JP3747257B2 - 発電制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、系統連系運転を前提とするガスタービン発電プラントの系統事故発生時の発電制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
系統事故時の燃料制御に関する先行技術に、ガスタービン制御装置（特開平１１−２２９９０３号公報）がある。この技術内容は、発電機の出力変化率が所定値以上となった場合、制御信号を出力する高出力検出回路と一定時間前の運転状態を記録する手段とを有し、系統事故時に各制御操作端を事故前の運転状態に保持し、事故前の発電出力信号に保持することを特徴としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の先行技術には、常時一定時間前の各制御操作端制御信号を記憶する必要があるため、制御装置内の計算機に大容量の記憶容量が必要となり、通常運転時に必要な記憶容量が減少する、という問題がある。
また、系統事故時のガスタービン燃料制御に発生する事象として、以下に記述する問題がある。
（１）発電機から事故点に向かって大きな事故電流が流れ、発電機出力が大きくなったように制御装置が判断し、燃料量を減少するように信号を出力する。この状態で事故点が切離されると、今度は需要負荷に対する供給負荷が不足となり、燃料を急速に増加するため、燃焼器内部で異常燃焼が発生し、排気温度異常高温によりトリップに至る可能性がある。
（２）系統周波数が低下すると、回転数が低下したように制御装置が判断し、燃料量を増加するように信号を出力する。この状態で事故点が切離されると、今度は燃料を急速に減少するため、燃焼器内部で異常燃焼が発生し、火災喪失によりトリップに至る可能性がある。
（３）系統周波数が上昇すると、回転数が増加したように制御装置が判断し、燃料量を減少するように信号を出力する。この状態で事故点が切離されると、今度は燃料を急速に増加するため、燃焼器内部で異常燃焼が発生し、排気温度異常高温によりトリップに至る可能性がある。
【０００４】
本発明の課題は、系統連系運転を前提とするガスタービン発電プラントの系統事故発生時に、安定運転を実現する系統じょう乱対応の発電制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、プラントの負荷目標値と事故電流の影響を受けた発電機出力との偏差の絶対値と変化率とから系統の異常を判断する手段と、負荷偏差をもとに、許容範囲を逸脱して過度の負荷偏差が発生した場合に、ガスタービンの燃焼器の安定燃焼を保持するように燃料量制御信号の変化幅を抑える第１の制約手段と、系統の周波数目標値と事故電流の影響を受けた系統周波数との偏差の絶対値と変化率とから系統の異常を判断する手段と、系統周波数偏差をもとに、許容範囲を逸脱して過度な系統周波数偏差が発生した場合に、ガスタービンの燃焼器の安定燃焼を保持するように燃料量制御信号の変化幅を抑える第２の制約手段とを備える。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態による発電制御装置であり、ガスタービン発電プラントへの適用例を示す。
発電は、次の要領で実施する。
空気は、圧縮機入口案内翼１により流量を調整後、圧縮機２により高圧・高温となり、燃焼器３へ供給される。燃料は、燃料量調整弁７により流量を調整後、前記燃焼器３へ供給される。燃焼器３では、燃焼反応により高圧・高温の燃焼ガスを発生させ、タービン４へ供給する。タービン４では燃焼ガスを膨張させ、回転軸１０の駆動力に変換後、俳ガスとして放出する。回転軸１０には発電機５が連結され、発電機５によって電気を発生する。発生電力は、変圧／遮断装置８を介して電力系統連系に適した電力に変換後、電力系統９に送電される。
【０００７】
次に、制御方式について説明する。
発電プラントの出力は、以下の要領で制御する。一般に、発電プラントの出力制御は、電力会社の中央給電指令所からの負荷指令値（ＭＷＤ：Ｍｅｇａ Ｗａｔｔ Ｄｅｍａｎｄ）と、プラント発電機出力検出器１４の出力信号との偏差が０となるように、ガスタービン４への燃料量を調整する負荷制御によってなされる。その際、発生電力を電力系統９の系統周波数検出器１５の信号と同期するために、回転軸１０の回転数検出器１１の信号を任意の速度一定とするようにガバナ制御が実施される。更に、燃焼器３内での燃焼温度を材質の許容値以下とするために、排気温度検出器１３の信号による燃料制御及び圧縮機入口案内翼１の開度制御を実施する。ここで、燃焼温度は直接検出した方が簡便であるが、長期間高温ガス温度を検出する場合は信頼性が低い。そこで、排気温度検出器１３の信号と圧縮機吐出空気圧力検出器１２の信号との関係から、燃焼温度を一義的に求める方式が容易であり、信頼性も高いため、一般のガスタービンでの燃焼温度制御に用いられている。燃料量調整弁７の制御信号は、負荷制御／ガバナ制御／排気温度制御各々の信号の低値選択によって作られる。
【０００８】
この制御方式のうち、本実施形態で特徴とする制御装置６の詳細について図２を用いて説明する。
ＭＷＤ信号は、減算器１６によって発電機出力検出器１４からの信号との偏差となり、関数設定器１７、比較器１９及び微分器２０へ伝送される。関数設定器１７には、上下限付きの負荷バイアスが出力偏差を引数として設定されている。このバイアス設定値は、出力偏差と比例関係とし、例えば±１０％負荷相当で上下限を設ける。比較器１９には、系統事故に相当する出力偏差の許容値が設定され、出力偏差の絶対値が許容値を越えた場合には、系統事故発生の確度が高いと判断し、信号“１”を論理和器２２へ伝達する。微分器２０では、出力偏差の変化率を計算し、比較器２１へ伝達する。比較器２１には系統事故に相当する出力変化率の許容値が設定され、変化率が許容値を越えた場合には系統事故発生の確度が高いと判断し、信号“１”を論理和器２２へ伝達する。減算器１６及び関数設定器１７からの出力信号はスイッチ１８へ伝達され、論理和器２２からの切替え信号Ｘ１が“１”の場合は、入力値Ｘ１を選択し、加算器３１へ伝達する。
一方、系統周波数検出器１５からの信号は、比較器２３、微分器２４及び関数設定器２７へ伝達される。比較器２３には、系統事故に相当する周波数変化幅が許容値として設定され、変化幅の絶対値が許容値を越えた場合には系統事故発生の確度が高いと判断し、信号“１”を論理積器２６へ伝達する。微分器２４では、周波数の変化率を計算し、比較器２５へ伝達する。比較器２５には系統事故に相当する周波数変化率の許容値が設定され、変化率が許容値を越えた場合には系統事故発生の確度が高いと判断し、信号“１”を論理積器２６へ伝達する。関数設定器２７には、上下限付きの負荷バイアスが周波数変化幅を引数として設定されている。このバイアス設定値は、周波数変化幅と反比例関数とし、例えば±１０％負荷相当で上下限を設ける。更に、例えばプラント負荷±５％相当の周波数変化幅には不感帯を設ける。この不感帯設置により微小な周波数変動に対しては燃料制御系が追従しない効果が得られる。関数設定器２７及び“０．０”を設定した定数設定器２８からの信号は、スイッチ２９へ伝達され、論理積器２６からの切替え信号Ｘ１が“１”の場合には、入力値Ｘ１を選択し、加算器３１へ伝達する。ここで、関数設定器１７及び２７の設定値は、各出力信号を加算すると互いに打ち消し合う値を設定することを特徴とする。
加算器３１からの信号は、変化率制限器３２及び３３へ伝達される。変化率制限器３３には、系統が正常な場合、即ち通常の負荷運転の際に、図１中の燃焼器３が安定燃焼を保持できる燃料量変化率を設定する。変化率制限器３２には、系統異常発生の場合、燃焼器３での燃焼異常が発生しない限界の燃料量変化率を設定する。各変化率制限器３２及び３３からの信号はスイッチ３４へ伝達され、論理和器２２と論理積器２６からの信号とを論理積器３０を介した切替え信号Ｘ１により、Ｘ１が“１”即ち出力偏差及び系統周波数が共に異常の場合、入力Ｘ１を選択し、既存制御系へ伝達する。
既存制御系には、入力部に比較器３５及び３６が設けられ、プラント上昇の場合には、比較器３５の出力信号を“１”に、負荷降下の場合には、比較器３６の出力信号を“１”として、アナログメモリ３７へ伝達する。アナログメモリ３７へは定数設定器３８に設定したプラント負荷変化率値が入力され、この変化率に応じて図１中の燃料量調整弁７の開度信号として燃料制御系へ伝達する。
【０００９】
以下、本実施形態の運転時動作について説明する。
通常運転時では、以下の動作となる。
減算器１６からの偏差信号及び系統周波数検出器１５からの信号とが比較器１９，２１，２３及び２５において許容値以下となり、論理和器２２及び論理積器２６の出力信号が“０”となり、スイッチ１８及び２９では減算器１６及び定数設定器２８の信号を選択し、加算器３１へ伝達する。加算された信号は変化率制限器３２，３３に入力される。一方、論理和器２２、論理積器２６からの信号は論理積器３０により出力“０”となり、スイッチ３４へ伝達され、変化率制限器３３からの信号を選択し、既存制御系へと出力する。
【００１０】
発電機から事故点に向かって大きな事故電流が流れた場合には、以下の動作となる。
減算器１６からの偏差信号及び系統周波数検出器１５からの信号とが比較器１９，２１，２３及び２５において許容値以上となり、論理和器２２及び論理積器２６の出力信号が“１”となり、スイッチ１８及び２９では関数設定器１７及び関数設定器２７の信号を選択し、加算器３１へ伝達する。各関数設定出力は予め加算すると相殺するように設定されているため、出力は“０”となり、変化率制限器３２，３３に入力する。論理和器２２、論理積器２６からの信号は、論理積器３０により出力“１”となり、スイッチ３４へ伝達され、変化率制限器３２からの信号を選択し、既存制御系へと出力する。
【００１１】
系統周波数が急速に低下または上昇した場合には、以下の動作となる。
系統周波数検出器１５からの信号が比較器２３，２５において許容値以上となり、論理積器２６出力信号が“１”となり、スイッチ２９では関数設定器２７の信号を選択し、加算器３１へ伝達する。一方、減算器１６からの信号は比較器１９，２１で許容値以下となり、論理和器２２の出力信号が“０”となり、スイッチ１８では減算器１６からの信号を選択し、加算器３１へ伝達する。加算された信号は変化率制限器３２，３３に入力される。論理和器２２、論理積器２６からの信号は、論理積器３０により出力“１”となり、スイッチ３４へ伝達され、変化率制限器３２からの信号を選択し、既存制御系へと出力する。
【００１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、常時一定時間前の各制御操作端制御信号を記憶することなく、以下の効果を得ることができる。
（１）発電機から事故点に向かって大きな事故電流が流れた場合でも、需要負荷に応じた運転を実施でき、かつ、燃焼器内部での異常燃焼の発生を抑えることができる。
（２）系統周波数が低下の場合、燃料の急速な減少を抑制し、燃焼器内部での異常燃焼の発生を抑えることができる。
（３）系統周波数が上昇の場合、燃料の急速な増加を抑制し、燃焼器内部での異常燃焼の発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による発電制御装置
【図２】本発明の制御装置の新規部分の内容を示す図
【符号の説明】
１…圧縮機入口案内翼、２…圧縮機、３…燃焼器、４…タービン、５…発電機、
６…制御装置、７…燃料量調整弁、８…変圧／遮断設備、９…電力系統、
１０…回転軸、１１…回転数検出器、１２…圧縮機吐出空気圧力検出器、
１３…排気温度検出器、１４…発電機出力検出器、１５…系統周波数検出器、
１６…減算器、１７…関数設定器、１８…スイッチ、１９…比較器、
２０…微分器、２１…比較器、２２…論理和器、２３…比較器、２４…微分器、
２５…比較器、２６…論理積器、２７…関数設定器、２８…定数設定器、
２９…スイッチ、３０…論理積器、３１…加算器、３２…変化率制限器、
３３…変化率制限器、３４…スイッチ、３５…比較器、３６…比較器、
３７…アナログメモリ、３８…定数設定器

Claims (3)

1. ガスタービン発電プラントの出力負荷及び周波数を所定の目標値となるように供給燃料量を調整する発電制御装置において、
   プラントの負荷目標値と事故電流の影響を受けた発電機出力との偏差の絶対値と変化率とから系統の異常を判断する手段と、前記負荷偏差をもとに、許容範囲を逸脱して過度の負荷偏差が発生した場合に、前記ガスタービンの燃焼器の安定燃焼を保持するように燃料量制御信号の変化幅を抑える第１の制約手段と、
   系統の周波数目標値と事故電流の影響を受けた系統周波数との偏差の絶対値と変化率とから系統の異常を判断する手段と、前記系統周波数偏差をもとに、許容範囲を逸脱して過度な系統周波数偏差が発生した場合に、前記ガスタービンの燃焼器の安定燃焼を保持するように燃料量制御信号の変化幅を抑える第２の制約手段とを備えることを特徴とする発電制御装置。
2. 請求項１において、前記第２の制約手段には、微小な系統周波数変動による燃料量制御信号の変化を抑えるための不感帯を設けることを特徴とする発電制御装置。
3. 請求項１において、前記系統の異常を認識した場合には、前記第１の制約手段と前記第２の制約手段の設定値は、前記各手段の出力信号を加算すると、互いに打ち消し合う値を予め設定することを特徴とする発電制御装置。

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