JPH0379601B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、火力発電等の発電プラントにおける
流体流量調節装置の制御装置に係り、特に送風機
や給水ポンプ等の大形補機の制御に好意な制御装
置に関するものである。

〔発明の背景〕

まず、第１図に火力発電プラントの全体の概要
を示す。第１図において、１はボイラー自動制御
装置（以下、ABC装置という。）を示している。
このABC装置１は、火力発電プラントの制御の
中枢的機能を担うもので、発電機負荷要求、即ち
給電指令R_qに即応してボイラー２の入力量であ
る燃料F_l、給水Ｗ、空気A_r等を制御して負荷の変
動間にかかわらず、タービン３の入口蒸気の圧
力、温度を規定値に維持するものである。すなわ
ちABC装置１は発電プラントを総括的に制御す
るマスター制御装置４と、マスター制御装置４か
らの制御信号により流体である燃焼空気A_rの流
量を調節する調節部である押込通風フアン５の入
口ダンパー２３を制御する燃焼制御装置６と、燃
料F_lの流量を調節する燃料制御弁７を制御する蒸
気温度制御装置８と、給水制御弁９を制御する給
水制御装置１０と、蒸気加減弁１２を制御する出
力制御装置１３とを備えている。なお、１４は発
電機、１５は復水機、１６は給水ポンプ、１７は
ガス再循環フアンを示している。

一方、今日における電力供給システムは第２図
に示すように原子力発電、水力発電、火力発電の
３種類の発電プラントを総合的に使い分けて電力
需要に応じるようになつている。第２図は日間負
荷変化の状態を示すものであり、出力制御の難し
い原子力発電プラントをベースロード領域に用
い、日間負荷変化については火力発電により調整
することとしていることがわかる。なお、ベース
ロードとは日間負荷変化量に対して最低限の電力
供給を確保する量を意味する。第３図は日本全体
の供給電力量の推移を年度別に示したものであ
り、この第３図からもわかるように最近の火力発
電プラントの運用はベースロードから中間負荷帯
での運用に移行していることがわかる。ここに、
中間負荷体とは定格運転の1/4〜3/4の負荷帯をい
う。

このような運用にあたり、第１図に示すABC
装置１により出力制御を行なうわけであるが、問
題となるのは給水ポンプ１６の送風機（例えば、
押込通風フアン５）の制御である。すなわち、燃
焼空気A_rは流体調節部としての押込通風フアン
５とその上流側に設けられたダンパー２３によつ
て制御されるのであるが、その従来での制御は押
込通風フアン５の駆動電動機を低速で運転しダン
パー２３の開度調節により行なうものであつた。
また、ボイラー給水Ｗの流量調節についても同様
であり、給水ポンプ１６の駆動電動機を低速で運
転し、給水流量調節弁９の開度を調節して行なう
方式が一般的であつた。かかる方式は全て流体流
量を絞りにより制御するものであり、例えば第４
図に示すような日間負荷変化に対応して供給電力
量を制御する場合には第５図斜線に示す部分に対
応するダンパー２３や給水流量調節弁９による損
失L_sが生ずることとなる。第５図からわかるよう
に、特に低負荷での損失が多く現在の中間負荷運
用においては効率が悪くしかもダンパー２３や給
水流量調節弁９に加わる負担が大きいという欠点
があつた。

ここで、押込通風フアン５の制御系を例にとつ
てさらに詳しく説明する。第６図は火力発電プラ
ントの煙風道系統を示すものである。押込通風機
をもつボイラーは機密構造となつており、火炉１
８の炉壁からの外気漏入が皆無となるため燃焼に
必要な空気量は全て燃焼空気A_rの量で決まる。
第６図において、燃焼空気A_rが火炉１８におい
て燃焼されその生成ガスとして煙道１９を通り外
部へ流出するためには押込通風路２０や煙道１９
における各部の空気抵抗に打勝つ程度の圧力を持
たせなければならない。そのために燃焼空気A_r
は押込通風フアン５により昇圧された後、燃焼に
最適な温度となるよう空気予熱機２１にて昇温さ
れ、燃焼バーナ装置（図示せず）に供給された
後、誘引フアン２２により煙道１９を介して外部
に放出される。なお、２４は誘引フアン２２の入
口ベーンを示している。以上の煙風道系統の各所
における圧力は第７図に示すような値に維持され
る。すなわち第７図のような圧力値に保つために
押込通風フアン５の入口ダンパー２３や誘引フア
ン２２の入口バーン２４が制御されるのである。
先に述べたように、このような制御をする場合に
おいて従来では押込通風フアン５や誘引フアン２
２の駆動電動機を一定の速度で運転し、ダンパー
２３やベーン２４の開度を調節することにより燃
焼空気A_rの流量を制御するものであつた。

〔発明の目的〕

本発明は、押込通風フアンや給水ポンプ等の流
量操作部とダンパーや流量調節弁等の流量調節手
段とを協調制御することにより最適制御が可能な
制御装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明による制御
装置は、発電プラントの負荷が所定値以下のとき
流量調節手段の開度を一定に開放した状態で流量
操作部を制御し、一方、負荷が所定値を越えたと
き流量操作部を固定した状態で運転するとともに
流量調節手段を制御することにより流体の流量を
制御するようにした点に特徴を有する。

すなわち、流量操作部としてのフアンやポンプ
の駆動電動機を回転数制御すると共にダンバーや
ベーンの開度調節を併用して協調制御することに
より省エネルギー化を図るものである。比較的負
荷変動の少ない所定の負荷の値以下の状態におい
てプロセスへの応答性が遅い回転数制御を用い負
荷の変動が著しい所定の負荷の値の領域では応答
性が良好なダンパーやベーンの開度調節を行なう
ものである。

〔発明の実施例〕 次に、本発明による流体流量調節装置の制御装
置の実施例を図面に基づいて説明する。

第８図に本発明による制御装置の概要構成を示
す。なお、第１図に示した部分と同一の部分につ
いては同一の符号を付し、その詳細な説明は省略
する。

第８図において、押込通風フアン５はクラツチ
２５を介して接続された駆動用誘導電動機（以
下、電動機という）２６によつて駆動されるので
あるが、この電動機２６は電源母線２７からサー
キツトブレーカ２８を介して電力供給を受ける。
サーキツトブレーカ２８と電動機２６との間に本
発明による制御装置が挿入されている。制御装置
は可変周波インバータ２９により電動機２６を回
転制御する回転制御系３０と、電源母線２７から
の電力を直接電動機２６へ伝える絞り制御系３１
との２つの制御系に大別される。この回転制御系
３０と絞り制御系３１の切換えはスイツチ３２と
３３の切換えによつて行なわれる。これらの切換
スイツチ３２及び３３はABC装置１からの指令
信号によつて負荷の状態に応じて切換えられる。
すなわち負荷の値が全負荷の3/4以下の場合には
スイツチ３２が投入されスイツチ３２は開いたま
まであり、従つて回転制御系３０が動作して電動
機２６は可変周波制御されることになる。一方、
負荷が3/4を越える値になつたときABC装置１か
らの指令によりスイツチ３２が開かれ、これに変
えてスイツチ３３が投入される。その結果電源母
線２７からの電力が直接電動機２６に供給される
こととなり、電動機２６は一定の速度で回転され
る。

一方、回転制御系３０のスイツチ３２が投入さ
れた場合、ABC装置１からの指令によりダンパ
ー２３の全開の状態で固定される。スイツチ３３
が投入された場合にはABC装置１からの命令に
よりダンパー２３の開度が負荷の変化に応じて制
御されることとなる。なお、３４は変圧器を示し
ている。

次に、本発明の制御を行なうためのABC装置
１の詳細を第９図に示す。第９図において、い
ま、負荷は3/4負荷以下の状態であるとする。こ
のとき、モニタ・リレー３５は3/4負荷以下で
ONとなり、論理信号Ｈを出力する。一方、他の
モニタ・リレー３６はダンパー２３の開度が所定
値以上の場合に同じく論理信号Ｈを出力する。こ
れらの論理信号ＨはAND回路３７により論理積
がとられ切換スイツチ３２及び３３に与えられ
る。AND回路３７の出力がＨである場合切換ス
イツチ３２が閉じ３３は開いている。従つて3/4
負荷以下では可変周波インバータ２９を中心とす
る回転制御系３０によつて電動機２６が速度制御
されることとなる。

さて、3/4負荷以下の要求空気流量信号V_AD1が
入力されると、この信号は第１関数発生器３８に
入力される。第１関数発生器３８の特性は第１０
図ａに示すとおりであり、要求空気流量信号
V_AD1の大きさに応じて所定の回転数信号V_oを出
力する。その特性は第１０図ａからもわかるよう
に、1/4負荷すなわち要求空気流量信号V_AD1が25
％の値までは最低空気流量を一定にしそれ以上は
３／４負荷まで所定の昇速率で上昇し、3/4負荷以上
では再び一定の速度となるような回転数信号V_o
を発生するものである。このようにして発生した
回転数信号V_oは加算要素３９の一方の入力に加
えられる。

加算要素３９の他方の入力には第２関数発生器
４０から与えられる回転数増減バイアス信号V_b
が加えられて補正される。すなわち、現在は可変
周波インバータ２９による回転数制御モードであ
るが、このような3/4負荷以下の場合においても
突発的な負荷の変動はあり得る。そこで実空気流
量を検出して突発的な変動分に対する補正はダン
パー２３により行なうものである。そのために、
実空気流量信号V_AD2を加算要素４１に入力し、
かつ、要求空気流量信号V_AD1を加算要素４１に
入力しその偏差値をPI（比例、積分）調節計４２
に入力しPI調節計４２から出力される開度調節
信号V₀を第２関数発生器４０に入力しその開度
調節信号V₀に基づく所定の回転数増減バイアス
信号V_bを加算要素３９に加えるものである。第
２関数発生器４０の特性を第１０図ｂに示す。つ
まり、実空気流量信号V_AD2に基づく第２関数発
生器４０の機能はダンパー２３の調節動作に余裕
をもたせるためのものである。第１０図ｂに示す
ように第２関数発生器４０の特性はダンパー開度
が80％以上及び20％以下になり開度調節余裕がな
くなると電動機２６の回転数を増加させあるいは
減少させ、常にダンパー開度にある程度の余裕を
もたせておくようになつている。なお、４３は回
転制御モードにおいてPI調節計４２に適当な制
御ゲイン切換スイツチ４４を介して出力するもの
である。この第３関数発生器４３の特性は第１０
図ｇに示すとおりである。一方、４５は後述する
絞り制御モードにおいてPI調節計４２に適当な
制御ゲインをスイツチ４４を介して出力するもの
である。第４関数発生器４４の特性は第１０図ｆ
に示してある。

以上のようにして加算要素３９において補正さ
れた回転数信号V′_oは可変周波インバータ２９に
与えられる。従つて可変周波インバータ２９はダ
ンパー２３に所定の余裕開度を持たせつつ要求空
気流量信号V_AD1に従つた回転数で電動機２６の
回転数を制御することとなる。その結果、第５図
に示すように、押込通風フアン５は要求空気流量
信号V_AD1に従つた流量の燃焼空気を押込通風路
２０を介して火炉１８に供給する。

次に、以上は1/4〜3/4負荷体において可変周波
インバータ２９により電動機２６の回転数制御を
行なうものであつたが、3/4負荷を越えた場合の
制御動作について以下に説明する。先にも述べた
ように、3/4以上の負荷体の場合は発生頻度が比
較的少なく、その場合に損失ならびにダンパーへ
の負担を軽減させるためダンパー２３による絞り
制御を行なうものである。

ここで第１１図に押込通風フアン５の特性を示
す。第１１図において、曲線Ａはシステムロス
（通風系における空気抵抗による損失）を表わし、
曲線Ｂ〜Ｇはダンパー２３の開度が80％時におけ
る押込通風フアン５の各回転数に対する空気流量
（Ｑ）−吐出圧力(h)曲線を示す。そして、Ｂは定格
周波数（商用電源）、Ｃは90％、Ｄは80％、Ｅは
70％、Ｆは60％、Ｇは50％の周波数のときのもの
である。また、B₁は定格周波数時にあけるダン
パー開度が70％のとき、Ｂには同じく60％、B₃
は同じく50％のときのＱ−ｈ曲線である。

いま、可変周波インバータ２９が80％周波数の
回転であり、仮にダンパー開度が80％であつたと
し、かつ第１１図の曲線ＤとＡとの交点ｂにおい
て押込通風フアン５がバランスしているものとす
ると、可変周波インバータ２９から絞り制御系に
切り換つたとき押込通風フアン５は電源母線２７
から与えられる所要電圧による最高速度まで昇速
し、ａ点まで空気流量が移動することとなるた
め、回転数制御から絞り制御への切換時のｂ点へ
ダンパー開度を絞り込んで押え込む必要がある。
そこで、可変周波インバータ２９の出力電圧を
ｆ／Ｖ変換器４６により周波数信号に変換して第
５関数発生器４７に入力する。第５関数発生器４
７の特性は、第１０図ｃに示すとおりであり、回
転制御から絞り制御への切換時における回転数が
高いほど絞り込み開度を少なくし、1/4負荷以下
では最低空気流量時まで絞り込む特性となつてい
る。一方、ダンパー２３を絞り込むにあたつては
急激に行なうことはできない。従つて電動機２６
の昇速率に見合つた時間でダンパー２３を徐徐に
絞り込まなければならない。そのために、ｆ／Ｖ
変換器４６の出力信号は第６関数発生器４８に入
力され、昇速率に見合つた時間の信号ｔを変化率
設定器４９に入力する。第６関数発生器４８の特
性は第１０図ｄに示すとおりであり、可変周波イ
ンバータ２９から絞り制御に切換えるときの定格
時までの昇速時間ｔに見合つた昇速率を与えるも
のである。第１０図ｄにおいてＮ秒は回転数０％
から100％までの昇速時間を示している。このよ
うにして、第５関数発生器４７から出力される絞
り込み開度信号と第６関数発生器４８から出力さ
れる昇速時間ｔを基にして変化率設定器４９は絞
り込み信号Vcを作り、加算要素５０の一端子に
入力する。

加算要素５０の＋側端子には、PI調節計４２
からの開度調節信号V₀が与えられており、従つ
てこの開度調節信号V₀は絞り込み信号Vcにより
補正され、開度調節信号V′₀として駆動装置５１
に供給される。その結果駆動装置５１は要求空気
流量信号V_AD1と実空気流量信号V_AD2との偏差に
基づくPI調節計４２からの開度調節信号V₀をメ
インにして所定の絞り込み変化率でダンパー２３
が開度調節されることとなる。

以上の説明は負荷が低負荷から高負荷、すなわ
ち3/4以下の負荷から3/4を超える負荷に変動した
場合の動作であるが、逆に3/4負荷を超える負荷
帯においてダンパー２３の開度調節すなわち絞り
制御をしていた場合に負荷が減少し、3/4負荷以
下になつた場合について説明する。この場合に
は、負荷が3/4以下になることにより回転数信号
V′_oが小さくなるのでモニタ・リレー３５がON
となり、論理信号Ｈを出力する。その結果切換ス
イツチ３３が開かれ、これにかえて切換スイツチ
３２が閉じる。その結果制御モードは回転数制御
モードにかわり再び可変周波インバータ２９によ
り電動機２６が制御されることとなる。このとき
ダンパー２３の開度を所定の値に調整しなければ
ならないが、そのためにｆ／Ｖ変換器４６から第
７関数発生器５２に信号が与えられ回転数に見合
つたダンパー操作レート（変化率）が第７関数発
生器５２からスイツチ５３を介して変化率設定器
４９に与えられる。その結果ダンパー２３の駆動
装置５１は変化率設定器４９からの絞り込み信号
Vcに従つて開度調整を行なう。第７関数発生器
５２の特性は、第１０図ｅに示すとおりであり、
第６関数発生器４８（第１０図ｄ）と同様な特性
ではあるが昇速時間と減速時間が異なつている。
第１０図ｅにおいてＭ秒は回転数100％から０％
までの減速時間を示している。

なお、５４はダンパー２３の絞り込みを全く行
なわない場合（すなわち、０％）に用いる設定
器、５５は第５関数発生器からの絞り込み制御信
号か設定器５３からの信号のいずれかを選択する
ためのスイツチである。

以上を要約して本発明の作用を説明すると次の
とおりである。第１２図ａに示すような負荷パタ
ーンに対し、従来では電動機２６を常に一定の速
度で回転させているため負荷に見合つた空気量の
調節は第１２図ｃの点線で示すように操作するも
のであつた。しかし、本発明においては第１２図
ｂに示すように負荷パターンに見合つた回転数
（すなわち中間負荷運用にて運用範囲が多い3/4負
荷まで）変化させて電動機２６の回転数制御を行
ない、それ以上の負荷帯、すなわち頻度の低い3/
４を超える負荷帯比においては原動機２６を定格
回転数で運転しダンパー２３により負荷に合せて
空気量を調節するものである。従つて、本発明に
よる制御の場合にはダンパー２３による損失は第
１２図ｃのダンパー開度曲線上に斜線で示した部
分のみであり、第５図に示した従来の場合と比較
して損失を著しく低減させることができる。また
低負荷時においても同様に損失を小さく保つこと
ができる。

なお、以上の実施例においては、押込通風フア
ン５による燃焼空気の供給系における制御につい
て述べたが、第１図に示すような給水ポンプ１６
と給水流量調節弁９による給水Ｗの負荷追従制御
においても適用できることは言うまでもない。給
水ポンプ１６及び給水流量調節弁９に適用する場
合には押込通風フアン５にかえて給水ポンプを適
用しダンパー１７にかえて給水流量調節弁９を適
用し、その他給水系に合せた設計をすればよい。

〔発明の効果〕

以上述べた如く、本発明によれば、発電プラン
トの負荷が所定値以上のとき流量調節手段の開度
を一定に開放した状態で流量操作部を制御し、一
方、負荷が所定値を越えたとき流量操作部を固定
した状態で運転するとともに流量調節手段を制御
して協調制御により流体流量を制御する構成とし
たので、負荷の変化に応じて最適制御が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な火力発電プラントの全体の概
要を示すブロツク図、第２図は電力需要に対する
発電プラントの受持ち分担状態を示す説明図、第
３図は供給電力量の年度別推移を示す説明図、第
４図は日間負荷変化状態を示す説明図、第５図は
押込通風フアンの入口ダンパーの損失を示す説明
図、第６図は火力発電プラントの煙風道系統のブ
ロツク図、第７図は煙風道系統中の各所における
圧力値を示す説明図、第８図は本発明による制御
装置の概要を示す回路図、第９図は本発明に係る
ABC装置の構成を示すブロツク図、第１０図は
各関数発生器の特性を示す特性図、第１１図は押
込通風フアンの流量（Ｑ）−吐出圧力(H)曲線を示
す特性図、第１２図は本発明の制御による効果を
説明するための説明図である。 １……ABC装置、２……ボイラ、５……押込
通風フアン、９……給水流量調節弁、１６……給
水ポンプ、２３……入口ダンパー、２６……電動
機、３２，３３……切換スイツチ、A_r……燃焼
空気、V_AD1……要求空気流量。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 発電プラントに設けられた、回転数調節によ
   る流量操作部と弁開度調節による流量調節手段と
   を備えた流体流量調節装置の制御装置において、
   前記発電プラントの負荷が所定値領域にあると
   き、前記流量調節手段の弁開度を一定値に調節し
   た状態で流量操作部の回転数を制御し、かつ前記
   負荷にもとずく要求流量と実流量の偏差に応じて
   前記流量調節手段の弁開度を前記一定開度近傍に
   おいて制御し、負荷が所定値領域以外にあると
   き、前記流量操作部を固定した状態で前記流量調
   節手段を制御することにより、流量制御を行なう
   ことを特徴とする制御装置。 ２ 前記所定領域はほぼ3/4負荷からほぼ1/4負荷
   の範囲である特許請求の範囲第１項に記載の制御
   装置。 ３ 前記流量調節手段の一定開度はほぼ80％であ
   る特許請求の範囲第１項に記載の制御装置。