JPS63124101A - 発電プラントの負荷調整装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は発電プラントの負荷制御に係り、特に給電所指
令により火力発電プラントが自動運転される場合、プラ
ント機器耐用年数を損うような過度の負荷変動を抑制し
ながら給電所指令に負荷追縦するに好適な火力発電プラ
ントの負荷調整装置に関する。

〔従来の技術〕

ベース負荷を担う原子力発電プラントの建設にともない
、最近では電力系統の需給バランスを吸収するための電
力調整を火力発電プラントにも求められるようになり、
これに答えるため中間負荷運用プラントとして負荷応答
性にすぐれたＤＳＳ（Ｄａｉｌｙ　５ｔａｒｔ−ｕｐ　
ａｎｄ　ｓｈｕｔｄｏｗｎ　）火力が建設されている。

従来、火力発電プラントは、給電所からのＥＬＤ（経済
負荷配分：多数の発電プラントに対し経済的に最適な負
荷・配分計算をして各発電プラントに指令される信号で
、指令信号の周期は普通１５分以上と長い）信号、およ
びＡＦＣ（周波数制御：電力系統の周波数を一定にする
ための調整負荷指令信号で、指令信号の周期は普通２〜
１５谷と比較的短かい）信号により自動運転ができるよ
うになっている。これらＥＬＤ、ＡＦＣ信号は電力系統
運用の立場から経済性を指標に作られているため、プラ
ントの特性（負荷応答性など）についてはＥＬＤ、ＡＦ
Ｃ信号受は入れ側（プラント側）で制限をかけるなど考
慮している。

第３図は従来技術の一例であるが、給電所からのＥＬＤ
信号１は出力目標値の手動設定器７による制御との切替
えを行うＥＬＤ制御人〆切切替器３を通り、減算器４．
負荷変化率上下限制限器５、および積分器６により目標
比カバターン信号１０６が作られる。また、給電所から
のＡＦＣ信号２はＡＦＣ巾（負荷変化巾）の手動設定器
１５による制限と自動設定による制限とが切替器１６に
よって切替えられ、負荷変化巾の上下限制限器１１によ
り制限がかけられるが、ＥＬＤ信号と同様に減算機１２
．負荷変化率上下限制限器１３．および積分器１４によ
って系統周波数調整のための調整用負荷パターン信号１
１４が作られこれが加算器１０によって前記目標比カバ
ターン信号１０６に加算され１発電機出力指令信号１０
１となってタービンガバナを制御する。

ここで、ＥＬＤ信号に対する負荷変化率制限は設定器９
による手動設定も可能だが、自動運転の場合は負荷変化
率設定自動／手動切替ｌ１８により関数発生器３１の信
号によって負荷変化率制限がかけられる。この関数発生
器３１のＦＬ（Ｘ）特性は第４図に示すように発電機出
力の関数になっている。

一方、ＡＦＣ信号に対する負荷変化巾および負荷変化率
の制限は切替器１６および１８により、関数発生器３２
および３３の信号によって自動設定される。この関数発
生器３２．３３のＦｚ（Ｘ）。

Ｆａ　　（Ｘ）特性も第４図に示すように発電機出力の
関数になっている。なお、ＡＦＣ制御切とした場合は負
荷変化率上下限制限器１３にゼロ値１７が設定される。

このようにして、給電所からのＥＬＤ信号およびＡＦＣ
信号による負荷要求に対し、プラントが許容する負荷変
化率および負荷変化巾の範囲内で負荷応答できるように
なっている。

しかし、ここで云っている負荷変化率制限機能は比較的
ゆっくりした負荷変化（１日２〜４回の大きな負荷変化
程度のもの）に対しては有効であるが、給電指令による
高頻度負荷変化に対しては配慮されていなかった。

なお、この種の装置として関連するものには例えば、火
力原子力発電Ｖｏ　ｌ　、　２７Ｎａ８　（Ｐ、　２１
〜２９）において論じられているもの、および特開昭５
９−２３１６０４号等が挙げられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、給電所からの負荷変化要求に対し１発
電機出力の関数として一義的に設定された許容負荷変化
率、および許容負荷変化中により制限されるが、二の制
限値は一回の負荷変化に対する許容値であり、大きな負
荷変化が１日に２〜４回程度であれば問題ないが、高頻
度の負荷変化の要求に対してはプラント機器耐用年数を
縮めるのみならず、機器疲労破損にまで至るといった大
きな問題があった。

第５図は、同じ負荷変化率、負荷変化巾で制限された場
合の負荷運転パターンを示したものだが、負荷パターン
（Ａ）に対し負荷パターンＣＢ）は負荷変動回数が多く
、これが機器耐用年数にも影響を及ぼすであろうことが
容易に理解できる。

本発明の目的は高頻度負荷変化要求に対してもプラント
機器耐用年数を維持しながら高い負荷変化率で給電所指
令に負荷追従する発電プラントの負荷調整装置を提供す
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、負荷変化が時間要素をもって変化すること
に着目し、単位時間当りの負荷増減回数（「負荷変動率
」と称する）に現状の負荷運用での予想機器耐用年数及
び予想残余運転年数を考慮して設定した余裕値を付加し
た値を指標にして、許容負荷変化率を決め、給電所から
の負荷変化要求を制限することにより達成される。

〔作用〕

負荷変動率を発電プラントの出力運転時間積算値に対し
、出力運転での負荷増減回数の積算値の比として求めれ
ば、常に負荷変動率は運転での平均値を示すことになる
。一方プラント機器耐用年数は負荷変化回数に大きく依
存していることから、この平均化された負荷変動率の大
きさによって許容負荷変化率を調整することにより、プ
ラント機器耐用年数を管理した負荷追縦制御を行うこと
ができる。しかし、給電所サイドにとってみれば、ある
発電所において多少の無理をしてでも変化率を大きくし
てもらいたい場合もあれば、また、発・電所サイドにと
ってみればプラント状況によっては負荷変動率の大きさ
によらず余裕をもって運転したい場合等があることから
、前記負荷変動率に任意の余裕値（余裕をつける場合は
正、逆に機器耐用年数をある程度犠牲にする運転の場合
は負）を加えた値により許容負荷変化率を調整すること
により、さらに柔軟性有る運用が可能となる。

この余裕値設定を行なう（負荷変動率を自在に操作する
）場合に、「現在の負荷変化運用を継続した場合の予想
機器耐用年数」及び「現在の負荷変化運用を継続した場
合の予想残余運転年数」を表示し、これを指標とするこ
とにより適切な設定を実施することができる。即わち、
現状の負荷変化運用では機器耐用年数が「２５年」であ
ると表示された場合、これを「３０年」としたければ余
裕値を正側に設定し、「２０年」運転すればよしとする
ならば余裕値を負側に設定すればこれを実現できるわけ
である。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１〜第３図により説明する
。

第１図は、給電所からの負荷要求指令であるＥＬＤ信号
１とＡＦＣ信号２を受け１発電プラント側装置で発電機
出力指令値を作り出す制御回路を示す、ＥＬＤ信号１は
出力目標位の手動設定器７による運転との切替えを切替
器３で選択されるが、この信号は、減算器４、負荷変化
率上下限制限器５、および積分器６により目標高カバタ
ーン信号１０６になる。

また、給電所からのＡＦＣ信号２はＡＦＣ巾（負荷変化
巾）の手動設定器１５による制限と自動設定による制限
とが切替器１６によって選択される制限器１１で負荷変
化巾が制限されるが、この信号はＥＬＤ信号と同様に減
算器１２、負荷変化率上下限制限器１３、および積分器
１４によって系統周波数調整のための調整用負荷パター
ン信号１１４になり、これが加算器１０によって前記目
標高カバターン信号１０６に加算され、発電抽出力指令
信号１０１となる。信号１０１は発電機実出力１０２と
減算器１９でつき合わされ、その偏差信号１０３でガバ
ナが調整される。

ここで、ＥＬＤ信号１に対する負荷変化率制限は切替器
８を通して負荷変化率設定器９から手動設定できるが、
自動的には関数発生器（Ｆｌ（Ｘ））３１によって制限
されるが、さらにこの関数発生器３１の信号に負荷変動
率による制限係数を制限回路２１で求め、これを乗算器
２３によりかけ算して負荷変動率も考慮した負荷変化率
制限ができるようにしている。このＥＬＤ負荷変動保護
回路９１が従来にない技術である。

第２図は制限回路２１の機能を示したもので。

この回路は目標高カバターン信号１０６の信号変化回数
をカウントするカウンター４１、出力運転中の運転時間
を積算する積算器４２．カウント数（ａ）を時間積算値
（ｂ）で割算する除算器４３する制限係数（Ｑ）を求め
る関数発生器４４からイアス）を付加する為の設定器５
４と加算器５３を有し、負荷変動率を任意の値に変更で
きるよう負荷変化率制限をかけるべきであるが、実際の
運用面を考えれば、短期的には、（１）機器寿命を一時
的に無視して、とにかく負荷変動要求に応える必要が有
る場合（特に該発電プラントがＤＳＳ向き火力であれば
、頻繁に起こりうる。）及び（五）機器寿命からくる制
限に更に余裕をとって運転したい場合がある。更に長期
的には、（ｆｉｔ）機器寿命目標を例えば３０年から２
５年へと短くしても更に高頻度負荷変化の発電プラント
をめざしたい場合や、現在の負荷運用が余裕をとりすぎ
た運用の為、（例えば３０年目標のところが実際には２
０年耐用で運用されている為）、目標値に向かい急速な
修正をかけたい場合、及び（〜）機器寿命目標を例えば
３０年から３５年に延長したい場合や、現在の負荷運用
では機器寿命目標値を守れなくなることになり、これを
目標値に向い急速な修正をかけたい場合がある。（ｉ）
及び（■）のケースにおいては、後述するところの「予
想機器耐用年数表示器」　「予想残余運転年数表示器」
機能を指標とし、余裕値設定器５２で適当な負の低下さ
せ負荷変化率に対する制限を緩める。（厳しい負荷変化
率を許容する方向となる。）一方、（ｉｉ）及び（短）
の場合においては、同様の指標により、余裕値設定器５
２で適当な正の値を設定せ負荷変化率に対する制限を厳
しくする。ここで、「予想機器耐用年数表示器」及び「
予想残余運転年数表示器」を以下に説明する。例として
、機器耐用年数３０年でこの間に４３６，０００回の負
荷変化回数を許容する発電プラントを例に取り上げる。

この場合、予想機器耐用年数及び予想残余運転年数は次
式で表わされる。

予想機器耐用部（年） 予想残余運転年数（年） ＝予想機器耐用年数（年）−出力運転中の時間積算（年
）・・・（２）（１）式において「実際の負荷変動率」
は第２固型プラントにおける負荷変動率制限値であり、
４３６．０００回／２４０，０ＯＯＨＲより得られ第２
図中の（１）に相当する。また（２）式において、ｒ出
力運転中の時間積算」は第２図中の（ｂ）を年換算した
（ｒ）に相当する。６１，６３．６６は（１）式及び（
２）式を演算する為の定数設定器であり、６２，６４．
・６５．６７は同様の目的の乗算・除算・減算器である
。演算結果は予想機器耐用年数（ｐ）、予想残余運転年
数（ｐ　−ｒ）それぞれについて６８．６９の表示器に
表示される。

なおりランター４１は信号１０６の負荷変化率（微分値
）がマイナスからプラスに変わる度毎に１を積算するな
での方法で負荷変化の度数をカウントするが１機器寿命
消費に影響しない極く小さな負荷変化はカウントしない
よう考慮している。

また関数発生器の出力信号Ｃはプラント運用の変更に容
易に対処できるよう、無次元化している。

〔発明の効果〕

本発明の効果について、耐用年数３０年（運転時間２４
０　、０００時間）でこの間に４３６，０００回の負荷
変化回数を許容する発電プラントを例に第６図を用いて
説明する。

第６図において、負荷変動率１．８回／ＨＲ（＝＝４３
６，０００／２４０，０００）を目標値としてプラント
が運転されている時、現在点で実負荷変動率がＡの値で
あれば、（直線■上を動いていれば）制限領域に極く近
いがプラント機器耐用年数３０年が維持されたままで、
かつ高い負荷変化率で運転継続できる。現在点でＢの値
であれば（直線■上を動いていれば）予想機器耐用年数
は３０年以上（図の例では３５年）と表示され機器耐用
年数に余裕がある為、負荷変動率が平均１．８回／ＨＲ
になるまで高い負荷変化率のまま高頻度負荷変化運用が
可能になる。

一方、過去に高頻度負荷運転を強いられて現在点の実負
荷変動率がＣの値であれば、予想機器耐用年数は３０年
以下（図の例では２５年）と表示され負荷変化を制限す
る領域にあるため負荷変化回数を抑制し、負荷変動率が
平均１．８回／ＨＲになるまで負荷変化率制限がかけら
れる。

ここで余裕値設定を前述の予想機器耐用年数を指標に適
切にとることにより、第６図中の０点あるいはＢ点の状
態をすみやかに目標値（３０年耐用）に近づけることが
でき、また逆に目標値に合致したＡ点の状態から目標値
を変更し１例えば３０年耐用を３５年耐用とすることも
可能となる。

以上述べたように、負荷変動率を予想耐用年数（あるい
は予想残余運転年数）を指標に設定することによって、
プラント機器耐用年数を考慮した負荷運転、余裕運転、
緊急運転といった柔軟性ある負荷運用が可能となり、給
電所からの高頻度負荷変化要求に対しても発電プラント
を完全に自動運転することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る負荷変動率（運転時間
当りの負荷変化回数）に対する保護回路を有する火力発
電プラントの制御ブロック図、第２図は第１図の保護回
路の機能及び予想機器耐用年数・予想残余運転年数表示
機能を説明した機側を示す説明図、第５図は火力発電プ
ラントの負荷パターンを示す説明図、第６図は機能の動
作及び効果を説明する為の説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、給電所からの負荷要求指令（ＥＬＤ信号とＡＦＣ信
   号）と、発電所負荷設定指令を切替器により切替え、こ
   れら指令信号に対して発電プラントの発電機目標出力を
   求める回路と、過大な負荷変化運転を防止する為、プラ
   ント起動、停止や大きな負荷変化に対する許容負荷変化
   率や許容負荷変化幅をもつて指令信号に制限をかける負
   荷・変化制限回路より成るプラント出力制御装置におい
   て、現状の負荷運用を継続した場合の予想機器耐用年数
   及び予想残余運転年数を表示する機能を設け、それを指
   標として、負荷変動率に適切な余裕値またはその逆を付
   加し、該値により前記許容負荷変化率を制限することに
   より高頻度負荷運転を可能とする負荷変動保護回路を設
   けたことを特徴とする発電プラントの負荷調整装置。