JP6173367B2

JP6173367B2 - 状態判定装置、運転制御装置、ガスタービン及び状態判定方法

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Publication number: JP6173367B2
Application number: JP2015019674A
Authority: JP
Inventors: 園田　隆; 隆園田; 竜児竹中; 聡介中村
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2015-02-03
Filing date: 2015-02-03
Publication date: 2017-08-02
Anticipated expiration: 2035-02-03
Also published as: CN107208554B; DE112015006101T5; WO2016125370A1; CN107208554A; US20210310409A1; KR20170100630A; JP2016142212A; US20180016983A1; KR101878625B1

Description

本発明は、状態判定装置、運転制御装置、ガスタービン及び状態判定方法に関するものである。

ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンとを有する。ガスタービンは、空気取入口から取り込まれた空気を圧縮機によって圧縮することで高温・高圧の圧縮空気とし、燃焼器にて、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する。ガスタービンは、回転軸に発電機が連結されており、連結された発電機を回転させることで、発電させる。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気ガスとして排出される。

ガスタービンを制御する運転制御装置は、圧縮機、燃焼器、タービンの状態を検出しつつ、検出した結果や、運転の指令値に基づいて、圧縮機に取り込む空気量及び燃料の供給量等を調整し、ガスタービンの運転を制御する。特許文献１には、ガスタービンの入口高温部に環状に配設され、ガスタービン入口ガス温度を検出する複数のガスタービン入口ガス温度検出器と、ガスタービンの排気部に環状に配設され、ガスタービン排ガス温度を検出する複数のガスタービン排ガス温度検出器と、複数のガスタービン入口ガス温度検出器が検出する温度のガスタービン入口ガス温度偏差が許容値以上であるか否かを判定する第１の判定手段と、温度の最大値または最小値を検出した該当ガスタービン入口ガス温度検出器について当該ガスタービン入口ガス温度検出器に隣接するガスタービン入口ガス温度検出器の温度に基づいて当該ガスタービン入口ガス温度検出器の推定温度を推定し、当該ガスタービン入口ガス温度検出器の推定温度と検出温度が所定値以上か否かを判定する第２の判定手段と、第１および第２の判定手段の判定条件がともに成立したとき、最大値または最小値を検出した該当ガスタービン入口ガス温度検出器を故障として検知する検知手段とを有するガスタービン制御装置が記載されている。

特開平４−８１５２７号公報

特許文献１に記載されているようにガスタービンは、各部の検出結果をもちいて運転を制御している。ここで、ガスタービンは、運転の制御に使用するパラメータとして、検出することが難しい機械出力を用いることに変えて、ガスタービンに接続されている発電機の出力を用いる場合がある。しかしながら、発電機の出力を用いて制御するとガスタービンが不安定になる場合がある。

そこで、本発明は、ガスタービンをより安定して運転することができるようにガスタービンの運転状態を判定する状態判定装置、運転制御装置、ガスタービン及び状態判定方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明は、吸い込んだ空気を圧縮して圧縮空気とする圧縮機と、燃料を供給する燃料供給装置と、前記圧縮機から供給される圧縮空気と前記燃料供給装置から供給される燃料とを混合して燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器と、生成した前記燃焼ガスにより回転されるタービンとを有し、発電機に接続されているガスタービンの状態を判定する状態判定装置であって、前記ガスタービンの出力に関する指令値の差分を検出する指令値検出部と、前記発電機の出力の差分を検出する出力検出部と、前記指令値の差分と、前記出力の差分との差が閾値以上の場合、前記ガスタービンの運転が所定の関係を逸脱していると判定する判定部と、を有することを特徴とする。

また、前記指令値は、前記燃料供給装置から前記燃焼器に供給する燃料の燃料流量指令値であることが好ましい。

また、前記指令値検出部は、検出した指令値と、１つ前に検出した指令値の差分を検出し、前記出力検出部は、検出した出力と、１つ前に検出した出力との差分を検出することが好ましい。

上記課題を解決するために本発明は、上記のいずれかに記載の状態判定装置と、前記指令値及び前記発電機の出力に基づいて、前記ガスタービンを制御する制御装置と、を有することを特徴とする。

また、前記制御装置は、前記状態判定装置で前記ガスタービンの運転が所定の関係を逸脱していると判定された場合、検出した前記発電機の出力の値を変動が小さくなる値に変更することが好ましい。

また、前記制御装置は、前記状態判定装置で前記ガスタービンの運転が所定の関係を逸脱していると判定された場合、前記発電機の出力の値に前回の値を用いることが好ましい。

また、前記制御装置は、前記状態判定装置で前記ガスタービンの運転が所定の関係を逸脱していると判定された場合、前記発電機の出力の値に基づいて、算出した値を変動が小さくなる値に変更することが好ましい。

上記課題を解決するために本発明は、吸い込んだ空気を圧縮して圧縮空気とする圧縮機と、燃料を供給する燃料供給装置と、前記圧縮機から供給される圧縮空気と前記燃料供給装置から供給される燃料とを混合して燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器と、生成した前記燃焼ガスにより回転されるタービンと、上記のいずれかに記載の運転制御装置と、を備えることを特徴とする。

上記課題を解決するために本発明は、吸い込んだ空気を圧縮して圧縮空気とする圧縮機と、燃料を供給する燃料供給装置と、前記圧縮機から供給される圧縮空気と前記燃料供給装置から供給される燃料とを混合して燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器と、生成した前記燃焼ガスにより回転されるタービンとを有し、発電機に接続されているガスタービンの状態を判定する状態判定方法であって、前記ガスタービンの出力に関する指令値の差分を検出するステップと前記発電機の出力の差分を検出するステップと、前記指令値の差分と、前記出力の差分との差が閾値以上の場合、前記ガスタービンの運転が所定の関係を逸脱していると判定するステップと、を有することを特徴とする。

図１は、本実施形態のガスタービンを表す模式図である。図２は、状態判定装置の概略構成を示す模式図である。図３は、状態判定装置の処理動作の一例を示すフローチャートである。図４は、タービン入口温度算出部の概略構成を示す模式図である。図５は、タービン入口温度算出部の処理動作の一例を示すフローチャートである。図６は、タービン入口温度算出部の処理動作の一例を示すフローチャートである。図７は、他の例のタービン入口温度算出部の概略構成を示す模式図である。

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、本実施形態のガスタービンを表す模式図である。本実施形態のガスタービン１は、図１に示すように、圧縮機１１と、燃焼器１２と、タービン１３と、燃料供給装置１４と、制御装置１６と、ロータ１８と、を有する。ロータ１８は、圧縮機１１、燃焼器１２およびタービン１３の中心部に、貫通して配置されている。ガスタービン１は、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（運転制御装置）１６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が連結されている。発電機１５は、回転部がロータ１８と一体回転可能に連結されており、ロータ１８と一体に回転することで、発電する。

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）２２が配設される。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。

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（特に位置配置は限定しない）、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、排気ガスとして大気に放出される。

このガスタービン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、及び排気ガス温度計５４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の吸気温度を計測する吸気温度計５２Ａと、吸気圧力を検出する吸気圧力計５２Ｂと、を有する。ブレードパス温度計５３は、タービン１３から排出される排気ガスが流通するラインに設けられ、タービン１３の排気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気ガスの温度を計測する。排気ガス温度計５４は、ブレードパス温度計５３の下流側に設けられ、排気ガスの温度を計測する。さらに、ガスタービン１には、ガスタービン１の負荷を検出するための発電機１５の出力を取得する。発電機１５の出力は発電機１５に設けた出力計で計測することができる。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、及び排気ガス温度計５４により計測された信号は、制御装置１６に入力される。

制御装置１６は、出力要求、燃料流量指令値等の出力に対応する指令値、車室圧力計５１、吸気状態検出器５２、ブレードパス温度計５３、及び排気ガス温度計５４等の計測結果、発電機１５の出力の計測結果等の少なくとも１つに基づいて、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。

制御装置１６は、状態判定装置６２と、タービン入口温度算出部６４と、動作制御部６６と、を有する。なお、制御装置１６は、タービン入口温度算出部６４以外にも車室圧力計５１、吸気状態検出器５２、ブレードパス温度計５３、及び排気ガス温度計５４等の計測結果や、指令値に基づいて、状態量を推定する算出部を備えている。

図２は、状態判定装置の概略構成を示す模式図である。状態判定装置６２は、ガスタービンの運転状態を判定する。具体的には、状態判定装置６２は、燃料流量の指令値と発電機１５の出力との関係が所定の関係を満たしているか逸脱しているかを判定する。状態判定装置６２は、指令値検出部１０２と、出力検出部１０４と、判定部１０６と、を有する。

指令値検出部１０２は、燃料流量指令信号を処理し、燃料流量指令信号の変化を検出する。燃料流量指令信号は、燃焼器１２に供給する燃料の流量を指示する信号である。指令値検出部１０２は、１次遅れフィルタ１１２と、減算器１１４と、を有する。１次遅れフィルタ１１２と減算器１１４は、並列に配置され、燃料流量指令信号が入力される。１次遅れフィルタ（ＬＡＧ）１１２は、現在の燃料流量指令信号の１つ前の燃料流量指令信号を出力する。１次遅れフィルタ１１２は、減算器１１４に１つ前の燃料流量指令信号を出力する。減算器１１４は、燃料流量指令信号と、１次遅れフィルタ１１２から出力された１つ前の燃料流量指令信号との差分を算出する。減算器１１４は、算出した燃料流量指令信号の差分を判定部１０６に出力する。

指令値検出部１０２は、１次遅れフィルタ１１２を１つのみ配置したが、複数直列につなげて配置してもよい。１次遅れフィルタ１１２の個数を増やすことで、減算する対象の燃料流量指令信号をより前の燃料流量指令信号とすることができる。本実施形態の指令値検出部１０２は、燃料流量指令信号を用いたが、ガスタービンの出力の指令値であればよく、燃料流量指令信号に変えて、ガスタービンの出力要求信号を用いてもよい。指令値検出部１０２は、指令値の変化率（％／Ｓｅｃ）を検出できればよく、差分の抽出の対象また変化率の抽出対象は特に限定されない。

出力検出部１０４は、発電機出力（発電機の出力の検出値）を処理し、発電機出力の変化を検出する。発電機出力は、発電機１５で出力されている電力の値である。出力検出部１０４は、１次遅れフィルタ１２２と、減算器１２４と、を有する。１次遅れフィルタ１２２と減算器１２４は、並列に配置され、発電機出力が入力される。１次遅れフィルタ（ＬＡＧ）１２２は、現在の発電機出力の１つ前の発電機出力を出力する。つまり、１次遅れフィルタ１２２は、減算器１２４に１つ前の発電機出力を出力する。減算器１２４は、発電機出力と、１次遅れフィルタ１２２から出力された１つ前の発電機出力との差分を算出する。減算器１２４は、算出した発電機出力の差分を判定部１０６に出力する。出力検出部１０４は、出力の変化率（％／Ｓｅｃ）を検出できればよく、差分の抽出の対象また変化率の抽出対象は特に限定されない。

判定部１０６は、指令値検出部１０２で検出された差分ｘ１と、出力検出部１０４で検出された差分ｘ２とに基づいて、ガスタービン１の運転状態が所定の関係を満たしているか、具体的には燃料流量の指令値と発電機１５の出力との関係が所定の関係を満たしているか逸脱しているかを判定する。所定の関係とは、燃料流量と出力とが比例しているとみなすことができる関係である。判定部１０６は、比較部１３２と、信号出力部１３６とを有する。比較部１３２は、指令値検出部１０２で検出された差分ｘ１と、出力検出部１０４で検出された差分ｘ２とを比較する。本実施形態の比較部１３２は、差分ｘ２に係数ａをかけ、差分ｘ１と信号の縮尺を合わせたうえで、差分を検出し、差分が閾値εより大きいかを判定する。具体的には、比較部１３２は、｜ｘ１−ａ＊ｘ２｜＞εであるかを比較する。比較部１３２は、｜ｘ１−ａ＊ｘ２｜＞εである場合、燃料流量の指令値と発電機１５の出力との関係が所定の関係を逸脱していると判定し、｜ｘ１−ａ＊ｘ２｜≦εである場合、燃料流量の指令値と発電機１５の出力との関係が所定の関係を満たしていると判定する。

信号出力部１３６は、比較部１３２の結果に基づいて、信号を出力する。信号出力部１３６は、比較部１３２で関係を逸脱していると判定された場合、関係を逸脱していることを示す信号を出力し、比較部１３２で関係を満たしていると判定された場合、関係を満たしていることを示す信号を出力する。

次に、図３を状態判定装置６２の処理動作の流れを説明する。図３は、状態判定装置の処理動作の一例を示すフローチャートである。状態判定装置６２は、指令値検出部１０２で燃料流量指令値の差分を検出し（ステップＳ１２）、出力検出部１０４で発電機の出力の差分を検出する（ステップＳ１４）。なお、ステップＳ１２とステップＳ１４の処理は、並列して行っても、逆の順序で行ってもよい。状態判定装置６２は、同じタイミングの燃料流量指令値の差分と出力の差分を検出する。

状態判定装置６２は、差分を検出したら、比較部１３２で、｜（燃料流量指令値の差分）−（発電機出力の差分）｜＞εつまり｜ｘ１−ａ＊ｘ２｜＞εであるかを判定する（ステップＳ１６）。状態判定装置６２は、｜（燃料流量指令値の差分）−（発電機出力の差分）｜＞εである（ステップＳ１６でＹｅｓ）と判定した場合、信号出力部１３６から関係を逸脱していることを示す信号を出力する（ステップＳ１８）。状態判定装置６２は、｜（燃料流量指令値の差分）−（発電機出力の差分）｜≦εである（ステップＳ１６でＮｏ）と判定した場合、信号出力部１３６から関係を維持していることを示す信号を出力する（ステップＳ２０）。

なお、状態判定装置６２は、関係を逸脱していることを示す信号と、関係を維持していることを示す信号の両方の信号を出力せず、いずれか一方のみを出力するようにしてもよい。この場合、信号が出力されていない場合、他方の状態であるとみなすことができる。

図４は、タービン入口温度算出部の概略構成を示す模式図である。タービン入口温度算出部６４は、計測が困難なタービン入口温度を推定する。タービン入口温度算出部６４は、発電機１５で検出した出力（ガスタービン（ＧＴ）発電機出力）とＩＧＶ作動部２２ｂで検出した入口案内翼２２の開度を示すＩＧＶ信号、吸気温度計５２Ａで検出した圧縮機入口温度及び吸気圧力計５２Ｂで検出した圧縮機入口圧力に基づいて、タービン入口温度の推定値を算出する。

タービン入口温度算出部６４は、タービン入口温度演算部１４０と、タービン入口温度相当信号出力部１４２と、フィルタ１４４と、信号切換器１４６と、信号発生器１４８と、信号発生器１４９とを有する。

タービン入口温度演算部１４０は、発電機１５で検出した出力（ガスタービン（ＧＴ）発電機出力）とＩＧＶ作動部２２ｂで検出した入口案内翼２２の開度を示すＩＧＶ信号、吸気温度計５２Ａで検出した圧縮機入口温度及び吸気圧力計５２Ｂで検出した圧縮機入口圧力とが入力される。タービン入口温度演算部１４０は、入力された値に基づいて演算を行い、タービン入口温度の推定値を算出する。

タービン入口温度相当信号出力部１４２は、タービン入口温度演算部１４０で算出されたタービン入口温度に相当する信号を、タービン入口温度を用いて制御を行う各部に出力する。

フィルタ１４４は、ＧＴ発電機出力がタービン入口温度演算部１４０に入力される経路上に配置されている。フィルタ１４４は、時定数を変更可能なフィルタであり、時定数を変更することで、発電機１５で検出されタービン入口温度演算部１４０に入力される信号の変動に遅れを発生させる。フィルタ１４４は、信号切換器１４６を介して入力される信号に基づいて、フィルタの時定数を切り換える。

信号切換器１４６は、信号発生器１４８、１４９と接続され、状態判定装置６２から入力される信号に基づいて、信号発生器１４８で発生させた信号をフィルタ１４４に入力するか、信号発生器１４９で発生させた信号をフィルタ１４４に入力させるかを切り換える。信号発生器１４８、１４９は、それぞれ異なる信号を発生させる。信号切換部１４６は、関係を維持していることを示す信号を受信した場合、信号発生器１４８の信号をフィルタ１４４に出力する。信号切換部１４６は、関係が逸脱していることを示す信号を受信した場合、信号発生器１４９の信号をフィルタ１４４に出力する。フィルタ１４４は、信号発生器１４８の信号が入力されている場合、第１の時定数（通常期の時定数）を適用し、信号発生器１４９の信号が入力されている場合、第１の時定数よりも時定数が大きい第２の時定数を適用する。

図５は、タービン入口温度算出部の処理動作の一例を示すフローチャートである。図５は、フィルタの選択処理を示している。タービン入口温度算出部６４は、状態判定装置６２で関係を逸脱していると判定されているかを判定する（ステップＳ３０）。タービン入口温度算出部６４は、状態判定装置６２で関係を逸脱していない（ステップＳ３０でＮｏ）と判定した場合、通常時の時定数を使用する（ステップＳ３２）。タービン入口温度算出部６４は、状態判定装置６２で関係を逸脱している（ステップＳ３０でＹｅｓ）と判定した場合、通常時よりも値が大きい時定数を使用する（ステップＳ３４）。

タービン入口温度算出部６４は、以上のように、状態判定装置６２の結果に基づいて、フィルタの時定数を切り換えることで、関係を逸脱している状態では、発電機１５で検出した出力の値よりも変動が小さい値をタービン入口温度演算部１４０に入力させる。

動作制御部６６は、状態判定装置６２と、タービン入口温度算出部６４から出力される情報、各種計測機器の計測結果、指令値に基づいて、ガスタービン１の各部の動作を制御する。例えば、動作制御部６６は、入口案内翼２２を作動させるＩＧＶ作動部２２ｂを制御するＩＧＶ制御を実行し、圧縮機１１に取り込む空気量（吸気量）を調整する。動作制御部６６は、ＩＧＶ作動部２２ｂを制御することで、入口案内翼２２の開度（以下、ＩＧＶ開度という）を変更し、圧縮機１１に取り込む空気Ａの吸気量を調整する。具体的に、動作制御部６６は、全負荷運転時において、ＩＧＶ開度が定格開度となるように制御する。定格開度は、ガスタービン出力が定格出力となるときの開度である。また、動作制御部６６は、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を制御し、燃料Ｆの供給量を調整する燃料制御を実行している。動作制御部６６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の供給量を調整する。

本実施形態は、以上のように状態判定装置６２によってガスタービンが所定の関係を満たして運転しているか、所定の状態を逸脱しているかを判定することができる。つまり、状態判定装置６２は、ＧＴ発電機出力の変化率（％／Ｓｅｃ）とガスタービンの機械出力の変化率の代表として燃料流量指令（ＣＳＯ）信号の変化率（％／Ｓｅｃ）の差を比較することで、発電機１５の出力が、発電機１５が接続している系統の回転数の影響を受けているかどうかを判定することができる。つまり、燃料流量指令値の変化率とＧＴ発電機出力の変化率に成立する正の比例関係に基づいて、この関係を逸脱したかどうかで、ＧＴ発電機が系統回転数の変化を受けて変動しているかどうかを検知できる。これにより、状態判定装置６２は、発電機１５が接続している系統の回転数の影響を受けているかどうか好適に検出することができる。状態判定装置６２は、燃料流量を用いる場合、燃料のカロリーを検出し、カロリーに基づいて補正を行うことが好ましい。

また、本実施形態の制御装置１６は、状態判定装置６２の結果に基づいて、タービン入口温度算出部６４に入力する、ガスタービン発電機出力を調整することで、具体的に関係を逸脱する場合、ガスタービン発電機出力を実際の値より変動の少ない値にすることで、ガスタービンを安定して運転することができる。

上記実施形態では、状態判定装置６２で関係を逸脱すると判定した場合、時定数を調整して、ガスタービン発電機出力を実際の値より変動の少ない値としたがこれに限定されず、ガスタービン発電機出力の変動を少なくすることができればよい。例えば、状態判定装置６２で関係を逸脱すると判定した場合、関係を維持していると判定した時の値（逸脱する直前の値、前回値）をガスタービン発電機出力としてもよい。

タービン入口温度算出部６４は、ガスタービンの状態に応じて、状態判定装置６２の結果を使用するか否かを切り換えてもよい。図６は、タービン入口温度算出部の処理動作の一例を示すフローチャートである。タービン入口温度算出部６４は、安定運転状態であるかを判定する（ステップＳ４０）。安定運転状態とは、ガスタービン１を定格条件や、所定の出力を維持する状態で一定期間以上運転している状態である。タービン入口温度算出部６４は、安定運転状態である（ステップＳ４０でＹｅｓ）と判定した場合、状態判定装置６２の結果に基づいて制御を実行する（ステップＳ４２）。つまり上述した図５の処理を実行する。タービン入口温度算出部６４は、安定運転状態ではない（ステップＳ４０でＮｏ）と判定した場合、状態判定装置６２の結果を使用せずに制御を実行する（ステップＳ４４）。

タービン入口温度算出部６４は、安定運転状態ではない場合、状態判定装置６２の結果を用いないことで、起動時、指令値に基づいて出力を変動させている間等の運転時に、高い応答性で制御を行うことができる。

また、上記実施形態では、ＧＴ発電機出力を状態判定装置６２の結果に基づいて調整したが、これに限定されない。タービン入口温度算出部６４は、ＧＴ発電機出力に基づいて算出した結果、本実施形態ではタービン入口温度の算出値を状態判定装置６２の結果に基づいて調整してもよい。

図７は、他の例のタービン入口温度算出部の概略構成を示す模式図である。図７に示すタービン入口温度算出部６４ａは、タービン入口温度演算部１４０と、タービン入口温度相当信号出力部１４２と、フィルタ１４４と、フィルタ１５０と、信号切換器１５２と、信号発生器１５６と、信号発生器１５４と、を有する。

フィルタ１４４は、ＧＴ発電機出力がタービン入口温度演算部１４０に入力される経路上に配置されている。フィルタ１４４は、時定数が設定されたフィルタであり、発電機１５で検出されタービン入口温度演算部１４０に入力される信号の変動に遅れを発生させる。なお、フィルタ１４４の時定数を調整して遅れを発生させなくてもよい。

フィルタ１５０は、タービン入口温度演算部１４０と、タービン入口温度相当信号出力部１４２との間に配置されている。フィルタ１５０は、時定数を変更可能なフィルタであり、時定数を変更することで、タービン入口温度演算部１４０からタービン入口温度相当信号出力部１４２に入力される信号の変動に遅れを発生させる。フィルタ１５０は、信号切換器１５２を介して入力される信号に基づいて、フィルタの時定数を切り換える。

信号切換器１５２は、信号発生器１５６、１５４と接続され、状態判定装置６２から入力される信号に基づいて、信号発生器１５６で発生させた信号をフィルタ１５０に入力するか、信号発生器１５４で発生させた信号をフィルタ１５０に入力させるかを切り換える。信号発生器１５６、１５４は、それぞれ異なる信号を発生させる。信号切換部１５２は、関係を維持していることを示す信号を受信した場合、信号発生器１５６の信号をフィルタ１５０に出力する。信号切換部１５２は、関係が逸脱していることを示す信号を受信した場合、信号発生器１５４の信号をフィルタ１５０に出力する。フィルタ１５０は、信号発生器１５６の信号が入力されている場合、第１の時定数（通常期の時定数）を適用し、信号発生器１５４の信号が入力されている場合、第１の時定数よりも時定数が大きい第２の時定数を適用する。なお第１の時定数は、信号をそのまま通過させる時定数としてもよい。

タービン入口温度算出部６４ａは、状態判定装置６２の結果に基づいて、タービン入口温度演算部１４０の演算結果を調整することで、関係を逸脱している場合に算出される値の変動を小さくし、ガスタービンの運転を安定させる。このように、ガスタービン発電機出力を調整させることに代えて、ガスタービン発電機出力に基づいて算出した値の変動を小さくすることでも同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態では、ガスタービン発電機出力を使用する機器として、タービン入口温度算出部の場合に説明したが、ガスタービン発電機出力を使用する他の機器も同様に状態判定装置６２の結果に基づいて、関係を逸脱している場合、ガスタービン発電機出力の変動を低減する補正、またはガスタービン発電機出力を用いて算出した値の変動を低減する補正を行うことで、同様の効果を得ることができる。

１ガスタービン
１１圧縮機
１２燃焼器
１３タービン
１４燃料供給装置
１５発電機
１６制御装置（運転制御装置）
１８ロータ
２２入口案内翼
２２ａ翼本体
２２ｂＩＧＶ作動部
３４燃料供給ライン
３５燃料調整弁
５１車室圧力計
５２吸気状態検出器
５２Ａ吸気温度計
５２Ｂ吸気圧力計
５３ブレードパス温度計
５４排気ガス温度計
６２状態判定装置
６４、６４ａタービン入口温度算出部
６６動作制御部
１０２指令値検出部
１０４出力検出部
１０６判定部
１１２１次遅れフィルタ
１１４減算器
１２２１次遅れフィルタ
１２４減算器
１３２比較部
１３６信号出力部
１４０タービン入口温度演算部
１４２タービン入口温度相当信号出力部
１４４フィルタ
１４６信号切換器
１４８信号発生器
１４９信号発生器
１５０フィルタ
１５２信号切換器
１５４信号発生器
１５６信号発生器

Claims

吸い込んだ空気を圧縮して圧縮空気とする圧縮機と、燃料を供給する燃料供給装置と、前記圧縮機から供給される圧縮空気と前記燃料供給装置から供給される燃料とを混合して燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器と、生成した前記燃焼ガスにより回転されるタービンとを有し、発電機に接続されているガスタービンの状態を判定する状態判定装置であって、
前記ガスタービンの出力に関する指令値の差分を検出する指令値検出部と、
前記発電機の出力の差分を検出する出力検出部と、
前記指令値の差分と、前記出力の差分との差が閾値以上の場合、前記ガスタービンの運転が所定の関係を逸脱していると判定する判定部と、を有することを特徴とする状態判定装置。
前記指令値は、前記燃料供給装置から前記燃焼器に供給する燃料の燃料流量指令値であることを特徴とする請求項１に記載の状態判定装置。
前記指令値検出部は、検出した指令値と、１つ前に検出した指令値の差分を検出し、
前記出力検出部は、検出した出力と、１つ前に検出した出力との差分を検出する請求項１または２に記載の状態判定装置。
請求項１から３のいずれか一項に記載の状態判定装置と、
前記指令値及び前記発電機の出力に基づいて、前記ガスタービンを制御する制御装置と、を有することを特徴とする運転制御装置。
前記制御装置は、前記状態判定装置で前記ガスタービンの運転が所定の関係を逸脱していると判定された場合、検出した前記発電機の出力の値を変動が小さくなる値に変更することを特徴とする請求項４に記載の運転制御装置。
前記制御装置は、前記状態判定装置で前記ガスタービンの運転が所定の関係を逸脱していると判定された場合、前記発電機の出力の値に前回の値を用いることを特徴とする請求項５に記載の運転制御装置。
前記制御装置は、前記状態判定装置で前記ガスタービンの運転が所定の関係を逸脱していると判定された場合、前記発電機の出力の値に基づいて、算出した値を変動が小さくなる値に変更することを特徴とする請求項４に記載の運転制御装置。
吸い込んだ空気を圧縮して圧縮空気とする圧縮機と、
燃料を供給する燃料供給装置と、
前記圧縮機から供給される圧縮空気と前記燃料供給装置から供給される燃料とを混合して燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器と、
生成した前記燃焼ガスにより回転されるタービンと、
請求項４から７のいずれか１項に記載の運転制御装置と、を備えることを特徴とするガスタービン。
吸い込んだ空気を圧縮して圧縮空気とする圧縮機と、燃料を供給する燃料供給装置と、前記圧縮機から供給される圧縮空気と前記燃料供給装置から供給される燃料とを混合して燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器と、生成した前記燃焼ガスにより回転されるタービンとを有し、発電機に接続されているガスタービンの状態を判定する状態判定方法であって、
前記ガスタービンの出力に関する指令値の差分を検出するステップと、
前記発電機の出力の差分を検出するステップと、
前記指令値の差分と、前記出力の差分との差が閾値以上の場合、前記ガスタービンの運転が所定の関係を逸脱していると判定するステップと、を有することを特徴とする状態判定方法。