CN106321161A - 启动控制装置 - Google Patents

Abstract

一种启动控制装置，能够根据发电成套设备的状态，高速且安全地启动蒸汽轮机。发电成套设备具备：热源装置，其通过热源介质加热低温流体来生成高温流体；蒸汽产生设备，其通过与高温流体的热交换来产生蒸汽；蒸汽轮机，其由蒸汽驱动；以及调整装置，其调整成套设备操作量，在该发电成套设备的启动控制装置中具备：热影响量预测计算电路，其对用于蒸汽轮机的启动控制的至少一个热影响量计算预测值；切换电路，其根据发电成套设备的状态值，判定热影响量对成套设备操作量的变化的灵敏度，根据灵敏度输出用于切换控制热影响量的控制模式的切换信号；以及调整电路，其根据切换信号计算成套设备操作量，以使热影响量不超过预先决定的限制值。

Description

启动控制装置

技术领域

本发明涉及一种具备蒸汽轮机的发电成套设备的启动控制装置。

背景技术

在以风力发电或太阳能发电为代表的使用可再生能源的发电成套设备中，从可再生能源得到的发电量根据季节、天气等大幅度变动。因此，针对这种发电成套设备所具备的蒸汽轮机，为了稳定系统电力，要求缩短启动时间(高速启动)。

在蒸汽轮机的启动中，向蒸汽轮机流入的蒸汽的温度、流量急剧增加，因此涡轮转子的表面与内部相比急速升温。其结果，由涡轮转子的表面与内部的温度差引起的应力(热应力)增大。过大的热应力会缩短涡轮转子的寿命，因此在蒸汽轮机启动时需要控制向蒸汽轮机的入热量以使增大后的热应力收敛在预先决定的限制值内。此外，在蒸汽轮机的启动中，涡轮转子和收纳涡轮转子的壳体被高温蒸汽加热，通过热膨胀尤其向涡轮轴方向延伸(热延伸)。涡轮转子和壳体的构造和热容量都不同，因此在涡轮转子的热延伸与壳体的热延伸之间产生差异(热延伸差)。若该热延伸差变大，则有可能旋转体即涡轮转子与静止体即壳体接触并损坏，因此需要控制向蒸汽轮机的入热量以使热延伸差收敛在预先决定的限制值内。这样，在蒸汽轮机的启动中存在应考虑的几个制约条件，因此需要进行启动控制以便满足这些制约条件。

作为这种启动控制方法，有如下的方法：在启动开始前，根据启动模式选择由多个设定点构成的启动顺序的预定组，按照启动顺序的预定组，从设定点到设定点对蒸汽轮机进行启动控制(参照专利文献1等)。

在控制成为蒸汽轮机的启动控制的制约条件的热应力、热延伸差等热影响量的情况下，需要调整与向蒸汽轮机流入的蒸汽的温度(蒸汽温度)、流量(蒸汽流量)相关的成套设备操作量。然而，热影响量对蒸汽温度、蒸汽流量的变化的灵敏度根据由传热延迟产生的金属内部的温度分布、构成要素间的温度差等在启动过程中连续变化的发电成套设备的状态而不同。因此，例如在热影响量对蒸汽温度的变化的灵敏度高的情况下，若蒸汽温度的变化过大，则热影响量有可能超过限制值。另一方面，在灵敏度低的情况下，向蒸汽轮机的构成要素的传热较难进行，若蒸汽温度的变化过小，则蒸汽轮机启动有可能需要必要以上的时间。

专利文献：日本特开2013-144982号公报

发明内容

本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的是提供一种能够根据发电成套设备的状态，高速且安全地启动蒸汽轮机的启动控制装置。

为了实现上述目的，本发明提供一种发电成套设备的启动控制装置中，该发电成套设备具备：热源装置，其通过热源介质加热低温流体来生成高温流体；蒸汽产生设备，其通过与上述高温流体的热交换来产生蒸汽；蒸汽轮机，其由上述蒸汽驱动；以及调整装置，其调整成套设备操作量，其中，该启动控制装置具备：热影响量预测计算电路，其针对用于上述蒸汽轮机的启动控制的至少一个热影响量计算预测值；切换电路，其根据上述发电成套设备的状态值，判定上述热影响量对上述成套设备操作量的变化的灵敏度，并根据灵敏度输出用于切换控制上述热影响量的控制模式的切换信号；以及调整电路，其根据上述切换信号计算上述成套设备操作量，以使上述热影响量不超过预先决定的限制值。

通过本发明，能够提供一种根据发电成套设备的状态，高速且安全地启动蒸汽轮机的启动控制装置。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的发电成套设备的概要结构图。

图2是表示操作状态指令值的计算步骤的流程图。

图3是示例了本发明的第1实施方式的启动顺序的一部分的图。

图4是本发明的第2实施方式的发电成套设备的概要结构图。

图5是用于说明操作状态指令值的计算步骤的图。

符号说明

1 热源装置、

2 蒸汽产生设备、

3 蒸汽轮机、

5 热源介质、

6 低温流体、

7 高温流体、

8 蒸汽、

11 热源介质量操作部(调整装置)、

12 低温流体量操作部(调整装置)、

13 蒸汽加减阀(调整装置)、

14 旁通阀(调整装置)、

15 温度调整单元(调整装置)、

21、41 启动控制装置、

23 热影响量预测计算电路、

24 热影响量控制单元切换电路(切换电路)、

25 蒸汽温度调整电路(调整电路)、

26 蒸汽流量调整电路(调整电路)、

40 热影响量调整增益计算电路(增益计算电路)、

100、101 发电成套设备。

具体实施方式

＜第1实施方式＞

(结构)

1.发电成套设备

图1是本实施方式的发电成套设备的概要结构图。

如图1所示，发电成套设备100具备热源装置1、蒸汽产生设备2、蒸汽轮机3、发电机4、热源介质量操作部11、低温流体量操作部12、蒸汽加减阀13、旁通阀14、温度调整单元15以及启动控制装置21。此外，虽未进行图示，但该发电成套设备100还包括使用可再生能源来发电的发电设备。在本实施方式中，以热源装置1为燃气轮机的情况(也就是说，发电成套设备为联合循环发电成套设备的情况)为例进行说明。

热源装置1使用热源介质5(在本实施方式中为天然气、氢、油等燃料)所保有的热量对低温流体6(在本实施方式中为与燃料一起燃烧的空气)进行加热来生成高温流体7(在本实施方式中为燃气轮机废气)，提供给蒸汽产生设备2。蒸汽产生设备2(在本实施方式中为余热回收锅炉)在内部具备热交换器，通过与在热源装置1中生成的高温流体7的保有热进行热交换来对供水进行加热，产生蒸汽8。通过蒸汽产生设备2产生的蒸汽8来驱动蒸汽轮机3。发电机4和蒸汽轮机3同轴连接，将蒸汽轮机3的驱动力转换为电力。发电机4的电力例如被供给到电力系统(未图示)。

热源介质量操作部11(在本实施方式中为燃料气体流量调节阀)被设置在热源介质5对热源装置1的供给路径上。热源介质量操作部11调节向热源装置1供给的热源介质5的流量，来操作在热源装置1中生成的高温流体7的保有热量。低温流体量操作部12(在本实施方式中为入口引导叶)被设置在低温流体6对热源装置1的供给路径上。低温流体量操作部12调节向热源装置1供给的低温流体6的流量，来操作从热源装置1向蒸汽产生设备2供给的高温流体7的流量。蒸汽加减阀13被设置在连接蒸汽产生设备2和蒸汽轮机3并从蒸汽产生设备2导出蒸汽8的蒸汽配管系统中。蒸汽加减阀13对向蒸汽轮机3供给的蒸汽8的流量进行操作。旁通阀14被设置在从蒸汽配管系统分支并向其他系统排出流过蒸汽配管系统的蒸汽的旁通系统中。旁通阀14控制流过旁通系统的蒸汽8的流量(旁通流量)。温度调整单元15被设置在蒸汽产生设备2的内部。温度调整单元15向蒸汽产生设备2的蒸汽配管系统供给热介质来调整在蒸汽产生设备2中生成的蒸汽8的温度。上述的热源介质量操作部11、低温流体量操作部12、蒸汽加减阀13、旁通阀14以及温度调整单元15作为调整成套设备操作量(后述)的调整装置而发挥作用。

向启动控制装置21输入发电成套设备100的成套设备状态量的测量值50、成套设备操作量的测量值51等。成套设备状态量例如是蒸汽轮机入口、蒸汽轮机初级后的蒸汽温度、蒸汽流量、蒸汽压力等能够用于计算热影响量的预测值的状态量即可。成套设备操作量例如是热源介质量操作部11、低温流体量操作部12、蒸汽加减阀13、旁通阀14、温度调整单元15等的操作量、蒸汽轮机3的转速或负荷、热源装置1的负荷等能够用于计算成套设备状态量的预测值或热影响量的预测值的量即可。

2.启动控制装置

启动控制装置21具备成套设备状态量预测计算电路22、热影响量预测计算电路23、热影响量控制单元切换电路(切换电路)24、蒸汽温度调整电路(调整电路)25、蒸汽流量调整电路(调整电路)26、第1指令值计算电路32以及第2指令值计算电路33。以下，对启动控制装置21的各构成要素进行说明。

2-1.成套设备状态量预测计算电路

成套设备状态量预测计算电路22输入成套设备状态量的测量值50和成套设备操作量的测量值51中的至少一方。成套设备状态量预测计算电路22根据所输入的成套设备状态量的测量值50和成套设备操作量的测量值51，计算预先设定的预测期间中的将来的成套设备状态量的预测值。

计算将来的成套设备状态量的预测值的方法可以使用公知的控制学的模型预测控制方法、向针对与制约条件相关的物理现象的公知的热力学、流体力学、传热学的计算模型式输入将来的发电成套设备的运行条件来计算的预测方法、参照表示发电成套设备的状态的过程值的表来取得将来的成套设备操作量的变化率的方法、在预测期间外推当前的变化率的方法等公知的任意预测方法。

通过成套设备状态量预测计算电路22计算的成套设备状态量的预测值是指蒸汽轮机入口的蒸汽温度、蒸汽流量以及蒸汽压力，或蒸汽轮机初级后的蒸汽温度、蒸汽流量、蒸汽压力以及蒸汽的热传递率等表示推定热影响量的值所需要的成套设备各部的热状态的物理量。示出该物理量的计算步骤的一例。

·蒸汽轮机入口的蒸汽条件的计算(步骤A1)

基于热源介质量操作部11和低温流体量操作部12的操作量，根据公知的能量平衡公式、质量平衡公式计算从热源装置1经由蒸汽产生设备2向蒸汽轮机3提供的热和物质的传递过程，并计算蒸汽轮机入口的温度、流量以及热含量(enthalpy)。并且，使用蒸汽轮机入口的流量、温度，根据音速流中的流量计算公式对额定压力值进行修正来计算压力。另外，也可以对预先决定的基准值使用对蒸汽轮机入口的流量变化、温度变化进行修正的公知的温度修正方法、流量修正方法来计算压力。

·蒸汽轮机初级后的蒸汽条件的计算(步骤A2)

从上述蒸汽轮机入口的主蒸汽的压力减去蒸汽轮机初级后的压力损失来得到蒸汽轮机初级后的压力。例如，根据成套设备特有的蒸汽轮机设计信息来计算该压力损失。此外，从上述蒸汽轮机入口的蒸汽的流量减去向其他系统的蒸汽的流入流出量来得到蒸汽轮机初级后的流量。此外，基于蒸汽轮机初级后的压力和上述蒸汽轮机入口的热含量，根据蒸汽特性函数得到蒸汽轮机初级后的温度。并且，根据蒸汽的流速与转子旋转速度的合成流速、动态粘度系数，通过公知的热传递率计算公式来得到蒸汽轮机段后的蒸汽-转子间的热传递率。基于蒸汽轮机初级后的压力和温度，根据蒸汽特性函数计算动态粘度系数。

2-2.热影响量预测计算电路

热影响量预测计算电路23输入通过成套设备状态量预测计算电路22计算出的成套设备状态量的预测值。热影响量预测计算电路23根据所输入的成套设备状态量的预测值，计算至少一个热影响量在设定的预测期间中的将来的预测值。热影响量大多是由蒸汽轮机3的涡轮转子的热应力或热延伸差、机室的热变形、与蒸汽轮机3的启动相关的构造体部位间的温度差等金属温度引起的，根据上述步骤A2的计算结果，通过从蒸汽向金属的传热计算来计算金属内部的温度分布来得到热影响量。例如，通过从蒸汽向涡轮转子的传热计算来计算涡轮转子的半径方向的温度分布，根据使用了线膨胀率、杨氏模量(Young'smodulus)、泊松比(Poisson's ratio)等的材料学定律来计算涡轮转子的热应力。通过从蒸汽向涡轮转子和机室的传热计算来计算在涡轮转子的轴方向上分割的蒸汽轮机的各部位的温度，根据使用了线膨胀率的材料学定律来计算涡轮转子的热延伸差。通过从蒸汽向机室以及机室的轴、半径以及周向的传热计算来计算机室内部的温度分布，根据使用了线膨胀率、杨氏模量、泊松比等的材料学定律来计算机室的热变形。

2-3.热影响量控制单元切换电路

热影响量控制单元切换电路24输入发电成套设备100的状态值(成套设备状态值)52。热影响量控制单元切换电路24根据所输入的成套设备状态值52判定热影响量对成套设备操作量的变化的灵敏度，并根据判定出的灵敏度输出切换对热影响量进行控制的控制模式的切换信号。在本实施方式中，在成套设备状态值52为预先决定的设定值以下的情况下，热影响量控制单元切换电路24判定为热影响量对成套设备操作量的变化的灵敏度低，输出将控制热影响量的控制模式切换为第1控制模式的切换信号。另一方面，在成套设备状态值52大于预先决定的设定值的情况下，热影响量控制单元切换电路24判定为热影响量对成套设备操作量的变化的灵敏度高，输出将控制热影响量的控制模式切换为第2控制模式的切换信号。另外，成套设备状态值52只要是涡轮转子或机室的温度、蒸汽与涡轮转子的温度差、蒸汽与机室的温度差、涡轮转子的表面与中心的温度差、涡轮转子与机室的温度差、机室的上半部与下半部的温度差、蒸汽轮机负荷、燃气轮机负荷、涡轮转子的热应力、涡轮转子与机室的热延伸差、启动后经过时间等成为用于推定热影响量对成套设备操作量的变化的灵敏度的指标的值即可。

2-4.蒸汽温度调整电路

蒸汽温度调整电路25输入由热影响量预测计算电路23计算出的热影响量的预测值和从热影响量控制单元切换电路24输出的切换信号。蒸汽温度调整电路25在与所输入的切换信号对应的控制模式(第1或第2控制模式)下计算与蒸汽温度相关的成套设备操作量(针对第1指令值计算电路32的成套设备操作量)，以使热影响量不超过预先决定的限制值。另外，限制值是在蒸汽轮机的启动中，出于从启动开始到完成为止保护蒸汽轮机的构成设备的观点，关于成套设备状态量而设定的设定值。与蒸汽温度相关的操作量例如只要是燃料气体流量调节阀的开度(热源介质量操作部11的操作量)、入口引导叶的开度(低温流体量操作部12的操作量)以及温度控制单元15的喷洒流量调节阀的开度、根据这些开度的调节而变化的热源装置1的负荷、高温流体7的温度、燃气轮器负荷、燃气轮机吸气流量以及温度控制单元15中向蒸汽8的喷洒流量等对蒸汽温度产生影响的操作量即可。以下，示出了第1控制模式和第2控制模式中的蒸汽温度调整电路25的成套设备操作量的计算方法的一例。

·第1控制模式

蒸汽温度调整电路25根据由热影响量预测计算电路23计算出的热影响量的预测值，计算燃气轮机负荷等与蒸汽温度相关的成套设备操作量，以使热影响量不超过限制值。成套设备操作量根据热影响量的预测值与限制值的差来计算，例如对热影响量的预测值与限制值的差乘上预先设定的系数来计算出。

·第2控制模式

蒸汽温度调整电路25计算燃气轮机负荷等与蒸汽温度相关的操作量，以使蒸汽温度成为预先决定的设定值。例如，通过保持当前的成套设备操作量的方法或使当前的成套设备操作量以预先设定的变化率上升的方法等来计算设定值。

2-5.蒸汽流量调整电路

蒸汽流量调整电路26输入由热影响量预测计算电路23计算出的热影响量的预测值和从热影响量控制单元切换电路24输出的切换信号。蒸汽流量调整电路26在与所输入的切换信号对应的控制模式(第1或第2控制模式)下，计算与蒸汽流量相关的成套设备操作量(针对第2指令值计算电路33的成套设备操作量)，使得热影响量不超过预先决定的限制值。与蒸汽流量相关的成套设备操作量只要是蒸汽加减阀13或旁通阀14的开度、蒸汽轮机转速、蒸汽轮机负荷、蒸汽压力等对蒸汽流量产生影响的操作量即可。以下，示出了第1控制模式或第2控制模式中的蒸汽流量调整电路26的成套设备操作量的计算方法的一例。

·第1控制模式

蒸汽流量调整电路26计算蒸汽加减阀13的开度等与蒸汽流量相关的成套设备操作量，以使蒸汽流量成为预先决定的设定值。例如，通过保持当前的成套设备操作量的方法或使当前的成套设备操作量以预先设定的变化率上升的方法等来计算设定值。

·第2控制模式

蒸汽流量调整电路26根据由热影响量预测计算电路23计算出的热影响量的预测值，计算蒸汽加减阀13的开度等与蒸汽流量相关的成套设备操作量，以使热影响量不超过限制值。成套设备操作量根据热影响量的预测值与限制值的差来计算，例如对热影响量的预测值与限制值的差乘上预先设定的系数来计算出。

2-6.第1指令值计算电路

第1指令值计算电路32具备热源介质量操作状态计算电路27、低温流体量操作状态计算电路28以及温度调整单元操作状态计算电路29。热源介质量操作状态计算电路27、低温流体量操作状态计算电路28以及温度调整单元操作状态计算电路29根据从蒸汽温度调整电路25输入的成套设备操作量，以满足该成套设备操作量的方式分别计算针对热源介质量操作部11、低温流体量操作部12以及温度调整部15的指令值(操作状态指令值)。热源介质量操作状态计算电路27、低温流体量操作状态计算电路28以及温度调整单元操作状态计算电路29向热源介质量操作部11、低温流体量操作部12以及温度调整单元15输出计算出的操作状态指令值。

2-7.第2指令值计算电路

第2指令值计算电路33具备蒸汽加减阀操作状态计算电路30和旁通阀操作状态计算电路31。蒸汽加减阀操作状态计算电路30和旁通阀操作状态计算电路31根据从蒸汽流量调整电路26输入的成套设备操作量，以满足该成套设备操作量的方式分别计算针对蒸汽加减阀13和旁通阀14的操作状态指令值。蒸汽加减阀操作状态计算电路30和旁通阀操作状态计算电路31向蒸汽加减阀13和旁通阀14输出计算出的操作状态指令值。

(动作)

图2是表示操作状态指令值的计算步骤的流程图。以下，以将成套设备状态值52设为涡轮转子的表面与中心的温度差的情况为例说明操作状态指令值的计算步骤。

若蒸汽轮机3开始启动，则成套设备状态量预测计算电路22输入成套设备状态量的测量值50和成套设备操作量的测量值51中的至少一方，计算预先设定的预测期间中的将来的成套设备状态量的预测值(步骤S1)。热影响量预测计算电路23输入由成套设备状态量预测计算电路22计算出的成套设备状态量的预测值，计算热应力、热延伸差以及其他热影响量的预测值(步骤S2)。

热影响量控制单元切换电路24输入涡轮转子的表面与中心的温度差Td，判定温度差Td是否为预先设定的设定值Ts以下(步骤S3)。在温度差Td为设定值Ts以下的情况下(是)，热影响量控制单元切换电路24判定为热影响量对蒸汽温度的变化的灵敏度低，输出将控制模式切换为第1控制模式的切换信号。另一方面，在温度差Td大于设定值Ts的情况下(否)，热影响量控制单元切换电路24判定为热影响量对蒸汽温度的变化的灵敏度高，输出将控制模式切换为第2控制模式的切换信号。

接着，蒸汽温度调整电路25输入由热影响量预测计算电路23计算出的热影响量的预测值和从热影响量控制单元切换电路24输出的切换信号，在与切换信号对应的控制模式下计算与蒸汽温度相关的成套设备操作量(步骤S4)。具体地，在输入了将控制模式切换为第1控制模式的切换信号的情况下，蒸汽温度调整电路25在第1控制模式下计算与蒸汽温度相关的成套设备操作量(步骤S4-1)，在输入了将控制模式切换为第2控制模式的切换信号的情况下，在第2控制模式下计算与蒸汽温度相关的成套设备操作量(步骤S4-2)。

蒸汽流量调整电路26输入由热影响量预测计算电路23计算出的热影响量的预测值和从热影响量控制单元切换电路24输出的切换信号，在与切换信号对应的控制模式下计算与蒸汽流量相关的成套设备操作量(步骤S5)。具体地，在输入了将控制模式切换为第1控制模式的切换信号的情况下，蒸汽流量调整电路26在第1控制模式下计算与蒸汽流量相关的成套设备操作量(步骤S5-1)，在输入了将控制模式切换为第2控制模式的切换信号的情况下，在第2控制模式下计算与蒸汽流量相关的成套设备操作量(步骤S5-2)。

第1、第2指令值计算电路32、33根据由蒸汽温度调整电路25和蒸汽流量调整电路26计算出的成套设备操作量来计算操作状态指令值，并输出到调整装置(步骤S6)。

之后，启动控制装置21判断是否满足成套设备的启动完成条件，即成套设备的启动是否完成(步骤S7)。在启动完成条件满足的情况下(是)，启动控制装置21结束步骤S1～S6的步骤。另一方面，在成套设备的启动完成条件不满足的情况下(否)，启动控制装置21更新时间，重复执行步骤S1～S6的步骤。

(效果)

在本实施方式中，根据热影响量对成套设备操作量的变化的灵敏度，切换控制模式来计算成套设备操作量。具体地，在热影响量对成套设备操作量的变化的灵敏度低的情况下，计算与蒸汽温度相关的成套设备操作量，以使热影响量不超过限制值，计算与蒸汽流量相关的成套设备操作量，以使蒸汽流量成为预先决定的设定值。另一方面，在灵敏度高的情况下，计算与蒸汽温度相关的成套设备操作量，以使蒸汽温度成为预先决定的设定值，计算与蒸汽流量相关的成套设备操作量，以使热影响量不超过限制值。因此，在热影响量对蒸汽温度变化的灵敏度高，热影响量超过限制值的可能性高的情况下，可以优先调整蒸汽流量，稳定地控制热影响量。此外，在灵敏度低，向蒸汽轮机的构成要素的传热较难进行的情况下，可以优先调整蒸汽温度，促进向构成要素的传热来缩短蒸汽轮机的启动时间。

图3是示例了本实施方式的启动顺序的一部分的图。图3(a)示出了将与蒸汽温度相关的成套设备操作量设为燃气轮机负荷，将与蒸汽流量相关的成套设备操作量设为蒸汽加减阀的开度时的各成套设备操作量的推移。在图3(a)中，横轴表示时间，纵轴表示成套设备操作量，实线表示燃气轮机负荷，虚线表示蒸汽加减阀的开度。图3(b)表示将成套设备状态值设为涡轮转子的表面与中心的温度差的时的成套设备状态值的推移。在图3(b)中，横轴表示时间，纵轴表示温度，实线表示表面温度，虚线表示中心温度。此外，图3(b)的点划线表示表面与中心的温度差。图3(c)表示蒸汽流量的推移，图3(d)表示热应力的推移。在图3(c)、图3(d)中，横轴表示时间，纵轴分别表示蒸汽流量、热应力。

如图3(b)所示，在涡轮转子的表面与中心的温度差大于预先设定的设定值的区间A1、A2中，判定为热影响量对蒸汽温度的变化的灵敏度高，按照第2控制模式保持燃气轮机负荷，控制蒸汽加减阀的开度以使热应力不超过限制值(图3(a)、图3(c)、图3(d))。在区间A1、A2中，涡轮转子的表面与中心的温度被抑制为向与燃气轮机负荷对应的整定点具有传热延迟而上升的程度，因此热应力不会急剧变化。此外，因传热引起的延迟时间，若蒸汽流量增加则减少，若蒸汽流量减少则增加，因此能够通过蒸汽加减阀的开度进行控制。因此，在热影响量对蒸汽温度的变化的灵敏度高的区间控制蒸汽加减阀的开度，由此能够安全且高效地控制热应力。此外，如区间A1那样在蒸汽温度保持得低的状态下蒸汽流量增加，由此能够提前使蒸汽轮机负荷上升，提高蒸汽轮机启动时的发电效率。

另一方面，如图3(b)所示，在涡轮转子的表面与中心的温度差小于预先设定的设定值的区间B1、B2中，判定为热影响量对蒸汽温度的变化的灵敏度低，按照第1控制模式控制蒸汽加减阀的开度，以使蒸汽流量恒定，并控制燃气轮机负荷，以使热应力不超过限制值(图3(a)、图3(c)、图3(d))。在区间B1、B2中，有针对热应力的限制值的余量，因此控制成燃气轮机负荷即蒸汽温度上升。因此，以热应力或其他热影响量的值上升到限制值附近的方式促进向涡轮转子的传热，能够缩短蒸汽轮机的启动时间。

＜第2实施方式＞

(结构)

图4是本实施方式的发电成套设备的概要结构图。在图4中，对与上述第1实施方式相同的部分赋予相同的符号，适当省略说明。

本实施方式的发电成套设备101的启动控制装置41与第1实施方式的不同点在于，代替热影响量控制单元切换电路24而具备热影响量调整增益计算电路40，蒸汽温度调整电路25和蒸汽流量调整电路26使用由热影响量调整增益计算电路40计算出的调整增益来计算成套设备操作量。其他结构与第1实施方式相同。

如图4所示，热影响量调整增益计算电路40输入成套设备状态值52。热影响量调整增益计算电路40根据所输入的成套设备状态值52判定热影响量对成套设备操作量的变化的灵敏度，根据判定出的灵敏度，计算用于设定用于热影响量的控制的加权值的蒸汽温度调整增益Gt和蒸汽流量调整增益Gf。蒸汽温度调整增益Gt用于蒸汽温度变化率的调整，蒸汽流量调整增益Gf用于蒸汽流量变化率的调整。

蒸汽温度调整电路25输入由热影响量预测计算电路23计算出的热影响量的预测值和由热影响量调整增益计算电路40计算出的蒸汽温度调整增益Gt，计算与蒸汽温度相关的成套设备操作量。此外，蒸汽流量调整电路26输入由热影响量预测计算电路23计算出的热影响量的预测值和由热影响量调整增益计算电路40计算出的蒸汽流量调整增益Gf，计算与蒸汽流量相关的成套设备操作量。

(动作)

图5是用于说明操作状态指令值的计算步骤的图。以下，以将由热影响量预测计算电路23计算的热影响量设为热应力，将由蒸汽温度调整电路25计算的成套设备操作量设为燃气轮机负荷，将由蒸汽流量调整电路26计算的成套设备操作量设为蒸汽轮机负荷，将成套设备状态值52设为涡轮转子的表面与中心的温度差的情况为例，说明操作状态指令值的计算步骤。另外，由热影响量预测计算电路23计算的热影响量并不限于热应力，也可以计算与蒸汽轮机的启动相关的2个以上的热影响量。此外，由蒸汽温度调整电路25计算的成套设备操作量并不限于燃气轮机负荷，也可以计算与蒸汽温度相关的2个以上的成套设备操作量。此外，由蒸汽流量调整电路26计算的成套设备操作量并不限于蒸汽轮机负荷，也可以计算与蒸汽流量相关的2个以上的成套设备操作量。此外，成套设备状态值52只要是用于推定热影响量对蒸汽温度的变化的灵敏度的指标，也可以使用其他值。

如图5所示，热影响量调整增益计算电路40输入涡轮转子的表面与中心的温度差，计算蒸汽温度调整增益Gt和蒸汽流量调整增益Gf。蒸汽温度调整增益Gt被计算为涡轮转子的表面与中心的温度差越小(也就是说，热应力对蒸汽温度的变化的灵敏度低)则越大的值，温度差越大(也就是说，热应力对蒸汽温度的变化的灵敏度高)则越小的值。蒸汽流量调整增益Gf，为了避免与蒸汽温度调整增益Gt干涉而使热应力的控制振动，例如在蒸汽温度调整增益Gt较大的区域中被计算为较小的值，在蒸汽温度调整增益Gt较小的区域中被计算为较大的值。另外，例如根据预先存储在存储部(未图示)中的数表来计算蒸汽温度调整增益Gt和蒸汽流量调整增益Gf。

蒸汽温度调整电路25输入由热影响量预测计算电路23计算出的热应力的预测值和预先存储在存储部中的热应力的限制值，从热应力的限制值减去热应力的预测值来计算热应力余量。此外，蒸汽温度调整电路25对预先存储在存储部中的修正前的蒸汽温度计算参数a乘以由热影响量调整增益计算电路40计算出的蒸汽温度调整增益Gt，来得到修正后的蒸汽温度计算参数(加权值)A。然后，蒸汽温度调整电路25根据热应力余量和修正后的蒸汽温度计算参数A，计算与燃气轮机负荷相关的成套设备操作量。例如，将修正后的蒸汽温度计算参数A设为将热应力余量变换为与燃气轮机负荷相关的指令值的系数，对热应力余量乘以修正后的蒸汽温度计算参数A来得到与燃气轮机负荷相关的成套设备操作量。

与蒸汽温度调整电路25同样地，蒸汽流量调整电路26计算热应力余量。另一方面，蒸汽流量调整电路26对预先存储在存储部中的修正前的蒸汽流量计算参数b乘以由热影响量调整增益计算电路40计算出的蒸汽流量调整增益Gf，来得到修正后的蒸汽流量计算参数(加权值)B。然后，蒸汽流量调整电路26根据热应力余量和修正后的蒸汽流量计算参数B，计算与蒸汽轮机负荷相关的成套设备操作量。例如，将修正后的蒸汽流量计算参数B设为将热应力余量变换为蒸汽轮机负荷指令的系数，对热应力余量乘以修正后的蒸汽流量计算参数B来得到与蒸汽轮机负荷相关的成套设备操作量。

热源介质量操作状态计算电路27根据从蒸汽温度调整电路25输入的成套设备操作量计算出针对热源介质量操作部11的操作状态指令值，并输出到热源介质量操作部11。蒸汽加减阀操作状态计算电路30根据从蒸汽流量调整电路26输入的成套设备操作量计算出针对蒸汽加减阀13的操作状态指令值，并输出到蒸汽加减阀13。

(效果)

在本实施方式中，根据热影响量对成套设备操作量的变化的灵敏度来计算蒸汽温度调整增益Gt和蒸汽流量调整增益Gf，使用根据蒸汽温度调整增益Gt和蒸汽流量调整增益Gf计算出的加权值来计算成套设备操作量。具体地，蒸汽温度调整增益Gt被计算为热影响量对蒸汽温度的变化的灵敏度越低则越大，灵敏度越高则越小的值。另一方面，蒸汽流量调整增益Gf被计算为在蒸汽温度调整增益Gt越高的区域则越小，在越低的区域则越大的值。因此，例如在热影响量对蒸汽温度的变化的灵敏度高，热影响量超过限制值的可能性较高的区域，可以将蒸汽温度调整增益Gt计算得较小，将蒸汽流量调整增益Gf计算得较大，相对于蒸汽温度优先调整蒸汽流量来安全且高效地控制热影响量。此外，在热影响量对蒸汽温度的变化的灵敏度较高的区域和较低的区域，能够使蒸汽温度和蒸汽流量同时上升，因此能够使热影响量的值在不超过限制值的范围内上升到限制值附近。因此，能够削减不需要的等待时间，能够使蒸汽轮机相应地高速启动。

＜其他＞

本发明并不限定于上述的各实施方式，还包括各种变形例。例如，上述的各实施方式是为了便于理解本发明而进行的详细说明，并不一定必须具备说明的所有结构。例如，也可以删除各实施方式的结构的一部分。

在上述的各实施方式中，示例了发电成套设备具备热源介质量操作部11、低温流体量操作部12、蒸汽加减阀13、旁通阀14以及温度调整单元15作为调整装置的结构。然而，本发明的本质效果是提供一种根据发电成套设备的状态，能够高速且安全地启动蒸汽轮机的启动控制装置，只要能得到该本质效果，并不一定限定于上述结构。例如，也可以具备新的构成要素作为调整装置。

此外，本发明的启动控制装置并不限于联合循环发电成套设备，也可以应用于火力发电成套设备、太阳能发电成套设备等具备蒸汽轮机的全部成套设备。

例如，将本发明的启动控制装置应用于火力发电成套设备的情况下，在图1、图4中热源介质可以采用煤炭或天然气，热源介质量操作部11可以采用燃料调节阀，低温流体可以采用空气或氧，低温流体量操作部12可以采用空气流量调节阀，热源装置1可以采用锅炉中的火炉，高温流体可以采用燃烧气体，蒸汽产生设备2可以采用锅炉中的传热部(蒸汽产生部)。

此外，将本发明的启动控制装置应用于太阳能发电成套设备的情况下，在图1、图4中热源介质可以采用阳光，热源介质量操作部11可以采用集热板的驱动装置，低温流体和高温流体可以采用油或高温溶剂盐等可以转换太阳能来保有的介质，低温流体量操作部12可以采用油或高温溶剂盐等的流量调节阀，热源装置1可以采用集热板，蒸汽产生设备2可以采用通过与高温流体的热交换将供水加热成蒸汽的设备。

此外，将本发明的启动控制装置应用于组合了燃料电池和蒸汽轮机的发电成套设备的情况下，在图1、图4中热源介质可以采用一氧化碳/氢气等燃料气体，热源介质量操作部11可以采用燃料气体流量调节阀，低温流体可以采用空气，低温流体量操作部12可以采用空气调节阀，热源装置1可以采用燃料电池，高温流体可以采用燃料电池废气，蒸汽产生设备2可以采用余热回收锅炉。

Claims (8)

1.一种发电成套设备的启动控制装置，该发电成套设备具备：

热源装置，其通过热源介质加热低温流体来生成高温流体；

蒸汽产生设备，其通过与上述高温流体的热交换来产生蒸汽；

蒸汽轮机，其由上述蒸汽驱动；以及

调整装置，其调整成套设备操作量，

该启动控制装置的特征在于，该启动控制装置具备：

热影响量预测计算电路，其针对用于上述蒸汽轮机的启动控制的至少一个热影响量计算预测值；

切换电路，其根据上述发电成套设备的状态值，判定上述热影响量对上述成套设备操作量的变化的灵敏度，并根据灵敏度输出用于切换对上述热影响量进行控制的控制模式的切换信号；以及

调整电路，其根据上述切换信号计算上述成套设备操作量，使得上述热影响量不超过预先决定的限制值。

2.根据权利要求1所述的启动控制装置，其特征在于，

上述调整装置包括：热源介质量操作部，其调节向上述热源装置供给的热源介质量来操作上述高温流体保有的热量；以及蒸汽加减阀，其操作向上述蒸汽轮机供给的蒸汽的流量。

3.根据权利要求1所述的启动控制装置，其特征在于，

上述热影响量包括热应力、热延伸差、构造体部位间的温度差中的至少一个。

4.根据权利要求1所述的启动控制装置，其特征在于，

上述调整电路具备：蒸汽温度调整电路，其计算与上述蒸汽的温度相关的成套设备操作量；以及蒸汽流量调整电路，其计算与上述蒸汽的流量相关的成套设备操作量，

上述蒸汽温度调整电路和上述蒸汽流量调整电路在与上述切换信号对应的控制模式下计算上述成套设备操作量。

5.根据权利要求4所述的启动控制装置，其特征在于，

该发电成套设备具备：

低温流体量操作部，其调节上述低温流体的流量来操作从上述热源装置向上述蒸汽产生设备供给的上述高温流体的流量；以及

温度调整单元，其向上述蒸汽产生设备的蒸汽配管系统供给热介质来调整上述蒸汽的温度，

上述蒸汽温度调整电路计算包含上述热源介质量操作部的操作量、上述低温流体量操作部的操作量、上述温度调整单元的操作量、上述热源装置的负荷、上述高温流体的温度以及上述温度调整单元中针对上述蒸汽的喷洒流量在内的与上述蒸汽的温度相关的成套设备操作量中的至少一个。

6.根据权利要求4所述的启动控制装置，其特征在于，

该发电成套设备具备：

旁通系统，其从连接上述蒸汽产生设备和上述蒸汽轮机的蒸汽配管系统分支，向其他系统排出上述蒸汽；以及

旁通阀，其控制上述蒸汽向上述旁通系统的流量，

上述蒸汽流量调整电路计算包含上述蒸汽加减阀的开度、上述旁通阀的开度、上述蒸汽轮机的转速、上述蒸汽轮机的负荷在内的与上述蒸汽流量相关的成套设备操作量中的至少一个。

7.根据权利要求1所述的启动控制装置，其特征在于，

上述切换电路根据用于推定上述热影响量对上述蒸汽的温度变化的灵敏度的至少一个指标来输出上述切换信号。

8.一种发电成套设备的启动控制装置，该发电成套设备具备：

热源装置，其通过热源介质加热低温流体来生成高温流体；

蒸汽产生设备，其通过与上述高温流体的热交换来产生蒸汽；

蒸汽轮机，其由上述蒸汽驱动；以及

调整装置，其调整成套设备操作量，

该启动控制装置的特征在于，该启动控制装置具备：

热影响量预测计算电路，其针对用于上述蒸汽轮机的启动控制的至少一个热影响量计算预测值；

增益计算电路，其根据上述发电成套设备的状态值，判定上述热影响量对上述成套设备操作量的变化的灵敏度，并根据灵敏度计算用于上述热影响量控制的加权值；以及

调整电路，其使用上述加权值计算上述成套设备操作量，使得上述热影响量不超过预先决定的限制值。