JP4317651B2 - ガスタービンプラントおよびガスタービンプラントの制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電設備等に用いられるガスタービンおよびガスタービンプラントの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９に示したものは、従来の一軸型コンバインドプラント（ガスタービンプラント）の概略構成図である。
図示の一軸型コンバインドプラントにおいて、１は大気を吸入して圧縮する圧縮機、２は燃料油が供給されると共に圧縮機１から圧縮された空気が燃焼用空気として供給される燃焼器、３は燃焼器２にて発生した燃焼ガスが導入されることにより回転するガスタービン、４はガスタービン３と連結した蒸気タービン、および５は発電機である。
以上のガスタービン３，圧縮機１，蒸気タービン４，発電機５が互いに連結軸６で連結されている。
【０００３】
蒸気タービン４の駆動源は、排熱回収ボイラ８である。排熱回収ボイラ８は、ガスタービン３から排出される高温の排気ガスから熱を回収して蒸気を生成し、生成された蒸気を蒸気タービン４に導入する装置である。符号７は復水器であり、蒸気タービン４から排出された蒸気が導入され、該蒸気を凝縮させて排熱回収ボイラ８に戻す装置である。
符号９は燃料弁であり、燃焼器２への燃料供給量を調節する装置である。この燃料弁９は、コントローラ１０によって制御される。
【０００４】
燃焼器２は、図１０に示す構成となっている。図１０において、１２はメイン燃焼器であり、１３は燃焼器尾筒である。メイン燃焼器１２には、燃料弁９を介して燃料が供給されるとともに、圧縮機１から空気１４が供給されることで、燃料の燃焼が行われるようになっている。また、符号１５はバイパス弁である。バイパス弁１５はコントローラ１０により制御されており、バイパス弁１５の開度に応じて、圧縮機１からメイン燃焼器１２と燃焼器尾筒１３とに分配される空気の割合が決定されることになる。
【０００５】
さて、上記の構成を有するコンバインドプラントにおいては、負荷が変動して電力系統周波数が変化したときに、発電出力を調節して周波数を安定させる必要がある。上記コントローラ１０は、周波数を回復させる方向に燃料弁９を調節し、ガスタービン３の出力を制御している。
この制御を具体的に示す。図１１において、符号Ｓ１はガバナＣＳＯ（Control Signal Output）信号であり、コントローラ１０が燃料弁９に出力することにより、ガスタービン３の出力を制御する信号である。
通常時においては、符号ａで示すように、周波数を一定に保つべく、コントローラ１０がガバナＣＳＯ信号Ｓ１（すなわち、ガスタービン３の出力）を適宜変動させている。
【０００６】
負荷が急激に減少した場合、回転数が急上昇して周波数が上昇する。このとき、符号ｂ１に示すように、コントローラ１０がガバナＣＳＯ信号Ｓ１を減少させて回転数の急上昇を防ぐ。
一方、負荷が急激に増大した場合、回転数が急減して周波数が低下する。このとき、符号ｃ１に示すように、コントローラ１０がガバナＣＳＯ信号Ｓ１を増大させて回転数の急減を防ぐ。
【０００７】
しかしながら、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１を急増させると、ガスタービン３の温度が急上昇するため、ガスタービン３のストレスとなって好ましくない。このため、コントローラ１０は、図の符号Ｓ２に示すロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２を予め算出している。ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、通常時においてはガバナＣＳＯ信号Ｓ１より所定のトラッキング幅だけ高い値をとっている。ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急増・急減時には、規定レートで上昇、下降するようになっている。コントローラ１０は、ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２をガバナＣＳＯ信号Ｓ１の上限値としてガバナＣＳＯ信号Ｓ１を制限する。
したがって、ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急減時には符号ｂ１’で示すようにガバナＣＳＯ信号Ｓ１より下回ることないが、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急増時には、符号ｃ１’で示すようにガバナＣＳＯ信号Ｓ１よりも下回る。よって、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１は、図の符号ｄ１で示すように規定レート以上で上昇しないように制限される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、負荷の急減に続いて負荷の急増が起こった場合、ガバナＣＳＯ信号は急減に続いて急増するよう制御される。この状態を図１２に示した。
負荷の急減時、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１は、符号ｂ２で示すように、制限されることなく下降する。ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、規定レートで下降する（符号ｂ２’）。
その後、負荷の急増が発生した場合、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１が急上昇する（符号ｃ２）。ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１よりも５％高い値となるまで規定レートで下降を続ける（符号ｂ２’）。その後上昇に転換するが、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１が急増しているので、規定レートで上昇する（符号ｃ２’）。そして、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１はロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２を上限として、符号ｄ２で示すように規定レート以上で上昇しないよう制限される。
【０００９】
以上において、図１２の場合、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の上昇に制限が働くまでのｔ２の間、燃料急増されるのでガスタービン３にストレスを与えてしまうこととなる。
【００１０】
また、燃焼器２は、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１に合わせて以下のように動作する。
負荷が減少した場合、回転数を抑えるべく、コントローラ１０が燃料弁９を絞り制御して燃焼器１２に供給される燃料の量を制限する。このとき、燃空比を保つため、コントローラ１０はバイパス弁１５を開き、バイパス弁１５から燃焼器尾筒１３に供給される空気量を増加させる。これによって燃焼器１２に供給される空気量が減少するので、燃空比が保たれる。
しかしながら、従来のコンバインドプラントにおいてはバイパス弁１５の開閉速度は一定に保たれているため、燃料弁９を急速に絞るのと合わせてバイパス弁１５を絞ろうとしても、バイパス弁１５の絞りが追従せず、過度の空気がメイン燃焼器１２に吸入されてしまい、燃焼が不安定になる等の問題が生じる。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、ガスタービンの負荷急増すなわち燃料量の急増を制限しガスタービンストレスを抑制することできるガスタービンプラント及びガスタービンプラントの制御方法を提供することを目的とする。また、燃空比を適切に保つことのできるガスタービンプラント及びガスタービンプラントの制御方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１のガスタービンプラントは、ガスタービンと、該ガスタービンに燃焼ガスを供給する燃焼器と、該燃焼器への燃料供給量を調節する燃料弁と、該燃料弁を制御するコントローラとを備えたガスタービンプラントにおいて、前記コントローラは、前記燃料弁の開度を制御するガバナ制御信号を前記ガスタービンの回転数に基づいて算出するガバナ制御信号算出部と、前記ガバナ制御信号が下降状態にある場合は該ガバナ制御信号よりも所定のトラッキング幅だけ大きい値にて前記ガバナ制御信号に追従するとともに、該ガバナ制御信号が上昇状態にある場合は、規定上昇レートを上限とした上昇レートで前記ガバナ制御信号に追従するロードリミット制御信号を算出するロードリミット制御信号算出部と、前記ガバナ制御信号およびロードリミット制御信号が入力され、該ガバナ制御信号の上限を前記ロードリミット制御信号により制限し前記燃料弁を制御する制限部と、を備え、前記ロードリミット制御信号算出部は、前記ガバナ制御信号に対する前記所定のトラッキング幅を算出する算出器と、該所定のトラッキング幅を前記ガバナ制御信号に足し合わせる和算器と、前記ガバナ制御信号に基づいて前記規定上昇レートを算出する上昇レート算出器と、前記和算器と前記上昇レート算出器の出力が入力される変化率制限器とを備えており、前記変化率制限器から出力される前記上昇レートは、前記上昇レート算出器で算出された値によって制限されることを特徴とする。
【００１３】
このガスタービンプラントにおいては、ガバナ制御信号（ガバナＣＳＯ信号）が下降するときは、急減するときを含め、ロードリミット制御信号（ロードリミットＣＳＯ信号）はガバナ制御信号に追従する。ガバナ制御信号が急増するときは、規定上昇レートを上限として上昇するので、ガバナ制御信号の値がロードリミット制御信号の値を上回ることになる。このとき、制限部がロードリミット制御信号を上限としてガバナ制御信号を制限するので、ガスタービンの急激な出力上昇が防がれる。よって、ガバナ制御信号急減時にはロードリミット制御信号が追従するので、ガスタービン出力が急減から急増に変化した場合でも、従来例として示した図１２とは異なり、迅速にガバナ制御信号の上昇率の制限が働くことになる。
【００１４】
請求項２に記載のガスタービンプラントの制御方法は、ガスタービンと、該ガスタービンに燃焼ガスを供給する燃焼器と、該燃焼器への燃料供給量を調節する燃料弁とを備えたガスタービンプラントの制御方法において、前記燃料弁の開度を制御するガバナ制御信号を前記ガスタービンの回転数に基づいて算出し、前記ガバナ制御信号が下降状態にあるときは該ガバナ制御信号よりも所定のトラッキング幅だけ大きい値にて前記ガバナ制御信号に追従するとともに、該ガバナ制御信号が上昇状態にあり、該ガバナ制御信号が規定上昇レートを下回る場合には、該ガバナ制御信号に追随して上昇し、該ガバナ制御信号が前記規定上昇レートを上回る場合には、前記規定上昇レートで上昇するロードリミット制御信号を求め、前記ガバナ制御信号の上限を前記ロードリミット制御信号により制限した制御信号に基づいて前記燃料弁を制御することを特徴とする。
【００１５】
このガスタービンプラントの制御方法においては、ガバナ制御信号（ガバナＣＳＯ信号）が下降するときは、急減するときを含め、ロードリミット制御信号（ロードリミットＣＳＯ信号）はガバナ制御信号に追従する。ガバナ制御信号が急増するときは、規定上昇レートを上限として上昇するので、ガバナ制御信号の値がロードリミット制御信号の値を上回ることになる。このとき、ガバナ制御信号がロードリミット制御信号を上限として制限され、燃料弁に出力されるので、ガスタービンの急激な出力上昇が防がれる。しかも、ガバナ制御信号急減時にはロードリミット制御信号が追従するので、ガスタービン出力が急減から急増に変化した場合でも、従来例として示した図１２とは異なり、迅速にガバナ制御信号の上昇率の制限が働くことになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。
図９に示したものは、本例にかかる一軸型コンバインドプラント（ガスタービンプラント）の概略構成図である。
一軸型コンバインドプラントにおいて、１は大気を吸入して圧縮する圧縮機、２は燃料油が供給されると共に圧縮機１から圧縮された空気が燃焼用空気として供給される燃焼器、３は燃焼器２にて発生した燃焼ガスが導入されることにより回転するガスタービン、４はガスタービン３と連結した蒸気タービン、および５は発電機である。
以上のガスタービン３，圧縮機１，蒸気タービン４，発電機５が互いに連結軸６で連結されている。
【００１７】
蒸気タービン４の駆動源は、排熱回収ボイラ８である。排熱回収ボイラ８は、ガスタービン３から排出される高温の排気ガスから熱を回収して蒸気を生成し、生成された蒸気を蒸気タービン４に導入する装置である。符号７は復水器であり、蒸気タービン４から排出された蒸気が導入され、該蒸気を凝縮させて排熱回収ボイラ８に戻す装置である。
符号９は燃料弁であり、燃焼器２への燃料供給量を調節する装置である。この燃料弁９は、コントローラ１０によって制御される。
【００１８】
燃焼器２は、図１０に示す構成となっている。図１０において、１２はメイン燃焼器であり、１３は燃焼器尾筒である。メイン燃焼器１２には、燃料弁９を介して燃料が供給されるとともに、圧縮機１から空気１４が供給されることで、燃料の燃焼が行われるようになっている。また、符号１５はバイパス弁である。バイパス弁１５はコントローラ１０により制御されており、バイパス弁１５の開度に応じて、圧縮機１からメイン燃焼器１２と燃焼器尾筒１３とに分配される空気の割合が決定されることになる。
【００１９】
上記の構成を有するコンバインドプラントにおいては、負荷が変動して電力系統周波数が変化したときに、発電出力を調節して周波数を安定させる必要がある。上記コントローラ１０は、周波数を回復させる方向に燃料弁９を調節し、ガスタービン３の出力を制御している。
この制御を具体的に示す。図１に示したものは、コントローラ１０のブロック図である。
コントローラ１０は、ガスタービン３の回転数が入力され、該回転数からガスタービン３の負荷を算出するとともに、該負荷に応じて燃料弁９の開度を制御するガバナＣＳＯ信号（ガバナ制御信号）Ｓ１を算出するガバナＣＳＯ信号算出部（ガバナ制御信号算出部）２０と、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１が下降状態にあるときは該ガバナＣＳＯ信号Ｓ１よりも所定のトラッキング幅だけ大きい値にて該ガバナＣＳＯ信号Ｓ１に追従するとともに、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１が上昇状態にあるときは、所定の上昇レートを上限とした上昇率でガバナＣＳＯ信号Ｓ１に追従するロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２を算出するロードリミットＣＳＯ信号算出部（ロードリミット制御信号算出部）２１と、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の上限をロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２により制限する低値選択回路（制限部）２２とを備えている。
【００２０】
図２、図３に示したものはロードリミットＣＳＯ信号算出部２１である。ロードリミットＣＳＯ信号算出部２１は、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１に対する所定のトラッキング幅を算出する算出器２１ａと、該トラッキング幅をガバナＣＳＯ信号Ｓ１に足し合わせる和算器２１ｂと、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１に基づいて所定の上昇レートを算出する上昇レート算出器２１ｃとを備えている。さらに、和算器２１ｂと上昇レート算出器２１ｃの出力が入力される変化率制限器２１ｄを備えている。変化率制限器２１ｄに入力される和算器２１ｂの出力をｘとおくと、変化率制限器２１ｄにおいては入力値ｘの上昇レートは上昇レート算出器２１ｃの値によって制限され、下降レートは制限されずに出力され、図３のロードリミット制御信号演算用ＰＩコントローラの上限値Ｓ２’（以下、ＬＲＣＳＯ信号と呼ぶ）として入力される。
図３に示したものはロードリミットＣＳＯ（ＬＤＣＳＯ）信号演算回路である。本回路において、符号２２ａはロードリミット設定−発電機出力の偏差を算出する減算器であり、符号２２ｂは減算器２２ａが算出した上記偏差が入力されるＰＩコントローラである。さらに本例においては、その出力上限値がＬＲＣＳＯ信号Ｓ２’により制限される。
【００２１】
図４において、符号Ｓ１はガバナＣＳＯ信号であり、コントローラ１０が燃料弁９に出力することにより、ガスタービン３の出力を制御する信号である。
通常時においては、符号ａで示すように、周波数を一定に保つべく、コントローラ１０のガバナＣＳＯ信号算出部２０がガバナＣＳＯ信号Ｓ１（すなわち、ガスタービン３の出力）を適宜変動させている。
【００２２】
負荷が急激に減少した場合、回転数が急上昇して周波数が上昇する。このとき、符号ｂ３に示すように、ガバナＣＳＯ信号算出部２０がガバナＣＳＯ信号Ｓ１を減少させて系統周波数の安定を図る。
一方、負荷が急激に増大した場合、回転数が急減して周波数が低下する。このとき、符号ｃ３に示すように、ガバナＣＳＯ信号算出部２０がガバナＣＳＯ信号Ｓ１を増大させて系統周波数の安定を図る。
【００２３】
しかしながら、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１を急増させると、ガスタービン３の温度が急上昇するため、ガスタービン３のストレスとなって好ましくない。このため、コントローラ１０のロードリミットＣＳＯ信号算出部２１は、ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２を逐次算出している。ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、通常時およびガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急減時においてはトラッキング幅が足し合わされてガバナＣＳＯ信号Ｓ１より該トラッキング幅だけ高い値をとっている。ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急増時には、上昇レート算出器２１ｃで算出された規定レートで上昇するようになっている。コントローラ１０の低値選択回路２２は、ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２をガバナＣＳＯ信号Ｓ２の上限値としてガバナＣＳＯ信号の上昇を制限するようになっている。
【００２４】
したがって、ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急減時には符号ｂ３’で示すようにガバナＣＳＯ信号Ｓ１に追従して減少し、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急増時には、符号ｃ３’で示すように急増開始から所定時間後にガバナＣＳＯ信号Ｓ１と大小逆転する。よって、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１は低値選択回路２２によって制限され、規定レート以上で上昇しないロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２が選択され燃料弁９に出力される。
【００２５】
図５では、負荷が急減した後に急増する場合を示した。負荷の急減時、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１は、符号ｂ４で示すように、制限されることなく下降する。ロードリミット信号Ｓ２は、符号ｂ４’で示すように、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１に追従して下降する。
その後、負荷が急増した場合、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１も急上昇する（符号ｃ４）。ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、規定レートで上昇する（符号ｃ４’）。上記のように、低値選択回路２２はロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２を上限値としてガバナＣＳＯ信号Ｓ１の上昇を制限するため、急増開始から所定時間後には、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の上昇が制限されたロードリミット信号Ｓ２が選択されて燃料弁９に出力される。
【００２６】
以上説明したように、ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１が通常時のとき及び急減時には、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１に対して常にトラッキング幅だけ高い値をとる。ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急増時には、規定レートで上昇される。コントローラ１０は、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の上限値をロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２により制限するので、ガスタービン３の急激な温度上昇が防止される。
しかも、従来例（図１２参照）と本例（図５参照）とを比較するとわかるように、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１が急減した後に急増する場合、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１は、より早くロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２に追いつき、速やかにガバナＣＳＯ信号Ｓ１の上昇が制限される。したがって、ガスタービン３に与えるストレスを従来よりも減少させることができる。
【００２７】
次に、コントローラ１０が備える他の回路について説明する。
コントローラ１０は、図６に示すように、バイパス弁１５を制御するバイパス弁制御回路３０を備える。図６において、３１はバイパス弁開度算出部であり、ガスタービン３の出力値（以下、ＧＴ出力値と呼ぶ）Ｓ４が入力され、該ＧＴ出力値Ｓ４に対応してバイパス弁１５をどの程度の開度とすればよいかを示す開度設定値Ｓ５を出力する回路である。
符号３２は変化率制限器（第２変化率制限器）であり、負荷に応じて変化するＧＴ出力値Ｓ４が入力され、該ＧＴ出力値Ｓ４の増減変化率を所定値に設定して出力する。例えば、図７ （ａ）に示すように、ＧＴ出力値Ｓ４が大きく減少する場合であっても、変化率制御器３２は、同図（ｂ）に示すように、所定の変化率で減少する信号を出力する。
符号３３は減算器であり、ＧＴ出力値Ｓ４から、前記変化率制御器３２の出力を引いた偏差量を出力するものである。その値の時間変化を図７（ｃ）に示した。
【００２８】
符号３５は変化率算出器であり、減算器３３にて算出された偏差量が入力されると共に、その入力値に応じたバイパス弁１５の変化率Ｓ６を出力する。その対応関係は、図８に示すようになっている。これによれば、例えば偏差量が大きければ変化率ａ１（％／min）が出力され、所定より小さければ変化率ａ２（％／min）が出力される。偏差量が図７（ｃ）であれば、同図（ｄ）のような値をとる。
上記変化率制限器３２、減算器３３、変化率算出器３５により、開閉速度算出部３６が構成されている。
【００２９】
符号３７は変化率制限器（第１変化率制限器）であり、バイパス弁開度算出部３１が出力した開度設定値Ｓ５を、変化率Ｓ６に基づいて制御してバイパス弁開度指令Ｓ７としてバイパス弁１５に出力する。すなわち、変化率Ｓ６が図７（ｄ）に示すように変化する場合、同図（ｅ）に示すように、バイパス弁開度指令Ｓ７は図の実線のようになる。
【００３０】
このように、本例のバイパス弁制御回路３０においては、負荷が急減して燃料弁９を急速に絞った場合、バイパス弁制御回路３０がバイパス弁１５の絞り変化率を高速にする。具体的には、図７（ａ）で示すようにＧＴ出力が急減すると、図７（ｅ）の実線で示すように、バイパス弁開度指令Ｓ７が急増し、バイパス弁１５の開度を迅速に制御する。
図７（ｅ）の破線で示すように、バイパス弁１５の変化率がａ１に固定されているとバイパス弁１５の開閉が燃料弁９の開閉より遅れてしまうが、上記のように変化率がａ２に高速化されるので、バイパス弁１５の開閉が迅速に行われ、燃焼器１２における燃料の燃焼を安定化することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のガスタービンプラントおよびその制御方法においては、ロードリミット制御信号は、ガバナ制御信号が通常時のとき及び急減時には、ガバナ制御信号に対して常に所定値だけ高い値をとり、ガバナ制御信号の急増時には、規定レートで上昇される。そして、コントローラは、ガバナ制御信号の上限値をロードリミット制御信号により制限するので、ガスタービンの急激な温度上昇が防止される。
しかも、ガバナ制御信号が急減した後に急増する場合、ガバナ制御信号は、より早くロードリミット制御信号の制限にかかるので、速やかにガバナ制御信号の上昇が制限される。したがって、ガスタービンに与えるストレスを従来よりも減少させることができる。
【００３２】
また、本発明によれば、負荷が急減して燃料弁を急速に絞った場合、コントローラがバイパス弁の絞り変化レートを高速にするため、バイパス弁が燃料弁の絞りに追従し、燃焼器の燃空比の変動を防ぐ。したがって、燃焼器における燃料の燃焼を安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態として示したガスタービンプラントが備えるコントローラのブロック図である。
【図２】 同コントローラのロードリミットＣＳＯ信号上限値算出部を示すブロック図である。
【図３】 同コントローラのロードリミットＣＳＯ信号演算回路を示すブロック図である。
【図４】 ガバナＣＳＯ信号とロードリミットＣＳＯ信号との関係を示す図である。
【図５】 負荷が急減した後に急増する場合のガバナＣＳＯ信号とロードリミットＣＳＯ信号との関係を示す図である。
【図６】 同コントローラが備えるバイパス弁制御回路のブロック図である。
【図７】 同バイパス弁制御回路において、ガスタービン出力が入力されてバイパス弁制御指令が出力されるまでの信号の変化を示す図である。
【図８】 同バイパス弁制御回路が記憶している偏差量とバイパス弁開閉変化率との対応関係を示す図である。
【図９】 ガスタービンプラントの概略構成図である。
【図１０】 同ガスタービンプラントに用いられる燃焼器の概略構成図である。
【図１１】 従来のガスタービンプラントにおける、ガバナＣＳＯ信号とロードリミットＣＳＯ信号との関係を示す図である。
【図１２】 従来のガスタービンプラントにおける、負荷が急減した後に急増する場合のガバナＣＳＯ信号とロードリミットＣＳＯ信号との関係を示す図である。
【符号の説明】
２ 燃焼器
３ ガスタービン
９ 燃料弁
１０ コントローラ
１２ メイン燃焼器
１３ 尾筒
１５ バイパス弁
２０ ガバナＣＳＯ信号算出部（ガバナ制御信号算出部）
２１ ロードリミットＣＳＯ信号算出部（ロードリミット制御信号算出部）
２２ 低値選択回路（制限部）
３１ バイパス弁開度算出部
３２ 変化率制限器（第２変化率制限器）
３３ 減算器
３５ 変化率算出器
３６ 開閉速度算出部
３７ 変化率制限器（第１変化率制限器）
Ｓ１ ガバナＣＳＯ信号（ガバナ制御信号）
Ｓ２ ロードリミットＣＳＯ信号（ロードリミット制御信号）
Ｓ３ 燃料制御信号
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電設備等に用いられるガスタービンおよびガスタービンプラントの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９に示したものは、従来の一軸型コンバインドプラント（ガスタービンプラント）の概略構成図である。
図示の一軸型コンバインドプラントにおいて、１は大気を吸入して圧縮する圧縮機、２は燃料油が供給されると共に圧縮機１から圧縮された空気が燃焼用空気として供給される燃焼器、３は燃焼器２にて発生した燃焼ガスが導入されることにより回転するガスタービン、４はガスタービン３と連結した蒸気タービン、および５は発電機である。
以上のガスタービン３，圧縮機１，蒸気タービン４，発電機５が互いに連結軸６で連結されている。
【０００３】
蒸気タービン４の駆動源は、排熱回収ボイラ８である。排熱回収ボイラ８は、ガスタービン３から排出される高温の排気ガスから熱を回収して蒸気を生成し、生成された蒸気を蒸気タービン４に導入する装置である。符号７は復水器であり、蒸気タービン４から排出された蒸気が導入され、該蒸気を凝縮させて排熱回収ボイラ８に戻す装置である。
符号９は燃料弁であり、燃焼器２への燃料供給量を調節する装置である。この燃料弁９は、コントローラ１０によって制御される。
【０００４】
燃焼器２は、図１０に示す構成となっている。図１０において、１２はメイン燃焼器であり、１３は燃焼器尾筒である。メイン燃焼器１２には、燃料弁９を介して燃料が供給されるとともに、圧縮機１から空気１４が供給されることで、燃料の燃焼が行われるようになっている。また、符号１５はバイパス弁である。バイパス弁１５はコントローラ１０により制御されており、バイパス弁１５の開度に応じて、圧縮機１からメイン燃焼器１２と燃焼器尾筒１３とに分配される空気の割合が決定されることになる。
【０００５】
さて、上記の構成を有するコンバインドプラントにおいては、負荷が変動して電力系統周波数が変化したときに、発電出力を調節して周波数を安定させる必要がある。上記コントローラ１０は、周波数を回復させる方向に燃料弁９を調節し、ガスタービン３の出力を制御している。
この制御を具体的に示す。図１１において、符号Ｓ１はガバナＣＳＯ（Control Signal Output）信号であり、コントローラ１０が燃料弁９に出力することにより、ガスタービン３の出力を制御する信号である。
通常時においては、符号ａで示すように、周波数を一定に保つべく、コントローラ１０がガバナＣＳＯ信号Ｓ１（すなわち、ガスタービン３の出力）を適宜変動させている。
【０００６】
負荷が急激に減少した場合、回転数が急上昇して周波数が上昇する。このとき、符号ｂ１に示すように、コントローラ１０がガバナＣＳＯ信号Ｓ１を減少させて回転数の急上昇を防ぐ。
一方、負荷が急激に増大した場合、回転数が急減して周波数が低下する。このとき、符号ｃ１に示すように、コントローラ１０がガバナＣＳＯ信号Ｓ１を増大させて回転数の急減を防ぐ。
【０００７】
しかしながら、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１を急増させると、ガスタービン３の温度が急上昇するため、ガスタービン３のストレスとなって好ましくない。このため、コントローラ１０は、図の符号Ｓ２に示すロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２を予め算出している。ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、通常時においてはガバナＣＳＯ信号Ｓ１より所定のトラッキング幅だけ高い値をとっている。ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急増・急減時には、規定レートで上昇、下降するようになっている。コントローラ１０は、ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２をガバナＣＳＯ信号Ｓ１の上限値としてガバナＣＳＯ信号Ｓ１を制限する。
したがって、ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急減時には符号ｂ１’で示すようにガバナＣＳＯ信号Ｓ１より下回ることないが、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急増時には、符号ｃ１’で示すようにガバナＣＳＯ信号Ｓ１よりも下回る。よって、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１は、図の符号ｄ１で示すように規定レート以上で上昇しないように制限される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、負荷の急減に続いて負荷の急増が起こった場合、ガバナＣＳＯ信号は急減に続いて急増するよう制御される。この状態を図１２に示した。
負荷の急減時、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１は、符号ｂ２で示すように、制限されることなく下降する。ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、規定レートで下降する（符号ｂ２’）。
その後、負荷の急増が発生した場合、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１が急上昇する（符号ｃ２）。ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１よりも５％高い値となるまで規定レートで下降を続ける（符号ｂ２’）。その後上昇に転換するが、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１が急増しているので、規定レートで上昇する（符号ｃ２’）。そして、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１はロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２を上限として、符号ｄ２で示すように規定レート以上で上昇しないよう制限される。
【０００９】
以上において、図１２の場合、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の上昇に制限が働くまでのｔ２の間、燃料急増されるのでガスタービン３にストレスを与えてしまうこととなる。
【００１０】
また、燃焼器２は、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１に合わせて以下のように動作する。
負荷が減少した場合、回転数を抑えるべく、コントローラ１０が燃料弁９を絞り制御して燃焼器１２に供給される燃料の量を制限する。このとき、燃空比を保つため、コントローラ１０はバイパス弁１５を開き、バイパス弁１５から燃焼器尾筒１３に供給される空気量を増加させる。これによって燃焼器１２に供給される空気量が減少するので、燃空比が保たれる。
しかしながら、従来のコンバインドプラントにおいてはバイパス弁１５の開閉速度は一定に保たれているため、燃料弁９を急速に絞るのと合わせてバイパス弁１５を絞ろうとしても、バイパス弁１５の絞りが追従せず、過度の空気がメイン燃焼器１２に吸入されてしまい、燃焼が不安定になる等の問題が生じる。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、ガスタービンの負荷急増すなわち燃料量の急増を制限しガスタービンストレスを抑制することできるガスタービンプラント及びガスタービンプラントの制御方法を提供することを目的とする。また、燃空比を適切に保つことのできるガスタービンプラント及びガスタービンプラントの制御方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１のガスタービンプラントは、ガスタービンと、該ガスタービンに燃焼ガスを供給する燃焼器と、該燃焼器への燃料供給量を調節する燃料弁と、該燃料弁を制御するコントローラとを備えたガスタービンプラントにおいて、前記コントローラは、前記燃料弁の開度を制御するガバナ制御信号を前記ガスタービンの回転数に基づいて算出するガバナ制御信号算出部と、前記ガバナ制御信号が下降状態にある場合は該ガバナ制御信号よりも所定のトラッキング幅だけ大きい値にて前記ガバナ制御信号に追従するとともに、該ガバナ制御信号が上昇状態にある場合は、規定上昇レートを上限とした上昇レートで前記ガバナ制御信号に追従するロードリミット制御信号を算出するロードリミット制御信号算出部と、前記ガバナ制御信号およびロードリミット制御信号が入力され、該ガバナ制御信号の上限を前記ロードリミット制御信号により制限し前記燃料弁を制御する制限部と、を備え、前記ロードリミット制御信号算出部は、前記ガバナ制御信号に対する前記所定のトラッキング幅を算出する算出器と、該所定のトラッキング幅を前記ガバナ制御信号に足し合わせる和算器と、前記ガバナ制御信号に基づいて前記規定上昇レートを算出する上昇レート算出器と、前記和算器と前記上昇レート算出器の出力が入力される変化率制限器とを備えており、前記変化率制限器から出力される前記上昇レートは、前記上昇レート算出器で算出された値によって制限されることを特徴とする。
【００１３】
このガスタービンプラントにおいては、ガバナ制御信号（ガバナＣＳＯ信号）が下降するときは、急減するときを含め、ロードリミット制御信号（ロードリミットＣＳＯ信号）はガバナ制御信号に追従する。ガバナ制御信号が急増するときは、規定上昇レートを上限として上昇するので、ガバナ制御信号の値がロードリミット制御信号の値を上回ることになる。このとき、制限部がロードリミット制御信号を上限としてガバナ制御信号を制限するので、ガスタービンの急激な出力上昇が防がれる。よって、ガバナ制御信号急減時にはロードリミット制御信号が追従するので、ガスタービン出力が急減から急増に変化した場合でも、従来例として示した図１２とは異なり、迅速にガバナ制御信号の上昇率の制限が働くことになる。
【００１４】
請求項２に記載のガスタービンプラントの制御方法は、ガスタービンと、該ガスタービンに燃焼ガスを供給する燃焼器と、該燃焼器への燃料供給量を調節する燃料弁とを備えたガスタービンプラントの制御方法において、前記燃料弁の開度を制御するガバナ制御信号を前記ガスタービンの回転数に基づいて算出し、前記ガバナ制御信号が下降状態にあるときは該ガバナ制御信号よりも所定のトラッキング幅だけ大きい値にて前記ガバナ制御信号に追従するとともに、該ガバナ制御信号が上昇状態にあり、該ガバナ制御信号が規定上昇レートを下回る場合には、該ガバナ制御信号に追随して上昇し、該ガバナ制御信号が前記規定上昇レートを上回る場合には、前記規定上昇レートで上昇するロードリミット制御信号を求め、前記ガバナ制御信号の上限を前記ロードリミット制御信号により制限した制御信号に基づいて前記燃料弁を制御することを特徴とする。
【００１５】
このガスタービンプラントの制御方法においては、ガバナ制御信号（ガバナＣＳＯ信号）が下降するときは、急減するときを含め、ロードリミット制御信号（ロードリミットＣＳＯ信号）はガバナ制御信号に追従する。ガバナ制御信号が急増するときは、規定上昇レートを上限として上昇するので、ガバナ制御信号の値がロードリミット制御信号の値を上回ることになる。このとき、ガバナ制御信号がロードリミット制御信号を上限として制限され、燃料弁に出力されるので、ガスタービンの急激な出力上昇が防がれる。しかも、ガバナ制御信号急減時にはロードリミット制御信号が追従するので、ガスタービン出力が急減から急増に変化した場合でも、従来例として示した図１２とは異なり、迅速にガバナ制御信号の上昇率の制限が働くことになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。
図９に示したものは、本例にかかる一軸型コンバインドプラント（ガスタービンプラント）の概略構成図である。
一軸型コンバインドプラントにおいて、１は大気を吸入して圧縮する圧縮機、２は燃料油が供給されると共に圧縮機１から圧縮された空気が燃焼用空気として供給される燃焼器、３は燃焼器２にて発生した燃焼ガスが導入されることにより回転するガスタービン、４はガスタービン３と連結した蒸気タービン、および５は発電機である。
以上のガスタービン３，圧縮機１，蒸気タービン４，発電機５が互いに連結軸６で連結されている。
【００１７】
蒸気タービン４の駆動源は、排熱回収ボイラ８である。排熱回収ボイラ８は、ガスタービン３から排出される高温の排気ガスから熱を回収して蒸気を生成し、生成された蒸気を蒸気タービン４に導入する装置である。符号７は復水器であり、蒸気タービン４から排出された蒸気が導入され、該蒸気を凝縮させて排熱回収ボイラ８に戻す装置である。
符号９は燃料弁であり、燃焼器２への燃料供給量を調節する装置である。この燃料弁９は、コントローラ１０によって制御される。
【００１８】
燃焼器２は、図１０に示す構成となっている。図１０において、１２はメイン燃焼器であり、１３は燃焼器尾筒である。メイン燃焼器１２には、燃料弁９を介して燃料が供給されるとともに、圧縮機１から空気１４が供給されることで、燃料の燃焼が行われるようになっている。また、符号１５はバイパス弁である。バイパス弁１５はコントローラ１０により制御されており、バイパス弁１５の開度に応じて、圧縮機１からメイン燃焼器１２と燃焼器尾筒１３とに分配される空気の割合が決定されることになる。
【００１９】
上記の構成を有するコンバインドプラントにおいては、負荷が変動して電力系統周波数が変化したときに、発電出力を調節して周波数を安定させる必要がある。上記コントローラ１０は、周波数を回復させる方向に燃料弁９を調節し、ガスタービン３の出力を制御している。
この制御を具体的に示す。図１に示したものは、コントローラ１０のブロック図である。
コントローラ１０は、ガスタービン３の回転数が入力され、該回転数からガスタービン３の負荷を算出するとともに、該負荷に応じて燃料弁９の開度を制御するガバナＣＳＯ信号（ガバナ制御信号）Ｓ１を算出するガバナＣＳＯ信号算出部（ガバナ制御信号算出部）２０と、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１が下降状態にあるときは該ガバナＣＳＯ信号Ｓ１よりも所定のトラッキング幅だけ大きい値にて該ガバナＣＳＯ信号Ｓ１に追従するとともに、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１が上昇状態にあるときは、所定の上昇レートを上限とした上昇率でガバナＣＳＯ信号Ｓ１に追従するロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２を算出するロードリミットＣＳＯ信号算出部（ロードリミット制御信号算出部）２１と、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の上限をロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２により制限する低値選択回路（制限部）２２とを備えている。
【００２０】
図２、図３に示したものはロードリミットＣＳＯ信号算出部２１である。ロードリミットＣＳＯ信号算出部２１は、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１に対する所定のトラッキング幅を算出する算出器２１ａと、該トラッキング幅をガバナＣＳＯ信号Ｓ１に足し合わせる和算器２１ｂと、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１に基づいて所定の上昇レートを算出する上昇レート算出器２１ｃとを備えている。さらに、和算器２１ｂと上昇レート算出器２１ｃの出力が入力される変化率制限器２１ｄを備えている。変化率制限器２１ｄに入力される和算器２１ｂの出力をｘとおくと、変化率制限器２１ｄにおいては入力値ｘの上昇レートは上昇レート算出器２１ｃの値によって制限され、下降レートは制限されずに出力され、図３のロードリミット制御信号演算用ＰＩコントローラの上限値Ｓ２’（以下、ＬＲＣＳＯ信号と呼ぶ）として入力される。
図３に示したものはロードリミットＣＳＯ（ＬＤＣＳＯ）信号演算回路である。本回路において、符号２２ａはロードリミット設定−発電機出力の偏差を算出する減算器であり、符号２２ｂは減算器２２ａが算出した上記偏差が入力されるＰＩコントローラである。さらに本例においては、その出力上限値がＬＲＣＳＯ信号Ｓ２’により制限される。
【００２１】
図４において、符号Ｓ１はガバナＣＳＯ信号であり、コントローラ１０が燃料弁９に出力することにより、ガスタービン３の出力を制御する信号である。
通常時においては、符号ａで示すように、周波数を一定に保つべく、コントローラ１０のガバナＣＳＯ信号算出部２０がガバナＣＳＯ信号Ｓ１（すなわち、ガスタービン３の出力）を適宜変動させている。
【００２２】
負荷が急激に減少した場合、回転数が急上昇して周波数が上昇する。このとき、符号ｂ３に示すように、ガバナＣＳＯ信号算出部２０がガバナＣＳＯ信号Ｓ１を減少させて系統周波数の安定を図る。
一方、負荷が急激に増大した場合、回転数が急減して周波数が低下する。このとき、符号ｃ３に示すように、ガバナＣＳＯ信号算出部２０がガバナＣＳＯ信号Ｓ１を増大させて系統周波数の安定を図る。
【００２３】
しかしながら、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１を急増させると、ガスタービン３の温度が急上昇するため、ガスタービン３のストレスとなって好ましくない。このため、コントローラ１０のロードリミットＣＳＯ信号算出部２１は、ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２を逐次算出している。ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、通常時およびガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急減時においてはトラッキング幅が足し合わされてガバナＣＳＯ信号Ｓ１より該トラッキング幅だけ高い値をとっている。ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急増時には、上昇レート算出器２１ｃで算出された規定レートで上昇するようになっている。コントローラ１０の低値選択回路２２は、ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２をガバナＣＳＯ信号Ｓ２の上限値としてガバナＣＳＯ信号の上昇を制限するようになっている。
【００２４】
したがって、ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急減時には符号ｂ３’で示すようにガバナＣＳＯ信号Ｓ１に追従して減少し、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急増時には、符号ｃ３’で示すように急増開始から所定時間後にガバナＣＳＯ信号Ｓ１と大小逆転する。よって、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１は低値選択回路２２によって制限され、規定レート以上で上昇しないロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２が選択され燃料弁９に出力される。
【００２５】
図５では、負荷が急減した後に急増する場合を示した。負荷の急減時、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１は、符号ｂ４で示すように、制限されることなく下降する。ロードリミット信号Ｓ２は、符号ｂ４’で示すように、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１に追従して下降する。
その後、負荷が急増した場合、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１も急上昇する（符号ｃ４）。ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、規定レートで上昇する（符号ｃ４’）。上記のように、低値選択回路２２はロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２を上限値としてガバナＣＳＯ信号Ｓ１の上昇を制限するため、急増開始から所定時間後には、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の上昇が制限されたロードリミット信号Ｓ２が選択されて燃料弁９に出力される。
【００２６】
以上説明したように、ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１が通常時のとき及び急減時には、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１に対して常にトラッキング幅だけ高い値をとる。ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急増時には、規定レートで上昇される。コントローラ１０は、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の上限値をロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２により制限するので、ガスタービン３の急激な温度上昇が防止される。
しかも、従来例（図１２参照）と本例（図５参照）とを比較するとわかるように、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１が急減した後に急増する場合、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１は、より早くロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２に追いつき、速やかにガバナＣＳＯ信号Ｓ１の上昇が制限される。したがって、ガスタービン３に与えるストレスを従来よりも減少させることができる。
【００２７】
次に、コントローラ１０が備える他の回路について説明する。
コントローラ１０は、図６に示すように、バイパス弁１５を制御するバイパス弁制御回路３０を備える。図６において、３１はバイパス弁開度算出部であり、ガスタービン３の出力値（以下、ＧＴ出力値と呼ぶ）Ｓ４が入力され、該ＧＴ出力値Ｓ４に対応してバイパス弁１５をどの程度の開度とすればよいかを示す開度設定値Ｓ５を出力する回路である。
符号３２は変化率制限器（第２変化率制限器）であり、負荷に応じて変化するＧＴ出力値Ｓ４が入力され、該ＧＴ出力値Ｓ４の増減変化率を所定値に設定して出力する。例えば、図７ （ａ）に示すように、ＧＴ出力値Ｓ４が大きく減少する場合であっても、変化率制御器３２は、同図（ｂ）に示すように、所定の変化率で減少する信号を出力する。
符号３３は減算器であり、ＧＴ出力値Ｓ４から、前記変化率制御器３２の出力を引いた偏差量を出力するものである。その値の時間変化を図７（ｃ）に示した。
【００２８】
符号３５は変化率算出器であり、減算器３３にて算出された偏差量が入力されると共に、その入力値に応じたバイパス弁１５の変化率Ｓ６を出力する。その対応関係は、図８に示すようになっている。これによれば、例えば偏差量が大きければ変化率ａ１（％／min）が出力され、所定より小さければ変化率ａ２（％／min）が出力される。偏差量が図７（ｃ）であれば、同図（ｄ）のような値をとる。
上記変化率制限器３２、減算器３３、変化率算出器３５により、開閉速度算出部３６が構成されている。
【００２９】
符号３７は変化率制限器（第１変化率制限器）であり、バイパス弁開度算出部３１が出力した開度設定値Ｓ５を、変化率Ｓ６に基づいて制御してバイパス弁開度指令Ｓ７としてバイパス弁１５に出力する。すなわち、変化率Ｓ６が図７（ｄ）に示すように変化する場合、同図（ｅ）に示すように、バイパス弁開度指令Ｓ７は図の実線のようになる。
【００３０】
このように、本例のバイパス弁制御回路３０においては、負荷が急減して燃料弁９を急速に絞った場合、バイパス弁制御回路３０がバイパス弁１５の絞り変化率を高速にする。具体的には、図７（ａ）で示すようにＧＴ出力が急減すると、図７（ｅ）の実線で示すように、バイパス弁開度指令Ｓ７が急増し、バイパス弁１５の開度を迅速に制御する。
図７（ｅ）の破線で示すように、バイパス弁１５の変化率がａ１に固定されているとバイパス弁１５の開閉が燃料弁９の開閉より遅れてしまうが、上記のように変化率がａ２に高速化されるので、バイパス弁１５の開閉が迅速に行われ、燃焼器１２における燃料の燃焼を安定化することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のガスタービンプラントおよびその制御方法においては、ロードリミット制御信号は、ガバナ制御信号が通常時のとき及び急減時には、ガバナ制御信号に対して常に所定値だけ高い値をとり、ガバナ制御信号の急増時には、規定レートで上昇される。そして、コントローラは、ガバナ制御信号の上限値をロードリミット制御信号により制限するので、ガスタービンの急激な温度上昇が防止される。
しかも、ガバナ制御信号が急減した後に急増する場合、ガバナ制御信号は、より早くロードリミット制御信号の制限にかかるので、速やかにガバナ制御信号の上昇が制限される。したがって、ガスタービンに与えるストレスを従来よりも減少させることができる。
【００３２】
また、本発明によれば、負荷が急減して燃料弁を急速に絞った場合、コントローラがバイパス弁の絞り変化レートを高速にするため、バイパス弁が燃料弁の絞りに追従し、燃焼器の燃空比の変動を防ぐ。したがって、燃焼器における燃料の燃焼を安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態として示したガスタービンプラントが備えるコントローラのブロック図である。
【図２】 同コントローラのロードリミットＣＳＯ信号上限値算出部を示すブロック図である。
【図３】 同コントローラのロードリミットＣＳＯ信号演算回路を示すブロック図である。
【図４】 ガバナＣＳＯ信号とロードリミットＣＳＯ信号との関係を示す図である。
【図５】 負荷が急減した後に急増する場合のガバナＣＳＯ信号とロードリミットＣＳＯ信号との関係を示す図である。
【図６】 同コントローラが備えるバイパス弁制御回路のブロック図である。
【図７】 同バイパス弁制御回路において、ガスタービン出力が入力されてバイパス弁制御指令が出力されるまでの信号の変化を示す図である。
【図８】 同バイパス弁制御回路が記憶している偏差量とバイパス弁開閉変化率との対応関係を示す図である。
【図９】 ガスタービンプラントの概略構成図である。
【図１０】 同ガスタービンプラントに用いられる燃焼器の概略構成図である。
【図１１】 従来のガスタービンプラントにおける、ガバナＣＳＯ信号とロードリミットＣＳＯ信号との関係を示す図である。
【図１２】 従来のガスタービンプラントにおける、負荷が急減した後に急増する場合のガバナＣＳＯ信号とロードリミットＣＳＯ信号との関係を示す図である。
【符号の説明】
２ 燃焼器
３ ガスタービン
９ 燃料弁
１０ コントローラ
１２ メイン燃焼器
１３ 尾筒
１５ バイパス弁
２０ ガバナＣＳＯ信号算出部（ガバナ制御信号算出部）
２１ ロードリミットＣＳＯ信号算出部（ロードリミット制御信号算出部）
２２ 低値選択回路（制限部）
３１ バイパス弁開度算出部
３２ 変化率制限器（第２変化率制限器）
３３ 減算器
３５ 変化率算出器
３６ 開閉速度算出部
３７ 変化率制限器（第１変化率制限器）
Ｓ１ ガバナＣＳＯ信号（ガバナ制御信号）
Ｓ２ ロードリミットＣＳＯ信号（ロードリミット制御信号）
Ｓ３ 燃料制御信号
Claims (2)
- ガスタービンと、該ガスタービンに燃焼ガスを供給する燃焼器と、該燃焼器への燃料供給量を調節する燃料弁と、該燃料弁を制御するコントローラとを備えたガスタービンプラントにおいて、
前記コントローラは、前記燃料弁の開度を制御するガバナ制御信号を前記ガスタービンの回転数に基づいて算出するガバナ制御信号算出部と、
前記ガバナ制御信号が下降状態にある場合は該ガバナ制御信号よりも所定のトラッキング幅だけ大きい値にて前記ガバナ制御信号に追従するとともに、該ガバナ制御信号が上昇状態にある場合は、規定上昇レートを上限とした上昇レートで前記ガバナ制御信号に追従するロードリミット制御信号を算出するロードリミット制御信号算出部と、
前記ガバナ制御信号およびロードリミット制御信号が入力され、該ガバナ制御信号の上限を前記ロードリミット制御信号により制限し前記燃料弁を制御する制限部と、を備え、
前記ロードリミット制御信号算出部は、前記ガバナ制御信号に対する前記所定のトラッキング幅を算出する算出器と、該所定のトラッキング幅を前記ガバナ制御信号に足し合わせる和算器と、前記ガバナ制御信号に基づいて前記規定上昇レートを算出する上昇レート算出器と、前記和算器と前記上昇レート算出器の出力が入力される変化率制限器とを備えており、
前記変化率制限器から出力される前記上昇レートは、前記上昇レート算出器で算出された値によって制限されることを特徴とするガスタービンプラント。 - ガスタービンと、該ガスタービンに燃焼ガスを供給する燃焼器と、該燃焼器への燃料供給量を調節する燃料弁とを備えたガスタービンプラントの制御方法において、
前記燃料弁の開度を制御するガバナ制御信号を前記ガスタービンの回転数に基づいて算出し、前記ガバナ制御信号が下降状態にあるときは該ガバナ制御信号よりも所定のトラッキング幅だけ大きい値にて前記ガバナ制御信号に追従するとともに、該ガバナ制御信号が上昇状態にあり、該ガバナ制御信号が規定上昇レートを下回る場合には、該ガバナ制御信号に追随して上昇し、該ガバナ制御信号が前記規定上昇レートを上回る場合には、前記規定上昇レートで上昇するロードリミット制御信号を求め、
前記ガバナ制御信号の上限を前記ロードリミット制御信号により制限した制御信号に基づいて前記燃料弁を制御することを特徴とするガスタービンプラントの制御方法。
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