JPH05526B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、ガスタービンと蒸気タービンとを組
合わせて発電する複合サイクル発電ユニツトの負
荷先行技術装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 最近の発電プラントでは、発電効率の向上を目
的としてガスタービンと蒸気タービンとを組合わ
せて発電する複合サイクル発電ユニツトが実用化
されている。この発電ユニツトは、ガスタービ
ン、蒸気タービン、発電機を一軸上に結合し、ガ
スタービンを駆動し終えた排ガスを利用して蒸気
タービンを駆動し、両者の駆動力で発電機を駆動
することにより熱エネルギーの有効利用をはかつ
たものである。しかし、この発電ユニツトは単機
容量が小さく、各発電ユニツト毎に独立して運転
するのは不経済であるため、系統運用上は複数台
の発電ユニツトを統合した複合発電プラントを構
成している。

ところで、発電プラントの負荷制御は、一般に
中央給電所から与えられる系統負荷設定値に基づ
いて行なわれる。従来の単一発電プラント、例え
ば、火力発電プラントでは、起動完了負荷に到達
後、系統負荷設定値の管理下でその発電負荷が制
御される。

ところで、前述の複合発電プラントでは、ガス
タービンと蒸気タービンとの両者の駆動力で発電
供給している発電ユニツトが複数台で構成されて
いるため、系統負荷設定値の管理下で行なわれる
負荷制御について下記の特徴がある。

(1) ガスタービンが起動されてから起動完了負荷
に到達するまでは、蒸気タービンの寿命消費を
緩和する目的で、蒸気タービンの発電出力が規
定の負荷変化率となる様にガスタービンの速度
制御を行なう。

(2) 起動完了した発電ユニツトは、系統負荷設定
値の管理下で統括負荷制御される。この場合の
発電ユニツトが負う発電負荷は、系統負荷設定
値から起動過程中の発電ユニツトが出力する負
荷を差し引いた値を統括負荷制御の対象となる
発電ユニツトの数で均等に按分した値となる。

(3) 発電ユニツトの実負荷は、ガスタービンと蒸
気タービンとが発生する軸トルクの和として出
力される。しかし、ガスタービンと蒸気タービ
ンとの間に介在する排熱回収ボイラでの熱保有
量が少ない起動過程では排熱回収ボイラでの熱
交換時の応答遅れにより、蒸気タービンの発電
出力はガスタービンの発電出力の変化に遅れて
推移する。

以上の特徴は、第４図及び第５図をもとに説明
する。第４図は、ｎ台の発電ユニツトから成る複
合型発電プラントの系統負荷を統括制御する統括
負荷制御装置の構成を示したものである。系統負
荷設定器１０は中央給電所からの指示によりｎ台
の発電ユニツトの発電負荷量を規定するもので、
ここからの系統負荷設定値は発電ユニツト負荷按
分装置２０に入力される。発電ユニツト負荷按分
装置２０は各発電ユニツトの負荷検出器１０３の
検出値と、系統負荷設定器１０からの系統負荷設
定値とから起動完了後の各々の発電ユニツトが負
う発電負荷を算出する。ここで按分された系統負
荷設定値は切替器１０１に入力される。切替器１
０１は各々の発電ユニツトごとに設置され、該当
の発電ユニツトが起動完了するまでは起動負荷設
定器１０２からの負荷設定信号ａを選択し、起動
完了後は発電ユニツト負荷按分装置２０からの負
荷設定信号を選択する。

発電ユニツトが停止状態にあり、いま起動がか
けられたとする。この場合、起動過程中にあるこ
とになるから、切替器１０１により起動負荷設定
器１０２の負荷設定信号ａが選択される。負荷設
定信号ａは速度設定器１０４に入力され、ガスタ
ービンの速度設定信号に変換される。減算器１０
５はこのガスタービンの速度設定信号とガスター
ビンの回転数検出器１０９からの回転数検出信号
との偏差を算出し、燃料制御装置１０６に供給す
る。

燃料制御装置１０６は、この偏差をもとに燃料
制御弁１０７の開度調整によりガスタービン燃焼
器１０８に入る燃料量を制御し、この結果ガスタ
ービン１１１の軸トルクが制御される。すなわ
ち、ガスタービン１１１の回転数がガスタービン
の速度設定信号に合致するように制御される。

一方、蒸気タービンの方は、ガスタービン１１
１の排ガスのエンタルピーつまり燃料流量により
排熱回収ボイラ１１２からの蒸気のエンタルピー
が決定されるため、蒸気減速弁１１３と復水器１
１５の真空度との関係で一義的に蒸気タービン１
１４の軸トルクが決定される。この結果、発電機
１１６がガスタービン、蒸気タービン１１４に連
結されているのでガスタービン１１１と蒸気ター
ビン１１４との軸トルクの和に発電機１１６の効
率を乗じたものが発電ユニツトの実負荷となる。

発電ユニツトの実負荷が起動負荷設定器１０２
の設定負荷に到達すると、速度設定器１０４への
負荷設定信号は、切替器１０１を介して発電ユニ
ツト負荷按分装置２０からの負荷設定信号に切替
り、これ以降、起動完了した発電ユニツトは発電
ユニツト負荷按分装置２０からの負荷設定信号に
もとづいて発電出力する。

以上の制御による発電出力の推移を説明する。
いま統括負荷制御の管理下では２台の発電ユニツ
トが定格負荷で運用しているとき、中央給電所か
ら発電ユニツト３台分の系統負荷設定値を要求さ
れたとする。

第５図に於て、曲線I_Gは中央給電所から与えら
れる系統負荷設定値L_Gに対する統括負荷制御装
置の系統負荷設定信号である。これは時刻t₁で系
統負荷設定値としてL_G1からL_G2に設定変更された
場合の推移である。曲線₁，I₂は、統括負荷制
御の管理下にある発電ユニツトすなわち、起動完
了し定格負荷値L_O0をとつている発電ユニツトの
実負荷であり、時刻t₁以前に起動完了しすでに定
格負荷L_O0として運用された時の推移を示す。曲
線I₃は、起動負荷設定値をL_O0として起動過程中
の発電ユニツトの実負荷の推移であり、つまり時
刻t₁に併入した場合の実負荷の推移を示す。曲線
I_3Sは、起動過程中の発電ユニツトに於る蒸気タ
ービン１１４の発電出力、曲線I_3gは起動過程中
の発電ユニツトに於るガスタービン１１１の発電
出力の推移を示す。曲線I_Lは、上記発電ユニツト
３台分の実負荷を合計した複合型発電プラントと
しての実負荷を示し、実負荷I_LはI_L＝I₁＋I₂＋I₃と
して表わされる。

また、第５図に示す発電負荷値L_O0，L_G1，L_G2
の関係は、時刻t₁すなわち起動過程中の発電ユニ
ツトが併入する時刻以前では、統括負荷制御管理
下の発電ユニツトの運用台数が２台であり、その
２台は定格負荷運転であること、また、中央給電
所からの要求負荷が定格負荷運転での発電ユニツ
ト３台分の系統負荷設定値であることからL_G1＝
2L_O0，L_G2＝3L_O0となる。

ところで、起動過程中の発電ユニツトの実負荷
I₃は、ガスタービン１１１の発電出力I_3gと蒸気タ
ービン１１４の発電出力I_3sの和、即ちI₃＝I_3s＋
I_3gとして推移するが、第４図に示す様に起動過
程中の発電ユニツトが起動負荷設定値L_O0に到達
する時刻t₅は、系統負荷設定値L_G2に到達する時
刻t₄より遅れることがある。

これは、前述の(1)、(3)で記した様に、ガスター
ビン１１１の発電出力I_3gが時刻t₃まで蒸気タービ
ン１１４の寿命消費を考慮して規定の負荷変化率
で推移されること、さらに、蒸気タービン１１４
の発電出力I_3sは、排熱回収ボイラ１１２での熱
交換での応答遅れにより時刻t₂から発電負荷とし
て寄与し、時刻t₅に於て排ガスエンタルピーが蒸
気タービン１１４への軸トルクとして反映される
ためである。

このことは、時刻t₄に於て発電ユニツト３台分
の系統負荷設定値を要求された場合、統括負荷制
御管理下の発電ユニツトが定格負荷運転中のため
これ以上の発電出力を供給できないことから、複
合型発電プラントの実負荷は、中央給電所からの
要求時刻t₄より遅れて到達することになる。

従つて、中央給電所からの要求時刻t₄にて系統
負荷設定値L_G2を得ることができないため、各発
電所間の負荷配分を行なう中給指令に沿つた発電
運用から外れることになり、電力系統の運用面で
支障をきたすことになる。

［発明の目的］ 本発明は複合サイクル発電ユニツトの起動過程
に於る負荷制御を効果的に行なうことのできる複
合サイクル発電ユニツトの負荷先行制御装置を提
供することを目的とする。

［発明の概要］ このため、本発明は複数台の発電ユニツトを統
括負荷制御する装置を有した複合型発電プラント
の各々の発電ユニツトの実負荷が起動完了目標負
荷に到達するまでは、起動負荷設定器から与えら
れる起動負荷設定値を補正して、ガスタービンの
発電出力を先行制御することにより、発電ユニツ
トを所定の時刻までに統括負荷制御の管理下に入
れることを可能としたことを特徴とするものであ
る。

［発明の実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明す
る。第１図は第５図に示した統括負荷制御装置を
有した複合型発電プラントに本発明の負荷先行制
御装置５を適用した構成図を示したものである。

１は起動負荷設定器１０２からの起動負荷設定
信号ａをもとに蒸気タービンの応答遅れを考慮し
たガスタービンの速度設定値を算出するための補
正速度設定値算出器、２は補正速度設定値算出器
１で算出された補正速度設定信号ｂをもとに、ガ
スタービンの発電出力を規定する補正起動負荷設
定値を算出するための補正起動負荷算出器、３は
負荷検出器１０３からの負荷検出信号ｅと起動負
荷設定信号ａとから負荷偏差信号ｆを算出する減
算器、４は負荷偏差信号ｆにより、起動負荷設定
信号ａと補正起動負荷設定信号ｃとのいずれかを
負荷設定信号ｄとして切替器１０１に出力する切
替器である。

他の機器、例えば切替器１０１、速度設定器１
０４等は、第３図で示した機器と全く同様であ
り、その制御方法についても従来技術の項で説明
した内容と同等である。

第２図は、補正速度設定値算出器１にて補正速
度設定信号ｂを算出する際に用いる速度設定変換
曲線Ｆを示したものである。この速度設定変換曲
線Ｆは、排熱回収ボイラでの熱交換による応答遅
れに伴ない、ガスタービンの速度上昇過程におけ
る排ガスエンタルピーの増加分が蒸気タービンへ
の軸トルク増加分として反映される以前の発電ユ
ニツト負荷を、ガスタービンの速度設定値につい
て表わしたものである。

第３図は、補正起動負荷算出器２にて補正起動
負荷設定信号ｃを算出する際に用いる負荷設定変
換曲線Ｇを示したものである。この負荷設定変換
曲線Ｇは、ガスタービンの速度上昇過程に於る排
ガスエンタルピーの増加分が蒸気タービンへの軸
トルク増加分として反映された発電ユニツト負荷
をガスタービンの速度設定値について表わしたも
のである。

これら両者の曲線は発電ユニツトのプロセス特
性から一義的に前もつて定めることが可能であ
る。また、曲線上の発電ユニツト負荷は、速度設
定変換曲線Ｆが排ガスエンタルピーの増加分を反
映していないことから、同一のガスタービンの速
度設定値に対し、〔速度設定変換曲線Ｆの発電ユ
ニツト負荷〕＜〔負荷設定変換曲線Ｇの発電ユニツ
ト負荷〕の関係式が成立する。

以上の構成で、発電ユニツトが統括負荷制御に
入るまでの起動過程の負荷制御について説明す
る。第１図の起動負荷設定信号ａが発電ユニツト
の定格負荷L_O0の時、補正速度設定値算出器１は
第２図の速度設定変換曲線Ｆにより、定格負荷値
L_O0に対応する補正速度設定値Ｖを補正速度設定
信号ｂとして算出する。補正起動負荷算出器２
は、第３図の負荷設定変換曲線Ｇにより、補正速
度設定値Ｖに対応する補正定格負荷値L_O1を補正
起動負荷設定信号ｃとして算出する。

一方、減算器３は、起動負荷設定信号ａから負
荷検出信号ｅを差し引くことにより、定格負荷値
L_O0と実負荷との差を負荷偏差信号ｆとして算出
する。切替器４は、負荷偏差信号ｆが正の時は補
正起動負荷設定信号ｃを負荷設定信号ｄとして、
負荷偏差信号ｆが零または負の時は起動負荷設定
信号ａを負荷設定信号ｄとして切替器１０１に出
力する。

このことは、切替器１０１を介して速度設定器
１０４に入力される負荷設定信号ｄは、発電ユニ
ツトの実負荷が起動負荷設定器１０２の起動負荷
信号ａに到達するまでは補正定格負荷値L_O1とし
てとり入れられ、実負荷が起動負荷信号ａに到達
した時点で定格負荷値L_O0として切りかわること
を意味している。

速度設定器１０４以降の制御は、従来技術の項
で前述した様に、速度設定器１０９にて負荷設定
信号ｄに見合つたガスタービンの速度信号に変換
され、燃料制御装置、排熱回収ボイラ等を介し
て、ガスタービンと蒸気タービンの軸トルクの和
が発電ユニツトの実負荷となる。

この様に、ガスタービンの回転数が起動負荷設
定信号に見合つた速度設定値になつても発電ユニ
ツトの実負荷が追従していない場合は、ガスター
ビンの速度設定器に起動負荷設定信号より大きめ
の値をとり入れることにより、蒸気タービンが負
うべき発電出力をガスタービンにより先行的に発
電して蒸気タービンの発電出力応答遅れを吸収す
ることができるため、起動過程中の発電ユニツト
の発電操作が遅れて指定時刻までに中央給電所か
らの要求負荷を達成できない不具合を防止するこ
とができる。

［発明の効果］ 以上の様に本発明によれば、ガスタービンの速
度設定器に与える起動負荷設定値を発電ユニツト
の実負荷の追従性に応じて設定する様にしたので
複数台から成る複合型発電プラントでの統括負荷
制御を起動過程中の発電ユニツトも含めて良好に
行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による負荷先行制御装置の構成
図、第２図および第３図は負荷先行制御装置にて
起動負荷設定値を算出する時に使用する変換曲線
の特性図、第４図は複合型発電プラントでの統括
負荷制御装置の構成図、第５図は複合型発電プラ
ントに於る発電出力の推移を示した特性図であ
る。 １……補正速度設定値算出器、２……補正起動
負荷算出器、３，１０５……減算器、４，１０１
……切替器、５……負荷先行制御装置、１０……
系統負荷設定器、２０……発電ユニツト負荷按分
装置、１０２……起動負荷設定器、１０３……負
荷検出器、１０４……速度設定器、１０６……燃
料制御装置、１０７……燃料制御弁、１０８……
ガスタービン燃焼器、１０９……回転数検出器、
１１０……空気圧縮器、１１１……ガスタービ
ン、１１２……排熱回収ボイラ、１１３……蒸気
加減弁、１１４……蒸気タービン、１１５……復
水器、１１６……発電機、ａ……起動負荷設定信
号、ｂ……補正速度設定信号、ｃ……補正起動負
荷設定信号、ｄ……負荷設定信号、ｅ……負荷検
出信号、ｆ……負荷偏差信号。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ガスタービンで使用した排ガスを排熱回収ボ
   イラに導きこの排熱回収ボイラからの蒸気で蒸気
   タービンを駆動する複合サイクル発電ユニツトを
   複数台設け、中央給電所からの負荷指令にもとづ
   いて統括負荷制御可能な起動負荷設定値まで各々
   の発電ユニツトを負荷制御するようにしたものに
   おいて、起動負荷設定値にもとづいてガスタービ
   ンの速度設定値を補正する補正速度設定値算出器
   と、ここで得られた補正速度設定値にもとづいて
   起動負荷設定値を補正する補正起動負荷算出器
   と、起動負荷設定値と発電ユニツトの実負荷との
   負荷偏差を算出する減算器と、この負荷偏差の状
   態により補正起動負荷設定値または起動負荷設定
   値のいずれかを統括負荷制御可能な負荷設定値と
   判断して切り替える切替器とを備えていることを
   特徴とする複合サイクル発電ユニツトの負荷先行
   制御装置。