JP2003293795A - ガスタービン制御装置及びガスタービン制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来計測不可能であったタービン入口温度Ｔ
１Ｔが予測できるガスタービン制御装置を提供する。 【解決手段】 ガスタービンの燃焼器自身を含む燃焼器
の周辺部１０に流入する熱量（項と）と、前記燃焼
器の周辺部内での発熱量（項）と、前記燃焼器の周辺
部から流出する熱量（項）の熱収支と、前記燃焼器の
周辺部内での温度変化（項）との関係（式（１））に
基づいて、タービンの入口温度（Ｔ_４）を推定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン制御
装置及びガスタービン制御方法に関する。本発明は、ガ
スタービンを含む発電プラント全般に関する。

【０００２】

【従来の技術】発電所などで稼動するガスタービンは、
コンプレッサから圧縮した空気とガス燃料が燃焼器に供
給され、燃焼器での燃焼に伴う高温の燃焼ガスを利用し
てタービンを回転させる。タービンの回転軸の周りに
は、コンプレッサ用の動翼とタービン用の動翼とが設け
られ、燃焼器から供給される高温燃焼ガスによりタービ
ン用動翼が回転する。また、燃焼器では、メインの燃料
が供給される燃料ノズル１０３とパイロット燃料が供給
されるパイロットノズルとが燃焼器内筒１０４内に設け
られ、圧縮機から吐出される空気１１１と燃料とを混合
して燃焼し、燃焼器尾筒１０５からタービンに燃焼ガス
を流出する。

【０００３】図８は、燃焼器の構成例を示す図である。
燃焼器は、空気と予混合されたメイン燃料と予混合され
ないパイロット燃料とがそれぞれ供給される燃料ノズル
３及びパイロットノズルと、メイン燃料と混合される圧
縮空気がコンプレッサから供給される圧縮空気吐出口
と、燃焼により火炎が発生する燃焼器内筒１０４と、燃
焼ガスをタービンに送り出す燃焼器外筒１０６と、バイ
パス弁１０８とを有する。

【０００４】ガスタービンの制御は、ガスタービンの構
成要素である、圧縮機、燃焼器、タービン、及び発電機
の各々異なる特性上の要求を満足させる必要がある。こ
のため、図９に示すように、次の各制御回路を並列的に
働かせ、これら各制御回路の出力のうち最小信号を選択
する手法によって、相互に関連し合う各状態変数の保護
制御の要求を同時に満足させて、且つ、最も効率的な運
転が行えるようにしている。

【０００５】図９に示すように、（ａ）回転数に基づく
速度ガバナ制御回路２０１、（ｂ）発電機出力に基づく
ロードリミッタ制御回路２０２、（ｃ）排ガス温度及び
燃焼器圧力に基づくタービン温度リミット制御回路２０
３、（ｄ）燃焼器圧力に基づく燃料リミット制御回路２
０４、の全制御回路２０１〜２０４の出力のうち、最小
信号をミニマムセレクタ回路２０５で選択し、その選択
した信号を制御出力ＣＳＯ（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｉｇｎ
ａｌ Ｏｕｔｐｕｔ：燃料制御信号）とし、このＣＳＯ
を基に燃料供給量の制御を行う。

【０００６】タービン温度リミット制御回路２０３は、
タービン入口温度を設計値以内とするための排ガス温度
制御を行うものである。

【０００７】ガスタービン制御では、昇負荷及びＭＷ
（メガワット：タービン出力）／周波数の急減等による
燃料制御信号ＣＳＯ増加時には、タービン入口温度Ｔ１
Ｔが設計許容値を超過（オーバーシュート）する恐れが
ある。

【０００８】現状は、燃焼器内が高温／高圧／高速流の
ため、タービン入口温度Ｔ１Ｔが直接計測不能であるの
で、代わりに、排ガス温度、ブレードパス温度を使用
し、オーバーシュート防止を行っている。ここで、ブレ
ードパス温度とは、図１０に示すように、タービンを通
過した直後の高温ガスの温度であり、排ガス温度とは、
それよりも下流側での排ガスの温度であり、タービン入
口温度Ｔ１Ｔとは、タービンに入る直前のガスの温度で
ある。

【０００９】しかし、上記のように、排ガス温度、ブレ
ードパス温度を用いてタービン入口温度Ｔ１Ｔを制御す
る方法では、燃料投入からの応答、計測遅れが大きいこ
とから、温調リミット制御（タービン入口温度Ｔ１Ｔが
設計許容値を超過しないようにする制御）の設定値は、
遅れを考慮に入れた保守的な値となっている。これによ
り、昇負荷速度が制限される。

【００１０】実開平５−７９４２号公報には、次のター
ビン入口温度リミット制御回路が記載されている。ガス
タービンの排ガス温度を計る温度計、燃焼器圧力を計る
圧力計、燃焼器に供給する蒸気の量を計る蒸気投入量
計、圧力計の出力を受け予め設定されたタービン入口温
度に対応するタービン出口温度リミット信号を発生する
第１の関数発生器、蒸気投入量計の出力を受け温度バイ
アスを出力する第２の関数発生器、温度計、圧力計、及
び関数発生器の出力を受けタービンリミット制御信号を
出力制御手段を設けるものである。

【００１１】特開２００１−３２９８５５公報には、次
のガスタービンのタービン入口温度予測方法が記載され
ている。ガスタービンの出口温度Ａと吸入空気温度Ｂと
回転数ＮによりパラメータＰを構成し、計測した出口温
度Ａと吸入空気温度Ｂと回転数Ｎを代入したパラメータ
Ｐの値と校正時のみ計測したタービン入口温度からター
ビン入口温度をパラメータＰの関数で表し、この関数に
よりタービン入口温度を算出する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来計測不可能であっ
たタービン入口温度Ｔ１Ｔが予測できることが望まれて
いる。経年劣化などプラントの性状が変化した場合に
も、タービン入口温度Ｔ１Ｔの算出に必要なパラメータ
（熱効率を含む）を正確に更新できることが望まれてい
る。また、その更新はオンラインで自動更新でき、調整
を必要としないことが望まれている。また、タービン入
口温度Ｔ１Ｔの定常値を常に補正できることが望まれて
いる。機器保護の優先のために犠牲になっていた昇負荷
速度を改善できることが望まれている。

【００１３】従って、本発明の目的は、従来計測不可能
であったタービン入口温度Ｔ１Ｔが予測できるガスター
ビン制御装置及びガスタービン制御方法を提供すること
である。

【００１４】また、本発明の別の目的は、経年劣化など
プラントの性状が変化した場合にも、タービン入口温度
Ｔ１Ｔの算出に必要なパラメータ（熱効率を含む）を正
確に更新できるガスタービン制御装置及びガスタービン
制御方法を提供することである。

【００１５】また、本発明の更に別の目的は、機器保護
の優先のために犠牲になっていた昇負荷速度を改善でき
るガスタービン制御装置及びガスタービン制御方法を提
供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】以下に、［発明の実施の
形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決す
るための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特
許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］との対応
関係を明らかにするために付加されたものである。ただ
し、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載
されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならな
い。

【００１７】本発明のガスタービン制御装置は、ガスタ
ービンの燃焼器自身を含む燃焼器の周辺部（１０）に流
入する熱量（項と）と、前記燃焼器の周辺部（１
０）内での発熱量（項）と、前記燃焼器の周辺部（１
０）から流出する熱量（項）の熱収支と、前記燃焼器
の周辺部（１０）内での温度変化（項）との関係（式
（１））に基づいて、タービンの入口温度（Ｔ_４）を推
定する。

【００１８】本発明のガスタービン制御装置において、
前記熱量の算出には、前記燃焼器の周辺部（１０）に流
入する空気流量（Ｇ_３）燃料流量（Ｇ_ｆ）及び燃料温度
（Ｔ _ｆ）、並びに前記燃焼器の周辺部（１０）における
前記空気の流入部（１０２）の温度（Ｔ_３）の計測遅れ
がそれぞれ補償されてなる値（Ｇ_３’、Ｇ_ｆ’、
Ｔ_ｆ’、Ｔ_３’）が用いられる。

【００１９】本発明のガスタービン制御装置において、
前記タービンの入口温度をＴ_４、前記空気流量をＧ_３、
前記燃料流量をＧ_ｆ、前記燃料温度をＴ_ｆ、前記流入部
（１０２）の温度をＴ_３、前記流入部の比熱をｃ_ｐ３、
燃料の発熱量をＨ_ｆ、前記燃焼器の熱効率をη_ｃｂ、燃
焼ガス比熱をｃ_ｐ４、前記燃焼器の周辺部（１０）の容
積をＶ_ｃｂ、燃焼ガス比重をγ_４、燃料比熱をｃ_ｐｆ、
前記タービンの入口の燃焼ガス流量をＧ_４、時間をｔと
したとき、下記式

【数３】 に基づいて、前記タービンの入口温度Ｔ_４を推定する。

【００２０】本発明のガスタービン制御装置において、
前記燃焼器の周辺部（１０）は、車室（１０２）と、前
記燃焼器と、尾筒（１０５）とを含んでいる。

【００２１】本発明のガスタービン制御装置は、燃焼器
の燃焼状態を示すパラメータ（１２）に基づいて、前記
燃焼器の熱効率（η１１）を算出する演算器（４１）
と、前記演算器（４１）により算出された前記燃焼器の
熱効率（η１１）に基づいて、タービンの入口温度を推
定する第１のタービンの入口温度推定部（３０）とを備
え、前記演算器（４１）は、前記第１のタービンの入口
温度推定部（３０）と同じ構成を有する第２のタービン
の入口温度推定部（３０）の出力値に基づいて算出され
た、定常状態での実際のタービンの入口温度を反映した
前記燃焼器の熱効率（η’２１）に基づいて更新され、
前記第１および第２のタービンの入口温度推定部（３
０）のそれぞれは、ガスタービンの燃焼器自身を含む燃
焼器の周辺部（１０）に流入する熱量（項と）と、
前記燃焼器の周辺部（１０）内での発熱量（項）と、
前記燃焼器の周辺部（１０）から流出する熱量（項）
の熱収支と、前記燃焼器の周辺部（１０）内での温度変
化（項）との関係（式（１））に基づいて、前記ター
ビンの入口温度（Ｔ_４）を推定する。

【００２２】本発明のガスタービン制御装置において、
更に、平均値算出部（５０）を備え、前記平均値算出部
（５０）は、設定時間内での、前記燃焼器の燃焼状態を
示すパラメータ（１２）と前記実際のタービンの入口温
度を反映した前記燃焼器の熱効率（η’２１）の値のそ
れぞれの平均値を算出し、前記算出された平均値によ
り、前記演算器（４１）が更新される。

【００２３】本発明のガスタービン制御装置において、
前記設定時間は、ガスタービンが定常状態から非定常状
態に移行したときに終了する。

【００２４】本発明のガスタービン制御装置において、
前記第１および第２のタービンの入口温度推定部（３
０）のそれぞれにおける、前記熱量の算出には、前記燃
焼器の周辺部（１０）に流入する空気流量（Ｇ_３）燃料
流量（Ｇ_ｆ）及び燃料温度（Ｔ _ｆ）、並びに前記燃焼器
の周辺部（１０）における前記空気の流入部（１０２）
の温度（Ｔ_３）の計測遅れがそれぞれ補償されてなる値
（Ｇ_３’、Ｇ_ｆ’、Ｔ_ｆ’、Ｔ_３’）が用いられる。

【００２５】本発明のガスタービン制御装置において、
前記第１および第２のタービンの入口温度推定部（３
０）のそれぞれは、前記タービンの入口温度をＴ_４、前
記空気流量をＧ_３、前記燃料流量をＧ_ｆ、前記燃料温度
をＴ_ｆ、前記流入部（１０２）の温度をＴ_３、前記流入
部の比熱をｃ_ｐ３、燃料の発熱量をＨ_ｆ、前記燃焼器の
熱効率をη_ｃｂ、燃焼ガス比熱をｃ_ｐ４、前記燃焼器の
周辺部（１０）の容積をＶ_ｃｂ、燃焼ガス比重をγ_４、
燃料比熱をｃ_ｐｆ、前記タービンの入口の燃焼ガス流量
をＧ_４、時間をｔとしたとき、下記式

【数４】 に基づいて、前記タービンの入口温度Ｔ_４を推定する。

【００２６】本発明のガスタービン制御装置において、
前記推定されたタービンの入口温度（Ｔ_４）の上限値に
基づいて、燃焼状態を示すパラメータの上限値を設定す
る。

【００２７】本発明のガスタービン制御方法は、ガスタ
ービンの燃焼器に流入する状態量と物理モデルに基づい
て、前記ガスタービンの入口温度の動的挙動を推定する
方法を含む。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明のガスタービン制御
装置の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明す
る。

【００２９】（第１実施形態）図１に示すように、第１
実施形態では、既設計測点（車室温度Ｔ_３、燃料温度Ｔ
_ｆ、燃焼器流入空気流量Ｇ_３、燃料流量Ｇ_ｆ）および燃
焼器熱効率η_ｃｂより、タービン入口温度Ｔ_４（または
Ｔ１Ｔともいう）を応答遅れなく推定する。

【００３０】図１に示すように、第１実施形態は、遅れ
補償機能部２０と、Ｔ１Ｔ（タービン入口温度）推定機
能部３０とを有している。

【００３１】遅れ補償機能部２０は、位相進み要素を有
しており、その位相進み要素を用いて、既設のセンサか
ら入力した既設計測点（車室温度Ｔ_３、燃料温度Ｔ_ｆ、
燃焼器流入空気流量Ｇ_３、燃料流量Ｇ_ｆ）の遅れ補償を
行い、その遅れ補償を行ってなる値Ｔ_３’、Ｔ_ｆ’、Ｇ
_３’、Ｇ_ｆ’をＴ１Ｔ推定機能部３０に出力する。

【００３２】遅れ補償機能部２０の補償式は、Ｋ（１＋
αＴｓ）／（１＋Ｔｓ）である。ただし、α＞１であ
る。既設のセンサによる計測値である、車室温度Ｔ_３、
燃料温度Ｔ_ｆ、燃焼器流入空気流量Ｇ_３、燃料流量Ｇ_ｆ
に対して、それぞれ遅れ補償を行ったものが、Ｔ_３’、
Ｔ_ｆ’、Ｇ_３’、Ｇ_ｆ’である。

【００３３】Ｔ１Ｔ推定機能部３０は、燃焼器に流入す
る状態量と、物理モデル（物理量）からＴ１Ｔの動的挙
動を推定する。Ｔ１Ｔ推定機能部３０は、燃焼器熱効率
η_{ｃ ｂ}と、遅れ補償機能部２０から出力された値
（Ｔ_３’、Ｔ_ｆ’、Ｇ_３’、Ｇ_ｆ’）を入力して、Ｔ１
Ｔ（Ｔ４）を推定する。

【００３４】具体的には、燃焼器の熱収支式（１）にて
Ｔ_４を計算する。

【数５】

【００３５】上式で燃焼器は、図２のようにモデル化し
た。図２は、燃焼器モデル化要素を示している。車室１
０２は、図８の車室１０２に対応しており、尾筒１０５
は、図８の尾筒１０５に対応している。

【００３６】熱収支式（１）は、図２の燃焼器コントロ
ールボリューム（以下ＣＣＶ）１０の熱収支により求ま
るが、以下に各項の説明を記す。以下の式は、上記式
（１）に説明の便宜のために符号を付したものである。

【数６】

【００３７】単位時間あたりＣＣＶ１０に流入する熱量
は、項（燃料）と、項（空気）である。ＣＣＶ１０
内での燃料発熱量は項であり、流入燃料流量Ｇ_ｆと燃
料のカロリーＨ_ｆ、燃料の効率ηにより求まる。ＣＣＶ
１０からの流出熱量は、燃焼後の燃焼ガス（排気ガス）
の持つ熱量項である（Ｇ_４＝Ｇ_３＋Ｇ_ｆ）。よって、
ＣＣＶ１０内の温度変化は（項）は、以上の熱の流入
・流出より式（１）で表される。

【００３８】入力変数を図３に示す。計測信号（車室温
度Ｔ_３、燃料温度Ｔ_ｆ、燃焼器流入空気流量Ｇ_３、燃料
流量Ｇ_ｆ）には、計測器の検出遅れを位相進み要素で補
償する。これにより、従来の排ガス温度からＴ１Ｔを予
測する場合に比べ応答性に優れ、実際のＴ１Ｔと同等の
速応性を有する推定が可能になる。

【００３９】なお、図３に示すように、式（１）により
Ｔ１Ｔ計算を行うときに用いる入出力変数は、以下の通
りである。 Ｔ_３：車室温度［℃］ Ｔ_ｆ：燃料温度［℃］ Ｔ_４：タービン入口温度［℃］ Ｇ_３：燃焼器流入空気流量［ｋｇ／ｓ］ Ｇ_ｆ：燃料流量［ｋｇ／ｓ］ Ｇ_４：タービン入口燃焼ガス流量［ｋｇ／ｓ］ ｃ_ｐ３：車室比熱［ｋｃａｌ／ｋｇ℃］ ｃ_ｐｆ：燃料比熱［ｋｃａｌ／ｋｇ℃］ ｃ_ｐ４：燃焼ガス比熱［ｋｃａｌ／ｋｇ℃］ Ｈ_ｆ：発熱量［ｋｃａｌ／ｋｇ］ η_ｃｂ：燃焼器の熱効率［ｋｃａｌ／ｋｇ］ Ｖ_ｃｂ：車室〜尾筒容積［ｍ^３］ γ_４：燃焼ガス比重［ｋｇ／ｍ^３］ ｔ：時間［ｓｅｃ］

【００４０】Ｔ_３、Ｔ_ｆ、及びＧ_ｆは、計測値であり、
遅れ補償する。Ｇ_３は、計測値であり、遅れ補償する、
もしくは算出する。Ｔ_４＝Ｔ１Ｔである。 Ｇ_４＝Ｇ_３＋Ｇ_ｆである。 ｃ_ｐ３、ｃ_ｐｆ、ｃ_ｐ４、Ｈ_ｆ、γ_４は、物性値であ
る。 η_ｃｂは、設計値であり設計段階で算出する。 Ｖ_ｃｂは、設計値である。

【００４１】第１実施形態では、単位時間あたりにＣＣ
Ｖ（燃焼器自身を含む燃焼器の周辺部）１０に流入する
熱量（項及び）と、ＣＣＶ１０内での発熱量（項
）と、ＣＣＶ１０から流出する熱量（項）の熱収支
と、ＣＣＶ１０内での温度変化（項）との関係に基づ
いて、Ｔ_４を演算により求める。

【００４２】第１実施形態によれば、従来計測不可能で
あったタービン入口温度Ｔ１Ｔが予測可能となる。

【００４３】（第２実施形態）図４を参照して、第２実
施形態について説明する。

【００４４】図４において、図１、図３と同じ構成につ
いては、同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。

【００４５】第２実施形態は、ガスタービンの定常状態
を判定し、定常時に熱効率を算出しておき、定常状態か
ら非定常状態に移行する際などに熱効率ηを算出する関
数設定器を自動更新する装置７０に関する。

【００４６】図４において、符号２０は図１の遅れ補償
機能部２０に対応し、符号３０は、Ｔ１Ｔ推定機能部３
０に対応する。

【００４７】熱効率ηの値は、プラントの劣化等により
プラント設計時からずれる。第２実施形態では、ηの値
をプラントの運転状態から予測してηを更新する。

【００４８】具体的には、熱効率η１１は、燃焼状態を
示す指標（ＧＴ検出値または指令値（例えばＣＳＯ、燃
空比））１２の関数として関数設定器（ＦＸ）４１によ
り算出される。

【００４９】ηの補正量Δη１３は、既設の制御装置に
より求められる定常Ｔ１Ｔ演算値（Ｔ１Ｔｓ）１４と、
第１実施形態の物理モデル算出値１５との偏差１６を比
例積分して求める（符号１７、１８）。符号１７は、入
力信号に対して係数を乗算する乗算器であり、符号１８
は積分器である。

【００５０】定常Ｔ１Ｔ演算値１４は、ガスタービンの
定常時における教師信号として求められる。即ち、ガス
タービンの定常運転時には、Ｔ１Ｔ推定（制御用）機能
部３０から出力されるＴ１Ｔ２２は、定常Ｔ１Ｔ演算値
１４と同じでなければならない（η１１が正しい数値で
あれば）。

【００５１】一方、η’２１は、定常Ｔ１Ｔ演算値１４
を正しく出すための熱効率を示している。η１１が実際
のプラントの状態を反映した正しい数値ではなく、ずれ
た値であれば、η’２１の平均値で計算及びメモリ回路
５０を更新することにより、η１１が実際のプラントの
状態を反映した正しい数値になるように更新する。

【００５２】Δη１３と、関数設定器（ＦＸ）４１によ
り算出されたη１１との和により、補正用のη’２１が
算出される。Ｔ１Ｔ推定（補正用）機能部３０は、その
η’２１と、遅れ補償機能部２０からの出力値
（Ｔ_３’、Ｔ_ｆ’、Ｇ_３’、Ｇ_ｆ’）に基づいて、補正
用Ｔ１Ｔ演算を行い、上記物理モデル算出値１５を出力
する。

【００５３】仮に、η’２１が正しい値でなければ、そ
の分が偏差１６として表れるため、その偏差１６が反映
されることによって、η’２１が正しい値に近づく。一
方、制御用のＴ１Ｔ２２は、関数設定器（ＦＸ）４１に
より算出されたη１１に基づいて、算出される。

【００５４】計算及びメモリ回路５０は、ガスタービン
の定常時のη’（Ｙ）２１と、関数設定器（ＦＸ）４１
に入力されるＦＸ入力信号ＣＳＯ（Ｘ）の、それぞれの
定常平均値（Ｘａｖｅ，Ｙａｖｅ）を計算しておき、そ
の値を計算及びメモリ回路５０の内部に格納する。計算
及びメモリ回路５０は、所定のタイミングで、上記定常
平均値（Ｘａｖｅ，Ｙａｖｅ）を関数設定器（ＦＸ）４
１に出力することで、関数設定器（ＦＸ）４１を更新す
る。

【００５５】関数設定器（ＦＸ）４１の更新ロジックを
図５に示す。現在（ガスタービンの定常状態）の関数設
定器（ＦＸ）４１が、図５の左側の図の実線に示すよう
に設定されているとする。計算及びメモリ回路５０は、
その定常状態のときには、上記のように、η’（Ｙ）２
１と、ＦＸ入力信号ＣＳＯ（Ｘ）を入力する度に、それ
までの入力値を含めた、それぞれの定常平均値（Ｘａｖ
ｅ，Ｙａｖｅ）を計算する。

【００５６】ガスタービンが定常状態から非定常状態に
移行する際には、計算及びメモリ回路５０にて計算し格
納している（Ｘａｖｅ，Ｙａｖｅ）のＸａｖｅに対し
て、上記実線上の点で最も近いＸｉを見つけて、その
（Ｘｉ、Ｙｉ）の点を（Ｘａｖｅ，Ｙａｖｅ）の点に変
更することで、関数設定器（ＦＸ）４１を更新する。

【００５７】計算及びメモリ回路５０は、定常中のＸ，
Ｙ平均値（Ｘａｖｅ，Ｙａｖｅ）を計算しておき、定常
状態から非定常状態へ移行する際、Ｘａｖｅと最も近い
Ｘｉを更新する。つまり（Ｘｉ、Ｙｉ）→（Ｘａｖｅ，
Ｙａｖｅ）となる。Ｔ１Ｔモデルでは入力値Ｘが燃焼状
態を示す指標（ＧＴ検出値または指令値（例えばＣＳ
Ｏ、燃空比））１２、出力値Ｙが補正ηとなっている。

【００５８】なお、関数設定器（ＦＸ）４１の更新タイ
ミングは、上記ガスタービンの定常時から非定常時への
移行時には限定されない。関数設定器（ＦＸ）４１が更
新されるまでの間は、ずれたη１１を出力し続けるた
め、上記ガスタービンの定常時から非定常時への移行時
を待つことなく、所定の時間おきに関数設定器（ＦＸ）
４１を更新することができる。

【００５９】定常判定ロジック５５を図６に示す。

【００６０】定常判定ロジック５５では、ガスタービン
が定常状態にあるか否かの判定は、ガスタービンの性状
を示すパラメータ２３の時系列データと、ＭＷデマンド
（発電機の出力要求）２６により行う。

【００６１】ガスタービンの性状を示すパラメータ２３
は、燃焼状態を示す指標（ＧＴのセンサ検出値または指
令値（例えばＣＳＯ、燃空比））１２と同じデータであ
ってもよいが、違うデータであってもよい。ガスタービ
ンの性状を示すパラメータ２３は、燃焼状態に限らず広
く、ガスタービンの性状を示すデータ（タービン出力を
示すデータを含む）であってもよい。

【００６２】定常判定ロジック５５による判定ロジック
では、以下の（１）及び（２）を同時に満たすときガス
タービンは定常状態にあると判断する。 （１）ＭＷデマンド２６によりプラントが過渡状態でな
いこと。 （２）ガスタービンの性状を示すパラメータ２３の設定
時間（例えば５分間）の平均値を計算し、その今回の計
算値と前回の平均値との偏差がある閾値以内であるこ
と。

【００６３】第２実施形態によれば、経年劣化などプラ
ントの性状が変化した場合にも、Ｔ１Ｔの算出に必要な
熱効率をオンラインで自動更新することが可能となり、
調整を必要としない。また、Ｔ１Ｔの定常値を常に補正
することが可能となる。

【００６４】（第３実施形態）図７を参照して、第３実
施形態について説明する。

【００６５】第３実施形態は、第１実施形態または第２
実施形態により算出するＴ１Ｔを、ガスタービン燃料制
御信号ＣＳＯの温度リミット制御に適用する装置であ
る。ここで、Ｔ１Ｔを算出する際の算出方法は、第１及
び第２実施形態のいずれか一方に限定されないが、図７
では、第２実施形態の装置７０を用いることとする。第
２実施形態の装置７０を用いることにより、プラントの
経年劣化等に対して対応した熱効率の値を用いて、Ｔ１
Ｔ７５を算出することができる。

【００６６】第３実施形態では、第２実施形態の装置７
０によりＴ１Ｔ７５を算出し、そのＴ１Ｔ７５の上限値
（温度リミット値）に相当するＣＳＯの上限値を予め
（ガスタービンの運転前に）算出しておく。このガスタ
ービンの運転前の状態では、熱収支のバランスにより、
Ｔ１Ｔの値に相当するＣＳＯの値が算出される。

【００６７】関数設定器（ＦＸ）８１は、その関数設定
器（ＦＸ）８１からの出力値が、上記算出されたＴ１Ｔ
７５の上限値（温度リミット値）に相当するＣＳＯ（の
上限値）となるように、設定される。

【００６８】この関数設定器（ＦＸ）８１の出力は、温
度リミット信号としてＣＳＯを制限する。低値選択器８
２では、従来の制御装置から出力されるＣＳＯと、関数
設定器（ＦＸ）８１から出力されるＣＳＯの上限値との
低い方の値が選択され、その選択された値がＣＳＯとし
て出力される。ＣＳＯがＴＩＴの上限を超えない値に制
御される。

【００６９】Ｔ１Ｔ７５は、装置７０のＴ１Ｔ推定機能
部３０によって、計測器の検出遅れが補償された値であ
る。この意味において、Ｔ１Ｔ７５は、プラントが過渡
状態（急な負荷上昇等）にあるときにも正確な値であ
る。一方、定常Ｔ１Ｔ演算値Ｔ１Ｔｓは、プラントが定
常状態にあるときの値に過ぎない。そのようなＴ１Ｔ７
５を用いて、燃料流量制御信号（ＣＳＯ）の上限値を生
成することにより、プラントが過渡状態にあるときに
も、Ｔ１Ｔがオーバーシュートすることが防止される。

【００７０】上記例では、関数設定器（ＦＸ）８１の出
力および低値選択器８２からの出力は、燃焼状態を示す
指標（ＧＴ検出値または指令値（例えばＣＳＯ、燃空
比））１２がＣＳＯであることに対応して、ＣＳＯとし
ている。ただし、燃焼状態を示す指標（ＧＴ検出値また
は指令値（例えばＣＳＯ、燃空比））１２がＣＳＯ以外
であれば、関数設定器（ＦＸ）８１の出力および低値選
択器８２からの出力も、それ（ＣＳＯ以外）に対応させ
ることができる。

【００７１】第３実施形態によれば、Ｔ１Ｔ推定値を使
って温調リミット制御を動作させれば、許容値に対する
余裕を直接評価することが可能となり、機器保護優先の
ため犠牲になっていた昇負荷速度を改善することができ
る。

【００７２】

【発明の効果】本発明によれば、従来計測不可能であっ
たタービン入口温度Ｔ１Ｔが予測可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明であるガスタービン制御装置の第１の実
施の形態を示すブロック図である。

【図２】本発明であるガスタービン制御装置の第１の実
施の形態において、ＣＣＶのモデルを説明するための図
である。

【図３】本発明であるガスタービン制御装置の第１の実
施の形態において、入出される変数を示す図である。

【図４】本発明であるガスタービン制御装置の第２の実
施の形態を示すブロック図である。

【図５】本発明であるガスタービン制御装置の第２の実
施の形態において、関数設定器の更新を説明するための
図である。

【図６】本発明であるガスタービン制御装置の第２の実
施の形態において、ガスタービンの定常判定を説明する
ための図である。

【図７】本発明であるガスタービン制御装置の第３の実
施の形態を示すブロック図である。

【図８】一般の燃焼器付近の断面図である。

【図９】ＣＳＯを説明するためのブロック図である。

【図１０】タービン入口温度、ブレードパス温度、排ガ
ス温度を説明するための図である。

【符号の説明】

１０ ＣＣＶ １２ 燃焼器の燃焼状態を示すパラメータ ３０ 第１、第２のタービンの入口温度推定部 ４１ 演算器 ５０ 平均値算出部 １０２ 車室 １０５ 尾筒 Ｇ_３ 空気流量 Ｇ_ｆ 燃料流量 Ｔ_ｆ 燃料温度 Ｔ_３ 空気の流入部の温度 Ｔ_４ タービンの入口温度 ｃ_ｐ３ 流入部の比熱 Ｈ_ｆ 燃料の発熱量 η_ｃｂ 燃焼器の熱効率 ｃ_ｐ４ 燃焼ガス比熱 Ｖ_ｃｂ ＣＣＶの容積 γ_４ 燃焼ガス比重 ｃ_ｐｆ 燃料比熱 Ｇ_４ タービンの入口の燃焼ガス流量 η１１ 燃焼器の熱効率 η’２１ 定常状態での実際のタービンの入口温度を反
映した燃焼器の熱効率

フロントページの続き (72)発明者 園田 隆 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 外山 浩三 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 中村 愼祐 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスタービンの燃焼器自身を含む燃焼器
   の周辺部に流入する熱量と、前記燃焼器の周辺部内での
   発熱量と、前記燃焼器の周辺部から流出する熱量の熱収
   支と、前記燃焼器の周辺部内での温度変化との関係に基
   づいて、タービンの入口温度を推定するガスタービン制
   御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のガスタービン制御装置に
   おいて、 前記熱量の算出には、前記燃焼器の周辺部に流入する空
   気流量、燃料流量及び燃料温度、並びに前記燃焼器の周
   辺部における前記空気の流入部の温度の計測遅れがそれ
   ぞれ補償されてなる値が用いられるガスタービン制御装
   置。
3. 【請求項３】 請求項２記載のガスタービン制御装置に
   おいて、 前記タービンの入口温度をＴ_４、前記空気流量をＧ_３、
   前記燃料流量をＧ_ｆ、前記燃料温度をＴ_ｆ、前記流入部
   の温度をＴ_３、前記流入部の比熱をｃ_ｐ３、燃料の発熱
   量をＨ_ｆ、前記燃焼器の熱効率をη_ｃｂ、燃焼ガス比熱
   をｃ_ｐ４、前記燃焼器の周辺部の容積をＶ_ｃｂ、燃焼ガ
   ス比重をγ_４、燃料比熱をｃ_ｐｆ、前記タービンの入口
   の燃焼ガス流量をＧ_４、時間をｔとしたとき、下記式に
   基づいて、前記タービンの入口温度Ｔ_４を推定する 【数１】 ガスタービン制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１から３のいずれか１項に記載の
   ガスタービン制御装置において、 前記燃焼器の周辺部は、車室と、前記燃焼器と、尾筒と
   を含んでいるガスタービン制御装置。
5. 【請求項５】 燃焼器の燃焼状態を示すパラメータに基
   づいて、前記燃焼器の熱効率を算出する演算器と、 前記演算器により算出された前記燃焼器の熱効率に基づ
   いて、タービンの入口温度を推定する第１のタービンの
   入口温度推定部とを備え、 前記演算器は、前記第１のタービンの入口温度推定部と
   同じ構成を有する第２のタービンの入口温度推定部の出
   力値に基づいて算出された、定常状態での実際のタービ
   ンの入口温度を反映した前記燃焼器の熱効率に基づいて
   更新され、 前記第１および第２のタービンの入口温度推定部のそれ
   ぞれは、ガスタービンの燃焼器自身を含む燃焼器の周辺
   部に流入する熱量と、前記燃焼器の周辺部内での発熱量
   と、前記燃焼器の周辺部から流出する熱量の熱収支と、
   前記燃焼器の周辺部内での温度変化との関係に基づい
   て、前記タービンの入口温度を推定するガスタービン制
   御装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載のガスタービン制御装置に
   おいて、 更に、 平均値算出部を備え、 前記平均値算出部は、設定時間内での、前記燃焼器の燃
   焼状態を示すパラメータと前記実際のタービンの入口温
   度を反映した前記燃焼器の熱効率の値のそれぞれの平均
   値を算出し、 前記算出された平均値により、前記演算器が更新される
   ガスタービン制御装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載のガスタービン制御装置に
   おいて、 前記設定時間は、ガスタービンが定常状態から非定常状
   態に移行したときに終了するガスタービン制御装置。
8. 【請求項８】 請求項５から７のいずれか１項に記載の
   ガスタービン制御装置において、 前記第１および第２のタービンの入口温度推定部のそれ
   ぞれにおける、前記熱量の算出には、前記燃焼器の周辺
   部に流入する空気流量、燃料流量及び燃料温度、並びに
   前記燃焼器の周辺部における前記空気の流入部の温度の
   計測遅れがそれぞれ補償されてなる値が用いられるガス
   タービン制御装置。
9. 【請求項９】 請求項８記載のガスタービン制御装置に
   おいて、 前記第１および第２のタービンの入口温度推定部のそれ
   ぞれは、前記タービンの入口温度をＴ_４、前記空気流量
   をＧ_３、前記燃料流量をＧ_ｆ、前記燃料温度をＴ_ｆ、前
   記流入部の温度をＴ_３、前記流入部の比熱をｃ_ｐ３、燃
   料の発熱量をＨ _ｆ、前記燃焼器の熱効率をη_ｃｂ、燃焼
   ガス比熱をｃ_ｐ４、前記燃焼器の周辺部の容積を
   Ｖ_ｃｂ、燃焼ガス比重をγ_４、燃料比熱をｃ_ｐｆ、前記
   タービンの入口の燃焼ガス流量をＧ_４、時間をｔとした
   とき、下記式に基づいて、前記タービンの入口温度Ｔ_４
   を推定する 【数２】 ガスタービン制御装置。
10. 【請求項１０】 請求項１から９のいずれか１項に記載
    のガスタービン制御装置において、 前記推定されたタービンの入口温度の上限値に基づい
    て、燃焼状態を示すパラメータの上限値を設定するガス
    タービン制御装置。
11. 【請求項１１】 ガスタービンの燃焼器に流入する状態
    量と物理モデルに基づいて、前記ガスタービンの入口温
    度の動的挙動を推定するガスタービン制御方法。