JP2020076377A - ガスタービンの制御装置、ガスタービン設備、ガスタービンの制御方法、及びガスタービンの制御プログラム - Google Patents
ガスタービンの制御装置、ガスタービン設備、ガスタービンの制御方法、及びガスタービンの制御プログラム Download PDFInfo
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Abstract
Description
このガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機と、前記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、前記燃焼ガスにより駆動されるタービンと、前記燃焼器に供給する前記燃料の流量を調節する燃料調節弁と、を備える。前記圧縮機は、回転する圧縮機ロータと、前記圧縮機ロータを覆う圧縮機車室と、前記圧縮機車室内に流入する前記空気の流量である吸気量を調節する吸気量調節器と、を有する。
本態様の制御装置は、前記ガスタービンの実際の出力である実出力と、前記ガスタービンに要求される要求出力とを受け付け、前記実出力と前記要求出力との偏差である出力偏差に応じて定まる負荷燃料量を求める負荷燃料量演算部と、前記ガスタービンを損傷から保護するために必要なパラメータを受け付け、前記パラメータを用いて、前記ガスタービンを保護可能な許容燃料量を求める許容燃料量演算部と、前記負荷燃料量演算部と前記許容燃料量演算部とが求めた燃料量のうち、最小の燃料量である最小燃料量を選択する流量低値選択部と、前記流量低値選択部で選択された前記最小燃料量に応じた前記燃料調節弁の開度を求め、前記開度を示す弁指令値を前記燃料調節弁に出力する弁指令出力部と、前記実出力を受け付け、前記実出力に応じて定まる前記吸気量調節器の駆動量である基本駆動量を求める基本駆動量演算部と、前記許容燃料量と前記最小燃料量との偏差である燃料偏差を求める燃料偏差演算部と、前記燃料偏差演算部が求めた前記燃料偏差に応じた前記基本駆動量の補正値を求める補正値演算部と、前記基本駆動量を前記補正値で補正する補正部と、前記補正部で補正された前記基本駆動量である調節器駆動量を示す調節器指令を前記吸気量調節器に出力する調節器指令出力部と、を備える。
以上のいずれかの態様の制御装置と、ガスタービンと、を備える。
このガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機と、前記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、前記燃焼ガスにより駆動されるタービンと、前記燃焼器に供給する前記燃料の流量を調節する燃料調節弁と、を備える。前記圧縮機は、回転する圧縮機ロータと、前記圧縮機ロータを覆う圧縮機車室と、前記圧縮機車室内に流入する前記空気の流量である吸気量を調節する吸気量調節器と、を有する。
本態様の制御方法は、前記ガスタービンの実際の出力である実出力と、前記ガスタービンに要求される要求出力とを受け付け、前記実出力と前記要求出力との偏差である出力偏差に応じて定まる負荷燃料量を求める負荷燃料量演算工程と、前記ガスタービンを損傷から保護するために必要なパラメータを受け付け、前記パラメータを用いて、前記ガスタービンを保護可能な許容燃料量を求める許容燃料量演算工程と、前記負荷燃料量演算工程と前記許容燃料量演算工程とで求められた燃料量のうち、最小の燃料量である最小燃料量を選択する流量低値選択工程と、前記流量低値選択工程で選択された前記最小燃料量に応じた前記燃料調節弁の開度を求め、前記開度を示す弁指令値を前記燃料調節弁に出力する弁指令出力工程と、前記実出力を受け付け、前記実出力に応じて定まる前記吸気量調節器の駆動量である基本駆動量を求める基本駆動量演算工程と、前記許容燃料量と前記最小燃料量との偏差である燃料偏差を求める燃料偏差演算工程と、前記燃料偏差演算工程で求められた前記燃料偏差に応じた前記基本駆動量の補正値を求める補正値演算工程と、前記基本駆動量を前記補正値で補正する補正工程と、前記補正工程で補正された前記基本駆動量である調節器駆動量を示す調節器指令を前記吸気量調節器に出力する調節器指令出力工程と、を実行する。
このガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機と、前記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、前記燃焼ガスにより駆動されるタービンと、前記燃焼器に供給する前記燃料の流量を調節する燃料調節弁と、を備える。前記圧縮機は、回転する圧縮機ロータと、前記圧縮機ロータを覆う圧縮機車室と、前記圧縮機車室内に流入する前記空気の流量である吸気量を調節する吸気量調節器と、を有する。
本態様の制御プログラムは、前記ガスタービンの実際の出力である実出力と、前記ガスタービンに要求される要求出力とを受け付け、前記実出力と前記要求出力との偏差である出力偏差に応じて定まる負荷燃料量を求める負荷燃料量演算工程と、前記ガスタービンを保護するために必要なパラメータを受け付け、前記パラメータを用いて、前記ガスタービンを損傷から保護可能な許容燃料量を求める許容燃料量演算工程と、前記負荷燃料量演算工程と前記許容燃料量演算工程とで求められた燃料量のうち、最小の燃料量である最小燃料量を選択する流量低値選択工程と、前記流量低値選択工程で選択された前記最小燃料量に応じた前記燃料調節弁の開度を求め、前記開度を示す弁指令値を前記燃料調節弁に出力する弁指令出力工程と、前記実出力を受け付け、前記実出力に応じて定まる前記吸気量調節器の駆動量である基本駆動量を求める基本駆動量演算工程と、前記許容燃料量と前記最小燃料量との偏差である燃料偏差を求める燃料偏差演算工程と、前記燃料偏差演算工程で求められた前記燃料偏差に応じた前記基本駆動量の補正値を求める補正値演算工程と、前記基本駆動量を前記補正値で補正する補正工程と、前記補正工程で補正された前記基本駆動量である調節器駆動量を示す調節器指令を前記吸気量調節器に出力する調節器指令出力工程と、をコンピュータに実行させる。
×100 ・・・・・(1)
なお、700℃MWは、現時点でのガスタービン1がおかれている環境で、タービン入口温度が下限値である700℃のときのガスタービン1の出力(発電機出力)である。また、1500℃MWは、現時点でのガスタービン1の環境下で、タービン入口温度が上限値である1500℃のときのガスタービン1の出力(発電機出力)である。
以上の実施形態では、許容燃料量として、第一許容温度燃料量BPCSOと、第二許容温度燃料量EXCSOと、変化率制限燃料量LRCSOとを求める。しかしながら、許容燃料量として、これらの許容燃料量のうち、いずれか一の許容燃料量、例えば、第一許容温度燃料量BPCSOのみを求めるようにしてもよい。この場合、複数の許容燃料量毎の最小燃料量CSOに対する偏差を求める必要がないため、偏差低値選択部145は不要である。また、許容燃料量として、第一許容温度燃料量BPCSO及び第二許容温度燃料量EXCSOのみを求め、変化率制限燃料量LRCSOを求めなくてもよい。
2:ガスタービンロータ
9:発電機
10:圧縮機
11:圧縮機ロータ
12:ロータ軸部
13:動翼列
14:静翼列
18:圧縮機車室
21:IGV装置(吸気量調節器)
22:可動翼
23:駆動器
30:燃焼器
35:燃料ライン
36:燃料調節弁
38:中間車室
40:タービン
41:タービンロータ
42:ロータ軸部
43:動翼列
43a:最終段動翼列
44:静翼列
48:タービン車室
50:排気ダクト
61:第一温度計
62:第二温度計
63:大気圧計
64:吸気温度計
65:車室圧力計
66:回転数計
67:出力計
100:制御装置
110:燃料制御部
111:負荷燃料量演算部(LDCSO演算部)
112:差分器
113:PI制御器
120:許容燃料量演算部
121:許容温度燃料量演算部
121a:第一許容温度燃料量演算部(BPCSO演算部)
122a:第一許容温度演算部
123:温度バイアス器
124a:第一許容温度燃料量算出部(BPCSO算出部)
125a:差分器
126a:PI制御器
121b:第二許容温度燃料量演算部(EXCSO演算部)
122b:第二許容温度演算部
124b:第二許容温度燃料量算出部(EXCSO算出部)
125b:差分器
126b:PI制御器
127:変化率制限燃料量演算部(LRCSO演算部)
128:入口温度相関値演算器(CLCSO演算器)
129:変化率制限燃料量算出器(LRCSO算出器)
131:流量低値選択部
132:弁指令出力部
140:IGV制御部
141:基本開度演算部(基本駆動量演算部)
142:燃料偏差演算部
143:サブ偏差演算部
144a:第一差分器
144b:第二差分器
144c:第三差分器
145:偏差低値選択部
146:補正値演算部
150:補正部
151:サブ補正値演算部
152:サブ補正部
153:変化率制限部
154:メイン補正部
155:IGV指令出力部(調節器指令出力部)
191:CPU
192:メモリ
193:補助記憶装置
193a:ガスタービン固有値データ
193b:制御プログラム
193c:OS(Operating System)プログラム
194:記憶・再生装置
195:入出力インタフェース
195a:手入力装置
195b:表示装置
196:設備Iインタフェース
197:設備Oインタフェース
198:通信インタフェース
A:空気
F:燃料
EG:排気ガス
Ar:軸線
Da:軸線方向
Dau:軸線上流側
Dad:軸線下流側
Dc:周方向
Dr:径方向
Claims (16)
- 空気を圧縮する圧縮機と、
前記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、
前記燃焼ガスにより駆動されるタービンと、
前記燃焼器に供給する前記燃料の流量を調節する燃料調節弁と、
を備え、
前記圧縮機は、回転する圧縮機ロータと、前記圧縮機ロータを覆う圧縮機車室と、前記圧縮機車室内に流入する前記空気の流量である吸気量を調節する吸気量調節器と、を有する、
ガスタービンの制御装置において、
前記ガスタービンの実際の出力である実出力と、前記ガスタービンに要求される要求出力とを受け付け、前記実出力と前記要求出力との偏差である出力偏差に応じて定まる負荷燃料量を求める負荷燃料量演算部と、
前記ガスタービンを損傷から保護するために必要なパラメータを受け付け、前記パラメータを用いて、前記ガスタービンを保護可能な許容燃料量を求める許容燃料量演算部と、
前記負荷燃料量演算部と前記許容燃料量演算部とが求めた燃料量のうち、最小の燃料量である最小燃料量を選択する流量低値選択部と、
前記流量低値選択部で選択された前記最小燃料量に応じた前記燃料調節弁の開度を求め、前記開度を示す弁指令値を前記燃料調節弁に出力する弁指令出力部と、
前記実出力を受け付け、前記実出力に応じて定まる前記吸気量調節器の駆動量である基本駆動量を求める基本駆動量演算部と、
前記許容燃料量と前記最小燃料量との偏差である燃料偏差を求める燃料偏差演算部と、
前記燃料偏差演算部が求めた前記燃料偏差に応じた前記基本駆動量の補正値を求める補正値演算部と、
前記基本駆動量を前記補正値で補正する補正部と、
前記補正部で補正された前記基本駆動量である調節器駆動量を示す調節器指令を前記吸気量調節器に出力する調節器指令出力部と、
を備えるガスタービンの制御装置。 - 請求項1に記載のガスタービンの制御装置において、
前記燃料偏差が第一偏差であるときの前記補正値は、前記燃料偏差が前記第一偏差より小さい第二偏差であるときの前記補正値以下である、
ガスタービンの制御装置。 - 請求項1又は2に記載のガスタービンの制御装置において、
前記補正部は、前記補正値であるメイン補正値を補正するためのサブ補正値を求めるサブ補正値演算部と、前記サブ補正値で前記メイン補正値を補正するサブ補正部と、前記サブ補正部で補正された前記メイン補正値で前記基本駆動量を補正して、前記調節器駆動量を求めるメイン補正部と、を有し、
前記サブ補正値演算部は、前記実出力を受け付け、前記実出力に応じた前記サブ補正値を求める、
ガスタービンの制御装置。 - 請求項3に記載のガスタービンの制御装置において、
前記実出力が第一値のときの前記サブ補正値は、前記実出力が前記第一値より小さい第二値のときの前記サブ補正値以上であり、
前記サブ補正部は、前記サブ補正値が第一値のときに補正した前記メイン補正値が、前記サブ補正値が前記第一値より小さい第二値のときに補正した前記メイン補正値より大きくなるよう、前記メイン補正値を補正する、
ガスタービンの制御装置。 - 請求項3又は4に記載のガスタービンの制御装置において、
前記補正部は、前記サブ補正部で補正された前記メイン補正値の単位時間当たりの変化量である変化率を予め定められた制限値以内に制限する変化率制限部を有し、
前記基本駆動量を大きくして前記吸気量を多くするときの前記変化率に対する前記制限値は、前記基本駆動量を小さくして前記吸気量を少なくするときの前記変化率に対する前記制限値より大きく、
前記メイン補正部は、前記変化率制限部で前記変化率が制限された前記メイン補正値で前記基本駆動量を補正する、
ガスタービンの制御装置。 - 請求項1又は2に記載のガスタービンの制御装置において、
前記補正部は、前記補正値の単位時間当たりの変化量である変化率を予め定められた制限値以内に制限する変化率制限部と、前記変化率制限部で前記変化率が制限された前記補正値で前記基本駆動量を補正するメイン補正部と、を有し、
前記基本駆動量を大きくして前記吸気量を多くするときの前記変化率に対する前記制限値は、前記基本駆動量を小さくして前記吸気量を少なくするときの前記変化率に対する前記制限値より大きい、
ガスタービンの制御装置。 - 請求項1から6のいずれか一項に記載のガスタービンの制御装置において、
前記許容燃料量演算部は、複数種類の許容燃料量を求め、
前記燃料偏差演算部は、
複数種類の許容燃料量毎に前記最小燃料量との偏差を求めるサブ偏差演算部と、
前記サブ偏差演算部が求めた複数種類の許容燃料量毎の偏差のうち、最小の偏差である最小偏差を選択する偏差低値選択部と、
を有し、
前記補正値演算部は、前記最小偏差に応じた前記補正値を求める、
ガスタービンの制御装置。 - 請求項1から6に記載のガスタービンの制御装置において、
前記タービンは、軸線を中心として回転するタービンロータと、前記タービンロータを覆うタービン車室と、を有し、
前記タービンロータは、前記軸線を中心として回転するロータ軸部と、前記軸線が延びる軸線方向に並んで前記ロータ軸部に固定されている複数の動翼列と、を有し、
前記ガスタービンは、前記タービン車室に接続され、複数の動翼列のうち最終段動翼列を通過した燃焼ガスである排気ガスが流れる排気ダクトを有し、
前記許容燃料量演算部は、
前記排気ガスの温度に関する、前記ガスタービンの状態に応じた排気ガス許容温度を求める許容温度演算部と、
前記排気ガスの温度を受け付け、前記排気ガスの温度と前記排気ガス許容温度との偏差に応じて定まる許容温度燃料量を求める許容温度燃料量演算部と、
を有し、
前記流量低値選択部及び前記燃料偏差演算部は、それぞれ、前記許容温度燃料量を前記許容燃料量演算部が求めた前記許容燃料量として処理する、
ガスタービンの制御装置。 - 請求項7に記載のガスタービンの制御装置において、
前記タービンは、軸線を中心として回転するタービンロータと、前記タービンロータを覆うタービン車室と、を有し、
前記タービンロータは、前記軸線を中心として回転するロータ軸部と、前記軸線が延びる軸線方向に並んで前記ロータ軸部に固定されている複数の動翼列と、を有し、
前記ガスタービンは、前記タービン車室に接続され、複数の動翼列のうち最終段動翼列を通過した燃焼ガスである排気ガスが流れる排気ダクトを有し、
前記許容燃料量演算部は、
前記タービン車室又は前記排気ダクト内で前記最終段動翼列よりも下流側の第一位置における前記排気ガスの温度に関する、前記ガスタービンの状態に応じた排気ガス許容温度である第一許容温度を求める第一許容温度演算部と、
前記排気ダクト内で前記第一位置よりも下流側の第二位置における前記排気ガスの温度に関する、前記ガスタービンの状態に応じた排気ガス許容温度である第二許容温度を求める第二許容温度演算部と、
前記第一位置における前記排気ガスの温度を受け付け、前記第一位置における前記排気ガスの温度と前記第一許容温度との偏差に応じて定まる第一許容温度燃料量を求める第一許容温度燃料量演算部と、
前記第二位置における前記排気ガスの温度を受け付け、前記第二位置における前記排気ガスの温度と前記第二許容温度との偏差に応じて定まる第二許容温度燃料量を求める第二許容温度燃料量演算部と、
を有し、
前記流量低値選択部は、前記第一許容温度燃料量及び前記第二許容温度燃料量のそれぞれを前記許容燃料量演算部が求めた燃料量の一つとして処理し、
前記サブ偏差演算部は、複数種類の許容燃料量の一種類の許容燃料量として前記第一許容温度燃料量を用い、他の一種類の許容燃料量として前記第二許容温度燃料量を用いる、
ガスタービンの制御装置。 - 請求項7又は9に記載のガスタービンの制御装置において、
前記許容燃料量演算部は、
前記ガスタービンの状態に応じて、前記タービンの入口における前記燃焼ガスの温度と正の相関関係を有する入口温度相関値を求める相関値演算器と、
前記入口温度相関値に応じた変化率制限燃料量を求める変化率制限燃料量算出器と、
を有し、
変化率制限燃料量算出器は、前記最小燃料量が増加する過程で、前記入口温度相関値が予め定められた値以下のときの前記変化率制限燃料量と、前記入口温度相関値が前記予め定められた値より大きいときの前記変化率制限燃料量とを求め、
前記入口温度相関値が前記予め定められた値以下のときの前記変化率制限燃料量は、前記最小燃料量に予め定められたバイアス燃料量を加え、前記バイアス燃料量が加わった値の単位時間当たりの変化量である変化率を予め定めた第一制限値以内にした値であり、
前記入口温度相関値が前記予め定められた値より大きいときの前記変化率制限燃料量は、前記前記入口温度相関値が前記予め定められた値のときの前記変化率制限燃料量から、前記第一制限値より小さい第二制限値以下の変化率で増加する値であり、
前記流量低値選択部は、前記変化率制限燃料量を前記許容燃料量演算部が求めた燃料量の一つとして処理し、
前記サブ偏差演算部は、複数種類の許容燃料量の一種類の許容燃料量として前記変化率制限燃料量を用いる、
ガスタービンの制御装置。 - 請求項1から10のいずれか一項に記載のガスタービンの制御装置と、
前記ガスタービンと、
を備えるガスタービン設備。 - 空気を圧縮する圧縮機と、
前記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、
前記燃焼ガスにより駆動されるタービンと、
前記燃焼器に供給する前記燃料の流量を調節する燃料調節弁と、
を備え、
前記圧縮機は、回転する圧縮機ロータと、前記圧縮機ロータを覆う圧縮機車室と、前記圧縮機車室内に流入する前記空気の流量である吸気量を調節する吸気量調節器と、を有する、
ガスタービンの制御方法において、
前記ガスタービンの実際の出力である実出力と、前記ガスタービンに要求される要求出力とを受け付け、前記実出力と前記要求出力との偏差である出力偏差に応じて定まる負荷燃料量を求める負荷燃料量演算工程と、
前記ガスタービンを損傷から保護するために必要なパラメータを受け付け、前記パラメータを用いて、前記ガスタービンを保護可能な許容燃料量を求める許容燃料量演算工程と、
前記負荷燃料量演算工程と前記許容燃料量演算工程とで求められた燃料量のうち、最小の燃料量である最小燃料量を選択する流量低値選択工程と、
前記流量低値選択工程で選択された前記最小燃料量に応じた前記燃料調節弁の開度を求め、前記開度を示す弁指令値を前記燃料調節弁に出力する弁指令出力工程と、
前記実出力を受け付け、前記実出力に応じて定まる前記吸気量調節器の駆動量である基本駆動量を求める基本駆動量演算工程と、
前記許容燃料量と前記最小燃料量との偏差である燃料偏差を求める燃料偏差演算工程と、
前記燃料偏差演算工程で求められた前記燃料偏差に応じた前記基本駆動量の補正値を求める補正値演算工程と、
前記基本駆動量を前記補正値で補正する補正工程と、
前記補正工程で補正された前記基本駆動量である調節器駆動量を示す調節器指令を前記吸気量調節器に出力する調節器指令出力工程と、
を実行するガスタービンの制御方法。 - 請求項12に記載のガスタービンの制御方法において、
前記補正工程は、前記補正値であるメイン補正値を補正するためのサブ補正値を求めるサブ補正値演算工程と、前記サブ補正値で前記メイン補正値を補正するサブ補正工程と、前記サブ補正工程で補正された前記メイン補正値で前記基本駆動量を補正して、前記調節器駆動量を求めるメイン補正工程と、を含み、
前記サブ補正値演算工程では、前記実出力を受け付け、前記実出力に応じた前記サブ補正値を求める、
ガスタービンの制御方法。 - 請求項13に記載のガスタービンの制御方法において、
前記補正工程は、前記サブ補正工程で補正された前記メイン補正値の単位時間当たりの変化量である変化率を予め定められた制限値以内に制限する変化率制限工程を含み、
前記基本駆動量を大きくして、前記吸気量を多くするときの前記変化率に対する前記制限値は、前記基本駆動量を小さくして、前記吸気量を少なくするときの前記変化率に対する前記制限値より大きく、
前記メイン補正工程では、前記変化率制限工程で前記変化率が制限された前記メイン補正値で前記基本駆動量を補正する、
ガスタービンの制御方法。 - 請求項12から14のいずれか一項に記載のガスタービンの制御方法において、
前記許容燃料量演算工程では、複数種類の許容燃料量を求め、
前記燃料偏差演算工程は、
複数種類の許容燃料量毎に前記最小燃料量との偏差を求めるサブ偏差演算工程と、
前記サブ偏差演算工程が求めた複数種類の許容燃料量毎の偏差のうち、最小の偏差である最小偏差を選択する偏差低値選択工程と、
を含み、
前記補正値演算工程では、前記最小偏差に応じた前記基本駆動量の補正値を求める、
ガスタービンの制御方法。 - 空気を圧縮する圧縮機と、
前記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、
前記燃焼ガスにより駆動されるタービンと、
前記燃焼器に供給する前記燃料の流量を調節する燃料調節弁と、
を備え、
前記圧縮機は、回転する圧縮機ロータと、前記圧縮機ロータを覆う圧縮機車室と、前記圧縮機車室内に流入する前記空気の流量である吸気量を調節する吸気量調節器と、を有する、
ガスタービンの制御プログラムにおいて、
前記ガスタービンの実際の出力である実出力と、前記ガスタービンに要求される要求出力とを受け付け、前記実出力と前記要求出力との偏差である出力偏差に応じて定まる負荷燃料量を求める負荷燃料量演算工程と、
前記ガスタービンを損傷から保護するために必要なパラメータを受け付け、前記パラメータを用いて、前記ガスタービンを保護可能な許容燃料量を求める許容燃料量演算工程と、
前記負荷燃料量演算工程と前記許容燃料量演算工程とで求められた燃料量のうち、最小の燃料量である最小燃料量を選択する流量低値選択工程と、
前記流量低値選択工程で選択された前記最小燃料量に応じた前記燃料調節弁の開度を求め、前記開度を示す弁指令値を前記燃料調節弁に出力する弁指令出力工程と、
前記実出力を受け付け、前記実出力に応じて定まる前記吸気量調節器の駆動量である基本駆動量を求める基本駆動量演算工程と、
前記許容燃料量と前記最小燃料量との偏差である燃料偏差を求める燃料偏差演算工程と、
前記燃料偏差演算工程で求められた前記燃料偏差に応じた前記基本駆動量の補正値を求める補正値演算工程と、
前記基本駆動量を前記補正値で補正する補正工程と、
前記補正工程で補正された前記基本駆動量である調節器駆動量を示す調節器指令を前記吸気量調節器に出力する調節器指令出力工程と、
をコンピュータに実行させるガスタービンの制御プログラム。
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