JPH01234099A - 発電プラントの自動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は発電プラントの自動制御方法およびその方法を
実施する装置に係り、特にプラントの最大定格出力まで
自動周波数制御を適用可能とする発電プラントの制御方
法および装置に関する。

〔従来の技術〕

発電プラントにおける自動周波数制御 （Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｃｏｎｔ
ｒｏｌ、以下ＡＦＣ制御という）の目的は、新版「火力
発電」　（益山正人著、東京電機大学出版局）のＰ１６
２、（１）自動周波数制御装置の項に記載されているよ
うに１時々刻々変動する負荷（消＊電力）と発電量の差
に起因する系統周波数変動を中央給電指令所（以下中給
と記す）において検出し、系統周波数変動をなくすのに
必要な発電量の増減量を算出し、これを各発電所ごとに
配分した自動周波数調整負荷指令信号として各発電所に
伝送し、各発電所側の制御装置により発電量を基準負荷
に対して増減して、周波数変動を所定の限度内に維持す
るにある。

しかし、第５図に示したように、従来、ＡＦＣ制御を行
う場合、基準負荷の上限値をプラントの最大定格出力値
から１０％引き下げた値とし、下限値を最大定格出力値
の５０％の値としていた。

これはこの出力の範囲がプラントとしての制御性が安定
した発電量域であること、基準負荷に対する増減量を指
示する信号である自動周波数調整負荷指令信号（以下Ａ
ＦＣ信号という）によりプラントの最大定格出力値を越
える発電量とならないこと、の二つの要因に基いている
。

第６図に従来のＡＦＣ制御を行う運転（以下ＡＦＣ運転
という）時における発電量特性を、プラント最大定格出
力値が１０１００Ｏの場合を例にとって示す。この発電
量特性は次の関係式で表わされる。

［ＭＷ］　　＝　　［ＤＰＣ］　　＋　［ＡＦＣコ　−
１１，）ただし、 （５００−α）ＭＷ≦［ＭＷ］）ＩＷ≦（９００＋　　
ａ　）Ｍｗ＜　１０１００Ｏ・・・　（２） ５００１４１１≦［Ｄ　Ｐ　Ｃ１６９００Ｍｗ　　　　
　　　　・＝　　（３）（ＸＨＷ≦［Ａ　Ｆ　Ｃ１≦α
Ｈｗ　　　　　　　　−（４）ここで、 ［Ｍ　Ｗ］・・・発電量ＭＷ ［ＤＰＣコ・・・基準負荷Ｍ１１ ［Ａ　Ｆ　Ｃ］・・・ＡＦＣ信号による負荷変動量１．
Ｉｗα・・・ＡＦＣ信号幅Ｈｗ（０≦α≦５０）である
。

ＡＦＣ運転とは、第６図を参照して説明すると、基準負
荷Ａ。、Ｂ、またはＣ１でプラント運転中に、中給から
伝送されるＡＦＣ信号により、迅速にプラント発電量を
調整し、発電ＭＡ、Ｂ、またはＣで運転するプラント運
転方法である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術においては、電力消費量と発電量とのアン
バランスに起因する系統周波数変動対策として、中給か
ら各発電所へ、負荷増のＡ　Ｆ　Ｃ信号や、基準負荷信
号（ＤＰＣ信号）上げ指令が出されるときに、各発電所
の潜在能力、すなわち。

最大定格出力値まで、出力を増加することが可能という
点について配慮されておらず、系統周波数変動対策とし
て各発電所の能力が１００％まで活用されていなかった
。

本発明の課題は、Ａ、　Ｆ　Ｃ運転範囲をプラントの最
大定格出力値まで拡大するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、基準負荷を指示する信号と、該基準負荷
に対する増減量を指示するＡＦＣ信号とに従って発電量
を制御するＡＦＣ運転を行う発電プラントの自動制御方
法において、前記基準負荷を指示する信号に基いて自動
周波数調整負荷指令信号（’Ａ　Ｆ　Ｃ信号）の上限値
を自動修正する手順を備えた発電プラントの自動制御方
法により達成される。

また、基準負荷を指示する信号の値に基いて、ＡＦＣ信
号の上限値、下限値を自動修正する手順を備えた発電プ
ラントの自動制御方法によっても達成される。

さらに、本発明は、上記課題を達成する。基べ８負荷を
指示する信号に基いてＡＦＣ信号の上限値を自動修正す
る回路を備えた発電プラントの自動制御装置、ならびに
、基準負荷を指示する信号に基いて、ＡＦＣ信号の上限
値および下限値を自動修正する回路を備えた発電プラン
トの自動制御装置を提供する。

〔作用〕 基準負荷を指示する信号（以下ＤＰＣ信号という）の値
に基いてＡＦＣ信号の上限値が自動修正されるから、Ｄ
ＰＣ信号およびＡＦＣ信号に従っ−で制御される発電量
の値を、プラントの最大定格出力値以下に制御すること
が可能となる。

また、ＤＰＣ信号の値に基いて、ＡＦＣ信号の上限値お
よび下限値が自動修正することにより、プラント発電量
の値を、プラント最大定格出方値以下に、かつ、プラン
トの最小定格出力値以上に制御することが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明を火力発電プラントに適用した実流側を第
１図〜第３図および第７図〜第１０図を参照して説明す
る。第３図は火力発電所３の概要を示し、火力発電所３
は、中給２からのＤＰＣ信号およびＡＦＣ信号を受信し
て表示するとともに運転員に報知する中操操作盤３０１
と、中操操作盤に接続される各操作端を制御するプラン
ト自動制御装置１とを備え、ボイラ３０３、ボイラ３０
３からタービン加減弁３１７を介して蒸気の供給を受け
る高圧タービン３０４、高圧タービン３０４と同軸に設
けられ、高圧タービンを出たのち、再熱器３１６で再熱
された蒸気で駆動される中圧タービン３０５、高圧ター
ビン３０４および中圧タービン３０５と同軸に設けられ
た発電機３０６を主要な要素として構成されている。

プラント自動制御装置１は、中給２からの発電量要求指
令（ＤＰＣ信号およびＡＦＣ信号）に基いてタービン加
減弁３１７の開度を調整し、同時にタービン入口蒸気を
定格の蒸気圧力、温度に保つべく給水流調弁１０により
給水量を、燃料流調弁１１により燃料量８を、押込通風
機（ＦＤＰ）入口ダンパ１２により空気敗９を制御する
。

次に燃焼ガスの流れについて説明する。ボイラ３０３で
燃焼生成された高温の燃焼ガスは、まず火炉壁水管（Ｗ
Ｗ）３１３、過熱器（ＳＨ）３１８、再熱器（ＲＨ）３
１６、節炭器（ＥＣＯ）３１２を通り、次いで一部は再
循環ガスとしてガス再循環ファン（ＧＲＦ）３１０とガ
ス再循環ファン人口ダンパ（ＧＲＦ入ロプロダンパ０９
により、ガス再循環量を調整されつつ火炉内へ注入され
てＷＷ３１３，５Ｈ３１８，ＲＨ３１６，ＥＣ０３１２
での伝熱量調整に使用され、残りの燃焼ガスは煙突を経
て大気中へ排出される。

また水蒸気系について説明すると、中圧タービン３０５
を出た排気は、復水器３０７において冷却されて復水と
なり、この復水が給水ポンプ（ＢＦＰ）３０８によって
加圧され、給水流調弁１０で給水量が調整された後、Ｅ
Ｃ０３１２にて加熱（給水加熱）され、ＷＷ３１３にて
加熱蒸発されて飽和蒸気となる。この飽和蒸気をＳＨ３
１８にてさらに過熱すると同時に、給水の一部をスプレ
弁３１５を通して過熱器減温器３１４に注入することに
より、タービン入口蒸気温度の調整を行う。

温度が調整された蒸気は、タービン加減弁３１７を経て
高圧タービン３０４へ送られる。高圧タービン３０４で
仕事を終えた蒸気は、ＲＨ３１６にて、ＧＲＦ入ロプロ
ダンパ３０９り調整されたガス再循環量に見合ったガス
対流熱を吸収し、定格温度まで再熱されたあと、中圧タ
ービン３０５へ送られる。中圧タービン３０５で仕事を
終えた蒸気は、復水器３０７へ送られ、復水されてボイ
ラ給水となる。

次に本発明によるＡＦＣ運転範囲の設定を第７図を参照
して説明する。本発明では、プラントの能力を最大限に
活用するため、プラントの最大定格出力値においてもＡ
ＦＣ運転を行うが、プラントの発電量は最大定格出力値
を越えることはできない。そこで１本発明により拡大さ
れたＡＦＣ運転範囲においては、ＡＦＣ信号による発電
址増減の許容値（以下ＡＦＣ許容値という）の上限値を
、第７図の破線で示されているように、プラント最大定
格出力値を基準負荷とするとき、ｒｏＭｗＪとする。な
お、プラント最大定格出力値を基準負荷とするときのＡ
ＦＣ許容値の下限値については、プラント発電量を基準
負荷であるプラント最大定格値から引き下げる方向に働
くので、制限する必要はない。

第７図において、実線Ｓ、およびＳ２は横軸の基準負荷
に対応して設定されるＡＦＣ許容値（上限値）を示し、
発電量増価のＡＦＣ許容値は基準負荷が９００ＭＷの点
における１００ＭＷから、破線Ｓ３に沿って下降して、
最大定格出力である１０１００Ｏを基準負荷とする点で
ｒＯ＋ｗＪとなるように、ＤＰＣ信号の値に基いて自動
修正される。

発電量減側のＡＦＣ許容値（負符号側）は、先に述べた
ように制御する必要がないので、最大定格出力を基準負
荷とする点でも実線Ｓ２を延長した点となるように自動
修正される。９００ＭＷを基準負荷として運転中の発電
量増価のＡＦＣ許容値（上限値）は１００ＭＷであり、 ９００＋ｗ＋１００Ｍｗ＝１０００Ｍｗ　　・＝　（１
）であるから、最大限のＡＦＣ信号が出されても、発電
量がプラント最大定格出力値を越えることはない。

本発明を適用した場合のＡＦＣ運転時の発電量特性を、
第８図に示す。実線り。、　Ｅ、、　Ｆ、、　Ｇ。

はそれぞれ基準負荷を示し、波形ＭＤ、Ｅ、Ｆ。

ＧはＡＦＣ信号により変動する発電量を示している。基
準負荷Ｇ０が最大定格出力であるときの波形線Ｇは、下
側の線だけになっており、発電量増価のＡＦＣ信号が削
除されている。本図から明らかなように、基準負荷がプ
ラント最大定格出力値であっても、ＡＦＣ運転が可能と
なっている。

第９図は、第７図に示す特性に加えて、プラントの全操
作端が自動制御され、負荷上げ指令があれば、この信号
に追従して発電量を自動にて上昇できる最小定格負荷（
以下最低運転負荷という）でもＡＦＣ運転を可能とする
ＡＦＣ許容値の自動修正特性を示す。本図に示すＡＦＣ
許容値は、基準負荷がプラントの前記最低運転負荷のと
き、発電量減側のＡＦＣ許容値の下限値をｒＱＭｗＪに
自動修正する実線Ｓ４の特性を備えている。なお、プラ
ントの最低運転負荷近傍における発電量増価のＡＦＣ許
容値の上限値については、プラントの発電量を最低運転
負荷から引きあげる方向に働くので、制限する必要はな
い。第９図に示されるＡＦＣ許容値特性を適用した場合
の発電量特性を第１０図に示す。基準負荷が最低運転負
荷のとき、発電量減側のＡＦＣ信号値は削除されていて
、発電量範囲は、最低運転出力（最小定格出力）から最
大定格出力まで、−杯に広げられ、この全範囲でＡＦＣ
運転可能となっている。

次に本発明の第１の実施例であるプラント自動制御装置
を、第１図を参照して説明する。

プラント自動制御装置１は、ＤＰＣ信号入力回路１００
に接続された加算器１０６と、加算器１０６に接続され
るとともにタービン加減弁３１７に接続されたタービン
マスク回路１０７と、前記加算器１０６に接続されると
ともに関数発生器１０９．１１２，１１５に接続された
ボイラマスタ回路１０８と、前記関数発生器１０９に接
続された比較演算器１１０と、比較演算器１１０に接続
されるとともに、給水流調弁１０に接続された比例積分
器１１１と、前記関数発生器１１２に接続された比較演
算器１１３と、比較演算器１１３に接続されるとともに
燃料流調弁１１に接続された比例積分器１１４と、前記
関数発生器１１５に接続された比較演算器１１６と、比
較演算器１１６に接続されるとともに、ＦＤＰ入ロプロ
ダンパ１２続された比例積分器１１７と、前記入力回路
１００にそれぞれ接続された関数発生器１０１および１
０２と、ＡＦＣ信号入力回路２００、関数発生器１０１
および１０２に入力側を接続された低値選択器１０３と
、前記関数発生器１０１に接続された信号反転器１０４
と、信号反転器１０４と低値選択器１０３に入力側を接
続され加算器１０６に出力側を接続された高値選択器１
０５とを備えている。

また、タービンマスク回路１０７には発電機出力側で検
出される発電機出力信号６、ボイラマスタ回路１０８に
はタービン加減弁３１７と高圧タービン３０４人口の間
で検出される主蒸気圧力信号１３、比較演算器１１０に
は給水流調弁１０の出口側で検出される給水量信号７、
比較演算器１１３には燃料流調弁１１の出口側で検出さ
れる燃料量信号８、比較演算器１１６にはＦＤＦ３１１
の出口側で検出される空気量信号９、がそれぞれ入力さ
れる。

中給２からＤＰＣ信号４およびＡＦＣ信号５が発電所に
むけて発信されると、これらの信号は、発電所のプラン
ト自動制御装置１のＤＰＣ信号入力回路１００およびＡ
ＦＣ信号入力回路２００にそれぞれ入力され、ＤＰＣ信
号４をベース信号として、関数発生器１０１にてＡＦＣ
上限許容値信号（第７図の８１）が生成されて低値選択
器１０３および信号反転器１０４に入力される。同時に
ＤＰＣ信号４をベース信号として、関数発生器１ｏ２に
て、ＤＰＣ信号４がプラント最大定格値になってもＡＦ
Ｃ運転が可能なようにＡＦＣ信号の上限を自動修正する
信号（第７図のＳ、）が生成されて低値選択器１０３に
入力される。

次に低値選択器１０３は、ＡＦＣ信号入力回路２００か
らＡＦＣ信号５を入力されるとともに関数発生器１０１
，１０２からの入力を受け、これらの３個の信号を比較
演算して、一番低い値を高値選択器１０５に出力する。

この関数発生器１０１．１０２．および低値選択器１０
３からなる回路が、基準負荷を示すＤＰＣ信号の関数で
ある許容値信号を出力する回路と、ＤＰＣ信号に基いて
ＡＦＣ信号の上限値を自動修正する回路とをなしている
。

関数発生器１０１で生成されたＡＦＣ上限許容値信号を
入力された信号反転器１０４は、該信号の極性を変えて
、ＡＦＣ下限許容値信号（第７図のＳ、）を生成し、高
値選択器１０５へ出力する。

低値選択器１０３の出力信号と信号反転器１０４から出
力されるＡＦＣ下限許容値信号とを入力された高値選択
器１０５は、両者を比較演算して高い方の信号を加算器
１０６へ出力する。

上述の演算処理により、中給２から入力されたＡＦＣ信
号５の値は、加算器１０６へ入力されるときは、第７図
の実線Ｓ１．Ｓ２および破線Ｓ３に囲まれた範囲の値に
制限されている。

加算器１０６は、ＤＰＣ信号入力回路１００に接続され
ていて、高値選択器１０５から入力される上下の値を制
限されたＡＦＣ信号とともにプラントの発電量指令つま
り基準負荷信号であるＤＰＣ信号４を入力され、両者を
加算して発電量要求値信号として、タービンマスタ回路
１０７およびボイラマスタ回路１０８に出力する。すな
わち。

関数発生器１０１，１０２および低値選択器１０３が基
準負荷に対する増減量を指示する信号（ＡＦＣ信号）を
制限するとともに、その上限値を自動修正する回路であ
り、加算器１０６が、基準負荷を指示する信号と前記回
路で制限された信号とから発電量要求値信号を生成する
回路である。

発電量要求値信号と発電機出力信号６とを入力されたタ
ービンマスク回路１０７は、これらの信号に基いてター
ビン加減弁３１７を制御し、タービンへ供給される蒸気
量を調整することにより、発電量を制御する。ボイラマ
スタ回路１０８は、発電量要求値信号と主蒸気圧力信号
１３とを入力され、主蒸気圧力信号の変動分を補正した
ボイラ入力信号（ＢＩＤ信号）を生成して、関数発生器
１０９．１１２および１１５に出力する。関数発生器１
０９は、入力されたＢＩＤ信号をベース信号として給水
量設定値信号を生成して比較演算器１１０に出力し、比
較演算器１１０は、入力される給水量設定値信号と給水
量信号７とを比較して両者の差を演算し、偏差信号を生
成して比例積分器１１１に出力する。比例積分器１１１
はこの偏差信号に基いて給水流調弁１０の操作信号を生
成・出力する。関数発生器１１２は、ＢＩＤ信号をベー
ス信号として燃料量設定値信号を生成して比較演算器１
１３に出力し、比較演算器１１３は、入力される燃料量
設定値信号と燃料量信号８とを比較して両者の差を演算
し、偏差信号を生成して比例積分器１１４に出力する。

比例積分器１１４はこの偏差信号に基いて燃料流調弁１
１の操作信号を生成・出力する。同様に、関数発生器１
１５はＢＩＤ信号をベース信号として空気量設定値信号
を生成して比較演算器１１６に出力し、比較演算器１１
６は入力される空気量設定値信号と空気量信号９とを比
較して両者の差を演算し、偏差信号を生成して比例積分
器１１７に出力する。比例積分器１１７はこの偏差信号
に基いてＦＤＦ入ロプロダンパ１２作信号を生成・出力
する。

上述の手順により、ＡＦＣ信号４およびＤＰＣ信号５が
変動しても発電量要求値信号は、プラント最大室−格値
を上まわることがなく、プラント発電量は、発電量要求
値信号に基いて制御されるタービン加減弁、給水流調弁
、燃料流調弁、およびＦＤＦ入ロプロダンパ作により、
発電量要求値に追従するので、基準負荷をプラント最大
定格負荷まで広げたＡＦ（、運転が可能となった。

第２図は、プラント最低運転負荷近傍を基亭負荷として
ＡＦＣ運転を行う場合である第２の実施例を示す。本実
施例については、前記第１の実施例と同一の部分は同一
の符号を付し、説明は省略する。

第２の実施例においては、ＤＰＣ信号入力回路１００に
新たに関数発生器１１８が接続され、関数発生器１１８
は高値選択器１０５に接続されている。関数発生器１１
８はＤＰＣ信号４をベース信号として、ＤＰＣ信号４が
プラントの最低運転負荷値になってもＡＦＣ運転が可能
なようにＡＦＣ信号の下限値を自動修正する信号（第９
図の８４）を生成し、高値選択器１０５に出力する。他
の部分は第１の実施例と同様であるから、低値選択器１
０３から出力されるＡＦＣ信号は、第９図の実線Ｓ１お
よびＳ、より低い値に制限され、高値選択器１０５から
出力されるＡＦＣ信号は第９図の実線Ｓ、およびＳ、よ
り低い値で、かつ、実線Ｓ４およびＳ２より高い値に制
限される。つまり、第２の実施例においては、基準負荷
を最低運転負荷に近い値として運転中に、発電量を減ら
す方向つまり負のＡＦＣ信号が入力されても、ＤＰＣ信
号にこの負のＡＦＣ信号を加算して得られる発電量要求
値信号が、最低運転負荷より低くなるような場合は、Ｄ
ＰＣ信号に負のＡＦＣ信号を加算して得られる発電量要
求値信号が、最低運転負荷を下まわらないように、ＡＦ
Ｃ信号の値が制限されるから、ＡＦＣ運転を行うことの
できる基準負荷が、最大定格出力から最低運転負荷まで
広げられた。

第２の実施例においては、関数発生器１０１と１０２、
ならびに関数発生器１１８と信号反転器１０４がそれぞ
れ別々に設けられているが、関数発生器１０１と１０２
の機能を１個の関数発生器により行わせ、関数・発生器
１１８，１０１および信号反転器１０４の機能を他の１
個の関数発生器により行わせることも可能である。

第４図に本発明を適用したプラント自動制御の機能フロ
ーを示す。まず演算ブロック４０１でプラントがＡＦＣ
運転中かどうかが判定される。もしＡＦＣ運転中であれ
ば演算ブロック４０２へ進む。

演算ブロック４０２では、中給から発電所へ送られて来
た発電量指令であるＤＰＣ信号すなわち基準負荷が制限
内かどうかを判定する。もし制限内であれば演算ブロッ
ク４０３へ進み、制限外であれば演算ブロック４０４へ
進む。

演算ブロック４０３では、ＡＦＣ許容値を±αＭＷとし
て、基準負荷±αＭ１１の発電量制御を行う（第９図に
おける実線Ｓ１．Ｓ２の範囲）。

演算ブロック４０４では、基準負荷にＡＦＣ許容値を加
算した発電量要求信号がプラントの最大定格負荷を越え
ない発電量制御を行う（第９図における実線Ｓ１．Ｓ、
の範囲）。

〔発明の効果〕

本発明によれば、発電プラントの自動制御において、基
準負荷を指示する信号の値に基いて、ＡＦＣ信号の上限
値が自動修正されるので、ＡＦＣ信号に基く、プラント
発電量の値をプラント最大定格出力値以下に制限するこ
とが可能となり、ＡＦＣ運転を行う場合の基準負荷の範
囲を最大定格出力値にまで広げて、電力消費急増による
系統周波数変動対策のために１発電所の潜在発電能力を
最大限に活用する効果がある。

また、基準負荷（ＤＰＣ信号）に対する増減量を指示す
る信号（ＡＦＣ信号）の上限値および下限値が自動修正
されるので、ＤＰＣ信号が最小定格負荷から最大定格負
荷に亘る負荷を指示する範囲で、ＡＦＣ制御を行ってプ
ラントの発電量を最小定格負荷以上、かつ最大定格負荷
以下に制御することが可能となり、ＡＦＣ運転における
基錦負荷の範囲を広げて、系統周波数変動対策を容易に
する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す系統図であり、第
２図は本発明の第２の実施例を示す系統図であり、第３
図は火力発電所の概要構成を示す系統図であり、第４図
は本発明を適用した自動制御を示す機能フロー図であり
、第５図は従来技術におけるＡＦＣ運転の範囲の例を示
すグラフであり、第６図は第５図に示したＡＦＣ運転範
囲に従って運転されたプラントの発電量を示すグラフで
あり、第７図および第８図は本発明の第１の実施例によ
るＡＦＣ運転範囲と発電量の変化例を示すグラフであり
、第９図および第１０図は本発明の第２の実施例に基＜
ＡＦＣ運転範囲と発電量の変化例を示すグラフである。 １０１〜１０３・・・自動周波数調整指令信号（ＡＦＣ
信号）の上限値を自動修正する回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基準負荷を指示する信号と、該基準負荷に対する増
   減量を指示する自動周波数調整負荷指令信号とに従って
   発電量を制御する発電プラントの自動制御方法において
   、前記基準負荷を指示する信号に基いて、自動周波数調
   整負荷指令信号の上限値を自動修正する手順を備えてい
   ることを特徴とする発電プラントの自動制御方法。 ２、基準負荷を指示する信号の値に基いて、自動周波数
   調整負荷指令信号の上限値、下限値を自動修正すること
   を特徴とする請求項１に記載の発電プラントの自動制御
   方法。 ３、基準負荷を指示する信号の値に基いて自動周波数調
   整負荷指令信号の上限値を自動修正する回路を備えて、
   請求項１に記載の方法を実施する発電プラントの自動制
   御方法。 ４、基準負荷を指示する信号の値に基いて自動周波数調
   整負荷指令信号の上限値および下限値を自動修正する回
   路を備えて、請求項２に記載の方法を実施する発電プラ
   ントの自動制御装置。