CN106536899B - 控制装置、系统以及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃气轮机的控制装置(14)，该燃气轮机利用压缩机将吸入的空气压缩成为压缩空气，使从燃烧器供给的燃料与所述压缩空气混合并燃烧而生成燃烧气体，利用生成的所述燃烧气体使涡轮工作而使转子旋转，将使所述涡轮工作后的所述燃烧气体作为废气排出，其中，压缩机具有设置于吸气侧的能够调整开度的入口引导叶片，所述控制装置执行沿着调温线来控制入口引导叶片的开度的调温控制，所述调温线表示根据燃气轮机的负荷而规定的废气温度的上限温度，基于燃气轮机的输出请求来设定IGV开度指令值。

Description

控制装置、系统以及控制方法

技术领域

本发明涉及执行调温控制的燃气轮机等系统的控制装置、系统以及控制方法。

背景技术

通常的燃气轮机由压缩机、燃烧器以及涡轮构成。并且，从空气取入口取入的空气被压缩机压缩而成为高温高压的压缩空气，利用燃烧器对该压缩空气供给燃料并使之燃烧而得到高温高压的燃烧气体(工作流体)，由该燃烧气体驱动涡轮，驱动与该涡轮连结的发电机。对涡轮进行了驱动的燃烧气体从涡轮的排气侧被作为废气排出。

控制这样的燃气轮机的控制装置执行如下的调温控制：调整取入压缩机的空气量以及燃料的供给量等，以使燃烧气体所流入的涡轮的涡轮入口温度不超过预先设定的上限温度的方式控制燃气轮机的运转。这是因为，就燃气轮机的性能而言，涡轮入口温度越高则性能(做功效率)越高，另一方面，若使涡轮入口温度过高，则涡轮入口周围的高温部件难以经得住热负荷。具体而言，在调温控制中，以使来自涡轮的废气温度不超过调温线的方式控制燃气轮机的运转，其中调温线表示根据燃气轮机的负荷(发电机输出)、压力比等燃气轮机状态量而规定的废气温度的上限温度。在此，调温线被规定为如下函数：燃气轮机的负荷越大，则废气温度的上限温度越低，另一方面，若燃气轮机的负荷越小，则废气温度的上限温度越高。

作为进行调温控制的燃气轮机的控制装置，记载了下述专利文献1、2所述的控制装置。在专利文献1的燃气轮机的运转控制装置中，在压缩机的吸气侧设置有入口引导叶片，基于入口引导叶片的开度相对于发电机的输出值的关系并根据来自发电机输出传感器的发电机输出来设定入口引导叶片的开度。另外，专利文献2的燃气轮机的入口引导叶片控制装置在压缩机的吸气侧设置有入口引导叶片，并设定与吸气温度修正后的发电机输出(燃气轮机输出)对应的入口引导叶片的开度。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-75578号公报

专利文献2：日本特开2007-40171号公报

发明内容

发明要解决的课题

这样，入口引导叶片的开度基于燃气轮机输出(实际输出)来设定。因此，例如在燃气轮机的负荷变大的负荷升高时，控制燃气轮机输出以使该燃气轮机输出成为目标的燃气轮机的要求输出值的情况下，燃气轮机的控制装置基于要求输出值与燃气轮机输出的偏差来增大燃料的供给量。若增大燃料的供给量，则燃气轮机的输出增大，因此控制装置伴随燃气轮机的输出的增大而增大入口引导叶片的开度。因此，在负荷升高时，燃料的供给量容易变多，因此燃空比(燃料的供给量/吸气量)向高值推移，由此，与燃空比成比例地涡轮入口温度以及废气温度也向高值推移。

其中，燃气轮机进行与负荷相应的运转，具体而言，进行全负荷运转和部分负荷运转。通常，在进行全负荷运转的情况下，为了发挥燃气轮机的性能，执行调温控制以使涡轮入口温度达到上限温度附近。在该调温控制中，具体而言，以使全负荷运转时的废气温度处于调温线附近的方式控制燃气轮机的运转。

另一方面，在部分负荷运转中，为了确保燃气轮机输出对负荷变动的响应性而不执行调温控制。即，燃气轮机以比调温线的上限温度低的废气温度进行负荷控制，以使废气温度不被调温线的上限温度限制。

并且，近年来，有时为了在部分负荷运转中也提高燃气轮机的性能，执行调温控制以使涡轮入口温度达到上限温度附近。具体而言，在调温控制中，控制燃气轮机的运转以使部分负荷运转时的废气温度处于调温线附近。

然而，在部分负荷运转时，进行调温控制以使废气温度处于调温线附近的情况下，若向燃气轮机施加的负荷变动，则废气温度有可能受调温线限制。这是因为，如上所述那样，在负荷升高时燃空比向高值推移，由此涡轮入口温度以及废气温度也向高值推移。因此，燃气轮机有时难以根据负荷变动来调整燃气轮机输出。

另外，在部分负荷运转时，进行调温控制以使废气温度处于调温线附近的情况下，从空气取入口取入的空气的吸入量有时因负荷变动等干扰而减少。在该情况下，废气温度上升，因此在调温控制中产生减小燃气轮机的负荷的所谓的负荷跌落。即，就调温线而言，燃气轮机的负荷越小则废气温度的上限温度越高，因此在调温控制中，若废气温度上升，则为了提高废气温度的上限温度而减小燃气轮机的负荷。此时，基于入口引导叶片的开度来调整空气的吸入量，基于燃气轮机输出来设定入口引导叶片的开度。因此，在调温控制中，若燃气轮机的负荷降低进而燃气轮机输出变小，则进行通过减小入口引导叶片的开度来减少空气的吸入量的控制，由此废气温度再次上升，因此燃气轮机的负荷会继续下降。

于是，本发明的课题在于，提供能够在提高部分负荷运转时的燃气轮机等系统的性能的同时、适宜地执行负荷变动时的调温控制的控制装置、系统以及控制方法。

用于解决课题的方案

本发明的控制装置是如下系统的控制装置，该系统利用压缩机将吸入的空气压缩成为压缩空气，使从燃烧器供给的燃料与所述压缩空气混合并燃烧而生成燃烧气体，利用生成的所述燃烧气体使涡轮工作而使转子旋转，将使所述涡轮工作后的所述燃烧气体作为废气排出，所述控制装置的特征在于，所述压缩机具有设置于吸气侧的能够调整开度的入口引导叶片，所述控制装置执行沿着调温线来控制所述入口引导叶片的开度的调温控制，其中所述调温线表示根据所述系统的负荷而规定的废气温度的上限温度，基于所述系统的输出要求值来设定所述开度。

另外，本发明的控制方法是如下系统的控制方法，该系统利用压缩机将吸入的空气压缩成为压缩空气，使从燃烧器供给的燃料与所述压缩空气混合并燃烧而生成燃烧气体，利用生成的所述燃烧气体使涡轮工作，将使所述涡轮工作后的所述燃烧气体作为废气排出，所述控制方法的特征在于，所述压缩机具有设置于吸气侧的能够调整开度的入口引导叶片，所述控制方法执行沿着调温线来控制所述入口引导叶片的开度的调温控制，其中所述调温线表示根据所述系统的负荷而规定的废气温度的上限温度，基于所述系统的输出要求值来设定所述开度。

根据该结构，能够基于系统的输出要求值来设定入口引导叶片的开度。因此，能够在系统的负荷升高时在燃料的供给量增大之前增大入口引导叶片的开度。因而，与基于系统的输出来设定入口引导叶片的开度的情况相比，能够使燃空比向低燃空比推移。由此，能够抑制涡轮入口温度以及废气温度的上升，因此能够在部分负荷运转时的负荷升高时抑制废气温度受制于上限温度而限制系统的输出、或者产生负荷跌落的情况。这样，在部分负荷运转时，容易根据负荷变动沿着调温线来变更系统的输出，另外，由于能够沿着调温线进行部分负荷运转，因此能够在部分负荷运转时使系统以额定性能运转。需要说明的是，额定性能是指在从发电机向燃气轮机等系统施加了规定的负荷时燃气轮机的做功效率成为最佳的性能。另外，作为系统，除了进行发电的燃气轮机以外，还能够适用于燃气发动机系统等。

另外，优选的是，所述控制装置执行基于调节设定值来控制所述系统的输出的调节控制，所述调节设定值是使所述转子的转速成为预先设定的设定转速的值，所述输出要求值在所述调节控制时设为所述调节设定值，基于所述调节设定值来设定所述开度。

根据该结构，能够在调节控制时基于调节设定值来设定入口引导叶片的开度。因此，也能够在调节控制时系统的负荷升高的情况下使燃空比向低燃空比推移。

另外，优选的是，所述控制装置对所述系统的实际输出值与所述输出要求值进行比较而选择出高值，基于作为高值被选择出的所述实际输出值或所述输出要求值来设定所述开度。

根据该结构，在负荷升高时，系统的输出要求值变高，因此基于输出要求值来设定入口引导叶片的开度。另一方面，在负荷下降时，系统的实际输出值(系统的输出)变高，因此基于系统的输出来设定入口引导叶片的开度。因此，不仅能够在负荷升高时使燃空比向低燃空比推移，而且也能够在负荷下降时使燃空比向低燃空比推移。即，在负荷下降时，系统的实际输出值比系统的输出要求值高，因此在燃料的供给量减少之后，入口引导叶片的开度变小。这样，在负荷升高时以及负荷下降时均能够抑制涡轮入口温度以及废气温度的上升，因此能够抑制废气温度受制于上限温度而限制系统的输出的情况。

另外，优选的是，所述控制装置在所述系统的所述负荷下降的负荷下降时，执行使基于所述输出要求值的所述开度的设定延迟进行的延迟控制。

根据该结构，能够在负荷下降时延迟开度的设定。因此，能够在负荷下降时延迟设定为在燃料的供给量减少之后使入口引导叶片的开度变小。这样，能够在负荷下降时抑制涡轮入口温度以及废气温度的上升，因此能够抑制废气温度受制于上限温度而限制系统的输出的情况。

另外，优选的是，所述控制装置执行基于燃料指令值来控制从所述燃烧器供给的所述燃料的供给量的燃料控制，根据基于所述燃料指令值生成的所述输出要求值来设定所述开度。

根据该结构，能够基于燃料指令值来设定入口引导叶片的开度。因此，能够在系统的负荷升高时在燃料的供给量增大之前增大入口引导叶片的开度。因而，与基于系统的输出来设定入口引导叶片的开度的情况相比，能够使燃空比向低燃空比推移。

另外，优选的是，所述控制装置在所述系统的所述负荷上升的负荷升高时，执行将所述入口引导叶片的开度设定成为比基于所述输出要求值设定的所述开度大的开度的先行开度控制。

根据该结构，在负荷变化量大的情况下，调温线的上限温度伴随负荷升高而快速降低。在该情况下，废气温度延迟降低，从而使废气温度受上限温度限制，由此难以使系统的输出变化。因此，在负荷升高时的负荷变化量大的情况下，执行先行开度控制以使入口引导叶片的开度成为更大的开度，由此能够将废气温度降低为比调温线的上限温度低的温度。因而，能够使废气温度不被调温线限制而使系统的输出适宜地变化。需要说明的是，负荷变动的变化量大时例如是在作为系统适用燃气轮机的情况下燃气轮机的急速起动运转时或发电机的频率变动时。

本发明的系统的特征在于，具备：压缩机，其将吸入的空气压缩成为压缩空气；燃烧器，其向所述压缩空气供给燃料并使之燃烧而生成燃烧气体；涡轮，其借助生成的所述燃烧气体而进行工作；以及上述的控制装置。

根据该结构，能够提高部分负荷运转时的性能，另外能够适宜地执行针对负荷变动的调温控制。

附图说明

图1是表示实施例1的燃气轮机的示意图。

图2是表示废气的上限温度根据燃气轮机的负荷而变化的调温线的图表。

图3是与控制装置的控制相关的框图。

图4是与实施例1的控制装置的IGV控制相关的说明图。

图5是与实施例2的控制装置的IGV控制相关的说明图。

图6是与实施例3的控制装置的IGV控制相关的说明图。

图7是与实施例4的控制装置的IGV控制相关的说明图。

图8是与实施例5的控制装置的IGV控制相关的说明图。

图9是与实施例6的控制装置的IGV控制相关的说明图。

具体实施方式

以下，基于附图详细说明本发明的实施例。需要说明的是，本发明不受该实施例限定。另外，下述实施例中的构成要素包括本领域技术人员能够置换且容易置换的要素、或者实质上相同的要素。而且，以下所记载的构成要素能够适当组合，另外，在存在多个实施例的情况下，也能够组合各实施例。

实施例1

图1是表示实施例1的燃气轮机的示意图。图2是表示废气的上限温度根据燃气轮机的负荷而变化的调温线的图表。图3是与控制装置的控制相关的框图。图4是与实施例1的控制装置的IGV控制相关的说明图。

如图1所示，实施例1的燃气轮机(系统)1构成为包括压缩机11、燃烧器12以及涡轮13。在压缩机11、燃烧器12以及涡轮13的中心部贯穿配置有转子18，转子18将压缩机11与涡轮13连结成能够一体旋转。该燃气轮机1由控制装置14控制。另外，在燃气轮机1连结有发电机15而能够发电。

压缩机11压缩从空气取入口取入的空气A而形成压缩空气A1。在该压缩机11配设有入口引导叶片(IGV：Inlet Guide Vane)22，该入口引导叶片22调整从空气取入口取入的空气A的吸气量。入口引导叶片22通过调整其开度来调整空气A的吸气量。具体而言，入口引导叶片22具有多个叶片主体22a和用于变更多个叶片主体22a的叶片角度的IGV工作部22b，通过IGV工作部22b调整叶片主体22a的叶片角度，从而调整入口引导叶片22的开度以调整空气A的吸气量。若入口引导叶片22的开度变大，则空气A的吸气量变多，压缩机11的压力比增加。另一方面，通过入口引导叶片22的开度变小，从而空气A的吸气量变少，压缩机11的压力比降低。

燃烧器12向由压缩机11压缩后的压缩空气A1供给燃料F，使压缩空气A1与燃料F混合并燃烧，由此生成燃烧气体。涡轮13因由燃烧器12生成的燃烧气体而旋转。

转子18的轴向的两端部被未图示的轴承部支承为旋转自如，该转子18被设置为以轴心为中心旋转自如。并且，在转子18的压缩机11侧的端部连结有发电机15的驱动轴。发电机15与涡轮13设置在同轴上，能够通过涡轮13旋转而发电。

因此，从压缩机11的空气取入口取入的空气A经由入口引导叶片22通过压缩机11的内部而被压缩成为高温高压的压缩空气A1。从燃烧器12向该压缩空气A1供给燃料F，压缩空气A1与燃料F混合并燃烧，由此生成高温高压的燃烧气体。然后，由燃烧器12生成的高温高压的燃烧气体通过涡轮13的内部而使涡轮13工作(旋转)并驱动转子18旋转，驱动与该转子18连结的发电机15。由此，与转子18连结的发电机15被驱动旋转而进行发电。另一方面，驱动涡轮13后的燃烧气体被作为废气排放到大气。

这样的燃气轮机1的运转由控制装置14控制。具体而言，控制装置14根据燃气轮机1的负荷(发电机15的输出)来控制燃气轮机1的运转，具体而言，进行燃气轮机1的部分负荷运转和全负荷运转。全负荷运转是燃气轮机输出成为额定输出的运转。部分负荷运转是燃气轮机输出成为比额定输出小的输出的运转。

另外，控制装置14在部分负荷运转时以及全负荷运转时，调整取入压缩机11的空气A的吸气量以及从燃烧器12供给的燃料F的燃料供给量等，以使燃烧气体所流入的涡轮13的涡轮入口温度不超过预先设定的上限温度的方式执行调温控制。

控制装置14为了调整取入压缩机11的空气量(吸气量)而执行对使入口引导叶片22工作的IGV工作部22b进行控制的IGV控制。控制装置14通过控制IGV工作部22b来变更入口引导叶片22的开度，调整取入压缩机11的空气A的吸气量。具体而言，控制装置14在全负荷运转时以使入口引导叶片22的开度成为额定开度的方式进行控制。额定开度是燃气轮机输出成为额定输出时的开度。另外，控制装置14能够以使入口引导叶片22的开度成为比额定开度大的超开状态的方式进行控制。

另外，控制装置14为了调整燃料F的供给量而执行对设置于朝向燃烧器12供给燃料F的燃料供给线34的燃料调整阀35进行控制的燃料控制。控制装置14通过控制燃料调整阀35来调整向压缩空气A1供给(喷射)的燃料F的供给量。

而且，在控制装置14连接有压力计51以及废气温度计52等计测器。压力计51设置于供压缩空气A1从压缩机11朝向燃烧器12流通的线路、具体而言设置于燃烧器12的壳体内部，且计测压缩空气A1的压力(壳体压力)。废气温度计52设置于供从涡轮13排出的废气流通的线路，且计测废气的温度。具体而言，废气温度计52构成为包括设置于废气的流动方向的上游侧的叶片通道(blade PATH)温度计52a和设置于叶片通道温度计52a的下游侧的排气部温度计52b。

并且，控制装置14基于各计测器51、52等的计测结果来控制入口引导叶片22以及燃料调整阀35等，来执行下述的沿着调温线T的调温控制。在此，在调温控制中，使用图2所示的调温线T。调温线T表示根据燃气轮机负荷而规定的废气的上限温度。即，图2的图表的横轴为燃气轮机负荷，其纵轴为废气温度。需要说明的是，调温线T为由废气温度和压缩机11的压力比规定的函数。因此，控制装置14基于压力计51的计测结果导出压缩机11的压力比，根据所导出的压力比并基于调温线T来导出废气的上限温度。

如图2所示，调温线T为废气温度随着燃气轮机负荷(更具体而言，压力比)变大而降低的线。该调温线T以使规定的燃气轮机负荷下的燃气轮机1的性能成为额定性能的方式设定为与燃气轮机负荷相应的废气的上限温度。因此，废气的上限温度成为使涡轮入口温度不超过预先设定的上限温度那样的温度。需要说明的是，额定性能是指在从发电机15向燃气轮机1施加了规定的负荷时燃气轮机1的做功效率成为最佳的性能。

该调温线T是在部分负荷运转或全负荷运转稳定时由废气温度计52计测的废气温度(废气计测温度)成为调温线T的上限温度的线。即，控制装置14对燃气轮机1的运转进行反馈控制(例如PI控制)，以使废气计测温度成为废气的上限温度。

在此，图2示出了入口引导叶片22成为额定开度的IGV额定角度线L1。因此，调温线T与IGV额定角度线L1交叉的交叉点处的燃气轮机负荷是燃气轮机1成为全负荷的交叉点(额定点P)，另外，与额定点P的燃气轮机负荷相应的燃气轮机输出为燃气轮机1的额定输出。

另外，图2示出了废气温度成为限制值的废气温度限制线L2。废气温度限制线L2是配置于涡轮13的排气侧的构件能够经得住热负荷的温度。控制装置14以使废气温度不到达废气温度限制线L2的方式控制燃气轮机1的运转。

在此，参照图3来具体说明控制装置14进行的燃料控制以及IGV控制。控制装置14具有ALR控制部61、负荷限制控制部62、调节控制部63、温度限制控制部64、燃料限制控制部65、低值选择部66、燃料控制部67以及IGV控制部68。

ALR(Automatic Load dispatching Regulator)控制部61被输入燃气轮机1的输出请求(输出要求值)，基于被输入的输出请求来生成用于进行负荷控制(ALR控制)的负荷控制值。并且，ALR控制部61将所生成的负荷控制值朝向负荷限制控制部62和调节控制部63输出。另外，详细情况如后所述，ALR控制部61将负荷控制值朝向IGV控制部68输出。

负荷限制控制部62被从ALR控制部61输入负荷控制值，另外被输入作为燃气轮机1的实际输出值的燃气轮机输出。负荷限制控制部62基于负荷控制值与燃气轮机输出(实际输出值)的偏差来生成指示向燃烧器12供给的燃料F的供给量(燃料流量)的燃料指令值，以使燃气轮机输出成为输出请求。然后，负荷限制控制部62将所生成的燃料指令值朝向低值选择部66输出。

调节控制部63被从ALR控制部61输入负荷控制值，另外被输入燃气轮机输出和转子18的转速。调节控制部63以使转子18的转速成为预先设定的设定转速的方式，基于负荷控制值、燃气轮机输出以及转速来生成燃料指令值。并且，调节控制部63将所生成的燃料指令值朝向低值选择部66输出。

温度限制控制部64被输入由废气温度计52计测出的废气计测温度和由压力计51计测出的压缩机11的壳体内部的压力(壳体压力)。温度限制控制部64以使废气计测温度不到达图2所示的废气温度限制线L2的方式，基于废气计测温度和壳体压力来生成燃料指令值。然后，温度限制控制部64将所生成的燃料指令值朝向低值选择部66输出。

燃料限制控制部65被输入燃气轮机输出、转子18的转速以及壳体压力。燃料限制控制部65以使燃料F向燃烧器12的供给量不超过预先设定的限制供给量的方式，基于燃气轮机输出、转子18的转速以及壳体压力来生成燃料指令值。然后，燃料限制控制部65将所生成的燃料指令值朝向低值选择部66输出。

低值选择部66在从负荷限制控制部62、调节控制部63、温度限制控制部64以及燃料限制控制部65输入的燃料指令值中选择成为最低的值的燃料指令值。然后，低值选择部66将所选择的成为低值的燃料指令值朝向燃料控制部67输出。

燃料控制部67被从低值选择部66输入燃料指令值，并基于被输入的燃料指令值来控制燃料调整阀35。

IGV控制部68被从ALR控制部61输入负荷控制值，另外被输入取入压缩机11的空气A的吸气温度、废气计测温度以及壳体压力。IGV控制部68基于这些输入值来生成对入口引导叶片22的开度进行控制的IGV开度指令值。然后，IGV控制部68将所生成的IGV开度指令值朝向IGV工作部22b输出。

接着，参照图4来对IGV控制部68进行说明。IGV控制部68为包括减法器71、PI控制器72、控制器73以及加法器74的结构。如上所述，IGV控制部68被输入负荷控制值和废气计测温度。需要说明的是，IGV控制部68还被输入吸气温度以及壳体压力，根据这些输入值来控制入口引导叶片22的开度，但以下为简化说明，省略与吸气温度以及壳体压力相关的说明。

减法器71生成废气计测温度与调温线T的上限温度的偏差Δ，将所生成的偏差Δ向PI控制器72输出。PI控制器72生成使偏差Δ成为零那样的IGV开度指令值。控制器73基于将输出请求与IGV开度对应起来的函数，并根据与被输入的负荷控制值对应的输出请求来生成IGV开度指令值。加法器74将由PI控制器72生成的IGV开度指令值与由控制器73生成的IGV开度指令值相加并向IGV工作部22b输出。需要说明的是，在实施例1中使用PI控制器，但不限定于此，是反馈控制器即可。

这样构成的控制装置14通过执行调温控制而由IGV控制部68控制入口引导叶片22的开度。具体而言，燃气轮机1在部分负荷运转时，从由控制装置14以沿着调温线T上的方式执行调温控制的状态起，执行使燃气轮机负荷上升的负荷升高运转。在该情况下，控制装置14首先设定与负荷升高相应的输出请求。控制装置14在设定输出请求后，将该输出请求经由ALR控制部61朝向负荷限制控制部62、调节控制部63以及IGV控制部68输出。

IGV控制部68基于与输出请求对应的负荷控制值来导出IGV开度指令值，基于所导出的IGV开度指令值来控制入口引导叶片22的开度。即，IGV控制部68在负荷升高时，基于输出请求而以使入口引导叶片22的开度变大的方式进行控制。

另一方面，燃料控制部67在负荷限制控制部62以及调节控制部63导出基于与输出请求对应的负荷控制值以及燃气轮机输出而得的燃料指令值之后，基于在低值选择部66中所选择的低值的燃料指令值来控制燃料调整阀35。即，燃料控制部67在负荷升高时基于输出请求以及燃气轮机输出来控制燃料调整阀35，以使燃料F的供给量增大。

因此，控制装置14能够基于输出请求而由IGV控制部68来控制入口引导叶片22的开度，因此能够使基于输出请求进行的IGV控制比基于燃气轮机输出进行的IGV控制优先进行。即，燃气轮机输出是实际输出值，因此在基于燃气轮机输出进行的IGV控制中，在燃料F的燃烧后控制入口引导叶片22的开度，因此燃空比向高值推移。另一方面，在基于输出请求进行的IGV控制中，在燃料燃烧前控制入口引导叶片22的开度，因此能够使燃空比向低值推移。

如以上那样，根据实施例1，能够基于燃气轮机1的输出要求值(输出请求)来设定入口引导叶片22的开度。因此，在燃气轮机1的负荷升高时，能够在燃料的供给量增大之前增大入口引导叶片22的开度。因而，与基于燃气轮机输出来设定入口引导叶片22的开度的情况相比，能够使燃空比向低值推移。由此，能够抑制涡轮入口温度以及废气温度的上升，因此能够在部分负荷运转时的负荷升高时抑制废气温度受制于上限温度而限制燃气轮机输出、或者产生负荷跌落的情况。这样，在部分负荷运转时，容易根据负荷变动并沿着调温线T地变更燃气轮机输出，另外，由于能够沿着调温线T进行部分负荷运转，因此能够在部分负荷运转时使燃气轮机1以额定性能运转。需要说明的是，在实施例1中，作为系统，适用于进行发电的燃气轮机1，但也可以适用于燃气发动机(gas engine)系统等。

实施例2

接着，参照图5来说明实施例2的控制装置100。图5是与实施例2的控制装置的IGV控制相关的说明图。需要说明的是，在实施例2中，为了避免重复的记载，对与实施例1不同的部分进行说明，对与实施例1同样的结构的部分标注相同的附图标记来进行说明。在实施例2中，在调节控制时，基于与输出请求对应的调节设定值来设定入口引导叶片22的开度。

实施例2的控制装置100与图3所示的实施例1的控制装置14同样，具有负荷限制控制部62和调节控制部63。该控制装置100根据运转状况而选择性地执行由负荷限制控制部62进行的燃气轮机1的运转控制和基于调节控制部63进行的燃气轮机1的运转控制。具体而言，负荷限制控制部62以使燃气轮机输出成为与输出请求相应的输出的方式控制燃气轮机输出。即，负荷限制控制部62以使和负荷控制值相应的输出请求与燃气轮机输出的偏差成为零的方式控制燃气轮机输出。与此相对，调节控制部63以使转子18的转速成为根据输出请求而设定的设定转速(调节设定值)的方式控制燃气轮机输出。即，调节控制部63以使和成为输出请求的负荷控制值相应的设定转速与转子18的转速的偏差成为零的方式控制燃气轮机输出。因此，在负荷限制控制部62中，以使燃气轮机输出固定的方式进行控制，与此相对，在调节控制部63中，以使转速固定的方式进行控制。

实施例2的IGV控制部101在燃气轮机1被进行负荷限制控制的情况下，与实施例1同样，基于输出请求生成IGV开度指令值，另一方面，在燃气轮机1被进行调节控制的情况下，基于设定转速生成IGV开度指令值。具体而言，IGV控制部101为包括减法器71、PI控制器72、控制器73、加法器74以及切换控制器105的结构。需要说明的是，减法器71、PI控制器72、控制器73以及加法器74与实施例1相同，因此省略说明。

切换控制器105被输入与输出请求对应的负荷控制值(在图5中仅示出了输出请求)和与输出请求对应的设定转速。另外，切换控制器105被输入对负荷限制控制和调节控制进行切换的切换信号。切换控制器105基于被输入的切换信号，将向控制器73输出的输出值选择性地切换为负荷控制值或设定转速(调节设定值)。需要说明的是，控制器73与实施例1同样，基于将输出请求与IGV开度对应起来的函数，根据与被输入的负荷控制值对应的输出请求来生成IGV开度指令值，另外，基于将设定转速与IGV开度对应起来的函数，根据被输入的设定转速来生成IGV开度指令值。

如以上那样，根据实施例2，IGV控制部101能够在调节控制时基于调节设定值来设定入口引导叶片22的开度。因此，也能够在调节控制时燃气轮机1的负荷升高的情况下在燃料的供给量增大之前增大入口引导叶片22的开度，能够使燃空比向低值推移。

实施例3

接着，参照图6来说明实施例3的控制装置110。图6是与实施例3的控制装置的IGV控制相关的说明图。需要说明的是，在实施例3中，也为了避免重复的记载而对与实施例1以及2不同的部分进行说明，对与实施例1以及2相同的结构的部分标注相同的附图标记来进行说明。在实施例3中，选择输出请求或燃气轮机输出中的一方并基于所选择的输出请求或燃气轮机输出来设定入口引导叶片22的开度。以下，基于实施例2的控制装置100的结构来说明实施例3的控制装置110。

如图6所示，在实施例3的控制装置110中，IGV控制部111为包括减法器71、PI控制器72、控制器73、加法器74、切换控制器105以及高值选择部115的结构。需要说明的是，减法器71、PI控制器72、控制器73、加法器74以及切换控制器105与实施例2同样，因此省略说明。

高值选择部115被从切换控制器105输入输出请求或设定转速，另外被输入燃气轮机输出。高值选择部115对输出请求或设定转速与燃气轮机输出进行比较，并选择成为高值的控制值。并且，高值选择部115将成为所选择的高值的控制值朝向控制器73输出。

由这样构成的控制装置110控制的燃气轮机1在部分负荷运转时，从由控制装置110以沿着调温线T上的方式执行调温控制的状态起，执行使燃气轮机负荷上升的负荷升高运转。在该情况下，控制装置110首先设定与负荷升高相应的输出请求，并基于输出请求来增大燃料的供给量，因此燃气轮机输出在燃料燃烧后增大。因此，燃气轮机输出与输出请求相比成为低值，因此在IGV控制部111的高值选择部115中，判定为输出请求为高值。因而，控制装置110与实施例1同样，在负荷升高时通过IGV控制部111基于输出请求来设定入口引导叶片22的开度，由此在燃料的供给量增大之前扩大入口引导叶片22的开度，从而能够使燃空比向低值推移。

另一方面，燃气轮机1在部分负荷运转时，从由控制装置110以沿着调温线T上的方式执行调温控制的状态起，执行使燃气轮机负荷下降的负荷下降运转。在该情况下，控制装置110首先设定与负荷下降相应的输出请求，基于输出请求来减少燃料的供给量，因此燃气轮机输出在燃料燃烧后减少。因此，燃气轮机输出与输出请求相比成为高值，因此在IGV控制部111的高值选择部115中，判定为燃气轮机输出为高值。因而，控制装置110在负荷下降时通过IGV控制部111基于燃气轮机输出来设定入口引导叶片22的开度，在燃料的供给量减少之后减小入口引导叶片22的开度，由此能够使燃空比向低值推移。

如以上所述那样，根据实施例3，不仅能够在负荷升高时使燃空比向低燃空比推移，也能够在负荷下降时使燃空比向低燃空比推移。因此，在负荷升高时以及负荷下降时均能够抑制涡轮入口温度以及废气温度的上升，从而能够抑制废气温度受制于上限温度而限制燃气轮机输出的情况。

实施例4

接着，参照图7来说明实施例4的控制装置120。图7是与实施例4的控制装置的IGV控制相关的说明图。需要说明的是，在实施例4中也为了避免重复的记载而对与实施例1至3不同的部分进行说明，对与实施例1至3同样的结构的部分标注相同的附图标记来进行说明。在实施例4中，在负荷下降时，延迟设定入口引导叶片22的开度。以下，基于实施例2的控制装置100的结构来说明实施例4的控制装置120。

如图7所示，在实施例4的控制装置120中，IGV控制部121是包括减法器71、PI控制器72、控制器73、加法器74、切换控制器105以及延迟控制器125的结构。需要说明的是，减法器71、PI控制器72、控制器73、加法器74以及切换控制器105与实施例2同样，因此省略说明。

延迟控制器125被从切换控制器105输入输出请求或设定转速。延迟控制器125被输入在燃气轮机1的负荷下降运转时输出的负荷下降信号。延迟控制器125在未被输入负荷下降信号的情况下、即燃气轮机1进行负荷升高运转或负荷稳定时的运转的情况下，将从切换控制器105输入的控制值无时间延迟地向控制器73输出。另一方面，延迟控制器125在被输入负荷下降信号的情况下、即燃气轮机1进行负荷下降运转的情况下，将从切换控制器105输入的控制值以存在时间延迟的方式向控制器73输出。

由这样构成的控制装置120控制的燃气轮机1在部分负荷运转时，从由控制装置120沿着调温线T上执行调温控制的状态起，执行使燃气轮机负荷下降的负荷下降运转。在该情况下，控制装置120设定与负荷下降相应的输出请求，并基于输出请求减少燃料的供给量，因此燃气轮机输出在燃料燃烧后减少。控制装置120在负荷下降时通过IGV控制部121的延迟控制器125延迟地设定入口引导叶片22的开度，由此在燃料的供给量减少之后减小入口引导叶片22的开度，从而能够使燃空比向低值推移。即，延迟控制器125将从切换控制器105输入的控制值延迟地向控制器73输出，以在燃料的供给量减少之后设定入口引导叶片22的开度。

如以上那样，根据实施例4，不仅能够在负荷升高时使燃空比向低燃空比推移，也能够在负荷下降时使燃空比向低燃空比推移。因此，在负荷升高时以及负荷下降时均能够抑制涡轮入口温度以及废气温度的上升，因此能够抑制废气温度受制于上限温度而限制燃气轮机输出的情况。

实施例5

接着，参照图8来说明实施例5的控制装置130。图8是与实施例5的控制装置的IGV控制相关的说明图。需要说明的是，在实施例5中也为了避免重复的说明而对与实施例1至4不同的部分进行说明，对与实施例1至4同样的结构的部分标注相同的附图标记来进行说明。在实施例5中，基于根据燃料指令值导出的输出请求来设定入口引导叶片22的开度。以下，基于实施例1的控制装置14的结构，来说明实施例5的控制装置130。

如图8所示，控制装置130的IGV控制部131为包括减法器71、PI控制器72、第一控制器73、加法器74以及第二控制器135的结构。需要说明的是，减法器71、PI控制器72、第一控制器73以及加法器74与实施例1同样，因此省略说明。

第二控制器135被输入从低值选择部66输出的燃料指令值。第二控制器135基于将燃料指令值与输出请求对应起来的函数，根据被输入的燃料指令值而生成输出请求，将所生成的输出请求朝向第一控制器73输出。

如以上那样，根据实施例5，能够基于燃料指令值来设定入口引导叶片22的开度。因此，能够在燃气轮机1的负荷升高时在燃料的供给量增大之前增大入口引导叶片22的开度。因而，与基于燃气轮机输出来设定入口引导叶片22的开度的情况相比，能够使燃空比向低燃空比推移。

实施例6

接着，参照图9来说明实施例6的控制装置140。图9是与实施例6的控制装置的IGV控制相关的说明图。需要说明的是，在实施例6中，也为了避免重复的记载而对与实施例1之5不同的部分进行说明，对与实施例1至5同样的结构的部分标注相同的附图标记来进行说明。在实施例6中，向加法器74输入使入口引导叶片22的开度变得更大的IGV先行开度指令值。以下，基于实施例1的控制装置14的结构来说明实施例6的控制装置140。

如图9所示，在控制装置140的IGV控制部141中，加法器74被输入由PI控制器72生成的IGV开度指令值、由控制器73生成的IGV开度指令值、以及IGV先行开度指令值。在此，IGV先行开度指令值是用于在燃气轮机1的负荷变动的变化量大的情况下将入口引导叶片22的开度设为比与输出请求对应的开度大的开度的指令值。需要说明的是，IGV先行开度指令值也可以适用以往的入口引导叶片22的先行开度设定，不特别限定。并且，加法器74将加上IGV先行开度指令值后的加法运算后的IGV开度指令值朝向IGV工作部22b输出。

如以上那样，根据实施例6，在负荷变化量大的情况下，调温线T的上限温度伴随负荷升高而迅速降低。在该情况下，废气温度延迟地降低从而使废气温度被限制为上限温度，由此难以使燃气轮机输出变化。因此，IGV控制部141通过在负荷升高时的负荷变化量大的情况下执行先行开度控制以使入口引导叶片22的开度成为更大的开度，由此能够使废气温度降低而低于调温线T的上限温度。因而，能够使废气温度不被调温线T限制而使燃气轮机输出适宜地变化。需要说明的是，在负荷变动的变化量大时例如是燃气轮机1的急速起动运转时或发电机15的频率变动时。

附图标记说明

1 燃气轮机

11 压缩机

12 燃烧器

13 涡轮

14 控制装置

15 发电机

18 转子

22 入口引导叶片

22a 叶片主体

22b IGV 工作部

34 燃料供给线

35 燃料调整阀

51 压力计

52 废气温度计

52a 叶片通道温度计

52b 排气部温度计

61 ALR控制部

62 负荷限制控制部

63 调节控制部

64 温度限制控制部

65 燃料限制控制部

66 低值选择部

67 燃料控制部

68 IGV控制部

71 减法器

72 PI控制器

73 控制器

74 加法器

100 控制装置(实施例2)

101 IGV控制部(实施例2)

105 切换控制器

110 控制装置(实施例3)

111 IGV控制部(实施例3)

115 高值选择部

120 控制装置(实施例4)

121 IGV控制部(实施例4)

125 延迟控制器

130 控制装置(实施例5)

131 IGV控制部(实施例5)

140 控制装置(实施例6)

141 IGV控制部(实施例6)

A 空气

F 燃料

A1 压缩空气

T 调温线

L1 IGV额定角度线

L2 废气温度限制线

P 额定点

Claims (7)

1.一种控制装置，其是如下系统的控制装置，该系统利用压缩机将吸入的空气压缩成为压缩空气，使从燃烧器供给的燃料与所述压缩空气混合并燃烧而生成燃烧气体，利用生成的所述燃烧气体使涡轮工作而使转子旋转，将使所述涡轮工作后的所述燃烧气体作为废气排出，

所述控制装置的特征在于，

所述压缩机具有设置于吸气侧的能够调整开度的入口引导叶片，

所述控制装置执行沿着调温线来控制所述入口引导叶片的开度的调温控制，其中所述调温线表示根据所述系统的负荷而规定的废气温度的上限温度，

所述控制装置对所述系统的实际输出值与所述系统的输出要求值进行比较而选择出高值，

基于作为高值被选择出的所述实际输出值或所述输出要求值来设定所述开度。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

所述控制装置执行基于调节设定值来控制所述系统的输出的调节控制，所述调节设定值是使所述转子的转速成为预先设定的设定转速的值，

所述输出要求值在所述调节控制时设为所述调节设定值，

基于所述调节设定值来设定所述开度。

3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，

所述控制装置在所述系统的所述负荷下降时，执行使基于所述输出要求值的所述开度的设定延迟进行的延迟控制。

4.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，

所述控制装置执行基于燃料指令值来控制从所述燃烧器供给的所述燃料的供给量的燃料控制，

根据基于所述燃料指令值生成的所述输出要求值来设定所述开度。

5.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，

所述控制装置在所述系统的所述负荷升高时，执行将所述入口引导叶片的开度设定成为比基于所述输出要求值设定的所述开度大的开度的先行开度控制。

6.一种具备压缩机、燃烧器、涡轮及控制装置的系统，其特征在于，具备：

所述压缩机，其将吸入的空气压缩成为压缩空气；

所述燃烧器，其向所述压缩空气供给燃料并使之燃烧而生成燃烧气体；

所述涡轮，其借助生成的所述燃烧气体而进行工作；以及

所述控制装置，其为权利要求1或2所述的控制装置。

7.一种控制方法，其是如下系统的控制方法，该系统利用压缩机将吸入的空气压缩成为压缩空气，使从燃烧器供给的燃料与所述压缩空气混合并燃烧而生成燃烧气体，利用生成的所述燃烧气体使涡轮工作而使转子旋转，将使所述涡轮工作后的所述燃烧气体作为废气排出，

所述控制方法的特征在于，

所述压缩机具有设置于吸气侧的能够调整开度的入口引导叶片，

所述控制方法执行沿着调温线来控制所述入口引导叶片的开度的调温控制，其中所述调温线表示根据所述系统的负荷而规定的废气温度的上限温度，

在所述控制方法中，对所述系统的实际输出值与所述系统的输出要求值进行比较而选择出高值，

基于作为高值被选择出的所述实际输出值或所述输出要求值来设定所述开度。