JPH0524401B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明はドラムボイラ火力発電プラントにおけ
るドラムボイラの給水制御装置に係り、特にプラ
ント起動時にドラム水位を安定に維持し得るよう
にしたドラムボイラ給水制御装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 一般に、ドラムボイラ火力発電プラントにおけ
るドラムボイラの給水制御は、ドラム水位を安定
に制御することによつて、水位低下による火炉内
の蒸発管の空だきを防止し、また水位上昇による
タービンへの水侵入を防止するという非常に重要
な役割を果たしている。

第３図は、代表的なドラムボイラ火力発電プラ
ントの構成例を示したものである。図において、
ドラム１で発生した蒸気は加熱器２で温度上昇し
て、高圧タービン３に供給され、この高圧タービ
ン３で膨張冷却した後に再熱器４で再び温度上昇
し、低圧タービン５に供給されて復水器１３で冷
却され水になる。また、ドラム１への給水は復水
器１３から復水ポンプ６で脱気器７に供給され、
脱気された後に給水ポンプ８で給水調節弁１１を
介してドラム１に送られる。一方、ドラム１から
火炉内の蒸発管９へ水が循環し、バーナ１０の燃
焼により加熱されて発生した蒸気はドラム１へ戻
る。なお、加熱器２から高圧タービン３へ到る主
蒸気管には、プラント起動／停止時のドレンを排
出するドレン弁１２が備えられている。

さて、この種のプラントにおける従来のドラム
ボイラの給水制御装置は、ドラム水位をドラム水
位検出器１５により検出し、これをフイードバツ
クしてドラム水位規準値と比較して両者の偏差を
とり、この偏差に基づいてPID制御を行なう方式
が採用されており、また発電機出力40％以上の高
負荷状態では上記PID制御にさらに主蒸気流量と
給水流量とのミスマツチ偏差が先行要素として用
いられている。しかしながら、プラントの起動
時、特に初負荷確立以前の運転状態では、下記の
ような理由により上記PID制御を用いてドラム水
位を安定に維持することが不可能である。

(a) 主蒸気流量および給水流量が10％以下であ
り、通常運転中に用いるPID制御は比例、積
分、微分定数をそのまま用いると過剰制御とな
りハンチングを生ずる。

(b) ドラム蒸気圧力を大気圧から定格運転圧力ま
で上昇させる昇圧運転操作が行なわれるため、
給水ポンプ８のシステムヘツドが変動し、給水
調節弁１１の開度に対する流量がドラム蒸気圧
力の変化に対して大きく変化し、PID制御のよ
うな線形補償制御では制御することができな
い。

(c) プラントの起動時には、ボイラー、タービン
の温度ミスマツチによる熱応力による機器の損
傷を防止するために温度制御を行なうが、この
ことから燃料流量を変化させたりドレン弁１２
の開度を調節したり種々の複雑な操作が行なわ
れ、これによる蒸発管内のボンドの変化、蒸気
流量の変化がドラム水位に大きな外乱として作
用する。

［発明の目的］ 本発明は上記のような問題を解決するために成
されたもので、その目的はプラント起動時の種々
の外乱ならびにプラント特性の変化に対応してド
ラム水位を安定に制御することが可能な信頼性の
高いドラムボイラ給水制御装置を提供することに
ある。

［発明の概要］ 上記目的を達成するために本発明では、ドラム
ボイラ火力発電プラントのドラム水位をドラム水
位検出器により検出し、このドラム水位検出器か
らのドラム水位信号とドラム水位規準信号とを比
較して得られるドラム水位偏差信号に基づいて給
水調節弁の開度を調節することにより給水流量の
制御を行なうドラムボイラ給水制御装置におい
て、上記ドラム水位偏差信号およびこのドラム水
位偏差信号を微分要素を介して得られるドラム水
位偏差変化率信号を入力とし、下記の(a)〜(d)に示
す各手段により給水流量操作量信号を導出する測
度制御器と、ドラム蒸気圧力を検出するドラム蒸
気圧力検出器からのドラム蒸気圧力信号に応じ
て、給水調節弁操作量信号を補正するための圧力
補正信号を演算する第１の演算器と、この第１の
演算器により演算された圧力補正信号を用い上記
測度制御器からの給水流量操作量信号を補正演算
して給水調節弁操作量信号を導出する第２の演算
器とを備えて構成することにより、プラント起動
時の各種の外乱に対応してドラム水位を安定に制
御できるようにしたことを特徴とする。

(a) 上記ドラム水位偏差信号及ドラム水位偏差変
化率信号が、「正方向に大」「正方向に中」「正
方向に小」「零」「負方向に小」「負方向に中」
「負方向に大」という概念を測度分布関数にて
記憶する手段 (b) 上記(a)の各概念の組合わせで表現されるプラ
ントの各状態に応じて、給水流量操作量信号を
「正方向に大」「正方向に中」「正方向に小」
「零」「負方向に小」「負方向に中」「負方向に
大」にするという制御法則と給水流量操作量信
号のとるべき値の概念を測度分布にて記憶する
手段 (c) ドラム水位偏差信号およびドラム水位偏差変
化率信号が与えられると、上記(b)の各制御法則
毎に水位偏差に対応する測度および水位偏差変
化率に対応する測度を演算する手段 (d) 上記(c)で演算された測度のうち小さい方の測
度でその制御法則の給水流量操作量信号の測度
分布をカツトすると共に、新たに与えられた状
態に対応する制御法則の給水流量増大量信号の
測度分布をとり直し、これを全ての制御法則に
ついて測度分布の最大値を選択して重ね合わせ
さらに測度分布で重みづけし平均値を演算して
給水流量操作量信号を決定する手段 ［発明の実施例］ まず本発明によるドラムボイラ給水制御装置
は、プラントの起動時に熟練運転員がドラム水位
の挙動に応じて給水流量を操作するアルゴリズム
に基づいて制御器の制御法則を決定し、さらにプ
ラント状態の判定規準および操作規準の概念に測
度分布を与えることにより、滑らかな給水制御動
作を実現するようにしたものである。

以下、図面を参照して上記のような考え方に基
づいた本発明の一実施例について説明する。

第１図は、本発明によるドラムボイラ給水制御
装置の構成例を示すものである。第１図におい
て、２５は前述した第３図におけるドラム水位検
出器１５で検出されたドラム水位信号Ｌと制御目
標であるドラム水位準信号L_REFとの偏差信号ｅ＝
（Ｌ−L_REF）を演算する減算器、２２は上記ドラ
ム水位偏差信号ｅの時間変化率信号△ｅ＝de／dtを 演算する微分器である。また、２１は上記ドラム
水位偏差信号ｅおよびドラム水位変化率信号△ｅ
を入力とし、後述する論理的制御法則に基づいて
給水流量操作量信号△ｕを演算する測度制御器で
ある。

一方、２４は第３図におけるドラム蒸気圧力検
出器１６で検出されたドラム蒸気圧力信号を入力
し、これに応じて給水調節弁操作量を補正するた
めの圧力補正信号PCを演算する関数発生器、２
３は上記測度制御器２１からの給水流量操作量信
号△ｕを入力し、上記関数発生器２４からの圧力
補正信号PCを用いて給水調節弁操作量信号△Ｚ
を演算する乗算器である。

次に、上記測度制御器２１における論理的制御
法則について述べる。

制御法則１：ｅが「正方向に大」の時は、Δu
を「負方向に大」とする。

制御法則２：ｅが「負方向に大」の時は、Δu
を「正方向に大」とする。

制御法則３：ｅが「正方向に小」でかつΔeが
「正値」の時は、Δuを「負方向に中」とする。

制御法則４：ｅが「負方向に小」でかつΔeが
「負値」の時は、Δuを「正方向に中」とする。

制御法則５：ｅが「正方向に小」でかつΔeが
「負値」の時は、Δuを「零」とする。

制御法則６：ｅが「負方向に小」でかつΔeが
「正値」の時は、Δuを「零」とする。

制御法則７：ｅが「正方向に小」でかつΔeが
「零」の時は、Δuを「負方向に小」とする。

制御法則８：ｅが「負方向に小」でかつΔeが
「零」の時は、Δuを「正方向に小」とする。

制御法則９：ｅが「零」、Δeが「零」の時は、
Δuを「零」とする。

次に第２図を用いて、本測度制御器２１の具体
的な演算手法について説明する。

第２図における各グラフは、横軸にドラム水位
偏差信号ｅ、ドラム水位偏差変化率信号Δe、お
よび給水流量操作信号Δuを−100〜100％の範囲
でとり、また縦軸には上記制御法則に記した「正
方向に水」「正方向に中」「正方向に小」「零」「負
方向に大」「負方向に中」「負方向に小」「正値」
「負値」という概念に対応する測度を０〜１の範
囲でとり、各制御法則の概念を測度により数量化
して表現したものである。

さて、測度制御器２１は、ドラム水位偏差信号
e⁰、ドラム水位偏差変化率信号Δe⁰が入力される
と、各制御法則ｉ毎の偏差信号に対応する測度μⁱ _e
（e⁰）、および偏差変化率信号に対応する測度μⁱ〓_e
（Δe⁰）を演算し、さらにこの値から各制御法則
ｉの適用可能性を示す測度μⁱ _MIN＝min（μⁱ _e（e⁰）、
μⁱ〓_e（Δe⁰））を演算する。そして、この適用可能性
を示す測度μⁱ _MINにより、各制御法則ｉの給水流量
操作量信号Δu_iの測度分布についてμⁱ _MIN以上をカ
ツトし、偏差信号e⁰および偏差変化率信号Δe⁰が
入力された時の各制御法則ｉの測度分布μi（Δu）
をとり直す。さらに、この各制御法則ｉについて
演算した測度分布μi（Δu）（ｉ＝１〜９）につい
てその最大値μ_MAX（Δμ）＝max（μi（Δu））を演算
し、さらに測度によりこの平均値を演算して制御
法則Δu⁰を決定する。

すなわち以上の測度制御器２１の動作を、e₀＝
80％、Δe₀＝60％の値が入力された時を例にとつ
て説明すると、μⁱ _e（e₀）、μⁱ〓_e（Δe₀）、およびμ
ⁱ _MINは
第２図に示す様に各制御法則毎に次の通りとな
る。

制御法則１：μ¹ _e（e₀） ＝0.1、μ¹〓_e（Δe₀）＝１、μ¹ _MIN＝0.1 制御法則２：μ² _e（e₀）＝０、μ²〓_e（Δe₀）＝１、μ
² _MIN＝
０ 制御法則３：μ³ _e（e₀）＝0.5、μ³〓_e（Δe₀）＝0.8、
μ³ _MIN
＝0.5 制御法則４：μ⁴ _e（e₀）＝０、μ⁴〓_e（Δe₀）＝０、μ
⁴ _MIN＝
０ 制御法則５：μ⁵ _e（e₀）＝0.6、μ⁵〓_e（Δe₀）＝０、
μ⁵ _MIN＝
０ 制御法則６：μ⁶ _e（e₀）＝０、μ⁶〓_e（Δe₀）＝0.8、
μ⁶ _MIN＝
０ 制御法則７：μ⁷ _e（e₀）＝0.6、μ⁷〓_e（Δe₀）＝０、
μ⁷ _MIN＝
０ 制御法則８：μ⁸ _e（e₀）＝０、μ⁸〓_e（Δe₀）＝０，μ
⁸ _MIN＝
０ 制御法則９：μ⁹ _e（e₀）＝０、μ⁹〓_e（Δe₀）＝０，μ
⁹ _MIN＝
０ 従つて、制御法則１と制御法則３のみが適用可
能となり、このμ₁（Δu），μ₃（Δu）は第２図の斜
線部Ａ，Ｂのようになる。そして、このμ₁（Δu），
μ₃（Δu）からμ_MAX（Δu）を演算した結果が第２図
の斜線部ｃになる。さらに、この平均値を演算し
てΔu₀を決定する。

次に、かかる如く構成した本実施例によるドラ
ムボイラ給水制御装置において、第３図のドラム
水位検出器１５によつてドラム水位信号Ｌが与え
られると、減算器２５によりドラム水位基準信号
L_REFとの偏差信号ｅが演算され、また微分器２２
により偏差変化率信号Δeが演算されて測度制御
器２１に入力される。すると、この測度制御器２
１においては前述したような機能動作を行なうこ
とにより、下記の制御を実現する給水流量操作量
信号Δuが決定される。

(a) 制御法則１および２により、偏差信号ｅが非
常に大きくなりドラム水位高／低のプラントト
リツプに到る領域に近くなると、給水流量を激
減または激増してトリツプを回避することを第
１優先に制御する。

(b) 制御法則３および４により、偏差信号ｅおよ
び偏差変化率信号Δeが同一符号の場合にはド
ラム水位の偏差が大きくなる方向にあるため、
給水流量を増／減させて偏差変化率が零となり
安定化させるように制御する。

(c) 制御法則５および６により、偏差信号ｅおよ
び偏差変化率信号Δeが異符号の場合にはドラ
ム水位の偏差が小さくなる方向にあるため、給
水流量を変化させず現状を維持することにより
偏差が自然に減少するように制御する。

(d) 制御法則７および８により、偏差変化率信号
Δeが零で安定しているが、偏差信号ｅが零で
なくオフセツトが残る場合には、偏差の方向に
よつて給水流量を微増または微減することによ
りオフセツトをなくすように制御する。

(e) 制御法則９は、偏差信号ｅおよび偏差変化率
信号Δeが共に零であるため、給水流量は変化
させず現状を維持するようにする。

さらに第３図におけるドラム蒸気圧力検出器１
６によつてドラム蒸気圧力信号Ｐが与えられる
と、関数発生器２４に適切な単調増加関数を設定
しておくことにより、ドラム蒸気圧力が高い時に
は大きな値、低い時には小さな値の圧力補正信号
PCが得られ、これを乗算器２３にて給水流量操
作量信号Δuに乗算することにより、蒸気圧力の
変化による給水調節弁開度の影響を補正した給水
調節弁操作量信号ΔZが得られることになる。

上述したように、本構成のドラムボイラ給水制
御装置においては、次のような効果が得られるも
のである。

すなわち、プラント起動時は前述したように、
給水流量が10％以下でドラム水位が安定にバラン
スするため、通常運転中のPID制御では比例、積
分、微分の各制御パラメータの効きを落さないと
安定した制御が行なえない。また、燃料流量、ド
レン弁操作などによつて可成り大きな外乱要素が
加わることが多いため、単にパラメータの効きを
落したのみでは外乱が入つた時に給水流量の制御
応答が悪くなり、ドラム水位の高／低によりプラ
ントトリツプに到る可能性がある。

この点本構成によるドラムボイラ給水制御装置
は、上述したPID制御のような線形制御と異な
り、ドラム水位偏差および偏差変化率の大きさに
よつて給水流量操作量Δuの測度分布を自由に定
めることができるので、大きな外乱によつてトリ
ツプ危険領域に入ると、これを補正するために大
きな給水流量の変化を与えることができ、また通
常運転領域でのオフセツトをとるためには、極め
て微小な給水流量の変化を与えることもでき、プ
ラント状態に応じた融通性のある制御を実現する
ことが可能である。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるもの
ではなく、その要旨を変更しない範囲で種々に変
形して実施することができるものである。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、プラント
起動時の種々の外乱ならびにプラント特性の変化
に対応してドラム水位を安定に制御することが可
能な極めて信頼性の高いドラムボイラ給水制御装
置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるドラムボイラ給水制御装
置の一実施例を示す構成ブロツク図、第２図は同
実施例における測度制御器の各制御法則毎の測度
分布および動作機能を示す図、第３図は代表的な
ドラムボイラ火力発電プラントの一例を示す構成
図である。 １……ドラム、８……給水ポンプ、１１……給
水調節弁、１２……ドレン弁、１５……ドラム水
位検出器、１６……ドラム蒸気圧力検出器、２１
……測度制御器、２２……微分器、２３……乗算
器、２４……関数発生器、２５……減算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ドラムボイラ火力発電プラントのドラム水位
   をドラム水位検出器により検出し、このドラム水
   位検出器からのドラム水位信号とドラム水位規準
   信号とを比較して得られるドラム水位偏差信号に
   基づいて給水調節弁の開度を調節することにより
   給水流量の制御を行なうドラムボイラ給水制御装
   置において、前記ドラム水位偏差信号およびこの
   ドラム水位偏差信号を微分要素を介して得られる
   ドラム水位偏差変化率信号を入力とし、下記の(a)
   〜(d)に示す各手段に基づいて給水流量操作量信号
   を導出する測度制御器と、ドラム蒸気圧力を検出
   するドラム蒸気圧力検出器からのドラム蒸気圧力
   信号に応じて、給水調節弁操作量信号を補正する
   ための圧力補正信号を演算する第１の演算器と、
   この第１の演算器により演算された圧力補正信号
   を用い前記測度制御器からの給水流量操作量信号
   を補正演算して給水調節弁操作量信号を導出する
   第２の演算器とを備えて成ることを特徴とするド
   ラムボイラ給水制御装置。 (a) 前記ドラム水位偏差信号及びドラム水偏差変
   化率信号が、「正方向に大」「正方向に中」「正
   方向に小」「零」「負方向に小」「負方向に中」
   「負方向に大」という概念を測度分布関数にて
   記憶する手段 (b) 前記(a)の各概念の組合わせで表現されるプラ
   ントの各状態に応じて、給水流量操作量信号を
   「正方向に大」「正方向に中」「正方向に小」
   「零」「負方向に小」「負方向に中」「負方向に
   大」にするという制御法則と給水流量操作量信
   号のとるべき値の概念を測度分布にて記憶する
   手段 (c) ドラム水位偏差信号およびドラム水位偏差変
   化率信号が与えられると、前記(b)の各制御法則
   毎に水位偏差に対応する測度および水位偏差変
   化率に対応する測度を演算する手段 (d) 前記(c)で演算された測度のうち小さい方の測
   度でその制御法則の給水流量操作量信号の測度
   分布をカツトすると共に、新たに与えられた状
   態に対応する制御法則の給水流量操作量信号の
   測度分布をとり直し、これを全ての制御法則に
   ついて測度分布の最大値を選択して重ね合わせ
   さらに測度分布で重みづけし平均値を演算して
   給水流量操作量信号を決定する手段。