JPH03215198A - コンバインドサイクルプラントの負荷制御装置 - 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、コンバインドサイクルプラント、即ちガスタ
ービンに直結したガスタービン発電機により発電するガ
スタービン発電装置とガスタービンの排気ガスを排ガス
ボイラに導き排ガスボイラで発生した蒸気を蒸気タービ
ンに導き蒸気タービン発電機により発電する発電装置（
以下ボトミングサイクルと呼ぶ）とを組み合せたコンバ
インドサイクル発電プラントのための負荷制御装置に関
する。

従来の技術 第３図は、１台以上のガスタービンとガスタービンと同
台数の排ガスボイラに対して１台の蒸気タービンとを用
いたコンバインドサイクルプラントの出力を総合的に制
御するプラント負荷制御装置の一例を示す。

中央給電指令所よりの伝送路により伝送されてくるプラ
ントの目標負荷指令１は負荷変化率設定器２により負荷
変化率を許容値以内に抑制されたあと、中央給電指令所
より前述の伝送路と異なる伝送路により伝送される周波
数制御信号（以下ＡＦＣ信号と呼ぶ）３と加算器４で加
算されて発電量指令５となる。なお、別の実施例として
中央給電指令所から目標負荷指令信号とＡＦＣ信号とか
加算されて発電量指令として伝送されてくる場合もある
。

発電量指令５は負荷上下限制限器６によりガスタービン
の運転台数及び大気温度により定まる負荷上下限の許容
値内に制限される。上下限制限器６の出力は比較器８で
蒸気タービン発電機の発電量７を差し引かれ、ガスター
ビン負荷要求指令９となる。ガスタービン負荷要求指令
９は運転中のガスタービンの台数及び運転状態に基づい
て、ガスタービン負荷配分制限器１０において各ガスタ
ービン毎の出力指令１１となる。各ガスタービン毎の出
力指令１１は変化率制限器１２と出力上下限制限器１３
とにより各ガスタービン毎に出力変化率及び出力の上下
限が制限され、ガスタービン制御装置の入力信号１４と
なる。この入力信号１４でガスタービンへ供給する燃料
の流量を増減させることによりガスタービン発電機の出
力を調節する。

一方、蒸気タービンはボトミングサイクルの効率を最犬
にするという観点から蒸気加減弁開度を全開とし、排ガ
スボイラで発生する蒸気を全量飲み込む運転方式か採用
されている。実際には、蒸気加減弁制御信号に全開信号
を与えて全開に保持することも可能であるが、全開に固
定したままとすると、ガスタービンが緊急停止した場合
に排ガスボイラへの入熱が急減し、排ガスボイラからの
発生蒸気の温度が低下して悪質の蒸気が蒸気夕一ビンに
流入し、タービンを損傷する可能性があるため、主蒸気
圧力か規定値より低下した場合には、蒸気加減弁開度を
絞り、主蒸気圧力の低下を抑制することとしている。即
ち、第４図に示すように、発電量指令５に従って主蒸気
圧力設定器１５により主蒸気圧力設定値１６が算出され
る。この主蒸気圧力設定値１６は比較器ｌ７において実
際の主蒸気圧力１８とつきあわされ、この偏差に基づい
てコントローラ１９が修正動作を行ない、コントローラ
１９の出力が主蒸気圧力制御信号２０となる。

本制御系統において主蒸気圧力設定器１５の出力である
主蒸気圧力設定値１６はボトミングサイクルの静的特性
より定まる圧力より、一定幅低い値となるように設定さ
れているため、通常運転時は実際の主蒸気圧力１８が主
蒸気圧力設定値１６より犬となり、コントローラ１９の
修正動作の結果、主蒸気圧力制御信号２０は蒸気加減弁
全開相当となる。

一方、電力系統の周波数が過度に上昇した時、蒸気の流
入量を抑制するためのバックアップ制御信号として、蒸
気タービン回転数２１と定格回転数２２とを比較器２３
で比較した偏差に比例した信号２４に負荷バイアス２５
を加算器２６にて加算した蒸気タービン回転数制御信号
２７を使用している。主蒸気圧力制御信号２０及び蒸気
タービン回転数制御信号２７は、低値選択器２８により
選択され、蒸気加減弁制御信号２９としているが、通常
運転中は低値選択器２８で主蒸気圧力制御信号２０が選
択されるようにしている。

蒸気タービンに対する中央給電指令所からのＡＦＣ信号
はプラント負荷制御装置を経由して負荷バイアス２５の
中に含まれて伝送されてくるが、前述のように通常運転
中は、蒸気加減弁３０は主蒸気圧力制御下にあるため、
ＡＦＣ信号に対しては追従しない。

ガスタービンの出力がＡＦＣ信号に追従して変動すると
ガスタービンの排ガス温度も変動し、その変動に応じて
排ガスボイラからの発生蒸気量が変動し、その結果とし
て蒸気タービン発電機出力も変化するが、排ガスボイラ
の熱容量が大きいため、応答の時間遅れが大き＜　、Ａ
ＦＣ信号に対する迅速な応答ができない。

発明が解決しようとする課題 前述のように従来使用されていた蒸気タービンの加減弁
制御方式ではＡＦＣ信号のような急激な負荷変化指令に
は蒸気タービン出力が追従せず、結果としてガスタービ
ンのみがＡＦＣ信号に対応せざるを得なかった。そのた
め、ガスタービンの負荷変動幅が大きくなり、燃料の大
幅な調整を行わなければならないため、ガスタービンの
ガスタービン入口ガス温度の変動も大きく、ガスタービ
ンに発生する熱応力も大きくなる上、必ずしもプラント
としてＡＦＣ信号に対する良好な追従性は期待できなか
った。

本発明は上記の点を鑑みてなされたもので、信号により
蒸気タービンの蒸気加減弁を先行的に動かすことにより
排ガスボイラの熱容量か大きいことに起因する蓄熱効果
を有効に利用すると共に、ガスタービン制御装置への入
力信号の変動幅を小さくシ、ガスタービンのガスタービ
ン入口ガス温度の変化を抑制し、ＡＦＣ信号に対し応答
の優れたコンバインドプラント負荷制御装置を提供する
ことを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明によれば、ガスタービン制御装置への入力信号を
、中央給電指令所より伝送されてくる電力系統の周波数
制御信号に追従させる手段を備えたコンバインドプラン
トの負荷制御装置において、蒸気タービン制御装置への
入力信号に対し前記周波数制御信号に対応した先行信号
を印加する回路手段を有し、プラント全体としてのＡＦ
Ｃ信号に対する追従性を改善するようにしている。

作用 上記の回路手段によれば、まず、第３図に示したように
目標負荷指令１とＡＦＣ信号３とが加算されて発電量指
令５となる構成を有するプラント負荷制御装置を使用し
ている場合は、直接ＡＦＣ信号３を使用し、中央給電指
令所より直接発電量指令５が伝送されてくる場合は、発
電量指令５に微分演算を施すことによって等価的なＡＦ
Ｃ信号を算出する。主蒸気圧力１８と主蒸気圧力設定値
ｌ６との偏差が一定幅以内である場合は、このＡＦＣ信
号を蒸気タービン蒸気加減弁３０に印加し蒸気タービン
出力をＡＦＣ信号に追従させるようにする。

又、別の実施例によれば、蒸気タービン回転数制御信号
２７が規定値以内にある場合に、前述のＡＦＣ信号又は
等価的なＡＦＣ信号を蒸気タービン回転数制御信号に重
畳させて蒸気タービンをＡＦＣ信号に追従させる。

後者の実施例では、蒸気タービン制御装置が有する調速
機能とＡＦＣ信号に対する追従機能との両方に効果あら
わし、ＡＦＣ信号より短い周期の電力系統の周波数変動
に対しても蒸気タービンを追従させることを特徴として
いる。

これに対し前者の実施例では、中央給電指令所よりのＡ
ＦＣ信号に対して蒸気タービンを追従させるが周期の短
い電力系統の周波数変動に対しては蒸気タービンを追従
させないこととしている。

実施例 以下、第１図及び第２図を参照して本発明の好適な実施
例を詳述する。なお、第１図及び第２図において、第３
図及び第４図に示したものと同一の部分には同一の符号
を付して、その詳細な説明は省略する。

第１図は本発明によるプラント負荷制御装置の第１の実
施例を示している。蒸気タービンのガバナを先行的に動
かす制御回路手段の構成は下記の通りである。

発電量指令５から基準の蒸気加減弁開度指令を演算する
関数発生器３１、発電量指令５を微分演算して等価的な
ＡＦＣ信号を発生する微分器３３、この微分器３３の出
力に対応して蒸気加減弁制御信号を発生する関数発生器
３４、この関数発生器３４の出力信号である蒸気加減弁
制御信号の変化速度を制限する変化率制限器３５、関数
発生器３１及び変化率制限器３５の各々の出力を加算す
る加算器３６、そして圧力制御回路と周波数制御回路と
の切替器３７であ？。

中央給電指令所よりＡＦＣ信号がプラントの目標負荷指
令と別の伝送路により伝送されてくる場合は、微分器３
３を削除し、ＡＦＣ指令信号を直接関数発生器３４に入
力することも可能である。本回路手段の作用は以下の通
りである。

関数発生器３１は定格の発電量指令５に対し、蒸気ター
ビン蒸気加減弁３ｏが全■開でなく、多少絞り込んだ状
態となるように設定する。

このような蒸気加減弁３０を絞り込むと、絞り圧損が生
じ、ボトミングサイクルの効率が若干低下することとな
るが、逆に排ガスボイラの蓄圧効果が増大し、蒸気加減
弁３０が急開した場合の一時的な蒸気タービンに流入す
る蒸気流量の増大が可能となり、ＡＦＣ信号に対する追
従性が改善されることとなる。従って、関数発生器３１
の設定はボトミングサイクルの効率低下と蓄圧効果の増
大とのバランスを考慮して設定すべきである。

発電量指令５を微分演算器３３で微分演算することによ
り等価的なＡＦＣ信号を算出することができる。この等
価的なＡＦＣ信号から関数発生器３４により、ＡＦＣ信
号に対応した蒸気加減弁の開度指令相当信号を算出し、
さらに変化率制限器３５で加減弁が追従可能な変化率以
内に抑制する。

関数発生器３１の出力と変化率制限器３５の出力とを加
算器３６で加算した信号を主蒸気圧力制御信号２０とす
ることにより、ＡＦＣ信号に応じて蒸気タービンの出力
を調整することが可能となる。

加算器３６の出力を直接低値選択器２Ｂに入力すると、
主蒸気圧力は無制御状態となるため、主蒸気圧力と主蒸
気圧力設定との偏差が許容値を越えた場合は引きもどし
操作を行う回路を付加する。即ち、比較器１７の出力で
ある主蒸気圧力偏差が許容値を越えた場合には、切替器
３７を主蒸気圧力コントローラ１９側に切り戻し、圧力
偏差が許容値以上に拡大することを防止する。

第２の実施例を第２図に示す。第１図と同一符号のもの
は同一の機能を有する。この例では蒸気タービン回転数
制御信号にＡＦＣ信号を印加し、第１の実施例と同様、
中央給電指令所から伝送されてくるＡＦＣ信号に蒸気タ
ービン出力も追従させると共に、蒸気タービンの回転数
変化として検出される、より周期の短い電力系統の周波
数変動に対する調整（いわゆるガバナフリー運転）も可
能としている。この例では主蒸気圧力偏差が許容値を越
えない場合には優先的に蒸気タービン回転数制御信号２
７側が蒸気加減弁制御信号２９として選択されるように
主蒸気圧力偏差に不感帯３８を設け、許容値内の偏差に
対してコントローラ１９か修正動作しないようにしてい
る。

発明の効果 本発明によれば、ガスタービンだけでなく、従来、全開
状態を維持してＡＦＣ信号に対しては追従動作を行わせ
ることのなかった蒸気タービン加減弁に対してもＡＦＣ
信号に追従させる回路手段を有することにより、プラン
ト全体のＡＦＣ信号に対する追従性を改善すると共に、
プラント全体で同等のＡＦＣ追従性を実現するとき、蒸
気タービンで追従させる分、相対的にガスタービンに要
求される変動幅が小さくなり、ガスタービンのガスター
ビン入口ガス温度の変動幅、さらにはガスタービンに生
ずる熱応力の変動幅が小さくなり、ガスタービンの寿命
が延長されるといった効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるコンバインドサイクルプラントの
負荷制御装置の第１の実施例を示すブロック図、第２図
は本発明装置の第２の実施例を示すブロック図、第３図
はコンバインドサイクルプラントの負荷制御装置の一例
を示す図、第４図は従来の蒸気タービン制御装置を示す
ブロック図である。 １・・プラントの目標負荷指令、２・・負荷変化率設定
器、３・・周波数制御信号（　ＡＦＣ信号）、４・・加
算器、５・・発電量指令、６・・上下限制限器、７・・
蒸気タービン発電機発電量、８・・比較器、９・・ガス
タービン負荷要求指令、１０・・ガスタービン負荷配分
制限器、ｌ１・・各ガスタービン毎の出力指令、１２・
・変化率制限器、１３・・出力上下限制限器、１４・・
ガスタービン制御装置への入力信号、】５・・主蒸気圧
力設定器、１６・・主蒸気圧力設定値、１７・・比較器
、１８・・主蒸気圧力、１９・・コントローラ、２０・
・主蒸気圧力制御信号、２１・・蒸気タービン回転数、
２２・・定格回転数、２３・・比較器、２４・・偏差に
比例した信号、２５・・負荷バイアス、２６・・加算器
、２７・・蒸気タービン回転数制御信号、２８・・低値
選択器、２９・・蒸気加減弁制御信号、３０・・蒸気加
減弁、３１・・関数発生器、３３・・微分器、３４・・
関数発生器、３５・・変化率制限器、３６・・加算器、
第 １ 図 第 ２ 図 第 ３ 図 リスク化″．ルｌ依り炙４ｚ 第 ４ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ガスタービン発電装置と蒸気タービン発電装置とを組
   み合わせたコンバインドサイクル発電プラントにあって
   、ガスタービン制御装置への入力信号を、中央給電指令
   所より伝送されてくる電力系統の周波数制御信号に追従
   させる手段を備えたコンバインドプラントの負荷制御装
   置において、蒸気タービン制御装置への入力信号に対し
   前記周波数制御信号に対応した先行信号を印加する回路
   手段を有することを特徴とするコンバインドサイクルプ
   ラントの負荷制御装置。