JPS6214688B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はガスタービンサイクルおよび蒸気ター
ビンサイクルが排熱回収ボイラを介して結合さ
れ、且つ、ガスタービンおよび蒸気タービンが一
軸で連結されてなるコンバインドサイクルプラン
トの出力制御装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

この種のコンバインドサイクルプラントは一軸
形コンバインドサイクルプラントとも呼ばれ、一
般的には第１図の如く構成されている。すなわ
ち、空気圧縮機１によつて圧縮された圧縮空気が
燃焼器２によつて燃料と混合され、ここで高温の
燃焼ガスとなり、この燃焼ガスがガスタービン３
を駆動する。ガスタービン３の排気は排熱回収ボ
イラ４に導かれ、ここで図示しないドラム内の水
を加熱して蒸気を発生させる。次いで、この蒸気
は蒸気加減弁１０を介して蒸気タービン５に導か
れてこれを駆動し、その排気は海水等により冷却
されて復水となる。また、燃焼器２に供給される
燃料は燃料流量調整弁７によつて流量制御され
る。

しかして、空気圧縮機１、燃焼器２、ガスター
ビン３および燃料流量調整弁７がここで言うガス
タービンサイクルの一部を、蒸気タービン５およ
び蒸気加減弁７がここで言う蒸気タービンサイク
ルの一部をそれぞれ形成するとともに、ガスター
ビン３および蒸気タービン５が一軸で連結された
状態で発電機６を駆動している。

一方、燃焼器２の温度は燃焼器温度監視装置９
によつて監視され、温度制限信号ｊが低値優先回
路８の一方入力として加えられる。また、後述す
る負荷設定装置および蒸気サイクル制御装置等を
具えてなる出力制御装置１０の調整弁開度要求信
号ｋが低値優先回路８の他方入力として加えら
れ、これらの信号の中レベルの低い側の信号が燃
料流量調整弁７に加えられ、これによつて燃焼器
２への燃料供給量が制御される。

ここで、出力制御装置１０の構成および作用を
第２図および第３図を参照して説明する。

先ず、出力制御装置１０は、コンバインドサイ
クルプラントの軸出力を設定することにより、そ
の設定値に応じた時間幅のパルス信号ａまたはｂ
を出力する負荷設定装置１１と、プラント起動時
に蒸気タービンの負荷上昇の変化率に制限をかけ
るためのアナログ信号ｃを出力する蒸気サイクル
制御装置１２と、このアナログ信号ｃをそのレベ
ルに応じた時間幅のパルス信号ｄに変換する信号
変換装置１３と、このパルス信号ｄのレベルを反
転させたパルス信号ｅを得るインバータ１４と、
パルス信号ａおよびｅの論理積をとりパルス信号
ｆを出力するAND回路１５と、同様にパルス信
号ｂおよびｅの論理積をとりパルス信号ｇを出力
するAND回路１６と、パルス信号ａ，ｂ若しく
はｄに比較してはるかに高い周波数のパルス信号
を発生するパルス発生器１７と、パルス信号ｆが
「Ｈ」レベルにあるときパルス発生器１７のパル
スを計数してカウントアツプし、パルス信号ｇが
「Ｈ」レベルにあるときパルス発生器１７のパル
スを計数してカウントダウンする例えば可逆カウ
ンタ等のデイジタル設定器１８と、このデイジタ
ル設定器１８のデイジタル信号を上記燃料流量調
整弁７を制御するアナログ信号すなわち調整弁開
度要求信号ｋに変換するＤ−Ａ変換器１９とで構
成されている。なお、負荷設定装置１１のパルス
信号ａは負荷設定上げ指令で、パルス信号ｂは負
荷設定下げ指令である。

しかして、負荷設定装置１１より第３図ａに示
したパルス信号ａが出力され、蒸気サイクル制御
装置１２より同図ｃに示したアナログ信号ｃが出
力されたものとすると、信号変換装置１３はこの
信号が低レベルのときパルス幅が狭く、反対に、
高レベルのときパルス幅が広くなる同図ｄに示し
たパルス信号ｄを、インバータ１４はこのパルス
信号ｄを反転させた同図ｅに示したパルス信号ｅ
をそれぞれ出力する。AND回路１５はパルス信
号ａおよびｅの論理積をとり、デイジタル設定器
１８に対して同図ｆに示したパルス信号ｆが加え
られる。デイジタル設定器１８がパルス信号ｆが
「Ｈ」レベルにあるとき同図ｈに示したパルス信
号のパルス数を計数するため、結局、Ｄ−Ａ変換
装置１９からは同図ｋに示した如く、パルス信号
ｆの「Ｈ」レベルに対応する時間T₁において一
定の変化率で上昇し、これ以外では一定のレベル
を維持し、総体的には蒸気サイクル制御装置１２
の出力信号ｃに依存して上昇する信号を発生す
る。すなわち、蒸気サイクル制御装置１２の出力
信号ｃのレベルが小さいとき、Ｄ−Ａ変換装置１
９の出力信号ｋは急激に増大し、逆に蒸気サイク
ル制御装置１２の出力信号ｃのレベルが大きいと
き、Ｄ−Ａ変換器１９の出力信号ｋは緩やかに増
大する。

したがつて、蒸気サイクル制御装置１２の出力
信号ｃは、負荷設定装置１１の負荷設定上げ指令
ａに対して、負荷上昇抑制信号として作用し、同
様に負荷設定装置１１の負荷設定下げ指令ｂに対
しても負荷降下抑制信号として作用することにな
る。

〔背景技術の問題点〕

このようにして、コンバインドサイクルプラン
トの起動時における、蒸気タービン側の急激な負
荷上昇を防ぐことが可能になるが、第３図ｋに示
したＤ−Ａ変換器１９の出力信号ｋのT₁時間中
の変化率は恰も、蒸気サイクル制御装置１２の抑
制信号が出ていない状態の変化率に等しく、蒸気
タービンの負荷が上昇してゆく過程において信号
変換装置１３のパルス幅が長いと、短時間で負荷
が急上昇し、その後比較的長い時間負荷を一定に
抑えるというう制御がなされる。このように負荷
が急激に上昇すると、蒸気タービンに対して過大
な熱応力が作用し、これが蒸気タービン自身の寿
命を縮めるという欠点があつた。

また、負荷設定装置１１の出力はパルス信号で
あり、蒸気サイクル制御装置１２のアナログ信号
も信号変換装置１３によつてパルス信号に変換さ
れ、AND回路１５または１６にてこれら両パル
ス信号の論理積をとる構成であるため、２つのパ
ルス信号の協調がとり難く、必要以上に負荷の変
化率が小さく制限されて了うという欠点があつ
た。

〔発明の目的〕

従つて、本発明の目的は蒸気タービンに過大な
熱応力が作用することを防止するとともに、蒸気
サイクル制御装置の制限範囲内で負荷変化率を自
由にとることのできるコンバインドサイクルプラ
ントの出力制御装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明のコンバイ
ンドサイクルプラントの出力制御装置は、コンバ
インドサイクルプラントの軸出力を設定すること
により、その設定値に応じた時間幅のパルス信号
を出力する負荷設定装置と、蒸気タービンの負荷
変化率に制限をかけるためのアナログ信号を出力
する蒸気サイクル制御装置と、前記負荷設定装置
のパルス信号を入力とし、そのパルス幅に応じた
速度でレベルが変化するようなアナログ信号を出
力する信号変換装置と、前記蒸気サイクル制御装
置の出力信号レベルに応じて最大レベルを制限し
た信号を通過させるレベル制御器およびこのレベ
ル制限器の出力信号を積分する積分器を有し、前
記信号変換装置の出力信号と前記積分器の出力信
号との偏差分が前記レベル制限器を介して前記積
分器に加えられるようにした負荷変化率制限器と
を具備し、この負荷変化率制限器の出力信号によ
りガスタービンサイクルの燃料流量調整弁を制御
するように構成している。

〔発明の実施例〕

以下、添付図面を参照して本発明の一実施例に
ついて説明する。

第４図は本発明に係るコンバインドサイクルプ
ラントの出力制御装置の構成を示すブロツク図
で、第２図と同一符号を付した部分はそれぞれ同
一の要素を示している。そして、第２図中の信号
変換装置１３、インバータ１４およびAND回路
１５，１６が除去されて負荷設定装置１１がデイ
ジタル設定器１８に直接接続されるとともに、Ｄ
−Ａ変換装置１９の出力側には、減算器２２、蒸
気サイクル制御装置１２の出力信号レベルに応じ
て最大レベルを制限した信号を通過させるレベル
制限器２３およびこのレベル制限器２３の出力信
号を積分する積分器２４を有し、且つ、Ｄ−Ａ変
換装置１９の出力信号および積分器２４の出力信
号が減算器２２に加えるようにしてなる負荷変化
率制限器２１が新たに設けられている。

上記の如く構成された本発明のコンバインドサ
イクルプラントの出力制御装置の作用を以下に説
明する。

先ず、負荷設定装置１１から負荷設定上げ指令
としてのパルス信号ａがデイジタル設定器１８に
加えられると、デイジタル設定器１８はパルス信
号ａが「Ｈ」レベルである期間、パルス発生器１
７のパルス数を計数する。Ｄ−Ａ変換装置１９は
この計数値をデイジタル信号に変換して恰も第３
図ｋに示した如き波形を持つた負荷設定信号ｌを
負荷変化率制限器２１に加える。

次に、負荷変化率制限器２１では、減算器２２
を用いて負荷設定信号ｌとフイードバツク信号ｍ
との偏差分ｎをレベル制限器２３に加える。この
レベル制限器２３は、蒸気サイクル制御装置１２
の出力信号ｅのレベルに応じて、偏差分ｎの最大
レベルに制限をかけて、積分器２４に加え、ま
た、積分器２４はこれを積分して調整弁開度要求
信号ｐを低値優先回路８の他方入力としている。
なお、この調整弁開度要求信号ｐがフイードバツ
ク信号ｍとして減算器２２に入力される。

このことから明らかなように、負荷変化率制限
器２１は、積分器２４の積分動作を介して、負荷
設定信号ｌと調整弁開度要求信号ｐとの偏差が零
になるような制御を行うとともに、その偏差の最
大値を蒸気サイクル制御装置１２の出力信号ｃに
よつて制限しているため、たとえ、負荷設定信号
ｌが急激に上昇したとしても調整弁開度要求信号
ｐは緩やかに上昇する。

第５図は負荷設定装置１１の負荷設定上げ指令
ａの変化に対応する従来の出力制御装置１０の調
整弁開度要求信号ｋの変化と本発明の出力制御装
置２０の調整弁開度要求信号ｐの変化とを相互に
比較したタイムチヤートで、従来の調整弁開度要
求信号ｋは短時間で急上昇した後、比較的長い時
間一定に保持されるという変化を繰返して次第に
上昇するが、本発明による調整弁開度要求信号ｐ
は負荷設定上げ指令ａに略比例して直接的に上昇
することになる。

一方、負荷設定下げ指令ｂに対しても、上述し
たと同様な作用が行なわれ、調整弁開度要求信号
ｋは直線的に緩やかに降下することは明らかであ
る。

なお上記実施例では、負荷設定装置１１と負荷
変化率制限器２１との間に、パルス発生器１７の
パルス数を計数するデイジタル設定器１８および
このデイジタル設定器１８の出力をアナログ信号
に変換するＤ−Ａ変換器１９を設けているが、要
は負荷設定装置１１のパルス信号を入力とし、そ
のパルス幅に応じた速度でレベルが上昇するよう
な信号を出力するものであれば、これ以外の信号
変換装置を用いることも勿論可能であり、これに
よつても上述したと略同様な作用を行わせること
ができる。

〔発明の効果〕

以上の説明によつて明らかな如く、本発明のコ
ンバインドサイクルプラントの出力制御装置によ
れば、蒸気サイクル制御装置からの負荷変化率制
限信号の制限値以内で、燃料流量調整弁の開度を
連続的に変化させ得るため、燃料を最も効率よく
供給することができる。

また、これによつて蒸気タービン側の熱応力が
過大になるということを未然に防止し得るととも
に、Ｄ−Ａ変換装置からの負荷変化率要求となる
信号ｌと、蒸気サイクル制御装置からの負荷変化
率に制限を与える信号ｃとが共にアナログ信号で
あるため、蒸気サイクルの制限範囲で負荷変化率
を自由にとることが可能になるという優れた効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的なコンバインドサイクルプラン
トの構成を示す系統図、第２図はこのコンバイン
ドサイクルプラントを制御する従来の出力制御装
置の構成を示すブロツク図、第３図は同出力制御
装置の作用を説明するためのタイムチヤート、第
４図は本発明に係るコンバインドサイクルプラン
トの出力制御装置の一実施例の構成を示すブロツ
ク図、第５図は同実施例の作用を説明するための
タイムチヤートである。 １……空気圧縮機、２……燃焼器、３……ガス
タービン、４……排熱回収ボイラ、５……蒸気タ
ービン、６……発電機、７……燃料流量調整弁、
８……低値優先回路、９……燃焼器温度監視装
置、１０，２０……出力制御装置、１１……負荷
設定装置、１２……蒸気サイクル制御装置、１３
……信号変換装置、１４……インバータ、１５，
１６……AND回路、１７……パルス発生器、１
８……デイジタル設定器、１９……Ｄ−Ａ変換
器、２１……負荷変化率制限器、２２……減算
器、２３……レベル制限器、２４……積分器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ガスタービンサイクルおよび蒸気タービンサ
   イクルが排熱回収ボイラを介して結合され、且
   つ、ガスタービンおよび蒸気タービンが一軸で連
   結されてなるコンバインドサイクルプラントの出
   力制御装置において、前記コンバインドサイクル
   プラントの軸出力を設定することにより、その設
   定値に応じた時間幅のパルス信号を出力する負荷
   設定装置と、前記蒸気タービンの負荷変化率に制
   限をかけるためのアナログ信号を出力する蒸気サ
   イクル制御装置と、前記負荷設定装置のパルス信
   号を入力とし、そのパルス幅に応じた速度でレベ
   ルが変化するようなアナログ信号を出力する信号
   変換装置と、前記蒸気サイクル制御装置の出力信
   号レベルに応じて最大レベルを制限した信号を通
   過させるレベル制限器およびこのレベル制限器の
   出力信号を積分する積分器を有し、前記信号変換
   装置の出力信号と前記積分器の出力信号との偏差
   分が前記レベル制限器を介して前記積分器に加え
   られるようにした負荷変化率制限器とを具備し、
   この負荷変化率制限器の出力信号により前記ガス
   タービンサイクルの燃料流量調整弁を制御するよ
   うに構成したことを特徴とするコンバインドサイ
   クルプラントの出力制御装置。