JP4459730B2 - Turbine speed control device and pulse modulation control circuit - Google Patents
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Description
この発明は、火力発電所のボイラに給水する給水ポンプ等の制御に用いるタービン(B F P T : Boiler feed Pump Turbine)の速度制御装置に関し、特に、タービン速度の昇速制御性向上に関するものである。 The present invention relates to a speed control device for a turbine (BFP T: Boiler feed Pump Turbine) used for control of a feed water pump or the like for supplying water to a boiler of a thermal power plant, and particularly relates to improvement in controllability for increasing the turbine speed.
タービン速度は、タービンに供給される蒸気量を調整する蒸気加減弁の弁開度を制御することで制御できる。従来のタービン速度制御装置について以下に説明する。
まず、目標速度設定器へ速度の目標値が設定される。実速度設定器は、目標速度設定器と実速度設定器の出力の大・小を検出する比較器の出力信号と、外部より与えられる「起動」のOR条件により、目標速度設定器の出力値と同一出力値となるように動作する。その時の実速度設定器の出力変化速度はタービンの昇速率を決定する昇速率設定器より与えられる。一方タービンの実回転数は、タービン軸に取付られた速度検出器より速度検出回路へ与えられ、速度信号として速度検出回路の出力信号が送出される。この実速度信号と実速度設定器の出力信号の差が増幅器にて、比例増幅又は比例+積分増幅され、蒸気加減弁の弁開度が制御される。この弁の入口には、ボイラより高温・高圧の蒸気が与えられ、弁の出口にはタービンが接続され、タービン軸にはタービンの負荷となる発電機等が接続される。即ち、蒸気加減弁の弁開度を制御することにより、タービン速度が制御されることになる(例えば、特許文献1参照)。
The turbine speed can be controlled by controlling the valve opening degree of the steam control valve that adjusts the amount of steam supplied to the turbine. A conventional turbine speed control apparatus will be described below.
First, a speed target value is set in the target speed setter. The actual speed setter outputs the output value of the target speed setter based on the output signal of the comparator that detects the magnitude of the output of the target speed setter and the actual speed setter and the OR condition of “startup” given from the outside. It operates so that it becomes the same output value. The output change speed of the actual speed setter at that time is given by the speed increase rate setter that determines the speed increase rate of the turbine. On the other hand, the actual rotational speed of the turbine is given to a speed detection circuit from a speed detector attached to the turbine shaft, and an output signal of the speed detection circuit is sent as a speed signal. The difference between the actual speed signal and the output signal of the actual speed setter is proportionally amplified or proportionally-integratedly amplified by an amplifier, and the valve opening degree of the steam control valve is controlled. Steam at a high temperature and high pressure is given to the inlet of the valve from the boiler, a turbine is connected to the outlet of the valve, and a generator or the like serving as a turbine load is connected to the turbine shaft. That is, the turbine speed is controlled by controlling the valve opening degree of the steam control valve (see, for example, Patent Document 1).
従来のタービン速度制御装置は以上のような構成を採用しているが、BFPT等、蒸気加減弁の弁開度制御によるタービン速度制御の場合、蒸気加減弁の弁開度を調整するガバナモータが出力する弁制御油圧信号と蒸気加減弁の開度特性は比例しておらず、特に起動時にタービン速度を昇速する際、蒸気量の調節が昇速制御に有効となる弁開度に達するまでの立ち上がりに時間を要する。このため、タービン速度が上昇を開始するまでに、制御信号が先行して、蒸気加減弁に過剰な昇速信号を出力することとなり、タービン速度は急激に上昇して目標速度を超えてオーバシュートし、目標速度への収束およびその調整に時間を要するなどの問題点があった。 The conventional turbine speed control device adopts the above configuration, but in the case of turbine speed control by the valve opening control of the steam control valve such as BFPT, the governor motor that adjusts the valve opening of the steam control valve outputs The valve control hydraulic pressure signal and the opening / closing characteristics of the steam control valve are not proportional, especially when the turbine speed is increased during startup until the valve opening reaches the valve opening at which the adjustment of the steam amount is effective for the acceleration control. It takes time to get up. For this reason, the control signal is preceded by the time the turbine speed starts to increase, and an excessive speed increase signal is output to the steam control valve, and the turbine speed increases rapidly and exceeds the target speed to overshoot. However, there are problems such as convergence to the target speed and the time required for the adjustment.
この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、タービン速度の制御性を向上して速やかに目標速度へ収束させることができるタービン速度制御装置を得ることを目的とする。
また、このようなタービン速度制御装置に好適なパルス変調制御回路、即ち、制御対象である変量を目標値に速やかに収束させるパルス信号を発生させることを可能にするパルス変調制御回路を提供することを第2の目的とする。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to obtain a turbine speed control device that improves the controllability of the turbine speed and can quickly converge to the target speed. Objective.
In addition, a pulse modulation control circuit suitable for such a turbine speed control device, that is, a pulse modulation control circuit capable of generating a pulse signal that quickly converges a variable to be controlled to a target value is provided. Is the second purpose.
この発明に係るタービン速度制御装置は、検出されたタービン速度を指令信号に追従させるように、該タービンへの供給流体の調整弁の弁開度を制御する。上記タービン速度の検出信号と上記指令信号との偏差を入力信号として、予め設定されたパルス幅のパルスを上記入力信号に反比例変化するパルス間隔で出力するパルス変調回路と、上記設定されたパルス幅よりも大きいパルス幅の信号を発生させる先行補助信号発生回路と、該先行補助信号発生回路と上記パルス変調回路との出力を切換選択して上記弁開度を制御する制御信号を出力する切換回路と、該切換回路での切換条件を決定するロジック回路とを備える。そして、上記パルス変調回路からの出力を上記制御信号に選択するに先立って、上記ロジック回路で決定される所定の期間、上記先行補助信号回路からの出力を上記制御信号に選択するものである。 The turbine speed control device according to the present invention controls the valve opening degree of the regulating valve for the fluid supplied to the turbine so that the detected turbine speed follows the command signal. Using the deviation between the turbine speed detection signal and the command signal as an input signal, a pulse modulation circuit that outputs a pulse having a preset pulse width at a pulse interval that varies in inverse proportion to the input signal, and the set pulse width A prior auxiliary signal generating circuit for generating a signal having a larger pulse width, and a switching circuit for switching and selecting the output of the prior auxiliary signal generating circuit and the pulse modulation circuit to output a control signal for controlling the valve opening degree And a logic circuit for determining a switching condition in the switching circuit. Prior to selecting the output from the pulse modulation circuit as the control signal, the output from the preceding auxiliary signal circuit is selected as the control signal for a predetermined period determined by the logic circuit.
またこの発明に係るパルス変調制御回路は、指令信号と検出信号との偏差を入力信号として、予め設定されたパルス幅のパルスを上記入力信号に反比例変化するパルス間隔で出力するパルス変調回路を備える。また、上記設定されたパルス幅よりも大きいパルス幅の信号を発生させる先行補助信号発生回路と、該先行補助信号発生回路と上記パルス変調回路との出力を切換選択して制御信号を出力する切換回路と、該切換回路での切換条件を決定するロジック回路とを備える。そして、上記パルス変調回路からの出力を上記制御信号に選択するに先立って、上記ロジック回路で決定される所定の期間、上記先行補助信号回路からの出力を上記制御信号に選択するものである。 The pulse modulation control circuit according to the present invention further includes a pulse modulation circuit that outputs a pulse having a preset pulse width at a pulse interval that varies in inverse proportion to the input signal, using the deviation between the command signal and the detection signal as an input signal. . Also, a preceding auxiliary signal generating circuit for generating a signal having a pulse width larger than the set pulse width, and a switching for selecting and outputting the output of the preceding auxiliary signal generating circuit and the pulse modulating circuit. A circuit and a logic circuit for determining a switching condition in the switching circuit. Prior to selecting the output from the pulse modulation circuit as the control signal, the output from the preceding auxiliary signal circuit is selected as the control signal for a predetermined period determined by the logic circuit.
この発明に係るタービン速度制御装置によると、先行補助信号発生回路からの大きいパルス幅の信号をパルス変調回路出力に先立って用いることにより、弁開度特性およびタービン速度の立ち上がりを早くすると共に、パルス変調回路からの過剰なパルス信号を抑制して速やかに目標速度へ収束させることができ、タービン速度の制御性を向上できる。 According to the turbine speed control device of the present invention, by using a signal having a large pulse width from the preceding auxiliary signal generation circuit prior to the output of the pulse modulation circuit, the valve opening characteristic and the rise of the turbine speed are accelerated, and the pulse An excessive pulse signal from the modulation circuit can be suppressed to quickly converge to the target speed, and the controllability of the turbine speed can be improved.
またこの発明に係るパルス変調制御回路によると、先行補助信号発生回路からの大きいパルス幅の信号をパルス変調回路出力に先立って用いることにより、制御対象である変量の立ち上がりを早くすると共に、パルス変調回路からの過剰なパルス信号を抑制して速やかに制御対象変量を目標値へ収束させることができ、制御対象変量を良好に制御できる。 In addition, according to the pulse modulation control circuit of the present invention, by using a signal having a large pulse width from the preceding auxiliary signal generation circuit prior to the output of the pulse modulation circuit, the rise of the variable to be controlled is accelerated and the pulse modulation is performed. An excessive pulse signal from the circuit can be suppressed and the controlled variable can be quickly converged to the target value, and the controlled variable can be controlled well.
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1について説明する。
図1は、この発明の実施の形態1によるタービン速度制御装置の構造をBFPT制御装置について示した図である。
図1に示すように、BFPT制御装置は、給水タンク13からボイラ15ヘの給水のための給水ポンプ14を制御するタービン12の速度制御をするもので、タービン12を給水ポンプ14と同軸に配設し、アキュームレータ11からタービン12に供給される供給流体としての蒸気の量を調整することでタービン12の回転数を制御する。蒸気量の調整は調整弁としての調整バルブ10の弁開度を、バルブ調整モータ9が出力する弁制御油圧信号によるバルブ制御信号にて制御する。
Embodiment 1 FIG.
Embodiment 1 of the present invention will be described below.
FIG. 1 is a diagram showing the structure of a turbine speed control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention for a BFPT control apparatus.
As shown in FIG. 1, the BFPT control device controls the speed of a turbine 12 that controls a water supply pump 14 for supplying water from a
また、タービン12の速度制御のためのバルブ制御信号を生成する主回路構成を以下に説明する。
図に示すように、目標速度設定器1、昇速率設定器2、速度指令発生回路3、タービン軸に取付られた速度検出器4、速度検出回路5、および比較回路6を備える。また、パルス変調回路としてのパルスファンクションモジュール回路7(Pulse function Module:以後、PFM回路7と称す)、先行補助信号発生回路71、切換回路72、切換条件ロジック回路61および増幅器8を備え、バルブ調整モータ9は増幅器8からの出力信号を入力としてバルブ制御信号を出力する。
A main circuit configuration for generating a valve control signal for controlling the speed of the turbine 12 will be described below.
As shown in the figure, a target speed setter 1, a speed
目標速度設定器1からの出力と昇速率設定器2からの出力とは速度指令発生回路3に入力され、速度指令発生回路3は速度指令信号として、タービン12の回転速度指令を出力する。この回転速度指令は、目標回転速度までの昇速時には傾斜信号で、その後ほぼ目標回転速度となる。一方、タービン12の実回転数は、タービン軸に取付られた速度検出器4より速度検出回路5へ与えられ、速度検出回路5は速度検出信号を出力する。比較回路6は、速度指令発生回路3からの回転速度指令と速度検出回路5からの速度検出信号とを入力としてその偏差6aを出力する。
The output from the target speed setter 1 and the output from the
また、PFM回路7は、比較回路6からの偏差6aを入力として、予め設定されたパルス幅で該偏差6aに応じて反比例変化するパルス間隔のパルス信号(PFM信号)を出力する。なお、パルス信号におけるパルス幅は駆動時間を、パルス間隔は非駆動時間を制御する。先行補助信号発生回路71は、PFM回路7のPFM信号よりも大きなパルス幅の先行補助信号を発生する。切換条件ロジック回路61は、目標速度設定器1からの出力をタービン12の起動を認識する起動認識信号として入力すると共に、比較回路6からの偏差6aと速度検出回路5からの速度検出信号とを入力として、上記起動認識信号が入力された時点から、偏差6aが予め設定された閾値以上であり、しかも速度検出信号が予め設定された闇値以下である状態の間、成立条件信号を出力する。切換回路72は、PFM回路7からのPFM信号、先行補助信号発生回路71からの先行補助信号、および切換条件ロジック回路61からの出力を入力として、切換条件ロジック回路61から成立条件信号が入力されている間は、先行補助信号を選択して出力し、成立条件信号の入力が終了するとPFM信号を切換選択して出力する。切換回路72から出力される弁開度制御信号72aは増幅器8にて増幅されバルブ調整モータ9への制御信号に用いる。
The
このようなタービン速度制御における、調整バルブ10の弁開度およびタービン12の実回転数の特性を図2(a)に示す。なお、比較例として、先行補助信号を用いずにPFM信号のみを弁開度制御信号72aに用いて制御した場合の特性を図2(b)に示す。
この実施の形態では、切換条件ロジック回路61にて決定される所定の期間、即ち、タービン12が起動して昇速開始からある程度速度が上昇して回転速度指令(図中の回転数指令)に近づくまでは、先行補助信号を弁開度制御信号72aに用いる。先行補助信号は、PFM信号よりも大きなパルス幅で、例えば所定の時間連続する連続パルスを1〜数回発生するなどでも良く、弁開度特性の立ち上がりを早くし、これによりタービン速度(実回転数)の立ち上がりを早くする。
この後、切換回路72によりPFM信号を切換選択して弁開度制御信号72aに用いる。即ち、タービン速度と回転速度指令との偏差が比較的小さくなってから、該偏差に応じて反比例変化するパルス間隔で出力されるPFM信号を弁開度制御信号72aに用いる。このため、弁開度制御信号72aとなるPFM信号が過剰に出力されることが抑制され、目標速度(目標回転数)を超えるオーバシュートを抑制し速やかに目標速度へ収束させることができる。
FIG. 2A shows the characteristics of the valve opening of the adjusting
In this embodiment, a predetermined period determined by the switching
Thereafter, the PFM signal is switched and selected by the
これに対し、先行補助信号を用いずにPFM信号のみを弁開度制御信号72aに用いた比較例では、図2(b)に示すように、昇速の初期の段階では、タービン速度と回転速度指令との偏差が大きいことによりPFM信号が過剰に出力される。PFM信号はパルス幅が所定値以上とならないため、弁開度およびタービン速度の立ち上がりが遅いという特性の改善には不十分であり、しかも、過剰に出力されたPFM信号により、目標回転数を超えるオーバシュートが大きくなって目標速度への収束に時間を要する。
On the other hand, in the comparative example in which only the PFM signal is used for the valve opening
以上のように、この実施の形態では、先行補助信号発生回路71からの大きいパルス幅の信号をPFM信号に先立って弁開度制御信号72aに用いることにより、弁開度特性およびタービン速度の立ち上がりを早くすると共にオーバシュートを抑制して速やかに目標速度へ収束させることができ、タービン速度の制御性を向上できる。
As described above, in this embodiment, a signal having a large pulse width from the preceding auxiliary
なお、上記実施の形態で用いたPFM回路7、先行補助信号発生回路71、切換回路72および切換条件ロジック回路61は、図3で示すように、PFM制御回路70として一体で構成しても良い。
また、PFM信号のみを弁開度制御信号72aに用いた既存のタービン速度制御装置の制御性改善には、先行補助信号発生回路71、切換回路72および切換条件ロジック回路61を追加し、新規なタービン速度制御装置には一体型の上記PFM制御回路70を用いても良い。
Note that the
Further, in order to improve the controllability of the existing turbine speed control device using only the PFM signal as the valve
また、このようなPFM回路7、先行補助信号発生回路71、切換回路72および切換条件ロジック回路61で構成されるPFM制御回路は、上記実施の形態では、BFPT制御装置に用いたが、他の装置の速度制御あるいは、速度以外の変量を制御するものでも良く、先行補助信号発生回路からの大きいパルス幅の信号をPFM信号に先立って用いることにより、制御対象である変量の立ち上がりを早くすると共にオーバシュートを抑制して、速やかに目標速度へ収束させることができる。
In addition, the PFM control circuit configured by the
3 速度指令発生回路、4 速度検出器、5 速度検出回路、6 比較回路、
6a 偏差、7 パルス変調回路としてのPFM回路、9 バルブ調整モータ、
10 調整弁としての調整バルブ、12 タービン、61 切換条件ロジック回路、
71 先行補助信号発生回路、72 切換回路、71a 弁開度制御信号。
3 Speed command generation circuit, 4 Speed detector, 5 Speed detection circuit, 6 Comparison circuit,
6a deviation, 7 PFM circuit as pulse modulation circuit, 9 valve adjustment motor,
10 adjustment valve as adjustment valve, 12 turbine, 61 switching condition logic circuit,
71 Preliminary auxiliary signal generation circuit, 72 switching circuit, 71a Valve opening control signal.
Claims (4)
In a pulse modulation control circuit comprising a pulse modulation circuit that outputs a pulse having a preset pulse width at a pulse interval that varies inversely proportional to the input signal, using the deviation between the command signal and the detection signal as an input signal. A preceding auxiliary signal generating circuit for generating a signal having a pulse width larger than the pulse width, a switching circuit for switching and selecting outputs of the preceding auxiliary signal generating circuit and the pulse modulation circuit, and the switching circuit; And a logic circuit for determining a switching condition in step (b), and an output from the preceding auxiliary signal circuit for a predetermined period determined by the logic circuit prior to selecting an output from the pulse modulation circuit as the control signal. Is selected as the control signal.
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