JP5772629B2 - 蒸気圧力制御方法 - Google Patents
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Description
(1)ボイラに燃料を供給して燃焼させた熱を熱交換器で吸収して発生させた蒸気をタービンへ供給して発電するボイラ・タービン・発電機設備のボイラ蒸気圧力実績値を一定値に制御すべくボイラに供給する燃料量を補正するにあたり、蒸気圧力実績値の蒸気圧力設定値との偏差である蒸気圧力偏差(△P)の積分値を用いて前記燃料量補正量を算出して補正する方法において、
蒸気圧力偏差(△P)の積分値に積分ゲインKiを乗じた値を用いて前記燃料量補正量を算出して補正(以下、「積分制御」という。)している場合に、
前記蒸気圧力偏差(△P)が予め設定した圧力範囲を逸脱し、かつ、前記圧力範囲に突入する現象が2回以上発生した場合であって、前記蒸気圧力偏差(△P)が予め設定した圧力範囲を第1回目に逸脱した時刻(以下、「第1回目の逸脱時刻」という。)から第2回目に前記圧力範囲に突入する時刻(以下、「第2回目の突入時刻」という。)までの時間(以下、「疑似振動周期」という。)(TP)が予め設定した時間(TV)以下であったときの当該第2回目の突入時刻(以下、「切替時刻」という。)に、
前記蒸気圧偏差(△P)の積分値に積分ゲインKiを乗じた値を用いて燃料量補正量を算出する方法から、前記蒸気圧偏差(△P)の積分値の移動平均値に積分ゲインKiを乗じた値用いて燃料量補正量を算出する方法に変更するステップを有することを特徴とする蒸気圧力制御方法。
(2)前記蒸気圧力偏差(△P)の積分値の移動平均とは、
前記積分制御開始時刻から前記蒸気圧力偏差(△P)の積分値とは並行して計算された値であって、
現時刻から移動平均時間(TM)遡った時刻を始点として現時刻までの前記蒸気圧力偏差(△P)の積分値(当該遡った時刻に値が無い場合は零として取り扱う)をさらに前記移動平均時間(TM)だけ積分した値を前記移動平均時間(TM)で除した値であることを特徴とする(1)に記載の蒸気圧力制御方法。
(3)前記蒸気圧力偏差(△P)の積分値の移動平均とは、
切替時刻における前記蒸気圧力偏差(△P)の積分値に、
切替時刻以降の各時刻において移動平均時間(TM)遡った時刻を始点として当該各時刻までの前記蒸気圧力偏差(△P)の積分値(切替時刻において積分値はリセットするとともに切替時刻以前の値は零として取り扱う)をさらに前記移動平均時間(TM)だけ積分した値を前記移動平均時間(TM)で除した値を加えたものであることを特徴とする(1)に記載の蒸気圧力制御方法。
(4)前記蒸気圧力偏差(△P)の積分値の移動平均とは、
前記第1回目の逸脱時刻以降であって切替時刻までの前記蒸気圧力偏差(△P)の積分値を記憶し、
切替時刻以降において前記疑似振動周期(TP)を前記移動平均時間(TM)として、
切替時刻以降の各時刻において移動平均時間(TM)遡った時刻を始点として当該各時刻までの前記蒸気圧力偏差(△P)の積分値をさらに前記移動平均時間(TM)だけ積分した値を前記移動平均時間(TM)で除した値であることを特徴とする(1)に記載の蒸気圧力制御方法。
(5)蒸気圧力実績値の蒸気圧力設定値との偏差である蒸気圧力偏差(△P)を用いて前記燃料量補正量を算出して補正する方法を有する特徴とする(1)ないし(4)のいずれか1つに記載の蒸気圧力制御方法。
(6)前記蒸気圧力実績値の蒸気圧力設定値との偏差である蒸気圧力偏差(△P)を用いて前記燃料量補正量を算出して補正する方法においては、
蒸気圧力偏差(△P)の区分に応じて前記燃料量補正量を修正する第1修正ステップを有し、
前記第1修正ステップにおいては、前期蒸気圧力偏差(△P)が零となる値を含む区分においては、前記燃料量補正量を零とすることを特徴とする(5)に記載の蒸気圧力制御方法。
図8に示すようなボイラに燃料を供給して燃焼させた熱を熱交換器で吸収して発生させた蒸気をタービンへ供給して発電するボイラ・タービン・発電機設備において、ボイラの蒸気圧力実績値を一定値に制御すべくボイラに供給する燃料量を補正する方法である。
図1には、本発明の制御系の基本的構成が示されている。
すなわち、△P=PN−Pである。
蒸気圧力制御部18では、蒸気圧力偏差(△P)21を入力として燃料量補正量22(△F)が算出される。燃料量制御部12では、燃料量補正量22(△F)を入力として燃料量(F)23が算出される。ボイラ2には算出された燃料量23が与えられ、これに応じて新たな蒸気が発生し、さらに、当該蒸気は温度制御部16で温度制御がなされる。温度制御がなされた蒸気はタービン4に与えられて回転エネルギーとなり、発電機5で回転エネルギーを電気エネルギーに変換して発電が実行される。
図2には蒸気圧力制御の構成が記載されている。蒸気圧力制御部は、振動開始判断部80、積分制御部50並びに比例制御部60から構成されている。振動開始判断部80は、蒸気圧力偏差(△P)が振動しているか否かを常時監視して、振動を開始したと判断したときは、積分制御部50、比例制御部60にその旨の通知をおこなう。積分制御部50は、蒸気圧力偏差(△P)を引出点28から引き出して入力として、積分制御補正量58を算出している。比例制御分60は、蒸気圧力偏差(△P)を引出点28から引き出して入力として、比例制御補正量68を算出している。積分制御補正量58と比例制御補正量68は加算点29で加えられて燃料量補正量22となる。
図5(a)は蒸気圧力偏差(△P)が振動を開始した旨の判断の概要について記載されている。
発明者らは鋭意研究開発の結果、切替時刻以降に振動抑制のための手段として、使用していた蒸気圧力偏差(△P)の積分値に代えて当該積分値の移動平均を使用することとすることで、当該振動を有効に抑制できることを見出した。
図5(b)は、蒸気圧力偏差(△P)の積分値の移動平均の算出について記載されている。図5(b)おいて、縦軸は蒸気圧力偏差(△P)の積分値であり、横軸は時刻(t)であり、41は現在時刻であり、42は移動平均時間(TM)である。現在時刻41における蒸気圧力偏差(△P)の積分値の移動平均とは、現在時刻から移動平均時間(TM)まで遡った蒸気圧力偏差(△P)の積分値を更に積分した値を移動平均時間(TM)で除した値である。蒸気圧力偏差の積分値が連続的ではなく離散的に、例えばΔTピッチで得られている場合には、積分値をさらに積分した値は、対象範囲に存する積分値の和にΔTをかけた値として求めることができる。
移動平均Aを用いる形態は、第1の実施形態において、前記蒸気圧力偏差(△P)の積分値の移動平均とは、前記積分制御開始時刻から前記蒸気圧力偏差(△P)の積分値とは並行して計算された値であって、現時刻から移動平均時間(TM)遡った時刻を始点として現時刻までの前記蒸気圧力偏差(△P)の積分値(当該遡った時刻に値が無い場合は零として取り扱う)の和を前記移動平均時間(TM)で除した値(以下、「積分値の移動平均A」という。)を用いる蒸気圧力制御方法である。
図3(a)には本実施形態に用いる積分制御部ブロック図が記載されている。積分制御部は主に、積分器用リセット52のついた積分器51、切替器56、移動平均算出器55、積分ゲイン57から構成される。
制御開始時刻から積分器51の出力は移動平均算出器55に送られて、現時刻から移動平均時間(TM)遡った時刻を始点として現時刻までの前記蒸気圧力偏差(△P)の積分値を更に移動平均時間(TM)だけ積分した値を前記移動平均時間(TM)で除した値を出力しているが、移動平均の算出にあたり当該遡った時刻に値が無い場合は零として取り扱う。
移動平均Bを用いる形態は、第1の実施形態において、前記蒸気圧力偏差(△P)の積分値の移動平均とは、切替時刻における前記蒸気圧力偏差(△P)の積分値に、切替時刻以降の各時刻において移動平均時間(TM)遡った時刻を始点として当該各時刻までの前記蒸気圧力偏差(△P)の積分値(切替時刻において積分値をリセットするとともに切替時刻以前の値は零として取り扱う)を更に移動平均時間(TM)だけ積分した値を前記移動平均時間(TM)で除した値を、加えたもの(以下、「積分値の移動平均B」という。)である蒸気圧力制御方法である。
図3(b)には本実施形態に用いる積分制御部ブロック図が記載されている。積分制御部は主に、積分器用リセット52のついた積分器51、切替器56、ホールダ用リセット54のついたホールダ53、移動平均算出器55、積分ゲイン57から構成される。
移動平均Cを用いる形態は、第1の実施形態において、前記蒸気圧力偏差(△P)の積分値の移動平均とは、前記第1回目の逸脱時刻以降であって切替時刻までの前記蒸気圧力偏差(△P)の積分値を記憶し、切替時刻以降において前記疑似振動周期(TP)を前記移動平均時間(TM)として、切替時刻以降の各時刻において移動平均時間(TM)遡った時刻を始点として当該各時刻までの前記蒸気圧力偏差(△P)の積分値の和を前記移動平均時間(TM)で除した値である(以下、「積分値の移動平均C」という。)蒸気圧力制御方法である。
図3(c)には本実施形態に用いる積分制御部ブロック図が記載されている。積分制御部は主に、積分器用リセット52のついた積分器51、切替器56、記憶装置59、移動平均算出器55、積分ゲイン57から構成される。
切替時刻以降において移動平均算出器55においては、記憶装置59に記憶された値を用いて前記疑似振動周期(TP)を前記移動平均時間(TM)として、切替時刻以降の各時刻において移動平均時間(TM)遡った時刻を始点として当該各時刻までの前記蒸気圧力偏差(△P)の積分値を更に移動平均時間(TM)だけ積分した値を前記移動平均時間(TM)で除した値を蒸気圧力偏差(△P)の積分値の移動平均値として出力し、かつ、切替器56はBに接続され、蒸気圧力偏差(△P)の積分値の移動平均をとった値に積分ゲインKiが乗じられた値が積分制御補正量58出力される。
蒸気圧力偏差(△P)21についての第1回目の逸脱時刻以降の蒸気圧力偏差(△P)の積分値は記憶装置59に記憶され、切替時刻以降の各時刻において移動平均時間(TM)遡った時刻を始点として当該各時刻までの前記蒸気圧力偏差(△P)の積分値の和を前記移動平均時間(TM)で除した値を蒸気圧力偏差(△P)の積分値の移動平均値として出力される。
第2の実施形態は、第1の実施形態におけるΔpの積分値を用いた積分制御に加えて、蒸気圧力実績値の蒸気圧力設定値との偏差である蒸気圧力偏差(△P)を用いて前記燃料量を算出して補正する方法(比例制御)を含む制御方法である。
図4(a)は比例制御部の概要を示した図である。図4(a)に記載したように、比例ゲインKpを修正するためのゲインKpg1を直列に配置し、蒸気圧力偏差(△P)にKp、Kpg1を乗じて比例制御補正量を算出し、これにより燃料量を補正する。Kpg1=1(一定)とすれば、通常の比例制御を行うことになる。
振動開始を判断せず、振動が発生しても通常どおり、ゲインを一定として積分制御、比例制御を行った。図7(a)には、比例制御を用いずに積分制御のみを用いた場合の結果を示す。図7(b)には積分制御と比例制御を併用した場合の結果を示す。いずれにおいても、時間の経過と共に蒸気圧力偏差の振動の振幅が増大し、振動が拡散していることが明らかである。積分制御、比例制御のゲインが大きすぎたことが振動拡大の原因と考えられる。
第1の実施形態であって移動平均Aを用いる形態を実施した場合のグラフを図6(a)に記載する。本形態は図3(a)に記載されているように蒸気圧力偏差(△P)の積分値の移動平均としては、積分値の移動平均Aを用いる。
第1の実施形態であって移動平均Bを用いる形態を実施した場合のグラフを図6(b)に記載する。本形態は図3(b)に記載されているように蒸気圧力偏差(△P)の積分値の移動平均としては、積分値の移動平均Bを用いる。
第1の実施形態であって移動平均Cを用いる形態を実施した場合のグラフを図6(c)に記載する。本形態は図3(c)に記載されているように蒸気圧力偏差(△P)の積分値の移動平均としては、積分値の移動平均Cを用いる。
第2の実施形態であって積分制御では移動平均Aを用いる形態を実施し、比例制御では修正ゲインKpg1による補正を行わなかった場合のグラフを図6(d)に記載する。積分制御は図3(a)に記載されたものであり、比例制御は図4(a)に記載されたものであり、Kpg1=1とした場合である。
第2の実施形態であって積分制御では移動平均Bを用いる形態を実施し、比例制御では修正ゲインKpg1による補正を行わなかった場合のグラフを図6(e)に記載する。積分制御は図3(b)に記載されたものであり、比例制御は図4(a)に記載されたものであり、Kpg1=1とした場合である。
第2の実施形態であって積分制御では移動平均Cを用いる形態を実施し、比例制御では修正ゲインKpg1による補正を行わなかった場合のグラフを図6(f)に記載する。積分制御は図3(c)に記載されたものであり、比例制御は図4(a)に記載されたものであり、Kpg1=1とした場合である。
第2の実施形態であって移動平均Aを用いる形態を実施し、修正ゲインKpg1による補正を行った場合のグラフを図6(g)に記載する。積分制御は図3(a)に記載されたものであり、比例制御は図4(a)、(b)に記載されたものを実施している。比例制御による補正量の計算にあたっては、図4(b)に記載されるゲインテーブルを用いることで、蒸気圧力偏差(△P)が少ないところでは補正量を零としている。
第2の実施形態であって移動平均Bを用いる形態を実施し、修正ゲインKpg1による補正を行った場合のグラフを図6(h)に記載する。積分制御は図3(b)に記載されたものであり、比例制御は図4(a)、(b)に記載されたものを実施している。比例制御による補正量の計算にあたっては、図4(b)に記載されるゲインテーブルを用いることで、蒸気圧力偏差(△P)が少ないところでは補正量を零としている。
第2の実施形態であって移動平均Cを用いる形態を実施し、修正ゲインKpg1による補正を行った場合のグラフを図6(i)に記載する。積分制御は図3(c)に記載されたものであり、比例制御は図4(a)、(b)に記載されたものを実施している。比例制御による補正量の計算にあたっては、図4(b)に記載されるゲインテーブルを用いることで、蒸気圧力偏差(△P)が少ないところでは補正量を零としている。
2:ボイラ
3:ガバナ弁
4:タービン
5:発電機
6:復水器
9:蒸気圧力設定値
10:発電量指令
12:燃料量制御部
14:ガバナ制御部
16:蒸気温度制御部
18:蒸気圧力制御部
19:蒸気圧力実績値
21:蒸気圧力偏差
22:燃料量補正量
23:燃料量
28:引出点
29:加算点
50:積分制御部
51:積分器
52:積分器用リセット
53:ホールダ
54:ホールダ用リセット
55:移動平均算出器
56:切替器
57:積分ゲイン
58:積分制御補正量
60:比例制御部
61:第1修正ゲイン
67:比例ゲイン
68:比例制御補正量
Claims (6)
- ボイラに燃料を供給して燃焼させた熱を熱交換器で吸収して発生させた蒸気をタービンへ供給して発電するボイラ・タービン・発電機設備のボイラ蒸気圧力実績値を一定値に制御すべくボイラに供給する燃料量を補正するにあたり、蒸気圧力実績値の蒸気圧力設定値との偏差である蒸気圧力偏差(△P)の積分値を用いて前記燃料量補正量を算出して補正する方法において、
蒸気圧力偏差(△P)の積分値に積分ゲインKiを乗じた値を用いて前記燃料量補正量を算出して補正(以下、「積分制御」という。)している場合に、
前記蒸気圧力偏差(△P)が予め設定した圧力範囲を逸脱し、かつ、前記圧力範囲に突入する現象が2回以上発生した場合であって、前記蒸気圧力偏差(△P)が予め設定した圧力範囲を第1回目に逸脱した時刻(以下、「第1回目の逸脱時刻」という。)から第2回目に前記圧力範囲に突入する時刻(以下、「第2回目の突入時刻」という。)までの時間(以下、「疑似振動周期」という。)(TP)が予め設定した時間(TV)以下であったときの当該第2回目の突入時刻(以下、「切替時刻」という。)に、
前記蒸気圧偏差(△P)の積分値に積分ゲインKiを乗じた値を用いて燃料量補正量を算出する方法から、前記蒸気圧偏差(△P)の積分値の移動平均値に積分ゲインKiを乗じた値用いて燃料量補正量を算出する方法に変更するステップを有することを特徴とする蒸気圧力制御方法。 - 前記蒸気圧力偏差(△P)の積分値の移動平均とは、
前記積分制御開始時刻から前記蒸気圧力偏差(△P)の積分値とは並行して計算された値であって、
現時刻から移動平均時間(TM)遡った時刻を始点として現時刻までの前記蒸気圧力偏差(△P)の積分値(当該遡った時刻に値が無い場合は零として取り扱う)をさらに前記移動平均時間(TM)だけ積分した値を前記移動平均時間(TM)で除した値であることを特徴とする請求項1に記載の蒸気圧力制御方法。 - 前記蒸気圧力偏差(△P)の積分値の移動平均とは、
切替時刻における前記蒸気圧力偏差(△P)の積分値に、
切替時刻以降の各時刻において移動平均時間(TM)遡った時刻を始点として当該各時刻までの前記蒸気圧力偏差(△P)の積分値(切替時刻において積分値はリセットするとともに切替時刻以前の値は零として取り扱う)をさらに前記移動平均時間(TM)だけ積分した値を前記移動平均時間(TM)で除した値を加えたものであることを特徴とする請求項1に記載の蒸気圧力制御方法。 - 前記蒸気圧力偏差(△P)の積分値の移動平均とは、
前記第1回目の逸脱時刻以降であって切替時刻までの前記蒸気圧力偏差(△P)の積分値を記憶し、
切替時刻以降において前記疑似振動周期(TP)を前記移動平均時間(TM)として、
切替時刻以降の各時刻において移動平均時間(TM)遡った時刻を始点として当該各時刻までの前記蒸気圧力偏差(△P)の積分値をさらに前記移動平均時間(TM)だけ積分した値を前記移動平均時間(TM)で除した値であることを特徴とする請求項1に記載の蒸気圧力制御方法。 - 蒸気圧力実績値の蒸気圧力設定値との偏差である蒸気圧力偏差(△P)を用いて前記燃料量補正量を算出して補正する方法を有する特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の蒸気圧力制御方法。
- 前記蒸気圧力実績値の蒸気圧力設定値との偏差である蒸気圧力偏差(△P)を用いて前記燃料量補正量を算出して補正する方法においては、
蒸気圧力偏差(△P)の区分に応じて前記燃料量補正量を修正する第1修正ステップを有し、
前記第1修正ステップにおいては、前期蒸気圧力偏差(△P)が零となる値を含む区分においては、前記燃料量補正量を零とすることを特徴とする請求項5に記載の蒸気圧力制御方法。
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