JP2010084523A - ガスタービン制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パイロット比などの操作量を振って最適な運転条件を自動探索するようにしたガスタービン制御方法において、初期設計値で想定した理想的な燃料流量、空気流量での運転状態から逸脱した運転が行われることを防止できるようにして、設計時に想定した理想的な燃料流量、空気流量による設計性能や運転状態を維持できるようにした、ガスタービン制御方法及び装置を提供することが課題である。
【解決手段】ガスタービンにおける燃料流量、空気流量、パイロット燃料の比、トップハット燃料の比、の操作量とガスタービンの負荷量との相関関係である負荷感度を記憶している第２のデータベースを有し、負荷感度を用いて探索により得られた運転条件に応じ、燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方の操作量に対する負荷変動量を予測し、該予測結果に従って調整を実施すると共に、調整結果を第２のデータベースに記憶するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明はガスタービン制御方法及び装置に係り、特に、ガスタービン運転時に生じる燃焼振動抑制のための補正により、設計時に想定した理想的な燃料流量、空気流量での運転状態から逸脱した運転をしないようにした、ガスタービン制御方法及び装置に関するものである。

例えば発電機を駆動するガスタービンでは、発電機の出力、大気温度・湿度などに基づき、燃焼器へ送る空気流量、燃料流量を試運転で微調整して予め決定し、その値を初期設計値として用いて運転を行なっている。しかし試運転は一定期間のみであり、全ての気象条件に基づいて試運転できるわけではなく、また、圧縮機の性能劣化やフィルターの目詰まりなどの経年変化により、実際の空気流量、燃料流量は設計時や試運転時とずれる可能性がある。

またガスタービンは、燃料と空気とによる連続的な発熱酸化反応で生じる燃焼ガスにより駆動されるが、その発熱酸化反応の際に乱流燃焼に伴う燃焼騒音と、燃料蒸発から燃焼までの時間遅れに伴う、放熱と拡散・旋回に伴う火炎伝播速度の変動との相互作用により誘起される燃焼振動とからなる、１０Ｈｚから数ＫＨｚに亘る周波数を有する圧力変動を伴うことがある。

特に、燃焼振動は、燃焼室の燃焼領域で発生する上述した相互作用を加振源とし、燃焼室の気柱との共鳴によってある特有の振動周波数の範囲で成長する。このような燃焼振動は、大小のレベルはあるものの、燃焼ガスの生成過程ではある程度不可避と考えなければならないが、その大小レベルは燃焼器の容積および燃焼ガス温度に基づく燃焼性能によって左右される。

一方、最近のガスタービンでは高出力化が求められ、これに伴って燃焼ガス温度も高温となって、ガスタービンの燃焼室は燃焼ガスの急激な温度上昇やガスタービン負荷変動等に伴って生起する過大な熱応力に対処できるよう、強度の高い耐熱鋼を使用すると共に、搬入・据付・点検等の労力軽減のため、高強度の割合には比較的肉厚の薄い材料が使用されている。ところが、不測の過大な燃焼振動が発生した場合、あるいは燃焼振動と燃焼室の気柱とが共振した場合、燃焼室は極度に振動してクラックが発生したり支持部材に過大な損傷が生じ、燃焼器の構成部材の寿命を短くしたりする。

こういった燃焼振動は、ガスタービンの運転に大きな支障をきたすため、燃焼振動をできる限り抑制し回避することがプラントの設備保護、及び稼働率向上の観点から強く求められる。そのため、燃焼安定性を保って燃焼振動が生じないよう、年に数回の制御系の調整を熟練調整員により実施し、燃焼安定性の確認・維持が不可欠となるが、それが保守のコストアップや稼動率低下の原因となる。

こういった問題に対しては、例えば特許文献１に、圧力センサーによって検出された燃焼ガスの圧力変動を周波数解析する周波数解析装置と、この周波数解析装置によって解析された圧力変動の周波数帯域に基づいて振動安定性を処理する中央演算装置と、この中央演算装置の出力信号を増幅する電圧増幅器と、増幅された出力信号を弁開閉信号として燃料弁に与えて制御するコントローラ部とをそれぞれ備え、圧力変動に伴って誘起する燃焼振動を抑制する燃焼器の燃焼振動抑制装置およびその抑制方法が示されている。

また、この特許文献１に示された燃焼振動抑制装置およびその抑制方法は低周波の燃焼振動を対象としたものであるが、ガスタービンで生じる燃焼振動は様々な要因によって低周波から数千Ｈｚといった高周波までの広い帯域で生じるものであり、しかも複数の周波数帯域で燃焼振動が同時に発生することもある。そのため、特許文献１のように低周波域の燃焼振動だけに基づいて燃空比を変化させると、他の周波数帯域での燃焼振動が悪化することもある。

そのため本願出願人は特許文献２において、複数の周波数帯域で燃焼振動が発生している場合、予め決めた優先度に応じて優先度の高い周波数帯域の燃焼振動が抑制されるよう調整を行い、補正を行った後にガスタービンの状態の変化があった場合、それをデータベースに反映させるようにして、同様な燃焼振動に対してデータベースに記憶されたデータで対応できるようにした。また、ガスタービンを設置した直後、十分にデータベースにデータが蓄積されていない状態では、基礎データベースに格納された他の同型ガスタービンのデータに基づく対策データ、知識データベースに格納された熟練調整員の経験に基づく対策データに基づき、補正を行うようにした。また、安定した運転状態にあるときにはデータが集まらないため、所定間隔で運転条件を変動させて最適な運転条件を自動的に探索するようにし、複数の周波数帯域で燃焼振動が発生した場合にも、有効に燃焼振動を抑制できるようにしたガスタービン制御装置を提案した。

特開平９−２６９１０７号公報 特開２００５−１５５５９０号公報

しかしながら特許文献１に示された燃焼振動抑制装置およびその抑制方法は、前記したように低周波の燃焼振動を対象としたものであるため、その燃焼振動だけに基づいて燃空比を変化させると他の周波数帯域での燃焼振動が悪化することがある。また、特許文献２に開示された方法は、優先度の高い周波数帯域の燃焼振動を抑制することには有効であるが、経年変化などで燃焼不安定現象が起きる。そのため、内部にデータを蓄えてモデルを作り、定期的に運転条件を自動探索して新しいデータを採取し、最適な運転条件を自動的に取得できるようにしているが、その自動変更によって想定外の負荷変動が発生する可能性があることがわかった。

すなわち、横軸に負荷［％］、縦軸にパイロット比を取った図１４に示したように、通常は要求負荷に対するパイロット比は予め決められているが、経年変化などで燃焼不安定が起こるため、横軸に時刻、縦軸にパイロット比補正量を取った図１５に示したように、自動的にパイロット比を＋、−に振り（以下、このようにパイロット比などを振るなどしてデータを得ることを「自動探索」と称する）、最新の燃焼振動の状態をデータベースに蓄え、そのデータに基づいて制御を行うようにしている。

その補正の結果を示したのが図１６で、このグラフは図１４と同様に横軸に負荷［％］を取り、縦軸にパイロット比を取って図１４に示した線を◆で、図１５に示した自動探索により得られたパイロット比を■で示している。ところが、このような補正を実施した結果、横軸に時刻、縦軸に負荷を取った図１７に示したように、図１５の自動探索により想定外の負荷の増減が起こり、初期設計値で想定した理想的な燃料流量、空気流量での運転状態から逸脱した運転が行われる場合がある。

そのため本発明においては、パイロット比などの操作量を振って最適な運転条件を自動探索するようにしたガスタービン制御方法及び装置において、初期設計値で想定した理想的な燃料流量、空気流量での運転状態から逸脱した運転が行われることを防止できるようにして、設計時に想定した理想的な燃料流量、空気流量による設計性能や運転状態を維持できるようにした、ガスタービン制御方法及び装置を提供することが課題である。

上記課題を解決するため本発明になるガスタービン制御方法は、
燃焼器と、該燃焼器における最適な運転条件を記憶した第１のデータベースとを有するガスタービンと、該ガスタービンで燃焼振動が生じていない状態で前記燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方を変動させて最適な運転条件を探索し、得られた運転条件により前記第１のデータベースの記憶内容を更新すると共に、前記最適な運転条件に応じて前記燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方を調整するガスタービン制御方法において、
前記ガスタービンにおける燃料流量、空気流量、パイロット燃料の比、トップハット燃料の比、の操作量と前記ガスタービンの負荷量との相関関係である負荷感度を記憶している第２のデータベースを有し、該第２のデータベースに記憶された負荷感度を用い、前記探索により得られた最適な運転条件に応じて前記燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方の操作量に対する負荷変動量を予測し、該予測結果に従って調整を実施すると共に、調整結果により前記第１のデータベースの記憶内容を更新することを特徴とする。

そしてこのガスタービン制御方法を実施するガスタービン制御装置は、
燃焼器と、該燃焼器における最適な運転条件を記憶した第１のデータベースとを有するガスタービンと、該ガスタービンで燃焼振動が生じていない状態で前記燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方を変動させて最適な運転条件を探索し、得られた運転条件により前記第１のデータベースの記憶内容を更新すると共に、前記最適な運転条件に応じて前記燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方を調整する探索制御を行う補正量算出手段と、を備えるガスタービン制御装置において、
前記ガスタービンにおける燃料流量、空気流量、パイロット燃料の比、トップハット燃料の比、の操作量と、前記ガスタービンの負荷量との相関関係である負荷感度を記憶した第２のデータベースを備え、
前記補正量算出手段は前記探索制御状態で、前記燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方を変動させて得られた最適な運転条件に応じ、前記第２のデータベースに記憶されている負荷感度を用い、前記燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方の操作量に対する負荷変動量を予測し、該予測結果に従って前記燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方を調整すると共に、該調整結果により前記第１のデータベースの記憶内容を更新することを特徴とする。

このように自動探索に際し、予め用意した燃料流量、空気流量、パイロット燃料の比、トップハット燃料の比、をどのように動かすと負荷量がどのように動くか、の負荷感度を用い、探索により得られた運転条件に応じて前記燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方の操作量に対する負荷変動量を予測して、該予測結果に従って調整を実施することで、初期設計値で想定した理想的な燃料流量、空気流量での運転状態から逸脱した運転が行われることが防止でき、設計時に想定した理想的な燃料流量、空気流量による設計性能や運転状態を維持することができる。

また同じく本発明になるガスタービン制御方法は、前記負荷感度を、前記ガスタービン運転時に前記空気流量とパイロット燃料の比、トップハット燃料の比、を含む操作プロセス量、及び大気状態と負荷量を含む状態信号と負荷量とから算出し、前記第２のデータベースに記憶・更新する。
そして、そのために、
燃焼器と、該燃焼器における最適な運転条件を記憶した第１のデータベースとを有するガスタービンと、該ガスタービンで燃焼振動が生じていない状態で前記燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方を変動させて最適な運転条件を探索し、得られた運転条件により前記第１のデータベースの記憶内容を更新すると共に、前記最適な運転条件に応じて前記燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方を調整する探索制御を行う補正量算出手段と、を備えるガスタービン制御装置において、
前記ガスタービンにおける燃料流量、空気流量、パイロット燃料の比、トップハット燃料の比、の操作量と前記ガスタービンの負荷量との相関関係を表す負荷感度を算出する感度解析手段と、
該感度解析手段の算出した負荷感度を記憶した第２のデータベースとを備え、
前記補正量算出手段は前記探索制御状態で、前記燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方を変動させて得られた最適な運転条件に応じ、前記感度解析手段の算出した負荷感度、または第２のデータベースに記憶されている負荷感度を用い、前記燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方の操作量に対する負荷変動量を予測し、該予測結果に従って前記燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の一方を調整すると共に、該調整結果により前記第１のデータベースの記憶内容を更新することを特徴とする。

このように負荷感度をガスタービン運転時に算出し、そのために感度解析手段を設けることで、人手により感度算出の煩わしさが無くなり、経年変化が発生してもその時点における負荷感度が算出できるから、ガスタービンの燃焼安定性を維持・向上することができる。

以上記載のごとく本発明になるガスタービン制御方法及び装置は、パイロット比などの操作量を振り、最適な運転条件を自動探索するようにしたガスタービン制御方法及び装置においても、負荷感度を用いることで、探索により得られた運転条件に応じて前記燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方の操作量に対する負荷変動量を予測し、該予測結果に従って調整を実施するから、従来のように、初期設計値で想定した理想的な燃料流量、空気流量での運転状態から逸脱した運転が行われることを防止でき、設計時に想定した理想的な燃料流量、空気流量による設計性能や運転状態とすることができる。

また、負荷感度をガスタービン運転時に算出し、そのために感度解析手段を設けることで、人手により感度算出の煩わしさが無くなり、経年変化が発生してもその時点における負荷感度が算出できるから、ガスタービンの燃焼安定性を維持・向上することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

最初に、ガスタービンの構成概略を示した図１２、燃焼器の構成概略を説明するための断面図である図１３を用い、ガスタービン２について簡単に説明する。この図１２に示したガスタービン２は、入口案内翼２６を有する圧縮機２２と、回転軸３９に圧縮機２２、一例として発電機４０が接続されているタービン２４を有するガスタービン本体部２１を有し、このタービン２４には燃焼器２３から燃焼ガス導入管３８を経由して燃焼ガスが供給され、またその燃焼ガスは配管を通して外部に排出される。

圧縮機２２には回転軸３９を介してタービン２４の回転が伝えられ、フィルタが設けられている取り込み入口から外部の吸気２５を取り込んで圧縮空気を生成し、圧縮空気導入部２７から燃焼器２３に圧縮空気を供給して燃焼に使用させる。この圧縮機２２に設けられた入口案内翼２６は、圧縮機２２の空気導入側の回転翼で、この入口案内翼２６の回転翼の角度、すなわち弁開度を制御することで回転数一定でも、圧縮機２２へ導入する空気の流量（圧縮機吸気流量）を調整することが可能である。

燃焼器２３には圧縮空気導入部２７、バイパス空気導入管３６、バイパス弁３５、バイパス空気混合管３７が接続され、圧縮空気導入部２７は、圧縮機２２に接続された導入管や燃焼器２３の車室内へ空気を導く空間で、圧縮機吐出空気を燃焼器２３へ導く。バイパス空気導入管３６は圧縮空気導入部２７内に一端部が開放されて接続され、他端部はバイパス空気導入管３６を通過する空気の流量を制御するバイパス弁３５に接続されて、圧縮機吐出空気のうち、燃焼器２３に供給しない分をタービン２４へバイパスする管である。また、バイパス弁３５の他端側に接続されたバイパス空気混合管３７は、燃焼ガス導入管３８に接続されてバイパス弁３５を通過した空気を、燃焼器２３で生成した燃焼ガスと混合するよう燃焼ガス導入管３８に供給する。

また燃焼器２３には、メイン燃料流量制御弁２８、メイン燃料供給弁２９を介してメイン燃料が、トップハット燃料流量制御弁３０、トップハット燃料供給弁３１を介してトップハット燃料が、パイロット燃料流量制御弁３２、パイロット燃料供給弁３３を介してパイロット燃料がそれぞれ供給される。メイン燃料流量制御弁２８は一方を外部から燃料を供給する配管に、他方を複数のメイン燃料供給弁２９に接続した配管に接続され、メイン燃料流量制御弁２９は外部から供給される燃料の燃焼器２３への流量を、メイン燃料供給弁２９は燃焼器２３のメインバーナー（メイン燃料ノズル）に供給する燃料を、それぞれ制御する弁である。

トップハット燃料流量制御弁３０は、一方を外部から燃料を供給する配管に、他方を複数のトップハット燃料供給弁３１に接続され、トップハット燃料流量制御弁３０は外部から供給される燃料の燃焼器２３への流量を、トップハット燃料供給弁３１はトップハットバーナーに供給する燃料を、それぞれ制御する弁である。パイロット燃料流量制御弁３２は、一方を外部から燃料を供給する配管に、他方を複数のパイロット燃料供給弁３３に接続され、パイロット燃料流量制御弁３２は外部から供給される燃料の燃焼器２３への流量を、パイロット燃料流量供給弁３３はパイロットバーナーに供給する燃料を、それぞれ制御する弁である。

燃焼器２３は図１３に示したように、パイロットノズル４４が内筒の中央に、メイン燃料ノズル４５がその周囲に、トップハットノズル４７は燃焼器内筒４２と外筒４１との間に設けられて、複数種類の燃料ノズルからなっている。このうち、パイロットノズル４４は、燃焼の安定性などを図ることを目的とした拡散燃焼用の燃料ノズルで、メイン燃料ノズル４５は、ＮＯｘ低減などを目的としてメイン燃料ガスと圧縮空気とを燃焼部よりも上流側で混合し、その後、燃焼させる予混合燃焼用の燃料ノズルであり、パイロットノズル４４の周囲に複数体設けられている。トップハットノズル４７は、更にＮＯｘ低減を図ることなどを目的としてトップハット燃料ガスと圧縮空気とを、メイン燃料ノズル４５の場合よりも更に上流側で混合した後に燃焼させる予混合燃焼用の燃料ノズルであり、メイン燃料ノズル４５よりも更に外周側に複数本設けられている。なお、この図１３において４３は燃焼器尾筒である。

再度図１２に戻って、外部から導入された空気は、圧縮機２２で圧縮されて各燃焼器２３へ供給され、燃料の一部はパイロット燃料流量制御弁３２とトップハット燃料流量制御弁３０経由で、各燃焼器２３のパイロット燃料供給弁３３とトップハット燃料供給弁３１に達してそこから各燃焼器２３へ導入される。また、残りの燃料はメイン燃料流量制御弁２８経由で各燃焼器２３のメイン燃料供給弁２９に達し、そこから各燃焼器２３へ導入される。導入された空気及び燃料は、各燃焼器２３において燃焼して発生した燃焼ガスは、タービン２４に導入されてタービン２４を回転させ、その回転エネルギーにより発電機４０が発電を行う。

図１は、本発明になるガスタービン制御方法を実施する装置の、（Ａ）がガスタービン２を制御するための機能的構成を示すためのブロック図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のガスタービン制御装置３における自動調整部１０の実施例１の詳細ブロック図である。図１（Ａ）に示したように、ガスタービン制御装置３でガスタービン２を制御するため、ガスタービン２にプロセス量計測部４、圧力変動測定部（センサ）５、加速度測定部（センサ）６、Ｎｏｘ測定部７、操作機構８が設けられている。

プロセス量計測部４は、ガスタービン２上の然るべき部位に設置され、ガスタービン２の運転中における運転条件や運転状態を示すプロセス量を計測する各種計測機器であり、測定結果は予め定められた時刻ｔ１、ｔ２…毎に、ガスタービン制御装置３の制御器９へ出力される。ここでプロセス量（プラント状態量）とは、例えば、発電電力（発電電流、発電電圧）、大気温度、湿度、各部での燃料流量及び圧力、各部での空気流量及び圧力、燃焼器２３（図１２）での燃焼ガス温度、燃焼ガス流量、燃焼ガス圧力、圧縮機２２やタービン２４の回転数、タービン２４からの排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）等をはじめとする排出物濃度等である。このプロセス量は、ガスタービン２に供給される燃料や空気の量等の操作可能な「操作量（プラントデータ）」と、例えば、大気温度といった気象データ、要求によって決定される発電機の負荷の大きさ（ＭＷ）等の「操作できない状態量」とに分けられる。

圧力変動測定部５は、複数の燃焼器２３のそれぞれに取り付けられた圧力測定器であり、制御器９からの指令により予め定められた時刻ｔ１、ｔ２…毎に、燃焼により発生する各燃焼器２３内の圧力変動測定値をガスタービン制御装置３へ出力する。加速度測定部６は、各燃焼器２３に取り付けられた加速度の測定器で、制御器９からの指令により予め定められた時刻ｔ１、ｔ２…毎に、燃焼により発生する各燃焼器２３の加速度（位置の２階微分）を計測し、その測定値をガスタービン制御装置３へ出力する。Ｎｏｘ測定部７は各燃焼器２３の排ガス中に含まれるＮｏｘの測定器で、制御器９からの指令により予め定められた時刻ｔ１、ｔ２…毎に、燃焼により発生するＮｏｘを計測し、その測定値をガスタービン制御装置３へ出力する。

操作機構８は制御器９からの指令により、メイン燃料流量制御弁２８及びメイン燃料供給弁２９の開度、トップハット燃料流量制御弁３０及びトップハット燃料供給弁３１の開度、パイロット燃料流量制御弁３２及びパイロット燃料供給弁３３の開度、バイパス弁３５の開度、圧縮機２２の入口案内翼２６の回転翼の角度、などを操作する機構であり、これによりメイン燃料の流量制御、トップハット燃料の流量制御、パイロット燃料の流量制御、各燃焼器２３へ供給する空気の流量制御、圧縮機２２に導入される空気の流量の制御などを行う。なお、各燃焼器２３へ供給する空気の流量制御は、具体的には各燃焼器２３においてバイパス弁３５の開度を大きく（あるいは小さく）し、バイパス側に流れる空気流量を増加（あるいは減少）することにより、燃焼器２３に供給される空気の流量を制御する。

ガスタービン制御装置３は、制御器９と、自動調整部（探索制御部）１０とを備える。制御器９は、プロセス量計測部４、圧力変動測定部５、加速度測定部６から出力される測定値を受け取り、これを自動調整部１０に転送する。また、この制御器９は、自動調整部１０からの指令に基づき、メイン燃料流量制御弁２８及びメイン燃料供給弁２９、トップハット燃料流量制御弁３０及びトップハット燃料供給弁３１、パイロット燃料流量制御弁３２及びパイロット燃料供給弁３３、バイパス弁３５、入口案内翼２６を、操作機構８で操作するための信号を出力する。

図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示したガスタービン制御装置３における自動調整部１０の詳細ブロック図であり、１１は入力手段、１２は状態把握手段、１３は周波数解析手段、１４は燃焼特性把握手段、１５は第１のデータベース、１６は補正量算出手段、１７は出力手段、１８は第２のデータベースである。これらで構成される自動調整部１０では、燃焼振動が発生したとき、振動を抑制するのに最も効果的な方向に操作量（プロセス量）を変化させる制御を行う。

すなわち自動調整部１０は、制御器９から転送されたプロセス量計測部４、圧力変動測定部５、加速度測定部６からのプロセス量や圧力、加速度のデータを入力手段１１により受け取り、さらに周波数解析手段１３によるガスタービン２内の振動周波数解析結果とから、状態把握手段１２でガスタービン２の状態等を、また、燃焼特性把握手段１４で各燃焼器２３の燃焼特性を把握する。そして補正量算出手段１６で、この状態把握手段１２および燃焼特性把握手段１４で把握した内容に基づき、ガスタービン２で燃焼振動が発生しないような対策、すなわちメイン燃料流量制御弁２８及びメイン燃料供給弁２９、トップハット燃料流量制御弁３０及びトップハット燃料供給弁３１、パイロット燃料流量制御弁３２及びパイロット燃料供給弁３３、バイパス弁３５、入口案内翼２６を調整するか否か、および、調整する場合にはその調整部位と調整量を決定する。そしてその補正量算出手段１６の決定結果は、出力手段１７により制御器９に出力される。

またこの補正量算出手段１６は、後記するように燃焼振動が発生したとき、それを抑制するため制御系設定に対し、第１のデータベースに記憶されている図８に示したような燃焼器内における燃焼状態の変化とを関連付けた情報を記憶するデータベースと、そのデータベースに蓄積された情報に基づいて解析して得られた情報が格納された基礎データベース（図示せず）、及び図９に示したような過去に施した調整とその調整を施すことで生じたガスタービン２の稼働状態の変化とを関連付けた情報、及び標準的な燃焼特性を示す数式モデル、制約情報、経験情報、熟練した調整員の経験（ノウハウ）に基づいて設定された「症状」と、そのような症状のときに有効な対策とを関連付けた経験情報などを蓄積した知識データベース（図示せず）などに基づいて望ましい補正量を算出するが、そのとき、第２のデータベース１８に記憶されている個々の操作量に対する負荷の感度を参照し、変更するトータルの操作量に対して発生する負荷変動量を予測して、先行的に制御に用いて所望の負荷を維持する。

この操作量に対する負荷の感度につき、図５を用いて簡単に説明すると、この図５は本発明になるガスタービン制御方法において使用する、（Ａ）が燃料流量に対する負荷の例を示したグラフ、（Ｂ）がバイパス弁開度、パイロット比などの操作量に対するガスタービンの負荷の感度の例を示したグラフであり、まず図５（Ａ）のグラフは横軸が燃料流量、縦軸がガスタービン２の負荷（ＧＴ負荷）で、ガスタービンは負荷を出す前にも回転軸３９を回すために燃料が必要なため、一定の燃料流量後に負荷が出る。そしてさらに燃料流量を増加させることで負荷が変化し、一定の燃料流量以上で１００％の負荷となる。

そして図５（Ｂ）のグラフは、Ｘ方向にバイパス弁開度、Ｙ方向にパイロット比、Ｚ方向にガスタービン負荷（ＧＴ負荷）とした３次元座標空間に、バイパス弁とパイロット比の値をプロットして、その時のガスタービン負荷がどう変化するかをあらわしたグラフである。この図５（Ｂ）のグラフには、一例としてバイパス弁開度をＸ_１１−１、パイロット比をＸ_１２−１とした点Ａがプロットされており、バイパス弁開度を変えたときに負荷がどのように変わるか、という微係数が計算できる。すなわち、バイパス弁とパイロット比をどのように変えると負荷がどう変化するか、という操作量に対する負荷感度を知ることができるわけである。

また、この現在の運転点Ａの座標を図５（Ｂ）に示したように（Ｘ_１１−１，Ｘ_１２−１）とし、求められたバイパス弁開度補正量をΔＸ、パイロット比補正量をΔＹ，またバイパス弁開度及びパイロット比の変化に対するＧＴ負荷変化量をそれぞれα₁₁、α₁₂とすると、運転点Ａにおいてバイパス弁開度をΔＸ、パイロット比をΔＹ、補正した場合のＧＴ負荷変化量ΔＬＧＴは、下記（１）式で予測できる。
ΔＬＧＴ＝α₁₁・ΔＸ＋α₁₂・ΔＹ ………………………………（１）
そのため、制御器９にこの（１）式で得られた負荷変化量を出力し、制御器９側で擬似的に負荷変化指令を発生させることにより、負荷変化をキャンセルさせることができる。なお、この負荷感度は前記したように第２のデータベース１８に記憶させるが、記憶させる形態は上記（１）式としたり、図５（Ｂ）のようなグラフとしたり、あるいは直接、数値を記憶させるようにしてもよい。また、上記（１）式では、バイパス弁開度ΔＸ、パイロット比ΔＹの二元の一次式としたが、トップハット比など、その他の操作量を用いてもよいし、三元以上としてもよく、さらに、二次以上の高次の項を加えてもよい。

以上が本発明になるガスタービン制御方法を実施する装置の概略構成であるが、本発明は、前記したようにパイロット比などの操作量を振り、最適な運転条件を自動探索するようにしたガスタービンにおいて、初期設計値で想定した理想的な燃料流量、空気流量での運転状態から逸脱した運転が行われることを防止するためになしたものである。

そのため本発明は、ガスタービンの燃焼器内での圧力または加速度の振動を周波数分析する周波数解析部１３と、周波数帯別分析結果とガスタービンにおける空気流量とパイロット燃料の比、トップハット燃料の比を含む操作プロセス量、及び大気状態と負荷量を含む状態信号とに基づき、ガスタービンの燃焼振動の特性を把握する燃焼特性把握部１４と、燃焼振動が発生していることを燃焼特性把握部１４で把握したとき、燃焼振動が抑制されるよう燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方を調整する制御部９と、ガスタービンにおける燃料流量、空気流量、パイロット燃料の比、トップハット燃料の比の変化量とガスタービンの負荷量との相関に基づく操作量に対する負荷感度を記憶した第２のデータベース１８、または感度解析手段１９と、を備え、制御部９にて燃焼振動を抑制させるための調整を行っていない状態で、燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方を変動させて最適な運転条件を探索し、得られた最適な運転条件に応じて第２のデータベース１８に記憶されている、または感度解析手段１９で算出した負荷感度を用い、燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方の操作量に対する負荷変動量を予測し、その予測結果に従って燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方を調整するようにした。

すなわち、ガスタービンが安定した運転状態にあるときは、経年変化があってもデータが集まらないため、所定間隔で運転条件を変動させて最適な運転条件を自動的に探索するようにし、複数の周波数帯域で燃焼振動が発生した場合にも、有効に燃焼振動を抑制できるようにした場合、前記したように自動変更によって想定外の負荷変動が発生する可能性があり、初期設計値で想定した理想的な燃料流量、空気流量での運転状態から逸脱した運転が行われる場合がある。

それに対して本発明では、ガスタービンにおける燃料流量、空気流量、パイロット燃料の比、トップハット燃料の比の変化量とガスタービンの負荷量との相関に基づく操作量に対する負荷感度を記憶した第２のデータベース１８、または感度解析手段１９を備え、制御部９にて燃焼振動を抑制させるための調整を行っていない状態で自動探索するとき、得られた最適な運転条件に応じて第２のデータベース１８に記憶されている、または感度解析手段１９で算出した負荷感度を用い、燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方の操作量に対する負荷変動量を予測し、その予測結果に従って燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方を調整するようにしたから、こういった問題を起こす可能性が無くなり、設計時に想定した理想的な燃料流量、空気流量による設計性能や運転状態とすることができる。

図２は、本発明になるガスタービン制御方法の実施例１のフロー図である。この図２に示したフロー図は、ガスタービン２を稼働させるためのプログラムの一部として組み込まれるものであり、ガスタービン２が稼働している間、所定時間毎に一連の処理を実行する。

ステップＳ１０で処理がスタートすると、ステップＳ１１で図１（Ａ）のプロセス量計測部４、圧力変動測定部５、加速度測定部６、Ｎｏｘ測定部７から制御器９を介して転送されたプロセス量や圧力、加速度、Ｎｏｘのデータが入力手段１１で受けとられ、状態把握手段１２、周波数解析手段１３に送られる。

そして状態把握手段１２は、プロセス量計測部４で計測されたガスタービン２に供給される燃料の特性の把握、ガスタービン２に異常がないかどうかの診断等を行う。ガスタービン２に供給される燃料の特性の把握は、例えば図示していないタンク内に貯えられている燃料が時間の経過と共にタンク内で重い分子が下降し、軽い分子が上昇する結果、ガスタービン２に供給される燃料成分（カロリー）がタンク内の燃料残量等に応じて変動するためである。そのためガスタービン２に供給されている燃料成分に応じ、プロセス量計測部４としてタンクからガスタービン２に至る燃料系統にカロリーメータ、燃料の組成を測る測定器等を設け、得られる燃料のカロリーや組成のデータに基づき、燃空比を増減する際の調整量を状態把握手段１２で決定する。

なお、プロセス量計測部４で燃料のカロリーや組成をリアルタイムで計測するのではなく、予め、タンク内の燃料の残量と燃料成分の変化との関係を計測し、これに基づいて調整量を決定するためのテーブルやチャートを作成しておくようにしてもよい。その場合、プロセス量計測部４ではタンク内の燃料の残量を計測し、計測された燃料の残量に基づいて燃空比を増減する際の調整量を決定する。また、タンクからの供給だけでなく、パイプラインにより燃料を供給される場合も同様にしてもよい。

ガスタービン２に異常がないかどうかの診断は、プロセス量計測部４で計測されたガスタービン２の各部の温度や流量のデータに基づき、ガスタービン２の異常の有無を判断するもので、例えば、ガスタービン２の特定部分の温度が予め設定した閾値以上に上昇していたり、特定部分の流量が閾値以下に低下していた場合等に、ガスタービン２自体に異常が発生していると判断する。そして状態把握手段１２は、ガスタービン２に異常があるとの判断がなされた場合、アラームや警告ランプ等の報知手段によってガスタービン２に異常が生じていることをオペレータ等に向けて報知する。

ガスタービン２に異常が認められない場合、次のステップＳ１２で周波数解析手段１３で内圧変動や加速度の周波数解析、およびセンサの異常診断が行われる。周波数解析手段１３は、各燃焼器２３において圧力変動測定部５で計測された圧力変動測定値に基づき、例えば圧力の変動（振動）の周波数解析（高速フーリエ変換：ＦＦＴ）を行う。図６は、圧力変動測定部５により測定された圧力変動測定値に基づき、周波数解析手段１３が周波数解析を行った結果の一例である。横軸は周波数、縦軸は振動の強度（レベル）を示している。なお、周波数解析手段１３は、加速度測定部６で計測された加速度測定値に基づいて加速度の周波数解析を行うこともできる。

この図６に示されているように、燃焼器２３において発生する燃焼振動（圧力振動及び加速度振動）は、複数の振動の周波数を有し、各周波数の振動はそれぞれ複雑な要因により発生しているため、画一的な制御、あるいは一つのパラメータを制御することだけでは振動を抑えることが難しい。また、振動数によってガスタービン２に与える影響が異なり、同じ振動強度でもある周波数では許容範囲であっても、他の周波数においては致命的である場合もありうる。これらの点からガスタービン２の運転条件の制御は、振動の周波数に応じて複数のパラメータに対して行う必要がある。

そのため周波数解析手段１３は、図７に示すように、内圧変動や加速度の周波数解析結果を複数（ｎ）の周波数帯に区切って周波数帯別解析結果として出力する。ここで周波数帯とは、周波数解析手段１３が周波数解析を行った結果に基づいて対応を行う最小単位となる周波数領域である。例えば図７において振動は、主に０〜５０００Ｈｚで発生しているから、周波数範囲を０〜５０００Ｈｚとし、その周波数範囲を適当な大きさの周波数帯に区切り、ｎ個に分割する。例えば、５０Ｈｚ毎に区切るとすると、ｎ＝１００となる。なお、この周波数帯は、必ずしも一定の大きさである必要はない。周波数解析手段１３は、上記のようにして得た圧力又は加速度の周波数帯別解析結果を、状態把握手段１２に出力する。

また、周波数解析手段１３は、圧力変動測定部５、加速度測定部６において圧力測定器や加速度測定器自体、あるいは圧力測定器や加速度測定器から出力されるデータが、入力手段１１に入力されるまでのデータ転送系統に異常がないか否かも診断する。これは、圧力測定器や加速度測定器あるいはデータ転送系統に異常がある場合、正常な制御ができなくなるからで、例えば電源周波数成分（例えば６０Ｈｚ）のノイズや全周波数帯域にわたってランダム状のノイズが乗ったり、また、数十Ｈｚ未満の領域、特に直流成分でパルス状ノズルが乗ると、図６に示した本来のレベルに比較して全体に上昇したレベルの信号になったりする。また、圧力測定器や加速度測定器自体が劣化した場合、全周波数帯域にわたってレベルが下がるから、周波数解析手段１３で振動レベルが予め設定した範囲から外れているか否かを判断し、範囲から外れた場合に圧力測定器や加速度測定器、あるいはデータ転送系統に異常があると判定する。なおこの判定のため、周波数解析手段１３で上記したようなパターンの解析結果が得られた場合に、これを検出できるような閾値を予め設定しておくことで、データ転送系統に異常が生じた場合もそれを容易に判定することができる。

なおここで周波数解析手段１３に、圧力測定器や加速度測定器を複数組設けておいてこれら複数組の測定結果を比較し、それによって圧力測定器や加速度測定器、あるいは圧力測定器や加速度測定器からのデータ転送系統に異常が発生したか否かを判定しても良い。また、加速度測定部６は、燃焼器２３自体の振動を加速度として検出するため、１つの加速度測定部６で複数の燃焼器２３で発生する燃焼振動を監視しても良い。この場合、一つの燃焼器２３に設けられた圧力変動測定部５がセンサ異常と判断されても、加速度測定部６によって燃焼振動を検知することができ、さらに加速度測定部６を複数設けた場合は、圧力変動測定部５で燃焼振動を検知しなくとも少なくとも二つの加速度測定部６で燃焼振動を検知した場合、燃焼振動が発生していると判定することで信頼性を高めることもできる。

再度図２に戻って、こうして周波数解析が行われるわけであるが、この周波数解析の結果はステップＳ１３で第１のデータベース１５に追加、更新される。ここで第１のデータベース１５に蓄積されるデータは、例えば図８のような形式で格納される。この図８においてＸ_１１−１、Ｘ_１１−２、……、Ｘ_１１−ｎ、Ｘ_１２−１、Ｘ_１２−２、……、Ｘ_２２−ｎはプロセス量、Ｙ_ｉ１−１、Ｙ_ｉ１−２、……、Ｙ_ｉ１−ｎ、Ｙ_ｉ２−１、Ｙ_ｉ２−２、……、Ｙ_ｉｎ−ｎは各周波数帯での振動強度の最大値である。即ち、第１のデータベース１５では、プロセス量及び各周波数帯での振動強度の最大値Ｙ_ｉｎが時刻ｔ１、ｔ２…毎に整理されて格納されており、制御器９及び周波数解析手段１３からこれらのデータが時々刻々と第１のデータベース１５に送信されてくると、それらのデータが第１のデータベース１５に追加記憶される。

第１のデータベース１５に蓄積される振動強度のデータは圧力振動のみでも、加速度振動のみでもよく、圧力振動及び加速度振動の両方でもよい。一例として、図８の時刻ｔ１のときはバイパス弁３５の弁開度がＸ_１１−１であり、パイロット比がＸ_１２−１、トップハット比がＸ_{１３−１、}大気温度がＸ_２１−１、発電機の負荷（ＭＷ）がＸ_２２−１で、第１周波数帯での振動強度の最大値がＹ_ｉ１−１、第２周波数帯での振動強度の最大値がＹ_ｉ２−１、第ｎ周波数帯での振動強度の最大値がＹ_ｉｎ−１であることを示している。同様に時刻ｔ２のときは、バイパス弁３５の弁開度がＸ_１１−２、パイロット比がＸ_１２−２、トップハット比がＸ_１３−２、大気温度がＸ_２１−２、発電機の負荷がＸ_２２−２であり、第１周波数帯での振動強度の最大値がＹ_ｉ１−２、第２周波数帯での振動強度の最大値がＹ_ｉ２−２、第ｎ周波数帯での振動強度の最大値がＹ_ｉｎ−２であることを示している。

そして次のステップＳ１４で、状態把握手段１２による圧力又は加速度の周波数帯別解析結果により、燃焼振動が直ちに調整の必要な状態であるか否か、燃焼振動が生じていないものの直ちに調整する必要がある燃焼振動の予兆が生じている状態であるか否か、を予め設定した閾値と比較して判定する。その結果、管理値を逸脱、または燃焼振動の予兆があると判定（Ｙｅｓ）された場合、ステップＳ１６に進み、対策を決定する。

このステップＳ１６では、まず発生している燃焼振動の特性が算出される。これは、燃焼特性把握手段１４によって第１のデータベース１５に格納された、周波数解析手段１３からの圧力又は加速度の周波数帯別解析結果と、プロセス量計測部４からのプロセス量とに基づき、燃焼特性をモデル化するための数式モデルの構築である。

例えば、燃焼器２３の数をｍ、モデル化すべき周波数帯数をｎとすると、下記式（２）のような重回帰モデルで内圧変動をモデル化する。
Ｙ_ｉｊ＝ａ_ｉｊ，０＋ａ_ｉｊ，１×Ｘ_１１＋ａ_ｉｊ，２×Ｘ_１２
＋ａ_ｉｊ，３×Ｘ_２１＋ａ_ｉｊ，４×Ｘ_２２ …………（２）
ここで、
Ｙ_ｉｊ：第ｉ燃焼器（ｉ＝１、２、・・・、ｍ）の第ｊ周波数帯（ｊ＝１、２、・・・、ｎ）の最大振幅値
Ｘ_１１：操作量１の値（本例では、バイパス弁３５の弁開度）
Ｘ_１２：操作量２の値（本例では、パイロット比）
Ｘ_２１：操作量できない状態量１の値（本例では、気象データ）
Ｘ_２２：操作できない状態量２の値（本例では、発電機の負荷（ＭＷ））
ａ_ｉｊ，０、ａ_ｉｊ，１、ａ_ｉｊ，２、ａ_ｉｊ，３、ａ_ｉｊ，４：係数パラメータ
である。

そして燃焼特性把握手段１４は、第１のデータベース１５に時刻（ｔ１、ｔ２…）ごとに整理して格納された最大振幅値Ｙ_ｉｊ、操作量Ｘ_１１、Ｘ_１２、操作できない状態量Ｘ_２１、Ｘ_２２を用い、上記（１）式の係数パラメータａ_ｉｊ，０、ａ_ｉｊ，１、ａ_ｉｊ，２、ａ_ｉｊ，３、ａ_ｉｊ，４を求める。係数パラメータａ_ｉｊ，０、ａ_ｉｊ，１、ａ_ｉｊ，２、ａ_ｉｊ，３、ａ_ｉｊ，４の解法には、例えば最小二乗法が用いられる。

ここで最大振幅値Ｙ_ｉｊとは、圧力変動測定部５及び加速度測定部６により測定された測定結果のデータを、周波数解析手段１３にてＡ／Ｄ変換して周波数解析した結果をｎ個の周波数帯に区切り、夫々の周波数帯においてある時間（ｔ１、ｔ２…）内に得られた最大振幅値である。すなわち前記した図７においては、第１周波数帯の最大振幅値がＹ_ｉ１、第２周波数帯の最大振幅値がＹ_ｉ２、第ｎ周波数帯の最大振幅値がＹ_ｉｎであることが示されている。

なお、上記では、説明の都合上、操作量を２変数、操作できない状態量を２変数としてモデル式を記述しているが、特に２変数に限るものではなく、また、モデル構造として線形の一次式として記述しているが、２次以上の高次モデルやニューラルネットワーク等の非線形モデルとしてもよい。また、ガスタービン２から入力された操作量や操作できない状態量を用いたモデル式として記述しているが、質量収支等の法則に基づいて変換した値を用いてもよい。

そして燃焼特性把握手段１４は、時刻ｔ１、ｔ２…毎に得られる上記数式モデル（２）を用い、燃焼振動の発生し易い領域を求める。例えば、操作量１、操作量２、操作できない状態量１、操作できない状態量２が、それぞれＸ’_１１、Ｘ’_１２、Ｘ’_２１及びＸ’_２２である時の、第ｉ燃焼器の第ｊ周波数帯の内圧変動予測値Ｙ’_ｉｊは、次式（３）で求められる。
Ｙ’_ｉｊ＝ａ_ｉｊ，０＋ａ_ｉｊ，１×Ｘ’_１１＋ａ_ｉｊ，２×Ｘ’_１２
＋ａ_ｉｊ，３×Ｘ’_２１＋ａ_ｉｊ，４×Ｘ_２２ …………（３）
従って上記したように、係数パラメータａ_ｉｊ，０、ａ_ｉｊ，１、ａ_ｉｊ，２、ａ_ｉｊ，３、ａ_ｉｊ，４は、例えば最小二乗法により求められている。

前記した図７に示すように、第ｉ燃焼器の第ｊ周波数帯（周波数帯１〜ｎ）の最大振幅値には、燃焼器２３や周囲の設備の構造面から閾値Ｚ_ｉ１、Ｚ_ｉ２、…Ｚ_ｉｎが設けられている。その閾値Ｚ_ｉ１、Ｚ_ｉ２、…Ｚ_ｉｎは周波数解析手段１３に格納されており、ここで閾値Ｚ_ｉ１、Ｚ_ｉ２、…Ｚ_ｉｎは、各周波数帯において許容できる最高の振動強度を示す値である。またこの閾値Ｚ_ｉ１、Ｚ_ｉ２、…Ｚ_ｉｎは、例えば、その周波数の振動により共振する部材や構造があるか、損傷を受け易い部材や構造があるか、どのくらいの強度の振動まで許容できるか等により決定される。

周波数解析手段１３から送られてきた第ｉ燃焼器の第ｊ周波数帯の最大振幅値の閾値をＺ_ｉｊとすると、
Ｚ_ｉｊ＝ａ_ｉｊ，０＋ａ_ｉｊ，１×Ｘ’_１１＋ａ_ｉｊ，２×Ｘ’_１２
＋ａ_ｉｊ，３×Ｘ’_２１＋ａ_ｉｊ，４×Ｘ_２２ …………（４）
となるＸ’_１１、Ｘ’_１２、Ｘ’_２１及びＸ’_２２が存在することになる。今、制御器９において操作できない状態量１及び操作できない状態量２の値が燃焼特性把握手段１４に入力されたとすると、（４）式のうち、Ｘ’_１１及びＸ’_１２以外は定数となり、（４）式を満たす（Ｘ’_１１、Ｘ’_１２）を容易に求めることができる。

一方、制御器９から与えられたα_ｋ（ｋ＝１、２、・・・、ｐ）なるゲインにより、
α_ｋＺ_ｉｊ＝ａ_ｉｊ，０＋ａ_ｉｊ，１×Ｘ’_１１＋ａ_ｉｊ，２×Ｘ’_１２
＋ａ_ｉｊ，３×Ｘ’_２１＋ａ_ｉｊ，４×Ｘ_２２ …………（５）
として（Ｘ’_１１、Ｘ’_１２）を求めれば、各燃焼器の各周波数帯域毎にｐ本の線を求めることができる。図１０は、これを示したもので、ここで係数パラメータａ_ｉｊ，２が正であれば、直線の上側が燃焼振動の発生し易い領域、下側が発生しにくい領域となる。逆に、係数パラメータａ_ｉｊ，２が負であれば、直線の下側が燃焼振動の発生し易い領域、上側が発生しにくい領域となる。

燃焼特性把握手段１４は、制御器９から与えられる第ｉ燃焼器の第ｊ周波数帯の最大振幅値の閾値Ｚ_ｉｊ（ｉ＝１、２、・・・ｍ、ｊ＝１、２、・・・、ｎ）、ゲインα_ｋ（ｋ＝１、２、・・・ｐ）、及び特定の２つ（運転実績である各時刻ｔ１、ｔ２…での操作できない状態量Ｘ_２１、Ｘ_２２）を除く変数の値（運転実績である各時刻ｔ１、ｔ２…でのＸ_１１、Ｘ_１２）と、最小２乗法等により求めた係数パラメータａ_ｉｊ，０、ａ_ｉｊ，１、ａ_ｉｊ，２、ａ_ｉｊ，３、及びａ_ｉｊ，４から、全ての燃焼器２３の全ての周波数帯について上記の直線を求め、線形計画法の手順に基づき、最終的に燃焼振動の発生し易い領域、発生しにくい領域を求める。

図１１は、燃焼特性把握手段１４により求められた、横軸をＸ_１１、縦軸をＸ_１２とする燃焼振動領域の例を示している。この例では、ゲインα_ｋごとに等高線のように燃焼振動領域を表現しており、中央部が燃焼振動の発生しにくい領域、周辺部ほど発生し易い領域である。なお図１１は、上記の通り説明の都合上操作量を２変数としたことに伴い、２次元座標に示されているが、操作量をＮ変数とすればＮ次元座標空間に示される。

そして補正量算出手段１６は、状態把握手段１２から調整命令を入力したとき、その調整命令に応答し、現在の運転状態（Ｘ_１１＝ｘ_ａ、Ｘ_１２＝ｘ_ｂ）を調整するための対策内容（対策箇所と調整量）を決定する。このとき、複数の周波数帯域において、最大振幅値Ｙ_ｉｊが閾値Ｚ_ｉ１、Ｚ_ｉ２、…Ｚ_ｉｎを超えている場合、既に設置・稼働が行われている他の同型のガスタービン２において採取されたデータを用い、解析した結果得られた標準的な燃焼特性を示す数式モデルや、ガスタービン２を運転する上で、例えば失火や逆火が発生しないための燃空比の制限値等の制約情報を格納した第１のデータベース１５内の、基礎データベース（図示せず）に記憶された優先順位（優先度）に基づき、優先順位の高い周波数帯域に対して調整を施す。ここでは、一例として最も低い周波数帯域の優先度を最も高くし、次は、高周波側の周波数帯域から優先度を順次高く設定している。これは、最も低い周波数帯域で燃焼振動が生じる場合、ガスタービン２の火が消えやすい状況になっている可能性が高いこと、また高い周波数帯域では、燃焼振動によるエネルギーが大きいため、損傷などを及ぼす影響力が強いからである。

また、調整を施す周波数帯域を選択した後に補正量算出手段１６は、つぎに現在の運転状態（Ｘ_１１＝ｘ_ａ、Ｘ１２＝ｘ_ｂ）を調整すべき方向を、例えば最急降下法などの最適化手法を用いて決定する。なお、ここで用いる最適化手法は最急降下法に限定されるものではない。

このとき補正量算出手段１６では、燃焼特性把握手段１４において燃焼特性が十分に把握できない場合、第１のデータベース１５における過去に施した調整とその調整を施すことで生じたガスタービン２の稼働状態の変化とを関連付けた情報を蓄積した、図示していない例えば図９に示したような知識データベースの内容に基づいて調整の方向を決定することができる。即ちこの図９は、第１優先の調整が第１周波数帯においてはバイパス弁を開き、第ｎ周波数帯ではトップハット比を減らし、第２優先では第１周波数帯においてはパイロット比を増やし、第ｎ周波数帯ではトップハット比何もしないことを示している。また、ガスタービン２を設置した直後等、第１のデータベース１５に十分なデータが蓄積されていない場合には、前記した基礎データベース、および知識データベースに蓄積された、標準的な燃焼特性を示す数式モデル、制約情報、経験情報などに基づき、調整の方向を決定することができる。なお、知識データベースには、熟練した調整員の経験（ノウハウ）に基づいて設定された「症状」と、そのような症状のときに有効な対策とを関連付けた経験情報を格納してもよい。

こうして対策と補正量が決定されると出力手段１７は、ステップＳ１７で補正量算出手段１６により決定された調整の方向を示すデータを制御器９に出力する。そのため制御器９は、出力手段１７から入力した上記調整の方向を示すデータに基づき、操作機構８を制御してメイン燃料流量制御弁２８、パイロット燃料流量制御弁３２、トップハット燃料流量制御弁３０、バイパス弁３５、及び入口案内翼２６等を操作し、バイパス弁開度Ｘ_１１、パイロット比Ｘ_１２、トップハット比Ｘ_１３を変化させる。即ち制御器９は、出力手段１７から入力した調整指示に対し、バイパス弁開度Ｘ_１１をｘ_ａからｘ_ｃまで変化させ、パイロット比Ｘ_１２をｘ_ｂからｘ_ｄまで変化させ、トップハット比Ｘ_１３をｘ_ｅからｘ_ｆまで変化させるようメイン燃料流量制御弁２８、パイロット燃料流量制御弁３２、トップハット燃料流量制御弁３０、バイパス弁３５、及び入口案内翼２６の少なくともいずれか一つを制御する。

一方、図２におけるフロー図のステップＳ１４で閾値との比較の結果、管理値を逸脱しておらず、しかも燃焼振動の予兆が無い場合、処理はステップＳ１５に進み、探索前提条件が成立しているか否かが判断される。この探索前提条件は、
条件１：発電機４０における出力が、予め設定された閾値の範囲内に所定時間継続している負荷整定中にあること
条件２：燃焼振動が所定時間出ていないこと。つまり、ステップＳ１４において、管理値を逸脱、または燃焼振動の予兆があると判定されていない状態が所定時間以上継続していること
条件３：吸気温度が予め設定された閾値の範囲内に所定時間継続して留まっていること
条件４：オペレータが、探索に移行することを許可する、探索許可モードを選択していること、等がある。

そしてこの探索前提条件が満足されていればステップＳ１８に進んで探索が終了しているか否かが判断され、終了している場合はステップＳ２０に進んで探索完了時点で、第１のデータベース１５に蓄積された各試行点のデータの中から、最適点（最適な運転条件）を決定する。最適な運転条件とは、燃焼安定性が最も高いものであってもよいし、これに加え、熱効率や、ガスタービンシステム１の各要素の効率を加味し、最適な運転条件を決定しても良い。また、環境保護性を加味しても良いし、ガスタービンシステム１が複合サイクル発電システム（ガスタービンコンバインドサイクルプラント）を構成するものである場合、複合サイクル発電システムのプラント効率を加味しても良い。さらに、最適点は各試行点のデータの中で決定するに留まらず、各試行点での結果を例えば非線形重回帰式や多項式に当てはめ最も最適と推定される条件探索エリア内の別の点でも良い。

また、ステップＳ１８で探索が終了していない場合はステップＳ１９に進み、変更すべき運転条件（これを試行点と称する）を補正量算出部１６で決定し、ステップＳ２１で
その運転条件に対応した補正量のデータを出力手段１７から出力する。この動作は、図２の処理を複数サイクル繰り返し、ステップＳ１９で決定する試行点を変動させることで、所定の領域内で運転条件の各パラメータを順次変動させる。具体的には、燃焼器２３に供給する燃料または空気の流量の少なくとも一方を、前記図１５で説明したように所定量ずつ変動させる。

こうして最適な運転条件が探索できたら、本発明においては前記したようにガスタービンにおける燃料流量、空気流量、パイロット燃料の比、トップハット燃料の比、の操作量とガスタービンの負荷量との相関関係を表す負荷感度を第２のデータベース１８から読み出し、この探索により得られた運転条件に応じ、燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方の操作量に対する負荷変動量を予測する。そしてこの予測結果に従い、調整を実施するわけである。

このように負荷感度を用いることで、パイロット比などの操作量を振り、最適な運転条件を自動探索するようにしたガスタービン制御方法及び装置においても、探索により得られた運転条件に応じて前記燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方の操作量に対する負荷変動量を予測し、その予測結果に従って調整を実施するから、従来のように、初期設計値で想定した理想的な燃料流量、空気流量での運転状態から逸脱した運転が行われることを防止でき、設計時に想定した理想的な燃料流量、空気流量による設計性能や運転状態とすることができる。

次に本発明の実施例２につき、図３、図４、図９を用いて説明する。図３は本発明になるガスタービン制御方法を実施する図１（Ａ）に示した装置のブロック図における、自動調整部９の実施例２の詳細ブロック図、図４は本発明になるガスタービン制御方法の実施例２のフロー図、図９は本発明の実施例２に用いるデータベースの構成の一例である。

以上説明してきた実施例１では、負荷感度は予め試運転などでデータを集め、それによって得られた値を第２のデータベース１８に記憶して用いた。しかしこの方法では、人手により感度を算出して記憶させる必要があり、また、新たにデータを収集して内容を書き換えない限り変更されることはないから、経年変化などで圧縮機の性能劣化やフィルターの目詰まりなどが生じた場合でもそのままとなり、試運転時とずれて燃焼安定性が低下したり、燃焼振動が発生する恐れがある。

そのため本発明の実施例２では、ガスタービン２の運転時に負荷感度を、操作プロセス量、及び状態信号と負荷量とから算出して第２のデータベース１８に記憶させる、感度解析手段１９を設けた。それを示したのが図３における１９の感度解析手段である。

即ちこの図３における１９の感度解析手段は、状態把握手段１２からバイパス弁開度、パイロット比、トップハット比、ガスタービン負荷（ＧＴ負荷）などのデータを受け、それによって、各操作量に対する負荷変化量を算出し、それによって負荷感度を求めて結果を第２のデータベース１８に記憶する。従って人手により感度算出の煩わしさが無くなり、経年変化が発生してもその時点における負荷感度が算出できるから、ガスタービンの燃焼安定性を維持・向上することができる。

そしてこの負荷感度を用いたフロー図が図４である。この図４のフロー図は、図２の実施例１のフロー図におけるステップＳ２１の負荷変化量の予測における作業であり、このステップＳ２１においてステップＳ３０に処理が移行し、ステップＳ３１で状態把握手段１２からバイパス弁開度、パイロット比、トップハット比、ガスタービン負荷（ＧＴ負荷）などのデータを受け、感度を算出する。そして次のステップＳ３２で負荷変化量を予測し、ステップＳ２１に戻ってこの図２におけるステップＳ２１の負荷変化量予測値とするわけである。なお、以下の処理は前記したとおりなので省略する。

本発明によれば、初期の設計効率を長期に渡って維持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、燃料を無駄にすることなく発電機等を効率的に運転することができる。

本発明になるガスタービン制御方法を実施する装置の、（Ａ）がガスタービン２を制御するための機能的構成を示すためのブロック図であり、（Ｂ）は（Ａ）のガスタービン制御装置３における自動調整部１０の実施例１の詳細ブロック図である。 本発明になるガスタービン制御方法の実施例１のフロー図である。 本発明になるガスタービン制御方法を実施する図１（Ａ）に示した装置のブロック図における、自動調整部９の実施例２の詳細ブロック図である。 本発明になるガスタービン制御方法の実施例２のフロー図である。 本発明になるガスタービン制御方法において使用する（Ａ）が燃料流量に対する負荷の例を示したグラフ、（Ｂ）がバイパス弁開度、パイロット比などの操作量に対するガスタービンの負荷の感度の例を示したグラフである。 周波数解析手段による解析結果の一例を示したグラフである。 周波数解析手段による周波数帯別解析結果の一例を示したグラフである。 本発明の実施例１に用いるデータベースの構成の一例である。 本発明の実施例２に用いるデータベースの構成の一例である。 燃焼振動領域の推定法に関する原理図である。 燃焼振動領域の推定例を示す図である。 ガスタービンの構成概略を説明するための図である。 燃焼器の構成概略を説明するための断面図である。 従来技術における制御パラメータの例である。 自動探索の例である。 自動探索の例である。 従来技術の自動探索における課題の例である。

符号の説明

１ 制御装置
２ ガスタービン
３ ガスタービン制御装置
４ プロセス量計測部
５ 圧力変動測定部（センサ）
６ 加速度測定部（センサ）
７ Ｎｏｘ測定部
８ 操作機構
９ 制御器
１０ 自動調整部
１１ 入力手段
１２ 状態把握手段
１３ 周波数解析手段
１４ 燃焼特性把握手段
１５ 第１のデータベース
１６ 補正量算出手段
１７ 出力手段
１８ 第２のデータベース
１９ 感度解析手段

Claims (4)

1. 燃焼器と、該燃焼器における最適な運転条件を記憶した第１のデータベースとを有するガスタービンと、該ガスタービンで燃焼振動が生じていない状態で前記燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方を変動させて最適な運転条件を探索し、得られた運転条件により前記第１のデータベースの記憶内容を更新すると共に、前記最適な運転条件に応じて前記燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方を調整するガスタービン制御方法において、
   前記ガスタービンにおける燃料流量、空気流量、パイロット燃料の比、トップハット燃料の比、の操作量と前記ガスタービンの負荷量との相関関係である負荷感度を記憶している第２のデータベースを有し、該第２のデータベースに記憶された負荷感度を用い、前記探索により得られた最適な運転条件に応じて前記燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方の操作量に対する負荷変動量を予測し、該予測結果に従って調整を実施すると共に、調整結果により前記第１のデータベースの記憶内容を更新することを特徴とするガスタービン制御方法。
2. 前記負荷感度を、前記ガスタービン運転時に前記空気流量とパイロット燃料の比、トップハット燃料の比、を含む操作プロセス量、及び大気状態と負荷量を含む状態信号と負荷量とから算出し、前記第２のデータベースに記憶・更新していくことを特徴とする請求項１に記載したガスタービン制御方法。
3. 燃焼器と、該燃焼器における最適な運転条件を記憶した第１のデータベースとを有するガスタービンと、該ガスタービンで燃焼振動が生じていない状態で前記燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方を変動させて最適な運転条件を探索し、得られた運転条件により前記第１のデータベースの記憶内容を更新すると共に、前記最適な運転条件に応じて前記燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方を調整する探索制御を行う補正量算出手段と、を備えるガスタービン制御装置において、
   前記ガスタービンにおける燃料流量、空気流量、パイロット燃料の比、トップハット燃料の比、の操作量と、前記ガスタービンの負荷量との相関関係である負荷感度を記憶した第２のデータベースを備え、
   前記補正量算出手段は前記探索制御状態で、前記燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方を変動させて得られた最適な運転条件に応じ、前記第２のデータベースに記憶されている負荷感度を用い、前記燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方の操作量に対する負荷変動量を予測し、該予測結果に従って前記燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方を調整すると共に、該調整結果により前記第１のデータベースの記憶内容を更新することを特徴とするガスタービン制御装置。
4. 燃焼器と、該燃焼器における最適な運転条件を記憶した第１のデータベースとを有するガスタービンと、該ガスタービンで燃焼振動が生じていない状態で前記燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方を変動させて最適な運転条件を探索し、得られた運転条件により前記第１のデータベースの記憶内容を更新すると共に、前記最適な運転条件に応じて前記燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方を調整する探索制御を行う補正量算出手段と、を備えるガスタービン制御装置において、
   前記ガスタービンにおける燃料流量、空気流量、パイロット燃料の比、トップハット燃料の比、の操作量と前記ガスタービンの負荷量との相関関係を表す負荷感度を算出する感度解析手段と、
   該感度解析手段の算出した負荷感度を記憶した第２のデータベースとを備え、
   前記補正量算出手段は前記探索制御状態で、前記燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方を変動させて得られた最適な運転条件に応じ、前記感度解析手段の算出した負荷感度、または第２のデータベースに記憶されている負荷感度を用い、前記燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方の操作量に対する負荷変動量を予測し、該予測結果に従って前記燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の一方を調整すると共に、該調整結果により前記第１のデータベースの記憶内容を更新することを特徴とするガスタービン制御装置。

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