循環水ポンプ制御装置および循環水ポンプ制御方法
【課題】電力利得の最適化を行うことができる循環水ポンプ制御装置および循環水ポンプ制御方法を提供する。
【解決手段】循環水ポンプ制御装置は、記憶部、圧力計、制御部を有する。前記記憶部には循環水ポンプが水を吐き出す基準圧力と水の基準流量との関係を示すシステムヘッド関数が記憶されている。前記圧力計は各ユニットの循環水ポンプにそれぞれ設けられ、前記循環水ポンプから吐き出される水の吐出圧力を測定する。前記制御部は補正対象のユニットに取り付けられた前記圧力計により実際に計測された吐出圧力と前記記憶部から読み出したシステムヘッド関数における基準圧力との差分から補正流量を算出し、算出された前記補正流量に基づいて補正した実運転システムヘッド関数を用いて前記補正対象のユニットの循環水ポンプの翼の開度を制御する。
【解決手段】循環水ポンプ制御装置は、記憶部、圧力計、制御部を有する。前記記憶部には循環水ポンプが水を吐き出す基準圧力と水の基準流量との関係を示すシステムヘッド関数が記憶されている。前記圧力計は各ユニットの循環水ポンプにそれぞれ設けられ、前記循環水ポンプから吐き出される水の吐出圧力を測定する。前記制御部は補正対象のユニットに取り付けられた前記圧力計により実際に計測された吐出圧力と前記記憶部から読み出したシステムヘッド関数における基準圧力との差分から補正流量を算出し、算出された前記補正流量に基づいて補正した実運転システムヘッド関数を用いて前記補正対象のユニットの循環水ポンプの翼の開度を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、循環水ポンプを含むユニットを複数備える循環水系統の運転状態による流量変化の影響を考慮した循環水ポンプ制御装置および循環水ポンプ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば火力・原子力発電所などには、海水または河川水を循環水ポンプで復水器へ通水してタービンからの排気を復水器で冷却した後、再び海または河川へ放水する循環水系統がある。このような循環水系統では、制御装置が、循環水系統のシステムヘッド曲線を用いて循環水ポンプを制御することで、循環水を効率よく復水器へ供給するようにしている。システムヘッド曲線とは循環水ポンプが循環水を吐出する吐出圧力と循環水の流量との関係を示す関数（情報）である。
【０００３】
一般に、循環水系統は、一系統とは限らず、複数の系統が設けられており、各系統にそれぞれ循環水ポンプを設けることで循環水を復水器へ供給している。制御の元となるシステムヘッド曲線は、他の循環水系統のユニットの運転状態によらずユニット毎に作成される。
【０００４】
ところで、循環水系統内では、放水系統が他ユニットと合流している場合があり、この場合、システムヘッド曲線は他ユニット運転状態の影響を受け変化する。
【０００５】
このような場合の変化量を求めるため、従来は循環水ポンプの電動機の電流値を検出し、その電流値をパラメータにして、システムヘッド曲線の補正を行ってきた。
【０００６】
しかしながら、電流値の変化量は、システムヘッド曲線の変化量に対して微小であるため、その補正量の精度は高いものではなかった。
【０００７】
一方、発電所においては、電力利得を最大とすることを目的に、タービン負荷等に見合うように循環水ポンプには可動翼が設けられており、可動翼の開度制御が行われている。
【０００８】
上記のようなシステムでは、電力利得を最大化するために、システムヘッド曲線を元に循環水ポンプを制御しているが、放水系統が他ユニット運転状態の影響を受け、システムヘッド曲線が変化するため、最適翼開度も他ユニット運転状態により変化してしまう。
【０００９】
そこで、従来は、前述のように循環水ポンプの電動機から検出された電流値から補正値を求め、この補正値でシステムヘッド曲線を補正して循環水ポンプの可動翼の開度を制御していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６３−１４０２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述した電動機電流によるシステムヘッド曲線の補正では、システムヘッド曲線変化に伴う電動機電流の変化が微小であるため、電動機電流の変化から求める補正値を用いる場合に補正誤差が大きく、今以上に電力利得の最適化を行うのが難しいという問題があった。
【００１２】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、循環水ポンプを含むユニットを複数備える循環水系統において電力利得の最適化を行うことができる循環水ポンプ制御装置および循環水ポンプ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】
【００１３】
実施形態の循環水ポンプ制御装置は、水源からの水の流量を翼の開度を可変して調整可能な循環水ポンプと、前記循環水ポンプにより吐き出された水でタービンからの蒸気を冷却する復水器とを備えたユニットを複数有し、各ユニットの前記復水器へ通水した前記水を合流させて前記水源へ放水する放水槽とを備えた熱交換システムに用いられる。この循環水ポンプ制御装置は、記憶部、圧力計、制御部を有する。前記記憶部には前記循環水ポンプが水を吐き出す基準圧力と水の基準流量との関係を示すシステムヘッド関数が記憶されている。前記圧力計は各ユニットの循環水ポンプにそれぞれ設けられ、前記循環水ポンプから吐き出される水の吐出圧力を測定する。前記制御部は補正対象のユニットに取り付けられた前記圧力計により実際に計測された吐出圧力と前記記憶部から読み出したシステムヘッド関数における基準圧力との差分から補正流量を算出し、算出された前記補正流量に基づいて補正したシステムヘッド関数に基づいて前記補正対象のユニットの循環水ポンプの翼の開度を制御する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態の熱交換システムの概要構成を示す図である。
【図２】第１実施形態における循環水ポンプＱＨ曲線（容量、揚程曲線）及びシステムヘッド曲線を示す図である。
【図３】第１実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図４】第２実施形態における循環水ポンプＱＨ曲線（容量、揚程曲線）及びシステムヘッド曲線を示す図である。
【図５】第２の実施形態の翼開度制御パターンを示す図である。
【図６】第２実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図７】第３実施形態の熱交換システムの概要構成を示す図である。
【図８】第３実施形態における循環水ポンプＱＨ曲線（容量、揚程曲線）及びシステムヘッド曲線を示す図である。
【図９】第３実施形態の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は第１実施形態の熱交換システムの構成を示す図である。
図１に示すように、第１実施形態の熱交換システムは、蒸気発生装置１、蒸気タービン２、復水器３、発電機４、循環水ポンプ５、復水器出口弁６、放水槽７、圧力伝送器９、演算制御装置２０などを有している。
この熱交換システムは、複数のユニット構成とされており、第１ユニット１１と第２ユニット１２を備える。一つのユニットは復水器３、循環水ポンプ５、復水器出口弁６、圧力伝送器９などで構成されている。
【００１６】
蒸気発生装置１は、蒸気を発生する。蒸気タービン２は、回転軸とこの回転軸に設けられたはねとを有するタービン機構を備えている。蒸気タービン２は、蒸気発生装置１により発生された蒸気が蒸気タービン２内で膨張することで、はねに力を加え回転軸を回転させる仕事をする。また蒸気タービン２は、はねを通過した蒸気を排出し配管を通じて復水器３へ送る。
【００１７】
復水器３には、蒸気タービン２から排出された蒸気が送り込まれる。復水器３には、内部に熱交換用の管が設けられている。蒸気は管の中を流れる水または海水により冷却されて水となり、蒸気発生装置１へ返される。つまり復水器３は、循環水ポンプ５により吐き出された水または海水で蒸気タービン２からの蒸気を冷却するものである。
【００１８】
また復水器３の海水の入口には、海水温度を測定するための温度センサが設けられている。温度センサから出力された検知信号は、演算制御装置２０に入力される。演算制御装置２０はこの検知信号から海水温度が測定される。
【００１９】
発電機４は、蒸気タービン２の回転軸に接続されており、蒸気タービン２の回転軸の回転力を電力へ変換する。発電機４には、発電機４の負荷を検出する負荷検出器が設けられている。
【００２０】
循環水ポンプ５は、例えば外洋８および／または河川などの水源からの水の流量を翼の開度を可変して調整可能なものである。つまり循環水ポンプ５には、開度調整可能な可動翼が設けられている。この可動翼の開度を演算制御装置２０が制御することにより、循環水ポンプ５から復水器３への循環水の流量を調整することができる。この循環水ポンプ５を例えば可動翼型循環水ポンプなどという。
【００２１】
復水器出口弁６は、復水器３の出口において循環水の流量を調整するための弁である。換言すると、復水器出口弁６は、復水器３から排水される水の流量を制限するための弁といえる。放水槽７は、復水器３から排出された海水を一定量蓄積し、外洋８へ注ぐ。つまり放水槽７は、各ユニット１１、１２の復水器３へ通水した水を合流させて、例えば外洋８などの水源へ放水する。
【００２２】
圧力伝送器９は、各ユニット１１、１２の循環水ポンプ５にそれぞれ設けられている圧力計である。圧力伝送器９は、循環水ポンプ５から吐き出される循環水の圧力を計測し、計測した圧力データ（以下「循環水ポンプ吐出圧（Ｐ’）」と称す）を演算制御装置２０へ入力（通知）する。
【００２３】
演算制御装置２０には、記憶部２１と制御部２２が設けられている。記憶部２１には、循環水ポンプ５の基準圧力（Ｐ）と基準流量（Ｑ）との関係を示す情報、つまり基準となるシステムヘッド曲線（基準圧力（Ｐ）及び基準流量（Ｑ））と循環水ポンプＱＨ曲線（容量、揚程曲線）及びそのＱＨ曲線の傾きγがユニットの運転数毎に記憶されている。システムヘッド曲線は、循環水ポンプ５が水を吐き出す基準圧力と水の基準流量との関係を示すシステムヘッド関数である。循環水ポンプＱＨ曲線（流量、揚程曲線）は、ポンプ運転点（流量（Ｑ）と全揚程（Ｈ））を曲線として各翼開度毎に示すものであり、ポンプ流量・揚程関数といえる。なお「基準」となる各曲線は、各ユニットを実際に運転して得た実績データから求めたもの、またはシミュレーション計算などで求めたものである。
【００２４】
また記憶部２１には、循環水ポンプ５の流量を制御するための翼開度制御パターン（図５参照）が記憶されている。翼開度制御パターンはプラント負荷と海水温度との関係から翼開度を決定するための情報であり、関数で表すことができる。一例として、翼開度制御パターンは、ユニットの運転数に応じた数だけ複数設定されているものとする。つまり２ユニット構成の場合は、１ユニット運用のときと２ユニット運用のときとの２つのパターンが記憶されている。
【００２５】
制御部２２は、補正対象のユニットに取り付けられた圧力伝送器９により実際に計測された吐出圧力と記憶部２１から読み出したシステムヘッド曲線における基準圧力との差分から補正流量を算出し、算出された補正流量に基づいて補正したシステムヘッド曲線に基づいて補正対象のユニットの循環水ポンプの翼の開度を制御する。
【００２６】
より詳細には、制御部２２は、記憶部２１から読み出したシステムヘッド曲線を用いて補正対象のユニット１１の循環水ポンプ５の現在の翼の開度から循環水ポンプ５の基準流量を求める手段と、補正対象のユニットに取り付けられた圧力伝送器９により実際に計測された吐出圧力とシステムヘッド曲線における基準圧力との差分を算出する手段として機能する。
【００２７】
また、制御部２２は、システムヘッド曲線と循環水ポンプＱＨ曲線との交点における接線（傾きγ）と差分とを掛け合わせて変化流量を算出する手段と、算出された基準流量と変化流量とを足し合わせて補正流量を算出する手段として機能する。
【００２８】
さらに、制御部２２は、算出された補正流量に基づいてシステムヘッド曲線を補正し、補正した実運転システムヘッド曲線に基づいて補正対象のユニットの循環水ポンプ５の翼の開度を制御する手段として機能する。
【００２９】
具体的に、制御部２２は、復水器３から入力された海水温度（Ｔ）と、発電機４から入力されたプラント負荷（Ｌ）を、記憶部２１の該当ユニット運転台数の翼開度制御パターンに当てはめて（適用して）、運転の基準となる翼開度（ａ）を算出し、算出した翼開度（ａ）を、実際に計測された循環水ポンプ吐出圧（Ｐ’）から求めた補正値（Δａ）で補正することで、ユニット運転数に対して実際のポンプ圧力に応じて補正された最適な翼開度（ａ’）を求める。
【００３０】
具体的に、制御部２２は、圧力伝送器９により計測されて入力された循環水ポンプ吐出圧（Ｐ’）と記憶部２１から読み出した基準圧力（Ｐ）との差（ΔＰ＝Ｐ−Ｐ’）及び補正流量（ΔＱ）を計算する。
【００３１】
そして、制御部２２は、基準のシステムヘッド曲線に示される基準流量（Ｑ）に補正流量（ΔＱ）を加えることで、補正後の流量、すなわち実運転システムヘッド曲線を計算する。
【００３２】
制御部２２は、実運転システムヘッド曲線を用いて、電力利得が最大となる循環水の最適翼開度（ａ’）を計算し、計算結果に応じた翼開度制御信号Ｓ１を運転対象のユニットの循環水ポンプ５へ送り循環水ポンプ５を制御する。すなわち制御部２２は、算出した補正流量により補正した実運転システムヘッド曲線を用いて、循環水ポンプ５の動力と発電機４の発電出力を最適化した電力利得が最大となる循環水翼開度を求め、循環水ポンプ５を制御する。
【００３３】
具体的には、制御部２２は翼開度制御信号Ｓ１によって循環水ポンプ５の可変翼の開度を調整することで、多数ユニット構成のシステムにおいてユニット運転数の変化に即した循環水ポンプ５の翼開度での最適運用が可能となる。
【００３４】
この第１実施形態の熱交換システムの動作を説明する。
この第１実施形態の場合、蒸気発生装置１から発生した蒸気は、蒸気タービン２に入り、ここで膨張し仕事（タービン機構を回転させる）をした後、蒸気タービン２から排出されて復水器３へ送られ、水または海水により冷却されて蒸気発生装置１へ返される。なお蒸気タービン２で行われた仕事によって、蒸気タービン２に接続された発電機４にて電力へ変換される。
【００３５】
一方、海水等の冷却水は循環水ポンプ５により復水器３へ供給され、蒸気タービン２から排気された蒸気と熱交換を行い放水槽７へと導かれる。放水槽７では他ユニットの冷却水と合流し外洋８へと注がれる。
【００３６】
このように構成された熱交換システムでは、水の流路は、複数のユニットからの放水槽７までは別経路で放水槽７で合流し、放水槽７より先（外洋８）へはユニット共通となっている。
【００３７】
このため、放水槽７から外洋８までの圧力損失が他ユニット冷却水流量の影響を受ける。この結果、自ユニットの冷却水量についても他ユニット冷却水量により変化する。
【００３８】
図２は循環水ポンプＱＨ曲線（流量、揚程曲線）及びシステムヘッド曲線を、循環水系統の全揚程と循環水の流量との関係で表した図である。
【００３９】
図２に示すように、ポンプＱＨ曲線は、ポンプ運転点（流量（Ｑ）と全揚程（Ｈ））との関係を、各翼開度ａ〜ｄ毎の曲線で表すものである。システムヘッド曲線は、基準システムヘッド曲線(実線)と実運転システムヘッド曲線(破線)があり、循環水系統の全揚程と循環水の流量との関係を表すものであり、複数ユニット構成のシステムでは、ユニットの運転数に応じて特性が変化する。ユニットを実際に運転させたときの実績を「基準」としている。
ポンプＱＨ曲線とシステムヘッド曲線との交点がそれぞれポンプ運転点となる。
【００４０】
他ユニット循環水系統の運転状態が変化すると、システムヘッド曲線が変化し、交点すなわちポンプ運転点も変化する（図２の基準システムヘッド曲線（実線）の点Ａ→実運転システムヘッド曲線(破線)の点Ａ’、基準システムヘッド曲線（実線）の点Ｂ→実運転システムヘッド曲線（破線）の点Ｂ’、基準システムヘッド曲線（実線）の点Ｃ→実運転システムヘッド曲線（破線）の点Ｃ’、基準システムヘッド曲線（実線）の点Ｄ→実運転システムヘッド曲線（破線）の点Ｄ’）。ここで、変化したポンプ運転点の変化量をΔＰとする。
【００４１】
同図において、曲線どうしの交点におけるＱＨ曲線の傾きをγとしたとき、補正流量ΔＱ＝γ×ΔＰとなる。このように、基準となるシステムヘッド曲線（基準圧力Ｐ及び基準流量Ｑ）及び傾きγが定められている。
【００４２】
ここで、図３のフローチャートを参照してこの熱交換システムの循環水ポンプ制御動作を説明する。
【００４３】
この熱交換システムでは、発電機４の負荷検出器により検出されたタービン負荷（以下これを「プラント負荷」と称す）が演算制御装置２０に入力される。また各ユニット１１，１２の復水器３の入口に取り付けられた温度センサから検知信号が入力される。また演算制御装置２０には、運転対象のユニットの運転台数が入力される。制御部２２は、入力されたユニットの運転台数から、演算に利用するシステムヘッド曲線を決定する。この例では、２つのユニット１１，１２を運転する上で一方のユニット１１のシステムヘッド曲線を補正する場合について説明する。
【００４４】
演算制御装置２０では、海水温度（Ｔ）およびプラント負荷（Ｌ）が入力されると（ステップＳ１０１）、制御部２２が、海水温度（Ｔ）およびプラント負荷（Ｌ）を、記憶部２１の翼開度制御パターンに当てはめて、ユニット１１の循環水ポンプ５の最適翼開度（ａ）を算出する（ステップＳ１０２）。
【００４５】
制御部２２は、今回の運転台数の基準システムヘッド曲線を記憶部２１から読み出して、演算の基準となる圧力（Ｐ）および循環水ポンプ基準流量（Ｑ）を算出する（ステップＳ１０３）。なお基準となる圧力（Ｐ）は基準圧力という。
【００４６】
一方、各ユニット１１，１２では、各循環水ポンプ５毎に設けられた圧力伝送器９にて実際の循環水ポンプ吐出圧Ｐ’を計測し、計測した循環水ポンプ吐出圧Ｐ’を演算制御装置２０に入力する（ステップＳ１０４）。
【００４７】
演算制御装置２０では、制御部２２が、入力された循環水ポンプ吐出圧（Ｐ’）と基準圧力（Ｐ）との差分の圧力値ΔＰを求める。つまりΔＰ＝Ｐ−Ｐ’を計算する（ステップＳ１０５）。
【００４８】
続いて、制御部２２は、差分の圧力値ΔＰとＱＨ曲線の傾きγとを掛け合わせて、補正流量（ΔＱ）を計算し、計算した補正流量（ΔＱ）を、基準システムヘッド曲線に示される基準流量（Ｑ）に加えることで、補正後の循環水の流量である補正後流量（Ｑ’）を算出する（ステップＳ１０６）。すなわち実運転システムヘッド曲線を算出する。
【００４９】
続いて、制御部２２は、基準システムヘッド曲線から、基準流量（Ｑ）時の可動翼開度である基準翼開度（ａ）と、補正後流量（Ｑ’）時の補正可動翼開度（Δａ）とを算出する（ステップＳ１０７）。
【００５０】
そして、制御部２２は、算出した補正可動翼開度（Δａ）を、基準翼開度（ａ）に加えることで、補正後可動翼開度（ａ’）を算出する（ステップＳ１０８）。
【００５１】
制御部２２は、算出した補正後可動翼開度（ａ’）に応じた翼開度制御信号Ｓ１を各ユニット１１，１２の循環水ポンプ５へ送ることで、循環水ポンプ５の翼開度を制御（可動翼の開閉角度を調整）する（ステップＳ１０９）。
【００５２】
つまり、制御部２２は、基準のシステムヘッド曲線を、測定した循環水ポンプ吐出圧Ｐ’で補正し、補正した実運転システムヘッド曲線を用いて、電力利得が最大となる循環水翼開度を再計算し、再計算した循環水翼開度に応じた翼開度制御信号Ｓ１により循環水ポンプ５を制御することで、他ユニット運転状態変化に即した循環水ポンプ翼開度の最適運用が可能となる。
【００５３】
このようにこの第１実施形態によれば、ユニット１１とユニット１２のそれぞれの循環水が合流する２ユニット構成で循環水を循環させて熱交換システムを運用する上で、補正対象のユニットが、例えばユニット１１である場合、ユニット１１の基準システムヘッド曲線を、実際に測定した循環水ポンプ吐出圧（Ｐ’）にて補正して循環水ポンプ５を制御することで、２ユニット構成で運用する上で循環水ポンプ５における循環水の流量をより高い精度で制御することができる。
【００５４】
また、この熱交換システムでは、循環水の流量補正のために、循環水ポンプ吐出圧Ｐ’を用いており、流量変化量に対する圧力変化量は、従来利用されていた電動機４の電流値に比べ変化幅が広い（大きい）ことから、より精度の高い補正が可能となる。
【００５５】
（第２実施形態）
図４乃至図６を参照して第２実施形態を説明する。
なお第２実施形態のブロック構成は、基本的には第１実施形態と同じであり、図１のブロック構成を用いて第２実施形態を説明する。
【００５６】
すなわち、この第２実施形態は、演算制御装置２０の記憶部２１に記憶されている情報（基準システムヘッド曲線）と演算処理が第１実施形態とは異なる。
【００５７】
図４に示すように、第１実施形態では、記憶部２１に記憶されているのはユニットの運転台数毎の基準システムヘッド曲線であったが、この第２実施形態では、記憶部２１には、他ユニットの循環水ポンプ５の運転台数毎に複数の基準システムヘッド曲線４１〜４３が記憶されている。
【００５８】
つまり、第１ユニット１１と第２ユニット１２にはそれぞれ循環水ポンプ５が２台ずつあり、第１ユニット１１の２台の循環水ポンプ５を運転し、さらに第２ユニット１２については０台、１台、２台の循環水ポンプ５を運転するケースがあり、いずれのケースでも流量を補正する必要があり、この例はさらに精密な運用を行うための例である。
【００５９】
この場合、記憶部２１には、図５に示すように、循環水ポンプ５の運転台数毎の翼開度制御パターン５１〜５３が記憶されているものとする。
【００６０】
翼開度制御パターン５１は、自ユニット１１に対する他のユニット１２の循環水ポンプ５を２台運転する場合のパターンである。翼開度制御パターン５２は、自ユニット１１に対する他のユニット１２の循環水ポンプ５を１台運転する場合のパターンである。翼開度制御パターン５３は、自ユニット１１に対する他のユニット１２の循環水ポンプ５を０台運転する場合のパターンである。
【００６１】
この第２実施形態では、発電機４の負荷検出器からプラント負荷が演算制御装置２０に入力される。またユニット１１，１２の復水器３の入口に取り付けられた温度センサから検知信号が演算制御装置２０に入力される。また演算制御装置２０には、自ユニット１１に対する他ユニット１２の循環水ポンプ５の運転台数を指定するポンプ運転信号（ポンプ運転台数ｎ）が入力される（図６のステップＳ２０１）。
【００６２】
すると、演算制御装置２０では、制御部２２が、記憶部２１に記憶されている複数の基準システムヘッド曲線および翼開度制御パターン５１〜５３の中から、入力されたポンプ運転台数信号に適した基準システムヘッド曲線および翼開度制御パターン５１〜５３のいずれかを読み出し、読み出した基準システムヘッド曲線および翼開度制御パターンに基づいて第１実施形態と同様の演算処理（ステップＳ１０２〜Ｓ１０９）を行い、循環水ポンプ５を制御することで、より詳細な最適翼開度の運用が可能になる。
【００６３】
このようにこの第２実施形態によれば、自ユニット１１の循環水ポンプ５から実際に循環水ポンプ吐出圧力（Ｐ’）を測定し、その測定した循環水ポンプ吐出圧力（Ｐ’）を用いて、自ユニット１１に対する他ユニット１２の循環水ポンプ５の運転台数に応じた基準システムヘッド曲線４１〜４３から補正流量（ΔＱ）、補正後流量（Ｑ’）および補正後可動翼開度（ａ’）を求め、各循環水ポンプ５単位に翼開度をより詳細に調整することで、より効率的な熱交換システムの運用が可能になる。
【００６４】
なお、第１実施形態のユニット毎の補正例と第２実施形態のポンプ台数毎の補正例とを組み合わせてもよい。
この場合、予め循環水ポンプ５を制御するパターンを、他のユニットの運転数毎および他のユニットの循環水ポンプの運転台数毎に記憶部２１に記憶しておき、制御部２２は、他のユニットの運転数および他のユニットの循環水ポンプの運転台数に応じたパターンを記憶部２１から読み出し、読み出したパターンに基づいて循環水ポンプ５を制御する。
【００６５】
（第３実施形態）
図７乃至図９を参照して第３実施形態を説明する。
なお第３実施形態は、基本的には第１実施形態および第２実施形態と同様であり、第２実施形態で示した例で、他ユニットの循環水ポンプ５の運転台数が減少した場合に対応するものである。
【００６６】
図７に示すように、第３実施形態において、演算制御装置２０の記憶部２１には、自ユニット１１の循環水ポンプ５の流量の閾値（過流量になる前の一定の制限値）が記憶されている。各ユニット１１，１２の循環水ポンプ５には流量計が取り付けられており、各流量計から循環水ポンプ５を通過する循環水の流量が演算制御装置２０に入力される。なお流量計の流量に加えて、補正後流量（Ｑ’）=（Ｑ＋ΔＱ）を利用してもよい。
【００６７】
例えばグラフで説明すると、記憶部２１には、図８に示すように、システムヘッド曲線８１〜８３およびポンプＱＨ曲線の他に、閾値として、過流量域８０が設定されている。
制御部２２は、循環水ポンプ５の流量が予め設定された過流量の閾値を超えた場合、つまり循環水ポンプ５の流量が過流量域８０に入った場合、復水器出口弁６を絞るように制御する。
【００６８】
ここで、２つのユニット１１，１２の全ての循環水ポンプ５を動作させ、自ユニット１１の循環水ポンプ５を、例えば開度ａで運用中には、システムヘッド曲線８１の状態であるが、他ユニット１２の２台の循環水ポンプ５が動作を停止した場合は、運転状態がシステムヘッド曲線８２の状態に移行し、過流量運転の状態に陥る。
【００６９】
この場合、復水器出口弁６を絞ることで、システムヘッド曲線８３の状態に移行し、過流量運転の状態を回避することができる。
【００７０】
具体的な動作を説明すると、図９に示すように、演算制御装置２０では、制御部２２は、第１実施形態および第２実施形態に示した循環水ポンプ５の翼開度の補正制御を行いながら（図９のステップＳ２０１〜Ｓ１０９）、入力された循環水ポンプ５の循環水の流量と記憶部２１に記憶されている閾値とを比較して自ユニット１１の循環水ポンプ５の流量を監視している（ステップＳ３０１）。
【００７１】
流量を監視中、循環ポンプ５の流量が閾値を超えた場合（ステップＳ３０１のＮｏ）、制御部２２は、弁制御信号Ｓ２を復水器出口弁６へ出力する。これにより、復水器出口弁６の開度が絞られて（ステップＳ３０２）、復水器３から排出される海水の流量が制限される。
【００７２】
すなわち、この第３実施形態は、循環水ポンプ５が過流量になる前に、演算制御装置２０から復水器出口弁６へ弁制御信号Ｓ２を出力して復水器３から排出される海水の流量を制限（制御）するよう構成したものである。
【００７３】
このようにこの第３実施形態によれば、第１実施形態および第２実施形態に示した循環水ポンプ５の翼開度の補正制御に加え、循環水ポンプ５の流量を監視し、必要に応じてユニット１１の復水器出口弁６を自動的に絞ることで、複数ユニット１１，１２で運転中に他ユニット１２の循環水ポンプ５の運転台数が減少した場合に、自ユニット１１の循環水ポンプ５が過流量となる場合があるが、このように場合においても不具合を速やかに解消することができる。
【００７４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００７５】
第１乃至第３実施形態で示した補正機能に加えて、例えば復水器３の出入口に水温計を取り付け、水温計からの水温を制御部へ入力することで制御部２２が水温を監視し、復水器３の出入口の温度差が一定値以上になった場合に、対象ユニットの循環水ポンプ５の翼の開度を最大開度とするように制御することで、復水器３の出入口の温度差を低減することができる。
【００７６】
また上記実施形態に示した各構成要素を、コンピュータのハードディスク装置などのストレージにインストールしたプログラムで実現してもよく、また上記プログラムを、コンピュータ読取可能な電子媒体：electronic mediaに記憶しておき、プログラムを電子媒体からコンピュータに読み取らせることで本発明の機能をコンピュータが実現するようにしてもよい。電子媒体としては、例えばＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体やフラッシュメモリ、リムーバブルメディア：Removable media等が含まれる。さらに、ネットワークを介して接続した異なるコンピュータに構成要素を分散して記憶し、各構成要素を機能させたコンピュータ間で通信することで実現してもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１…蒸気発生装置、２…蒸気タービン、３…復水器、４…発電機、５…循環水ポンプ、６…復水器、７…放水路、８…外洋、９…圧力伝送器、２０…演算制御装置、２１…記憶部、２２…制御部。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、循環水ポンプを含むユニットを複数備える循環水系統の運転状態による流量変化の影響を考慮した循環水ポンプ制御装置および循環水ポンプ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば火力・原子力発電所などには、海水または河川水を循環水ポンプで復水器へ通水してタービンからの排気を復水器で冷却した後、再び海または河川へ放水する循環水系統がある。このような循環水系統では、制御装置が、循環水系統のシステムヘッド曲線を用いて循環水ポンプを制御することで、循環水を効率よく復水器へ供給するようにしている。システムヘッド曲線とは循環水ポンプが循環水を吐出する吐出圧力と循環水の流量との関係を示す関数（情報）である。
【０００３】
一般に、循環水系統は、一系統とは限らず、複数の系統が設けられており、各系統にそれぞれ循環水ポンプを設けることで循環水を復水器へ供給している。制御の元となるシステムヘッド曲線は、他の循環水系統のユニットの運転状態によらずユニット毎に作成される。
【０００４】
ところで、循環水系統内では、放水系統が他ユニットと合流している場合があり、この場合、システムヘッド曲線は他ユニット運転状態の影響を受け変化する。
【０００５】
このような場合の変化量を求めるため、従来は循環水ポンプの電動機の電流値を検出し、その電流値をパラメータにして、システムヘッド曲線の補正を行ってきた。
【０００６】
しかしながら、電流値の変化量は、システムヘッド曲線の変化量に対して微小であるため、その補正量の精度は高いものではなかった。
【０００７】
一方、発電所においては、電力利得を最大とすることを目的に、タービン負荷等に見合うように循環水ポンプには可動翼が設けられており、可動翼の開度制御が行われている。
【０００８】
上記のようなシステムでは、電力利得を最大化するために、システムヘッド曲線を元に循環水ポンプを制御しているが、放水系統が他ユニット運転状態の影響を受け、システムヘッド曲線が変化するため、最適翼開度も他ユニット運転状態により変化してしまう。
【０００９】
そこで、従来は、前述のように循環水ポンプの電動機から検出された電流値から補正値を求め、この補正値でシステムヘッド曲線を補正して循環水ポンプの可動翼の開度を制御していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６３−１４０２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述した電動機電流によるシステムヘッド曲線の補正では、システムヘッド曲線変化に伴う電動機電流の変化が微小であるため、電動機電流の変化から求める補正値を用いる場合に補正誤差が大きく、今以上に電力利得の最適化を行うのが難しいという問題があった。
【００１２】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、循環水ポンプを含むユニットを複数備える循環水系統において電力利得の最適化を行うことができる循環水ポンプ制御装置および循環水ポンプ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】
【００１３】
実施形態の循環水ポンプ制御装置は、水源からの水の流量を翼の開度を可変して調整可能な循環水ポンプと、前記循環水ポンプにより吐き出された水でタービンからの蒸気を冷却する復水器とを備えたユニットを複数有し、各ユニットの前記復水器へ通水した前記水を合流させて前記水源へ放水する放水槽とを備えた熱交換システムに用いられる。この循環水ポンプ制御装置は、記憶部、圧力計、制御部を有する。前記記憶部には前記循環水ポンプが水を吐き出す基準圧力と水の基準流量との関係を示すシステムヘッド関数が記憶されている。前記圧力計は各ユニットの循環水ポンプにそれぞれ設けられ、前記循環水ポンプから吐き出される水の吐出圧力を測定する。前記制御部は補正対象のユニットに取り付けられた前記圧力計により実際に計測された吐出圧力と前記記憶部から読み出したシステムヘッド関数における基準圧力との差分から補正流量を算出し、算出された前記補正流量に基づいて補正したシステムヘッド関数に基づいて前記補正対象のユニットの循環水ポンプの翼の開度を制御する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態の熱交換システムの概要構成を示す図である。
【図２】第１実施形態における循環水ポンプＱＨ曲線（容量、揚程曲線）及びシステムヘッド曲線を示す図である。
【図３】第１実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図４】第２実施形態における循環水ポンプＱＨ曲線（容量、揚程曲線）及びシステムヘッド曲線を示す図である。
【図５】第２の実施形態の翼開度制御パターンを示す図である。
【図６】第２実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図７】第３実施形態の熱交換システムの概要構成を示す図である。
【図８】第３実施形態における循環水ポンプＱＨ曲線（容量、揚程曲線）及びシステムヘッド曲線を示す図である。
【図９】第３実施形態の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は第１実施形態の熱交換システムの構成を示す図である。
図１に示すように、第１実施形態の熱交換システムは、蒸気発生装置１、蒸気タービン２、復水器３、発電機４、循環水ポンプ５、復水器出口弁６、放水槽７、圧力伝送器９、演算制御装置２０などを有している。
この熱交換システムは、複数のユニット構成とされており、第１ユニット１１と第２ユニット１２を備える。一つのユニットは復水器３、循環水ポンプ５、復水器出口弁６、圧力伝送器９などで構成されている。
【００１６】
蒸気発生装置１は、蒸気を発生する。蒸気タービン２は、回転軸とこの回転軸に設けられたはねとを有するタービン機構を備えている。蒸気タービン２は、蒸気発生装置１により発生された蒸気が蒸気タービン２内で膨張することで、はねに力を加え回転軸を回転させる仕事をする。また蒸気タービン２は、はねを通過した蒸気を排出し配管を通じて復水器３へ送る。
【００１７】
復水器３には、蒸気タービン２から排出された蒸気が送り込まれる。復水器３には、内部に熱交換用の管が設けられている。蒸気は管の中を流れる水または海水により冷却されて水となり、蒸気発生装置１へ返される。つまり復水器３は、循環水ポンプ５により吐き出された水または海水で蒸気タービン２からの蒸気を冷却するものである。
【００１８】
また復水器３の海水の入口には、海水温度を測定するための温度センサが設けられている。温度センサから出力された検知信号は、演算制御装置２０に入力される。演算制御装置２０はこの検知信号から海水温度が測定される。
【００１９】
発電機４は、蒸気タービン２の回転軸に接続されており、蒸気タービン２の回転軸の回転力を電力へ変換する。発電機４には、発電機４の負荷を検出する負荷検出器が設けられている。
【００２０】
循環水ポンプ５は、例えば外洋８および／または河川などの水源からの水の流量を翼の開度を可変して調整可能なものである。つまり循環水ポンプ５には、開度調整可能な可動翼が設けられている。この可動翼の開度を演算制御装置２０が制御することにより、循環水ポンプ５から復水器３への循環水の流量を調整することができる。この循環水ポンプ５を例えば可動翼型循環水ポンプなどという。
【００２１】
復水器出口弁６は、復水器３の出口において循環水の流量を調整するための弁である。換言すると、復水器出口弁６は、復水器３から排水される水の流量を制限するための弁といえる。放水槽７は、復水器３から排出された海水を一定量蓄積し、外洋８へ注ぐ。つまり放水槽７は、各ユニット１１、１２の復水器３へ通水した水を合流させて、例えば外洋８などの水源へ放水する。
【００２２】
圧力伝送器９は、各ユニット１１、１２の循環水ポンプ５にそれぞれ設けられている圧力計である。圧力伝送器９は、循環水ポンプ５から吐き出される循環水の圧力を計測し、計測した圧力データ（以下「循環水ポンプ吐出圧（Ｐ’）」と称す）を演算制御装置２０へ入力（通知）する。
【００２３】
演算制御装置２０には、記憶部２１と制御部２２が設けられている。記憶部２１には、循環水ポンプ５の基準圧力（Ｐ）と基準流量（Ｑ）との関係を示す情報、つまり基準となるシステムヘッド曲線（基準圧力（Ｐ）及び基準流量（Ｑ））と循環水ポンプＱＨ曲線（容量、揚程曲線）及びそのＱＨ曲線の傾きγがユニットの運転数毎に記憶されている。システムヘッド曲線は、循環水ポンプ５が水を吐き出す基準圧力と水の基準流量との関係を示すシステムヘッド関数である。循環水ポンプＱＨ曲線（流量、揚程曲線）は、ポンプ運転点（流量（Ｑ）と全揚程（Ｈ））を曲線として各翼開度毎に示すものであり、ポンプ流量・揚程関数といえる。なお「基準」となる各曲線は、各ユニットを実際に運転して得た実績データから求めたもの、またはシミュレーション計算などで求めたものである。
【００２４】
また記憶部２１には、循環水ポンプ５の流量を制御するための翼開度制御パターン（図５参照）が記憶されている。翼開度制御パターンはプラント負荷と海水温度との関係から翼開度を決定するための情報であり、関数で表すことができる。一例として、翼開度制御パターンは、ユニットの運転数に応じた数だけ複数設定されているものとする。つまり２ユニット構成の場合は、１ユニット運用のときと２ユニット運用のときとの２つのパターンが記憶されている。
【００２５】
制御部２２は、補正対象のユニットに取り付けられた圧力伝送器９により実際に計測された吐出圧力と記憶部２１から読み出したシステムヘッド曲線における基準圧力との差分から補正流量を算出し、算出された補正流量に基づいて補正したシステムヘッド曲線に基づいて補正対象のユニットの循環水ポンプの翼の開度を制御する。
【００２６】
より詳細には、制御部２２は、記憶部２１から読み出したシステムヘッド曲線を用いて補正対象のユニット１１の循環水ポンプ５の現在の翼の開度から循環水ポンプ５の基準流量を求める手段と、補正対象のユニットに取り付けられた圧力伝送器９により実際に計測された吐出圧力とシステムヘッド曲線における基準圧力との差分を算出する手段として機能する。
【００２７】
また、制御部２２は、システムヘッド曲線と循環水ポンプＱＨ曲線との交点における接線（傾きγ）と差分とを掛け合わせて変化流量を算出する手段と、算出された基準流量と変化流量とを足し合わせて補正流量を算出する手段として機能する。
【００２８】
さらに、制御部２２は、算出された補正流量に基づいてシステムヘッド曲線を補正し、補正した実運転システムヘッド曲線に基づいて補正対象のユニットの循環水ポンプ５の翼の開度を制御する手段として機能する。
【００２９】
具体的に、制御部２２は、復水器３から入力された海水温度（Ｔ）と、発電機４から入力されたプラント負荷（Ｌ）を、記憶部２１の該当ユニット運転台数の翼開度制御パターンに当てはめて（適用して）、運転の基準となる翼開度（ａ）を算出し、算出した翼開度（ａ）を、実際に計測された循環水ポンプ吐出圧（Ｐ’）から求めた補正値（Δａ）で補正することで、ユニット運転数に対して実際のポンプ圧力に応じて補正された最適な翼開度（ａ’）を求める。
【００３０】
具体的に、制御部２２は、圧力伝送器９により計測されて入力された循環水ポンプ吐出圧（Ｐ’）と記憶部２１から読み出した基準圧力（Ｐ）との差（ΔＰ＝Ｐ−Ｐ’）及び補正流量（ΔＱ）を計算する。
【００３１】
そして、制御部２２は、基準のシステムヘッド曲線に示される基準流量（Ｑ）に補正流量（ΔＱ）を加えることで、補正後の流量、すなわち実運転システムヘッド曲線を計算する。
【００３２】
制御部２２は、実運転システムヘッド曲線を用いて、電力利得が最大となる循環水の最適翼開度（ａ’）を計算し、計算結果に応じた翼開度制御信号Ｓ１を運転対象のユニットの循環水ポンプ５へ送り循環水ポンプ５を制御する。すなわち制御部２２は、算出した補正流量により補正した実運転システムヘッド曲線を用いて、循環水ポンプ５の動力と発電機４の発電出力を最適化した電力利得が最大となる循環水翼開度を求め、循環水ポンプ５を制御する。
【００３３】
具体的には、制御部２２は翼開度制御信号Ｓ１によって循環水ポンプ５の可変翼の開度を調整することで、多数ユニット構成のシステムにおいてユニット運転数の変化に即した循環水ポンプ５の翼開度での最適運用が可能となる。
【００３４】
この第１実施形態の熱交換システムの動作を説明する。
この第１実施形態の場合、蒸気発生装置１から発生した蒸気は、蒸気タービン２に入り、ここで膨張し仕事（タービン機構を回転させる）をした後、蒸気タービン２から排出されて復水器３へ送られ、水または海水により冷却されて蒸気発生装置１へ返される。なお蒸気タービン２で行われた仕事によって、蒸気タービン２に接続された発電機４にて電力へ変換される。
【００３５】
一方、海水等の冷却水は循環水ポンプ５により復水器３へ供給され、蒸気タービン２から排気された蒸気と熱交換を行い放水槽７へと導かれる。放水槽７では他ユニットの冷却水と合流し外洋８へと注がれる。
【００３６】
このように構成された熱交換システムでは、水の流路は、複数のユニットからの放水槽７までは別経路で放水槽７で合流し、放水槽７より先（外洋８）へはユニット共通となっている。
【００３７】
このため、放水槽７から外洋８までの圧力損失が他ユニット冷却水流量の影響を受ける。この結果、自ユニットの冷却水量についても他ユニット冷却水量により変化する。
【００３８】
図２は循環水ポンプＱＨ曲線（流量、揚程曲線）及びシステムヘッド曲線を、循環水系統の全揚程と循環水の流量との関係で表した図である。
【００３９】
図２に示すように、ポンプＱＨ曲線は、ポンプ運転点（流量（Ｑ）と全揚程（Ｈ））との関係を、各翼開度ａ〜ｄ毎の曲線で表すものである。システムヘッド曲線は、基準システムヘッド曲線(実線)と実運転システムヘッド曲線(破線)があり、循環水系統の全揚程と循環水の流量との関係を表すものであり、複数ユニット構成のシステムでは、ユニットの運転数に応じて特性が変化する。ユニットを実際に運転させたときの実績を「基準」としている。
ポンプＱＨ曲線とシステムヘッド曲線との交点がそれぞれポンプ運転点となる。
【００４０】
他ユニット循環水系統の運転状態が変化すると、システムヘッド曲線が変化し、交点すなわちポンプ運転点も変化する（図２の基準システムヘッド曲線（実線）の点Ａ→実運転システムヘッド曲線(破線)の点Ａ’、基準システムヘッド曲線（実線）の点Ｂ→実運転システムヘッド曲線（破線）の点Ｂ’、基準システムヘッド曲線（実線）の点Ｃ→実運転システムヘッド曲線（破線）の点Ｃ’、基準システムヘッド曲線（実線）の点Ｄ→実運転システムヘッド曲線（破線）の点Ｄ’）。ここで、変化したポンプ運転点の変化量をΔＰとする。
【００４１】
同図において、曲線どうしの交点におけるＱＨ曲線の傾きをγとしたとき、補正流量ΔＱ＝γ×ΔＰとなる。このように、基準となるシステムヘッド曲線（基準圧力Ｐ及び基準流量Ｑ）及び傾きγが定められている。
【００４２】
ここで、図３のフローチャートを参照してこの熱交換システムの循環水ポンプ制御動作を説明する。
【００４３】
この熱交換システムでは、発電機４の負荷検出器により検出されたタービン負荷（以下これを「プラント負荷」と称す）が演算制御装置２０に入力される。また各ユニット１１，１２の復水器３の入口に取り付けられた温度センサから検知信号が入力される。また演算制御装置２０には、運転対象のユニットの運転台数が入力される。制御部２２は、入力されたユニットの運転台数から、演算に利用するシステムヘッド曲線を決定する。この例では、２つのユニット１１，１２を運転する上で一方のユニット１１のシステムヘッド曲線を補正する場合について説明する。
【００４４】
演算制御装置２０では、海水温度（Ｔ）およびプラント負荷（Ｌ）が入力されると（ステップＳ１０１）、制御部２２が、海水温度（Ｔ）およびプラント負荷（Ｌ）を、記憶部２１の翼開度制御パターンに当てはめて、ユニット１１の循環水ポンプ５の最適翼開度（ａ）を算出する（ステップＳ１０２）。
【００４５】
制御部２２は、今回の運転台数の基準システムヘッド曲線を記憶部２１から読み出して、演算の基準となる圧力（Ｐ）および循環水ポンプ基準流量（Ｑ）を算出する（ステップＳ１０３）。なお基準となる圧力（Ｐ）は基準圧力という。
【００４６】
一方、各ユニット１１，１２では、各循環水ポンプ５毎に設けられた圧力伝送器９にて実際の循環水ポンプ吐出圧Ｐ’を計測し、計測した循環水ポンプ吐出圧Ｐ’を演算制御装置２０に入力する（ステップＳ１０４）。
【００４７】
演算制御装置２０では、制御部２２が、入力された循環水ポンプ吐出圧（Ｐ’）と基準圧力（Ｐ）との差分の圧力値ΔＰを求める。つまりΔＰ＝Ｐ−Ｐ’を計算する（ステップＳ１０５）。
【００４８】
続いて、制御部２２は、差分の圧力値ΔＰとＱＨ曲線の傾きγとを掛け合わせて、補正流量（ΔＱ）を計算し、計算した補正流量（ΔＱ）を、基準システムヘッド曲線に示される基準流量（Ｑ）に加えることで、補正後の循環水の流量である補正後流量（Ｑ’）を算出する（ステップＳ１０６）。すなわち実運転システムヘッド曲線を算出する。
【００４９】
続いて、制御部２２は、基準システムヘッド曲線から、基準流量（Ｑ）時の可動翼開度である基準翼開度（ａ）と、補正後流量（Ｑ’）時の補正可動翼開度（Δａ）とを算出する（ステップＳ１０７）。
【００５０】
そして、制御部２２は、算出した補正可動翼開度（Δａ）を、基準翼開度（ａ）に加えることで、補正後可動翼開度（ａ’）を算出する（ステップＳ１０８）。
【００５１】
制御部２２は、算出した補正後可動翼開度（ａ’）に応じた翼開度制御信号Ｓ１を各ユニット１１，１２の循環水ポンプ５へ送ることで、循環水ポンプ５の翼開度を制御（可動翼の開閉角度を調整）する（ステップＳ１０９）。
【００５２】
つまり、制御部２２は、基準のシステムヘッド曲線を、測定した循環水ポンプ吐出圧Ｐ’で補正し、補正した実運転システムヘッド曲線を用いて、電力利得が最大となる循環水翼開度を再計算し、再計算した循環水翼開度に応じた翼開度制御信号Ｓ１により循環水ポンプ５を制御することで、他ユニット運転状態変化に即した循環水ポンプ翼開度の最適運用が可能となる。
【００５３】
このようにこの第１実施形態によれば、ユニット１１とユニット１２のそれぞれの循環水が合流する２ユニット構成で循環水を循環させて熱交換システムを運用する上で、補正対象のユニットが、例えばユニット１１である場合、ユニット１１の基準システムヘッド曲線を、実際に測定した循環水ポンプ吐出圧（Ｐ’）にて補正して循環水ポンプ５を制御することで、２ユニット構成で運用する上で循環水ポンプ５における循環水の流量をより高い精度で制御することができる。
【００５４】
また、この熱交換システムでは、循環水の流量補正のために、循環水ポンプ吐出圧Ｐ’を用いており、流量変化量に対する圧力変化量は、従来利用されていた電動機４の電流値に比べ変化幅が広い（大きい）ことから、より精度の高い補正が可能となる。
【００５５】
（第２実施形態）
図４乃至図６を参照して第２実施形態を説明する。
なお第２実施形態のブロック構成は、基本的には第１実施形態と同じであり、図１のブロック構成を用いて第２実施形態を説明する。
【００５６】
すなわち、この第２実施形態は、演算制御装置２０の記憶部２１に記憶されている情報（基準システムヘッド曲線）と演算処理が第１実施形態とは異なる。
【００５７】
図４に示すように、第１実施形態では、記憶部２１に記憶されているのはユニットの運転台数毎の基準システムヘッド曲線であったが、この第２実施形態では、記憶部２１には、他ユニットの循環水ポンプ５の運転台数毎に複数の基準システムヘッド曲線４１〜４３が記憶されている。
【００５８】
つまり、第１ユニット１１と第２ユニット１２にはそれぞれ循環水ポンプ５が２台ずつあり、第１ユニット１１の２台の循環水ポンプ５を運転し、さらに第２ユニット１２については０台、１台、２台の循環水ポンプ５を運転するケースがあり、いずれのケースでも流量を補正する必要があり、この例はさらに精密な運用を行うための例である。
【００５９】
この場合、記憶部２１には、図５に示すように、循環水ポンプ５の運転台数毎の翼開度制御パターン５１〜５３が記憶されているものとする。
【００６０】
翼開度制御パターン５１は、自ユニット１１に対する他のユニット１２の循環水ポンプ５を２台運転する場合のパターンである。翼開度制御パターン５２は、自ユニット１１に対する他のユニット１２の循環水ポンプ５を１台運転する場合のパターンである。翼開度制御パターン５３は、自ユニット１１に対する他のユニット１２の循環水ポンプ５を０台運転する場合のパターンである。
【００６１】
この第２実施形態では、発電機４の負荷検出器からプラント負荷が演算制御装置２０に入力される。またユニット１１，１２の復水器３の入口に取り付けられた温度センサから検知信号が演算制御装置２０に入力される。また演算制御装置２０には、自ユニット１１に対する他ユニット１２の循環水ポンプ５の運転台数を指定するポンプ運転信号（ポンプ運転台数ｎ）が入力される（図６のステップＳ２０１）。
【００６２】
すると、演算制御装置２０では、制御部２２が、記憶部２１に記憶されている複数の基準システムヘッド曲線および翼開度制御パターン５１〜５３の中から、入力されたポンプ運転台数信号に適した基準システムヘッド曲線および翼開度制御パターン５１〜５３のいずれかを読み出し、読み出した基準システムヘッド曲線および翼開度制御パターンに基づいて第１実施形態と同様の演算処理（ステップＳ１０２〜Ｓ１０９）を行い、循環水ポンプ５を制御することで、より詳細な最適翼開度の運用が可能になる。
【００６３】
このようにこの第２実施形態によれば、自ユニット１１の循環水ポンプ５から実際に循環水ポンプ吐出圧力（Ｐ’）を測定し、その測定した循環水ポンプ吐出圧力（Ｐ’）を用いて、自ユニット１１に対する他ユニット１２の循環水ポンプ５の運転台数に応じた基準システムヘッド曲線４１〜４３から補正流量（ΔＱ）、補正後流量（Ｑ’）および補正後可動翼開度（ａ’）を求め、各循環水ポンプ５単位に翼開度をより詳細に調整することで、より効率的な熱交換システムの運用が可能になる。
【００６４】
なお、第１実施形態のユニット毎の補正例と第２実施形態のポンプ台数毎の補正例とを組み合わせてもよい。
この場合、予め循環水ポンプ５を制御するパターンを、他のユニットの運転数毎および他のユニットの循環水ポンプの運転台数毎に記憶部２１に記憶しておき、制御部２２は、他のユニットの運転数および他のユニットの循環水ポンプの運転台数に応じたパターンを記憶部２１から読み出し、読み出したパターンに基づいて循環水ポンプ５を制御する。
【００６５】
（第３実施形態）
図７乃至図９を参照して第３実施形態を説明する。
なお第３実施形態は、基本的には第１実施形態および第２実施形態と同様であり、第２実施形態で示した例で、他ユニットの循環水ポンプ５の運転台数が減少した場合に対応するものである。
【００６６】
図７に示すように、第３実施形態において、演算制御装置２０の記憶部２１には、自ユニット１１の循環水ポンプ５の流量の閾値（過流量になる前の一定の制限値）が記憶されている。各ユニット１１，１２の循環水ポンプ５には流量計が取り付けられており、各流量計から循環水ポンプ５を通過する循環水の流量が演算制御装置２０に入力される。なお流量計の流量に加えて、補正後流量（Ｑ’）=（Ｑ＋ΔＱ）を利用してもよい。
【００６７】
例えばグラフで説明すると、記憶部２１には、図８に示すように、システムヘッド曲線８１〜８３およびポンプＱＨ曲線の他に、閾値として、過流量域８０が設定されている。
制御部２２は、循環水ポンプ５の流量が予め設定された過流量の閾値を超えた場合、つまり循環水ポンプ５の流量が過流量域８０に入った場合、復水器出口弁６を絞るように制御する。
【００６８】
ここで、２つのユニット１１，１２の全ての循環水ポンプ５を動作させ、自ユニット１１の循環水ポンプ５を、例えば開度ａで運用中には、システムヘッド曲線８１の状態であるが、他ユニット１２の２台の循環水ポンプ５が動作を停止した場合は、運転状態がシステムヘッド曲線８２の状態に移行し、過流量運転の状態に陥る。
【００６９】
この場合、復水器出口弁６を絞ることで、システムヘッド曲線８３の状態に移行し、過流量運転の状態を回避することができる。
【００７０】
具体的な動作を説明すると、図９に示すように、演算制御装置２０では、制御部２２は、第１実施形態および第２実施形態に示した循環水ポンプ５の翼開度の補正制御を行いながら（図９のステップＳ２０１〜Ｓ１０９）、入力された循環水ポンプ５の循環水の流量と記憶部２１に記憶されている閾値とを比較して自ユニット１１の循環水ポンプ５の流量を監視している（ステップＳ３０１）。
【００７１】
流量を監視中、循環ポンプ５の流量が閾値を超えた場合（ステップＳ３０１のＮｏ）、制御部２２は、弁制御信号Ｓ２を復水器出口弁６へ出力する。これにより、復水器出口弁６の開度が絞られて（ステップＳ３０２）、復水器３から排出される海水の流量が制限される。
【００７２】
すなわち、この第３実施形態は、循環水ポンプ５が過流量になる前に、演算制御装置２０から復水器出口弁６へ弁制御信号Ｓ２を出力して復水器３から排出される海水の流量を制限（制御）するよう構成したものである。
【００７３】
このようにこの第３実施形態によれば、第１実施形態および第２実施形態に示した循環水ポンプ５の翼開度の補正制御に加え、循環水ポンプ５の流量を監視し、必要に応じてユニット１１の復水器出口弁６を自動的に絞ることで、複数ユニット１１，１２で運転中に他ユニット１２の循環水ポンプ５の運転台数が減少した場合に、自ユニット１１の循環水ポンプ５が過流量となる場合があるが、このように場合においても不具合を速やかに解消することができる。
【００７４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００７５】
第１乃至第３実施形態で示した補正機能に加えて、例えば復水器３の出入口に水温計を取り付け、水温計からの水温を制御部へ入力することで制御部２２が水温を監視し、復水器３の出入口の温度差が一定値以上になった場合に、対象ユニットの循環水ポンプ５の翼の開度を最大開度とするように制御することで、復水器３の出入口の温度差を低減することができる。
【００７６】
また上記実施形態に示した各構成要素を、コンピュータのハードディスク装置などのストレージにインストールしたプログラムで実現してもよく、また上記プログラムを、コンピュータ読取可能な電子媒体：electronic mediaに記憶しておき、プログラムを電子媒体からコンピュータに読み取らせることで本発明の機能をコンピュータが実現するようにしてもよい。電子媒体としては、例えばＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体やフラッシュメモリ、リムーバブルメディア：Removable media等が含まれる。さらに、ネットワークを介して接続した異なるコンピュータに構成要素を分散して記憶し、各構成要素を機能させたコンピュータ間で通信することで実現してもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１…蒸気発生装置、２…蒸気タービン、３…復水器、４…発電機、５…循環水ポンプ、６…復水器、７…放水路、８…外洋、９…圧力伝送器、２０…演算制御装置、２１…記憶部、２２…制御部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水源からの水の流量を翼の開度を可変して調整可能な循環水ポンプと、前記循環水ポンプにより吐き出された水でタービンからの蒸気を冷却する復水器とを備えたユニットを複数有し、各ユニットの前記復水器へ通水した前記水を合流させて前記水源へ放水する放水槽とを備えた熱交換システムに用いられる循環水ポンプ制御装置において、
前記循環水ポンプが前記水を吐き出す基準圧力と前記水の基準流量との関係を示すシステムヘッド関数が記憶された記憶部と、
前記各ユニットの前記循環水ポンプにそれぞれ設けられ、前記循環水ポンプから吐き出される水の吐出圧力を測定する圧力計と、
補正対象のユニットに取り付けられた前記圧力計により実際に計測された吐出圧力と前記記憶部から読み出したシステムヘッド関数における基準圧力との差分から補正流量を算出し、算出された前記補正流量に基づいて補正したシステムヘッド関数を用いて前記補正対象のユニットの循環水ポンプの翼の開度を制御する制御部と
を具備することを特徴とする循環水ポンプ制御装置。
【請求項２】
水源からの水の流量を翼の開度を可変して調整可能な循環水ポンプと、前記循環水ポンプにより吐き出された水でタービンからの蒸気を冷却する復水器とを備えたユニットを複数有し、各ユニットの前記復水器へ通水した前記水を合流させて前記水源へ放水する放水槽とを備えた熱交換システムに用いられる循環水ポンプ制御装置において、
前記循環水ポンプが前記水を吐き出す基準圧力と前記水の基準流量との関係を示すシステムヘッド関数と、前記循環水ポンプの翼の開度毎の基準流量と揚程との関係を示すポンプ流量・揚程関数とが記憶された記憶部と、
前記各ユニットの前記循環水ポンプにそれぞれ設けられ、前記循環水ポンプから吐き出される水の吐出圧力を測定する圧力計と、
前記記憶部から読み出したシステムヘッド関数を用いて前記補正対象のユニットの前記循環水ポンプの現在の翼の開度から前記循環水ポンプの基準流量を求める手段と、補正対象のユニットに取り付けられた前記圧力計により実際に計測された吐出圧力と前記システムヘッド関数における基準圧力との差分を算出する手段と、前記システムヘッド関数と前記ポンプ流量・揚程関数との交点における接線と前記差分とを掛け合わせて変化流量を算出する手段と、算出された前記基準流量と前記変化流量とを足し合わせて補正流量を算出する手段と、算出された前記補正流量に基づいて前記システムヘッド関数を補正し、補正した実運転システムヘッド関数を用いて前記補正対象のユニットの循環水ポンプの翼の開度を制御する手段とを有する制御部と
を具備することを特徴とする循環水ポンプ制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記補正流量により補正した実運転システムヘッド関数を用いて、前記循環水ポンプの動力と前記タービンの発電出力を最適化した電力利得が最大となる循環水翼開度を求め、前記循環水ポンプを制御することを特徴とする請求項１または２いずれか記載の循環水ポンプ制御装置。
【請求項４】
予め循環水ポンプを制御するパターンを、他のユニットの運転数毎に前記記憶部に記憶しておき、
前記制御部は、
他のユニットの運転数に応じた前記パターンを前記記憶部から読み出し、読み出した前記パターンに基づいて前記循環水ポンプを制御することを特徴とする請求項１または２いずれか記載の循環水ポンプ制御装置。
【請求項５】
予め前記循環水ポンプを制御するパターンを、他のユニットの循環水ポンプの運転台数毎に前記記憶部に記憶しておき、
前記制御部は、
他のユニットの循環水ポンプの運転台数に応じた前記パターンを前記記憶部から読み出し、読み出した前記パターンに基づいて前記循環水ポンプを制御することを特徴とする請求項１または２いずれか記載の循環水ポンプ制御装置。
【請求項６】
予め前記循環水ポンプを制御するパターンを、他のユニットの運転数毎および他のユニットの循環水ポンプの運転台数毎に前記記憶部に記憶しておき、
前記制御部は、
他のユニットの運転数および他のユニットの循環水ポンプの運転台数に応じた前記パターンを前記記憶部から読み出し、読み出した前記パターンに基づいて前記循環水ポンプを制御することを特徴とする請求項１または２いずれか記載の循環水ポンプ制御装置。
【請求項７】
前記復水器から排水される水の流量を制限するための弁をさらに備え、
前記制御部は、
前記循環水ポンプの流量が予め設定された過流量の閾値を超えた場合、前記弁を絞るように制御することを特徴とする請求項１または２いずれか記載の循環水ポンプ制御装置。
【請求項８】
水源からの水の流量を翼の開度を可変して調整可能な循環水ポンプと、前記循環水ポンプにより吐き出された水でタービンからの蒸気を冷却する復水器とを備えたユニットを複数有し、各ユニットの前記復水器へ通水した前記水を合流させて前記水源へ放水する放水槽とを備えた熱交換システムに用いられる循環水ポンプ制御装置における循環水ポンプ制御方法において、
前記ユニットの運転台数毎に設定された前記環水ポンプが前記水を吐き出す吐出圧力と基準となる前記水の流量（基準流量）との関係を示すシステムヘッド関数を記憶部に記憶し、
前記各ユニットの前記循環水ポンプにそれぞれ設けられた圧力計が、前記循環水ポンプから吐き出される水の吐出圧力を測定し、
補正対象のユニットに取り付けられた前記圧力計により実際に計測された吐出圧力と前記記憶部から読み出したシステムヘッド関数における吐出圧力との差分から補正流量を算出し、
算出した前記補正流量に基づいて補正したシステムヘッド関数に基づいて前記補正対象のユニットの循環水ポンプの翼の開度を制御することを特徴とする循環水ポンプ制御方法。
【請求項１】
水源からの水の流量を翼の開度を可変して調整可能な循環水ポンプと、前記循環水ポンプにより吐き出された水でタービンからの蒸気を冷却する復水器とを備えたユニットを複数有し、各ユニットの前記復水器へ通水した前記水を合流させて前記水源へ放水する放水槽とを備えた熱交換システムに用いられる循環水ポンプ制御装置において、
前記循環水ポンプが前記水を吐き出す基準圧力と前記水の基準流量との関係を示すシステムヘッド関数が記憶された記憶部と、
前記各ユニットの前記循環水ポンプにそれぞれ設けられ、前記循環水ポンプから吐き出される水の吐出圧力を測定する圧力計と、
補正対象のユニットに取り付けられた前記圧力計により実際に計測された吐出圧力と前記記憶部から読み出したシステムヘッド関数における基準圧力との差分から補正流量を算出し、算出された前記補正流量に基づいて補正したシステムヘッド関数を用いて前記補正対象のユニットの循環水ポンプの翼の開度を制御する制御部と
を具備することを特徴とする循環水ポンプ制御装置。
【請求項２】
水源からの水の流量を翼の開度を可変して調整可能な循環水ポンプと、前記循環水ポンプにより吐き出された水でタービンからの蒸気を冷却する復水器とを備えたユニットを複数有し、各ユニットの前記復水器へ通水した前記水を合流させて前記水源へ放水する放水槽とを備えた熱交換システムに用いられる循環水ポンプ制御装置において、
前記循環水ポンプが前記水を吐き出す基準圧力と前記水の基準流量との関係を示すシステムヘッド関数と、前記循環水ポンプの翼の開度毎の基準流量と揚程との関係を示すポンプ流量・揚程関数とが記憶された記憶部と、
前記各ユニットの前記循環水ポンプにそれぞれ設けられ、前記循環水ポンプから吐き出される水の吐出圧力を測定する圧力計と、
前記記憶部から読み出したシステムヘッド関数を用いて前記補正対象のユニットの前記循環水ポンプの現在の翼の開度から前記循環水ポンプの基準流量を求める手段と、補正対象のユニットに取り付けられた前記圧力計により実際に計測された吐出圧力と前記システムヘッド関数における基準圧力との差分を算出する手段と、前記システムヘッド関数と前記ポンプ流量・揚程関数との交点における接線と前記差分とを掛け合わせて変化流量を算出する手段と、算出された前記基準流量と前記変化流量とを足し合わせて補正流量を算出する手段と、算出された前記補正流量に基づいて前記システムヘッド関数を補正し、補正した実運転システムヘッド関数を用いて前記補正対象のユニットの循環水ポンプの翼の開度を制御する手段とを有する制御部と
を具備することを特徴とする循環水ポンプ制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記補正流量により補正した実運転システムヘッド関数を用いて、前記循環水ポンプの動力と前記タービンの発電出力を最適化した電力利得が最大となる循環水翼開度を求め、前記循環水ポンプを制御することを特徴とする請求項１または２いずれか記載の循環水ポンプ制御装置。
【請求項４】
予め循環水ポンプを制御するパターンを、他のユニットの運転数毎に前記記憶部に記憶しておき、
前記制御部は、
他のユニットの運転数に応じた前記パターンを前記記憶部から読み出し、読み出した前記パターンに基づいて前記循環水ポンプを制御することを特徴とする請求項１または２いずれか記載の循環水ポンプ制御装置。
【請求項５】
予め前記循環水ポンプを制御するパターンを、他のユニットの循環水ポンプの運転台数毎に前記記憶部に記憶しておき、
前記制御部は、
他のユニットの循環水ポンプの運転台数に応じた前記パターンを前記記憶部から読み出し、読み出した前記パターンに基づいて前記循環水ポンプを制御することを特徴とする請求項１または２いずれか記載の循環水ポンプ制御装置。
【請求項６】
予め前記循環水ポンプを制御するパターンを、他のユニットの運転数毎および他のユニットの循環水ポンプの運転台数毎に前記記憶部に記憶しておき、
前記制御部は、
他のユニットの運転数および他のユニットの循環水ポンプの運転台数に応じた前記パターンを前記記憶部から読み出し、読み出した前記パターンに基づいて前記循環水ポンプを制御することを特徴とする請求項１または２いずれか記載の循環水ポンプ制御装置。
【請求項７】
前記復水器から排水される水の流量を制限するための弁をさらに備え、
前記制御部は、
前記循環水ポンプの流量が予め設定された過流量の閾値を超えた場合、前記弁を絞るように制御することを特徴とする請求項１または２いずれか記載の循環水ポンプ制御装置。
【請求項８】
水源からの水の流量を翼の開度を可変して調整可能な循環水ポンプと、前記循環水ポンプにより吐き出された水でタービンからの蒸気を冷却する復水器とを備えたユニットを複数有し、各ユニットの前記復水器へ通水した前記水を合流させて前記水源へ放水する放水槽とを備えた熱交換システムに用いられる循環水ポンプ制御装置における循環水ポンプ制御方法において、
前記ユニットの運転台数毎に設定された前記環水ポンプが前記水を吐き出す吐出圧力と基準となる前記水の流量（基準流量）との関係を示すシステムヘッド関数を記憶部に記憶し、
前記各ユニットの前記循環水ポンプにそれぞれ設けられた圧力計が、前記循環水ポンプから吐き出される水の吐出圧力を測定し、
補正対象のユニットに取り付けられた前記圧力計により実際に計測された吐出圧力と前記記憶部から読み出したシステムヘッド関数における吐出圧力との差分から補正流量を算出し、
算出した前記補正流量に基づいて補正したシステムヘッド関数に基づいて前記補正対象のユニットの循環水ポンプの翼の開度を制御することを特徴とする循環水ポンプ制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−１５２７６（Ｐ２０１３−１５２７６Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４８７７７（Ｐ２０１１−１４８７７７）
【出願日】平成２３年７月５日（２０１１．７．５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月５日（２０１１．７．５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
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