JPH07507196A - タービン発電機設備の調節方法および装置 - 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】 タービン発ｉｔｓ設儂のｙ４節方法および装置本発明は、タービン操作端に第１ の操作量が、また励磁機操作端に第２の操作量が供給され、その際に操作量がそ れぞれ少なくとも１つの比較値から形成される、タービン発ｔｕｉ設備を調節す るための方法に関する０本発明はさらに、この方法に従づて作動する調節装置に 間する。

タービンに対する簡単な機械的回転数！Ｍ！ｆＩ器および発電機に対する電気− 機械的電圧ｉＪｉＭ器から出発して、日時の経過とともに発電所、たとえばガス および蒸気タービン設備の調節装置が絶えず改良され、また技術の発展に適合さ れてきた。

公知の調節方法では、タービンに流入する作動媒体の量がタービン操作端を介し て制御され、その操作量は！１１節ループ内で目標電力からの発電機の実際電力 の偏差から形成される。別のｙ４節ループ内では目標電圧からの発電機の実際電 圧の偏差から別の操作量が形成され、この操作量が発電機の励磁電流を制御する ＩＩＩ磁機操作端に供給される。

タービン、発電機および発ｔｉｌｌから給電される系統から構成される制御対象 を介して！１ｌｌｔｆｆループは互いに影響する。このことは、補正過程で全体 ｔＩｉｉｔＩ′Ｉ軌道の阻害のもとにｙ４ｔｆｆループが互いに干渉することに 通ずる。この影響を軽減するため、公知の方法では発電機電力から導出された補 正量が部分操作量として励磁機操作端に供給される。それによって系統振動また はすべり周波数の変化が補正され、また電力＃２動が減衰される。このような電 力揺動は特に、長い線路を経て電力系統と接続されている発電所設備において生 ずる。系統内の電力揺動を減衰するための回路装置はたとえばドイツ特許第２１ ３５１８７１号明細書に記載されている。

電気タービンを使用する際には確かに３１４Ｍループのダイナミックな層結合の ためのＰＪｍな仮定が全体システムの＃Ｃ！述のためには十分である。それに対 してガスタービンを使用する際には、電気タービンにくらべて比較的小さいガス タービンの遅延または反応時間に基づいて、別々の調節の減衰減少に通し得る望 ましくない結合が住する。このような結合問題は多くのタービン発ｔｒｉｍユニ ットを有する設備、特にガスおよび蒸気タービン設備においても生ずる。確かに いわゆる播動湾衰装置において実現されている電力揺動を減衰するための前記の 回路装置により、発電機の１１節ループへのタービンの調節ループの特定の影響 は達成される。

それにもかかわらず両ｙ４！ｌｆｆループは互いに別々に作動する。

本発明の課題は、冒頭に記載したＩＩＮの方法および調節装置を、タービン発電 機設備の上傾性のある！ｌＩ！節が可能であるように改良することにある。

方法に関するこの課題は、本発明によれば、タービン操作端に対する第１の操作 量が少なくとも２つの部分操作量から構成され、その際に画部分操作量の一方が ｍａ機操作端に対する第２の操作量を形成するための比較値から導出されること により解決される。

本発明による方法の有利な実施態様では、励磁機操作端に対する第２の操作量が 少な（とも２つの部分操作量から構成され、その際に画部分操作量の一方がター ビン操作端に対する第１の操作量を形成するための比較値から導出される。

全体システムのダイナミックスに間するｔｉ４節を改善するためには、タービン の回転数および／またはタービン発電機設備と電力系統との結合の際には発電機 周波数が測定されると好適である。その場合操作量は、有利にはそれぞれ３つの 部分操作量から構成されている。その際に３つの部分操作量のそれぞれ１つは目 標回転数または系統周波数からの偏差から形成された比較値から導出される。そ の場合に３つの制ｉｆｌ量および２つの操作量の不均衡により不定の状態が生ず るのを避けるため、有利には、周波数偏差および所要の発電機電力からの実際電 力の偏差から形成さ刺７た比較値が相互に結合される。その際に結合は、遅延要 素を介して行われると好適である。

入力量として発電機電力および発ｔ＊電圧の実際値を供給されており、またター ビン操作端に第１の操作量を、また励磁機操作端に第２の操作量を与える調節器 を存し、その際に操作量がそれぞれ少なくとも１つの比較値から形成される、タ ービン発電機設備を調節するための調節装置に関する本発明の課題は、共同して タービン操作端に対する第１の操作量を形成する少なくとも２つの部分操作量を 論理演算するための手段を有し、その際に一方の部分操作量が励磁機操作端に対 する第２の操作量を形成するための比較値から導出されることにより解決されｙ ４節装置の好適な実施態様では、調節装置は、共同して励磁機操作端に対する第 ２の操作量を形成する少なくとも２つの部分操作量を論理演算するための別の手 段を有し、その際に一方の部分操作量がタービン操作端に対する操作量を形成す るための比較値から導出される。

タービン操作端および励磁機操作端に対する操作量を用意するために必要な、操 作量への電力、発電機電圧および発電ｌ１周波数またはタービン回転数のそのつ どの影響を示す関数は、唯一の調節器においてアルゴリズムの形態でまとめられ ている。

本発明により達成される利点は特に、部分操作量を介してのタービンおよび発電 機の調節ループの比較値の相互の伝達により互いに影響する調節ループの間の１ ！ｌ信が行われ得ることにある。そのために必要な関数は唯一の調節器内のアル ゴリズムとして実現され得る。このような調節器は二変数または多重調節器と呼 ばれる。

本発明の実施例を以下図面により一層詳細に説明する０図面はタービン発電機設 備に対する調節回路のブロック回路図である。

タービン−発ａｌｌ設６１１は、軸４を介して発ｔ１！１６を駆動するタービン ２を含んでいる０発電機６はブロックスイッチ５が閉じられている状態で電力系 統７に給電する。タービン２はガスタービンまたは電気タービンであってよい。

タービン２に流入する作動媒体ａの流れを設定するため１個または複数個の弁の 形等の操作端８が設けられている。

発１［６の回転する助Ｍｉ機部分１４は固定子に配置されている界磁巻線１６に より励磁される０図示されていない補助励磁機がサイリスクユニットの形態の励 Ｇｆ１＠操作端１日を介して界磁巻線１６に給電する。励磁機操作端１８は励磁 のために必要な可変の直流電流または励磁機電流ｇを形成する。

調節装置またはターボユニットまたは多重ｆｆ１ｖ器２０に人力量として発電機 電力Ｐ１、発１＠ｉａｉ圧Ｕ、ならびにタービン回転数ｎ、または発電ｌ１周波 数ｆｔの実際値が供給される。多重調節器２０に人力量として発電機電力の目標 値Ｐ１、発電機電圧の目標値Ｕ、およびタービン回転数の目−４Ｉｉｎ、も与え られている。

矢印２２により示されている別の人力量はコマンド量、たとえば系統周波数ｆ、 、制限操作量および発電所制御盤からの命令である。多重調節器２ｏから発せら れる操作量ＳＴおよびＳＥはタービン操作端８または励磁機操作端１８に与えら れる。

操作量ＳＴおよびＳＥは部分操作量ＳＴ、ないしＳＴ、またはＳＥ、ないしＳＥ 、から構成されており、これらの部分操作量は伝達間数ＦｔＩ、Ｆ□およびＦ□ またはＦ４、Ｆ□およびＦｕｎを形成するための構成要素３ｏないし３５を用い てそれぞれ比較値ΔｆまたはΔｎ、ΔＰ、ΔＵから導出されている。このような 伝達関数Ｆはたとえば米国電気電子学会論文集・自動開ｍ編、第ＡＣ−２５巻、 第３号、１９８０年、シー・デセール、アール・ダブリ工・リュー、ジェイ・マ レ−およびアール・サエクス著「フィードバックシステム設計：解析および剛性 への分別表示アプローチ」およびカー・ミュラー著「自己設定する堅牢な調節に 対する設計方法」、ブラウンシュバイク工業大学学位請求論文に記載されている 。

その詳細は「アルヒーフ・フェア・エレクトロテヒニクＪ　７６　（１９８２年 ）第４９〜５８頁、シェプリンガー出版に記載されている。比較値ΔｒまたはΔ ｎ１ΔＰ２ΔＵはそのつどの比較点４０，４１．４２で実際値ｆ、またはｎ、、 Ｐ。

またはυ１と目標値ｆ、またはｎ＊、ｌ’ｓまたはυ、との間の差を形成するこ とにより得られる。その際に値は好ましくは先ず（図示されていない）アナログ −ディジタル変換器を用いてディジタル値に変換される。

ブロックスイッチ５が閉じられている際に比較値ΔｒおよびΔＰは相互にまたは 二重の仕方で結合される。そのためにいったん、発電機６の目標電力Ｐ、からの 実際電力Ｐ、の偏差から形成された比較値ΔＰが遅延要素２４を介して加算点５ ０で比較値Δｆに加算される。さらに、系統周波数ｆ、がらの発電機周波数【Ｉ の偏差から形成された比較値Δｒが逆数値ｌ／Δｆとして遅延要素２６を介して 加算点５１で比較値ΔＰに加算される。

多重調節器２０、特に６つの伝達間数Ｆの不可避の複雑さのために、調節には計 實機援用アルゴリズム（計算機プログラム）が使用される。その際に調節アルゴ リズムは、制御量が１１７１１Ｉ値に達する場合またはたとえば発電所設備の始 動過程合をも顧慮する。界Ｍ１巻線１６を介しての励磁機部分１４の給電の際、 従つてまた発電機電圧Ｕのビルドアップの際に開始する組み合わされた調節への 切換はいつでも可能である。その際に６つの伝達間数Ｆを用いてタービン調節ル ープと発電機！Ｉｌｌ！Ｉ’ｌループとの間の通信が行われ、次いで励磁機操作 端１８は可変の励磁機電流を設定する。

多重！ＩＩ＋節器２０内で部分操作量ＳＴ、ないしＳＴｓから論理演算要素１９ を用いてタービン操作端８に対する操作量ＳＴが構成される。その際に操作量Ｓ Ｔへの目標値Ｕ、からの発電機電圧Ｕｔの偏差ΔＵの影響は伝達間数Ｐ”ｏ＋を 用いて実現される。操作量ＳＴへの系統周波数「１からの発電機周波数ｆｉの偏 差Δｆの影響は伝達間数Ｆ、＋を用いて実現される。

相応して、部分操作量Ｓ　Ｅ　＋ないしＳＥｘから論理演算要素２１を用いて励 磁機操作端１８に対する操作量ＳＥが構成される。その際に操作量ＳＥへの目標 値Ｐｔからの実際値Ｐ、の偏差ΔＰおよび周波数偏差Δｆの影響は伝達関数ＦＰ ｔまたはＦｒｇを用いて実現される０部分操作量がら構成される操作量ＳＴおよ び３Ｅは操作＃４８．１８に遅延要素２８．３ｏを介して与えられる。

操作量ＳＴ、ＳＥの形成の際の周波数変化Δｆの顧慮はタービン２、発電機６お よび系統７から構成される制御対象のダイナミックスに関する調節の改善を可能 にする。さらに遅延要素２４または２６を介しての比較値ΔＰおよび八ｆの相互 または二重の結合により、３つの制御量ｒ、ｐ、ｕおよび２つの操作量ＳＴ、Ｓ Ｅの不均衡により不定の状態が生じないことが保証される。結合内の遅延要素２ ４．２６は定常的状態のみに影響する。それらは構想に関する調節設計では０膚 されなくてよい。

作動の間、構成部分の摩耗または汚染ならびに動作点のずれおよび系統切換は予 測不可能で大きさしか推定可能でない制御対象の変化に通じ得る。従って、多！ ｔｔＪ４１１ｆｆ器２０の＠１ｎアルゴリズムは制御対象内のこのような変化に 対して不敏感または堅牢であるべきであろう、＠御対象の挙動はタービン２に対 する作動手段から他の作動手段への切換の際および電力系統作動から所内作動へ の移行の際に非常に強く変化し得るので、適応ストラテジーが多重！ｊｉ節器２ ｏ内に組み込まれている。その畔に多重ｙ４節器２ｏの設定は始動の際にまたシ ミニレ−ジョンから得られた既知の経験からフォローアツプされる。これらの経 験はモデル計算の形鳴でたとえば伝達間数Ｆにおいて１１１Ｊ１１！！されてい る。こうして多重調節器２ｏのフォローアツプは測定可能なプロセス量に基づい ても計算によりめられたプロセスＩに基づいても行われる。

多重ｙＫＷＩ器２０の制御良度は作動の間に自動的に評価される。評価は多段に 構成されている。第１の段では測定量から測定不可能な量、たとえば系統リアク タンスが計算され、また特性値が解析的に決定される。第２の段ではこれらの計 算値が適当な形等で多重調節器２ｏ内に含まれている経験値と比較される。その 際に評価はファジー原理に依拠して不鮮明な範囲との比較演算に基づいて行われ る。

□ ・　１ ・　１ □ 国際調査報告 １＋−１＋　＝、、−＋　ＰＣＴ／ＤＥ　９３１００３９１、−ｍ−−＋０．− ＋−ρＣＴ／ＤＥ　９３１００３９１

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．タービン操作端（８）に第１の操作量（ＳＴ）が、また励磁機操作端（１８ ）に第２の操作量（ＳＥ）が供給され、その際に操作量（ＳＴ、ＳＥ）がそれぞ れ少なくとも１つの比較値（ΔＰ、ΔＵ）から形成される、タービン発電機設備 を調節するための方法において、 タービン操作端（８）に対する第１の操作量（ＳＴ）が少なくとも２つの部分操 作量（ＳＴ２、ＳＴ３）から構成され、その際に両部分操作量の一方（ＳＴ２） が励磁機操作端（１８）に対する第２の操作量（ＳＥ）を形成するための比較値 （ΔＵ）から導出される ことを特徴とするタービン発電機設備の調節方法。
2. ２．励磁機操作端（１８）に対する第２の操作量（ＳＥ）が少なくとも２つの部 分操作量（ＳＥ２、ＳＥ３）から構成され、その際に両部分操作量の一方（ＳＥ ２）がタービン操作端（８）に対する第１の操作量（ＳＴ）を形成するための比 較値（ΔＵ）から導出されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. ３．第１および第２の操作量（ＳＴ、ＳＥ）がそれぞれ３つの部分操作量（ＳＴ １ないしＳＴ３；ＳＥ１ないしＳＥ３）から構成され、その際にそれぞれ１つの 部分操作量（ＳＴ１；ＳＥ１）がタービン（２）の目標回転数（ｎ■）からの実 際回転数（ｎｉ）の偏差から形成された比較値（Δｎ）から導出されることを特 徴とする請求項１または２記載の方法。
4. ４．タービン発電機設備を電力系統と結合する際に、第１および第２の操作量（ ＳＴ、ＳＥ）がそれぞれ３つの部分操作量（ＳＴ２ないしＳＴ３；ＳＥ１ないし ＳＥ２）から構成され、その際にそれぞれ１つの部分操作量（ＳＴ１；ＳＥ１） が系統周波数（ｆ）からの発電機周波数（ｆｉ）の偏差から形成された比較値（ Δｆ）から導出されることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
5. ５．系統周波数（ｆ）からの発電機周波数（ｆｉ）の偏差および発電機（６）の 目標電力（Ｐ■）からの実際電力（Ｐｉ）の偏差から形成された比較値（Δｆ、 ΔＰ）が相互に結合されることを特徴とする請求項４記載の方法。
6. ６．第１の操作量（ＳＴ）を形成するための比較値（ΔＰ）が発電機電力の偏差 であることを特徴とする請求項１ないし５の１つに記載の方法。
7. ７．窮２の操作量（ＳＥ）を形成するための比較値（ΔＵ）が発電機電圧の偏差 であることを特徴とする請求項１ないし６の１つに記載の方法。
8. ８．人力量として発電機電力（Ｐ）および発電機電圧（Ｕ）の実際値を供給され ており、またタービン操作端に第１の操作量（ＳＴ）を、また励磁機操作端（１ ８）に第２の操作量（ＳＥ）を与える調節器（２０）を有し、その際に操作量（ ＳＥ、ＳＴ）がそれぞれ少なくとも１つの比較値（ΔＰ、ΔＵ）から形成されて いる、タービン発電機設備を調節するための調節装置において、共同してタービ ン操作端（８）に対する第１の操作量（ＳＴ）を形成する少なくとも２つの部分 操作量（ＳＴ２、ＳＴ３）を論理演算するための手段（１９）を有し、その際に 一方の部分操作量（ＳＴ３）が励磁機操作端（１８）に対する第２の操作量（Ｓ Ｅ）を形成するための比較値（ΔＵ）から導出されることを特徴とするタービン 発電機設備の調節装置。
9. ９．共同して励磁機操作端（１８）に対する第２の操作量（ＳＥ）を形成する少 なくとも２つの部分操作量（ＳＥ２、ＳＥ３）を論理演算するための別の手段（ ２１）を有し、その際に一方の部分操作量（ＳＥ２）がタービン操作端（８）に 対する操作量（ＳＴ）を形成するための比較値（ΔＰ）から導出されることを特 徴とする請求項８記載の調節装置。