JP2007177626A - ガスタービン負荷制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比例・積分制御の時定数を長めに設定しても、要求負荷設定値の変化に対する発電機出力の追従を速くすることができるガスタービン負荷制御装置を提供する。
【解決手段】負荷設定手段、第１のバイアス設定手段と、第２のバイアス設定手段と、目標出力設定手段などを備え、目標出力設定手段では、要求負荷設定手段から入力する要求負荷設定値の増加に応じて負荷設定手段にて負荷設定値を徐々に増加させているときには、ＬＤＳＥＴにプラス側バイアス値を加算することにより目標出力を設定し、要求負荷設定値の減少に応じて負荷設定手段にて負荷設定値を徐々に減少させているときには、ＬＤＳＥＴからマイナス側バイアス値を減算することにより目標出力を設定する構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明はガスタービンへの供給燃料量を制御してガスタービン出力（発電機出力）が目標出力となるように制御するガスタービン負荷制御装置に関する。

ガスタービン発電設備において発電機が併入運転中のとき、即ち発電機を電力系統（電力ネットワーク）へ接続して発電機の発電電力を電力系統へ送電しているときには、ガスタービン発電設備に備えたガスタービン負荷制御装置により、発電機出力（有効電力）が電力系統の要求負荷設定値の変化に追従するようにガスタービンへの供給燃料量を制御する必要がある。要求負荷設定値は、通常、中央給電センターから要求負荷設定指令としてガスタービン負荷制御装置へ送られてくる。

図１１は従来のガスタービン負荷制御装置の構成を示すブロック図、図１２は前記ガスタービン負荷制御装置を適用した場合の要求負荷設定値の増加に対するＬＤＳＥＴ（目標出力）及び発電機出力（実出力）の変化を示す説明図である。

図１１に示すように、ガスタービン発電設備ではガスタービン１の回転軸２に発電機３の回転軸４を接続した構成となっている。詳細な図示は省略するが、ガスタービン１はガスタービン本体と圧縮機と燃焼器とを有している。ガスタービン１が起動すると、発電機３がガスタービン１によって回転駆動されることにより発電する。この発電電力は発電機３から図示しない遮断器や変圧器などを介して電力系統へと送電されるが、このときの発電電力（有効電力）の値が有効電力計であるＭＷ変換器５によって計測される。そして、このＭＷ変換器５の計測値（実出力）が、ガスタービン負荷制御装置１０へとフィードバックされるようになっている。

また、ガスタービン１の燃焼器には燃料制御弁６が接続されており、図示しない燃料タンクなどの燃料供給設備から送られてくる気体又は液体などのガスタービン燃料が、燃料制御弁６で流量制御されて燃焼器へ供給されるようになっている。そして、この燃料制御弁６の開閉制御（供給燃料量の制御）が、ガスタービン負荷制御装置１０によって行われる。ガスタービン負荷制御装置１０は偏差演算器（減算器）１１，１５、ハイ／ロウモニタ（比較器）１２，１３、アナログメモリ１５及びＰＩ制御器１６を有してなるものである。

偏差演算器１１では図示しない中央給電センター（上位コンピュータ）から送られてくる要求負荷設定値（指令）と、アナログメモリ１４の出力であるＬＤＳＥＴ（負荷設定値）との偏差（負荷設定偏差＝要求負荷設定値−ＬＤＳＥＴ）を演算する。

ハイ／ロウモニタ１２では前記負荷設定偏差が０．１ＭＷ以上（負荷設定偏差≧０．１ＭＷ）であるか否かを判定し、０．１ＭＷ以上であると判定した場合にはアナログメモリ１４に対してＬＤＳＥＴ増指令を出力する。即ち、ＬＤＳＥＴ増指令は前記負荷設定偏差が０．１ＭＷ以上となったときにＯＮとなり、前記負荷設定偏差が０．１ＭＷよりも小さくなったときにＯＦＦとなる。

ハイ／ロウモニタ１３では前記負荷設定偏差が−０．１ＭＷ以下（負荷設定偏差≦−０．１ＭＷ）であるか否かを判定し、−０．１ＭＷ以下であると判定した場合にはアナログメモリ１４に対してＬＤＳＥＴ減指令を出力する。即ち、ＬＤＳＥＴ減指令は前記負荷設定偏差が−０．１ＭＷ以下となったときにＯＮとなり、前記負荷設定偏差が−０．１ＭＷよりも大きくなったときにＯＦＦとなる。

アナログメモリ１４ではハイ／ロウモニタ１２からＬＤＳＥＴ増指令を入力すると（ＬＤＳＥＴ増指令がＯＮになると）ＬＤＳＥＴの増加を開始し、ＬＤＳＥＴ増指令を入力し続けている間（ＬＤＳＥＴ増指令がＯＮの間）はＬＤＳＥＴを所定の増加率（例えば１０ＭＷ／分）で徐々に増加させ、ハイ／ロウモニタ１２からＬＤＳＥＴ増指令を入力しなくなると（ＬＤＳＥＴ増指令がＯＦＦになると）ＬＤＳＥＴの増加を停止する。また、アナログメモリ１４ではハイ／ロウモニタ１３からＬＤＳＥＴ減指令を入力すると（ＬＤＳＥＴ減指令がＯＮになると）ＬＤＳＥＴの減少を開始し、ＬＤＳＥＴ減指令を入力し続けている間（ＬＤＳＥＴ減指令がＯＮの間）はＬＤＳＥＴを所定の減少率（例えば−１０ＭＷ／分）で徐々に減少させ、ハイ／ロウモニタ１３からＬＤＳＥＴ減指令を入力しなくなると（ＬＤＳＥＴ減指令がＯＦＦになると）ＬＤＳＥＴの減少を停止する。そして、このＬＤＳＥＴが目標出力として、アナログメモリ１４から偏差演算器（減算器）１５へ出力される。

偏差演算器１５ではアナログメモリ１４で設定される目標出力（ＬＤＳＥＴ）と、ＭＷ変換器５で計測される発電機出力（有効電力）との偏差（出力偏差＝目標出力−発電機出力）を演算する。

そして、ＰＩ制御器１６では、偏差演算器１５で演算される出力偏差に基づいて比例・積分演算を行うことにより、燃料制御弁６の開度制御を行う。即ち、目標出力が発電機出力よりも大きければ、燃料制御弁６の開度を大きくしてガスタービン１（燃焼器）への供給燃料量を増やすことにより、ガスタービン１の出力を増加させて発電機３の出力を増加させる（発電機出力を目標出力に一致させる）。また、目標出力が発電機出力よりも小さければ、燃料制御弁６の開度を小さくしてガスタービン１（燃焼器）への供給燃料量を減らすことにより、ガスタービン出力を減少させて発電機出力を減少させる（発電機出力を目標出力に一致させる）。なお、偏差演算器１６におけるＫは比例ゲイン、ｓはラプラス演算子、Ｔは比例・積分制御の時定数（積分時定数）、１／Ｔは積分ゲインである。

例えば図１２に例示するように時刻Ｔ１までは要求負荷設定値と目標出力（ＬＤＳＥＴ）と発電機出力（実出力）とが一致しており、時刻Ｔ１において中央給電センターからの指令により要求負荷設定値がステップ状に増加（図示例では１００ＭＷから２００ＭＷに増加）した場合、偏差演算器１１で演算される要求負荷設定値とＬＤＳＥＴとの偏差が０．１ＭＷ以上となるため、ハイ／ロウモニタ１２からアナログメモリ１４へＬＤＳＥＴ増指令が出力される（ＬＤＳＥＴ増指令がＯＮになる）。その結果、アナログメモリ１４によりＬＤＳＥＴが、時刻Ｔ１から、時刻Ｔ２において要求負荷設定値（２００ＭＷ）に達するまで（負荷設定偏差が０．１ＭＷよりも小さくなってＬＤＳＥＴ増指令がＯＦＦになるまで）、所定の増加率で徐々に増加する。即ち、目標出力が所定の増加率で徐々に増加する。

そして、このときの目標出力と発電機出力（有効電力）との出力偏差が偏差演算器１５で演算され、この出力偏差に基づいてＰＩ制御器１６で比例・積分演算が行われ、この比例・積分演算の結果に基づいて燃料制御弁６が作動する（燃料制御弁６の弁開度が増加する）。その結果、ガスタービン１への供給燃料量が増加してガスタービン出力が増加することより発電機出力（有効電力）が増加し、最終的には発電機出力（有効電力）を目標出力（要求負荷設定値）に一致させることができる。

なお、アナログメモリ１４を用いてＬＤＳＥＴ（目標出力）を徐々に増加又は減少させるのは、急激に要求負荷設定値が変化しても、ガスタービン１の許容可能な変化率でＬＤＳＥＴ（目標出力）を変化させるためである。要求負荷設定値の急激な変化に応じてＬＤＳＥＴ（目標出力）も急激に変化させてしまうと、ガスタービン１の出力が急激に変化してガスタービン１の損傷などを招くおそれがある。

本願に関する先行技術文献としては下記の特許文献１がある。特許文献１には多軸コンバインドサイクルプラントの負荷制御方法及びその装置が開示されている。

特開平１０−１９６３１５号公報

最近では送電側（電力系統側）からガスタービン発電設備側に対して、要求負荷設定値の変化に対する発電機出力の追従を速くすることが要求されるようになってきている。例えば、発電会社と送電会社が異なる国においては送電会社から発電会社に対して、要求負荷設定値の変化に対する発電機出力の追従を速くすることが要求されている。

これに対し、従来のガスタービン負荷制御装置１０では比例・積分制御の時定数Ｔを短くすれば（即ち積分ゲイン１／Ｔを大きくすれば）要求負荷設定値の変化に対する発電機出力の追従を速くすることができるが、比例・積分制御の時定数Ｔを短くすると、電力系統の力率の変動に伴う発電機出力（有効電力）の変動に対して、ガスタービン負荷制御装置１０が、発電機出力（有効電力）を一定に保とうとして、より頻繁にガスタービン１への供給燃料量の増減を繰り返すことになる。このことはガスタービン１にとって好ましくない。

このため、比例・積分制御の時定数Ｔはガスタービン１への供給燃料量が安定するように長め設定する必要があり、比例・積分制御の時定数Ｔを長めに設定すると、要求負荷設定値の変化したときの発電機出力の追従が遅くなるため、電力系統側（送電会社側）からの追従性向上の要求を満たすことができない。

従って本発明は上記の事情に鑑み、比例・積分制御の時定数を長めに設定しても、要求負荷設定値の変化に対する発電機出力（有効電力）の追従を速くすることができるガスタービン負荷制御装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決する第１発明のガスタービン負荷制御装置は、要求負荷設定値が増加したしたときには負荷設定値を前記要求負荷設定値に達するまで所定の増加率で徐々に増加させ、前記要求負荷設定値が減少したときには前記負荷設定値を前記要求負荷設定値に達するまで所定の減少率で徐々に減少させる負荷設定手段と、
前記負荷設定値に対するバイアス値として、プラス側バイアス値を設定する第１のバイアス設定手段と、
前記負荷設定値に対するバイアス値として、マイナス側バイアス値とを設定する第２のバイアス設定手段と、
前記要求負荷設定値の増加に応じて前記負荷設定手段にて前記負荷設定値を徐々に増加させているときには、前記負荷設定値に前記プラス側バイアス値を加算することにより発電機の目標出力を設定し、前記要求負荷設定値の減少に応じて前記負荷設定手段にて前記負荷設定値を徐々に減少させているときには、前記負荷設定値から前記マイナス側バイアス値を減算することにより前記目標出力を設定する目標出力設定手段と、
前記目標出力と、発電機出力計測手段で計測される発電機出力との出力偏差を演算する出力偏差演算手段と、
前記出力偏差に基づいて比例・積分演算を行うことにより、前記発電機を回転駆動するガスタービンの燃料の流量制御手段の制御を行う比例・積分制御手段とを有することを特徴とする。

また、第２発明のガスタービン負荷制御装置は、第１発明のガスタービン負荷制御装置において、
前記第１のバイアス設定手段では、前記プラス側バイアス値を前記負荷設定値の関数とし、
前記第２のバイアス設定手段では、前記マイナス側バイアス値を前記負荷設定値の関数とすることを特徴とする。

また、第３発明のガスタービン負荷制御装置は、第１又は第２発明のガスタービン負荷制御装置において、
前記第１のバイアス設定手段では、前記プラス側バイアス値を、前記負荷設定手段にて前記負荷設定値の増加を開始するときに所定の増加率で徐々に零から所定値になるまで増加させ、且つ、前記負荷設定手段にて前記負荷設定値の増加を終了するときに所定の減少率で前記所定値から徐々に零になるまで減少させること、
前記第２のバイアス設定手段では、前記プラス側バイアス値を、前記負荷設定手段にて前記負荷設定値の減少を開始するときに所定の増加率で徐々に零から所定値になるまで増加させ、且つ、前記負荷設定手段にて前記負荷設定値の減少を終了するときに所定の減少率で前記所定値から徐々に零になるまで減少させることを特徴とする。

第１発明のガスタービン負荷制御装置によれば、目標出力設定手段では、負荷設定値をそのまま発電機の目標出力とするのではなく、要求負荷設定値の増加に応じて負荷設定手段にて負荷設定値を徐々に増加させているときには、負荷設定値にプラス側バイアス値を加算することにより発電機の目標出力を設定し、要求負荷設定値の減少に応じて負荷設定手段にて負荷設定値を徐々に減少させているときには、負荷設定値からマイナス側バイアス値を減算することにより発電機の目標出力を設定するため、例えば電力系統の力率変動に対してガスタービンを安定に運転することが可能なように比例・積分制御の時定数を長めに設定しても、要求負荷設定値の増加や減少に対して、発電機出力の追従を速くすることができる。

第２発明のガスタービン負荷制御装置によれば、第１のバイアス設定手段では、プラス側バイアス値を負荷設定値の関数とし、第２のバイアス設定手段では、マイナス側バイアス値を負荷設定値の関数とするため、プラス側バイアス値とマイナス側バイアス値とを、ガスタービン負荷帯（発電機出力）に応じたより適切な値とすることができる。

第３発明のガスタービン負荷制御装置によれば、第１のバイアス設定手段ではプラス側バイアス値を、負荷設定手段にて負荷設定値の増加を開始するときに所定の増加率で徐々に零から所定値になるまで増加させ、且つ、負荷設定手段にて負荷設定値の増加を終了するときに所定の減少率で所定値から徐々に零になるまで減少させること、また、第２のバイアス設定手段ではプラス側バイアス値を、負荷設定手段にて負荷設定値の減少を開始するときに所定の増加率で徐々に零から所定値になるまで増加させ、且つ、負荷設定手段にて負荷設定値の減少を終了するときに所定の減少率で所定値から徐々に零になるまで減少させることを特徴とするため、プラス側バイアス値やマイナス側バイアス値をステップ状に変化させる場合に比べて、より安定した負荷制御が可能となる。

以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態例に係るガスタービン負荷制御装置の構成を示すブロック図、図２は前記ガスタービン負荷制御装置に備えたアナログメモリの機能説明図、図３及び図４は前記ガスタービン負荷制御装置に備えた関数発生器の機能説明図、図５及び図６は前記ガスタービン負荷制御装置に備えたレート付き切替器の機能説明図である。

また、図７は前記ガスタービン負荷制御装置を適用した場合の要求負荷設定値の増加に対するＬＤＳＥＴ、目標出力及び発電機出力（実出力）などの変化を個別に示す説明図、図８は前記ガスタービン負荷制御装置を適用した場合の要求負荷設定値の増加に対するＬＤＳＥＴ、目標出力及び発電機出力（実出力）の変化をまとめて示す説明図、図９は前記ガスタービン負荷制御装置を適用した場合の要求負荷設定値の減少に対するＬＤＳＥＴ、目標出力及び発電機出力（実出力）などの変化を個別に示す説明図、図１０は前記ガスタービン負荷制御装置を適用した場合の要求負荷設定値の減少に対するＬＤＳＥＴ、目標出力及び発電機出力（実出力）の変化をまとめて示す説明図である。

図１に示すように、ガスタービン発電設備ではガスタービン２１の回転軸２２に発電機２３の回転軸１４を接続した構成となっている。詳細な図示は省略するが、ガスタービン２１はガスタービン本体と圧縮機と燃焼器とを有している。ガスタービン２１が起動すると、発電機２３がガスタービン２１によって回転駆動されることにより発電する。この発電電力は発電機２３から図示しない遮断器や変圧器などを介して電力系統へと送電されるが、このときの発電電力（有効電力）の値が有効電力計であるＭＷ変換器２５によって計測される。そして、このＭＷ変換器２５の計測値（実出力）が、ガスタービン負荷制御装置３０へとフィードバックされるようになっている。

また、ガスタービン２１の燃焼器にはガスタービン燃料の流量制御手段として、燃料制御弁２６が接続されており、図示しない燃料タンクなどの燃料供給設備から送られてくる気体又は液体などのガスタービン燃料が、燃料制御弁２６で流量制御されて燃焼器へ供給されるようになっている。そして、この燃料制御弁２６の開閉制御（供給燃料量の制御）が、ガスタービン負荷制御装置３０によって行われる。

ガスタービン負荷制御装置３０は偏差演算器（減算器）３１，４４、ハイ／ロウモニタ（比較器）３２，３３、アナログメモリ３４、関数発生器３５，３６、レート付き切替器３７，３８、シグナルジェネレータ３９，４０、加算器４１、減算器４２、ＰＩ制御器４４を有してなるものである。偏差演算器３１、ハイ／ロウモニタ３２，３３及びアナログメモリ３４は負荷設定手段として機能し、関数発生器３５、シグナルジェネレータ３９及びレート付き切替器３７は第１のバイアス設定手段として機能し、関数発生器３６、シグナルジェネレータ４０及びレート付き切替器３８は第２のバイアス設定手段として機能し、加算器４１及び減算器４２は目標出力設定手段として機能し、偏差演算器４３は出力偏差演算手段として機能し、ＰＩ制御器４４は比例・積分制御手段として機能する。なお、これらのガスタービン負荷制御装置３０の各機能はソフトウエアで構成してコンピュータで実行するが、これに限定するものではなく、ハードウエアで構成してもよい。

偏差演算器３１は要求負荷設定手段としての図示しない中央給電センター（上位コンピュータ）から送られてくる要求負荷設定値（指令）と、アナログメモリ３４の出力であるＬＤＳＥＴ（負荷設定値）との偏差（負荷設定偏差＝要求負荷設定値−ＬＤＳＥＴ）を演算する。なお、要求負荷設定手段は、必ずしも中央給電センター（上位コンピュータ）に限定するものではなく、その他のものであってもよい。例えばガスタービン発電設備に設けた負荷設定器などであってもよい。

ハイ／ロウモニタ３２では要求負荷設定値の増加した際、ＬＤＳＥＴが増加して当該要求負荷設定値に達したか否かを判定する。具体的には、ハイ／ロウモニタ３２では前記負荷設定偏差が０．１ＭＷ以上（負荷設定偏差≧０．１ＭＷ）であるか否かを判定し、０．１ＭＷ以上であると判定した場合には、アナログメモリ３４に対してＬＤＳＥＴ増指令を出力し、且つ、レート付き切替器３７に対してプラス側バイアス切替指令ＳＷ１（ＯＮ）を出力する。即ち、ＬＤＳＥＴ増指令は前記負荷設定偏差が０．１ＭＷ以上となったときにＯＮとなり、前記負荷設定偏差が０．１ＭＷよりも小さくなったときにＯＦＦとなる。また、プラス側バイアス切替指令ＳＷ１は前記負荷設定偏差が０．１ＭＷ以上となったときにＯＮとなり、前記負荷設定偏差が０．１ＭＷよりも小さくなったときにＯＦＦとなる。なお、ここでは判定値を０．１ＭＷとしているが、これに限定するものではなく、０．１ＭＷよりも小さい値や大きい値などを適宜設定することができる。

ハイ／ロウモニタ３３では要求負荷設定値の減少した際、ＬＤＳＥＴが減少して当該要求負荷設定値に達したか否かを判定する。具体的には、ハイ／ロウモニタ３３では前記負荷設定偏差が−０．１ＭＷ以下（負荷設定偏差≦−０．１ＭＷ）であるか否かを判定し、−０．１ＭＷ以下であると判定した場合には、アナログメモリ３４に対してＬＤＳＥＴ減指令を出力し、レート付き切替器３７に対してマイナス側バイアス切替指令ＳＷ２（ＯＮ）を出力する。即ち、ＬＤＳＥＴ減指令は前記負荷設定偏差が−０．１ＭＷ以下となったときにＯＮとなり、前記負荷設定偏差が−０．１ＭＷよりも大きくなったときにＯＦＦとなる。また、マイナス側バイアス切替指令ＳＷ２は前記負荷設定偏差が−０．１ＭＷ以下となったときにＯＮとなり、前記負荷設定偏差が−０．１ＭＷよりも大きくなったときにＯＦＦとなる。なお、ここでは判定値を−０．１ＭＷとしているが、これに限定するものではなく、−０．１ＭＷよりも小さい値や大きい値などを適宜設定することができる。

アナログメモリ３４では、図２に例示するようにハイ／ロウモニタ３２からＬＤＳＥＴ増指令を入力すると（ＬＤＳＥＴ増指令がＯＮになると）ＬＤＳＥＴの増加を開始し、ＬＤＳＥＴ増指令を入力し続けている間（ＬＤＳＥＴ増指令がＯＮの間）はＬＤＳＥＴを所定の増加率（例えば１０ＭＷ／分）で徐々に増加させ、ハイ／ロウモニタ１２からＬＤＳＥＴ増指令を入力しなくなると（ＬＤＳＥＴ増指令がＯＦＦになると）ＬＤＳＥＴの増加を停止する。また、アナログメモリ３４では、図２に例示するようにハイ／ロウモニタ３３からＬＤＳＥＴ減指令を入力すると（ＬＤＳＥＴ減指令がＯＮになると）ＬＤＳＥＴの減少を開始し、ＬＤＳＥＴ減指令を入力し続けている間（ＬＤＳＥＴ減指令がＯＮの間）はＬＤＳＥＴを所定の減少率で徐々に減少させ、ハイ／ロウモニタ３３からＬＤＳＥＴ減指令を入力しなくなると（ＬＤＳＥＴ減指令がＯＦＦになると）ＬＤＳＥＴの減少を停止する。

このようにアナログメモリ３４を用いてＬＤＳＥＴを徐々に増加又は減少させるのは、従来と同様、急激に要求負荷設定値が変化しても、ガスタービン２１の許容可能な変化率でＬＤＳＥＴを変化させるためである。要求負荷設定値の急激な変化に応じてＬＤＳＥＴも急激に変化させると、ガスタービン２１の出力が急激に変化してガスタービン２１の損傷などを招くおそれがある。なお、アナログメモリ３４におけるＬＤＳＥＴの増加率と減少率は、同じでも異なっていてもよく、ガスタービン発電設備ごとにそれぞれ最適な値を適宜設定すればよい。

そして、アナログメモリ３４で設定されたＬＤＳＥＴは、そのまま発電機２３の目標出力とするではなく、これにバイアスを加えたものを発電機２３の目標出力とするため、加算器４１と関数発生器３５と関数発生器３６とにそれぞれ出力される。

関数発生器３５では、図３に例示するようにアナログメモリ３４から出力されるＬＤＳＥＴの増加に応じて増加する所定値を、プラス側バイアス値として設定する。図３の例では、関数発生器３５は、ＬＤＳＥＴが０ＭＷから最大負荷設定値（図示例では２４０ＭＷ）まで増加するのに対応して１ＭＷから２ＭＷまで増加させている。即ち、プラス側バイアス値は一定値ではなく、ＬＤＳＥＴの関数となっている。このようにプラス側バイアス値をＬＤＳＥＴの関数とするのは、適切なプラス側バイアス値が、ガスタービン負荷帯（発電機出力）に応じて異なるためである。シグナルジェネレータ３９では零（Ｓ＝０）を設定している。

関数発生器３６では、図４に例示するようにアナログメモリ３４から出力されるＬＤＳＥＴの減少に応じて減少する所定値を、マイナス側バイアス値として設定する。図４の例では、関数発生器３６は、ＬＤＳＥＴが最大負荷設定値（図示例では２４０ＭＷ）から０ＭＷまで減少するのに対応して２ＭＷから１ＭＷまで減少させている。即ち、マイナス側バイアス値は一定値ではなく、ＬＤＳＥＴの関数となっている。このようにマイナス側バイアス値をＬＤＳＥＴの関数とするのは、適切なマイナス側バイアス値が、ガスタービン負荷帯（発電機出力）に応じて異なるためである。シグナルジェネレータ４０では零（Ｓ＝０）を設定している。

なお、プラス側バイアス値及びマイナス側バイアス値は、勿論１〜２ＭＷに限定するものではなく、要求負荷設定値の変化に対する発電機出力の追従性向上の程度（どの程度速く追従させるか）や負荷制御の安定性などを考慮して、それぞれのガスタービン発電設備に最適な値を計算や試運転などにより適宜設定すればよい。また、プラス側バイアス値とマイナス側バイアス値は、図３及び図４に示す例では同じ値であり、且つ、ＬＤＳＥＴの増減に応じて直線的に増減しているが、これに限定するものではなく、異なる値であってもよく、ＬＤＳＥＴの増減に応じた増減のしかたが直線的でなくてもよい。

レート付き切替器３７では、加算器４１への出力として関数発生器３５の出力を選択するか、シグナルジェネレータ３９の出力を選択するかの切り替えを行う。即ち、レート付き切替器３７では、ハイ／ロウモニタ３２から入力するプラス側バイアス切替指令ＳＷ１がＯＮのときには関数発生器３５側に切り替えて、関数発生器３５の出力を加算器４１へ出力し、前記プラス側バイアス切替指令ＳＷ１がＯＦＦのときにはシグナルジェネレータ３９側に切り替えて、シグナルジェネレータ３９の出力を加算器４１へ出力する。

また、レート付き切替器３７はレート付きであるため、プラス側バイアス値を、アナログメモリ３４にてＬＤＳＥＴの増加を開始するときに所定の増加率で徐々に零から所定値になるまで増加させ、且つ、アナログメモリ３４にてＬＤＳＥＴの増加を終了するときに所定の減少率で前記所定値から徐々に零になるまで減少させる。

具体的には、図５に例示するように、要求負荷設定値が増加してハイ／ロウモニタ３２からＬＤＳＥＴ増指令が出力される（ＯＮとなる）ことにより、アナログメモリ３４にてＬＤＳＥＴの増加を開始するときには、当該ＬＤＳＥＴ増指令と同時にハイ／ロウモニタ３２から出力されるプラス側バイアス切替指令ＳＷ１もＯＮになるため、レート付き切替器３７では、加算器４１への出力をシグナルジェネレータ３９の出力（図中のＳＧ（Ｓ＝０））から関数発生器３５の出力（図中のＦＸ）へと切り替えるが、このときにプラス側バイアス値をステップ状に増加させるのではなく、所定の増加率で徐々に零（シグナルジェネレータ３９の出力値）から所定値（関数発生器３５の出力値）になるまで増加させる。また、ＬＤＳＥＴが要求負荷設定値に達してハイ／ロウモニタ３２からのＬＤＳＥＴ増指令がＯＦＦになることにより、アナログメモリ３４にてＬＤＳＥＴの増加を終了するときには、当該ＬＤＳＥＴ増指令と同時にハイ／ロウモニタ３２から出力されるプラス側バイアス切替指令ＳＷ１もＯＦＦになるため、レート付き切替器３７では、加算器４１への出力を関数発生器３５の出力（図中のＦＸ）からシグナルジェネレータ３９の出力（図中のＳＧ（Ｓ＝０））へと切り替えるが、このときにプラス側バイアス値をステップ状に減少させるのではなく、所定の減少率で徐々に所定値（関数発生器３５の出力値）から零（シグナルジェネレータ３９の出力値）になるまで減少させる。なお、このレート付き切替器３７の具体的なレート（増加率及び減少率）は、負荷制御の安定性などを考慮してそれぞれのガスタービン発電設備に最適な値を計算や試運転などによって適宜設定すればよい。

レート付き切替器３８では、減算器４２への出力として関数発生器３６の出力を選択するか、シグナルジェネレータ４０の出力を選択するかの切り替えを行う。即ち、レート付き切替器３８では、ハイ／ロウモニタ３３から入力するマイナス側バイアス切替指令ＳＷ２がＯＮのときには関数発生器３６側に切り替えて、関数発生器３６の出力を減算器４２へ出力し、前記マイナス側バイアス切替指令ＳＷ２がＯＦＦのときにはシグナルジェネレータ４０側に切り替えて、シグナルジェネレータ４０の出力を減算器４２へ出力する。

また、レート付き切替器３８はレート付きであるため、マイナス側バイアス値を、アナログメモリ３４にてＬＤＳＥＴの減少を開始するときに所定の増加率で徐々に零から所定値になるまで増加させ、且つ、アナログメモリ３４にてＬＤＳＥＴの減少を終了するときに所定の減少率で前記所定値から徐々に零になるまで減少させる。

具体的には、図６に例示するように、要求負荷設定値が減少してハイ／ロウモニタ３３からＬＤＳＥＴ減指令が出力される（ＯＮとなる）ことにより、アナログメモリ３４にてＬＤＳＥＴの減少を開始するときには、当該ＬＤＳＥＴ減指令と同時にハイ／ロウモニタ３３から出力されるマイナス側バイアス切替指令ＳＷ２もＯＮになるため、レート付き切替器３８では、減算器４２への出力をシグナルジェネレータ４０の出力（図中のＳＧ（Ｓ＝０））から関数発生器３６の出力（図中のＦＸ）へと切り替えるが、このときにマイナス側バイアス値をステップ状に増加させるのではなく、所定の増加率で徐々に零（シグナルジェネレータ４０の出力値）から所定値（関数発生器３６の出力値）になるまで増加させる。また、ＬＤＳＥＴが要求負荷設定値に達してハイ／ロウモニタ３３からのＬＤＳＥＴ減指令がＯＦＦになることにより、アナログメモリ３４にてＬＤＳＥＴの減少を終了するときには、当該ＬＤＳＥＴ減指令と同時にハイ／ロウモニタ３３から出力されるマイナス側バイアス切替指令ＳＷ２もＯＦＦになるため、レート付き切替器３８では、減算器４２への出力を関数発生器３６の出力（図中のＦＸ）からシグナルジェネレータ４０の出力（図中のＳＧ（Ｓ＝０））へと切り替えるが、このときにマイナス側バイアス値をステップ状に減少させるのではなく、所定の減少率で徐々に所定値（関数発生器３６の出力値）から零（シグナルジェネレータ４０の出力値）になるまで減少させる。なお、このレート付き切替器３８の具体的なレート（増加率及び減少率）も、負荷制御の安定性などを考慮してそれぞれのガスタービン発電設備に最適な値を計算や試運転などによって適宜設定すればよい。

加算器４１では、アナログメモリ３４から出力されるＬＤＳＥＴにレート付き切替器３７から出力されるプラス側バイアス値を加算することによって発電機２３の目標出力を設定する。減算器４３では、加算器４１からの出力値、即ちアナログメモリ３４から出力されるＬＤＳＥＴから、レート付き切替器３８から出力されるマイナス側バイアス値を減算することによって発電機２３の目標出力を設定する。なお、ハイ／ロウモニタ３２のプラス側バイアス切替指令ＳＷ１と、ハイ／ロウモニタ３３のマイナス側バイアス切替指令ＳＷ２とが同時にＯＮになることはなく、レート付き切替器３７における関数発生器３５側への切り替えと、レート付き切替器３８における関数発生器３６側への切り替えとが同時に行われることはないため、ＬＤＳＥＴに対して、加算器４１で関数発生器３５の出力（プラス側バイアス値）を加算することと、減算器４２で関数発生器３６の出力（マイナス側バイアス値）を減算することとが同時に行われることはない。

偏差演算器４３では、加算器４１又は減算器４２で設定される発電機２３の目標出力（ＬＤＳＥＴにバイアスを加えたもの）と、ＭＷ変換器２５で計測される発電機出力（有効電力）との偏差（出力偏差＝目標出力−発電機出力）を演算する。

そして、ＰＩ制御器４４では、偏差演算器４３で演算される出力偏差に基づいて比例・積分演算を行うことにより、燃料制御弁２６の開度制御を行う。即ち、目標出力が発電機出力（実出力）よりも大きければ、燃料制御弁２６の開度を大きくしてガスタービン２１（燃焼器）への供給燃料量を増やすことにより、ガスタービン出力を増加させて発電機出力（実出力）を増加させる（発電機出力を目標出力に一致させる）。また、目標出力が発電機出力（実出力）よりも小さければ、燃料制御弁２６の開度を小さくしてガスタービン１（燃焼器）への供給燃料量を減らすことにより、ガスタービン出力を減少させて発電機出力（実出力）を減少させる（発電機出力を目標出力に一致させる）。なお、偏差演算器４４におけるＫは比例ゲイン、ｓはラプラス演算子、Ｔは比例・積分制御の時定数（積分時定数）、１／Ｔは積分ゲインである。

具体例を示すと、例えば図７及び図８に例示するように時刻Ｔ１までは要求負荷設定値とＬＤＳＥＴと目標出力と発電機出力（実出力）とが一致しており、時刻Ｔ１において中央給電センターからの指令により要求負荷設定値がステップ状に増加（図示例でが１００ＭＷから２００ＭＷに増加）した場合、偏差演算器３１で演算される要求負荷設定値とＬＤＳＥＴとの偏差が０．１ＭＷ以上となるため、ハイ／ロウモニタ３２からアナログメモリ３４へＬＤＳＥＴ増指令が出力される（ＬＤＳＥＴ増指令がＯＮになる）。その結果、アナログメモリ３４によりＬＤＳＥＴが、時刻Ｔ１から、時刻Ｔ３において要求負荷設定値（２００ＭＷ）に達するまで（負荷設定偏差が０．１ＭＷよりも小さくなってＬＤＳＥＴ増指令がＯＦＦになるまで）、所定の増加率で徐々に増加する。

この場合、時刻Ｔ１においてハイ／ロウモニタ３２から出力されるプラス側バイアス切替指令ＳＷ１がＯＮになるため、レート付き切替器３７では加算器４１への出力をシグナルジェネレータ３９の出力から関数発生器３５の出力へ切り替える。その結果、レート付き切替器３７から出力されるプラス側バイアス値が、零（シグナルジェネレータ３９の出力値）から所定値（関数発生器３５の出力値）まで所定の増加率で徐々に増加する（時刻Ｔ２まで増加する）。その後、時刻Ｔ３においてプラス側バイアス切替指令ＳＷ１がＯＦＦになると、レート付き切替器３７では加算器４１への出力を関数発生器３５の出力からシグナルジェネレータ３９の出力へ切り替える。その結果、レート付き切替器３７から出力されるプラス側バイアス値が、所定値（関数発生器３５の出力値）から零（シグナルジェネレータ３９の出力値）まで所定の減少率で徐々に減少する（時刻Ｔ４まで減少する）。

そして、このときのプラス側バイアス値が、加算器４１にてＬＤＳＥＴに加算されることにより発電機２３の目標出力が設定される。続いて、この目標出力と発電機出力（有効電力）との出力偏差が偏差演算器４３で演算され、この出力偏差に基づいてＰＩ制御器４４で比例・積分演算が行われ、この比例・積分演算の結果に基づいて燃料制御弁２６が作動する（燃料制御弁２６の弁開度が増加する）。その結果、ガスタービン２１への供給燃料量が増加してガスタービン出力が増加することより、発電機出力（有効電力）が増加し、最終的には発電機出力（有効電力）を目標出力（要求負荷設定値）に一致させることができる。

また、図９及び図１０に例示するように時刻Ｔ１までは要求負荷設定値とＬＤＳＥＴと目標出力と発電機出力（実出力）とが一致しており、時刻Ｔ１において中央給電センターからの指令により要求負荷設定値がステップ状に減少（図示例では２００ＭＷから１００ＭＷに減少）した場合、偏差演算器３１で演算される要求負荷設定値とＬＤＳＥＴとの偏差が−０．１ＭＷ以下となるため、ハイ／ロウモニタ３３からアナログメモリ３４へＬＤＳＥＴ減指令が出力される（ＬＤＳＥＴ減指令がＯＮになる）。その結果、アナログメモリ３４によりＬＤＳＥＴが、時刻Ｔ１から、時刻Ｔ３において要求負荷設定値（２００ＭＷ）に達するまで（負荷設定偏差が−０．１ＭＷよりも大きくなってＬＤＳＥＴ減指令がＯＦＦになるまで）、所定の減少率で徐々に減少する。

この場合、時刻Ｔ１においてハイ／ロウモニタ３３から出力されるマイナス側バイアス切替指令ＳＷ２がＯＮになるため、レート付き切替器３８では減算器４２への出力をシグナルジェネレータ４０の出力から関数発生器３６の出力へ切り替える。その結果、レート付き切替器３８から出力されるマイナス側バイアス値が、零（シグナルジェネレータ４０の出力値）から所定値（関数発生器３６の出力値）まで所定の増加率で徐々に増加する（時刻Ｔ２まで増加する）。その後、時刻Ｔ３においてマイナス側バイアス切替指令ＳＷ２がＯＦＦになると、レート付き切替器３８では減算器４２への出力を関数発生器３６の出力からシグナルジェネレータ４０の出力へ切り替える。その結果、レート付き切替器３８から出力されるマイナス側バイアス値が、所定値（関数発生器３６の出力値）から零（シグナルジェネレータ４０の出力値）まで所定の減少率で徐々に減少する（時刻Ｔ４まで減少する）。

そして、このときのマイナス側バイアス値が、減算器４２にてＬＤＳＥＴから減算されることにより発電機２３の目標出力が設定される。続いて、この目標出力と発電機出力（有効電力）との出力偏差が偏差演算器４３で演算され、この出力偏差に基づいてＰＩ制御器４４で比例・積分演算が行われ、この比例・積分演算の結果に基づいて燃料制御弁２６が作動する（燃料制御弁２６の弁開度が減少する）。その結果、ガスタービン２１への供給燃料量が減少してガスタービン出力が減少することより、発電機出力（有効電力）が減少し、最終的には発電機出力（有効電力）を目標出力（要求負荷設定値）に一致させることができる。

以上のように、本実施の形態例のガスタービン負荷制御装置３０によれば、目標出力設定手段（加算器４１、減算器４２）では、ＬＤＳＥＴをそのまま発電機２３の目標出力とするのではなく、要求負荷設定手段から入力する要求負荷設定値の増加に応じて負荷設定手段（偏差演算器３１、ハイ／ロウモニタ３２，３３、アナログメモリ３４）にて負荷設定値を徐々に増加させているときには、ＬＤＳＥＴにプラス側バイアス値を加算することにより発電機２３の目標出力を設定し、要求負荷設定値の減少に応じて負荷設定手段にて負荷設定値を徐々に減少させているときには、ＬＤＳＥＴからマイナス側バイアス値を減算することにより発電機２３の目標出力を設定するため、例えば電力系統の力率変動に対してガスタービン２１を安定に運転することが可能なように比例・積分制御の時定数Ｔを長めに設定しても、要求負荷設定値の増加や減少に対して、発電機出力の追従を速くすることができる。

例えば図８と図１２を比較すると、ＬＤＳＥＴをそのまま目標出力とする従来のガスタービン負荷制御装置の場合（図１２）に比べて、ＬＤＳＥＴにプラス側バイアス値を加算して目標出力を設定する本実施の形態例のガスタービン負荷制御装置３０の場合（図８）ほうが、プラス側バイアス値を加えた分、発電機出力が、要求負荷設定値の変化に対して速く追従しているのが分かる。

また、本実施の形態例のガスタービン負荷制御装置３０によれば、第１のバイアス設定手段（関数発生器３５、シグナルジェネレータ３９、レート付き切替器３７）では、プラス側バイアス値をＬＤＳＥＴの関数とし、第２のバイアス設定手段（関数発生器３６、シグナルジェネレータ４０、レート付き切替器３８）では、マイナス側バイアス値をＬＤＳＥＴの関数とするため、プラス側バイアス値とマイナス側バイアス値とを、ガスタービン負荷帯（発電機出力）に応じたより適切な値とすることができる。

また、本実施の形態例のガスタービン負荷制御装置３０によれば、第１のバイアス設定手段（関数発生器３５、シグナルジェネレータ３９、レート付き切替器３７）ではプラス側バイアス値を、負荷設定手段（偏差演算器３１、ハイ／ロウモニタ３２，３３、アナログメモリ３４）にてＬＤＳＥＴの増加を開始するときに所定の増加率で徐々に零から所定値になるまで増加させ、且つ、負荷設定手段にてＬＤＳＥＴの増加を終了するときに所定の減少率で所定値から徐々に零になるまで減少させること、また、第２のバイアス設定手段（関数発生器３６、シグナルジェネレータ４０、レート付き切替器３８）ではプラス側バイアス値を、負荷設定手段にて負荷設定値の減少を開始するときに所定の増加率で徐々に零から所定値になるまで増加させ、且つ、負荷設定手段にて負荷設定値の減少を終了するときに所定の減少率で所定値から徐々に零になるまで減少させることを特徴とするため、プラス側バイアス値やマイナス側バイアス値をステップ状に変化させる場合に比べて、より安定した負荷制御が可能となる。

本発明はガスタービンへの供給燃料量を制御してガスタービン出力（発電機出力）が目標出力となるように制御するガスタービン負荷制御装置に関するものであり、中央給電センターなどの要求負荷設定手段から要求される（入力する）要求負荷設定値の変化に対して発電機出力の追従性（応答性）を向上させる場合に適用して有用なものである。

本発明の実施の形態例に係るガスタービン負荷制御装置の構成を示すブロック図である。 前記ガスタービン負荷制御装置に備えたアナログメモリの機能説明図である。 前記ガスタービン負荷制御装置に備えた関数発生器の機能説明図である。 前記ガスタービン負荷制御装置に備えた関数発生器の機能説明図である。 前記ガスタービン負荷制御装置に備えたレート付き切替器の機能説明図である。 前記ガスタービン負荷制御装置に備えたレート付き切替器の機能説明図である。 前記ガスタービン負荷制御装置を適用した場合の要求負荷設定値の増加に対するＬＤＳＥＴ、目標出力及び発電機出力（実出力）などの変化を個別に示す説明図である。 前記ガスタービン負荷制御装置を適用した場合の要求負荷設定値の増加に対するＬＤＳＥＴ、目標出力及び発電機出力（実出力）の変化をまとめて示す説明図である。 前記ガスタービン負荷制御装置を適用した場合の要求負荷設定値の減少に対するＬＤＳＥＴ、目標出力及び発電機出力（実出力）などの変化を個別に示す説明図である。 前記ガスタービン負荷制御装置を適用した場合の要求負荷設定値の減少に対するＬＤＳＥＴ、目標出力及び発電機出力（実出力）の変化をまとめて示す説明図である。 従来のガスタービン負荷制御装置の構成を示すブロック図である。 前記ガスタービン負荷制御装置を適用した場合の要求負荷設定値の増加に対するＬＤＳＥＴ（目標出力）及び発電機出力（実出力）の変化を示す説明図である。

符号の説明

２１ ガスタービン
２２ 回転軸
２３ 発電機
２４ 回転軸
２５ ＭＷ変換器
２６ 燃料制御弁
３０ ガスタービン負荷制御装置
３１ 偏差演算器（減算器）
３２，３３ ハイ／ロウモニタ
３４ アナログメモリ
３５，３６ 関数発生器
３７，３８ レート付き切替器
３９，４０ シグナルジェネレータ
４１ 加算器
４２ 減算器
４３ 偏差演算器（減算器）
４４ ＰＩ制御器

Claims (3)

1. 要求負荷設定値が増加したしたときには負荷設定値を前記要求負荷設定値に達するまで所定の増加率で徐々に増加させ、前記要求負荷設定値が減少したときには前記負荷設定値を前記要求負荷設定値に達するまで所定の減少率で徐々に減少させる負荷設定手段と、
   前記負荷設定値に対するバイアス値として、プラス側バイアス値を設定する第１のバイアス設定手段と、
   前記負荷設定値に対するバイアス値として、マイナス側バイアス値とを設定する第２のバイアス設定手段と、
   前記要求負荷設定値の増加に応じて前記負荷設定手段にて前記負荷設定値を徐々に増加させているときには、前記負荷設定値に前記プラス側バイアス値を加算することにより発電機の目標出力を設定し、前記要求負荷設定値の減少に応じて前記負荷設定手段にて前記負荷設定値を徐々に減少させているときには、前記負荷設定値から前記マイナス側バイアス値を減算することにより前記目標出力を設定する目標出力設定手段と、
   前記目標出力と、発電機出力計測手段で計測される発電機出力との出力偏差を演算する出力偏差演算手段と、
   前記出力偏差に基づいて比例・積分演算を行うことにより、前記発電機を回転駆動するガスタービンの燃料の流量制御手段の制御を行う比例・積分制御手段とを有することを特徴とするガスタービン負荷制御装置。
2. 請求項１に記載のガスタービン負荷制御装置において、
   前記第１のバイアス設定手段では、前記プラス側バイアス値を前記負荷設定値の関数とし、
   前記第２のバイアス設定手段では、前記マイナス側バイアス値を前記負荷設定値の関数とすることを特徴とするガスタービン負荷制御装置。
3. 請求項１又は２に記載のガスタービン負荷制御装置において、
   前記第１のバイアス設定手段では、前記プラス側バイアス値を、前記負荷設定手段にて前記負荷設定値の増加を開始するときに所定の増加率で徐々に零から所定値になるまで増加させ、且つ、前記負荷設定手段にて前記負荷設定値の増加を終了するときに所定の減少率で前記所定値から徐々に零になるまで減少させること、
   前記第２のバイアス設定手段では、前記プラス側バイアス値を、前記負荷設定手段にて前記負荷設定値の減少を開始するときに所定の増加率で徐々に零から所定値になるまで増加させ、且つ、前記負荷設定手段にて前記負荷設定値の減少を終了するときに所定の減少率で前記所定値から徐々に零になるまで減少させることを特徴とするガスタービン負荷制御装置。

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