KR20040100613A

KR20040100613A - 발전소에서 터빈 제어 시스템

Info

Publication number: KR20040100613A
Application number: KR1020030033029A
Authority: KR
Inventors: 김대중
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2004-12-02

Abstract

본 발명은 발전소의 터빈 제어 시스템에서 PID(Proportion, Integral and Differential) 제어 루프(Control Loop)를 보완하기 위한 제어 루프를 추가하도록 한 발전소에서 터빈 제어 시스템에 관한 것으로, 발전소의 터빈 제어 시스템에서 PID 제어 결과 값의 뒤 단에서 이득 값을 다수 배까지 증가시켜 해당 시스템의 안정적인 제어를 수행하도록 하는 PID 제어 보완부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 함으로써, 에러 값을 최소화시켜 정확한 제어를 수행할 수 있으며, 이득의 상승으로 인한 불안정한 제어 루프를 안정화시키는데 큰 효과가 있다.

Description

발전소에서 터빈 제어 시스템 {System of Controlling Turbine in the Power Plant}

본 발명은 발전소에서 터빈 제어 시스템에 관한 것으로, 특히 발전소의 터빈 제어 시스템에서 PID 제어 루프(Control Loop)를 보완하기 위한 제어 루프를 추가하도록 한 발전소에서 터빈 제어 시스템에 관한 것이다.

일반적인 발전소의 터빈 제어 시스템에서 제어에 사용되는 알고리즘(Algorithm)의 구성은 도 1에 도시된 바와 같이, 레퍼런스 값을 입력해 주는 레퍼런스 입력부(11)와, 피드백된 값을 입력해 주는 피드백 입력부(12)와, 해당 레퍼런스 값과 해당 피드백 값 사이의 차감 값을 계산하는 차감부(13)와, 해당 차감 값으로부터 에러를 수정하는 에러 수정부(14)와, 해당 에러 수정부(14)에서 에러 수정된 값을 PID 제어를 수행하는 PID 제어부(15)와, 해당 PID 제어부(15)에서 PID 제어를 수행하여 얻어진 값으로 써보-밸브를 제어하는 써보-밸브(Servo-valve) 제어부(16)를 포함하여 이루어져 있는데, PID 제어를 기본으로 구성하여 각각의 이득(Gain)을 조정하여 최적 제어를 수행하도록 이루어져 있다.

특히, 유압 제어의 경우, 써보-밸브는 전기적인 신호를 전자력으로 전환시켜 주는 장치로, 기계적인 움직임으로 변환시키는 계통에 많이 사용하고 있는데, 일반적으로 써보-밸브의 특성이 기계적인 특성과 일치하지 않을 경우에 PID 제어에는 그 한계를 가지게 된다.

다시 말해서, 발전소의 터빈 제어 시스템에서 제어에 사용되는 각종 이득 값을 높이게 되면 에러(Error) 값이 작아지나, 어느 한계 치 이상으로 키우게 되면 제어가 매우 불안정하여 그 오차의 범위를 좁히기 보다는 어느 범위 이내에서 지속적으로 요동을 치는 현상이 발생할 수 있다.

특히, 유압을 사용한 연료 밸브 제어의 경우에 미세한 움직임에도 가스 터빈의 속도와 부하가 변하기 쉬워 이득 값을 키울 때에는 많은 애로 사항이 수반되는 문제점이 있었다.

전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 발전소의 터빈 제어 시스템에서 PID 제어 루프를 보완하기 위한 제어 루프를 추가하도록 한 발전소에서 터빈 제어 시스템을 제공하는데, 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 발전소의 터빈 제어 시스템에서 PID 제어 루프 보완용 제어 루프를 추가하도록 함으로써, 에러 값을 최소화시켜 정확한 제어를 수행할 수 있으며, 이득의 상승으로 인한 불안정한 제어 루프를 안정화시키도록 하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 발전소의 터빈 제어 시스템을 나타낸 구성 블록도.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 발전소에서 터빈 제어 시스템을 나타낸 구성 블록도.

도 3은 도 2에 있어 보완용 제어 기능부를 설명하기 위한 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

21 : 레퍼런스(Reference) 입력부

22 : 피드백(Feedback) 입력부

23 : 차감부 24 : 에러(Error) 수정부

25 : PID(Proportion, Integral and Differential) 제어부

26 : PID 제어 보완부

27 : 써보-밸브 제어부(Servo-valve Control Part)

261 : 제1곱셈부 262 : 보완용 제어 기능부

263 : 제2곱셈부 264 : 차감부

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 발전소에서 터빈 제어 시스템은 발전소의 터빈 제어 시스템에서 PID 제어 결과 값의 뒤 단에서 이득 값을 다수 배까지 증가시켜 해당 시스템의 안정적인 제어를 수행하도록 하는 PID 제어 보완부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 PID 제어 보완부는, 시스템 시뮬레이션을 통해서 가장 안정적으로 출력해 주는 제1상수 값을 상기 PID 제어 결과 값에 곱하여 제1곱셈 값을 얻는 제1곱셈부와; 상기 PID 제어 결과 값에 대한 이득을 조절시켜 이득 조절 값을 얻는 보완용 제어 기능부와; 시스템 시뮬레이션을 통해서 가장 안정적으로 출력해 주는 제2상수 값을 상기 이득 조절 값에 곱하여 제2곱셈 값을 얻는 제2곱셈부와; 상기 제1곱셈 값과 상기 제2곱셈 값 사이의 차감 값을 계산하여 상기 제어에 사용하는 차감부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예에 따른 발전소에서 터빈 제어 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 레퍼런스 값을 입력해 주는 레퍼런스 입력부(21)와, 피드백된 값을 입력해 주는 피드백 입력부(22)와, 해당 레퍼런스 값과 해당 피드백 값 사이의 차감 값을 계산하는 차감부(23)와, 해당 차감 값으로부터 에러를 수정하는 에러 수정부(24)와, 해당 에러 수정부(24)에서 에러 수정된 값을 PID 제어를 수행하는 PID 제어부(25)와, 해당 PID 제어부(25)에서 PID 제어를 수행하여 얻어진 값을 보완하기 위한 PID 제어 보완부(26)와, 해당 PID 제어 보완부(26)에서 보완된 값으로 써보-밸브를 제어하는 써보-밸브 제어부(27)를 포함하여 이루어진다.

상기 PID 제어 보완부(26)는 상기 PID 제어부(25)에서 PID 제어를 수행하여 얻어진 PID 결과 값의 뒤 단에 'A - B*sitc' 펑션(Function)을 만들어 삽입하고 이에 따라 이득 값을 2 배까지 증가시키고 매우 안정적인 제어를 수행할 수 있도록 해 준다. 여기서, 해당 제1 및 제2상수 값(A, B)은 실험, 테스트 등을 통해 얻은 값으로, 시스템 시뮬레이션을 통해서 가장 안정적으로 출력해 줄 수 있도록 하기 위한 상수 값이며, 'A > B > 0'의 조건을 만족해야 한다.

그리고, 상기 PID 제어 보완부(26)는 제1곱셈부(261)와, 보완용 제어 기능부(262)와, 제2곱셈부(263)와, 차감부(264)를 포함하여 이루어진다.

상기 제1곱셈부(261)는 상기 PID 제어부(25)에서 PID 제어를 수행하여 얻어진 PID 결과 값에 시스템 시뮬레이션을 통해서 가장 안정적으로 출력해 줄 수 있도록 미리 설정해 둔 제1상수 값(A)을 곱하여 제1곱셈 값을 얻은 후에, 해당 제1곱셈 값을 상기 차감부(264)로 인가해 준다.

상기 보완용 제어 기능부(262)는 상기 PID 제어부(25)에서 PID 제어를 수행하여 얻어진 PID 결과 값에 대한 이득을 조절(즉, 상승)시켜 이득 조절 값을 얻은 후에, 해당 이득 조절 값을 상기 제2곱셈부(263)로 인가해 준다.

상기 제2곱셈부(263)는 상기 보완용 제어 기능부(262)로부터 인가하는 이득 조절 값에 시스템 시뮬레이션을 통해서 가장 안정적으로 출력해 줄 수 있도록 미리 설정해 둔 제2상수 값(B)을 곱한 후에 해당 제2곱셈 값을 상기 차감부(264)로 인가해 준다.

상기 차감부(264)는 상기 제1곱셈부(261)로부터 인가되는 제1곱셈 값과 상기 제2곱셈부(263)로부터 인가되는 제2곱셈 값 사이의 차감 값을 계산한 후에, 해당 계산된 차감 값을 상기 써보-밸브 제어부(27)에 인가해 준다.

그리고, 도 3은 상기 보완용 제어 기능부(262)를 설명하기 위한 도면인데, 그 구성은 상기 PID 제어부(25)에서 PID 제어를 수행하여 얻어진 PID 결과 값과 피드백한 값 사이의 차감 값을 구하는 차감부(31)와, 해당 차감부(31)로부터 인가되는 차감 값에 대한 이득 값을 구하는 이득 계산부(32)와, 해당 이득 계산부(32)로부터 인가되는 이득 값을 상기 제2곱셈부(263)로 인가해 줌과 동시에 피드백시켜 해당 차감부(31)로 인가해 주는 피드백 제어부(33)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 해당 이득 계산부(32)에서 이득(GAIN)을 계산하는 식은 아래의 수학식 1과 같다.

해당 'T'는 시정수로서 외부 입력 가능하며, 예를 들어 'T=100(msec)'일 경우에 '0.1'로 표시하며, 'T=5(SEC)'일 경우에 '5'로 표시하며, 그 기준은 초로 한다.

해당 't'도 역시 초를 기준으로 하므로, 예를 들어 한 번 수행하는 시간(즉,프로세싱 타임(Processing Time))이 10(msec)라면 '0.01'로 표시하며, 100(msec)라면 '0.1'로 표시한다.

그러므로, 만약 상기 프로세싱 타임(t)이 200(msec)이고 상기 시정수(T)가 2(SEC)라고 하면, 상기 이득(GAIN)은 상기 수학식 1에 의해 '1-0.9048.. = 0.095..'가 된다.

이상과 같이, 본 발명에 의해 시발전소의 터빈 제어 시스템에서 PID 제어 루프 보완용 제어 루프를 추가하도록 함으로써, 에러 값을 최소화시켜 정확한 제어를 수행할 수 있으며, 이득의 상승으로 인한 불안정한 제어 루프를 안정화시키는데 큰 효과가 있다.

Claims

발전소의 터빈 제어 시스템에서 PID 제어 결과 값의 뒤 단에서 이득 값을 다수 배까지 증가시켜 해당 시스템의 안정적인 제어를 수행하도록 하는 PID 제어 보완부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 발전소에서 터빈 제어 시스템.
제1항에 있어서,

상기 PID 제어 보완부는,

시스템 시뮬레이션을 통해서 가장 안정적으로 출력해 주는 제1상수 값을 상기 PID 제어 결과 값에 곱하여 제1곱셈 값을 얻는 제1곱셈부와;

상기 PID 제어 결과 값에 대한 이득을 조절시켜 이득 조절 값을 얻는 보완용 제어 기능부와;

시스템 시뮬레이션을 통해서 가장 안정적으로 출력해 주는 제2상수 값을 상기 이득 조절 값에 곱하여 제2곱셈 값을 얻는 제2곱셈부와;

상기 제1곱셈 값과 상기 제2곱셈 값 사이의 차감 값을 계산하여 상기 제어에 사용하는 차감부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 발전소에서 터빈 제어 시스템.