JP6033391B1

JP6033391B1 - ガスタービンの運転制御方法、改装方法、及びガスタービン制御装置の設定変更方法

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Publication number: JP6033391B1
Application number: JP2015228722A
Authority: JP
Inventors: 伸和石井; 藤井　慶太; 慶太藤井; 厚志垣内
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2015-11-24
Filing date: 2015-11-24
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2035-11-24
Also published as: CN108350808B; US20180283288A1; EP3354880A1; EP3354880A4; JP2017096155A; EP3354880B1; KR20180053403A; CN108350808A; WO2017090446A1; KR101984448B1; US10711705B2

Abstract

【課題】改装の前後でガスタービンの運転条件にずれが生じることを抑制する。【解決手段】タービンに供給される冷却用空気の供給量を低減し、かつタービンに設けられる少なくとも一部の部品を冷却用空気の供給量に応じた部品に交換する改装Ｓ１０を行うことと、改装後の冷却用空気の供給量及び交換された部品に応じて制御装置の設定値算出関数を変更Ｓ５０することにより、改装の前後でガスタービンの運転条件にずれが生じることを抑制する。【選択図】図１１

Description

本発明は、ガスタービンの運転制御方法、改装方法、及びガスタービン制御装置の設定変更方法に関する。

ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンとにより構成されている。そして、空気取入口から取り込まれた空気が圧縮機によって圧縮されることで高温高圧の圧縮空気となり、燃焼器にて、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させることで高温高圧の燃焼ガス（作動流体）を得て、この燃焼ガスによりタービンを駆動し、このタービンに連結された発電機を駆動する。タービンを駆動させた燃焼ガスは、タービンの排気側から排ガスとして排出される。また、ガスタービンは、タービンに冷却用空気を供給する冷却用空気供給ラインを有する。

このようなガスタービンを制御する制御装置は、圧縮機に取り込む空気量、燃料の供給量、冷却用空気の供給量等を調整して、燃焼ガスが流入するタービンのタービン入口温度が予め設定された上限温度を超えないように、ガスタービンの運転を制御する温調制御を実行している。温調制御を行うガスタービンの制御装置としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。特許文献１のガスタービンの運転制御装置では、ガスタービンの出力上昇に従って、圧縮機の吸気側に設けられる吸気弁（入口案内翼）の開度を開き方向に調整している。

特開２００８−７５５７８号公報

近年、ガスタービンの出力及び効率を向上させるため、タービンに供給される冷却用空気の供給量を減少させ、燃焼器に供給する圧縮空気の供給量を増加させる改装（アップグレード）を行うことが提案されている。また、この改装を行う場合、タービンに設けられる動翼や静翼等の部品を、供給量が減少した冷却用空気であっても冷却可能なものに交換することが行われる。

しかしながら、改装後のガスタービンは、改装前に比べて出力及び効率が向上しているため、例えば同一のガスタービン出力（又は圧力比）におけるタービン入口温度が低下する。また、改装の前後でタービンの部品が異なっているため、ガスタービンの運転条件に影響を及ぼす可能性がある。このように、上記の改装を行うことにより、改装の前後において、ガスタービンの運転条件にずれが生じる可能性がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、改装の前後でガスタービンの運転条件にずれが生じることを抑制できるガスタービンの運転制御方法、改装方法、及びガスタービン制御装置の設定変更方法を提供することを目的とする。

本発明に係るガスタービンの運転制御方法は、空気供給ラインから供給される空気を圧縮する圧縮機と、燃料が供給され前記圧縮機で圧縮された圧縮空気を燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器で生じた燃焼ガスにより回転するタービンと、前記圧縮空気の一部を前記タービンの冷却用空気として前記タービンに供給する冷却用空気供給部と、前記空気供給ラインに設けられ、前記圧縮機に供給される空気量を調整する吸気弁とを備えるガスタービンの運転制御方法であって、前記ガスタービンの出力を測定した結果である出力測定値と、前記出力測定値と前記吸気弁の開度設定値との関係を規定する第１関数と、に基づいて前記出力測定値に対する前記開度設定値を算出するステップと、算出された前記開度設定値に基づいて前記吸気弁の開度を調整するステップと、前記タービンに供給される前記冷却用空気の供給量を低減しかつ前記タービンに設けられる部品を前記冷却用空気の供給量に応じた部品に交換する改装が行われた場合に、前記改装後の前記冷却用空気の供給量及び交換された前記部品に応じて前記第１関数を変更するステップとを含む。

従って、第１関数が改装後の冷却用空気の供給量及び交換された部品に応じたものに変更されるため、改装の内容に応じて吸気弁の開度設定値が適切に算出される。これにより、タービン入口温度が改装の前後でずれることを抑制でき、改装の前後でガスタービンの運転条件にずれが生じることを抑制できる。

本発明のガスタービンの運転制御方法は、前記圧縮機の圧力比と、前記圧力比と前記タービンから排出される排ガスについて予め設定された設定温度との関係を規定した第２関数と、に基づいて、前記圧力比に対する前記設定温度を求めるステップと、前記改装が行われた場合に、前記圧力比の上昇に伴い生ずる熱膨張による排ガス温度の低下の増加量に相当する第１の補正値と前記冷却用空気の供給量の低減に伴い生ずる排ガス温度の上昇の増加量に相当する第２の補正値から算出される前記第２関数に変更するステップとをさらに含む。

従って、第２関数が改装後の冷却用空気の供給量及び交換された部品に応じたものに変更されるため、適切な排ガスの設定温度を求めることができる。これにより、改装の前後でガスタービンの運転条件にずれが生じることを抑制できる。

本発明のガスタービンの運転制御方法は、前記第２関数に基づいて算出された前記設定温度に基づいて、前記第１関数に基づいて算出された前記開度設定値を補正するステップをさらに含む。

従って、改装が行われた後には適切な設定温度に基づいて開度設定値が補正されるため、改装の前後でガスタービンの運転条件にずれが生じることをより確実に抑制できる。

本発明のガスタービンの運転制御方法において、前記ガスタービンは、前記燃焼器に前記燃料を供給する複数の燃料供給ラインを有し、前記空気供給ラインから供給される前記空気の温度を測定した結果である吸気温度と、前記吸気温度と前記ガスタービンの出力との関係を規定する第３関数と、に基づいてタービン入口温度に対応する制御変数を算出し、算出した前記制御変数に基づいて、複数の前記燃料供給ラインに対する燃料供給量の配分比を設定するステップとをさらに含む。

従って、改装が行われた後には、冷却用空気の供給量及び交換された部品に応じて変更された関数に基づいて算出された算出値によって制御変数が算出されるため、複数の燃料供給ラインに対する燃料供給量の配分比をより適切に設定することができる。

本発明のガスタービンの運転制御方法は、前記改装が行われた場合に、前記改装後の前記冷却用空気の供給量及び交換された前記部品に応じて前記第３関数を変更するステップをさらに含む。

従って、改装が行われた後にはより適切な制御変数が算出されるため、改装の前後でガスタービンの運転条件にずれが生じることをより確実に抑制できる。

本発明のガスタービンの運転制御方法において、変更後の前記第１関数は、前記改装の前後において、前記ガスタービンに定格出力よりも小さい出力で部分負荷運転を行わせたときのタービン入口温度が同一となるように設定される。

従って、部分負荷運転を行う場合においても、改装の前後でガスタービンの運転条件にずれが生じることを確実に抑制できる。

本発明のガスタービンの運転制御方法において、前記部品は、前記タービンに設けられる複数の動翼及び複数の静翼のうち少なくとも一つを含む。

従って、動翼及び静翼のうち少なくとも１つを交換した場合において、改装の前後でガスタービンの運転条件にずれが生じることを確実に抑制できる。

本発明に係るガスタービンの改装方法は、空気供給ラインから供給される空気を圧縮する圧縮機と、燃料が供給され前記圧縮機で圧縮された圧縮空気を燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器で生じた燃焼ガスにより回転するタービンと、前記圧縮空気の一部を前記タービンの冷却用空気として前記タービンに供給する冷却用空気供給部と、前記空気供給ラインに設けられ、前記圧縮機に供給される空気量を調整する吸気弁と、ガスタービン出力を測定した結果である出力測定値と、前記出力測定値と前記吸気弁の開度設定値との関係を規定する第１関数と、に基づいて前記出力測定値に対する前記開度設定値を算出し、算出された前記開度設定値に基づいて前記吸気弁の開度を調整する制御装置とを備えるガスタービンの改装方法であって、前記タービンに供給される前記冷却用空気の供給量を低減しかつ前記タービンに設けられる少なくとも一部の部品を前記冷却用空気の供給量に応じた部品に交換する改装を行うことと、前記改装後の前記冷却用空気の供給量及び交換された前記部品に応じて前記第１関数を変更することと、を含む。

従って、改装を行った後、冷却用空気の供給量及び交換された部品に応じて第１関数を変更することにより、改装の内容に応じて吸気弁の開度設定値が適切に算出される。これにより、改装の前後でガスタービンの運転条件にずれが生じることを抑制でき、かつ改装を効率的に行うことができる。

本発明に係るガスタービン制御装置の設定変更方法は、空気供給ラインから供給される空気を圧縮する圧縮機と、燃料が供給され前記圧縮機で圧縮された圧縮空気を燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器で生じた燃焼ガスにより回転するタービンと、前記圧縮空気の一部を前記タービンの冷却用空気として前記タービンに供給する冷却用空気供給部と、前記空気供給ラインに設けられ、前記圧縮機に供給される空気量を調整する吸気弁とを備えるガスタービンを制御するものであり、前記ガスタービンの出力を測定した結果である出力測定値と、前記出力測定値と前記吸気弁の開度設定値との関係を規定する第１関数と、に基づいて前記出力測定値に対する前記開度設定値を算出し、算出された前記開度設定値に基づいて前記吸気弁の開度を調整するガスタービン制御装置の設定変更方法であって、前記タービンに供給される前記冷却用空気の供給量を低減しかつ前記タービンに設けられる少なくとも一部の部品を前記冷却用空気の供給量に応じた部品に交換する改装が行われた場合に、前記改装後の前記冷却用空気の供給量及び交換された前記部品に応じて前記第１関数を変更することを含む。

従って、改装を行った後、冷却用空気の供給量及び交換された部品に応じて第１関数を変更することにより、改装の内容に応じて吸気弁の開度設定値が適切に算出される。これにより、改装の前後でガスタービンの運転条件にずれが生じることを抑制でき、かつ、ガスタービン制御装置の設定変更を効率的に行うことができる。

本発明によれば、改装の前後でガスタービンの運転条件にずれが生じることを抑制できる。

図１は、本実施形態に係るガスタービンを表す模式図である。図２は、タービンの一部の構成を模式的に示す図である。図３は、制御部の構成を示すブロック図である。図４は、温度リミット制御部の一例を示すブロック図である。図５は、圧力比と排ガス温度上限値との関係を示すグラフである。図６は、定格温調ラインの排ガス設定温度と圧力比の関係を示す図である。図７は、ＩＧＶ制御部の一例を示すブロック図である。図８は、ガスタービン出力とＩＧＶ開度設定値との関係を示すグラフである。図９は、制御変数生成部の一例を示すブロック図である。図１０は、吸気温度とガスタービン出力との関係を示すグラフである。図１１は、ガスタービンの改装方法の一例を示すフローチャートである。

以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせることも可能である。

図１は、本実施形態に係るガスタービンを表す模式図である。図１に示すように、本実施形態に係るガスタービン１は、圧縮機１１と、燃焼器１２と、タービン１３とを備えている。圧縮機１１、燃焼器１２およびタービン１３の中心部には、ロータ１８が貫通して配置され、圧縮機１１とタービン１３とは、ロータ１８により一体回転可能に連結されている。このガスタービン１は、制御装置１４によって制御されている。また、ガスタービン１には、発電機１５が連結されており、発電可能となっている。また、ガスタービン１は、圧縮機１１からタービン１３に冷却用空気を供給する冷却用空気供給ライン１９を有する。冷却用空気供給ライン１９には、冷却用空気制御弁２０が設けられている。

圧縮機１１は、空気取入口から取り込んだ空気Ａを圧縮して圧縮空気Ａ１とする。この圧縮機１１には、空気取入口から取り込む空気Ａの吸気量を調整する入口案内翼（ＩＧＶ：Inlet Guide Vane：吸気弁）２２が配置される。入口案内翼２２は、その開度が調整されることで、空気Ａの吸気量が調整される。具体的に、入口案内翼２２は、複数の翼本体２２ａと、複数の翼本体２２ａの翼角度を変更するためのＩＧＶ作動部２２ｂとを有し、ＩＧＶ作動部２２ｂにより翼本体２２ａの翼角度が調整されることで、入口案内翼２２の開度が調整され、空気Ａの吸気量を調整する。入口案内翼２２は、その開度が大きくなると、空気Ａの吸気量が多くなり、圧縮機１１の圧力比が増加する。一方で、入口案内翼２２は、その開度が小さくなることで、空気Ａの吸気量が少なくなり、圧縮機１１の圧力比が低下する。

燃焼器１２は、圧縮機１１で圧縮された圧縮空気Ａ１に対して燃料Ｆを供給し、圧縮空気Ａ１と燃料Ｆとを混合して燃焼することで、燃焼ガスを生成する。タービン１３は、燃焼器１２で生成された燃焼ガスによって回転する。図２は、ガスタービン１のうちタービン１３の一部の構成を模式的に示す図である。図２に示すように、タービン１３は、ロータ１８と、複数段の静翼２５と、複数段の動翼２６とを有している。各段の静翼２５は、ケーシング２８に取り付けられている。各段の動翼２６は、ロータ１８の外周に固定されている。複数段の静翼２５と複数段の動翼２６とは、ロータ１８の軸方向に交互に設けられている。また、ケーシング２８には、分割環２７が設けられている。分割環２７は、動翼２６に対して径方向の外側に離間して設けられている。静翼２５及び分割環２７は、ロータ１８の軸方向に離間して配置されている。

ロータ１８は、軸方向の両端部が図示しない軸受部により回転自在に支持されており、軸心を中心として回転自在に設けられている。そして、ロータ１８の圧縮機１１側の端部には、発電機１５の駆動軸が連結されている。発電機１５は、タービン１３と同軸上に設けられ、タービン１３が回転することで発電することができる。

従って、圧縮機１１の空気取入口から取り込まれた空気Ａは、入口案内翼２２を経て圧縮機１１の内部を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気Ａ１となる。この圧縮空気Ａ１に対して燃焼器１２から燃料Ｆが供給され、圧縮空気Ａ１と燃料Ｆとが混合され燃焼することで、高温・高圧の燃焼ガスが生成される。そして、燃焼器１２で生成された高温・高圧の燃焼ガスが、タービン１３の内部を通過することにより、タービン１３を作動（回転）させてロータ１８を駆動回転し、このロータ１８に連結された発電機１５を駆動する。これにより、ロータ１８に連結された発電機１５は、回転駆動されることで発電を行う。一方、タービン１３を駆動した燃焼ガスは、排ガスとして熱を回収し、大気に放出される。

このガスタービン１においては、出力及び効率を向上させるため、タービン１３に供給される冷却用空気の供給量を低減させ、燃焼器１２に供給する圧縮空気の供給量を増加させる改装（アップグレード）が行われることがある。この改装を行う場合、タービン１３に設けられる動翼や静翼等の部品を、供給量が減少した冷却用空気であっても冷却可能なものに交換することが行われる。

上記のガスタービン１の改装では、例えば静翼２５、動翼２６及び分割環２７等、タービン１３を構成する部品を交換する場合がある。本実施形態では、ガスタービン１の改装を行う場合、タービン１３を構成する部品のうち、第１段及び第２段の静翼２５と、第１段及び第２段の動翼２６とを新たな部品に交換する場合を例に挙げて説明する。なお、部品の交換対象については、これに限定するものではなく、他の組み合わせで部品を交換してもよい。

また、図１に示すように、上記ガスタービン１には、車室圧力計５１、吸気状態検出器５２、ブレードパス温度計５３、排ガス温度計５４及び流量計５５が設けられている。車室圧力計５１は、圧縮機１１から燃焼器１２に向けて圧縮空気Ａ１が流通するラインに設けられ、具体的に、燃焼器１２の車室内部に設けられ、圧縮空気Ａ１の圧力（車室圧力）を計測する。吸気状態検出器５２は、圧縮機１１に取り込まれる空気Ａの吸気温度と吸気圧力とを検出する。ブレードパス温度計５３は、タービン１３から排出される排ガスが流通するラインに設けられ、タービン１３の排ガスの流れ方向の下流側に設けられる最終段のブレードを通過した排ガスの温度を計測する。排ガス温度計５４は、ブレードパス温度計５３の下流側に設けられ、排ガスの温度を計測する。流量計５５は、冷却用空気供給ライン１９を流れる冷却用空気の流量を計測する。さらに、ガスタービン１には、ガスタービン１の出力（負荷）を検出するための出力計５６が設けられている。そして、車室圧力計５１、吸気状態検出器５２、ブレードパス温度計５３、排ガス温度計５４、流量計５５及び出力計５６により計測された信号が、制御装置１４に入力される。

制御装置１４は、制御部６１と、記憶部６２と、変更部６３とを有している。制御部６１は、車室圧力計５１、吸気状態検出器５２、ブレードパス温度計５３、排ガス温度計５４及び流量計５５等の計測結果に基づいて、入口案内翼２２及び燃料調整弁３５等を制御して、ガスタービン１の運転を制御する。また、制御部６１は、ガスタービン１の出力（発電機１５の出力）に応じて、ガスタービン１の運転を制御する。また、制御部６１は、ガスタービン１に対して部分負荷運転と、全負荷運転とを行わせる。全負荷運転は、ガスタービン１の出力が定格出力となる運転である。部分負荷運転は、ガスタービン１の出力が定格出力よりも小さい出力となる運転である。

また、制御部６１は、燃料Ｆの供給量を調整すべく、燃焼器１２へ向けて燃料Ｆを供給する燃料供給ライン３４に設けられる燃料調整弁３５を制御する燃料制御を実行している。燃料供給ライン３４は、例えばメイン燃料供給ライン、パイロット燃料供給ライン、トップハット燃料供給ライン等の複数の供給ラインを有している。燃料調整弁３５は、複数の供給ラインのそれぞれに設けられており、個別に開度を制御可能である。制御部６１は、燃料調整弁３５を制御することで、圧縮空気Ａ１に対して供給（噴射）する燃料Ｆの供給量及びその配分を調整する。

図３は、制御部６１の構成を示すブロック図である。図３に示すように、制御部６１は、排ガス温度制御部７１と、燃焼制御部７２と、ＩＧＶ制御部７３と、燃焼負荷制御部７４とを有している。

排ガス温度制御部７１は、タービン入口温度が、所定温度を維持するように排ガス温度と圧力比の関係を設定する。排ガス温度制御部７１は、ブレードパス温度制御部７５と、温度リミット制御部７６とを有している。ブレードパス温度制御部７５には、ブレードパス温度計５３によって計測されたブレードパス温度が入力される。ブレードパス温度制御部７５は、ブレードパス温度に基づいてブレードパス温度設定値を生成し、後述の低値選択部８０に出力する。

温度リミット制御部７６には、車室圧力計５１によって計測された圧縮機１１の車室内部の圧力（車室圧力）と、吸気状態検出器５２によって計測された吸気圧力と、排ガス温度計５４によって測定された排ガス温度の測定値と、が入力される。温度リミット制御部７６は、入力値に基づいて、排ガス温度設定値を出力する。

図４は、温度リミット制御部７６の一例を示すブロック図である。図４に示すように、温度リミット制御部７６は、制御器７６ａと、減算器７６ｂと、ＰＩ制御器７６ｃとを有している。制御器７６ａには、排ガス温度設定値を算出するための圧力比が入力される。圧力比は、車室圧力と吸気圧力との比（車室圧力／吸気圧力）である。制御器７６ａに入力される圧力比の値は、排ガス温度設定値を算出するために目標値として設定された値である。制御器７６ａは、入力された圧力比と、設定温度算出関数（第２関数）とに基づいて、入力された圧力比に対する排ガスの設定温度（以下、排ガス設定温度、と表記する）を算出し、減算器７６ｂに出力する。なお、設定温度算出関数については、後述する。また、制御器７６ａは、算出した排ガス設定温度を、後述のＩＧＶ制御部７３に設けられる減算器７３ｇに出力する。

ここで、設定温度算出関数について説明する。図５は、圧力比と排ガス設定温度との関係を示すグラフである。図５は、横軸が圧力比を示し、縦軸が排ガス温度を示している。図５に示すように、設定温度算出関数は、圧力比と排ガス設定温度との関係を規定するものであり、例えば定格温調ラインＴ１、Ｔ２として示されている。定格温調ラインＴ１、Ｔ２は、所定の圧力比に対して、タービン入口温度が定格値に達した場合にガスタービン１が定格性能が得られるように設定された排ガスの温度を示すラインである。なお、定格性能とは、発電機１５からガスタービン１に所定の負荷が与えられたときに、ガスタービン１の仕事効率が最適となる性能である。また、定格温調ラインＴ１、Ｔ２は、タービン入口温度が予め設定された上限温度を超えないように設定されている。定格温調ラインＴ１、Ｔ２に示されるように、排ガス設定温度は、圧力比が大きくなるにつれて低下している。

また、図５の点Ａから点Ｅは、ガスタービン１の運転ライン上の点を示している。点Ａは、ガスタービン１に負荷を投入するときの圧力比及び排ガス温度を示している。点Ｂは、入口案内翼２２を開き始めるときの圧力比及び排ガス温度を示している。点Ｂから点Ｃまでの間は、入口案内翼の開度が増加する過程で、圧力比の増加に対して排ガス温度が一定となる制御区間である。点Ｃから点Ｄまでの間は、入口案内翼２２の開度を増加させる区間であり、点Ｄで入口案内翼２２が全開となる。点Ｅは、点Ｄからガスタービン１の負荷を１００％に向けて上げることにより、運転ラインが定格温調ラインに達した場合の圧力比及び排ガス温度である。ガスタービン１は、全負荷運転を行う場合、タービン入口温度が上限温度付近に達するべく、排ガス温度が定格温調ライン付近となるようにガスタービンの運転が制御される。また、ガスタービン１は、部分負荷運転においては、負荷変動に対するガスタービン出力の応答性を確保すべく、例えば排ガス温度が定格温調ラインの上限温度によって制限されないように、定格温調ラインよりも低い排ガス温度となるように制御される。このため、部分負荷運転では、全負荷運転に比べてタービン入口温度が低くなる。

なお、図５において破線で示される定格温調ラインＴ１は、ガスタービン１の改装を行う前の構成に対して用いられる設定温度算出関数の例を示している。また、図５において実線で示される定格温調ラインＴ２は、ガスタービン１の改装を行った後の構成に対して用いられる設定温度算出関数の例を示している。ガスタービン１の改装により、冷却用空気の供給量が減少し、車室２９内の圧力比が増加する。このため、改装後の定格温調ラインＴ２は、改装前の定格温調ラインＴ１に比べて、点Ｅにおける圧力比及び排ガス設定温度が上昇している。この排ガス設定温度の上昇分は、定格温調ラインＴ１に対して圧力比を上昇させた場合において、冷却用空気の供給量減少による排ガス設定温度の上昇分と、圧力比の上昇による排ガス設定温度の低下分との和（温調バイアス変化量）として求めることができる。

温調バイアス変化量の具体的な算出方法について、図６を用いて以下に説明する。図６は、定格温調ラインの排ガス設定温度と圧力比の関係を示す図であり、ガスタービン１の改装前の定格温調ラインＴ１と改装後の定格温調ラインＴ２を比較して示している。横軸は、圧力比を示し、縦軸は排ガス設定温度を示す。ここで、温調バイアス変化量とは、ガスタービン１の改装の結果、改装前の定格温調ラインＴ１が定格温調ラインＴ２に変化した場合、同一の圧力比に対する排ガス温度の変化量Ｘを意味する。図６において、改装前の定格温調ラインＴ１上の運転点をＰ１とし、改装後の運転点がＰ２に移動したものと考える。運転点Ｐ１における圧力比をＰＲ１、排ガス設定温度をｔ１とし、運転点Ｐ２における圧力比をＰＲ２とする。また、圧力比ＰＲ２における定格温調ラインＴ１上の点をＰ４とし、排ガス設定温度をｔ３とする。圧力比ＰＲ２及び排ガス設定温度ｔ１で定まる点をＰ３とする。

定格温調ラインは、タービン入口温度が一定であることを条件として、排ガス設定温度と圧力比の関係を表示するものであり、排ガス温度を監視することにより、タービン入口温度を管理することを目的としている。一般的に、ガスタービン１は、タービン１３において燃焼ガスが車室圧から大気圧まで熱膨張する過程で、熱膨張により燃焼ガス温度が低下する。すなわち、定格温調ラインは、タービン入口温度が一定の条件下で、圧力比の増加ともに排ガス設定温度が低下する右下がりのラインとなる。

前述したように、ガスタービン１を改装した場合、冷却用空気の供給量が減少することにより、車室２内の圧力比が上昇する。従って、車室２内の圧力比が高ければ、熱膨張による排ガス温度が低下する割合は大きくなる。図６において、ガスタービン１の改装により、ガスタービン１の運転点は、改装前の定格温調ラインＴ１上の運転点Ｐ１（圧力比ＰＲ１）から、改装後の定格温調ラインＴ２上の運転点Ｐ２（圧力比ＰＲ２）に移動するものと考えることができる。前述した点Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４は、いずれも圧力比ＰＲ２上の点であり、線分Ｐ２Ｐ４上に点Ｐ３も存在する。

図６に示すように、ガスタービン１の改装により、便宜上、改装前の運転点Ｐ１は、改装により圧力比が増加して、点Ｐ４に移動し、点Ｐ４から運転点Ｐ２に移動する過程で、温調バイアス変化量Ｘに相当する排ガス温度の増加があり、運転点Ｐ２に達すると考えることができる。

温調バイアス変化量Ｘは、圧力比をＰＲ２とした場合、線分Ｐ２Ｐ４で示される。ここで、線分Ｐ２Ｐ４を、線分Ｐ３Ｐ４と線分Ｐ２Ｐ３に区分けし、それぞれの線分を変数Ｘ１、Ｘ２と定めれば、温調バイアス変化量Ｘは、式〔Ｘ＝Ｘ１＋Ｘ２〕で算出できる。すなわち、ガスタービン１の改装により、運転点がＰ１からＰ２に変わる過程における温調バイアス変化量Ｘは、便宜上、燃焼ガスの圧力比が増加して、排ガス温度が低下する過程で生ずる温度低下の増加分に相当する変数Ｘ１と、冷却用空気の供給量の減少に伴い排ガス温度が低下する過程に生ずる温度低下の増加分に相当する変数Ｘ２、に区分けして説明できる。

ガスタービン１の改装により、車室２内の圧力比がＰＲ１からＰＲ２に増加した場合、タービン１３での熱膨張により、排ガスの温度低下が改装前より大きくなる。変数Ｘ１は、圧力比の増加に伴う排ガス温度の低下の増加分に相当する。すなわち、図６において、車室２内の圧力比が改装前のＰＲ１から改装後のＰＲ２に増加した場合、タービン１３での燃焼ガスの熱膨張により、排ガス温度は、改装前の排ガス設定温度ｔ１からｔ３に低下する。変数Ｘ１は、排ガス温度が低下する温度低下の増加量であり、排ガス温度ｔ３を改装前の排ガス温度ｔ１に戻すための補正量に相当する。点Ｐ３と点Ｐ４の温度差Ｘ１は、式〔Ｘ１＝ｔ１−ｔ３〕で算出される。

次に、冷却用空気の供給量の減少に対応する変数Ｘ２について説明する。ガスタービン１の改装により、タービン１３を構成する部品に供給される冷却空気の供給量が低下するため、各部品から燃焼ガス流路に排出される冷却空気量が減少し、燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスの温度が改装前の燃焼ガス温度より上昇する。更に、その下流側の部品が改装された場合、この部品から排出される冷却空気量が低下して、その下流側の部品の下流側の燃焼ガス温度が改装前より更に上昇する。このような手順を繰り返して、最終的にタービン１３から排出される排ガス温度が、改装前より上昇する。改装による冷却用空気の供給量の低減に伴い燃焼ガス温度が上昇する過程は、線分Ｐ２Ｐ３で表示され、変数Ｘ２に相当する補正量と捉えることができる。

運転点が、点Ｐ１から点Ｐ４を経て点Ｐ３に移動する圧力比の増加に伴う熱膨張による排ガス温度が低下する過程と、点Ｐ３から点Ｐ２に至る冷却用空気の供給量の低減に伴う排ガス温度が増加する過程は、同時並行で進行するため、実際の運転点の変化は、点Ｐ１から点Ｐ２への変化として捉えられる。従って、ガスタービン１の改装により、運転点がＰ１からＰ２に移動した場合、定格温調ラインＴ１を定格温調ラインＴ２に修正する場合の補正量は、温調バイアス変化量Ｘ、すなわち、変数Ｘ１に相当する圧力比の増加に伴う排ガス温度の低下の増加量である補正量（第１補正値）と、変数Ｘ２に相当する冷却用空気の供給量の低下に伴う排ガス温度の上昇の増加量である補正量（第２補正値）を加算した補正量と考えることができる。

したがって、定格温調ラインＴ２は、定格温調ラインＴ１において圧力比を上昇させ、温調バイアス変化量を加算した状態のラインとなっており、定格温調ラインＴ１を図中右上に平行移動させたラインとなっている。なお、設定温度算出関数については、図５に示された定格温調ラインＴ１、Ｔ２の他、改装後の冷却用空気の供給量に応じて、また、改装において交換される静翼２５、動翼２６及び分割環２７の部位及び種類に応じて、複数パターンの関数が設定されている。これら複数パターンの関数は、例えばデータテーブルとして記憶部６２に記憶されてもよいし、外部の記憶部装置に記憶されてもよい。制御器７６ａは、これらのデータテーブルの中から１つの関数が用いられるように設定される。

また、図４に示すように、減算器７６ｂには、排ガス温度の測定値と、排ガス設定温度とが入力される。減算器７６ｂは、排ガス温度と排ガス設定温度との偏差△を生成し、ＰＩ制御器７６ｃに出力する。ＰＩ制御器７６ｃには、偏差△が入力される。ＰＩ制御器７６ｃは、偏差△がゼロとなるような排ガス温度設定値を出力する。したがって、温度リミット制御部７６は、部分負荷運転または全負荷運転の静定時において、排ガス温度計５４により計測された排ガス温度（排ガス計測温度）が、定格温調ラインＴ１、Ｔ２で示される設定温度となるように、ガスタービン１の運転をフィードバック制御している。

また、図３に示すように、燃焼制御部７２は、ロードリミット制御部７７と、ガバナ制御部７８と、燃料リミット制御部７９と、低値選択部８０とを有している。ロードリミット制御部７７は、ガスタービン１の実出力値としてのガスタービン出力が入力される。ロードリミット制御部７７は、ガスタービン出力が所定の値となるように、燃焼器１２に供給される燃料Ｆの供給量（燃料流量）を指令する燃料指令値を生成する。また、ロードリミット制御部７７は、生成した燃料指令値を低値選択部８０へ向けて出力する。

ガバナ制御部７８は、ガスタービン出力と、ロータ１８の回転速度とが入力される。ガバナ制御部７８は、ロータ１８の回転速度が予め設定された設定回転速度となるように、ガスタービン出力及びロータ１８の回転速度に基づいて、燃料指令値を生成する。また、ガバナ制御部７８は、生成した燃料指令値を、低値選択部８０へ向けて出力する。

燃料リミット制御部７９は、ガスタービン出力と、ロータ１８の回転速度と、車室圧力とが入力される。燃料リミット制御部７９は、燃焼器１２への燃料Ｆの供給量が、予め設定された制限供給量を超えないように、ガスタービン出力、ロータ１８の回転速度及び車室圧力に基づいて、燃料指令値を生成する。また、燃料リミット制御部７９は、生成した燃料指令値を、低値選択部８０へ向けて出力する。

低値選択部８０は、上記のブレードパス温度制御部７５、温度リミット制御部７６、ロードリミット制御部７７、ガバナ制御部７８及び燃料リミット制御部７９から入力された燃料指令値のうち、最も低い値となる燃料指令値を選択する。そして、低値選択部８０は、選択された低値となる燃料指令値を、後述の燃料配分制御部８２へ向けて出力する。

ＩＧＶ制御部７３は、温度リミット制御部７６で生成される排ガス設定温度が入力される。また、ＩＧＶ制御部７３は、車室圧力と、ブレードパス温度と、排ガス温度と、ガスタービン出力と、吸気温度とが入力される。ＩＧＶ制御部７３は、これらの入力値に基づいて、入口案内翼２２の開度を制御するＩＧＶ開度指令値を生成する。そして、ＩＧＶ制御部７３は、生成されたＩＧＶ開度指令値を、ＩＧＶ作動部２２ｂへ向けて出力する。

図７は、ＩＧＶ制御部７３の一例を示すブロック図である。図７に示すように、ＩＧＶ制御部７３は、制御器７３ａと、加算器７３ｂと、制御器７３ｃと、制御器７３ｄと、加算器７３ｅと、高値選択部７３ｆと、減算器７３ｇと、ＰＩ制御器７３ｈと、加算器７３ｉとを有している。

制御器７３ａには、吸気温度が入力される。制御器７３ａは、吸気温度に基づいてガスタービン出力を補正するための補正値を生成し、加算器７３ｂに出力する。加算器７３ｂには、ガスタービン出力と、制御器７３ａから出力された補正値とが入力される。加算器７３ｂは、ガスタービン出力と補正値とを加算して補正後のガスタービン出力を算出し、制御器７３ｃに出力する。

制御器７３ｃには、加算器７３ｂから出力されたガスタービン出力が入力される。制御器７３ｃは、ガスタービン出力と、ＩＧＶ開度算出関数（第１関数）とに基づいて、入力されたガスタービン出力に対するＩＧＶ開度設定値を算出し、加算器７３ｉに出力する。

ここで、ＩＧＶ開度算出関数について説明する。図８は、ガスタービン出力とＩＧＶ開度設定値との関係を示すグラフである。図８は、横軸がガスタービン出力を示し、縦軸がＩＧＶ開度設定値を示している。図８に示すように、ＩＧＶ開度算出関数は、ガスタービン出力とＩＧＶ開度設定値との関係を規定するものであり、曲線Ｌ１、Ｌ２によって表される。曲線Ｌ１、Ｌ２が示すように、ＩＧＶ開度は、ガスタービン出力が出力Ｐ１、Ｐ２よりも大きくなるにつれて増加し、出力Ｐ３、Ｐ４に到達した後、一定となる。なお、曲線Ｌ１、Ｌ２は、図８に示した態様に限定されるものではなく、例えばガスタービン出力が大きくなる過程でＩＧＶ開度設定値が減少する期間を含んでもよい。

なお、図８において破線で示される曲線Ｌ１は、ガスタービン１の改装を行う前の構成に対して用いられるＩＧＶ開度算出関数の例を示している。また、図８において実線で示される曲線Ｌ２は、ガスタービン１に対して所定の改装を行った後の構成に対して用いられるＩＧＶ開度算出関数の例を示している。改装後の曲線Ｌ２は、ガスタービン出力が出力Ｐ１から出力Ｐ４の間では、改装前の曲線Ｌ１に比べて、同一のガスタービン出力に対するＩＧＶ開度が小さくなっている。なお、ＩＧＶ開度算出関数については、図８に示された曲線Ｌ１、Ｌ２の他、改装後の冷却用空気の供給量に応じて、また、改装において交換される静翼２５、動翼２６及び分割環２７の部位及び種類に応じて、複数パターンの関数が設定されている。これら複数パターンの関数は、例えばデータテーブルとして記憶部６２に記憶されてもよいし、外部の記憶部装置に記憶されてもよい。制御器７３ｃは、これらのデータテーブルの中から１つの関数が用いられるように設定される。

また、図７に示すように、制御器７３ｄには、車室圧力が入力される。制御器７３ｄは、入力された車室圧力に基づいてブレードパス温度のバイアス値を算出し、加算器７３ｅに出力する。このバイアス値は、ブレードパス温度計５３によって測定されたブレードパス温度の測定値を補正する値である。

加算器７３ｅには、ブレードパス温度計５３によって測定されたブレードパス温度の測定値と、制御器７３ｄから出力されたバイアス値とが入力される。加算器７３ｅは、ブレードパス温度の測定値とバイアス値とを加算してブレードパス温度を算出し、高値選択部７３ｆに出力する。

高値選択部７３ｆには、排ガス温度計５４によって測定された排ガス温度と、加算器７３ｅから出力されたブレードパス温度とが入力される。高値選択部７３ｆは、入力された排ガス温度及びブレードパス温度のうち高い方の値（温度）を選択し、減算器７３ｇに出力する。

減算器７３ｇには、温度リミット制御部７６の制御器７６ａから出力された排ガス設定温度と、高値選択部７３ｆから出力された温度とが入力される。減算器７３ｇは、高値選択部７３ｆから出力された温度と排ガス設定温度との偏差△を生成し、ＰＩ制御器７３ｈに出力する。ＰＩ制御器７３ｈには、偏差△が入力される。ＰＩ制御器７３ｈは、偏差△がゼロとなるようなＩＧＶ開度設定値の補正値を算出し、加算器７３ｉに出力する。

加算器７３ｉには、制御器７３ｃから出力されたＩＧＶ開度設定値と、ＰＩ制御器７３ｈから出力されたＩＧＶ開度設定値の補正値とが入力される。加算器７３ｉは、入力されたＩＧＶ開度設定値と補正値とを加算して補正後のＩＧＶ開度設定値を算出し、ＩＧＶ作動部２２ｂと、後述の制御変数生成部８１とに出力する。

続いて、図３に示すように、燃焼負荷制御部７４は、例えば複数の燃料供給ライン３４に供給する燃料の比率を制御する。燃焼負荷制御部７４は、制御変数生成部８１と、燃料配分制御部８２とを有している。

制御変数生成部８１には、ガスタービン出力と、吸気温度と、ＩＧＶ開度設定値と、吸気圧力とが入力される。制御変数生成部８１は、入力値に基づいてタービン入口温度に相当する制御変数を生成し、燃料配分制御部８２に出力する。当該制御変数は、複数の燃料供給ライン３４のそれぞれに設けられた燃焼制御弁３５の開度指令値を算出するための値である。制御変数は、燃焼器１２からタービン１３に流入する燃焼ガスの温度（タービン入口温度：Ｔ１Ｔ）を無次元化した値であり、タービン入口温度に対応した値である。

ここで、制御変数を算出する手順を説明する。以下の説明では、タービン入口温度が、無負荷運転の場合の第１基準温度Ｔａである場合に対応する制御変数を０％とし、タービン入口温度が第１基準温度Ｔａよりも高温の第２基準温度Ｔｂである場合の制御変数を１００％とする。なお、第１基準温度Ｔａとしては、例えば７００℃程度に設定することができる。また、第２基準温度Ｔｂとしては、例えば１５００℃程度に設定することができる。なお、第１基準温度Ｔａ及び第２基準温度Ｔｂの設定値については、上記に限定するものではなく、例えばガスタービン１毎に異なる値に設定することができる。

制御変数（ＣＬＣＳＯと表記）は、以下の式１で表すことができる。

ＣＬＣＳＯ＝１００×（ガスタービン出力−Ｐａ）／（Ｐｂ−Ｐａ） …（式１）
但し、Ｐａは第１基準温度Ｔａにおけるガスタービン出力であり、Ｐｂは第２基準温度Ｔｂにおけるガスタービン出力である。

図９は、制御変数生成部８１の一例を示すブロック図である。図９に示すように、制御変数生成部８１は、制御器８１ａと、制御器８１ｂと、除算器８１ｃと、乗算器８１ｄと、乗算器８１ｅと、減算器８１ｆと、減算器８１ｇと、除算器８１ｈとを有している。

制御器８１ａ及び８１ｂには、吸気温度とＩＧＶ開度設定値とが入力される。制御器８１ａは、吸気温度及びＩＧＶ開度設定値と、出力算出関数とに基づいてＰａの値を算出し、乗算器８１ｄに出力する。また、制御器８１ｂは、吸気温度及びＩＧＶ開度設定値と、出力算出関数とに基づいてＰｂの値を算出し、乗算器８１ｅに出力する。

ガスタービン出力とＣＬＣＳＯとの関係は、ＩＧＶ開度及び圧縮機１１の吸気温度等によって異なる。つまり、ガスタービン出力が同一の場合、ＣＬＣＳＯの値はＩＧＶ開度が大きくなるに従って小さくなる。また、ガスタービン出力が同一の場合、ＣＬＣＳＯの値は圧縮機１１の吸気温度が高くなるに従って大きくなる。このため、制御器８１ａ、８１ｂは、吸気温度毎、及びＩＧＶ開度設定値毎にＰａ及びＰｂの値を算出する。

ここで、出力算出関数について説明する。図１０は、吸気温度とガスタービン出力との関係を示すグラフである。図１０は、横軸が吸気温度を示し、縦軸がガスタービン出力を示している。出力算出関数は、ＩＧＶ開度と、吸気温度と、ガスタービン出力との関係を規定するものである。したがって、制御変数生成部８１で用いられる出力算出関数の態様としては、例えば吸気温度とガスタービン出力との関係を規定した関数がＩＧＶ開度毎に設けられた関数の集合であってもよいし、ＩＧＶ開度とガスタービン出力との関係を規定した関数が吸気温度毎に設けられた関数の集合であってもよい。図１０では、出力算出関数の一部の例を示すものであり、所定のＩＧＶ開度について、第１基準温度Ｔａにおける吸気温度とガスタービン出力との関係を直線Ｓ１、Ｓ２で示している。直線Ｓ１、Ｓ２が示すように、この場合のガスタービン出力は、吸気温度が高くなるにしたがって低下している。

なお、図１０において破線で示される直線Ｓ１は、ガスタービン１の改装を行う前の構成に対して用いられる出力算出関数の例を示している。また、図１０において実線で示される直線Ｓ２は、ガスタービン１に対して所定の改装を行った後の構成に対して用いられる出力算出関数の例を示している。改装後の直線Ｓ２は、改装前の直線Ｓ１に比べて、同一の吸気温度に対するガスタービン出力が大きくなっている。なお、出力算出関数については、図１０に示された直線Ｓ１、Ｓ２の他、改装後の冷却用空気の供給量に応じて、また、改装において交換される静翼２５、動翼２６及び分割環２７の部位及び種類に応じて、複数パターンの関数が設定されている。これら複数パターンの関数は、例えばデータテーブルとして記憶部６２に記憶されてもよいし、外部の記憶部装置に記憶されてもよい。制御器８１ａ及び８１ｂは、これらのデータテーブルの中からそれぞれＩＧＶ開度と及び吸気温度に応じた関数が用いられるように設定される。

除算器８１ｃには、吸気圧力が入力される。除算器８１ｃは、吸気圧力を標準大気圧で除算し、除算結果である大気圧比（吸気圧力／標準大気圧）を乗算器８１ｄ及び８１ｅに出力する。

乗算器８１ｄには、制御器８１ａから出力されたＰａの値と、除算器８１ｃから出力された大気圧比とが入力される。乗算器８１ｄは、入力された各値同士を乗算し、乗算結果である、大気圧比を考慮したＰａの値を減算器８１ｆ及び８１ｇへ出力する。乗算器８１ｅには、制御器８１ｂから出力されたＰｂの値と、除算器８１ｃから出力された大気圧比とが入力される。乗算器８１ｅは、入力された値同士を乗算し、乗算結果である、大気圧比をも考慮したＰｂの値を減算器８１ｇへ出力する。

減算器８１ｇには、乗算器８１ｄから出力されたＰａの値と、乗算器８１ｅから出力されたＰｂの値とが入力される。減算器８１ｇは、Ｐｂの値からＰａの値を減算する（Ｐｂ−Ｐａ：式１参照）。減算器８１ｆには、ガスタービン出力と、乗算器８１ｄで求めたＰａの値とが入力される。減算器８１ｆは、ガスタービン出力からＰａの値を減算する（ガスタービン出力−Ｐａ：式１参照）。

除算器８１ｈには、減算器８１ｆからの出力値と減算器８１ｇからの出力値とが入力される。除算器８１ｈは、減算器８１ｆからの出力値を減算器８１ｇからの出力値で除算して制御変数を算出し（式１参照）、当該制御変数を燃料配分制御部８２に出力する。

また、図３に示すように、燃料配分制御部８２には、低値選択部８０から出力された燃料指令値と、制御変数生成部８１の除算器８１ｈから出力された制御変数とが入力される。燃料配分制御部８２は、入力された燃料指令値及び制御変数に基づいて複数の燃料供給ライン３４に供給する燃料の分量及び比率を算出する。燃料配分制御部８２は、算出結果に基づいて各燃料供給ライン３４の燃料調整弁３５の開度設定値を設定し、開度設定値に基づいて各燃料調整弁３５の開度を制御する。

記憶部６２は、ガスタービン１の運転に関する各種プログラムやデータ等を記憶する。記憶部６２は、例えば、上記の設定温度算出関数やＩＧＶ開度算出関数、出力算出関数等、制御部６１において用いられる複数パターンの関数を記憶する。変更部６３は、改装後の冷却用空気の供給量及び交換された部品の種類及び部位に応じて、ガスタービン１の制御に用いられる設定温度算出関数、ＩＧＶ開度算出関数及び出力算出関数を変更する。変更部６３は、各関数を変更する場合、記憶部６２に記憶されたパターンの中から選択して変更する。

次に、上記のように構成されたガスタービン１を改装し、その後制御装置１４の設定を変更する方法を説明する。図１１は、ガスタービン１の改装方法の一例を示すフローチャートである。図１１に示すように、作業者は、ガスタービン１の改装を行う（ステップＳ１０）。ステップＳ１０において、作業者は、タービン１３に供給される冷却用空気の供給量が低減されるように設定する。また、作業者は、タービン１３に設けられる少なくとも一部の部品を供給量が減少した冷却用空気であっても冷却可能なものに交換する。本実施形態では、タービン１３を構成する部品のうち、第１段及び第２段の静翼２５と、第１段及び第２段の動翼２６とを新たな部品に交換する。

次に、作業者は、改装後の冷却用空気の供給量を確認する（ステップＳ２０）。ステップＳ２０において、作業者は、設計値を確認してもよいし、流量計５５の計測結果を用いてもよい。次に、作業者は、改装において交換された部品を確認する（ステップＳ３０）。ステップＳ３０において、作業者は、交換した静翼２５及び動翼２６の段数及び交換後の静翼２５及び動翼２６の製品番号等により、交換された部品の種類及び部位を確認する。なお、交換する部品として分割環２７等の他の部品が含まれる場合、同様に種類及び部位を確認する。

次に、作業者は、ガスタービン１の制御に用いられる設定温度算出関数、ＩＧＶ開度算出関数及び出力算出関数の複数パターンのデータテーブルの中から、ステップＳ２０で確認した冷却用空気の供給量と、ステップＳ３０で確認した交換部品とに対応した関数を選択する（ステップＳ４０）。ステップＳ４０では、制御装置１４の記憶部６２に対して外部の端末等でアクセスし、作業者自身がデータテーブルの中から検索して選択してもよい。また、冷却用空気の供給量と交換部品との情報を制御装置１４に入力し、制御装置１４の変更部６３において選択を行わせてもよい。また、外部のコンピュータ等に予めデータテーブルを記憶させておき、当該外部のコンピュータ等を用いて関数の選択を行ってもよい。

次に、作業者は、設定温度算出関数、ＩＧＶ開度算出関数及び出力算出関数を、ステップＳ４０で選択した関数に変更する（ステップＳ５０）。ステップＳ５０では、外部のコンピュータ等を介して作業者が各関数の設定を変更してもよいし、制御装置１４の変更部６３に変更処理を行わせてもよい。

その後、ガスタービン１を運転する場合、ＩＧＶ制御部７３は、出力計５６の測定結果であるガスタービン１の出力測定値と、ＩＧＶ開度算出関数とに基づいて、出力測定値に対するＩＧＶ開度設定値を算出する。そして、ＩＧＶ制御部７３は、算出結果に基づいて入口案内翼２２の開度を制御する。ＩＧＶ開度算出関数は、改装の内容に応じた関数に変更されており、例えば図８に示すように曲線Ｌ１から曲線Ｌ２に変更されている。この場合、図８に示すように、改装後のガスタービン１は、改装前に比べて、同一のガスタービン出力におけるＩＧＶ開度が低くなるように制御される。この制御により、ガスタービン１は、圧縮機１１で吸引される空気の量が減少するため、燃料供給量が同一の場合、改装前に比べてタービン入口温度が上昇する。したがって、改装後におけるタービン入口温度の低下が抑制される。

例えば、図８に示す曲線Ｌ２は、部分負荷運転を行う場合において、ガスタービン出力がＰ１よりも大きくＰ４よりも小さい値である場合、改装前の曲線Ｌ１に比べて、同一のガスタービン出力に対するＩＧＶ開度設定値が小さくなっている。したがって、ガスタービン１が部分負荷運転を行う場合、改装前に比べてタービン入口温度が上昇するため、一酸化炭素の発生が抑制される。

また、温度リミット制御部７６は、圧縮機１１の圧力比と設定温度算出関数とに基づいて、圧力比に対する排ガス設定温度を算出し、算出結果に基づいて排ガス温度設定値を算出する。設定温度算出関数は、改装の内容に応じた関数に変更されており、例えば図５に示すように定格温調ラインＴ１から定格温調ラインＴ２に変更されている。この場合、図５に示すように、改装後のガスタービン１は、改装前に比べて、同一の圧力比における排ガス設定温度が高くなるように制御される。この制御により、ガスタービン１は、同一の圧力比におけるタービン入口温度が改装前に比べて上昇する。したがって、改装後におけるタービン入口温度の低下が抑制される。

また、温度リミット制御部７６は、算出した排ガス設定温度をＩＧＶ制御部７３に出力する。ＩＧＶ制御部７３は、温度リミット制御部７６から出力された排ガス設定温度に基づいて、ＩＧＶ開度設定値を補正する。したがって、ＩＧＶ制御部７３では、改装の内容に応じたＩＧＶ開度設定値が算出される。

また、制御変数生成部８１は、吸気温度及びＩＧＶ開度設定値と、出力算出関数とに基づいて第１基準温度Ｔａ及び第２基準温度Ｔｂにおけるガスタービン出力Ｐａ及びＰｂを算出し、算出結果に基づいて制御変数を算出する。出力算出関数は、改装の内容に応じた関数に変更されており、例えば図１０に示すように直線Ｓ１から直線Ｓ２に変更されている。この場合、図１０に示すように、改装後のガスタービン１は、改装前に比べて、第１基準温度Ｔａ及び第２基準温度Ｔｂのそれぞれにおいて、同一の吸気温度におけるガスタービン出力が高くなるように制御される。この制御により、ガスタービン１は、同一の吸気温度においてタービン入口温度が改装前に比べて上昇する。したがって、改装後におけるタービン入口温度の低下が抑制される。

以上のように、本実施形態によれば、設定温度算出関数、ＩＧＶ開度算出関数及び出力算出関数が改装後の冷却用空気の供給量及び交換された部品に応じたものに変更される。このため、改装の内容に応じてＩＧＶ開度設定値が適切に算出される。これにより、同一のガスタービン出力（又は圧力比）におけるタービン入口温度が改装の前後でずれることを抑制でき、改装の前後でガスタービン１の運転条件にずれが生じることを抑制できる。

また、本実施形態では、設定温度算出関数、ＩＧＶ開度算出関数及び出力算出関数のそれぞれを変更するため、改装の前後でガスタービン１の運転条件にずれが生じることをより確実に抑制できる。

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。例えば、上記実施形態では、改装後に設定温度算出関数、ＩＧＶ開度算出関数及び出力算出関数のそれぞれを変更する場合を例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、少なくともＩＧＶ開度算出関数を変更するものであればよい。この場合、設定温度算出関数及び出力算出関数の少なくとも一方については変更しなくてもよい。

また、上記実施形態では、改装を１回行う場合を例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、改装を複数回行う場合であってもよい。この場合、それぞれの改装において、冷却用空気の供給量及び交換する部品に応じて設定温度算出関数、ＩＧＶ開度算出関数及び出力算出関数を変更する。このように、改装において部品の交換を段階的に行う場合、関数の変更についても段階的に行うようにしてもよい。

Ａ空気
Ａ１圧縮空気
Ｆ燃料
Ｌ１，Ｌ２曲線
Ｓ１，Ｓ２直線
Ｔ１，Ｔ２定格温調ライン
Ｐａガスタービン出力
Ｔａ第１基準温度
Ｔｂ第２基準温度
１ガスタービン
１１圧縮機
１２燃焼器
１３タービン
１４制御装置
１５発電機
１８ロータ
１９冷却用空気供給ライン
２０冷却用空気制御弁
２２入口案内翼
２２ａ翼本体
２２ｂＩＧＶ作動部
２５静翼
２６動翼
２７分割環
２８ケーシング
３４燃料供給ライン
３５燃料調整弁，燃焼制御弁
５１車室圧力計
５２吸気状態検出器
５３ブレードパス温度計
５４排ガス温度計
５５流量計
５６出力計
６１制御部
６２記憶部
６３変更部
８０低値選択部
７１排ガス温度制御部
７２燃焼制御部
７３ＩＧＶ制御部
７３ａ，７３ｃ，７３ｄ，７６ａ，８１ａ，８１ｂ制御器
７３ｂ，７３ｅ，７３ｉ加算器
７３ｆ高値選択部
７３ｇ，７６ｂ，８１ｆ，８１ｇ減算器
７３ｈ，７６ｃＰＩ制御器
７４燃焼負荷制御部
７５ブレードパス温度制御部
７６温度リミット制御部
７７ロードリミット制御部
７８ガバナ制御部
７９燃料リミット制御部
８１制御変数生成部
８１ｃ，８１ｈ除算器
８１ｄ，８１ｅ乗算器
８２燃料配分制御部

Claims

空気供給ラインから供給される空気を圧縮する圧縮機と、
燃料が供給され前記圧縮機で圧縮された圧縮空気を燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器で生じた燃焼ガスにより回転するタービンと、
前記圧縮空気の一部を前記タービンの冷却用空気として前記タービンに供給する冷却用空気供給部と、
前記空気供給ラインに設けられ、前記圧縮機に供給される空気量を調整する吸気弁と
を備えるガスタービンの運転制御方法であって、
前記ガスタービンの出力を測定した結果である出力測定値と、前記出力測定値と前記吸気弁の開度設定値との関係を規定する第１関数と、に基づいて前記出力測定値に対する前記開度設定値を算出するステップと、
算出された前記開度設定値に基づいて前記吸気弁の開度を調整するステップと、
前記タービンに供給される前記冷却用空気の供給量を低減しかつ前記タービンに設けられる部品を前記冷却用空気の供給量に応じた部品に交換する改装が行われた場合に、前記改装後の前記冷却用空気の供給量及び交換された前記部品に応じて前記第１関数を変更するステップと
前記圧縮機の圧力比と、前記圧力比と前記タービンから排出される排ガスについて予め設定された設定温度との関係を規定した第２関数と、に基づいて、前記圧力比に対する前記設定温度を求めるステップと、
前記改装が行われた場合に、前記圧力比の上昇に伴い生ずる熱膨張による排ガス温度の低下の増加量に相当する第１の補正値と前記冷却用空気の供給量の低減に伴い生ずる排ガス温度の上昇の増加量に相当する第２の補正値から算出される前記第２関数に変更するステップと
を含むガスタービンの運転制御方法。
変更後の前記第２関数に基づいて算出された前記設定温度に基づいて、変更後の前記第１関数に基づいて算出された前記開度設定値を補正するステップをさらに含む請求項１に記載のガスタービンの運転制御方法。
前記ガスタービンは、前記燃焼器に前記燃料を供給する複数の燃料供給ラインを有し、
前記空気供給ラインから供給される前記空気の温度を測定した結果である吸気温度と、前記吸気温度と前記ガスタービンの出力との関係を規定する第３関数と、に基づいてタービン入口温度に対応する制御変数を算出し、算出した前記制御変数に基づいて、複数の前記燃料供給ラインに対する燃料供給量の配分比を設定するステップと
をさらに含む請求項１又は請求項２に記載のガスタービンの運転制御方法。
前記改装が行われた場合に、前記改装後の前記冷却用空気の供給量及び交換された前記部品に応じて前記第３関数を変更するステップをさらに含む請求項３に記載のガスタービンの運転制御方法。
変更後の前記第１関数は、変更前の前記第１関数に比べて、前記改装の前後において、前記ガスタービンに定格出力よりも小さい出力で部分負荷運転を行わせたときの前記開度設定値が小さくなるように設定される請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のガスタービンの運転制御方法。
前記部品は、前記タービンに設けられる複数の動翼及び複数の静翼のうち少なくとも一つを含む請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載のガスタービンの運転制御方法。
空気供給ラインから供給される空気を圧縮する圧縮機と、
燃料が供給され前記圧縮機で圧縮された圧縮空気を燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器で生じた燃焼ガスにより回転するタービンと、
前記圧縮空気の一部を前記タービンの冷却用空気として前記タービンに供給する冷却用空気供給部と、
前記空気供給ラインに設けられ、前記圧縮機に供給される空気量を調整する吸気弁と、
ガスタービン出力を測定した結果である出力測定値と、前記出力測定値と前記吸気弁の開度設定値との関係を規定する第１関数と、に基づいて前記出力測定値に対する前記開度設定値を算出し、算出された前記開度設定値に基づいて前記吸気弁の開度を調整すると共に、前記圧縮機の圧力比と、前記圧力比と前記タービンから排出される排ガスについて予め設定された設定温度との関係を規定した第２関数と、に基づいて、前記圧力比に対する前記設定温度を求める制御装置と
を備えるガスタービンの改装方法であって、
前記タービンに供給される前記冷却用空気の供給量を低減しかつ前記タービンに設けられる少なくとも一部の部品を前記冷却用空気の供給量に応じた部品に交換する改装を行うことと、
前記改装後の前記冷却用空気の供給量及び交換された前記部品に応じて前記第１関数を変更することと、
前記改装後の前記圧力比の上昇に伴い生ずる熱膨張による排ガス温度の低下の増加量に相当する第１の補正値と前記冷却用空気の供給量の低減に伴い生ずる排ガス温度の上昇の増加量に相当する第２の補正値から算出される前記第２関数に変更することと
を含むガスタービンの改装方法。
空気供給ラインから供給される空気を圧縮する圧縮機と、
燃料が供給され前記圧縮機で圧縮された圧縮空気を燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器で生じた燃焼ガスにより回転するタービンと、
前記圧縮空気の一部を前記タービンの冷却用空気として前記タービンに供給する冷却用空気供給部と、
前記空気供給ラインに設けられ、前記圧縮機に供給される空気量を調整する吸気弁と
を備えるガスタービンを制御するものであり、
前記ガスタービンの出力を測定した結果である出力測定値と、前記出力測定値と前記吸気弁の開度設定値との関係を規定する第１関数と、に基づいて前記出力測定値に対する前記開度設定値を算出し、算出された前記開度設定値に基づいて前記吸気弁の開度を調整すると共に、前記圧縮機の圧力比と、前記圧力比と前記タービンから排出される排ガスについて予め設定された設定温度との関係を規定した第２関数と、に基づいて、前記圧力比に対する前記設定温度を求めるガスタービン制御装置の設定変更方法であって、
前記タービンに供給される前記冷却用空気の供給量を低減しかつ前記タービンに設けられる少なくとも一部の部品を前記冷却用空気の供給量に応じた部品に交換する改装が行われた場合に、前記改装後の前記冷却用空気の供給量及び交換された前記部品に応じて前記第１関数を変更すること、前記改装後の前記圧力比の上昇に伴い生ずる熱膨張による排ガス温度の低下の増加量に相当する第１の補正値と前記冷却用空気の供給量の低減に伴い生ずる排ガス温度の上昇の増加量に相当する第２の補正値から算出される前記第２関数に変更することとを含む
ガスタービン制御装置の設定変更方法。