JP2000500206A - 発電プラントの迅速な出力調節のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 蒸気タービン（２、４、６）および発電機（８）を有するターボセットを備えた発電プラントの迅速な出力調節のための方法において、発電機増加出力（Ｐ_S）を設定するためプラントプロセス中に存在しているエネルギー蓄積器が能動化される。特に有効な調節を達成するため、本発明によれば、ファジー論理がエネルギー蓄積器の調節された能動化のために使用される。その際にプラント経験からのファジー論理（ＦＲ_1...4）が使用される。この方法を実施するための装置はファジーシステム（６０）を含んでおり、その入力（ａないしｅ）が発電機増加出力（Ｐ_S）ならびに能動化可能な蓄積器のエネルギー状況を含み、その出力（ｇないしｊ、ｌ、ｏ、ｑ）が個々のエネルギー蓄積器の能動化度を指示する。

Description

【発明の詳細な説明】 発電プラントの迅速な出力調節のための方法および装置 本発明は、蒸気タービンおよび発電機を有するターボセットを備えた発電プラ ントの迅速な出力調節のための方法であって、発電機増加出力を設定するためプ ラントプロセス中に存在しているエネルギー蓄積器が能動化される方法に関する 。本発明はさらにこの方法を実施するための装置に関する。 電気エネルギー供給システムにおける確実なエネルギー供給は、ある数の発電 所ブロックによる電気エネルギーの発生と配電網中のある数の負荷によるこのエ ネルギーの消費との間の注意深い調和を前提としている。電気エネルギーの発生 および消費が等しい大きさであれば、電力系統の主要な特性量である系統周波数 は一定である。その定格値はたとえばヨーロッパ連系網では５０Ｈｚである。た とえば１つの発電所ブロックの故障により、また１つの負荷のスイッチオンおよ びスイッチオフにより生ずる周波数偏差は、発生器出力の上昇または低下に対す る尺度とみなすことができる。エネルギー供給システム内の周波数偏差の調節と ならんで、いま１つの別の課題は、配電網（連系網またはアイランド網）を構成 する部分系統への連系個所における予め定められた引渡し電力を守ることにある 。従って、１つの要求は、秒のオーダー内に発電所ブロックの迅速な出力上昇が 意のままになることにある。 迅速な出力調節および周波数維持のための可能性は、印刷物“ＶＧＢ Ｋｒａ ｆｔｗｅｒｋｓｔｅｃｈｎｉｋ”、第１号、１９８０年１月、第１８〜２３頁に 記載されている。秒の範囲内に迅速な出力変更（秒リザーブ）のためには複数の 同時または選択的に実行可能な介入可能性が存在するが、発電所ブロックの出力 の残留する変更のためには燃料供給の変更が必要である。従って、化石燃料によ る発電所では遅延時間の橋渡しのために最初の何秒かのうちにそれ以前に絞られ た位置に保たれた蒸気タービンの操作弁が開かれ、それにより意のままになる蒸 気蓄積器が実際上遅れなしに能動化かつアンロードされる。 蒸気タービンの操作弁の絞りの取り止めによる出力上昇とならんで、蒸気ター ビンの水‐蒸気‐循環路のなかに設けられており蒸気タービンからの抽出蒸気に より加熱される予熱器も切り離される。同時に低圧予熱器を通して導かれる復水 流は数秒のうちに停止され、また再び高められ得る。化石燃料による発電所ブロ ックにおける迅速な出力調節を復水停止による予熱器の切り離しにより行うこの 措置は、たとえばドイツ特許第3304292号明細書にも記載されている。 迅速な秒リザーブの調節および（または）制御のため、すなわち再生式予熱器 および（または）加熱復水器への蒸気流および発電所ブロックの蒸気タービンの 水‐蒸気‐循環路中のプロセス蒸気および復水の調節されたローディングのため に、従って一般に調節装置が使用される。これは迅速な出力調節のために、すな わち秒リザーブを能動化するために、予熱器への蒸気供給の絞り、プロセス蒸気 の絞りおよび（または）復水の絞りを生じさせる。その際にタービン抽気におけ る調節弁および復水設定のための操作機構に対する位置目標値は、要求される発 電機増加出力が達成されるように形成される。しかし、その際に、必要とされる 出力変化速度および出力振幅と他のプロセス量、特に予熱経路および（または） 加熱復水器のなかの温度変化ならびに副次的復水要求とのコーディネーションが 非常に困難であることは不利である。さらに、迅速な出力調節のための個々の措 置の要求の優先性が考慮に入れられていない。さらに、一般に線形でない調節対 象に基づいて調節良度がこれまで特に高くない。 従って、本発明の課題は、発電プラントの迅速な出力準備のための方法であっ て、特に効率的な調節が達成される方法を提供することである。これは本方法を 実施するために特に適した装置において簡単な手段により達成されなければなら ない。 方法に関して、この課題は本発明によれば、エネルギー蓄積器の調節された能 動化のためにファジー論理が使用され、その際にプラント経験からのファジー規 則が使用されることにより解決される。 本発明はその際に、プラントプロセスの多数のプロセス値またはプロセス 量を評価するという考察から出発する。その際に、調節すべきプロセスに対して 重要なプロセス量の解析がその全体として実行されなければならないファジー論 理を用いて、プラント経験（エキスパート知 識）が評価のなかに取り入れられ 、また位置目標値の後続の形成の際に考慮に入れられる。 有利な実施形態では、そのために必要なファジー規則を実現するため、個々の エネルギー蓄積器の要求の優先性が考慮に入れられる。さらに、有利な仕方で、 個々のエネルギー蓄積器に対する位置目標値または操作量を求めるためのプロセ ス量またはプロセスデータの評価の際に、それらの準備および（または）それら の一時的な制限に関する情報が考慮に入れられる。 装置に関して、前記の課題は、本発明によれば、その入力が発電機増加出力な らびに能動化可能な蓄積器のエネルギー状況を含んでおり、またその出力が個々 のエネルギー蓄積器の能動化度を指示するファジーシステムにより解決される。 有利な実施形態では、ファジーシステムは第１のファジー調節器を含んでおり 、その入力が能動化可能な蓄積器のエネルギー状況を含み、その出力が実行すべ き措置ならびに能動化可能な蓄積器またはその各々の一時的な制限に対する採用 ストラテジーを指示する。好ましくは、第１のファジー調節器はさらに、蒸気タ ービンと流入側で結合されている少なくとも１つの操作機構の絞り度に対する入 力を有する。 目的にかなった仕方で、ファジーシステムは第２のファジー調節器を含んでお り、その入力が発電機の出力目標値および増加出力実際値ならびに採用ストラテ ジーおよび制限を含み、その出力が操作機構に対する位置目標値を指示する。 ファジーシステムは、さらに、目的にかなった仕方で第３のファジー調節器を 含んでおり、その入力が少なくとも１つの蒸気操作機構の位置目標値および水‐ 蒸気循環路中に蓄積されている給水の温度実際値および（または）圧力実際値を 含み、その出力が復水操作機構に対する位置目標値を指示する。その際に、好ま しくは、第３のファジー調節器の入力が少なくとも１つの蒸気操作機構のダンパ ー変化速度に対する１つの値を含んでいる。 ファジーシステムは目的にかなった仕方でさらに第４のファジー調節器を含ん でおり、その入力が水‐蒸気循環路中に接続されている少なくとも１つの中間蓄 積器内のレベルに対する値を含み、その出力が復水蓄積器内の復水の増減に対す る位置目標値を指示する。 本発明により得られる利点は特に、プラント経験の使用のもとにファジー論理 を採用することによりプラントプロセス中に存在しているエネルギー蓄積器の調 節された能動化が達成されることにある。その際に個々の措置の要求の優先性を 考慮に入れることができる。さらに、存在しているエネルギー蓄積器を同時に特 に効率的に利用する際の大切に扱う運転の仕方が保証されている。特に、高い良 度の迅速な出力調節が達成される。 本発明の実施例を図面により一層詳細に説明する。 図１は発電所ブロックのプロセス部分としてのターボ発電機のブロック回路図 、また 図２は図１によるプロセス部分に対する調節装置としてのファジーシステムの ブロック回路図である。 図１は、高圧‐部分タービン２、中圧‐部分タービン４および低圧‐部分ター ビン６ならびに発電機８から成るターボセットを有する発電所ブロックのプロセ ス部分の原理的なブロック回路図を示す。ターボセットの運転の際には生蒸気Ｆ Ｄが生蒸気操作弁１０を介して高圧‐部分タービン２内に導入される。第１の部 分流ＦＤ₁ならびに操作弁１２により設定可能な第２の部分流ＦＤ₂は高圧‐部分 タービン２から高圧‐予熱路１４に向けて取り出される。別の操作弁１６により 設定可能な第３の部分流ＦＤ₃は高圧‐部分タービン２から給水容器１８に向け て取り出される。高圧‐部分タービン２からの排出蒸気ＦＤ´は中間過熱器２０ を介して中圧‐部分タービン４に供給される。 中圧‐部分タービン４から別の蒸気取り出しが行われる。そのために操作弁２ ２により設定可能な第１の部分流ＭＤ₁が低圧予熱路２４に向けて取り出される 。別の取り出しは操作弁２６により設定可能な加熱復水器２８に向けての第２の 部分流ＭＤ₂を介して行われる。さらに、操作弁３０により設 定可能なプロセス蒸気ＰＤとしての第３の部分流ＭＤ₃を介しての取り出しが行 われる。中圧‐部分タービン４の排出蒸気ＭＤ´は過剰流ダンパー３２を介して 低圧‐部分タービン６に供給される。 低圧‐部分タービン６から同じく蒸気取り出しが低圧予熱路２４および加熱復 水器２８に向けて行われる。そのために第１の部分流ＮＤ₁が直接に、また第２ の部分流ＮＤ₂が操作弁３４を介して低圧予熱路２４に供給される。同じく加熱 復水器２８には第３の部分流ＮＤ₃が直接に、また第４の部分流ＮＤ₄が操作弁３ ６を介して供給される。低圧‐部分タービン６からの排出蒸気ＮＤ´は復水器４ ０のなかで復水する。 主復水Ｋは復水器４０のホットウェル４２から復水ポンプ４４により低圧予熱 路２４を介して給水容器１８に供給される。給水容器１８から給水ポンプ４６に より給水Ｓが高圧予熱路１４を介して供給される。高圧予熱路１４からの副復水 ＮＫ₁は副復水ポンプ４８を介して給水容器１８に供給される。同じく低圧予熱 路２４からの副復水ＮＫ₂は副復水ポンプ５０を介して復水器４０内に、すなわ ちそのホットウェル４２に供給される。さらに加熱復水器２８からの副復水ＮＫ₃ は副復水ポンプ５２により復水器４０のホットウェル４２に供給される。 主復水Ｋおよび給水Ｓの供給はレベル調節Ｌ_K／Ｌ_SWを介して行われるが、 Ｒ₃を介して調節される。これらには共通の位置‐目標値Ｙ_NKRが供給可能である 。副復水ポンプ４８を介して復水器４０のホットウェル４２と接続されている冷 復水蓄積器５４はその際に主復水Ｋの一部分を増減する役割をする。 迅速な出力調節のための装置は図２に示されている。それは４つのファジー調 節器６２、６４、６６および６８を有するファジーシステム６０を含んでいる。 ファジーシステム６０は入力量として周波数補正された出力目標値Ｐ_Sならびに 発電機８の増加出力実際値Ｐ_lを受ける。増加出力実際値Ｐ_lは測定装置７０によ り発電機８（図１）で測定される。ファジーシステム６０のその他の入力量は、 給水容器１８（図１）内の測定装置７２により測定 される給水Ｓの温度Ｔ_SWおよび圧力ｐ_SWである。さらにファジーシステム６０に は入力量として、復水器４０のホットウェル４２のなかで測定された復水レベル Ｌ_Kと、給水容器１８のなかで測定された給水レベルＬ_SWBとが供給される。その 他の入力量ｅ_l…ｅ_nとしてファジーシステム６０に生蒸気操作弁１０または過剰 流ダンパー３２の絞り度Ｄ₁₀、Ｄ₃₂に関する情報と、採用優先性ＥＰ、技術的準 備ＴＢおよび発電所の特性負荷ＫＬならびにその他のプロセス量Ｐに関するデー タとが供給される。 入力量ｅ_l…ｅ_nはファジーシステム６０の第１のファジー調節器６２に属する 。それらは調節すべきプロセス部分に対して重要なプロセス量Ｄ₁₀、Ｄ₃₂、ＥＰ 、ＴＢ、ＫＬおよびＰを考慮に入れる。第１のファジー調節器６２に格納された プラント経験（エキスパート知識）からのファジー規則ＦＲ₁を用いて、発電所 ブロックの迅速な出力調節のために必要な措置の採用ストラテジーが求められる 。さらにそこでプロセス部分において能動化すべきエネルギー蓄積器の一時的な 制限が求められる。これらの採用ストラテジー、すなわち措置および制限の段階 付けは第１のファジー調節器６２の出力量ｆを形成する。 この出力量ｆは同時に第２のファジー調節器６４の入力量である。第２のファ ジー調節器６４のその他の入力量ａおよびｂは周波数補正された出力目標値Ｐ_S または増加出力実際値Ｐ_lである。第２のファジー調節器６４においてこれらの 入力量ａ、ｂおよびｆからファジー規則ＦＲ₂を用いて出力量ｇないしｋが求め られる。出力量ｇないしｊは位置目標値であり、他方において出力量ｋは図１に よるプロセス部分に設けられている操作機構１０、１２、１６、２２、２６、３ ２、３４および３６の、またはその各々の推定されたダンパー変化速度ｄＹ_m／ ｄｔである。第２のファジー調節器６４の出力量ｇは熱復水操作弁２６および３ ６に対する位置目標値Ｙ_HKを指示する。出力量ｈは生蒸気操作弁１０または過剰 流ダンパー３２に対する位置目標値Ｙ_FD、Ｙ_UKを指示する。出力量ｉは単位時間 あたり送り出すべきプロセス蒸気ＰＤの量を設定する操作弁３０に対する位置‐ 目標値Ｙ_PDを指示する。出力量ｊは抽出蒸気操作弁１２、１６、２２および３４ に対する位置目標値Ｙ_KL を指示する。 第２のファジー調節器６４の出力量ｊおよびｋは同時に第３のファジー調節器 ６６の入力量である。その他の入力量ｃとして第３のファジー調節器６６に給水 容器１８内の給水Ｓの温度Ｔ_SWおよび圧力ｐ_SWが供給される。これらの入力量ｊ 、ｋおよびｃからファジー規則ＦＲ₃を用いて出力量ｌおよび _Rが形成される。 ファジーシステム６０の第４のファジー調節器６８において、出力量ｑとして 冷復水蓄積器５４に蓄積すべき、またはこれから送り出すべき復水Ｋの量に対す る位置目標値Ｙ_KKPが形成される。そのためにファジー調節器６８に入力量ｄと して復水または給水レベルＬ_KまたはＬ_SWBが供給される。位置目標値Ｙ_KKPの形 成は同じくファジー規則ＦＲ₄を用いて行われる。 ファジーシステム６０に使用される方法技術的な知識により迅速な出力変化の 際の発電所プラントまたは発電所ブロックの大切に扱う運転の仕方も、存在して いるエネルギー蓄積器の特に効率的な利用も保証される。方法技術的な知識はそ の際に個々のファジー調節器６２ないし６８のファジー規則ＦＲ₁ないしＦＲ₄内 に流入する。特に第１のファジー調節器６２のファジー規則ＦＲ₁を実現するた め個々のエネルギー蓄積器の要求の優先性が考慮に入れられる。エネルギー蓄積 器の能動化は予熱路１４および２４への蒸気供給の絞りおよび（または）プロセ ス蒸気ＰＤの絞り並びに復水Ｋおよび（ま なかの操作または調節弁および復水調節に対する相応の位置目標値Ｙの形成は、 必要とされる発電機増加出力Ｐ_Sの設定を顧慮して行われる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フルモト、ヘルベルト ドイツ連邦共和国 デー−91052 エルラ ンゲン シェンクシュトラーセ 146

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．蒸気タービン（２、４、６）および発電機（８）を有するターボセットを備 えた発電プラントの迅速な出力調節のための方法であって、発電機増加出力（Ｐ_s ）を設定するためプラントプロセス中に存在しているエネルギー蓄積器が能動 化される方法において、エネルギー蓄積器の調節された能動化のためにファジー 論理が使用され、その際にプラント経験からのファジー規則（ＦＲ_1...4）が使 用されることを特徴とする発電プラントの迅速な出力調節のための方法。 ２．ファジー論理（ＦＲ₁）を実現するため個々のエネルギー蓄積器の要求が考 慮に入れられることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３．個々のエネルギー蓄積器に対する位置目標値（Ｙ）を求めるため、それらの 準備に関する情報（ＴＢ）が考慮に入れられることを特徴とする請求項１または ２記載の方法。 ４．蒸気タービン（２、４、６）および発電機（８）を有するーボセットを備え た発電プラントの迅速な出力調節のための装置であって、発電機増加出力（Ｐ_s ）を設定するためプラントプロセス中に存在しているエネルギー蓄積器が能動化 可能である装置において、その入力（ａないしｅ）が発電機増加出力（Ｐ_s）な らびに能動化可能な蓄積器のエネルギー状況を含んでおり、またその出力（ｇな いしｊ、ｌ、ｏ、ｑ）が個々のエネルギー蓄積器の能動化度を指示するファジー システム（６０）を含んでいることを特徴とする発電プラントの迅速な出力調節 のための装置。 ５．ファジーシステム（６０）が第１のファジー調節器（６２）を含んでおり、 その入力（ｅ_l…ｅ_n）が能動化可能な蓄積器のエネルギー状況を含み、その出力 （ｆ）が実行すべき措置ならびに能動化可能な蓄積器またはその各 々の一時的な制限に対する採用ストラテジーを指示することを特徴とする請求項 ４記載の装置。 ６．第１のファジー調節器（６２）が、蒸気タービン（２、４、６）と流入側で 結合されている少なくとも１つの操作機構（１０、３２）の絞り度（Ｄ_FD、Ｄ_UK ）に対する入力（ｅ）を有することを特徴とする請求項５記載の装置。 7.その入力（ａ、ｂ、ｃ）が出力目標値（Ｐ_s）および増加出力実際値（Ｐ_l）な らびに採用ストラテジーおよび制限を含んでおり、またその出力（ｇないしｋ） が操作機構（１０、１２、１６、２２、２６、３０、３２、３４、３６）に対す る位置目標値（Ｙ）を指示する第２のファジー調節器（６４）を含んでいること を特徴とする請求項４ないし６のいずれか１つに記載の装置。 ８．その入力（ｃ、ｊ、ｋ）が少なくとも１つの抽出蒸気操作機構（１２、１６ 、２２、３４）の位置目標値（Ｙ_KL）および蓄積されている給水（Ｓ）の温度実 際値（Ｔ_sw）および（または）圧力実際値（ｐ_sw）を含んでおり、またその出力 （ｌ、ｏ）が復水操作機構（４４、４８、５０、５２）に対する位置目標値（Ｙ_KP 、Ｙ_NKR）を指示する第３のファジー調節器（６６）を含んでいることを特徴 とする請求項４ないし７のいずれか１つに記載の装置。 ９．第３のファジー調節器（６６）の１つの入力（ｋ）が少なくとも１つの操作 機構のダンパー変化速度（ｄＹ_m／ｄｔ）に対する値を含んでいることを特徴と する請求項８記載の装置。 １０．その入力（ｄ）が少なくとも１つの中間蓄積器（１８、４２）内のレベル に対する値（Ｌ_K、Ｌ_SWB）を含んでおり、またその出力（ｑ）が復水蓄積器（５ ４）の復水Ｋの増減に対する位置目標値（Ｙ_KKP）を指示す る第４のファジー調節器（６８）を含んでいることを特徴とする請求項４ないし ７のいずれか１つに記載の装置。