JP4939612B2 - 圧縮機の制御装置と制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービンとモータにより駆動される圧縮機の制御に関する。この出願は、２００７年１２月２７日に出願された日本特許出願２００７−３３７１９４号を基礎とする。その日本特許出願の開示はこの参照により、ここに取り込まれる。

ガスタービンが発生する駆動力により圧縮機を駆動するプラントが知られている。例えば天然ガスの液化プラントでは、天然ガスを燃焼することにより駆動されるガスタービンにより、天然ガスを液化するための冷却サイクルの冷媒を圧縮する圧縮機が駆動される。

ガスタービンによって駆動される圧縮機の風量は、回転数の増減により制御される。回転数が増加し風量が増加すると圧縮機の負荷（出力）が増加する。回転数が低下し風量が低下すると圧縮機の負荷（出力）が低下する。

圧縮機の負荷に対して駆動機の負荷が不足する場合に、ガスタービンに加えてモータによって負荷を補う場合がある。次の文献には、そうした技術の一例が開示されている。
文献１：日本国特許３５６３１４３号公報
この技術においては、複数のガスタービンの各々に、始動トルクを発生する補助電動機として交流発電機を兼ねる電動機が設けられる。コンプレッサの必要動力に比較してガスタービンの発生する動力が大きい運転条件の場合、ガスタービンの余剰動力が電動機にて電力に変換される。

本発明の課題を説明するための参考例として、圧縮機の制御の一例を説明する。図１、図２は、参考例における制御を説明するための図である。

圧縮機の回転数の制御信号に対して、ガスタービンの負荷とモータの負荷を同時に操作することで、圧縮機の制御を実現することができる。図１は、プラントの制御装置の制御ブロック図を示す。制御装置に速度設定値１２２が入力する。制御装置には更に、圧縮機の軸の回転速度の検出値である速度検出値１２４が入力する。減算器１２６は、速度検出値１２４と速度設定値１２２との偏差を算出する。ＰＩ演算器１２８は、その偏差に基づいてＰＩ演算を実行して総指令値を出力する。その総指令値に基づいて、ガスタービンの燃料弁の開度指令値１３０と、モータ６のトルク指令値１３２とが算出される。

図２は、ＰＩ演算器１２８から出力される指令値に基づく燃料弁開度１３０とトルク指令値１３２の決定方法の一例を示す。横軸は圧縮機の負荷を示す。縦軸はガスタービンとモータとからなる駆動機の負荷を示す。圧縮機５の負荷が変化したとき、ガスタービンの負荷Ｌ（ＧＴ）とモータの負荷Ｌ（Ｍ）との比が一定に保つように制御される。このような制御により、圧縮機の負荷に応じたガスタービンとモータの制御が可能である。

ところで、一般的にガスタービンの運転効率は、流入熱量（燃料流量）に対する動力の比であるＨｅａｔ Ｒａｔｅで定義される。回転数一定で排気温度（Ｔｅｘ）を上げる運転（動力を上げる運転）とすると、Ｈｅａｔ Ｒａｔｅが下がり燃費の良い効率的な運転が可能となる。

図２に示した方法により駆動機の制御を行うと、低負荷時にもモータに負荷がかかる。モータにかかる負荷の分、ガスタービンに分配される負荷が減る。ガスタービンは高負荷で運転した方が運転効率が良い。そのため、ガスタービンの負荷が減ると、運転効率が下がる。

ガスタービンとモータとによって駆動される圧縮機の運転効率の向上を可能とする制御技術が望まれる。

本発明の一側面における制御装置は、ガスタービンとモータとにより駆動力を生成する駆動部により駆動される圧縮機の制御装置であって、ガスタービンにより燃焼した燃焼ガスの温度を検出する温度検出部と、検出された燃焼ガスの温度に基づいてモータを制御するためのモータトルク指令値を生成する制御部とを備える。

このような制御装置によれば、ガスタービンの排気温度が低く動力が小さい場合にモータに負荷がかからないように制御することが可能である。その結果、運転効率が向上する。

本発明の一側面における制御方法は、ガスタービンとモータとにより駆動力を生成する駆動部により駆動される圧縮機の制御方法であって、ガスタービンにより燃焼した燃焼ガスの温度を検出する工程と、検出された燃焼ガスの温度に基づいてモータのモータトルク指令値を生成する工程とを備える。

本発明により、ガスタービンとモータによって駆動される圧縮機の運転効率の向上を可能とする制御技術が提供される。

制御ブロック図の参考例である。 ガスタービン負荷とモータ負荷の配分方法の参考例である。 本発明に係る制御が行われるプラントを示す。 第１実施例の制御ブロック図である。 第１実施例の制御ブロック図である。 第１実施例におけるモータ負荷を説明するための図である。 第１実施例におけるモータ負荷を説明するための図である。 第２実施例におけるモータ負荷を説明するための図である。 大気温度とガスタービンの最大動力の関係を示す。 ガスタービンの最大排気温度と最大動力の関係を示す。 第３実施例におけるモータ負荷を説明するための図である。 第４実施例におけるモータ負荷を説明するための図である。 第５実施例の制御ブロック図である。 第６実施例の制御ブロック図である。 第７実施例の制御ブロック図である。 第８実施例の制御ブロック図である。 第８実施例の制御ブロック図である。 第９実施例の制御ブロック図である。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図３は、本発明の実施の形態に係る圧縮機の制御装置、制御方法が適用されるプラントの一例を示す。このプラントは、天然ガスの液化プラントである。

天然ガス供給系統２から天然ガスが燃料弁４を介してガスタービン１に供給される。大気３もガスタービン１に供給される。ガスタービン１において大気３と天然ガスが燃焼し、燃焼のエネルギーが運動エネルギーに変換されてガスタービン１が駆動する。ガスタービン１に、圧縮機５が同軸に結合される。更に、圧縮機５にモータ６が同軸に結合される。ガスタービン１とモータ６とが生成する駆動力により圧縮機５が駆動される。

圧縮機５は、冷却サイクルの入口側配管から供給される冷媒ガスを圧縮し、出口側配管を介して凝縮器８に供給する。凝縮器８において冷媒ガスが液化される。液化された冷媒は、受液器１０に貯留された後、膨張弁１１を通って蒸発器１２に供給される。蒸発器１２において冷媒が蒸発し、温度が低下する。蒸発器１２には冷媒と熱交換するように天然ガスの配管が設けられる。蒸発器１２で冷媒と熱交換することにより天然ガスの温度が低下して液化される。蒸発器１２で蒸発した冷媒は、圧縮機５の入口側配管に供給される。

このようなプラントの制御を行うために、ガスタービン１で発生した燃焼ガスのガスタービン出口における温度を検出する温度検出器１４、ガスタービン１が設置された環境の大気温度を検出する温度検出器１６、圧縮機５の軸の回転数を検出する回転数検出器１８及び圧縮機５の入口側の冷媒の圧力を検出する圧力検出器２０が設置される。制御装置２１にはこれらの検出器が検出した信号を入力される。制御装置は、それらの信号に基づいて、ガスタービン１の燃焼弁４の開度と、モータ６のトルクとを制御する。

［第１実施例］
本発明の第１実施例における制御装置及び制御方法では、ガスタービンの排気温度を検出し、検出された排気温度に基づいてガスタービンの負荷を推定することによって、ガスタービンの負荷が低いときはガスタービンによって圧縮機を駆動し、ガスタービンの負荷が高いときはガスタービンとモータの併用によって圧縮機を駆動する。こうした制御により、ガスタービンが高負荷で運転され、高い運転効率が達成される。

図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂは、本発明の第１実施例における制御について説明するための図である。図４Ａ、図４Ｂは、制御装置２１によって実現される制御の制御ブロック図である。図４Ａは、ガスタービン１の燃料弁４の開度を制御するための制御ブロックを示す。制御装置２１に、制御プログラムや入力装置などから速度設定値２２が入力する。制御装置２１には更に、回転数検出器１８で検出された軸の回転数により得られる回転速度を示す速度検出値２４が入力する。減算器２６は、速度検出値２４と速度設定値２２との偏差を算出する。ＰＩ演算器２８は、その偏差に基づいてＰＩ演算を実行し、速度検出値２４を速度設定値２２に近づけるためのガスタービンの燃料弁の開度指令値３０を算出する。

図４Ｂは、モータ６のトルクを制御するための制御ブロック図を示す。温度検出器１４は、ガスタービン１により燃焼した燃焼ガスの排気温度を検出する。検出された排気温度３２が制御装置２１に入力する。制御装置２１は、温度に基づいてモータ６のトルク指令値を算出するための関数３４を予め記憶する。制御装置２１は、入力した排気温度３２を関数３４によりトルク指令値３６に変換する。この関数３４は、ガスタービン１の排気温度からガスタービン１の負荷を推定し、ガスタービン１の負荷が高くなった場合に、モータ６の負荷を上げる制御を行うために設定される。

図５Ａ、図５Ｂは、制御装置２１が実行する制御によるモータ負荷とガスタービン負荷について説明するための図である。図５Ｂは、制御装置２１の記憶装置が記憶する関数３４を図示したものである。図５Ｂの横軸は温度検出器１４によって検出されたガスタービン１の排気温度を示し、縦軸はモータ６の負荷を示す。この図の例では、関数３４は、排気温度３２がＴｅｘ（ｌｉｍ）以下のときは、モータ負荷Ｃ１がモータ１の最大負荷に対して所定の割合の値（２０％）となるように設定される。排気温度３２がＴｅｘ（ｌｉｍ）以上、Ｔｅｘ（ｍａｘ）以下の範囲では、排気温度３２の変化に対してモータ負荷Ｃ２が一定の変化率で増加するように設定される。排気温度３２が小さいときのモータ負荷Ｃ１の２０％の値は、モータ６の負荷が低下しすぎて発電機として作動することを避けるためのマージンである。

Ｔｅｘ（ｌｉｍ）は、圧縮機５のガスタービン単独運転が可能な排気温度３２の最小値である。すなわち排気温度３２がＴｅｘ（ｌｉｍ）以上であれば、ガスタービン１の負荷を１００％に設定すれば圧縮機５の負荷をガスタービン１によって全て担うことができる。Ｔｅｘ（ｍａｘ）は、予め設定され制御装置２１に登録されたガスタービン１の排気温度の最大値である。

このような関数を用いて制御が行われることにより、図５Ａに示される負荷の分配が実現される。横軸に示される圧縮機５の負荷が小さいとき、圧縮機５を駆動するための駆動機の負荷はガスタービン１が単独で供給する（但し、図５Ｂのモータ負荷２０％のマージンに起因するモータ６の担う負荷は、説明を単純にするため無視する）。横軸に記したＬ（ｌｉｍ）は、ガスタービン１の単独運転でガスタービン１の排気温度がＴｅｘ（ｌｉｍ）に達したときの圧縮機５の負荷である。圧縮機５の負荷がＬ（ｌｉｍ）より大きい範囲では、その負荷をガスタービン１が単独で担うことができない。この範囲においては、モータトルクが上昇し、ガスタービン負荷Ｌ（ＧＴ）とモータ負荷Ｌ（Ｍ）との合計が駆動機負荷として圧縮機５を駆動する。

こうした制御によれば、駆動機の負荷を主としてガスタービン１が担い、ガスタービン１の負荷が不足するときにモータ６が追加的に使用される。そのためガスタービン１が高負荷で運転され、高い運転効率が達成される。

［第２実施例］
本発明の第２実施例は、第１実施例における制御装置２１が実行する制御を部分的に変更することにより実現される。以下、変更点について説明する。

駆動機の総負荷はガスタービン１の負荷とモータ６の負荷との和であり、ガスタービン１とモータ６は、互いに駆動機として干渉する関係にある。つまりモータ負荷を上げると速度一定制御をしているガスタービンの負荷が下がり、逆も同様である。このことから、モータ負荷の変動は、ガスタービンの速度制御にとって外乱にしかならない。そのため、モータ負荷はできるだけ一定にすることが望ましい。そこで、ガスタービン１の排気温度（Ｔｅｘ）が上昇後、下降してきてもすぐにモータ負荷を変更せず、γ（ΔＴｅｘ）の余裕幅で温度ヒステリシスを持たせ、この間はモータ負荷を変化させないようにする。γは、定常運転時のガスタービン排気温度変化、モータトルク変化にマージンを加えて決定し、制御装置２１に登録する。

図６は、第２実施例における制御装置２１が実行する制御によるモータ負荷について説明するための図である。まず、温度検出器１４が検出するガスタービン１の排気温度３２が上昇中の場合、Ｔｅｘ（ｌｉｍ）以下の範囲、及びＴｅｘ（ｌｉｍ）以上Ｔｅｘ（ｍａｘ）以下の範囲で、第１実施例と同じ関数３４が設定され、同じ制御が行われる。

次に、ガスタービン１の排気温度３２が一旦Ｔｅｘ（ｌｉｍ）から上昇した後で低下中の場合について考える。第１実施例の場合は、排気温度３２が低下し始めると共に、モータ負荷も低下するように制御された。第２実施例の場合、関数３４の設定が変更され、排気温度３２の低下幅がγになるまでモータ負荷Ｃ３は一定に保たれる。排気温度３２の低下幅がγを超えると、排気温度３２に対して一定の減少率でモータ負荷Ｃ４が低下するようにトルク指令値３６が出力される。排気温度３２が上昇に転じると、温度の上昇幅がγに達するまでモータ負荷は一定に保たれ、それ以上温度が上昇すると、モータ負荷Ｃ２が上昇する。排気温度がＴｅｘ（ｌｉｍ２）＝Ｔｅｘ（ｌｉｍ）−γより低い排気温度３２の範囲ではモータ負荷は一定に保たれる。このような制御により、ガスタービンとモータの間で干渉が生じないように圧縮機の負荷を制御することが可能になる。

［第３実施例］
本発明の第３実施例は、第１実施例における制御装置２１が実行する制御を部分的に変更することにより、大気温度によるガスタービンの性能の変化に対応する制御を実現する。

ガスタービンは、大気温度（ガスタービンの吸気温度）によって、性能が変化する。大気温度が低い場合に比べて、高い場合はガスタービン最大負荷が低下する。図７Ａは、大気温度Ｔａが異なる場合の回転数とガスタービンの最大動力との関係の一例を示す。さらに、大気温度に応じて、排気温度も変化し、排気最大温度も変化する。図７Ｂは、排気最大温度Ｔｅｘが異なる場合の回転数とガスタービン最大動力との関係の一例を示す。

図８は、第３実施例において制御装置２１が実行する制御によるモータ負荷について説明するための図である。制御装置２１は、大気温度と、前記燃焼ガスの最高温度として設定される値との対応関係を記憶する。制御装置２１は、温度検出器１６が検出した大気温度を入力し、その大気温度に、記憶した対応関係において対応する燃焼ガスの最高温度を、第１実施例で説明したＴｅｘ（ｍａｘ）として設定する。制御装置２１には予めガスタービン排気温度の変化量に対するモータ負荷の変化率が記憶されている。この変化率とＴｅｘ（ｍａｘ）とにより、Ｔｅｘ（ｌｉｍ）が決まる。Ｔｅｘ（ｌｉｍ）とＴｅｘ（ｍａｘ）の値が決定されることにより、図８に示す関数３４が設定される。検出された大気温度がより高いとき、Ｔｅｘ（ｌｉｍ）以上Ｔｅｘ（ｍａｘ）以下のときのモータ負荷Ｃ２−１が図８のより右側に位置するように関数３４が設定される。検出された大気温度がより低いとき、Ｔｅｘ（ｌｉｍ）以上Ｔｅｘ（ｍａｘ）以下のときのモータ負荷Ｃ２−２が図８のより左側に位置するように関数３４が設定される。

このような制御は、大気温度に替えて、ガスタービンの排出ガスの最大温度を予め登録し、Ｔｅｘ（ｍａｘ）として用いることによっても可能である。

このような関数３４を用いた制御により、大気温度あるいはガスタービンの最大排気温度が変化した場合でも、ガスタービンがこれ以上の負荷を出せない最大出力のときにモータ負荷が最大となる制御を行うことが可能であり、ガスタービンの性能を大気温度または排気温度に応じてより高効率で用いて燃費の良い運転をすることが可能となる。

［第４実施例］
本発明の第４実施例にける制御は、第３実施例における制御に、第２実施例で説明したヒステリシス制御を加えることにより実現される。

図９は、第４実施例において制御装置２１が実行する制御によるモータ負荷について説明するための図である。制御装置２１は、温度検出器１６が検出した温度に基づいてＴｅｘ（ｌｉｍ）とＴｅｘ（ｍａｘ）の値を決定する。検出された排気温度３２が予め制御装置２１に登録された最大排気温度Ｔｅｘ（ｍａｘ）に到達し、その後、排気温度が低下し始めると、第２実施例と同様のヒステリシスを持たせた制御が行われる。

［第５実施例］
本発明の第５実施例は、第１〜第４実施例の各々について、制御装置２１が実行する制御を部分的に変更することにより実現される。以下、変更点について説明する。

モータ６が回生機能を持たない（発電機機能を持たない）場合、圧縮機負荷が急変したときにモータに負荷がかからなくなってモータが発電機（逆電流）となり、モータがトリップする可能性がある。第５実施例においては、保護回路を持たせることにより、電流が急激に低下する場合、モータ６に対するトルク指令値をステップ的に増加させ、モータが発電機となることを防止する。

図１０は、制御装置２１が備える保護回路の動作を説明するための制御ブロック図である。第１実施例と同様に、検出されたガスタービン１の排気温度３８を入力し、予め記憶した関数４０によってモータ６のトルク指令値３６に変換する。このトルク指令値３６に対して、加算器４２において補正量が加えられる。

モータ６を駆動する電流が検出され、その電流検出値４６が制御装置２１に入力する。低値検出器４８は、モータ６の定格電流などの予め登録された値に対して電流検出値４６が所定値（例えば１０．０％）以下になると、低値検出信号を発信する。低値検出信号が発信されると、タイマ５０は所定時間の間ホールド信号を発信する。スイッチ５６は、通常時は信号発生器５２より入力する信号（バイアストルク０を示す）を出力する。ホールド信号が発信されている間、スイッチ５６は信号発生器５４から入力する所定値のバイアストルクを示す信号を出力する。そのバイアストルク信号は、変化率制限器ＲＬＴを介して加算器４２に入力される。図１０の右下のグラフ５７は、低値検出器４８が低値検出信号を発信する前後における変化率制限器ＲＬＴの出力を示す。加算器４２は、関数４０の値と変化率制限器ＲＬＴの出力値とを合計して、トルク指令値３６として出力する。

このような制御により、モータ６の負荷が急速に小さくなったとき、トルク指令値３６が一時的にステップ的に増加されるため、モータ６が回生機能を持たない場合でもモータトリップを回避し、圧縮機５を連続的に運転することができる。

［第６実施例］
本発明の第６実施例は、第１実施例における制御装置２１が実行する制御を変更することにより実現される。以下、変更点について説明する。

第１実施例では、排気温度の関数による比例制御によりモータトルク指令値が制御されていた。第６実施例では、そうした制御に代えて、排気温度が設定上の最大温度に近い値となるようにフィードバック制御が行われる。

図１１は第６実施例における制御ブロック図である。制御装置２１に予め登録されたガスタービン１の排気温度の設定上の最高値Ｔｅｘ（ｍａｘ）６０と、信号発生器６２が発生する所定のバイアス値との差分が減算器６４により計算される。このバイアス値は、ガスタービン１の排気温度を最大値よりも若干低い値に制御するための値である。温度検出器１４がガスタービン１の排気温度を検出する。その排気温度３２と、減算器６４が出力する差分との差分が減算器６６により計算される。ＰＩ演算器６８は、減算器６６の出力する差分が小さくなるようにＰＩ演算を行って、モータ６のトルク指令値３６を出力する。

このような制御により、排気温度が最高温度に近い状態でガスタービン１の運転が行われるため、圧縮機５の駆動が高効率に行われる。本実施例による制御は、第５実施例のモータ負荷が所定の基準より低下したときの制御と組み合わせて実行することが可能である。また第２実施例のようにヒステリシス特性を持たせ、トルク指令値３６が所定の基準を上回ったときは、その後トルク指令値３６がその基準を下回っても所定の排気温度幅で一定値を保つように制御することも可能である。

［第７実施例］
本発明の第７実施例は、第６実施例における制御装置２１が実行する制御に加えて、圧縮機５の軸の速度制御を入れることによって実現される。

図１２は第７実施例における制御装置２１の制御ブロック図である。図１２において図１１と同じ番号が付されたブロックは図１１を参照した説明と同じ動作をする。但し、ＰＩ演算器６８とトルク指令値３６の出力との間に、ＰＩ演算器６８の出力を分岐して乗算器８０に入力する信号線と加算器７６とが挿入される。乗算器８０は、ＰＩ演算器６８の出力と信号発生器７８が発生する所定値とを乗算する。その乗算の結果は加算器８２に入力される。

回転数検出器１８が検出した軸の回転数により得られる回転速度の検出値２４と、制御プログラムや入力装置から入力する速度設定値２２との差分が減算器６４により計算される。ＰＩ演算器２８は、減算器２６の出力する差分が小さくなるようにＰＩ演算を行う。加算器８２は、ＰＩ演算器２８の出力値に乗算器８０の出力を加えた値であるガスタービン燃料弁４の開度指令値３０を出力する。乗算器７４は、ＰＩ演算器２８の出力と信号発生器７２が発生する所定値とを乗算する。その乗算の結果は加算器７６に入力する。加算器７６は、ＰＩ演算器６８の出力に乗算器７４の出力を加えた値であるモータ６のトルク指令値３６を出力する。

このような制御において信号発生器７２、７８の出力する値を適切に設定することにより、排気温度の制御と同様の効果を実現できると共に、モータ６とガスタービン１の間での干渉を緩和し、制御性を改善することができる。

［第８実施例］
本発明の第８実施例は、第１実施例における制御装置２１が実行する制御に、ガスタービン排気温度による制御を追加することにより実現される。

ガスタービン１は、排気温度が低いときは、回転数検出器１８により検出される軸の回転数に基づく速度制御によって運転され、排気温度が予め設定される最高温度に近いときは、排気温度に基づく排気温度制御によって運転される。第８実施例における制御装置２１は、ガスタービン１の制御が速度制御であるか排気温度制御であるかを示す制御モード信号を用いて、モータ６のトルクを制御する。

図１３Ａ、図１３Ｂは、制御装置２１の制御ブロック図である。図１３Ａに示されるように、回転数検出器１８によって検出される軸の回転速度に基づく制御は、第１実施例と同様に行われる。

図１３Ｂは、ガスタービン１の排気温度に基づく制御を示す。制御装置２１に、ガスタービン１の制御モードを示す制御モード信号１０２が入力する。制御モード信号１０２はガスタービン１が速度制御の場合はＯＦＦ、排気温度制御の場合はＯＮの値を取る。制御装置２１には更に、温度検出器１４が検出する排気温度３２、予め設定されたガスタービン１の最大排気温度８８が入力する。

まずガスタービン１の排気温度が最大排気温度に近い場合の制御について説明する。制御モード信号１０２としてＯＮ信号が入力する。このＯＮ信号がＮＯＴ素子１１２によってＯＦＦ信号に変換されてＡＮＤ素子１１４に入力するため、低値検出器９２からの出力は後段側に出力されず、スイッチ９６はスイッチ１０６からの入力を出力する。タイマ１０４が作動し所定の待ち時間が経過した後、その時点まで信号発生器１０８が発生する０値を出力していたスイッチ１０６が、信号発生器１１０が発生するモータトルクの増加値を出力するように切り替えられる。この増加値は、スイッチ９６を介してトルク指令演算器１００（トルク指令値の変化率を入力してトルク指令値を出力する。例えばＰＩ演算器で実現できる）に入力する。トルク指令演算器１００により、モータ６のトルクが信号発生器１１０の増加値だけ上昇するようにトルク指令値３６が生成される。その結果、ガスタービン１が最大出力付近で運転しているときに、モータ６の負荷が増加して圧縮機５の負荷を補う制御が行われる。

次にガスタービン１の排気温度が最大排気温度よりも低い場合の制御について説明する。制御モード信号１０２としてＯＦＦ信号が入力する。このＯＦＦ信号がＮＯＴ素子１１２によってＯＮ信号に変換されてＡＮＤ素子１１４に入力する。減算器９２は、検出された排気温度３２と最大排気温度８８との差分を出力する。低値検出器９２は、この差分が所定値以下のとき、すなわちガスタービンの排気温度が最大排気温度に対して所定の割合以下であるとき、低値検出信号を出力する。タイマ９４は、所定の待ち時間が経過した後、低値検出信号をスイッチ９６に出力する。その時点までタイマ１０６が発生する値を出力していたスイッチ９６は、低値検出信号を入力すると、信号発生器９８が発生するモータトルクの減少値−１０．０を出力する。トルク演算指令器１００により、モータ６のトルクが信号発生器９８の減少値だけ減少するようにトルク指令値３６が生成される。その結果、ガスタービン１が最大出力より所定基準以上低いときに、モータ６の負荷が減少する。その結果、ガスタービン１の負荷が増大して最大出力に近い範囲で運転され、運転効率の高い制御が実現される。

［第９実施例］
本発明の第９実施例は、図３における制御装置２１において、図１４に示す制御ブロックの機能を追加することによって実現される。複数のモータトルク指令値候補３６−１〜３６−３は、それぞれ第１実施例〜第８実施例のいずれかの制御において出力されるトルク指令値３６である。最大値選択部１１２は、複数のモータトルク指令値候補３６−１〜３６−３の中から最大値を選択してトルク指令値３６として出力する。このような制御によれば、ガスタービンの排気温度の検出値や最大排気温度の設定値などに誤入力があった場合にも、ガスタービン出力を補うために十分なモータトルク指令値を確実に出力することが可能である。

以上に説明した第１〜第９実施例のうちの任意の２以上の実施例は、矛盾を生じない限り組み合わせることができる。

Claims (24)

1. ガスタービンとモータとにより駆動力を生成する駆動部により駆動される圧縮機の制御装置であって、
   前記ガスタービンにより燃焼した燃焼ガスの温度を検出する温度検出部と、
   検出された前記燃焼ガスの温度に基づいて前記モータのモータトルク指令値を生成する制御部
   とを具備する制御装置。
2. 請求項１に記載された制御装置であって、
   前記制御部は関数を予め記憶し、検出された前記燃焼ガスの温度を前記関数に代入して関数値を得ることにより前記モータトルク指令値を生成する
   制御装置。
3. 請求項１に記載された制御装置であって、
   前記制御部は、検出された前記燃焼ガスの温度と入力した温度設定値との偏差を小さくするように前記モータトルク指令値を生成する
   制御装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載された制御装置であって、
   前記制御部は、前記圧縮機の回転速度を検出した値である速度検出値と入力した速度設定値とに基づいて、前記ガスタービンのガスタービン燃料弁開度指令値を生成する速度制御を行う
   制御装置。
5. 請求項４に記載された制御装置であって、
   前記制御部は、検出された前記燃焼ガスの温度に基づいて温度依存指令値を生成して前記モータトルク指令値と前記ガスタービン燃料弁開度指令値とに分配し、前記速度検出値と前記速度設定値との偏差を小さくするように速度依存指令値を生成して前記モータトルク指令値と前記ガスタービン燃料弁開度指令値とに分配する
   制御装置。
6. 請求項４又は５に記載された制御装置であって、
   前記制御部は、前記燃焼ガスの温度が所定の基準を上回ったとき、前記速度制御から、前記燃焼ガスの温度の検出値に基づいて前記ガスタービン燃料弁開度指令値を生成する排気温度制御に切り替えられ、
   前記制御部は、前記速度制御から前記排気温度制御に切り替わったとき、前記モータトルク指令値の増加を開始する
   制御装置。
7. 請求項４から６のいずれかに記載された制御装置であって、
   前記制御部は、前記燃焼ガスの温度が所定の温度範囲に含まれるとき、前記燃焼ガスの温度が高いほど前記ガスタービン燃料弁開度指令値に対する前記モータトルク指令値の比がより大きくなるように制御する
   制御装置。
8. 請求項７に記載された制御装置であって、
   前記制御部は、前記比が予め決められた最大値となった後に前記燃焼ガスの温度が低下したとき、所定温度幅の範囲内で前記比を一定値に維持する
   制御装置。
9. 請求項７又は８に記載された制御装置であって、
   前記制御部は、前記所定の温度範囲の上限を予め前記燃焼ガスの最高温度として入力した値に設定し、前記燃焼ガスの温度が前記所定の温度範囲の上限のときに前記モータの出力が最大値となるように前記モータトルク指令値を生成する
   制御装置。
10. 請求項７又は８に記載された制御装置であって、
    更に、大気温度を検出する大気温度検出部と、
    前記大気温度と、前記燃焼ガスの最高温度として設定される値との対応関係を記憶する記憶部とを具備し、
    前記制御部は、前記所定の温度範囲の上限を、前記対応関係において、検出された前記大気温度に対応する前記最高温度に設定し、
    前記制御部は、前記燃焼ガスの温度が前記所定の温度範囲の上限のときに前記モータの出力が最大値となるように前記モータトルク指令値を生成する
    制御装置。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載された制御装置であって、
    前記制御部は、前記駆動部の負荷が所定の基準以上の変化率で低下したとき、前記モータトルク指令値に所定時間のあいだ所定値を加える
    制御装置。
12. 請求項１に記載された制御装置であって、
    前記制御部は、第１モータトルク指令値候補から第９モータトルク指令値候補までのうちのいずれか複数のモータトルク指令値候補を生成し、前記複数のモータトルク指令値候補の内で最大値を前記モータトルク指令値として決定し、
    第１モータトルク指令値候補は、検出された前記燃焼ガスの温度を、予め記憶した関数に代入して関数値を得ることにより生成され、
    第２モータトルク指令値候補は、検出された前記燃焼ガスの温度と入力した温度設定値との偏差を小さくするように生成され、
    第３モータトルク指令値候補は、検出された前記燃焼ガスの温度に基づいて温度依存指令値を生成して第３モータトルク指令値候補とガスタービン燃料弁開度指令値とに分配し、前記圧縮機の回転速度を検出した値である速度検出値と入力した速度設定値との偏差を小さくするように速度依存指令値を生成して第３モータトルク指令値候補と前記ガスタービン燃料弁開度指令値とに分配することにより生成され、
    第４モータトルク指令値候補は、前記ガスタービンが速度制御から排気温度制御に切り替わったときに増加を開始するように生成され、
    前記速度制御は、前記速度検出値と前記速度設定値とに基づいて、前記ガスタービンの前記ガスタービン燃料弁開度指令値を生成する制御であり、
    前記排気温度制御は、前記燃焼ガスの温度が所定の基準を上回ったとき前記速度制御から切り替えられ、前記燃焼ガスの温度の検出値に基づいて前記ガスタービン燃料弁開度指令値を生成する制御であり、
    第５モータトルク指令値候補は、前記燃焼ガスの温度が所定の温度範囲に含まれるとき、前記燃焼ガスの温度が高いほど前記ガスタービンの前記第５モータトルク指令値候補の前記ガスタービン燃料弁開度指令値に対する比がより大きくなるように生成され、
    第６モータトルク指令値候補は、前記燃焼ガスの温度が前記所定の温度範囲に含まれるとき、前記燃焼ガスの温度が高いほど前記ガスタービンの前記第６モータトルク指令値候補の前記ガスタービン燃料弁開度指令値に対する比がより大きくなるように生成され、且つ、前記比が予め決められた最大値となった後に前記燃焼ガスの温度が低下したとき、所定温度幅の範囲内で前記比を一定値に維持するように生成され、
    第７モータトルク指令値候補は、前記燃焼ガスの温度が前記所定の温度範囲に含まれるとき、前記燃焼ガスの温度が高いほど前記ガスタービンの前記第７モータトルク指令値候補の前記ガスタービン燃料弁開度指令値に対する比がより大きくなるように生成され、且つ、前記所定の温度範囲の上限は予め前記燃焼ガスの最高温度として入力した値に設定され、前記燃焼ガスの温度が前記所定の温度範囲の上限のときに前記モータの出力が最大値となるように生成され、
    第８モータトルク指令値候補は、前記燃焼ガスの温度が前記所定の温度範囲に含まれるとき、前記燃焼ガスの温度が高いほど前記ガスタービンの前記第８モータトルク指令値候補の前記ガスタービン燃料弁開度指令値に対する比がより大きくなるように生成され、且つ、前記燃焼ガスの温度が前記所定の温度範囲の上限のときに前記モータの出力が最大値となるように生成され、
    前記所定の温度範囲の上限は、予め記憶された大気温度と前記燃焼ガスの最高温度として設定される値との対応関係を参照して、検出された大気温度に対応する前記燃焼ガスの最高温度に設定され、
    第９モータトルク指令値候補は、前記複数のモータトルク指令値候補のそれぞれに対して、前記駆動部の負荷が所定の基準以上の変化率で低下したとき、前記複数のモータトルク指令値候補のそれぞれに所定時間のあいだ所定値を加えることにより生成される
    制御装置。
13. ガスタービンとモータとにより駆動力を生成する駆動部により駆動される圧縮機の制御方法であって、
    前記ガスタービンにより燃焼した燃焼ガスの温度を検出する工程と、
    検出された前記燃焼ガスの温度に基づいて前記モータのモータトルク指令値を生成する工程
    とを具備する制御方法。
14. 請求項１３に記載された制御方法であって、
    前記生成する工程において、前記モータトルク指令値は、検出された前記燃焼ガスの温度を、予め記憶した関数に代入して関数値を得ることにより生成される
    制御方法。
15. 請求項１３に記載された制御方法であって、
    前記生成する工程において、前記モータトルク指令値は、検出された前記燃焼ガスの温度と入力した温度設定値との偏差を小さくするように生成される
    制御方法。
16. 請求項１３から１５のいずれかに記載された制御方法であって、
    前記生成する工程において、前記圧縮機の回転速度を検出した値である速度検出値と入力した速度設定値とに基づいて、前記ガスタービンのガスタービン燃料弁開度指令値を生成する速度制御が行われる
    制御方法。
17. 請求項１６に記載された制御方法であって、
    前記生成する工程において、前記モータトルク指令値は、検出された前記燃焼ガスの温度に基づいて温度依存指令値を生成して前記モータトルク指令値と前記ガスタービン燃料弁開度指令値とに分配し、前記速度検出値と前記速度設定値との偏差を小さくするように速度依存指令値を生成して前記モータトルク指令値と前記ガスタービン燃料弁開度指令値とに分配することにより生成される
    制御方法。
18. 請求項１６又は１７に記載された制御方法であって、
    前記生成する工程において、前記モータトルク指令値は、前記ガスタービンが速度制御から排気温度制御に切り替わったときに増加を開始するように生成され、
    前記速度制御は、前記圧縮機の回転速度を検出した値である速度検出値と入力した速度設定値とに基づいて、前記ガスタービンのガスタービン燃料弁開度指令値を生成する制御であり、
    前記排気温度制御は、前記燃焼ガスの温度が所定の基準を上回ったとき前記速度制御から切り替えられ、前記燃焼ガスの温度の検出値に基づいて前記ガスタービン燃料弁開度指令値を生成する制御である
    制御方法。
19. 請求項１６から１８のいずれかに記載された制御方法であって、
    前記生成する工程において、前記モータトルク指令値は、前記燃焼ガスの温度が所定の温度範囲に含まれるとき、前記燃焼ガスの温度が高いほど前記ガスタービンのガスタービン燃料弁開度指令値に対する前記モータトルク指令値の比がより大きくなるように生成される
    制御方法。
20. 請求項１９に記載された制御方法であって、
    前記生成する工程において、前記比が予め決められた最大値となった後に前記燃焼ガスの温度が低下したとき、所定温度幅の範囲内で前記比は一定値に維持される
    制御方法。
21. 請求項１９又は２０に記載された制御方法であって、
    前記生成する工程において、前記所定の温度範囲の上限は予め前記燃焼ガスの最高温度として入力した値に設定され、前記燃焼ガスの温度が前記所定の温度範囲の上限のときに前記モータの出力が最大値となるように前記モータトルク指令値が生成される
    制御方法。
22. 請求項１９又は２０に記載された制御方法であって、
    前記生成する工程において、前記モータトルク指令値は、前記燃焼ガスの温度が前記所定の温度範囲の上限のときに前記モータの出力が最大値となるように生成され、
    前記所定の温度範囲の上限は、予め記憶された大気温度と前記燃焼ガスの最高温度として設定される値との対応関係を参照して、検出された大気温度に対応する前記燃焼ガスの最高温度に設定される
    制御方法。
23. 請求項１３から２２のいずれかに記載された制御方法であって、
    更に、前記駆動部の負荷が所定の基準以上の変化率で低下したとき、前記モータトルク指令値に所定時間のあいだ所定値を加える工程
    を具備する制御方法。
24. 請求項１３に記載された制御方法であって、
    前記生成する工程は、
    第１モータトルク指令値候補から第９モータトルク指令値候補までのうちのいずれか複数のモータトルク指令値候補を生成する工程と、
    前記複数のモータトルク指令値候補の内で最大値を前記モータトルク指令値として決定する工程とを含み、
    第１モータトルク指令値候補は、検出された前記燃焼ガスの温度を、予め記憶した関数に代入して関数値を得ることにより生成され、
    第２モータトルク指令値候補は、検出された前記燃焼ガスの温度と入力した温度設定値との偏差を小さくするように生成され、
    第３モータトルク指令値候補は、検出された前記燃焼ガスの温度に基づいて温度依存指令値を生成して第３モータトルク指令値候補とガスタービン燃料弁開度指令値とに分配し、前記圧縮機の回転速度を検出した値である速度検出値と入力した速度設定値との偏差を小さくするように速度依存指令値を生成して第３モータトルク指令値候補と前記ガスタービン燃料弁開度指令値とに分配することにより生成され、
    第４モータトルク指令値候補は、前記ガスタービンが速度制御から排気温度制御に切り替わったときに増加を開始するように生成され、
    前記速度制御は、前記速度検出値と前記速度設定値とに基づいて、前記ガスタービンの前記ガスタービン燃料弁開度指令値を生成する制御であり、
    前記排気温度制御は、前記燃焼ガスの温度が所定の基準を上回ったとき前記速度制御から切り替えられ、前記燃焼ガスの温度の検出値に基づいて前記ガスタービン燃料弁開度指令値を生成する制御であり、
    第５モータトルク指令値候補は、前記燃焼ガスの温度が所定の温度範囲に含まれるとき、前記燃焼ガスの温度が高いほど前記ガスタービンの前記第５モータトルク指令値候補の前記ガスタービン燃料弁開度指令値に対する比がより大きくなるように生成され、
    第６モータトルク指令値候補は、前記燃焼ガスの温度が前記所定の温度範囲に含まれるとき、前記燃焼ガスの温度が高いほど前記ガスタービンの前記第６モータトルク指令値候補の前記ガスタービン燃料弁開度指令値に対する比がより大きくなるように生成され、且つ、前記比が予め決められた最大値となった後に前記燃焼ガスの温度が低下したとき、所定温度幅の範囲内で前記比を一定値に維持するように生成され、
    第７モータトルク指令値候補は、前記燃焼ガスの温度が前記所定の温度範囲に含まれるとき、前記燃焼ガスの温度が高いほど前記ガスタービンの前記第７モータトルク指令値候補の前記ガスタービン燃料弁開度指令値に対する比がより大きくなるように生成され、且つ、前記所定の温度範囲の上限は予め前記燃焼ガスの最高温度として入力した値に設定され、前記燃焼ガスの温度が前記所定の温度範囲の上限のときに前記モータの出力が最大値となるように生成され、
    第８モータトルク指令値候補は、前記燃焼ガスの温度が前記所定の温度範囲に含まれるとき、前記燃焼ガスの温度が高いほど前記ガスタービンの前記第８モータトルク指令値候補の前記ガスタービン燃料弁開度指令値に対する比がより大きくなるように生成され、且つ、前記燃焼ガスの温度が前記所定の温度範囲の上限のときに前記モータの出力が最大値となるように生成され、
    前記所定の温度範囲の上限は、予め記憶された大気温度と前記燃焼ガスの最高温度として設定される値との対応関係を参照して、検出された大気温度に対応する前記燃焼ガスの最高温度に設定され、
    第９モータトルク指令値候補は、前記複数のモータトルク指令値候補のそれぞれに対して、前記駆動部の負荷が所定の基準以上の変化率で低下したとき、前記複数のモータトルク指令値候補のそれぞれに所定時間のあいだ所定値を加えることにより生成される
    制御方法。

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