JP2013160428A - ガスタービンの制御装置、ガスタービン、及びガスタービンの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼器に供給される燃料圧力の変動を、簡易な構成で応答遅れなく正確に把握する、ことを目的とする。
【解決手段】ガスタービン１２は、燃料を燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器２２、燃焼器２２によって生成された燃焼ガスにより駆動するタービン２４、燃料タンク３６から燃焼器２２に燃料を供給する燃料流路３８、燃料流路３８に設けられ、燃焼器２２に供給する燃料流量を調整する流量調整弁４０、及び流量調整弁４０を制御する弁制御装置５０を備える。弁制御装置５０は、流量調整弁４０を流れる燃料流量に基づいた流量調整弁４０までの圧損を供給圧力Ｐ_０から減算して得られた圧力を、流量調整弁４０の入口における燃料圧力として推定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスタービンの制御装置、ガスタービン、及びガスタービンの制御方法に関するものである。

ガスタービンは、燃料タンクから燃料流路を介して燃焼器に燃料が供給される。この燃料流路には、燃焼器に供給する燃料流量を調整する流量調整弁が設けられている。
そして、燃料流路に設けられた圧力調整弁によって流量調整弁の入口圧力が一定となるように、燃焼器に供給する燃料圧力が制御されている場合がある。

一方、圧力調整弁が設けられていない燃料流路においては、流量調整弁の入口圧力を計測して流量調整弁に対する制御信号を補正している。例えば、特許文献１に記載の技術では、流量調整弁の入口と出口の差圧を測定し、該差圧に従って流量調整弁のＣ_ｖ値を生成している。

ところが、圧力調整弁の替わりに燃料圧力を計測するための圧力センサが設けられるガスタービンでは、例えばガスタービンに対する負荷が変動した場合等には圧力センサの応答遅れにより流量調整弁に対する制御が遅れる場合がある。
特許文献２には、圧力調整弁を設けたガスタービンであるものの、燃料需要が増すことによる圧力変化を計測する圧力センサが設けられており、積分状態フィードバックを含むフィードバックモジュールによって、燃料圧力の変化に対する制御システムの応答時間を減少させる技術が記載されている。

特開２００２−３６４３８５号公報 特開２００８−４５５５２号公報

しかしながら、特許文献２に記載の技術では、圧力センサが出力する信号に基づいて、積分及びフィードバック制御を行っているので、実際の燃料圧力よりも応答遅れが生じる要素が残っていると共に、制御の構成が複雑である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、燃焼器に供給される燃料圧力の変動を、簡易な構成で応答遅れなく正確に把握できるガスタービンの制御装置、ガスタービン、及びガスタービンの制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のガスタービンの制御装置、ガスタービン、及びガスタービンの制御方法は以下の手段を採用する。

本発明の第一態様に係るガスタービンの制御装置は、燃料を燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器、前記燃焼器によって生成された燃焼ガスにより駆動するタービン、燃料タンクから前記燃焼器に燃料を供給する燃料流路、及び前記燃料流路に設けられ、前記燃焼器に供給する燃料流量を調整する流量調整弁を備えたガスタービンの制御装置であって、前記流量調整弁を流れる燃料流量に基づいた前記流量調整弁までの圧損を前記燃料流路の入口における燃料圧力から減算して得られた圧力を、前記流量調整弁の入口における燃料圧力として推定する推定手段を備える。

本構成によれば、ガスタービンは、燃料を燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器、燃焼器によって生成された燃焼ガスにより駆動するタービン、燃料タンクから燃焼器に燃料を供給する燃料流路、及び燃料流路に設けられ、燃焼器に供給する燃料流量を調整する流量調整弁を備える。

ここで、例えば燃料流路の燃料圧力を調整する圧力調整弁を備えていないガスタービンでは、燃料流路の燃料圧力は、圧力センサにより計測される。しかしながら、圧力センサによる燃料圧力の計測では、ガスタービンの負荷が変動することによる燃料圧力の変化に対する応答遅れが生じる場合があった。この圧力センサの応答遅れが生じると、流量調整弁に対する制御が遅れることとなる。

そこで、本構成によれば、推定手段によって、流量調整弁を流れる燃料流量に基づいた流量調整弁までの圧損を燃料流路の入口における燃料圧力から減算して得られた圧力が、流量調整弁の入口における燃料圧力として推定される。

流量調整弁までの圧損は、流量調整弁を流れる燃料流量に基づいて求めることができ、燃料流量は流量調整弁に対する制御指令値に基づいて求められる。この制御指令値は、ガスタービンの負荷の変動に伴い燃料流量を変化させるものである。このため、求められる圧損は、ガスタービンの負荷の変動を反映したものとなる。

このように、本構成は、流量調整弁に対する制御指令値から求められる圧損を用いて燃料圧力を算出するので、圧損から燃料圧力を算出するので、燃焼器に供給される燃料圧力の変動を、簡易な構成で応答遅れなく正確に把握できる。

上記第一態様では、前記流量調整弁よりも前記燃料流路の上流側、かつ前記流量調整弁の近傍に設けられ、燃料圧力を計測する圧力計測手段と、前記圧力計測手段によって計測された前記燃料圧力である計測値、及び前記推定手段によって推定された前記燃料圧力である推定値の何れかを選択する選択手段と、を備える。

本構成によれば、流量調整弁よりも燃料流路の上流側、かつ流量調整弁の近傍に設けられた圧力計測手段によって、燃料圧力が計測される。圧力計測手段は、応答遅れが生じる場合があるものの、推定手段による推定された燃料圧力よりも実際の燃料圧力に近い値を計測する場合もある。
そこで、選択手段によって、圧力計測手段によって計測された燃料圧力、及び推定手段によって推定された燃料圧力の何れかが選択されるので、本構成は、より正確な燃料圧力をガスタービンの制御に用いることができる。

上記第一態様では、前記選択手段が、前記ガスタービンの負荷が変動する場合に、前記推定値を選択する。

本構成によれば、ガスタービンの負荷が変動する場合、圧力計測手段に応答遅れが生じやすいので、燃料圧力として推定値が選択されることで、より正確な燃料圧力をガスタービンの制御に用いることができる。

上記第一態様では、前記選択手段が、前記燃料流路の入口における燃料圧力が変動した場合に、前記計測値及び前記推定値の何れか高い圧力、又は前記計測値を選択する。

燃料流路の入口における燃料圧力が変動する場合、推定手段で推定された推定値が実際の圧力からずれる可能性がある。
そこで、本構成によれば、選択手段によって、燃料流路の入口における燃料圧力が変動した場合に、計測値及び推定値の何れか高い圧力、すなわち高値選択、又は計測値が選択される。高値選択されることにより、ガスタービンにとってより安全側の圧力が選択されることとなる。また、計測値の方がより実際の圧力に近いと考えられるため、燃料圧力が変動した場合に、計測値が選択されてもよい。なお、燃料流路の入口における燃料圧力の変動の有無は、燃料流路の入口や燃料タンク内の燃料圧力を直接計測した結果によって判定されてもよいし、流量調整弁の近傍に設けられた圧力計測手段による計測値は、燃料流路の入口における燃料圧力の変動に応じて変動するため、該計測値によって判定されてもよい。
従って、本構成は、燃料流路の入口における燃料圧力が変動しても、より正確な燃料圧力をガスタービンの制御に用いることができる。

上記第一態様では、前記燃料流路が、複数の前記ガスタービンに燃料を供給する母管を介して、前記燃料タンクから前記燃焼器に燃料を供給し、前記選択手段が、前記母管を介して燃料が供給されている他の前記ガスタービンへの燃料の供給が停止した場合に、前記計測値及び前記推定値の何れか高い圧力、又は前記計測値を選択する。

本構成によれば、燃料流路は、複数のガスタービンに燃料を供給する母管を介して、燃料タンクから燃焼器に燃料を供給する。このようなガスタービンにおいて、トリップや負荷遮断により燃料の供給が停止したガスタービンが発生すると、燃料圧力が上昇する。しかしながら、推定手段は、燃料流路の入口における燃料圧力によって、推定値を推定するため時間遅れが発生することとなる。
そこで、本構成は、母管を介して燃料が供給されている他の前記ガスタービンへの燃料の供給が停止した場合に、選択手段によって、計測値及び推定値の何れか高い圧力、すなわち高値選択、又は計測値が選択される。高値選択されることにより、ガスタービンにとってより安全側の圧力が選択されることとなる。また、計測値の方がより実際の圧力に近いと考えられるため、計測値の選択によっても、ガスタービンにとってより安全側の圧力が選択されることとなる。
従って、本構成は、より正確な燃料圧力をガスタービンの制御に用いることができる。

上記第一態様では、前記流量調整弁よりも前記燃料流路の上流側かつ前記流量調整弁の近傍に設けられ、燃料圧力を計測する圧力計測手段と、前記推定手段によって定常状態において推定された前記燃料圧力である推定値と前記圧力計測手段によって定常状態において計測された前記燃料圧力である計測値との偏差に基づいて、前記推定値を補正する補正手段と、を備える。

本構成によれば、流量調整弁よりも燃料流路の上流側かつ流量調整弁の近傍に設けられた圧力計測手段によって、燃料圧力が計測される。
ここで、燃料圧力の変動が無い定常状態では計測値は応答遅れの影響を受けていない。このため、定常状態における推定値と計測値は、一致するはずであり、一致しない場合は、推定値に誤差が生じていると考えられる。
そこで、推定値と計測値との偏差に基づいて推定値が補正されるので、本構成は、流量調整弁の入口における燃料圧力をより正確に推定できる。

本発明の第二態様に係るガスタービンは、燃料を燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼器によって生成された燃焼ガスにより駆動するタービンと、燃料タンクから前記燃焼器に燃料を供給する燃料流路と、前記燃料流路に設けられ、前記燃焼器に供給する燃料流量を調整する流量調整弁と、上記記載の制御装置と、を備える。

本発明の第三態様に係るガスタービンの制御方法は、燃料を燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器、前記燃焼器によって生成された燃焼ガスにより駆動するタービン、燃料タンクから前記燃焼器に燃料を供給する燃料流路、及び前記燃料流路に設けられ、前記燃焼器に供給する燃料流量を調整する流量調整弁を備えたガスタービンの制御方法であって、前記流量調整弁を流れる燃料流量に基づいた前記流量調整弁までの圧損を前記燃料流路の入口における燃料圧力から減算して得られた圧力を、前記流量調整弁の入口における燃料圧力として推定する。

本発明によれば、燃焼器に供給される燃料圧力の変動を、簡易な構成で応答遅れなく正確に把握できる、という優れた効果を有する。

本発明の第１実施形態に係るガスタービンプラントの構成図である。 本発明の第１実施形態に係る弁制御装置の機能を示す機能ブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る選択処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係るガスタービンの負荷が急峻に減少した場合における、燃料圧力の推定値、計測値、及び真値を示したグラフである。 本発明の第１実施形態に係るガスタービンの供給圧力が急峻に上昇した場合の計測値及び推定値の変化を示したグラフである。 本発明の第１実施形態に係るガスタービンの供給圧力が急峻に下降した場合の計測値及び推定値の変化を示したグラフである。 本発明の第１実施形態に係る高値選択処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る弁制御装置の機能を示す機能ブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る補正部の機能を示す機能ブロック図である。 本発明の第３実施形態に係るガスタービンプラントの構成図である。 本発明の第３実施形態に係る選択処理の流れを示すフローチャートである。

以下に、本発明に係るガスタービンの制御装置、ガスタービン、及びガスタービンの制御方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について説明する。

図１は、第１実施形態に係るガスタービンプラント１０の全体構成図である。ガスタービンプラント１０は、ガスタービン１２及び発電機１４を備える。

ガスタービン１２は、圧縮機２０、燃焼器２２、及びタービン２４を備える。
圧縮機２０は、回転軸２６により駆動されることで、空気取込口から取り入れた空気を圧縮して圧縮空気を生成する。燃焼器２２は、圧縮機２０から車室２８へ導入された圧縮空気に燃料を噴射して高温・高圧の燃焼ガスを発生させる。タービン２４は、燃焼器２２で発生した燃焼ガスによって回転駆動する。

車室２８と燃焼器２２との間にはバイパス管３０が設けられており、バイパス管３０は、ガスタービン１２の負荷変動により燃焼器２２内の空気が不足する状態になった場合に、燃焼器バイパス弁３２が開かれると車室２８内の空気を燃焼器２２内に導入する流路となる。また、圧縮機２０とタービン２４との間には、圧縮機２０からタービン２４へ冷却用の空気を導入させるための抽気管３４が設けられている。

なお、タービン２４、圧縮機２０、及び発電機１４は、回転軸２６によって連結され、タービン２４に生じる回転駆動力は、回転軸２６によって圧縮機２０及び発電機１４に伝達される。そして、発電機１４は、タービン２４の回転駆動力によって発電し、発電した電力を商用電力系統に供給する。

また、ガスタービン１２は、燃料タンク３６から燃焼器２２に燃料を供給する燃料流路３８、燃料流路３８に設けられ、燃焼器２２に供給する燃料流量を調整する流量調整弁４０、流量調整弁４０よりも燃料流路３８の上流側かつ流量調整弁４０の近傍に設けられ、燃料圧力を計測する圧力センサ４２Ａ、及び燃料流路３８の入口に設けられた圧力センサ４２Ｂを備えている。燃料流路３８の先端にはノズル４４が設けられており、燃焼器２２は、ノズル４４から供給された燃料を、圧縮空気を用いて燃焼させる。なお、燃料流路３８には、ヒータ（不図示）が設けられ、燃料の温度を所定値へ上昇させることが可能とされている。

流量調整弁４０の開度は、弁制御装置５０によって制御される。図２は、弁制御装置５０の機能を示す機能ブロック図である。
弁制御装置５０は、例えばガスタービン１２に対する出力要求値と実際の出力値との偏差に応じて流量調整弁４０の開度を示した弁開度指令値を生成し、流量調整弁４０へ出力する。

なお、弁制御装置５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等から構成されている。そして、後述する各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記録媒体等に記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。

具体的には、ガスタービン１２に対する出力要求値とガスタービン１２の実際の出力値とが減算部５２に入力され、減算結果である偏差がＰＩ制御部５４へ出力される。

ＰＩ制御部５４は、入力された偏差に基づいてガスタービン１２に対する制御信号を生成し、ミニマムセレクタ５６へ出力する。

ミニマムセレクタ５６は、出力要求値と実際の出力値との偏差に基づいて生成された制御信号のみならず、他の方法によって生成された制御信号が入力され、最も小さい制御信号をＣＳＯ演算部５８へ出力する。

ＣＳＯ演算部５８は、入力された制御信号に基づいて燃料流量の指令値（ＣＳＯ）を生成し、流量演算部６０へ出力する。

流量演算部６０は、入力されたＣＳＯに基づいて燃料流量（Ｇ_ｆ）を演算し、Ｃ_ｖ値演算部６２及び燃料圧力推定部６４へ出力する。

Ｃ_ｖ値演算部６２は、入力された燃料流量に基づいて流量調整弁４０に対するＣ_ｖ値を演算し、弁開度指令値演算部６６へ出力する。なお、Ｃ_ｖ値は、一例として下記（１）式に基づいて算出される。

上記（１）式において、Ｐ_１は流量調整弁４０の入口における燃料圧力（以下、「入口圧力」という。）、Ｐ_２は流量調整弁４０の出口における燃料圧力（以下、「出口圧力」という。）である。本第１実施形態に係る弁制御装置５０は、入口圧力として、圧力センサ４２Ａによって計測された燃料圧力である計測値Ｐ_１ｍ及び燃料圧力推定部６４によって推定された流量調整弁４０の入口における燃料圧力である推定値Ｐ_１ｅの何れかを用いる。なお、出口圧力は、予め定められた設定値とする。

計測値Ｐ_１ｍ及び推定値Ｐ_１ｅの何れを用いるかは選択部６８によって選択される。選択部６８によって選択された結果が、燃料圧力Ｐ_１としてＣ_ｖ値演算部６２へ出力される。

弁開度指令値演算部６６は、入力されたＣ_ｖ値に基づいて流量調整弁４０に対する弁開度指令値を生成し、流量調整弁４０へ出力する。

ここで、本第１実施形態に係るガスタービン１２では、燃料流路の燃料圧力を圧力センサ４２Ａにより計測している。しかしながら、圧力センサ４２Ａによる燃料圧力の計測では、ガスタービン１２の負荷が変動することによる燃料圧力の変化に対する応答遅れが生じる場合があった。この圧力センサ４２Ａの応答遅れが生じると、流量調整弁４０に対する制御が遅れることとなる。

このため、選択部６８は、選択処理を行い、ガスタービン１２の負荷が変動する場合に、推定値Ｐ_１ｅを選択する。

図３は、選択処理を行う場合に、選択部６８によって実行されるプログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、該プログラムは弁制御装置５０が備えるＲＡＭの所定領域に予め記憶されている。なお、本プログラムは、ガスタービン１２の運転開始と共に開始され、運転終了と共に終了する。

まず、ステップ１００では、急峻な負荷変動が生じるか否かを判定し、肯定判定の場合は、ステップ１０２へ移行し、否定判定の場合は、ステップ１０４へ移行する。なお、急峻な負荷変動が生じる場合とは、具体的には、例えばガスタービン１２の負荷が急峻に減少することとなる負荷遮断信号やランバック信号等、ガスタービン１２の運転状態が大きく変化することを示す信号が出力された場合である。

ステップ１０２では、燃料圧力推定部６４によって推定された推定値Ｐ_１ｅをＣ_ｖ値演算部６２へ出力する燃料圧力Ｐ_１として選択し、ステップ１０６へ移行する。

ここで、燃料圧力推定部６４による推定値Ｐ_１ｅの推定方法について説明する。

燃料圧力推定部６４は、下記（２）式に示されるように、流量調整弁４０を流れる燃料流量Ｇ_ｆに基づいた流量調整弁４０までの圧損ΔＰを燃料流路３８の入口における燃料圧力（以下、「供給圧力」という。）Ｐ_０から減算して得られた圧力を、流量調整弁の入口における燃料圧力として推定する。

供給圧力Ｐ_０は、圧力センサ４２Ｂによって計測された圧力とするが、これに限らず、燃料タンク３６内における燃料圧力を計測した値としてもよい。なお、供給圧力Ｐ_０は、通常変動せずに、一定とされている。

圧損ΔＰは、下記（３）式に示されるように、燃料流量Ｇ_ｆの関数であり、燃料流量Ｇ_ｆの２乗に比例するので、流量調整弁４０を流れる燃料流量に基づいて求めることができる。

本第１実施形態に係る圧損を算出するために用いる燃料流量Ｇ_ｆは、流量演算部６０から入力された燃料流量Ｇ_ｆを用いる。この燃料流量Ｇ_ｆは、上述したように、流量調整弁４０に対する制御指令値であるＣＳＯに基づいて求められる。このＣＳＯは、ガスタービン１２の負荷の変動に伴い燃料流量を変化させるものである。このため、求められる圧損ΔＰは、ガスタービン１２の負荷の変動を反映したものとなる。

図４は、ガスタービンの負荷が急峻に減少した場合における、推定値Ｐ_１ｅ、計測値Ｐ_１ｍ、及び実際の燃料圧力（以下、「真値」という。）を示したグラフである。
図４に示されるように、ガスタービン１２の負荷が急減すると、これに伴い燃料流量も急減する。この場合、計測値Ｐ_１ｍは応答遅れが生じ、真値に対するずれが大きいが、推定値Ｐ_１ｅはＣＳＯに基づいて算出されるので、計測値Ｐ_１ｍに比較して真値に対するずれが小さい。

このように、本実施形態に係る弁制御装置５０は、流量調整弁４０に対する制御指令値から求められる圧損を用いて燃料圧力を算出するので、燃焼器２２に供給される燃料圧力の変動を、簡易な構成で応答遅れなく正確に把握できる。

ステップ１０４では、圧力センサ４２Ａによって計測された計測値Ｐ_１ｍをＣ_ｖ値演算部６２へ出力する燃料圧力Ｐ_１として選択し、ステップ１０６へ移行する。

ステップ１０６では、燃料圧力Ｐ_１として選択した値をＣ_ｖ値演算部６２へ出力し、ステップ１００へ戻り、ガスタービン１２が運転終了するまで各ステップを繰り返す。

また、本第１実施形態に係る弁制御装置５０は、供給圧力Ｐ_０が変動した場合に、計測値Ｐ_１ｍ及び推定値Ｐ_１ｅの何れか高い圧力を燃料圧力Ｐ_１として選択する、高値選択処理を行う。
供給圧力Ｐ_０が変動すると、圧力センサ４２Ｂによる計測の時間遅れによって計測された供給圧力Ｐ_０にずれ生じ、この計測された供給圧力Ｐ_０を用いて推定値Ｐ_１ｅは、推定される。従って、推定された推定値Ｐ_１ｅが、実際の燃料圧力からずれる可能性がある。しかし、高値選択を行うことにより、推定値Ｐ_１ｅが実際の燃料圧力からずれても、ガスタービン１２にとってより安全側の圧力が選択されることとなる。

図５は、供給圧力Ｐ_０が急峻に上昇した場合の計測値Ｐ_１ｍ及び推定値Ｐ_１ｅの変化を示したグラフの一例であり、図６は、供給圧力Ｐ_０が急峻に下降した場合の計測値Ｐ_１ｍ及び推定値Ｐ_１ｅの変化を示したグラフの一例である。
図５に示されるように、供給圧力Ｐ_０が急峻に上昇した場合、推定値Ｐ_１ｅは計測値Ｐ_１ｍよりも遅れて上昇を開始する。また、図６に示されるように、供給圧力Ｐ_０が急峻に下降した場合、推定値Ｐ_１ｅは計測値Ｐ_１ｍよりも遅れて下降を開始する。

図７は、高値選択処理を行う場合に、選択部６８によって実行されるプログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、該プログラムは弁制御装置５０が備えるＲＡＭの所定領域に予め記憶されている。本プログラムは、供給圧力Ｐ_０の変動が検知された場合に開始される。

まず、ステップ２００では、供給圧力Ｐ_０の変化量が第１所定値を超えるか否かを判定し、肯定判定の場合は、ステップ２０４へ移行し、否定判定の場合は、ステップ２０２へ移行する。
ステップ２００は、例えば、下記（４）式に示されるように、第１所定値を所定値ε及び所定値εとし、供給圧力Ｐ_０の変化率が所定値εを超え、かつ供給圧力Ｐ_０の変化量が所定値εを超えた場合に、肯定と判定する。

また、（４）式の他に、ステップ２００は、例えば、下記（５）式に示されるように、推定値Ｐ_１ｅと計測値Ｐ_１ｍとの差分が所定値γを超えた場合に、肯定と判定してもよい。

さらに、計測値Ｐ_１ｍは、供給圧力Ｐ_０の変動に応じて変動するため、（４）式において、供給圧力Ｐ_０の替わりに計測値Ｐ_１ｍを用いて、供給圧力Ｐ_０の変化量が第１所定値を超えるか否かが判定されてもよい。

ステップ２０２では、供給圧力Ｐ_０の変化量は第２所定値未満か否かを判定し、肯定判定の場合は、ステップ２０４へ移行し、否定判定の場合は、ステップ２０６へ移行する。

ステップ２０２は、例えば、下記（６）式に示されるように、第２所定値を所定値−ε及び所定値−δとし、供給圧力Ｐ_０の変化率が所定値−ε未満、かつ供給圧力Ｐ_０の変化量が所定値−δ未満の場合に、肯定と判定する。

また、（６）式の他に、ステップ２０２は、例えば、下記（７）式に示されるように、推定値Ｐ_１ｅと計測値Ｐ_１ｍとの差分が第２所定値γ未満の場合に、肯定と判定してもよい。

さらに、計測値Ｐ_１ｍは、供給圧力Ｐ_０の変動に応じて変動するため、（６）式において、供給圧力Ｐ_０の替わりに計測値Ｐ_１ｍを用いて、供給圧力Ｐ_０の変化量が第２所定値を超えるか否かが判定されてもよい。

ステップ２０４では、計測値Ｐ_１ｍ及び推定値Ｐ_１ｅの何れか高い圧力を燃料圧力Ｐ_１として選択し、ステップ２０８へ移行する。

ステップ２０６では、推定値Ｐ_１ｅを燃料圧力Ｐ_１として選択し、ステップ２０８へ移行する。すなわち、ステップ２０６へ移行する場合とは、供給圧力Ｐ_０の変動が急峻でなく、推定値Ｐ_１ｅの方が計測値Ｐ_１ｍよりも真値に近い場合である。
このように、供給圧力Ｐ_０の変化量が第１所定値を超えるか否か、又は第２所定値未満か否かが判定されることによって、急峻な供給圧力Ｐ_０の変動の誤検知が防がれる。

ステップ２０８では、燃料圧力Ｐ_１として選択した値をＣ_ｖ値演算部６２へ出力し、本処理を終了する。

なお、弁制御装置５０は、供給圧力Ｐ_０が急峻に変動した場合、上述した高値選択処理を行う替わりに、計測値Ｐ_１ｍを燃料圧力Ｐ_１として選択してもよい。図５，６に示されるように、供給圧力Ｐ_０が急峻に変動した場合は、推定値Ｐ_１ｅよりも計測値Ｐ_１ｍの方がより真値に近いと考えられるである。

以上説明したように、本第１実施形態に係る弁制御装置５０は、流量調整弁４０を流れる燃料流量に基づいた流量調整弁４０までの圧損を供給圧力Ｐ_０から減算して得られた圧力を、流量調整弁４０の入口における燃料圧力として推定する。したがって、本第１実施形態に係る弁制御装置５０は、燃料圧力の変動を、簡易な構成で応答遅れなく正確に把握できる。

また、本第１実施形態に係る弁制御装置５０は、流量調整弁４０よりも燃料流路３８の上流側かつ流量調整弁４０の近傍に設けられ、燃料圧力を計測する圧力センサ４２Ａを備え、ガスタービン１２の負荷が変動する場合、圧力センサ４２Ａに応答遅れが生じやすいので、燃料圧力として推定値Ｐ_１ｅを選択することで、より正確な燃料圧力をガスタービン１２の制御に用いることができる。

また、本第１実施形態に係る弁制御装置５０は、供給圧力Ｐ_０が変動した場合に、計測値Ｐ_１ｍ及び推定値Ｐ_１ｅの何れか高い圧力、又は計測値Ｐ_１ｍを選択するので、供給圧力Ｐ_０が変動しても、より正確な燃料圧力をガスタービン１２の制御に用いることができる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について説明する。

なお、本第２実施形態に係るガスタービンプラント１０の構成は、図１に示す第１実施形態に係るガスタービンプラント１０の構成と同様であるので説明を省略する。

図８は、本第２実施形態に係る弁制御装置５０の構成を示す。なお、図８における図２と同一の構成部分については図２と同一の符号を付して、その説明を省略する。

ここで、燃料圧力の変動が無い定常状態では計測値Ｐ_１ｍは応答遅れの影響を受けていない。このため、定常状態における推定値Ｐ_１ｅと計測値Ｐ_１ｍは、一致するはずであり、一致しない場合は、推定値Ｐ_１ｅに誤差が生じていると考えられる。
そこで、本第２実施形態に係る弁制御装置５０は、図８に示されるように、燃料圧力推定部６４によって定常状態において推定された推定値Ｐ_１ｅと圧力センサ４２Ａによって定常状態において計測された計測値Ｐ_１ｍとの偏差に基づいて、推定値Ｐ_１ｅを補正する補正部７０を備える。

図９は、補正部７０の機能を示す機能ブロック図である。

補正部７０は、減算部７２、定常状態判定部７４、制御部７６、及び乗算部７８を備える。

減算部７２には、圧力センサ４２Ａからの計測値Ｐ_１ｍ及び燃料圧力推定部６４からの推定値Ｐ_１ｅが入力され、計測値Ｐ_１ｍと推定値Ｐ_１ｅとの差分を算出し、制御部７６へ出力する。

定常状態判定部７４は、ガスタービン１２が定常状態で運転されていか否かを判定し、定常状態で運転されていると判定した場合に、定常状態であることを示す定常状態信号を制御部７６へ出力する。

制御部７６は、定常状態判定部７４からの定常状態信号が入力された場合に、入力された差分に基づいて、例えばＰＩ制御によって補正係数Ｋを算出し、乗算部７８へ出力する。

乗算部７８は、燃料圧力推定部６４からの推定値Ｐ_１ｅが入力され、推定値Ｐ_１ｅに補正係数Ｋを乗算し、乗算結果である推定値Ｐ_１ｅ’を選択部６８へ出力する。

そして、乗算部７８によって算出された推定値Ｐ_１ｅ’は、新たな推定値Ｐ_１ｅとして減算部７２及び乗算部７８に入力される。このように、補正部７０は、補正後の推定値Ｐ_１ｅ’を用いて更に推定値Ｐ_１ｅの補正を繰り返す学習機能を有している。

一方、定常状態判定部７４からの定常状態信号が制御部７６へ入力されない場合、すなわち、ガスタービン１２に急峻な負荷変動が生じている場合、制御部７６は、補正係数Ｋの新たな算出を行わない。このため、乗算部７８は、それまでに算出された補正係数Ｋを用いて推定値Ｐ_１ｅを補正し、乗算結果である推定値Ｐ_１ｅ’を選択部６８へ出力する。

以上説明したように、本第２実施形態に係る弁制御装置５０は、推定値Ｐ_１ｅと計測値Ｐ_１ｍとの偏差に基づいて推定値Ｐ_１ｅが補正するので、流量調整弁４０の入口における燃料圧力をより正確に推定できる。

また、本第２実施形態の他の形態として、ガスタービン１２が定常状態で運転されている場合に、推定値Ｐ_１ｅと計測値Ｐ_１ｍとの偏差に基づいて、ガスタービン１２の作業員が補正係数を設定し、補正部７０が該補正係数によって推定値Ｐ_１ｅを補正してもよい。

〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態について説明する。

図１０は、本第３実施形態に係るガスタービンプラント１０’の構成図である。
図１０に示されるように、燃料流路３８は、複数のガスタービン１２に燃料を供給する共通母管８０を介して、燃料タンク３６から燃焼器２２に燃料を供給する。圧力センサ４２Ｂは共通母管８０に設けられている。
なお、ガスタービン１２の構成は、図１に示す第１実施形態に係るガスタービン１２の構成と同様であるので説明を省略する。

図１０に示されるようなガスタービン１２において、トリップや負荷遮断により燃料の供給が停止したガスタービン１２が発生すると、燃料圧力が上昇する。しかしながら、燃料圧力推定部６４は、燃料流路３８の入口における燃料圧力である計測値Ｐ_１ｍによって、推定値Ｐ_１ｅを推定するため時間遅れが発生することとなる。
そこで、第３実施形態に係る弁制御装置５０は、共通母管８０を介して燃料が供給されている他のガスタービン１２への燃料の供給が停止した場合に、計測値Ｐ_１ｍの方がより実際の圧力に近いと考えられるため、計測値Ｐ_１ｍを選択する選択処理を行う。

図１１は、本第３実施形態に係る選択処理を行う場合に、選択部６８によって実行されるプログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、該プログラムは弁制御装置５０が備えるＲＡＭの所定領域に予め記憶されている。本プログラムは、供給圧力Ｐ_０の変動が検知された場合に開始される。なお、本プログラムは、ガスタービン１２の運転開始と共に開始され、運転終了と共に終了する。

ステップ３００では、他のガスタービン１２に急峻な負荷変動が生じるか否かを判定し、肯定判定の場合は、ステップ３０２へ移行し、否定判定の場合は、ステップ３０４へ移行する。
なお、急峻な負荷変動が生じる場合とは、具体的には、例えば他のガスタービン１２に対して、負荷遮断信号やランバック信号等、ガスタービン１２の運転状態が大きく変化することを示す信号が入力された場合である。

ステップ３０２では、圧力センサ４２Ａによって計測された計測値Ｐ_１ｍをＣ_ｖ値演算部６２へ出力する燃料圧力Ｐ_１として選択し、ステップ３０６へ移行する。

ステップ３０４では、燃料圧力推定部６４によって推定された推定値Ｐ_１ｅをＣ_ｖ値演算部６２へ出力する燃料圧力Ｐ_１として選択し、ステップ３０６へ移行する。

ステップ３０６では、燃料圧力Ｐ_１として選択した値をＣ_ｖ値演算部６２へ出力し、ステップ３００へ戻り、ガスタービン１２が運転終了するまで各ステップを繰り返す。

以上説明したように、本第２実施形態に係る弁制御装置５０は、共通母管８０を介して燃料が供給されている他のガスタービン１２への燃料の供給が停止した場合に、計測値Ｐ_１ｍを選択するので、より正確な燃料圧力をガスタービンの制御に用いることができる。

また、本第３実施形態の他の形態として、共通母管８０を介して燃料が供給されている他のガスタービン１２への燃料の供給が停止した場合に、計測値Ｐ_１ｍ及び推定値Ｐ_１ｅの何れか高い圧力を選択（高値選択）してもよい。高値選択することにより、ガスタービン１２にとってより安全側の圧力が選択されることとなる。

以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、上記各実施形態では、燃料流路３８の燃料圧力を調整する圧力調整弁を備えていないガスタービンとする形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、圧力センサ４２Ａと共に圧力調整弁を備えるガスタービンとする形態としてもよい。

また、上記各実施形態では、ノズル４４（燃料流路３８）を一つしか設けないガスタービン１２とする形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、パイロットノズルやメインノズルのように、ノズル４４（燃料流路３８）を複数設けたガスタービンとする形態としてもよい。この形態の場合、各ノズル４４が設けられた各燃料流路３８には、各々流量調整弁４０が設けられている。また、弁制御装置５０は、ＣＳＯ演算部５８と流量演算部６０との間に、燃料配分制御部を備える。燃料配分制御部は、ＣＳＯに基づいて複数のノズル４４に対する燃料流量の指令値を演算する。そして、流量演算部６０、Ｃ_ｖ値演算部６２、及び弁開度指令値演算部６６は、複数のノズル４４毎に対応した各流量調整弁４０に対する弁開度指令値を演算することとなる。

また、上記各実施形態で説明した各処理の流れも一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。

１２ ガスタービン
２２ 燃焼器
２４ タービン
３６ 燃料タンク
３８ 燃料流路
４０ 流量調整弁
４２Ａ 圧力センサ
５０ 弁制御装置
６４ 燃料圧力推定部
６８ 選択部
７０ 補正部
８０ 共通母管

Claims (8)

1. 燃料を燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器、前記燃焼器によって生成された燃焼ガスにより駆動するタービン、燃料タンクから前記燃焼器に燃料を供給する燃料流路、及び前記燃料流路に設けられ、前記燃焼器に供給する燃料流量を調整する流量調整弁を備えたガスタービンの制御装置であって、
   前記流量調整弁を流れる燃料流量に基づいた前記流量調整弁までの圧損を前記燃料流路の入口における燃料圧力から減算して得られた圧力を、前記流量調整弁の入口における燃料圧力として推定する推定手段を備えたガスタービンの制御装置。
2. 前記流量調整弁よりも前記燃料流路の上流側、かつ前記流量調整弁の近傍に設けられ、燃料圧力を計測する圧力計測手段と、
   前記圧力計測手段によって計測された前記燃料圧力である計測値、及び前記推定手段によって推定された前記燃料圧力である推定値の何れかを選択する選択手段と、
   を備える請求項１記載のガスタービンの制御装置。
3. 前記選択手段は、前記ガスタービンの負荷が変動する場合に、前記推定値を選択する請求項２記載のガスタービンの制御装置。
4. 前記選択手段は、前記燃料流路の入口における燃料圧力が変動した場合に、前記計測値及び前記推定値の何れか高い圧力、又は前記計測値を選択する請求項２又は請求項３記載のガスタービンの制御装置。
5. 前記燃料流路は、複数の前記ガスタービンに燃料を供給する母管を介して、前記燃料タンクから前記燃焼器に燃料を供給し、
   前記選択手段は、前記母管を介して燃料が供給されている他の前記ガスタービンへの燃料の供給が停止した場合に、前記計測値及び前記推定値の何れか高い圧力、又は前記計測値を選択する請求項２から請求項４の何れか１項記載のガスタービンの制御装置。
6. 前記流量調整弁よりも前記燃料流路の上流側かつ前記流量調整弁の近傍に設けられ、燃料圧力を計測する圧力計測手段と、
   前記推定手段によって定常状態において推定された前記燃料圧力である推定値と前記圧力計測手段によって定常状態において計測された前記燃料圧力である計測値との偏差に基づいて、前記推定値を補正する補正手段と、
   を備えた請求項１から請求項５の何れか１項記載のガスタービンの制御装置。
7. 燃料を燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器と、
   前記燃焼器によって生成された燃焼ガスにより駆動するタービンと、
   燃料タンクから前記燃焼器に燃料を供給する燃料流路と、
   前記燃料流路に設けられ、前記燃焼器に供給する燃料流量を調整する流量調整弁と、
   請求項１から請求項６の何れか１項に記載の制御装置と、
   を備えたガスタービン。
8. 燃料を燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器、前記燃焼器によって生成された燃焼ガスにより駆動するタービン、燃料タンクから前記燃焼器に燃料を供給する燃料流路、及び前記燃料流路に設けられ、前記燃焼器に供給する燃料流量を調整する流量調整弁を備えたガスタービンの制御方法であって、
   前記流量調整弁を流れる燃料流量に基づいた前記流量調整弁までの圧損を前記燃料流路の入口における燃料圧力から減算して得られた圧力を、前記流量調整弁の入口における燃料圧力として推定するガスタービンの制御方法。

Images