JP7303696B2 - 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

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特許法第３０条第２項適用 公開日：令和１年５月１８日 公開場所：一般社団法人 火力原子力発電技術協会 大学講座（２０１９年度上期）火力原子力発電技術協会本部会議室（東京都港区芝２－３１－１５ 北海芝ビル５階）

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。また近年、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、火力発電プラントなどにおいてタービンを駆動するための蒸気を生成するボイラを制御することにより、発電出力を制御可能なボイラの制御装置が開示されている。この文献では、ボイラの生成蒸気が流れる主蒸気路に設けられた蒸気弁で発電出力を調整するとともに、ボイラに投入する燃料で主蒸気路における蒸気圧力を所定の目標蒸気圧力になるように制御している。

特開２００９－８５４４２号公報

このような系では、プラント効率を最大化するために、蒸気弁の開度が最大開度（１００％）に制御される完全変圧プラントとして運用されることがある。この場合、良好なプラント効率が得られる一方で、発電プラントに対する負荷指令値が変化した場合に、負荷指令値の変化に対して発電出力を迅速に追従することが難しいという面がある。具体的には、完全変圧プラントでは蒸気弁の開度が基本的に最大開度（１００％）に制御されるため、負荷指令値の変化に対して応答性のよい蒸気弁の開度制御による発電出力の調整ができず、ボイラへの燃料供給量などの応答性の低い制御に頼らざるを得なくなってしまう。特に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に時間を要してしまい、負荷指令値の変化に対する応答性が低くなってしまう傾向にある。

このように発電プラントでは、プラント効率だけでなく、状況によっては負荷指令値の変動に対する追従性等のような他の性能が要求されることがある。例えば、再生エネルギの導入が進んだ電力系統では、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ことがある。

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に連結された発電機と、
前記タービンへの蒸気供給量を制御するための蒸気弁と、
を備える発電プラントの制御装置であって、
前記発電機の出力が前記発電プラントに対する負荷指令値になるように前記蒸気弁を制御するように構成された蒸気弁制御部と、
前記蒸気発生器の蒸気圧力が目標圧力値になるように前記蒸気発生器を制御するように構成された蒸気発生器制御部と、
通常モード又は負荷変動対応モードのいずれか一方を選択可能に構成された制御モード選択部と、
前記制御モード選択部で前記負荷変動対応モードが選択された場合に、前記目標圧力値として、前記通常モードに対応する第１目標圧力値にバイアス値を加算した第２目標圧力値が設定されるように構成された目標圧力値補正部と、
を備える。

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に連結された発電機と、
前記タービンへの蒸気供給量を制御するための蒸気弁と、
を備える発電プラントの制御方法であって、
前記発電機の出力が前記発電プラントに対する負荷指令値になるように前記蒸気弁を制御する蒸気弁制御工程と、
前記蒸気発生器の蒸気圧力が目標圧力値になるように前記蒸気発生器を制御する蒸気発生器制御工程と、
通常モード又は負荷変動対応モードのいずれか一方を選択する制御モード選択工程と、
を備え、
前記負荷変動対応モードでは、前記目標圧力値として、前記通常モードに対応する第１目標圧力値にバイアス値を加算した第２目標圧力値を設定する。

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。 負荷指令値が定常状態にある場合における、通常モード及び負荷変動対応モードの蒸気弁開度の負荷依存性を示す図である。 通常モードにおける発電機出力、負荷指令値、蒸気弁開度指令値、蒸気発生器制御値の推移を示すタイミングチャートである。 負荷変動対応モードにおける発電機出力、負荷指令値、蒸気弁開度指令値、蒸気発生器制御値の推移を示すタイミングチャートである。 目標圧力値補正部から出力される通常モード及び負荷変動対応モードに対応する第１目標圧力値及び第２目標圧力値を示している。 図２の変形例である。

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。

＜発電プラントの全体構成＞
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、蒸気発生器２と、タービン４と、発電機６と、を備える。蒸気発生器２で生成された蒸気はタービン４に供給されることにより、タービン４が駆動される。タービン４の出力軸には発電機が連結されており、タービン４の回転エネルギが電気エネルギに変換される。発電機６で発生された電気エネルギは、所定の経路を介して電力系統（不図示）に供給される。

蒸気発生器２は、蒸気を生成可能に構成される。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８を介してタービン４に供給される。タービン４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。蒸気発生器２及びタービン４を接続する蒸気供給路８には、蒸気発生器２からタービン４に供給される蒸気の流量を調整するための蒸気弁１０（主蒸気弁）が設置される。蒸気弁１０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。

尚、タービン４で仕事を終えた蒸気は、例えば、タービン４の下流側に配置された復水器（不図示）によって凝縮された後、蒸気発生器２に再び給水される循環経路を構成する。

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る。

＜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、制御モード選択部１３０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１０の開度指令値を出力するための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（例えば給水デマンド信号及び燃料デマンド信号）を出力するための機能ブロックである。制御モード選択部１３０は、予め発電プラント１の制御モードとして用意された複数候補から特定の制御モードを選択するための機能ブロックである。

制御装置１００には、発電機出力Ｌ、負荷指令値Ｌｄ、目標圧力値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６から出力される電力の検出値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）。目標圧力値Ｐｓは、蒸気発生器２の蒸気圧力に関する目標値であり、後述する目標圧力値補正部１４０によって適宜補正される。蒸気圧力値Ｐは、蒸気発生器２の蒸気圧力に関する検出値に基づいて取得可能であり、例えば蒸気弁１０の上流側にある蒸気発生器２の出口部に設置される圧力センサによって取得可能である。

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が偏差演算部１１２に入力される。偏差演算部１１２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。偏差演算部１１２から出力された偏差ΔＬはＰＩ制御器１１４に入力される。ＰＩ制御器１１４は、偏差ΔＬに対応する蒸気弁開度指令値を生成し、蒸気弁１０に対して出力する。これにより、偏差ΔＬが最小になるように（すなわち発電機出力Ｌが負荷指令値Ｌｄになるように）蒸気弁１０の開度がフィードバック制御される。

蒸気発生器制御部１２０では、目標圧力値Ｐｓは目標圧力値補正部１４０によって適宜補正された後、蒸気圧力値Ｐとともに偏差演算部１２２に入力される。偏差演算部１２２は、補正後の目標圧力値Ｐｓ及び蒸気圧力値Ｐの偏差ΔＰ（＝Ｐｓ－Ｐ）を出力する。偏差演算部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が加算され、蒸気発生器２に対する制御信号である蒸気発生器制御値が出力される。このように、ＰＩ制御器１２４の出力信号に対してフィードフォワード成分として負荷指令値Ｌｄを加算することで、蒸気発生器２の負荷追従性が向上されている。このように出力される蒸気発生器制御値には、例えば、蒸気発生器２の制御パラメータである給水量や燃料供給量に対応する給水デマンド信号及び燃料デマンド信号が含まれる。

制御モード選択部１３０では、発電プラント１の制御モードの選択が行われる。発電プラント１には選択可能な複数の制御モードが用意される。本態様では、発電プラント１の制御モードには、少なくとも通常モード及び負荷変動対応モードが含まれる。通常モードは発電プラント１の通常運転に対応する制御モードである。負荷変動対応モードは、通常モードに比べて負荷指令値Ｌｄの変動時における出力応答性を向上させた制御モードである。

目標圧力値補正部１４０における目標圧力値Ｐｓに対する補正は、制御モード選択部１３０における制御モードの選択結果に基づいて行われる。具体的には目標圧力値補正部１４０は、制御モード選択部１３０における制御モードの選択結果に応じて、目標圧力値Ｐｓに対してバイアス値として「０」又は「α（＞０）」のいずれか一方を加算することにより、通常モード及び負荷変動対応モードにそれぞれ対応する第１目標圧力値Ｐｓ１及び第２目標圧力値Ｐｓ２に切り替え可能に構成される。

制御モード選択部１３０において通常モードが選択された場合、目標圧力値補正部１４０は目標圧力値Ｐｓに対してバイアス値「０」を加算することにより、第１目標圧力値Ｐｓ１（＝Ｐｓ＋０）を偏差演算部１２２に対して出力する。この第１目標圧力値Ｐｓ１は、負荷指令値Ｌｄが一定である定常時において蒸気弁１０の開度が最大開度（１００％）である第１開度になるように設定される。つまり通常モードでは、蒸気弁１０が全開状態になることによりプラント効率が最大化された運転状態となる（すなわち通常モードでは、発電プラント１はいわゆる完全変圧プラントとして制御される）。

一方で制御モード選択部１３０において負荷変動対応モードが選択された場合、目標圧力値補正部１４０は目標圧力値Ｐｓに対してバイアス値「α」を加算することにより、第２目標圧力値Ｐｓ２（＝Ｐｓ＋α）を偏差演算部１２２に対して出力する。言い換えると、第２目標圧力値Ｐｓ２は第１目標圧力値Ｐｓ１より大きく設定される。そのため負荷変動対応モードでは、通常モードに比べて蒸気発生器２が高出力側に制御される。その結果、蒸気弁制御部１１０に入力される発電機出力Ｌが増加し、発電機出力Ｌを負荷指令値Ｌｄに近づけるために蒸気弁１０の開度が通常モードより小さい第２開度になるように制御される。

図３は負荷指令値が定常状態にある場合における、通常モード及び負荷変動対応モードの蒸気弁開度の負荷依存性を示す図である。図３に示すように、通常モードでは蒸気弁１０の開度が最大開度（１００％）である第１開度になるように制御される。このように通常モードでは、負荷指令値Ｌｄが定常状態にある場合には、蒸気弁１０が基本的に全開状態に制御されることで良好なプラント効率を達成することができる。その一方で負荷指令値Ｌｄに変動が生じた場合には、通常モードでは蒸気弁１０の開度がすでに全開状態に達しているため、蒸気弁１０の開度制御によって発電プラント１の出力を負荷指令値に追従する余地がない。そのため、通常モードでは、蒸気発生器制御部１２０側による蒸気発生器２の運転状態の制御によって発電プラント１の出力を負荷指令値Ｌｄに追従させる必要がある。しかしながら蒸気発生器２の出力は、負荷指令値Ｌｄの変動に対してタイムラグがあるため、良好な応答性が得られにくい傾向がある。

ここで図４は通常モードにおける発電機出力Ｌ、負荷指令値Ｌｄ、蒸気弁開度指令値、蒸気発生器制御値の推移を示すタイミングチャートである。図４では時刻ｔ１において負荷指令値Ｌｄが第１定常状態Ｌｄ１から第２定常状態Ｌｄ２に増加するように変動している。この場合、時刻ｔ１において蒸気弁開度はすでに最大開度（１００％）である第１開度にあるため、負荷指令値Ｌｄに追従して変化する余地がない。そのため通常モードでは、時刻ｔ１で蒸気発生器制御値の指令値が変化することにより、比較的応答性が低い蒸気発生器２の運転制御によって負荷指令値Ｌｄの変動に対応する。その結果、通常モードでは、時刻ｔ２で発電機出力Ｌが目標となる第２定常状態Ｌ２に収束するまでに時間を要している。

負荷変動対応モードでは、蒸気弁１０の開度は第１開度（１００％）より小さい第２開度になるように制御される。図５は負荷変動対応モードにおける発電機出力Ｌ、負荷指令値Ｌｄ、蒸気弁開度指令値、蒸気発生器制御値の推移を示すタイミングチャートである。図５では図４と同様に時刻ｔ１において負荷指令値Ｌｄが第１定常状態Ｌｄ１から第２定常状態Ｌｄ２に増加するように変動している。この場合、時刻ｔ１において蒸気弁開度指令値は最大開度（１００％）より小さな第２開度にあるため、負荷指令値Ｌｄに追従して変化する余地が残されている。そのため負荷変動対応モードでは、負荷指令値Ｌｄに対応して蒸気弁１０の開度を調整することで（蒸気弁１０の開度を増加することで）、応答性に優れた蒸気弁１０の開度制御で負荷変動に追従することができる。その結果、負荷変動対応モードでは通常モードに比べて、負荷指令値Ｌｄの変化に良好な応答性で追従し、時刻ｔ３で早期に発電機出力Ｌを第２定常状態Ｌ２に収束することができる。

尚、負荷変動対応モードでは、負荷指令値Ｌｄに変動がない定常状態において蒸気弁１０が全開状態より小さい第２開度に制御されるため、通常モードに比べて少なからずプラント効率が低下することに留意が必要である。

制御モード選択部１３０は、これら通常モード及び負荷変動対応モードのいずれか一方を選択する。図２では、制御モード選択部１３０は、制御モードの選択結果に対応して目標圧力値補正部１４０に対して制御モード選択信号を送信することにより、各制御モードに対応した目標圧力値の切替を行うように構成される。図６は目標圧力値補正部１４０から出力される通常モード及び負荷変動対応モードに対応する第１目標圧力値Ｐｓ１及び第２目標圧力値Ｐｓ２を示している。

尚、バイアス値αは、負荷変動対応モードを選択した際の蒸気弁１０の第２開度に応じて選択される。

＜制御モードの切替制御＞
制御モード選択部１３０による制御モードの選択は、負荷指令値Ｌｄの変動可能性に応じて自動的に行われてもよい。図７は図２の変形例である。この変形例では、図２に比べて負荷指令値Ｌｄの変動可能性を推定可能に構成された負荷変動推定部１５０を備える点で異なる。負荷変動推定部１５０は負荷指令値Ｌｄの将来における変動可能性を推定する。負荷変動推定部１５０の推定結果は、制御モード選択部１３０に送られ、制御モード選択部１３０は、受信した推定結果に基づいて、発電プラント１の制御モードを自動的に選択する。

例えば、負荷変動推定部１５０で負荷指令値Ｌｄの変動可能性が低いと判定された場合、制御モード選択部１３０は制御モードとして通常モードを選択する。これにより、プラント効率を優先した効率的なプラント運用が可能となる。一方、負荷変動推定部１５０で負荷指令値Ｌｄの変動可能性が高いと判定された場合、制御モード選択部１３０は制御モードとして負荷変動対応モードを選択する。これにより、負荷指令値Ｌｄが変動した場合には、前述のように蒸気弁１０の開度制御によって良好な応答性を得ることができる。

尚、負荷変動推定部１５０における負荷変動可能性の高低に関する判定は、例えば、負荷変動可能性をパラメータとして数値化し、当該パラメータが予め設定された判定用閾値との大小を比較することにより行ってもよい。

本開示の一態様では、負荷変動推定部１５０は、電力需要の予測結果に基づいての変動可能性を推定してもよい。この場合、負荷変動推定部１５０は、電力系統における単位期間（例えば１時間など）あたりの電力需要を予測することで、単位期間毎に負荷変動可能性を算出する。

電力需要の予測は、例えば、天気予報、及び電力使用の過去実績に基づいて行ってもよい。具体的には、電力使用量の過去実績は、環境実績と、電力使用量とを相互に対応付けた情報である。環境実績は、電力需要に影響を与える気象情報を含む環境情報の過去の実績である。例えば、天気、気温、湿度などの他、風速、日射量、日照時間、時期、季節などの情報を含んでもよい。つまり、電力使用量の過去実績は、過去における環境実績で示される条件における電力使用量の実績を示す。電力使用量の過去実績は、地域情報を含んでいてもよく、地域における特殊性を考慮してもよい。

そして、電力使用量の過去実績における環境実績と電力使用量との関係を学習（機械学習）するなどして作成した、環境情報から電力使用量を算出する需要予測モデルを用いて、天気予報から抽出した情報から、電力需要の予測値を算出してもよい。例えば、需要予測モデルは、環境実績の各情報の各々の日射量を算出し、算出した日射量の実績値及び天気予報に含まれる少なくとも１つの情報と、電力使用量との関係を機械学習して、日射量等から電力需要の予測値を算出してもよい。

電力需要は、電力系統に接続された各需要先の需要の積算値として予測することで求められてもよいし、電力系統に接続された各需要先の需要をそれぞれ個別に予測することで求められてもよい。

また本開示の別の態様では、負荷変動推定部１５０は、再生エネルギの発電量の予測結果に基づいての変動可能性を推定してもよい。再生エネルギの発電量の予測は周知な手法のいずれを採用してもよい。例えば、再生エネルギの発電量の予測は、発電量が環境条件によって変わる風力発電量、水力発電量、太陽光発電量などの合計であってもよく、天気予報に基づいて予測してもよい。

再生エネルギが水力発電の場合には、ベースロード電源として、過去実績に基づいて水力発電量の予測値を算出してもよい。

再生エネルギが風力発電の場合には、天気予報から風速を算出し、この風速及び過去実績に基づいて発電量を予測しておよい。例えば、過去実績として蓄積した風速の実績値と、その際の風力発電量の実績値との関係を学習（機械学習）するなどして作成した、風速から風力発電量を算出する風力発電量予測モデルを用いて、天気予報から抽出した風速（風速の予測値）から、風力発電量の予測値を算出してもよい。

再生エネルギが太陽光発電の場合には、太陽からの光エネルギを電気エネルギに変換するため、日射量が多いほど発電量は多くなる。ただし、日射量が多くなると、それに伴って気温や、上記のエネルギの変換を行うパネルの温度が上昇するため、発電効率が低下する。よって、日射量及びパネルの温度を天気予報に基づいて予測し、発電量を算出してもよい。より具体的には、例えば、所定期間分の天気予報から、単位期間あたりの日照時間及び気温を抽出する。また、天気予報における天気（晴れ、曇り、雨など）の情報に基づくなどして、単位期間毎の日射強度を予測する。そして、単位期間毎の日射強度と日照時間とを乗算することで、単位期間あたりの日射量を予測するとともに、この日照量の予測結果と、天気予報から抽出される単位期間あたりの気温とに基づいて、パネルの温度の予測を通して、太陽光発電量を予測する。

また本開示の別の態様では、制御モード選択部１３０による制御モードの選択は、オペレータによるマニュアル作業として実施されてもよい。この場合、オペレータは負荷指令値Ｌｄをディスプレイ等でモニタリングし、負荷指令値Ｌｄの推移や過去実績に基づいて適切な制御モードの選択を行う。オペレータによるモード選択は、制御モード選択部１３０に対してオペレータの選択内容に対応する制御モード選択信号が入力されることにより行われる。これにより、自動的な制御では考慮が難しい個別の事情を考慮した状況に応じて、適切な制御モードの選択が可能である。

以上説明したように本開示の各態様によれば、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、
前記タービンへの蒸気供給量を制御するための蒸気弁と、
を備える発電プラントの制御装置であって、
前記発電機の出力が前記発電プラントに対する負荷指令値になるように前記蒸気弁を制御するように構成された蒸気弁制御部と、
前記蒸気発生器の蒸気圧力が目標圧力値になるように前記蒸気発生器を制御するように構成された蒸気発生器制御部と、
通常モード又は負荷変動対応モードのいずれか一方を選択可能に構成された制御モード選択部と、
前記制御モード選択部で前記負荷変動対応モードが選択された場合に、前記目標圧力値として、前記通常モードに対応する第１目標圧力値にバイアス値を加算した第２目標圧力値が設定されるように構成された目標圧力値補正部と、
を備える。

上記（１）の態様によれば、負荷変動対応モードでは通常モードに比べて目標圧力値を高く設定することで、蒸気発生器の蒸気圧力が高く制御される。これにより、発電機出力が負荷指令値になるように制御される蒸気弁の開度が通常モードに比べて絞られ、蒸気弁の開度の制御余力が確保される。その結果、負荷変動対応モードでは負荷指令値が変動した際に、蒸気弁の開度制御によって、応答性のよい負荷追従制御が可能となる。このように本態様では、通常モードと負荷変動対応モードという２種類の運転モードを選択可能に構成することで、発電プラントに要求される状況に応じた運用が可能となる。例えば、通常モードでは負荷変動対応モードに比べて蒸気弁の開度が大きいことからプラント効率を重視した運用ができ、一方の負荷変動対応モードでは蒸気弁の開度の制御余力を確保することで負荷変動に対する応答性を重視した運用が可能となる。

（２）別の態様では上記（１）の態様において、
前記蒸気弁制御部は、前記通常モードにおいて前記負荷指令値が定常状態にある場合、前記蒸気弁の開度が最大開度に対応する第１開度になるように前記蒸気弁を制御する。

上記（２）の態様によれば、通常モードでは負荷指令値が定常状態である場合（負荷指令値の変動幅が基準値以下である場合。例えば一定である場合）において、蒸気弁の開度を最大開度に制御することで、良好なプラント効率が得られる。

（３）別の態様では上記（２）の態様において、
前記蒸気弁制御部は、前記負荷変動対応モードにおいて前記負荷指令値が定常状態である場合、前記蒸気弁の開度が前記第１開度より小さい第２開度になるように前記蒸気弁を制御する。

上記（３）の態様によれば、負荷変動対応モードでは負荷指令値が定常状態である場合（負荷指令値の変動幅が基準値以下である場合。例えば一定である場合）において、蒸気弁の開度を最大開度より小さく制御することで、負荷指令値が変動した際に、蒸気弁の開度制御によって、応答性のよい負荷追従制御が可能となる。

（４）別の態様では上記（１）から（３）のいずれか一態様において、
前記制御モード選択部は、オペレータの入力信号に対応する制御モード選択信号に基づいて前記通常モード又は前記負荷変動対応モードのいずれか一方を選択可能に構成される。

上記（４）の態様によれば、オペレータの判断に基づく制御モード選択信号によって通常モード及び負荷変動対応モードが選択可能に構成される。これにより、発電プラントに対する様々な要求や状況に応じてオペレータの判断に基づく運転モードの切替が可能となる。

（５）別の態様では上記（１）から（３）のいずれか一態様において、
前記負荷指令値の変動可能性を推定可能に構成された負荷変動推定部を更に備え、
前記制御モード選択部は、前記負荷変動推定部で前記負荷指令値の変動可能性が高いと判定された場合、前記負荷変動対応モードを選択するように構成される。

上記（５）の態様によれば、負荷指令値の変動可能性が高いと判定された場合に、発電プラントの制御モードとして負荷変動対応モードが選択される。これにより、負荷指令値が変動した際に、蒸気弁の開度制御によって、応答性のよい負荷追従制御が可能となる。

（６）別の態様では上記（５）の態様において、
前記負荷変動推定部は、電力需要の予測結果に基づいて前記変動可能性を推定するように構成される。

上記（６）の態様によれば、電力需要による負荷指令値の変動可能性に応じて、制御モードを負荷変動対応モードに切り替えることで、負荷指令値の変動に対して応答性のよい対応が可能となる。

（７）別の態様では上記（５）の態様において、
前記負荷変動推定部は、再生エネルギの発電量の予測結果に基づいて前記変動可能性を推定するように構成される。

上記（７）の態様によれば、気象条件の影響を受けやすい再生エネルギの発電量による負荷指令値の変動可能性に応じて、制御モードを負荷変動対応モードに切り替えることで、負荷指令値の変動に対して応答性のよい対応が可能となる。

（８）別の態様では上記（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（８）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、負荷変動対応モードを実施することで、負荷指令値の変動時においても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。

（９）本開示の一態様に係る発電プラントは、
上記（１）から（８）のいずれか一態様の制御装置を備える。

上記（９）の態様によれば、通常モードと負荷変動対応モードとを状況に応じて選択することで、良好なプラント効率と、負荷変動に対する良好な応答性とを両立可能な発電プラントを実現できる。

（１０）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、
前記タービンへの蒸気供給量を制御するための蒸気弁と、
を備える発電プラントの制御方法であって、
前記発電機の出力が前記発電プラントに対する負荷指令値になるように前記蒸気弁を制御する蒸気弁制御工程と、
前記蒸気発生器の蒸気圧力が目標圧力値になるように前記蒸気発生器を制御する蒸気発生器制御工程と、
通常モード又は負荷変動対応モードのいずれか一方を選択する制御モード選択工程と、
を備え、
前記負荷変動対応モードでは、前記目標圧力値として、前記通常モードに対応する第１目標圧力値にバイアス値を加算した第２目標圧力値を設定する。

上記（１０）の態様によれば、負荷変動対応モードでは通常モードに比べて目標圧力値を高く設定することで、蒸気発生器の蒸気圧力が高く制御される。これにより、発電機出力が負荷指令値になるように制御される蒸気弁の開度が通常モードに比べて絞られ、蒸気弁の開度の制御余力が確保される。その結果、負荷変動対応モードでは負荷指令値が変動した際に、蒸気弁の開度制御によって、応答性のよい負荷追従制御が可能となる。このように本態様では、通常モードと負荷変動対応モードという２種類の運転モードを選択可能に構成することで、発電プラントに要求される状況に応じた運用が可能となる。例えば、通常モードでは負荷変動対応モードに比べて蒸気弁の開度が大きいことからプラント効率を重視した運用ができ、一方の負荷変動対応モードでは蒸気弁の開度の制御余力を確保することで負荷変動に対する応答性を重視した運用が可能となる。

１ 発電プラント
２ 蒸気発生器
４ タービン
６ 発電機
８ 蒸気供給路
１０ 蒸気弁
１００ 制御装置
１１０ 蒸気弁制御部
１２０ 蒸気発生器制御部
１３０ 制御モード選択部
１４０ 目標圧力値補正部
１５０ 負荷変動推定部

Claims (8)

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、
   前記タービンへの蒸気供給量を制御するための蒸気弁と、
   を備える発電プラントの制御装置であって、
   前記発電機の出力が前記発電プラントに対する負荷指令値になるように前記蒸気弁を制御するように構成された蒸気弁制御部と、
   前記蒸気発生器の蒸気圧力が目標圧力値になるように前記蒸気発生器を制御するように構成された蒸気発生器制御部と、
   通常モード又は負荷変動対応モードのいずれか一方を選択可能に構成された制御モード選択部と、
   前記制御モード選択部で前記負荷変動対応モードが選択された場合に、前記目標圧力値として、前記通常モードに対応する第１目標圧力値にバイアス値を加算した第２目標圧力値が設定されるように構成された目標圧力値補正部と、
   を備え、
   前記蒸気弁制御部は、
   前記通常モードにおいて前記負荷指令値が定常状態である場合、前記蒸気弁の開度が最大開度に対応する第１開度になるように前記蒸気弁を制御し、
   前記負荷変動対応モードにおいて前記負荷指令値が定常状態である場合、前記蒸気弁の開度が前記第１開度より小さい第２開度になるように前記蒸気弁を制御する、発電プラントの制御装置。
2. 前記制御モード選択部は、オペレータの入力信号に対応する制御モード選択信号に基づいて前記通常モード又は前記負荷変動対応モードのいずれか一方を選択可能に構成された、請求項１に記載の発電プラントの制御装置。
3. 前記負荷指令値の変動可能性を推定可能に構成された負荷変動推定部を更に備え、
   前記制御モード選択部は、前記負荷変動推定部で前記負荷指令値の変動可能性が高いと判定された場合、前記負荷変動対応モードを選択するように構成された、請求項１又は２に記載の発電プラントの制御装置。
4. 前記負荷変動推定部は、電力需要の予測結果に基づいて前記変動可能性を推定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. 前記負荷変動推定部は、再生エネルギの発電量の予測結果に基づいて前記変動可能性を推定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。
6. 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５のいずれか一項に記載の発電プラントの制御装置。
7. 請求項１から６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。
8. 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、
   前記タービンへの蒸気供給量を制御するための蒸気弁と、
   を備える発電プラントの制御方法であって、
   前記発電機の出力が前記発電プラントに対する負荷指令値になるように前記蒸気弁を制御する蒸気弁制御工程と、
   前記蒸気発生器の蒸気圧力が目標圧力値になるように前記蒸気発生器を制御する蒸気発生器制御工程と、
   通常モード又は負荷変動対応モードのいずれか一方を選択する制御モード選択工程と、
   を備え、
   前記通常モードでは、前記負荷指令値が定常状態である場合、前記蒸気弁の開度が最大開度に対応する第１開度になるように前記蒸気弁を制御し、
   前記負荷変動対応モードでは、前記目標圧力値として、前記通常モードに対応する第１目標圧力値にバイアス値を加算した第２目標圧力値を設定し、前記負荷指令値が定常状態である場合、前記蒸気弁の開度が前記第１開度より小さい第２開度になるように前記蒸気弁を制御する、発電プラントの制御方法。

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