JPH0765724B2 - 火力発電プラント自動制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、火力発電プラントの自動制御装置のシステム
構成に係り、特に系統間の相互干渉を軽減し系統単位分
散制御システムの適用に好適なプラント自動制御装置に
関する。

〔発明の背景〕

まず、火力発電プラントの概略構成について、第２図を
参照して説明する。図において１はボイラ、２はタービ
ン、３は発電機、４は給水ポンプ、５はスプレ弁、６は
燃焼弁、７は押込通風フアン、８はガス再循環フアンで
ある。さらに図中301は燃焼排ガスにより燃焼用空気を
予熱する空気予熱器、302はバーナ部であり各段毎に空
燃比を調整して炉内脱硝を行うシステムである。303はW
/B入口空気ダンパであり各バーナ段の燃焼用空気量を調
整するものである。304はGMガスダンパであり燃焼用空
気に注入する燃焼排ガス量を調整するものである。305
は１次ガスダンパでありバーナ部に直接注入する燃焼排
ガス量を調整するものである。306は復水器、307は低圧
給水加熱器、308は脱気器、309は給水弁、310は高圧給
水加熱器、311は蒸発器、312は１次過熱器、313は第１
段減温器、314は２次過熱器、315は第２段減温器、316
は３次過熱器、317は再熱器である。また330はタービン
入口加減弁である。これをボイラ状態量に応じて系統に
分類すると燃焼プロセス９、水蒸気プロセス10、燃料プ
ロセス11、通風プロセス12の４つに分けられる。

第３図に係る従来システムの制御装置例を示す。図にお
いて20は第２図の発電プラント、21はプラント自動制御
装置である。22はプラントを構成する種々のON−OFF制
御補機のインターロツク制御を行う補助リレー盤、23は
バーナの点消火制御を行うバーナ制御装置、24は主ター
ビンの調速制御を行う主タービン制御装置、25は給水ポ
ンプ駆動用タービン制御装置である。プラント自動制御
装置21は複数のマイクロコントローラ31〜35によりハイ
アラーキ構成とされる。このうち、31はマスタコントロ
ーラでありプラントの総合出力の制御と各コントローラ
32〜35への指令値を作成している。40は中央給電所から
のプラントへの負荷指令である。41はこの指令に負荷変
化率、上下限等の制限を加えて負荷指令L_dを作る回路で
ある。42は減算器であり前述の負荷指令L_dと43の発電量
を比較する。その出力は比例積分演算器44に入力され、
その出力は後述するインターロツクにより切替えられる
切替器45を介して主タービン制御装置24に与えられ第２
図のタービン入口加減弁330を制御する。46は主蒸気圧
力（ボイラ出口圧力）検出器であり減算器47で設定器48
で設定された値と比較されその偏差出力は比例積分演算
器49に入力される。４の出力L_pは負荷指令L_dと加算器50
にて加算されボイラ入力指令L_Bとなる。また比例積分演
算器49の出力４は切替器45を介して主タービン制御装置
24に与えられる。切替器45はプラントの運転モードによ
り切替えられる。すなわち主蒸気圧力を主タービン入口
加減弁330で制御するタービン追従モードでは切替器45
の出力は比例積分演算器49からの入力となる。通常の協
調モードでは切替器45の出力は比例積分演算器44からの
入力となる。加算器50の出力であるボイラ入力指令L_Bは
給水コントローラ32に与えられ給水指令となり、一方関
数発生器51に入力される。この関数発生器51は給水量に
対する燃料量をプログラムしたものでありその出力は燃
料量指令L_Fとなる。52は主蒸気温度検出器であり減算器
53で設定器54で設定された値と比較されその偏差は比例
積分器55に入力され主蒸気温度補正指令L_Tとなる。一方
この偏差は第２図のスプレ弁５を操作する為主蒸気温度
コントローラ33に与えられる。比例積分器55の出力は加
算器56により関数発生器51の出力と加算され修正された
燃料量指令値L_FAとなる。57は関数発生器であり燃料量
に対する最適空気量L_Aをプログラムする。58は燃焼排ガ
ス中の残存O₂濃度の検出器であり、関数発生器59により
燃料量に応じてプログラムされた設定値と減算器60で比
較され、その偏差は比例積分演算器61に入力される。比
例積分演算器61の出力は乗算器62に入力され修正された
空気量指令値L_AAとなる。63はボイラに供給される合計
空気流量検出器であり減算器64で指令値L_AAと比較さ
れ、その偏差出力は比例積分演算器65に入力される。比
例積分演算器65の出力は各バーナ段毎の空気量指令量の
補正信号L_ABとなり各バーナ段毎の空気量制御コントロ
ーラ34a〜ｎに与えられる。また減算器64aの出力である
空気量偏差は通風制御コントローラ35に与えられる。

次に各コントローラ32〜35について説明する。32は給水
コントローラである。66はボイラへの合計給水流量の検
出器であり減算器67で指令値L_Bと比較されその偏差出力
は比例積分器68に入力される。比例積分器68の出力は各
給水ポンプ４への流量指令L_Wとなる。69は給水ポンプの
流量検出器であり、減算器70で設定値L_Wと比較されその
偏差出力は比例積分器71に入力される。比例積分器71の
出力は各ポンプの指令となり給水ポンプ駆動用タービン
制御装置25a,25bを介して給水ポンプタービン4a,4bに、
また給水弁309に与えられる。

33は温度コントローラである。ここで72はボイラ炉内脱
硝の為のＭバーナ燃料弁6bとＰバーナ燃料弁6bの燃料量
配分を行う回路である。73はＭバーナ燃料弁6b側の燃料
流量検出器であり減算器74で比較され、その偏差出力は
比例積分器77に入力されてＭバーナ流量弁6bの操作信号
となる。75はＰバーナ燃料弁6a側の燃料流量検出器であ
り減算器76と比較され、その偏差出力は比例積分器78に
入力されるＰバーナ流量弁6aの操作信号となる。またコ
ントローラ33において79は比例演算器であり減算器53の
出力である主蒸気温度偏差を入力し第２図の減算器313,
315の出口温度の設定値を得る。80は減温器出口温度検
出器であり減算器81で設定値と比較され、その偏差出力
は比例積分器82に入力され第２図スプレ弁５の操作信号
となる。83は加算器であり合計燃料流量である。

34a〜34nは各バーナ段毎の空気流量制御コントローラで
ある。ここでは34aを例にとり説明する。84は当該バー
ナ段の点火中バーナ本数の全点火中バーナに対する比率
信号である。85は乗算器であり、この比率信号84と加算
器83の出力（総燃料）より当該バーナ段の燃料量を計算
するものである。86は関数発生器であり、当該バーナ段
の燃料流量より同バーナ段の空気量をプログラムする。
87は乗算器であり比例積分器65の出力の合計空気流量補
正信号L_ABにより当該バーナ段の空気量指令値を修正す
るものである。88は当該バーナ段の空気流量検出器であ
り減算器89と比較され、その偏差出力は比例積分器90に
入力されて当該バーナ段の空気量を制御するW/B入口ダ
ンパ303の操作信号となる。まだ、91は関数発生器であ
り当該バーナ段の空気量に対応した排ガス混合流量をプ
ログラムするものである。92は当該バーナ段の空気に混
合する排ガス流量検出器であり減算器93と比較され、そ
の偏差は比例積分器94に入力され排ガスの混合量を制御
するGMダンパ304の操作信号となる。95は関数発生器で
あり当該バーナ段の空気量に対応した１次ガス流量をプ
ログラムするものである。96は当該バーナ段のバーナに
注入される排ガス（１次ガス）の流量検出器であり、減
算器97にて設定値と比較され、その偏差は比例積分器98
に入力さる、１次ガスダンパ305の操作信号となる。

35は通風制御コントローラである。99は関数発生器であ
り合計空気流量指令L_AAから押込通風フアンの出口ドラ
フト設定をプログラムするものである。100は押込通風
フアンの出口ドラフト検出器であり、減算器101で比較
されその偏差出力は切替器102を介して比例積分器103に
入力され、更に負荷配分回路104によりの押込通風フア
ン（第２図7a,7b）の動翼操作信号となる。102の切替器
は押込通風フアンの制御モードを切替えるものであり、
通常は、減算器101からの入力を出力してフアン出口ド
ラフト制御を行いプラント起動時には減算器65からの入
力を出力し合計空気流量の制御を行うものである。105
は関数発生器であり合計空気流量指令L_AAからガス再循
環フアンの出口ドラフト設定をプログラムするものであ
る。106はガス再循環フアン出口ドラフトの検出器であ
り減算器107と比較され、その偏差出力は比例積分器108
に入力され更に負荷配分回路109によりガス再循環フア
ン（第２図8a,8b）の入口ダンパの操作信号となる。

以上に述べたように従来のプラント自動制御装置は複数
台のマイクロコントローラから構成され、コントローラ
故障時の危険分散が図られていたが、図から判るように
３のマスタコントローラ31の制御範囲が大きく、マスタ
コントローラ31故障時には発電量の制御のみならず、主
蒸気圧力、主蒸気温度、排ガスO₂、合計空気流量の主要
制御量の制御が不可能となりシステムに対する波汲効果
が大きいのでマスタコントローラ31は２重化しなければ
ないないという問題があつた。

また、マスタコントローラ31以外のコントローラ32〜35
は給水，温度，空気，通風と分散されているが、これら
サブループコントローラの制御対象範囲が大きくコント
ローラ故障がプロセス全体に波汲する為、これらのコン
トローラも２重化または、N:1バツクアツプ等の冗長化
が必要であつた。

サブループコントローラの機能分担は、制御対象を中心
として決めており、例えば主蒸気温度制御の場合、主蒸
気温度制御はマスタコントローラ31が分担し、その制御
操作量である燃料流量弁6a,6bとSHスプレ弁５は温度コ
ントローラ33の範囲となる。ところで第２図に示すよう
に元来プラントの系統機器単位分散構成形態より燃料流
量弁6a,6bは燃料プロセスに属し、SHスプレ弁５は水蒸
気プロセスに属するが、これらを制御対象によつて分類
しているため温度コントローラ33の故障が燃料プロセス
と水蒸気プロセスの２系統に影響を与える欠点があつ
た。

排ガスO₂濃度制御の場合は、排ガスO₂濃度制御はマスタ
コントローラ31が分担し、その制御操作量である各段の
空気制御は各バーナ段単位に設けた空気量コントローラ
34a〜34nにより行われる。ところで各バーナ段の空気量
制御と関連の深いバーナの点消化制御は別のバーナ制御
装置23に分担させていた。このため、各段バーナコント
ローラ相互の信号取合や、バーナ制御装置23との取合い
が増大するばかりか、これら相互間の調整制御が極めて
複雑になる欠点があつた。

なお、このような従来システムの構成例として日立評
論,VOL65,No9（1983−９）p.603〜608の605ページ図４
にシステム構成例、606ページ図７に基本制御ブロツク
線図を示す。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、以上述べた火力発電プラントの制御に
於て、プラントの系統プロセスに対応して最もプロセス
間相互の関連が少く独立性の高い制御方式を提供するこ
とにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するための本発明に係り火力発電プラン
ト自動制御装置は、水・蒸気プロセス系統、燃料プロセ
ス系統、燃焼プロセス系統及び前記各系統において動作
する機器を有する火力発電プラントを制御する火力発電
プラントプラント自動制御装置において、負荷要求、及
び主蒸気圧力の検出値と主蒸気圧力の設定値との偏差に
基づいて、発電量に対応したボイラ入力指令信号を作成
して出力するマスタコントローラと、前記各系統に対応
して個別に設けられ、前記マスタコントローラから出力
される前記ボイラ入力指令信号及び対応する系統のプロ
セスに関する物理量の検出値をそれぞれが入力し、それ
ぞれが互いに独立して、対応する系統における前記機器
に前記発電量に応じた動作をさせるための制御指令信号
を作成して出力する系統コントローラとを有することを
特徴とするものである。

そしてこのように構成することによって、プロセス系統
をそれぞれ独立して制御を行うことができ、プロセス系
統間の相互干渉を抑制することができるものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

第１図は本発明のプラント自動制御装置の制御ブロツク
図である。図中201はマスタコントローラ、202は水蒸気
プロセス系統コントローラ、203は燃料プロセス系統コ
ントローラ、204は燃焼プロセスコントローラ、205は通
風プロセスコントローラである。これら201〜205は系統
レベルのコントローラである。また、206は主タービン
の調速制御コントローラ、207は給水ポンプ制御コント
ローラ、208は２次SHスプレ制御コントローラ、209は１
次SHスプレ制御コントローラ、201はＭバーナ燃料流量
制御コントローラ211は、Ｐバーナ燃料流量コントロー
ラ、212は各バーナ段毎の空気・ガス流量制御とバーナ
制御を行うコントローラ、213は押込通風フアン制御コ
ントローラ、214はガス再循環制御コントローラであ
る。これらの206〜214は機器コントローラである。第１
図のマスタコントローラ201内の記号41〜４及び、47〜5
0のものは第３図と同じである。このコントローラの働
らきは第３図と同じなのでその説明を省略する。加算器
50の出力は中央給電所からのプラント負荷指令L_dに主蒸
気圧力の偏差による修正信号L_Pを加えたボイラ入力指令
L_Bであり各系統コントローラ202〜205に与えられる。

次に、水蒸気プロセスコントローラ202において、215は
関数発生器であり、加算機器50の出力であるボイラ入力
指令L_Bより給水流量指令を作るようにプログラムされて
いる。216は減算器であり給水流量66を指令値（関数発
生器215の出力）と比較しその偏差を比例積分演算器217
に与える。比例積分演算器217の出力は給水ポンプ流量
指令L_Wであり、負荷配分制御回路218により各給水ポン
プ制御コントローラ207に分配され207の出力により給水
ポンプ用タービン4a,4b、給水弁309が制御される。この
水蒸気プロセスコントローラ202において219は関数発生
器でありボイラ入力指令L_Bより主蒸気温度の設定値をプ
ログラムするものである。220は減算器であり主蒸気温
度52と設定値（関数発生器219の出力）を比較しその偏
差を比例積分演算器221に与える。222はボイラ入力指令
L_Bから第２段減温器315の出口温度の設定値をプログラ
ムするものである。223は加算器でありこの出力は関数
発生器222出力に主蒸気温度偏差からの修正信号（比例
積分演算器221）を加えた第２段減温器315の出口温度設
定信号であり減温器出口温度コントローラ208に与えら
れ208の出口によりスプレ弁５を介して第２段減温器315
への注水量が制御される。

また同コントローラ202において224は関数発生器であり
ボイラ入力指令L_Bから２次SH（第２図314）出口温度の
設定をプログラムするものである。225は主蒸気温度の
偏差による第２段減温器315の出口温度の修正量（比例
積分演算器221の出力）によつて２次SH出口温度の設定
値（関数発生器224の出口）に修正を加え、第１段スプ
レ313と第２段スプレ315のバランスをとる補正回路であ
る。226は２次SH314に出口温度であり減算器227にて補
正回路225からの設定値と比較されその偏差は比例積分
演算器228に与えられる。229はボイラ入力指令L_Bから第
１段減温器313の出口温度の設定をプログラムする関数
発生器である。230は加算器であり、関数発生器229の出
力に２次SH出口温度の偏差からの修正信号（比例積分器
228の出力）を加えて第１段減温器出口温度の設定を作
り減温器出口温度コントローラ209に与える。209の出力
によりスプレ弁５を介して第１段減温器313への注水量
が制御される。

燃料プロセス制御コントローラ203において、231はボイ
ラ入力指令L_Bから燃料流量指令L_Fをプログラムする関数
発生器である。233は第１段減温器313の出口温度の設定
値の修正量（比例積分演算器228出力）からコンスタン
トスプレ制御の補正を行う回路である。234はＭバーナ
燃料分6bとＰバーナ燃料弁6aの燃料指令配分を行う回路
である。235は減算器でありＭバーナの燃料流量73と燃
料配分回路234からの指令値を比較し更に比例積分演算
器236によりＭバーナの燃料流量制御コントローラ210へ
の制御指令を作る。また237は減算器でありＰバーナ燃
料流量95と指令値を比較し比例積分演算器238によりＰ
バーナの燃料流量コントローラ211への制御指令を作
る。

燃料プロセスコントローラ204において、239はボイラ入
力指令L_Bから空気流量指令L_Aをプログラムする関数発生
器である。240はボイラ入力指令L_Bから排ガスO₂濃度の
設定値をプログラムする関数発生器、241は減算器であ
り排ガスO₂濃度58と関数発生器240からの設定値を比較
し比例積分演算器242に入力し補正回路243により空気流
量指令値L_Aに修正を加え修正空気流量指令L_AAを得る。2
44は減算器であり合計空気流量63と指令値を比較し比例
積分器245に入力し各バーナ段毎の空気流量補正値を作
り各バーナ段毎の空気・ガス流量制御コントローラ212
に与える。212の出力により、W/B入口空気ダンパ303、G
Mダンパ304、１次ガスダンパ305が夫々制御される。247
はボイラ入力指令L_Bから最適バーナ本数とパターンを求
めて各段のバーナの本数制御を行う回路である。248は
各バーナの点消化時の空気量と燃料のアンバランス発生
を防止する為の回路である。

通風プロセスコントローラ205において、249はボイラ入
力指令L_Bから押込通風フアン７の出口ドラフトの設定値
をプログラムする関数発生器である。250は減算器であ
り押込通風フアン７の出口ドラフト100と設定値を比較
し比例積分演算器251により押込通風フアン７の動翼の
指令を作成し、負荷配分回路252を介して押込通風フア
ンコントローラ213に指令を与える。213の出力によりフ
アン7a,7bが制御される。253はボイラ入力指令L_Bよりガ
ス再循環フアン８の出口ドラフトの設定値をプログラム
する関数発生器である。254は減算器でありガス再循環
フアン出口ドラフト106と設定値を比較し比例積分演算
器255によりガス再循環フアン８の入口ダンパの開度指
令を作成し、負荷配分回路256を介してガス再循環フア
ンコントローラ214に指令を与える。214の出力によりフ
アン8a,8bが制御される。

本実施例の効果を以下に述べる。

マスタコントローラの制御対象範囲が負荷制御と主蒸気
圧力制御だけとなり、各系統コントローラにはボイラ入
力指令のみを与え、各系統コントローラは、ボイラ入力
指令を与えられると各々の系統を独立して制御すること
が可能となり、ひいてはマスタコントローラの２重化を
不要とする。

系統コントローラはマスタコントローラからボイラ入力
指令を受け、分担する系統の制御に専念し、他の系統と
の相互干渉の少ない系統単位に独立した制御システムの
構築が可能となつた。また各系統コントローラの下位に
は機器コントローラを分散配置し機器の直接制御を担当
させる為、系統コントローラは、機器コントローラに指
令を与えるだけでよく、各機器の負荷配分制御だけの簡
潔な構成となる。また機器コントローラにより機器制御
の独立性が確保され、系統コントローラの多重化は不要
である。

機器コントローラは、系統内では複数の同一機器が存在
する為、１台の設計がＮ台分に適用できるN:1設計が可
能で設計の標準化，簡素化が実現できる。

各バーナ段毎の空気・ガス流量制御とバーナ制御を同一
のコントローラに合体したので相互の信号取合が大巾に
削減できた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、火力発電プラントの制御に於いて、プ
ラントの系統機器単位に最も相互の関連が少なく、独立
性の高い制御方法が実現できる。

すなわち、マスタコントローラは、負荷制御と主蒸気圧
力制御を担当し、各系統コントローラにはボイラ入力指
令のみを与える。各系統コントローラはボイラ入力指令
から当該系統の独立した制御を行い、その下位に設けら
れた機器コントローラの負荷配分制御を行う。機器コン
トローラは各系統内でN:1設計ができ標準設計が可能で
ある。この為、マスタコントローラや系統コントローラ
を冗長化することなく信頼性の高い、しかも設計が容易
な制御システムが構築できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例、第２図は火力発電プラント全
体構成図、第３図は従来システムを示す。 201……マスタコントローラ、202〜205……系統コント
ローラ、206〜214……機器コントローラ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水・蒸気プロセス系統、燃料プロセス系
   統、燃焼プロセス系統及び前記各系統において動作する
   機器を有する火力発電プラントを制御する火力発電プラ
   ントプラント自動制御装置において、 負荷要求、及び主蒸気圧力の検出値と主蒸気圧力の設定
   値との偏差に基づいて、発電量に対応したボイラ入力指
   令信号を作成して出力するマスタコントローラと、 前記各系統に対応して個別に設けられ、前記マスタコン
   トローラから出力される前記ボイラ入力指令信号及び対
   応する系統のプロセスに関する物理量の検出値をそれぞ
   れが入力し、それぞれが互いに独立して、対応する系統
   における前記機器に前記発電量に応じた動作をさせるた
   めの制御指令信号を作成して出力する系統コントロー
   ラ、 とを有することを特徴とする火力発電プラント自動制御
   装置。