JP2016037883A - 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

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 Download PDF

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Abstract

【課題】燃焼器での燃焼安定性を高める。【解決手段】ガスタービンは、複数の燃料系統と、複数の燃料系統からの燃料を圧縮空気中で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、を備える。複数の燃料系統を流れる燃料の流量比を算出する流量比算出装置１４０は、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及び第二パラメータの値を受け付け、二つのパラメータと流量比との予め定められた関係を用いて、受け付けた二つのパラメータの値に対する流量比を算出する算出器１４０ｐ，１４０ｔを備える。【選択図】図８

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、燃料の燃焼安定性の向上等の目的から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。
特開２００７−０７７８６７号公報
近年、ガスタービンからの排気ガスの規制が厳しくなっているため、燃焼器での燃料をより厳しい条件下で燃焼させている。このため、燃焼に厳しい条件下でも、燃料を安定燃焼させる技術が求められている。
そこで、本発明は、燃焼器での燃焼安定性を向上させ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二つのパラメータの値を受け付け、二つの前記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、受け付けた二つの前記パラメータの値に対する前記流量比を算出する算出器を備える。
燃焼器内の燃焼状態は、二つのパラメータで表すことができる。当該流量比算出装置では、燃焼状態を表すことができる二つのパラメータの値を受け付け、こられの値に応じた流量比を求めているので、燃焼負荷指令値（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値）のみで定められる燃焼状態に応じて流量比を求めるよりも、より正確に燃焼状態を把握することができ、この燃焼状態に応じた流量比を求めることができる。よって、複数の燃料系統に流れる燃料の流量比を当該流量比算出装置で算出された流量比にすることで、燃料の燃焼安定性をより高めることができる。
ここで、前記一形態としての前記流量比算出装置において、前記算出器が受け付ける二つのパラメータのうち、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、第二パラメータは、前記燃焼器内における前記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であってもよい。
この場合、前記流速相関値は、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燃料の全流量と、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。
また、前記一態様としての前記流量比算出装置において、前記算出器が受け付ける二つのパラメータのうち、第一パラメータは、複数の前記燃料系統から前記燃焼器に供給される燃料の全流量であり、第二パラメータは、前記圧縮機が吸い込む前記空気の流量であってもよい。
また、以上のいずれかの前記流量比算出装置において、前記算出器は、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対する前記流量比を求める流量比演算器と、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補正値を求める補正値演算器と、前記流量比演算器が求めた前記流量比を前記補正値演算器が求めた前記補正値で補正する補正器と、を有してもよい。
また、前記補正値演算器を有する前記流量比算出装置において、前記補正値演算器が用いる前記予め定められた関係は、前記第一パラメータが一定の時の前記第二パラメータと前記流量比との関係であってもよい。
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、燃料を拡散燃焼させる第一バーナと、燃料を予混合燃焼させる第二バーナとを有しており、前記ガスタービンは、複数の前記燃料系統として、前記第一バーナに燃料を供給する第一燃料系統と、前記第二バーナに燃料を供給する第二燃料系統とを有している場合、前記流量比は、複数の前記燃料系統から前記燃焼器に供給される燃料の全流量に対する前記第一燃料系統から前記燃料器に供給される燃料の流量の比を含んでもよい。
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、複数の前記燃料系統として、前記バーナに燃料を供給するバーナ系統と、前記バーナに送られる前記圧縮空気中に燃料を供給する上流供給系統とを有している場合、前記流量比は、複数の前記燃料系統から前記燃焼器に供給される燃料の全流量に対する前記バーナ系統から前記燃料器に供給される燃料の流量の比を含んでもよい。
上記目的を達成するための発明に係る一態様としての流量比算出装置は、
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。
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、
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二つのパラメータの値を受け付ける受付工程と、二つの前記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、前記受付工程で受け付けた二つの前記パラメータの値に対する前記流量比を求める演算工程と、を実行する。
ここで、前記一形態としての前記流量比算出方法において、前記受付工程で受け付ける二つのパラメータのうち、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、第二パラメータは、前記燃焼器内における前記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であってもよい。
この場合、前記流速相関値は、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燃料の全流量と、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。
また、前記一態様としての前記流量比算出方法において、前記受付工程で受け付ける二つのパラメータのうち、第一パラメータは、複数の前記燃料系統から前記燃焼器に供給される燃料の全流量であり、第二パラメータは、前記圧縮機が吸い込む前記空気の流量であってもよい。
また、以上のいずれかの流量比算出方法において、前記演算工程は、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、前記受付工程で受け付けた前記第一パラメータの値に対する前記流量比を求める流量比演算工程と、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関係を用いて、前記受付工程で受け付けた前記第二パラメータの値に応じた補正値を求める補正値演算工程と、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、を含んでもよい。
この場合、前記補正値演算工程で用いる前記予め定められた関係は、前記第一パラメータが一定の時の前記第二パラメータと前記流量比との関係であってもよい。
上記目的を達成するための発明に係る一態様としての燃料系統の制御方法は、
以上のいずれかの前記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、燃焼器内での燃料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流量比算出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負荷率とＩＧＶ開度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（ＰＬ０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パイロット比の補正値Ｃｐ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（ＴＨ０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（ＴＨ０比）及び補正後のトップハット比（ＴＨ比）と負荷率％Ｌｏａｄとの関係、及びトップハット比の補正値Ｃｔ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ガスタービンの状態変化に伴う各種パラメータの変化を示す説明図である。 本発明に係る一実施形態における制御装置の動作を示すフローチャートである。 燃焼器内での燃料の燃焼状態を表す各種パラメータを示す説明図である。 本発明に係る一実施形態に対する変形例における流量比算出装置の機能ブロック図である。
「実施形態」
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３３（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（第一バーナ）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（第二バーナ）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（第一燃料系統）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（第二燃料系統）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（上流供給系統）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１０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Ｈ１ｘ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Ｈ２ｘ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、ＩＧＶ開度を示す指令値ある。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、ガスタービン１０の現時点での負荷率％Ｌｏａｄ等、から求められる。負荷率％ＬｏａｄとＩＧＶ開度との関係は、例えば、図１０に示すように、負荷率％Ｌｏａｄの増加に伴ってＩＧＶ開度が増加する関係である。負荷率％Ｌｏａｄの増加量に対するＩＧＶ開度の増加量、ＩＧＶ開度が増加し始める負荷率％Ｌｏａｄ等は、ガスタービン１０の運転計画、圧縮機１１の入口の圧力である大気圧Ｐｉ等によって変更される。なお、以上では、負荷率％Ｌｏａｄを用いてＩＧＶ開度を定める例であるが、負荷率％Ｌｏａｄの替りにガスタービン１０の出力である発電機２９の出力ＰＷを用いてＩＧＶ開度を定めるようにしてもよい。
燃焼負荷指令発生器１１０の各出力演算器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、後述するように、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又は最も低値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又は最も低値の指令値を選択し、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８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ＰＬ０比を求めるＰＬ０比演算器（流量比演算器）１４１ｐと、負荷率％Ｌｏａｄに応じた補正値Ｃｐを求める補正値演算器１４２ｐと、ＰＬ０比を補正値Ｃｐで補正する補正器１４４ｐと、を有する。
ＰＬ０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ＰＬ０比との関係を規定する関数Ｆ１ｘを持っている。関数Ｆ１ｘ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ＰＬ０比が小さくなる関数である。ＰＬ０比演算器１４１ｐは、燃焼負荷指令発生器１１０からの燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯを受け付け、関数Ｆ１ｘを用いて、この燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯに対応したＰＬ０比を求める。なお、ここでは、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯとＰＬ０比との関係を関数Ｆ１ｘ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、図１２に示すように、負荷率％Ｌｏａｄと補正値Ｃｐとの関係を規定する関数Ｇ１ｘを持っている。補正値演算器１４２ｐは、負荷率演算器１２０からの負荷率％Ｌｏａｄを受け付け、関数Ｇ１ｘを用いて、現在の負荷率％Ｌｏａｄに応じた補正値Ｃｉを求める。なお、ここでは、負荷率％Ｌｏａｄと補正値Ｃｐとの関係を関数Ｇ１ｘで規定しているが、この関係をマップで規定してもよい。
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８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ＴＨ０比を求めるＴＨ０比演算器（流量比演算器）１４１ｔと、負荷率％Ｌｏａｄに応じた補正値を求める補正値演算器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、ＴＨ０比を補正値Ｃｔで補正する補正器１４４ｔと、を有する。
ＴＨ０比演算器１４１ｔは、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯとＴＨ０比との関係を規定する関数Ｆ２ｘを持っている。関数Ｆ２ｘ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ＴＨ０比が大きくなる関数である。ＴＨ０比演算器１４１ｔは、燃焼負荷指令発生器１１０からの燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯを受け付け、関数Ｆ２ｘを用いて、この燃焼負荷指令ＣＬＣＳＯに対応したＴＨ０比を求める。なお、ここでは、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯとＴＨ０比との関係を関数Ｆ２ｘ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、図１４に示すように、負荷率％Ｌｏａｄと補正値Ｃｔとの関係を規定する関数Ｇ２ｘを持っている。補正値演算器１４２ｔは、負荷率演算器１２０からの負荷率％Ｌｏａｄを受け付け、関数Ｇ２ｘを用いて、現在の負荷率％Ｌｏａｄに応じた補正値Ｃｔを求める。なお、ここでは、負荷率％Ｌｏａｄと補正値Ｃｔとの関係を関数Ｇ２ｘで規定しているが、この関係をマップで規定してもよい。
系統流量演算器１６０は、図９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９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。
次に、図１６に示すフローチャートに従って、制御装置１００の動作について説明する。
燃焼負荷指令発生器１１０は、前述したように、出力計７２で検知された発電機２９の実測出力ＰＷと、ＩＧＶ開度指令値と、吸気圧計７４で検知された吸気圧Ｐｉと、吸気温度計７３で吸気温度Ｔｉとを用いて、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燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯを求める（Ｓ１０：入口温度相関値演算工程）。
負荷率演算器１２０は、ガスタービン１０の現在の負荷率％Ｌｏａｄを求める（Ｓ２０：負荷率演算工程）。この際、負荷率演算器１２０は、前述したように、吸気圧計７４で検知された吸気圧Ｐｉと、吸気温度計７３で検知された吸気温度Ｔｉとを用いて、現在の吸気圧Ｐｉ及び吸気温度Ｔｉに応じたガスタービン１０の最大負荷ＰＷmaxを求める。負荷率演算器１２０は、この最大負荷ＰＷmaxで、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を割り、この値を負荷率％Ｌｏａｄとして出力する。
燃料流量指令発生器１３０は、ガスタービン１０の燃焼器に供給する燃料の全流量を示す燃料流量指令値ＣＳＯを求める（Ｓ３０：全流量演算工程）。この際、燃料流量指令発生器１３０は、前述したように、複数の指令値を求め、複数の指令値のうちで最少又は最も低値の指令値を燃料流量指令値ＣＳＯとして出力する。
以上の入口温度相関値演算工程（Ｓ１０）、負荷率演算工程（Ｓ２０）、全流量演算工程（Ｓ３０）は、互いに相前後して、又は併行して実行される。
流量比算出装置は、各燃料ライン６１，６２，６３に流れる燃料の流量比を算出する（Ｓ４０：流量比算出工程）。この流量比算出工程（Ｓ４０）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（ＰＬ比）を算出するＰＬ比算出工程（Ｓ４０ｐ）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ＴＨ比算出工程（Ｓ４０ｔ）とを含む。
ＰＬ比算出工程（Ｓ４０ｐ）では、パイロット比算出器１４０ｐが、燃焼負荷指令発生器１１０が出力した燃焼負荷指令値ＣＬＣＣＳＯと、負荷率演算器１２０が出力した負荷率％Ｌｏａｄとを受け付け（Ｓ４１ｐ：受付工程）、これらを用いてＰＬ比を求める（Ｓ４２ｐ：ＰＬ比演算工程）。ＰＬ比演算工程（Ｓ４２ｐ）では、前述したように、まず、ＰＬ０比演算器１４１ｐが、関数Ｆ１ｘを用いて、先に受け付けた燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯに対応したＰＬ０比を求める（Ｓ４３ｐ：ＰＬ０比演算工程）。次に、又はＰＬ０比演算工程（Ｓ４３ｐ）と併行して、補正値演算器１４２ｐが、関数Ｇ１ｘを用いて、先に受け付けた負荷率％Ｌｏａｄに対応した補正値Ｃｐを求める（Ｓ４４ｐ：補正値Ｃｐ演算工程）。そして、補正器１４４ｐが、ＰＬ０比に補正値Ｃｐを加え、この値を補正されたパイロット比（ＰＬ比）として出力する（Ｓ４５ｐ：補正工程）。
ＴＨ比算出工程（Ｓ４０ｔ）では、トップハット比算出器１４０ｔが、燃焼負荷指令発生器１１０が出力した燃焼負荷指令値ＣＬＣＣＳＯと、負荷率演算器１２０が出力した負荷率％Ｌｏａｄとを受け付け（Ｓ４１ｔ：受付工程）、これらを用いてＴＨ比を求める（Ｓ４２ｔ：ＴＨ比演算工程）。ＴＨ比演算工程（Ｓ４２ｔ）では、前述したように、まず、ＴＨ０比演算器１４１ｔが、関数Ｆ２ｘを用いて、先に受け付けた燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯに対応したＴＨ０比を求める（Ｓ４３ｔ：ＴＨ０比演算工程）。次に、又はＴＨ０比演算工程（Ｓ４３ｔ）と併行して、補正値演算器１４２ｔが、関数Ｇ２ｘを用いて、先に受け付けた負荷率％Ｌｏａｄに対応した補正値Ｃｔを求める（Ｓ４４ｔ：補正値Ｃｔ演算工程）。そして、補正器１４４ｔが、ＴＨ０比に補正値Ｃｔを加え、この値を補正されたパイロット比（ＰＬ比）として出力する（Ｓ４５ｔ：補正工程）。
以上で、流量比算出工程（Ｓ４０）が終了する。
系統流量演算器１６０は、前述したように、パイロット比算出器１４０ｐが求めたＰＬ比、及びトップハット比算出器１４０ｔが求めたＴＨ比を用いて、燃料流量指令値ＣＳＯが示す全燃料流量に対するパイロット燃料流量Ｆｐｆ、トップハット燃料流量Ｆｔｆ、メイン燃料流量Ｆｍｆを求め、これらを弁制御器１７０に出力する（Ｓ５０：系統流量演算工程）。
弁制御器１７０は、前述したように、パイロット燃料流量Ｆｐｆが得られるパイロット燃料弁６５の駆動量を求め、この駆動量を示す制御信号をパイロット燃料弁６５に出力する。弁制御器１７０は、メイン燃料流量Ｆｍｆが得られるメイン燃料弁６６の駆動量を求め、この駆動量を示す制御信号をメイン燃料弁６６に出力する。さらに、弁制御器１７０は、トップハット燃料流量Ｆｔｆが得られるトップハット燃料弁６７の駆動量を求め、この駆動量を示す制御信号をトップハット燃料弁６７に出力する（Ｓ６０：弁制御工程）。
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。
以上で、制御装置１００による各燃料弁６５,６６,６７に対する一連の制御処理が終了する。この制御処理は、例えば、インタフェース１８０が各検知計からの検知値等を受け付ける毎に繰り返し実行される。
次に、ガスタービン１０の運転状態を示す各種パラータの変化について、図１５を用いて説明する。なお、図１５の（ａ）〜（ｆ）における各Ｓ１では、ガスタービン１０の状態が互いに同じ状態である。同様に、図１５の（ａ）〜（ｆ）における各Ｓ２〜Ｓ６でも、同じ符号間では、ガスタービン１０の状態が互いに同じ状態である。
本実施形態のガスタービン１０の運転例では、同図（ａ）に示すように、負荷率％Ｌｏａｄが例えば５０％程度の中負荷率の状態Ｓ４まで、ＩＧＶ開度が最少開度で一定である。負荷率％Ｌｏａｄが中負荷率を超えると、負荷率％Ｌｏａｄの増加に伴ってＩＧＶ開度が増加する。この傾向は、負荷率％Ｌｏａｄが１００％になる直前の状態Ｓ５まで続く。状態Ｓ５では、ＩＧＶ開度が１００％になる。このため、負荷率％Ｌｏａｄが１００％になる直前の状態Ｓ５から負荷率％Ｌｏａｄが１００％の状態Ｓ６の間では、ＩＧＶ開度は１００％で一定である。なお、同図（ａ）に示すグラフは、図１０に示すグラフと同一である。
タービン２１における燃焼ガスの入口温度、及びこれと正の相関性を持つ燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯは、燃空比（燃料／空気）が大きくなるに伴って大きくなる。よって、負荷率％Ｌｏａｄが増加しても、燃空比（燃料／空気）がほぼ一定であれば、入口温度や燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯもほぼ一定である。また、燃空比（燃料／空気）が大きくなれば、負荷率％Ｌｏａｄの増減に関係なく、入口温度や燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯも大きくなる。
最少負荷率の状態Ｓ１から中負荷率の状態Ｓ４の間では、前述したように、ＩＧＶ開度が最少開度で一定で、圧縮機１１の吸気流量がほぼ一定である。また、ガスタービン１０の燃焼器３１に供給される燃料の流量は、この間に限らず、負荷率％Ｌｏａｄの増加に伴って増加する。よって、この間では、同図（ｂ）に示すように、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯも大きくなる。
また、中負荷率の状態Ｓ４から負荷率％Ｌｏａｄが１００％になる直前の状態Ｓ５の間では、前述したように、負荷率％Ｌｏａｄの増加に伴ってＩＧＶ開度が増加し、負荷率％Ｌｏａｄの増加に伴って圧縮機１１の吸気流量も増加する。また、この間でも、ガスタービン１０の燃焼器３１に供給される燃料の流量は、負荷率％Ｌｏａｄの増加に伴って増加する。よって、この間では、負荷率％Ｌｏａｄに増加しても、燃空比がほとんど変わらず、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯもほとんど変わらない。つまり、この間では、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯは、ほぼ一定である。
ところで、補正前のＰＬ０比は、図１１を用いて説明したように、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯの増大に伴って、次第に小さくなるように定められる（同図（ｃ）参照）。このため、最少負荷率の状態Ｓ１から中負荷率の状態Ｓ４の間のように、負荷率％Ｌｏａｄの増加に伴って燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯも大きくなる間では、同図（ｄ）に示すように、補正前のＰＬ０比が負荷率％Ｌｏａｄの増加に伴って次第に小さくなる。一方、中負荷率の状態Ｓ４から負荷率％Ｌｏａｄが１００％になる直前の状態Ｓ５の間のように、負荷率％Ｌｏａｄが増加しても燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯがほぼ一定の間では、負荷率％Ｌｏａｄが増加しても、補正前のＰＬ０比はほぼ一定である。なお、同図（ｃ）に示すグラフは、図１１に示すグラフと同一である。
燃焼器３１の燃焼筒３３（図２参照）内での燃焼状態は、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯ、つまりタービン２１における燃焼ガスの入口温度が一定でも、負荷率％Ｌｏａｄが変化すれば、変化する。パイロット比（ＰＬ比）は、ガスタービン１０からの排気ガスが環境規制値を満たしつつも、燃焼安定性を確保するために変更するガスタービン１０の運転パラメータの一つである。しかしながら、負荷率％Ｌｏａｄが変化し、燃焼筒３３内での燃焼状態が変化しているにも関わらず、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯが一定の場合には、補正前のＰＬ０比も一定であるため、この補正前のＰＬ０比をそのまま適用すると、燃焼安定性を確保できない場合がある。
そこで、本実施形態では、同図（ｆ）に示すように、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯが一定でも、負荷率％Ｌｏａｄが変化する場合には、燃焼振動が発生する等、燃焼状態が不安定になる領域（ＰＬ比と負荷率％Ｌｏａｄとで定まる領域）Ｒｉを避けた領域中に、ＰＬ比が設定されるよう、ＰＬ０比を補正値Ｃｐで補正する。
この補正値Ｃｐは、以下のように定められる。
まず、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯを一定にして、負荷率％Ｌｏａｄを変化させた場合に、燃焼状態が不安定になる領域（ＰＬ比と負荷率％Ｌｏａｄとで定まる領域）Ｒｉを試験等で予め定める。次に、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯが一定のときに、燃焼状態が不安定になる領域Ｒｉを避け得るＰＬ比と負荷率％Ｌｏａｄとの関係を定める。そして、同図（ｅ）に示すように、この関係で定まる負荷率％Ｌｏａｄに対するＰＬ比と、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯに応じて定まるＰＬ０比との差分を補正値Ｃｐとする。なお、同図（ｅ）に示すグラフは、図１２に示すグラフと同一である。
よって、本実施形態では、補正前のＰＬ０比に対して、現在の負荷率％Ｌｏａｄに応じた補正値Ｃｐを加え、この値を最終的なＰＬ比にすることで、燃焼安定性を高めることができる。
また、本実施形態では、トップハット比（ＴＨ比）に関しても、図１４に示すように、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯが一定でも、負荷率％Ｌｏａｄが変化する場合には、燃焼状態が不安定になる領域（ＴＨ比と負荷率％Ｌｏａｄとで定まる領域）Ｒｉを避けた領域中に、ＴＨ比が設定されるよう、ＴＨ０比を補正値Ｃｔで補正する。
この補正値Ｃｔに関しても、先に説明した補正値Ｃｐと同様、以下のように定められる。
まず、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯを一定にして、負荷率％Ｌｏａｄを変化させた場合に、燃焼状態が不安定になる領域（ＴＨ比と負荷率％Ｌｏａｄとで定まる領域）Ｒｉを試験等で予め定める。次に、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯが一定のときに、燃焼状態が不安定になる領域Ｒｉを避け得るＴＨ比と負荷率％Ｌｏａｄとの関係を定める。そして、この関係で定まる負荷率％Ｌｏａｄに対するＴＨ比と、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯに応じて定まるＴＨ０比との差分を補正値Ｃｔとする。
燃焼器３１の燃焼筒３３内での燃料の燃焼状態は、タービン２１における燃焼ガスの入口温度と、燃焼筒３３内でのガス流速により表すことができる。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値である。また、負荷率％Ｌｏａｄは、燃焼筒３３内のガス流量と正の相関性を持つので、負荷率％Ｌｏａｄは、燃焼筒３３内のガス流速と正の相関性を持つ値であると言える。このように、本実施形態では、負荷指令値ＣＬＣＳＯと負荷率％Ｌｏａｄとから燃焼状態に応じたＰＬ比等を定めているので、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯのみで定められる燃焼状態に応じたＰＬ比等を定めるよりも、より正確に燃焼状態を把握することができ、この燃焼状態に応じたＰＬ比等を定めることができる。よって、本実施形態では、燃焼器の燃焼筒３３内での燃焼振動の発生等を抑えることができ、燃焼筒３３内での燃焼安定性をより高めることができる。
「変形例」
以上で説明した流量比算出装置の変形例について、図１７及び図１８を用いて説明する。
燃焼器３１の燃焼筒３３（図１７参照）内の燃料の燃焼状態は、二つのパラメータで表すことができる。前述したように、二つのパラメータのうち、第一パラメータは、タービン２１における燃焼ガスの入口温度と相関性も持つパラメータであり、第二パラメータは、燃焼筒３３内でのガス流速と相関性を持つパラメータである。
このため、第一パラメータとしては、前述の燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯの代りに、タービン２１における燃焼ガスの入口温度を用いてもよい。
また、第二パラメータとしては、前述の負荷率％Ｌｏａｄの代りに、燃焼筒３３内のガス流速と相関性を持つ他のパラメータを用いてもよい。燃焼筒３３内のガス流速は、前述したように、燃焼筒３３内のガス流量と正の相関性を持つ。このガス流量は、図１７に示すように、上記実施形態における負荷率％Ｌｏａｄの他に、ガスタービン１０の出力、複数の燃料系統から燃焼器３１に供給される燃料Ｆの全流量Ｇｆと、圧縮機１１が吸い込む空気Ａの流量Ｇａがある。
ガスタービン１０の出力は、ガスタービン１０に接続されている発電機２９の出力ＰＷで表すことができる。よって、出力計７２で検知された発電機２９の出力ＰＷを第二パラメータとして用いることができる。
複数の燃料系統から燃焼器３１に供給される燃料Ｆの全流量Ｇｆは、複数の燃料系統が分岐する前の燃料ライン６０に流量計７８を設けることで検知することができる。また、複数の燃料系統から燃焼器３１に供給される燃料Ｆの全流量Ｇｆは、この燃料ライン６０を流れる燃料の流量調節弁７９の弁開度からも検知することができる。よって、燃料ライン６０に設けた流量計７８で検知された燃料の流量、又は、流量調節弁７９の弁開度指令値が示す燃料の流量を第二パラメータとして用いることができる。
圧縮機１１が吸い込む空気Ａの流量は、流量計で直接検知することが可能であるが、多くのプラントでは、このような流量計を設置していない。このため、例えば、圧縮機１１が吸い込む空気Ａの質量流量Ｇａと、ＩＧＶ開度と、吸気温度との関係を予め調べておき、この関係を用いて、ＩＧＶ開度指令が示すＩＧＶ開度と吸気温度計７３で検知された吸気温度とから、圧縮機１１が吸い込む空気Ａの質量流量Ｇａを求めるようにしてもよい。なお、この場合、圧縮機１１が吸い込む空気Ａの質量流量Ｇａは、ガスタービン１０に接続されている発電機２９が電力系統に接続され、発電機２９及びガスタービン１０の回転数が系統周波数に対応した回転数になっている際の質量流量である。
燃焼器３１の燃焼筒３３内の燃料の燃焼状態は、燃焼器３１に供給される燃料の全流量と、燃焼器３１に供給される空気の流量、つまり圧縮機１１が吸い込む空気の流量とでも表すことができる。このため、前述の第一パラメータとして、燃焼器３１に供給される燃料の全流量を用い、前述の第二パラメータとして、圧縮機１１が吸い込む空気の流量を用いることができる。よって、第一パラメータとして、前述したように、燃料ライン６０に設けた流量計７８で検知された燃料の流量、又は、流量調節弁７９の弁開度指令値が示す燃料の流量を用い、第二パラメータとして、前述の方法で求められる圧縮機１１が吸い込む空気の流量を用いることができる。
本変形例の流量比算出装置１４１Ａは、図１８に示すように、以上で例示した第一パラメータ及び第二パラメータの値を受け付けて、ＰＬ比を算出するパイロット比算出器１４０Ａｐと、以上で例示した第一パラメータ及び第二パラメータの値を受け付けて、ＴＨ比を算出するトップハット比算出器１４０Ａｔと、を有する。
パイロット比算出器１４０Ａｐは、第一パラメータの値に応じたＰＬ０比を求めるＰＬ０比演算器（流量比演算器）１４１Ａｐと、第二パラメータの値に応じた補正値Ｃｐを算出する補正値演算器１４２Ａｐと、ＰＬ０比を補正値Ｃｐで補正する補正器１４４Ａｐと、を有する。ＰＬ０比演算器１４１Ａｐは、上記実施形態のＰＬ０比演算器１４１ｐと同様、第一パラメータとＰＬ０比との関係を規定する関数を持っている。また、補正値演算器１４２Ａｐは、上記実施形態の補正値演算器１４２ｐと同様、第二パラメータと補正値Ｃｐとの関係を規定する関数を持っている。
トップハット比算出器１４０Ａｔは、第一パラメータの値に応じたＴＨ０比を求めるＴＨ０比演算器（流量比演算器）１４１ｔＡと、第二パラメータの値に応じた補正値Ｃｔを算出する補正値演算器１４２Ａｔと、ＴＨ０比を補正値Ｃｔで補正する補正器１４４Ａｔと、を有する。ＴＨ０比演算器１４１Ａｔは、上記実施形態のＴＨ０比演算器１４１ｔと同様、第一パラメータとＴＨ０比との関係を規定する関数を持っている。また、補正値演算器１４２Ａｔは、上記実施形態の補正値演算器１４２ｔと同様、第二パラメータと補正値Ｃｔとの関係を規定する関数を持っている。
なお、上記実施形態の制御装置１００における流量比算出装置１４０を以上で説明した流量比算出装置１４０Ａに替えても、上記実施形態と基本的に同様の効果を得ることができる。
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）、１４０，１４０Ａ：流量比算出装置（流量比算出器）、１４０ｐ，１４０Ａｐ：パイロット比算出器、１４１ｐ，１４１Ａｐ：ＰＬ０比演算器（流量比演算器）、１４２ｐ，１４２Ａｐ：補正値演算器、１４４ｐ，１４４Ａｐ：補正器、１４０ｔ，１４０Ａｔ：トップハット比算出器、１４１ｔ，１４１Ａｔ：ＴＨ０比演算器（流量比演算器）、１４２ｔ，１４２Ａｔ：補正値演算器、１４４ｔ，１４４Ａｔ：補正器、１６０：系統流量演算器、１７０：弁制御器、１８０：インタフェース

Claims (17)

  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二つのパラメータの値を受け付け、二つの前記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、受け付けた二つの前記パラメータの値に対する前記流量比を算出する算出器を、
    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、
    前記算出器が受け付ける二つのパラメータのうち、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、第二パラメータは、前記燃焼器内における前記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である、
    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、
    前記流速相関値は、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燃料の全流量と、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１に記載の流量比算出装置において、
    前記算出器が受け付ける二つのパラメータのうち、第一パラメータは、複数の前記燃料系統から前記燃焼器に供給される燃料の全流量であり、第二パラメータは、前記圧縮機が吸い込む前記空気の流量である、
    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、
    前記算出器は、
    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対する前記流量比を求める流量比演算器と、
    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補正値を求める補正値演算器と、
    前記流量比演算器が求めた前記流量比を前記補正値演算器が求めた前記補正値で補正する補正器と、
    を有する、
    流量比算出装置。
  6. 請求項５に記載の流量比算出装置において、
    前記補正値演算器が用いる前記予め定められた関係は、前記第一パラメータが一定の時の前記第二パラメータと前記流量比との関係である、
    流量比算出装置。
  7. 請求項１から６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、燃料を拡散燃焼させる第一バーナと、燃料を予混合燃焼させる第二バーナとを有しており、
    前記ガスタービンは、複数の前記燃料系統として、前記第一バーナに燃料を供給する第一燃料系統と、前記第二バーナに燃料を供給する第二燃料系統とを有しており、
    前記流量比は、複数の前記燃料系統から前記燃焼器に供給される燃料の全流量に対する前記第一燃料系統から前記燃料器に供給される燃料の流量の比を含む、
    流量比算出装置。
  8. 請求項１から６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、複数の前記燃料系統として、前記バーナに燃料を供給するバーナ系統と、前記バーナに送られる前記圧縮空気中に燃料を供給する上流供給系統とを有しており、
    前記流量比は、複数の前記燃料系統から前記燃焼器に供給される燃料の全流量に対する前記バーナ系統から前記燃料器に供給される燃料の流量の比を含む、
    流量比算出装置。
  9. 請求項１から８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。
  10. 請求項９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。
  11. 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二つのパラメータの値を受け付ける受付工程と、
    二つの前記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、前記受付工程で受け付けた二つの前記パラメータの値に対する前記流量比を求める演算工程と、
    を実行する流量比算出方法。
  12. 請求項１１に記載の流量比算出方法において、
    前記受付工程で受け付ける二つのパラメータのうち、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、第二パラメータは、前記燃焼器内における前記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である、
    流量比算出方法。
  13. 請求項１２に記載の流量比算出方法において、
    前記流速相関値は、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燃料の全流量と、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。
  14. 請求項１１に記載の流量比算出方法において、
    前記受付工程で受け付ける二つのパラメータのうち、第一パラメータは、複数の前記燃料系統から前記燃焼器に供給される燃料の全流量であり、第二パラメータは、前記圧縮機が吸い込む前記空気の流量である、
    流量比算出方法。
  15. 請求項１１から１４のいずれか一項に記載の流量比算出方法において、
    前記演算工程は、
    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、前記受付工程で受け付けた前記第一パラメータの値に対する前記流量比を求める流量比演算工程と、
    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関係を用いて、前記受付工程で受け付けた前記第二パラメータの値に応じた補正値を求める補正値演算工程と、
    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た前記補正値で補正する補正工程と、
    を含む、
    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用いる前記予め定められた関係は、前記第一パラメータが一定の時の前記第二パラメータと前記流量比との関係である、
    流量比算出方法。
  17. 請求項１１から１６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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