特許 6543175 調節弁の制御装置及び制御方法

(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】6543175

(24)【登録日】2019年6月21日

(45)【発行日】2019年7月10日

(54)【発明の名称】調節弁の制御装置及び制御方法

(51)【国際特許分類】

   F02C 6/18 20060101AFI20190628BHJP

   F01D 19/00 20060101ALI20190628BHJP

   F01K 23/10 20060101ALI20190628BHJP

【ＦＩ】

   F02C6/18 B

   F01D19/00 P

   F01K23/10 G

【請求項の数】9

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-228868(P2015-228868)

(22)【出願日】2015年11月24日

(65)【公開番号】特開2017-96165(P2017-96165A)

(43)【公開日】2017年6月1日

【審査請求日】2018年5月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100082991

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 泰和

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100124372

【弁理士】

【氏名又は名称】山ノ井 傑

(74)【代理人】

【識別番号】100125151

【弁理士】

【氏名又は名称】新畠 弘之

(72)【発明者】

【氏名】河津 亮輔

(72)【発明者】

【氏名】当房 昌幸

(72)【発明者】

【氏名】阿部 和幸

【審査官】 小林 勝広

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−０２１４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１６７５７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｄ １７／００−２１／２０

Ｆ０１Ｋ ２３／００−２７／０２

Ｆ０２Ｃ １／００− ９／５８

Ｆ２３Ｒ ３／００− ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

排熱回収ボイラ内のドラムが生成する蒸気を復水器に放出するバイパス経路における調節弁を制御する調節弁の制御装置であって、
前記ドラム内の圧力値を示す設定値を設定する設定部と、
前記設定値と前記ドラム内の圧力値との差を減少させる制御を前記調節弁に対して行う制御部であって、前記差を減少させる弁の開度を開度指令値として前記調節弁に出力する制御部と、
前記開度指令値が所定値よりも小さい場合に、前記制御部で用いる設定値を前記開度指令値を増加させる値に補正する補正部と、
を備えることを特徴とする調節弁の制御装置。

【請求項2】

前記補正部は、前記開度指令値が所定値よりも小さい場合に、前記設定値の値を減少させることを特徴とする請求項１に記載の調節弁の制御装置。

【請求項3】

前記補正部は、
前記開度指令値に対してサンプリング周期の１周期前に得られた第２開度指令値を出力するサンプリング遅延器と、
前記開度指令値および前記第２開度指令値の内のいずれか一方を前記開度指令値に基づき出力する切替器と、
前記開度指令値と切替器から出力される開度指令値とを比較して、その値の小さい方を出力する低値選択器と、
前記低値選択器が出力した開度指令値に基づくゲインと前記設定値と乗算した値を補正後の設定値として出力する乗算器と、を有し、
前記制御部は、前記補正後の設定値と前記ドラム内の圧力値との差を減少させる制御を前記調節弁に対して行うことを特徴とする請求項２に記載の調節弁の制御装置。

【請求項4】

前記ゲインを決定する関数発生器を更に備えることを特徴とする請求項３に記載の調節弁の制御装置。

【請求項5】

前記補正部は、前記制御部からの開度指令値が所定値以上の場合に、前記補正後の設定値を初期の設定値に復帰させることを特徴とする請求項３又は４に記載の調節弁の制御装置。

【請求項6】

前記関数発生器から出力される前記ゲインを設定レートにしたがい変化させる変化率制限器を、更に備えることを特徴とする請求項４に記載の調節弁の制御装置。

【請求項7】

前記ドラムが生成する蒸気を用いた定負荷運転中は、前記補正部の出力信号を前記制御部で用いる設定値を変化させるゲインが１である信号に切替る信号切替部を更に備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の調節弁の制御装置。

【請求項8】

前記補正部は、前記開度指令値が所定値よりも大きい場合に、前記制御部で用いる設定値を前記開度指令値が減少する値に補正することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の調節弁の制御装置。

【請求項9】

排熱回収ボイラ内のドラムが生成する蒸気を復水器に放出するバイパス経路における調節弁を制御する調節弁の制御方法であって、
前記ドラム内の圧力値を示す設定値を設定する設定工程と、
前記設定値と前記ドラム内の圧力値との差を減少させる開度指令値を前記調節弁に出力し、前記調節弁の開度を制御する制御工程と、
前記開度指令値が所定値よりも小さい場合に、前記制御工程で用いる設定値を前記開度指令値を増加させる値に補正する補正工程と、
を備えることを特徴とする調節弁の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、調節弁の制御装置及び制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

発電プラントでは、ガスタービンの排熱を用いて排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）内のドラムが生成した蒸気は、発電タービンの駆動用などに供給される。この発電プラントの起動運転時またはプラント停止時に、ドラム内の蒸気圧を調整するため、この蒸気を復水器に放出するバイパス経路が設けられている。このバイパス経路における調節弁の開度がＰＩＤ制御される。すなわち、この調節弁の開度は、圧力センサで得られたドラム内の圧力値であるプロセス値（ＰＶ値）と、予め設定された圧力値である設定値（ＳＶ値）との差に基づきＰＩＤコントローラによりＰＩＤ制御される。このＰＩＤ制御では、プロセス値と設定値の差に応じて調節弁への開度指令値（ＭＶ値）を増減させ、プロセス値と設定値との差が０に近づけられる。このように、タービンバイパス弁、および給水ポンプ再循環弁等の調節弁における開度の制御は、一般にＰＩＤコントローラにより行われている。

【0003】

発電プラントに使用される調節弁のうち、ある種の調節弁開度指令値が０％になるとそれ以上の蒸気圧の調整が困難になる。このような調節弁として、ガスタービン、蒸気タービン、および排熱回収ボイラを組み合わせたコンバインドサイクル発電プラントにおいて使用されるタービンバイパス調節弁が知られている。このタービンバイパス調節弁は、プラント起動時、又は停止時に排熱回収ボイラで発生した余剰蒸気の復水器への放出を調整するため、中間開度で制御が行われる。このため、ＰＩＤ制御によってプロセス値が設定値に一致するように開度指令値が演算される。このＰＩＤ制御においては、設定値を高く設定すると開度指令値は減少され、逆に設定値を低く設定すると開度指令値は増加される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５−０２１４０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、プラント起動時における制御時において、プロセス値が設定値より低い状態が継続する場合に、調節弁が閉方向に動作され、調節弁は最終的に全閉又は微開状態にされる場合が生じてしまう。この場合、制御中に調節弁が全開または全閉となることは制御喪失状態であり、安全運転に支障をきたす。また、微開状態が続くことで調節弁前後差圧が大きくなり弁シート部における蒸気流速が上昇、蒸気と弁シート部の摩擦力が増加し、シート部の損傷、寿命の低下に繋がってしまう。

【0006】

そこで、本発明の実施形態は、このような点を考慮してなされたものであり、調節弁を全閉に導くことを回避した調節弁の制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本実施形態に係る調整弁の制御装置は、排熱回収ボイラ内のドラムが生成する蒸気を復水器に放出するバイパス経路における調節弁を制御する調節弁の制御装置であって、
前記ドラム内の圧力値を示す設定値を設定する設定部と、
前記設定値と前記ドラム内の圧力値との差を減少させる制御を前記調節弁に対して行う制御部であって、前記差を減少させる弁の開度を開度指令値として前記調節弁に出力する制御部と、
前記開度指令値が所定値よりも小さい場合に、前記制御部で用いる設定値を前記開度指令値を増加させる値に補正する補正部と、
を備えることを特徴とする。

【0008】

また、本実施形態に係る調整弁の制御方法は、排熱回収ボイラ内のドラムが生成する蒸気を復水器に放出するバイパス経路における調節弁を制御する調節弁の制御方法であって、
前記ドラム内の圧力値を示す設定値を設定する設定工程と、
前記設定値と前記ドラム内の圧力値との差を減少させる開度指令値を前記調節弁に出力し、前記調節弁の開度を制御する制御工程と、
前記開度指令値が所定値よりも小さい場合に、前記制御工程で用いる設定値を前記開度指令値を増加させる値に補正する補正工程と、
を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

調節弁を全閉に導くことを回避した調節弁の制御装置及び制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態に係るコンバインドサイクル発電プラントシステムの構成の一例を示す図。

【図2】第１実施形態に係る補正部の構成を示すブロック図。

【図3】第２実施形態に係る調整弁の制御装置の構成を示すブロック図。

【図4】第３実施形態に係る調整弁の制御装置の構成を示すブロック図。

【図5】全体処理の流れを説明するフローチャートを示す図。

【図6】第４実施形態に係る補正部の構成を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

【0012】

（第１実施形態）
第１実施形態に係る調整弁の制御装置は、調節弁の開度指令値が所定値未満である場合に、関数発生器の出力するゲインｅを１未満にすることにより、設定部に設定された設定値ｂの値を減少させる補正を行い、調節弁が全閉に導かれることを回避しようとしたものである。より詳しくを、以下に説明する。

【0013】

図１に基づき第１実施形態に係るコンバインドサイクル発電プラントシステム１の構成を説明する。図１は、第１実施形態に係るコンバインドサイクル発電プラントシステム１の構成の一例を示す図である。この図１に示すように、本実施形態に係るコンバインドサイクル発電プラントシステム１は、コンバインドサイクル発電プラント１００と、調整弁の制御装置２００とを、備えて構成されている。このコンバインドサイクル発電プラント１００は、燃焼ガスの燃焼エネルギーと、排熱を用いて発生した水蒸気のエネルギーと、を用いて発電する発電プラントである。すなわち、このコンバインドサイクル発電プラント１００は、圧縮機１１０と、ガスタービン１２０と、排熱回収ボイラ１３０と、高圧蒸気タービン１５０と、低圧蒸気タービン１６０と、復水器１７０と、を備えて構成されている。

【0014】

圧縮機１１０は、大気を吸い込んで高圧化した高圧空気を燃焼ガス生成用として燃焼器に供給する。ガスタービン１２０は、燃焼器から供給された燃焼ガスを用いて駆動する。

【0015】

排熱回収ボイラ１３０は、ガスタービン１２０から排気ガスが供給され、蒸気を発生する。すなわち、この排熱回収ボイラ１３０は、高圧ドラム１３２と、高圧蒸発器１３４と、高圧過熱器１３６と、中圧ドラム１３８と、中圧蒸発器１４０と、中圧過熱器１４２と、低圧ドラム１４４と、低圧蒸発器１４６と、低圧過熱器１４８とを備えて構成されている。排気ガスが流れる順に、高圧ドラム１３２、高圧蒸発器１３４、高圧過熱器１３６、中圧ドラム１３８、中圧蒸発器１４０、中圧過熱器１４２、低圧ドラム１４４、低圧蒸発器１４６、および低圧過熱器１４８が配置されている。

【0016】

高圧ドラム１３２は、貯留した水を排ガスで昇温させることで、蒸気を発生する。高圧蒸発器１３４は、両端が高圧ドラム１３２に接続されており、高圧ドラム１３２に貯留された水を循環させつつ、排ガスで昇温させる。高圧過熱器１３６は、高圧ドラム１３２が発生した高圧蒸気を過熱する。

【0017】

同様に、中圧ドラム１３８は、貯留した水を排ガスで昇温させることで、蒸気を発生する。中圧蒸発器１４０は、両端が中圧ドラム１３８に接続されており、中圧ドラム１３８に貯留された水を循環させつつ、排ガスで昇温させる。中圧過熱器１４２は、中圧ドラム１３８が発生した中圧蒸気を過熱する。

【0018】

同様に、低圧ドラム１４４は、貯留した水を排ガスで昇温させることで、蒸気を発生する。低圧蒸発器１４６は、両端が低圧ドラム１４４に接続されており、低圧ドラム１４４に貯留された水を循環させつつ、排ガスで昇温させる。低圧過熱器１４８は、低圧ドラム１４４が発生した中圧蒸気を過熱する。

【0019】

高圧蒸気タービン１５０は、高圧過熱器１３６が加熱した高圧蒸気を用いて発電機を駆動する。低圧蒸気タービン１６０は、高圧蒸気タービン１５０と同軸であり、中圧過熱器１４２で加熱した中圧蒸気と、低圧過熱器１４８で加熱した低圧蒸気とが供給され発電機を駆動する。すなわち、高圧過熱器１３６の過熱蒸気は、高圧加減弁Ｂ２を経て高圧蒸気タービン１５０の後流段落に供給される。中圧過熱器１４２の過熱蒸気は、中圧加減弁Ｂ４を経て低圧蒸気タービン１６０の初流段落に、低圧過熱器１４８の過熱蒸気は、低圧加減弁Ｂ６を経て低圧蒸気タービン１６０の後流段落に、それぞれ供給される。

【0020】

復水器１７０は、供給された循環水を用いて、高圧ドラム１３２から供給された高圧蒸気、中圧ドラム１３８から供給された中圧蒸気、及び低圧ドラム１４４から供給された低圧蒸気を水に戻す。この復水器１７０には、環水ポンプから循環水が供給されている。

【0021】

コンバインドサイクル発電プラント１００は、起動運転時、プラント停止時、および系統事故運転時の少なくともいずれかにおいて、排熱回収ボイラ１３０から発生した蒸気を復水器１７０に直接流すタービンバイパス系を備えている。このタービンバイパス系は、高圧タービンバイパス調節弁Ｂ８を経由して高圧過熱器１３６からの蒸気を復水器１７０に流す高圧系と、中圧タービンバイパス調節弁Ｂ１０を経由して中圧過熱器１４２からの蒸気を復水器１７０に流す中圧系と、低圧タービンバイパス調節弁Ｂ１２を経由して低圧過熱器１４８からの蒸気を復水器１７０に流す低圧系とを、有する。なお、本実施形態では、高圧タービンバイパス調節弁Ｂ８、中圧タービンバイパス調節弁Ｂ１０、および低圧タービンバイパス調節弁Ｂ１２のそれぞれが調節弁に対応する。

【0022】

高圧系において、高圧蒸気タービン１５０が起動されて高圧加減弁Ｂ２の開弁が行われる前は、高圧タービンバイパス調節弁Ｂ８は高圧ドラム１３２に発生する高圧蒸気を復水器１７０に導くように開弁される。同様に中圧系において、低圧蒸気タービン１６０が起動されて中圧加減弁Ｂ４の開弁が行われる前は、中圧タービンバイパス調節弁Ｂ１０は中圧ドラム１３８に発生する中圧蒸気を復水器１７０に導くように開弁され、低圧蒸気タービン１６０が起動されて低圧加減弁Ｂ６の開弁が行われる前は、低圧タービンバイパス調節弁Ｂ１２は低圧ドラム１４４に発生する低圧蒸気を復水器１７０に導くように開弁される。

【0023】

調整弁の制御装置２００は、高圧センサ２０２と、中圧センサ２０４と、低圧センサ２０６と、設定部２０８と、補正部２１０と、制御部２１２と、を備えて構成されている。この調整弁の制御装置２００は、分散制御装置（ＤＣＳ：Distributed Control System）と呼ばれる場合もある。

【0024】

高圧センサ２０２は、高圧ドラム１３２内の圧力値を検出し、中圧センサ２０４は、中圧ドラム１３８内の圧力値を検出し、低圧センサ２０６は、低圧ドラム１４４内圧力値を検出する。設定部２０８は、ドラム内の圧力値を示す設定値を設定する。すなわち、この設定部２０８は、高圧ドラム１３２内の圧力値、中圧ドラム１３８内の圧力値、および低圧ドラム１４４内の圧力値、それぞれに対応する設定値（ＳＶ値）を設定する。ここでは、高圧タービンバイパス調節弁Ｂ８の制御を例に説明するが、中圧タービンバイパス調節弁Ｂ１０、および低圧タービンバイパス調節弁Ｂ１２それぞれに対しても高圧タービンバイパス調節弁Ｂ８に対する制御と同等の制御を行う。また、圧力値がプロセス値（ＰＶ値）に対応する。補正部２１０は、開度指令値（ＭＶ値）が所定値よりも小さい場合に、開度指令値が増加する値に設定値を補正する。

【0025】

制御部２１２は、設定部２０８で設定された設定値と高圧ドラム１３２内の圧力値との差を減少させる制御を高圧タービンバイパス調節弁Ｂ８に対して行う。すなわち、この制御部２１２は、減算器２１４と、ＰＩＤコントローラ２１６と、を備えて構成されている。減算器２１４は、高圧センサ２０２で検出された圧力値と補正部２１０で補正された設定値との差を演算する。

【0026】

ＰＩＤコントローラ２１６は、減算器２１４で得られた差の値に基づき、設定値と高圧ドラム１３２内の圧力値との差を減少させる制御を高圧タービンバイパス調節弁Ｂ８に対して行う。つまり、このＰＩＤコントローラ２１６は、補正部２１０が補正した設定値と対応する高圧ドラム１３２内の圧力値との差を減少させる弁の開度を開度指令値として高圧タービンバイパス調節弁Ｂ８に出力する。例えば、設定値よりも対応する高圧ドラム１３２内の圧力値が小さい場合には、高圧タービンバイパス調節弁Ｂ８の開度指令値を減少させることで圧力値を増加させる。一方で、設定値よりも高圧ドラム１３２内の圧力値が大きい場合には、高圧タービンバイパス調節弁Ｂ８の開度指令値を増加させることで圧力値を減少させるのである。

【0027】

次に図２に基づき補正部２１０の構成について説明する。図２は、第１実施形態に係る補正部２１０の構成を示すブロック図である。この図２に示すように補正部２１０は、関数発生器２１８と、変化率制限器２２０と、乗算器２２２と、を備えて構成されている。

【0028】

関数発生器２１８は、ＰＩＤコントローラ２１６の出力値を入力としてゲインｅを出力する。このグラフにおいて横軸（Ｘ軸）は、開度指令値を示し、縦軸（Ｙ軸）は、ゲインｅを示している。ここでは、開度指令値が０％である場合に、高圧タービンバイパス調節弁Ｂ８が全閉状態であることを示している。一方で開度指令値が１００％である場合に、高圧タービンバイパス調節弁Ｂ８が全開状態であることを示している。開度指令値からゲインｅへの変換は、例えば（Ｘ軸、Ｙ軸）が（０％、０．５）、（１０％、０．５）、（２０％、１．０）、（５０％、１．０）、および（１００％、１．０）の４点の折れ点を有する関数により行なわれる。

【0029】

この関数に従い、関数発生器２１８は、ＰＩＤコントローラ２１６の出力値が２０％より小さいときに、ゲインｅとして１．０未満の値を出力する。変化率制限器２２０は、単位時間あたりにおける出力値の変化を設定レート以内に制限する。この設定レートは、パラメータＳに基づき設定され、Ｓが大きくなるにしたがい単位時間あたりの変化率は減少する。乗算器２２２は、設定値ｂとゲインｅとの乗算を行い、得られた乗算値を設定値の補正値として出力する。

【0030】

以上がコンバインドサイクル発電プラントシステム１の構成の説明であるが、次に、制御装置２００の処理例について説明する。

【0031】

まず、設定部２０８に設定値として例えば６．０Ｍｐａが設定される。次に、ＰＩＤコントローラ２１６から出力された開度指令値ａは関数発生器２１８に入力される。このとき開度指令値が所定の値（例えば２０％）より低い場合には、その開度指令値に応じて補正後の設定値ｂを低下させるゲインｅが出力される。続いて、ゲインｅはパラメータＳで定まる単位時間あたりの変化率にしたがい変化させられる。補正後の設定値が低下することで、減算器２１４で得られる差が減少しＰＩＤコントローラ２１６の出力値が増加する。

【0032】

一方で開度指令値が所定の値（例えば２０％）より高い場合には、ゲインｅとして１が出力される。乗算器２２２は、設定値を同じ値に維持した状態で減算値に出力する。この場合、設定部２０８で設定された初期の設定値であるＳＶＳＥＴ６．０ＭＰａと、高圧センサ２０２で得られた圧力値との差に基づきＰＩＤコントローラ２１６が開度指令値を出力する。

【0033】

例えば、開度指令値ａが２０％から１０％へ低下した時、関数発生器２１８から出力されるゲインは１から０．５へと切り替わり、乗算器２２２はＳＶＳＥＴ６．０ＭＰａとゲインｅを乗算して設定値３．０ＭＰを補正後の設定値ｂとして算出する。続いて、補正後の設定値ｂは６．０ＭＰａから３．０ＭＰａへと切り替わる。このため、高圧センサ２０２で得られた圧力値と補正後の設定値ｂとの差は減少し、調節弁は開方向へ動作する。このように、開度指令値ａが２０％よりも小さくなる場合には、設定値の値を１より小さいゲインを乗算して補正する。これにより、調節弁が全閉、微開状態となることなく中間開度にて制御を行うことができる。

【0034】

以上のように本実施形態における調整弁の制御装置２００によれば、調節弁Ｂ８の開度指令値ａが所定値未満である場合に、関数発生器２１８の出力するゲインｅを１未満にすることにした。これにより、設定部２０８に設定された設定値ｂの値を減少させる補正が行われ、調節弁Ｂ８を全閉に導くことをを回避することができる。

【0035】

（第２実施形態）
第２実施形態に係る調整弁の制御装置は、調節弁の開度指令値ａが所定値未満である場合に、低値選択器から所定期間の間で最も低い開度指令値であるＭＩＮ＿ＭＶ値を出力させることより、設定部に設定された設定値ｂの値を減少させる補正を行い、バイパス調節弁が全閉に導かれるのを回避しようとしたものである。

【0036】

図３に基づき第２実施形態に係る制御装置２００の構成を説明する。図３は、第２実施形態に係る調整弁の制御装置２００の構成を示すブロック図である。第２実施形態に係る調整弁の制御装置２００は、所定のサンプリング周期で演算されるディジタル演算方式を採用したものである。ここでは、制御装置２００は、２００ｍ秒のサンプリング周期で演算するのである。この図３に示すように第２実施形態に係る補正部２１０は、比較器２２４と、サンプリング遅延器２２６と、切替器２２８と、低値選択器２３０と、を更に備えて構成されることで第１実施形態に係る補正部２１０と相違する。

【0037】

比較器２２４は、ＰＩＤコントローラ２１６から開度指令値ａが入力され、開度指令値ａが６０％以下の時ｆ＝１を出力し、６０％以上の時はｆ＝０を出力する。

【0038】

サンプリング遅延器２２６は、関数発生器２１８への出力値を現在のＭＩＮ＿ＭＶ値ｄとして入力し、１周期前、つまり２００ｍ秒前のＭＩＮ＿ＭＶ値ｄ’を出力する。

【0039】

切替器２２８は、比較器２２４からの入力に従い２つの入力端子Ｓ，Ｒの内の一方に端子を切り替える。すなわち、この切替器２２８は、比較器２２４の出力値がｆ＝１の場合に入力端子Ｒに切り替え、比較器２２４の出力値がｆ＝０の場合に入力端子Ｓに切り替える。そして、入力端子Ｓには、ＰＩＤコントローラ２１６から出力された開度指令値ａが入力される。入力端子Ｒには、サンプリング遅延器２２６からの１周期前、つまり２００ｍ秒前のＭＩＮ＿ＭＶ値ｄ’が入力される。切替器２２８の出力値ｇは、出力端子Ｔを介して低値選択器２３０に出力される。

【0040】

低値選択器２３０は、現在の開度指令値ａと切替器２２８の出力値ｇとの内の小さい方の値をＭＩＮ＿ＭＶ値ｄとして関数発生器２１８へ出力する。結果として、低値選択器２３０が起動されてからの期間内で一番小さな値を示した開度指令値ａがＭＩＮ＿ＭＶ値ｄとして出力される。

【0041】

次に、処理動作の一例として、各サンプリング周期の時間をｔとしてｔ＝０、ｔ＝２００ｍ秒、ｔ＝４００ｍ秒という２００ｍ秒きざみの処理動作について説明する。ここでは、６．０ＭＰａに設定される設定値ｂが補正後に４．５ＭＰａに減少したことにより、次のサンプリング周期で開度指令値ａが増加する場合について説明する。

【0042】

まず、ｔ＝０の時、設定部２０８には設定値ｂとして６．０ＭＰａが設定される。この時、ＰＩＤコントローラ２１６から開度指令値ａとして６１％が出力される。このｔ＝０の時点では切替器２２８が入力端子Ｓ側の開度指令値ａ＝６１％を出力し、低値選択器２３０はＰＩＤコントローラ２１６からの開度指令値ａ＝６１％をＭＩＮ＿ＭＶ値ｄ＝６１％として出力する。

【0043】

次に、関数発生器２１８において、開度指令値ａ＝６１％に対応するゲインｅ１．００を出力する。続いて、乗算器２２２は、設定値である６．０ＭＰａとゲインｅを乗算して補正後の設定値６．０ＭＰａを算出する。

【0044】

次のサンプリング周期であるｔ＝２００ｍ秒の時、排熱回収ボイラ１３０の収熱が悪く圧力値が上昇しないとする。このため、例えばＰＩＤコントローラ２１６から開度指令値１５％が出力される。比較器２２４は、ＰＩＤコントローラ２１６から開度指令値１５％が入力され、開度指令値ａが６０％以下の時であるのでｆ＝１を出力する。

【0045】

このｔ＝２００ｍ秒の時点で、ｆ＝１であるので、切替器２２８が入力端子Ｒ側に切り替わる。サンプリング遅延器２２６から出力されるｄ’は６１％であるので、低値選択器２３０はＰＩＤコントローラ２１６からの開度指令値ａ＝１５％をＭＩＮ＿ＭＶ値ｄ＝１５％として出力する。続いて、関数発生器２１８において、開度指令値ａ＝１５％に対応するゲインｅ０．７５を出力する。乗算器２２２は設定値ｂとゲインｅを乗算し、設定値ｂとして４．５ＭＰａを算出する。これによりＰＩＤコントローラ２１６は補正された設定値ｂと圧力値ｃとの差に基づき、開方向に動作する開度指令値ａを、例えば３０％として算出する。この処理動作によれば、開度指令値ａが６０％以上のときは、設定値ｂは初期の設定値である６．０Ｍｐａを維持する。一方、開度指令値ａが６０％未満に減少したときは、補正部２１０の作用により設定値ｂを減少させることで、開度指令値ａを増加させる。これにより、高圧タービンバイパス調節弁Ｂ８の全閉という事態が回避される。すなわち、この処理動作によれば、圧力値が設定値を上回り、調節弁は開方向へ動作する。これにより、調節弁が全閉、微開状態となることなく中間開度にて制御を行うことができる。

【0046】

次に、処理動作の一例として、ｔ＝２００ｍ秒に引き続き発生する処理動作について説明する。ここでは、開度指令値ａが６０％以上になり、切替器２２８が入力端子Ｓ側に切り替わる場合について説明する。

【0047】

ｔ＝２００ｍ秒に引き続き、ｔ＝４００ｍ秒の時、およびｔ＝６００ｍ秒の時の動作例を説明する。ｔ＝２００ｍ秒時において設定値ｂ４．５ＭＰａが算出されたことで、開度指令値ａは３０％となる。

【0048】

ｔ＝４００ｍ秒の時、ｔ＝２００ｍ秒で設定値ｂが４．５ＭＰａに低下していたので、高圧センサ２０２で得られた圧力値Ｃとの差が減少し、開度指令値ａは３０％に上昇する。低値選択器２３０には、サンプリング遅延器２２６から出力されるｔ＝２００ｍ秒のときのＭＩＮ＿ＭＶ値ｄ’＝１５％とｔ＝４００ｍ秒のときの開度指令値ａ＝３０％が入力される。この場合、低値選択器２３０では、低値である１５％が選択される。このため、ｔ＝２００ｍ秒と同様に、ＭＩＮ＿ＭＶ値ｄ＝１５％の値が保持され、設定値ｂも４．５ＭＰａが保持される。これよりＰＩＤコントローラ２１６は、補正された設定値ｂ＝４．５ＭＰａに基づき開度指令値ａ＝３０％を算出する。

【0049】

ｔ＝６００ｍ秒の時、高圧センサ２０２で得られた圧力値Ｃ、すなわち圧力値Ｃが上昇し高圧タービンバイパス調節弁Ｂ８の開度指令値ａ、すなわち開度指令値ａが６１％になったとする。比較器２２４に入力される開度指令値ａが６０％以上になったため、比較器２２４からｆ＝０が出力される。切替器２２８は、比較器２２４からの出力ｆ＝０に従い、Ｒ−ＴからＳ−Ｔの端子に切替える。その結果、切替器２２８からは出力ｇとして開度指令値ａ＝６１％が出力される。低値選択器２３０には、切替器２２８からの出力値（６１％）と、ＰＩＤコントローラ２１６からの開度指令値ａ（６１％）とが入力される。この２つの値は同じ値であるため、低値選択器２３０からは、ＭＩＮ＿ＭＶ値ｄ＝６１％が出力される。

【0050】

切替器２２８を、比較器２２４からの出力ｆ＝０に従い、Ｓ−Ｔの端子に切替える。この場合、サンプリング遅延器２２６側の回路は切断されるため、サンプリング遅延器２２６には、低値選択器２３０から出力されるＭＩＮ＿ＭＶ値ｄが入力されないこととなる。これにより、ＰＩＤコントローラ２１６の開度指令値が、比較器２２４の出力をｆ＝０とする値以上に上昇した場合に、設定値を初期の設定値に復帰させることが可能となる。この処理例によれば、制御過渡状態（設定値切替）においても安定した制御を継続して行うことが可能となる。

【0051】

以上のように本実施形態における調整弁の制御装置２００によれば、調節弁の開度指令値ａが所定値（６０％）未満である場合に、低値選択器２３０から起動期間の間で最も低い開度指令値であるＭＩＮ＿ＭＶ値を出力させることにした。これにより、設定部２０８に設定された設定値ｂの値を減少させる補正が行われ、バイパス調節弁の全閉を回避することができる。また、調節弁の開度指令値ａが所定値（６０％）以上である場合に、設定部２０８に設定された設定値設定値ｂの値に基づきＰＩＤコントローラ２１６に調節弁を制御させることにした。これにより、高圧ドラム１３２内の蒸気圧を設定部２０８に設定された設定値ｂの値に制御することができる。

【0052】

（第３実施形態）
第３実施形態に係る調整弁の制御装置は、ＨＰ／ＩＰローディング許可条件、およびＳＴアンローディング開始条件に基づき補正部を有効或いは無効にすることより、より安定した制御を行おうとしたものである。

【0053】

図４に基づき第３実施形態に係る調整弁の制御装置２００の構成を説明する。図４は、第３実施形態に係る調整弁の制御装置２００の構成を示すブロック図である。この図４に示すように第３実施形態に係る補正部２１０は、ＨＰ／ＩＰローディング許可条件入力部２３２と、ＳＴアンローディング開始条件入力部２３４と、信号発生器２３６と、ＮＯＴ回路２３８と、ＡＮＤ条件回路２４０と、信号切替器２４２と、を更に備えて構成されることで第２実施形態に係る補正部２１０と相違する。

【0054】

上述のように制御装置２００は、設定値を下げることにより調節弁を開動作させる。この場合、圧力値が急変し、安定制御に支障をきたす恐れがある。このため、補正部２１０を有効とする運転パターンと、無効にする運転パターンとを分けることでより安定した制御を行おうとしたものである。

【0055】

ＨＰ／ＩＰローディング許可条件入力部２３２は、ＨＰ／ＩＰローディング許可条件未成立時に０を出力し、ＨＰ／ＩＰローディング許可条件成立時に１を出力する。ここでは、ＨＰ／ＩＰローディング許可条件未成立は、高圧加減弁Ｂ２、および中圧加減弁Ｂ４による圧力制御の開始条件が未成立を意味する。

【0056】

ＳＴアンローディング開始条件入力部２３４は、ＳＴアンローディング開始条件未成立時に０を出力し、ＳＴアンローディング開始条件成立時に１を出力する。信号発生器２３６は、信号Ａとして１を出力する。

【0057】

ＮＯＴ回路２３８は、ＳＴアンローディング開始条件未成立時に０が入力され、１を出力する。一方で、ＮＯＴ回路２３８は、ＳＴアンローディング開始条件成立時に１が入力され、０を出力する。

【0058】

ＡＮＤ条件回路２４０は、ＨＰ／ＩＰローディング許可条件未成立時に１が入力され、且つＮＯＴ回路２３８の出力値が１である場合に１を出力する。一方、ＨＰ／ＩＰローディング許可条件成立時に０が入力され、ＮＯＴ回路２３８の出力値にかかわらず０を出力する。

【0059】

信号切替器２４２は、ＡＮＤ条件回路２４０から１が入力された場合に、入力端子１側に入力される信号を出力し、０が入力された場合に、入力端子２側に入力される信号を出力する。すなわち、この信号切替器２４２は、任意の条件が成立した場合に入力端子１側に入力される信号Ａ、つまり１を出力する。一方で、任意の条件が成立しない場合に入力端子２側に入力される信号、つまり変化率制限器２２０から入力される信号を出力する。

【0060】

次に、信号切替器２４２を用いた信号切替の処理動作を説明する。まず、ＨＰ／ＩＰローディング許可条件未成立の場合、ＨＰ／ＩＰローディング許可条件入力部２３２は、０をＡＮＤ条件回路２４０に出力する。続いて、ＡＮＤ条件回路２４０は、入力信号の一方が０であるので０を出力する。これにより、信号切替器２４２は、入力端子２側の信号に切り替える。すなわち、関数発生器２１８から入力されたゲインｅを乗算器２２２へ出力し、再度補正部２１０が有効となる。

【0061】

次に、ＨＰ／ＩＰローディング許可条件成立、かつＳＴアンローディング開始条件未成立の場合、ＨＰ／ＩＰローディング許可条件入力部２３２は、１をＡＮＤ条件回路２４０に出力する。ＳＴアンローディング開始条件入力部２３４は、０をＮＯＴ回路２３８に出力する。続いてＮＯＴ回路２３８は、１をＡＮＤ条件回路２４０に出力する。これにより、信号切替器２４２は、入力端子１側の信号に切り替える。すなわち、信号発生器２３６が出力するゲイン１が乗算器２２２へ入力され、補正部２１０が無効となる。このように、コンバインドサイクル発電プラントシステム１が定格負荷で運転中は、補正部２１０が無効となる。

【0062】

次に、ＨＰ／ＩＰローディング許可条件成立、かつＳＴアンローディング開始条件成立の場合、ＨＰ／ＩＰローディング許可条件入力部２３２は、１をＡＮＤ条件回路２４０に出力する。また、ＳＴアンローディング開始条件入力部２３４は、１をＮＯＴ回路２３８に出力する。続いてＮＯＴ回路２３８は、０をＡＮＤ条件回路２４０に出力する。さらに続いてＡＮＤ条件回路２４０は、入力信号の一方が０であるので０を出力する。これにより、信号切替器２４２は、入力端子２側の信号に切り替える。すなわち、関数発生器２１８から入力されたゲインｅの値を乗算器２２２へ出力し、再度補正部２１０が有効となる。このように、補正回路の有効、無効の切替えが可能となり、発電プラント２０１の多様な運転パターンを考慮した制御が可能となる。

【0063】

次に、図５に基づき本実施形態の全体処理の流れを説明する。図５は、全体処理の流れを説明するフローチャートを示す図である。この図５に示すように、まずガスタービン１２０が起動される（ステップＳ１０）。

【0064】

次に、設定部２０８の設定値と高圧センサ２０２で得られた圧力値であるプロセス値との差に基づき調節弁への開度指令値が調節弁へ出力され、開度が制御される（ステップＳ１２）。続いて、ＰＩＤコントローラ２１６が出力する開度指令値が２０％未満か否で関数発生器２１８のゲインｅが変更される（ステップＳ１４）。２０％未満でない場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、ステップＳ１２からの処理を繰り返す。一方で、２０％未満である場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、補正部２１０を有効にし、補正された設定値に基づく開度指令値が調節弁へ出力され、開度を増加させる制御を行う（ステップＳ１６）。この場合、ゲインｅは１未満であり、設定部２０８の設定値の値がより低い値に補正され、ＰＩＤコントローラ２１６が出力する開度指令値は増加し、調節弁の開度はより大きくなる。

【0065】

次に、ＨＰ／ＩＰローディング許可条件が成立しているか、否かに従いＡＮＤ条件回路２４０の出力信号が変更される（ステップＳ１８）。ＨＰ／ＩＰローディング許可条件が成立していない場合（ステップＳ１８：ＮＯ）、ＡＮＤ条件回路２４０の出力信号は０であり、補正部２１０の出力は有効に維持され（ステップＳ２０）、ステップＳ１２からの処理を繰り返す。一方、ＨＰ／ＩＰローディング許可条件が成立している場合（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、ＨＰ／ＩＰローディング許可条件入力部２３２は、１をＡＮＤ条件回路２４０に出力する。

【0066】

次に、ＳＴアンローディング開始条件が成立しているか、否かに従いＡＮＤ条件回路２４０の出力信号が変更される（ステップＳ２２）。ＳＴアンローディング開始条件が成立していない場合（ステップＳ２２：ＮＯ）、ＳＴアンローディング開始条件入力部２３４は、０をＮＯＴ回路２３８に出力する。続いてＮＯＴ回路２３８は、１をＡＮＤ条件回路２４０に出力する。ＡＮＤ条件回路２４０の出力信号は１であり、補正部２１０の出力は無効に維持され（ステップＳ２４）、ステップＳ２２からの処理を繰り返す。一方、ＳＴアンローディング開始条件が成立している場合（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、ＳＴアンローディング開始条件入力部２３４は、１をＮＯＴ回路２３８に出力する。続いてＮＯＴ回路２３８は、０をＡＮＤ条件回路２４０に出力する。ＡＮＤ条件回路２４０の出力信号は０であり、補正部２１０は再度有効になる（ステップＳ２６）。

【0067】

補正部２１０はガスタービン１２０の状態信号に基づき処理を終了するか判定する（ステップＳ２８）。処理を継続する場合（ステップＳ２８：ＮＯ）、ステップＳ１２からの処理を繰り返す。一方、処理を終了する場合（ステップＳ２８：ＹＥＳ）、全体処理を終了する。

【0068】

このように、ＨＰ／ＩＰローディング許可条件成立、かつＳＴアンローディング開始条件未成立の場合に、ＨＰ／ＩＰローディング許可条件入力部２３２は、１をＡＮＤ条件回路２４０に出力する。続いて、ＳＴアンローディング開始条件入力部２３４は、０をＮＯＴ回路２３８に出力する。これにより、補正部２１０が無効となる。すなわち、コンバインドサイクル発電プラントシステム１１が定格負荷で運転中は、補正部２１０が無効となる。

【0069】

以上のように本実施形態における調整弁の制御装置２００によれば、ＨＰ／ＩＰローディング許可条件、およびＳＴアンローディング開始条件に基づき補正部２１０を有効或いは無効にすることにした。これにより、補正部２１０を有効とする運転パターンと、無効にする運転パターンとを分けることでより安定した制御を行おうことができる。

【0070】

（第４実施形態）
第１実施形態に係る関数発生器は、開度指令値ａが所定値を超えるとゲインｅの値を一定値にしていたのに対し、第４実施形態に係る関数発生器２１８０は、開度指令値ａが所定値を超えるとゲインｅの値を増加させることで相違する。以下に第１実施形態に係る調節弁の制御装置と相違する部分を説明する。

【0071】

図６は、第４実施形態に係る補正部２１０の構成を示すブロック図である。この図６に示すように関数発生器２１８０の関数が関数発生器２１８と相違する。すなわち、開度指令値からゲインｅの値への変換は、例えば（Ｘ軸、Ｙ軸）が（０％、０．５）、（１０％、０．５）、（２０％、１．０）、（５０％、１．０）、（８０％、１．０）、（９０％、１．５）、および（１００％、１．５）の８点の折れ点を有する関数により行なわれる。

【0072】

この関数に従い、関数発生器２１８０は、ＰＩＤコントローラ２１６の出力値が２０％より小さいときに、ゲインｅとして１．０未満の値を出力する。一方で、ＰＩＤコントローラ２１６の出力値が８０％より大きいときに、ゲインｅとして１．０より大きな値を出力する。

【0073】

次に、この関数発生器２１８０を用いた処理動作を説明する。まず、設定部２０８に設定値として例えば６．０Ｍｐａが設定される。次に、ＰＩＤコントローラ２１６から出力された開度指令値ａは関数発生器２１８に入力される。このとき開度指令値が所定の値（２０％）より低い場合には、その開度指令値に応じて補正後の設定値ｂを低下させるゲインｅが出力される。続いて、ゲインｅはパラメータＳで定まる単位時間あたりの変化率にしたがい変化させられる。補正後の設定値が低下することで、減算器２１４で得られる差が減少しＰＩＤコントローラ２１６の出力値が増加する。

【0074】

一方で開度指令値が２０％以上、且つ８０％以下の場合には、ゲインｅとして１が出力される。乗算器２２２は、設定値を同じ値に維持した状態で減算値に出力する。この場合、設定部２０８で設定された初期の設定値と、高圧センサ２０２で得られた圧力値との差に基づきＰＩＤコントローラ２１６が開度指令値を出力する。

【0075】

開度指令値が８０％より大きい場合、その開度指令値に応じて補正後の設定値ｂを増加させるゲインｅが出力される。続いて、ゲインｅはパラメータＳで定まる単位時間あたりの変化率にしたがい変化させられる。補正後の設定値が増加することで、減算器２１４で得られる差が減少しＰＩＤコントローラ２１６の出力値が減少する。

【0076】

例えば、設定値（ＳＶＳＥＴ）がフロア圧力である６．０ＭＰａ、変化率制限器２２０の設定レートが１／ｓとする。この場合、ＭＶ値ａが８０％から９０％へ上昇した時、関数発生器２１８０から出力されるゲインｅは１から１．５へと変わる。続いて、乗算器２２２はＳＶＳＥＴ６．０ＭＰａとゲインｅを乗算して設定値７．５ＭＰａを算出する。よって、設定値ｂは６．０ＭＰａから７．５ＭＰａへと切り替わる。これにより、補正後の設定値ｂが１．５ＭＰａ増加し、ＰＩＤコントローラ２１６の出力値が減少する。

【0077】

本実施例によれば、全閉状態回避に加え、例えば設定値が圧力値を下回り、調節弁を閉方向に動作することが可能になる、よって調節弁が全開となることなく中間開度にて制御を行うことが可能である。なお、第２又は第３実施形態の関数発生器２１８も本実施形態の関数発生器２１８０に置換可能である。

【0078】

以上のように本実施形態における調整弁の制御装置２００によれば、開度指令値ａが所定値より大きな値である場合に、関数発生器２１８０の出力するゲインｅを１より大きくすることにした。これにより、設定部２０８に設定された設定値ｂの値を増加させる補正が行われ、バイパス調節弁の全開を回避することができる。

【0079】

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。

【符号の説明】

【0080】

１：コンバインドサイクル発電プラントシステム、１２０：ガスタービン、１３０：排熱回収ボイラ、１５０：高圧蒸気タービン、１６０：低圧蒸気タービン、１７０：復水器、Ｂ８：高圧タービンバイパス調節弁、Ｂ１０：中圧タービンバイパス調節弁、Ｂ１２：低圧タービンバイパス調節弁、２００：調整弁の制御装置、２０２：高圧センサ、２０４：中圧センサ、２０６：低圧センサ、２１０：補正部、２１２：制御部、２１８：関数発生器、２２０：変化率制限器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】