JP2014062512A - ガスタービン制御装置及び制御方法並びに発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザの要望に応じてＩＧＶスケジュールを容易に調整することを目的とする。
【解決手段】ガスタービン制御装置の圧縮空気量制御部は、複数の運転モードの各々について、ガスタービンの運転状態に関するパラメータと圧縮空気量に関する指令値とが関連付けられたスケジュールが格納されている第１記憶部１１と、ユーザからの入力情報に基づいて各運転モードに対する重み付け値を設定する重み付け設定部１２と、設定された重み付け値と各運転モードにおけるスケジュールとを用いて、１つのスケジュールを作成するスケジュール作成部１３とを備え、スケジュール作成部１３によって作成されたスケジュールを用いて燃焼器に供給する圧縮空気量を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガスタービン制御装置及び制御方法並びに発電システムに関するものである。

発電所等で使用されるガスタービンでは、圧縮空気と燃料ガスとを燃焼器に供給し、燃焼器における高温の燃焼ガスを利用してタービンを回転させ、発電を行っている。燃焼器に供給される圧縮空気量の調整は、一般的に、圧縮機の吸入口に設けられた入口案内翼（ＩＧＶ：インレットガイドベーン）の開度を変化させることにより行われる。

従来、燃焼器に供給する圧縮空気量の制御方法として、例えば、運転状態に応じてＩＧＶ開度をスケジュール的に制御する方法や、排ガス温度が所定の設定値となるようにＩＧＶ開度をフィードバック制御する方法などが知られている。
例えば、上記運転状態に応じてＩＧＶ開度をスケジュール的に制御する方法では、ガスタービン出力（発電機出力）とＩＧＶ開度とを対応付けたルックアップテーブルを予め用意しておき、ガスタービン出力に応じたＩＧＶ開度をルックアップテーブルから設定している。

特開２０１１−２４１８２９号公報

しかしながら、上述したスケジュール的にＩＧＶ開度を制御する方法では、ガスタービン出力とＩＧＶ開度とが対応付けられたＩＧＶスケジュール（例えば、ルックアップテーブルや関数等）を制御系に一旦組み込んだ後は、そのＩＧＶスケジュールを変更することが難しく、ユーザの要望に合わせてＩＧＶスケジュールを組みなおすことが難しいという問題があった。

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、ユーザの要望に応じてＩＧＶスケジュールを容易に調整することのできるガスタービン制御装置及び制御方法並びに発電システムを提供することを目的とする。

本発明の第１態様は、ガスタービンの燃焼器に供給する圧縮空気量を制御する圧縮空気量制御手段を備えるガスタービン制御装置であって、前記圧縮空気量制御手段は、複数の運転モードの各々について、ガスタービンの運転状態に関するパラメータと圧縮空気量に関する指令値とが関連付けられたスケジュールが格納されている第１記憶手段と、ユーザからの入力情報に基づいて各前記運転モードに対する重み付け値を設定する重み付け設定手段と、設定された前記重み付け値と各前記運転モードにおける前記スケジュールとを用いて、１つのスケジュールを作成するスケジュール作成手段とを備え、前記スケジュール作成手段によって作成された前記スケジュールを用いて前記燃焼器に供給する圧縮空気量を制御するガスタービン制御装置である。

本態様に係るガスタービン制御装置によれば、各運転モードに対応するスケジュールを用意しておき、これらのスケジュールをユーザから入力される重み付け値に基づいて組み合わせることにより１つのスケジュールを作成する。これにより、複数のＩＧＶスケジュールを切り替えるだけではなく、重みを考慮したＩＧＶスケジュールを作成することが可能となる。この結果、ＩＧＶスケジュールの作成に自由度を持たせることができ、ユーザの要望に応じて容易にＩＧＶスケジュールを調整することが可能となる。

上記ガスタービン制御装置は、前記スケジュール作成手段によって作成された前記スケジュールを表示する第１表示手段を備えていてもよい。

これにより、ユーザは、自身が所望する特性が得られるようなスケジュールが生成されたか否かを確認することができる。また、表示された特性が、自身が意図した特性とは違っていた場合には、自身が意図した特性が得られるまで、重み付けを調整することができる。

上記ガスタービン制御装置は、前記運転モード毎に、ＮＯｘ特性、負荷追従特性、および発電効率特性のうちの少なくとも１つが予め格納されている第２記憶手段と、前記重み付け設定手段において設定された重み付けと、前記第２記憶手段に格納されている各前記運転モードにおける特性とを用いて、前記スケジュール作成手段によって作成された前記スケジュールに基づいて圧縮空気量が制御されたときの特性を推定する特性推定手段と、前記特性推定手段によって推定された特性を表示する第２表示手段とを備えていても良い。

このような構成によれば、ユーザは、スケジュールに基づいて圧縮空気量が制御された場合のＮＯｘ特性、負荷追従特性、発電効率特性の少なくともいずれかを確認することが可能となる。上記第２表示手段は、上述の第１表示手段を流用してもよいし、異なる表示手段を新たに設けてもよい。

上記ガスタービン制御装置において、前記スケジュール作成手段は、各前記運転モードに対応するスケジュールから、前記ガスタービンの出力状態に関するパラメータの数値範囲において離散的に設定された代表点毎の前記指令値を取得し、取得した前記指令値を、前記重み付け値で重み付けした後に足し合わせることにより、各前記代表点における指令値を算出し、各前記代表点における前記指令値を用いて、１つの前記スケジュールを作成することとしてもよい。

このような構成によれば、スケジュールを比較的簡易な処理によって作成することができる。

上記ガスタービン制御装置において、前記スケジュール作成手段は、前記ガスタービンの出力状態に関するパラメータが取り得る数値範囲において離散的に設定された代表点毎に、各運転モードにおいて最小化したい特徴量と前記指令値との関係が定式化された関数と、該関数の重み付け値とを含む評価関数を保有し、各前記評価関数において、前記重み付け設定手段によって設定された重み付け値を代入し、各前記評価関数が最小値をとるときの指令値を前記代表点毎に取得し、取得した前記指令値と各前記代表点との関係から１つの前記スケジュールを作成することとしてもよい。

このような構成によれば、各運転モードにおいて最小化したい特徴量を指令値と関連付けた関数を用いて評価関数を作成し、この評価関数が最小値を取るときの指令値を取得し、この指令値に基づいて重み付け係数が反映されたスケジュールを作成するので、ユーザの意向をより一層反映させたＩＧＶスケジュールを作成することが可能となる。

本発明の第２態様は、ガスタービンの燃焼器に供給する圧縮空気量を制御する圧縮空気量制御手段を備えるガスタービン制御装置であって、前記圧縮空気量制御手段は、複数の運転モードの各々について、ガスタービンの運転状態に関するパラメータと圧縮空気量に関する指令値とが関連付けられたスケジュールが格納されている第１記憶手段と、ユーザからの入力情報に基づいて各前記運転モードに対する重み付け値を設定する重み付け設定手段と、現在の前記ガスタービンの運転状態に応じた圧縮空気量に関する指令値を、各前記運転モードに対応して設けられている前記スケジュールからそれぞれ取得する指令値取得手段と、前記指令値取得手段によって取得された各前記指令値を前記重み付け値で重み付けした値を足し合わせることにより、１つの圧縮空気量に関する指令値を生成する指令値生成手段と、前記指令値生成手段によって生成された指令値を用いて、前記燃焼器に供給する圧縮空気量を制御するガスタービン制御装置である。

本態様に係るガスタービン制御装置によれば、複数のスケジュールを組み合わせて新たなスケジュールを作成することなく、直接的に指令値を取得することが可能となる。

本発明の第３態様は、上記いずれかのガスタービン制御装置を備える発電システムである。

本発明の第４態様は、ガスタービンの燃焼器に供給する圧縮空気量を制御するガスタービン制御方法であって、複数の運転モードの各々について、ガスタービンの運転状態に関するパラメータと圧縮空気量に関する指令値とが関連付けられたスケジュールを予め保有しており、ユーザからの入力情報に基づいて各前記運転モードに対する重み付け値を設定し、設定した前記重み付け値と各前記運転モードにおける前記スケジュールとを用いて、１つのスケジュールを作成し、作成した前記スケジュールを用いて前記燃焼器に供給する圧縮空気量を制御するガスタービン制御方法である。

本発明の第５態様は、ガスタービンの燃焼器に供給する圧縮空気量を制御するガスタービン制御方法であって、複数の運転モードの各々について、ガスタービンの運転状態に関するパラメータと圧縮空気量に関する指令値とが関連付けられたスケジュールを予め保有しており、ユーザからの入力情報に基づいて各前記運転モードに対する重み付け値を設定し、現在の前記ガスタービンの運転状態に応じた圧縮空気量に関する指令値を、各前記運転モードに対応して設けられている前記スケジュールからそれぞれ取得し、取得した各前記指令値を前記重み付け値で重み付けした値を足し合わせることにより、１つの圧縮空気量に関する指令値を生成し、生成した指令値を用いて、前記燃焼器に供給する圧縮空気量を制御するガスタービン制御方法である。

本発明によれば、ユーザの要望に応じてＩＧＶスケジュールを容易に調整することができるという効果を奏する。

本発明の第１実施形態に係る発電システムの概略構成を示した図である。 本発明の第１実施形態に係るガスタービン制御装置が備える圧縮空気制御部の概略構成を示した図である。 ＩＧＶスケジュールの一例を示した図である。 本発明の第１実施形態に係るスケジュール作成部によるＩＧＶスケジュールの作成手順について説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係る圧縮空気制御部によって生成されたＩＧＶスケジュールの一例を示した図である。 本発明の第２実施形態に係るガスタービン制御装置が備える圧縮空気制御部の概略構成を示した図である。 安定運転モードにおける最小化したい特徴量とＩＧＶ指令との関係が定式化された関数について説明するための図である。 安定運転モードにおける最小化したい特徴量とＩＧＶ指令との関係が定式化された関数について説明するための図である。 本発明の第３実施形態に係るガスタービン制御装置が備える圧縮空気制御部の概略構成を示した図である。 図９に示した第２記憶部に格納されているＮＯｘ特性の一例を示した図である。 本発明の第４実施形態に係るガスタービン制御装置が備える圧縮空気制御部の概略構成を示した図である。

以下、本発明の各実施形態に係るガスタービン制御装置及び制御方法並びに発電システムについて、図面を参照して説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る発電システムの概略構成を示した図である。図１に示すように、発電システムは、ガスタービン１０とガスタービン制御装置２０とを備えている。
本実施形態において、ガスタービン１０は、圧縮機１０２、燃焼器１０３及びタービン１０１を備えている。圧縮機１０２において圧縮された圧縮空気は、燃焼器１０３に供給されるようになっている。また、燃焼器１０３には、燃料流路から燃料ガスが供給される。燃焼器１０３において圧縮空気と燃料ガスは混合して燃焼され、高温の燃焼ガスが発生する。この高温の燃焼ガスによってタービン１０１が回転され、この回転が同軸上に接続されている発電機１５０に伝達されることにより、発電機１５０が発電する。なお、タービン１０１と同軸には、圧縮機１０２も接続されており、タービン１０１の回転により圧縮機１０２も駆動するような構成とされている。

上記燃料ガスの燃料流路には、燃焼器１０３へ供給する燃料流量を調整するための燃料流量調節弁１０５が設けられている。また、圧縮機１０２の吸気側には、圧縮機１０２の吸気量（吸入空気量）を調整するための入口案内翼１０４が設けられている。燃料流量調節弁１０５の開度及び入口案内翼１０４の開度は、ガスタービン制御装置２０により制御される。また、入口案内翼１０４の周辺には、圧縮機１０２へ吸入される空気の温度を計測するための温度センサ１２１、空気圧力を計測する圧力センサ１２２、湿度を検出する湿度センサ１２３が設けられている。また、タービン１０１の負荷状態を検出するために発電機出力センサ（図示せず）が設けられている。これらセンサの出力は、ガスタービン制御装置２０へ出力され、上記燃料流量調節弁１０５及び入口案内翼１０４の弁開度の設定に使用される。

ガスタービン制御装置２０は、入力部２１、表示部（第１表示手段、第２表示手段）２２、燃焼器１０３に供給する燃料ガス量を制御する燃料量制御部２３、及び燃焼器１０３に供給する圧縮空気量を制御する圧縮空気量制御部２４を備えている。
ガスタービン制御装置２０は、例えば、コンピュータ装置を備え、図示しないＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等を有している。後述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、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、後述の各種機能が実現される。

図２は、ガスタービン制御装置２０が備える圧縮空気量制御部２４の概略構成を示した図である。図２に示すように、圧縮空気量制御部２４は、第１記憶部１１、重み付け設定部１２、スケジュール作成部１３を主な構成として備えている。

第１記憶部１１には、複数の運転モードの各々に対応付けられて設定されたＩＧＶスケジュール１１−１〜１１−４が格納されている。
ＩＧＶスケジュールは、ガスタービンの運転状態に関するパラメータと圧縮空気量に関する指令値とが関連付けられた情報である。ガスタービンの運転状態に関するパラメータとしては、ガスタービン回転数、発電機出力、燃料量指令ＣＳＯ等が一例として挙げられる。ここで、燃料量指令ＣＳＯは、燃料量制御部２３による燃料量制御の過程で用いられる制御指令であり、例えば、特開２０１０−２８５９５５号公報に開示されている。また、圧縮空気量に関する指令値としては、例えば、入口案内翼の開度指令（以下「ＩＧＶ指令」という。）、圧縮機の前方段の静翼の角度を変えるＶＶ（Variable Vane）開度指令等が挙げられる。

図３は、ＩＧＶスケジュールの一例を示した図である。図３では、ガスタービンの運転状態に関するパラメータとして燃料量指令ＣＳＯを、圧縮空気量に関する指令値としてＩＧＶ指令を用いた場合を示している。ＩＧＶスケジュールは、図３に示すように、ルックアップテーブルとして第１記憶部１１に格納されても良いし、例えば、関数として格納されていてもよい。なお、以下の説明においては、便宜上、ガスタービンの運転状態に関するパラメータとして燃料量指令ＣＳＯを、圧縮空気量に関する指令値としてＩＧＶ指令を用いた場合を例に挙げて説明するが、ガスタービンの運転状態に関するパラメータ及び圧縮空気量に関する指令値がこれに限定されないことは上記の通りである。

運転モードの一例としては、例えば、安定運転モード、ＮＯｘ低減モード、発電効率最大モード、負荷追従向上モード等が挙げられる。このように、運転モードは、例えば、ガスタービンの性能を評価する際に用いられる各特性に応じて設けられている。
本実施形態では、安定運転モードに対応するものとしてＩＧＶスケジュール１１−１が、ＮＯｘ低減モードに対応するものとしてＩＧＶスケジュール１１−２が、発電効率最大モードに対応するものとしてＩＧＶスケジュール１１−３が、負荷追従向上モードとしてＩＧＶスケジュール１１−４が第１記憶部１１に格納されている。

重み付け設定部１２は、例えば、ユーザによって入力された重み付け情報に基づいて各運転モードの重み付け係数ｋ１〜ｋ４を設定する。ここで、重み付け係数は合計値が１である値とされている。すなわち、ｋ１＋ｋ２＋ｋ３＋ｋ４＝１となるように設定される。
例えば、重み付け設定部１２は、入力部２１（図１参照）を操作することによってユーザから直接的に重み付け係数、例えば、０．５、０．４等のように、合計で１となるような値が入力された場合には、ユーザから入力された重み付け係数ｋ１〜ｋ４をそのまま設定する。これに対し、例えば、ユーザから５０％、４０％などのように、パーセンテージ等で重み付けが入力された場合には、それらの値を合計が１となるような値に変換して、重み付け係数ｋ１〜ｋ４を設定する。

スケジュール作成部１３は、各運転モードに対応付けられたＩＧＶスケジュール１１−１〜１１−４と、重み付け設定部１２によって設定された重み付け係数ｋ１〜ｋ４とを用いて１つのＩＧＶスケジュールを作成する。
例えば、スケジュール作成部１３は、図４に示すように、ＩＧＶスケジュールの燃料量指令ＣＳＯが取り得る数値範囲において離散的に複数の代表点Ｐ１〜Ｐ１１を設定し、これの代表点Ｐ１〜Ｐ１１の各々において、各ＩＧＶスケジュール１１−１〜１１−４から、該代表点に対応するＩＧＶ指令を取得し、このＩＧＶ指令に重み付け係数ｋ１〜ｋ４を乗算した値を足し合わせることにより、当該代表点Ｐ１〜Ｐ１１における指令値を算出する。例えば、代表点Ｐｉ（ｉ＝１〜１１）におけるＩＧＶ指令は以下の（１）式で表わされる。

ＩＧＶ指令（ｉ）＝ｋ１×ｆ１（ｉ）＋ｋ２×ｆ２（ｉ）＋ｋ３×ｆ３（ｉ）＋ｋ４×ｆ４（ｉ） （１）

上記（１）式において、ｋ１〜ｋ４はそれぞれの重み付け係数、ｆ１（ｉ）、ｆ２（ｉ）、ｆ３（ｉ）、ｆ４（ｉ）は、燃料量指令ＣＳＯが代表点Ｐｉ（ｉ＝１〜１１）を取るときの各運転モードにおけるＩＧＶ指令の値である。

このようにして、各代表点Ｐｉ（ｉ＝１〜１１）に対するＩＧＶ指令がそれぞれ算出されると、これらの離散的なＩＧＶ指令に対して最小二乗法などの統計手法を用いて、連続的な近似曲線を求めることにより、図５に示すような１つのＩＧＶスケジュールを作成する。

スケジュール作成部１３によって作成されたＩＧＶスケジュールは、圧縮空気量制御部２４内の所定の記憶部１４に格納され、以降の圧縮空気量の制御に用いられる。
具体的には、燃料量制御部２３によって生成された燃料量指令ＣＳＯに対応するＩＧＶ指令が記憶部１４に格納されているＩＧＶスケジュールから取得され、このＩＧＶ指令に対して、排ガス温度に基づいて設定された補正値Ｔｆｂが加算部１５によって加算され、最終的なＩＧＶ指令が出力される。
ここで、補正値Ｔｆｂは、排ガス温度を予め設定されている目標値に一致させるようなフィードバック制御を行うことにより得られるＩＧＶ指令である。この結果、圧縮機１０２の入口案内翼１０４の弁開度がＩＧＶ指令に基づいて制御され、燃焼器１０３へ供給される圧縮空気量が制御される。

次に、上述した圧縮空気量制御部２４の動作について説明する。
まず、ユーザによって重み付け情報が入力されると、重み付け設定部１２は、この情報に基づいて重み付け係数ｋ１〜ｋ４を設定する。設定された重み付け係数ｋ１〜ｋ４は、スケジュール作成部１３に出力される。スケジュール作成部１３は、重み付け設定部１２から入力された重み付け係数ｋ１〜ｋ４と、第１記憶部１１に格納されている各運転モードのＩＧＶスケジュールとを用いて、上述の方法に従い、１つのＩＧＶスケジュールを作成し、これを記憶部１４に格納する。
これにより、以降の圧縮空気量の制御においては、記憶部１４に格納された最新のＩＧＶスケジュールに従って入口案内翼１０４の開度制御が行われる。

以上、説明したように、本実施形態に係るガスタービン制御装置２０によれば、複数のＩＧＶスケジュールを切り替えるだけではなく、重みを考慮したＩＧＶスケジュールを作成することができる。これにより、ＩＧＶスケジュールの作成に自由度を持たせることができ、ユーザの要望に応じて容易にＩＧＶスケジュールを調整することが可能となる。

なお、圧縮機１０２（図１参照）によって取りこまれる圧縮空気量は、圧縮機入口温度、圧縮機入口圧力、圧縮機入口湿度などの影響を受ける。したがって、このような影響因子をＩＧＶスケジュールに反映させることとしてもよい。例えば、上述したＩＧＶスケジュールを、ＣＳＯ、圧縮機入口温度、圧縮機入口圧力、圧縮機入口湿度の４つをパラメータとした４次元のルックアップテーブルとして設定する。これにより、圧縮機入口温度、圧縮機入口圧力、圧縮機入口湿度をＩＧＶ指令に反映させることができ、圧縮空気量の制御の精度をより一層向上させることが可能となる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係るガスタービン制御装置及びガスタービン制御方法並びに発電システムについて図を参照して説明する。
本実施形態に係るガスタービン制御装置の圧縮空気量制御部は、スケジュール作成部におけるスケジュール作成の手法が上述した第１実施形態の手法と異なる。以下、本実施形態について、上述した第１実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
図６は、本実施形態に係る圧縮空気量制御部の概略構成を示した図である。本実施形態に係るスケジュール作成部１３´は、最適化手法を用いてＩＧＶスケジュールを作成するものであり、例えば、図４に示した代表点Ｐｉ（ｉ＝１〜１１）毎に評価関数Ｊｉ（ｉ＝１〜１１）を保有している。

評価関数Ｊｉは、各運転モードにおいて最小化したい特徴量とＩＧＶ指令との関係が定式化された関数と、重み付け値ｋ1〜ｋ４とを含む関数である。
具体的には、安定運転モードにおける関数f_stable_1(x)、ＮＯｘ低減モードにおける関数f_nox_1(x)、発電効率最大モードにおける関数f_η_1(x)、負荷追従向上モードにおける関数f_t_1(x)は、各ｉの値において、以下の関数で表わされる。ここで、各関数は２次までの関数とするとよい。

また、安定運転モードにおいて最小化したい特徴量として「安定燃焼ＩＧＶ開度に対する偏差」を、ＮＯｘ低減モードにおける特徴量として「ＮＯｘ」を、発電効率最大モードにおける特徴量として「発電効率の悪化度」を、負荷追従向上モードにおける特徴量として「負荷追従時間」を用いている。

ｉ＝１のとき
f_stable_1(x)=(x-a₁)²
f_nox_1(x)=b₁×(x-c₁)²+d₁
f_η_1(x)=e₁-g₁×(x-h₁)^j₁
f_t_1(x)=m₁+n₁×x

ｉ＝２のとき
f_stable_2(x)=(x-a₂)²
f_nox_2(x)=b₂×(x-c₂)²+d₂
f_η_2(x)=e₂-g₂×(x-h₂)^j₂
f_t_2(x)=m₂+n₂×x
上記式において、ｘはＩＧＶ指令、a₁、a₂、b₁、b₂、c₁、c₂、d₁、d₂、e₁、e₂、g₁、g₂、h₁、h₂、j₁、j₂、m₁、m₂、n₁、n₂は、いずれも定数である。このように、各関数は、ＩＧＶ指令を変数ｘの式として表わされている。
そして、同様に、ｉ＝３〜１１についても、それぞれの運転モードについて上記のような関数が設定されている。

ここで、安定運転モードに係る「安定燃焼ＩＧＶ開度に対する偏差」の関数は、以下のようにして設定される。例えば、各Ｐｉ（ｉ＝１〜１１）において、ＩＧＶ指令を０［％］から１００［％］まで変化させたときの安定度は、図７に示すような値をとる。ＩＧＶ指令は、安定度１の状態が最も好ましいため、安定度１から離れるほど、安定度が低くなると考える。ここで、ｉ＝７を考えると、ＩＧＶ指令と安定度との関係は、図８に示すような近似曲線で表わされる。そして、この近似曲線を２次関数で表わしたものがＰｉ（ｉ＝７）における上記関数として設定される。

評価関数Ｊｉは、各代表点における上記関数を正規化（β１〜β４）し、更に、重み付け係数ｋ１〜ｋ４で重み付けした関数として表わされている。評価関数の一例を、以下の（２）式に示す。

Ji = k1/β1×f_stable_i(x)+ k2/β2×f_nox_i(x)+ k3/β3×f_η_i(x)+ k4/β4×f_t_i(x) （２）

スケジュール作成部１３´は、上記評価関数Ｊｉに、重み付け設定部１２によって設定された重み付け係数を代入し、そのときの評価関数Ｊｉが最小値を取るときのｘの値、すなわち、ＩＧＶ指令を取得する。
これにより、例えば、図４に示したように、各代表点Ｐ１〜Ｐ１１におけるＩＧＶ指令が得られると、このような離散的な値に対して最小二乗法等のような統計的手法を用いて近似曲線を得る。この近似曲線がＩＧＶスケジュールである。

以上説明したように、本実施形態に係るガスタービン制御装置及び制御方法並びに発電システムによれば、各運転モードにおいて最小化したい特徴量をＩＧＶ指令と関連付けた関数を用いて評価関数を作成し、この評価関数が最小値を取るときのＩＧＶ指令を取得し、このＩＧＶ指令に基づいて重み付け係数が反映されたＩＧＶスケジュールを作成するので、ユーザの意向をより一層反映させたＩＧＶスケジュールを作成することが可能となる。

また、上述した第１実施形態のように、上述した各関数f_stable_1(x)、f_nox_1(x)、f_η_1(x)、f_t_1(x)を、圧縮機入口温度、圧縮機入口圧力、圧縮機入口湿度などの影響因子をパラメータとして含める関数としてもよい。これにより、圧縮機入口温度、圧縮機入口圧力、圧縮機入口湿度を考慮したＩＧＶ指令を生成することが可能となり、圧縮空気量の制御向上が期待できる。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態に係るガスタービン制御装置及びガスタービン制御方法並びに発電システムについて図を参照して説明する。
本実施形態に係るガスタービン制御装置の圧縮空気量制御部は、図９に示すように、上述した第１実施形態に係る圧縮空気量制御部２４の構成または第２実施形態に係る圧縮空気量制御部の構成に加えて、第２記憶部１６および特性推定部１７を更に備える点およびスケジュール作成部１３（１３´）によって作成されたＩＧＶスケジュール及び特性推定部１７によって作成された推定特性を表示部２２に表示する点で上述した第１または第２実施形態と異なる。
以下、第１または第２実施形態と異なる点について主に説明する。

第２記憶部１６には、運転モード毎に、ＮＯｘ特性、負荷追従特性、および発電効率特性がそれぞれ格納されている。例えば、これらの特性は、図１０に示すように、ＣＳＯと各特性量（ここでは、ＮＯｘ）とを関連付けたルックアップテーブルとして記憶されていてもよいし、ＣＳＯを変数として特性量を導出する関数として記憶されていてもよい。
特性推定部１７は、スケジュール作成部１３（１３´）によって作成されたＩＧＶスケジュールに基づいて入口案内弁の開度が制御されたときのＮＯｘ特性、負荷追従特性、発電効率特性を、第２記憶部１６に格納されている各種特性及び重み付け設定部１２によって設定された重み付け係数ｋ１〜ｋ４を用いて推定する。

以下、一例として、ＮＯｘ特性を推定する場合について説明するが、負荷追従特性、発電効率特性についても同様の手法により推定される。
まず、特性推定部１７は、第２記憶部１６から各運転モードに対応するＮＯｘ特性を取得する。これにより、安定運転モードの場合のＮＯｘ特性、ＮＯｘ低減モードの場合のＮＯｘ特性、発電効率最大モードの場合のＮＯｘ特性、負荷追従向上モードの場合のＮＯｘ特性の４つのＮＯｘ特性が得られる。

特性推定部１７は、取得した各運転モードのＮＯｘ特性に対してそれぞれ対応する重み付け係数ｋ１〜ｋ４を乗算し、重み付け係数が乗算された後のＮＯｘ特性を足し合わせることにより、１つのＮＯｘ特性を推定する。なお、このＮＯｘ特性の作成手法は、上述した第１実施形態におけるＩＧＶスケジュールの作成方法と同様である。すなわち、燃料量指令ＣＳＯの取り得る範囲において複数の代表点Ｐ１〜Ｐ１１を設定し、各点Ｐ１〜Ｐ１１におけるＮＯｘ値を各運転モードのＮＯｘ特性から取得し、取得したＮＯｘ値にそれぞれの重み付け値を乗じたものを足し合わせることにより、各代表点におけるＮＯｘ値を得る。その後、各代表点におけるＮＯｘ値に基づいて近似曲線を求めることで、連続的なＮＯｘ特性を得る。
このようにして取得したＮＯｘ特性は、所定の記憶部（図示略）に格納されるとともに、表示部２２に表示される。
また、スケジュール作成部１３によって作成されたＩＧＶスケジュールについても表示部２２に表示可能な構成とされている。

本実施形態に係るガスタービン制御装置及びガスタービン制御方法並びに発電システムによれば、スケジュール作成部１３（１３´）によって作成されたＩＧＶスケジュールや、このＩＧＶスケジュールに基づいてＩＧＶ開度の制御を行った場合のＮＯｘ特性、負荷追従特性、発電効率特性等を表示部２２に表示可能な構成とされている。これにより、ユーザは、表示部２２に表示されたＩＧＶスケジュールや各特性に基づいて、自身が所望する特性が得られるようなＩＧＶスケジュールが生成されたかを確認することが可能となる。また、例えば、表示された特性が、自身が意図した特性とは違っていた場合には、自身が意図した特性が得られるまで、重み付け設定部１２に設定する重み付け係数を調整することが可能となる。なお、本実施形態では、ＮＯｘ特性、負荷追従特性、および発電効率特性の全てにおいて特性を推定する場合について述べたが、これに代えて、これら特性のうちの少なくとも１つの特性を推定することとしてもよい。

〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態に係るガスタービン制御装置及びガスタービン制御方法並びに発電システムについて図を参照して説明する。
上述した第１または第２実施形態においては、各運転モードに応じたＩＧＶスケジュール１１−１〜１１−４と、重み付け係数ｋ１〜ｋ４とを用いて、１つのＩＧＶスケジュールを作成し、これを用いてＩＧＶ指令を決定することとしたが、本実施形態では、図１１に示すように、重み付け係数が考慮されたＩＧＶ指令を直接的に算出するような構成とされている。
以下、上述した第１実施形態と異なる点について主に説明する。

本実施形態に係る圧縮空気量制御部では、各ＩＧＶスケジュール１１−１〜１１−４に燃料量制御部２３によって設定された燃料量指令ＣＳＯが入力され、この燃料量指令ＣＳＯに対応するＩＧＶ指令が、各ＩＧＶスケジュール１１−１〜１１−４を用いて取得される（指令値取得手段）。取得されたそれぞれのＩＧＶ指令は、乗算部１８−１〜１８−４に出力され、ここで、重み付け係数ｋ１〜ｋ４が乗算される。重み付け係数ｋ１〜ｋ４が乗算された後のＩＧＶ指令は、加算部１９によって加算され、１つのＩＧＶ弁開度が生成される（指令値生成手段）。このＩＧＶ指令は、加算部１５において補正値Ｔｆｂが加算され、入口案内弁の指令値として出力される。

以上説明したように、本実施形態に係るガスタービン制御装置及びガスタービン制御方法並びに発電システムによれば、ＩＧＶスケジュールを新たに生成することなく、ユーザによって設定された重み付けに基づくＩＧＶ指令を直接的に得ることができる。
また、本実施形態においても、圧縮機入口温度、圧縮機入口圧力、圧縮機入口湿度を考慮したＩＧＶスケジュールを用いることとしてもよい。この場合、ＣＳＯに加えて、圧縮機入口温度、圧縮機入口圧力、圧縮機入口湿度の計測値もＩＧＶ指令の生成に用いられることとなる。

１０ ガスタービン
１１ 第１記憶部
１１−１、１１−２、１１−３、１１−４ ＩＧＶスケジュール
１２ 重み付け設定部
１３、１３´ スケジュール作成部
１４ 記憶部
１５ 加算部
１６ 第２記憶部
１７ 特性推定部
１８−１、１８−２、１８−３、１８−４ 乗算部
１９ 加算部
２０ ガスタービン制御装置
２１ 入力部
２２ 表示部
２３ 燃料量制御部
２４ 圧縮空気量制御部
１０１ タービン
１０２ 圧縮機
１０３ 燃焼器
１０４ 入口案内翼
１２１ 温度センサ
１２２ 圧力センサ
１２３ 湿度センサ
１５０ 発電機

Claims (9)

1. ガスタービンの燃焼器に供給する圧縮空気量を制御する圧縮空気量制御手段を備えるガスタービン制御装置であって、
   前記圧縮空気量制御手段は、
   複数の運転モードの各々について、ガスタービンの運転状態に関するパラメータと圧縮空気量に関する指令値とが関連付けられたスケジュールが格納されている第１記憶手段と、
   ユーザからの入力情報に基づいて各前記運転モードに対する重み付け値を設定する重み付け設定手段と、
   設定された前記重み付け値と各前記運転モードにおける前記スケジュールとを用いて、１つのスケジュールを作成するスケジュール作成手段と、
   を備え、
   前記スケジュール作成手段によって作成された前記スケジュールを用いて前記燃焼器に供給する圧縮空気量を制御するガスタービン制御装置。
2. 前記スケジュール作成手段によって作成された前記スケジュールを表示する第１表示手段を備える請求項１に記載のガスタービン制御装置。
3. 前記運転モード毎に、ＮＯｘ特性、負荷追従特性、および発電効率特性のうちの少なくとも１つが予め格納されている第２記憶手段と、
   前記重み付け設定手段において設定された重み付けと、前記第２記憶手段に格納されている各前記運転モードにおける特性とを用いて、前記スケジュール作成手段によって作成された前記スケジュールに基づいて圧縮空気量が制御されたときの特性を推定する特性推定手段と、
   前記特性推定手段によって推定された特性を表示する第２表示手段と
   を具備する請求項１または請求項２に記載のガスタービン制御装置。
4. 前記スケジュール作成手段は、
   各前記運転モードに対応するスケジュールから、前記ガスタービンの出力状態に関するパラメータの数値範囲において離散的に設定された代表点毎の前記指令値を取得し、
   取得した前記指令値を、前記重み付け値で重み付けした後に足し合わせることにより、各前記代表点における指令値を算出し、
   各前記代表点における前記指令値を用いて、１つの前記スケジュールを作成する請求項１から請求項３のいずれかに記載のガスタービン制御装置。
5. 前記スケジュール作成手段は、
   前記ガスタービンの出力状態に関するパラメータが取り得る数値範囲において離散的に設定された代表点毎に、各運転モードにおいて最小化したい特徴量と前記指令値との関係が定式化された関数と、該関数の重み付け値とを含む評価関数を保有し、
   各前記評価関数において、前記重み付け設定手段によって設定された重み付け値を代入し、各前記評価関数が最小値をとるときの指令値を前記代表点毎に取得し、
   取得した前記指令値と各前記代表点との関係から１つの前記スケジュールを作成する請求項１から請求項３のいずれかに記載のガスタービン制御装置。
6. ガスタービンの燃焼器に供給する圧縮空気量を制御する圧縮空気量制御手段を備えるガスタービン制御装置であって、
   前記圧縮空気量制御手段は、
   複数の運転モードの各々について、ガスタービンの運転状態に関するパラメータと圧縮空気量に関する指令値とが関連付けられたスケジュールが格納されている第１記憶手段と、
   ユーザからの入力情報に基づいて各前記運転モードに対する重み付け値を設定する重み付け設定手段と、
   現在の前記ガスタービンの運転状態に応じた圧縮空気量に関する指令値を、各前記運転モードに対応して設けられている前記スケジュールからそれぞれ取得する指令値取得手段と、
   前記指令値取得手段によって取得された各前記指令値を前記重み付け値で重み付けした値を足し合わせることにより、１つの圧縮空気量に関する指令値を生成する指令値生成手段と、
   前記指令値生成手段によって生成された指令値を用いて、前記燃焼器に供給する圧縮空気量を制御するガスタービン制御装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載のガスタービン制御装置を備える発電システム。
8. ガスタービンの燃焼器に供給する圧縮空気量を制御するガスタービン制御方法であって、
   複数の運転モードの各々について、ガスタービンの運転状態に関するパラメータと圧縮空気量に関する指令値とが関連付けられたスケジュールを予め保有しており、
   ユーザからの入力情報に基づいて各前記運転モードに対する重み付け値を設定し、
   設定した前記重み付け値と各前記運転モードにおける前記スケジュールとを用いて、１つのスケジュールを作成し、
   作成した前記スケジュールを用いて前記燃焼器に供給する圧縮空気量を制御するガスタービン制御方法。
9. ガスタービンの燃焼器に供給する圧縮空気量を制御するガスタービン制御方法であって、
   複数の運転モードの各々について、ガスタービンの運転状態に関するパラメータと圧縮空気量に関する指令値とが関連付けられたスケジュールを予め保有しており、
   ユーザからの入力情報に基づいて各前記運転モードに対する重み付け値を設定し、
   現在の前記ガスタービンの運転状態に応じた圧縮空気量に関する指令値を、各前記運転モードに対応して設けられている前記スケジュールからそれぞれ取得し、
   取得した各前記指令値を前記重み付け値で重み付けした値を足し合わせることにより、１つの圧縮空気量に関する指令値を生成し、
   生成した指令値を用いて、前記燃焼器に供給する圧縮空気量を制御するガスタービン制御方法。
   

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