JP7328155B2

JP7328155B2 - 蒸気タービン制御装置及び蒸気タービン発電設備

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Publication number: JP7328155B2
Application number: JP2020005602A
Authority: JP
Inventors: 有亮河野
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2020-01-17
Filing date: 2020-01-17
Publication date: 2023-08-16
Anticipated expiration: 2040-01-17
Also published as: JP2021113510A

Description

本発明は、蒸気タービン制御装置及び蒸気タービン発電設備に関する。

一般に蒸気タービンは蒸気加減弁を介して供給される蒸気で駆動される。蒸気タービンで発電機を駆動する蒸気タービン発電設備では、蒸気タービンの測定回転数（実回転数）と目標回転数（例えば定格回転数）との回転数偏差について速度調定率の関数（以下、速度調定率関数）が設定されている場合がある（特許文献１等参照）。

こうした蒸気タービン発電設備では、電力系統（例えば商用電力系統）に発電機を並列（併入）している間、速度調定率関数の下で回転数偏差に応じて蒸気加減弁の開度が制御される。例えば蒸気タービンの測定回転数が目標回転数に対して低ければ、蒸気加減弁を現在の開度から回転数偏差の大きさに応じた割合だけ開け、作動流体の供給流量を増加させて蒸気タービンの回転数を上昇させる。反対に蒸気タービンの測定回転数が目標回転数に対して高ければ、蒸気加減弁を現在の開度から回転数偏差の大きさに応じた割合だけ閉じ、作動流体の供給流量を減少させて蒸気タービンの回転数を低下させる。このようなフィードバック制御により蒸気タービンの回転数を目標回転数に収束させ、系統周波数の安定化が図られる。

特開平３－９２５０５号公報

近年、風力や太陽光に代表される自然エネルギーを利用した発電設備が電力系統に接続される場合が増えてきており、こうした発電設備が電力系統に占める割合も大きくなってきている。ただ、こうした自然エネルギーを利用した発電設備の出力は季節や時間、気象条件等によって変動し易く、系統周波数を不安定にする一因となっている。このような系統周波数の変動は、電力系統に発電機を並列した蒸気タービン発電設備において、蒸気タービンの回転数を変動させて発電出力を不安定にさせ得る。

このとき、蒸気加減弁の開度と回転数偏差とを単純比例関係に設定した場合、蒸気タービンの回転数が急激に変化すると、これに伴って蒸気加減弁の開度も急変する。例えば蒸気タービンの回転数が目標回転数付近で静定している時に系統周波数が急激に変化すると、その影響を受けて蒸気タービンの回転数が急激に低下し得る。この場合、蒸気タービンへの供給蒸気流量が必要を超えて急増し、ハンチングが起こる等して蒸気タービンの回転数が不安定になり得る。

本発明の目的は、蒸気加減弁の開度の過敏な変化を抑制し蒸気タービンの回転数をスムーズに目標回転数又はその付近に収束させることができる蒸気タービン制御装置及び蒸気タービン発電設備を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、蒸気を発生させるボイラと、前記ボイラから供給される蒸気で駆動される蒸気タービンと、前記蒸気タービンで駆動される発電機と、前記ボイラから前記蒸気タービンへの供給蒸気流量を調整する蒸気加減弁とを備えた蒸気タービン発電設備に備えられ、前記蒸気タービンの測定回転数と予め設定された目標回転数との差分である回転数偏差が小さくなるように前記蒸気加減弁を制御する蒸気タービン制御装置において、記憶装置と演算装置とを含んで構成され、前記記憶装置には、前記蒸気タービンの目標回転数と、前記蒸気加減弁の操作量について前記回転数偏差の値毎に複数ずつ予め設定された選択肢と、速度調定率の変化について予め設定された制限変化率とが記憶されており、前記演算装置は、前記回転数偏差の値毎に前記選択肢から任意に選択された前記操作量で速度調定率関数を定義し、定義した速度調定率関数の下で前記回転数偏差に応じて前記蒸気加減弁の開度を制御し、かつ前記回転数偏差の個々の値の少なくとも１つについて前記操作量の選択が変更された場合、現在の速度調定率関数から変更後の速度調定率関数に前記制限変化率で遷移させるように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、蒸気加減弁の開度の過敏な変化を抑制し蒸気タービンの回転数をスムーズに目標回転数又はその付近に収束させることができる。

本発明の一実施形態に係るタービン制御装置の構成を示す模式図回転数偏差と蒸気加減弁の操作量との関係で定義した蒸気タービンの速度調定率関数（基本関数）を表すグラフ回転数偏差と蒸気加減弁の操作量との関係で定義した蒸気タービンの速度調定率関数（調整を加えた関数）を表すグラフ本発明の一実施形態に係る蒸気タービン制御装置による速度調定率の切換動作を示すフローチャート図４の切換動作に伴って速度調定率等が遷移する様子の例を表す波形図

以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

－構成－
図１は本発明の一実施形態に係る蒸気タービン発電設備の構成を示す模式図である。同図に示した蒸気タービン発電設備は、ボイラ１、蒸気タービン２、発電機３、蒸気加減弁４、蒸気タービン制御装置１０を含んで構成されている。

ボイラ１は給水ポンプ（不図示）により供給された水を加熱して蒸気を発生させ、蒸気タービン２に供給する。ボイラ１の熱源については図示していないが、ボイラ１の熱源の代表例は、例えばガスタービンの排気ガス、燃料の燃焼熱、原子炉等である。

蒸気タービン２は、ボイラ１から供給される蒸気により駆動される。蒸気タービン２を駆動した蒸気は復水器（不図示）に導かれて水に戻され、再び給水ポンプ（不図示）によりボイラ１に供給される。

発電機３のロータは蒸気タービン２のロータと同軸に連結されている。発電機３は蒸気タービン２の回転動力により駆動されて発電する。発電機３は電力系統（例えば商用電力系統）に接続されている。電力系統には、図１に示した蒸気タービン発電設備以外に、少なくとも１つの他の発電設備（不図示）が接続されている。電力系統に接続される他の発電設備には、風力や太陽光等の自然エネルギー（再生可能エネルギー）により発電する発電設備が含まれ得る。

蒸気加減弁４は電磁駆動弁であり、ボイラ１から蒸気タービン２への供給蒸気流量を調整する。蒸気加減弁４の基本開度は中間開度（例えば５０％開度）である。蒸気加減弁４の開度が上がると蒸気タービン２への供給蒸気流量が増加し、蒸気タービン２の出力ひいては発電機３の発電量が増加する。反対に蒸気加減弁４の開度が下がると蒸気タービン２への供給蒸気流量が減少し、蒸気タービン２の出力ひいては発電機３の発電量が減少する。

蒸気タービン発電設備には、蒸気タービン２の回転数を測定する回転数センサ５が備わっている。回転数センサ５により測定された蒸気タービン２の測定回転数Ｘｍは、蒸気タービン制御装置１０の回転数偏差演算回路１３に入力される。

蒸気タービン制御装置１０はコンピュータであり、メモリ（記憶装置）１１やＣＰＵ（演算装置）１２、タイマー（不図示）等を含んで構成されている。この蒸気タービン制御装置１０は、蒸気タービン２の測定回転数Ｘｍと予め設定された目標回転数Ｘｔとの差分である回転数偏差Ｘ（＝Ｘｍ－Ｘｔ）が小さくなるように蒸気加減弁４を制御する機能を備えている。特に本実施形態の蒸気タービン制御装置１０は、後述のように回転数偏差Ｘの値毎に選択された蒸気加減弁４の操作量（補正量）で速度調定率関数を定義し、定義した速度調定率関数の下で回転数偏差Ｘに応じて蒸気加減弁４の開度を制御するように構成してある。回転数偏差Ｘに応じて蒸気タービン制御装置１０により蒸気加減弁４が制御され、蒸気タービン２の回転数が目標回転数Ｘｔ又はその付近に収束するようになっている。蒸気タービン２の回転数が目標回転数Ｘｔに収束するか、目標回転数Ｘｔ又はその付近に収束するかは、後で図２及び図３で説明するように速度調定率関数がどのようにデザインされるかによる。

なお、目標回転数Ｘｔの一例としては、定格回転数を挙げることができる。定格回転数とは、製造元で指定された蒸気タービン２の運転条件における蒸気タービン２の回転数である。

蒸気タービン制御装置１０のメモリ１１には、蒸気加減弁４の制御に関するプログラムの他、プログラムの実行に必要なデータが記憶されている。このメモリ１１に記憶されたプログラム及びデータがＣＰＵ１２に読み込まれ、ＣＰＵ１２により回転数偏差Ｘの値に応じて蒸気加減弁４が制御される。メモリ１１に記憶されたデータには、蒸気加減弁４の操作量Ｙについて回転数偏差Ｘの値毎に複数ずつ予め設定された選択肢（後述）が含まれる。ここで、本実施形態では、回転数偏差Ｘの個々の値をＸｎ（ｎ＝自然数）と適宜表す。ＸｎとＸｎ－１との差は、回転数センサ５の分解能に応じて識別可能な回転数の２値の最小差とすることができるが、本例ではそれよりも大きく任意に設定した大きさとする。つまり、回転数偏差Ｘの個々の値Ｘｎは任意に設定した定数である。これら回転数偏差Ｘの個々の値Ｘｎについては、それぞれ２つの操作量Ｙの複数の選択肢Ｙｎ１，Ｙｎ２が紐づけて設定してある。メモリ１１には、これらの回転数偏差Ｘの個々の値Ｘｎ、及び値Ｘｎ毎に設定した操作量Ｙの複数の選択肢Ｙｎ１，Ｙｎ２が記憶されている。回転数偏差Ｘの個々の値Ｘｎについての操作量Ｙの値は、入力装置２０によりオペレータが選択肢Ｙｎ１，Ｙｎ２から任意に選択することができる。入力装置２０は、蒸気タービン制御装置１０に速度調定率切換信号Ｓｓ（後述）等を入力するユーザインターフェースである。

メモリ１１にはまた、操作量Ｙの他、蒸気タービン２の目標回転数Ｘｔ、及び蒸気タービン２の速度調定率の変化について予め設定された制限変化率Ｒ等のデータも記憶されている。制限変化率Ｒは、回転数偏差Ｘのある値Ｘｎについて速度調定率を定義する操作量Ｙの値を一の値から他の値に変化させる場合に、操作量Ｙの単位時間当たりの変化量について規定した値である。つまり本実施形態では、ある回転数偏差Ｘｎについて第１選択肢Ｙｎ１から第２選択肢Ｙｎ２に操作量Ｙの選択が変更された場合、時間的に一定の割合で第１選択肢Ｙｎ１から第２選択肢Ｙｎ２に操作量Ｙの値が遷移する。切換操作と同時に操作量Ｙの値が第２選択肢Ｙｎ２に時間的に離散的に切り換わるのではなく、操作量Ｙは切換操作により変化し始め、第１選択肢Ｙｎ１から第２選択肢Ｙｎ２に徐々に遷移して時間をかけて切り換わる。

ＣＰＵ１２は、回転数偏差演算回路１３、速度調定率切換回路１４、操作量演算回路１５及び開度指令値演算回路１６を含んで構成されている。速度調定率切換回路１４は更に、選択回路１７及び変化率制限回路１８を含んで構成されている。言い換えれば、ＣＰＵ１２は、回転数偏差演算回路１３、速度調定率切換回路１４、操作量演算回路１５及び開度指令値演算回路１６を構成し、プログラムに従って各回路の機能を実行する。

回転数偏差演算回路１３は、回転数センサ５で測定された測定回転数Ｘｍとメモリ１１に記憶された目標回転数Ｘｔとの差分である回転数偏差Ｘ（＝Ｘｍ－Ｘｔ）を演算し、操作量演算回路１５に出力する。

速度調定率切換回路１４は、オペレータの切換操作に応じて入力装置２０から入力される速度調定率切換信号Ｓｓに基づいて、選択回路１７により回転数偏差Ｘの個々の値Ｘｎについて操作量Ｙの値を選択肢Ｙｎ１，Ｙｎ２から択一し変化率制限回路１８に出力する。速度調定率切換信号Ｓｓは、例えば回転数偏差Ｘの個々の値ＸｎについてのＯＮ／ＯＦＦのデータを含んだ信号である。例えば回転数偏差Ｘ１に着目して説明する。例えば速度調定率切換信号Ｓｓにおける回転数偏差Ｘ１の設定がＯＮのとき、選択回路１７により回転数偏差Ｘ１対応する操作量Ｙとして第１選択肢Ｙ１１が選択される。そして、回転数偏差Ｘ１について速度調定率関数を定義するデータ（Ｘ１，Ｙ１１）が選択回路１７から変化率制限回路１８に出力される。反対に速度調定率切換信号Ｓｓにおける回転数偏差Ｘ１の設定がＯＦＦのとき、回転数偏差Ｘ１対応する操作量Ｙとして第２選択肢Ｙ１２が選択される。そして、回転数偏差Ｘ１について速度調定率関数を定義するデータ（Ｘ１，Ｙ１２）が選択回路１７から変化率制限回路１８に出力される。

速度調定率切換回路１４はまた、変化率制限回路１８により、メモリ１１に記憶された制限変化率Ｒのデータを選択回路１７から出力されたデータに付加して操作量演算回路１５に出力する。

操作量演算回路１５は、速度調定率切換回路１４から入力されたデータを基に速度調定率関数を生成し、回転数偏差演算回路１３で演算された現在の回転数偏差Ｘに応じた蒸気加減弁４の操作量Ｙを演算して開度指令値演算回路１６に出力する。このとき、回転数偏差Ｘの個々の値Ｘｎの少なくとも１つについて操作量Ｙの選択が変更された場合、現在の速度調定率関数から変更後の速度調定率関数に速度調定率関数を制限変化率Ｒで遷移させる。例えば、制限変化率Ｒが単位時間ｔ当たりの操作量Ｙの変化量をｋ（％）と規定するものであるとして、回転数偏差Ｘ１について操作量Ｙの値をＹｎ１からＹｎ２に変更したとする。この場合、回転数偏差Ｘ１に対応する操作量Ｙについて、時間ｔ後に出力される値は（Ｙｎ１＋ｋ）、時間２ｔ後に出力される値は（Ｙｎ１＋２ｋ）となり、徐々に操作量Ｙの値が変化していく。仮に操作量Ｙｎ１，Ｙｎ２の間に１０ｋ（％）の差がある場合、回転数偏差Ｘ１についての操作量Ｙの値の切り換えの開始から完了までに１０ｔの時間がかかることになる。

開度指令値演算回路１６は、蒸気加減弁４の開度指令の基礎値Ｓｖ０に操作量演算回路１５から入力された操作量Ｙを加算し、これを開度指令値Ｓｖとして蒸気加減弁４に出力する。これにより蒸気加減弁４の開度が開度指令値Ｓｖに制御される。なお、開度指令の基礎値Ｓｖ０は、例えば中央給電指令所からの要求発電量に応じて上位制御装置（不図示）から蒸気タービン制御装置１０に入力される負荷指令Ｓ１に応じて演算された蒸気加減弁４の開度である。この基礎値Ｓｖ０は、測定回転数Ｘｍを加味することなく蒸気タービン発電設備の仕様に基づいて演算された値であり、要求発電量が一定であれば一定の値となる。

図２及び図３は回転数偏差と蒸気加減弁の操作量との関係で定義した蒸気タービンの速度調定率関数（蒸気加減弁の制御特性）を表すグラフであり、図２には基本関数、図３には調整を加えた関数が例示してある。図２及び図３のグラフにおいて、横軸は回転数偏差Ｘ（ｒｐｍ）を表し、縦軸は蒸気加減弁４の操作量Ｙ（％）を表している。図２及び図３に示したグラフは、操作量演算回路１５で生成される速度調定率関数の例を図式化したものに相当する。

本実施形態では回転数偏差Ｘ（＝Ｘｍ－Ｘｔ）の正負を区別することとし、Ｘｍ＞ＸｔのときＸ＞０、Ｘｍ＝ＸｔのときＸ＝０、Ｘｍ＜ＸｔのときＸ＜０の値をとる。図２及び図３に例示したＸ１，Ｘ２は負の値、Ｘ３，Ｘａは正の値である。ａはｎの値の１つである。

本実施形態において、操作量Ｙの第１選択肢Ｙｎ１には、回転数偏差Ｘの個々の値Ｘｎ毎に異なる値が設定してある。回転数偏差Ｘの値Ｘｎの全てについて第１選択肢Ｙｎ１を選択すると、図２に示した速度調定率の基本関数が定義される。この基本関数の下では原点（０，０）を通り回転数偏差Ｘに比例して操作量Ｙが小さくなる。つまり、回転数偏差Ｘ＞０であれば、回転数偏差Ｘの大きさ（絶対値）に比例して操作量Ｙが閉弁方向に増加し、蒸気加減弁４の開度が現状の値に対して操作量Ｙの大きさ（絶対値）だけ減少する。反対に回転数偏差Ｘ＜０であれば、回転数偏差Ｘの大きさ（絶対値）に比例して操作量Ｙが開弁方向に増加し、蒸気加減弁４の開度が現状の値に対して操作量Ｙの大きさ（絶対値）だけ増加する。回転数偏差Ｘ＝０の場合は操作量Ｙが０（ゼロ）であるため、蒸気加減弁４の開度は現状の値で維持される。従って、蒸気タービン２の回転数は目標回転数Ｘｔに収束するようにフィードバック制御される。

一方、第２選択肢Ｙｎ２は０（ゼロ）に設定してある。図３のグラフでは、図２の基本関数から、回転数偏差Ｘ２，Ｘ３の操作量Ｙの選択を第２選択肢Ｙ２２，Ｙ３２（＝０）に変更した例を表している。図３に例示した調整後の速度調定率関数によれば、回転数偏差ＸがＸ２－Ｘ３の間で変動しても蒸気加減弁４の操作量Ｙが０となり、蒸気加減弁４の現状の開度が維持される。図３の例では、蒸気タービン２の回転数は、第２選択肢Ｙｎ２が選択されているＸ２－Ｘ３の範囲に回転数偏差Ｘが収まるように、つまり目標回転数Ｘｔ又はその付近の回転数に収束するようにフィードバック制御される。

－動作－
図４は蒸気タービン制御装置による速度調定率の切換動作を示すフローチャートである。図５は図４の切換動作に伴って速度調定率等が遷移する様子の例を表す波形図である。図５に示した各波形図の縦軸は各パラメータの大きさを示し、横軸は共通の時間軸である。ここでは、速度調定率関数を図２に示す関数から図３に示す関数に切り換える場合を例に挙げて説明する。また、理解を容易にするために回転数偏差ＸがＸ２で一定した状態を例に挙げて説明するが、実際には、速度調定率関数に基づく蒸気加減弁４の開度制御により、測定回転数Ｘｍは制御されて目標回転数Ｘｔ又はその付近に収束していく。

・ＳＴＡＲＴ
まず、速度調定率関数が図２のように定義された状態で、図３のような速度調定率関数に切り換える速度調定率切換信号Ｓｓが図５に示す時刻Ｔ０に蒸気タービン制御装置１０に入力されたとする。これにより蒸気タービン制御装置１０は時刻Ｔ０に図４の手順の実行を開始する。図３の速度調定率を定義する速度調定率切換信号Ｓｓには、例えば｛（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，…Ｘａ）＝（ＯＮ，ＯＦＦ，ＯＦＦ，…ＯＮ）｝の情報が含まれる。

・ステップＳ１０１
図４の手順を開始すると、蒸気タービン制御装置１０は、ステップＳ１０１として、選択回路１７で速度調定率切換信号Ｓｓに基づいて各回転数偏差Ｘｎについて操作量Ｙｎ１，Ｙｎ２のいずれかを選択し、それらのデータを変化率制限回路１８に出力する。ここで変化率制限回路１８に入力されるデータは｛（Ｘ１，Ｙ１１），（Ｘ２，Ｙ２２），（Ｘ３，Ｙ３２），…（Ｘａ，Ｙａ１）｝である。

・ステップＳ１０２
ステップＳ１０２に手順を移すと、蒸気タービン制御装置１０は、選択回路１７で生成されたデータと共に制限変化率Ｒ（＝ｋ／ｔ）を操作量演算回路１５に出力する。

・ステップＳ１０３－ＥＮＤ
続くステップＳ１０３，Ｓ１０４では、蒸気タービン制御装置１０は、変化率制限回路１８から入力されたにデータに基づき、操作量演算回路１５により図２の関数から図３の関数に速度調定率関数を制限変化率Ｒで遷移させる。例えば時刻Ｔ０の時間ｔ後にはデータ｛（Ｘ１，Ｙ１１），（Ｘ２，Ｙ２２－ｋ），（Ｘ３，Ｙ３２＋ｋ），…（Ｘａ，Ｙａ１）｝を基に速度調定率関数を生成する（ステップＳ１０３）。そして、時間ｔ後の速度調定率関数が図３の関数に一致したかを判定する（ステップＳ１０４）。この判定では、図３の速度調定率関数のデータ｛（Ｘ１，Ｙ１１），（Ｘ２，Ｙ２２），（Ｘ３，Ｙ３２），…（Ｘａ，Ｙａ１）｝との一致性を判定する。ステップＳ１０４の判定が満たされなければ、蒸気タービン制御装置１０はステップＳ１０３に手順を戻す。そして蒸気タービン制御装置１０は、更に時間ｔ後（時刻Ｔ０の時間２ｔ後）にデータ｛（Ｘ１，Ｙ１１），（Ｘ２，Ｙ２２－２ｋ），（Ｘ３，Ｙ３２＋２ｋ），…（Ｘａ，Ｙａ１）｝に基づく速度調定率関数を生成し、再度ステップＳ１０４の判定を実行する。

これにより回転数偏差Ｘ２の操作量ＹがＹ２１から時間ｔ当たりｋずつ、つまり制限変化率ＲでＹ２２まで減少していく。同じように回転数偏差Ｘ３の操作量ＹがＹ３１から時間ｔ当たりｋずつＹ３２まで増加していく。仮にＹ２１，Ｙ２２に１０ｋの差がある場合、ステップＳ１０３，Ｓ１０４の手順を１０回繰り返して時間１０ｔ後（＝時刻Ｔ１）に回転数偏差Ｘ２についての操作量Ｙの遷移は完了する（図５）。その際、例えばＹ３１，Ｙ３２の差が１０ｋより大きく回転数偏差Ｘ３についての操作量Ｙの遷移が未だ完了していなければ、ステップＳ１０４の判定が満たされるまでステップＳ１０３の手順が繰り返される。反対にＹ３１，Ｙ３２の差が１０ｋ以下で、回転数偏差Ｘ２についての操作量Ｙの遷移完了時に回転数偏差Ｘ３についての操作量Ｙの遷移が既に完了していれば速度調定率の切換が完了し、蒸気タービン制御装置１０は図４のフローを終了する。

なお、本例では回転数偏差Ｘ＝Ｘ２である。速度調定率関数を図３の関数に切り換えるに当たり、図５に示したように時刻Ｔ０からＴ１にかけて回転数偏差Ｘ２の操作量ＹはＹ２１からＹ２２に遷移する。そのため、時刻Ｔ０からＴ１にかけては遷移中の速度調定率に基づいて蒸気加減弁４の開度指令値Ｓｖが演算される。その結果、時刻Ｔ０からＴ１にかけて、回転数偏差ＸがＸ２で一定であっても、開度指令値Ｓｖは時間１０ｔをかけて操作量Ｙ２１，Ｙ２２の差分だけ線形的に減少する（図５）。

－効果－
一般に、蒸気タービン発電設備では、図２に示したように回転数偏差と蒸気加減弁の開度とを単純比例関係に規定した速度調定率関数が定義される。蒸気タービン発電設備によっては、また時によっては、図２のような速度調定率関数が適切な場合もある。しかし、回転数偏差の生じ方には蒸気タービン発電設備毎、或いは時間や季節等によって傾向があり、特定範囲の回転数偏差（例えば目標回転数の前後３０％程度）については蒸気加減弁の開度補正をしなくてもすぐに抑制方向に転じる場合がある。このように蒸気加減弁の開度補正をしなくてもすぐに自然に収まる回転数偏差に関しては、蒸気加減弁の開度が過敏に変化すると、例えばハンチングが生じて蒸気タービンの回転数が目標回転数又はその付近に収束するまでにかえって時間を要する場合がある。

それに対し、本実施形態では、回転数偏差Ｘの個々の値Ｘｎ毎に複数用意された選択肢Ｙｎ１，Ｙｎ２から操作量Ｙの値を選択して速度調定率をデザインすることができる。例えば蒸気タービン発電設備の過去の運用実績データから蒸気加減弁の開度が過敏に変化すると好ましくない回転数偏差Ｘの特定範囲が知見された場合、その範囲の回転数偏差Ｘｎについては選択肢Ｙｎ１，Ｙｎ２のうち絶対値の小さな方を選択する。これにより、特定範囲で回転数偏差Ｘが推移している間は、必要以上に弁開度が変化することを抑制できる。特に本実施形態では各回転数偏差Ｘｎについて操作量Ｙの第２選択肢Ｙｎ２を０に設定してあるので、特定範囲では第２選択肢Ｙｎ２を選択することにより一種の不感帯を確保することができる。この場合、特定範囲で回転数偏差Ｘが推移している限りにおいては蒸気加減弁４の開度を維持することができる。

また、例えば特定範囲の回転数偏差Ｘｎについて操作量Ｙの選択を変更する場合、その回転数偏差Ｘｎが現在の回転数偏差に一致する場合も想定される。このような場合、仮に速度調定率切換信号Ｓｓの入力を受けて例えば図２の関数から図３の関数に時間的に離散的に速度調定率関数が切り変わると、操作量ＹがＹｎ１からＹｎ２に時間的に離散的に切り換わり、蒸気加減弁４の開度が急変することになる。

この点に対しては、本実施形態では速度調定率関数を制限変化率Ｒで遷移させて時間をかけて切り換えるようにした。これにより、先に図５で説明したように現在の蒸気タービン２に生じている回転数偏差について操作量Ｙの選択が変更されても、蒸気加減弁４の開度の急変を抑えることができる。

以上の通り、本実施形態によれば、蒸気加減弁４の開度の過敏な変化を抑制し蒸気タービン２の回転数をスムーズに目標回転数Ｘｔ又はその付近に収束させることができる。

－変形例－
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて適宜設計変更可能である。

例えば回転数偏差Ｘの個々の値Ｘｎに対する操作量Ｙの選択肢に０を含める必要は必ずしもない。また、回転数偏差Ｘの個々の値Ｘｎについてそれぞれ操作量Ｙの値として用意される選択肢の数は２つである必要はなく、３つ以上としても良い。操作量Ｙの選択肢を増やすことで蒸気加減弁４の速度調定率をより柔軟に調整することができる。

また、表現上、速度調定率を回転数偏差Ｘと蒸気加減弁４の操作量Ｙとの関係で定義しているが、回転数偏差Ｘは目標回転数Ｘｔ（定数）と測定回転数Ｘｍとの差分であって測定回転数Ｘｍの変化に対応する。そのため、速度調定率は測定回転数Ｘｍと操作量Ｙの関係で表現することができるが、これも表現上の違いこそあれ回転数偏差Ｘと蒸気加減弁４の操作量Ｙとの関係で定義した速度調定率と同義である。

また、上記実施形態では、回転数偏差Ｘの個々の値Ｘｎの操作量Ｙについての制限変化率Ｒを区別していないが、個々の回転数偏差Ｘｎの少なくとも１つについて他の回転数偏差と異なる制限変化率Ｒの値を任意に設定しても良い。個々の回転数偏差Ｘｎについて操作量Ｙの制限変化率Ｒの値は任意に設定することができ、勿論全ての回転数偏差Ｘｎで制限変化率Ｒに同一の値を設定することもできる。

１…ボイラ、２…蒸気タービン、３…発電機、４…蒸気加減弁、１０…蒸気タービン制御装置、１１…メモリ（記憶装置）、１２…ＣＰＵ（演算装置）、Ｒ…制限変化率、Ｘ…回転数偏差、Ｘ１，Ｘ２，Ｘａ，Ｘｎ…回転数偏差の個々の値、Ｘｍ…測定回転数、Ｘｔ…目標回転数、Ｙ…蒸気加減弁の操作量、Ｙｎ１，Ｙｎ２…操作量の選択肢

Claims

蒸気を発生させるボイラと、前記ボイラから供給される蒸気で駆動される蒸気タービンと、前記蒸気タービンで駆動される発電機と、前記ボイラから前記蒸気タービンへの供給蒸気流量を調整する蒸気加減弁とを備えた蒸気タービン発電設備に備えられ、前記蒸気タービンの測定回転数と予め設定された目標回転数との差分である回転数偏差が小さくなるように前記蒸気加減弁を制御する蒸気タービン制御装置において、
記憶装置と演算装置とを含んで構成され、
前記記憶装置には、前記蒸気タービンの目標回転数と、前記蒸気加減弁の操作量について前記回転数偏差の値毎に複数ずつ予め設定された選択肢と、速度調定率の変化について予め設定された制限変化率とが記憶されており、
前記演算装置は、
前記回転数偏差の値毎に前記選択肢から任意に選択された前記操作量で速度調定率関数を定義し、定義した速度調定率関数の下で前記回転数偏差に応じて前記蒸気加減弁の開度を制御し、かつ
前記回転数偏差の個々の値の少なくとも１つについて前記操作量の選択が変更された場合、現在の速度調定率関数から変更後の速度調定率関数に前記制限変化率で遷移させるように構成されている
ことを特徴とする蒸気タービン制御装置。
請求項１の蒸気タービン制御装置において、前記回転数偏差の個々の値について設定された前記操作量の複数の選択肢の１つが０であることを特徴とする蒸気タービン制御装置。
請求項１の蒸気タービン制御装置と、前記ボイラと、前記蒸気タービンと、前記発電機と、前記蒸気加減弁とを備えた蒸気タービン発電設備。