JP3716637B2

JP3716637B2 - Gas turbine output control device

Info

Publication number: JP3716637B2
Application number: JP24996198A
Authority: JP
Inventors: 厚渡辺
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-09-03
Filing date: 1998-09-03
Publication date: 2005-11-16
Anticipated expiration: 2018-09-03
Also published as: JP2000080928A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガスタービン出力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力を得るために発電機を駆動するためのガスタービンが知られている。ガスタービンではその出力が大きくなり、ガスタービンの温度が或る温度を越えるとその熱により故障する可能性がある。したがってガスタービンが出力可能な出力には限界がある。そこで特開平８−２１２６４号のガスタービン出力制御装置ではガスタービンに接続された発電機を冷却するための冷却水の温度に基づいてガスタービンが出力可能な出力の最大値（以下、最大出力）を算出し、ガスタービンの出力が最大出力を越えないように制御している。ここでは冷却水の温度が低いほどガスタービンに吸入される空気（以下、吸入空気）の温度が低く、ガスタービンの温度も低いと判断し、最大出力が高く算出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら吸入空気の温度が等しい場合でもガスタービン内での燃焼温度はガスタービンに供給される燃料の量やガスタービンの回転数により異なる。したがって吸入空気の温度はガスタービンの温度に正確には対応しない。このため冷却水の温度に基づいて吸入空気の温度を推定し、冷却水の温度に基づいて算出される最大出力はガスタービンが実際に出力可能な出力に対応せず、ガスタービンの故障を十分に防止することができない。したがって本発明の目的はガスタービンの作動温度を許容温度内に確実に維持し、ガスタービンの故障を十分に防止することにある。なお出口温度とはガスタービンから排出される排気ガスの温度に相当する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために一番目の発明によれば、ガスタービンから予め定められた電圧が得られるようにガスタービンの作動を制御するガスタービン出力制御装置において、前記ガスタービンの出口温度に基づいて前記ガスタービンが出力可能な最大の出力を算出する最大出力算出手段と、前記ガスタービンの出力を該算出された最大の出力より小さく維持するガスタービン出力制限手段とを具備する。すなわちガスタービンの出力がガスタービンの出口温度に基づいて算出された最大の出力より小さく維持される。
【０００５】
上記課題を解決するために二番目の発明によれば、一番目の発明において、前記予め定められた電圧と前記ガスタービンから得られている電圧との差に基づいて前記ガスタービンが出力すべき第一の出力を算出し、前記最大の出力と前記ガスタービンから出力されている出力との差に基づいて前記ガスタービンが出力すべき第二の出力を算出するガスタービン出力算出手段と、前記ガスタービンから得られている電圧が前記予め定められた電圧より低いときに前記第一の出力と前記第二の出力とを比較するガスタービン出力比較手段と、前記第一の出力および前記第二の出力のうち小さいほうの出力にガスタービンの出力を制御するガスタービン出力制御手段とを具備する。すなわちガスタービンから得られる電圧を上げるべきときにガスタービンが出力すべき出力を予め定められた電圧および現在の電圧ならびに最大の出力および現在の出力に基づいて算出し、小さいほうの出力にガスタービンの出力を維持する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１には第一実施形態のガスタービン出力制御装置を備えたガスタービンシステムが示されている。図１において１はガスタービン（ＧＴ）を示す。ガスタービン１には磁石型発電機（ＰＭＧ）２が接続される。発電機２はガスタービン１により駆動せしめられ、三相交流電力を発生する。発電機２には整流器（ＲＥＣ）３が接続される。整流器３は発電機２から受けた交流電力を直流電力に変換する。整流器３にはインバータ（ＩＮＶ）４が接続される。インバータ４は整流器３から受けた直流電力を三相交流電力に変換する。インバータ４には第一実施形態では三つの負荷体（Ｌｏａｄ１〜３）５、６、７がそれぞれスイッチ８、９、１０を介して接続される。
【０００７】
第一実施形態のガスタービン出力制御装置はガスタービン１から出力される出力（以下、ガスタービン出力）を制御するためのガスタービンコントローラ（ＧＴＣ）１１とインバータ４から出力される電圧を制御するためのインバータ４コントローラ（ＩＮＶＣ）とを具備する。ガスタービンコントローラ（以下、ＧＴコントローラ）１１は後述するようにガスタービン１およびインバータ４から信号を受信し、ガスタービン１およびインバータコントローラ（以下、ＩＮＶコントローラ）１２に制御信号を送信する。一方、ＩＮＶコントローラ１２はインバータ４およびＧＴコントローラ１１から信号を受信し、インバータ４に制御信号を送信する。
【０００８】
次に第一実施形態のガスタービン出力制御装置の作動の概略を説明する。第一実施形態ではＧＴコントローラ１１はガスタービン１の始動後からガスタービン１の回転数（以下、ガスタービン回転数）が予め定められた回転数になるまでインバータ４から電力が出力されることを禁止するための制御信号をＩＮＶコントローラ１２に送信する。ガスタービン回転数が予め定められた回転数に達するとインバータ４から電力が出力されることを許可するための制御信号をＩＮＶコントローラ１２に送信する。またＧＴコントローラ１１はガスタービン回転数が予め定められた回転数に達した後はガスタービン回転数が予め定められた回転数に維持されるようにガスタービン１に供給される燃料の量（以下、燃料供給量）を制御する。
【０００９】
一方、ＩＮＶコントローラ１２はインバータ４から出力される電圧（以下、インバータ出力電圧）が予め定められた電圧になるようにインバータ４の作動を制御する。例えばインバータ４に接続される負荷体の数が増えるとインバータ出力電圧が下がる傾向があるのでＩＮＶコントローラ１２はインバータ４を制御してインバータ出力電圧が予め定められた電圧に維持されるようにする。さらにインバータ４に接続される負荷体の数が増え、インバータ４がインバータ出力電圧を予め定められた電圧に維持するように制御されると、ガスタービン１にかかる負荷が大きくなり、ガスタービン回転数が下がる傾向があるので、ＧＴコントローラ１１は燃料供給量を増大してガスタービン回転数が予め定められた回転数に維持されるようにする。こうしてインバータ４にかかる負荷に係わらずインバータ出力電圧が予め定められた電圧に維持され、ガスタービン回転数が予め定められた回転数に維持される。
【００１０】
次に第一実施形態のガスタービン出力制御装置の作動の概略を説明する。第一実施形態ではガスタービン１から排出される排気ガスの温度（以下、排気温度）に基づいてガスタービン１が出力可能な出力の最大値（以下、最大出力）を予め定められた間隔で算出する。なお排気温度が低いほどガスタービンの温度が低く、したがって最大出力が大きい。ガスタービン出力が最大出力を越えるとガスタービンの故障の原因となる可能性があるので、第一実施形態ではガスタービン回転数を予め定められた回転数に維持するために燃料供給量を増大すべきであっても、ガスタービン出力が最大出力を越えてしまうときにはガスタービン出力が最大出力を越えないような量に燃料供給量を制限する。もちろんこのときインバータ出力電圧は予め定められた電圧より低くなり、ガスタービン回転数が予め定められた回転数に維持される。こうして第一実施形態では排気温度に基づいてガスタービン出力が最大出力を越えないにように制御され、ガスタービン回転数が予め定められた回転数に維持される。
【００１１】
さらに第一実施形態ではインバータ４に接続される負荷体の数が減り、インバータ出力電圧が予め定められた電圧より高くなる傾向がある場合、現在の出力電圧と予め定められた電圧との差に基づいて少なくすべき燃料供給量（以下、第一減少量）を算出すると共に現在のガスタービン出力と最大出力との差に基づいて少なくすべき燃料供給量（以下、第二減少量）を算出する。ここで第一減少量と第二減少量のうち大きいほうの減少量だけ燃料供給量を少なくする。したがって第一実施形態ではガスタービン出力を下げるべきときに確実にガスタービン出力が最大出力より低く下げられる。このためガスタービンの故障が確実に防止される。
【００１２】
次に第一実施形態のガスタービン出力制御装置の作動の詳細を説明する。まず図２のフローチャートを参照してガスタービンの最大出力の算出を説明する。ステップＳ１０では今回のルーチン時における排気温度Ｔ１と、今回のルーチン時におけるガスタービン回転数ＮＥ１と、今回のルーチン時におけるガスタービン出力Ｐｄｃとを読み込む。なおガスタービン出力Ｐｄｃはインバータ出力電圧およびインバータ出力電流に基づいて算出される。
【００１３】
次にステップＳ１２において総温度差ＴＤＴが下記の数式１に基づいて算出され、総回転数差ＴＤＮが下記の数式２に基づいて算出される。
【数１】

【数２】

【００１４】
こうして過去１０回のルーチンの間における排気温度の変化の総量と過去１０回のルーチンにおける回転数の変化の総量とが算出される。
【００１５】
次にステップＳ１４において総温度差ＴＤＴの絶対値｜ＴＤＴ｜が予め定められた温度差ＫＫより小さい（｜ＴＤＴ｜＜ＫＫ）か否かが判別される。｜ＴＤＴ｜＜ＫＫであるときには過去１０回のルーチンの間における排気温度の変化は考えられうる変化の範囲内にあり、排気温度を検出するためのセンサの検出異常または検出誤差等によるものではないと判断し、ステップＳ１６に進む。一方、｜ＴＤＴ｜≧ＫＫであるときには過去１０回のルーチンの間における排気温度の変化は考えられない変化であり、センサの検出異常または検出誤差等によるものの可能性があると判断し、今回のルーチンではガスタービンの最大出力を算出せずにステップＳ２０に進む。
【００１６】
ステップＳ１６では総回転数差ＴＤＮの絶対値が予め定められた温度差ＫＮより小さい（｜ＴＤＮ｜＜ＫＮ）か否かが判別される。｜ＴＤＮ｜＜ＫＮであるときには過去１０回のルーチンの間におけるガスタービン回転数の変化は考えられうる変化の範囲内にあり、ガスタービン回転数を検出するためのセンサの検出異常または検出誤差等によるものではないと判断し、ステップＳ１８に進む。一方、｜ＴＤＮ｜≧ＫＮであるときには過去１０回のルーチンの間におけるガスタービン回転数の変化は考えられない変化であり、センサの検出異常または検出誤差等によるものの可能性があると判断し、今回のルーチンではガスタービンの最大出力を算出せずにステップＳ２０に進む。
【００１７】
ステップＳ１８ではガスタービン１の最大出力Ｐｄｃｍａｘが式Ｐｄｃ＋ｆ（Ｔｍａｘ−Ｔ１）に従って算出され、ステップＳ２０に進む。ここでＴｍａｘはガスタービンが耐えうる温度（以下、耐用温度）であり、ｆ（Ｔｍａｘ−Ｔ１）はガスタービン温度が耐用温度に達しない範囲で増大できる最大のガスタービン出力である。
【００１８】
ステップＳ２０では次回のルーチンの準備として、８回前のルーチン時における排気温度Ｔ９をＴ１０に入力し、７回前のルーチン時における排気温度Ｔ８をＴ９に入力し、順次、同様の処理をし、最後に今回のルーチン時における排気温度Ｔ１をＴ２に入力し、ステップＳ２２に進む。
【００１９】
ステップＳ２２では次回のルーチンの準備として、８回前のルーチン時におけるガスタービン回転数ＮＥ９をＮＥ１０に入力し、７回前のルーチン時におけるガスタービン回転数ＮＥ８をＮＥ９に入力し、順次、同様の処理をし、最後に今回のルーチン時におけるガスタービン回転数ＮＥ１をＮＥ２に入力し、処理を終了する。
【００２０】
次に図３のフローチャートを参照してＩＮＶコントローラにおけるガスタービン出力制御信号の算出を説明する。ステップＳ１００では図２のステップＳ１８で算出されたガスタービン１の最大出力Ｐｄｃｍａｘと、今回のルーチン時におけるガスタービン出力Ｐｄｃと、今回のルーチン時におけるインバータ出力電圧Ｖａｃをが読み込まれる。
【００２１】
次にステップＳ１０２においてガスタービン出力Ｐｄｃに基づいて算出される制御値補正量（以下、出力ベース補正量）ΔＤＦ（Ｐ）が式Ｋ１×（Ｐｄｃｍａｘ−Ｐｄｃ）に従って算出され、インバータ出力電圧Ｖａｃに基づいて算出される制御値補正量（以下、電圧ベース補正量）ΔＤＦ（Ｖ）が式Ｋ２×（Ｖａｃｓｅｔ−Ｖａｃ）に従って算出される。ここでＶａｃｓｅｔはインバータ４から出力されるべき予め定められた電圧であり、Ｋ１は最大出力と今回のルーチン時におけるガスタービン出力との差を出力ベース補正量に換算するための係数であり、Ｋ２は予め定められた電圧と今回のルーチン時におけるインバータ出力電圧との差を電圧ベース補正量に換算するための係数である。
【００２２】
次にステップＳ１０４においてガスタービン出力Ｐｄｃが最大出力Ｐｄｃｍａｘより小さい（Ｐｄｃ＜Ｐｄｃｍａｘ）か否かが判別される。Ｐｄｃ＜ＰｄｃｍａｘであるときにはステップＳ１０６に進み、インバータ出力電圧Ｖａｃが予め定められた電圧Ｖａｃｓｅｔより低い（Ｖａｃ＜Ｖａｃｓｅｔ）か否かが判別される。Ｖａｃ＜Ｖａｃｓｅｔであるときにはインバータ出力電圧を予め定められた出力電圧まで上げる必要があると判断し、ステップＳ１０８に進む。ところでインバータ出力電圧を上げた場合にガスタービン出力が最大出力を越えてしまう可能性がある。そこで第一実施形態ではステップＳ１０８において電圧ベース補正量ΔＤＦ（Ｖ）が出力ベース補正量ΔＤＦ（Ｐ）より大きい（ΔＤＦ（Ｖ）＞ΔＤＦ（Ｐ））か否かを判別し、ΔＤＦ（Ｖ）＞ΔＤＦ（Ｐ）であるときには制御値補正量ΔＤＦに電圧ベース補正量ΔＤＦ（Ｖ）を入力してステップＳ１１２において式ＤＦn-1 ＋ΔＤＦに従って算出される今回のルーチン時における制御値ＤＦｎに従ってＩＮＶコントローラ１２がインバータ出力電圧を制御すると、ガスタービン出力が最大出力を越えてしまう可能性があると判断し、ステップＳ１１０において制御値補正量ΔＤＦに出力ベース補正量ΔＤＦ（Ｐ）が入力される。一方、ステップＳ１０８においてΔＤＦ（Ｖ）≦ΔＤＦ（Ｐ）であるときには制御値補正量ΔＤＦに電圧ベース補正量ΔＤＦ（Ｖ）を入力してステップＳ１１２において式ＤＦn-1 ＋ΔＤＦに従って算出される今回のルーチン時における制御値ＤＦｎに従ってＩＮＶコントローラ１２がインバータ出力電圧を制御しても、ガスタービン出力が最大出力を越えることはないと判断し、ステップＳ１１６において制御値補正量ΔＤＦに電圧ベース補正量ΔＤＦ（Ｖ）が入力される。
【００２３】
一方、ステップＳ１０６においてＶａｃ≧Ｖａｃｓｅｔであるときにはインバータ出力電圧を予め定められた出力電圧まで下げる必要があると判断し、ステップＳ１１６に進んで制御値補正量ΔＤＦに電圧ベース補正量ΔＤＦ（Ｖ）が入力され、ステップＳ１１２に進む。このときステップＳ１１２において算出される今回のルーチン時における制御値ＤＦｎは、インバータ出力電圧を予め定められた出力電圧に補正する電圧ベース補正量ΔＤＦ（Ｖ）であるので、ＩＮＶコントローラ１２はこのＤＦｎに従ってインバータ出力電圧が予め定められた出力電圧に維持されるようにインバータ出力電圧を制御する。なおこの場合には既にステップＳ１０４においてガスタービン出力が最大出力より低いため、インバータ出力電圧が予め定められた出力電圧に維持されるようにインバータ出力電圧を制御しても、ガスタービン出力が最大出力を越えることはない。
【００２４】
一方、ステップＳ１０４においてＰｄｃ≧Ｐｄｃｍａｘであるときにはガスタービン出力Ｐｄｃを最大出力まで下げるべきと判断し、ステップＳ１１０に進んで制御値補正値ΔＤＦに出力ベース補正量ΔＤＦ（Ｐ）を入力し、ステップＳ１１２に進む。このときステップＳ１１２において算出される今回のルーチン時における制御値ＤＦｎは、ガスタービン出力を最大出力に補正する出力ベース補正量ΔＤＦ（Ｐ）であるので、ＩＮＶコントローラ１２はこのＤＦｎに従ってガスタービン出力が最大出力に維持されるようにインバータ出力電圧を制御する。
【００２５】
ステップＳ１１４では次回のルーチンに備えて今回のルーチン時における制御値ＤＦｎをＤＦn-1 に入力し、処理を終了する。
【００２６】
次に本発明の第二実施形態を説明する。第二実施形態では第一実施形態の三つの負荷体の代わりに一つの負荷体１３がインバータ４に接続されている。第二実施形態の負荷体１３は種々の条件に応じて異なる電圧をインバータ４に要求する。したがって第二実施形態では原則的にガスタービン出力が最大出力になるようにガスタービン１の作動を制御する。しかしながら最大出力が非常に小さいときにはガスタービン回転数が非常に小さくなり、ガスタービン１の作動が安定しない。そこで最大出力が予め定められた出力より小さいときにはガスタービン出力が予め定められた出力になるようにガスタービン１を制御する。こうして負荷体が要求する電圧を確実に且つ素早く供給することができる。
【００２７】
次に第二実施形態のガスタービン出力制御装置の作動を詳細に説明する。なおガスタービン最大出力算出は図２のフローチャートと同じであるので説明は省略する。図３のフローチャートは第二実施形態におけるガスタービン出力制御値算出を示している。まずステップＳ２００において図２のステップＳ１８において算出された最大出力Ｐｄｃｍａｘが読み込まれる。
【００２８】
次にステップＳ２０２において最大出力Ｐｄｃｍａｘが予め定められた出力Ｐｄｃ０より大きい（Ｐｄｃｍａｘ＞Ｐｄｃ０）か否かが判別される。Ｐｄｃｍａｘ＞Ｐｄｃ０であるときにはステップＳ２０４に進んで最大出力Ｐｄｃｍａｘに基づいて算出される制御値補正量ΔＤＦ（Ｐｄｃｍａｘ）が式Ｋ１×（Ｐｄｃｍａｘ−Ｐｄｃ）に従って算出され、ステップＳ２０６に進む。この場合、ステップＳ２０６において式ＤＦn-1 ＋ΔＤＦに従って算出される今回のルーチン時における制御値ＤＦｎによりＩＮＶコントローラ１２はガスタービン出力が最大出力に維持されるようにインバータ出力電圧を制御する。
【００２９】
一方、ステップＳ２０２においてＰｄｃｍａｘ≦Ｐｄｃ０であるときにはステップＳ２１０に進んで出力Ｐｄｃ０に基づいて算出される制御値補正量ΔＤＦ（Ｐｄｃ０）が式Ｋ１×（Ｐｄｃ０−Ｐｄｃ）に従って算出され、ステップＳ２０６に進む。この場合、ステップＳ２０６において式ＤＦn-1 ＋ΔＤＦに従って算出される今回のルーチン時における制御値ＤＦｎによりＩＮＶコントローラ１２はガスタービン出力が最大出力より高い予め定められた出力に維持されるようにインバータ出力電圧を制御する。
【００３０】
ステップＳ２０８では次回のルーチンに備えて今回のルーチン時における制御値ＤＦｎをＤＦn-1 に入力し、処理を終了する。
【００３１】
【発明の効果】
一番目および二番目の発明によればガスタービンの出力がガスタービンの出口温度に基づいて算出された最大の出力より小さく維持される。ガスタービンの出口温度はガスタービンの温度に正確に対応する。したがってガスタービンの出力をガスタービン出口温度に基づいて算出された最大の出力より小さく維持することによりガスタービンの温度が許容できる最大の温度を越えることが防止される。こうして熱によるガスタービンの故障が防止される。
【００３２】
二番目の発明によればガスタービンから得られる電圧を上げるべきときにガスタービンが出力すべき出力が予め定められた電圧および現在の電圧ならびに最大の出力および現在の出力に基づいて算出され、小さいほうの出力にガスタービンの出力が維持される。このため電圧を上げたときにガスタービンの出力が最大の出力を越えてしまう可能性を低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態のガスタービンシステムを示した図である。
【図２】第一実施形態のガスタービン最大出力算出を示すフローチャートである。
【図３】第一実施形態のガスタービン出力制御値算出を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第二実施形態のガスタービンシステムを示した図である。
【図５】第二実施形態のガスタービン出力制御値算出を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…ガスタービン
２…発電機
３…整流器
４…インバータ
５、６、７、１３…負荷体
１１…ガスタービンコントローラ
１２…インバータコントローラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas turbine output control device.
[0002]
[Prior art]
Gas turbines for driving generators to obtain electric power are known. In the gas turbine, the output is increased, and if the temperature of the gas turbine exceeds a certain temperature, the heat may cause a failure. Therefore, there is a limit to the output that the gas turbine can output. Therefore, in the gas turbine output control device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-21264, the maximum output value (hereinafter referred to as the maximum output) that the gas turbine can output based on the temperature of the cooling water for cooling the generator connected to the gas turbine. Is calculated so that the output of the gas turbine does not exceed the maximum output. Here, it is determined that the lower the temperature of the cooling water, the lower the temperature of the air (hereinafter referred to as “intake air”) drawn into the gas turbine and the lower the temperature of the gas turbine, and the maximum output is calculated to be higher.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, even when the intake air temperatures are equal, the combustion temperature in the gas turbine varies depending on the amount of fuel supplied to the gas turbine and the rotational speed of the gas turbine. Therefore, the temperature of the intake air does not accurately correspond to the temperature of the gas turbine. For this reason, the intake air temperature is estimated based on the cooling water temperature, and the maximum output calculated based on the cooling water temperature does not correspond to the output that the gas turbine can actually output. Cannot be prevented. Accordingly, it is an object of the present invention to reliably maintain the operating temperature of the gas turbine within an allowable temperature and sufficiently prevent the failure of the gas turbine. The outlet temperature corresponds to the temperature of the exhaust gas discharged from the gas turbine.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, according to a first aspect of the present invention, in a gas turbine output control device that controls the operation of a gas turbine so that a predetermined voltage is obtained from the gas turbine, the gas turbine output control device is based on the outlet temperature of the gas turbine. A maximum output calculating means for calculating the maximum output that can be output by the gas turbine, and a gas turbine output limiting means for maintaining the output of the gas turbine smaller than the calculated maximum output. That is, the output of the gas turbine is kept smaller than the maximum output calculated based on the outlet temperature of the gas turbine.
[0005]
In order to solve the above-described problem, according to a second invention, in the first invention, the gas turbine should output based on a difference between the predetermined voltage and a voltage obtained from the gas turbine. A gas turbine output calculating means for calculating a first output and calculating a second output to be output by the gas turbine based on a difference between the maximum output and the output output from the gas turbine; Gas turbine output comparing means for comparing the first output with the second output when the voltage obtained from the gas turbine is lower than the predetermined voltage; the first output; and the second output Gas turbine output control means for controlling the output of the gas turbine to the smaller one of the outputs. That is, when the voltage obtained from the gas turbine is to be increased, the output to be output by the gas turbine is calculated based on the predetermined voltage and the current voltage and the maximum output and the current output, and the gas turbine is reduced to the smaller output. Maintain the output of.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a gas turbine system including the gas turbine output control device of the first embodiment. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a gas turbine (GT). A magnet generator (PMG) 2 is connected to the gas turbine 1. The generator 2 is driven by the gas turbine 1 and generates three-phase AC power. A rectifier (REC) 3 is connected to the generator 2. The rectifier 3 converts AC power received from the generator 2 into DC power. An inverter (INV) 4 is connected to the rectifier 3. Inverter 4 converts the DC power received from rectifier 3 into three-phase AC power. In the first embodiment, three load bodies (Load 1 to 3) 5, 6, and 7 are connected to the inverter 4 via

switches

8, 9, and 10, respectively.
[0007]
The gas turbine output control device according to the first embodiment controls a voltage output from an inverter 4 and a gas turbine controller (GTC) 11 for controlling an output (hereinafter referred to as gas turbine output) output from the gas turbine 1. Inverter 4 controller (INVC). The gas turbine controller (hereinafter referred to as GT controller) 11 receives signals from the gas turbine 1 and the inverter 4 as described later, and transmits control signals to the gas turbine 1 and inverter controller (hereinafter referred to as INV controller) 12. On the other hand, the INV controller 12 receives signals from the inverter 4 and the GT controller 11 and transmits a control signal to the inverter 4.
[0008]
Next, an outline of the operation of the gas turbine output control device of the first embodiment will be described. In the first embodiment, the GT controller 11 outputs power from the inverter 4 after the gas turbine 1 is started until the rotational speed of the gas turbine 1 (hereinafter referred to as “gas turbine rotational speed”) reaches a predetermined rotational speed. A control signal for prohibition is transmitted to the INV controller 12. When the rotational speed of the gas turbine reaches a predetermined rotational speed, a control signal for permitting output of electric power from the inverter 4 is transmitted to the INV controller 12. The GT controller 11 also supplies an amount of fuel (hereinafter referred to as the amount of fuel supplied to the gas turbine 1) so that the gas turbine rotational speed is maintained at the predetermined rotational speed after the gas turbine rotational speed reaches the predetermined rotational speed. The fuel supply amount).
[0009]
On the other hand, the INV controller 12 controls the operation of the inverter 4 so that a voltage output from the inverter 4 (hereinafter, inverter output voltage) becomes a predetermined voltage. For example, since the inverter output voltage tends to decrease as the number of load bodies connected to the inverter 4 increases, the INV controller 12 controls the inverter 4 so that the inverter output voltage is maintained at a predetermined voltage. Further, when the number of load bodies connected to the inverter 4 increases and the inverter 4 is controlled so as to maintain the inverter output voltage at a predetermined voltage, the load applied to the gas turbine 1 increases, and the gas turbine rotational speed is increased. Therefore, the GT controller 11 increases the fuel supply amount so that the gas turbine rotational speed is maintained at a predetermined rotational speed. In this way, the inverter output voltage is maintained at a predetermined voltage regardless of the load applied to the inverter 4, and the gas turbine rotational speed is maintained at the predetermined rotational speed.
[0010]
Next, an outline of the operation of the gas turbine output control device of the first embodiment will be described. In the first embodiment, the maximum output value (hereinafter, maximum output) that can be output by the gas turbine 1 is calculated at predetermined intervals based on the temperature of the exhaust gas discharged from the gas turbine 1 (hereinafter, exhaust temperature). To do. Note that the lower the exhaust temperature, the lower the temperature of the gas turbine, and thus the higher the maximum output. If the gas turbine output exceeds the maximum output, it may cause a failure of the gas turbine. Therefore, in the first embodiment, the fuel supply amount is increased in order to maintain the gas turbine rotational speed at a predetermined rotational speed. Even if it should be, when the gas turbine output exceeds the maximum output, the fuel supply amount is limited to an amount such that the gas turbine output does not exceed the maximum output. Of course, at this time, the inverter output voltage becomes lower than the predetermined voltage, and the gas turbine rotational speed is maintained at the predetermined rotational speed. In this way, in the first embodiment, the gas turbine output is controlled so as not to exceed the maximum output based on the exhaust temperature, and the gas turbine rotational speed is maintained at a predetermined rotational speed.
[0011]
Furthermore, in the first embodiment, when the number of load bodies connected to the inverter 4 decreases and the inverter output voltage tends to be higher than a predetermined voltage, the difference between the current output voltage and the predetermined voltage is Based on the difference between the current gas turbine output and the maximum output, the fuel supply amount to be reduced (hereinafter referred to as the second reduction amount) is calculated. To do. Here, the fuel supply amount is reduced by the larger reduction amount of the first reduction amount and the second reduction amount. Therefore, in the first embodiment, when the gas turbine output is to be lowered, the gas turbine output is reliably lowered below the maximum output. For this reason, failure of the gas turbine is reliably prevented.
[0012]
Next, details of the operation of the gas turbine output control device of the first embodiment will be described. First, the calculation of the maximum output of the gas turbine will be described with reference to the flowchart of FIG. In step S10, the exhaust temperature T1 at the current routine, the gas turbine speed NE1 at the current routine, and the gas turbine output Pdc at the current routine are read. The gas turbine output Pdc is calculated based on the inverter output voltage and the inverter output current.
[0013]
Next, in step S12, the total temperature difference TDT is calculated based on the following formula 1, and the total rotational speed difference TDN is calculated based on the following formula 2.
[Expression 1]

[Expression 2]

[0014]
In this way, the total amount of change in exhaust temperature during the past 10 routines and the total amount of change in rotational speed during the past 10 routines are calculated.
[0015]
Next, in step S14, it is determined whether or not the absolute value | TDT | of the total temperature difference TDT is smaller than a predetermined temperature difference KK (| TDT | <KK). When | TDT | <KK, the change in the exhaust temperature during the last ten routines is within the range of possible changes, and is not due to a detection abnormality or detection error of the sensor for detecting the exhaust temperature. And the process proceeds to step S16. On the other hand, when | TDT | ≧ KK, the exhaust temperature change during the last 10 routines is an unthinkable change, and it is determined that there is a possibility of sensor abnormality or detection error. The routine proceeds to step S20 without calculating the maximum output of the gas turbine.
[0016]
In step S16, it is determined whether or not the absolute value of the total rotational speed difference TDN is smaller than a predetermined temperature difference KN (| TDN | <KN). When | TDN | <KN, the change in the gas turbine speed during the last ten routines is within the range of possible changes, such as a detection error or detection error of the sensor for detecting the gas turbine speed, etc. Therefore, the process proceeds to step S18. On the other hand, when | TDN | ≧ KN, it is determined that there is a possibility that the change in the gas turbine speed during the last ten routines is unthinkable and may be due to a detection abnormality or a detection error of the sensor, In this routine, the process proceeds to step S20 without calculating the maximum output of the gas turbine.
[0017]
In step S18, the maximum output Pdcmax of the gas turbine 1 is calculated according to the equation Pdc + f (Tmax-T1), and the process proceeds to step S20. Here, Tmax is a temperature that the gas turbine can withstand (hereinafter referred to as a service temperature), and f (Tmax−T1) is the maximum gas turbine output that can be increased within a range where the gas turbine temperature does not reach the service temperature.
[0018]
In step S20, as preparation for the next routine, the exhaust temperature T9 at the time of the routine eight times before is input to T10, the exhaust temperature T8 at the time of the routine seven times before is input to T9, and the same processing is sequentially performed. Finally, the exhaust temperature T1 at the time of this routine is input to T2, and the process proceeds to step S22.
[0019]
In step S22, as preparation for the next routine, the gas turbine rotational speed NE9 in the routine eight times before is input to NE10, and the gas turbine rotational speed NE8 in the routine seven times before is input to NE9. Finally, the gas turbine rotational speed NE1 at the time of this routine is input to NE2, and the process is terminated.
[0020]
Next, the calculation of the gas turbine output control signal in the INV controller will be described with reference to the flowchart of FIG. In step S100, the maximum output Pdcmax of the gas turbine 1 calculated in step S18 of FIG. 2, the gas turbine output Pdc in the current routine, and the inverter output voltage Vac in the current routine are read.
[0021]
Next, in step S102, a control value correction amount (hereinafter, output base correction amount) ΔDF (P) calculated based on the gas turbine output Pdc is calculated according to the equation K1 × (Pdcmax−Pdc), and based on the inverter output voltage Vac. The control value correction amount (hereinafter referred to as voltage base correction amount) ΔDF (V) calculated in this way is calculated according to the equation K2 × (Vacset−Vac). Here, Vacset is a predetermined voltage to be output from the inverter 4, K1 is a coefficient for converting the difference between the maximum output and the gas turbine output at the time of this routine into an output base correction amount, and K2 Is a coefficient for converting the difference between the predetermined voltage and the inverter output voltage in the current routine into a voltage base correction amount.
[0022]
Next, in step S104, it is determined whether or not the gas turbine output Pdc is smaller than the maximum output Pdcmax (Pdc <Pdcmax). When Pdc <Pdcmax, the routine proceeds to step S106, where it is determined whether or not the inverter output voltage Vac is lower than a predetermined voltage Vacset (Vac <Vacset). When Vac <Vacset, it is determined that the inverter output voltage needs to be increased to a predetermined output voltage, and the process proceeds to step S108. By the way, when the inverter output voltage is increased, the gas turbine output may exceed the maximum output. Therefore, in the first embodiment, in step S108, it is determined whether or not the voltage base correction amount ΔDF (V) is larger than the output base correction amount ΔDF (P) (ΔDF (V)> ΔDF (P)), and ΔDF (V). When> ΔDF (P), the voltage-based correction amount ΔDF (V) is input to the control value correction amount ΔDF, and the INV controller 12 according to the control value DFn at the time of this routine calculated in accordance with the expression DFn−1 + ΔDF in step S112. When the inverter output voltage is controlled, it is determined that the gas turbine output may exceed the maximum output, and in step S110, the output base correction amount ΔDF (P) is input to the control value correction amount ΔDF. On the other hand, if ΔDF (V) ≦ ΔDF (P) in step S108, the voltage base correction amount ΔDF (V) is input to the control value correction amount ΔDF, and this routine is calculated according to the formula DFn−1 + ΔDF in step S112. Even if the INV controller 12 controls the inverter output voltage according to the control value DFn at the time, it is determined that the gas turbine output does not exceed the maximum output, and in step S116, the control value correction amount ΔDF is added to the voltage base correction amount ΔDF (V ) Is entered.
[0023]
On the other hand, when Vac ≧ Vacset in step S106, it is determined that the inverter output voltage needs to be lowered to a predetermined output voltage, and the process proceeds to step S116, where the voltage base correction amount ΔDF (V) is added to the control value correction amount ΔDF. The process proceeds to step S112. At this time, the control value DFn at the time of the current routine calculated in step S112 is a voltage base correction amount ΔDF (V) for correcting the inverter output voltage to a predetermined output voltage. Therefore, the INV controller 12 follows this DFn. The inverter output voltage is controlled so that the inverter output voltage is maintained at a predetermined output voltage. In this case, since the gas turbine output is already lower than the maximum output in step S104, even if the inverter output voltage is controlled so that the inverter output voltage is maintained at the predetermined output voltage, the gas turbine output is the maximum output. Never exceed.
[0024]
On the other hand, when Pdc ≧ Pdcmax in step S104, it is determined that the gas turbine output Pdc should be reduced to the maximum output, the process proceeds to step S110, and the output base correction amount ΔDF (P) is input as the control value correction value ΔDF, and step S112. Proceed to At this time, the control value DFn at the time of the current routine calculated in step S112 is the output base correction amount ΔDF (P) for correcting the gas turbine output to the maximum output. Therefore, the INV controller 12 outputs the gas turbine output according to this DFn. The inverter output voltage is controlled to maintain the maximum output.
[0025]
In step S114, the control value DFn at the current routine is input to DFn-1 in preparation for the next routine, and the process ends.
[0026]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, one load body 13 is connected to the inverter 4 instead of the three load bodies of the first embodiment. The load body 13 of the second embodiment requires different voltages from the inverter 4 according to various conditions. Therefore, in the second embodiment, in principle, the operation of the gas turbine 1 is controlled so that the gas turbine output becomes the maximum output. However, when the maximum output is very small, the gas turbine rotational speed becomes very small, and the operation of the gas turbine 1 is not stable. Therefore, when the maximum output is smaller than the predetermined output, the gas turbine 1 is controlled so that the gas turbine output becomes a predetermined output. Thus, the voltage required by the load body can be reliably and quickly supplied.
[0027]
Next, the operation of the gas turbine output control device of the second embodiment will be described in detail. The gas turbine maximum output calculation is the same as that in the flowchart of FIG. The flowchart of FIG. 3 shows gas turbine output control value calculation in the second embodiment. First, in step S200, the maximum output Pdcmax calculated in step S18 of FIG. 2 is read.
[0028]
Next, in step S202, it is determined whether or not the maximum output Pdcmax is larger than a predetermined output Pdc0 (Pdcmax> Pdc0). When Pdcmax> Pdc0, the routine proceeds to step S204, where the control value correction amount ΔDF (Pdcmax) calculated based on the maximum output Pdcmax is calculated according to the equation K1 × (Pdcmax−Pdc), and the routine proceeds to step S206. In this case, the INV controller 12 controls the inverter output voltage so that the gas turbine output is maintained at the maximum output based on the control value DFn in the current routine calculated according to the expression DFn-1 + ΔDF in step S206.
[0029]
On the other hand, when Pdcmax ≦ Pdc0 in step S202, the routine proceeds to step S210, where the control value correction amount ΔDF (Pdc0) calculated based on the output Pdc0 is calculated according to the equation K1 × (Pdc0−Pdc), and the routine proceeds to step S206. In this case, the INV controller 12 controls the inverter output voltage so that the gas turbine output is maintained at a predetermined output higher than the maximum output based on the control value DFn at the current routine calculated according to the expression DFn-1 + ΔDF in step S206. To control.
[0030]
In step S208, in preparation for the next routine, the control value DFn at the current routine is input to DFn-1, and the process ends.
[0031]
【The invention's effect】
According to the first and second inventions, the output of the gas turbine is maintained smaller than the maximum output calculated based on the outlet temperature of the gas turbine. The outlet temperature of the gas turbine corresponds exactly to the temperature of the gas turbine. Therefore, by keeping the output of the gas turbine smaller than the maximum output calculated based on the gas turbine outlet temperature, the temperature of the gas turbine is prevented from exceeding an allowable maximum temperature. In this way, failure of the gas turbine due to heat is prevented.
[0032]
According to the second invention, when the voltage obtained from the gas turbine is to be increased, the output to be output by the gas turbine is calculated based on the predetermined voltage and the current voltage and the maximum output and the current output, and is small. The output of the gas turbine is maintained at this output. For this reason, the possibility that the output of the gas turbine will exceed the maximum output when the voltage is increased can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a gas turbine system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing calculation of the maximum output of the gas turbine according to the first embodiment.
FIG. 3 is a flowchart showing calculation of a gas turbine output control value according to the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing a gas turbine system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart showing calculation of a gas turbine output control value according to the second embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gas turbine 2 ... Generator 3 ... Rectifier 4 ...

Inverter

5, 6, 7, 13 ... Load body 11 ... Gas turbine controller 12 ... Inverter controller

Claims

In a gas turbine output control device that controls the operation of a gas turbine so that a predetermined voltage is obtained from the gas turbine, a maximum for calculating a maximum output that the gas turbine can output based on an outlet temperature of the gas turbine A gas turbine output control device comprising: an output calculating means; and a gas turbine output limiting means for maintaining the output of the gas turbine smaller than the calculated maximum output.

A first output to be output by the gas turbine is calculated based on a difference between the predetermined voltage and a voltage obtained from the gas turbine, and the maximum output and the gas turbine are output. A gas turbine output calculating means for calculating an output to be output by the gas turbine based on a difference from a second output; and a voltage obtained from the gas turbine when the voltage obtained from the gas turbine is lower than the predetermined voltage. Gas turbine output comparing means for comparing one output with the second output, and gas turbine output control means for controlling the output of the gas turbine to a smaller one of the first output and the second output The gas turbine output control device according to claim 1, comprising: