JPS62297902A - 発電用ボイラにおける発電量の最適調整回路 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、火力発電所で使用される蒸気タービンを駆動
するための発電用ボイラにおける発電量の最適調整回路
に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の発電用ボイラとして、例えば貫流ボイラ
においては、その制御方法として、ボイラの蒸気圧力を
主制御信号とする方式が採用されている。しかし、近年
は、ボイラとタービンを一体と考えて負荷の発電量の変
化を直接ボイラに対する主制御信号とする方式、すなわ
ちＡＰＣ（オートマチイック・プラント・コントロール
）方式が利用されている。この種の制御方式として、第
２図に示すように回路構成したものが知られている。

第２図において、発電用ボイラの制御回路は、基本的に
発電量補正回路と、ボイラ制御回路と、タービン制御回
路とから構成されている。

この発電量補正回路は、予め設定した発電量指令ＭＷＤ
と発′ｒＲ量ＭＷを入力してそれらの発電量偏差を出力
する加算器１０と、この発電量偏差を入力して前記発電
量指令ＭＷＤに対応した補正量を演算し出力するＰＩ制
御器１２と、前記補正量と発電量指令ＭＷＤを入力して
加算する加算器１４とを備える。また、前記ボイラ制御
回路は、主蒸気設定圧力Ｐｓと主蒸気圧力ＰＴを入力し
てそれらの圧力偏差を出力する加算器１６と、この圧力
偏差を入力してボイラの蒸気圧力を一定に制御するボイ
ラ圧力補正量を出力するＰＩ制御器１８と、前記加算器
１４から出力される発電量指令ＭＷＤに補正したエネル
ギ指令量と前記ボイラ圧力補正量を入力してそれらを乗
算し、ボイラ入力指令量を出力する乗算器２０とを備え
る。さらに、前記タービン制御回路は、タービン第１段
圧力Ｐ１と主蒸気圧力２丁を入力しそれらの割算を行い
、得られた商に主蒸気設定圧力Ｐｓを入力してこれを乗
算してエネルギバランス量を出力する除算および乗算器
２２と、このエネルギバランス量と前記エネルギ指令量
を入力してそれらのタービン制御偏差を出力する加算器
２４と、このタービン制御偏差を入力して発電量指令に
応じた発電量を制御する信号をタービンガバナへ出力す
るＰ！制御器２６とを備える。このように構成された発
電用ボイラの制御回路においては、負荷の発電量を指令
する発電量指令ＭＷＤが変化した場合、例えば、現在の
発電量ＭＷに対して発電量指令ＭＷＤが増加すると、加
算器２４からのタービン制御偏差が増加し、これを受け
てＰＩ制御器２６に相当するタービンガバナが作動し、
タービンへの蒸気流量が増加する。一方、この蒸気流量
の増加がボイラにおける主蒸気圧力ＰＴの低下を生ずる
。

また、発電量補正回路において、加算器１０の出力であ
る発電量偏差は、ＰＩ制御器１２に入力して発電ｉｔｈ
令ＭＷＤに対応する補正量が演算され、加算器１４で発
電量指令ＭＷＤとこの補正量が加算されてエネルギ指令
量となる。さらに、ボイラにおいては、ボイラ制御回路
により主蒸気圧力ＰＴの低下により加算器１６からの主
蒸気設定圧力Ｐｓとの圧力偏差の増加がＰＩ制御器１８
に入力してボイラの蒸気圧力を制御するボイラ圧力補正
量を増加し、このボイラ圧力補正量が乗算器２０でエネ
ルギ指令量と乗算されてボイラ入力指令量を増加し、こ
れによってボイラの燃料、空気および給水の供給量の増
加を行い、主蒸気圧力２丁を増加し、主蒸気設定圧力Ｐ
ｓに近づけ、やがて同値とする。一方、タービンにおい
ては、タービン制御回路により、主蒸気圧力ＰＴの低下
がタービン第１段圧力Ｐ１の低下を招き、除算および乗
算器２２の出力であるエネルギバランスｆｌ　（ＰＩ　
／ＰＴ　ｘＰｓ　）は一定で、加算器２４はエネルギ指
令量とエネルギバランス量のタービン制御偏差を出力し
、ＰＩ制御器２６からなるタービンガバナを制御し、タ
ービンへの蒸気流量が増加し、その結果発電機の発電量
（出力）が発電量１旨令の増加に相当するだけ増加する
。また、この回路では、例えばタービン側に起因してタ
ービン第１段圧力ＰＩが変化した場合に、タービン第１
段圧力Ｐ１は発電量ＭＷと比例関係にあるため、一定の
遅れ時間後発電量ＭＷが変化する。しかし、エネルギバ
ランス量（Ｐ＋　／ＰＴ　ｘＰｓ　）をタービンガバナ
（ＰＩ制御５２６）に対するフィードバック量の一部と
して利用しているために、発電量が変化するより先にタ
ービンガバナを操作して発電量の変化を最小限に止める
ことができる。これに対し、ボイラ側に起因して主蒸気
圧力ＰＴが変化した場合に、圧力ＰＴとＰｌとは同じ方
向に変化するので、エネルギバランス量の変ｊヒはなく
、不必要にタービンガバナを動作させることなしに、Ｐ
Ｉ制御器１８のボイラ圧力補正量を乗算器２０に入力し
、その出力のボイラ入力指令量を操作して主蒸気圧力を
一定に制御できる。すなわち、タービン測（発電量）と
ボイラ側（給水、燃料、空気）と相互に影響を与えるこ
となしに、ボイラの主蒸気圧力を主蒸気設定圧力に一定
させ、かつ発電量指令に従うて、負荷を変ｆヒさせる最
適な調整を行うことができる。

（発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、このような発電用ボイラの制御回路にお
いて、近年火力発電所で利用されるようになった高効率
層タービンによれば、タービン第１段圧力Ｐ１と負荷の
発電量ＭＷとの相互関係に、従来のような線形性（リニ
アリティ）が無くなり、タービン第１段圧力Ｐ＋が負荷
によって非線形領域をもつために、負荷範囲毎にエネル
ギバランス量（ＰＩ／ＰＴＸＰｓ）の補正を加減する必
要が生じた。この対策がＰＩ制御器１２による発電量指
令ＭＷＤの補正である。ところが、この補正量が益々大
きくなり、非線形領域の負荷範囲が拡大してタービン第
１段圧力Ｐ＋による負荷の発電量の制御性が低下すると
いう欠点が顕著になってきた。

そこで、本発明の目的は、発電用ボイラの制御回路にお
いて、タービンガバナに対するフィードバック量として
エネルギバランス量（Ｐ　＋、／　ＰＴ　Ｘ　ＰＳ　）
の代わりに圧力補正発電３１　（ＭＷ／　Ｐ　ｔ　Ｘ　
Ｐｓ　）を使用し、発電量指令ＭＷＤの補正を廃止し、
従ってタービン第１段圧力Ｐ）による負荷の発電量の制
御を省略することにより、発電量の最適調整を行うこと
ができる回路を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る発電量の最適調整回路は、主蒸気設定圧力
と主蒸気圧力とを入力し、これらの圧力偏差をＰＩ演算
し、この演算出力に発電量指令に基づくエネルギ指令を
入力してボイラ入力指令量を演算出力するボイラ制御回
路と、発電量主蒸気設定圧力と主蒸気圧力とを入力して
除算および乗算を行い、この演算出力に発電量指令に基
づくエネルギ指令を入力してＰＩ演算を行いタービンガ
バナへ出力するタービン制御回路とからなる発電用ボ　
　１イラの制御回路において、前記タービン制御回路は
、主蒸気圧力を可調整な遅れを与えるＬＡＧ回路を介し
て入力すると共に発電量を入力してこれらの除算を行い
、この除算結果に対しさらに主蒸気設定圧力を入力して
乗算を行って圧力補正量１１量を演算出力する除算およ
び乗算器と、前記圧力補正発電量と発電量指令とを入力
して加算する加算器と、この加算器の演算出力をＰＩ演
算してクービンガバナへ出力するＰＩ制御器とから構成
することを特徴とする。

前記の最適調整回路において、ボイラ制御回路は、主蒸
気設定圧力と主蒸気圧力を入力してそれらの圧力偏差を
出方する加算器と、この圧力偏差を入力してボイラの蒸
気圧力を一定に制御する圧力補正量を出力するＰＩ制御
器、と、この圧力補正量と発電量指令を入力しそれらを
乗算しボイラ入力指令量を出力する乗算器とから構成す
ることができる。

作用〕 本発明に係る発電用ボイラにおける発電量の最適調整回
路においては、従来の発電量補正回路を省略し、発電量
指令Ｍ　Ｗ　Ｄのみによってこれをエネルギ指令量とな
し、従来と同一のボイラ制御回路のボイラ圧力補正量と
乗算器で乗算し、ボイラ入力指令量を制御して主蒸気圧
力を一定にし、一方タービン制御回路では除算および乗
算器の出力である圧力補正発電量（ＭＷ／　Ｐ　Ｔ　Ｘ
　Ｐｓ　）と発電量指令ＭＷＤを加算器に入力し、それ
らの偏差量でＰＩ制御器により、タービンガバナを制御
し、発電量指令に応じた発電量を得ることができる。こ
の偏差量は、発電量の変化分そのもので、タービン第１
段圧力Ｐ１とは直接の関係がなく、負荷の発電量を充分
に制御できるものであって制御性の低下という欠点を解
決できるものである。

〔実施例〕

次に、本発明に係る発電用ボイラにおける発電量の最適
調整回路の実施例につき、添付図面を参照しながら以下
詳細に説明する。

第１図は、本発明の発電量の最適調整回路の一実施例を
示すブロック回路図である。なお、説明の便宜上第２図
に示す従来の制御回路と同一の構成要素については、同
一の参照符号を付して説明する。第１図において、参照
符号３０は主蒸気圧力の変化を緩慢にするＬＡＧ回路、
３２は除算および乗算器である。

ここで、ＰＴは主蒸気圧力、Ｐｓは主蒸気設定圧力、Ｍ
Ｗは発電量、ＭＷＤは発電量指令、Ｐｌはタービン第１
段圧力、（ＭＷ／　Ｐ　Ｔ　ＸＰｓ）は圧力補正発電量
、ＢＩＤはボイラ入力指令量、ＧＯＶはタービンガバナ
への出力量をそれぞれ示し、これらの操作量は例えば電
圧のアナログあるいはデジタルの信号で取扱われる。し
かるに、本実施例回路において、ボイラ制御回路は、従
来と同様に、主蒸気設定圧力Ｐｓと主蒸気圧力ＰＴを入
力してそれらの圧力偏差を出力する加算器１６と、この
圧力偏差を入力してボイラの蒸気圧力を一定に制御する
圧力補正量を出力するＰＩ制御器１８と、この圧力補正
量と発電量指令を入力しそれらを乗算しボイラ入力指令
量ＢＩＤを出力する乗算器２０とから構成される。また
、タービン制御回路は、発電量ＭＷを入力し、この発電
量ＭＷと前記ＬＡＧ回路３０を介して入力される主蒸気
圧力ＰＴとの割算を行い、得られた浦に主蒸気設定圧力
Ｐｓを入力してこれを乗算して圧力補正発電量を出力す
る前記除算および乗算器３２と、この圧力補正発電量と
発電量指令ＭＷＤを入力してそれらのタービン制御偏差
を出力する加算器２４と、このタービン制御偏差を入力
して発電量指令に応じた発電量を制御する信号をタービ
ンガバナＧＯＶへ出力するＰＩ制御器２６とから構成さ
れる。なお、加算器１６と２４は、従来と同様に調節計
として知られ、これらへ入力する主蒸気圧力ＰＴ、発電
量指令ＭＷ等はセンサをもつ発は器によって信号として
送られる。また、ＰＩ制御器１８と２６は、従来と同様
に調節器として知られ、比例積分および微分動作により
制御対象を制御する。なお、ＰＩ制御器２６は前述した
ようにガバナコントローラとして知られている。その他
の演算素子は、アナログ系では演算増幅器、デジタル系
では論理素子、ＩＣおよびＬＳＩ等を利用して製作され
る。

次に、このように構成された本発明制御回路の動作につ
いて説明する。まず、発電量指令ＭＷＤが増加した場合
、加算器２４からのタービン制御偏差が増加し、これを
受けてＰＩ制御器２６のタービンガバナが動作し、ター
ビンへの蒸気流量が増加する。この蒸気流口の増加がボ
イラにおける主蒸気圧力Ｐｙの低下を生ずる。この主蒸
気圧力ＰＴの低下により加算器１６からの圧力偏差が増
加し、このボイラ圧力補正量が乗算器２０で発電量指令
ＭＷＤと乗算されてボイラ入力指令量を増加し、これに
よってボイラの燃料、空気および給水の供給量の増加を
行い、主蒸気圧力ＰＴを増加し、主蒸気設定圧力Ｐｓに
近づけ、・やがて同値とする。一方、タービンにおいて
は、主蒸気圧力ＰＴの低下はＬＡＧ回路３０によって緩
慢な変化を示すので、除算および乗算器３２の出力であ
る圧力補正発電量（Ｍ　Ｗ　／ＰＴＸＰＳ）にはさ程の
変化はなく、加算器２４は発電量指令と圧力補正発電量
の偏差量を出力し、ＰＩ制御器２６のタービンガバナを
制御して、タービンへの蒸気流量が増加する。この結果
、発ｉｉ機の出力発電量が発電量指令の増加に相当する
だけ増加する。また、この回路では、例えばタービン側
に起因して圧力補正発電量（ＭＷ／ＰＴ　ｘＰｓ　）の
発電ｉＭＷが変化した場合に、加算器２４からの発電量
指令ＭＷＤとの偏差量がＰＩ制御器２のタービンガバナ
を直接操作し、発電量指令ＭＷＤに一致するようになる
。また、ボイラ側に起因して主蒸気圧力Ｐτが変化した
場合に、ＬＡＧ回路３０により主蒸気圧力ＰＴの変化を
緩慢にし、不必要にタービンガバナを動作させることな
く、ＰＩ制御器工８のボイラ圧力補正量を乗算器２０に
入力し、その出力のボイラ入力指令量を操作して主蒸気
圧力Ｐｔを一定に制御できる。すなわち、タービン側（
発電量）とボイラ側（給水、燃料、空気）と相互に影響
を与えることなしに、ボイラの主蒸気圧力を主蒸気設定
圧力に一定させ、かつ発電量指令に従って負荷を変化さ
せる最適な調整を従来と同様に行うことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、発電用ボイラの
制御回路において、従来の発電量補正回路が不要になり
、さらにタービン第１段圧力の入力か不要になるという
制御回路６　　の簡素化と共に、タービン第１段圧力に
よる負荷の発電量の制御性が低下する欠点が改善され、
その他の点では同等従来と変らない制御性能が得られる
という利点がある。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発
明の精神を逸脱しない範囲内において種々の設計変更を
なし得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る発電用ボイラにおける発電量の最
適調整回路のブロック回路図、第２図は従来の発電用ボ
イラの制御回路のフロック回路図である。 １０．１６．２４・・・加算器 １２．１８．２６・・・ＰＩ制御器 １４・・・加算器　　　２０・・・乗算器２２．３２・
・・除算および乗算器 ３０・・・ＬＡＧ回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）主蒸気設定圧力と主蒸気圧力とを入力し、これら
   の圧力偏差をＰＩ演算し、この演算出力に発電量指令に
   基づくエネルギ指令を入力してボイラ入力指令量を演算
   出力するボイラ制御回路と、発電量主蒸気設定圧力と主
   蒸気圧力とを入力して除算および乗算を行い、この演算
   出力に発電量指令に基づくエネルギ指令を入力してＰＩ
   演算を行いタービンガバナへ出力するタービン制御回路
   とからなる発電用ボイラの制御回路において、前記ター
   ビン制御回路は、主蒸気圧力を可調整な遅れを与えるＬ
   ＡＧ回路を介して入力すると共に発電量を入力してこれ
   らの除算を行い、この除算結果に対しさらに主蒸気設定
   圧力を入力して乗算を行って圧力補正発電量を演算出力
   する除算および乗算器と、前記圧力補正発電量と発電量
   指令とを入力して加算する加算器と、この加算器の演算
   出力をＰＩ演算してタービンガバナへ出力するＰＩ制御
   器とから構成することを特徴とする発電用ボイラにおけ
   る発電量の最適調整回路。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の発電量の最適調整回
   路において、ボイラ制御回路は、主蒸気設定圧力と主蒸
   気圧力を入力してそれらの圧力偏差を出力する加算器と
   、この圧力偏差を入力してボイラの蒸気圧力を一定に制
   御する圧力補正量を出力するＰＩ制御器と、この圧力補
   正量と発電量指令を入力しそれらを乗算しボイラ入力指
   令量を出力する乗算器とから構成してなる発電用ボイラ
   における発電量の最適調整回路。