CN1460786A - 燃气涡轮机控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可以不使燃气涡轮机的高温零件材料强度位于高温零件的最大应力以下，而且对于系统频率产生过度变动的场合可以促使系统频率的稳定化的燃气涡轮机控制装置。这种燃气涡轮机控制装置对于检测到系统频率异常的场合，可以按照调整燃气涡轮机的输出促使系统频率恢复，免除燃气涡轮机的燃烧气体温度控制。因此，还具有根据检测系统频率异常功能给出的信号，在可以使用免除检测燃气涡轮机燃烧气体温度控制的逻辑回路的时恢复的回路。系统频率的异常检测，还可以设置在接受外部来的信号的该联合循环发电设备处。

Description

燃气涡轮机控制装置
技术领域
本发明涉及在由于负载脱落和发电机紧急停止运行等原因使系统频率短时间里从正常运行频率增加或减少的场合，能够避免所产生的燃气涡轮机不稳定的运行状态，防止作为火力发电机主要电源的燃气涡轮机由不稳定运行状态导致恶劣停止运行，有助于电力系统过渡时期的频率稳定化的燃气涡轮机控制装置。
背景技术
常规的燃气涡轮发电设备，是一种向燃烧器供给燃料和压缩空气，将通过燃烧器燃烧得到的气体供给至燃气涡轮机(亦称燃气轮机)以驱动燃气涡轮机的装置。图36表示燃气涡轮发电设备的构成图。
燃气涡轮机100由压缩机2、燃烧器4和涡轮机7构成。通过入口导向叶片1吸入的空气，由空气压缩机2压缩为高压空气，这种压缩空气通过空气流路3进入至燃烧器4，并作为燃料燃烧用的空气使用。在另一方面，通过燃料控制阀5供给的燃料由燃料燃烧咀6进入燃烧器4，并且在此燃烧形成高温高压的燃烧气体。将这种燃烧气体供给入涡轮机7，驱动燃气涡轮机轴8转动，从而驱动与其同轴连接着的发电机9转动，得到发电机输出。由涡轮机7处排出的排出气体在由烟筒排出、或采用联合循环发电设备时，可以在作为排出热量回收锅炉的热源使用后再由烟筒排出。
燃气涡轮机控制装置10可以依据由安装在轴端齿轮11附近处的速度检测器12获得的燃气涡轮机速度N，由设置在空气压缩机2的入口部的入口空气压力检测器103获得的压缩机入口空气压力PX1，由设置在空气压缩机2的出口处的排出空气压力检测器13获得的压缩机排出空气压力PX12，由设置在涡轮机出口处的排出气体温度检测器14获得的排出气体温度TX4，以及由发电机输出检测器15获得的发电机输出MW等等，将燃料控制信号FREF提供至燃料控制阀5处，以调节燃料流量。
图37表示燃气涡轮机控制装置10的方框构成图。燃气涡轮机控制装置10具有：对燃气涡轮机100的速度和与燃气涡轮机100相连接的发电机9的负载实施控制用的速度负载控制部16；将燃气涡轮机100的燃烧气体温度控制为预定上限值用的燃烧气体温度控制部18；以及对由速度负载控制部16给出的速度负载控制信号FN和燃烧气体温度控制部18给出的排出气体温度控制信号FT进行选择，将比较小的一个作为燃料控制信号实施输出的燃料控制信号选择部17。如本图所示的燃烧气体温度控制部18并不是对燃烧气体温度实施直接控制，而是通过对由涡轮机7排出的排出气体温度TX4进行控制，间接对燃烧气体温度实施控制。
燃气涡轮机100在启动时，由图中未示出的启动控制部对燃料流量实施调节，使燃气涡轮机100一直上升至额定转速。在这时的燃料流量比较少，所以燃烧气体温度比较低。因此，由速度负载控制部16给出的速度负载控制信号FN比由燃烧气体温度控制部18给出的排出气体温度控制信号FT小，所以燃料控制信号选择部17将选择速度负载控制信号FN作为燃料控制信号FREF。换句话说就是，通过启动控制部升速至额定转速的燃气涡轮机，可以由速度负载控制部16保持在额定转速。
速度负载控制部16在与燃气涡轮机100相连接的发电机8无负载时，使燃气涡轮机100保持在额定转速，当并入至电力系统时，控制发电机9，输出由负载设定器24设定的设定值。换句话说，可以由速度设定器19设定额定转速作为初始值，由减法计算器20对其与燃气涡轮机100的转速N间的速度偏差NE进行运算。由比例控制器21对该速度偏差NE实施比例运算，并叠加上由信号发生器22给出的无负载额定速度偏置信号后，作为速度负载控制信号FN实施输出。无负载额定速度偏置信号，是与无负载状态时燃气涡轮机100或发电机9保持额定转速所需要的燃料流量相当的信号。
在这种状态下，当发电机9并入至电力系统时，发电机9与系统频率同步转动，变成负载运行。在负载运行状态下，由减法计算器25对发电机输出MW和负载设定器24给出的负载设定值的发电机输出偏差MWE实施运算，当发电机输出偏差MWE为负值时，通过比较器26使开关27导通，当发电机输出偏差MWE为正值时，通过比较器29使开关30导通。
换句话说，当发电机输出偏差MWE为负值时，将由信号发生器28设定的正值输入至速度设定器19。速度设定器19具有积分特性，按照与该正值相对应的变化率，增加速度设定器19的设定值，从而按照发电机输出偏差MWE为零使速度负载控制信号FN产生变化。同样当发电机输出偏差MWE为正值时，以与信号发生器31设定的负值相对应的变化率减少速度设定器19的设定值，从而按照发电机输出偏差MWE为零使速度负载控制信号FN产生变化。
在发电机9并入电力系统并开始缓缓加入负载的状态，因于是发电机输出偏差MWE为负值的状态，所以处于比较器26使开关27导通，并按照与信号发生器28设定的正值相对应的变化率增加速度设定器19的设定值的状态。因此，发电机输出MW将缓缓增加。在这时，排出气体温度TX4也将缓缓上升，所以由燃烧气体温度控制部18给出的排出气体温度控制信号FT将缓缓减小。
随着燃料流量的增加，排出气体温度TX4上升，排出气体温度偏差TE将缓缓减小。而且，当排出气体温度TX4到达预定的上限值TXR4时，排出气体温度偏差TE为零。当排出气体温度TX4超过该预定的上限值TXR4时，排出气体温度偏差TE将为负值，从而将发出警报，使燃气涡轮机100跳闸。随着排出气体温度控制信号FT的减少，排出气体温度控制信号FT的值将比速度负载控制信号FN的值更低，所以燃料控制信号选择部17将排出气体温度控制信号FT取代速度负载控制信号FN，作为燃料控制信号FREF进行燃料流量调节，并且按照使燃气涡轮机100的排出气体温度TX4与预定上限值TXR4相一致实施控制。
燃烧气体温度控制部18可以通过函数发生器32计算出预定上限值TXR4作为压缩机压力比PX12/PX1的函数，并且按照涡轮机7的排出气体温度TX4为该预定上限值TXR4实施控制。
使用着如图37所示的燃气涡轮机控制装置10的燃气涡轮机100的状态量变化如图38、图39、图40所示。正如图38所示，随着发电机输出MW的增加，燃料流量GFX与发电机输出MW成比例地增加。发电机输出MW在到达时刻t1之前，可通过用入口导向叶片控制装置将入口导向叶片1的角度保持为一定，使压缩机空气流量GAX保持为一定；随着发电机输出MW由时刻t1增加至时刻t3，可以通过用入口导向叶片控制装置使入口导向叶片1的角度依次增大，使压缩机的空气流量GAX按图示增加。随着发电机输出MW的增加，压缩机压力比PX12/PX1也按图示依次增加。
正如图39所示，随着发电机输出MW的增加，燃烧气体温度TX3也增高，发电机输出MW在到达时刻t2时，燃烧气体温度TX3将上升至限制值TXR3。发电机输出MW在到达时刻t1之前使压缩机空气流量GAX保持为一定的原因在于，尽量快使燃烧气体温度TX3上升，可以提高燃气涡轮机的热效率。即使发电机输出由时刻t2增加至时刻t3时，燃烧气体温度TX3仍保持在上限值TXR3之下。随着发电机输出MW的增加，排出气体温度TX4也会增加，发电机输出MW到达时刻t1时，排出气体温度TX4上升至上限值TXR4。即使发电机输出MW由时刻t1增加至时刻t2，通过用入口导向叶片控制装置增大入口导向叶片1的角度以获得增加压缩机空气流量GAX的效果、和对燃烧气体温度控制部实施燃料控制，将排出气体温度TX4保持在上限值TXR4。在发电机输出MW由时刻t2增加至时刻t3的过程中，如果燃烧气体温度TX3保持为一定，排出气体温度TX4将按照图示的方式直线减少。
在图40中示出了函数发生器32的特性。可以由压缩机入口空气压力PX1和压缩机排出空气压力PX12计算出压力比PX12/PX1，作为压力比PX12/PX1的函数产生如图中的实线所示的排出气体温度上限值TXR4。利用燃烧气体温度控制部将排出气体温度TX4控制在上限值TXR4以下，与如图39所示将燃烧气体温度TX3保持在预定限制值TXR3a以下的方式是等效的。图40中的虚线表示排出气体温度的报警值或燃气涡轮机100的跳闸值。
下面参考图41，对燃烧气体温度上限值TXR3的确定方法进行说明。图41示出了燃烧气体温度TX3与使用在构成燃气涡轮机的高温零件的材料的长时间蠕变强度间的关系。高温零件的温度与燃烧气体温度按比例增加或减少，将该比例函数已作为参考标号C并示出在图中。随着燃烧气体温度的增高，材料的长时间蠕变强度将下降。为了避免高温零件出现破损，需要对燃烧气体温度实施限制，使材料的蠕变强度不在高温零件中发生的最大应力以下，。
在图41作为一个实例，用TXR3表示将10万小时蠕变强度作为极限强度的场合中的极限温度。如果采用该TXR3作为燃烧气体的上限温度，可以在10万小时不更换的条件下使用燃气涡轮机中的高温零件。排出气体温度的上限值TXR4，可以通过如图38和图39所示的TXR3、TXR4和PX12/PX1的关系确定。这样，在先技术中的这种燃气涡轮机控制装置，可以使燃气涡轮机能在长时间不更换使用燃气涡轮机高温零件的燃烧气体温度范围中运行。
然而，这种在先技术中的燃气涡轮机控制装置10在电力系统的频率产生变动时，速度负载控制部16通过比例控制器21的高比例放大，沿系统频率恢复方向产生比较大的变动，所以有时燃料流量产生大的变动，燃气涡轮机100的排出气体温度TX4也产生大的变动。
特别是对于燃气涡轮机排出气体温度TX4在预定上限值TXR4的附近运行的场合，当系统频率出现变动时，速度负载控制部16的动作将使燃气涡轮机的燃料、空气控制、燃烧气体温度控制出现比较大的紊乱。如果举例来说，对于系统频率上升的场合，燃气涡轮机速度N也会上升。速度负载控制部16将沿对其实施修正的方向动作，所以速度负载控制信号FN将比原有值减少，使得速度负载控制信号FN低于排出气体温度控制信号FT，因此燃料控制信号选择部17将选择速度负载控制信号FN，使燃料流量缩小。由此，燃料流量将被减少，随后燃气涡轮机100的排出气体温度TX4滞后数秒后降低。
当在这种状态下系统频率急剧恢复时，燃气涡轮机速度N也在到达额定速度之前仍将急剧下降。由于在这种场合下，燃气涡轮机速度N的检测滞后几乎小的可以忽略不计，所以速度负载控制信号FN将急剧上升。燃料控制信号选择部17在这种状态下，将选择速度负载控制信号FN作为燃料控制信号FREF，所以速度负载控制信号FN的变化将导致燃料流量的变化，使燃料流量急剧增加。这是因为，相对于燃气涡轮机速度N的检测滞后几乎小到可以忽略不计，燃气涡轮机100的排出气体温度TX4的检测滞后为几秒钟，所以随着燃料流量的急剧增加产生的排出气体温度TX4的上升也迟后。
因此，由于燃料流量的急剧增加，在排出气体温度TX4到达预定上限值TXR4的时刻，已经投入有过量的燃料流量。而且在该时刻处，燃料控制信号选择部17作为燃料控制信号FREF由速度负载控制信号FN，切换至排出气体温度控制信号FT，以减少燃料流量，然而由于仍然有过量的燃料流量投入，所以排出气体温度TX4将继续上升。
从燃气涡轮机运行效率的角度考虑，由于使燃气涡轮机100在排出气体温度TX4为尽可能高的温度下运行，预定上限值TXR4和排出气体温度TX4的报警值或燃气涡轮机的跳闸值接近，所以对于这种场合，有时也会产生温度的进一步上升导致燃气涡轮机跳闸等等的不良后果。相反，燃气涡轮机100的排出气体温度TX4是比预定上限值TXR4低若干的温度，在选择速度负载控制信号FN作为燃料控制信号FREF的状态下对发电机输出MW实施控制时，即使在系统频率急剧下降的场合，速度负载控制信号FN急剧上升，所以也会发生与上述场合相类似的不良后果出现。
1996年马来西亚出现的大规模停电事故，就是由于主干线送电联锁线边缘出现跳闸，从而使联合循环发电设备和燃气涡轮发电机出现联锁脱落而形成的。这表明发电设备在高负载运行时，相对系统频率低下将处于不稳定状态。而且，在高负载运行时由入口空气导向叶片的界限增加的空气流量比较小。在另一方面，燃气涡轮机排出气体温度将上升，当超过界限时发电设备跳闸，所以也不应该增加燃料。
所吸入的空气流量，是与燃气涡轮机的转动速度的函数，系统频率下降时空气流量也会减少。因此，可以通过对燃气涡轮机排出气体温度的控制，来限制燃料的增加。系统频率越下降，联合循环发电设备的输出也将越减少，当系统频率下降过大时将会造成大规模停电(电气学会论文集“频率低下时联合循环发电设备的动态特性”，T.IEEJapan，Vol.122-B，No3.2002；电气学会2002年全国大会“包含联合循环发电设备的电力系统的动态特性”，论文序号6-070)。
然而，在与电力系统并联运行中的发电机脱落或抽水机和感应电动机等等的负载启动时，系统频率也会下降。与此相反，当出现负载急剧脱落的现象时系统频率将会上升。当联合循环发电设备出现跳闸等等的大幅度系统频率变动时，可以调整系统的负载切断或运行中的发电机输出实施控制，谋求系统频率稳定化。发电机输出减少产生的应答非常快，然而为增加输出而有必要增加排热回收泵的输出，根据发电设备特性，要花费数十秒。因此，燃气涡轮机在这段时间里继续运行，需要具有能以尽可能大输出运行的功能
发明内容
本发明的目的就是提供一种使燃气涡轮机高温零件的材料强度不设于高温零件的最大应力以下，而且在系统频率过度变动时可以促使系统频率稳定化的燃气涡轮机控制装置。
本发明的第1方案的发明，在检测到系统频率异常时，可以免除燃气涡轮机的燃烧气体温度控制，调整燃气涡轮机的输出，促使系统频率恢复。因此，还具有利用由检测系统频率异常功能给出的信号，在可以使用免除燃气涡轮机燃烧气体温度控制的逻辑回路的场合恢复的回路。而且，系统频率异常检测还可以设置在接受外部信号的联合循环发电设备处。
本发明的第1方案的发明在产生系统频率变动时，可以依据由系统异常检测器给出的指令，通过使燃烧气体温度控制装置的燃料气体温度控制信号仅仅比速度负载控制的速度负载控制信号高预定量，停止燃烧气体温度控制装置的动作，优先选择速度负载控制信号，所以可以不受与系统频率变动相对应的燃烧气体温度的限制，速度负载控制一边响应系统频率的变动一边谋求系统频率恢复。当系统频率恢复时，恢复至常规运行状态的控制回路，可以使用燃烧气体温度控制。
本发明的第2方案的发明，是在权利要求1的发明的基础上，还组合有由联合循环发电设备运行的系统特性确定发电机脱落时的频率恢复特性设定的时间继电器，仅在所需要的最短时间免除燃烧气体的温度控制，使时间继电器动作，恢复至燃烧气体温度控制那样构成的燃气涡轮机控制装置。
本发明的第2方案的发明在产生系统频率变动时，设置时间继电器，仅仅在系统频率恢复所需要的时间里，如所述权利要求1所述那样停止燃烧气体温度控制装置的动作，所以可以在该预定时间里谋求系统频率恢复，在经过预定时间后恢复至常规运行的控制回路，可以使用燃烧气体温度控制。
本发明的第3方案的发明，设置有常用燃烧气体温度控制装置和非常用燃烧气体温度控制装置，对于系统频率异常检测器动作的场合，可以通过由常用燃烧气体温度控制切换至非常用燃烧气体温度控制，谋求系统频率的稳定化。
本发明的第3方案的发明在产生系统频率变动的场合，可以依据系统异常检测器给出的指令，由常用燃烧气体温度控制切换至非常用燃烧气体温度控制，将限制值设定在更高的燃烧气体温度，所以可以尽可能不受排出气体温度的限制，同时通过燃气涡轮机的输出控制(速度负载控制)尽量谋求系统频率的稳定化。
本发明的第4方案的发明的特征在于，在权利要求3的发明中，在常用燃烧气体温度控制装置和非常用燃烧气体温度控制装置中用检测出的排出气体温度间接控制燃烧气体温度。
本发明的第4方案的发明，可以不对燃烧气体温度实施直接检测，而是对排出气体温度实施检测，所以可以提高常用燃烧气体温度控制装置和非常用燃烧气体温度控制装置的温度检测可靠性。
本发明的第5方案的发明的特征在于，在权利要求3的发明中，在常用燃烧气体温度控制装置和非常用燃烧气体温度控制装置中，用直接检测出的燃烧气体温度，控制燃烧气体温度。
本发明的第5方案的发明，通过直接检测燃烧气体温度，可以提高常用燃烧气体温度控制装置和非常用燃烧气体温度控制装置的控制应答性。
本发明的第6方案的发明的特征在于，在权利要求3的发明中，在常用燃烧气体温度控制装置和非常用燃烧气体温度控制装置中，用由压缩机空气流量、压缩机排出气体温度和燃料流量计算出的燃烧气体温度，控制燃烧气体温度。
本发明的第6方案的发明通过不直接检测燃烧气体温度，而是由检测过压缩机空气流量、压缩机排出气体温度和燃料流量计算出燃烧气体温度，提高常用燃烧气体温度控制装置和非常用燃烧气体温度控制装置的温度检测可高性，同时提高控制应答性。
本发明的第7方案的发明的特征在于，在权利要求3的发明中，按照燃料成本和高温零件更换成本之和为最小的条件确定常用燃烧气体温度控制装置的限制值。
本发明的第7方案的发明，通过按照燃气涡轮机的燃料成本和高温零件更换成本之和为最小的条件确定常用燃烧气体温度控制装置的常用限制值，所以可以使燃气涡轮机在最经济的条件下长时间的运行。
本发明的第8方案的发明的特征在于，在权利要求3的发明中，考虑由高温零件材料的短时间强度确定的上限燃烧气体温度、以及由压缩机的浪涌极限确定的上限燃烧气体温度，确定非常用燃烧气体温度控制装置的限制值。
本发明的第8方案的发明，可以通过考虑由高温零件材料的短时间强度确定的上限燃烧气体温度、以及由压缩机的浪涌极限确定的上限燃烧气体温，确定非常用燃烧气体温度控制装置的非采常用限制值，因此可以在确保高温零件的完好性和压缩机的稳定性之后，谋求系统频率稳定化。
本发明的第9方案的发明，是在权利要求3的发明中，组合由联合循环发电设备运行的系统特征确定发电机脱落时的频率恢复特性设定的时间继电器，仅在需要的最短时间里切换至非常用燃烧气体温度控制，可以通过时间继电器的动作恢复至常用燃烧气体温度控制那样构成的一种燃气涡轮机控制装置。
本发明的第9方案的发明产生有系统频率变动的时，由于设置时间继电器，仅在系统频率恢复所需要的时间里，切换至非常用燃烧气体温度控制装置，所以可以在该预定时间里谋求系统频率的恢复，在经过预定时间后恢复至正常运行状态的控制回路，可以使用常用燃烧气体温度控制。
本发明的第10方案的发明，设置有常用入口导向叶片控制装置和非常用入口导向叶片控制装置，在系统异常检测器动作时，通过由常用入口导向叶片控制装置切换至非常用入口导向叶片控制，谋求系统频率稳定化。
本发明的第10方案的发明产生有系统频率变动时，依据由系统异常检测器给出的指令，由常用入口导向叶片控制切换至非常用入口导向叶片控制，将入口导向叶片的上限角度值变更为更高的值，以增加燃气涡轮机的输出，所以可以通过燃气涡轮机的输出控制(速度负载控制)，谋求系统频率的稳定化。
本发明的第11方案的发明的特征在于，在权利要求10的发明中，按照压缩机效率为最大的条件设定由常用入口导向叶片控制装置控制的入口导向叶片的上限角度，并且按照压缩机空气流量为最大的条件设定由非常用入口导向叶片控制装置控制的入口导向叶片的上限角度。
本发明的第11方案的发明，可以由于按照压缩机效率为最大的条件设定由常用入口导向叶片控制装置控制的入口导向叶片的上限角度，使燃气涡轮机在最经济的条件下长时间运行，而且由于按照压缩机空气流量为最大的方式条件设定由非常用入口导向叶片控制装置控制的入口导向叶片的上限角度，所以可以增加燃气涡轮机的输出，通过燃气涡轮机的输出控制(速度负载控制)，谋求系统频率的稳定化。
本发明的第12方案的发明，是在权利要求10的发明中，组合由联合循环发电设备运行的系统特征确定的发电机脱落时频率恢复特性设定的时间继电器，仅在所需要的最短时间切换至非常用入口导向叶片控制，并且可以通过时间继电器动作恢复至入口导向叶片控制那样构成的燃气涡轮机控制装置。
本发明的第12方案的发明产生系统频率变动时，由于设置时间继电器，仅在系统频率恢复所需要的时间里，切换至非常用入口导向叶片控制装置，所以在该预定时间里谋求系统频率恢复，并且在经过预定时间后可以恢复至正常运行状态的控制回路，使用常用入口导向叶片控制。
本发明的第13方案的发明，当系统频率下降至某预定系统频率以下或系统频率上升至另一预定系统频率以上而使系统异常检测器动作时，可以通过在速度控制系统处设置变化率限制器，变更速度控制系统的控制常数，抑制急剧的燃料流量变化的突变，所以可以防止燃烧气体温度过高、排出气体温度过高或燃气涡轮机火焰熄灭。
本发明的第13方案的发明产生系统频率变动时，可以通过设置在速度负载控制系统的变化率限制器，在系统频率稳定之前的时间里，限制随系统频率变动而变动的速度负载控制信号的变化率。其结果是可以抑制燃料流量变化、燃烧气体温度变化和排出气体温度变化的突变和过度变化，所以可以防止气体温度过高产生的跳闸和火焰熄灭(燃烧器火焰熄灭)产生的跳闸。
本发明的第14方案的发明，在系统频率上升至预定系统频率以上系统异常检测器动作时，通过设置变化率限制器，变更速度控制系统的控制常数，所以可以抑制暂时性的燃料流量急剧突变，防止燃气涡轮机火焰熄灭。
本发明的第14方案的发明，在系统频率上升时，由于设置在速度负载控制和燃料控制指令的变化率限制器，不使燃料控制指令急剧下降而导致火焰熄灭，所以可以限制燃料控制指令信号的变化率。当系统频率上升时，空气压缩机的排出气体压力或称燃烧器内压变高，所以可抑制向燃烧器的燃料供给。这样，可防止燃料急剧减少导致的火焰熄灭。
本发明的第15方案的发明，在系统异常检测器中，系统频率的异常是通过比较与系统频率相对应的燃气涡轮机燃烧气体温度限制值或排出气体温度限制值，和燃烧气体温度或排出气体温度，检测系统频率异常的。而且，燃气涡轮机燃烧气体温度或排出气体温度在超过短时间允许运行的燃烧气体温度限制值或排出气体温度限制值且经过预定的允许时间时，使系统频率异常的状态断开，可恢复燃烧气体的温度控制。系统频率在预定系统频率以上，系统频率变化率也在预定值以上而认为系统频率恢复时，使系统频率异常的状态断开。
本发明的第15方案的发明，设定随着系统频率正常运行着的燃气涡轮机的排出气体温度或燃烧气体温度，以及短时间允许运行的排出气体温度或燃烧气体温度，比较排出气体温度TX4或燃烧气体温度与设定的限制值。在这儿是以排出气体温度的场合为例进行说明的。对于燃烧气体温度的场合，如果将排出气体温度更换为燃烧气体温度，也可以同样实施。当排出气体温度TX4超过正常运行的排出气体温度限制值时，输出与同一系统连接着的其他发电设备发电机增加指令，并在系统频率异常时作为停止燃气涡轮机控制装置的燃烧气体温度控制用的指令起作用。换句话说就是，随着系统频率下降，使速度负载控制增加燃料以增加发电机输出的动作优先，从而随着排出气体温度TX4值的增加，停止要限制燃料流量的燃烧气体温度控制，谋求系统频率的恢复。在排出气体温度TX4变为更高，超过短时间运行允许排出气体温度限制值且经过预定时间时，为了保护燃气涡轮机可以解除燃烧气体温度控制的停止，使燃烧气体温度控制恢复动作。当系统频率位于预定频率之上且系统频率变化率位于预定变化率之上，检测到可以认为系统频率恢复的状态时，也可以解除燃烧气体温度控制的停止，燃烧气体温度控制恢复动作。
本发明的第16方案的发明的特征在于，在系统异常检测器中，测捡器将系统频率下降到预定系统频率以下和通电机电压低下降或发电机电流增加组合构成系统频率异常信号，以便在系统异常出现作为80mS(毫秒)左右的短时间现象的系统事故时不会错误地产生不需要的动作。
本发明的第16方案的发明，当系统频率位于预定系统频率以下时，由于设置能检测作为系统事故的短时间现象出现的发电机电压低下或发电机电流急剧增加的逻辑电路，当这种逻辑电路的逻辑关系成立时认为出现了系统事故，不将其判断为系统频率异常，所以可以避免随着系统频率异常而产生的错误动作。
本发明的第17方案的发明，在系统异常检测器的系统频率下降至预定系统频率以下时，可检测出系统频率异常，同时由系统频率、燃烧气体温度或排出气体温度求出燃气涡轮机的运行容量时间，当该系统频率异常下的运行经过时间超过燃气涡轮机的运行耐容量时间时，使系统频率异常关闭，恢复燃烧气体温度控制。
本发明的第17方案的发明设置由系统频率f和排出气体温度TX4的值求解出提供耐容量时间的函数。在系统频率下降至预定系统频率以下时，作为系统频率异常，燃气涡轮机控制装置停止燃烧气体温度控制。通过与系统频率相对应的速度负载控制，增加燃料流量使发电机输出增加的动作优先。当经过容量时间时，解除为了保护燃气涡轮机而停止的燃烧气体温度控制，使燃烧气体温度控制恢复动作。
本发明的第18方案的发明，在系统异常检测器中由比较器检测系统频率脱离预定系统频率正常范围，同时构成与确认发电机是否脱落用的发电机脱落信号的连锁。
本发明的第18方案的发明，通过构成系统异常检测器，将系统频率下降至预定系统频率以下和检测连接在该系统上的预定发电机阻断器断开所形成的发电机脱落信号组合，并输出系统频率异常信号，所以可以提高系统频率异常的检测可靠度。
本发明的第19方案的发明，在系统异常检测器中可以通过比较器检测系统频率脱离预定系统频率正常范围，同时构成与确认是否有系统分离的系统分离信号的连锁。
本发明的第19方案的发明，通过将系统频率下降至预定系统频率以下、和检测整个系统的一部分断开的系统分离信号组合，所以可以提高系统频率异常的检测可靠度。
本发明的第20方案的发明构成系统异常检测器，在系统异常检测器中通过比较器检测系统频率脱离预定系统频率正常范围，组合同时发生发电机输出信号的增加变化率、减少变化率超过某设定值的现象。
本发明的第20方案的发明，将系统频率下降至预定系统频率以下和发电机负载的变化率超过预定值的条件组合，所以可以提高系统频率异常的检测可靠度。
本发明的第21方案的发明构成系统异常检测器，在系统异常检测器中，将系统频率下降到预定系统频率、同时发电机脱落信号和发电机负载变化率超过设定值的条件组合，进而输出系统频率异常信号。
本发明的第21方案的发明，通过将系统频率下降至预定系统频率以下、发电机脱落信号和发电机负载的变化率超过预定值的条件组合，所以可提高系统频率异常的检测可靠度。
附图说明
图1为本发明构造的燃气涡轮机控制装置和燃气轮机发电设备的构成图。
图2为表示本发明第一实施形式的方框构成图。
图3为表示本发明第二实施形式的方框构成图。
图4为表示本发明第三实施形式的方框构成图。
图5为说明本发明第三实施形式的燃气涡轮机状态量(压缩机空气流量等)的变化的特性图。
图6为说明本发明第三实施形式的燃气涡轮机状态量(燃烧气体温度等)的变化的特性图。
图7为说明本发明第三实施形式的燃气涡轮机状态量(排出气体温度等)的变化的特性图。
图8为表示本发明第四实施形式的方框构成图。
图9为表示本发明第五实施形式的方框构成图。
图10为说明本发明第四实施形式和第五实施形式的燃气涡轮机状态量(压缩机空气流量等)的变化的特性图。
图11为说明本发明第四实施形式和第五实施形式的燃气涡轮机状态量(燃烧气体温度等)的变化的特性图。
图12为表示本发明第六实施形式的方框构成图。
图13为说明本发明第七实施形式的常用限制值确定方法的图，是燃烧气体温度与使用在构成燃气涡轮机的高温零件处的材料的蠕变强度间关系用的示意图。
图14为说明作为本发明第七实施形式的常用限制值确定方法用的示意图，表示的是燃烧气体温度与燃气涡轮机热效率和平均一年中燃料价格的关系图。
图15为说明本发明第七实施形式的常用限制值确定方法的示意图，是燃烧气体温度与高温零件更换成本和燃料成本的关系图。
图16为说明本发明第八实施形式的非常用限制值确定方法的示意图，是燃烧气体温度与使用在构成燃气涡轮机的高温零件处的材料的短时的强度间关系图。
图17为表示本发明第九实施形式的方框构成图。
图18为说明本发明第九实施形式的燃气涡轮机状态量(压缩机空气流量等)的变化的特性图。
图19为说明本发明第九实施形式的燃气涡轮机状态量(燃烧气体温度等)的变化的特性图。
图20为说明本发明第九实施形式的常用限制器和非常用限制器中的上限值确定方法的特性图
图21为表示本发明第十实施形式的方框构成图。
图22为表示本发明第十一实施形式的方框构成图。
图23为表示本发明第十二实施形式的方框构成图。
图24为表示本发明第十三实施形式的方框构成图。
图25为本发明第十三实施形式的运算与系统频率对应的排出气体温度设定值的函数发生器特性图。
图26为表示本发明第十三实施形式的系统频率低下后至恢复时的变化特性图。
图27为表示本发明第十四实施形式的方框构成图。
图28为表示本发明第十五实施形式的方框构成图。
图29为本发明第十五实施形式的依据系统频率和排出气体温度运算出燃气涡轮机运转耐量时间的函数发生器的特性图。
图30为表示本发明第十六实施形式的方框构成图。
图31为表示本发明第十六实施形式的电力系统与其他发电设备中的发电机间关系用的说明图。
图32为表示本发明第十七实施形式的方框构成图。
图33为说明本发明第十七实施形式的电力系统中的系统分离的说明图。
图34为表示本发明第十八实施形式的方框构成图。
图35为表示本发明第十九实施形式的方框构成图。
图36为表示在先技术例的一种燃气涡轮机控制装置和燃气轮机发电设备的构成图。
图37为在先技术例的一种燃气涡轮机控制装置的方框构成图。
图38为说明作为在先技术例的燃气涡轮机状态量(压缩机空气流量等)的变化的特性图。
图39为说明在先技术例的燃气涡轮机状态量(燃烧气体温度等)的变化的特性图。
图40为说明在先技术例的燃气涡轮机状态量(排出气体温度等)的变化的特性图。
图41为说明在先技术例的燃烧气体温度上限值确定方法的说明图。
具体实施方式
下面参考附图，对根据本发明的实施形式进行说明。与在先技术中相同的部分用相同的参考标号表示，并且省略了相应的说明。
图1示出了本发明的燃气涡轮机控制装置的一个实例，燃气涡轮机100是由压缩机2、燃烧器4和涡轮机7构成的。通过设置在压缩机2的空气入口部处的入口导向叶片1吸入的空气，由压缩机2压缩为高压空气，这种压缩空气通过空气流路3进入至燃烧器4，并作为燃料燃烧的空气使用。在另一方面，通过燃料控制阀5供给入的燃料由燃料燃烧咀6进入燃烧器4，并在此燃烧形成高温高压的燃烧气体。这种燃烧气体进入涡轮机7，使燃气涡轮机轴8转动，进而使与其同轴连接着的发电机9转动，得到发电机输出。
由涡轮机7处排出的排出气体由烟筒排出，或在联合循环发电设备的场合，作为排出热量回收锅炉的热源使用后再由烟筒排出。在燃气涡轮机轴8的轴向端部设置有速度检测用齿轮11，在其附近还设置有速度检测器12。而且，还设置有改变入口导向叶片1的角度用的入口导向叶片驱动装置101，以及检测入口导向叶片1的角度用的角度检测器102。在压缩机2的空气入口部设置有入口空气压力检测器103和空气流量检测器104。在压缩机2的出口部设置有排出空气压力检测器13和排出空气温度检测器105。在燃烧器4的出口部设置有燃烧气体温度检测器106。在涡轮机7的出口部设置有排出气体温度检测器14。在燃料供给配管设置有燃料流量检测器107。而且，还设置有检测发电机9的输出的发电机输出检测器15。
燃气涡轮机控制装置10可以依据由速度检测器12获得的燃气涡轮机速度N、由角度检测器102获得的入口导向叶片角度AX、由入口空气压力检测器103获得的压缩机入口空气压力PX1、由空气流量检测器104获得的压缩机空气流量GAX、由排出空气压力检测器13获得的压缩机排出空气压力PX12、由排出空气温度检测器105获得的压缩机排出空气温度TX2、由燃烧气体温度检测器106获得的燃烧气体温度TX3、由排出气体温度检测器14获得的排出气体温度TX4、由燃料流量检测器107获得的燃料流量GFX、以及由发电机输出检测器15获得的发电机输出MW等等，将燃料控制信号FREF给与燃料控制阀门5以调节其燃料流量，将入口导向叶片控制信号AREF给与入口导向叶片驱动装置101以调节入口导向叶片1的角度。
图2为表示本发明第一实施形式的方框构成图。与如图37所示的在先技术实例中相同的部分用相同的参考标号表示，并且省略了相应的说明。该第一实施形式与如图37所示的在先技术实例相比，追加设置产生设定值S1的信号发生器35、对速度负载控制信号FN和信号S1实施加法运算的加法计算器36、由加法计算器36的输出信号中减去排出气体温度控制信号FT的加法减法计算器37、对加法减法计算器37的输出信号和信号TE的任一个实施选择的开关38、以及确定开关38的选择方向的系统异常检测器39。
图2中的开关38在系统异常检测器39检测到系统频率(商用频率)f下降时动作，其结果如图所示，呈加法减法计算器37的输出信号输入至比例积分控制器34的状态。系统频率f低于额定频率作为系统频率异常使系统异常检测器动作时，如图2所示，对比例积分控制器34的值实施调节，使排出气体温度控制信号FT与在速度负载控制信号FN上叠加有预定的正极性设定值S1后获得的信号，即与加法计算器36的输出信号相一致。换句话说就是，将排出气体温度控制信号FT调节至仅比速度负载控制信号FN大设定值S1的值。
在这时，燃气涡轮机控制装置处于在燃料控制信号选择部17速度负载控制信号FN为比排出气体温度控制信号FT低的值，并作为燃料控制信号FREF选择的状态。在这种状态下系统频率f低下时，在发电机9与电力系统相连接的状态，由于系统频率f的值与燃气涡轮机速度N的值相等，所以可以根据燃气涡轮机速度N的下降，增大速度负载控制信号FN和燃料控制信号FREF，以增加燃料流量。当燃气涡轮机速度N下降时，由空气压缩机2排出的燃烧用空气流量减少，所以使发电机输MW下降，另外燃料流量/空气流量的比增大，使燃烧气体温度TX3和燃气涡轮机排出气体温度TX4上升。
在如图37所示的在先技术实例中，在这种状况下为了抑制排出气体温度TX4的上升，需要降低排出气体温度控制信号FT，燃料控制信号FREF由速度负载控制信号FN切换至排出气体温度控制信号FT那样地动作，所以不将燃料流量增加至该值以上。在本发明的图2中，可以依据系统异常检测器39给出的指令，调节排出气体温度控制信号FT，从速度负载控制信号FN仅提高到设定值S1，所以根据系统频率f即燃气涡轮机速度N的下降，增大速度负载控制信号FN即燃料控制信号FREF，进而增加燃料流量。
因此，可以增加发电机输出MW，使系统频率f上升，也就是促使系统频率f恢复至额定频率。而且，所谓停止燃烧气体温度控制装置的动作，指示不将排出气体温度控制信号FT选择为燃料控制信号FREF，在第一实施形式中表示排出气体温度控制信号FT仅比速度负载控制信号FN高设定值S1的构成实例，然而本发明并不仅限于这种构成形式。
下面对本发明的第二实施形式进行说明。图3为表示本发明第二实施形式的方框构成图。与第一实施形式中相同的部分用相同的参考标号表示，并且省略了相应的说明。该第二实施形式与如图2所示的第一实施形式相比，增加设置着时间继电器40。这种时间继电器40设定着系统频率f由系统整体特征恢复至额定频率所需要的时间。系统频率f下降，系统异常检测器39作为系统频率异常动作后，仅在所述时间继电器设定的时间的开关38选择到如图3所示的位置，经过该设定时间时，期望该系统的系统频率f恢复时，开关38复位，将信号TE输入至比例积分控制器34，恢复常规的燃烧气体温度控制。换句话说就是，采用这种方式，可以尽可能快地使保护燃气涡轮机用的燃烧气体温度控制功能复原为正常的构成。
图4表示本发明的燃气涡轮机控制装置10的第三实施形式。正如图中所示，燃烧气体温度控制装置18由函数发生器32、函数发生器41、开关42、减法计算器33和比例积分控制器34构成。函数发生器32输入压缩机入口空气压力PX1和压缩机排出空气压力PX12，并且输出常用限制值TXR4a作为压力比PX12/PX1的系数。压缩机入口空气压力PX1和压缩机排出空气压力PX12输入至函数发生器41，并且输出非常用限制值TXR4b作为压力比PX12/PX1的函数。在系统异常检测器39不动作时，开关42连接至函数发生器32侧，在系统异常检测器39动作时，开关42连接至函数发生器41侧。设置有时间继电器40，并在系统异常检测器39动作至经过预定时间后，阻断系统异常检测器39的信号，使开关42连接至函数发生器32侧。其构成是将由函数发生器32或函数发生器41来的限制值TXR4和排出气体温度TX4一并输入至减法计算器33，并由减法计算器33输出温度偏差TE，该温度偏差TE输入至比例积分控制器34，并由比例积分控制器34输出燃料气体温度控制信号FT，燃料气体温度控制信号FT输入至燃料控制信号选择部17。
图5、图6、图7表示使用如图4所示的燃气涡轮机控制装置10的燃气涡轮机100的状态量变化。正如图5所示，随着发电机输出MW的增加，燃料流量GFX与发电机输出MW成比例地增加。发电机输出MW在到达时刻t1之前，通过入口导向叶片驱动装置101将入口导向叶片1的角度保持为一定，使压缩机空气流量GAX保持一定；随着发电机输出MW由时刻t1增加至时刻t3，通过入口导向叶片驱动装置101使入口导向叶片1的角度依次增大，使压缩机的空气流量GAX如图示那样地增加。随着发电机输出MW的增大，压缩机的压力比PX12/PX1也将如图示那样地依次增大。
正如图6所示，随着发电机输出MW的增加，燃烧气体温度TX3也将增高，发电机输出MW在到达时刻t2时，燃烧气体温度TX3将上升至限制值TXR3。发电机输出MW在到达时刻t1之前使压缩机空气流量GAX保持为一定的原因在于，使燃烧气体温度TX3尽可能快地上升，提高燃气涡轮机的热效率。即使发电机输出由时刻t2增加至时刻t3，燃烧气体温度TX3仍保持在限制值TXR3之下。随着发电机输出MW的增加，排出气体温度TX4也增加，发电机输出MW到达时刻t1时，排出气体温度TX4上升至常用限制值TXR4a。即使发电机输出MW由时刻t1增加至时刻t2，通过入口导向叶片驱动装置101增大入口导向叶片1的角度以获得增加压缩机空气流量GAX的效果和燃烧气体温度控制部的燃料控制，将排出气体温度TX4保持在常用限制值TXR4a之下。在发电机输出MW由时刻t2增加至时刻t3的期间，如果燃烧气体温度TX3保持为一定，排出气体温度TX4将如图示那样地的直线降低。
在图7中示出了函数发生器32和函数发生器41的特性。函数发生器32作为压缩机压力比PX12/PX1的函数产生用图中的点划线表示的常用限制值TXR4a。用燃烧气体温度控制装置将排出气体温度TX4控制在常用限制值TXR4a以下，是与如图6所示将燃烧气体温度TX3保持在预定限制值TXR3a以下等效。函数发生器41作为压缩机压力比PX12/PX1的函数产生用图中虚线表示的非常用限制值TXR4b。为了在燃烧气体温度控制状态下用常用限制值TXR4a，将燃烧气体温度限制在限制值TXR3a以下，发电机输出不能在时刻t3之后增加。在系统异常检测器39动作时，通过将开关42切换至函数发生器41侧，处于非常用燃烧气体温度控制状态，非常用限制值为TXR4b且将燃烧气体温度增高至限制值TXR3b，发电机输出在到达时刻t4之前可以继续增加，所以容易地使系统频率恢复。
在本实施形式中所示的入口导向叶片1，是按照发电机输出MW在时刻t3的状态为最大角度设定的，发电机输出MW由时刻t3增加至时刻t4期间角度保持为一定。因此，可以如图5所示，发电机输出在由时刻t3增加至时刻t4期间，压缩机空气流量GAX保持为一定。
图8示出了本发明的燃气涡轮机控制装置10的第四实施形式。正如图中所示，燃烧气体温度控制装置18由温度设定器111、温度设定器112、开关42、减法计算器33和比例积分控制器34构成。温度设定器111可产生常用上限值TXR3a，温度设定器112可产生非常用上限值TXR3b。对于在系统异常检测器39不动作时，开关42连接在温度设定器111侧，在系统异常检测器39动作时，开关42连接在温度设定器112侧。设置时间继电器40，并在系统异常检测器39动作至经过预定时间后，可以阻断系统异常检测器39的信号，使开关42连接至温度设定器111侧。其构成是将由温度设定器111或温度设定器112来的限制值TXR3和燃烧气体温度TX3输入至减法计算器33，并由减法计算器33输出温度偏差TE，该温度偏差TE输入至比例积分控制器34，并由比例积分控制器34输出燃料气体温度控制信号FT，燃料气体温度控制信号FT输入至燃料控制信号选择部17。在本实施形式中，不是将排出气体温度，而是将直接检测的燃烧气体温度使用在燃料控制中，所以控制应答性高。
图9示出了本发明的燃气涡轮机控制装置10的第五实施形式。正如图中所示，燃烧气体温度控制装置18由温度设定器111、温度设定器112、开关42、减法计算器33和比例积分控制器34构成，温度设定器111可产生常用上限值TXR3a，温度设定器112可产生非常用上限值TXR3b，在系统异常检测器39不动作时，开关42连接在温度设定器111侧，在系统异常检测器39动作时，开关42连接在温度设定器112侧，也设置有时间继电器40，并在系统异常检测器39动作至经过预定时间后，阻断系统异常检测器39的信号，使开关42连接至温度设定器111侧，这些均与如图8所示的实施形式相同。除此之外，还设置有运算器113，输入压缩机空气流量GAX、压缩机排出空气温度TX2和燃料流量GFX，由运算器113运算出燃烧气体温度TX3。当取Cp为空气比热、Q为燃料发热量时，运算器113可以依据下式计算出燃烧气体温度TX3。
TX3＝TX2+Q×GFX/(GAX×Cp)
其构成是将由温度设定器111或温度设定器112给出的限制值TXR3和由运算器113给出的燃烧气体温度TX3输入至减法计算器33，由减法计算器33输出温度偏差C，将该温度偏差C输入至比例积分控制器34，由比例积分控制器34输出燃料气体温度控制信号FT，将该燃料气体温度控制信号FT输入至燃料控制信号选择部17。在本实施形式中，不直接检测燃烧气体温度，而是由其他检测值计算出燃烧气体温度，所以温度检测的可靠性高，控制应答性也好。
图10、图11表示使用如图8和图9所示的燃气涡轮机控制装置10的燃气涡轮机的状态量变化。正如图10所示，随着发电机输出MW的增加，燃料流量GFX与发电机输出MW成比例地增加。发电机输出MW在到达时刻t1之前，可通过用入口导向叶片驱动装置101将入口导向叶片1的角度保持为一定，进而将压缩机空气流量GAX保持为一定；随着发电机输出MW由时刻t1增加至时刻t3，可以通过用入口导向叶片驱动装置101使入口导向叶片1的角度依次增大，使压缩机的空气流量GAX按照图示那样增加。
正如图11所示，随着发电机输出MW的增加，燃烧气体温度TX3也增高，发电机输出MW在到达时刻t1时，燃烧气体温度TX3上升至用虚线图示的常用限制值TXR3a。即使发电机输出MW由时刻t1增加至时刻t3，通过用入口导向叶片驱动装置101增大入口导向叶片1的角度以获得增加压缩机空气流量GAX的效果和燃烧气体温度控制部的燃料控制，将燃烧气体温度TX3保持在常用限制值TXR3a以下。温度设定器111产生常用限制值TXR3a，温度设定器112产生非常用限制值TXR3b。为了在常用燃烧气体温度控制状态下用常用限制值TXR4a将燃烧气体温度限制在TXR3a以下，发电机输出在时刻t3之后将不应该增加。在系统异常检测器39动作时，通过将开关42切换至温度设定器112侧，处于非常用燃烧气体温度控制状态，非常用限制值为TXR3b且燃烧气体温度可以增高至限制值TXR3b，发电机输出在到达时间t4之前可以增加，因此容易地使系统频率恢复。
在本实施形式所示的入口导向叶片1，是按照发电机输出MW在时刻t3处为最大角度设定的，发电机输出MW由时刻t3增加至时刻t4期间角度保持为一定。因此，可以如图10所示，发电机输出在由时刻t3增加至时刻t4期间，压缩机空气流量GAX保持为一定。
图12示出了本发明的燃气涡轮机控制装置10的第六实施形式。正如图中所示，燃烧气体温度控制装置18由函数发生器32、减法计算器33a、温度设定器112、运算器113、减法计算器33b、开关42和比例积分控制器34构成。函数发生器32输入压缩机入口空气压力PX1和压缩机排出空气压力PX12，由函数发生器32输出作为压力比PX12/PX1的函数的常用限制值TXR4a。由函数发生器32来的常用限制值TXR4a和排出气体温度TX4一并输入至减法计算器33a，由减法计算器33a输出温度偏差TEa。温度设定器112产生非常用限制值TXR3b。函数发生器113依据压缩机空气流量GAX、压缩机排出空气温度TX2和燃料流量GFX，运算出燃烧气体温度TX3。将由温度设定器112给出的非常用限制值TXR3b和由函数发生器113给出的燃烧气体温度TX3输入至减法计算器33b，由减法计算器33b输出温度偏差TEb。
在系统异常检测器39不动作时，开关42连接至减法计算器33a侧，在系统异常检测器39动作时，开关42连接至减法计算器33b侧。设置有时间继电器40，在系统异常检测器39动作至经过预定时间后，可以阻断系统异常检测器39的信号，使开关42连接至减法计算器33a侧。其构成是由减法计算器33a给出的温度偏差TEa或由减法计算器33b给出的温度偏差TEb输入至比例积分控制器34，由比例积分控制器34输出燃料气体温度控制信号FT，燃料气体温度控制信号FT再输入至燃料控制信号选择部17。在本实施形式中，由于将排出气体温度使用在常用燃烧气体温度控制中，所以温度检测的可靠性高，由于将计算出的燃烧气体温度使用在非常用燃烧气体温度控制中，所以控制应答性也高。
下面参考图13、图14、图15，说明本发明的常用燃烧气体温度控制装置的常用限制值TXR3a的确定方法，作为本发明的第七实施形式。图13示出了燃烧气体温度TX3与使用在构成燃气涡轮机的高温零件的材料的蠕变强度的关系。高温零件的温度与燃烧气体温度成比例增加或减少，设该比例常数为C并示出在图中。随着燃烧气体温度的增高，材料的蠕变强度将下降。为了避免高温零件出现破损，需要按照对燃烧气体温度实施限制，使材料的蠕变强度不在高温零件中的最大应力以下。
在图13作为一个实例，将10万小时蠕变强度作为极限强度时的上限燃烧气体温度用Tα表示，将1万小时蠕变强度作为极限强度时的上限燃烧气体温度用Tβ表示。在用10万小时蠕变强度作为极限强度时，可以在燃气涡轮机的运行时间达到10万小时之后更换高温零件，在用1万小时蠕变强度作为极限强度时，每经过1万小时就需要更换高温零件，所以会增大高温零件的更换成本。在图中还示出了燃烧气体温度，以及平均一年的高温零件更换成本。
图14示出了燃烧气体温度TX3与燃气涡轮机热效率和平均一年的燃料成本的关系。随着燃烧气体温度增加可提高燃气涡轮机的热效率，所以可以减少燃料成本。图15表示燃烧气体温度TX3与所述高温零件更换成本和燃料成本的关系。可以将高温零件更换成本和燃料成本之和为最小的燃烧气体温度，确定为常用限制值TXR3。如果这样确定燃烧气体温度的限制值，可以使燃气涡轮机最经济地长期运行。
下面，说明本发明的非常用燃烧气体温度控制装置中的非常用限制值TXR3b的确定方法，作为本发明的第八实施形式。由于系统频率是异常状态的运行一般时间比较短，所以可以从构成燃气涡轮机高温零件的材料的短时间强度和压缩机的浪涌极限确定非常用限制温度TXR3b。图16示出了燃烧气体温度TX3与构成燃气涡轮机的高温零件所使用材料的短时间强度的关系。作为材料短时间强度表示短时间蠕变强度和屈服点。随着燃烧温度TX3的增加，材料短时间强度下降。为了能够防止高温零件出现破损，需要限制燃烧气体温度，使材料的短时间强度不位于高温零件发生的最大应力以下。由短时间蠕变强度(在本实施形式中采用100小时的蠕变强度)确定的上限温度为Ta，由屈服点确定的上限温度为Tb。对于大多数场合，在燃气涡轮机高温零件的表面还形成有隔热涂层。当加热隔热涂层至临界温度以上时，材料会烧结，不仅会使隔热功能下降，还会由高温零件的表面剥离下来。由隔热涂层确定的上限温度为Tc。当燃烧气体温度增高时，压缩机的压缩比PX12/PX1将按照下式变化。其中符号K为比例常数。
PX12/PX1＝K×GAX(TX3)1/2
众所周知，当压缩机的压缩比过大时，会产生浪涌，进而可能会损坏压缩机，所以需要防止这种现象出现。由压缩机的浪涌极限确定的上限温度为Td。可以通过下式确定非常用限制值TXR3b。
TXR3b＝min(Ta，Tb，Tc，Td)
如果这样确定非常用限制值TXR3b，即使通过非常用燃烧气体温度控制装置使燃气涡轮机运行，也可以确保高温零件的安全性，避免压缩机出现浪涌现象。
图17示出了本发明的燃气涡轮机控制装置10的第九实施形式。正如图中所示，入口导向叶片控制装置114由函数发生器115、常用限制器116、非常用限制器117、减法计算器118、开关42和比例积分控制器119构成。发电机输出MW输入至函数发生器115，由函数发生器115输出入口导向叶片角度控制值AXR作为值MW的函数。入口导向叶片角度控制值AXR由常用限制器116将上限值限制在AXRa，入口导向叶片角度控制值AXR由非常用限制器117将上限值限制在AXRb。在系统异常检测器39不动作时，开关42连接至常用限制器116侧，在系统异常检测器39动作时，开关42连接至非常用限制器117侧。设置有时间继电器40，系统异常检测器39动作至经过预定时间后，可以阻断系统异常检测器39的信号，使开关42连接至常用限制器116侧。其构成是由常用限制器116或非常用限制器117给出的入口导向叶片角度控制值AXR和入口导向叶片角度AX一并输入至减法计算器118，由减法计算器118输出角度偏差AE，该角度偏差AE输入至比例积分控制器119，由比例积分控制器119产生出入口导向叶片角度控制信号AREF，进而对入口导向叶片的角度实施控制。
图18、图19表示使用如图17所示的燃气涡轮机控制装置10的燃气涡轮机的状态量变化。正如图18所示，随着发电机输出MW的增加，燃料流量GFX与发电机输出MW成比例地增加。发电机输出MW在到达时刻t1之前，可通过用入口导向叶片控制装置114将入口导向叶片1的角度保持为一定，进而将压缩机空气流量GAX保持为一定；随着发电机输出MW由时刻t1增加至时刻t3，通过用入口导向叶片控制装置114使入口导向叶片1的角度依次增大，使压缩机的空气流量GAX如图示增加。
正如图19所示，随着发电机输出MW的增加，燃烧气体温度TX3也增高，发电机输出MW在到达时刻t1时，燃烧气体温度TX3将上升至上限值TXR3。即使发电机输出MW由时刻t1增加至时刻t3，通过用入口导向叶片控制装置114增大入口导向叶片1的角度以获得增加压缩机空气流量GAX的效果和燃烧气体温度控制部的燃料控制，将燃烧气体温度TX3保持在上限值TXR3以下。在常用入口导向叶片控制状态由常用限制器116将入口导向叶片的角度限制在值AXRa以下，其结果将压缩机空气流量限制在如图所示的值GAXa以下，所以发电机输出在时刻t3之后将不应该再增加。在系统异常检测器39动作时，开关42将切换至非常用限制器117侧，处于非常用入口导向叶片控制状态，入口导向叶片的角度由上限值AXRa上升至值AXRb，压缩机空气流量可以增加至如图所示的值GAXb，发电机输出在到达时间t4之前可以继续增加，因此可容易地使系统频率恢复。在本实施形式中，即使由于发电机输出MW由时刻t3增加至时刻t4使燃料流量GFX按照如图18所示增加，由于压缩机空气流量GAX也将增加，因此如图19所示，燃烧气体温度可以被保持在上限值TXR3以下。
下面参考图20，对本发明的入口导向叶片控制装置中的常用限制器116的上限值AXRa和非常用限制器117的上限值AXRb的确定方法进行说明。图20示出了入口导向叶片角度AX与压缩机效率ηc、压缩机空气流量GAX的关系。在本发明中，设压缩机效率ηc为最大的入口导向叶片的角度为常用限制器116的上限值AXRa。由此，可以使压缩机通常均以最大效率运行。在本发明中，设压缩机空气流量GAX为最大的入口导向叶片的角度为非常用限制器117的上限值AXRb。由此，在系统频率产生异常时，还可以通过增大压缩机空气流量GAX，增加燃气涡轮机的输出MW，从而可以容易地进行用于频率恢复的燃气涡轮机控制。
下面对本发明的第十实施形式进行说明。图21为本发明第十实施形式用的方框构成图。与如图37所示的在先技术实例中相同的部分用相同的参考标号表示，并且省略了相应的说明。该第十实施形式与如图37所示的在先技术实例相比，追加设置了变化率限制器43和开关44。当系统异常检测器39动作时，开关44如图所示地打开，速度负载控制信号FN通过变化率限制器43输入至燃料控制信号选择部17。当经过由时间继电器40设定的时间，即经过系统频率恢复所需要的时间时，开关44闭合，使变化率限制器43旁路。
在图21，系统异常检测器39在系统频率脱离正常的电力系统运行的预定频率范围时动作，即在系统频率上升到预定系统频率之上时动作，或在系统频率下降到另一预定系统频率之下时动作。当系统频率f、即燃气涡轮机速度变动时，速度负载控制信号FN将按照与速度变化成比例倍数变动。这一变动将导致燃料流量的变动，随着空气压缩机排出空气流量的变动，变为燃料流量/燃烧用空气流量的比例变动，进而导致燃烧气体温度TX3和燃气涡轮机排出气体温度TX4产生变动，在系统频率f下降方向变动时，可以由排出气体温度控制信号FT限制速度负载控制信号FN向增加方向变动，即向燃料流量增加方向变动，燃料流量通过排出气体温度控制信号FT控制地进行切换。
在系统异常检测器39这样动作时，当通过速度负载控制使燃料流量产生急剧增大的变化时，燃料流量变化滞后出现排出气体温度变化，变化过大的排出气体温度TX4超越报警值或称保护用限制值，进而可使燃气涡轮机出现跳闸，所以需要利用变化率限制器43，限制燃料流量控制信号FREF的变化率、即燃料流量的变化率是适宜。与此相反，在系统频率f上升方向变动时，燃料流量/燃烧用空气流量的比值将变小，为了向燃烧流量减少方向的急剧变化不导致燃气涡轮机的火焰熄灭，最好能够利用变化率限制器43限制燃料控制信号FREF的变化率、即燃料流量的变化率。
由于这样构成，可以对燃料流量变化、燃烧气体温度变化以及排出气体温度变化中的突然变化、过大变化实施抑制，从而可以防止气体温度高产生的跳闸现象和灭燃(燃烧器火焰熄灭)产生的跳闸现象的出现。当经过了期待系统频率趋向恢复的时间时，将时间继电期断开，恢复至正常运行的燃气涡轮机控制装置的构成。
下面对本发明的第十一实施形式进行说明。图22为本发明第十一实施形式用的方框构成图。与如图37所示的在先技术实例中相同的部分用相同的参考标号表示，并且省略了相应的说明。该第十一实施形式与如图37所示的在先技术实例相比，追加设置了由产生预定的系统频率设定值S2的信号发生器45、由比较器46构成的系统异常检测器39、当系统异常检测器39输出信号成立时如图所示使回路断开的开关44、以及变化率限制器43。在产生有脱离电力系统正常运行范围的系统频率变动时，即图22中系统频率f高于预定系统频率设定值S2，使系统异常检测器39动作时，在先技术中速度负载控制信号FN急剧减少，抑制燃料流量，所以能使燃烧器4中的火焰熄灭。
在图22的本发明实施形式中出现这种状态时，即系统异常检测器39成立并输出信号接通时，开关44断开，速度负载控制信号FN通过变化率限制器43后输入至燃料控制信号选择部17。变化率限制器43动作，限制燃料流量的急剧变化率，从而避免燃烧器4中的火焰熄灭。当出现这种状态时系统频率f增高，即燃气涡轮机速度N增大，所以空气压缩机排出空气流量也将增加，另一方面向减少的方向控制燃料流量，因此燃料流量/燃烧用空气流量的比值将减小，燃烧器4中的火焰与正常运行状态相比处于易于熄灭的状态，所以相对于过度的燃料流量沿减小方向的突变，变化率限制器43为了避免火焰熄灭而有效动作。当系统频率f恢复时，开关44闭合，变化率限制器43被旁路，恢复至正常运行的速度负载控制回路。
下面对本发明的第十二实施形式进行说明。图23为本发明第十二实施形式的方框构成图。与如图22的第十一实施形式间的不同点在于，在图22的第十一实施形式中变化率限制器43和开关44是按照对速度负载控制信号FN实施限制插入的，相反在图23的第十二实施形式中，变化率限制器48和开关49是按照对燃料控制信号FREF实施限制插入的。在第十一实施形式和第十二实施形式中仅仅是插入的位置有所不同，作用功能相同，能限制燃料流量的急剧减小变化率，进而避免燃烧器4中的火焰熄灭。
上述实施形式说明了对燃料控制系统的控制常数实施切换用的组件，然而若对燃料控制指令中的控制常数实施切换，也可以在速度负载控制部，也可以在其下游的燃料控制部。
下面对本发明的第十三实施形式进行说明。图24为本发明第十三实施形式的方框构成图。函数发生器73和函数发生器74为可以产生出与系统频率f相对应的、如图25所示的燃气涡轮机排出气体温度限制值的函数发生器。图24中，为了对排出气体温度TX4实施监测，函数发生器73和函数发生器74设定排出气体温度限制值，然而也可以用燃烧气体温度替代排出气体温度。这时，为了对燃烧气体温度TX3实施监测，函数发生器73和函数发生器74设定燃烧气体温度的限制值。
下面对排出气体温度的场合进行说明。比较器75对与某系统频率f相对应的正常运行时的排出气体温度限制值和排出气体温度TX4进行比较，当判断结果为排出气体温度TX4比较高时，向与同一电力系统连接着的其他发电设备发出增加发电机输出指令，同时作为系统频率异常使系统异常检测器产生动作，发出使燃烧气体温度控制装置停止运行的指令。当排出气体温度TX4进一步上升时，比较器76判断超过由函数发生器74给出的短时间允许运行的排出气体温度限制值，在经过时间继电器77的设定时间时，使非型(NOT)逻辑电路78的输出信号为零，使与型(AND)逻辑电路86的输出信号即系统频率异常信号断开。
图26图示了由于与某电力系统连接着的发电机出现脱落等等原因，系统频率f由低下状态至恢复状态时的系统频率f随时间变化经过。这样，由比较器82对系统频率f超过由信号发生器83预定的设定值S3的状态实施判断，由比较器80对由变化率运算器79求出系统频率f的变化率信号超过信号发生器81的预定设定值S4的状态实施判断。对于系统频率这样恢复并认为可以复原至正常运行的控制装置的状态的场合，这两个判断结果使与型(AND)逻辑电路84中的逻辑关系成立，使非型(NOT)逻辑电路85的输出信号处于断开，使系统频率异常信号处于断开。图24中还示出了系统异常检测器39的一种具体构成的实施形式。
下面对本发明的第十四实施形式进行说明。图27为本发明第十四实施形式的方框构成图。比较器51对发电机电压VG和由信号发生器50预定的发电机电压设定值S5进行比较。变化率运算器52对发电机电流IG的变化率进行运算，比较器54对运算值和由信号发生器53给出的预定设定值S6进行比较。当发电机电压VG位于预定设定值S5以下时，或发电机电流IG的变化率超过预定设定值S6时，或型(OR)逻辑电路55中的逻辑和关系成立，所以非型(NOT)逻辑电路56的输出处于断开。当系统频率f位于由信号发生器130给出的预定系统频率设定值S10以下时，与型(AND)逻辑电路57对比较器131的动作信号和非型(NOT)逻辑电路56的输出信号实施逻辑积运算，所以当或型(OR)逻辑电路55中的逻辑关系成立时，即当非型(NOT)逻辑电路56的输出断开时，判断是检测出由系统事故造成了短时间、暂时的系统频率低下，使与型(AND)逻辑电路57的输出信号即系统频率异常信号断开。这样可以防止在作为短时间现象的系统事故时系统异常检测器产生的错误动作，从而提高系统频率异常的检测可靠度。图27中还示出了系统异常检测器39的一种具体构成的实施形式。
下面对本发明的第十五实施形式进行说明。图28为本发明第十五实施形式的方框构成图。函数发生器89可以依据系统频率f和排出气体温度TX4，提供燃气涡轮机的容量时间。当然，也可以采用燃烧气体温度替代排出气体温度，在这时函数发生器89可以依据系统频率f和燃烧气体温度TX3，确定出燃气涡轮机的容量时间。
对于排出气体温度的场合，图29图示他们之间的关系。在图29中，横轴为系统频率f，下面也提供排出气体温度的值。若该排出气体温度的值与曲线A表示的温度相吻合，所以作为曲线A上的点，可以读取纵轴的容量时间的值。如果排出气体温度TX4的值为曲线A的温度和曲线B的温度中间的温度，可以通过内插法获得纵轴的容量时间的值。函数发生器89输出这样获得的容量时间。即使在适用燃烧气体温度的场合，如果将图29的曲线A和曲线B确定为燃烧气体温度，也可以适用于燃烧气体温度。
这里对排出气体温度的场合进行说明。由比较器88对系统频率f和信号发生器87的预定设定值S7进行比较，当判断系统频率f位于设定值S7以下时，由与型(AND)逻辑电路93作为系统频率异常进行检测。计数器90对由系统频率f位于设定值S7以下的时刻起的经过时间实施计时。比较器91对所述容量时间和所述经过时间进行比较。当比较器91判断经过时间超过容量时间时，使非型(NOT)逻辑电路92的输出断开，并且使与型(AND)逻辑电路93的输出信号、即系统频率异常信号断开，通过燃气涡轮机控制装置使系统频率异常信号断开，使为了保护燃气涡轮机而停止着的燃烧气体温度控制恢复。图28中还示出了系统异常检测器39的一种构成的实施形式。
下面对本发明的第十六实施形式进行说明。图30为本发明第十六实施形式的方框构成图。图30表示由与型(AND)逻辑电路62生成系统频率异常信号的实施形式，即与型(AND)逻辑电路62对第十四实施形式图27中构成的比较系统频率f和预定系统频率设定值S10的比较器131的输出信号和发电机脱落信号实施逻辑积运算。或型(OR)逻辑电路61在发电机阻断器A、B、……N的各阻断器开路信号对通过仅仅在预定时间里输出的ON信号的时间继电器58、59、60获得的各信号进行逻辑和运算，并生成出发电机脱落信号。
下面对系统进行说明，为了对本发明说明方便，图31表示省略了通常设置的变压器等等设备的系统说明图。在图31中，本发明的燃气涡轮机控制装置10a包括在先技术中说明过的燃气涡轮机控制装置10的装置，并且对发电机9实施控制。发电机9可通过发电机阻断器94向与电力系统97连接着的负载提供电力。其他发电设备的发电机9a、9b、……9n也同样通过发电机阻断器94a、94b、……94n，向电力系统97传送电力。如图27说明过的发电机电压VG和发电机电流IG作为代表，可通过检测器95获取。在图22以后的说明中所使用的系统频率f可通过如图31的检测器96获得。将表示发电机阻断器94a、94b、……94n的开闭状态的信号，输入至燃气涡轮机控制装置10a。图30的发电机阻断器A的打开信号，可以由图31的发电机阻断器94a获得。发电机阻断器B的打开信号、发电机阻断器N的打开信号，也同样可以由如图31的发电机阻断器94b、94n获得。
作为系统频率f变动，使系统异常检测器检测到系统频率异常的现象产生的原因，是与系统相连接的发电机产生了脱落，所以对于可靠性比较高的系统，可以如图30所示检测到发电机脱落、即发电机阻断器断开而不能向系统提供电力的状态，通过将这一发电机脱落信号，与判断系统频率f位于预定系统频率设定值S10之下时的比较器131的输出信号组合使用，可以提高对系统频率异常的检测可靠度。
时间继电器58、59、60是为了对作为产生系统频率异常现象原因的发电机脱落状态实施检测而设置的，所以可以在时间继电器上设定由发电机脱落后滞后至系统频率下降的假设时间，并仅仅在该时间里时间继电器输出ON信号。在本实施形式中，是将由发电机阻断器直接表示其开闭状态的信号作为发电机脱落信号，并且输入至燃气涡轮机控制装置，然而也可以不使用该信号，而是由其他控制装置将表示发电机脱落状态的信号输入至燃气涡轮机控制装置。图30中还示出了系统异常检测器39一种构成的实施形式。
下面对本发明的第十七实施形式进行说明。图32为说明本发明第十七实施形式的方框构成图。图32表示与型(AND)逻辑电路64生成系统频率异常信号的本实施形式，与型(AND)逻辑电路64对第十四实施形式图27的比较系统频率f和预定系统频率设定值S10的比较器131的输出信号和系统分离信号63实施逻辑积运算。图33为说明系统分离信号63用的系统说明图。
在图33中，本发明的燃气涡轮机控制装置10a包括在先技术中说明过的燃气涡轮机控制装置10和本发明的燃气涡轮机控制装置10a，并且对发电机9实施控制。与如图31所示的实施形式中相同的部分用相同的参考标号表示，并且省略了相应的说明。图33的实施形式与图31所示的实施形式相反，追加设置有与电力系统97不同的其他电力系统97a，与电力系统97a相连接着的发电机9p、……9r，各发电机阻断器94p……94r，电力系统97a的负载，阻断器98、98a，以及主电力系统99。电力系统97和电力系统97a通过阻断器98和阻断器98a与主电力系统99相连接。
因此，对于因电力系统97a侧的原因而使阻断器98a断开的场合，主电力系统99的电力供给关系发生比较大的变动，所以由检测器96检测的系统频率f有比较大的变动。这时，将表示图33的阻断器98a的开闭状态用的信号输入至燃气涡轮机控制装置10b，作为系统分离信号63使用。同样对于图33中的阻断器98处于断开状态的场合，系统频率f也会产生比较大的变动，所以这时将表示图33的阻断器98的开闭状态用的信号输入至燃气涡轮机控制装置10b，作为系统分离信号63使用。
作为产生系统频率f波动并使系统异常检测器检测系统频率异常现象的原因，是与系统相连接的电力系统产生了分离，所以对于可靠性比较高的系统，可以如图32所示检测因系统间联络阻断器断开而产生系统分离的状态，通过将这一系统分离信号和判断系统频率f位于预定系统频率设定值S10之下的比较器131的输出信号的组合使用，可以提高系统频率异常的检测可靠度。而且在本实施形式中，是将由系统间的联络阻断器直接表示其开闭状态的信号作为系统分离信号，并输入至燃气涡轮机控制装置的，然而也可以不使用该信号，而是由其他控制装置将表示系统分离状态的信号输入至燃气涡轮机控制装置。图32中还示出了系统异常检测器39的一种具体构成的实施形式。
下面对本发明的第十八实施形式进行说明。图34为本发明第十八实施形式的方框构成图。图34表示与型(AND)逻辑电路71生成系统频率异常信号的实施形式，即由与型(AND)逻辑电路71对第十四实施形式中图27构成的比较系统频率f和预定系统频率设定值S10的比较器131的输出信号和负载增加/减少信号实施逻辑积运算。所述的负载增加/减少信号可以如下那样构成。
通过变化率运算器65求出发电机负载MW的变化率。通过比较器67对所获得的发电机负载变化率和信号发生器66给出的预定设定值S8进行比较，当发电机负载变化率超过预定设定值S8时，比较器67输出ON信号作为负载增加。而且，通过比较器69对发电机负载变化率和信号发生器68给出的预定设定值S9进行比较，当发电机负载变化率小于预定设定值S9时，比较器69输出ON信号作为负载减少。由或型(OR)逻辑电路70求出这种负载增加信号和负载减少信号的逻辑和，获得负载增加/减少信号。通过将系统频率异常现象发生时产生的、表示负载增加/减少状态的信号，和判断系统频率f位于预定系统频率设定值S10之下时的比较器131给出的输出信号进行组合，可以提高系统频率异常的检测可靠度。图34中还示出了系统异常检测器39的一种具体构成的实施形式。
下面对本发明的第十九实施形式进行说明。图35为说明本发明第十九实施形式的方框构成图。图35表示与型(AND)逻辑电路72生成出系统频率异常信号的实施形式，即由与型(AND)逻辑电路72对第十四实施形式中图27构成的比较系统频率f和预定系统频率设定值S10的比较器131的输出信号、第十六实施形式中图30构成的发电机脱落信号、以及第十八实施形式中图34构成的负载增加/减少信号实施逻辑积运算。通过将作为系统频率f变动而使系统异常检测器检测到系统频率异常现象产生的原因的发电机脱落信号和系统频率异常现象发生时所产生的表示负载增加/减少状态的信号，和判断系统频率f位于预定系统频率设定值S10之下的比较器131给出的输出信号进行组合，可以提高系统频率异常的检测可靠度。图35中还示出了系统异常检测器39的一种具体构成的实施形式。
上面是以燃气涡轮机和发电机同轴结合的发电设备为实施例说明本发明的，然而还可以追加蒸汽涡轮机并也适用于同轴结合的发电设备。而且，燃料可以为气体燃料，也可以为液体燃料。对于采用液体燃料的场合，通常可以利用配置在位于燃料泵排出口与燃烧器之间的燃料旁路配管的燃料控制阀，对由燃料泵排出的燃料流量中燃料泵入口侧旁路的燃料旁路流量实施控制，可以控制供给至燃烧器的燃料流量。本发明还可以适用于这种液体燃料的燃料系统。
如果采用本发明的第1方案，对于产生有系统频率变动的场合，可以不受燃烧气体温度的限制，一边响应系统频率的变动一边谋求系统频率的恢复。当系统频率恢复时，恢复至常规运行的控制回路，能使用燃烧气体温度控制。
如果采用本发明的第2方案，对于产生有系统频率变动的场合，可以不受燃烧气体温度的限制，在预定时间里谋求系统频率的恢复，在经过预定时间期间恢复至常规运行的控制回路，能使用燃烧气体温度控制。
如果采用本发明的第3方案，对于产生有系统频率变动的场合，依据系统异常检测器给出的指令，由常用燃烧气体温度控制切换至非常用燃烧气体温度控制，设定在比限制值更高的燃烧气体温度，所以可以增加燃气涡轮机的输出，通过燃气涡轮机的输出控制(速度负载控制)谋求系统频率的稳定化。
如果采用本发明的第4方案，可以将不是实施直接检测的燃烧气体温度，而是排出气体温度用于燃烧气体温度控制，所以可以提高常用燃烧气体温度控制装置和非常用燃烧气体温度控制装置的温度检测可靠性，可靠地谋求系统频率的稳定化。
如果采用本发明的第5方案，由于将直接检测出的燃烧气体温度用于燃烧气体温度控制，所以可以提高需要特别快应答时间的非常用燃烧气体温度控制装置的控制应答性，在短时间里谋求系统频率的稳定化。
如果采用本发明的第6方案，由于将不是燃烧气体温度，而是将由压缩机空气流量、压缩机排出气体温度和燃料流量计算出的燃烧气体温度用于燃烧气体温度控制，所以可以提高常用燃烧气体温度控制装置和非常用燃烧气体温度控制装置的温度检测可靠性，同时提高控制应答性，可靠且短时间里谋求系统频率的稳定化。
如果采用本发明的第7方案，由于按照燃气涡轮机的燃料成本和高温零件更换成本之合和为最少的条件实施确定使常用燃烧气体温度控制装置的限制值，所以可以使燃气涡轮机在最经济的条件下长时间的运行。
如果采用本发明的第8方案，通过考虑由高温零件材料的短时间强度确定的上限燃烧气体温度、以及由压缩机的浪涌极限确定的上限燃烧气体温度，确定非常用燃烧气体温度控制装置的非采常用限制值，因此在确保高温零件的完好性和压缩机的稳定性以后，可以谋求系统频率的稳定化。
如果采用本发明的第9方案，对于产生有系统频率变动的场合，设置时间继电器，仅仅在系统频率恢复所需要的时间，切换至非常用燃烧气体温度控制装置，所以可以在该预定时间的期间谋求系统频率的恢复，在经过预定时间后恢复到正常运行的控制回路，通过常用燃烧气体温度控制使燃气涡轮机运行。
如果采用本发明的第10方案，对于产生有系统频率变动的场合，可以依据系统异常检测器给出的指令，由常用入口导向叶片控制切换至非常用入口导向叶片控制，将入口导向叶片的上限角度变更为更高的值，以增加燃气涡轮机的输出，所以可以通过燃气涡轮机的输出控制(速度负载控制)谋求系统频率的稳定化。
如果采用本发明的第11方案，由于从压缩机效率为最大的条件，设定由常用入口导向叶片控制装置控制的入口导向叶片的上限角度，所以可以在最经济的条件下使燃气涡轮机长时间运行，并且由于从压缩机空气流量为最大的条件，设定由非常用入口导向叶片控制装置控制的入口导向叶片的上限角度，所以可以在系统频率增高时增加燃气涡轮机的输出，通过燃气涡轮机的输出控制(速度负载控制)谋求系统频率的稳定化。
如果采用本发明的第12方案，对于产生有系统频率变动的场合，设置时间继电器，仅仅在系统频率恢复所需要的时间切换至非常用入口导向叶片控制装置，所以可以在该预定时间的期限谋求系统频率的恢复，在经过预定时间后恢复到正常运行的控制回路，通过常用入口导向叶片控制使燃气涡轮机运行。
如果采用本发明的第13方案，对于系统频率脱离预定系统频率范围而使系统异常检测器动作的场合，可以通过在速度控制系统设置变化率限制器，变更速度控制系统的控制常数，所以可以抑制暂时性的燃料流量变化的突变，其结果是可以防止燃烧气体温度过高、排出气体温度过高或燃气涡轮机火焰熄灭。
如果采用本发明的第14方案，对于系统频率上升而使系统异常检测器动作的场合，可以通过在速度负载部或其下游的燃料控制部设置变化率限制器，变更速度控制系统的控制常数，即使对于暂时性的燃料流量急剧缩小，也可防止燃气涡轮机火焰熄灭。
如果采用本发明的第15方案，还可以提供一种根据系统频率低下停止燃烧气体温度控制，通过增加发电机输出谋求系统频率的恢复，进而在排出气体温度或燃烧气体温度上升，超过短时间运行允许的排出气体温度限制值或燃烧气体温度限制值时，可以解除停止燃烧气体温度控制，恢复燃烧气体温度控制的系统异常检测器。
如果采用本发明的第16方案，在作为短时间现象的系统事故时按照不发生不要动作，将系统频率位于预定系统频率以下的信号、和发电机电压低下的信号或发电机电流急剧增加的信号组合，构成系统频率异常信号，从而能够提供一种在发生系统事故不错误动作的系统异常检测器。
如果采用本发明的第17方案，由于从系统频率和排出气体温度或燃烧气体温度的值提供容量时间，所以可以提供一种在系统频率下降至预定系统频率以下时，停止燃烧气体温度控制，进而当经过容量时间时，解除保护燃气涡轮机用的燃烧气体温度控制停止，恢复燃烧气体温度控制的系统异常检测器。
如果采用本发明的第18方案，将系统频率下降至预定系统频率以下的信号、和同时检测连接在该系统上的预定发电机阻断器断开所形成的发电机脱落信号组合并输出系统频率异常信号那样地构成系统异常的检测器，所以可以提供一种检测可靠度高的系统异常检测器。
如果采用本发明的第19方案，由于将系统频率下降至预定系统频率以下的信号、和同时检测整个系统的一部分形成切断的系统分离信号组合并输出系统频率异常信号那样地构成系统异常检测器，所以可以提供出一种检测可靠度高的系统异常检测器。
如果采用本发明的第20方案，由于将系统频率下降至预定系统频率以下的信号、和同时发电机负载的变化率超过预定值的条件组合并输出系统频率异常信号那样地构成系统异常检测器，所以可以提供一种检测可靠度高的系统异常检测器。
如果采用本发明的第21方案，由于将系统频率下降至预定系统频率以下的信号、和同时发电机脱落信号和发电机负载的变化率超过预定值的条件组合并输出系统频率异常信号那样地构成系统异常检测器，所以可以提供一种检测可靠度高的系统异常检测器。

Claims (21)

1.一种燃气涡轮机控制装置，由具有入口导向叶片的压缩机、对由所述压缩机来的排出空气和燃料实施混合燃烧的燃烧器、以及接受所述燃烧器给出的燃烧气体以驱动所述压缩机和发电机的涡轮机构成，其特征在于，具有：控制所述入口导向叶片角度的入口导向叶片控制装置；配置在向所述燃烧器供给燃料的配管处的燃料控制阀；通过控制所述燃料控制阀对供给至所述燃烧器的燃料流量实施控制的燃料控制装置，调整所述燃料控制阀使所述燃气涡轮机的转速为设定值的速度控制装置和负载控制装置；及控制燃料流量使所述燃烧气体温度不超过限制值的燃烧气体温度控制装置；具有根据电力系统脱离正常运行范围的系统频率变动产生时动作的系统异常检测器给出的指令，停止所述燃烧气体温度控制装置的动作，通过所述速度控制装置按照负载控制装置的设定控制所述燃料控制阀，谋求系统频率恢复的能力。
2.如权利要求1所述的燃气涡轮机控制装置，其特征在于，仅仅在系统频率恢复所需要的时间里，阻止所述燃烧气体温度控制装置的动作。
3.一种燃气涡轮机控制装置，由具有入口导向叶片的压缩机、对由所述压缩机来的排出空气和燃料实施混合燃烧的燃烧器、以及接受所述燃烧器给出的燃烧气体以驱动所述压缩机和发电机的涡轮机构成，其特征在于，具有：控制所述入口导向叶片角度的入口导向叶片控制装置；配置在向所述燃烧器供给燃料的配管处的燃料控制阀；通过控制所述燃料控制阀对供给至所述燃烧器的燃料流量实施控制的燃料控制装置；调整所述燃料控制阀使所述燃气涡轮机的转速为设定值的速度控制装置和负载控制装置；及通过控制燃料流量使所述燃烧气体温度不超过限制值的常用燃烧气体温度控制装置和非常用燃烧气体温度控制装置；根据电力系统脱离正常运行范围的系统频率变动产生时动作的系统异常检测器给出的指令，通过由所述常用燃烧气体温度控制装置切换至所述非常用燃烧气体温度控制装置，系统频率变动时的燃气涡轮机输出控制有助于系统频率的稳定化。
4.如权利要求3所述的燃气涡轮机控制装置，其特征在于，所述常用燃烧气体温度控制装置检测所述压缩机的压力比和所述涡轮机的排出气体温度，并与预先作为所述压缩机压力比的函数而设定的排出气体温度常用限制值进行比较，从而对供给至所述燃烧器的燃料流量进行控制，其结果是按照燃烧气体温度不超过常用限制值进行控制，而且所述非常用燃烧气体温度控制装置检测所述压缩机的压力比和所述涡轮机的排出气体温度，并与作为预先所述压缩机压力比的函数而设定的排出气体温度非常用限制值进行比较，从而对供给至所述燃烧器的燃料流量进行控制，其结果是按照燃烧气体温度不超过非常用限制值进行控制。
5.如权利要求3所述的燃气涡轮机控制装置，其特征在于，所述常用燃烧气体温度控制装置按照检测燃烧气体温度并使燃烧气体温度不超过常用限制值对所述燃烧器的燃料流量进行控制，而且所述非常用燃烧气体温度控制装置按照检测燃烧气体温度并使燃烧气体温度不超过非常用限制值对所述燃烧器的燃料流量进行控制。
6.如权利要求3所述的燃气涡轮机控制装置，其特征在于，所述常用燃烧气体温度控制装置对压缩机空气流量、压缩机排出气体温度和燃料流量实施检测，依据这些值运算出燃烧气体温度，并且按照燃烧气体温度不超过常用限制值对所述燃烧器的燃料流量进行控制，而且所述非常用燃烧气体温度控制装置对压缩机空气流量、压缩机排出气体温度和燃料流量实施检测，依据这些值运算出燃烧气体温度，并且按照燃烧气体温度不超过非常用限制值对所述燃烧器的燃料流量进行控制。
7.如权利要求3所述的燃气涡轮机控制装置，其特征在于，对于所述燃气涡轮机长时间运行的场合，将燃料成本和高温零件更换成本之和为最少的燃烧气体温度，作为所述常用燃烧气体温度控制装置的常用限制值。
8.如权利要求3所述的燃气涡轮机控制装置，其特征在于，在将由构成所述燃气涡轮机的高温零件所使用的材料的短时间允许蠕变强度决定的燃烧气体的上限温度作为Ta，将由所述高温零件材料的允许屈服点决定的燃烧气体的上限温度作为Tb，将与盖覆在所述高温零件处的隔热涂膜的允许上限温度相当的燃烧气体温度作为Tc，将依据所述压缩机的浪涌极限决定的上限燃烧气体温度作为Td时，将Ta、Tb、Tc、Td中的某一个值或最小值，作为所述非常用燃烧气体温度控制装置的非常用限制值。
9.如权利要求3所述的燃气涡轮机控制装置，其特征在于，仅仅在系统频率恢复所需要的时间里，由所述常用燃烧气体温度控制装置切换至所述非常用燃烧气体温度控制装置。
10.一种燃气涡轮机控制装置，由具有入口导向叶片的压缩机、对由所述压缩机来的排出空气和燃料实施混合燃烧的燃烧器、以及接受所述燃烧器给出的燃烧气体以驱动所述压缩机和发电机的涡轮机构成，其特征在于，具有：控制所述入口导向叶片角度的常用入口导向叶片控制装置和非常用入口导向叶片控制装置；配置在向所述燃烧器供给燃料的配管处的燃料控制阀；通过对所述燃料控制阀的控制对供给至所述燃烧器的燃料流量实施控制的燃料控制装置；调整所述燃料控制阀使所述燃气涡轮机的转速为设定值的速度控制装置和负载控制装置；及对燃料流量实施控制使所述燃烧气体温度不超过限制值的燃烧气体温度控制装置；通过脱离电力系统正常运行范围的系统频率变动产生时动作的系统异常检测器给出的指令，由所述常用入口导向叶片控制装置切换至所述非常用入口导向叶片控制装置，系统频率变动时的燃气涡轮机输出控制有利于系统频率的稳定化。
11.如权利要求10所述的燃气涡轮机控制装置，其特征在于，依据压缩机效率为最大的条件，设定由常用入口导向叶片控制装置控制的入口导向叶片的常用上限角度，并且依据压缩机空气流量为最大的条件，设定由非常用入口导向叶片控制装置控制的入口导向叶片的非常用上限角度。
12.如权利要求10所述的燃气涡轮机控制装置，其特征在于，仅仅在系统频率恢复所需要的时间里，由所述常用入口导向叶片控制装置切换至所述非常用入口导向叶片控制装置。
13.一种燃气涡轮机控制装置，由具有入口导向叶片的压缩机、对由所述压缩机来的排出空气和燃料实施混合燃烧的燃烧器、以及接受所述燃烧器给出的燃烧气体以驱动所述压缩机和发电机的涡轮机构成，其特征在于，具有：控制所述入口导向叶片的角度的入口导向叶片控制装置；配置在向所述燃烧器供给燃料的配管处的燃料控制阀；通过对所述燃料控制阀的控制对供给至所述燃烧器的燃料流量实施控制用的燃料控制装置；调整所述燃料控制阀使所述燃气涡轮机的转速为设定值的速度控制装置和负载控制装置；及对燃料流量实施控制使所述燃烧气体温度不超过限制值的燃烧气体温度控制装置；通过脱离电力系统正常运行范围的系统频率变动产生时动作的系统异常检测器给出的指令，对速度控制应答实施限制，且仅仅在系统频率恢复所需要的时间里，对速度控制应答实施限制。
14.一种燃气涡轮机控制装置，由具有入口导向叶片的压缩机、对由所述压缩机来的排出空气和燃料实施混合燃烧的燃烧器、以及接受所述燃烧器给出的燃烧气体以驱动所述压缩机和发电机的涡轮机构成，其特征在于，具有：控制所述入口导向叶片角度的入口导向叶片控制装置；配置在向所述燃烧器供给燃料的配管处的燃料控制阀；及对燃料流量实施控制使所述燃烧气体温度不超过限制值的燃烧气体温度控制装置；通过脱离电力系统正常运行范围的系统频率变动产生时动作的系统异常检测器给出的指令，对系统频率上升时的燃料控制系统的控制常数实施切换，从而具有防止燃气涡轮机火焰熄灭的功能。
15.如权利要求1所述的燃气涡轮机控制装置，其特征在于，所述系统异常检测器，是一种通过对与系统频率相对应而确定的燃气涡轮机排出气体温度限制值或燃烧气体温度限制值、与燃气涡轮机排出气体温度或燃烧气体温度进行比较，来检测系统频率异常的系统异常检测器。
16.如权利要求1所述的燃气涡轮机控制装置，其特征在于，所述系统异常检测器，是一种在检测到发电机电压低下或发电机电流急剧增加时，可阻止系统频率异常检测的系统异常检测器。
17.如权利要求1所述的燃气涡轮机控制装置，其特征在于，所述系统异常检测器，是一种以按照燃气涡轮机排出气体温度或燃烧气体温度和依据系统频率确定的允许运行时间的关系实施动作为特征的系统异常检测器。
18.如权利要求1所述的燃气涡轮机控制装置，其特征在于，所述系统异常检测器，是一种从系统频率脱离预定系统频率范围和发电机脱落信号检测系统频率异常的系统异常检测器。
19.如权利要求1所述的燃气涡轮机控制装置，其特征在于，所述系统异常检测器，是一种从系统频率脱离预定系统频率范围和系统分离信号检测系统频率异常的系统异常检测器。
20.如权利要求1所述的燃气涡轮机控制装置，其特征在于，所述系统异常检测器，是一种从系统频率脱离预定系统频率范围和发电机输出的增加/减少信号检测系统频率异常的系统异常检测器。
21.如权利要求1所述的燃气涡轮机控制装置，其特征在于，所述系统异常检测器，是一种组合系统频率脱离预定系统频率范围、发电机脱落信号和发电机输出的增加/减少并检测系统频率异常的系统异常检测器。
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