JP7461201B2 - ガスタービン制御装置、ガスタービン制御方法、及び、ガスタービン制御プログラム - Google Patents

ガスタービン制御装置、ガスタービン制御方法、及び、ガスタービン制御プログラム Download PDF

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Description

本開示は、ガスタービン制御装置、ガスタービン制御方法、及び、ガスタービン制御プログラムに関する。
ガスタービンでは、例えば圧縮機で生成された圧縮空気に対して燃焼器から燃料を噴射することで生成された燃焼ガスによってタービンを駆動し、動力が出力される。燃焼器に燃料を供給する燃料供給系統は、燃焼効率や燃焼安定性の観点から、複数の燃料供給系統に分けられることがある。これらの複数の燃料供給系統における燃料の分配比率（燃料分配比）は、例えば、設計時に得られるヒートバランスデータよりタービン入口温度を推定し、そのタービン入口温度に基づいて決定される。また燃料配分比とタービン入口温度との関係によっては燃焼振動や失火によるトリップが発生する場合がある。これらは燃焼器等に損傷を与える要因となるため、燃料配分比は、これらが発生しない条件下で決定される必要がある。
例えば特許文献１には、発電機出力や燃料指令値に基づいて、燃料配分比を決定するために必要なタービン入口温度を算出する方法が開示されている。上記特許文献１では、発電機出力に基づいてタービン入口温度を算出しているが、タービン出力が変動する過渡応答時には、発電機出力を精度よく特定することが難しく、タービン入口温度の算出精度が下がってしまう。そこで特許文献２では、燃料流量、空気流量、燃料温度、車室温度に基づいて燃焼器に関する熱エネルギの収支関係を表す物理モデル式を用いて、過渡応答時においても、精度の低い発電機出力を用いず、信頼性のあるタービン入口温度を算出することが提案されている。
特開２０１５－１６１１７６号公報 国際公開第２０１９／０７８３０９号
ところでガスタービンを運転負荷が定格負荷より小さな低負荷運転領域で運用する場合、燃焼器の燃料供給量を減少させると、空燃比が変化することに伴い、一酸化炭素の排出量が増加してしまうおそれがある。このような一酸化炭素の増加を抑制するために、ガスタービンに対する供給空気の一部をバイパスするためのバイパス路を設けることで、燃料供給量の減少に対応して燃焼器に対する空気供給量を減少することが考えられる。この場合、燃焼器に対する供給空気の少なくとも一部がバイパス路を介して外部に排出されることから、特許文献２のようにバイパス路を介して供給空気の一部がバイパスされる構成が考慮されていない熱収支モデルに基づく算出方法では、タービン入口温度を精度よく算出することが難しい。そのため低負荷運転時には、燃料分配比の制御精度が低下し、燃焼振動や失火によるトリップが発生するおそれがある。
本開示の少なくとも一態様は上述の事情に鑑みなされたものであり、ガスタービンが低負荷運転時にある際に、ガスタービンが急激に出力変動するような過渡応答時においても、タービン入口温度を精度よく算出することで、燃焼振動や失火によるトリップを回避しつつ、適切な燃料配分比でガスタービンを制御可能なガスタービン制御装置、ガスタービン制御方法、及び、ガスタービン制御プログラムを提供することを目的とする。
本開示の一態様に係るガスタービン制御装置は、上記課題を解決するために、
ガスタービンの燃焼器に供給される燃料の流量を算出する燃料流量算出部と、
空気供給部から供給される空気のうち、前記ガスタービンのバイパス空気の流量を算出するバイパス空気流量算出部と、
前記バイパス空気の流量に基づいて、前記空気供給部から前記燃焼器に供給される供給空気の流量を算出する供給空気流量算出部と、
前記燃焼器の熱エネルギ収支に関する物理モデル式を用いて、前記燃料の流量、前記供給空気の流量に基づいて、前記ガスタービンのタービン入口温度を算出するタービン入口温度算出部と、
前記タービン入口温度に基づいて、前記燃焼器に設けられた複数の燃料供給系統における燃料配分比を算出する燃料配分比算出部と、
を備える。
本開示の一態様に係るガスタービン制御方法は、上記課題を解決するために、
ガスタービンの燃焼器に供給される燃料の流量を算出する工程と、
空気供給部から供給される空気のうち、前記ガスタービンのバイパス空気の流量を算出する工程と、
前記バイパス空気の流量に基づいて、前記空気供給部から前記燃焼器に供給される供給空気の流量を算出する工程と、
前記燃焼器の熱エネルギ収支に関する物理モデル式を用いて、前記燃料の流量、前記供給空気の流量に基づいて、前記ガスタービンのタービン入口温度を算出する工程と、
前記タービン入口温度に基づいて、前記燃焼器に設けられた複数の燃料供給系統における燃料配分比を算出する工程と、
を備える。
本開示の一態様に係るガスタービン制御プログラムは、上記課題を解決するために、
コンピュータに、
ガスタービンの燃焼器に供給される燃料の流量を算出する工程と、
空気供給部から供給される空気のうち、前記ガスタービンのバイパス空気の流量を算出する工程と、
前記バイパス空気の流量に基づいて、前記空気供給部から前記燃焼器に供給される供給空気の流量を算出する工程と、
前記燃焼器の熱エネルギ収支に関する物理モデル式を用いて、前記燃料の流量、前記供給空気の流量に基づいて、前記ガスタービンのタービン入口温度を算出する工程と、
前記タービン入口温度に基づいて、前記燃焼器に設けられた複数の燃料供給系統における燃料配分比を算出する工程と、
を実行させることが可能である。
本開示の少なくとも一態様によれば、ガスタービンが低負荷運転時にある際に、ガスタービンが急激に出力変動するような過渡応答時においても、タービン入口温度を精度よく算出することで、燃焼振動や失火によるトリップを回避しつつ、適切な燃料配分比でガスタービンを制御可能なガスタービン制御装置、ガスタービン制御方法、及び、ガスタービン制御プログラムを提供できる。
一実施形態に係るガスタービン発電プラントの全体構成図である。 図１のガスタービン制御装置の機能ブロック図である。 一実施形態に係るガスタービン制御方法を工程毎に示すフローチャートである。 図１の変形例である。 図４のガスタービン制御装置の機能ブロック図である。 図５の抽気流量算出部の内部構成を示すブロック図である。
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図１は一実施形態に係るガスタービン発電プラント１００の全体構成図である。ガスタービン発電プラント１００は、ガスタービン１０、ガスタービン１０の動力で駆動されることで発電可能な発電機１６、ガスタービン１０の制御ユニットであるガスタービン制御装置２０、及び、燃料を供給する燃料供給装置４０、を備える。ガスタービン１０及び発電機１６は、ロータ１５で連結されている。
尚、ガスタービン発電プラント１００は更にスチームタービンを備え、ロータ１５に当該スチームタービンが連結されたガスタービンコンバインドサイクル発電プラント（ＧＴＣＣ）として構成されてもよい。
ガスタービン１０は、圧縮機１１、燃料供給系統５０、燃焼器１２、及び、タービン１３を備える。圧縮機１１は、外部から取り込んだ空気を圧縮することにより、高圧の圧縮空気を生成する。圧縮機１１で生成された圧縮空気は下流側にある燃焼器１２及びタービン１３に対して供給され、圧縮機１１は空気供給部として機能する。具体的には、圧縮機１１は、主軸Ａｓ回りに回転可能な圧縮機ロータ１１１と、圧縮機ロータ１１１を外周側から覆う圧縮機車室１１２と、圧縮機１１に流入する空気量を調整するためのインレットガイドベーン１４（ＩＧＶ）と、を備える。タービン１３は、主軸Ａｓ回りに回転するタービンロータ１３１と、タービンロータ１３１を外周側から覆うタービン車室１３２とを備える。圧縮機ロータ１１１及びタービンロータ１３１は、主軸Ａｓ上で一体的に接続されている。
燃焼器１２は、圧縮機１１によって生成された圧縮空気に対して、燃料供給系統５０から供給される燃料を噴射して燃焼させることで、高温の燃焼ガスを生成する。燃焼器１２は、燃焼器内筒１２１と、燃焼器内筒１２１を覆う燃焼器車室１７とを備える。また、圧縮機車室１１２、燃焼器車室１７及びタービン車室１３２は、互いに連結されている。
発電機１６は、圧縮機ロータ１１１の一端に接続される。発電機１６は、圧縮機ロータ１１１の回転によって駆動されることで、電力を生成する。
燃料供給系統５０は、燃料供給装置４０からの燃料を、所定の圧力及び流量で燃焼器１２に供給する。燃料供給系統５０は、調整弁１８と、ノズル１２３と、マニホールド配管１２４とを備える。調整弁１８は圧力調整弁や燃料流量調整弁などである。
燃料供給系統５０は、第１燃料供給系統５０ａ、第２燃料供給系統５０ｂ、及び、第３燃料供給系統５０ｃを含む。第１燃料供給系統５０ａは燃焼器１２のトップハット部に燃料を供給するためのトップハット燃料供給系統であり、第２燃料供給系統５０ｂは燃焼器１２の内筒の中心部に燃料を供給するパイロット燃料供給系統であり、第３燃料供給系統５０ｃは燃焼器１２の内筒においてパイロット燃料供給系統を囲む部分に燃料を供給するメイン燃料供給系統である。また図１では調整弁１８として、第１燃料供給系統５０ａ、第２燃料供給系統５０ｂ、及び、第３燃料供給系統５０ｃにおいて、それぞれ対応する燃料流量や圧力を調整するための第１調整弁１８ａ、第２調整弁１８ｂ、及び、第３調整弁１８ｃが設けられている。
尚、本実施形態では燃料供給系統５０が前述の３つの燃料供給系統を備える場合を例示しているが、燃料供給系統５０は他の態様をとってもよい。また図１では１つの燃焼器１２のみを代表的に図示しているが、ガスタービン１０は複数の燃焼器１２を備え、各燃焼器１２に燃料供給系統５０ａ、５０ｂ、５０ｃがそれぞれ設けられるように構成されてもよい（例えば、ガスタービン１０は、１６個の燃焼器１２を備える）。
またガスタービン発電プラント１００は、燃焼器車室１７に接続され、圧縮機１１から燃焼器車室１７に供給される圧縮空気の少なくとも一部を燃焼器１２に供給することなく、タービン１３をバイパスするバイパス路１４０を有する。バイパス路１４０には、バイパス路１４０を流れるバイパス空気の流量（バイパス空気流量Ｇｔｂ）を調整するためのバイパス弁１４２が設けられる。
またガスタービン発電プラント１００は、空気供給部である圧縮機１１からの抽気を導くための抽気路１４４を有する。本実施形態では、抽気路１４４は圧縮機車室１１２の中間部とタービン車室１３２と接続することで、圧縮機１１の中間圧縮空気を冷却用空気としてタービン車室１３２に供給可能に構成されている。抽気路１４４には、抽気路１４４を流れる抽気の流量（抽気流量Ｇｃ）を調整するための抽気調整弁１４６が設けられる。
尚、本実施形態では、抽気として、圧縮機１１の中間部から抽出された、タービン冷却用の圧縮空気を例示しているが、抽気は、タービン１３の入口部を通過せず、且つ、タービン１３内に戻される流路を有する限りにおいて、様々な態様を採用可能である。例えば、圧縮機１１から燃焼器１２に供給される圧縮空気を燃焼器車室から抽出し、不図示の冷却流路を介してロータ１５に接続される抽気路を設けることで、ロータ１５に対して冷却用として供給される圧縮空気を抽気として扱ってもよい。
またガスタービン発電プラント１００には、各構成要素の状態量を検出するための検出器が設けられる。具体的には、ガスタービン発電プラント１００には、マニホールド配管１２４内の圧力Ｐｉｎを検出するためのマニホールド圧力センサ２０ａ、燃焼器車室１７の圧力Ｐｏｕｔを検出するための燃焼器車室圧力センサ２０ｂ、燃焼器１２に供給される燃料の温度（燃料温度Ｔｆ）を検出するための燃料温度センサ２０ｃ、圧縮機インデックス差圧Ｐｉｎｄｅｘを検出するためのインデックス差圧センサ２０ｄ、圧縮機１１の入口温度Ｔ１Ｃを検出するための圧縮機入口温度センサ２０ｅ、燃焼器車室１７の車室温度Ｔｃｓを検出するための車室温度センサ２０ｆ、燃焼器車室１７の車室圧力Ｐｃｓを検出するための車室圧力センサ２０ｇ、バイパス弁１４２の開度ＬＶｔｂを検出するためのバイパス弁開度センサ２０ｈ、及び、排ガス温度Ｔ２Ｔを検出するための排ガス温度センサ２０ｉが設けられる。
尚、圧縮機インデックス差圧Ｐ ｉｎｄｅｘは、圧縮機１１の圧縮機１１のケーシング吸込口における圧力と圧縮機内部の翼付近との圧力差であり、圧縮機１１が吸い込む空気流量の指標となる値である。
ガスタービン制御装置２０は、ガスタービン１０を制御するための制御ユニットである。ガスタービン制御装置２０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。尚、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等である。
図２は図１のガスタービン制御装置２０の機能ブロック図である。ガスタービン制御装置２０は、運転負荷取得部２０１と、燃料流量算出部２０２、バイパス空気流量算出部２０４、抽気流量算出部２０６、供給空気流量算出部２０８、タービン入口温度算出部２１０、補正部２１２、燃料配分比算出部２１４、及び、弁開度算出部２１６を備える。
運転負荷取得部２０１は、ガスタービン１０の運転負荷を取得する。ガスタービン１０の運転負荷は、ガスタービン１０の出力を意味し、例えばガスタービン０と同軸の発電機１６の出力値として検出される。
燃料流量算出部２０２は、燃焼器１２に供給される燃料の単位時間当たりの流量（燃料流量Ｇｆ）を算出する。バイパス空気流量算出部２０４は、バイパス路１４０を流れるバイパス空気の流量（バイパス空気流量Ｇｔｂ）を算出する。抽気流量算出部２０６は、抽気路１４４を流れる抽気の流量（抽気流量Ｇｃ）を算出する。供給空気流量算出部２０８は、バイパス空気流量算出部２０４で算出されたバイパス空気流量Ｇｔｂ、及び、抽気流量算出部２０６で算出された抽気流量Ｇｃに基づいて、燃焼器１２に供給される供給空気の流量（供給空気流量Ｇａ）を算出する。
タービン入口温度算出部２１０は、燃料流量算出部２０２で算出された燃料流量Ｇｆ、及び、供給空気流量算出部２０８で算出された供給空気流量Ｇａに基づいて、タービン入口温度Ｔ１Ｔを算出する（タービン入口温度推定値）。尚、本願明細書においてタービン入口温度は、燃焼器１２から噴出される高温の燃焼ガスが供給されるタービン１３の入口部における温度を意味する。
補正部２１２は、タービン入口温度算出部２１０で算出されたタービン入口温度Ｔ１Ｔを補正することにより、補正後タービン入口温度Ｔ１Ｔ’を算出する。
燃料配分比算出部２１４は、補正部２１２で算出された補正後タービン入口温度Ｔ１Ｔ’に基づいて、複数の燃焼器１２にそれぞれに接続される各燃料供給系統５０における燃料配分比を算出する。本実施形態では、燃料配分比算出部２１４は、各燃焼器１２の燃料供給系統５０のうち、第１燃料供給系統５０ａに対応する燃料配分比Ｄａを算出する第１燃料配分比算出部２１４ａと、第２燃料供給系統５０ｂに対応する燃料配分比Ｄｂを算出する第２燃料配分比算出部２１４ｂと、第３燃料供給系統５０ｃに対応する燃料配分比Ｄｃを算出する第３燃料配分比算出部２１４ｃと、を含む。
弁開度算出部２１６は、燃料配分比算出部２１４で算出された燃料配分比に基づいて、各燃料供給系統５０が有する調整弁１８の弁開度を算出する。本実施形態では、弁開度算出部２１６は、第１燃料供給系統５０ａが有する第１調整弁１８ａの弁開度Ｏａを算出するための第１弁開度算出部２１６ａと、第２燃料供給系統５０ｂが有する第２調整弁１８ｂの弁開度Ｏｂを算出するための第２弁開度算出部２１６ｂと、第３燃料供給系統５０ｃが有する第３調整弁１８ｃの弁開度Ｏｃを算出するための第３弁開度算出部２１６ｃと、を含む。
続いて上記構成を有するガスタービン制御装置２０によって実施されるガスタービン制御方法について説明する。図３は一実施形態に係るガスタービン制御方法を工程毎に示すフローチャートである。
まずガスタービン制御装置２０は、ガスタービン１０が低負荷運転状態にあるか否かを判定する（ステップＳ１００）。ステップＳ１００における判定は、運転負荷取得部２０１で取得されたガスタービン１０の運転負荷が基準値未満であるか否かによって判断される。基準値は、ガスタービン１０の運転負荷が基準値未満である低負荷運転状態にあるか否かを判定するための閾値であり、定格負荷より小さい所定値として予め設定される。
尚、ガスタービン１０が低負荷運転状態にない場合（ステップＳ１００：ＮＯ）、すなわち、ガスタービン１０が定格負荷運転状態、又は、運転負荷が高い高負荷運転状態にある場合、ガスタービン制御装置２０はガスタービン１０を通常制御する。ガスタービン１０の通常制御の具体的内容については、公知の例に従うこととし、本願明細書では詳述を割愛する。一方、ガスタービン１０の運転負荷が基準値未満である低負荷運転状態にある場合（ステップＳ１００：ＹＥＳ）、以下に説明するガスタービン制御が実施される。これにより、ガスタービン１０が低負荷運転状態にある場合においても、精度のよいタービン入口温度に基づいて燃料供給系統５０の燃料配分比を適切に求め、燃焼振動や失火によるトリップを好適に回避可能なガスタービン制御が可能となる。
尚、以下の説明では、ステップＳ１００においてガスタービン１０の運転負荷が基準値未満である低負荷運転状態にあることを条件に、以下のガスタービン制御が実施される場合を述べるが、ガスタービン１０の運転負荷の値に関わらず（すなわち全負荷帯において）、以下のガスタービン制御を実施してもよい。例えばバイパス弁１４２が作動しない高負荷帯では、バイパス流量Ｇｔｂをゼロとすることで、以下のガスタービン制御をそのまま実施することができる（すなわち図３に示すガスタービン制御方法では、ステップＳ１００は任意でもよい）。
ガスタービン１０が低負荷運転状態にある場合（ステップＳ１００：ＹＥＳ）、燃料流量算出部２０２は、燃料流量Ｇｆを算出する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１における燃料流量Ｇｆの算出は、例えば、マニホールド圧力センサ２０ａで検出されたマニホールド配管１２４内の圧力Ｐｉｎ、燃焼器車室圧力センサ２０ｂで検出された燃焼器車室１７の圧力Ｐｏｕｔ、及び、燃料温度センサ２０ｃで検出された燃料温度Ｔｆを次式に代入することにより行われる（尚、ｆ１は任意の関数である）。
Ｇｆ＝ｆ１（Ｐｉｎ、Ｐｏｕｔ、Ｔｆ）・・・（１）
続いてバイパス空気流量算出部２０４は、バイパス空気流量Ｇｔｂを算出する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２におけるバイパス空気流量Ｇｔｂの算出は、バイパス路１４０に設けられたバイパス弁１４２の開度に基づいて行われる。バイパス空気流量Ｇｔｂは、例えば、車室温度センサ２０ｆで検出された車室温度Ｔｃｓ、車室圧力センサ２０ｇで検出された車室圧力Ｐｃｓ、及び、バイパス弁開度センサ２０ｈで検出されたバイパス弁１４２の開度ＬＶｔｂを次式に代入することにより算出される（尚、ｆ２は任意の関数である）。
Ｇｔｂ＝ｆ２（Ｔｃｓ、Ｐｃｓ、ＬＶｔｂ）・・・（２）
続いて抽気流量算出部２０６は、抽気流量Ｇｃを算出する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３における抽気流量Ｇｃの算出は、バイパス空気流量Ｇｔｂ、又は、バイパス空気流量Ｇｔｂと相関のあるパラメータに基づいて行われる。抽気流量Ｇｃは、例えば、バイパス空気流量算出部２０４で算出されたバイパス空気流量Ｇｔｂ、及び、バイパス空気流量Ｇｔｂと相関のあるパラメータである車室温度センサ２０ｆで検出された車室温度Ｔｃｓや車室圧力センサ２０ｇで検出された車室圧力Ｐｃｓを次式に代入することにより算出される（尚、ｆ３は任意の関数である）。
Ｇｃ＝ｆ３（Ｔｃｓ、Ｐｃｓ、Ｇｔｂ）・・・（３）
圧縮機１１からの抽気は、バイパス空気を除く残りの圧縮機１１からの空気の一部であるため、抽気流量Ｇｃとバイパス空気流量Ｇｔｂとの間には相関がある。例えば、バイパス空気流量Ｇｔｂが増加すると、バイパス空気を除く残りの圧縮機１１からの空気流量が減少するため、抽気流量Ｇｃは減少する。逆に、バイパス空気流量Ｇｔｂが減少すると、バイパス空気を除く残りの圧縮機１１からの空気流量が増加するため、抽気流量Ｇｃもまた増加する。そのため、上述のように、抽気流量Ｇｃとバイパス空気流量Ｇｔｂとの間に相関があることを考慮することで、抽気流量Ｇｃを精度よく算出できる。
続いて供給空気流量算出部２０８は、供給空気流量Ｇａを算出する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４における供給空気流量Ｇａの算出は、バイパス空気流量算出部２０４で算出されたバイパス空気流量Ｇｔｂ、及び、抽気流量算出部２０６で算出された抽気流量Ｇｃに基づいて行われる。供給空気流量Ｇａは、例えば、インデックス差圧センサ２０ｄで検出された圧縮機インデックス差圧Ｐｉｎｄｅｘ、圧縮機入口温度センサ２０ｅで検出された圧縮機１１の入口温度Ｔ１Ｃ、バイパス空気流量算出部２０４で算出されたバイパス空気流量Ｇｔｂ、及び、抽気流量算出部２０６で算出された抽気流量Ｇｃを次式に代入することにより算出される（尚、ｆ４は任意の関数である）。
Ｇａ＝ｆ４（Ｐｉｎｄｅｘ、Ｔ１Ｃ、Ｇｔｂ、Ｇｃ）・・・（４）
圧縮機１１からの空気は、一部が抽気として利用されるとともに、他の一部がバイパス路１４０を介してバイパスされることにより、残りが燃焼器１２への供給空気となる。そのため、燃焼器１２への供給空気流量Ｇａは、抽気流量Ｇｃ及びバイパス空気流量Ｇｔｂと相関があり、これらのバランスによって決定される。ステップＳ１０４では、抽気流量Ｇｃ及びバイパス空気流量Ｇｔｂに基づいて供給空気流量Ｇａを的確に求めることで、タービン入口温度Ｔ１Ｔの算出精度を効果的に向上できる。
続いてタービン入口温度算出部２１０は、タービン入口温度Ｔ１Ｔを算出する（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５におけるタービン入口温度Ｔ１Ｔの算出は、例えば、燃料流量算出部２０２で算出された燃料流量Ｇｆ、供給空気流量算出部２０８で算出された供給空気流量Ｇａを、燃焼器１２における熱エネルギ収支に関する物理モデル式に適用することにより行われる。物理モデル式は、例えば、非定常物理モデルに関する。より具体的に説明すると、非定常物理モデルは、例えば、燃焼器１２に流入する熱エネルギと、燃焼器１２から流出する熱エネルギとが等しいことを表すモデル式を、そのモデル式に含まれるタービン入口温度Ｔ１Ｔを左辺に、他の要素を右辺に持つ式として変形したものである。非定常物理モデルにおける燃焼器１２に流入する熱エネルギは、燃料の熱エネルギ、空気の熱エネルギ、燃焼ガスの発熱エネルギの合計により表される。また燃焼器１２から流出する熱エネルギはタービン１３の入口における熱エネルギにより表される。ここで空気の熱エネルギは、燃焼器車室１７に流入する空気に含まれる水蒸気による湿度の影響を考慮した比エンタルピーに応じて変動する。タービン入口温度算出部２１０は、燃焼器車室１７に流入する空気の湿度をセンサから取得し、その湿度に基づく比エンタルピーを計算し、当該比エンタルピーを用いて空気の熱エネルギを算出してもよい。
続いて補正部２１２は、タービン入口温度Ｔ１Ｔを補正することにより補正後タービン入口温度Ｔ１Ｔ’を算出する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６におけるタービン入口温度Ｔ１Ｔの補正は、例えば、予め記憶手段（不図示）に記憶された、ガスタービン１０の定格運転時に対応する定格運転時排ガス温度Ｔ４と定格運転時タービン入口温度Ｔ５との関係を示す情報に基づいて行ってもよい。この場合、補正部２１２は、例えば、排ガス温度センサ２０ｉで検出された排ガス温度Ｔ２Ｔを定格運転時排ガス温度Ｔ４から減算して求めた値Ｔｘが、タービン入口温度算出部２１０で算出されたタービン入口温度Ｔ１Ｔを定格運転時タービン入口温度Ｔ５から減算して求めた値Ｔｙと等しいか、又は、所定の定数ａ倍になるように、補正後タービン入口温度Ｔ１Ｔ’を算出する。
尚、定格運転時排ガス温度Ｔ４及び定格運転時タービン入口温度Ｔ５の関係は燃焼器車室１７の圧力によって変動してもよい。この場合、補正部２１２は、燃焼器車室１７の圧力をセンサから取得し、この圧力の値に基づいて補正した定格運転時排ガス温度Ｔ４及び定格運転時タービン入口温度Ｔ５の関係を用いて、上述のように補正後タービン入口温度Ｔ１Ｔ’を算出してもよい。
またステップＳ１０６におけるタービン入口温度Ｔ１Ｔの補正は、排ガス温度センサ２０ｉで検出される排ガス温度Ｔ２Ｔを用いて行われてもよい。排ガス温度Ｔ２Ｔは排ガス温度センサ２０ｉの実測値であるため、ガスタービン１０の出力変化に対して応答性が遅いが、精度のよいパラメータであり、タービン入口温度Ｔ１Ｔと強い相関を有する。この場合、補正部２１２における補正演算は、例えば、以下のように行うことができる。
まず補正部２１２は、タービン入口温度算出部２１０で算出されたタービン入口温度Ｔ１Ｔに基づいて排ガス温度推定値Ｔ４Ｔを算出する。この排ガス温度推定値Ｔ４Ｔは、タービン入口温度算出部２１０で算出されたが真のタービン入口温度であると仮定した場合の、排ガス温度の推定値である。排ガス温度推定値Ｔ４Ｔの算出は、例えば、タービン入口温度Ｔ１Ｔを、予め定められた所定の換算式に入力することで仮排ガス温度推定値Ｔ３Ｔを求め、仮排ガス温度推定値Ｔ３Ｔに対して、時間毎の値の変化を遅れさせる処理を実施することにより行われる。
そして補正部２１２は、排ガス温度センサ２０ｉで検出した排ガス温度Ｔ２Ｔと、上述のように算出された排ガス温度推定値Ｔ４Ｔとの比率に基づいて、タービン入口温度Ｔ１Ｔを補正するための補正項Ｘ４を算出する。補正項Ｘ４は、例えば、排ガス温度Ｔ２Ｔを排ガス温度推定値Ｔ４Ｔで除した比率Ｘ１に調整係数αを乗じた調整比率Ｘ２と、前回算出された補正項Ｘ４である過去補正項Ｘ４’に１－αを乗じた過去調整比率Ｘ３とを加算した値として求められる。そして補正部２１２は、このように求められた補正項Ｘ４をタービン入口温度Ｔ１Ｔに乗算することで、補正後タービン入口温度Ｔ１Ｔ’を算出する。このように算出される補正後タービン入口温度Ｔ１Ｔ’は、排ガス温度推定値Ｔ４Ｔに対する排ガス温度Ｔ２Ｔの比率である補正項Ｘ４を用いて得られるため、補正前のタービン入口温度Ｔ１Ｔに比べて良好な応答性及び精度を有する。
続いて燃料配分比算出部２１４は、補正後タービン入口温度Ｔ１Ｔ’に基づいて、燃料配分比を算出する（ステップＳ１０７）。ステップＳ１０７における燃料配分比の算出は、第１燃料配分比算出部２１４ａで算出される第１燃料配分比Ｄａ、第２燃料配分比算出部２１４ｂで算出される第２燃料配分比Ｄｂ、及び、第３燃料配分比算出部２１４ｃで算出される第３燃料配分比Ｄｃの合計が１００％になるように行われる。第１燃料配分比Ｄａ、第２燃料配分比Ｄｂ、及び、第３燃料配分比Ｄｃは、それぞれ補正後タービン入口温度Ｔ１Ｔ’との関係式に基づいて算出される。
尚、本実施形態では、制御精度を向上させるために補正後タービン入口温度Ｔ１Ｔ’を用いて燃料配分比の算出を行っているが、補正部２１２による補正を行わないタービン入口温度Ｔ１Ｔを用いて燃料配分比を算出してもよい。この場合、補正後タービン入口温度Ｔ１Ｔ’を用いる場合に比べて制御精度が少なからず低下する可能性はあるが、同様の作用効果を得ることができる。
続いて弁開度算出部２１６は、燃料配分比に基づいて各調整弁１８の弁開度を算出する（ステップＳ１０８）。ステップＳ１０８における弁開度の算出は、第１調整弁１８ａ、第２調整弁１８ｂ、及び、第３調整弁１８ｃの各々について、ステップＳ１０７で算出された第１燃料配分比Ｄａ、第２燃料配分比Ｄｂ、及び、第３燃料配分比Ｄｃと、燃料制御司令値ＣＳＯとを弁開度算出式に代入することにより行われる。
このように弁開度算出部２１６で算出された弁開度は、各調整弁１８に対して出力され、各調整弁１８の弁開度が制御される（ステップＳ１０９）。
以上説明したように本実施形態によれば、タービン入口温度Ｔ１Ｔを算出するための供給空気流量Ｇａが、タービン１３をバイパスするバイパス空気流量Ｇｔｂを考慮して算出される。これにより、タービン１３が低負荷運転状態にある場合に圧縮機１１からタービン１３への空気供給量を減少させるために、圧縮機１１からの空気の一部をバイパスした場合においても、タービン入口温度Ｔ１Ｔを精度よく算出することができる。その結果、タービン１３が低負荷運転時にある際に、ガスタービン１０が急激に出力変動するような過渡応答時においても、タービン入口温度Ｔ１Ｔに基づいて複数の燃料供給系統５０の燃料配分比を適切に求め、燃焼振動や失火によるトリップを好適に回避可能なガスタービン制御が可能となる。
続いて上記実施形態の変形例について説明する。図４は図１の変形例である。本変形例に係るガスタービン発電プラント１００’は、抽気路１４４上に前述の抽気調整弁１４６に代えて、ガスタービン制御装置２０からの制御信号に基づいて開度を制御可能な抽気制御弁１５０が設けられている点で、前述の実施形態に係るガスタービン発電プラント１００（図１を参照）と異なっている。
またガスタービン発電プラント１００’は、抽気制御弁１５０の入口部（上流側近傍）に設けられ、抽気路１４４を流れる抽気の温度（抽気温度Ｔｃ）を検出するための抽気温度センサ２０ｊと、抽気路１４４を流れる抽気の圧力（抽気圧力Ｐｃ）を検出するための抽気圧力センサ２０ｋと、を備える。
尚、ガスタービン発電プラント１００’の他の構成は、特段の記載がない限りにおいて、前述の実施形態に係るガスタービン発電プラント１００（図１を参照）と同様であり、対応する構成には共通の符号を付すこととし、重複する説明は適宜省略する。
図５は図４のガスタービン制御装置２０の機能ブロック図である。本変形例に係るガスタービン制御装置２０は、抽気制御弁開度取得部２１８と、抽気温度取得部２２０と、抽気圧力取得部２２２と、を更に備える。抽気制御弁開度取得部２１８は、抽気制御弁１５０の開度司令値を取得することにより抽気制御弁１５０の開度ＬＶｃを取得する。抽気温度取得部２２０は、抽気温度センサ２０ｊの検出信号に基づいて、抽気制御弁１５０の入口部における抽気温度Ｔｃを取得する。抽気圧力取得部２２２は、抽気圧力センサ２０ｋの検出信号に基づいて、抽気制御弁１５０の入口部における抽気圧力Ｐｃを取得する。
本変形例では、抽気流量算出部２０６は、述のステップＳ１０３において、抽気制御弁１５０の開度ＬＶｃ、抽気温度Ｔｃ、及び、抽気圧力Ｐｃに基づいて、抽気流量Ｇｃを算出する。すなわち抽気流量Ｇｃは次式により求められる（尚、ｆ３’は任意の関数である）。
Ｇｃ＝ｆ３’（Ｐｃ、Ｔｃ、ＬＶｃｃ）・・・（３）’
このように本変形例では、抽気流量Ｇｃを抽気制御弁１５０の開度ＬＶｃに基づいて算出することで、前述の実施形態に比べて、精度よく抽気流量Ｇｃを算出することができる。これにより、タービン入口温度算出部２１０では、このように求めた抽気流量Ｇｃを用いてタービン入口温度Ｔ１Ｔを算出することで、タービン入口温度Ｔ１Ｔの精度も向上することができる。その結果、タービン１３が低負荷運転時にある際に、タービン１３が急激に出力変動するような過渡応答時においても、タービン入口温度Ｔ１Ｔに基づいて、複数の燃料供給系統５０の燃料配分比を適切に求め、燃焼振動や失火によるトリップをより好適に回避可能なガスタービン制御が可能となる。
また抽気流量算出部２０６は、抽気制御弁１５０のＣｖ値に基づいて抽気流量Ｇｃを算出してもよい。図６は図５の抽気流量算出部２０６の内部構成を示すブロック図である。抽気流量算出部２０６は、Ｃｖ基準値算出部２６０と、Ｃｖ推定値算出部２６２と、学習回路２６４と、抽気流量演算部２６６と、を備える。
Ｃｖ基準値算出部２６０は、抽気制御弁１５０の開度ＬＶｃに基づいてＣｖ基準値を算出する。Ｃｖ基準値は、予め設定された抽気制御弁１５０のＣｖ値に関する基準値であり、例えば、抽気制御弁１５０の仕様値（計画特性値）である。Ｃｖ基準値は抽気制御弁１５０の開度ＬＶｃに対応して可変であり、Ｃｖ基準値と抽気制御弁１５０の開度ＬＶｃとの相関に関する情報が予め用意される。Ｃｖ基準値算出部２６０は、当該情報に基づいて、抽気制御弁開度取得部２１８で取得された抽気制御弁１５０の開度ＬＶｃに対応するＣｖ基準値を算出する。
Ｃｖ推定値算出部２６２は、ヒートバランス計算に基づいて、抽気制御弁１５０のＣｖ値の推定値であるＣｖ推定値を算出する。当該ヒートバランス計算は、例えば、予め計画した抽気流量比率から算出する抽気流量、抽気圧力、及び、抽気温度を用いてＣｖ推定値を算出する。
学習回路２６４は、Ｃｖ基準値算出部２６０で算出されたＣｖ基準値を、Ｃｖ推定値算出部２６２で算出されたＣｖ推定値を用いて学習処理することにより補正する。学習回路２６４による補正は、例えば、Ｃｖ基準値とＣｖ推定値との比を補正係数として、Ｃｖ基準値に乗算することにより行われる。ヒートバランス計算によって算出されたＣｖ推定値は、タービン１３の負荷変化に対して応答性が低いものの、整定時の精度が高い。そのため、Ｃｖ推定値を用いてＣｖ基準値を補正することにより、抽気制御弁１５０の個体差や仕様誤差などを加味した精度のよいＣｖ値を得ることができる。
抽気流量演算部２６６は、学習回路２６４で算出された補正後のＣｖ値に基づいて、抽気流量Ｇｃを算出する。抽気流量演算部２６６は、抽気制御弁１５０の開度ＬＶｃ、抽気温度Ｔｃ、抽気圧力Ｐｃ、及び、学習回路２６４で算出された補正後のＣｖ値を用いて、次式により抽気流量Ｇｃを算出する（尚、ｆ３’’は任意の関数である）。
Ｇｃ＝ｆ３’’（Ｐｃ、Ｔｃ、ＬＶｃ、Ｃｖ）・・・（３）’’
このように抽気流量Ｇｃを抽気制御弁１５０のＣｖ値に基づいて算出することで、前述の実施形態に比べて、精度よく抽気流量Ｇｃを算出することができる。これにより、タービン入口温度算出部２１０では、このように求めた抽気流量Ｇｃを用いてタービン入口温度Ｔ１Ｔを算出することで、タービン入口温度Ｔ１Ｔの精度も向上することができる。その結果、タービン１３が低負荷運転時にある際に、タービン１３が急激に出力変動するような過渡応答時においても、タービン入口温度Ｔ１Ｔに基づいて、複数の燃料供給系統５０の燃料配分比を適切に求め、燃焼振動や失火によるトリップをより好適に回避可能なガスタービン制御が可能となる。
その他、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態を適宜組み合わせてもよい。
上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
（１）一態様に係るガスタービン制御装置（例えば上記実施形態のガスタービン制御装置２０）は、
ガスタービン（例えば上記実施形態のタービン１３）の燃焼器（例えば上記実施形態の燃焼器１２）に供給される燃料の流量（例えば上記実施形態の燃料流量Ｇｆ）を算出する燃料流量算出部（例えば上記実施形態の燃料流量算出部２０２）と、
空気供給部（例えば上記実施形態の圧縮機１１）から供給される空気のうち、前記ガスタービンのバイパス空気の流量（例えば上記実施形態のバイパス空気流量Ｇｔｂ）を算出するバイパス空気流量算出部（例えば上記実施形態のバイパス空気流量算出部２０４）と、
前記バイパス空気の流量に基づいて、前記空気供給部から前記燃焼器に供給される供給空気の流量（例えば上記実施形態の供給空気流量Ｇａ）を算出する供給空気流量算出部（例えば上記実施形態の供給空気流量算出部２０８）と、
前記燃焼器の熱エネルギ収支に関する物理モデル式を用いて、前記燃料の流量、前記供給空気の流量に基づいて、前記ガスタービンのタービン入口温度（例えば上記実施形態のタービン入口温度Ｔ１Ｔ）を算出するタービン入口温度算出部（例えば上記実施形態のタービン入口温度算出部２１０）と、
前記タービン入口温度に基づいて、前記燃焼器に設けられた複数の燃料供給系統（例えば上記実施形態の燃料供給系統５０）における燃料配分比を算出する燃料配分比算出部（例えば上記実施形態の燃料配分比算出部２１４）と、
を備える。
上記（１）の態様によれば、タービン入口温度を算出するための供給空気流量が、タービンをバイパスするバイパス空気の流量を考慮して算出される。これにより、例えばガスタービンが低負荷運転状態にある場合に空気供給部からタービンへの空気供給量を減少させるために、空気供給部からの空気の一部をタービンに対してバイパスした場合においても、タービン入口温度を精度よく算出することができる。その結果、例えばガスタービンが低負荷運転時にある際に、ガスタービンが急激に出力変動するような過渡応答時においても、タービン入口温度に基づいて、複数の燃料供給系統の燃料配分比を適切に求め、燃焼振動や失火によるトリップを好適に回避可能なガスタービン制御が可能となる。
（２）他の態様では上記（１）の態様において、
前記バイパス空気の流量、又は、前記バイパス空気の流量と相関のあるパラメータに基づいて、前記空気供給部からの抽気の流量（例えば上記実施形態の抽気流量Ｇｃ）を算出する抽気流量算出部（例えば上記実施形態の抽気流量算出部２０６）を更に備え、
前記供給空気流量算出部は、前記抽気の流量に基づいて前記供給空気の流量を算出する。
上記（２）の態様によれば、タービン入口温度を算出するための供給空気流量が、空気供給部からの抽気流量を考慮して算出される。これにより、空気供給部からの空気の一部を抽気して、例えばタービンの冷却用空気として利用した場合においても、バイパス空気や抽気とのバランスからタービンへの供給空気流量を適切に求め、タービン入口温度を精度よく算出することができる。
（３）他の態様では上記（２）の態様において、
前記抽気流量算出部は、前記バイパス空気の流量、又は、前記バイパス空気の流量と相関のあるパラメータに基づいて、前記抽気の流量を算出する。
上記（３）の態様によれば、抽気流量とバイパス空気流量との間に相関があることを考慮して、抽気流量の算出をバイパス空気の流量に基づいて行うことで、タービン入口温度を精度よく算出できる。
（４）他の態様では上記（１）から（３）のいずれか一態様において、
前記バイパス空気流量算出部は、前記ガスタービンのバイパス路（例えば上記実施形態のバイパス路１４０）に設けられたバイパス弁（例えば上記実施形態のバイパス弁１４２）の開度に基づいて、前記バイパス空気の流量を算出する。
上記（４）の態様によれば、バイパス路に設けられたバイパス弁の開度に基づいて、タービン入口温度の算出に用いられるバイパス空気流量を的確に求めることができる。
（５）他の態様では上記（１）から（４）のいずれか一態様において、
前記空気供給部は圧縮空気を生成可能な圧縮機（例えば上記実施形態の圧縮機１１）であり、
前記供給空気流量算出部は、前記圧縮機からの抽気流量、及び、前記バイパス空気の流量に基づいて前記供給空気の流量を算出する。
上記（５）の態様によれば、燃焼器に対する供給空気流量を、タービンをバイパスするバイパス空気の流量や、圧縮機からの抽気の流量とのバランスを考慮して的確に求めることで、タービン入口温度を精度よく算出することができる。
（６）他の態様では上記（２）又は（３）の態様において、
前記抽気が流れる抽気路に設けられた抽気制御弁の開度を取得する抽気制御弁開度取得部と、
前記抽気路の前記抽気制御弁の入口部における抽気温度を取得する抽気温度取得部と、
前記抽気路の前記抽気制御弁の入口部における抽気圧力を取得する抽気圧力取得部と、
を更に備え、
前記抽気流量算出部は、前記抽気制御弁の開度、前記抽気温度、及び、前記抽気圧力に基づいて、前記抽気流量を算出する。
上記（６）の態様によれば、抽気流量を抽気制御弁の開度に基づいて算出することで、より精度のよい抽気流量の算出が可能となる。このように求めた抽気流量を用いてタービン入口温度を算出することで、タービン入口温度の精度も向上することができる。
（７）他の態様では上記（６）の態様において、
前記抽気流量算出部は、前記抽気制御弁のＣｖ値に基づいて前記抽気流量を算出する。
上記（７）の態様によれば、抽気制御弁のＣｖ値を考慮することで、抽気流量をより精度よく算出できる。このように求めた抽気流量を用いてタービン入口温度を算出することで、タービン入口温度の精度も向上することができる。
（８）他の態様では上記（７）の態様において、
前記Ｃｖ値は、前記抽気制御弁の特性情報に基づいて求められるＣｖ基準値を、ヒートバランス計算に基づいて推定されるＣｖ推定値を用いて補正することにより求められる。
上記（８）の態様によれば、タービン１３の負荷変化に対して応答性が低いものの、整定時の精度が高いＣｖ推定値を用いてＣｖ基準値を補正することにより、抽気制御弁１５０の個体差や仕様誤差などを加味した精度のよいＣｖ値を得ることができる。このように得られたＣｖ値を用いて抽気流量を算出することで、より制御精度を向上させることができる。
（９）他の態様では上記（１）から（８）のいずれか一態様において、
前記ガスタービンの運転負荷を取得する運転負荷取得部（例えば上記実施形態の運転負荷取得部２０１）を更に備え、
前記タービン入口温度算出部は、前記運転負荷が基準値未満である場合に前記タービン入口温度を算出する。
上記（９）の態様によれば、ガスタービンの運転負荷が基準値未満である低負荷運転状態において、タービンをバイパスするバイパス空気の流量を考慮した供給空気流量に基づいてタービン入口温度が算出される。これにより、低負荷運転状態にあるガスタービンにおいても、精度のよいタービン入口温度が得られるため、タービン入口温度に基づいて複数の燃料供給系統の燃料配分比を適切に求め、燃焼振動や失火によるトリップを好適に回避可能なガスタービン制御が可能となる。
（１０）他の態様では上記（１）から（９）のいずれか一態様において、
前記複数の燃料供給系統は、トップハット燃料供給系統（例えば上記実施形態の第１燃料供給系統５０ａ）、パイロット燃料供給系統（例えば上記実施形態の第２燃料供給系統５０ｂ）、及び、メイン燃料供給系統（例えば上記実施形態の第３燃料供給系統５０ｃ）を含む。
上記（１０）の態様によれば、タービン入口温度に基づいて、トップハット燃料供給系統、パイロット燃料供給系統、及び、メイン燃料供給系統における燃料配分比を適切に求め、燃焼振動や失火によるトリップを好適に回避可能なガスタービン制御が可能となる。
（１１）一態様に係るガスタービン制御方法は、
ガスタービン（例えば上記実施形態のタービン１３）の燃焼器（例えば上記実施形態の燃焼器１２）に供給される燃料の流量（例えば上記実施形態の燃料流量Ｇｆ）を算出する工程（例えば上記実施形態のステップＳ１０１）と、
空気供給部（例えば上記実施形態の圧縮機１１）から供給される空気のうち、前記ガスタービンのバイパス空気の流量（例えば上記実施形態のバイパス空気流量Ｇｔｂ）を算出する工程（例えば上記実施形態のステップＳ１０２）と、
前記バイパス空気の流量に基づいて、前記空気供給部から前記燃焼器に供給される供給空気の流量（例えば上記実施形態の供給空気流量Ｇａ）を算出する工程（例えば上記実施形態のステップＳ１０４）と、
前記燃焼器の熱エネルギ収支に関する物理モデル式を用いて、前記燃料の流量、前記供給空気の流量に基づいて、前記ガスタービンのタービン入口温度（例えば上記実施形態のタービン入口温度Ｔ１Ｔ）を算出する工程（例えば上記実施形態のステップＳ１０５）と、
前記タービン入口温度に基づいて、前記燃焼器に設けられた複数の燃料供給系統（例えば上記実施形態の燃料供給系統５０）における燃料配分比を算出する工程（例えば上記実施形態のステップＳ１０７）と、
を備える。
上記（１１）の態様によれば、タービン入口温度を算出するための供給空気流量が、タービンをバイパスするバイパス空気の流量を考慮して算出される。これにより、例えばガスタービンが低負荷運転状態にある場合に空気供給部からタービンへの空気供給量を減少させるために、空気供給部からの空気の一部をタービンに対してバイパスした場合においても、タービン入口温度を精度よく算出することができる。その結果、例えばガスタービンが低負荷運転時にある際に、ガスタービンが急激に出力変動するような過渡応答時においても、タービン入口温度に基づいて、複数の燃料供給系統の燃料配分比を適切に求め、燃焼振動や失火によるトリップを好適に回避可能なガスタービン制御が可能となる。
（１２）一態様に係るガスタービン制御プログラムは、
コンピュータに、
ガスタービン（例えば上記実施形態のタービン１３）の燃焼器（例えば上記実施形態の燃焼器１２）に供給される燃料の流量（例えば上記実施形態の燃料流量Ｇｆ）を算出する工程（例えば上記実施形態のステップＳ１０１）と、
空気供給部（例えば上記実施形態の圧縮機１１）から供給される空気のうち、前記ガスタービンのバイパス空気の流量（例えば上記実施形態のバイパス空気流量Ｇｔｂ）を算出する工程（例えば上記実施形態のステップＳ１０２）と、
前記バイパス空気の流量に基づいて、前記空気供給部から前記燃焼器に供給される供給空気の流量（例えば上記実施形態の供給空気流量Ｇａ）を算出する工程（例えば上記実施形態のステップＳ１０４）と、
前記燃焼器の熱エネルギ収支に関する物理モデル式を用いて、前記燃料の流量、前記供給空気の流量に基づいて、前記ガスタービンのタービン入口温度（例えば上記実施形態のタービン入口温度Ｔ１Ｔ）を算出する工程（例えば上記実施形態のステップＳ１０５）と、
前記タービン入口温度に基づいて、前記燃焼器に設けられた複数の燃料供給系統（例えば上記実施形態の燃料供給系統５０）における燃料配分比を算出する工程（例えば上記実施形態のステップＳ１０７）と、
を実行可能である。
上記（１２）の態様によれば、タービン入口温度を算出するための供給空気流量が、タービンをバイパスするバイパス空気の流量を考慮して算出される。これにより、例えばガスタービンが低負荷運転状態にある場合に空気供給部からタービンへの空気供給量を減少させるために、空気供給部からの空気の一部をタービンに対してバイパスした場合においても、タービン入口温度を精度よく算出することができる。その結果、例えばガスタービンが低負荷運転時にある際に、ガスタービンが急激に出力変動するような過渡応答時においても、タービン入口温度に基づいて、複数の燃料供給系統の燃料配分比を適切に求め、燃焼振動や失火によるトリップを好適に回避可能なガスタービン制御が可能となる。
１０ ガスタービン
１１ 圧縮機
１２ 燃焼器
１３ タービン
１４ インレットガイドベーン
１５ ロータ
１６ 発電機
１７ 燃焼器車室
１８ 調整弁
２０ ガスタービン制御装置
２０ａ マニホールド圧力センサ
２０ｂ 燃焼器車室圧力センサ
２０ｃ 燃料温度センサ
２０ｄ インデックス差圧センサ
２０ｅ 圧縮機入口温度センサ
２０ｆ 車室温度センサ
２０ｇ 車室圧力センサ
２０ｈ バイパス弁開度センサ
２０ｉ 排ガス温度センサ
２０ｊ 抽気温度センサ
２０ｋ 抽気圧力センサ
４０ 燃料供給装置
５０ 燃料供給系統
１００ ガスタービン発電プラント
１１１ 圧縮機ロータ
１１２ 圧縮機車室
１２１ 燃焼器内筒
１２３ ノズル
１２４ マニホールド配管
１３１ タービンロータ
１３２ タービン車室
１４０ バイパス路
１４２ バイパス弁
１４４ 抽気路
１４６ 抽気調整弁
１５０ 抽気制御弁
２０１ 運転負荷取得部
２０２ 燃料流量算出部
２０４ バイパス空気流量算出部
２０６ 抽気流量算出部
２０８ 供給空気流量算出部
２１０ タービン入口温度算出部
２１２ 補正部
２１４ 燃料配分比算出部
２１６ 弁開度算出部
２１８ 抽気制御弁開度取得部
２２０ 抽気温度取得部
２２２ 抽気圧力取得部
２６０ 基準値算出部
２６２ 推定値算出部
２６４ 学習回路
２６６ 抽気流量演算部

Claims (17)

  1. 圧縮機から燃焼器車室を経由して供給される圧縮空気と燃料とを混合燃焼する燃焼器で生成された燃焼ガスでタービンを駆動可能なガスタービンを制御するためのガスタービン制御装置であって、
    前記燃焼器に供給される前記燃料の流量を算出する燃料流量算出部と、
    前記圧縮機から前記燃焼器車室内に供給された圧縮空気のうち少なくとも一部が前記燃焼器に供給されないように、前記燃焼器車室に接続され、前記燃焼器車室内の圧縮空気を前記燃焼器車室外に排出し得るバイパス路と、
    前記バイパス路を流れるバイパス空気の流量を算出するバイパス空気流量算出部と、
    少なくとも前記バイパス空気の流量を用いて、前記燃焼器に供給される供給空気の流量を算出する供給空気流量算出部と、
    前記燃焼器の熱エネルギ収支に関する物理モデル式を用いて、前記燃料の流量、前記供給空気の流量に基づいて、前記ガスタービンのタービン入口温度を算出するタービン入口温度算出部と、
    前記タービン入口温度に基づいて、前記燃焼器に設けられた複数の燃料供給系統における燃料配分比を算出する燃料配分比算出部と、
    を備える、ガスタービン制御装置。
  2. 圧縮機から燃焼器車室を経由して供給される圧縮空気と燃料とを混合燃焼する燃焼器で生成された燃焼ガスでタービンを駆動可能なガスタービンを制御するためのガスタービン制御装置であって、
    前記燃焼器に供給される前記燃料の流量を算出する燃料流量算出部と、
    前記圧縮機から前記燃焼器車室内に供給された圧縮空気のうち少なくとも一部が前記燃焼器に供給されないように、前記燃焼器車室に接続され、前記燃焼器車室内の圧縮空気を前記燃焼器車室外に排出し得るバイパス路と、
    前記バイパス路を流れるバイパス空気の流量を算出するバイパス空気流量算出部と、
    前記圧縮機内の空気のうち少なくとも一部が前記燃焼器車室および前記燃焼器に供給されないように、前記圧縮機に接続され、前記圧縮機内の空気を前記圧縮機外に抽気し得る抽気路と、
    前記バイパス空気の流量、又は、前記バイパス空気の流量と相関のあるパラメータに基づいて、前記抽気路を流れる抽気の流量を算出する抽気流量算出部と、
    少なくとも前記抽気の流量を用いて、前記燃焼器に供給される供給空気の流量を算出する供給空気流量算出部と、
    前記燃焼器の熱エネルギ収支に関する物理モデル式を用いて、前記燃料の流量、前記供給空気の流量に基づいて、前記ガスタービンのタービン入口温度を算出するタービン入口温度算出部と、
    前記タービン入口温度に基づいて、前記燃焼器に設けられた複数の燃料供給系統における燃料配分比を算出する燃料配分比算出部と、
    を備える、ガスタービン制御装置。
  3. 圧縮機から燃焼器車室を経由して供給される圧縮空気と燃料とを混合燃焼する燃焼器で生成された燃焼ガスでタービンを駆動可能なガスタービンを制御するためのガスタービン制御装置であって、
    前記燃焼器に供給される前記燃料の流量を算出する燃料流量算出部と、
    前記圧縮機から前記燃焼器車室内に供給された圧縮空気のうち少なくとも一部が前記燃焼器に供給されないように、前記燃焼器車室に接続され、前記燃焼器車室内の圧縮空気を前記燃焼器車室外に排出し得るバイパス路と、
    前記バイパス路を流れるバイパス空気の流量を算出するバイパス空気流量算出部と、
    前記圧縮機内の空気のうち少なくとも一部が前記燃焼器車室および前記燃焼器に供給されないように、前記圧縮機に接続され、前記圧縮機内の空気を前記圧縮機外に抽気し得る抽気路と、
    前記抽気路を流れる抽気の流量を算出する抽気流量算出部と、
    少なくとも前記バイパス空気の流量と前記抽気の流量を用いて、前記燃焼器に供給される供給空気の流量を算出する供給空気流量算出部と、
    前記燃焼器の熱エネルギ収支に関する物理モデル式を用いて、前記燃料の流量、前記供給空気の流量に基づいて、前記ガスタービンのタービン入口温度を算出するタービン入口温度算出部と、
    前記タービン入口温度に基づいて、前記燃焼器に設けられた複数の燃料供給系統における燃料配分比を算出する燃料配分比算出部と、
    を備える、ガスタービン制御装置。
  4. 圧縮機から燃焼器車室を経由して供給される圧縮空気と燃料とを混合燃焼する燃焼器で生成された燃焼ガスでタービンを駆動可能なガスタービンを制御するためのガスタービン制御装置であって、
    前記燃焼器に供給される前記燃料の流量を算出する燃料流量算出部と、
    前記圧縮機から前記燃焼器車室内に供給された圧縮空気のうち少なくとも一部が前記燃焼器に供給されないように、前記燃焼器車室に接続されて前記燃焼器車室内の圧縮空気を前記燃焼器車室外に排出し、且つ前記燃焼器と前記タービンをバイパスし得るバイパス路と、
    前記バイパス路を流れるバイパス空気の流量を算出するバイパス空気流量算出部と、
    前記圧縮機内の空気のうち少なくとも一部が、前記燃焼器車室および前記燃焼器に供給されず、前記タービンの入口部を通過することなくタービン車室に供給され得るように前記圧縮機と前記タービン車室を接続する抽気路と、
    前記抽気路を流れる抽気の流量を算出する抽気流量算出部と、
    少なくとも前記バイパス空気の流量を用いて、前記燃焼器に供給される供給空気の流量を算出する供給空気流量算出部と、
    前記燃焼器の熱エネルギ収支に関する物理モデル式を用いて、前記燃料の流量、前記供給空気の流量に基づいて、前記ガスタービンのタービン入口温度を算出するタービン入口温度算出部と、
    前記タービン入口温度に基づいて、前記燃焼器に設けられた複数の燃料供給系統における燃料配分比を算出する燃料配分比算出部と、
    を備える、ガスタービン制御装置。
  5. 圧縮機から燃焼器車室を経由して供給される圧縮空気と燃料とを混合燃焼する燃焼器で生成された燃焼ガスでタービンを駆動可能なガスタービンを制御するためのガスタービン制御装置であって、
    前記燃焼器に供給される前記燃料の流量を算出する燃料流量算出部と、
    前記圧縮機から前記燃焼器車室内に供給された圧縮空気のうち少なくとも一部が前記燃焼器に供給されないように、前記燃焼器車室に接続されて前記燃焼器車室内の圧縮空気を前記燃焼器車室外に排出し、且つ前記燃焼器と前記タービンをバイパスし得るバイパス路と、
    前記バイパス路を流れるバイパス空気の流量を算出するバイパス空気流量算出部と、
    前記圧縮機内の空気のうち少なくとも一部が、前記燃焼器車室および前記燃焼器に供給されず、前記タービンの入口部を通過することなくタービン車室に供給され得るように前記圧縮機と前記タービン車室を接続する抽気路と、
    前記抽気路を流れる抽気の流量を算出する抽気流量算出部と、
    少なくとも前記バイパス空気の流量と前記抽気の流量を用いて、前記燃焼器に供給される供給空気の流量を算出する供給空気流量算出部と、
    前記燃焼器の熱エネルギ収支に関する物理モデル式を用いて、前記燃料の流量、前記供給空気の流量に基づいて、前記ガスタービンのタービン入口温度を算出するタービン入口温度算出部と、
    前記タービン入口温度に基づいて、前記燃焼器に設けられた複数の燃料供給系統における燃料配分比を算出する燃料配分比算出部と、
    を備える、ガスタービン制御装置。
  6. 前記バイパス空気流量算出部は、前記ガスタービンのバイパス路に設けられたバイパス弁の開度に基づいて、前記バイパス空気の流量を算出する、請求項１から５のいずれか一項に記載のガスタービン制御装置。
  7. 前記抽気が流れる抽気路に設けられた抽気制御弁の開度を取得する抽気制御弁開度取得部と、
    前記抽気路の前記抽気制御弁の入口部における抽気温度を取得する抽気温度取得部と、
    前記抽気路の前記抽気制御弁の入口部における抽気圧力を取得する抽気圧力取得部と、
    を更に備え、
    前記抽気流量算出部は、少なくとも前記抽気制御弁の開度、前記抽気温度、及び、前記抽気圧力に基づいて、前記抽気流量を算出する、請求項３から５のいずれか一項に記載のガスタービン制御装置。
  8. 前記抽気流量算出部は、前記抽気制御弁のＣｖ値に基づいて前記抽気流量を算出する、請求項７に記載のガスタービン制御装置。
  9. 前記Ｃｖ値は、前記抽気制御弁の特性情報に基づいて求められるＣｖ基準値を、ヒートバランス計算に基づいて推定されるＣｖ推定値を用いて補正することにより求められる、請求項８に記載のガスタービン制御装置。
  10. 前記ガスタービンの運転負荷を取得する運転負荷取得部を更に備え、
    前記タービン入口温度算出部は、前記運転負荷が基準値未満である場合に前記タービン入口温度を算出する、請求項１から９のいずれか一項に記載のガスタービン制御装置。
  11. 圧縮機から燃焼器車室を経由して供給される圧縮空気と燃料とを混合燃焼する燃焼器で生成された燃焼ガスでタービンを駆動可能なガスタービンを制御するためのガスタービン制御装置であって、
    前記燃焼器に供給される前記燃料の流量を算出する燃料流量算出部と、
    前記圧縮機内の空気のうち少なくとも一部が前記燃焼器車室および前記燃焼器に供給されないように、前記圧縮機に接続され、前記圧縮機内の空気を前記圧縮機外に抽気し得る抽気路と、
    前記抽気路を流れる抽気の流量を算出する抽気流量算出部と、
    少なくとも前記抽気の流量を用いて、前記燃焼器に供給される供給空気の流量を算出する供給空気流量算出部と、
    前記燃焼器の熱エネルギ収支に関する物理モデル式を用いて、前記燃料の流量、前記供給空気の流量に基づいて、前記ガスタービンのタービン入口温度を算出するタービン入口温度算出部と、
    前記タービン入口温度に基づいて、前記燃焼器に設けられた複数の燃料供給系統における燃料配分比を算出する燃料配分比算出部と、
    前記抽気が流れる抽気路に設けられた抽気制御弁の開度を取得する抽気制御弁開度取得部と、
    前記抽気路の前記抽気制御弁の入口部における抽気温度を取得する抽気温度取得部と、
    前記抽気路の前記抽気制御弁の入口部における抽気圧力を取得する抽気圧力取得部と、
    を備え、
    前記抽気流量算出部は、少なくとも前記抽気制御弁の開度、前記抽気温度、及び、前記抽気圧力に基づいて、前記抽気流量を算出する、ガスタービン制御装置。
  12. 前記抽気流量算出部は、前記抽気制御弁のＣｖ値に基づいて前記抽気流量を算出する、請求項１１に記載のガスタービン制御装置。
  13. 前記Ｃｖ値は、前記抽気制御弁の特性情報に基づいて求められるＣｖ基準値を、ヒートバランス計算に基づいて推定されるＣｖ推定値を用いて補正することにより求められる、請求項１２に記載のガスタービン制御装置。
  14. 圧縮機から燃焼器車室を経由して供給される圧縮空気と燃料とを混合燃焼する燃焼器で生成された燃焼ガスでタービンを駆動可能なガスタービンを制御するためのガスタービン制御装置であって、
    前記燃焼器に供給される前記燃料の流量を算出する燃料流量算出部と、
    前記圧縮機内の空気のうち少なくとも一部が前記燃焼器車室および前記燃焼器に供給されないように、前記圧縮機に接続され、前記圧縮機内の空気を前記圧縮機外に抽気し得る抽気路と、
    前記抽気路を流れる抽気の流量を算出する抽気流量算出部と、
    少なくとも前記抽気の流量を用いて、前記燃焼器に供給される供給空気の流量を算出する供給空気流量算出部と、
    前記燃焼器の熱エネルギ収支に関する物理モデル式を用いて、前記燃料の流量、前記供給空気の流量に基づいて、前記ガスタービンのタービン入口温度を算出するタービン入口温度算出部と、
    前記タービン入口温度に基づいて、前記燃焼器に設けられた複数の燃料供給系統における燃料配分比を算出する燃料配分比算出部と、
    前記ガスタービンの運転負荷を取得する運転負荷取得部と、
    を備え、
    前記タービン入口温度算出部は、前記運転負荷が基準値未満である場合に前記タービン入口温度を算出する、ガスタービン制御装置。
  15. 前記複数の燃料供給系統は、トップハット燃料供給系統、パイロット燃料供給系統、及び、メイン燃料供給系統を含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載のガスタービン制御装置。
  16. 圧縮機から燃焼器車室を経由して供給される圧縮空気と燃料とを混合燃焼する燃焼器で生成された燃焼ガスでタービンを駆動可能なガスタービンを制御するためのガスタービン制御方法であって、
    前記燃焼器に供給される前記燃料の流量を算出する工程と、
    前記圧縮機から前記燃焼器車室内に供給された圧縮空気のうち少なくとも一部を前記燃焼器車室外に排出するためのバイパス路を流れるバイパス空気の流量を算出する工程と、
    少なくとも前記バイパス空気の流量を用いて、前記燃焼器に供給される供給空気の流量を算出する工程と、
    前記燃焼器の熱エネルギ収支に関する物理モデル式を用いて、前記燃料の流量、前記供給空気の流量に基づいて、前記ガスタービンのタービン入口温度を算出する工程と、
    前記タービン入口温度に基づいて、前記燃焼器に設けられた複数の燃料供給系統における燃料配分比を算出する工程と、
    を備える、ガスタービン制御方法。
  17. 圧縮機から燃焼器車室を経由して供給される圧縮空気と燃料とを混合燃焼する燃焼器で生成された燃焼ガスでタービンを駆動可能なガスタービンを制御するためのガスタービン制御プログラムであって、
    コンピュータに、
    前記燃焼器に供給される前記燃料の流量を算出する工程と、
    前記圧縮機から前記燃焼器車室内に供給された圧縮空気のうち少なくとも一部を前記燃焼器車室外に排出するためのバイパス路を流れるバイパス空気の流量を算出する工程と、
    少なくとも前記バイパス空気の流量を用いて、前記燃焼器に供給される供給空気の流量を算出する工程と、
    前記燃焼器の熱エネルギ収支に関する物理モデル式を用いて、前記燃料の流量、前記供給空気の流量に基づいて、前記ガスタービンのタービン入口温度を算出する工程と、
    前記タービン入口温度に基づいて、前記燃焼器に設けられた複数の燃料供給系統における燃料配分比を算出する工程と、
    を実行可能な、ガスタービン制御プログラム。
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