JP6934835B2 - ガスタービンの制御装置及びガスタービン並びにガスタービンの制御方法 - Google Patents
ガスタービンの制御装置及びガスタービン並びにガスタービンの制御方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6934835B2 JP6934835B2 JP2018077254A JP2018077254A JP6934835B2 JP 6934835 B2 JP6934835 B2 JP 6934835B2 JP 2018077254 A JP2018077254 A JP 2018077254A JP 2018077254 A JP2018077254 A JP 2018077254A JP 6934835 B2 JP6934835 B2 JP 6934835B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- value
- command value
- gas turbine
- output
- calculating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
- F02C9/26—Control of fuel supply
- F02C9/28—Regulating systems responsive to plant or ambient parameters, e.g. temperature, pressure, rotor speed
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
- F02C9/26—Control of fuel supply
- F02C9/32—Control of fuel supply characterised by throttling of fuel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2220/00—Application
- F05D2220/30—Application in turbines
- F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/35—Combustors or associated equipment
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2270/00—Control
- F05D2270/01—Purpose of the control system
- F05D2270/05—Purpose of the control system to affect the output of the engine
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2270/00—Control
- F05D2270/40—Type of control system
- F05D2270/44—Type of control system active, predictive, or anticipative
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2270/00—Control
- F05D2270/70—Type of control algorithm
- F05D2270/701—Type of control algorithm proportional
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2270/00—Control
- F05D2270/70—Type of control algorithm
- F05D2270/703—Type of control algorithm integral
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2270/00—Control
- F05D2270/70—Type of control algorithm
- F05D2270/706—Type of control algorithm proportional-integral-differential
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Description
この制御装置において、フィードバック制御の目標出力は、負荷要求設定値に応じて求まる負荷設定値(LDSET)に基づいて決定されるようになっている。より具体的には、例えば、負荷要求設定値がステップ状に増加するとき、負荷設定値(LDSET)は変更前の負荷要求設定値から変更後の負荷要求設定値まで徐々に増加するようになっている。
そして、この制御装置では、要求負荷設定値の変化に対して発電機出力の追従を早くするために、負荷設定値(LDSET)が上述のように徐々に増加している間は、負荷設定値(LDSET)に所定のバイアス値を加算して得られる目標出力に基づいて、フィードバック制御が行われるようになっている。
一方、ガスタービンの出力を急速に上昇させるためには、燃焼器に供給する燃料の流量を急速に増大させる必要があるが、この場合、燃焼器内での燃料が空気に対して過多となりやすく、このためタービン入口温度が高くなりやすい。しかし、タービン入口温度が設計上限値を超過すると、ガスタービンを構成する機器の損傷につながる場合がある。そこで、ガスタービンの急速な出力上昇を実現しながら、タービン入口温度の超過を抑制することが望まれる。
ガスタービンの出力の目標値である制御目標値を算出するように構成された目標値算出部と、
前記制御目標値と、前記ガスタービンの実出力値との偏差に基づき燃料指令値を算出するように構成された指令値算出部と、
を備え、
前記目標値算出部は、
前記ガスタービンの出力要求値の前記実出力値に対する差分が閾値以下になる直前において、前記制御目標値を前記出力要求値よりも大きな値に設定し、
前記差分が前記閾値以下になった後、前記制御目標値を前記値から減少させる
ように構成される。
また、上記(1)の構成では、出力要求値と実出力値との差分が閾値以下になったら、制御目標値を減少させて制御偏差を減少させるようにしたので、オーバーシュートが抑制されるように燃料指令値を算出し、ガスタービンに供給する燃料流量が過剰となるのを抑制することができる。
よって、上記(1)の構成によれば、ガスタービンの急速な出力上昇と、タービン入口温度の超過防止とを両立することができる。
前記目標値算出部は、
前記差分が前記閾値よりも大きいことを含むバイアス加算条件を満たす場合、前記出力要求値とバイアス値との和を上限として前記制御目標値を算出し、
前記バイアス加算条件を充足しない場合、前記制御目標値を前記出力要求値と前記バイアス値との前記和よりも小さな値として算出する
ように構成される。
また、上記(2)の構成では、出力要求値と実出力値との差分が閾値以下となったら、制御目標値の算出時におけるバイアス値の加算を解除して、制御目標値を減少させて制御偏差を減少させるようにしたので、オーバーシュートが抑制されるように燃料指令値を算出し、ガスタービンに供給する燃料流量が過剰となるのを抑制することができる。
よって、上記(2)の構成によれば、ガスタービンの急速な出力上昇と、タービン入口温度の超過防止とを両立することができる。
前記目標値算出部は、
前記バイアス加算条件を満たす場合、前記出力要求値と前記バイアス値との前記和に向けて前記制御目標値を一定レートで増大させ、
前記バイアス加算条件を満たさない場合、前記出力要求値に前記制御目標値が到達するまで一定レートで前記制御目標値を減少させる
ように構成される。
前記バイアス加算条件は、
前記差分が前記閾値よりも大きい第1条件を含み、
前記ガスタービンのタービン入口温度の指標が該指標の閾値未満である第2条件、
前記ガスタービンの圧縮器の入口案内翼の開度が全開未満である第3条件、及び、
前記ガスタービンの燃料流量を調整するための流量調整弁の開度が上限値未満である第4条件のうち少なくともいずれかの条件を含む。
すなわち、出力要求値と実出力値との差分が閾値よりも大きいとき、あるいは、タービン入口温度が閾値(例えば上限値)よりも低いか、上述の入口案内翼の開度が全開未満であるか、上述の流量調整弁の開度が上限値未満であるときには、出力要求値にバイアス値を加算して得られる制御目標値に基づく制御を行うようにしたので、制御偏差を大きく確保して、制御の応答性を向上させることができる。
また、出力要求値と実出力値との差分が閾値以下となったとき、あるいは、タービン入口温度が閾値(例えば上限値)に達するか、上述の入口案内翼の開度が全開になるか、上述の流量調整弁の開度が上限値に達したら、制御目標値の算出時におけるバイアス値の加算を解除して、制御目標値を減少させて制御偏差を減少させる。よって、オーバーシュートが抑制されるように燃料指令値を算出し、ガスタービンに供給する燃料流量が過剰となるのをより確実に抑制することができる。
よって、上記(4)の構成によれば、ガスタービンの急速な出力上昇を可能としながら、タービン入口温度の超過をより確実に抑制することができる。
前記バイアス値は、前記バイアス加算条件が満たされている間、一定値である。
前記バイアス値は、前記バイアス加算条件が満たされている期間のうち、前記制御目標値が前記出力要求値よりも小さいときはゼロであり、前記制御目標値が前記出力要求値以上であるときは正の値である。
前記バイアス値は、前記バイアス加算条件が満たされている間、時間とともに徐々に増加するように設定される。
前記指令値算出部は、
前記偏差に基づく入力信号を受け取って、前記燃料指令値を算出するためのフィードバック指令値を算出するように構成されたフィードバック制御器と、
前記出力要求値の前記実出力値に対する前記差分が前記閾値以下になったとき、前記差分が前記閾値に達したときの前記フィードバック指令値である上限指令値以下に前記燃料指令値を制限するように構成された第1上限設定部と、を含む。
前記フィードバック制御器は、
前記偏差から求まる比例項及び積分項に基づいて前記フィードバック指令値を算出するとともに、
前記出力要求値の前記実出力値に対する前記差分が前記閾値以下になったとき、前記積分項の増加を制限して前記フィードバック指令値を算出するように構成される。
前記指令値算出部は、
前記偏差に基づく入力信号を受け取って、前記燃料指令値を算出するためのフィードバック指令値を出力するように構成されたフィードバック制御器と、
前記フィードバック指令値と、前記フィードバック指令値とは別に算出された少なくとも一つの他の指令値とのうち最小の指令値を算出するように構成された低値選択器と、
前記出力要求値の前記実出力値に対する前記差分が前記閾値以下になったとき、前記差分が前記閾値に達したときの前記低値選択器の出力値である上限指令値以下に前記燃料指令値を制限するように構成された第2上限設定部と、を含む。
前記指令値算出部は、
前記偏差に基づく入力信号を受け取って、前記燃料指令値を算出するためのフィードバック指令値を出力するように構成されたフィードバック制御器と、
前記出力要求値の前記実出力値に対する前記差分が前記閾値以下になったとき、前記フィードバック制御器の前記入力信号をゼロに制限するように構成された偏差上限設定部と、を含む。
上記(1)乃至(11)の何れかに記載の制御装置と、
空気を圧縮するための圧縮機と、
前記圧縮機からの圧縮空気と燃料との燃焼反応により燃焼ガスを生成するための燃焼器と、
前記燃焼器からの前記燃焼ガスにより駆動されるタービンと、を備え、
前記制御装置は、前記タービンの出力を制御するように構成される。
また、上記(12)の構成では、出力要求値と実出力値との差分が閾値以下になったら、制御目標値を減少させて制御偏差を減少させるようにしたので、オーバーシュートが抑制されるように燃料指令値を算出し、ガスタービンに供給する燃料流量が過剰となるのを抑制することができる。
よって、上記(12)の構成によれば、ガスタービンの急速な出力上昇と、タービン入口温度の超過防止とを両立することができる。
ガスタービンの出力の目標値である制御目標値を算出するステップと、
前記制御目標値と、前記ガスタービンの実出力値との偏差に基づき燃料指令値を算出するステップと、
を備え、
前記制御目標値を算出するステップでは、
前記ガスタービンの出力要求値の前記実出力値に対する差分が閾値以下になる直前において、前記制御目標値を前記出力要求値よりも大きな値に設定し、
前記差分が前記閾値以下になった後、前記制御目標値を前記値から減少させる。
また、上記(13)の方法では、出力要求値と実出力値との差分が閾値以下になったら、制御目標値を減少させて制御偏差を減少させるようにしたので、オーバーシュートが抑制されるように燃料指令値を算出し、ガスタービンに供給する燃料流量が過剰となるのを抑制することができる。
よって、上記(13)の方法によれば、ガスタービンの急速な出力上昇と、タービン入口温度の超過防止とを両立することができる。
前記制御目標値を算出するステップでは、
前記差分が前記閾値よりも大きいことを含むバイアス加算条件を満たす場合、前記出力要求値とバイアス値との和を上限として前記制御目標値を算出し、
前記バイアス加算条件を充足しない場合、前記制御目標値を前記出力要求値と前記バイアス値との前記和よりも小さな値として算出する。
また、上記(14)の方法では、出力要求値と実出力値との差分が閾値以下となったら、制御目標値の算出時におけるバイアス値の加算を解除して、制御目標値を減少させて制御偏差を減少させるようにしたので、オーバーシュートが抑制されるように燃料指令値を算出し、ガスタービンに供給する燃料流量が過剰となるのを抑制することができる。
よって、上記(14)の方法によれば、ガスタービンの急速な出力上昇と、タービン入口温度の超過防止とを両立することができる。
前記制御目標値を算出するステップでは、
前記バイアス加算条件を満たす場合、前記出力要求値と前記バイアス値との前記和に向けて前記制御目標値を一定レートで増大させ、
前記バイアス加算条件を満たさない場合、前記出力要求値に前記制御目標値が到達するまで一定レートで前記制御目標値を減少させる。
前記バイアス加算条件は、
前記差分が前記閾値よりも大きい第1条件を含み、
前記ガスタービンのタービン入口温度の指標が該指標の閾値未満である第2条件、
前記ガスタービンの圧縮器の入口案内翼の開度が全開未満である第3条件、及び、
前記ガスタービンの燃料流量を調整するための流量調整弁の開度が上限値未満である第4条件のうち少なくともいずれかの条件を含む。
すなわち、出力要求値と実出力値との差分が閾値よりも大きいとき、あるいは、タービン入口温度が閾値(例えば上限値)よりも低いか、上述の入口案内翼の開度が全開未満であるか、上述の流量調整弁の開度が上限値未満であるときには、出力要求値にバイアス値を加算して得られる制御目標値に基づく制御を行うようにしたので、制御偏差を大きく確保して、制御の応答性を向上させることができる。
また、出力要求値と実出力値との差分が閾値以下となったとき、あるいは、タービン入口温度が閾値(例えば上限値)に達するか、上述の入口案内翼の開度が全開になるか、上述の流量調整弁の開度が上限値に達したら、制御目標値の算出時におけるバイアス値の加算を解除して、制御目標値を減少させて制御偏差を減少させる。よって、オーバーシュートが抑制されるように燃料指令値を算出し、ガスタービンに供給する燃料流量が過剰となるのをより確実に抑制することができる。
よって、上記(16)の方法によれば、ガスタービンの急速な出力上昇を可能としながら、タービン入口温度の超過をより確実に抑制することができる。
前記燃料指令値を算出するステップは、
前記偏差に基づく入力値に基づいて、前記燃料指令値を算出するためのフィードバック指令値を算出するステップと、
前記出力要求値の前記実出力値に対する前記差分が前記閾値以下になったとき、前記差分が前記閾値に達したときの前記フィードバック指令値である上限指令値以下に前記燃料指令値を制限するステップと、を含む。
前記フィードバック指令値を算出するステップでは、
前記偏差から求まる比例項及び積分項に基づいて前記フィードバック指令値を算出するとともに、
前記出力要求値の前記実出力値に対する前記差分が前記閾値以下になったとき、前記積分項の増加を制限して前記フィードバック指令値を算出する。
前記燃料指令値を算出するステップは、
前記偏差に基づく入力値に基づいて、前記燃料指令値を算出するためのフィードバック指令値を算出するステップと、
前記フィードバック指令値と、前記フィードバック指令値とは別に算出された少なくとも一つの他の指令値とのうち最小の指令値を算出するステップと、
前記出力要求値の前記実出力値に対する前記差分が前記閾値以下になったとき、前記差分が前記閾値に達したときの前記低値選択ステップで算出された前記最小の指令値である上限指令値以下に前記燃料指令値を制限するステップと、を含む。
前記燃料指令値を算出するステップは、
前記偏差に基づく入力値に基づいて、前記燃料指令値を算出するためのフィードバック指令値を算出するステップと、
前記出力要求値の前記実出力値に対する前記差分が前記閾値以下になったとき、前記フィードバック指令値を算出するステップでの前記入力値をゼロに制限するステップと、を含む。
発電機8での発電電力(有効電力;発電機又はガスタービンの実出力値)の値が図示しない計測器で計測され、制御装置10にフィードバックされるようになっている。
このようにして、制御装置10によってガスタービン1の出力の制御(すなわち、発電機出力の制御)が行われるようになっている。
図2は、一実施形態に係る制御装置10の構成を示すブロック図である。図3は、一実施形態に係る制御装置10の目標値算出部の構成を示すブロック図である。図4〜図6は、それぞれ、ガスタービン1の起動時における、ガスタービン1の出力制御に係る各パラメータの時間変化の一例を示す図である。
目標値算出部20は、ガスタービン1の出力要求値PD、ガスタービン1の実出力値PA、及び、後述するバイアス値bに基づいて、制御目標値PTを算出するように構成される。
指令値算出部30は、目標値算出部20によって算出された制御目標値PTと、ガスタービン1の実出力値PAとの偏差に基づき燃料指令値FIを算出するように構成される。
なお、出力要求値PDは、外部(上位の制御装置等)から制御装置10に与えられるようになっていてもよい。
なお、制御目標値増指令IINCが入力され続けている間(制御目標値増指令IINCがONの間)の制御目標値PTの増加率は一定であってもよい(すなわち、制御目標値PTは一定レートで増加するようになっていてもよい)。
なお、制御目標値減指令IDECが入力され続けている間(制御目標値減指令IDECがONの間)は制御目標値PTを所定の減少率は一定であってもよい(すなわち、制御目標値PTは一定レートで減少するようになっていてもよい)。
なお、図4に示す実施形態では、時刻t0からt2までの間、目標値算出部20は、制御目標値を一定レートで増加させている。
なお、図4に示す実施形態では、時刻t2からt3までの間、目標値算出部20は、制御目標値を一定レートで減少させている。
また、上述した実施形態では、出力要求値PDの実出力値PAに対する差分Xが閾値Xth以下になった後(時刻t2以後)、制御目標値PTを減少させるようにしたので、オーバーシュートが抑制されるように燃料指令値FIを算出し、ガスタービン1に供給する燃料流量が過剰となるのを抑制することができる。
よって、ガスタービン1の急速な出力上昇と、タービン入口温度の超過防止とを両立することができる。
なお、上述の実施形態では、出力要求値PDと実出力値PAとの差分Xに着目して、この差分Xに基づいて、出力要求値PDへのバイアス値bの加算及びその解除のタイミングを決定しているので、ガスタービン1の出力制御の応答性を従来の方法に比べてより向上させることができるとともに、タービン入口温度の超過をより確実に抑制することができる。
これは以下の理由による。すなわち、差分Xが閾値Xth以下になる直前の期間(例えば時刻t1からt2までの期間)は、出力要求値PDと実出力値PAとの差分が、時刻t1までの期間に比べて非常に小さくなる。このため、この期間において、バイアス値の加算により制御目標値PTを大きく設定することは、これにより指令値算出部30に与える制御目標値PTと実出力値PAとの偏差Eを大きくすることができるため、制御の応答性を高めるうえで重要だからである。
この場合も、差分Xが閾値Xth以下になる直前の期間(例えば時刻t1からt2までの期間)において、バイアス値が大きくなるように設定されているので、この期間において、バイアス値の加算により制御目標値PTを大きく設定することができ、これにより指令値算出部30に与える制御目標値PTと実出力値PAとの偏差Eを大きくすることができる。
また、このように、出力要求値PDに加算するバイアス値を徐々に増加させることで、指令値算出部30で算出される燃料指令値が急激に大きくなることを抑制することができる。よって、ガスタービン1に供給される燃料流量が過剰となるのをより確実に抑制することができる。
そして、上述の実施形態では、バイアス加算条件は、出力要求値PDの実出力値PAに対する差分Xが閾値Xthよりも大きい、という第1条件である。
すなわち、バイアス加算条件が満たされる、とは、上述の第1条件又は第2条件の少なくとも一方が満たされるときであってもよい。
また、バイアス加算条件が充足されない、とは、上述の第1条件又は第2条件の少なくとも一方が満たされないときであってもよい。
すなわち、出力要求値PDと実出力値PAとの差分Xが閾値Xthよりも大きいとき、あるいは、タービン入口温度が閾値(例えば上限値)よりも低いときには、出力要求値PDにバイアス値bを加算して得られる制御目標値PTに基づく制御を行うようにしたので、制御偏差を大きく確保して、制御の応答性を向上させることができる。
すなわち、仮に、出力要求値PDと実出力値PAとの差分Xが閾値Xth以下となっていなくても、タービン入口温度が閾値(例えば上限値)に達したら、制御目標値PTの算出時におけるバイアス値bの加算を解除して、制御目標値PTを減少させて制御偏差を減少させる。よって、オーバーシュートが抑制されるように燃料指令値を算出し、ガスタービンに供給する燃料流量が過剰となるのをより確実に抑制することができる。
第3条件は、ガスタービン1の圧縮機3の入口案内翼(IGV)の開度が全開未満である、との条件である。
第4条件は、燃焼器4への燃料の流量を調節するための流量調整弁7の開度が上限値未満である、との条件である。
また、出力要求値PDと実出力値PAとの差分Xが閾値Xthよりも大きいとき(X>Xth)(すなわち、バイアス加算条件を満たす場合)、図7及び図9〜図11に示す制御装置10による燃料指令値FIの算出結果は、図2に示す制御装置10と同じである(すなわち、図3のグラフと、図8のグラフとでは、時刻t0から時刻t2の期間は、同じ挙動となる)。
そこで、以下においては、図7及び図9〜図11に示す実施形態について、主に指令値算出部30について説明する。
一実施形態では、フィードバック制御器32は、減算器28から受け取った偏差Eに基づいて比例・積分演算を行うことにより、フィードバック指令値FBを算出し出力するPI制御器であってもよい。あるいは、一実施形態では、フィードバック制御器32は、減算器28から受け取った偏差Eに基づいて比例・積分・微分演算を行うことにより、フィードバック指令値FBを算出し出力するPID制御器であってもよい。
低値選択器46は、フィードバック制御器32及び切替器42の両方から同じ値(フィードバック指令値FB)を受け取るので、このフィードバック指令値FBを、燃料指令値FIとして出力する。
なお、フィードバック制御器32によりフィードバック指令値FBが繰り返し算出されryこととなるが、差分Xが閾値Xthよりも大きいとの条件が満たされている間は、基本的には、図3等に示すように、算出されるフィードバック指令値FB(燃料指令値FI)は徐々に増加する。
低値選択器46は、フィードバック制御器32からの出力であるフィードバック指令値FB(今回の算出結果)と、切替器42からの出力である前回のフィードバック指令値z−1のうち小さいほうを、燃料指令値FIとして出力する。
すなわち、差分Xが閾値Xth以下となる時刻t2以降しばらくの期間は、燃料指令値FIが、時刻t2において算出されたフィードバック指令値F2にホールドされる。
そして、PI制御器32は、算出したフィードバック指令値FBに対して、切替器42から与えられた上限値で制限をかけて、燃料指令値FIとして出力するようになっている。
ここで、フィードバック指令値FBとは別に算出される他の指令値(指令値A〜C)は、他の制御ロジックからの出力であってもよく、例えば、ガバナ制御指令値又は温度制御指令値であってもよい。
すなわち、偏差上限設定部60は、切替器62と、低値選択器66を含んでいる。
そして、上述の差分Xが閾値Xthより大きいときには、減算器29から低値選択器66への入力、及び、切替器62から低値選択器66への入力は、何れも、制御目標値PTと実出力値PAとの偏差Eである。よって、この偏差Eが低値選択器66からフィードバック制御器32に入力され、該偏差Eに基づいてフィードバック指令値FBが算出され、該フィードバック指令値FBが燃料指令値FIとして出力される。
この場合、フィードバック制御器32でフィードバック指令値FBの算出に用いられる偏差がゼロとなるので、燃料指令値FIは、差分Xが閾値に到達したとき(すなわち、実出力値PAが出力要求値PDに到達したとき;図8の時刻t2参照)のフィードバック指令値F2を上限としてそれ以下の値に変化する。なお、燃料指令値FIの時間変化は、図8のグラフに示すようになる。
一実施形態に係るガスタービン1の制御装置10は、ガスタービン1の出力の目標値である制御目標値PTを算出するための目標値算出部20と、制御目標値PTと、ガスタービン1の実出力値PAとの偏差Eに基づき燃料指令値FIを算出するための指令値算出部30と、を備える。
指令値算出部30は、前記偏差Eに基づく入力信号を受け取って、燃料指令値FIを算出するためのフィードバック指令値FBを出力するように構成されたフィードバック制御器32と、出力要求値PDの実出力値PAに対する差分Xが閾値Xth以下になったとき、前記差分Xが前記閾値Xthに達したときのフィードバック指令値FBである上限指令値以下に燃料指令値FIを制限するための第1上限設定部40と、を含む。
指令値算出部30は、目標値算出部20によって算出された制御目標値PTと、ガスタービン1の実出力値PAとの偏差に基づき燃料指令値FIを算出するように構成される。
なお、出力要求値PDは、外部(上位の制御装置等)から制御装置10に与えられるようになっていてもよい。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
3 圧縮機
4 燃焼器
5 タービン
6 回転シャフト
7 流量調整弁
8 発電機
10 制御装置
12 減算器
14 比較器
16 メモリ
17 メモリ
18 切替器
19 加算器
20 目標値算出部
21 減算器
22 比較器
24 比較器
26 アナログメモリ
28 減算器
29 減算器
30 指令値算出部
32 フィードバック制御器
34 低値選択器
40 第1上限設定部
42 切替器
44 メモリ
46 低値選択器
50 第2上限設定部
52 切替器
54 メモリ
60 偏差上限設定部
62 切替器
64 メモリ
66 低値選択器
104 燃焼器
105 タービン
Claims (20)
- ガスタービンの出力の目標値である制御目標値を算出するように構成された目標値算出部と、
前記制御目標値と、前記ガスタービンの実出力値との偏差に基づき燃料指令値を算出するように構成された指令値算出部と、
を備え、
前記目標値算出部は、
前記ガスタービンの出力要求値の前記実出力値に対する差分が閾値以下になる直前において、前記制御目標値を前記出力要求値よりも大きな値に設定し、
前記差分が前記閾値以下になった後、前記制御目標値を前記値から減少させる
ように構成された
ガスタービンの制御装置。 - 前記目標値算出部は、
前記差分が前記閾値よりも大きいことを含むバイアス加算条件を満たす場合、前記出力要求値とバイアス値との和を上限として前記制御目標値を算出し、
前記制御目標値を前記出力要求値と前記バイアス値との前記和よりも小さな値として算出する
ように構成された
請求項1に記載のガスタービンの制御装置。 - 前記目標値算出部は、
前記バイアス加算条件を満たす場合、前記和に向けて前記制御目標値を一定レートで増大させ、
前記バイアス加算条件を満たさない場合、前記出力要求値に前記制御目標値が到達するまで一定レートで前記制御目標値を減少させる
ように構成された
請求項2に記載のガスタービンの制御装置。 - 前記バイアス加算条件は、
前記差分が前記閾値よりも大きい第1条件を含み、
前記ガスタービンのタービン入口温度の指標が該指標の閾値未満である第2条件、
前記ガスタービンの圧縮器の入口案内翼の開度が全開未満である第3条件、及び、
前記ガスタービンの燃料流量を調整するための流量調整弁の開度が上限値未満である第4条件のうち少なくともいずれかの条件を含む
請求項2又は3に記載のガスタービンの制御装置。 - 前記バイアス値は、前記バイアス加算条件が満たされている間、一定値である
ことを特徴とする請求項2乃至4の何れか一項に記載のガスタービンの制御装置。 - 前記バイアス値は、前記バイアス加算条件が満たされている期間のうち、前記制御目標値が前記出力要求値よりも小さいときはゼロであり、前記制御目標値が前記出力要求値以上であるときは正の値である
ことを特徴とする請求項2乃至4の何れか一項に記載のガスタービンの制御装置。 - 前記バイアス値は、前記バイアス加算条件が満たされている間、時間とともに徐々に増加するように設定される
ことを特徴とする請求項2乃至4の何れか一項に記載のガスタービンの制御装置。 - 前記指令値算出部は、
前記偏差に基づく入力信号を受け取って、前記燃料指令値を算出するためのフィードバック指令値を算出するように構成されたフィードバック制御器と、
前記差分が前記閾値以下になったとき、前記差分が前記閾値に達したときの前記フィードバック指令値である上限指令値以下に前記燃料指令値を制限するように構成された第1上限設定部と、を含む
請求項1乃至7の何れか一項に記載のガスタービンの制御装置。 - 前記フィードバック制御器は、
前記偏差から求まる比例項及び積分項に基づいて前記フィードバック指令値を算出するとともに、
前記差分が前記閾値以下になったとき、前記積分項の増加を制限して前記フィードバック指令値を算出するように構成された
ことを特徴とする請求項8に記載のガスタービンの制御装置。 - 前記指令値算出部は、
前記偏差に基づく入力信号を受け取って、前記燃料指令値を算出するためのフィードバック指令値を出力するように構成されたフィードバック制御器と、
前記フィードバック指令値と、前記フィードバック指令値とは別に算出された少なくとも一つの他の指令値とのうち最小の指令値を出力するように構成された低値選択器と、
前記差分が前記閾値以下になったとき、前記差分が前記閾値に達したときの前記低値選択器の出力値である上限指令値以下に前記燃料指令値を制限するように構成された第2上限設定部と、を含む
請求項1乃至7の何れか一項に記載のガスタービンの制御装置。 - 前記指令値算出部は、
前記偏差に基づく入力信号を受け取って、前記燃料指令値を算出するためのフィードバック指令値を出力するように構成されたフィードバック制御器と、
前記差分が前記閾値以下になったとき、前記フィードバック制御器の前記入力信号をゼロに制限するように構成された偏差上限設定部と、を含む
請求項1乃至10の何れか一項に記載のガスタービンの制御装置。 - 請求項1乃至11の何れか一項に記載の制御装置と、
空気を圧縮するための圧縮機と、
前記圧縮機からの圧縮空気と燃料との燃焼反応により燃焼ガスを生成するための燃焼器と、
前記燃焼器からの前記燃焼ガスにより駆動されるタービンと、を備え、
前記制御装置は、前記タービンの出力を制御するように構成された
ことを特徴とするガスタービン。 - ガスタービンの出力の目標値である制御目標値を算出するステップと、
前記制御目標値と、前記ガスタービンの実出力値との偏差に基づき燃料指令値を算出するステップと、
を備え、
前記制御目標値を算出するステップでは、
前記ガスタービンの出力要求値の前記実出力値に対する差分が閾値以下になる直前において、前記制御目標値を前記出力要求値よりも大きな値に設定し、
前記差分が前記閾値以下になった後、前記制御目標値を前記値から減少させる
ガスタービンの制御方法。 - 前記制御目標値を算出するステップでは、
前記差分が前記閾値よりも大きいことを含むバイアス加算条件を満たす場合、前記出力要求値とバイアス値との和を上限として前記制御目標値を算出し、
前記バイアス加算条件を充足しない場合、前記制御目標値を前記出力要求値と前記バイアス値との前記和よりも小さな値として算出する
請求項13に記載のガスタービンの制御方法。 - 前記制御目標値を算出するステップでは、
前記バイアス加算条件を満たす場合、前記和に向けて前記制御目標値を一定レートで増大させ、
前記バイアス加算条件を満たさない場合、前記出力要求値に前記制御目標値が到達するまで一定レートで前記制御目標値を減少させる
請求項14に記載のガスタービンの制御方法。 - 前記バイアス加算条件は、
前記差分が前記閾値よりも大きい第1条件を含み、
前記ガスタービンのタービン入口温度の指標が該指標の閾値未満である第2条件、
前記ガスタービンの圧縮器の入口案内翼の開度が全開未満である第3条件、及び、
前記ガスタービンの燃料流量を調整するための流量調整弁の開度が上限値未満である第4条件のうち少なくともいずれかの条件を含む
請求項14又は15に記載のガスタービンの制御方法。 - 前記燃料指令値を算出するステップは、
前記偏差に基づく入力値に基づいて、前記燃料指令値を算出するためのフィードバック指令値を算出するステップと、
前記差分が前記閾値以下になったとき、前記差分が前記閾値に達したときの前記フィードバック指令値である上限指令値以下に前記燃料指令値を制限するステップと、を含む
請求項14乃至16の何れか一項に記載のガスタービンの制御方法。 - 前記フィードバック指令値を算出するステップでは、
前記偏差から求まる比例項及び積分項に基づいて前記フィードバック指令値を算出するとともに、
前記差分が前記閾値以下になったとき、前記積分項の増加を制限して前記フィードバック指令値を算出する
ことを特徴とする請求項17に記載のガスタービンの制御方法。 - 前記燃料指令値を算出するステップは、
前記偏差に基づく入力値に基づいて、前記燃料指令値を算出するためのフィードバック指令値を算出するステップと、
前記フィードバック指令値と、前記フィードバック指令値とは別に算出された少なくとも一つの他の指令値とのうち最小の指令値を算出するステップと、
前記差分が前記閾値以下になったとき、前記差分が前記閾値に達したときの前記最小の指令値である上限指令値以下に前記燃料指令値を制限するステップと、を含む
請求項13乃至16の何れか一項に記載のガスタービンの制御方法。 - 前記燃料指令値を算出するステップは、
前記偏差に基づく入力値に基づいて、前記燃料指令値を算出するためのフィードバック指令値を算出するステップと、
前記差分が前記閾値以下になったとき、前記フィードバック指令値を算出するステップでの前記入力値をゼロに制限するステップと、を含む
請求項13乃至19の何れか一項に記載のガスタービンの制御方法。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018077254A JP6934835B2 (ja) | 2018-04-13 | 2018-04-13 | ガスタービンの制御装置及びガスタービン並びにガスタービンの制御方法 |
US16/962,644 US11359553B2 (en) | 2018-04-13 | 2019-04-09 | Control device for gas turbine, gas turbine, and gas turbine controlling method |
CN201980010512.7A CN111684150B (zh) | 2018-04-13 | 2019-04-09 | 燃气轮机的控制装置、燃气轮机及燃气轮机的控制方法 |
KR1020207021463A KR102273982B1 (ko) | 2018-04-13 | 2019-04-09 | 가스 터빈의 제어 장치 및 가스 터빈 및 가스 터빈의 제어 방법 |
DE112019000330.5T DE112019000330T5 (de) | 2018-04-13 | 2019-04-09 | Steuervorrichtung für eine gasturbine, gasturbine und verfahren zum steuern einer gasturbine |
PCT/JP2019/015527 WO2019198730A1 (ja) | 2018-04-13 | 2019-04-09 | ガスタービンの制御装置及びガスタービン並びにガスタービンの制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018077254A JP6934835B2 (ja) | 2018-04-13 | 2018-04-13 | ガスタービンの制御装置及びガスタービン並びにガスタービンの制御方法 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019183772A JP2019183772A (ja) | 2019-10-24 |
JP2019183772A5 JP2019183772A5 (ja) | 2021-03-11 |
JP6934835B2 true JP6934835B2 (ja) | 2021-09-15 |
Family
ID=68163115
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018077254A Active JP6934835B2 (ja) | 2018-04-13 | 2018-04-13 | ガスタービンの制御装置及びガスタービン並びにガスタービンの制御方法 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11359553B2 (ja) |
JP (1) | JP6934835B2 (ja) |
KR (1) | KR102273982B1 (ja) |
CN (1) | CN111684150B (ja) |
DE (1) | DE112019000330T5 (ja) |
WO (1) | WO2019198730A1 (ja) |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60524B2 (ja) * | 1975-01-22 | 1985-01-08 | 株式会社日立製作所 | 複合サイクルプラントの出力制御装置 |
JPH05272361A (ja) * | 1992-03-27 | 1993-10-19 | Toshiba Corp | 複合サイクル発電プラントの負荷制御装置 |
JP2001207807A (ja) * | 2000-01-21 | 2001-08-03 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 多軸型複合サイクル発電プラントの出力制限装置 |
JP3902022B2 (ja) | 2002-02-15 | 2007-04-04 | 株式会社荏原製作所 | ガスタービン装置及びその制御方法 |
JP3692340B2 (ja) * | 2002-07-30 | 2005-09-07 | 三菱重工業株式会社 | コンバインドプラントの燃料制御方法、それに供する制御装置 |
JP2004116384A (ja) | 2002-09-26 | 2004-04-15 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタービン燃焼制御装置 |
JP2007177626A (ja) * | 2005-12-27 | 2007-07-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタービン負荷制御装置 |
US8720206B2 (en) * | 2009-05-14 | 2014-05-13 | General Electric Company | Methods and systems for inducing combustion dynamics |
EP2469041A1 (en) * | 2010-12-22 | 2012-06-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Method of detecting a predetermined condition in a gas turbine and failure detection system for a gas turbine |
JP5922538B2 (ja) * | 2012-09-12 | 2016-05-24 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ガスタービンの制御装置、ガスタービン、及びガスタービンの制御方法 |
US9255525B2 (en) * | 2012-11-30 | 2016-02-09 | General Electric Company | System and method for gas turbine operation |
JP6223847B2 (ja) * | 2014-02-05 | 2017-11-01 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ガスタービンの制御装置、ガスタービン、及びガスタービンの制御方法 |
-
2018
- 2018-04-13 JP JP2018077254A patent/JP6934835B2/ja active Active
-
2019
- 2019-04-09 DE DE112019000330.5T patent/DE112019000330T5/de active Granted
- 2019-04-09 CN CN201980010512.7A patent/CN111684150B/zh active Active
- 2019-04-09 KR KR1020207021463A patent/KR102273982B1/ko active IP Right Grant
- 2019-04-09 WO PCT/JP2019/015527 patent/WO2019198730A1/ja active Application Filing
- 2019-04-09 US US16/962,644 patent/US11359553B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN111684150B (zh) | 2022-11-22 |
US11359553B2 (en) | 2022-06-14 |
KR102273982B1 (ko) | 2021-07-06 |
DE112019000330T5 (de) | 2020-10-08 |
JP2019183772A (ja) | 2019-10-24 |
CN111684150A (zh) | 2020-09-18 |
WO2019198730A1 (ja) | 2019-10-17 |
US20200340410A1 (en) | 2020-10-29 |
KR20200096655A (ko) | 2020-08-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4745767B2 (ja) | 燃料流量制御装置及び発電システム並びに燃料流量制御方法 | |
JP5346359B2 (ja) | 燃料制御システムにおける燃焼効率の補償方法 | |
US20100198419A1 (en) | Gas turbine operation control device and operation control method | |
JP4568592B2 (ja) | 燃料ガス加熱制御装置及びこの燃料ガス加熱制御装置を備えるガスタービン発電施設 | |
WO2015129498A1 (ja) | 燃料制御装置、燃焼器、ガスタービン、制御方法及びプログラム | |
JP6223847B2 (ja) | ガスタービンの制御装置、ガスタービン、及びガスタービンの制御方法 | |
JPH09166029A (ja) | ガスタービンの燃焼器に対する燃料流量を調整する方法 | |
US7600369B2 (en) | Gas turbine load control device | |
WO2016035416A1 (ja) | 制御装置、システム及び制御方法、並びに動力制御装置、ガスタービン及び動力制御方法 | |
KR101883689B1 (ko) | 플랜트 제어 장치, 플랜트 제어 방법 및 파워 플랜트 | |
JP6934835B2 (ja) | ガスタービンの制御装置及びガスタービン並びにガスタービンの制御方法 | |
JP6267087B2 (ja) | 動力制御装置、ガスタービン及び動力制御方法 | |
KR102228704B1 (ko) | 가스 터빈 제어 장치, 가스 터빈 제어 방법 | |
JP2001295607A (ja) | 火力発電プラントの負荷制御方法と装置 | |
JP5039398B2 (ja) | ボイラ自動制御装置 | |
JP2008075529A (ja) | 系統周波数安定化装置及び方法 | |
JP6652853B2 (ja) | ガスタービン制御装置、制御方法、プログラム | |
CN113756963B (zh) | 一种燃气轮机负荷控制装置及方法 | |
JP2018009574A (ja) | ガスタービンシステムの液体燃料送達用の三方チェック弁の受動及び能動モード動作間のモデルベースのバンプレス移動 | |
JP2002221048A (ja) | ガスタービン燃焼振動防止装置 | |
KR20240070862A (ko) | 유전알고리즘을 기반으로 하는 가스터빈 제어 장치 및 그 방법 | |
JP2020193566A (ja) | ガスタービンの制御装置、ガスタービン、発電設備、ガスタービンの制御方法及びプログラム | |
JP2003056309A (ja) | タービン制御装置 | |
JPH0861008A (ja) | 自動負荷制御装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210126 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210126 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210810 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210824 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6934835 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |