JPH0339164B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は複合サイクルプラントシステムの負荷
制御装置、特にガスタービンと蒸気タービンとを
組み合わせた一軸型複合サイクル発電プラントが
複数軸設置された複合サイクルプラントシステム
において、システムが電力系統から見て１ユニツ
トとして機能するように設計されている統括負荷
制御システムに用いる複合サイクルプラントシス
テムの負荷制御装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

従来用いられている一軸型複合サイクルプラン
トの負荷制御装置の一例を第１図のブロツク図を
用いて説明する。速度設定器１から出力される速
度設定信号と、回転数検出器６によつて検出され
るガスタービン９、蒸気タービン１３、コンプレ
ツサ８、および発電機１０の回転数（これらは互
いに連結されているため同一の回転数を有する。）
とを減算器２に入力し、その減算によつて得られ
る偏差信号に演算増幅器３（調定率ゲイン）によ
り比例演算を施し、更にサーボ増幅器４を通して
燃料調整弁５の開度を制御する。これによりガス
タービン９の燃焼器７に入る燃料流量が制御さ
れ、結果的にガスタービン９の出力が制御される
ことになる。一方蒸気タービン１３に関しては、
ガスタービン９の排ガスのエンタルピーにより排
熱回収ボイラ１１からの蒸気のエンタルピーが決
定されるため、蒸気加減弁１２を全開または一定
の開度にしておくと復水器１４の真空度との関係
で蒸気タービン１３の出力は一義的に決定され
る。発電機１０はガスタービン９および蒸気ター
ビン１３に直接連結されているため、電力系統に
送られる発電機の出力は両タービンの出力の和に
発電機の効率を乗じたものになる。負荷検出器１
５によつて検出される実負荷と、負荷設定器１６
から出力される負荷設定信号とを減算器１７に入
力し、その減算結果による偏差に応じて速度設定
器１の設定値を変化させるようにすれば、最終的
には偏差が０、即ち負荷（発電機出力）が負荷設
定値に等しくなるように制御できる。

次に一軸型複合サイクル発電プラントが複数軸
設置された複合サイクルプラントシステムにおい
て、システムが電力系統から見て１ユニツトとし
て機能するように設計されている統括負荷制御シ
ステムの従来知られている一例について第２図の
ブロツク図を用いて説明する。中央給電指令所１
８により与えられる複合サイクルプラントシステ
ムの負荷目標値ａまたは負荷設定器２０により与
えられる所内モードの負荷目標値ｂのどちらか一
方が切替器１９で選択され、負荷目標値ｃとして
出力される。ここで中央給電指令所１８、切替器
１９、および負荷設定器２０は負荷設定要素Ａを
構成する。続いて負荷目標値信号ｃは負荷変化率
制限器２２に入力され、負荷変化率設定器２１で
設定される変化率制限値ｄ以内の変化率となるよ
うに制限を受け、負荷指令基準値ｅとなる。ここ
で負荷変化率設定器２１および負荷変化率制限器
２２は負荷変化率制限要素Ｂである。更にこの負
荷指令基準値ｅは統括制御中の軸の最小負荷と手
動軸（統括制御を受けていない軸）の実負荷との
和を設定値とする負荷下限制限器２３および統括
制御中の軸の最大負荷と手動軸の実負荷との和ｗ
を設定値とする負荷上限制限器２４からなる負荷
指令基準値制限要素Ｃを経て、発電所としての負
荷指令値ｆとなる。第１軸から第ｎ軸までの各軸
実負荷検出器３０で検出される各複合サイクルプ
ラントの出力を加算器２５によつて加えることに
よつて得られる複合サイクルプラントシステムの
全実負荷ｇと、負荷指令値ｆとが減算器２６に入
力されて偏差ｈが算出される。この偏差ｈは比例
積分演算器２７に入力され、各軸への負荷目標値
ｉが出力される。ここで加算器２５、減算器２
６、および比例積分演算器２７はフイードバツク
演算要素Ｄである。各軸に与えられた各軸負荷目
標値ｉは、各軸負荷変化率設定器２８にて設定さ
れる各軸最大負荷変化率ｊ以内の変化率となるよ
う各軸負荷変化率制限器２９によつて制限を受
け、各軸負荷指令値ｋとなる。ここで各軸負荷変
化率設定器２８および各軸負荷変化率制限器２９
は各軸負荷変化率制限要素Ｅを構成する。更にこ
の各軸負荷指令値ｋと、各軸実負荷検出要素Ｆで
ある各軸実負荷検出器３０の出力との偏差ｌが減
算器３１によつて求められる。この偏差ｌは、起
動停止時、手動運転時、軸の緊急時等の場合に負
荷制御を統括制御装置から切離すための切替器３
２を経て、速度設定器１の設定値を増減する。こ
こで減算器３１、切替器３２、および速度設定器
１は各軸速度指令要素Ｇを構成する。速度設定器
１以後の複合サイクルプラントの出力制御につい
ては第１図で説明したとおりである。なお第２図
の破線で囲まれた部分は、各軸負荷制御系Ｙの回
路を示す。

このような構成の統括負荷制御装置では、当然
プラントシステム全体としての負荷変化率は各構
成軸の最大負荷変化率ｊを考慮して決めねばなら
ない。従つて負荷変化率設定器２１で設定される
負荷変化率制限値ｄは最大負荷変化率ｊを参照し
て求められる。そこで負荷変化率設定器２１およ
び負荷変化率制限器２２について、従来用いられ
ている回路構成の一例を第３図に詳細に示す。各
軸最大負荷変化率ｊは、不要な場合は０レベルに
落とすことができる切替器３８を経て加算器３９
に入力される。加算器３９では全軸分の合計が求
められ、更にゲイン設定器４０でシステムを構成
する軸の数ｎによる除算が行なわれ負荷変化率制
限値ｄが求められる。負荷変化率制限器２２は、
出力信号ｅが入力信号ｃに追従するように減算器
３３および積分器３４によつて構成され、更に出
力信号の変化率が設定値ｄを越えないように負荷
変化率上限制限器３５および下限制限器３６によ
つて制限される。通常、負荷変化率の下限の設定
は上限の設定の符号を符号反転器３７によつて反
転したものが用いられ、入力信号が上昇した場合
と下降した場合とで、出力信号ｅの変化率の最大
値の絶対値は同じになる。このような構成によれ
ば、軸の起動、停止、ランバツク等をともなわな
い通常運転時の負荷変化に際しては、構成軸の変
化率制限を越えない範囲において、プラントシス
テム全体の負荷変化率を制限することができる。

〔背景技術の問題点〕 一般に一軸型複合サイクルプラントにおいて
は、ガスタービンおよび蒸気タービンが直結され
ているため、蒸気タービンの寿命を長くする目的
で、起動、停止操作時には負荷変化率を一律に定
めて運用することが多い。この場合、統括負荷制
御装置の制御出力は受けつけられない。このため
第３図に示した負荷変化率制限要素の負荷指令制
御回路では、各軸の起動、停止、ランバツク等の
急激な負荷変化の対応に問題が生じる。以下これ
らの問題について具体例を掲げて説明する。

各軸ごとの最大出力120MW、最大負荷変化率
５％／min、停止操作時の負荷変化率５％／
min、起動時に出力が０〜25MWになるまでの間
の負荷変化率2.5％／minという特性をもつた複
合サイクルプラントを５軸有することによつて構
成される複合サイクルプラントシステムの動作を
考える。なお、負荷変化率は５軸が標準出力で運
転中の500MWを100％として基準にとるものとす
る。また、第３図に示す切替器３８は、統括制御
中の軸についての最大負荷変化率ｊのみを加算器
３９に送るように設定されているとする。例えば
５軸にて総出力500MWで運転している状態から
時刻ｔ＝０で負荷目標が総出力100MWとステツ
プ状に変化し、同時に５軸のうち４軸に対して停
止指令が出された場合のプラントシステム全体の
応答を第４図に示す。ｔ＝０で負荷目標値ｃがス
テツプ状に減少し、４軸が停止操作に入るため、
統括制御中の軸は残りの１軸のみとなる。従つて
プラントシステム全体の負荷変化率制限値ｄは５
％／min÷５＝１％／minとなり、負荷指令基準
値ｅは図の２点鎖線で示すように１％／minで減
少する直線となる。一方負荷上限制限器２３の設
定値ｗは、停止操作に入つた４軸分の実負荷と、
残りの１軸の最大負荷との和になり図の破線のよ
うに変化する。結局負荷指令値ｆおよび全実負荷
ｇは図の実線で示すように負荷指令基準値ｅにｗ
による上限制限を施したものになる。（ｔ＝０の
近傍でｇがｅに沿わないのは、１軸の最大負荷変
化率が５％／minと制限されているためである。）
第４図から明らかなように、運転を継続している
第１軸の負荷は一度上昇し（０＜ｔ＜20/6）最後
に再び下降する（ｔ80）という不必要な負荷変
化を示す。また、負荷指令基準値ｅが負荷上限設
定値ｗ以下になるまでの長時間（〜80分）にわた
つて、総負荷出力が負荷目標値よりも第１軸の最
大負荷分だけ大きな値を維持するという好ましく
ない応答を示す。

また同じ構成の複合サイクルプラントシステム
で、１軸のみが100MWで運転している状態から
ｔ＝０で負荷目標が500MWにステツプ状に変化
し、同時に残りの４軸が起動されて負荷をとり始
めた場合のプラントシステム全体の応答を第５図
に示す。ｔ＝０で負荷目標値ｃがステツプ状に増
加するが、起動された４軸はそれぞれの出力が
25MWになるまで負荷変化率2.5％／minという
一定率で負荷が増加するため、ｔ＝10になるまで
は統括制御の制御下には入らない。従つて０＜ｔ
＜10ではプラントシステム全体の負荷変化率の制
限値ｄは５％／min÷５＝１％／minとなり（第
３図の負荷変化率設定器２１による演算）、負荷
指令基準値ｅは図の２点鎖線で示すように１％／
minで増加する直線となる。ｔ＞10で初めて全軸
が統括制御されｄ＝25％／min÷５＝５％／min
となり負荷指令基準値ｅは同様に２点鎖線で示す
ように５％／minで増加する直線となる。一方負
荷上限制限器２３の設定値ｗは、０＜ｔ＜10では
起動状態に入つた４軸分の実負荷と、残りの１軸
の最大負荷との和、ｔ＞10では５軸全部の最大負
荷の和となり図の破線のように変化する。結局、
負荷指令基準値ｅは常に負荷上限ｗを下まわるた
め、負荷指令値ｆおよび全実負荷ｇは図の実線で
示すように負荷指令基準値ｅと一致する。第５図
から明らかなように、運転を継続している１軸の
負荷は一度下降し、ｔ＞10で再び上昇するという
不必要な負荷変化を示す。これは場合によつては
その軸の寿命を短くする原因ともなる。

以上の２例は、第３図に示す切換器３８が、統
括制御中の軸についての最大負荷変化率ｊのみを
加算器３９に送るように設定されている場合の応
答について述べたが、次に切替器３８が常にすべ
ての軸についての最大負荷変化率ｊを加算器３９
に送るように設定されている場合の応答について
述べる。

このような構成で第４図に示したものと同様の
条件での応答を示したものが第６図である。ｔ＝
０で負荷目標値ｃがステツプ状に減少し、４軸が
停止操作に入る。しかしプラントシステム全体の
負荷変化率の制限値ｄは５軸分の最大負荷変化率
ｊから求められるため25％／min÷５＝５％／
minとなり、負荷指令基準値ｅは図の２点鎖線で
示すように５％／minで減少する直線となる。一
方負荷上限制限ｗは図の破線のように常に負荷指
令基準値ｅを上まわる。結局負荷指令値ｆおよび
全実負荷ｇは図の実線で示すように負荷指令基準
値ｅに沿つて減少してゆくため、運転継続軸であ
る第１軸の負荷も５％／minで減少し、負荷指令
値ｆが負荷目標値ｃを下まわつた時点で初めて増
加に転ずることとなり、停止中の４軸分の負荷変
化を第１軸のみで補償しきれず、プラントシステ
ム全体としての負荷指令値ｆは負荷目標値ｃを大
きくアンダーシユートしてしまう。

同様の構成で第５図に示したものと同様の条件
での応答を示したものが第７図である。ｔ＝０で
負荷目標値ｃがステツプ状に増加する。プラント
システム全体の負荷変化率の制限値ｄは25％／
min÷５＝５％／minとなり、負荷指令基準値ｅ
は図の二点鎖線で示すように５％／minで増加す
る直線となる。一方負荷上限制限ｗは図の破線の
ように変化するため、結局負荷指令値ｆはその制
限を受けて図の一点鎖線で示すような変化をと
る。しかしながら５軸全体の実負荷の変化ｇは図
の実線で示すように負荷指令値ｆに追従できず、
大きな偏差を生じる結果となる。

以上述べたように、従来技術による複合サイク
ルプラントの負荷制御装置では、軸数の増減をと
もなう負荷変化時の応答性が悪く、中央給電指令
所からの負荷目標設定に対してスムーズな応答が
できないだけではなく、場合によつては制御偏差
を生ずるという問題点がある。

〔発明の目的〕

そこで本発明は、一軸型複合サイクルプラント
が複数軸設置された複合サイクルプラントシステ
ムにおいて、運転軸数の変化をともなう負荷変動
があつた場合にもプラントシステム全体として良
好な負荷応答性を持つ統括負荷制御を行ない得る
複合サイクルプラントシステムの負荷制御装置を
提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、負荷目標値ｃを出力する負荷
設定要素Ａ、負荷目標値ｃを入力とし負荷指令基
準値ｅを出力する負荷変化率制限要素Ｂ、負荷指
令基準値ｅを入力とし負荷指令値ｆを出力する負
荷指令基準値制限要素Ｃ、および負荷指令値ｆを
入力とし各軸負荷目標値ｉを出力するフイードバ
ツク演算要素Ｄを有する統括負荷制御系Ｘと、 各軸負荷目標値ｉを入力とし各軸負荷指令値ｋ
を出力する各軸負荷変化率制限要素Ｅ、各軸負荷
指令値ｋを入力とし各軸速度指令値ｏを出力する
各軸速度指令要素Ｇ、および各軸実負荷ｑを出力
する各軸実負荷検出要素Ｆを有する軸数分の各軸
負荷制御系Ｙとをそなえ、 各軸実負荷ｑを各軸速度指令要素Ｇおよびフイ
ードバツク演算要素Ｄにフイードバツクする複数
の一軸型複合サイクルプラントをもつた複合サイ
クルプラントシステムの従来用いられている負荷
制御装置において、 軸数分の各軸実負荷ｑを入力とし、停止操作中
の全軸の負荷変化分の合計を運転継続中の全軸で
補償しきれない場合は停止操作中の全軸の実負荷
の合計を、またそれ以外の場合は０を、それぞれ
負荷目標補償値ｍとして出力する負荷目標補償設
定要素Ｈと、 負荷設定要素Ａおよび負荷変化率制限要素
B′の間に設けられ、負荷目標値ｃを入力とし、
このｃと負荷目標補償値ｍとの和を補正負荷目標
値ｖとして出力し、このｖをｃにかえて負荷変化
率制限要素B′の入力とするようにした負荷目標
補償加算要素Ｉと、 各軸停止時負荷変化率設定値ｔを出力する軸数
分の各軸停止時負荷変化率設定要素Ｏと、 各軸起動時負荷変化率設定値ｘを出力する軸数
分の各軸起動時負荷変化率設定要素Ｎと、 ｔ、ｘ、および各軸負荷変化率制限要素Ｅで設
定された各軸最大負荷変化率ｊを入力とし、その
軸が停止操作中か、起動中か、あるいは運転継続
中かによつてそれぞれｔ、ｘ、ｊまたは０を各軸
負荷変化率上限値ｙとして出力する軸数分の各軸
負荷変化率上限用切替要素Ｊと、 ｔ、ｘ、および−ｊとして定義されるｕを入力
とし、その軸が停止操作中か、起動中か、あるい
は運転継続中かによつてそれぞれｔ、ｘ、ｕまた
は０を各軸負荷変化率下限値ｚとして出力する軸
数分の各軸負荷変化率下限用切替要素Ｋと、 全軸分のｙを入力とし、この合計を規格化して
負荷変化率上限値ｎとして出力する負荷変化率上
限設定要素Ｌと、 全軸分のｚを入力とし、この合計を規格化して
負荷変化率下限値ｐとして出力する負荷変化率下
限設定要素Ｍとをそなえ、 このｎおよびｐを負荷変化率制限要素B′に入
力するようにした複合サイクルプラントシステム
の負荷制御装置を提供することによつて、運転軸
数の変化をともなう負荷変動があつた場合に、従
来装置では問題となつた各軸の不必要な負荷変
化、オフセツト、アンダーシユート、制御偏差を
解消できるようにした点にある。

なお、上記各要素ならびに信号についての符号
は後述する第８図において用いられているもので
ある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を第８図に示す一実施例に基づい
て詳述する。なお第８図では第２図と同一の要素
については同一の符号を付し、その説明は省略す
る。また第８図で破線で囲んだ部分は、各軸負荷
制御系Ｙの回路を示し、軸の数だけ同一回路が存
在するが、本図では１軸分のみを示す。

まず第８図で、追加された新たな要素の構成お
よびその動作について説明する。各軸実負荷検出
要素Ｆの検出器３０で検出された発電機の重負荷
ｑは切替器４１に入力される。この切替器４１
は、その軸が停止操作中あるいはランバツク等で
統括負荷制御を受けていない場合のみ入力に対応
した信号ｒを出力し、それ以外の場合は０を出力
する。この切替器４１の出力ｒは加算器４２に入
力され、ここで全軸分が加算され信号ｓとなる。
従つて信号ｓは、プラントシステム中で統括負荷
制御を受けずに一定割合で負荷降下を行なつてい
る軸の実負荷の合計となる。信号ｓは切替器４３
に入力されるが、切替器４３は停止操作中の全軸
の負荷変化分の合計を運転中の軸で補償しきれな
い場合にのみ信号ｓを出力し、その他の場合は０
を出力するという動作を行なう。即ち、いくつか
の軸が同時にしかも同一の負荷変化率で停止操作
に入つたような場合は、その変化率と停止操作操
作中の軸数との積を、運転中の軸の最大負荷変化
率と運転中の軸数との積、と比較し、前者が後者
を上まわる場合のみ信号ｓを出力し、その他の場
合は０を出力することになる。このような切替器
４３の出力は負荷目標補償値ｍとなる。なお、切
替器４１、加算器４２、および切替器４３は負荷
目標補償設定要素Ｈを構成する。

次に第８図で、新しく改良された要素は負荷変
化率制限要素B′である。この要素は従来は、第
２図および第３図で２１，２２として示したよう
に、各軸ごとの負荷変化率設定器２８の出力であ
る最大負荷変化率ｊを加算器３９で加算し、これ
をゲイン設定器４０に通して軸数による除算を施
して負荷変化率制限値ｄを求める構成をとつてい
た。しかしながら、ある軸が停止操作、ランバツ
ク等で統括負荷制御を受けずに一定の割合で負荷
降下を行なつている場合には、その軸はプラント
システム全体に対しての負荷増要求に対し全く貢
献できず逆に負の一定値で負荷降下を続けること
になる。そこで本発明に係る負荷制御装置では、
以下に述べる新しい要素を付加することによつて
これらの問題を解消した。即ち、停止操作、ラン
バツク等の場合の負荷変化率（負の一定値）を設
定する各軸停止時負荷変化率設定要素Ｏを構成す
る設定器４６を設け、この出力信号である各軸停
止時負荷変化率設定値ｔを切替器４７に入力す
る。また、ある軸が起動中で統括負荷制御を受け
ずに一定の割合で負荷上昇を行なつている場合の
負荷変化率（正の一定値）を設定する各軸起動時
負荷変化率設定要素Ｎを構成する設定器５５を設
け、この出力信号である各軸起動時負荷変化率設
定値ｘを同じく切替器４７に入力する。更に通常
の負荷変化率設定器２８の出力である最大負荷変
化率ｊを同じく切替器４７に入力する。ここで切
替器４７は、その軸が停止操作中か、起動中か、
あるいは統括負荷制御下で運転中かによつてそれ
ぞれ信号ｔ，ｘ、あるいはｊを選択して出力する
機能を有する。切替器４７から出力された各軸負
荷変化率上限値ｙは従来どおり加算器４４で全軸
分加算され、ゲイン設定器４５によつて軸数によ
る除算が施される。また負荷変化率は手動によつ
ても制限可能とするため、手動負荷変化率設定器
５４を設け、その設定値を上限とする手動負荷変
化率上限制限器５１によつてゲイン設定器４５の
出力信号を制限し、この制限を受けた信号が最終
的な負荷変化率上限値ｎとなる。

一方負荷変化率下限値ｐも同様の経路で得られ
る。即ち、切替器４８には各軸停止時負荷変化率
設定値ｔ、各軸起動時負荷変化率設定値ｘ、およ
び最大負荷変化率ｊの符号を反転して得られる値
ｕが入力され、その軸が停止操作中か、起動中
か、あるいは総括負荷制御下で運転中かによつて
それぞれ信号ｔ，ｘ、あるいはｕが選択されて出
力される。この出力である各軸負荷変化率下限値
ｚは加算器４９で全軸分加算され、ゲイン設定器
５０によつて軸数による除算が施され、最後に手
動負荷変化率設定器５４によつて設定された値を
符号反転器５３で反転した値を下限とする手動負
荷変化率下限制限器５２によつて制限を受けて最
終的な負荷変化率下限値ｐとなる。以上の構成
で、切替器４７は各軸負荷変化率上限用切替要素
Ｊを、切替器４８およびその符号反転器は各軸負
荷変化率下限切替要素Ｋを、加算器４４およびゲ
イン設定器４５は負荷変化率上限設定要素Ｌを、
また加算器４９およびゲイン設定器５０は負荷変
化率下限設定要素Ｍをそれぞれ構成している。

また切替器４７および４８は前述した３とおり
の信号のうちの１つを選択して出力する以外に０
を出力することができる。例えば、ある軸が統括
負荷制御を受けずに独自に負荷運転を行なつてい
る場合には、プラントシステム全体からみてその
軸のとり得る変化率の幅を０とするため切替器４
７および４８は０を出力することになる。この他
にもある軸の負荷がその軸のとり得る上限値ある
いは下限値となつている場合にも、その軸に関す
る変化率の上限あるいは下限要素を０とするため
に切替器４７あるいは４８は０を出力する。

このような構成によつて全プラントシステムの
最終的な負荷変化率上限および下限値ｎおよびｐ
が、各軸の実情にそぐわない値となることを避け
ることができる。また、ゲイン設定器４５および
５０の出力信号によつて既に決定された負荷変化
率許容副より狭い範囲内であれば、手動変化率設
定回路によつて変化率設定を手動で行なうことも
できる。

以上述べたように本発明に係る負荷制御装置で
は、負荷目標補償値ｍ、負荷変化率上限値ｎ、お
よび負荷変化率下限値ｐという新しい要素を導入
したところに特徴がある。これらの要素を加えた
負荷制御装置全体の動作は次のようになる。まず
中央給電指令所１８により与えられる複合サイク
ルプラントシステムの負荷目標値９または負荷設
定器２０により与えられる所内モードの負荷目標
値ｂのどちらか一方が切替器１９で選択され、負
荷目標値ｃとなる。負荷目標補償加算要素Ｉであ
る加算器５６はこの負荷目標値ｃと負荷目標補償
値ｍとを加算し、補正負荷目標値ｖを出力する。
この補正負荷目標値ｖは減算器３３、変化率上限
制限器３５、変化率下限制限器３６、および積分
器３４からなる負荷変化率制限要素B′を通つて
負荷指令基準値ｅとなる。この部分は第３図に示
した従来の構成とほぼ同じであるが、負荷変化率
制限値ｄのかわりに、各軸の実情により即した負
荷変化率上限および下限値ｍおよびｎを用いると
ころが異なる。負荷指令基準値ｅ以後の動作につ
いては第２図で述べた従来の負荷制御装置と同様
なので説明を省略する。

続いて以上述べた構成による実施例の効果につ
いて、〔背景技術の問題点〕で掲げた具体例と同
様の条件での動作を行なつた場合に問題点が解決
されたことを示すことによつて説明する。複合サ
イクルプラントシステムの構成は、前述の具体例
と同様に、各軸ごとの最大出力120MW、最大負
荷変化率５％／min、停止操作時の負荷変化率５
％／min、起動時に出力が０〜25MWになるまで
の間の負荷変化率2.5％／minという特性をもつ
た複合サイクルプラントを５軸有することによつ
て構成されているものとする。

まず、従来装置について第４図で設定した動作
条件と同一の条件で本実施例を動作させてみる。
即ち、５軸にて総出力500MWで運転している状
態から時刻ｔ＝０で負荷目標が総出力100MWと
ステツプ状に変化し、同時に５軸のうち４軸に対
して停止指令が出された場合のプラントシステム
全体の応答を第９図に示す。ｔ＝０で負荷目標値
ｃがステツプ状に減少し、４軸が停止操作に入る
ため、統括制御中の軸は残りの１軸のみとなる。
ここで第８図の切替器４３の動作を考えると、停
止操作に入つた軸数とその負荷変化率との積は４
×５％／min、運転中の軸数とその最大負荷変化
率との積は１×５％／minとなり、前者＞後者で
あるから前述したように切替器４３の出力である
負荷目標補償値ｍは、停止操作中の４軸分の実負
荷の合計、即ち（−５％／min×４）÷５＝−４
％／min、となる。従つて停止操作中の４軸が停
止するまでの期間、即ち０＜ｔ＜20では加算器５
６の出力である補正負荷目標値ｖは第９図に示す
ように変化率−４％／minで減少する直線とな
る。次に負荷変化率上限値ｎおよび同下限値ｐに
ついて考える。ｔ＜０では切替器４７および４８
はどの軸についても最大負荷変化率ｊおよびｕ
（５％／minおよび−５％／min）を出力するた
め、ｎ＝ｊ×５÷５＝（５％／min×５）÷５＝５
％／min、ｐ＝ｕ×５÷５（−５％／min×５）÷
５＝−５％／minである。ところが０＜ｔ＜20で
は４軸が停止操作中となるため、ｎ＝（ｊ＋ｔ×
４）÷５＝（５％／min−５％／min×４）÷５＝
−３％／min、ｐ＝（ｕ＋ｔ×４）÷５＝（−５
％／min−５％／min×４）÷５＝−５％／minと
なる。従つて０＜ｔ＜20ではｎ＞ｖ＞ｐの条件が
成り立ち、補正負荷目標値ｖは何ら制限を受けな
いため負荷指令基準値ｅと等しくなる。また負荷
上限制限器２４の設定値ｗは第９図破線で示すと
おりであり、何ら制限を与えないので結局負荷指
令値ｆも補正負荷目標値ｖと等しくなる。軸の負
荷指令に対する応答遅れを無視すれば、プラント
システム全体の全実負荷ｇも負荷指令値ｆと一致
する。このように本実施例によれば、従来装置の
問題点として第４図で述べた運転継続軸の不必要
な上昇下降の負荷変化、負荷変化終了後の長時間
にわたるオフセツト、また第６図で述べた実負荷
のアンダーシユートが解消され、運転継続軸であ
る第１軸は不必要な負荷変化を一切することな
く、しかもプラントシステム全体として見た場合
に最短時間で目標負荷に到達させることができ
る。

次に、従来装置について第５図で設定した動作
条件と同一の条件で本実施例を動作させてみる。
即ち、１軸のみが100MWで運転している状態か
らｔ＝０で負荷目標が500MWにステツプ状に変
化し、同時に残りの４軸が起動されて負荷をとり
始めた場合のプラントシステム全体の応答を第１
０図に示す。この場合停止操作ではないので切替
器４３の出力である負荷目標値ｍは常に０であ
る。従つて補正負荷目標値ｖは常に負荷目標値ｃ
に等しい。まず０＜ｔ＜４では起動中の４軸は負
荷変化率2.5％／minで出力が増加してゆく。負
荷変化率上下限値ｎおよびｐについては、ｎ＝
（ｊ＋ｘ×４）÷５＝（５％／min＋2.5％／min×
４）÷５＝３％／min、ｐ＝（ｕ＋ｘ×４）÷５＝
（−５％／min＋2.5％／min×４）÷５＝１％／
minとなる。従つて負荷指令基準値ｅは０＜ｔ＜
４では負荷変化率上限値ｎに制限されて３％／
minで上昇する。４＜ｔ＜10では運転継続中の軸
の実負荷が最大出力120MWとなるため、この軸
はこれ以上負荷上昇できなくなる。従つてｎ＝
（０＋ｘ×４）÷５＝（０％／min＋2.5％／min×
４）÷５＝２％／min、ｐ＝（ｕ＋ｘ×４）÷５＝
（−５％／min＋2.5％／min×４）÷５＝１％／
minとなる。よつて負荷指令基準値ｅは４＜ｔ＜
10では負荷変化率上限値ｎに制限されて２％／
minで上昇する。10＜ｔ＜24では運転継続軸は最
大負荷を出力しているため負荷上昇はできない
が、他の４軸が統括負荷制御下に方入り負荷変化
率は５％／minとなる。従つてｎ＝（０＋ｊ×４）
÷５＝（０％／min＋５％／min×４）÷５＝４
％／min、ｐ＝（ｕ＋ｕ×４）÷５＝（−５％／
min−５％／min×４）÷５＝−５％／minとな
る。よつて負荷指令基準値ｅは10＜ｔ＜24では負
荷変化率上限値ｎに制限されて４％／minで上昇
する。一方負荷上限制限器２４の設定値ｗは第１
０図破線で示すとおりであり、何ら制限を与えな
いので結局負荷指令値ｆ、軸の負荷指令に対する
応答遅れを無視したプラントシステム全体の全負
荷ｇはともに負荷指令基準値ｅと等しくなる。こ
のように本実施例によれば、従来装置の問題点と
して第５図で述べた運転継続軸の不必要な下降上
昇の負荷変化、第６図で述べた実負荷ｇの追従遅
れによる大きな偏差が解消され、プラントシステ
ム全体として見た場合に最短時間で目標負荷に到
達させることができる。

本実施例によれば、また次のような動作を行な
つた場合にも有効な制御が可能である。即ち、第
９図で述べた場合と同様に、５軸にて総出力
500MWで運転している状態から時刻ｔ＝０で負
荷目標が総出力100MWとステツプ状に変化した
場合において、４軸に対してｔ＝０より遅れて、
例えばｔ＝10の時点で停止命令が出された場合に
ついてのプラントシステム全体の応答を第１１図
に示す。０＜ｔ＜10では負荷変化率下限値ｐ＝
（ｕ×５）÷５＝（−５％／min×５）÷５＝−５
％／minに従つて全軸均等に負荷降下を行ない、
負荷指令基準値ｅは−５％／minで減少する直線
となる。10＜ｔ＜20では４軸が停止操作に入るた
め、切換器４３の動作を考えると、停止操作に入
つた軸数とその負荷変化率との積は４×５％／
min、運転中の軸数とその最大負荷変化率との積
は１×５％／minとなり、前者＞後者であるから
前述したように切替器４３の出力である負荷目標
補償値ｍは、停止操作中の４軸分の実負荷の合
計、即ち（−５％／min×４）÷５＝−４％／
minとなる。従つて停止操作中の４軸が停止する
までの期間、即ち10＜ｔ＜20では加算器５６の出
力である補正負荷目標値ｖは第１１図に示すよう
に変化率−４％／minで減少する直線となる。一
方負荷変化率上限値ｎ＝（ｊ−ｔ×４）÷５＝（５
％／min−５％／min×４）÷５＝−３％／minの
制限を受けて負荷指令基準値ｅは変化率−３％／
minで減少する直線となり、負荷上限制限器２４
の設定値ｗは破線で示すとおり何ら制限を与えな
いので負荷指令値ｆもこれに追従する。このよう
に運転継続軸は、その軸としての最大負荷変化率
５％／minで最終的に分担すべき負荷に向かつて
負荷変化することになり、プラントシステム全体
として見た場合に効率よく目標負荷に到達させる
ことができる。

また次のような動作を行なつた場合にも有効な
制御が可能である。即ち、前例と同様に５軸にて
総出力500MWで運転している状態から時刻ｔ＝
０で負荷目標が総出力100MWとステツプ状に変
化した場合において、ｔ＝０から一定時間ごとに
１軸ずつ合計４軸を停止した場合についてのプラ
ントシステム全体の応答を第１２図に示す。これ
はｔ＝０、ｔ＝6.7、ｔ＝13.3、ｔ＝20にそれぞ
れ１軸ずつの停止命令を出した例である。この動
作の詳細な説明については省略するが、ｔ＞13.3
では停止操作に入つた軸数とその負荷変化率との
積３×５％／minが運転中の軸数とその最大負荷
変化率との積２×５％／minを上まわり、切換器
４３の出力である負荷目標補償値ｍが０から停止
操作中の軸の実負荷の合計値へと変化する。この
ため全実負荷が負荷目標値ｃを一時的に下まわる
ことを回避できる。

〔発明の効果〕

以上のとおり本発明によれば、一軸型複合サイ
クルプラントが複数軸設置された複合サイクルプ
ラントシステムにおいて、運転軸数の変化をとも
なう負荷変動があつた場合にも、各軸の不必要な
負荷変化、オフセツト、アンダーシユート、制御
偏差を生じさせることなしに、その時の運転軸数
に応じて最短時間で負荷目標値に達するような統
括負荷制御を行なうことができ、その負荷応答性
を従来の大型汽力発電なみに向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来用いられている一軸型複合サイク
ルプラントの負荷制御装置の一例を示すブロツク
図、第２図は従来用いられている複合サイクルプ
ラントシステムの負荷制御装置の一例を示すブロ
ツク図、第３図は負荷変化率制限要素として従来
用いられている回路構成の一例を示すブロツク
図、第４図〜第７図は第２図で示した負荷制御装
置の応答を示すグラフ、第８図は本発明に係る複
合サイクルプラントシステムの負荷制御装置の一
実施例を示すブロツク図、第９図〜第１２図は第
８図で示した本発明に係る負荷制御装置の応答を
示すグラフである。 １……速度設定器、７……ガスタービン燃焼
器、８……コンプレツサ、９……ガスタービン、
１０……発電機、１１……排熱回収ボイラ、１３
……蒸気タービン、Ａ……負荷設定要素、Ｂ，
B′……負荷変化率制限要素、Ｃ……負荷指令基
準値制限要素、Ｄ……フイードバツク演算要素、
Ｅ……各軸負荷変化率制限要素、Ｆ……各軸実負
荷検出要素、Ｇ……各軸速度指令要素、Ｈ……負
荷目標補償設定要素、Ｉ……負荷目標補償加算要
素、Ｊ……各軸負荷変化率上限用切替要素、Ｋ…
…各軸負荷変化率下限用切替要素、Ｌ……負荷変
化率上限設定要素、Ｍ……負荷変化率下限設定要
素、Ｎ……各軸起動時負荷変化率設定要素、Ｏ…
…各軸停止時負荷変化率設定要素、Ｘ……統括負
荷制御系、Ｙ……各軸負荷制御系。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 負荷目標値を出力する負荷設定要素、前記負
   荷目標値を入力とし負荷指令基準値を出力する負
   荷変化率制限要素、前記負荷指令基準値を入力と
   し負荷指令値を出力する負荷指令基準値制限要
   素、および前記負荷指令値を入力とし各軸負荷目
   標値を出力するフイードバツク演算要素を有する
   統括負荷制御系と、 前記各軸負荷目標値を入力とし各軸負荷指令値
   を出力する各軸負荷変化率制限要素、前記各軸負
   荷指令値を入力とし各軸速度指令値を出力する各
   軸速度指令要素、および各軸実負荷を出力する各
   軸実負荷検出要素を有する軸数分の各軸負荷制御
   系とをそなえ、 前記各軸実負荷を前記各軸速度指令要素および
   前記フイードバツク演算要素にフイードバツクす
   る複数の一軸型複合サイクルプラントをもつた複
   合サイクルプラントシステムの負荷制御装置にお
   いて、 軸数分の前記各軸実負荷を入力とし、停止操作
   中の全軸の負荷変化分の合計が運転継続中の全軸
   の最大負荷変化分の合計より大きい場合は前記停
   止操作中の全軸の実負荷の合計を、またそれ以外
   の場合は０を、それぞれ負荷目標補償値として出
   力する負荷目標補償設定要素と、 前記負荷設定要素および負荷変化率制限要素の
   間に設けられ、前記負荷目標値を入力とし、この
   負荷目標値と前記負荷目標補償値との和を補正負
   荷目標値として出力し、この補正負荷目標値を前
   記負荷目標値にかえて前記負荷変化率制限要素の
   入力とするようにした負荷目標補償加算要素と、 各軸停止時負荷変化率設定値を出力する軸数分
   の各軸停止時負荷変化率設定要素と、 各軸起動時負荷変化率設定値を出力する軸数分
   の各軸起動時負荷変化率設定要素と、 前記各軸停止時負荷変化率設定値、前記各軸起
   動時負荷変化率、および前記各軸負荷変化率制限
   要素で設定された各軸最大負荷変化率の値を入力
   とし、その軸が停止操作中の場合は前記各軸停止
   時負荷変化率設定値を、その軸が起動中の場合は
   前記各軸起動時負荷変化率設定値を、またその軸
   が運転継続中の場合は前記各軸最大負荷変化率の
   値または０をそれぞれ各軸負荷変化率上限値とし
   て出力する軸数分の各軸負荷変化率上限用切替要
   素と、 前記各軸停止時負荷変化率設定値、前記各軸起
   動時負荷変化率設定値、および前記各軸最大負荷
   変化率の符号を反転した値を入力とし、その軸が
   停止操作中の場合は前記各軸停止時負荷変化率設
   定値を、その軸が起動中の場合は前記各軸起動時
   負荷変化率設定値を、またその軸が運転継続中の
   場合は前記各軸最大負荷変化率の符号を反転した
   値または０をそれぞれ各軸負荷変化率下限値とし
   て出力する軸数分の各軸負荷変化率下限用切替要
   素と、 前記各軸負荷変化率上限値の全軸分を入力と
   し、この全軸分の合計を規格化して負荷変化率上
   限値として出力する負荷変化率上限設定要素と、 前記各軸負荷変化率下限値の全軸分を入力と
   し、この全軸分の合計を規格化して負荷変化率下
   限値として出力する負荷変化率下限設定要素とを
   そなえ、 前記負荷変化率上限値および前記負荷変化率下
   限値を前記負荷変化率制限要素に入力するように
   したことを特徴とする複合サイクルプラントシス
   テムの負荷制御装置。