度が規定値以上に過速されるようなこと
もなくなる。

（実施例）以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明によるタービン制御装置の構成例を示
すブロック図で、第６図と同一部分には同一記号を付し
て示す。第１図に示すように、速度検出器２により検出
されたタービンの実速度信号S₂と基準速度設定器１に設
定されたタービンの基準速度、すなわち定格設定速度S₁
とを加算器３に入力して両信号の偏差を求め、これを速
度偏差信号S₃として乗算器４に与えている。この乗算器
４は信号発生器５または関数発生器６から出力されれ乗
数値k₁またはk₂が切替器７を介して入力され、速度偏差
信号S₃に乗算して速度制御信号P₂を出力するものであ
る。信号発生器５は一定の乗数値k₁を出力するもので、
この値はタービン・発電機の負荷がしゃ断されたときに
タービンが過速しすぎないようなタービン速度制御ゲイ
ンとなる値に設定されている。また、関数発生器６は弁
開度設定器８の弁開度設定値P₁が入力され、第２図に示
すように弁開度設定値P₁の大きさにより変化するもので
ある。すなわち、第２図に示すように弁開度設定値が低
い範囲では乗数値k₂を小さくし、弁開度設定値が高い範
囲では大きな乗数値k₂が出力される。さらに、切替器７
はタービン発電機の負荷がしゃ断されたことを検出する
と動作する図示しない検出装置からの切替指令により切
替動作するもので、タービン・発電機が電力系統と同期
運転しているときは乗数値k₂側に、単独運転又は負荷し
ゃ断したときには乗数値k₁側に切替わる。

次に上記のように構成されたタービン制御装置の作用
について述べる。

いま、タービン発電機が電力系統と同期運転している
状態で、弁開度設定値P₁が大きいとき、つまりタービン
・発電機出力が大きいときは、ボイラから発生する蒸気
量を多く消費するので、ボイラ側は安定な運転を行なう
ことができる。したがって、このとき関数発生器６から
出力される乗数値k₂を大きくして速度偏差信号S₃に対す
る乗算器４の出力値P₂を大きくすることにより、タービ
ン速度制御ゲインが大きくなるので、積極的なタービン
速度制御が行なわれる。

また、弁開度設定値P₁が小さしときは、ボイラから発
生する蒸気量が少なくなり、ボイラ側が不安定な運転領
域に入ってくるので、乗数値k₂を小さくしてタービンの
速度変化に対する蒸気量の変化量を小さくすることによ
り、ボイラ側が運転可能な範囲でタービン速度制御が行
なわれる。

一方、タービン・発電機の負荷がしゃ断されたときに
は切替器７が乗数値k₁側に切替わり、一定の乗数値k₁を
乗算器４に入力して速度偏差信号S₃との乗算を行なう。
この乗数値k₁は一般にk₂値より大きな値として負荷しゃ
断によるタービン過速による蒸気加減弁を閉め量が大き
くなるので、タービンが過速し過ぎないようなタービン
速度制御が行なわれる。

このように本実施例ではタービン・発電機の運転出力
帯、つまりボイラの使用蒸気量帯に応じてタービン速度
制御のゲインを可変にしているので、蒸気量の低いボイ
ラ制御の不安定域であってもタービン速度制御を続ける
ことが可能となる。これにより、電力系統への周波数制
御の寄与度は落ちるが、運用幅が拡大され、これらのタ
ービン・発電機が複数台集まれば従来以上の周波数制御
の貢献が可能となり、電力系統の安定化に寄与すること
ができる。

第３図は本発明の他の実施例を示すブロック構成図
で、第６図と同一部分には同一記号を付して示す。第３
図に示すように、速度検出器２により検出されたタービ
ンの実速度信号S₂と基準速度設定器１に設定されたター
ビンの基準速度、すなわち定格設定速度S₁とを加算器３
に入力して両信号の偏差を求め、これを速度偏差信号S₃
としてタービン速度制御ゲインが設定された係数器10に
与えている。この係数器10の出力信号P₄は、信号制限器
11に入力される。この信号制限器11は信号発生器12又は
関数発生器13より出力される制限値P₆又はP₇のいずれか
が切替器７を介して入力され、制限設定値P₈より大きな
信号を出力しないように機能して速度制御信号P₅を出力
するものである。この場合、信号発生器12は一定の制限
値P₆を出力するもので、この値は信号制限器11の入力信
号P₄を全く制限しないような値、例えば±100％のよう
な大きな値を出力するものである。また、関数発生器13
は弁開度設定器８より弁開度設定値P₁が入力され、この
信号に応じて第４図に示すような入出力特性を有する制
限値P₇を出力するものである。すなわち、第４図に示す
例では弁開度設定値P₁が高い範囲では大きな制限値と
し、低い範囲では小さな制限値としている。さらに、切
替器７は前記実施例と同様にタービン発電機の負荷がし
ゃ断されたことを検出すると動作する図示しない検出装
置からの切替指令により制限値P₇からP₆に切替え、信号
制限器11に製限値P₈として入力される。

このように構成されたタービン制御装置において、ボ
イラ側が安定運転可能なボイラの蒸気量の多い運転域、
すなわち弁開度設定値の高い範囲では関数発生器13より
出力される制限値P₇が大きくなり、切替器７を通して信
号制限器11に入力されるので、タービン速度はそのとき
の速度制御信号P₅により積極的に制御される。また、ボ
イラ側が不安定な運転領域となる弁開度設定値の低い範
囲では、関数発生器13より信号制限器11に入力される信
号制限値P₇が小さくなり、このとき信号制限器11より出
力される速度制御信号P₅により蒸気加減弁の変化幅が制
限されるので、タービンはボイラ側が運転可能な範囲で
速度制御される。

一方、タービン・発電機の負荷がしゃ断されたときは
切替器７により信号発生器12の出力側に切替えられ、一
定の制限値P₆が信号制限器11の制限値P₈として入力され
るので、この信号制限器11は係数器10の出力信号P₄に対
して制限幅を大きく逃がし何等制限が加えられない速度
制御信号P₄を出力する。これにより、タービンは過速防
止制御を優先した速度制御が行なわれる。

このように第３図に示す実施例では、タービン・発電
機の出力帯、つまりボイラの使用蒸気量帯に応じてター
ビン速度制御の制御幅を可変にしたので、蒸気量の低い
ボイラ制御の不安定域であってもタービン速度制御を続
けることが可能となる。これにより、電力系統への周波
数制御への寄与度は落ちるが、運用幅が拡大されるの
で、これらのタービン・発電機が複数台集まれば、従来
以上の周波数制御の貢献が可能となり、電力系統の安定
化に寄与することができる。

なお、本実施例での信号制限は運用に応じて上限と下
限の両方、又は上下限のいずれか一方を制限するように
しても同様の効果を得ることができることは言うまでも
ない。

［発明の効果］以上述べたように本発明によるタービン制御装置によ
れば、タービンの速度制御ゲイン又は制御幅を弁開度設
定器の弁開度設定値に応じて可変するようにしたので、
ボイラの制御不安定領域でもタービン速度制御ゲインを
低くするか、又は制御幅を小さくすることでタービン速
度制御が可能となると共に、タービン速度制御の運用幅
を拡大することが可能となり、電力系統の安定負荷運転
に寄与することができる。また、タービン速度ゲインが
低いか、又は制御幅が制限されている状態でタービン・
発電機の負荷しゃ断が発生してもタービンを規定値以上
に過速することのないタービン速度制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるタービン制御装置の一実施例の構
成を示すブロック回路図、第２図は同実施例における周
波数発生器の特性図、第３図は本発明の他の実施例の構
成を示すブロック回路図、第４図は同実施例における周
波数発生器の特性図、第５図はタービン・発電機におけ
る発電設備の系統図、第６図は従来のタービン制御装置
の構成例を示すブロック回路図、第７図は同制御装置に
おけるタービン速度−蒸気弁開度の特性図である。１……基準速度設定器、２……速度検出器、3,9……加
算器、４……乗算器、５……信号発生器、６……関数発
生器、７……切替器、８……弁開度設定器、10……係数
器、11……信号制限器、12……信号発生器、13……関数
発生器、15……ボイラ、16……蒸気加減弁、17……ター
ビン、18……復水器、19……発電機、20……しゃ断器、
21……電力系統。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電力系統と同期して運転されるタービン・
発電機の発電電力の基準値を設定するタービン蒸気弁開
度設定信号と、タービン速度および速度基準の速度偏差
信号とを加算した信号によりタービン蒸気加減弁の開度
を調整して前記タービン・発電機の出力を制御するター
ビン制御装置において、前記速度偏差信号が入力されこ
の速度偏差信号の速度制御ゲインを設定する乗算器と、
前記タービン蒸気弁開度設定信号が入力されこのタービ
ン蒸気弁開度設定信号の大きさに応じてゲイン設定信号
を発生し前記乗算器に入力される前記速度偏差信号の速
度制御ゲインを可変する関数発生器とを備えたことを特
徴とするタービン制御装置。
【請求項２】電力系統と同期して運転されるタービン・
発電機の発電電力の基準値を設定するタービン蒸気弁開
度設定信号と、タービン速度および速度基準の速度偏差
信号とを加算した信号によりタービン蒸気加減弁の開度
を調整して前記タービン・発電機の出力を制御するター
ビン制御装置において、前記速度偏差信号が入力されこ
の速度偏差信号の速度制御ゲインを設定する乗算器と、
前記タービン蒸気弁開度設定信号が入力されこのタービ
ン蒸気弁開度設定信号の大きさに応じてゲイン設定信号
を発生する関数発生器と、一定のゲイン設定信号を出力
する信号発生器と、前記タービン・発電機が前記電力系
統と同期運転されているときは前記関数発生器より発生
するゲイン設定信号を前記乗算器に入力し、前記タービ
ン・発電機が前記電力系統と同期運転されている状態か
ら単独運転状態になると切替動作して前記信号発生器の
出力信号を前記乗算器に入力する切替手段とを備えたこ
とを特徴とするタービン制御装置。
【請求項３】電力系統と同期して運転されるタービン・
発電機の発電電力の基準値を設定するタービン蒸気弁開
度設定信号と、タービン速度および速度基準の速度偏差
信号とを加算した信号によりタービン蒸気加減弁の開度
を調整して前記タービン・発電機の出力を制御するター
ビン制御装置において、前記速度偏差信号が入力されこ
の速度偏差信号の速度制御ゲインを設定する係数器と、
この係数器より出力される速度制御信号の制御幅を制限
する信号制限器と、前記タービン蒸気弁開度設定信号が
入力されこのタービン蒸気弁開度設定信号の大きさに応
じて発生する前記速度制御信号の上下限の少なくとも一
方の制御幅を制限する制限値を前記信号制限器に入力す
る関数発生器とを備えたことを特徴とするタービン制御
装置。
【請求項４】電力系統と同期して運転されるタービン・
発電機の発電電力の基準値を設定するタービン蒸気弁開
度設定信号と、タービン速度および速度基準の速度偏差
信号とを加算した信号によりタービン蒸気加減弁の開度
を調整して前記タービン・発電機の出力を制御するター
ビン制御装置において、前記速度偏差信号が入力されこ
の速度偏差信号の速度制御ゲインを設定する係数器と、
この係数器より出力される速度制御信号の制御幅を制限
する信号制限器と、前記タービン蒸気弁開度設定信号が
入力されこのタービン蒸気弁開度設定信号の大きさに応
じて前記速度制御信号の上下限の少なくとも一方の制御
幅を制限する制限値を発生する関数発生器と、前記速度
制御信号を一定の制限幅に制限する制限値が設定された
信号発生器と、前記タービン・発電機が前記電力系統と
同期運転されているときは前記関数発生器の出力信号が
前記乗算器に入力し、前記タービン・発電機が前記電力
系統と同期運転されている状態から単独運転状態になる
と切替動作して信号発生器の出力信号を前記乗算器に入
力する切替手段とを備えたことを特徴とするタービン制
御装置。