JPH04168938A - 発電プラント制御装置 - Google Patents

発電プラント制御装置

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JPH04168938A
JPH04168938A JP2291910A JP29191090A JPH04168938A JP H04168938 A JPH04168938 A JP H04168938A JP 2291910 A JP2291910 A JP 2291910A JP 29191090 A JP29191090 A JP 29191090A JP H04168938 A JPH04168938 A JP H04168938A
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  • Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

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】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、複数の発電ユニットを備えた発電プラントを
統括して運転制御する発電プラント制御装置に関する。
(従来の技術) たとえば、火力発電プラントは、石油、石炭、LNG等
を燃料としてボイラで蒸気を発生させ、この蒸気をター
ビンに導き発電機を回転させて電力を発生するものであ
るが、このような発電システムを小規模な発電ユニット
で構成し、これら複数の発電ユニットを一つの発電プラ
ントとして運用する場合がある。このような発電プラン
トにおける各々の発電ユニットを制御するためには、多
数の機器を複雑な手順で操作する必要があり、多数の運
転員を用いるか、又はプロセス計算機に操作手順を記憶
させて実現する大規模自動化システムが通常用いられて
いる。
第5図は発電ユニットのプラント全体構成図であり、発
電ユニットを運転して発電出力を発生させるには、基本
的に次のような手順となる。
蒸気タービン109を所定の回転数3000rpm(又
は3600rpm、)で駆動した後の蒸気は蒸気管10
0aを介して復水器100に回収され、海水を用いて冷
却される。
復水器100で冷却された水は復水ラインl OObを
通って、復水ポンプ101で低圧ヒータ102から脱気
器103へ送られる。脱気器103にて真空加熱脱気さ
れた水は、給水ライン103aを通って、給水ポンプ1
04で圧力上昇され、高圧ヒータ105からボイラ10
6まで送られる。
途中、復水は脱気器103より、給水は高圧ヒータ出口
から、ボイラ106の中から、夫々ライン103b、 
105a、 106aを通って復水器100へ戻る系統
が設けられており、ユニット起動の途中段階にてこの系
統内で水を循環させておくことができる。
ボイラ106に入った水はバーナにより温度を上げられ
、高温高圧の蒸気となる。このボイラ出口蒸気は主蒸気
ライン106bを通り、タービン入口の蒸気加減弁10
7、主蒸気止め弁108で制御されタービン109へ入
り、所定の回転数になるように主に蒸気加減弁107で
制御される。
タービン109の定格回転数は発電機110の出力の周
波数により決められ、50Hzの地域では300Orp
mに、60H2の地域では3600rpmになるように
制御される。
発電機110はタービン109と中心軸で結合されてお
り、同じ回転数で回わり、所定の発電電力が主遮断器+
11を通して主変圧器112で、電力系統の電圧と同じ
に昇圧されて、系統遮断器+13を介して電力系統の送
電線114に送り出される。
発電ユニットの運転は、基本的には上に述べたような手
順で行われるが、第5図には示されていないが復水器1
00で冷却に用いる海水系統や、ボイラ106で水を熱
するバーナの燃焼を行う燃料系統や通風系統も有してい
る。
なお、ここでは発電ユニット全体の水から蒸気そして電
気へ変換する一連の手順は、複雑になるので、それを避
けるため敢えて第5図には含めていない。
上述の手順で起動し運転する発電ユニットは、次のよう
な範囲に分けて、夫々専用の制御装置を用い複数の運転
員により運転監視されている。
(イ)復水器100から脱気器103までの復水系統、
及び復水の冷却に用いる海水系統の制御。
(ロ)脱気器103の出口側から高圧ヒータ105まで
の給水系統の制御。
(ハ)ボイラ106の入口の給水から、出口側の蒸気ラ
イン106bまで、及び燃焼を行うバーナ、燃料系統、
通風系統の制御。
(ニ)タービン109を回わすための主蒸気流量の制御
を行う蒸気加減弁107、主蒸気止め弁108、そして
、タービン109の抽気から復水器100までの制御。
(ホ)発電機110を励磁し、所定の電力を取り出して
送電線114へ送り出すための制御。
この発電ユニット運転に用いられる夫々専用の制御装置
の関係を第6図に示す。
運転員はオペレータコンソール盤lのCRT表示装置1
1.12を見てオペレータ入力装置14より計算機2へ
指示を与え、計算機2の入出力処理装置3を介して発電
ユニットの各々の制御装置6〜10へ制御信号を送る。
また、運転員は制御盤4の計器や表示装置により発電ユ
ニットの状態を監視しながら、操作端を動かし、やはり
、各々の制御装置6〜10操作信号を与えることができ
るようになっている。
以上のように発電ユニットを起動し、系統指令に基づき
目標負荷になるよう操作し、一方、必要な停止を行うた
めには、第6図に示した制御盤4を用いて多くの操作ス
イッチや押ボタンを複数の運転員で分担して操作する。
あるいはオペレータコンソール盤1よりCRT表示装置
でプラントを監視しながら操作指示をプロセス計算機2
へ与える。これにより、各制御装置6〜lOに入出力制
御盤5あるいは入出力処理装置3を介して制御信号を送
り、またプラント監視制御のための入力を取り込むこと
になる。
(発明が解決しようとする課題) ところが、発電ユニットの起動については、停止中の期
間の日数に応じた数種類の起動パターンがあり、夫々異
なる操作手順により制御しなければならない。
また、起動時間を最適にするように予め計画された4種
類の起動モード(ベリイ・ホット、ホット、ウオーム、
コールド)に合わせて、燃料と動力の効率を最適にする
よう、種々の異なる手順による制御が行われている。
このように、従来の制御システムを用いた運転を行うに
は、大規模な制御システムと、これを操作するための複
数の運転員が必要であり、これに要する設備と人員確保
の費用は大きなものとなっている。
このような多数の運転員や大規模自動化システムを用い
て発電所の複数ユニットを運転するには、多額の設備投
資金額と多数の運転員を育成し、維持する経費が必要で
ある。
本発明の目的は、このような多額の資金や費用を低減す
るための単純化した運転手順を、簡易型の制御システム
により実現した発電プラント制御装置を得ることにある
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明の発電プラント制御装置は、複数の発電ユニット
を備えた発電プラントを統合して運転制御する発電プラ
ント制御装置であって、発電プラントに属する各々の発
電ユニットに対応して設けられ各々の発電ユニットの制
御系統に対して専用の操作を行う制御ロジックを備えた
ユニットコントローラと、各々の発電ユニットの発電ユ
ニットは対応して設けられ各々の発電ユニットの制御デ
ータおよび監視データを処理し保存するデータサーバー
と、これら各々のデータサーバーのデータをデータバス
を介して入力し各々の発電ユニットの運転状態を監視制
御するとともに電力系統の運用にしたがって各々の発電
ユニットに起動停止指令あるいは負荷運転指令を与える
中央監視制御システムとを備えている。
(作用) 本発明では、各々の発電ユニットに対しその制御系統グ
ループの制御ロジックを有したユニットコントローラを
設け、ユニットコントローラの運転モードと制御ロジッ
クを単純化しているので、中央監視制御システムから起
動、停止、負荷運転の簡単な指示により運転が行われる
(実施例) 以下、本発明の一実施例を説明する。
第1図は本発明の一実施例を示すブロック図である。第
1図に示すように本発明の発電プラント制御装置は、複
数の発電ユニット70A、 70B、 7ONにより構
成される発電プラントに対し、これを運転するための制
御装置であるユニットコントローラ40A、 40B、
 4ONと、このユニットコントローラ40A、40B
、4ONと各々の発電ユニット70A、 70B、 7
ONとの信号の入出力を行う入出力制御盤50A、 5
0B、 5ONと、各々の発電ユニット70A、 70
B、 7ONのユニット運転の制御データおよび監視デ
ータを保存するデータサーバー3OA、 30B、 3
ONと、これらデータサーバー30A、 30B、 3
ONとデータの授受を行う中央監視制御システム13と
から構成される。
各々のユニットコントローラ40は発電ユニット70か
らのプロセス入力信号61により制御監視の処理を行い
、各々の発電ユニット40へ操作指令などの出力51を
与える。
各々のユニットコントローラ40で処理されるプロセス
入力信号61などのデータは、各々のデータサーバー3
0に保存され、各々のデータサーバー30を共通に接続
するデータバスを介して中央監視制御システム13との
間で相互に送受信される。
中央監視システム13はこれに用いられる監視用CRT
表示装置11.21および操作用入力装置25を有し、
CR1表示装置11はCRT表示装置12.22などを
通して、データバスに接続されており、全ての発電ユニ
ット70の運転を指示し、プロセスの状態を監視するこ
とが可能となっている。
全ての発電ユニット70に対し、それを起動し負荷運転
し停止するのには、運転員は操作用入力装置25により
、操作対象発電ユニットを選択し、CR1表示装置11
,21に必要なプラント状態やデータを表示させて操作
指令を与える。運転に必要な指令や監視に必要なプロセ
スデータは、データバスを通して発電ユニット70のデ
ータサーバー30へとの間で送受信が行われる。
操作指令はデータサーバー30よりユニットコントロー
ラ40へ送られ、ここで制御のためのデータに変換され
、出力信号51として発電ユニット7oへ送られる。
発電ユニット70より、必要なプロセス状態は入力信号
61としてユニットコントローラ4oへ取り込まれ、そ
こで入力データに変換され、データサーバー30とデー
タバスを通してCRT表示装置11,2]に様々な形式
で表示される。
発電ユニット70を制御し必要な発電出力を得るために
は、ボイラへ給水を供給する復水給水系統、ボイラから
の蒸気で駆動されるタービン、タービンと軸でつながる
発電機、発電機の励磁や発電力の電気制御などの様々な
電力系統に属する機器を定められた手順で動かされなけ
ればぼらない。
ユニットコントローラ40は、このような発電ユニット
70の運転に必要な全ての機器を動かすものである。第
2図は発電ユニット70の制御系統の詳細を示すもので
、ユニットコントローラ40は、1つの発電ユニット7
0の構成機器群「海水・復水系統80」、「給水・ヒー
タ系統81」、「ボイラ・バーナ系統82」、「タービ
ン系統83」、「発電機・電気系統84」に対する最も
一般的な運転手順を記憶させた単純な構成の単一制御装
置で構成される。
ユニットコントローラ40の構成制御装置に記憶された
運転手順に従い、操作出力51を入出力制御盤50へ送
る。入出力制御盤50では対象となる発電ユニット70
の各系統80〜84の機器に合わせた操作信号に変換さ
れる。
各系統の機器の動作はプロセス入力信号として入出力制
御盤50に送られ、ここでユニットコントローラ40の
制御装置の処理に適した信号に変換、増幅されてプラン
ト入力信号61としてユニットコントローラ40へ送ら
れる。
ここで、本発明においては複数の発電ユニット70をそ
れぞれ専用の1台のユニットコントローラ40で、起動
、停止、負荷運転できるようにするために、各々の発電
ユニット70を標準的な手順で運転する1つないし2つ
の操作手順のプログラムをユニットコントローラ40の
メモリに記憶させ、そこにある手順だけで各々の発電ユ
ニット7oの起動から負荷運転および停止までを行うよ
うにする。
一方、このユニットコントローラ40に用いるマイクロ
プロセッサ(cpu)は、従来における種々の専用制御
装置に用いられているCpLIに比べて、メモリ容量で
16倍、演算スピードで数倍の能力を持つものが使える
。このため、従来、別々の専用制御装置に記憶させてい
た制御ロジックを1台のユニットコントローラ40に記
憶することができる。
また、従来のユニット運転では各種制御装置に操作の指
令を運転員が発電ユニット7oの状態に応じて出力する
か、操作指令を自動的に行うようにプロセス計算機にプ
ログラムを記憶させて実行させている。
このユニット起動、停止時の操作手順を単純化し、1つ
ないし2つのパターンに固定した使用方法に限定して、
cpuのメモリを節約するので、この起動、停止手順を
プログラムにして、ユニットコントローラ40のメモリ
に記憶させることは可能である。
また第5図に示したように発電ユニット70全体では、
数多くの機器があり、モーターであれば起動/停止2つ
の操作が、弁であれば開/閉2つの操作が必要となるの
で、非常に多く操作端と制御ロジックを用いる必要があ
る。そこで、ROMと演算チップを組合せた基板で専用
ロジックの動作をするハードウェアを用い、関連する操
作端をグループにしてこの基板のROMに制御のロジッ
クを記憶させることにより、更にcpuのメモリ使用を
減少し、1つのユニットコントローラ40で処理できる
可能性が大きくなる。
以下、第5図に示したプラント全体図の中で、復水器出
口から復水ライン100b、復水ポンプ101、低圧ヒ
ータ102、脱気器103、脱気器循環ライン103b
を例にとって説明する。この脱気器循環ラインは第2図
の発電ユニットの中の海水・復水系統に属している。
この脱気器循環ラインでは、具体的に第3図に示すよう
なポンプと弁の操作端があり、1つのグループとして考
えることができる。
復水器(COND) 100から復水ポンプ(CP)1
01と復水ブースタポンプ(CBP)lolaで水を送
り出し、低圧ヒータ(LP−HTR) +02を通して
脱気器(DEA) 103と、脱気器103から復水器
100へ水を戻す脱気器循環ラインの制御系統において
は、ユニットコントローラ40の中に必要な制御ロジッ
クを記憶させた専用制御器板41とこの制御系統のプロ
セス入出力信号を処理する入出力制御盤(IOP)50
により所定の操作が行われる。
この系統の操作手順を整理し、2つのケースに分類する
1つは発電ユニット70の停止後の期間が2日以上にな
り、脱気器循環ラインの水の循環を停止した後で起動す
るケースである。
このケース1では系統のポンプや脱気器の動作を止め、
水の循環を中止しているので、ユニット起動に際しては
復水ブースタポンプ1olaおよび復水ポンプ101を
起動し、系統の弁a、b、c、d、e、f2gを順次開
閉しながら、復水ポンプ101と低圧ヒータ102の間
にある脱塩装置を運転し、脱気器103も運転しながら
第3図に示す水の循環ラインを構成する。2つめのケー
ス2はユニット停止後2日以内で、脱気器循環ラインの
系統が構成され、必要な機器が運転されている場合であ
る。この場合は、運転の手順は終了しており、必要な機
器の動作を監視しながら系統における水質の改善、維持
を行う。
このユニットコントローラ40内の制御基板41では前
記2ケースの操作手順をROM Gこ記憶し、コントロ
ールユニット40からの指令に従ってケース1又はケー
ス2のどちらかの操作を行う。
制御基板41は入出力制御盤50を介して、復水ポンプ
101、復水ブースタポンプ101a、弁a−gへ運転
指令を送り、制御監視のための入力信号をやはり入出力
制御装置50経由で入力する。
発電ユニット7oを停止する場合は、第5図のプラント
全体の中で先ず発電機の出力を零にして、送電系統から
切離す。次いでタービン109への蒸気を遮断し、ター
ビントリップ、ボイラ106のバーナ消火を行い、関連
するポンプの停止や弁の操作を行って、ユニット起動前
の状態に戻して行く。
このときに、停止モードを前述のケースlとケース2に
選択できるようにしておき、必要な停止期間に応じ第2
図の制御系統80から84へ指令を与えて目標とする停
止状態へ発電ユニット70を制御する。
第2図に示したように、ユニットコントローラ40は、
発電ユニット70の運転操作を行う為に、各制御系統8
0〜84に対し、第3図に示した脱気器循環ラインの制
御グループのような操作端のグループを設け、夫々に対
応する第3図のような制御基板41を備えるものとする
操作端のグループとして次の分類をする。
(1)復水器海水系統 (2)脱気器循環系統 (3)給水ポンプ制御系統 (4)高圧ヒータ制御系統 (5)ボイラ給水循環系統 (6)ボイラ通風制御系統 (7)ボイラ燃料制御系統 (8)バーナ制御系統 (9)ボイラ昇温・蒸気温度制御系統 (io)タービン制御系統 (11)発電機・励磁制御系統 (12)所内電源制御系統 (13)水質サンプリング・薬注系統 以上の他に石炭火力発電の場合には、 (14)給炭機・ミル制御系統 (15)灰煙脱硫制御系統 また、石油火力発電では、 (I6)脱硫装置制御系統 LNG火力発電では、 (17)ガス気化器・供給制御系統 の各グループ化が必要となる。
以上の夫々の専用制御ロジックをROMに記憶させた各
種基板41をユニットコントローラ4oの中に備え、発
電ユニット70の運転モードや電力系統制御からの要求
を判断し、運転操作手順を決めて、必要な操作指令を前
記(1)から(17)の各系統の専用基板14に与え、
各グループの制御を行う。
次に、第4図はユニットコントローラ40の詳細を示す
ものであり、第4図に示すように、ユニットコントロー
ラ(uc)40は、データバスを用い、データサーバ3
0へ対象ユニットの運転に必要なデータを受信する。中
央監視制御システム10からの発電ユニット70の起動
停止指令、運転開始時間、目標発電出力、起動停止の運
転パターンといったデータをデータサーバ30から伝送
モジュール40fによりデータ伝送で受け、主メモリ4
0bに記憶する。
マイクロプロセッサ(cpuMoaは主メモリに受けた
データ伝送の情報に基づき、ディスクメモリ4゜Cより
必要な制御ロジックを主メモリ40bへ転送して実行す
る。
この制御ロジックは対象ユニットの運転に必要な手順を
備え、ユニットの夫々の制御系統へ送る信号を判断し作
り出す。
運転員は、中央監視制御システムlOのCRT表示装置
’ll、21を用い、各発電ユニットの運転状態を把握
し、次に起動又は停止すべき発電ユニット70を判断す
る。
次に操作用入力袋N25により起動、停止又は負荷運転
する夫々の発電ユニット70へそれらの指令を、データ
バスとデータサーバ30を通じてユニットコントローラ
40へ伝送する。
停止する発電ユニット70に対しては、発電目標出力の
設定値や発電機、タービン、ボイラなどの機器を停止す
る時間スケジュールを2つのパターンのどちらかを指定
する。
パターンIは、次にこのユニットを起動するまでの時間
が2日以上のケースで、第3図に示す機器を全て止めて
しまうか、前述した第3図の脱気器循環ラインより前の
状態に戻すものである。
パターン2は、次の起動までが2日以内のケースで、第
3図で脱気器循環ラインからそれ以後の各系統、給水、
ヒータ、ボイラ循環が全て構成され、すぐにボイラのバ
ーナ点火へ移行する状態である。
このパターンが指示されると、該当発電ユニットのユニ
ットコントローラは第4図に示す主メモリ40bとディ
スクメモリ40cの制御ロジックにある運転操作手順に
より、IOコントローラ40g、 IOモジュール50
g及び各操作グループ40h〜40j、50h〜50j
に操作指令を送り発電ユニットを所定の停止状態に制御
する。
一方、起動する発電ユニット70に対しては、ユニット
コントローラ40はその時点の停止状態を入力とメモリ
の内容から判断でき、起動のパターンを決める。
停止のパターンがパターンlの場合は、復水器海水系統
のグループ操作がら順次第4図の操作グループ40gへ
40j、 50g〜50jを制御して行く。
パターン2の場合は、脱気器循環ライン系統以後のグル
ープ操作をパターン1と同様に制御する。
いずれのパターンも起動する主要機器の時間スケジュー
ルは予め定められており、発電目標出力の到達時間が予
定できる。
このような単純化した停止、起動のパターンにより各発
電ユニットの運転を電力系統の中央給電指令に基づいて
行い、さらに負荷運転中の二ニットに対しては、CRT
表示装置と操作用入力装置とで目標出力を伝送でユニッ
トコントローラ4oへ指示をして、要求される発電出力
を実現することができる。
運転員は各ユニットの運転状態をCRT表示装置11.
2Iの画面に必要なユニットの状態を表示させて監視す
る。この表示させるデータは、定周期でユニットコント
ローラ40の全10モジユールより入力され、データサ
ーバ30に一時的に保存され更新される。指定されたユ
ニットの必要データは、操作用入力装置25から指定さ
れ、データサーバ3oよりデータバス経由CRT表示装
置12.22へ伝送されてCRT表示装置N、21に表
示される。
[発明の効果] 以上述べたように、発明によればユニットコントローラ
として簡易型コントローラを用い、単純化した制御ロジ
ックで、従来複雑な起動、停止の操作を10から20人
程度の運転員と大規模な計算機制御システムを必要とし
た発電ユニットの運転を簡易な装置と少人数の運転員に
より実現できる。
これにより発電プラントの運転設備と経費を経済的に有
利に運用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すブロック図、第2図は
発電ユニットの制御系統の説明図、第3図説気難循環ラ
インの制御系統の説明図、第4図は本発明のユニットコ
ントローラの説明図、第5図は発電ユニットのプラント
構成図、第6図は従来の発電ユニットの監視制御システ
ムを示すブロック図である。 ■・・・オペレータコンソール盤、2・・・プロセス計
算機、3・・・入出力処理装置、4・・・制御盤、5・
・・入出力制御盤、6・・・補機制御装置、7・・・ボ
イラ調整制御装置、8・・・バーナ制御装置、9・・・
タービンガバナ調整制御装置、lO・・・発電機励磁制
御装置、11.21・・・CRT表示装置、12.22
・・・CRT制御装置、13・・・中央監視制御システ
ム、14・・オペレータ入力装置、25・・・操作用入
力装置、30・・・データサーバー、40・・・ユニッ
トコントローラ、50・・・入出力制御盤、70・・・
発電ユニット、80・・・発電プラントの海水・復水系
統、81・・・発電プラントの給水・ヒータ系統、82
・・・発電プラントのボイラ・バーナ系統、83・・・
発電プラントのタービン系統、84・・・発電プラント
の発電機・電気系統、100・・・復水器、101・・
・復水ポンプ、1o1a・・・復水ブースタポンプ、1
02・・・低圧ヒータ、103・・・脱気器、104・
・・給水ポンプ、105・・・高圧ヒータ、106・・
・ボイラ、107・・・蒸気加減弁、108・・・主蒸
気止め弁、109・・・タービン、110・・・発電機
、111・・・主遮断器、112・・・主変圧器、11
3・・・系統遮断器、+14・・・送電線。 代理人 弁理士  紋 1) 誠 第1図 第4図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 複数の発電ユニットを備えた発電プラントを統括して運
    転制御する発電プラント制御装置において、前記発電プ
    ラントに属する各々の発電ユニットに対応して設けられ
    前記各々の発電ユニットの制御系統に対して専用の操作
    を行う制御ロジックを備えたユニットコントローラと、
    前記各々の発電ユニットの発電ユニットに対応して設け
    られ前記各々の発電ユニットの制御データおよび監視デ
    ータを処理し保存するデータサーバーと、これら各々の
    データサーバーのデータをデータバスを介して入力し前
    記各々の発電ユニットの運転状態を監視制御するととも
    に電力系統の運用にしたがって前記各々の発電ユニット
    に起動停止指令あるいは負荷運転指令を与える中央監視
    制御システムとを備えていることを特徴とする発電プラ
    ント制御装置。
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