JPH04299098A - 複合サイクル発電プラントの制御方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複数のガスタービン発電
機及び蒸気タービン発電機より構成される複合サイクル
発電プラントの制御方法に関し，特に電力系統の事由に
より本プラントがプラント内単独あるいは地域単独運転
状態となった時の制御方法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来，複数の例えば２台のガスタービン
発電機，各々のガスタービンの排気ガスの熱により蒸気
を発生させる排熱回収ボイラ，及びこの排熱回収ボイラ
より発生した蒸気により運転される蒸気タービン発電機
により構成される複合サイクル発電プラントにおいて，
電力系統側の事故あるいは系統側配電所の操作により電
力遮断器が開かれた結果，当該発電所が所内単独運転状
態，あるいは地域単独運転状態となった時，その発電所
を運転する操作員は，電力系統制御側の操作員よりの連
絡により，あるいは，電力量の変化，周波数の変化等の
状況の目視判断の結果より判断し，例えば，発電機の解
列，タービンの停止，あるいは，タービン発電機の負荷
制御モードをガバナフリー制御，即ち，タービン発電機
の回転数（電力の周波数に対応）をフィードバックとす
る制御モードに移行させるような操作を行ってきた。

【０００３】また，近年，自動化が進んだ発電所では，
電力系統側の事故の場合には，大概，電力遮断器に付属
する保護リレーの動作により異常が検知でき，この系統
側電力遮断器が自動的に開となるため，この遮断器の状
態により所内単独状態と判断される場合には自動的に上
記操作を行うような制御装置を持つものもある。

【０００４】蒸気タービン発電機のみにより構成される
発電所の中には，自から送り出される電力量の急減を監
視し，これにより所内単独あるいは地域単独運転状態へ
の移行とし，必要な処置例えば，ガバナフリー制御への
移行，蒸気バイパス弁の急開，ボイラの燃料投入量の絞
り込み等を行うものもある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の複合サイク
ル発電プラントの制御方法には解決すべき次の課題があ
った。

【０００６】即ち，近年，開発途上国においても電力需
要の急騰より発電効率の良い複合サイクル発電プラント
の建設が多く行われている。しかしながら，あまりにも
急激な建設の為，電力系統の信頼性が低く，頻繁に系統
事故，発電所の緊急停止が発生し，保護のため電力系統
開閉所において事前通告無く，電力遮断器がいきなり開
かれることが多い。

【０００７】また，熟練した運転員の確保，育成が難し
く，所内単独あるいは系統単独運転移行時の処置が適切
に行われず，結果として，全発電プラント停止に到るこ
とが多い。

【０００８】特に，複合サイクル発電プラントにおいて
は，取扱う機器の数が多く，少い運転員の手動操作によ
り適切な処置を行うことが困難なため，処理の自動化が
望まれるようになった。

【０００９】また，複数のタービン発電機が並列に接続
された発電所においては，所内単独即ち，少く，かつ不
安定な負荷を複数のタービン発電機がその周波数を保と
うとしながら適切な配分でこれを維持することは難しく
，多くの場合，一部のタービン発電機がモータリング，
即ち，発電機が電動機となって電力を消費する現象に到
る。このような状態となるとガスタービン発電機の場合
は，燃料の燃焼が不安定となり易く，蒸気タービン発電
機の場合は，タービン内の蒸気流が大きく乱れ，タービ
ンブレードの破損につながる恐れもある。

【００１０】当該複合サイクル発電プラントの場合，蒸
気タービン発電機を駆動する蒸気はガスタービン発電機
の排ガスにより得ているため，蒸気タービン発電機の運
転を継続することは無意味となる場合が多い。

【００１１】従って，一般的に所内単独運転状態に到っ
た時は蒸気タービン発電機は停止することになる。

【００１２】さらに，ガスタービン発電機は，残った負
荷により運転台数を絞り，不必要なモータリング状態で
の運転は，避けることが望ましい。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題の解決
手段として，複数のガスタービン発電機，排熱回収ボイ
ラ，蒸気タービン発電機より構成される複合サイクル発
電プラントにおいて，所内単独運転状態，あるいは地域
単独運転状態の検出を電力系統接続用遮断器の状態及び
，ガスタービン発電機出力の変化を監視することにより
行い，所内単独運転状態あるいは地域単独運転状態を検
知した場合には，選択された１台のガスタービン発電機
のみ回転数（電力周波数）制御による発電運転を維持し
，残りのガスタービン発電機は発電運転を解き，再度発
電運転にすみやかに復帰しうるような，定格回転数運転
状態とし，蒸気タービン発電機は停止させる操作を自動
的に行なうことを特徴とする複合サイクル発電プラント
の制御方法を提供しようとするものである。

【００１４】

【作用】本発明は上記のように構成されるので次の作用
を有する。

【００１５】即ち，複数のガスタービン発電機，排熱回
収ボイラ，蒸気タービン発電機等より構成される複合サ
イクル発電プラントの所内単独運転状態あるいは地域単
独運転状態の検出を，電力系統接続用遮断器の状態及び
ガスタービン発電機出力の変化を監視して行なうので，
何れかの状態に至ったことが適確に検出される。

【００１６】また，何れかの状態に至ったことを検出し
た場合は，選択された１台のガスタービン発電機のみ回
転数制御による発電運転を維持し，残りのガスタービン
発電機は発電運転から解放して定格回転数運転状態とし
，蒸気タービン発電機は停止操作を自動的に行なうよう
にするのでプラント全体が停止して発電皆無となったり
，或は過負荷運転が続行されて事故に至ることがなくな
る。また，無駄な発電もなくなる。

【００１７】

【実施例】本発明の方法に係る実施例の説明に入る前に
先ず，実施例選択の基本概念について説明すると，発電
所を構成するガスタービン発電機，蒸気タービン発電機
の台数，系統事故による当発電所の負荷となる電力量等
により最も適切な制御方法の詳細は自から異なるが，本
実施例では，２台のガスタービン発電機と１台の蒸気タ
ービン発電機で構成される複合サイクル発電プラントを
例とし，地域負荷が無く，１台のガスタービン発電機の
定格出力の１０％程度以下の所内負荷のみ考慮すれば良
い場合の制御方法並びにこれを実現する制御装置例を示
す。図３はこの場合の電力系統の模式図を示す。

【００１８】所内単独状態の検出方法としては，以下の
事象のいずれかが検出された場合に所内単独運転に移行
したとする。

【００１９】（１）　発電所において外部の電力系統と
接続するための電力遮断器の全てが開となった。即ち，
外部に対し電力を送出できる状態ではなくなったことを
検知した。

【００２０】（２）　発電所にて発生する電力量が急減
した。 前述の通り，所内単独運転状態が検知された場合は，蒸
気タービン発電機が運転中であれば，これを停止する。 ガスタービン発電機に関しては，１台のみ発電機運転状
態を継続し，もう１台のユニットに関しては，これが運
転中であれば電力遮断器を開き，無負荷定格回転数運転
状態とするものとし，この発電運転状態を継続させるユ
ニットを選択するための操作ボタン等を制御室内の適当
な監視操作盤等に設けるものとする。

【００２１】この操作ボタンにより発電所運転状態を継
続させるユニットが選択されるが，発電運転状態で無く
なった場合，即ち，ガスタービン発電機側の電力遮断器
が開かれた場合はこの選択を解くものとする。

【００２２】選択を自動的に行うロジック，例えば，２
台のガスタービン発電機が発電運転を行っている場合に
は先に発電運転に入ったユニットを所内単独運転時に発
電運転を継続するユニットとして選択するといったロジ
ックも考えられるが，これらは本実施例の応用として考
えればよい。

【００２３】次に上記方法により所内単独運転状態が検
知され，蒸気タービン発電機に対し停止指令が発せられ
ると同時に，発電運転を継続するものとして選択された
ガスタービン発電機に対しては，負荷制御モードをガバ
ナフリー制御モードに強制的に切り替える指令を発する
。発電運転を継続するものとして選択されていないユニ
ットに対しては，そのガスタービン発電機側の電力遮断
器を開き，定格回転数運転状態を継続する指令を送る。

【００２４】以上の処理を複合サイクル発電プラントに
おける協調制御装置等の共通制御システムにて行う。

【００２５】次に本発明の方法に係る一実施例を図１〜
図４により具体的に説明する。図１は本実施例に係るガ
スタービン発電機負荷急減検出ロジックの図である。図
１において，１は１台のガスタービン発電機出力信号で
あり，２はガスタービン発電機側の電力遮断器の状態信
号であり，閉状態にてオンとなるものである。３はモニ
タスイッチであり，例えば，入力されるガスタービン発
電機出力信号１が１台のガスタービン発電機の定格出力
の３０％以上である時に自らの出力をオンとするもので
ある。４もモニタスイッチであり，この場合は，例えば
入力信号が１台のガスタービン発電機定格出力の１０％
以下である時に出力をオンとするものである。５はオフ
ディレイタイマであり，例えば入力信号がオンからオフ
となった場合，５秒間はその出力はオンの状態を保ち，
５秒後にオフとするものである。６はオンディレイタイ
マであり，例えば，入力信号がオフからオンとなった場
合，０．５秒間はその出力はオフの状態を保ち，０．５
秒後にオンとするものである。このオンディレイタイマ
６の目的は，１のガスタービン発電機出力信号にノイズ
が重畳し，瞬時に４のモニタスイッチの出力がオンとな
った場合に誤って，後述のガスタービン発電機急減信号
８が発せられ，所内単独処理ロジックの誤作動を防ぐこ
とにある。７はアンドであり入力が全てオンとなった時
にその出力をオンとするものである。すなわちこのロジ
ックは，１台のガスタービン発電機出力が１台のガスタ
ービン発電機出力の３０％以上の状態より１０％以下の
状態へ５秒以内に降下し，かつ，０．５秒以上持続した
時に８のガスタービン発電機出力急減信号をオンとする
ものである。

【００２６】図４に横軸に時間をとり，縦軸にガスター
ビン発電機出力をとったグラフと上記ガスタービン発電
機出力急減検出ロジック各部の動きのタイムチャートを
併記したものを示す。

【００２７】図２には本実施例に関する所内単独運転処
理ロジックを示す。図２において，１１は発電所におい
て外部の電力系統と接続するための電力遮断器の全て，
即ち図３に示す例において２７及び２８で示される電力
遮断器の両者が開となった時にオンとなる信号であり，
この信号は電機制御盤にて作り出される。１２及び１３
は上記ガスタービン発電機出力急減検出信号であり，例
えば１２が１号ガスタービン発電機よりのものであり，
１３が２号ガスタービン発電機よりのものである。

【００２８】１４は所内単独運転時に発電運転状態を継
続させるユニットとして１号ガスタービン発電機を選択
するための押しボタン信号であり，１５は１号ガスター
ビン発電機側の電力遮断器が閉の時にオンとなる信号で
ある。１６は１４と同様に２号ガスタービン発電機を選
択するための押しボタン信号であり，１７は１５と同様
に２号ガスタービン発電機側の電力遮断器が閉の時にオ
ンとなる信号である。

【００２９】１８はオアであり入力のいずれかがオンで
あるときその出力をオンとするものである。即ち，１１
，１２，１３の信号の内１つでもオンとなれば，出力が
オンとなり，所内単独運転状態への移行を検知したこと
になる。

【００３０】１９はフットであり，１５の１号ガスター
ビン発電機側の電力遮断器が開であるとき，その出力を
オンとする。２０はオアである。２１はリセット優先の
フリップフロップであり，１４よりの入力がオンとなり
，２０からの入力がオフである場合にその出力をオンと
する。１４の入力にかかわらず，２０からの入力がオン
となった場合には，その出力はオフとなるものである。 ２２も１９と同様にノットであり，１７の２号ガスター
ビン発電機側の電力遮断器が開であるとき，その出力を
オンとする。２３はオアである。２４も２１と同様のリ
セット優先のフリップフロップであり，１６よりの入力
がオンとなり，２３からの入力がオフである場合にその
出力をオンとする。１６よりの入力にかかわらず，２３
からの入力がオンとなった場合には、その出力はオフと
なるものである。

【００３１】２５，２７，２８，３０はアンドであり，
全ての入力がオンとなった場合のみ，その出力をオンと
する。２６，２９はノットである。

【００３２】３１は１８の出力即ち，所内単独運転への
移行を検知した場合にオンとなる信号である。３２は１
号ガスタービン発電機に対しその負荷制御モードをガバ
ナフリー制御に切替えるように指令する信号であり，３
１がオンでありかつ，２１の出力がオンの時即ち，所内
単独運転時に発電運転状態を継続させるユニットとして
１号ガスタービン発電機が選択されている時に，発せら
れるものである。

【００３３】３３は１号ガスタービン発電機に対し発電
機遮断器を開くように指令する信号であり，３１がオン
であり，かつ２６の出力がオンの時，即ち，所内単独運
転時に，発電運転状態を継続させるユニットとして１号
ガスタービン発電機が選択されていない時に発せられる
ものである。３４は２号ガスタービン発電機に対し，発
電機遮断器を開くように指令する信号であり，発信の条
件は，３２の場合と同様である。３５は２号ガスタービ
ン発電機に対し発電機遮断器を開くように指令する信号
であり，発信の条件は，３３の場合と同様である。

【００３４】本実施例では，ガスタービン発電機２台，
蒸気タービン発電機１台の場合の例を示したが，各ター
ビン発電機の台数が増した場合の処理も同様である。

【００３５】本実施例では，ガスタービン発電機２台，
蒸気タービン発電機１台より構成される複合サイクル発
電プラントの場合を示したが，さらに多くのタービン発
電機より構成される場合も同様である。

【００３６】また，プラントの構成によっては，蒸気タ
ービン発電機を停止する必要は無く，無負荷定格運転状
態に移行させればよい場合もあるが，この場合も同様で
ある。

【００３７】

【発明の効果】本発明は上記のように構成されるので次
の効果を有する。

【００３８】即ち，発電プラントの所内単独，地域単独
等の何れかの運転状態を適確に検出して，相応したガス
タービン発電機のみを，回転数制御して運転し，他のガ
スタービン発電機は発電運転から解放するので需要に見
合った適切な発電量が維持される。

【００３９】また，従来のように，需要過剰等によって
全プラントが停止することがない。また，複数の発電備
のうち，不要な設備までが運転状態を維持して無駄なエ
ネルギーを費やすことがない。

【００４０】また，オーバロードによって事故を発生す
ることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法の一実施例に係るガスタービン発
電機負荷急減検出のロジック図である。

【図２】上記実施例に係る所内単独運転処理ロジック図
である。

【図３】上記実施例に係る複合サイクル発電プラントの
所内電力系統の模式図である。

【図４】上記実施例に係る所内単独運転移行時のガスタ
ービン発電機出力と検出ロジック各部の動きを示す模式
図である。

【符号の説明】

１　　　　ガスタービン発電機出力信号２　　　　ガス
タービン発電機側の電力遮断器の状態信号３，４　　モ
ニタスイッチ ５　　　　オフディレイタイマ ６　　　　オンディレイタイマ ７　　　　アンド

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　複数のガスタービン発電機，排熱回収
   ボイラ，蒸気タービン発電機より構成される複合サイク
   ル発電プラントにおいて，所内単独運転状態，あるいは
   地域単独運転状態の検出を電力系統接続用遮断器の状態
   及び，ガスタービン発電機出力の変化を監視することに
   より行い，所内単独運転状態あるいは地域単独運転状態
   を検知した場合には，選択された１台のガスタービン発
   電機のみ回転数（電力周波数）制御による発電運転を維
   持し，残りのガスタービン発電機は発電運転を解き，再
   度発電運転にすみやかに復帰しうるような，定格回転数
   運転状態とし，蒸気タービン発電機は停止させる操作を
   自動的に行うことを特徴とする複合サイクル発電プラン
   トの制御方法。