JPS6151129B2

JPS6151129B2 -

Info

Publication number: JPS6151129B2
Application number: JP2281979A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Kuwata
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-02-28
Filing date: 1979-02-28
Publication date: 1986-11-07
Also published as: JPS55114812A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は蒸気プラントの制御方法に係り、特に
火力発電所における蒸気プラントの蒸気源、船等
の動力用蒸気源及び工場における蒸気供給源等に
適用される蒸気プラントの制御方法に関する。

一般に、蒸気プラントにおいて、各種条件の中
である量が変化したり、また逆にある量を変化さ
せたりすると、これに追従して他の量が変動する
が、これらの量の中には、変動の初期に一旦逆方
向に変化する一時的逆応答特性で関係づけられて
いる量があり、蒸気プラントの制御を難しくして
いる。

今、火力発電プラントを例にとつて説明する
に、負荷要求、即ち電力要求の変化に応じてプラ
ントを制御する方法としては、タービン追従方
式、即ち蒸気流量を調節する方式やボイラ追従方
式、即ち燃料を調節する方式、さらには協調制御
方式等が知られている。

そして、タービン追従方式では、出力に対する
要求量が増加すると、まずボイラでの燃焼量を増
大させ、蒸気圧力の上昇にしたがつて蒸気加減弁
を開き、蒸気流量を増加させるので、ボイラ状態
は比較的安定しているが、反面燃焼や伝熱遅れな
どにより負荷変化に対する追従性が悪いという欠
点を有する。

これに対して、ボイラ追従方式では、出力に対
する要求量が変化すると、まず蒸気加減弁を操作
して蒸気流量を変化させ出力を要求量に追従さ
せ、これにより生ずる蒸気圧力の変動を補償する
ようにボイラでの燃焼量を増減するため、負荷変
化に対する追従性はよいが、反面ボイラに無理が
かかり、蒸気圧力や蒸気温度やドラム水位が大き
く変動し、負荷変化に対する追従性が制約を受け
るという問題点がある。

このため、出力に対する要求量の変化に応じ
て、蒸気加減弁を操作すると同時に、新しい整定
状態での蒸気流量に対応する燃焼量や給水量を物
質収支や熱収支から求め、これらを同時に増減す
る協調制御方式が採られることがある。しかし、
この方式はあくまでも定常状態での諸量のバラン
スを確保することに主眼があり、動的には燃焼や
伝熱遅れを幾分かでも補償するため不完全微分要
素、即ち位相進み要素を挿入し、位相を進める程
度であつた。このため、ある定常状態から別の定
常状態に移る過渡過程で、ボイラの諸変数が大き
く変動し負荷に対する追従性を高めることができ
ない場合があつた。

この様な現象には、蒸気流量や燃焼量変化によ
り一時的に生じる蒸気温度がドラム水位の逆応
答、あるいは過熱器注水量の変化により一時的に
生じる蒸気圧力の逆応答等が充分に補償されてい
ないことにも１つの原因があつた。

従つて、本発明の目的は上記従来技術の欠点を
なくし、蒸気プラントの過渡過程でも負荷に対す
る追従性を十分に確保し得る蒸気プラントの制御
方法を提供するにある。

更に詳細には、本発明は蒸気プラントの過渡過
程における諸量の一時的な逆応答特性を補償する
様なフイードフオワード制御器を用いて、蒸気プ
ラントに存在する一時的逆応答特性プロセスを制
御することにより、ボイラ等の諸変数の変動を抑
え、負荷追従性を向上し得る新規の蒸気プラント
の制御方法を提供するものである。

以下、図面に従つて本発明を更に詳細に説明す
る。

今、蒸気プラントにおける蒸気流量を、例えば
ステツプ状に変化させた場合のドラム水位及び蒸
気温度の応答性についてこれを第１図の特性図に
示す。ちなみに、第１図中Ａは蒸気流量、Ｂはド
ラム水位、Ｃは蒸気温度である。第１図からも明
らかな如く、蒸気流量の増加に対し、ドラム水位
並びに蒸気温度は一旦逆方向に変化する一時的逆
応答性を示す。

この現象をドラム水位について説明すると、蒸
気加減弁開度や燃焼量を増加させると、飽和水は
直ちに気化し気ほうが急激に増加するので、ドラ
ム水位は一時的に上昇する。しかし、気ほうの量
が整定した後は蒸発量が増加した分だけ保存水が
徐々に減るため、ドラム水位が下がることとな
り、結局、一時的逆応答性を生じるものである。

一方、蒸気温度に関しては、燃焼量や蒸気加減
弁開度が急増すると、大量の蒸気が短時間に過熱
部に流入するため蒸気温度は一時低下する。しか
し、燃焼量の急増の場合、その後入熱量の増加に
見合つて蒸気温度が上昇し、また蒸気加減弁開度
急増の場合には、蒸気圧力低下や接触伝熱量の増
加により蒸気温度が上昇するため、一時的逆応答
現象を生じるものである。

また、給水量や過熱器注水量を増加すると、蒸
気量の増大により蒸気圧力が上昇するが、やがて
水量に較べて入熱量が不足し蒸気圧力が低下し、
一時的逆応答現象を生ずるものである。

従つて、以上述べたような、蒸気プラントにお
いて過渡的に発生する一時的な逆応答現象が制御
量の変動となつて現われないような制御方法を採
ることによつて安定でしかも良好な負荷追従性を
実現することが出来るものである。

第２図ａ〜ｆは本発明の一実施例に係る蒸気プ
ラントの制御方法を説明するための具体例を示す
系統図で、同図中２は送出蒸気量の増減手段、３
は入熱量の増減手段、４は給水量の増減手段、５
は入熱量に対応する信号を発信する手段、６は過
熱器注水量の増減手段、７は給水量及び入熱量を
増減する手段、８は負荷要求量、９は過熱器注水
量指令、１０は負荷要求量あるいは入熱量の情
報、１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆは一時
的逆応答特性を補償する制御器をそれぞれ示すも
のである。

なお、第２図ａ〜ｆはそれぞれ諸量の変動に対
する各種の量の逆応答特性の補償に関して個別に
説明するものであり、具体例を例示するものであ
る。以下、それぞれの作用について詳述する。

第２図ａは、負荷要求量８により送出蒸気量の
増減手段２を操作すると共に、一時的逆応答特性
を補償する制御器１ａで、入熱量の増減手段３を
操作し、送出蒸気量の変化によつて生じる蒸気温
度の変動を制御する方法について例示するもので
ある。

第２図ｂは、負荷要求量８により送出蒸気量の
増減手段２を操作すると共に、一時的逆応答特性
を補償する制御器１ｂで、給水量の増減手段４を
操作し、送出蒸気量の変化によつて生じるドラム
水位の変動を制御する方法について例示するもの
である。

第２図ｃは、入熱量に対応する信号を発信する
手段５から得られる入熱量の変化情報に基き、一
時的逆応答特性を補償する制御器１ｃで、送出蒸
気量の増減手段２を操作し、入熱量の変化によつ
て生じる蒸気温度の変動を制御する方法について
例示するものである。

第２図ｄは、入熱量に対応する信号を発信する
手段５から得られる入熱量の変化情報に基き、一
時的逆応答特性を補償する制御器１ｄで、給水量
の増減手段４を操作し、入熱量の変化によつて生
じるドラム水位の変動を制御する方法について例
示するものである。

第２図ｅは、蒸気温度による加熱器注水量指令
９に基き、過熱器注水量の増減手段６を操作する
と共に、この指令に基き一時的逆応答特性を補償
する制御器１ｅで、給水量および入熱量の増減手
段７を操作し、注水量の変化によつて生じる蒸気
圧力のある変動を制御する方法について例示する
ものである。

第２図ｆは、負荷要求量あるいは入熱量の情報
１０に基き、給水量の増減手段４を操作すると共
に、一時的逆応答特性を補償する制御器１ｆで、
送出蒸気量の増減手段２を操作し、給水量の変化
によつて生じる蒸気圧力の変動を制御する方法に
ついて例示するものである。

次に、第２図に示した一時的逆応答特性を補償
する制御器１ａ〜１ｆについて説明する。

一時的逆応答性をもつた典形的なプロセスを第
３図ａのブロツク図に示す。同図中１１は外乱、
１２は操作量、１３はＧ_N（ｓ）の伝達特性、１
４はＧ_P（ｓ）の伝達特性、１５は操作量をそれ
ぞれ示すものである。ちなみに、ｓはラプラス演
算子である。

さて、かかるプロセスに於いて、その具体例と
してドラム水位系のプロセスを第３図ｂに示す。
同図中、１１ａは第３図ａに於ける外乱１１とし
ての蒸気流量、１２ａは第３図ａに於ける操作量
１２としての給水流量、１３ａは第３図ａの伝達
特性１３に対応するＫ／１＋Ｔ_２ｓの一次遅れ特性、１４ａは第３図ａの伝達特性１４に対応する１／Ｔ_１ｓの積分特性、１５ａは第３図ａの制御量１５に相当
するドラム水位をそれぞれ示すものである。ちな
みに、T₁はドラム水位の時定数、T₂は水循環の
時定数である。

次に、第３図ａ，ｂに従つて一時逆応答特性に
ついて説明する。

今、外乱１１となる蒸気流量１１ａがステツプ
状に変化すると、飽和水が直ちに気化し、気飽が
急増し、時定数T₂の一次遅れ特性１３ａ、即ち
伝達特性１３がＧ_N（ｓ）＝１／１＋Ｔ_２ｓ …(1) で、ドラム水位を蒸気流量１１ａに対応する水位
まで上昇させようとする。一方、蒸気流量１１ａ
が増加すると、蒸発量が増加した分だけ保有水が
徐々に減少し、時定数T₁の積分特性１４ａ、即
ち伝達特性１４がＧ_P（ｓ）＝１／Ｔ_１ｓ …(2) で、ドラム水位を下降させようとする。このた
め、操作量１２である。給水流量１２ａを一定に
保つたままであれば、制御量１５であるドラム水
位１５ａは一時的逆応答変動をすることとなる。

かかる一時的逆応答変動に対しては、第２図ａ
〜ｆに示した一時的逆応答特性を補償する制御器
１ａ〜１ｆを用いて、外乱１１により発生しよう
とする逆応答変動を打ち消す波形の操作量を外乱
１１の波形に基いて発信し、これを制御対象プロ
セスに加えることにより、逆応答特性に基く変動
を発生させないようにすることが出来る。

第４図ａは第３図ａに示す如きプロセスに対処
すべく構成された本発明の一実施例に係る蒸気プ
ラントの制御方法のプロセス系統図で、第２図ａ
〜ｆの制御器１ａ〜１ｆのプロセスに対応するも
のである同図中６は入力信号の受信要素、１７は
Ｇ（ｓ）の伝達特性要素である。ちなみに、前記
伝達特性Ｇ（ｓ）は第３図ａに示した伝達特性Ｇ
_N（ｓ），Ｇ_P（ｓ）に対してＧ（ｓ）＝△／Ｇ_Ｎ（ｓ）／Ｇ_Ｐ（ｓ） …(3) なる特性で表わすことが出来るものである。

また、第４図ｂは第３図ｂの如きプロセスに対
処すべく構成された制御器のプロセス系統図で、
同図中１６ａは第４図ａの入力信号の受信要素１
６に対応する蒸気流量受信要素、１７ａは第４図
ａの伝達特性要素に対応するＫＴ_１ｓ／１＋Ｔ_２ｓの不
完全微分要素である。

次に、第４図ａ，ｂに従つて本実施例の効果に
ついて説明する。

即ち、外乱１１が受信されると、受信要素１６
に於いては、この受信入力をこの制御器に適した
信号に変換し、減算要素を送出する。前記減算要
素を入力された伝達特性要素はＧ（ｓ）に従つて
信号変換を行なうが、この出力信号は前記受信要
素１６の出力から減じられ、制御対象プロセスに
対する操作量１２として出力される。

これを、具体的にドラム水位系に対応ずける
と、伝達特性要素１７ａの特性は、ＫＴ_１ｓ／１＋Ｔ_２ｓなる不完全微分特性であり、従つて蒸気流量１１ａの
単位ステツプ変化に対するこの制御プロセスの発
信する操作量、即ち給水流量１２ａの波形は第５
図の特性図に示す如き形で得られるものである。
ちなみに、第５図中、横軸は時間、同図ａは蒸気
流量１１ａ、同図ｂは給水流量１２ａにそれぞれ
対応するものである。

以上述べた如く、第４図ａに示す如き制御プロ
セスを適用すれば、第３図ａの系における伝達特
性Ｇ_N（ｓ）を介して制御量１５に影響する変動
分に対しては、これを打消す信号を特性Ｇ（ｓ）
の伝達特性要素１７で発生し、伝達特性Ｇ_P
（ｓ）を介して制御量に影響する変動分について
は、これを打消す信号を入力信号の受信要素１６
の出力を直接に減算要素に送ることにより生成す
るので、第３図ａの如き一次的逆応答特性をもつ
たプロセスを完全に制御し得るものである。

なお、第５図の波形からも明らかな如く、外乱
１１の変化速度が早い場合や、伝達特性Ｇ_P
（ｓ）の時点数が大きい場合には、操作量１２の
波形の最初の部分がインパルス状となり、操作端
をこの様な波形では駆動出来ない場合がある。

この様な場合は、第６図のプロセス系統図に示
す如き、本発明の他の実施例に係る蒸気プラント
の制御方法のプロセスを適用すれば対処し得るも
のである。同図中、１８は係数αを設定する係数
要素、１７ｂはむだ時間Ｌを考慮してＧ（ｓ）・
e^-LSの特性に設定された伝達特性要素である。

かかるプロセスに於いて、係数α並びにむだ時
間Ｌを適宜値に設定すれば、操作量１２として操
作端の応答性を考慮した出力を得る事が出来るも
のである。即ち、入力信号の受信要素１６の出力
を係数器１８でα倍し、これを加算要素で前記受
要素１６の出力に加算し、更に、この加算出力を
伝達特性要素１７ｂに入力すると共に前記伝達特
性要素１７ｂの出力から前記加算出力を減算し
て、これを操作量１２とすることにより、総合伝
達関数ＧとしてＧ＝（１＋α）Ｇ（ｓ）・e^-LS−α …(4) を得ることが出来るものである。その結果、外乱
１１に対して、第７図に示す如き操作量１２の出
力を得ることが出来る。ちなみに、第７図中、横
軸は時間、同図ａは外乱１１、同図ｂは操作量１
２にそれぞれ対応するものである。

なお、(4)式中、むだ時間Ｌ、係数α、伝達特性
Ｇ（ｓ）としそれぞれ、Ｌ＝０ …(5) α＝ＫＴ_１／Ｔ_２−１ …(6) Ｇ（ｓ）＝１／１＋Ｔ_２ｓ …(7) を設定すれば、総合伝達特性ＧはＧ＝１−Ｔ_１ｓ／１＋Ｔ_２ｓ …(8) となり、第４図ｂの伝達特性要素１７ａの特性と
等価なものとなる。

上記各実施例に於いては、蒸気プラントの制御
に当つて、一時的逆応答特性を補償するための具
体的なプロセススを例示したが、本発明の実施は
これらのプロセスに限定されるものではなく、プ
ロセスの一時的逆応答特性に対してこれを補償し
得るプロセスであれば如何なる方法でも適用可能
である。

なお、第８図のプロセスブロツク図に示す如
く、外乱１１が符号反転特性を含む関数Ｇ_D
（ｓ）の伝達特性１９を介して入力されると共に
操作量１２が関数Ｇ_M（ｓ）の伝達特性２０を介
して与えられる様な場合、これらの特性を補償す
るには、一時的逆応答特性を補償する制御器の前
段あるいは後段、または該制御器の信号入力部あ
るいは信号出力部に伝達特性Ｇ_Ｄ（ｓ）／Ｇ_Ｍ（ｓ）の
要素を挿入すれば、十分な一時的逆応答特性の補償が可能で
ある。

以上述べた如く、本発明によれば、従来負荷変
化等により発生していたプロセス諸量の変動を大
幅に抑えることが可能となり蒸気プラントの制御
性を高めると共に安定した操業を可能ならしめ、
更に急激な負荷変化に対する追従性を向上させ、
外部状況変化に対する適応性の高い蒸気プラント
を実現し得る新規の蒸気プラントの制御方法を得
る事が出来るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ〜Ｃは蒸気プラントの一時的逆応答性
を説明するための特性図、第２図ａ〜ｆは本発明
の一実施例に係る蒸気プラントの制御方法を説明
するための具体例を示す系統図、第３図ａ，ｂは
一時的逆応答性をもつたプロセスのブロツク図、
第４図ａ，ｂはそれぞれ第３図ａ，ｂのプロセス
に対処すべく構成された本発明の一実施例に係る
蒸気プラントの制御方法のプロセス系統図、第５
図ａ，ｂは第４図ａのプロセスの作用を説明する
波形図、第６図は本発明の他の実施例に係る蒸気
プラントの制御方法のプロセス系統図、第７図
ａ，ｂは第６図のプロセスの作用を説明する波形
図、第８図は本発明の変形例を説明するためのプ
ロセスブロツク図である。１１…外乱、１２…操作量、１５…制御量、１
６…受信要素、１７…伝達特性要素。

Claims

【特許請求の範囲】１蒸気プラントの諸量中、一時的逆応答特性を
生じる様な外乱に対して、制御量に生じようとす
る変動を打消す様な操作量を発生せしめ、一時的
逆応答特性を補償する事を特徴とする蒸気プラン
トの制御方法。２特許請求の範囲第１項に記載の蒸気プラント
の制御方法に於いて、前記外乱が蒸気流量の変化
で、前記操作量が蒸気要求量で、前記制御量が蒸
気温度である事を特徴とする蒸気プラントの制御
方法。３特許請求の範囲第１項に記載の蒸気プラント
の制御方法に於いて、前記外乱が蒸気流量の変化
で、前記操作量が給水流量で、前記制御量がドラ
ム水位である事を特徴とする蒸気プラントの制御
方法。４特許請求の範囲第１項に記載の蒸気プラント
の制御方法に於いて、前記外乱が入熱量の変化
で、前記操作量が蒸気流量で、前記制御量が蒸気
温度である事を特徴とする蒸気プラントの制御方
法。５特許請求の範囲第１項に記載の蒸気プラント
の制御方法に於いて、前記外乱が入熱量の変化
で、前記操作量が給水流量で、前記制御量がドラ
ム水位である事を特徴とする蒸気プラント制御方
法。６特許請求の範囲第１項に記載の蒸気プラント
の制御方法に於いて、前記外乱が過熱器注水量の
変化で、前記操作量が給水流量及び入熱量で、前
記制御量が蒸気圧力である事を特徴とする蒸気プ
ラントの制御方法。７特許請求の範囲第１項に記載の蒸気プラント
の制御方法に於いて、前記外乱が給水流量の変化
で、前記操作量が蒸気流量で、前記制御量が蒸気
圧力である事を特徴とする蒸気プラントの制御方
法。