JP4256688B2 - コンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電システムとして、コンバインドサイクル発電プラントが知られている。コンバインドサイクル発電プラントとして、ガスタービンと蒸気タービンとが１軸結合される１軸結合系が知られている。ガスタービン単独では、ガスタービン制御システムにより制御されている。蒸気タービン単独では、蒸気タービン制御システムによりその制御が実行されている。そのガスタービン制御システムには、ガスタービンの運転を制御する制御ロジックが組み込まれている。そのような制御ロジックの一つとして、複数のリミットから選択的に特定のリミットを抽出することにより供給燃料量を制限するリミット制御回路が用いられている。そのようなリミット制御回路は、ロードリミット制御回路と、速度ガバナ制御回路と、温度リミット制御回路と、燃料リミット制御回路とから構成されている。ロードリミット制御回路は、ロードリミット制御信号（ＬＤＣＳＯ）を出力する。速度ガバナ制御回路は、速度ガバナ制御信号（ＧＶＣＳＯ）を出力する。温度リミット制御回路は、温度リミット制御信号１０７を出力する。燃料リミット制御回路は、燃料リミット制御信号（ＦＬＣＳＯ）を出力する。
【０００３】
ロードリミット制御信号、速度ガバナ制御信号、温度リミット制御信号、燃料リミット制御信号とは、最低値選択器（ミニマムセレクタ）に入力する。最低値選択器は、既述の４つの制御信号のうちから最小値Ｌ＜を選択して、最終燃料制御出力信号として出力する。最終燃料制御出力信号は、ガスタービンに供給する燃料供給量を制御するための制御信号である。
【０００４】
ロードリミット制御信号（ＬＤＣＳＯ）は、ＯＰＣ（Overspeed Protection Controller：過速度防止制御器）動作中は、ＯＰＣ信号に基づいて制御的に出力される。ＯＰＣは、タービン回転数と、中圧タービン入口圧力、発電機出力とに基づいて論理的制御によりＯＰＣ動作信号を出力する。ＯＰＣ動作信号は、速度上昇率と負荷偏差に基づく値が設定されている閾値より大きくなった際に、蒸気タービンガバナを急速に閉じることにより、負荷遮断等による負荷急減時にタービンが急加速して発生する過速トリップを防止する。
【０００５】
このような公知装置では、その系統単独運転に移行して系統負荷喪失が小さくてＯＰＣが動作しない場合には、ガスタービン保護の観点から決定される変化レートに従うロードリミット制御信号又は温度リミット制御信号の制御信号により最終燃料制御出力信号が制限され、速度ガバナ制御信号による軸回転数制御が不能になる時間帯が生じるため、回転数が定格回転数より大きく低下しトリップする事象が発生する。また、系統単独運転移行後も増減信号増減値を負荷設定値と実負荷の偏差から求めた場合、増減信号増減値とその比例積分操作量である積分値出力は負荷が明確でないまま誤った負荷設定値に基づき動作することになり、積分値出力値は一定値を保持できず外乱として作用する恐れがある。このため、速度ガバナ制御回路出力である速度ガバナ制御信号による回転数制御が困難になる。更に、系統単独運転に移行し系統負荷喪失が大きくＯＰＣが動作する場合においても、系統単独移行からＯＰＣ動作までの時間差が大きい場合、この時間内に回転数は上昇し回転軸慣性が大きくなるため、回転数を低下させていく過程でトリップする事象が発生する。系統運転移行に際してトリップ現象が起こさせるような不適正制御を回避して適正制御を行う技術は、後掲特許公報で知られている。
【０００６】
タービンの運転を制御する制御ロジックの他の一つとして、蒸気タービン制御回路に関する制御ロジックが知られている。蒸気タービン制御回路の制御ロジックは、蒸気供給弁指令を制御信号として出力する。そのような制御ロジックは、高圧蒸気供給弁指令値（ＨＰＣＶ）と、インタセプト弁指令値（ＩＣＶ）と、低圧蒸気供給弁指令値（ＬＰＣＶ）を出力することにより蒸気弁の開閉度を制御している。このような蒸気供給弁開閉制御は、タービン回転数と、既述のＯＰＣ動作信号と、高圧蒸気供給弁コントローラの出力値と、低圧蒸気供給弁コントローラの出力値に対応する制御信号の大小を論理的に判断して、高圧蒸気供給弁指令値とインタセプト弁指令値と低圧蒸気供給弁指令値とを出力している。
【０００７】
系統単独運転に移行し系統負荷喪失が小さくＯＰＣが動作しない場合には、ガスタービンの保護の観点に基づいて決定される変化レートに従う既述のロードリミット制御信号（ＬＤＣＳＯ）とその他の制御信号のようなリミット制御により、燃料供給制御信号（ＣＳＯ）が制限されて、既述の速度ガバナ制御信号（ＧＶＣＳＯ）による軸回転数制御が不能になる時間帯が生じて回転数が定格回転数より過度に低下して、ユニットトリップする事象の発生を回避することが困難である。一部の負荷喪失域では、蒸気タービンの調速機能によりそのトリップを回避することは可能であるが、ユニットトリップの回避が困難である負荷領域が存在している。逆に、系統単独運転に移行し系統負荷喪失が大きくＯＰＣが動作しない場合に、ＣＳＯがＬＤＣＳＯに切り替わるためＣＶＣＳＯによる軸回転数制御が不能になり回転数が定格回転数より過度に低下して、ユニットトリップが発生する。
【０００８】
系統負荷喪失の大小によらずに、ＯＰＣが動作しない時間帯でユニットトリップを生じさせないことが求められる。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−３１７６０８号
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、負荷喪失の領域で、ユニットトリップを防止することができるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置を提供することにある。
本発明の課題は、系統負荷喪失の大小によらずに、ＯＰＣが動作しない時間帯でユニットトリップを生じさせないシステムを構築することができるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複数・形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。
【００１２】
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置は、蒸気タービン（３０２）と、蒸気タービン（３０２）に１軸に結合されるガスタービン（３０１）とから構成されるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置であり、ガスタービン（３０１）の回転数を制御する制御値に対応する燃料量制御信号を出力するリミット回路と、回転数を制御する制御値に対応する弁制御信号を出力する弁制御回路と、過速度防止信号を出力する過速度防止回路とから構成されている。リミット回路は、回転数を制御する第１回転数制御信号（５）を出力するロードリミット制御回路（１）と、回転数を制御する第２回転数制御信号（６）を出力する速度ガバナ制御回路（２）と、第１回転数制御信号（５）と第２回転数制御信号（６）のうち最低値の回転数制御信号を選択する第１最低値選択器（９）とを形成している。弁制御回路は、回転数の定格回転数に対して規定される弁開度割合設定値に基づく第１蒸気供給量制御信号（２２９）を出力する第１蒸気供給量信号生成回路（２０１）と、過速度防止信号（１３）の存在に基づく第２蒸気供給量制御信号（２２８）を出力する第２蒸気供給量信号生成回路（２０２）と、第１蒸気供給量制御信号（２２９）と第２蒸気供給量制御信号（２２８）とのうちで最低値を選択その最低値を蒸気供給弁指令値（２３１）として高温蒸気弁（３０９）に対して出力する第２最低値選択器（２３０）とを形成している。
【００１３】
リミット回路と弁制御回路とのコンビネーションにより、広範囲の負荷領域でトリップを防止することができる。
【００１４】
ロードリミット制御回路（１）は、第１回転数制御信号（５）に替えて第２回転数制御信号（６）よりも大きい値を持つ速度制御信号を一定時間帯で出力する第１切替器（２０）を備えている。系統単独運転に移行した後には、ある時間、タービンの物理的性質により、第２速度制御信号（Ｃ１）が上昇することがあるが、運転最低値選択器（９）は、第１切替器のトラッキングにより一定時間第２速度制御信号（６）を採択するので、第２速度制御信号（６）に基づいて速度制御が適正に実行され得る。
【００１５】
過速度防止信号を出力するＯＰＣ動作制御ロジック回路（８２）が更に追加される。過速度防止制御ロジック回路は、負荷偏差信号（４３）と所内単独移行信号（３６）の否定値とに基づく論理積（８４）として負荷喪失信号（８１）を出力する。負荷喪失信号（８１）と系統単独信号（６１）との関係は論理和である。回路８３内に設置されたモニタ器（８３）はある一定値以上の負荷アンバランスに対し瞬時に信号を発信するので、従来例よりも早くＯＰＣを動作させることが可能である。
【００１６】
第２速度制御信号（６）は、負荷設定値と実負荷の偏差により求められる増減値（２２）に対応する値（２６）から回転数（２３）が減算された減算値（２８）に対応する値を持つ信号である。速度ガバナ制御回路（２）は、系統単独運転の移行に対応する系統単独信号（６２）に基づいて、増減値信号（２２）によらずに系統単独移行以前の値に第２速度制御信号（６）を保持する第２切替器（６４）を備えている。系統単独運転に移行した後には、ある時間、タービンの物理的性質により、第２速度制御信号（６）が上昇することがあるが、系統単独運転に移行する以前の第２速度制御信号（６）の値に現在時点の第２速度制御信号（６）を保持することにより、運転最低値選択器（９）は、第２切替器のトラッキングにより一定時間第２速度制御信号（６）を採択するので、第２速度制御信号（６）に基づいて速度制御が適正に実行され得る。
【００１７】
ロードリミット制御回路（１）は、系統単独運転の移行に対応する系統単独信号（６１）に基づいて、第１速度制御信号（５）に替えて第２速度制御信号よりも大きい値を持つ速度制御信号を一定時間帯で出力する第１切替器（２０）を備えている。第２速度制御信号（６）は、負荷設定値と実負荷の偏差により求められる増減値（２２）に対応する値（２６）から回転数（２３）が減算された減算値（２８）に対応する値を持つ信号である。速度ガバナ制御回路（２）は、系統単独運転の移行に対応する系統単独信号（６２）に基づいて、増減値信号（２２）によらずに系統単独移行以前の値に第２速度制御信号（６）を保持する第２切替器（６４）を備えている。既述した速度制御信号の両変更により、第２速度制御信号（６）に基づいて速度制御がより確実に適正に実行され得る。
【００１８】
ガスタービン（１１）の速度を制御する第３速度制御信号（７）を出力する温度リミット制御回路（３）が更に追加されている。温度リミット制御回路（３）は、系統単独運転の移行に対応する系統単独信号（６５）に基づいて、第３速度制御信号（７）に替えて第２速度制御信号（６）よりも十分に大きい値を持つ速度制御信号を一定時間帯で出力する第３切替器（７１）を備えている。温度リミット制御回路（３）が出力する信号の値の変動に係わらず、第２速度制御信号（６）に基づいて適正に速度制御が行われる。十分に大きいその値は一定値であることが好ましい。
【００１９】
ガスタービン（１１）の速度を制御する第４速度制御信号（８）を出力する燃料リミット制御回路（４）が更に追加されている。燃料リミット制御回路（４）は、系統単独運転の移行に対応する系統単独信号（６６）に基づいて、第４速度制御信号（８）に替えて第２速度制御信号（６）よりも十分に大きい値を持つ速度制御信号を一定時間帯で出力する第４切替器（７４）を備えている。燃料リミット制御回路（４）が出力する信号の値の変動に係わらず、第２速度制御信号（６）に基づいて適正に速度制御が行われる。十分に大きいその値は一定値であることが好ましい。
【００２０】
第１蒸気供給量信号生成回路（２０１）は、回転数と定数値を加算して信号（２０６）を出力する加算器（２０５）と、信号（２０６）を定格時タービン回転数（２０９）で除算し定格回転数に対する偏差の割合を示す定格回転数割合偏差信号（２１０）を出力する除算器（２０８）と、回転数偏差に対する弁開度の割合設定するための弁開度割合設定定数（２１１）で定格回転数割合偏差信号（２１０）を除算して弁開度割合設定制御値（２１３）を出力する弁開度割合設定除算器（２１２）と、所内単独運転の信号（１２）又は系統単独運転の信号（６１）の非存在に基づいて弁開度定数値（２１５）を出力し、所内単独運転の信号（１２）又は系統単独運転の信号（６１）の存在に基づいて弁開度定数値（２３４）を出力する切替器（２３５）と、後述の変化率設定器（２１４）の出力と切替器（２３５）の出力を加算する加算器（２１７）と、加算器（２１７）の出力値に対応する信号を正規化定数（２１９）で除算して正規化信号（２２９）を出力する正規化除算器（２１８）とから形成されている。正規化除算器（２１８）は、正規化信号（２２９）を弁開度割合設定値として出力する。弁開度割合設定制御値（２１３）を入力とする変化率設定器（２１４）の追加が好ましい。
【００２１】
第２蒸気供給量信号生成回路（２０１）は、過速度防止信号（１３）の非存在に基づいて高圧蒸気弁制御回路（２２０）が出力する高圧蒸気弁制御値（２２２）を出力し、過速度防止信号（１３）の存在に基づいて定数零値（２２５）を出力する高圧弁側切替器（２２４）と、過速度防止信号（１３）の非存在に基づいて低圧蒸気弁制御回路（２２１）が出力する低圧蒸気弁制御値（２２３）を出力し、過速度防止信号（１３）の存在に基づいて定数零値（２２７）を出力する低高圧弁側切替器（２２６）とから形成されている。高圧弁側切替器（２２４）が出力する信号は第２最低値選択回路（２３０）に入力される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置は、公知の燃料供給量制御論理回路と、公知のＯＰＣ論理回路と、公知の蒸気弁制御論理回路のコンビネーションとして構成されている。
【００２３】
図１０は、本発明による名称の適用対象であるコンバインドサイクル発電プラントを示している。そのコンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービン３０１と高圧蒸気タービン３０２と中／低圧蒸気タービン３０３とが１軸に結合される１軸結合混合系を構成している。中／低圧蒸気タービン３０３の出力軸は、発電機３０４の入力軸として形成されている。ガスタービン３０１と高圧蒸気タービン３０２の間の連結軸には、コンプレッサ３０５が介設されている。燃焼機３０６により生成されるタービン駆動ガスである燃焼ガスは、ガスタービン３０１に導入される。燃焼機３０６の燃焼とガスタービンの回転とを制御するガスタービン制御信号を生成するガスタービン制御装置は、後述される。
【００２４】
燃焼機３０６で生成される燃焼ガスの一部とガスタービン３０１から排出されるタービン駆動ガスは蒸気発生器３０７で回収される。蒸気発生器３０７は、そのような高温ガスの熱を水に与えて高温化蒸気を生成する。その高温化蒸気のうち高温蒸気３０８は、高温蒸気供給制御弁３０９を介して高圧蒸気タービン３０２に導入される。その高温化蒸気のうち低温蒸気３１０は、低温蒸気供給制御弁３１１を介して中／低圧蒸気タービン３０３に導入される。中／低圧蒸気タービン３０３と蒸気発生器３０７との間には、インタセプト弁３１２が介設されている。
【００２５】
高温蒸気供給制御弁３０９は、後述される高圧蒸気供給弁指令値によりその開閉度が制御される。低温蒸気供給制御弁３１１は、後述される低圧蒸気供給弁指令値によりその開閉度が制御される。インタセプト弁３１２は、後述されるインタセプト弁指令値によりその開閉度が制御される。
【００２６】
図に対応して、本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置の実施の形態は、既出の特許文献１に開示されているように、ロードリミット制御回路１の論理和器１４に入力される信号として系統単独信号６１が存在する。燃料供給量制御論理回路は、図１に示されるように、ロードリミット制御回路１と、速度ガバナ制御回路２と、温度リミット制御回路３と、燃料リミット制御回路４とが設けられている。ロードリミット制御回路１は、ロードリミット制御信号（ＬＤＣＳＯ）５を出力する。速度ガバナ制御回路２は、速度ガバナ制御信号（ＧＶＣＳＯ）６を出力する。温度リミット制御回路３は、温度リミット制御信号（ＴＣＳＯ）７を出力する。燃料リミット制御回路４は、燃料リミット制御信号（ＦＬＣＳＯ）８を出力する。図中の信号線のうち、破線はデジタル信号を示し、実線はアナログ信号を示す。
【００２７】
ロードリミット制御信号５、速度ガバナ制御信号６、温度リミット制御信号７、燃料リミット制御信号８とは、最低値選択器（ミニマムセレクタ）９にそれぞれに入力する。最低値選択器９は、既述の４つの制御信号５，６，７，８のうちから最小値Ｌ＜を選択して、最終燃料制御出力信号１０として出力する。最終燃料制御出力信号１０は、ガスタービン１１に供給する燃料供給量を制御するための制御信号である。
【００２８】
ロードリミット制御回路１には、所内単独信号１２と、過速度防止制御装置（ＯＰＣ）から送られてくる過速度防止制御信号（ＯＰＣ動作信号）１３とが入力し、更に、系統単独信号６１が入力する。系統単独信号６１は、所内単独信号１２と、過速度防止制御信号１３とともに論理和器（ＯＲ器）１４に入力する。論理和器１４から出力する信号に基づいて、ワンショットタイマ１５は、一定時間信号１６を出力する。ロードリミット制御回路１には、制御出力信号（ＣＳＯ）１７が更に入力する。制御出力信号１７は、関数設定器１８と加算器１９に入力する。加算器１９で加算された信号は、スイッチングと同時に変化レートが切替るレート付切替器２０に一定時間信号１６とともに入力する。レート付切替器２０は、一定値信号１６に基づいて、定数設定器２１により設定される設定値と、加算器１９で加算された加算値のうちの一方を選択して、ロードリミット制御信号５として出力する。
【００２９】
速度ガバナ制御回路２には、所内単独信号１２’と、負荷設定値と実負荷の偏差から求まる増減値信号（ＳＰＳＥＴ）２２と、軸回転数２３とが入力する。所内単独信号１２’と増減値信号２２とは、比例積分器２４に入力される。比例積分器２４は、所内単独信号１２’の入力に従って、定値設定器２５に設定される一定値又は増減値信号の積分値２２を出力する。比例積分器２４により積分された積分値出力２６は、減算器２７で軸回転数２３が減算される。その減算結果値２８は、ゲイン２９を通されて既述の速度ガバナ制御信号６として出力される。
【００３０】
通常の負運転時には、ロードリミット制御信号５は、レート付切替器２０を介して、制御信号１７に関数設定器１８で決定されるバイアス値が加算器１９で加えられた値に追従している。所内単独運転時には、ロードリミット制御信号５は、所内単独信号１２によりワンショットタイマ１５で設定される一定時間、レート付切替器２０により定数設定器２１に設定されているトラッキング値に変更される。同様に系統単独運転時には、ロードリミット制御信号５は、過速度防止制御信号１３又は系統単独信号６１によりワンショットタイマで設定される一定時間、レート付切替器２０により定数設定器２１のトラッキング値に変更される。
【００３１】
図２は、ＯＰＣ動作しない場合の系統単独運転形態時の軸回転数と各ＣＳＯ応答を示している。時刻Ｔ０で系統単独運転に移行すれば系統負荷が急激に低下するので、回転数は初期定格回転数ｒ０から急激に上昇し、時刻Ｔ１でその回転数は最大値になる。このように上昇した回転数を低下させるために、減算器２７が出力する減算結果２８が急激に減少して、速度ガバナ制御信号６は急降下する。速度ガバナ制御信号６の急降下に伴って、最終燃料制御出力信号（ＣＳＯ）１０は低下し、制御出力信号１７に基づいてロードリミット制御信号５も同時に低下する。急激に低下した速度ガバナ制御信号６は、その回転数上昇に従って、時刻Ｔ１以降に再び上昇を始める。
【００３２】
図３に示されるように、回転数が最大値になる時刻Ｔ１以降、急激に低下した速度ガバナ制御信号６−Ｃ１は、その回転数上昇に伴って回復する。ここで、従来装置ではロードリミット制御信号５−Ｃ２が機器保護の観点で定められたレートに従い上昇するので、ＬＤＣＳＯ（Ｃ２）＜ＧＶＣＳＯ（Ｃ１）になる時間帯が発生し、ミニマムセレクタで最終燃料制御出力信号１０としてロードリミット制御信号５（＝ＬＤＣＳＯ）が選択されることになる。
【００３３】
この間、速度ガバナ制御信号６（＝ＧＶＣＳＯ）は、最終的な出力信号である最終燃料制御出力信号１０ではなくなるので回転数制御不能になり、回転数は図２に示されるように、ｒ１で示される低下を続け、時刻Ｔｔ１で遂にトリップに至る。本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置では、時刻Ｔｉ１に発信する系統単独信号６１に基づいて、ロードリミット制御信号５（＝ＬＤＣＳＯ）は、速度ガバナ制御信号６（＝ＧＶＣＳＯ）より十分大きく定数設定器２１により設定されている一定値が、ワンショットタイマ１５で設定される時間Ｔｉ１〜Ｔｉ２の間、トラッキングされ高い値Ｃ２’に維持されていて、最終燃料制御出力信号１０は制御出力信号１７に関係なく速度ガバナ制御信号６（＝ＧＶＣＳＯ）により決定され、このようなトラッキングにより、速度ガバナ制御信号６が優先的に選択され速度ガバナ制御信号６に基づく回転数制御が可能になっている。系統単独運転に移行した際、ＯＰＣ動作しない場合においても、ロードリミット制御信号５がある一定時間、ロードリミット制御信号５を制御信号１７よりも低い一定値にトラッキングすることにより、速度ガバナ制御信号６に基づく速度ガバナ制御を可能にし、図２に回転数ｒ３で示されるように、トリップを回避することができる。
【００３４】
図４は、過速度防止制御装置（ＯＰＣ）の制御ロジックを示している。回転数３１、中圧タービン入り口圧力３２、発電機電流３３、発電機出力３４のそれぞれの物理量をパーセント値に変換する関数設定器３７，３８，３９，４０に入力する。発電機遮断機入３５は、否定（ＮＯＴ）器３０に入力する。所内単独の各入力信号３６は、ワンショットタイマ５２に入力する。中圧タービン入り口圧力３２と発電機電流３３は、関数設定器３８，３９を介して減算器４２に入力する。減算器４２で減算された減算値（負荷偏差信号）４３は、他の関数設定器４４を介して加算器４５に入力する。回転数３１は、関数設定器３７を介して、加算器４５に入力する。加算器４５により加算された加算値４６は、任意の設定範囲によりデジタル信号を発信するモニタ器４７に入力する。電機出力３４は、関数設定器４０、モニタ４１、オフディレータイマ４８とを介して論理積（ＡＮＤ）器４９に入力する。発電機遮断機入３５は、否定器３０を介して論理積器４９に入力する。
【００３５】
モニタ器４７が出力するモニタ信号５０−１と、論理積器４９が出力するモニタ信号５０−２と、モニタ器５２が出力するモニタ信号５０−３とは、論理和器５１に入力する。論理和器５１が出力する出力信号が、ＯＰＣ動作のための図１に示される既述の過速度防止制御信号（ＯＰＣ信号）１３に一致している。
【００３６】
追加回路８２が追加されている。タービン回転数の過速度は、タービン出力と発電機出力の偏差から求まる負荷アンバランス量が主原因である。追加回路８２として、他の追加論理積器８４が追加されている。他の追加論理積器８４に、所内単独移行３６の信号線に分岐する追加分岐線８６を介して所内単独移行３６が入力し、且つ、減算器４２の出力である減算値４３が追加モニタ８３を介して入力する。タービン出力は中圧タービン入口圧力３２から求められ、発電機出力は発電機電流３３から導出されていて、負荷アンバランス量は両者の偏差量であり、負荷偏差（減算値）４３である。負荷偏差４３である負荷アンバランス量は、関数設定器４４により速度バイアスに換算され回転数３１を入力とする関数発生器３７の出力値に加えられる。このような加算値が、モニタ器４７の閾値以上であれば、論理和器５１を介して過速度防止制御信号１３として発信される。
【００３７】
更に、追加回路８２により負荷アンバランス量４３がモニタ器８３の閾値以上であり、且つ、否定器８５により所内単独運転移行３６でないと論理積器８４で判断された場合、系統側の負荷喪失大として負荷喪失（大）信号８１が発信され、論理和器５１を介して過速度防止制御信号１３が発信される。更に、電機出力３４を入力とする関数発生器４０の出力値がモニタ器４１の閾値以上であると論理積器４９により判断され、且つ、発電機遮断器入３５の状態、又は、所内単独移行３６の運転時においてもＯＰＣは動作する。急激な負荷設定変動時に発生するランバック信号が設定されているプラントでは、論理積器８４にランバック信号なしという信号を加えることは可能である。
【００３８】
このような過速度防止制御装置（ＯＰＣ）は、負荷遮断等による負荷急減時にタービンが急加速して発生する過速トリップ防止装置であり、速度上昇率（関数設定器１３７の出力）と負荷偏差（減算値４３）を監視しておき、タービン回転速度上昇率に負荷偏差によるバイアス（先行）信号を加算した値がある閾値より大きくなれば、ＯＰＣが動作し、蒸気タービンガバナを急速に閉じる。回路８２内に設置されたモニタ器８３はある一定値以上の負荷アンバランスに対し瞬時に信号を発信するので、より早くＯＰＣを動作させることが可能である。ある設定値以上の負荷アンバランス量に対し、系統単独後即座にＯＰＣを動作させることによりトリップを回避することができる。
【００３９】
図５は、蒸気タービン３０２，３０３を制御する蒸気弁制御論理回路を示している。その蒸気弁制御論理回路は、回転数依拠制御回路２０１と、蒸気弁制御値依拠制御回路２０２と、蒸気弁制御論理回路２０３とから構成されている。回転数依拠制御回路２０１は、既述のタービン回転数３１と定数値２０４との減算を行う減算器２０５を備えている。その減算値２０６は、制御系の安定のために挿入されている一次遅れ２０７を介して、除算器２０８に入力する。一次遅れ減算値２０９は、定格時タービン回転数２１０で除算され、定格回転数に対する偏差の割合を示す定格回転数割合偏差信号２１０’を出力する。定格回転数割合偏差信号２１０’は、更に、回転数偏差に対する弁開度の割合設定するための弁開度割合設定定数２１１で定格回転数割合偏差信号２１０’を除算する弁開度割合設定除算器２１２に入力される。弁開度割合設定除算器２１２は、その除算により弁開度割合設定値２１３を出力する。弁開度割合設定値２１３は、変化率設定器２１４を介して所内単独信号１２又は系統単独信号６１により定数値２１５と定数値２３４を切替える切替回路で設定される設定バイアス値２１５をバイアス加算器２１６で加算されて、バイアス加算した弁開度割合設定値２１７に変換される。バイアス加算弁開度割合設定値２１７は、正規化除算器２１８により正規化定数２１９で除算される。
【００４０】
蒸気弁制御値依拠制御回路２０２は、既述のＯＰＣ動作信号１３により高圧蒸気弁制御と低圧蒸気弁制御とを切り替える蒸気弁制御切替回路を形成している。この蒸気弁制御切替回路は、高圧蒸気弁制御回路２２０と低圧蒸気弁制御回路２２１とから形成されている。高圧蒸気弁制御回路２２０は高圧蒸気弁制御値２２２を出力し、低圧蒸気弁制御回路２２１は、高圧蒸気弁制御値２２３を出力する。高圧蒸気弁制御値２２２は、ＯＰＣ動作信号１３に基づいて、高圧弁側切替器２２４により選択的に定数零値２２５に切り替えられ、ＯＰＣ動作中は、高圧弁側切替器２２４は定数零値２２５を出力する。低圧蒸気弁制御値２２３は、ＯＰＣ動作信号１３に基づいて、低圧弁側切替器２２６により選択的に定数零値２２７に切り替えられ、ＯＰＣ動作中は、低圧弁側切替器２２６は定数零値２２７を出力する。
【００４１】
高圧弁側切替器２２４が出力するＯＰＣ信号依存型高圧弁制御信号２２８は、正規化除算器２１８で正規化された回転数依存型高圧弁制御信号２２９とともに、最低値選択器（ミニマム選択器）２３０に入力する。最低値選択器２３０は、ＯＰＣ信号依存型高圧弁制御信号２２８と回転数依存型高圧弁制御信号２２９のうちで小さい方の値を選択する。回転数依存型高圧弁制御信号２２９又はＯＰＣ信号依存型高圧弁制御信号２２８は、高圧蒸気供給弁指令値（ＨＰＣＶ）２３１であり、インタセプト弁指令値（ＩＣＶ）２３２である制御信号として、最低値選択器２３０から出力される。高圧蒸気供給弁指令値２２９は、図９の既述の高温蒸気供給制御弁３０９に送信され、インタセプト弁指令値２２８は、図９の既述のインタセプト弁３１２に送信される。低圧弁側切替器２２６が出力する低圧蒸気供給弁指令値２３３は、そのままに、図９の既述の低圧蒸気供給弁３１１に送信される。ＯＰＣ動作時（動作中）には、インタセプト弁指令値２３２と高圧蒸気供給弁指令値２３１と低圧蒸気供給弁指令値２３３は、それぞれに零値に保持されている。
【００４２】
ＯＰＣ信号１３を用いるリミット制御回路と、ＯＰＣ信号１３を用いる蒸気弁制御論理回路とのコンビネーションは、高圧蒸気供給弁指令値（ＨＰＣＶ）２３１とインタセプト弁指令値（ＩＣＶ）２３２と低圧弁側切替器選択信号２３３とをＯＰＣ信号に基づいて零値化することによる蒸気タービンの調速機能を付加し、ＯＰＣ動作とＯＰＣ非動作の区別なしに、負荷喪失領域のユニットトリップを回避することができる。系統単独運転に移行した際に、ロードリミット制御信号ＬＤＣＳＯがある一定時間で一定値にトラッキングすることにより、速度ガバナ制御を可能にし、且つ、蒸気タービンをガバニングすることにより、回転数制御を可能にし、負荷喪失領域のユニットトリップを回避することができる。
【００４３】
図６は、リミット制御回路の実施の他の形態を示している。実施の本形態では、速度ガバナ制御回路２に系統単独信号６２が追加入力される点で、図１のリミット制御回路と異なっている。系統単独信号６２の追加に伴って、比例積分器２４の入口側に系統単独信号６２により動作する切替器６４と定値設定器６３が更に追加されている。
【００４４】
通常の負荷運転時には、速度ガバナ制御回路２は、負荷設定値と実負荷の偏差とにより求まるＳＰＳＥＴ増減値２２の比例積分制御量であるガバナ設定値（ＳＰＳＥＴ）２６と回転数２３の偏差２８をゲイン２９により比例制御した値を速度ガバナ制御信号６（ＧＶＣＳＯ）として出力している。所内単独運転時には、所内単独信号１２’により比例積分器２４の出口が定値設定器２５の定数０値に変更され、積分値出力２６は一定値に保持され、速度ガバナ制御回路２は、このような積分値出力２６と回転数２３の偏差をゲイン２９により比例制御した値を速度ガバナ制御信号６として出力する。
【００４５】
系統単独運転時には、系統単独信号６２により比例積分器２４の入口側のスイッチである切替器６４で増減値信号２２が定値設定器６３の定数０値に変更され、出力２６は一定値に保持される。速度ガバナ制御回路２は、このような積分値出力２６と回転数２３の偏差をゲイン２９のゲインにより比例制御した値を速度ガバナ制御信号６として出力する。
【００４６】
系統単独運転に移行した際、従来装置では、系統単独後も系統単独前の積分値出力２６を保持することにより、負荷設定値と実負荷の偏差から求まる増減値信号２２は、負荷変化により変動するので、積分値出力２６は一定値を保持できず外乱として作用する恐れがあり、速度ガバナ制御回路２の出力である速度ガバナ制御信号６による回転数制御が困難になる。しかし、系統単独信号により増減値信号２２を０値に設定変更し、系統単独移行以前の値に保持させ、ガバナ設定値２６を系統単独運転以前の値に保持することにより、速度ガバナ制御信号６は、回転数２３と一定値に基づく出力２８による比例制御になるので、速度ガバナ制御をより安定に且つより有効に回転数を制御することができる。系統単独運転に移行した際、積分値出力２６を系統単独移行以前の値に保持させることにより、速度ガバナ制御をより安定した回転数制御にすることができる。
【００４７】
実施の本形態で、ＯＰＣ信号１３を用いるリミット制御回路と、ＯＰＣ信号１３を用いる蒸気弁制御論理回路とのコンビネーションは、高圧蒸気供給弁指令値（ＨＰＣＶ）２３１とインタセプト弁指令値（ＩＣＶ）２３２と低圧弁側切替器選択信号２３３とをＯＰＣ信号に基づいて零値化することによる蒸気タービンの調速機能を付加し、ＯＰＣ動作とＯＰＣ非動作の区別なしに、負荷喪失領域のユニットトリップを回避することができ、系統単独運転に移行した際に、ロードリミット制御信号ＬＤＣＳＯ、温度リミット制御信号ＴＣＳＯ、燃料制御出力信号ＦＬＣＳＯがある一定時間で一定値にトラッキングすることにより、速度ガバナ制御を可能にし、且つ、蒸気タービンをガバニングすることにより、回転数制御を可能にし、負荷喪失領域のユニットトリップを回避することができる点は、既述のコンビネーション回路に同じである。
【００４８】
図７は、リミット制御回路実施の更に他の形態を示している。ロードリミット制御回路１に系統単独信号６１が付加され、速度ガバナ制御回路２に系統単独信号６２が付加され、その付加に伴って、切替器６４と定値設定器６３とが付加されている点で、実施の既述の形態と異なっている。このような付加によるトリップ回避の制御は、既述の通りである。系統単独信号６１又は系統単独信号６２のいずれかに基づくロードリミット制御信号５又は速度ガバナ制御信号６により、トリップが回避される。系統単独信号６１が単独に付加される場合、又は、系統単独信号６２が単独に付加される場合に比べて、系統単独信号６１と系統単独信号６２の両方が付加される実施の本形態では、トリップの発生をより安定的に抑制することができ、蒸気タービンをガバニングすることにより、回転数制御を可能にし、負荷喪失領域のユニットトリップを回避することができる点は、既述のコンビネーション回路に同じである。
【００４９】
実施の本形態では、蒸気タービンをガバニングすることにより回転数制御を可能にし、負荷喪失領域のユニットトリップを回避することができる点は、既述のコンビネーション回路に同じである。
【００５０】
図７は、リミット制御回路の実施の他の形態を示している。実施の本形態は、系統単独信号６１が既に付加されている図１に示される実施の既述の形態に対して、他の系統単独信号６５と更に他の系統単独信号６６とが温度リミット制御回路３と燃料リミット制御回路４とにそれぞれに新たに付加的に入力されている点で異なっている。他の系統単独信号６５と更に他の系統単独信号６６の追加に伴って、温度リミット制御回路３と燃料リミット制御回路４のそれぞれの出口側に、他の系統単独信号６５と他の系統単独信号６６とによりそれぞれに動作する他のレート切替器７１と更に他のレート切替器７４とが介設されている。
【００５１】
他の系統単独信号６５は、追加される他のワンショットタイマ６９を介して他のレート切替器７１に入力する。他の系統単独信号６６は、追加される更に他のワンショットタイマ７３を介して他のレート切替器７４に入力する。他のレート切替器７１は、最低値選択器９と温度リミット制御回路３との間に介設されている。他のレート切替器７４は、最低値選択器９と燃料リミット制御回路４との間に介設されている。更に、定値設定器７２，７５が付加されている。定値設定器７２は、他のレート切替器７１に定値を設定する。定値設定器７５は、他のレート切替器７４に定値を設定する。
【００５２】
通常の負荷運転時又は所内単独運転時には、温度リミット制御回路３と燃料リミット制御回路４から出力される制御信号６７，６８が、それぞれにレート付切替器７１，７４を介して温度リミット制御信号７と燃料リミット制御信号８にそれぞれになっている。系統単独運転時には、温度リミット制御信号７と燃料リミット制御信号８とは、系統単独信号６５，６６によりワンショットタイマ６９，７３で設定される一定時間、他のレート切替器７１と他のレート切替器７４とにより、定値設定器７２と定値設定器７５とによりそれぞれに設定される定数値に切り替わる。負荷喪失域のユニットトリップの回避は、既述の通りである。
【００５３】
図８は、リミット制御回路の実施の更に他の形態を示している。実施の本形態では、速度ガバナ制御回路２に系統単独信号６２が追加入力される。系統単独信号６２の追加に伴って、比例積分器２４の入口側に系統単独信号６２により動作する切替器６４と定値設定器６３が追加されている。
【００５４】
通常の負荷運転時には、速度ガバナ制御回路２は、負荷設定値と実負荷の偏差とにより求まるＳＰＳＥＴ増減値２２の比例積分制御量であるガバナ設定値（ＳＰＳＥＴ）２６と回転数２３の偏差２８をゲイン２９により比例制御した値を速度ガバナ制御信号６（ＧＶＣＳＯ）として出力している。所内単独運転時には、所内単独信号１２’により比例積分器２４の出口が定値設定器２５の定数０値に変更され、積分値出力２６は一定値に保持され、速度ガバナ制御回路２は、このような積分値出力２６と回転数２３の偏差をゲイン２９により比例制御した値を速度ガバナ制御信号６として出力する。
【００５５】
系統単独運転時には、系統単独信号６２により比例積分器２４の入口側のスイッチである切替器６４で増減値信号２２が定値設定器６３の定数０値に変更され、出力２６は一定値に保持される。速度ガバナ制御回路２は、このような積分値出力２６と回転数２３の偏差をゲイン２９のゲインにより比例制御した値を速度ガバナ制御信号６として出力する。
【００５６】
系統単独運転に移行した際、従来装置では、系統単独後も系統単独前の積分値出力２６を保持することにより、負荷設定値と実負荷の偏差から求まる増減値信号２２は、負荷変化により変動するので、積分値出力２６は一定値を保持できず外乱として作用する恐れがあり、速度ガバナ制御回路２の出力である速度ガバナ制御信号６による回転数制御が困難になる。しかし、系統単独信号により増減値信号２２を０値に設定変更し、系統単独移行以前の値に保持させ、ガバナ設定値２６を系統単独運転以前の値に保持することにより、速度ガバナ制御信号６は、回転数２３と一定値に基づく出力２８による比例制御になるので、速度ガバナ制御をより安定に且つより有効に回転数を制御することができる。系統単独運転に移行した際、積分値出力２６を系統単独移行以前の値に保持させることにより、速度ガバナ制御をより安定した回転数制御にすることができ、且つ、負荷喪失領域のユニットトリップを回避することができる。
【００５７】
特許文献１により開示される効果は、下記の通りである。
（効果１）系統単独信号にＳＰＳＥＴ増減値を零値に設定変更し、系統単独移行以前の値を保持させ、ガバナ設定値ＳＰＳＥＴを系統単独運転以前の値に保持することにより、ＧＶＣＳＯは回転数と一定値のＳＰＳＥＴによる比例制御になるので、速度ガバナ制御をより安定で有効な回転数制御にすることができること。（効果２）時刻Ｔｉ１に発信する系統単独信号によりＴＣＳＯはＧＶＣＳＯより十分に大きな一定値に時刻Ｔｉ１と時刻Ｔｉ２の間でトラッキングするため（図３のｃ３’参照）、ＣＳＯはＴＣＳＯに関係なくＧＶＣＳＯにより決定されて回転数制御が可能になること（このような効果は、ＦＬＣＳＯとＬＤＣＳＯについて同じである。）。
【００５８】
このような効果にＯＰＣ動作信号を取り入れた蒸気弁制御の調速機能が結合されて、負荷喪失領域のユニットトリップが回避される。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置は、負荷喪失領域のユニットトリップを効果的に回避しながら、系統単独運転移行に際してより適正に速度制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置のリミット制御回路の実施の形態を示す回路ブロック図である。
【図２】図２は、時間−回転数関係を示すグラフである。
【図３】図３は、時間−制御信号関係を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置のＯＰＣ動作回路の実施の形態を示す回路ブロック図である。
【図５】図５は、本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置の蒸気弁制御回路の実施の形態を示す回路ブロック図である。
【図６】図６は、本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置のリミット制御回路の実施の他の形態を示す回路ブロック図である。
【図７】図７は、本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置のリミット制御回路の実施の更に他の形態を示す回路ブロック図である。
【図８】図８は、本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置のリミット制御回路の実施の更に他の形態を示す回路ブロック図である。
【図９】図９は、コンバインドサイクル発電プラントの系統を示す制御回路図である。
【符号の説明】
１…ロードリミット制御回路
２…速度ガバナ制御回路
３…温度リミット制御回路
５…第１回転数制御信号
６…第２回転数制御信号
７…第３速度制御信号
８…第４速度制御信号
９…第１最低値選択器
１３…過速度防止信号
２０…第１切替器
２２…増減値
２３…回転数
２６…積分器出力値
２８…減算値
３６…所内単独移行信号
４３…負荷偏差信号
６１…系統単独信号
６２…系統単独信号
６４…第２切替器
６５…系統単独信号
６６…系統単独信号
７１…第３切替器
８１…負荷喪失信号
８２…ＯＰＣ動作制御ロジック回路
８３…モニタ器
８４…論理積
２０１…第１蒸気供給量信号生成回路
２０２…第２蒸気供給量信号生成回路
２０５…加算器
２０６…信号
２０８…除算器
２０９…定格時タービン回転数
２１０’…定格回転数割合偏差信号
２１２…弁開度割合設定除算器
２１３…弁開度割合設定制御値
２１４…変化率設定器
２１６…加算器
２１７…信号
２１８…正規化除算器
２１９…正規化定数
２２０…高圧蒸気弁制御回路
２２１…低圧蒸気弁制御回路
２２２…高圧蒸気弁制御値
２２３…低圧蒸気弁制御値
２２４…高圧弁側切替器
２２５…定数零値
２２６…低高圧弁側切替器
２２７…定数零値
２２８…第２蒸気供給量制御信号
２２９…第１蒸気供給量制御信号
２３０…第２最低値選択器
２３１…蒸気供給弁指令値
２３５…第４切替器
３０１…ガスタービン
３０２…蒸気タービン
３０９…高温蒸気弁
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電システムとして、コンバインドサイクル発電プラントが知られている。コンバインドサイクル発電プラントとして、ガスタービンと蒸気タービンとが１軸結合される１軸結合系が知られている。ガスタービン単独では、ガスタービン制御システムにより制御されている。蒸気タービン単独では、蒸気タービン制御システムによりその制御が実行されている。そのガスタービン制御システムには、ガスタービンの運転を制御する制御ロジックが組み込まれている。そのような制御ロジックの一つとして、複数のリミットから選択的に特定のリミットを抽出することにより供給燃料量を制限するリミット制御回路が用いられている。そのようなリミット制御回路は、ロードリミット制御回路と、速度ガバナ制御回路と、温度リミット制御回路と、燃料リミット制御回路とから構成されている。ロードリミット制御回路は、ロードリミット制御信号（ＬＤＣＳＯ）を出力する。速度ガバナ制御回路は、速度ガバナ制御信号（ＧＶＣＳＯ）を出力する。温度リミット制御回路は、温度リミット制御信号１０７を出力する。燃料リミット制御回路は、燃料リミット制御信号（ＦＬＣＳＯ）を出力する。
【０００３】
ロードリミット制御信号、速度ガバナ制御信号、温度リミット制御信号、燃料リミット制御信号とは、最低値選択器（ミニマムセレクタ）に入力する。最低値選択器は、既述の４つの制御信号のうちから最小値Ｌ＜を選択して、最終燃料制御出力信号として出力する。最終燃料制御出力信号は、ガスタービンに供給する燃料供給量を制御するための制御信号である。
【０００４】
ロードリミット制御信号（ＬＤＣＳＯ）は、ＯＰＣ（Overspeed Protection Controller：過速度防止制御器）動作中は、ＯＰＣ信号に基づいて制御的に出力される。ＯＰＣは、タービン回転数と、中圧タービン入口圧力、発電機出力とに基づいて論理的制御によりＯＰＣ動作信号を出力する。ＯＰＣ動作信号は、速度上昇率と負荷偏差に基づく値が設定されている閾値より大きくなった際に、蒸気タービンガバナを急速に閉じることにより、負荷遮断等による負荷急減時にタービンが急加速して発生する過速トリップを防止する。
【０００５】
このような公知装置では、その系統単独運転に移行して系統負荷喪失が小さくてＯＰＣが動作しない場合には、ガスタービン保護の観点から決定される変化レートに従うロードリミット制御信号又は温度リミット制御信号の制御信号により最終燃料制御出力信号が制限され、速度ガバナ制御信号による軸回転数制御が不能になる時間帯が生じるため、回転数が定格回転数より大きく低下しトリップする事象が発生する。また、系統単独運転移行後も増減信号増減値を負荷設定値と実負荷の偏差から求めた場合、増減信号増減値とその比例積分操作量である積分値出力は負荷が明確でないまま誤った負荷設定値に基づき動作することになり、積分値出力値は一定値を保持できず外乱として作用する恐れがある。このため、速度ガバナ制御回路出力である速度ガバナ制御信号による回転数制御が困難になる。更に、系統単独運転に移行し系統負荷喪失が大きくＯＰＣが動作する場合においても、系統単独移行からＯＰＣ動作までの時間差が大きい場合、この時間内に回転数は上昇し回転軸慣性が大きくなるため、回転数を低下させていく過程でトリップする事象が発生する。系統運転移行に際してトリップ現象が起こさせるような不適正制御を回避して適正制御を行う技術は、後掲特許公報で知られている。
【０００６】
タービンの運転を制御する制御ロジックの他の一つとして、蒸気タービン制御回路に関する制御ロジックが知られている。蒸気タービン制御回路の制御ロジックは、蒸気供給弁指令を制御信号として出力する。そのような制御ロジックは、高圧蒸気供給弁指令値（ＨＰＣＶ）と、インタセプト弁指令値（ＩＣＶ）と、低圧蒸気供給弁指令値（ＬＰＣＶ）を出力することにより蒸気弁の開閉度を制御している。このような蒸気供給弁開閉制御は、タービン回転数と、既述のＯＰＣ動作信号と、高圧蒸気供給弁コントローラの出力値と、低圧蒸気供給弁コントローラの出力値に対応する制御信号の大小を論理的に判断して、高圧蒸気供給弁指令値とインタセプト弁指令値と低圧蒸気供給弁指令値とを出力している。
【０００７】
系統単独運転に移行し系統負荷喪失が小さくＯＰＣが動作しない場合には、ガスタービンの保護の観点に基づいて決定される変化レートに従う既述のロードリミット制御信号（ＬＤＣＳＯ）とその他の制御信号のようなリミット制御により、燃料供給制御信号（ＣＳＯ）が制限されて、既述の速度ガバナ制御信号（ＧＶＣＳＯ）による軸回転数制御が不能になる時間帯が生じて回転数が定格回転数より過度に低下して、ユニットトリップする事象の発生を回避することが困難である。一部の負荷喪失域では、蒸気タービンの調速機能によりそのトリップを回避することは可能であるが、ユニットトリップの回避が困難である負荷領域が存在している。逆に、系統単独運転に移行し系統負荷喪失が大きくＯＰＣが動作しない場合に、ＣＳＯがＬＤＣＳＯに切り替わるためＣＶＣＳＯによる軸回転数制御が不能になり回転数が定格回転数より過度に低下して、ユニットトリップが発生する。
【０００８】
系統負荷喪失の大小によらずに、ＯＰＣが動作しない時間帯でユニットトリップを生じさせないことが求められる。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−３１７６０８号
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、負荷喪失の領域で、ユニットトリップを防止することができるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置を提供することにある。
本発明の課題は、系統負荷喪失の大小によらずに、ＯＰＣが動作しない時間帯でユニットトリップを生じさせないシステムを構築することができるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複数・形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。
【００１２】
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置は、蒸気タービン（３０２）と、蒸気タービン（３０２）に１軸に結合されるガスタービン（３０１）とから構成されるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置であり、ガスタービン（３０１）の回転数を制御する制御値に対応する燃料量制御信号を出力するリミット回路と、回転数を制御する制御値に対応する弁制御信号を出力する弁制御回路と、過速度防止信号を出力する過速度防止回路とから構成されている。リミット回路は、回転数を制御する第１回転数制御信号（５）を出力するロードリミット制御回路（１）と、回転数を制御する第２回転数制御信号（６）を出力する速度ガバナ制御回路（２）と、第１回転数制御信号（５）と第２回転数制御信号（６）のうち最低値の回転数制御信号を選択する第１最低値選択器（９）とを形成している。弁制御回路は、回転数の定格回転数に対して規定される弁開度割合設定値に基づく第１蒸気供給量制御信号（２２９）を出力する第１蒸気供給量信号生成回路（２０１）と、過速度防止信号（１３）の存在に基づく第２蒸気供給量制御信号（２２８）を出力する第２蒸気供給量信号生成回路（２０２）と、第１蒸気供給量制御信号（２２９）と第２蒸気供給量制御信号（２２８）とのうちで最低値を選択その最低値を蒸気供給弁指令値（２３１）として高温蒸気弁（３０９）に対して出力する第２最低値選択器（２３０）とを形成している。
【００１３】
リミット回路と弁制御回路とのコンビネーションにより、広範囲の負荷領域でトリップを防止することができる。
【００１４】
ロードリミット制御回路（１）は、第１回転数制御信号（５）に替えて第２回転数制御信号（６）よりも大きい値を持つ速度制御信号を一定時間帯で出力する第１切替器（２０）を備えている。系統単独運転に移行した後には、ある時間、タービンの物理的性質により、第２速度制御信号（Ｃ１）が上昇することがあるが、運転最低値選択器（９）は、第１切替器のトラッキングにより一定時間第２速度制御信号（６）を採択するので、第２速度制御信号（６）に基づいて速度制御が適正に実行され得る。
【００１５】
過速度防止信号を出力するＯＰＣ動作制御ロジック回路（８２）が更に追加される。過速度防止制御ロジック回路は、負荷偏差信号（４３）と所内単独移行信号（３６）の否定値とに基づく論理積（８４）として負荷喪失信号（８１）を出力する。負荷喪失信号（８１）と系統単独信号（６１）との関係は論理和である。回路８３内に設置されたモニタ器（８３）はある一定値以上の負荷アンバランスに対し瞬時に信号を発信するので、従来例よりも早くＯＰＣを動作させることが可能である。
【００１６】
第２速度制御信号（６）は、負荷設定値と実負荷の偏差により求められる増減値（２２）に対応する値（２６）から回転数（２３）が減算された減算値（２８）に対応する値を持つ信号である。速度ガバナ制御回路（２）は、系統単独運転の移行に対応する系統単独信号（６２）に基づいて、増減値信号（２２）によらずに系統単独移行以前の値に第２速度制御信号（６）を保持する第２切替器（６４）を備えている。系統単独運転に移行した後には、ある時間、タービンの物理的性質により、第２速度制御信号（６）が上昇することがあるが、系統単独運転に移行する以前の第２速度制御信号（６）の値に現在時点の第２速度制御信号（６）を保持することにより、運転最低値選択器（９）は、第２切替器のトラッキングにより一定時間第２速度制御信号（６）を採択するので、第２速度制御信号（６）に基づいて速度制御が適正に実行され得る。
【００１７】
ロードリミット制御回路（１）は、系統単独運転の移行に対応する系統単独信号（６１）に基づいて、第１速度制御信号（５）に替えて第２速度制御信号よりも大きい値を持つ速度制御信号を一定時間帯で出力する第１切替器（２０）を備えている。第２速度制御信号（６）は、負荷設定値と実負荷の偏差により求められる増減値（２２）に対応する値（２６）から回転数（２３）が減算された減算値（２８）に対応する値を持つ信号である。速度ガバナ制御回路（２）は、系統単独運転の移行に対応する系統単独信号（６２）に基づいて、増減値信号（２２）によらずに系統単独移行以前の値に第２速度制御信号（６）を保持する第２切替器（６４）を備えている。既述した速度制御信号の両変更により、第２速度制御信号（６）に基づいて速度制御がより確実に適正に実行され得る。
【００１８】
ガスタービン（１１）の速度を制御する第３速度制御信号（７）を出力する温度リミット制御回路（３）が更に追加されている。温度リミット制御回路（３）は、系統単独運転の移行に対応する系統単独信号（６５）に基づいて、第３速度制御信号（７）に替えて第２速度制御信号（６）よりも十分に大きい値を持つ速度制御信号を一定時間帯で出力する第３切替器（７１）を備えている。温度リミット制御回路（３）が出力する信号の値の変動に係わらず、第２速度制御信号（６）に基づいて適正に速度制御が行われる。十分に大きいその値は一定値であることが好ましい。
【００１９】
ガスタービン（１１）の速度を制御する第４速度制御信号（８）を出力する燃料リミット制御回路（４）が更に追加されている。燃料リミット制御回路（４）は、系統単独運転の移行に対応する系統単独信号（６６）に基づいて、第４速度制御信号（８）に替えて第２速度制御信号（６）よりも十分に大きい値を持つ速度制御信号を一定時間帯で出力する第４切替器（７４）を備えている。燃料リミット制御回路（４）が出力する信号の値の変動に係わらず、第２速度制御信号（６）に基づいて適正に速度制御が行われる。十分に大きいその値は一定値であることが好ましい。
【００２０】
第１蒸気供給量信号生成回路（２０１）は、回転数と定数値を加算して信号（２０６）を出力する加算器（２０５）と、信号（２０６）を定格時タービン回転数（２０９）で除算し定格回転数に対する偏差の割合を示す定格回転数割合偏差信号（２１０）を出力する除算器（２０８）と、回転数偏差に対する弁開度の割合設定するための弁開度割合設定定数（２１１）で定格回転数割合偏差信号（２１０）を除算して弁開度割合設定制御値（２１３）を出力する弁開度割合設定除算器（２１２）と、所内単独運転の信号（１２）又は系統単独運転の信号（６１）の非存在に基づいて弁開度定数値（２１５）を出力し、所内単独運転の信号（１２）又は系統単独運転の信号（６１）の存在に基づいて弁開度定数値（２３４）を出力する切替器（２３５）と、後述の変化率設定器（２１４）の出力と切替器（２３５）の出力を加算する加算器（２１７）と、加算器（２１７）の出力値に対応する信号を正規化定数（２１９）で除算して正規化信号（２２９）を出力する正規化除算器（２１８）とから形成されている。正規化除算器（２１８）は、正規化信号（２２９）を弁開度割合設定値として出力する。弁開度割合設定制御値（２１３）を入力とする変化率設定器（２１４）の追加が好ましい。
【００２１】
第２蒸気供給量信号生成回路（２０１）は、過速度防止信号（１３）の非存在に基づいて高圧蒸気弁制御回路（２２０）が出力する高圧蒸気弁制御値（２２２）を出力し、過速度防止信号（１３）の存在に基づいて定数零値（２２５）を出力する高圧弁側切替器（２２４）と、過速度防止信号（１３）の非存在に基づいて低圧蒸気弁制御回路（２２１）が出力する低圧蒸気弁制御値（２２３）を出力し、過速度防止信号（１３）の存在に基づいて定数零値（２２７）を出力する低高圧弁側切替器（２２６）とから形成されている。高圧弁側切替器（２２４）が出力する信号は第２最低値選択回路（２３０）に入力される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置は、公知の燃料供給量制御論理回路と、公知のＯＰＣ論理回路と、公知の蒸気弁制御論理回路のコンビネーションとして構成されている。
【００２３】
図１０は、本発明による名称の適用対象であるコンバインドサイクル発電プラントを示している。そのコンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービン３０１と高圧蒸気タービン３０２と中／低圧蒸気タービン３０３とが１軸に結合される１軸結合混合系を構成している。中／低圧蒸気タービン３０３の出力軸は、発電機３０４の入力軸として形成されている。ガスタービン３０１と高圧蒸気タービン３０２の間の連結軸には、コンプレッサ３０５が介設されている。燃焼機３０６により生成されるタービン駆動ガスである燃焼ガスは、ガスタービン３０１に導入される。燃焼機３０６の燃焼とガスタービンの回転とを制御するガスタービン制御信号を生成するガスタービン制御装置は、後述される。
【００２４】
燃焼機３０６で生成される燃焼ガスの一部とガスタービン３０１から排出されるタービン駆動ガスは蒸気発生器３０７で回収される。蒸気発生器３０７は、そのような高温ガスの熱を水に与えて高温化蒸気を生成する。その高温化蒸気のうち高温蒸気３０８は、高温蒸気供給制御弁３０９を介して高圧蒸気タービン３０２に導入される。その高温化蒸気のうち低温蒸気３１０は、低温蒸気供給制御弁３１１を介して中／低圧蒸気タービン３０３に導入される。中／低圧蒸気タービン３０３と蒸気発生器３０７との間には、インタセプト弁３１２が介設されている。
【００２５】
高温蒸気供給制御弁３０９は、後述される高圧蒸気供給弁指令値によりその開閉度が制御される。低温蒸気供給制御弁３１１は、後述される低圧蒸気供給弁指令値によりその開閉度が制御される。インタセプト弁３１２は、後述されるインタセプト弁指令値によりその開閉度が制御される。
【００２６】
図に対応して、本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置の実施の形態は、既出の特許文献１に開示されているように、ロードリミット制御回路１の論理和器１４に入力される信号として系統単独信号６１が存在する。燃料供給量制御論理回路は、図１に示されるように、ロードリミット制御回路１と、速度ガバナ制御回路２と、温度リミット制御回路３と、燃料リミット制御回路４とが設けられている。ロードリミット制御回路１は、ロードリミット制御信号（ＬＤＣＳＯ）５を出力する。速度ガバナ制御回路２は、速度ガバナ制御信号（ＧＶＣＳＯ）６を出力する。温度リミット制御回路３は、温度リミット制御信号（ＴＣＳＯ）７を出力する。燃料リミット制御回路４は、燃料リミット制御信号（ＦＬＣＳＯ）８を出力する。図中の信号線のうち、破線はデジタル信号を示し、実線はアナログ信号を示す。
【００２７】
ロードリミット制御信号５、速度ガバナ制御信号６、温度リミット制御信号７、燃料リミット制御信号８とは、最低値選択器（ミニマムセレクタ）９にそれぞれに入力する。最低値選択器９は、既述の４つの制御信号５，６，７，８のうちから最小値Ｌ＜を選択して、最終燃料制御出力信号１０として出力する。最終燃料制御出力信号１０は、ガスタービン１１に供給する燃料供給量を制御するための制御信号である。
【００２８】
ロードリミット制御回路１には、所内単独信号１２と、過速度防止制御装置（ＯＰＣ）から送られてくる過速度防止制御信号（ＯＰＣ動作信号）１３とが入力し、更に、系統単独信号６１が入力する。系統単独信号６１は、所内単独信号１２と、過速度防止制御信号１３とともに論理和器（ＯＲ器）１４に入力する。論理和器１４から出力する信号に基づいて、ワンショットタイマ１５は、一定時間信号１６を出力する。ロードリミット制御回路１には、制御出力信号（ＣＳＯ）１７が更に入力する。制御出力信号１７は、関数設定器１８と加算器１９に入力する。加算器１９で加算された信号は、スイッチングと同時に変化レートが切替るレート付切替器２０に一定時間信号１６とともに入力する。レート付切替器２０は、一定値信号１６に基づいて、定数設定器２１により設定される設定値と、加算器１９で加算された加算値のうちの一方を選択して、ロードリミット制御信号５として出力する。
【００２９】
速度ガバナ制御回路２には、所内単独信号１２’と、負荷設定値と実負荷の偏差から求まる増減値信号（ＳＰＳＥＴ）２２と、軸回転数２３とが入力する。所内単独信号１２’と増減値信号２２とは、比例積分器２４に入力される。比例積分器２４は、所内単独信号１２’の入力に従って、定値設定器２５に設定される一定値又は増減値信号の積分値２２を出力する。比例積分器２４により積分された積分値出力２６は、減算器２７で軸回転数２３が減算される。その減算結果値２８は、ゲイン２９を通されて既述の速度ガバナ制御信号６として出力される。
【００３０】
通常の負運転時には、ロードリミット制御信号５は、レート付切替器２０を介して、制御信号１７に関数設定器１８で決定されるバイアス値が加算器１９で加えられた値に追従している。所内単独運転時には、ロードリミット制御信号５は、所内単独信号１２によりワンショットタイマ１５で設定される一定時間、レート付切替器２０により定数設定器２１に設定されているトラッキング値に変更される。同様に系統単独運転時には、ロードリミット制御信号５は、過速度防止制御信号１３又は系統単独信号６１によりワンショットタイマで設定される一定時間、レート付切替器２０により定数設定器２１のトラッキング値に変更される。
【００３１】
図２は、ＯＰＣ動作しない場合の系統単独運転形態時の軸回転数と各ＣＳＯ応答を示している。時刻Ｔ０で系統単独運転に移行すれば系統負荷が急激に低下するので、回転数は初期定格回転数ｒ０から急激に上昇し、時刻Ｔ１でその回転数は最大値になる。このように上昇した回転数を低下させるために、減算器２７が出力する減算結果２８が急激に減少して、速度ガバナ制御信号６は急降下する。速度ガバナ制御信号６の急降下に伴って、最終燃料制御出力信号（ＣＳＯ）１０は低下し、制御出力信号１７に基づいてロードリミット制御信号５も同時に低下する。急激に低下した速度ガバナ制御信号６は、その回転数上昇に従って、時刻Ｔ１以降に再び上昇を始める。
【００３２】
図３に示されるように、回転数が最大値になる時刻Ｔ１以降、急激に低下した速度ガバナ制御信号６−Ｃ１は、その回転数上昇に伴って回復する。ここで、従来装置ではロードリミット制御信号５−Ｃ２が機器保護の観点で定められたレートに従い上昇するので、ＬＤＣＳＯ（Ｃ２）＜ＧＶＣＳＯ（Ｃ１）になる時間帯が発生し、ミニマムセレクタで最終燃料制御出力信号１０としてロードリミット制御信号５（＝ＬＤＣＳＯ）が選択されることになる。
【００３３】
この間、速度ガバナ制御信号６（＝ＧＶＣＳＯ）は、最終的な出力信号である最終燃料制御出力信号１０ではなくなるので回転数制御不能になり、回転数は図２に示されるように、ｒ１で示される低下を続け、時刻Ｔｔ１で遂にトリップに至る。本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置では、時刻Ｔｉ１に発信する系統単独信号６１に基づいて、ロードリミット制御信号５（＝ＬＤＣＳＯ）は、速度ガバナ制御信号６（＝ＧＶＣＳＯ）より十分大きく定数設定器２１により設定されている一定値が、ワンショットタイマ１５で設定される時間Ｔｉ１〜Ｔｉ２の間、トラッキングされ高い値Ｃ２’に維持されていて、最終燃料制御出力信号１０は制御出力信号１７に関係なく速度ガバナ制御信号６（＝ＧＶＣＳＯ）により決定され、このようなトラッキングにより、速度ガバナ制御信号６が優先的に選択され速度ガバナ制御信号６に基づく回転数制御が可能になっている。系統単独運転に移行した際、ＯＰＣ動作しない場合においても、ロードリミット制御信号５がある一定時間、ロードリミット制御信号５を制御信号１７よりも低い一定値にトラッキングすることにより、速度ガバナ制御信号６に基づく速度ガバナ制御を可能にし、図２に回転数ｒ３で示されるように、トリップを回避することができる。
【００３４】
図４は、過速度防止制御装置（ＯＰＣ）の制御ロジックを示している。回転数３１、中圧タービン入り口圧力３２、発電機電流３３、発電機出力３４のそれぞれの物理量をパーセント値に変換する関数設定器３７，３８，３９，４０に入力する。発電機遮断機入３５は、否定（ＮＯＴ）器３０に入力する。所内単独の各入力信号３６は、ワンショットタイマ５２に入力する。中圧タービン入り口圧力３２と発電機電流３３は、関数設定器３８，３９を介して減算器４２に入力する。減算器４２で減算された減算値（負荷偏差信号）４３は、他の関数設定器４４を介して加算器４５に入力する。回転数３１は、関数設定器３７を介して、加算器４５に入力する。加算器４５により加算された加算値４６は、任意の設定範囲によりデジタル信号を発信するモニタ器４７に入力する。電機出力３４は、関数設定器４０、モニタ４１、オフディレータイマ４８とを介して論理積（ＡＮＤ）器４９に入力する。発電機遮断機入３５は、否定器３０を介して論理積器４９に入力する。
【００３５】
モニタ器４７が出力するモニタ信号５０−１と、論理積器４９が出力するモニタ信号５０−２と、モニタ器５２が出力するモニタ信号５０−３とは、論理和器５１に入力する。論理和器５１が出力する出力信号が、ＯＰＣ動作のための図１に示される既述の過速度防止制御信号（ＯＰＣ信号）１３に一致している。
【００３６】
追加回路８２が追加されている。タービン回転数の過速度は、タービン出力と発電機出力の偏差から求まる負荷アンバランス量が主原因である。追加回路８２として、他の追加論理積器８４が追加されている。他の追加論理積器８４に、所内単独移行３６の信号線に分岐する追加分岐線８６を介して所内単独移行３６が入力し、且つ、減算器４２の出力である減算値４３が追加モニタ８３を介して入力する。タービン出力は中圧タービン入口圧力３２から求められ、発電機出力は発電機電流３３から導出されていて、負荷アンバランス量は両者の偏差量であり、負荷偏差（減算値）４３である。負荷偏差４３である負荷アンバランス量は、関数設定器４４により速度バイアスに換算され回転数３１を入力とする関数発生器３７の出力値に加えられる。このような加算値が、モニタ器４７の閾値以上であれば、論理和器５１を介して過速度防止制御信号１３として発信される。
【００３７】
更に、追加回路８２により負荷アンバランス量４３がモニタ器８３の閾値以上であり、且つ、否定器８５により所内単独運転移行３６でないと論理積器８４で判断された場合、系統側の負荷喪失大として負荷喪失（大）信号８１が発信され、論理和器５１を介して過速度防止制御信号１３が発信される。更に、電機出力３４を入力とする関数発生器４０の出力値がモニタ器４１の閾値以上であると論理積器４９により判断され、且つ、発電機遮断器入３５の状態、又は、所内単独移行３６の運転時においてもＯＰＣは動作する。急激な負荷設定変動時に発生するランバック信号が設定されているプラントでは、論理積器８４にランバック信号なしという信号を加えることは可能である。
【００３８】
このような過速度防止制御装置（ＯＰＣ）は、負荷遮断等による負荷急減時にタービンが急加速して発生する過速トリップ防止装置であり、速度上昇率（関数設定器１３７の出力）と負荷偏差（減算値４３）を監視しておき、タービン回転速度上昇率に負荷偏差によるバイアス（先行）信号を加算した値がある閾値より大きくなれば、ＯＰＣが動作し、蒸気タービンガバナを急速に閉じる。回路８２内に設置されたモニタ器８３はある一定値以上の負荷アンバランスに対し瞬時に信号を発信するので、より早くＯＰＣを動作させることが可能である。ある設定値以上の負荷アンバランス量に対し、系統単独後即座にＯＰＣを動作させることによりトリップを回避することができる。
【００３９】
図５は、蒸気タービン３０２，３０３を制御する蒸気弁制御論理回路を示している。その蒸気弁制御論理回路は、回転数依拠制御回路２０１と、蒸気弁制御値依拠制御回路２０２と、蒸気弁制御論理回路２０３とから構成されている。回転数依拠制御回路２０１は、既述のタービン回転数３１と定数値２０４との減算を行う減算器２０５を備えている。その減算値２０６は、制御系の安定のために挿入されている一次遅れ２０７を介して、除算器２０８に入力する。一次遅れ減算値２０９は、定格時タービン回転数２１０で除算され、定格回転数に対する偏差の割合を示す定格回転数割合偏差信号２１０’を出力する。定格回転数割合偏差信号２１０’は、更に、回転数偏差に対する弁開度の割合設定するための弁開度割合設定定数２１１で定格回転数割合偏差信号２１０’を除算する弁開度割合設定除算器２１２に入力される。弁開度割合設定除算器２１２は、その除算により弁開度割合設定値２１３を出力する。弁開度割合設定値２１３は、変化率設定器２１４を介して所内単独信号１２又は系統単独信号６１により定数値２１５と定数値２３４を切替える切替回路で設定される設定バイアス値２１５をバイアス加算器２１６で加算されて、バイアス加算した弁開度割合設定値２１７に変換される。バイアス加算弁開度割合設定値２１７は、正規化除算器２１８により正規化定数２１９で除算される。
【００４０】
蒸気弁制御値依拠制御回路２０２は、既述のＯＰＣ動作信号１３により高圧蒸気弁制御と低圧蒸気弁制御とを切り替える蒸気弁制御切替回路を形成している。この蒸気弁制御切替回路は、高圧蒸気弁制御回路２２０と低圧蒸気弁制御回路２２１とから形成されている。高圧蒸気弁制御回路２２０は高圧蒸気弁制御値２２２を出力し、低圧蒸気弁制御回路２２１は、高圧蒸気弁制御値２２３を出力する。高圧蒸気弁制御値２２２は、ＯＰＣ動作信号１３に基づいて、高圧弁側切替器２２４により選択的に定数零値２２５に切り替えられ、ＯＰＣ動作中は、高圧弁側切替器２２４は定数零値２２５を出力する。低圧蒸気弁制御値２２３は、ＯＰＣ動作信号１３に基づいて、低圧弁側切替器２２６により選択的に定数零値２２７に切り替えられ、ＯＰＣ動作中は、低圧弁側切替器２２６は定数零値２２７を出力する。
【００４１】
高圧弁側切替器２２４が出力するＯＰＣ信号依存型高圧弁制御信号２２８は、正規化除算器２１８で正規化された回転数依存型高圧弁制御信号２２９とともに、最低値選択器（ミニマム選択器）２３０に入力する。最低値選択器２３０は、ＯＰＣ信号依存型高圧弁制御信号２２８と回転数依存型高圧弁制御信号２２９のうちで小さい方の値を選択する。回転数依存型高圧弁制御信号２２９又はＯＰＣ信号依存型高圧弁制御信号２２８は、高圧蒸気供給弁指令値（ＨＰＣＶ）２３１であり、インタセプト弁指令値（ＩＣＶ）２３２である制御信号として、最低値選択器２３０から出力される。高圧蒸気供給弁指令値２２９は、図９の既述の高温蒸気供給制御弁３０９に送信され、インタセプト弁指令値２２８は、図９の既述のインタセプト弁３１２に送信される。低圧弁側切替器２２６が出力する低圧蒸気供給弁指令値２３３は、そのままに、図９の既述の低圧蒸気供給弁３１１に送信される。ＯＰＣ動作時（動作中）には、インタセプト弁指令値２３２と高圧蒸気供給弁指令値２３１と低圧蒸気供給弁指令値２３３は、それぞれに零値に保持されている。
【００４２】
ＯＰＣ信号１３を用いるリミット制御回路と、ＯＰＣ信号１３を用いる蒸気弁制御論理回路とのコンビネーションは、高圧蒸気供給弁指令値（ＨＰＣＶ）２３１とインタセプト弁指令値（ＩＣＶ）２３２と低圧弁側切替器選択信号２３３とをＯＰＣ信号に基づいて零値化することによる蒸気タービンの調速機能を付加し、ＯＰＣ動作とＯＰＣ非動作の区別なしに、負荷喪失領域のユニットトリップを回避することができる。系統単独運転に移行した際に、ロードリミット制御信号ＬＤＣＳＯがある一定時間で一定値にトラッキングすることにより、速度ガバナ制御を可能にし、且つ、蒸気タービンをガバニングすることにより、回転数制御を可能にし、負荷喪失領域のユニットトリップを回避することができる。
【００４３】
図６は、リミット制御回路の実施の他の形態を示している。実施の本形態では、速度ガバナ制御回路２に系統単独信号６２が追加入力される点で、図１のリミット制御回路と異なっている。系統単独信号６２の追加に伴って、比例積分器２４の入口側に系統単独信号６２により動作する切替器６４と定値設定器６３が更に追加されている。
【００４４】
通常の負荷運転時には、速度ガバナ制御回路２は、負荷設定値と実負荷の偏差とにより求まるＳＰＳＥＴ増減値２２の比例積分制御量であるガバナ設定値（ＳＰＳＥＴ）２６と回転数２３の偏差２８をゲイン２９により比例制御した値を速度ガバナ制御信号６（ＧＶＣＳＯ）として出力している。所内単独運転時には、所内単独信号１２’により比例積分器２４の出口が定値設定器２５の定数０値に変更され、積分値出力２６は一定値に保持され、速度ガバナ制御回路２は、このような積分値出力２６と回転数２３の偏差をゲイン２９により比例制御した値を速度ガバナ制御信号６として出力する。
【００４５】
系統単独運転時には、系統単独信号６２により比例積分器２４の入口側のスイッチである切替器６４で増減値信号２２が定値設定器６３の定数０値に変更され、出力２６は一定値に保持される。速度ガバナ制御回路２は、このような積分値出力２６と回転数２３の偏差をゲイン２９のゲインにより比例制御した値を速度ガバナ制御信号６として出力する。
【００４６】
系統単独運転に移行した際、従来装置では、系統単独後も系統単独前の積分値出力２６を保持することにより、負荷設定値と実負荷の偏差から求まる増減値信号２２は、負荷変化により変動するので、積分値出力２６は一定値を保持できず外乱として作用する恐れがあり、速度ガバナ制御回路２の出力である速度ガバナ制御信号６による回転数制御が困難になる。しかし、系統単独信号により増減値信号２２を０値に設定変更し、系統単独移行以前の値に保持させ、ガバナ設定値２６を系統単独運転以前の値に保持することにより、速度ガバナ制御信号６は、回転数２３と一定値に基づく出力２８による比例制御になるので、速度ガバナ制御をより安定に且つより有効に回転数を制御することができる。系統単独運転に移行した際、積分値出力２６を系統単独移行以前の値に保持させることにより、速度ガバナ制御をより安定した回転数制御にすることができる。
【００４７】
実施の本形態で、ＯＰＣ信号１３を用いるリミット制御回路と、ＯＰＣ信号１３を用いる蒸気弁制御論理回路とのコンビネーションは、高圧蒸気供給弁指令値（ＨＰＣＶ）２３１とインタセプト弁指令値（ＩＣＶ）２３２と低圧弁側切替器選択信号２３３とをＯＰＣ信号に基づいて零値化することによる蒸気タービンの調速機能を付加し、ＯＰＣ動作とＯＰＣ非動作の区別なしに、負荷喪失領域のユニットトリップを回避することができ、系統単独運転に移行した際に、ロードリミット制御信号ＬＤＣＳＯ、温度リミット制御信号ＴＣＳＯ、燃料制御出力信号ＦＬＣＳＯがある一定時間で一定値にトラッキングすることにより、速度ガバナ制御を可能にし、且つ、蒸気タービンをガバニングすることにより、回転数制御を可能にし、負荷喪失領域のユニットトリップを回避することができる点は、既述のコンビネーション回路に同じである。
【００４８】
図７は、リミット制御回路実施の更に他の形態を示している。ロードリミット制御回路１に系統単独信号６１が付加され、速度ガバナ制御回路２に系統単独信号６２が付加され、その付加に伴って、切替器６４と定値設定器６３とが付加されている点で、実施の既述の形態と異なっている。このような付加によるトリップ回避の制御は、既述の通りである。系統単独信号６１又は系統単独信号６２のいずれかに基づくロードリミット制御信号５又は速度ガバナ制御信号６により、トリップが回避される。系統単独信号６１が単独に付加される場合、又は、系統単独信号６２が単独に付加される場合に比べて、系統単独信号６１と系統単独信号６２の両方が付加される実施の本形態では、トリップの発生をより安定的に抑制することができ、蒸気タービンをガバニングすることにより、回転数制御を可能にし、負荷喪失領域のユニットトリップを回避することができる点は、既述のコンビネーション回路に同じである。
【００４９】
実施の本形態では、蒸気タービンをガバニングすることにより回転数制御を可能にし、負荷喪失領域のユニットトリップを回避することができる点は、既述のコンビネーション回路に同じである。
【００５０】
図７は、リミット制御回路の実施の他の形態を示している。実施の本形態は、系統単独信号６１が既に付加されている図１に示される実施の既述の形態に対して、他の系統単独信号６５と更に他の系統単独信号６６とが温度リミット制御回路３と燃料リミット制御回路４とにそれぞれに新たに付加的に入力されている点で異なっている。他の系統単独信号６５と更に他の系統単独信号６６の追加に伴って、温度リミット制御回路３と燃料リミット制御回路４のそれぞれの出口側に、他の系統単独信号６５と他の系統単独信号６６とによりそれぞれに動作する他のレート切替器７１と更に他のレート切替器７４とが介設されている。
【００５１】
他の系統単独信号６５は、追加される他のワンショットタイマ６９を介して他のレート切替器７１に入力する。他の系統単独信号６６は、追加される更に他のワンショットタイマ７３を介して他のレート切替器７４に入力する。他のレート切替器７１は、最低値選択器９と温度リミット制御回路３との間に介設されている。他のレート切替器７４は、最低値選択器９と燃料リミット制御回路４との間に介設されている。更に、定値設定器７２，７５が付加されている。定値設定器７２は、他のレート切替器７１に定値を設定する。定値設定器７５は、他のレート切替器７４に定値を設定する。
【００５２】
通常の負荷運転時又は所内単独運転時には、温度リミット制御回路３と燃料リミット制御回路４から出力される制御信号６７，６８が、それぞれにレート付切替器７１，７４を介して温度リミット制御信号７と燃料リミット制御信号８にそれぞれになっている。系統単独運転時には、温度リミット制御信号７と燃料リミット制御信号８とは、系統単独信号６５，６６によりワンショットタイマ６９，７３で設定される一定時間、他のレート切替器７１と他のレート切替器７４とにより、定値設定器７２と定値設定器７５とによりそれぞれに設定される定数値に切り替わる。負荷喪失域のユニットトリップの回避は、既述の通りである。
【００５３】
図８は、リミット制御回路の実施の更に他の形態を示している。実施の本形態では、速度ガバナ制御回路２に系統単独信号６２が追加入力される。系統単独信号６２の追加に伴って、比例積分器２４の入口側に系統単独信号６２により動作する切替器６４と定値設定器６３が追加されている。
【００５４】
通常の負荷運転時には、速度ガバナ制御回路２は、負荷設定値と実負荷の偏差とにより求まるＳＰＳＥＴ増減値２２の比例積分制御量であるガバナ設定値（ＳＰＳＥＴ）２６と回転数２３の偏差２８をゲイン２９により比例制御した値を速度ガバナ制御信号６（ＧＶＣＳＯ）として出力している。所内単独運転時には、所内単独信号１２’により比例積分器２４の出口が定値設定器２５の定数０値に変更され、積分値出力２６は一定値に保持され、速度ガバナ制御回路２は、このような積分値出力２６と回転数２３の偏差をゲイン２９により比例制御した値を速度ガバナ制御信号６として出力する。
【００５５】
系統単独運転時には、系統単独信号６２により比例積分器２４の入口側のスイッチである切替器６４で増減値信号２２が定値設定器６３の定数０値に変更され、出力２６は一定値に保持される。速度ガバナ制御回路２は、このような積分値出力２６と回転数２３の偏差をゲイン２９のゲインにより比例制御した値を速度ガバナ制御信号６として出力する。
【００５６】
系統単独運転に移行した際、従来装置では、系統単独後も系統単独前の積分値出力２６を保持することにより、負荷設定値と実負荷の偏差から求まる増減値信号２２は、負荷変化により変動するので、積分値出力２６は一定値を保持できず外乱として作用する恐れがあり、速度ガバナ制御回路２の出力である速度ガバナ制御信号６による回転数制御が困難になる。しかし、系統単独信号により増減値信号２２を０値に設定変更し、系統単独移行以前の値に保持させ、ガバナ設定値２６を系統単独運転以前の値に保持することにより、速度ガバナ制御信号６は、回転数２３と一定値に基づく出力２８による比例制御になるので、速度ガバナ制御をより安定に且つより有効に回転数を制御することができる。系統単独運転に移行した際、積分値出力２６を系統単独移行以前の値に保持させることにより、速度ガバナ制御をより安定した回転数制御にすることができ、且つ、負荷喪失領域のユニットトリップを回避することができる。
【００５７】
特許文献１により開示される効果は、下記の通りである。
（効果１）系統単独信号にＳＰＳＥＴ増減値を零値に設定変更し、系統単独移行以前の値を保持させ、ガバナ設定値ＳＰＳＥＴを系統単独運転以前の値に保持することにより、ＧＶＣＳＯは回転数と一定値のＳＰＳＥＴによる比例制御になるので、速度ガバナ制御をより安定で有効な回転数制御にすることができること。（効果２）時刻Ｔｉ１に発信する系統単独信号によりＴＣＳＯはＧＶＣＳＯより十分に大きな一定値に時刻Ｔｉ１と時刻Ｔｉ２の間でトラッキングするため（図３のｃ３’参照）、ＣＳＯはＴＣＳＯに関係なくＧＶＣＳＯにより決定されて回転数制御が可能になること（このような効果は、ＦＬＣＳＯとＬＤＣＳＯについて同じである。）。
【００５８】
このような効果にＯＰＣ動作信号を取り入れた蒸気弁制御の調速機能が結合されて、負荷喪失領域のユニットトリップが回避される。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置は、負荷喪失領域のユニットトリップを効果的に回避しながら、系統単独運転移行に際してより適正に速度制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置のリミット制御回路の実施の形態を示す回路ブロック図である。
【図２】図２は、時間−回転数関係を示すグラフである。
【図３】図３は、時間−制御信号関係を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置のＯＰＣ動作回路の実施の形態を示す回路ブロック図である。
【図５】図５は、本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置の蒸気弁制御回路の実施の形態を示す回路ブロック図である。
【図６】図６は、本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置のリミット制御回路の実施の他の形態を示す回路ブロック図である。
【図７】図７は、本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置のリミット制御回路の実施の更に他の形態を示す回路ブロック図である。
【図８】図８は、本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置のリミット制御回路の実施の更に他の形態を示す回路ブロック図である。
【図９】図９は、コンバインドサイクル発電プラントの系統を示す制御回路図である。
【符号の説明】
１…ロードリミット制御回路
２…速度ガバナ制御回路
３…温度リミット制御回路
５…第１回転数制御信号
６…第２回転数制御信号
７…第３速度制御信号
８…第４速度制御信号
９…第１最低値選択器
１３…過速度防止信号
２０…第１切替器
２２…増減値
２３…回転数
２６…積分器出力値
２８…減算値
３６…所内単独移行信号
４３…負荷偏差信号
６１…系統単独信号
６２…系統単独信号
６４…第２切替器
６５…系統単独信号
６６…系統単独信号
７１…第３切替器
８１…負荷喪失信号
８２…ＯＰＣ動作制御ロジック回路
８３…モニタ器
８４…論理積
２０１…第１蒸気供給量信号生成回路
２０２…第２蒸気供給量信号生成回路
２０５…加算器
２０６…信号
２０８…除算器
２０９…定格時タービン回転数
２１０’…定格回転数割合偏差信号
２１２…弁開度割合設定除算器
２１３…弁開度割合設定制御値
２１４…変化率設定器
２１６…加算器
２１７…信号
２１８…正規化除算器
２１９…正規化定数
２２０…高圧蒸気弁制御回路
２２１…低圧蒸気弁制御回路
２２２…高圧蒸気弁制御値
２２３…低圧蒸気弁制御値
２２４…高圧弁側切替器
２２５…定数零値
２２６…低高圧弁側切替器
２２７…定数零値
２２８…第２蒸気供給量制御信号
２２９…第１蒸気供給量制御信号
２３０…第２最低値選択器
２３１…蒸気供給弁指令値
２３５…第４切替器
３０１…ガスタービン
３０２…蒸気タービン
３０９…高温蒸気弁
Claims (9)
- 蒸気タービンと、
前記蒸気タービンに１軸に結合されるガスタービンとを具備するコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置であり、
前記ガスタービンの回転数を制御する制御値に対応する燃料量制御信号を出力するリミット回路と、
前記回転数を制御する制御値に対応する弁制御信号を出力する弁制御回路と、
過速度防止信号を出力する過速度防止回路とを具備し、
前記リミット回路は、
前記回転数を制御する第１回転数制御信号を出力するロードリミット制御回路と、
前記回転数を制御する第２回転数制御信号を出力する速度ガバナ制御回路と、
前記第１回転数制御信号と前記第２回転数制御信号のうち最低値の回転数制御信号を選択する第１最低値選択器とを備え、
前記弁制御回路は、
前記回転数の定格回転数に対して規定される弁開度割合設定値に基づく第１蒸気供給量制御信号を出力する第１蒸気供給量信号生成回路と、
前記過速度防止信号の存在に基づく第２蒸気供給量制御信号を出力する第２蒸気供給量信号生成回路と、
前記第１蒸気供給量制御信号と前記第２蒸気供給量制御信号とのうちで最低値を選択し前記最低値を蒸気供給弁指令値として高温蒸気弁に対して出力する第２最低値選択器とを備え、
前記ロードリミット制御回路は、系統単独運転の移行に対応する系統単独信号に基づいて、前記第１回転数制御信号に替えて前記第２回転数制御信号よりも大きい値を持つ回転数制御信号を一定時間帯で出力する第１切替器を更に備える
コンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置。 - 蒸気タービンと、
前記蒸気タービンに１軸に結合されるガスタービンとを具備するコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置であり、
前記ガスタービンの回転数を制御する制御値に対応する燃料量制御信号を出力するリミット回路と、
前記回転数を制御する制御値に対応する弁制御信号を出力する弁制御回路と、
過速度防止信号を出力する過速度防止回路とを具備し、
前記リミット回路は、
前記回転数を制御する第１回転数制御信号を出力するロードリミット制御回路と、
前記回転数を制御する第２回転数制御信号を出力する速度ガバナ制御回路と、
前記第１回転数制御信号と前記第２回転数制御信号のうち最低値の回転数制御信号を選択する第１最低値選択器とを備え、
前記弁制御回路は、
前記回転数の定格回転数に対して規定される弁開度割合設定値に基づく第１蒸気供給量制御信号を出力する第１蒸気供給量信号生成回路と、
前記過速度防止信号の存在に基づく第２蒸気供給量制御信号を出力する第２蒸気供給量信号生成回路と、
前記第１蒸気供給量制御信号と前記第２蒸気供給量制御信号とのうちで最低値を選択し前記最低値を蒸気供給弁指令値として高温蒸気弁に対して出力する第２最低値選択器とを備え、
前記ロードリミット制御回路は、
系統単独運転の移行に対応する系統単独信号に基づいて、前記第１回転数制御信号に替えて前記第２回転数制御信号よりも大きい値を持つ回転数制御信号を一定時間帯で出力する第１切替器を更に備え、
前記第２回転数制御信号は、負荷設定値と実負荷の偏差により求められる増減値に対応 する値から回転数が減算された減算値に対応する値を持つ信号であり、
前記速度ガバナ制御回路は、系統単独運転の移行に対応する系統単独信号に基づいて、増減値信号によらずに系統単独移行以前の値に前記第２回転数制御信号を保持する第２切替器を備える
コンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置。 - 前記タービンの回転数を制御する第３回転数制御信号を出力する温度リミット制御回路を更に具備し、
前記温度リミット制御回路は、前記系統単独運転の移行に対応する系統単独信号に基づいて、前記第３回転数制御信号に替えて前記第２回転数制御信号よりも十分に大きい値を持つ回転数制御信号を一定時間帯で出力する第３切替器を備える
請求項１又は２のコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置。 - 前記十分に大きい値は一定値である
請求項３のコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置。 - 前記ガスタービンの回転数を制御する第４回転数制御信号を出力する燃料リミット制御回路を更に具備し、
前記燃料リミット制御回路は、前記系統単独運転の移行に対応する系統単独信号に基づいて、前記第４回転数制御信号に替えて前記第２回転数制御信号よりも十分に大きい値を持つ回転数制御信号を一定時間帯で出力する第４切替器を備える
請求項１〜４から選択される１請求項のコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置。 - 前記十分に大きい値は一定値である
請求項５のコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置。 - 前記過速度防止回路は、負荷偏差信号と所内単独移行の否定値とに基づく論理積として負荷喪失信号を出力し、
前記負荷喪失信号と前記系統単独信号との関係は論理和である
請求項１又は２のコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置。 - 前記第１蒸気供給量信号生成回路は、
前記回転数と定数値を減算して第１信号を出力する減算器と、
前記第１信号を定格時タービン回転数で除算し定格回転数に対する前記回転数と前記定数値の偏差の割合を示す定格回転数割合偏差信号を出力する除算器と、
回転数偏差に対する弁開度の割合設定するための弁開度割合設定定数で定格回転数割合偏差信号を除算して弁開度割合設定制御値を出力する弁開度割合設定除算器と、
所内単独運転の信号又は前記系統単独信号の非存在に基づいて弁開度定数値を出力し、前記所内単独運転の信号又は前記系統単独信号の存在に基づいて弁開度定数値を出力する切替器と、
前記弁開度割合設定制御値と前記弁開度定数値を加算して信号を出力する加算器と、
前記加算器の出力値に対応する信号を正規化定数で除算して正規化信号を出力する正規化除算器とを備え、
前記正規化除算器は、前記正規化信号を前記第１蒸気供給量制御信号として出力する
請求項１〜７から選択される１請求項のコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置。 - 前記第２蒸気供給量信号生成回路は、
前記過速度防止信号の非存在に基づいて高圧蒸気弁制御回路が出力する高圧蒸気弁制御値を出力し、前記過速度防止信号の存在に基づいて定数零値を出力する高圧弁側切替器と、
前記過速度防止信号の非存在に基づいて低圧蒸気弁制御回路が出力する低圧蒸気弁制御値を出力し、前記過速度防止信号の存在に基づいて定数零値を出力する低圧弁側切替器とを備え、
前記高圧弁側切替器が出力する信号は前記第２最低値選択器に入力される
請求項８のコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置。
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