JP5031779B2 - ガスタービン・エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機用タービンと、負荷タービンとを備えた２軸式ガスタービン・エンジンの制御装置に係り、特に、負荷変化時に燃焼切替えを必要とする２軸式ガスタービン・エンジンの制御装置に関する。

近年の地球温暖化に対応するため、ガスタービン・エンジンの燃焼装置には、環境適合性を優先することが望まれている。そこで、近年の多くのガスタービン・エンジンでは、発電用・航空機用・船舶用・メカニカルドライブ用を問わず、高効率化による二酸化炭素排出量の削減や、予混合燃焼方式と称する窒素酸化物排出量の低減を実現したエンジンが主流となっている。予混合燃焼方式とは、窒素酸化物の発生量を抑制できる空気と燃料を予め混合して燃焼する燃焼方式であり、窒素酸化物やその他の環境に影響を与える物質の発生を抑制可能である。

この予混合燃焼方式は、空気と燃焼を予め混合したのちこれを燃焼することから、燃焼安定条件の範囲が狭いことで知られている。そこで、燃焼安定性を高め、かつ負荷運転を可能とする方法として、燃焼器を複数のバーナ及び該バーナへ燃料を供給する燃料弁で構成し、これらバーナ及び燃料弁によって燃焼器の予混合燃焼部分を複数に分割するとともに、運転負荷に応じて燃焼部分を増減する方式が提案されている。

この方式では、複数に分割した予混合燃焼部分への燃料供給を増減する方法と、予混合燃焼部分を増減する方法（以下燃焼切り替えという）との組み合わせにより運転負荷の変更を可能としている。ただし、燃焼切り替え中にバーナを点火または/消火する必要があり、このバーナ点/消火の際に燃焼エネルギーが大きく変動するという問題がある。

発電用ガスタービン・エンジンでは、電力需要の増大に伴い、昼夜の電力需要差が拡大しており、負荷変化幅や負荷追従性能の高いエンジンが必要となっている。前記燃焼切り替え中の燃焼エネルギーの変動は負荷変動の発生要因となり、円滑な負荷変化運転の実現を阻害するという問題がある。

この問題の改善策として、通常の発電用ガスタービン・エンジンにおいて、燃料流量を制御する燃料弁の開度を燃焼切り替え時にロックする運転方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平１０−２１２９７６号公報

上述した燃焼切り替え時に燃料弁の開度をロックする運転方法の場合、燃料配管内の圧力変動を抑制するように圧力調整弁の開度を予め定めた比率で変化させて、燃焼切り替え時の管内の燃料の供給圧力変動を短時間に抑止している。この結果、燃焼切り替え時における負荷の変動を小さくすることができる。

しかしながら、例えば、発電用ガスタービン・エンジンが負荷上昇の指令に基づいて運転している際に燃焼切り替えが発生した場合には、この方法では、連続的に上昇変化する負荷を供給することは出来ない。つまり、連続的に変化する負荷指令には追従できないという課題があった。

一方、燃焼エネルギーの変動による負荷の変動は、圧縮機を駆動するタービン（圧縮機タービン）と負荷を発生するタービン（負荷タービン）とを異なる軸で駆動する２軸式ガスタービン・エンジンにおいて顕著に現れる。２軸式ガスタービン・エンジンでは、燃焼器からの燃焼エネルギーで圧縮機用タービンを駆動したのち、圧縮機用タービンの排気ガスを用いて負荷タービンを駆動する。このため、燃焼エネルギーの変動は、圧縮機タービン、負荷タービンの双方に影響を与え、圧縮機タービンにおいては燃焼用空気圧力の変動、負荷タービンにおいては回転数及び出力の変動として現れる。これらの事象は、それぞれが、負荷変化への追従性低下の更なる原因となる。

本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、連続的に変化する負荷指令に追従して燃焼切り替えを行うことにより、円滑な負荷変化運転のできる２軸式ガスタービン・エンジンの制御装置を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、空気を吸気加圧する圧縮機を駆動する圧縮機タービンと、前記圧縮機タービンへ供給する燃焼ガスを発生させ、運転中に燃焼切り替えを行う複数の燃料弁を有する燃焼器と、負荷である発電機を駆動する負荷タービンとを備えた２軸式ガスタービン・エンジンの制御装置であって、前記燃焼器への燃料流量指令値を演算する燃料流量制御手段と、前記燃焼切り替え時に、前記燃料流量制御手段で演算した前記燃料流量指令値に前記圧縮機タービンの回転数変動を補償する補正信号を付加した燃料流量指令補正値を演算する燃料流量補正手段と、前記燃料流量補正手段で演算した前記燃料流量指令補正値に基づいて前記複数の燃料弁の開度を制御する燃料弁制御手段とを備え、前記燃料流量補正手段は、前記負荷タービンの回転数が入力され、前記負荷タービン回転数の時間変化量を算定する微分演算器と、前記微分演算器からの負荷タービン回転数の時間変化量に基づいて前記燃料流量指令値の補正信号を求める関数発生器とを備えたものとする。

（２）上記目的を達成するために、本発明は、空気を吸気加圧する圧縮機を駆動する圧縮機タービンと、前記圧縮機タービンへ供給する燃焼ガスを発生させ、運転中に燃焼切り替えを行う複数の燃料弁を有する燃焼器と、負荷である発電機を駆動する負荷タービンとを備えた２軸式ガスタービン・エンジンの制御装置であって、前記発電機の出力目標である負荷指令が入力され、前記燃焼器への前記負荷指令に応じた燃料流量指令値を演算する燃料流量制御手段と、前記負荷指令に基づいて負荷変化率を演算し、この負荷変化率が予め設定した設定値以上になった場合に、前記燃料流量制御手段で演算した前記燃料流量指令値に前記圧縮機タービンの回転数変動を補償する補正信号を付加した燃料流量指令補正値を演算する燃料流量補正手段と、前記燃料流量補正手段で演算した前記燃料流量指令補正値に基づいて前記複数の燃料弁の開度を制御する燃料弁制御手段とを備え、前記燃料流量補正手段は、前記負荷タービンの回転数が入力され、前記負荷タービン回転数の時間変化量を算定する微分演算器と、前記微分演算器からの負荷タービン回転数の時間変化量に基づいて前記燃料流量指令値の補正信号を求める関数発生器とを備えたものとする。

（３）上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記燃料流量補正手段の前記関数発生器は、前記負荷タービン回転数の時間変化量が設定値以下のときには、前記燃料流量指令値の補正信号の付加を停止する不感帯を備えたものとする。

（４）上記（３）において、好ましくは、前記燃料流量補正手段は、前記燃料流量指令値を入力として前記関数発生器の正側不感帯幅と負側不感帯幅を出力する不感帯設定用関数発生器を備えたものとする。

（５）上記（３）において、好ましくは、前記燃料流量補正手段は、前記負荷指令の変化率を入力として前記関数発生器の正側不感帯幅と負側不感帯幅を出力する不感帯設定用関数発生器を備えたものとする。

本発明のガスタービン・エンジンの制御装置によれば、燃焼切り替え時に、負荷変化として発生する負荷タービンの回転数の変動に対し、この負荷タービンの回転数変動を先行制御するための燃料流量補正信号を、燃料流量指令に付加して燃料弁の開度を制御するようにしたので、燃焼切り替え時の負荷変化への追従性能を向上させることができる。この結果、負荷変化時に燃焼切り替えを必要とする２軸式ガスタービン・エンジンにおいても、円滑な負荷変化運転を実現することができる。

以下に、本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１乃至図３は本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第１の実施の形態を示すもので、図１は、本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第１の実施の形態を備えた２軸式ガスタービン・エンジンの概略図、図２は、本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第１の実施の形態における燃料流量制御手段の制御ブロック図、図３は、本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第１の実施の形態における燃料流量補正手段の制御ブロック図である。

図１において、２軸式ガスタービン・エンジンは、吸気冷却装置８によって冷却された吸込み空気を圧縮して燃焼用の圧縮空気を得る空気圧縮機１と、この空気圧縮機１からの圧縮空気を燃料とともに燃焼して高温高圧の燃焼ガスを発生させる燃焼器２と、この燃焼器２からの燃焼ガスによって駆動軸１６の回転動力を得て圧縮機１を駆動する圧縮機タービン３と、発電用プラントにおいて、発電機に相当する負荷４と、圧縮機タービン３の排気ガスによって駆動軸１７の回転動力を得て負荷４を駆動する負荷タービン６とを備えている。なお、燃焼器２は、燃焼切り替えにより負荷運転を可能とするためのバーナ２１を備えている。また、負荷タービン６を駆動した後の排気ガスは排気ダクト９を介して外部へ排出される。

また、２軸式ガスタービン・エンジンは計測手段として圧縮機タービン側に回転数計１０、圧縮空気圧力計１２、圧縮空気温度計１３、負荷タービン側に回転数計１１、発電出力計１４、及び排気ガス温度計１５を備えている。

ガスタービン・エンジンの制御装置５には、例えば給電所からの負荷指令（ＭＷＤ）や上記各計測手段からの計測信号が入力されている。この制御装置５が、これらの情報をもとに燃料弁開度指令CGCVを演算し、燃料弁７に出力することにより、２軸式ガスタービン・エンジンの起動・停止・負荷運転が制御されている。

ガスタービン・エンジンの制御装置５は、起動・停止・負荷運転のほか安全保護機能、補機制御機能などの複数の機能を備えている。ただし、本実施の形態における説明にあっては負荷運転に必要とされる機能のみを図示し説明する。
図１における制御装置５は、燃料流量制御手段１８、燃料流量補正手段１９、及び燃料弁制御手段２０を備えている。

燃料流量制御手段１８は、負荷指令MWD、圧縮機タービン回転数NHPT、圧縮機出口圧力PC、圧縮機出口温度TC、負荷タービン回転数NLPT、負荷MW、及びタービン排気温度TXを入力し、ガスタービン・エンジンが起動・停止・負荷運転する際の燃料流量の制御指令値（燃料流量指令）FFDを決定する。

燃料流量制御手段１８の制御ブロック図である図２において、燃料流量制御手段１８は、エンジン起動時の燃料流量FFD0を演算する起動制御手段３６、エンジン起動・昇速時の燃料流量FFD1を演算する加速制御手段３７、エンジン停止時の燃料流量FFD2を演算する停止制御手段３８、負荷運転時の燃料流量FFD3を演算する速度・負荷制御手段３９、及び排気温度制御時の燃料流量FFD4を演算する排気温度制御手段４０を備えている。また、低値選択４１にてこれら燃料流量のうちもっとも低い値を燃料流量指令FFDとして出力する。

一般的に、２軸式ガスタービン・エンジンの特徴として、エンジンの起動・昇速・停止時には圧縮機タービン３の回転数NHPTを制御し、エンジン負荷運転時には負荷タービン６の回転数NLPTを制御する点が挙げられる。そこで本実施の形態においても、図２に示すように起動制御手段３６、加速制御手段３７、及び停止制御手段３８の入力に圧縮機タービン回転数NHPTを用いるとともに、速度・負荷制御手段３９の入力に負荷タービン回転数NLPTを用いている。

上述したように、２軸式ガスタービン・エンジンにおいては燃料流量の増減によって圧縮機タービン回転数NHPT、負荷タービン回転数NLPTの双方が変化し、燃焼切り替え時においては燃焼エネルギーの変動によりこれら回転数がそれぞれに変化する。

そこで、本実施の形態においては、速度・負荷制御手段３９に負荷タービン回転数NLPTのみを入力し、後述する燃料流量補正手段１９において燃料流量指令FFDに圧縮機タービン回転数NHPTの変動を補償するための補正量（燃料バイアス）を加味し、かつ燃料流量指令FFDおよび負荷指令MWDの変化率から補正量に不感帯を設定することで、圧縮機タービン回転数NHPT, 負荷タービン回転数NLPTの双方の変動を考慮した負荷運転を実現している。

図１に戻って、燃料流量補正手段１９は、燃料流量指令FFD及び負荷タービン回転数NLPTから、燃料流量指令FFDの補正値FFDCを決定するもので、燃焼切り替え時の燃焼エネルギー変動に起因する駆動軸１７の回転数の変動を抑制する。

燃料流量補正手段１９の制御ブロック図である図３において、燃料流量補正手段１９は、信号の時間変化率を求める微分演算器３０、関数発生器３１、ゲイン設定器３６、関数発生器３２、信号の時間積分を求める積分演算器３３、信号の時間変化率を制限する変化率制限器３４、及び加算器３５を備えている。

微分演算器３０では、負荷タービン回転数NLPTを入力し、負荷タービン回転数NLPTの時間変化率dNLPT/dtを計算する。また、関数発生器３１では、時間変化率dNLPT/dtを入力し、圧縮機タービン３の時間変化率制御量dNHPT/dtを計算する。時間変化率制御量dNHPT/dtは負荷タービン回転数NLPTが変化した際に発生する圧縮機タービン回転数NHPTの変化率に相当する。関数発生器３１は入力の区間DB1における出力値が０となるよう不感帯を設定し、負荷タービン回転数NLPTの微小変化時には関数発生器３１からの制御量が発生しないものとしている。

関数発生器４２は、入力された燃料流量指令FFDから関数発生器３１の不感帯の範囲HH（正側不感帯幅）, HL（負側不感帯幅）を計算する。本実施の形態においては、燃焼状態切り替え範囲の燃料流量指令FFDの幅をΔxと設定し、燃料流量指令FFDがΔxの範囲内にある場合には、不感帯の範囲HH, HLを小さく出力する。この結果、関数発生器３１においては、入力値dNLPT/dtの微小な変化に対しても時間変化率制御量dNHPT/dtとして非零値を出力する。

負荷タービン回転数NLPTの変動は、燃焼切り替え時にもっとも顕著である。関数発生器３１，４２によって、燃焼切り替え時における負荷タービン回転数NLPTの変動が検出可能となる。

ゲイン設定器３６では、先に求めた時間変化率制御量dNHPT/dtに負数を乗算し、時間変化率制御量dNHPT/dtの符号を反転するとともに、制御ゲインにより任意の調整パラメータにて補正したのち、補正時間変化率制御量dNHPT'/dtとして出力する。また関数発生器３２では、補正時間変化率制御量dNHPT'/dtを入力し、この負荷タービン回転数変化率dNLPT/dtに相当する燃料流量の変化率dFuel/dtを計算する。関数発生器３２には入力値の区間DB2における出力値が０となるよう不感帯を設定し、圧縮機タービン回転数制御量微小変化時には関数３２からの制御量が発生しないものとしている。

積分演算器３３では、先に求めた燃料流量の変化率dFuel/dtを時間積分し、燃料流量指令バイアスFFDBを計算する。また、変化率制限器３４では燃料流量指令バイアスFFDBが急激に変動しないよう変化率に制限を与え、燃料流量指令バイアス補正値FFDBCを出力する。加算器３５では燃料流量指令FFDに燃料流量指令バイアス補正値FFDBCを加え、新たな燃料流量指令として燃料流量指令補正値FFDCを出力する。

なお、本実施の形態の燃料流量補正手段１９は積分演算器３３を用いることにより積分制御を構成したが、積分演算器３３のかわりにゲイン設定器を用いて比例制御を構成しても良い。

図１に戻って、燃料弁制御手段２０は、燃料流量指令補正値FFDCに基づいて複数の燃料弁７の燃料弁開度指令CGCVを演算し出力制御する。燃料弁開度指令CGCVに応じてバーナ２１への燃料流量が変化する。

なお、本実施の形態において関数発生器４２は、燃焼切り替え時における負荷タービン６の回転数NLPTの変動を検出することに使用したが、負荷並列・解列時の負荷タービン６の回転数NLPTの変動を検出するよう関数発生器４２を設定しても良い。

次に、上述した本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第１の実施の形態を適用した２軸式ガスタービン・エンジンの運転特性について、図４及び図５を用いて説明する。図４は、本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第１の実施の形態における２軸式ガスタービン・エンジンの運転特性の計画値を示す特性図、図５は、本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第１の実施の形態における２軸式ガスタービン・エンジンの運転特性を示す特性図である。なお、図４及び図５において、図１乃至図３に示す符合と同符号のものは同一又は相当する構成要素であるのでその部分の説明を省略する。

図４において、横軸は時間を示し、縦軸は上から負荷指令MWD、燃料流量指令FFD、圧縮機タービン回転数NHPT、負荷タービン回転数NLPTの各計画値を示している。
まず、時刻t0にガスタービン・エンジンが起動し、負荷タービン回転数NLPTが定格回転数に到達したのち揃速操作が行われ、時刻t1に負荷である発電機を電力系統に並列している。発電機を電力系統に並列した場合、以降負荷タービン回転数NLPTは電力系統周波数に従って、ほぼ定格回転数での運転となる。負荷並列後は負荷指令MWDが定格負荷まで増加するが、燃料流量指令FFDが点Bに到達する時刻t2に燃焼切り替えが発生している。本実施の形態においては、燃焼切り替え前のバーナ本数をB1(本)、燃焼切り替え後のバーナ本数をB2(本)としている。燃焼切り替え後も負荷上昇を継続し、時刻t3に定格負荷に到達している。なお、本実施の形態では定格負荷到達までに燃焼切り替えが点Bの１箇所でのみ発生すると仮定したが、これら切り替え点は定格負荷到達までの複数個所に設定されている場合もある。

燃焼切り替え前後ではバーナ本数の変化により、バーナ一本あたりの燃料流量が変動して燃空比が大きく変化する。具体的には、バーナ本数が増加した場合（増負荷時）にはバーナ一本あたりの燃料流量が減少するため、燃空比は相対的に低下する。バーナ本数が減少した場合（減負荷時）にはバーナ一本あたりの燃料流量が増加するため、燃空比は相対的に上昇することとなる。

燃焼切り替えが発生する時刻t2前後におけるエンジン運転特性を図５に示す。図５において、横軸は時間を示し、縦軸は上から、燃料流量指令FFD、圧縮機タービン回転数NHPT、負荷タービン回転数NLPT、負荷MWを示し、点線は従来の制御装置による負荷上昇時エンジン運転特性、実線は本発明の制御装置による負荷上昇時エンジン運転特性を表している。

時刻t2、点Bにおいて燃焼切り替えが発生した場合、バーナ本数の増加に伴い燃空比が低下し、燃焼ガス温度が低下する。また、圧縮機タービン３及び負荷タービン６へと流入する燃焼エネルギーが減少し、圧縮機タービン回転数NHPT及び負荷タービン回転数NLPTは点線に示すとおり低下する。さらに負荷タービン回転数NLPTの低下に伴い負荷MWもまた低下する。

従来の制御装置では、燃焼切り替え時における負荷タービン回転数NLPTの低下を補償するよう燃料流量指令FFDを増加させる。しかしながら、負荷タービン６及び負荷４は系統に接続されているため、負荷タービン回転数NLPTの低下幅は圧縮機タービン回転数NHPTに比して小さく、燃料流量指令FFDに制御遅れをもたらす。その結果、燃料流量指令FFDは大きく振動し、これにあわせて圧縮機タービン回転数NHPT, 負荷タービン回転数NLPT及び負荷MWの応答波形もまた大きく振動する特性となる。負荷タービン回転数NLPTが、系統周波数から逸脱するほどに低下した場合には、エンジンは系統から切り離される。また、燃料流量指令FFDの振動により燃料流量指令FFDが大きく低下した場合、燃空比の低下によってバーナ２１の火炎が消失する恐れもある。

これに対し、本発明のガスタービン・エンジンの制御装置５では、図５の実線で示すように燃焼切り替え時における負荷タービン回転数NLPTの低下を微分演算器によって先行的に検出し、負荷タービン回転数NLPT及び圧縮機タービン回転数NHPTの変動を最小とするための燃料流量指令バイアス補正値FFDBCを求めている。またこの補正値FFDBCを燃料流量指令FFDに加算し、燃料流量指令補正値FFDCを計算した後、前記FFDCに基づいて燃料弁７を制御している。

燃料流量指令補正値FFDCは負荷タービン回転数NLPTの低下を防止するとともに、燃焼切り替え時における燃空比低下を抑制して、圧縮機タービン回転数NHPT、負荷タービン回転数NLPTの変動を抑制することができる。この結果、負荷タービン回転数NLPTの変動に伴う負荷MWの変動を最小限とすることができ、負荷変化におけるガスタービン・エンジンの負荷追従性能を高めることができる。

上述した本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第１の実施の形態によれば、燃焼切り替え時に、負荷変化として発生する負荷タービン６の回転数NLPTの変動に対し、この負荷タービン６の回転数変動を先行制御するための燃料流量指令バイアス補正値FFDBCを、燃料流量指令FFDに付加する構成としたので、燃焼切り替え時の負荷変化への追従性能を向上させることができる。この結果、負荷変化時に燃焼切り替えを必要とする２軸式ガスタービン・エンジンにおいても、円滑な負荷変化運転を実現することができる。

次に、本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第２の実施の形態を図６を用いて説明する。図６は、本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第２の実施の形態における燃料流量補正手段の制御ブロック図である。なお、以下の説明において、上述した本発明の第１の実施の形態と同じ構成要素には同一の符合を付し、その部分の説明を省略する。

図６において、燃料流量補正手段１９は、関数発生器３１の不感帯の範囲HH, HLを負荷指令MWDの時間変化率dMWD/dt(負荷変化率)から求めている。微分演算器４３では、負荷指令MWDを入力し、負荷指令MWDの時間変化率dMWD/dt(負荷変化率)を計算する。関数発生器４４では、入力された負荷変化率から関数発生器３１の不感帯の範囲HH（正側不感帯幅）, HL（負側不感帯幅）を計算する。本実施の形態においては、図６に示すように負荷変化率の増加に伴って、不感帯の範囲HH, HLを小さく出力している。この結果、負荷変化率が大きい場合、関数発生器３１においては、入力値dNLPT/dtの微小な変化に対しても時間変化率制御量dNHPT/dtとして非零値を出力する。

関数発生器３１，４４によって、負荷指令の変化時における負荷タービン６の回転数変化率を予測し、負荷タービン６の回転数変動を抑えた負荷変化運転が可能となる。

第１の実施の形態が、燃焼切り替え時における負荷タービン６の回転数NLPTの変動を検出して、この回転数変動を先行制御する燃料流量指令バイアス補正値FFDBCを算出することを目的としたのに対し、第２の実施の形態では、負荷指令の変化時における負荷タービン６の回転数変動に着目している点が異なる。ガスタービン・エンジンが負荷運転を実施する際、系統・エンジン側双方の負荷バランスに応じて負荷タービン６の回転数もまた変動し、特に急速負荷変化運転にあっては、ガスタービン・エンジンの負荷応答遅れによって負荷タービン６の回転数変動が増大する。これに対して本実施の形態の燃料流量補正手段は、負荷変化率を検出することで負荷タービンの回転数変動を先行的に制御して、急速負荷運転におけるエンジンの負荷追従性を高めることができる。

上述した本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第２の実施の形態によれば、負荷指令の時間変化率が大きい場合に、増大する負荷タービン６の回転数NLPTの変動に対し、この負荷タービン６の回転数変動を先行制御するための燃料流量指令バイアス補正値FFDBCを、燃料流量指令FFDに付加する構成としたので、負荷指令の時間変化率が大きいときであっても、負荷変化への追従性能を向上させることができる。この結果、例えば、急速負荷運転を必要とする２軸式ガスタービン・エンジンにおいても、円滑な負荷変化運転を実現することができる。

次に、本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第３の実施の形態を図７を用いて説明する。図７は、本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第３の実施の形態における燃料流量補正手段の制御ブロック図である。なお、以下の説明において、上述した本発明の第１及び第２の実施の形態と同じ構成要素には同一の符合を付し、その部分の説明を省略する。

図７において、関数発生器４２は燃料流量指令FFDから関数発生器３１の不感帯（１）HH1, HL1を計算し、微分演算器４３及び関数発生器４４は負荷指令MWDの変化率dMWD/dtから関数発生器３１の不感帯（２）HH2, HL2を計算している。関数発生器４２の出力HH1, HL1と関数発生器４４の出力HH2, HL2は信号切換器４５に入力され、信号切換器４５において、関数発生器４２の出力HH1, HL1と関数発生器４４の出力HH2, HL2のどちらか一方を選択し、これを正側不感帯幅、負側不感帯幅HH, HLとして関数発生器３１に出力している。関数発生器３１では正側不感帯幅、負側不感帯幅HH, HLをそれぞれ不感帯の設定値として使用している。

本実施の形態では、信号切換器４５において関数発生器４２の出力HH1, HL1及び関数発生器４４の出力HH2, HL2の選択に、負荷変化率dMWD/dtを用いている。負荷変化率dMWD/dtが設定値以上（設定した負荷変化率以上）の場合に、信号切換器４５は関数発生器４４の出力HH2, HL2を不感帯の設定値HH, HLに採用し、第２の実施の形態で述べた急速負荷追従を可能とする。

一方、負荷変化率dMWD/dtが設定値未満の場合には、関数発生器４２の出力HH1, HL1を不感帯の設定値HH, HLに採用して、第１の実施の形態で述べた燃焼切り替え時における負荷タービンの変動を制御する。

上述した本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第３の実施の形態によれば、負荷指令の時間変化率が大きい場合や、燃焼切り替え時に、増大する負荷タービン６の回転数NLPTの変動に対し、この負荷タービン６の回転数変動を先行制御するための燃料流量指令バイアス補正値FFDBCを、燃料流量指令FFDに付加する構成としたので、負荷指令の時間変化率が大きいときや燃焼切り替え時であっても、負荷変化への追従性能を向上させることができる。この結果、ガスタービン・エンジンの負荷追従性が向上すると共に、燃焼切り替え時における負荷タービンの回転数変動を防止することが可能となる。

本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第１の実施の形態を備えた２軸式ガスタービン・エンジンの概略図である。 本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第１の実施の形態における燃料流量制御手段の制御ブロック図である。 本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第１の実施の形態における燃料流量補正手段の制御ブロック図である。 本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第１の実施の形態における２軸式ガスタービン・エンジンの運転特性の計画値を示す特性図である。 本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第１の実施の形態における２軸式ガスタービン・エンジンの運転特性を示す特性図である。 本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第２の実施の形態における燃料流量補正手段の制御ブロック図である。 本発明のガスタービン・エンジンの制御装置の第３の実施の形態における燃料流量補正手段の制御ブロック図である。

１ 圧縮機
２ 燃焼器
３ 圧縮機タービン
４ 負荷
５ 制御装置
６ 負荷タービン
７ 燃料弁
１０ 回転数計
１１ 回転数計
１６ 駆動軸
１７ 駆動軸
１８ 燃料流量制御手段
１９ 燃料流量補正手段
２０ 燃料弁制御手段
２１ バーナ
３０ 微分演算器
３１ 関数発生器
３２ 関数発生器
３３ 積分演算器
３４ 変化率制限器
３５ 加算器
３６ ゲイン設定器

Claims (5)

1. 空気を吸気加圧する圧縮機を駆動する圧縮機タービンと、前記圧縮機タービンへ供給する燃焼ガスを発生させ、運転中に燃焼切り替えを行う複数の燃料弁を有する燃焼器と、負荷である発電機を駆動する負荷タービンとを備えた２軸式ガスタービン・エンジンの制御装置であって、
   前記燃焼器への燃料流量指令値を演算する燃料流量制御手段と、
   前記燃焼切り替え時に、前記燃料流量制御手段で演算した前記燃料流量指令値に前記圧縮機タービンの回転数変動を補償する補正信号を付加した燃料流量指令補正値を演算する燃料流量補正手段と、
   前記燃料流量補正手段で演算した前記燃料流量指令補正値に基づいて前記複数の燃料弁の開度を制御する燃料弁制御手段とを備え、
   前記燃料流量補正手段は、前記負荷タービンの回転数が入力され、前記負荷タービン回転数の時間変化量を算定する微分演算器と、
   前記微分演算器からの負荷タービン回転数の時間変化量に基づいて前記燃料流量指令値の補正信号を求める関数発生器とを備えた
   ことを特徴とした２軸式ガスタービン・エンジンの制御装置。
2. 空気を吸気加圧する圧縮機を駆動する圧縮機タービンと、前記圧縮機タービンへ供給する燃焼ガスを発生させ、運転中に燃焼切り替えを行う複数の燃料弁を有する燃焼器と、負荷である発電機を駆動する負荷タービンとを備えた２軸式ガスタービン・エンジンの制御装置であって、
   前記発電機の出力目標である負荷指令が入力され、前記燃焼器への前記負荷指令に応じた燃料流量指令値を演算する燃料流量制御手段と、
   前記負荷指令に基づいて負荷変化率を演算し、この負荷変化率が予め設定した設定値以上になった場合に、前記燃料流量制御手段で演算した前記燃料流量指令値に前記圧縮機タービンの回転数変動を補償する補正信号を付加した燃料流量指令補正値を演算する燃料流量補正手段と、
   前記燃料流量補正手段で演算した前記燃料流量指令補正値に基づいて前記複数の燃料弁の開度を制御する燃料弁制御手段とを備え、
   前記燃料流量補正手段は、前記負荷タービンの回転数が入力され、前記負荷タービン回転数の時間変化量を算定する微分演算器と、
   前記微分演算器からの負荷タービン回転数の時間変化量に基づいて前記燃料流量指令値の補正信号を求める関数発生器とを備えた
   ことを特徴とした２軸式ガスタービン・エンジンの制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の２軸式ガスタービン・エンジンの制御装置において、
   前記燃料流量補正手段の前記関数発生器は、前記負荷タービン回転数の時間変化量が設定値以下のときには、前記燃料流量指令値の補正信号の付加を停止する不感帯を備えた
   ことを特徴とした２軸式ガスタービン・エンジンの制御装置。
4. 請求項３に記載の２軸式ガスタービン・エンジンの制御装置において、
   前記燃料流量補正手段は、前記燃料流量指令値を入力として前記関数発生器の正側不感帯幅と負側不感帯幅を出力する不感帯設定用関数発生器を備えた
   ことを特徴とした２軸式ガスタービン・エンジンの制御装置。
5. 請求項３に記載の２軸式ガスタービン・エンジンの制御装置において、
   前記燃料流量補正手段は、前記負荷指令の変化率を入力として前記関数発生器の正側不感帯幅と負側不感帯幅を出力する不感帯設定用関数発生器を備えた
   ことを特徴とした２軸式ガスタービン・エンジンの制御装置。

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