JPH04246209A - 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】

【０００１】［発明の目的］

【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービンとスチー
ムタービンで構成される多軸形のコンバインドサイクル
プラントの負荷制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、発電プラントの高効率化運転の要
求が大きくなっていく傾向にある。このためガスタービ
ンとスチームタービンで構成されるコンバインドサイク
ルプラントの運用が提唱され、既に実運用化されている
。ここで、図７を参照してコンバインドサイクルプラン
トの概念を説明する。この例ではガスタービン２台とス
チームタービン１台で構成される多軸形のコンバインド
サイクルプラントを示す。図示するように、２台のガス
タービン１Ａ，１Ｂで発生する各々の燃焼排ガス２Ａ，
２Ｂは、対応する熱回収蒸気発生器３Ａ，３Ｂに送られ
る。この熱回収蒸気発生器３Ａ，３Ｂでは、蒸気４を発
生させてスチームタービン５に送り込む。発電機６Ａ，
６Ｂは、対応するガスタービン１Ａ，１Ｂにより発電を
する。さらに、発電機６Ｃはスチームタービン５により
発電をする。ところで、この多軸形のコンバインドサイ
クルプラントの総合負荷制御とは、発電機６Ａ，６Ｂ，
６Ｃの出力の和を制御することをいう。また、コンバイ
ンドサイクルプラントの取り得る運転モードとしては、
シンプルサイクルモード、シングルコンバインドサイク
ルモードおよびブロックコンバインドサイクルモードが
ある。この内で、シンプルサイクルモードは、ガスター
ビンの燃焼排ガスを熱回収蒸気発生器に送らないで大気
中に放出するモードである。シングルサイクルモードは
、一方のガスタービンの燃焼排ガスを熱回収蒸気発生器
に送り、他方のガスタービンの燃焼排ガスを大気放出す
るモードである。ブロックコンバインドサイクルモード
は、２台のガスタービンの燃焼排ガスを熱回収蒸気発生
器に送り出すモードである。

【０００３】図８に、上記した多軸形のコンバインドサ
イクルプラントに備える従来の負荷制御装置の一例を示
す。図において、総合負荷基準値ａは図示しない総合負
荷基準値設定手段により設定される。この総合負荷基準
値ａは、変化率制限器７で所定の変化率に制限され、そ
の変化率制限器７の出力信号が上下限制限器８を介して
負荷補償制御部９に出力される。一方、図示しない手段
によって総合出力値が検出され、この値を総合出力帰還
値ｂとしてネガティブフィードバック値が負荷補償制御
部９に出力される。負荷補償制御部９では、総合負荷基
準値ａと総合出力帰還値ｂとの偏差の拡大を抑制して制
御するようにコンバインドサイクルモード総合負荷指令
値ｃを演算処理する。このコンバインドサイクルモード
総合負荷指令値ｃは、負荷指令分配演算器１０の演算処
理によりガスタービン１とガスタービン２への負荷指令
値に分配され、分配された負荷指令値ｃ１，ｃ２が対応
する常時閉接点１１Ａ，１１Ｂに出力される。この常時
閉接点１１Ａ，１１Ｂは、プラントの運転モードに応じ
て動作する常時閉接点である。例えば、常時閉接点１１
Ａ，１１Ｂは、ガスタービンがブロックコンパインドサ
イクルモードであるならば、両接点共に閉状態とする。 上記により分配された負荷指令値ｃ１，ｃ２は、各々常
時閉接点１１Ａ，１１Ｂを介して、変化率制限器１２Ａ
，１２Ｂおよび上下限制限器１３Ａ，１３Ｂにて所定値
に制限され、その信号が加減算器１４Ａ，１４Ｂに出力
される。一方、負荷特性補償制御部１５Ａ，１５Ｂでは
、図示しない手段により各々検出されたガスタービン出
力値ｄ１，ｄ２とスチームタ−ビン出力値ｅを入力し、
さらに、各種運転特性の経験値データに基づいて負荷特
性補償値を演算処理し、この負荷特性補償値は加減算器
１４Ａ，１４Ｂへ出力される。次に、加減算器１４Ａ，
１４Ｂからの出力値は偏差信号変換器１６Ａ，１６Ｂに
出力される。偏差信号変換器１６Ａ，１６Ｂでは、ター
ビン制御装置１７Ａ，１７Ｂへ入力できる出力信号に変
換する。このようにして、タービン制御装置１７Ａ，１
７Ｂの各々がガスタービン１制御量ｆ１およびガスター
ビン２制御量ｆ２を対応するガスタービン側に出力して
総合負荷を制御する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た多軸形のコンバインドサイクルプラントでは、次の理
由により総合負荷制御特性が極めて悪いという問題があ
る。即ち、第一に、スチームタービンの出力がガスター
ビンの燃焼排ガスの有する温度や圧力等の物理量に依存
する面が大きいことが挙げられる。また、第二に、スチ
ームタービンとガスタービンの有する運転特性、特に、
制御系の時定数の値に大きな相違があるためである。こ
れを解決するために負荷特性補償制御部１５Ａ，１５Ｂ
においては、スチームタービンとガスタービンを組み合
わせた状態で運転特性の経験値を含むデータに基づいて
制御を行っている。ところが、このような制御でも前記
第一の理由としたガスタービンに依存度の大きいスチー
ムタービン特有の問題は残されているため、やはり制御
特性が総合負荷制御特性に与える影響を減少させること
はできない。

【０００５】そこで、本発明は、コンバインドサイクル
プラントの総合負荷制御において優れた総合負荷制御特
性を得ることができる負荷制御装置を提供することを目
的とする。

【０００６】［発明の構成］

【課題を解決するための手段】本発明は、多軸形のコン
バインドサイクルプラントの負荷制御装置において、コ
ンバインドサイクルプラントの総合負荷基準値を設定す
るための総合負荷基準値設定手段と、スチームタービン
の出力値を検出するためのスチームタービン出力値検出
手段と、総合負荷基準値からスチームタービン出力値を
減算する減算手段と、この減算手段の出力値に基づいて
ガスタービンの負荷制御をするガスタービン負荷制御手
段とを設けている。

【０００７】

【作用】上記構成により、総合負荷基準値からスチーム
タービンの出力値を減算した値に基づいてガスタービン
が制御される。つまり、制御系において常にスチームタ
ービンの出力値を外乱と同様にみなしてガスタービンを
制御することができる。この結果、ガスタービンに依存
度の大きいスチームタービンの特性やスチームタービン
の特有の制御特性が総合負荷特性に与える影響を減少さ
せることができる。従って、コンバインドサイクルプラ
ント全体の制御特性が向上する。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【０００９】図１は、本発明の第１実施例を示すコンバ
インドサイクルプラントの負荷制御装置のブロック構成
図であり、図８と同一符号は同一または相当部分を示す
。図８と異なる概略点は、負荷特性補償制御部１５Ａ，
１５Ｂを削除する一方、加減算器１８において上下限制
限器８からの総合負荷基準値ａからスチームタービン出
力値ｅを減算し、この減算値に基づいてコンバインドサ
イクルモード総合負荷指令値ｃを求めるようにした点で
ある。加減算器１９は、２台のガスタービン出力値ｄ１
，ｄ２を加算する。加減算器２０は、加減算器１８の出
力値から上記加減算器１９の出力値を減算する。加減算
器２１は、２台のガスタービン出力値ｄ１，ｄ２を加算
する。加減算器２２は、加減算器１８の出力値から加減
算器２１の出力値を減算して、この演算値を負荷補償制
御部９へ出力する。加減算器２３は加減算器２０の出力
値と負荷補償制御部９の出力値を加算する。常時閉接点
２４Ａ，２４Ｂは、対応するガスタ−ビ−ンがコンバイ
ンドサイクルで運転されているとき開状態となる接点で
２台のガスタービンの運転モードにより各々の出力値ｄ
１，ｄ２を加減算器１９へ出力する。

【００１０】上記構成で、総合負荷基準値ａは変化率制
限器７および上下限制限器８で制限されて加減算器１８
に出力される。加減算器１８では、上記総合負荷基準値
ａからスチームタービンの出力値ｅが減算される。また
、２台のガスタービン出力値ｄ１，ｄ２は、常時閉接点
２４Ａ，２４Ｂを介して加減算器１９に出力される。 ここで、常時閉接点２４Ａ，２４Ｂは、対応するガスタ
ービンがブロックコンバインドサイクルモードの場合、
閉状態とする。加減算器２０では、加減算器１８の出力
値から加減算器１９の出力値が減算され、運転モードに
応じた出力信号が加減算器２３に出力される。一方、２
台のガスタービン出力値ｄ１，ｄ２は加減算器２１で加
算され、加減算器２２に出力される。加減算器２２では
、加減算器１８の出力値から上記加減算器２１の出力値
を減算して、この減算値を負荷補償制御部９に出力する
。負荷補償制御部９では、負荷補償のための演算処理を
行いこれを加減算器２３へ出力する。加減算器２３では
、この負荷補償制御部９の出力値と加減算器２０の出力
値とが加算され、この加算値はコンバインドサイクルモ
ード総合負荷指令値ｃとして負荷指令分配演算器１０に
出力される。負荷指令分配演算器１０では、負荷指令分
配の演算処理がされ、その各々の分枝された演算処理信
号は常時閉接点１１Ａ，１１Ｂを経て、変化率制限器１
２Ａ，１２Ｂおよび上下限制限器１３Ａ，１３Ｂで制限
されて対応する加減算器１４Ａ，１４Ｂに出力される。 加減算器１４Ａ，１４Ｂでは、対応するガスタービン出
力値ｄ１，ｄ２が減算され、この加減算器１４Ａ，１４
Ｂの出力値は偏差信号変換器１６Ａ，１６Ｂでタービン
制御装置１７Ａ，１７Ｂを制御するための偏差信号に変
換される。このようにして、タービン制御装置１７Ａ，
１７Ｂは、上記偏差信号に基づいてガスタービン１の制
御量あるいはガスタービン２の制御量をガスタ−ビン側
に出力して総合負荷制御をする。

【００１１】以上のようにスチームタービンの出力値ｅ
を制御系の外乱とみなして処理し、新たな総合負荷基準
値が演算される。さらに、この基準値に基づいてコンバ
インドサイクルプラント全体の運転状態を考慮したコン
バインドサイクルモード総合負荷指令値ｃを出力する。 従って、コンバインドサイクルモード総合負荷指令値ｃ
は、図２のチャートに示すようにコンバインドサイクル
プラントの運転状態の変化に対してリアルタイムに変化
する。ただし、この変化幅は、上下限制限器８，１３Ａ
，１３Ｂの制限範囲により定まる。即ち、図示する如く
、モード１のブロックコンバインドサイクルでは、総合
負荷指令値ｃ、スチームタービン出力値ｅ、総合負荷基
準値ａとなり、モード２のコンバインドサイクルで、１
台のガスタービンがフリーのときは、総合負荷指令値ｃ
、スチームタービン出力値ｅ、総合負荷基準値ａとなる
。一方、モード３のコンバインドサイクルで、かつ２台
のガスタービンが共にフリーまたはモード４のシンプル
サイクルのときは総合負荷基準値ａおよび総合負荷指令
値ｃは零となる。

【００１２】このように運転状態に対応し、かつ、スチ
ームタービン出力値ｅを考慮した総合負荷指令値ｃに基
づいてガスタービンを制御するため総合負荷出力曲線は
図３に示す従来例から図４に示す本実施例の如く、制御
特性が大幅に改善される。これらの図で、ａは総合負荷
基準値を示し、また、ｇはアンチリセットワインドアッ
プ機能付の従来の負荷制御装置による総合負荷出力曲線
を示し、ｇ１の鎖線部分はアンチリセットワインドアッ
プ機能のない従来の負荷制御装置による総合負荷出力曲
線を示す。また、ｈは、本実施例の負荷制御装置による
総合負荷出力曲線を示す。このように、本実施例よれば
、従来の総合負荷出力曲線のように大きなオーバ−シュ
ートやアンダーシュートが生じることがなく滑らかに整
定する。これは、従来の負荷制御装置の負荷指令値はス
チームタービンの不確定・鈍反応要素、主に、遅れ要素
と無駄時間を内包し、このためにスチームタービン出力
値が制御系に影響を与えるような状態後の積分要素の動
作により潜在的にオーバシュートやアンダーシュートを
生じるためである。ところが、本実施例による負荷制御
装置によれば、負荷指令値にはスチームタービン出力値
が引き起こす前記のような不確定・鈍反応の要素は存在
しない。従って、総合負荷出力としてはガスタービンが
有する出力特性とスチームタービンが有する出力特性の
滑らかな線形結合として考えることができるためである
。

【００１３】以上のように総合負荷制御においてスチー
ムタービン出力を常に制御系に対する外乱として処理す
れば、制御系に対する不確定・鈍反応要素を取り除くこ
とになり制御装置の簡素化、制御特性の向上が図れる。 また、不確定・鈍反応要素の除去により制御系全体の運
転状態に容易に適合するコンバインドサイクルモード総
合負荷基準指令値を得ることができる。また、コンバイ
ンドサイクルプラントにおいては常にガスタービン側の
出力が大きく、制御反応速度が大きいのに対してスチー
ムタービン側の出力は小さく、制御反応速度も小さいか
ら上記のような処理をしても制御不能になることはない
。

【００１４】ところで、第１実施例の構成に限ることな
く、例えば、図５に示す第２実施例でも第１実施例と同
様に実施できる。この第２実施例では、加減算器２５で
上下限制限器８の出力値からスチームタービン出力値ｅ
およびガスタービン出力値ｄ１，ｄ２を減算して、この
減算値を負荷補償制御部９に出力するようにしている。 また、加減算器２６では、負荷補償制御部９の出力値と
加減算器１８の出力値が加算され、さらに、この加算値
から加減算器２７で加算されたガスタービン出力値ｄ１
，ｄ２が減算されるようにしている。このような構成で
も第１実施例と同様の効果が得られ実施できる。さらに
、図６に示す第３実施例の構成でも第１実施例と同様に
実施できる。第３実施例では、３個の加減算器１８，２
８，２９において上下限制限器８の出力値からスチーム
タービン出力値ｅおよびガスタービン出力値ｄ１，ｄ２
の加算値（ｄ１＋ｄ２）を減算し、この減算値を負荷制
御部９に入力するようにしている。こうして、負荷制御
部９の演算処理結果をコンバインドサイクルモード総合
負荷指令値ｃとしている。このような構成でも第１実施
例と同様に実施できる。また、以上の実施例では２台の
ガスタ−ビンの場合について説明したがガスタ−ビンは
少なくとも１台以上あれば実施できる。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ス
チームタービンの出力値を外乱としてみなして制御する
ことから制御系の不確定・鈍反応要素を除去することが
できる。従って、総合負荷制御の制御特性の向上が簡易
に実現できる負荷制御装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すコンバイントサイク
ルプラントの負荷制御装置のブロック構成図である。

【図２】同装置の総合負荷指令値を示す説明図である。

【図３】従来の同装置の制御特性を示す説明図である。

【図４】本発明の第１実施例を示す同装置の制御特性を
示す説明図である。

【図５】本発明の第２実施例を示す同装置のブロック構
成図である。

【図６】本発明の第３実施例を示す同装置のブロック構
成図である。

【図７】コンバインドサイクルプラントの概念を示す説
明図である。

【図８】従来例を示すコンバイントサイクルプラントの
負荷制御装置のブロック構成図である。

【符号の説明】

７　　　　変化率制限器 ８　　　　上下限制限器 ９　　　　負荷補償制御部 １０　　　　負荷指令分配演算器 １１Ａ　　　　常時閉接点 １１Ｂ　　　　常時閉接点 １２Ａ　　　　変化率制限器 １３Ａ　　　　上下限制限器 １５　　　　負荷特性補償制御部 １６　　　　偏差信号変換器 １７　　　　タービン制御装置 １８　　　　加減算器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ガスタービンとスチームタービンによ
   り構成される多軸形のコンバインドサイクルプラントの
   負荷制御装置において、前記コンバインドサイクルプラ
   ントの総合負荷基準値を設定するための総合負荷基準値
   設定手段と、前記スチームタービンの出力値を検出する
   ためのスチームタービン出力値検出手段と、前記総合負
   荷基準値設定手段により設定された総合負荷基準値から
   前記スチームタービン出力値検出手段の出力値を減算す
   る減算手段と、この減算手段の出力値に基づいてガスタ
   ービンの負荷制御をするガスタービン負荷制御手段とを
   備えたことを特徴とする多軸形のコンバインドサイクル
   プラントの負荷制御装置。