JP4451997B2 - コンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電システムとして、コンバインドサイクル発電プラントが知られている。コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービン制御システムによりその制御が実行されている。そのガスタービン制御システムは、ガスタービン負荷指令を出力する制御ロジックが組み込まれている。そのような制御ロジックが、図９に示されている。図９に示される制御ロジックは、ロードリミット制御回路１０１と、速度ガバナ制御回路１０２と、温度リミット制御回路１０３と、燃料リミット制御回路１０４とから構成されている。ロードリミット制御回路１０１は、ロードリミット制御信号（ＬＤＣＳＯ）１０５を出力する。速度ガバナ制御回路１０２は、速度ガバナ制御信号（ＧＶＣＳＯ）１０６を出力する。温度リミット制御回路１０３は、温度リミット制御信号（ＴＣＳＯ）１０７を出力する。燃料リミット制御回路１０４は、燃料リミット制御信号（ＦＬＣＳＯ）１０８を出力する。図中の信号線のうち、破線はデジタル信号を示し、実線はアナログ信号を示す。
【０００３】
ロードリミット制御信号１０５、速度ガバナ制御信号１０６、温度リミット制御信号１０７、燃料リミット制御信号１０８とは、最低値選択器（ミニマムセレクタ）１０９に入力する。最低値選択器１０９は、既述の４つの制御信号１０５，１０６，１０７，１０８のうちから最小値Ｌ＜を選択して、最終燃料制御出力信号１１０として出力する。最終燃料制御出力信号１１０は、ガスタービン１１１に供給する燃料供給量を制御するための制御信号である。
【０００４】
ロードリミット制御回路１０１には、所内単独信号１１２と、過速度防止制御装置（ＯＰＣ，Overspeed Protection Controller：後述）から送られてくる過速度防止制御信号（ＯＰＣ信号）１１３とが入力する。所内単独信号１１２と、過速度防止制御信号１１３とは、論理和器（ＯＲ器）１１４に入力する。論理和器１１４から出力する信号に基づいて、ワンショットタイマ１１５は、一定時間信号１１６を出力する。ロードリミット制御回路１０１には、制御出力信号（ＣＳＯ）１１７が更に入力する。制御出力信号１１７は、関数設定器１１８と加算器１１９に入力する。加算器１１９で加算された信号は、スイッチングと同時に変化レートが切替るレート付切替器１２０に一定時間信号１１６とともに入力する。レート付切替器１２０は、定数設定器１２１により設定される設定値と、一定時間信号１１６と、加算器１１９で加算された加算値とに基づいて、ロードリミット制御信号１０５を出力する。
【０００５】
速度ガバナ制御回路１０２には、所内単独信号１１２’と、負荷設定値と実負荷の偏差から求まる増減信号増減値（ＳＰＳＥＴ）１２２と、軸回転数１２３とが入力する。所内単独信号１１２’と増減信号増減値１２２とは、比例積分器１２４に入力される。比例積分器１２４は、所内単独信号１１２’と定値設定器１２５に設定される一定値とに基づいて増減信号増減値１２２を比例積分する。比例積分器１２４により積分された積分値出力１２６は、減算器１２７で軸回転数１２３が減算される。その減算結果値１２８は、ゲイン１２９を通されて既述の速度ガバナ制御信号１０６として出力される。
【０００６】
図１０は、過速度防止制御装置（ＯＰＣ）の制御ロジックを示している。回転数１３１、中圧タービン入り口圧力１３２、発電機電流１３３、発電機出力１３４のそれぞれの物理量をパーセント値に変換する関数設定器１３７，１３８，１３９，１４０に入力する。発電機遮断機入１３５は、否定（ＮＯＴ）器１３０に入力する。所内単独の各入力信号１３６は、ワンショットタイマ１５２に入力する。中圧タービン入り口圧力１３２と発電機電流１３３は、関数設定器１３８，１３９を介して減算器１４２に入力する。減算器１４２で減算された減算値（負荷偏差信号）１４３は、他の関数設定器１４４を介して加算器１４５に入力する。回転数１３１は、関数設定器１３７を介して、加算器１４５に入力する。加算器１４５により加算された加算値１４６は、任意の設定範囲によりデジタル信号を発信するモニタ器１４７に入力する。発電機出力１３４は、関数設定器１４０、モニタ１４１、オフディレータイマ１４８とを介して論理積（ＡＮＤ）器１４９に入力する。発電機遮断機入１３５は、否定器１３０を介して論理積器１４９に入力する。モニタ器１４７が出力するモニタ信号１５０−１と、論理積器１４９が出力するモニタ信号１５０−２と、モニタ器１５２が出力するモニタ信号１５０−３とは、論理和器１５１に入力する。論理和器１５１が出力する出力信号が、ＯＰＣ動作のための図９に示される既述の過速度防止制御信号（ＯＰＣ信号）１１３に一致している。
【０００７】
図１０に示される制御ロジックを持つ過速度防止制御装置（ＯＰＣ）は、負荷遮断等による負荷急減時にタービンが急加速して発生する過速トリップ防止装置であり、速度上昇率（関数設定器１３７の出力）と負荷偏差（減算値１４３）を監視しておき、タービン回転速度上昇率に負荷偏差によるバイアス（先行）信号を加算した値がある閾値より大きくなれば、ＯＰＣが動作し、蒸気タービンガバナを急速に閉じる。
【０００８】
このような公知装置では、その系統単独運転に移行して系統負荷喪失が小さくてＯＰＣが動作しない場合には、ガスタービン保護の観点から決定される変化レートに従うロードリミット制御信号１０５又は温度リミット制御信号１０７等の制御信号により最終燃料制御出力信号１１０が制限され、速度ガバナ制御信号１０６による軸回転数制御が不能になる時間帯が生じるため、回転数が定格回転数より大きく低下しトリップする事象が発生する。また、系統単独運転移行後も増減信号増減値１２２を負荷設定値と実負荷の偏差から求めた場合、増減信号増減値１２２とその比例積分操作量である積分値出力１２６は負荷が明確でないまま誤った負荷設定値に基づき動作することになり、積分値出力１２６は一定値を保持できず外乱として作用する恐れがある。このため、速度ガバナ制御回路出力である速度ガバナ制御信号１０６による回転数制御が困難になる。更に、系統単独運転に移行し系統負荷喪失が大きくＯＰＣが動作する場合においても、系統単独移行からＯＰＣ動作までの時間差が大きい場合、この時間内に回転数は上昇し回転軸慣性が大きくなるため、回転数を低下させていく過程でトリップする事象が発生する。
【０００９】
系統運転移行に際してトリップ現象が起こさせるような不適正制御を回避して適正制御を行うことができることが求められる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、系統運転移行に際してより適正に速度制御を行うことができるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複数・形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。
【００１２】
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置は、ガスタービン（１１）と、ガスタービン（１１）の速度を制御する第１速度制御信号（５）を出力するロードリミット制御回路（１）と、ガスタービン（１１）の速度を制御する第２速度制御信号（６）を出力する速度ガバナ制御回路（２）と、第１速度制御信号と前記第２速度制御信号のうち最低値の速度制御信号を選択する最低値選択器（９）とをから構成されている。ロードリミット制御回路（１）は、系統単独運転の移行に対応する系統単独信号（６１）に基づいて、第１速度制御信号（５）に替えて第２速度制御信号（６）よりも大きい値を持つ速度制御信号を一定時間帯で出力する第１切替器（２０）を備えている。系統単独運転に移行した後には、ある時間、タービンの物理的性質により、第２速度制御信号（Ｃ１）が上昇することがあるが、運転最低値選択器（９）は、第１切替器のトラッキングにより一定時間第２速度制御信号（６）を採択するので、第２速度制御信号（６）に基づいて速度制御が適正に実行され得る。
【００１３】
ＯＰＣ動作信号を出力するＯＰＣ動作制御ロジック回路（８２）が更に追加される。ＯＰＣ動作制御ロジック回路は、負荷偏差信号（４３）と所内単独移行信号（３６）の否定値とに基づく論理積（８４）として負荷喪失信号（８１）を出力する。負荷喪失信号（８１）と系統単独信号（６１）との関係は論理和である。回路８３内に設置されたモニタ器（８３）はある一定値以上の負荷アンバランスに対し瞬時に信号を発信するので、従来例よりも早くＯＰＣを動作させることが可能である。
【００１４】
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置は、ガスタービン（１１）と、ガスタービン（１１）の速度を制御する第１速度制御信号（５）を出力するロードリミット制御回路（１）と、ガスタービン（１１）の速度を制御する第２速度制御信号（６）を出力する速度ガバナ制御回路（２）と、第１速度制御信号（５）と第２速度制御信号のうち最低値の速度制御信号を選択する最低値選択器（９）とから構成されている。第２速度制御信号（６）は、負荷設定値と実負荷の偏差により求められる増減値（２２）に対応する値（２６）から回転数（２３）が減算された減算値（２８）に対応する値を持つ信号である。速度ガバナ制御回路（２）は、系統単独運転の移行に対応する系統単独信号（６２）に基づいて、増減値信号（２２）によらずに系統単独移行以前の値に第２速度制御信号（６）を保持する第２切替器（６４）を備えている。系統単独運転に移行した後には、ある時間、タービンの物理的性質により、第２速度制御信号（６）が上昇することがあるが、系統単独運転に移行する以前の第２速度制御信号（６）の値に現在時点の第２速度制御信号（６）を保持することにより、運転最低値選択器（９）は、第２切替器のトラッキングにより一定時間第２速度制御信号（６）を採択するので、第２速度制御信号（６）に基づいて速度制御が適正に実行され得る。
【００１５】
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置は、ガスタービン（１１）と、ガスタービン（１１）の速度を制御する第１速度制御信号（５）を出力するロードリミット制御回路（１）と、ガスタービン（１１）の速度を制御する第２速度制御信号（６）を出力する速度ガバナ制御回路（２）と、第１速度制御信号（５）と第２速度制御信号（６）のうち最低値の速度制御信号を選択する最低値選択器（９）とから構成されている。ロードリミット制御回路（１）は、系統単独運転の移行に対応する系統単独信号（６１）に基づいて、第１速度制御信号（５）に替えて第２速度制御信号よりも大きい値を持つ速度制御信号を一定時間帯で出力する第１切替器（２０）を備えている。第２速度制御信号（６）は、負荷設定値と実負荷の偏差により求められる増減値（２２）に対応する値（２６）から回転数（２３）が減算された減算値（２８）に対応する値を持つ信号である。速度ガバナ制御回路（２）は、系統単独運転の移行に対応する系統単独信号（６２）に基づいて、増減値信号（２２）によらずに系統単独移行以前の値に第２速度制御信号（６）を保持する第２切替器（６４）を備えている。既述した速度制御信号の両変更により、第２速度制御信号（６）に基づいて速度制御がより確実に適正に実行され得る。
【００１６】
ガスタービン（１１）の速度を制御する第３速度制御信号（７）を出力する温度リミット制御回路（３）が更に追加されている。温度リミット制御回路（３）は、系統単独運転の移行に対応する系統単独信号（６５）に基づいて、第３速度制御信号（７）に替えて第２速度制御信号（６）よりも十分に大きい値を持つ速度制御信号を一定時間帯で出力する第３切替器（７１）を備えている。温度リミット制御回路（３）が出力する信号の値の変動に係わらず、第２速度制御信号（６）に基づいて適正に速度制御が行われる。十分に大きいその値は一定値であることが好ましい。
【００１７】
ガスタービン（１１）の速度を制御する第４速度制御信号（８）を出力する燃料リミット制御回路（４）が更に追加されている。燃料リミット制御回路（４）は、系統単独運転の移行に対応する系統単独信号（６６）に基づいて、第４速度制御信号（８）に替えて第２速度制御信号（６）よりも十分に大きい値を持つ速度制御信号を一定時間帯で出力する第４切替器（７４）を備えている。燃料リミット制御回路（４）が出力する信号の値の変動に係わらず、第２速度制御信号（６）に基づいて適正に速度制御が行われる。十分に大きいその値は一定値であることが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図に対応して、本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置の実施の形態は、ロードリミット制御回路１の論理和器１４に入力される信号として系統単独信号６１が新たに追加されている。図１に示されるように、ロードリミット制御回路１と、速度ガバナ制御回路２と、温度リミット制御回路３と、燃料リミット制御回路４とが設けられている。ロードリミット制御回路１は、ロードリミット制御信号（ＬＤＣＳＯ）５を出力する。速度ガバナ制御回路２は、速度ガバナ制御信号（ＧＶＣＳＯ）６を出力する。温度リミット制御回路３は、温度リミット制御信号（ＴＣＳＯ）７を出力する。燃料リミット制御回路４は、燃料リミット制御信号（ＦＬＣＳＯ）８を出力する。図中の信号線のうち、破線はデジタル信号を示し、実線はアナログ信号を示す。
【００１９】
ロードリミット制御信号５、速度ガバナ制御信号６、温度リミット制御信号７、燃料リミット制御信号８とは、最低値選択器（ミニマムセレクタ）９にそれぞれに入力する。最低値選択器９は、既述の４つの制御信号５，６，７，８のうちから最小値Ｌ＜を選択して、最終燃料制御出力信号１０として出力する。最終燃料制御出力信号１０は、ガスタービン１１に供給する燃料供給量を制御するための制御信号である。
【００２０】
ロードリミット制御回路１には、所内単独信号１２と、過速度防止制御装置（ＯＰＣ）から送られてくる過速度防止制御信号（ＯＰＣ動作信号）１３とが入力し、更に、系統単独信号６１が入力する。系統単独信号６１は、所内単独信号１２と、過速度防止制御信号１３とともに論理和器（ＯＲ器）１４に入力する。論理和器１４から出力する信号に基づいて、ワンショットタイマ１５は、一定時間信号１６を出力する。ロードリミット制御回路１には、制御出力信号（ＣＳＯ）１７が更に入力する。制御出力信号１７は、関数設定器１８と加算器１９に入力する。加算器１９で加算された信号は、スイッチングと同時に変化レートが切替るレート付切替器２０に一定時間信号１６とともに入力する。レート付切替器２０は、一定値信号１６に基づいて、定数設定器２１により設定される設定値と、加算器１９で加算された加算値のうちの一方を選択して、ロードリミット制御信号５として出力する。
【００２１】
速度ガバナ制御回路２には、所内単独信号１２’と、負荷設定値と実負荷の偏差から求まる増減値信号（ＳＰＳＥＴ）２２と、軸回転数２３とが入力する。所内単独信号１２’と増減値信号２２とは、比例積分器２４に入力される。比例積分器２４は、所内単独信号１２’の入力に従って、定値設定器２５に設定される一定値又は増減値信号の積分値２２を出力する。比例積分器２４により積分された積分値出力２６は、減算器２７で軸回転数２３が減算される。その減算結果値２８は、ゲイン２９を通されて既述の速度ガバナ制御信号６として出力される。
【００２２】
通常の負運転時には、ロードリミット制御信号５は、レート付切替器２０を介して、制御信号１７に関数設定器１８で決定されるバイアス値が加算器１９で加えられた値に追従している。所内単独運転時には、ロードリミット制御信号５は、所内単独信号１２によりワンショットタイマ１５で設定される一定時間、レート付切替器２０により定数設定器２１に設定されているトラッキング値に変更される。同様に系統単独運転時には、ロードリミット制御信号５は、過速度防止制御信号１３又は系統単独信号６１によりワンショットタイマで設定される一定時間、レート付切替器２０により定数設定器２１のトラッキング値に変更される。
【００２３】
図２は、ＯＰＣ動作しない場合の系統単独運転形態時の軸回転数と各ＣＳＯ応答を示している。時刻Ｔ０で系統単独運転に移行すれば系統負荷が急激に低下するので、回転数は初期定格回転数ｒ０から急激に上昇し、時刻Ｔ１でその回転数は最大値になる。このように上昇した回転数を低下させるために、減算器２７が出力する減算結果２８が急激に減少して、速度ガバナ制御信号６は急降下する。速度ガバナ制御信号６の急降下に伴って、最終燃料制御出力信号（ＣＳＯ）１０は低下し、制御出力信号１７に基づいてロードリミット制御信号５も同時に低下する。急激に低下した速度ガバナ制御信号６は、その回転数上昇に従って、時刻Ｔ１以降に再び上昇を始める。
【００２４】
図３に示されるように、回転数が最大値になる時刻Ｔ１以降、急激に低下した速度ガバナ制御信号６−Ｃ１は、その回転数上昇に伴って回復する。ここで、従来装置ではロードリミット制御信号５−Ｃ２が機器保護の観点で定められたレートに従い上昇するので、ＬＤＣＳＯ（Ｃ２）＜ＧＶＣＳＯ（Ｃ１）になる時間帯が発生し、ミニマムセレクタで最終燃料制御出力信号１０としてロードリミット制御信号５（＝ＬＤＣＳＯ）が選択されることになる。
【００２５】
この間、速度ガバナ制御信号６（＝ＧＶＣＳＯ）は、最終的な出力信号である最終燃料制御出力信号１０ではなくなるので回転数制御不能になり、回転数は図２に示されるように、ｒ１で示される低下を続け、時刻Ｔｔ１で遂にトリップに至る。本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置では、時刻Ｔｉ１に発信する系統単独信号６１に基づいて、ロードリミット制御信号５（＝ＬＤＣＳＯ）は、速度ガバナ制御信号６（＝ＧＶＣＳＯ）より十分大きく定数設定器２１により設定されている一定値が、ワンショットタイマ１５で設定される時間Ｔｉ１〜Ｔｉ２の間、トラッキングされ高い値Ｃ２’に維持されていて、最終燃料制御出力信号１０は制御出力信号１７に関係なく速度ガバナ制御信号６（＝ＧＶＣＳＯ）により決定され、このようなトラッキングにより、速度ガバナ制御信号６が優先的に選択され速度ガバナ制御信号６に基づく回転数制御が可能になっている。系統単独運転に移行した際、ＯＰＣ動作しない場合においても、ロードリミット制御信号５がある一定時間、ロードリミット制御信号５を制御信号１７よりも低い一定値にトラッキングすることにより、速度ガバナ制御信号６に基づく速度ガバナ制御を可能にし、図２に回転数ｒ３で示されるように、トリップを回避することができる。
【００２６】
図４は、本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置の実施の他の形態を示している。実施の本形態では、ロードリミット制御回路１は、図９に示される公知のロードリミット制御回路１０１に全く同じであるが、速度ガバナ制御回路２に系統単独信号６２が追加入力される点で、公知の速度ガバナ制御回路１０２と異なっている。系統単独信号６２の追加に伴って、比例積分器２４の入口側に系統単独信号６２により動作する切替器６４と定値設定器６３が公知の図９の速度ガバナ制御回路１０２に追加されている。
【００２７】
通常の負荷運転時には、速度ガバナ制御回路２は、負荷設定値と実負荷の偏差とにより求まるＳＰＳＥＴ増減値２２の比例積分制御量であるガバナ設定値（ＳＰＳＥＴ）２６と回転数２３の偏差２８をゲイン２９により比例制御した値を速度ガバナ制御信号６（ＧＶＣＳＯ）として出力している。所内単独運転時には、所内単独信号１２’により比例積分器２４の出口が定値設定器２５の定数０値に変更され、積分値出力２６は一定値に保持され、速度ガバナ制御回路２は、このような積分値出力２６と回転数２３の偏差をゲイン２９により比例制御した値を速度ガバナ制御信号６として出力する。
【００２８】
系統単独運転時には、系統単独信号６２により比例積分器２４の入口側のスイッチである切替器６４で増減値信号２２が定値設定器６３の定数０値に変更され、出力２６は一定値に保持される。速度ガバナ制御回路２は、このような積分値出力２６と回転数２３の偏差をゲイン２９のゲインにより比例制御した値を速度ガバナ制御信号６として出力する。
【００２９】
系統単独運転に移行した際、従来装置では、系統単独後も系統単独前の積分値出力２６を保持することにより、負荷設定値と実負荷の偏差から求まる増減値信号２２は、負荷変化により変動するので、積分値出力２６は一定値を保持できず外乱として作用する恐れがあり、速度ガバナ制御回路２の出力である速度ガバナ制御信号６による回転数制御が困難になる。しかし、系統単独信号により増減値号２２を０値に設定変更し、系統単独移行以前の値に保持させ、ガバナ設定値２６を系統単独運転以前の値に保持することにより、速度ガバナ制御信号６は、回転数２３と一定値に基づく出力２８による比例制御になるので、速度ガバナ制御をより安定に且つより有効に回転数を制御することができる。系統単独運転に移行した際、積分値出力２６を系統単独移行以前の値に保持させることにより、速度ガバナ制御をより安定した回転数制御にすることができる。
【００３０】
図５は、本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置の実施の更に他の形態を示している。実施の本形態は、系統単独信号６１が既に付加されている図１に示される実施の既述の形態に対して、他の系統単独信号６５と更に他の系統単独信号６６とが温度リミット制御回路３と燃料リミット制御回路４とにそれぞれに新たに付加的に入力されている点で異なっている。他の系統単独信号６５と更に他の系統単独信号６６の追加に伴って、温度リミット制御回路３と燃料リミット制御回路４のそれぞれの出口側に、他の系統単独信号６５と他の系統単独信号６６とによりそれぞれに動作する他のレート切替器７１と更に他のレート切替器７４とが介設されている。
【００３１】
他の系統単独信号６５は、追加される他のワンショットタイマ６９を介して他のレート切替器７１に入力する。他の系統単独信号６６は、追加される更に他のワンショットタイマ７３を介して他のレート切替器７４に入力する。他のレート切替器７１は、最低値選択器９と温度リミット制御回路３との間に介設されている。他のレート切替器７４は、最低値選択器９と燃料リミット制御回路４との間に介設されている。更に、定値設定器７２，７５が付加されている。定値設定器７２は、他のレート切替器７１に定値を設定する。定値設定器７５は、他のレート切替器７４に定値を設定する。
【００３２】
通常の負荷運転時又は所内単独運転時には、温度リミット制御回路３と燃料リミット制御回路４から出力される制御信号６７，６８が、それぞれにレート付切替器７１，７４を介して温度リミット制御信号７と燃料リミット制御信号８にそれぞれになっている。系統単独運転時には、温度リミット制御信号７と燃料リミット制御信号８とは、系統単独信号６５，６６によりワンショットタイマ６９，７３で設定される一定時間、他のレート切替器７１と他のレート切替器７４とにより、定値設定器７２と定値設定器７５とによりそれぞれに設定される定数値に切り替わる。
【００３３】
ＯＰＣ動作しない場合の系統単独時の軸回転数と各ＣＳＯの応答は、既述の実施の形態に同じく図３に示される通りである。図２，３に示されるように、回転数が最大値をとる時刻Ｔ１以降、急激に低下したＧＶＣＳＯ−Ｃ１は、回転数の上昇により再上昇をはじめるが、従来装置ではＧＶＣＳＯは系統単独前の値以上になると、出力の過上昇を押さえるためにＴＣＳＯ−Ｃ３が安全側に働いて低下を始める。このような低下の結果により、ＴＣＳＯ（＝Ｃ３）＜ＧＶＣＳＯ（Ｃ１）になる時間帯が発生し、ミニマムセレクタ９ではＣＳＯとしてＴＣＳＯが選択されることになる。この間、ＧＶＣＳＯは最終的な出力信号であるＣＳＯではなくなるので、回転数制御不能になり回転数は、図２に示されるように、ｒ２で示されるように低下を続けて、時刻Ｔｔ２でトリップに至る。
【００３４】
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置では、時刻Ｔｉ１に発信する系統単独信号６５により、ＴＣＳＯはＧＶＣＳＯより十分に大きい一定値に時間帯Ｔｉ１〜Ｔｉ２の間トラッキングされ、最終燃料制御出力信号１０は、ＴＣＳＯ（＝Ｃ３’）に関係なくＧＶＣＳＯにより決定されるので、回転数制御が可能になっている。ＦＬＣＳＯについても、ＴＣＳＯに関する記述の通りであり、他のレート切替器７４のトラッキングにより、そのＦＣＳＯに関係なくＧＶＣＳＯにより決定されるので、回転数制御が可能になっている。ＬＤＣＳＯについては、図１に対応して記述された通りである。
【００３５】
系統単独運転に移行した際、ＯＰＣ動作しない場合においても、ロードリミット制御信号（＝ＬＤＣＳＯ）５、温度リミット制御信号（ＴＣＳＯ）７、燃料制御出力信号（ＦＬＣＳＯ）８をある一定時間一定値にトラッキングすることにより、速度ガバナ制御を可能にし、公知装置に見られるトリップを回避することができる。
【００３６】
図６は、本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置の実施の更に他の形態を示している。実施の本形態では、ロードリミット制御回路１に系統単独信号６１が付加され、速度ガバナ制御回路２に系統単独信号６２が付加され、その付加に伴って図４に示される切替器６４と定値設定器６３とが付加されている点で、公知装置と異なっている。このような付加によるトリップ回避の制御は、既述の通りである。系統単独信号６１又は系統単独信号６２のいずれかに基づくロードリミット制御信号５又は速度ガバナ制御信号６により、公知装置では発生していたトリップが回避される。系統単独信号６１が単独に付加される場合、又は、系統単独信号６２が単独に付加される場合に比べて、系統単独信号６１と系統単独信号６２の両方が付加される実施の本形態では、トリップの発生をより安定的に抑制することができる。
【００３７】
図７は、本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置の実施の更に他の形態を示している。実施の本形態では、図１に示される系統単独信号６１、図４に示される系統単独信号６２、図５に示される他の系統単独信号６５、図５に示される他の系統単独信号６６の全てが公知装置に対して付加されている。そのような付加に伴う既述の全ての付加機器が付加されている。実施の本形態は、既述のトリップ回避の形態の全てが採用され、トリップの発生を更により安定的に抑制することができる。
【００３８】
ＬＤＣＳＯ５、ＧＶＣＳＯ６、ＴＣＳＯ７、ＦＬＣＳＯ８から選択される１又は１以上の信号に基づくトラッキングにより、最終燃料制御出力信号１０としてＧＶＣＳＯが採択され、多様なガスタービンの機種に適正に対応した回転数制御が可能である。
【００３９】
図８は、本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置の実施の更に他の形態を示している。図８は、過速度防止制御装置ＯＰＣの制御ロジックを示し、図１０に示される公知装置の改良を示している。実施の本形態では、従来の公知のＯＰＣ回路に、追加回路８２が追加されている。ＯＰＣは負荷遮断等による負荷急減時にタービンが急加速して発生する過速トリップ防止装置であることは既述の通りである。タービン回転数の過速度は、タービン出力と発電機出力の偏差から求まる負荷アンバランス量が主原因である。追加回路８２として、他の追加論理積器８４が追加されている。他の追加論理積器８４に、所内単独移行３６の信号線に分岐する追加分岐線８６を介して所内単独移行３６が入力し、且つ、減算器４２の出力である減算値４３が追加モニタ８３を介して入力する。
【００４０】
タービン出力は中圧タービン入口圧力３２から求められ、発電機出力は発電機電流３３から導出されていて、負荷アンバランス量は両者の偏差量であり、既述した通り、負荷偏差（減算値）４３である。負荷偏差４３である負荷アンバランス量は、関数設定器４４により速度バイアスに換算され回転数３１を入力とする関数発生器３７の出力値に加えられる。このような加算値が、モニタ器４７の閾値以上であれば、論理和器５１を介して過速度防止制御信号１３として発信される。
【００４１】
更に、追加回路８２により負荷アンバランス量４３がモニタ器８３の閾値以上であり、且つ、否定器８５により所内単独運転移行３６でないと論理積器８４で判断された場合、系統側の負荷喪失大として負荷喪失（大）信号８１が発信され、論理和器５１を介して過速度防止制御信号１３が発信される。更に、電機出力３４を入力とする関数発生器４０の出力値がモニタ器４１の閾値以上であると論理積器４９により判断され、且つ、発電機遮断器入３５の状態、又は、所内単独移行３６の運転時においてもＯＰＣは動作する。急激な負荷設定変動時に発生するランバック信号が設定されているプラントでは、論理積器８４にランバック信号なしという信号を加えることは可能である。
【００４２】
従来例のＯＰＣ回路では、系統単独時のＯＰＣ動作は関数設定器１４４の設定によるところが大きく、ＯＰＣ動作信号発信時刻が遅れるという事象が発生する。しかし、回路８２内に設置されたモニタ器８３はある一定値以上の負荷アンバランスに対し瞬時に信号を発信するので、従来例よりも早くＯＰＣを動作させることが可能である。ある設定値以上の負荷アンバランス量に対し、系統単独後即座にＯＰＣを動作させることによりトリップを回避することができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置は、系統運転移行に際してより適正に速度制御を行うことができる。更に、その速度制御が多様に変化する物理的事象に即応して正確に実行される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による名称の実施の形態を示す回路ブロック図である。
【図２】図２は、時間−回転数関係を示すグラフである。
【図３】図３は、時間−制御信号関係を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明による名称の実施の他の形態を示す回路ブロック図である。
【図５】図５は、本発明による名称の実施の更に他の形態を示す回路ブロック図である。
【図６】図６は、本発明による名称の実施の更に他の形態を示す回路ブロック図である。
【図７】図７は、本発明による名称の実施の更に他の形態を示す回路ブロック図である。
【図８】図８は、本発明による名称の実施の別の形態を示す回路ブロック図である。
【図９】図９は、公知装置を示す回路ブロック図である。
【図１０】図１０は、公知のＯＰＣ動作装置を示す回路ブロック図である。
【符号の説明】
１…ロードリミット制御回路
２…速度ガバナ制御回路
３…温度リミット制御回路
４…燃料リミット制御回路
５…第１速度制御信号
６…第２速度制御信号
７…第３速度制御信号
８…第４速度制御信号
９…最低値選択器
１１…ガスタービン
２０…第１切替器
２２…増減値
２３…回転数
２６…値
２８…減算値
３６…所内単独移行信号
４３…負荷偏差信号
６１…系統単独信号
６２…系統単独信号
６４…第２切替器
６５…系統単独信号
６６…系統単独信号
７１…第３切替器
７４…第４切替器
８１…負荷喪失信号
８２…ＯＰＣ動作制御ロジック回路
８４…論理積（論理積器）
８３…モニタ器
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電システムとして、コンバインドサイクル発電プラントが知られている。コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービン制御システムによりその制御が実行されている。そのガスタービン制御システムは、ガスタービン負荷指令を出力する制御ロジックが組み込まれている。そのような制御ロジックが、図９に示されている。図９に示される制御ロジックは、ロードリミット制御回路１０１と、速度ガバナ制御回路１０２と、温度リミット制御回路１０３と、燃料リミット制御回路１０４とから構成されている。ロードリミット制御回路１０１は、ロードリミット制御信号（ＬＤＣＳＯ）１０５を出力する。速度ガバナ制御回路１０２は、速度ガバナ制御信号（ＧＶＣＳＯ）１０６を出力する。温度リミット制御回路１０３は、温度リミット制御信号（ＴＣＳＯ）１０７を出力する。燃料リミット制御回路１０４は、燃料リミット制御信号（ＦＬＣＳＯ）１０８を出力する。図中の信号線のうち、破線はデジタル信号を示し、実線はアナログ信号を示す。
【０００３】
ロードリミット制御信号１０５、速度ガバナ制御信号１０６、温度リミット制御信号１０７、燃料リミット制御信号１０８とは、最低値選択器（ミニマムセレクタ）１０９に入力する。最低値選択器１０９は、既述の４つの制御信号１０５，１０６，１０７，１０８のうちから最小値Ｌ＜を選択して、最終燃料制御出力信号１１０として出力する。最終燃料制御出力信号１１０は、ガスタービン１１１に供給する燃料供給量を制御するための制御信号である。
【０００４】
ロードリミット制御回路１０１には、所内単独信号１１２と、過速度防止制御装置（ＯＰＣ，Overspeed Protection Controller：後述）から送られてくる過速度防止制御信号（ＯＰＣ信号）１１３とが入力する。所内単独信号１１２と、過速度防止制御信号１１３とは、論理和器（ＯＲ器）１１４に入力する。論理和器１１４から出力する信号に基づいて、ワンショットタイマ１１５は、一定時間信号１１６を出力する。ロードリミット制御回路１０１には、制御出力信号（ＣＳＯ）１１７が更に入力する。制御出力信号１１７は、関数設定器１１８と加算器１１９に入力する。加算器１１９で加算された信号は、スイッチングと同時に変化レートが切替るレート付切替器１２０に一定時間信号１１６とともに入力する。レート付切替器１２０は、定数設定器１２１により設定される設定値と、一定時間信号１１６と、加算器１１９で加算された加算値とに基づいて、ロードリミット制御信号１０５を出力する。
【０００５】
速度ガバナ制御回路１０２には、所内単独信号１１２’と、負荷設定値と実負荷の偏差から求まる増減信号増減値（ＳＰＳＥＴ）１２２と、軸回転数１２３とが入力する。所内単独信号１１２’と増減信号増減値１２２とは、比例積分器１２４に入力される。比例積分器１２４は、所内単独信号１１２’と定値設定器１２５に設定される一定値とに基づいて増減信号増減値１２２を比例積分する。比例積分器１２４により積分された積分値出力１２６は、減算器１２７で軸回転数１２３が減算される。その減算結果値１２８は、ゲイン１２９を通されて既述の速度ガバナ制御信号１０６として出力される。
【０００６】
図１０は、過速度防止制御装置（ＯＰＣ）の制御ロジックを示している。回転数１３１、中圧タービン入り口圧力１３２、発電機電流１３３、発電機出力１３４のそれぞれの物理量をパーセント値に変換する関数設定器１３７，１３８，１３９，１４０に入力する。発電機遮断機入１３５は、否定（ＮＯＴ）器１３０に入力する。所内単独の各入力信号１３６は、ワンショットタイマ１５２に入力する。中圧タービン入り口圧力１３２と発電機電流１３３は、関数設定器１３８，１３９を介して減算器１４２に入力する。減算器１４２で減算された減算値（負荷偏差信号）１４３は、他の関数設定器１４４を介して加算器１４５に入力する。回転数１３１は、関数設定器１３７を介して、加算器１４５に入力する。加算器１４５により加算された加算値１４６は、任意の設定範囲によりデジタル信号を発信するモニタ器１４７に入力する。発電機出力１３４は、関数設定器１４０、モニタ１４１、オフディレータイマ１４８とを介して論理積（ＡＮＤ）器１４９に入力する。発電機遮断機入１３５は、否定器１３０を介して論理積器１４９に入力する。モニタ器１４７が出力するモニタ信号１５０−１と、論理積器１４９が出力するモニタ信号１５０−２と、モニタ器１５２が出力するモニタ信号１５０−３とは、論理和器１５１に入力する。論理和器１５１が出力する出力信号が、ＯＰＣ動作のための図９に示される既述の過速度防止制御信号（ＯＰＣ信号）１１３に一致している。
【０００７】
図１０に示される制御ロジックを持つ過速度防止制御装置（ＯＰＣ）は、負荷遮断等による負荷急減時にタービンが急加速して発生する過速トリップ防止装置であり、速度上昇率（関数設定器１３７の出力）と負荷偏差（減算値１４３）を監視しておき、タービン回転速度上昇率に負荷偏差によるバイアス（先行）信号を加算した値がある閾値より大きくなれば、ＯＰＣが動作し、蒸気タービンガバナを急速に閉じる。
【０００８】
このような公知装置では、その系統単独運転に移行して系統負荷喪失が小さくてＯＰＣが動作しない場合には、ガスタービン保護の観点から決定される変化レートに従うロードリミット制御信号１０５又は温度リミット制御信号１０７等の制御信号により最終燃料制御出力信号１１０が制限され、速度ガバナ制御信号１０６による軸回転数制御が不能になる時間帯が生じるため、回転数が定格回転数より大きく低下しトリップする事象が発生する。また、系統単独運転移行後も増減信号増減値１２２を負荷設定値と実負荷の偏差から求めた場合、増減信号増減値１２２とその比例積分操作量である積分値出力１２６は負荷が明確でないまま誤った負荷設定値に基づき動作することになり、積分値出力１２６は一定値を保持できず外乱として作用する恐れがある。このため、速度ガバナ制御回路出力である速度ガバナ制御信号１０６による回転数制御が困難になる。更に、系統単独運転に移行し系統負荷喪失が大きくＯＰＣが動作する場合においても、系統単独移行からＯＰＣ動作までの時間差が大きい場合、この時間内に回転数は上昇し回転軸慣性が大きくなるため、回転数を低下させていく過程でトリップする事象が発生する。
【０００９】
系統運転移行に際してトリップ現象が起こさせるような不適正制御を回避して適正制御を行うことができることが求められる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、系統運転移行に際してより適正に速度制御を行うことができるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複数・形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。
【００１２】
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置は、ガスタービン（１１）と、ガスタービン（１１）の速度を制御する第１速度制御信号（５）を出力するロードリミット制御回路（１）と、ガスタービン（１１）の速度を制御する第２速度制御信号（６）を出力する速度ガバナ制御回路（２）と、第１速度制御信号と前記第２速度制御信号のうち最低値の速度制御信号を選択する最低値選択器（９）とをから構成されている。ロードリミット制御回路（１）は、系統単独運転の移行に対応する系統単独信号（６１）に基づいて、第１速度制御信号（５）に替えて第２速度制御信号（６）よりも大きい値を持つ速度制御信号を一定時間帯で出力する第１切替器（２０）を備えている。系統単独運転に移行した後には、ある時間、タービンの物理的性質により、第２速度制御信号（Ｃ１）が上昇することがあるが、運転最低値選択器（９）は、第１切替器のトラッキングにより一定時間第２速度制御信号（６）を採択するので、第２速度制御信号（６）に基づいて速度制御が適正に実行され得る。
【００１３】
ＯＰＣ動作信号を出力するＯＰＣ動作制御ロジック回路（８２）が更に追加される。ＯＰＣ動作制御ロジック回路は、負荷偏差信号（４３）と所内単独移行信号（３６）の否定値とに基づく論理積（８４）として負荷喪失信号（８１）を出力する。負荷喪失信号（８１）と系統単独信号（６１）との関係は論理和である。回路８３内に設置されたモニタ器（８３）はある一定値以上の負荷アンバランスに対し瞬時に信号を発信するので、従来例よりも早くＯＰＣを動作させることが可能である。
【００１４】
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置は、ガスタービン（１１）と、ガスタービン（１１）の速度を制御する第１速度制御信号（５）を出力するロードリミット制御回路（１）と、ガスタービン（１１）の速度を制御する第２速度制御信号（６）を出力する速度ガバナ制御回路（２）と、第１速度制御信号（５）と第２速度制御信号のうち最低値の速度制御信号を選択する最低値選択器（９）とから構成されている。第２速度制御信号（６）は、負荷設定値と実負荷の偏差により求められる増減値（２２）に対応する値（２６）から回転数（２３）が減算された減算値（２８）に対応する値を持つ信号である。速度ガバナ制御回路（２）は、系統単独運転の移行に対応する系統単独信号（６２）に基づいて、増減値信号（２２）によらずに系統単独移行以前の値に第２速度制御信号（６）を保持する第２切替器（６４）を備えている。系統単独運転に移行した後には、ある時間、タービンの物理的性質により、第２速度制御信号（６）が上昇することがあるが、系統単独運転に移行する以前の第２速度制御信号（６）の値に現在時点の第２速度制御信号（６）を保持することにより、運転最低値選択器（９）は、第２切替器のトラッキングにより一定時間第２速度制御信号（６）を採択するので、第２速度制御信号（６）に基づいて速度制御が適正に実行され得る。
【００１５】
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置は、ガスタービン（１１）と、ガスタービン（１１）の速度を制御する第１速度制御信号（５）を出力するロードリミット制御回路（１）と、ガスタービン（１１）の速度を制御する第２速度制御信号（６）を出力する速度ガバナ制御回路（２）と、第１速度制御信号（５）と第２速度制御信号（６）のうち最低値の速度制御信号を選択する最低値選択器（９）とから構成されている。ロードリミット制御回路（１）は、系統単独運転の移行に対応する系統単独信号（６１）に基づいて、第１速度制御信号（５）に替えて第２速度制御信号よりも大きい値を持つ速度制御信号を一定時間帯で出力する第１切替器（２０）を備えている。第２速度制御信号（６）は、負荷設定値と実負荷の偏差により求められる増減値（２２）に対応する値（２６）から回転数（２３）が減算された減算値（２８）に対応する値を持つ信号である。速度ガバナ制御回路（２）は、系統単独運転の移行に対応する系統単独信号（６２）に基づいて、増減値信号（２２）によらずに系統単独移行以前の値に第２速度制御信号（６）を保持する第２切替器（６４）を備えている。既述した速度制御信号の両変更により、第２速度制御信号（６）に基づいて速度制御がより確実に適正に実行され得る。
【００１６】
ガスタービン（１１）の速度を制御する第３速度制御信号（７）を出力する温度リミット制御回路（３）が更に追加されている。温度リミット制御回路（３）は、系統単独運転の移行に対応する系統単独信号（６５）に基づいて、第３速度制御信号（７）に替えて第２速度制御信号（６）よりも十分に大きい値を持つ速度制御信号を一定時間帯で出力する第３切替器（７１）を備えている。温度リミット制御回路（３）が出力する信号の値の変動に係わらず、第２速度制御信号（６）に基づいて適正に速度制御が行われる。十分に大きいその値は一定値であることが好ましい。
【００１７】
ガスタービン（１１）の速度を制御する第４速度制御信号（８）を出力する燃料リミット制御回路（４）が更に追加されている。燃料リミット制御回路（４）は、系統単独運転の移行に対応する系統単独信号（６６）に基づいて、第４速度制御信号（８）に替えて第２速度制御信号（６）よりも十分に大きい値を持つ速度制御信号を一定時間帯で出力する第４切替器（７４）を備えている。燃料リミット制御回路（４）が出力する信号の値の変動に係わらず、第２速度制御信号（６）に基づいて適正に速度制御が行われる。十分に大きいその値は一定値であることが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図に対応して、本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置の実施の形態は、ロードリミット制御回路１の論理和器１４に入力される信号として系統単独信号６１が新たに追加されている。図１に示されるように、ロードリミット制御回路１と、速度ガバナ制御回路２と、温度リミット制御回路３と、燃料リミット制御回路４とが設けられている。ロードリミット制御回路１は、ロードリミット制御信号（ＬＤＣＳＯ）５を出力する。速度ガバナ制御回路２は、速度ガバナ制御信号（ＧＶＣＳＯ）６を出力する。温度リミット制御回路３は、温度リミット制御信号（ＴＣＳＯ）７を出力する。燃料リミット制御回路４は、燃料リミット制御信号（ＦＬＣＳＯ）８を出力する。図中の信号線のうち、破線はデジタル信号を示し、実線はアナログ信号を示す。
【００１９】
ロードリミット制御信号５、速度ガバナ制御信号６、温度リミット制御信号７、燃料リミット制御信号８とは、最低値選択器（ミニマムセレクタ）９にそれぞれに入力する。最低値選択器９は、既述の４つの制御信号５，６，７，８のうちから最小値Ｌ＜を選択して、最終燃料制御出力信号１０として出力する。最終燃料制御出力信号１０は、ガスタービン１１に供給する燃料供給量を制御するための制御信号である。
【００２０】
ロードリミット制御回路１には、所内単独信号１２と、過速度防止制御装置（ＯＰＣ）から送られてくる過速度防止制御信号（ＯＰＣ動作信号）１３とが入力し、更に、系統単独信号６１が入力する。系統単独信号６１は、所内単独信号１２と、過速度防止制御信号１３とともに論理和器（ＯＲ器）１４に入力する。論理和器１４から出力する信号に基づいて、ワンショットタイマ１５は、一定時間信号１６を出力する。ロードリミット制御回路１には、制御出力信号（ＣＳＯ）１７が更に入力する。制御出力信号１７は、関数設定器１８と加算器１９に入力する。加算器１９で加算された信号は、スイッチングと同時に変化レートが切替るレート付切替器２０に一定時間信号１６とともに入力する。レート付切替器２０は、一定値信号１６に基づいて、定数設定器２１により設定される設定値と、加算器１９で加算された加算値のうちの一方を選択して、ロードリミット制御信号５として出力する。
【００２１】
速度ガバナ制御回路２には、所内単独信号１２’と、負荷設定値と実負荷の偏差から求まる増減値信号（ＳＰＳＥＴ）２２と、軸回転数２３とが入力する。所内単独信号１２’と増減値信号２２とは、比例積分器２４に入力される。比例積分器２４は、所内単独信号１２’の入力に従って、定値設定器２５に設定される一定値又は増減値信号の積分値２２を出力する。比例積分器２４により積分された積分値出力２６は、減算器２７で軸回転数２３が減算される。その減算結果値２８は、ゲイン２９を通されて既述の速度ガバナ制御信号６として出力される。
【００２２】
通常の負運転時には、ロードリミット制御信号５は、レート付切替器２０を介して、制御信号１７に関数設定器１８で決定されるバイアス値が加算器１９で加えられた値に追従している。所内単独運転時には、ロードリミット制御信号５は、所内単独信号１２によりワンショットタイマ１５で設定される一定時間、レート付切替器２０により定数設定器２１に設定されているトラッキング値に変更される。同様に系統単独運転時には、ロードリミット制御信号５は、過速度防止制御信号１３又は系統単独信号６１によりワンショットタイマで設定される一定時間、レート付切替器２０により定数設定器２１のトラッキング値に変更される。
【００２３】
図２は、ＯＰＣ動作しない場合の系統単独運転形態時の軸回転数と各ＣＳＯ応答を示している。時刻Ｔ０で系統単独運転に移行すれば系統負荷が急激に低下するので、回転数は初期定格回転数ｒ０から急激に上昇し、時刻Ｔ１でその回転数は最大値になる。このように上昇した回転数を低下させるために、減算器２７が出力する減算結果２８が急激に減少して、速度ガバナ制御信号６は急降下する。速度ガバナ制御信号６の急降下に伴って、最終燃料制御出力信号（ＣＳＯ）１０は低下し、制御出力信号１７に基づいてロードリミット制御信号５も同時に低下する。急激に低下した速度ガバナ制御信号６は、その回転数上昇に従って、時刻Ｔ１以降に再び上昇を始める。
【００２４】
図３に示されるように、回転数が最大値になる時刻Ｔ１以降、急激に低下した速度ガバナ制御信号６−Ｃ１は、その回転数上昇に伴って回復する。ここで、従来装置ではロードリミット制御信号５−Ｃ２が機器保護の観点で定められたレートに従い上昇するので、ＬＤＣＳＯ（Ｃ２）＜ＧＶＣＳＯ（Ｃ１）になる時間帯が発生し、ミニマムセレクタで最終燃料制御出力信号１０としてロードリミット制御信号５（＝ＬＤＣＳＯ）が選択されることになる。
【００２５】
この間、速度ガバナ制御信号６（＝ＧＶＣＳＯ）は、最終的な出力信号である最終燃料制御出力信号１０ではなくなるので回転数制御不能になり、回転数は図２に示されるように、ｒ１で示される低下を続け、時刻Ｔｔ１で遂にトリップに至る。本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置では、時刻Ｔｉ１に発信する系統単独信号６１に基づいて、ロードリミット制御信号５（＝ＬＤＣＳＯ）は、速度ガバナ制御信号６（＝ＧＶＣＳＯ）より十分大きく定数設定器２１により設定されている一定値が、ワンショットタイマ１５で設定される時間Ｔｉ１〜Ｔｉ２の間、トラッキングされ高い値Ｃ２’に維持されていて、最終燃料制御出力信号１０は制御出力信号１７に関係なく速度ガバナ制御信号６（＝ＧＶＣＳＯ）により決定され、このようなトラッキングにより、速度ガバナ制御信号６が優先的に選択され速度ガバナ制御信号６に基づく回転数制御が可能になっている。系統単独運転に移行した際、ＯＰＣ動作しない場合においても、ロードリミット制御信号５がある一定時間、ロードリミット制御信号５を制御信号１７よりも低い一定値にトラッキングすることにより、速度ガバナ制御信号６に基づく速度ガバナ制御を可能にし、図２に回転数ｒ３で示されるように、トリップを回避することができる。
【００２６】
図４は、本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置の実施の他の形態を示している。実施の本形態では、ロードリミット制御回路１は、図９に示される公知のロードリミット制御回路１０１に全く同じであるが、速度ガバナ制御回路２に系統単独信号６２が追加入力される点で、公知の速度ガバナ制御回路１０２と異なっている。系統単独信号６２の追加に伴って、比例積分器２４の入口側に系統単独信号６２により動作する切替器６４と定値設定器６３が公知の図９の速度ガバナ制御回路１０２に追加されている。
【００２７】
通常の負荷運転時には、速度ガバナ制御回路２は、負荷設定値と実負荷の偏差とにより求まるＳＰＳＥＴ増減値２２の比例積分制御量であるガバナ設定値（ＳＰＳＥＴ）２６と回転数２３の偏差２８をゲイン２９により比例制御した値を速度ガバナ制御信号６（ＧＶＣＳＯ）として出力している。所内単独運転時には、所内単独信号１２’により比例積分器２４の出口が定値設定器２５の定数０値に変更され、積分値出力２６は一定値に保持され、速度ガバナ制御回路２は、このような積分値出力２６と回転数２３の偏差をゲイン２９により比例制御した値を速度ガバナ制御信号６として出力する。
【００２８】
系統単独運転時には、系統単独信号６２により比例積分器２４の入口側のスイッチである切替器６４で増減値信号２２が定値設定器６３の定数０値に変更され、出力２６は一定値に保持される。速度ガバナ制御回路２は、このような積分値出力２６と回転数２３の偏差をゲイン２９のゲインにより比例制御した値を速度ガバナ制御信号６として出力する。
【００２９】
系統単独運転に移行した際、従来装置では、系統単独後も系統単独前の積分値出力２６を保持することにより、負荷設定値と実負荷の偏差から求まる増減値信号２２は、負荷変化により変動するので、積分値出力２６は一定値を保持できず外乱として作用する恐れがあり、速度ガバナ制御回路２の出力である速度ガバナ制御信号６による回転数制御が困難になる。しかし、系統単独信号により増減値号２２を０値に設定変更し、系統単独移行以前の値に保持させ、ガバナ設定値２６を系統単独運転以前の値に保持することにより、速度ガバナ制御信号６は、回転数２３と一定値に基づく出力２８による比例制御になるので、速度ガバナ制御をより安定に且つより有効に回転数を制御することができる。系統単独運転に移行した際、積分値出力２６を系統単独移行以前の値に保持させることにより、速度ガバナ制御をより安定した回転数制御にすることができる。
【００３０】
図５は、本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置の実施の更に他の形態を示している。実施の本形態は、系統単独信号６１が既に付加されている図１に示される実施の既述の形態に対して、他の系統単独信号６５と更に他の系統単独信号６６とが温度リミット制御回路３と燃料リミット制御回路４とにそれぞれに新たに付加的に入力されている点で異なっている。他の系統単独信号６５と更に他の系統単独信号６６の追加に伴って、温度リミット制御回路３と燃料リミット制御回路４のそれぞれの出口側に、他の系統単独信号６５と他の系統単独信号６６とによりそれぞれに動作する他のレート切替器７１と更に他のレート切替器７４とが介設されている。
【００３１】
他の系統単独信号６５は、追加される他のワンショットタイマ６９を介して他のレート切替器７１に入力する。他の系統単独信号６６は、追加される更に他のワンショットタイマ７３を介して他のレート切替器７４に入力する。他のレート切替器７１は、最低値選択器９と温度リミット制御回路３との間に介設されている。他のレート切替器７４は、最低値選択器９と燃料リミット制御回路４との間に介設されている。更に、定値設定器７２，７５が付加されている。定値設定器７２は、他のレート切替器７１に定値を設定する。定値設定器７５は、他のレート切替器７４に定値を設定する。
【００３２】
通常の負荷運転時又は所内単独運転時には、温度リミット制御回路３と燃料リミット制御回路４から出力される制御信号６７，６８が、それぞれにレート付切替器７１，７４を介して温度リミット制御信号７と燃料リミット制御信号８にそれぞれになっている。系統単独運転時には、温度リミット制御信号７と燃料リミット制御信号８とは、系統単独信号６５，６６によりワンショットタイマ６９，７３で設定される一定時間、他のレート切替器７１と他のレート切替器７４とにより、定値設定器７２と定値設定器７５とによりそれぞれに設定される定数値に切り替わる。
【００３３】
ＯＰＣ動作しない場合の系統単独時の軸回転数と各ＣＳＯの応答は、既述の実施の形態に同じく図３に示される通りである。図２，３に示されるように、回転数が最大値をとる時刻Ｔ１以降、急激に低下したＧＶＣＳＯ−Ｃ１は、回転数の上昇により再上昇をはじめるが、従来装置ではＧＶＣＳＯは系統単独前の値以上になると、出力の過上昇を押さえるためにＴＣＳＯ−Ｃ３が安全側に働いて低下を始める。このような低下の結果により、ＴＣＳＯ（＝Ｃ３）＜ＧＶＣＳＯ（Ｃ１）になる時間帯が発生し、ミニマムセレクタ９ではＣＳＯとしてＴＣＳＯが選択されることになる。この間、ＧＶＣＳＯは最終的な出力信号であるＣＳＯではなくなるので、回転数制御不能になり回転数は、図２に示されるように、ｒ２で示されるように低下を続けて、時刻Ｔｔ２でトリップに至る。
【００３４】
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置では、時刻Ｔｉ１に発信する系統単独信号６５により、ＴＣＳＯはＧＶＣＳＯより十分に大きい一定値に時間帯Ｔｉ１〜Ｔｉ２の間トラッキングされ、最終燃料制御出力信号１０は、ＴＣＳＯ（＝Ｃ３’）に関係なくＧＶＣＳＯにより決定されるので、回転数制御が可能になっている。ＦＬＣＳＯについても、ＴＣＳＯに関する記述の通りであり、他のレート切替器７４のトラッキングにより、そのＦＣＳＯに関係なくＧＶＣＳＯにより決定されるので、回転数制御が可能になっている。ＬＤＣＳＯについては、図１に対応して記述された通りである。
【００３５】
系統単独運転に移行した際、ＯＰＣ動作しない場合においても、ロードリミット制御信号（＝ＬＤＣＳＯ）５、温度リミット制御信号（ＴＣＳＯ）７、燃料制御出力信号（ＦＬＣＳＯ）８をある一定時間一定値にトラッキングすることにより、速度ガバナ制御を可能にし、公知装置に見られるトリップを回避することができる。
【００３６】
図６は、本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置の実施の更に他の形態を示している。実施の本形態では、ロードリミット制御回路１に系統単独信号６１が付加され、速度ガバナ制御回路２に系統単独信号６２が付加され、その付加に伴って図４に示される切替器６４と定値設定器６３とが付加されている点で、公知装置と異なっている。このような付加によるトリップ回避の制御は、既述の通りである。系統単独信号６１又は系統単独信号６２のいずれかに基づくロードリミット制御信号５又は速度ガバナ制御信号６により、公知装置では発生していたトリップが回避される。系統単独信号６１が単独に付加される場合、又は、系統単独信号６２が単独に付加される場合に比べて、系統単独信号６１と系統単独信号６２の両方が付加される実施の本形態では、トリップの発生をより安定的に抑制することができる。
【００３７】
図７は、本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置の実施の更に他の形態を示している。実施の本形態では、図１に示される系統単独信号６１、図４に示される系統単独信号６２、図５に示される他の系統単独信号６５、図５に示される他の系統単独信号６６の全てが公知装置に対して付加されている。そのような付加に伴う既述の全ての付加機器が付加されている。実施の本形態は、既述のトリップ回避の形態の全てが採用され、トリップの発生を更により安定的に抑制することができる。
【００３８】
ＬＤＣＳＯ５、ＧＶＣＳＯ６、ＴＣＳＯ７、ＦＬＣＳＯ８から選択される１又は１以上の信号に基づくトラッキングにより、最終燃料制御出力信号１０としてＧＶＣＳＯが採択され、多様なガスタービンの機種に適正に対応した回転数制御が可能である。
【００３９】
図８は、本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置の実施の更に他の形態を示している。図８は、過速度防止制御装置ＯＰＣの制御ロジックを示し、図１０に示される公知装置の改良を示している。実施の本形態では、従来の公知のＯＰＣ回路に、追加回路８２が追加されている。ＯＰＣは負荷遮断等による負荷急減時にタービンが急加速して発生する過速トリップ防止装置であることは既述の通りである。タービン回転数の過速度は、タービン出力と発電機出力の偏差から求まる負荷アンバランス量が主原因である。追加回路８２として、他の追加論理積器８４が追加されている。他の追加論理積器８４に、所内単独移行３６の信号線に分岐する追加分岐線８６を介して所内単独移行３６が入力し、且つ、減算器４２の出力である減算値４３が追加モニタ８３を介して入力する。
【００４０】
タービン出力は中圧タービン入口圧力３２から求められ、発電機出力は発電機電流３３から導出されていて、負荷アンバランス量は両者の偏差量であり、既述した通り、負荷偏差（減算値）４３である。負荷偏差４３である負荷アンバランス量は、関数設定器４４により速度バイアスに換算され回転数３１を入力とする関数発生器３７の出力値に加えられる。このような加算値が、モニタ器４７の閾値以上であれば、論理和器５１を介して過速度防止制御信号１３として発信される。
【００４１】
更に、追加回路８２により負荷アンバランス量４３がモニタ器８３の閾値以上であり、且つ、否定器８５により所内単独運転移行３６でないと論理積器８４で判断された場合、系統側の負荷喪失大として負荷喪失（大）信号８１が発信され、論理和器５１を介して過速度防止制御信号１３が発信される。更に、電機出力３４を入力とする関数発生器４０の出力値がモニタ器４１の閾値以上であると論理積器４９により判断され、且つ、発電機遮断器入３５の状態、又は、所内単独移行３６の運転時においてもＯＰＣは動作する。急激な負荷設定変動時に発生するランバック信号が設定されているプラントでは、論理積器８４にランバック信号なしという信号を加えることは可能である。
【００４２】
従来例のＯＰＣ回路では、系統単独時のＯＰＣ動作は関数設定器１４４の設定によるところが大きく、ＯＰＣ動作信号発信時刻が遅れるという事象が発生する。しかし、回路８２内に設置されたモニタ器８３はある一定値以上の負荷アンバランスに対し瞬時に信号を発信するので、従来例よりも早くＯＰＣを動作させることが可能である。ある設定値以上の負荷アンバランス量に対し、系統単独後即座にＯＰＣを動作させることによりトリップを回避することができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置は、系統運転移行に際してより適正に速度制御を行うことができる。更に、その速度制御が多様に変化する物理的事象に即応して正確に実行される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による名称の実施の形態を示す回路ブロック図である。
【図２】図２は、時間−回転数関係を示すグラフである。
【図３】図３は、時間−制御信号関係を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明による名称の実施の他の形態を示す回路ブロック図である。
【図５】図５は、本発明による名称の実施の更に他の形態を示す回路ブロック図である。
【図６】図６は、本発明による名称の実施の更に他の形態を示す回路ブロック図である。
【図７】図７は、本発明による名称の実施の更に他の形態を示す回路ブロック図である。
【図８】図８は、本発明による名称の実施の別の形態を示す回路ブロック図である。
【図９】図９は、公知装置を示す回路ブロック図である。
【図１０】図１０は、公知のＯＰＣ動作装置を示す回路ブロック図である。
【符号の説明】
１…ロードリミット制御回路
２…速度ガバナ制御回路
３…温度リミット制御回路
４…燃料リミット制御回路
５…第１速度制御信号
６…第２速度制御信号
７…第３速度制御信号
８…第４速度制御信号
９…最低値選択器
１１…ガスタービン
２０…第１切替器
２２…増減値
２３…回転数
２６…値
２８…減算値
３６…所内単独移行信号
４３…負荷偏差信号
６１…系統単独信号
６２…系統単独信号
６４…第２切替器
６５…系統単独信号
６６…系統単独信号
７１…第３切替器
７４…第４切替器
８１…負荷喪失信号
８２…ＯＰＣ動作制御ロジック回路
８４…論理積（論理積器）
８３…モニタ器
Claims (7)
- ガスタービンと、
前記ガスタービンの速度を制御する第１速度制御信号を出力するロードリミット制御回路と、
前記ガスタービンの速度を制御する第２速度制御信号を出力する速度ガバナ制御回路と、
前記第１速度制御信号と前記第２速度制御信号のうち最低値の速度制御信号を選択する最低値選択器と、
ＯＰＣ動作信号を出力するＯＰＣ動作制御ロジック回路とを含み、
前記ロードリミット制御回路は、前記系統単独運転の移行に対応する系統単独信号に基づいて、前記第１速度制御信号に替えて前記第２速度制御信号よりも大きい値を持つ速度制御信号を一定時間帯で出力する第１切替器を備え、
前記ＯＰＣ動作制御ロジック回路は、負荷偏差信号と所内単独移行の否定値とに基づく論理積として負荷喪失信号を出力し、
前記負荷喪失信号と前記系統単独信号との関係は論理和であるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置。 - ガスタービンと、
前記ガスタービンの速度を制御する第１速度制御信号を出力するロードリミット制御回路と、
前記ガスタービンの速度を制御する第２速度制御信号を出力する速度ガバナ制御回路と、
前記第１速度制御信号と前記第２速度制御信号のうち最低値の速度制御信号を選択する最低値選択器と、
ＯＰＣ動作信号を出力するＯＰＣ動作制御ロジック回路とを含み、
前記第２速度制御信号は、負荷設定値と実負荷の偏差により求められる増減値に対応するガバナ設定値から回転数が減算された減算値に対応する値を持つ信号であり、
前記速度ガバナ制御回路は、系統単独運転の移行に対応する系統単独信号に基づいて、前記増減値によらずに系統単独移行以前の値に前記ガバナ設定値を保持する第２切替器を備え、
前記ＯＰＣ動作制御ロジック回路は、負荷偏差信号と所内単独移行の否定値とに基づく論理積として負荷喪失信号を出力し、
前記負荷喪失信号と前記系統単独信号との関係は論理和であるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置。 - ガスタービンと、
前記ガスタービンの速度を制御する第１速度制御信号を出力するロードリミット制御回路と、
前記ガスタービンの速度を制御する第２速度制御信号を出力する速度ガバナ制御回路と、
前記第１速度制御信号と前記第２速度制御信号のうち最低値の速度制御信号を選択する最低値選択器と、
ＯＰＣ動作信号を出力するＯＰＣ動作制御ロジック回路とを含み、
前記ロードリミット制御回路は、前記系統単独運転の移行に対応する系統単独信号に基づいて、前記第１速度制御信号に替えて前記第２速度制御信号よりも大きい値を持つ速度制御信号を一定時間帯で出力する第１切替器を備え、
前記第２速度制御信号は、負荷設定値と実負荷の偏差により求められる増減値に対応するガバナ設定値から回転数が減算された減算値に対応する値を持つ信号であり、
前記速度ガバナ制御回路は、系統単独運転の移行に対応する系統単独信号に基づいて、前記増減値によらずに系統単独移行以前の値に前記ガバナ設定値を保持する第２切替器を備え、
前記ＯＰＣ動作制御ロジック回路は、負荷偏差信号と所内単独移行の否定値とに基づく論理積として負荷喪失信号を出力し、
前記負荷喪失信号と前記系統単独信号との関係は論理和であるコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置。 - 前記ガスタービンの速度を制御する第３速度制御信号を出力する温度リミット制御回路を更に含み、
前記温度リミット制御回路は、前記系統単独運転の移行に対応する系統単独信号に基づいて、前記第３速度制御信号に替えて前記第２速度制御信号よりも十分に大きい値を持つ速度制御信号を一定時間帯で出力する第３切替器を備える請求項１〜３から選択される１請求項のコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置。 - 前記十分に大きい値は、一定値である請求項４のコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置。
- 前記ガスタービンの速度を制御する第４速度制御信号を出力する燃料リミット制御回路を更に含み、
前記燃料リミット制御回路は、前記系統単独運転の移行に対応する系統単独信号に基づいて、前記第４速度制御信号に替えて前記第２速度制御信号よりも十分に大きい値を持つ速度制御信号を一定時間帯で出力する第４切替器を備える請求項１〜５から選択される１請求項のコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置。 - 前記十分に大きい値は、一定値である請求項６のコンバインドサイクル発電プラントの速度制御装置。
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