JPS6211165B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の利用分野〕 本発明は火力発電プラントの変圧運転方法に係
り、特に、負荷レベルに応じて主蒸気圧力設定値
を大きく変化させるに好適な火力発電プラントの
変圧運転方法に関する。 〔発明の背景〕 近年の系統容量の増大および原子力発電容量の
増大に伴ない、従来はベース・ロード運転を行う
のみであつた大容量火力発電プラントが中間負荷
運転を強いられるようになつてきている。このた
め、中間負荷レベルにおける効率の向上及び負荷
追従性の向上の２つが特に重要な課題となるに到
り、解決策として主蒸気圧力を負荷レベルに応じ
て変化させる変圧運転方法が導入されるようにな
つた。以下、変圧運転方法について詳述する。 従来の大容量火力発電プラントは、ベース・ロ
ード運転用であつたため、定格負荷での効率の向
上が主目的であり、主蒸気圧力一定で運転するよ
うに設計されていた。このため、低負荷レベルで
も主蒸気圧力を一定に保つために給水ポンプの動
力損失が大きく、低負荷レベルでプラント効率が
低下するという問題があつた。また、主蒸気圧力
を一定に保つために低負荷レベルでの主蒸気流量
が小さくなり、プラント特性の非線形性が大きか
つた。このため、負荷追従性が悪くなると共に安
定な低負荷運転が困難になるという問題があつ
た。これらの問題を解決するために、主蒸気圧力
を負荷レベルに応じて変化させる変圧運転が導入
されるようになつて来た。 変圧運転の特徴は、 (1) 低負荷レベルで効率が良い。すなわち、低負
荷レベルで主蒸気圧力を低くするため必要なポ
ンプ動力が減少し、その分だけプラント効率が
向上する。 (2) 低負荷レベルで負荷追従性が良く、最低負荷
の低減と起動停止時間の短縮ができる。すなわ
ち、低負荷レベルで主蒸気圧力を低くするた
め、負荷が減少しても、主蒸気流量の減少を小
さくできる。このため、定圧運転時と比較して
非線形性が小さくなり、負荷制御が容易となり
負荷追従性が向上する。 (3) タービン・メタルの熱応力の緩和が期待でき
る。すなわち、変圧運転によつて、高負荷およ
び低負荷レベルでの蒸気流量の変化幅が小さく
なるので、タービン第１段後の蒸気温度の変化
が小さくなり、メタルに熱応力が発生し難くな
る。 以上の理由から、最近の中間負荷運転用火力発
電プラントには、変圧運転が採用されるようにな
つて来ている。 第１図は従来のボイラ制御システムを示すブロ
ツク図である。 第１図に示すように、ボイラ制御システムは、 (1) 負荷デマンド設定システム、 (2) 負荷制御システム、 (3) 圧力デマンド設定システム、 (4) 主蒸気圧力補償システム、 (5) 主蒸気温度補償システム、 (6) 給水流量制御システム、 (7) 燃料量制御システム、 (8) 空気流量制御システム等のサブシステムから
構成されている。 以下、各サブシステムについて詳述する。 (1) 負荷デマンド設定システム２００ 第２図は負荷デマンド設定システム２００を
示すブロツク図である。第２図において、中央
給電指令所から送られてきたELD（経済負荷
配分）信号およびAFG（自動周波数制御）信
号、ならびに負荷要求信号Ldを加算器５００
で加算する。ついで負荷変化率制限器５０１で
変化率上限値設定器５０２と変化率下限値設定
器５０３に設定されている上下限値と比較さ
れ、加算器５００の結果が上限値以上であれば
上限値が、下限値以下であれば下限値が、上下
限値内であれば加算器５００の結果そのものが
積分器５０４に印加される。積分器５０４で
は、入力に応じてその値を積分し負荷要求信号
Ldを決定する。実際のプラントに適用される
場合は、急速負荷しや断時の機能が付加される
が、ここでは本発明と直接関係がないので省略
している。 (2) 負荷制御システム (1)で示した該負荷要求信号Ldと負荷検出器
１００からの信号の差（減算器３００）をと
り、その偏差を基に加減弁コントローラ３０１
で比例・積分などの制御演算を施し、加減弁４
００を操作する。 (3) 圧力デマンド設定システム (1)で求めた該負荷要求信号Ldを用い、主蒸
気圧力設定器２０４で主蒸気圧力設定値Pdを
決定する。この主蒸気圧力設定値Pdは第３図
に示すように、負荷要求信号の関数で記憶する
ことによつて実現する。 (4) 主蒸気圧力補償システム 該主蒸気圧力設定値Pdと主蒸気圧力検出器
１０２の信号を用い、加算器２０６でその偏差
を取り、主蒸気圧力コントローラ２０８で比
例・積分制御を実施する。この主蒸気圧力コン
トローラ２０８の出力信号Pcは、後に説明す
る給水流量制御システム、燃料流量制御システ
ム、空気流量制御システムの各設定信号の補正
に用いられる。 (5) 主蒸気温度補償システム 先ず、主蒸気温度設定器２０９の出力信号と
主蒸気温度検出器１０３の出力信号を用い、減
算器２０１でその偏差を取り、次に、主蒸気温
度コントローラ２１１で比例・積分制御が実施
される。この主蒸気温度減算器２０１の出力は
後に説明する１次、２次スプレ制御システムの
デマンド信号の補正に、また、主蒸気温度コン
トローラ２１１の出力信号Tcは、後で説明す
る給水流量制御システムの設定信号の補正に用
いられる。 (6) 給水流量制御システム 先ず、第５図に示すような関数を持つ給水流
量設定器３０２で、負荷要求信号Ldに応じた
給水流量設定値を求め、これに主蒸気圧力コン
トローラ２０８の出力Pcと主蒸気温度コント
ローラ２１１の出力Tcとを加え、給水量要求
信号Fdを決定する。さらに、このようにして
決定された給水量要求信号Fdと主給水量検出
器１０４の出力を用い減算機３０４でその偏差
を取り、給水量コントローラ３０５で比例・積
分などの制御を実施する。また、この給水量コ
ントローラ３０５の出力は、給水ポンプが複数
個ある場合（図では２台の例を図示）、それぞ
れの給水量の要求信号となり、それぞれの給水
量検出器１１１，１１２の出力信号との偏差が
減算器３０６，３０８で取られ、給水ポンプ加
減弁コントローラ３０７，３０９で比例・積分
制御が実施され、給水ポンプ加減弁４０１，４
０２の操作により給水量制御が実現される。 (7) 燃料量制御システム 先ず、第６図に示す関数を持つ燃料量設定器
２１２で、負荷要求信号Ldに応じた燃料量要
求信号を求め、これと燃料量検出器１０５の出
力の偏差を取り、さらに、主蒸気圧力コントロ
ーラ２０８の出力Pcに係数器２２５で係数を
掛けた値で加算器３１０によつて補正する。次
に、この補正された偏差を用い、燃料流量調整
弁コントローラ３１１で比例・積分制御を実施
し、燃料調整弁４０３を操作する。 (8) 空気流量制御システム 先ず、第７図に示す関数を持つ空気量設定器
２１４で、負荷要求信号Ldに応じた空気量要
求信号を求め、この要求信号と空気量検出器１
０６の出力との偏差を減算器２１５で取り、さ
らに、その偏差を、主蒸気圧力コントローラ２
０８の出力Pcに係数器２２６で係数を掛けた
信号で加算器３１２において補正する。次に、
この加算器３１２で補正された偏差を用い、空
気量調節ダンパ・コントローラ３１３で比例・
積分制御を実施し、ダンパ４０４を操作する。 ところで、従来の変圧運転においては、上述の
ように主蒸気圧力の設定値Pdは負荷要求信号の
関数として与えられていた。負荷要求信号は第２
図に示すように中央給電指令所からのELD信号
にAFC信号を加えたものである。ELD信号は第
８図ａに示すように変化幅は大きいものの変化速
度の小さい信号である。また、AFC信号は第８
図ｂに示すように変化幅は小さいが変化速度の大
きい信号である。負荷要求信号はELD信号と
AFC信号を加えたものであるから第９図のよう
になる。 ここで、主蒸気圧力の設定値Pdを負荷要求信
号の関数として与える場合、第９図のよにELD
信号により、負荷のレベルを大きくゆつくり変え
る途中において、AFC信号により負荷を小刻み
に変化させるので、主蒸気圧力の設定値もゆつく
り大きく変化する成分と速く小刻みに変化する部
分との和から成る。このため、主蒸気圧力は設定
値に応じて小刻みに変化すると共に、負荷要求信
号と主蒸気圧力設定値の両方の変化による相乗効
果で給水流量、燃料量、空気量等の操作量の動き
が必要以上に大きくなるという問題がある。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、主蒸気圧力を安定に制御しう
る火力発電プラントの変圧運転方法を提供するに
ある。 〔発明の概要〕 上記目的を達成するため本発明は、発電プラン
トの出力を負荷要求信号に追従させて運転する場
合、安定かつ良好に主蒸気圧力を制御すると共
に、操作量のふらつきを抑えるために主蒸気圧力
の設定値を負荷指令のうち変化幅が大で且つ変化
速度の小さい成分の関数により与えるようにし、
操作量はELD信号とAFC信号を加えた負荷要求
信号により変化させるようにしたものである。 〔発明の実施例〕 以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明す
る。 第１０図は本発明の実施例のブロツク図であ
る。 中央給電指令から送られてきたELD信号及び
AFC信号から負荷デマンド設定システム２００
で負荷要求信号Ldを決定し、この負荷要求信号
Ldにより上述した各サブシステムに与える。一
方、基底負荷デマンド設定システム２１０で
ELD信号から基底負荷要求信号L′dを決定し、圧
力デマンド設定システムに与え、圧力デマンド設
定システムは、基底負荷要求信号L′dに基づいて
主蒸気圧力設定値を決定し、この主蒸気圧力設定
値を主蒸気圧力補償システムに与える。主蒸気圧
力補償システムは、主蒸気圧力設定値に基づいて
主蒸気圧力補償演算を行なう。 第１１図は負荷デマンド設定システム２００と
基底負荷デマンド設定システム２１０の構成を示
すブロツク図である。負荷デマンド設定システム
２００は、先ず中央給電指令所から送られて来た
ELD信号およびAFC信号と負荷要求信号Ldを加
算器５００で加算する。次に変化率制限器５０１
で変化率上限値設定器５０２と変化率下限値設定
器５０３に設定されている上下限値と比較され、
加算器５００の結果が上限値以上であれば上限値
が、下限値以下であれば下限値が、上下限値内で
あれば加算器５００の結果そのものが積分器５０
４に印加される。積分器５０４では、入力に応じ
てその値を積分し負荷要求信号Ldを決定する。
この負荷要求信号Ldは、上述した各サブシステ
ムに与えられる。これらのサブシステムの詳細は
第１図の例と同一であるので省略する。 一方、基底負荷デマンド設定システム２１０
は、先ず中央給電指令所から送られて来たELD
信号と基底負荷要求信号L′dを加算器５１０で加
算する。次に、変化率制限器５１１で変化率上限
値設定器５１２と変化率下限値設定器５１３に設
定されている上下限値と比較され、加算器５１０
の結果が上限値以上であれば上限値が、下限値以
下であれば下限値が、上下限値以上であれば加算
器５１０の結果そのものが積分器５１４に印加さ
れる。積分器５１４では、入力に応じてその値を
積分し、基底負荷要求信号L′dを決定する。この
基底負荷要求信号L′dは、圧力デマンド設定シス
テムに与えられる。 圧力デマンド設定システムは、この基底負荷要
求信号L′dを用い、主蒸気圧力設定器２０４で主
圧力設定値Pdを決定する。この主蒸気圧力設定
値Pdは第３図に示すように、基底負荷要求信号
L′dの関数で記憶することによつて実現する。主
蒸気圧力設定値Pdは、主蒸気圧力補償システム
に与えられる。主蒸気圧力補償システムは、主蒸
気圧力設定値Pdと主蒸気圧力検出器１０２の信
号を用い、加算器２０６でその偏差を取り、主蒸
気圧力コントローラ２０８で比例・積分制御を実
施する。この主蒸気圧力コントローラ２０８の出
力信号Pcは、給水流量制御システム、燃料流量
制御システム、空気流量制御システムの各設定信
号の補正に用いられる。 以上に述べたように、本発明の実施例によれ
ば、負荷レベルに応じて主蒸気圧力を変化させる
変圧運転方法において、発電プラントの出力を負
荷要求信号に追従させて運転する場合、主蒸気圧
力の設定値を大きくゆつくり変化するELD信号
のみにより決定される基底負荷要求信号L′dの関
数により与えるようにし、給水流量、燃料量、空
気量などの操作量をELD信号と小きざみに速く
変化するAFC信号を加えた信号により決定され
る負荷要求信号により変化させるので、主蒸気圧
力を大きくゆつくり変化させ、小きざみにふらふ
ら変化させるのを抑えることができると共に、負
荷要求の小きざみにふらふら変化する成分に対し
て負荷要求信号と主蒸気圧力設定値の両方の変化
による相乗効果を抑え、給水流量、燃料量、空気
量などの操作量の動きが必要以上に大きくなるの
を抑えることができる。 第１２図は本発明に用いる基底負荷デマンド設
定システム２１０の他の構成例を示すブロツク図
である。第１２図の構成例は第１１図の例のよう
に上下限設定器５１２，５１３を基底負荷デマン
ド設定システム２１０に設けることなく、負荷デ
マンド設定システム２００より供給するようにし
たものである。 第１３図は本発明に用いる基底負荷デマンド設
定システム２１０の第３の構成例を示すブロツク
図である。第１０図の構成例では、基底負荷要求
信号L′dをELD信号に変化率制限を施して決定す
るようにしたが、第１３図に示すようにELD信
号とAFC信号を加算した信号に変化率制限を施
して決定した負荷要求信号L′dを１次遅れ要素５
２０により、平滑化した信号を基底負荷要求信号
L′dとするようにしてもよい。また、平滑化には
１次遅れ要素でなくても、ローパスフイルターで
あれば何でもよい。 第１４図は本発明に用いる基底負荷デマンド設
定システム２１０の第４の例を示すブロツク図で
ある。第１４図の構成例はELD信号に変化率を
施した後、１次遅れ要素５２０を付加し、これに
より平滑化した信号を基底負荷要求信号L′dとし
たものである。なお、平滑化は一次遅れ要素を用
いる代りにローパスフイルタの機能を有するもの
ならどのようなものでも良い。 第１５図は本発明に用いる基底負荷デマンド設
定システム２１０の第５の構成を示すブロツク図
である。この構成例は、ELD信号とAFC信号を
加算した信号を負荷要求信号Ldとし、ELD信号
を基底負荷要求信号L′dとしたものである。 第１６図は本発明に用いる基底負荷デマンド設
定システム２１０の第６の構成例を示すブロツク
図である。この構成例は、ELD信号とAFC信号
とを加算した信号を負荷要求信号Ldとし、更
に、ELD信号を１次遅れ要素５２０により平滑
化した信号を基底負荷要求信号L′dとしたもので
ある。平滑化は１次遅れ要素に限らず、平滑機能
を有するものならどのようなものでも良い。 第１７図は本発明に用いる基底負荷デマンド設
定システム２１０の第７の構成例を示すブロツク
図である。この構成例は、ELD信号とAFC信号
とを加算した信号を負荷要求信号Ld、この負荷
要求信号Ldを１次遅れ要素５２０により平滑し
た信号を基底負荷要求信号L′dとしたものであ
る。 第１８図は本発明に用いる基底負荷デマンド設
定システム２１０の第８の構成例を示すブロツク
図である。この構成例は、ELD信号に変化率制
限を施した（第１１図の基底負荷デマンド設定シ
ステム２１０と同一構成）信号を基底負荷要求信
号L′dとし、この基底負荷要求信号L′dとAFC信
号とを加算器５２１で加算し負荷要求信号Ldと
したものである。 第１９図は本発明に用いる基底負荷デマンド設
定システム２１０の第９の構成例を示すブロツク
図である。この構成例は第１８図において、
AFC信号を加算器５２１に印加する途中に基底
負荷デマンド設定システム２１０と同一構成のも
のを設け、AFC信号を前記構成のシステム２１
０′を通して加算器５２１に印加し、負荷要求信
号Ldを得るものである。 〔発明の効果〕 以上述べたように本発明によれば、負荷レベル
に応じて主蒸気圧力を変化させる変圧運転方法に
おいて、発電プラントの出力を負荷要求信号に追
従させて運転する場合、主蒸気圧力を大きくゆつ
くり変化させ、小きざみにふらふら変化するのを
抑えることができるので、安定かつ良好な主蒸気
圧力特性を得ることができると共に、負荷要求の
小きざみにふらふら変化する成分に対して負荷要
求信号と主蒸気圧力設定値の両方の変化による相
乗効果を抑え、給水流量、燃料量、空気量などの
操作量の動きが必要以上に大きくなるのを抑える
ことができるという効果がある。したがつて、本
発明によれば、発電プラントの出力を負荷要求信
号に追従させて運転する場合、安定な主蒸気圧力
特性が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のボイラ制御システムの一例を示
すブロツク図、第２図は第１図のシステムの負荷
デマンド設定システムのブロツク図、第３図は主
蒸気圧力設定値特性図、第４図はタービン負荷デ
マンドに対する加減弁開度設定値特性図、第５図
は負荷要求に対する給水量設定値特性図、第６図
は負荷要求に対する燃料量設定値特性図、第７図
は負荷要求に対する空気量設定値特性図、第８図
ａはELD信号波形図、第８図ｂはAFC信号波形
図、第９図は負荷指令波形図、第１０図は本発明
の実施例を実現するための全体ブロツク図、第１
１図は本発明の実施例に用いる基底負荷デマンド
設定システムの構成例を示すブロツク図、第１２
図、第１３図、第１４図、第１５図、第１６図、
第１７図、第１８図、第１９図の各々は本発明の
実施例に用いる基底負荷デマンド設定システムの
構成例を示すブロツク図である。 １００……負荷検出器、１０２……主蒸気圧力
検出器、１０３……主蒸気温度検出器、１０４…
…主給水量検出器、１０５……燃料量検出器、１
０６……空気量検出器、２００……負荷デマンド
設定システム、２０４……主蒸気圧力設定器、２
０６……加算器、２０８……主蒸気コントロー
ラ、２０９……主蒸気温度設定器、２０１，２０
６，２１３，２１５，３００，３０３，３０４，
３０６，３０８，３１０，３１２，５００，５１
０，５２１……加算器または減算器、２１０……
基底負荷デマンド設定システム、２１２……燃料
量設定器、２１４……空気量設定器、３０１……
加減弁コントローラ、３０２……給水量設定器、
３０５……給水量コントローラ、３０７，３０９
……給水ポンプタービン加減弁コントローラ、３
１１……燃料調節弁コントローラ、３１３……空
気量調節ダンパコントローラ、４００……加減
弁、４０１，４０２……給水ポンプタービン加減
弁、４０３……燃料調節弁、４０４……空気量調
節ダンパ、５０１，５１１……変化率制限器、５
０２，５１２……変化率上限値設定器、５０３，
５１３……変化率下限値設定器、５０４，５１４
……積分器、５２０……１次遅れ要素。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 主蒸気圧力の変化により負荷を制御するボイ
   ラを備えた火力発電プラントの変圧運転方法にお
   いて、電力需要に応じて発せられる経済負荷配分
   信号及び自動周波数制御信号を含む負荷指令に基
   づいて負荷要求信号を得るとともに、上記主蒸気
   圧力の設定値を前記負荷指令のうち変化幅が大で
   且つ変化速度の小さい成分の関数として決定する
   ことを特徴とする火力発電プラントの変圧運転方
   法。 ２ 上記主蒸気圧力の設定値は、上記負荷指令の
   うちの経済負荷配分信号に変化率制限を施した信
   号に基づいて関数発生器により決定されるととも
   に、負荷要求信号は、上記負荷指令に変化率制限
   を施して得ることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の火力発電プラントの変圧運転方法。 ３ 上記主蒸気圧力の設定値は、上記負荷指令に
   変化率制限を施して得た負荷要求信号に１次遅れ
   要求を施した信号に基づいて関数発生器により決
   定されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の火力発電プラントの変圧運転方法。 ４ 上記主蒸気圧力の設定値は、上記負荷指令の
   うちの経済負荷配分信号に変化率制限ならびに１
   次遅れ要素を施した信号に基づいて関数発生器に
   より決定されることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の火力発電プラントの変圧運転方法。 ５ 上記主蒸気圧力の設定値は、上記負荷指令の
   うちの経済負荷配分信号に基づいて関数発生器に
   より決定されることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の火力発電プラントの変圧運転方法。 ６ 上記主蒸気圧力の設定値は、上記負荷指令の
   うちの経済負荷配分信号に１次遅れ要素を施した
   信号に基づいて関数発生器により決定されること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の火力発
   電プラントの変圧運転方法。 ７ 上記主蒸気圧力の設定値は、上記負荷指令を
   形成する経済負荷配分信号及び自動周波数制御信
   号に基づいて得た負荷要求信号に１次遅れ要素を
   施して得た信号に基づいて関数発生器により決定
   されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の火力発電プラントの変圧運転方法。 ８ 上記主蒸気圧力の設定値は、上記負荷指令の
   うちの経済負荷配分信号に変化率制限を施した基
   底負荷要求信号に基づいて関数発生器により決定
   されるとともに、上記基底負荷要求信号に上記負
   荷指令を形成する自動周波数制御信号を加算して
   負荷要求信号を得ることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の火力発電プラントの変圧運転方
   法。 ９ 経済負荷配分信号と自動周波数制御信号によ
   り形成される上記負荷指令のうち経済負荷配分信
   号に変化率制限を施した基底負荷要求信号に基づ
   いて関数発生器により上記主蒸気圧力の設定値を
   決定するとともに、上記自動周波数制御信号に変
   化率制限を施した信号に上記基底負荷要求信号を
   加算して負荷要求信号を得ることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の火力発電プラントの変
   圧運転方法。