DE10322703A1

DE10322703A1 - Gasturbinenregelungssystem

Info

Publication number: DE10322703A1
Application number: DE10322703A
Authority: DE
Inventors: Kaiichirou Hirayama; Tadashi Kobayashi; Tomoo Katauri; Yasuhiko Ootsuki; Takashi Mizuno
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2003-12-04
Anticipated expiration: 2023-05-21
Also published as: US6945030B2; US20050204745A1; US20060201132A1; CN100427738C; FR2840955B1; US20040055273A1; JP3684208B2; US7117662B2; CN100427737C; CN1904327A; CN1460786A; CN1280533C; JP2004027848A; CN1904326A; DE10322703B4; FR2840955A1; US7076940B2

Abstract

Es wird ein Gasturbinenregelungssystem beschrieben, das so arbeitet, dass es die Systemfrequenz im Fall von vorübergehenden Variationen der Systemfrequenz stabilisiert, ohne dass die Festigkeit der Teile im Heißgasweg der Gasturbine unter einen Maximalspannungswert der Teile im Heißgasweg gelangt. Wenn eine Systemfrequenzabnormalität erfasst wird, wird die Ausgabe der Gasturbine so justiert, dass sie die Systemfrequenz wieder herstellt, indem eine Verbrennungsgastemperaturregelung der Gasturbine außer Betrieb gesetzt wird. Zu diesem Zweck sind ein Logikkreis, der die Verbrennungsgastemepraturregelung der Gasturbine als Antwort auf ein abnormales Systemfrequenzerfassungssignal außer Betrieb setzt oder inoperativ macht, und ein Wiederherstellungskreis vorgesehen, der so arbeitet, dass er den inoperativen Zustand der Verbrennungsgastemperaturregelung der Gasturbine aufhebt. Die Erfassung einer abnormalen Systemfrequenz kann durch ein externes Signal durchgeführt werden. Eine Abnormalitätserfassungseinheit kann in einer Kombizyklusanlage vorgesehen sein.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinenregelungssystem, das Instabilität beim Betrieb einer Gasturbine verhindern kann, die auftritt, wenn die Systemfrequenz in kurzer Zeit ausgehend von einer normalen Betriebsfrequenz aufgrund des Abkoppelns einer Last, eines Nothalts, eines Generators usw. zunimmt oder abnimmt, und die einen instabilen Betrieb ebenso wie im schlimmsten Fall ein Anhalten der Gasturbine als Hauptantriebsquelle eines Wärmekraftgenerators vermeiden kann und somit zum Stabilisieren der Frequenz des Elektrizitätssystems während einer Übergangszeit beiträgt.

Beschreibung des Stands der Technik

In Gasturbinenstromerzeugungsanlagen werden Brennstoff und Druckluft einer Verbrennungseinheit zugeführt und das in der Verbrennungseinheit erzeugte Verbrennungsgas einer Gasturbine zugeführt, um diese zu betreiben. Fig. 36 zeigt eine schematische Darstellung einer Gasturbinenstromerzeugungsanlage.

Eine allgemein mit Referenzziffer 100 in Fig. 36 bezeichnete Gasturbineneinheit setzt sich aus einem Kompressor 2, einer Verbrennungseinheit 4 und einer Turbine 7 zusammen. In den Luftkompressor 2 durch Einlassführungsschaufeln oder Flügelschaufeln 1 eingeführte Luft wird in dem Kompressor 2 zu Hochdruckluft komprimiert, die durch eine Luftleitung 3 in die Verbrennungseinheit 4 geschickt wird und als Verbrennungsluft für Brennstoff verwendet wird. Andererseits wird der Brennstoff über ein Brennstoffregelungsventil 5 und einen Brennstoffbrenner 6 in die Verbrennungseinheit 4 zugeführt und darin verbrannt, um ein Verbrennungsgas mit hoher Temperatur und hohem Druck zu erzeugen. Das Verbrennungsgas strömt in die Turbine 7, so dass es eine Gasturbinenwelle 8 dreht, die einen Generator 9 antreibt, um Elektrizität als Ausgabe zu erzeugen. Abgas von der Turbine 7 strömt direkt in einen Schornstein oder im Fall einer Kombizyklusstromerzeugungsanlage in einen Schornstein, nachdem es als Wärmequelle für einen Abgaswärmerückgewinnungserhitzer verwendet worden ist.

Eine Gasturbinenregelungseinrichtung 10 ist zum Regeln der Gasturbineneinheit 100 vorgesehen. Die Gasturbinenregelungseinrichtung 10 liefert ein Brennstoffregelungssignal FREF an das Brennstoffregelungsventil 5, um die Brennstoffströmungsrate als Antwort auf die Gasturbinengeschwindigkeit N, die durch einen Gasturbinengeschwindigkeitssensor 12 ermittelt wird, der in der Nähe eines Zahnrads 11 am Endbereich der Gasturbinenwelle 8 vorgesehen ist, einen Kompressoreinlassluftdruck PX1, der durch einen Einlassluftdrucksensor 103 ermittelt wird, der in der Nähe des Einlassbereichs des Luftkompressors 2 vorgesehen ist, einen Kompressorauslassluftdruck PX2, der durch einen Auslassluftdrucksensor 13 am Auslassbereich des Luftdruckkompressors 2 ermittelt wird, einer Abgastemperatur TX4, die durch einen am Auslassbereich der Gasturbine 7 vorgesehenen Abgastemperatursensor 14 ermittelt wird, und einer Generatorausgabe MW, die durch einen Generatorausgabensensor 15 ermittelt wird, zu justieren.

Fig. 37 zeigt ein Blockdiagramm der Gasturbinenregelungseinrichtung 10. Die Regelungseinrichtung 10 umfasst: Einen Geschwindigkeits-Lastregelungsabschnitt 16, der die Geschwindigkeit der Gasturbineneinheit 100 und die Last des Generators 9, der mit der Gasturbineneinheit 100 verbunden ist, regelt; einen Regelungsabschnitt 18 für die Verbrennungsgastemperatur, der die Verbrennungsgastemperatur in der Gasturbineeinheit 100 so regelt, dass sie auf oder unter einem vorbestimmten oberen Grenzwert liegt; und eine Wahleinheit 17 für das Brennstoffregelungssignal, die sowohl ein Geschwindigkeits-Lastregelungssignal FN von dem Geschwindigkeits-Lastregelungsabschnitt 16 als auch ein Abgastemperaturregelungssignal FT von dem Regelungsabschnitt 18 für die Verbrennungsgastemperatur empfängt und das kleinere dieser empfangenen Signale wählt, um es als Brennstoffregelungssignal auszugeben. Der Regelungsabschnitt 18 für die Verbrennungsgastemperatur der in Fig. 37 gezeigt ist, regelt die Verbrennungsgastemperatur nicht direkt, sondern regelt die Verbrennungsgastemperatur indirekt, indem die Temperatur TX4 des Abgases von der Turbine 7 erfasst wird.

Die Gasturbineneinheit 100 wird gestartet, indem ihre Rotationsgeschwindigkeit auf eine Nennrotationsgeschwindigkeit erhöht wird, wobei die Brennstoffströmungsrate an einer nicht gezeigten Anfangsregelungseinheit justiert wird. Beim Start der Turbine ist die Brennstoffströmungsrate gering, so dass die Verbrennungsgastemperatur niedrig ist, und das Geschwindigkeits-Lastregelungssignal FN aus dem Geschwindigkeits-Lastregelungsabschnitt 16 ist kleiner als das Abgastemperaturregelungssignal FT aus dem Regelungsabschnitt 18 für die Verbrennungsgastemperatur. Folglich wird das Geschwindigkeits-Lastregelungssignal FN an der Wahleinheit 17 für das Brennstoffregelungssignal als Brennstoffwahlsignal FREF gewählt. Daher wird die Gasturbine, deren Geschwindigkeit auf die Nennrotationsgeschwindigkeit mittels der Anfangsregelungseinheit zugenommen hat, auf der Nennrotationsgeschwindigkeit durch den Geschwindigkeits-Lastregelungsabschnitt 16 gehalten.

Der Geschwindigkeits-Lastregelungsabschnitt 16 hält die Gasturbineneinheit 100 auf der Nennrotationsgeschwindigkeit, wenn der Generator 9 nicht belastet ist, während der Geschwindigkeits-Lastregelungsabschnitt 16 eine Regelung durchführt, so dass der Generator 9 einen Einstellwert in einer Lasteinstelleinheit 24 ausgibt, wenn der Generator 9 mit dem Elektrizitätssystem verbunden ist. Eine Nennrotationsgeschwindigkeit wird als Anfangseinstellwert in einer Geschwindigkeitseinstelleinheit 19 des Geschwindigkeits-Lastregelungsabschnitts 16 festgelegt, und eine Geschwindigkeitsabweichung NE von der Rotationsgeschwindigkeit N der Gasturbineneinheit 100 wird in einer Subtraktionseinheit 20 berechnet. Eine Proportionalwertberechnung der Geschwindigkeitsabweichung NE wird in einer Proportionalregelungseinheit 21 durchgeführt, und ein Nenngeschwindigkeitsvorbelastungssignal für den unbelasteten Zustand von einem Signalerzeuger 22 wird mit dem Proportionalwert aufsummiert, um das Geschwindigkeits- Lastregelungssignal FN zu erzeugen. Das Nenngeschwindigkeitsvorbelastungssignal für den unbelasteten Zustand ist ein Signal, das der Strömungsrate entspricht, die erforderlich ist, um die Gasturbineneinheit 100 und den Generator 9 im unbelasteten Zustand auf der Nennrotationsgeschwindigkeit zu halten.

Wenn der Generator 9 mit dem Elektrizitätssystem im oben beschriebenen Zustand verbunden wird, wird der Generator 9 synchron zur Systemfrequenz gedreht und ein Lastbetrieb findet statt. Beim Lastbetrieb berechnet eine Subtraktionseinheit 25 die Generatorausgabeabweichung MWE, die die Differenz zwischen einer Generatorausgabe MW und einem Lasteinstellwert in der Lasteinstelleinheit 24 ist. Wenn die Generatorausgabeabweichung MWE negativ ist, schließt eine Vergleichseinheit 26 einen Schalter 27, während die Vergleichseinheit 29 einen Schalter 30 schließt, wenn die Generatorausgabeweichung MWE positiv ist.

Wenn die Generatorausgabeabweichung MWE negativ ist, wird ein positiver Wert, der in einem Signalgenerator 28 eingestellt wird, in die Geschwindigkeitseinstelleinheit 19 eingegeben. Die Geschwindigkeitseinstelleinheit 19 weist eine integrierende Eigenschaft auf und erhöht den Einstellwert in der Geschwindigkeitseinstelleinheit 19 mit einer Änderungsrate entsprechend diesem positiven Wert, wodurch das Geschwindigkeits-Lastregelungssignal FN verändert wird, so dass die Generatorausgabeabweichung MWE zu Null wird. Wenn die Generatorausgabeabweichung MWE positiv ist, wird der Einstellwert in der Geschwindigkeitseinstelleinheit 19 in ähnlicher Weise mit einer Veränderungsrate entsprechend einem negativen Wert, der in einem Signalgenerator 31 eingestellt wird, verringert, wodurch das Geschwindigkeits- Lastregelungssignal FN verändert wird, so dass die Generatorausgabeabweichung MWE zu Null wird.

In einem Zustand, in dem der Generator 9 mit dem Elektrizitätssystem verbunden ist und graduell eine Last aufnimmt, ist die Generatorausgabeabweichung MWE negativ, so dass die Vergleichseinheit 26 den Schalter 27 schließt und der Einstellwert in der Geschwindigkeitseinstelleinheit 19 mit einer Veränderungsrate erhöht wird, die dem positiven Wert entspricht, der in dem Signalerzeuger 28 eingestellt wird, wodurch die Generatorausgabe MW graduell zunimmt. Als Folge nimmt die Abgastemperatur TX4 graduell zu und daher wird das Abgastemperaturregelungssignal FT aus dem Regelungsabschnitt 18 für die Verbrennungsgastemperatur graduell kleiner.

Wenn die Brennstoffströmungsrate zunimmt, nimmt die Abgastemperatur TX4 zu, so dass eine Abgastemperaturabweichung TE graduell abnimmt. Wenn die Abgastemperatur TX4 einen vorgegebenen oberen Grenzwert TXR4 erreicht, wird die Abgastemperaturabweichung TE zu Null. Wenn die Abgastemperatur TX4 den vorgegebenen oberen Grenzwert TXR4 übersteigt, wird die Abgastemperaturabweichung TE negativ, was einen Alarm oder ein Abschalten (Trip) der Gasturbineneinheit 100 erzeugt. Aufgrund des Verkleinerns des Abgastemperaturregelungssignals FT wird der Wert des Abgastemperaturregelungssignals FT kleiner als der Wert des Geschwindigkeits-Lastregelungssignals FN. Folglich ersetzt der Wahlabschnitt 17 für das Regelungssignal das Geschwindigkeits-Lastregelungssignal FN mit dem Abgastemperaturregelungssignal FT, das das Brennstoffregelungssignal FREF wird. Somit regelt das Brennstoffregelungssignal FREF die Brennstoffströmungsrate, damit die Abgastemperatur TX4 der Turbineneinheit 100 dem festgelegten oberen Grenzwert TXR4 entspricht.

Der Regelungsabschnitt 18 für die Verbrennungsgastemperatur weist einen Funktionsgenerator 32 auf, um einen oberen Grenzwert TXR4 zu berechnen, der als Funktion des Kompressordruckverhältnisses PX2/PX1 bestimmt wird. Somit übt der Regelungsabschnitt 18 für die Verbrennungsgastemperatur eine Regelungsfunktion aus, damit die Abgastemperatur TX4 der Turbine 7 gleich dem vorbestimmten oberen Grenzwert TXR4 wird.

Fig. 38, 39 und 40 zeigen quantitative Veränderungen im Zustand der Gasturbineneinheit 100, die die in Fig. 37 gezeigte Gasturbinenregelungseinrichtung 10 verwendet. Wie es in Fig. 38 gezeigt ist, nimmt die Brennstoffströmungsrate GFX proportional zur Zunahme der Generatorausgabe MW zu. Bis die Generatorausgabe MW den Zeitpunkt t1 erreicht, wird der Winkel der Einlassführungsschaufeln oder Flügelschaufeln 1 konstant durch eine Einlassführungsschaufelregelungseinrichtung gehalten, so dass die Kompressorluftströmungsrate GAX konstant gehalten wird. Wenn die Generatorausgabe MW vom Zeitpunkt t1 über den Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t3 zunimmt, wird der Winkel der Einlassführungsschaufeln oder Flügelschaufeln 1 graduell durch die Einlassführungsschaufelregelungseinrichtung erhöht, so dass die Kompressorluftströmungsrate GAX wie gezeigt zunimmt.

Wie es in Fig. 39 gezeigt ist, nimmt die Verbrennungsgastemperatur TX3 zu, wenn die Generatorausgabe MW zunimmt. Wenn die Generatorausgabe MW den Zeitpunkt t2 erreicht, nimmt die Verbrennungsgastemperatur TX3 auf den oberen Grenzwert TXR3 zu. Der Grund, weshalb die Kompressorluftströmungsrate GAX konstant gehalten wird, bis die Generatorausgabe MW den Zeitpunkt t1 erreicht, ist, dass die Verbrennungsgastemperatur TX3 so rasch wie möglich erhöht werden soll, damit die thermische Effizienz der Gasturbine erhöht wird. Selbst wenn die Generatorausgabe MW vom Zeitpunkt t2 zum Zeitpunkt t3 zunimmt, wird die Verbrennungsgastemperatur TX3 auf oder unter dem oberen Grenzwert TXR3 gehalten. Wenn die Generatorausgabe MW zunimmt, nimmt auch die Abgastemperatur TX4 zu, und wenn die Generatorausgabe MW den Zeitpunkt t1 erreicht, erreicht die Abgastemperatur TX4 den oberen Grenzwert TXR4. Selbst wenn die Generatorausgabe MW vom Zeitpunkt t1 zum Zeitpunkt t2 zunimmt, wird die Abgastemperatur TX4 auf dem oberen Grenzwert TXR4 aufgrund der Zunahme der Kompressorluftströmungsrate GAX durch Erhöhen des Winkels der Einlassführungsschaufeln oder Flügelschaufeln 1 und aufgrund der Brennstoffregelung durch den Regelungsabschnitt 18 für die Verbrennungsgastemperatur gehalten. Wenn die Verbrennungsgastemperatur TX3 konstant während der Zunahme der Generatorausgabe MW vom Zeitpunkt t2 zum Zeitpunkt t3 gehalten wird, wird die Abgastemperatur TX4 wie gezeigt linear verringert.

Fig. 40 zeigt die Charakteristika des Funktionsgenerators 32. Das Kompressionsverhältnis PX2/PX1 wird aus dem Einlassluftdruck PX1 des Kompressors und seinem Auslassluftdruck PX2 berechnet, und der mit einer durchgezogenen Linie in der Figur gezeigte obere Grenzwert TXR4 für die Abgastemperatur wird als Funktion des Kompressionsverhältnisses PX2/PX1 erzeugt. Die Regelung der Abgastemperatur TX4 auf oder unter den oberen Grenzwert TXR4 durch den Abgastemperaturregelungsabschnitt 18 ist äquivalent zum Halten der Verbrennungsgastemperatur TX3 auf oder unter dem vorbestimmten oberen Grenzwert TXR3, wie es in Fig. 39 gezeigt ist. Die unterbrochene Linie in Fig. 40 gibt einen Alarmausgabewert für die Abgastemperatur oder einen Abschaltwert für die Gasturbineneinheit 100 an.

Wie der obere Grenzwert TXR3 des Verbrennungsgases bestimmt wird, wird unter Verweis auf Fig. 41 erklärt. Diese Figur zeigt ein Verhältnis zwischen der Verbrennungsgastemperatur TX3 und einer Langzeitkriechfestigkeit eines Materials, das für Teile, die im Heißgasweg liegen und die Gasturbine bilden (Hochtemperaturteile), verwendet wird. Die Temperatur der Teile im Heißgasweg nimmt proportional zur Temperatur des Verbrennungsgases zu und ab, und die Proportionalitätskonstante ist als C in der Figur angegeben. Wenn die Verbrennungsgastemperatur zunimmt, fällt die Langzeitkriechfestigkeit des Materials ab. Um einen Schaden an den Teilen im Heißgasweg zu verhindern, ist es erforderlich, die Verbrennungsgastemperatur so zu regeln, dass die Kriechfestigkeit des Materials über einer Maximalspannung liegt, die in den Teilen im Heißgangweg erzeugt wird.

Fig. 41 zeigt ein Beispiel, in dem der obere Grenzwert TXR3 ein Wert für den Fall ist, in dem die langzeitige Kriechfestigkeit hunderttausend (100.000) Stunden ist. Dies bedeutet, dass die Teile im Heißgasweg für Gasturbinen hunderttausend (100.000) Stunden ohne Austausch verwendet werden können, wenn dieser Wert von TXR3 als obere Grenztemperatur für das Verbrennungsgas verwendet wird. Der obere Grenzwert TXR4 der Abgastemperatur kann auf der Basis des Verhältnisses von TXR3, TXR4 und PX2/PX1 wie es in Fig. 38 und 39 dargestellt ist bestimmt werden. Gasturbinen, die die herkömmliche Gasturbinenregelungseinrichtung verwenden, werden innerhalb eines Bereichs von einer erlaubbaren Verbrennungsgastemperatur betrieben, wie es oben festgehalten wurde, in dem die Teile im Heißgasweg der Gasturbinen über lange Zeit ohne Austausch verwendet werden können.

Die herkömmliche Gasturbinenregelungseinheit bringt das unten beschriebene Problem mit sich. Wenn Frequenzvariationen in dem Elektrizitätssystem auftreten, arbeitet der Geschwindigkeits-Lastregelungsabschnitt 16 in großem Maße so, dass er die Systemfrequenz über einen hohen proportionalen Gewinn der Proportionalregelungseinheit 21 wieder herstellt, so dass eine große Variation der Brennstoffströmungsrate mit einer einhergehenden großen Variation der Abgastemperatur TX4 der Gasturbineneinheit 100 auftritt.

Insbesondere in einem Fall, in dem eine Systemfrequenzvariation auftritt, während die Gasturbine mit einer Abgastemperatur TX4, die in der Umgebung des festgelegten oberen Grenzwerts TXR4 liegt, betrieben wird, erzeugt der Betrieb des Geschwindigkeits- Lastregelungsabschnitts 16 eine große Störung in der Regelung des Gasturbinenbrennstoffs und der Luft und der Regelung der Verbrennungsgastemperatur. Wenn beispielsweise die Systemfrequenz erhöht wird, nimmt auch die Gasturbinengeschwindigkeit N zu. Somit arbeitet der Geschwindigkeits-Lastregelungsabschnitt 16, um dies zu korrigieren, so dass das Geschwindigkeits-Lastregelungssignal FN ausgehend von dem Wert, den es unmittelbar vor der Zunahme der Systemfrequenz eingenommen hat, verringert wird. Dies führt dazu, dass das Geschwindigkeits- Lastregelungssignal FN geringer als das Abgastemperaturregelungssignal FT ist, wodurch das Geschwindigkeits-Lastregelungssignal FN in dem Wahlabschnitt 17 für das Brennstroffregelungssignal gewählt wird und die Brennstoffströmung gedrosselt wird. Folglich wird die Brennstoffströmungsrate verringert und die Abgastemperatur TX4 der Gasturbineneinheit 100 wird mit einer Verzögerung von einigen Sekunden verringert.

Wenn sich die Systemfrequenz in diesem Zustand rasch wiederherstellt, kehrt die Gasturbinengeschwindigkeit N rasch auf die Nennrotationsgeschwindigkeit zurück. Da die Verzögerung beim Erfassen der Gasturbinengeschwindigkeit N vernachlässigbar klein ist, nimmt in diesem Fall das Geschwindigkeits-Lastregelungssignal FN rasch zu. Da der Wahlabschnitt 17 für das Brennstoffregelungssignal das Geschwindigkeits-Lastregelungssignal FN als Brennstoffregelungssignal FREF in diesem Zustand wählt, führt eine Variation in dem Geschwindigkeits- Lastregelungssignal FN zur Variation in der Brennstoffströmungsrate, und folglich nimmt die Brennstoffströmungsrate rasch zu. Dies ist darauf zurückzuführen, dass eine Verzögerung der Zunahme der Abgastemperatur TX4 als Antwort auf die rasche Zunahme der Brennstoffströmungsrate aufgrund einer Verzögerung von einigen Minuten beim Erfassen der Abgastemperatur TX4 der Gasturbineneinheit 100 im Verhältnis zur vernachlässigbaren kleinen Verzögerung beim Erfassen der Gasturbinengeschwindigkeit N auftritt.

Aus diesem Grund wurde aufgrund der raschen Zunahme der Brennstoffströmungsrate eine überschüssige Menge an Brennstoff zugeführt, wenn die Abgastemperatur TX4 den vorbestimmten oberen Grenzwert TXR4 erreicht hat. Zu dieser Zeit führt der Wahlabschnitt 17 für das Brennstoffregelungssignal ein Schalten vom Geschwindigkeits-Lastregelungssignal FN zum Abgastemperaturregelungssignal FT als Brennstoffregelungssignal FREF durch, um die Brennstoffströmungsrate zu verringern. Da die überschüssige Menge an Brennstoff bereits zugeführt worden ist, setzt sich der Anstieg der Abgastemperatur TX4 jedoch fort.

Damit die Gasturbine mit hoher Effizienz betrieben werden kann, wird die Gasturbineneinheit 100 mit einer Verbrennungsgastemperatur TX3 betrieben, die so hoch wie möglich gehalten wird, und daher liegt der obere Grenzwert TXR4 nahe an dem Alarmwert oder dem Gasturbinenabschaltwert der Verbrennungsgastemperatur TX4. Unter solchen Bedingungen führt ein weiterer Temperaturanstieg manchmal zu einer unerwünschten Situation des Abschaltens der Gasturbine. Auch wenn die Generatorausgabe MW in dem Zustand geregelt wird, in dem die Abgastemperatur TX4 der Gasturbineneinheit 100 etwas kleiner als der obere Grenzwert TXR4 ist und das Geschwindigkeits-Lastregelungssignal FN als Brennstoffregelungssignal FREF gewählt wird, bewirkt ferner ein plötzlicher Abfall der Systemfrequenz die gleiche unerwünschte Situation, wie sie oben beschrieben wurde, da das Geschwindigkeits-Lastregelungssignal FN rasch zunimmt.

Bei einem großskaligen Wartungsunterbrechungszwischenfall, der in Malaysia 1996 auftrat, wurden ein Kombizyklus und ein Gasturbinengenerator nacheinanderfolgend als Folge eines Abschaltfalls abgekoppelt, der in einer Fernleitung auftrat. Dies zeigt, dass das Elektrizitätswerk im Betrieb im Hochlastzustand in Bezug auf eine Systemfrequenzverringerung instabil wurde. Während des Hochlastbetriebs kann die Luftströmungsrate nur leicht aufgrund einer Betriebsgrenze der Einlassluftführungsschaufeln erhöht werden. Ferner kann die Brennstoffzufuhr nicht erhöht werden, da ein Auslösefall in dem Elektrizitätswerk auftritt, wenn die Gasturbinenabgastemperatur zunimmt und einen Grenzwert übersteigt.

Die Strömungsrate der zuzuführenden Luft ist eine Funktion der Rotationsgeschwindigkeit der Gasturbine, und wenn die Systemfrequenz abfällt, nimmt auch die Luftströmungsrate ab. Ferner gibt es eine Grenze im Hinblick auf das Erhöhen der Brennstoffzufuhr aufgrund der oben stehenden Beschränkung im Hinblick auf die Abgastemperatur der Gasturbine. Wenn die Systemfrequenz abfällt, nimmt daher die Ausgabe des Kombizykluskraftwerks ab, was einen weiteren Abfall der Systemfrequenz bewirkt und zu einer großskaligen Wartungsunterbrechung führt. Dies wird in einer Doktorarbeit mit dem Titel "Dynamic Behaviour of Combined Cycle Power Plant during Frequency Drop", (The transactions of the Institute of Electrical Engineers of Japan Vol. 122-B, N. 3.2002) und in einer Doktorarbeit mit dem Titel "Dynamic Study of Power System including Combined Cycle Power Plant", (Thesis No. 6-070, 2002, The Institute of Electrical Engineers of Japan) berichtet.

In der erwähnten Situation fällt die Systemfrequenz ab, wenn der parallel an ein Elektrizitätssystem angeschlossene Generator im Betrieb abgekoppelt wird, oder wenn eine Last, wie ein Generatormotor in einem Pumpenspeicherkraftwerk oder ein Induktionsmotor angelassen wird. Andererseits nimmt die Systemfrequenz zu, wenn die Last in dem System rasch abgekoppelt wird. Während einer großskaligen Systemfrequenzvariation, bei der ein Abschaltfall eines Kombizykluskraftwerks auftritt, wird beispielsweise eine Regelung durchgeführt, um die Systemfrequenz zu stabilisieren, indem eine Last in dem System abgekoppelt wird oder indem die Ausgabe des Generators im Betrieb justiert wird. In diesem Fall ist es möglich, rasch Maßnahmen zu ergreifen, um die Ausgabe des Generators zu verringern, wobei jedoch das Erhöhen der Generatorausgabe mehrere 10 Sekunden abhängig von den Charakteristika der Anlage erfordert, da die Ausgabe des Wärmerückgewinnungserhitzers erhöht werden muss, um die Generatorausgabe zu erhöhen. Daher ist es erforderlich, die Gasturbine mit der Fähigkeit auszustatten, einen fortgesetzten Betrieb mit einer so hohen Ausgabe wie möglich durchzuführen.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gasturbinenregelungssystem vorzusehen, das zur Stabilisierung der Systemfrequenz in Fällen von vorübergehenden oder temporären Variationen der Systemfrequenz beiträgt, ohne die Festigkeit der Teile im Heißgasweg der Gasturbine unter einen maximalen Spannungswert der Teile im Heißgasweg zu bringen.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Um die erwähnte Aufgabe zu erreichen, sieht die vorliegende Erfindung ein Gasturbinenregelungssystem mit den Merkmalen von Anspruch 1, 3, 10, 14 oder 15 vor. Bevorzugte Ausführungsformen sind durch die abhängigen Ansprüche definiert.

Bei dem System gemäß Anspruch 1 kann die Erfassung der Systemfrequenzabnormalität geschehen, indem ein Signal von außen empfangen wird, und die Systemfrequenzabnormalität kann in einer Kombizyklusanlage auftreten.

Gemäß dem oben erwähnten Gasturbinenregelungssystem nach Anspruch 1 wird die Regelung der Gasturbinenverbrennungsgastemperatur außer Kraft gesetzt oder in inoperativen Zustand gebracht, wenn eine Systemfrequenzabnormalität erfasst wird, so dass die Gasturbinenausgabe justiert werden kann, um zum Wiedererreichen der Systemfrequenz beizutragen. Dies kann dadurch realisiert werden, dass das Verbrennungsgastemperatursignal um eine vorbestimmte Menge größer als das Geschwindigkeits-Lastregelungssignal gemacht wird, so dass das Geschwindigkeits-Lastregelungssignal für die Turbinenausgabenregelung ohne den Einfluss der Verbrennungsgastemperatur gewählt wird. Sobald die Systemfrequenz wieder gewonnen ist, kehrt der Regelungsbetrieb zu dem zurück, bevor die Systemfrequenzabnormalität erfasst wurde, und die Regelung der Verbrennungsgastemperatur wird wieder durchgeführt.

Durch die Konfiguration gemäß Anspruch 2 kehrt die Regelung automatisch in die normale Regelung zurück, bei der eine Regelung der Verbrennungsgastemperatur durchgeführt wird, sobald eine bestimmte Zeitdauer abgelaufen ist.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Gasturbinenregelungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 3 zum Regeln der Gasturbineneinheit vorgesehen. Bei diesem Aspekt des Gasturbinenregelungssystems wird die Regelung in die Notfallverbrennungsgastemperaturregelung geschaltet, in der ein höherer Verbrennungsgastemperaturgrenzwert verwendet wird, sobald eine Systemfrequenzabnormalität erfasst wird, wodurch die Gasturbinenausgabe erhöht werden kann und folglich die Systemfrequenz stabilisiert werden kann.

Bei der bevorzugten Ausführungsform gemäß Anspruch 4 kann ein normaler Verbrennungsgastemperaturgrenzwert als Funktion eines Verhältnisses des Kompressoreinlassluftdrucks zum Kompressorauslassluftdruck bestimmt werden und der Notfallabgastemperaturgrenzwert kann als Funktion eines Verhältnisses eines Kompressoreinlaßdrucklufts zu einem Kompressorauslassluftdruck bestimmt werden.

In diesem Fall wird nicht die direkt erfasste Verbrennungsgas-, sondern die Abgastemperatur für die Regelung der Verbrennungsgastemperatur verwendet, so dass eine hohe Zuverlässigkeit der Verbrennungsgastemperaturerfassung bei sowohl der normalen Regelung der Verbrennungsgastemperatur als auch der Notfallregelung der Verbrennungsgastemperatur erhalten wird, wodurch eine Stabilisierung der Systemfrequenz sichergestellt wird.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 5 kann ein gutes Ansprechverhalten bei der Regelung erhalten werden, insbesondere bei der Notfallverbrennungsgasregelung, die eine rasche Antwort erfordert, da die direkt erfasste Verbrennungsgastemperatur für die Regelung der Verbrennungstemperatur verwendet wird, wodurch die Stabilisierung der Systemfrequenz sichergestellt wird.

Bevorzugterweise werden nach Anspruch 6 nicht die Verbrennungsgastemperatur sondern die Kompressorluftströmungsrate, die Kompressorauslasslufttemperatur und die Brennstoffströmungsrate verwendet, um einen Wert zu berechnen, der die Verbrennungsgastemperatur darstellt, wodurch eine hohe Zuverlässigkeit bei der Erfassung der Temperaturerfassung und ein gutes Antwortverhalten bei sowohl der normalen Verbrennungsgasregelung als auch der Notfallverbrennungsgasregelung erhalten werden können, wodurch die Stabilisierung der Systemfrequenz in kurzer Zeit sichergestellt ist.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 7 kann die Gasturbine während langer Zeit in einem höchst ökonomischen Zustand betrieben werden.

Gemäß den Merkmalen von Anspruch 8 wird eine Stabilisierung der Systemsfrequenz sichergestellt, wobei ein Schaden an den Teilen im Heißgaswegverhindert wird, und die Stabilität des Kompressorbetriebes aufrechterhalten wird.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 9 nimmt die Verbrennungsgastemperaturregelung automatisch den normalen Regelungsmodus für die Verbrennungsgastemperatur ein, sobald eine Zeitdauer abgelaufen ist, wobei die Systemfrequenz wieder gewonnen wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Gasturbinenregelungssystem mit den Merkmalen von Anspruch 10 vorgesehen. Bei diesem Aspekt der Erfindung wird die Einlassführungsschaufelregelung von dem normalen Regelungsmodus für die Einlassführungsschaufel auf den Notfallregelungsmodus für die Einlassführungsschaufeln geschaltet, in dem die Luftströmungsrate erhöht wird, wenn die Systemfrequenz variiert, so dass die Gasturbinenausgabe erhöht wird und die Systemfrequenz unter der Geschwindigkeits-Lastregelung stabilisiert werden kann.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 11 kann die Gasturbine während langer Zeit in dem höchst ökonomischen Zustand und mit erhöhter Ausgabe betrieben werden, wenn eine Systemfrequenzabnormalität auftritt, um die normale Systemfrequenz wieder herzustellen.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform von Anspruch 12 kehrt das Gasturbinenregelungssystem automatisch in den normalen Betrieb unter Verwendung der normalen Regelungseinrichtung für die Einlassführungsschaufel zurück, wenn die Systemfrequenz wieder hergestellt ist.

Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Gasturbinenregelungssystem mit den Merkmalen von Anspruch 13 vorgesehen. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung ist es möglich, temporäre Variationen der Verbrennungsgasströmungsrate zu begrenzen, da die Geschwindigkeitsregelungseinrichtung eine Begrenzungseinrichtung aufweist, wodurch eine übermäßig hohe oder niedrige Temperatur des Verbrennungsgases und das Erlöschen der Flamme in der Gasturbine verhindert werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Gasturbinenregelungssystem mit den Merkmalen von Anspruch 14 vorgesehen. Gemäß diesem weiteren Aspekt der Erfindung arbeitet die Begrenzungseinrichtung so, dass sie eine Regelungskonstante verändert, die in der Geschwindigkeits-Lastregelungseinrichtung vorgesehen ist, oder die Regelungseinrichtung für das Verbrennungsgas arbeitet so, dass sie die Regelungskonstante verändert, wenn die Systemfrequenz zunimmt, wodurch das Erlöschen der Flamme der Gasturbine verhindert werden kann, selbst wenn eine vorübergehende rasche Verringerung der Brennstoffströmungsrate auftritt.

Gemäß den bevorzugten Ausführungsformen nach Ansprüchen 15 oder 16 wird ein Systemabnormalitätssensor vorgesehen, bei dem die Regelung der Verbrennungsgastemperatur wieder belebt wird, wenn die Temperatur des Abgases oder des Verbrennungsgases einen oberen Grenzwert für das Abgas oder das Verbrennungsgas jeweils übertrifft.

Gemäß den bevorzugten Merkmalen von Anspruch 17 wird ein Systemabnormalitätssensor vorgesehen, der nicht fehlerhaft arbeitet, selbst in dem Fall, in dem ein Versagen in der Stromzufuhr auftritt, da eine Generatorspannungsverringerung oder eine abrupte Zunahme des Generatorstroms jeweils für sich oder in Kombination erfasst werden.

Gemäß Anspruch 18 wird ein Systemfrequenzabnormalitätssensor vorgesehen, der die Regelung der Verbrennungsgastemperatur außer Betrieb setzt, wenn die Systemfrequenz unter einen vorbestimmten Wert fällt, und der die Regelung der Verbrennungsgastemperatur zum Schutz der Gasturbine in Betrieb setzt, wenn eine Dauerhaftigkeitsgrenze (eine Ermüdungslebensdauer) abgelaufen ist.

Gemäß Anspruch 19 kann ein zuverlässiger Systemfrequenzabnormalitätssensor vorgesehen werden, da eine Variation der Systemfrequenz und ein Abkopplungssignal des Generators berücksichtigt werden, wenn eine Frequenzabnormalität erfasst wird.

Gemäß Anspruch 20 kann ein zuverlässiger Systemfrequenzabnormalitätssensor vorgesehen werden, da eine Variation der Systemfrequenz und ein Signal der Systemabkopplung berücksichtigt werden, wenn eine Frequenzabnormalität erfasst wird.

Gemäß Anspruch 21 kann ein zuverlässiger Systemfrequenzabnormalitätssensor vorgesehen werden, da eine Variation der Systemfrequenz und eine Variation der Generatorausgabe berücksichtigt werden, wenn eine Frequenzabnormalität erfasst wird.

Gemäß Anspruch 22 kann ein zuverlässiger Systemfrequenzabnormalitätssensor vorgesehen werden, da eine Variation der Systemfrequenz, eine Variation der Generatorausgabe und ein Abkopplungssignal des Generators berücksichtigt werden, wenn eine Frequenzabnormalität erfasst wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des Gasturbinenregelungssystems der Erfindung und eines Gasturbinenkraftwerks;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das eine erste Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das eine zweite Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das eine dritte Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 5 ist ein Diagramm, das quantitative Änderungen (Luftströmungsrate eines Kompressors usw.) des Zustands der Gasturbineneinheit zeigt, die bei der dritten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;
Fig. 6 ist ein Diagramm, das quantitative Veränderungen (Verbrennungsgastemperatur usw.) des Zustands einer Gasturbineneinheit zeigt, die bei der dritten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;
Fig. 7 ist ein Diagramm, das quantitative Veränderungen (Abgastemperatur, usw.) des Zustands einer Gasturbineneinheit zeigt, die bei der dritten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm, das eine vierte Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 9 ist ein Blockdiagramm, das eine fünfte Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 10 ist ein Diagramm, das quantitative Änderungen (Kompressorluftströmungsrate, usw.) des Zustands einer Gasturbineneinheit zeigt, die bei der vierten und fünften Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;
Fig. 11 ist ein Diagramm, das quantitative Änderungen (Verbrennungsgastemperatur, usw.) des Zustands einer Gasturbineneinheit zeigt, die bei der vierten und fünften Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;
Fig. 12 ist ein Blockdiagramm, das eine sechste Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 13 ist ein Diagramm, das erklärt, wie ein Normalgrenzwert bei einer siebten Ausführungsform der Erfindung zu bestimmen ist, wobei das Diagramm ein Verhältnis zwischen der Verbrennungsgastemperatur und der Kriechfestigkeit eines Materials zeigt, das für Teile im Heißgasweg, die die Gasturbine bilden, verwendet wird;
Fig. 14 ist ein Diagramm, das erklärt, wie ein Normalgrenzwert bei der siebten Ausführungsform der Erfindung zu bestimmen ist, wobei das Diagramm ein Verhältnis von Verbrennungsgastemperatur, Gasturbineneffizienz und den durchschnittlichen Brennstoffkosten über das Jahr zeigt;
Fig. 15 ist ein Diagramm, das erklärt, wie ein Normalgrenzwert bei der siebten Ausführungsform der Erfindung zu bestimmen ist, wobei das Diagramm ein Verhältnis von Verbrennungsgastemperatur, Hochtemperaturteilersatzkosten und Brennstoffkosten zeigt;
Fig. 16 ist ein Diagramm, das erklärt, wie ein Normalgrenzwert bei einer achten Ausführungsform der Erfindung zu bestimmen ist, wobei das Diagramm ein Verhältnis von Verbrennungsgastemperatur und einer Kurzzeitfestigkeit eines Materials zeigt, das für Teile im Heißgasweg, die die Gasturbine bilden, verwendet wird;
Fig. 17 ist ein Blockdiagramm, das eine neunte Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 18 ist ein Diagramm, das quantitative Änderungen (Kompressorluftströmungsrate, usw.) des Zustands einer Gasturbineeinheit, die bei der neunten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird, zeigt;
Fig. 19 ist ein Diagramm, das quantitative Änderungen (Verbrennungsgastemperatur, usw.) des Zustands einer Gasturbineneinheit zeigt, die bei der neunten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;
Fig. 20 ist ein Diagramm, das erklärt, wie eine Normalbegrenzung und ein oberster Wert einer Notfallbegrenzung in der neunten Ausführungsform der Erfindung zu bestimmen sind;
Fig. 21 ist ein Blockdiagramm, das eine zehnte Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 22 ist ein Blockdiagramm, das eine elfte Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 23 ist ein Blockdiagramm, das eine zwölfte Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 24 ist ein Blockdiagramm, das eine dreizehnte Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 25 ist ein Diagramm, das Charakteristika eines Funktionsgenerators zum Berechnen eines Einstellwerts der Abgastemperatur entsprechend der Systemfrequenz für die dreizehnte Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 26 ist ein Diagramm, das Änderungen von einem Abfall der Systemfrequenz bis zu ihrer Wiederherstellung zeigt;
Fig. 27 ist ein Blockdiagramm, das eine vierzehnte Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 28 ist ein Blockdiagramm, das eine fünfzehnte Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 29 ist ein Diagramm, das Charakteristika eines Funktionsgenerators zum Berechnen der Dauerhaftigkeit (Ermüdungslebensdauer) für einen Gasturbinenbetrieb aus der Systemfrequenz und der Abgastemperatur in der fünfzehnten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 30 ist ein Blockdiagramm, das eine sechzehnte Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 31 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen dem Elektrizitätssystem und einem Generator eines anderen Kraftwerks in der sechzehnten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 32 ist ein Blockdiagramm, das eine siebzehnte Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 33 ist ein Diagramm, das die Systemtrennung in einem Elektrizitätssystem in der siebzehnten Ausführungsform der Erfindung erklärt;
Fig. 34 ist ein Blockdiagramm, das eine achtzehnte Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 35 ist ein Blockdiagramm, das eine neunzehnte Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 36 ist eine schematische Darstellung, die ein Gasturbinenregelungssystem und eine Elektrizitätserzeugungsanlage mit einer Gasturbine gemäß dem Stand der Technik zeigt;
Fig. 37 ist ein Blockdiagramm, das das Gasturbinenregelungssystem des Stand der Technik darstellt;
Fig. 38 ist ein Diagramm, das quantitative Veränderungen (Kompressorluftströmungsrate, usw.) der Gasturbineneinheit des Stands der Technik zeigt;
Fig. 39 ist ein Diagramm, das quantitative Veränderungen (Verbrennungsgastemperatur, usw.) der Gasturbineneinheit des Stands der Technik zeigt;
Fig. 40 ist ein Diagramm, das quantitative Veränderungen (Abgastemperatur, usw.) der Gasturbineneinheit des Stands der Technik zeigt; und
Fig. 41 ist ein Diagramm, das erklärt, wie ein oberer Grenzwert der Verbrennungsgastemperatur im Stand der Technik zu bestimmen ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Im folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung rein beispielhaft unter Verweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Gleiche Elemente und Teile wie diejenigen, die im Stand der Technik vorhanden sind, sind mit den gleichen Referenzziffern versehen, wie sie bei der Beschreibung des Stands der Technik verwendet wurden, und die Beschreibung der gleichen Elemente und Teile wird weggelassen.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des Gasturbinenregelungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Eine Gasturbineneinheit, die allgemein mit Referenzziffer 100 bezeichnet ist, setzt sich aus einem Luftkompressor 2, einer Verbrennungseinheit 4 und einer Turbine 7zusammen. Luft wird in den Luftkompressor 2 durch Einlassführungsschaufeln 1 eingeführt, die am Einlassteil des Kompressors 2 vorgesehen sind. Die eingeführt Luft wird in dem Kompressor 2 zu Hochdruckluft komprimiert, die durch eine Luftleitung 3 in die Verbrennungseinheit 4 geschickt wird und als Verbrennungsluft für den Brennstoff verwendet wird. Andererseits wird der Brennstoff durch ein Brennstoffregelungsventil 5 und einen Brennstoftbrenner 6 in die Verbrennungseinheit 4 zugeführt und darin verbrannt, um ein Verbrennungsgas mit hoher Temperatur und hohem Druck zu erzeugen. Das Verbrennungsgas strömt in die Turbine 7, wo es eine Gasturbinenwelle 8 dreht, die einen Generator 9, der koaxial zur Turbine 7 liegt, betreibt, um eine Ausgabe an elektrischer Energie zu erzeugen.
Abgas von der Turbine 7 strömt direkt in einen Schornstein oder im Fall einer Kombizyklusstromerzeugungsanlage in einen Schornstein, nachdem es als Wärmequelle für einen Abgaswärmewiedergewinnungserhitzer verwendet worden ist. An einem Ende der Gasturbinenwelle 8 ist ein Zahnrad 11 angebracht, das dazu verwendet wird, die Rotationsgeschwindigkeit der Turbine zu erfassen, und ein Geschwindigkeitssensor 12 ist benachbart zu dem Zahnrad 11 angeordnet. Eine Antriebseinrichtung 101 für die Einlassführungsschaufeln bzw. Flügelschaufeln ist vorgesehen, um den Winkel der Einlassführungsschaufeln bzw. Flügelschaufeln 1 zu verändern. Ein Winkelsensor 102 ist vorgesehen, um den Winkel der Einlassführungsschaufeln bzw. Flügelschaufeln 1 zu erfassen. Am Lufteinlassbereich des Kompressors 2 sind ein Einlassluftdrucksensor 103 und ein Strömungsratensensor 104 für die Einlassluft vorgesehen. Am Auslassbereich des Kompressors 2 sind ein Kompressorauslassdrucksensor 13 und ein Kompressorauslasstemperatursensor 105 vorgesehen. Der Auslassbereich der Verbrennungseinheit 4 weist einen Verbrennungsgastemperatursensor 106 auf. Am Auslassbereich der Turbine 7 ist ein Abgastemperatursensor 14 vorgesehen. Ein Brennstoffströmungsratensensor 107 ist in einer Brennstoffzufuhrleitung vorgesehen. Ferner ist ein Generatorausgabensensor 15 vorgesehen, um die Ausgabe des Generators 9 zu erfassen.
Eine Gasturbineregelungseinrichtung 10 ist vorgesehen, um ein Brennstoffregelungssignal FREF zum Brennstoffregelungsventil 5 zum Regeln der Brennstoffströmungsrate zu senden, und um ein Einlassführungsschaufelregelungssignal AREF zur Antriebseinrichtung 101 für die Einlassführungsschaufeln bzw. Flügelschaufeln zu senden, und somit den Winkel der Einlassführungsschaufeln bzw. Flügelschaufeln 1 zu justieren. Die Gasturbinenregelungseinrichtung 10 arbeitet so, dass sie die erwähnten Signale als Antwort auf ein Signal der Gasturbinengeschwindigkeit N, das von dem Geschwindigkeitssensor 12 empfangen wird, ein Signal des Einlassführungsschaufelwinkels AX, das vom Winkelsensor 102 empfangen wird, einen Kompressoreinlassluftdruck PX1, der vom Einlassdruckluftsensor 103 empfangen wird, ein Signal von einer Kompressorluftströmungsrate GAX, das vom Einlassluftdrucksensor 104 empfangen wird, ein Signal des Kompressorauslassluftdrucks PX2, das vom Auslassluftdrucksensor 13 empfangen wird, ein Signal der Verbrennungsgastemperatur TX3, das vom Verbrennungsgastemperatursensor 106 empfangen wird, ein Signal der Abgastemperatur TX4, das vom Abgastemperatursensor 14 empfangen wird, ein Signal einer Brennstoffströmungsrate GFX, das vom Brennstoffströmungsratensensor 107 empfangen wird, und einer Generatorausgabe NW, die vom Generatorausgabensensor 15 empfangen wird, aussendet.
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das eine erste Ausführungsform der Erfindung zeigt. Die gleichen Elemente wie diejenigen des Turbinenregelungssystems des Stands der Technik, das in Fig. 37 gezeigt ist, sind mit den gleichen Referenzziffern bezeichnet und eine Beschreibung dieser Elemente wird weggelassen. Wie bei dem Gasturbinenregelungssystem gemäß Fig. 37 umfasst die Gasturbinenregelungseinrichtung 10 einen Geschwindigkeits-Lastregelungsabschnitt 16 und einen Regelungsabschnitt 18 für die Verbrennungsgastemperatur. Der Geschwindigkeits- Lastregelungsabschnitt 16 aus Fig. 2 ist der gleiche wie der Geschwindigkeits- Lastregelungsabschnitt 16 aus Fig. 37. Der Regelungsabschnitt 18 für die Verbrennungsgastemperatur aus Fig. 2 ist ähnlich zum Regelungsabschnitt 18 für die Verbrennungsgastemperatur aus Fig. 37, weist die gleichen Elemente auf wie das Gasturbinenregelungssystem aus Fig. 37, weist jedoch auch zusätzliche Elemente auf, die unten beschrieben werden. Insbesondere ist die erste Ausführungsform der Erfindung mit einem Signalgenerator 35, der einen Einstellwert S1 erzeugt, einem Summierer 36, der das Geschwindigkeits-Lastregelungssignal FN mit dem Einstellwert S1 aufsummiert, einer Subtraktionseinheit 37, die das Abgastemperaturregelungssignal FT vom Ausgabesignal (FN + S1) des Summierers 36 subtrahiert, einem Schalter 38, der entwe der die Ausgabe des Subtrahierers 37 oder das Signal (die Abgastemperaturabweichung) TE vom Subtrahierer 33 auswählt, und einem Systemabnormalitätssensor 39 versehen, der die Wahlrichtung für den Schalter 38 bestimmt.
In Fig. 2 ist der Schalter 38 in einer Position gezeigt, in der der Systemabnormalitätssensor 39 einen Abfall der Systemfrequenz (Nutzfrequenz) bestimmt, und der Schalter 38 wird als Antwort darauf mit dem Ergebnis betätigt, dass die Ausgabe des Subtrahierers 37 in eine Proportionalintegriereinheit 34 eingegeben wird. Wenn die Systemfrequenz f unter eine Nennfrequenz abfällt und dies durch den Systemabnormalitätssensor 39 als Frequenzabnormalität erfasst wird, ist die Proportionalintegriereinheit 34 so justiert, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, dass der Betriebswert in der Proportionalintegriereinheit 34 das Abgastemperaturregelungssignal FT äquivalent zu einer Summe des Geschwindigkeits-Lastregelungssignals FN und des eingestellten positiven Werts S1 macht, mit anderen Worten, gleich dem Ausgabesignal der Summiereinheit 36. Dies bedeutet, dass das Abgastemperaturregelungssignal FT durch den Einstellwert S1 auf einen Wert justiert wird, der größer als das Geschwindigkeits-Lastregelungssignal FN ist.
Es wird angenommen, dass das Geschwindigkeits-Lastregelungssignal FN kleiner als das Abgastemperaturregelungssignal FT ist und daher die Wahleinheit 17 für das Brennstoffregelungssignal das Geschwindigkeits-Lastregelungssignal FN als Brennstoffregelungssignal FREF wählt. Wenn die Systemfrequenz f in diesem Zustand abfällt, nimmt das Geschwindigkeits- Lastregelungssignal FN und daher das Brennstoffregelungssignal FREF zu, wenn die Gasturbinengeschwindigkeit N abnimmt, wobei die Brennstoffströmungsrate zunimmt, da der Wert der Systemfrequenz f gleich dem Wert der Gasturbinengeschwindigkeit N in dem Zustand ist, in dem der Generator 9 mit dem Elektrizitätssystem verbunden ist. Wenn die Gasturbinengeschwindigkeit N abfällt, nimmt ferner die Strömungsrate der Verbrennungsluft von dem Luftkompressor 2 ab, so dass die Generatorausgabe MW abfällt, wobei das Verhältnis (Brennstoffströmungsrate/Luftströmungsrate) zunimmt, so dass sowohl die Verbrennungsgastemperatur TX3 als auch die Gasturbinenabgastemperatur TX4 zunehmen.
Wenn eine solche Situation im Fall des in Fig. 37 gezeigten Stands der Technik auftritt, nimmt das Abgastemperatursignal FT ab und unterdrückt die Zunahme der Abgastemperatur TX4, und ein Schalten tritt auf, so dass das Abgastemperatursignal FT anstatt des Geschwindigkeits-Lastregelungssignals FN als Brennstoffregelungssignal FREF verwendet wird. Daher tritt keine weitere Zunahme der Brennstoffströmungsrate auf. Im Gegensatz dazu wird im Fall der ersten Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 2 gezeigt ist, das Abgastemperaturregelungssignal FT als Antwort auf das Signal von dem Systemabnormalitätssensor 39 durch den Einstellwert S1 so justiert, dass es größer als das Geschwindigkeits-Lastregelungssignal FN ist. Daher nehmen das Geschwindigkeits-Lastregelungssignal FN und somit das Brennstoffregelungssignal FREF als Antwort auf den Abfall der Systemfrequenz f und der Gasturbinengeschwindigkeit N zu, so dass die Brennstoffströmungsrate zunimmt.
Aus diesem Grund ist es möglich, die Systemfrequenz f zu erhöhen, um die Nennfrequenz durch Erhöhen der Generatorausgabe MW wieder herzustellen. Dass das Abgastemperaturregelungssignal FT nicht als Brennstoffregelungssignal FREF gewählt wird, bedeutet, dass der Betrieb des Regelungsabschnitts 18 für die Verbrennungsgastemperatur außer Betrieb oder deaktiviert ist. Somit sind Deaktivierungsmittel zum Deaktivieren des Betriebs des Regelungsabschnitts 18 für die Verbrennungsgastemperatur vorgesehen. Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung wird das Abgastemperaturregelungssignal FT größer als das Geschwindigkeits- Lastregelungssignal FN durch den Einstellsignalwert S1 gewählt, wobei die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung wird unter Verweis auf das Blockdiagramm gemäß Fig. 3 beschrieben. Die gleichen Elemente wie bei der ersten Ausführungsform sind mit den gleichen Referenzziffern bezeichnet und eine Beschreibung davon wird weggelassen. Die zweite Ausführungsform weist ein zusätzliches Element auf, das eine Taktgebungseinheit 40 ist. In dieser Taktgebungseinheit 40 ist basierend auf den Charakteristika des Gesamtsystems eine Zeitdauer festgelegt, innerhalb derer man erwartet, dass die Systemfrequenz eine Nennfrequenz wieder einnimmt. Wenn die Systemfrequenz abfällt, erfasst der Systemabnormalitätssensor 39 dies. Sobald der Sensor 39 die Abnormalität erfasst, beginnt die Taktgebungseinrichtung 40 während der eingestellten Zeitdauer zu arbeiten und wählt den Schalter 38 in der in Fig. 3 gezeigten Position. Nach dem Ablauf der eingestellten Zeit arbeitet die Taktgebungseinheit 40, um die ursprüngliche Position des Schalters 38 wieder herzustellen, wobei man erwartet, dass die Systemfrequenz wieder eingestellt ist, so dass das Signal TE an die Proportionalintegrationseinheit 34 gesendet wird und eine normale Verbrennungsgastemperaturregelung ausgeführt wird. Es ist anzumerken, dass die Regelungsfunktion für die Verbrennungsgastemperatur in ihren Normalzustand zurückkehrt, um die Gasturbine innerhalb einer kürzest möglichen Zeit zu schützen.
Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung. Die gleichen Elemente wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform werden nicht erklärt. Bei dem Gasturbinenregelungssystem 10 umfasst der Regelungsabschnitt 18 für die Verbrennungsgastemperatur gemäß der Darstellung einen Funktionsgenerator 32, einen Funktionsgenerator 41, einen Schalter 42, eine Subtraktionseinheit 3 und eine Proportionalintegrationseinheit 34. Der Kompressoreinlassluftdruck PX1 und der Kompressorauslassluftdruck PX2 werden in den Funktionsgenerator 32 eingegeben, der einen normalen Grenzwert TXR4a als Funktion des Verhältnisses PX2/PX1 ausgibt, während der Kompressoreinlassluftdruck PX1 und der Kompressorauslassluftdruck PX2 in den Funktionsgene rator 41 eingegeben werden, der einen Notfallgrenzwert TXR4b als Funktion des Verhältnisses PX2/PX1 ausgibt. Wenn der Systemabnormalitätssensor 39 nicht in Betrieb ist, ist der Schalter 42, mit dem Funktionsgenerator 32 verbunden, während der Schalter mit dem Funktionsgenerator 41 verbunden ist, wenn der Systemabnormalitätssensor 39 in Betrieb ist. Die Taktgebungseinheit 40 arbeitet, um das Signal von dem Systemabnormalitätssensor 39 zu unterbrechen und den Schalter 42 mit dem Funktionsgenerator 32 zu verbinden, sobald die eingestellte Zeit angefangen vom Betrieb des Systemabnormalitätssensors 39 abgelaufen ist. Der Grenzwert TXR4 von dem Funktionsgenerator 32 oder 41 und die Abgastemperatur TX4 werden in die Subtraktionseinheit 33 eingegeben. Die Subtraktionseinheit 33 gibt die Temperaturabweichung TE aus, die an die Proportionalintegrationseinheit 34 geschickt wird, die wiederum das Verbrennungsgastemperatursignal FT ausgibt. Das Verbrennungsgastemperatursignal FT wird an die Wahleinheit 17 für das Brennstoffregelungssignal geschickt. Es ist anzumerken, dass der Schalter 42 eine Schalteinrichtung bildet.
Fig. 5, 6 und 7 zeigen quantitative Veränderungen im Zustand der Gasturbineneinheit 100, die das in Fig. 4 gezeigte Gasturbinenregelungssystem 10 verwendet. Wie es in Fig. 5 gezeigt ist, nimmt die Brennstoffströmungsrate GFX zu, wenn die Generatorausgabe MW zunimmt, proportional zur Generatorausgabe MW. Bis die Generatorausgabe MW den Zeitpunkt t1 erreicht, wird der Winkel der Einlassführungsschaufeln bzw. Flügelschaufeln 1 konstant durch die Antriebseinrichtung 101 für die Einlassführungsschaufeln bzw. Flügelschaufeln gehalten, so dass die Kompressorluftströmungsrate GAX konstant gehalten wird. Wenn die Generatorausgabe MW vom Zeitpunkt t1 zum Zeitpunkt t3 zunimmt, wird der Winkel der Einlassführungsschaufeln bzw. Flügelschaufeln 1 graduell durch die Antriebseinrichtung 101 für die Einlassführungsschaufeln bzw. Flügelschaufeln vergrößert. Als Folge davon nimmt die Kompressorluftströmungsrate GAX wie gezeigt zu. Wenn die Generatorausgabe MW zunimmt, nimmt das Druckverhältnis PX2/PX1 wie gezeigt zu.
Gemäß Fig. 6 nimmt die Verbrennungsgastemperatur TX3 zu, wenn die Generatorausgabe MW zunimmt, und sobald die Generatorausgabe MW den Zeitpunkt t2 erreicht, erreicht die Verbrennungsgastemperatur TX3 den oberen Grenzwert TXR3a. Der Grund, warum die Kompressorluftströmungsrate GAX konstant gehalten wird, bis die Generatorausgabe MW den Zeitpunkt t1 erreicht, liegt darin, die Verbrennungsgastemperatur TX3 so rasch wie möglich zu erhöhen, um damit die Gasturbineneffizienz zu erhöhen. Selbst wenn die Generatorausgabe MW vom Zeitpunkt t2 zum Zeitpunkt t3 zunimmt, wird die Verbrennungsgastemperatur TX3 auf oder unter dem oberen Grenzwert TXR3a gehalten. Wenn die Generatorausgabe MW zunimmt, nimmt die Abgastemperatur TX4 ebenfalls zu, und wenn die Generatorausgabe MW den Zeitpunkt t1 erreicht, erreicht die Abgastemperatur TX4 den normalen Grenzwert TXR4a. Selbst wenn die Generatorausgabe MW vom Zeitpunkt t1 zum Zeitpunkt t2 zunimmt, wird die Abgastemperatur TX4 auf oder unter dem normalen Grenzwert TXR4a gehalten, da der Winkel der Einlassführungsschaufeln bzw. Flügelschaufeln 1 durch die Antriebseinrichtung 101 für die Einlassführungsschaufeln bzw. Flügelschaufeln erhöht wird, um damit die Kompressorluftströmungsrate GAX zu erhöhen, und da die Brennstoffregelung durch den Regelungsabschnitt 18 für die Verbrennungsgastemperatur durchgeführt wird. Wenn die Verbrennungsgastemperatur TX3 während der Zunahme der Generatorausgabe MW vom Zeitpunkt t2 zum Zeitpunkt t3 konstant gehalten wird, nimmt die Abgastemperatur TX4 wie gezeigt linear ab.
Fig. 7 zeigt die Charakteristika der Funktionsgeneratoren 32 und 41. Der Funktionsgenerator 32 erzeugt den normalen Grenzwert TXR4a, der in einer gestrichelten Linie dargestellt ist, als Funktion des Kompressordruckverhältnisses PX2/PX1. Das Regeln der Abgastemperatur TX4 auf oder unter den normalen Grenzwert TXR4a durch die Regelungseinheit für die Verbrennungsgastemperatur ist äquivalent zum Aufrechterhalten der Verbrennungsgastemperatur TX3 auf oder unter dem vorbestimmten Grenzwert TXR3a, wie es in Fig. 6 gezeigt ist. Der Funktionsgenerator 41 erzeugt den Notfallgrenzwert TXR4b, der in einer gestrichelten Linie gezeichnet ist, als Funktion des Kompressordruckverhältnisses PX2/PX1. Im Normalzustand der Verbrennungsgastemperaturregelung ist die Verbrennungsgastemperatur auf oder unter den normalen Grenzwert TXR3a aufgrund der Beschränkung durch den Grenzwert TXR4a begrenzt, so dass die Generatorausgabe MW nicht über den Zeitpunkt t3 hinaus erhöht werden kann. Wenn der Systemabnormalitätssensor 39 arbeitet, wird hingegen der Schalter 42 auf die Seite des Funktionsgenerators 41 geschaltet, um das System in den Zustand der Notfallregelung für die Verbrennungsgastemperatur mit dem Notfallgrenzwert TXR4b zu bringen, so dass die Verbrennungsgastemperatur auf TXR3b erhöht werden kann und die Generatorausgabe MW bis zum Zeitpunkt t4 erhöht werden kann, um es zu erleichtern, die Systemfrequenz wieder herzustellen.
Die Einlassführungsschaufeln oder Flügelschaufeln 1, die bei dieser Ausführungsform verwendet werden, sind so eingestellt, dass sie den Maximalwinkel einnehmen, wenn die Generatorausgabe MW am Zeitpunkt t3 ist, und die Einlassführungsschaufeln oder Flügelschaufeln 1 halten den Maximalwinkel, während die Generatorausgabe MW vom Zeitpunkt t3 zum Zeitpunkt t4 zunimmt. Daher wird die Kompressorluftströmungsrate GAX während der Zunahme der Generatorausgabe vom Zeitpunkt t3 zum Zeitpunkt t4, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, konstant gehalten.
Fig. 8 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Gasturbinenregelungssystem 10 gemäß dieser Ausführungsform weist der Regelungsabschnitt 8 für die Brennstoffgastemperatur eine Temperatureinstelleinheit 111, eine weitere Temperatureinstelleinheit 112, einen Schalter 42, eine Subtraktionseinheit 33 und eine Proportionalintegrationseinheit 34 auf, die wie gezeigt zusammengestellt sind. Die Temperatureinstelleinheit 111 erzeugt einen normalen oberen Grenzwert TXR3a und die Temperatureinstelleinheit 112 erzeugt einen oberen Notfallgrenzwert TXR3b. Wenn der Systemabnormalitätssensor 39 nicht in Betrieb ist, ist der Schalter auf die Temperatureinstelleinheit 111 geschaltet, während der Schalter auf die Temperatureinstelleinheit 112 geschaltet ist, wenn der Systemabnormalitätssensor 39 in Betrieb ist. Wenn der Systemabnormalitätssensor 39 arbeitet, beginnt die Taktgebungseinrichtung 40 während einer festgelegten Zeitdauer zu arbeiten, und beim Ablauf der eingestellten Zeit unterbricht die Taktgebungseinheit 40 das Signal von dem Sensor 39 und schaltet den Schalter 42 auf die Seite der Temperatureinstelleinheit 111. Die Subtraktionseinheit 33 empfängt den Grenzwert TXR3 von der Temperatureinstelleinheit 111 oder 112 ebenso wie die Verbrennungsgastemperatur TX3 und gibt eine Temperaturabweichung TE aus, die an die Proportionalintegrationseinheit 34 zugeführt wird, von der das Regelungssignal FT für die Verbrennungsgastemperatur ausgegeben wird und an die Wahleinheit 17 für das Brennstoffregelungssignal geschickt wird. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird die Verbrennungsgastemperatur TX3 anstatt der Abgastemperatur TX4 zur Brennstoffregelung erfasst, wodurch das Ansprechverhalten beim Regeln rasch ist.
Fig. 9 zeigt eine fünfte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Gasturbinenregelungssystem 10 gemäß dieser Ausführungsform weist der Regelungsabschnitt 18 für die Brennstoffgastemperatur eine Temperatureinstelleinheit 11, eine weitere Temperatureinstelleinheit 12, einen Schalter 42, eine Subtraktionseinheit 33 und eine Proportionalintegrationseinheit 34 auf, die wie gezeigt zusammengefügt sind. Die Temperatureinstelleinheit 111 erzeugt einen normalen oberen Grenzwert TXR3a und die Temperatureinstelleinheit 112 erzeugt einen oberen Notfallgrenzwert TXR3b. Wenn der Systemabnormalitätssensor 39 nicht in Betrieb ist, wird der Schalter 42 auf die Temperatureinstelleinheit 111 umgeschaltet, während der Schalter 42 auf die Temperatureinstelleinheit 112 umgeschaltet wird, wenn der Systemabnormalitätssensor 39 in Betrieb ist. Wenn der Systemabnormalitätssensor 39 arbeitet, beginnt die Taktgebungseinheit, während einer festgelegten Zeitdauer 40 zu arbeiten, und nach dem Ablauf der eingestellten Zeit unterbricht die Taktgebungseinheit 40 das Signal von dem Sensor 39 und schaltet den Schalter 42 auf die Seite der Temperatureinstelleinheit 111 um. Das Vorstehende entspricht der Ausführungsform gemäß Fig. 8. Bei dieser fünften Ausführungsform ist eine Arithmetikeinheit (ein Rechner) 113 vorgesehen. In diese Arithmetikeinheit 113 werden die Kompressorluftströmungsrate GAX, eine Kompressorauslasstemperatur TX2 und eine Brennstoffströmungsrate GFX eingegeben. Die Arithmetikeinheit 113 berechnet eine Verbrennungsgastemperatur TX3, wobei sie die folgende Formel verwendet:

TX3 = TX2 + Q.GFX/(GAX.Cp),

wobei Cp die spezifische Wärme von Luft ist und Q die aus dem Brennstoff erzeugte Wärmemenge ist.
Die Subtraktionseinheit 33 empfängt den Grenzwert TXR3 von der Temperatureinstelleinheit 111 oder 112, ebenso wie die Verbrennungsgastemperatur TX3 von der Arithmetikeinheit 113. Die Subtraktionseinheit 33 gibt eine Temperaturabweichung TE aus, die an die Proportionalintegrationseinheit 34 geliefert wird, von der das Regelungssignal FT für die Verbrennungsgastemperatur ausgegeben wird und an die Wahleinheit 17 für das Brennstoffregelungssignal gesendet wird. Bei dieser fünften Ausführungsform sind sowohl die Zuverlässigkeit bezüglich der Erfassung der Temperatur als auch das Ansprechverhalten bei der Regelung hoch, da die Verbrennungsgastemperatur nicht direkt erfasst wird, sondern basierend auf anderen erfassten Werten berechnet wird.
Fig. 10 und 11 zeigen quantitative Änderungen im Zustand der Gasturbineneinheit 100, die das Gasturbinenregelungssystem 10 verwendet, das in Fig. 8 und 9 dargestellt ist. Wie es in Fig. 10 gezeigt ist, nimmt die Brennstoffströmungsrate GFX proportional zur Generatorausgabe MW zu, wenn die Generatorausgabe MW zunimmt. Bis die Generatorausgabe MW den Zeitpunkt t1 erreicht, bleibt der Winkel der Einlassführungsschaufeln bzw. Flügelschaufeln 1 durch die Antriebseinrichtung 101 für die Einlassführungsschaufeln bzw. Flügelschaufeln konstant, um dadurch die Kompressorluftströmungsrate GAX konstant zu halten. Wenn die Generatorausgabe MW vom Zeitpunkt t1 zum Zeitpunkt t3 zunimmt, wird der Winkel der Einlassführungsschaufeln bzw. Flügelschaufeln 1 graduell durch die Antriebseinrichtung 101 für die Einlassführungsschaufeln bzw. Flügelschaufeln erhöht, um dadurch die Kompressorluftströmungsrate GAX wie gezeigt zu erhöhen.
Gemäß Fig. 11 nimmt die Verbrennungsgastemperatur TX3 zu, wenn die Generatorausgabe MW zunimmt, und wenn die Generatorausgabe MW den Zeitpunkt t1 erreicht, nimmt die Verbrennungsgastemperatur TX3 auf den Normalgrenzwert TXR3a, der durch unterbrochene Linien gezeigt ist, zu. Selbst wenn die Generatorausgabe MW vom Zeitpunkt t1 zum Zeitpunkt t3 zunimmt, wird die Verbrennungsgastemperatur TX3 auf oder unter dem normalen Grenzwert TXR3a gehalten, da der Winkel der Einlassführungsschaufeln bzw. Flügelschaufeln 1 durch die Antriebseinrichtung 101 für die Einlassführungsschaufeln bzw. Flügelschaufeln vergrößert wird, um die Kompressorluftströmungsrate GAX zu erhöhen, und da die Brennstoffzufuhr durch den Regelungsabschnitt 18 für die Verbrennungsgastemperatur geregelt wird. Der Temperaturgenerator 111 erzeugt den normalen Grenzwert TXR3a und der Temperaturgenerator 112 erzeugt den Notfallgrenzwert TXR3b. Da die Verbrennungsgastemperatur TX3 auf oder unter den normalen Grenzwert TXR3a im normalen Verbrennungsgastemperaturregelungsmodus begrenzt ist, kann die Generatorausgabe nicht über den Zeitpunkt t3 hinaus erhöht werden. Wenn der Systemabnormalitätssensor 39 arbeitet, wird der Schalter 42 auf die Seite des Temperaturgenerators 112 geschaltet, um in den Notfallregelungsmodus für die Verbrennungsgastemperatur zu schalten, wodurch der Grenzwert auf den Notfallgrenzwert TXR3b verändert wird, damit die Verbrennungsgastemperatur bis zu TXR3b ansteigen kann. Daher wird es möglich, die Generatorausgabe bis zum Zeitpunkt t4 zu erhöhen, so dass die Systemfrequenz einfach wiederhergestellt werden kann.
Die Einlassführungsschaufeln bzw. Flügelschaufeln 1 sind so gestaltet, dass sie den Maximalwinkel einnehmen, wenn die Generatorausgabe MW am Zeitpunkt t3 ist, und dass sie den Winkel konstant während der Zunahme der Generatorausgabe MW vom Zeitpunkt t3 zum Zeitpunkt t4 halten. Aus diesem Grund bleibt die Kompressorluftströmungsrate GAX, wie es in Fig. 10 dargestellt ist, während der Zunahme der Generatorausgabe MW vom Zeitpunkt t3 zum Zeitpunkt t4 konstant.
Fig. 12 zeigt eine sechste Ausführungsform des Gasturbinenregelungssystems 10 der Erfindung. Wie es dargestellt ist, weist der Regelungsabschnitt 18 für die Brennstoffgastemperatur einen Funktionsgenerator 42, eine Subtraktionseinheit 33a, eine Temperatureinstelleinheit 112, eine Berechnungseinheit 113, eine Subtraktionseinheit 33b, einen Schalter 42 und eine Proportionalintegrationseinheit 34 auf. In den Funktionsgenerator 32 werden der Kompressoreinlassluftdruck PX1 und der Kompressorauslassluftdruck PX2 eingegeben. Der Funktionsgenerator 32 gibt den normalen Grenzwert TXR4a als Funktion des Druckverhältnisses PX2/PX1 aus. Der normale Grenzwert TXR4a von dem Funktionsgenerator 32 und die Abgastemperatur TX4 werden in die Subtraktionseinheit 33a eingegeben, die die Temperaturabweichung TEa ausgibt. Die Temperatureinstelleinheit 112 erzeugt den Notfallgrenzwert TXR3b. Die Berechnungseinheit 113 berechnet die Verbrennungsgastemperatur TX3 auf der Basis der Kompressorluftströmungsrate GAX, der Kompressorauslasslufttemperatur TX2 und der Brennstoffströmungsrate CFX. In die Subtraktionseinheit 33b werden der Notfallgrenzwert TXR3b von der Temperatureinstelleinheit 112 und die Verbrennungsgastemperatur TX3 von der Berechnungseinheit 113 eingegeben. Die Subtraktionseinheit 33b gibt eine Temperaturabweichung TEb aus.
Wenn der Systemabnormalitätssensor 39 nicht arbeitet, ist der Schalter 42 mit der Subtraktionseinheit 33a verbunden, während der Schalter 42 mit der Subtraktionseinheit 33b verbunden ist, wenn der Abnormalitätssensor 39 arbeitet. Die Taktgebungseinheit 40 arbeitet, so dass sie das Signal von dem Systemabnormalitätssensor 39 unterbricht, sobald eine vorbestimmte Zeitdauer abgelaufen ist, nachdem der Systemabnormalitätssensor 39 in Betrieb gesetzt worden ist, wonach die Taktgebungseinheit 40 den Schalter 42 mit der Seite der Subtraktionseinheit 33a verbindet. Die Temperaturabweichung TEa von der Subtraktionseinheit 33a oder die Temperaturabweichung TEb von der Subtraktionseinheit 33b wird in die Proportionalintegrationseinheit 34 eingegeben, die das Regelungssignal FT für die Verbrennungsgastemperatur ausgibt, das in die Wahleinheit 17 für das Brennstoffregelungssignal eingegeben wird. Bei dieser Ausführungsform wird eine hohe Zuverlässigkeit bei der Temperaturerfassung erzielt, da die Abgastemperatur für die normale Verbrennungsgastemperaturregelung verwendet wird, und ein hohes Ansprechverhalten bei der Regelung wird erzielt, da die Verbrennungsgastemperatur für die Notfallregelung der Verbrennungsgastemperatur verwendet wird.
Wie der normale Grenzwert TXR3 bei der normalen Verbrennungsgastemperaturregelung bestimmt wird, wird unter Verweis auf Fig. 13, 14 und 15 beschrieben, die sich auf eine siebte Ausführungsform der Erfindung beziehen. Fig. 13 stellt ein Verhältnis zwischen der Verbrennungsgastemperatur TX3 und der Kriechfestigkeit eines Materials, das für Teile im Heißgasweg der Gasturbine verwendet wird, dar. Da die Temperatur der Teile im Heißgasweg proportional zur Verbrennungsgastemperatur zu- und abnimmt, ist eine Proportionalitätskonstante bei der Temperaturvariation mit C in der Figur bezeichnet. Wenn die Verbrennungsgastemperatur zunimmt, nimmt die Kriechfestigkeit des Materials ab. Um einen Schaden an den Teilen im Heißgasweg zu verhindern, muss die Verbrennungsgastemperatur so begrenzt werden, dass die Maximalspannung, die in den Teilen im Heißgasweg erzeugt wird, auf oder unter der Kriechfestigkeit des Materials gehalten wird.
In Fig. 13 ist die obere Grenze der Verbrennungsgastemperatur mit einer durchgezogenen Linie für den Fall gezeigt, dass eine 100.000-Stunden Kriechfestigkeit als Grenzfestigkeit verwendet wird, und eine obere Grenze der Verbrennungsgastemperatur ist als Punkt-Strich-Linie für den Fall gezeigt, dass eine 10.000-Stunden Kriechfestigkeit als Grenzfestigkeit verwendet wird. Für den Fall, für den die 100.000 Stunden Kriechfestigkeit als Grenzfestigkeit verwendet wird, werden die Teile im Heißgasweg nach 100.000 Stunden Gasturbinenbetrieb ausgetauscht, während im Fall, in dem die 10.000 Stunden Kriechfestigkeit als Grenzfestigkeit verwendet wird, die Teile im Heißgasweg nach jeweils 10.000 Stunden Gasturbinenbetrieb ausgetauscht werden müssen, was erhöhte Kosten für das Austauschen der Teile im Heißgasweg mit sich bringt. Fig. 13 zeigt auch die Verbrennungsgastemperatur ebenso wie die durchschnittlichen Ersatzkosten der Teile im Heißgasweg über das Jahr.
Fig. 14 zeigt das Verhältnis zwischen der Verbrennungsgastemperatur TX3 und der Gasturbineneffizienz, und ein Verhältnis zwischen der Verbrennungsgastemperatur TX3 und den durchschnittlichen Brennstoffkosten während des Jahres. Es ist festzustellen, dass die Gasturbineneffizienz wie es mit einer durchgezogenen Linie gezeigt ist, zunimmt, wenn die Verbrennungsgastemperatur TX3 zunimmt, so dass die Brennstoffkosten abnehmen, wie es mit der Ein- Punkt-Strich-Linie dargestellt ist. Fig. 15 zeigt ein Verhältnis zwischen der Verbrennungsgastemperatur TX3 und den Ersatzkosten für Teile im Heißgasweg (in unterbrochenen Linien) und ein Verhältnis zwischen der Verbrennungsgastemperatur TX3 und den Brennstoffkosten (mit der Ein-Punkt-Kettenlinie). Der normale Grenzwert TXR3 wird als Verbrennungsgastemperatur bestimmt, bei der die Summe der Ersatzkosten für Teile im Heißgasweg (in unterbrochenen Linien) und die Brennstoffkosten (als Ein-Punkt-Strich-Linie) einen Minimalwert einnehmen. Durch Bestimmen des Grenzwertes der Verbrennungsgastemperatur wie es erläutert wurde, kann die Gasturbine höchst ökonomisch während langer Zeit betrieben werden.
Wie der Notfallgrenzwert TXR3b für die Notfallverbrennungsgastemperaturregelung bestimmt wird, wird unter Verweis auf Fig. 16 beschrieben, die sich auf eine achte Ausführungsform der Erfindung bezieht. Da die Zeitdauer, in der das Elektrizitätssystem in einem abnormalen Zustand arbeitet, gewöhnlich kurz ist, wird der Notfallgrenzwert TXR3b im Hinblick auf die Kurzzeitfestigkeit des Materials, das die Teile im Heißgasweg der Gasturbine bildet, und im Hinblick auf die Pumpgrenze des Kompressors bestimmt. Fig. 16 zeigt ein Verhältnis zwischen der Verbrennungsgastemperatur TX3 und der Kurzzeitfestigkeit des Materials, das die Teile im Heißgasweg der Gasturbine bildet. Eine Kurzzeitkriechfestigkeit und Streckfestigkeit sind mit jeweils einer durchgezogenen Linie bzw. einer Ein-Punkt-Strichlinie als die Kurzzeitfestigkeit darstellend gezeigt. Es ist festzustellen, dass die Kurzzeitfestigkeit abnimmt, wenn die Verbrennungsgastemperatur TX3 zunimmt. Um einen Schaden an den Teilen im Heißgasweg zu verhindern, muss die Verbrennungsgastemperatur so begrenzt werden, dass die in den Teilen im Heißgasweg erzeugte Maximalspannung unter der Kurzzeitfestigkeit liegt. Ein oberer Grenzwert, der aus der Kurzzeitkriechfestigkeit bestimmt wird (100 Stunden Kriechfestigkeit) ist mit Ta bezeichnet, und ein oberer Grenzwert, der durch die Streckfestigkeit bestimmt wird, ist mit Tb bezeichnet. In vielen Fällen ist eine Wärmewiderstandsbeschichtung an den Oberflächen der Teile im Heißgasweg der Gasturbine angebracht. Wenn die Wärmewiderstandsbeschichtung auf eine Temperatur über ihren oberen Grenzwert erwärmt wird, wird sie gesintert, so dass nicht nur sich ihre Wärmewiderstandsfunktion verschlechtert, sondern auch die Beschichtung von den Oberflächen der Teile im Heißgasweg entfernt wird. Ein anderer oberer Grenzwert Tc wird im Hinblick auf die Wärmewiderstandsbeschichtung bestimmt. Wenn die Verbrennungsgastemperatur zunimmt, ändert sich das Druckverhältnis PX2/PX1 des Kompressors gemäß dem folgenden Ausdruck:

PX2/PX1 = K.GAX(TX3)^1/2

wobei K eine Proportionalitätskonstante ist.
Wie es im Stand der Technik ausreichend bekannt ist, wird ein Pumpverhalten erzeugt, wenn das Druckverhältnis des Kompressors im Übermaß zunimmt, mit der daraus resultierenden Möglichkeit, dass der Kompressor zerstört wird. Dies muss verhindert werden. Ein weiterer oberer Grenzwert Td wird im Hinblick auf eine Pumpgrenze des Kompressors bestimmt. Der Notfalltemperaturgrenzwert TXR3b wird unter Verwendung des folgenden Ausdrucks bestimmt:

TXR3b = min (Ta, Tb, Tc, Td).
Indem der Notfalltemperaturgrenzwert TXR3b wie erwähnt bestimmt wird, können die Teile im Heißgasweg problemlos arbeiten und ein Kompressorpumpverhalten kann vermieden werden, selbst wenn die Gasturbine unter der Notfallregelung für die Verbrennungsgastemperatur betrieben wird.
Fig. 17 zeigt eine neunte Ausführungsform des Gasturbinenregelungssystems der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform umfasst ein Regelungsabschnitt 114 für die Einlassführungsschaufeln einen Funktionsgenerator 115, eine Normalbegrenzungseinrichtung 116, eine Notfallbegrenzungseinrichtung 117, eine Subtraktionseinrichtung 118, einen Schalter 42 und eine Proportionalintegrationseinrichtung 119, die wie gezeigt, zusammengefügt sind. Die Generatorausgabe MW wird in den Funktionsgenerator 115 eingegeben, der einen Regelungswert AXR für den Einlassführungsschaufelwinkel als Funktion der Generatorausgabe MW ausgibt. Der Regelungswert AXR für den Einlassführungsschaufelwinkel wird an entweder die Normalbegrenzungseinrichtung 116 oder die Notfallbegrenzungseinrichtung 117 zugeführt. Die Normalbegrenzungseinrichtung 116 arbeitet so, dass sie den Regelungswert AXR des Einlassführungschaufelwinkels auf einen oberen Grenzwert AXRa begrenzt, und die Notfallbegrenzungseinrichtung 117 arbeitet so, dass sie den Regelungswert AXR des Einlassführungsschaufelwinkels auf einen oberen Grenzwert AXRb begrenzt.
Wenn der Systemabnormalitätssensor 39 nicht in Betrieb ist, ist der Schalter 42 mit der Seite der Normalbegrenzungseinrichtung 116 verbunden, während der Schalter auf die Seite der Notfallbegrenzungseinrichtung 117 geschaltet wird, wenn der Systemabnormalitätssensor 39 arbeitet. Die Taktgebungseinrichtung 40 beginnt während einer festgelegten Zeitdauer zu arbeiten, und nach dem Ablauf der festgelegten Zeit unterbricht die Taktgebungseinrichtung 40 das Signal von dem Sensor 39 und schaltet den Schalter 42 auf die Seite der Normalbegrenzungseinrichtung 116. Die Subtraktionseinrichtung 118 empfängt das Signal des Regelungswerts AXR für den Einlassführungsschaufelwinkel von entweder der Normalbegrenzungseinrichtung 116 oder der Notfallbegrenzungseinrichtung 117 und die Subtraktionseinrichtung 118 gibt ein Signal der Winkelabweichung AE aus, das in die Proportionalintegrationseinrichtung 119 eingegeben wird, die wiederum ein Regelungssignal AREF für den Einlassführungsschaufelwinkel ausgibt, um den Winkel der Einlassführungsschaufeln zu regeln.
Fig. 18 und 19 zeigen quantitative Änderungen des Zustands der Gasturbineneinheit, die durch das in Fig. 17 gezeigte Gasturbinenregelungssystem geregelt wird. Wie es in Fig. 18 dargestellt ist, nimmt die Brennstoffströmungsrate GFX proportional zur Generatorausgabe MW zu, wenn die Generatorausgabe MW zunimmt. Die Kompressorluftströmung GAX wird konstant gehalten, indem der Winkel der Einlassführungsschaufeln 1 durch den Regelungsabschnitt 114für die Einlassführungsschaufeln unverändert gehalten wird, bis die Generatorausgabe MW den Zeitpunkt t1 erreicht. Wenn die Generatorausgabe MW vom Zeitpunkt t1 zum Zeitpunkt t3 zunimmt, wird der Winkel der Einlassführungsschaufeln 1 graduell durch den Regelungsabschnitt 114 für die Einlassführungsschaufel erhöht, und die Kompressorluftströmung GAX wird dadurch wie gezeigt vergrößert.
Wie es in Fig. 19 gezeigt ist, nimmt die Verbrennungsgastemperatur TX3 zu, wenn die Generatorausgabe MW zunimmt, und wenn die Generatorausgabe MW den Zeitpunkt t1 erreicht, nimmt die Verbrennungsgastemperatur TX3 bis zum oberen Grenzwert TXR3 zu. Selbst wenn die Generatorausgabe MW vom Zeitpunkt t1 zum Zeitpunkt t3 zunimmt, wird die Verbrennungsgastemperatur TX3 auf oder unter dem oberen Grenzwert TXR3 gehalten, da die Kompressorluftströmungsrate GAX durch die Funktion des Regelungsabschnitts 114 für die Einlassführungsschaufeln, der den Winkel der Einlassführungsschaufeln erhöht, und aufgrund der Brennstoffregelung, die durch den Regelungsabschnitt 18 für die Verbrennungsgastemperatur durchgeführt wird, erhöht wird. Im normalen Regelungsmodus für die Einlassführungsschaufeln bzw. Flügelschaufeln ist der Winkel der Einlassführungsschaufeln bzw. Flügelschaufeln 1 auf oder unter einen oberen Grenzwert AXRa durch die Normalbegrenzungseinrichtung 116 begrenzt, und folglich ist die Kompressorluftströmungsrate auf oder unter GAXa begrenzt, so dass die Generatorausgabe MW über den Zeitpunkt t3 hinaus nicht zunehmen kann. Wenn der Systemabnormalitätssensor 39 betrieben wird, wird der Schalter 42 auf die Seite der Notfallbegrenzungseinrichtung 117 geschaltet, so dass das System in einen Notfallregelungsmodus für die Einlassführungsschaufeln gelangt, in dem der obere Grenzwert des Einlassführungsschaufelwinkels vom oberen Grenzwert AXRa auf einen oberen Grenzwert AXRb angehoben wird. In diesem Regelungsmodus kann die Kompressorluftströmungsrate auf GAXb erhöht werden, wie es in Fig. 18 gezeigt ist, so dass die Generatorausgabe bis zum Zeitpunkt t4 erhöht werden kann, wodurch die Systemfrequenz einfach wiederhergestellt werden kann. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung bleibt die Verbrennungsgastemperatur TX3 auf oder unter dem oberen Grenzwert TXR3, wie es in Fig. 19 gezeigt ist, da die Kompressorluftströmungsrate GAX zunimmt, selbst wenn die Brennstoffströmungsrate GFX, wie es in Fig. 18 gezeigt ist, erhöht wird, um die Generatorausgabe MW zum Zeitpunkt t3 bis zum Zeitpunkt t4 zu steigern.
Wie der obere Grenzwert AXRa der Normalbegrenzungseinrichtung 116 und der obere Grenzwert AXRb der Notfallbegrenzungseinrichtung 117 bestimmt werden, wird unter Verweis auf Fig. 20 erklärt, die das Verhältnis zwischen dem Einlassführungsschaufelwinkel AX und der Kompressorluftströmungsrate GAX und zwischen dem Einlassführungsschaufelwinkel AX und der Kompressoreffizienz ηc zeigt. Gemäß der Erfindung wird ein Einlassführungsschaufelwinkel, bei dem die Kompressoreffizienz ηc maximal wird, als oberer Grenzwert AXRa der Normalbegrenzungseinrichtung 116 eingesetzt. Durch Bestimmen dieses oberen Grenzwertes AXRa kann der Kompressor unter maximaler Effizienz in einem normalen Zustand betrieben werden. Ferner wird gemäß der Erfindung ein Einlassführungsschaufelwinkel, bei dem die Kompressorluftströmungsrate GAX den Maximalwert einnimmt, als oberer Grenzwert AXRb der Notfallbegrenzungseinrichtung 117 eingesetzt. Durch Bestimmen dieses oberen Grenzwerts AXRb wird es möglich, die Generatorausgabe MW zu erhöhen und somit die Gasturbinenausgabe zu vergrößern, indem die Kompressorluftströmungsrate GAX erhöht wird, wenn eine Abnormalität in der Systemfrequenz auftritt, wodurch die Gasturbinenregelung zum Wiederherstellen der Systemfrequenz einfach durchgeführt werden kann.
Eine zehnte Ausführungsform der Erfindung wird unter Verweis auf Fig. 21 beschrieben. Die gleichen Referenzziffern, die in Fig. 37 verwendet wurden, die den Stand der Technik zeigt, werden auf gleiche oder äquivalente Elemente angewendet und eine Beschreibung davon wird weggelassen. Diese zehnte Ausführungsform ist zusätzlich mit einer Begrenzungseinrichtung 43 für die Variationsrate und einem Schalter 44 versehen, ebenso wie mit dem Systemabnormalitätssensor 39 und der Taktgebungseinrichtung 40. Wenn der Systemabnormalitätssensor 39 arbeitet, wird der Schalter 44, wie gezeigt, geöffnet, und das Geschwindigkeits- Lastregelungssignal FN wird in die Wahleinheit 17 für das Brennstoffregelungssignal über die Variationsratenbegrenzungseinrichtung 43 eingegeben. Beim Ablauf der in der Taktgebungseinrichtung 40 festgelegten Zeit, die die Zeitdauer ist, in der erwartet wird, dass sich die Systemfrequenz wieder herstellt, wird der Schalter 44 geschlossen und die Begrenzungseinrichtung 43 für die Variationsrate umgangen.
Gemäß Fig. 21 arbeitet der Systemabnormalitätssensor 39, wenn sich die Systemfrequenz aus einem vorgegebenen Bereich heraus, in dem das Elektrizitätssystem normal arbeitet, verändert. Beispielsweise arbeitet der Systemabnormalitätssensor 39, wenn die Systemfrequenz über einen vorbestimmten Wert ansteigt oder wenn die Systemfrequenz unter einem vorbestimmten Wert abfällt. Wenn sich die Systemfrequenz f und somit die Gasturbinengeschwindigkeit ändern, wird das Geschwindigkeits-Lastregelungssignal FN entsprechend um eine Menge proportional zu der aufgetretenen Geschwindigkeitsänderung verändert. Diese Änderung bringt eine Änderung der Brennstoffströmungsrate und eine Änderung in der Kompressorluftströmungsrate mit sich, so dass das Verhältnis der Brennstoffströmungsrate zur Verbrennungsluftströmungsrate verändert wird, was Änderungen in der Verbrennungsgastemperatur TX3 und der Gasturbinenabgastemperatur TX4 mit sich bringt. In dem Fall, in dem sich die Systemfrequenz f sich in abnehmender Richtung verändert, ist eine Änderung des Geschwindigkeitslastregelungssignals FN in zunehmender Richtung, das heißt eine Änderung in der Brennstoffströmungsrate in zunehmender Richtung, durch das Abgastemperaturregelungssignal FT begrenzt, so dass ein Schalten auftritt, um die Brennstoffströmungsrate durch das Abgastemperaturregelungssignal FT zu regeln.
Wenn eine rasche und große Änderung der Brennstoffströmungsrate gegeben ist, während der Systemsabnormalitätssensor 39 arbeitet, tritt eine Abgastemperaturänderung mit einer Verzögerung bezüglich der Brennstoffströmungsratenänderung auf, so dass die Abgastemperatur TX4 temporär den Wert übersteigen kann, bei dem ein Alarm ausgegeben wird, oder den Grenzwert, der aus Schutzzwecken vorgegeben ist, was somit möglicherweise dazu führt, dass ein Abschalten der Gasturbine hervorgerufen wird. Die Variationsratenbegrenzungseinrichtung 43 ist vorgesehen, um das Auftreten der erwähnten Situation zu verhindern. Die Variationsratenbegrenzungseinrichtung 43 wird betrieben, dass sie die Variationsrate des Brennstoffregelungssignals FREF begrenzt, das heißt, die Variationsrate der Brennstoffströmungsrate. Im Gegensatz dazu nimmt in dem Fall, in dem die Systemfrequenz f in zunehmender Richtung ändert, der Wert des Verhältnisses der Brennstoffströmungsrate zur Verbrennungsluftströmungsrate ab. Dies bedeutet, dass die Brennstoffströmungsrate abnimmt. Eine rasche Abnahme der Brennstoffströmungsrate kann ein Erlöschen der Flamme in der Gasturbine erzeugen. Um dies zu verhindern, ist es effektiv, die Variationsrate des Brennstoffströmungsregelungssignals FREF zu begrenzen, d. h. die Variationsrate der Brennstoffströmungsrate.
Mit der zehnten Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, übermäßige Variationen der Brennstoffströmungsrate, der Verbrennungsgastemperatur und der Abgastemperatur zu unterdrücken, wodurch Auslösefehler aufgrund einer übermäßig hohen Gastemperatur und ein Erlöschen der Flamme in der Verbrennungseinheit verhindert werden können. Nach dem Ablauf einer vorbestimmten Zeit, innerhalb derer man annimmt, dass sich die Systemfrequenz wieder einstellt, wird die Takteingebungseinrichtung "AUS" und das Gasturbinenregelungssystem kehrt in den normalen Regelungsbetrieb zurück.
Fig. 22 zeigt eine elfte Ausführungsform der Erfindung. Die gleichen Referenzziffern wie diejenigen, die in Fig. 37, die den Stand der Technik zeigt, verwendet sind, werden für die gleichen oder äquivalente Elemente angewendet und eine Beschreibung davon wird weggelassen. Diese elfte Ausführungsform ist zusätzlich mit einem Systemabnormalitätssensor 39, der einen Signalgenerator 45 umfasst, der einen vorbestimmten Systemfrequenzeinstellwert 52 ausgibt, und mit einem Komparator 46, einem Schalter 44, der den Schaltkreis, wie gezeigt, öffnet, wenn ein Ausgabesignalsystem darauf von dem Abnormalitätssensor 39 ausgegeben wird, und einer Variationsratenbegrenzungseinrichtung 43 versehen. Wenn eine Systemfrequenzänderung über einen vorbestimmten Bereich hinaus auftritt, in dem das Elektrizitätssystem normal arbeitet, beispielsweise wenn die Systemfrequenz höher als der vorbestimmte Systemfrequenzeinstellwert 52 in Fig. 22 wird, nimmt das Geschwindigkeits-Lastregelungssignal FN rasch als Antwort auf das Erfassen eines Systemfrequenzabnormalität im Stand der Technik ab, was die Brennstoffströmungsrate drosselt und zu einem Erlöschen der Flamme in der Verbrennungseinheit führen kann.
Bei der in Fig. 22 gezeigten elften Ausführungsform der Erfindung wird der Schalter 42 geöffnet, wenn der Systemabnormalitätssensor 39 arbeitet und ein Ausgabesignal abgibt, so dass das Geschwindigkeits-Lastregelungssignal FN in die Wahleinheit 17 für das Brennstoffregelungssignal über die Begrenzungseinrichtung 43 für die Variationsrate eingegeben wird, die so arbeitet, dass sie eine große Variationsrate der Brennstoffströmungsrate einschränkt, um ein Erlöschen der Flamme in der Verbrennungseinrichtung 4 zu verhindern. In einem solchen Fall ist die Systemfrequenz f hoch, d. h. die Gasturbinengeschwindigkeit N ist hoch, so dass die Kompressorluftströmungsrate zunimmt, wohingegen die Brennstoffströmungsrate in Richtung auf Abnahme geregelt wird. Als Folge wird das Verhältnis der Brennstoffströmungsrate zur Luftströmungsrate klein, was bedeutet, dass die Flamme in der Verbrennungsheit 4 im Vergleich zum Normalbetrieb möglicherweise erlischt. Es ist anzumerken, dass die Begrenzungseinrichtung 43 für die Variationsraten effektiv ist, ein Erlöschen der Flamme im Fall der vorübergehenden abrupten Änderung in Richtung auf die Verringerung der Brennstoffströmungsrate zu verhindern. Wenn sich die Systemfrequenz f wieder einstellt, wird der Schalter 44 geschlossen und die Begrenzungseinrichtung 43 für die Variationsraten umgangen, wodurch der Geschwindigkeits-Lastregelungsabschnitt 16 in seinen normalen Zustand zurückkehrt.
Eine zwölfte Ausführungsform der Erfindung wird unter Verweis auf Fig. 23 beschrieben. Die Ausführungsform aus Fig. 23 unterscheidet sich von der Ausführungsform aus Fig. 22 dadurch, dass in der ersteren eine Begrenzungseinrichtung 48 für die Variationsraten und ein Umschaltschalter 49 vorgesehen sind, um eine Begrenzungsfunktion für das Brennstoffregelungssignal FREF vorzusehen, im Gegensatz zu letzteren, in der die Begrenzungseinrichtung 43 für die Variationsraten und der Schalter 44 vorgesehen sind, um die Begrenzungsfunktion für das Geschwindigkeits-Lastregelungssignal FN auszuüben. Es ist festzustellen, dass der einzige Unterschied zwischen den Ausführungsformen aus Fig. 22 und 23 im Ort liegt, an dem die Begrenzungseinrichtung für die Variationsraten und der Schalter vorgesehen sind. Die elfte und zwölfte Ausführungsform sind dahingehend gleich, dass sie die gleiche Funktion aufweisen, nämlich ein Erlöschen der Flamme in der Verbrennungseinheit 4 zu verhindern, indem eine große Variationsrate der Brennstoffströmungsrate unterdrückt wird.
Das Brennstoffregelungssystem weist Mittel auf, um die Regelungskonstante umzuschalten oder zu verändern. Die Mittel zum Verändern der Regelungskonstante in dem Brennstoffregelungssignal können in dem Geschwindigkeits-Lastregelungsabschnitt oder in einem stromabwärtigen Brennstoffregelungsabschnitt vorgesehen sein.
Eine dreizehnte Ausführungsform der Erfindung wird unter Verweis auf Fig. 24 beschrieben. Wie es gezeigt ist, sind ein Funktionsgenerator 73 und ein weiterer Funktionsgenerator 74 vorgesehen. Diesen zwei Funktionsgeneratoren 73 und 74 wird die Systemfrequenz f zugeführt und sie arbeiten so, dass sie die jeweiligen in Fig. 25 gezeigten Grenzwerte für die Gasturbinenabgastemperatur ausgeben. Wie es in Fig. 24 dargestellt ist, wird die Systemfrequenz in die Funktionsgeneratoren 73 und 74 eingegeben, die die Abgastemperatur TX4 überwachen und jeweilige Abgastemperaturgrenzwerte erzeugen. Die Verbrennungsgastemperatur TX3 kann jedoch anstatt der Abgastemperatur TX4 verwendet werden. In diesem Fall werden die Grenzwerte für die Verbrennungsgastemperatur bestimmt und für den Zweck des Überwachens der Verbrennungsgastemperatur TX3 erzeugt.
Hier wird ein Fall erklärt, in dem die Verbrennungsgastemperatur verwendet wird. Eine Vergleichseinrichtung 75 arbeitet so, dass sie einen Abgastemperaturgrenzwert im Fall des normalen Betriebs mit einer Systemfrequenz f mit der Abgastemperatur TX4 vergleicht, und wenn sie feststellt, dass die Abgastemperatur TX4 höher als der Abgastemperaturgrenzwert ist, dann gibt die Vergleichseinrichtung 75 ein Anweisungssignal an andere Anlagen aus, die mit dem gleichen Elektrizitätssystem verbunden sind, die Generatorausgabe zu erhöhen. Gleichzeitig sendet die Vergleichseinrichtung 75 ein Signal zu einer logischen AND-Einheit 46, die so arbeitet, dass sie einen Systemabnormalitätssensor betreibt, um eine Warnung auszugeben, dass eine Systemabnormalität aufgetreten ist, und das Anhalten des Regelungsabschnitts für die Verbrennungsgastemperatur anzuweisen. Der Funktionsgenerator 74 erzeugt einen anderen Abgastemperaturgrenzwert für einen kurzzeitigen Betrieb. Wenn die Abgastemperatur TX4 weiter ansteigt und eine Vergleichseinrichtung 76 feststellt, dass die Abgastemperatur TX4 die Abgastemperaturgrenze für einen kurzzeitigen Betrieb übersteigt, wird eine Ausgabe der Vergleichseinrichtung 76 an eine Taktgebungseinrichtung 77 gesendet, die nach dem Ablauf einer vorbestimmten Zeit ein Signal an eine logische NOT-Einheit 78 sendet, wobei die Ausgabe der logischen NOT- Einheit 78 Null wird. Als Folge wird das Abnormalitätssignal für die Systemfrequenz, das die Ausgabe der logischen AND-Einheit 86 ist, zu Null.
Fig. 26 zeigt eine Änderung der Systemsfrequenz über die Zeit, wobei die Systemfrequenz aufgrund einer Ursache, wie einem Abkoppeln eines Generators vom Elektrizitätssystem, abfällt und dann den normalen Wert wieder einnimmt. Nochmals Bezug nehmend auf Fig. 24, die für den Betrieb des Systemabnormalitätssensors 39 erklärend ist, wird es durch eine Vergleichseinrichtung 82 festgestellt, wenn die Systemfrequenz 11 einen Einstellwert S3 eines Signalgenerators 83 übersteigt. Ein Signalgenerator 81 erzeugt einen Einstellwert S4. Die Systemfrequenz f wird in eine Berechungseinheit 79 für eine Variationsrate eingegeben, die eine Variationsrate der Systemfrequenz f berechnet und ausgibt. Eine Vergleichseinrichtung 80 bestimmt, ob die so ausgegebene Systemfrequenzvariationsrate den Einstellwert S4 übertrifft. Wenn festgestellt wird, dass die Systemfrequenz wieder hergestellt ist, und das Regelungssystem in den Normalbetrieb gebracht werden kann, gibt eine logische AND-Einheit 84 ein Signal aus, so dass die Ausgabe der mit der logischen AND-Einheit 84 verbundenen logischen NOT-Einheit zu Null wird, wodurch das Systemfrequenzabnormalitätssignal Null wird.
Eine vierzehnte Ausführungsform der Erfindung wird als nächstes unter Verweis auf Fig. 27 beschrieben, die eine Verbesserung des Systemsabnormalitätssensors 39 zeigt. Gemäß der Darstellung ist eine Vergleichseinheit 51 vorgesehen, in die die Generatorspannung VG und ein vorgegebener Einstellwert S5 der Generatorspannung von einem Signalgenerator 50 eingegeben werden, und die Generatorspannung VG und der Einstellwert S5 für die Generatorspannung werden in der Vergleichseinheit 51 verglichen. Der Generatorstrom IG wird in eine Berechnungseinheit 52 für die Variationsrate eingegeben, in der eine Variationsrate des Generatorstroms IG berechnet wird. Eine Vergleichseinrichtung 54 vergleicht die Generatorstromvariationsrate mit einem vorgegebenen Einstellwert S6 von einem Signalgenerator 53. Wenn die Generatorspannung VG auf oder unter den Grenzwert S5 abfällt, oder wenn die Variationsrate des Generatorstroms IG den Setzwert S6 übertrifft, sendet eine logische OR-Einheit 55 ihre Ausgabe an eine logische NOT-Einheit 56, so dass die Ausgabe der logischen NOT-Einheit 56 zu Null wird. Eine Vergleichseinheit 131 empfängt die Systemfrequenz f und einen vorbestimmten Einstellwert S10 für die Systemfrequenz von einem Signalgenerator 130. Wenn die Systemfrequenz f auf oder unter den Einstellwert S10 abfällt, gibt die Vergleichseinheit 130 ihre Ausgabe aus. Die Ausgabe von der Vergleichseinheit 131 und die Ausgabe von der logischen NOT-Einheit 56 werden an eine logische AND-Einheit 57 geschickt. Selbst wenn die Systemfrequenz auf oder unter den Einstellwert S10 abfällt und die Vergleichseinheit 131 ihre Ausgabe abgibt, wird daher die Ausgabe der logischen AND-Einheit 57 auf "AUS" gehalten, wenn die Ausgabe der NOT- Einheit 56 Null ist. Dies bedeutet, dass bestimmt wird, dass ein temporärer kurzzeitiger Systemfrequenzabfall aufgrund eines Systemzwischenfalls erfasst wird, wenn die Generatorspannung VG unter den Einstellwert S5 fällt oder wenn die Variationsrate des Generatorstroms über dem Einstellwert liegt, und die Ausgabe der logischen AND-Einheit 57 wird Null, so dass kein Systemabnormalitätssignal abgegeben wird. Somit ist es möglich, einen fehlerhaften Betrieb des Systemabnormalitätssensor in dem Fall eines kurzzeitigen Systemzwischenfalls zu vermeiden. Es ist zu verstehen, dass Fig. 27 ein Beispiel des Systemabnormalitätssensors 39 zeigt. Diese Ausführungsform verbessert die Zuverlässigkeit des Systemabnormalitätssensors.
Eine fünfzehnte Ausführungsform der Erfindung wird unter Verweis auf Fig. 28 beschrieben. Gemäß der Darstellung werden die Systemfrequenz f und die Abgastemperatur TX4 in einen Funktionsgenerator 89 eingegeben, der eine Dauerhaftigkeit (Ermüdungslebensdauer) der Turbine erzeugt. Die Verbrennungsgastemperatur TX3 kann anstatt der Abgastemperatur TX4 verwendet werden. In diesem Fall wird die Dauerhaftigkeit basierend auf der Systemfrequenz f und der Verbrennungsgastemperatur TX3 bestimmt.
Fig. 29 zeigt das Verhältnis zwischen der Systemfrequenz f und der Dauerhaftigkeit (der Ermüdungslebensdauer) für den Fall, in dem die Abgastemperatur verwendet wird. In Fig. 29 geben Kurven A und B Kurven mit unterschiedlichen Temperaturparametern an. In dieser Figur ist die Systemfrequenz vorgegeben und dann wird der Wert der Abgastemperatur gegeben. Wenn der Wert der Abgastemperatur TX4 mit dem Temperaturparameter der Kurve A zusammenfällt, kann der Wert der Dauerhaftigkeit auf der Ordinate abgelesen werden. Wenn der Wert der Abgastemperatur TX4 ein Wert zwischen der Kurve A und der Kurve B ist, kann der Wert der Dauerhaftigkeit auf der Ordinatenachse durch ein Interpolationsverfahren abgelesen werden. Der Funktionsgenerator 89 erzeugt die so ermittelte Ausgabe der Dauerhaftigkeit. Das gleiche Verfahren kann auch im Fall angewendet werden, in dem die Verbrennungsgastemperatur TX3 verwendet wird.
Die weitere Beschreibung wird im Hinblick auf den Fall gegeben, in dem die Abgastemperatur verwendet wird. Die Systemsfrequenz f und ein Einstellwert S7 von einem Signalgenerator 87 werden in eine Vergleichseinrichtung 88 eingegeben und darin verglichen. Wenn durch die Vergleichseinrichtung 88 bestimmt wird, dass die Systemfrequenz f unter dem Einstellwert S7 liegt, sendet die Vergleichseinrichtung 88 ihre Ausgabe zu einer logischen AND-Einheit 93, und wenn eine Eingabe von einer logischen NOT-Einheit 92 vorliegt, gibt die logische AND-Einheit 93 ein Systemfrequenzabnormalitätssignal aus. Die Ausgabe des Signalgenerators 88 wird über eine Taktgebungseinrichtung 90 einer Vergleichseinrichtung 91 zugeführt, zu der die Ausgabe vom Funktionsgenerator 89 geschickt wird. Wenn die Systemfrequenz f unter den Einstellwert S7 abfällt und die Vergleichseinrichtung 88 eine Ausgabe abgibt, beginnt eine Zeittaktungseinrichtung 90 den Zeitablauf festzuhalten. Die Vergleichseinrichtung 91 vergleicht die Dauerhaftigkeit aus dem Funktionsgenerator 89 und den durch die Taktgebungseinrichtung 90 ermittelten Zeitablauf, und wenn der ermittelte Zeitablauf die Dauerhaftigkeit übertrifft, führt die Vergleichseinrichtung 91 ein Ausgabesignal an die logische NOT-Einheit 92 zu, und ihre Ausgabe wird Null, so dass die Ausgabe der logischen AND-Einheit 93, die das Systemabnormalitätssignal darstellt, beendet wird. Wenn die Ausgabe der logischen AND-Einheit 93 Null wird, wird der Regelungsabschnitt für die Verbrennungsgastemperatur, der seinen Betrieb zum Schutz der Gasturbine eingestellt hat, wieder in Betrieb gebracht. Es ist zu erkennen, dass Fig. 28 auch ein Beispiel des Systemabnormalitätssensors 39 zeigt.
Eine sechzehnte Ausführungsform der Erfindung wird unter Verweis auf Fig. 30 beschrieben. Wie es dargestellt ist, weist diese Ausführungsform die Vergleichseinrichtung 131 auf, die in Fig. 27 dargestellt ist, in der die vierzehnte Ausführungsform der Erfindung gezeigt ist. Wie im Fall von Fig. 27 werden die Systemfrequenz f und der Einstellwert S10 vom Signalgenerator 130 in die Vergleichseinrichtung 131 eingegeben und dort verglichen. Die Ausgabe der Vergleichseinrichtung 131 wird in eine logische AND-Einheit 62 eingegeben. Die Ausgabe der logischen AND-Einheit 62 bildet ein Systemfrequenzabnormalitätssignal. Generatorunterbrechungseinrichtungen A, B, . . . und N weisen Taktgebungseinrichtungen 58, 59, . . . und 60 auf, die jeweils "ON" Signale in den Schaltkreisunterbrechungssignalen umfassen. Diese ON-Signale werden jeweils während einer vorbestimmten Zeitdauer ausgegeben und an eine logische OR-Einheit 61 geschickt, die ein Generatorabkopplungssignal abgibt.
Fig. 31 zeigt eine vereinfachte Ansicht zur Erklärung eines Elektrizitätssystems, bei dem die Transformatoren und andere Geräte aus Vereinfachungsgründen nicht gezeigt sind. In Fig. 31 umfasst ein gezeigtes Gasturbinenregelungssystem 10a ein Gasturbinenregelungssystem 10, das bereits als System gemäß dem Stand der Technik beschrieben worden ist und das zur Regelung des Generators 9 arbeitet. Der Generator 9 ist über eine Generatorunterbrechung 94 mit einem System 97 verbunden, das eine Last umfasst, um Elektrizität zu der Last zu senden. Es gibt Generatoren 9a, 9b, . . . und 9n für weitere Anlagen. Diese Generatoren 9a, 9b, . . . und 9n senden ebenfalls Elektrizität durch Generatorunterbrechungen 94a, 94b, . . . und 94n zum System 97. Die Generatorspannung VG und der Generatorstrom IG, die unter Verweis auf Fig. 27 beschrieben sind, werden an einem Sensor 95 ermittelt, der repräsentativ in Fig. 31 dargestellt ist. Die unter Verweis auf Fig. 22 ff beschriebene Frequenz f wird an einem Sensor 96 ermittelt, der in Fig. 31 gezeigt ist. Der Öffnungs- und Schließzustand der Generatorunterbrechungen 94a, 94b, . . . und 94n wird in das Gasturbinenregelungssystem 10a eingegeben. Das Signal zum Öffnen oder zur Unterbrechung der Generatorunterbrechung A wird an der Generatorunterbrechung 94a in Fig. 31 ermittelt. In ähnlicher Weise werden die Signale zum Öffnen oder zur Unterbrechung der Generatorunterbrechungen B, . . . und N jeweils an der Generatorunterbrechung 94b, . . . und 94n ermittelt.
Als mögliche Ursache zum Erfassen einer Systemfrequenzabnormalität als Folge der Variation der Systemfrequenz f kann das Abkoppeln eines Generators, der mit dem Elektrizitätssystem verbunden ist, in Betracht gezogen werden. In einem System, in dem die Möglichkeit groß ist, dass ein Generator abgekoppelt wird, wird die Generatorabkopplung, d. h. ein Zustand, in dem die Generatorunterbrechung offen ist, so dass keine Stromzufuhr erfolgen kann, wie in Fig. 30 gezeigt erfasst. Insbesondere wenn eine der Generatorunterbrechungen A, B, . . . und N offen ist, schickt die logische OR-Einheit 61 eine Ausgabe an die logische AND-Einheit 62, die ein Systemabnormalitätssignal abgibt, wenn die Systemfrequenz f unter dem eingestellten Wert S 10 liegt. Somit kann eine hohe Zuverlässigkeit bei der Systemabnormalitätserfassung erhalten werden.
Die Taktgebungen 58, 59, . . . und 60 sind vorgesehen, um eine Generatorabkopplung als Ursache eines Systemabnormalitätsphänomens zu erfassen. Eine Zeitdauer, von der man annimmt, dass sie von der Generatorabkopplung bis zu einem Frequenzabfall vergeht, der mit einer Verzögerung als Folge der Generatorabkopplung auftritt, ist in jeder der Taktgebungen 58, 59, . . . und 60 festgelegt. Jede dieser Taktgebungen gibt ein ON-Signal für die Zeitdauer aus. Bei dieser Ausführungsform gibt jede Generatorunterbrechung direkt ein Signal zum Öffnen und Schließen an das Gasturbinenregelungssystem ab. Alternativ könnte eine andere Art von Signal, das die Generatorabkopplung darstellt, an das Gasturbinenregelungssystem von einem anderen Regelungssystem gesendet werden. Es ist zu bemerken, dass Fig. 30 ein anderes Beispiel des Systemabnormalitätssensors 39 zeigt.
Eine siebzehnte Ausführungsform der Erfindung wird unter Verweis auf Fig. 32 beschrieben. Wie bei der vierzehnten Ausführungsform gemäß Fig. 27 weist diese Ausführungsform die Vergleichseinheit 131 auf, zu der die Systemfrequenz f und der eingestellte Wert S10 vom Signalgenerator 130 geschickt werden. Die Ausgabe der Vergleichseinheit 131 und ein Systemtrennungssignal 63 werden in eine logische AND-Einheit 64 eingegeben, die ein Systemtrennungssignal ausgibt. Das Systemtrennungssignal 63 wird unter Verweis auf Fig. 33 erklärt.
In Fig. 33 umfasst das Gasturbinenregelungssystem bzw. die Einrichtung, die mit 10b bezeichnet ist, sowohl ein Gasturbinenregelungssystem bzw. eine Einrichtung 10 gemäß dem Stand der Technik als auch ein Gasturbinenregelungssystem 10a gemäß dieser Erfindung. Das Gasturbinenregelungssystem 10b regelt den Generator 9. Die gleichen Elemente wie in Fig. 31 sind mit diesen Referenzziffern in Fig. 33 bezeichnet und eine Beschreibung dieser Elemente wird weggelassen. Der Unterschied der Ausführungsform von Fig. 33 zu der aus Fig. 31 liegt darin, dass die erstere ein Elektrizitätssystem 97a, das getrennt von dem Elektrizitätssystem 97 ist, ein Hauptelektrizitätssystem 99 und Inter-Systemunterbrechungen 98 und 98a aufweist. Das getrennte Elektrizitätssystem 97a umfasst Generatoren 9p, . . . und 9r, Generatorunterbrechungen 94p, . . . und 94r und eine Last an dem Elektrizitätssystem 97a. Die Elektrizitätssysteme 97 und 97a sind mit dem Hauptelektrizitätssystem 99 jeweils über die Inter-Systemunterbrechungen 98 und 98a verbunden.
Wenn in dem Elektrizitätssystem 97a die Inter-Systemunterbrechung 98a aus irgendeinem Grund geöffnet wird, wird eine große Variation der Stromnachfrage in dem Hauptelektrizitätssystem 99 erzeugt, so dass die durch den Sensor 96 erfasste Systemfrequenz f sich im großen Maß verändert. In diesem Fall wird ein Systemtrennungssignal 63 (63a), das den Öffnungs- und Schließzustand der Inter-Systemunterbrechung 98a darstellt, die in Fig. 33 gezeigt ist, zu einem Gasturbinenregelungssystem 10b geschickt. Wenn die Inter-Systemunterbrechung 98 aus irgendeinem Grund in dem Elektrizitätssystem 97 geöffnet wird, wird entsprechend eine große Variation in der Stromnachfrage in dem Hauptelektrizitätssystem 99 erzeugt, so dass die Systemfrequenz f sich in großem Maße ändert. Auf die gleiche Weise wie oben wird ein Systemtrennungssignal 63 (63b), das den Öffnungs- und Schließzustand der Inter-Systemunterbrechung 98 darstellt, an das Gasturbinenregelungssystem 1 Ob geschickt.
Eine Ursache für die Variation der Systemfrequenz f, die durch den Systemfrequenzabnormalitätssensor in einem Elektrizitätssystem erfasst wird, kann die Möglichkeit einer Unterbrechung in einem getrennten Elektrizitätssystem umfassen, das mit dem gleichen Hauptelektrizitätssystem verbunden ist. Daher wird in einem Elektrizitätssystem, bei dem diese Möglichkeit groß ist, das Systemtrennungssignal 63 (63a, 63b) von der Inter-Systemunterbrechung 98 oder 98a gesendet, sobald sich diese öffnet. Wenn das Systemtrennungssignal 63 in die logische AND-Einheit 64 eingegeben wird, wie es in Fig. 32 gezeigt ist, wird die Ausgabe der logischen AND-Einheit 64 "ON", wenn die Vergleichseinheit 131 ihre Ausgabe zu der logischen AND- Einheit 64 als Folge dessen, dass die Systemfrequenz f unter den eingestellten Wert 130 fällt, sendet. Somit wird eine hohe Zuverlässigkeit bei der Systemfrequenzabnormalitätserfassung erhalten. Bei dieser Ausführungsform wird das Systemtrennungssignal von der Inter- Systemunterbrechung direkt an das Gasturbinenregelungssystem gesendet. Alternativ könnte eine andere Art von Signal, das die Systemtrennung abbildet, an das Gasturbinenregelungssystem von einem anderen Regelungssystem geschickt werden. Es ist festzustellen, dass Fig. 32 auch ein weiteres Beispiel für den Systemabnormalitätssensor 39 zeigt.
Eine achtzehnte Ausführungsform der Erfindung wird unter Verweis auf Fig. 34 beschrieben. Wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 27 weist die achtzehnte Ausführungsform die Vergleichseinheit 131 auf, die das Signal für die Systemfrequenz f und einen vorbestimmten Systemfrequenzeinstellwert S10 von dem Signalgenerator 130 empfängt. Die Ausgabe der Vergleichseinheit 131 wird an eine logische AND-Einheit 71 geschickt. Die achtzehnte Ausführungsform weist auch Mittel auf, um ein Lastanstiegs/Abnahmesignal zu erzeugen, das wie unten beschrieben erzeugt wird.
Die Generatorlast MW wird in eine Berechnungseinheit 65 für die Variationsrate der Generatorlast eingegeben, und gibt die berechnete Variationsrate der Generatorlast an eine Vergleichseinheit 67 aus. Ein Signalgenerator 66 erzeugt einen vorbestimmten Einstellwert 58 und schickt ihn in die Vergleichseinheit 67. Wenn die Variationsrate der Generatorlast den eingestellten Wert 58 übertrifft, gibt die Vergleichseinheit 67 ein ON-Signal aus, das die Lastzunahme darstellt. In eine andere Vergleichseinheit 69 werden die Variationsrate der Generatorlast von der Berechnungseinheit 65 und ein vorbestimmter Einstellwert S9 von einem Signalgenerator 68 eingegeben. Wenn die Variationsrate der Generatorlast unter den eingestellten Wert S9 fällt, gibt die Vergleichseinheit 69 ein ON-Signal aus, das eine Abnahme der Last darstellt. Diese ON- Signale für die Zunahme und Abnahme der Last werden in eine logische OR-Einheit 70 eingegeben, die ein Signal für die Lastzunahme und Abnahme ausgibt, das wiederum in eine logische AND-Einheit 71 eingegeben wird. Wenn die logische AND-Einheit 71 das Signal für die Lastzunahme und Lastabnahme ebenso wie das Ausgangssignal von der Vergleichseinheit 131, das angibt, dass die Systemsfrequenz unter dem Einstellwert S10 liegt, empfängt, gibt die logische AND-Einheit 71 ein Systemfrequenzabnormalitätssignal aus. Somit wird eine hohe Zuverlässigkeit bei dem Systemfrequenzabnormalitätssignal erreicht. Es ist zu verstehen, dass Fig. 34 auch ein Beispiel des Systemfrequenzabnormalitätssensors 39 zeigt.
Eine neunzehnte Ausführungsform der Erfindung wird unter Verweis auf Fig. 35 beschrieben. Wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 27 weist diese neunzehnte Ausführungsform die Vergleichseinheit 131 auf, die das Signal für die Systemsfrequenz f und einen vorbestimmten Einstellwert S10 für die Systemfrequenz von dem Signalgenerator 130 empfängt. Wie bei der Ausführungsform aus Fig. 30 weist diese neunzehnte Ausführungsform ferner die Generatorunterbrechungen A, B, . . . und N, die die Taktgebungen 58, 59, . . . und 60 aufweisen, die jeweils die Stromkreisunterbrechungssignale ausgeben, und die logische OR-Einheit 61 auf. Ferner weist diese neunzehnte Ausführungsform wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 34 eine Berechnungseinheit 65 für die Variationsrate der Generatorlast, die Vergleichseinheiten 67 und 69, die Signalgeneratoren 66 und 68 zum Erzeugen von vorbestimmten Einstellwerten S8 und S9 jeweils und die logische OR-Einheit 70 auf, die ein Lastzunahme und Lastabnahmesignal ausgibt. Das Ausgangssignal von der Vergleichseinheit 131, das Generatortrennsignal von der logischen OR-Einheit 61 und das Signal für die Lastzunahme und Abnahme von der logischen OR-Einheit 70 werden zu einer logischen AND-Einheit 72 geschickt. Durch Kombinieren des Generatortrennsignals und des Lastzunahme- und Abnahmesignals an der logischen AND-Einheit 72 mit dem Ausgabesignal von der Vergleichseinheit 131, das angibt, dass die Systemfrequenz unter den eingestellten Wert S10 gefallen ist, kann eine noch höhere Zuverlässigkeit bei der Erfassung der Systemfrequenzabnormalität erhalten werden. Es ist zu erkennen, dass Fig. 35 ebenfalls ein Beispiel für den Systemfrequenzabnormalitätssensor 39 zeigt.
Die vorliegende Erfindung wurde als Anwendung für ein Kraftwerk beschrieben, das von einem Typ ist, bei dem eine Gasturbine und ein Generator koaxial auf der gleichen Rotationswelle angeordnet sind. Die Erfindung ist jedoch auch für ein Kraftwerk anwendbar, bei dem eine Gasturbine, ein Generator und eine Dampfturbine koaxial auf der gleichen Rotationswelle angeordnet sind. Ferner kann der Brennstoff entweder ein gasförmiger Brennstoff oder ein flüssiger Brennstoff sein. In dem Fall, dass ein flüssiger Brennstoff verwendet wird, wird die Regelung der Strömungsrate des Brennstoffs durch Regeln der Strömungsrate des Brennstoffs, der vom Auslas der Brennstoffpumpe ausgegeben wird, und an den Einlas dieser über eine Bypass-Linie zurückgeführt wird, durchgeführt. Die vorliegende Erfindung kann auf ein solches Flüssigkeitsbrennstoffzufuhrsystem angewendet werden.
Ferner ist die Erfindung auch für ein Gasturbinenregelungssystem verwendbar, bei dem die kritischen Betriebsparameter, wie eine Systemfrequenz, eine Generatorspannung, der Generatorstrom, die Abgastemperatur, die Verbrennungsgastemperatur, die Systemtrennung und das Abkoppeln des Generators wie oben beschrieben überwacht werden und der Bediener eine Systemfrequenzabnormalität entsprechend dem Systemfrequenzabnormalitätssensor anordnet, wenn sein Signal dem oben beschriebenen Systemabnormalitätszustand entspricht.

Claims

1. Gasturbinenregelungssystem zum Regeln einer Gasturbineneinheit, umfassend einen Luftkompressor (2) zum Erzeugen von Druckluft, wobei der Kompressor Einlassführungsschaufeln oder Flügelschaufeln (1) zum Justieren einer Luftströmungsrate in den Kompressor (2) aufweist, eine Verbrennungseinheit (4) zum Verbrennen eines mit der Druckluft von dem Kompressor gemischten Brennstoffs, zum Erzeugen eines Verbrennungsgases, eine Gasturbine (7), die das Verbrennungsgas von der Verbrennungseinheit (4) empfängt und die durch das Verbrennungsgas betrieben wird, um den Kompressor anzutreiben, und einen Elektrizitätsgenerator (9), der mit einem Elektrizitätssystem verbunden ist,
wobei das Gasturbinenregelungssystem umfasst:
eine Regelungseinrichtung (101) für die Einlassführungsschaufel, die die Einlassführungsschaufeln oder Flügelschaufeln regelt, dass sie die Luftströmungsrate in den Kompressor verändert;
ein Brennstoffregelungsventil (5), das vorgesehen ist, um die Strömungsrate des Brennstoffs in die Verbrennungseinheit zu verändern;
eine Geschwindigkeits-Lastregelungseinrichtung (16), die eine Geschwindigkeitsregelungseinrichtung und eine Lastregelungseinrichtung umfasst, wobei die Geschwindigkeits- Lastregelungseinrichtung auf das Brennstoffregelungsventil einwirkt, um die Strömungsrate des Brennstoffs so zu regeln, dass die Gasturbine ein Rotationsgeschwindigkeit aufweist, die mit einem eingestellten Geschwindigkeitswert zusammenfällt;
eine Regelungseinrichtung (18) für eine Verbrennungsgastemperatur, die die Strömungsrate des Brennstoffs so regelt, dass die Verbrennungsgastemperatur einen eingestellten Temperaturwert nicht übersteigt;
einen Systemfrequenzabnormalitätssensor (39), der so arbeitet, dass er eine Variation der Frequenz des Elektrizitätssystems erfasst, um zu bewirken, dass das Elektrizitätssystem aus dem normalen Betrieb geht; und
wobei die Regelungseinrichtung für die Verbrennungsgastemperatur eine Abschalteinrichtung aufweist, die ansprechend auf den Betrieb des Systemfrequenzabnormalitätssensor arbeitet, um die Regelungseinrichtung für die Verbrennungsgastemperatur außer Betrieb zu setzen, damit das Brennstoffregelungsventil durch die Geschwindigkeits-Lastregelungseinrichtung geregelt wird, um eine Systemfrequenz wiederherzustellen.

2. Gasturbinenregelungssystem nach Anspruch 1, wobei die Abschalteinrichtung eine Einrichtung (40) aufweist, um die Regelungseinrichtung (18) für die Verbrennungsgastemperatur während einer Zeitdauer außer Betrieb zu setzen, in der man eine Wiederherstellung der Systemfrequenz erwartet.

3. Gasturbinenregelungssystem zum Regeln einer Gasturbineneinheit, umfassend einen Luftkompressor (2) zum Erzeugen von Druckluft, wobei der Kompressor Einlassführungsschaufeln oder Flügelschaufeln (1) zum Justieren einer Luftströmungsrate in den Kompressor aufweist, eine Verbrennungseinheit (4) zum Verbrennen eines mit der Druckluft von dem Kompressor gemischten Brennstoffs zum Erzeugen eines Verbrennungsgases, eine Gasturbine (7), die das Verbrennungsgas von der Verbrennungseinheit (4) empfängt und die durch das Verbrennungsgas betrieben wird, um den Kompressor anzutreiben, und einen Elektrizitätsgenerator (9), der mit einem Elektrizitätssystem verbunden ist,
wobei das Gasturbinenregelungssystem umfasst:
eine Regelungseinrichtung (101) für die Einlassführungsschaufeln, die die Einlassführungsschaufeln oder Flügelschaufeln so regelt, dass sie die Luftströmungsrate in den Kompressor verändert;
ein Brennstoffregelungsventil (5), das vorgesehen ist, um die Strömungsrate des Brennstoffs in die Verbrennungseinheit zu verändern;
eine Geschwindigkeits-Lastregelungseinrichtung (16), die eine Geschwindigkeitsregelungseinrichtung und eine Lastregelungseinrichtung umfasst, wobei die Geschwindigkeits- Lastregelungseinrichtung auf das Brennstoffregelungsventil einwirkt, um die Strömungsrate des Brennstoffs so zu regeln, dass die Gasturbine eine Rotationsgeschwindigkeit aufweist, die mit einem eingestellten Geschwindigkeitswert zusammenfällt;
eine Regelungseinrichtung (39, 32) für die normale Verbrennungsgastemperatur, die die Strömungsrate des Brennstoffs so regelt, dass die Verbrennungsgastemperatur einen normalen Grenzwert für die Verbrennungsgastemperatur nicht übersteigt;
eine Regelungseinrichtung für die Notfallverbrennungsgastemperatur (41, 42), die die Strömungsrate des Brennstoffs so regelt, dass die Verbrennungsgastemperatur einen Grenzwert für die Notfallverbrennungsgastemperatur nicht übersteigt; und
einen Systemfrequenzabnormalitätssensor (39), der so arbeitet, dass er eine Variation der Frequenz des Elektrizitätssystem erfasst, die bewirkt, dass das Elektrizitätssystem aus dem normalen Betrieb geht;
eine Schalteinrichtung (42), die ansprechend auf den Betrieb des Systemfrequenzabnormalitätssensors arbeitet, um die Regelungseinrichtung für die normale Verbrennungsgastemperatur außer Betrieb zu setzen und die Regelungseinrichtung für die Notfallverbrennungsgastemperatur in Betrieb zu setzen, wobei die Ausgabe der Gasturbine geregelt wird, um eine Systemfrequenz zu stabilisieren.

4. Gasturbinenregelungssystem nach Anspruch 3, wobei die Regelungseinrichtung für die normale Verbrennungsgastemperatur eine Einrichtung (111, 33) umfasst, um eine erfasste Turbinenabgastemperatur mit einem normalen Grenzwert für die Abgastemperatur zu vergleichen, der als Funktion eines Verhältnisses eines Kompressoreinlassluftdrucks zu einem Kompressorauslassluftdruck bestimmt wird, um ein Signal zum Regeln der Strömungsrate des Brennstoffs auszugeben, und folglich zu verhindern, dass die Verbrennungsgastemperatur den normalen Grenzwert für die Verbrennungsgastemperatur übersteigt, und wobei die Regelungseinrichtung für die Notfallverbrennungsgastemperatur eine Einrichtung (112, 33) umfasst, um die Turbinenabgastemperatur mit einem Notfallgrenzwert für die Abgastemperatur zu vergleichen, der als Funktion eines Verhältnisses eines Kompressoreinlassluftdrucks zu einem Kompressorauslassluftdruck bestimmt wird, um ein Signal zum Regeln der Strömungsrate des Brennstoffs auszugeben, um folglich zu verhindern, dass die Verbrennungsgastemperatur den Notfallgrenzwert für die Verbrennungsgastemperatur übertrifft.

5. Gasturbinenregelungssystem nach Anspruch 3, wobei die Regelungseinrichtung für die normale Verbrennungsgastemperatur eine Einrichtung zum Vergleichen einer erfassten Verbrennungsgastemperatur mit einem normalen Grenzwert für die Verbrennungsgastemperatur umfasst, um ein Signal zum Regeln der Strömungsrate des Brennstoffs auszugeben, damit verhindert wird, dass die Verbrennungsgastemperatur den normalen Grenzwert für die Verbrennungsgastemperatur übertrifft, und wobei die Regelungseinrichtung für die Notfallverbrennungsgastemperatur eine Einrichtung zum Vergleichen der Verbrennungsgastemperatur mit einem Notfallgrenzwert für die Verbrennungsgastemperatur umfasst, um ein Signal zum Regeln der Strömungsrate des Brennstoffs auszugeben, so dass verhindert wird, dass die Verbrennungsgastemperatur den Notfallgrenzwert für die Verbrennungsgastemperatur übersteigt.

6. Gasturbinenregelungssystem nach Anspruch 3, wobei die Regelungseinrichtung für die normale Verbrennungsgastemperatur eine Arithmetikeinheit (113) umfasst, die als Eingabe eine Kompressorluftströmungsrate, eine Kompressorauslasslufttemperatur und die Brennstoffströmungsrate empfängt, um eine Verbrennungsgastemperatur zu berechnen und auszugeben, wobei die Regelungseinrichtung für die normale Verbrennungsgastemperatur weiter eine Einrichtung zum Regeln der Strömungsrate des Brennstoffs zur Verbrennungseinheit umfasst, um zu verhindern, dass die Verbrennungsgastemperatur einen normalen Grenzwert für die Verbrennungsgastemperatur übertrifft, und wobei die Regelungseinrichtung für die Notfallverbrennungsgastemperatur eine Arithmetikeinheit (113) umfasst, die als Eingabe eine Kompressorluftströmungsrate, die Kompressorauslasslufttemperatur und die Brennstoffströmungsrate empfängt, um die Verbrennungsgastemperatur zu berechnen und auszugeben, wobei die Regelungseinrichtung für die Notfallverbrennungsgastemperatur weiter eine Einrichtung zum Regeln der Strömungsrate des Brennstoffs an die Verbrennungseinheit umfasst, um zu verhindern, dass die Verbrennungsgastemperatur einen Notfallgrenzwert für die Verbrennungsgastemperatur übersteigt.

7. Gasturbinenregelungssystem nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Regelungseinrichtung für die normale Verbrennungsgastemperatur einen normalen Grenzwert für die Verbrennungsgastemperatur aufweist, der eine Verbrennungsgastemperatur ist, bei der die Summe der Brennstoffkosten und der Ersatzkosten für Teile im Heißgasweg einen Minimalwert einnimmt, wenn die Gasturbine über lange Zeit betrieben wird.

8. Gasturbinenregelungssystem nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die Regelungseinrichtung für die Notfallverbrennungsgastemperatur einen Notfallgrenzwert für die Verbrennungsgastemperatur aufweist, der eine Temperatur ist, die aus einem der Werte Ta, Tb, Tc und Td ausgewählt wird oder die der kleinste der Werte Ta, Tb, Tc und Td ist, wobei Ta der obere Grenzwert des Verbrennungsgases ist, der auf der Basis einer kurzfristig zulässigen Kriechfestigkeit des Materials der Teile im Heißgasweg, die in der Gasturbine verwendet werden, bestimmt wird, Tb ein oberer Grenzwert des Verbrennungsgases ist, der auf der Basis einer zulässigen Streckfestigkeit der Teile im Heißgasweg bestimmt wird, Tc ein oberer Grenzwert des Verbrennungsgases ist, der in Abhängigkeit von einem zulässigen oberen Temperaturgrenzwert einer Wärmewiderstandsbeschichtung auf den Teilen im Heißgasweg bestimmt wird, und Td ein oberer Grenzwert des Verbrennungsgases ist, der auf der Basis einer Pumpgrenze des Kompressors bestimmt wird.

9. Gasturbinenregelungssystem nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die Schalteinrichtung Mittel (40) aufweist, um die Regelungseinrichtung für die normale Verbrennungsgastemperatur außer Betrieb zu setzen und die Regelungseinrichtung für die Notfallverbrennungsgastemperatur in Betrieb zu setzen für eine Zeitdauer, innerhalb derer man annimmt, dass sich die Systemfrequenz wieder einstellt.

10. Gasturbinenregelungssystem zum Regeln einer Gasturbineneinheit, umfassend einen Luftkompressor (2) zum Erzeugen von Druckluft, wobei der Kompressor Einlassführungsschaufeln oder Flügelschaufeln (1) zum Justieren einer Luftströmungsrate in den Kompressor aufweist, eine Verbrennungseinheit (4) zum Verbrennen eines mit der Druckluft von dem Kompressor gemischten Brennstoffs zum Erzeugen eines Verbrennungsgases, eine Gasturbine (7), die das Verbrennungsgas von der Verbrennungseinheit empfängt und die durch das Verbrennungsgas betrieben wird, um den Kompressor anzutreiben, und einen Elektrizitätsgenerator (9), der durch die Gasturbineneinheit betrieben wird und mit einem Elektrizitätssystem verbunden ist,
wobei das Gasturbinenregelungssystem umfasst:
eine Regelungseinrichtung (101) für die Einlassführungsschaufeln, die die Einlassführungsschaufeln oder Flügelschaufeln regelt, dass sie die Luftströmungsrate in den Kompressor verändert, wobei die Regelungseinrichtung für die Einlassführungsschaufeln zwischen einem normalen Regelungsmodus für die Einlassführungsschaufeln und einem Notfallregelungsmodus für die Einlassführungsschaufeln veränderbar sind;
ein Brennstoffregelungsventil (5), das vorgesehen ist, um die Strömungsrate des Brennstoffs in die Verbrennungseinheit zu regeln;
eine Geschwindigkeits-Lastregelungseinrichtung (16), die eine Geschwindigkeitsregelungseinrichtung und eine Lastregelungseinrichtung umfasst, wobei die Geschwindigkeits- Lastregelungseinrichtung auf das Brennstoffregelungsventil einwirkt, um die Strömungsrate des Brennstoffs so zu regeln, dass die Gasturbine eine Rotationsgeschwindigkeit aufweist, die mit einem eingestellten Geschwindigkeitswert zusammenfällt;
eine Regelungseinrichtung (18) für die Verbrennungsgastemperatur, die die Strömungsrate des Brennstoffs so regelt, dass die Verbrennungsgastemperatur einen Grenzwert für die Verbrennungsgastemperatur nicht übersteigt;
einen Systemfrequenzabnormalitätssensor (39), der so arbeitet, das er eine Variation der Frequenz des Elektrizitätssystems erfasst, die bewirkt, dass das Elektrizitätssystem aus dem normalen Betrieb geht; und
Umschaltmittel (42), die ansprechend auf den Betrieb des Systemfrequenzabnormalitätssensors arbeiten, um die Regelungseinrichtung für die Einlassführungsschaufeln von dem normalen Regelungsmodus für die Einlassführungsschaufeln auf den Notfallregelungsmodus für die Einlassführungsschaufeln zu schalten, wobei die Ausgabe der Gasturbine so geregelt wird, dass eine Systemfrequenz stabilisiert wird.

11. Gasturbinenregelungssystem nach Anspruch 10, wobei die Regelungseinrichtung für die Einlassführungsschaufeln in dem normalen Regelungsmodus für die Einlassführungsschaufeln einen oberen Grenzwinkel für die Einlassführungsschaufeln oder Flügelschaufeln aufweist, bei dem die Kompressoreffizienz einen Maximalwert einnimmt, und wobei die Regelungseinrichtung für die Einlassführungsschaufeln in dem Notfallregelungsmodus für die Einlassführungsschaufeln einen oberen Grenzwinkel für die Einlassführungsschaufeln oder Flügelschaufeln aufweist, bei dem der Wert der Kompressorluftströmungsrate einen Maximalwert einnimmt.

12. Gasturbinenregelungssystem nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Umschaltmittel betrieben werden, um die Regelungseinrichtung für die Einlassführungsschaufeln von dem normalen Regelungsmodus für die Einlassführungsschaufeln auf den Notfallregelungsmodus für die Einlassführungsschaufeln während einer Zeitdauer zu schalten, innerhalb derer man annimmt, dass sich die Systemfrequenz wieder einstellt.

13. Gasturbinenregelungssystem zum Regeln einer Gasturbineneinheit umfassend einen Luftkompressor (2) zum Erzeugen von Druckluft, wobei der Kompressor Einlassführungsschaufeln oder Flügelschaufeln (1) zum Justieren einer Luftströmungsrate in den Kompressor aufweist, eine Verbrennungseinheit (4) zum Verbrennen eines mit der Druckluft von dem Kompressor gemischten Brennstoffs zum Erzeugen eines Verbrennungsgases, eine Gasturbine (7), die das Verbrennungsgas von der Verbrennungseinheit empfängt und die durch das Verbrennungsgas betrieben wird, um den Kompressor anzutreiben, und einen Elektrizitätsgenerator (9), der durch die Gasturbineneinheit betrieben wird und mit einem Elektrizitätssystem verbunden ist;
wobei das Gasturbinenregelungssystem umfasst:
eine Regelungseinrichtung (101) für die Einlassführungsschaufeln, die die Einlassführungsschaufeln oder Flügelschaufeln so regelt, dass sie die Luftströmungsrate in den Kompressor zu verändert;
ein Brennstoffregelungsventil (5), das vorgesehen ist, um die Strömungsrate des Brennstoffs in die Verbrennungseinheit zu verändern;
eine Geschwindigkeits-Lastregelungseinrichtung (16), die eine Geschwindigkeitsregelungseinrichtung und eine Lastregelungseinrichtung umfasst, wobei die Geschwindigkeits- Lastregelungseinrichtung auf das Brennstoffregelungsventil einwirkt, um die Strömungsrate des Brennstoffs so zu regeln, dass die Gasturbine eine Rotationsgeschwindigkeit aufweist, die mit einem eingestellten Geschwindigkeitswert zusammenfällt;
eine Regelungseinrichtung (18) für die Verbrennungsgastemperatur, die die Strömungsrate des Brennstoffs so regelt, dass die Verbrennungsgastemperatur einen eingestellten Temperaturwert nicht übersteigt;
einen Systemfrequenzabnormalitätssensor (39), der so arbeitet, dass er eine Variation der Frequenz des Elektrizitätssystems erfasst, die bewirkt, dass das Elektrizitätssystem aus dem normalen Betrieb geht; und
Begrenzungsmittel (116, 117), um eine Antwort der Geschwindigkeitsregelungseinrichtung der Geschwindigkeits-Lastregelungseinrichtung als Antwort auf den Betrieb des Systemfrequenzabnormalitätssensor während einer Zeitdauer zu begrenzen, in der man annimmt, dass sich die Systemfrequenz wiedereinstellt.

14. Gasturbinenregelungssystem zum Regeln einer Gasturbineneinheit, umfassend einen Luftkompressor (2) zum Erzeugen von Druckluft, wobei der Kompressor Einlassführungsschaufeln oder Flügelschaufeln (1) zum Justieren einer Luftströmungsrate in den Kompressor aufweist, eine Verbrennungseinheit (4) zum Verbrennen eines mit der Druckluft von dem Kompressor gemischten Brennstoffs zum Erzeugen eines Verbrennungsgases, eine Gasturbine (7), die das Verbrennungsgas von der Verbrennungseinheit empfängt und die durch das Verbrennungsgas betrieben wird, um den Kompressor anzutreiben, und einen Elektrizitätsgenerator (9), der durch die Gasturbineneinheit betrieben wird und mit einem Elektrizitätssystem verbunden ist,
wobei das Gasturbinenregelungssystem umfasst:
eine Regelungseinrichtung (101) für die Einlassführungsschaufeln, die die Einlassführungsschaufeln oder Flügelschaufeln so regelt, so dass sie die Luftströmungsrate in dem Kompressor verändert;
ein Brennstoffregelungsventil (5), das vorgesehen ist, um die Strömungsrate des Brennstoffs in die Verbrennungseinheit zu verändern;
eine Geschwindigkeits-Lastregelungseinrichtung (16), die eine Geschwindigkeitsregelungseinrichtung und eine Lastregelungseinrichtung umfasst, wobei die Geschwindigkeits- Lastregelungseinrichtung auf das Brennstoffregelungsventil einwirkt, um die Strömungsrate des Brennstoffs so zu regeln, dass die Gasturbine eine Rotationsgeschwindigkeit aufweist, die mit einem eingestellten Geschwindigkeitswert zusammenfällt;
eine Regelungseinrichtung (18) für die Verbrennungsgastemperatur, die die Strömungsrate des Brennstoffs so regelt, dass die Verbrennungsgastemperatur einen eingestellten Temperaturwert nicht übersteigt;
einen Systemfrequenzabnormalitätssensor (39), der so arbeitet, dass er eine Variation der Frequenz des Elektrizitätssystems erfasst, die bewirkt, dass das Elektrizitätssystem aus dem normalen Betrieb geht; und
eine Begrenzungseinrichtung (116, 117), um eine Regelungskonstante zur Verwendung bei der Regelung der Strömungsrate des Brennstoffs als Antwort auf eine Zunahme der Systemfrequenz, wie sie durch den Systemfrequenzabnormalitätssensor erfasst wird, zu verändern, um das Erlöschen der Flamme der Turbine zu verhindern.

15. Gasturbinenregelungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Systemfrequenzabnormalitätssensor so arbeitet, dass er eine Systemfrequenzabnormalität durch Vergleich einer Abgastemperatur der Gasturbine und eines Abgastemperaturgrenzwerts ermittelt, der auf der Basis der Systemfrequenz bestimmt wird.

16. Gasturbinenregelungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Systemfrequenzabnormalitätssensor so arbeitet, dass er eine Systemfrequenzabnormalität durch Vergleich einer Verbrennungsgastemperatur und eines Verbrennungsgastemperaturgrenzwerts ermittelt, der auf der Basis der Systemfrequenz bestimmt wird.

17. Gasturbinenregelungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Systemfrequenzabnormalitätssensor so arbeitet, dass er die Erfassung der Systemfrequenzabnormalität beendet, wenn er mindestens entweder eine Generatorspannungsverringerung oder eine abrupte Zunahme eines Generatorstroms erfasst.

18. Gasturbinenregelungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Systemfrequenzabnormalitätssensor in Bezug auf eine Dauerhaftigkeit arbeitet, die auf der Basis der Systemfrequenz und entweder der Abgastemperatur oder der Verbrennungsgastemperatur bestimmt wird.

19. Gasturbinenregelungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Systemfrequenzabnormalitätssensor auf der Basis einer Variation der Systemfrequenz aus einem vorbestimmten Bereich der Systemfrequenz hinaus und einem Signal des Trennens des Generators vom Elektrizitätssystem arbeitet.

20. Gasturbinenregelungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei der Systemfrequenzabnormalitätssensor auf der Basis einer Variation der Systemfrequenz aus einem vorbestimmten Bereich der Systemfrequenz hinaus und einem Signal der Systemtrennung arbeitet.

21. Gasturbinenregelungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei der Systemfrequenzabnormalitätssensor auf der Basis einer Variation der Systemfrequenz aus einem vorbestimmten Bereich der Systemfrequenz hinaus und einer Variation in der Ausgabe des Generators arbeitet.

22. Gasturbinenregelungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei der Systemfrequenzabnormalitätssensor auf der Basis einer Variation der Systemfrequenz aus einem vorbestimmten Bereich der Systemfrequenz hinaus, einem Signal des Trennens des Generators vom Elektrizitätssystem und einer Variation in der Ausgabe des Generators arbeitet.