JP5484871B2 - ガスタービンの制御装置及びその方法並びに発電プラント - Google Patents
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このような規則に準拠しようとした場合、高負荷帯における周波数低下発生時には、所定の割合で負荷を上昇させる負荷要求が出され、この負荷要求に速やかに追従するようにガスタービンの軸出力を増加させることが要求される。
しかしながら、要求負荷の上昇に伴いガスタービンの軸出力を急激に上昇させると、燃焼温度の上昇(ガスタービン入口温度)や排ガス温度の上昇が発生し、機器保護の観点から温調制御が作動する事象が発生する。このように、温調制御が作動すると、ガスタービンの軸出力が抑制され、要求負荷に対するガスタービンの軸出力の追従性が悪化することが懸念される。
本発明は、圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼器に供給して該燃焼器で発生する燃焼ガスによってガスタービンを回転させて発電機を駆動するガスタービンの制御装置であって、前記燃焼器に供給する空気流量を制御する空気流量制御手段と、前記燃焼器に供給する燃料流量を制御する燃料流量制御手段とを備え、前記空気流量制御手段は、系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記発電機の出力が所定値以上の高負荷帯にある場合に、フラグを有効とするフラグ生成手段と、前記フラグが有効の期間において、前記燃焼器に供給する空気流量を過渡的に増加させる空気流量設定手段とを有し、前記燃料流量制御手段は、前記発電機の出力に基づいて第1燃料供給量を決定する負荷制御手段、及び/又は、前記ガスタービンの回転数に基づいて第2燃料供給量を決定するガバナ制御手段と、排ガス温度制御手段と、ブレードパス温度制御手段とを有し、前記排ガス温度制御手段は、前記ガスタービンの排ガス温度に基づいて第3基準燃料供給量を決定する排ガス制御信号生成手段と、前記フラグが有効の場合に、前記第3基準燃料供給量に所定の第1補正量を加算して、第3燃料供給量を得る第1補正手段とを有し、前記ブレードパス温度制御手段は、前記排ガス温度よりも前記ガスタービンに近い場所で計測されるブレードパス温度に基づいて第4基準燃料供給量を決定するブレードパス制御信号生成手段と、前記フラグが有効の場合に、前記第4基準燃料供給量に前記第1補正量よりも小さい値に設定されている所定の第2補正量を加算して、第4燃料供給量を得る第2補正手段とを有し、前記第1乃至第4燃料供給量の中から最も値の小さい燃料供給量を選択して前記燃焼器に供給する燃料供給量を設定するガスタービンの制御装置を提供する。
なお、上記ブレードパス温度は、例えば、ガスタービン最終段動翼出口でのガス温度である。
以下に、本発明の第1の実施形態に係る発電プラントの一実施形態について、図面を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る発電プラントのガスタービン周辺における主要構成を示した図である。
ガスタービン3を通った排気ガスは、排気ダクトを経て蒸気タービン(図示略)等へ送られ、排気ガスのエネルギーが活用される。
圧縮機1の第1段の翼の前側には、圧縮機1へ供給する空気流量を調整するための入口案内翼(以下「IGV調整弁」という。)6が設けられている。
基準指令生成部42は、基本的には、発電機出力(GT出力)に基づいてIGV開度を設定するものであり、乗算器51、テーブル関数器(FX1)52、リミッタ53、補正関数器(FX2)54および制限関数器(FX3)55を備えている。
信号切換器59は、信号発生器(SG1)57で生成された信号と信号発生器(SG2)58で生成された信号とをIGV緊急時全開フラグFLGに応じて切り換える。信号切換器59によって選択された信号はレートリミッタ60を介して加算器56に送られ、加算器56において基準指令生成部42によって生成されたIGV開度指令(通常運転時におけるIGV開度指令)に加算される。
変化率制限部44において、負荷遮断フラグとIGV緊急時全開フラグFLGとの論理和信号がORゲート62から信号切換器65に入力される。信号切換器65は、信号発生器(SG3)63及び信号発生器(SG4)64により発生された信号を、ORゲート62からの信号に応じて切り換え、これを変化率制限器61に供給してIGV開度の変化率制限値を変える。ここで、信号発生器(SG3)63には通常時の変化率制限値(例えば、400[%/分])が、また信号発生器(SG4)64には負荷遮断時の変化率制限値(例えば、3000[%/分])が、それぞれ設定されている。すなわち、IGV緊急時全開フラグFLGが有効になった時には、負荷遮断時の変化率制限値が適用されることとなる。なお、上記レートリミッタ60は、この変化率制限器61にその機能を持たせて、削除しても良い。
負荷制御器11は、発電機出力を入力信号として取得し、発電機出力を目標値に一致させるように燃料流量を制御する負荷制御信号LDCSOを算出する。例えば、負荷制御器11は、発電機出力と目標出力との差分に対して比例積分(PI)演算を行い、この結果を負荷制御信号LDCSOとして出力する。
ブレードパス温度制御器15は、図7に示すように、ブレードパス制御信号BPCSOを算出するBP制御信号生成部(ブレードパス制御信号生成手段)70と、BP制御信号生成部70によって生成されたブレードパス制御信号BPCSOを補正する信号補正部(第2補正手段)71とを備えている。
BP制御信号生成部70は、BPTセンサ7から通知されるブレードパス温度を入力信号として取得し、ブレードパス温度を目標値に一致させるように燃料流量を制御する。例えば、BP制御信号生成部70は、ブレードパス温度とブレードパス温度設定値と予め設定されているブレードパス設定値との差分に対して比例積分(PI)演算を行い、この結果をブレードパス制御信号BPCSOとして出力する。
EX制御信号生成部80は、EXセンサ8から通知される排ガス温度を入力信号として取得し、排ガス温度を目標値に一致させるように燃料流量を制御する。例えば、EX制御信号生成部80は、排ガス温度と予め設定されている排ガス設定値との差分に対して比例積分(PI)演算を行い、この結果を排ガス制御信号EXCSOとして出力する。
これにより、系統周波数が低下するなどにより、ガスタービンの軸出力を上昇させなければならい期間において、ガスタービンへ供給される燃料流量を温調制御によって抑制することを回避することができ、ガスタービンの出力を負荷要求に追従して速やかに増加させることが可能となる。
次に、本発明の第2の実施形態に係る発電プラント及びガスタービン制御装置について説明する。本実施形態では、温調制御器13が備える排ガス温度制御器の構成が上述した第1の実施形態と異なる。以下、本実施形態に係る排ガス温度制御器16−1について、図10を参照して説明する。
2 燃焼器
3 ガスタービン
4 発電機
5 燃料流量調節弁
6 IGV調整弁
7 BPTセンサ
8 EXTセンサ
10 発電プラント
11 負荷制御器
12 ガバナ制御器
13 温度制御器
14 最小値選択器
15 ブレードパス温度制御器
16,16−1 排ガス温度制御器
20 ガスタービン制御装置
21 空気流量制御部
22 燃料流量制御部
31 IGV制御フラグ生成部
32 IGV制御部
70 BP制御信号生成部
71 信号補正部
80 EX制御信号生成部
81 信号補正部
Claims (9)
- 圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼器に供給して該燃焼器で発生する燃焼ガスによってガスタービンを回転させて発電機を駆動するガスタービンの制御装置であって、
前記燃焼器に供給する空気流量を制御する空気流量制御手段と、
前記燃焼器に供給する燃料流量を制御する燃料流量制御手段とを備え、
前記空気流量制御手段は、
系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記発電機の出力が所定値以上の高負荷帯にある場合に、フラグを有効とするフラグ生成手段と、
前記フラグが有効の期間において、前記燃焼器に供給する空気流量を過渡的に増加させる空気流量設定手段とを有し、
前記燃料流量制御手段は、
前記発電機の出力に基づいて第1燃料供給量を決定する負荷制御手段、及び/又は、前記ガスタービンの回転数に基づいて第2燃料供給量を決定するガバナ制御手段と、
排ガス温度制御手段と、
ブレードパス温度制御手段とを有し、
前記排ガス温度制御手段は、
前記ガスタービンの排ガス温度に基づいて第3基準燃料供給量を決定する排ガス制御信号生成手段と、
前記フラグが有効の場合に、前記第3基準燃料供給量に所定の第1補正量を加算して、第3燃料供給量を得る第1補正手段とを有し、
前記ブレードパス温度制御手段は、
前記排ガス温度よりも前記ガスタービンに近い場所で計測されるブレードパス温度に基づいて第4基準燃料供給量を決定するブレードパス制御信号生成手段と、
前記フラグが有効の場合に、前記第4基準燃料供給量に前記第1補正量よりも小さい値に設定されている所定の第2補正量を加算して、第4燃料供給量を得る第2補正手段とを有し、
前記第1乃至第4燃料供給量の中から最も値の小さい燃料供給量を選択して前記燃焼器に供給する燃料供給量を設定するガスタービンの制御装置。 - 前記第1補正手段は、前記フラグが有効から無効になった後から所定期間経過後に、前記第3基準燃料供給量への前記第1補正量の加算を停止する請求項1に記載のガスタービンの制御装置。
- 圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼器に供給して該燃焼器で発生する燃焼ガスによってガスタービンを回転させて発電機を駆動するガスタービンの制御装置であって、
前記燃焼器に供給する空気流量を制御する空気流量制御手段と、
前記燃焼器に供給する燃料流量を制御する燃料流量制御手段とを備え、
前記空気流量制御手段は、系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記発電機の出力が所定値以上の高負荷帯にある場合に、フラグを有効とするフラグ生成手段と、
前記フラグが有効の期間において、前記燃焼器に供給する空気流量を過渡的に増加させる空気流量設定手段とを有し、
前記燃料流量制御手段は、
前記発電機の出力に基づいて第1燃料供給量を決定する負荷制御手段、及び/又は、前記ガスタービンの回転数に基づいて第2燃料供給量を決定するガバナ制御手段と、
前記ガスタービンから排出されるガス温度に基づいて第3燃料供給量を決定するとともに、前記フラグが有効の場合には、前記第3燃料供給量が取りうる上限値を第3燃料供給量として出力する温度制御手段と、
前記第1乃至第3燃料供給量の中から最も値の小さい燃料供給量を選択して前記燃焼器に供給する燃料供給量を設定する最小値選択手段とを具備するガスタービンの制御装置。 - 前記温度制御手段は、前記フラグが有効から無効になった後から所定期間経過後に、前記第3燃料供給量に前記上限値以外の値を設定する請求項3に記載のガスタービンの制御装置。
- 前記圧縮機の前段にIGV調整弁が備えられており、前記IGV調整弁の弁開度を調整することにより、前記燃焼器に供給する空気流量を制御する場合において、前記フラグ生成手段は、系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記IGV調整弁の開度が標準全開の状態にある場合にも、前記フラグを有効とする請求項1から請求項4のいずれかに記載のガスタービンの制御装置。
- 圧縮機と、
前記圧縮機からの圧縮空気と燃料とが供給される燃焼器と、
前記燃焼器で発生する燃焼ガスによって回転するガスタービンと、
請求項1から請求項5のいずれかに記載のガスタービンの制御装置と
を備えるガスタービン装置。 - 圧縮機と、
前記圧縮機からの圧縮空気と燃料とが供給される燃焼器と、
前記燃焼器で発生する燃焼ガスによって回転するガスタービンと、
前記ガスタービンの回転により発電する発電機と、
請求項1から請求項5のいずれかに記載のガスタービンの制御装置と
を具備する発電プラント。 - 圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼器に供給して該燃焼器で発生する燃焼ガスによってガスタービンを回転させて発電機を駆動するガスタービンの制御方法であって、
系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記発電機の出力が所定値以上の高負荷帯にある場合に、前記燃焼器に供給する空気流量を過渡的に増加させる第1過程と、
前記発電機の出力に基づいて決定された第1燃料供給量、及び/又は、前記ガスタービンの回転数に基づいて決定された第2燃料供給量、前記ガスタービンの排ガス温度に基づいて決定された第3燃料供給量、前記排ガス温度よりも前記ガスタービンに近い場所で計測されるブレードパス温度に基づいて決定された第4燃料供給量の中から最も小さい燃料供給量を選択して前記燃焼器に供給する燃料供給量を設定する第2過程と
を含み、
前記第1過程により前記燃焼器に供給する空気流量が過渡的に増加されている期間において、前記第2過程では、前記第3燃料供給量に第1補正量を加算し、かつ、前記第4燃料供給量に前記第1補正量よりも小さい値に設定されている第2補正量を加算することにより、第3燃料供給量及び前記第4燃料供給量の値を増加させるガスタービンの制御方法。 - 圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼器に供給して該燃焼器で発生する燃焼ガスによってガスタービンを回転させて発電機を駆動するガスタービンの制御方法であって、
系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記発電機の出力が所定値以上の高負荷帯にある場合に、前記燃焼器に供給する空気流量を過渡的に増加させる第1過程と、
前記発電機の出力に基づいて決定された第1燃料供給量、及び/又は、前記ガスタービンの回転数に基づいて決定された第2燃料供給量、前記ガスタービンから排出されるガス温度に基づいて決定された第3燃料供給量の中から最も小さい燃料供給量を選択して前記燃焼器に供給する燃料供給量を設定する第2過程とを含み、
前記第1過程により前記燃焼器に供給する空気流量が過渡的に増加されている期間において、前記第2過程では、前記第3燃料供給量として前記第3燃料供給量が取りうる上限値が設定されるガスタービンの制御方法。
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