JP2860724B2 - ガスタービン制御装置 - Google Patents
ガスタービン制御装置Info
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- JP2860724B2 JP2860724B2 JP29979991A JP29979991A JP2860724B2 JP 2860724 B2 JP2860724 B2 JP 2860724B2 JP 29979991 A JP29979991 A JP 29979991A JP 29979991 A JP29979991 A JP 29979991A JP 2860724 B2 JP2860724 B2 JP 2860724B2
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- Japan
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- gas turbine
- equation
- control
- control device
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は産業用や航空用など広く
一般に適用可能なガスタービン制御装置に関する。
一般に適用可能なガスタービン制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンの回転数制御には、負荷変
化による回転数変動を小さく抑えるために、高い制御性
能が要求される。このとき、ガスタービン特性は、上記
負荷変化によって大きく変動する（図４参照）ことに加
え、外気の温度や圧力など種々の要因によっても様々に
変化する。そのため、負荷などの変化に対して常に要求
仕様を満足する制御性能を維持することは困難である。
化による回転数変動を小さく抑えるために、高い制御性
能が要求される。このとき、ガスタービン特性は、上記
負荷変化によって大きく変動する（図４参照）ことに加
え、外気の温度や圧力など種々の要因によっても様々に
変化する。そのため、負荷などの変化に対して常に要求
仕様を満足する制御性能を維持することは困難である。
【０００３】このような問題に対し、従来、ガスタービ
ンの状態（回転数、吸気温度、吸気圧など）の計測値を
もとに制御パラメータを補償して、制御性能を維持させ
るという方法が一つの手段として用いられている。
ンの状態（回転数、吸気温度、吸気圧など）の計測値を
もとに制御パラメータを補償して、制御性能を維持させ
るという方法が一つの手段として用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに計測値をもとにした制御パラメータ補償のような手
段では、次のような問題がある。
うに計測値をもとにした制御パラメータ補償のような手
段では、次のような問題がある。
【０００５】(1) 信頼性の高い制御パラメータ補償を行
うためには、回転数、温度、圧力など多数の計測点を精
度良く計測することが必須であるが、現実のシステムで
は、経済性、保守性の面からこれに対応することができ
ない。
うためには、回転数、温度、圧力など多数の計測点を精
度良く計測することが必須であるが、現実のシステムで
は、経済性、保守性の面からこれに対応することができ
ない。
【０００６】(2) 急激な負荷変化など運転状態の急変に
よるガスタービン特性の変化に対しては、制御系の信頼
性が不十分である。
よるガスタービン特性の変化に対しては、制御系の信頼
性が不十分である。
【０００７】 本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑
みなされたものであって、少ない計測点で制御系を構成
できるとともに、運転状態の急変などにも高い信頼性を
得ることができるガスタービン制御装置の提供を目的と
する。
みなされたものであって、少ない計測点で制御系を構成
できるとともに、運転状態の急変などにも高い信頼性を
得ることができるガスタービン制御装置の提供を目的と
する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明のガスタービン制
御装置は、制御系の伝達関数の特性方程式を下記式
（１）で表したとき、該式（１）の部分二次式である下
記式（２）の係数からなる下記式（３）で規定されるパ
ラメータを所定値とする伝達関数を有することを特徴と
している。
御装置は、制御系の伝達関数の特性方程式を下記式
（１）で表したとき、該式（１）の部分二次式である下
記式（２）の係数からなる下記式（３）で規定されるパ
ラメータを所定値とする伝達関数を有することを特徴と
している。
【０００９】 Ｆ(S) ＝ａ0 ＋ａ1 Ｓ＋ａ2 Ｓ2 ＋ａ3 Ｓ3 ＋……＋ａn Ｓ n (1) Ｆi (S) ＝ａi-1 ＋ａi Ｓ＋ａi+1 Ｓ2 （ｉ＝１，２，３，……，ｎ-1）(2) ａi-1 ・ａi+1 αi ＝─────────（ｉ＝１，２，３，……，ｎ-1 ） (3) ａ i 2
【００１０】また、本発明においては、前記所定値を
０．５とするのが好ましい。
０．５とするのが好ましい。
【００１１】
【作用】制御系を含めたシステム全体の応答を表す伝達
関数の特性方程式（分母多項式）を式(1) のように表し
たとき、式(2) で表される部分二次式の減衰係数の逆数
に比例する式(3) のパラメータをαパラメータと呼ぶ。
関数の特性方程式（分母多項式）を式(1) のように表し
たとき、式(2) で表される部分二次式の減衰係数の逆数
に比例する式(3) のパラメータをαパラメータと呼ぶ。
【００１２】この場合、式(1) で表される特性方程式を
安定させる十分条件は、Some Sufficient Conditions f
or Stability and Instability of Continuous Liner S
tationary Systems (Automat. Remote Contr., Vol.39,
1285/1291: A.V.Lipatov およびN.I.Sokolov 著)から
式(4) のように導かれる（図３参照）。
安定させる十分条件は、Some Sufficient Conditions f
or Stability and Instability of Continuous Liner S
tationary Systems (Automat. Remote Contr., Vol.39,
1285/1291: A.V.Lipatov およびN.I.Sokolov 著)から
式(4) のように導かれる（図３参照）。
【００１３】 αi ＜０．６８ （ｉ＝１，２，３，……，ｎ-1 ） (4)
【００１４】 低次のαは、特性方程式の低次側の応答
モードに対応していることから、低次のα（特にα 1 ）
は、代表応答を支配する代表根に大きく影響する。α 1
を小さくすることは、代表根を実根とし、目標値追従に
対するオーバーシュートを防止することに対応する。
モードに対応していることから、低次のα（特にα 1 ）
は、代表応答を支配する代表根に大きく影響する。α 1
を小さくすることは、代表根を実根とし、目標値追従に
対するオーバーシュートを防止することに対応する。
【００１５】前記αパラメータは、制御パラメータおよ
びガスタービン特性を示すパラメータにより表されてい
ることから、要求仕様に見合った応答特性を有するよう
にαパラメータのモデル（参照モデル）を設定すること
により、制御パラメータが決定される。
びガスタービン特性を示すパラメータにより表されてい
ることから、要求仕様に見合った応答特性を有するよう
にαパラメータのモデル（参照モデル）を設定すること
により、制御パラメータが決定される。
【００１６】また、ガスタービンの特性変動による制御
特性の変化は、前記αパラメータの変化としてとらえる
ことができ、ガスタービン特性のすべての変動範囲にわ
たって設定された参照モデルからの各αパラメータのず
れが最小となるように設計することで、ガスタービン特
性の変化に対しても制御性能の変わりにくい（ロバスト
な）制御系を設計することができる。
特性の変化は、前記αパラメータの変化としてとらえる
ことができ、ガスタービン特性のすべての変動範囲にわ
たって設定された参照モデルからの各αパラメータのず
れが最小となるように設計することで、ガスタービン特
性の変化に対しても制御性能の変わりにくい（ロバスト
な）制御系を設計することができる。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
する。
【００１８】 図１は本発明が適用されるガスタービン
の構成を示し、このガスタービンは具体的には、圧縮機
１、燃焼器２およびタービン３を備えてなり、その制御
系は図２に示すような構成となっている。
の構成を示し、このガスタービンは具体的には、圧縮機
１、燃焼器２およびタービン３を備えてなり、その制御
系は図２に示すような構成となっている。
【００１９】圧縮機１を通過して高圧となった空気は燃
焼器２へ導入されるが、その予燃焼部で４００°Ｃ〜４
５０°Ｃに高められた後、触媒層４の直前で燃料制御弁
５を通って送られてくる主燃料と混合されてから、上記
触媒層４を通過する。このとき、混合ガスは、触媒層４
の活性化した触媒により触媒反応を起こしながら低温度
で燃焼する。
焼器２へ導入されるが、その予燃焼部で４００°Ｃ〜４
５０°Ｃに高められた後、触媒層４の直前で燃料制御弁
５を通って送られてくる主燃料と混合されてから、上記
触媒層４を通過する。このとき、混合ガスは、触媒層４
の活性化した触媒により触媒反応を起こしながら低温度
で燃焼する。
【００２０】一方、前記触媒層４の触媒出口温度を制御
するためにバイパス弁６が設けられており、前記圧縮機
１を出た一部の高圧空気は、このバイパス弁６を通って
直接タービン３の入口部へいたる構造となっており、こ
の空気が前記触媒層４を通過した燃焼ガスと混合されて
タービン３へ導入される。
するためにバイパス弁６が設けられており、前記圧縮機
１を出た一部の高圧空気は、このバイパス弁６を通って
直接タービン３の入口部へいたる構造となっており、こ
の空気が前記触媒層４を通過した燃焼ガスと混合されて
タービン３へ導入される。
【００２１】タービン３の回転数を維持するためには、
前記混合ガスの温度（タービン入口温度）を負荷に見合
ったある値に保てば良い。これは、燃料流量とバイパス
空気流量を加減することにより、触媒出口温度を維持し
ながら制御できる。
前記混合ガスの温度（タービン入口温度）を負荷に見合
ったある値に保てば良い。これは、燃料流量とバイパス
空気流量を加減することにより、触媒出口温度を維持し
ながら制御できる。
【００２２】図２の制御系において、回転数制御に対す
る伝達関数は式(5)で表される。
る伝達関数は式(5)で表される。
【００２３】 ここに Ａ＝（ＫNI ＋ＫNPs ＋ＫNDs 2 ）〔ＫTI＋ＫTPｓ＋ＫTDｓ2 ） ＋Ｋ1 （１＋ＴS ｓ）（１＋ＴB ｓ）ｓ〕 ＋Ｋ1 Ｄ(s)(ＫTI＋ＫTPs ＋ＫTDs 2 ）（１＋ＴF ｓ）ｓ ＋Ｋ1 〔Ａ(s)(１＋ＴB ｓ）−ＫTNＢ(s) 〕（１＋ＴS ｓ）（１＋ＴF ｓ）ｓ2 （Ｔs ：温度センサ遅れ時定数）
【００２４】しかして、本発明のガスタービン制御装置
は以下のとおりである。
は以下のとおりである。
【００２５】 前記式(5) の特性方程式から、前記し
た式(3) の各αi を求めて、要求される仕様を満足する
よう参照モデル（αパラメータ）を設定する。
た式(3) の各αi を求めて、要求される仕様を満足する
よう参照モデル（αパラメータ）を設定する。
【００２６】 なお、発電用ガスタービンとして用いる
場合は、負荷外乱に対する応答性を重視するため、αi
をやや大きめに設定するとともに、ガスタービン特性の
変動（図４参照）を考慮し、式(4) に対して余裕を見込
んで、各αを一律に０．５と設定するのが好ましい。
場合は、負荷外乱に対する応答性を重視するため、αi
をやや大きめに設定するとともに、ガスタービン特性の
変動（図４参照）を考慮し、式(4) に対して余裕を見込
んで、各αを一律に０．５と設定するのが好ましい。
【００２７】 負荷変動などにより、ガスタービン特
性の変動するすべての範囲において、で求めた各αパ
ラメータの参照モデルからのずれが最小になるように、
式(6)の評価関数を最小とする制御パラメータを求め
る。
性の変動するすべての範囲において、で求めた各αパ
ラメータの参照モデルからのずれが最小になるように、
式(6)の評価関数を最小とする制御パラメータを求め
る。
【００２８】 Ｊ＝Σ〔ｌｏｇ（αi ／０．５）〕2 (6) 以上の手法により制御系設計を行うことで、負荷の変化
に対しても制御性能の変化しにくいロバストな制御装置
が設計されることとなる。
に対しても制御性能の変化しにくいロバストな制御装置
が設計されることとなる。
【００２９】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
以下に述べるような種々の効果が得られる。
以下に述べるような種々の効果が得られる。
【００３０】（1) 精度の良い計測を行うために多数の
計測点を必要とする制御パラメータ補償のような従来の
制御装置と異なり、少ない計測点で制御系を構成でき、
構造がシンプルであるため信頼性が高い。
計測点を必要とする制御パラメータ補償のような従来の
制御装置と異なり、少ない計測点で制御系を構成でき、
構造がシンプルであるため信頼性が高い。
【００３１】(2) ガスタービン特性が変動する範囲につ
いて、十分なロバスト特性を有するように制御系設計が
行われていることから、運転状態の急変などにも高い信
頼性を持って対応できる。
いて、十分なロバスト特性を有するように制御系設計が
行われていることから、運転状態の急変などにも高い信
頼性を持って対応できる。
【００３２】(3) ガスタービン特性の変動範囲を考慮し
たロバスト制御装置であるため、むやみにロバスト性の
みを高めるのではなく、適切な応答特性をも確保するこ
とができる。
たロバスト制御装置であるため、むやみにロバスト性の
みを高めるのではなく、適切な応答特性をも確保するこ
とができる。
【図１】 本発明が適用される触媒燃焼方式ガスタービ
ンの構成を示す模式図である。
ンの構成を示す模式図である。
【図２】 同ガスタービンの制御系の構成を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図３】 αパラメータが一定である参照モデルの極の
存在範囲を示す線図である。
存在範囲を示す線図である。
【図４】 ガスタービンの動特性を示す線図であって、
図４(a）は燃料制御弁のステップ入力による応答特性の
変化を示し、図４(b）はバイパス弁のステップ入力によ
るガスタービンの応答特性の変化を示す。
図４(a）は燃料制御弁のステップ入力による応答特性の
変化を示し、図４(b）はバイパス弁のステップ入力によ
るガスタービンの応答特性の変化を示す。
１ 圧縮機 ２ 燃焼器 ３ タービン ４ 触媒層 ５ 燃料制御弁 ６ バイパス弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 足利 貢 明石市川崎町１番１号 川崎重工業株式 会社 明石工場内 (56)参考文献 特開 昭60−233318（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−188630（ＪＰ，Ａ) 大島康次郎・荒木献次著、「自動制御 基礎講座 サーボ機構」、昭和43年４月 10日第４版発行、オーム社、ｐ82〜87、 「１・５・３ サーボ機構の安定性」の 章、式（１・105ｂ）、式（１・107）、 及び例24参照。 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F02C 9/28
Claims (2)
- 【請求項１】 制御系の伝達関数の特性方程式を下記式
（１）で表したとき、該式（１）の部分二次式である下
記式（２）の係数からなる下記式（３）で規定されるパ
ラメータを所定値とする伝達関数を有することを特徴と
するガスタービン制御装置。 Ｆ(S) ＝ａ0 ＋ａ1 Ｓ＋ａ2 Ｓ2 ＋ａ3 Ｓ3 ＋……＋ａn Ｓ n (1) Ｆi (S) ＝ａi-1 ＋ａi Ｓ＋ａi+1 Ｓ2 （ｉ＝１，２，３，……，ｎ-1）(2) ａi-1 ・ａi+1 αi ＝─────────（ｉ＝１，２，３，……，ｎ-1 ） (3) ａ i 2 - 【請求項２】 前記所定値が０．５であることを特徴と
する請求項１記載のガスタービン制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29979991A JP2860724B2 (ja) | 1991-10-18 | 1991-10-18 | ガスタービン制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29979991A JP2860724B2 (ja) | 1991-10-18 | 1991-10-18 | ガスタービン制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05106468A JPH05106468A (ja) | 1993-04-27 |
| JP2860724B2 true JP2860724B2 (ja) | 1999-02-24 |
Family
ID=17877078
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29979991A Expired - Lifetime JP2860724B2 (ja) | 1991-10-18 | 1991-10-18 | ガスタービン制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2860724B2 (ja) |
-
1991
- 1991-10-18 JP JP29979991A patent/JP2860724B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 大島康次郎・荒木献次著、「自動制御基礎講座 サーボ機構」、昭和４３年４月１０日第４版発行、オーム社、ｐ８２〜８７、「１・５・３ サーボ機構の安定性」の章、式（１・１０５ｂ）、式（１・１０７）、及び例２４参照。 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05106468A (ja) | 1993-04-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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