JP5881470B2

JP5881470B2 - 発電システム及びその制御方法

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Publication number: JP5881470B2
Application number: JP2012044759A
Authority: JP
Inventors: 俊太坂本; 文保佐野; 教久田中
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2032-02-29
Also published as: JP2013181436A

Description

本発明は、発電システム及びその制御方法に関するものである。

火力発電所等において、ボイラと蒸気タービンとを主な構成要素として備える発電システムが多く採用されている。この発電システムは、ボイラで発生させた蒸気を用いて蒸気タービンにより発電するものである。
ボイラと蒸気タービンとの間における蒸気配管には、蒸気加減弁（ガバナ機構）が設けられている。従来、蒸気タービンの要求負荷への追従は、この蒸気加減弁の弁開度を調節することにより行われていた（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６０−２２２５０６号公報

ところで、近年、発電効率の向上の観点から、蒸気加減弁の弁開度を全開で維持する完全変圧運転が提案されている。完全変圧運転では、蒸気加減弁の弁開度を需要電力である負荷に関係なく全開状態とするため、負荷変動が生じた場合に、蒸気加減弁による蒸気流量の調節が行えず、負荷追従の制御が問題となる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、蒸気加減弁の弁開度が全開状態で維持される完全変圧運転モードを採用する場合において、発電機要求出力が上昇した場合に、発電機出力を追従させることのできる発電システム及びその制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、ボイラと、前記ボイラで発生した蒸気を用いて回転する蒸気タービンと、前記蒸気タービンの回転により発電する発電機と、前記ボイラの内部に設けられた過熱器と、前記過熱器の蒸気出口側に設けられた減温器と、前記ボイラと前記蒸気タービンとを接続する蒸気配管に設けられた蒸気加減弁と、発電機要求出力にかかわらずに、前記蒸気加減弁を全開状態で維持する完全変圧運転モードを有するシステム制御手段とを備え、前記システム制御手段は、発電機要求出力に応じた主蒸気圧力指令を設定する主蒸気圧力設定手段と、前記主蒸気圧力設定手段によって設定された主蒸気圧力指令に基づいて前記ボイラを制御するボイラ制御手段とを備え、前記主蒸気圧力設定手段は、発電機要求出力を上昇させる旨の負荷上昇要求信号が入力された場合に、該負荷上昇要求信号の入力から所定時間経過後において、実出力と発電機要求出力との偏差から決定される補正量を前記発電機要求出力に加算し、加算後の発電機要求出力を用いて前記主蒸気圧力指令を設定し、前記ボイラ制御手段は、前記主蒸気圧力設定手段によって設定された主蒸気圧力指令に基づいて補正量を算出する第１演算手段と、前記発電機要求出力と発電機出力との差分に基づいて前記発電機要求出力を補正する第２演算手段と、前記第２演算手段によって補正された発電機要求出力と前記第１演算手段からの補正量とを用いて前記ボイラを制御するための指令であるボイラ入力指令を生成する第３演算手段とを有する発電システムを提供する。

本発明によれば、主蒸気圧力設定手段では、蒸気加減弁が発電機要求出力に関係なく全開状態が維持される完全変圧運転モードが採用されている場合において、負荷上昇要求信号が入力された場合に、その信号発生時から所定期間経過後において、発電機出力と発電機要求出力との偏差に基づいて発電機要求出力が補正され、補正後の発電機要求出力を用いて主蒸気圧力指令が生成される。負荷上昇要求信号が入力された場合に、この負荷上昇に応じて火炉における燃料量や給水量が増加し、その結果、主蒸気圧力が上昇するまでには時間差が生じる。したがって、負荷上昇要求信号が入力されてから所定期間経過後に発電機出力と発電機要求出力との偏差に基づいて主蒸気圧力指令を補正することにより、主蒸気圧力指令と主蒸気圧力との差の開きを低減させることが可能となる。
更に、ボイラ制御手段においては、発電機要求出力と発電機出力との偏差を発電機要求出力に加算し、加算後の発電機要求出力と主蒸気圧力指令から求められる補正量を用いてボイラ入力指令を生成する。ここで、主蒸気圧力指令には、上述のように、既に発電機出力と発電機要求出力との偏差が補正量として含まれている。従って、このような主蒸気圧力指令を用いて補正量を算出するとともに、発電機要求出力と発電機出力との偏差を用いて発電機要求出力も補正することで、ボイラ入力指令を効果的に増大させることができる。これにより、火炉における燃料投入量及び給水量を速やかに増大させることができ、主蒸気圧力を上昇させることができ、結果、発電機出力を上昇させることができる。
このように、本発明によれば、発電機出力を発電機要求出力の上昇に追従させることができるとともに、主蒸気圧力指令と主蒸気圧力との差の開きを低減させることができる。

上記発電システムにおいて、前記所定時間は、主蒸気圧力指令を増加させてから実際に主蒸気圧力が増加し始めるまでに要する時間に基づいて設定されることが好ましい。

このような遅延時間とすることで、より効果的に主蒸気圧力を主蒸気圧力指令に追従させることができる。

上記発電システムにおいて、前記ボイラ制御手段は、前記主蒸気圧力指令を用いて、前記ボイラへの給水量を決定するためのボイラ入力指令を設定し、該ボイラ入力指令により決定される給水量の一部を前記ボイラの水冷壁をバイパスさせて前記減温器へ供給することが好ましい。

このように、ボイラへの給水量の一部をボイラ水冷壁をバイパスさせて減温器へ供給することにより、ボイラにおける水冷壁の過熱度低下を防止することができる。

本発明の参考例としての他の態様は、ボイラと、前記ボイラで発生した蒸気を用いて回転する蒸気タービンと、前記蒸気タービンの回転により発電する発電機と、前記ボイラの内部に設けられた過熱器と、前記過熱器の蒸気出口側に設けられた減温器と、前記ボイラと前記蒸気タービンとを接続する蒸気配管に設けられた蒸気加減弁と、発電機要求出力にかかわらずに、前記蒸気加減弁を全開状態で維持する完全変圧運転モードを有するシステム制御手段とを備え、前記システム制御手段は、発電機要求出力に応じた主蒸気圧力指令を設定する主蒸気圧力設定手段と、前記主蒸気圧力設定手段によって設定された主蒸気圧力指令に基づいて前記ボイラを制御するボイラ制御手段とを備え、前記主蒸気圧力設定手段は、発電機要求出力を上昇させる旨の負荷上昇要求信号が入力されていない期間において、発電機要求出力に応じた第１主蒸気圧力指令を前記主蒸気圧力指令として設定し、前記負荷上昇要求信号が入力されている期間において、前記第１主蒸気圧力指令に所定量加算した第２主蒸気圧力指令を前記主蒸気圧力指令として設定する発電システムである。

上記他の態様に係る発電システムによれば、蒸気加減弁が発電機要求出力に関係なく全開状態が維持される完全変圧運転モードが採用されている場合において、負荷上昇要求信号が入力された場合に、主蒸気圧力指令を増加させる。この主蒸気圧力指令は、ボイラ制御手段において、ボイラにおける燃料投入量及び給水量を決定させるためのパラメータとして使用されるため、ボイラにおける燃料投入量及び給水量を増加させることができる。ボイラにおける燃料投入量及び給水量が増加することにより、主蒸気圧力が上昇し、発電機出力が上昇する。この結果、発電機出力を発電機要求出力の上昇に追従させることができる。

上記他の態様に係る発電システムにおいて、前記第１主蒸気圧力指令に加算される所定量は、一定量であってもよい。

このような構成によれば、第１主蒸気圧力指令に一定量加算するという簡易な処理により、主蒸気圧力指令を容易に増加させることが可能となる。

上記他の態様に係る発電システムにおいて、前記第１主蒸気圧力指令に加算される所定量は、前記発電機要求出力と実出力との差分に基づいて決定されてもよい。

このように、発電機要求出力と実出力との差分に基づいて決定される補正値を第１主蒸気圧力指令に加算して主蒸気圧力指令に設定するので、主蒸気圧力指令に発電システムの出力状態を反映させることが可能となる。

上記他の態様に係る発電システムにおいて、前記ボイラ制御手段は、前記主蒸気圧力指令を用いて、前記ボイラへの給水量を決定するためのボイラ入力指令を設定し、該ボイラ入力指令により決定される給水量の一部を前記ボイラをバイパスさせて前記過熱器へ供給することが好ましい。

このように、ボイラへの給水量の一部をボイラをバイパスさせて過熱器へ供給することにより、ボイラにおける水冷壁の過熱度低下を防止することができる。

本発明は、ボイラと、前記ボイラで発生した蒸気を用いて回転する蒸気タービンと、前記蒸気タービンの回転により発電する発電機と、前記ボイラの内部に設けられた過熱器と、前記過熱器の蒸気出口側に設けられた減温器と、前記ボイラと前記蒸気タービンとを接続する蒸気配管に設けられた蒸気加減弁とを備え、発電機要求出力にかかわらずに、前記蒸気加減弁を全開状態で維持する完全変圧運転モードを実行する発電システムの制御方法であって、発電機要求出力に応じた主蒸気圧力指令を設定する第１過程と、該主蒸気圧力指令に基づいて前記ボイラを制御する第２過程とを有し、前記第１過程においては、発電機要求出力を上昇させる旨の負荷上昇要求信号が入力された場合に、該負荷上昇要求信号の入力から所定時間経過後に、実出力と発電機要求出力との偏差から決定される補正量を前記発電機要求出力に加算し、加算後の発電機要求出力を用いて前記主蒸気圧力指令を設定し、前記第２過程は、前記第１過程において設定された主蒸気圧力指令に基づいて補正量を算出する第１演算過程と、前記発電機要求出力と発電機出力との差分に基づいて前記発電機要求出力を補正する第２演算過程と、前記第２演算過程において補正された前記発電機要求出力と前記第１演算過程からの補正量とを用いて前記ボイラを制御するための指令であるボイラ入力指令を生成する第３演算過程とを含む発電システムの制御方法を提供する。

本発明の参考例としての他の態様は、ボイラと、前記ボイラで発生した蒸気を用いて回転する蒸気タービンと、前記蒸気タービンの回転により発電する発電機と、前記ボイラの内部に設けられた過熱器と、前記過熱器の蒸気出口側側に設けられた減温器と、前記ボイラと前記蒸気タービンとを接続する蒸気配管に設けられた蒸気加減弁とを備え、発電機要求出力にかかわらずに、前記蒸気加減弁を全開状態で維持する完全変圧運転モードを実行する発電システムの制御方法であって、発電機要求出力に応じた主蒸気圧力指令を設定する第１過程と、該主蒸気圧力指令に基づいて前記ボイラを制御する第２過程とを有し、前記第１過程は、発電機要求出力を上昇させる旨の負荷上昇要求信号が入力されていない期間において、発電機要求出力に応じた第１主蒸気圧力指令を前記主蒸気圧力指令として設定し、前記負荷上昇要求信号が入力されている期間において、前記第１主蒸気圧力指令に所定量加算した第２主蒸気圧力指令を前記主蒸気圧力指令として設定する発電システムの制御方法である。

本発明は、蒸気加減弁の弁開度が全開状態で維持される完全変圧運転モードを採用する場合において、発電機要求出力が上昇した場合に、発電機出力を追従させることができるという効果を奏する。

本発明の第１実施形態に係る発電システムの全体構成を概略的に示したブロック図である。本発明の第１実施形態に係る主蒸気圧力設定部の制御ロジックを示した図である。第１主蒸気圧力指令と第２主蒸気圧力指令とを比較して示した図である。本発明の第１実施形態に係るボイラ制御部の制御ロジックを示した図である。従来の発電システムにおける出力の追従性を示した図であり、図５（ａ）は発電機要求出力に対する実出力の追従性を示した図、図５（ｂ）は主蒸気圧力指令に対する主蒸気圧力の追従性を示した図である。本発明の第１実施形態に係る発電システムにおける出力の追従性を示した図であり、図６（ａ）は発電機要求出力に対する実出力の追従性を示した図、図６（ｂ）は主蒸気圧力指令に対する主蒸気圧力の追従性を示した図である。本発明の第２実施形態に係る主蒸気圧力設定部の制御ロジックを示した図である。本発明の第２実施形態に係る発電システムにおける出力の追従性を示した図であり、図８（ａ）は発電機要求出力に対する実出力の追従性を示した図、図８（ｂ）は主蒸気圧力指令に対する主蒸気圧力の追従性を示した図である。本発明の第３実施形態に係る主蒸気圧力設定部の制御ロジックを示した図である。本発明の第３実施形態に係るボイラ制御部の制御ロジックを示した図である。本発明の第３実施形態に係る発電システムにおける出力の追従性を示した図であり、図１１（ａ）は発電機要求出力に対する実出力の追従性を示した図、図１１（ｂ）は主蒸気圧力指令に対する主蒸気圧力の追従性を示した図である。

〔第１実施形態〕
以下に、本発明の第１実施形態に係る発電システム及びその制御方法について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る発電システム１の全体構成を概略的に示したブロック図である。図１において、発電システム１は、ボイラ１０と、ボイラ１０で発生した蒸気を用いて回転する蒸気タービン３と、蒸気タービン３の回転により発電する発電機５と、蒸気タービン３の制御を行うシステム制御装置１５とを備えている。
ボイラ１０内には、固体燃料または液体燃料を燃焼させる火炉２が設けられている。火炉２に設けられた水冷壁２´において発生した蒸気は、蒸気配管Ｌ１によって蒸気タービン３に供給される。蒸気配管Ｌ１には、一次過熱器４ａ、減温器１６、二次過熱器４ｂが直列に設けられている。なお、図１では、減温器１６が１台の場合を示しているが、二次過熱器４ｂの後段に更に設けられている構成としてもよい。

ボイラ１０と蒸気タービン３との間の蒸気配管Ｌ１には、蒸気タービン３への蒸気供給量を調整するための蒸気加減弁６が設けられている。なお、本実施形態においては、完全変圧運転モードが採用されるので、この蒸気加減弁６は、発電機要求出力ＭＷＤに関係なく全開状態が維持される。

また、発電システム１は、火炉２に設けられた水冷壁２´に水を供給する給水ポンプ８、蒸気タービン３から排出された蒸気を回収し、水（液体）に戻す復水器９、復水器９にて発生した水を給水ポンプ８へ導く配管Ｌ２等を備えている。

また、蒸気配管Ｌ１における二次過熱器４ｂと蒸気加減弁６との間には、主蒸気圧力を計測するための圧力センサ１１が設けられている。圧力センサ１１の計測値は、システム制御装置１５に出力され、蒸気タービン３の制御に用いられる。

このような構成を備える発電システム１においては、火炉２にて、固体燃料または液体燃料を燃焼させると共に、給水ポンプ８を起動させて火炉２に設けられた水冷壁２´に水を流通させることにより蒸気を発生させる。
火炉２の水冷壁２´にて発生した蒸気は、一次過熱器４ａへ導かれて過熱された後、減温器１６において減温され、二次過熱器４ｂにおいて再過熱される。二次過熱器４ｂにて再過熱された蒸気は蒸気タービン３へ導入され、蒸気タービン３を駆動するために用いられる。蒸気タービン３の回転により発電機５は発電し、この発電電力が、例えば、電力系統（図示略）などに送られる。

蒸気タービン３を駆動した後の蒸気は、復水器９へ導かれ、復水器９により水（液体）に戻される。復水器９にて発生した水は、配管Ｌ２に設けられている図示しない各種装置を経由して再び給水ポンプ８に戻され、ボイラ２において再び再利用される。

次に、図１に示したシステム制御装置１５について説明する。
システム制御装置１５は、発電機要求出力ＭＷＤに関係なく蒸気加減弁６を全開状態で維持する完全変圧運転モードを有しており、蒸気タービン３に供給される蒸気圧力を制御するための主蒸気圧力指令を設定する主蒸気圧力設定部２０（図２参照）と、主蒸気圧力設定部２０によって設定された主蒸気圧力指令に基づいてボイラ２を制御するボイラ制御部４０（図４参照）とを備えている。

図２は、主蒸気圧力設定部２０の制御ロジックを示した図である。図２に示すように、主蒸気圧力設定部２０は、第１設定部２１と、第２設定部２２と、信号切換部２３とを備えている。
第１設定部２１は、発電機要求出力ＭＷＤに応じた第１主蒸気圧力指令を設定する。具体的には、第１設定部２１は、発電機要求出力ＭＷＤを第１主蒸気圧力指令に変換する関数器３１と、関数器３１からの信号を遅延させる遅延回路３２、３３とを備えている。
第２設定部２２は、発電機要求出力ＭＷＤに応じた第２主蒸気圧力指令を設定する。ここで、第２主蒸気圧力指令は、第１主蒸気圧力指令に一定量加算した指令とされる。具体的には、第２設定部２２は、発電機要求出力ＭＷＤを第２主蒸気圧力指令に変換する関数器３４を備えている。

図３に、関数器３１により得られる第１主蒸気圧力指令と、関数器３２により得られる第２主蒸気圧力指令とを比較して示す。図３からわかるように、第２主蒸気圧力指令は、第１主蒸気圧力指令に対して一定量加算された値とされている。

信号切換部２３は、要求負荷を上昇させる旨の負荷上昇要求信号が入力された場合に、第２設定部２２からの第２主蒸気圧力指令を主蒸気圧力指令として設定し、負荷上昇要求信号が入力されていない場合に、第１設定部２１からの第１主蒸気圧力指令を主蒸気圧力指令として設定する。

ここで、負荷上昇要求信号とは、中央給電指令所からの指示により、発電所の要求負荷（発電機要求出力ＭＷＤ）が上昇された場合、遠隔もしくは運転員が手動で、目標とする負荷（発電機出力）に到達するまで入力される信号である。

主蒸気圧力設定部２０によって設定された主蒸気圧力指令は、図４に示すボイラ制御部４０において用いられる。図４は、本実施形態に係るボイラ制御部４０の制御ロジックを示した図である。図４に示すように、ボイラ制御部４０は、第１演算部４２と、加算部（第３演算手段）４３とを備えている。

第１演算部４２は、図２に示した主蒸気圧力設定部２０によって設定された主蒸気圧力指令と圧力センサ１１（図１）によって計測された主蒸気圧力との差分に基づいて補正量を算出する。具体的には、第１演算部４２は、主蒸気圧力指令と主蒸気圧力との差分を算出する減算部５５と、該差分に基づいてＰＩ制御を行うＰＩ制御部５６とを備えている。

第１演算部４２によって算出された主蒸気圧力に基づく補正量は加算部４３に出力される。加算部４３は、発電機要求負荷ＭＷＤに第１演算部４２からの補正量を加算し、ボイラ入力指令ＢＩＤ（Boiler Input Demand）を生成する。

ボイラ入力指令ＢＩＤは、例えば、火炉２における燃料流量指令及び水冷壁２´における給水流量指令を作成するのに用いられる。ボイラ入力指令ＢＩＤが増加すれば、火炉２における燃料流量指令及び水冷壁２´への給水流量指令も増加することとなり、結果として、主蒸気圧力が上昇することとなる。

上述のような制御ロジックによれば、通常運転時、換言すると、負荷上昇要求信号が入力されていない状態においては、主蒸気圧力設定部２０において第１設定部２１により設定された第１主蒸気圧力指令が主蒸気圧力指令としてボイラ制御部４０に出力される。
ボイラ制御部４０では、主蒸気圧力指令と主蒸気圧力の計測値との偏差に基づく補正量が、発電機要求負荷ＭＷＤに加算されてボイラ入力指令ＢＩＤが生成され、このボイラ入力指令ＢＩＤに基づいて、例えば、火炉２への燃料投入量及び水冷壁２´への給水量が制御される。

このような制御が行われている場合において、負荷上昇要求信号が入力されると、主蒸気圧力設定部２０では、第１設定部２１によって設定される第１主蒸気圧力指令に対して一定量上乗せされた第２主蒸気圧力指令が主蒸気圧力指令として設定される。これにより、ボイラ制御部４０における第１演算部４２から出力される補正量は、通常時に比べて大きくなり、ボイラ入力指令ＢＩＤの値が増加する。

これにより、火炉２への燃料投入量及び水冷壁２´への給水量が増加することとなり、主蒸気圧力が次第に増加することとなる。主蒸気圧力が増加することにより、蒸気タービン３の回転数が増加し、発電量が増加することとなる。この結果、負荷変動に応じて、発電機出力を速やかに追従させることが可能となる。

以上、説明したように、本実施形態に係る発電システム及びその制御方法によれば、蒸気加減弁６が発電機要求出力に関係なく全開状態が維持される完全変圧運転モードが採用されている場合において、負荷上昇要求信号が入力された場合に、主蒸気圧力指令の値を増加させることにより、ボイラ入力指令ＢＩＤを増加させて、ボイラ２における燃料投入量及び給水量を増加させる。これにより、蒸気タービン３に供給される主蒸気圧力を増加させることでき、蒸気タービン３の出力を増加させることが可能となる。この結果、発電機出力を発電機要求出力の上昇に追従させることができる。

図５は、従来の発電システム、すなわち、主蒸気圧力指令部２０の第２設定部２２を有さず、負荷上昇要求信号が入力されている期間も第１設定部２１からの第１主蒸気圧力指令を主蒸気圧力指令として設定する発電システムにおける出力の追従性を示した図である。図５（ａ）は発電機要求出力ＭＷＤに対する実出力（実ＭＷ）の追従性を示した図、図５（ｂ）は主蒸気圧力指令に対する主蒸気圧力の追従性を示した図である。
図６は、本実施形態に係る発電システム１における出力の追従性を示した図であり、図６（ａ）は発電機要求出力ＭＷＤに対する実出力（実ＭＷ）の追従性を示した図、図６（ｂ）は主蒸気圧力指令に対する主蒸気圧力の追従性を示した図である。

図５（ａ）及び図６（ａ）から、従来のシステムに比べて本実施形態に係る発電システムの追従性が優れていることが確認できた。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る発電システム及びその制御方法について、図面を参照して説明する。本実施形態に係る発電システム及びその制御方法は、システム制御装置が備える主蒸気圧力設定部の構成が図２に示した第１実施形態に係る主蒸気圧力設定部２０の構成と異なる。以下、第１実施形態と共通の構成については同様の符号を付して説明を省略し、異なる点について主に説明する。

図７は、本実施形態に係る主蒸気圧力設定部２０ａの制御ロジックを示した図である。図７に示すように、本実施形態に係る主蒸気圧力設定部２０ａは、負荷上昇要求信号が入力された場合に、発電機要求出力と実出力との差分に基づいて補正量を決定する。そして、この補正量を第１設定部２１によって設定された第１主蒸気圧力指令に加算することで、主蒸気圧力指令を設定する。

すなわち、上述した第１実施形態では、負荷上昇要求信号が入力された場合に、第１主蒸気圧力指令に加算される所定量は運転状態にかかわらず一定とされていたが、本実施形態では、発電機要求出力ＭＷＤと実出力との差分に基づいて動的に設定される。

このように、負荷上昇要求信号が入力されている期間において、発電機要求出力ＭＷＤと実出力との差分に基づいて決定される補正値を第１主蒸気圧力指令に加算して主蒸気圧力指令に設定するので、主蒸気圧力に発電システム１の出力状態を反映させることが可能となる。

図８に、本実施形態に係る発電システムにおける出力の追従性を示す。図８（ａ）は発電機要求出力ＭＷＤに対する実出力（実ＭＷ）の追従性を示した図、図８（ｂ）は主蒸気圧力指令に対する主蒸気圧力の追従性を示した図である。
図５（ａ）及び図８（ａ）から、従来のシステムに比べて本実施形態に係る発電システムの追従性が優れていることが確認できた。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態に係る発電システム及びその制御方法について、図面を参照して説明する。
図９は、本実施形態に係る主蒸気圧力設定部２０ｂの制御ロジックを示した図、図１０は本実施形態に係るボイラ制御部４０ｂの制御ロジックを示した図である。
図９に示すように、本実施形態に係る主蒸気圧力設定部２０ｂは、上述した第１実施形態に係る主蒸気圧力設定部２０における第２設定部２２を有していない点、及び、第１設定部２１に入力される発電機要求出力ＭＷＤを補正する要求補正部７０を備えている点で上述した第１実施形態と異なる。

要求補正部７０は、第１設定部２１の信号入力側に設けられている。要求補正部７０は、負荷上昇要求信号が入力された場合に、該負荷上昇要求信号の入力から所定期間経過後において、発電機要求出力ＭＷＤと実出力との差分に基づいて補正量（要求出力偏差バイアス信号）を設定し、この補正量を発電機要求出力ＭＷＤに加算する。

より具体的には、要求補正部７０は、減算部７１、ＰＩ制御部７２、信号発生器７３、遅延回路７４、信号切換部７５、及び加算部７６を備えている。
減算部７１は、発電機要求出力ＭＷＤと実出力との差分を算出して、ＰＩ制御部７２に出力する。ＰＩ制御部７２は、該差分に基づいてＰＩ制御を行い、制御値を信号切換部７５に出力する。信号発生器７３は、ゼロ信号を発生させ、信号切換部７５に出力する。

遅延回路７４は、負荷上昇要求信号が入力された場合に、該負荷上昇要求信号を所定期間遅延させて信号切換部７５に出力する。ここで、遅延回路７４の遅延時間は、主蒸気圧力指令を増加させてから実際の主蒸気圧力が増加し始めるまでに要する時間に基づいて設定されることが好ましい。信号切換部７５は、遅延回路７３から負荷上昇要求信号が入力されている期間において、ＰＩ制御部７２からの制御値を加算部７６に出力し、負荷上昇要求信号が入力されていない期間において信号発生器７３からのゼロ信号を加算部７６に出力する。加算部７６は、発電機要求出力ＭＷＤに信号切換部７５からの信号を加算し、算出結果を第１設定部２１に出力する。これにより、負荷上昇要求信号が入力されている期間においては、発電機要求出力ＭＷＤと発電機出力との差分に基づく補正量が所定の遅延時間を持たせて発電機要求出力ＭＷＤに加算され、加算後の発電機要求出力ＭＷＤを用いて第１設定部２１により主蒸気圧力指令が生成されることとなる。

また、主蒸気圧力設定部２０ｂによって設定された主蒸気圧力指令は、図１０に示すボイラ制御部４０ｂにおいて用いられる。図１０に示すように、本実施形態に係るボイラ制御部４０ｂは、図４に示したボイラ制御部４０に対して、発電機要求指令を補正する第２演算部４５を更に追加した構成とされている。

第２演算部４５は、発電機要求出力ＭＷＤと発電機出力との差分に基づく補正量を算出し、これを発電機要求出力ＭＷＤに足しこむことにより、発電機要求出力ＭＷＤを増加させる。ここで、実出力は、発電機出力の値を計測することにより得ることができる。

具体的には、第２演算部４５は、発電機要求出力ＭＷＤと実出力との差分を算出する減算部５１、該差分に基づいてＰＩ制御を行うＰＩ制御部５２、及びＰＩ制御部５２からの制御値を発電機要求出力ＭＷＤに加算する加算部５３を備えている。

加算部５３から出力される補正後の発電機要求出力ＭＷＤ´は、加算部４３に出力される。加算部４３には、第１演算部４２から、図９に示した主蒸気圧力設定部２０ｂによって設定された主蒸気圧力指令と圧力センサ１１（図１）によって計測された主蒸気圧力との差分に基づいて生成された補正量が入力される。

加算部４３は、第２演算部４５によって補正された発電機要求出力ＭＷＤ´に、第１演算部４２からの補正量を加算し、ボイラ入力指令ＢＩＤ（Boiler Input Demand）を生成する。

このような構成によれば、通常運転時、換言すると、負荷上昇要求信号が入力されていない状態においては、主蒸気圧力設定部２０ｂにおいて発電機要求負荷ＭＷＤに基づいて生成された主蒸気圧力指令がボイラ制御部４０ｂに出力される。
ボイラ制御部４０ｂでは、主蒸気圧力指令と主蒸気圧力の計測値との偏差に基づく補正量が、発電機要求負荷ＭＷＤと発電機出力との差分に基づく補正量が加算された補正後の発電機要求出力ＭＷＤ´に加算されてボイラ入力指令ＢＩＤが生成され、このボイラ入力指令ＢＩＤに基づいてボイラにおける燃料投入量及び給水量が制御される。

このような制御が行われている場合において、負荷上昇要求信号が入力されると、その信号発生時から所定期間経過後において、ＰＩ制御部７２からの制御値が発電機要求出力ＭＷＤに加算されることとなり、加算後の発電機要求出力ＭＷＤが第１設定部２１に入力信号として入力されることとなる。
これにより、負荷上昇要求信号が発生してから所定期間経過後において、主蒸気圧力指令が増加することとなる。そして、これに伴い、ボイラ入力指令ＢＩＤも更に増加することとなる。また、ボイラ制御部４０ｂにおいては、発電機要求出力ＭＷＤと発電機出力との偏差が大きくなることから、発電機要求負荷ＭＷＤに足しこまれる補正量も増加され、この結果、ボイラ入力指令ＢＩＤを効果的に増加させることができる。
この結果、ボイラの出力を速やかに上昇させることができ、主蒸気圧力を上昇させ、発電機出力を発電機要求出力ＭＷＤに速やかに追従させることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る発電システム及びその制御方法によれば、図１０に示すように、ボイラ制御部４０ｂにおいて、発電機要求出力ＭＷＤと実出力との偏差をＰＩ制御した値を補正量として発電機要求出力ＭＷＤに加算し、加算後の発電機要求出力ＭＷＤ´を用いてボイラ入力指令ＢＩＤを生成する。これにより、火炉２への燃料投入量及び水冷壁２´への給水量を効果的に増加させることができ、ボイラ出力を効果的に増大させることが可能となる。
また、火炉２への燃料投入量及び水冷壁２´への給水量を増加させてから主蒸気圧力が実際に上昇するまでは時間差が生じる。そこで、主蒸気圧力指令設定部２０ｂにおいては、負荷上昇要求信号が入力されてから所定期間経過後において要求補正部７０による発電機要求出力ＭＷＤの補正を開始させるので、主蒸気圧力指令を負荷上昇要求信号の発生時から遅れて上昇させることができる。これにより、主蒸気圧力指令の動きを主蒸気圧力の動きに合わせることができ、主蒸気圧力指令と主蒸気圧力との差の開きを低減させることが可能となる。

図１１に、本実施形態に係る発電システムにおける出力の追従性を示す。図１１（ａ）は発電機要求出力ＭＷＤに対する実出力（実ＭＷ）の追従性を示した図、図１１（ｂ）は主蒸気圧力指令に対する主蒸気圧力（実測値）の追従性を示した図である。
図５（ａ）及び図１１（ａ）から、従来のシステムに比べて本実施形態に係る発電システムの追従性が優れていることが確認できた。また、図６（ｂ）、図８（ｂ）、及び図１１（ｂ）から、第１又は第２実施形態に係る発電システムに比べて、主蒸気圧力指令に対する主蒸気圧力の追従性も優れていることが確認できた。

なお、上記各実施形態では、負荷上昇の要求が入力された場合に、火炉２への燃料投入量と水冷壁２´への給水量とを増加させるが、火炉２における燃料の応答性よりも給水の応答性の方が早い。従って、燃料流量指令と給水流量指令とが同時に増加されると、まずは、水冷壁２´に供給される水の量が増え、その後、火炉２内の温度が徐々に上がり始めることとなる。このため、水冷壁２´に供給される給水量によっては、水冷壁２´の出口過熱度が低下するおそれがある。このような事態を回避するために、給水量の一部を水冷壁２´をバイパスして１次過熱器４ａの蒸気出口側に設置された減温器１６に供給し、スプレとして噴霧することとしてもよい。この場合、減温器１６においては、スプレ量が増加することとなる。
このように、水冷壁２´に供給する水の一部を減温器１６にバイパスさせることで、上述のような水冷壁２´の出口過熱度の低下を防止することが可能となる。
なお、二次過熱器４ｂの蒸気出口側に減温器が更に設けられている場合には、各減温器のスプレ量を増加させることとしてもよい。

１発電システム
２火炉
３蒸気タービン
４過熱器
４ａ一次過熱器
４ｂ二次過熱器
５発電機
６蒸気加減弁
８給水ポンプ
９復水器
１０ボイラ
１１圧力センサ
１５システム制御装置
１６減温器
２０、２０ａ、２０ｂ主蒸気圧力設定部
２１第１設定部
２２第２設定部
２３信号切換部
４０ボイラ制御部
４２第１演算部
４５第２演算部

Claims

ボイラと、
前記ボイラで発生した蒸気を用いて回転する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの回転により発電する発電機と、
前記ボイラの内部に設けられた過熱器と、
前記過熱器の蒸気出口側に設けられた減温器と、
前記ボイラと前記蒸気タービンとを接続する蒸気配管に設けられた蒸気加減弁と、
発電機要求出力にかかわらずに、前記蒸気加減弁を全開状態で維持する完全変圧運転モードを有するシステム制御手段と
を備え、
前記システム制御手段は、
発電機要求出力に応じた主蒸気圧力指令を設定する主蒸気圧力設定手段と、
前記主蒸気圧力設定手段によって設定された主蒸気圧力指令に基づいて前記ボイラを制御するボイラ制御手段と
を備え、
前記主蒸気圧力設定手段は、発電機要求出力を上昇させる旨の負荷上昇要求信号が入力された場合に、該負荷上昇要求信号の入力から所定時間経過後において、実出力と発電機要求出力との偏差から決定される補正量を前記発電機要求出力に加算し、加算後の発電機要求出力を用いて前記主蒸気圧力指令を設定し、
前記ボイラ制御手段は、
前記主蒸気圧力設定手段によって設定された主蒸気圧力指令に基づいて補正量を算出する第１演算手段と、
前記発電機要求出力と発電機出力との差分に基づいて前記発電機要求出力を補正する第２演算手段と、
前記第２演算手段によって補正された発電機要求出力と前記第１演算手段からの補正量とを用いて前記ボイラを制御するための指令であるボイラ入力指令を生成する第３演算手段と
を有する発電システム。
前記所定時間は、主蒸気圧力指令を増加させてから実際の主蒸気圧力が増加し始めるまでに要する時間に基づいて設定される請求項１に記載の発電システム。
前記ボイラ制御手段は、前記主蒸気圧力指令を用いて、前記ボイラへの給水量を決定するためのボイラ入力指令を設定し、該ボイラ入力指令により決定される給水量の一部を前記ボイラの水冷壁をバイパスさせて前記減温器へ供給する請求項１または請求項２に記載の発電システム。
ボイラと、前記ボイラで発生した蒸気を用いて回転する蒸気タービンと、前記蒸気タービンの回転により発電する発電機と、前記ボイラの内部に設けられた過熱器と、前記過熱器の蒸気出口側に設けられた減温器と、前記ボイラと前記蒸気タービンとを接続する蒸気配管に設けられた蒸気加減弁とを備え、発電機要求出力にかかわらずに、前記蒸気加減弁を全開状態で維持する完全変圧運転モードを実行する発電システムの制御方法であって、
発電機要求出力に応じた主蒸気圧力指令を設定する第１過程と、
該主蒸気圧力指令に基づいて前記ボイラを制御する第２過程と
を有し、
前記第１過程においては、発電機要求出力を上昇させる旨の負荷上昇要求信号が入力された場合に、該負荷上昇要求信号の入力から所定時間経過後に、実出力と発電機要求出力との偏差から決定される補正量を前記発電機要求出力に加算し、加算後の発電機要求出力を用いて前記主蒸気圧力指令を設定し、
前記第２過程は、
前記第１過程において設定された主蒸気圧力指令に基づいて補正量を算出する第１演算過程と、
前記発電機要求出力と発電機出力との差分に基づいて前記発電機要求出力を補正する第２演算過程と、
前記第２演算過程において補正された前記発電機要求出力と前記第１演算過程からの補正量とを用いて前記ボイラを制御するための指令であるボイラ入力指令を生成する第３演算過程と
を含む発電システムの制御方法。