JPH0822160B2 - 発電プラントの負荷調整装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は発電プラントの負荷制御に係り、特に給電所
指令により火力発電プラントが自動運転される場合、プ
ラント機器耐用年数を損うような過度の負荷変動を抑制
しながら給電所指令に負荷追従するに好適な火力発電プ
ラントの負荷調整装置に関する。

〔従来の技術〕

ベース負荷を担う原子力発電プラントの建設にともな
い、最近では電力系統の需給バランスを吸収するための
電力調整を火力発電プラントにも求められるようにな
り、これに答えるため中間負荷運用プラントとして負荷
応答性にすぐれたDSS（Daily Start−Up and Shut−dow
n）火力が建設されている。

従来、火力発電プラントは、給電所からのELD（経済
負荷配分：多数の発電プラントに対し経済的に最適の負
荷配分計算をして各発電プラントに指令される信号で、
指令信号の周期は普通15分以上と長い）信号、およびAF
C（周波数制御：電力系統の周波数を一定にするための
調整負荷指令信号で、指令信号の周期は普通２〜15分と
比較的短かい）信号により自動運転ができるようになつ
ている。これらELD,AFC信号は電力系統運転用の立場か
ら経済性を指標に作られているため、プラントの特性
（負荷応答性など）についてはELD,AFC信号受け入れ側
（プラント側）で制限をかけるなど考慮している。

第４図は従来技術の一例であるが、給電所からのELD
信号１は出力目標値の手動設定器７による制御との切替
えを行うELD制御入／切切替器３を通り、減算器４、負
荷変化率上下制限器５、および積分器６により目標出力
パターン信号106が作られる。また、給電所からのAFC信
号２はAFC巾（負荷変化巾）の手動設定器15による制限
と自動設定による制限とが切替器16によつて切替えら
れ、負荷変化巾の上下限制器11により制限がかけられる
が、ELD信号と同様に減算機12、負荷変化率上下限制限
器13、および積分器14によつて系統周波数調整のための
調整用負荷パターン信号114が作られ、これが加算器10
によつて前記目標出力パターン信号106に加算され、発
電機出力指令101となつてタービンガバナを制御する。

ここで、ELD信号に対する負荷変化率制限は設定器９
による手動設定も可能だが、自動運転の場合は負荷変化
率設定自動／手動切替器８により関数発生器31の信号に
よつて負荷変化率制限がかけられる。この関数発生器31
のF₁（Ｘ）特性は第５図に示すように発電機出力の関数
になつている。

一方、AFC信号に対する負荷変化巾および負荷変化率
の制限は切替器16および18により、関数発生器32および
33の信号によつて自動設定される。

この関数発生器32,33のF₂（Ｘ）,F₃（Ｘ）特性も第５
図に示すように発電機出力の関数になつている。

なお、AFC制御切替とした場合は負荷変化率上下限制
限器13にゼロ値17が設定される。

このようにして、給電所からのELD信号およびAFC信号
による負荷要求に対し、プラントが許容する、負荷変化
率および負荷変化巾の範囲内で負荷応答できるようにな
つている。

しかし、ここで云う負荷変化率制限機能は比較的ゆつ
くりした負荷変化（１日２〜４回の大くな負荷変化程度
のもの）に対しては有効であるが、給電指令による高頻
度負荷変化に対しては配慮されていなかつた。

なお、この種の装置として関連するものには例えば、
火力原子力発電27巻８号21〜29頁において論じられてい
るもの、および特開昭59−231604号等が挙げられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、給電所からの負荷変化要求に対し、
発電機出力の関数として一義的に設定された許容負荷変
化率、および許容負荷変化巾により制限されるが、この
制限値は一回の負荷変化に対する許容値であり、大きな
負荷変化が１日に２〜４回程度であれば問題ないが、高
頻度の負荷変化の要求に対してはプラント材器耐用年数
を縮めるのみならず、機器疲労破損にまで至るといつた
大きな問題があつた。

第６図は、同じ負荷変化率、負荷変化巾が制限された
場合の負荷運転パターンを示したものだが、負荷パター
ン（Ａ）に対し負荷パターン（Ｂ）は負荷変動回数が多
く、これが機器耐用年数にも影響を及ぼすであろうこと
が容易に理解できる。

本発明の目的は高頻度負荷変化要求に対してもプラン
ト材器耐用年数を維持しながら高い負荷変化率で給電所
指令に負荷追従する発電プラントの負荷調整装置を提供
することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、負荷変化は時間要求をもつて変化するこ
とに着目し、時間当たりの負荷増減回数（負荷変動率と
呼ぶ）を指標にして許容負荷変化率、および許容負荷変
化巾を決め、給電所からの負荷変化要求を制限すること
により達成される。

〔作用〕

負荷変動率を発電プラントの出力運転時間積算値に対
し、出力運転での負荷増減回数の積算値の比として求め
れば、常に負荷変動率は運転での平均値を示すことにな
る。一方プラント機器耐用年数は負荷変化回数に大きく
依存していることから、この平均化された負荷変動率の
大きさによつて許容負荷変化率を調整することにより、
プラント機器耐用年数を管理した負荷追従制御を行うこ
とができる。

〔実施例〕

以上、本発明の一実施例を第1,2,3図により説明す
る。

第１図は、給電所からの負荷要求指令であるELD信号
１とAFC信号２を受け、発電プラント側装置で発電機出
力指令値を作り出す制御回路を示す。ELD信号１は出力
目標値の手動設定器７による運転との切替えを切替器３
で選択されるが、この信号は減算器4,負荷変化率上下限
制限器5,および積分器６により目標出力パターン信号10
6になる。

また、給電所からのAFC信号２はAFC巾（負荷変化巾）
の手動設定器15による制限と自動設定による制限とが切
替器16によつて選択され制限器11で負荷変化巾が制限さ
れるが、この信号はELD信号と同様に減算器12、負荷変
化率上下限制限器13、および積分器14によつて系統周波
数調整のための調整用負荷パターン信号114になり、こ
れが加算器10によつて前記目標出力パターン信号106に
加算され、発電機出力指令信号101となる。信号101は発
電機実出力102と減算器19でつき合わされ、その偏差信
号103でガバナが調整される。

ここで、ELD信号１に対する負荷変化率制限は切替器
８を通して負荷変化率設定器９から手動設定できるが、
自動的には関数発生器（F₁（Ｘ））31によつて制限され
るが、さらにこの関数発生器31の信号に負荷変動率によ
る制限係数を制限回路21で求め、これを乗算器23により
掛算して負荷変動率も考慮した負荷変化率制限ができる
ようにしている。このELD負荷変動保護回路91が、従来
にない技術である。

また、AFC信号２に対する負荷変化巾は関数発生器（F
₂（Ｘ））32で自動設定され、さらに負荷変化率は関数
発生器（F₃（Ｘ））33によつて自動設定されるが、これ
ら関数発生器の信号にAFCの負荷変動率による制限係数
を制限回路22で求め、駒れを切替器26を通して掛算して
やることにより、AFCの負荷変動率も考慮した負荷変化
率制限あるいは負荷変化巾制限ができる。切替器26は負
荷変化を優先させるか、負荷変化巾を優先させるかの選
択を可能にしたもので、切替器を設置せず固定してもよ
い。このAFC負荷変動保護回路92が従来にない技術であ
る。

第２図は制限回路21の機能を示したもので、この回路
は目標出力パターン信号106の信号変化回数をカウント
するカウンター41と出力運転中の運転時間を積算する積
算器42と、カウント数（ａ）を時間積算値（ｂ）で割算
する除算器43と、この除算結果 により負荷変化率を制限する制限係数（ｃ）を求める関
数発生器44から構成されている。

カウンター41は、信号106が負荷変化率（微分値）が
マイナスからプラスに変わる度毎に１を積算するなどの
方法で、負荷変化の度数をカウントする。また、関数発
生器44の出力信号ｃはプラント運用の変更に容易に対処
できるよう、無次元化している。

なお、カウンター41では機器寿命消費に影響しない極
く小さな負荷変化はカウントしないよう考慮している。

第３図は制限回路22の機能を示したもので、第２図の
制限回路21にほぼ同じであるが、AFCの信号に対する保
護回路であるため、カウンター45では系統周波数調整の
ための調整用負荷パターン信号114の信号変化回数をカ
ウントする。また、積算器46はAFC制御の運転時間のみ
積算する。回路構成はカウンター45と積算器46、カウン
ト数（ａ′）を時間積算値（ｂ′）で割算する除算器4
3、および除算結果 から負荷変化を制限する係数（ｃ′）を求める関係発生
器47から成つている。

カウンター45の積算方法や、関数発生器47の特性につ
いては制限回路21のものと同様の考え方になつている。

上記実施例によれば、運転時間単位の負荷変動回数は
長時間積算（プラント運転中連続積算する）値により求
めているため、プラント機器耐用年数を管理する指標と
して有効に作用する。例えば、機器耐用年数30年（運転
時間240,000時間）でこの間に436,000回の負荷変化回数
を許容する発電プラントの場合について第7,8図を用い
て説明する。

第７図において、負荷変動率1.8回/HR（＝436,000/24
0,000）を目標値としてプラントが運転されている時、
現在点で実負荷変動率がＡの値であれば、制限領域に極
く近いがプラント機器耐用年数30年が維持されたまま
で、かつ高い負荷変化率で運転継続できる。現在点で実
負荷変動率がＢの値であれば、機器耐用年数に余裕があ
るため、負荷変動率が平均1.8回/HRになるまで高い負荷
変化率のまま高頻度負荷変化運用が可能になる。

一方、過去に高頻度負荷変化運転を強いられて現時点
の実負荷変動率がｃの値であれば、負荷変化を制限する
領域にあるため、負荷変化回数を抑制し、負荷変動率が
平均1.8回/HRになるまで、負荷変化率（あるいは負荷変
化巾）制限がかけられる。

なお、高頻度負荷変化要求に対し、負荷変化率制限を
かけることによつて負荷変化回数を抑制できる事実につ
いては、第８図に示す通りである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、負荷変動率によつてプラント機器耐
用年数を維持した負荷運転が可能になり、給電所からの
高頻度負荷変化要求に対しても発電プラントを安全に自
動運転することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る負荷変動率（運転時間当たりの負
荷変化回数）に対する保護回路を有する火力発電プラン
トの制御ブロツク図、第2,3図は第１図の保護回路の機
能を説明した機能図、第４図は、従来の火力発電プラン
トの制御ブロツク図、第５図は第４図に示す関数発生器
の具体例を示す図、第６図は火力発電プラントの負荷パ
ターンを示す図、第7,8図は機能の動作を示した説明図
である。 101……発電機出力指令信号、102……発電機出力値、10
3……タービンガバナ制御信号、106……目標出力パター
ン信号、114……系統周波数調整用負荷パターン信号。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】給電所からの負荷要求指令（ELD信号,AFC
   信号）と、発電所負荷設定指令を切替器により切替え、
   これら指令信号に対して発電プラントの発電機目標出力
   を求める回路と、要求負荷指令に対して過大な負荷変化
   運転を防止するためプラント起動停止や大きな負荷変化
   に対する許容負荷変化率や許容負荷変化巾をもつて指令
   信号に制限をかける負荷変化制限回路より成るプラント
   出力制御装置において、運転時間単位での負荷変化回数
   で表わされる負荷変動率の大きさにより上記許容負荷変
   化率や許容負荷変化巾を制限することによつて高頻度負
   荷変化運転を可能とする負荷変動保護回路を設けたこと
   を特徴とする発電プラントの負荷調整装置。