JP6775070B1 - 発電プラントの制御装置、発電プラント、及び、発電プラントの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷増加要求時に、発電プラントの出力を良好な応答性で追従可能な発電プラントの制御装置、発電プラント、及び、発電プラントの制御方法を提供する。【解決手段】蒸気発生器、タービン、復水器、復水調節弁、加熱器及び抽気弁を備える発電プラントの制御装置に関する。制御装置は、発電プラントに対する負荷指令値の増加時、復水調節弁の開度を絞る復水絞り制御と、蒸気発生器の負荷を増加させる負荷増加制御とを実施する。復水絞り制御では、負荷指令値の変化率に基づいて設定される開度変化率で復水調節弁及び抽気弁の開度が制御される。【選択図】図４

Description

本開示は、発電プラントの制御装置、発電プラント、及び、発電プラントの制御方法に関する。

電力系統には、電力需要に応じた電力の安定供給が要求される。近年、環境意識の高まりに伴って再生エネルギの導入が進んでいるが、再生エネルギは気象条件の影響を受けて変動しやすいことから、従来の発電プラント（例えば火力発電プラントやコンベンショナル発電プラントなど）が付加調整力を向上することで、電力の安定供給の役割を果たすことが期待されている。例えば特許文献１には、火力発電プラントやコンベンショナル発電プラントなどに利用可能な循環式ボイラシステムが開示されている。

再生エネルギの導入が進んだ電力系統では、例えば太陽光発電の出力が低下し、且つ、電力需要が増加する夕方の時間帯のような条件下において、他の発電プラントに対する負荷要求が大きく増加することがある。そのため他の発電プラントでは、このような負荷要求増加に対応すべく、プラント出力を追従させることが求められる。発電プラントでは負荷指令値を受けてから出力に反映させるまでに少なからずタイムラグが生じてしまう。例えば、石炭を燃料とする石炭焚きボイラでは、石炭を微粉炭機で粉砕するプロセスがある為、粉砕された石炭が火炉へ投入されるまでの負荷変化初期は、負荷増加要求に対して実出力が遅れてしまう。

これに対して特許文献１では、負荷要求の増大時に、ボイラなどの蒸気発生器のタービン抽気弁及び脱気器水位調整弁を一定開度まで絞り込むことで、発電機出力を比較的に短時間で増加することが開示されている。これにより、負荷要求増大に対して蒸気発生器に対する燃料投入量の増加だけで対応する場合に比べて、タービンの強度を上げることなく、応答性の向上が可能とされている。

特開２０１３−５３５３１号公報

上記特許文献１では、蒸気発生器のタービン抽気弁及び脱気器水位調整弁を一定開度まで絞り込むことで、負荷要求の増大に対応している。しかしながら、このようなタービン抽気弁及び脱気器水位調整弁の絞り込みは発電機出力を急激に増加させるため、負荷要求の変動に対して過剰になってしまうおそれがある（すなわち発電機出力が一時的に負荷指令値を超えてしまうおそれがある）。

本開示の少なくとも一態様は上述の事情に鑑みなされたものであり、負荷要求増加時に、発電プラントの出力を、良好な応答性で、且つ、負荷指令値に対して適切な範囲で追従可能な発電プラントの制御装置、発電プラント、及び、発電プラントの制御方法を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る発電プラントの制御装置は上記課題を解決するために、
蒸気を生成可能に構成された蒸気発生器と、
前記蒸気を用いて駆動可能に構成されたタービンと、
前記タービンで仕事を終えた前記蒸気を凝縮することにより復水を生成可能に構成された復水器と、
前記復水の前記蒸気発生器に対する供給量を調整可能に構成された復水調節弁と、
前記タービンからの抽気を用いて前記復水を加熱可能に構成された加熱器と、
前記抽気の流量を調整可能に構成された抽気弁と、
を備える発電プラントの制御装置であって、
前記発電プラントに対する負荷指令値の増加時、前記復水調節弁の開度を絞る復水絞り制御と、前記蒸気発生器の負荷を増加させる負荷増加制御とを実施するように構成され、
前記復水絞り制御では、前記負荷指令値の変化率に基づいて設定される開度変化率で前記復水調節弁及び前記抽気弁の開度が制御されるように構成される。

本開示の一態様に係る発電プラントの制御方法は上記課題を解決するために、
蒸気を生成可能に構成された蒸気発生器と、
前記蒸気を用いて駆動可能に構成されたタービンと、
前記タービンで仕事を終えた前記蒸気を凝縮することにより復水を生成可能に構成された復水器と、
前記復水の前記蒸気発生器に対する供給量を調整可能に構成された復水調節弁と、
前記タービンからの抽気を用いて前記復水を加熱可能に構成された加熱器と、
前記抽気の流量を調整可能に構成された抽気弁と、
を備える発電プラントの制御方法であって、
前記発電プラントに対する負荷指令値の増加時、前記復水調節弁の開度を絞る復水絞り制御と、前記蒸気発生器の負荷を増加させる負荷増加制御とを実施し、
前記復水絞り制御では、前記負荷指令値の変化率に基づいて設定される開度変化率で前記復水調節弁及び前記抽気弁の開度が制御される。

本開示の少なくとも一態様によれば、負荷増加要求時に、発電プラントの出力を、良好な応答性で、且つ、負荷指令値に対して適切な範囲で追従可能な発電プラントの制御装置、発電プラント、及び、発電プラントの制御方法を提供できる。

本開示の一態様に係る発電プラントの全体構成図である。 図１の制御装置の制御フロー図である。 フィルタが偏差に対して適用するフィルタリング処理の特性関数の一例である。 復水絞り制御による発電機出力増加メカニズムを工程毎に示すフローチャートである。 スピルオーバー制御における復水排出弁に関する制御フロー図である。 発電プラントの負荷応答制御を工程毎に示すフローチャートである。 負荷応答制御時における負荷指令値と発電プラントの出力推移とを関連付けて示すタイミングチャートである。

以下、図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

＜発電プラントの構成＞
図１は本開示の一態様に係る発電プラント１の全体構成図である。発電プラント１は、蒸気を生成可能に構成された蒸気発生器２を備える。蒸気発生器２は、給水に対して熱量を付与することにより蒸気を生成可能な装置である。蒸気発生器２は、例えば燃料を燃焼させることで発生させた熱量を用いて給水から蒸気を生成可能なボイラ装置である。より具体的には、ボイラ装置は、石炭を微粉炭機（不図示）で粉砕して火炉で燃焼することで蒸気を生成可能なコンベンショナルボイラである。ボイラ装置はドラム式ボイラであってもよいし、貫流式ボイラであってもよい。

蒸気発生器２で生成された蒸気は、蒸気供給路４を介してタービン６に供給される。タービン６は蒸気発生器２で生成された高温高圧の蒸気によって回転駆動される。図１では、タービン６は、上流側に配置された高圧タービン６ａと、下流側に配置された２つの低圧タービン６ｂ１、６ｂ２と、を含む。高圧タービン６ａと２つの低圧タービン６ｂ１、６ｂ２とは互いに直列に接続される。２つの低圧タービン６ｂ１、６ｂ２は互いに並列に接続される。蒸気発生器２で生成された蒸気は、まず上流側にある高圧タービン６ａを駆動し、その後、下流側にある低圧タービン６ｂ１、６ｂ２を駆動する。

蒸気によって駆動された各タービン６の回転エネルギは、タービン６の出力軸３に連結された発電機５に入力される。発電機５では、タービン６から入力される運動エネルギが電気エネルギに変換される。発電機５で発生された電気エネルギは、例えば所定の経路を介して電力系統（不図示）に供給される。

尚、図１では発電機５にはタービン６のうち低圧タービン６ｂ１，６ｂ２の出力軸３のみが接続されている場合を例示しているが、タービン６のうち高圧タービン６ａの出力軸のみが発電機５に接続されていてもよいし、高圧タービン６ａの出力軸と低圧タービン６ｂ１、６ｂ２の出力軸とを共通の軸として発電機５に同軸接続されていてもよい。

蒸気発生器２及びタービン６を接続する蒸気供給路４には、蒸気発生器２からタービン６に供給される蒸気の流量を調整するための蒸気弁８（主蒸気弁）が設けられる。蒸気弁８の開度は、後述の制御装置１００からの制御信号によって制御可能である。

タービン６で仕事を終えた蒸気は、下流側に配置された復水器１０に供給される。復水器１０は、タービン６から排出された蒸気を凝縮することにより復水を生成可能に構成される。具体的には、復水器１０は、冷却水と熱交換することにより、蒸気を凝縮し、復水を生成する。復水器１０で生成された復水は、復水器１０が有する第１復水タンク１２に貯留される。

第１復水タンク１２には、復水排出ライン１４を介して第２復水タンク１６が接続される。復水器１０で生成された復水は第１復水タンク１２に貯留される。第１復水タンク１２には適正な復水の基準貯留レベルが設定されており、復水の貯留レベルが基準貯留レベルを超えた場合には、第１復水タンク１２に貯留される復水の一部が復水排出ライン１４を介して第２復水タンク１６に送られることで、第１復水タンク１２の復水レベルが適正に維持されるように構成される。復水排出ライン１４には、復水排出ライン１４を流れる復水の流量を調整可能に構成された復水排出弁２７が設けられる。

復水器１０で生成された復水は、復水ライン２２を介して蒸気発生器２に戻される。復水ライン２２には、復水ライン２２を流れる復水の流量を調整するための復水調節弁２３が設けられる。復水調節弁２３は、通常時には上流側にある復水器１０における復水レベルを適切に維持するために開度を制御されるが、後述する復水絞り制御では、積極的に開度を絞ることで、復水ライン２２を流れる復水の流量を減少可能に構成されている。

また復水ライン２２には、複数の加熱器２４と、脱気器２５とが設けられる。複数の加熱器２４は、復水ライン２２に沿って直列的に設けられており、復水ライン２２を流れる復水をタービン６からの抽気と熱交換することにより昇温可能に構成される。タービン６からの抽気は、タービン６から延びる抽気ライン２６を介して複数の加熱器２４及び脱気器２５にそれぞれ供給される。復水ライン２２を流れる復水は、複数の加熱器２４を通過することによって次第に加熱された後、蒸気発生器２に供給される。一方で、複数の加熱器２４で復水と熱交換することで冷却された抽気は、復水ライン２２に合流する。

抽気ライン２６には、タービン６からの抽気の流量を調整するための抽気弁２８が設けられる。抽気弁２８の開度は、後述する制御装置１００からの制御信号に基づいて開度を調整可能に構成される。抽気弁２８の開度は、例えば、熱交換対象である復水ライン２２の復水の流量に対応する抽気が加熱器２４に供給されるように制御される。

脱気器２５は復水ライン２２を流れる復水に含まれる溶存酸素や炭酸ガスなどを除去するための装置である。

制御装置１００は発電プラント１の制御ユニットであり、例えばコンピュータ等の電子演算装置からなるハードウェア構成を有する。制御装置１００は、このようなハードウェア構成に対して、本開示の少なくとも一態様に係る制御方法を実行するためのプログラムがインストールされることで、本発明の少なくとも一態様に係る制御装置として機能可能に構成される。

制御装置１００は、発電プラント１の各構成要素との間で制御信号を送受信することにより、発電プラント１を総合的に制御可能に構成される。このような発電プラント１の制御は、制御装置１００が外部から取得する発電プラント１に対する負荷指令値に基づいて実施される。負荷指令値は、発電プラント１に要求される負荷に関する指令値であり、例えば電力系統における需給状態に応じて決定されてもよいし、発電プラント１のオペレータが手動設定することにより決定されてもよい。

＜発電プラントの制御＞
続いて上記構成を有する発電プラント１において制御装置１００による具体的な制御内容について説明する。図２は図１の制御装置１００の制御フロー図である。図２では制御装置１００の内部が機能ブロック図として示されており、制御装置１００は、蒸気弁制御部１１０と、蒸気発生器制御部１２０とを備える。蒸気弁制御部１１０は、入力信号に対応して蒸気弁８の開度指令値を出力する機能ブロックであり、蒸気発生器制御部１２０は、入力信号に対応して蒸気発生器２の制御パラメータである給水デマンド信号及び燃料デマンド信号を出力する機能ブロックである。

制御装置１００には、発電機出力Ｌ（発電機５の出力）、負荷指令値Ｌｄ、蒸気圧力設定値Ｐｓ及び蒸気圧力値Ｐがそれぞれ入力される。発電機出力Ｌは、発電機５に設置された各種センサに基づいて取得可能である。負荷指令値Ｌｄは、発電プラント１に対して外部から入力される指令値である（例えば、電力系統の電力需給状態に応じて中央給電指令室から受信される）。蒸気圧力設定値Ｐｓは、蒸気発生器２で生成される蒸気圧力の目標値であり、制御装置１００において設定される。蒸気圧力値Ｐは、蒸気供給路４に設置された圧力センサから取得可能である。

蒸気弁制御部１１０では、まず発電機出力Ｌ及び負荷指令値Ｌｄが偏差演算器１０２に入力される。偏差演算器１０２は、発電機出力Ｌ及び負荷指令値Ｌｄの偏差ΔＬ（＝Ｌｄ−Ｌ）を演算して出力する。偏差演算器１０２から出力された偏差ΔＬは、スイッチ１０４を介してＰＩ制御器１０６に入力される。スイッチ１０４は、復水絞り制御が実行されているか否かに基づいて、第１制御ルートＣ１又は第２制御ルートＣ２を選択可能な切替器である。第１制御ルートＣ１は復水絞り制御が実行されていない通常制御時に選択される制御ルートであり、偏差ΔＬがそのままＰＩ制御器１０６に入力される。一方の第２制御ルートＣ２は復水絞り制御の実行時に選択される制御ルートであり、偏差ΔＬがフィルタ１０８を介してＰＩ制御器１０６に入力される。

フィルタ１０８は、入力値である偏差ΔＬに対して所定のフィルタリング処理を実施する。ここで図３はフィルタ１０８が偏差ΔＬに対して適用するフィルタリング処理の特性関数ｆの一例である。尚、図３では、第１制御ルートＣ１が選択された場合に対応する特性関数ｆ‘が比較用に破線で示されている（第１制御ルートＣ１では偏差ΔＬがそのままＰＩ制御器１０６に入力されるため、実質的に傾き「１」、切片「０」の一次線形関数である特性関数ｆ’を有することと同等である）。

特性関数ｆは負側領域（すなわちΔＬ＜０）において特性関数ｆ‘より出力値が大きくなるように設定される。より具体的には、図３に示すように、特性関数ｆは正側領域（ΔＬ≦０）及び負側領域の閾値未満領域（ΔＬ＜ΔＬ１）では傾き「１」の線形特性を有するとともに、所定値ΔＬ１以上の負側領域（ΔＬ１≦ΔＬ＜０）では傾き「０」でありデッドバンド特性を有する。

ＰＩ制御器１０６は、ＰＩ制御器１０６に入力される偏差ΔＬに対応する蒸気弁開度指令値を出力することにより、蒸気弁８の開度をフィードバック制御する。スイッチ１０４によって第１制御ルートＣ１が選択されている場合には、ＰＩ制御器１０６は偏差演算器１０２で算出された偏差ΔＬに対応する蒸気弁開度指令値を出力する。一方、スイッチ１０４によって第２制御ルートＣ２が選択されている場合には、ＰＩ制御器１０６は、フィルタ１０８によってフィルタリング処理が実施された後の偏差ΔＬに対応する蒸気弁指令値が出力される。フィルタ１０８では、図３を参照して前述したように、発電機出力Ｌが負荷指令値Ｌｄより大きな負側領域において偏差ΔＬが通常時に比べて大きく出力されることで、蒸気弁８の絞り動作が抑制される。これは、詳しく後述するように、負荷指令値増加時に復水絞り制御が実行されることで偏差ΔＬが負側領域になった際に、蒸気弁８の絞り動作が抑制されることを意味する。

一方で蒸気発生器制御部１２０では、蒸気圧力設定値Ｐｓ及び蒸気圧力値Ｐが偏差演算器１２２に入力される。偏差演算器１２２は、蒸気圧力設定値Ｐｓ及び蒸気圧力値Ｐの偏差ΔＰ（＝Ｐｓ−Ｐ）を出力する。偏差演算器１２２から出力される偏差ΔＰは、ＰＩ制御器１２４に入力される。ＰＩ制御器１２４は、偏差ΔＰに対応する出力信号を出力する。ＰＩ制御器１２４から出力された出力信号には、加算器１２６にて負荷指令値Ｌｄがフィードフォワード成分として加算されることで、蒸気発生器２の負荷追従性が向上されている。このような蒸気発生器２の制御信号は、蒸気発生器２の制御パラメータである給水デマンド信号Ｓｗ及び燃料デマンド信号Ｓｆとして制御対象である蒸気発生器２に対して出力される。

＜復水絞り制御＞
続いて上記構成を有する発電プラント１における復水絞り制御について説明する。復水絞り制御は、復水調節弁２３及び抽気弁２８の開度を減少させることで、発電機５の出力を増加させるための制御である。図４は復水絞り制御による発電機出力増加メカニズムを工程毎に示すフローチャートである。

復水絞り制御では、まず復水調節弁２３の開度が減少するように操作される（ステップＳ１００）。このような復水調節弁２３の絞り動作は、オペレータによってマニュアル的に実施されてもよいし、制御開始のためのトリガ信号を制御装置１００で検知することで、制御装置１００から復水調節弁２３に対して制御信号を送信することで自動的に実施されてもよい。

復水調節弁２３の開度が減少すると、復水調節弁２３より下流側に位置する復水ライン２２を流れる復水の流量が減少する（ステップＳ１０１）。ここで復水ライン２２上に設けられた複数の加熱器２４では、前述したように、復水ライン２２を流れる復水の流量に対応するように抽気弁２８の開度が制御されることにより、復水との熱交換に要する流量の抽気が導入される。そのためステップＳ１０１のように復水ライン２２における復水の流量が減少すると、それに応じて抽気弁２８の開度も減少するように制御される（ステップＳ１０２）。そして抽気弁２８の開度が減少すると、加熱器２４に供給される抽気が減少するため、タービン６を流れる蒸気量が増加し（ステップＳ１０３）、発電機出力Ｌが増加する（ステップＳ１０４）。

このように復水絞り制御を実行することによって、発電機５の出力を増加させることができる。ただし復水絞り制御による発電機出力増加効果は永続的なものではなく、復水絞り制御が開始されてから、ある限られた期間における一時的なものとなる。なぜならば、復水絞り制御によって復水流量が減少するために脱気器２５における脱気器レベルが低下して蒸気発生器２への給水が継続できなくなるからである。その結果、復水絞り制御による発電機出力増加効果は一時的な期間を経過すると減少してしまう。

これに対して本開示の一態様では、負荷指令値Ｌｄが増加した際には、発電機出力Ｌを永続的に増加させるために、（例えば発電プラント１のオペレータによる手動操作によって）負荷指令値Ｌｄを増加させるとともに、復水絞り制御が実行された際に第２制御ルートＣ２を選択することにより、復水絞り時に蒸気弁８の絞りを抑制することで、復水絞り制御による発電機出力増加効果を得られやすくしている。第２制御ルートＣ２ではフィルタ１０８によるフィルタリング処理を行うことで、偏差ΔＬが負側領域において第１制御ルートＣ１に比べて偏差ΔＬが大きくなるように設定される。これにより、復水絞り制御の実行時に蒸気弁８が絞られにくくなるため、発電機出力増加効果が得られやすくなる。

＜スピルオーバー制御＞
続いて復水器１０で生成された復水を、第１復水タンク１２及び第２復水タンク１６間でやりとりすることにより、第１復水タンク１２における復水レベルを適切に維持するためのスピルオーバー制御について説明する。

スピルオーバー制御は、復水絞り制御が実行されていない通常時は、前述のように復水調節弁２３の開度を調整することで行われる。つまり復水調節弁２３の開度を調整することで復水ライン２２への復水供給量を変化させることで、第１復水タンク１２に貯留された復水のレベルが適切に管理される。一方で復水絞り制御の実行時には、復水調節弁２３は発電機出力Ｌを増加させるために第１復水タンク１２の復水レベルとは関係なく絞られるため、第１復水タンク１２及び第２復水タンク１６の間に設けられた復水排出弁２７の開度を調整することにより、スピルオーバー制御が行われる。

図５はスピルオーバー制御における復水排出弁２７に関する制御フロー図である。スピルオーバー制御では、第１復水タンク１２に設置された復水レベルセンサ（不図示）で検出された復水レベルＦと、第１復水タンク１２に対応する適切な復水レベル目標値Ｆ＊とが偏差演算部１３０に入力されることで、偏差ΔＦが算出される。偏差ΔＦはＰＩ制御器１３２に入力されることで、偏差ΔＦに対応する復水排出弁開度指令値が出力される。これにより、復水レベルが復水レベル目標値Ｆ＊になるように（すなわち偏差ΔＦがゼロになるように）フィードバック制御が行われる。

ここで復水レベル目標値Ｆ＊は、復水レベル目標値設定部１３４によって設定される。復水レベル目標値設定部１３４では、加算器１３６において通常目標値Ｆ＊１に加算目標値Ｆ＊２を加算することで復水レベル目標値Ｆ＊が設定される。加算目標値Ｆ＊２は、復水絞り制御が実行中であるか否かに基づいて「０」又は「α（ゼロより大きな数）」のいずれか一方が選択される。具体的には、復水絞り制御が実行中である場合にはスイッチ１３８が加算目標値Ｆ＊２として「０」を選択する。この場合、復水レベル目標値Ｆ＊は、Ｆ＊１＋Ｆ＊２（＝０）＝Ｆ＊１となる。一方で復水絞り制御が実行されていない通常時には、スイッチ１３８は加算目標値Ｆ＊２として「α」を選択する。この場合、復水レベル目標値Ｆ＊は、Ｆ＊１＋Ｆ＊２＝Ｆ＊１＋αとなる。

このように復水レベル目標値Ｆ＊は、復水絞り制御が実施されていない場合には、復水絞り制御が実施されている場合に比べてαの分だけ大きく設定される。これにより復水絞り制御が実施されていない場合には、復水排出弁２７の開度が小さく固定され（好ましくは全閉状態に設定され）、復水排出弁２７はスピルオーバー制御に関わらないようになる。一方で、復水絞り制御が実施されている場合には、復水レベル目標値Ｆ＊にαが加算されないため、復水排出弁２７の開度が復水レベル目標値Ｆ＊になるようにフィードバック制御される。これにより、復水調節弁２３が復水絞り制御によって絞られた状態にある場合においても、復水排出弁２７の開度を調整することによってスピルオーバー制御を実施することが可能となる。

＜負荷応答制御＞
続いて発電プラント１に対する負荷指令値Ｌｄが増加変動した場合における発電プラント１の負荷応答制御に関して具体的に説明する。図６は発電プラント１の負荷応答制御を工程毎に示すフローチャートであり、図７は負荷応答制御時における負荷指令値Ｌｄと発電プラント１の出力推移とを関連付けて示すタイミングチャートである。ここでは図７に示すように、初期状態として第１定常値Ｌ１にあった負荷指令値Ｌｄが時刻ｔ１〜時刻ｔ２において単調増加して、第２定常値Ｌ２まで増加するように変動した場合を例に説明する。

まず制御装置１００は、発電プラントに入力される負荷指令値Ｌｄを監視し（ステップＳ２００）、負荷指令値Ｌｄが増加したか否かを判定する（ステップＳ２０１）。ステップＳ２０１における判定は、例えば、時刻ｔ１以前の第１定常値Ｌ１に対する負荷指令値Ｌｄの変化量が判定用閾値に達したか否かに基づいて行われる。本開示の一態様では、例えば、制御装置１００は、負荷指令値Ｌｄの変化率（所定期間における負荷指令値Ｌｄの変化量）が判定用閾値を超えた場合に、負荷指令値Ｌｄが増加したと判定される。

負荷指令値Ｌｄが増加したと判定された場合（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、復水絞り制御が実施される（ステップＳ２０２）。復水絞り制御は、前述したように復水調節弁２３及び抽気弁２８の開度を減少させることにより実施される。このような復水調節弁２３の絞り動作は、例えばオペレータによってマニュアル的に行われてもよいし、制御装置１００から制御信号を復水調節弁２３及び抽気弁２８に対して送信することにより自動的に行われてもよい。ステップＳ２０２で復水絞り制御が実施されると、図４を参照して前述したように、発電機５の出力が一時的に増加する。

続いて制御装置１００は、蒸気発生器２の負荷増加制御を実施する（ステップＳ２０３）。復水絞り制御は前述のように一時的な発電機５の出力増加にとどまるため、蒸気発生器２の負荷増加制御を実施することで、復水絞り制御による出力増加効果が減少した後においても負荷指令値Ｌｄの増加に追従することができる。

尚、図６では形式上の都合からステップＳ２０２を実施した後に、ステップＳ２０３を実施するように記載されているが、ステップＳ２０２及びＳ２０３は同時に実施されてもよい。すなわち復水絞り制御及び負荷増加制御は同時に実施されてもよい。前述のように負荷増加制御は復水絞り制御より応答性が低いため（負荷指令値Ｌｄの変化開始時の初動が遅いため）、これらを同時に実施することが好ましい。また当該思想の範囲において、図６に示すようにステップＳ２０２の後にステップＳ２０３を実施することや、ステップＳ２０２の前にステップＳ２０３を実施することは否定されない。

このような復水絞り制御及び負荷増加制御は、負荷指令値Ｌｄが第２定常値Ｌ２に到達するまで継続され（ステップＳ２０４：ＹＥＳ）、発電プラント１の出力が第２定常値Ｌ２に対して十分に収束した場合（ステップＳ２０５：ＹＥＳ）、終了する（ＥＮＤ）。

ここで図７では、比較例として、時刻ｔ１から復水絞り制御のみを実施した場合（第１比較例）、及び、復水絞り制御を実施せずに時刻ｔ１から蒸気発生器２の負荷増加制御のみを実施した場合（第２比較例）が示されている。第１比較例では、復水絞り制御のみが実施されているため、第２比較例より応答性がよく、時刻ｔ１の直後は発電プラント１の出力を一時的に増加できているが、このような復水絞り制御による出力増加効果は前述したように永続的には続かない。第２比較例では、負荷増加制御のみが実施されており、応答性が低くなっている。特に蒸気発生器２が石炭焚きボイラのような装置である場合には、石炭を微粉炭機で粉砕するプロセスがあるため、粉砕された石炭が火炉へ投入されて出力に反映されるまでのタイムラグが大きく、応答性が悪くなっている。これらの比較例に対して本態様では、負荷指令値Ｌｄの増加時に復水絞り制御と負荷増加制御とを組み合わせることで、負荷指令値Ｌｄの変化に対して良好な応答性が得られるとともに、発電プラント１の出力が第２定常値Ｌ２に収束するまでの時間が短くなることが示されている。

また復水絞り制御では前述のように復水調節弁２３及び抽気弁２８の開度が絞られるが、その際の開度変化率は、ステップＳ２００で取得された負荷指令値Ｌｄの変化率に基づいて設定される。復水絞り制御による発電機出力Ｌの変化量は、復水調節弁２３及び抽気弁２８の開度の変化率に依存する。そのため、復水絞り制御の実行時における復水調節弁２３及び抽気弁２８の開度変化率を制御することにより、発電機出力Ｌの変化量が過剰になることで負荷指令値Ｌｄから乖離しすぎることを抑制できる。

図７の第１比較例の復水絞り制御では、このように復水調節弁２３及び抽気弁２８の開度の変化率が任意に制御されているため、時刻ｔ１の直後において発電機出力Ｌが急増し、負荷指令値Ｌｄからの乖離量が大きくなっている。これに対して本形態では、復水調節弁２３及び抽気弁２８の開度の変化率を負荷指令値Ｌｄの変化率に基づいて設定することで、第１比較例に比べて時刻ｔ１の直後における発電機出力Ｌの増加が適度に抑制され、負荷指令値Ｌｄからの乖離量が少なくなっている。これは、復水絞り制御による発電機出力Ｌが負荷指令値Ｌｄの変化に対応するように調整できており、良好な追従性が得られていることを示している。

以上説明したように本開示の少なくとも一態様によれば、負荷増加要求時に、発電プラントの出力を、良好な応答性で、且つ、負荷指令値に対して適切な範囲で追従可能な発電プラントの制御装置、発電プラント、及び、発電プラントの制御方法を提供できる。

その他、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態を適宜組み合わせてもよい。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

（１）本開示の一態様に係る発電プラントの制御装置は、
蒸気を生成可能に構成された蒸気発生器（例えば上記実施形態の蒸気発生器２）と、
前記蒸気を用いて駆動可能に構成されたタービン（例えば上記実施形態のタービン６）と、
前記タービンで仕事を終えた前記蒸気を凝縮することにより復水を生成可能に構成された復水器（例えば上記実施形態の復水器１０）と、
前記復水の前記蒸気発生器に対する供給量を調整可能に構成された復水調節弁（例えば上記実施形態の復水調節弁２３）と、
前記タービンからの抽気を用いて前記復水を加熱可能に構成された加熱器（例えば上記実施形態の加熱器２４）と、
前記抽気の流量を調整可能に構成された抽気弁（例えば上記実施形態の抽気弁２８）と、
を備える発電プラント（例えば上記実施形態の発電プラント１）の制御装置（例えば上記実施形態の制御装置１００）であって、
前記発電プラントに対する負荷指令値の増加時、前記復水調節弁の開度を絞る復水絞り制御と、前記蒸気発生器の負荷を増加させる負荷増加制御とを実施するように構成され、
前記復水絞り制御では、前記負荷指令値の変化率に基づいて設定される開度変化率で前記復水調節弁及び前記抽気弁の開度が制御されるように構成される。

上記（１）の態様によれば、発電プラントに対する負荷指令値の増加時、負荷増加制御に加えて復水調節弁の開度を絞る復水絞り制御を実施することで、発電プラントの出力を応答性よく増加させることができる。これにより、比較的応答に時間を要する負荷増加制御のみを実施する場合に比べて、良好な応答性が得られる。また復水絞り制御と負荷増加制御とを実施することで、負荷指令値の変化が大きな場合においても目標負荷に至るまで発電プラントの出力を増加させることができる。このように復水絞り制御と負荷増加制御とを組み合わせて実施することで、負荷指令値の増加に対して良好な応答性をもって発電プラントの出力を追従させることができる。
また復水絞り制御では、復水調節弁及び抽気弁の開度は負荷指令値の変化率に基づいて設定される開度変化率に基づいて制御される。これにより、復水絞り制御による発電機出力が負荷指令値の変化に対応するように調整することができる。その結果、復水絞り制御が実施された際に発電機出力が負荷指令値を大きく超えて乖離することを抑制し、負荷指令値に対する良好な追従性が得られる。

（２）他の態様では上記（１）の態様において、
前記発電プラントは、前記タービンへの蒸気供給量を制御するための蒸気弁（例えば上記実施形態の蒸気弁８）を更に備え、
前記復水絞り制御の実行中、前記復水絞り制御の実行に起因した前記蒸気弁に対する開度指令値の減少を抑制するように構成される（例えば上記実施形態において蒸気弁開度指令値を出力するＰＩ制御器１０６に入力される偏差ΔＬがフィルタ１０８によって補正される）。

上記（２）の態様によれば、復水絞り制御が実施された際に、蒸気弁の開度減少が抑制される。これにより、復水絞り制御によって発電機出力が一時的に増加した場合に、目標出力を超えた発電機出力を減少させるように蒸気弁の開度が減少することで、発電機出力が低下することを抑制できる。その結果、復水絞り制御による発電機出力増加効果をより的確に得ることができる。

（３）他の態様では上記（１）の態様において、
前記発電機の出力と前記負荷指令値との偏差に基づいて前記蒸気弁の開度を制御可能に構成された蒸気弁制御部（例えば上記実施形態の蒸気弁制御部１１０）を備え、
前記蒸気弁制御部は、前記負荷指令値の増加時、前記復水絞り制御の実行中、前記偏差が負側領域において、前記偏差に対する前記蒸気弁の開度が、前記復水絞りの非実行中に比べて大きくなるように制御するように構成される（例えば上記実施形態においてフィルタ１０８が図３に示す特性を有する）。

上記（３）の態様によれば、復水絞り制御が実施されることで偏差が負側領域になった場合には、復水絞り制御が実施されていない時に比べて蒸気弁の開度が大きくなるように制御される。これにより、復水絞り制御の実施時における蒸気弁の開度減少が抑制されるので、復水絞り制御による発電機出力増加効果をより的確に得ることができる。

（４）他の態様では上記（３）の態様において、
前記蒸気弁制御部は、前記負荷指令値の増加時、前記復水絞り制御の実行中、前記偏差が所定値以上の負側領域において、前記偏差に対する前記蒸気弁の開度が、前記偏差に対して一定になるように制御するように構成される（例えば上記実施形態においてフィルタ１０８が図３に示す特性を有する）。

上記（４）の態様によれば、偏差が所定値以上の負側領域にある場合に蒸気弁の開度が一定になるように抑制されるため、復水絞り制御による発電機出力増加効果をより的確に得ることができる。

（５）他の態様では上記（１）から（４）のいずれか一態様において、
前記発電プラントは、
前記復水器に貯留される前記復水を排出可能に構成された復水排出ライン（例えば上記実施形態の復水排出ライン１４）と、
前記復水排出ラインにおける前記復水の流量を調整可能に構成された復水排出弁（例えば上記実施形態の復水排出弁２７）と、
を更に備え、
前記復水絞り制御の実行中、前記復水排出弁の開度を調整することにより、前記復水器における前記復水のレベルを制御するように構成される（例えば上記実施形態において復水絞り制御時に復水排出弁２７を制御して復水レベルを調整する）。

上記（５）の態様によれば、復水絞り制御によって復水調節弁を絞り制御しつつ、復水排出弁の開度制御によって復水レベルを適切に管理できる。

（６）他の態様では上記（１）から（５）のいずれか一態様において、
前記復水絞り制御と前記負荷増加制御とは同時に実施される。

上記（６）の態様によれば、負荷指令値の変動時に、復水絞り制御と負荷増加制御とを同時に実施することで、良好な応答性をもって発電プラントの出力を追従させることができる。

（７）他の態様では上記（１）から（６）のいずれか一態様において、
前記負荷指令値が５％以上増加した場合に、前記復水絞り制御を実行するように構成される。

上記（７）の態様によれば、負荷指令値が５％以上増加する比較的大きな負荷指令値の変動に対して、発電プラントの出力を応答性よく好適に追従させることができる。

（８）他の態様では上記（１）から（７）のいずれか一態様において、
前記負荷指令値は、電力系統の需給状態に応じて中央給電司令室から前記発電プラントに入力される。

上記（８）の態様によれば、電力系統の需給状態に応じて、発電プラントの出力を応答性よく好適に追従させることができる。

（９）他の態様では上記（１）から（８）のいずれか一態様において、
前記蒸気発生器は、石炭を燃料とする石炭焚きボイラである。

上記（９）の態様によれば、石炭を微粉炭機で粉砕するプロセスがあることにより、運転制御による負荷指令値への応答性が低い石炭焚きボイラを蒸気発生器として用いる発電プラントにおいても、復水絞り制御と負荷増加制御とを組み合わせて実施することで、負荷指令値の増加に対して良好な応答性をもって発電プラントの出力を追従させることができる。

（１０）本開示の一態様に係る発電プラントは、
上記（１）から（９）のいずれか一態様の制御装置を備える。

上記（１０）の態様によれば、復水絞り制御と負荷増加制御とを組み合わせて実施することで、負荷指令値の増加に対して良好な応答性をもって発電プラントの出力を追従させることができる。

（１１）本開示の一態様に係る発電プラントの制御方法は、
蒸気を生成可能に構成された蒸気発生器（例えば上記実施形態の蒸気発生器２）と、
前記蒸気を用いて駆動可能に構成されたタービン（例えば上記実施形態のタービン６）と、
前記タービンで仕事を終えた前記蒸気を凝縮することにより復水を生成可能に構成された復水器（例えば上記実施形態の復水調節弁２３）と、
前記復水の前記蒸気発生器に対する供給量を調整可能に構成された復水調節弁（例えば上記実施形態の復水調節弁２３）と、
前記タービンからの抽気を用いて前記復水を加熱可能に構成された加熱器（例えば上記実施形態の加熱器２４）と、
前記抽気の流量を調整可能に構成された抽気弁（例えば上記実施形態の抽気弁２８）と、
を備える発電プラント（例えば上記実施形態の発電プラント１）の制御方法であって、
前記発電プラントに対する負荷指令値の増加時、前記復水調節弁の開度を絞る復水絞り制御と、前記蒸気発生器の負荷を増加させる負荷増加制御とを実施し、
前記復水絞り制御では、前記負荷指令値の変化率に基づいて設定される開度変化率で前記復水調節弁及び前記抽気弁の開度が制御される。

上記（１１）の態様によれば、発電プラントに対する負荷指令値の増加時、負荷増加制御に加えて復水調節弁の開度を絞る復水絞り制御を実施することで、発電プラントの出力を応答性よく増加させることができる。これにより、比較的応答に時間を要する負荷増加制御のみを実施する場合に比べて、良好な応答性が得られる。また復水絞り制御と負荷増加制御とを実施することで、負荷指令値の変化が大きな場合においても目標負荷に至るまで発電プラントの出力を増加させることができる。このように復水絞り制御と負荷増加制御とを組み合わせて実施することで、負荷指令値の増加に対して良好な応答性をもって発電プラントの出力を追従させることができる。
また復水絞り制御では、復水調節弁及び抽気弁の開度は負荷指令値の変化率に基づいて設定される開度変化率に基づいて制御される。これにより、復水絞り制御による発電機出力が負荷指令値の変化に対応するように調整することができる。その結果、復水絞り制御が実施された際に発電機出力が負荷指令値を大きく超えて乖離することを抑制し、負荷指令値に対する良好な追従性が得られる。

１ 発電プラント
２ 蒸気発生器
３ 出力軸
４ 蒸気供給路
５ 発電機
６ タービン
８ 蒸気弁
１０ 復水器
１２ 第１復水タンク
１４ 復水排出ライン
１６ 第２復水タンク
２２ 復水ライン
２３ 復水調節弁
２４ 加熱器
２５ 脱気器
２６ 抽気ライン
２７ 復水排出弁
２８ 抽気弁
１００ 制御装置
１０２ 偏差演算器
１０４ スイッチ
１０６ ＰＩ制御器
１０８ フィルタ
１１０ 蒸気弁制御部
１２０ 蒸気発生器制御部
１２２ 偏差演算器
１２４ ＰＩ制御器
１２６ 加算器
１３０ 偏差演算部
１３２ ＰＩ制御器
１３４ 復水レベル目標値設定部
１３６ 加算器
１３８ スイッチ

Claims (11)

1. 蒸気を生成可能に構成された蒸気発生器と、
   前記蒸気を用いて駆動可能に構成されたタービンに連結された発電機と、
   前記タービンで仕事を終えた前記蒸気を凝縮することにより復水を生成可能に構成された復水器と、
   前記復水の前記蒸気発生器に対する供給量を調整可能に構成された復水調節弁と、
   前記タービンからの抽気を用いて前記復水を加熱可能に構成された加熱器と、
   前記抽気の流量を調整可能に構成された抽気弁と、
   を備える発電プラントの制御装置であって、
   前記発電プラントに対する負荷指令値の増加時、前記復水調節弁及び前記抽気弁の開度を絞る復水絞り制御と、前記蒸気発生器の負荷を増加させる負荷増加制御とを実施するように構成され、
   前記復水絞り制御では、前記発電機の出力の前記負荷指令値からの乖離量が所定値以下になるように、前記負荷指令値の変化率に基づいて設定される開度変化率で前記復水調節弁及び前記抽気弁の開度が制御されるように構成された、発電プラントの制御装置。
2. 前記発電プラントは、前記タービンへの蒸気供給量を制御するための蒸気弁を更に備え、
   前記復水絞り制御の実行中、前記復水絞り制御の実行に起因した前記蒸気弁に対する開度指令値の減少を抑制するように構成された、請求項１に記載の発電プラントの制御装置。
3. 前記発電機の出力と前記負荷指令値との偏差に基づいて前記蒸気発生器から前記タービンに供給される蒸気の流量を調整するための蒸気弁の開度を制御可能に構成された蒸気弁制御部を備え、
   前記蒸気弁制御部は、前記負荷指令値の増加時、前記復水絞り制御の実行中、前記偏差が負側領域において、前記偏差に対する前記蒸気弁の開度が、前記復水絞りの非実行中に比べて大きくなるように制御するように構成された、請求項１に記載の発電プラントの制御装置。
4. 前記蒸気弁制御部は、前記負荷指令値の増加時、前記復水絞り制御の実行中、前記偏差が所定値以上の負側領域において、前記偏差に対する前記蒸気弁の開度が、前記偏差に対して一定になるように制御するように構成された、請求項３に記載の発電プラントの制御装置。
5. 前記発電プラントは、
   前記復水器に貯留される前記復水を排出可能に構成された復水排出ラインと、
   前記復水排出ラインにおける前記復水の流量を調整可能に構成された復水排出弁と、
   を更に備え、
   前記復水絞り制御の実行中、前記復水排出弁の開度を調整することにより、前記復水器における前記復水のレベルを制御するように構成された、請求項１から４のいずれか一項に記載の発電プラントの制御装置。
6. 前記復水絞り制御と前記負荷増加制御とは同時に実施される、請求項１から５のいずれか一項に記載の発電プラントの制御装置。
7. 前記負荷指令値が５％以上増加した場合に、前記復水絞り制御を実行するように構成された、請求項１から６のいずれか一項に記載の発電プラントの制御装置。
8. 前記負荷指令値は、電力系統の需給状態に応じて中央給電司令室から前記発電プラントに入力される、請求項１から７のいずれか一項に記載の発電プラントの制御装置。
9. 前記蒸気発生器は、石炭を燃料とする石炭焚きボイラである、請求項１から８のいずれか一項に記載の発電プラントの制御装置。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の制御装置を備える、発電プラント。
11. 蒸気を生成可能に構成された蒸気発生器と、
    前記蒸気を用いて駆動可能に構成されたタービンと、
    前記タービンで仕事を終えた前記蒸気を凝縮することにより復水を生成可能に構成された復水器と、
    前記復水の前記蒸気発生器に対する供給量を調整可能に構成された復水調節弁と、
    前記タービンからの抽気を用いて前記復水を加熱可能に構成された加熱器と、
    前記抽気の流量を調整可能に構成された抽気弁と、
    を備える発電プラントの制御方法であって、
    前記発電プラントに対する負荷指令値の増加時、前記復水調節弁及び前記抽気弁の開度を絞る復水絞り制御と、前記蒸気発生器の負荷を増加させる負荷増加制御とを実施し、
    前記復水絞り制御では、発電機の出力の前記負荷指令値からの乖離量が所定値以下になるように、前記負荷指令値の変化率に基づいて設定される開度変化率で前記復水調節弁及び前記抽気弁の開度が制御される、発電プラントの制御方法。

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