JP2016037882A - 流量比算出装置、これを備えている制御装置、この制御装置を備えているガスタービンプラント、流量比算出方法、及び燃料系統の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】各種負荷変化時における燃焼器での燃焼安定性を高める。
【解決手段】燃焼器での燃焼状態を表すことができる第一パラメータと複数の燃料系統を流れる燃料の流量比との予め定められた関係を用いて、第一パラメータの値に応じた流量比を求める流量比演算器１４１ｐと、ガスタービンの負荷変化時における流量比の補正値を求める補正値演算器１４２ｐと、ガスタービンの負荷の相関値の変動を検知する変動検知器１４４と、変動検知器１４４で負荷相関値の変動が検知されると、流量比演算器１４１ｐで求められた流量比を補正値演算器１４２ｐで求められた補正値で補正する補正器１５１と、を備える。
【選択図】図９

Description

本発明は、複数の燃料系統から燃焼器へ供給される各燃料の流量比を算出する技術に関する。

ガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された空気中で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼ガスにより駆動するタービンと、を備えている。燃焼器には、燃料を拡散燃焼させるパイロットバーナと、燃料を予混合燃焼させるメインバーナとを有している燃焼器がある。このような燃焼器では、各バーナに供給する燃料流量の比を管理する必要がある。

例えば、以下の特許文献１に記載の技術では、燃焼器からの燃焼ガスが流入するタービンの入口温度を無次元化した燃焼負荷指令が示す値に応じて、各バーナに供給する燃料流量の比を定めている。さらに、この技術では、負荷を急激に低下させるランバック運転時に、燃焼負荷指令値に応じて定めた燃料流量比を変更して、ランバック運転時に生じることがある燃焼振動を抑制している。

特開２０１２−０７７６６２号公報

上記特許文献１に記載の技術では、ランバック運転時における燃焼振動を抑えることができる。しかしながら、ランバック運転時を除いて負荷を低下させる場合や、逆に負荷を高める場合でも、燃焼器内で燃料を安定燃焼させることが望まれる。

そこで、本発明は、各種負荷変化時における燃焼器での燃焼安定性を高めることができる技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための発明に係る一態様としての流量比算出装置は、
複数の燃料系統と、空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、複数の前記燃料系統からの燃料を前記圧縮空気中で燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスにより駆動するタービンとを備えるガスタービンで、複数の前記燃料系統を流れる前記燃料の流量比を算出する流量比算出装置において、前記燃焼器での燃焼状態を表すことができる複数のパラメータのうちの第一パラメータの値を受け付け、前記第一パラメータと前記流量比との予め定められた関係を用いて、受け付けた前記第一パラメータの値に応じた前記流量比を求める流量比演算器と、前記ガスタービンの負荷変化時における前記流量比の補正値を求める補正値演算器と、前記ガスタービンの負荷変化に対して相関性を持って変化する値又は前記負荷の値である負荷相関値の変動を検知する変動検知器と、前記変動検知器で前記負荷相関値の変動が検知されると、前記流量比演算器で求められた前記流量比を前記補正値演算器で求められた前記補正値で補正する補正器と、を備える。

燃焼器の燃焼条件は、燃焼器での燃焼状態を表すことができる複数のパラメータのうち所定のパラメータの値が所定値のときに、燃焼器内での安定燃焼のための条件として厳しい条件になっている場合がある。この厳しい条件のときに、燃焼器に投入する全燃料流量を変更すると、つまり負荷を変更すると、燃焼器内での燃焼の安定性が損なわる場合がある。そこで、当該流量比算出装置では、変動検知器で負荷相関値の変動が検知されると、流量比演算器で求められた流量比を補正値で補正する。よって、当該流量比算出装置では、負荷相関値の変動時における燃焼器内での燃焼安定性を図ることができる。

ここで、前記流量比算出装置において、前記補正値演算器は、前記複数のパラメータのうち、前記第一パラメータと異なる第二パラメータの値を受け付け、前記第二パラメータと前記補正値との予め定められた関係を用いて、受け付けた前記第二パラメータの値に応じた前記補正値を求めてもよい。

この場合、前記第一パラメータは、前記タービンにおける前記燃焼ガスの入口温度変化に対して相関性を持って変化する値又は前記入口温度である入口温度相関値であり、前記第二パラメータは、前記ガスタービンの出力と、前記ガスタービンが許容する最大負荷に対する現在の負荷の割合である負荷率と、複数の前記燃料系統から前記燃焼器に供給される全燃料の流量と、前記圧縮機が吸い込む前記空気の流量とのうち、いずれか一つであってもよい。

前記第一パラメータ及び前記第二パラメータを受け付ける、以上のいずれかの前記流量比算出装置において、前記補正値演算器は、前記負荷相関値が増加しているときの前記第二パラメータと前記補正値との予め定められた増加時関係を用いて、前記負荷相関値が増加しているときの前記第二パラメータの値に応じた補正値を求める増加時補正値演算器と、前記負荷相関値が減少しているときの前記第二パラメータと前記補正値との予め定められた減少時関係を用いて、前記負荷相関値が減少しているときの前記第二パラメータの値に応じた補正値を求める減少時補正値演算器と、を有し、前記補正器は、前記変動検知器で前記負荷相関値の増加が検知されると、前記流量比演算器で求められた前記流量比を前記増加時補正値演算器で求められた前記補正値で補正し、前記変動検知器で前記負荷相関値の減少が検知されると、前記流量比演算器で求められた前記流量比を前記減少時補正値演算器で求められた前記補正値で補正してもよい。

また、以上のいずれかの前記流量比算出装置において、前記補正器は、出力する補正値を、時間経過に伴って前記補正値演算器で求められた前記補正値に近づくよう変化させる補正値調節器と、前記補正値調節器からの出力された補正値で前記流量比演算器で求められた前記流量比を補正する流量比補正器と、を有してもよい。

また、以上のいずれかの前記流量比算出装置において、前記燃焼器は、燃料を噴射するパイロットバーナ及びメインバーナを有しており、前記ガスタービンは、複数の燃料系統として、前記パイロットバーナに燃料を供給するパイロット燃料系統と、前記メインバーナに燃料を供給するメイン燃料系統とを有しており、前記流量比は、複数の燃料系統から前記燃焼器に供給する燃料の全流量に対する前記パイロット燃料系統から前記燃焼器に供給する燃料の流量の比であるパイロット燃料比を含んでもよい。

また、前記第一パラメータ及び前記第二パラメータを受け付ける、以上のいずれかの前記流量比算出装置において、前記燃焼器は、燃料を噴射するパイロットバーナ及びメインバーナを有しており、前記ガスタービンは、複数の燃料系統として、前記パイロットバーナに燃料を供給するパイロット燃料系統と、前記メインバーナに燃料を供給するメイン燃料系統とを有しており、前記流量比は、複数の燃料系統から前記燃焼器に供給する燃料の全流量に対する前記パイロット燃料系統から前記燃焼器に供給する燃料の流量の比であるパイロット燃料比を含み、前記補正値演算器は、前記負荷相関値が増加しているときの前記第二パラメータと前記補正値との予め定められた増加時関係を用いて、前記負荷相関値が増加しているときの前記第二パラメータの値に応じた補正値を求める増加時補正値演算器と、前記負荷相関値が減少しているときの前記第二パラメータと前記補正値との予め定められた減少時関係を用いて、前記負荷相関値が減少しているときの前記第二パラメータの値に応じた補正値を求める減少時補正値演算器と、を有し、前記補正器は、前記変動検知器で前記負荷相関値の増加が検知されると、前記流量比演算器で求められた前記流量比を前記増加時補正値演算器で求められた前記補正値で補正し、前記変動検知器で前記負荷相関値の減少が検知されると、前記流量比演算器で求められた前記流量比を前記減少時補正値演算器で求められた前記補正値で補正し、前記減少時補正値演算器は、前記第二パラメータの値が同一の値における前記増加時補正値演算器が求める補正値よりも大きな値の補正値を算出してもよい。

また、前記流量比として前記パイロット比を含む流量比算出装置において、前記補正値演算器は、前記流量比演算器で算出された前記パイロット燃料比を大きくする前記補正値を算出してもよい。

この場合、前記補正器は、前記変動検知器で前記負荷相関値の減少が検知されると、前記補正値演算器で求められた前記補正値を用いて、前記流量比演算器で算出された前記パイロット燃料比が大きくなるよう、前記パイロット燃料比を補正してもよい。

また、以上のいずれかの前記流量比算出装置において、前記燃焼器は、燃料を噴射するバーナを有しており、前記ガスタービンは、複数の燃料系統として、前記バーナに燃料を供給するバーナ燃料系統と、前記バーナに送られる空気中に燃料を供給するトップハット燃料系統とを有しており、前記流量比は、複数の燃料系統から前記燃焼器に供給する燃料の全流量に対する前記トップハット燃料系統から前記燃焼器に供給する燃料の流量の比であるトップハット燃料比を含んでもよい。

上記目的を達成するための発明に係る一態様としての制御装置は、
以上のいずれかの前記流量比算出装置と、複数の前記燃料系統から前記燃焼器に供給する燃料の全流量を求める全流量演算器と、前記全流量演算器で求められた前記全流量と、前記流量比算出装置で算出された前記流量比とを用いて、複数の燃料系統毎の燃料流量を求める系統流量演算器と、複数の前記燃料系統毎の燃料流量が前記系統流量演算器で求められた前記燃料流量になるよう、複数の前記燃料系統毎に設けられている燃料流量調節弁に対して制御信号を出力する弁制御器と、を備えている。

ここで、前記制御装置において、前記タービンにおける前記燃焼ガスの入口温度変化に対して正の相関性を持って変化する燃焼負荷指令値を発生する燃焼負荷指令発生器を備え、前記流量比算出装置の前記流量比演算器は、前記燃焼負荷指令値を前記第一パラメータの値として、前記燃焼負荷指令値に応じた流量比を算出してもよい。

また、以上のいずれかの前記制御装置において、前記変動検知器は、前記全流量演算器で求められた前記全流量を前記負荷相関値として、前記負荷相関値の変動を検知してもよい。

上記目的を達成するための発明に係る一態様としてのガスタービンプラントは、
以上のいずれかの前記制御装置と、前記ガスタービンと、を備えている。

上記目的を達成するための発明に係る一態様としての流量比算出方法は、
複数の燃料系統と、空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、複数の前記燃料系統からの燃料を前記圧縮空気中で燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスにより駆動するタービンとを備えるガスタービンで、複数の前記燃料系統を流れる前記燃料の流量比を算出する流量比算出方法において、前記燃焼器での燃焼状態を表すことができる複数のパラメータのうちの第一パラメータの値を受け付け、前記第一パラメータと前記流量比との予め定められた関係を用いて、受け付けた前記第一パラメータの値に応じた前記流量比を求める流量比演算工程と、前記ガスタービンの負荷変化時における前記流量比の補正値を求める補正値演算工程と、前記ガスタービンの負荷変化に対して相関性を持って変化する値又は前記負荷の値である負荷相関値の変動を検知する変動検知工程と、前記変動検知工程で前記負荷相関値の変動が検知されると、前記流量比演算工程で求められた前記流量比を前記補正値演算工程で求められた前記補正値で補正する補正工程と、を実行する。

ここで、前記流量比算出方法において、前記補正値演算工程では、前記複数のパラメータのうち、前記第一パラメータと異なる第二パラメータの値を受け付け、前記第二パラメータと前記補正値との予め定められた関係を用いて、受け付けた前記第二パラメータの値に応じた前記補正値を求めてもよい。

この場合、前記第一パラメータは、前記タービンにおける前記燃焼ガスの入口温度変化に対して相関性を持って変化する値又は前記入口温度である入口温度相関値であり、前記第二パラメータは、前記ガスタービンの出力と、前記ガスタービンが許容する最大負荷に対する現在の負荷の割合である負荷率と、複数の前記燃料系統から前記燃焼器に供給される全燃料の流量と、前記圧縮機が吸い込む前記空気の流量とのうち、いずれか一つであってもよい。

前記第一パラメータ及び前記第二パラメータを受け付ける、以上のいずれかの前記流量比算出方法において、前記補正値演算工程は、前記負荷相関値が増加しているときの前記第二パラメータと前記流量比の補正値との予め定められた増加時関係を用いて、前記負荷相関値が増加しているときの前記第二パラメータの値に応じた補正値を求める増加時補正値演算工程と、前記負荷相関値が減少しているときの前記第二パラメータと前記流量比の補正値との予め定められた減少時関係を用いて、前記負荷相関値が減少しているときの前記第二パラメータの値に応じた補正値を求める減少時補正値演算工程と、を含み、前記補正工程では、前記変動検知工程で前記負荷相関値の増加が検知されると、前記流量比演算工程で求められた前記流量比を前記増加時補正値演算工程で求められた前記補正値で補正し、前記変動検知工程で前記負荷相関値の減少が検知されると、前記流量比演算工程で求められた前記流量比を前記減少時補正値演算工程で求められた前記補正値で補正してもよい。

また、以上のいずれかの前記流量比算出方法において、前記補正工程は、出力する補正値を、時間経過に伴って前記補正値演算工程で求められた前記補正値に近づくよう変化させる補正値調節工程と、前記補正値調節工程で変化させられた補正値を用いて前記流量比演算工程で求められた前記流量比を補正する流量比補正工程と、を含んでもよい。

上記目的を達成するための発明に係る一態様としての燃料系統の制御方法は、
以上のいずれかの流量比算出方法を実行すると共に、複数の燃料系統から前記燃焼器に供給する燃料の全流量を求める全流量演算工程と、前記全流量演算工程で求められた前記全流量と、前記流量比算出方法で算出された前記流量比とを用いて、複数の燃料系統毎の燃料流量を求める系統流量演算工程と、複数の前記燃料系統毎の燃料流量が前記系統流量演算工程で求められた前記燃料流量になるよう、複数の前記燃料系統毎に設けられている燃料流量調節弁に対して制御信号を出力する弁制御工程と、を実行する。

本発明の一態様によれば、ランバック運転時に限らず、負荷の低下時や負荷の増加時における燃焼器での燃焼安定性を高めることができる。

本発明に係る一実施形態におけるガスタービンプラントの系統図である。 本発明に係る一実施形態における燃焼器の断面図である。 本発明に係る一実施形態における燃焼器の要部断面図である。 本発明に係る一実施形態における制御装置の機能ブロック図である。 本発明に係る一実施形態における燃焼負荷指令発生器の機能ブロック図である。 本発明に係る一実施形態における負荷率演算器の機能ブロック図である。 本発明に係る一実施形態における燃料流量指令発生器の機能ブロック図である。 本発明に係る一実施形態における系統流量演算器及び弁制御器の機能ブロック図である。 本発明に係る一実施形態におけるパイロット比算出器の機能ブロック図である。 本発明に係る一実施形態におけるトップハット比算出器の機能ブロック図である。 本発明に係る一実施形態における補正前のパイロット比（ＰＬ_０比）と燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯとの関係を示すグラフである。 本発明に係る一実施形態における補正前のパイロット比（ＰＬ_０比）と負荷率％Ｌｏａｄとの関係、及びパイロット比の補正値Ｃｉ，Ｃｄと負荷率％Ｌｏａｄとの関係を示すグラフである。 本発明に係る一実施形態における補正前のトップハット比（ＴＨ_０比）と燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯとの関係を示すグラフである。 本発明に係る一実施形態における補正前のトップハット比（ＴＨ_０比）と負荷率％Ｌｏａｄとの関係、及びトップハット比の補正値Ｃｉ、Ｃｄと負荷率％Ｌｏａｄとの関係を示すグラフである。 本発明に係る一実施形態におけるパイロット比算出器の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る流量比算出装置、制御装置、この制御装置を備えているガスタービンプラントの一実施形態について、図面を用いて説明する。

本実施形態のガスタービンプラントは、図１に示すように、ガスタービン１０と、ガスタービン１０の駆動で発電する発電機２９と、を備えている。ガスタービン１０は、空気を圧縮する圧縮機１１と、圧縮機１１で圧縮された空気中で燃料Ｆを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器３１と、高温高圧の燃焼ガスにより駆動するタービン２１と、を備えている。

圧縮機１１は、軸線を中心として回転する圧縮機ロータ１３と、この圧縮機ロータ１３を回転可能に覆う圧縮機ケーシング１２と、この圧縮機ケーシング１２の吸込み口に設けられているＩＧＶ（inlet guide vａne）１４と、を有する。ＩＧＶ１４は、複数のガイドベーン１５と、複数のガイドベーン１５を駆動する駆動器１６とを有し、圧縮機ケーシング１２内に吸い込まれる空気の流量を調節する。

タービン２１は、燃焼器３１からの燃焼ガスにより、軸線を中心として回転するタービンロータ２３と、このタービンロータ２３を回転可能に覆うタービンケーシング２２と、を有する。タービンロータ２３と圧縮機ロータ１３とは、同一の軸線を中心として回転するもので、相互に連結されて、ガスタービンロータ２８を成している。このガスタービンロータ２８には、発電機２９のロータが接続されている。

燃焼器３１は、図２に示すように、タービンケーシング２２に固定されている外筒３２と、タービンケーシング２２内に配置され、燃焼ガスをタービン２１の燃焼ガス流路中に送る燃焼筒（又は尾筒）３３と、この燃焼筒３３内に燃料及び空気を供給する燃料供給器４１と、を備える。

燃料供給器４１は、図２及び図３に示すように、内筒４２と、内筒４２の中心軸線上に配置されているパイロットバーナ４３と、このパイロットバーナ４３を中心として周方向に等間隔で配置されている複数のメインバーナ５３と、外筒３２の内周側で内筒４２の外周側に配置されているトップハットノズル５１と、を有する。なお、以下では、内筒４２の中心軸線が延びる方向で、燃焼筒３３内で燃焼ガスＧが流れていく側を下流側とし、その反対側を上流側とする。

パイロットバーナ４３は、内筒４２の中心軸線上に配置されているパイロットノズル４４と、このパイロットノズル４４の外周を囲む筒状のパイロット空気用筒４５と、を有する。パイロット空気用筒４５の下流側は、下流側に向かうに連れて次第に拡径されたパイロットコーン４６を成している。パイロット空気用筒４５の内周側には、圧縮機１１からの圧縮空気Ａｃがパイロット空気Ａｐとして流れるパイロット空気流路４８を成している。パイロットノズル４４から噴射されたパイロット燃料Ｆｐは、このパイロット空気流路４８から噴出したパイロット空気Ａｐ中で燃焼（拡散燃焼）して、拡散火炎４９を形成する。

メインバーナ５３は、パイロット空気用筒４５の外周を囲む筒状のメイン空気用内筒５５と、メイン空気用内筒５５の外周を囲む筒状のメイン空気用外筒５６と、メイン空気用内筒５５の外周側とメイン空気用外筒５６の内周側との間の環状の空間を周方向に複数に分割する仕切板５７と、複数の仕切板５７の相互間に配置されているメインノズル５４と、を有する。メイン空気用内筒５５とメイン空気用外筒５６と複数の仕切板５７で画定される複数の空間は、圧縮機１１からの圧縮空気Ａｃがメイン空気Ａｍとして流れるメイン空気流路５８を成している。このメイン空気流路５８を流れるメイン空気Ａｍには、このメイン空気流路５８内に配置されているメインノズル５４からメイン燃料Ｆｍが噴射される。このため、メイン空気流路５８内でメインノズル５４の先端（下流端）よりも下流側には、メイン空気Ａｍとメイン燃料Ｆｍとが混ざり合った予混合気体が流れる。この予混合気体は、メイン空気流路５８から流出すると燃焼（予混合燃焼）して、予混合火炎５９を形成する。前述の拡散火炎４９は、この予混合火炎５９を保炎する役目を担っている。

外筒３２の内周側と内筒４２の外周側との空間は、圧縮機１１からの圧縮空気Ａｃを内筒４２内に導く圧縮空気流路５２を成している。トップハットノズル５１は、この圧縮空気流路５２にトップハット燃料Ｆｔを噴射する。このため、トップハット燃料Ｆｔが圧縮空気流路５２に噴射されると、メイン空気Ａｍ及びパイロット空気Ａｐ中にトップハット燃料Ｆｔが混入することになる。

本実施形態のガスタービンプラントは、さらに、図１及び図２に示すように、パイロットノズル４４にパイロット燃料Ｆｐを送るパイロット燃料ライン６１と、メインノズル５４にメイン燃料Ｆｍを送るメイン燃料ライン６２と、トップハットノズル５１にトップハット燃料Ｆｔを送るトップハット燃料ライン６３と、パイロット燃料Ｆｐの流量を調節するパイロット燃料弁６５と、メイン燃料Ｆｍの流量を調節するメイン燃料弁６６と、トップハット燃料Ｆｔの流量を調節するトップハット燃料弁６７と、これらの燃料弁６５,６６,６７の動作等を制御する制御装置１００と、を備える。

パイロット燃料ライン６１、メイン燃料ライン６２及びトップハット燃料ライン６３は、いずれも燃料ライン６０から分岐したラインである。パイロット燃料弁６５は、パイロット燃料ライン６１に設けられ、メイン燃料弁６６は、メイン燃料ライン６２に設けられ、トップハット燃料弁６７は、トップハット燃料ライン６３に設けられている。

本実施形態のガスタービンプラントは、さらに、図１に示すように、ガスタービンロータ２８の回転数Ｎを検知する回転数計７１と、発電機２９の出力ＰＷを検知する出力計７２と、圧縮機１１が吸い込む空気Ａの温度である吸気温度Ｔｉを検知する吸気温度計７３と、圧縮機１１が吸い込む空気の圧力である吸気圧（大気圧）Ｐｉを検知する吸気圧計７４と、タービン２１の最終段直後の燃焼ガスの温度であるブレードパス温度Ｔｂを検知するブレードパス温度計７５と、タービン２１の最終段よりも下流側の排気ダクト内の排気ガスの温度Ｔｅを検知する排気ガス温度計７６と、を備える。

制御装置１００は、図４に示すように、各検知計からの検知値等を受け付けるインタフェース１８０と、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯを発生する燃焼負荷指令発生器１１０と、ガスタービンの現時点における負荷率％Ｌｏａｄを求める負荷率演算器１２０と、燃料流量指令値ＣＳＯを発生する燃料流量指令発生器１３０と、全燃料流量に対するパイロット燃料流量Ｆｐｆの比であるパイロット比（ＰＬ比）を算出するパイロット比算出器１４０ｐと、全燃料流量に対するトップハット燃料流量Ｆｔｆの比であるトップハット比（ＴＨ比）を算出するトップハット比算出器１４０ｔと、各燃料ライン６１，６２，６３の流量を求める系統流量演算器１６０と、各燃料ライン６１，６２，６３の流量に応じて各燃料弁６５，６６，６７に制御信号を出力する弁制御器１７０と、を備える。なお、本実施形態において、パイロット比算出器１４０ｐとトップハット比算出器１４０ｔとで流量比算出装置１４０を構成している。

燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯは、タービン２１における燃焼ガスの入口温度を無次元化したパラメータで、この入口温度と正の相関性を持つパラメータである。燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯは、入口温度が下限値のときに０％、入口温度が上限値のときに１００％となるように設定される。例えば、入口温度の下限値を７００℃、入口温度の上限値を１５００℃としたとき、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯは以下の式で表される。

ＣＬＣＳＯ(％)＝{(発電機出力の実測値−７００℃MW)／(１５００℃MW−７００℃MW)}
×１００
なお、７００℃MWは、入口温度が下限値である７００℃のときにおける発電機出力であり、１５００℃MWは、入口温度が上限値である１５００℃のときにおける発電機出力である。

燃焼負荷指令発生器１１０は、図５に示すように、入口温度が下限値である７００℃のときにおける発電機出力７００℃MWを求める第一出力演算器１１１ａと、入口温度が上限値である１５００℃のときにおける発電機出力７００℃MWを求める第二出力演算器１１１ｂと、予め設定されている標準大気圧Ｐｓを発生する標準大気圧発生器１１２と、標準大気圧（標準吸気圧）Ｐｓに対する吸気圧計７４で検知された吸気圧Ｐｉの割合である吸気圧比Ｐｒを求める第一除算器１１３と、第一出力演算器１１１ａが求めた発電機出力７００℃MWに吸気圧比Ｐｒを乗算する第一乗算器１１４ａと、第二出力演算器１１１ｂが求めた発電機出力１５００℃MWに吸気圧比Ｐｒを乗算する第二乗算器１１４ｂと、出力計７２で検知された発電機２９の実測出力ＰＷから第一乗算器１１４ａでの乗算結果を減算する第一減算器１１５ａと、第二乗算器１１４ｂでの乗算結果から第一乗算器１１４ａでの乗算結果を減算する第二減算器１１５ｂと、第一減算器１１５ａでの減算結果を第二減算器１１５ｂでの減算結果で割る第二除算器１１６と、第二除算器１１６からの出力の増減レートを制限する制限器１１７と、を有する。

第一出力演算器１１１ａは、吸気温度ＴｉとＩＧＶ開度指令値とを変動パラメータとし、関数Ｈ_１ｘを用いて、入口温度が７００℃のときの発電機出力７００℃MWを求める。また、第二出力演算器１１１ｂは、吸気温度ＴｉとＩＧＶ開度指令値とを変動パラメータとし、関数Ｈ_２ｘを用いて、入口温度が１５００℃のときの発電機出力７００℃MWを求める。ここで、ＩＧＶ開度指令値は、制御装置１００がＩＧＶ１４の駆動器１６に与える指令値である。このＩＧＶ開度指令値は、例えば、圧縮機１１の入口の圧力である大気圧Ｐｉと圧縮機１１の出口の圧力等から求められる。これら出力演算器１１１ａ，１１１ｂは、吸気温度及びＩＧＶ開度指令値が基準値である場合における７００℃MW、１５００℃MWの既知の値を、実際の吸気温度Ｔｉ及びＩＧＶ開度指令値に対応する値に変更して、変更後の値を７００℃MW、１５００℃MWとして出力する。

これらの７００℃MW及び１５００℃MWは、さらに、吸気圧（大気圧）の実測値Ｐｉに基づき補正処理される。具体的に、第一除算器１１３は、標準大気圧発生器１１２からの標準吸気圧（標準大気圧）Ｐｓに対する、吸気圧計７４で検知された吸気圧（大気圧）Ｐｉの割合である吸気圧比Ｐｒを求める。第一乗算器１１４ａは、第一出力演算器１１１ａからの７００℃MWに吸気圧比Ｐｒを掛けて、７００℃MWを吸気圧比Ｐｒに対応する値に補正する。第二乗算器１１４ｂは、第二出力演算器１１１ｂからの１５００℃MWに吸気圧比Ｐｒを掛けて、１５００℃MWを吸気圧比Ｐｒに対応する値に補正する。すなわち、以上では、吸気温度及びＩＧＶ開度指令値が基準値である場合における７００℃MW、１５００℃MWの既知の値を、実測吸気温度Ｔｉ、ＩＧＶ開度指令値、及び実測吸気圧比Ｐｒに対応する値に補正する。

第一減算器１１５ａは、出力計７２で検知された発電機２９の実測出力ＰＷから、吸気圧比Ｐｒで補正された７００℃MWを減算する。すなわち、第一減算器１１５ａは、上記式の分子の値を求める。第二減算器１１５ｂは、吸気圧比Ｐｒで補正された１５００℃MWから、吸気圧比Ｐｒで補正された７００℃MWを減算する。すなわち、第二減算器１１５ｂは、上記式の分母の値を求める。

第二除算器１１６は、第一減算器１１５ａで求められた上記式の分子の値を、第二減算器１１５ｂで求められた上記式の分母の値で割り、この値を燃焼負荷指令値として出力する。制限器１１７は、第二除算器１１６からの燃焼負荷指令値の単位時間当たりの変化量である増減レートが予め定められた値以下になるよう、この燃焼負荷指令値の増減レートを制限する。

なお、以上では、タービン２１における燃焼ガスの入口温度の下限値を７００℃、その上限値を１５００℃にしたが、燃焼器３１の型式等によっては、タービン２１における燃焼ガスの入口温度の下限値及び上限値を以上の例と異なる値にしてもよい。

燃焼負荷指令発生器１１０からは、制限器１１７で増減レートが制限された燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯが出力される。

ガスタービン１０の負荷率％Ｌｏａｄは、現時点でのガスタービン１０の状態で許容される最大負荷ＰＷmaxに対する現在の負荷ＰＷの割合である。負荷率演算器１２０は、図６に示すように、現時点でのガスタービン１０の状態で許容される最大負荷ＰＷmaxを求める最大負荷演算器１２１と、出力計７２で検知された発電機２９の出力である実測負荷ＰＷを最大負荷ＰＷmaxで割る除算器１２７と、を有する。

最大負荷演算器１２１は、吸気圧Ｐｉに応じた最大負荷係数Ｉｐを求める第一負荷係数演算器１２２と、吸気温度Ｔｉに応じた最大負荷係数Ｉｔを求める第二負荷係数演算器１２３と、最大負荷係数Ｉｐと最大負荷係数Ｉｔとを乗算する第一乗算器１２４と、ガスタービン１０の運転時間に応じた劣化係数Ｋを発生する劣化係数発生器１２５と、第一乗算器１２４での乗算結果に劣化係数Ｋを乗算する第二乗算器１２６と、を有する。すなわち、最大負荷演算器１２１は、吸気圧計７４で検知された実測吸気圧Ｐｉと、吸気温度計７３で検知された実測吸気温度Ｔｉと、ガスタービン１０の劣化係数Ｋとに応じた最大負荷ＰＷmaxを求める。除算器１２７は、前述したように、出力計７２で検知された発電機２９の出力である実測負荷ＰＷを最大負荷ＰＷmaxで割り、これを負荷率％Ｌｏａｄとして出力する。

燃料流量指令値ＣＳＯは、燃焼器３１に供給する燃料の全流量（以下、全燃料流量とする）を示す値である。したがって、燃料流量指令発生器１３０は、全流量演算器として機能する。このため、燃料流量指令発生器１３０は、全燃料流量を求める全燃料流量演算工程を実行する。

燃料流量指令発生器１３０は、図７に示すように、ガスタービンロータ２８の回転数Ｎが目標回転数になるように全燃料流量を制御するための指令値を出力するガバナ制御器１３１と、発電機出力ＰＷが発電機出力指令値と一致するように全燃料流量を制御するための指令値を出力する負荷制御器１３２と、ガスタービンのブレードパス温度Ｔｂが上限値を超えないように全燃料流量を制御するための指令値を出力する第一温度制御器１３３と、排気ガス温度Ｔｅが上限値を超えないよう全燃料流量を制御するための指令値を出力する第二温度制御器１３４と、各制御器１３１〜１３４からの指令値のうちで最少の指令値を出力する低値選択器１３５と、低値選択器１３５からの指令の増減レートを制限する制限器１３６と、を有する。

ガバナ制御器１３１は、回転数計７１からガスタービンロータ２８の回転数Ｎを受け取り、このガスタービンロータ２８の回転数Ｎが目標回転数と一致するように全燃料流量を制御するための指令値ＧＶＣＳＯを出力する。具体的に、ガバナ制御器１３１は、ガスタービンロータ２８の実測回転数Ｎと予め設定されているＧＶ設定値とを比較し、比例制御信号を指令値ＧＶＣＳＯとして出力する。

負荷制御器１３２は、出力計７２から発電機２９の実測出力ＰＷと上位制御装置９０（図１参照）から発電機出力指令値とを受け取る。負荷制御器１３２は、実測出力ＰＷが発電機出力指令値と一致するように全燃料流量を制御するための指令値ＬＤＣＳＯを出力する。具体的に、負荷制御器１３２は、実測出力ＰＷと発電機出力指令値とを比較し、比例積分演算を行い、この結果を指令値ＬＤＣＳＯとして出力する。

第一温度制御器１３３は、ブレードパス温度計７５からブレードパス温度Ｔｂを受け取って、このブレードパス温度Ｔｂが上限値を超えないように全燃料流量を制御するための指令値ＢＰＣＳＯを出力する。具体的には、第一温度制御器１３３は、実測ブレードパス温度Ｔｂとその上限値とを比較し、比例積分演算を行い、この結果を指令値ＢＰＣＳＯとして出力する。

第二温度制御器１３４は、排気ガス温度計７６から排気ガス温度Ｔｅを受け取って、この排ガス温度Ｔｅが上限値を超えないように全燃料流量を制御するための指令値ＥＸＣＳＯを出力する。具体的に、第二温度制御器１３４は、実測排ガス温度Ｔｅとその上限値とを比較し、比例積分演算を行い、この結果を指令値ＥＸＣＳＯとして出力する。

低値選択器１３５は、各制御器１３１〜１３４からの指令値のうちで最少の指令値を選択し、この指令値を出力する。制限器１３６は、低値選択器１３５からの指令の増減レートを制限し、これを燃料流量指令値（全燃料流量指令値）ＣＳＯとして出力する。

パイロット比（ＰＬ比）は、全燃料流量に対するパイロット燃料流量Ｆｐｆの比である。パイロット比算出器１４０ｐは、図９に示すように、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯに応じたパイロット比であるＰＬ_０比を求めるＰＬ_０比演算器（流量比演算器）１４１ｐと、負荷率％Ｌｏａｄに応じた補正値を算出する補正値演算器１４２ｐと、燃料流量指令値ＣＳＯの変動を検知する変動検知器１４４と、ＰＬ_０比を補正値で補正する補正器１５１と、を有する。

ＰＬ_０比演算器１４１ｐは、タービン２１における燃焼ガスの入口温度と正の相関性を持つ燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯとＰＬ_０比との関係を規定する関数Ｆ_１ｘを持っている。関数Ｆ_１ｘは、図１１に示すように、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯの増加に伴って、つまり燃焼ガスの入口温度の上昇に伴って、次第にＰＬ_０比が小さくなる関数である。ＰＬ_０比演算器１４１ｐは、燃焼負荷指令発生器１１０から燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯを受け取り、関数Ｆ_１ｘを用いて、この燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯに対応したＰＬ_０比を求める。なお、ここでは、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯとＰＬ_０比との関係を関数Ｆ_１ｘで規定しているが、この関係をマップで規定してもよい。

補正値演算器１４２ｐは、燃料流量指令値ＣＳＯが増加しているときの増加時補正値Ｃｉを求める増加時補正値演算器１４３ｐａと、燃料流量指令値ＣＳＯが減少しているときの減少時補正値Ｃｄを求める減少時補正値演算器１４３ｐｂと、を有する。増加時補正値演算器１４３ｐａは、図１２に示すように、負荷率％Ｌｏａｄと増加時補正値Ｃｉとの関係を規定する関数Ｇ_１ｘを持っており、現在の負荷率％Ｌｏａｄに応じた増加時補正値Ｃｉを求める。また、減少時補正値演算器１４３ｐｂは、負荷率％Ｌｏａｄと減少時補正値Ｃｄとの関係を規定する関数Ｇ_２ｘを持っており、現在の負荷率％Ｌｏａｄに応じた増加時補正値Ｃｄを求める。

ＰＬ_０比は、図１２に示すように、負荷率％Ｌｏａｄの増加に伴って小さくされる。特に、負荷率％Ｌｏａｄが例えば６０％以上の高負荷率の場合には、ＮＯｘの低減を図るためにＰＬ_０比をより小さくする傾向がある。よって、高負荷率の場合、燃焼器３１内で燃料が安定燃焼するための条件としては、厳しい条件になっている。増加時補正値Ｃｉ及び減少時補正値Ｃｄは、いずれも、この高負荷率の場合に、ＰＬ_０比を補って、ＰＬ比を大きくするための補正値である。減少時補正値Ｃｄは、ここでは、同一負荷率％Ｌｏａｄにおける増加時補正値Ｃｉよりも大きく設定されている。

燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯは、前述したように、タービン２１における燃焼ガスの入口温度と正の相関性を持つパラメータである。従って、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯは、入口温度が高いときには大きな値になり、入口温度が低いときには小さな値になる。ところで、燃焼器３１への燃料流量を増加させたことで、タービン２１における燃焼ガスの入口温度が高くなっても、直ちに発電機出力が高まらない。また、燃焼器３１への燃料流量を減少させたことで、タービン２１における燃焼ガスの入口温度が低くなっても、直ちに発電機出力が低下しない。すなわち、燃焼器３１への燃料流量を増減変化させたことで、タービン２１における燃焼ガスの入口温度が変化しても、直ちに発電機出力は変化しない。このため、実測した発電機出力ＰＷを用いて求める燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯは、燃焼器３１への燃料流量を増減変化させた場合、直ちにタービン２１における燃焼ガスの入口温度に対応した値にならない。

よって、燃料が安定燃焼するために厳しい条件下である高負荷率のときに、燃焼器３１への燃料流量を増減変化させた場合、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯに基づいて定めたＰＬ_０比では、燃焼器３１内での燃焼が不安定になるおそれがある。そこで、本実施形態では、高負荷率のときに燃焼器３１への燃料流量を増減変化させる場合に、増加時補正値Ｃｉ及び減少時補正値Ｃｄを用いてＰＬ_０比を補うようにしている。特に、燃焼器３１への燃料流量を減少させる場合には、燃焼器３１内での燃焼が不安定になる傾向が強いため、本実施形態では、増加時補正値Ｃｉよりも大きな値である減少時補正値Ｃｄを用いてＰＬ_０比を補うようにしている。このため、燃料減少時における補正後のＰＬｄ比は、前述したように、燃料増加時における補正後のＰＬｉ比よりも大きな値になる。

増加時補正値演算器１４３ｐａ及び減少時補正値演算器１４３ｐｂは、いずれも、負荷率演算器１２０から負荷率％Ｌｏａｄを受け取る。増加時補正値演算器１４３ｐａは、関数Ｇ_１ｘを用いて、この負荷率％Ｌｏａｄに応じた増加時補正値Ｃｉを求める。また、減少時補正値演算器１４３ｐｂは、関数Ｇ_２ｘを用いて、この負荷率％Ｌｏａｄに応じた減少時補正値Ｃｄを求める。

変動検知器１４４は、燃料流量指令発生器１３０からの燃料流量指令値ＣＳＯを所定時時間後に出力する遅延器１４５と、燃料流量指令発生器１３０からの燃料流量指令値ＣＳＯと遅延器１４５からの燃料流量指令値ＣＳＯとの差を求める減算器１４６と、減算結果に応じて燃料流量指令値ＣＳＯが所定値以上増加しているか又は所定値以上減少しているかを判断する増減判断器１４７と、を有する。増減判断器１４７は、減算器１４６による減算結果が正の値で且つこの値が所定値以上の場合には、増加している旨を示す「＋１」を出力し、減算器による減算結果が負の値で且つこの値が所定値以下の場合には、減少している旨を示す「−１」を出力し、他の場合には、増減変化していない旨を示す「０」を出力する。

補正器１５１は、増加時補正値Ｃｉの増減レートを制限する制限係数を出力する増加時係数発生器１５２ａと、減少時補正値Ｃｄの増減レートを制限する制限係数を出力する減少時係数発生器１５２ｂと、増加時補正値Ｃｉに制限係数を掛ける第一乗算器１５３ａと、減少時補正値Ｃｄに制限係数を掛ける第二乗算器１５３ｂと、増減レートが制限された増加時補正値Ｃｉ又は減少時補正値ＣｄをＰＬ_０比に加える加算器（流量比補正器）１５４と、を有する。このように、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯに基づいて定めたＰＬ_０比に、増減レートが制限された増加時補正値Ｃｉ又は減少時補正値ＣｄをＰＬ_０比に加えることで、本実施形態では、高負荷率のときに燃焼器３１への燃料流量を増減変化させた場合のＰＬ_０比を補っている。この加算器１５４による加算結果が補正されたＰＬ比としてパイロット比算出器１４０ｐから出力される。

なお、本実施形態では、増加時係数発生器１５２ａと第一乗算器１５３ａとで、出力する補正値を時間経過に伴って増加時補正値演算器１４３ｐａで求められた増加時補正値Ｃｉに近づくよう変化させる補正値調節器を構成している。また、本実施形態では、減少時係数発生器１５２ｂと第二乗算器１５３ｂとで、出力する補正値を時間経過に伴って減少時補正値演算器１４３ｐｂで求められた減少時補正値Ｃｄに近づくよう変化させる補正値調節器を構成している。

図１５に示すフローチャートに従って、以上で説明したパイロット比算出器１４０ｐの動作について説明する。

パイロット比算出器１４０ｐのＰＬ_０比演算器（流量比演算器）１４１ｐは、関数Ｆ_１ｘを用いて燃焼負荷指令ＣＬＣＳＯに対応したＰＬ_０比を求める（Ｓ１：流量比演算工程）。

パイロット比算出器１４０ｐの補正値演算器１４２ｐは、負荷率％Ｌｏａｄに応じた補正値Ｃｉ,Ｃｄを求める（Ｓ２：補正値演算工程）。具体的に、補正値演算器１４２ｐの増加時補正値演算器１４３ｐａは、前述したように、関数Ｇ_１ｘを用いて、現在の負荷率％Ｌｏａｄに応じた増加時補正値Ｃｉを求める（Ｓ２ａ：増加時補正値演算工程）。また、減少時補正値演算器１４３ｐｂは、関数Ｇ_２ｘを用いて、現在の負荷率％Ｌｏａｄに応じた減少時補正値Ｃｄを求める（Ｓ２ｂ；減少時補正値演算工程）。

パイロット比算出器１４０ｐの変動検知器１４４は、単位時間当たりの燃料流量指令値ＣＳＯの増加量が所定値以上の場合に、増加している旨を示す「＋１」を出力し、単位時間当たりの燃料流量指令値ＣＳＯの減少量が所定値以上の場合に、減少している旨を示す「−１」を出力する。また、変動検知器１４４は、その他の場合には、単位時間当たりの燃料流量指令値ＣＳＯが増減変化していない旨を示す「０」を出力する（Ｓ３：変動検知工程）。

補正器１５１は、変動検知器１４４が燃料流量指令値ＣＳＯの増加している旨を示す「＋１」を出力するか、又は燃料流量指令値ＣＳＯの減少している旨を示す「−１」を出力すると、補正値演算器１４２ｐが求めた補正値Ｃｉ又は補正値Ｃｄを用いて、ＰＬ_０比演算器１４１ｐが求めたＰＬ_０比を補正する（Ｓ４：補正工程）。具体的に、変動検知器１４４が燃料流量指令値ＣＳＯの増加している旨を示す「＋１」を出力すると、補正器１５１の増加時係数発生器１５２ａは、増加時補正値Ｃｉの増減レートを制限する制限係数を出力する。補正器１５１の第一乗算器１５３ａは、この制限係数を受け付けると、増加時係数発生器１５２ａからの増加時補正値Ｃｉにこの制限係数を掛けて、増減レートを制限した増加時補正値Ｃｉを出力する。加算器１５４は、ＰＬ_０比演算器１４１ｐからのＰＬ_０比に、増減レートを制限した増加時補正値Ｃｉを加えて、これを補正されたＰＬｉ比（図１２参照）として出力する（Ｓ４ａ：増加時補正工程）。また、変動検知器１４４が燃料流量指令値ＣＳＯの減少している旨を示す「−１」を出力すると、減少時係数発生器１５２ｂは、減少時補正値Ｃｄの増減レートを制限する制限係数を出力する。第二乗算器１５３ｂは、この制限係数を受け付けると、減少時係数発生器１５２ｂからの減少時補正値Ｃｄにこの制限係数を掛けて、増減レートを制限した減少時補正値Ｃｄを出力する。加算器１５４は、ＰＬ_０比演算器１４１ｐからのＰＬ_０比に、増減レートを制限した減少時補正値Ｃｄを加えて、これを補正されたＰＬｄ比（図１２参照）として出力する（Ｓ４ｂ：減少時補正工程）。

なお、補正器１５１は、変動検知器１４４が「０」を出力した時には、第一乗算器１５３ａ及び第二乗算器１５３ｂからの出力が「０」になるため、ＰＬ_０比演算器１４１ｐからのＰＬ_０比が補正されず、ＰＬ_０比をＰＬ比として出力する。また、負荷率％Ｌｏａｄが高負荷率でない場合、補正値演算器１４２ｐからは補正値として「０」が出力されるため、第一乗算器１５３ａ及び第二乗算器１５３ｂからの出力も「０」になる。このため、負荷率％Ｌｏａｄが高負荷率でない場合も、ＰＬ_０比演算器１４１ｐからＰＬ_０比が補正されず、ＰＬ_０比をＰＬ比として出力する。すなわち、補正器１５１は、負荷率％Ｌｏａｄが高負荷率であり且つ燃料流量指令値ＣＳＯが所定以上の増減変動した場合のみ、ＰＬ_０比演算器１４１ｐからのＰＬ_０比を補正する。

なお、図１５に示すフローチャートでは、流量比演算工程（Ｓ１）を実行した後、補正値演算工程（Ｓ２）を実行し、その後、変動検知工程（Ｓ３）を実行するように描いているが、実際には、流量比演算工程（Ｓ１）、補正値演算工程（Ｓ２）、及び変動検知工程（Ｓ３）を並行して実行する。

トップハット比（ＴＨ比）は、全燃料流量に対するトップハット燃料流量Ｆｔｆの比である。トップハット比算出器１４０ｔは、図１０に示すように、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯに応じたトップハット比であるＴＨ_０比を求めるＴＨ_０比演算器（流量比演算器）１４１ｔと、負荷率％Ｌｏａｄに応じた補正値を算出する補正値演算器１４２ｔと、燃料流量指令値ＣＳＯの変動を検知する変動検知器１４４と、ＴＨ_０比を補正値で補正する補正器１５１と、を有する。

ＴＨ_０比演算器１４１ｔは、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯとＴＨ_０比との関係を規定する関数Ｆ_２ｘを持っている。関数Ｆ_２ｘは、図１３に示すように、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯの増加に伴って、つまり燃焼ガスの入口温度の上昇に伴って、次第にＴＨ_０比が大きくなる関数である。ＴＨ_０比演算器１４１ｔは、燃焼負荷指令発生器１１０から燃焼負荷指令ＣＬＣＳＯを受け取り、関数Ｆ_２ｘを用いて、この燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯに対応したＴＨ_０比を求める。なお、ここでは、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯとＴＨ_０比との関係を関数Ｆ_２ｘで規定しているが、この関係をマップで規定してもよい。

補正値演算器１４２ｔは、燃料流量指令値ＣＳＯが増加しているときの増加時補正値Ｃｉを求める増加時補正値演算器１４３ｔａと、燃料流量指令値ＣＳＯが減少しているときの減少時補正値Ｃｄを求める減少時補正値演算器１４３ｔｂとを有する。増加時補正値演算器１４３ｔａは、図１４に示すように、負荷率％Ｌｏａｄと増加時補正値Ｃｉとの関係を規定する関数Ｇ_３ｘを持っており、現在の負荷率％Ｌｏａｄに応じた増加時補正値Ｃｉを求める。また、減少時補正値演算器１４３ｔｂは、負荷率％Ｌｏａｄと減少時補正値Ｃｄとの関係を規定する関数Ｇ_４ｘを持っており、現在の負荷率％Ｌｏａｄに応じた増加時補正値Ｃｄを求める。これら増加時補正値Ｃｉ及び減少時補正値Ｃｄは、いずれも負の値である。また、減少時補正値Ｃｄは、ここでは、同一負荷率％Ｌｏａｄにおける増加時補正値Ｃｉよりも大きく設定されている。言い換えると、減少時補正値Ｃｄの絶対値は、ここでは、同一負荷率％Ｌｏａｄにおける増加時補正値Ｃｉの絶対値よりも小さく設定されている。

ＴＨ_０比は、図１４に示すように、基本的に、負荷率％Ｌｏａｄの増加に伴って大きくされる。但し、ここでのＴＨ_０比は、負荷率％Ｌｏａｄが例えば６０％以上の高負荷率の場合、負荷率％Ｌｏａｄが増加してもほぼ一定である。

燃焼器は、その構造や、燃焼器に投入される燃料の物性等により、その構造等に応じた負荷率で燃焼振動の傾向が強くなることがある。本実施形態の燃焼器３１では、高負荷率のときに燃焼振動の傾向が強くなる。本実施形態の燃焼器３１では、この高負荷率のときで且つ燃料流量指令値ＣＳＯが増減変化するときにＴＨ比を小さくすると、燃焼振動を抑制できる。そこで、本実施形態のＴＨ_０比の増加時補正値Ｃｉ及び減少時補正値Ｃｄは、いずれも、高負荷率の場合に、補正後のＴＨ比を小さくする負の値の補正値である。

変動検知器１４４は、パイロット比算出器１４０ｐの変動検知器１４４と同一構成である。このため、この変動検知器１４４は、単位時間当たりの燃料流量指令値ＣＳＯの増加量が所定値以上の場合に、増加している旨を示す「＋１」を出力し、単位時間当たりの燃料流量指令値ＣＳＯの減少量が所定値以上の場合に、減少している旨を示す「−１」を出力する。また、変動検知器１４４は、その他の場合には、単位時間当たりの燃料流量指令値ＣＳＯが増減変化していない旨を示す「０」を出力する。

補正器１５１は、パイロット比算出器１４０ｐの補正器１５１と同一構成である。このため、この補正器１５１は、変動検知器１４４が燃料流量指令値ＣＳＯの増加している旨を示す「＋１」を出力するか、又は燃料流量指令値ＣＳＯの減少している旨を示す「−１」を出力すると、補正値演算器１４２ｔが求めた補正値Ｃｉ又は補正値Ｃｄを用いて、ＴＨ_０比演算器１４１ｔが求めたＴＨ_０比を補正する。

以上で説明したトップハット比算出器１４０ｔの動作は、図１５を用いて前述したパイロット比算出器１４０ｐの動作と同一である。但し、トップハット比算出器１４０ｔの補正値演算器１４２ｔが求める増加時補正値Ｃｉ及び減少時補正値Ｃｄは、いずれも負の値であるため、補正器１５１により補正されたＴＨｉ比、ＴＨｄ比（図１４参照）は、いずれも、補正前のＴＨ_０比より小さくなる。

なお、以上は、高負荷率のときに燃焼振動の傾向が強くなる燃焼器３１に対するＴＨ_０比の補正例である。しかしながら、例えば、５０％〜６０％程度の中負荷率のときに燃焼振動の傾向が強くなる燃焼器も存在する。この場合、補正値演算器１４２ｔは、ＴＨ_０比の補正値として、中負荷率における補正値を定めることになる。また、以上は、ＴＨ比を小さくすることで燃焼振動を抑制できる燃焼器３１に対するＴＨ_０比の補正例である。しかしながら、ＴＨ比を大きくすることで燃焼振動を抑制できる燃焼器も存在する。この場合、ＴＨ_０比の補正として、補正器１５１が正の値の補正値を定め、この補正値をＴＨ_０比に加算することになる。また、以上では、減少時補正値Ｃｄを同一負荷率％Ｌｏａｄにおける増加時補正値Ｃｉよりも大きく設定している。しかしながら、燃焼器によっては、減少時補正値Ｃｄを同一負荷率％Ｌｏａｄにおける増加時補正値Ｃｉよりも小さく設定する場合もある。

系統流量演算器１６０は、図８に示すように、パイロット比算出器１４０ｐが求めたＰＬ比を用いてパイロット燃料流量Ｆｐｆを求める第一乗算器１６１と、トップハット比算出器１４０ｔが求めたＴＨ比を用いてトッププハット燃料流量Ｆｔｆを求める第二乗算器１６２と、全燃料流量を示す燃料流量指令値ＣＳＯからトップハット燃料流量Ｆｔｆを減算する第一減算器１６３と、第一減算器１６３の減算結果からさらにパイロット燃料流量Ｆｐｆを減算する第二減算器１６４と、を有する。

第一乗算器１６１は、全燃料流量を示す燃料流量指令値ＣＳＯにパイロット比算出器１４０ｐが求めたＰＬ比を掛けて、パイロット燃料流量Ｆｐｆを求め、これを弁制御器１７０に出力する。第二乗算器１６２は、全燃料流量を示す燃料流量指令値ＣＳＯにトップハット比算出器１４０ｔが求めたＴＨ比を掛けて、トップハット燃料流量Ｆｔｆを求め、これを弁制御器１７０に出力する。第一減算器１６３は、前述したように、全燃料流量を示す燃料流量指令値ＣＳＯからトップハット燃料流量Ｆｔｆを減算する。第二減算器１６４は、第一減算器１６３の減算結果からさらにパイロット燃料流量Ｆｐｆを減算し、この減算結果をメイン燃料流量Ｆｍｆとして弁制御器１７０に出力する。すなわち、この系統流量演算器１６０は、各燃料流量を求める系統流量演算工程を実行する。

弁制御器１７０は、図８に示すように、パイロット燃料弁６５の駆動量を求める弁駆動量演算器１７１と、パイロット燃料弁６５に制御信号を出力する弁制御信号出力器１７５と、トップハット燃料弁６７の駆動量を求める弁駆動量演算器１７２と、トップハット燃料弁６７に制御信号を出力する弁制御信号出力器１７６と、メイン燃料弁６６の駆動量を求める弁駆動量演算器１７３と、メイン燃料弁６６に制御信号を出力する弁制御信号出力器１７７と、を有する。

パイロット燃料弁６５の駆動量を求める弁駆動量演算器１７１は、系統流量演算器１６０が求めたパイロット燃料流量Ｆｐｆに応じて、パイロット燃料弁６５の駆動量を求める。弁制御信号出力器１７５は、このパイロット燃料弁６５の駆動量に応じた制御信号を作成して、この制御信号をパイロット燃料弁６５に出力する。トップハット燃料弁６７の駆動量を求める弁駆動量演算器１７２は、系統流量演算器１６０が求めたトップハット燃料流量Ｆｔｆに応じて、トップハット燃料弁６７の駆動量を求める。弁制御信号出力器１７６は、このトップハット燃料弁６７の駆動量に応じた制御信号を作成して、この制御信号をトップハット燃料弁６７に出力する。メイン燃料弁６６の駆動量を求める弁駆動量演算器１７３は、系統流量演算器１６０が求めたメイン燃料流量Ｆｍｆに応じて、メイン燃料弁６６の駆動量を求める。弁制御信号出力器１７７は、このメイン燃料弁６６の駆動量に応じた制御信号を作成して、この制御信号をメイン燃料弁６６に出力する。すなわち、この弁制御器１７０は、各燃料弁に対して制御信号を出力する弁制御工程を実行する。

各弁制御信号出力器１７５，１７６，１７７から各燃料弁６５，６６，６７に制御信号が出力されると、各燃料弁６５，６６，６７は、制御信号が示す駆動量に応じて駆動する。この結果、パイロット燃料ライン６１には、パイロット比算出器１４０ｐが求めたＰＬ比に応じた流量Ｆｐｆのパイロット燃料Ｆｐが流れる。トップハット燃料ライン６３には、トップハット比算出器１４０ｔが求めたＴＨ比に応じた流量Ｆｔｆのトップハット燃料Ｆｔが流れる。また、メイン燃料ライン６２には、全燃料流量からパイロット燃料流量Ｆｐｆ及びトップハット燃料流量Ｆｔｆを引いた流量Ｆｍｆのメイン燃料Ｆｍが流れる。

以上のように、本実施形態では、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯに基づいて定めた各燃料の流量比について、燃料流量指令値ＣＳＯが変動したときにガスタービンの負荷率に応じて補正している。このため、負荷変化時の過渡的な燃焼振動を抑制し、燃焼器３１での燃焼安定性を高めることができる。しかも、本実施形態では、ランバック運転時に限らず、負荷の低下時や負荷の増加時における燃焼器での燃焼安定性を高めることができる。

なお、本実施形態の流量比算出器１４０ｐ，１４０ｔは、燃焼負荷指令ＣＬＣＳＯに基づいて各燃料の補正前の流量比を定めている。しかしながら、流量比算出器１４０ｐ，１４０ｔは、タービン２１における燃焼ガスの入口温度変化に対して相関性を持って変化する値又はこの入口温度である入口温度相関値に基づいて、各燃料の補正前の流量比を定めてもよい。

燃焼器３１内での燃焼状態は、上記入口温度相関値と、燃焼器３１内における燃焼ガスの流速変化に対して相関性を持って変化する流速相関値とで特定することができる。この流速相関値には、補正値を求める際に用いた負荷率の他、ガスタービン１０の出力（発電機出力）、燃焼器３１に供給される燃料の全流量、圧縮機１１が吸い込む空気の流量等がある。このため、上記入口温度相関値を第一パラメータとし、この第一パラメータを用いて各燃料の補正前の流量比を定めた場合、ガスタービン１０の出力、燃焼器３１に供給される全燃料の流量、圧縮機１１が吸い込む空気の流量等のいずれか一つのパラメータを第二パラメータとし、この第二パラメータを用いて補正値を定めてもよい。

また、本実施形態の変動検知器１４４は、燃料流量指令値ＣＳＯの変動を検知することにより負荷指令の変動を検知する。しかしながら、変動検知器１４４は、燃料流量指令値ＣＳＯ以外で、ガスタービンの負荷変化に対して相関性を持って変化する値又は負荷の値（発電機出力）である負荷相関値の変動を検知してもよい。

１０：ガスタービン、１１：圧縮機、１４：ＩＧＶ、２１：タービン、３１：燃焼器、３３：燃焼筒（又は尾筒）、４３：パイロットバーナ、４４：パイロットノズル、５１：トップハットノズル、５３：メインバーナ、５４：メインノズル、６０：燃料ライン、６１：パイロット燃料ライン、６２：メイン燃料ライン、６３：トップハット燃料ライン、６５：パイロット燃料弁、６６：メイン燃料弁、６７：トップハット燃料弁、７１：回転数計、７２：出力計、７３：吸気温度計、７４：吸気圧計、７５：ブレードパス温度計、７６：排気ガス温度計、１００：制御装置、１１０：燃焼負荷指令発生器、１２０：負荷率演算器、１３０：燃料流量指令発生器（全流量演算器）、１４０：流量比算出装置（流量比算出器）、１４０ｐ：パイロット比算出器、１４１ｐ：ＰＬ_０比演算器（流量比演算器）、１４２ｐ：補正値演算器、１４３ｐａ：増加時補正値演算器、１４３ｐｂ：減少時補正値演算器、１４４：変動検知器、１５１：補正器、１５４：加算器（流量比補正器）、１４０ｔ：トップハット比算出器、１４１ｔ：ＴＨ_０比演算器（流量比演算器）、１４２ｔ：補正値演算器、１４３ｔａ：増加時補正値演算器、１４３ｔｂ：減少時補正値演算器、１６０：系統流量演算器、１７０：弁制御器、１８０：インタフェース

Claims (20)

1. 複数の燃料系統と、空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、複数の前記燃料系統からの燃料を前記圧縮空気中で燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスにより駆動するタービンとを備えるガスタービンで、複数の前記燃料系統を流れる前記燃料の流量比を算出する流量比算出装置において、
   前記燃焼器での燃焼状態を表すことができる複数のパラメータのうちの第一パラメータの値を受け付け、前記第一パラメータと前記流量比との予め定められた関係を用いて、受け付けた前記第一パラメータの値に応じた前記流量比を求める流量比演算器と、
   前記ガスタービンの負荷変化時における前記流量比の補正値を求める補正値演算器と、
   前記ガスタービンの負荷変化に対して相関性を持って変化する値又は前記負荷の値である負荷相関値の変動を検知する変動検知器と、
   前記変動検知器で前記負荷相関値の変動が検知されると、前記流量比演算器で求められた前記流量比を前記補正値演算器で求められた前記補正値で補正する補正器と、
   を備える流量比算出装置。
2. 請求項１に記載の流量比算出装置において、
   前記補正値演算器は、前記複数のパラメータのうち、前記第一パラメータと異なる第二パラメータの値を受け付け、前記第二パラメータと前記補正値との予め定められた関係を用いて、受け付けた前記第二パラメータの値に応じた前記補正値を求める、
   流量比算出装置。
3. 請求項２に記載の流量比算出装置において、
   前記第一パラメータは、前記タービンにおける前記燃焼ガスの入口温度変化に対して相関性を持って変化する値又は前記入口温度である入口温度相関値であり、
   前記第二パラメータは、前記ガスタービンの出力と、前記ガスタービンが許容する最大負荷に対する現在の負荷の割合である負荷率と、複数の前記燃料系統から前記燃焼器に供給される全燃料の流量と、前記圧縮機が吸い込む前記空気の流量とのうち、いずれか一つである、
   流量比算出装置。
4. 請求項２又は３に記載の流量比算出装置において、
   前記補正値演算器は、前記負荷相関値が増加しているときの前記第二パラメータと前記補正値との予め定められた増加時関係を用いて、前記負荷相関値が増加しているときの前記第二パラメータの値に応じた補正値を求める増加時補正値演算器と、前記負荷相関値が減少しているときの前記第二パラメータと前記補正値との予め定められた減少時関係を用いて、前記負荷相関値が減少しているときの前記第二パラメータの値に応じた補正値を求める減少時補正値演算器と、を有し、
   前記補正器は、前記変動検知器で前記負荷相関値の増加が検知されると、前記流量比演算器で求められた前記流量比を前記増加時補正値演算器で求められた前記補正値で補正し、前記変動検知器で前記負荷相関値の減少が検知されると、前記流量比演算器で求められた前記流量比を前記減少時補正値演算器で求められた前記補正値で補正する、
   流量比算出装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の流量比算出装置において、
   前記補正器は、出力する補正値を、時間経過に伴って前記補正値演算器で求められた前記補正値に近づくよう変化させる補正値調節器と、前記補正値調節器からの出力された補正値で前記流量比演算器で求められた前記流量比を補正する流量比補正器と、を有する、
   流量比算出装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の流量比算出装置において、
   前記燃焼器は、燃料を噴射するパイロットバーナ及びメインバーナを有しており、
   前記ガスタービンは、複数の燃料系統として、前記パイロットバーナに燃料を供給するパイロット燃料系統と、前記メインバーナに燃料を供給するメイン燃料系統とを有しており、
   前記流量比は、複数の燃料系統から前記燃焼器に供給する燃料の全流量に対する前記パイロット燃料系統から前記燃焼器に供給する燃料の流量の比であるパイロット燃料比を含む、
   流量比算出装置。
7. 請求項２又は３に記載の流量比算出装置において、
   前記燃焼器は、燃料を噴射するパイロットバーナ及びメインバーナを有しており、
   前記ガスタービンは、複数の燃料系統として、前記パイロットバーナに燃料を供給するパイロット燃料系統と、前記メインバーナに燃料を供給するメイン燃料系統とを有しており、
   前記流量比は、複数の燃料系統から前記燃焼器に供給する燃料の全流量に対する前記パイロット燃料系統から前記燃焼器に供給する燃料の流量の比であるパイロット燃料比を含み、
   前記補正値演算器は、前記負荷相関値が増加しているときの前記第二パラメータと前記補正値との予め定められた増加時関係を用いて、前記負荷相関値が増加しているときの前記第二パラメータの値に応じた補正値を求める増加時補正値演算器と、前記負荷相関値が減少しているときの前記第二パラメータと前記補正値との予め定められた減少時関係を用いて、前記負荷相関値が減少しているときの前記第二パラメータの値に応じた補正値を求める減少時補正値演算器と、を有し、
   前記補正器は、前記変動検知器で前記負荷相関値の増加が検知されると、前記流量比演算器で求められた前記流量比を前記増加時補正値演算器で求められた前記補正値で補正し、前記変動検知器で前記負荷相関値の減少が検知されると、前記流量比演算器で求められた前記流量比を前記減少時補正値演算器で求められた前記補正値で補正し、
   前記減少時補正値演算器は、前記第二パラメータの値が同一の値における前記増加時補正値演算器が求める補正値よりも大きな値の補正値を算出する、
   流量比算出装置。
8. 請求項４又は５に記載の流量比算出装置において、
   前記燃焼器は、燃料を噴射するパイロットバーナ及びメインバーナを有しており、
   前記ガスタービンは、複数の燃料系統として、前記パイロットバーナに燃料を供給するパイロット燃料系統と、前記メインバーナに燃料を供給するメイン燃料系統とを有しており、
   前記流量比は、複数の燃料系統から前記燃焼器に供給する燃料の全流量に対する前記パイロット燃料系統から前記燃焼器に供給する燃料の流量の比であるパイロット燃料比を含み、
   前記補正値演算器は、前記流量比演算器で算出された前記パイロット燃料比を大きくする前記補正値を算出する、
   流量比算出装置。
9. 請求項８に記載の流量比算出装置において、
   前記補正器は、前記変動検知器で前記負荷相関値の減少が検知されると、前記補正値演算器で求められた前記補正値を用いて、前記流量比演算器で算出された前記パイロット燃料比が大きくなるよう、前記パイロット燃料比を補正する、
   流量比算出装置。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の流量比算出装置において、
    前記燃焼器は、燃料を噴射するバーナを有しており、
    前記ガスタービンは、複数の燃料系統として、前記バーナに燃料を供給するバーナ燃料系統と、前記バーナに送られる空気中に燃料を供給するトップハット燃料系統とを有しており、
    前記流量比は、複数の燃料系統から前記燃焼器に供給する燃料の全流量に対する前記トップハット燃料系統から前記燃焼器に供給する燃料の流量の比であるトップハット燃料比を含む、
    流量比算出装置。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の流量比算出装置と、
    複数の前記燃料系統から前記燃焼器に供給する燃料の全流量を求める全流量演算器と、
    前記全流量演算器で求められた前記全流量と、前記流量比算出装置で算出された前記流量比とを用いて、複数の燃料系統毎の燃料流量を求める系統流量演算器と、
    複数の前記燃料系統毎の燃料流量が前記系統流量演算器で求められた前記燃料流量になるよう、複数の前記燃料系統毎に設けられている燃料流量調節弁に対して制御信号を出力する弁制御器と、
    を備えている制御装置。
12. 請求項１１に記載の制御装置において、
    前記タービンにおける前記燃焼ガスの入口温度変化に対して正の相関性を持って変化する燃焼負荷指令値を発生する燃焼負荷指令発生器を備え、
    前記流量比算出装置の前記流量比演算器は、前記燃焼負荷指令値を前記第一パラメータの値として、前記燃焼負荷指令値に応じた流量比を算出する、
    ことを特徴とする制御装置。
13. 請求項１１又は１２に記載の制御装置において、
    前記変動検知器は、前記全流量演算器で求められた前記全流量を前記負荷相関値として、前記負荷相関値の変動を検知する、
    ことを特徴とする制御装置。
14. 請求項１１から１３のいずれか一項に記載の制御装置と、
    前記ガスタービンと、
    を備えているガスタービンプラント。
15. 複数の燃料系統と、空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、複数の前記燃料系統からの燃料を前記圧縮空気中で燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスにより駆動するタービンとを備えるガスタービンで、複数の前記燃料系統を流れる前記燃料の流量比を算出する流量比算出方法において、
    前記燃焼器での燃焼状態を表すことができる複数のパラメータのうちの第一パラメータの値を受け付け、前記第一パラメータと前記流量比との予め定められた関係を用いて、受け付けた前記第一パラメータの値に応じた前記流量比を求める流量比演算工程と、
    前記ガスタービンの負荷変化時における前記流量比の補正値を求める補正値演算工程と、
    前記ガスタービンの負荷変化に対して相関性を持って変化する値又は前記負荷の値である負荷相関値の変動を検知する変動検知工程と、
    前記変動検知工程で前記負荷相関値の変動が検知されると、前記流量比演算工程で求められた前記流量比を前記補正値演算工程で求められた前記補正値で補正する補正工程と、
    を実行する流量比算出方法。
16. 請求項１５に記載の流量比算出方法において、
    前記補正値演算工程では、前記複数のパラメータのうち、前記第一パラメータと異なる第二パラメータの値を受け付け、前記第二パラメータと前記補正値との予め定められた関係を用いて、受け付けた前記第二パラメータの値に応じた前記補正値を求める、
    流量比算出方法。
17. 請求項１６に記載の流量比算出方法において、
    前記第一パラメータは、前記タービンにおける前記燃焼ガスの入口温度変化に対して相関性を持って変化する値又は前記入口温度である入口温度相関値であり、
    前記第二パラメータは、前記ガスタービンの出力と、前記ガスタービンが許容する最大負荷に対する現在の負荷の割合である負荷率と、複数の前記燃料系統から前記燃焼器に供給される全燃料の流量と、前記圧縮機が吸い込む前記空気の流量とのうち、いずれか一つである、
    流量比算出方法。
18. 請求項１６又は１７に記載の流量比算出方法において、
    前記補正値演算工程は、前記負荷相関値が増加しているときの前記第二パラメータと前記流量比の補正値との予め定められた増加時関係を用いて、前記負荷相関値が増加しているときの前記第二パラメータの値に応じた補正値を求める増加時補正値演算工程と、前記負荷相関値が減少しているときの前記第二パラメータと前記流量比の補正値との予め定められた減少時関係を用いて、前記負荷相関値が減少しているときの前記第二パラメータの値に応じた補正値を求める減少時補正値演算工程と、を含み、
    前記補正工程では、前記変動検知工程で前記負荷相関値の増加が検知されると、前記流量比演算工程で求められた前記流量比を前記増加時補正値演算工程で求められた前記補正値で補正し、前記変動検知工程で前記負荷相関値の減少が検知されると、前記流量比演算工程で求められた前記流量比を前記減少時補正値演算工程で求められた前記補正値で補正する、
    流量比算出方法。
19. 請求項１５から１８のいずれか一項に記載の流量比算出方法において、
    前記補正工程は、出力する補正値を、時間経過に伴って前記補正値演算工程で求められた前記補正値に近づくよう変化させる補正値調節工程と、前記補正値調節工程で変化させられた補正値を用いて前記流量比演算工程で求められた前記流量比を補正する流量比補正工程と、を含む、
    流量比算出方法。
20. 請求項１５から１９のいずれか一項に記載の流量比算出方法を実行すると共に、
    複数の前記燃料系統から前記燃焼器に供給する燃料の全流量を求める全流量演算工程と、
    前記全流量演算工程で求められた前記全流量と、前記流量比算出方法で算出された前記流量比とを用いて、複数の燃料系統毎の燃料流量を求める系統流量演算工程と、
    複数の前記燃料系統毎の燃料流量が前記系統流量演算工程で求められた前記燃料流量になるよう、複数の前記燃料系統毎に設けられている燃料流量調節弁に対して制御信号を出力する弁制御工程と、
    を実行する燃料系統の制御方法。

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