KR101982962B1 - 발전 시스템의 제어 장치, 발전 시스템, 및 발전 방법 - Google Patents

발전 시스템의 제어 장치, 발전 시스템, 및 발전 방법 Download PDF

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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

TCP(57)는, 증기 터빈에 도입되는 증기압을 변화시키는 변압 운전을 행한다. 그리고, TCP(57)가 구비하는 부하 용량값 산출부(70)는, 조속 밸브의 목표 개방도와 조속 밸브의 실제 개방도의 편차에 근거하여, 증기 터빈으로부터 얻어지는 실제 부하 용량값을 산출하고, 산출된 부하 용량값에 근거하여 조속 밸브 개방도를 제어한다. 이로써, TCP(57)는, 조속 밸브 개방도의 제어에 이용하는 부하 용량값을 종래와 같이 펄스 신호에 의하여 증감시키지 않으므로, 펄스 신호 특유의 시간 지연을 발생하지 않고, 조속 밸브를 제어할 수 있다.

Description

발전 시스템의 제어 장치, 발전 시스템, 및 발전 방법{CONTROL DEVICE FOR POWER GENERATION SYSTEM, POWER GENERATION SYSTEM, AND POWER GENERATION METHOD}
본 발명은, 발전 시스템의 제어 장치, 발전 시스템, 및 발전 방법에 관한 것이다.
선박용의 배열 회수(排熱回收)(이하 "선박용 배열 회수"라고 함)로서, 선박 추진용 디젤 엔진(메인 엔진)의 배기가스의 일부를 추기(推氣)하여 파워 터빈으로 유도하여 발전 출력으로서 이용함과 함께, 디젤 엔진의 배기가스를 이용하여 생성된 증기를 증기 터빈으로 유도하여 발전 출력으로서 이용하는 발전 시스템이 알려져 있다. 이와 같은 발전 시스템에는, 증기 터빈에 거버너가 설치되어, 증기 터빈을 구동하기 위한 유체의 유량을 조정하고 있다.
특허문헌 1에는, 증기 터빈에 거버너가 설치되어, 거버너가 생성하는 제어 신호가 조정 밸브에 출력됨으로써 증기 터빈의 출력이 변화하는 것이 개시되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허공보 제5155977호
상기와 같은 선박용 배열 회수에 있어서, 생성된 증기를 최대한으로 증기 터빈에 유입시켜 발전기 출력으로서 회수하기 위한 일례로서, 증기 터빈에 도입되는 증기량을 제어하는 조속(調速) 밸브를 가능한 한 완전 개방 위치로 하여 운전하는 변압 운전이 있다. 변압 운전에 의한 배열 회수에서는, 메인 엔진으로부터의 배열량에 의하여 증기 압력이 변화하기 때문에, 증기 터빈에서 발생 가능한 최대 출력도 변화한다.
여기에서, 발전 시스템을 구성하는 다른 발전기(디젤 엔진 발전기)와의 부하 분담에 대하여, 육상 플랜트에 있어서의 발전과의 상이점과 함께 설명한다.
상용 전원 계통과 계통 연계되어, 무한대 모선과 병렬로 접속 가능한 육상 플랜트에 있어서의 발전에서는, 발전 전력의 주파수는 무한대 모선의 계통 주파수에 의하여 결정된다. 이로 인하여, 상용 전원 계통과 계통 연계되는 육상 플랜트에서는, 조속 밸브 개방도를 완전 개방 또는 완전 개방 근방으로 고정하여, 자연스럽게 발전 전력을 출력할 수 있다.
한편, 선박용 발전 시스템은, 무한대 모선과 접속되어 있지 않은, 이른바 마이크로 그리드(아일랜드 모드라고도 함)이기 때문에, 발전기의 거버너는 조속 밸브 개방도를 고정하지 못하고, 조속 제어로 동작한다. 또, PMS(Power Management System; 파워 매니지먼트 시스템)가 발전 전력의 주파수를 감시하여, 주파수가 소정값이 되도록, 각 발전기의 부하 용량(Available power; 발전기에서 이용 가능한 출력)을 이용하여 부하 분담을 제어한다. 그리고, 변압 운전에 의한 선박용 배열 회수에서는, 발전기의 부하 용량을 일정값으로 고정할 수 없으므로, 발전 전력의 제어에 이하와 같은 수법을 이용하고 있다.
여기에서, 선박용 배열 회수의 변압 운전에서는, 배열량의 변화에 더하여 메인 증기 압력도 변화하지만, 변화에 따라 발전기의 부하 용량을 계측과 연산에 의하여 정확하게 산출하는 것은 곤란하다.
이로 인하여, 종래에는, 도 9에 나타나는 바와 같이, PMS(100)가 부하 용량값 유지부(102)에서 부하 용량값을 미리 유지(기억)하고, TCP(Turbine Control Panel; 터빈 컨트롤 패널)(104)로부터 출력되는 펄스 신호(온·오프 신호)에 의하여, 부하 용량값 유지부(102)에서 유지되어 있는 부하 용량값을 증감시킨다. TCP(104)로부터 출력되는 펄스 신호는, 메인 증기 압력과 조속 밸브 개방도에 근거하는 것이며, 소정값씩 단계적으로 부하 용량값을 증가(인크리먼트)시키거나 또는 감소(디크리먼트)시키는 값이다. 이와 같이, 유지되어 있는 부하 용량값을 펄스 신호에 의하여 단계적으로 증감시키는 제어를 행하는 이유는, 변압 운전에 있어서 부하 용량값의 절댓값을 정확하게 산출하는 것이 곤란하기 때문이다.
또한, 도 9를 참조하여, 변압 운전에 있어서의 종래의 거버너 제어에 대하여 상세하게 설명한다.
PMS(100)는, 부하 분담 제어부(106) 및 거버너 증감 펄스 생성부(108)를 구비한다. 부하 분담 제어부(106)는, 부하 용량값 유지부(102)에서 유지되어 있는 부하 용량값에 근거하여, 증기 터빈 및 다른 발전기(110)(디젤 엔진 발전기)의 부하 분담을 나타내는 부하 분담 신호를 생성한다. 거버너 증감 펄스 생성부(108)는, 부하 분담 제어부(106)로부터의 부하 분담 신호에 근거하여, 증기 터빈 및 다른 발전기(110)에 대하여, 제어값(속도 설정)을 증가시키거나 또는 감소시키기 위한 거버너 증감 펄스 신호를 생성하고, 거버너(112A, 112B, 112C)에 출력한다.
또한, 거버너(112A)는, TCP(104)에 구비되어, 증기 터빈의 회전 속도를 제어하는 것이며, PMS(100)가 지시하는 회전 속도의 속도 설정(거버너 증감 펄스 신호)에 따른 조속 밸브 개방도를 조속 밸브에 출력함으로써, 증기 터빈의 출력을 제어함과 함께, 조속 밸브 개방도가 목표 개방도가 되도록 제어된다.
또, 거버너(112B, 112C)는, 각각 발전기(110)에 구비되어, 발전기(110)의 회전 속도를 제어하는 것이며, PMS(100)가 지시하는 회전 속도의 속도 설정(거버너 증감 펄스 신호)에 따른 조속 밸브 개방도를 조속 밸브에 출력함으로써, 발전기(110)의 출력을 제어한다.
한편, TCP(104)는, 상기 펄스 신호를 PMS(100)에 출력하기 위하여, 일례로서, 비교부(114), 비교부(116), 증가 펄스 출력부(118), 및 감소 펄스 출력부(120)를 구비한다. 비교부(114)는, 증기 터빈의 조속 밸브의 실제 개방도와 목표 개방도를 비교한다. 비교부(116)는, 메인 증기 압력의 계측값과 메인 증기 압력의 최저 압력의 설정값을 비교한다. 그리고, 증가 펄스 출력부(118)는, 비교부(114, 116)의 비교 결과에 근거하여, 부하 용량값을 증가시키는 증가 펄스 신호를 생성한다. 또, 감소 펄스 출력부(120)는, 비교부(114, 116)의 비교 결과에 근거하여, 부하 용량값을 감소시키는 감소 펄스 신호를 생성한다.
즉, 비교부(114, 116)에 의한 비교 결과, 조속 밸브 개방도가 목표 개방도에 못미치는 경우는, 증가 펄스 신호가 증가 펄스 출력부(118)로부터 PMS(100)에 출력된다. 또, 비교부(114, 116)에 의한 비교 결과, 조속 밸브 개방도가 목표 개방도를 초과한 경우나, 메인 증기 압력이 최저 압력 미만이 된 경우는, 감소 펄스 출력부(120)로부터 감소 펄스 신호가 PMS(100)에 출력된다.
PMS(100)는, TCP(104)로부터의 펄스 신호가 입력되면, 부하 용량값 유지부(102)에 유지되어 있는 부하 용량값을 펄스 신호에 따라 증감시킨다. PMS(100)는, 증감시킨 부하 용량값에 근거하여, 부하 분담 제어부(106)에 의하여 증기 터빈 및 다른 발전기(110)의 부하 분담을 결정하고, 거버너 증감 펄스 신호를 거버너(112A, 112B, 112C)에 출력한다. 그리고, 상술한 바와 같이 거버너(112A)가 조속 밸브 개방도를 제어하고, 제어 후의 조속 밸브 개방도가 목표 개방도와 다르거나 하는 경우에는, 다시 증가 펄스 신호 또는 감소 펄스 신호가 TCP(104)로부터 PMS(100)에 출력되어, 소정값씩 단계적으로 부하 용량값이 증감된다.
여기에서, 선박용 배열 회수에 있어서의 플랜트 상태가 변화함으로써 배열량 등도 변화하면, 실제 부하 용량도 변화하므로, 그에 따라 PMS(100)에서 유지되어 있는 부하 용량값도 상술과 같이 하여 변화시킬 필요가 있다.
그러나, 부하 용량값은, TCP(104)로부터의 펄스 신호에 의하여 증감되므로, 부하 용량값의 변화 속도는 펄스 신호의 간격(이하 "펄스 간격"이라고 함)이나 폭(이하 "펄스 폭"이라고 함)에 의존한다. 또한, PMS(100)에서는, TCP(104)로부터의 펄스 신호에 대하여 가중값 부여를 행하여, 부하 용량값을 변화시키는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 부하 용량값의 변화 속도는, 가중값 부여에도 의존하게 된다. 또한, 가중값 부여는, 예를 들면 조속 밸브 개방도, 메인 증기 압력, 증기 터빈 발전기의 출력(이하 "STG 출력"이라고 함), 및 주기 엔진 부하 등에 근거하여 행해진다.
상기와 같은, TCP(104)로부터 출력되는 펄스 신호의 펄스 간격이나 펄스 폭, 및 PMS(100)에 있어서의 펄스 신호에 대한 가중값 부여 등은, 배열량 등의 플랜트 상태가 변화한 경우에 있어서, STG 출력의 응답에 영향을 미치는 요인임과 함께 응답을 조정하기 위한 조정 항목이다. 그리고, STG 출력의 응답을 적절히 제어할 수 없는 경우에는, 헌팅 등이 발생할 가능성이 있다.
그런데, 펄스 신호에 의한 부하 용량값의 증감은, 단계적인 증감 등에 의하여 시간 지연이 발생한다. 이로 인하여, 플랜트 상태가 변화해도, 그때마다 플랜트 상태의 최적값을 지연없이 부하 용량값에 반영하지 못하여, 조속 밸브의 개방도 제어에도 지연이 발생한다. 따라서, TCP(104)로부터 출력되는 펄스 신호의 펄스 간격이나 펄스 폭, 및 PMS(100)에 있어서의 펄스 신호에 대한 가중값 부여 등을 조정해도, 헌팅을 억제할 수 없는 경우가 있다.
또, STG에 파워 터빈이 접속되어 있는 플랜트에 있어서, 상기와 같이, 메인 증기 압력이나 조속 밸브 개방도를 목푯값으로 유지하도록 부하 용량값을 펄스 신호에 의하여 증감시키는 것만으로는, 파워 터빈의 출력이 변화해도 부하 용량값은 변화하지 않는다.
여기에서, 파워 터빈에 거버너가 설치되어 있지 않은 구성에 있어서의 펄스 신호를 이용한 종래의 제어에 대하여 설명한다.
펄스 신호를 이용한 종래의 제어에서는, 플랜트 상태가 변화함으로써 파워 터빈의 출력이 변화한 경우, 주파수도 변화한다. 이로 인하여, 거버너(112A)가 드룹 특성에 의하여 파워 터빈의 출력 변화를 흡수하도록 동작되고, 이로써 조속 밸브 개방도를 변화시킨다. 그 후, PMS(100)가, 메인 증기 압력이나 조속 밸브 개방도를 목푯값으로 유지하도록 부하 용량값을 펄스 신호에 의하여 증감시키게 된다.
이와 같이, 펄스 신호를 이용한 종래의 제어에서는, 증기 터빈의 조속 밸브가 파워 터빈의 출력 변화에 따라, 또 부하 용량값의 변화에 따라 그때마다 제어된다. 이로 인하여, 플랜트 상태가 변화하고 있는 동안에, 조속 밸브 개방도가 과도하게 저하되거나, 완전 개방 위치에서 고정되거나 함으로써, 제어가 불안정해질 가능성이 있었다.
이상 설명한 바와 같이, 종래의 선박용 배열 회수에서는, 펄스 신호에 의하여 부하 용량값을 증감시키고 있기 때문에, 플랜트 상태가 변화하면 제어가 불안정해질 가능성이 있었다.
본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 플랜트 상태가 변화한 경우의 배열 회수에 있어서, 보다 안정적인 제어를 가능하게 하는, 발전 시스템의 제어 장치, 발전 시스템, 및 발전 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 발전 시스템의 제어 장치, 발전 시스템, 및 발전 방법은 이하의 수단을 채용한다.
본 발명의 제1 양태에 관한 발전 시스템의 제어 장치는, 배기가스에 의하여 생성된 증기에 의하여 구동되는 증기 터빈과, 상기 증기 터빈에 도입되는 증기량을 제어하는 조속 밸브와, 상기 증기 터빈에 접속된 발전기를 구비하며, 상기 증기 터빈에 도입되는 증기압을 변화시키는 변압 운전을 행하는 발전 시스템의 제어 장치로서, 상기 조속 밸브의 목표 개방도와 상기 조속 밸브의 실제 개방도의 편차에 근거하여, 상기 증기 터빈으로부터 얻어지는 실제 부하 용량값을 산출하는 산출 수단과, 상기 산출 수단에 의하여 산출된 상기 부하 용량값에 근거하여, 상기 조속 밸브의 개방도를 제어하는 제어 수단을 구비한다.
본 구성에 관한 발전 시스템은, 배기가스에 의하여 생성된 증기에 의하여 구동되는 증기 터빈, 증기 터빈에 도입되는 증기량을 제어하는 조속 밸브, 및 증기 터빈에 접속된 발전기를 구비하며, 배열을 발전에 이용하는 배열 회수를 행한다. 배기가스는, 일례로서, 메인 엔진에 의하여 생성된다. 그리고, 본 구성에 관한 발전 시스템은, 조속 밸브의 개방도가 일정하게(목표 개방도가) 되도록 제어함으로써, 증기 터빈에 도입되는 증기압을 변화시키는 변압 운전을 행한다.
여기에서, 종래의 제어에서는, 예를 들면 PMS에 발전기에서 이용 가능한 증기 터빈의 출력을 나타내는 부하 용량값을 미리 유지하고, TCP로부터 출력되는 펄스 신호에 의하여, 유지되어 있는 부하 용량값을 소정값씩 단계적으로 증감시킨다. 그리고, 이 유지되어 있는 부하 용량값에 근거하여, 제어 수단이 증기 터빈의 조속 밸브를 제어함으로써, 증기 터빈의 출력을 제어함과 함께 조속 밸브 개방도가 목표 개방도가 되도록 제어된다.
그러나, 펄스 신호에 의한 부하 용량값의 증감은, 시간 지연이 발생하기 때문에, 플랜트 상태가 변화해도, 그때마다 플랜트 상태의 최적값을 지연없이 부하 용량값에 반영하지 못하여, 조속 밸브의 개방도 제어에도 지연이 발생한다.
따라서, 본 구성은, 조속 밸브의 목표 개방도와 조속 밸브의 실제 개방도의 편차에 근거하여, 산출 수단에 의하여 증기 터빈으로부터 얻어지는 실제 부하 용량값을 절댓값으로서 산출한다. 산출 수단에서 산출되는 부하 용량값은, 종래와 같은 펄스 신호가 아닌, 아날로그 신호(전압값)이다. 그리고, 산출된 부하 용량값에 근거하여, 제어 수단에 의하여 조속 밸브의 개방도가 제어되어, 조속 밸브 개방도가 목표 개방도에 가까워진다.
이와 같이, 본 구성에서는, 실제 부하 용량값을 다양한 계측값에 의하여 산출하는 것은 아니며, 실제 조속 밸브 개방도와 목표 개방도의 편차에 근거하여 부하 용량값을 산출하여, 조속 밸브 개방도를 제어한다. 즉, 본 구성은, 실제 조속 밸브 개방도와 목표 개방도를 비교하여, 조속 밸브 개방도가 목표 개방도가 되도록 부하 용량값을 증감시킨다. 이로써, 본 구성은, 조속 밸브 개방도의 제어에 이용하는 부하 용량값을 종래와 같이 펄스 신호에 의하여 증감시키지 않으므로, 펄스 신호 특유의 시간 지연을 발생하지 않고, 조속 밸브를 제어할 수 있다.
따라서, 본 구성은, 플랜트 상태가 변화한 경우의 배열 회수에 있어서, 보다 안정적인 제어를 가능하게 한다.
상기 제1 양태에서는, 상기 산출 수단에서 산출되는 상기 부하 용량값에, 상한이 정해져도 된다.
본 구성에 의하면, 부하 용량값의 상한은, 예를 들면 메인 엔진의 부하 및 외기 온도에 근거하여 산출되는 값이며, 부하 용량값에 상한이 정해지므로, 현실에 의거한 부하 용량값이 산출된다.
상기 제1 양태에서는, 상기 산출 수단이, 상기 조속 밸브의 목표 개방도와 상기 조속 밸브의 실제 개방도의 편차에 근거하는 제1 부하 용량값, 및 상기 증기 터빈에 도입되는 증기압의 설정값과 실제 증기압의 편차에 근거하는 제2 부하 용량값 중 보다 작은 값을, 상기 증기 터빈으로부터 얻어지는 실제 부하 용량값으로서 산출해도 된다.
조속 밸브의 개방도가 클수록 증기압은 저하되지만, 증기압에는 최솟값이 설정되어 있기 때문에, 실제 증기압이 설정되어 있는 최솟값 미만이 되지 않도록 할 필요가 있다. 여기에서, 제2 부하 용량값이 제1 부하 용량값보다 작은 경우란, 실제 증기압이 설정 최솟값 미만이 되는 경우이다. 이와 같은 경우에는, 제2 부하 용량값이 선택되어, 실제 증기압을 최솟값 이상으로 유지할 수 있는 부하 용량값이 산출된다.
이로써, 증기 터빈에 도입되는 증기압이 설정된 최솟값 미만이 되는 것을 방지할 수 있다.
상기 제1 양태에서는, 상기 배기가스에 의하여 구동되는 파워 터빈을 구비하고, 상기 발전기가, 상기 파워 터빈 및 상기 증기 터빈에 접속되며, 상기 산출 수단이, 산출한 상기 부하 용량값과 상기 파워 터빈의 출력값의 합을 상기 발전기에서 이용 가능한 부하 용량값으로서 출력해도 된다.
본 구성에 의하면, 발전기가 파워 터빈 및 증기 터빈에 접속되어 있어도, 간단하게 발전기에서 이용 가능한 부하 용량값을 산출할 수 있다.
상기 제1 양태에서는, 상기 파워 터빈의 출력값이, 상기 발전기의 출력의 계측값으로부터 상기 증기 터빈의 출력의 계산값을 감산하여 산출되어도 된다.
본 구성에 의하면, 간단하게 파워 터빈의 출력값의 절댓값을 산출할 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 관한 발전 시스템의 제어 장치는, 배기가스에 의하여 구동되는 파워 터빈과, 상기 배기가스에 의하여 생성된 증기에 의하여 구동되는 증기 터빈과, 상기 증기 터빈에 도입되는 증기량을 제어하는 조속 밸브와, 상기 파워 터빈 및 상기 증기 터빈에 접속된 발전기를 구비하며, 상기 증기 터빈에 도입되는 증기압을 변화시키는 변압 운전을 행하는 발전 시스템의 제어 장치로서, 상기 파워 터빈의 출력값을 상기 발전기의 출력의 계측값으로부터 상기 증기 터빈의 출력의 계산값을 감산함으로써 산출하고, 산출한 상기 파워 터빈의 출력값을 상기 증기 터빈으로부터 얻어지는 부하 용량값에 가산함으로써 상기 발전기의 부하 용량값을 산출하는 산출 수단과, 상기 산출 수단에 의하여 산출된 상기 발전기의 부하 용량값에 근거하여, 상기 조속 밸브의 개방도를 제어하는 제어 수단을 구비한다.
본 구성에 관한 발전 시스템은, 배기가스에 의하여 구동되는 파워 터빈, 배기가스에 의하여 생성된 증기에 의하여 구동되는 증기 터빈, 증기 터빈에 도입되는 증기량을 제어하는 조속 밸브, 파워 터빈 및 증기 터빈에 접속된 발전기를 구비하며, 배열을 발전에 이용하는 배열 회수를 행한다. 배기가스는, 일례로서, 메인 엔진에 의하여 생성된다. 그리고, 본 구성에 관한 발전 시스템은, 조속 밸브의 개방도가 일정하게(목표 개방도가) 되도록 제어함으로써, 증기 터빈에 도입되는 증기압을 변화시키는 변압 운전을 행한다.
펄스 신호를 이용한 종래의 제어에서는, 증기 터빈의 조속 밸브가 파워 터빈의 출력 변화에 따라, 또 부하 용량값의 변화에 따라 그때마다 제어되므로, 플랜트 상태가 변화하고 있는 동안에, 조속 밸브 개방도가 과도하게 저하되거나 완전 개방 위치에서 고정되거나 함으로써, 제어가 불안정해질 가능성이 있었다.
한편, 본 구성에서는, 파워 터빈의 출력값을 발전기의 출력의 계측값으로부터 증기 터빈의 출력의 계산값을 감산함으로써 산출하고, 산출한 파워 터빈의 출력값을 증기 터빈으로부터 얻어지는 부하 용량값에 가산함으로써 발전기의 부하 용량값을 산출한다. 이로 인하여, 파워 터빈의 출력 변화가 발전기의 부하 용량값에 실시간으로 반영된다. 이로써, 파워 터빈의 출력이 변화해도, 산출한 발전기의 부하 용량값을 시간 지연없이 산출할 수 있고, 이로써, 조속 밸브의 제어를 안정화할 수 있다.
따라서, 본 구성은, 플랜트 상태가 변화한 경우의 배열 회수에 있어서, 보다 안정적인 제어를 가능하게 한다.
본 발명의 제3 양태에 관한 발전 시스템은, 상기 기재의 제어 장치를 구비하며, 상기 증기 터빈에 도입되는 증기압을 변화시키는 변압 운전을 행한다.
본 발명의 제4 양태에 관한 발전 방법은, 배기가스에 의하여 생성된 증기에 의하여 증기 터빈을 구동하는 공정과, 상기 증기 터빈에 도입되는 증기량을 조속 밸브에 의하여 제어하는 공정과, 상기 증기 터빈의 구동에 의하여 발전을 행하는 공정을 포함하며, 상기 증기 터빈에 도입되는 증기압을 변화시키는 변압 운전을 행하는 발전 방법으로서, 상기 조속 밸브의 목표 개방도와 상기 조속 밸브의 실제 개방도의 편차에 근거하여, 상기 증기 터빈으로부터 얻어지는 실제 부하 용량값을 산출하는 제1 공정과, 상기 제1 공정에 의하여 산출된 상기 부하 용량값에 근거하여, 상기 조속 밸브의 개방도를 제어하는 제2 공정을 포함한다.
본 발명의 제5 양태에 관한 발전 방법은, 배기가스에 의하여 파워 터빈을 구동하는 공정과, 상기 배기가스에 의하여 생성된 증기에 의하여 증기 터빈을 구동하는 공정과, 상기 증기 터빈에 도입되는 증기량을 조속 밸브에 의하여 제어하는 공정과, 상기 파워 터빈 및 상기 증기 터빈의 구동에 의하여 발전을 행하는 공정을 포함하며, 상기 증기 터빈에 도입되는 증기압을 변화시키는 변압 운전을 행하는 발전 방법으로서, 상기 파워 터빈의 출력값을 상기 발전기의 출력의 계측값으로부터 상기 증기 터빈의 출력의 계산값을 감산함으로써 산출하고, 산출한 상기 파워 터빈의 출력값을 상기 증기 터빈으로부터 얻어지는 부하 용량값에 가산함으로써 상기 발전기의 부하 용량값을 산출하는 제1 공정과, 상기 제1 공정에 의하여 산출된 상기 발전기의 부하 용량값에 근거하여, 상기 조속 밸브의 개방도를 제어하는 제2 공정을 포함한다.
본 발명에 의하면, 플랜트 상태가 변화한 경우의 배열 회수에 있어서, 보다 안정적인 제어를 가능하게 한다는 우수한 효과를 갖는다.
도 1은 본 실시형태에 관한 터빈 발전기 계통을 나타낸 개략 구성도이다.
도 2는 본 실시형태에 관한 발전 시스템을 나타낸 개략 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 관한 거버너 제어에 관한 기능 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 관한 부하 용량값 산출부에 있어서의 파워 터빈의 출력값 산출에 관한 기능 블록도의 일례이다.
도 5는 본 발명의 실시형태에 관한 변압 운전에 있어서의 각종 제어값의 시간 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6a는 파워 터빈 기동 시에 있어서의 종래의 각종 제어값의 시간 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6b는 파워 터빈 기동 시에 있어서의 본 발명의 실시형태에 관한 각종 제어값의 시간 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7a는 파워 터빈 정지 시에 있어서의 종래의 각종 제어값의 시간 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7b는 파워 터빈 정지 시에 있어서의 본 발명의 실시형태에 관한 각종 제어값의 시간 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8a는 선내 전력 부하의 증가 시에 있어서의 종래의 각종 제어값의 시간 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8b는 선내 전력 부하의 증가 시에 있어서의 본 발명의 실시형태에 관한 각종 제어값의 시간 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9는 종래의 거버너 제어에 관한 블록도이다.
이하에, 본 발명에 관한 발전 시스템의 제어 장치, 발전 시스템, 및 발전 방법의 일 실시형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은, 본 실시형태에 관한 발전 시스템의 터빈 발전기 계통(1)의 개략 구성을 나타낸다. 본 실시형태에서는, 메인 엔진(3)으로서 선박 추진용 디젤 엔진을 이용하고 있다.
터빈 발전기 계통(1)은, 메인 엔진(3)과, 메인 엔진(3)의 배기가스에 의하여 구동되는 과급기(5)와, 과급기(5)의 상류측으로부터 추기된 메인 엔진(3)의 배기가스에 의하여 구동되는 파워 터빈(가스 터빈)(7)과, 메인 엔진(3)의 배기가스에 의하여 증기를 생성하는 배기가스 이코노마이저(11)와, 배기가스 이코노마이저(11)에 의하여 생성된 증기(고압 증기)에 의하여 구동되는 증기 터빈(9)을 구비하고 있다.
메인 엔진(3)으로부터의 출력은, 프로펠러축을 통하여 스크루 프로펠러에 직접적 또는 간접적으로 접속되어 있다. 또, 메인 엔진(3)의 각 기통의 실린더부(13)의 배기 포트는 배기가스 집합관으로서의 배기 매니폴드(15)에 접속되고, 배기 매니폴드(15)는, 제1 배기관(L1)을 통하여 과급기(5)의 터빈부(5a)의 입구측과 접속되며, 또, 배기 매니폴드(15)는 제2 배기관(L2)(추기 통로)을 통하여 파워 터빈(7)의 입구측과 접속되어, 배기가스의 일부가, 과급기(5)에 공급되기 전에 추기되어 파워 터빈(7)에 공급되도록 되어 있다.
한편, 각 실린더부(13)의 급기 포트는 급기 매니폴드(17)에 접속되어 있고, 급기 매니폴드(17)는, 급기관(K1)을 통하여 과급기(5)의 컴프레서부(5b)와 접속되어 있다. 또, 급기관(K1)에는 공기 냉각기(인터 쿨러)(19)가 설치되어 있다.
과급기(5)는, 터빈부(5a)와, 컴프레서부(5b)와, 터빈부(5a)와 컴프레서부(5b)를 연결하는 회전축(5c)으로 구성되어 있다.
파워 터빈(7)은, 제2 배기관(L2)을 통하여 배기 매니폴드(15)로부터 추기된 배기가스에 의하여 회전 구동되도록 되어 있고, 또, 증기 터빈(9)은, 배기가스 이코노마이저(11)에 의하여 생성된 증기가 공급되어 회전 구동되도록 되어 있다.
이 배기가스 이코노마이저(11)는, 과급기(5)의 터빈부(5a)의 출구측으로부터 제3 배기관(L3)을 통하여 배출되는 배기가스와, 파워 터빈(7)의 출구측으로부터 제4 배기관(L4)을 통하여 배출되는 배기가스가 도입되어, 열교환부(21)에 의하여, 배기가스의 열에 의하여 급수관(23)에 의하여 공급된 물을 증발시켜 증기를 발생시킨다. 그리고, 배기가스 이코노마이저(11)에서 생성된 증기는 제1 증기관(J1)을 통하여 증기 터빈(9)에 도입되고, 또, 그 증기 터빈(9)에서 작업을 마친 증기는 제2 증기관(J2)에 의하여 배출되어 콘덴서(복수기(復水器))(40)로 유도되도록 되어 있다.
또, 제1 증기관(J1)에는, 증기 터빈(9)으로 향하는 증기를 취출하여 복수기(40)로 유도하는 증기 덤프 배관(J3)이 마련되어 있다. 증기 덤프 배관(J3)에는, 증기 덤프 배관(J3)으로부터 복수기(40)로 유도되는 증기량을 제어하는 덤프 밸브(41)가 마련되어 있다. 이 증기 덤프 배관(J3)에 의하여, 증기 터빈(9)에 공급하기에는 과잉인 증기가 증기 터빈(9)을 바이패스하여 복수기(40)로 폐기된다.
파워 터빈(7)과 증기 터빈(9)은 직렬로 결합되어 터빈 발전기(25)를 구동하도록 되어 있다. 증기 터빈(9)의 회전축(29)은 도시하지 않은 감속기 및 커플링을 통하여 터빈 발전기(25)에 접속되고, 또, 파워 터빈(7)의 회전축(27)은 도시하지 않은 감속기 및 클러치(31)를 통하여 증기 터빈(9)의 회전축(29)과 연결되어 있다. 클러치(31)로서는, 소정의 회전수로 결합 해제되는 클러치가 이용되고, 예를 들면 SSS(Synchro Self Shifting) 클러치가 적합하게 이용된다. 다만, 본 실시형태에 있어서는, 파워 터빈(7)과 증기 터빈(9)을 직렬로 결합하여 터빈 발전기(25)를 구동하도록 하고 있지만, 파워 터빈(7)과 증기 터빈(9)을 병렬로 결합하여, 각각의 회전 동력으로부터 감속기를 통하여 터빈 발전기(25)를 구동하도록 해도 된다.
또, 제2 배기관(L2)에는, 파워 터빈(7)에 도입되는 가스량을 제어하는 배기가스량 조정 밸브(33)와, 비상 시에 파워 터빈(7)으로의 배기가스의 공급을 차단하는 비상 정지용 긴급 차단 밸브(35)가 마련되어 있다. 다만, 배기가스량 조정 밸브(33)는, 거버너 제어 기능을 갖고 있는 것은 아니다. 즉, 파워 터빈(7)은 거버너 제어되지 않는다.
또한, 제1 증기관(J1)에는, 증기 터빈(9)에 도입되는 증기량을 제어하는 조속 밸브(증기량 조정 밸브)(37)와, 비상 시에 증기 터빈(9)으로의 증기의 공급을 차단하는 비상 정지용 긴급 차단 밸브(39)가 설치되어 있다. 조속 밸브(37)는, 발전 시스템 제어 장치(43)의 거버너(59)에 의하여, 그 개방도가 제어된다.
이상과 같이 터빈 발전기 계통(1)은, 메인 엔진(3)의 배기가스(연소 가스)의 배기 에너지를 동력으로 하여 구동되도록 되어 있고, 배기 에너지 회수 장치를 구성하고 있다.
도 2에는, 도 1에 나타낸 터빈 발전기 계통(1)을 갖는 발전 시스템(2)의 개략 구성이 나타나 있다.
발전 시스템(2)은, 터빈 발전기 계통(1)(도 1 참조)에 더하여, 선내에 별도 설치된 복수(본 실시형태에서는 2대)의 디젤 엔진 발전기(발전기)(60)를 구비하고 있다.
그리고, 본 실시형태에 관한 발전 시스템(2)의 제어 장치인 발전 시스템 제어 장치(43)는, 조속 밸브(37)의 개방도가 일정하게(목표 개방도가) 되도록 제어함으로써, 증기 터빈(9)에 도입되는 증기압을 변화시키는 변압 운전을 행한다.
발전 시스템 제어 장치(43)에는, 터빈 발전기(25)의 출력 전력을 검출하는 전력 센서(45)로부터의 신호가 입력되어 있다. 또, 발전 시스템 제어 장치(43)에는, 디젤 엔진 발전기(60)로부터의 출력 신호와, 선내 소비 전력을 검출하는 선내 소비 전력 센서(51)로부터의 신호가 입력되어 있다.
또, 발전 시스템 제어 장치(43)는, PMS(Power Management System; 파워 매니지먼트 시스템)(53)와, TCP(Turbine Control Panel; 터빈 컨트롤 패널)(57)와, 디젤 엔진 발전기(60)용 거버너부(도 3의 거버너(87, 88))를 구비하고 있다. 또, TCP(57)는 거버너(59)를 구비하고 있다. 거버너(59)는, 증기 터빈(9)의 회전 속도를 제어하는 것으로, PMS(53)가 지시하는 회전 속도의 속도 설정에 따른 조속 밸브(37)의 개방도를 조속 밸브(37)에 대하여 출력함으로써, 증기 터빈(9)의 출력을 제어한다.
PMS(53)로부터 설정된 부하율에 따른 출력의 지시 신호가, TCP(57), 및 디젤 엔진 발전기(60)용 거버너부에 각각 출력된다.
PMS(53)로부터 지시된 증기 터빈(9)의 출력 부담 비율에 따라 제어 신호가 TCP(57)의 거버너(59)에 출력되고, 거버너(59)는 그에 따른 조속 밸브(37)의 개방도를 조속 밸브(37)에 출력하여, 조속 밸브(37)의 개방도가 제어되어 증기 터빈(9)에 공급되는 증기량이 제어된다.
여기에서, 파워 터빈(7)과 증기 터빈(9)과 터빈 발전기(25)는 1개의 축에 직렬로 결합되어 있다. 이와 같이 각각이 1개의 축에 직렬 접속되어 있는 경우, 거버너는 주가 되는 원동기인 증기 터빈(9)에 대한 거버너(59)만이 설치된다. 이는, 1개의 축에 2개 이상의 거버너를 설치하는 것은 제어가 복잡해지기 때문이다.
따라서, 파워 터빈(7)에 의한 출력이 변화하는 경우, 발전 시스템 제어 장치(43)는, 증기 터빈(9)의 출력, 즉 거버너(59)에 의하여 조속 밸브(37)를 제어하게 된다.
여기에서, 파워 터빈(7)에는 거버너가 설치되지 않기 때문에, 파워 터빈(7)의 제어는 배기가스량 조정 밸브(33)의 개폐만을 이용한 제어가 되어, 정상 운전 중에는 항상 완전 개방인 상태가 된다. 단, 파워 터빈(7)의 시동 및 정지 시에 한하여, 배기가스량 조정 밸브(33)의 개방도는 점증하거나 또는 점감한다. 따라서, 파워 터빈(7)의 출력에 변화가 있으면 증기 터빈(9)의 출력, 즉 거버너(59)에 의한 조속 밸브(37)의 개방도 제어가 그 변화량을 흡수하도록 변동된다. 또한, 파워 터빈(7)의 시동이란, 파워 터빈(7)의 출력이 0인 상태를 기점으로 하여, 출력을 증가시키는 것이며, 파워 터빈(7)의 정지란, 파워 터빈(7)의 출력이 0이 되도록, 출력을 감소시키는 것이라고 정의한다.
또, 증기 터빈(9)의 중간단에는, 저압 증기원(61)으로부터 혼기 증기(저압 증기)가 공급된다. 혼기 증기의 공급 라인 상에는, 증기 터빈(9)에 도입되는 혼기 증기량을 제어하는 조정 밸브(62)가 설치되어 있다. 조정 밸브(62)의 개방도는, 저압 증기원(61)에서의 증기 발생량의 증가 및 감소에 따라, 증가하거나 또는 감소한다. 따라서, 혼기 증기의 공급량에 변화가 있으면 증기 터빈(9)의 출력, 즉 거버너(59)에 의한 조속 밸브(37)의 개방도 제어가 그 변화량을 흡수하도록 변동된다. 저압 증기원(61)으로서는 배기가스 이코노마이저(11)의 저압단(도 1 참조)을 들 수 있다.
이상과 같이, PMS(53)로부터 조속 밸브(37)를 조작하는 거버너(59)에 대하여 출력 부담 비율에 따른 제어 신호가 출력된다.
다음으로, 본 실시형태에 관한 거버너 제어에 대하여 설명한다.
본 실시형태에 관한 거버너 제어에서는, TCP(57)에 의하여, 터빈 발전기(25)에서 이용 가능한 증기 터빈(9)의 출력을 나타내는 부하 용량의 제한값(이하 "제한 부하 용량값"이라고 함), 및 조속 밸브(37)의 목표 개방도와 조속 밸브(37)의 실제 개방도의 편차에 근거하여, 증기 터빈(9)으로부터 얻어지는 실제 부하 용량값을 산출한다. 그리고, 산출된 부하 용량값에 근거하여, 거버너(59)에 의하여 조속 밸브 개방도가 제어된다. 또한, 조속 밸브(37)의 목표 개방도는 예를 들면 90%의 개방도이며, 반드시 완전 개방일 필요는 없다.
도 3을 참조하여, 본 실시형태에 관한 거버너 제어에 대하여 상세하게 설명한다. 도 3은, 본 실시형태에 관한 TCP(57) 및 PMS(53)의 거버너 제어에 관한 기능 블록도이다.
TCP(57)는, PMS(53)에 출력하는 부하 용량값을 산출하는 부하 용량값 산출부(70)를 구비한다. 부하 용량값 산출부(70)는, 종래와 같이, PMS(53)에 미리 유지되어 있는 부하 용량값을 증감시키는 펄스 신호를 PMS(53)에 출력하는 것은 아니며, 부하 용량값의 절댓값을 산출하여, 아날로그 신호(전압값)로서 PMS(53)에 출력한다.
부하 용량값 산출부(70)는, 제한 부하 용량값을 산출하는 제한값 산출부(71)를 구비한다.
제한값 산출부(71)는, 예를 들면 메인 엔진(3)의 부하(M/E Load)에 근거하여 부하 용량값의 제한값(이하 "제한 부하 용량값"이라고 함)을 산출하여, 승산부(72)에 출력한다. 제한 부하 용량값은, 바꿔 말하면, 산출되는 부하 용량값의 상한값이다. 즉, 부하 용량값 산출부(70)에서 산출되는 부하 용량값에는, 상한값이 정해진다. 이와 같이, 부하 용량값 산출부(70)는, 부하 용량값에 상한이 정해지므로, 현실에 의거한 부하 용량값을 산출하게 된다.
또한, 제한값 산출부(71)는, 일례로서, 메인 엔진(3)의 부하와 외기 온도(Atomos. Temp.)를 변수로 하는 미리 정해진 함수에 의하여, 이론상 요구되는 제한 부하 용량값을 산출한다. 이론상 요구되는 제한 부하 용량값은, 바꿔 말하면, 부하 용량값의 설곗값이다. 그러나, 제한 부하 용량값은, 이에 한정되지 않고, 이 설곗값에 대하여 다른 파라미터를 가미하여, 보다 현실에 의거한 것으로 되어도 된다.
또, TCP(57)는 감산부(73) 및 PID 연산부(74)를 구비한다.
감산부(73)는, 조속 밸브(37)의 목표 개방도(GV lift Setting)와 조속 밸브(37)의 실제 개방도(GV Lift)의 편차인 개방도 편차를 산출하여, PID 연산부(74)에 출력한다.
PID 연산부(74)는, 개방도 편차에 근거하여 부하 용량값(이하 "개방도 편차 부하 용량값"이라고 함)을 연산하여, 저치(低値) 선택부(75)에 출력한다. 또한, PID 연산부(74)는, 개방도 편차를 변수로 하는 미리 정해진 함수에 의하여, 개방도 편차 부하 용량값을 산출한다.
개방도 편차 부하 용량값은, 저치 선택부(75)에 있어서, 증기 터빈(9)에 도입되는 증기압의 설정값과 실제 증기압의 편차에 근거하는 부하 용량값(이하 "압력 편차 부하 용량값"이라고 함)과 비교되어, 보다 작은 값이 저치 선택부(75)로부터 출력된다. 저치 선택부(75)로부터 출력되는 부하 용량값은, 바꿔 말하면, 부하 용량의 목푯값(이하 "부하 용량 목푯값"이라고 함)이다.
저치 선택부(75)로부터 출력된 부하 용량 목푯값은, 감산부(76)를 통하여 PID 연산부(77)에 입력된다.
감산부(76)는, 부하 용량 목푯값을 승산부(72)로부터 출력된 부하 용량값에서 감산하고, 감산값을 PID 연산부(77)에 출력한다. 즉, 승산부(72)로부터 출력되는 값은 부하 목푯값의 현잿값이며, 감산부(76)에서는 부하 용량의 목푯값과 현잿값의 편차가 산출된다.
PID 연산부(77)는, 입력된 편차를 1 이하의 값이 되도록 연산하여, 승산부(72)에 출력한다. 즉, 산출되는 부하 용량값이 제한 부하 용량값을 초과하지 않도록, 부하 용량의 목푯값과 현잿값의 편차가 PID 연산부(77)에서 1 이하가 되어, 승산부(72)에서 제한 부하 용량값과 승산된다.
이와 같이, 부하 용량값 산출부(70)는, 조속 밸브(37)의 목표 개방도와 조속 밸브(37)의 실제 개방도의 편차에 근거하여, 제한 부하 용량값을 상한으로 한 부하 용량값을 산출한다.
또한, 본 실시형태에 관한 증기 터빈(9)은, 고압 증기와 저압 증기가 도입되는데, 저압 증기에 관해서는 거버너 제어되지 않는다. 이로 인하여, 승산부(72)로부터 출력되는 부하 용량값은, 별도 산출된 저압 증기에 근거하는 부하 용량값(LP Avail. kW)과 가산부(78)에서 가산된다. 가산부(78)로부터 출력되는 부하 용량값은, 본 실시형태에 관한 증기 터빈(9)의 부하 용량값(ST Avail. kW)이다.
또, 본 실시형태에 관한 터빈 발전기 계통(1)은, 파워 터빈(7)도 구비하고 있기 때문에, 별도 산출된 파워 터빈(7)의 출력값(PT Act. kW)도 가산부(79)에서 더 가산된다. 즉, 가산부(79)로부터 출력된 부하 용량값이, 본 실시형태에 관한 터빈 발전기(25)의 실제 부하 용량값(STG Avail. kW)의 절댓값이며, 이 값이 아날로그 신호(전압값)로서 PMS(53)가 구비하는 부하 분담 제어부(80)에 출력된다.
또, 본 실시형태에 관한 부하 용량값 산출부(70)는, 상술한 바와 같이, 개방도 편차 부하 용량값과 압력 편차 부하 용량값 중 보다 작은 값을, 증기 터빈(9)으로부터 얻어지는 실제 부하 용량값(부하 용량 목푯값)으로서 산출한다.
이 이유는, 조속 밸브 개방도가 개방될수록 증기압은 저하되는데, 증기압에는 최솟값이 설정되어 있기 때문에, 실제 증기압이 설정 최솟값 미만이 되지 않도록 하기 위함이다. 즉, 압력 편차 부하 용량값이 개방도 편차 부하 용량값보다 작은 경우란, 실제 증기압이 설정 최솟값 미만이 되는 경우이다. 이와 같은 경우에는, 압력 편차 부하 용량값이 저치 선택부(75)에서 선택되어, 실제 증기압을 설정 최솟값 이상으로 유지할 수 있는 부하 용량값이 산출된다.
이로써, 증기 터빈(9)에 도입되는 증기압이 설정 최솟값 미만이 되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 부하 용량값 산출부(70)는, 압력 편차 부하 용량값을 산출하기 위하여, 감산부(81) 및 PID 연산부(82)를 구비한다.
감산부(81)는, 고압 증기압의 계측값(HP Press)과 고압 증기압의 설정 최솟값(HP Press Min Setting)의 편차인 압력 편차를 산출하여, PID 연산부(82)에 출력한다.
PID 연산부(82)는, 압력 편차에 근거하여 압력 편차 부하 용량값을 연산하여, 저치 선택부(75)에 출력한다. 또한, PID 연산부(82)는, 압력 편차를 변수로 하는 미리 정해진 함수에 의하여, 압력 편차 부하 용량값을 산출한다.
또, 실제 증기압과 설정 최솟값의 편차가 지나치게 크면, 산출되는 부하 용량값의 시간 변화도 커지고, 이와 같은 부하 용량값을 이용하여 거버너 제어를 행하면 터빈 발전기 계통(1)이 크게 변화하여, 제어가 불안정해질 가능성이 있다. 제어가 불안정해지는 원인은, 증기 터빈(9)의 조속 밸브(37)의 개방도를 급격하게 개방하면, 고압 증기압이 급격하게 저하되어, 고압 드럼(도시하지 않음)과 배기가스 이코노마이저(11)의 사이인 고압 증발부 간에 물을 순환시키고 있는 순환수 펌프(도시하지 않음)가 캐비테이션을 일으킬 가능성이 있기 때문이다. 고압 드럼(및 순환수 펌프 흡입 배관)에서는 물(액체)의 온도에 비하여 압력이 갑자기 저하되면 물이 증발하여 순환수 펌프의 흡입에 의하여 캐비테이션을 발생할 가능성이 있다.
이를 방지하기 위하여, 부하 용량값 산출부(70)는, 감산부(83), 고치(高値) 선택부(84), 및 레이트 리미터(85)를 구비한다.
감산부(83)는, 고압 증기압의 계측값에 대하여 미리 정해진 변동 억젯값(규젯값)을 감산한다. 변동 억젯값은, 예를 들면 0.5bar이다.
고치 선택부(84)는, 변동 억젯값에서 감산된 계측값과 설정 최솟값을 비교하여, 보다 작은 값을 레이트 리미터(85)에 출력한다.
레이트 리미터(85)는, 고치 선택부(84)로부터 출력된 값을 소정의 시간 변화율로 감산부(83)에 출력한다.
여기에서, 고압 증기압의 계측값이 예를 들면 6.2bar이며, 설정 최솟값이 예를 들면 5.5bar인 경우, 고치 선택부(84)로부터 출력되는 값은 5.7bar가 되고, 감산부(81)로부터 출력되는 값은 0.5bar가 된다. 또, 고압 증기압의 계측값이 예를 들면 5.8bar이며, 설정 최솟값이 예를 들면 5.5bar인 경우, 고치 선택부(84)로부터 출력되는 값은 5.5bar가 되고, 감산부(81)로부터 출력되는 값은 0.3bar가 된다. 한편, 고압 증기압의 계측값이 8.0bar인 경우여도, 고치 선택부(84)로부터 출력되는 값은 7.5bar가 되기 때문에, 감산부(81)로부터 출력되는 값은 0.5bar가 된다. 즉, 본 실시형태에 관한 부하 용량값 산출부(70)는, 고압 증기압의 계측값과 설정 최솟값의 편차가 커도, 변동 억젯값을 초과한 편차를 이용하지 않고, 즉 변동 억젯값을 규젯값으로 하여, 변동 억젯값 이하의 값에서 부하 용량값을 산출한다. 이로써, 부하 용량값 산출부(70)에 의하여 산출되는 부하 용량값의 시간 변화가 크게 변화하는 것이 억제된다.
이와 같이 하여 TCP(57)에서 산출된 부하 용량값(STG Avail. kW)은, 아날로그 신호(전압값)로서 PMS(53)에 출력된다.
PMS(53)는 부하 분담 제어부(80) 및 거버너 증감 펄스 생성부(86)를 구비한다.
부하 분담 제어부(80)는, TCP(57)로부터 입력된 부하 용량값에 근거하여, 증기 터빈(9) 및 디젤 엔진 발전기(60)의 부하 분담을 나타내는 부하 분담 신호를 생성한다. 거버너 증감 펄스 생성부(86)는, 부하 분담 제어부(80)로부터의 부하 분담 신호에 근거하여, 증기 터빈(9) 및 디젤 엔진 발전기(60)에 대하여, 제어값(속도 설정값)을 증가시키거나 또는 감소시키기 위한 거버너 증가 또는 거버너 감소를 나타내는 펄스 신호(이하 "거버너 증감 펄스 신호"라고 함)를 생성하여, 각각에 대응하는 거버너(59, 87, 88)에 출력한다.
또한, 거버너(59)는, TCP(57)에 구비되어, 증기 터빈(9)의 회전 속도를 제어하는 것으로, PMS(53)가 지시하는 회전 속도의 속도 설정값(거버너 증감 펄스 신호)에 따른 조속 밸브 개방도를 조속 밸브(37)에 출력함으로써, 증기 터빈(9)의 출력을 제어함과 함께, 조속 밸브 개방도가 목표 개방도가 되도록 제어된다.
또, 거버너(87, 88)는, 각각 대응하는 디젤 엔진 발전기(60)에 구비되어, 디젤 엔진 발전기(60)의 회전 속도를 제어하는 것으로, PMS(53)가 지시하는 회전 속도의 속도 설정값(거버너 증감 펄스 신호)에 따른 조속 밸브 개방도를 조속 밸브(37)에 출력함으로써, 디젤 엔진 발전기(60)의 출력을 제어한다.
다음으로, 파워 터빈(7)의 출력값(PT Act. kW)의 산출에 대하여 설명한다.
터빈 발전기(25)의 부하 용량값(STG Avail. kW)은, 상술한 바와 같이 증기 터빈(9)의 부하 용량값(ST Avail. kW)과 파워 터빈(7)의 출력값(PT Act. kW)의 합이다((1) 식).
STG Avail. kW=ST Avail. kW+PT Act. kW …(1)
여기에서, 파워 터빈(7)의 출력값(PT Act. kW)은, (2) 식에 나타나는 바와 같이, 터빈 발전기(25)의 출력 계측값(STG Act. kW)으로부터 증기 터빈(9)의 출력 계측값(ST Act. kW)을 감산함으로써 산출된다.
PT Act. kW=STG Act. kW-ST Act. kW…(2)
또한, 증기 터빈(9)의 출력 계측값은, 증기 터빈(9)에 도입되는 메인 증기 압력, 증기 온도, 증기의 배기 압력 등의 각종 계측값을 이용하여 기존의 수법에 의하여 산출된다.
또한, 터빈 발전기(25)의 부하 용량값(STG Avail. kW)을 (1) 식에 근거하여 산출하는 이유를 이하에 상세하게 설명한다.
터빈 발전기(25)의 부하 용량값(STG Avail. kW)은, 파워 터빈(7)의 부하 용량값(PT Avail. kW)을 이용하여 하기 (3) 식으로부터 산출하는 것도 생각할 수 있다.
STG Avail. Kw=ST Avail. kW+PT Avail. kW…(3)
여기에서, 파워 터빈(7)의 부하 용량값(PT Avail. kW)은, 메인 엔진(3)의 부하에 의한 함수에 대하여, 외기 온도(과급기(5)의 흡입 온도)를 파라미터로 하여 보정함으로써 구해진다. 즉, (3) 식에서는, 메인 엔진(3)의 부하와 외기 온도로 파워 터빈(7)의 부하 용량값(PT Avail. kW)이 소정 값으로 결정되므로, 메인 엔진(3)의 부하와 외기 온도로는, 파워 터빈(7)의 기동 중에 있어서 시시각각으로 변화하는 파워 터빈(7)의 부하 용량값(PT Avail. kW)을 산출할 수 없다. 따라서, (3) 식에서는, 파워 터빈(7)의 기동 중에 있어서의 터빈 발전기(25)의 부하 용량값(STG Avail. kW)도 산출할 수 없다.
또한, 기동 중에 있어서의 실제 파워 터빈(7)의 출력값의 변화에 근접하도록 예상하여, 파워 터빈(7)의 부하 용량값(PT Avail. kW)을 서서히 변화시키는 방법도 생각할 수 있다. 그러나, 실제와 예상에 차가 있으면, 이 차분을 증기 터빈(9)의 조속 밸브(37)가 흡수하려고 크게 움직일 가능성도 생각할 수 있다.
따라서, (1) 식과 같이 파워 터빈(7)의 출력값(PT Act. kW) 자체를 이용함으로써, 파워 터빈(7) 기동 중의 부하 용량값의 변화를 양호한 정밀도로 터빈 발전기(25)의 부하 용량값(STG Avail. kW)에 실시간으로 반영할 수 있다. 이로써, 상술한 바와 같은, 증기 터빈(9)의 조속 밸브(37)의 개방도가 크게 움직인다는 문제도 발생하지 않는다.
또한, 증기 터빈(9)의 조속 밸브(37)의 개방도(바꿔 말하면, 증기 터빈(9)의 출력)를 현상 유지하는 것을 목적으로 하면, 파워 터빈(7) 기동 중의 출력값(PT Act. kW)의 변화는, 즉 터빈 발전기(25)의 부하 용량값(STG Avail. kW)의 변화이기도 하다고 생각할 수 있다. 또, 파워 터빈(7) 기동 중의 출력의 변화는, (2) 식에서 산출되는 PT Act. kW의 변화로서 나타나며, 양호한 정밀도로 얻어진다.
도 4는, 부하 용량값 산출부(70)에 있어서의 파워 터빈(7)의 출력값 산출에 관한 기능 블록도의 일례이다.
부하 용량값 산출부(70)는, 감산부(90), 감산부(91), 및 PID 연산부(92)를 구비한다.
감산부(90)는, 터빈 발전기(25)의 출력 계측값(STG Act. kW)으로부터 증기 터빈(9)의 출력 계측값(ST Act. kW)을 감산하여, 파워 터빈(7)의 출력값(PT Act. kW)을 산출한다.
감산부(91)는, 감산부(90)로부터의 출력값(PT Act. kW)과 PID 연산부(92)로부터 출력되는 파워 터빈(7)의 부하 용량값을 감산하여, 편차를 출력한다. 또한, 감산부(91)로부터 출력되는 편차가 0이 아닌 경우는, 파워 터빈(7)의 출력에 변화가 있었던 경우이다.
PID 연산부(92)는, 감산부(91)로부터 출력된 편차에 근거하여, 파워 터빈(7)의 부하 용량값을 산출하여, 가산부(79)에 출력한다. 또한, PID 연산부(92)는, 파워 터빈(7)의 출력에 변화가 있어, 큰 값의 편차가 입력된 경우에, 파워 터빈(7)의 출력값을 급격하게 변화시키는 것은 아니고, 파워 터빈(7)의 출력값(부하 용량값)을 시간 변화와 함께 서서히 변화시켜 출력한다.
이와 같이 하여 파워 터빈(7)의 출력값을 산출함으로써, 메인 엔진(3)의 부하가 변화하고 있는 경우에 있어서의 파워 터빈(7)의 출력의 변화가 절댓값(아날로그 신호)으로서 나타난다.
여기에서, 펄스 신호를 이용한 종래의 제어에서는, 증기 터빈(9)의 조속 밸브(37)가 파워 터빈(7)의 출력 변화에 따라, 또, PMS(53)에 있어서의 부하 용량값의 변화에 따라 그때마다 제어되므로, 플랜트 상태가 변화하고 있는 동안에, 조속 밸브 개방도가 과도하게 저하되거나, 완전 개방 위치에서 고정되거나 함으로써, 제어가 불안정해질 가능성이 있었다.
한편, 본 실시형태에서는, 파워 터빈(7)의 출력 변화가 터빈 발전기(25)의 부하 용량값에 실시간으로 반영된다. 이로 인하여, PMS(53)는, 파워 터빈(7)의 출력이 변화해도, 산출된 부하 용량값(STG Avail. kW)을 이용하여 선내의 각 발전기의 부하 분담을 시간 지연없이 산출하여, 각 발전기에 조속 밸브 개방도의 증가 또는 감소를 나타내는 지령(거버너 증감 펄스 신호)을 출력할 수 있다. 즉, 파워 터빈(7)의 출력이 변화해도, 산출된 터빈 발전기(25)의 부하 용량값을 시간 지연없이 산출할 수 있으므로, 조속 밸브 개방도의 제어를 안정화할 수 있다. 또한, 파워 터빈(7)의 출력이 변화해도, 조속 밸브 개방도는 크게 변화하지 않고, 보다 안정된 제어가 가능해진다.
다음으로, 본 실시형태에 관한 터빈 발전기 계통(1)의 변압 운전에 대하여, 구체적으로 도 5~8을 참조하여 설명한다.
도 5는, 변압 운전에 있어서의 각종 제어값의 시간 변화를 나타내는 그래프이며, 도 5(A)는 메인 엔진(3)의 부하의 시간 변화, 도 5(B)는 증기 터빈(9)의 조속 밸브 개방도의 시간 변화(실선) 및 덤프 밸브(41)의 개방도의 시간 변화(파선), 도 5(C)는 고압 증기압의 시간 변화, 도 5(D)는 터빈 발전기(25)의 출력의 시간 변화를 나타낸다. 또한, 도 5의 가로축(시간)은, 기간 (1)~(14)와 같이 편의적으로 나눠진다.
먼저, 메인 엔진(3)의 부하가 증가하는 경우에 대하여, 기간 (1)~(8)별로 설명한다.
기간 (1): 메인 엔진(3)의 기동이 개시되어, 배기가스 이코노마이저(11)가 기동되고 고압 증기의 생성이 개시되어 승압된다.
기간 (2): 고압 증기압이 덤프 밸브(41)의 설정압까지 승압되면 덤프 밸브(41)가 개방되고, 증기량의 증가에 따라 덤프 밸브(41)의 개방도가 고압 증기압을 일정압으로 하도록 제어된다.
기간 (3): 증기 터빈(9)이 기동을 개시한다. 그리고, 조속 밸브(37)의 개방도 증가에 따라, 또는 부하의 증가에 따라, 증기 터빈(9)에 증기가 도입된다. 이에 따라, 덤프 밸브(41)의 개방도가 감소되어, 마침내 덤프 밸브(41)가 완전 폐쇄가 된다. 즉, 기간 (1)부터 기간 (3)까지의 동안에는, 고압 증기압은 덤프 밸브(41)에 의하여 제어된다.
그리고, 기간 (3)까지는, 고압 증기압은 설정 최솟값을 초과하고, 또 조속 밸브 개방도는 목표 개방도 미만이기 때문에, TCP(57)는 PMS(53)에 출력하는 부하 용량값을 증가시킨다.
PMS(53)는 증가된 부하 용량값에 따라 거버너(59)에 거버너 증가 지령을 나타내는 펄스 신호를 출력하고, 이로써 거버너(59)가 조속 밸브 개방도를 증가시키므로, 증기 터빈(9)의 부하가 증가한다.
기간 (4): 덤프 밸브(41)가 완전 폐쇄가 되고, 조속 밸브 개방도가 증가함에 따라 고압 증기압이 저하된다. 또한, 기간 (4)에 있어서의 TCP(57) 및 PMS(53)의 동작과, 부하 용량값의 변화는 기간 (3)과 동일하다.
기간 (5): 조속 밸브 개방도를 목표 개방도가 되도록 증가시키는 동안에, 고압 증기압이 저하되어 설정 최솟값에 도달하면, 설정 최솟값을 유지하도록 조속 밸브 개방도가 제어된다. 그리고, 증기량의 증가에 따라, 설정 최솟값을 유지하면서 조속 밸브 개방도가 증가한다.
또한, 고압 증기압이 설정 최솟값 미만이 되면, 조속 밸브 개방도가 목표 개방도에 도달하지 않아도, TCP(57)는 지금까지와 같은 부하 용량값의 증가를 멈추고, 설정 최솟값을 유지하기 위하여 부하 용량값을 조정한다.
기간 (6): 조속 밸브 개방도가 목표 개방도에 도달하면 개방도의 제어는 멈추고, 이후, 증기량이 증가하면 조속 밸브(37)의 목표 개방도를 유지한 채로 고압 증기압이 증가해 간다.
또한, 조속 밸브 개방도를 목표 개방도로 하는 제어는 일단 멈추지만, 엄밀하게는 이 상태에서 증기량이 증가하면 증기 터빈(9)의 회전 속도가 증가하므로, 거버너(59)는 증기 터빈(9)에 도입되는 증기량을 감소시키도록 움직이고, 조속 밸브 개방도는 감소한다. 그리고, 다시 조속 밸브 개방도를 목표 개방도로 하기 위하여 TCP(57)는 부하 용량값을 증가시키고, PMS(53)의 거버너 증가 지령에 의하여 부하가 증가한다. 이와 같이, 조속 밸브(37)의 목표 개방도 도달 후에도 증기량 증가에 따라, 조속 밸브 개방도를 목표 개방도로 하는 제어가 반복되면서 부하 용량값이 증가하고, 증기 터빈(9)의 부하가 증가해 간다.
기간 (7): 파워 터빈(7)의 기동이 개시된다. 과도적으로는 파워 터빈(7)의 출력의 증가에 따라 조속 밸브 개방도도 변동되지만, 변동이 커지지 않도록 부하 용량값을 제어하고 있으므로, 본 도면에서는 생략하고 있다.
기간 (8): 메인 엔진(3)의 부하 증가에 의한 파워 터빈(7)의 출력 증가와 증기량 증가에 따라, PMS(53)로부터 거버너 증가 지령을 받을 때까지, 조속 밸브 개방도는 감소하도록 제어되고, 기간 (6)과 동일한 동작으로 부하 용량값, 및 증기 터빈(9)의 부하가 증가해 간다. 또한, 조속 밸브 개방도가 목표 개방도보다 감소하면, 조속 밸브 개방도를 목표 개방도로 되돌리기 위하여 TCP(57)는 터빈 발전기(25)의 부하 용량값(STG Avail. kW)을 증가시킨다. 그리고 PMS(53)로부터 거버너 증가 지령을 받아 조속 밸브 개방도는 목표 개방도를 향하여 증가한다. 이와 같이, 기간 (8)에서는, 조속 밸브 개방도가 작은 증감을 반복하면서, 목표 개방도를 유지하게 된다.
다음으로 메인 엔진(3)의 부하가 감소하는 경우에 대하여, 기간 (11)~(14)별로 설명한다.
기간 (11): 메인 엔진(3)의 부하 감소에 의한 파워 터빈(7)의 출력 증가와 증기량의 감소에 따라, PMS(53)로부터 거버너 감소 지령을 받을 때까지, 조속 밸브 개방도는 증기 터빈(9)의 속도 저하를 보완하기 위하여 증가 방향으로 움직인다. 한편, TCP(57)는, 조속 밸브 개방도를 목표 개방도로 되돌리기 위하여 부하 용량값을 감소시키고, PMS(53)의 거버너 감소 지령에 의하여 부하가 감소한다.
또한, 조속 밸브 개방도가 목표 개방도보다 증가하면, 조속 밸브 개방도를 목표 개방도로 되돌리기 위하여 TCP(57)는 터빈 발전기(25)의 부하 용량값(STG Avail. kW)을 감소시킨다. 그리고 PMS(53)로부터 거버너 감소 지령을 받아 조속 밸브 개방도는 목표 개방도를 향하여 감소한다. 이와 같이, 기간 (11)에서는, 조속 밸브 개방도가 작은 증감을 반복하면서, 목표 개방도를 유지하게 된다.
기간 (12): 파워 터빈(7)이 정지한다. 통상, 메인 엔진(3)의 부하 감소에 의한 추기 가스 허용량의 저하에 의하여 파워 터빈(7)이 정지한다. 과도적으로는 파워 터빈(7)의 출력의 감소, 그리고 정지에 따라 조속 밸브 개방도도 변동되지만, 변동이 커지지 않도록 부하 용량값을 제어하고 있으므로, 본 도면에서는 생략하고 있다.
기간 (13): 추가적인 메인 엔진(3)의 부하 감소에 의한 증기량의 저하에 따라, 조속 밸브 개방도는, 목표 개방도로 유지되면서, 고압 증기압이 설정 최솟값까지 저하된다. 그 후, 고압 증기압의 설정 최솟값을 유지하기 위하여 부하 용량값을 감소시키므로 조속 밸브 개방도가 감소한다.
기간 (14): 부하 용량값이 미리 정해진 최솟값에 도달하면, 부하 용량값은 그 이상 감소하지 않게 되어, PMS(53)는 상기 최솟값의 부하를 유지하고자 거버너(59)에 지령(예를 들면 증가 지령)을 부여하므로, 고압 증기압이 설정 최솟값보다 저하되기 시작한다. 그 후, 출력의 저하와 고압 증기압의 저하에 따라 증기 터빈(9)이 정지한다.
도 6a 및 도 6b는, 파워 터빈(7)의 기동 시에 있어서의 종래의 각종 제어값의 시간 변화와, 본 발명의 실시형태에 관한 각종 제어값의 시간 변화를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 6a가 종래의 각종 제어값의 시간 변화를 나타내고, 도 6b가 본 발명의 실시형태에 관한 각종 제어값의 시간 변화를 나타낸다. 또, 시간 T1은 배기가스량 조정 밸브(33)를 개방함으로써, 파워 터빈(7)을 기동시키는 타이밍을 나타내고, 시간 T2는 파워 터빈(7)의 클러치(31)를 온으로 하여 파워 터빈(7)이 터빈 발전기(25)에 접속되는 타이밍을 나타내며, 시간 T3은 본 실시형태에 있어서 파워 터빈(7)의 출력이 일정해진 타이밍을 나타내고, 시간 T4는 배기가스량 조정 밸브(33)가 완전 개방이 된 타이밍을 나타낸다.
도 6a의 (A-1), 도 6b의 (B-1)은, 메인 엔진(3)의 부하의 시간 변화를 나타내는데, 도 6a 및 도 6b에서는 일례로서, 메인 엔진(3)의 부하가 일정한 경우를 나타낸다.
도 6a의 (A-2), 도 6b의 (B-2)는, 배기가스량 조정 밸브(33)의 개방도의 시간 변화를 나타낸다. 배기가스량 조정 밸브(33)의 개방도는, 시간 T1부터 시간 T4의 사이에서 완전 폐쇄로부터 완전 개방까지 연속적으로 변화한다.
도 6a의 (A-3), 도 6b의 (B-3)은, PMS(53)에 있어서의 부하 용량값(터빈 발전기(25)의 부하 용량값)의 시간 변화를 나타낸다. 또한, 종래에 관한 도 6a의 (A-3)에서는, 부하 용량값은 펄스 신호에 의하여 증감되기 때문에, 시간 경과와 함께 단계적으로 증가하고 있다. 한편, 본 실시형태에 관한 도 6b의 (B-3)에서는, 부하 용량값은 아날로그 신호로 나타나기 때문에, 연속적으로 증가하고 있다.
종래의 펄스 신호를 이용한 부하 용량값의 증가에서는, 파워 터빈(7)의 출력이 일정해진 시간 T3 이후도 시간 지연 때문에, 단계적으로 부하 용량값이 증가하고 있다. 한편, 본 실시형태에 관한 제어에서는, 파워 터빈(7)의 출력이 일정해진 시간 T3의 타이밍에, 부하 용량값의 증가는 끝나고, 그 후 일정해진다.
도 6a의 (A-4), 도 6b의 (B-4)는, 증기 터빈(9)에 대한 거버너 속도 설정값의 시간 변화를 나타낸다.
거버너 속도 설정값의 변화는, 부하 용량값의 증감에 의존하기 때문에, 종래에 관한 도 6a의 (A-4)에서는, 파워 터빈(7)의 출력이 일정해진 시간 T3 이후도 시간 지연 때문에, 소정값씩 단계적으로 거버너 속도 설정값이 증가하고 있다. 한편, 본 실시형태에 관한 도 6b의 (B-4)에서는, 파워 터빈(7)의 출력이 일정해진 시간 T3이 된 타이밍에, 거버너 속도 설정값의 증가는 끝나고, 그 후 일정해진다.
도 6a의 (A-5), 도 6b의 (B-5)는, 조속 밸브 개방도의 시간 변화를 나타낸다. 또, 도 6a의 (A-6), 도 6b의 (B-6)은, 증기 터빈(9)의 출력 및 파워 터빈(7)의 출력과 함께, 터빈 발전기(25)의 출력의 시간 변화를 나타낸다.
도 6a의 (A-5), 도 6b의 (B-5)로 나타나는 바와 같이, 파워 터빈(7)의 출력이 증가함과 함께 조속 밸브 개방도는 감소한다. 이것이 기간 a이다. 한편, 지나치게 감소한 조속 밸브 개방도를 목표 개방도로 하는 제어가, 기간 b에서 행해진다.
종래에는, 파워 터빈(7)의 출력 변화에 따라 조속 밸브 개방도가 제어되고, 그 후 펄스 신호에 의하여 PMS(53)에 유지되어 있는 조속 밸브 개방도나 증기압을 목푯값으로 하는 제어가 행해지고 있었다. 이로 인하여, 제어에 시간 지연이 발생하고 있으며, 배기가스량 조정 밸브(33)가 완전 개방이 되어도 파워 터빈(7)이나 증기 터빈(9)도 정정(整定) 상태가 되지 않았다.
한편, 본 실시형태에서는, (1) 식으로 나타내는 바와 같이, 파워 터빈(7)의 출력 변화를 터빈 발전기(25)의 부하 용량값(아날로그 신호)에 실시간으로 반영시키기 때문에, 시간 지연없이 조속 밸브 개방도의 제어가 가능해져, 지나치게 감소한 조속 밸브 개방도를 목표 개방도로 하는 제어에 필요로 하는 시간(기간 b)도 종래에 비하여 짧아진다. 특히, 본 실시형태에서는, 배기가스량 조정 밸브(33)가 완전 개방이 된 타이밍에 있어서, 조속 밸브 개방도를 목표 개방도로 할 수 있으므로 파워 터빈(7)이나 증기 터빈(9)도 종래에 비하여 빠르게 정정 상태가 된다.
도 7a 및 도 7b는, 파워 터빈 정지 시에 있어서의 종래의 각종 제어값의 시간 변화와, 본 발명의 실시형태에 관한 각종 제어값의 시간 변화를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 7a가 종래의 각종 제어값의 시간 변화를 나타내고, 도 7b가 본 발명의 실시형태에 관한 각종 제어값의 시간 변화를 나타낸다. 또, 시간 T5는 배기가스량 조정 밸브(33)를 폐쇄하는 타이밍을 나타내고, 시간 T6은 파워 터빈(7)의 클러치(31)를 오프로 하여 파워 터빈(7)이 터빈 발전기(25)에 비접속이 되는 타이밍을 나타내며, 시간 T7은 배기가스량 조정 밸브(33)가 완전 폐쇄가 된 타이밍을 나타낸다.
도 7a의 (A-1), 도 7b의 (B-1)은, 메인 엔진(3)의 부하의 시간 변화를 나타내는데, 도 7에서는 일례로서, 메인 엔진(3)의 부하가 일정한 경우를 나타낸다.
도 7a의 (A-2), 도 7b의 (B-2)는, 배기가스량 조정 밸브(33)의 개방도의 시간 변화를 나타낸다. 배기가스량 조정 밸브(33)의 개방도는, 시간 T5부터 시간 T7의 사이에서 완전 개방으로부터 완전 폐쇄까지 연속적으로 변화한다.
도 7a의 (A-3), 도 7b의 (B-3)은, PMS(53)에 있어서의 부하 용량값(터빈 발전기(25)의 부하 용량값)의 시간 변화를 나타낸다. 또한, 종래에 관한 도 7a의 (A-3)에서는, 부하 용량값은 펄스 신호에 의하여 증감되기 때문에, 단계적으로 감소하고 있다. 또한, 도 7a의 (A-3)에서는, 펄스 신호에 의한 부하 용량값의 증감의 시간 지연에 의하여, 터빈 발전기(25)의 부하 용량값은 과도하게 감소하고, 그 후에 증가로 전환되어 일정해진다.
한편, 본 실시형태에 관한 도 7b의 (B-3)에서는, 부하 용량값은 아날로그 신호로 나타나기 때문에, 연속적으로 감소하고, 시간 지연도 없다.
도 7a의 (A-4), 도 7b의 (B-4)는, 증기 터빈(9)에 대한 거버너 속도 설정값의 시간 변화를 나타낸다.
거버너 속도 설정값의 변화는, 부하 용량값의 증감에 의존하기 때문에, 종래에 관한 도 7a의 (A-4)에서는, 거버너 속도 설정값이 감소한 후에 증가하여 일정해진다. 한편, 본 실시형태에 관한 도 7b의 (B-4)에서는, 종래와 같은 거버너 속도 설정값의 감소·증가는 없고, 거버너 속도 설정값은 감소 후에 일정해진다.
도 7a의 (A-5), 도 7b의 (B-5)는, 조속 밸브 개방도의 시간 변화를 나타낸다. 또, 도 7a의 (A-6), 도 7b의 (B-6)은, 증기 터빈(9)의 출력 및 파워 터빈(7)의 출력과 함께, 터빈 발전기(25)의 출력의 시간 변화를 나타낸다.
종래에는, 제어에 시간 지연이 발생하고 있으므로, 터빈 발전기(25)의 출력은 정정 상태가 될 때까지 시간을 필요로 한다. 한편, 본 실시형태에서는, 시간 지연없이 제어가 가능하기 때문에, 터빈 발전기(25)의 출력이 정정 상태가 될 때까지의 시간이 종래에 비하여 짧다.
도 8a 및 도 8b는, 선내 전력 부하의 증가 시에 있어서의 종래의 각종 제어값의 시간 변화와, 본 발명의 실시형태에 관한 각종 제어값의 시간 변화를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 8a가 종래의 각종 제어값의 시간 변화를 나타내고, 도 8b가 본 발명의 실시형태에 관한 각종 제어값의 시간 변화를 나타낸다. 또, 시간 T10은 선내 전력 부하가 증가한 타이밍을 나타낸다.
도 8a의 (A-1), 도 8b의 (B-1)은, 메인 엔진(3)의 부하의 시간 변화를 나타내는데, 도 8a 및 도 8b에서는 일례로서, 메인 엔진(3)의 부하가 일정한 경우를 나타낸다.
도 8a의 (A-2), 도 8b의 (B-2)는 조속 밸브 개방도의 시간 변화를 나타내고, 도 8a의 (A-3), 도 8b의 (B-3)은 PMS(53)에 있어서의 부하 용량값(터빈 발전기(25)의 부하 용량값)의 시간 변화를 나타내며, 도 8a의 (A-4), 도 8b의 (B-4)는 증기 터빈(9)에 대한 거버너 속도 설정값의 시간 변화를 나타내고, 도 8a의 (A-5), 도 8b의 (B-5)는, 증기 터빈(9)의 출력 및 파워 터빈(7)의 출력과 함께, 터빈 발전기(25)의 출력의 시간 변화를 나타낸다.
시간 T10에서 선내 전력 부하가 증가하면, 그에 따라, 조속 밸브 개방도는 증가하고, 터빈 발전기(25)의 출력도 증가한다. 한편, 조속 밸브 개방도가 증가하므로 조속 밸브 개방도를 목표 개방도로 하기 위하여 부하 용량값은 감소한다. 이 부하 용량값의 변화에 따라, 거버너 속도 설정값 및 터빈 발전기(25)의 출력값도 변화한다.
여기에서, 종래에는, PMS(53)에 유지되어 있는 부하 용량값을 펄스 신호에 의하여 증감시키기 때문에, 터빈 발전기(25)의 출력 변화에 대하여 부하 용량값의 변화에 지연이 발생한다. 그 결과, 거버너 속도 설정값이나 조속 밸브 개방도의 변화에도 지연이 발생하므로, 도 8a의 (A-2)~(A-5)에 나타나는 바와 같이, 각종 제어값에 헌팅이 발생할 가능성이 있다. 바꿔 말하면, 펄스 신호에 의한 부하 용량값의 변화의 위상이, 터빈 발전기(25)의 출력, 거버너 속도 설정값이나 조속 밸브 개방도의 변화의 위상과 어긋나기 때문에, 헌팅이 발생할 가능성이 있다.
한편, 본 실시형태에서는, TCP(57)에서 부하 용량값의 절댓값을 산출하여, 아날로그 신호에 의하여 PMS(53)에 출력하므로, 부하 용량값의 산출, 거버너 속도 설정값의 출력, 조속 밸브 개방도의 제어를 시간 지연없이 행할 수 있으므로, 종래와 같은 헌팅을 억제할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관한 TCP(57)는, 조속 밸브(37)의 개방도를 일정하게(목표 개방도가) 되도록 제어함으로써, 증기 터빈(9)에 도입되는 증기압을 변화시키는 변압 운전을 행한다. 그리고, TCP(57)는, 조속 밸브(37)의 목표 개방도와 조속 밸브(37)의 실제 개방도의 편차에 근거하여, 증기 터빈(9)으로부터 얻어지는 실제 부하 용량값을 산출하고, 산출된 부하 용량값에 근거하여 조속 밸브 개방도를 제어한다.
이로써, 본 실시형태에 관한 TCP(57)는, 조속 밸브 개방도의 제어에 이용하는 부하 용량값을 종래와 같이 펄스 신호에 의하여 증감시키지 않으므로, 펄스 신호 특유의 시간 지연을 발생하지 않고, 조속 밸브(37)를 제어할 수 있다. 따라서, TCP(57)는, 플랜트 상태가 변화한 경우의 배열 회수에 있어서, 보다 안정적인 제어를 가능하게 한다.
이상, 본 발명을, 상기 실시형태를 이용하여 설명했지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시형태에 기재된 범위에는 한정되지 않는다. 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 상기 실시형태에 다양한 변경 또는 개량을 더할 수 있고, 그 변경 또는 개량을 더한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
예를 들면, 상기 실시형태에서는, 본 실시형태에 관한 터빈 발전기 계통(1)이 선박용 발전 시스템으로서 이용되는 형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은, 이에 한정되는 것은 아니고, 본 실시형태에 관한 터빈 발전기 계통(1)은, 예를 들면 육상의 플랜트 설비에 적용되는 형태로 해도 된다.
이 형태의 경우, 플랜트 설비는, 무한대 모선과 접속되어 있지 않은, 이른바 마이크로 그리드(아일랜드 모드라고도 함)로 운용된다.
또, 상기 실시형태에서는, 일례로서, 배기가스가 메인 엔진(3)에 의하여 생성되는 형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은, 이에 한정되는 것은 아니고, 배기가스를 메인 엔진(3) 이외에서 생성되는 배기가스, 예를 들면 보일러에서 생성되는 배기가스로 해도 된다.
2 발전 시스템
3 메인 엔진
7 파워 터빈
9 증기 터빈
25 터빈 발전기(발전기)
37 조속 밸브
43 발전 시스템 제어 장치(제어 장치)
59 거버너(제어 수단)
70 부하 용량값 산출부(산출 수단)

Claims (9)

  1. 배기가스에 의하여 생성된 증기에 의하여 구동되는 증기 터빈과,
    상기 증기 터빈에 도입되는 증기량을 제어하는 조속 밸브와,
    상기 증기 터빈에 접속된 발전기를 구비하며, 상기 증기 터빈에 도입되는 증기압을 변화시키는 변압 운전을 행하는 발전 시스템의 제어 장치로서,
    상기 조속 밸브의 목표 개방도와 상기 조속 밸브의 실제 개방도의 편차에 근거하여, 상기 증기 터빈으로부터 얻어지는 실제 부하 용량값을 산출하는 산출 수단과,
    상기 산출 수단에 의하여 산출된 상기 부하 용량값에 근거하여, 상기 조속 밸브의 개방도를 제어하는 제어 수단을 구비하고,
    상기 산출 수단은, 상기 조속 밸브의 목표 개방도와 상기 조속 밸브의 실제 개방도의 편차에 근거하는 제1 부하 용량값, 및 상기 증기 터빈에 도입되는 증기압의 설정값과 실제 증기압의 편차에 근거하는 제2 부하 용량값 중 보다 작은 값을, 상기 증기 터빈으로부터 얻어지는 실제 부하 용량값으로서 산출하는 발전 시스템의 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 산출 수단에서 산출되는 상기 부하 용량값은, 상한이 정해지는 발전 시스템의 제어 장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 배기가스에 의하여 구동되는 파워 터빈을 구비하고,
    상기 발전기는, 상기 파워 터빈 및 상기 증기 터빈에 접속되며,
    상기 산출 수단은, 산출된 상기 부하 용량값과 상기 파워 터빈의 출력값의 합을 상기 발전기에서 이용 가능한 부하 용량값으로서 출력하는 발전 시스템의 제어 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 파워 터빈의 출력값은, 상기 발전기의 출력의 계측값으로부터 상기 증기 터빈의 출력의 계산값을 감산하여 산출되는 발전 시스템의 제어 장치.
  6. 배기가스에 의하여 구동되는 파워 터빈과,
    상기 배기가스에 의하여 생성된 증기에 의하여 구동되는 증기 터빈과,
    상기 증기 터빈에 도입되는 증기량을 제어하는 조속 밸브와,
    상기 파워 터빈 및 상기 증기 터빈에 접속된 발전기를 구비하며, 상기 증기 터빈에 도입되는 증기압을 변화시키는 변압 운전을 행하는 발전 시스템의 제어 장치로서,
    상기 조속 밸브의 목표 개방도와 상기 조속 밸브의 실제 개방도의 편차에 근거하여, 상기 증기 터빈으로부터 얻어지는 실제 부하 용량값을 산출하는 제1 산출 수단과,
    상기 제1 산출 수단에 의하여 산출된 상기 부하 용량값에 근거하여, 상기 조속 밸브의 개방도를 제어하는 제1 제어 수단과,
    상기 파워 터빈의 출력값을 상기 발전기의 출력의 계측값으로부터 상기 증기 터빈의 출력의 계산값을 감산함으로써 산출하고, 산출한 상기 파워 터빈의 출력값을 상기 증기 터빈으로부터 얻어지는 부하 용량값에 가산함으로써 상기 발전기의 부하 용량값을 산출하는 제2 산출 수단과,
    상기 제2 산출 수단에 의하여 산출된 상기 발전기의 부하 용량값에 근거하여, 상기 조속 밸브의 개방도를 제어하는 제2 제어 수단을 구비하고,
    상기 제1 산출 수단은, 상기 조속 밸브의 목표 개방도와 상기 조속 밸브의 실제 개방도의 편차에 근거하는 제1 부하 용량값, 및 상기 증기 터빈에 도입되는 증기압의 설정값과 실제 증기압의 편차에 근거하는 제2 부하 용량값 중 보다 작은 값을, 상기 증기 터빈으로부터 얻어지는 실제 부하 용량값으로서 산출하는 발전 시스템의 제어 장치.
  7. 청구항 1 또는 청구항 5에 기재된 제어 장치를 구비하며, 상기 증기 터빈에 도입되는 증기압을 변화시키는 변압 운전을 행하는 발전 시스템.
  8. 배기가스에 의하여 생성된 증기에 의하여 증기 터빈을 구동하는 공정과,
    상기 증기 터빈에 도입되는 증기량을 조속 밸브에 의하여 제어하는 공정과,
    상기 증기 터빈의 구동에 의하여 발전을 행하는 공정을 포함하며, 상기 증기 터빈에 도입되는 증기압을 변화시키는 변압 운전을 행하는 발전 방법으로서,
    상기 조속 밸브의 목표 개방도와 상기 조속 밸브의 실제 개방도의 편차에 근거하여, 상기 증기 터빈으로부터 얻어지는 실제 부하 용량값을 산출하는 제1 공정과,
    상기 제1 공정에 의하여 산출된 상기 부하 용량값에 근거하여, 상기 조속 밸브의 개방도를 제어하는 제2 공정과,
    상기 조속 밸브의 목표 개방도와 상기 조속 밸브의 실제 개방도의 편차에 근거하는 제1 부하 용량값, 및 상기 증기 터빈에 도입되는 증기압의 설정값과 실제 증기압의 편차에 근거하는 제2 부하 용량값 중 보다 작은 값을, 상기 증기 터빈으로부터 얻어지는 실제 부하 용량값으로서 산출하는 제3 공정을 포함하는 발전 방법.
  9. 배기가스에 의하여 파워 터빈을 구동하는 공정과,
    상기 배기가스에 의하여 생성된 증기에 의하여 증기 터빈을 구동하는 공정과,
    상기 증기 터빈에 도입되는 증기량을 조속 밸브에 의하여 제어하는 공정과,
    상기 파워 터빈 및 상기 증기 터빈의 구동에 의하여 발전을 행하는 공정을 포함하며, 상기 증기 터빈에 도입되는 증기압을 변화시키는 변압 운전을 행하는 발전 방법으로서,
    상기 조속 밸브의 목표 개방도와 상기 조속 밸브의 실제 개방도의 편차에 근거하여, 상기 증기 터빈으로부터 얻어지는 실제 부하 용량값을 산출하는 제1 공정과,
    상기 제1 공정에 의하여 산출된 상기 부하 용량값에 근거하여, 상기 조속 밸브의 개방도를 제어하는 제2 공정과,
    상기 파워 터빈의 출력값을 발전기의 출력의 계측값으로부터 상기 증기 터빈의 출력의 계산값을 감산함으로써 산출하고, 산출한 상기 파워 터빈의 출력값을 상기 증기 터빈으로부터 얻어지는 부하 용량값에 가산함으로써 상기 발전기의 부하 용량값을 산출하는 제3 공정과,
    상기 제1 공정에 의하여 산출된 상기 발전기의 부하 용량값에 근거하여, 상기 조속 밸브의 개방도를 제어하는 제4 공정과,
    상기 조속 밸브의 목표 개방도와 상기 조속 밸브의 실제 개방도의 편차에 근거하는 제1 부하 용량값, 및 상기 증기 터빈에 도입되는 증기압의 설정값과 실제 증기압의 편차에 근거하는 제2 부하 용량값 중 보다 작은 값을, 상기 증기 터빈으로부터 얻어지는 실제 부하 용량값으로서 산출하는 제5 공정을 포함하는 발전 방법.
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