JP6082299B2 - 原動機の異常検出方法、この方法を実行する原動機の制御装置、及びこの装置を備えている発電プラント - Google Patents

Description

本発明は、発電機に機械的に接続されている原動機の異常検出方法、この方法を実行する原動機の制御装置、及びこの制御装置を備えている発電プラントに関する。

発電機に機械的に接続されている原動機としては、ガスタービン、蒸気タービン、風車等がある。これらの原動機の急激な出力変化、つまり変動を検知することができれば、原動機の安全運転を実現できる。

そこで、特許文献１では、原動機又は発電機の現在の出力と、所定時間前の原動機又は発電機の出力との差である出力変化量又は出力変化率を求め、これらの値と基準値とを比較することで、原動機の急激な出力変化を検知する技術を提案している。

特開平１１−６４１２７号公報

発電機の出力とガスタービンや蒸気タービン等の原動機の出力とは、基本的に等しい。このため、原動機と発電機とのうち、一方の出力を検知することができれば、これを他方の出力として扱うことができる。

ところで、原動機の出力を直接検知することは難しい。一方、発電機の出力については、発電機に出力計（電力計）を設けることで、この出力を容易に検知することができる。このため、原動機又は発電機の出力を検知する場合、発電機の出力を検知し、これを代用することが多い。

このように、発電機に出力計を設けて、この発電機及び原動機の出力を管理する場合、原動機の出力が一定の場合でも、電力系統の変動に伴って発電機の回転数と発電機の出力が変動する。一般的に、ガスタービンや蒸気タービン等の原動機には負荷変動を検出し、急激に変化した場合にトリップさせる機能が備えられている。このような場合、特許文献１に記載の技術では、原動機の出力が一定であっても、原動機の出力が急激に変化したと検知し、原動機の安全運転のためにこの原動機をトリップさせる可能性が高い。

すなわち、従来技術では、電力系統が変動した場合に、原動機が異常であると誤検出することがあるという問題点がある。

そこで、本発明は、原動機異常の誤検出を少なくすることができる原動機の異常検出方法、これらの方法を実行する原動機の制御装置、及びこの装置を備えている発電プラントを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための発明に係る一態様としての原動機の異常検出方法は、
発電機に機械的に接続されている原動機の異常検出方法において、出力計で検知された前記発電機の出力の変動幅が許容出力変動幅の範囲外になったか否かに応じて、前記原動機が異常であるか否かを判断する異常判断工程と、前記異常判断工程での判断基準となる前記許容出力変動幅と、前記異常判断工程での判断対象となる前記出力計で検知された前記出力とのうちの一方を、回転数計で検知された前記発電機と前記原動機とのうちの一方の回転数を用いて補正する補正工程と、を実行することを特徴とする。

原動機の出力が一定の場合でも、電力系統が変動すると、これに伴って発電機の回転数と発電機の出力とが変動する。この場合、当該異常検出方法では、回転数を用いて、異常判断工程での判断基準となる許容出力変動幅と、異常判断工程での判断対象となる出力計で検知された出力とのうちの一方が補正される。このため、当該異常検出方法では、電力系統の変動に伴う発電機の回転数の変動により、発電機の出力が変動しても、許容出力変動幅と出力との相対関係において、電力系統の変動に伴う出力の変動がないものとして扱われる。

よって、当該異常検出方法では、電力系統が変動した場合における原動機異常の誤検出を少なくすることができる。

ここで、前記原動機の異常検出方法において、前記補正工程では、前記一方の回転数を用いて、該回転数の回転数変動幅を求める回転数変動幅算出工程と、前記回転数変動幅が大きくなるに連れて、前記許容出力変動幅が大きくなるよう、該許容出力変動幅を補正する許容変動幅補正工程と、を実行し、前記異常判断工程では、前記出力計で検知された前記出力の変動幅が前記許容変動幅補正工程で補正された前記許容出力変動幅の範囲外になったか否かに応じて、前記原動機が異常であるか否かを判断してもよい。

当該異常検出方法では、回転数変動幅が大きくなるに連れて許容出力変動幅が大きくなる。このため、当該異常検出方法では、電力系統の変動に伴う発電機の回転数の変動により、発電機の出力が変動しても、許容出力変動幅が大きくなるので、原動機異常の誤検出を少なくすることができる。

また、前記許容変動幅補正工程を実行する前記原動機の異常検出方法において、前記回転数変動幅算出工程では、前記回転数が定格回転数よりも高いときに低下した場合に、前記原動機及び前記発電機が正常運転中であるときに許容される回転数低下率を用いて求められる回転数である上参照回転数を求める上参照回転数演算工程と、前記回転数が定格回転数以下のときに上昇した場合に、前記原動機及び前記発電機が正常運転中であるときに許容される回転数上昇率を用いて求められる回転数である下参照回転数であって、前記上参照回転数と同じ時刻における下参照回転数を求める下参照回転数演算工程と、前記上参照回転数と前記下参照回転数との差を求め、該差を前記回転数変動幅として出力する偏差演算工程と、を実行してもよい。

また、前記許容変動幅補正工程を実行するいずれかの前記原動機の異常検出方法において、前記異常判断工程では、前記出力計で検知された前記出力と該出力に対する基準出力との差を該出力の変動とする出力変動算出工程を実行してもよい。

また、前記一態様としての前記原動機の異常検出方法において、前記補正工程では、前記一方の回転数と、該回転数の単位時間当たりの変化率である回転数変化率と、前記原動機及び前記発電機における回転系の慣性モーメントとを用いて、該原動機の見掛け上の出力変動を求め、前記出力計で検知された前記発電機の出力から該見掛け上の出力変動分を減算した値を、補正された出力とし、前記異常判断工程では、前記補正工程で補正された前記出力の変動幅が前記許容出力変動幅の範囲外になったか否かに応じて、前記原動機が異常であるか否かを判断してもよい。

前述したように、原動機の出力が一定の場合でも、電力系統が変動すると、これに伴って発電機の回転数と発電機の出力とが変動する。この場合における発電機の出力変動は、原動機にとって、見掛け上の出力変動となる。そこで、当該異常検出方法では、回転数等を用いて、原動機の見掛け上の出力変動を求め、この見掛け上の出力変動を出力計で検知された出力から減算し、出力計で検知された出力から電力系統の変動に伴う出力の変動を除いている。このため、当該異常検出方法では、電力系統の変動に伴う発電機の回転数の変動により、発電機の出力が変動しても、この出力の変動が除かれた出力に基づいて、原動機の異常の有無が判断されるので、原動機異常の誤検出を少なくすることができる。

ここで、原動機の見掛け上の出力変動を求める前記原動機の異常検出方法において、前記補正工程では、前記出力計から出力された前記出力から、前記回転数計からの出力に対する前記出力計からの出力の遅れ時間分遅れている前記見掛け上の出力変動を減算することが好ましい。

複数の発電プラントにおいて、回転数計で検知された回転数の位相と出力計で検知された実際の出力の位相とを比較した結果、ある時刻における回転数の回転数計からの出力時刻に対して、出力計は、同じある時刻における発電機の出力の出力時刻が遅れていることが判明した。

遅れ時間分遅れている発電機の出力から、回転数等から求められた、遅れていない見掛け上の出力変動を減算して、補正値を求めると、適正な補正値を得ることができない。そこで、当該異常検出方法では、補正工程において、出力計から出力された出力から、回転数計からの出力に対する出力計からの出力の遅れ時間分遅れている見掛け上の出力変動を減算することで、適正な補正値を得ている。

また、原動機の見掛け上の出力変動を求める、いずれかの前記原動機の異常検出方法において、前記異常判断工程では、前記補正工程で補正された前記出力と前記出力計で検知された前記出力に対する基準出力との差を該出力の変動とする出力変動算出工程を実行してもよい。

また、前記出力変動算出工程を実行する、いずれかの前記原動機の異常検出方法において、前記出力変動算出工程では、前記原動機及び前記発電機が正常運転中であるときに許容される出力変化率を用いて求められる出力である参照出力を前記基準出力としてもよい。

上記目的を達成するための発明に係る一態様としての原動機の制御装置は、
発電機に機械的に接続されている原動機の制御装置において、出力計で検知された前記発電機の出力の変動幅が許容出力変動幅の範囲外になったか否かに応じて、前記原動機が異常であるか否かを判断する異常判断部と、前記異常判断部での判断基準となる前記許容出力変動幅と前記異常判断部での判断対象となる前記出力計で検知された前記出力とのうちの一方を、回転数計で検知された前記発電機と前記原動機とのうちの一方の回転数を用いて補正する補正部と、前記異常判断部で前記原動機が異常であると判断されると、前記原動機をトリップさせることができる操作部にトリップ信号を出力して、該原動機をトリップさせるトリップ信号出力部と、を備えていることを特徴とする。

当該制御装置では、以上の異常検出方法と同様に、電力系統が変動した場合における原動機異常の誤検出を少なくすることができる。この結果、当該制御装置では、原動機の誤トリップを少なくすることができる。

また、前記原動機の制御装置において、前記補正部は、前記一方の回転数を用いて、該回転数の回転数変動幅を求める回転数変動幅算出部と、前記回転数変動幅が大きくなるに連れて、前記許容出力変動幅が大きくなるよう、該許容出力変動幅を補正する許容変動幅補正部と、を有し、前記異常判断部は、前記出力計で検知された前記出力の変動幅が前記許容変動幅補正部で補正された前記許容出力変動幅の範囲外になったか否かに応じて、前記原動機が異常であるか否かを判断してもよい。

また、前記許容変動幅補正部を有する前記原動機の制御装置において、前記回転数変動幅算出部は、前記回転数が定格回転数よりも高いときに低下した場合に、前記原動機及び前記発電機が正常運転中であるときに許容される回転数低下率を用いて求められる回転数である上参照回転数を求める上参照回転数演算部と、前記回転数が定格回転数以下のときに上昇した場合に、前記原動機及び前記発電機が正常運転中であるときに許容される回転数上昇率を用いて求められる回転数である下参照回転数であって、前記上参照回転数と同じ時刻における下参照回転数を求める下参照回転数演算部と、前記上参照回転数と前記下参照回転数との差を求め、該差を前記回転数変動幅として出力する偏差演算部と、を有してもよい。

また、前記許容変動幅補正部を有する、いずれかの前記原動機の制御装置において、前記異常判断部は、前記出力計で検知された前記出力と該出力に対する基準出力との差を該出力の変動とする出力変動算出部を有してもよい。

また、前記一態様としての前記原動機の制御装置において、前記補正部は、前記一方の回転数と、該回転数の単位時間当たりの変化率である回転数変化率と、前記原動機及び前記発電機における回転系の慣性モーメントとを用いて、該原動機の見掛け上の出力変動を求める見掛け出力変動算出部と、前記出力計で検知された前記発電機の出力から前記見掛け上の出力変動分を減算した値を、補正された出力とする出力演算部と、を有し、前記異常判断部は、前記補正部が補正した前記出力の変動幅が前記許容出力変動幅の範囲外になったか否かに応じて、前記原動機が異常であるか否かを判断してもよい。

また、前記見掛け出力変動算出部を有する前記原動機の制御装置において、前記補正部は、前記出力演算部に入力する前記見掛け上の出力変動を、前記回転数計からの出力に対する前記出力計からの出力の遅れ時間分遅らせる遅れ時間調節部を有することが好ましい。

また、前記許容変動幅補正部を有する、いずれかの前記原動機の制御装置において、前記異常判断部は、前記補正部が補正した前記出力と前記出力計で検知された前記出力に対する基準出力との差を該出力の変動とする出力変動算出部を有してもよい。

また、前記出力変動算出部を有する、いずれかの前記原動機の制御装置において、前記出力変動算出部は、前記原動機及び前記発電機が正常運転中であるときに許容される出力変化率を用いて求められる出力である参照出力を前記基準出力としてもよい。

上記目的を達成するための発明に係る一態様としての発電プラントは、
以上のいずれかの前記制御装置と、前記原動機と、前記発電機と、前記操作部と、を備えていることを特徴とする。

本発明では、電力系統が不安定になり、発電機の出力が変動した場合でも、原動機が異常であるか否かの判断をより正確に行うことでき、原動機異常の誤検出を少なくすることができる。

本発明に係る第一実施形態における発電プラントの系統図である。 本発明に係る第一実施形態における発電機出力の変動に伴うガスタービンのトリップを説明するための説明図である。 本発明に係る第一実施形態における回転数変動幅の求め方を示す説明図である。 本発明に係る第一実施形態における回転数変動幅と補正量との関係を示すグラフである。 本発明に係る第一実施形態における制御装置の動作を示すフローチャートである。 発電機又はガスタービンの回転数の変動と発電機出力の変動との関係を示す説明図である。 従来技術における回転数変動幅と許容出力変動幅との関係を示す説明図である。 本発明に係る第一実施形態における回転数変動幅と許容出力変動幅との関係を示す説明図である。 本発明に係る第二実施形態における制御装置の機能ブロック図である。 発電機又はガスタービンの回転数と発電機及びガスタービンの出力との関係を示す説明図である。 本発明に係る第二実施形態における制御装置の動作を示すフローチャートである。 本発明に係る第二実施形態におけるガスタービン出力の変動に伴うガスタービンのトリップを説明するための説明図である。 本発明に係る第三実施形態における制御装置の機能ブロック図である。 本発明に係る第三実施形態における回転数変化率の求め方を示す説明図である。 本発明に係る第四実施形態における制御装置の機能ブロック図である。

以下、本発明に係る発電プラントの各種実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

「第一実施形態」
まず、図１〜図８を用いて、第一実施形態としての発電プラントについて説明する。

本実施形態の発電プラントは、図１に示すように、原動機としてのガスタービン１０と、ガスタービン１０の駆動で発電する発電機２０と、制御装置１００と、を備えている。

ガスタービン１０は、大気を圧縮して圧縮空気を生成する空気圧縮機１１と、燃料を圧縮空気中で燃焼させ高温の燃焼ガスを生成する燃焼器１３と、燃焼ガスにより駆動するタービン１４と、を備えている。このタービン１４のロータ１５と発電機２０のロータ２１とは機械的に接続されている。このため、タービン１４のロータ１５が回転すると発電機２０のロータ２１も回転する。タービン１４のロータ１５又は発電機２０のロータ２１には、一方のロータ１５,２１の回転数を検知する回転数計２５が設けられている。燃焼器１３には、この燃焼器１３に燃料を供給する燃料ライン１６が接続されている。この燃料ライン１６には、燃料遮断弁１７が設けられている。

発電機２０と電力系統２９とは、電源線２２で電気的に接続されている。この電源線２２には、遮断器２３と、変圧器２４と、発電機２０の出力を検知する出力計２６とが設けられている。

制御装置１００は、出力計２６で検知された出力の変動幅が許容出力変動幅の範囲外になったか否かに応じてガスタービン１０が異常であるか否かを判断する異常判断部１６０と、回転数計２５で検知された回転数を用いて許容出力変動幅を補正する補正部１５０と、異常判断部１６０が異常であると判断すると、操作部である燃料遮断弁１７及び遮断器２３に対してトリップ信号を出力するトリップ信号出力部１７０と、を備えている。操作部の一つである燃料遮断弁１７は、このトリップ信号を受けると閉じて、燃焼器１３への燃料供給が停止する。また、操作部の他の一つである遮断器２３は、このトリップ信号を受けると開いて、発電機２０と電力系統２９との電気的な接続が断たれる。

制御装置１００の異常判断部１６０は、出力計２６からの出力の変動幅ΔＰｇを求める出力変動算出部１６７と、出力変動幅ΔＰｇが許容出力変動幅ΔＰｓの範囲外か否かを判断する許容幅判断器１６３と、出力変動幅ΔＰｇが許容出力変動幅ΔＰｓの範囲外になっている時間が所定時間以上であるか否かを判断するための許容外時間判断器１６６と、を有している。

出力変動算出部１６７は、出力計２６からの出力に基づき参照出力Ｐｒを出力する参照出力発生器１６１と、参照出力Ｐｒと出力計２６からの発電機２０の出力Ｐｇとの差である出力変動幅ΔＰｇを求める減算器１６２と、を有している。

参照出力Ｐｒは、図２に示すように、ガスタービン１０及び発電機２０が正常運転中であるときに許容される出力変化率に基づいて求められる現時点ｔｂの出力である。参照出力発生器１６１は、出力が増加した場合の増加時参照出力Ｐｒｉ（Ｐｒ）と、出力が減少した場合の減少時参照出力Ｐｒｄ（Ｐｒ）とを出力する。減算器１６２は、発電機２０の出力Ｐｇと増加時参照出力Ｐｒｉとの差である増加時出力変動幅ΔＰｉ（ΔＰｇ）、及び発電機２０の出力Ｐｇと減少時参照出力Ｐｒｄとの差である減少時出力変動幅ΔＰｄ（ΔＰｇ）を求める。

なお、ここでは、参照出力Ｐｒを基準として、この参照出力Ｐｒと出力計２６からの発電機２０の出力Ｐｇとの差を出力変動幅ΔＰｇとしているが、所定時間前の発電機２０の出力を基準にして、この基準となる発電機２０の出力と現時点の発電機２０の出力との差を出力変動幅ΔＰｇとしてもよい。

許容幅判断器１６３は、出力が増加した場合の上限許容変動幅ΔＰｓｉを減算器１６２からの出力変動幅ΔＰｇが超えているか否かを判断する上限判断器１６４と、出力が減少した場合の下限許容変動幅ΔＰｓｄを減算器１６２からの出力変動幅ΔＰｇが超えているか否かを判断する下限判断器１６５と、を有する。許容幅判断器１６３は、減算器１６２からの出力変動幅ΔＰｇが許容出力変動幅ΔＰｓの範囲外であると、異常状態である旨を示す異常信号を出力する。具体的には、減算器１６２からの出力変動幅ΔＰｇが上限許容変動幅ΔＰｓｉを超えている場合には上限判断器１６４が異常信号を出力し、減算器１６２からの出力変動幅ΔＰｇが下限許容変動幅ΔＰｓｄを負側に超えている場合には下限判断器１６５が異常信号を出力する。

許容外時間判断器１６６は、タイマーを有し、許容幅判断器１６３からの異常信号が入力するとタイマーによるカウントダウンを開始し、この異常信号の入力が所定時間Ｔｐ（図２参照）以上継続すると、つまり、タイマーが０になると、トリップ信号出力部１７０に対して異常信号を出力する。

トリップ信号出力部１７０は、許容外時間判断器１６６からの異常信号が入力すると、操作部である燃料遮断弁１７や遮断器２３等にトリップ信号を出力する。

制御装置１００の補正部１５０は、図１に示すように、回転数計２５で検知された回転数の変動幅を求める回転数変動幅算出部１５１と、回転数変動幅に応じて許容出力変動幅の補正量を求める補正量演算部１５５と、補正量に応じて許容出力変動幅を補正する許容変動幅補正部１５６と、を有する。

回転数変動幅算出部１５１は、現時点の上参照回転数を求める上参照回転数演算器１５２と、現時点の下参照回転数を求める下参照回転数演算器１５３と、上参照回転数と下参照回転数との差を回転数変動幅として出力する減算（偏差演算）器１５４と、を有する。

図３に示すように、上参照回転数Ｎｒｕは、回転数が定格回転数よりも高いときに低下した場合に、ガスタービン１０及び発電機２０が正常運転中であるときに許容される回転数低下率を用いて求められる回転数である。また、下参照回転数Ｎｒｄは、回転数が定格回転数以下のときに上昇した場合に、ガスタービン１０及び発電機２０が正常運転中であるときに許容される回転数上昇率を用いて求められる回転数である。減算器１５４は、現時点の上参照回転数Ｎｒｕと現時点の下参照回転数Ｎｒｄとの差を求め、これを現時点の回転数変動幅ΔＮｐとして出力する。

なお、ここでの定格回転数とは、電力系統２９の周波数により定まる回転数である。また、現時点の回転数変動幅ΔＮｐとしては、例えば、現時点から予め定めた所定時間過去までの時間における最大回転数と最小回転数との差を採用してもよい。

補正量演算部１５５は、回転数変動幅を補正量に変換する関数Ｆを有している。この関数Ｆは、例えば、図４に示すように、回転数変動幅の大きさに比例する補正量を出力する関数である。従って、補正量演算部１５５は、入力する回転数変動幅の大きさが大きくなれば、これに比例して大きい補正量を出力する。

許容変動幅補正部１５６は、図１に示すように、異常判断部１６０の上限判断器１６４が保有している上限許容変動幅ΔＰｓｉに補正量を加える上限補正器１５７と、下限判断器１６５が保有している下限許容変動幅ΔＰｓｄから補正量を減算する下限補正器１５８と、を有する。従って、回転数変動幅の大きさが大きくなれば、上限判断器１６４が保有している上限許容変動幅ΔＰｓｉはより大きくなり、下限判断器１６５が保有している下限許容変動幅ΔＰｓｄは負側により大きくなる。

次に、図５に示すフローチャートに従って、制御装置１００の処理の流れについて説明する。

制御装置１００の許容変動幅補正部１５６は、回転数計２５からの回転数を受け付けて、この回転数に基づいて異常判断部１６０の許容幅判断器１６３が保有している許容出力変動幅を補正する（補正工程（Ｓ１））。この補正工程（Ｓ１）では、まず、回転数変動幅算出部１５１が回転数計２５からの回転数の変動幅を求める（回転数変動幅算出工程（Ｓ２））。次に、補正量演算部１５５が回転数変動幅の大きさに比例した補正量を求め、許容変動幅補正部１５６が異常判断部１６０の許容幅判断器１６３が保有している許容変動幅ΔＰｓを補正する（許容変動幅補正工程（Ｓ３））。具体的に、許容変動幅補正部１５６は、前述したように、回転数変動幅の大きさに比例して、許容幅判断器１６３の上限判断器１６４が保有している上限許容変動幅ΔＰｓｉを大きくし、許容幅判断器１６３の下限判断器１６５が保有している下限許容変動幅ΔＰｓｄを負側に大きくする。

以上で、補正工程（Ｓ１）が終了する。

また、以上の補正工程（Ｓ１）と並行して、異常判断部１６０は、ガスタービン１０が異常か否かを判断する（異常判断工程（Ｓ４））。この異常判断工程（Ｓ４）では、まず、参照出力発生器１６１が出力計２６からの出力を受け付け、この出力に基づき参照出力Ｐｒを出力する。減算器１６２は、この参照出力Ｐｒと出力計２６からの発電機２０の出力Ｐｇとの差である出力変動幅ΔＰｇを求める（出力変動幅算出工程（Ｓ５））。そして、この出力変動幅ΔＰｇに基づいて各判断器１６３，１６６が異常か否かの判断を行う（判断工程（Ｓ６））。

この判断工程（Ｓ６）では、許容幅判断器１６３が減算器１６２から出力変動幅ΔＰｇを受け付け、この出力変動幅ΔＰｇが補正部１５０で補正された許容出力変動幅ΔＰｓの範囲外か否かを判断する。そして、許容幅判断器１６３は、出力変動幅ΔＰｇが許容出力変動幅ΔＰｓの範囲外であると、異常状態である旨を示す異常信号を出力する。この異常信号が出力されると、許容外時間判断器１６６は、出力変動幅ΔＰｇが許容出力変動幅ΔＰｓの範囲外になっている時間が所定時間Ｔｐ以上であるか否かを判断し、所定時間Ｔｐ以上であれば、トリップ信号出力部１７０に異常信号を出力する。すなわち、この判断工程（Ｓ６）では、出力変動幅ΔＰｇが許容出力変動幅ΔＰｓの範囲外であり、且つこの状態が所定時間Ｔｐ継続すると、トリップ信号出力部１７０に異常信号を出力する。一方、出力変動幅ΔＰｇが許容出力変動幅ΔＰｓの範囲外ではない、又は、出力変動幅ΔＰｇが許容出力変動幅ΔＰｓの範囲外である状態が所定時間Ｔｐ継続しない場合には、補正工程（Ｓ１）に戻ると共に、異常判定工程（Ｓ４）に戻る。

トリップ信号出力部１７０は、異常判断部１６０が異常信号を出力すると（Ｓ６でＹｅｓの場合）、前述したように、操作部に対してトリップ信号を出力する（Ｓ７）。この結果、ガスタービン１０はトリップする。

図６に示すように、ガスタービン１０の出力が一定でも、電力系統２９が変動すると、発電機２０の回転数と発電機２０の出力とが変動する。この回転数と出力とは、極めて高い相関性があり、回転数が大きく変動すると、出力も大きく変動する。但し、回転数と出力とには、多少の位相ズレがある。

「背景技術」の欄で述べた特許文献１に記載の技術では、発電機２０の現在の出力と所定時間前の発電機２０の出力との差と、固定値である基準値とが比較されて、ガスタービン１０の状態を判定している。すなわち、図７に示すように、基準値である発電機２０の出力の許容出力変動幅ΔＰｓは、回転数変動幅ΔＮｐの変化に関わらず、一定である。従って、ガスタービン１０の出力が一定でも、電力系統２９が変動して、発電機２０の出力が大きく変動すると、例えば、図６中の時刻ｔｘでガスタービン１０をトリップさせる可能性がある。

一方、本実施形態では、図８に示すように、回転数変動幅ΔＮｐの大きさに比例して、許容出力変動幅ΔＰｓを大きくしているため、より具体的には、回転数変動幅ΔＮｐの大きさに比例して、上限許容変動幅ΔＰｓｉを大きくすると共に、下限許容変動幅ΔＰｓｄを負側に大きくしている。従って、図６に示すように、電力系統２９の大きな変動により、発電機２０の回転数が大きく変動して、発電機２０の出力も大きく変動しても、このときの出力変動幅ΔＰｇは許容出力変動幅ΔＰｓの範囲内になり、ガスタービン１０をトリップさせることはない。言い換えると、本実施形態では、例えば、ガスタービン１０の出力が一定のときに、電力系統２９が大きく変動して、発電機２０の出力も大きく変動しても、ガスタービン１０が異常であるとは判断せず、ガスタービン１０の運転が継続される。

以上のように、本実施形態では、電力系統２９が変動した場合におけるガスタービン異常の誤検出、及びガスタービン１０の誤トリップを少なくすることができる。

「第二実施形態」
次に、図９〜図１２を用いて、第二実施形態としての発電プラントについて説明する。

本実施形態及び以下の実施形態の発電プラントは、いずれも、第一実施形態の制御装置１００を変更したもので、その他の構成は第一実施形態の発電プラントと同じである。従って、本実施形態及び以下の実施形態については、主として、第一実施形態の制御装置１００の変更内容について説明する。

本実施形態の制御装置１００ａは、図９に示すように、出力の変動幅が許容出力変動幅の範囲外になったか否かに応じてガスタービン１０が異常であるか否かを判断する異常判断部１６０ａと、出力計２６で検知された出力を補正する補正部１１０と、第一実施形態と同様のトリップ信号出力部１７０と、を備えている。

異常判断部１６０ａは、補正部１１０からの出力Ｐｔの変動幅ΔＰを求める出力変動算出部１６７ａと、第一実施形態と同様の許容幅判断器１６３及び許容外時間判断器１６６と、を有している。

出力変動算出部１６７ａは、出力計２６からの出力に基づき参照出力Ｐｒを出力する参照出力発生器１６１と、参照出力Ｐｒと補正部１１０からの出力Ｐｔとの差である出力変動幅ΔＰｇを求める減算器１６２ａと、を有している。

参照出力発生器１６１は、第一実施形態と同様、出力が増加した場合の増加時参照出力Ｐｒｉ（Ｐｒ）と、出力が減少した場合の減少時参照出力Ｐｒｄ（Ｐｒ）とを出力する。減算器１６２ａは、補正部１１０からの出力Ｐｔと増加時参照出力Ｐｒｉとの差である増加時出力変動幅ΔＰｉ、及び補正部１１０からの出力Ｐｔと減少時参照出力Ｐｒｄとの差である減少時出力変動幅ΔＰｄを求める。

なお、ここでは、参照出力Ｐｒを基準として、この参照出力Ｐｒと補正部１１０からの出力Ｐｔとの差を出力変動幅ΔＰｇとしているが、所定時間前の補正部１１０からの出力Ｐｔを基準にして、この基準となる補正部１１０からの出力と現時点の補正部１１０からの出力との差を出力変動幅ΔＰｇとしてもよい。

許容幅判断器１６３及び許容外時間判断器１６６は、前述したように、第一実施形態のものと同様である。

制御装置１００ａの補正部１１０は、回転数計２５で検知された回転数を用いて、ガスタービン１０の見掛け上の出力変動を求める見掛け出力変動算出部１１１と、見掛け出力変動算出部１１１が求めたガスタービン１０の見掛け上の出力変動と出力計２６で検知された発電機２０の出力Ｐｇとを用いてガスタービン１０の出力Ｐｔを求める出力演算部１１８と、を有する。すなわち、この補正部１１０は、出力計２６で検知された発電機２０の出力Ｐｇを補正することで、補正後の出力としてガスタービン１０の出力Ｐｔを出力する。

ガスタービン１０の出力Ｐｔは、以下の式（１）で示すように、出力計２６で検知された発電機２０の出力Ｐｇから、ガスタービン１０及び発電機２０における回転系の慣性力によるガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐを減算した値である。
Ｐｔ＝Ｐｇ−Δｐ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）

よって、出力演算部１１８は、出力計２６で検知された発電機２０の出力Ｐｇと、見掛け出力変動算出部１１１が求めたガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐとの偏差を求める偏差演算器である。

ガスタービン１０及び発電機２０における回転系の慣性力によるガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐは、以下の式（２）で表すことができる。

Δｐ＝Ｔｒ×ω
＝−Ｉ×ｄω／ｄｔ×ω
＝−Ｉ×（２π／６０）^２×ｄＮ／ｄｔ×Ｎ ・・・・・・・・・・（２）
Ｔｒ：加速トルク（＝−Ｉ×ｄω／ｄｔ）[Ｎ・ｍ]
ω：角速度（＝２πＮ／６０）[ｒａｄ／ｓ]
Ｉ：慣性モーメント[ｋｇ・ｍ^２]
ｔ：時間[ｓ]
Ｎ：回転数[ｒｐｍ]

なお、式（２）中の慣性モーメントＩは、ガスタービン１０及び発電機２０における回転系の慣性モーメントである。このため、この慣性モーメントＩは、ガスタービン１０における空気圧縮機１１のロータ１２、タービン１４のロータ１５及び発電機２０のロータ２１を合せたものの慣性モーメントである。また、式（２）中で、時間変化に伴う変動パラメータは、回転数Ｎのみであり、他のパラメータは固定値である。このため、式（２）で示されるガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐは、回転数Ｎを検知することで求めることができる。

図１０に示すように、ガスタービン１０の出力Ｐｔが一定でも、電力系統２９が変動すると、発電機２０の回転数と発電機２０の出力Ｐｇとが変動する。このような電力系統２９の変動に伴う発電機２０の出力変動は、ガスタービン１０の正味出力Ｐｔに対して、上記式（２）に示されているガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐとなる。従って、電力系統２９が変動した場合でも、式（１）に示すように、出力計２６で検知された発電機２０の出力Ｐｇからガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐを減算することで、ガスタービン１０の正味出力Ｐｔを求めることができる。なお、ガスタービン１０、発電機２０及び電力系統２９が安定している場合、ガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐは実質的に「０」になる。このため、この場合、式（１）から理解できるように、ガスタービン１０の出力Ｐｔと発電機２０の出力Ｐｇとは実質的に等しくなる。

ところで、ガスタービン１０及び発電機２０の回転数Ｎが一定周期Ｔで変動している場合、この回転数の位相に対して発電機２０の出力の位相は、理論的にはＴ／４だけズレる。しかしながら、複数の発電プラントにおいて、回転数計で検知された回転数の位相と出力計で検知された実際の出力の位相とを比較すると、出力計で検出された出力の位相は、回転数計で検知された回転数の位相に対してＴ／４よりも遅れていることが判明した。すなわち、出力計で検知される実際の出力の位相は、理論的な出力の位相に対して遅れ時間Ｔｄ分遅れていることが判明した。言い換えると、ある時刻における回転数の回転数計からの出力時刻に対して、出力計は、同じある時刻における発電機の出力の出力時刻が遅れ時間Ｔｄ分遅くなることが判明した。

この遅れ時間Ｔｄの発生原因は明確に判明していないが、出力計のハードウェアーが遅れ時間の発生に起因していると考えられる。出力計は、基本的に、電流計と、電圧計と、電流計で検知された電流値と電圧計で検知された電圧値とを掛け合わせる演算器と、を有して構成されている。このように、出力計は、複数の段階を経て出力を得ているため、出力計で検知される出力の位相は、理論的な出力位相に対して遅れる、と考えられる。

式（１）を用いて、ガスタービン１０の出力Ｐｔを求める場合、式（１）中のガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐは、式（２）を用いて前述したように、回転数が検知されれば求められる。このため、回転数から求められる見掛け上の出力変動Δｐの位相は理論的な出力変動の位相と実質的に一致し、この理論的な出力変動に対して実質的に遅れていない。一方、式（１）中の発電機２０の出力Ｐｇは出力計２６で検知されたものであるから、この発電機２０の出力Ｐｇの位相は理論的な出力の位相に対して遅れ時間Ｔｄ分遅れている。

仮に、位相が遅れ時間Ｔｄ分遅れている発電機２０の出力Ｐｇから、位相が遅れていない見掛け上の出力変動Δｐを減算して、ガスタービン１０の出力Ｐｔを求めるとする。この場合、遅れ時間Ｔｄが比較的短い時間であれば、あまり問題にならないが、遅れ時間Ｔｄが比較的長い時間になれば、求められるガスタービン１０の出力Ｐｔに大きな誤差が含まれることになる。特に、遅れ時間Ｔｄが回転数の変動周期Ｔの１／２である場合、本来、出力の正のピーク値から出力変動の正のピーク値を減算しなければならないにも関わらず、出力の正のピーク値から出力変動の負のピーク値を減算することになり、ガスタービン１０の出力の変動が見掛け上の変動より極めて大きくなってしまう。

そこで、本実施形態の見掛け出力変動算出部１１１では、以上の知見に基づき、回転数計２５で検知された回転数Ｎから、遅れ時間Ｔｄを調節したガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐを求める。具体的に、本実施形態の見掛け出力変動算出部１１１は、図９に示すように、回転数計２５で検知された回転数Ｎを用いて遅れ時間Ｔｄを考慮していないガスタービン１０の見掛け上の出力変動を求める出力変動演算部１２０と、この見掛け上の出力変動を予め定められている遅れ時間Ｔｄ分だけ遅らせる遅れ時間調節部１１２と、を有している。

出力変動演算部１２０は、互いに異なるサンプリング時刻でサンプリングされた二つの回転数を用いて回転数変化率（ｄＮ／ｄｔ）を求める回転数変化率演算部１３０と、ガスタービン１０及び発電機２０における回転系の慣性モーメントＩを出力する慣性モーメント発生器１２１と、式（２）中の定数である〔−（２π／６０）^２〕を出力する定数発生器１２２と、複数の乗算器１２３，１２４，１２５と、を有している。乗算器１２３，１２４，１２５としては、慣性モーメントＩと定数〔−（２π／６０）^２〕を掛け合わせる第一乗算器１２３と、第一乗算器１２３からの出力〔−Ｉ×（２π／６０）^２〕に回転数変化率（ｄＮ／ｄｔ）を掛ける第二乗算器１２４と、第二乗算器１２４からの出力〔−Ｉ×（２π／６０）^２×ｄＮ／ｄｔ〕に回転数Ｎを掛ける第三乗算器１２５と、を有している。すなわち、この出力変動演算部１２０は、式（２）の演算を実行する。

回転数変化率演算部１３０は、回転数計２５からの回転数を所定時間Ｔｓ遅らせて出力する遅延器１３３と、回転数計２５からの回転数と遅延器１３３からの回転数との差を求める減算器１３４と、所定時間Ｔｓを出力する時間発生器１３２と、減算器１３４からの出力を時間発生器１３２からの所定時間Ｔｓで割る除算器１３９と、を有する。すなわち、回転数変化率演算部１３０は、現時点の回転数と、現時点から所定時間Ｔｓ過去の回転数との平均回転数変化率を現時点の回転数変化率としている。

次に、図１１に示すフローチャートに従って、制御装置１００ａの処理の流れについて説明する。

制御装置１００ａの補正部１１０は、回転数計２５からの回転数Ｎと出力計２６からの発電機２０の出力Ｐｇとを受け付け、この出力Ｐｇを補正して、ガスタービン１０の出力Ｐｔを出力する（補正工程（Ｓ１０））。

この補正工程（Ｓ１０）では、まず、補正部１１０の出力変動演算部１２０が、ガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐを求める（見掛け出力変動演算工程（Ｓ１２））。この際、出力変動演算部１２０の回転数変化率演算部１３０が前述の方法で回転数変化率を求める。出力変動演算部１２０は、式（２）に従って、この回転数変化率と回転数と回転系の慣性モーメント等を用いて、ガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐを求める。

補正工程（Ｓ１０）では、続いて、遅れ時間調節部１１２が出力変動演算部１２０で求められたガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐを遅れ時間Ｔｄ前の見掛け上の出力変動Δｐに調節する（遅れ時間調節工程（Ｓ１３））。具体的に、遅れ時間調節部１１２は、遅延器であり、遅れ時間調節部１１２が出力変動演算部１２０で求められたガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐを遅れ時間Ｔｄだけ遅らせてから出力する。

この結果、遅れ時間調節部１１２から出力された見掛け上の出力変動Δｐは、出力計２６の遅れ時間Ｔｄを考慮した見掛け上の出力変動となる。なお、見掛け出力変動演算工程（Ｓ１２）と遅れ時間調節工程（Ｓ１３）とを合わせた工程が、出力計２６の遅れ時間Ｔｄを考慮した見掛け上の出力変動を求める見掛け出力変動算出工程（Ｓ１１）を成す。

補正工程（Ｓ１０）では、さらに、出力演算部１１８が、式（１）に従って、出力計２６からの発電機２０の出力Ｐｇから、見掛け出力変動算出部１１１で求められたガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐを減算して、ガスタービン１０の出力Ｐｔを求める（出力演算工程（Ｓ１４））。出力計２６からの発電機２０の出力Ｐｇは、現時点から実質的に遅れ時間Ｔｄ遅れた出力であるが、見掛け出力変動算出部１１１からのガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐも、現時点から実質的に遅れ時間Ｔｄ遅れた見掛け上の出力変動である。このため、出力演算部１１８が扱う発電機２０の出力Ｐｇとガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐとの間には、遅れ時間Ｔｄに基づく位相ズレがない。よって、出力演算部１１８は、正確なガスタービン１０の出力を求めることができる。

以上で、補正工程（Ｓ１０）が終了する。

異常判断部１６０ａは、ガスタービン１０が異常か否かを判断する（異常判断工程（Ｓ４ａ））。この異常判断工程（Ｓ４ａ）では、まず、参照出力発生器１６１が出力計２６からの出力を受け付け、この出力に基づき参照出力Ｐｒを出力する。減算器１６２ａは、この参照出力Ｐｒと補正部１１０からのガスタービン１０の出力Ｐｔとの差である出力変動幅ΔＰｇを求める（出力変動幅算出工程（Ｓ５ａ））。そして、この出力変動幅ΔＰｇに基づいて各判断器１６３，１６６が異常か否かの判断を行う（判断工程（Ｓ６ａ））。

この判断工程（Ｓ６ａ）では、許容幅判断器１６３が減算器１６２ａから出力変動幅ΔＰｇを受け付け、この出力変動幅ΔＰｇが予め定められている許容出力変動幅ΔＰｓの範囲外か否かを判断する。そして、許容幅判断器１６３は、出力変動幅ΔＰｇが許容出力変動幅ΔＰｓの範囲外であると、異常状態である旨を示す異常信号を出力する。この異常信号が出力されると、許容外時間判断器１６６は、出力変動幅ΔＰｇが許容出力変動幅ΔＰｓの範囲外になっている時間が所定時間Ｔｐ以上であるか否かを判断し、所定時間Ｔｐ以上であれば、トリップ信号出力部１７０に異常信号を出力する。

トリップ信号出力部１７０は、第一実施形態と同様、異常判断部１６０ａが異常信号を出力すると（Ｓ６ａでＹｅｓの場合）、前述したように、操作部に対してトリップ信号を出力する（Ｓ７）。この結果、ガスタービン１０はトリップする。

例えば、図１２に示すように、時刻ｔａからガスタービン１０の出力Ｐｔが比較的に急激に減少し始めたとする。なお、図１２に示すガスタービン１０の出力Ｐｔは、ガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐを含まない正味の出力である。この結果、減少時参照出力Ｐｒｄ（Ｐｒ）とガスタービン１０の出力Ｐｔとの差である減少時出力変動幅ΔＰｄ（ΔＰ）が生じる。ガスタービン１０の出力Ｐｔは、その後も比較的に急激に減少すると、次第に減少時出力変動幅ΔＰｄも負側に大きくなる。この減少時出力変動幅ΔＰｄが、時刻ｔｂのときに予め定められている下限許容変動幅ΔＰｓｄ（ΔＰｓ）を負側に超えると、下限判断器１６５は許容外時間判断器１６６へ異常信号を出力する。許容外時間判断器１６６は、異常信号の入力が所定時間Ｔｐ継続すると、時刻ｔｂから所定時間Ｔｐ後の時刻ｔｃに、トリップ信号出力部１７０に異常信号を出力する。この結果、トリップ信号出力部１７０は、前述したように、操作部に対してトリップ信号を出力し、ガスタービン１０がトリップする。

以上のように、本実施形態では、例えば、電力系統２９が不安定になり、ガスタービン１０と発電機２０との出力バランスがくずれた場合等でも、発電機２０の出力から正確なガスタービン１０の出力を求めることができる。

また、本実施形態では、ガスタービン１０の出力Ｐｔが一定の場合に、電力系統２９の不安定に起因して発電機２０の出力Ｐｇが変動しても、以上のように正確に求められたガスタービン１０の出力Ｐｔに応じてガスタービン１０が異常であるか否かの判断が行われるので、ガスタービン異常の誤検出，及びガスタービン１０の誤トリップを少なくすることができる。

「第三実施形態」
次に、図１３及び図１４を用いて、第三実施形態としての発電プラントについて説明する。

本実施形態の制御装置１００ｂは、第二実施形態の制御装置１００ａにおける回転数変化率演算部１３０を変更したもので、その他の構成は第二実施形態の制御装置１００ａと基本的に同じである。そこで、以下では、主として、この変更内容について説明する。

まず、本実施形態の回転数変化率演算部１３０ｂでの回転数変化率の求め方について、図１４を参照して説明する。

第一時刻ｔ１における回転数変化率を求める際には、まず、第一時刻ｔ１に回転数計２５から出力された第一回転数Ｎ１と、第一時刻ｔ１から所定時間Ｔｓ前の第二時刻ｔ２に回転数計２５から出力された第二回転数Ｎ２とを用いて、両回転数Ｎ１，Ｎ２の差である第一回転数変化量ΔＮ１を求める。次に、第一時刻ｔ１から所定時間Ｔｓ後の第三時刻ｔ３に回転数計２５から出力された第三回転数Ｎ３と第一回転数Ｎ１とを用いて、両回転数Ｎ３，Ｎ１の差である第二回転数変化量ΔＮ２を求める。

次に、第一回転数変化量ΔＮ１と第二回転数変化量ΔＮ２との平均値である平均変化量ΔＮａを求める。次に、この平均変化量ΔＮａを所定時間Ｔｓで割って、この値を第一時刻ｔ１における回転数変化率とする。

すなわち、ここでは、第一時刻ｔ１と第二時刻ｔ２との間での第一平均回転数変化率と、第一時刻ｔ１と第三時刻ｔ３との間での第二平均回転数変化率との平均値を第一時刻ｔ１における回転数変化率としている。

第一時刻ｔ１と第二時刻ｔ２との間の所定時間Ｔｓ、及び第一時刻ｔ１と第三時刻ｔ３との間の所定時間Ｔｓは、予想される遅れ時間Ｔｄ以下の時間である。

ところで、第一時刻ｔ１における回転数変化率を以上のように求める場合、第一時刻ｔ１に対して未来の時刻である第三時刻ｔ３における第三回転数Ｎ３が必要である。

また、出力演算部１１８において、第一時刻ｔ１での回転数変化率を用いて求められる見掛け上の出力変動分が減算される対象は、第一時刻ｔ１での発電機２０の出力である。この第一時刻ｔ１での発電機２０の出力は、所定時間Ｔｓが予想される遅れ時間Ｔｄ以下の時間である関係上、第一時刻ｔ１に対して所定時間Ｔｓだけ未来の時刻である第三時刻ｔ３よりもさらに未来の時刻、つまり第一時刻ｔ１から遅れ時間Ｔｄ分だけ未来の第四時刻ｔ４に出力計２６から出力される出力である。従って、第一時刻ｔ１での発電機２０の出力が得られる第四時刻ｔ４から見ると、第三時刻ｔ３は過去の時刻である。このため、出力演算部１１８において、第一時刻ｔ１でのガスタービン１０の出力を求める場合には、第三時刻ｔ３が第四時刻ｔ４に対して過去の時刻であるため、第一時刻ｔ１に対して未来の時刻である第三時刻ｔ３における第三回転数Ｎ３を得ることができる。

本実施形態の回転数変化率演算部１３０ｂは、以上の方法で回転数変化率を求める。そこで、この回転数変化率演算部１３０ｂは、図１３に示すように、定数である「２」を出力する定数発生器１３１と、所定時間Ｔｓを出力する時間発生器１３２と、回転数計２５からの回転数を所定時間Ｔｓ遅らせて出力する第一遅延器１３３と、回転数計２５からの回転数と第一遅延器１３３からの回転数との差を求める第一減算器１３４と、第一遅延器１３３からの回転数をさらに所定時間Ｔｓ遅らせて出力する第二遅延器１３５と、第一遅延器１３３からの回転数と第二遅延器１３５からの回転数との差を求める第二減算器１３６と、第一減算器１３４からの出力に第二減算器１３６からの出力を加える加算器１３７と、加算器１３７からの出力を定数発生器１３１からの「２」で割る第一除算器１３８と、第一除算器１３８からの出力を時間発生器１３２からの所定時間Ｔｓで割る第二除算器１３９と、を有する。

ここで、この回転数変化率演算部１３０ｂにおいて、回転数計２５から前述の第三時刻ｔ３における第三回転数Ｎ３が出力されたとする。このとき、第一遅延器１３３は、第三時刻ｔ３から所定時間Ｔｓ前の第一時刻ｔ１における第一回転数Ｎ１を出力する。第一減算器１３４は、第一回転数Ｎ１と第三回転数Ｎ３との差である第二回転数変化量ΔＮ２を出力する。また、このとき、第二遅延器１３５は、第一時刻ｔ１から所定時間Ｔｓ前の第二時刻ｔ２における第二回転数Ｎ２を出力する。第二減算器１３６は、第一遅延器１３３からの出力である第一回転数Ｎ１と第二遅延器１３５からの出力である第二回転数Ｎ２との差である第一回転数変化量ΔＮ１を出力する。加算器１３７及び第一除算器１３８では、第一回転数変化量ΔＮ１と第二回転数変化量ΔＮ２との平均値である平均変化量ΔＮａを求める。第二除算器１３９は、平均変化量ΔＮａを所定時間Ｔｓで割って、第一時刻ｔ１における回転数変化率を出力する。

なお、以上では、平均変化量ΔＮａを求めてから、この平均変化量ΔＮａを所定時間Ｔｓで割って回転数変化率を求めているが、第一回転数変化量ΔＮ１及び第二回転数変化量ΔＮ２を求めてから、これらの変化量の変化率を求め、各変化率の平均値を第一時刻ｔ１における回転数変化率としてもよい。

ところで、図１４を用いて前述したように、出力演算部１１８において、第一時刻ｔ１での回転数変化率を用いて求められる見掛け上の出力変動分が減算される対象は、第一時刻ｔ１での発電機２０の出力である。この第一時刻ｔ１での発電機２０の出力は、第一時刻ｔ１から遅れ時間Ｔｄ分だけ未来の第四時刻ｔ４に出力計２６から出力される出力である。

一方、第一時刻ｔ１での回転数変化率は、第一時刻ｔ１から所定時間Ｔｓ分だけ未来の第三時刻ｔ３に回転数計２５から出力される回転数を用いて求められる。従って、第一時刻ｔ１での回転数変化率が求められる時刻は、第一時刻ｔ１から所定時間Ｔｓ分だけ未来の第三時刻ｔ３以降になる。

このため、出力変動演算部１２０ｂが、第一時刻ｔ１におけるガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐを出力する時刻も、第一時刻ｔ１から所定時間Ｔｓ分だけ未来の第三時刻ｔ３以降になる。よって、出力変動演算部１２０ｂからの出力である見掛け上の出力変動Δｐは、すでに所定時間Ｔｓ遅れているので、この見掛け上の出力変動Δｐを（Ｔｄ−Ｔｓ）分を遅らせるだけで、この見掛け上の出力変動Δｐと出力計２６からの発電機２０の出力との遅れ時間Ｔｄ差が解消される。

そこで、本実施形態の遅れ時間調節部１１２ｂは、第二実施形態と異なり、出力変動演算部１２０ｂからの出力である見掛け上の出力変動Δｐを（Ｔｄ−Ｔｓ）分を遅らせる。

遅れ時間調節部１１２ｂにより（Ｔｄ−Ｔｓ）分遅らされた見掛け上の出力変動Δｐは、見掛け出力変動算出部１１１ｂの出力として、補正部１１０ｂの出力演算部１１８に送られる。出力演算部１１８では、第二実施形態と同様に、出力計２６からの出力Ｐｇから、見掛け出力変動算出部１１１ｂからの見掛け上の出力変動Δｐが減算されて、減算結果であるガスタービン１０の正味出力が異常判断部１６０ａに出力される。

以上、本実施形態では、３つの時刻から回転数変化率を求めているので、より正確な回転数変化率を求めることできる。本実施形態では、図１４に示すように、時刻ｔ１を基準にして、この時刻ｔ１と過去の時刻ｔ２との間の平均回転数変化率のみならず、この時刻ｔ１と未来の時刻ｔ３との間の平均回転数変化率も使って、これら平均回転数変化率の平均値を時刻ｔ１での回転数変化率としている。このため、本実施形態では、回転数変化率を求める時刻ｔ１での回転数が極大値又は極小値をとるときには、第二実施形態よりもより正確な回転数変化率を求めることができる。

「第四実施形態」
次に、図１５を用いて、第四実施形態としての発電プラントについて説明する。

本実施形態の制御装置１００ｃは、第二実施形態の制御装置１００ａにおける遅れ時間調節部１１２の位置を変更したもので、その他の構成は第二実施形態の制御装置１００ａと基本的に同じである。従って、以下では、主として、この変更内容について説明する。

第二実施形態の遅れ時間調節部１１２は、見掛け出力変動演算部１２０と出力演算部１１８との間に配置されている。一方、本実施形態の遅れ時間調節部１１２ｃは、回転数計２５と見掛け出力変動演算部１２０との間に配置されている。

本実施形態では、回転数計２５で検知された回転数が遅れ時間調節部１１２ｃにより見掛け時間Ｔｄ遅らされてから、見掛け出力変動演算部１２０に入力する。この結果、見掛け出力変動演算部１２０で求められたガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐは、既に見掛け時間Ｔｄ分遅れていることになる。このため、本実施形態では、第二実施形態のように、見掛け出力変動演算部１２０からの見掛け上の出力変動Δｐは、遅れ時間調節されることなく、出力演算部１１８に入力する。

以上のように、出力計２６からの出力の遅れに対する出力変動の遅れ時間調節は、第一実施形態のように、見掛け出力変動演算部１２０の出力であるガスタービン１０の見掛け上の出力変動に対して行っても、本実施形態のように、見掛け出力変動演算部１２０の入力値である回転数に対して行ってもよい。よって、第三実施形態においても、本実施形態と同様に、遅れ時間調節部を回転数計２５と見掛け出力変動演算部１２０ｂとの間に配置してもよい。また、第三実施形態では、見掛け出力変動演算部１２０ｂにおける第一遅延器１３３及び第二遅延器１３５で回転数を遅らせる所定時間Ｔｓを遅れ時間Ｔｄに設定することでも、遅れ時間調節を実行することができる。

なお、以上の実施形態は、いずれも、ガスタービンが原動機の発電プラントであるが、原動機はガスタービンに限定されるものではなく、例えば、蒸気タービンや風車等であってもよい。

１０…ガスタービン、１１：空気圧縮機、１３：燃焼器、１４：タービン、１７：燃料遮断弁、２０：発電機、２３：遮断器、２５：回転数計、２６：出力計、１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ：制御装置、１１０，１１０ｂ：補正部、１１１，１１１ｂ：見掛け出力変動算出部、１１２，１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ：遅れ時間調節部、１２０，１２０ｂ：出力変動演算部、１３０，１３０ｂ：回転数変化率演算部、１６０，１６０ａ：異常判断部、１７０：トリップ信号出力部

Claims (17)

1. 発電機に機械的に接続されている原動機の異常検出方法において、
   出力計で検知された前記発電機の出力の変動幅が許容出力変動幅の範囲外になったか否かに応じて、前記原動機が異常であるか否かを判断する異常判断工程と、
   前記異常判断工程での判断基準となる前記許容出力変動幅と、前記異常判断工程での判断対象となる前記出力計で検知された前記出力とのうちの一方を、回転数計で検知された前記発電機と前記原動機とのうちの一方の回転数を用いて補正する補正工程と、
   を実行することを特徴とする原動機の異常検出方法。
2. 請求項１に記載の原動機の異常検出方法において、
   前記補正工程では、前記一方の回転数を用いて、該回転数の回転数変動幅を求める回転数変動幅算出工程と、前記回転数変動幅が大きくなるに連れて、前記許容出力変動幅が大きくなるよう、該許容出力変動幅を補正する許容変動幅補正工程と、を実行し、
   前記異常判断工程では、前記出力計で検知された前記出力の変動幅が前記許容変動幅補正工程で補正された前記許容出力変動幅の範囲外になったか否かに応じて、前記原動機が異常であるか否かを判断する
   ことを特徴とする原動機の異常検出方法。
3. 請求項２に記載の原動機の異常検出方法において、
   前記回転数変動幅算出工程では、
   前記回転数が定格回転数よりも高いときに低下した場合に、前記原動機及び前記発電機が正常運転中であるときに許容される回転数低下率を用いて求められる回転数である上参照回転数を求める上参照回転数演算工程と、
   前記回転数が定格回転数以下のときに上昇した場合に、前記原動機及び前記発電機が正常運転中であるときに許容される回転数上昇率を用いて求められる回転数である下参照回転数であって、前記上参照回転数と同じ時刻における下参照回転数を求める下参照回転数演算工程と、
   前記上参照回転数と前記下参照回転数との差を求め、該差を前記回転数変動幅として出力する偏差演算工程と、
   を実行することを特徴とする原動機の異常検出方法。
4. 請求項２又は３に記載の原動機の異常検出方法において、
   前記異常判断工程では、前記出力計で検知された前記出力と該出力に対する基準出力との差を該出力の変動とする出力変動算出工程を、
   実行することを特徴とする原動機の異常検出方法。
5. 請求項１に記載の原動機の異常検出方法において、
   前記補正工程では、前記一方の回転数と、該回転数の単位時間当たりの変化率である回転数変化率と、前記原動機及び前記発電機における回転系の慣性モーメントとを用いて、該原動機の見掛け上の出力変動を求め、前記出力計で検知された前記発電機の出力から該見掛け上の出力変動分を減算した値を、補正された出力とし、
   前記異常判断工程では、前記補正工程で補正された前記出力の変動幅が前記許容出力変動幅の範囲外になったか否かに応じて、前記原動機が異常であるか否かを判断する、
   ことを特徴とする原動機の異常検出方法。
6. 請求項５に記載の原動機の異常検出方法において、
   前記補正工程では、前記出力計から出力された前記出力から、前記回転数計からの出力に対する前記出力計からの出力の遅れ時間分遅れている前記見掛け上の出力変動を減算する、
   ことを特徴とする原動機の異常検出方法。
7. 請求項５又は６に記載の原動機の異常検出方法において、
   前記異常判断工程では、前記補正工程で補正された前記出力と前記出力計で検知された前記出力に対する基準出力との差を該出力の変動とする出力変動算出工程を、
   実行することを特徴とする原動機の異常検出方法。
8. 請求項４又は７に記載の原動機の異常検出方法において、
   前記出力変動算出工程では、前記原動機及び前記発電機が正常運転中であるときに許容される出力変化率を用いて求められる出力である参照出力を前記基準出力とする、
   ことを特徴とする原動機の異常検出方法。
9. 発電機に機械的に接続されている原動機の制御装置において、
   出力計で検知された前記発電機の出力の変動幅が許容出力変動幅の範囲外になったか否かに応じて、前記原動機が異常であるか否かを判断する異常判断部と、
   前記異常判断部での判断基準となる前記許容出力変動幅と前記異常判断部での判断対象となる前記出力計で検知された前記出力とのうちの一方を、回転数計で検知された前記発電機と前記原動機とのうちの一方の回転数を用いて補正する補正部と、
   前記異常判断部で前記原動機が異常であると判断されると、前記原動機をトリップさせることができる操作部にトリップ信号を出力して、該原動機をトリップさせるトリップ信号出力部と、
   を備えていることを特徴とする原動機の制御装置。
10. 請求項９に記載の原動機の制御装置において、
    前記補正部は、前記一方の回転数を用いて、該回転数の回転数変動幅を求める回転数変動幅算出部と、前記回転数変動幅が大きくなるに連れて、前記許容出力変動幅が大きくなるよう、該許容出力変動幅を補正する許容変動幅補正部と、を有し、
    前記異常判断部は、前記出力計で検知された前記出力の変動幅が前記許容変動幅補正部で補正された前記許容出力変動幅の範囲外になったか否かに応じて、前記原動機が異常であるか否かを判断する
    ことを特徴とする原動機の制御装置。
11. 請求項１０に記載の原動機の制御装置において、
    前記回転数変動幅算出部は、
    前記回転数が定格回転数よりも高いときに低下した場合に、前記原動機及び前記発電機が正常運転中であるときに許容される回転数低下率を用いて求められる回転数である上参照回転数を求める上参照回転数演算部と、
    前記回転数が定格回転数以下のときに上昇した場合に、前記原動機及び前記発電機が正常運転中であるときに許容される回転数上昇率を用いて求められる回転数である下参照回転数であって、前記上参照回転数と同じ時刻における下参照回転数を求める下参照回転数演算部と、
    前記上参照回転数と前記下参照回転数との差を求め、該差を前記回転数変動幅として出力する偏差演算部と、
    を有することを特徴とする原動機の制御装置。
12. 請求項１０又は１１に記載の原動機の制御装置において、
    前記異常判断部は、前記出力計で検知された前記出力と該出力に対する基準出力との差を該出力の変動とする出力変動算出部を有する、
    ことを特徴とする原動機の制御装置。
13. 請求項９に記載の原動機の制御装置において、
    前記補正部は、
    前記一方の回転数と、該回転数の単位時間当たりの変化率である回転数変化率と、前記原動機及び前記発電機における回転系の慣性モーメントとを用いて、該原動機の見掛け上の出力変動を求める見掛け出力変動算出部と、
    前記出力計で検知された前記発電機の出力から前記見掛け上の出力変動分を減算した値を、補正された出力とする出力演算部と、
    を有し、
    前記異常判断部は、前記補正部が補正した前記出力の変動幅が前記許容出力変動幅の範囲外になったか否かに応じて、前記原動機が異常であるか否かを判断する、
    ことを特徴とする原動機の制御装置。
14. 請求項１３に記載の原動機の制御装置において、
    前記補正部は、前記出力演算部に入力する前記見掛け上の出力変動を、前記回転数計からの出力に対する前記出力計からの出力の遅れ時間分遅らせる遅れ時間調節部を有する、
    ことを特徴とする原動機の制御装置。
15. 請求項１３又は１４に記載の原動機の制御装置において、
    前記異常判断部は、前記補正部が補正した前記出力と前記出力計で検知された前記出力に対する基準出力との差を該出力の変動とする出力変動算出部を有する、
    ことを特徴とする原動機の制御装置。
16. 請求項１２又は１５に記載の原動機の制御装置において、
    前記出力変動算出部は、前記原動機及び前記発電機が正常運転中であるときに許容される出力変化率を用いて求められる出力である参照出力を前記基準出力とする、
    ことを特徴とする原動機の制御装置。
17. 請求項９から１６のいずれか一項に記載の原動機の制御装置と、
    前記原動機と、
    前記発電機と、
    前記操作部と、
    を備えていることを特徴とする発電プラント。

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