JPH0765723B2 - プラント自動制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、火力発電プラントの自動制御装置のシステム
構成に係り、特に系統間の相互干渉を軽減し系統単位分
散制御システムの適用に好適なプラント自動制御装置に
関する。

〔発明の背景〕

まず、火力発電プラントの概略構成について、第２図を
参照にして説明する。図において１はボイラ、２はター
ビン、３は発電機、４は給水ポンプ、５はスプレ弁、６
は燃料弁、７は押込通風フアン、８はガス再循環フアン
である。

さらに図中301は燃焼排ガスにより燃焼用空気を予熱す
る空気予熱器、302はバーナ部であり各段毎に空燃比を
調整して炉内脱硝を行うシステムである。303はW/B入口
空気ダンパであり各バーナ段の燃焼用空気量を調整する
ものである。304はGMガスダンパであり燃焼用空気に注
入する燃焼排ガス量を調整するものである。305は１次
ガスダンパでありバーナ部に直接注入する燃焼排ガス量
を調整するものである。306は復水器、307は低圧給水加
熱器、308は脱気器、309は給水弁、310は高圧給水加熱
器、311は蒸発器、312は１次過熱器、313は第１段減温
器、314は２次過熱器、315は第２段減温器、316は３次
過熱器、317は再熱器である。また330はタービン入口加
減弁である。これをボイラ状態量に応じて系統に分類す
ると燃焼プロセス９、水蒸気プロセス10、燃料プロセス
11、通風プロセス12の４つに分けられる。

第３図に係る従来システムの制御装置例を示す。図にお
いて20は第２図の発電プラント、21はプラント自動制御
装置である。22はプラントを構成する種々のON−OFF制
御補機のインターロツク制御を行う補体リレー盤、23は
バーナの点消化制御を行うバーナ制御装置、24は主ター
ビンと調速制御を行う主タービン制御装置、25は給水ポ
ンプ駆動用タービン制御装置である。プラント自動制御
装置21は複数のマイクロコントローラ31〜35によりハイ
アラーキ構成とされる。このうち、31はマスタコントロ
ーラでありプラントの総合出力の制御と各コントローラ
32〜35への指令値を作成している。40は中央給電所から
のプラントへの負荷指令である。41はこの指令に負荷変
化率、上下限等の制限を加えて負荷指令L_dを作る回路で
ある。42は減算器であり前述の負荷指令L_dと43の発電量
を比較する。その出力は比例積分演算器44に入力され、
その出力は後述するインターロツクにより切替えられる
切替器45を介して主タービン制御装置24に与えらえた第
２図のタービン入口加減弁330を制御する。46は主蒸気
圧力（ボイラ出口圧力）検出器であり減算器47で設定器
48で設定された値と比較されたその偏差出力は比例積分
演算器49に入力される。49の出力L_pは負荷指令L_dと加算
器50にて加算されボイラ入力指令L_Bとなる。また比例積
分演算器49の出力４は切替器45を介して主タービン制御
装置24に与えられる。切替器45はプラントの運転モード
により切替えられる。すなわち主蒸気圧力を主タービン
入力加減弁330で制御するタービン追従モードでは切替
器45の出力は比例積分演算器49からの入力となる。通常
の協調モードでは切替器45の出力は比例積分演算器44か
らの入力となる。加算器50の出力であるボイラ入力指令
L_Bは給水コントローラ32に与えられた給水指令となり、
一方関数発生器51に入力される。この関数発生器51は給
水量に対する燃料量をプログラムしたものでありその出
力は燃料量指令L_Fとなる。52は主蒸気温度検出器であり
減算器53で設定器54で設定された値と比較されその偏差
は比例積分器55に入力され主蒸気温度補正指令L_Tとな
る。一方この偏差は第２図のスプレ弁５を操作する為主
蒸気温度コントローラ33に与えられる。比例積分器55の
出力は加算器56により関数発生器51の出力と加算され修
正された燃料量指令値L_FAとなる。57は関数発生器であ
り燃料量に対する最適空気量L_Aをプログラムする。58は
燃焼排ガス中の残存O₂濃度の検出器であり、関数発生器
59により燃料量に応じてプログラムされた設定値と減算
器60で比較され、その偏差は比例積分演算器61に入力さ
れる。比例積分演算器61の出力は乗算器62に入力され修
正された空気量指令値L_AAとなる。63はボイラに供給さ
れる合計空気流量検出器であり減算器64で指令値L_AAと
比較され、その偏差出力は比例積分演算器65に入力され
る。比例積分演算器65の出力は各バーナ段毎の空気量指
令値の補正信号L_ABとなり各バーナ段毎の空気量制御コ
ントローラ34a〜ｎに与えられる。また減算器64の出力
である空気量偏差は通風制御コントローラ35に与えられ
る。

次に各コントローラ32〜35について説明する。

32は給水コントローラである。66はボイラへの合計給水
流量の検出器であり減算器であり減算器67で指令値L_Bと
比較されその偏差出力は比例積分器68に入力される。比
例積分器68の出力は各給水ポンプ４への流量指令L_Wとな
る。69は給水ポンプの流量検出器であり、減算器70で設
定値L_Wと比較されその偏差出力は比例積分器71に入力さ
れる。比例積分器71の出力は各ポンプの指令となり給水
ポンプ駆動用タービン制御装置25a,25bを介して給水ポ
ンプタービン4a,4bに、また給水弁309に与えられる。

33は温度コントローラである。ここで72はボイラ炉内脱
硝の為のＭバーナ燃料弁6bとＰバーナ燃料弁6bの燃料量
配分を行う回路である。73はＭバーナ燃料弁6b側の燃料
流量検出器であり減算器74で比較され、その偏差出力は
比例積分器77に入力されてＭバーナ流量弁6bの操作信号
となる。75はＰバーナ燃料弁6a側の燃料流量検出器であ
り減算器76と比較され、その偏差出力は比例積分器78に
入力されてＰバーナ流量弁6aの操作信号となる。またコ
ントローラ33において79は比例演算器であり減算器53の
出力である主蒸気温度偏差を入力し第２図の減温器313,
315の出口温度の設定値を得る。80は減温器出口温度検
出器であり減算器81で設定値と比較され、その偏差出力
は比例積分器82に入力され第２図スプレ弁５の操作信号
となる。83は加算器であり合計燃料流量である。

34a〜34nは各バーナ段毎の空気流量制御コントローラで
ある。ここで34aを例にとり説明する。84は当該バーナ
段の点火中バーナ本数の全点火中バーナに対する比率信
号である。85は乗算器であり、この比率信号84と加算器
83の出力（総燃料）より当該バーナ段の燃料量を計算す
るものである。86は関数発生器であり、当該バーナ段の
燃料流量より同バーナ段の空気量をプログラムする。87
は乗算器であり比例積分器65の出力の合計空気流量補正
信号L_ABにより当該バーナ段の空気量指令値を修正する
ものである。88は当該バーナ段の空気流量検出器であり
減算器89と比較され、その偏差出力は比例積分器90に入
力されて当該バーナ段の空気量を制御するW/B入口ダン
パ303の操作信号となる。まだ、91は関数発生器であり
当該バーナ段の空気量に対応した排ガス混合流量をプロ
グラムするものである。92は当該バーナ段の空気に混合
する排ガス流量検出器であり減算器93と比較され、その
偏差は比例積分器94に入力され排ガスの混合量を制御す
るGMダンパ304の操作信号となる。95は関数発生器であ
り当該バーナ段の空気量に対応した１次ガス流量をプロ
グラムするものである。96は当該バーナ段のバーナに注
入される排ガス（１次ガス）の流量検出器であり、減算
器97にて設定値と比較され、その偏差は比例積分器98に
入力され、１次ガスダンパ305の操作信号となる。

35は通風制御コントローラである。99は関数発生器であ
り合計空気流量指令L_AAから押込通風フアンの出口ドラ
フト設定をプログラムするものである。100は押込通風
フアンの出口ドラフト検出器であり、減算器101で比較
されその偏差出力は切替器102を介して比例積分器103に
入力され、更に負荷配分回路104により押込通風フアン
（第２図7a,7b）の動翼操作信号となる。102の切替器は
押込通風フアンの制御モードを切替えるものであり、通
常は、減算器101からの入力を出力してフアン出口ドラ
フト制御を行いプラント起動時には減算器65からの入力
を出力し合計空気流量の制御を行うものである。105は
関数発生器であり合計空気流量指令L_AAからガス制循環
フアンの出口ドラフト設定をプログラムするものであ
る。106はガス再循環フアン出口ドラフトの検出器であ
り減算器107と比較され、その偏差出力は比例積分器108
に入力され更に負荷配分回路109によりガス再循環フア
ン（第２図8a,8b）の入口ダンパの操作信号となる。

以上に述べたように従来のプラント自動制御装置は複数
台のマイクロコントローラから構成され、コントローラ
故障時の危険分散が図られていたが、図から判かるよう
にマスタコントローラ31の制御範囲が大きく、マスタコ
ントローラ31故障時には発電量の制御のみならず、主蒸
気圧力、主蒸気温度、排ガスO₂、合計空気流量の主要制
御量の制御が不可能となりシステムに対する波汲効果が
大きいのでマスタコントローラ31は２重化しなれげばな
らないという問題があつた。

また、マスタコントローラ31以外のコントローラ32〜35
は給水，温度，空気，通風と分散されているが、これら
サブループコントローラの制御対象範囲が大きくコント
ローラ故障がプロセス全体に波汲する為、これらのコン
トローラも２重化または、N:1バツクアツプ等の冗長化
が必要であつた。

サブループコントローラの機能分担は、制御対象を中心
として決めており、例えば主蒸気温度制御の場合、主蒸
気温度制御はマスタコントローラ31が分担し、その制御
操作量である燃料流量弁6a,6bとSHスプレ弁５は温度コ
ントローラ33の範囲となる。ところで第２図に示すよう
に元来プラントの系統機器単位分散構成形態より燃料量
弁6a,6bは燃料プロセスに属し、SHスプレ弁５は水蒸気
プロセスに属するが、これらを制御対象によつて分類し
ているため温度コントローラ33の故障が燃料プロセスと
水蒸気プロセスの２系統に影響を与える欠点があつた。

排ガスO₂濃度制御の場合、排ガスO₂濃度制御はマスタコ
ントローラ31が分担し、その制御操作量である各段の空
気制御は各バーナ段単位に設けた空気量コントローラ34
a〜34nにより行われる。ところで各バーナ段の空気量制
御と関連の深いバーナの点消火制御は別のバーナ制御装
置23に分担させていた。このため、各段バーナコントロ
ーラ相互の信号取合や、バーナ制御装置23との取合いが
増大するばかりか、これら相互間の調整制御が極めて複
雑になる欠点があつた。

なお、このような従来システムの構成例として日立評
論,VOL65,No.9（1983−９）p.603〜608の605ページ図４
にシステム構成例、606ページ図７に基本制御ブロツク
線図を示す。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、以上に述べた様に火力発電プラントの
制御に於て、プラントの系統に対応して最も相互の関連
が少く独立性の高い制御方法の実現により設計が容易
で、共通部の多重化を必要としないプラント自動制御装
置を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するための本発明に係るプラント自動制
御装置は、少なくとも水・蒸気プロセス系統、燃料プロ
セス系統、燃焼プロセス系統及び前記各系統において動
作する機器を有する発電プラントを制御するプラント制
御装置において、負荷要求に応じて発電量に対応した発
電量指令信号を作成して出力するマスタコントローラ
と、前記各系統に対応して個別に設けられ、前記マスタ
コントローラから出力される前記発電量指令信号及び対
応する系統のプロセスに関する物理量の検出値をそれぞ
れが入力し、それぞれが互いに独立して、対応する系統
における前記機器に前記発電量に応じた動作をさせるた
めの制御指令信号を作成して出力する系統コントローラ
と、を有することを特徴とするものである。

また、上記系統コントローラは、蒸気発生器に流入され
る水・蒸気の系統上に設置された水・蒸気系統機器の操
作に関するプロセス量の目標信号を、前記発電量指令信
号及び前記プロセス量の検出値に基づいて作成し、かつ
前記水・蒸気系統機器に対する操作信号として出力する
水・蒸気系統コントローラと、前記蒸気発生器に供給さ
れる燃料の系統上に設置された燃料系統機器の操作に関
するプロセス量目標信号を、前記発電量指令信号及び前
記プロセス量の検出値に基づいて作成し、かつ前記燃料
系統機器に対する操作信号として出力する燃料系統コン
トローラと、前記蒸気発生器における燃焼に関与する系
統上に設置された燃焼系統機器の操作に関するプロセス
量の目標に信号を、前記発電指令信号及び前記プロセス
量の検出値に基づいて作成し、かつ前記燃焼系統機器に
対する操作信号として出力する燃料系統コントローラと
より構成されるものであってもよい。

更に、上記の各系統コントローラは、各コントローラに
おけるプロセス量の目標信号を前記発電量指令信号に基
づいて作成する関数発生器を有するものであってもよ
い。

そしてこのような構成することによって、プロセス系統
をそれぞれ独立して制御を行うことができ、プロセス系
統間の相互干渉を抑御することができるものである。

また、系統コントローラは下位の機器コントローラに指
令を与えるが、機器コントローラは各系統内でN:1設計
ができるため設計の標準化ができ設計の簡素化が可能と
なる。系統コントローラは各々の機器コントローラに対
して指令を与えるだけでよく各機器の負荷配分制御に専
念すればよく制御方式も簡潔にできる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

第１図は本発明のプラント自動制御装置の制御ブロツク
図である。図中201はマスタコントローラ、202は水蒸気
プロセス系統コントローラ、203は燃料プロセス系統コ
ントローラ、204は燃焼プロセスコントローラ、205は通
風プロセスコントローラである。これら201〜205は系統
レベルのコントローラである。また、206は主タービン
の調速制御コントローラ、207は給水ポンプ制御コント
ローラ、208は２次SHスプレ制御コントローラ、209は１
次SHスプレ制御コントローラ、210はＭバーナ燃料流量
制御コントローラ、211はＰバーナ燃料流量コントロー
ラ、212は各バーナ段毎の空気・ガス流量制御とバーナ
制御を行うコントローラ、213は押込通風フアン制御コ
ントローラ、214はガス再循環制御コントローラであ
る。これらの206〜214は機器コントローラである。第１
図のマスタコントローラ201内の記号41〜45及び、47〜5
0のものは第３図と同じである。このコントローラの働
らきは第３図と同じなのでその説明を省略する。加算器
50の出力は中央給電所からのプラント負荷指令L_dに主蒸
気圧力の偏差による修正信号L_Pを加えたボイラ入力指令
L_Bであり各系統コントローラ202〜205に与えられる。

次に、水蒸気プロセスコントローラ202において、215は
関数発生器であり、加算機器50の出力であるボイラ入力
指令L_Bより給水流量指令を作るようにプログラムされて
いる。216は減算器であり給水流量66を指令値（関数発
生器215の出力）と比較しその偏差を比例積分演算器217
に与える。比例積分演算器217の出力は給水ポンプ流量
指令L_Wであり、負荷配分制御回路218により各給水ポン
プ制御コントローラ207に分配された207の出力により給
水ポンプ用タービン4a,4b、給水弁309が制御される。こ
の水蒸気プロセスコントローラ202において219は関数発
生器でありボイラ入力指令L_Bより主蒸気温度の設定値を
プログラムするものである。220は減算器であり主蒸気
温度52と設定値（関数発生器219の出力）を比較しその
偏差を比例積分演算器221に与える。222はボイラ入力指
令L_Bから第２段減温器315の出口温度の設定値をプログ
ラムするものである。223は加算器でありこの出力は関
数発生器222出力に主蒸気温度偏差からの修正信号（比
例積分演算器221出力）を加えた第２段減温器315の出口
温度設定信号であり減温器出口温度コントローラ208に
与えられ208の出力によりスプレ弁５を介して第２段減
温器315への注水量が制御される。

また同コントローラ202において224は関数発生器であり
ボイラ入力指令L_Bから２次SH（第２図314）出口温度の
設定をプログラムするものである。225は主蒸気温度の
偏差による第２段減温器315の出口温度の修正量（比例
積分演算器221の出力）によつて２次SH出口温度の設定
値（関数発生器224の出力）を修正を加え、第１段スプ
レ313と第２段スプレ315のバランスをとる補正回路であ
る。226は２次SH314の出口温度であり減算器227にて補
正回路225からの設定値と比較されその偏差は比例積分
演算器228に与えられる。229はボイラ入力指令L_Bから第
１段減温器313の出口温度の設定をプログラムする関数
発生器である。230は加算器であり、関数発生器229の出
力に２次SH出口温度の偏差からの修正信号（比例積分器
228の出力）を加えて第１段減温器出口温度の設定を作
り減温器出口温度コントローラ209に与える。209の出力
によりスプレ弁５を介して第１段減温器313への注水量
が制御される。

燃料プロセス制御コントローラ203において、231はボイ
ラ入力指令L_Bから燃料流量指令L_Fをプログラムする関数
発生器である。233は第１段減温器313の出口温度の設定
値の修正量（比例積分演算器228出力）からコンスタン
トスプレ制御の補正を行う回路である。234はＭバーナ
燃料弁6bとＰバーナ燃料弁6aの燃料指令配分を行う回路
である。235は減算でありＭバーナの燃料流量73と燃料
配分回路234からの指令値を比較し更に比例積分演算器2
36によりＭバーナの燃料流量制御コントローラ210への
制御指令を作る。また237は減算器でありＰバーナ燃料
流量95と指令値を比較し値例積分演算器238によりＰバ
ーナの燃料流量コントローラ211への制御指令を作る。

燃焼プロセスコントローラ204において、239はボイラ入
力指令L_Bから空気流量指令L_Aをプログラムする関数発生
器である。240はボイラ入力指令L_Bから排ガスO₂濃度の
設定値をプログラムする関数発生器、241は減算器であ
り排ガスO₂濃度58と関数発生器240からの設定値を比較
し比例積分演算器242に入力し補正回路243により空気流
量指令値L_Aに修正を加え修正空気流量指令L_AAを得る。2
44は減算器であり合計空気流量63と指令値を比較し比例
積分245に入力し各バーナ段毎の空気流量補正値を作り
各バーナ段毎の空気・ガス流量制御コントローラ212に
与える。212の出力により、W/B入口空気ダンパ303、GM
ダンパ304、１次ガスダンパ305が夫々制御される。247
はボイラ入力指令L_Bから最適バーナ本数とパターンを求
めて各段のバーナの本数制御を行う回路である。248は
各バーナの点消化時の空気量と燃料のアンバランス発生
を防止する為の回路である。

通風プロセスコントローラ205において、249はボイラ入
力指令L_Bから押込通風フアン７の出口ドラフトの設定値
をプログラムする関数発生器である。250は減算器であ
り押込通風フアン７の出口ドラフト100と設定値を比較
し比例積分演算器251により押込通風フアン７の動翼の
指令を作成し、負荷配分回路252を介して押込通風フア
ンコントローラ213に指令を与える。213の出力によりフ
アン7a,7bが制御される。253はボイラ入力指令L_Bよりガ
ス再循環フアン８の出口ドラフトの設定値をプログラム
する関数発生器である。254は減算器でありガス再循環
フアン出口ドラフト106と設定値を比較し比例積分演算
器255によりガス再循環フアン８の入口ダンパの開度指
令を作成し、負荷配分回路256を介してガス再循環フア
ンコトローラ214に指令を与える。214の出力によりフア
ン8a,8bが制御される。

本実施例の効果を以下に述べる。

マスタコントローラの制御対象範囲が負荷制御と主蒸気
圧力制御だけとなり、各系統コントローラにはボイラ入
力指令のみを与え、各系統コントローラは、ボイラ入力
指令を与えられると各々の系統を独立して制御すること
が可能となり、ひいてはマスタコントローラの２重化を
不要とする。

系統コントローラはマスタコトローラからボイラ入力指
令を受け、分担する系統の制御に専念し、他の系統との
相互干渉の少ない系統単位に独立した制御システムの構
築が可能となった。また各系統コントローラの下位には
機器コントローラを分散配置し機器の直接制御を担当さ
せる為、系統コントローラは、機器コントローラに指令
を与えるだけでよく、各機器の負荷配分制御だけの簡潔
な構成となる。また機器コントローラにより機器制御の
独立性が確保され、系統コントローラの多重化は不要で
ある。

機器コントローラは、系統内では複数の同一機器が存在
する為、１台の設計がＮ台分に適用できるN:1設計が可
能で設計の標準化，簡素化が実現できる。

各バーナ段毎の空気・ガス流量制御とバーナ制御を同一
のコントローラに合体したので相互の信号取合が大巾に
削減できた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、火力発電プラントの制御に於いて、プ
ラントの系統機器単位に最も相互の関連が少なく、独立
性の高い制御方法が実現できる。

すなわち、マスタコントローラは、負荷制御と主蒸気圧
力制御を担当し、各系統コントローラにはボイラ入力指
令のみを与える。各系統コントローラはボイラ入力指令
から当該系統の独立した制御を行い、その下位に設けら
れた機器コントローラの負荷配分制御を行う。機器コン
トローラは各系統内でN:1設計ができ標準設計が可能で
ある。この為、マスタコントローラや系統コントローラ
を冗長化することなく信頼性の高い、しかも設計が容易
な制御システムが構築できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例、第２図は火力発電プラント全
体構成図、第３図は従来システムを示す。 201……マスタコントローラ、202〜205……系統コント
ローラ、206〜214……機器コントローラ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも水・蒸気プロセス系統、燃料プ
   ロセス系統、燃焼プロセス系統及び前記各系統において
   動作する機器を有する発電プラントを制御するプラント
   自動制御装置において、 負荷要求に応じて発電量に対応した発電量指令信号を作
   成して出力するマスタコントローラと、 前記各系統に対応して個別に設けられ、前記マスタコン
   トローラから出力される前記発電量指令信号及び対応す
   る系統のプロセスに関する物理量の検出値をそれぞれ入
   力し、それぞれが互いに独立して、対応する系統におけ
   る前記機器に前記発電量に応じた動作をさせるための制
   御指令信号を作成して出力する系統コントローラと、 を有することを特徴とするプラント自動制御装置。
2. 【請求項２】負荷要求に応じて発電量に対応した発電量
   指令信号を作成して出力するマスタコントローラと、 蒸気発生器に流入される水・蒸気の系統上に設置された
   水・蒸気系統機器の操作に関するプロセス量の目標信号
   を、前記発電量指令信号及び前記プロセス量の検出値に
   基づいて作成し、かつ前記水・蒸気系統機器に対する操
   作信号として出力する水・蒸気系統・コントローラと、 前記蒸気発生器に供給される燃料の系統上に設置された
   燃料系統機器の操作に関するプロセス量の目標信号を、
   前記発電量指令信号及び前記プロセス量の検出値に基づ
   いて作成し、かつ前記燃料系統機器に対する操作信号と
   して出力する燃料系統コントローラと、 前記蒸気発生器における燃焼に関与する系統上に設置さ
   れた燃焼系統機器の操作に関するプロセス量の目標信号
   を、前記発電量指令信号及び前記プロセス量の検出値に
   基づいて作成し、かつ前記燃焼系統機器に対する操作信
   号として出力する燃料系統コントローラと、 を有することを特徴とするプラント自動制御装置。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第２項記載のプラント自動
   制御装置において、前記各系統コントローラは、各コン
   トローラにおけるプロセス量の目標信号を前記発電量指
   令信号に基づいて作成する関数発生器を有することを特
   徴とするプラント自動制御装置。