JP6680555B2

JP6680555B2 - ガスタービン制御装置、ガスタービン制御方法及びプログラム

Info

Publication number: JP6680555B2
Application number: JP2016023320A
Authority: JP
Inventors: 圭介山本; 昭彦齋藤; 一也東
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2016-02-10
Filing date: 2016-02-10
Publication date: 2020-04-15
Anticipated expiration: 2036-02-10
Also published as: JP2017141728A

Description

本発明は、ガスタービン制御装置、ガスタービン制御方法及びプログラムに関する。

ガスタービンプラントでは、負荷運転中に非常事態が生じた場合、ガスタービンの負荷を切り離して運転を継続する運用がある。この運用は、負荷遮断と呼ばれる。
負荷遮断が実行されるとガスタービンの負荷が軽くなるため、タービン回転数が上がる。ガスタービンプラントは、一般的に、タービンが所定の回転数を超えると異常が発生したと判断し、自動停止する機能を備えている。そのため、負荷遮断が実行された直後は、タービン回転数は、タービン回転数を所定の回転数以下に抑えると共に、燃料カロリーが減少して燃焼器の火炎が失火させない燃料流量指令値の最小値ＭＩＮＣＳＯでタービン回転数の安定性と火炎の安定性とが制御されている。

特許文献１には、関連する技術として、現在の大気温度、現在の大気湿度、現在の大気圧力、燃料カロリーのうちの少なくとも１つのパラメータの値に応じた補正係数に基づいて、負荷遮断時にタービン回転数を定格回転数で運転するための燃料流量指令値を補正する技術が記載されている。

特開２０１５−０７８６７０号公報

多種の燃料を混合したガスタービン燃料を用いるガスタービンにおいて、燃料カロリーは、燃料の混合の割合の意図的な変更、異常発生（例えば、燃料の混合装置の緊急停止、同系列の他のプラントの緊急停止）などが原因で、変動する場合がある。
このような場合、ガスタービンの燃焼器に投入する予め定められた燃料カロリーとガスタービンの燃焼器における実際の燃料カロリー（燃料カロリーの実測値）とがかい離する可能性がある。
ところで、燃料カロリーの実測に掛かる時間は、数分から十数分程度である。そのため、ガスタービンの燃焼器に投入する予め定められた燃料カロリーとガスタービンの燃焼器における実際の燃料カロリーとがかい離しているときに負荷遮断が実行された場合、特許文献１に記載の技術では、燃料カロリーの実測に掛かる時間が原因で、燃料流量指令値の最小値ＭＩＮＣＳＯの補正が適切に行われない可能性がある。
その結果、特許文献１に記載の技術では、ガスタービンの燃焼器に投入する予め定められた燃料カロリーとガスタービンの燃焼器における実際の燃料カロリーとがかい離しているときに負荷遮断が実行された場合、不適切に補正された燃料流量指令値の最小値ＭＩＮＣＳＯによりタービン回転数が所定の回転数を超えてしまう、または、ガスタービンの燃焼器の火炎が失火してしまうという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決することのできるガスタービン制御装置、ガスタービン制御方法及びプログラムを提供することを目的としている。

本発明の第１の態様によれば、ガスタービン制御装置は、ガスタービンの燃焼器に投入する燃料の流量を指示する燃料流量指令値を算出する燃料流量指令値算出部と、負荷遮断を検知した場合には、前記燃料が予め定められたガスカロリーである場合の負荷遮断後の時間経過に応じた、前記負荷遮断後の実際のタービン回転数の変化率に基づいて、基準となるタービン回転数に前記負荷遮断後の実際のタービン回転数を追随させるために利用する現在の補正パラメータを算出し、前記補正パラメータを用いて前記燃料流量指令値を補正する補正部と、を備える。

本発明の第２の態様によれば、第１の態様におけるガスタービン制御装置において、前記補正部は、前記負荷遮断後の実際のタービン回転数の変化率が所定の変化率よりも低い場合、前記燃料の流量を増加させる前記補正パラメータを前記燃料流量指令値に乗算し、前記負荷遮断後の実際のタービン回転数の変化率が所定の変化率よりも高い場合、前記燃料の流量を減少させる前記補正パラメータを前記燃料流量指令値に乗算してもよい。

本発明の第３の態様によれば、第１の態様または第２の態様において、前記補正部は、前記負荷遮断後の実際のタービン回転数と前記負荷遮断後の時間経過に応じた基準となるタービン回転数との偏差についてＰＩ制御を行うことにより前記燃料流量指令値を補正してもよい。

本発明の第４の態様によれば、第１の態様から第３の態様の何れかにおけるガスタービン制御装置は、前記燃焼器におけるパイロット燃料流量比率に基づく最小必要燃空比と、前記燃焼器に供給する入口案内翼の開度に基づく空気流量とに基づいて、前記燃料流量指令値の下限値を算出する下限値算出部、を更に備えていてもよい。

本発明の第５の態様によれば、ガスタービン制御方法は、ガスタービンの燃焼器に投入する燃料の流量を指示する燃料流量指令値を算出することと、負荷遮断を検知した場合には、前記燃料が予め定められたガスカロリーである場合の負荷遮断後の時間経過に応じた基準となるタービン回転数に前記負荷遮断後の実際のタービン回転数を追随させるために、前記負荷遮断後の実際のタービン回転数の変化率に基づいて、利用する現在の補正パラメータを算出し、前記補正パラメータを用いて前記燃料流量指令値を補正することと、を含む。

本発明の第６の態様によれば、プログラムは、コンピュータに、ガスタービンの燃焼器に投入する燃料の流量を指示する燃料流量指令値を算出することと、負荷遮断を検知した場合には、前記燃料が予め定められたガスカロリーである場合の負荷遮断後の時間経過に応じた基準となるタービン回転数に前記負荷遮断後の実際のタービン回転数を追随させるために、前記負荷遮断後の実際のタービン回転数の変化率に基づいて、利用する現在の補正パラメータを算出し、前記補正パラメータを用いて前記燃料流量指令値を補正することと、を実行させる。

上述のガスタービン制御装置、ガスタービン制御方法及びプログラムによれば、ガスタービンの燃焼器に投入する予め定められた燃料カロリーとガスタービンの燃焼器における実際の燃料カロリーとがかい離していても、負荷遮断後のタービン実回転数を負荷遮断後のタービン基準回転数に追随させることができる。

本発明の第一の実施形態によるガスタービンプラントの構成を示す図である。本発明の第一の実施形態の第１実施例によるガスタービン制御装置の処理を説明するための図である。本発明の第一の実施形態の第１実施例における負荷遮断後のタービン実回転数に対する負荷遮断後のタービン実回転数の変化率を説明するための図である。本発明の第一の実施形態の第１実施例における負荷遮断後のタービン実回転数のシミュレーション結果を示す図である。本発明の第一の実施形態の第２実施例によるガスタービン制御装置の処理を説明するための図である。本発明の第一の実施形態の第２実施例における負荷遮断後のタービン基準回転数の生成を説明するための図である。本発明の第二の実施形態によるガスタービンプラントの構成を示す図である。本発明の第二の実施形態の第３実施例によるガスタービン制御装置の処理を説明するための図である。本発明の第二の実施形態の第３実施例におけるパイロット燃料流量比率の算出を説明するための図である。本発明の第二の実施形態の第３実施例における最小必要燃空比のシミュレーション結果を示す図である。

＜第一の実施形態＞
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
本発明の第一の実施形態によるガスタービンプラント１の構成について説明する。
本発明の第一の実施形態によるガスタービンプラント１は、図１に示すように、ガスタービン制御装置１０と、ガスタービン２０と、発電機３０と、を備える。
図１で示した本発明の第一の実施形態によるガスタービンプラント１の構成は、本発明のすべての実施形態に共通の構成である。

ガスタービン制御装置１０は、燃料流量指令値算出部１０１と、補正部１０２と、燃料流量調整部１０３と、を備える。

燃料流量指令値算出部１０１は、後述する燃焼器２０２に投入する燃料の流量を指示する燃料流量指令値ＣＳＯを算出する。負荷遮断が実行された場合には、燃料流量指令値算出部１０１は、負荷遮断時に燃焼器２０２に投入する燃料の流量を指示する無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌを算出する。

補正部１０２は、負荷遮断を検知した場合には、燃料が予め定められたガスカロリーである場合の負荷遮断後の時間経過に応じたガスタービン２０の基準となる回転数Ｎｓｔ（以下、「負荷遮断後のタービン基準回転数Ｎｓｔ」と記載）にガスタービン２０の実際の回転数Ｎｒ（以下、「負荷遮断後のタービン実回転数Ｎｒ」と記載）を追随させるために利用する現在の補正パラメータαを算出する。
補正部１０２は、補正パラメータαを用いて無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌを補正する。

燃料流量調整部１０３は、補正パラメータαを用いて無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌを補正した補正後の無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌｒｅｖ（以下、「補正後無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌｒｅｖ」と記載）を後述する燃料流量調整弁２０４に送信する。
燃料流量調整部１０３は、補正後無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌｒｅｖを燃料流量調整弁２０４に送信することにより、燃料流量調整弁２０４の開度を調整し、後述するノズル２０５に供給する燃料流量を制御する。

ガスタービン２０は、圧縮機２０１と、燃焼器２０２と、タービン本体２０３と、燃料流量調整弁２０４と、ノズル２０５と、ロータ２０６と、を備える。

圧縮機２０１は、空気を圧縮して圧縮空気を生成する。圧縮機２０１は、生成した圧縮空気を燃焼器２０２に供給する。

燃焼器２０２は、圧縮機２０１から供給された圧縮空気中で、後述するノズル２０５から供給された燃料ガスを燃焼させ高温の燃焼ガスを生成する。燃焼器２０２は、生成した高温の燃焼ガスをタービン本体２０３に排気する。

タービン本体２０３は、燃焼器２０２から取り入れた高温の燃焼ガスが膨張することによる熱エネルギーを後述するロータ２０６（回転軸）の回転エネルギーに変換する。

燃料流量調整弁２０４は、燃料流量調整部１０３から送信される補正後燃料流量指令値ＣＳＯｒｅｖに基づいて、ノズル２０５に供給する燃料流量を調整する。
ノズル２０５は、燃料流量調整弁２０４から供給される燃料を燃焼器２０２へ噴射する。

ロータ２０６は、ガスタービン２０と発電機３０とを連結する。ロータ２０６は、ガスタービン２０の回転エネルギーを発電機３０に伝える。
発電機３０は、ガスタービン２０の回転エネルギーを利用して発電する。

本発明の第一の実施形態によるガスタービンプラント１において、燃料流量指令値算出部１０１は、燃焼器２０２に投入する燃料の流量を指示する燃料流量指令値ＣＳＯを算出する。負荷遮断が実行された場合には、燃料流量指令値算出部１０１は、負荷遮断時に燃焼器２０２に投入する燃料の流量を指示する無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌを算出する。補正部１０２は、負荷遮断を検知した場合には、負荷遮断後の時間経過に応じた基準となるタービン回転数Ｎｓｔに負荷遮断後の実際のタービン回転数Ｎｒが追随させるために利用する現在の補正パラメータαを算出する。補正部１０２は、現在の補正パラメータαを用いて無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌを補正する。燃料流量調整部１０３は、補正後無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌｒｅｖを燃料流量調整弁２０４に送信する。燃料流量調整弁２０４は、燃料流量調整部１０３から送信される補正後無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌｒｅｖに基づいて、ノズル２０５に供給する燃料流量を調整する。ノズル２０５は、燃料流量調整弁２０４から供給される燃料を燃焼器２０２へ噴射する。燃焼器２０２は、圧縮機２０１から供給された圧縮空気中で、ノズル２０５から供給された燃料ガスを燃焼させ高温の燃焼ガスを生成する。燃焼器２０２は、生成した高温の燃焼ガスをタービン本体２０３に排気する。タービン本体２０３は、燃焼器２０２から取り入れた高温の燃焼ガスが膨張することによる熱エネルギーをロータ２０６の回転エネルギーに変換する。ロータ２０６は、ガスタービン２０の回転エネルギーを発電機３０に伝える。
このように現在の補正パラメータαを用いて無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌを補正すれば、ガスタービン制御装置１０は、燃料カロリーを使用せずにガスタービン２０の燃焼器２０２に投入する予め定められた燃料カロリーとガスタービン２０の燃焼器２０２における実際の燃料カロリーとがかい離していても、負荷遮断後のタービン実回転数Ｎｒを負荷遮断後のタービン基準回転数Ｎｓｔに追随させることができる。

（第１実施例）
まず、ガスタービン制御装置１０が、負荷遮断後のタービン実回転数Ｎｒの単位時間当たりの変化率ΔＰ（以下、「変化率ΔＰ」と記載）に基づいて、無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌを補正し、負荷遮断後のタービン実回転数Ｎｒを負荷遮断後のタービン基準回転数Ｎｓｔに追随させる例について説明する。

ここでは、図２〜図４を参照して、負荷遮断が実行された場合にガスタービン制御装置１０が行う処理について説明する。
なお、無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌは、無負荷かつ定格回転を維持するために必要な燃料流量指令値である。

燃料流量指令値算出部１０１は、負荷遮断が実行されたことを示す負荷遮断信号を検知する。
補正部１０２は、燃料流量指令値算出部１０１が負荷遮断信号を検知すると、負荷遮断後のタービン実回転数Ｎｒの変化率ΔＰを算出する（ステップＳ１０１）。

補正部１０２は、補正パラメータを算出する（ステップＳ１０２）。
具体的には、補正部１０２は、算出した変化率ΔＰをヒステリシス付き高低モニタに入力し、変化率ΔＰとしきい値Ｐｔｈとを比較する。しきい値Ｐｔｈは、負荷遮断後のタービン実回転数Ｎｒの変化率ΔＰが大きいか小さいかを判定するために用いられる予め定められたしきい値である。この高低モニタは、しきい値を超えると１を出力し、しきい値を超えない場合は０（ゼロ）を出力する。
なお、しきい値Ｐｔｈは、変化率ΔＰの値に依存するヒステリシスを示す。したがって、変化率ΔＰが小さい値から増加してしきい値Ｐｔｈを跨いだと判定するしきい値と、変化率ΔＰが大きい値から減少してしきい値Ｐｔｈを跨いだと判定するしきい値とは異なる。
補正部１０２は、このヒステリシスにより不感帯を生成し、しきい値Ｐｔｈ近辺での変化率ΔＰの微小変化による影響（変化率ΔＰが頻繁にしきい値Ｐｔｈを跨ぐこと）を排除している。
変化率ΔＰがしきい値Ｐｔｈよりも小さい場合、補正部１０２は、モニタ出力値１と燃料量高側設定バイアスＢｈとを乗算する。燃料量高側設定バイアスＢｈは、最小燃料流量ＣＳＯｍｉｎを補正するバイアスであり、例えば、０．１である。また、補正部１０２は、モニタ出力値ゼロと燃料量高側設定バイアスＢｌとを乗算する。燃料量低側設定バイアスＢｌは、最小燃料流量ＣＳＯｍｉｎを補正するバイアスであり、例えば、−０．１である。そして、補正部１０２は、両方の乗算結果を加算して、補正パラメータα１を算出する。
また、変化率ΔＰがしきい値Ｐｔｈよりも大きい場合、補正部１０２は、モニタ出力値ゼロと燃料量高側設定バイアスＢｈとを乗算する。また、補正部１０２は、モニタ出力値１と燃料量低側設定バイアスＢｌとを乗算する。そして、補正部１０２は、両方の乗算結果を加算して、補正パラメータα１を算出する。
補正部１０２は、補正パラメータα１を燃料流量指令値算出部１０１に送信する。
なお、変化率ΔＰは、負荷遮断後における回転数の低下時にマイナスの値を示すものと定義している。

ここで、負荷遮断後のタービン実回転数Ｎｒと負荷遮断後のタービン実回転数Ｎｒの変化率ΔＰの例を示す。
変化率ΔＰは、負荷遮断後のタービン実回転数Ｎｒが図３（ａ）に示すように時間経過に伴って変化する場合、図３（ｂ）に示すように変化する。
具体的には、負荷遮断後のタービン実回転数Ｎｒが図３（ａ）における符号３ａ１に示すように変化する場合、変化率ΔＰは、図３（ｂ）における符号３ｂ１に示すように変化する。また、負荷遮断後のタービン実回転数Ｎｒが図３（ａ）における符号３ａ２に示すように変化する場合、変化率ΔＰは、図３（ｂ）における符号３ｂ２に示すように変化する。負荷遮断後のタービン実回転数Ｎｒが図３（ａ）における符号３ａ３に示すように変化する場合、変化率ΔＰは、図３（ｂ）における符号３ｂ３に示すように変化する。
また、しきい値Ｐｔｈは、図３（ｂ）に示すように、例えば、−１０ｒｐｍ／秒である。なお、しきい値Ｐｔｈは、上述のように、ヒステリシスを示す。

燃料流量指令値算出部１０１は、補正部１０２から補正パラメータα１を受信する。
燃料流量指令値算出部１０１は、標準設定パラメータαｓｔを図示していない記憶部から読み出す。標準設定パラメータαｓｔは、定数であり、例えば、０．７である。
燃料流量指令値算出部１０１は、補正パラメータα１と標準設定パラメータαｓｔとを加算して、加算結果α２を算出する（ステップＳ１０３）。

燃料流量指令値算出部１０１は、加算結果α２と無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌとを乗算して、補正後最小燃料流量指令値ＣＳＯｍｉｎｒｅｖを算出する（ステップＳ１０４）。
なお、燃料流量指令値算出部１０１は、無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌのほかに、複数の燃料流量指令値を算出しており、複数の燃料流量指令値の中から最小の燃料流量指令値を特定し、出力する機能を有する。
ただし、無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌのほかの複数の燃料流量指令値は、例えば、発電機３０の出力が制限された所定の値となるための燃料流量指令値、タービンの実回転数Ｎｒが制限された所定の値となるための燃料流量指令値、排ガスの温度が制限された所定の値となるための燃料流量指令値などである。
したがって、負荷遮断が実行された場合、複数の燃料流量指令値の中で最小の燃料流量指令値となるのは、無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌであることがわかっている。そのため、本発明の実施形態では、無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌのみを示し、そのほかの燃料流量指令値については省略している。

ここで、負荷遮断後のタービンの実回転数Ｎｒのシミュレーション結果の例を示す。
図４（ａ）に示すように、燃料カロリーが通常の値である場合の負荷遮断後のタービン実回転数Ｎｒは、符号４ａ１に示すように変化する。
また、燃料カロリーが通常よりも高い値である場合の負荷遮断後のタービン実回転数Ｎｒは、符号４ａ２に示すように変化する。
なお、負荷遮断後のタービン基準回転数Ｎｓｔは、符号４ａ３に示すように変化する。
図４（ａ）から、燃料カロリーが通常よりも高い値である場合の負荷遮断後のタービン実回転数Ｎｒが負荷遮断後のタービン基準回転数Ｎｓｔにほぼ一致するまでの時間は、燃料カロリーが通常の値である場合の負荷遮断後のタービン実回転数Ｎｒ負荷遮断後のタービン基準回転数Ｎｓｔにほぼ一致するまでの時間の約１．５倍である。
それに対して、燃料カロリーが通常よりも高い値である場合に本発明の第１実施例で示す技術を用いると、図４（ｂ）に示すように、負荷遮断後のタービン実回転数Ｎｒは、符号４ｂ１に示すように、符号４ｂ２に示す負荷遮断後のタービン基準回転数Ｎｓｔにほぼ追随する。

（第２実施例）
次に、ガスタービン制御装置１０が、負荷遮断後のタービン実回転数Ｎｒと、任意に設定した回転数スケジュールに基づく負荷遮断後のタービン基準回転数Ｎｓｔとの偏差ΔＮに基づいて、無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌを補正し、負荷遮断後のタービン実回転数Ｎｒを負荷遮断後のタービン基準回転数Ｎｓｔに追随させる例について説明する。

ここでは、図５〜図６を参照して、負荷遮断が実行された場合にガスタービン制御装置１０が行う処理について説明する。

燃料流量指令値算出部１０１は、負荷遮断が実行されたことを示す負荷遮断信号を検知する。
補正部１０２は、燃料流量指令値算出部１０１が負荷遮断信号を検知すると、負荷遮断信号を検知して以降の積算時間を算出する（ステップＳ２０１）。

補正部１０２は、偏差ΔＮを算出する（ステップＳ２０２）。
例えば、補正部１０２は、算出した積算時間毎（負荷遮断を検知したタイミングを基準とした各タイミング毎）にタービン回転数を特定し、任意の回転数スケジュールを設定することにより負荷遮断後のタービン基準回転数Ｎｓｔを生成する。具体的には、補正部１０２は、図６（ａ）に示すように、各時刻におけるガスタービン２０の回転数を任意に決定することにより負荷遮断後のタービン基準回転数Ｎｓｔ（符号６ａ１）を生成する。また、補正部１０２は、理想的な算出式を用いて各時刻におけるガスタービン２０の回転数を決定することにより負荷遮断後のタービン基準回転数Ｎｓｔを生成してもよい。
なお、補正部１０２は、図６（ｂ）に示すように、各負荷に対して回転スケジュールを用意して、負荷毎のタービン基準回転数（例えば、２５％負荷（符号６ｂ１）、５０％負荷（符号６ｂ２）、７５％負荷（符号６ｂ３）、１００％負荷（符号６ｂ４））を生成してもよい。
また、補正部１０２は、標準的な動作を行うガスタービンプラント１の実機のデータを用いて負荷遮断後のタービン基準回転数Ｎｓｔを生成してもよい。
補正部１０２は、生成した負荷遮断時のタービン基準回転数Ｎｓｔから負荷遮断後のタービン実回転数Ｎｒを減算して、偏差ΔＮを算出する。

補正部１０２は、算出した偏差ΔＮに対してＰＩ制御の演算を行うことにより、補正パラメータα３を算出する（ステップＳ２０３）。
補正部１０２は、算出した補正パラメータα３を燃料流量指令値算出部１０１に送信する。

燃料流量指令値算出部１０１は、補正部１０２から補正パラメータα３を受信する。
燃料流量指令値算出部１０１は、標準設定パラメータαｓｔを図示していない記憶部から読み出す。
燃料流量指令値算出部１０１は、読み出した標準設定パラメータαｓｔと無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌとを乗算して、最小燃料流量指令値ＣＳＯｍｉｎを算出する（ステップＳ２０４）。最小燃料流量指令値ＣＳＯｍｉｎは、無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌと基準設定パラメータαｓｔとを乗算した乗算結果である。

燃料流量指令値算出部１０１は、最小燃料流量指令値ＣＳＯｍｉｎと補正パラメータα３とを加算して、補正後最小燃料流量指令値ＣＳＯｍｉｎｒｅｖする（ステップＳ２０５）。

第１実施例及び第２実施例において、燃料流量指令値算出部１０１が補正後最小燃料流量指令値ＣＳＯｍｉｎｒｅｖを算出した後、ガスタービンプラント１における燃料流量調整部１０３は、補正後最小燃料流量指令値ＣＳＯｍｉｎｒｅｖを燃料流量調整弁２０４に送信する。燃料流量調整弁２０４は、燃料流量調整部１０３から送信される補正後最小燃料流量指令値ＣＳＯｍｉｎｒｅｖに基づいて、ノズル２０５に供給する燃料流量を調整する。ノズル２０５は、燃料流量調整弁２０４から供給される燃料を燃焼器２０２へ噴射する。燃焼器２０２は、圧縮機２０１から供給された圧縮空気中で、ノズル２０５から供給された燃料ガスを燃焼させ高温の燃焼ガスを生成する。燃焼器２０２は、生成した高温の燃焼ガスをタービン本体２０３に排気する。タービン本体２０３は、燃焼器２０２から取り入れた高温の燃焼ガスが膨張することによる熱エネルギーをロータ２０６の回転エネルギーに変換する。ロータ２０６は、ガスタービン２０の回転エネルギーを発電機３０に伝える。

以上、本発明の第一の実施形態によるガスタービンプラント１について説明した。
本発明の第一の実施形態によるガスタービンプラント１において、燃料流量指令値算出部１０１は、燃焼器２０２に投入する燃料の流量を指示する燃料流量指令値ＣＳＯを算出する。負荷遮断が実行された場合には、燃料流量指令値算出部１０１は、負荷遮断時に燃焼器２０２に投入する燃料の流量を指示する無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌを算出する。補正部１０２は、負荷遮断を検知した場合には、負荷遮断後の時間経過に応じた基準となるタービン回転数Ｎｓｔに負荷遮断後の実際のタービン回転数Ｎｒが追随させるために利用する現在の補正パラメータα（α１、α３）を算出する。補正部１０２は、現在の補正パラメータαを用いて負荷遮断後の無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌを補正する。
このようにすれば、ガスタービン制御装置１０は、燃料カロリーを使用せずにガスタービン２０の燃焼器２０２に投入する予め定められた燃料カロリーとガスタービン２０の燃焼器２０２における実際の燃料カロリーとがかい離していても、負荷遮断後のタービン実回転数Ｎｒを負荷遮断後のタービン基準回転数Ｎｓｔに追随させることができる。

＜第二の実施形態＞
本発明の第二の実施形態によるガスタービンプラント１の構成について説明する。
本発明の第二の実施形態によるガスタービンプラント１は、図７に示すように、本発明の第一の実施形態によるガスタービンプラント１と同様に、ガスタービン制御装置１０と、ガスタービン２０と、発電機３０と、を備える。

本発明の第二の実施形態によるガスタービン制御装置１０は、本発明の第一の実施形態によるガスタービン制御装置１０が備える燃料流量指令値算出部１０１と、補正部１０２と、燃料流量調整部１０３とに加えて、下限値算出部１０４を更に備える。
下限値算出部１０４は、燃焼器２０２におけるパイロット燃料流量比率に基づく最小必要燃空比と、入口案内翼２０７の開度に基づく空気流量とに基づいて、燃料流量指令値ＣＳＯの下限値を算出する。

本発明の第二の実施形態による圧縮機２０１は、入口案内翼２０７を更に備える。
入口案内翼２０７は、圧縮機２０１への空気の流入を調整する。

本発明の第二の実施形態によるガスタービンプラント１において、燃料流量指令値算出部１０１は、燃焼器２０２に投入する燃料の流量を指示する燃料流量指令値ＣＳＯを算出する。負荷遮断が実行された場合には、燃料流量指令値算出部１０１は、負荷遮断時に燃焼器２０２に投入する燃料の流量を指示する無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌを算出する。補正部１０２は、負荷遮断を検知した場合には、負荷遮断後の時間経過に応じた基準となるタービン回転数Ｎｓｔに負荷遮断後の実際のタービン回転数Ｎｒが追随させるために利用する現在の補正パラメータαを算出する。補正部１０２は、負荷遮断を検知した場合には、負荷遮断後の時間経過に応じた基準となるタービン回転数Ｎｓｔに負荷遮断後の実際のタービン回転数Ｎｒが追随させるために利用する現在の補正パラメータαを算出する。下限値算出部１０４は、無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌの下限値を算出する。補正部１０２は、下限値算出部１０４が算出した無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌの下限値に基づいて、補正パラメータαを用いて無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌを補正する。燃料流量調整部１０３は、補正後無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌｒｅｖを燃料流量調整弁２０４に送信する。燃料流量調整弁２０４は、燃料流量調整部１０３から送信される補正後無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌｒｅｖに基づいて、ノズル２０５に供給する燃料流量を調整する。ノズル２０５は、燃料流量調整弁２０４から供給される燃料を燃焼器２０２へ噴射する。燃焼器２０２は、圧縮機２０１から供給された圧縮空気中で、ノズル２０５から供給された燃料ガスを燃焼させ高温の燃焼ガスを生成する。燃焼器２０２は、生成した高温の燃焼ガスをタービン本体２０３に排気する。タービン本体２０３は、燃焼器２０２から取り入れた高温の燃焼ガスが膨張することによる熱エネルギーをロータ２０６の回転エネルギーに変換する。ロータ２０６は、ガスタービン２０の回転エネルギーを発電機３０に伝える。
このように燃料流量指令値ＣＳＯの下限値に基づいて、補正パラメータαを用いて燃料流量指令値ＣＳＯを補正すれば、ガスタービン制御装置１０は、燃料カロリーを使用せずにガスタービン２０の燃焼器２０２に投入する予め定められた燃料カロリーとガスタービン２０の燃焼器２０２における実際の燃料カロリーとがかい離していても、燃焼器２０２の火炎が失火することなく、負荷遮断後のタービン実回転数Ｎｒを負荷遮断後のタービン基準回転数Ｎｓｔに追随させることができる。

（第３実施例）
次に、ガスタービン制御装置１０が、第２実施例で示した負荷遮断後タービン回転数Ｎの補正において、算出した燃料流量指令値ＣＳＯの下限値に基づいて補正を行う例について説明する。

ここでは、図８〜図１０を参照して、負荷遮断が実行された場合にガスタービン制御装置１０が行う処理について説明する。

ガスタービン制御装置１０は、第２実施例で示した処理と同様に、図８に示すステップＳ２０１〜ステップＳ２０５の処理を行う。

下限値算出部１０４は、各種流量調整弁開度、各種流量調整弁圧力、燃料温度、燃料密度に基づいて、パイロット燃料流量比率を算出する（ステップＳ３０１）。

具体例として、燃焼器２０２に燃料を供給する燃料供給系統が、パイロット系統Ｒａとメイン系統Ｒｂの２系統存在する場合について説明する。この場合、図９において、燃料流量調整弁２０４ａは、パイロット系統の燃料流量調整弁である。また、ノズル２０５ａは、パイロット系統のノズルである。また、燃料流量調整弁２０４ｂは、メイン系統の燃料流量調整弁である。また、ノズル２０５ｂは、メイン系統のノズルである。

ノズルにおける流量Ｇは、次の式（１）により示される。

ここで、Ｇは流量［ｋｇ／ｓ］である。Ｃｄはノズル流量係数［−］である。Ａはノズル面積［ｍ^２］である。ｇは重力加速度［ｍ／ｓ^２］である。κは比熱比である。γは燃料密度［ｋｇ／Ｎｍ３］である。Ｐ３はノズル入口圧力［ａｔａ］である。Ｐ４はノズル出口圧力［ａｔａ］である。

パイロット燃料流量比率は、次の式（２）により示される。

なお、下限値算出部１０４は、ノズルにおける流量Ｇの代わりに燃料流量調整弁における流量Ｇを用いてパイロット燃料流量比率を算出してもよい。
燃料流量調整弁における流量Ｇは、次の式（３）により示される。

ここで、Ｇは流量［ｋｇ／ｓ］である。Ｃｖは弁Ｃｖ値［−］である。γは燃料密度［ｋｇ／Ｎｍ３］である。Ｔは燃料温度［℃］である。Ｐ１は弁入口圧力［ａｔａ］である。Ｐ２は弁出口圧力［ａｔａ］である。

下限値算出部１０４は、算出したパイロット燃料流量比率に基づいて、最小必要燃空比を算出する（ステップＳ３０２）。

下限値算出部１０４は、入口案内翼２０７の開度を取得する。
下限値算出部１０４は、取得した入口案内翼２０７の開度に基づいて、燃焼器２０２に供給される空気流量を算出する（ステップＳ３０３）。

下限値算出部１０４は、算出した最小必要燃空比と算出した空気流量とを乗算して、燃料流量指令値の下限値を算出する（ステップＳ３０４）。

下限値算出部１０４は、算出した燃料流量指令値の下限値と、ステップＳ２０５の処理により算出した補正後最小燃料流量指令値ＣＳＯｍｉｎｒｅｖのうち高い値を示す指令値を選択して、最終的な補正後最小燃料流量指令値ＣＳＯｍｉｎｒｅｖを特定する（ステップＳ３０５）。

ここで、パイロット燃料流量比率に対する燃空比のシミュレーション結果の例を示す。
図１０（ａ）における符号１０ａ１は最小必要燃空比を示しており、これを下回ると失火する可能性がある。負荷遮断時のパイロット燃料流量比率と燃空比の作動線を１０ａ２に示すが、図１０（ａ）における円で示すように、作動線１０ａ２が最小必要燃空比１０ａ１を下回っており、失火する可能性があることがわかる。
それに対して、本発明の第３実施例で示す技術を用いた場合、作動線１０ｂ２が最小必要燃空比１０ｂ１を下回らない。したがって、本発明の第３実施例で示す技術を用いたガスタービンプラント１における燃焼器２０２の火炎は、失火しない。

燃料流量指令値算出部１０１が最終的な補正後最小燃料流量指令値ＣＳＯｍｉｎｒｅｖを算出した後、ガスタービンプラント１における燃料流量調整部１０３は、最終的な補正後最小燃料流量指令値ＣＳＯｍｉｎｒｅｖを燃料流量調整弁２０４に送信する。燃料流量調整弁２０４は、燃料流量調整部１０３から送信される最終的な補正後最小燃料流量指令値ＣＳＯｍｉｎｒｅｖに基づいて、ノズル２０５に供給する燃料流量を調整する。ノズル２０５は、燃料流量調整弁２０４から供給される燃料を燃焼器２０２へ噴射する。燃焼器２０２は、圧縮機２０１から供給された圧縮空気中で、ノズル２０５から供給された燃料ガスを燃焼させ高温の燃焼ガスを生成する。燃焼器２０２は、生成した高温の燃焼ガスをタービン本体２０３に排気する。タービン本体２０３は、燃焼器２０２から取り入れた高温の燃焼ガスが膨張することによる熱エネルギーをロータ２０６の回転エネルギーに変換する。ロータ２０６は、ガスタービン２０の回転エネルギーを発電機３０に伝える。

以上、本発明の第二の実施形態によるガスタービンプラント１について説明した。
本発明の第二の実施形態によるガスタービンプラント１において、燃料流量指令値算出部１０１は、燃焼器２０２に投入する燃料の流量を指示する燃料流量指令値ＣＳＯを算出する。補正部１０２は、負荷遮断を検知した場合には、負荷遮断後の時間経過に応じた基準となるタービン回転数Ｎｓｔに負荷遮断後の実際のタービン回転数Ｎｒが追随させるために利用する現在の補正パラメータαを算出する。補正部１０２は、負荷遮断を検知した場合には、負荷遮断後の時間経過に応じた基準となるタービン回転数Ｎｓｔに負荷遮断後の実際のタービン回転数Ｎｒが追随させるために利用する現在の補正パラメータαを算出する。下限値算出部１０４は、無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌの下限値を算出する。補正部１０２は、下限値算出部１０４が算出した無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌの下限値に基づいて、補正パラメータαを用いて無負荷燃料流量指令値ＣＳＯｎｌを補正する。
このようにすれば、ガスタービン制御装置１０は、燃料カロリーを使用せずにガスタービン２０の燃焼器２０２に投入する予め定められた燃料カロリーとガスタービン２０の燃焼器２０２における実際の燃料カロリーとがかい離していても、燃焼器２０２の火炎が失火することなく、負荷遮断後のタービン実回転数Ｎｒを負荷遮断後のタービン基準回転数Ｎｓｔに追随させることができる。

なお、第３実施例では、第２実施例に対して補正部１０２が下限値算出部１０４の算出した燃料流量指令値ＣＳＯの下限値に基づいて、補正パラメータαを用いて燃料流量指令値ＣＳＯを補正する例を示した。しかしながら、本発明の第二の実施形態によるガスタービンプラント１において、補正部１０２が下限値算出部１０４の算出した燃料流量指令値ＣＳＯの下限値に基づいて、補正パラメータαを用いて燃料流量指令値ＣＳＯを補正する実施例は、第３実施例に限定しない。例えば、第１実施例に対して補正部１０２が下限値算出部１０４の算出した燃料流量指令値ＣＳＯの下限値に基づいて、補正パラメータαを用いて燃料流量指令値ＣＳＯを補正してもよい。

本発明の実施形態について説明したが、上述のガスタービン制御装置１０は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。そして、上述した処理の過程は、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、ＤＶＤ−ＲＯＭ、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そのプログラムを実行するようにしてもよい。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現してもよい。さらに、上記プログラムは、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるファイル、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

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、例であり、発明の範囲を限定しない。これらの実施形態は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、省略、置き換え、変更を行ってよい。

１・・・ガスタービンプラント
１０・・・ガスタービン制御装置
２０・・・ガスタービン
３０・・・発電機
１０１・・・燃料流量指令値算出部
１０２・・・補正部
１０３・・・燃料流量調整部
２０１・・・圧縮機
２０２・・・燃焼器
２０３・・・タービン本体
２０４・・・燃料流量調整弁
２０５・・・ノズル
２０６・・・ロータ
２０７・・・入口案内翼

Claims

ガスタービンの燃焼器に投入する燃料の流量を指示する燃料流量指令値を算出する燃料流量指令値算出部と、
負荷遮断を検知した場合には、前記燃料が予め定められたガスカロリーである場合の負荷遮断後の時間経過に応じた、前記負荷遮断後の実際のタービン回転数の変化率に基づいて、基準となるタービン回転数に前記負荷遮断後の実際のタービン回転数を追随させるために利用する現在の補正パラメータを算出し、前記補正パラメータを用いて前記燃料流量指令値を補正する補正部と、
を備えるガスタービン制御装置。
前記補正部は、
前記負荷遮断後の実際のタービン回転数の変化率が所定の変化率よりも低い場合、前記燃料の流量を増加させる前記補正パラメータを前記燃料流量指令値に乗算し、
前記負荷遮断後の実際のタービン回転数の変化率が所定の変化率よりも高い場合、前記燃料の流量を減少させる前記補正パラメータを前記燃料流量指令値に乗算する、
請求項１に記載のガスタービン制御装置。
前記補正部は、
前記負荷遮断後の実際のタービン回転数と前記負荷遮断後の時間経過に応じた基準となるタービン回転数との偏差についてＰＩ制御を行うことにより前記燃料流量指令値を補正する、
請求項１または請求項２に記載のガスタービン制御装置。
前記燃焼器におけるパイロット燃料流量比率に基づく最小必要燃空比と、前記燃焼器に供給する入口案内翼の開度に基づく空気流量とに基づいて、前記燃料流量指令値の下限値を算出する下限値算出部、
を更に備える請求項１から請求項３の何れか一項に記載のガスタービン制御装置。
ガスタービンの燃焼器に投入する燃料の流量を指示する燃料流量指令値を算出することと、
負荷遮断を検知した場合には、前記燃料が予め定められたガスカロリーである場合の負荷遮断後の時間経過に応じた基準となるタービン回転数に前記負荷遮断後の実際のタービン回転数を追随させるために、前記負荷遮断後の実際のタービン回転数の変化率に基づいて、利用する現在の補正パラメータを算出し、前記補正パラメータを用いて前記燃料流量指令値を補正することと、
を含むガスタービン制御方法。
コンピュータに、
ガスタービンの燃焼器に投入する燃料の流量を指示する燃料流量指令値を算出することと、
負荷遮断を検知した場合には、前記燃料が予め定められたガスカロリーである場合の負荷遮断後の時間経過に応じた基準となるタービン回転数に前記負荷遮断後の実際のタービン回転数を追随させるために、前記負荷遮断後の実際のタービン回転数の変化率に基づいて、利用する現在の補正パラメータを算出し、前記補正パラメータを用いて前記燃料流量指令値を補正することと、
を実行させるプログラム。