JPH10164897A - 発電プラントにおける周波数変動補償回路 - Google Patents

発電プラントにおける周波数変動補償回路

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JPH10164897A
JPH10164897A JP8314804A JP31480496A JPH10164897A JP H10164897 A JPH10164897 A JP H10164897A JP 8314804 A JP8314804 A JP 8314804A JP 31480496 A JP31480496 A JP 31480496A JP H10164897 A JPH10164897 A JP H10164897A
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turbine
frequency
boiler
signal
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Hiroyuki Meiji
博之 明治
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IHI Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 タービン側とボイラ側の特性を生かした最適
な周波数の設定、調整を行う。 【解決手段】 検出周波数信号12に基づいた出力加減
信号19をタービンガバナ10に出力する第1の周波数
制御関数発生器35と、関数発生器35と同一の第2の
周波数制御関数発生器37からの信号19を入力して狭
い不感帯のタービン出力修正信号38を出す第1不感帯
付関数発生器39と、信号38を出力要求指令9に加算
したタービン出力要求修正信号41から得たタービンマ
スタ43と実出力検出信号15との偏差の信号30がな
くなるようにタービンガバナ10に対する信号19を調
整するPI調節器31と、第2の関数発生器37からの
信号19を入力して広い不感帯のボイラ出力修正信号4
4を出す第2不感帯付関数発生器45と、信号44を出
力要求指令9に加算したボイラ出力要求修正信号47か
らボイラマスタ49を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、発電プラントにお
ける周波数変動補償回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図4はボイラを備えた発電プラント1の
一例を示したもので、ボイラ2にて作られた蒸気3がタ
ービン4に導かれて該タービン4を回転させることによ
り同軸上の発電機5を駆動して発電を行うようになって
おり、発電機5にて発電された発電出力6は給電系統7
に供給されるようになっている。
【0003】給電系統7には、上記とは別の複数の発電
プラント8が接続されて夫々給電を行うようになってお
り、前記各発電プラント1,8から給電系統7に供給さ
れる発電出力6を例えば50Hzといった周波数に調節
することによって、給電系統7全体における系統周波数
を常に50Hzに安定して保持するようにしている。
【0004】前記ボイラ2は、その負荷が出力要求指令
9(MWD)に基づいて調整されるようになっており、
またボイラ2では、負荷が変化してもタービン4に供給
する蒸気3の圧力を常に一定に保持するようにした制御
(蒸気圧一定制御)を行っている。
【0005】前記タービン4の入口にはタービンガバナ
10が設けられており、該タービンガバナ10は、前記
したように出力要求指令9の変化によってボイラ2から
の蒸気流量が変化すると、その変化した蒸気流量をター
ビン4に供給するように自動的に開度が調整されるよう
になっている。
【0006】即ち、出力要求指令9が変化すると、ボイ
ラ2の負荷が変化して蒸気圧を一定に保持された蒸気3
の流量が変化し、この変化した蒸気流量がタービン4に
供給されるようにタービンガバナ10の開度が自動調整
される。しかし、このままでは、タービン4に供給され
る蒸気流量が変化することによって、タービン4及び発
電機5の回転数が変化し、発電出力6の周波数が変化し
てしまうことになる。
【0007】しかしこの時、前記出力要求指令9の変化
に対応して発電機5の負荷が自動調整されることによ
り、発電機5による発電出力6の発電量が出力要求指令
9になるように調整される。
【0008】従って、出力要求指令9の変化によってタ
ービン4に導入される蒸気流量が変化しても、これに対
応して発電機5の負荷が変化されてタービン4の負荷ト
ルクが変化することになり、よって発電量のみが変化し
て発電出力6の周波数は略一定に保持されるようにな
る。
【0009】一方、前記タービンガバナ10は、その開
度を微調整してタービン4に導入する蒸気流量を調整す
ることにより、発電出力6の周波数を微調整することが
できるようになっている。
【0010】発電出力6の周波数を精度良く安定させる
ために、発電機5の出口に設けた周波数検出器11によ
り発電出力6の周波数を検出し、周波数検出器11から
の検出周波数信号12をタービンガバナ制御装置13に
入力して、前記検出周波数信号12が系統周波数(例え
ば50Hz)になるように、タービンガバナ10に出力
加減信号19を出力して開度を自動調節するガバナフリ
ー動作を行うようになっている。
【0011】更に、図4の発電プラントにおいては、前
記出力要求指令9と、前記周波数検出器11からの検出
周波数信号12と、発電出力6を検出している出力検出
器14からの実出力検出信号15とが入力された周波数
変動補償回路16が備えてあり、該周波数変動補償回路
16は、周波数変動を加味した出力要求指令9に基づい
て周波数補償を行うタービン出力調整信号17を前記タ
ービンガバナ制御装置13に出力するようにしていると
共に、周波数変動を加味した出力要求指令9に基づくボ
イラマスタ18を前記ボイラ2に出力してボイラ2の燃
料、給水、空気等の調節を行うようにしている。
【0012】図5は前記タービンガバナ制御装置13及
び周波数変動補償回路16の一例を示したもので、ター
ビンガバナ制御装置13は、前記したように、発電出力
6の周波数を検出している周波数検出器11からの検出
周波数信号12を入力して、前記発電出力6の周波数を
微調整するようにした出力加減信号19をタービンガバ
ナ10に出力する周波数制御関数発生器20によって構
成されている。
【0013】周波数制御関数発生器20は、図6に示す
ように横軸に検出周波数信号12を入力して縦軸の出力
加減信号19を出力するようになっている。周波数制御
関数発生器20は、検出周波数信号12が系統周波数
(例えば50Hz)に対して増減した時には、その増減
量に応じた出力加減信号19を出力し、また検出周波数
信号12の変動量がaHzより大きくなったり、また−
aHzより小さくなった場合には出力加減信号19を下
限−bMWと上限bMWの値に保持して修正量に制限を
与えるようになっている。
【0014】図5に示す周波数変動補償回路16には、
周波数検出器11で検出した検出周波数信号12を入力
して不感帯付修正信号21を出力する不感帯付関数発生
器22を備えている。
【0015】不感帯付関数発生器22は、図7に示すよ
うに、横軸に検出周波数信号12を入力して縦軸の不感
帯付修正信号21を出力するようになっており、且つ検
出周波数信号12が入力されると、系統周波数50Hz
に対してある幅(cHzと−cHzの間)では出力を0
とする不感帯Cを有しており、上記不感帯C以外では検
出周波数信号12の増減量に応じた不感帯付修正信号2
1を出力し、また検出周波数信号12の変動量がdHz
より大きくなったり、また−dHzより小さくなった場
合には、出力を下限−eMWと上限eMWの値に保持す
るようにして修正量に制限を与えるようにしている。
【0016】前記不感帯付関数発生器22からの不感帯
付修正信号21は、図5の加算器23に入力されて出力
要求指令9(MWD)に加算され、これにより出力要求
指令9に周波数変動を加味した出力要求修正信号28が
得られるようになっている。
【0017】尚、図中24は主蒸気圧力調節ゲイン25
を前記不感帯付修正信号21に掛算する掛算器である
が、主蒸気圧力制御に関しては本発明の主題に直接関係
していないので詳細な説明は省略する。また、図中26
は高信号選択器、27は低信号選択器であり、これはボ
イラ補機(給水ポンプ等)の運転台数等を考慮して不感
帯付修正信号21が大きく変化するのを防止するために
備えられるものである。
【0018】前記加算器23において、出力要求指令9
に、周波数変動に基づいた不感帯付修正信号21が加味
された出力要求修正信号28は、変化率制限器34に入
力されて変化率が制限されることによりタービンマスタ
34aとなる。
【0019】該タービンマスタ34aは引算器29に入
力されており、前記出力検出器14にて検出して引算器
29に入力されている実出力検出信号15と引算される
ことにより、偏差の信号30が求められるようになって
いる。
【0020】更に、引算器29からの偏差の信号30は
PI調節器31に入力されており、前記偏差の信号30
をなくすようにPI調節器31から加算器32に出力さ
れているタービン出力調整信号17が、前記周波数制御
関数発生器20からタービンガバナ10に出力されてい
る出力加減信号19に加算されるようになっている。
【0021】上記により、タービンガバナ制御装置13
では、発電出力6の周波数が変動すると、周波数検出器
11からの検出周波数信号12の変動に対応して周波数
制御関数発生器20から発せられる出力加減信号19に
より、タービンガバナ10の開度が直ちに調整され、こ
れにより発電出力6の周波数が系統周波数(例えば50
Hz)に維持されるように精度良く調整される。
【0022】また、前記周波数変動に応じて、検出周波
数信号12が入力されている不感帯付関数発生器22か
ら不感帯付修正信号21が出力され、この不感帯付修正
信号21が加算器23により出力要求指令9に加算さ
れ、これによって得られた出力要求修正信号28から変
化率制限器34によりタービンマスタ34aが得られ、
このタービンマスタ34aと実出力検出信号15とが引
算器29にて引算されてその偏差の信号30がなくなる
ように、PI調節器31から加算器32にタービン出力
調整信号17が出力されて、前記周波数制御関数発生器
20からタービンガバナ10に出力されている出力加減
信号19に加算される。このように、この周波数変動が
加味されたタービンマスタ34aによって、タービン側
の周波数変動補償が行われることになる。
【0023】また、前記加算器23からの出力要求修正
信号28が変化率制限器33に入力され、これによって
得られたボイラマスタ18が図4のボイラ2に出力され
てボイラ側の制御が行われる。このように、前記周波数
変動が加味されたボイラマスタ18によって、ボイラ側
の周波数変動補償が行われることになる。
【0024】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記したよう
な発電プラントにおける周波数変動補償回路16におい
ては、タービン側の周波数変動補償と、ボイラ側の周波
数変動補償の両者を、不感帯付関数発生器22からの同
一の不感帯付修正信号21を出力要求指令9に加味した
出力要求修正信号28から得られたタービンマスタ34
a及びボイラマスタ18にて行うようにしているので、
タービン側とボイラ側の固有の特性を生かした周波数の
調整、設定を行うことができない問題を有していた。
【0025】即ち、タービン側の周波数変動補償は比較
的早い応答速度で実施されるが、ボイラ側の周波数変動
補償は、出力要求指令9が変化してボイラマスタ18が
変化してから、ボイラ2の燃料等が変化し、ボイラ火炉
の温度が変化し、蒸気温度、蒸気発生量等が変化するま
でに大きな時間遅れがあって、応答速度が非常に遅いも
のとなっており、このように応答速度が大きく異なるも
のを、同一の不感帯Cを備えた不感帯付修正信号21に
基づいて制御しても、タービン側とボイラ側の固有の特
性に応じた周波数変動補償を行うことはできず、よって
周波数が安定せず、良質の発電出力6を供給できないと
いう問題を有していた。
【0026】本発明は、斯かる実情に鑑みてなしたもの
で、タービン側とボイラ側の特性を生かした最適な周波
数の設定、調整を行い得る発電プラントにおける周波数
変動補償回路を提供することを目的としている。
【0027】
【課題を解決するための手段】本発明は、発電機の発電
出力の周波数を検出する周波数検出器からの検出周波数
信号を入力して出力加減信号をタービンガバナに出力す
る第1の周波数制御関数発生器と、前記検出周波数信号
を入力して前記第1の周波数制御関数発生器と同一の出
力加減信号を出力する第2の周波数制御関数発生器と、
該第2の周波数制御関数発生器からの出力加減信号を入
力して不感帯を備えたタービン出力修正信号を出力する
第1不感帯付関数発生器と、前記タービン出力修正信号
を出力要求指令に加算してタービン出力要求修正信号を
得る加算器と、該加算器からのタービン出力要求修正信
号に変化率を与えてタービンマスタを得る変化率制限器
と、発電出力を検出する出力検出器からの実出力検出信
号と前記タービンマスタとを引算する引算器と、該引算
器からの偏差の信号がなくなるようにタービン出力調整
信号を出力するPI調節器と、前記タービン出力調整信
号を第1の周波数制御関数発生器からタービンガバナに
出力されている出力加減信号に加算する加算器と、前記
第2の周波数制御関数発生器からの出力加減信号を入力
して前記第1不感帯付関数発生器とは異なる不感帯を備
えたボイラ出力修正信号を出力する第2不感帯付関数発
生器と、前記ボイラ出力修正信号を出力要求指令に加算
してボイラ出力要求修正信号を得る加算器と、ボイラ出
力要求修正信号に変化率を与えてボイラマスタを得る変
化率制限器とを備えたことを特徴とする発電プラントに
おける周波数変動補償回路、に係るものである。
【0028】本発明では、応答速度が早いタービン側
は、第1不感帯付関数発生器からの狭い不感帯をもつタ
ービン出力修正信号を出力要求指令に加味したタービン
出力要求修正信号から得たタービンマスタによって周波
数変動補償を行い、ボイラ側は、第2不感帯付関数発生
器からの広い不感帯をもつボイラ出力修正信号を出力要
求指令に加味したボイラ出力要求修正信号から得たボイ
ラマスタによって周波数変動補償を行うようにしている
ので、タービン側とボイラ側の特性に応じた最適な周波
数変動補償を行うことができ、よって周波数が安定した
良質の発電出力を供給できる。
【0029】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
示例と共に説明する。
【0030】図1は図5の回路に適用した本発明を実施
する形態の一例を示したもので、図1中図5と同一の符
号を付したものは同一のものを示している。
【0031】図1に示すように、タービンガバナ制御装
置13に、発電出力6の周波数を検出している周波数検
出器11からの検出周波数信号12を入力して出力加減
信号19(図6参照)をタービンガバナ10に出力す
る、前記図5の周波数制御関数発生器20と同一の、第
1の周波数制御関数発生器35を備えている。
【0032】本発明の周波数変動補償回路36は、前記
周波数検出器11からの検出周波数信号12を入力して
前記第1の周波数制御関数発生器35と同一の出力加減
信号19(図6参照)を出力する第2の周波数制御関数
発生器37を備えている。前記第1の周波数制御関数発
生器35と第2の周波数制御関数発生器37は、1個の
みを備えて兼用することもできるが、兼用した場合に
は、故障等によって作用不能になった場合に周波数制御
と周波数変動補償の両方が同時に不能になってしまう問
題があり、この問題を防止するために敢えて同一のもの
を別々に2個備えるようにしている。
【0033】第2の周波数制御関数発生器37からの出
力加減信号19を入力して不感帯を付加したタービン出
力修正信号38を出力する第1不感帯付関数発生器39
を備える。
【0034】該第1不感帯付関数発生器39は、図2に
示すように、横軸に出力加減信号19を入力すると、縦
軸にタービン出力修正信号38を出力するようなってお
り、しかも出力加減信号19の変化が小さい値の狭い範
囲においてタービン出力修正信号38を0とする狭い不
感帯Aを有している。
【0035】このように狭い幅の不感帯Aとしたのは、
タービン側では応答性が早く、周波数変動が生じた場合
に周波数変動を出力要求指令9に加味した周波数変動補
償を直ちに行えるためであり、不感帯Aを狭くすること
によって系統周波数(例えば50Hz)の安定を図るよ
うにしている。従って、前記狭い不感帯Aは、タービン
側の特性に応じた最適な値を選定する。
【0036】上記した狭い不感帯A以外では、出力加減
信号19の増減量に応じたタービン出力修正信号38を
出力し、また出力加減信号19の変動量がiMWより大
きくなったり、また−iMWより小さくなった場合に
は、タービン出力修正信号38を下限−fMWと上限f
MWの値に保持するようにして修正量に制限を与えるよ
うになっている。
【0037】前記第1不感帯付関数発生器39からのタ
ービン出力修正信号38は、加算器40に入力されて出
力要求指令9に加算され、これにより出力要求指令9に
周波数変動を加味したタービン出力要求修正信号41が
得られるようになっている。
【0038】加算器40からのタービン出力要求修正信
号41は、変化率制限器42に入力されて変化率が制限
されることによりタービンマスタ43となる。
【0039】該タービンマスタ43は、図5と同様に、
発電出力6を検出している出力検出器14からの実出力
検出信号15が入力されている引算器29に入力されて
引算され、引算によって求められた偏差の信号30がP
I調節器31に出力され、PI調節器31は前記偏差の
信号30をなくすように加算器32にタービン出力調整
信号17を出力して、前記第1の周波数制御関数発生器
35からタービンガバナ10に出力されている出力加減
信号19に加算するようになっている。
【0040】更に、前記第2の周波数制御関数発生器3
7からの出力加減信号19を入力して前記第1不感帯付
関数発生器39とは異なる不感帯を備えたボイラ出力修
正信号44を出力する第2不感帯付関数発生器45を設
ける。
【0041】該第2不感帯付関数発生器45は、図3に
示すように、横軸に第2の周波数制御関数発生器37か
らの出力加減信号19を入力すると、縦軸にボイラ出力
修正信号44を出力するようなっており、しかも出力加
減信号19の変化が比較的大きい値の広い範囲において
ボイラ出力修正信号44が0となる広い不感帯Bを有し
ている。
【0042】このように広い幅の不感帯Bとしたのは、
ボイラ側の応答性が遅いためである。もしボイラ側にお
いて不感帯を狭くした場合には、僅かな周波数変動にお
いてもその変動を加味した制御を行うようになるため、
前記応答遅れによって逆にボイラの制御が不安定に変動
してしまう問題を生じる。従って、前記広い不感帯B
は、ボイラ側の特性に応じた最適な値を選定する。
【0043】前記第2不感帯付関数発生器45は、上記
広い不感帯B以外では出力加減信号19の増減量に応じ
たボイラ出力修正信号44を出力し、また出力加減信号
19の変動量がgMWより大きくなったり、また−gM
Wより小さくなった場合には、出力を下限−hMWと上
限hMWの値に保持するようにして修正量に制限を与え
るようにしている。
【0044】該第2不感帯付関数発生器45からのボイ
ラ出力修正信号44が加算器46に入力されて、前記出
力要求指令9に加算されることにより、ボイラ出力要求
修正信号47が得られるようになっており、更にボイラ
出力要求修正信号47が変化率制限器48に入力されて
変化率が与えられることにより、ボイラマスタ49が得
られるようになっている。
【0045】以下に、上記実施の形態例の作用を説明す
る。
【0046】図1のタービンガバナ制御装置13では、
発電出力6の周波数が変動すると、周波数検出器11か
らの検出周波数信号12の変動に対応して、第1の周波
数制御関数発生器35から発せられる出力加減信号19
によりタービンガバナ10の開度が直ちに調整され、こ
れにより発電出力6の周波数が系統周波数(例えば50
Hz)に維持されるように精度良く調整される。
【0047】また、検出周波数信号12を入力している
第2の周波数制御関数発生器37から出力される出力加
減信号19が第1不感帯付関数発生器39に入力される
ことにより、図2に示すように狭い不感帯Aを有するタ
ービン出力修正信号38が得られる。
【0048】この狭い不感帯Aを有するタービン出力修
正信号38が加算器40に入力されて出力要求指令9に
加算されることによりタービン出力要求修正信号41が
得られ、該タービン出力要求修正信号41が変化率制限
器42に導かれることによってタービンマスタ43が得
られる。
【0049】このタービンマスタ43と出力検出器14
からの実出力検出信号15とが引算器29に入力されて
引算されることにより偏差の信号30が求めら、その偏
差の信号30がなくなるようにPI調節器31から加算
器32にタービン出力調整信号17が出力され、このタ
ービン出力調整信号17により、前記第1の周波数制御
関数発生器35からタービンガバナ10に出力されてい
る出力加減信号19が調整される。
【0050】このように、この周波数変動に対して、タ
ービン側の特性(応答性が早い)に合致した狭い不感帯
Aをもつタービン出力修正信号38が出力要求指令9に
加味されたタービンマスタ43によって、タービン側の
周波数変動補償が行われることになる。
【0051】また、前記第2の周波数制御関数発生器3
7からの出力加減信号19が第2不感帯付関数発生器4
5に入力されることにより、図3に示すように前記第1
不感帯付関数発生器39からのタービン出力修正信号3
8とは異なる広い不感帯Bを備えたボイラ出力修正信号
44が得られる。
【0052】この広い不感帯Bを有するボイラ出力修正
信号44が加算器46に入力されて出力要求指令9に加
算されることにより、ボイラ出力要求修正信号47が得
られ、更に該ボイラ出力要求修正信号47が変化率制限
器48に入力されて変化率が与えられることにより、ボ
イラマスタ49が得られる。
【0053】このようにボイラ側の特性(応答速度が遅
い)に合致した広い不感帯Bをもつボイラ出力修正信号
44が出力要求指令9に加味されたボイラマスタ49に
よって、ボイラ側の周波数変動補償が行われることにな
る。
【0054】
【発明の効果】本発明によれば、応答速度が早いタービ
ン側は、第1不感帯付関数発生器からの狭い不感帯をも
つタービン出力修正信号を出力要求指令に加味したター
ビン出力要求修正信号から得たタービンマスタによって
周波数変動補償を行い、ボイラ側は、第2不感帯付関数
発生器からの広い不感帯をもつボイラ出力修正信号を出
力要求指令に加味したボイラ出力要求修正信号から得た
ボイラマスタによって周波数変動補償を行うようにして
いるので、タービン側とボイラ側の特性に応じた最適な
周波数変動補償を行うことができ、よって周波数が安定
した良質の発電出力を供給できるという優れた効果を奏
し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施する形態の一例を示すブロック図
である。
【図2】図1の第1不感帯付関数発生器39の作用を示
す線図である。
【図3】図1の第2不感帯付関数発生器45の作用を示
す線図である。
【図4】発電プラントの一例を示すブロック図である。
【図5】従来の発電プラントにおける周波数変動補償回
路の一例を示すブロック図である。
【図6】図1及び図5の周波数制御関数発生器20,3
5,37の作用を示す線図である。
【図7】図5の不感帯付関数発生器22の作用を示す線
図である。
【符号の説明】
2 ボイラ 5 発電機 6 発電出力 9 出力要求指令 10 タービンガバナ 11 周波数検出器 12 検出周波数信号 14 出力検出器 15 実出力検出信号 17 タービン出力調整信号 19 出力加減信号 29 引算器 30 偏差の信号 31 PI調節器 32 加算器 35 第1の周波数制御関数発生器 36 周波数変動補償回路 37 第2の周波数制御関数発生器 38 タービン出力修正信号 39 第1不感帯付関数発生器 40 加算器 41 タービン出力要求修正信号 42 変化率制限器 43 タービンマスタ 44 ボイラ出力修正信号 45 第2不感帯付関数発生器 46 加算器 47 ボイラ出力要求修正信号 48 変化率制限器 49 ボイラマスタ A 狭い不感帯(不感帯) B 広い不感帯(不感帯)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発電機の発電出力の周波数を検出する周
    波数検出器からの検出周波数信号を入力して出力加減信
    号をタービンガバナに出力する第1の周波数制御関数発
    生器と、前記検出周波数信号を入力して前記第1の周波
    数制御関数発生器と同一の出力加減信号を出力する第2
    の周波数制御関数発生器と、該第2の周波数制御関数発
    生器からの出力加減信号を入力して不感帯を備えたター
    ビン出力修正信号を出力する第1不感帯付関数発生器
    と、前記タービン出力修正信号を出力要求指令に加算し
    てタービン出力要求修正信号を得る加算器と、該加算器
    からのタービン出力要求修正信号に変化率を与えてター
    ビンマスタを得る変化率制限器と、発電出力を検出する
    出力検出器からの実出力検出信号と前記タービンマスタ
    とを引算する引算器と、該引算器からの偏差の信号がな
    くなるようにタービン出力調整信号を出力するPI調節
    器と、前記タービン出力調整信号を第1の周波数制御関
    数発生器からタービンガバナに出力されている出力加減
    信号に加算する加算器と、前記第2の周波数制御関数発
    生器からの出力加減信号を入力して前記第1不感帯付関
    数発生器とは異なる不感帯を備えたボイラ出力修正信号
    を出力する第2不感帯付関数発生器と、前記ボイラ出力
    修正信号を出力要求指令に加算してボイラ出力要求修正
    信号を得る加算器と、ボイラ出力要求修正信号に変化率
    を与えてボイラマスタを得る変化率制限器とを備えたこ
    とを特徴とする発電プラントにおける周波数変動補償回
    路。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010518320A (ja) * 2007-02-14 2010-05-27 アルストム テクノロジー リミテッド 発電設備の作動方法
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