JPS58182430A - 複数台発電機の負荷一括制御方式 - 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】 本発明は、複数台のガスタービンおよび発電機からなる
プラントの員＃（出力）を一括して制御する方式に関す
る。ざらに−しくは、本発ＩＲは、負荷が変動する場合
における起動停止損失、部分負荷効率損失などの経済性
を考慮して、損失が最小となるような負荷パターン（台
数切換モード）を決定し、これに基づいてガスタービン
および発電機（サイクル）の起動停止を実行する＊ａ台
発電機の負荷一括制御方式ｌ【関する。

タービンおよび発電機よりなるサイクルが複数台で構成
８ｔする発電プラント、あるいはガスタービン、廃熱回
収ボイラ、〜蒸気タービンおよび発電機より構成される
廃熱回収コンバインドサイクルが複数台で構成８ｔ′Ｉ
るコンバインドサイクル発電プラント等において、複数
台の発電機負荷（出方）を、負荷（デマンド）の変動に
応じて、一括して制御する場合、従来は格別の基準なし
に、運転員の判断や感などによって、適宜に台数切換え
を行なっていた。

本発明の目的（才、サイクルの起動停止損失や部分負荷
効率損失などの全損失を考履して、全損失が最小となる
ような負荷パターン（台数切換モード）な決定し、こね
に基づいてサイクルの停止・起動制御を実行することの
できる複数台発電機の負荷一括制御方式を提供すること
にある。

本発明は、つぎのような考察に基づいてなされたもので
ある。

（１）　　タービン発電機は部分負荷では効率が低トす
る。特ＩＣ、コンバインドサイクルは、部分負荷では、
定格負荷に比べ効率低下が看しい。

（２）従って、被数台のタービン発電機或いはコンバイ
ンドサイクルからなるプラントでは、長時間低負荷で運
転する場合は最小台数で運転するのが望ましい。

（３）一方、台数切替する場合には、起動、停止時の損
失がある為、短時間の負荷降下ならば、台数切替をする
と、かえって損失が大きくなる。

（４）従って、降下負荷と、その継続時間と、その稜の
最終負荷ｌζ対し、可能な台数切替モードのそわぞわに
ついて全損失を計算し、切替台数を決定するのが最良で
ある。

前述の目的を達成するためＩζ、本発明のｊｌｌｌの手
法においては、 （イ）降下負荷および最終負荷に対する最小限台数を求
め、 （ｃ４　　停止台数および起動台数を、七４ぞゎ最大に
する場合およびそれ以下にする場合の各負荷パターン（
台蚊切遺モード）について、おのおの全損失（少なくと
も起動停止損失および部分負荷効率損失の和）を、予定
または予欄６れた降下負荷継続時間に関して求め、 （ハ）　おのおのの負荷パターンの全損失を比較し、全
損失が最小となる負荷パターンを決定し、に）前記決定
に基づいて各サイクルの停止および起動を実行する、 ようにしている。

また、本発明の第２の手法においては、（イ）降下負荷
および最終負荷に対する最小限台数を求め、 （ロ）停止台数および起動台数を、それぞれ最大にする
場合およびそれ以下にする場合の各負荷パターン（台数
切換モード）について、おのおの全損失（少なくとも起
動停止損失および部分負荷効率損失の和）を、降下負荷
継続時間の関数として求め、 Ｃ１任意の２つの負荷パターンにおける全損失が等しく
なゐような、降下負荷の臨界持続時間を求め、 に）実際の、または予＃ざむる降下負荷持続時間と萌紀
臨界持続時間とを比較することによって、前記降下負荷
持続時間に対する全損失の少ない方の負荷パターンを残
し、 （ｌ　＾む述の比較操作をつぎつぎに繰返すことによっ
て、全損失が最小となる一つの負荷パターンを決定する
、 ようにしている。

以下に、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

第１ｍｌは、通常のコンバインドサイクルの例であり、
ガスタービン１．廃熱回収ボイラ２．蒸気タービン３１
復水器４．給水ポンプ５．および発電機６を主たる機器
として構成される。

なお、第１図において、７は燃料調節弁、８４制御鉄置
、９は発電機出力検出器、１０は燃ａＳ緻検出感、１１
ｔＪプラント出力デマンド、　１２は発電機しゃ断器で
ある。

制御装置８は、プラント出力デマンド１１と、発電機出
力検出器９の信号とを比較し、−節出力を燃料調節弁７
へ出力する。つまり、通常のコンバインドサイクルにお
いては、発電機負荷（出力）はガスタービン燃側量によ
ってのみ制御ＩＩざわる。

複数台のガスタービン或いはコンバインドサイクルから
構成される発電プラントの電気系航の一例を第２図に示
す。図において、　ＴＲ，−ＴＲｎは各発電機Ｇ、％Ｇ
ｎの主変圧器である。

一般に、こむ等プラントの負荷デマンドは、中央給電指
令所から個別サイクル毎に与えられるのではなく、複数
台１プラントとしてｌデマンドが与えられゐ。

一方、ガスタービンまたはコンバインドサイクルの特徴
として、各サイクルは、その定格負荷では効率が高いが
、部分負荷では、効率の低）が大きいという性質がある
。

第３図は、ｎ台のコンバインドサイクルに対する負荷（
出力）と効率の関係を示すものである。

効率は縦軸で表わされ、上に行くほど効率が歳いことを
示している。

負荷がＬｌ　から−に降下する場合、ｎ台遍転を継続す
る場合は、動作点が点Ａから点りに移動し、効率の悪い
運転となるつじかし、負荷−に対し、台数を２台に減ら
し、点Ｂ１　　での運転とすれば、効率の良い運転とな
る。

＠４図は、プラント全針出力（デマンド）が、時刻ｔ１
からｔ！の関に、Ｌｌ　　から届　へ低下し、それから
ざらに時間Ｔ、が軽通した後の時刻１．からｔ４　　の
間に、再び稀に向けて増加する場合の例である。

このような場合、コンバインドサイクルの運転方法はい
ろいろ考えらねるが、代表的な３ケースを図示し、説明
する。

第１のケースは、台数切替なせず、全会で運転する方法
であり、個別サイクルの負荷は夷練Ｌｌで示８ｔ１ゐ。

第２のケースは、台数切替をする方法である。

この場合、停止サイクルはＬＯ（点線）で運転され、残
りの運転サイクルは出力の鳥い負荷Ｌ２（１点鎖線）で
運転される。第３のケースも、台数切替をする方法であ
る。しかし、嬉２のケースとは異なり、このケースで１
才、最終負荷Ｌｃに必要な最小台数は残し、夫々負荷Ｌ
３（２点−１ｌ）で運転し、他は停止させる。

夫々のケースの場合の全損失し。、（１、第４因の記号
を使ってあられせば、下記の式（１）の様になる。

”ａｍ　＝　Ｌｏｍｌ＋Ｌｏｓｇ ここで、Ｌｏｍｌ　　は、部分負荷効率損失Ｌ０８．は
、起動停止損失 りは、プラント負荷（但し起動停止機の起動停止操作期
間の負荷な除く） η（ｊ、プラント効率（但し起動停止機は含めない効率
） η、は、定格負荷時のプラント効率 には、比例定款 Ｎは、停正起−するコンバインドサイクル台数 ＱＦは、供給燃料の発熱量 智は、起動停止操作中の所内電力量の発熱量相当値 ｔは、起動停止操作中の発生電力量の発熱量相当値 −は、補助蒸気量の熱量 亀は、その他の起動停止損失の熱量相当なお、前述の部
分負荷効率損失し。、７は、定格負荷効率での燃料発熱
量に比べた部分負荷効暮燃利発熱量の増加分を意味する
。

また、起動停止損失し。。は、起動停止サイクルの停止
操作開始（負荷降下開始）から停止完了迄、停止期間中
及び起動操作開始から起動完了塩（目標負荷到達迄）の
損失を意味する。

停止・起動台数は、さきの説明の第１〜第３のケースに
対し、代表的には、それぞれ次の様になる。

（１）第１ケース（台数切替無し） 停止台数Ｎ８Ｄ−０ 起動台数Ｎ８１＝−−Ｎ、・・（〜〉）の場合）−〇　
・・・・・・・・べＮ４≦Ｎ、の場合）（２）第２ケー
ス（最大限の台数切替）停止台数Ｎｓｏ”Ｎｐ−１”Ｊ
ｍ 起動台＠Ｎ３７＝〜−一 ＋３１ｇ３ケース（最終負荷に相当する台数迄台数削減
）停止台数ＮＳＤ　−Ｎ、　−ＮＢＩ　（但しＮ−≧−
の場合） 起動台数Ｎ、Ｔ−０・・−・・　（障≦Ｎｐの場合）工
〜−Ｎ、・・・（〜＞Ｎ、の場合） ここで、Ｎｐ１１．現在運転台数 ＮＭ７１１は、最終負荷Ｌｃを出力するのに必要な最小
限の台数 Ｎ−才、降下負荷Ｌｂを出力すゐのに必要な最小限の台
数 又、前述の第１〜第３のケースに対応した全損失を、そ
れぞｔｌＬｏ、、　ｌ　Ｌｏ、２．　Ｌｏ、、とすると
、このうち最小のものに対応した負荷パターン（台数切
替モード）１に選べば、要求負荷デマンドに対応する最
適な運転方式が得られる２゜ ＩＡｓ図は、これを具体的に実現する制御装置（資）で
あり、現在負荷Ｌ＆、降下負荷−２再変化負荷Ｌｅ。

降下負荷の＊Ｍ時間Ｔ２．および現在運転台数Ｎｐが外
部から与えられる。

制御装置８０の出力は、各サイクルへの負荷指令及び起
動、停止褐令等である。なお、制御１ｋ１８０としては
、前記（１）式の演算ができるものであわばよく、任意
の構成の演算装置が採用可能である。

各コンバインドサイクルの効＊特性（才、負荷に対応し
た特性として、あらかじめ制御装置８０　に記憶させて
おく事も出来るし、あるいはまた、経年変化や環境条件
の変化を勘案し、計算させる事も出来る。

又、起動、停止に伴なう燃料量発熱量ｑｆ　ｒ起動停止
操作中の所内電力量の発熱量相嶺値ｑｌ　ｒ起動停止操
作中の発生電力量の発熱量相尚値ｑＬ。

および補助蒸気量の熱量ｑ、は、あらかじめ制御装置８
０に記憶ぎせておく事も出来るし、起動、停止のモード
に応じて、計算させる事も出来る。

この他、起動停止の損失として、ガスタービンの痔命損
失、薬液注入損失、補給水損失等をも、価格を勘案して
発熱量相幽値に変換すわば、これ等の損失金て奄考慮し
た最適な運転方式が選択出来ることは、いうまでもない
。

１ＩＩ４６図は、ガスタービン１−１〜ｌ−ｎ、及び真
熱回収ボイラ２−１〜２−ｎと夫々の廃熱回収ボイラの
発生蒸気を蒸気ヘッダ１６で集合し、全体に共通の蒸気
タービン１４に前記蒸気を供給し、Ｓ気タービン発電ｌ
ｌ１１５を駆動する形式のコンバインドプラントの概略
図である。

この場合は、図からも明らかなように、各ガスタービン
１−１〜１−ｎに夫々対応する発電機１３−１−１３−
ｎと、蒸気タービン発電機１５が設けられる。

＠６１ｉ！ｌの場合に於いても、前述の式（１）による
損失計算は成立する。そわ故に、ガスタービン台数切替
なしない場合と、する場合の経済性を、式（１）の演算
ＩＩＩ釆に基づいて比較し、最適な運転方式を選択する
ことが出来る。

つぎに、第４図のように負荷が現在値から一旦減少し、
その後再び増大すると予ｍδわる場合の、コンバインド
サイクルの起動停止台数決定の具体的手法（制御装置８
０における演算手法）についてｔ１５！明する。

なお、前述の説明におけると同様に、現在負荷Ｌ１にお
ける運転台数を）、降下負荷−を出力するのに必要な最
小限の台数な−１また最終（再変化）負荷Ｌｅを出力す
るのに必要な最小限の台数をｐ−φと仮定する。

（１）まｒ、降下Ｌｂおよび最終負荷ＬｃＩＣ対する最
小限台数−２Ｎ４をそわぞね演算する。

これは、それぞれの負荷（デマンド）奮、１台のコンバ
インドサイクルの定格負荷で除算することによって、容
易に求めることができる。

（２）運転台数を）→Ｎ７→〜とする場合、すなわち、
停止台数および起動台数を、そわぞれ最大値ＩＣする場
合について、式（１）に基づいて全損失（少なくとも起
動停止損失と部分負荷効庫損失の和）を演算する。

（３）つづいて、−および〜をそれぞわｌずつ増加し、
停止または起動台数を減らした場合のすべての負荷パタ
ーン（台数切換モード）について、全損失を武（１）に
基づいて演算する。

（４）以上のようにして求めた全損失のうち、最小のも
のに相当する負荷パターン（台数切替モード）奄採用し
、これに基づいてコンバインドサイクルの起動停止を制
御する。

前述の説明において、　Ｎ、が６台、−が２負陶が４台
であったと仮定し、１ＩＩｌ述の手法奄、６らに具体的
に説明すると、つぎのようになる。

すなわち、１８１表に示す８つのケースについｌそれぞ
れ全損失を演算した後、それぞれのケースに対する全損
失を比較し、最小のものを、実際の負荷または台数切換
方式として採用する。

ｗ４　１　　表 Ｎ、　　−Ｎｍ　　−〜 （イ１５−２−４ （ｃ４６−３−４ ＧＩ）６−４−４ に）　　　６　　−　　５　　−　　４（ホ）　　　６
−６−４ （へ）　　　６−Ｆｉｒ−５ （１−１６−６−５ チ　　　６−６−６ ＩＩ際の負荷パターン（台数切換モード）を決定する手
法としては、前述の外に、以下のような方法も可能であ
る。

降下負荷Ｌｂｉｓよび最終負荷Ｌｃ　が与えられるか、
想定８ｔ′Ｉる場合、それぞわの負荷パターンに対する
全損失は、式（１）から分るように、降下負荷ＬｂＯ１
持続時間Ｔ、の関数となる。

そこで、１台を起動停止する場合と（１＋ｊ）台を起動
停止する場合の、２つの負荷パターン（台数切換モード
）を仮定し、それぞれの全損失り、ｓａ）　。

Ｌｏｍ（ｔ＋ｊ）　　を時間Ｔ８　の関数として、Ｌｏ
ｍｉｌ　　　”　Ｆ、　　（’ｒ、　）Ｌｏｇ（ｉ＋ｊ
）　　＝　Ｆｉｒｊ　（Ｔ！　）であられし、 Ｆ、（Ｔ、：しＦＨ４（Ｔ怠） となるような、降下負荷稀の臨界持続時間Ｔ！。

を求める。

通常の場合、起動停止損失はほぼ一定値であり、一方、
部分負荷効率損失は時間Ｔ２と共に増加する９、さらに
、その増加率は、部分負荷で運転′８ｒするコンバイン
ドサイクルの台数が多いほど大となる。

それ故ｌＣ１実際の、または予鉤される降下負荷持続時
間　Ｔ８を、前記のようにして求めた臨界持続時間Ｔ！
ｏと比較し、Ｔ！　がＴ’ｇｏより大であるときはｉ＋
ｊ）台を起動停止するパターンを採用し、反対にＴ３が
ＴＩＯより小であるときは、１台のみを起動停止するパ
ターンを採用するよう６ζすわば、全損失を小さくする
ことができる。

したがって、前記１および（１＋ｊ　）をすべてのケー
スに当てはめて、２つずつのケースについて順次に臨界
持続時間を求め、全損失の小さい負荷パターンを残して
行けば、最終的に、全損失が最小となる負荷パターンを
求めることができる。

以上の説明から明らかなように、本発明は、（１）予想
されるすべての負荷パターン（台数切換モード）につい
て、それぞれ全損失を演算し、全損失が最小となる負荷
パターンを選択＼ するか、あるいは、 （２）全損失を、降下負荷持続時間の関数として求め、
ある２つの負荷パターンの全損失を等しくするような臨
界持続時間を実際の（または予調される）降下負荷持続
時間と比較した結果に基づいて、前記障子負荷持続時間
の場合に全損失の少ない方の負荷パターンを残し、ＷＡ
すれた負荷パターンと第３の負荷パターンに関して同様
の判定を行ない、これをくり返すことＣζよって全損失
が最小の負荷パターンを求めるか、 するものである。

したがって、本発明によれば、全損失を考慮した経済性
の＾い台数切換方式（負荷制御方式）を実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

＃１１１１１Ｊフンバインドサイクルの構成ｆ％を示す
ブロック図、第２図は、複数台発電機の電気系統を示す
概略図、Ｉｓ３図は、複数台コンバインドサイクルのプ
ラント効率特性を示す図、第４図ＩＪ負荷変化させた場
合の各サイクル負荷の時間的変化の一例を示す図、第５
図は、本発明の制御方式を具体化する制御装置の入出力
査示す図、１ｆＩａ図は、多軸皺フンバインドサイクル
の構成例を示すブロック図である。 １・・・ガスタービン、２　・廃熱回収ボイラ、３・・
蒸気タービン、４・・・復水器、５・・・給水ポンプ、
６・・・発電機、７・・・燃料調節弁、８．８０・・制
御装置 代理人弁理士　平　木　道　人 ＋ｉ図 才　２　　図 第３図 才４図 才５図 ２６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）そわぞわがガスタービン、およびこれによって駆
   動８ｔＩる発電機よりなる複数のサイクルに、一括して
   出力デマンドを与え、負荷制御を行なうプラントにおい
   て、負荷が現在値から一旦降下負荷まで減少し、ある時
   間ＩＩＡ続した後に再び最組再変化）負荷まで増加する
   場合の、複数台発電機の負荷一括制御方式であって、 （イ）降下負荷および最終負荷に対する最小限台数を求
   め、 （ロ）停止台数および起動台数を、そわぞわ歳末にする
   場合、およびそれ以下にする場合の各負荷パターン（台
   数切換モード）について、おのおの全損失（少なくとも
   起動停止損失および部分負荷効率損失の和）を求め、 ｆ→　おのおのの負荷パターンの全損失を比較し、全損
   失が最小となる負荷パターンを決定し、に）　―記決定
   に基づいて各サイクルの停止および起動を奥行する、 ことを特徴とする複数台発電機の負荷一括制御方式。
2. （２）　　そわそわかガスタービンおよびこれによって
   暴動される発電機よりなる複数のサイクルに、一括して
   出力デマンド奄与え、負荷制御を行なうプラントにおい
   て、負荷が現在値から一旦降下負荷まで減少し、あゐ　
   　時間継続した後に再び最終（再変化）負荷まで増加す
   る場合の複数台発電機の負荷一括制御方式であって、 ビ）篩下負荷および最終負荷に対する最小限台数を求め
   、 ｌｏｔ　　停止台数および起動台＃を、それぞれ最大に
   する場合およびそれ以下にする場合の各負荷／ｌ’−７
   （台ａ切換モード）について、おのおの全損失（少なく
   とも起動停止損失および部分負荷効率損失の和）を、降
   下負荷継続時間の関数として求め、 （ハ）任意の２つの負荷パターンにおける全損失が等し
   くなるような、降下負荷の臨界持続時間を求め、 に）実際の、または予＃ｊされる降下負荷持続時間と前
   記臨界持続時間とを比較するととｌζよって、前記降下
   負荷持続時間に対する全損失の少ない方の負荷パターン
   な残し、 （ホ）　前記に）に詔いて残された負荷パターンと第３
   の負荷パターンとに関して、前記ｅ→およびに）の操作
   をくり返すことにより、最終的に全損失が最小となる負
   荷パターンを決定し、 （へ）　前記決定に基づいて各サイクルの停止および起
   動を実行する、 こと１に％像とする複数台発電機の負荷一括制御方式。