特許 6704517 タービン発電機を動作させる方法

(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】6704517

(24)【登録日】2020年5月14日

(45)【発行日】2020年6月3日

(54)【発明の名称】タービン発電機を動作させる方法

(51)【国際特許分類】

   F01K 13/02 20060101AFI20200525BHJP

   F01D 17/10 20060101ALI20200525BHJP

   F01D 17/04 20060101ALI20200525BHJP

【ＦＩ】

   F01K13/02 Z

   F01D17/10 G

   F01D17/04

【請求項の数】13

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2019-517020(P2019-517020)

(86)(22)【出願日】2017年8月30日

(65)【公表番号】特表2019-529789(P2019-529789A)

(43)【公表日】2019年10月17日

(86)【国際出願番号】EP2017071741

(87)【国際公開番号】WO2018059864

(87)【国際公開日】20180405

【審査請求日】2019年5月10日

(31)【優先権主張番号】16191429.6

(32)【優先日】2016年9月29日

(33)【優先権主張国】EP

【早期審査対象出願】

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】517298149

【氏名又は名称】シーメンス アクティエンゲゼルシャフト

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(72)【発明者】

【氏名】ミルコ・デンナー

(72)【発明者】

【氏名】アクセル・ハーマン

(72)【発明者】

【氏名】クリストフ・シンドラー

(72)【発明者】

【氏名】ミヒャエル・ヴィンケル

【審査官】 小林 勝広

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１４７９３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１０５６４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−１５２９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２２７９１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２４８９０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０９００８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５９−０７０００３（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｋ １３／０２

Ｆ０１Ｄ １７／０４

Ｆ０１Ｄ １７／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

タービン（３）および前記タービン（３）に連結された発電機（２）を有するタービン発電機（１）を動作させる方法であって、前記発電機（２）は、三相電流または三相交流電流を、送電網周波数（ＮＦ）で送電網内へ供給するように設計されており、前記タービンは生蒸気弁（７）と過負荷弁（８）とを有し、前記方法は、
周波数目標値に対する周波数低下（ＦＡ）に関して、前記送電網周波数（ＮＦ）を監視するステップと、
開状態（ＺＵ）に関して、前記生蒸気弁（７）の状態を検出するステップと、
周波数低下（ＦＡ）の検出に応答して、かつ前記生蒸気弁（７）の検出された開状態（ＺＵ）に応答して、前記過負荷弁（８）を開くステップと、を有し、
前記周波数低下（ＦＡ）と前記生蒸気弁（７）が完全に開かれていることとが同時に検出された場合にのみ、前記過負荷弁（８）は開かれ、
周波数低下（ＦＡ）の検出に応答して、指示二値信号が生成され、前記生蒸気弁（７）の開状態（ＺＵ）の検出に応答して、さらなる指示二値信号が生成され、前記過負荷弁（８）を開くための作動信号（ＡＳ）を生成するために、前記２つの指示信号はＡＮＤ要素（１０）と組み合わせられる、方法。

【請求項2】

制御エラー（ＲＡ）を判定するために、少なくとも１つの出力目標値（ＬＳ）が出力実際値（ＬＩ）と比較され、前記過負荷弁（８）は、判定された前記制御エラー（ＲＡ）に応じて開かれる、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

制御エラー（ＲＡ）を判定するために、少なくとも１つの出力目標値（ＬＳ）が、出力実際値（ＬＩ）と比較され、前記生蒸気弁（７）は判定された前記制御エラー（ＲＡ）に応じて開かれる、請求項１から２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項4】

周波数低下（ＦＡ）の存在を推測するために、前記送電網周波数（ＮＦ）は前記周波数目標値と比較される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

周波数低下（ＦＡ）を示す値（ＷＥ）が、少なくとも前記送電網周波数（ＮＦ）と前記周波数目標値とを評価することにより決定され、前記値（ＷＥ）が限界値（ＧＷ）より大きい場合、周波数低下（ＦＡ）が推測される、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

生蒸気センサ信号（ＦＳ）が閾値（ＳＷ）と比較され、前記生蒸気センサ信号（ＦＳ）が前記閾値（ＳＷ）より大きい場合、前記開状態（ＺＵ）が推測される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか一項に記載の方法を実施するソフトウェアコンポーネントを有する、コンピュータプログラム製品。

【請求項8】

タービン（３）と前記タービン（３）に連結された発電機（２）とを有するタービン発電機（１）の、前記タービン（３）を制御するデバイス（９）であり、前記発電機（２）は、三相電流または三相交流電流を、送電網周波数（ＮＦ）で送電網内へ供給するように設計されており、前記タービン（３）は生蒸気弁（７）と過負荷弁（８）とを有し、前記デバイス（９）は、周波数目標値に対する周波数低下（ＦＡ）に関して前記送電網周波数（ＮＦ）を監視して、前記生蒸気弁（７）の開状態（ＺＵ）を検出し、前記周波数低下（ＦＡ）の検出に応答しかつ前記生蒸気弁（７）の検出された開状態（ＺＵ）に応答して、前記過負荷弁（８）を開くように設計され、前記周波数低下（ＦＡ）と前記生蒸気弁（７）が完全に開かれていることとが同時に検出された場合にのみ、前記過負荷弁（８）は開かれ、
前記デバイス（９）は、指示二値信号を生成し、前記生蒸気弁（７）の開状態（ＺＵ）の検出に応答して、さらなる指示二値信号を生成するように設計されており、前記デバイス（９）は、前記２つの信号を論理的に組み合わせるＡＮＤ要素（１０）を有し、前記デバイス（９）は、前記過負荷弁（８）を開く作動信号（ＡＳ）を生成するように設計されている、デバイス。

【請求項9】

前記デバイス（９）は、前記作動信号（ＡＳ）に応答して、制御エラー（ＲＡ）を判定するために少なくとも１つの出力目標値（ＬＳ）を出力実際値（ＬＩ）と比較し、前記周波数低下（ＦＡ）に応答して、判定された前記制御エラー（ＲＡ）に応じて前記過負荷弁（８）を開くように設計されている、請求項８に記載のデバイス（９）。

【請求項10】

前記デバイス（９）は、制御エラー（ＲＡ）を判定するために、出力目標値（ＬＳ）を出力実際値（ＬＩ）と比較し、判定された前記制御エラー（ＲＡ）に応じて前記生蒸気弁（７）を開くように設計されている、請求項８から９のいずれか一項に記載のデバイス（９）。

【請求項11】

前記デバイス（９）は、周波数低下（ＦＡ）の存在を推測するために、前記送電網周波数（ＮＦ）を前記周波数目標値と比較するように設計されている、請求項８から１０のいずれか一項に記載のデバイス（９）。

【請求項12】

前記デバイス（９）は、少なくとも前記送電網周波数（ＮＦ）と前記周波数目標値とを評価することにより、周波数低下（ＦＡ）を示す値（ＷＥ）を決定し、前記値（ＷＥ）が限界値（ＧＷ）より大きい場合に周波数低下（ＦＡ）を推測するように設計されている、請求項８から１１のいずれか一項に記載のデバイス（９）。

【請求項13】

前記デバイス（９）は、生蒸気センサ信号（ＦＳ）を閾値（ＳＷ）と比較して、前記生蒸気センサ信号（ＦＳ）が前記閾値（ＳＷ）より大きい場合、前記開状態（ＺＵ）を推測するように設計されている、請求項８から１２のいずれか一項に記載のデバイス（９）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、タービン発電機を動作させる方法に関する。

【背景技術】

【0002】

タービン発電機が、ここでは、例えば蒸気タービンなどの少なくとも1つのタービン、例えば三相電流発電機または三相交流電流発電機などの発電機と、を有する組立体であると理解され、タービンは発電機を駆動し、後者発電機は、電力供給システムなどの送電網内へ供給される三相電流または三相交流電流を発生させる。

【0003】

タービンは、タービンの吸収能力を高める過負荷弁を有し得る。したがって、タービンの出力は不変の圧力で増大され得る。しかし、過負荷弁が開かれると、タービンの効率性は低下する。したがって、過負荷弁は、特定の選択された動作状況においてのみ開くことになっている。そのような動作状況は周波数低下または電気の高価格である。

【0004】

したがって、過負荷弁は、生蒸気弁の開放に対する固定割当て(fixed assignment)により開かれる。換言すれば、過負荷弁と生蒸気弁とは厳密に確実に連結されている。しかし、過負荷弁と生蒸気弁とのこの厳密で確実な連結は、過負荷弁が開かれる必要がない場合の効率性の低下を必然的に伴う。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

したがって、本発明の目的は、タービンの効率性が改善され得る方法を示すことである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明によれば、タービンおよびタービンに連結されている発電機を有するタービン発電機を動作させる方法において、発電機は、三相電流または三相交流電流を、送電網周波数で送電網内へ供給するように設計されており、タービンは生蒸気弁と過負荷弁とを有し、
周波数目標値に対する周波数低下に関して、送電網周波数を監視するステップと、
開状態に関して、生蒸気弁の状態を検出するステップと、
周波数低下の検出に応答して、かつ生蒸気弁の検出された開状態に応答して、過負荷弁を開くステップと、
を実施する。

【0007】

したがって、生蒸気弁が完全に開かれかつ周波数低下が存在する場合にのみ、過負荷弁が開かれることが確実になる。したがって、定格運転中の効率性は高められることが可能であり、過負荷弁を用いて、周波数低下の場合にタービンの出力を動的に増大させることが可能である。

【0008】

周波数低下の検出に応答して、指示二値信号が生成されること、生蒸気弁の開状態の検出に応答して、さらなる指示二値信号が生成されること、および過負荷弁を開く作動信号を生成するために、2つの信号がAND要素と組み合わせられることが好ましい。したがって、生蒸気弁が完全に開かれかつ周波数低下が存在する場合にのみ、過負荷弁が開かれることが、簡単な手段で確実になる。

【0009】

例えば、作動信号に応答して、制御エラーを判定するために、少なくとも1つの出力目標値が出力実際値と比較されること、および過負荷弁が判定された制御エラーに応じて開かれることが好ましい。例えば、制御エラーはPIコントローラへ供給され得る。したがって、周波数低下の場合に、タービンの出力の、特に迅速な偏りのない適応が達成され得る。さらにまたはあるいは、送電網周波数が周波数目標値と比較されること、および制御エラーを判定するためのさらなる値が決定されることが準備され得る。さらなる値は、例えば、送電網周波数を安定させるために必要な出力レベルの尺度であり得る。したがって、制御はさらに改善され得る。

【0010】

例えば作動信号に応答して、制御エラーを判定するために、出力目標値が出力実際値と比較されること、生蒸気弁が判定された制御エラーに応じて開かれることが好ましい。例えば、制御エラーはPIコントローラへ供給され得る。したがって、タービンへの蒸気の供給の特に迅速な偏りのない適応が達成され得る。

【0011】

周波数低下の存在を推測するために、送電網周波数が周波数目標値と比較されることが好ましい。送電網周波数は、ここでは、送電網の三相電流または三相交流電流の周波数である。したがって、周波数低下は簡単な方法で検出され得る。

【0012】

周波数低下を示す値が、少なくとも送電網周波数と周波数目標値とを評価することにより判定されること、および値が限界値より大きい場合に周波数低下が推測されること、が好ましい。したがって、さもなければ効率性の低下につながると考えられる、周波数低下が不正確に推測されないこと、および過負荷弁が不必要に開かれないことが確実になる。

【0013】

生蒸気センサ信号が閾値と比較されること、および生蒸気センサ値が閾値より大きい場合に開状態が推測されることが好ましい。したがって、さもなければ効率性の低下につながると考えられる、開いた生蒸気弁が不正確に推測されないこと、および過負荷弁が不必要に開かれないことが確実になる。

【0014】

さらに、本発明はコンピュータプログラム製品と、かかる方法を実施するデバイスとを含む。

【0015】

後続の文章において、本発明による方法の好適な実施形態が、添付の概略的な図面を参照して説明される。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】タービンと、タービンに連結されている発電機とを有するタービン発電機の概略図である。

【図2】図1に示されているタービンを制御するデバイスの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

最初に図1を参照する。

【0018】

図1はタービン発電機1を示す。この場合、タービン発電機1は、発電するのに役立つ回転機械の組合せであると考えられる。タービン発電機1は、一般に、例えば蒸気タービンまたはガスタービンなどのタービン3と、タービン3により駆動される発電機2と、で構成されている。

【0019】

本例示的実施形態では、タービン3は蒸気タービンとして具現化されている。したがって、本例示的実施形態におけるタービン発電機1は蒸気タービン発電機とも呼ばれ得る。タービン3は高圧段4と、中圧段5と、低圧段6と、を有する。

【0020】

さらに、図1は、タービン発電機1の生蒸気弁7と過負荷弁8とを示す。

【0021】

生蒸気弁7は、タービン3への蒸気の供給およびしがたってタービンの回転速度がそれにより影響を受ける可能性がある絞り弁であり得る。この場合、蒸気はタービン3の高圧段4、中圧段5、および低圧段6を通って連続的に流動する。タービンは、次いで、送電網周波数NFで三相電流または三相交流電流を供給する発電機2を駆動する。

【0022】

過負荷弁8は生蒸気弁7に平行に配置されているが、本例示的実施形態では、蒸気が高圧段4の中心領域内へ供給されることを可能にする。換言すれば、過負荷弁8が開かれると、高圧段4の入力段が迂回され、高圧段4の残りの段は、タービン3の出力の増大を達成するために、比較的高い蒸気圧を供給される。本例示的実施形態と対照的に、過負荷弁8が開かれると、必要に応じて出力の増大を達成するために、タービン3の高圧段4の蒸気が中圧段5へ直接供給されることも準備され得る。

【0023】

ここでさらに、図2を参照する。

【0024】

図2は、タービン発電機1のタービン3を制御するデバイス9を示す。

【0025】

本例示的実施形態におけるデバイス9はAND要素10と、特性曲線要素11と、第1のPIコントローラ12と、第2のPIコントローラ13と、第1のコンパレータ14と、第2のコンパレータ15と、減算器要素16と、切替スイッチ17と、を有する。

【0026】

特性曲線要素11は、送電網周波数NFの値を読み込み、それを周波数目標値と比較するように設計されている。

【0027】

2つの周波数値のこの比較の結果に基づいて、特性曲線要素11は値WEを決定する。値WEは2つの周波数値間の差を表すものであり、本例示的実施形態では、前記値WEは、送電網周波数を安定させるのに必要な出力の値である出力補正値である。

【0028】

本例示的実施形態では、第1のコンパレータ14は値WEを限界値GWと比較する。限界値GWは、本例示的実施形態では、0パーセントの大きさを有する。0パーセントより大きい、送電網周波数NFと周波数目標値との間の偏差が存在する場合、本例示的実施形態では、周波数低下FAが推測される。

【0029】

周波数低下FAは、本例示的実施形態では、周波数低下が存在する場合、論理値1である二値信号である。さもなければ信号は論理値0である。周波数低下FAは2つの入力変数のうちの1つとしてAND要素10へ供給される。

【0030】

値WEに加えて、タービン3の出力実際値LIおよび出力目標値LSが入力変数として減算器要素16へ供給され、制御エラーRAが判定される。

【0031】

制御エラーRAは入力変数として第1のPIコントローラ12へ供給され、PIコントローラ12は、生蒸気弁7を作動させるための第1の弁制御信号VSを利用可能にする。

【0032】

生蒸気弁7の開放度OGはセンサ(図示略)を用いて検出される。開放度OGは第1の入力変数として第2のコンパレータ15へ供給される。閾値SWが第2の入力変数として第2のコンパレータ15へ供給される。閾値SWは、本例示的実施形態では、99パーセントの大きさを有する。したがって、開放度OGが99パーセントを超過した、すなわち生蒸気弁7が完全に開かれた場合、第2のコンパレータ15は開状態ZUに関して論理値1の2値信号を生成する。さもなければ、論理信号は0である。

【0033】

開状態ZUは第2の入力変数としてAND要素10へ供給される。

【0034】

周波数低下FAおよび開状態ZUの両方が存在する場合、AND要素10は、論理値1の2値信号の形の作動信号ASを供給し、それは切替スイッチ17を作動させる。作動に応答して、切替スイッチ17は制御エラーRAを第2のPIコントローラ13に切り替える。換言すれば、制御エラーRAは入力変数として、過負荷弁8を作動させるための第2の弁制御信号VS'を可能にする第2のPIコントローラ13へ供給される。

【0035】

他方、論理値1の作動信号ASが存在しないが、0の作動信号ASが存在する場合、第2のPIコントローラ13は、過負荷弁8を開く信号を第2のPIコントローラ13が生成しないことが確実になるように選択される所定の基準値RWを供給される。本例示的実施形態では、基準値RWは、5パーセントの過剰な周波数増加、すなわち周波数目標値より5パーセント高い送電網周波数NFに対応する大きさを有する。

【0036】

動作中、出力実際値LIおよび出力目標値LSならびに値WEから判定される制御エラーRAは第1のPIコントローラ12へ供給され、次いで第2の弁制御信号VS'は生蒸気弁7へ供給される。開放度OGは検出され、開状態ZUは第2のコンパレータ15により判定され、AND要素10へ供給される。

【0037】

周波数低下FAが第1のコンパレータ14を用いてさらに検出された場合、AND要素10は作動信号ASを供給し、それに応答して、制御エラーRAは、次いで第1の弁制御信号VSを過負荷弁8へ供給する第1のPIコントローラ12に接続される。他方、周波数低下FAが存在しない場合、過負荷弁8は閉じた状態に保たれる。換言すれば、周波数低下FAと生蒸気弁7が完全に開かれていることとが同時に検出された場合にのみ、過負荷弁8は開かれる。

【0038】

したがって、定格運転中の効率性が高められることが可能であり、周波数低下の場合に、過負荷弁8を用いて、タービンの出力を動的に増大させることが可能である。

【0039】

好適な例示的実施形態により、本発明を例示し、詳細に記載したが、本発明は開示されている例により制限されず、本発明の保護の範囲から逸脱することなく、当業者により、それらから他の変形形態が導き出されることが可能である。

【符号の説明】

【0040】

1 タービン発電機
2 発電機
3 タービン
4 高圧段
5 中圧段
6 低圧段
7 生蒸気弁
8 過負荷弁
9 デバイス
10 AND要素
11 特性曲線要素
12 第1のPIコントローラ
13 第2のPIコントローラ
14 第1のコンパレータ
15 第2のコンパレータ
16 減算器要素
17 切替スイッチ
AS 作動信号
FA 周波数低下
GW 限界値
LI 出力実際値
LS 出力目標値
NF 送電網周波数、ネットワーク周波数
OG 開放度
RA 制御エラー
RW 基準値
SW 閾値
VS 第1の弁制御信号
VS' 第2の弁制御信号
WE 値
ZU 開状態

【図1】

【図2】