JPWO2016016988A1

JPWO2016016988A1 - 制御装置及び制御方法

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Publication number: JPWO2016016988A1
Application number: JP2016537670A
Authority: JP
Inventors: 陽介中川; 直人米村; 和寛蛇蝮
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corp
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corp
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2014-07-31
Publication date: 2017-04-27
Anticipated expiration: 2034-07-31
Also published as: EP3078837B1; EP3078837A4; JP6187890B2; US20160341131A1; US10480422B2; CN106414958A; WO2016016988A1; EP3078837A1

Abstract

圧縮した燃料ガスを負荷機器（１５）に供給する圧縮機（１）と、圧縮機（１）に対する燃料ガスの流入量を調整する流入量調整手段（５）と、圧縮機（１）から吐出される燃料ガスを圧縮機（１）の入口側に戻すためのアンチサージ弁（７）と、を備えた燃料ガス供給システム（１００）を制御する制御装置（１０１）は、負荷機器（１５）の負荷と所定の変換処理とに基づいて生成したフィードフォワード制御値と、圧縮機（１）の吐出圧力の設定値と計測値との偏差に基づいて生成したフィードバック制御値と、に基づいて流入量調整手段（５）及びアンチサージ弁（７）を制御する主圧力調整部（１０１ａ）と、フィードフォワード制御値及びフィードバック制御値の少なくとも何れか一方に基づいて算出される、アンチサージ弁（７）を制御するアンチサージ弁制御値に対し、予め規定されたバイアス値を加算したバイアス加算制御値を算出し、所定値以上の負荷変動の発生に基づいて、アンチサージ弁制御値をバイアス加算制御値に切り替えてアンチサージ弁（７）を制御する非常時圧力調整部（１０１ｂ）と、を備える。

Description

本発明は、燃料ガスを圧縮する圧縮機の制御装置及び制御方法に関する。

燃料ガスを圧縮する圧縮機の吐出圧力を設定範囲内に保つようにガスタービン等の負荷機器への燃料ガス供給量を調節する制御手段を備えた燃料ガス供給システムが提案されている。
しかしながら、従来の燃料ガス供給システムでは、負荷遮断時やガスタービンのトリップ時等のような急激な燃料ガス消費量の変動に適切に対応することができない場合があった。そこで、圧縮機に設けられた入口ガイド弁（ＩＧＶ：Inlet Guide Vane）の開度を制御することによって圧縮機の吐出圧力を設定圧力に維持させるとともに、いわゆるサージングを回避するために、負荷遮断時等に圧縮機の出口に接続されたアンチサージ弁（ＡＳＶ：Anti-Surge Valve）（リサイクル弁（ＲＣＶ：Recycle Control Valve）とも言う）を急開させて、当該圧縮機から吐出される燃料ガスの一部を当該圧縮機の入口側に戻すという技術が提案されている。

また、上記のような燃料ガス供給システムをさらに発展させ、入口ガイド弁だけでなく、アンチサージ弁も圧縮機の吐出圧制御に活用することで、通常運転時だけでなく、負荷遮断時、圧縮機およびガスタービンのトリップ時等においても良好な制御結果を得ることができる燃料ガス供給システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−０７６４６１号公報

特許文献１に記載の燃料ガス供給システムによれば、従来の燃料ガス供給システムに比べて、負荷遮断の応答特性が改善される。しかしながら、特許文献１に記載の燃料ガス供給システムによっても、負荷遮断時等の急激な負荷変動が生じた場合には、フィードバック制御対象とする圧力の所定量のオーバーシュート、アンダーシュートが発生し、安定するまでに若干の時間を要していた。

本発明は、負荷機器における急激な負荷変動が生じた場合における圧力の変動をより早急に安定化させることができる制御装置及び制御方法を提供する。

本発明の第１の態様によれば、制御装置は、燃料ガスを圧縮し、その圧縮した燃料ガスを負荷機器に供給する圧縮機と、前記圧縮機に対する前記燃料ガスの流入量を調整する流入量調整手段と、前記圧縮機から吐出される燃料ガスを前記圧縮機の入口側に戻すためのアンチサージ弁と、を備えた燃料ガス供給システムを制御する制御装置であって、前記負荷機器の負荷と所定の変換処理とに基づいて生成したフィードフォワード制御値と、前記圧縮機の吐出圧力の設定値と前記圧縮機の吐出圧力の計測値との偏差に基づいて生成したフィードバック制御値と、に基づいて前記流入量調整手段及び前記アンチサージ弁を制御する主圧力調整部と、前記フィードフォワード制御値及び前記フィードバック制御値の少なくとも何れか一方に基づいて算出される、前記アンチサージ弁を制御するアンチサージ弁制御値に対し、予め規定されたバイアス値を加算したバイアス加算制御値を算出し、所定値以上の負荷変動の発生に基づいて、前記アンチサージ弁制御値を前記バイアス加算制御値に切り替えて前記アンチサージ弁を制御する非常時圧力調整部と、を備える。

本発明の第２の態様によれば、上述の制御装置において、前記非常時圧力調整部は、前記負荷変動の発生時から予め規定された所定時間経過後に、前記バイアス加算制御値を前記アンチサージ弁制御値に戻して前記アンチサージ弁を制御する。

本発明の第３の態様によれば、上述の制御装置において、前記非常時圧力調整部は、前記負荷変動の発生時から前記バイアス値の出力を一定時間維持した後、更に一定時間をかけて一定の度合いでゼロまで低減させる。

本発明の第４の態様によれば、上述の制御装置において、前記非常時圧力調整部は、稼働中の複数の前記圧縮機に対応する前記アンチサージ弁制御値の各々に前記バイアス値を加算した複数の前記バイアス加算制御値を算出し、当該バイアス加算制御値の各々に基づいて、複数の前記圧縮機の各々に対応する前記アンチサージ弁を制御する。

本発明の第５の態様によれば、上述の制御装置において、前記非常時圧力調整部は、前記バイアス加算制御値を前記アンチサージ弁制御値に戻すと同時に、前記バイアス値を前記フィードバック制御値に加算し、前記主圧力調整部は、前記フィードフォワード制御値と、前記バイアス値が加算されたフィードバック制御値と、に基づいて前記流入量調整手段及び前記アンチサージ弁を制御する。

本発明の第６の態様によれば、制御方法は、燃料ガスを圧縮し、その圧縮した燃料ガスを負荷機器に供給する圧縮機と、前記圧縮機に対する前記燃料ガスの流入量を調整する流入量調整手段と、前記圧縮機から吐出される燃料ガスを前記圧縮機の入口側に戻すためのアンチサージ弁と、を備えた燃料ガス供給システムを制御する制御方法であって、主圧力調整部が、前記負荷機器の負荷と所定の変換処理とに基づいて生成したフィードフォワード制御値と、前記圧縮機の吐出圧力の設定値と前記圧縮機の吐出圧力の計測値との偏差に基づいて生成したフィードバック制御値と、に基づいて前記流入量調整手段及び前記アンチサージ弁を制御するステップと、非常時圧力調整部が、前記フィードフォワード制御値及び前記フィードバック制御値の少なくとも何れか一方に基づいて算出される、前記アンチサージ弁を制御するアンチサージ弁制御値に対し、予め規定されたバイアス値を加算したバイアス加算制御値を算出し、所定値以上の負荷変動の発生に基づいて、前記アンチサージ弁制御値を前記バイアス加算制御値に切り替えて前記アンチサージ弁を制御するステップと、を有する。

上述の制御装置及び制御方法によれば、負荷機器における急激な負荷変動が生じた場合における圧力の変動をより早急に安定化させることができる。

第１の実施形態に係る燃料ガス供給システムの機能構成を示す図である。第１の実施形態に係る主圧力調整部の機能を説明する第１の図である。第１の実施形態に係る主圧力調整部の機能を説明する第２の図である。第１の実施形態に係る主圧力調整部の機能を説明する第３の図である。第１の実施形態に係る非常時圧力調整部の機能を説明する第１の図である。第１の実施形態に係る非常時圧力調整部の機能を説明する第２の図である。第２の実施形態に係る燃料ガス供給システムの機能構成を示す図である。第３の実施形態に係る燃料ガス供給システムの機能構成を示す図である。

＜第１の実施形態＞
以下、図１〜図６を参照しながら第１の実施形態に係る燃料ガス供給システムについて詳細に説明する。

図１は、第１の実施形態に係る燃料ガス供給システムの機能構成を示す図である。
図１に示すように、燃料ガス供給システム１００は、圧縮機１（コンプレッサ）と、流入量調整手段である入口ガイド弁（以下、ＩＧＶ５）と、アンチサージ弁（以下、ＡＳＶ７）と、ヘッダタンク１３と、制御装置１０１と、を備えている。
燃料ガス供給システム１００は、圧縮した燃料ガスの供給先であるガスタービン１５（負荷機器）に当該燃料ガスを供給する。燃料ガスの供給量は、負荷司令部１７が出力する要求信号ＤＥＭによって定められる。負荷司令部１７が出力する要求信号ＤＥＭは、ガスタービン１５の負荷の目標値を規定しており、後述する制御装置１０１が当該要求信号ＤＥＭを受け付けることで、ガスタービン１５の負荷の目標値に応じた量の燃料ガスが燃料ガス供給システム１００より供給される。

圧縮機１は、ＩＧＶ５を通じて供給される燃料ガスを圧縮し、当該圧縮した燃料ガスを、ヘッダタンク１３を介してガスタービン１５に供給する。
ＩＧＶ５は、上流から供給される燃料ガスの、圧縮機１に対する流入量を調整する弁である。なお、ＩＧＶ５の上流側には、図示しないＰＣＶ（Pressure Control Valve）が設置されており、当該ＩＧＶ５の上流側における圧力が一定に保たれるように逐次燃料ガスが供給されている。
ＡＳＶ７は、圧縮機１から吐出される圧縮された燃料ガスを当該圧縮機１の入口側（上記ＰＣＶと圧縮機１とを接続する配管であってＩＧＶ５の上流側）に戻す燃料ガスの流量を調整する弁である。
制御装置１０１は、主圧力調整部１０１ａと、非常時圧力調整部１０１ｂと、を有している。
なお、図１に示す例では、ヘッダタンク１３から単一のガスタービン１５に接続される態様を示しているが、これに限定されず、ヘッダタンク１３から複数のガスタービン１５に接続される態様であってもよい。

図２、図３及び図４は、それぞれ、第１の実施形態に係る主圧力調整部の機能を説明する第１の図、第２の図及び第３の図である。
以下、図１に加え、図２〜図４を参照しながら主圧力調整部１０１ａの機能について説明する。

図１に示すように、主圧力調整部１０１ａは、関数発生器１９、２７、２９と、加算器２１と、圧力調整器２３（ＰＣ：Pressure Controller）と、流量調整器３５（ＦＣ：Flow Controller）と、高位選択部３１と、を有している。

ガスタービン１５の運転時には、負荷司令部１７が関数発生器１９に要求信号ＤＥＭを与える。この要求信号ＤＥＭは、ガスタービン１５の最大負荷を１００％とした場合の負荷率として与えられる。
関数発生器１９は、図２に例示する関数に基づいて、負荷司令部１７が出力する上記要求信号ＤＥＭを入力してフィードフォワード制御値ＭＶ０に変換する変換処理を実行し、フィードフォワード制御値ＭＶ０を示す制御信号を出力する。関数発生器１９が出力する制御信号が示すフィードフォワード制御値ＭＶ０は、加算器２１に入力される。

圧力調整器２３は、圧縮機１がガスタービン１５に向けて吐出する燃料ガスの圧力であって圧力計２５によって検出される実際の圧力（実吐出圧力ＰＶ１）を示す信号を入力し、当該実吐出圧力ＰＶ１を予め規定された吐出圧力の設定値（設定圧力ＳＶ１）に一致させるための第１フィードバック制御値ＭＶ１を示す制御信号を出力する。具体的には、圧力調整器２３は、設定圧力ＳＶ１と検出された実吐出圧力ＰＶ１の偏差にＰＩ（比例、積分）処理を施した第１フィードバック制御値ＭＶ１を演算し、この第１フィードバック制御値ＭＶ１に対応する制御信号を加算器２１に向けて出力する。

加算器２１は、フィードフォワード制御値ＭＶ０と第１フィードバック制御値ＭＶ１とを加算する演算を実行して中間制御値ＭＶ２を求め、この中間制御値ＭＶ２に対応する信号を関数発生器２７及び関数発生器２９に向けて出力する。

関数発生器２７は、図３に例示する関数に基づく弁制御信号をＩＧＶ５に出力する。例えば、関数発生器２７は、フィードフォワード制御値ＭＶ０が５０％になるまではＩＧＶ開度（ＩＧＶ５の弁の開きの度合い）を２０％（最小開度に対応）に保持させ、フィードフォワード制御値ＭＶ０が５０％から増大するに伴って、ＩＧＶ開度を２０％から１００％（最大開度に対応）まで直線的に増加させる弁制御信号を形成し、この弁制御信号をＩＧＶ５に出力する。

関数発生器２９は、図４に例示する関数に基づく弁制御信号を高位選択部３１に出力する。例えば、関数発生器２９は、フィードフォワード制御値ＭＶ０が５０％になるまではＡＳＶ開度（ＡＳＶ７の弁の開きの度合い）を１００％（最大開度に対応）から０％（最小開度に対応）まで直線的に減少させ、フィードフォワード制御値ＭＶ０が５０％以上の時にＡＳＶ開度を０％に保持させるアンチサージ弁制御値ＭＶ３を設定し、このアンチサージ弁制御値ＭＶ３に対応する信号を、後述する加算器４１を介して、高位選択部３１に出力する。

流量調整器３５は、圧縮機１からヘッダタンク１３へ供給される燃料ガスの流量であって予め規定された吐出流量の設定値（設定流量ＳＶ２）と、流量計３７で検出される実際の吐出流量（実吐出流量ＰＶ２）と、の偏差に対応する第２フィードバック制御値ＭＶ４を演算し、この第２フィードバック制御値ＭＶ４に対応する信号を上記高位選択部３１に出力する。
高位選択部３１は、関数発生器２９から出力されるアンチサージ弁制御値ＭＶ３を示す信号と、流量調整器３５が出力する第２フィードバック制御値ＭＶ４を示す信号とを比較し、それらの内の大きい方の信号を弁制御信号としてＡＳＶ７に出力する。

以上の構成により、主圧力調整部１０１ａは、ガスタービン１５の負荷（要求信号ＤＥＭが示す負荷）と、関数発生器１９による上記変換処理と、に基づいて生成したフィードフォワード制御値ＭＶ０と、圧縮機１の吐出圧力の設定値（設定圧力ＳＶ１）と当該圧縮機１の吐出圧力の計測値（実吐出圧力ＰＶ１）との偏差に基づいて生成した第１フィードバック制御値ＭＶ１と、を用いてＩＧＶ５及びＡＳＶ７を制御する。

主圧力調整部１０１ａの構成による具体的な作用は、引用文献１に記載されているものと同様であるため、詳細な説明を省略する。主圧力調整部１０１ａの、以上のような機能構成によれば、フィードフォワード制御とフィードバック制御の組合せによって吐出圧力が制御されるので、即応性の高い圧力制御が可能となり、そのため、ガスタービン１５に急激な負荷の要求がなされた場合でも、吐出圧力の変動を抑制することができる。

図５、図６は、それぞれ、第１の実施形態に係る非常時圧力調整部の機能を説明する第１の図、第２の図である。
以下、図１に加え、図５、図６を参照しながら非常時圧力調整部１０１ｂの機能について説明する。
図１に示すように、非常時圧力調整部１０１ｂは、バイアス出力部３９と、加算器４１と、を備えている。

バイアス出力部３９は、単位時間当たりの負荷変動が所定の変動幅以上であることを示す通知信号ＴＲＰを受け付けた場合に、直ちに予め規定されたバイアス値ＢＩＡＳ（ＢＩＡＳ＞０）を出力する。通知信号ＴＲＰは、例えば、ガスタービン１５において負荷遮断やトリップ等が発生した際に生じる急激な負荷変動を通知する信号である。なお、バイアス出力部３９は、通常時（通知信号ＴＲＰを受け付ける前）は、常に、バイアス信号をゼロ（ＢＩＡＳ＝０）としている。
バイアス出力部３９が出力するバイアス信号ＢＩＡＳは、加算器４１に出力される。これにより、ＡＳＶ開度を決定するためのアンチサージ弁制御値ＭＶ３に所定のバイアス値ＢＩＡＳ（＞０）が加算される。加算器４１は、加算して得られたバイアス加算制御値ＭＶ３’（ＭＶ３’＝ＭＶ３＋ＢＩＡＳ）を高位選択部３１に向けて出力する。

以上のような構成により、非常時圧力調整部１０１ｂは、アンチサージ弁制御値ＭＶ３に予め規定されたバイアス値ＢＩＡＳを加算したバイアス加算制御値ＭＶ３’を算出し、所定値以上の負荷変動の発生に基づいて（即ち、通知信号ＴＲＰを受け付けた場合に）、アンチサージ弁制御値ＭＶ３をバイアス加算制御値ＭＶ３’に切り替えてＡＳＶ７を制御する。

具体的には、バイアス出力部３９は、図５に示すように、通知信号ＴＲＰを受け付けた時刻ｔ０から、予め規定された値であってゼロより大きい一定値（例えば、５％）を出力する。バイアス出力部３９は、時刻ｔ０から一定時間（例えば、５ｓｅｃ）経過後の時刻ｔ１（ｔ１＞ｔ０）まで上記一定値の出力を維持し、時刻ｔ１から時刻ｔ２（ｔ２＞ｔ１）にかけて一定のレートで徐々にゼロまで低減させていく。
このように、バイアス出力部３９は、負荷遮断の発生時（時刻ｔ０）から予め規定された所定時間経過後（時刻ｔ２）に、バイアス加算制御値ＭＶ３’をアンチサージ弁制御値ＭＶ３に戻してＡＳＶ７を制御する。

バイアス出力部３９が図５に示すようなバイアス値ＢＩＡＳを出力することで、非常時圧力調整部１０１ｂは、負荷遮断等の急激な負荷変動が発生した瞬間から、アンチサージ弁制御値ＭＶ３を上述したバイアス加算制御値ＭＶ３’に切り替えてＡＳＶ７を制御する。ここで、バイアス加算制御値ＭＶ３’は、図６に示すように、アンチサージ弁制御値ＭＶ３よりも常にバイアス値ＢＩＡＳ（ＢＩＡＳ＝５％）だけ大きい制御値である。即ち、フィードフォワード制御値ＭＶ０が５０％から１００％であった場合であっても、ＡＳＶ７の制御に用いられるアンチサージ弁制御値ＭＶ３は、ゼロより大きいバイアス値ＢＩＡＳ（例えば５％）の出力を所定時間（例えば、５ｓｅｃ）維持する。

次に、上述した第１の実施形態に係る燃料ガス供給システムの作用効果について、非常時圧力調整部１０１ｂを具備しない対比例と対比しながら説明する。
当該対比例に係る燃料ガス供給システムの場合であっても、負荷遮断等の急激な負荷変動が発生した場合には、予め用意された各種関数（図２〜図４参照）によるフィードフォワード制御に基づいてＩＧＶ５が閉塞方向に遷移するとともにＡＳＶ７が開放方向に遷移することで、ヘッダタンク１３の圧力（実吐出圧力ＰＶ１）が一定となるように作用する。しかしながら、例えば、発生した負荷変動の特性によっては、フィードフォワード制御値ＭＶ０が５０％以上の範囲で推移する場合がある。ここで、図４に示すようなアンチサージ弁制御値ＭＶ３によれば、フィードフォワード制御値ＭＶ０が５０％〜１００％の範囲では常にＡＳＶ７を閉塞する状態（開度０％の状態）を維持するように規定されている。そうすると、例えば、フィードフォワード制御値ＭＶ０が１００％から５０％まで低下するような負荷遮断が発生した場合、ＩＧＶ５のみの開度の制御がなされることでヘッダタンク１３の圧力（実吐出圧力ＰＶ１）が一定に保たれ、ＡＳＶ７は閉塞状態（ＡＳＶ開度０％）を維持したままである。

ＩＧＶ５は、自らが閉塞方向に遷移することで燃料ガスの圧縮機１への流入を制限して実吐出圧力ＰＶ１を一定に保とうとするのに対し、ＡＳＶ７は自らが開放方向に遷移して圧力が高まりつつある燃料ガスを入口側に逃がすことで実吐出圧力ＰＶ１を一定に保つように作用する。一般にＩＧＶの応答性は、制御弁（ＡＳＶ）に比べ低く、フィードフォワード制御値ＭＶ０が１００％から５０％の範囲内で変化するような負荷遮断に対しては、ＩＧＶ５の閉塞方向への制御のみで圧力調整がなされるため、高い応答特性が得られない。

一方、第１の実施形態に係る燃料ガス供給システム１００によれば、図６で示したように、負荷遮断の発生に応じて算出されたアンチサージ制御値ＭＶ３に対し、バイアス値ＢＩＡＳが加算されたバイアス加算制御値ＭＶ３’に基づいてＡＳＶ７の開度が決定される。したがって、フィードフォワード制御値ＭＶ０が１００％から５０％の範囲内で変化するような負荷遮断が発生したとしても、最低でもバイアス値ＢＩＡＳ（例えば５％）の開度でＡＳＶ７が開放される。
以上より、第１の実施形態に係る燃料ガス供給システム１００によれば、急激な負荷変動が発生した場合に、当該負荷変動がいかなる特性であったとしても、常にＡＳＶ７が開放される。したがって、圧縮機１の吐出圧力が一定に保たれるような制御の応答特性を高めることができる。

また、第１の実施形態に係る燃料ガス供給システム１００によれば、バイアス出力部３９は、負荷遮断等の発生時から予め規定された所定時間経過後に、バイアス加算制御値ＭＶ３’をアンチサージ弁制御値ＭＶ３に戻してＡＳＶ７を制御する。このようにすることで、負荷遮断の発生に応じてＡＳＶ７が即座に開放されることで高い応答特性をもって吐出圧力の急上昇が回避された後、自動的に通常時の制御（フィードフォワード制御値ＭＶ０及びフィードバック制御値ＭＶ１に基づく制御）に復帰することで、直ちに吐出圧力の定常化がなされる。したがって、負荷遮断等の急激な負荷変動の発生後において一層精度よく吐出圧力を一定に維持することができる。

また、第１の実施形態に係る燃料ガス供給システム１００によれば、バイアス出力部３９は、負荷変動の発生時（時刻ｔ０）からバイアス値ＢＩＡＳ（ＢＩＡＳ＞０）の出力を一定時間維持した後、更に一定時間をかけて一定の度合い（レート）で徐々にゼロまで低減させる（図５参照）。このようにすることで、燃料ガス供給システム１００は、通常のフィードバック制御に復帰する際に、吐出圧力の推移に継ぎ目を生じさせないように連続的に遷移させることができる。

なお、第１の実施形態に係る燃料ガス供給システム１００の具体的な態様は、上述のものに限定されることはなく、要旨を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を加えることは可能である。例えば、上述の第１の実施形態に係る燃料ガス供給システム１００は、単一の圧縮機１を有するものとして説明したが、他の実施形態に係る燃料ガス供給システムは、この態様に限定されない。例えば、燃料ガス供給システム１００は、複数の圧縮機１を具備するとともに、当該複数の圧縮機１の各々に対応するように、複数のＩＧＶ５及びＡＳＶ７が設置された態様であってもよい。また、この場合において、非常時圧力調整部１０１ｂは、稼働中の複数の圧縮機１に対応する複数のアンチサージ弁制御値ＭＶ３の各々に対し、バイアス値ＢＩＡＳを加算した複数のバイアス加算制御値ＭＶ３’を算出し、当該バイアス加算制御値ＭＶ３’の各々に基づいて、各圧縮機１に対応するＡＳＶ７を制御してもよい。このようにすることで、負荷遮断等が生じた場合に、稼働中の全ての圧縮機１に対応する全てのＡＳＶ７が急開するので、圧縮機１の吐出圧力の均一化のための制御の応答特性を一層高めることができる。

また、上述の第１の実施形態に係る燃料ガス供給システム１００は、急激な負荷変動が生じた際にバイアス出力部３９が出力するバイアス値ＢＩＡＳが、例えば５％等の一定値であるものとして説明したが、他の実施形態に係る燃料ガス供給システムは、この態様に限定されない。例えば、複数のガスタービン１５が設置されている場合において、バイアス出力部３９は、負荷が急激に変化するガスタービン１５の数を検知するとともに、当該ガスタービン１５の数に比例するようにバイアス値ＢＩＡＳの値を変化させてもよい。このようにすることで、負荷変動の度合いが大きいほどＡＳＶ７の開度が大きくなるように制御されるので、負荷遮断等の発生時における制御の応答特性を一層高めることができる。

＜第２の実施形態＞
以下、図７を参照しながら第２の実施形態に係る燃料ガス供給システムについて詳細に説明する。

図７は、第２の実施形態に係る燃料ガス供給システムの機能構成を示す図である。
図７に示す第２の実施形態に係る燃料ガス供給システム１００の機能構成のうち、第１の実施形態と同一の機能構成については同一の符号を付してその説明を省略する。
なお、第２の実施形態に係るバイアス出力部３９は、第１の実施形態と同様に、通知信号ＴＲＰの入力を受け付けた場合に、直ちに、一定のバイアス値ＢＩＡＳ（ＢＩＡＳ＞０）を一定時間ｔ１（例えば、ｔ１＝５ｓｅｃ）だけ出力する。しかし、本実施形態に係るバイアス出力部３９は、一定時間ｔ１経過後、即座に（ステップ状に）バイアス値ＢＩＡＳの出力を停止する点で第１の実施形態と異なる。

図７に示すように、第２の実施形態に係る非常時圧力調整部１０１ｂは、更に、加算器４３と、スイッチ素子４５を備えている。
加算器４３は、バイアス出力部３９が出力するバイアス値ＢＩＡＳと、圧力調整器２３が出力する第１フィードバック制御値ＭＶ１と、を入力して加算する。
スイッチ素子４５は、急激な負荷変動の発生を通知する通知信号ＴＲＰを受け付けた際に起動して第１フィードバック制御値ＭＶ１を取り込んでこれをそのままトラッキング値ＴＲＫとして圧力調整器２３に戻す。これにより、主圧力調整部１０１ａは、第１フィードバック制御値ＭＶ１に基づくフィードバック制御を停止するとともに、圧力計２５を通じてヘッダタンク１３の圧力（実吐出圧力ＰＶ１）を取得し、当該実吐出圧力ＰＶ１に応じた第１フィードバック制御値ＭＶ１をトラッキングし続ける。

また、スイッチ素子４５は、バイアス出力部３９が一定のバイアス値ＢＩＡＳ（＞０）を出力する期間の経過後、第１フィードバック制御値ＭＶ１のトラッキングを終了し、圧力調整器２３に基づくフィードバック制御を再開する。その際、スイッチ素子４５は、加算器４３で算出された算出値、即ち、トラッキング中であった第１フィードバック制御値ＭＶ１とバイアス値ＢＩＡＳとの合計値を圧力調整器２３に伝送し、その直後にフィードバック制御を再開する。これにより、主圧力調整部１０１ａは、圧力調整器２３によるフィードバック制御を再開する際に、バイアス値ＢＩＡＳに相当する開度だけ開放方向に推移するようにＩＧＶ５及びＡＳＶ７の開度を調整した段階からフィードバック制御を再開する。

このように、非常時圧力調整部１０１ｂは、通知信号ＴＲＰの入力を受け付けた時刻から一定時間の経過後、バイアス加算制御値ＭＶ３’をアンチサージ弁制御値ＭＶ３に戻すと同時に、バイアス値ＢＩＡＳを第１フィードバック制御値ＭＶ１に加算する処理を行う。また、主圧力調整部１０１ａは、上記一定時間の経過後、フィードフォワード制御値ＭＶ０と、バイアス値ＢＩＡＳが加算されたフィードバック制御値ＭＶ１と、に基づいてＩＧＶ５及びＡＳＶ７のフィードバック制御を再開する。

ここで、第２の実施形態の場合、上述したように、バイアス出力部３９は、急激な負荷変動が発生してから一定時間ｔ１が経過してフィードバック制御を再開する際に、ステップ状にバイアス値ＢＩＡＳをゼロに設定する。しかし、フィードバック制御値ＭＶ１に何らの手当てを施さない場合、バイアス値ＢＩＡＳがゼロとなったタイミングで、バイアス値ＢＩＡＳ（ＢＩＡＳ＞０）に従って強制的に開かれていたＡＳＶ７が急閉し、実吐出圧力ＰＶ１がステップ状に上昇してしまうことが想定される。そうすると、主圧力調整部１０１ａがフィードバック制御に遷移したタイミングで、吐出圧力の推移に継ぎ目（オーバーシュート、アンダーシュート等の変動）が発生し、完全に安定するまでに時間を要する。
そこで、第２の実施形態に係る燃料ガス供給システム１００は、フィードバック制御を再開する直前において、非常時圧力調整部１０１ｂが、圧力調整器２３に向けて、バイアス値ＢＩＡＳ（＞０）と、第１フィードバック制御値ＭＶ１と、の合計値（ＭＶ１＋ＢＩＡＳ）を受け渡す。そして、圧力調整器２３は、フィードバック制御の開始時において、受け渡された合計値（ＭＶ１＋ＢＩＡＳ）に基づいて、ＩＧＶ５及びＡＳＶ７の開度を調整する。
このようにすることで、ＩＧＶ５及びＡＳＶ７は、フィードバック制御の再開時において、バイアス値ＢＩＡＳ（＞０）に相当する分だけ開度が大きくなるように制御される。したがって、ＡＳＶ７を強制的に開放していたバイアス値ＢＩＡＳがゼロに遷移した場合であっても、当該遷移と同時に再開されるフィードバック制御において、バイアス値ＢＩＡＳに相当する分だけ開度が大きくなるため、吐出圧力に与える影響が互いに相殺されて、結果として吐出圧力を継ぎ目なく遷移させることができる。

以上より、燃料ガス供給システム１００は、通常のフィードバック制御に復帰する際に、吐出圧力の推移に継ぎ目を生じさせないように連続的に遷移させることができる。また、バイアス出力部３９がバイアス値ＢＩＡＳを一定のレートで徐々に低減させる必要がなくなるため、バイアス出力部３９の制御を簡素化することができる。

＜第３の実施形態＞
以下、図８を参照しながら第３の実施形態に係る燃料ガス供給システムについて詳細に説明する。
図８は、第３の実施形態に係る燃料ガス供給システムの機能構成を示す図である。
図８に示す第３の実施形態に係る燃料ガス供給システム１００の機能構成のうち、第１の実施形態と同一の機能構成については同一の符号を付してその説明を省略する。

図８に示すように、第３の実施形態に係る燃料ガス供給システム１００の非常時圧力調整部１０１ｂは、強制開制御部４７を備えている。
強制開制御部４７は、流量調整器３５に向けて所定の強制開制御値ＭＶ５を流量調整器３５に出力する。強制開制御値ＭＶ５は、ＡＳＶ７を強制的に一定以上の開度（例えば、ＡＳＶ開度５％）にさせる制御値である。本実施形態に係る強制開制御値ＭＶ５は、ＡＳＶ７を強制的に開状態としながら、更にフィードフォワード制御値ＭＶ０を取り込んで、当該フィードフォワード制御値ＭＶ０（即ち、負荷変動時の負荷の目標値）に応じた適切な開度に設定する。ここで、強制開制御部４７は、例えば、関数発生器２９が規定する関数（図４参照）に基づいてＡＳＶ７を制御してもよい。ただし、強制開制御部４７は、上述したように、フィードフォワード制御値ＭＶ０が如何なる値であったとしても、常に、ＡＳＶ７がゼロより大きい最低限の開度に設定される制御値を出力する。

本実施形態に係る流量調整器３５は、通常時（負荷が安定している状態）においては、第１、第２の実施形態と同様に、流量計３７を通じて計測される圧縮機１の吐出流量（実吐出流量ＰＶ２）と設定流量ＳＶ２との偏差に基づき演算した第２フィードバック制御値ＭＶ４に基づいてＡＳＶ７の開度を調整する。しかし、本実施形態に係る流量調整器３５は、急激な負荷変動が生じたことを通知する通知信号ＴＲＰの入力を受け付けた場合に、第２フィードバック制御値ＭＶ４の出力を停止して、代わりに、強制開制御部４７から受け付ける強制開制御値ＭＶ５を高位選択部３１に出力する。高位選択部３１は、強制開制御値ＭＶ５及びアンチサージ弁制御値ＭＶ３のうちいずれか高い方を選択してＡＳＶ７の開度を調整する。したがって、仮に、アンチサージ弁制御値ＭＶ３が閉塞状態（開度０％）であったとしても、その場合は、開度０％より大きい値を有する強制開制御値ＭＶ５が選択される。

また、流量調整器３５は、予め規定された所定時間（例えば、５ｓｅｃ）だけ強制開制御値ＭＶ５を出力した後、再度、第２フィードバック制御値ＭＶ４の出力に切り替える。このとき、流量調整器３５は、強制開制御値ＭＶ５から第２フィードバック制御値ＭＶ４まで、所定時間内に一定のレートで徐々に近づくように推移させてもよい。

以上、第３の実施形態に係る燃料ガス供給システム１００によれば、非常時圧力調整部１０１ｂは、急激な負荷変動が生じた場合には、強制開制御部４７が出力する強制開制御値ＭＶ５に基づいてＡＳＶ７の開度を制御する。したがって、当該負荷変動がいかなる特性であったとしても、常にＡＳＶ７が開放されるので、圧縮機１の吐出圧力が一定に保たれるような制御の応答特性を高めることができる。

また、第３の実施形態に係る燃料ガス供給システム１００によれば、非常時圧力調整部１０１ｂは、強制開制御部４７を通じて直接的にＡＳＶ７を開放させるので、確実かつ迅速にＡＳＶ７を開放させることができ、より高い応答特性で圧力調整を行うことができる。

なお、第３の実施形態においては、第２フィードバック制御値ＭＶ４がアンチサージ弁を制御するアンチサージ弁制御値に相当し、強制開制御値ＭＶ５がフィードフォワード制御値ＭＶ０にゼロより大きいバイアス値ＢＩＡＳが加算されたバイアス加算制御値に相当する。

なお、第３の実施形態に係る燃料ガス供給システム１００の具体的な態様は、上述のものに限定されることはなく、要旨を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を加えることは可能である。例えば、強制開制御部４７は、フィードフォワード制御値ＭＶ０ではなく、中間制御値ＭＶ２の入力を受け付けて、当該中間制御値ＭＶ２に基づいてＡＳＶ７の開度を決定してもよいし、単に予め規定されたゼロ以上の固定の開度となるように制御してもよい。

以上、上述の各実施形態及び変形例に係る制御装置１０１によれば、負荷機器における急激な負荷変動が生じた場合における圧力の変動をより早急に安定化させることができる。

なお、上述の制御装置１０１は、内部にコンピュータシステムを有している。そして、上述した制御装置１０１の各処理の過程は、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（Compact Disc Read Only Memory）または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当該プログラムを実行するようにしても良い。

以上、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、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。

１００燃料ガス供給システム
１０１制御装置
１０１ａ主圧力調整部
１０１ｂ非常時圧力調整部
１圧縮機
５入口ガイド弁（流入量調整手段）
７アンチサージ弁
１３ヘッダタンク
１５ガスタービン（負荷機器）
１７負荷司令部
１９関数発生器
２１加算器
２３圧力調整器
２５圧力計
２７関数発生器
２９関数発生器
３１高位選択部
３５流量調整器
３７流量計
３９バイアス出力部
４１加算器
４３加算器
４５スイッチ素子
４７強制開制御部

Claims

燃料ガスを圧縮し、その圧縮した燃料ガスを負荷機器に供給する圧縮機と、
前記圧縮機に対する前記燃料ガスの流入量を調整する流入量調整手段と、
前記圧縮機から吐出される燃料ガスを前記圧縮機の入口側に戻すためのアンチサージ弁と、
を備えた燃料ガス供給システムを制御する制御装置であって、
前記負荷機器の負荷と所定の変換処理とに基づいて生成したフィードフォワード制御値と、前記圧縮機の吐出圧力の設定値と前記圧縮機の吐出圧力の計測値との偏差に基づいて生成したフィードバック制御値と、に基づいて前記流入量調整手段及び前記アンチサージ弁を制御する主圧力調整部と、
前記フィードフォワード制御値及び前記フィードバック制御値の少なくとも何れか一方に基づいて算出される、前記アンチサージ弁を制御するアンチサージ弁制御値に対し、予め規定されたバイアス値を加算したバイアス加算制御値を算出し、所定値以上の負荷変動の発生に基づいて、前記アンチサージ弁制御値を前記バイアス加算制御値に切り替えて前記アンチサージ弁を制御する非常時圧力調整部と、
を備える制御装置。
前記非常時圧力調整部は、
前記負荷変動の発生時から予め規定された所定時間経過後に、前記バイアス加算制御値を前記アンチサージ弁制御値に戻して前記アンチサージ弁を制御する
請求項１に記載の制御装置。
前記非常時圧力調整部は、
前記負荷変動の発生時から前記バイアス値の出力を一定時間維持した後、更に一定時間をかけて一定の度合いでゼロまで低減させる
請求項１又は請求項２に記載の制御装置。
前記非常時圧力調整部は、
稼働中の複数の前記圧縮機に対応する前記アンチサージ弁制御値の各々に前記バイアス値を加算した複数の前記バイアス加算制御値を算出し、当該バイアス加算制御値の各々に基づいて、複数の前記圧縮機の各々に対応する前記アンチサージ弁を制御する
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の制御装置。
前記非常時圧力調整部は、
前記バイアス加算制御値を前記アンチサージ弁制御値に戻すと同時に、前記バイアス値を前記フィードバック制御値に加算し、
前記主圧力調整部は、
前記フィードフォワード制御値と、前記バイアス値が加算されたフィードバック制御値と、に基づいて前記流入量調整手段及び前記アンチサージ弁を制御する
請求項１から請求項４の何れか一項に記載の制御装置。
燃料ガスを圧縮し、その圧縮した燃料ガスを負荷機器に供給する圧縮機と、前記圧縮機に対する前記燃料ガスの流入量を調整する流入量調整手段と、前記圧縮機から吐出される燃料ガスを前記圧縮機の入口側に戻すためのアンチサージ弁と、を備えた燃料ガス供給システムを制御する制御方法であって、
前記負荷機器の負荷と所定の変換処理とに基づいて生成したフィードフォワード制御値と、前記圧縮機の吐出圧力の設定値と前記圧縮機の吐出圧力の計測値との偏差に基づいて生成したフィードバック制御値と、に基づいて前記流入量調整手段及び前記アンチサージ弁を制御するステップと、
前記フィードフォワード制御値及び前記フィードバック制御値の少なくとも何れか一方に基づいて算出される、前記アンチサージ弁を制御するアンチサージ弁制御値に対し、予め規定されたバイアス値を加算したバイアス加算制御値を算出し、所定値以上の負荷変動の発生に基づいて、前記アンチサージ弁制御値を前記バイアス加算制御値に切り替えて前記アンチサージ弁を制御するステップと、
を有する制御方法。