JP5730833B2 - タービン制御装置、タービン制御方法及びタービン制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、発電用タービンのタービン制御装置、タービン制御方法、及び、タービン制御プログラムに関する。

本技術分野の背景技術としては、例えば、特開平５−３４０２０４号公報（特許文献１）がある。この特許文献１には、タービンの無負荷域、特に低回転域でのタービン回転数の制御が不安定となる場合に、安定な制御を可能にするタービン制御装置が記載されている。

具体的には、特許文献１のタービン制御装置は、タービンの実回転数を検出する回転数検出装置と、回転数に対応して非線形関数を出力する非線形関数器とを備える。また、特許文献１のタービン制御装置は、回転数設定器からの回転数設定信号と回転数信号との偏差を演算する加算器と、回転数偏差信号と非線形関数出力を演算する非線形調定率演算器とを備える。

特開平５−３４０２０４号公報

上記特許文献１には、タービンの無負荷域、特に低回転域での安定制御を可能にする技術が記載されているが、タービンの定格回転数近傍（負荷運転中）におけるタービンの安定制御については議論されていない。しかしながら、本技術分野では、負荷運転中においても、柔軟に系統周波数の安定制御を可能にする技術の開発が求められている。そこで、本発明は、負荷運転中であっても柔軟に、系統周波数を安定制御できるタービン制御装置、タービン制御方法及びタービン制御プログラムを提供する。

上記課題を解決するために、本発明のタービン制御装置は、タービンの回転速度の調整パラメータを、電力系統の運転状況に関する系統情報に基づいて調節する調速制御部を備える。

本発明によれば、発電プラントが繋がれた電力系統（以下、単に、系統という）の運転状況に関する系統情報に基づいてタービンの回転速度を制御することができるので、負荷運転中であっても柔軟な系統周波数の安定制御が可能になる。

一般的なタービン制御装置（比較例）で実施される蒸気タービンの調速負荷制御の制御アルゴリズムを示す図である。 本発明の実施例１に係る発電システムの概略ブロック構成図である。 実施例１における系統情報供給源の概略構成図である。 実施例１におけるタービン制御装置の概略構成図である。 実施例１における蒸気タービンの調速負荷制御の制御アルゴリズムを示す図である。 実施例１における蒸気タービンの調速負荷制御の処理手順を示すフローチャートである。 実施例１における調定率の可変アルゴリズムを示す図である。 系統周波数の変動特性と、それに対応する調定率の変動成分値（後述の第１寄与値Ｒ１）の変化特性との関係の一例を示す図である。 系統情報の変動特性と、それに対応する調定率の変動成分値（後述の第２寄与値Ｒ２）の変化特性との関係の一例を示す図である。 実施例１のタービン制御装置における調速負荷制御の結果例を示す図（模式図）である。 実施例２のタービン制御装置における蒸気タービンの調速負荷制御の制御アルゴリズムを示す図である。 実施例２における調定率の可変アルゴリズムを示す図である。

以下に、本発明の各種実施例に係るタービン制御装置及びタービン制御方法を、図面を参照しながら説明する。

まず、本発明の実施例１に係るタービン制御装置について説明する前に、現在、発電プラントにおいて一般的に実施されている蒸気タービンの調速制御方式（比較例）、及び、その方式において想定される各種課題について説明する。

火力発電プラントは、ボイラーで発生した蒸気を蒸気タービンに供給し、その蒸気によって蒸気タービン及び蒸気タービンに軸で直結された発電機を駆動する。また、火力発電プラントは、中央給電所からの発電指令値に応じて、発電設備である蒸気タービンに供給される蒸気流量を調整し、蒸気タービンの回転速度（系統周波数）を制御する。

この際、調定率（速度調定率：調整パラメータ）と呼ばれる系統寄与率に基づいて、蒸気タービンに流入する蒸気の量を調整して、タービン回転速度(系統周波数:５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）を制御する。そして、この調定率に基づく蒸気流量（蒸気タービンの回転速度）の安定制御により、系統の電力の総負荷量及び総供給量の変動に応じて発生する系統周波数の変動を抑制している。このような蒸気タービンの回転速度（系統周波数）の制御は、調速負荷制御又はガバナフリー制御と呼ばれている。

なお、調定率は、系統周波数の変動に対してどの程度の負荷（電力量）の調節を行うかを示すパラメータである。また、系統周波数は、発電機の回転数と同期しているため、発電機に直結された蒸気タービンの回転数と等しくなる。

図１は、現在、発電プラントにおいて一般的に実施されている蒸気タービンの調速負荷制御の制御アルゴリズムを示す図である。この制御アルゴリズムでは、まず、例えば蒸気タービンの軸に取り付けられた速度センサにより検出された回転速度（系統周波数）の実測値（実回転速度）と、定格回転速度との速度偏差ΔＶが算出される。次いで、調定率Ｒの逆数（以下、ゲインＧという）が、速度偏差ΔＶに乗算される。そして、ゲインＧが乗算された偏差信号ΔＳ（＝Ｇ・ΔＶ：以下、速度調整信号ΔＳという）は、発電機において必要とする電力量（負荷）に応じて設定されたガバナ設定信号Ｓ０に加算される。

次いで、ガバナ設定信号Ｓ０に速度調整信号ΔＳが加算された信号Ｓ（以下、調速負荷制御信号Ｓという）に基づいて加減弁の開度要求量が計算され、該開度要求量がボイラー及び蒸気タービン間を繋ぐ配管に設けられた加減弁に出力される。そして、加減弁に入力された開度要求量に基づいて、加減弁の開度が調整され、蒸気タービンに供給される蒸気流量が調節される。なお、上述した蒸気タービンの調速負荷制御方式を採用した火力発電プラントでは、通常、調定率Ｒは、一定値（約５〜７％程度）である。

このような調速負荷制御方式において、いま、例えば、調定率Ｒが５％である場合を考える。この場合には、±５％の範囲の系統周波数変動に対して、−１００％〜１００％の範囲で速度調整信号の調節が行われる。それゆえ、この場合、系統周波数が１％変動すると、定格蒸気流量の２０％の蒸気流量に対応する速度調整信号ΔＳが、予め設定されたガバナ設定信号Ｓ０に加算又は減算される。

また、調速負荷制御では、系統周波数の安定化を図るとともに、系統事故等により蒸気タービンの回転速度が急上昇した場合には蒸気供給量を絞り込むので、調速負荷制御は、蒸気タービン又は発電機の過速度防止の作用も備える。例えば、発電プラントの調定率Ｒが５％である場合には、蒸気タービンの回転速度が定格速度の１０５％になった時点で、速度調整信号ΔＳは−１００％となり、調速負荷制御信号Ｓが０％以下となるので、加減弁は全閉され、蒸気タービンの回転速度が調整される。一方、タービンの回転速度が定格速度の９５％となった場合には、速度調整信号ΔＳは１００％となり、１００％負荷分の蒸気流量に対応する調速負荷制御信号Ｓが加減弁に出力され、蒸気タービンの回転速度が調整される。

上述した蒸気タービンの調速負荷制御方式において調定率Ｒが低い場合、系統周波数のわずかな変動で大きな蒸気流量の調整が行われる。すなわち、この場合には、蒸気タービンの調速負荷制御は、高ゲインの調速負荷制御（高速応答制御）となる。しかしながら、高ゲインの調速負荷制御では、調速負荷制御信号Ｓ（Ｓ０＋ΔＳ）の変化が急激になったり、頻繁に発生したりする。この場合に発生する発電機出力の突変や加減弁の急激な開閉動作は、発電プラントの安定性を低下させる要因となる。また、蒸気の供給量が急激に増大して上限値を超える温度上昇や熱応力などが発生すると、蒸気タービンの熱ストレスが増大し、蓄積される。この熱ストレスは、蒸気タービンのロータやブレードなどの機械設備の劣化の主要因となり、設備の寿命が短くなる可能性がある。

一方、調速負荷制御方式において調定率Ｒを高くすると、蒸気タービンの調速負荷制御は、低ゲインの調速負荷制御となる。しかしながら、この場合には、発電プラントの安定性は向上するが、系統周波数の変動を発電プラントで吸収することが難しくなり、系統の安定性が低下する可能性がある。

さらに、実際の火力発電プラントでは、上述した調定率Ｒの値は、該火力発電プラントと系統内で繋がる他の発電システムの運転状況や、系統の電力需給に関係なく、一定値である。それゆえ、例えば天候等により供給電力量が大きく変動する発電システム（例えば太陽光発電システム、風力発電システム等）が多く繋がる系統においては、系統が不安定となっても、調定率Ｒを変更することができず、系統の安定性を制御することが難しくなる。

本発明では、上述した各種課題を解決できる蒸気タービンの調速負荷制御手法、及び、その手法を採用したタービン制御装置を提案する。

［発電プラントの構成及び動作］
（１）構成
図２は、実施例１に係るタービン制御装置を備える発電プラントの概略ブロック構成図である。なお、図２には、説明の便宜上、タービン制御装置と関連する構成部のみを示す。また、本実施例では、発電プラントが火力発電プラントである例を説明する。

発電プラント１０は、ボイラー１と、蒸気タービン２と、発電機３と、加減弁４と、配管５と、速度センサ６と、タービン制御装置７とを備える。

ボイラー１は、配管５を介して蒸気タービン２に接続され、配管５の途中には、加減弁４が設けられる。蒸気タービン２のタービン軸は、発電機３の回転軸に接続され、蒸気タービン２は発電機３に直結される。また、蒸気タービン２の回転速度を検出するための速度センサ６は、蒸気タービン２に取り付けられる。

タービン制御装置７は、速度センサ６に電気的に接続され、蒸気タービン２の回転速度を常時検出する。また、タービン制御装置７は、加減弁４と油圧を介して接続され、加減弁４の開度を制御して、ボイラー１から蒸気タービン２に流入する蒸気流量を調節する。

なお、図２には示さないが、発電プラント１０（発電機３）は、送電線を介して他の各種発電システムに接続され、これにより、系統が構築される。また、発電プラント１０（タービン制御装置７）は、例えばネットワーク等の通信網を介して、系統情報供給源２０と接続され、発電プラント１０が含まれる系統の運転状況に関する系統情報を系統情報供給源２０から取得する。

図３は、本実施例における系統情報供給源２０の概略構成図である。本実施例では、系統情報供給源２０は、発電プラント１０が含まれる系統の運転状況に関する系統情報として、発電プラント１０の外部施設（例えば中央給電所等）で算出されるリアルタイムの需給予測情報２１を、タービン制御装置７に供給する。この際、本実施例では、系統情報供給源２０は、リアルタイムの需給予測情報２１（系統情報）を、ＶＰＮ（Virtual Private Network）２２、ルータ２３及びプラントネットワーク２４を介してタービン制御装置７に供給する。

（２）動作
上記構成の発電プラント１０では、まず、ボイラー１は、例えば石油、石炭等の燃料を燃やして水を熱し、その際に発生する高温高圧の蒸気を、配管５を介して蒸気タービン２に供給する。次いで、蒸気タービン２は、ボイラー１から供給される高温高圧の蒸気により回転し、発電機３を駆動する。これにより、発電プラント１０は、電力を発生し、該電力を系統に供給する。

そして、本実施例では、蒸気タービン２を回転駆動する際、タービン制御装置７は、発電機３で発生する電力の系統周波数が所定の周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）になるように、加減弁４の開度を制御して蒸気タービン２の回転速度（回転数）を制御する。なお、この際、本実施例では、タービン制御装置７は、系統情報供給源２０から取得した系統情報と、速度センサ６から取得される蒸気タービン２の回転速度の実測データとに基づいて、蒸気タービン２の調速負荷制御を行う。

［タービン制御装置の構成］
図４は、本実施例のタービン制御装置７の内部構成（ハードウェア構成）図である。なお、図４には、説明を簡略化するため、蒸気タービン２の調速負荷制御に関連する構成部のみを示す。

タービン制御装置７は、制御部１１（調速制御部）と、第１記憶部１２と、第２記憶部１３と、回転速度検出部１４（回転速度取得部）と、系統情報取得部１５と、出力部１６とを備える。そして、これらの構成部は、バス１７を介して、互いに電気的に接続される。

制御部１１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）で構成され、演算処理装置及び制御装置として機能する。具体的には、制御部１１は、例えば第１記憶部１２や第２記憶部１３等に記録された各種プログラムを用いて、タービン制御装置７内の動作全般又はその一部を制御する。それゆえ、後述する蒸気タービン２の調速負荷制御も制御部１１により実行される。

第１記憶部１２は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）で構成され、制御部１１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。それゆえ、後述する蒸気タービン２の調速負荷制御処理で用いるプログラム（タービン制御プログラム）やその実行において必要となるパラメータ等は、第１記憶部１２に記憶される。

第２記憶部１３は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）で構成される。第２記憶部１３では、例えば後述の蒸気タービン２の調速負荷制御処理時に、第１記憶部１２に記憶された必要なプログラムや必要なパラメータ等が一時的に記憶及び展開される。

回転速度検出部１４は、蒸気タービン２に取り付けられた速度センサ６に電気的に接続された入力インターフェースである。それゆえ、例えば、後述する蒸気タービン２の調速負荷制御時には、タービン制御装置７（制御部１１）は、回転速度検出部１４を介して、速度センサ６で検出された回転速度データ（実回転速度）を検出する。

系統情報取得部１５は、系統情報供給源２０から系統情報を取得するための入力インターフェースである。それゆえ、例えば、後述する蒸気タービン２の調速負荷制御時には、タービン制御装置７は、系統情報取得部１５を介して、系統情報を取得する。

出力部１６は、後述する蒸気タービン２の調速負荷制御処理により生成された調速負荷制御信号Ｓｖ（加減弁指令信号）を加減弁４に出力するためのインターフェースである。それゆえ、後述する蒸気タービン２の調速負荷制御時には、タービン制御装置７は、出力部１６を介して調速負荷制御信号Ｓｖを加減弁４に出力する。

［蒸気タービンの調速負荷制御手法］
次に、本実施例のタービン制御装置７で行う蒸気タービン２の調速負荷制御手法（蒸気流量の制御手法）について、図５及び６を参照しながら説明する。

図５は、タービン制御装置７で実施される蒸気タービン２の調速負荷制御の制御アルゴリズムを示す図である。より具体的には、図５は、蒸気タービン２の調速制御処理時に、制御部１１が生成する調速負荷制御信号Ｓｖ（加減弁指令信号）の演算アルゴリズムを示す図である。また、図６は、本実施例における蒸気タービン２の調速負荷制御の処理手順を示すフローチャートである。

なお、本実施例では、蒸気タービン２の調速負荷制御時に、制御部１１は、第１記憶部１２（ＲＯＭ）に格納された蒸気タービン２の調速負荷制御プログラムを第２記憶部１３（ＲＡＭ）に展開する。そして、制御部１１は、該調速負荷制御プログラムを用い、図５に示す演算アルゴリズムに従って以下に説明する各種演算処理を行い、蒸気タービン２の調速負荷制御処理を行う。すなわち、本実施例では、制御部１１による蒸気タービン２の調速負荷制御処理を、ソフトウェアを用いて実行する。

また、本実施例では、上記比較例（図１）と同様に、蒸気タービン２の回転速度（蒸気タービン２に供給する蒸気流量）を、調定率に基づいて制御する。この際、調定率は、速度センサ６により検出された回転速度の実測データ（実回転速度）、及び、系統情報供給源２０から供給される系統情報に基づいて、逐次調節される。なお、実回転速度及び系統情報は時間とともに変動するパラメータであるので、本実施例で算出される調定率（以下では、可変調定率Ｒｖという）もまた時間とともに変化する。

本実施例の蒸気タービン２の調速負荷制御手法では、まず、タービン制御装置７は、速度センサ６により検出された回転速度の実測データ（実回転速度）を、回転速度検出部１４を介して取得する（ステップＳ１）。なお、上述のように、蒸気タービン２の回転数は系統周波数と等しくなるので、ステップＳ１では、実質、系統周波数の実測データに対応する情報を取得していることになる。

次いで、タービン制御装置７は、系統情報供給源２０から供給される系統情報を、系統情報取得部１５を介して取得する（ステップＳ２）。この際、本実施例では、系統情報として、発電プラント１０の外部施設で算出されるリアルタイムの需給予測情報２１を、ネットワーク経由で取得する（図２及び３参照）。なお、本実施例では、ステップＳ２の処理をステップＳ１より先に実行してもよいし、ステップＳ２の処理をステップＳ１の処理と並行して実行してもよい。

次いで、制御部１１は、定格回転速度から実回転速度を減算して、速度偏差ΔＶを算出する（ステップＳ３）。この算出処理は、図５中の減算ブロック３１（減算部）で実行される演算処理に対応する。なお、定格回転速度の情報は、予め、タービン制御装置７内の第１記憶部１２に記憶されており、蒸気タービン２の調速負荷制御時には、第１記憶部１２から第２記憶部１３に読み出されて使用される。

次いで、制御部１１は、取得した実回転速度に基づいて、系統周波数（実回転速度）の変動に対応する調定率の変動成分値（以下、第１寄与値Ｒ１という）を算出する（ステップＳ４）。また、制御部１１は、取得した系統情報に基づいて、系統の運転状況の変動（負荷変動）に対応する調定率の変動成分値（以下、第２寄与値Ｒ２という）を算出する（ステップＳ５）。なお、本実施例では、ステップＳ５の処理をステップＳ４より先に実行してもよいし、ステップＳ５の処理をステップＳ４の処理と並行して実行してもよい。

次いで、制御部１１は、第１寄与値Ｒ１及び第２寄与値Ｒ２を用いて、可変調定率Ｒｖを算出する（ステップＳ６）。ステップＳ４〜ステップＳ６の一連の算出処理は、図５中の可変調定率算出ブロック３２（可変調定率算出部）で実行される演算処理に対応する。なお、ステップＳ４〜ステップＳ６で行う可変調定率Ｒｖの算出処理については、後で、図面を参照しながら詳述する。

次いで、制御部１１は、ステップＳ３で算出した速度偏差ΔＶに、ステップＳ６で算出した可変調定率Ｒｖの逆数、すなわち、可変ゲインＧｖ（＝１／Ｒｖ）を乗算して、速度調整信号ΔＳｖ（＝Ｇｖ・ΔＶ）を算出する（ステップＳ７）。この算出処理は、図５中のゲイン乗算ブロック３３（速度調整信号生成部）で実行される演算処理に対応する。

次いで、制御部１１は、速度調整信号ΔＳｖ（＝Ｇｖ・ΔＶ）にガバナ設定信号Ｓ０を加算して、調速負荷制御信号Ｓｖ（＝Ｓ０＋ΔＳｖ）を算出する（ステップＳ８）。この算出処理は、図５中の加算ブロック３４（加算部）で実行される演算処理に対応する。なお、ガバナ設定信号Ｓ０の情報は、予め、タービン制御装置７内の第１記憶部１２に記憶されており、蒸気タービン２の調速負荷制御時には、第１記憶部１２から第２記憶部１３に読み出されて使用される。

そして、制御部１１は、ステップＳ８で生成した調速負荷制御信号Ｓｖから対応する加減弁開度を計算し、該加減弁開度を出力部１６を介して加減弁４に出力し、該調速負荷制御信号Ｓｖに基づいて加減弁４の開度、すなわち、蒸気タービン２の回転速度（系統周波数）を制御する（ステップＳ９）。本実施例のタービン制御装置７では、このようにして、蒸気タービン２の調速負荷制御を行う。

[可変調定率の算出及び調節手法]
（１）可変調定率の算出手法
次に、図６中のステップＳ４〜ステップＳ６で行う可変調定率Ｒｖの算出処理を、図７を参照しながらより詳細に説明する。なお、図７は、可変調定率Ｒｖの算出アルゴリズムを示す図であり、図５中の可変調定率算出ブロック３２で実行される演算処理のアルゴリズムを示す図である。

なお、図７中の第１寄与値Ｒ１の算出ブロック３２ａ（第１寄与値算出部）における演算処理は、図６中のステップＳ４の処理に対応する。図７中の第２寄与値Ｒ２の算出ブロック３２ｂ（第２寄与値算出部）における演算処理は、図６中のステップＳ５の処理に対応する。また、図７中の可変調定率Ｒｖの計算ブロック３２ｃ（可変調定率計算部）における演算処理は、図６中のステップＳ６の処理に対応する。

本実施例では、図７に示すように、可変調定率Ｒｖの計算ブロック３２ｃにおける演算処理（ステップＳ６の処理）において、第１寄与値Ｒ１及び第２寄与値Ｒ２だけでなく、ベース調定率Ｒ０を用いて、可変調定率Ｒｖを算出する。具体的には、可変調定率Ｒｖの計算ブロック３２ｃでは、ベース調定率Ｒ０から第１寄与値Ｒ１及び第２寄与値Ｒ２を減算して、可変調定率Ｒｖを算出する（Ｒｖ＝Ｒ０−Ｒ１−Ｒ２）。なお、ベース調定率Ｒ０の情報は、予め、タービン制御装置７内の第１記憶部１２に記憶されており、蒸気タービン２の調速負荷制御時には、第１記憶部１２から第２記憶部１３に読み出されて使用される。

（２）可変調定率の調節手法
次に、本実施例における可変調定率Ｒｖの調節手法について説明する。本実施例の可変調定率Ｒｖの調節手法では、系統周波数ｆが急激に変化する場合及び／又はそれが予測される場合には、高ゲインの調速負荷制御（高速応答制御）が実行されるように、可変調定率Ｒｖを小さくする。これにより、系統周波数ｆの変動に対する応答性を向上させる。

一方、系統周波数ｆが緩やかに変化する場合（変化しない場合も含む）及び／又はそれが予測される場合には、低ゲインの調速負荷制御が実行されるように、可変調定率Ｒｖを大きくする。これにより、発電プラント１０の安定性を向上させる。なお、本実施例で、可変調定率Ｒｖが、約３〜７％程度の範囲で変化するように、各寄与値の可変幅、及び、ベース調定率Ｒ０をそれぞれ適宜設定する。

以下に、上述した本実施例の可変調定率Ｒｖの調節手法を実現するための、第１寄与値Ｒ１の一算出例及び第２寄与値Ｒ２の一算出例を、図面を参照しながら具体的に説明する。

（３）第１寄与値Ｒ１の算出例
図８Ａ及び８Ｂを参照しながら、第１寄与値Ｒ１の一算出例を説明する。図８Ａは、系統周波数ｆ（６０Ｈｚ）の時間変動特性を示す図であり、図８Ａに示す特性の横軸は時間ｔであり、縦軸は速度センサ６で検出される蒸気タービン２の実回転速度に対応する系統周波数ｆである。また、図８Ｂは、図８Ａに示す系統周波数ｆの時間変動特性に対応する第１寄与値Ｒ１の時間変動特性を示す図であり、図８Ｂに示す特性の横軸は時間ｔであり、縦軸は第１寄与値Ｒ１である。

図８Ａ及び８Ｂに示す例では、系統周波数ｆの時間に対する変化率が大きくなった場合には、第１寄与値Ｒ１の絶対値を大きくし、系統周波数ｆの時間に対する変化率が小さくなった場合には、第１寄与値Ｒ１の絶対値を小さくする。また、系統周波数ｆが上昇する場合には、第１寄与値Ｒ１を正の値とし、系統周波数が低下する場合には第１寄与値Ｒ１を負の値とする。さらに、図８Ａ及び８Ｂに示す例では、例えば、系統周波数ｆが微小変動する期間は、第１寄与値Ｒ１の値を０に設定する。

図７中の第１寄与値Ｒ１の算出ブロック３２ａでは、このような系統周波数ｆと第１寄与値Ｒ１との関係に基づいて、第１寄与値Ｒ１が求められる。なお、図８Ａ及び８Ｂに示すような系統周波数ｆと第１寄与値Ｒ１との関係は、例えば、過去の実績データに基づいて求められた両者間の関係式（経験式）を用いて規定してもよいし、両者間の対応テーブルを用いて規定してもよい。この場合、両者間の関係式又は対応テーブルは、第１記憶部１２に格納される。また、系統周波数ｆと第１寄与値Ｒ１との関係、及び、第１寄与値Ｒ１の可変幅は、図８Ａ及び８Ｂに示す例に限定されず、例えば、発電プラント１０の性能（仕様）、系統の構成（他の発電システムの種別、構成など）等に応じて任意に変更することができる。

なお、図８Ａ及び８Ｂには、説明の便宜上、系統周波数ｆの時間変動特性と第１寄与値Ｒ１の時間変動特性との関係を用いて第１寄与値Ｒ１を算出する例を示した。しかしながら、上述のように、系統周波数ｆと蒸気タービン２の回転速度とは一対一で対応するので、速度センサ６で検出される蒸気タービン２の実回転速度の時間変動特性と第１寄与値Ｒ１の時間変動特性との関係も、図８Ａ及び８Ｂに示す関係と同様になる。それゆえ、第１寄与値Ｒ１を算出する際には、系統周波数ｆの時間変動特性と第１寄与値Ｒ１の時間変動特性との関係の代わりに、速度センサ６で検出される蒸気タービン２の実回転速度の時間変動特性と第１寄与値Ｒ１の時間変動特性との関係を使用してもよい。

（４）第２寄与値Ｒ２の算出例
次に、図９Ａ及び９Ｂを参照しながら、第２寄与値Ｒ２の一算出例を説明する。なお、図９Ａは、需要予測値Ｐの時間変動特性（需要予測カーブ）を示す図であり、図９Ａに示す特性の横軸は時間ｔであり、縦軸は需要予測値Ｐである。また、図９Ｂは、図９Ａに示す需要予測値Ｐの時間変動特性に対応する第２寄与値Ｒ２の時間変動特性を示す図であり、図９Ｂに示す特性の横軸は時間ｔであり、縦軸は第２寄与値Ｒ２である。

図９Ａ及び９Ｂに示す例では、需要予測値Ｐの変化率が大きくなると予測される場合には、第２寄与値Ｒ２の絶対値を大きくする。一方、需要予測値Ｐの変化率が小さくなると予測される場合には、第２寄与値Ｒ２の絶対値を小さくする。また、本実施例では、需要予測値Ｐが上昇する場合には、第２寄与値Ｒ２を正の値とし、需要予測値Ｐが低下する場合には第２寄与値Ｒ２を負の値とする。

図７中の第２寄与値Ｒ２の算出ブロック３２ｂでは、このような需要予測値Ｐと第２寄与値Ｒ２との関係に基づいて、第２寄与値Ｒ２が求められる。なお、図９Ａ及び９Ｂに示すような需要予測値Ｐと第２寄与値Ｒ２との関係は、例えば、過去の実績データに基づいて求められた両者間の関係式（経験式）を用いて規定してもよいし、両者間の対応テーブルを用いて規定してもよい。この場合、両者間の関係式又は対応テーブルは、第１記憶部１２に格納される。また、需要予測値Ｐと第２寄与値Ｒ２との関係、及び、第２寄与値Ｒ２の可変幅は、図９Ａ及び９Ｂに示す例に限定されず、例えば、発電プラント１０の性能（仕様）、系統の構成（他の発電システムの種別、構成など）等に応じて任意に変更することができる。

上述のようにして、第１寄与値Ｒ１及び第２寄与値Ｒ２を算出した場合、系統周波数ｆ及び／又は需要予測値Ｐの変化率が高くなると、第１寄与値Ｒ１及び／又は第２寄与値Ｒ２が大きくなる。この結果、可変調定率Ｒｖが小さくなり、可変ゲインＧｖが大きくなる。すなわち、本実施例において、系統周波数ｆが急激に変化する場合及び／又はそれが予測される場合には、蒸気タービン２の制御は、高ゲインの調速負荷制御（高速応答制御）となる。

一方、系統周波数ｆ及び／又は需要予測値Ｐの変化率が低い場合には、第１寄与値Ｒ１及び／又は第２寄与値Ｒ２が小さくなる。この結果、可変調定率Ｒｖが大きくなり、可変ゲインＧｖが小さくなる。すなわち、本実施例において、系統周波数ｆが緩やかに変化する場合及び／又はそれが予測される場合には、蒸気タービン２の制御は、低ゲインの調速負荷制御となる。

このような調速負荷制御手法を実行した場合に得られる系統周波数ｆ（６０Ｈｚ）の変動特性の一例（制御結果例）を図１０Ａ及び１０Ｂを参照しながら説明する。なお、図１０Ａは、本実施例の調速負荷制御手法を採用しない場合における系統周波数ｆの時間変動特性の模式図であり、図１０Ｂは、本実施例の調速負荷制御手法を採用した場合における系統周波数ｆの時間変動特性の模式図である。なお、各図の横軸は時間ｔであり、縦軸は系統周波数ｆである。

図１０Ａ及び１０Ｂに示すように、本実施例の調速負荷制御手法を採用した場合には、系統周波数ｆが急激に変化する時間帯において、系統周波数ｆの変動を大きく抑制することができる。また、本実施例では、系統周波数ｆが緩やかに変化する時間帯においても、系統周波数ｆの変動をより小さくすることができ、発電プラント１０の安定性を向上させることもできる。

［各種効果］
上述のように、本実施例の調速負荷制御手法では、系統情報（需要予測値Ｐ）に基づいて調定率を適宜調節しながら蒸気タービン２の調速負荷制御を行う。それゆえ、本実施例では、負荷運転中（定格回転速度近傍）であっても、系統の運転状況（負荷の変動状況）に応じて柔軟な系統周波数の調整（安定制御）が可能になる。なお、本実施例では、系統情報として、予測データを用いるので、将来の系統の運転状況を考慮して調速負荷制御を行うことができるので、より一層、柔軟な系統周波数の安定制御が可能になる。

また、本実施例では、系統の運転状況に応じて、調速負荷制御の応答性能を適宜変化させることができる。それゆえ、上述した比較例で想定される各種課題を解決することができる。具体的には、プラントの安定性を優先し、調速負荷制御の応答性能を下げて発電プラント１０の設備の長寿命化、燃焼の安定化を実現することができる。さらに、本実施例では、系統情報（需要予測値Ｐ）を用いて調速負荷制御を行うので、例えば、太陽光発電、風力発電などの天候等により供給電力量が大きく変動する発電システムが多く繋がる系統においても、系統周波数の安定性を向上させることができる。

次に、実施例２に係るタービン制御装置及びそのタービン制御手法について説明する。なお、本実施例では、上記実施例１の蒸気タービンの調速負荷制御手法（制御アルゴリズム）とは異なる調速負荷制御手法（制御アルゴリズム）を用いる。しかしながら、発電プラントの構成、及び、タービン制御装置の構成は、上記実施例１のそれら（図２及び４）と同様である。それゆえ、ここでは、蒸気タービンの調速負荷制御手法についてのみ、図１１及び１２を参照しながら説明する。

図１１は、本実施例における蒸気タービンの調速負荷制御の制御アルゴリズムを示す図である。また、図１２は、本実施例における可変調定率Ｒｖの算出アルゴリズムを示す図であり、図１１中の可変調定率算出ブロック３５で実行される演算処理のアルゴリズムを示す図である。なお、図１１及び１２に示す本実施例の調速負荷制御の制御アルゴリズムにおいて、上記実施例１（図５及び７）の調速負荷制御の制御アルゴリズムと同様の構成には、同じ符号を付して示す。

図１１と図５との比較、並びに、図１２と図７との比較から明らかなように、本実施例では、可変調定率Ｒｖを系統情報のみに基づいて調節する（変化させる）。すなわち、本実施例では、調定率の変動成分値としては、系統情報に基づいて算出される第２寄与値Ｒ２のみを用い、実回転速度（系統周波数）の変動に対応する第１寄与値Ｒ１を使用しない。

それゆえ、本実施例の調速負荷制御手法では、図６中のステップＳ４の処理（実回転速度に基づいて第１寄与値Ｒ１を算出する処理）は省略される。そして、本実施例では、第１寄与値Ｒ１を算出しないこと以外は、上記実施例１と同様にして、可変調定率Ｒｖを算出して、蒸気タービンの調速負荷制御を行う。

上述のように、本実施例の調速負荷制御手法においても、系統情報に基づいて調定率を適宜調節しながら蒸気タービンの調速負荷制御を行うので、上記実施例１と同様の各種効果が得られる。なお、上記実施例１では、系統周波数ｆの変動に対応する第１寄与値Ｒ１も考慮して可変調定率Ｒｖを算出するので、系統周波数ｆの急激な変動に対する応答性の観点では、実施例１の調速負荷制御手法の方が、実施例２のそれより有利である。

［各種変形例］
本発明の構成は、上記各種実施例で説明した構成に限定されず、例えば、次のような各種変形例も含まれる。

（１）変形例１
上記各種実施例では、タービン制御装置７の調速負荷制御処理における蒸気タービン２の回転速度の調整パラメータとして、調定率を用いる例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、蒸気タービン２の回転速度の調整パラメータとして、ゲインを用いてもよい。

この場合には、系統周波数ｆの実測値（蒸気タービン２の実回転速度）及び系統情報（需要予測値）、又は、系統情報のみに基づいて、可変ゲインＧｖを直接調節するような構成にする。具体的には、例えば図５中の可変調定率算出ブロック３２を、ゲイン算出ブロックに変更する。また、この場合、ゲインは調定率の逆数であるので、図８Ａ及び８Ｂに示すような系統周波数ｆと第１寄与値Ｒ１との関係、並びに、図９Ａ及び９Ｂに示すような需要予測値Ｐと第２寄与値Ｒ２との関係も適宜変更する。

（２）変形例２
上記各種実施例では、系統情報を外部からネットワークを介して取得する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、予め、系統の需要予測カーブ等の系統情報が、タービン制御装置７及び／又は発電プラント１０内のデータベースに蓄積されている場合には、タービン制御装置７及び／又は発電プラント１０内のデータベースから直接、系統情報を取得してもよい。また、この場合、タービン制御装置７の構成を、タービン制御装置７及び／又は発電プラント１０内のデータベースから現状に適した系統情報をオペレータにより適宜選択できるような構成にしてもよい。

（３）変形例３
上記各種実施例では、系統情報として、需要予測データ（需要予測カーブ）を用いる例を説明したが、本発明はこれに限定されない。発電プラント１０が接続されている系統の運転状況に関する情報であれば、任意の情報を系統情報として用いることができる。

例えば、発電プラント１０が属する系統に太陽光等の自然エネルギーを利用した発電システムが繋がれている場合には、気象情報（気象予測情報も含む）も系統情報として用いることができる。この場合、気象情報を、上述した需要予測データとは別個の系統情報（第２の系統情報）として用いてもよいし、需要予測データの代わりに用いてもよい。

前者の場合には、互いに種類の異なる複数の系統情報が、蒸気タービン２の調速負荷制御に用いられる。それゆえ、この場合には、気象情報等の第２の系統情報に対応する調定率の変動成分値（第３寄与値）が別途設けられ、第２の系統情報とそれに対応する第３寄与値との対応関係を示すデータを用いて、第３寄与値が求められる。

（４）変形例４
上記各種実施例では、タービン制御装置７の調速負荷制御処理をソフトウェアで実現する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図５に示す調速負荷制御の制御アルゴリズムを構成する各種ブロックのうち、可変調定率算出ブロック３２以外のブロックの全て又は一部をハードウェアで構成してもよい。

（５）変形例５
上記各種実施例では、常時、本発明の調速負荷制御処理を実行する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、系統周波数ｆが微小変動する期間は上述した調速負荷制御処理を実行しない構成（不感帯を設ける構成）にしてもよい。

（６）変形例６
上記各種実施例では、タービン制御プログラム（調速負荷制御プログラム）が、予め、タービン制御装置７の第１記憶部１２に実装（記憶）されている例を説明したが、本発明はこれに限定されない。外部から別途、タービン制御装置７にタービン制御プログラムを実装して上記調速負荷制御処理を実行する構成にしてもよい。この場合、タービン制御プログラムを、光ディスクや半導体メモリなどの媒体から配布する構成にしてもよいし、インターネットなどの通信網を介してダウンロードする構成にしてもよい。

（７）変形例７
上記各種実施例では、上述したタービン制御装置における調速負荷制御手法を火力発電プラントに適用する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。流体の流量を調整して、タービンの回転速度を安定制御する必要がある発電プラントであれば、任意の発電プラントに適用可能である。例えば、蒸気タービンだけでなくガスタービンを用いた発電プラントにも上述した本発明の調速負荷制御手法を適用することができる。

以上、本発明の各種実施例及び各種変形例に係るタービン制御装置及びタービン制御方法を説明したが、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、上記各種実施例及び各種変形例に限定されない。

１…ボイラー、２…蒸気タービン、３…発電機、４…加減弁、５…配管、６…速度センサ、７…タービン制御装置、１０…発電プラント、１１…制御部、１２…第１記憶部、１３…第２記憶部、１４…回転速度検出部、１５…系統情報取得部、１６…出力部、１７…バス、２０…系統情報供給源、２１…需給予測情報、２２…ＶＰＮ、２３…ルータ、２４…プラントネットワーク、３１…減算ブロック、３２，３５…可変調定率算出ブロック、３２ａ…第１寄与値の算出ブロック、３２ｂ…第２寄与値の算出ブロック、３２ｃ…可変調定率の計算ブロック、３３…ゲイン乗算ブロック、３４…加算ブロック

Claims (7)

1. 発電プラントが繋がれている電力系統の運転状況に関する系統情報を取得する系統情報取得部と、
   前記系統情報に基づいて、系統の運転状況の変動に対応する調定率の第１の変動成分値を算出し、前記発電プラント内のタービンの回転速度の調整パラメータとして、予め設定されたベース調定率と前記第１の変動成分値とから可変調定率を算出する調速制御部と、を備え、
   前記調速制御部は、前記可変調定率を用いて前記タービンの回転速度を調整する
   タービン制御装置。
2. さらに、前記タービンの回転速度の情報を取得する回転速度取得部を備え、
   前記調速制御部は、前記タービンの回転速度に基づいて、系統周波数の変動に対応する調定率の第２の変動成分値を算出し、前記調整パラメータとして、前記ベース調定率と前記第１の変動成分値と前記第２の変動成分値とから前記可変調定率を算出する
   請求項１に記載のタービン制御装置。
3. 前記系統情報が、前記電力系統の需要予測データを含む
   請求項１又は２に記載のタービン制御装置。
4. 前記系統情報が、気象情報を含む
   請求項２に記載のタービン制御装置。
5. 前記系統情報が、さらに気象情報を含む
   請求項３に記載のタービン制御装置。
6. 発電プラントが繋がれている電力系統の運転状況に関する系統情報を取得することと、
   前記系統情報に基づいて、系統の運転状況の変動に対応する調定率の第１の変動成分値を算出することと、
   前記発電プラント内のタービンの回転速度の調整パラメータとして、予め設定されたベース調定率と前記第１の変動成分値とから可変調定率を算出することと、
   前記可変調定率を用いて前記タービンの回転速度を調整すること
   を含むタービン制御方法。
7. 発電プラントが繋がれている電力系統の運転状況に関する系統情報を取得する処理と、
   前記系統情報に基づいて、系統の運転状況の変動に対応する調定率の第１の変動成分値を算出する処理と、
   前記発電プラント内のタービンの回転速度の調整パラメータとして、予め設定されたベース調定率と前記第１の変動成分値とから可変調定率を算出する処理と、
   前記可変調定率を用いて前記タービンの回転速度を調整する処理と
   をタービン制御装置に実装して実行させるタービン制御プログラム。

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