JP4513936B2 - ガスタービンの燃料流量制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電用ガスタービンの燃料流量制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電用ガスタービンエンジンは発電機の並列運転のため、制御装置で速度特性に垂下特性を持たしている。 図４はガスタービンの垂下特性を示す図で、横軸に発電電力を取り、 縦軸は回転数を取る。 回転数は最大出力時の回転数に対する比で表し、最大出力時の回転数を１００％として下端に取る。垂下特性は３〜５％が採用されており、５％の場合目標回転数は１０５％となる。垂下特性は目標回転数と最大出力を結ぶ直線で表される。
【０００３】
燃料制御には比例制御が用いられている。図５は比例制御フロー図を示す。目標回転数と実回転数（実際の回転数）の差に比例ゲインを掛けた値に基準燃料流量を加算した値を制御燃料流量としている。基準燃料流量は無負荷時における燃料流量で、無負荷状態でガスタービンを安定に運転するのに必要な燃料流量で、各ガスタービンの固有の性能である。
【０００４】
図６はこのようにして比例制御されるガスタービンの出力と燃料流量の関係を示す図である。出力０、つまり、無負荷時の燃料流量は基準燃料流量で表される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ガスタービンに経年変化等により劣化が生じると、燃料流量が増大し図６で破線のように増大する。また、図４の破線で示すように垂下特性は見掛け上、下側に移動する。このため、図６に示すように同一燃料流量で得られる出力は減少し、図４に示すように最大出力が低下する。このため目標回転数を高くして燃料流量を増大し出力の減少を回避していた。しかし負荷遮断などによる回転数の急上昇を押さえるため、目標回転数よりやや高い回転数以上とならないようにするリミッタが設定されている場合が多く、出力増大のための回転数の増加もあまりできない。これにより最大出力が出せないガスタービンが存在するようになってきた。
【０００６】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、経年変化等で劣化し出力が減少しても最大出力を維持できるガスタービンの燃料流量制御方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、目標回転数と実回転数の差に比例ゲインを掛けこの値に無負荷時の燃料流量を加算した値を燃料流量とするガスタービンの燃料流量制御方法において、前記無負荷時の燃料流量を、前記目標回転数と前記実回転数との差に比例した値の無負荷時における積分値と、吸入空気温度で回転数を修正した修正回転数に応じて決められる無負荷時基準燃料流量との加算値とする。
【０００８】
ガスタービンの劣化が進まないときは無負荷時、基準燃料流量を供給すると実回転数と目標回転数は一致するが、劣化が進むと両回転数の偏差は無負荷時０とならない。この状態で目標回転数を上げて負荷を掛けてゆくと、最大出力に達する前に目標回転数にリミッタが設けられているため出力上昇が止まる。そこで無負荷の状態で両回転数の偏差に比例した値を積分してこれを燃料流量に加算してゆくと偏差は実質上０になり、積分も終了する。この状態から負荷を掛けてゆけば最大出力まで達することができる。
このように劣化に応じて無負荷時の燃料流量を増加するようにしたので、目標回転数のリミッタを増加しなくても常に最大出力に達することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明のガスタービンの燃料流量制御の構成を示すブロック図である。ガスタービン６は発電機７を駆動するものとする。ガスタービンの目標回転数Ｎgrと実回転数Ｎg との偏差をとる減算器１と、この偏差に掛けられる比例ゲイン２と、目標回転数Ｎgrと実回転数Ｎg とエンジン入口空気温度から補正燃料流量を算出する燃料流量算出手段３と、比例ゲインの掛かった偏差と補正燃料流量を加算し制御燃料流量として出力する加算器４と、エンジン保護のために必要な制限により決められた制限値制御燃料流量と制御燃料流量とから現状における最も適切な燃料流量を選択する選択器５と、ガスタービン６およびこれに駆動される発電機７から構成される。
【００１０】
目標回転数Ｎgrは先に説明したようにガスタービンの速度の垂下特性により決められ、垂下特性は３〜５％に設定されていることから、最大出力時の回転数の１．０３〜１．０５倍になる。補正燃料流量とは基準燃料流量を補正したものであり、基準燃料流量とは無負荷状態でガスタービンを安定に運転するのに必要な燃料流量で、ガスタービン入口空気温度と回転数によりきまる。この流量はガスタービンの基本性能を示す流量である。また、制限値制御燃料流量とは、エンジン（ガスタービン）を保護するために選択される燃料流量で、タービン入口温度と出口温度、圧縮機出口の空気圧力、出力電力などを適切な値に保持するのに必要な燃料流量であり、それらに異常がある場合、該当する制限値制御燃料流量が制御燃料流量に優先して選択される。
【００１１】
図２は燃料流量算出手段の構成を示すブロック図である。減算器３１はガスタービンの目標回転数Ｎgrと実回転数Ｎg との偏差をとる。積分器３２はこの偏差に積分ゲインを掛け燃料流量の次元として積分を行なう。積分は無負荷状態で偏差が０になるまで行なう。偏差判定手段３３は目標回転数Ｎgrと実回転数Ｎg との偏差が実質上０になるときを判断し、メモリ３４はこの偏差０の判断を受けて積分器３２の積分値を記憶する。
【００１２】
回転数修正手段３５は実回転数Ｎg をガスタービンの入口で取り入れた空気温度ｔに基づく修正を行い、修正回転数：Ｎg / √（Θ）を得る。
ここでＮg は実回転数、Θ＝（ｔ＋２７３．１５）／２８８．１５は絶対温度で表された基準温度１５℃に対する空気温度の比である。
基準流量算出手段３６には基準燃料流量Ｗｆsoと修正回転数Ｎg / √（Θ）の関係を示す基準燃料流量図またはテーブルが記憶されており、これより基準燃料流量Ｗｆsoを読み出す。この基準燃料流量Ｗｆsoは加算器３７でメモリ３４の積分値と加算され補正燃料流量として出力される。
【００１３】
図３は基準燃料流量図で横軸に修正回転数：Ｎg / √（Θ）、縦軸に基準燃料流量：Ｗｆsoを示す。基準燃料流量Ｗｆsoは各ガスタービン固有の基本的特性を示すもので、ガスタービン設計の基本データであり、製造完成テストで確認し、修正回転数：Ｎg / √（Θ）をパラメータとしてルックアップテーブルや図の形で記憶されている。
【００１４】
ガスタービンが製作時の性能を維持している段階では、無負荷時、基準燃料流量Ｗｆsoの供給により、実回転数Ｎg は目標回転数Ｎgrに近づき、その偏差が実質的に０になる。この状態で負荷を掛けてゆくと、先に説明した垂下特性により最大出力まで出すことができる。しかるにガスタービンの劣化等が進むと燃料流量が多く必要になり、基準燃料流量では無負荷時、実回転数Ｎg は目標回転数Ｎgrまで上がらず、この状態で負荷をかけても最大出力まで達することができない。本発明では、図２に示す積分器３２により、無負荷時両回転数の偏差が０になるまでこの偏差に比例する量を積分し、この積分値を加算器３７で基準燃料流量に加算して補正燃料流量とするので、無負荷時、実回転数Ｎg を目標回転数Ｎgrまで上げることができ、この状態で負荷をかけて最大出力を出すことができる。
【００１５】
なお、燃料流量算出手段３で算出される補正燃料流量を記憶し、長期的に解析することにより、ガスタービンの劣化具合を予測できるので、予知保全に利用できる。
【００１６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、無負荷時、目標回転数と実回転数の偏差が０になるまでこの偏差に比例する量を積分し、この積分値を基準燃料流量に加算して補正燃料流量とすることにより、経年変化等での性能劣化に対応でき、規定の出力を出すことができる。また、補正燃料流量を記憶し、長期的に解析することにより、ガスタービンの劣化具合を予測できるので、予知保全に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】燃料流量算出手段の構成を示すブロック図である。
【図３】基準燃料流量算出図の一例を示す図である。
【図４】ガスタービンの垂下特性を示す図である。
【図５】比例制御のブロック図である。
【図６】ガスタービンの出力と燃料流量の関係を示す図である。
【符号の説明】
１，３１ 減算器
２ 比例ゲイン
３ 燃料流量算出手段
４，３７ 加算器
６ ガスタービン
３２ 積分器
３３ 偏差判定手段
３４ メモリ
３５ 回転数修正手段
３６ 基準燃料流量算出手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電用ガスタービンの燃料流量制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電用ガスタービンエンジンは発電機の並列運転のため、制御装置で速度特性に垂下特性を持たしている。 図４はガスタービンの垂下特性を示す図で、横軸に発電電力を取り、 縦軸は回転数を取る。 回転数は最大出力時の回転数に対する比で表し、最大出力時の回転数を１００％として下端に取る。垂下特性は３〜５％が採用されており、５％の場合目標回転数は１０５％となる。垂下特性は目標回転数と最大出力を結ぶ直線で表される。
【０００３】
燃料制御には比例制御が用いられている。図５は比例制御フロー図を示す。目標回転数と実回転数（実際の回転数）の差に比例ゲインを掛けた値に基準燃料流量を加算した値を制御燃料流量としている。基準燃料流量は無負荷時における燃料流量で、無負荷状態でガスタービンを安定に運転するのに必要な燃料流量で、各ガスタービンの固有の性能である。
【０００４】
図６はこのようにして比例制御されるガスタービンの出力と燃料流量の関係を示す図である。出力０、つまり、無負荷時の燃料流量は基準燃料流量で表される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ガスタービンに経年変化等により劣化が生じると、燃料流量が増大し図６で破線のように増大する。また、図４の破線で示すように垂下特性は見掛け上、下側に移動する。このため、図６に示すように同一燃料流量で得られる出力は減少し、図４に示すように最大出力が低下する。このため目標回転数を高くして燃料流量を増大し出力の減少を回避していた。しかし負荷遮断などによる回転数の急上昇を押さえるため、目標回転数よりやや高い回転数以上とならないようにするリミッタが設定されている場合が多く、出力増大のための回転数の増加もあまりできない。これにより最大出力が出せないガスタービンが存在するようになってきた。
【０００６】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、経年変化等で劣化し出力が減少しても最大出力を維持できるガスタービンの燃料流量制御方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、目標回転数と実回転数の差に比例ゲインを掛けこの値に無負荷時の燃料流量を加算した値を燃料流量とするガスタービンの燃料流量制御方法において、前記無負荷時の燃料流量を、前記目標回転数と前記実回転数との差に比例した値の無負荷時における積分値と、吸入空気温度で回転数を修正した修正回転数に応じて決められる無負荷時基準燃料流量との加算値とする。
【０００８】
ガスタービンの劣化が進まないときは無負荷時、基準燃料流量を供給すると実回転数と目標回転数は一致するが、劣化が進むと両回転数の偏差は無負荷時０とならない。この状態で目標回転数を上げて負荷を掛けてゆくと、最大出力に達する前に目標回転数にリミッタが設けられているため出力上昇が止まる。そこで無負荷の状態で両回転数の偏差に比例した値を積分してこれを燃料流量に加算してゆくと偏差は実質上０になり、積分も終了する。この状態から負荷を掛けてゆけば最大出力まで達することができる。
このように劣化に応じて無負荷時の燃料流量を増加するようにしたので、目標回転数のリミッタを増加しなくても常に最大出力に達することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明のガスタービンの燃料流量制御の構成を示すブロック図である。ガスタービン６は発電機７を駆動するものとする。ガスタービンの目標回転数Ｎgrと実回転数Ｎg との偏差をとる減算器１と、この偏差に掛けられる比例ゲイン２と、目標回転数Ｎgrと実回転数Ｎg とエンジン入口空気温度から補正燃料流量を算出する燃料流量算出手段３と、比例ゲインの掛かった偏差と補正燃料流量を加算し制御燃料流量として出力する加算器４と、エンジン保護のために必要な制限により決められた制限値制御燃料流量と制御燃料流量とから現状における最も適切な燃料流量を選択する選択器５と、ガスタービン６およびこれに駆動される発電機７から構成される。
【００１０】
目標回転数Ｎgrは先に説明したようにガスタービンの速度の垂下特性により決められ、垂下特性は３〜５％に設定されていることから、最大出力時の回転数の１．０３〜１．０５倍になる。補正燃料流量とは基準燃料流量を補正したものであり、基準燃料流量とは無負荷状態でガスタービンを安定に運転するのに必要な燃料流量で、ガスタービン入口空気温度と回転数によりきまる。この流量はガスタービンの基本性能を示す流量である。また、制限値制御燃料流量とは、エンジン（ガスタービン）を保護するために選択される燃料流量で、タービン入口温度と出口温度、圧縮機出口の空気圧力、出力電力などを適切な値に保持するのに必要な燃料流量であり、それらに異常がある場合、該当する制限値制御燃料流量が制御燃料流量に優先して選択される。
【００１１】
図２は燃料流量算出手段の構成を示すブロック図である。減算器３１はガスタービンの目標回転数Ｎgrと実回転数Ｎg との偏差をとる。積分器３２はこの偏差に積分ゲインを掛け燃料流量の次元として積分を行なう。積分は無負荷状態で偏差が０になるまで行なう。偏差判定手段３３は目標回転数Ｎgrと実回転数Ｎg との偏差が実質上０になるときを判断し、メモリ３４はこの偏差０の判断を受けて積分器３２の積分値を記憶する。
【００１２】
回転数修正手段３５は実回転数Ｎg をガスタービンの入口で取り入れた空気温度ｔに基づく修正を行い、修正回転数：Ｎg / √（Θ）を得る。
ここでＮg は実回転数、Θ＝（ｔ＋２７３．１５）／２８８．１５は絶対温度で表された基準温度１５℃に対する空気温度の比である。
基準流量算出手段３６には基準燃料流量Ｗｆsoと修正回転数Ｎg / √（Θ）の関係を示す基準燃料流量図またはテーブルが記憶されており、これより基準燃料流量Ｗｆsoを読み出す。この基準燃料流量Ｗｆsoは加算器３７でメモリ３４の積分値と加算され補正燃料流量として出力される。
【００１３】
図３は基準燃料流量図で横軸に修正回転数：Ｎg / √（Θ）、縦軸に基準燃料流量：Ｗｆsoを示す。基準燃料流量Ｗｆsoは各ガスタービン固有の基本的特性を示すもので、ガスタービン設計の基本データであり、製造完成テストで確認し、修正回転数：Ｎg / √（Θ）をパラメータとしてルックアップテーブルや図の形で記憶されている。
【００１４】
ガスタービンが製作時の性能を維持している段階では、無負荷時、基準燃料流量Ｗｆsoの供給により、実回転数Ｎg は目標回転数Ｎgrに近づき、その偏差が実質的に０になる。この状態で負荷を掛けてゆくと、先に説明した垂下特性により最大出力まで出すことができる。しかるにガスタービンの劣化等が進むと燃料流量が多く必要になり、基準燃料流量では無負荷時、実回転数Ｎg は目標回転数Ｎgrまで上がらず、この状態で負荷をかけても最大出力まで達することができない。本発明では、図２に示す積分器３２により、無負荷時両回転数の偏差が０になるまでこの偏差に比例する量を積分し、この積分値を加算器３７で基準燃料流量に加算して補正燃料流量とするので、無負荷時、実回転数Ｎg を目標回転数Ｎgrまで上げることができ、この状態で負荷をかけて最大出力を出すことができる。
【００１５】
なお、燃料流量算出手段３で算出される補正燃料流量を記憶し、長期的に解析することにより、ガスタービンの劣化具合を予測できるので、予知保全に利用できる。
【００１６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、無負荷時、目標回転数と実回転数の偏差が０になるまでこの偏差に比例する量を積分し、この積分値を基準燃料流量に加算して補正燃料流量とすることにより、経年変化等での性能劣化に対応でき、規定の出力を出すことができる。また、補正燃料流量を記憶し、長期的に解析することにより、ガスタービンの劣化具合を予測できるので、予知保全に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】燃料流量算出手段の構成を示すブロック図である。
【図３】基準燃料流量算出図の一例を示す図である。
【図４】ガスタービンの垂下特性を示す図である。
【図５】比例制御のブロック図である。
【図６】ガスタービンの出力と燃料流量の関係を示す図である。
【符号の説明】
１，３１ 減算器
２ 比例ゲイン
３ 燃料流量算出手段
４，３７ 加算器
６ ガスタービン
３２ 積分器
３３ 偏差判定手段
３４ メモリ
３５ 回転数修正手段
３６ 基準燃料流量算出手段
Claims (1)
- 目標回転数と実回転数の差に比例ゲインを掛けこの値に無負荷時の燃料流量を加算した値を燃料流量とするガスタービンの燃料流量制御方法において、
前記無負荷時の燃料流量を、前記目標回転数と前記実回転数との差に比例した値の無負荷時における積分値と、吸入空気温度で回転数を修正した修正回転数に応じて決まる無負荷時基準燃料流量との加算値とすることを特徴とするガスタービンの燃料流量制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000184113A JP4513936B2 (ja) | 2000-06-20 | 2000-06-20 | ガスタービンの燃料流量制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000184113A JP4513936B2 (ja) | 2000-06-20 | 2000-06-20 | ガスタービンの燃料流量制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002004889A JP2002004889A (ja) | 2002-01-09 |
| JP4513936B2 true JP4513936B2 (ja) | 2010-07-28 |
Family
ID=18684594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000184113A Expired - Lifetime JP4513936B2 (ja) | 2000-06-20 | 2000-06-20 | ガスタービンの燃料流量制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4513936B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103850804A (zh) * | 2012-11-30 | 2014-06-11 | 通用电气公司 | 用于燃气涡轮操作的系统和方法 |
| US10184406B2 (en) | 2014-06-18 | 2019-01-22 | Hitachi, Ltd. | Multi-shaft variable speed gas turbine apparatus and method of controlling the same |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006291762A (ja) | 2005-04-07 | 2006-10-26 | Honda Motor Co Ltd | ガスタービンエンジンの運転制御装置 |
| JP6225833B2 (ja) | 2014-05-26 | 2017-11-08 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ガスタービンの燃料制御方法、この方法を実行する制御装置、この制御装置を備えているガスタービン設備 |
| CN112761796B (zh) * | 2020-12-29 | 2021-09-28 | 中国航发控制系统研究所 | 一种功率闭环控制系统及其方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06221185A (ja) * | 1993-01-25 | 1994-08-09 | Toshiba Corp | ガスタ−ビン制御装置 |
| US5761895A (en) * | 1995-08-28 | 1998-06-09 | General Electric Company | Transient load controller for gas turbine power generator |
-
2000
- 2000-06-20 JP JP2000184113A patent/JP4513936B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103850804A (zh) * | 2012-11-30 | 2014-06-11 | 通用电气公司 | 用于燃气涡轮操作的系统和方法 |
| US10184406B2 (en) | 2014-06-18 | 2019-01-22 | Hitachi, Ltd. | Multi-shaft variable speed gas turbine apparatus and method of controlling the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002004889A (ja) | 2002-01-09 |
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