JP2006009732A - タービン制御装置およびタービン制御装置の弁開度指令補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】関数発生器の弁開度／流量特性と蒸気加減弁の弁開度／流量特性とのずれにより、速度信号もしくは負荷設定値の変化にタービン出力が比例して変化しない領域が存在する。
【解決手段】蒸気加減弁の弁開度／流量特性に対応した関数発生器により弁開度指令を出力し、タービンの速度・負荷を制御するタービン制御装置において、蒸気加減弁２の流入蒸気の圧力および温度を圧力・温度検出器１５で検出し、タービン出力を出力検出器１６（２０）で検出し、この出力検出器により検出されたタービン出力の値を圧力・温度補正器１７により補正し、蒸気流量指令と補正されたタービン出力の特性とを特性出力部１８によりプロットし、出力装置により運転員に呈示するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明はタービン制御装置に係り、特に複数の蒸気加減弁によりタービンを制御するようにしたタービン制御装置およびタービン制御装置の弁開度指令補正方法に関する。

火力発電所におけるタービン制御装置としては、下記の特許文献１に開示されている内容をその典型例として挙げることができる。図７は、特許文献１に開示されている内容に若干の制御機能が付加された従来技術の構成図である。

図７において、ボイラ１で発生した主蒸気は、蒸気加減弁２を経て蒸気タービン（以降、単にタービンという）３に供給され、このタービン３内で膨張仕事をしてタービン動翼に回転エネルギーを与え、発電機４を駆動し、電力Ｐを発生させる。また、タービン３の回転速度は速度検出器５によって検出され、その検出値ＳＰは負帰還信号としてタービン制御装置の加算器６に入力される。

すなわち、加算器６はタービン３の速度を設定する速度設定器７から出力された設定値と速度検出値ＳＰとを突き合わせて偏差信号を演算し、その偏差信号を速度制御部８に出力する。速度制御部８は、偏差信号にあらかじめ定められたゲインをかけて速度制御信号として出力する。この速度制御信号は、タービン３の出力を設定するための負荷設定器９より出力された設定値と加算器１０で加算されて速度負荷制御信号となり、低値選択器１２に入力される。

この低値選択器１２は、この速度負荷制御信号と、タービン３の出力を制限するための負荷制限器１１から出力された負荷制限値とを比較し、いずれか低い方の値を選択して出力する。この出力を蒸気流量指令値として関数発生器１３に出力する。

関数発生器１３では、蒸気加減弁２の非線形な弁開度／流量特性から蒸気流量指令に対応した線形な弁開度指令値を発生し、サーボ制御部１４に出力する。このサーボ制御部１４は入力された弁開度指令値に応じて蒸気加減弁２の弁開度を制御し、速度負荷信号に応じた主蒸気量をタービン３に供給する。

ところで、このような構成のタービン制御装置では、タービン３の大型化に従い、蒸気加減弁２が複数の弁の組み合わせで構成されている（例えば、特許文献２参照）。このため、それぞれの蒸気加減弁の弁開度／流量特性をあらかじめ測定しておき、その測定値に基づいた複数の関数を関数発生器１３で発生させるように構成している。
特開平１−１２５５０３号公報 特開２００４−１１６０８号公報

上述したタービン制御装置においては、関数発生器１３に記憶されている弁開度／流量特性は、蒸気加減弁単体での特性であること、また、設計値もしくは理想的な状況における流量特性であるため、複数の蒸気加減弁を組み合わせた状態では、実際の弁開度／流量特性との間にずれが発生し、次のような問題を生じていた。

本来、速度信号の変化もしくは、負荷設定値の変化に比例してタービンの出力は変化することが望ましいが、上述した弁開度／流量特性のずれにより、速度信号もしくは負荷設定値の変化にタービン出力が比例して変化しない領域が存在する。

また、最近のタービンは、ボイラから出力される蒸気圧力を変化させて運転する変圧プラントが主であるため、実際のプラントの試運転時に、弁開度／流量特性のずれを測定し、補正することは困難であった。

そこで本発明は、上述した課題を解決するために、プラント試運転時等に弁開度／流量特性を容易に測定する手段を提供するとともに、併せて、測定された弁開度／流量特性のずれの補正を容易に行うことのできる手段を提供するようにしたタービン制御装置およびタービン制御装置の弁開度指令補正方法を得ることを目的とするものである。

上述した発明の目的を達成するため、請求項1に係るタービン制御装置の発明は、タービンの速度設定値とタービン実速度との偏差に応じた速度指令を負荷設定値に加算して速度負荷制御指令を求め、この速度負荷制御指令と負荷制限値とのいずれか低い方の値を蒸気流量指令とし、この蒸気流量指令を関数発生器に入力して蒸気加減弁の弁開度／流量特性に対応した弁開度指令を出力し、この弁開度指令に基づいて蒸気加減弁を制御し、タービンの速度・負荷を制御するようにしたタービン制御装置において、前記蒸気加減弁の流入蒸気の圧力および温度を検出する圧力・温度検出器と、タービン出力を検出するタービン出力検出器と、このタービン出力検出器により検出されたタービン出力の値を前記圧力・温度検出器の出力により補正する圧力・温度補正器と、蒸気流量指令とタービン出力との特性を求めて出力する特性出力部と、この特性出力部で求めた蒸気流量指令とタービン出力特性との関係を表示する出力装置とを有することを特徴とする。

また、請求項２に係るタービン制御装置の発明は、タービンの速度設定値とタービン実速度との偏差に応じた速度指令を負荷設定値に加算して速度負荷制御指令を求め、この速度負荷制御指令と負荷制限値とのいずれか低い方の値を蒸気流量指令とし、この蒸気流量指令を関数発生器に入力して蒸気加減弁の弁開度／流量特性に対応した弁開度指令を出力し、この弁開度指令に基づいて蒸気加減弁を制御し、タービンの速度・負荷を制御するようにしたタービン制御装置において、 前記蒸気加減弁の流入蒸気の圧力および温度を検出する圧力・温度検出器と、タービン出力を検出するタービン出力検出器と、このタービン出力検出器により検出されたタービン出力の値を前記圧力・温度検出器の出力により補正する圧力・温度補正器と、蒸気流量指令とタービン出力との特性を求めて出力する特性出力部と、この特性出力部で求めた蒸気流量指令とタービン出力特性との関係を表示する出力装置とを備え、前記関数発生器の後段に、あらかじめ設定された蒸気加減弁の弁開度／流量特性と実際の流量指令／タービン出力特性のずれを補正するための補正関数発生器を設けたことを特徴とする。

さらに、請求項３に係るタービン制御装置の発明は、タービンの速度設定値とタービン実速度との偏差に応じた速度指令を負荷設定値に加算して速度負荷制御指令を求め、この速度負荷制御指令と負荷制限値とのいずれか低い方の値を蒸気流量指令とし、この蒸気流量指令を関数発生器に入力して蒸気加減弁の弁開度／流量特性に対応した弁開度指令を出力し、この弁開度指令に基づいて蒸気加減弁を制御し、タービンの速度・負荷を制御するようにしたタービン制御装置において、前記蒸気加減弁の流入蒸気の圧力および温度を検出する圧力・温度検出器と、タービン出力を検出するタービン出力検出器と、このタービン出力検出器により検出されたタービン出力の値を前記圧力・温度検出器の出力により補正する圧力・温度補正器と、蒸気流量指令とタービン出力との特性を求めて出力する特性出力部と、この特性出力部で求めた蒸気流量指令とタービン出力特性とを入力することにより、あらかじめ設定された蒸気加減弁の弁開度／流量特性と実際の流量指令／タービン出力特性のずれを補正するための補正関数を自動的に演算する逆関数演算部と、この逆関数演算部で求めた逆関数を随時設定できる可変補正関数発生器を前記関数発生器の後段に設けたことを特徴とする。

またさらに、請求項６に係るタービン制御装置の弁開度指令補正方法の発明は、タービンの速度設定値とタービン実速度との偏差に応じた速度指令を負荷設定値に加算して速度負荷制御指令を求め、この速度負荷制御指令と負荷制限値とのいずれか低い方の値を蒸気流量指令とし、この蒸気流量指令を関数発生器に入力して蒸気加減弁の弁開度／流量特性に対応した弁開度指令を出力し、この弁開度指令に基づいて蒸気加減弁を制御し、タービンの速度・負荷を制御するようにしたタービン制御装置の調整方法において、タービン出力検出器により検出されたタービン出力の値を蒸気加減弁の流入蒸気の圧力および温度により補正し、前記蒸気流量指令と前記補正されたタービン出力との特性を求め、さらにこの特性から逆関数を求め、この逆関数により前記弁開度指令を補正することを特徴とする。

本発明に係るタービン制御装置およびタービン制御装置の弁開度指令補正方法は、蒸気加減弁の流入蒸気の圧力および温度を検出する圧力・温度検出器と、タービン出力を検出するタービン出力検出器と、このタービン出力検出器により検出されたタービン出力の値を定格蒸気条件の値に補正する圧力・温度補正器と、蒸気流量指令とタービン出力との特性を求めて出力する特性出力部と、この特性出力部で求めた蒸気流量指令とタービン出力特性との関係を出力する出力装置とを備えるようにしたので、プラントの試運転時等に複数の蒸気加減弁の弁開度／流量特性のずれを容易に補正することができる。

以下、本発明に係るタービン制御装置の実施例について、図面を参照して説明する。なお、各図を通して共通する要素については、同一符号もしくは関連符号を付けることにより、重複する説明は適宜省略する。

（実施例１）
まず、図１を参照して本発明の実施例１について説明する。
図１において、本実施例は図７で示した従来装置に対して、次の構成要素を新たに設けたものである。すなわち、本実施例のタービン制御装置は、ボイラ１からタービン３に供給される主蒸気の圧力と温度とを検出する圧力温度検出器１５と、タービン３の出力を表す第１段落圧力を検出する第１段落圧力検出器１６と、これら検出器１５、１６で検出された主蒸気の圧力と温度を元に、タービン出力を補正する機能を備えた圧力・温度補正器１７と、低値選択器１２から出力された蒸気流量指令および圧力・温度補正器１７で補正されたタービン出力の関係をプロットし、定格蒸気条件における蒸気流量指令／タービン出力の関係を求めて出力する特性出力部１８と、この特性出力部１８から出力された蒸気流量／タービン出力の関係をディスプレイモニタで表示したり、あるいは記録紙で記録するための出力装置１９とを新たに設けたものである。

次に、以上のように構成された本実施例の作用について説明する。
一般に、タービン３の出力は流入する蒸気のエネルギー量に比例する。また、蒸気加減弁２の弁開度が等しければ、タービンに流入する蒸気のエネルギー量は、流入する蒸気の圧力と温度の関数で求められる。なお、以下の説明では、本実施例の作用を簡潔に説明するために、流入する主蒸気の温度を一定と仮定し、タービン３に流入するエネルギー量は、流入する主蒸気量が一定の場合、すなわち蒸気加減弁２の弁開度が一定の場合、流入する蒸気の圧力に比例するものと近似して説明する。

圧力検出器１６は第１段落圧力ＦＳＰを基にタービン出力Ｐｔを出力する。タービン出力Ｐｔは、圧力・温度補正器１７において、圧力温度検出器１５で検出された主蒸気の圧力と温度に従い、定格蒸気圧力・定格蒸気温度ベースのタービン出力Ｐｔｃに補正される。すなわち、蒸気温度を一定と考え、定格蒸気圧力をＰ0、蒸気圧力をＰinとすると、補正されたタービン出力Ｐｔｃは、次の（１）式
Ｐｔｃ＝Ｐ0／Ｐin×Ｐｔ …… （１）
となる。これは、同一の流量指令において、流入蒸気の圧力が定格蒸気圧力、定格蒸気温度の場合のタービン出力を示している。

特性出力部１８では、上記のようにして補正されたタービン出力と低値選択器１２から出力された蒸気流量指令との関係をプロットし、定格蒸気条件における蒸気流量指令とタービン出力との関係を求めて出力する。出力装置１９はこの蒸気流量指令／タービン出力特性をディスプレイモニタに表示したり、あるいは記録紙に記録することによりタービンの運転員に呈示する。

以上述べたように、本実施例１によれば、タービンの運転蒸気条件が変わっても、定格蒸気条件における蒸気流量指令とタービン出力の関係が出力装置によって運転員にとって一目瞭然となるので、プラント試運転時に関数発生器における弁開度／流量特性のずれを容易に補正することができる。

（実施例２）
図２を参照して本発明の実施例２について説明する。
図２において、本実施例は図１で示した実施例１のタービン３の出力を表す第１段落圧力を検出する圧力検出器１６を、タービン３の出力と同等の値である発電機４の出力を検出する発電機出力検出器２０に置き換えて構成したものである。その他の構成は、図１と同じである。

次に、以上のように構成された本実施例の作用について説明する。
一般に、タービン３の出力は、流入する蒸気のエネルギー量に比例する。また、蒸気加減弁２の弁開度が等しければ、タービンに流入する蒸気のエネルギー量は、流入する蒸気の圧力と温度の関数で求められる。なお、以下の説明では、本実施例の作用を簡潔に説明するために、流入する主蒸気の温度を一定と仮定し、タービン３に流入するエネルギー量は、流入する蒸気量が一定の場合、すなわち、蒸気加減弁２の弁開度が一定の場合、流入する蒸気の圧力に比例するものと近似して説明する。

発電機出力検出器２０は発電機出力Ｐｇを出力する。発電機出力Ｐｇは、圧力・温度補正器１７において、圧力温度検出器１５で検出された主蒸気の圧力と温度に従い、定格蒸気圧力・定格蒸気温度ベースの発電機出力Ｐｇｃに補正される。すなわち、蒸気温度を一定と考え、定格蒸気圧力をＰ0、蒸気圧力をＰinとすると、補正された発電機出力Ｐｇｃは、次の（２）式
Ｐｇｃ＝Ｐ0／Ｐin×Ｐｇ …… （２）
となる。これは、同一の流量指令において、流入蒸気の圧力が定格蒸気圧力、定格蒸気温度の場合の発電機出力を示している。発電機出力Ｐｇは、タービン出力と同等なので、特性出力部１８では、上記補正された発電機出力と低値選択器１２から出力された蒸気流量指令の関係をプロットし、定格蒸気条件における蒸気流量指令とタービン出力の関係を求め、出力装置１９にて、タービンの運転員に、蒸気流量指令／タービン出力特性を表示する。

以上述べたように、本実施例２においても実施例１同様、タービンの運転蒸気条件が変わっても、定格蒸気条件における蒸気流量指令とタービン出力の関係が出力装置によって運転員にとって一目瞭然となるので、プラント試運転時に関数発生器における弁開度／流量特性のずれを容易に補正することができる。

（実施例３）
図３を参照して本発明の実施例３について説明する。
図３において、本実施例は図１で示した実施例１の関数発生器１３から出力される弁開度指令を補正して後段のサーボ制御部１４に入力する補正関数発生器２１を介挿するように構成したものである。その他の構成は、図１と同じである。

次に、以上のように構成された本実施例３の作用を以下に説明する。
出力装置１９に表示された蒸気流量／タービン出力特性は、本来、直線で示されるべきものであるが、関数発生器１３に設定された弁開度／流量特性と、実際の蒸気加減弁２の弁開度／流量特性とには、ずれがあるために、非線形特性として出力装置１９に表示される。

そこで、出力装置１９に表示された非線形特性から運転員等の人手によって逆関数を求め、この求めた逆関数を補正関数発生器２１に入力して補正関数を設定する。この補正関数発生器２１は、関数発生器１３から出力された弁開度指令値と実際の蒸気加減弁２の弁開度／流量特性とのずれを補正した補正弁開度指令を出力し、サーボ制御部１４に入力する。

以上のように本実施例３によれば、関数発生器１３に設定された弁開度／流量特性と、実際の蒸気加減弁の弁開度／流量特性とのずれをプラント試運転時等に補正関数発生器２１によって補正することができるので、速度設定値もしくは負荷設定値の変化に比例したタービン出力の変化を得ることができる。

（実施例４）
図４を参照して本発明の実施例４について説明する。
図４において、本実施例は図３で示した実施例３のタービン３の出力を表す第１段落圧力を検出する圧力検出器１６を、タービン３の出力と同等の値である発電機４の出力を検出する発電機出力検出器２０に置き換えて構成したものである。その他の構成は、図３と同じである。

従って本実施例は、主要部の構成が実施例３と同じなので、実施例３と同じ作用効果を奏することができる。

（実施例５）
図５を参照して本発明の実施例５について説明する。
図５において、本実施例５は、図３で示した実施例３のタービン制御装置の補正関数発生器２１を、関数発生器１３から出力される弁開度指令を補正する補正関数発生器２１を随時変更できる可変補正関数発生器２１Ａに置き換え、さらに、出力装置１９に替えて、特性出力部１８から出力された蒸気流量／タービン出力の特性から、その非線形性を除去する逆関数を求める逆関数演算部２２を設けるように構成したものである。

次に、以上のように構成された実施例５の作用を説明する。
実施例３で説明したように、特性出力部１８から出力された蒸気流量／タービン出力特性は、本来、直線で示されるべきものであるが、関数発生器１３に設定された弁開度／流量特性と実際の蒸気加減弁２の弁開度／流量特性とには、ずれがあることから、非線形の関係となる。逆関数演算部２２は、特性出力部１８から入力された非線形性を除去するための逆関数を自動的に演算し、その結果を可変補正関数発生器２１Ａに送る。

可変補正関数発生器２１Ａは入力した逆関数により非線形性の補正関数を自動的に設定し、関数発生器１３から出力された弁開度指令値と実際の蒸気加減弁の弁開度／流量特性のずれを補正した補正弁開度指令をサーボ制御部１４に出力する。

以上のように本実施例５は、逆関数演算部２２によって、特性出力部１８から入力された非線形性を除去するための逆関数を自動的に演算し、その結果を可変補正関数発生器２１Ａに送るようにしたので、実施例３や実施例４のように関数発生器１３から出力された弁開度指令値と実際の蒸気加減弁の弁開度／流量特性とずれを人手により補正することなく、常に速度設定値もしくは負荷設定値の変化に比例したタービン出力の変化を得ることができる。

なお、本実施例の場合、出力装置１９を設置しなくても所期の目的は達成できるが、出力装置１９をそのまま残して、運転員に関数発生器１３の弁開度／流量特性と、蒸気加減弁２の弁開度／流量特性とのずれを呈示するようにしてもよい。

（実施例６）
図６を参照して本発明の実施例６について説明する。
図６において、本実施例は図５で示した実施例５のタービン３の出力を表す第１段落圧力を検出する圧力検出器１６を、タービン３の出力と同値である発電機４の出力を検出する発電機出力検出器２０に置き換えて構成したものである。その他の構成は、図５と同じである。

従って本実施例は、主要部の構成が実施例５と同じなので、実施例５と同様の作用効果を奏することができる。

本発明の実施例１に係るタービン制御装置の構成図。 本発明の実施例２に係るタービン制御装置の構成図。 本発明の実施例３に係るタービン制御装置の構成図。 本発明の実施例４に係るタービン制御装置の構成図。 本発明の実施例５に係るタービン制御装置の構成図。 本発明の実施例６に係るタービン制御装置の構成図。 従来技術に係るタービン制御装置の構成図。

符号の説明

１…ボイラ、２…蒸気加減弁、３…タービン、４…発電機、５…速度検出器、６…加算器、７…速度設定器、８…速度制御部、９…負荷設定器、１０…加算器、１１…負荷制限器、１２…低値選択器、１３…関数発生器、１４…サーボ制御部、１５…圧力温度検出器、１６…圧力検出器、１７…圧力・温度補正器、１８…特性出力部、１９…出力装置、２０…発電機出力検出器、２１…補正関数発生器、２１Ａ…可変補正関数発生器、２２…逆関数演算部。

Claims (6)

1. タービンの速度設定値とタービン実速度との偏差に応じた速度指令を負荷設定値に加算して速度負荷制御指令を求め、この速度負荷制御指令と負荷制限値とのいずれか低い方の値を蒸気流量指令とし、この蒸気流量指令を関数発生器に入力して蒸気加減弁の弁開度／流量特性に対応した弁開度指令を出力し、この弁開度指令に基づいて蒸気加減弁を制御し、タービンの速度・負荷を制御するようにしたタービン制御装置において、
   前記蒸気加減弁の流入蒸気の圧力および温度を検出する圧力・温度検出器と、
   タービン出力を検出するタービン出力検出器と、
   このタービン出力検出器により検出されたタービン出力の値を前記圧力・温度検出器の出力により補正する圧力・温度補正器と、
   蒸気流量指令とタービン出力との特性を求めて出力する特性出力部と、
   この特性出力部で求めた蒸気流量指令とタービン出力特性との関係を表示する出力装置とを有することを特徴とするタービン制御装置。
2. タービンの速度設定値とタービン実速度との偏差に応じた速度指令を負荷設定値に加算して速度負荷制御指令を求め、この速度負荷制御指令と負荷制限値とのいずれか低い方の値を蒸気流量指令とし、この蒸気流量指令を関数発生器に入力して蒸気加減弁の弁開度／流量特性に対応した弁開度指令を出力し、この弁開度指令に基づいて蒸気加減弁を制御し、タービンの速度・負荷を制御するようにしたタービン制御装置において、
   前記蒸気加減弁の流入蒸気の圧力および温度を検出する圧力・温度検出器と、
   タービン出力を検出するタービン出力検出器と、
   このタービン出力検出器により検出されたタービン出力の値を前記圧力・温度検出器の出力により補正する圧力・温度補正器と、
   蒸気流量指令とタービン出力との特性を求めて出力する特性出力部と、
   この特性出力部で求めた蒸気流量指令とタービン出力特性との関係を表示する出力装置とを備え、
   前記関数発生器の後段に、あらかじめ設定された蒸気加減弁の弁開度／流量特性と実際の流量指令／タービン出力特性のずれを補正するための補正関数発生器を設けたことを特徴とするタービン制御装置。
3. タービンの速度設定値とタービン実速度との偏差に応じた速度指令を負荷設定値に加算して速度負荷制御指令を求め、この速度負荷制御指令と負荷制限値とのいずれか低い方の値を蒸気流量指令とし、この蒸気流量指令を関数発生器に入力して蒸気加減弁の弁開度／流量特性に対応した弁開度指令を出力し、この弁開度指令に基づいて蒸気加減弁を制御し、タービンの速度・負荷を制御するようにしたタービン制御装置において、
   前記蒸気加減弁の流入蒸気の圧力および温度を検出する圧力・温度検出器と、
   タービン出力を検出するタービン出力検出器と、
   このタービン出力検出器により検出されたタービン出力の値を前記圧力・温度検出器の出力により補正する圧力・温度補正器と、
   蒸気流量指令とタービン出力との特性を求めて出力する特性出力部と、
   この特性出力部で求めた蒸気流量指令とタービン出力特性とを入力することにより、あらかじめ設定された蒸気加減弁の弁開度／流量特性と実際の流量指令／タービン出力特性のずれを補正するための補正関数を自動的に演算する逆関数演算部と、
   この逆関数演算部で求めた逆関数を随時設定できる可変補正関数発生器を前記関数発生器の後段に設けたことを特徴とするタービン制御装置。
4. タービン出力を検出する手段として、第一段落蒸気圧力検出器を設けたことを特徴とする請求項１または３のいずれかに記載のタービン制御装置。
5. タービン出力を検出する手段として、発電機出力検出器を設けたことを特徴とする請求項２または４のいずれかに記載のタービン制御装置。
6. タービンの速度設定値とタービン実速度との偏差に応じた速度指令を負荷設定値に加算して速度負荷制御指令を求め、この速度負荷制御指令と負荷制限値とのいずれか低い方の値を蒸気流量指令とし、この蒸気流量指令を関数発生器に入力して蒸気加減弁の弁開度／流量特性に対応した弁開度指令を出力し、この弁開度指令に基づいて蒸気加減弁を制御し、タービンの速度・負荷を制御するようにしたタービン制御装置の調整方法において、
   タービン出力検出器により検出されたタービン出力の値を蒸気加減弁の流入蒸気の圧力および温度により補正し、
   前記蒸気流量指令と前記補正されたタービン出力との特性を求め、さらにこの特性から逆関数を求め、この逆関数により前記弁開度指令を補正することを特徴とするタービン制御装置の弁開度指令補正方法。
   
   

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