JP2004176582A

JP2004176582A - Gas turbine power plant, control method of the same, and gas turbine control device

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Publication number: JP2004176582A
Application number: JP2002341700A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Tanaka; 聡史田中; Kozo Toyama; 浩三外山; Sumio Toyofuku; 純雄豊福
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2022-11-26
Also published as: JP3790512B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas turbine power plant capable of optimal control of a gas turbine both when the power factor of a power system is constant and when it varies. <P>SOLUTION: The gas turbine power plant according to the present invention has a gas turbine (1), synchronous generator (2) driven by the gas turbine (1), apparent power identifiers (8, 11) for identifying apparent power (Pa) generated by the synchronous generator (2), and controller (9) for controlling the gas turbine (1) in response to the apparent power (Pa). The apparent power (Pa) serves as an indicator that appropriately indicates output torque required for the gas turbine (1) in each case when the power factor of a power system is constant and when it varies. Thus, controlling the gas turbine (1) in response to the apparent power (Pa) allows optimal control of the gas turbine (1) both when the power factor of the power system is constant and when it varies. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，ガスタービン発電プラントに関し，特に，発電機の出力に応答してガスタービンを好適に制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電プラントの一種として，ガスタービン発電プラントが広く使用されている。ガスタービン発電プラントは，ガスタービンと同期発電機とを含んで構成される。ガスタービンは，燃料を燃焼して同期発電機を駆動し，同期発電機は，電力系統に電力を供給する。このようなガスタービン発電プラントは，例えば，特許文献１に開示されている。
【０００３】
ガスタービン発電プラントでは，一般に，ガスタービンのパイロット比と燃空比とが，同期発電機が発生する有効電力を基にして制御される。ここでパイロット比とは，燃焼器のパイロット燃焼器に供給される燃料と，メイン燃焼器に供給される燃料との比であり，燃空比とは，燃焼器で行われる燃焼に供される燃料と空気との比である。パイロット比と燃空比とは，該ガスタービンに要求される出力トルクに基づいて，最適に調整される必要がある。しかし，ガスタービンに要求される出力トルクは，直接に測定することはできない。そこで，一般には，ガスタービンに要求される出力トルクを示す指標である有効電力を基にして，燃焼器に供給される燃料の流量及び燃空比が制御される。
【０００４】
この有効電力は，力率によって依存する量である。一般に，電力系統の力率は，１．０に近くなるように制御され，無効電力の発生が抑制されている。しかし，電力系統に何らかの異常が発生したときには，電力系統の力率が急激に減少し，したがって，有効電力も急激に減少する。
【０００５】
電力系統の力率が１．０の近くに一定に保たれている場合には，有効電力の増減は，概ね，ガスタービンに要求される出力トルクの増減に一致対応する。したがって，この場合には，パイロット比及び燃空比は有効電力に基づいて最適に制御可能である。
【０００６】
しかし，何らかの原因により，電力系統の力率が急激に変化する場合には，有効電力を基にしたパイロット比及び燃空比の制御は，最適であるとはいえない。何故なら，ガスタービンは，有効電力を発生するためのトルクに加えて，無効電力を発生するためのトルクを発生することを要求されるためである。有効電力を発生するためのトルクのみならず無効電力を発生するためのトルクが要求されるのは，同期発電機の下記の作用による。電力系統の力率が１．０から減少されると，同期発電機から系統に無効電力が放出され，同期発電機の運転点は遅相運転領域に移動する。運転点が遅相運転領域に移動すると，直軸反作用によって界磁が弱められ，同期発電機の出力電圧が降下する。同期発電機の出力電圧が降下すると，同期発電機の自動電圧調整器（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＶｏｌｔａｇｅＲｅｇｕｌａｔｏｒ）は，出力電圧の降下を補償するために，界磁電流を増加する。一方，回転界磁型の同期発電機の回転子にかかるトルクは，界磁電流が大きいほど大きい性質を有する。界磁電流の増加によるトルクの増加が，無効電力を発生するためのトルクの増加に相当する。このため，ガスタービンに要求される出力トルクは，電力系統の力率が減少して有効電力が減少しても，大きくは変化しない。同様に，電力系統の力率が増加しても，ガスタービンに要求される出力トルクは，大きくは変化しない。
【０００７】
このように，電力系統の力率が変化しても，パイロット比及び燃空比を大きく変化させる必要はない。しかし，有効電力に基づくパイロット比及び燃空比の制御が行われている場合には，電力系統の力率が急激に変化したときにパイロット比及び燃空比が不必要に急変され，パイロット比及び燃空比が，不適切に制御されることになる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２１８６５７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は，電力系統の力率が一定に保たれる場合と変化する場合との両方において，ガスタービンを最適に制御できるガスタービン発電プラントを提供することにある。
本発明の他の目的は，電力系統の力率が一定に保たれる場合と変化する場合との両方において，ガスタービンのパイロット比を最適に制御できるガスタービン発電プラントを提供することにある。
本発明の更に他の目的は，電力系統の力率が一定に保たれる場合と変化する場合との両方において，ガスタービンの燃空比を最適に制御できるガスタービン発電プラントを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために，本発明は，下記構成を採用する。該構成に含まれる技術的要素には，［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにするために，［発明の実施の形態］で使用される番号・符号が付記されている。但し、付記された番号・符号は、［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。
【００１１】
本発明によるガスタービン発電プラントは，ガスタービン（１）と，ガスタービン（１）によって駆動される同期発電機（２）と，同期発電機（２）が発生する皮相電力（Ｐａ）を同定する皮相電力同定器（８，１１）と，皮相電力（Ｐａ）に応答してガスタービン（１）を制御する制御器（９）とを備えている。皮相電力（Ｐａ）は，電力系統の力率が一定に保たれる場合と変化する場合とのいずれの場合において，ガスタービン（１）に要求される出力トルクを好適に示す指標となる。したがって，皮相電力（Ｐａ）に応答してガスタービン（１）を制御することにより，電力系統の力率が一定に保たれる場合と変化する場合とのいずれの場合においても，ガスタービン（１）を最適に制御することが可能である。
【００１２】
ガスタービン（１）の燃焼器（１ａ）がパイロット燃焼器（図示されない）とメイン燃焼器（図示されない）とを含む場合，制御器（９）は，該パイロット燃焼器に供給される燃料の流量と該メイン燃焼器に供給される燃料の流量との比であるパイロット比（ｒ）を，皮相電力（Ｐａ）に基づいて制御することが好ましい。この場合，制御器（９）は，皮相電力（Ｐａ）が減少するとパイロット比（ｒ）が増加するようにパイロット比（ｒ）を決定し，皮相電力（Ｐａ）が増加するとパイロット比（ｒ）が減少するようにパイロット比（ｒ）を決定することが好ましい。
【００１３】
制御器（９）は，ガスタービン（１）の燃空比を皮相電力（Ｐａ）に基づいて制御することが好ましい。この場合，制御器（９）は，皮相電力（Ｐａ）が減少すると燃空比が増加するように燃空比を決定することが好ましい。
【００１４】
制御器（９）は，ガスタービン（１）の圧縮機（図示されない）の入口案内翼（図示されない）の開度と，燃焼器（１ａ）のバイパス弁（図示されない）の開度を制御することにより，燃空比を制御することが好ましい。
【００１５】
本発明によるガスタービン発電プラント制御方法は，ガスタービン（１）と，前記ガスタービン（１）によって駆動される同期発電機（２）とを含むガスタービン発電プラントに適用される。当該ガスタービン発電プラント制御方法は，
同期発電機（２）が発生する皮相電力（Ｐａ）を同定するステップと，
皮相電力（Ｐａ）に応答して前記ガスタービン（１）を制御するステップ
とを備えている。皮相電力（Ｐａ）に応答してガスタービン（１）を制御することにより，電力系統の力率が一定に保たれる場合と変化する場合とのいずれの場合においても，ガスタービン（１）を最適に制御することが可能である。
【００１６】
本発明によるガスタービン制御装置（９）は，同期発電機（２）を駆動するガスタービン（１）を制御するために使用される。当該ガスタービン制御装置（９）は，同期発電機（２）が発生する皮相電力（Ｐａ）を同定する皮相電力同定手段（１１）と，皮相電力（Ｐａ）に応答してガスタービン（１）を制御する制御手段（１２〜２２）とを備えている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明によるガスタービン発電プラントの実施の一形態では，図１に示されているように，ガスタービン１が発電機２とともに設けられている。
【００１８】
ガスタービン１は，乾式低ＮＯｘ燃焼器１ａを含む。燃焼器１ａは，拡散炎による燃焼を行うパイロット燃焼器と，予混合炎による燃焼を行うメイン燃焼器（いずれも図示されない）とを含む。パイロット燃焼器が発生する拡散炎によって，予混合炎の燃焼が安定化され，燃焼器１ａの燃焼状態が最適化されている。該パイロット燃焼器には，パイロット燃料制御弁３を介して燃料が供給され，パイロット燃焼器に供給される燃料の流量は，パイロット燃料制御弁３によって制御される。一方，該メイン燃焼器には，メイン燃料制御弁４を介して燃料が供給され，メイン燃焼器に供給される燃料の流量は，メイン燃料制御弁４によって制御される。燃焼器１ａには，更に，メイン燃焼器が発生する燃焼ガスに，圧縮機が発生する圧縮空気を混合するバイパス弁（図示されない）が設けられる。バイパス弁によって燃焼ガスに圧縮空気が混合されることにより，燃焼ガスの温度が低下され，ＮＯｘの発生量が抑制される。
【００１９】
ガスタービン１のタービン軸は，発電機２の回転子に接合され，発電機２はガスタービン１によって駆動される。発電機２は，回転界磁型の同期発電機である。発電機２は，それが出力する出力電圧が一定になるように界磁電流を制御する自動電圧調整器（図示されない）が設けられている。発電機２は，ガスタービン１に駆動されて発生した電気を，電力線５を介して電力系統に出力する。
【００２０】
発電機２から電力系統に電気を送る電力線５には，電圧トランス（ＶＴ）６とカレントトランス（ＣＴ）７とが接続されている。電圧トランス６及びカレントトランス７は，電力トランスデューサー８に接続されている。電力トランスデューサー８は，電圧トランス６及びカレントトランス７の出力から，発電機２が出力する有効電力及び無効電力を算出する。
【００２１】
ガスタービン１，パイロット燃料制御弁３，メイン燃料制御弁４，及び電力トランスデューサー８は，制御装置９に接続され，ガスタービン１の制御は制御装置９によって行われる。制御装置９は，電力トランスデューサー８によって算出された有効電力及び無効電力に基づいて，発電機２が発生する電気の皮相電力を算出する。更に制御装置９は，該皮相電力に応答して，パイロット燃料制御弁３の開度と，メイン燃料制御弁４の開度と，ガスタービン１の圧縮機の入口に設けられた入口案内翼（ＩＧＶ）の開度と，燃焼器１ａのバイパス弁の開度を制御する。
【００２２】
図１の一点鎖線で囲まれた領域は，制御装置９のファンクションブロックダイアグラムを示している。制御装置９の動作は，皮相電力計算ロジック１１，パイロット比演算ロジック１２，燃焼器バイパス弁演算ロジック１３，ＩＧＶ開度指令演算ロジック１４，力率演算ロジック１５，最大出力演算ロジック１６，低値選択ロジック１７，減算ロジック１８，ＣＳＯ演算ロジック１９，乗算ロジック２０，減算ロジック２１，及び乗算ロジック２２によって表現される。
【００２３】
制御装置９は，電力トランスデューサー８が算出する有効電力Ｐ及び無効電力Ｐｒに基づいて，発電機２が出力する電気の皮相電力Ｐａを算出する（皮相電力計算ロジック１１）。
【００２４】
更に制御装置９は，皮相電力Ｐａに基づいて，パイロット比ｒを決定する（パイロット比演算ロジック１２）。パイロット比ｒは，皮相電力Ｐａが減少されると増加され，皮相電力Ｐａが増加されると減少される。後述されるように，パイロット燃料制御弁３及びメイン燃料制御弁４の開度は，燃焼器１ａのパイロット燃焼器に供給される燃料の流量とメイン燃焼器に供給される燃料の流量との比が，決定されたパイロット比ｒに一致するように制御される。
【００２５】
更に制御装置９は，燃焼器１ａのバイパス弁の開度を指示するバイパス弁開度指令ＣＳＯ_Ｂと，ＩＧＶの開度を指示するＩＧＶ開度指令ＣＳＯ_ＩＧＶとを生成する（燃焼器バイパス弁演算ロジック１３，及びＩＶＧ開度指令演算ロジック１４）。燃焼器１ａのバイパス弁は，ＩＧＶ開度指令ＣＳＯ_ＩＧＶに指示されている開度に設定され，ガスタービン１の圧縮機のＩＧＶは，ＩＧＶ開度指令ＣＳＯ_ＩＧＶに指示されている開度に設定される。
【００２６】
ＩＧＶ開度指令ＣＳＯ_ＩＧＶとバイパス弁開度指令ＣＳＯ_Ｂとにより，燃焼器１ａの燃空比が調整される。より具体的には，皮相電力Ｐａが減少すると，ＩＧＶ開度指令ＣＳＯ_ＩＧＶが増加され，且つ，バイパス弁開度指令ＣＳＯ_Ｂが減少される。ＩＧＶ開度指令ＣＳＯ_ＩＧＶが増加されると，燃焼器１ａに供給される圧縮空気の流量が増加される。更に，バイパス弁開度指令ＣＳＯ_Ｂが減少されることにより，燃焼器１ａに供給される圧縮空気のうち，パイロット燃焼器及びメイン燃焼器に供給される圧縮空気の割合が増加される。これらの作用により，皮相電力Ｐａが減少すると燃空比が増加される。逆に，皮相電力Ｐａが増加すると，ＩＧＶ開度指令ＣＳＯ_ＩＧＶは減少され，且つ，バイパス弁開度指令ＣＳＯ_Ｂが増加される。これにより，皮相電力Ｐａが増加すると，燃空比は減少される。
【００２７】
更に，制御装置９は，皮相電力Ｐａと有効電力Ｐとに基づいて，パイロット燃料制御弁３の開度を指示するパイロット燃料制御弁開度指令ＣＳＯ_Ｐと，メイン燃料制御弁４の開度を指示するメイン燃料制御弁開度指令ＣＳＯ_Ｍとを生成する。より詳細には，制御装置９は，皮相電力Ｐａと有効電力Ｐとに基づいて，力率ｃｏｓθを算出し（力率演算ロジック１５），力率ｃｏｓθと大気温度Ｔとを用いて発電機２が最大に出力可能な最大出力電力Ｐｍａｘを算出する（最大出力演算ロジック１６）。制御装置９は，外部から与えられる発電機要求出力Ｐ_ＲＱと，上記の最大出力電力Ｐｍａｘとのうちの小さい方を発電機出力指令Ｐ^＊として採用する（低値選択ロジック１７）。制御装置９は，発電機出力指令Ｐ^＊と有効電力Ｐとの差分ΔＰを算出し（減算ロジック１８），差分ΔＰに基づいて開度指令ＣＳＯを算出する（ＣＳＯ演算ロジック１９）。差分ΔＰに基づく開度指令ＣＳＯの算出は，典型的には，比例制御，比例積分制御によって行われる。制御装置９は，開度指令ＣＳＯに，パイロット比ｒを乗じることにより，パイロット燃料制御弁開度指令ＣＳＯ_Ｐを生成する（乗算ロジック２０）。更に制御装置９は，下記式：
ＣＳＯ_Ｍ＝（１−ｒ）・ＣＳＯ，
により，メイン燃料制御弁開度指令ＣＳＯ_Ｍを生成する（減算ロジック２１，乗算ロジック２２）。このようにパイロット燃料制御弁開度指令ＣＳＯ_Ｐとメイン燃料制御弁開度指令ＣＳＯ_Ｍとを決定することにより，燃焼器１ａのパイロット燃焼器に供給される燃料の流量と，メイン燃焼器に供給される燃料の流量との比は，決定されたパイロット比ｒに一致される。
【００２８】
かかる制御により，電力系統の力率が１．０の近傍にほぼ一定に維持されている場合と，力率が変化する場合との両方に場合において，パイロット比と燃空比とを最適に制御することが可能である。
【００２９】
力率が１．０の近傍にほぼ一定に維持されている場合における有効電力Ｐの減少は，ガスタービン１に要求される出力トルクが減少することを意味する。力率が１．０の近傍にほぼ一定に維持されている場合，有効電力Ｐが減少すると皮相電力Ｐａも減少する。上記の制御方法では，皮相電力Ｐａの減少に応答してパイロット比及び燃空比は増加され，出力トルクの減少に対応してパイロット比及び燃空比が最適に制御される。
【００３０】
同様に，力率が１．０の近傍にほぼ一定に維持されている場合における有効電力Ｐの増加は，ガスタービン１に要求される出力トルクが増加することを意味する。力率が１．０の近傍にほぼ一定に維持されている場合，有効電力Ｐが増加すると皮相電力Ｐａも増加する。上記の制御方法では，皮相電力Ｐａの増加に応答してパイロット比及び燃空比は減少され，出力トルクの増加に対応してパイロット比及び燃空比が最適に制御される。
【００３１】
一方，電力系統の力率が減少することによって有効電力Ｐが減少しても，この減少は，無効電力Ｐｒの増加を伴うため，ガスタービン１に要求される出力トルクはほぼ増減しない。この場合，皮相電力Ｐａは，ほぼ変化しない。上記の制御方法では，皮相電力Ｐａが変化しないため，パイロット比及び燃空比も変化せずに一定に保たれ，パイロット比及び燃空比が最適に制御される。
【００３２】
同様に，電力系統の力率が増加することによって有効電力Ｐが増加しても，この減少は，無効電力Ｐｒの減少を伴うため，ガスタービン１に要求される出力トルクはほぼ増減しない。この場合，皮相電力Ｐａは，ほぼ変化しない。上記の制御方法では，皮相電力Ｐａが変化しないため，パイロット比及び燃空比も変化せずに一定に保たれ，パイロット比及び燃空比が最適に制御される。
【００３３】
このように，本実施の形態では，電力系統の力率の変化の有無に応答してパイロット比及び燃空比が最適に制御される。
【００３４】
【発明の効果】
本発明により，電力系統の力率が一定に保たれる場合と変化する場合との両方において，ガスタービンを最適に制御できるガスタービン発電プラントが提供される。
また，本発明により，電力系統の力率が一定に保たれる場合と変化する場合との両方において，ガスタービンのパイロット比を最適に制御できるガスタービン発電プラントが提供される。
また，本発明により，電力系統の力率が一定に保たれる場合と変化する場合との両方において，ガスタービンの燃空比を最適に制御できるガスタービン発電プラントが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明によるガスタービン発電プラントの実施の一形態を示す。
【符号の説明】
１：ガスタービン
２：発電機
３：パイロット燃料制御弁
４：メイン燃料制御弁
５：電力線
６：電圧トランス
７：カレントトランス
８：電力トランスデューサー
９：制御装置
１１：皮相電力計算ロジック
１２：パイロット比演算ロジック
１３：燃焼器バイパス弁演算ロジック
１４：ＩＧＶ開度指令演算ロジック
１５：力率演算ロジック
１６：最大出力演算ロジック
１７：低値選択ロジック
１８：減算ロジック
１９：ＣＳＯ演算ロジック
２０：乗算ロジック
２１：減算ロジック
２２：乗算ロジック[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas turbine power plant, and more particularly to a technique for suitably controlling a gas turbine in response to an output of a generator.
[0002]
[Prior art]
Gas turbine power plants are widely used as a type of power plants. A gas turbine power plant includes a gas turbine and a synchronous generator. The gas turbine drives a synchronous generator by burning fuel, and the synchronous generator supplies power to a power system. Such a gas turbine power plant is disclosed, for example, in Patent Document 1.
[0003]
In a gas turbine power plant, generally, a pilot ratio and a fuel-air ratio of a gas turbine are controlled based on active power generated by a synchronous generator. Here, the pilot ratio is the ratio of the fuel supplied to the pilot combustor of the combustor to the fuel supplied to the main combustor, and the fuel-air ratio is used for combustion performed in the combustor. It is the ratio between fuel and air. The pilot ratio and the fuel-air ratio need to be optimally adjusted based on the output torque required for the gas turbine. However, the output torque required of a gas turbine cannot be measured directly. Therefore, generally, the flow rate and the fuel-air ratio of the fuel supplied to the combustor are controlled based on the active power, which is an index indicating the output torque required of the gas turbine.
[0004]
This active power is an amount that depends on the power factor. Generally, the power factor of the power system is controlled to be close to 1.0, and the generation of reactive power is suppressed. However, when any abnormality occurs in the power system, the power factor of the power system rapidly decreases, and therefore, the active power also rapidly decreases.
[0005]
If the power factor of the power system is kept constant near 1.0, the increase or decrease of the active power generally corresponds to the increase or decrease of the output torque required of the gas turbine. Therefore, in this case, the pilot ratio and the fuel-air ratio can be optimally controlled based on the active power.
[0006]
However, if the power factor of the power system changes rapidly for some reason, the control of the pilot ratio and the fuel-air ratio based on the active power cannot be said to be optimal. This is because the gas turbine is required to generate a torque for generating reactive power in addition to a torque for generating active power. The demand for not only the torque for generating active power but also the torque for generating reactive power is due to the following operation of the synchronous generator. When the power factor of the power system is reduced from 1.0, reactive power is released from the synchronous generator to the system, and the operating point of the synchronous generator moves to the late-phase operation region. When the operating point moves to the late-phase operation region, the field is weakened by the direct-axis reaction, and the output voltage of the synchronous generator drops. When the output voltage of the synchronous generator drops, the automatic voltage regulator of the synchronous generator increases the field current to compensate for the drop of the output voltage. On the other hand, the torque applied to the rotor of the rotating field type synchronous generator has a larger property as the field current increases. An increase in torque due to an increase in field current corresponds to an increase in torque for generating reactive power. For this reason, the output torque required for the gas turbine does not change significantly even if the power factor of the power system decreases and the active power decreases. Similarly, even if the power factor of the power system increases, the output torque required of the gas turbine does not change significantly.
[0007]
Thus, even if the power factor of the power system changes, it is not necessary to change the pilot ratio and the fuel-air ratio significantly. However, when the pilot ratio and the fuel-air ratio are controlled based on the active power, the pilot ratio and the fuel-air ratio are unnecessarily suddenly changed when the power factor of the power system changes suddenly. And the fuel-air ratio will be improperly controlled.
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-218657
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a gas turbine power plant that can optimally control a gas turbine both when the power factor of a power system is kept constant and when it changes.
Another object of the present invention is to provide a gas turbine power plant capable of optimally controlling a pilot ratio of a gas turbine both when the power factor of a power system is kept constant and when it changes.
Still another object of the present invention is to provide a gas turbine power plant capable of optimally controlling the fuel-air ratio of the gas turbine both when the power factor of the power system is kept constant and when it changes. is there.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, the present invention employs the following configuration. The technical elements included in the configuration are used in [Embodiment of the invention] to clarify the correspondence between the description in [Claims] and the description in [Embodiment of the invention]. Number and code are added. However, the appended numbers and symbols must not be used for interpreting the technical scope of the invention described in [Claims].
[0011]
A gas turbine power plant according to the present invention identifies a gas turbine (1), a synchronous generator (2) driven by the gas turbine (1), and an apparent power (Pa) generated by the synchronous generator (2). An apparent power identifier (8, 11) and a controller (9) for controlling the gas turbine (1) in response to the apparent power (Pa) are provided. The apparent power (Pa) is an index that suitably indicates the output torque required of the gas turbine (1) when the power factor of the power system is kept constant or when it changes. Therefore, by controlling the gas turbine (1) in response to the apparent power (Pa), the gas turbine (1) can be controlled whether the power factor of the power system is kept constant or changed. ) Can be optimally controlled.
[0012]
When the combustor (1a) of the gas turbine (1) includes a pilot combustor (not shown) and a main combustor (not shown), the controller (9) controls the flow rate of fuel supplied to the pilot combustor. It is preferable to control a pilot ratio (r), which is a ratio of the flow rate of the fuel supplied to the main combustor, based on the apparent power (Pa). In this case, the controller (9) determines the pilot ratio (r) such that the pilot ratio (r) increases when the apparent power (Pa) decreases, and the pilot ratio (r) increases when the apparent power (Pa) increases. It is preferable to determine the pilot ratio (r) such that is reduced.
[0013]
It is preferable that the controller (9) controls the fuel-air ratio of the gas turbine (1) based on the apparent power (Pa). In this case, it is preferable that the controller (9) determines the fuel-air ratio such that the fuel-air ratio increases as the apparent power (Pa) decreases.
[0014]
The controller (9) controls an opening of an inlet guide vane (not shown) of a compressor (not shown) of the gas turbine (1) and an opening of a bypass valve (not shown) of the combustor (1a). Therefore, it is preferable to control the fuel-air ratio.
[0015]
The gas turbine power plant control method according to the present invention is applied to a gas turbine power plant including a gas turbine (1) and a synchronous generator (2) driven by the gas turbine (1). The gas turbine power plant control method is as follows:
Identifying the apparent power (Pa) generated by the synchronous generator (2);
Controlling the gas turbine (1) in response to apparent power (Pa). By controlling the gas turbine (1) in response to the apparent power (Pa), the gas turbine (1) is controlled whether the power factor of the power system is kept constant or changes. Optimal control is possible.
[0016]
The gas turbine controller (9) according to the present invention is used for controlling a gas turbine (1) that drives a synchronous generator (2). The gas turbine control device (9) includes an apparent power identification means (11) for identifying the apparent power (Pa) generated by the synchronous generator (2), and a gas turbine (1) in response to the apparent power (Pa). (12 to 22).
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In one embodiment of the gas turbine power plant according to the present invention, a gas turbine 1 is provided together with a generator 2 as shown in FIG.
[0018]
The gas turbine 1 includes a dry low NOx combustor 1a. The combustor 1a includes a pilot combustor that performs combustion using a diffusion flame, and a main combustor that performs combustion using a premixed flame (neither is shown). The combustion of the premixed flame is stabilized by the diffusion flame generated by the pilot combustor, and the combustion state of the combustor 1a is optimized. Fuel is supplied to the pilot combustor via a pilot fuel control valve 3, and the flow rate of the fuel supplied to the pilot combustor is controlled by the pilot fuel control valve 3. On the other hand, fuel is supplied to the main combustor via a main fuel control valve 4, and the flow rate of the fuel supplied to the main combustor is controlled by the main fuel control valve 4. The combustor 1a is further provided with a bypass valve (not shown) for mixing the compressed gas generated by the compressor with the combustion gas generated by the main combustor. By mixing the compressed air with the combustion gas by the bypass valve, the temperature of the combustion gas is reduced, and the generation amount of NOx is suppressed.
[0019]
The turbine shaft of the gas turbine 1 is joined to the rotor of the generator 2, and the generator 2 is driven by the gas turbine 1. The generator 2 is a rotating field type synchronous generator. The generator 2 is provided with an automatic voltage regulator (not shown) for controlling the field current so that the output voltage output from the generator 2 becomes constant. The generator 2 outputs electricity generated by being driven by the gas turbine 1 to a power system via a power line 5.
[0020]
A voltage transformer (VT) 6 and a current transformer (CT) 7 are connected to a power line 5 that transmits electricity from the generator 2 to a power system. The voltage transformer 6 and the current transformer 7 are connected to the power transducer 8. The power transducer 8 calculates active power and reactive power output from the generator 2 from outputs of the voltage transformer 6 and the current transformer 7.
[0021]
The gas turbine 1, the pilot fuel control valve 3, the main fuel control valve 4, and the power transducer 8 are connected to a control device 9, and the control of the gas turbine 1 is performed by the control device 9. The control device 9 calculates the apparent power of the electricity generated by the generator 2 based on the active power and the reactive power calculated by the power transducer 8. Further, in response to the apparent power, the control device 9 opens the pilot fuel control valve 3, the main fuel control valve 4, and the inlet guide vanes (at the inlet of the compressor of the gas turbine 1). IGV) and the bypass valve of the combustor 1a are controlled.
[0022]
An area surrounded by a dashed line in FIG. 1 shows a functional block diagram of the control device 9. The operation of the control device 9 is as follows: apparent power calculation logic 11, pilot ratio calculation logic 12, combustor bypass valve calculation logic 13, IGV opening command calculation logic 14, power factor calculation logic 15, maximum output calculation logic 16, low value selection. Logic 17, subtraction logic 18, CSO operation logic 19, multiplication logic 20, subtraction logic 21, and multiplication logic 22 are represented.
[0023]
The control device 9 calculates the apparent power Pa of the electricity output from the generator 2 based on the active power P and the reactive power Pr calculated by the power transducer 8 (apparent power calculation logic 11).
[0024]
Further, control device 9 determines pilot ratio r based on apparent power Pa (pilot ratio calculation logic 12). The pilot ratio r increases when the apparent power Pa decreases, and decreases when the apparent power Pa increases. As will be described later, the opening degree of the pilot fuel control valve 3 and the main fuel control valve 4 is determined by the ratio of the flow rate of fuel supplied to the pilot combustor of the combustor 1a to the flow rate of fuel supplied to the main combustor. Is controlled to match the determined pilot ratio r.
[0025]
Further, the control unit 9, a bypass valve opening instruction CSO _B which instructs the opening of the bypass valve of the combustor 1a, generates the IGV opening command _{CSO IGV} instructing the opening of the IGV (combustor bypass valve operation Logic 13 and IVG opening command calculation logic 14). The bypass valve of the combustor 1a is set to an opening degree indicated on the IGV opening command _{CSO IGV,} IGV of the compressor of the gas turbine 1, set to an opening degree indicated on the IGV opening command _{CSO IGV} Is done.
[0026]
By the IGV opening command _{CSO IGV} and the bypass valve opening instruction CSO _B, fuel-air ratio of the combustor 1a is adjusted. More specifically, the apparent power Pa is reduced, is increased IGV opening command _{CSO IGV,} and, the bypass valve opening command CSO _B is reduced. When the IGV opening command CSO _IGV is increased, the flow rate of the compressed air supplied to the combustor 1a is increased. Further, by the bypass valve opening command CSO _B is reduced, among the compressed air supplied to the combustor 1a, the proportion of the compressed air supplied to the pilot combustor and the main combustor is increased. Due to these effects, when the apparent power Pa decreases, the fuel-air ratio increases. Conversely, when the apparent power Pa is increased, the IGV opening command _{CSO IGV} is reduced, and, the bypass valve opening command CSO _B is increased. Thus, when the apparent power Pa increases, the fuel-air ratio decreases.
[0027]
Furthermore, the control unit 9, based on the apparent power Pa and active power P, a pilot fuel control valve opening command CSO _P for instructing opening of the pilot fuel control valve 3, the opening of the main fuel control valve 4 generating a main fuel control valve opening command CSO _M instructing. More specifically, the control device 9 calculates the power factor cos θ based on the apparent power Pa and the active power P (power factor calculation logic 15), and uses the power factor cos θ and the atmospheric temperature T to Calculates the maximum output power Pmax that can be output to the maximum (maximum output calculation logic 16). Controller 9, a required generator output P _RQ given from the outside, employing a smaller one of the maximum output power Pmax of the as a generator output command P ^* (low value selection logic 17). The control device 9 calculates a difference ΔP between the generator output command P ^* and the active power P (subtraction logic 18), and calculates an opening degree command CSO based on the difference ΔP (CSO calculation logic 19). The calculation of the opening command CSO based on the difference ΔP is typically performed by proportional control or proportional integral control. Controller 9, the opening command CSO, by multiplying the pilot ratio r, and generates a pilot fuel control valve opening command CSO _P (multiplication logic 20). Further, the control device 9 has the following formula:
CSO _M = (1-r) · CSO,
Accordingly, to produce a main fuel control valve opening command CSO _M (subtraction logic 21, the multiplication logic 22). By determining in this way the pilot fuel control valve opening command CSO _P and the main fuel control valve opening instruction CSO _M, and the flow rate of fuel supplied to the pilot combustor of the combustor 1a, supplied to the main burner The ratio with the flow rate of the fuel to be used is equal to the determined pilot ratio r.
[0028]
With this control, the pilot ratio and the fuel-air ratio are optimally controlled both when the power factor of the power system is kept substantially constant near 1.0 and when the power factor changes. It is possible to do.
[0029]
The decrease in the active power P when the power factor is maintained substantially constant near 1.0 means that the output torque required for the gas turbine 1 decreases. When the power factor is maintained substantially constant near 1.0, as the active power P decreases, the apparent power Pa also decreases. In the above control method, the pilot ratio and the fuel-air ratio are increased in response to the decrease in the apparent power Pa, and the pilot ratio and the fuel-air ratio are optimally controlled in response to the decrease in the output torque.
[0030]
Similarly, an increase in the active power P when the power factor is maintained substantially constant near 1.0 means that the output torque required for the gas turbine 1 increases. When the power factor is maintained substantially constant near 1.0, the apparent power Pa increases as the active power P increases. In the above control method, the pilot ratio and the fuel-air ratio are reduced in response to the increase in the apparent power Pa, and the pilot ratio and the fuel-air ratio are optimally controlled in response to the increase in the output torque.
[0031]
On the other hand, even if the active power P decreases due to a decrease in the power factor of the power system, this decrease is accompanied by an increase in the reactive power Pr, so that the output torque required for the gas turbine 1 hardly increases or decreases. In this case, the apparent power Pa hardly changes. In the above control method, since the apparent power Pa does not change, the pilot ratio and the fuel-air ratio are also kept constant without changing, and the pilot ratio and the fuel-air ratio are optimally controlled.
[0032]
Similarly, even if the active power P increases due to an increase in the power factor of the power system, this decrease is accompanied by a decrease in the reactive power Pr, so that the output torque required for the gas turbine 1 hardly increases or decreases. In this case, the apparent power Pa hardly changes. In the above control method, since the apparent power Pa does not change, the pilot ratio and the fuel-air ratio are also kept constant without changing, and the pilot ratio and the fuel-air ratio are optimally controlled.
[0033]
As described above, in the present embodiment, the pilot ratio and the fuel-air ratio are optimally controlled in response to the presence or absence of a change in the power factor of the power system.
[0034]
【The invention's effect】
According to the present invention, there is provided a gas turbine power generation plant capable of optimally controlling a gas turbine both when the power factor of a power system is kept constant and when it changes.
Further, the present invention provides a gas turbine power plant capable of optimally controlling the pilot ratio of the gas turbine both when the power factor of the power system is kept constant and when it changes.
Further, the present invention provides a gas turbine power plant capable of optimally controlling the fuel-air ratio of the gas turbine both when the power factor of the power system is kept constant and when it changes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an embodiment of a gas turbine power plant according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Gas turbine 2: Generator 3: Pilot fuel control valve 4: Main fuel control valve 5: Power line 6: Voltage transformer 7: Current transformer 8: Power transducer 9: Controller 11: Apparent power calculation logic 12: Pilot ratio Calculation logic 13: Combustor bypass valve calculation logic 14: IGV opening command calculation logic 15: Power factor calculation logic 16: Maximum output calculation logic 17: Low value selection logic 18: Subtraction logic 19: CSO calculation logic 20: Multiplication logic 21 : Subtraction logic 22: multiplication logic

Claims

Gas turbines,
A synchronous generator driven by the gas turbine;
An apparent power identifier for identifying the apparent power generated by the synchronous generator;
A controller for controlling the gas turbine in response to the apparent power.

The gas turbine power plant according to claim 1,
The combustor of the gas turbine is
A pilot combustor,
Including the main combustor,
The gas turbine power plant, wherein the controller controls a pilot ratio, which is a ratio between a flow rate of fuel supplied to the pilot combustor and a flow rate of fuel supplied to the main combustor, based on the apparent power.

The gas turbine power plant according to claim 2,
The gas turbine power plant, wherein the controller determines the pilot ratio such that the pilot ratio increases as the apparent power decreases.

The gas turbine power plant according to claim 1,
The gas turbine power plant, wherein the controller controls a fuel-air ratio of the gas turbine based on the apparent power.

The gas turbine power plant according to claim 4,
The gas turbine power plant, wherein the controller determines the fuel-air ratio such that the fuel-air ratio increases when the apparent power decreases.

The gas turbine power plant according to claim 4,
The gas turbine power plant, wherein the controller controls the fuel-air ratio by controlling an opening of an inlet guide vane of a compressor of the gas turbine and an opening of a bypass valve of the combustor.

A method for controlling a gas turbine power plant including a gas turbine and a synchronous generator driven by the gas turbine,
Identifying the apparent power generated by the synchronous generator;
Controlling the gas turbine in response to the apparent power.

The control method for a gas turbine power plant according to claim 7,
The combustor of the gas turbine is
A pilot combustor,
Including the main combustor,
Controlling the gas turbine includes controlling a pilot ratio, which is a ratio of a flow rate of fuel supplied to the pilot combustor to a flow rate of fuel supplied to the main combustor, based on the apparent power. A method for controlling a gas turbine power plant including:

The control method for a gas turbine power plant according to claim 7,
A method of controlling a gas turbine power plant, wherein controlling the gas turbine includes controlling a fuel-air ratio of the gas turbine based on the apparent power.

A gas turbine control device for controlling a gas turbine that drives a synchronous generator,
Apparent power identification means for identifying the apparent power generated by the synchronous generator;
Control means for controlling the gas turbine in response to the apparent power.