JP2017044115A - 燃料制御装置、燃焼器、ガスタービン、制御方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料と混合し燃焼させる空気の量を制御するインレットガイドベーンの開度指令値を補正してIGVが開度指令値に基づいて開閉動作した場合における実際の開度の近似値を示す実開度相当値を演算する。そして、実開度相当値と、大気条件と、ガスタービン出力とを用いて燃料と流入した空気との混合体を燃焼させた場合の温度推定値を算出する。また温度推定値に基づいて複数の燃料供給系統から出力する燃料の配分を示す燃料配分指令値を算出する。さらに燃料配分指令値と複数の燃料供給系統に出力する全燃料流量を示す燃料制御信号指令値とを取得して、それら燃料配分指令値と燃料制御信号指令値とに基づいて複数の燃料供給系統の燃料流量調節弁の各弁開度を算出する。
【選択図】図1
Description
図21は、従来のガスタービンの燃料配分制御の一例を示す図である。図21が示すとおり、従来の燃料制御装置は、大気圧力、大気温度、IGV(Inlet Guide Vane)開度指定値、ガスタービン出力値に基づいてタービンの入口における燃焼ガスの温度を推定し、そのタービン入口温度推定値に基づいて、各系統へ割り振る燃料の比率を算出していた。そして、燃料制御装置は、各系統への配分比率と、燃料制御信号指令値(CSO)に基づく全燃料流量とから、各燃料系統のノズルへの燃料供給量を決定し、それぞれの系統に設けられた燃料流量調節弁の弁開度を制御していた。
図22は、従来の負荷変化時におけるある燃料系統への燃料配分比とタービン入口温度の関係の一例を示す図である。この図が示すように、燃料配分比とタービン入口温度の値によっては、燃焼振動が発生する領域が存在する(符号74、符号75)。また、符号71は、そのような燃焼振動が発生しない燃料配分比とタービン入口温度との関係を示す目標運転ラインを示している。そこで、燃料制御装置には、目標運転ライン71が示すような、燃焼振動発生領域を回避できる燃料配分比となるように、各系統へ供給する燃料の配分比を制御することが望まれる。
以下、本発明の第一実施形態による燃料制御装置を図1〜図6を参照して説明する。
図1は本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16と、ガスタービン10の挙動を制御する燃料制御装置50と、を備えている。ガスタービン10と発電機16は、ロータ15で連結されている。
ガスタービン10は、空気を圧縮して圧縮空気を生成する空気圧縮機11と、圧縮空気と燃料ガスとを混合して燃焼させ、高温の燃焼ガスを生成する燃焼器12と、燃焼ガスにより駆動するタービン13と、を備えている。
空気圧縮機11には、IGV14が設けられており、IGV開度を調整することで、空気圧縮機11への空気の流入量を調節する。詳細には空気圧縮機11は、空気圧縮機11を構成するロータの回転軸を中心として、そのロータを回転可能に覆う圧縮機ケーシングと、この圧縮機ケーシングの吸い込み口に設けられているIGV14とを有する。圧縮機ケーシングには、円環状の環状部材27が設けられ、その環状部材27には複数の駆動器が取り付けられている。駆動器は図2で示すリンク機構26、アーム25、IGV14により構成される。図2に示す通り、環状部材27にはリンク機構26の一端において回動可能に取り付けられている。またリンク機構26の他端の先端部にはアーム25が回動可能に取り付けられている。IGV14のそれぞれは、そのアーム25とリンク機構26とを介して環状部材27に複数が連結されている。ガスタービンプラントに更に備わるIGV制御装置(図示せず)は、環状部材27をロータ15の回転軸Oを中心として回転させる。環状部材27がロータの回転軸を中心として回転すると、リンク機構26やアーム25がお互いの連結部分において回動し、結果として翼構造を成すIGV14の翼の向きが変化する。IGV制御装置(図示せず)は個別にIGV14を制御することなく、すべてのIGVの動きを一括で制御することができる。空気圧縮機11の入り口側には、圧力計22、温度計23が設けられている。圧力計22は、大気圧力を測定し燃料制御装置50に出力する。温度計23は、大気温度を測定し燃料制御装置50に出力する。
燃焼器12は、燃焼器12に燃料を供給する燃料供給装置21と接続されている。燃焼器12には、複数の燃料供給系統(パイロット系統、メイン系統、トップハット系統)から燃料が供給される。そのため、燃料供給装置21と、燃焼器12の間には、燃料系統ごとに燃料の流量を調節する弁、パイロット系統燃料流量調節弁18と、メイン系統燃料流量調節弁19と、トップハット系統燃料流量調節弁20とが設けられている。
発電機16には、電力計17が備えられており、発電機16による発電電力を測定し、燃料制御装置50へ出力する。
燃料制御装置50は、各燃料系統ごとに割り振る燃料の配分比を決定し、各燃料供給系統に備えられた燃料流量調節弁の弁開度を調整する。つまり、燃料制御装置50は、パイロット系統燃料流量調節弁18、メイン系統燃料流量調節弁19、トップハット系統燃料流量調節弁20の弁開度を調整し、各系統のノズルから燃焼器12に流入する燃料流量を制御する。
ガスタービン出力予測値算出部51は、燃料制御信号指令値(CSO:Control Signal Output)を、ガスタービンの出力を制御するガスタービン出力制御部(図示せず)から取得して、CSOに基づいてガスタービンの出力予測値(MW)を算出する。燃料制御信号指令値(CSO)とは、燃焼器へ供給する燃料流量を制御する制御出力信号のことである。ガスタービン出力予測値の算出は、例えば以下のようにして行う。CSOとガスタービン出力予測値とを対応付けたテーブルや関数が、燃料制御装置50が備える記憶部(図示せず)に記憶されており、ガスタービン出力予測値算出部51は、取得したCSOに基づいてそのテーブルを読み込んでガスタービン出力予測値を取得する。あるいは、所望のCSOに対する出力予測値がテーブルに存在しない場合は、ガスタービン出力予測値算出部51は、読み出したガスタービン出力予測値を用いて補間計算を行いガスタービン出力予測値を算出する。このCSOとガスタービン出力予測値の対応関係は、予めシミュレーションや実験等を行って定められている。また、記憶部は、燃料制御装置50と接続された記憶装置であってもよい。
弁開度算出部55は、燃料配分指令値と全燃料流量とに基づいて、各燃料系統に設けられた流量調節弁の弁開度を算出する。具体的には、弁開度算出部55は、全燃料流量に各系統への配分比を乗じて、各系統へ供給する燃料流量を計算する。そして、弁開度算出部55は、流量調節弁毎に用意された、燃料流量と弁開度指令値との対応テーブルや関数を用いて、それぞれの流量調節弁の弁開度を算出する。そして弁開度算出部55は、算出した弁開度に基づいて、パイロット系統燃料流量調節弁18、メイン系統燃料流量調節弁19、トップハット系統燃料流量調節弁20を制御する。なお、燃料流量と弁開度指令値との対応テーブルや関数は記憶部に記憶されている。
図4を用いて本実施形態の燃料配分制御について説明する。
まず、ガスタービン出力予測値算出部51は、ガスタービン出力制御部からCSOを取得する。ガスタービン出力予測値算出部51は、取得したCSOを用いて、予め記録されたCSOとガスタービン出力予測値の対応テーブルを参照してガスタービン出力予測値を算出する(符号100)。
次に、IGV応答補正部510が、IGV開度指令値を取得する。取得したIGV開度指令値を用いて、予め記録されたIGV開度の応答遅れに関する対応テーブルを参照して、または上記演算式を用いてIGV実開度相当値を算出する(符号90)。
次に、タービン入口温度推定部52が、圧力計22から大気圧力、温度計23から大気温度を取得する。また、タービン入口温度推定部52は、IGV応答補正部510からIGV実開度相当値を取得する。また、タービン入口温度推定部52は、ガスタービン出力予測値算出部51が推定したタービン入口温度推定値を取得する。そして、タービン入口温度推定部52は、これらのパラメータと上記テーブルを用いて、またはこれらパラメータを演算式に代入してタービン入口温度を推定する(符号101)。
次に燃料配分指令値算出部53は、タービン入口温度に基づいて各燃料供給系統へ供給する燃料の配分比を算出する(符号102)。燃料配分指令値算出部53は、配分比の情報を弁開度算出部55へ出力する。
一方、全燃料流量算出部54は、ガスタービン出力制御部からCSOを取得し、全燃料流量を算出する(符号103)。全燃料流量算出部54は、全燃料流量の情報を弁開度算出部55へ出力する。
弁開度算出部55は、全燃料流量に燃料系統ごとの配分比を乗じて、各燃料系統へ供給する燃料流量を算出する(符号104)。弁開度算出部55は、各系統への燃料流量から各系統の流量調節弁の弁開度を算出する(符号105)。そして弁開度算出部55は、各流量調節弁を算出した弁開度指令値に基づいて制御する。
図5が示す通り、本実施形態による燃料配分制御を適用して負荷の増減を行った場合、図22を用いて説明した従来の結果と異なり、負荷を上げたときの運転ライン72も、負荷を下げたときの運転ライン73も燃焼振動発生領域に含まれる部分が無い。
従来の方法では、実際のガスタービンの出力と補正演算を行っていないIGV開度指令値とに応じてタービン入口温度推定値を決定している。その場合、従来の燃料制御装置が、タービン入口温度推定値に基づいて燃料の配分比を決定し、実際に各系統への燃料供給の制御を行うと、その結果は、ガスタービンの出力が所望の値となるまでに様々な要因により遅れが生じる。様々な要因とは、例えば機械的な遅れ(弁動作遅れ、圧力応答遅れ、燃焼遅れ)や信号からノイズを除去するフィルタ処理などに時間を要するなどの制御的な遅れがある。従って従来の方法によると、負荷の変動が激しい場合、実際のガスタービンの出力に応じたタービン入口温度推定値に基づいて燃料配分比を決定しているので、決定した配分比に基づいて、実際に弁開度を制御する際には、既にガスタービンの出力値が変化しており、先に算出した弁開度による制御が実態に合わなくなるようなことが生じる。
また従来ではIGV開度指令を補正していないので実際のIGV開度指令が示す開度と、IGVの実際の開度との間にずれが生じ、燃料制御装置50が算出するタービン入口温度推定値は、実際のタービン入口温度の値とずれが生じ、かつその算出したタービン入口温度推定値が実際の値に近づくタイミングを遅れる。
しかし、本実施形態によれば、IGV指令値に基づいたIGV実開度相当値や、CSOに基づいたガスタービン出力の予測値を用いてタービン入口温度推定値を算出することにより、従来の方法では発生しがちであった、実際のガスタービン出力値をフィードバックしてタービン入口温度推定値を算出することによる、タービン入口温度推定値の時間的な遅れや実際のタービン入口温度とのずれを先行的に補償できる。それにより、負荷変化の過渡時においても、運転ラインと目標運転ラインとのずれを小さくすることができ、燃焼振動の発生を回避することができる。
この変形例では、ガスタービンの出力予測値の算出にCSO以外のパラメータも使用する。具体的にパラメータとは、大気温度、大気圧力、IGV開度指令値、燃料カロリのうちの少なくとも一つである。他の工程については第一の実施形態と同様である。
ガスタービン出力予測値算出部51は、CSOに基づいてガスタービン出力予測値を算出する(符号100)。また、ガスタービン出力予測値算出部51は、上述したパラメータのうち少なくとも一つを取得する。それぞれのパラメータについてガスタービン出力予測値算出部51は、圧力計22から大気圧力、温度計23から大気温度、IGV応答補正部510からIGV実開度相当値、燃料系統に備えられた熱量計(図示せず)から燃料カロリを取得する。ガスタービン出力予測値算出部51は、取得したパラメータを用いて、パラメータごとに予め用意された、それぞれのパラメータの値とガスタービン出力予測値の補正量とを対応付けたテーブルを記憶部から読み、そのテーブルに基づいて補正量を算出する(符号100B)。またはガスタービン出力予測値算出部51は、取得したパラメータの一つ又は複数に基づいて算出した代表パラメータを算出し、その代表パラメータと上記テーブルの情報とを用いて補正量を算出してもよいし、演算式に取得したパラメータの一つまたは複数を代入して補正量を算出してもよい。ガスタービン出力予測値算出部51は、CSOに基づいて算出したガスタービン出力予測値に、この補正量を乗じて(又は加算して)、補正後のガスタービン出力予測値を求める。
この変形例によれば、第一実施形態の効果に加え、実際の大気温度、大気圧力、IGV開度指令値、燃料カロリに応じたガスタービン出力予測値に基づいて燃料配分比を算出することができるので、より実際の環境を反映した燃料流量の制御が可能となり、より燃焼変動のリスクを抑制することができる。なお、これらのパラメータは組み合わせて用いることが可能である。
以下、本発明の第二実施形態による燃料制御装置を図7〜図8を参照して説明する。
図7は本実施形態における燃料制御装置の一例を示すブロック図である。
図7で示すように、本実施形態において燃料制御装置50は、ガスタービン出力補正量算出部56をさらに備えている。また、ガスタービン出力予測値算出部51が、ガスタービンの予想出力値を算出する方法が第一の実施形態とは異なる。他の構成は第一の実施形態と同様である。
ガスタービン出力補正量算出部56は、ガスタービン出力制御部からCSOを取得して、そのCSOに基づいてガスタービンの出力値の補正量を算出する。ガスタービン出力値補正量の算出は、CSOとガスタービン出力値補正量とを対応付けたテーブルや微分器を含む関数が予め記憶部に記録されており、ガスタービン出力補正量算出部56は、取得したCSOを用いてそのテーブルを読み込んで、ガスタービン出力値補正量を求める。
次に、ガスタービン出力補正量算出部56は、予め定められた重み付け係数Pを記憶部から読み込んで、ガスタービン出力補正量算出部56から取得したガスタービン出力補正量に重み付け係数Pを乗じる。そして、ガスタービン出力補正量算出部56は、その係数Pを乗じた補正量をガスタービン出力予測値算出部51に出力する。
ガスタービン出力予測値算出部51は、電力計17が測定した発電機16の出力値(ガスタービン出力値)を取得する。そして、ガスタービン出力予測値算出部51は、このガスタービン出力値と、ガスタービン出力補正量算出部56から取得したガスタービン出力補正量とからガスタービン出力予測値を算出する。
図8を用いて本実施形態の燃料配分制御について説明する。
まず、ガスタービン出力補正量算出部56は、ガスタービン出力制御部からCSOを取得する。ガスタービン出力補正量算出部56は、取得したCSOを用いて、予め記録されたCSOとガスタービン出力補正量の対応テーブルを参照して、または演算式を用いて、ガスタービン出力補正量を算出する(符号106)。あるいは、所望のCSOに対する出力補正量がテーブルに無い場合、補間計算によって出力補正量を算出してもよい。
次に、ガスタービン出力予測値算出部51が、予め定められた係数Pを記憶部から読み込んで、ガスタービン出力補正量算出部56から取得したガスタービン出力補正量に重み付け係数Pを乗じる(符号107)。そして、ガスタービン出力補正量算出部56は、重み付け係数Pを乗じた補正量をガスタービン出力予測値算出部51へ出力する。
また、ガスタービン出力予測値算出部51は、電力計17からガスタービン出力値を取得する。ガスタービン出力予測値算出部51は、ガスタービン出力値と、ガスタービン出力補正量算出部56から取得した補正量とを加算してガスタービン出力予測値を算出する(符号108)。以降の工程については、第一の実施形態と同様であるため省略する。
より実態に即したとは、例えば経年劣化などにより、CSOとガスタービン出力予測値との対応関係が、設計時から変化しているような場合がある。本実施形態では、それら経年劣化などの実態を取り込んだ実際のガスタービン出力値を用いているため、ガスタービン出力予測値の精度がより高まる。
また第二実施形態においてもIGV開度指令値を補正したIGV開度相当値を用いてタービン入口温度を推定することにより、実際に開度を計測せずに、従来よりも早く実際のタービン入口温度とのずれを先行的に補償できる。これにより第二実施形態の燃料制御装置の制御によれば負荷変化の過渡時においても運転ラインと目標運転ラインとのずれを小さくすることができ、燃焼振動の発生を回避することができる。
なお第二実施形態においてガスタービン出力補正量算出部56は、ガスタービン出力制御部からCSOを取得し、予め定められた係数Pを記憶部から読み込んで、そのCSOを補正せずにそのまま重み付け係数Pを乗じてガスタービン出力補正量を算出してもよい。
以下、本発明の第三実施形態による燃料制御装置を図9、図10を参照して説明する。
図9は、本実施形態における燃料制御装置の一例を示すブロック図である。
図9で示すように、本実施形態において燃料制御装置50は、負荷変化レート算出部57、係数算出部58を備えている。他の構成は第二の実施形態と同様である。
負荷変化レート算出部57は、電力計17から発電機16の出力測定値を取得する。負荷変化レート算出部57は、単位時間当たりの負荷(出力測定値)の変化を算出する。
係数算出部58は、算出した負荷変化レートに応じた、ガスタービン出力補正量に対する重み付け係数を取得する。重み付け係数の算出は、負荷変化レートと重み付け係数とを対応付けたテーブルや関数が予め記憶部に記録されており、係数算出部58は、そのテーブルなどを読み込んで、算出した負荷変化に対応する重み付け係数を求める。
あるいは、重み付け係数を取得するために、負荷の実測値に基づく負荷変化レートを算出するのではなく、負荷変化に対して時々刻々と変化するガスタービンの目標出力を達成するための出力変化の目標レートを、負荷変化レートの代わりに使用してもよい。この目標レートの値は、ガスタービン出力制御部が、CSOを決定する過程において算出する値である。負荷変化レート算出部57は、ガスタービン出力制御部から、負荷変化に対する予め定められた出力変化の目標レートを取得する。そして、係数算出部58は、その目標レートと重み付け係数との対応テーブルなどから重み付け係数を取得する。
図10を用いて本実施形態の燃料配分制御について説明する。
まず、負荷変化レート算出部57は、負荷変化レートを算出する(符号109)。そして、負荷変化レート算出部57は、算出した負荷変化レートを係数算出部58に出力する。係数算出部58は、取得した負荷変化レートに基づいて、それらと重み付け係数を対応付けたテーブルや関数から、負荷変化レートに応じた重み付け係数を取得し(符号110)、ガスタービン出力補正量算出部56へ出力する。
ガスタービン出力補正量算出部56は、第二の実施形態と同様にCSOに基づいてガスタービン出力補正量を算出する(符号106)。そして、ガスタービン出力補正量算出部56は、算出したガスタービン出力補正量と、係数算出部58から取得した負荷変化レートに応じた重み付け係数とを乗じて、負荷変化レートに応じたガスタービン出力補正量を算出する(符号111)。ガスタービン出力補正量算出部56は、算出した負荷変化レートに応じたガスタービン出力補正量を、ガスタービン出力予測値算出部51へ出力する。ガスタービン出力予測値算出部51は、ガスタービン出力値と、ガスタービン出力補正量算出部56から取得した補正量とを加算してガスタービン出力予測値を算出する(符号108)。以降の工程については、第一の実施形態と同様であるため省略する。
なお、負荷変化レートの代わりに目標レートを用いる場合、負荷変化レート算出部57は、ガスタービン出力制御部から目標レートを取得し(符号109)、係数算出部58へ出力する。係数算出部58は、目標レートと重み付け係数を対応付けたテーブルや関数から、目標レートに応じた重み付け係数を算出(符号110)し、ガスタービン出力補正量算出部56へ出力する。以下の工程は、負荷変化レートを用いる場合と同様である。
また第三実施形態においてもIGV開度指令値を補正したIGV開度相当値を用いてタービン入口温度を推定することにより、実際に開度を計測せずに、従来よりも早く実際のタービン入口温度とのずれを先行的に補償できる。これにより第二実施形態の燃料制御装置の制御によれば負荷変化の過渡時においても運転ラインと目標運転ラインとのずれを小さくすることができ、燃焼振動の発生を回避することができる。
なお第三実施形態においてガスタービン出力補正量算出部56は、符号106の処理においてガスタービン出力制御部からCSOを取得し、そのCSOを補正せずにそのまま、負荷変化レートに応じた重み付け係数を乗じたガスタービン出力補正量を算出するようにしてもよい。
以下、本発明の第四実施形態による燃料制御装置を図11〜図12を参照して説明する。
図11は本実施形態における燃料制御装置の一例を示すブロック図である。
図11で示すように、本実施形態において燃料制御装置50は、係数算出部58に代えて、負荷変化レート判定部59を備えている。他の構成は第三の実施形態と同様である。
負荷変化レート判定部59は、負荷変化レート算出部57が算出した負荷変化レートを取得し、その値を予め設定され記憶部に記録された閾値Qと比較する。負荷変化レートが閾値Q以上であれば、負荷変化レート判定部59は、予め定められた重み付け係数Pをガスタービン出力補正量算出部56へ出力する。また、負荷変化レートが閾値Qより小さければ、負荷変化レート判定部59は、重み付け係数に値「0」を設定してガスタービン出力補正量算出部56へ出力する。この閾値Qは、ガスタービン出力補正量算出部56が算出した補正量を、ガスタービン出力値に反映させるか否かを判定する為の値である。
図12を用いて本実施形態の燃料配分制御について説明する。
まず、負荷変化レート算出部57は、負荷変化レートを算出する(符号109)。そして、負荷変化レート算出部57は、算出した負荷変化レートを負荷変化レート判定部59に出力する。負荷変化レート判定部59は、取得した負荷変化レートが閾値Q以上か否かを判定する。閾値Q以上場合、負荷変化レート判定部59は、重み付け係数Pを記憶部から読み出し、ガスタービン出力補正量算出部56へ出力する。また、閾値Qより小さい場合、負荷変化レート判定部59は、値「0」をガスタービン出力補正量算出部56へ出力する(符号112)。
ガスタービン出力補正量算出部56は、第二、三の実施形態と同様にCSOに基づいてガスタービン補正量を算出し、負荷変化レート判定部59から取得した重み付け係数とを乗じて、ガスタービン出力補正量を算出する(符号111)。ガスタービン出力補正量算出部56は、算出したガスタービン出力補正量を、ガスタービン出力予測値算出部51へ出力する。負荷変化レートが閾値Qより小さい場合は、重み付け係数が「0」であるため、ガスタービン出力補正量算出部56が出力する補正量は、「0」である。
ガスタービン出力予測値算出部51は、ガスタービン出力値と、ガスタービン出力補正量算出部56から取得した補正量とを加算してガスタービン出力予測値を算出する(符号108)。負荷変化レートが閾値Qより小さい場合は、補正量が0であるため、ガスタービン出力予測値算出部51は、実測したガスタービン出力値をタービン入口温度推定部52へ出力する。以降の工程については、第一の実施形態と同様であるため省略する。
また第四実施形態においてもIGV開度指令値を補正したIGV開度相当値を用いてタービン入口温度を推定することにより、実際に開度を計測せずに、従来よりも早く実際のタービン入口温度とのずれを先行的に補償できる。これにより第二実施形態の燃料制御装置の制御によれば負荷変化の過渡時においても運転ラインと目標運転ラインとのずれを小さくすることができ、燃焼振動の発生を回避することができる。
なお第四実施形態においてガスタービン出力補正量算出部56は、符号106の処理においてガスタービン出力制御部からCSOを取得し、そのCSOを補正せずにそのまま、負荷変化レートに応じた重み付け係数を乗じたガスタービン出力補正量を算出するようにしてもよい。
以下、本発明の第五実施形態による燃料制御装置を図13〜図14を参照して説明する。
図13は本実施形態における燃料制御装置の一例を示すブロック図である。
図13で示すように、本実施形態において燃料制御装置50は、負荷変化レート算出部57、係数算出部58、負荷変化レート判定部59を備えている。他の構成は第二の実施形態と同様である。
図14を用いて本実施形態の燃料配分制御について説明する。本実施形態は第三実施形態と第四実施形態とを組み合わせた実施形態である。
まず、負荷変化レート算出部57は、負荷変化レートを算出する(符号109)。そして、負荷変化レート算出部57は、算出した負荷変化レートを係数算出部58と負荷変化レート判定部59に出力する。
係数算出部58では、第三実施形態と同様に負荷変化レートに基づいた重み付け係数を決定する(符号110)。そして、係数算出部58は、その重み付け係数を負荷変化レート判定部59に出力する。
負荷変化レート判定部59では、負荷変化レート算出部57から取得した負荷変化レートが閾値Q以上かどうかを判定し、その負荷変化レートが閾値Q以上であれば係数算出部58から取得した負荷変化レートに応じた重み付け係数をガスタービン出力補正量算出部56へ出力する。また、負荷変化レートが閾値Qより小さい場合、負荷変化レート判定部59は、値「0」をガスタービン出力補正量算出部56へ出力する(符号112)。
ガスタービン出力補正量算出部56は、第二〜四実施形態と同様にCSOからガスタービン出力補正値を算出し(符号106)、負荷変化レート判定部59から取得した重み付け係数を乗じる(符号111)。ガスタービン出力予測値算出部51は、この乗じた値を取得し、実際に測定したガスタービン出力値に加算し、ガスタービン出力予測値を算出する(符号108)。
タービン入口温度推定部52は、このようにして算出したガスタービン出力予測値と、大気温度、大気圧力、IGV開度指令値に基づいてタービン入口温度を算出し、燃料配分指令値算出部53は、このタービン入口温度に基づいて各燃料系統へ供給する燃料の配分比を決定する。
以下、本発明の第六実施形態による燃料制御装置を図15〜図16を参照して説明する。
図15は本実施形態における燃料制御装置の一例を示すブロック図である。
図15で示すように、本実施形態において燃料制御装置50は、ガスタービン出力算出部61、係数算出部58を備えている。他の構成は第二の実施形態と同様である。
ガスタービン出力補正量算出部56は、第二の実施形態と同様にCSOに基づいてガスタービン出力補正量を算出する(符号106)。そして、ガスタービン出力補正量算出部56は、算出したガスタービン出力補正量と、係数算出部58から取得した負荷変化レートに応じた重み付け係数とを乗じて、負荷変化レートに応じたガスタービン出力補正量を算出する(符号111)。ガスタービン出力補正量算出部56は、算出した負荷変化レートに応じたガスタービン出力補正量を、ガスタービン出力予測値算出部51へ出力する。ガスタービン出力予測値算出部51は、ガスタービン出力値と、ガスタービン出力補正量算出部56から取得した補正量とを加算してガスタービン出力予測値を算出する(符号108)。以降の工程については、第一の実施形態と同様であるため省略する。
また第六実施形態においてもIGV開度指令値を補正したIGV開度相当値を用いてタービン入口温度を推定することにより、実際に開度を計測せずに、従来よりも早く実際のタービン入口温度とのずれを先行的に補償できる。これにより第六実施形態の燃料制御装置の制御によれば負荷変化の過渡時においても運転ラインと目標運転ラインとのずれを小さくすることができ、燃焼振動の発生を回避することができる。
なお第六実施形態においてガスタービン出力補正量算出部56は、符号106の処理においてガスタービン出力制御部からCSOを取得し、そのCSOを補正せずにそのまま、負荷変化レートに応じた重み付け係数を乗じたガスタービン出力補正量を算出するようにしてもよい。
図17は本発明に係る第七実施形態における燃料配分制御の一例を示す図である。
第七実施形態による燃料制御装置は、第4実施形態による燃料制御装置と第六実施形態による燃料制御装置の機能を備える。つまり第七実施形態による燃料制御装置は、図11で示した各処理部に加え、図15で示した係数算出部58を備える。
これにより第七実施形態による燃料制御装置においては、負荷変化レート算出部57が、負荷変化レートを算出する(符号109)。そして、負荷変化レート算出部57は、算出した負荷変化レートを負荷変化レート判定部59に出力する。一方で、係数算出部58は、取得したガスタービン出力に基づいて、それらと重み付け係数を対応付けたテーブルや関数から、ガスタービン出力に応じた重み付け係数を算出する(符号110)。負荷変化レート判定部59は、取得した負荷変化レートが閾値Q以上か否かを判定する。閾値Q以上場合、負荷変化レート判定部59は、係数算出部58の算出した重み付け係数をガスタービン出力補正量算出部56へ出力する。また、閾値Qより小さい場合、負荷変化レート判定部59は、値「0」をガスタービン出力補正量算出部56へ出力する(符号112)。これ以降の処理は第四実施形態と同様である。
第七の実施形態によれば第四実施形態と第六実施形態による両方の効果を得ることができる。
以下、本発明の第六実施形態による燃料制御装置を図18〜図19を参照して説明する。
図18は本実施形態における燃料制御装置の一例を示すブロック図である。
図18で示すように、本実施形態において燃料制御装置50は、負荷変化モード算出部62、負荷変化モード判定部63を備えている。他の構成は第二の実施形態と同様である。負荷変化モードとは、単位時間当たりの負荷の変化の大きさに応じて、少なくとも2以上に振り分けられたものである。負荷変化モード判定部63は、負荷変化モード算出部62が算出した負荷変化モードに応じて、予め設定された重み付け係数をガスタービン出力補正量算出部56へ出力する。この負荷変化モードは、ガスタービン出力補正量算出部56が算出した補正量に出力する重み付け係数を、より正確な値とする為のものである。
まず、負荷変化モード算出部62は、ガスタービンの負荷変化モードを算出する(符号116)。本実施形態の燃料制御装置50は、負荷変化モードがモード1,モード2,モード3の3モードのうちの何れのモードであるかを特定する。本実施形態においてモード1は、負荷変化レートが予め定められた第一の閾値以上の値であった場合の高速変化モードである。本実施形態においてモード2は、負荷変化レートが予め定められた第二の閾値以上の値であった場合の中速変化レートのことである。本実施形態においてモード3は、予め定められた、第三閾値以上の場合の低速変化レートのことである。これらの閾値の大小関係は、本実施形態においては第一の閾値>第二の閾値>第三の閾値、となっている。
そして、負荷変化モード算出部62は、算出した負荷変化モードを負荷変化モード判定部63に出力する(符号117)。負荷変化モード判定部63は、取得した負荷変化モードに基づいて、それらに対応する重み付け係数を取得し(符号117)、ガスタービン出力補正量算出部56へ出力する。本実施形態の重み付け関数は、3つの負荷変化モードに対応した、重み付け係数1(モード1に対応)、重み付け係数2(モード2に対応)、重み付け係数3(モード3に対応)とする。
ガスタービン出力補正量算出部56は、第二の実施形態と同様にCSOに基づいてガスタービン出力補正量を算出する(符号106)。そして、ガスタービン出力補正量算出部56は、算出したガスタービン出力補正量と、係数算出部58から取得した負荷変化レートに応じた重み付け係数とを乗じて、負荷変化レートに応じたガスタービン出力補正量を算出する(符号111)。ガスタービン出力補正量算出部56は、算出した負荷変化レートに応じたガスタービン出力補正量を、ガスタービン出力予測値算出部51へ出力する。ガスタービン出力予測値算出部51は、ガスタービン出力値と、ガスタービン出力補正量算出部56から取得した補正量とを加算してガスタービン出力予測値を算出する(符号108)。以降の工程については、第一の実施形態と同様であるため省略する。
また第八実施形態においてもIGV開度指令値を補正したIGV開度相当値を用いてタービン入口温度を推定することにより、実際に開度を計測せずに、従来よりも早く実際のタービン入口温度とのずれを先行的に補償できる。これにより第八実施形態の燃料制御装置の制御によれば負荷変化の過渡時においても運転ラインと目標運転ラインとのずれを小さくすることができ、燃焼振動の発生を回避することができる。
なお第八実施形態においてガスタービン出力補正量算出部56は、符号106の処理においてガスタービン出力制御部からCSOを取得し、そのCSOを補正せずにそのまま、負荷変化レートに応じた重み付け係数を乗じたガスタービン出力補正量を算出するようにしてもよい。
図20は本発明に係る第九実施形態における燃料配分制御の一例を示す図である。
第九実施形態による燃料制御装置は、第4実施形態による燃料制御装置と第八実施形態による燃料制御装置の機能を備える。つまり第七実施形態による燃料制御装置は、図11で示した各処理部に加え、図15で示した負荷変化モード算出部62と負荷変化モード判定部63とを備える。
これにより第九実施形態による燃料制御装置においては、負荷変化レート算出部57が、負荷変化レートを算出する(符号109)。そして、負荷変化レート算出部57は、算出した負荷変化レートを負荷変化レート判定部59に出力する。一方で、第八実施形態と同様に負荷変化モード算出部62は、負荷変化モードを算出する(符号116)。負荷変化モード算出部62は、算出した負荷変化モードを負荷変化モード判定部63に出力する(符号117)。負荷変化モード判定部63は、取得した負荷変化モードに基づいて、それらに対応する重み付け係数を取得する(符号117)。負荷変化レート判定部59は、取得した負荷変化レートが閾値Q以上か否かを判定する。閾値Q以上場合、負荷変化レート判定部59は、負荷変化モード判定部63の取得した重み付け係数をガスタービン出力補正量算出部56へ出力する。また、閾値Qより小さい場合、負荷変化レート判定部59は、値「0」をガスタービン出力補正量算出部56へ出力する(符号112)。これ以降の処理は第四実施形態と同様である。
第九の実施形態によれば第四実施形態と第八実施形態による両方の効果を得ることができる。
11・・・空気圧縮機
12・・・燃焼器
13・・・タービン
14・・・IGV
15・・・ロータ
16・・・発電機
17・・・電力計
18・・・パイロット系統燃料流量調節弁
19・・・メイン系統燃料流量調節弁
20・・・トップハット系統燃料流量調節弁
21・・・燃料供給装置
22・・・圧力計
23・・・温度計
25・・・アーム
26・・・リンク機構
27・・・環状部材
28・・・アクチュエータ
50・・・燃料制御装置
51・・・ガスタービン出力予測値算出部
510・・・IGV応答補正部
52・・・タービン入口温度推定部
53・・・燃料配分指令値算出部
54・・・全燃料流量算出部
55・・・弁開度算出部
56・・・ガスタービン出力補正量算出部
57・・・負荷変化レート算出部
58・・・係数算出部
59・・・負荷変化レート判定部
61・・・ガスタービン出力算出部
62・・・負荷変化モード算出部
63・・・負荷変化モード判定部
Claims (12)
- 燃料と混合し燃焼させる空気の量を制御するインレットガイドベーンの開度指令値を補正して前記インレットガイドベーンが前記開度指令値に基づいて開閉動作した場合における実際の開度の近似値を示す実開度相当値を演算するIGV応答補正部と、
前記実開度相当値と、大気条件と、ガスタービン出力とを用いて前記燃料と流入した空気との混合体を燃焼させた場合の温度推定値を算出する燃焼温度推定値算出部と、
前記温度推定値に基づいて複数の燃料供給系統から出力する燃料の配分を示す燃料配分指令値を算出して出力する燃料配分指令値算出部と、
前記燃料配分指令値と前記複数の燃料供給系統に出力する全燃料流量を示す燃料制御信号指令値とを取得して、それら燃料配分指令値と燃料制御信号指令値とに基づいて前記複数の燃料供給系統の燃料流量調節弁の各弁開度を算出する弁開度算出部と、
を備えることを特徴とする燃料制御装置。 - 前記IGV応答補正部は、燃料と混合し燃焼させる空気の量を制御するインレットガイドベーンの開度指令値と、前記インレットガイドベーンの実開度との予め定められた対応関係に基づいて、前記実開度相当値を演算する
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料制御装置。 - 燃料制御信号指令値とガスタービン出力の補正量との予め定められた対応関係と、取得した前記燃料制御信号指令値とに基づいて、ガスタービン出力の出力予測値を算出するガスタービン出力予測値算出部と、
を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の燃料制御装置。 - 燃料制御信号指令値とガスタービン出力を補正する値との予め定められた対応関係と、取得した前記燃料制御信号指令値とに基づいて、前記出力予測値を補正するガスタービン出力補正量を算出するガスタービン出力補正量算出部と、
前記ガスタービン出力の実測値と前記ガスタービン出力補正量とを用いて前記出力予測値を算出するガスタービン出力予測値算出部と、
を備えることを特徴とする請求項3に記載の燃料制御装置。 - 単位時間当たりガスタービン出力の変化を示す値に応じて、前記ガスタービン出力補正量に対する重み付け係数を算出する係数算出部を備え、
前記ガスタービン出力予測値算出部は、前記ガスタービン出力の実測値と、前記ガスタービン出力補正量に前記重み付け係数を乗じた値とを用いて前記出力予測値を算出する
ことを特徴とする請求項4に記載の燃料制御装置。 - 単位時間当たりガスタービン出力変化を検出し、そのガスタービン出力変化が所定の値より小さいときは、前記ガスタービン出力補正量を0に設定する負荷変化レート判定部
を備えることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の燃料制御装置。 - ガスタービン出力を示す値に応じて、前記ガスタービン出力補正量に対する重み付け係数を算出する係数算出部
を備えることを特徴とする請求項4から請求項6の何れか1項に記載の燃料制御装置。 - 単位時間当たりのガスタービンの負荷変化に応じて、予め定められた少なくとも2以上のガスタービン負荷変化モードと、
其々の前記ガスタービンの負荷変化モードに対応する、予め定められた少なくとも2以上のガスタービン出力補正に対する重み付け係数と、
前記ガスタービン負荷変化モードに基づいて、対応するガスタービン出力補正に対する重み付け係数を切り替える切り替え部と、
を備え、
前記ガスタービン出力予測値算出部は、前記ガスタービン出力の実測値と、前記ガスタービン出力補正量に前記重み付け係数を乗じた値とを用いて前記出力予測値を算出する
ことを特徴とする請求項4に記載の燃料制御装置。 - 請求項1から請求項8の何れか1項に記載の燃料制御装置を備えることを特徴とする燃焼器。
- 請求項1から請求項8の何れか1項に記載の燃料制御装置を備えることを特徴とするガスタービン。
- 燃料と混合し燃焼させる空気の量を制御するインレットガイドベーンの開度指令値を補正して前記インレットガイドベーンが前記開度指令値に基づいて開閉動作した場合における実際の開度の近似値を示す実開度相当値を演算し、
前記実開度相当値と、大気条件と、ガスタービン出力とを用いて前記燃料と流入した空気との混合体を燃焼させた場合の温度推定値を算出し、
前記温度推定値に基づいて複数の燃料供給系統から出力する燃料の配分を示す燃料配分指令値を算出して出力し、
前記燃料配分指令値と前記複数の燃料供給系統に出力する全燃料流量を示す燃料制御信号指令値とを取得して、それら燃料配分指令値と燃料制御信号指令値とに基づいて前記複数の燃料供給系統の燃料流量調節弁の各弁開度を算出する
ことを特徴とする制御方法。 - 燃料制御装置のコンピュータを、
燃料と混合し燃焼させる空気の量を制御するインレットガイドベーンの開度指令値を補正して前記インレットガイドベーンが前記開度指令値に基づいて開閉動作した場合における実際の開度の近似値を示す実開度相当値を演算するIGV応答補正手段、
前記実開度相当値と、大気条件と、ガスタービン出力とを用いて前記燃料と流入した空気との混合体を燃焼させた場合の温度推定値を算出する燃焼温度推定値算出手段、
前記温度推定値に基づいて複数の燃料供給系統から出力する燃料の配分を示す燃料配分指令値を算出して出力する燃料配分指令値算出手段、
前記燃料配分指令値と前記複数の燃料供給系統に出力する全燃料流量を示す燃料制御信号指令値とを取得して、それら燃料配分指令値と燃料制御信号指令値とに基づいて前記複数の燃料供給系統の燃料流量調節弁の各弁開度を算出する弁開度算出手段、
として機能させるためのプログラム。
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