JPS58192927A - 燃焼タ−ビン用制御装置 - Google Patents

燃焼タ−ビン用制御装置

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JPS58192927A
JPS58192927A JP58074174A JP7417483A JPS58192927A JP S58192927 A JPS58192927 A JP S58192927A JP 58074174 A JP58074174 A JP 58074174A JP 7417483 A JP7417483 A JP 7417483A JP S58192927 A JPS58192927 A JP S58192927A
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    • F02C9/00Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/26Control of fuel supply
    • F02C9/28Regulating systems responsive to plant or ambient parameters, e.g. temperature, pressure, rotor speed
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00Control
    • F05D2270/01Purpose of the control system
    • F05D2270/02Purpose of the control system to control rotational speed (n)
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、一般的には燃焼タービンのための速度−負荷
制御に関し、具体的には負荷平衡及び周波数に及ばず影
響を最小にした状態でガバナ7リー運転モードと定速度
運転モードとを切換えで自る燃焼タービン用の制御装置
に関するO従来技術 燃焼タービンの速度−負荷特性を制御する基本的なモー
ドとして、定速度運転モードと、ガバナ7リー運転モー
ドの一つのモードがある。
定速度運転モードで作動する制御装置は、タービン負荷
と無関係にタービンO速度を一定に維持し、ガバナ7リ
ー運転モードで作動する制御装置はタービン速度をター
ビン負荷の関数として制御する。
単一の発電網に電力を供給するための典麗的な発電シス
テムには、ガバナ7リー運転モードと定速度運転モード
の両方で作動する制御装置を有するタービンを含ませる
ことがで敬る。このようなシステムは、発電出力を一定
周波数に維持するための定速度運転モードで作動する主
発電ユニットと、ガバナフリー運転モードで作動する7
つ以上のブースタ発電ユニットを備えているのが普通で
ある◇この構成では、定速度運転モード制御装置が速度
を一定に維持できるように、ガバナ7リー運転モードで
運転されるブースタ発電ユニットを調整して主発電ユニ
ットと負荷とを分担している。ブースタ発電ユニットは
、あたか4b機械的に連結さハているがのように主発電
瓢ニットと刺和して四ツクされているのでブースタ発電
5−ニットの速度は主発電二ニットの一定速度によって
固定される@ブースタ発電aJLットの負荷レベルは、
これらユニットを駆動するタービンへの燃料供給量を調
整することによって制御できる。一般に、ガバナ7リー
運転モードで運転されているタービンへの燃料を増加す
ればブースタ発!3−ニットの負荷が増加する。例えば
、所定の発電網が主発電ユニットと、これと並列運転さ
れている単一のブースタ発電ユニットによって給電され
ているとする主発電ユニットは殖速度運転モードで制御
され、ブースタ発電ユニットはガバナ7リー運転峰−ド
で制御されている。これら発[z xsツFは定常状態
にあって負荷を等しく分担しているとする。
このような状況下でブースタ発電ユニットへの燃料供給
量を増加すれば、速度が増加しようとするが、゛ブース
タ発電ユニットは主発電工具ットと調和してpツクされ
ているため速度を増加できない。その結果、ブースタ発
電x=ットは余分の負荷を受けることになる0所定発電
網の負荷レベルが一定であれば、ブースタ発電ユニット
が受ける追加負荷は主発電ユニットから引き出されるは
ずであり、その後、速度が増加することになる。
しかしながら、主発電ユニットを制御する定速度運転モ
ード制御装置は、速度が一定に維持されるように燃料供
給量を減少させて負荷損失を補償するので、ブースタ発
電ユニットへの燃料供給量な増加すれば、負荷は主発電
ユニットからブースタ発電ユニットへ転換されかつ主発
電ユニットへの燃料供給量が減少することになるO このような発電システムの運転に際しては、ガバナ7リ
ー運転モードから星速度運転モード又はその逆に運転モ
ードを切換えたい場合がある。これは、例えば保守又は
検査のため主発電ユニットを運転停止させなければなら
ない場合、送電網の孤立した個所へ送電するためブース
タQt工具ツシを主発電&エラFとして運転しなければ
ならない場合に生ずる0このような場合、発電システム
の出力に生じる変動を最小にしてガバナ7リーから定速
度運転モードへ又は定速度運転峰−ドからガバナフリー
運転モードへ切換えるととが望ましい。
米国特許第、?、J 、14 ’!σjpJIO号には
、発電具ニットの制御をガバナ7リー運転篭−ドと定速
度運転峰−ドとの閏で切換えるためのシステムが開示さ
れている0この特許のシステムは−りの制御峰−ドの切
換えに有効であるが、発電出力信号の変動を最小にする
ことはほとんどできないし、切換えに成功するには操作
員が広範囲に種々の調整をしなければならなかつ九〇例
えば、定速度モードからガバナフリー峰−ドヘ運転切換
えを行なう場合を考える。一般的な定速度運転モード制
御装置は、速度フィードバックループを有する比例積分
(Px)制御装置を含み、定速度運転モードからガパナ
フリーモ゛−ドヘ切換えるには電力(又は負荷)フィー
ド/<ツク信号と定速度運転モード制御装置の速度基準
信号とを代数的に加算しなければならない0このことは
、一つの制御モードには基本的な構造上の差異があるこ
とを意味する。上記米国特許のシステムではスイッチを
閉じることによって篭−ド切換を行なって電力フィード
パック信号を加算接合点に送っている。このシステムの
過渡現象は、電力フィードバック信号レベルを予め調整
することによって最小にし、並列接続された発電具エッ
トへ即座に負荷移行するのを防止している。その後、負
荷移行は操作員がフィードバック信号レベルを調□整す
るとと′により行なわれるが、全発電システムの電力レ
ベル及び周波数への制御モード切換の影響を最小限にす
る試みはなされてない。
従って、発電出力レベル及び発電出力周波数をほぼ一定
に維持した状態で発電ユニットの制御モードをガパナフ
務転モードと定速度運転そ−ドとの間で切換えるための
全自動システムを提供する上での問題を解決するような
公知の従来技術は未だない。
発明の目的 本発明は、上記の従来技術の欠点を克服することを目的
としてなされたもので、本発明に係る制御装置では、カ
パナfフリー運転モードと定速度運転モードとの切換を
改善した発電用燃焼タービンを運転する口 発明の構成 上記目的を達成するための本発明の黒体的な構成は、一
定周波数及び一定電力レベルで発電すゐよう作動する燃
焼タービン用制御装置において;運転開始時又は急激な
負荷喪失時にタービンの回転速度の変化率を制限する加
速度制御装置;駆動ガス及びタービン構成部品の温度を
制限する温度制御装置;及び、タービンの回転速度及び
電気的負荷を制限する速度・負荷制御装[;を備え、該
速度・負荷制御装置が、出力信号を発生する比例積分制
御装置と、該比例積分制御装置への複数の入力信号を発
生して、前記比例積分制御装置が定速度運転制御モード
°及びガバナフリー運転制御モードのいずれかを選択で
きるようにする手段と、前記比例積分制御装置の内外へ
送られる前記入力信号の一つを比例的に増減して定速度
運転制御モードとガバナフリー運転制御モードとを切換
える手段と、定速度運転制御セードからガバナフリー運
転制御モードへの切換時に発電された電力の周波数と電
力レベルを制御する手段と、を含み、前記入力信号発生
手段が、タービンの回転速度に比例した大きさと第1極
性の第1フイードバツク信号を発生する手段と、発電さ
れた電力のレベルに比例した大きさと第1極性の第1フ
イードバツク信号を発生する手段と、タービンの所望速
度に比例した大きさと第コ極性の基準信号を発生する手
段と、で構成されている燃焼タービン用制御装置妻、に
在る。
すなわち、本発明の制御装置は比例積分制御(P工)装
置を含み、この制御装置には定速度運転モード又はガバ
ナフリー運転モードのいずれかで本制御装置を選択的に
作動させるための複数の入力信号が与えられる。この定
速度運転モードとガバナ7リー運転モードとの切換は制
御装置への入力信号の一つの大きさを次第に増減するこ
とによって行なわれる。このように一方の運転篭−ドか
ら他方の運転モードに漸次切換えることにより入力信号
をステップ関数として投入/しゃ断した場合に発生する
ような好ましくない過渡現象の発生が防止される◇燃焼
タービンによって生じる回転運動で発生した電力の変動
を最小にするため、速度制御モードから負荷制御モード
へ切換える間に発生した電力のレベルおよび周波数を制
御するための手段が設けられている。
実施例 以下、添附図面に示された本発明の好ましい実施例に沿
って、本発明の詳細な説明する。
第1図において、概略的に図示された単−軸証タービン
toは、圧縮$/コと、燃焼バスケット/参と、負荷/
lを駆動するよう接続されたタービア/4とから成る0
圧縮機lコの入口−〇に進入した空気は、ノズルココよ
り噴入された燃料の燃焼を維持する。加熱された排ガス
は、分散配置された熱電対−1を通ってタービンの出ロ
コ亭よシ排出される。燃料ボンプコlは、燃料制御装置
30によって設定される流量に従ってノズルココに燃料
を送る。燃料制御装置JOは、電気入力信号に従い出力
を発生するサーボ制御装置を含むことができ、この用途
に適した市販の装置は種々存在しているので、その具体
的内容は本発明にとって重要ではない。
燃焼タービンの一般的な制御装置(システム)は、3つ
の主な副装置(tブシステム)、すなわち速度・負荷制
御装置J41と、加速度制御装置31と、温度制御装置
3tとから成っている。
これら3つの副装置はタービン系統中において適当に配
置されたトランスジニーサから入力信号を受ける。これ
らの副装置については第1図に一般的に図示しであるが
、タービン制御副装置と操作盤との接続についてti第
1図に示されていない。副装置3’l、36及び3tの
各々は、米国特許第J、j−〇、IJJ号に開示されて
いるような信号選択ゲート参〇へ印加される出力信号を
発生する。上記特許では、信号選択ゲートは、燃料制御
装置30への入力信号を発生するためゲートへ印加され
るアナpグ信号のうち最小のものを選択する低レベル値
ゲートで構成されている。
速1@負荷制御鋏置J夢は、タービンの電気負荷率を表
示するプラントの電力計(メガワットメータ)*aから
の信号と、タービンの回転速度を表示する速度計(タコ
メータ)参事からの信号と、を入力する。第一図に本発
明に従って構成された速度嗜負荷制御装置の詳細を示す
速度・負荷制御装置J41は、尚業者に周知のP工(比
例積分)制御装置SOを含む。この速度・負荷制御装置
Jlが定速度運転モードで作動すると、PI制御装置j
oのまわりで単一の速度フィードバックループが作動す
る。速度計4141(IiiI1図)は、実際のタービ
ン速度を表示するフィードバック信号lダを発生し、こ
の蓮度フィードバック信号j参は、Px制御装置!fO
で速度基準信号j番と比較される・速度基準信号j4の
信号源はプルツクjjで一般的に示しであるが、との信
号は操作員がv4整するアナログ信号、マイク四コンビ
具−夕又は!イクa=ンビ二−タと操作員の両者で自動
的に調整される信号である。P工制御装@!0は、燃料
制御装@JO(tsI図)に接続された制御出力信号x
iをw4!vシ、速度フィードバック信号S#が速度基
準信号j4に一致するまで燃料供給量を変える。
速度フィードバックルーズの他に、速度・負荷制御装@
J44がガバナyP7リー運転モードで作動していると
、電力フィードバック48号40は、速度基準信号j4
1c代数的に加算される。
ガバナー/フリー運転制御モードでは、Px制御装置!
IOは、速度基準信号j≦と電力フィード22246号
60との加算値が速度フィードバック信号!r4Iに一
致するまでその出力信号ZXを調整する。
本発明によれば、速度・負荷制御装置J41は、出力電
力レベル及び周波数に与える影響を最小限にしたtまガ
バナフリー運転モードと定速度運転モードとを自動的に
切換えるように構成されている。タイオー装置すなわち
クロック回路6コはコ進アップ/ダウンカウンタ441
ヘクIツク信号を発生する。このカウンタの出力端子は
、乗算用D/ム (デジタル/アナ四グ)コンバー−4
4へ接続され、電力フィードバラクイH号40はD/ム
 コンバータ6感の基準電圧入力端子に印加される。カ
ウンタ44Iの出力端子の“すべてが「0」になると、
D/ム コンバータ4基の出力信号がjoJ Vとなる
。カウンタ4参の出力信号がすべて「l」 (フルスケ
ール)になると、D/ム コンバータ66の出力は電力
フィードパyり信号6Qのレベルと等しくなる。
いかなる時点においても、D/A  コンバータ6基の
出力レベル対電カフィードバック信号40の比は、カウ
ンタ4参の出力値対カウンタ6参のフルスケール値の比
に等しくなる。
クロック回路感、2、カウンタ6ダ、及びVムコンパー
ク44を組合わせることによシ、Px制御装f!Qに、
又はこれかも電力フィードバック信号を徐々に導入又は
引出しを行ない、ガバナ7リー運転モードと定速度運転
モードとの間で速度・負荷制御装置J参を徐々に切換え
できる。
例えば、P工制御装置!Qがガバナ7リー運転制御モー
ドで作動していると仮定する。カウンタ6ヂの出力は、
D/A  コンバータ66が閉じたスイッチのように作
動し、その出力が電力フィードパック信号60のレベル
に等しくなるようにフルスケールになっている。このカ
ウンタ4亭が所定速度でフルスケール(全「l」)から
「0」へカウントダウンすると、PI 制御装置!0へ
印加される電カフィードパック信号ル0のレベルは次第
に低下する。カウンタ6ダの出力が「0」になると、電
力フィードパックルーズは開となり、P工制御装置3o
は定速度運転モードで作動する。
このプレセスを逆にすれば、P工制御装置10はガバナ
7リー運転制御モードに復帰できる。即ち、カウンタ4
4Iが「θ」からフルスケール値でり田ツクされると、
電力フィードバック信号60は次第にP工制御装WLz
oへ導入され、その結果、定速度運転モードからガバナ
フリー運転モードへ切換えられる。
一般的な発電具ニットは、定速度運転モードで作動する
主発電ユニットと、ガバナフリー運転モードで作動する
1つ以上のブースタ発電具ニットとで構成できる。
ブースタ発電B−ニットを主発電ユニットの状態に切換
える際(一方の機械をガバナ7リー運転モードから定速
度運転毎−ドへ切換えるとともに他方の機械を定速度運
転モードからガバナ7リー運転篭−ドに切換える際)は
、との切換作業の電力出力レベルおよび周波数に与える
影響を最小1aKすることが好ましい。
従って、この目的のために速度及び負荷制御装置、y 
* Ax設けられている・この速度・負荷制御装[1j
#には、定速度運転モードからガバナフリー運転モード
に切換える時に作動する装置が設けられている。電力レ
ベルが維持されれば、はとんどの電気的なシステムは短
期間の間一定周波数を維持する。従って、この速度・負
荷制御装置jlは、サンプルψホールド回路7Qと比較
器7aを含み、とれらは互いに協働して速度基準信号3
6のレベルを調整して電力出力を一定に維持すると同時
に電力フィードバック信号60を徐々にPI制御装置!
0へ導く。定速度運転モードからガバナフリー運転モー
ドへの切換が開始された瞬間に、サンプル−ホールド回
路70は電力フィードパック信号600レベルを記憶す
る。こうしてサンプリングされ比信号、及び電力フィー
ドバック信号は、基準制御部7ダに接続された比較器?
−によって連続して比較される。速度基準信号j乙のレ
ベルはタービンの電力出力レベルを一定に維持するのに
必要なだけ基準制御部7ダで増減される。このため、切
換時の信号周波数の変動が最小限となる。切換終了時に
それまでガバナ7リー運転モードで運転されていたブー
スタ発電5−ニットは定速度運転モードとなって周波数
を一定にする0発1jIIO効果 このように1本発明は燃焼タービンの速度・負荷制御モ
ードにおける定速度運転モードと、ガバナ7リー運転モ
ードとの切換を徐々に行うための手段を提供するもので
あシ、P工制御装置joへの、またはこれからの電力フ
ィードバック信号10を比例的に増減(2ンプ動作)す
ることによシ、一方の制御モードから他方の制御モード
へステップ状に切換えられることによシ生じるシステム
の過渡現象が防止される。切換時に電力レベルを一定に
維持するよう速度基準信号レベルを調整する本発明では
、周波数の変動が最小限に抑えられるので、発電網の変
動も減少される◎更に本発明によれば、これら特性を自
動的に提供するので、個人差によって生  □、しるパ
シツキが回避できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第7図は、本発明に係る燃焼タービン用制御装置のプ々
ツク図、第一図は本発明第1図の制御装置に用いられる
速度・負荷制御装置のプ四ツク図、である。 16・・タービン、11・・負荷、you・燃料制御装
置、Jダ・・速度・負荷制御!l装置、Jl・拳加速度
制御装置、Jl・昏温度制御装置、ダ一・・電力針、亭
ダ・・速度計、lθ・・P工制御装置、3!・・速度基
準信号源、JJ−−クロック回路、番ヂ嗜・カウンタ、
6基−−D/A  コンバータ、り0φ・サンプル・ホ
ールド回路、7コ拳・比較器、74I・・基準制御部 なお、各図中、同一符号は同−又は和尚部分を示す。 [7” ”’7

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一定周波数及び一定電力レベルで発電するよう作
    動する燃焼タービン用制御装置において: 運転開始時又は急激な負荷喪失時にタービンの回転速度
    の変化率を制限する加速度制御装置;駆動ガス及びター
    ビン構成部品の温度を制限する温度制御装置;及び、タ
    ービンの回転速度及び電気的負荷を制限する速度・負荷
    制御装置;を備え、 該速度・負荷制御装置が、出力信号を発生する比例積分
    制御装置と、該比例積分制御装置への複数の入力信号を
    発生して、前記比例積分制御装置が定速度運転制御モー
    ド及びガバナフリー運転制御モードのいずれかを選択で
    きるようにする手段と、前記比例積分制御装置の内外へ
    送られる前記入力信号の一つを比例的に増減して定速度
    運転制御モードとガバナフリー運転制御モードとを切換
    える手段と、定速度運転制御モードからガバナ7リー運
    転制御篭−ドへの切換時に発電された電力の周液数と電
    力レベルを制御する手段と、を含み、 前記入力信号発生手段が、タービンの回転速度に比例し
    九大きさと第1極性のMlフィードバック僅信号発生す
    る手段と、発電された電力のレベルに比例した大きさと
    第1極性の第一フィードパック信号を発生する手段と、
    タービyo所望速度に比例した大Iさと第一極性の基準
    信号を発生する手段と、で構成されている燃焼タービン
    用制御装置。
  2. (2)  前記比例的に増減する手段が、前記基準信号
    と前記第一フィードパック信号を加算し且りこの加算信
    号を前記比例積分制御装置への入力信号として発生する
    加算接合点と、前記第一フィードパック信号及び前記加
    算接合点に接続されておp1前記加加算金点の内外べ送
    られる前記第一フィードバック信号の大きさを次第に増
    減する乗算用デジタル−アナ四りSIN yバークと、
    該コンバー−に接続されOとフルスケール出力との間で
    カウントを行なうカウンタと、該カウンタに接続され該
    カウンタをりμツク動作させるフレック回路とを含み、
    前記加算接合点におけゐ前記第一フィードバック信号の
    大きさと前記コンバータにおける前記第一フィードバッ
    ク信号の大きさとの比が、その時の前記カウンタのカウ
    ント状態と前記カウンタのフルスケール状態との比に等
    しく、前記第一フィードバック信号があるとき前記ガバ
    ナフリー運転制御モードを生じさせ、前記第一フィード
    バック信号がないとt&紡記定速度運転制御峰−ドを生
    じさせる特許請求の範囲Mノ項記載の燃焼タービン用制
    御装置。
  3. (3)  前記周波数及び電力レベル制御手段が、前記
    定速度運転制御モードから前記ガバナ7リー運転制御モ
    ードへの切換開始時に前記第一フィードバック信号の大
    きさをサンプル・ホールドする手段と、前記サンプル・
    ホールド手段及び前記第コフイードノ(ツク信号に接続
    されておυ、サンプリングされた大きさとその時の前記
    第コフイードノ(ツク信号の大魚さを比較し、その比較
    値を表示すゐ出力信号を発生する手段と、前記比較手段
    の出力信号に応答して前記基準信号の大きさを調整し発
    電される電力のレベルを一定に維持する手段と、を會ん
    でいる特許請求の範囲tIX−項記載の燃焼タービン用
    制御装置0
JP58074174A 1982-04-30 1983-04-28 燃焼タ−ビン用制御装置 Granted JPS58192927A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/373,545 US4470257A (en) 1982-04-30 1982-04-30 Isochronous and droop speed control for a combustion turbine
US373545 1982-04-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS58192927A true JPS58192927A (ja) 1983-11-10
JPH0160658B2 JPH0160658B2 (ja) 1989-12-25

Family

ID=23472837

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58074174A Granted JPS58192927A (ja) 1982-04-30 1983-04-28 燃焼タ−ビン用制御装置

Country Status (3)

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US (1) US4470257A (ja)
JP (1) JPS58192927A (ja)
CA (1) CA1188733A (ja)

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