JPH08266095A - タービン発電機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＭＨＣ方式を有するタービン発電機の制御装
置において、流量特性のバラツキに基づき生じる出力変
動を抑え安定した発電運転を可能とするものである。 【構成】 発電機出力指令信号Ｓと発電機出力信号Ｐの
偏差信号Ｅを無駄時間演算器20に取り込み、制御系がハ
ンチング状態に陥るの前もって判断し、上記偏差信号Ｅ
に対してある遅れを持った出力Ｅt を偏差信号Ｅに加算
することで制御偏差Ｅc がほぼ０％となる。そして、コ
ントローラ９はガバナー５への増減出力をしない状態と
なり、蒸気加減弁２の開度は一定となり発電機出力もハ
ンチングすることなく安定することになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、機械式タービン制御機
構（以下、ＭＨＣ方式と言う。）を有するタービン発電
機の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】タービン発電機には、タービンに流入す
る蒸気の条件を一定にしておくと、負荷（タービン出力
を抑制するエネルギー消費）の変化により、タービン回
転数が変化する。この回転数変化を検出して、蒸気流量
を加減することにより、タービンの回転数が一定になる
ように調整を行う機構がガバナーである。

【０００３】蒸気タービンの調速制御方法として、調速
装置の駆動源である油圧の調整方法により電気／油圧制
御方式（以下、ＥＨＣ方式と言う。）と機械／油圧制御
方式（以下、ＭＨＣ方式と言う。）の２つの制御方法が
ある。どちらの場合も、回転数のフィードバックによっ
て蒸気加減弁を調節し、負荷トルクの変動が生じてもタ
ービン速度を設定値に保つことができるようになってい
る。

【０００４】ＥＨＣ方式の場合は、ガバナーは電気的に
処理されていることから、蒸気加減弁の流量特性を電気
的に補正し制御系としては蒸気加減弁の流量特性は線形
とみなし一定のゲインとして扱うことができる。

【０００５】一方、ＭＨＣ方式の場合は、ガバナーは制
御信号の検出、伝達、演算、および増幅を機械的機構
（レバー、カム、リンク、油圧リレー、ピストン等）に
より行うため、蒸気加減弁の流量特性を補正することは
簡単でないため、通常制御装置側で流量特性の非線形に
対する対策を講じる必要がある。

【０００６】以下、従来のＭＨＣ方式について図面を参
照して説明する。図４は、ＭＨＣ方式の制御ブロック図
を示す。ボイラー１で発生した蒸気は、蒸気加減弁２で
必要とされる蒸気量に加減され、蒸気タービン３の動力
となり発電機４で電気出力となる。ガバナー５に内蔵さ
れている速度設定器は、発電機が系統と並列運転してい
る場合には発電機の負荷設定器としてコントローラ９か
らの制御信号により機能する。

【０００７】そして、ガバナー５の出力は蒸気加減弁２
の開度指令となる。出力検出器６は、発電機４の電気出
力を検出し、発電機出力信号Ｐを出力する。

【０００８】出力指令作成部２は、任意の目標値まで定
められた変化率で変化する発電機出力指令信号Ｓを出力
する。偏差演算器８は、発電機出力指令信号Ｓに対する
発電機出力信号Ｐの偏差を演算して、偏差信号Ｅを出力
する。

【０００９】コントローラ９は、偏差信号Ｅの極性と大
きさによりガバナー５に内蔵する速度設定器、負荷設定
器の設定値を増減させる。偏差信号Ｅと蒸気加減弁２の
駆動方向の関係は、例えば、発電機出力指令信号Ｓが発
電機出力信号Ｐより大きい場合、偏差信号Ｅが＋極性と
なりガバナー５の速度設定器、負荷設定器の設定値は増
方向となる。

【００１０】次に、図５の動作チャートを参照して動作
を説明する。出力指令作成部７の発電機出力指令信号Ｓ
が図５のＳに示すように変化した場合、変化開始時点ｔ
a では発電機出力信号Ｐは変化せずそのままの状態を保
つため偏差信号Ｅは＋極性となりコントローラー９によ
りガバナー５の速度設定器（負荷設定器）は増方向に駆
動され蒸気加減弁２を開方向に調節する。蒸気加減弁２
が開くと蒸気タービン３の流入蒸気量が増えタービン出
力が増加し発電機出力も増加する。従って、発電機出力
信号Ｐも増加してくる。その結果、偏差信号Ｅは増加し
続けることなく＋極性のある一定の範囲内となり安定し
た制御状態となる。ここで、図５に於ける蒸気加減弁の
開度の波打ち現象について説明をする。蒸気加減弁２は
前述したように流量特性が非線形となっている事から、
開度の領域によって同じ流量変化を得るのに少ない開度
変化でよい箇所と多めに変化させなければならない箇所
がある。蒸気加減弁開度の波打ちカーブにおいて変化が
小さい箇所が前者、変化が大きいところが後者の領域で
ある。図５の場合では非線形のゲインのばらつきがそれ
ほど大きくないことから特に非線形に対する対策をしな
くても安定した制御が出来る場合について示した。

【００１１】次に、蒸気加減弁２の非線形のゲインが著
しく異なる場合について図６のハンチング発生時の動作
チャートにより説明する。出力指令作成部７の出力であ
る発電機出力指令信号Ｓが図６のＳに示すように変化し
た場合、変化開始時点ｔa では発電機出力信号Ｐは変化
せずそのままの状態を保つため偏差信号Ｅは＋極性とな
りコントローラー９によりガバナー５の速度設定器（負
荷設定器）は増方向に駆動され蒸気加減弁２を開方向に
調節する。蒸気加減弁２が開くと蒸気タービン３の流入
蒸気量が増えタービン出力が増加し発電機出力も増加す
る。従って、発電機出力信号Ｐも増加してくる。ここ
で、蒸気加減弁２のゲインが急激に高くなると発電機出
力が急に増えることになり発電機出力が急に増え始めて
も偏差が＋の間は蒸気加減弁２が開き続けるため結果的
に発電機出力信号Ｐは発電機出力指令信号Ｓを越えてし
まい、偏差信号Ｅが−極性となり蒸気加減弁２を閉め始
める。しかし、蒸気加減弁２のゲインが高い箇所である
ため少し閉めただけで蒸気を絞りすぎ発電機出力も下が
りすぎることからまた蒸気加減弁を開き始める事とな
り、いわゆるハンチング現象となってしまう。

【００１２】従来技術ではこのような場合、図４の点線
で示すようにゲイン補正部10を追加し蒸気加減弁２の非
線形特性に応じゲインが高い箇所はコントローラー９の
ゲインを下げ、又ゲインが低い箇所はコントローラー９
のゲインを上げるようにしていた。

【００１３】但し、図４のようにゲイン補正部10のパラ
メータ（入力）が発電機出力信号Ｐである場合には蒸気
加減弁２の開度と発電機出力信号Ｐが比例関係にある事
が前提となる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、近年ではボ
イラー１の変圧運転が主流となっており、この事から蒸
気加減弁開度と発電機出力は比例関係にない状況となっ
ている。従って、このような場合はゲイン補正部10のパ
ラメーターとして蒸気加減弁２の開度信号を使うことに
なるが蒸気加減弁２の開度をパラメーターとして非線形
補償を行った場合には、別の次元でのハンチングが発生
することがある。これは、蒸気加減弁２の開度の検出方
法に起因するものである。即ち、蒸気加減弁２の開度を
電気信号に変換するためには作動トランス等の位置検出
器を使う事になるが、この位置検出器の取り付けズレ、
温度によるドリフト、又、蒸気加減弁２自体の流量特性
ズレ等によりコントローラー９に対するゲイン補正信号
が蒸気加減弁２の流量特性とアンマッチが生じた場合で
あり、蒸気加減弁２の流量特性がゲインの高い箇所であ
るのにゲイン補正部10がコントローラー９のゲインを上
げてしまうと云うような事が生じ、この事によってハン
チングを誘起、或いは助長してしまうこととなる。

【００１５】以上説明してきたように、ＭＨＣ方式の場
合の蒸気加減弁２の非線形補償は難しく、しかも非線形
補償を入れたためにそれが原因となってハンチングを引
き起こしてしまう等の問題があった。

【００１６】火力発電の場合、発電機出力がハンチング
を起こすと負荷系統に影響を与えるだけでなくボイラー
１の燃料、給水、空気等の各制御系も一斉にハンチング
を引き起こす結果となり発電プラントとして不安定な状
態となり場合によってプラント停止となることが考えら
れる。

【００１７】本発明は上記問題に鑑みハンチング対策と
して新たに考案したものであり、出力変動を押さえ、安
定した発電運転が行えるタービン発電機の制御装置を提
供するものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】［請求項１］記載の発明
は、任意の目標値まで定められた変化率で変化する発電
機出力指令を出力する出力指令作成部と、発電機の実出
力と前記発電機出力指令の偏差を演算して偏差信号を出
力する偏差演算部と、前記偏差信号を取り込み、制御系
のハンチング発生を検出した場合に所定の遅れをもって
前記偏差信号を出力する無駄時間演算部と、前記偏差部
から出力される偏差信号とこの偏差信号に対して所定の
遅れを有する前記無駄時間演算部から出力される偏差信
号とを加算し、蒸気加減弁の開度指令として出力するコ
ントローラとを備えたことを特徴とする。

【００１９】［請求項２］記載の発明は、［請求項１］
記載の発明において入力される偏差信号に対して所定の
遅れを持たせて出力する遅延部と、入力される偏差信号
の極性が正の場合には「１」となる信号を出力する第１
の極性判定部と、入力される偏差信号の極性が負の場合
には「１」となる信号を出力する第２の極性判定部と、
前記遅延部から出力される所定遅れの信号の極性が正の
場合には「１」となる信号を出力する第３の極性判定部
と、前記遅延部から出力される所定遅れの信号の極性が
負の場合には「１」となる信号を出力する第４の極性判
定部と、前記第１の極性判定部と第３の極性判定部の出
力の成立時、または前記第２極性判定部と第４の極性判
定部の出力の成立時に前記遅延部から所定の遅れを有す
る偏差信号を出力する無駄時間演算部を備えたことを特
徴とする。［請求項３］記載の発明は、［請求項１］ま
たは［請求項２］記載の発明において偏差信号の極性判
定に不感帯処理した信号を用いたことを特徴とする。

【００２０】

【作用】本発明によれば、発電機出力指令と実出力の偏
差信号を無駄時間演算部に取り込み、制御系がハンチン
グ状態に陥るの前もって判断し、偏差信号に対して所定
の遅れを持った出力を偏差信号に加算することで制御偏
差がほぼ０％となるため、蒸気加減弁の開度は一定とな
り発電機出力もハンチングすることなく安定することに
なる。

【００２１】

【実施例】図１により本実施例の内容を図を参照して説
明する。本実施例の構成は、図４をもとに説明した従来
技術に無駄時間演算器20と加算器21を追加し、無駄時間
演算器20の出力Ｅt を図４の従来の制御ブロック図中の
偏差信号Ｅに加えるようにしたものである。そして、加
算器21の出力を制御偏差Ｅc としてコントローラー９に
加えるようにしたものである。尚、無駄時間演算器20の
入力は、偏差信号Ｅである。

【００２２】無駄時間演算器20の回路構成の一例を図２
の回路詳細図により説明する。ｅ^-at は、各プラントに
応じて決まる無駄時間要素であり例えば、入力（偏差信
号Ｅ）に対して、ａ秒遅らせて出力するものである。Ｈ
１，Ｌ１，Ｈ２，Ｌ２，は、信号極性判定器であり各々
次のように機能する。Ｈ１は、入力である偏差信号Ｅの
極性が＋の時に「１」となる信号Ｈ１Ａを出力する。Ｌ
１は、入力である偏差信号Ｅの極性が−の時に「１」と
なる信号Ｌ１Ａを出力する。Ｈ２は、ａ秒遅れの偏差信
号Ｅが＋極性の時に「１」となる信号Ｈ２Ａを出力す
る。Ｌ２は、ａ秒遅れの偏差信号Ｅが−極性の時に
「１」となる信号ＬＡ２を出力する。

【００２３】ＤＢは、不感帯検出器であり０±α％以内
「１」となる信号ＤＢＡを出力する。次に、Ｈ１，Ｌ
１，Ｈ２，Ｌ２，ＤＢの出力信号Ｈ１Ａ，Ｌ１Ａ，Ｈ２
Ａ，Ｌ２Ａ，ＤＢＡで構成しているロジックについて説
明する。

【００２４】このロジックは、ＤＢＡが「１の」の時、
Ｈ１ＡとＬ２Ａがいずれも「１」、又はＬ１ＡとＨ２Ａ
がいずれも「１」の時に最終出力ＸＡが「１」となりＤ
ＢＡが「０」になってもＸＡが「０」とならないように
保持回路を構成している。この保持回路は、Ｈ１ＡとＬ
２Ａがいずれも「１」の条件が崩れたとき、及びＬ１Ａ
とＨ２Ａがいずれも「１」の条件が崩れたときに解除さ
れる。

【００２５】尚、最終出力ＸＡが「１」となった時に閉
路する接点により無駄時間要素の出力は、無駄時間演算
器20の出力Ｅt として出力される。このように構成した
ときの作用を図３の動作チャートを参照して説明する。

【００２６】図３において偏差信号Ｅが図６の動作チャ
ートで説明した内容で推移した場合、無駄時間要素出力
Ｅ・ｅ^-at のようになる。偏差信号Ｅと無駄時間要素出
力Ｅ・^-at がこのようになっているとき無駄時間演算器
20の信号判定器Ｈ１，Ｌ１，Ｈ２，Ｌ２，ＤＢの出力信
号Ｈ１Ａ，Ｌ１Ａ，Ｈ２Ａ，Ｌ２Ａ，ＤＢＡ動作は前述
のようになり、この動作内容を図２のロジックに照らし
ＸＡの動作、即ち無駄時間演算器20の出力Ｅt として表
すと図３のＥt の動きとなる。又、偏差信号Ｅと無駄時
間演算器20の出力Ｅt がこのように推移したとき加算器
21の出力、即ち制御偏差Ｅc は偏差信号Ｅと無駄時間演
算器20の出力Ｅt の加算であることからＥt が出力し始
めると制御偏差Ｅc はほぼ０％となることが分かる。

【００２７】制御偏差Ｅc がほぼ０％となると図１にお
いて、コントローラ９はガバナー５への増減出力をしな
い状態となることから蒸気加減弁２の開度は一定とな
り、従って発電機出力もハンチングすることなく安定す
ることになる。

【００２８】発電機出力が安定すると偏差信号Ｅも安定
し無駄時間ｔ秒後には無駄時間演算器20の出力Ｅt も偏
差信号Ｅとほぼ同等値となることから無駄時間演算器20
内のロジックも初期状態にリセットされ通常の偏差信号
Ｅのみによる制御系となる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば制御系ハン
チング状態に陥る前にハンチングを抑制することが可能
であり蒸気加減弁の非線形によらず安定した発電プリン
ト運転を行うことの出来るタービン発電機の制御装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の制御ブロック図。

【図２】本実施例の無駄時間演算器の回路詳細図。

【図３】本実施例の動作チャート。

【図４】従来の制御ブロック図。

【図５】従来の動作チャート。

【図６】従来のハンチング発生時の動作チャート。

【符号の説明】

１…ボイラ、２…蒸気加減弁、３…蒸気タービン、４…
発電機、５…ガバナー、６…出力検出器、７…出力指令
作成部、８…偏差演算器、９…コントローラ、10…ゲイ
ン補正部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 任意の目標値まで定められた変化率で変
   化する発電機出力指令を出力する出力指令作成部と、発
   電機の実出力と前記発電機出力指令の偏差を演算して偏
   差信号を出力する偏差演算部と、前記偏差信号を取り込
   み、制御系のハンチング発生を検出した場合に所定の遅
   れをもって前記偏差信号を出力する無駄時間演算部と、
   前記偏差部から出力される偏差信号とこの偏差信号に対
   して所定の遅れを有する前記無駄時間演算部から出力さ
   れる偏差信号とを加算し、蒸気加減弁の開度指令として
   出力するコントローラとを備えたことを特徴とするター
   ビン発電機の制御装置。
2. 【請求項２】 入力される偏差信号に対して所定の遅れ
   を持たせて出力する遅延部と、入力される偏差信号の極
   性が正の場合には「１」となる信号を出力する第１の極
   性判定部と、入力される偏差信号の極性が負の場合には
   「１」となる信号を出力する第２の極性判定部と、前記
   遅延部から出力される所定遅れの信号の極性が正の場合
   には「１」となる信号を出力する第３の極性判定部と、
   前記遅延部から出力される所定遅れの信号の極性が負の
   場合には「１」となる信号を出力する第４の極性判定部
   と、前記第１の極性判定部と第３の極性判定部の出力の
   成立時、または前記第２極性判定部と第４の極性判定部
   の出力の成立時に前記遅延部から所定の遅れを有する偏
   差信号を出力する無駄時間演算部を備えたことを特徴と
   する請求項１記載のタービン発電機の制御装置。
3. 【請求項３】 偏差信号の極性判定に不感帯処理した信
   号を用いたことを特徴とする請求項１または請求項２記
   載のタービン発電機の制御装置。