特許 5772629 蒸気圧力制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5772629

(24)【登録日】2015年7月10日

(45)【発行日】2015年9月2日

(54)【発明の名称】蒸気圧力制御方法

(51)【国際特許分類】

   F22B 35/00 20060101AFI20150813BHJP

【ＦＩ】

   F22B35/00 J

【請求項の数】6

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2012-15098(P2012-15098)

(22)【出願日】2012年1月27日

(65)【公開番号】特開2013-155898(P2013-155898A)

(43)【公開日】2013年8月15日

【審査請求日】2014年2月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】新日鐵住金株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000637

【氏名又は名称】特許業務法人樹之下知的財産事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100107892

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 俊太

(74)【代理人】

【識別番号】100105441

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 久喬

(72)【発明者】

【氏名】菅藤 昭

【審査官】 藤原 弘

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−０４１４０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１０８３０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０７８３１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２５３６８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１０８２０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２２２８３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公平０６−０７０７６５（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特公平０４−０１１６０４（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開昭５８−１６８１０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２２Ｂ １／１８

Ｆ２２Ｂ ３５／００−１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ボイラに燃料を供給して燃焼させた熱を熱交換器で吸収して発生させた蒸気をタービンへ供給して発電するボイラ・タービン・発電機設備のボイラ蒸気圧力実績値を一定値に制御すべくボイラに供給する燃料量を補正するにあたり、蒸気圧力実績値の蒸気圧力設定値との偏差である蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値を用いて前記燃料量補正量を算出して補正する方法において、
蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて前記燃料量補正量を算出して補正（以下、「積分制御」という。）している場合に、
前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲を逸脱し、かつ、前記圧力範囲に突入する現象が２回以上発生した場合であって、前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲を第１回目に逸脱した時刻（以下、「第１回目の逸脱時刻」という。）から第２回目に前記圧力範囲に突入する時刻（以下、「第２回目の突入時刻」という。）までの時間（以下、「疑似振動周期」という。）（Ｔ_P）が予め設定した時間（Ｔ_V）以下であったときの当該第２回目の突入時刻（以下、「切替時刻」という。）に、
前記蒸気圧偏差（△Ｐ）の積分値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて燃料量補正量を算出する方法から、前記蒸気圧偏差（△Ｐ）の積分値の移動平均値に積分ゲインＫｉを乗じた値用いて燃料量補正量を算出する方法に変更するステップを有することを特徴とする蒸気圧力制御方法。

【請求項2】

前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値の移動平均とは、
前記積分制御開始時刻から前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値とは並行して計算された値であって、
現時刻から移動平均時間（Ｔ_M）遡った時刻を始点として現時刻までの前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値（当該遡った時刻に値が無い場合は零として取り扱う）をさらに前記移動平均時間（Ｔ_M）だけ積分した値を前記移動平均時間（Ｔ_M）で除した値であることを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧力制御方法。

【請求項3】

前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値の移動平均とは、
切替時刻における前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値に、
切替時刻以降の各時刻において移動平均時間（Ｔ_M）遡った時刻を始点として当該各時刻までの前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値（切替時刻において積分値はリセットするとともに切替時刻以前の値は零として取り扱う）をさらに前記移動平均時間（Ｔ_M）だけ積分した値を前記移動平均時間（Ｔ_M）で除した値を加えたものであることを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧力制御方法。

【請求項4】

前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値の移動平均とは、
前記第１回目の逸脱時刻以降であって切替時刻までの前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値を記憶し、
切替時刻以降において前記疑似振動周期（Ｔ_P）を前記移動平均時間（Ｔ_M）として、
切替時刻以降の各時刻において移動平均時間（Ｔ_M）遡った時刻を始点として当該各時刻までの前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値をさらに前記移動平均時間（Ｔ_M）だけ積分した値を前記移動平均時間（Ｔ_M）で除した値であることを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧力制御方法。

【請求項5】

蒸気圧力実績値の蒸気圧力設定値との偏差である蒸気圧力偏差（△Ｐ）を用いて前記燃料量補正量を算出して補正する方法を有する特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の蒸気圧力制御方法。

【請求項6】

前記蒸気圧力実績値の蒸気圧力設定値との偏差である蒸気圧力偏差（△Ｐ）を用いて前記燃料量補正量を算出して補正する方法においては、
蒸気圧力偏差（△Ｐ）の区分に応じて前記燃料量補正量を修正する第１修正ステップを有し、
前記第１修正ステップにおいては、前期蒸気圧力偏差（△Ｐ）が零となる値を含む区分においては、前記燃料量補正量を零とすることを特徴とする請求項５に記載の蒸気圧力制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はボイラに燃料を供給して燃焼させた熱を熱交換器で吸収して発生させた蒸気をタービンへ供給して発電するボイラ・タービン・発電機設備の蒸気圧力制御方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

発電において用いるボイラ設備は、高温高圧の蒸気を使用する設備であり、ボイラ設備を用いた発電では、ボイラに燃料を供給して燃焼させ、その熱を熱交換器で吸収して発生させた蒸気をタービンへ供給し、発電機から出力するボイラ・タービン・発電機設備（以下、「ＢＴＧ設備」という。）を用いている。

【0003】

ＢＴＧ設備では、ボイラチューブの保護、タービン翼の保護、発電機が発電出力上限値を超過しないようにボイラ蒸気系統の制御性を高める必要がある。

【0004】

図８はボイラ蒸気系統とその制御の概要を表した図である。ボイラ蒸気系統の制御機構は、ＢＴＧ設備１、発電量指令１０と蒸気圧力制御部１８からの燃料量補正量２２に応じてボイラ２に供給する燃料量を制御する燃料量制御部１２と、発電量指令１０に応じてガバナ弁３に流入させる蒸気流入量を制御するガバナ制御部１４と、ボイラ２の蒸気圧力の設定値と実測値との偏差に基づき燃料量をフィードバックにより補正するボイラ蒸気圧力制御部１８とから構成される。

【0005】

ボイラ蒸気系統では、発電量指令１０の変化に応じてガバナ弁を動作させて、蒸気圧力や流量変化を検出し、燃料量や給水量等を制御する方式のボイラ追従制御や、発電量指令１０をボイラ及びタービンに並列に入力し、ガバナ弁の開度、燃料量、給水量等を制御する方式のボイラ・タービン協調制御が設置されている。

【0006】

例えば、ボイラ２へ供給される燃料量が過剰であると、蒸気の発生量が増大しボイラの蒸気圧力が増加する。このときタービン供給圧力が増加すると発電出力が過剰となるので、ガバナ制御部１４はガバナ弁３を閉じ、タービン４へ供給する蒸気量の増加を防止する。これにより、発電機５から出力される電力一定に保つことができる。また、ボイラ２へ供給される燃料量が不足していると、蒸気の発生量が減少しボイラの蒸気圧力が減少する。このときタービン供給圧力が減少すると発電出力が不足している状態となる。このとき、ガバナ制御部１４はガバナ弁３を開き、タービン４へ供給する蒸気量の減少を防止する。これにより、発電機５から出力される電力を一定に保つことができる。

【0007】

さらに、ガバナ弁３の開閉によってボイラ２からタービン４へ供給される蒸気量が変化すると、ボイラ２内の蒸気圧力（ボイラ蒸気圧力）が変化する。すなわち、ボイラ２へ供給される燃料量が過剰であるときには、ボイラ２で発生した蒸気のうち一部のみがタービン４へ供給されるので、ボイラ蒸気圧力は上昇する。

【0008】

さて、一定量の発電を行う場合には発電量指令１０は固定値であるが、次のような問題がある。

【0009】

例えば、ボイラ２へ供給される燃料量が不足しているときには、ボイラ２で発生される以上の蒸気量をタービン４へ供給するため、ボイラ蒸気圧力は低下する。ボイラ蒸気圧力制御部１８は、このように変化するボイラ蒸気圧力を所定の設定値となるように、例えば蒸気圧力実績値１９の蒸気圧力設定値９に対する偏差である蒸気圧力偏差２１（△Ｐ）に比例ゲインを乗じた値を用いて補正する比例制御、蒸気圧力偏差２１（△Ｐ）を積分した値に積分ゲインを乗じた値を用いて燃料量を補正する積分制御、ないし、蒸気圧力偏差２１（△Ｐ）を微分した値に微分ゲインを乗じた値を用いて燃料量を補正する微分制御が用いられている。このような制御方法については、特許文献１ないし２に開示されている。

【0010】

しかしながら、ボイラに燃料を供給して燃焼させた熱を熱交換器で吸収して発生させた蒸気をタービンへ供給して発電するボイラ・タービン・発電機設備の蒸気圧力制御系は、投入した燃料により水蒸気が発生するまでには数分程度の時間遅れがあり、燃料量が補正により変動すること自体が制御系の振動を誘発するという問題がある。

【0011】

そのため、積分制御を用いる場合にはいわゆる積分ゲインを大きくとると制御性能が向上するが、何らかの事情で蒸気圧力偏差（△Ｐ）が振動を開始すると、蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分は蒸気圧力偏差（△Ｐ）より９０°位相が遅れて振動する。したがって、蒸気圧力偏差（△Ｐ）より９０°位相が遅れた信号を用いて燃料量を補正すると、燃料量も蒸気圧力偏差（△Ｐ）より９０°位相が遅れた信号となり、当該振動を防止するどころか、助長することとなる。

【0012】

さらに、比例制御を用いる場合にはいわゆる比例ゲインを大きくとると制御性能が向上するが、何らかの事情で蒸気圧力偏差（△Ｐ）が振動を開始すると、蒸気圧力偏差（△Ｐ）信号を用いて燃料量を補正すると、燃料量も蒸気圧力偏差（△Ｐ）と同位相で振動することから、当該振動を防止するどころか、助長することとなる。

【0013】

一方、制御に用いるゲインを小さくすると、制御の応答が遅くなって制御性が悪くなるという問題を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【特許文献1】特開２００６−２００８７５号公報

【特許文献2】特開２００４−１９０９１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的とするところは、蒸気圧力の制御性を向上させ、かつ、大きなゲインを設定した場合において振動が発生してもその発生を抑制しうる蒸気圧力制御方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0016】

発明者はボイラに燃料を供給して燃焼させた熱を熱交換器で吸収して発生させた蒸気をタービンへ供給して発電するボイラ・タービン・発電機設備の蒸気圧力制御について鋭意研究開発を行い、蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲を逸脱し、かつ、前記圧力範囲に突入する現象が２回以上発生した場合に、前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲を第１回目に逸脱した時刻から第２回目に前記圧力範囲に突入するまでの時間（Ｔ_P）が予め設定した時間（Ｔ_V）以下である場合には蒸気圧偏差（△Ｐ）が振動を開始したと判断できることを見出すとともに、蒸気圧力偏差（△Ｐ）が振動を開始した場合には、蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値に代わって蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値の移動平均を使用することで振動の助長を抑制できることを見出した。

【0017】

さらに、蒸気圧力偏差（△Ｐ）をその大きさに応じて複数の区分を設けて、区分ごとに比例ゲインを異なる値に設定し、かつ、蒸気圧力偏差（△Ｐ）が零を含む区分では、比例ゲインを零とすることで振動を抑制できることを見出した。

【0018】

以上から、本発明の要旨は以下の通りである。
（１）ボイラに燃料を供給して燃焼させた熱を熱交換器で吸収して発生させた蒸気をタービンへ供給して発電するボイラ・タービン・発電機設備のボイラ蒸気圧力実績値を一定値に制御すべくボイラに供給する燃料量を補正するにあたり、蒸気圧力実績値の蒸気圧力設定値との偏差である蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値を用いて前記燃料量補正量を算出して補正する方法において、
蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて前記燃料量補正量を算出して補正（以下、「積分制御」という。）している場合に、
前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲を逸脱し、かつ、前記圧力範囲に突入する現象が２回以上発生した場合であって、前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲を第１回目に逸脱した時刻（以下、「第１回目の逸脱時刻」という。）から第２回目に前記圧力範囲に突入する時刻（以下、「第２回目の突入時刻」という。）までの時間（以下、「疑似振動周期」という。）（Ｔ_P）が予め設定した時間（Ｔ_V）以下であったときの当該第２回目の突入時刻（以下、「切替時刻」という。）に、
前記蒸気圧偏差（△Ｐ）の積分値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて燃料量補正量を算出する方法から、前記蒸気圧偏差（△Ｐ）の積分値の移動平均値に積分ゲインＫｉを乗じた値用いて燃料量補正量を算出する方法に変更するステップを有することを特徴とする蒸気圧力制御方法。
（２）前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値の移動平均とは、
前記積分制御開始時刻から前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値とは並行して計算された値であって、
現時刻から移動平均時間（Ｔ_M）遡った時刻を始点として現時刻までの前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値（当該遡った時刻に値が無い場合は零として取り扱う）をさらに前記移動平均時間（Ｔ_M）だけ積分した値を前記移動平均時間（Ｔ_M）で除した値であることを特徴とする（１）に記載の蒸気圧力制御方法。
（３）前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値の移動平均とは、
切替時刻における前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値に、
切替時刻以降の各時刻において移動平均時間（Ｔ_M）遡った時刻を始点として当該各時刻までの前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値（切替時刻において積分値はリセットするとともに切替時刻以前の値は零として取り扱う）をさらに前記移動平均時間（Ｔ_M）だけ積分した値を前記移動平均時間（Ｔ_M）で除した値を加えたものであることを特徴とする（１）に記載の蒸気圧力制御方法。
（４）前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値の移動平均とは、
前記第１回目の逸脱時刻以降であって切替時刻までの前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値を記憶し、
切替時刻以降において前記疑似振動周期（Ｔ_P）を前記移動平均時間（Ｔ_M）として、
切替時刻以降の各時刻において移動平均時間（Ｔ_M）遡った時刻を始点として当該各時刻までの前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値をさらに前記移動平均時間（Ｔ_M）だけ積分した値を前記移動平均時間（Ｔ_M）で除した値であることを特徴とする（１）に記載の蒸気圧力制御方法。
（５）蒸気圧力実績値の蒸気圧力設定値との偏差である蒸気圧力偏差（△Ｐ）を用いて前記燃料量補正量を算出して補正する方法を有する特徴とする（１）ないし（４）のいずれか１つに記載の蒸気圧力制御方法。
（６）前記蒸気圧力実績値の蒸気圧力設定値との偏差である蒸気圧力偏差（△Ｐ）を用いて前記燃料量補正量を算出して補正する方法においては、
蒸気圧力偏差（△Ｐ）の区分に応じて前記燃料量補正量を修正する第１修正ステップを有し、
前記第１修正ステップにおいては、前期蒸気圧力偏差（△Ｐ）が零となる値を含む区分においては、前記燃料量補正量を零とすることを特徴とする（５）に記載の蒸気圧力制御方法。

【発明の効果】

【0019】

本発明の装置並びに方法によれば、蒸気圧力の制御性を向上させ、大きなゲイン設定においても発生した振動を抑制することができるという顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】蒸気圧力偏差制御系のブロック図

【図2】制御部のブロック図

【図3-1】積分制御部のうち（ａ）移動平均Ａのブロック図

【図3-2】積分制御部のうち（ｂ）移動平均Ｂのブロック図

【図3-3】積分制御部のうち（ｃ）移動平均Ｃのブロック図

【図4-1】（ａ）比例制御部のブロック図

【図4-2】（ｂ）Ｋpg₁のテーブル

【図5-1】振動開始の判断

【図5-2】振動開始の判断

【図6-1】本発明を実施した場合のグラフであって（ａ）移動平均Ａを用いた積分制御のみを有する場合

【図6-2】本発明を実施した場合のグラフであって（ｂ）移動平均Ｂを用いた積分制御のみを有する場合

【図6-3】本発明を実施した場合のグラフであって（ｃ）移動平均Ｃを用いた積分制御のみを有する場合

【図6-4】本発明を実施した場合のグラフであって（ｄ）移動平均Ａを用いた積分制御と比例制御を有する場合

【図6-5】本発明を実施した場合のグラフであって（ｅ）移動平均Ｂを用いた積分制御と比例制御を有する場合

【図6-6】本発明を実施した場合のグラフであって（ｆ）移動平均Ｃを用いた積分制御と比例制御を有する場合

【図6-7】本発明を実施した場合のグラフであって（ｇ）（ｄ）において比例制御にてＫpg₁を使用した場合

【図6-8】本発明を実施した場合のグラフであって（ｈ）（ｅ）において比例制御にてＫpg₁を使用した場合

【図6-9】本発明を実施した場合のグラフであって（ｉ）（ｆ）において比例制御にてＫpg₁を使用した場合

【図7-1】比較例を実施した場合のグラフであって（ａ）通常の積分制御のみを有する場合

【図7-2】比較例を実施した場合のグラフであって（ｂ）通常の積分制御と通常の比例制御を有する場合

【図8】ボイラ・タービン・発電機設備並び制御設備の概念図

【発明を実施するための形態】

【0021】

［第１の実施形態］
図８に示すようなボイラに燃料を供給して燃焼させた熱を熱交換器で吸収して発生させた蒸気をタービンへ供給して発電するボイラ・タービン・発電機設備において、ボイラの蒸気圧力実績値を一定値に制御すべくボイラに供給する燃料量を補正する方法である。

【0022】

具体的には、蒸気圧力実績値１９の蒸気圧力設定値５との偏差である蒸気圧力偏差２１（△Ｐ）の積分値を用いて前記燃料量を算出して補正する方法において、蒸気圧力偏差（△Ｐ）が振動を開始した場合には、前記蒸気圧偏差（△Ｐ）の積分値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて燃料量補正量を算出する方法から、前記蒸気圧偏差（△Ｐ）の積分値の移動平均値に積分ゲインＫｉを乗じた値を用いて燃料量補正量を算出する方法に変更するステップを有することを特徴とする蒸気圧力制御方法である。

【0023】

蒸気圧力偏差（△Ｐ）が振動を開始したことは、図５（ａ）に示すように、前記蒸気圧力偏差２１（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲３７を逸脱し（１回目の逸脱）、その後圧力範囲３７に突入し（１回目の突入）、また圧力範囲３７を逸脱し（２回目の逸脱）、さらに圧力範囲３７に突入（２回目の突入）した場合であって、前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲を第１回目に逸脱した時刻３１から第２回目に前記圧力範囲３７に突入する時刻３４までの時間（Ｔ_P）が予め設定した時間（Ｔ_V）以下である場合に認定する。

【0024】

（制御系の構成）
図１には、本発明の制御系の基本的構成が示されている。

【0025】

ボイラ２により生成される蒸気の蒸気圧力実測値（Ｐ）１９が引出点２８から引き出され、加算点２９において蒸気圧力設定値（Ｐ_N）９から減算することにより蒸気圧力偏差（△Ｐ）が算出されている。
すなわち、△Ｐ＝Ｐ_N−Ｐである。
蒸気圧力制御部１８では、蒸気圧力偏差（△Ｐ）２１を入力として燃料量補正量２２（△Ｆ）が算出される。燃料量制御部１２では、燃料量補正量２２（△Ｆ）を入力として燃料量（Ｆ）２３が算出される。ボイラ２には算出された燃料量２３が与えられ、これに応じて新たな蒸気が発生し、さらに、当該蒸気は温度制御部１６で温度制御がなされる。温度制御がなされた蒸気はタービン４に与えられて回転エネルギーとなり、発電機５で回転エネルギーを電気エネルギーに変換して発電が実行される。

【0026】

（蒸気圧力制御部）
図２には蒸気圧力制御の構成が記載されている。蒸気圧力制御部は、振動開始判断部８０、積分制御部５０並びに比例制御部６０から構成されている。振動開始判断部８０は、蒸気圧力偏差（△Ｐ）が振動しているか否かを常時監視して、振動を開始したと判断したときは、積分制御部５０、比例制御部６０にその旨の通知をおこなう。積分制御部５０は、蒸気圧力偏差（△Ｐ）を引出点２８から引き出して入力として、積分制御補正量５８を算出している。比例制御分６０は、蒸気圧力偏差（△Ｐ）を引出点２８から引き出して入力として、比例制御補正量６８を算出している。積分制御補正量５８と比例制御補正量６８は加算点２９で加えられて燃料量補正量２２となる。

【0027】

（振動開始判断部）
図５（ａ）は蒸気圧力偏差（△Ｐ）が振動を開始した旨の判断の概要について記載されている。

【0028】

図５（ａ）において、縦軸は蒸気圧力偏差（△Ｐ）であり、横軸は時刻（ｔ）であり、３５は蒸気圧力偏差（△Ｐ）上限値を示す線であり、３６は蒸気圧力偏差（△Ｐ）の下限値を示す線であり、３７は蒸気圧力偏差（△Ｐ）の予め設定した圧力範囲である。

【0029】

３０は蒸気圧力偏差（△Ｐ）の時々刻々の挙動を表わすグラフであり、蒸気圧力偏差（△Ｐ）上限値を表わす線３５とは３１、３２において交差しており、蒸気圧力偏差（△Ｐ）下限値を表わす線３６とは３３、３４において交差している。

【0030】

図５（ａ）において、３１に対応する時刻は蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲３７を第１回目に逸脱した時刻であり、３２に対応する時刻は蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲３７に第１回目に突入した時刻であり、３３に対応する時刻は蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲３７を第２回目に逸脱した時刻であり、３４に対応する時刻は蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲３７に第２回目に突入した時刻である。

【0031】

したがって、３１に対応する時刻から３４に対応する時刻までの時間は、前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲を第１回目に逸脱した時刻から第２回目に前記圧力範囲に突入するまでの時間（Ｔ_P）である。

【0032】

発明者らは鋭意研究開発の結果、第１回目に逸脱した時刻から第２回目に前記圧力範囲に突入するまでの時間（Ｔ_P）が予め設定した時間（Ｔ_V）以下である場合には、蒸気圧力偏差（△Ｐ）が振動を開始したと判断し、当該判断を下した時刻である３４に対応する時刻（切替時刻）であり、当該切替時刻以降直ちに振動抑制のための手段を講じることで、当該振動を有効に抑制できることを見出した。

【0033】

予め設定した時間（Ｔ_V）とは、通常発生する振動周期であり、１０〜２０分程度の時間である。

【0034】

（積分制御部）
発明者らは鋭意研究開発の結果、切替時刻以降に振動抑制のための手段として、使用していた蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値に代えて当該積分値の移動平均を使用することとすることで、当該振動を有効に抑制できることを見出した。

【0035】

積分動作をホールドすることによっても振動の助長を抑制できるが、それだけでは蒸気圧力偏差（△Ｐ）のいわゆるオフセット分を制御しきれない。それに対し、本発明では積分値の移動平均を用いることにより、振動の助長を抑制し、かつ、オフセット分の除去を行えるからである。

【0036】

（積分値の移動平均）
図５（ｂ）は、蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値の移動平均の算出について記載されている。図５（ｂ）おいて、縦軸は蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値であり、横軸は時刻（ｔ）であり、４１は現在時刻であり、４２は移動平均時間（Ｔ_M）である。現在時刻４１における蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値の移動平均とは、現在時刻から移動平均時間（Ｔ_M）まで遡った蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値を更に積分した値を移動平均時間（Ｔ_M）で除した値である。蒸気圧力偏差の積分値が連続的ではなく離散的に、例えばΔＴピッチで得られている場合には、積分値をさらに積分した値は、対象範囲に存する積分値の和にΔＴをかけた値として求めることができる。

【0037】

ここで、移動平均時間（Ｔ_M）４２は、蒸気圧力偏差（△Ｐ）が予め設定した圧力範囲を第１回目に逸脱した時刻から第２回目に前記圧力範囲に突入するまでの時間（Ｔ_P）、振動開始の判断のために予め設定した時間（Ｔ_V）、あるいはこれら以外に予め設定した時間のいずれかとすることができる。

【0038】

ここで、振動開始判断部からの通知を受理した時刻から積分器５１は積分動作を再開する場合に振動開始判断部からの通知を受理した時刻以前の積分値は０と見なして積分値の移動平均を取る。

【0039】

第１の実施形態は、積分値の移動平均の取り方により移動平均Ａ、移動平均Ｂ、移動平均Ｃのそれぞれを用いる３種類の形態に分類される。

【0040】

＜移動平均Ａを用いる形態＞
移動平均Ａを用いる形態は、第１の実施形態において、前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値の移動平均とは、前記積分制御開始時刻から前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値とは並行して計算された値であって、現時刻から移動平均時間（Ｔ_M）遡った時刻を始点として現時刻までの前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値（当該遡った時刻に値が無い場合は零として取り扱う）の和を前記移動平均時間（Ｔ_M）で除した値（以下、「積分値の移動平均Ａ」という。）を用いる蒸気圧力制御方法である。

【0041】

（積分制御切替）
図３（ａ）には本実施形態に用いる積分制御部ブロック図が記載されている。積分制御部は主に、積分器用リセット５２のついた積分器５１、切替器５６、移動平均算出器５５、積分ゲイン５７から構成される。

【0042】

制御開始時において、積分器５１は積分器用リセット５２によりリセットされて初期値としては０が入力される。また、切替器５６はＡに接続されている。

【0043】

蒸気圧力偏差（△Ｐ）２１が振動していないときは、蒸気圧力偏差（△Ｐ）２１は積分器５１に入力されて積分され、積分ゲインＫｉが乗じられて積分制御補正量５８が算出される。

【0044】

これとは並行して、制御開始時刻から積分器５１の出力は移動平均算出器５５に送られて、現時刻から移動平均時間（Ｔ_M）遡った時刻を始点として現時刻までの前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値を更に移動平均時間（Ｔ_M）だけ積分した値を前記移動平均時間（Ｔ_M）で除した値を出力している。

【0045】

さて、蒸気圧力偏差（△Ｐ）２１が振動を開始した旨が振動開始判断部から通知されると、通知を受理した時刻に切替器５６はＢに接続され、以降は、蒸気圧力偏差（△Ｐ）２１を積分器５１が積分した値について移動平均算出器５５で移動平均をとった値に積分ゲインＫｉが乗じられた値が積分制御補正量５８として出力される。

【0046】

このような構成により、振動開始判断部からの通知を受理した時刻に蒸気圧力偏差（△Ｐ）２１の積分値による燃料量補正量の算出から蒸気圧力偏差（△Ｐ）２１の積分値の移動平均による燃料量補正量の算出に切換えられる。

【0047】

（積分値の移動平均）
制御開始時刻から積分器５１の出力は移動平均算出器５５に送られて、現時刻から移動平均時間（Ｔ_M）遡った時刻を始点として現時刻までの前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値を更に移動平均時間（Ｔ_M）だけ積分した値を前記移動平均時間（Ｔ_M）で除した値を出力しているが、移動平均の算出にあたり当該遡った時刻に値が無い場合は零として取り扱う。

【0048】

＜移動平均Ｂを用いる形態＞
移動平均Ｂを用いる形態は、第１の実施形態において、前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値の移動平均とは、切替時刻における前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値に、切替時刻以降の各時刻において移動平均時間（Ｔ_M）遡った時刻を始点として当該各時刻までの前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値（切替時刻において積分値をリセットするとともに切替時刻以前の値は零として取り扱う）を更に移動平均時間（Ｔ_M）だけ積分した値を前記移動平均時間（Ｔ_M）で除した値を、加えたもの（以下、「積分値の移動平均Ｂ」という。）である蒸気圧力制御方法である。

【0049】

（積分制御切替）
図３（ｂ）には本実施形態に用いる積分制御部ブロック図が記載されている。積分制御部は主に、積分器用リセット５２のついた積分器５１、切替器５６、ホールダ用リセット５４のついたホールダ５３、移動平均算出器５５、積分ゲイン５７から構成される。

【0050】

制御開始時において、積分器５１は積分器用リセット５２により、ホールダ５３はホールダ用リセット５４によりリセットされて初期値としては０が入力される。また、切替器５６はＡに接続されている。

【0051】

蒸気圧力偏差（△Ｐ）２１が振動していないときは、蒸気圧力偏差（△Ｐ）２１は積分器５１に入力されて積分され、積分ゲインＫｉが乗じられて積分制御補正量５８が算出される。このとき、ホールダ５３はいつでも積分器５１からの出力を記憶することができる状態にある。

【0052】

さて、蒸気圧力偏差（△Ｐ）２１が振動を開始した旨が振動開始判断部から通知されると、通知を受理した時刻に、積分器の値はホールダ５３に記憶され、積分器５１はリセットされ、かつ、切替器５６はＢに接続され、以降は、蒸気圧力偏差（△Ｐ）２１を積分器５１が積分した値について移動平均算出器５５で移動平均をとった値がホールダに記憶された値に加算点２９において加算された値に積分ゲインＫｉが乗じられた値が積分制御補正量５８出力される。なお、移動平均算出器５５には切替時刻以前の積分値が入力されていないので、切替時刻以前の蒸気圧力偏差の積分値は零として取り扱うこととなる。

【0053】

このような構成により、振動開始判断部からの通知を受理した時刻に蒸気圧力偏差（△Ｐ）２１の積分値による燃料量補正量の算出から蒸気圧力偏差（△Ｐ）２１の積分値の移動平均による燃料量補正量の算出に不連続な点を生じることなく切り替えることができる。

【0054】

＜移動平均Ｃを用いる形態＞
移動平均Ｃを用いる形態は、第１の実施形態において、前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値の移動平均とは、前記第１回目の逸脱時刻以降であって切替時刻までの前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値を記憶し、切替時刻以降において前記疑似振動周期（Ｔ_P）を前記移動平均時間（Ｔ_M）として、切替時刻以降の各時刻において移動平均時間（Ｔ_M）遡った時刻を始点として当該各時刻までの前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値の和を前記移動平均時間（Ｔ_M）で除した値である（以下、「積分値の移動平均Ｃ」という。）蒸気圧力制御方法である。

【0055】

（積分制御切替）
図３（ｃ）には本実施形態に用いる積分制御部ブロック図が記載されている。積分制御部は主に、積分器用リセット５２のついた積分器５１、切替器５６、記憶装置５９、移動平均算出器５５、積分ゲイン５７から構成される。

【0056】

制御開始時において、積分器５１は積分器用リセット５２によりリセットされて初期値としては０が入力される。また、切替器５６はＡに接続されている。

【0057】

蒸気圧力偏差（△Ｐ）２１が振動していないときは、蒸気圧力偏差（△Ｐ）２１は積分器５１に入力されて積分され、積分ゲインＫｉが乗じられて積分制御補正量５８が算出される。

【0058】

さて、蒸気圧力偏差（△Ｐ）２１についての第１回目の逸脱時刻以降、前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値を記憶装置５９において記憶しておき、
切替時刻以降において移動平均算出器５５においては、記憶装置５９に記憶された値を用いて前記疑似振動周期（Ｔ_P）を前記移動平均時間（Ｔ_M）として、切替時刻以降の各時刻において移動平均時間（Ｔ_M）遡った時刻を始点として当該各時刻までの前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値を更に移動平均時間（Ｔ_M）だけ積分した値を前記移動平均時間（Ｔ_M）で除した値を蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値の移動平均値として出力し、かつ、切替器５６はＢに接続され、蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値の移動平均をとった値に積分ゲインＫｉが乗じられた値が積分制御補正量５８出力される。

【0059】

このような構成により、振動開始判断部からの通知を受理した時刻に蒸気圧力偏差（△Ｐ）２１の積分値による燃料量補正量の算出から蒸気圧力偏差（△Ｐ）２１の積分値の移動平均による燃料量補正量の算出に切換えられる。

【0060】

（積分値の移動平均）
蒸気圧力偏差（△Ｐ）２１についての第１回目の逸脱時刻以降の蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値は記憶装置５９に記憶され、切替時刻以降の各時刻において移動平均時間（Ｔ_M）遡った時刻を始点として当該各時刻までの前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値の和を前記移動平均時間（Ｔ_M）で除した値を蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値の移動平均値として出力される。

【0061】

［第２の実施形態］
第２の実施形態は、第１の実施形態におけるΔｐの積分値を用いた積分制御に加えて、蒸気圧力実績値の蒸気圧力設定値との偏差である蒸気圧力偏差（△Ｐ）を用いて前記燃料量を算出して補正する方法（比例制御）を含む制御方法である。

【0062】

比例制御において、通常行われるように比例ゲインを一定値として行っても良い。本発明においてより好ましくは、蒸気圧力偏差の区分を設けた上で、前記蒸気圧力偏差（△Ｐ）の区分に応じて蒸気圧力偏差（△Ｐ）を用いて前記燃料量を補正する量を修正する第１修正ステップを有し、蒸気圧力偏差（△Ｐ）が零となる値を含む区分においては、ゲインを零とすることもできる蒸気圧制御方法とする。

【0063】

（比例制御部）
図４（ａ）は比例制御部の概要を示した図である。図４（ａ）に記載したように、比例ゲインＫpを修正するためのゲインＫpg₁を直列に配置し、蒸気圧力偏差（△Ｐ）にＫp、Ｋpg₁を乗じて比例制御補正量を算出し、これにより燃料量を補正する。Ｋpg₁＝１（一定）とすれば、通常の比例制御を行うことになる。

【0064】

図４（ｂ）は修正ゲイン１の概要を示した図である。図４（ｂ）に記載したように、Ｋpg₁は、蒸気圧力偏差（△Ｐ）に応じた区分テーブルにより構成されており、蒸気圧力偏差（△Ｐ）が零に近い区分である０〜ａ１或いは−ｃ１〜０においてはそのゲインが零となっている。

【実施例】

【0065】

図８に示すようなボイラ・タービン・発電機設備において、図１に示す制御系の基本的構成を用い、ボイラの蒸気圧力実績値を一定値に制御すべくボイラに供給する燃料量を補正する方法を実施した。

【0066】

（比較例）
振動開始を判断せず、振動が発生しても通常どおり、ゲインを一定として積分制御、比例制御を行った。図７（ａ）には、比例制御を用いずに積分制御のみを用いた場合の結果を示す。図７（ｂ）には積分制御と比例制御を併用した場合の結果を示す。いずれにおいても、時間の経過と共に蒸気圧力偏差の振動の振幅が増大し、振動が拡散していることが明らかである。積分制御、比例制御のゲインが大きすぎたことが振動拡大の原因と考えられる。

【0067】

以下の実施例１〜９において、振動開始前の積分制御、比例制御のゲインの大きさについては、上記比較例と同じ値を用いている。

【0068】

（実施例１）
第１の実施形態であって移動平均Ａを用いる形態を実施した場合のグラフを図６（ａ）に記載する。本形態は図３（ａ）に記載されているように蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値の移動平均としては、積分値の移動平均Ａを用いる。

【0069】

積分制御による補正量の計算にあたっては、切替時すなわち蒸気圧力偏差（△Ｐ）について予め定められた範囲から１回目の逸脱をなした後に当該予め定められた範囲に２回目の突入がなされたときに、振動が開始されたと認識して、蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値を並行して計算されていた積分値の移動平均Ａに切換える。

【0070】

このように積分制御による補正量を用いて蒸気圧力偏差（△Ｐ）を制御することで、図７（ａ）に記載の比較例の結果と比して、蒸気圧力偏差（△Ｐ）の振動を短時間で収束させることができる。

【0071】

また、蒸気圧力偏差（△Ｐ）が零となる点においては、補正量はオフセット値に一致しており、燃料量の補正量が大きく変化せず、安定的に動作していることが確認できる。

【0072】

（実施例２）
第１の実施形態であって移動平均Ｂを用いる形態を実施した場合のグラフを図６（ｂ）に記載する。本形態は図３（ｂ）に記載されているように蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値の移動平均としては、積分値の移動平均Ｂを用いる。

【0073】

積分制御による補正量の計算にあたっては、切替時すなわち蒸気圧力偏差（△Ｐ）について予め定められた範囲から１回目の逸脱をなした後に当該予め定められた範囲に２回目の突入がなされたときに、振動が開始されたと認識して、蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値を積分値の移動平均Ｂに切換える。

【0074】

このように積分制御による補正量を用いて蒸気圧力偏差（△Ｐ）を制御することで、図７（ａ）に記載の比較例の結果と比して、蒸気圧力偏差（△Ｐ）の振動を短時間で収束させることができる。

【0075】

また、蒸気圧力偏差（△Ｐ）が零となる点においては、補正量はオフセット値に一致しており、燃料量の補正量が大きく変化せず、安定的に動作していることが確認できる。

【0076】

（実施例３）
第１の実施形態であって移動平均Ｃを用いる形態を実施した場合のグラフを図６（ｃ）に記載する。本形態は図３（ｃ）に記載されているように蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値の移動平均としては、積分値の移動平均Ｃを用いる。

【0077】

積分制御による補正量の計算にあたっては、切替時すなわち蒸気圧力偏差（△Ｐ）について予め定められた範囲から１回目の逸脱をなした後に当該予め定められた範囲に２回目の突入がなされたときに、振動が開始されたと認識して、蒸気圧力偏差（△Ｐ）の積分値を積分値の移動平均Ｃに切換える。

【0078】

このように積分制御による補正量を用いて蒸気圧力偏差（△Ｐ）を制御することで、図７（ａ）に記載の比較例の結果と比して、蒸気圧力偏差（△Ｐ）の振動を短時間で収束させることができる。

【0079】

また、蒸気圧力偏差（△Ｐ）が零となる点においては、補正量はオフセット値に一致しており、燃料量の補正量が大きく変化せず、安定的に動作していることが確認できる。

【0080】

（実施例４）
第２の実施形態であって積分制御では移動平均Ａを用いる形態を実施し、比例制御では修正ゲインＫpg₁による補正を行わなかった場合のグラフを図６（ｄ）に記載する。積分制御は図３（ａ）に記載されたものであり、比例制御は図４（ａ）に記載されたものであり、Ｋpg₁＝１とした場合である。

【0081】

比例制御を併せて動作させても良好な結果を得ている。また、蒸気圧力偏差（△Ｐ）が零となる点においては、制御開始において補正量はオフセット値に一致していないが、徐々に安定的に一致していることが確認できる。

【0082】

（実施例５）
第２の実施形態であって積分制御では移動平均Ｂを用いる形態を実施し、比例制御では修正ゲインＫpg₁による補正を行わなかった場合のグラフを図６（ｅ）に記載する。積分制御は図３（ｂ）に記載されたものであり、比例制御は図４（ａ）に記載されたものであり、Ｋpg₁＝１とした場合である。

【0083】

比例制御を併せて動作させても良好な結果を得ている。また、蒸気圧力偏差（△Ｐ）が零となる点においては、制御開始において補正量はオフセット値に一致していないが、徐々に安定的に一致していることが確認できる。

【0084】

（実施例６）
第２の実施形態であって積分制御では移動平均Ｃを用いる形態を実施し、比例制御では修正ゲインＫpg₁による補正を行わなかった場合のグラフを図６（ｆ）に記載する。積分制御は図３（ｃ）に記載されたものであり、比例制御は図４（ａ）に記載されたものであり、Ｋpg₁＝１とした場合である。

【0085】

比例制御を併せて動作させても良好な結果を得ている。また、蒸気圧力偏差（△Ｐ）が零となる点においては、制御開始において補正量はオフセット値に一致していないが、徐々に安定的に一致していることが確認できる。

【0086】

（実施例７）
第２の実施形態であって移動平均Ａを用いる形態を実施し、修正ゲインＫpg₁による補正を行った場合のグラフを図６（ｇ）に記載する。積分制御は図３（ａ）に記載されたものであり、比例制御は図４（ａ）、（ｂ）に記載されたものを実施している。比例制御による補正量の計算にあたっては、図４（ｂ）に記載されるゲインテーブルを用いることで、蒸気圧力偏差（△Ｐ）が少ないところでは補正量を零としている。

【0087】

このように積分制御と比例制御による補正量を用いて蒸気圧力偏差（△Ｐ）を制御することで、蒸気圧力偏差（△Ｐ）の振動を短時間で収束させることができる。比例制御を併せて動作させても良好な結果を得ている。また、蒸気圧力偏差（△Ｐ）が零となる点においては、制御開始において補正量はオフセット値に一致していないが、徐々に安定的に一致していることが確認できる。

【0088】

（実施例８）
第２の実施形態であって移動平均Ｂを用いる形態を実施し、修正ゲインＫpg₁による補正を行った場合のグラフを図６（ｈ）に記載する。積分制御は図３（ｂ）に記載されたものであり、比例制御は図４（ａ）、（ｂ）に記載されたものを実施している。比例制御による補正量の計算にあたっては、図４（ｂ）に記載されるゲインテーブルを用いることで、蒸気圧力偏差（△Ｐ）が少ないところでは補正量を零としている。

【0089】

このように積分制御と比例制御による補正量を用いて蒸気圧力偏差（△Ｐ）を制御することで、蒸気圧力偏差（△Ｐ）の振動を短時間で収束させることができる。比例制御を併せて動作させても良好な結果を得ている。また、蒸気圧力偏差（△Ｐ）が零となる点においては、制御開始において補正量はオフセット値に一致していないが、徐々に安定的に一致していることが確認できる。

【0090】

（実施例９）
第２の実施形態であって移動平均Ｃを用いる形態を実施し、修正ゲインＫpg₁による補正を行った場合のグラフを図６（ｉ）に記載する。積分制御は図３（ｃ）に記載されたものであり、比例制御は図４（ａ）、（ｂ）に記載されたものを実施している。比例制御による補正量の計算にあたっては、図４（ｂ）に記載されるゲインテーブルを用いることで、蒸気圧力偏差（△Ｐ）が少ないところでは補正量を零としている。

【0091】

このように積分制御と比例制御による補正量を用いて蒸気圧力偏差（△Ｐ）を制御することで、蒸気圧力偏差（△Ｐ）の振動を短時間で収束させることができる。比例制御を併せて動作させても良好な結果を得ている。また、蒸気圧力偏差（△Ｐ）が零となる点においては、制御開始において補正量はオフセット値に一致していないが、徐々に安定的に一致していることが確認できる。

【符号の説明】

【0092】

１：ボイラ・タービン・発電機設備
２：ボイラ
３：ガバナ弁
４：タービン
５：発電機
６：復水器
９：蒸気圧力設定値
１０：発電量指令
１２：燃料量制御部
１４：ガバナ制御部
１６：蒸気温度制御部
１８：蒸気圧力制御部
１９：蒸気圧力実績値
２１：蒸気圧力偏差
２２：燃料量補正量
２３：燃料量
２８：引出点
２９：加算点
５０：積分制御部
５１：積分器
５２：積分器用リセット
５３：ホールダ
５４：ホールダ用リセット
５５：移動平均算出器
５６：切替器
５７：積分ゲイン
５８：積分制御補正量
６０：比例制御部
６１：第１修正ゲイン
６７：比例ゲイン
６８：比例制御補正量

【図1】

【図2】

【図3-1】

【図3-2】

【図3-3】

【図4-1】

【図4-2】

【図5-1】

【図5-2】

【図6-1】

【図6-2】

【図6-3】

【図6-4】

【図6-5】

【図6-6】

【図6-7】

【図6-8】

【図6-9】

【図7-1】

【図7-2】

【図8】