JP6140899B2

JP6140899B2 - 制御装置及び制御方法

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Publication number: JP6140899B2
Application number: JP2016537665A
Authority: JP
Inventors: 陽介中川; 直人米村; 和寛蛇蝮
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corp
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corp
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2014-07-31
Publication date: 2017-06-07
Anticipated expiration: 2034-07-31
Also published as: US10358985B2; JPWO2016016983A1; WO2016016983A1; US20170044997A1; EP3118438B1; EP3118438A1; CN106232964A; EP3118438A4

Description

本発明は、燃料ガスを圧縮する圧縮機の制御装置及び制御方法に関する。

燃料ガスを圧縮する圧縮機の吐出圧力を設定範囲内に保つようにガスタービン等の負荷機器への燃料ガス供給量を調節する制御手段を備えた燃料ガス供給システムが提案されている。
しかしながら、従来の燃料ガス供給システムでは、負荷遮断時やガスタービンのトリップ時等のような急激な燃料ガス消費量の変動に適切に対応することができない場合があった。そこで、圧縮機に設けられた入口ガイド弁（ＩＧＶ：Inlet Guide Vane）の開度を制御することによって圧縮機の吐出圧力を設定圧力に維持させるとともに、いわゆるサージングを回避するために、負荷遮断時等に圧縮機の出口に接続されたアンチサージ弁（ＡＳＶ：Anti-Surge Valve）（リサイクル弁（ＲＣＶ：Recycle Control Valve）とも言う）を急開させて、当該圧縮機から吐出される燃料ガスの一部を当該圧縮機の入口側に戻すという技術が提案されている。

また、上記のような燃料ガス供給システムをさらに発展させ、入口ガイド弁だけでなく、アンチサージ弁も圧縮機の吐出圧制御に活用することで、通常運転時だけでなく、負荷遮断時、圧縮機およびガスタービンのトリップ時等においても良好な制御結果を得ることができる燃料ガス供給システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−０７６４６１号公報

従来の燃料ガス供給システムに比べて改善はされるものの、特許文献１に記載の燃料ガス供給システムによっても、負荷遮断時等の急激な負荷変動が生じた場合には、フィードバック制御対象とする圧力の所定量のオーバーシュート、アンダーシュートが発生し、安定するまでに若干の時間を要していた。

本発明は、負荷機器における急激な負荷変動が生じた場合における圧力の変動をより早急に安定化させることができる制御装置及び制御方法を提供する。

本発明の第１の態様によれば、制御装置は、燃料ガスを圧縮し、その圧縮した燃料ガスを負荷機器に供給する圧縮機と、前記圧縮機に対する前記燃料ガスの流入量を調整する流入量調整手段と、前記圧縮機から吐出される燃料ガスを前記圧縮機の入口側に戻すためのアンチサージ弁と、前記流入量調整手段に向けて供給する前記燃料ガスの圧力を調整する入口圧力調整弁と、を有する燃料ガス供給システムを制御する制御装置であって、前記負荷機器の負荷と所定の第１変換処理とに基づいて生成した第１フィードフォワード制御値と、前記圧縮機の吐出圧力の設定値と前記圧縮機の吐出圧力の計測値との偏差に基づいて生成したフィードバック制御値と、を用いて前記流入量調整手段及び前記アンチサージ弁を制御する主圧力調整部と、前記負荷機器の負荷と前記第１変換処理とは異なる第２変換処理とに基づいて生成した第２フィードフォワード制御値を用いて、前記入口圧力調整弁を制御する入口圧力調整部と、を備える。

本発明の第２の態様によれば、上述の制御装置において、前記入口圧力調整部は、前記負荷機器における単位時間当たりの負荷変動が所定の変動幅以上であることを示す通知信号を受け付けた際に、前記第２フィードフォワード制御値に基づく前記入口圧力調整弁の制御を行う。

本発明の第３の態様によれば、上述の制御装置において、前記入口圧力調整弁の上流側における燃料ガスの状態を示す状態量の設計値と、前記入口圧力調整弁の上流側における燃料ガスの状態を示す状態量の計測値と、に基づいて前記第２フィードフォワード制御値を補正する開度補正演算部をさらに備える。

本発明の第４の態様によれば、上述の制御装置において、前記入口圧力調整部が生成した前記第２フィードフォワード制御値に予め規定された所定のバイアス値を加算して補正するバイアス加算部をさらに備える。

本発明の第５の態様によれば、上述の制御装置において、前記入口圧力調整部は、前記第２フィードフォワード制御値と、前記流入量調整手段に向けて供給する前記燃料ガスの圧力の設定値と計測値との偏差に基づいて生成した入口用フィードバック制御値と、の両方に基づいて前記入口圧力調整弁の制御を行う。

本発明の第６の態様によれば、制御方法は、燃料ガスを圧縮し、その圧縮した燃料ガスを負荷機器に供給する圧縮機と、前記圧縮機に対する前記燃料ガスの流入量を調整する流入量調整手段と、前記圧縮機から吐出される燃料ガスを前記圧縮機の入口側に戻すためのアンチサージ弁と、前記流入量調整手段に向けて供給する前記燃料ガスの圧力を調整する入口圧力調整弁と、を有する燃料ガス供給システムを制御する制御方法であって、主圧力調整部が、前記負荷機器の負荷と所定の第１変換処理とに基づいて生成した第１フィードフォワード制御値と、前記圧縮機の吐出圧力の設定値と前記圧縮機の吐出圧力の計測値との偏差に基づいて生成したフィードバック制御値と、を用いて前記流入量調整手段及び前記アンチサージ弁を制御するステップと、入口圧力調整部が、前記負荷機器の負荷と前記第１変換処理とは異なる第２変換処理とに基づいて生成した第２フィードフォワード制御値を用いて、前記入口圧力調整弁を制御するステップと、を有する。

上述の制御装置及び制御方法によれば、負荷機器における急激な負荷変動が生じた場合における圧力の変動をより早急に安定化させることができる。

第１の実施形態に係る燃料ガス供給システムの機能構成を示す図である。第１の実施形態に係る主圧力調整部の機能を説明する第１の図である。第１の実施形態に係る主圧力調整部の機能を説明する第２の図である。第１の実施形態に係る主圧力調整部の機能を説明する第３の図である。第１の実施形態に係る入口圧力調整部の機能を説明する図である。第１の実施形態に係る入口圧力調整部による作用効果を説明する図である。第２の実施形態に係る燃料ガス供給システムの機能構成を示す図である。第３の実施形態に係る燃料ガス供給システムの機能構成を示す図である。第３の実施形態に係る入口圧力調整部による作用効果を説明する図である。第４の実施形態に係る燃料ガス供給システムの機能構成を示す図である。

＜第１の実施形態＞
以下、図１〜図６を参照しながら第１の実施形態に係る燃料ガス供給システムについて詳細に説明する。

図１は、第１の実施形態に係る燃料ガス供給システムの機能構成を示す図である。
図１に示すように、燃料ガス供給システム１００は、圧縮機１（コンプレッサ）と、流入量調整手段である入口ガイド弁（以下、ＩＧＶ５）と、アンチサージ弁（以下、ＡＳＶ７）と、入口圧力調整弁（以下、ＰＣＶ９（ＰＣＶ：Pressure Control Valve））と、ヘッダタンク１３と、制御装置１０１と、を備えている。
燃料ガス供給システム１００は、圧縮した燃料ガスの供給先であるガスタービン１５（負荷機器）に当該燃料ガスを供給する。燃料ガスの供給量は、負荷司令部１７が出力する要求信号ＤＥＭによって定められる。負荷司令部１７が出力する要求信号ＤＥＭは、ガスタービン１５の負荷の目標値を規定しており、後述する制御装置１０１が当該要求信号ＤＥＭを受け付けることで、ガスタービン１５の負荷の目標値に応じた量の燃料ガスが燃料ガス供給システム１００より供給される。

圧縮機１は、ＰＣＶ９、ＩＧＶ５を通じて供給される燃料ガスを圧縮し、当該圧縮した燃料ガスを、ヘッダタンク１３を介してガスタービン１５に供給する。
ＩＧＶ５は、ＰＣＶ９と圧縮機１とを接続する配管に配されて、圧縮機１に対する燃料ガスの流入量を調整する弁である。
ＡＳＶ７は、圧縮機１から吐出される圧縮された燃料ガスを当該圧縮機１の入口側（ＰＣＶ９と圧縮機１とを接続する配管であってＩＧＶ５の上流側）に戻す燃料ガスの流量を調整する弁である。
ＰＣＶ９は、外部（燃料ガスの発生源（図示せず））からＩＧＶ５に向けて供給する燃料ガスの圧力を調整する弁である。通常、ＰＣＶ９は、自己とＩＧＶ５とを接続する配管における圧力が予め規定された設定値で一定となるように、後述する圧力調整器１１により制御される。
制御装置１０１は、主圧力調整部１０１ａと、入口圧力調整部１０１ｂと、を有している。
なお、図１に示す例では、ヘッダタンク１３から単一のガスタービン１５に接続される態様を示しているが、これに限定されず、ヘッダタンク１３から複数のガスタービン１５に接続される態様であってもよい。

図２、図３及び図４は、それぞれ、第１の実施形態に係る主圧力調整部の機能を説明する第１の図、第２の図及び第３の図である。
以下、図１に加え、図２〜図４を参照しながら主圧力調整部１０１ａの機能について説明する。

図１に示すように、主圧力調整部１０１ａは、関数発生器１９、２７、２９と、加算器２１と、圧力調整器２３（ＰＣ：Pressure Controller）と、流量調整器３５（ＦＣ：Flow Controller）と、高位選択部３１と、を有している。

ガスタービン１５の運転時には、負荷司令部１７が関数発生器１９に要求信号ＤＥＭを与える。この要求信号ＤＥＭは、ガスタービン１５の最大負荷を１００％とした場合の負荷率として与えられる。
関数発生器１９は、図２に例示する関数に基づいて、負荷司令部１７が出力する上記要求信号ＤＥＭを入力して第１フィードフォワード制御値ＭＶ０に変換する第１変換処理を実行し、第１フィードフォワード制御値ＭＶ０を示す制御信号を出力する。関数発生器１９が出力する制御信号が示す第１フィードフォワード制御値ＭＶ０は、加算器２１に入力される。

圧力調整器２３は、圧縮機１がガスタービン１５に向けて吐出する燃料ガスの圧力であって圧力計２５によって検出される実際の圧力（実吐出圧力ＰＶ１）を示す信号を入力し、当該実吐出圧力ＰＶ１を予め規定された設定値（設定圧力ＳＶ１）に一致させるための第１フィードバック制御値ＭＶ１を示す制御信号を出力する。具体的には、圧力調整器２３は、設定圧力ＳＶ１と検出された実吐出圧力ＰＶ１の偏差にＰＩ（比例、積分）処理を施した第１フィードバック制御値ＭＶ１を演算し、この第１フィードバック制御値ＭＶ１に対応する制御信号を加算器２１に向けて出力する。

加算器２１は、第１フィードフォワード制御値ＭＶ０と第１フィードバック制御値ＭＶ１とを加算する演算を実行して中間制御値ＭＶ２を求め、この中間制御値ＭＶ２に対応する信号を関数発生器２７及び関数発生器２９に向けて出力する。

関数発生器２７は、図３に例示する関数に基づく弁制御信号をＩＧＶ５に出力する。例えば、関数発生器２７は、第１フィードフォワード制御値ＭＶ０が５０％になるまではＩＧＶ開度（ＩＧＶ５の弁の開きの度合い）を２０％（最小開度に対応）に保持させ、第１フィードフォワード制御値ＭＶ０が５０％から増大するに伴って、ＩＧＶ開度を２０％から１００％（最大開度に対応）まで直線的に増加させる弁制御信号を形成し、この弁制御信号をＩＧＶ５に出力する。

関数発生器２９は、図４に例示する関数に基づく弁制御信号を高位選択部３１に出力する。例えば、関数発生器２９は、第１フィードフォワード制御値ＭＶ０が５０％になるまではＡＳＶ開度（ＡＳＶ７の弁の開きの度合い）を１００％（最大開度に対応）から０％（最小開度に対応）まで直線的に減少させ、第１フィードフォワード制御値ＭＶ０が５０％以上の時にＡＳＶ開度を０％に保持させる中間制御値ＭＶ３を設定し、この中間制御値ＭＶ３に対応する信号を高位選択部３１に出力する。

流量調整器３５は、圧縮機１からヘッダタンク１３へ供給される燃料ガスの流量であって予め規定された吐出流量の設定値（設定流量ＳＶ２）と、流量計３７で検出される実際の吐出流量（実吐出流量ＰＶ２）と、の偏差に対応する第２フィードバック制御値ＭＶ４を演算し、この第２フィードバック制御値ＭＶ４に対応する信号を上記高位選択部３１に出力する。
高位選択部３１は、関数発生器２９から出力される中間制御値ＭＶ３を示す信号と、流量調整器３５が出力する第２フィードバック制御値ＭＶ４を示す信号とを比較し、それらの内の大きい方の信号を弁制御信号としてＡＳＶ７に出力する。

以上の構成により、主圧力調整部１０１ａは、ガスタービン１５の負荷（要求信号ＤＥＭが示す負荷）と、上記第１変換処理と、に基づいて生成した第１フィードフォワード制御値ＭＶ０と、圧縮機１の吐出圧力の設定値（設定圧力ＳＶ１）と当該圧縮機１の吐出圧力の計測値（実吐出圧力ＰＶ１）との偏差に基づいて生成した第１フィードバック制御値ＭＶ１と、を用いてＩＧＶ５及びＡＳＶ７を制御する。

主圧力調整部１０１ａの構成による具体的な作用は、引用文献１に記載されているものと同様であるため、詳細な説明を省略する。主圧力調整部１０１ａの、以上のような機能構成によれば、フィードフォワード制御とフィードバック制御の組合せによって吐出圧力が制御されるので、即応性の高い圧力制御が可能となり、そのため、ガスタービン１５に急激な負荷の要求がなされた場合でも、吐出圧力の変動を抑制することができる。

図５は、第１の実施形態に係る入口圧力調整部の機能を説明する図である。
以下、図１に加え、図５を参照しながら入口圧力調整部１０１ｂの機能について説明する。
図１に示すように、入口圧力調整部１０１ｂは、関数発生器２０と、圧力調整器１１と、制御切替部３９と、を備えている。

関数発生器２０は、図５に例示する関数に基づいて、負荷司令部１７が出力する上記要求信号ＤＥＭを入力して第２フィードフォワード制御値ＭＶ５に変換する第２変換処理を実行し、第２フィードフォワード制御値ＭＶ５を示す制御信号を出力する。関数発生器２０が出力する制御信号が示す第２フィードフォワード制御値ＭＶ５は、制御切替部３９に入力される。関数発生器２０が用いる関数（図５）の詳細については後述する。

圧力調整器１１は、ＩＧＶ５に向けて供給する燃料ガスの圧力であって圧力計４１によって検出される実際の圧力（実入口圧力ＰＶ３）を示す信号を入力し、当該実入口圧力ＰＶ３を予め規定された設定値（設定圧力ＳＶ３）に一致させるための入口用フィードバック制御値ＭＶ６を示す制御信号を出力する。具体的には、圧力調整器１１は、設定圧力ＳＶ３と検出された実入口圧力ＰＶ３の偏差にＰＩ（比例、積分）処理を施した入口用フィードバック制御値ＭＶ６を演算し、この入口用フィードバック制御値ＭＶ６に対応する制御信号を制御切替部３９及びＰＣＶ９に向けて出力する。

制御切替部３９は、ＰＣＶ９の制御を、入口用フィードバック制御値ＭＶ６に基づいて行うか、第２フィードフォワード制御値ＭＶ５に基づいて行うか、を切り替える。具体的には、制御切替部３９は、ガスタービン１５の負荷が安定している通常時においては、ＰＣＶ９の制御を、入口用フィードバック制御値ＭＶ６に基づいて行う（通常モード）。一方、制御切替部３９は、ガスタービン１５において、負荷遮断又はトリップのような急激な負荷変動が生じた場合には、ＰＣＶ９の制御を、第２フィードフォワード制御値ＭＶ５に基づく制御（非常モード）に切り替える。そして、その後、制御切替部３９は、予め規定された所定時間（例えば、１〜５秒程度）経過後に、再度、ＰＣＶ９の制御を入口用フィードバック制御値ＭＶ６に基づく制御（通常モード）に切り替える。
なお、ガスタービン１５は、負荷遮断又はトリップ等が発生した場合に、単位時間当たりの負荷変動が所定の変動幅以上であることを示す通知信号ＴＲＰを出力する。制御切替部３９は、当該通知信号ＴＲＰを受け付けた場合に、ＰＣＶ９の制御を通常モードから非常モードに切り替える。

なお、圧力調整器１１は、制御切替部３９と同様に通知信号ＴＲＰを受け付けると、制御切替部３９を通じて入力される第２フィードフォワード制御値ＭＶ５に基づいてＰＣＶ９の制御を行う（非常モード）。しかし、非常モード時であっても、圧力調整器１１は、引き続き、圧力計４１を通じて実入口圧力ＰＶ３を取得し、入口用フィードバック制御値ＭＶ６を演算して制御切替部３９に出力しておく。このとき、入口用フィードバック制御値ＭＶ６は第２フィードフォワード制御値ＭＶ５と等しくなる。このようにすることで、非常モードから再度通常モードへの切り替わり時において、実入口圧力ＰＶ３に継ぎ目を生じさせないようにすることができる。
同様に、関数発生器２０は、通常モード時であっても、常に要求信号ＤＥＭに示される負荷の目標値と図５に示す関数とに基づいて、第２フィードフォワード制御値ＭＶ５を演算して出力しておく。このようにすることで、非常モード時への切り替わりの発生のタイミングから、ＰＣＶ９に対しフィードフォワード制御がなされるまでの遅延を抑制することができる。

以上のような構成により、入口圧力調整部１０１ｂは、通常時（通常モード時）において、ＩＧＶ５に向けて供給する燃料ガスの圧力の設定値（設定圧力ＳＶ３）と計測値（実入口圧力ＰＶ３）との偏差に基づいて生成した入口用フィードバック制御値ＭＶ６に基づいてＰＣＶ９の制御を行う。また、入口圧力調整部１０１ｂは、ガスタービン１５における単位時間当たりの負荷変動が所定の変動幅以上であることを示す通知信号ＴＲＰを受け付けた場合（非常モード時）において、第２フィードフォワード制御値ＭＶ５に基づくＰＣＶ９の制御を行う。

ここで、図５に示すように、関数発生器２０は、負荷司令部１７から出力される要求信号ＤＥＭに示される負荷の目標値と、ＰＣＶ開度（ＰＣＶ９の弁の開きの度合い）と、の関係に基づいて、第２フィードフォワード制御値ＭＶ５を演算する。関数発生器２０は、図５に示すように、負荷司令部１７が出力する要求信号ＤＥＭに示される負荷の目標値が小さいほど、ＰＣＶ開度も小さくなるような関係を規定している。より具体的に説明すると、関数発生器２０は、負荷の目標値が１００〜６０％の範囲にかけてはＰＣＶ開度が８０％から２０％まで第１のレートで推移し、負荷の目標値が６０％〜０％の範囲にかけてはＰＣＶ開度が２０％から０％まで、第１のレートよりも小さい第２のレートで推移するように、２段階のレートをもって規定されている。
この場合、例えば、トリップの発生によりガスタービン１５の負荷の目標値が１００％から３０％に急激に変動した場合、第２フィードフォワード制御値ＭＶ５が示すＰＣＶ開度も、８０％から瞬時に１０％にまで減少する。
なお、関数発生器２０が規定する関数は、図５に示すものに限定されることはなく、要求信号ＤＥＭが指定する負荷の目標値の減少方向への推移に対し、ＰＣＶ開度が単調減少する関係を規定してさえいればよい。

図６は、第１の実施形態に係る入口圧力調整部による作用効果を説明する図である。
図６に示すグラフは、横軸に経過時間を示し、縦軸にＰＣＶ９の開度の変化を示している。また、図６では、ガスタービン１５運転中における時刻ｔ０でトリップが発生した場合の変動を例示している。
まず、第１の実施形態に係る燃料ガス供給システム１００の対比例として、第２フィードフォワード制御値ＭＶ５によるフィードフォワード制御がなされない燃料ガス供給システムについて説明する。

第２フィードフォワード制御値ＭＶ５によるフィードフォワード制御がなされない場合、ＰＣＶ開度は、常に入口用フィードバック制御値ＭＶ６に基づいて制御される。
ここで、時刻ｔ０においてガスタービン１５のトリップが発生し、負荷の目標値が急激に低下した場合を考える。この場合、ガスタービン１５の負荷（即ち、燃料ガスの消費量）が急激に低下したことで、ヘッダタンク１３の圧力（実吐出圧力ＰＶ１）は、時刻ｔ０において急激に上昇する。そのため、主圧力調整部１０１ａは、実吐出圧力ＰＶ１を設定圧力ＳＶ１に維持しようと、ＩＧＶ５、ＡＳＶ７を介したフィードバック制御を行う。しかし、ＩＧＶ５、ＡＳＶ７を介したフィードバック制御では、常に、制御対象となる吐出圧力の実吐出圧力ＰＶ１に基づいて制御が決定されるため、当該吐出圧力の急激な上昇に対しては、制御が不安定となり大きなアンダーシュート、オーバーシュートが発生し得る。したがって、ヘッダタンク１３における圧力変動幅が大きくなるとともに、安定するまでに所定の時間（時刻ｔ０から時刻ｔ２までの経過時間）を要する。
一方、ＰＣＶ９の開度は、圧力調整器１１により入口圧力（実入口圧力ＰＶ３）が一定に保たれるようにフィードバック制御がなされている。したがって、ＰＣＶ９の開度も、図６の破線に示す例のように、ヘッダタンク１３の圧力低減のために、時刻ｔ０から徐々に下降（弁を閉める方向に推移）するが、トリップの発生に応じた所定の開度で完全に安定するまでには比較的大きなアンダーシュートが発生する。

これに対し、第１の実施形態に係る燃料ガス供給システム１００の入口圧力調整部１０１ｂの場合、ガスタービン１５のトリップが発生した時刻ｔ０において、制御切替部３９及び圧力調整器１１がガスタービン１５より通知信号ＴＲＰを受け付ける。そうすると、制御切替部３９及び圧力調整器１１は、直ちに、ＰＣＶ９の制御を、第２フィードフォワード制御値ＭＶ５に基づく制御に切り替える。

ここで、図５に示したように、関数発生器２０は、負荷司令部１７から出力される要求信号ＤＥＭに示される負荷の目標値と、ＰＣＶ開度と、の関係を規定した関数を有している。したがって、例えば、トリップによりガスタービン１５の負荷が１００％から３０％にまで急激に低下した場合、関数発生器２０が出力する第２フィードフォワード制御値ＭＶ５も、要求信号ＤＥＭに基づいて瞬時に８０％から１０％に低下する。そうすると、制御切替部３９及び圧力調整器１１が通知信号ＴＲＰを受け付けた時刻ｔ０において、ＰＣＶ９の制御が第２フィードフォワード制御値ＭＶ５に基づく制御に切り替わるとともに、ＰＣＶ開度が、第２フィードフォワード制御値ＭＶ５に基づいて１００％から瞬時に３０％まで低減される。このように、急激に低下する負荷の度合いが大きければ大きいほど、ＰＣＶ９の開度もより閉塞方向に遷移するため、負荷（ガスタービン１５）で消費される燃料ガスの量と、上流から圧縮機１の入口側へ流入してくる燃料ガスの流量と、のバランスがとれ、結果として圧縮機１の上流及び下流における燃料ガスの圧力が一定に保たれるように作用する。

図６の実線の例に示すように、トリップ発生以前（時刻ｔ０以前）において、圧力調整器１１は、通常モードにより、実入口圧力ＰＶ３が設定圧力ＳＶ３に一致するように制御を行っている。実入口圧力ＰＶ３が安定している場合、ＰＣＶ９の開度も安定して推移する。
そして、時刻ｔ０でトリップが発生すると、圧力調整器１１が非常モードに切り替わるとともに、ＰＣＶ開度は、時刻ｔ０で発生したトリップに合わせて瞬時に（ステップ状に）、第２フィードフォワード制御値ＭＶ５に基づく開度にまで低下する。

制御切替部３９及び圧力調整器１１は、その後、予め規定された所定時間（例えば、１秒）経過後に、再度、通常モードによる運転に切り替える。この時点では、フィードフォワード制御に基づくＰＣＶ開度の低減により、実入口圧力ＰＶ３が、設定圧力ＳＶ３に近づくようにある程度の調整がなされている。しかし、当該フィードフォワード制御は、関数発生器２０による大まかな制御値に基づいたものであるため、この時点では、実入口圧力ＰＶ３が設定圧力ＳＶ３に一致するような適正なＰＣＶ開度とはなっていない場合が多い。したがって、制御切替部３９及び圧力調整器１１は、トリップ発生から１秒経過後（時刻ｔ１）において、再度、通常モードの運転を行うことにより、フィードバック制御に基づく微調整がなされ、実入口圧力ＰＶ３が設定圧力ＳＶ３に一致して安定する。当該フィードバック制御によってアンダーシュート若しくはオーバーシュートは発生するものの、非常モード時におけるフィードフォワード制御が無い場合よりも抑制されている（図６実線参照）。したがって、ヘッダタンク１３内の圧力が安定するまでに係る時間（時刻ｔ０から時刻ｔ３までの経過時間）も短縮される。

このように、第１の実施形態に係る燃料ガス供給システムによれば、負荷遮断やトリップ等の急激な負荷変動が生じた場合に、入口圧力を調整する圧力調整弁（ＰＣＶ９）の制御を、従来のフィードバック制御から当該負荷変動に応じたフィードフォワード制御に切り替える。このようにすることで、急激な負荷変動発生時において、ＰＣＶ９は、入口圧力が一定となるように事前に見当が付けられたＰＣＶ開度に直ちに遷移する。したがって、急激な負荷変動に応じてある程度見当が付けられた開度に設定された後からフィードバック制御が再開されるので、当該フィードバック制御において生じる変動の幅を抑制することができる。

＜第２の実施形態＞
以下、図７を参照しながら第２の実施形態に係る燃料ガス供給システムについて詳細に説明する。

図７は、第２の実施形態に係る燃料ガス供給システムの機能構成を示す図である。
図７に示す第２の実施形態に係る燃料ガス供給システム１００の機能構成のうち、第１の実施形態と同一の機能構成については同一の符号を付してその説明を省略する。

図７に示すように、第２の実施形態に係る燃料ガス供給システム１００の入口圧力調整部１０１ｂは、新たに、開度補正演算部４３を備えている。
開度補正演算部４３は、ＰＣＶ９の上流側における燃料ガスの状態を示す状態量の設計値と、計測値と、に基づいて関数発生器２０が演算した第２フィードフォワード制御値ＭＶ５を補正する。
ここで、ＰＣＶ９の上流側における燃料ガスの状態を示す状態量の設計値及び計測値とは、具体的には、ＰＣＶ９の上流側における燃料ガスの圧力（上流圧力）の設計値Ｐ_１及び計測値Ｐ_２、ＰＣＶ９の上流側における燃料ガスの温度（上流側温度）の設計値Ｔ_１及び計測値Ｔ_２、及び、ＰＣＶ９の上流側と下流側との差圧の設計値ΔＰ_１及び計測値ΔＰ _２である。

開度補正演算部４３は、ＰＣＶ９の上流側に設置された圧力計４５を通じて、上流圧力の計測値Ｐ_２を取得し、同じくＰＣＶ９の上流側に設置された温度センサ４７を通じて、上流温度の計測値Ｔ_２を取得する。更に、開度補正演算部４３は、ＰＣＶ９の上流側に設置された圧力計４５を通じて計測される圧力と、ＰＣＶ９の下流側に設置された圧力計４１を通じて計測される圧力と、を取得して、ＰＣＶ９の上流側と下流側との差圧の計測値ΔＰ_２を取得する。
また、開度補正演算部４３は、燃料ガス供給システム１００の施工時において規定された上流側圧力の設計値Ｐ_１、上流側の温度Ｔ_１、及び、ＰＣＶ９の上流側と下流側との差圧の設計値ΔＰ_１を予め取得している。

開度補正演算部４３は、以上の各種設計値及び計測値を用いて、以下の式（１）により補正値αを演算する。

そして、開度補正演算部４３は、式（１）により算出した補正値αを第２フィードフォワード制御値ＭＶ５に乗算し、算出された補正後第２フィードフォワード制御値ＭＶ５ａ（ＭＶ５ａ＝α×ＭＶ５）を制御切替部３９に出力する。

ここで、関数発生器２０及び圧力調整器１１に基づく各種制御は、燃料ガス供給システム１００の上流側（燃料ガス発生源）の設計において定められた設計値に基づいて規定されている。しかし、上流側（燃料ガス発生源）における運転状態に応じて、当該上流側から供給される燃料ガスの実際の状態量（圧力、温度）が設計値から乖離することが想定される。
このような場合であっても、第２の実施形態に係る燃料ガス供給システム１００によれば、例えば、ＰＣＶ９の上流側における実際の温度（上流側温度の計測値Ｔ_２）が高いほど、式（１）に基づいて算出される補正値αは小さい値に算出される。したがって、トリップ等が生じた場合においてフィードフォワード制御に切り替えてＰＣＶ９の開度を低下する際、上流側温度が高い場合には、補正値αによりＰＣＶ開度が一層低減されて、上流側からの燃料ガスの流入を抑制するように機能する。
このように、燃料ガス供給システム１００が当初の設計値から異なる運転状態となった場合であっても、トリップ等による急激な負荷変動が生じた場合において、一層適切なＰＣＶ開度に設定することができる。

なお、第２の実施形態に係る燃料ガス供給システム１００の具体的な態様は、上述のものに限定されることはなく、要旨を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を加えることは可能である。例えば、他の実施形態に係る燃料ガス供給システム１００の開度補正演算部４３は、上流圧力、上流側温度、ＰＣＶ９の上流側と下流側との差圧のうち、何れか一つ又は二つの設計値及び計測値のみに基づいて補正値αを算出するものであってもよい。また、開度補正演算部４３は、上流圧力、上流側温度及びＰＣＶ９の上流側と下流側との差圧とは異なる別の状態量に基づいて補正値αを算出するものであってもよい。

＜第３の実施形態＞
以下、図８、図９を参照しながら第３の実施形態に係る燃料ガス供給システムについて詳細に説明する。

図８は、第３の実施形態に係る燃料ガス供給システムの機能構成を示す図である。
図８に示す第３の実施形態に係る燃料ガス供給システム１００の機能構成のうち、第１の実施形態と同一の機能構成については同一の符号を付してその説明を省略する。
図８に示すように、第３の実施形態に係る燃料ガス供給システム１００の入口圧力調整部１０１ｂは、新たに、バイアス加算部４９を備えている。
バイアス加算部４９は、関数発生器２０が生成した第２フィードフォワード制御値ＭＶ５に予め規定された所定のバイアス値Ｂ（Ｂ＜０）を加算して補正する。
バイアス値Ｂは、例えば、関数発生器２０が要求信号ＤＥＭを受け付けてから、ＰＣＶ９におけるＰＣＶ開度の設定変更が完了するまでの応答の遅れの度合いに応じた値である。

図９は、第３の実施形態に係る入口圧力調整部による作用効果を説明する図である。
ここで、負荷遮断やトリップ等に基づく要求信号ＤＥＭが関数発生器２０に向けて出力された際、第２フィードフォワード制御値ＭＶ５は、フィードフォワード制御に基づくＰＣＶ開度の設定変更がその瞬間に理想的に完了しているという想定で算出されている。しかしながら、実際には、電気信号の伝達遅延やＰＣＶ９における弁の物理的な開閉動作に起因して、応答の遅延が生じる。即ち、トリップ等の発生に基づく要求信号ＤＥＭが関数発生器２０に出力されたタイミングと、実際にフィードフォワード制御に基づくＰＣＶ開度の設定変更が完了するタイミングにはずれが生じる。上述した第１の実施形態に係る燃料ガス供給システム１００の場合、この遅延により、非常モードから通常モードに復帰した後のフィードバック制御において若干のアンダーシュートが発生し得る。

しかしながら、第３の実施形態に係る燃料ガス供給システム１００によれば、バイアス加算部４９が、予め想定される応答の遅延に応じた値のバイアス値Ｂを第２フィードフォワード制御値ＭＶ５に加算して、加算後第２フィードフォワード制御値ＭＶ５ｂ（ＭＶ５ｂ＝ＭＶ５＋Ｂ（Ｂ＜０））を出力する。
これにより、図９の実線に示すように、トリップ発生時（時刻ｔ０）において、ＰＣＶ９の開度は、第２フィードフォワード制御値ＭＶ５よりも更にバイアス値Ｂだけ更に低減された状態に制御される。これにより、トリップ等の発生時におけるＰＣＶ９の開度が、応答の遅延を見越した分だけ当初の制御値よりも小さい開度に設定される。したがって、非常モード時から通常モード時に復帰した際、第１の実施形態よりも更にアンダーシュートの発生を抑制することができる。

なお、第３の実施形態に係る燃料ガス供給システム１００の具体的な態様は、上述のものに限定されることはなく、要旨を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を加えることは可能である。ここで、上述の例では、応答の遅延に起因するアンダーシュートを抑制するためにバイアス値Ｂは負の値とされ、よりＰＣＶ９の開度が低減される方向に補正するものとして説明した。しかし、他の実施形態においては、応答の遅延又は他の複合的な要因に基づいて、オーバーシュートが発生する場合も想定される。このような傾向が観測される場合は、バイアス値Ｂは予め正の値に設定されるものであってもよい。

＜第４の実施形態＞
以下、図１０を参照しながら第４の実施形態に係る燃料ガス供給システムについて詳細に説明する。

図１０は、第４の実施形態に係る燃料ガス供給システムの機能構成を示す図である。
図１０に示す、第４の実施形態に係る燃料ガス供給システム１００の機能構成のうち、第１の実施形態と同一の機能構成については同一の符号を付してその説明を省略する。
図１０に示すように、第４の実施形態に係る燃料ガス供給システム１００の入口圧力調整部１０１ｂは、加算器５１を備えている。
加算器５１は、関数発生器２０が生成する第２フィードフォワード制御値ＭＶ５と、入口用フィードバック制御値ＭＶ６と、を加算した制御値ＭＶ７（ＭＶ７＝ＭＶ５＋ＭＶ６）を算出する。第３の実施形態に係る入口圧力調整部１０１ｂは、第２フィードフォワード制御値ＭＶ５と入口用フィードバック制御値ＭＶ６との両方（即ち、制御値ＭＶ７）に基づいてＰＣＶ９を制御する。

このように、第４の実施形態に係る燃料ガス供給システム１００は、トリップ等の発生の有無に関わらず、常時、制御値ＭＶ７に基づく制御を行う。このようにすることで、フィードフォワード制御とフィードバック制御との両方が同時になされるので、急激な負荷変動に対してはフィードフォワード制御に基づいて高速な追随性が実現され、設定圧力との微小な誤差成分についてはフィードバック制御に基づく精度の高い調整が実現される。
また、通常時又はトリップ発生時等の各々について制御方法を切り替える必要がないため、入口圧力調整部１０１ｂの全体構成を簡素化することができる。

なお、入口用フィードバック制御値ＭＶ６は、入口圧力調整部１０１ｂの仕様によって、所定の負の値から所定の正の値までの値をとる場合（例えば、−１００≦ＭＶ６≦１００）と、ゼロから所定の正の値までの値をとる場合（例えば、０≦ＭＶ６≦１００）と、が想定される。
入口用フィードバック制御値ＭＶ６が所定の負の値から所定の正の値までの制御値をとる場合、加算器５１は、上述した通り、制御値ＭＶ７を、ＭＶ７＝ＭＶ５＋ＭＶ６により算出する。一方、入口用フィードバック制御値ＭＶ６がゼロから所定の正の値（０≦ＭＶ６≦１００）までの値をとる場合、加算器５１は、第２フィードフォワード制御値ＭＶ５を中心としたフィードバック制御を実現するため、制御値ＭＶ７を、ＭＶ７＝ＭＶ５＋２×（ＭＶ６−５０）により算出する。

なお、上述の制御装置１０１は、内部にコンピュータシステムを有している。そして、上述した制御装置１０１の各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここで、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）または半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。

１００燃料ガス供給システム
１０１制御装置
１０１ａ主圧力調整部
１０１ｂ入口圧力調整部
１圧縮機
５入口ガイド弁（流入量調整手段）
７アンチサージ弁
９入口圧力調整弁
１１圧力調整器
１３ヘッダタンク
１５ガスタービン（負荷機器）
１７負荷司令部
１９関数発生器
２０関数発生器
２１加算器
２３圧力調整器
２５圧力計
２７関数発生器
２９関数発生器
３１高位選択部
３５流量調整器
３７流量計
３９制御切替部
４１圧力計
４３開度補正演算部
４５圧力計
４７温度センサ
４９バイアス加算部
５１加算器

Claims

燃料ガスを圧縮し、その圧縮した燃料ガスを負荷機器に供給する圧縮機と、前記圧縮機に対する前記燃料ガスの流入量を調整する流入量調整手段と、前記圧縮機から吐出される燃料ガスを前記圧縮機の入口側に戻すためのアンチサージ弁と、前記流入量調整手段に向けて供給する前記燃料ガスの圧力を調整する入口圧力調整弁と、を有する燃料ガス供給システムを制御する制御装置であって、
前記負荷機器の負荷と所定の第１変換処理とに基づいて生成した第１フィードフォワード制御値と、前記圧縮機の吐出圧力の設定値と前記圧縮機の吐出圧力の計測値との偏差に基づいて生成したフィードバック制御値と、を用いて前記流入量調整手段及び前記アンチサージ弁を制御する主圧力調整部と、
前記負荷機器の負荷と前記第１変換処理とは異なる第２変換処理とに基づいて生成した第２フィードフォワード制御値を用いて、前記入口圧力調整弁を制御する入口圧力調整部と、
を備える制御装置。
前記入口圧力調整部は、前記負荷機器における単位時間当たりの負荷変動が所定の変動幅以上であることを示す通知信号を受け付けた際に、前記第２フィードフォワード制御値に基づく前記入口圧力調整弁の制御を行う
請求項１に記載の制御装置。
前記入口圧力調整弁の上流側における燃料ガスの状態を示す状態量の設計値と、前記入口圧力調整弁の上流側における燃料ガスの状態を示す状態量の計測値と、に基づいて前記第２フィードフォワード制御値を補正する開度補正演算部をさらに備える
請求項１又は請求項２に記載の制御装置。
前記入口圧力調整部が生成した前記第２フィードフォワード制御値に予め規定された所定のバイアス値を加算して補正するバイアス加算部をさらに備える請求項１から請求項３の何れか一項に記載の制御装置。
前記入口圧力調整部は、
前記第２フィードフォワード制御値と、前記流入量調整手段に向けて供給する前記燃料ガスの圧力の設定値と計測値との偏差に基づいて生成した入口用フィードバック制御値と、の両方に基づいて前記入口圧力調整弁の制御を行う請求項１から請求項４の何れか一項に記載の制御装置。
燃料ガスを圧縮し、その圧縮した燃料ガスを負荷機器に供給する圧縮機と、前記圧縮機に対する前記燃料ガスの流入量を調整する流入量調整手段と、前記圧縮機から吐出される燃料ガスを前記圧縮機の入口側に戻すためのアンチサージ弁と、前記流入量調整手段に向けて供給する前記燃料ガスの圧力を調整する入口圧力調整弁と、を有する燃料ガス供給システムを制御する制御方法であって、
主圧力調整部が、前記負荷機器の負荷と所定の第１変換処理とに基づいて生成した第１フィードフォワード制御値と、前記圧縮機の吐出圧力の設定値と前記圧縮機の吐出圧力の計測値との偏差に基づいて生成したフィードバック制御値と、を用いて前記流入量調整手段及び前記アンチサージ弁を制御するステップと、
入口圧力調整部が、前記負荷機器の負荷と前記第１変換処理とは異なる第２変換処理とに基づいて生成した第２フィードフォワード制御値を用いて、前記入口圧力調整弁を制御するステップと、
を有する制御方法。