JPH1130108A - タービン制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 システム出力の変化にタービン圧力が常に安
定するよう制御する。 【解決手段】このタービン制御装置は、配分比演算器７
から出力された抽気加減弁（ＥＣＶ）１７への開度指令
ｈと実際のタービンの抽気圧力とから、タービンの出力
側であるプロセス側の動特性を推定するプロセス同定部
１８と、このプロセス同定部１８により推定されたプロ
セスの動特性から圧力制御定数を決定する制御定数決定
部１９と、この制御定数決定部１９により決定された圧
力制御定数に応じて圧力制御指令を可変して配分比演算
器７へ出力する可変圧力制御器２０とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は抽気加減弁、加減弁
の開度を操作してタービンを制御するタービン制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５に抽気圧力制御機能を備えた産業用
タービンの制御装置（以下タービン制御装置と称する）
の一例を示す。

【０００３】従来のタービン制御装置では、図５に示す
ように、加算器１で演算された速度設定とタービンの実
速度の偏差とが乗算器２で系数倍されて速度誤差信号ａ
となる。この速度誤差信号ａは加算器４に入力され、加
算器４にて負荷設定積分器３の出力である負荷設定値ｂ
と加算されてガバナ制御指令ｃとなる。このガバナ制御
指令ｃと負荷制限積分器６の出力である負荷制限値ｄと
が低値選択器５に入力され、低値選択器５において低い
値の方が選択されて負荷制御指令ｅとして配分比演算器
７へ出力される。

【０００４】一方、加算器８で演算された抽気圧力と圧
力設定の偏差とは圧力制御器９にて進み遅れの補正が行
われた後、圧力制御信号ｆとして配分比演算器７へ出力
される。配分比演算器７では、入力された負荷制御指令
ｅと圧力制御指令ｆとを基に、抽気加減弁（ＥＣＶ）１
７と加減弁（ＣＶ）１３との配分比に従った加減弁開度
指令ｇと抽気加減弁開度指令ｈとを出力する。

【０００５】加減弁（ＣＶ）１３は、加算器１０にて演
算される開度検出器１２により検出された加減弁開度と
加減弁開度指令ｇの偏差を乗算器１１にて係数倍された
信号に従い制御される。また、抽気加減弁１７は、加算
器１４にて演算される開度検出器１６により検出された
抽気加減弁開度と抽気加減弁開度指令ｈの偏差を乗算器
１５にて係数倍された信号に従い制御される。以上のよ
うにしてタービンの抽気圧力は、予め定められた特性を
もった圧力設定値に制御される。

【０００６】ところで、産業用のタービンは、抽気流量
を時折変化させることがある。抽気流量が変化すると、
タービンのプロセス側である圧力に関する動特性も変化
する。 このようにプロセス側の動特性が変化した場合
に、タービン自体の抽気圧力と予め設定された値の圧力
設定との偏差信号だけで圧力制御指令を出力している圧
力制御器９では、プロセス側の特性変化に追従できず、
タービンの抽気圧力を元の特性値に収束させるまでに時
間がかかることがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように上述した従
来のタービン制御装置では、抽気流量の変化によりプロ
セス側の圧力の動特性が変化するため、ある状態におい
て抽気圧力を安定して制御できていたものが、突如プロ
セス側の特性が変化すると、抽気圧力を安定して制御で
きなくなり安定した状態への収束に時間がかかることが
あるという問題があった。

【０００８】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、プロセス側に特性変化があった場合で
もタービンの抽気圧力を安定して制御することのできる
タービン制御装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、請求項１記載の発明のタービン制御装置は、タ
ービンへ抽気する抽気加減弁への開度指令を出力する配
分比演算器と、前記配分比演算器から出力された前記開
度指令と前記タービンから実際に得られた抽気圧力とか
ら、開度指令変化に伴う抽気圧力の変化に関するプロセ
スの動特性を推定するプロセス同定部と、前記プロセス
同定部により推定されたプロセスの動特性から圧力制御
定数を決定する制御定数決定部と、前記制御定数決定部
により決定された圧力制御定数に応じて圧力制御指令を
可変して前記配分比演算器へ出力する可変圧力制御器と
を具備したことを特徴としている。

【００１０】この請求項１記載の発明の場合、プロセス
側で動特性が変化した場合に、タービン制御装置側でプ
ロセスの動特性を同定（推定）し、制御定数決定部がそ
の同定結果を基に、望ましい圧力制御結果を得るために
必要な可変圧力制御器のパラメータを決定し、そのパラ
メータに従って可変圧力制御器が圧力を制御するので、
常に安定したタービンの圧力制御を行うことができる。

【００１１】請求項２記載の発明のタービン制御装置
は、タービンへ抽気する抽気加減弁への開度指令を出力
する配分比演算器と、前記配分比演算器から出力された
前記開度指令と前記タービンから実際に得られた抽気圧
力とから、プロセスの動特性を推定するプロセス同定部
と、前記プロセス同定部にプロセスの特性を推定させる
ために所定のテスト信号を前記開度指令に加算する加算
手段と、前記プロセス同定部により推定されたプロセス
の動特性から圧力制御定数を決定する制御定数決定部
と、前記制御定数決定部により決定された圧力制御定数
に応じて圧力制御指令を可変して前記配分比演算器へ出
力する可変圧力制御器とを具備したことを特徴としてい
る。

【００１２】この請求項２記載の発明の場合、プロセス
の動特性が変化した場合、オペレータの指示によりテス
ト信号が開度指令に加えられその信号をプロセス同定部
に入力することにより、上記同様にプロセスの動特性を
同定（推定）し、可変圧力制御器の圧力設定値を変更し
圧力制御するので、システム（プロセス）側に白色ノイ
ズなどが無い状態のときでもプロセスの動特性を同定し
常に安定した圧力制御を行うことができる。

【００１３】請求項３記載の発明のタービン制御装置
は、請求項１または２いずれか記載のタービン制御装置
において、前記可変圧力制御器は、外部から変更が指示
されたとき、前記制御定数決定部により決定された圧力
制御定数を取り込み、前記圧力制御指令を可変する事を
特徴としている。

【００１４】この請求項３記載の発明の場合、外部から
変更が指示されたときに可変圧力制御器が圧力制御指令
を可変するので、通常の制御状態において抽気圧力の制
御がほぼ設定値通りに行われており、システム（プロセ
ス）側で急激に抽気圧力が変化したときなどにオペレー
タ側からの指示で抽気圧力を制御することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。

【００１６】図１は本発明に係る第１実施形態のタービ
ン制御装置の構成を示す図である。同図において、１は
加算器である。この加算器１はタービンから検出された
実速度と設定された速度設定値との偏差を演算し乗算器
２に出力するものである。乗算器２は加算器１から入力
された偏差信号を系数倍し速度誤差信号ａとして加算器
４に出力するものである。３は負荷設定積分器であり、
負荷設定値ｂを加算器４へ出力するものである。加算器
４は入力された速度誤差信号ａと負荷設定値ｂとを加算
してガバナ制御指令ｃを生成し低値選択器５に出力する
ものである。６は負荷制限積分器であり、負荷制限値ｄ
を低値選択器５に出力するものである。低値選択器５は
入力されたガバナ制御指令ｃおよび負荷制限値ｄのう
ち、低い値の方を選択して負荷制御指令ｅとして配分比
演算器７へ出力するものである。８は加算器であり、抽
気圧力と圧力設定値との偏差を演算し可変圧力制御部２
０に出力するものである。可変圧力制御部２０は入力さ
れた制御パラメータｊに従い抽気圧力を圧力設定になる
ように進み遅れを補正した後、圧力制御信号ｆを配分比
演算器７へ出力するものである。配分比演算器７は、入
力された負荷制御指令ｅと圧力制御指令ｆとを基に抽気
加減弁（ＥＣＶ）１７と加減弁（ＣＶ）１３との配分比
に従った加減弁開度指令ｇと抽気加減弁開度指令ｈとを
出力するものである。加算器１０は入力された加減弁開
度指令ｇと開度検出器１２により検出された加減弁開度
との偏差を演算し乗算器１１へ出力するものである。乗
算器１１は入力された偏差信号を係数倍して加減弁（Ｃ
Ｖ）１３へ出力しその開度を制御するものである。加算
器１４は入力された抽気加減弁開度指令ｈと開度検出器
１６により検出された抽気加減弁開度との偏差を演算し
乗算器１５へ出力するものである。乗算器１５は入力さ
れた偏差信号を係数倍して抽気加減弁（ＥＣＶ）１７へ
出力しその開度を制御するものである。１８はＡＲＭＡ
プロセス動特性同定部（以下プロセス同定部と称す）で
あり、抽気圧力と抽気加減弁開度指令ｈからプロセスの
動特性ｉを同定し動特性ｉのデータを制御定数決定部１
９へ出力するものである。制御定数決定部１９は入力さ
れた動特性ｉのデータから望ましい圧力制御定数Ｇｃ
（ｚ）を設定し、それを制御パラメータｊとして可変圧
力制御器２０へ出力するものである。

【００１７】以下、この第１実施形態のタービン制御装
置の動作を説明する。

【００１８】この第１実施形態のタービン制御装置の場
合、タービンの実際の速度と速度設定値とが加算器１に
入力され、加算器１では、速度設定値とタービンの実速
度との偏差が演算され、乗算器２に出力される。乗算器
２では、入力された偏差信号が予め設定された系数で乗
算（系数倍）されて速度誤差信号ａとされ、この速度誤
差信号ａは加算器４に出力される。加算器４では、入力
された速度誤差信号ａと負荷設定積分器３からの出力で
ある負荷設定値ｂとが加算されてガバナ制御指令ｃとな
り低値選択器５に出力される。低値選択器５では、入力
されたガバナ制御指令ｃと負荷制限積分器６の出力であ
る負荷制限値ｄとのうち、低い値の方が選択されて負荷
制御指令ｅとして配分比演算器７へ出力される。

【００１９】一方、タービンから実際に得られた抽気圧
力と圧力の設定値とが加算器８に入力される。加算器８
では、入力された抽気圧力と圧力設定との偏差が演算さ
れ、偏差信号が可変圧力制御器２０に出力される。可変
圧力制御器２０では、設定された圧力制御定数Ｇｃ
（ｚ）に基づいて進み遅れの補正が行われた後、圧力制
御信号ｆとして配分比演算器７へ出力される。

【００２０】配分比演算器７では、低値選択器５から入
力された負荷制御指令ｅと可変圧力制御器２０から入力
された圧力制御指令ｆとを基に、抽気加減弁（ＥＣＶ）
１７と加減弁（ＣＶ）１３との配分比に従った加減弁開
度と抽気加減弁開度とを演算する。そして、加減弁（Ｃ
Ｖ）１３側に加減弁開度指令ｇを出力し、抽気加減弁
（ＥＣＶ）１７側に抽気加減弁開度指令ｈを出力する。

【００２１】加減弁開度指令ｇが加算器１０に入力され
ると、加算器１０では、開度検出器１２により検出され
た加減弁（ＣＶ）１３の開度と加減弁開度指令ｇとの偏
差が演算されて乗算器１１に出力され、その誤差信号が
乗算器１１にて係数倍されて加減弁（ＣＶ）１３に入力
され、その信号に従い加減弁（ＣＶ）１３の開度が調整
される。

【００２２】また抽気加減弁開度指令ｈが加算器１４に
入力されると、加算器１４では、開度検出器１６により
検出された抽気加減弁（ＥＣＶ）１７の開度と抽気加減
弁開度指令ｈとの偏差が演算されて乗算器１５に出力さ
れ、その誤差信号が乗算器１５にて係数倍されて抽気加
減弁（ＥＣＶ）１７に入力され、その信号に従い抽気加
減弁（ＥＣＶ）１７の開度が調整される。このようにし
て産業用タービンの抽気圧力は設定された圧力値に制御
される。

【００２３】一方、本発明の場合、プロセス同定部１８
には、配分比演算器７から出力され分岐した一方の抽気
加減弁開度指令ｈが入力されている。

【００２４】プロセス同定部１８は、入力された抽気加
減弁開度指令ｈとタービンから実際に得られた抽気圧力
とから、プロセスの動特性、つまりＡＲＭＡモデルＧｐ
（ｚ）を推定する。

【００２５】例えば可変圧力制御器２０の特性をＧｃ
（ｚ）とすると、圧力と圧力設定の偏差である圧力偏差
から実際の圧力変化までの特性は、図２に示すように、
Ｇｃ（ｚ）とＧｐ（ｚ）とを直列接続したものと同じに
なる。

【００２６】今、圧力偏差から実際の圧力変化までの望
ましい動特性をＧ（ｚ）とすると、部分的モデルマッチ
ング法を用いることで、Ｇｃ（ｚ）を求めることができ
る。すなわち、 Ｇｃ（ｚ）＝Ｇ（ｚ）／Ｇｐ（ｚ）………（式１） になる。

【００２７】この（式１）により求められたＧｃ（ｚ）
を可変圧力制御器２０にセット（設定）することで、望
ましい圧力制御特性を得ることができる。

【００２８】このように第１実施形態のタービン制御装
置によれば、プロセス同定部１８が、配分比演算器７か
ら出力された抽気加減弁開度指令ｈとタービンから実際
に得られた抽気圧力とからプロセスの動特性ｉを推定
し、制御定数決定部１９がこの動特性ｉから圧力制御定
数、つまり制御パラメータｊを決定し、可変圧力制御器
２０がその制御パラメータｊに従い抽気圧力を圧力設定
になるように圧力制御信号ｆを可変して配分比演算器７
へ出力するので、プロセス側に特性変化があった場合で
も直ちにフィードバック制御によって可変圧力制御器２
０の圧力設定値を可変でき、タービンの抽気圧力を安定
して制御することができる。

【００２９】またこのようなフィードバック制御はいわ
ゆるオンライン制御（自動制御）なので、オペレータに
頼ること無く常に安定したタービンの圧力制御を行うこ
とができる。

【００３０】次に、図３を参照して本発明の第２実施形
態のタービン制御装置について説明する。図３は第２実
施形態のタービン制御装置の構成を示す図である。なお
上記第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付しそ
の説明は省略する。

【００３１】同図において、２１はテスト信号発生器で
ある。このテスト信号発生器２１は、パラメータ変更指
令に従い、抽気加減弁開度指令ｈに重畳する所定のテス
ト信号ｌ、例えば白色ノイズなどを発生し加算器２２に
出力するものである。白色ノイズとは、抽気加減弁開度
指令ｈの周波数に対して十分高く広い周波数帯域をカバ
ーし、かつ抽気加減弁開度指令ｈを隠さない程度のほぼ
一定レベルのノイズ信号であり、抽気加減弁開度指令ｈ
に重畳すると、抽気加減弁開度指令ｈに高調波が乗った
ようになる。加算器２２はテスト信号ｌと抽気加減弁開
度指令ｈと加算して抽気加減弁開度指令ｈにテスト信号
ｌを重畳するものである。この重畳信号は分岐して一方
が加算器１４へ入力され、他方がＡＲＭＡプロセス動特
性同定部１８に入力される。

【００３２】この第２実施形態のタービン制御装置で
は、オペレータのキー操作などによってパラメータ変更
指令ｋが入力されると、テスト信号発生器２１がテスト
信号ｌを発生する。このテスト信号ｌは加算器２２にて
抽気加減弁開度指令ｈと加算されて重畳信号として出力
され、途中、分岐して加算器１４とＡＲＭＡプロセス動
特性同定部１８とに出力される。加算器１４に入力され
た一方の重畳信号は上記第１実施形態同様に抽気加減弁
（ＥＶＣ）１７の開度調整のために利用される。他方の
重畳信号がプロセス同定部１８に入力されると、プロセ
ス同定部１８では、入力された重畳信号、つまり白色ノ
イズが重畳された抽気加減弁開度指令とタービンからの
抽気圧力とを基に、最小二乗法によりプロセスの動特性
ｉがＡＲＭＡモデルに従って同定、つまりプロセスの動
特性ｉであるＡＲＭＡモデルＧｐ（ｚ）が推定されて、
そのデータが制御定数決定部１９に出力される。制御定
数決定部１９では、パラメータ変更指令ｋに従い、入力
された動特性ｉのデータから望ましい制御パラメータｊ
が決定され、決定した制御パラメータｊが可変圧力制御
器２０へ出力される。可変圧力制御器２０では、パラメ
ータ変更指令ｋに従い、圧力設定値を入力された制御パ
ラメータｊの値に変更し、変更した圧力設定値になるよ
うに圧力制御信号ｆを出力する。なお動特性ｉの求め方
は上記第１実施形態と同様である。

【００３３】このようにこの第２実施形態のタービン制
御装置によれば、オペレータからの指示によりテスト信
号ｌを抽気加減弁開度指令ｈに加え、その重畳信号と実
際の圧力信号とからプロセスの動特性を同定（推定）
し、その推定結果を基に可変圧力制御器２０の圧力設定
値を変更して抽気圧力を制御するので、プロセスの動特
性が変化しても常に安定した圧力制御を行うことができ
る。

【００３４】次に、図４を参照して本発明の第３実施形
態のタービン制御装置について説明する。図４は第３実
施形態のタービン制御装置の構成を示す図である。な
お、上記第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付
しその説明は省略する。

【００３５】この第３実施形態は第１実施形態の変形例
であり、同図に示すように、可変圧力制御器２０に、オ
ペレータがキー操作して発行されるパラメータ変更指令
ｋが入力されるよう構成されている。

【００３６】この場合、プロセス同定部１８は逐次フィ
ードバックされてくる抽気加減弁開度指令ｈを基にプロ
セスの動特性ｉを同定し、制御定数決定部１９も動特性
ｉのデータから望ましい制御パラメータｊを決定してい
るが、可変圧力制御器２０は制御パラメータｊが入力さ
れているにもかかわらず、圧力設定値の変更、つまりパ
ラメータ変更は行わない。

【００３７】そして、可変圧力制御器２０にパラメータ
変更指令ｈが入力されたときに初めて制御パラメータの
値を変更し、その圧力設定値になるような圧力制御信号
ｆを出力する。

【００３８】このようにこの第３実施形態のタービン制
御装置によれば、可変圧力制御器２０にパラメータ変更
指令を発行したとときだけ圧力設定値を変更し圧力制御
信号ｆを変えるので、通常の制御状態において抽気圧力
の制御がほぼ設定値通りに行われており、プロセス側で
急激に抽気圧力が変化したときなどにオペレータ側から
の指示で抽気圧力を制御することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
によれば、配分比演算器から出力された開度指令とター
ビンから実際に得られた抽気圧力とからプロセスの動特
性を推定し、その動特性から配分比演算器へ入力する圧
力制御指令を可変するので、常に安定したタービンの圧
力制御を行うことができる。

【００４０】また請求項２記載の発明によれば、オペレ
ータの指示によりテスト信号発生器からテスト信号を発
生し開度指令に加えてプロセス同定部に入力しプロセス
の動特性を推定するので、プロセス側に白色ノイズなど
が無い状態のときでもプロセスの動特性を同定し常に安
定した圧力制御を行うことができる。

【００４１】請求項３記載の発明によれば、オペレータ
によって圧力設定値の変更操作が行われたときに初めて
可変圧力制御器が圧力制御指令を可変するので、プロセ
ス側で急激に抽気圧力が変化したときなどにオペレータ
側からの指示で抽気圧力を制御することができる。

【００４２】このように本発明によれば、プラントの運
転状態の変化によりプロセスの動特性が変化したとして
も、常に最適な圧力制御指令が出力されてタービン圧力
が制御されるので、常に安定したタービンの圧力制御を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施形態のタービン制御装置
の構成を示す図。

【図２】このタービン制御装置においてプロセスのＡＲ
ＭＡモデルを推定する同定動作を説明するための図。

【図３】本発明に係る第２実施形態のタービン制御装置
の構成を示す図。

【図４】本発明に係る第３実施形態のタービン制御装置
の構成を示す図。

【図５】従来のタービン制御装置の構成を示す図。

【符号の説明】

１、４、８、１０、１４、２２…加算器、２、１１、１
５…乗算器、３…負荷設定積分器、５…低値選択器、６
…負荷制限積分器、７…配分比演算器、１２…開度検出
器、１３…加減弁、１６…開度検出器、１７…抽気加減
弁、１８…プロセス同定部、１９…制御定数決定部、２
０…可変圧力制御器、２１…テスト信号発生器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タービンへ抽気する抽気加減弁への開度
   指令を出力する配分比演算器と、 前記配分比演算器から出力された前記開度指令と前記タ
   ービンから実際に得られた抽気圧力とから、開度指令変
   化に伴う抽気圧力の変化に関するプロセスの動特性を推
   定するプロセス同定部と、 前記プロセス同定部により推定されたプロセスの動特性
   から圧力制御定数を決定する制御定数決定部と、 前記制御定数決定部により決定された圧力制御定数に応
   じて圧力制御指令を可変して前記配分比演算器へ出力す
   る可変圧力制御器とを具備したことを特徴とするタービ
   ン制御装置。
2. 【請求項２】 タービンへ抽気する抽気加減弁への開度
   指令を出力する配分比演算器と、 前記配分比演算器から出力された前記開度指令と前記タ
   ービンから実際に得られた抽気圧力とから、プロセスの
   動特性を推定するプロセス同定部と、 前記プロセス同定部にプロセスの特性を推定させるため
   に所定のテスト信号を前記開度指令に加算する加算手段
   と、 前記プロセス同定部により推定されたプロセスの動特性
   から圧力制御定数を決定する制御定数決定部と、 前記制御定数決定部により決定された圧力制御定数に応
   じて圧力制御指令を可変して前記配分比演算器へ出力す
   る可変圧力制御器とを具備したことを特徴とするタービ
   ン制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２いずれか記載のタービ
   ン制御装置において、 前記可変圧力制御器は、 外部から変更が指示されたとき、前記制御定数決定部に
   より決定された圧力制御定数を取り込み、前記圧力制御
   指令を可変することを特徴とするタービン制御装置。