JPH05340205A - 複合発電プラントの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラント全体統括制御部（ユニットマスタ）
からガスタ―ビン制御部、蒸気タ―ビン制御部、ボイラ
制御部（ボイラマスタ）のれぞれに与えられる負荷分担
指令に大気温度変化の補正信号を加えること。 【構成】 ガスタ―ビン制御部、蒸気タ―ビン制御部、
ボイラ制御部を有する複合発電プラントにおいて、プラ
ント全体統括制御部（ユニットマスタ）からガスタ―ビ
ン制御部、蒸気タ―ビン制御部、ボイラ制御部（ボイラ
マスタ）のそれぞれに与えられる負荷分担指令に対し、
大気温度変化を考慮した補正信号を加える関数発生器を
設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、既設蒸気タ―ビンプラ
ント・ボイラプラントと、新設ガスタ―ビンプラントと
を組合せた複合発電プラントにかかり、とりわけガスタ
―ビンプラントが吸入する大気の温度変化を考慮してプ
ラント全体の負荷（出力）を好しく制御する複合発電プ
ラントの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、ガスタ―ビンプラントと蒸気タ―
ビンプラントとを組合せて動力効率を増加させた複合発
電プラント（コンバインドサイクルプラント）の一つの
改良タイプとしてリパワリング発電プラントの提案を見
ている。

【０００３】このリパワリング発電プラントは、既設の
汽力発電設備（蒸気タ―ビンプラント・ボイラプラン
ト）にガスタ―ビンプラントを新たに追設し、ガスタ―
ビンプラントの排熱をボイラプラントの燃焼用空気とし
て供すか、あるいは既設汽力発電設備のボイラプラント
の排熱で、給水を予熱するいわゆる排気再燃コンバイン
ドサイクルに属するものであって、次の特徴を有してい
る。

【０００４】一つは、既設の発電プラントをコンバイン
ド化することによって、発電効率を、向上させることが
できる。次の特徴としては、ガスタ―ビンを追設する
為、発電所全体としての発生電力量を増加させることが
できる。更にもう一つの特徴としては、既設設備の改造
部分が少なくできる為、比較的短期間で、リパワリング
を行うことができる。近年の大幅な電力需要の伸び、そ
れに伴う各電力会社の電力予備率の低下、しかしなが
ら、それに対処するために、新たなる発電所を早急に建
設することの困難さ、という実情を考えると、リパワリ
ング発電プラントはこれらの問題を解決する有効な手段
の一つである。従来の汽力発電プラントにガスタ―ビン
プラントを新たに追設し、排気再熱形のコンバインドサ
イクルであるリパワリング発電プラントの一例を図３に
示す。

【０００５】従来の汽力発電プラントとの大きな違い
は、圧縮機20、燃焼器21、ガスタ―ビン22、ガスタ―ビ
ン発電機23、ガスダンパ―24等で構成されるガスタ―ビ
ンプラントＧＴが追設され、ガスタ―ビン22の排熱をボ
イラ１の燃焼用空気として用いていること、更に排熱の
温度を下げる目的で高圧スタックガスク―ラ―25及び低
圧スタックガスク―ラ―26を設けている点である。

【０００６】ここに、既設汽力発電プラントのうち、蒸
気タ―ビンプラントＳＴは、高圧蒸気タ―ビン３、中圧
蒸気タ―ビン７、低圧蒸気タ―ビン９、復水器11、低圧
給水加熱器14ａ，14ｂ，14ｃ、脱気器15、高圧給水加熱
器18ａ，18ｂ，18ｃからなる。また、ボイラプラントＢ
は、ボイラ１、再熱器５からなる。

【０００７】このような構成の複合発電プラントにおい
て、ボイラ１より発生された蒸気は、主蒸気管２により
高圧蒸気タ―ビン３へ導かれる。高圧蒸気タ―ビン３で
仕事をした蒸気は、低圧再熱蒸気管４により、ボイラの
再熱器５へ至る。再熱器５で加熱された蒸気は、高温再
熱蒸気管６によって中圧蒸気タ―ビン７へ導かれる中圧
蒸気タ―ビン７で仕事をした蒸気は、クロスオ―バ―管
８によって低圧蒸気タ―ビン９へ導かれる。更に、低圧
蒸気タ―ビン９で仕事をした蒸気は、復水器11へ導か
れ、復水となる。各々高圧蒸気タ―ビン３、中圧蒸気タ
―ビン７、低圧蒸気タ―ビン９は発電機10へ接続され、
発電機10によって電気を発生する。復水器11で復水とな
った水は、復水ポンプ12によって加圧され、復水管13を
介し、一方が低圧給水加熱器14ａ，14ｂ，14ｃによって
加熱され、他方が低圧スタックガスク―ラ―26で加熱さ
れ、脱気器15へ至る。脱気器15にて脱気された水は、給
水管16を介し、給水ポンプ17で更に加圧された後、一方
が高圧給水加熱器18ａ，18ｂ，18ｃによって加圧され、
又、他方は高圧スタックガスク―ラ―25によって加圧さ
れ、ボイラ１へ至り、前述のサイクルを繰り返しがら発
電を行う。次に、従来のリパワリング発電プラントの制
御系統の一例を図４に示す。

【０００８】従来の汽力発電プラントとの大きな違い
は、ガスタ―ビン発電プラントの追設に伴い、ガスタ―
ビン制御部が追設され、プラント全体統括制御部（以下
ユニットマスタと記す）からの指令により運転制御され
ていることである。

【０００９】ユニットマスタ51には、目標負荷が与えら
れ、ユニットマスタ51から、ガスタ―ビン制御部52、蒸
気タ―ビン制御部53に対して、目標負荷に対するガスタ
―ビン、蒸気タ―ビン夫々の発電機出力要求指令が、ま
た、ボイラ制御部（以下ボイラマスタと記す）54に対し
て目標負荷に対するボイラ制御用デマンドが、夫々出力
される。ガスタ―ビン制御部52では、帰還信号であるガ
スタ―ビン出力信号31を入力し、与えられた出力指令値
とすべくガスタ―ビン燃料流量制御弁38に対して開度指
令信号が出力される。同様に、蒸気タ―ビン制御部53で
は、帰還信号である蒸気タ―ビン出力信号32を入力し、
与えられた出力指令値とすべく蒸気タ―ビン加減弁39に
対して開度指令信号が出力される。一方、ボイラマスタ
54では、ユニットマスタ51からのデマンド信号の他に、
主蒸気圧力信号30を入力し、演算処理の後、ボイラ燃料
制御系54、給水流量制御系57、主蒸気温度制御系56、リ
ヒ―タ（ＲＨ）蒸気温度制御部55、ＩＤＦ入口ドラフト
制御部58の各制御部に対して制御指令信号が出力され
る。ボイラ燃料制御部54では、与えられたデマンド信号
に見合う要求ボイラ燃料流量を演算処理し、入力した燃
料流量信号33が、要求ボイラ燃料流量をえるべくボイラ
燃料制御弁40に対して開度指令信号が出力される。給水
流量制御部57では、与えられたデマンド信号に見合う要
求給水流量を演算処理し、入力した給水流量信号36が、
要求ボイラ給水流量をえるべくボイラ給水タ―ビン（Ｂ
ＦＰ）流量制御弁43に対して開度指令信号が出力され
る。主蒸気温度制御部56では、与えられたデマンド信号
に見合う要求主蒸気温度を演算処理し、入力した主蒸気
温度信号35が、要求主蒸気温度をえるべく主蒸気温度ス
プレ―制御弁42に対して開度指令信号が出力される。Ｒ
Ｈ蒸気温度制御部55では、与えられたデマンド信号に見
合う要求ＲＨ蒸気温度を演算処理し、入力したＲＨ蒸気
温度信号34が、要求ＲＨ蒸気温度信号をえるべくＲＨ／
ス―パ―ヒ―タ（ＳＨ）ガスダンパ41に対して角度指令
信号が出力される。ＩＤＦ入口ドラフト制御部58では、
与えられたデマンド信号に見合う要求ＩＤＦ入口ドラフ
トを演算処理し、入力したＩＤＦ入口ドラフト信号37
が、要求ＩＤＦ入口ドラフトをえるべくＩＤＦ動翼に対
して開度指令信号が出力される。

【００１０】ところで、上記ユニットマスタ51の制御回
路構成を、更に詳細に例示したものを図５に示す。目標
負荷ユニットマスタに対して与えられた目標負荷指令信
号は、変化率制限器62に入力され、予め与えられた出力
変化率設定値により制限された信号として加算器63に入
力し、他方ＡＦＣ設定信号と共に加算処理され出力し、
更に加算器64に入力され、他方ガバナフリ―補償信号と
共に加算処理され、プラント全体負荷設定信号として、
出力される。プラント全体負荷設定信号は、一方が関数
発生器66に入力され、プラント全体出力信号に対するガ
スタ―ビン発電機負荷設定値を演算のうえ、ガスタ―ビ
ン制御部52に対し、出力目標値として信号出力すると共
に、減算器65に入力する。減算器65では、プラント全体
負荷設定信号からガスタ―ビン発電機負荷設定値信号を
減算処理し、蒸気タ―ビン制御部53に対して、蒸気タ―
ビン発電機負荷設定値信号として、出力する。なお、上
記関数発生器66は、図６に示すように、リニア特性をも
った関数が設定されており、ガスタ―ビンプラントＧＴ
の出力とプラント全体出力とは比例するようになってい
る。

【００１１】以上の制御構成とすることにより、ガスタ
―ビン発電機出力と蒸気タ―ビン発電機出力を同時に制
御すると共に、プラント全体負荷設定に見合うボイラ入
力量を制御することができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし乍ら、上述制御
装置においては、ガスタ―ビンの特性を考慮すると、次
の様な不具合が生ずる。即ち、ガスタ―ビンは、ガスタ
―ビン入口温度を一定になるよう燃料流量を制御した場
合、大気温度の上昇に伴い、発電し得る最高出力が降下
するという特性を有している。このため、負荷運転中に
おいて、大気温度が上昇すると、ガスタ―ビン入口温度
が上昇することを考慮してガスタ―ビン制御部には、排
ガス温度制限回路が設けられ、この回路によってガスタ
―ビンプラントに加えられる燃料流量が制限されるよう
になっている。

【００１３】一般に、日本においては、大気温度15℃を
ガスタ―ビンプラントの設計条件とするケ―スが多く、
特に夏場においては、定格出力を得られないのが現状で
あり、逆にガスタ―ビンプラントを犠牲（耐用年数の減
少）にして故意に排ガス温度を制限することにより、最
高出力を少しでも上昇させようという運用も行われてい
る。この場合でも、大気温度の上昇によりガスタ―ビン
プラントは、排ガス温度を制限することになり、いわ
ば、系統周波数の影響を受けない、即ち、ガスタ―ビン
回転数の若干なる変動の影響を受けないロ―ドリミッタ
運転状態と同様な制御状態となってしまう。この複合発
電プラントの運用目的が、ベ―スロ―ド運転であれば、
何ら問題は生じないが、一般電力会社の系統運用におい
て、中央給電指令所からの自動周波数制御信号（以下Ａ
ＦＣと記す）に基づく制御の継続や、系統周波数変動に
対し、カバナフリ―（調速制御）をもって、系統周波数
の安定化に寄与すべく作用する必要性等を考慮すると、
現行制御系では、大気温度の上昇により排ガス温度が上
昇し、排ガス温度が制限状態となってしまう際に、系統
安全運転に必要な、ＡＦＣや、ガバナフリ―制御は、ガ
スタ―ビン制御部のみが機能しなくなるという不具合が
生じてしまう。

【００１４】本発明は、以上の事情を考慮してなされた
もので、大気温度の上昇時においても、系統安定運用に
係る、ＡＦＣ、ガバナフリ―等の制御回路が機能する複
合発電プラントの制御装置を提供することを目的とする
ものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、ガスタ―ビン
プラント、蒸気タ―ビンプラント、ボイラプラントを備
え、ガスタ―ビンプラントの排熱をボイラプラントに燃
焼用空気として供し、さらにボイラプラントの排熱を給
水の予熱として供する複合発電プラントの、その複合発
電プラントのうち、ガスタ―ビンプラントにはガスタ―
ビン制御部を、蒸気タ―ビンプラントには蒸気タ―ビン
制御部を、またボイラプラントにはボイラ制御部を有
し、上記ガスタ―ビン制御部、蒸気タ―ビン制御部、ボ
イラ制御部は、プラント全体統括制御部からの目標負荷
指令を受けてガスタ―ビンプラント、蒸気タ―ビンプラ
ント、ボイラプラントのそれぞれに負荷分担指令を与え
る複合発電プラントの制御装置において、上記プラント
全体統括制御部からガスタ―ビン制御部、蒸気タ―ビン
制御部、ボイラ制御部のそれぞれに与えられる負荷分担
指令に対し、大気温度変化を考慮した補正信号を加える
関数発生器を設けたことを特徴とする。

【００１６】

【作用】新たに設けた関数発生器は、大気温度の上昇に
より生ずる負荷降下分を設定した関数であるので大気温
度の上昇に伴い、関数発生器より目標負荷の降下指令信
号が出力され、加算器でガスタ―ビン負荷目標値に加算
処理することにより、ガスタ―ビンに対しての負荷目標
値が補正される様に作用する。大気温度の上昇のみでな
く、大気温度の降下についても同様に作用する。

【００１７】

【実施例】以下本発明の一実施例を、図面を参照して説
明する。図１は、本発明の一実施例を示す概略制御ブロ
ック図であり、図５と同一構成部分には、同一符号を付
し、その説明を省略する。図１と図５と相違する点は、
大気温度を参照信号とした関数発生器67と、加算器68を
新たに設け、補正制御を作り出す点である。

【００１８】加算器64から出力されたプラント全体負荷
指令信号は、一方が関数発生器66に入力され、プラント
全体負荷信号に対するガスタ―ビン発電機負荷設定値を
演算の後、加算器68に、大気温度を参照信号とした関数
発生器67の出力信号と共に入力の後、該加算器68により
加算処理を実施し、ガスタ―ビン負荷指令信号として、
ガスタ―ビン制御部52に出力すると共に減算器65に、前
記プラント全体負荷指令と共に入力の後、減算処理を実
施し、蒸気タ―ビン制御部53に蒸気タ―ビン負荷指令信
号として出力する。関数発生器67の設定特性の一例を図
２に示す。大気温度を参照信号として、目標負荷の増減
操作量を出力信号として演算を行うものである。

【００１９】新たに設けた関数発生器67は、大気温度の
上昇により生ずる負荷降下分を設定した関数であるた
め、大気温度の上昇に伴い、ガスタ―ビン負荷指令信号
は、加算器68にて、負数の値を加算処理し、ガスタ―ビ
ン制御部52に対し、大気温度の上昇分に見合う負荷降下
指令分を考慮したガスタ―ビン目標負荷指令信号を出力
する。大気温度の降下時においても、信号レベルが逆方
向に動作するように作用する。

【００２０】

【発明の効果】以上に述べたように本発明によれば、ガ
スタ―ビン側の目標負荷設定を大気温度の上昇に見合う
負荷降下指令を考慮することにより、大気温度の上昇時
においてもガスタ―ビン制御部は、常に速度負荷制御を
継続することが可能となり、その結果、大気温度変化の
状態にかかわらず、複合発電プラントは、プラント全体
の目標負荷に好ましく追従することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるプラント全体統括制御部（ユニ
ットマスタ）を示す概略ブロック図。

【図２】本発明にかかるプラント全体統括制御部（ユニ
ットマスタ）の特性を示すグラフ。

【図３】複合発電プラントの系統を示す概略図。

【図４】従来のプラント全体の制御系統を示す概略ブロ
ック図。

【図５】従来のプラント全体統括制御部（ユニットマス
タ）を示す概略ブロック図。

【図６】ガスタ―ビン出力とプラント全体出力との関係
をあらわすグラフ。

【符号の説明】

ＧＴ…ガスタ―ビンプラント ＳＴ…蒸気タ―ビンプラント Ｂ…ボイラプラント ５１…プラント全体統括制御部（ユニットマスタ） ５２…ガスタ―ビン制御部 ５３…蒸気タ―ビン制御部 ５４…ボイラ制御部（ボイラマスタ） ６６…関数発生器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスタ―ビンプラント、蒸気タ―ビンプ
   ラント、ボイラプラントを備え、ガスタ―ビンプラント
   の排熱をボイラプラントに燃焼用空気として供し、さら
   に、ボイラプラントの排熱を給水の予熱として供する複
   合発電プラントの、その複合発電プラントのうち、ガス
   タ―ビンプラントにはガスタ―ビン制御部を、蒸気タ―
   ビンプラントには蒸気タ―ビン制御部を、またボイラプ
   ラントにはボイラ制御部を有し、上記ガスタ―ビン制御
   部、蒸気タ―ビン制御部、ボイラ制御部は、プラント全
   体統括制御部からの目標負荷指令を受けてガスタ―ビン
   プラント、蒸気タ―ビンプラント、ボイラプラントのそ
   れぞれに負荷分担指令を与える複合発電プラントの制御
   装置において、 上記プラント全体統括制御部からガスタ―ビン制御部、
   蒸気タ―ビン制御部、ボイラ制御部のそれぞれに与えら
   れる負荷分担指令に対し、大気温度変化を考慮した補正
   信号を加える関数発生器を設けたことを特徴とする複合
   発電プラントの制御装置。