JP3181341B2 - 複合発電プラントの起動装置 - Google Patents

複合発電プラントの起動装置

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JP3181341B2 JP33308691A JP33308691A JP3181341B2 JP 3181341 B2 JP3181341 B2 JP 3181341B2 JP 33308691 A JP33308691 A JP 33308691A JP 33308691 A JP33308691 A JP 33308691A JP 3181341 B2 JP3181341 B2 JP 3181341B2
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は1台以上のガスタービン
(以下GTと略称する)、このGTと同数の排熱回収蒸
気発生器(以下HRSGと略称する)および1台の蒸気
タービン(以下STと略称する)からなる複合発電プラ
ントの起動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の複合発電プラントとしては、図4
に示すような多軸型コンバインドサイクルプラント(以
下多軸C/Cプラントと略称する)がある。この多軸
C/Cプラントは、図4に示すように2台のGT1−
a,GT1−bおよび各GTで駆動される発電機2−
a,2−b、2台のHRSG3−a,3−b、1台のS
T4およびこのSTにより駆動される発電機5より構成
されている。
【0003】ここで、GT1−a,GT1−bの排ガス
は、排気ダクト6−a,6−bを通じてHRSG3−
a,3−bに導かれ、このHRSGにおいては、排ガス
の熱により蒸気を発生する。このHRSGで発生した蒸
気は高圧主蒸気管9、低圧主蒸気管10を通じてST4
に導かれ、このST4を駆動する。排気ダクト6−a,
6−bにはアイソレーションダンパー7−a,7−bが
設けられており、ダンパーの開度位置によって各GTに
ついて次の2通りの運転状態が可能である。 (1)排ガスをバイパススタック8−a,8−bを通じ
て逃がしてGT単独で運転するシンプルサイクル(S/
C)運転 (2)排ガスをHRSG3−a,3−bに通じて蒸気を
発生し、ST4と共に運転するコンバンドサイクル(C
/C)運転
【0004】図4に示すような多軸型C/Cプラント
は、GTおよび発電機、HRSG,STおよび発電機の
複数の構成要素からなり、多様な運転状態が可能であ
る。例えば図4の例では、GT1台S/C、GT2台共
S/C、GT1台およびSTのC/C、GT1台および
STのC/C+GT1台S/C、GT2台およびSTの
C/Cの5種類が可能であり、各運転状態によりプラン
トとしての合計出力の可能範囲が異なっている。また、
C/C運転中のGTの出力が変化すると、HRSGから
発生蒸気量が変化し、その結果としてSTの出力も変
化する。
【0005】さらに、HRSG起動時に発生した蒸気を
高圧バイパス系統16−a,16−b、低圧バイパス系
15−a,15−bを通じて復水器に逃がしながら高
圧バイパス弁18−a,18−b、低圧バイパス弁17
−a,17−bを用いて各蒸気系統の圧力制御を行う。
この圧力制御は、HRSGの発生蒸気量、即ち対応する
GTの出力と協調したものにしないと、安定した蒸気系
の起動ができない。また、2台目以降のHRSG起動時
には、すでに運転中の高圧蒸気ヘッダ11、低圧蒸気ヘ
ッダ12の圧力に一致するように制御することにより、
HRSGの追加起動、インサービスを円滑に行う。
【0006】以上のように多軸C/Cは多様な運転状
態が可能であり、しかもGT系とHRSG、ST系が相
互に関連し合っているため、プラントとして運転する際
には各構成要素を協調して制御する必要がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の多軸
C/Cプラントの起動装置では、GT、HRSG、S
Tの個々の構成要素毎に制御している。このため、GT
の起動に際してはGTの目標出力を、HRSGの起動に
際しては目標とする蒸気圧力を決定し、各自動起動装置
に設定する操作が必要になったり、或るいはGTの目標
出力、HRSGの目標蒸気圧力を一定値として自動起動
装置に内臓しておき、常に一定の目標状態、目標出力に
向けてC/Cプラントを起動する方式としている。
【0008】しかし、多軸C/Cプラントの起動装置
では、プラント起動完了時にプラント全体として運転員
の目標とする運転状態、合計出力に一致させるように協
調して制御することが困難である。
【0009】即ち、目標の運転状態、合計出力を実現す
るために必要なGTの目標出力、HRSGの目標蒸気圧
力を個々に運転員が検討し、各々の自動起動装置に対し
て設定する必要があり、運転員の負担が大きくなるとい
う問題点がある。また、これらの目標値を一定値として
自動起動装置に内蔵している場合には、プラント起動完
了時の目標運転状態、合計出力を運転員の要求する値に
設定し得ないため、運転の柔軟性に欠けたり、或るいは
プラント起動完了後に合計出力を運転員が要求する値に
調整し直す必要があるなどの問題点がある。
【0010】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたもので、その目的は運転員の負担を軽減し、プラ
ントの柔軟な運転を行うことができる複合発電プラント
の起動制御装置を提供するにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段を講じたものである。
【0012】本発明による複合発電プラントの起動制御
装置は、1台以上のガスタービン、このガスタービンと
同数の排熱回収蒸気発生器および1台の蒸気タービンか
らなる多軸型コンバインドサイクルプラントにおいて
多軸型コンバインドサイクルプラント全体の目標運転状
態および目標出力を設定する設定手段と、この設定手段
により設定された目標運転状態が予め目標運転状態に応
じて定められた可能出力範囲をもとに目標出力に到達す
るか否かを判定する目標判定手段と、この目標判定手段
により目標運転状態が目標出力に到達すると判定される
とそのときの前記設定手段に設定された目標運転状態お
よび目標出力を実現するに必要な個々のガスタービンの
目標出力を求める第1の演算手段と、前記設定手段に設
定された目標運転状態と現在の多軸型コンバインドサイ
クルプラントの状態を比較して起動に必要なガスタービ
ン、排熱回収蒸気発生器および蒸気タービンを決定する
と共にその起動順序を決定する起動パターン設定手段
と、前記第1の演算手段で求められたガスタービンの目
標出力および前記起動パターン設定手段で決定された起
動に必要な排熱回収蒸気発生器の起動順序から排熱回収
蒸気発生器の起動時の目標蒸気圧力を求める第2の演算
手段と、これら第1および第2の演算手段並びに前記起
動パターン設定手段で決定された各パラメータに基づい
て前記各ガスタービン、排熱回収蒸気発生器および蒸気
タービンを起動制御する制御手段とを備える。
【0013】
【作用】このような構成の複合発電プラントの起動装置
にあっては、運転員が多軸コンバインドサイクルプラン
ト全体の目標運転状態および目標出力を設定手段に設定
すると、目標判定手段により目標運転状態において目標
出力に到達可能であるか否かを判定し、到達可能であれ
ばこれらの目標に対して起動時の目標運転状態、目標出
力として確定する。また、第1の演算手段ではガスター
ビン目標運転状態において、ガスタービンに対して多軸
コンバインドサイクルプラントの目標出力を実現するた
めに必要な個々のガスタービンの目標出力を決定し、起
動パターン設定手段では設定された目標運転状態と現在
のプラント状態を比較して起動に必要なガスタービン、
排熱回収蒸気発生器、蒸気タービンを決定すると共に、
その起動順序を決定し、さらに第2の演算手段では第1
の演算手段で求められたガスタービンの目標出力、起動
パターン設定手段で決定された排熱回収蒸気発生器の起
動順序をもとに排熱回収蒸気発生器の目標蒸気圧力を求
める。そして、制御手段ではこれら第1および第2の演
算手段並びに起動パターン設定手段で決定されたパラメ
ータに基づいて各ガスタービン、排熱回収蒸気発生器お
よび蒸気タービンを起動制御する。
【0014】従って、運転員は設定手段に多軸コンバイ
ンドサイクルプラント全体の目標運転状態および目標出
力を設定するだけで、多軸コンバインドサイクルプラン
トの柔軟な運転が自動的に行われるので、運転員に対す
る負担を大幅に軽減することが可能となる。
【0015】
【実施例】以下本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。
【0016】図1は本発明による複合発電プラントの起
動装置を図4に示す多軸C/Cプラントに適用した場
合の構成例を示すブロック図である。図1において、1
0は多軸C/Cプラント全体としての目標出力(M
W)を設定するC/C目標設定器、11は多軸C/C
プラントの目標運転状態を設定するC/C目標状態設定
器、12はC/C目標設定器10により設定された目標
出力(MW)信号S1およびC/C目標状態設定器11
により設定された目標状態信号S2が入力される目標判
定器で、この目標判定器12は目標運転状態に応じて定
められた可能出力範囲を示すデータが格納されたメモリ
を備え、そのデータをもとに目標運転状態が目標出力に
到達可能か否かを判定するものである。
【0017】13はC/C目標設定器10により設定さ
れた目標出力(MW)信号S1、C/C目標状態設定器
11により設定された目標状態信号S2および目標判定
器12で判定された判定完了信号S3が入力されるGT
目標出力計算機で、このGT目標出力計算機13は目標
出力を目標運転状態で実現するに必要な各GTの目標出
力を計算するものである。
【0018】また、14はC/C目標状態設定器11に
より設定された目標状態信号S2および多軸C/Cプ
ラント17よりプラント状態信号S7が入力される起動
パターン設定器で、この起動パターン設定器14は目標
運転状態と現在のプラント状態とを比較して起動の必要
なGT,HRSG,STおよび各々の起動順序を決定す
るものである。
【0019】15はGT目標出力計算機13により求め
られたGT目標出力信号S4および起動パターン設定器
14により決定された起動パターン指令信号S5が入力
されるHRSG目標蒸気圧力計算機で、このHRSG目
標蒸気圧力計算機はGT目標出力および起動が必要とさ
れるHRSGの起動順序からHRSG起動時の目標蒸気
圧力を計算するものである。
【0020】さらに、16はGT目標出力計算機13に
より求められたGT目標出力信号S4、起動パターン設
定器14により決定された起動パターン指令信号S5お
よびHRSG目標蒸気圧力計算機15で求められたHR
SG目標蒸気圧力信号S6が入力される自動化制御装置
で、この自動化制御装置16はGT目標出力、GT,H
RSG,STの起動パターン、HRSGの目標蒸気圧力
の各パラメータに基づいて多軸C/Cプラント17を
起動制御するものである。
【0021】なお、18は目標判定器12により目標運
転状態が目標出力に到達不可能と判定されるとこの目標
判定器12より目標修正ガイダンス信号が出力され、C
/C目標状態設定器11およびC/C目標出力設定器1
0に設定された設定値を修正変更するガイダンスであ
る。次に上記のように構成された多軸型C/Cプラント
の起動装置の作用を述べる。
【0022】まず、運転員によりC/C目標設定器10
に多軸C/Cプラント全体としての目標出力を設定
し、またC/C目標状態設定器11に多軸C/Cプラ
ントの目標運転状態を設定する。この場合、目標運転状
態とは図4に示すような構成の多軸C/Cプラントに
あっては、次の8種類の運転状態が考えられるため、そ
のいずれかを目標運転状態として選択して設定する。 (1)GT1−a S/C運転 (2)GT1−b S/C運転 (3)GT1−aおよびGT1−b S/C運転 (4)GT1−a,ST /C運転 (5)GT1−b,ST /C運転 (6)GT1−a,ST /C運転+GT1−b S/C運転 (7)GT1−b,ST /C運転+GT1−a S/C運転 (8)GT1−a,GT1−b,ST /C運転
【0023】このような目標出力および目標運転状態が
C/C目標設定器10およびC/C目標状態設定器11
に設定され、目標判定器12にC/C目標出力信号S1
およびC/C目標状態信号S2が入力されると、図示し
ないメモリから目標運転状態に応じて定められた可能出
力範囲を示すデータを読み出し、このデータをもとに設
定された目標運転状態で目標出力に到達可能であるか否
かが判定される。図2は、メモリに格納される上述した
目標運転状態(1)〜(8)における可能出力範囲を示
す。この場合、可能出力範囲は大気温度の関数になる。
【0024】この目標判定器13での判定結果が目標出
力に到達可能であれば、そのときの目標出力信号S1お
よび目標状態信号S2が次の起動の際の目標として確定
し、判定完了信号S3を出力する。また、判定結果が目
標出力に到達不可能である場合には、目標修正ガイダン
ス信号をガイダンス18として出力し、運転員に対して
C/C目標状態設定器11およびC/C目標出力設定器
10の設定値を修正変更するよう促す。これらの設定値
が変更された後の目標判定器12は、再度上記と同様の
処理が行われる。以上のルーチンは判定完了信号S3が
成立し、プラント起動時の目標運転状態、目標出力が確
定するまで繰返される。
【0025】次にGT目標出力計算機13にC/C目標
設定器10およびC/C目標状態設定器11より目標出
力信号S1および目標状態信号S2が、また目標判定器
12より判定完了信号S3が入力されると、このGT目
標出力計算機13では目標出力信号S1としての目標出
力を目標状態信号S2で与えられるプラント運転状態に
おいて実現するに必要な各GTの目標出力を計算し、G
T目標出力信号S4として出力する。この場合、STの
出力はGTの出力およびそれによって決まるHRSGの
蒸気発生量によって決まるため、各GTの目標出力を決
定し、それに基づいてプラントの起動を行うことにより
多軸C/Cプラントとしての目標出力に到達すること
が可能である。
【0026】また、起動パターン設定器14にC/C目
標状態設定器11より目標状態信号S2と多軸C/C
プラント17よりプラント状態信号S7とが入力される
と、この起動パターン設定器14では目標運転状態と現
在のプラント状態を比較して起動操作が必要となるG
T,HRSG,STおよび複数台のGT、そしてHRS
Gの起動が必要な場合にはその順序を決定する。例えば
現在のプラント状態が停止状態で前述した運転状態
(8)がC/C目標運転状態として設定されている場合
には、GT1−a,GT1−b,HRSG3−a,HR
SG3−b,ST4の起動が必要となり、その中でGT
1−a,GT1−bの順に起動、HRSGについてはH
RSG3−a,HRSG3−bの順で起動することが決
定される。これらの決定結果は、例えば次のような形で
起動パターン指令信号S5として出力される。 (a)GT1−a 起動フェーズ ON (b)GT1−b 起動フェーズ ON (c)HRSG3−a 1台目 起動フェーズ ON (d)HRSG3−b 2台目 起動フェーズ ON (e)ST 起動フェーズ ON (f)GT1−a 優先起動 ON
【0027】ここで、上記(a),(b),(e)はG
T1−a,GT1−b,STを起動することを示す。
(c)はHRSG3−aを1台目、(d)はHRSG3
−bを2台目として起動することを示す。また、(f)
は2台のGTのうち、GT1−aの方を先に起動するこ
とを示す。
【0028】かくして、GT目標出力計算機13で各G
Tの目標出力が求められ、また起動パターン設定器14
により起動パターンが決定されると、これらより出力さ
れるGT目標出力信号S4および起動パターン指令信号
S5がHRSG目標蒸気圧力計算機15に取込まれる。
このHRSG目標蒸気圧力計算機15では、これらの信
号に基づいて起動される各HRSGの目標蒸気圧力を計
算し、HRSG目標蒸気圧力信号S6を出力する。
【0029】この場合、起動パターン信号S5によって
1台目のHRSGとして起動されることが指定されてい
るHRSG(上記の例ではHRSG3−a)に対して
は、図3に示すように対応するGT(上記の例ではGT
3−a)の目標出力の関数として、目標蒸気圧力を与え
ることにより、安定したHRSGの起動およびSTの起
動が可能となる。
【0030】また、起動パターン指令信号S5によって
2台目のHRSGとして起動されることが指定されてい
るHRSG(上記の例ではHRSG3−b)に対しては
1台目のHRSGにより、ST運転しているときの蒸気
ヘッダ圧力を計算し、これを2台目HRSGの目標圧力
とすることにより、2台目HRSGのインサービス時の
圧力変動を小さくすることができる。
【0031】さらに、3台以上のHRSGがある場合の
3台目以降のHRSGの目標蒸気圧力についても同様に
そのHRSGを起動する前の蒸気ヘッダ圧力を計算して
目標圧力とする。
【0032】以上の説明では目標蒸気圧力を1種類とし
て述べてきたが、図4に示すHRSGのように高圧主蒸
気管9、低圧主蒸気管10の2系統を有する場合は、目
標蒸気圧力も高圧系、低圧系の各々について計算しなけ
ればならないが、その方法は上記と同様である。
【0033】このようなGT目標出力計算機13、起動
パターン設定器14およびHRSG目標蒸気圧力計算機
15より出力されるGT目標出力信号S4、起動パター
ン指令信号S5およびHRSG目標蒸気圧力信号S6が
各々自動化制御装置16に入力されると、この自動化制
御装置16は起動パターン指令信号S5で与えられる起
動パターンに従い、GT目標出力信号S4で与えられる
GT出力およびHRSG目標蒸気圧力信号S6で与えら
れるHRSG蒸気圧力の各パラメータを用いて多軸
/Cプラント17を起動する。
【0034】この結果、多軸C/Cプラント17をC
/C目標状態設定器11に設定された運転状態で、C/
C目標出力設定器10に設定された出力を発生させる状
態に向けて起動することができる。
【0035】このように本実施例においては、多軸
/Cプラント全体として運転員の目標とする運転状態、
合計出力に一致するようにプラントの各部を協調して自
動起動することが可能となる。
【0036】したがって、運転員による個々のGTの出
力設定、個々のHRSGの蒸気圧力設定等繁雑な設定、
操作を必要とせず、運転員の負担を軽減することができ
る。また、運転員の設定した運転状態、合計出力に向け
てプラントの起動を行うことができるので、プラントの
柔軟な運転が可能となり、しかもプラント起動完了後に
プラントの合計出力を再度設定し直す必要性もなくな
る。次に本発明の他の実施例について説明する。
【0037】上記実施例では、HRSG目標蒸気圧力計
算機15において、図3に示すようにGT目標出力信号
S4に応じてHRSG目標蒸気圧力を計算したが、図4
に示すようにアイソレーションダンパー7−a,7−
、バイパススタック8−a,8−bを有するプラント
の場合、先にGTの起動を完了した後、アイソレーショ
ンダンパーを開けて排ガスをHRSGに通じることによ
り蒸気系の起動を行うことも可能である。
【0038】このような場合にはHRSG起動直前(ア
イソレーションダンパの操作直前)のGT出力値を実
測し、これに基づいて図3と同様の関数によりHRSG
目標蒸気圧力を計算することにより、さらに確実な起動
制御が可能となる。
【0039】また、上記実施例ではHRSG目標蒸気圧
力計算機15において、図3に示す関数によりHRSG
目標蒸気圧力を計算したが、HRSGが前回停止時にバ
ンキング停止されて停止からの時間が余り経っていない
場合は図3から求めた圧力目標値よりもHRSG内の蒸
気の残圧が高い場合があり得る。このような場合に単純
に図3から求めた圧力目標値を使用すると、高圧バイパ
ス弁18−a,18−b、低圧バイパス弁17−a,1
7−bの圧力制御設定値がHRSG内の蒸気圧力より低
くなって、その結果これらのバイパス弁が開き、バイキ
ング停止することによって蓄えた蒸気エネルギの一部を
復水器に捨ててしまうことになる。
【0040】このような場合には、HRSG内の蒸気の
残圧と図3から求めた圧力目標値の内、いずれか高い方
を選択し、これを最終的な圧力目標値として使用するこ
とにより、上記のようなエネルギの損失を防ぐことがで
きる。
【0041】さらに上記実施例では図4に示す多軸
/Cプラントに適用する場合について述べたが、GT、
HRSGが1台の場合、あるいは3台以上の場合にも前
述同様に適用実施できるものである。
【0042】また、図4に示す多軸C/Cプラントに
おいては、アイソレーションダンパー7−a,7−bに
より各GTについて2通りの運転が可能であるが、アイ
ソレーションダンパー7−a,7−bとバイパススタッ
ク8−a,8−bをなくし、GTの排ガスは必ずHRS
Gに導かれるように構成することも可能である。その場
合は、S/C運転のケースが存在せず、C/C運転のみ
可能となるが、このような多軸C/Cプラントに対し
ても前述同様に適用実施できるものである。
【0043】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、運転
員の負担を軽減し、プラントの柔軟な運転を行うことが
できる複合発電プラントの起動装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による複合発電プラントの起動装置の一
実施例を示すブロック図。
【図2】同実施例における目標判定器のメモリに格納さ
れる多軸C/Cの運転状態と出力可能範囲の関係を示
す図。
【図3】同実施例におけるHRSG目標蒸気圧力計算機
に記憶される1台目のHRSGの目標蒸気圧力を決める
関数を示す図。
【図4】本発明が適用される多軸C/Cプラントの一
例を示す構成図。
【符号の説明】
10……C/C目標設定器、11……C/C目標状態設
定器、12……目標判定器、13……GT目標出力計算
機、14……起動パターン設定器、15……HRSG目
標蒸気圧力計算機、16……自動化制御装置、17……
多軸C/Cプラント、18……ガイダンス。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1台以上のガスタービン、このガスター
    ビンと同数の排熱回収蒸気発生器および1台の蒸気ター
    ビンからなる多軸型コンバインドサイクルプラントにお
    いて、多軸型コンバインドサイクルプラント全体の目標
    運転状態および目標出力を設定する設定手段と、この設
    定手段により設定された目標運転状態が予め目標運転状
    態に応じて定められた可能出力範囲をもとに目標出力に
    到達するか否かを判定する目標判定手段と、この目標判
    定手段により目標運転状態が目標出力に到達すると判定
    されるとそのときの前記設定手段に設定された目標運転
    状態および目標出力を実現するに必要な個々のガスター
    ビンの目標出力を求める第1の演算手段と、前記設定手
    段に設定された目標運転状態と現在の多軸型コンバイン
    ドサイクルプラントの状態を比較して起動に必要なガス
    タービン、排熱回収蒸気発生器および蒸気タービンを決
    定すると共にその起動順序を決定する起動パターン設定
    手段と、前記第1の演算手段で求められたガスタービン
    の目標出力および前記起動パターン設定手段で決定され
    た起動に必要な排熱回収蒸気発生器の起動順序から排熱
    回収蒸気発生器の起動時の目標蒸気圧力を求める第2の
    演算手段と、これら第1および第2の演算手段並びに前
    記起動パターン設定手段で決定された各パラメータに基
    づいて前記各ガスタービン、排熱回収蒸気発生器および
    蒸気タービンを起動制御する制御手段とを備えたことを
    特徴とする複合発電プラントの起動装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の複合発電プラントの起動
    装置において、前記多軸型コンバインドサイクルプラン
    トに前記ガスタービンと前記排熱回収蒸気発生器とを結
    ぶ排気ダクトに開度位置によって前記ガスタービンの排
    ガスを逃がすバイパススタック側又は前記排熱回収蒸気
    発生器に導くアイソレーションダンパーを有する場合、
    先に前記ガスタービンの起動を完了した後、前記アイソ
    レーションダンパを開けて排ガスを前記排熱回収蒸気発
    生器に導いて起動する直前のガスタービンの出力を実測
    し、この実測値に基づいて第2の演算手段により目標蒸
    気圧力を求めるようにしたことを特徴とする複合発電プ
    ラントの起動装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の複合発電プラントの起動
    装置において、第2の演算手段は、前回停止時にバンキ
    ング停止してから所定の時間が経過していな い場合、前
    記排熱回収蒸気発生器内の蒸気の残圧と前記第1の演算
    手段で求められた圧力目標値の内、何ずれか高い方を選
    択し、これを最終的な圧力目標値として使用することを
    特徴とする複合発電プラントの起動装置。
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