JP4458085B2 - ガスタービン制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、系統周波数が通常の定格周波数から低下し、その系統周波数の低下に伴いガスタービン出力が低下することでさらに周波数低下を招くおそれのある状態となったとき電力系統の周波数安定化に寄与するガスタービン制御装置に関する。

一般に、ガスタービン制御装置は、ガスタービンの速度とガスタービンに連結された発電機の負荷を制御するための速度負荷制御部と、ガスタービンの排ガス温度を所定上限値に制御するための排ガス温度制御部とを有し、速度負荷制御部からの速度負荷制御信号と排ガス温度制御部からの排ガス温度制御信号とのうち小さい方を選択して、ガスタービンに供給する燃料流量を制御するようになっている。そして、ガスタービンの定格運転時には排ガス温度制御部による制御が行われている。また、燃焼器に供給する空気を供給するための空気圧縮機の空気流量を制御する入口案内翼制御部を有している。空気圧縮機はガスタービンに連結されて回転される。

ガスタービンの起動過程においては燃料流量が少ないので、排ガス温度は低く排ガス温度とその所定上限値との偏差が大きい。このことから、排ガス温度制御部からの排ガス温度制御信号が速度負荷制御部からの速度負荷制御信号より大きい。従って、速度負荷制御信号が燃料制御信号として選択され、ガスタービンは速度負荷制御部にて定格回転数まで昇速され定格回転数で保持される。そして、電力系統に並入され、ガスタービンに連結された発電機が徐々に発電機出力を増加させていくと、排ガス温度が徐々に上昇していくので、排ガス温度制御部からの排ガス温度制御信号が徐々に小さくなっていく。やがて、排ガス温度制御信号の方が速度負荷制御信号よりも小さくなって、速度負荷制御信号に代わって排ガス温度制御信号が燃料制御信号となり、排ガス温度制御部により燃料流量を調節してガスタービンの排ガス温度を所定上限値に一致するように制御する。つまり、定格運転時は排ガス温度制御部により制御される。

ここで、定格運転時に系統周波数が低下すると、燃料を増加してガスタービン出力を増やすことが好ましいが、ガスタービン排ガス温度の制限から燃料の増加に制限があるので、排ガス温度上限値以上に燃料を増やすことができない。また、空気圧縮機はガスタービンに連結されて回転されるので、系統周波数が低下すると燃焼器に取り入れられる空気の流量は減少する。そのために、ガスタービン排ガス温度が上限値より高くなり、排ガス温度を上限値まで低下させるように燃料流量が減少することとなりガスタービン出力が低下する。このため、系統周波数が低下すればするほどガスタービン出力が減少し、系統周波数がますます低下することになる。

そこで、系統周波数が短時間で大きく変動した場合に、速度負荷制御部を優先させた運転を行うようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。すなわち、定格運転中に、系統周波数が正常に運用される範囲を逸脱した場合に、排ガス温度制御部より速度負荷制御部を優先させて運転し、排ガス温度がガスタービントリップ値以下の範囲内で排ガス温度上限値を超えた運転を許容するようにしている。これにより、系統周波数を正常に運用される範囲に戻すようにする。
特許第３６８４２０８号公報

しかし、特許文献１のものでは、ガスタービントリップ値に掛からない非常用制限値を設け、この非常用制限値を超えない範囲で速度負荷制御部を優先させて運転するので、ガスタービンの排ガス温度が常用制限値を超え非常用制限値を超えない範囲内で系統周波数の変動に伴って変化する。従って、ガスタービンに対する熱的ストレスが系統周波数の変動に伴って変化しガスタービンに悪影響を与える。

ガスタービンは、その高温部品を長時間交換しないで使用できることが望まれており、排ガス温度が上限値を超えた運転を許容する場合であっても、極力ガスタービンに熱的ストレスがかからないようにすることが望ましい。

本発明の目的は、ガスタービンの定格運転中に系統周波数が低下し排ガス温度上限値を越えた運転を許容する場合に、極力ガスタービンの熱的ストレスを抑制できるガスタービン制御装置を提供することである。

請求項１の発明に係わるガスタービン制御装置は、ガスタービンの速度とガスタービンに連結された発電機の負荷とを制御するための速度負荷制御部と、ガスタービンの排ガス温度を所定上限値に制御するための排ガス温度制御部と、速度負荷制御部からの速度負荷制御信号と排ガス温度制御部からの排ガス温度制御信号とのうち小さい方を選択してガスタービンに供給する燃料流量指令を出力する低値優先部と、燃焼器に供給する空気を供給するための空気圧縮機の空気流量を制御する入口案内翼制御部とを備えたガスタービン制御装置において、系統周波数の低下した状態が継続しガスタービン出力の低下がさらに周波数低下を招くおそれのある周波数状態を検出したとき動作する系統周波数低下検出部と、前記系統周波数低下検出部が動作したときそのときの系統周波数の低下に応じて排ガス温度の上限値を所定の出力増加分に対応した値の範囲内で出力増加させる分だけ大きくするバイアス値を前記排ガス温度制御部に供給する出力増指令発生部とを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明に関わるガスタービン制御装置は、請求項１の発明において、前記バイアス値を加算した上限値での排ガス温度制御が所定時間以上継続したときまたは前記系統周波数低下検出部が所定時間以上不動作となったときに出力増制御を除外する出力増制御除外部を備えたことを特徴とする。

請求項３の発明に係わるガスタービン制御装置は、請求項１または２の発明において、ガスタービンが運転中に、試験調整用のバイアス値を前記排ガス温度制御部に供給するメンテナンス部を備えたことを特徴とする。

請求項４の発明に係わるガスタービン制御装置は、請求項１または２または３の発明において、前記系統周波数が低下したとき、その系統周波数の低下量に応じて空気圧縮機の入口案内翼の最大開度を大きくするバイアス値を前記入口案内翼制御部に供給する入口案内翼開度増指令発生部を備えたことを特徴とする。
請求項５の発明に係わるガスタービン制御装置は、請求項１または２または３または４の発明において、前記出力増指令発生部による出力増制御の使用・除外を選択する使用・除外選択部を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、系統周波数の低下した状態が継続しガスタービン出力の低下がさらに周波数低下を招くおそれのある周波数状態を検出したときに、排ガス温度制御部の排ガス温度上限値をそのときの系統周波数の低下量に応じてバイアス値を加算して大きくするので、ガスタービンの出力低下による系統周波数のさらなる低下を防止ように出力増加させることができる。また、バイアス値を加算した上限値は、最大値を所定の出力増加分に対応した値とし、その最大値を超えない範囲で系統周波数の低下量に応じて上限値を変化させ、さらに、その大きくした上限値での排ガス温度制御が所定時間以上継続したときは出力増制御を除外するので、排ガス温度が上限値を超えた運転を許容する場合であっても、ガスタービンへの熱的ストレスを緩和できる。

また、ガスタービンが運転中に、試験調整用のバイアス値を排ガス温度制御部に供給して、バイアス値を加算した上限値での運転状態で試験調整できるので、ガスタービンへの熱的ストレスを緩和できるような燃焼状態に調整できる。また、系統周波数が低下したとき、その系統周波数の低下量に応じて空気圧縮機の入口案内翼の最大開度にバイアス値を加算して大きくするので、系統周波数が低下し空気圧縮機の回転数が低下しても空気流量を確保できる。また、出力増指令発生部の使用・除外を選択できるので、運転員の判断でガスタービンと空気圧縮機の保護を図ることができる。

図１は本発明の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の構成図である。速度負荷制御部１１は、ガスタービンの速度Ｎとガスタービンに連結された発電機の出力ＭＷを入力し、ガスタービンの速度Ｎが所定回転数Ｎ０になるように、また、発電機出力ＭＷが所定出力ＭＷ０になるように、速度負荷制御信号ａを低値優先部１２に出力する。

排ガス温度制御部１３はガスタービンの排ガス温度を所定上限値に制御するものであり、排ガス温度が所定上限値になるように排ガス温度を制御する。すなわち、関数発生器１４は、空気圧縮機の入口空気圧力と吐出空気圧力との圧力比を入力し、その圧力比に応じた排ガス温度上限値ＴＬを発生するものであり、関数発生器１４で発生した排ガス温度上限値ＴＬは、加算器１５ａ、１５ｂを介して比較器１６に入力される。

加算器１５ａは後述の出力増指令発生部１８からの出力増指令ｃを排ガス温度上限値ＴＬに加算するものであり、加算器１５ｂは後述のメンテナンス部１９からのメンテナンス信号ｄを排ガス温度上限値ＴＬに加算するものである。出力増指令発生部１８からの出力増指令ｃ及びメンテナンス部１９からのメンテナンス信号ｄは通常時は０である。

比較器１６では、通常時においては、排ガス温度Ｔと排ガス温度上限値ＴＬとの偏差ΔＴを演算し、比例積分回路１７で比例積分演算され排ガス温度制御信号ｂを低値優先部１２に出力する。排ガス温度制御信号ｂはガスタービンの排ガス温度Ｔが所定上限値ＴＬになるように制御するための制御信号である。

低値優先部１２は速度負荷制御部１１からの速度負荷制御信号ａと排ガス温度制御部１３からの排ガス温度制御信号ｂとのうち小さい方を選択してガスタービンに供給する燃料流量指令ｅを出力する。

入口案内翼制御部２０は、燃焼器に供給する空気を供給するための空気圧縮機の空気流量を制御するものであり、空気圧縮機の空気流量を調節する入口案内翼開度設定信号ｉを出力するものである。関数発生器２１はガスタービンの回転数を入力し、その回転数に応じた入口案内翼開度信号ｇ１を低値優先部２２に出力する。関数発生器２３は、空気圧縮機の入口空気圧力と吐出空気圧力との圧力比を入力し、その圧力比に応じた排ガス温度上限値ＴＬを発生するものであり、関数発生器２３で発生した排ガス温度上限値ＴＬは比較器２４に入力される。比較器２４は排ガス温度Ｔと排ガス温度上限値ＴＬとを比較し、その偏差ΔＴを比例回路２５で比例演算し入口案内翼開度信号ｇ２として低値優先部２２に出力する。

また、設定器２６には通常時入口案内翼最大開度が設定され、その通常時入口案内翼最大開度ｇ３は加算器２７を介して低値優先部２２に出力される。加算器２７は後述の入口案内翼開度増指令発生部２８からの入口案内翼開度増指令ｈを通常時入口案内翼最大開度ｇ３に加算するものであり、入口案内翼開度増指令発生部２８からの入口案内翼開度増指令ｈは通常時は０である。

低値優先部２２は、通常時においては、回転数に応じた入口案内翼開度信号ｇ１、空気圧縮機の入口空気圧力と吐出空気圧力との圧力比に応じた入口案内翼開度信号ｇ２、通常時入口案内翼最大開度ｇ３のうち小さいものを選択し、入口案内翼開度設定信号ｉとして出力する。

通常の定格出力運転状態では、通常時入口案内翼最大開度ｇ３が選択されている。すなわち、ガスタービンの起動過程においては、ガスタービンの速度（回転数）が小さいので空気圧縮機の入口空気圧力と吐出空気圧力との圧力比も小さく燃料流量も少ない。従って、空気圧縮機の入口空気圧力と吐出空気圧力との圧力比に応じた入口案内翼開度信号ｇ２も小さく、回転数に応じた入口案内翼開度信号ｇ１が選択されるが、ガスタービンに連結された発電機が系統に並入し、通常運転状態となると空気圧縮機の入口空気圧力と吐出空気圧力との圧力比に応じた入口案内翼開度信号ｇ２が選択される。さらに出力上昇して定格出力運転状態となると通常時入口案内翼最大開度ｇ３が選択されて運転される。これは、定格出力運転状態に置いては、通常時入口案内翼最大開度ｇ３は、系統周波数ｆがある程度低下しても、回転数に応じた入口案内翼開度信号ｇ１、及び空気圧縮機の入口空気圧力と吐出空気圧力との圧力比に応じた入口案内翼開度信号ｇ２より小さな値となるように予め設定されているからである。

なお、回転数に応じた入口案内翼開度信号ｇ１は空気圧縮機の保護のために設けられており、回転数が低下した状態で入口案内翼の開度を通常時入口案内翼最大開度ｇ３で保持すると空気圧縮機本体に悪影響を与えるので、それを防止するためである。

次に、系統周波数低下検出部２９は電力系統の系統周波数が低下し、その系統周波数の低下した状態が継続し、ガスタービン出力の低下がさらに周波数低下を招くおそれのある周波数状態を検出したときに動作するものである。系統周波数低下検出部２９の比較器３０は系統周波数ｆと定格系統周波数ｆ０とを比較し、系統周波数ｆと定格系統周波数ｆ０との偏差Δｆを求め判定器３１に出力する。

または、系統周波数ｆを判定器に直接入力し、回転数低下を直接演算し、出力する方法もある。

判定器３１は、偏差Δｆが負であり、その絶対値が所定値より大きいときは論理値「１」をタイマー３２に出力する。タイマー３２は判定器３１からの出力が所定時間以上継続したときは論理値「１」をＡＮＤ回路３３に出力する。所定時間としては、ガスタービン出力の低下がさらに周波数低下を招くおそれのある周波数状態であると判定できる時間を設定する。また、系統周波数はタービンの回転数から検出することも可能であり，この場合の定格系統周波数ｆ０は定格回転数に置き換えられる。

ＡＮＤ回路３３には、系統周波数低下検出部２９が動作したことの条件に加え、負荷制御が自動であることの条件、排ガス温度制御中であることの条件、使用・除外選択部３４により出力増制御の使用が選択されていることの条件、後述の出力増制御除外部３５により出力増制御が除外されていないことの条件が入力されている。

排ガス温度制御は、ガスタービン定格運転中は動作を継続する信号であるが，系統周波数の調整のためのガバナフリー運転のために、しばしば不動作となることがある。このような場合においても、排ガス温度制御の動作状態を保持させるために、所定時間だけタイマー３６で排ガス温度制御中信号を保持するようにしている。タイマー３６の所定時間の経過後においては排ガス温度制御が安定した状態であるので、排ガス温度制御中信号が入力される限りは排ガス温度制御中であることの条件は成立している。

使用・除外選択部３４は、後述の出力増指令発生部１８による出力増制御を使用にするか除外にするかを選択するものであり、使用ボタン３７、除外ボタン３８、リセットボタン３９を有している。使用ボタン３７を押すと切替器４０により使用に切り替えられ、除外ボタン３８を押すとＯＲ回路４１を介して切替器４０により除外に切り替えられる。切替器４０は、フリップフロップ回路で構成されており、セット端子（Ｓ端子）及びリセット端子（Ｒ端子）に論理値「１」の信号が入力される度に切り替えを行う。また、ＯＲ回路４１には出力増制御除外部３５からの除外条件が入力され、ＯＲ回路４１に出力増制御除外部３５からの除外条件が入力されたときにも、除外ボタン３８を押したときと同様に切替器４０により除外に切り替えられる。また、リセットボタン３９は出力増制御除外部３５からの除外条件をリセットするためのボタンである。

ＡＮＤ回路３３のすべての条件が成立したとき、すなわち、出力増制御の使用が選択され、負荷制御が自動でかつ排ガス温度制御中に、系統周波数低下検出部２９が動作したときは、ＡＮＤ回路３３は切替器４２に論理値「１」を出力する。切替器４２は、切替器４０と同様にフリップフロップ回路で構成されており、Ｓ端子及びＲ端子に論理値「１」の信号が入力される度に切り替えを行う。

ＡＮＤ回路３３からの論理値「１」の出力は切替器４２のＳ端子に入力され、切替器４２のＳ端子に論理値「１」が入力されたときは、切替器４２は出力信号ｊとして論理値「１」を出力する。出力信号ｊが論理値「１」であるときは出力増制御信号である。切替器４２の出力信号ｊは、出力増指令発生部１８、入口案内翼開度増指令発生部２８、出力増制御除外部３５に入力されるとともに表示器４３に表示される。これより、表示器４３には出力増制御信号が表示されるので、出力増制御中であることが容易に運転員に報知できる。

出力増指令発生部１８は、出力増制御の使用が選択され、負荷制御が自動でかつ排ガス温度制御中に、系統周波数低下検出部２９が動作したとき、そのときの系統周波数の低下量に応じて排ガス温度の上限値を大きくするためのバイアス値を出力するものであり、所定の出力増加分に対応した値の範囲内で出力増加させる出力増指令ｃを排ガス温度制御部１３の加算器１５ａに出力するものである。

出力増指令発生部１８の関数発生器４４は、系統周波数ｆと定格系統周波数ｆ０との偏差Δｆの負の値に応じて排ガス温度設定値のバイアス値を出力するものである。図２に関数発生器４４の関数の一例を示す。関数発生器４４は、系統周波数ｆの周波数低下に伴う出力低下量を補償（回復）する排ガス温度設定値のバイアス値を発生するものであり、図２の場合は、排ガス温度設定値のバイアス値を正規化して示しており、０から最大バイアス値１までの範囲のバイアス値を発生する。例えば、系統周波数ｆが１Ｈｚの周波数低下に伴う出力低下量を補償（回復）できる排ガス温度を最大バイアス値１として設定している。つまり、系統周波数ｆの１Ｈｚ低下分を補償するためのガスタービンの出力量を、排ガス温度に換算したものを１とし、排ガス温度増加分１をバイアス上限値として図２に示す特性のバイアス値を出力する。

関数発生器４４からのバイアス値はバイアス値選択器４５に入力される。バイアス値選択器４５にはバイアス値設定器４６からのバイアス値（０）も入力されており、出力信号ｊが出力増制御信号でないときはバイアス値設定器４６からのバイアス値（０）を選択し、切替器４２の出力信号ｊが出力増制御信号であるときは関数発生器４４からのバイアス値（０〜１）を選択する。バイアス値選択器４５で選択されたバイアス値は、上下限器４７を介して出力増指令ｃとして排ガス温度制御部１３の加算器１５ａに出力される。なお、上下限器４７は出力増指令ｃが０〜１となるように制限を加えるものである。

このように、系統周波数が低下しガスタービン出力の低下がさらに周波数低下を招くおそれのあるときは、加算器１５ａにより排ガス温度上限値ＴＬに出力増指令ｃが加算されるので、排ガス温度制御信号ｂは出力増指令ｃ分だけ高く設定された制御信号となる。この場合、速度負荷制御部１１からの速度負荷制御信号ａも系統周波数が低下した分だけ大きな値の制御信号となっているので、低値優先部１２で選択される制御信号は、排ガス温度制御部１３からの排ガス温度制御信号ｂである。従って、系統周波数が低下しガスタービン出力の低下がさらに周波数低下を招くおそれのあるときは、排ガス温度は通常運転時より出力増指令ｃ分だけ高い温度になるように制御される。

次に、入口案内翼開度増指令発生部２８は、系統周波数が低下したとき、その系統周波数の低下量に応じて空気圧縮機の入口案内翼の最大開度を大きくするバイアス値を入口案内翼制御部に供給するものである。

入口案内翼開度増指令発生部２８の関数発生器４８は、系統周波数ｆと定格系統周波数ｆ０との偏差Δｆの負の値に応じて入口案内翼最大開度設定値のバイアス値を出力するものである。図３に関数発生器４８の関数の一例を示す。

関数発生器４８は、系統周波数ｆの周波数低下に伴う空気流量低下量を補償（回復）する入口案内翼最大開度設定値のバイアス値を発生するものであり、図３に示すように、入口案内翼最大開度設定値のバイアス値を正規化して示しており、０から最大バイアス値１までの範囲のバイアス値を発生する。例えば、入口案内翼最大開度設定のバイアス値は、１Ｈｚの周波数低下時に最大のバイアス値となるように設定する。つまり、系統周波数ｆの１Ｈｚ低下時に最大のバイアス値を開度１として、図３に示す特性のバイアス値を出力する。

関数発生器４８からのバイアス値はバイアス値選択器４９に入力される。バイアス値選択器４９にはバイアス値設定器５０からのバイアス値（０）も入力されており、切替器４２の出力信号ｊが出力増制御信号でないときはバイアス値設定器５０からのバイアス値（０）を選択し、出力信号ｊが出力増制御信号であるときは関数発生器４８からのバイアス値（０〜１）を選択する。バイアス値選択器４９で選択されたバイアス値は、上下限器５１を介して入口案内翼開度増指令ｈは入口案内翼制御部２０の加算器２７に出力される。なお、上下限器５１は入口案内翼開度増指令ｈが０〜１となるように制限を加えるものである。

このように、系統周波数が低下しガスタービン出力の低下がさらに周波数低下を招くおそれのあるときは、加算器２７により設定器２６に設定された通常時入口案内翼最大開度ｇ３に入口案内翼開度増指令ｈが加算されるので、入口案内翼開度増指令ｈが加算された通常時入口案内翼最大開度ｇ３は、入口案内翼開度増指令ｈ分だけ高く設定された信号となる。一方、回転数に応じた入口案内翼開度信号ｇ１、空気圧縮機の入口空気圧力と吐出空気圧力との圧力比に応じた入口案内翼開度信号ｇ２は、系統周波数が低下した分だけ小さな値の信号となるが、系統周波数ｆが２Ｈｚ程度低下しても、通常時入口案内翼最大開度ｇ３が、回転数に応じた入口案内翼開度信号ｇ１、空気圧縮機の入口空気圧力と吐出空気圧力との圧力比に応じた入口案内翼開度信号ｇ２より小さな値となるように予め設定されているので、低値優先部２２では、入口案内翼開度増指令ｈが加算された通常時入口案内翼最大開度ｇ３が選択される。従って、系統周波数が低下しガスタービン出力の低下がさらに周波数低下を招くおそれのあるときは、空気圧縮機の入口案内翼開度は通常運転時より入口案内翼開度増指令ｈ分だけ大きな角度になるように制御され、空気の流入量を多くし燃焼器での燃料の燃焼を多くできるようにしている。

次に、出力増制御除外部３５は、排ガス温度制御部１３でバイアス値を加算した上限値での排ガス温度制御が所定時間以上継続したとき、または系統周波数低下検出部２９が不動作のときに出力増制御を除外するものである。

排ガス温度制御部１３でバイアス値を加算した上限値での排ガス温度制御を所定時間以上継続しても系統周波数ｆが定格周波数ｆ０に戻らない場合には、ガスタービンの保護のために排ガス温度を高めた出力増制御は除外とする。また、系統周波数ｆが定格周波数ｆ０に戻ったときは系統周波数低下検出部２９が不動作となるので、この場合も出力増制御を除外する。

出力増制御除外部３５のＮＯＴ回路５２は、切替器４２の出力信号ｊの論理値を反転してＯＲ回路５３に出力する。また、タイマー５４は切替器４２の出力信号ｊが論理値「１」を所定時間以上継続したときに論理値「１」をＯＲ回路５３に出力する。ＯＲ回路５３はＮＯＴ回路５２またはタイマー５４のいずれかから論理値「１」を入力すると、ワンショット回路５５を起動してワンショット信号を切替器５６のＳ端子に入力する。

例えば、切替器４２の出力信号ｊが論理値「１」であるとき、つまり、出力増制御が行われているとき、ＮＯＴ回路５２の出力は論理値「０」である。一方、タイマー５４の出力は、切替器４２の出力信号ｊ（論理値「１」）が入力されてからタイマー５４で定まる所定時間を経過するまでは、タイマー５４の出力は論理値「０」である。従って、タイマー５４で定まる所定時間の間において、出力増制御が行われる。そして、タイマー５４が動作するとＯＲ回路５３が論理値「１」を出力するので、切替器５６がセットされ除外条件を出力する。

この切替器５６からの除外条件は、使用・除外選択部３４の除外ボタン３８の出力信号が入力されるＯＲ回路４１に入力される。これにより、切替器４０にリセット信号が入力されることになり、アンド回路３３のすべての条件が成立しなくなるので出力増制御は停止する。

また、出力増制御運転終了部５７は、出力増制御の運転を終了させるものである。まず、系統周波数ｆが所定周波数（定格系統周波数ｆの許容範囲）まで復帰し、所定時間以上その状態が継続可能となった場合には、系統周波数ｆは復帰したと判断して出力増制御の運転を終了させる。すなわち、判定器５８は系統周波数ｆと定格系統周波数ｆ０との偏差Δｆを入力し、その偏差Δｆに基づいて系統周波数ｆが定格系統周波数ｆの許容範囲まで復帰しているか否かを判定する。系統周波数ｆが定格系統周波数ｆの許容範囲まで復帰しているときは、タイマー５９に論理値「１」を出力する。タイマー５９は判定器５８からの出力が所定時間以上継続したときは論理値「１」をＯＲ回路６０に出力する。ＯＲ回路６０は切替器４２のＲ端子に論理値「１」を出力して出力増制御の運転を終了させる。タイマー５９の所定時間としては、系統周波数ｆが定格系統周波数ｆ０に復帰したと判断できる程度の時間が設定される。

また、条件、使用・除外選択部３４の使用ボタン３７や除外ボタン３８の操作により切り替えが行われる切替器４０の出力信号をＮＯＴ回路６１ａに入力し、出力増制御が除外となっているときは出力増制御の運転を終了させる。すなわち、切替器４０の出力が論理値「０」のときは出力増制御は除外であり、ＮＯＴ回路６１ａは切替器４０の出力が論理値「０」であるときは論理値「１」をＯＲ回路６０に出力する。ＯＲ回路６０は切替器４２のＲ端子に論理値「１」を出力して出力増制御の運転を終了させる。

同様に、負荷制御が自動でないときにも出力増制御の運転を終了させる。すなわち、ＮＯＴ回路６１ｂは負荷制御が自動でないときは論理値「１」をＯＲ回路６０に出力する。ＯＲ回路６０は切替器４２のＲ端子に論理値「１」を出力して出力増制御の運転を終了させる。

さらに、ガスタービン設備が電力系統から切り離され所内単独運転となった場合や系統単独で運転するようになった場合にも、論理値「１」をＯＲ回路６０に出力し、ＯＲ回路６０は切替器４２のＲ端子に論理値「１」を出力して出力増制御の運転を終了させる。また、ガスタービンがトリップした場合やランバック運転となった場合にも、論理値「１」をＯＲ回路６０に出力し、ＯＲ回路６０は切替器４２のＲ端子に論理値「１」を出力して出力増制御の運転を終了させる。

次に、メンテナンス部１９は、ガスタービンが運転中に、試験調整用の排ガス温度のバイアス値をメンテナンス信号ｄとして排ガス温度制御部１３の加算器１５ｂに供給し、関数発生器４４で発生させるバイアス値を加えた状態を模擬してガスタービンの燃焼状態を調整するものである。メンテナンス部１９の設定器６２には排ガス温度の試験用バイパス信号が設定され、試験用バイアス値選択器６３に入力される。試験用バイアス値選択器６３にはバイアス値（０）も入力されており、試験開始信号ｋが入力されたときは設定器６２からの試験用バイアス値を選択し、試験開始信号ｋが入力されていないときはバイアス値（０）を出力する。

試験用バイアス値選択器６３で選択された試験用バイアス値は、上下限器６４及び変化率制限器６５を介してメンテナンス信号ｄとして排ガス温度制御部１３の加算器１５ｂに出力される。なお、上下限器６４は試験用バイアス値が例えば０〜１となるように制限を加えるものであり、変化率制限器６５は試験用バイアス値が所定の変化率で変化するように制限を加えるものである。

このように、メンテナンス部１９から排ガス温度制御部１３の加算器１５ｂにメンテナンス信号ｄを出力するようにしているので、メンテナンス信号ｄを変化させたときの排ガス温度制御信号ｂの挙動をガスタービンの運転中に確認できる。これにより、関数発生器４４で発生させるバイアス値を加えた状態でのガスタービンの燃焼状態を予め適正に調整できる。

本発明の実施の形態によれば、系統周波数の低下した状態が継続しガスタービン出力の低下がさらに周波数低下を招くおそれのある周波数状態を検出する系統周波数低下検出部２９及び系統周波数低下検出部２９が動作したときに出力増制御を行う出力増指令発生部１８を設け、排ガス温度制御部の排ガス温度上限値をそのときの系統周波数の低下に応じてバイアス値を加算して大きくするので、ガスタービンの出力として系統周波数を回復するように出力増加させることができる。

また、出力増制御除外部３５を設け、バイアス値を加算した上限値での排ガス温度制御が所定時間以上継続したときは、出力増指令発生部１８による出力増制御を除外するので、ガスタービンへの熱的ストレスを抑制できる。また、系統周波数低下検出部２９が不動作のときには出力増指令発生部１８による出力増制御を除外するので不要な出力増制御を排除できる。

さらに、入口案内翼開度増指令発生部２８を設け、系統周波数が低下したときは、その系統周波数の低下に応じて空気圧縮機の入口案内翼の最大開度をバイアス値を加算して大きくするので、系統周波数が低下して空気圧縮機の回転数が低下しても空気流量を確保できる。従って、空気流量の不足によるガスタービンの出力低下を抑制できる。

また、メンテナンス部１９を設け、ガスタービンが運転中に、メンテナンス部１９から試験調整用のバイアス値を排ガス温度制御部１３に供給して、試験用バイアス値を加算した上限値での運転状態を試験調整できるので、ガスタービンへの熱的ストレスを緩和できるようにバイアス値の設定を調整できる。

さらに、出力増制御除外部３５を設け、出力増指令発生部１８の使用・除外を選択できるので、運転員の判断でガスタービンの保護を図ることができ、また、出力増制御運転終了部５７で出力増制御の運転を終了させることができるので、ガスタービンの保護を図ることができる。

本発明の実施の形態に係わるガスタービン制御装置の構成図。 本発明の実施の形態における出力増指令発生部の関数発生器の関数の一例を示す特性図。 本発明の実施の形態における入口案内翼開度増指令発生部の関数発生器の関数の一例を示す特性図。

符号の説明

１１…速度負荷制御部、１２…低値優先部、１３…排ガス温度制御部、１４…関数発生器、１５…加算器、１６…比較器、１７…比例積分器、１８…出力増指令発生部、１９…メンテナンス部、２０…入口案内翼制御部、２１…関数発生器、２２…低値優先部、２３…関数発生器、２４…比較器、２５…比例回路、２６…設定器、２７…加算器、２８…入口案内翼開度増指令発生部、２９…系統周波数低下検出部、３０…比較器、３１…判定器、３２…タイマー、３３…ＡＮＤ回路、３４…、３５…出力増制御除外部、３６…タイマー、３７…使用ボタン、３８…除外ボタン、３９…リセットボタン、４０…切替器、４１…ＯＲ回路、４２…切替器、４３…表示器、４４…関数発生器、４５…バイアス値選択器、４６…バイアス値設定器、４７…上下限器、４８…関数発生器、４９…バイアス値選択器、５０…バイアス値設定器、５１…上下限器、５２…ＮＯＴ回路、５３…ＯＲ回路、５４…タイマー、５５…ワンショット回路、５６…切替器、５７…出力増制御運転終了部、５８…判定器、５９…タイマー、６０…ＯＲ回路、６１…ＮＯＴ回路、６２…設定器、６３…試験用バイアス値選択器、６４…上下限器、６５…変化率制限器

Claims (5)

1. ガスタービンの速度とガスタービンに連結された発電機の負荷とを制御するための速度負荷制御部と、ガスタービンの排ガス温度を所定上限値に制御するための排ガス温度制御部と、速度負荷制御部からの速度負荷制御信号と排ガス温度制御部からの排ガス温度制御信号とのうち小さい方を選択してガスタービンに供給する燃料流量指令を出力する低値優先部と、燃焼器に供給する空気を供給するための空気圧縮機の空気流量を制御する入口案内翼制御部とを備えたガスタービン制御装置において、系統周波数の低下した状態が継続しガスタービン出力の低下がさらに周波数低下を招くおそれのある周波数状態を検出したとき動作する系統周波数低下検出部と、前記系統周波数低下検出部が動作したときそのときの系統周波数の低下量に応じて排ガス温度の上限値を所定の出力増加分に対応した値の範囲内で出力増加させる分だけ大きくするバイアス値を前記排ガス温度制御部に供給する出力増指令発生部とを備えたことを特徴とするガスタービン制御装置。
2. 前記バイアス値を加算した上限値での排ガス温度制御が所定時間以上継続したときまたは前記系統周波数低下検出部が所定時間以上不動作となったときに出力増制御を除外する出力増制御除外部をもうけたことを特徴とする請求項１記載のガスタービン制御装置。
3. ガスタービンが運転中に、試験調整用のバイアス値を前記排ガス温度制御部に供給するメンテナンス部を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のガスタービン制御装置。
4. 前記系統周波数が低下したとき、その系統周波数の低下に応じて空気圧縮機の入口案内翼の最大開度を大きくするバイアス値を前記入口案内翼制御部に供給する入口案内翼開度増指令発生部を備えたことを特徴とする請求項１または２または３に記載のガスタービン制御装置。
5. 前記出力増指令発生部による出力増制御の使用・除外を選択する使用・除外選択部を備えたことを特徴とする請求項１または２または３または４に記載のガスタービン制御装置。

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