JP2004211625A - ガスタービン制御方法およびガスタービン制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】系統周波数が過渡的に変動する場合でも安定した燃焼状態を保持し、燃焼器失火によるガスタービントリップを防止できる燃料制御を行なうようにしたガスタービン制御方法および制御装置を提供する。
【解決手段】空気圧縮機、複数の燃料系統から燃料を投入し、これを前記圧縮機からの吐出空気と燃料とを混合して燃焼させる燃焼器およびこの燃焼器からの燃焼ガスを受け入れ前記圧縮機と発電機とを駆動するガスタービン本体とから構成されたガスタービンと、このガスタービンの運転状態諸量から算出した燃焼器制御温度に対応した燃焼モードになるように前記複数の燃料系統に分配燃料信号を出力する燃料制御装置と、を備え、この燃料制御装置により燃焼器の燃焼状態を制御するガスタービン制御方法において、ガスタービンの運転状態諸量から算出したトータルの燃料流量制御信号を前記燃焼器制御温度に応じて前記複数の燃料系統に配分する燃料分配関数を複数種類備え、電力系統周波数の過渡的変動時、前記燃料分配関数を切り替えて燃焼モードをより安定な燃焼モードに切り替えることを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】空気圧縮機、複数の燃料系統から燃料を投入し、これを前記圧縮機からの吐出空気と燃料とを混合して燃焼させる燃焼器およびこの燃焼器からの燃焼ガスを受け入れ前記圧縮機と発電機とを駆動するガスタービン本体とから構成されたガスタービンと、このガスタービンの運転状態諸量から算出した燃焼器制御温度に対応した燃焼モードになるように前記複数の燃料系統に分配燃料信号を出力する燃料制御装置と、を備え、この燃料制御装置により燃焼器の燃焼状態を制御するガスタービン制御方法において、ガスタービンの運転状態諸量から算出したトータルの燃料流量制御信号を前記燃焼器制御温度に応じて前記複数の燃料系統に配分する燃料分配関数を複数種類備え、電力系統周波数の過渡的変動時、前記燃料分配関数を切り替えて燃焼モードをより安定な燃焼モードに切り替えることを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、系統周波数が過渡的に変動する場合でも安定した燃焼状態を保持することのできるガスタービン制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービン発電プラントは、燃料と圧縮空気とを燃焼器に供給し、燃焼器で燃焼したガスをガスタービンに供給してガスタービンを駆動し、発電機から電力を発生させるようにしたものである。
【０００３】
図１６は、従来のガスタービン発電プラントの構成図を示す。
図において、１００はガスタービンであり、大気中から入口空気案内翼１を介して取り込んだ空気を高温高圧の燃焼用空気に圧縮する空気圧縮機２と、空気流路３を介して取り込んだ燃焼用空気により燃料を燃焼させる燃焼器４と、燃焼器４の燃焼ガスを導入し燃焼ガスの断熱膨張により回転駆動されるガスタービン本体７とから構成される。
【０００４】
一方、複数の燃料制御弁５−１、５−２および５−３を経て供給された燃料は、拡散燃焼用バーナー６−１、第１予混合燃焼用バーナー６−２および第２予混合燃焼用バーナー６−３からそれぞれ噴射されて前記燃焼器４に入り、ここで前記燃焼用空気と混合して燃焼し高温高圧の燃焼ガスとなる。この燃焼ガスは前述したようにガスタービン本体７で断熱膨張してガスタービン軸８を回転させ、同軸８に結合されている発電機９を回転させて発電機出力を得る。
【０００５】
ガスタービン本体７の排ガスの経路は図示していないが、煙突に抜けていくか、あるいはコンバインドサイクル発電プラントのように、排熱回収ボイラの熱源として使用されたのち煙突に抜けていくように構成されている。
【０００６】
燃料制御装置１０はコンピュータ等の演算装置によって構成され、軸端歯車１１に近接して取り付けた速度検出器１２から得られたガスタービン速度Ｎ、空気圧縮機２の入口部に設けた入口空気圧力検出器１０３から得られた圧縮機入口空気圧力ＰＸ１、空気圧縮機２の出口に設けた圧縮機吐出空気圧力検出器１３から得られた圧縮機吐出空気圧力ＰＸ２、タービン出口に設けた排ガス温度検出器１４から得られた排ガス温度ＴＸ１、発電機出力検出器１５から得られた発電機出力ＭＷおよび入口空気案内翼１の開度ＩＧＶ等のガスタービン運転状態諸量を入力する。
【０００７】
そしてこの燃料制御装置１０はガスタービン運転状態諸量に基づいて所定の演算を行ない、各燃料系統への配分燃料制御信号ＦＲＥＦ１（拡散燃料信号）、ＦＲＥＦ２（第１予混合燃料信号）、ＦＲＥＦ３（第２予混合燃料信号）を出力し、対応する燃料制御弁５−１、５−２および５−３の弁開度を制御するように構成されている。なお、燃料制御装置１０における所定の演算とは例えば、非特許文献１の図６のブロック図で行なわれているような燃料流量制御のことである。ただし、非特許文献１の場合、入力する信号の数が少ないので比較的単純なブロック図になっているが、本発明の場合入力信号は多いので、もう少し複雑なブロック図に成らざるを得ない。
【０００８】
【非特許文献１】
平成１４年発行、電学論Ｂ、１２２巻３号、（３）燃料流量制御、図６第３９４頁
【０００９】
図１７は前記燃料制御装置１０の制御ブロック図の一例を示す図である。
図１７において、１７は前述したガスタービン速度Ｎ、圧縮機入口空気圧力ＰＸ１、圧縮機吐出空気圧力ＰＸ２、排ガス温度ＴＸ１、発電機出力ＭＷ等のガスタービン運転状態諸量を入力して所定の演算式に基づいてトータルの燃料流量制御信号ＦＲＥＦを算出する燃料流量制御算出手段である。
【００１０】
１９は前記燃料流量制御算出手段と同じように圧縮機入口空気圧力ＰＸ１、圧縮機吐出空気圧力ＰＸ２、排ガス温度ＴＸ１、入口空気案内翼１の開度ＩＧＶ等のガスタービン運転状態諸量を入力して所定の演算式に基づいて燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦを算出する燃焼器制御温度算出手段である。この燃焼器制御温度算出器１９で採用する所定の演算式とは、前記燃料流量制御算出手段１７で採用する演算式と同様の演算式である。
【００１１】
１８は、このトータルの燃料流量制御信号ＦＲＥＦを燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦの関数である分配関数に基づいて、各燃料系統への配分燃料制御信号ＦＲＥＦ１（拡散燃料信号）、ＦＲＥＦ２（第１予混合燃料信号）およびＦＲＥＦ３（第２予混合燃料信号）を出力する関数発生器である。
そしてこれら配分燃料制御信号は各系統の燃料制御弁５−１、５−２および５−３に出力し、トータルの燃料流量と各燃料系統への燃料配分割合を制御する。
【００１２】
図１８は燃料分配関数発生器１８における燃焼ガス温度に対応する燃料配分割合の１例（後述する燃料分配関数Ａと同一）を示す図である。この図１８で示すように燃料分配関数発生器１８は、燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦの値に応じて各燃料系統への燃料供給割合が最適となるように設定された４つの燃焼モード１〜４を有しており、この最適配分割合は燃焼器４内の火炎の安定性と排出ＮＯｘ濃度により設定される。
【００１３】
横軸の燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦの低温域の状態で、炎の安定度を増すためには拡散燃料信号ＦＲＥＦ１の配分割合を増加させる必要があり、また窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減させるには第１予混合燃料信号ＦＲＥＦ２と第２予混合燃料信号ＦＲＥＦ３との配分割合を増加させる必要がある。
【００１４】
一方、燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦが高温域になると、拡散燃料信号ＦＲＥＲ１が０％としても炎の安定性が確保されるため、第１予混合燃焼と第２予混合燃焼のみの運転となる。この状態では第１予混合燃料信号ＦＲＥＦ２と第２予混合燃料信号ＦＲＥＦ３の割合がハードウェアにより決まるある値、例えば２０：８０になると排出ＮＯｘが低減されるが、これに反して炎の安定性が低くなる傾向となる。これらの特性から各燃焼モードにおける最適な配分が決定される。
【００１５】
このような燃料制御を行う燃料制御装置１０は電力系統が正常に運用される範囲から逸脱するような系統周波数変動が生じた場合、系統周波数を保持するように燃料流量、圧縮機入口空気案内翼を制御する。この結果、ガスタービンの運転状態が大きく変動することになる。
【００１６】
例えば、落雷等による送電系統の脱落で負荷が急激に脱落した場合には電力需給のバランスが崩れて系統周波数が大幅に上昇する。逆に負荷が急激に増えた場合には周波数が大幅に低下する。大幅な系統周波数の変動時には系統の負荷遮断や運転中の発電機の出力を調整して系統周波数の安定化を図るように制御しなければならない。この場合、ガスタービン設備を伴った発電プラントにおいては、急激な負荷変動に追従できるような機能を持たせる必要がある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
このような非定常的な運転状態では、燃焼ガス温度が短時間に大きく変動するので、特に上述のようにガスタービンの運転状態量から燃焼ガス温度を推定算出し、この推定算出値により燃料配分を制御するような制御方法では、推定算出される燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦが非定常状態による状態量の遅れにより実際の温度との間に差が発生し、最適な燃料配分での運転ができない場合が考えられる。この場合、燃焼の炎が不安定となり、最悪の場合には失火し、ガスタービントリップに至る危険性がある。したがって、ガスタービン燃焼器の失火や異常燃焼を回避する制御がガスタービンプラントにとって最重要課題となる。
【００１８】
本発明の目的は、系統周波数が過渡的に変動する場合でも安定した燃焼状態を保持し、燃焼器失火によるガスタービントリップを防止できる燃料制御を行なうようにしたタービン制御方法およびその装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に係わるガスタービン制御方法の発明は、空気圧縮機、複数の燃料系統から燃料を投入し、これを前記圧縮機からの吐出空気と燃料とを混合して燃焼させる燃焼器およびこの燃焼器からの燃焼ガスを受け入れ前記圧縮機と発電機とを駆動するガスタービン本体とから構成されたガスタービンと、このガスタービンの運転状態諸量から算出した燃焼器制御温度に対応した燃焼モードになるように前記複数の燃料系統に分配燃料信号を出力する燃料制御装置と、を備え、この燃料制御装置により燃焼器の燃焼状態を制御するガスタービン制御方法において、ガスタービンの運転状態諸量から算出したトータルの燃料流量制御信号を前記燃焼器制御温度に応じて前記複数の燃料系統に配分する燃料分配関数を複数種類用意し、電力系統周波数の過渡的変動時、前記燃料分配関数を切り替えて燃焼モードをより安定な燃焼モードに切り替えることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項２に係わるガスタービン制御装置の発明は、空気圧縮機、複数の燃料系統から燃料を投入し、これを前記圧縮機からの吐出空気と燃料とを混合して燃焼させる燃焼器およびこの燃焼器からの燃焼ガスを受け入れ前記圧縮機と発電機とを駆動するガスタービン本体とから構成されたガスタービンと、このガスタービンの運転状態諸量から算出した燃焼器制御温度に対応した燃焼モードになるように前記複数の燃料系統に分配燃料信号を出力する燃料制御装置と、を備えたガスタービン制御装置において、ガスタービンの運転状態諸量から算出したトータルの燃料流量制御信号を前記燃焼器制御温度に応じて前記複数の燃料系統に配分する燃料分配関数をそれぞれ有する分配燃料関数発生器を複数種類備えた分配燃料関数発生部と、電力系統周波数が予定の範囲から逸脱したときあるいは逸脱することが推定されるとき、動作して切り替え信号を出力する系統異常検出手段と、この系統異常検出手段の動作信号により、前記分配燃料関数を切り替えて燃焼モードをより安定な燃焼モードに切り替える切り替え手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図を通じて同一要素には同一符号を、関連する要素にはダッシュ（’）あるいは添字を付けて説明する。
【００２２】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図である。
燃料制御装置１０’は、従来装置と比べて異なるところは、燃料分配関数を複数種類用意し、系統周波数が所定値以上変動した場合に切り替えるように構成したことにある。燃料流量制御信号算出器１７は、前述したように、速度検出器１２から得られたガスタービン速度Ｎ、空気圧縮機２の入口部に設けた入口空気圧力検出器１０３から得られた圧縮機入口空気圧力ＰＸ１、空気圧縮機２の出口に設けた圧縮機吐出空気圧力検出器１３から得られた圧縮機吐出空気圧力ＰＸ２、ガスタービン出口に設けた排ガス温度検出器１４から得られた排ガス温度ＴＸ１および発電機出力検出器１５から得られた発電機出力ＭＷ等のガスタービン運転状態諸量を入力信号とし、この入力信号に基づいてトータルの燃料流量制御信号ＦＲＥＦを算出する。
【００２３】
燃焼器制御温度算出器１９も同様に前記圧縮機入口空気圧力ＰＸ１、圧縮機吐出空気圧力ＰＸ２、排ガス温度ＴＸ１および入口空気案内翼１の開度ＩＧＶ信号等のガスタービン運転状態諸量を入力信号とし、この入力信号に基づいて燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦを推定値として算出する。
【００２４】
燃料分配関数発生部１８’は、前記燃焼器制御温度算出器１９で算出した燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦの値に応じて複数の燃料系統への配分燃料信号を出力するように構成されている。この燃料分配関数発生部１８’は複数種類（ここでは２種類）の関数発生器１８Ａおよび関数発生器１８Ｂとから構成され、このうち関数発生器１８Ａは電力系統の周波数が定常状態のとき選択され、関数発生器１８Ｂは系統周波数が急激に変動したときに後述する切り替え指令ＡＳによって、選択されるように構成されている。
【００２５】
なお、関数発生器１８Ａは従来の技術で述べた前記関数発生器１８と同一のものであるが、一緒に設けた他の関数発生器１８Ｂと対比する意味で、添字Ａを付けている。
【００２６】
関数発生器１８Ａは、燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦの関数である燃料分配関数Ａに基づいて各燃料系統への配分燃料制御信号として３種類の信号すなわちＦＲＥＦ１Ａ（拡散燃料信号）、ＦＲＥＦ２Ａ（第１予混合燃料信号）、ＦＲＥＦ３（第２予混合燃料信号）を出力する。一方、関数発生器１８Ｂは、燃料分配関数Ｂに基づいて各燃料系統へ同様に配分燃料制御信号であるＦＲＥＦ１Ｂ（拡散燃料信号）、ＦＲＥＦ２Ｂ（第１予混合燃料信号）、ＦＲＥＦ３Ｂ（第２予混合燃料信号）を出力する。
【００２７】
関数発生器１８Ａおよび１８Ｂには、ガスタービンの起動から全負荷まで燃焼器４の燃焼状態を安定に保つために、燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦに応じた燃焼モード１〜４を設けており、各々の燃焼モードにおける燃料配分割合（ＦＲＥＦ１、ＦＲＥＦ２、ＦＲＥＦ３）が燃焼器制御温度に応じて切替わるように構成している。
【００２８】
２０はガスタービン発電機９の接続される電力系統の周波数異常を検出する系統異常検出器であり、系統周波数が公称周波数の上下に設定した上限値、下限値で挟まれた周波数帯域から逸脱するような周波数変動が生じた場合動作して切り替え指令ＡＳを出力する。
【００２９】
この切り替え指令ＡＳは分配燃料制御信号切り替えスイッチ２１、２２、２３に入力され、関数発生器１８Ａの出力から１８Ｂの出力に切り替えて燃料配分割合（ＦＲＥＦ１、ＦＲＥＦ２、ＦＲＥＦ３）を出力する。
【００３０】
なお、分配燃料制御信号切り替えスイッチ２１、２２、２３は系統周波数が定常状態にあるとき、関数発生器１８Ａ側の出力信号を燃料制御装置１０’としての出力信号となるように、また、切り替え指令ＡＳを入力した状態では、関数発生器１８Ｂ側の出力信号が燃料制御装置１０’としての出力信号となるように応動する。
【００３１】
図２は関数発生器１８Ｂの燃料配分関数Ｂを示す図である。この図２には系統周波数が異常の場合の燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦ（Ｔ１’、Ｔ２’、Ｔ３’）に応じた３つの燃焼モード１〜燃焼モード３があらかじめ設定されている。分配燃料制御信号切り替えスイッチ２１、２２、２３に系統異常検出器２０からの切り替え指令ＡＳが入力された場合には、燃料配分割合（ＦＲＥＦ１Ａ、ＦＲＥＦ２Ａ、ＦＲＥＦ３Ａ）から、燃料分配関数Ｂに基づく燃料配分割合（ＦＲＥＦ１Ｂ、ＦＲＥＦ２Ｂ、ＦＲＥＦ３Ｂ）に切り替わる。
【００３２】
この燃料分配関数Ｂの燃焼モード１〜３は、燃焼器２の燃焼状態をより安定な状態となるように、前記燃料分配関数Ａに比べると、燃焼モードの切り替え温度を変更して設定されている。すなわち、燃焼モード２から燃焼モード３に切替わる燃焼器制御温度Ｔ２（燃料分配関数Ａ）がＴ２’（燃料分配関数Ｂ）に変更され、Ｔ２＜Ｔ２’としている。また、燃焼モード３から燃焼モード４に切替わる燃焼器制御温度が燃料分配関数ＡではＴ３であるのに対し、燃料分配関数Ｂでは燃焼モード３の領域上限のベース運転温度Ｔｂａｓｅまで与え、炎の安定性が低いモード４の領域を無くしている。
【００３３】
以上述べたように、本実施の形態によれば、周波数変動時に燃焼モードの切り替え温度を高い値に変更して各燃焼モードの領域を変更するようにしたので、炎の安定性の高い燃焼モード領域を広く与えることができる。これにより、周波数変動時の不安定な運転状態における燃焼器の失火や異常燃焼を回避することが可能となる。
【００３４】
（第２の実施の形態）
図３は本発明の第２の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図である。
本実施の形態は、第１の実施の形態に対して系統異常検出器２０による切り替え指令ＡＳをワンショットタイマー４０を介して分配燃料制御信号切り替えスイッチ２１、２２、２３に入力する構成とする点で相違するが、それ以外の構成については第１の実施の形態と同じであるので説明を省略する。
【００３５】
通常の電力系統は、送電線によって幾つかの発電機を連係して運転しており、各発電機は当該電力系統に接続される負荷との需給バランスによって出力を決められている。もし、１台の発電機が故障でトリップしたとき、給電指令所等から他の発電機に出力増加指令が出され、暫くすると新たに需給のバランスがとれるようになるが、そのバランスがとれるまでの過渡期間、電力系統の周波数は大きく変動する。
【００３６】
本実施の形態で新たに設けたワンショットタイマー４０は、そのタイマーの時限をある発電機のトリップ等で系統周波数が異常になってから、他の発電機の出力増加によって、系統周波数が再び安定するのに必要な時間を経験値などにより想定して設定している。
【００３７】
系統周波数の異常により系統異常検出器２０が動作して切り替え指令ＡＳが発生すると、この切り替え指令ＡＳはワンショットタイマー４０を通して分配燃料制御信号切り替えスイッチ２１、２２、２３に入力され、燃料分配関数Ａに基づく関数発生器１８Ａの出力する燃料配分割合（ＦＲＥＦ１Ａ、ＦＲＥＦ２Ａ、ＦＲＥＦ３Ａ）から、燃料分配関数Ｂに基づく関数発生器１８Ｂの出力する燃料配分割合（ＦＲＥＦ１Ｂ、ＦＲＥＦ２Ｂ、ＦＲＥＦ３Ｂ）に切替わる。
【００３８】
第１の実施の形態で既に述べたように、燃料分配関数Ｂは燃料分配関数Ａと比べると、燃焼モードの切り替え温度を第１の実施の形態同様、高い値に設定している。すなわち、燃焼モード２から燃焼モード３に切替わる燃焼器制御温度Ｔ２（燃料分配関数Ａ）がＴ２’（燃料分配関数Ｂ）に変更され、Ｔ２＜Ｔ２’としている。また、燃焼モード３から燃焼モード４に切替わる燃焼器制御温度が燃料分配関数ＡではＴ３であるのに対し、燃料分配関数Ｂでは燃焼モード３の領域上限のベース運転温度Ｔｂａｓｅまで与え、炎の安定性が低いモード４の領域を無くしている。
【００３９】
そして、ワンショットタイマー４０は切り替え指令ＡＳが出てから所定の時間になると出力を復帰させ、この結果切り替えスイッチ２１、２２、２３を元の関数発生器１８Ａ側に切り替えて以前の配分燃料制御信号（ＦＲＥＦ１Ａ、ＦＲＥＦ２Ａ、ＦＲＥＦ３Ａ）を出力する。
【００４０】
このように、系統周波数の変動時あらかじめワンショットタイマー４０によって定めた必要最小限の時間のみ燃焼モードの領域を変更することにより、炎の安定性の高い燃焼モード領域を広く与え、周波数変動時の不安定な運転状態における燃焼器の失火や異常燃焼を回避することが可能になる。そして、系統周波数が安定した頃に元の燃料分配関数Ａで定めた燃料配分割合による燃焼に戻すので、窒素酸化物（ＮＯｘ）を低く抑えた運転を行なうことができる。
【００４１】
（第３の実施の形態）
図４は本発明の第３の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図である。
本実施の形態と第１の実施の形態との相違点は、関数発生器１８Ｂを関数発生器１８Ｃに置換したことにあり、他は同じ構成であるので説明を省略する。
【００４２】
図５は本実施の形態で新たに設けた関数発生器１８Ｃの燃料配分関数Ｃを示す図である。この関数発生器１８Ｃには、系統周波数に異常が発生した場合の燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）に応じた燃焼モード１〜４があらかじめ設定してある。
【００４３】
系統異常検出器２０が動作して、切り替え信号ＡＳが分配燃料制御信号切り替えスイッチ２１、２２、２３に入力されると、関数発生器１８Ａが出力する燃料配分割合（ＦＲＥＦ１Ａ、ＦＲＥＦ２Ａ、ＦＲＥＦ３Ａ）から燃料分配関数Ｃに基づく関数発生器１８Ｃが出力する燃料配分割合（ＦＲＥＦ１Ｃ、ＦＲＥＦ２Ｃ、ＦＲＥＦ３Ｃ）に切替わる。
【００４４】
燃料分配関数Ｃの燃焼モード１〜４は、燃焼器２の燃焼モードをより安定な状態となるように燃料配分が設定されている。すなわち、燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦが高いＴ３〜ベース運転時温度Ｔｂａｓｅのモード４においても、拡散燃料信号ＦＲＥＦ１の燃料配分割合を５０％以上の値とし、第１予混合燃料信号ＦＲＥＦ２と第２予混合燃料信号ＦＲＥＦ３の配分割合を低くする。
【００４５】
この結果、本実施の形態は、系統周波数の変動時でも第１の実施の形態に比べて、燃焼器２の炎の安定性が高くなり、周波数変動時の不安定な運転状態における燃焼器の失火や異常燃焼を回避することが可能となる。
【００４６】
（第４の実施の形態）
図６は本発明の第４の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図である。
本実施の形態は、前述した第３の実施の形態における系統異常検出器２０の出力を、第２の実施の形態同様ワンショットタイマー４０を経て分配燃料制御信号切り替えスイッチ２１、２２、２３に出力するようにしたことを特徴とするものであり、その他の構成は第３の実施の形態の場合と同じであるので、説明を省略する。
【００４７】
本実施の形態の場合、第３の実施の形態同様、電力系統周波数に異常が発生した場合、系統異常検出器２０が動作して、切り替え信号ＡＳがタイマー４０を経て分配燃料制御信号切り替えスイッチ２１、２２、２３に入力される。これにより燃料分配関数Ａに基づく関数発生器１８Ａの出力が、燃料分配関数Ｃに基づく関数発生器１８Ｃの出力する燃料配分割合（ＦＲＥＦ１Ｃ、ＦＲＥＦ２Ｃ、ＦＲＥＦ３Ｃ）に切替わる。燃焼モード１〜４は燃焼器の燃焼モードをより安定な状態となるように燃料配分が設定されている。すなわち、燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦが高いＴ３〜ベース運転時温度Ｔｂａｓｅの運転モード４においても、拡散燃料信号ＦＲＥＦ１の燃料配分割合を５０％以上の値とし、第１予混合信号ＦＲＥＦ２と第２予混合燃料信号ＦＲＥＦ３の配分割合を低くする。
【００４８】
本実施の形態では、第２の実施の形態同様、ワンショットタイマー４０により燃料分配関数の切り替え時間を予め定めることにより、系統周波数の変動時は、燃焼器の炎の安定性が高くすることにより、周波数変動時の不安定な運転状態における燃焼器の失火や異常燃焼を回避する。そして、あらかじめ想定した時間が経過し系統周波数が安定するようになると、もとの窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減した燃焼を行なわせることができる。
【００４９】
（第５の実施の形態）
図７は本発明の第５の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図である。
本実施の形態は、第１の実施の形態における関数発生器１８Ｂを関数発生器１８Ｄに置換したもので、この関数発生器１８Ｄには前記燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦは入力されない構成となっている。その他の構成は第１の実施の形態の場合と同じであるので、その部分の説明は省略する。
【００５０】
新たに設けた関数発生器１８Ｄは、燃料流量制御算出器１７から出力されるトータルの燃料流量制御信号ＦＲＥＦを入力し、この入力信号を燃料分配関数Ｄに基づき、各燃料系統への配分燃料制御信号ＦＲＥＦ１Ｄ（拡散燃料信号）、ＦＲＥＦ２Ｄ（第１予混合燃料信号）、ＦＲＥＦ３Ｄ（第２予混合燃料信号）として出力する。
【００５１】
図８に示す燃料配分関数Ｄは、系統周波数が異常の場合の燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）による制御を除外し、あらかじめ拡散燃料信号ＦＲＥＦ１：１００％、第１予混合信号ＦＲＥＦ２：０％、第２予混合燃料信号ＦＲＥＦ３：０％の燃料分配関数が定められている。
【００５２】
すなわち、系統異常検出部２０が系統周波数の異常を検出した場合には、燃焼器制御温度に拘わらず、拡散燃料信号ＦＲＥＦ１の燃料割合を一定（１００％）に固定することにより、燃焼器の炎の安定性が高い状態での運転を行うようにしたものである。
この結果、窒素酸化物の量は増えるものの周波数変動時の不安定な運転状態における燃焼器の失火や異常燃焼を回避することが可能となる。
【００５３】
（第６の実施の形態）
図９は本発明の第６の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図である。
本実施の形態は、第５の実施の形態に対して系統異常検出器２０の切り替え出力ＡＳを第２、第４の実施の形態と同様にワンショットタイマー４０を介して分配燃料制御信号切り替えスイッチ部２１、２２、２３に入力するように構成したことを特徴とするものである。
【００５４】
系統周波数の異常により、系統異常検出器２０が動作すると、切り替え信号ＡＳはワンショットタイマー４０を経由して分配燃料制御信号切り替えスイッチ２１、２２、２３に入力される。このワンショットタイマー４０の復帰時限は系統周波数が回復すると想定される必要な時間分だけあらかじめ設定されている。
【００５５】
異常信号ＡＳが発生した場合、今まで出力されていた燃料配分割合（ＦＲＥＦ１Ａ、ＦＲＥＦ２Ａ、ＦＲＥＦ３Ａ）から、ワンショットタイマー４０を介して燃料分配関数Ｄに基づく関数発生器１８Ｄの出力する燃料配分割合（ＦＲＥＦ１Ｄ、ＦＲＥＦ２Ｄ、ＦＲＥＦ３Ｄ）に切替わる。すなわち、異常を検出した場合には、ワンショットタイマー４０であらかじめ定められた時間において、燃焼器制御温度に拘わらず、拡散燃料信号ＦＲＥＦ１の燃料割合を一定（１００％）に固定することにより、燃焼器の炎の安定性が高い状態での運転を行ない、周波数変動時の不安定な運転状態における燃焼器の失火や異常燃焼を回避するとともに、ワンショットタイマー４０の復帰後すなわち系統周波数の安定した頃になると、もとの低ＮＯｘの運転を行なうことができる。
【００５６】
（第７の実施の形態）
図１０は本発明の第７の実施の形態に係わるガスタービン発電プラントの構成図であり、図１１は本実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図である。図１０と従来図（図１６）との相違点は、ガスタービン７の入口に設けられた燃焼ガス温度検出器２５から得た燃焼ガス温度ＴＸ２を燃料制御装置１０’に入力するようにした点である。
【００５７】
図１１において、本実施の形態の燃料制御装置１０’は、前記燃料流量制御算出器１７、関数発生器１８Ａ，１８Ｂから構成され、そして、関数発生器１８Ａ、１８Ｂを燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦに応じた燃焼モードにより燃料信号（ＦＲＥＦ１Ａ、ＦＲＥＦ２Ａ、ＦＲＥＦ３Ａ）、（ＦＲＥＦ１Ｂ、ＦＲＥＦ２Ｂ、ＦＲＥＦ３Ｂ）を出力する。なお、前記燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦは、タービン入口に設けられた燃焼ガス温度検出器２５から得た燃焼ガス温度ＴＸ２により直接測定検出した値を用いる。
【００５８】
ガスタービンの起動から全負荷まで燃焼器の燃焼状態を安定に保つために、燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦに応じた燃焼モード１〜４があり、各々のモードにおける燃料配分割合（ＦＲＥＦ１、ＦＲＥＦ２、ＦＲＥＦ３）が燃焼器制御温度に応じて切り替わるようにしている。
【００５９】
また、系統周波数の異常検出するための系統異常検出器２０を設け、切り替え信号ＡＳを分配燃料制御信号切り替えスイッチ２１、２２、２３へ入力される構成とする。図２で示した燃料配分関数Ｂは、系統周波数が異常の場合の燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦ（Ｔ１’、Ｔ２’、Ｔ３’）に応じた燃焼モード１〜３があらかじめ設定されている。系統異常検出器２０からの異常信号ＡＳを受けた場合には、燃料分配関数Ｂに基づく関数発生器１８Ｂの出力する燃料配分割合（ＦＲＥＦ１Ｂ、ＦＲＥＦ２Ｂ、ＦＲＥＦ３Ｂ）に切り替わる。
【００６０】
ここで、燃焼器ガス温度ＴＸ２を直接検出し、燃焼器制御温度として入力することにより、図１に示した燃焼器制御温度算出器１９を必要としないため、関数発生器１８Ａ、１８Ｂ内での燃料配分割合算出に生じる時間遅れを低減することが可能となる。これは、特にガスタービン負荷が系統周波数変動異常により急激に低減しなければならない場合において、関数発生器１８Ａ、１８Ｂ、燃焼器制御温度計算による時間遅れを低減することが可能となり、制御の時間遅れに伴う拡散燃料ＦＲＥＦ１の増加遅れを低減することが可能となり、燃焼器の失火や異常燃焼を回避することが可能となる。
【００６１】
（第８の実施の形態）
図１２はガスタービン発電プラントの構成図であり、図１３は本発明の第８の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図である。
図１２において、図１６との違いは空気圧縮機の出口に設けられた圧縮機吐出空気温度検出器２４により得た圧縮機吐出空気温度ＴＸ３を燃料制御装置１０’に入力し、燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦの算出に用いるようにしたことにある。
【００６２】
すなわち、燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦは、入口空気圧力検出器１０３から得た圧縮機入口空気圧力ＰＸ１により算出される圧縮機空気流量と、空気圧縮機２の出口に設けられた圧縮機吐出空気温度検出器２４により得た圧縮機吐出空気温度ＴＸ３と、燃料流量制御算出器１７で出力される燃料流量制御信号ＦＲＥＦにより算出される燃焼器制御温度を用いる。
【００６３】
ガスタービンの起動から全負荷まで燃焼器の燃焼状態を安定に保つために、燃料分配関数Ａは、燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦに応じた燃焼モード１〜４を有し、各々のモードにおける燃料配分割合（ＦＲＥＦ１、ＦＲＥＦ２、ＦＲＥＦ３）が燃焼器制御温度に応じて切替わるようにしている。
【００６４】
また、系統周波数の異常検出するための系統異常検出器２０を設け、切り替え信号ＡＳを分配燃料制御信号切り替えスイッチ２１、２２、２３へ入力される構成とする。図２に示す燃料配分関数Ｂは、系統周波数が異常の場合の燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦ（Ｔ１’、Ｔ２’、Ｔ３’）に応じた燃焼モード１〜３があらかじめ設定されている。系統異常検出器２０からの切り替え信号ＡＳを受けた場合には、燃料分配関数Ｂに基づく関数発生器１８Ｂの出力する燃料配分割合（ＦＲＥＦ１Ｂ、ＦＲＥＦ２Ｂ、ＦＲＥＦ３Ｂ）に切り替わる。
【００６５】
ここで、燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦの算出は時間遅れの少ない圧縮機空気流量と、圧縮機吐出空気温度と、燃料流量とにより算出されるため、燃焼器制御温度の算出器１９や、関数発生器１８Ａ、１８Ｂ内での燃料配分割合算出に生じる時間遅れを低減することが可能となる。
【００６６】
本実施の形態は、特にガスタービン負荷が系統周波数変動異常により急激に低減しなければならない場合において、圧縮機空気流量と圧縮機吐出空気温度と燃料流量とを検出して燃焼器制御温度を算出すｒので、燃焼器制御温度計算による時間遅れを低減することができ、時間遅れに伴う拡散燃料ＦＲＥＦ１の増加遅れを低減することが可能となるため、燃焼器の失火や異常燃焼を回避することが可能となる。
【００６７】
（第９の実施の形態）
図１４は本発明の第９の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図であり、図１５はガスタービンの負荷とガスタービン燃料流量との関係を示す図である。
【００６８】
図１４において、本実施の形態と第１の実施の形態との相違点は、前記分配燃料制御信号切り替えスイッチ部２１、２２、２３に入力する切り替え指令ＡＳを前記系統異常検出器２０の出力および負荷遮断に起因して出力される負荷降下指令ＰＤ２６のオア条件成立時に切り替え指令を出力するように構成したものであり、その他の点については図１と同じなので説明は省略する。
【００６９】
図１５で示すように、ガスタービンプラントは、ガスタービン負荷が定格点から負荷下げ状態となる非定常状態では、燃料流量が絞り勝手となり、逆に負荷上昇の非定常状態においては、燃料流量が過剰勝手になることが一般的である。このため、電力系統が正常に運用される範囲を逸脱するような系統周波数変動が生じ、ガスタービン出力を急激に減少させる制御過程すなわち、燃料流量を急に絞る過程においては前述の負荷下げ状態同様に、燃料流量が絞り勝手となり、これに伴う燃焼器の失火や異常燃焼の発生が懸念される。
【００７０】
このため、本実施の形態では、系統周波数変動が生じたこと、あるいはガスタービン出力を急激に減少させる制御指令すなわち負荷降下指令ＰＤが出されたことのオア条件成立時に、燃料配分関数Ａから燃料配分関数Ｂに切り替えるように構成した。なお、２７はオア回路である。負荷降下指令ＰＤの出力時点の方が、系統異常検出器２０の動作時点よりもかなり速いので、系統周波数が変動し、系統異常検出器２０が動作する以前に負荷降下指令ＰＤの出力によって、すばやく分配燃料関数発生器を１８Ａから１８Ｂに切り替えることができる。
【００７１】
関数発生器１８Ｂは既に説明したように、燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦの高温域において、第２予混合燃料信号ＦＲＥＦ３の配分割合が高く、炎の安定性が低いモード４の領域を無くし、炎の安定性の高い燃焼モード２、３の領域を広く与えるので、燃料流量を急に絞る過程において、燃料流量が絞り勝手になることに伴う燃焼器の失火や異常燃焼の発生を回避することができる。
なお、関数発生器の切り替え時の信頼性を高めるためには、系統異常検出器２０の動作出力および負荷降下指令ＰＤ２６のアンド条件をとるようにしても良い。
【００７２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば系統周波数が負荷の脱落などにより、系統周波数が通常の運転周波数から短時間で大幅に変動した場合は、燃焼器の燃料分配をより燃焼が安定する燃料分配に切り替えることにより、安定した燃焼状態を保持し、燃焼器失火によるガスタービントリップや異常燃焼を防止することのできるガスタービン制御方法及び装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図。
【図２】関数発生器１８Ｂの燃料配分関数Ｂを示す図。
【図３】第２の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図。
【図４】第３の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図。
【図５】関数発生器１８Ｃの燃料配分関数Ｃを示す図。
【図６】第４の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図。
【図７】第５の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図。
【図８】関数発生器１８Ｄの燃料配分関数Ｄを示す図。
【図９】第６の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図。
【図１０】第７の実施の形態に係わるガスタービン発電プラントの構成図。
【図１１】第７の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図。
【図１２】第８の実施の形態に係わるガスタービン発電プラントの構成図。
【図１３】第８の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図。
【図１４】第９の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図。
【図１５】ガスタービンの負荷とガスタービン燃料流量との関係を示す図。
【図１６】ガスタービン発電プラントの構成図。
【図１７】従来の燃料制御ブロック図。
【図１８】関数発生器１８、１８Ａの燃料配分関数Ａを示す図。
【符号の説明】
１…入口空気案内翼、２…空気圧縮機、３…空気流路、４…燃焼器、５−１…燃料制御弁、５−２…燃料制御弁、５−３…燃料制御弁、６−１…燃料バーナー、６−２…燃料バーナー、６−３…燃料バーナー、７…ガスタービン、８…ガスタービン軸、９…発電機、１０…ガスタービン制御装置、１１…軸端歯車、１２…速度検出器、１３…圧縮機吐出空気圧力検出器、１４…排ガス温度検出器、１５…発電機出力検出器、１７…燃料流量制御算出器、１８Ａ…関数発生器、１８Ｂ…関数発生器、１８Ｃ…関数発生器、１８Ｄ…関数発生器、１９…燃焼器制御温度算出器、２０…系統異常検出器、２１…分配燃料制御信号切り替えスイッチ部、２２…分配燃料制御信号切り替えスイッチ部、２３…分配燃料制御信号切り替えスイッチ部、２４…圧縮機吐出空気温度検出器、２５…燃焼ガス温度検出器、２６…負荷降下指令、２７…オア回路、４０…ワンショットタイマー、１００…ガスタービン設備、１０３…入口空気圧力検出器。
【発明の属する技術分野】
本発明は、系統周波数が過渡的に変動する場合でも安定した燃焼状態を保持することのできるガスタービン制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービン発電プラントは、燃料と圧縮空気とを燃焼器に供給し、燃焼器で燃焼したガスをガスタービンに供給してガスタービンを駆動し、発電機から電力を発生させるようにしたものである。
【０００３】
図１６は、従来のガスタービン発電プラントの構成図を示す。
図において、１００はガスタービンであり、大気中から入口空気案内翼１を介して取り込んだ空気を高温高圧の燃焼用空気に圧縮する空気圧縮機２と、空気流路３を介して取り込んだ燃焼用空気により燃料を燃焼させる燃焼器４と、燃焼器４の燃焼ガスを導入し燃焼ガスの断熱膨張により回転駆動されるガスタービン本体７とから構成される。
【０００４】
一方、複数の燃料制御弁５−１、５−２および５−３を経て供給された燃料は、拡散燃焼用バーナー６−１、第１予混合燃焼用バーナー６−２および第２予混合燃焼用バーナー６−３からそれぞれ噴射されて前記燃焼器４に入り、ここで前記燃焼用空気と混合して燃焼し高温高圧の燃焼ガスとなる。この燃焼ガスは前述したようにガスタービン本体７で断熱膨張してガスタービン軸８を回転させ、同軸８に結合されている発電機９を回転させて発電機出力を得る。
【０００５】
ガスタービン本体７の排ガスの経路は図示していないが、煙突に抜けていくか、あるいはコンバインドサイクル発電プラントのように、排熱回収ボイラの熱源として使用されたのち煙突に抜けていくように構成されている。
【０００６】
燃料制御装置１０はコンピュータ等の演算装置によって構成され、軸端歯車１１に近接して取り付けた速度検出器１２から得られたガスタービン速度Ｎ、空気圧縮機２の入口部に設けた入口空気圧力検出器１０３から得られた圧縮機入口空気圧力ＰＸ１、空気圧縮機２の出口に設けた圧縮機吐出空気圧力検出器１３から得られた圧縮機吐出空気圧力ＰＸ２、タービン出口に設けた排ガス温度検出器１４から得られた排ガス温度ＴＸ１、発電機出力検出器１５から得られた発電機出力ＭＷおよび入口空気案内翼１の開度ＩＧＶ等のガスタービン運転状態諸量を入力する。
【０００７】
そしてこの燃料制御装置１０はガスタービン運転状態諸量に基づいて所定の演算を行ない、各燃料系統への配分燃料制御信号ＦＲＥＦ１（拡散燃料信号）、ＦＲＥＦ２（第１予混合燃料信号）、ＦＲＥＦ３（第２予混合燃料信号）を出力し、対応する燃料制御弁５−１、５−２および５−３の弁開度を制御するように構成されている。なお、燃料制御装置１０における所定の演算とは例えば、非特許文献１の図６のブロック図で行なわれているような燃料流量制御のことである。ただし、非特許文献１の場合、入力する信号の数が少ないので比較的単純なブロック図になっているが、本発明の場合入力信号は多いので、もう少し複雑なブロック図に成らざるを得ない。
【０００８】
【非特許文献１】
平成１４年発行、電学論Ｂ、１２２巻３号、（３）燃料流量制御、図６第３９４頁
【０００９】
図１７は前記燃料制御装置１０の制御ブロック図の一例を示す図である。
図１７において、１７は前述したガスタービン速度Ｎ、圧縮機入口空気圧力ＰＸ１、圧縮機吐出空気圧力ＰＸ２、排ガス温度ＴＸ１、発電機出力ＭＷ等のガスタービン運転状態諸量を入力して所定の演算式に基づいてトータルの燃料流量制御信号ＦＲＥＦを算出する燃料流量制御算出手段である。
【００１０】
１９は前記燃料流量制御算出手段と同じように圧縮機入口空気圧力ＰＸ１、圧縮機吐出空気圧力ＰＸ２、排ガス温度ＴＸ１、入口空気案内翼１の開度ＩＧＶ等のガスタービン運転状態諸量を入力して所定の演算式に基づいて燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦを算出する燃焼器制御温度算出手段である。この燃焼器制御温度算出器１９で採用する所定の演算式とは、前記燃料流量制御算出手段１７で採用する演算式と同様の演算式である。
【００１１】
１８は、このトータルの燃料流量制御信号ＦＲＥＦを燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦの関数である分配関数に基づいて、各燃料系統への配分燃料制御信号ＦＲＥＦ１（拡散燃料信号）、ＦＲＥＦ２（第１予混合燃料信号）およびＦＲＥＦ３（第２予混合燃料信号）を出力する関数発生器である。
そしてこれら配分燃料制御信号は各系統の燃料制御弁５−１、５−２および５−３に出力し、トータルの燃料流量と各燃料系統への燃料配分割合を制御する。
【００１２】
図１８は燃料分配関数発生器１８における燃焼ガス温度に対応する燃料配分割合の１例（後述する燃料分配関数Ａと同一）を示す図である。この図１８で示すように燃料分配関数発生器１８は、燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦの値に応じて各燃料系統への燃料供給割合が最適となるように設定された４つの燃焼モード１〜４を有しており、この最適配分割合は燃焼器４内の火炎の安定性と排出ＮＯｘ濃度により設定される。
【００１３】
横軸の燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦの低温域の状態で、炎の安定度を増すためには拡散燃料信号ＦＲＥＦ１の配分割合を増加させる必要があり、また窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減させるには第１予混合燃料信号ＦＲＥＦ２と第２予混合燃料信号ＦＲＥＦ３との配分割合を増加させる必要がある。
【００１４】
一方、燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦが高温域になると、拡散燃料信号ＦＲＥＲ１が０％としても炎の安定性が確保されるため、第１予混合燃焼と第２予混合燃焼のみの運転となる。この状態では第１予混合燃料信号ＦＲＥＦ２と第２予混合燃料信号ＦＲＥＦ３の割合がハードウェアにより決まるある値、例えば２０：８０になると排出ＮＯｘが低減されるが、これに反して炎の安定性が低くなる傾向となる。これらの特性から各燃焼モードにおける最適な配分が決定される。
【００１５】
このような燃料制御を行う燃料制御装置１０は電力系統が正常に運用される範囲から逸脱するような系統周波数変動が生じた場合、系統周波数を保持するように燃料流量、圧縮機入口空気案内翼を制御する。この結果、ガスタービンの運転状態が大きく変動することになる。
【００１６】
例えば、落雷等による送電系統の脱落で負荷が急激に脱落した場合には電力需給のバランスが崩れて系統周波数が大幅に上昇する。逆に負荷が急激に増えた場合には周波数が大幅に低下する。大幅な系統周波数の変動時には系統の負荷遮断や運転中の発電機の出力を調整して系統周波数の安定化を図るように制御しなければならない。この場合、ガスタービン設備を伴った発電プラントにおいては、急激な負荷変動に追従できるような機能を持たせる必要がある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
このような非定常的な運転状態では、燃焼ガス温度が短時間に大きく変動するので、特に上述のようにガスタービンの運転状態量から燃焼ガス温度を推定算出し、この推定算出値により燃料配分を制御するような制御方法では、推定算出される燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦが非定常状態による状態量の遅れにより実際の温度との間に差が発生し、最適な燃料配分での運転ができない場合が考えられる。この場合、燃焼の炎が不安定となり、最悪の場合には失火し、ガスタービントリップに至る危険性がある。したがって、ガスタービン燃焼器の失火や異常燃焼を回避する制御がガスタービンプラントにとって最重要課題となる。
【００１８】
本発明の目的は、系統周波数が過渡的に変動する場合でも安定した燃焼状態を保持し、燃焼器失火によるガスタービントリップを防止できる燃料制御を行なうようにしたタービン制御方法およびその装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に係わるガスタービン制御方法の発明は、空気圧縮機、複数の燃料系統から燃料を投入し、これを前記圧縮機からの吐出空気と燃料とを混合して燃焼させる燃焼器およびこの燃焼器からの燃焼ガスを受け入れ前記圧縮機と発電機とを駆動するガスタービン本体とから構成されたガスタービンと、このガスタービンの運転状態諸量から算出した燃焼器制御温度に対応した燃焼モードになるように前記複数の燃料系統に分配燃料信号を出力する燃料制御装置と、を備え、この燃料制御装置により燃焼器の燃焼状態を制御するガスタービン制御方法において、ガスタービンの運転状態諸量から算出したトータルの燃料流量制御信号を前記燃焼器制御温度に応じて前記複数の燃料系統に配分する燃料分配関数を複数種類用意し、電力系統周波数の過渡的変動時、前記燃料分配関数を切り替えて燃焼モードをより安定な燃焼モードに切り替えることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項２に係わるガスタービン制御装置の発明は、空気圧縮機、複数の燃料系統から燃料を投入し、これを前記圧縮機からの吐出空気と燃料とを混合して燃焼させる燃焼器およびこの燃焼器からの燃焼ガスを受け入れ前記圧縮機と発電機とを駆動するガスタービン本体とから構成されたガスタービンと、このガスタービンの運転状態諸量から算出した燃焼器制御温度に対応した燃焼モードになるように前記複数の燃料系統に分配燃料信号を出力する燃料制御装置と、を備えたガスタービン制御装置において、ガスタービンの運転状態諸量から算出したトータルの燃料流量制御信号を前記燃焼器制御温度に応じて前記複数の燃料系統に配分する燃料分配関数をそれぞれ有する分配燃料関数発生器を複数種類備えた分配燃料関数発生部と、電力系統周波数が予定の範囲から逸脱したときあるいは逸脱することが推定されるとき、動作して切り替え信号を出力する系統異常検出手段と、この系統異常検出手段の動作信号により、前記分配燃料関数を切り替えて燃焼モードをより安定な燃焼モードに切り替える切り替え手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図を通じて同一要素には同一符号を、関連する要素にはダッシュ（’）あるいは添字を付けて説明する。
【００２２】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図である。
燃料制御装置１０’は、従来装置と比べて異なるところは、燃料分配関数を複数種類用意し、系統周波数が所定値以上変動した場合に切り替えるように構成したことにある。燃料流量制御信号算出器１７は、前述したように、速度検出器１２から得られたガスタービン速度Ｎ、空気圧縮機２の入口部に設けた入口空気圧力検出器１０３から得られた圧縮機入口空気圧力ＰＸ１、空気圧縮機２の出口に設けた圧縮機吐出空気圧力検出器１３から得られた圧縮機吐出空気圧力ＰＸ２、ガスタービン出口に設けた排ガス温度検出器１４から得られた排ガス温度ＴＸ１および発電機出力検出器１５から得られた発電機出力ＭＷ等のガスタービン運転状態諸量を入力信号とし、この入力信号に基づいてトータルの燃料流量制御信号ＦＲＥＦを算出する。
【００２３】
燃焼器制御温度算出器１９も同様に前記圧縮機入口空気圧力ＰＸ１、圧縮機吐出空気圧力ＰＸ２、排ガス温度ＴＸ１および入口空気案内翼１の開度ＩＧＶ信号等のガスタービン運転状態諸量を入力信号とし、この入力信号に基づいて燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦを推定値として算出する。
【００２４】
燃料分配関数発生部１８’は、前記燃焼器制御温度算出器１９で算出した燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦの値に応じて複数の燃料系統への配分燃料信号を出力するように構成されている。この燃料分配関数発生部１８’は複数種類（ここでは２種類）の関数発生器１８Ａおよび関数発生器１８Ｂとから構成され、このうち関数発生器１８Ａは電力系統の周波数が定常状態のとき選択され、関数発生器１８Ｂは系統周波数が急激に変動したときに後述する切り替え指令ＡＳによって、選択されるように構成されている。
【００２５】
なお、関数発生器１８Ａは従来の技術で述べた前記関数発生器１８と同一のものであるが、一緒に設けた他の関数発生器１８Ｂと対比する意味で、添字Ａを付けている。
【００２６】
関数発生器１８Ａは、燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦの関数である燃料分配関数Ａに基づいて各燃料系統への配分燃料制御信号として３種類の信号すなわちＦＲＥＦ１Ａ（拡散燃料信号）、ＦＲＥＦ２Ａ（第１予混合燃料信号）、ＦＲＥＦ３（第２予混合燃料信号）を出力する。一方、関数発生器１８Ｂは、燃料分配関数Ｂに基づいて各燃料系統へ同様に配分燃料制御信号であるＦＲＥＦ１Ｂ（拡散燃料信号）、ＦＲＥＦ２Ｂ（第１予混合燃料信号）、ＦＲＥＦ３Ｂ（第２予混合燃料信号）を出力する。
【００２７】
関数発生器１８Ａおよび１８Ｂには、ガスタービンの起動から全負荷まで燃焼器４の燃焼状態を安定に保つために、燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦに応じた燃焼モード１〜４を設けており、各々の燃焼モードにおける燃料配分割合（ＦＲＥＦ１、ＦＲＥＦ２、ＦＲＥＦ３）が燃焼器制御温度に応じて切替わるように構成している。
【００２８】
２０はガスタービン発電機９の接続される電力系統の周波数異常を検出する系統異常検出器であり、系統周波数が公称周波数の上下に設定した上限値、下限値で挟まれた周波数帯域から逸脱するような周波数変動が生じた場合動作して切り替え指令ＡＳを出力する。
【００２９】
この切り替え指令ＡＳは分配燃料制御信号切り替えスイッチ２１、２２、２３に入力され、関数発生器１８Ａの出力から１８Ｂの出力に切り替えて燃料配分割合（ＦＲＥＦ１、ＦＲＥＦ２、ＦＲＥＦ３）を出力する。
【００３０】
なお、分配燃料制御信号切り替えスイッチ２１、２２、２３は系統周波数が定常状態にあるとき、関数発生器１８Ａ側の出力信号を燃料制御装置１０’としての出力信号となるように、また、切り替え指令ＡＳを入力した状態では、関数発生器１８Ｂ側の出力信号が燃料制御装置１０’としての出力信号となるように応動する。
【００３１】
図２は関数発生器１８Ｂの燃料配分関数Ｂを示す図である。この図２には系統周波数が異常の場合の燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦ（Ｔ１’、Ｔ２’、Ｔ３’）に応じた３つの燃焼モード１〜燃焼モード３があらかじめ設定されている。分配燃料制御信号切り替えスイッチ２１、２２、２３に系統異常検出器２０からの切り替え指令ＡＳが入力された場合には、燃料配分割合（ＦＲＥＦ１Ａ、ＦＲＥＦ２Ａ、ＦＲＥＦ３Ａ）から、燃料分配関数Ｂに基づく燃料配分割合（ＦＲＥＦ１Ｂ、ＦＲＥＦ２Ｂ、ＦＲＥＦ３Ｂ）に切り替わる。
【００３２】
この燃料分配関数Ｂの燃焼モード１〜３は、燃焼器２の燃焼状態をより安定な状態となるように、前記燃料分配関数Ａに比べると、燃焼モードの切り替え温度を変更して設定されている。すなわち、燃焼モード２から燃焼モード３に切替わる燃焼器制御温度Ｔ２（燃料分配関数Ａ）がＴ２’（燃料分配関数Ｂ）に変更され、Ｔ２＜Ｔ２’としている。また、燃焼モード３から燃焼モード４に切替わる燃焼器制御温度が燃料分配関数ＡではＴ３であるのに対し、燃料分配関数Ｂでは燃焼モード３の領域上限のベース運転温度Ｔｂａｓｅまで与え、炎の安定性が低いモード４の領域を無くしている。
【００３３】
以上述べたように、本実施の形態によれば、周波数変動時に燃焼モードの切り替え温度を高い値に変更して各燃焼モードの領域を変更するようにしたので、炎の安定性の高い燃焼モード領域を広く与えることができる。これにより、周波数変動時の不安定な運転状態における燃焼器の失火や異常燃焼を回避することが可能となる。
【００３４】
（第２の実施の形態）
図３は本発明の第２の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図である。
本実施の形態は、第１の実施の形態に対して系統異常検出器２０による切り替え指令ＡＳをワンショットタイマー４０を介して分配燃料制御信号切り替えスイッチ２１、２２、２３に入力する構成とする点で相違するが、それ以外の構成については第１の実施の形態と同じであるので説明を省略する。
【００３５】
通常の電力系統は、送電線によって幾つかの発電機を連係して運転しており、各発電機は当該電力系統に接続される負荷との需給バランスによって出力を決められている。もし、１台の発電機が故障でトリップしたとき、給電指令所等から他の発電機に出力増加指令が出され、暫くすると新たに需給のバランスがとれるようになるが、そのバランスがとれるまでの過渡期間、電力系統の周波数は大きく変動する。
【００３６】
本実施の形態で新たに設けたワンショットタイマー４０は、そのタイマーの時限をある発電機のトリップ等で系統周波数が異常になってから、他の発電機の出力増加によって、系統周波数が再び安定するのに必要な時間を経験値などにより想定して設定している。
【００３７】
系統周波数の異常により系統異常検出器２０が動作して切り替え指令ＡＳが発生すると、この切り替え指令ＡＳはワンショットタイマー４０を通して分配燃料制御信号切り替えスイッチ２１、２２、２３に入力され、燃料分配関数Ａに基づく関数発生器１８Ａの出力する燃料配分割合（ＦＲＥＦ１Ａ、ＦＲＥＦ２Ａ、ＦＲＥＦ３Ａ）から、燃料分配関数Ｂに基づく関数発生器１８Ｂの出力する燃料配分割合（ＦＲＥＦ１Ｂ、ＦＲＥＦ２Ｂ、ＦＲＥＦ３Ｂ）に切替わる。
【００３８】
第１の実施の形態で既に述べたように、燃料分配関数Ｂは燃料分配関数Ａと比べると、燃焼モードの切り替え温度を第１の実施の形態同様、高い値に設定している。すなわち、燃焼モード２から燃焼モード３に切替わる燃焼器制御温度Ｔ２（燃料分配関数Ａ）がＴ２’（燃料分配関数Ｂ）に変更され、Ｔ２＜Ｔ２’としている。また、燃焼モード３から燃焼モード４に切替わる燃焼器制御温度が燃料分配関数ＡではＴ３であるのに対し、燃料分配関数Ｂでは燃焼モード３の領域上限のベース運転温度Ｔｂａｓｅまで与え、炎の安定性が低いモード４の領域を無くしている。
【００３９】
そして、ワンショットタイマー４０は切り替え指令ＡＳが出てから所定の時間になると出力を復帰させ、この結果切り替えスイッチ２１、２２、２３を元の関数発生器１８Ａ側に切り替えて以前の配分燃料制御信号（ＦＲＥＦ１Ａ、ＦＲＥＦ２Ａ、ＦＲＥＦ３Ａ）を出力する。
【００４０】
このように、系統周波数の変動時あらかじめワンショットタイマー４０によって定めた必要最小限の時間のみ燃焼モードの領域を変更することにより、炎の安定性の高い燃焼モード領域を広く与え、周波数変動時の不安定な運転状態における燃焼器の失火や異常燃焼を回避することが可能になる。そして、系統周波数が安定した頃に元の燃料分配関数Ａで定めた燃料配分割合による燃焼に戻すので、窒素酸化物（ＮＯｘ）を低く抑えた運転を行なうことができる。
【００４１】
（第３の実施の形態）
図４は本発明の第３の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図である。
本実施の形態と第１の実施の形態との相違点は、関数発生器１８Ｂを関数発生器１８Ｃに置換したことにあり、他は同じ構成であるので説明を省略する。
【００４２】
図５は本実施の形態で新たに設けた関数発生器１８Ｃの燃料配分関数Ｃを示す図である。この関数発生器１８Ｃには、系統周波数に異常が発生した場合の燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）に応じた燃焼モード１〜４があらかじめ設定してある。
【００４３】
系統異常検出器２０が動作して、切り替え信号ＡＳが分配燃料制御信号切り替えスイッチ２１、２２、２３に入力されると、関数発生器１８Ａが出力する燃料配分割合（ＦＲＥＦ１Ａ、ＦＲＥＦ２Ａ、ＦＲＥＦ３Ａ）から燃料分配関数Ｃに基づく関数発生器１８Ｃが出力する燃料配分割合（ＦＲＥＦ１Ｃ、ＦＲＥＦ２Ｃ、ＦＲＥＦ３Ｃ）に切替わる。
【００４４】
燃料分配関数Ｃの燃焼モード１〜４は、燃焼器２の燃焼モードをより安定な状態となるように燃料配分が設定されている。すなわち、燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦが高いＴ３〜ベース運転時温度Ｔｂａｓｅのモード４においても、拡散燃料信号ＦＲＥＦ１の燃料配分割合を５０％以上の値とし、第１予混合燃料信号ＦＲＥＦ２と第２予混合燃料信号ＦＲＥＦ３の配分割合を低くする。
【００４５】
この結果、本実施の形態は、系統周波数の変動時でも第１の実施の形態に比べて、燃焼器２の炎の安定性が高くなり、周波数変動時の不安定な運転状態における燃焼器の失火や異常燃焼を回避することが可能となる。
【００４６】
（第４の実施の形態）
図６は本発明の第４の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図である。
本実施の形態は、前述した第３の実施の形態における系統異常検出器２０の出力を、第２の実施の形態同様ワンショットタイマー４０を経て分配燃料制御信号切り替えスイッチ２１、２２、２３に出力するようにしたことを特徴とするものであり、その他の構成は第３の実施の形態の場合と同じであるので、説明を省略する。
【００４７】
本実施の形態の場合、第３の実施の形態同様、電力系統周波数に異常が発生した場合、系統異常検出器２０が動作して、切り替え信号ＡＳがタイマー４０を経て分配燃料制御信号切り替えスイッチ２１、２２、２３に入力される。これにより燃料分配関数Ａに基づく関数発生器１８Ａの出力が、燃料分配関数Ｃに基づく関数発生器１８Ｃの出力する燃料配分割合（ＦＲＥＦ１Ｃ、ＦＲＥＦ２Ｃ、ＦＲＥＦ３Ｃ）に切替わる。燃焼モード１〜４は燃焼器の燃焼モードをより安定な状態となるように燃料配分が設定されている。すなわち、燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦが高いＴ３〜ベース運転時温度Ｔｂａｓｅの運転モード４においても、拡散燃料信号ＦＲＥＦ１の燃料配分割合を５０％以上の値とし、第１予混合信号ＦＲＥＦ２と第２予混合燃料信号ＦＲＥＦ３の配分割合を低くする。
【００４８】
本実施の形態では、第２の実施の形態同様、ワンショットタイマー４０により燃料分配関数の切り替え時間を予め定めることにより、系統周波数の変動時は、燃焼器の炎の安定性が高くすることにより、周波数変動時の不安定な運転状態における燃焼器の失火や異常燃焼を回避する。そして、あらかじめ想定した時間が経過し系統周波数が安定するようになると、もとの窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減した燃焼を行なわせることができる。
【００４９】
（第５の実施の形態）
図７は本発明の第５の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図である。
本実施の形態は、第１の実施の形態における関数発生器１８Ｂを関数発生器１８Ｄに置換したもので、この関数発生器１８Ｄには前記燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦは入力されない構成となっている。その他の構成は第１の実施の形態の場合と同じであるので、その部分の説明は省略する。
【００５０】
新たに設けた関数発生器１８Ｄは、燃料流量制御算出器１７から出力されるトータルの燃料流量制御信号ＦＲＥＦを入力し、この入力信号を燃料分配関数Ｄに基づき、各燃料系統への配分燃料制御信号ＦＲＥＦ１Ｄ（拡散燃料信号）、ＦＲＥＦ２Ｄ（第１予混合燃料信号）、ＦＲＥＦ３Ｄ（第２予混合燃料信号）として出力する。
【００５１】
図８に示す燃料配分関数Ｄは、系統周波数が異常の場合の燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）による制御を除外し、あらかじめ拡散燃料信号ＦＲＥＦ１：１００％、第１予混合信号ＦＲＥＦ２：０％、第２予混合燃料信号ＦＲＥＦ３：０％の燃料分配関数が定められている。
【００５２】
すなわち、系統異常検出部２０が系統周波数の異常を検出した場合には、燃焼器制御温度に拘わらず、拡散燃料信号ＦＲＥＦ１の燃料割合を一定（１００％）に固定することにより、燃焼器の炎の安定性が高い状態での運転を行うようにしたものである。
この結果、窒素酸化物の量は増えるものの周波数変動時の不安定な運転状態における燃焼器の失火や異常燃焼を回避することが可能となる。
【００５３】
（第６の実施の形態）
図９は本発明の第６の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図である。
本実施の形態は、第５の実施の形態に対して系統異常検出器２０の切り替え出力ＡＳを第２、第４の実施の形態と同様にワンショットタイマー４０を介して分配燃料制御信号切り替えスイッチ部２１、２２、２３に入力するように構成したことを特徴とするものである。
【００５４】
系統周波数の異常により、系統異常検出器２０が動作すると、切り替え信号ＡＳはワンショットタイマー４０を経由して分配燃料制御信号切り替えスイッチ２１、２２、２３に入力される。このワンショットタイマー４０の復帰時限は系統周波数が回復すると想定される必要な時間分だけあらかじめ設定されている。
【００５５】
異常信号ＡＳが発生した場合、今まで出力されていた燃料配分割合（ＦＲＥＦ１Ａ、ＦＲＥＦ２Ａ、ＦＲＥＦ３Ａ）から、ワンショットタイマー４０を介して燃料分配関数Ｄに基づく関数発生器１８Ｄの出力する燃料配分割合（ＦＲＥＦ１Ｄ、ＦＲＥＦ２Ｄ、ＦＲＥＦ３Ｄ）に切替わる。すなわち、異常を検出した場合には、ワンショットタイマー４０であらかじめ定められた時間において、燃焼器制御温度に拘わらず、拡散燃料信号ＦＲＥＦ１の燃料割合を一定（１００％）に固定することにより、燃焼器の炎の安定性が高い状態での運転を行ない、周波数変動時の不安定な運転状態における燃焼器の失火や異常燃焼を回避するとともに、ワンショットタイマー４０の復帰後すなわち系統周波数の安定した頃になると、もとの低ＮＯｘの運転を行なうことができる。
【００５６】
（第７の実施の形態）
図１０は本発明の第７の実施の形態に係わるガスタービン発電プラントの構成図であり、図１１は本実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図である。図１０と従来図（図１６）との相違点は、ガスタービン７の入口に設けられた燃焼ガス温度検出器２５から得た燃焼ガス温度ＴＸ２を燃料制御装置１０’に入力するようにした点である。
【００５７】
図１１において、本実施の形態の燃料制御装置１０’は、前記燃料流量制御算出器１７、関数発生器１８Ａ，１８Ｂから構成され、そして、関数発生器１８Ａ、１８Ｂを燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦに応じた燃焼モードにより燃料信号（ＦＲＥＦ１Ａ、ＦＲＥＦ２Ａ、ＦＲＥＦ３Ａ）、（ＦＲＥＦ１Ｂ、ＦＲＥＦ２Ｂ、ＦＲＥＦ３Ｂ）を出力する。なお、前記燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦは、タービン入口に設けられた燃焼ガス温度検出器２５から得た燃焼ガス温度ＴＸ２により直接測定検出した値を用いる。
【００５８】
ガスタービンの起動から全負荷まで燃焼器の燃焼状態を安定に保つために、燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦに応じた燃焼モード１〜４があり、各々のモードにおける燃料配分割合（ＦＲＥＦ１、ＦＲＥＦ２、ＦＲＥＦ３）が燃焼器制御温度に応じて切り替わるようにしている。
【００５９】
また、系統周波数の異常検出するための系統異常検出器２０を設け、切り替え信号ＡＳを分配燃料制御信号切り替えスイッチ２１、２２、２３へ入力される構成とする。図２で示した燃料配分関数Ｂは、系統周波数が異常の場合の燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦ（Ｔ１’、Ｔ２’、Ｔ３’）に応じた燃焼モード１〜３があらかじめ設定されている。系統異常検出器２０からの異常信号ＡＳを受けた場合には、燃料分配関数Ｂに基づく関数発生器１８Ｂの出力する燃料配分割合（ＦＲＥＦ１Ｂ、ＦＲＥＦ２Ｂ、ＦＲＥＦ３Ｂ）に切り替わる。
【００６０】
ここで、燃焼器ガス温度ＴＸ２を直接検出し、燃焼器制御温度として入力することにより、図１に示した燃焼器制御温度算出器１９を必要としないため、関数発生器１８Ａ、１８Ｂ内での燃料配分割合算出に生じる時間遅れを低減することが可能となる。これは、特にガスタービン負荷が系統周波数変動異常により急激に低減しなければならない場合において、関数発生器１８Ａ、１８Ｂ、燃焼器制御温度計算による時間遅れを低減することが可能となり、制御の時間遅れに伴う拡散燃料ＦＲＥＦ１の増加遅れを低減することが可能となり、燃焼器の失火や異常燃焼を回避することが可能となる。
【００６１】
（第８の実施の形態）
図１２はガスタービン発電プラントの構成図であり、図１３は本発明の第８の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図である。
図１２において、図１６との違いは空気圧縮機の出口に設けられた圧縮機吐出空気温度検出器２４により得た圧縮機吐出空気温度ＴＸ３を燃料制御装置１０’に入力し、燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦの算出に用いるようにしたことにある。
【００６２】
すなわち、燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦは、入口空気圧力検出器１０３から得た圧縮機入口空気圧力ＰＸ１により算出される圧縮機空気流量と、空気圧縮機２の出口に設けられた圧縮機吐出空気温度検出器２４により得た圧縮機吐出空気温度ＴＸ３と、燃料流量制御算出器１７で出力される燃料流量制御信号ＦＲＥＦにより算出される燃焼器制御温度を用いる。
【００６３】
ガスタービンの起動から全負荷まで燃焼器の燃焼状態を安定に保つために、燃料分配関数Ａは、燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦに応じた燃焼モード１〜４を有し、各々のモードにおける燃料配分割合（ＦＲＥＦ１、ＦＲＥＦ２、ＦＲＥＦ３）が燃焼器制御温度に応じて切替わるようにしている。
【００６４】
また、系統周波数の異常検出するための系統異常検出器２０を設け、切り替え信号ＡＳを分配燃料制御信号切り替えスイッチ２１、２２、２３へ入力される構成とする。図２に示す燃料配分関数Ｂは、系統周波数が異常の場合の燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦ（Ｔ１’、Ｔ２’、Ｔ３’）に応じた燃焼モード１〜３があらかじめ設定されている。系統異常検出器２０からの切り替え信号ＡＳを受けた場合には、燃料分配関数Ｂに基づく関数発生器１８Ｂの出力する燃料配分割合（ＦＲＥＦ１Ｂ、ＦＲＥＦ２Ｂ、ＦＲＥＦ３Ｂ）に切り替わる。
【００６５】
ここで、燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦの算出は時間遅れの少ない圧縮機空気流量と、圧縮機吐出空気温度と、燃料流量とにより算出されるため、燃焼器制御温度の算出器１９や、関数発生器１８Ａ、１８Ｂ内での燃料配分割合算出に生じる時間遅れを低減することが可能となる。
【００６６】
本実施の形態は、特にガスタービン負荷が系統周波数変動異常により急激に低減しなければならない場合において、圧縮機空気流量と圧縮機吐出空気温度と燃料流量とを検出して燃焼器制御温度を算出すｒので、燃焼器制御温度計算による時間遅れを低減することができ、時間遅れに伴う拡散燃料ＦＲＥＦ１の増加遅れを低減することが可能となるため、燃焼器の失火や異常燃焼を回避することが可能となる。
【００６７】
（第９の実施の形態）
図１４は本発明の第９の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図であり、図１５はガスタービンの負荷とガスタービン燃料流量との関係を示す図である。
【００６８】
図１４において、本実施の形態と第１の実施の形態との相違点は、前記分配燃料制御信号切り替えスイッチ部２１、２２、２３に入力する切り替え指令ＡＳを前記系統異常検出器２０の出力および負荷遮断に起因して出力される負荷降下指令ＰＤ２６のオア条件成立時に切り替え指令を出力するように構成したものであり、その他の点については図１と同じなので説明は省略する。
【００６９】
図１５で示すように、ガスタービンプラントは、ガスタービン負荷が定格点から負荷下げ状態となる非定常状態では、燃料流量が絞り勝手となり、逆に負荷上昇の非定常状態においては、燃料流量が過剰勝手になることが一般的である。このため、電力系統が正常に運用される範囲を逸脱するような系統周波数変動が生じ、ガスタービン出力を急激に減少させる制御過程すなわち、燃料流量を急に絞る過程においては前述の負荷下げ状態同様に、燃料流量が絞り勝手となり、これに伴う燃焼器の失火や異常燃焼の発生が懸念される。
【００７０】
このため、本実施の形態では、系統周波数変動が生じたこと、あるいはガスタービン出力を急激に減少させる制御指令すなわち負荷降下指令ＰＤが出されたことのオア条件成立時に、燃料配分関数Ａから燃料配分関数Ｂに切り替えるように構成した。なお、２７はオア回路である。負荷降下指令ＰＤの出力時点の方が、系統異常検出器２０の動作時点よりもかなり速いので、系統周波数が変動し、系統異常検出器２０が動作する以前に負荷降下指令ＰＤの出力によって、すばやく分配燃料関数発生器を１８Ａから１８Ｂに切り替えることができる。
【００７１】
関数発生器１８Ｂは既に説明したように、燃焼器制御温度ＴＩＴＲＥＦの高温域において、第２予混合燃料信号ＦＲＥＦ３の配分割合が高く、炎の安定性が低いモード４の領域を無くし、炎の安定性の高い燃焼モード２、３の領域を広く与えるので、燃料流量を急に絞る過程において、燃料流量が絞り勝手になることに伴う燃焼器の失火や異常燃焼の発生を回避することができる。
なお、関数発生器の切り替え時の信頼性を高めるためには、系統異常検出器２０の動作出力および負荷降下指令ＰＤ２６のアンド条件をとるようにしても良い。
【００７２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば系統周波数が負荷の脱落などにより、系統周波数が通常の運転周波数から短時間で大幅に変動した場合は、燃焼器の燃料分配をより燃焼が安定する燃料分配に切り替えることにより、安定した燃焼状態を保持し、燃焼器失火によるガスタービントリップや異常燃焼を防止することのできるガスタービン制御方法及び装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図。
【図２】関数発生器１８Ｂの燃料配分関数Ｂを示す図。
【図３】第２の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図。
【図４】第３の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図。
【図５】関数発生器１８Ｃの燃料配分関数Ｃを示す図。
【図６】第４の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図。
【図７】第５の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図。
【図８】関数発生器１８Ｄの燃料配分関数Ｄを示す図。
【図９】第６の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図。
【図１０】第７の実施の形態に係わるガスタービン発電プラントの構成図。
【図１１】第７の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図。
【図１２】第８の実施の形態に係わるガスタービン発電プラントの構成図。
【図１３】第８の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図。
【図１４】第９の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の燃料制御ブロック図。
【図１５】ガスタービンの負荷とガスタービン燃料流量との関係を示す図。
【図１６】ガスタービン発電プラントの構成図。
【図１７】従来の燃料制御ブロック図。
【図１８】関数発生器１８、１８Ａの燃料配分関数Ａを示す図。
【符号の説明】
１…入口空気案内翼、２…空気圧縮機、３…空気流路、４…燃焼器、５−１…燃料制御弁、５−２…燃料制御弁、５−３…燃料制御弁、６−１…燃料バーナー、６−２…燃料バーナー、６−３…燃料バーナー、７…ガスタービン、８…ガスタービン軸、９…発電機、１０…ガスタービン制御装置、１１…軸端歯車、１２…速度検出器、１３…圧縮機吐出空気圧力検出器、１４…排ガス温度検出器、１５…発電機出力検出器、１７…燃料流量制御算出器、１８Ａ…関数発生器、１８Ｂ…関数発生器、１８Ｃ…関数発生器、１８Ｄ…関数発生器、１９…燃焼器制御温度算出器、２０…系統異常検出器、２１…分配燃料制御信号切り替えスイッチ部、２２…分配燃料制御信号切り替えスイッチ部、２３…分配燃料制御信号切り替えスイッチ部、２４…圧縮機吐出空気温度検出器、２５…燃焼ガス温度検出器、２６…負荷降下指令、２７…オア回路、４０…ワンショットタイマー、１００…ガスタービン設備、１０３…入口空気圧力検出器。
Claims (11)
- 空気圧縮機、複数の燃料系統から燃料を投入し、これを前記圧縮機からの吐出空気と混合して燃焼させる燃焼器およびこの燃焼器からの燃焼ガスを受け入れ前記圧縮機と発電機とを駆動するガスタービン本体とから構成されたガスタービンと、
このガスタービンの運転状態諸量から算出した燃焼器制御温度に対応した燃焼モードになるように前記複数の燃料系統に分配燃料信号を出力する燃料制御装置と、
を備え、この燃料制御装置により燃焼器の燃焼状態を制御するガスタービン制御方法において、
ガスタービンの運転状態諸量から算出したトータルの燃料流量制御信号を前記燃焼器制御温度に応じて前記複数の燃料系統に配分する燃料分配関数を複数種類用意し、
電力系統周波数の過渡的変動時、前記燃料分配関数を切り替えて燃焼モードをより安定な燃焼モードに切り替えることを特徴とするガスタービン制御方法。 - 空気圧縮機、複数の燃料系統から燃料を投入し、これを前記圧縮機からの吐出空気と混合して燃焼させる燃焼器およびこの燃焼器からの燃焼ガスを受け入れ前記圧縮機と発電機とを駆動するガスタービン本体とから構成されたガスタービンと、
このガスタービンの運転状態諸量から算出した燃焼器制御温度に対応した燃焼モードになるように前記複数の燃料系統に分配燃料信号を出力する燃料制御装置と、
を備えたガスタービン制御装置において、
ガスタービンの運転状態諸量から算出したトータルの燃料流量制御信号を前記燃焼器制御温度に応じて前記複数の燃料系統に配分する燃料分配関数をそれぞれ有する分配燃料関数発生器を複数種類備えた分配燃料関数発生部と、
電力系統周波数が予定の範囲から逸脱したときあるいは逸脱することが推定されるとき、動作して切り替え信号を出力する系統異常検出手段と、
この系統異常検出手段の切り替え信号により、前記分配燃料関数を切り替えて燃焼モードをより安定な燃焼モードに切り替える切り替え手段と、
を備えたことを特徴とするガスタービン制御装置。 - 前記複数の燃料系統は、それぞれを拡散燃料系統および予混合燃料系統で構成し、前記分配燃料関数発生部を構成する複数種類の関数発生器は、これら拡散燃料系統および予混合燃料系統に対して異なる分配燃料制御信号を出力することを特徴とすることを特徴とする請求項２記載のガスタービン制御装置。
- 前記予混合燃料系統は、第１の予混合燃料系統と第２の予混合燃料系統とから構成したことを特徴とする請求項３記載のガスタービン制御装置。
- 前記分配燃料関数発生部は、通常運転時に選択され、燃焼器制御温度が低温域では拡散燃料信号を出力し、低温域から高温域に移行するときに拡散燃料信号の減少率が大きくかつ予混合燃料信号の増加率が大きくなるように設定し、高温域では拡散燃料信号をきわめて小さくかつ予混合燃料信号を大きく設定した第１の分配燃料関数発生器と、系統異常時に選択されて燃焼器制御温度が低温域では拡散燃料信号を出力し、低温域から高温域に移行するときに拡散燃料信号の減少率および予混合燃料信号の増加率とも前記第１の分配燃料関数発生器よりも小さく設定し、高温域では前記第１の分配燃料関数発生器よりも拡散燃料信号を大きく、かつ予混合燃料信号を小さく設定した第２の分配燃料関数発生器とから構成したことを特徴とする請求項２記載のガスタービン制御装置。
- 前記分配燃料関数発生部は、第１の分配燃料関数発生器と、前記第２の分配燃料関数発生器の代わりに設けられ、燃焼器制御温度が低温域では拡散燃料信号を出力し、低温域から高温域に移行するときに拡散燃料信号の減少率および予混合燃料信号の増加率とも前記第２の分配燃料関数発生器よりも小さく設定し、高温域では前記第２の分配燃料関数発生器よりも拡散燃料信号を大きく、かつ予混合燃料信号を小さく設定した第３の分配燃料関数発生器とから構成したことを特徴とする請求項２記載のガスタービン制御装置。
- 前記分配燃料関数発生部は、第１の分配燃料関数発生器と、前記系統異常時に選択されて燃焼器制御温度の全温度域で、拡散燃料信号のみを出力する第４の分配燃料関数発生器とから構成したことを特徴とする請求項２記載のガスタービン制御装置。
- 前記第２ないし第４の分配燃料関数発生器は、ガスタービン運転状態量として燃焼ガス温度により切り替えることを特徴とした請求項２記載のガスタービン制御装置。
- 前記燃焼器制御温度算出手段は、圧縮機空気流量、圧縮機吐出空気温度、燃料流量制御信号を入力して燃焼器制御温度を算出することを特徴とする請求項２記載のガスタービン制御装置。
- 前記系統異常検出手段の切り替え信号またはガスタービン出力を急激に減少させる制御過程で出力される負荷降下指令の少なくともいずれか一方の信号で前記分配燃料関数発生器を切り替えることを特徴とする請求項２ないし９記載のガスタービン制御装置。
- 前記系統異常検出器から出力される切り替え信号を受けてから、系統周波数が回復すると予想される時間分だけ前記燃焼モード切替装置による安定燃焼モード選択の動作を行うことを特徴とする請求項２ないし９記載のガスタービン制御装置。
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