DE102006061640A1

DE102006061640A1 - Laststeuervorrichtung für Gasturbine

Info

Publication number: DE102006061640A1
Application number: DE102006061640A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Takasago Tanaka; Toshimitsu Takasago Morimoto; Toshiyuki Takasago Hashi
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2026-12-28
Also published as: CN100552201C; US7600369B2; US20070169463A1; CN1991144A; DE102006061640B4; JP2007177626A

Abstract

Eine Laststeuervorrichtung für eine Gasturbine umfasst ein Lasteinstellmittel, ein erstes Vorgabe-Einstellmittel, ein zweites Vorgabe-Einstellmittel, ein Ziel-Ausgangsleistungs-Einstellmittel usw. Das Ziel-Ausgangsleistungs-Einstellmittel erstellt eine Ziel-Ausgangsleistung durch Addieren eines positiven Vorgabewerts zu einem Lasteinstellwert, wenn das Lasteinstellmittel allmählich den Lasteinstellwert in Reaktion auf eine Anhebung des von einem Lastanforderungs-Einstellmittel eingegebenen Lastanforderungs-Einstellwerts erhöht. Das Ziel-Ausgangsleistungs-Einstellmittel erstellt die Ziel-Ausgangsleistung durch Subtrahieren eines negativen Vorgabewerts von dem Lasteinstellwert, wenn das Lasteinstellmittel allmählich den Lasteinstellwert in Reaktion auf eine Absenkung des Lastanforderungs-Einstellwerts verringert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbinen-Laststeuervorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Brennstoffzuführmenge zu einer Gasturbine steuert, so dass eine Gasturbinen-Ausgangsleistung (eine Stromgenerator-Ausgangsleistung) derart gesteuert wird, dass eine Ziel-Ausgangsleistung erreicht wird.

Bei einem parallelen Betrieb eines Stromgenerators in einer Gasturbinen-Kraftwerkanlage, d.h., wenn ein Stromgenerator mit einem elektrischen Stromsystem (einem elektrischen Stromnetz) verbunden ist, um von dem Stromgenerator erzeugten elektrischen Strom zu dem elektrischen Stromsystem zu übertragen, muss eine Brennstoff-Zuführmenge zu einer Gasturbine mittels einer Gasturbinen-Laststeuervorrichtung, die in der Gasturbinen-Kraftwerkanlage installiert ist, so gesteuert werden, dass eine Stromgenerator-Ausgangsleistung (aktive elektrische Energie bzw. Leistung) einer Schwankung bei einem Lastanforderungs-Einstellwert für das elektrische Energiesystem folgt. Der Lastanforderungs-Einstellwert wird normalerweise von einem zentralen Last-Verteilerzentrum zu der Gasturbinen-Laststeuervorrichtung in Form eines Befehls zum Einstellen der erforderlichen Last gesendet.

11 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer Konfiguration einer herkömmlichen Gasturbinen-Laststeuervorrichtung, und 12 ist eine erläuternde graphische Darstellung von Variationen eines LDSET (einer Ziel-Ausgangsleistung) und einer Stromgenerator-Ausgangsleistung (einer tatsächlichen Ausgangsleistung) in Reaktion auf eine Erhöhung des Lastanforderungs-Einstellwert in einem Fall, in dem die Gasturbinen-Laststeuervorrichtung verwendet wird.

Wie in 11 gezeigt ist, hat das Gasturbinen-Kraftwerk eine Konfiguration, bei der eine Drehwelle 2 einer Gasturbine 1 mit einer Drehwelle 4 eines Stromgenerators 3 verbunden ist. Obwohl hier eine detaillierte Erklärung entfällt, umfasst die Gasturbine 1 einen Gasturbinenkörper, einen Kompressor und eine Brennkammer. Wenn die Gasturbine 1 startet, erzeugt der Stromgenerator 3 elektrischen Strom, wenn der Stromgenerator 3 von der Gasturbine 1 angetrieben und gedreht wird. Der erzeugte elektrische Strom wird von dem Stromgenerator 3 über einen Unterbrecherschalter, einen Transformator und andere Vorrichtungen, die hier nicht dargestellt sind, zu einem elektrischen Energiesystem übertragen. Der Wert bzw. die Größe des erzeugten elektrischen Stroms (der aktiven elektrischen Energie bzw. Leistung) wird in diesem Fall durch einen MW-Wandler 5 gemessen, der als aktiver elektrischer Leistungsmesser dient. Dann wird der Wert (die tatsächliche Ausgangsleistung), die von diesem MW-Wandler 5 gemessen wird, zu einer Gasturbinen-Laststeuervorrichtung 10 zurückgekoppelt.

Ein Brennstoff-Steuerventil 6 ist mit der Brennkammer der Gasturbine 1 verbunden. Gasturbinen-Brennstoff, wie z.B. ein Gas oder eine Flüssigkeit, das/die von einem nicht-dargestellten Brennstoff-Zuführsystem wie z.B. einem Brennstoffbehälter zugeführt wird, wird einer Strömungsratensteuerung durch das Brennstoff-Steuerventil 6 unterzogen und wird dann der Brennkammer zugeführt. Hierbei wird die Steuerung des Öffnens und Schließens dieses Steuerventils 6 (die Steuerung einer Brennstoff-Zuführmenge) durch die Gasturbinen-Laststeuervorrichtung 10 ausgeführt. Die Gasturbinen-Laststeuervorrichtung 10 umfasst Abweichungsoperatoren (Subtraktionsschaltungen) 11 und 15, High/Low-Überwacher (Vergleichsschaltungen) 12 und 13, einen Analogspeicher 14 und einen PI-Controller 16.

Der Abweichungsoperator 11 berechnet eine Abweichung zwischen dem Lastanforderungs-Einstellwert (Befehl), der von einem nicht-dargestellten zentralen Lastverteilerzentrum (einem Host-Computer) gesendet wird, und einem LDSET (einem eingestellten Lastwert), der äquivalent zu einem Ausgang des analogen Speichers 14 ist (Lasteinstellabweichung = Lastanforderungs-Einstellwert – LDSET).

Der High/Low-Überwacher 12 bestimmt, ob die Lasteinstellabweichung gleich oder größer 0,1 MW ist (Lasteinstellabweichung ≥ 0,1 MW). In einem Fall, in dem die Lasteinstellabweichung als gleich oder größer 0,1 MW festgestellt wird, gibt der High/Low-Überwacher 12 einen LDSET-Anhebungsbefehl an den Analogspeicher 14 aus. Im einzelnen ist der LDSET-Anhebungsbefehl auf EIN, wenn die Lasteinstellabweichung gleich oder größer 0,1 MW ist. Der LDSET-Anhebungsbefehl ist AUS, wenn die Lasteinstellabweichung kleiner als 0,1 MW ist.

Der High/Low-Überwacher 13 bestimmt, ob die Lasteinstellabweichung gleich oder kleiner –0,1 MW ist (Lasteinstellabweichung ≤ 0,1 MW). In einem Fall, in dem die Lasteinstellabweichung als gleich oder kleiner –0,1 MW festgestellt wird, gibt der High/Low-Überwacher 13 einen LDSET-Absenkungsbefehl an den Analogspeicher 14 aus. Im einzelnen ist der LDSET-Absenkungsbefehl auf EIN, wenn die Lasteinstellabweichung gleich oder kleiner –0,1 MW ist. Der LDSET-Absenkungsbefehl ist AUS, wenn die Lasteinstellabweichung größer ist als –0,1 MW.

Der Analogspeicher 14 beginnt eine Anhebung des LDSET, wenn der High/Low-Überwacher 12 in diesen den LDSET-Anhebungsbefehl eingibt (wenn der LDSET-Anhebungsbefehl EIN ist). Der Analogspeicher 14 erhöht den LDSET mit einer vorbestimmten Anhebungsrate (z.B. 10 MW/min) während einer Zeitspanne, in der der LDSET-Anhebungsbefehl kontinuierlich eingegeben wird (während der Zeitspanne, in der der LDSET-Anhebungsbefehl EIN ist). Der Analogspeicher 14 stoppt die Erhöhung des LDSET, wenn der High/Low-Überwacher 12 die Eingabe des LDSET-Anhebungsbefehls stoppt (wenn der LDSET-Anhebungsbefehls AUS ist). Der Analogspeicher 14 startet die Absenkung des LDSET, wenn der High/Low-Überwacher 13 in diesem den LDSET-Absenkungsbefehl eingibt (wenn der LDSET-Absenkungsbefehls EIN ist). Der Analogspeicher 14 verringert allmählich den LDSET mit einer vorbestimmten Absenkungsrate (beispielsweise –10 MW/min) während einer Zeitspanne, in der der LDSET-Absenkungsbefehl kontinuierlich eingegeben wird (während der Zeitspanne, in der LDSET-Absenkungsbefehl EIN ist). Der Analogspeicher 14 stoppt die Absenkung des LDSET, wenn der High/Low-Überwacher 13 die Eingabe des LDSET-Absenkungsbefehls stoppt (wenn der LDSET-Absenkungsbefehl AUS ist). Dann wird dieser LDSET von dem Analogspeicher 14 an den Abweichungsoperator (die Subtraktionsschaltung) 15 als eine Ziel-Ausgangsleistung ausgegeben.

Der Abweichungsoperator 15 berechnet eine Abweichung zwischen der von dem Analogspeicher 14 erstellten Ziel-Ausgangsleistung (dem LDSET), und der Stromgenerator-Ausgangsleistung (der aktiven elektrischen Energie bzw. Leistung), die von dem MW-Wandler 5 gemessen wird (Ausgangsleistungsabweichung = Ziel-Ausgangsleistung – Stromgenerator-Ausgangsleistung).

Der PI-Controller 16 steuert eine Öffnung des Strömungssteuerventils 6 durch Ausführen einer Proportional-Integral-Operation basierend auf der von dem Abweichungsoperator 15 berechneten Ausgangsleistungsabweichung. Wenn die Ziel-Ausgangsleistung größer ist als die Stromgenerator-Ausgangsleistung, erhöht der PI-Controller 16 die Öffnung bzw. den Öffnungsgrad des Brennstoff-Steuerventils 6 und erhöht dadurch die der Gasturbine 1 (der Brennkammer) zugeführte Brennstoffmenge. Dementsprechend erhöht sich die Ausgangsleistung der Gasturbine 1, und damit wird die Ausgangsleistung des Stromgenerators 3 erhöht (die Stromgenerator-Ausgangsleistung wird der Ziel-Ausgangsleistung angenähert). Wenn andererseits die Ziel-Ausgangsleistung kleiner ist als die Stromgenerator-Ausgangsleistung, verringert der PI-Controller 16 den Öffnungsgrad des Brennstoff-Steuerventils 6 und verringert dadurch die der Gasturbine 1 (der Brennkammer) zugeführte Brennstoffmenge. Dementsprechend wird die Ausgangsleistung der Gasturbine 1 abgesenkt, und die Ausgangsleistung des Stromgenerators 3 nimmt ab (die Stromgenerator-Ausgangsleistung wird der Ziel-Ausgangsleistung angenähert). In dem PI-Controller 16 bezeichnet K eine proportionale Verstärkung, s einen Laplace'schen Operator, T eine Zeitkonstante für eine Proportional-Integral-Steuerung (eine integrale Zeitkonstante) und 1/T eine integrale Verstärkung.

Beispielsweise wird davon ausgegangen, dass der Lastanforderungs-Einstellwert, die Ziel-Ausgangsleistung (der LDSET) und die Stromgenerator-Ausgangsleistung (die tatsächliche Ausgangsleistung) bis zu einer Zeit T1 zueinander identisch sind, und dass der Lastanforderungs-Einstellwert durch einen Befehl von dem zentralen Lastverteilerzentrum zur Zeit T1 schrittweise erhöht wird (von 100 MW auf 200 MW in dem dargestellten Beispiel erhöht wird). In diesem Fall wird, wie 12 zeigt, der LDSET-Anhebungsbefehl von dem High/Low-Überwacher 12 an den Analogspeicher 14 ausgegeben (der LDSET-Anhebungsbefehl ist EIN). Dies liegt daran, dass die Abweichung zwischen dem Lastanforderungs-Einstellwert und dem von dem Abweichungsoperator 11 berechneten LDSET gleich oder größer 0,1 MW ist. Infolgedessen erhöht der Analogspeicher 14 allmählich den LDSET mit der vorbestimmten Erhöhungsrate von der Zeit T1 an, bis der LDSET den Lastanforderungs-Einstellwert (200 MW) zur Zeit T2 erreicht (bis der LDSET-Anhebungsbefehl AUS ist, da die Lasteinstellabweichung unter 0,1 MW fällt). D.h., die Ziel-Ausgangsleistung wird allmählich mit der vorbestimmten Anhebungsrate erhöht.

Die Abweichung der Ausgangsleistung zu dieser Zeit zwischen der Ziel-Ausgangsleistung und der Stromgenerator-Ausgangsleistung (der aktiven elektrischen Energie bzw. Leistung) wird durch den Abweichungsoperator 15 berechnet, und der PI-Controller 16 führt die Proportional-Integral-Operation basierend auf dieser Abweichung der Ausgangsleistung durch. Folglich wird das Brennstoff-Strömungssteuerventil 6 aktiviert (der Ventil-Öffnungsgrad des Brennstoff-Strömungssteuerventils 6 wird erhöht), und zwar auf der Basis eines Ergebnisses dieser Proportional-Integral-Operation. Infolgedessen wird die der Gasturbine 1 zugeführte Brennstoffmenge erhöht, und die Gasturbinen-Ausgangsleistung wird erhöht). Dementsprechend wird die Stromgenerator-Ausgangsleistung (die aktive elektrische Energie bzw. Leistung) erhöht. So wird schließlich die Stromgenerator-Ausgangsleistung (die aktive elektrische Energie bzw. Leistung) an die Ziel-Ausgangsleistung (der Lastanforderungs-Einstellwert) herangeführt.

Der Grund für die allmähliche Anhebung oder Absenkung des LDSET (der Ziel-Ausgangsleistung) mittels des Analogspeichers 14 besteht darin, den LDSET (die Ziel-Ausgangsleistung) mit einer Änderungsrate zu ändern, die für die Gasturbine 1 auch dann zulässig ist, wenn der Lastanforderungs-Einstellwert sich schnell ändert. Wenn sich der LDSET (die Ziel-Ausgangsleistung) in Reaktion auf die schnelle Änderung des Lastanforderungs-Einstellwerts schnell ändert, kann eine rasche Änderung in der Ausgangsleistung der Gasturbine 1 beispielsweise Schaden an der Gasturbine verursachen.

Die Dokumente hinsichtlich des auf diese Anmeldung bezogenen Standes der Technik umfassen JP-A Nr. 10 (1998)-196315. Dieses Dokument offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer Last bei einem Mehrwellen-Kombikraftwerk.

In den vergangenen Jahren bestand eine zunehmende Nachfrage von einer Energieübertragungsseite (der Seite des elektrischen Energiesystems) an die Gasturbinen-Kraftwerksanlagenseite, dass die Stromgenerator-Ausgangsleistung in Reaktion auf die Schwankung des Lastanforderungs-Einstellwerts der Schwankung schneller folgt. Beispielsweise besteht in einem Land, in dem eine Energie bzw. Leistung-Erzeugungsgesellschaft und eine Energie-Übertragungsgesellschaft unterschiedlich sind, eine Nachfrage seitens der Energie-Übertragungsgesellschaft gegenüber der Energie-Erzeugungsgesellschaft, dass die Stromgenerator-Ausgangsleistung in Reaktion auf die Schwankung des Lastanforderungs-Einstellwerts der Schwankung schneller folgt.

In dieser Hinsicht kann die herkömmliche Gasturbinen-Laststeuervorrichtung 10 die Nachführung der Stromgenerator- Ausgangsleistung in Reaktion auf die Schwankung des Lastanforderungs-Einstellwerts durch Einstellen der kürzeren Zeitkonstante T für die Proportional-Integral-Steuerung beschleunigen (d.h. durch Erhöhen der integralen Verstärkung 1/T). Auch wenn die Zeitkonstante T für die Proportional-Integral-Steuerung verkleinert wird, wiederholt sich trotzdem die Anhebung und Absenkung der zugeführten Brennstoffmenge zu der Gasturbine 1 häufiger, wenn die Gasturbinen-Laststeuervorrichtung 10 versucht, die Stromgenerator-Ausgangsleistung (die aktive elektrische Energie bzw. Leistung) gegenüber der Schwankung in der Stromgenerator-Ausgangsleistung (der aktiven elektrischen Energie bzw. Leistung), die in Zusammenhang mit einer Schwankung eines Energiefaktors des elektrischen Energiesystems steht, zu stabilisieren. Eine solche Erscheinung ist für die Gasturbine 1 ungünstig.

Aus diesem Grund ist es nötig, die relativ große Zeitkonstante T für die Proportional-Integral-Steuerung so einzustellen, dass die der Gasturbine 1 zugeführte Brennstoffmenge stabilisiert wird. Wenn aber die große Zeitkonstante T für die Proportional-Integral-Steuerung aufgestellt wird, verlangsamt sich die Nachführung der Stromgenerator-Ausgangsleistung zu der Zeit, zu der der Lastanforderungs-Einstellwert variiert. Demgemäß ist es nicht möglich, der Forderung von der elektrischen Energiesystemseite (der Seite der Energieübertragungsgesellschaft) zu genügen, dass die Last-Nachführfähigkeit bzw. -Folgefähigkeit verbessert wird.

Die Erfindung wurde in Anbetracht der vorgenannten Umstände getätigt. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Gasturbinen-Laststeuervorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, die Nachführung einer Stromgenerator-Ausgangsleistung (einer aktiven elektrischen Energie bzw. Leistung) in Reaktion auf eine Variation bzw. Schwankung oder Veränderung eines Lastanforderungs-Einstellwerts auch dann zu beschleunigen, wenn eine Zeitkonstante für eine Proportional- Integral-Steuerung relativ lang bzw. groß eingestellt ist.

Eine Gasturbinen-Laststeuervorrichtung gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Lasteinstellmittel, ein erstes Vorgabe-Einstellmittel, ein zweites Vorgabe-Einstellmittel, ein Ziel-Ausgangsleistungs-Einstellmittel, ein Ausgangsleistungsabweichungs-Berechnungsmittel und ein Proportional-Integral-Steuermittel. Das Lasteinstellmittel erhöht allmählich einen eingestellten Lastwert mit einer vorbestimmten Anhebungsrate, bis der eingestellte Lastwert einen Lastanforderungs-Einstellwert erreicht, wenn der Lastanforderungs-Einstellwert erhöht wird. Das Lasteinstellmittel verringert allmählich den Lasteinstellwert mit einer vorbestimmten Absenkungsrate, bis der Lasteinstellwert den Lastanforderungs-Einstellwert erreicht, wenn der Lastanforderungs-Einstellwert abgesenkt wird. Das erste Vorgabe-Einstellmittel stellt einen Vorgabewert einer positiven Seite (einen Vorgabewert der positiven Seite) als Vorgabewert für den Lasteinstellwert ein. Das zweite Vorgabe-Einstellmittel stellt einen Vorgabewert der negativen Seite (einen negativen Vorgabewert) als den Vorgabewert für den Lasteinstellwert ein. Das Ziel-Ausgangsleistungs-Einstellmittel stellt eine Ziel-Ausgangsleistung für einen Stromgenerator durch Addieren des positiven Vorgabewerts zu dem Lasteinstellwert ein, wenn das Lasteinstellmittel allmählich den Lasteinstellwert in Reaktion auf die Erhöhung des Lastanforderungs-Einstellwerts erhöht. Das Ziel-Ausgangsleistungs-Einstellmittel stellt die Ziel-Ausgangsleistung durch Subtrahieren des negativen Vorgabewerts von dem Lasteinstellwert ein, wenn das Lasteinstellmittel den Lasteinstellwert allmählich in Reaktion auf die Absenkung des Lastanforderungs-Einstellwerts verringert. Das Ausgangsleistungsabweichungs-Berechnungsmittel berechnet eine Ausgangsleistungsabweichung zwischen der Ziel-Ausgangsleistung und einer Ausgangsleistung eines Stromgenerators, die von Stromgenerator-Ausgangsleistungs-Messmitteln zu messen ist. Das Proportional-Integral-Steuermittel steuert ein Brennstoff-Strömungsraten- Steuermittel einer Gasturbine, die so konfiguriert ist, dass sie den Stromgenerator dreht, durch Ausführen einer Proportional-Integral-Operation basierend auf der Abweichung der Ausgangsleistung.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung stellt die Gasturbinen-Laststeuervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt bereit und ist durch die folgenden Punkte gekennzeichnet. Das erste Vorgabe-Einstellmittel legt den Vorgabewert der positiven Seite als Funktion des Lasteinstellwerts fest, und das zweite Vorgabe-Einstellmittel legt den Vorgabewert der negativen Seite als Funktion des Lasteinstellwerts fest.

Ein dritter Aspekt der Erfindung stellt die Gasturbinen-Laststeuervorrichtung gemäß einem der ersten oder zweiten Aspekte bereit und ist durch die folgenden Punkte gekennzeichnet. Das erste Vorgabe-Einstellmittel erhöht allmählich den Vorgabewert der positiven Seite mit einer vorbestimmten Anhebungsrate von Null an, bis der positive Vorgabewert einen vorbestimmten Wert erreicht, wenn das Lasteinstellmittel mit der Erhöhung des Lasteinstellwerts beginnt. Das erste Vorgabe-Einstellmittel verringert allmählich den positiven Vorgabewert mit einer vorbestimmten Absenkungsrate von dem vorbestimmten Wert an, bis der positive Vorgabewert Null erreicht, wenn das Lasteinstellmittel die Erhöhung des Lasteinstellwerts beendet. Das zweite Vorgabe-Einstellmittel erhöht allmählich den negativen Vorgabewert mit einer vorbestimmten Anhebungsrate von Null an, bis der negative Vorgabewert einen vorbestimmten Wert erreicht, wenn das Lasteinstellmittel mit der Absenkung des Lasteinstellwerts beginnt. Das zweite Vorgabe-Einstellmittel verringert allmählich den negativen Vorgabewert mit einer vorbestimmten Absenkungsrate von dem vorbestimmten Wert an, bis der negative Vorgabewert Null erreicht, wenn das Lasteinstellmittel die Absenkung des Lasteinstellwerts beendet.

Gemäß der Gasturbinen-Laststeuervorrichtung nach dem ersten Aspekt stellt das Ziel-Ausgangsleistungs-Einstellmittel, statt den Lasteinstellwert direkt als Ziel- Ausgangsleistung für den Stromgenerator festzulegen, die Ziel-Ausgangsleistung für den Stromgenerator durch Addieren des positiven Vorgabewerts zu dem Lasteinstellwert auf, wenn das Lasteinstellmittel allmählich den Lasteinstellwert in Reaktion auf die Erhöhung des Lastanforderungs-Einstellwerts erhöht. Das Ziel-Ausgangsleistungs-Einstellmittel erstellt die Ziel-Ausgangsleistung für den Stromgenerator durch Subtrahieren des negativen Vorgabewerts von dem Lasteinstellwert, wenn das Lasteinstellmittel allmählich den Lasteinstellwert in Reaktion auf die Absenkung der Lastanforderungs-Einstellwerts senkt. Damit wird es beispielsweise auch dann, wenn die relativ lange Zeitkonstante für Proportional-Integral-Steuerung erstellt wird, so dass die Gasturbine stabil in Reaktion auf eine Variation im Leistungsfaktor des elektrischen Energiesystems betrieben werden kann, möglich, die Nachführung der Stromgenerator-Ausgangsleistung in Reaktion auf die Anhebung oder Absenkung des Lastanforderungs-Einstellwerts zu beschleunigen.

Gemäß der Gasturbinen-Laststeuervorrichtung nach dem zweiten Aspekt legt das erste Vorgabe-Einstellmittel den positiven Vorgabewert als Funktion des Lasteinstellwerts fest, und das zweite Vorgabe-Einstellmittel legt den negativen Vorgabewert als Funktion des Lasteinstellwerts fest. Demgemäß wird es möglich, den positiven Vorgabewert und den negativen Vorgabewert mittels geeigneterer Werte festzulegen, die einem Gasturbinen-Lastband (der Stromgenerator-Ausgangsleistung) entsprechen.

Gemäß der Gasturbinen-Laststeuervorrichtung nach dem dritten Aspekt erhöht das erste Vorgabe-Einstellmittel allmählich den positiven Vorgabewert mit der vorbestimmten Anhebungsrate von Null an, bis der positive Vorgabewert den vorbestimmten Wert erreicht, wenn das Lasteinstellmittel die Erhöhung des Lasteinstellwerts beginnt. Das erste Vorgabe-Einstellmittel senkt allmählich den positiven Vorgabewert mit der vorbestimmten Absenkungsrate von dem vorbestimmten Wert an, bis der positive Vorgabewert Null erreicht, wenn das Lasteinstellmittel die Erhöhung des Lasteinstellwerts beendet. Indessen erhöht das zweite Vorgabe-Einstellmittel allmählich den negativen Vorgabewert mit der vorbestimmten Anhebungsrate von Null an, bis der negative Vorgabewert den vorbestimmten Wert erreicht, wenn das Lasteinstellmittel die Absenkung des Lasteinstellwerts beginnt. Das zweite Vorgabe-Einstellmittel senkt allmählich den negativen Vorgabewert mit der vorbestimmten Absenkungsrate von dem vorbestimmten Wert an, bis der negative Vorgabewert Null erreicht, wenn das Lasteinstellmittel die Absenkung des Lasteinstellwerts beendet. Demgemäß wird es möglich, die Last im Vergleich zu einem Fall der schrittweisen Änderung des positiven Vorgabewerts und des negativen Vorgabewerts stabiler zu steuern.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, in der zeigen:
1 ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Gasturbinen-Laststeuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
2 eine erläuternde graphische Darstellung eines Merkmals eines Analogspeichers, der in der Gasturbinen-Laststeuervorrichtung enthalten ist,
3 eine erläuternde graphische Darstellung eines Merkmals eines Funktionsgenerators, der in der Gasturbinen-Laststeuervorrichtung enthalten ist,
4 eine erläuternde graphische Darstellung eines Merkmals eines weiteren Funktionsgenerators, der in der Gasturbinen-Laststeuervorrichtung enthalten ist,
5 eine erläuternde graphische Darstellung eines Merkmals eines Nennlastschalters (rated switch), der in der Gasturbinen-Laststeuervorrichtung enthalten ist,
6 eine erläuternde graphische Darstellung eines Merkmals eines weiteren Nennlastschalters, der in der Gasturbinen-Laststeuervorrichtung enthalten ist,
7 eine erläuternde graphische Darstellung, die im einzelnen Variationen eines LDSET, einer Ziel- Ausgangsleistung, einer Stromgenerator-Ausgangsleistung (einer tatsächlichen Ausgangsleistung) usw. in Reaktion auf eine Erhöhung eines Lastanforderungs-Einstellwerts in einem Fall zeigt, in dem die Gasturbinen-Laststeuervorrichtung eingesetzt wird,
8 eine erläuternde graphische Darstellung, die kollektiv die Abweichungen des LDSET, der Ziel-Ausgangsleistung und der Stromgenerator-Ausgangsleistung (der tatsächlichen Ausgangsleistung) in Reaktion auf die Anhebung des Lastanforderungs-Einstellwerts in einem Fall zeigt, in dem die Gasturbinen-Laststeuervorrichtung eingesetzt wird,
9 eine erläuternde graphische Darstellung, die im einzelnen Abweichungen des LDSET, der Ziel-Ausgangsleistung und der Stromgenerator-Ausgangsleistung (der tatsächlichen Ausgangsleistung) in Reaktion auf die Absenkung des Lastanforderungs-Einstellwerts in einem Fall zeigt, in dem die Gasturbinen-Laststeuervorrichtung eingesetzt wird,
10 eine erläuternde graphische Darstellung, die kollektiv die Variationen des LDSET, der Ziel-Ausgangsleistung und der Stromgenerator-Ausgangsleistung (der tatsächlichen Ausgangsleistung) in Reaktion auf die Absenkung des Lastanforderungs-Einstellwerts in einem Fall zeigt, in dem die Gasturbinen-Laststeuervorrichtung angewandt wird,
11 ein Blockdiagramm zur Darstellung einer Konfiguration einer herkömmlichen Gasturbinen-Laststeuervorrichtung, und
12 eine erläuternde graphische Darstellung von Variationen des LDSET (einer Ziel-Ausgangsleistung) und einer Stromgenerator-Ausgangsleistung (einer tatsächlichen Ausgangsleistung) in Reaktion auf eine Erhöhung des Lastanforderungs-Einstellwerts in einem Fall, in dem die herkömmliche Gasturbinen-Laststeuervorrichtung angewandt wird.
Nachstehend wird nun eine Ausführungsform der Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, hat ein Gasturbinen-Kraftwerk eine Konfiguration, bei der eine Drehwelle 22 einer Gasturbine 21 mit einer Drehwelle 24 eines Stromgenerators 23 verbunden ist. Obwohl hier eine detaillierte Erläuterung entfällt, umfasst die Gasturbine 21 einen Gasturbinenkörper, einen Kompressor und eine Brennkammer. Wenn die Gasturbine 21 startet, erzeugt der Stromgenerator 23 elektrischen Strom, während der Stromgenerator 23 von der Gasturbine 21 angetrieben und gedreht wird. Der erzeugte elektrische Strom wird von dem Stromgenerator 23 über einen Unterbrecherschalter, einen Transformator und andere Vorrichtungen, die hier nicht dargestellt sind, zu einem elektrischen Energiesystem übertragen. Ein Wert bzw. eine Größe des erzeugten elektrischen Stroms (der aktiven elektrischen Energie bzw. Leistung) wird in diesem Fall von einem MW-Wandler 25 gemessen, der als aktiver elektrischer Leistungsmesser dient. Dann wird der Wert bzw. die Größe (die tatsächliche Ausgangsleistung), die von diesem MW-Wandler gemessen wurde, zu einer Gasturbinen-Laststeuervorrichtung 30 zurückgekoppelt.
Ein Brennstoff-Steuerventil 26, das als Strömungsraten-Steuermittel dient, welches eine Strömungsrate bzw. Strömungsmenge eines Gasturbinen-Brennstoffs steuert, ist mit der Brennkammer der Gasturbine 21 verbunden. Der Gasturbinen-Brennstoff, wie z.B. ein Gas oder eine Flüssigkeit, die von einem nicht-dargestellten Brennstoff-Zuführsystem, wie einem Brennstoffbehälter zugeführt wird, wird einer Strömungsratensteuerung durch das Brennstoff-Steuerventil 26 unterzogen, und wird dann der Brennkammer zugeführt. Die Steuerung des Öffnens und Schließens dieses Brennstoff-Steuerventils 26 (die Steuerung einer Brennstoff-Zuführmenge) wird durch die Gasturbinen-Laststeuervorrichtung 30 durchgeführt.
Die Gasturbinen-Laststeuervorrichtung 30 umfasst Abweichungsoperatoren (Subtraktionsschaltungen) 31 und 43, High/Low-Überwacher (Vergleichsschaltungen) 32 und 33, einen Analogspeicher 34, Funktionsgeneratoren 35 und 36, Nennlastschalter (rated switches) 37 und 38, Signalgeneratoren 39 und 40, eine Addierschaltung 41, eine Subtraktionsschaltung 42 und einen PI-Controller 44. Der Abweichungsoperator 31, die High/Low-Überwacher 32 und 33 und der Analogspeicher 34 fungieren gemeinsam als Lasteinstellmittel. Der Funktionsgenerator 35, der Signalgenerator 39 und der Nennlastschalter 37 fungieren gemeinsam als erstes Vorgabe- bzw. Bias-Einstellmittel. Der Funktionsgenerator 36, der Signalgenerator 40 und der Nennlastschalter 38 fungieren gemeinsam als zweites Vorgabe- bzw. Bias-Einstellmittel. Die Addierschaltung 41 und die Subtraktionsschaltung 42 fungieren gemeinsam als Ziel-Ausgangsleistungs-Einstellmittel. Der Abweichungsoperator 43 fungiert als Ausgangsleistungsabweichungs-Operationsmittel. Der PI-Controller 44 fungiert als Proportional-Integral-Steuermittel. Diese Funktionen der Gasturbinen-Laststeuervorrichtung 30 werden als Software verwirklicht und werden durch einen Computer ausgeführt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Es ist auch möglich, diese Funktionen als Hardware zu verwirklichen.
Der Abweichungsoperator 31 berechnet eine Abweichung zwischen einem Lastanforderungs-Einstellwert (Befehl), der von einem nicht-dargestellten zentralen Last-Verteilerzentrum (einem Host-Computer) gesendet wird, das/der als Lastanforderungs-Einstellmittel dient, und einem LDSET (einem Lasteinstellwert), der äquivalent zu einer Ausgabe des Analogspeichers 34 ist (Lasteinstellabweichung = Lastanforderungs-Einstellwert – LDSET). Übrigens ist das Lastanforderungs-Einstellmittel nicht auf das zentrale Last-Verteilerzentrum (den Host-Computer) begrenzt. Das Lastanforderungs-Einstellmittel kann andere Formen annehmen, wie z.B. eine Lasteinstelleinrichtung, die in dem Gasturbinen-Kraftwerk installiert ist.
Der High/Low-Überwacher 32 bestimmt, ob der LDSET erhöht ist, um den Lastanforderungs-Einstellwert zu erreichen, wenn der Lastanforderungs-Einstellwert zunimmt. Im einzelnen bestimmt der High/Low-Überwacher 32, ob die Lasteinstell abweichung gleich oder größer 0,1 MW ist (Lasteinstellabweichung ≥ 0,1 MW). Wenn die Lasteinstellabweichung als gleich oder größer 0,1 MW festgestellt wird, gibt der High/Low-Überwacher 32 einen LDSET-Anhebungsbefehl an den Analogspeicher 14 aus und gibt einen positiven Vorgabe-Schaltbefehl SW1 (EIN) an den Nennlastschalter 37 aus. D.h., der LDSET-Anhebungsbefehl ist EIN, wenn die Lasteinstellabweichung gleich oder größer 0,1 MW ist, und ist AUS, wenn die Lasteinstellabweichung kleiner als 0,1 MW ist. Übrigens ist der Bestimmungs- bzw. Grenzwert als 0,1 MW definiert. Der Bestimmungswert ist jedoch nicht auf diesen Wert beschränkt. Es ist auch möglich, einen kleineren oder größeren Wert als 0,1 MW festzusetzen.
Der High/Low-Überwacher 38 bestimmt, ob der LDSET abgesenkt wird oder nicht, um den Lastanforderungs-Einstellwert zu erreichen, wenn der Lastanforderungs-Einstellwert abnimmt. Im einzelnen bestimmt der High/Low-Überwacher 33, ob die Lasteinstellabweichung gleich oder kleiner –0,1 MW ist (Lasteinstellabweichung ≤ –0,1 MW). In einem Fall, in dem die Lasteinstellabweichung als gleich oder kleiner –0,1 MW bestimmt wird, gibt der High/Low-Überwacher 33 einen LDSET-Absenkungsbefehl an den Analogspeicher 14 aus, und gibt einen negativen Vorgabe-Schaltbefehl SW2 (EIN) an den Nennlastschalter 38 aus. D.h., der LDSET-Absenkungsbefehl ist EIN, wenn die Lasteinstellabweichung gleich oder kleiner 0,1 MW ist, und ist AUS, wenn die Lasteinstellabweichung größer als –0,1 MW ist. Übrigens ist der Bestimmungs- bzw. Grenzwert als –0,1 MW definiert. Der Bestimmungswert ist jedoch nicht auf diesen Wert beschränkt. Es ist auch möglich, einen kleineren Wert oder einen größeren Wert als –0,1 MW festzusetzen.
Wie in 2 gezeigt ist, beginnt der Analogspeicher 34 die Erhöhung des LDSET, wenn der High/Low-Überwacher 32 in diesen den LDSET-Anhebungsbefehl eingibt (wenn der LDSET-Anhebungsbefehl EIN ist). Der Analogspeicher 34 erhöht allmählich den LDSET mit einer vorbestimmten Anhebungsrate (z.B. 10 MW/min) während einer Zeitspanne, in der der LDSET-Anhebungsbefehl kontinuierlich eingegeben wird (während der Zeitspanne, in der der LDSET-Anhebungsbefehl EIN ist). Der Analogspeicher 34 stoppt die Erhöhung des LDSET, wenn der High/Low-Überwacher 32 die Eingabe des LDSET-Anhebungsbefehls stoppt (wenn der LDSET-Anhebungsbefehls AUS ist). Wie in 2 gezeigt ist, beginnt der Analogspeicher 34 die Absenkung des LDSET, wenn der High/Low-Überwacher 33 an diesem den LDSET-Absenkungsbefehl eingibt (wenn der LDSET-Absenkungsbefehl EIN ist). Der Analogspeicher 34 verringert allmählich den LDSET mit einer vorbestimmten Absenkungsrate (z.B. –10 MW/min während einer Zeitspanne, in der der LDSET-Absenkungsbefehl kontinuierlich eingegeben wird (während der Zeitspanne, in der LDSET-Absenkungsbefehl auf EIN gehalten wird)). Der Analogspeicher 34 stoppt die Absenkung des LDSET, wenn der High/Low-Überwacher 33 die Eingabe des LDSET-Absenkungsbefehls stoppt (wenn der LDSET-Absenkungsbefehl AUS ist). Wie im Fall des Standes der Technik ist der Grund für die allmähliche Erhöhung oder Verringerung des LDSET mittels des Analogspeichers 34 nach obiger Beschreibung der, den LDSET mit einer für die Gasturbine 21 zulässigen Änderungsrate zu ändern, auch wenn sich der Lastanforderungs-Einstellwert schnell ändert. Wenn der LDSET in Reaktion auf die schnelle Änderung des Lastanforderungs-Einstellwerts schnell geändert wird, kann eine schnelle Änderung in der Ausgangsleistung der Gasturbine 21 beispielsweise zu einer Beschädigung der Gasturbine 21 führen. Es ist anzumerken, dass die Anhebungsrate und die Absenkungsrate des LDSET in dem Analogspeicher 34 einander gleich oder unterschiedlich zueinander sein kann. Diese Werte können in Abhängigkeit von dem Gasturbinen-Kraftwerk jeweils auf Optimalwerte eingestellt werden.
Der von dem Analogspeicher 34 aufgestellte LDSET wird nicht direkt als Ziel-Ausgangsleistung für den Stromgenerator 23 verwendet. Stattdessen wird der LDSET, dem ein Vorgabewert bzw. Bias hinzugefügt wird, als Ziel-Ausgangsleistung für den Stromgenerator 23 festgelegt. Dementsprechend wird der LDSET jeweils an die Addierschaltung 41, den Funktionsgenerator 35 und den Funktionsgenerator 36 ausgegeben.
Wie in 3 gezeigt ist, stellt der Funktionsgenerator 35 einen vorbestimmten Wert, der in Reaktion auf die Erhöhung des von dem Analogspeicher 34 ausgegebenen LDSET erhöht wird, als positiven Vorgabewert ein. In dem in 3 gezeigten Beispiel erhöht der Funktionsgenerator 35 den Wert von 1 MW auf 2 MW in Reaktion auf die Erhöhung des LDSET von 0 MW bis zu einem maximalen Lasteinstellwert (der gleich 240 MW in dem dargestellten Beispiel ist). D.h., der positive Vorgabewert ist kein konstanter Wert, sondern ist eine Funktion des LDSET. Der Grund für die Festlegung des positiven Vorgabewerts als Funktion des LDSET besteht darin, dass der geeignete positive Vorgabewert in Abhängigkeit von der Gasturbinen-Lastzone (einer Stromgenerator-Ausgangsleistung) variiert. Hier wird der Signalgenerator 39 auf Null gestellt (S = 0).
Wie in 4 gezeigt ist, stellt der Funktionsgenerator 36 einen vorbestimmten Wert, der in Reaktion auf die Verringerung des von dem Analogspeicher 34 ausgegebenen LDSET abgesenkt wird, als negativen Vorgabewert ein. In dem in
4 gezeigten Beispiel verringert der Funktionsgenerator 36 den Wert von 2 MW auf 1 MW in Reaktion auf die Absenkung des LDSET von dem maximalen Lasteinstellwert (der gleich 240 MW in dem dargestellten Beispiel ist) auf 0 MW. D.h., der negative Vorgabewert ist kein konstanter Wert, sondern ist eine Funktion des LDSET. Der Grund zur Festlegung des negativen Vorgabewert als Funktion des LDSET besteht darin, dass der geeignete negative Vorgabewert in Abhängigkeit von der Gasturbinen-Lastzone (einer Stromgenerator-Ausgangsleistung) variiert. Hier ist der Signalgenerator 40 auf Null gestellt (S = 0).
Es ist anzumerken, dass der positive Vorgabewert und der negative Vorgabewert keinesfalls auf einen Bereich von 1 bis 2 MW begrenzt sind. Durch Berechnung oder durch einen Testlauf können die Vorgabewerte in geeigneter Weise als Optimalwerte für die jeweiligen Gasturbinen-Kraftwerke eingestellt werden, und zwar in Hinblick auf die Verbesserung der Nachführung der Stromgenerator-Ausgangsleistung in Reaktion auf die Änderung des Lastanforderungs-Einstellwerts (wie schnell die Stromgenerator-Ausgangsleistung nachzuführen ist), oder beispielsweise in Hinblick auf die Stabilität der Laststeuerung. Der positive Vorgabewert und der negative Vorgabewert sind Werte, die in den in 3 und 4 gezeigten Beispielen einander gleich sind. Diese Werte werden linear in Reaktion auf die Anhebung und Absenkung des LDSET erhöht und verringert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Diese Vorgabewerte können zueinander unterschiedliche Werte sein, und das Verhalten der Anhebung und Absenkung der Werte, die der Anhebung und Absenkung des LDSET entsprechen, muss nicht linear sein.
Der Nennlastschalter 37 führt ein Umschalten zwischen der Auswahl einer Ausgabe von dem Funktionsgenerator 35 und der Auswahl einer Ausgabe von dem Signalgenerator 39 als Ausgabe an die Addierschaltung 41 durch. Im einzelnen schaltet der Nennlastschalter 37 zu der Seite des Funktionsgenerators 35, wenn der positive Vorgabe-Schaltbefehl SW1, der von dem High/Low-Überwacher 32 einzugeben ist, EIN ist, wodurch die Ausgabe von dem Funktionsgenerator 35 zu der Addierschaltung 41 gesendet wird. Hingegen schaltet der Nennlastschalter 37 zu der Seite des Signalgenerators 39, wenn der positive Vorgabe-Schaltbefehl SW1 AUS ist, wodurch die Ausgabe von dem Signalgenerator 39 zu der Addierschaltung 41 gesendet wird.
Da der Nennlastschalter 37 genormt ist bzw. auf einen Nennwert eingestellt ist (rated), erhöht der Nennlastschalter 37 allmählich den positiven Vorgabewert von Null an, bis der positive Vorgabewert einen vorbestimmten Wert mit einer vorbestimmten Anhebungsrate erreicht, wenn der Analogspeicher 34 den LDSET zu erhöhen beginnt. Der Nennlastschalter 37 verringert allmählich den positiven Vorgabewert von dem vorbestimmten Wert ab, bis der positive Vorgabewert mit einer vorbestimmten Absenkungsrate Null erreicht, wenn der Analogspeicher 34 die Erhöhung des LDSET stoppt.
Im einzelnen wird, wie 5 zeigt, der Lastanforderungs-Einstellwert erhöht, und damit wird der LDSET-Anhebungsbefehl von dem High/Low-Überwacher 32 ausgegeben (EIN). Wenn demgemäß der Analogspeicher 34 die Erhöhung des LDSET beginnt, ist der von dem High/Low-Überwacher ausgegebene positive Vorgabe-Schaltbefehl SW1 gemeinsam mit dem LDSET-Anhebungsbefehl EIN. Aus diesem Grund schaltet der Nennlastschalter 37 die Ausgabe zu der Addierschaltung 41 von der Ausgabe des Signalgenerators 39 (SG (S = 0) in 5) zu der Ausgabe des Funktionsgenerators 35 (FX in 5) um. Hierbei wird der positive Vorgabewert nicht schrittweise erhöht, sondern wird allmählich von Null (dem Ausgabewert des Signalgenerators 39) erhöht, bis der positive Vorgabewert den vorbestimmten Wert (den Ausgabewert des Funktionsgenerators 35) stattdessen erreicht. Indessen erreicht der LDSET den Lastanforderungs-Einstellwert, und damit ist der LDSET-Anhebungsbefehl von dem High/Low-Überwacher 32 AUS. Wenn demgemäß der Analogspeicher 34 die Erhöhung des LDSET stoppt, ist der positive Vorgabe-Schaltbefehl SW1, der von dem High/Low-Überwacher 32 ausgegeben wird, zusammen mit dem LDSET-Anhebungsbefehl AUS. Aus diesem Grund schaltet der Nennlastschalter 37 die Ausgabe zu der Addierschaltung 41 von der Ausgabe des Funktionsgenerators 35 (FX in 5) zu der Ausgabe des Signalgenerators 39 (SG (S = 0) in 5) um. Hierbei wird der positive Vorgabewert nicht schrittweise abgesenkt, sondern wird allmählich von dem vorbestimmten Wert (dem Ausgabewert des Funktionsgenerators 35) abgesenkt, bis der positive Vorgabewert Null erreicht (den Ausgabewert des Signalgenerators 39). Übrigens können durch Berechnung oder einen Testlauf die spezifischen Geschwindigkeiten (die Erhöhungsrate und die Absenkungsrate) des Nennlastschalters 37 in geeigneter Weise auf Optimalwerte für die jeweiligen Gasturbinen-Kraftwerke beispielsweise im Hinblick auf die Stabilität der Laststeuerung, eingestellt werden.
Der Nennlastschalter ("rated switch") 38 schaltet zwischen der Auswahl einer Ausgabe von dem Funktionsgenerator 36 und der Auswahl einer Ausgabe von dem Signalgenerator 40 als Ausgabe zu der Subtraktionsschaltung 42 um. Im einzelnen schaltet der Nennlastschalter 38 zu dem Funktionsgenerator 36 um, wenn der negative Vorgabe-Schaltbefehl SW2, der von dem High/Low-Überwacher 33 einzugeben ist, EIN ist. Dadurch wird die Ausgabe von dem Funktionsgenerator 36 an die Subtraktionsschaltung 42 ausgegeben. Andererseits schaltet der Nennlastschalter 38 zu dem Signalgenerator 40, wenn der negative Vorgabe-Schaltbefehl SW2 AUS ist. Dadurch wird die Ausgabe von dem Signalgenerator 40 an die Subtraktionsschaltung 42 ausgegeben.
Da der Nennlastschalter 38 genormt bzw. auf einen Nennwert festgelegt ist, erhöht der Nennlastschalter 38 den negativen Vorgabewert allmählich von Null an, bis der negative Vorgabewert einen vorbestimmten Wert mit einer vorbestimmten Anhebungsrate erreicht, wenn der Analogspeicher 34 die Absenkung des LDSET beginnt. Der Nennlastschalter 38 verringert allmählich den negativen Vorgabewert von dem vorbestimmten Wert, bis der negative Vorgabewert mit einer vorbestimmten Absenkungsrate Null erreicht, wenn der Analogspeicher 34 die Absenkung des LDSET stoppt.
Im einzelnen wird, wie 6 zeigt, der Lastanforderungs-Einstellwert abgesenkt, und damit wird der LDSET-Absenkungsbefehl von dem High/Low-Überwacher 33 ausgegeben (EIN). Demgemäß ist, wenn der Analogspeicher 34 die Absenkung des LDSET beginnt, der von dem High/Low-Überwacher 33 ausgegebene negative Vorgabe-Schaltbefehl S2 gemeinsam mit dem LDSET-Absenkungsbefehl EIN. Aus diesem Grund schaltet der Nennlastschalter 38 die Ausgabe zu der Subtraktionsschaltung 42 von der Ausgabe des Signalgenerators 40 (SG (S = 0) in 6) zu der Ausgabe des Funktionsgenerators 36 (FX in 6). Hierbei wird der negative Vorgabewert nicht schrittweise erhöht, sondern wird allmählich von Null an (dem Ausgabewert des Signalgenerators 40) erhöht, bis der negative Vorgabewert den vorbestimmten Wert (den Ausgabewert des Funktionsgenerators 36) erreicht. Indessen erreicht der LDSET den Lastanforderungs-Einstellwert, und damit ist der LDSET-Absenkungsbefehl von dem High/Low-Überwacher 33 AUS. Wenn demgemäß der Analogspeicher 34 die Absenkung des LDSET anhält, ist der von dem High/Low-Überwacher 33 ausgegebene negative Vorgabe-Schaltbefehl SW2 gemeinsam mit dem LDSET-Absenkungsbefehl AUS. Aus diesem Grund schaltet der Nennlastschalter 38 die Ausgabe zu der Subtraktionsschaltung 42 von der Ausgabe des Funktionsgenerators 36 (FX in 6) zu der Ausgabe des Signalgenerators 40 (SG (S = 0) in 6). Hierbei wird der negative Vorgabewert nicht schrittweise abgesenkt, sondern wird allmählich von dem vorbestimmten Wert (dem Ausgabewert des Funktionsgenerators 36) an abgesenkt, bis der negative Vorgabewert Null erreicht (den Ausgabewert des Signalgenerators 40). Übrigens können durch Berechnung oder einen Testlauf die spezifischen Geschwindigkeiten (die Anhebungsrate und die Absenkungsrate) des Nennlastschalters 38 in geeigneter Weise auf Optimalwerte für die jeweiligen Gasturbinen-Kraftwerke beispielsweise in Hinblick auf die Stabilität der Laststeuerung eingestellt werden.
Die Addierschaltung 41 erstellt die Ziel-Ausgangsleistung für den Stromgenerator 23 durch Addieren des von dem Nennlastschalter 37 ausgegebenen positiven Vorgabewerts zu dem von dem Analogspeicher 34 ausgegebenen LDSET. Die Subtraktionsschaltung 43 erstellt die Ziel-Ausgangsleistung für den Stromgenerator 23 durch Subtrahieren des von dem Nennlastschalter 38 ausgegebenen negativen Vorgabewerts von dem von der Addierschaltung 41 ausgegebenen Wert, d.h., von dem von dem Analogspeicher 34 ausgegebenen LDSET. Es ist anzumerken, dass der positive Vorgabe-Schaltbefehl SW1 von dem High/Low-Überwacher 32 und der negative Vorgabe-Schaltbefehl SW2 von dem High/Low-Überwacher 33 nicht gleichzeitig auf EIN geschaltet werden. Folglich erfolgt das Umschalten zum Funktionsgenerator 35 durch den Nennlastschalter 37 und das Umschalten zum Funktionsgenerator 36 durch den Nennlastschalter 38 nicht gleichzeitig. Demgemäß findet die Addition der Ausgabe der von dem Funktionsgenerator 35 (der positive Vorgabewert) zu dem LDSET durch die Addierschaltung 41 und die Subtraktion der Ausgabe von dem Funktionsgenerator 36 (dem negativen Vorgabewert) von dem LDSET durch die Subtraktionsschaltung 42 nicht gleichzeitig statt.
Der Abweichungsoperator 43 berechnet eine Abweichung zwischen der Ziel-Ausgangsleistung (dem LDSET, zu dem die Vorgabe hinzuaddiert ist) für den Stromgenerator 23, die entweder von der Addierschaltung 41 oder von der Subtraktionsschaltung 42 erstellt wurde, und der Stromgenerator-Ausgangsleistung (der aktiven elektrischen Energie bzw. Leistung), die von dem MW-Wandler 25 gemessen wurde (Ausgangsleistungsabweichung = Ziel-Ausgangsleistung – Stromgenerator-Ausgangsleistung).
Der PI-Controller 44 steuert den Öffnungsgrad des Brennstoff-Steuerventils 26 durch Ausführen einer Proportional-Integral-Operation basierend auf der von dem Abweichungsoperator 43 berechneten Ausgangsleistungsabweichung. Genauer gesagt, wenn die Ziel-Ausgangsleistung größer ist als die Stromgenerator-Ausgangsleistung (eine tatsächliche Ausgangsleistung), erhöht der PI-Controller 44 einen Öffnungsgrad und erhöht somit die Brennstoff-Zuführmenge zu der Gasturbine 21 (zu der Brennkammer). Dadurch wird die Ausgangsleistung der Gasturbine erhöht, und damit wird die Stromgenerator-Ausgangsleistung (die tatsächliche Ausgangsleistung) erhöht (die Stromgenerator-Ausgangsleistung wird der Ziel-Ausgangsleistung ausgeglichen). Wenn andererseits die Ziel-Ausgangsleistung kleiner ist als die Stromgenerator-Ausgangsleistung (die tatsächliche Ausgangsleistung), verringert der PI-Controller 44 den Öffnungsgrad des Brennstoff-Steuerventils 26 und verringert somit die Brennstoff-Zuführmenge zu der Gasturbine 21 (zu der Brennkammer). Dadurch wird die Ausgangsleistung der Gasturbine gesenkt, und somit wird die Stromgenerator-Ausgangsleistung (die tatsächliche Ausgangsleistung) gesenkt (die Stromgenerator-Ausgangsleistung wird der Ziel-Ausgangsleistung angeglichen).
In dem PI-Controller 44 bezeichnet K eine proportionale Verstärkung, s einen Laplace'schen Operator, T eine Zeitkonstante für eine Proportional-Integral-Steuerung (eine integrale Zeitkonstante) und 1/T eine integrale Verstärkung.
Nachstehend wird ein konkretes Beispiel zu den obigen Ausführungen beschrieben. Beispielsweise wird davon ausgegangen, dass der Lastanforderungs-Einstellwert, der LDSET, die Ziel-Ausgangsleistung und die Stromgenerator-Ausgangsleistung (die tatsächliche Ausgangsleistung) bis zu einer Zeit T1 einander identisch sind, und dass der Lastanforderungs-Einstellwert schrittweise durch einen Befehl von dem zentralen Lastverteilerzentrum zur Zeit T1 (von 100 MW auf 200 MW in dem dargestellten Beispiel erhöht wird. In diesem Fall wird gemäß den 7 und 8 der LDSET-Anhebungsbefehl von dem High/Low-Überwacher 32 an den Analogspeicher 34 ausgegeben (der LDSET-Anhebungsbefehl ist EIN), da die Abweichung zwischen dem Lastanforderungs-Einstellwert und dem von dem Abweichungsoperator 31 berechneten LDSET gleich oder größer 0,1 MW ist. Infolgedessen erhöht der Analogspeicher 34 allmählich den LDSET mit der vorbestimmten Anhebungsrate von der Zeit T1 an, bis der LDSET den Lastanforderungs-Einstellwert (200 MW) zur Zeit T3 erreicht (bis der LDSET-Anhebungsbefehl AUS ist, wenn die Lasteinstellabweichung unter 0,1 MW fällt).
Da in diesem Fall der positive Vorgabe-Schaltbefehl SW1, der von dem High/Low-Überwacher 32 auszugeben ist, zur Zeit T1 EIN ist, schaltet der Nennlastschalter 37 die Ausgabe zu der Addierschaltung 41 von der Ausgabe des Signalgenerators 39 zu der Ausgabe des Funktionsgenerators 35. Infolgedessen wird der positive Vorgabewert, der von dem Nennlastschalter 37 auszugeben ist, allmählich mit einer vorbestimmten Anhebungsrate von Null an (dem Ausgabewert des Signalgenerators 39) bis zu dem vorbestimmten Wert (dem Ausgabewert des Funktionsgenerators 35) erhöht (wird bis zu der Zeit T2 erhöht). Danach, wenn der positive Vorgabesschalter SW1 zur Zeit T3 AUS ist, schaltet der Nennlastschalter 37 die Ausgabe zu der Addierschaltung 41 von der Ausgabe des Funktionsgenerators 35 zu der Ausgabe des Signalgenerators 39. Infolgedessen wird der positive Vorgabewert, der von dem Nennlastschalter 37 auszugeben ist, allmählich mit der vorbestimmten Absenkungsrate von dem vorbestimmten Wert (dem Ausgabewert des Funktionsgenerators 35) bis auf Null (dem Ausgabewert des Signalgenerators 39) verringert (wird bis zu der Zeit T4 verringert).
Die Ziel-Ausgangsleistung für den Stromgenerator 23 wird durch Addieren des positiven Vorgabewerts zu dieser Zeit zu dem LDSET mittels der Addierschaltung 41 erstellt. Anschließend wird die Ausgangsleistungsabweichung zwischen dieser Ziel-Ausgangsleistung und der Stromgenerator-Ausgangsleistung (der aktiven elektrischen Energie bzw. Leistung) durch den Abweichungsoperator 43 berechnet. Dann führt der PI-Controller 44 die Proportional-Integral-Operation basierend auf der Ausgangsleistungsabweichung durch, und das Brennstoff-Steuerventil 26 wird basierend auf einem Ergebnis der Proportional-Integral-Operation aktiviert (der Ventil-Öffnungsgrad des Brennstoff-Steuerventils 26 wird vergrößert). Infolgedessen wird die der Gasturbine 21 zugeführte Brennstoffmenge erhöht, und die Gasturbinen-Ausgangsleistung wird somit auch erhöht. Demgemäß wird die Stromgenerator-Ausgangsleistung (die aktive elektrische Energie bzw. Leistung) erhöht. So wird schließlich die Stromgenerator-Ausgangsleistung (die aktive elektrische Energie bzw. Leistung) der Ziel-Ausgangsleistung (dem Lastanforderungs-Einstellwert) angeglichen.
Angenommen, dass der Lastanforderungs-Einstellwert, der LDSET, die Ziel-Ausgangsleistung und die Stromgenerator-Ausgangsleistung (die tatsächliche Ausgangsleistung) bis zu der Zeit T1 einander identisch sind, und dass der Lastanforderungs-Einstellwert schrittweise (von 200 MW auf 100 MW in dem dargestellten Beispiel) durch einen Befehl von dem zentralen Lastverteilerzentrum zur Zeit T1 abgesenkt wird. In diesem Fall wird gemäß 9 und 10 der LDSET-Absenkungsbefehl von dem High/Low-Überwacher 33 an den Analogspeicher 34 ausgegeben (der LDSET-Absenkungsbefehl ist EIN), da die Abweichung zwischen dem Lastanforderungs-Einstellwert und dem von dem Abweichungsoperator 31 berechneten LDSET gleich oder größer –0,1 MW ist. Infolgedessen verringert der Analogspeicher 34 allmählich den LDSET mit der vorbestimmten Absenkungsrate von der Zeit T1 an, bis der LDSET den Lastanforderungs-Einstellwert (200 MW) zur Zeit T3 erreicht (bis der LDSET-Anhebungsbefehl AUS ist, da die Lasteinstellabweichung –0,1 MW überschreitet).
Da in diesem Fall der negative Vorgabe-Schaltbefehl SW2, der von dem High/Low-Überwacher 33 auszugeben ist, zur Zeit T1 EIN ist, schaltet der Nennlastschalter 38 die Ausgabe zu der Subtraktionsschaltung 42 von der Ausgabe des Signalgenerators 40 an die Ausgabe des Funktionsgenerators 36 um. Infolgedessen wird der negative Vorgabewert, der von dem Nennlastschalter 38 auszugeben ist, allmählich mit der vorbestimmten Anhebungsrate von Null an (dem Ausgabewert des Signalgenerators 40) bis zu dem vorbestimmten Wert (dem Ausgabewert des Funktionsgenerators 36) erhöht (wird bis zu der Zeit T2 erhöht). Danach, wenn der negative Vorgabesschalter SW2 zur Zeit T3 AUS ist, schaltet der Nennlastschalter 38 die Ausgabe zu der Subtraktionsschaltung 42 von der Ausgabe des Funktionsgenerators 36 an die Ausgabe des Signalgenerators 40 um. Infolgedessen wird der negative Vorgabewert, der von dem Nennlastschalter 38 auszugeben ist, allmählich mit der vorbestimmten Absenkungsrate von dem vorbestimmten Wert an (dem Ausgabewert des Funktionsgenerators 36) bis auf Null (den Ausgabewert des Signalgenerators 40) verringert (wird bis zu der Zeit T4 verringert).
Die Ziel-Ausgangsleistung für den Stromgenerator 23 wird durch Subtrahieren des negativen Vorgabewerts zu dieser Zeit von dem LDSET mittels der Subtraktionsschaltung 42 erstellt. Anschließend wird die Ausgangsleistungsabweichung zwischen der Ziel-Ausgangsleistung und der Stromgenerator-Ausgangsleistung (der aktiven elektrischen Energie bzw. Leistung) von dem Abweichungsoperator 43 berechnet. Dann führt der PI-Controller 44 die Proportional-Integral- Operation basierend auf der Ausgangsleistungsabweichung durch, und das Brennstoff-Steuerventil 26 wird basierend auf einem Ergebnis der Proportional-Integral-Operation aktiviert (der Ventil-Öffnungsgrad des Brennstoff-Steuerventils 26 wird verkleinert). Infolgedessen wird die der Gasturbine 21 zugeführte Brennstoffmenge verringert, so daß auch die Gasturbinen-Ausgangsleistung verringert wird. Demgemäß wird die Stromgenerator-Ausgangsleistung (die aktive elektrische Energie bzw. Leistung) abgesenkt. Es wird also möglich, die Stromgenerator-Ausgangsleistung (die aktive elektrische Energie bzw. Leistung) schließlich der Ziel-Ausgangsleistung (dem Lastanforderungs-Einstellwert) anzugleichen.
Wie oben beschrieben wurde, erstellt gemäß der Gasturbinen-Laststeuervorrichtung 30 dieser Ausführungsform das Ziel-Ausgangsleistungs-Einstellmittel (die Addierschaltung 41 und die Subtraktionsschaltung 42), statt den LDSET direkt als Ziel-Ausgangsleistung für den Stromgenerator 23 festzulegen, die Ziel-Ausgangsleistung für den Stromgenerator 23 auf folgende Art und Weise. Wenn das Lasteinstellmittel (der Abweichungsoperator 31, die High/Low-Überwacher 32 und 33 und der Analogspeicher 34) den LDSET allmählich in Reaktion auf die Erhöhung des Lastanforderungs-Einstellwerts erhöht, der von dem Einstellmittel der erforderlichen Last eingegeben wird, erstellt das Ziel-Ausgangsleistungs-Einstellmittel die Ziel-Ausgangsleistung für den Stromgenerator 23 durch Addieren des positiven Vorgabewerts zu dem LDSET. Wenn das Lasteinstellmittel allmählich den LDSET in Reaktion auf die von dem Einstellmittel der erforderlichen Last eingegebenen Absenkung des erforderlichen Lastwerts verringert, erstellt das Ziel-Ausgangsleistungs-Einstellmittel die Ziel-Ausgangsleistung für den Stromgenerator 23 durch Subtrahieren des negativen Vorgabewerts von dem LDSET. Somit wird beispielsweise auch dann, wenn die relativ große bzw. lange Zeitkonstante T für die Proportional-Integral-Steuerung so erstellt wird, dass die Gasturbine 21 stabil in Reaktion auf eine Variation des Leistungsfaktors des elektrischen Energiesystems betrieben werden kann, ermöglicht, die Nachführung der Stromgenerator-Ausgangsleistung in Reaktion auf die Anhebung oder Absenkung des Lastanforderungs-Einstellwerts zu beschleunigen.
Im Vergleich der 8 mit der 12 ist die Gasturbinen-Laststeuervorrichtung 30 (8) dieser Ausführungsform so konfiguriert, dass sie die Ziel-Ausgangsleistung durch Addieren des positiven Vorgabewerts zu dem LDSET erstellt, und die herkömmliche Turbinen-Laststeuervorrichtung (12) ist so konfiguriert, dass sie den LDSET direkt als die Ziel-Ausgangsleistung definiert. Es ist offensichtlich, dass die Stromgenerator-Ausgangsleistung der Variation eines Lastanforderungs-Einstellwerts im Fall der Gasturbinen-Laststeuervorrichtung 30 dieser Ausführungsform schneller folgt als im Fall der herkömmlichen Gasturbinen-Laststeuervorrichtung. Dies liegt daran, dass die Gasturbinen-Laststeuervorrichtung 30 dieser Ausführungsform so konfiguriert ist, dass sie den positiven Vorgabewert zu dem LDSET addiert.
Gemäß der Gasturbinen-Laststeuervorrichtung 30 dieser Ausführungsform legt das erste Vorgabe-Einstellmittel (der Funktionsgenerator 35, der Signalgenerator 39 und der Nennlastschalter 37) den positiven Vorgabewert als Funktion des LDSET fest, und das zweite Vorgabe-Einstellmittel (der Funktionsgenerator 36, der Signalgenerator 40 und der Nennlastschalter 38) legt den negativen Vorgabewert als Funktion des LDSET fest. Daher ist es möglich, den positiven Vorgabewert und den negativen Vorgabewert unter Verwendung geeigneterer Werte, die dem Gasturbinen-Lastband (der Stromgenerator-Ausgangsleistung) entsprechen, festzulegen.
Außerdem erhöht gemäß der Gasturbinen-Laststeuervorrichtung 30 dieser Ausführungsform das erste Vorgabe-Einstellmittel (der Funktionsgenerator 35, der Signalgenerator 39 und der Nennlastschalter 37) den positiven Vorgabewert allmählich mit der vorbestimmten Anhebungsrate von Null an, bis der positive Vorgabewert den vorbestimmten Wert erreicht, wenn das Lasteinstellmittel (der Abweichungsoperator 31, die High/Low-Überwacher 32 und 33 sowie der Analogspeicher 34) mit der Erhöhung des LDSET beginnt. Das erste Vorgabe-Einstellmittel senkt allmählich den positiven Vorgabewert mit der vorbestimmten Absenkungsrate von dem vorbestimmten Wert an, bis der positive Vorgabewert Null erreicht, wenn das Lasteinstellmittel die Erhöhung des Lasteinstellwerts beendet. Indessen erhöht das zweite Vorgabe-Einstellmittel (der Funktionsgenerator 36, der Signalgenerator 40 und der Nennlastschalter 38) allmählich den negativen Vorgabewert mit der vorbestimmten Anhebungsrate von Null an, bis der negative Vorgabewert den vorbestimmten Wert erreicht, wenn das Lasteinstellmittel mit der Absenkung des Lasteinstellwerts beginnt. Das zweite Vorgabe-Einstellmittel senkt allmählich den negativen Vorgabewert mit der vorbestimmten Absenkungsrate von dem vorbestimmten Wert an, bis der negative Vorgabe-Einstellwert Null erreicht, wenn das Lasteinstellmittel die Absenkung des Lasteinstellwerts beendet. Demgemäß kann die Last stabiler als im Fall der schrittweisen Änderung des positiven Vorgabewerts und des negativen Vorgabewerts gesteuert werden.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbinen-Laststeuervorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Brennstoff-Zuführmenge zu einer Gasturbine so steuert, dass eine Gasturbinen-Ausgangsleistung (eine Stromgenerator-Ausgangsleistung) so gesteuert wird, dass eine Ziel-Ausgangsleistung erreicht wird. Die Erfindung ist bei der Verbesserung einer Nachführ-Fähigkeit (Reaktion) der Stromgenerator-Ausgangsleistung entsprechend einer Abweichung in einem Lastanforderungs-Einstellwert von Nutzen, der durch ein Lastanforderungs-Einstellmittel, wie z.B. ein zentrales Lastverteilerzentrum angefordert (eingegeben) wird.

Claims

Gasturbinen-Laststeuervorrichtung mit: einem Lasteinstellmittel, das einen Lasteinstellwert mit einer vorbestimmten Erhöhungsrate allmählich erhöht, bis der Lasteinstellwert einen Lastanforderungs-Einstellwert erreicht, wenn der Lastanforderungs-Einstellwert erhöht wird, und das den Lasteinstellwert mit einer vorbestimmten Absenkungsrate allmählich verringert, bis der Lasteinstellwert den Lastanforderungs-Einstellwert erreicht, wenn der Lastanforderungs-Einstellwert abgesenkt wird, einem ersten Vorgabe-Einstellmittel, das einen positiven Vorgabewert als Vorgabewert für den Lasteinstellwert einstellt, einem zweiten Vorgabe-Einstellmittel, das einen negativen Vorgabewert als den Vorgabewert für den Lasteinstellwert einstellt, einem Ziel-Ausgangsleistungs-Einstellmittel, das eine Ziel-Ausgangsleistung für einen Stromgenerator durch Addieren des positiven Vorgabewerts zu dem Lasteinstellwert einstellt, wenn das Lasteinstellmittel den Lasteinstellwert allmählich in Reaktion auf die Erhöhung des Lastanforderungs-Einstellwerts erhöht, und das die Ziel-Ausgangsleistung durch Subtrahieren des negativen Vorgabewerts von dem Lasteinstellwert einstellt, wenn das Lasteinstellmittel den Lasteinstellwert in Reaktion auf die Absenkung des Lastanforderungs-Einstellwerts allmählich verringert, einem Ausgangsleistungsabweichungs-Berechnungsmittel, das die eine Ausgangsleistungsabweichung zwischen der Ziel-Ausgangsleistung und einer Ausgangsleistung eines Stromgenerators berechnet, die von einem Stromgenerator-Ausgangsleistungs-Messmittel zu messen ist, und einem Proportional-Integral-Steuermittel, das ein Strömungsraten-Steuermittel für Brennstoff einer zum Drehen des Stromgenerators konfigurierten Gasturbine steuert, indem eine Proportional-Integral-Operation basierend auf der Ausgangsleistungsabweichung durchgeführt wird.
Gasturbinen-Laststeuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Vorgabe-Einstellmittel den positiven Vorgabewert als Funktion des Lasteinstellwerts festlegt, und das zweite Vorgabe-Einstellmittel den negativen Vorgabewert als Funktion des Lasteinstellwerts festlegt.
Gasturbinen-Laststeuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Vorgabe-Einstellmittel den positiven Vorgabewert allmählich mit einer vorbestimmten Erhöhungsrate von Null an erhöht, bis der positive Vorgabewert einen vorbestimmten Wert erreicht, wenn das Lasteinstellmittel mit der Erhöhung des Lasteinstellwerts beginnt, und den positiven Vorgabewert mit einer vorbestimmten Absenkungsrate von dem vorbestimmten Wert an allmählich absenkt, bis der positive Vorgabewert Null erreicht, wenn das Lasteinstellmittel die Erhöhung des Lasteinstellwerts beendet, und das zweite Vorgabe-Einstellmittel den negativen Vorgabewert allmählich mit einer vorbestimmten Erhöhungsrate von Null an erhöht, bis der negative Vorgabewert einen vorbestimmten Wert mit einer vorbestimmten Anhebungsrate erreicht, wenn das Lasteinstellmittel mit der Absenkung des Lasteinstellwerts beginnt, und den negativen Vorgabewert allmählich mit einer vorbestimmten Absenkungsrate von dem vorbestimmten Wert an verringert, bis der negative Vorgabewert Null erreicht, wenn das Lasteinstellmittel die Absenkung des Lasteinstellwerts beendet.