JP2010156308A - Controller for gas turbine engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a controller for a two-shaft gas turbine engine capable of carrying out a smooth load-variable operation, by switching combustion while following a load command varied continuously. <P>SOLUTION: This controller for the two-shaft gas turbine engine includes a compressor turbine 3 for driving a compressor 1, a combustor 2 for generating a combustion gas supplied to a compressor turbine 3, and having a plurality of combustion valves 7 for switching the combustion during an operation, and a load turbine 6 for driving an electric power generator 4, and the controller further includes a fuel flow control means 18 for computing a fuel flow rate command value to the combustor 2, a fuel flow rate correcting means 19 for computing a fuel flow rate command value correction value added with a correction signal for compensating the rotation speed fluctuation of the compressor turbine 3, to the fuel flow rate command value computed by the fuel flow control means 18, when switching the combustion, and a fuel valve control means 20 for controlling the openings of a plurality of fuel valves 7, based on the fuel flow rate command value correction value computed by the fuel flow rate correcting means 19. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、圧縮機用タービンと、負荷タービンとを備えた2軸式ガスタービン・エンジンの制御装置に係り、特に、負荷変化時に燃焼切替えを必要とする2軸式ガスタービン・エンジンの制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for a two-shaft gas turbine engine including a compressor turbine and a load turbine, and more particularly to a control device for a two-shaft gas turbine engine that requires combustion switching when the load changes. About.

近年の地球温暖化に対応するため、ガスタービン・エンジンの燃焼装置には、環境適合性を優先することが望まれている。そこで、近年の多くのガスタービン・エンジンでは、発電用・航空機用・船舶用・メカニカルドライブ用を問わず、高効率化による二酸化炭素排出量の削減や、予混合燃焼方式と称する窒素酸化物排出量の低減を実現したエンジンが主流となっている。予混合燃焼方式とは、窒素酸化物の発生量を抑制できる空気と燃料を予め混合して燃焼する燃焼方式であり、窒素酸化物やその他の環境に影響を与える物質の発生を抑制可能である。   In order to cope with global warming in recent years, it is desired to prioritize environmental compatibility for a combustion apparatus of a gas turbine engine. Therefore, in many gas turbines and engines in recent years, regardless of whether it is for power generation, for aircraft, for ships, or for mechanical drives, it is possible to reduce carbon dioxide emissions by increasing efficiency and to emit nitrogen oxides called the premixed combustion method. Engines that have achieved a reduction in volume are the mainstream. The premixed combustion method is a combustion method in which air and fuel that can suppress the generation amount of nitrogen oxides are premixed and burned, and generation of nitrogen oxides and other substances that affect the environment can be suppressed. .

この予混合燃焼方式は、空気と燃焼を予め混合したのちこれを燃焼することから、燃焼安定条件の範囲が狭いことで知られている。そこで、燃焼安定性を高め、かつ負荷運転を可能とする方法として、燃焼器を複数のバーナ及び該バーナへ燃料を供給する燃料弁で構成し、これらバーナ及び燃料弁によって燃焼器の予混合燃焼部分を複数に分割するとともに、運転負荷に応じて燃焼部分を増減する方式が提案されている。   This premixed combustion method is known to have a narrow range of combustion stable conditions because air and combustion are mixed in advance and then combusted. Therefore, as a method for improving combustion stability and enabling load operation, the combustor is composed of a plurality of burners and fuel valves for supplying fuel to the burners, and the premixed combustion of the combustor by these burners and fuel valves. A method has been proposed in which the portion is divided into a plurality of portions and the combustion portion is increased or decreased according to the operating load.

この方式では、複数に分割した予混合燃焼部分への燃料供給を増減する方法と、予混合燃焼部分を増減する方法(以下燃焼切り替えという)との組み合わせにより運転負荷の変更を可能としている。ただし、燃焼切り替え中にバーナを点火または/消火する必要があり、このバーナ点/消火の際に燃焼エネルギーが大きく変動するという問題がある。   In this method, the operating load can be changed by a combination of a method of increasing / decreasing the fuel supply to the premixed combustion portion divided into a plurality and a method of increasing / decreasing the premixed combustion portion (hereinafter referred to as combustion switching). However, it is necessary to ignite or extinguish the burner during combustion switching, and there is a problem that the combustion energy fluctuates greatly during this burner point / extinguishing.

発電用ガスタービン・エンジンでは、電力需要の増大に伴い、昼夜の電力需要差が拡大しており、負荷変化幅や負荷追従性能の高いエンジンが必要となっている。前記燃焼切り替え中の燃焼エネルギーの変動は負荷変動の発生要因となり、円滑な負荷変化運転の実現を阻害するという問題がある。   In the gas turbine engine for power generation, with the increase in power demand, the difference in power demand between day and night is increasing, and an engine with high load change width and load following performance is required. The fluctuation of the combustion energy during the combustion switching becomes a cause of load fluctuation, and there is a problem that the realization of a smooth load change operation is hindered.

この問題の改善策として、通常の発電用ガスタービン・エンジンにおいて、燃料流量を制御する燃料弁の開度を燃焼切り替え時にロックする運転方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。   As an improvement measure for this problem, in an ordinary power generation gas turbine engine, an operation method has been proposed in which the opening of a fuel valve that controls the fuel flow rate is locked during combustion switching (see, for example, Patent Document 1).

特開平10−212976号公報JP-A-10-212976

上述した燃焼切り替え時に燃料弁の開度をロックする運転方法の場合、燃料配管内の圧力変動を抑制するように圧力調整弁の開度を予め定めた比率で変化させて、燃焼切り替え時の管内の燃料の供給圧力変動を短時間に抑止している。この結果、燃焼切り替え時における負荷の変動を小さくすることができる。   In the case of the operation method in which the opening degree of the fuel valve is locked at the time of combustion switching described above, the opening degree of the pressure regulating valve is changed at a predetermined ratio so as to suppress the pressure fluctuation in the fuel pipe, and the inside of the pipe at the time of combustion switching is changed. The fuel supply pressure fluctuation is suppressed in a short time. As a result, it is possible to reduce the load fluctuation at the time of combustion switching.

しかしながら、例えば、発電用ガスタービン・エンジンが負荷上昇の指令に基づいて運転している際に燃焼切り替えが発生した場合には、この方法では、連続的に上昇変化する負荷を供給することは出来ない。つまり、連続的に変化する負荷指令には追従できないという課題があった。   However, for example, when combustion switching occurs when the power generation gas turbine engine is operating based on a load increase command, this method cannot supply a load that continuously increases and changes. Absent. That is, there is a problem that it cannot follow a continuously changing load command.

一方、燃焼エネルギーの変動による負荷の変動は、圧縮機を駆動するタービン(圧縮機タービン)と負荷を発生するタービン(負荷タービン)とを異なる軸で駆動する2軸式ガスタービン・エンジンにおいて顕著に現れる。2軸式ガスタービン・エンジンでは、燃焼器からの燃焼エネルギーで圧縮機用タービンを駆動したのち、圧縮機用タービンの排気ガスを用いて負荷タービンを駆動する。このため、燃焼エネルギーの変動は、圧縮機タービン、負荷タービンの双方に影響を与え、圧縮機タービンにおいては燃焼用空気圧力の変動、負荷タービンにおいては回転数及び出力の変動として現れる。これらの事象は、それぞれが、負荷変化への追従性低下の更なる原因となる。   On the other hand, load fluctuations due to combustion energy fluctuations are prominent in a two-shaft gas turbine engine in which a turbine driving a compressor (compressor turbine) and a turbine generating a load (load turbine) are driven by different shafts. appear. In the two-shaft gas turbine engine, the compressor turbine is driven by the combustion energy from the combustor, and then the load turbine is driven using the exhaust gas of the compressor turbine. For this reason, fluctuations in combustion energy affect both the compressor turbine and the load turbine, and appear as fluctuations in the combustion air pressure in the compressor turbine and fluctuations in the rotational speed and output in the load turbine. Each of these events further causes a decrease in the ability to follow changes in load.

本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、連続的に変化する負荷指令に追従して燃焼切り替えを行うことにより、円滑な負荷変化運転のできる2軸式ガスタービン・エンジンの制御装置を提供することにある。   The present invention has been made on the basis of the above-mentioned matters. The purpose of the present invention is to provide a two-shaft gas turbine that can perform a smooth load change operation by switching combustion in accordance with a load command that changes continuously. It is to provide an engine control device.

(1)上記目的を達成するために、本発明は、空気を吸気加圧する圧縮機を駆動する圧縮機タービンと、前記圧縮機タービンへ供給する燃焼ガスを発生させ、運転中に燃焼切り替えを行う複数の燃料弁を有する燃焼器と、負荷である発電機を駆動する負荷タービンとを備えた2軸式ガスタービン・エンジンの制御装置であって、前記燃焼器への燃料流量指令値を演算する燃料流量制御手段と、前記燃焼切り替え時に、前記燃料流量制御手段で演算した前記燃料流量指令値に前記圧縮機タービンの回転数変動を補償する補正信号を付加した燃料流量指令補正値を演算する燃料流量補正手段と、前記燃料流量補正手段で演算した前記燃料流量指令補正値に基づいて前記複数の燃料弁の開度を制御する燃料弁制御手段とを備えたものとする。   (1) In order to achieve the above object, the present invention generates a compressor turbine that drives a compressor that sucks and pressurizes air, and generates combustion gas to be supplied to the compressor turbine, and performs combustion switching during operation. A control device for a two-shaft gas turbine engine comprising a combustor having a plurality of fuel valves and a load turbine for driving a generator as a load, and calculates a fuel flow rate command value to the combustor A fuel flow rate control means and a fuel for calculating a fuel flow rate command correction value obtained by adding a correction signal for compensating for fluctuations in the rotation speed of the compressor turbine to the fuel flow rate command value calculated by the fuel flow rate control means at the time of combustion switching It is assumed that a flow rate correction unit and a fuel valve control unit for controlling the opening of the plurality of fuel valves based on the fuel flow rate command correction value calculated by the fuel flow rate correction unit.

(2)上記目的を達成するために、本発明は、空気を吸気加圧する圧縮機を駆動する圧縮機タービンと、前記圧縮機タービンへ供給する燃焼ガスを発生させ、運転中に燃焼切り替えを行う複数の燃料弁を有する燃焼器と、負荷である発電機を駆動する負荷タービンとを備えた2軸式ガスタービン・エンジンの制御装置であって、前記発電機の出力目標である負荷指令が入力され、前記燃焼器への前記負荷指令に応じた燃料流量指令値を演算する燃料流量制御手段と、前記負荷指令に基づいて負荷変化率を演算し、この負荷変化率が予め設定した設定値以上になった場合に、前記燃料流量制御手段で演算した前記燃料流量指令値に前記圧縮機タービンの回転数変動を補償する補正信号を付加した燃料流量指令補正値を演算する燃料流量補正手段と、前記燃料流量補正手段で演算した前記燃料流量指令補正値に基づいて前記複数の燃料弁の開度を制御する燃料弁制御手段とを備えたものとする。   (2) In order to achieve the above object, the present invention generates a compressor turbine that drives a compressor that sucks and pressurizes air, and generates combustion gas to be supplied to the compressor turbine, and performs combustion switching during operation. A control apparatus for a two-shaft gas turbine engine comprising a combustor having a plurality of fuel valves and a load turbine for driving a generator as a load, wherein a load command as an output target of the generator is input A fuel flow rate control means for calculating a fuel flow rate command value corresponding to the load command to the combustor, a load change rate is calculated based on the load command, and the load change rate is equal to or higher than a preset set value. In this case, the fuel flow rate correction means for calculating the fuel flow rate command correction value obtained by adding a correction signal for compensating for the fluctuation in the rotation speed of the compressor turbine to the fuel flow rate command value calculated by the fuel flow rate control means. , And that a fuel valve control means for controlling the opening degree of the plurality of fuel valves, based on the fuel flow rate command correction value calculated by the fuel flow rate correction means.

(3)上記(1)又は(2)において、好ましくは、前記燃料流量補正手段は、前記負荷タービンの回転数が入力され、前記負荷タービン回転数の時間変化量を算定する微分演算器と、前記微分演算器からの負荷タービン回転数の時間変化量に基づいて前記燃料流量指令値の補正信号を求める関数発生器とを備えたものとする。   (3) In the above (1) or (2), preferably, the fuel flow rate correcting means receives a rotational speed of the load turbine, and calculates a time change amount of the load turbine rotational speed; And a function generator for obtaining a correction signal for the fuel flow rate command value based on a time change amount of the load turbine rotation speed from the differential calculator.

(4)上記(3)において、好ましくは、前記燃料流量補正手段の前記関数発生器は、前記負荷タービン回転数の時間変化量が設定値以下のときには、前記燃料流量指令値の補正信号の付加を停止する不感帯を備えたものとする。   (4) In the above (3), preferably, the function generator of the fuel flow rate correction means adds a correction signal for the fuel flow rate command value when the time change amount of the load turbine speed is equal to or less than a set value. It shall be provided with a dead zone to stop

(5)上記(4)において、好ましくは、前記燃料流量補正手段は、前記燃料流量指令値を入力として前記関数発生器の正側不感帯幅と負側不感帯幅を出力する不感帯設定用関数発生器を備えたものとする。   (5) In the above (4), preferably, the fuel flow rate correction means outputs a positive dead zone width and a negative dead zone width of the function generator with the fuel flow rate command value as an input. Shall be provided.

(6)上記(4)において、好ましくは、前記燃料流量補正手段は、前記負荷指令の変化率を入力として前記関数発生器の正側不感帯幅と負側不感帯幅を出力する不感帯設定用関数発生器を備えたものとする。   (6) In the above (4), preferably, the fuel flow rate correction means generates a dead zone setting function for outputting a positive dead zone width and a negative dead zone width of the function generator with the load command change rate as an input. It shall be equipped with a vessel.

本発明のガスタービン・エンジンの制御装置によれば、燃焼切り替え時に、負荷変化として発生する負荷タービンの回転数の変動に対し、この負荷タービンの回転数変動を先行制御するための燃料流量補正信号を、燃料流量指令に付加して燃料弁の開度を制御するようにしたので、燃焼切り替え時の負荷変化への追従性能を向上させることができる。この結果、負荷変化時に燃焼切り替えを必要とする2軸式ガスタービン・エンジンにおいても、円滑な負荷変化運転を実現することができる。   According to the control device for a gas turbine engine of the present invention, a fuel flow rate correction signal for controlling in advance the fluctuation in the rotational speed of the load turbine with respect to the fluctuation in the rotational speed of the load turbine that occurs as a load change when switching combustion. Is added to the fuel flow rate command to control the opening of the fuel valve, so that the follow-up performance to the load change at the time of combustion switching can be improved. As a result, a smooth load change operation can be realized even in a two-shaft gas turbine engine that requires combustion switching when the load changes.

以下に、本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の実施の形態を図面を用いて説明する。
図1乃至図3は本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第1の実施の形態を示すもので、図1は、本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第1の実施の形態を備えた2軸式ガスタービン・エンジンの概略図、図2は、本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第1の実施の形態における燃料流量制御手段の制御ブロック図、図3は、本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第1の実施の形態における燃料流量補正手段の制御ブロック図である。
Embodiments of a control apparatus for a gas turbine engine according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
1 to 3 show a first embodiment of a control apparatus for a gas turbine engine according to the present invention. FIG. 1 shows a first embodiment of a control apparatus for a gas turbine engine according to the present invention. FIG. 2 is a control block diagram of the fuel flow rate control means in the first embodiment of the control apparatus for the gas turbine engine of the present invention, and FIG. 3 is the present invention. FIG. 3 is a control block diagram of fuel flow rate correction means in the first embodiment of the control apparatus for the gas turbine engine of FIG.

図1において、2軸式ガスタービン・エンジンは、吸気冷却装置8によって冷却された吸込み空気を圧縮して燃焼用の圧縮空気を得る空気圧縮機1と、この空気圧縮機1からの圧縮空気を燃料とともに燃焼して高温高圧の燃焼ガスを発生させる燃焼器2と、この燃焼器2からの燃焼ガスによって駆動軸16の回転動力を得て圧縮機1を駆動する圧縮機タービン3と、発電用プラントにおいて、発電機に相当する負荷4と、圧縮機タービン3の排気ガスによって駆動軸17の回転動力を得て負荷4を駆動する負荷タービン6とを備えている。なお、燃焼器2は、燃焼切り替えにより負荷運転を可能とするためのバーナ21を備えている。また、負荷タービン6を駆動した後の排気ガスは排気ダクト9を介して外部へ排出される。   In FIG. 1, a two-shaft gas turbine engine compresses the intake air cooled by the intake air cooling device 8 to obtain compressed air for combustion, and the compressed air from the air compressor 1 A combustor 2 that burns with fuel to generate high-temperature and high-pressure combustion gas; a compressor turbine 3 that drives the compressor 1 by obtaining rotational power of the drive shaft 16 by the combustion gas from the combustor 2; The plant includes a load 4 corresponding to a generator, and a load turbine 6 that drives the load 4 by obtaining the rotational power of the drive shaft 17 by the exhaust gas of the compressor turbine 3. The combustor 2 includes a burner 21 that enables load operation by switching combustion. Further, the exhaust gas after driving the load turbine 6 is discharged to the outside through the exhaust duct 9.

また、2軸式ガスタービン・エンジンは計測手段として圧縮機タービン側に回転数計10、圧縮空気圧力計12、圧縮空気温度計13、負荷タービン側に回転数計11、発電出力計14、及び排気ガス温度計15を備えている。   The two-shaft gas turbine engine has a rotation speed meter 10, a compressed air pressure gauge 12, a compressed air thermometer 13 on the compressor turbine side as a measuring means, a rotation speed meter 11, a power output meter 14 on the load turbine side, and An exhaust gas thermometer 15 is provided.

ガスタービン・エンジンの制御装置5には、例えば給電所からの負荷指令(MWD)や上記各計測手段からの計測信号が入力されている。この制御装置5が、これらの情報をもとに燃料弁開度指令CGCVを演算し、燃料弁7に出力することにより、2軸式ガスタービン・エンジンの起動・停止・負荷運転が制御されている。   For example, a load command (MWD) from a power supply station and a measurement signal from each of the measuring means are input to the control device 5 of the gas turbine engine. The control device 5 calculates the fuel valve opening command CGCV based on these information and outputs it to the fuel valve 7 to control the start / stop / load operation of the two-shaft gas turbine engine. Yes.

ガスタービン・エンジンの制御装置5は、起動・停止・負荷運転のほか安全保護機能、補機制御機能などの複数の機能を備えている。ただし、本実施の形態における説明にあっては負荷運転に必要とされる機能のみを図示し説明する。
図1における制御装置5は、燃料流量制御手段18、燃料流量補正手段19、及び燃料弁制御手段20を備えている。
The control device 5 of the gas turbine engine has a plurality of functions such as a safety protection function and an auxiliary machine control function in addition to starting / stopping / load operation. However, in the description of the present embodiment, only functions necessary for load operation are shown and described.
The control device 5 in FIG. 1 includes a fuel flow rate control means 18, a fuel flow rate correction means 19, and a fuel valve control means 20.

燃料流量制御手段18は、負荷指令MWD、圧縮機タービン回転数NHPT、圧縮機出口圧力PC、圧縮機出口温度TC、負荷タービン回転数NLPT、負荷MW、及びタービン排気温度TXを入力し、ガスタービン・エンジンが起動・停止・負荷運転する際の燃料流量の制御指令値(燃料流量指令)FFDを決定する。   The fuel flow rate control means 18 inputs a load command MWD, a compressor turbine rotational speed NHPT, a compressor outlet pressure PC, a compressor outlet temperature TC, a load turbine rotational speed NLPT, a load MW, and a turbine exhaust temperature TX, and a gas turbine. -Determine the fuel flow control command value (fuel flow rate command) FFD when the engine starts, stops, and loads.

燃料流量制御手段18の制御ブロック図である図2において、燃料流量制御手段18は、エンジン起動時の燃料流量FFD0を演算する起動制御手段36、エンジン起動・昇速時の燃料流量FFD1を演算する加速制御手段37、エンジン停止時の燃料流量FFD2を演算する停止制御手段38、負荷運転時の燃料流量FFD3を演算する速度・負荷制御手段39、及び排気温度制御時の燃料流量FFD4を演算する排気温度制御手段40を備えている。また、低値選択41にてこれら燃料流量のうちもっとも低い値を燃料流量指令FFDとして出力する。   In FIG. 2, which is a control block diagram of the fuel flow rate control means 18, the fuel flow rate control means 18 calculates a start flow control means 36 for calculating the fuel flow rate FFD0 when the engine is started, and calculates a fuel flow rate FFD1 for when the engine is started / accelerated. Acceleration control means 37, stop control means 38 for calculating fuel flow rate FFD2 when the engine is stopped, speed / load control means 39 for calculating fuel flow rate FFD3 during load operation, and exhaust gas for calculating fuel flow rate FFD4 during exhaust temperature control A temperature control means 40 is provided. Further, in the low value selection 41, the lowest value among these fuel flow rates is output as the fuel flow rate command FFD.

一般的に、2軸式ガスタービン・エンジンの特徴として、エンジンの起動・昇速・停止時には圧縮機タービン3の回転数NHPTを制御し、エンジン負荷運転時には負荷タービン6の回転数NLPTを制御する点が挙げられる。そこで本実施の形態においても、図2に示すように起動制御手段36、加速制御手段37、及び停止制御手段38の入力に圧縮機タービン回転数NHPTを用いるとともに、速度・負荷制御手段39の入力に負荷タービン回転数NLPTを用いている。   In general, as a characteristic of a two-shaft gas turbine engine, the rotational speed NHPT of the compressor turbine 3 is controlled when the engine is started, accelerated, and stopped, and the rotational speed NLPT of the load turbine 6 is controlled when the engine is loaded. A point is mentioned. Therefore, also in the present embodiment, the compressor turbine rotational speed NHPT is used as the input to the start control means 36, the acceleration control means 37, and the stop control means 38 as shown in FIG. The load turbine speed NLPT is used.

上述したように、2軸式ガスタービン・エンジンにおいては燃料流量の増減によって圧縮機タービン回転数NHPT、負荷タービン回転数NLPTの双方が変化し、燃焼切り替え時においては燃焼エネルギーの変動によりこれら回転数がそれぞれに変化する。   As described above, in the two-shaft gas turbine engine, both the compressor turbine rotational speed NHPT and the load turbine rotational speed NLPT change due to increase / decrease in the fuel flow rate. Changes to each.

そこで、本実施の形態においては、速度・負荷制御手段39に負荷タービン回転数NLPTのみを入力し、後述する燃料流量補正手段19において燃料流量指令FFDに圧縮機タービン回転数NHPTの変動を補償するための補正量(燃料バイアス)を加味し、かつ燃料流量指令FFDおよび負荷指令MWDの変化率から補正量に不感帯を設定することで、圧縮機タービン回転数NHPT, 負荷タービン回転数NLPTの双方の変動を考慮した負荷運転を実現している。   Therefore, in the present embodiment, only the load turbine speed NLPT is input to the speed / load control means 39, and the fuel flow rate correction means 19 described later compensates for fluctuations in the compressor turbine speed NHPT in the fuel flow rate command FFD. Both the compressor turbine rotational speed NHPT and the load turbine rotational speed NLPT are set by taking into account the correction amount for fuel (fuel bias) and setting the dead zone for the correction amount based on the rate of change of the fuel flow rate command FFD and the load command MWD. Load operation considering fluctuations is realized.

図1に戻って、燃料流量補正手段19は、燃料流量指令FFD及び負荷タービン回転数NLPTから、燃料流量指令FFDの補正値FFDCを決定するもので、燃焼切り替え時の燃焼エネルギー変動に起因する駆動軸17の回転数の変動を抑制する。   Returning to FIG. 1, the fuel flow rate correction means 19 determines a correction value FFDC of the fuel flow rate command FFD from the fuel flow rate command FFD and the load turbine rotational speed NLPT, and is driven by combustion energy fluctuation at the time of combustion switching. The fluctuation of the rotational speed of the shaft 17 is suppressed.

燃料流量補正手段19の制御ブロック図である図3において、燃料流量補正手段19は、信号の時間変化率を求める微分演算器30、関数発生器31、ゲイン設定器36、関数発生器32、信号の時間積分を求める積分演算器33、信号の時間変化率を制限する変化率制限器34、及び加算器35を備えている。   In FIG. 3, which is a control block diagram of the fuel flow rate correction means 19, the fuel flow rate correction means 19 includes a differential calculator 30, a function generator 31, a gain setting device 36, a function generator 32, a signal for obtaining a time change rate of the signal. Are provided with an integration computing unit 33 for obtaining the time integration, a change rate limiter 34 for limiting the time change rate of the signal, and an adder 35.

微分演算器30では、負荷タービン回転数NLPTを入力し、負荷タービン回転数NLPTの時間変化率dNLPT/dtを計算する。また、関数発生器31では、時間変化率dNLPT/dtを入力し、圧縮機タービン3の時間変化率制御量dNHPT/dtを計算する。時間変化率制御量dNHPT/dtは負荷タービン回転数NLPTが変化した際に発生する圧縮機タービン回転数NHPTの変化率に相当する。関数発生器31は入力の区間DB1における出力値が0となるよう不感帯を設定し、負荷タービン回転数NLPTの微小変化時には関数発生器31からの制御量が発生しないものとしている。   The differential calculator 30 inputs the load turbine speed NLPT and calculates the time change rate dNLPT / dt of the load turbine speed NLPT. Further, the function generator 31 inputs the time change rate dNLPT / dt and calculates the time change rate control amount dNHPT / dt of the compressor turbine 3. The time change rate control amount dNHPT / dt corresponds to the change rate of the compressor turbine rotational speed NHPT generated when the load turbine rotational speed NLPT changes. The function generator 31 sets a dead zone so that the output value in the input section DB1 becomes 0, and the control amount from the function generator 31 is not generated when the load turbine rotational speed NLPT is minutely changed.

関数発生器42は、入力された燃料流量指令FFDから関数発生器31の不感帯の範囲HH(正側不感帯幅), HL(負側不感帯幅)を計算する。本実施の形態においては、燃焼状態切り替え範囲の燃料流量指令FFDの幅をΔxと設定し、燃料流量指令FFDがΔxの範囲内にある場合には、不感帯の範囲HH, HLを小さく出力する。この結果、関数発生器31においては、入力値dNLPT/dtの微小な変化に対しても時間変化率制御量dNHPT/dtとして非零値を出力する。   The function generator 42 calculates the dead band ranges HH (positive side dead band width) and HL (negative side dead band width) of the function generator 31 from the input fuel flow rate command FFD. In the present embodiment, the width of the fuel flow rate command FFD in the combustion state switching range is set to Δx, and when the fuel flow rate command FFD is within the range of Δx, the dead zone ranges HH and HL are output small. As a result, the function generator 31 outputs a non-zero value as the time change rate control amount dNHPT / dt even for a minute change in the input value dNLPT / dt.

負荷タービン回転数NLPTの変動は、燃焼切り替え時にもっとも顕著である。関数発生器31,42によって、燃焼切り替え時における負荷タービン回転数NLPTの変動が検出可能となる。   The fluctuation of the load turbine speed NLPT is most noticeable at the time of combustion switching. The function generators 31 and 42 can detect fluctuations in the load turbine speed NLPT at the time of combustion switching.

ゲイン設定器36では、先に求めた時間変化率制御量dNHPT/dtに負数を乗算し、時間変化率制御量dNHPT/dtの符号を反転するとともに、制御ゲインにより任意の調整パラメータにて補正したのち、補正時間変化率制御量dNHPT'/dtとして出力する。また関数発生器32では、補正時間変化率制御量dNHPT'/dtを入力し、この負荷タービン回転数変化率dNLPT/dtに相当する燃料流量の変化率dFuel/dtを計算する。関数発生器32には入力値の区間DB2における出力値が0となるよう不感帯を設定し、圧縮機タービン回転数制御量微小変化時には関数32からの制御量が発生しないものとしている。   The gain setting unit 36 multiplies the time change rate control amount dNHPT / dt obtained previously by a negative number, inverts the sign of the time change rate control amount dNHPT / dt, and corrects it with an arbitrary adjustment parameter using the control gain. After that, it is output as a correction time change rate control amount dNHPT '/ dt. Further, the function generator 32 inputs the correction time change rate control amount dNHPT ′ / dt, and calculates the fuel flow rate change rate dFuel / dt corresponding to the load turbine rotation speed change rate dNLPT / dt. A dead zone is set in the function generator 32 so that the output value in the input value section DB2 becomes 0, and the control amount from the function 32 is not generated when the compressor turbine rotational speed control amount is minutely changed.

積分演算器33では、先に求めた燃料流量の変化率dFuel/dtを時間積分し、燃料流量指令バイアスFFDBを計算する。また、変化率制限器34では燃料流量指令バイアスFFDBが急激に変動しないよう変化率に制限を与え、燃料流量指令バイアス補正値FFDBCを出力する。加算器35では燃料流量指令FFDに燃料流量指令バイアス補正値FFDBCを加え、新たな燃料流量指令として燃料流量指令補正値FFDCを出力する。   The integral calculator 33 integrates the fuel flow rate change rate dFuel / dt obtained previously to calculate the fuel flow rate command bias FFDB. Further, the change rate limiter 34 limits the change rate so that the fuel flow rate command bias FFDB does not change rapidly, and outputs a fuel flow rate command bias correction value FFDBC. The adder 35 adds the fuel flow rate command bias correction value FFDBC to the fuel flow rate command FFD, and outputs the fuel flow rate command correction value FFDC as a new fuel flow rate command.

なお、本実施の形態の燃料流量補正手段19は積分演算器33を用いることにより積分制御を構成したが、積分演算器33のかわりにゲイン設定器を用いて比例制御を構成しても良い。   The fuel flow rate correcting means 19 of the present embodiment is configured to perform integral control by using the integral calculator 33. However, instead of the integral calculator 33, a proportional control may be configured using a gain setter.

図1に戻って、燃料弁制御手段20は、燃料流量指令補正値FFDCに基づいて複数の燃料弁7の燃料弁開度指令CGCVを演算し出力制御する。燃料弁開度指令CGCVに応じてバーナ21への燃料流量が変化する。   Returning to FIG. 1, the fuel valve control means 20 calculates and controls output of the fuel valve opening commands CGCV of the plurality of fuel valves 7 based on the fuel flow rate command correction value FFDC. The fuel flow rate to the burner 21 changes according to the fuel valve opening command CGCV.

なお、本実施の形態において関数発生器42は、燃焼切り替え時における負荷タービン6の回転数NLPTの変動を検出することに使用したが、負荷並列・解列時の負荷タービン6の回転数NLPTの変動を検出するよう関数発生器42を設定しても良い。   In the present embodiment, the function generator 42 is used to detect a change in the rotational speed NLPT of the load turbine 6 at the time of combustion switching. However, the function generator 42 determines the rotational speed NLPT of the load turbine 6 at the time of load parallel / disconnection. The function generator 42 may be set to detect fluctuations.

次に、上述した本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第1の実施の形態を適用した2軸式ガスタービン・エンジンの運転特性について、図4及び図5を用いて説明する。図4は、本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第1の実施の形態における2軸式ガスタービン・エンジンの運転特性の計画値を示す特性図、図5は、本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第1の実施の形態における2軸式ガスタービン・エンジンの運転特性を示す特性図である。なお、図4及び図5において、図1乃至図3に示す符合と同符号のものは同一又は相当する構成要素であるのでその部分の説明を省略する。   Next, operation characteristics of the two-shaft gas turbine engine to which the above-described first embodiment of the gas turbine engine control device of the present invention is applied will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a characteristic diagram showing planned values of operating characteristics of the two-shaft gas turbine engine in the first embodiment of the control apparatus for the gas turbine engine of the present invention, and FIG. 5 is a characteristic diagram of the gas turbine engine of the present invention. It is a characteristic view which shows the driving | operation characteristic of the 2-shaft type gas turbine engine in 1st Embodiment of the control apparatus of an engine. In FIGS. 4 and 5, the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 to 3 are the same or corresponding components, and the description thereof is omitted.

図4において、横軸は時間を示し、縦軸は上から負荷指令MWD、燃料流量指令FFD、圧縮機タービン回転数NHPT、負荷タービン回転数NLPTの各計画値を示している。
まず、時刻t0にガスタービン・エンジンが起動し、負荷タービン回転数NLPTが定格回転数に到達したのち揃速操作が行われ、時刻t1に負荷である発電機を電力系統に並列している。発電機を電力系統に並列した場合、以降負荷タービン回転数NLPTは電力系統周波数に従って、ほぼ定格回転数での運転となる。負荷並列後は負荷指令MWDが定格負荷まで増加するが、燃料流量指令FFDが点Bに到達する時刻t2に燃焼切り替えが発生している。本実施の形態においては、燃焼切り替え前のバーナ本数をB1(本)、燃焼切り替え後のバーナ本数をB2(本)としている。燃焼切り替え後も負荷上昇を継続し、時刻t3に定格負荷に到達している。なお、本実施の形態では定格負荷到達までに燃焼切り替えが点Bの1箇所でのみ発生すると仮定したが、これら切り替え点は定格負荷到達までの複数個所に設定されている場合もある。
In FIG. 4, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the plan values of the load command MWD, the fuel flow rate command FFD, the compressor turbine rotational speed NHPT, and the load turbine rotational speed NLPT from the top.
First, at time t0, the gas turbine engine is started, and after the load turbine rotational speed NLPT reaches the rated rotational speed, a uniform speed operation is performed, and at time t1, a generator as a load is placed in parallel with the power system. When the generator is arranged in parallel with the power system, the load turbine speed NLPT is operated at the rated speed almost according to the power system frequency. After load parallel, the load command MWD increases to the rated load, but combustion switching occurs at time t2 when the fuel flow rate command FFD reaches point B. In the present embodiment, the number of burners before combustion switching is B1 (pieces), and the number of burners after combustion switching is B2 (pieces). The load continues to increase after switching to combustion, and reaches the rated load at time t3. In this embodiment, it is assumed that combustion switching occurs only at one point B before reaching the rated load. However, these switching points may be set at a plurality of locations until the rated load is reached.

燃焼切り替え前後ではバーナ本数の変化により、バーナ一本あたりの燃料流量が変動して燃空比が大きく変化する。具体的には、バーナ本数が増加した場合(増負荷時)にはバーナ一本あたりの燃料流量が減少するため、燃空比は相対的に低下する。バーナ本数が減少した場合(減負荷時)にはバーナ一本あたりの燃料流量が増加するため、燃空比は相対的に上昇することとなる。   Before and after combustion switching, the fuel flow rate per burner varies due to the change in the number of burners, and the fuel-air ratio changes greatly. Specifically, when the number of burners increases (when the load increases), the fuel flow rate per burner decreases, so the fuel-air ratio relatively decreases. When the number of burners decreases (when the load is reduced), the fuel flow rate per burner increases, so the fuel-air ratio increases relatively.

燃焼切り替えが発生する時刻t2前後におけるエンジン運転特性を図5に示す。図5において、横軸は時間を示し、縦軸は上から、燃料流量指令FFD、圧縮機タービン回転数NHPT、負荷タービン回転数NLPT、負荷MWを示し、点線は従来の制御装置による負荷上昇時エンジン運転特性、実線は本発明の制御装置による負荷上昇時エンジン運転特性を表している。   FIG. 5 shows engine operating characteristics before and after time t2 when combustion switching occurs. In FIG. 5, the horizontal axis indicates time, the vertical axis indicates from the top the fuel flow rate command FFD, the compressor turbine rotational speed NHPT, the load turbine rotational speed NLPT, and the load MW, and the dotted line indicates when the load is increased by the conventional control device. The engine operating characteristics and the solid line represent the engine operating characteristics when the load is increased by the control device of the present invention.

時刻t2、点Bにおいて燃焼切り替えが発生した場合、バーナ本数の増加に伴い燃空比が低下し、燃焼ガス温度が低下する。また、圧縮機タービン3及び負荷タービン6へと流入する燃焼エネルギーが減少し、圧縮機タービン回転数NHPT及び負荷タービン回転数NLPTは点線に示すとおり低下する。さらに負荷タービン回転数NLPTの低下に伴い負荷MWもまた低下する。   When combustion switching occurs at time t2 and point B, the fuel-air ratio decreases as the number of burners increases, and the combustion gas temperature decreases. Further, the combustion energy flowing into the compressor turbine 3 and the load turbine 6 decreases, and the compressor turbine rotational speed NHPT and the load turbine rotational speed NLPT decrease as shown by dotted lines. Furthermore, the load MW also decreases as the load turbine speed NLPT decreases.

従来の制御装置では、燃焼切り替え時における負荷タービン回転数NLPTの低下を補償するよう燃料流量指令FFDを増加させる。しかしながら、負荷タービン6及び負荷4は系統に接続されているため、負荷タービン回転数NLPTの低下幅は圧縮機タービン回転数NHPTに比して小さく、燃料流量指令FFDに制御遅れをもたらす。その結果、燃料流量指令FFDは大きく振動し、これにあわせて圧縮機タービン回転数NHPT, 負荷タービン回転数NLPT及び負荷MWの応答波形もまた大きく振動する特性となる。負荷タービン回転数NLPTが、系統周波数から逸脱するほどに低下した場合には、エンジンは系統から切り離される。また、燃料流量指令FFDの振動により燃料流量指令FFDが大きく低下した場合、燃空比の低下によってバーナ21の火炎が消失する恐れもある。   In the conventional control device, the fuel flow rate command FFD is increased so as to compensate for the decrease in the load turbine rotational speed NLPT at the time of combustion switching. However, since the load turbine 6 and the load 4 are connected to the system, the decrease range of the load turbine rotational speed NLPT is smaller than the compressor turbine rotational speed NHPT, which causes a control delay in the fuel flow rate command FFD. As a result, the fuel flow rate command FFD greatly vibrates, and the response waveforms of the compressor turbine rotational speed NHPT, the load turbine rotational speed NLPT, and the load MW also vibrate accordingly. If the load turbine speed NLPT decreases to a point that deviates from the system frequency, the engine is disconnected from the system. Further, when the fuel flow rate command FFD is greatly reduced due to the vibration of the fuel flow rate command FFD, the flame of the burner 21 may be lost due to the reduction of the fuel-air ratio.

これに対し、本発明のガスタービン・エンジンの制御装置5では、図5の実線で示すように燃焼切り替え時における負荷タービン回転数NLPTの低下を微分演算器によって先行的に検出し、負荷タービン回転数NLPT及び圧縮機タービン回転数NHPTの変動を最小とするための燃料流量指令バイアス補正値FFDBCを求めている。またこの補正値FFDBCを燃料流量指令FFDに加算し、燃料流量指令補正値FFDCを計算した後、前記FFDCに基づいて燃料弁7を制御している。   On the other hand, in the gas turbine engine control apparatus 5 of the present invention, as shown by the solid line in FIG. 5, a decrease in the load turbine rotation speed NLPT at the time of combustion switching is detected in advance by a differential calculator, and the load turbine rotation is detected. The fuel flow rate command bias correction value FFDBC for minimizing the fluctuation of the number NLPT and the compressor turbine rotational speed NHPT is obtained. Further, the correction value FFDBC is added to the fuel flow rate command FFD to calculate the fuel flow rate command correction value FFDC, and then the fuel valve 7 is controlled based on the FFDC.

燃料流量指令補正値FFDCは負荷タービン回転数NLPTの低下を防止するとともに、燃焼切り替え時における燃空比低下を抑制して、圧縮機タービン回転数NHPT、負荷タービン回転数NLPTの変動を抑制することができる。この結果、負荷タービン回転数NLPTの変動に伴う負荷MWの変動を最小限とすることができ、負荷変化におけるガスタービン・エンジンの負荷追従性能を高めることができる。   The fuel flow rate command correction value FFDC prevents a decrease in the load turbine speed NLPT and suppresses a decrease in the fuel-air ratio at the time of combustion switching, thereby suppressing fluctuations in the compressor turbine speed NHPT and the load turbine speed NLPT. Can do. As a result, the fluctuation of the load MW accompanying the fluctuation of the load turbine speed NLPT can be minimized, and the load following performance of the gas turbine engine in the load change can be improved.

上述した本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第1の実施の形態によれば、燃焼切り替え時に、負荷変化として発生する負荷タービン6の回転数NLPTの変動に対し、この負荷タービン6の回転数変動を先行制御するための燃料流量指令バイアス補正値FFDBCを、燃料流量指令FFDに付加する構成としたので、燃焼切り替え時の負荷変化への追従性能を向上させることができる。この結果、負荷変化時に燃焼切り替えを必要とする2軸式ガスタービン・エンジンにおいても、円滑な負荷変化運転を実現することができる。   According to the first embodiment of the control device for a gas turbine engine of the present invention described above, the rotation of the load turbine 6 against the fluctuation of the rotational speed NLPT of the load turbine 6 that occurs as a load change at the time of combustion switching. Since the fuel flow rate command bias correction value FFDBC for controlling the number fluctuation in advance is added to the fuel flow rate command FFD, it is possible to improve the follow-up performance to the load change at the time of combustion switching. As a result, a smooth load change operation can be realized even in a two-shaft gas turbine engine that requires combustion switching when the load changes.

次に、本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第2の実施の形態を図6を用いて説明する。図6は、本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第2の実施の形態における燃料流量補正手段の制御ブロック図である。なお、以下の説明において、上述した本発明の第1の実施の形態と同じ構成要素には同一の符合を付し、その部分の説明を省略する。   Next, a second embodiment of the gas turbine engine control apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a control block diagram of the fuel flow rate correcting means in the second embodiment of the control apparatus for the gas turbine engine of the present invention. In the following description, the same components as those in the first embodiment of the present invention described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図6において、燃料流量補正手段19は、関数発生器31の不感帯の範囲HH, HLを負荷指令MWDの時間変化率dMWD/dt(負荷変化率)から求めている。微分演算器43では、負荷指令MWDを入力し、負荷指令MWDの時間変化率dMWD/dt(負荷変化率)を計算する。関数発生器44では、入力された負荷変化率から関数発生器31の不感帯の範囲HH(正側不感帯幅), HL(負側不感帯幅)を計算する。本実施の形態においては、図6に示すように負荷変化率の増加に伴って、不感帯の範囲HH, HLを小さく出力している。この結果、負荷変化率が大きい場合、関数発生器31においては、入力値dNLPT/dtの微小な変化に対しても時間変化率制御量dNHPT/dtとして非零値を出力する。   In FIG. 6, the fuel flow rate correcting means 19 obtains the dead zone ranges HH and HL of the function generator 31 from the time change rate dMWD / dt (load change rate) of the load command MWD. The differential calculator 43 receives the load command MWD and calculates a time change rate dMWD / dt (load change rate) of the load command MWD. The function generator 44 calculates the dead band ranges HH (positive side dead band width) and HL (negative side dead band width) of the function generator 31 from the input load change rate. In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the dead zone ranges HH and HL are output smaller as the load change rate increases. As a result, when the load change rate is large, the function generator 31 outputs a non-zero value as the time change rate control amount dNHPT / dt even for a minute change in the input value dNLPT / dt.

関数発生器31,44によって、負荷指令の変化時における負荷タービン6の回転数変化率を予測し、負荷タービン6の回転数変動を抑えた負荷変化運転が可能となる。   The function generators 31 and 44 predict the rate of change in the rotational speed of the load turbine 6 when the load command changes, thereby enabling load change operation with suppressed fluctuations in the rotational speed of the load turbine 6.

第1の実施の形態が、燃焼切り替え時における負荷タービン6の回転数NLPTの変動を検出して、この回転数変動を先行制御する燃料流量指令バイアス補正値FFDBCを算出することを目的としたのに対し、第2の実施の形態では、負荷指令の変化時における負荷タービン6の回転数変動に着目している点が異なる。ガスタービン・エンジンが負荷運転を実施する際、系統・エンジン側双方の負荷バランスに応じて負荷タービン6の回転数もまた変動し、特に急速負荷変化運転にあっては、ガスタービン・エンジンの負荷応答遅れによって負荷タービン6の回転数変動が増大する。これに対して本実施の形態の燃料流量補正手段は、負荷変化率を検出することで負荷タービンの回転数変動を先行的に制御して、急速負荷運転におけるエンジンの負荷追従性を高めることができる。   The first embodiment is intended to detect a fluctuation in the rotational speed NLPT of the load turbine 6 at the time of combustion switching and to calculate a fuel flow rate command bias correction value FFDBC that controls the rotational speed fluctuation in advance. On the other hand, the second embodiment differs in that attention is paid to the rotational speed fluctuation of the load turbine 6 when the load command changes. When the gas turbine engine performs the load operation, the rotational speed of the load turbine 6 also varies according to the load balance on both the system and the engine side, and particularly in the rapid load change operation, the load of the gas turbine engine The rotational speed fluctuation of the load turbine 6 increases due to the response delay. On the other hand, the fuel flow rate correcting means of the present embodiment can detect the load change rate to control the fluctuation in the rotational speed of the load turbine in advance to improve the load followability of the engine in the rapid load operation. it can.

上述した本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第2の実施の形態によれば、負荷指令の時間変化率が大きい場合に、増大する負荷タービン6の回転数NLPTの変動に対し、この負荷タービン6の回転数変動を先行制御するための燃料流量指令バイアス補正値FFDBCを、燃料流量指令FFDに付加する構成としたので、負荷指令の時間変化率が大きいときであっても、負荷変化への追従性能を向上させることができる。この結果、例えば、急速負荷運転を必要とする2軸式ガスタービン・エンジンにおいても、円滑な負荷変化運転を実現することができる。   According to the above-described second embodiment of the control device for a gas turbine engine of the present invention, when the time change rate of the load command is large, this load is detected against the fluctuation in the rotational speed NLPT of the load turbine 6 that increases. Since the fuel flow rate command bias correction value FFDBC for pre-controlling the rotational speed fluctuation of the turbine 6 is added to the fuel flow rate command FFD, even when the time change rate of the load command is large, the load changes. The following performance can be improved. As a result, for example, even in a two-shaft gas turbine engine that requires rapid load operation, smooth load change operation can be realized.

次に、本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第3の実施の形態を図7を用いて説明する。図7は、本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第3の実施の形態における燃料流量補正手段の制御ブロック図である。なお、以下の説明において、上述した本発明の第1及び第2の実施の形態と同じ構成要素には同一の符合を付し、その部分の説明を省略する。   Next, a third embodiment of the gas turbine engine control apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a control block diagram of the fuel flow rate correcting means in the third embodiment of the control apparatus for the gas turbine engine of the present invention. In the following description, the same components as those in the first and second embodiments of the present invention described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図7において、関数発生器42は燃料流量指令FFDから関数発生器31の不感帯(1)HH1, HL1を計算し、微分演算器43及び関数発生器44は負荷指令MWDの変化率dMWD/dtから関数発生器31の不感帯(2)HH2, HL2を計算している。関数発生器42の出力HH1, HL1と関数発生器44の出力HH2, HL2は信号切換器45に入力され、信号切換器45において、関数発生器42の出力HH1, HL1と関数発生器44の出力HH2, HL2のどちらか一方を選択し、これを正側不感帯幅、負側不感帯幅HH, HLとして関数発生器31に出力している。関数発生器31では正側不感帯幅、負側不感帯幅HH, HLをそれぞれ不感帯の設定値として使用している。   In FIG. 7, the function generator 42 calculates dead bands (1) HH1 and HL1 of the function generator 31 from the fuel flow rate command FFD, and the differential calculator 43 and the function generator 44 calculate the rate of change dMWD / dt of the load command MWD. Dead band of function generator 31 (2) HH2 and HL2 are calculated. The outputs HH1 and HL1 of the function generator 42 and the outputs HH2 and HL2 of the function generator 44 are input to the signal switch 45. In the signal switch 45, the outputs HH1 and HL1 of the function generator 42 and the outputs of the function generator 44 One of HH2 and HL2 is selected, and this is output to the function generator 31 as a positive dead zone width and a negative dead zone width HH and HL. The function generator 31 uses the positive dead zone width and the negative dead zone widths HH and HL as the dead zone setting values.

本実施の形態では、信号切換器45において関数発生器42の出力HH1, HL1及び関数発生器44の出力HH2, HL2の選択に、負荷変化率dMWD/dtを用いている。負荷変化率dMWD/dtが設定値以上(設定した負荷変化率以上)の場合に、信号切換器45は関数発生器44の出力HH2, HL2を不感帯の設定値HH, HLに採用し、第2の実施の形態で述べた急速負荷追従を可能とする。   In the present embodiment, the load change rate dMWD / dt is used to select the outputs HH1, HL1 of the function generator 42 and the outputs HH2, HL2 of the function generator 44 in the signal switch 45. When the load change rate dMWD / dt is greater than or equal to the set value (or greater than the set load change rate), the signal switch 45 uses the outputs HH2 and HL2 of the function generator 44 as the dead zone set values HH and HL. The rapid load following described in the embodiment is made possible.

一方、負荷変化率dMWD/dtが設定値未満の場合には、関数発生器42の出力HH1, HL1を不感帯の設定値HH, HLに採用して、第1の実施の形態で述べた燃焼切り替え時における負荷タービンの変動を制御する。   On the other hand, when the load change rate dMWD / dt is less than the set value, the outputs HH1 and HL1 of the function generator 42 are adopted as the dead zone set values HH and HL, and the combustion switching described in the first embodiment is performed. Controls fluctuations in the load turbine over time.

上述した本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第3の実施の形態によれば、負荷指令の時間変化率が大きい場合や、燃焼切り替え時に、増大する負荷タービン6の回転数NLPTの変動に対し、この負荷タービン6の回転数変動を先行制御するための燃料流量指令バイアス補正値FFDBCを、燃料流量指令FFDに付加する構成としたので、負荷指令の時間変化率が大きいときや燃焼切り替え時であっても、負荷変化への追従性能を向上させることができる。この結果、ガスタービン・エンジンの負荷追従性が向上すると共に、燃焼切り替え時における負荷タービンの回転数変動を防止することが可能となる。   According to the third embodiment of the control device for a gas turbine engine of the present invention described above, when the time change rate of the load command is large, or when the combustion speed is changed, the rotational speed NLPT of the load turbine 6 increases. On the other hand, since the fuel flow rate command bias correction value FFDBC for controlling the rotational speed fluctuation of the load turbine 6 is added to the fuel flow rate command FFD, the time change rate of the load command is large or when the combustion is switched. Even so, it is possible to improve the follow-up performance to the load change. As a result, the load followability of the gas turbine engine can be improved, and fluctuations in the rotational speed of the load turbine during combustion switching can be prevented.

本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第1の実施の形態を備えた2軸式ガスタービン・エンジンの概略図である。1 is a schematic view of a two-shaft gas turbine engine provided with a first embodiment of a control device for a gas turbine engine of the present invention. 本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第1の実施の形態における燃料流量制御手段の制御ブロック図である。It is a control block diagram of the fuel flow rate control means in the first embodiment of the control device for the gas turbine engine of the present invention. 本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第1の実施の形態における燃料流量補正手段の制御ブロック図である。It is a control block diagram of the fuel flow rate correction means in the first embodiment of the control device for the gas turbine engine of the present invention. 本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第1の実施の形態における2軸式ガスタービン・エンジンの運転特性の計画値を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the plan value of the driving | running characteristic of the 2-shaft type gas turbine engine in 1st Embodiment of the control apparatus of the gas turbine engine of this invention. 本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第1の実施の形態における2軸式ガスタービン・エンジンの運転特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the operating characteristic of the 2-shaft type gas turbine engine in 1st Embodiment of the control apparatus of the gas turbine engine of this invention. 本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第2の実施の形態における燃料流量補正手段の制御ブロック図である。It is a control block diagram of the fuel flow volume correction | amendment means in 2nd Embodiment of the control apparatus of the gas turbine engine of this invention. 本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第3の実施の形態における燃料流量補正手段の制御ブロック図である。It is a control block diagram of the fuel flow volume correction | amendment means in 3rd Embodiment of the control apparatus of the gas turbine engine of this invention.

1 圧縮機
2 燃焼器
3 圧縮機タービン
4 負荷
5 制御装置
6 負荷タービン
7 燃料弁
10 回転数計
11 回転数計
16 駆動軸
17 駆動軸
18 燃料流量制御手段
19 燃料流量補正手段
20 燃料弁制御手段
21 バーナ
30 微分演算器
31 関数発生器
32 関数発生器
33 積分演算器
34 変化率制限器
35 加算器
36 ゲイン設定器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compressor 2 Combustor 3 Compressor turbine 4 Load 5 Controller 6 Load turbine 7 Fuel valve 10 Revolution meter 11 Revolution meter 16 Drive shaft 17 Drive shaft 18 Fuel flow control means 19 Fuel flow correction means 20 Fuel valve control means 21 Burner 30 Differentiation operator 31 Function generator 32 Function generator 33 Integration operator 34 Change rate limiter 35 Adder 36 Gain setting device

Claims (6)

空気を吸気加圧する圧縮機を駆動する圧縮機タービンと、前記圧縮機タービンへ供給する燃焼ガスを発生させ、運転中に燃焼切り替えを行う複数の燃料弁を有する燃焼器と、負荷である発電機を駆動する負荷タービンとを備えた2軸式ガスタービン・エンジンの制御装置であって、
前記燃焼器への燃料流量指令値を演算する燃料流量制御手段と、
前記燃焼切り替え時に、前記燃料流量制御手段で演算した前記燃料流量指令値に前記圧縮機タービンの回転数変動を補償する補正信号を付加した燃料流量指令補正値を演算する燃料流量補正手段と、
前記燃料流量補正手段で演算した前記燃料流量指令補正値に基づいて前記複数の燃料弁の開度を制御する燃料弁制御手段とを備えた
ことを特徴とした2軸式ガスタービン・エンジンの制御装置。
A compressor turbine that drives a compressor that sucks and pressurizes air; a combustor that generates a combustion gas to be supplied to the compressor turbine, and that switches a combustion during operation; and a generator that is a load A control device for a two-shaft gas turbine engine comprising a load turbine for driving
Fuel flow rate control means for calculating a fuel flow rate command value to the combustor;
Fuel flow rate correction means for calculating a fuel flow rate command correction value obtained by adding a correction signal for compensating for fluctuations in the rotation speed of the compressor turbine to the fuel flow rate command value calculated by the fuel flow rate control means at the time of the combustion switching;
And a fuel valve control means for controlling the opening degree of the plurality of fuel valves based on the fuel flow rate command correction value calculated by the fuel flow rate correction means. apparatus.
空気を吸気加圧する圧縮機を駆動する圧縮機タービンと、前記圧縮機タービンへ供給する燃焼ガスを発生させ、運転中に燃焼切り替えを行う複数の燃料弁を有する燃焼器と、負荷である発電機を駆動する負荷タービンとを備えた2軸式ガスタービン・エンジンの制御装置であって、
前記発電機の出力目標である負荷指令が入力され、前記燃焼器への前記負荷指令に応じた燃料流量指令値を演算する燃料流量制御手段と、
前記負荷指令に基づいて負荷変化率を演算し、この負荷変化率が予め設定した設定値以上になった場合に、前記燃料流量制御手段で演算した前記燃料流量指令値に前記圧縮機タービンの回転数変動を補償する補正信号を付加した燃料流量指令補正値を演算する燃料流量補正手段と、
前記燃料流量補正手段で演算した前記燃料流量指令補正値に基づいて前記複数の燃料弁の開度を制御する燃料弁制御手段とを備えた
ことを特徴とした2軸式ガスタービン・エンジンの制御装置。
A compressor turbine that drives a compressor that sucks and pressurizes air; a combustor that generates a combustion gas to be supplied to the compressor turbine and that performs combustion switching during operation; and a generator that is a load A control device for a two-shaft gas turbine engine comprising a load turbine for driving
A fuel flow rate control means for inputting a load command which is an output target of the generator and calculating a fuel flow rate command value corresponding to the load command to the combustor;
The load change rate is calculated based on the load command, and when the load change rate is equal to or higher than a preset value, the rotation of the compressor turbine is changed to the fuel flow rate command value calculated by the fuel flow rate control means. Fuel flow rate correction means for calculating a fuel flow rate command correction value to which a correction signal for compensating for the number variation is added;
And a fuel valve control means for controlling the opening degree of the plurality of fuel valves based on the fuel flow rate command correction value calculated by the fuel flow rate correction means. apparatus.
請求項1または2に記載の2軸式ガスタービン・エンジンの制御装置において、
前記燃料流量補正手段は、前記負荷タービンの回転数が入力され、前記負荷タービン回転数の時間変化量を算定する微分演算器と、
前記微分演算器からの負荷タービン回転数の時間変化量に基づいて前記燃料流量指令値の補正信号を求める関数発生器とを備えた
ことを特徴とした2軸式ガスタービン・エンジンの制御装置。
The control apparatus for a two-shaft gas turbine engine according to claim 1 or 2,
The fuel flow rate correcting means receives a rotational speed of the load turbine, and calculates a time change amount of the load turbine rotational speed;
A control device for a two-shaft gas turbine engine, comprising: a function generator for obtaining a correction signal for the fuel flow rate command value based on a time variation amount of the load turbine rotation speed from the differential calculator.
請求項3に記載の2軸式ガスタービン・エンジンの制御装置において、
前記燃料流量補正手段の前記関数発生器は、前記負荷タービン回転数の時間変化量が設定値以下のときには、前記燃料流量指令値の補正信号の付加を停止する不感帯を備えた
ことを特徴とした2軸式ガスタービン・エンジンの制御装置。
The control apparatus for a two-shaft gas turbine engine according to claim 3,
The function generator of the fuel flow rate correcting means includes a dead zone for stopping the addition of a correction signal for the fuel flow rate command value when the time change amount of the load turbine rotational speed is equal to or less than a set value. A control device for a two-shaft gas turbine engine.
請求項4に記載の2軸式ガスタービン・エンジンの制御装置において、
前記燃料流量補正手段は、前記燃料流量指令値を入力として前記関数発生器の正側不感帯幅と負側不感帯幅を出力する不感帯設定用関数発生器を備えた
ことを特徴とした2軸式ガスタービン・エンジンの制御装置。
The control apparatus for a two-shaft gas turbine engine according to claim 4,
The fuel flow rate correction means includes a dead zone setting function generator that outputs the positive dead zone width and the negative dead zone width of the function generator with the fuel flow rate command value as an input. Turbine engine controller.
請求項4に記載の2軸式ガスタービン・エンジンの制御装置において、
前記燃料流量補正手段は、前記負荷指令の変化率を入力として前記関数発生器の正側不感帯幅と負側不感帯幅を出力する不感帯設定用関数発生器を備えた
ことを特徴とした2軸式ガスタービン・エンジンの制御装置。
The control apparatus for a two-shaft gas turbine engine according to claim 4,
The fuel flow rate correction means includes a function generator for setting a dead zone that outputs a positive dead zone width and a negative dead zone width of the function generator with the rate of change of the load command as an input. Control device for gas turbine engine.
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