KR101089006B1 - 가스 터빈의 운전 제어 장치 및 운전 제어 방법 - Google Patents

Abstract

터빈 입구 온도를 억제하는 동시에, 축 출력에 대해서도 요구 응답을 충족시킬 수 있는 가스 터빈의 운전 제어 장치 및 운전 제어 방법을 제공한다. 발전기(150)의 출력이 소정값 이상의 고부하대에 있을 경우 등에, IGV 긴급시 전개방 플래그를 유효로 한다. IGV 긴급시 전개방 플래그가 유효인 경우에는, 입구 안내 날개(104)의 개방도를 미리설정된 개방도로 설정하고, 온도조절 설정을 입구 안내 날개(104)의 개방도에 따라서 변경하여 설정하고, 상기 온도조절 설정에 근거하여, 연소기(103)의 연료 공급량을 제어하기 위한 터빈(101)의 배기 가스 온도 설정값 또는 블레이드 패스 온도 설정값을 생성한다.

Description

가스 터빈의 운전 제어 장치 및 운전 제어 방법{OPERATION CONTROLLER AND OPERATION CONTROL METHOD OF GAS TURBINE}

본 발명은, 가스 터빈의 운전 제어 장치 및 운전 제어 방법에 관한 것으로, 특히 주파수 변동에 대하여, 터빈 입구 온도를 오버슈트(overshoot) 제한 범위내에 억제할 수 있는 동시에, 축 출력에 대해서도 Grid Code 요구 응답(response)을 만족시킬 수 있는 가스 터빈의 운전 제어 장치 및 운전 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 발전소 등에서 이용되고 있는 가스 터빈은, 압축기에서 압축된 공기에 연료를 분사해서 연소시키고, 그 결과 얻어지는 고온 고압의 연소 가스를 터빈으로 인도하여 출력을 취출하고 있다. 도 14에, 이러한 가스 터빈의 기본적인 구성을 도시한다. 가스 터빈(100)은 압축기(102), 연소기(103) 및 터빈(101)을 구비하고 있다. 연소기(103)에는, 압축기(102)로 압축된 공기, 및 부하에 따라서 개방도 조정되는 연료 유량 조정 밸브(105)에 의해 유량 조정된 연료 가스가 공급된다. 연소기(103)에 있어서, 연소된 고온의 연소 가스는 터빈(101)에 공급되어 팽창해서 터빈(101)을 구동한다. 이러한 구동력은 발전기(150)에 전달되어 발전이 행해지는 동시에, 압축기(102)에 전달되는 것에 의해 압축기를 구동한다.

또한, 1축형 복합 사이클 발전 플랜트의 경우에는, 가스 터빈(100), 발전기(150) 및 증기 터빈(160)의 각각의 회전축이 일체로 결합되어 있다.

또, 압축기(102)의 제 1 단의 날개의 전방측에는 입구 안내 날개(Inlet Guide Vane : IGV)(104)가 마련되어 있다. 이 입구 안내 날개(104)는, 압축기 입구의 안내 날개의 개방도를 조작하는 것에 의해, 압축기(102)의 동익과의 사이를 흘러서 연소기(103)로 유입되는 공기량을 변화시켜, 가스 터빈(100)의 배기 가스 온도를 목표값으로 제어하기 위한 것이다. 흡기는 입구 안내 날개(104)에 의해 원주방향의 속도가 부여되어 압축기(102)에 도입된다. 압축기(102)에서는, 도입된 공기는 다단의 동익과 정익을 통해서 에너지가 부여되어 압력이 상승한다.

또한, 입구 안내 날개(104)는, 원주방향으로 다수매 마련된 가동 날개가 각각 가동 가능하게 지지되어 구성되고, 제어부(110)로부터의 구동 신호에 의해 액추에이터가 작동하여 이들 가동 날개가 가동되어, 흡기 유량, 연소 온도를 조정하고 있다.

보다 구체적으로는, 제어부(110)는 입구 안내 날개(104)의 액추에이터로의 IGV 개방도 지령(115)을 생성하기 위해서, 도 15에 도시하는 바와 같은 구성을 구비하고 있다. 즉, 승산기(11), 테이블 함수기(FX1)(12), 리미터(13), 보정 함수기(FX2)(14) 및 제한 함수기(FX3)(15)를 구비한 구성이다. 기본적으로, 발전기 출력(GT 출력)에 대응하여, 도 16a에 도시하는 바와 같은 함수에 따라서 IGV 개방도를 설정하지만, 보정 함수기(FX2)(14)에 의해 도 16b에 도시하는 바와 같은 압축기 입구 온도에 대응한 관계에 근거하여 GT 출력 보정 계수(K2)를 생성하여, 승산기(11)에서 GT 출력에 이 보정 계수(K2)를 곱셈하는 것에 의해, 테이블 함수를 참조하는 GT 출력값을 보정하고 있다. 또한, 제한 함수기(FX3)(15)에 의해 도 16c에 도시하는 바와 같은 압축기 입구 온도에 대응한 관계에 근거하여 IGV 최대 개방도(M1)를 생성하여, 리미터(13)에 의해 테이블 함수기(FX1)(12)에서 생성된 IGV 개방도가 IGV 최대 개방도(M1)를 초과하지 않도록 제한하고 있다.

이와 같이 가스 터빈(100)의 입구 안내 날개(104)를 제어하는 선행 기술로서는, 예를 들어 일본 공개 특허 제 2003-206749 호 공보(특허문헌 1), 일본 공개 특허 제 2001-200730 호 공보(특허문헌 2)가 공지되어 있다. 특허문헌 1에는, IGV의 개방도 영역이 낮을 경우에는 조금의 개방도 변화에서 흡기 유량이 크게 변화되고, IGV의 개방도 영역이 높을 경우에는 조금의 개방도 변화에서 흡기 유량이 그다지 변화되지 않도록 개방도 영역에 따라 흡기 유량이 크게 변화되지만, 이와 같이 개방도 영역에 따라 흡기 유량이 크게 변화될 경우에도, 출력에 대하여 소정의 흡기 유량을 확보할 수 있는 운전 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 가스 터빈 실출력이 출력 계획값에 대하여 여유가 있을 경우나, 부분 부하 운전시의 경우에, 공기 압축기 입구 온도를 입력으로 하여 공기 압축기에 흡입되는 공기량을 제어하는 IGV의 개방도 상한값을 제어하는 운전 방법이 개시되어 있다.

또, 제어부(110)내의 연료 제어부로부터의 제어 신호(116)에 의해 연료 유량 조정 밸브(105)의 개방도 제어를 행하여, 연료 유량 제어에 의해 부하 조정이 실행되고 있지만, 연료 제어부에서는, 블레이드 패스 온도 제어에 있어서의 블레이드 패스 온도 설정값, 배기 가스 온도 제어에 있어서의 배기 가스 온도 설정값, 가버너(governor) 제어에 있어서의 가버너 설정값, 또는 로드 리미트(load limit) 제어에 있어서의 로드 리미트 설정값에 근거하여, 이들중 가장 낮은 값의 것을 연료 유량 조정 밸브(105)에 대한 최종적인 제어 신호로서 사용하고 있다.

블레이드 패스 온도 제어에서는, 블레이드 패스 온도[터빈(101) 최종단 직후의 배기 가스 온도]를 계측하고, 이것과 온도조절 설정에 근거하는 목표값을 비교하여, 비례 적분(PI) 제어에 의해 블레이드 패스 온도 설정값을 생성한다. 또한, 배기 가스 온도 제어에서는, 배기 가스 온도[터빈(101) 최종단보다도 하류의 배기 덕트에서의 배기 가스 온도]를 계측하고, 이것과 온도조절 설정에 근거하는 목표값을 비교하여, 비례 적분(PI) 제어에 의해 배기 가스 온도 설정값을 생성한다.

도 17에는, 블레이드 패스 온도 제어 및 배기 가스 온도 제어에 이용되는 온도조절 설정(EXREF)을 생성하는 부분의 구성도를 도시한다. 차실 압력(Pcs)에 근거하여 온도조절 설정 함수기(FX10)(30)를 참조하여, 그 출력에 신호 발생기(SG21)(38)에 의한 정수를 가산기(37)에 의해 더하여서, 온도조절 설정(EXREF)을 생성하고 있다.

또, 가버너 제어에서는 정격 속도 영역에 있어서의 속도 제어를 행하지만, 터빈(101)[터빈(101)에 연결된 발전기(150)]의 회전 속도와 목표값을 비교하여, 비례(P) 제어 또는 비례 적분(PI) 제어에 의해 가버너 설정값을 생성한다. 또한, 로드 리미트 제어에서는 부하 운전중의 최대 출력 리미트 제어를 행하지만, 발전기(150)의 출력과 목표값을 비교하여, 비례 적분(PI) 제어에 의해 로드 리미트 설정값을 생성한다.

도 18에는, 로드 리미트 제어를 행하는 부분의 구성도를 도시한다. 신호 발생기(SG5)(41), 신호 발생기(SG6)(49) 및 신호 발생기(SG8)(52), 가산기(42), 감산기(43), 함수기(FX21)(44), 저값 선택기(45), 및 속도 리미터(46)에 의해 목표값(LDREF)을 생성하고, 감산기(47)에 의해 발전기(150)의 출력과 목표값(LDREF)을 비교하여, PI 제어기(48)에 의한 비례 적분 제어에 의해 로드 리미트 설정값(LDCSO)을 생성하고 있다.

또 도 14에 도시하는 바와 같은 구성에서는, 터빈(101) 회전축과 발전기(150)가 연결되어 있기 때문에, 계통 주파수의 변동에 따라서 발전 설비의 부하도 변동하게 된다. 예를 들면, 계통 주파수가 저하했을 경우에는 회전수도 강하하게 되고, 규정의 회전수를 유지하기 위해서, 가스 터빈 발전 설비에서는, 공급 연료량을 증가시킬 필요가 있다. 이와 같이 주파수 변동에 대응한 운전 제어를 실행하는 선행 기술로서는, 예를 들어 일본 공개 특허 제 2004-27848 호 공보(특허문헌 3), 일본 공개 특허 제 2003-239763 호 공보(특허문헌 4)가 공지되어 있다. 특허문헌 3에는, 계통 주파수의 이상이 검출되었을 때, 통상 제어와 상이한 계통 주파수의 회복을 주체로 한 제어로 변경하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 계통 주파수의 변화율이 제한내로 되도록 조정하는 가버너 프리(governor free) 제어의 수법이 개시되어 있다.

일본공개특허제2003-206749호공보 일본공개특허제2001-200730호공보 일본공개특허제2004-27848호공보 일본공개특허제2003-239763호공보

그런데, 최근, 유럽지구에 있어서의 Grid Code(계통 운용 규칙)로서, 계통 주파수의 변동에 대한 부하 추종성이 100% 부하 또는 (100% +α) 부하까지 요구되어 지고 있고, 또한 일본내에서도 동일한 움직임이 있다. 가버너 프리 운용으로 고부하에서 주파수가 저하했을 경우의 조정율을 따른 부하 상승에 대하여, 혹은 부하 증가 지령에 대하여, 종래 기술에서는, 가스 터빈(100)은 연료를 증가시키지만, 한편으로 연소 온도(터빈 입구 온도)의 상승에 의한 기기 손상이라는 기기 보호의 관점에서 온도조절 동작하기 때문에, 소망의 부하가 얻어지지 않는 것이 우려된다.

요컨대, 도 19의 (a)에 도시하는 바와 같은 계통 주파수의 저하에 대하여, 종래 기술에서는, 고부하의 경우 가스 터빈(100)의 입구 안내 날개(104)의 개방도는 변화되지 않고[도 19의 (b) 참조], 연료 제어에 의해서만 대응하고 있었기 때문에, 도 19의 (c)에 도시하는 바와 같은 축 출력에 관한 Grid Code 요구 응답을 만족시키기 위해서는, 도 19의 (e)에 도시하는 바와 같이, 터빈 입구 온도의 오버슈트 제한값을 초과하여 기기 보호의 제약도 초과할 가능성이 있었다.

또 한편으로, 기기 보호의 관점에서 터빈 입구 온도의 오버슈트를 허용하지 않을 경우에는, 도 19의 (c)에 도시하는 축 출력에 관한 Grid Code 요구 응답을 만족시킬 수 없을 가능성이 있었다. 특히, 가스 터빈(100)과 증기 터빈(160)이 동축의 1축형 복합 사이클 발전 플랜트의 경우에는, 도 19의 (d)에 도시하는 바와 같이, 증기 터빈(160)의 출력(ST 출력)의 증가가 지연되기 때문에, Grid Code에서 규정된 축 출력을 만족하기 위해서는, 증기 터빈(160)의 출력 부족을 가스 터빈(100)의 과부하 운전으로 보충할 필요가 있다.

본 발명은, 주파수 변동에 대하여, 터빈 입구 온도를 오버슈트 제한 범위내에 억제할 수 있는 동시에, 축 출력에 대해서도 Grid Code 요구 응답을 만족시킬 수 있는 가스 터빈의 운전 제어 장치 및 운전 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제 1 태양은, 전단에 입구 안내 날개를 구비하는 압축기로부터의 압축 공기와 연료를 연소기에 공급해서 상기 연소기에서 발생하는 연소 가스에 의해 터빈을 회전시켜서 발전기를 구동하는 가스 터빈의 운전 제어 장치로서, 계통 주파수가 소정 문턱값 이하가 되고, 또한 상기 발전기의 출력이 소정값 이상의 고부하대(高負荷帶)에 있을 경우, 또는 계통 주파수가 소정 문턱값 이하가 되고, 또한 상기 입구 안내 날개의 개방도가 표준 전개방의 상태에 있을 경우에, IGV 긴급시 전개방 플래그를 유효로 하는 IGV 제어 플래그 생성부와, 상기 IGV 긴급시 전개방 플래그가 유효의 경우에, 상기 입구 안내 날개의 개방도를 미리설정된 개방도로 설정하는 입구 안내 날개 개방도 설정부와, 온도조절 설정을 상기 입구 안내 날개의 개방도에 따라서 변경하여 설정하고, 상기 온도조절 설정에 근거하여 상기 터빈의 배기 가스 온도 설정값 또는 블레이드 패스 온도 설정값을 생성하는 온도 제어부와, 상기 배기 가스 온도 설정값 또는 상기 블레이드 패스 온도 설정값에 근거하여, 상기 연소기로의 연료 공급량을 제어하는 연료 제어부를 갖는 가스 터빈의 운전 제어 장치이다.

본 태양에 따르면, 발전기의 출력이 소정값 이상의 고부하대에 있을 경우, 또는 입구 안내 날개의 개방도가 표준 전개방의 상태에 있어서, 계통 주파수가 저하해서 소정 문턱값 이하가 되어 주파수 저신호(低信號)가 유효로 되었을 경우에, 입구 안내 날개의 개방도를 강제적으로 긴급시 전개방 상태로 하여 압축기의 흡기 유량을 증가시킴으로써, 터빈 입구 온도를 오버슈트 제한 범위내에 억제할 수 있는 동시에, 풍량 증가에 의해 축 출력에 대해서도 Grid Code 요구 응답을 만족시킬 수 있다. 또한, 온도 제어부에서 입구 안내 날개의 개방도에 알맞은 온도조절 설정으로 완화할 수 있으므로, 온도조절 동작으로 복귀되는 일없이, 부하 즉응성(卽應性)을 향상시킬 수 있다.

상기 가스 터빈의 운전 제어 장치에 있어서, 상기 연료 제어부가, 상기 발전기의 출력에 근거하여 상기 연료 공급량을 결정하는 로드 리미트 설정값을 생성하는 로드 리미트 제어부, 또는 상기 가스 터빈의 회전수에 근거하여 상기 연료 공급량을 결정하는 가버너 설정값을 생성하는 가버너 제어부를 갖고, 상기 로드 리미트 설정값, 상기 가버너 설정값, 상기 배기 가스 온도 설정값 또는 상기 블레이드 패스 온도 설정값에 근거하여, 상기 연소기로의 연료 공급량을 제어하는 것으로 해도 좋고, 상기 IGV 긴급시 전개방 플래그가 유효인 경우에, 상기 로드 리미트 제어부 또는 상기 가버너 제어부에 있어서의 상기 발전기 출력의 상한 설정과 변화율 설정을 미리설정된 값으로 설정하는 것으로 해도 좋다.

이에 의해, 계통 주파수의 변동에 대한 부하 즉응성을 향상시킬 수 있다.

상기 가스 터빈의 운전 제어 장치에 있어서, 상기 온도 제어부는, 상기 입구 안내 날개의 개방도의 변화율을 산출해서 상기 변화율에 따른 보정량을 산출하고, 상기 입구 안내 날개의 개방도에 따라서 변경하여 설정한 온도조절 설정을 보정하는 제 1 보정부를 갖는 것으로 해도 좋다.

이에 의해, 배기 가스 온도 설정값 또는 블레이드 패스 온도 설정값의 추종성을 빠르게 하여서, 온도설정의 놓침을 과도적으로 빠르게 할 수 있어, 계통 주파수의 변동에 대한 부하 즉응성을 향상시킬 수 있다.

상기 가스 터빈의 운전 제어 장치에 있어서, 상기 온도 제어부는, 상기 입구 안내 날개의 개방도의 변화율을 산출해서 상기 변화율에 따른 보정량을 산출하고, 상기 온도조절 설정에 근거하여 생성한 상기 터빈의 배기 가스 온도 설정값 또는 블레이드 패스 온도 설정값을 보정하는 제 2 보정부를 갖는 것으로 해도 좋다.

이에 의해, 배기 가스 온도 설정값 또는 블레이드 패스 온도 설정값의 변동을 직접적으로 선행시켜, 보다 추종성을 빠르게 하여서, 온도설정의 놓침을 과도적으로 빠르게 할 수 있어, 계통 주파수의 변동에 대한 부하 즉응성을 향상시킬 수 있다.

상기 가스 터빈의 운전 제어 장치에 있어서, 상기 제 1 보정부 또는 상기 제 2 보정부는 상기 입구 안내 날개의 개방도가 소정 범위에 있을 경우에 작동하는 것으로 해도 좋다.

이에 의해, 보다 세밀한 제어가 가능해진다.

상기 가스 터빈의 운전 제어 장치에 있어서, 상기 온도 제어부는, 상기 온도조절 설정에 근거하는 목표값과 계측한 배기 가스 온도 또는 블레이드 패스 온도의 편차에 근거하여 비례 적분 제어를 실행해서 상기 터빈의 배기 가스 온도 설정값 또는 블레이드 패스 온도 설정값을 생성하는 PI 제어부를 갖고, 상기 IGV 긴급시 전개방 플래그가 유효인 경우에, 상기 PI 제어부에 있어서의 제어 파라미터를 미리설정된 값으로 설정하는 것으로 해도 좋다.

이에 의해, 블레이드 패스 온도 설정값 또는 배기 가스 온도 설정값의 변동을 빠르게 할 수 있어, 계통 주파수의 변동에 대한 부하 즉응성을 향상시킬 수 있다.

상기 가스 터빈의 운전 제어 장치에 있어서, 상기 IGV 제어 플래그 생성부는, 상기 온도 제어부에 근거하는 온도조절 운전중이고, 상기 발전기의 출력이 상승중이며, 또한 상기 발전기의 출력이 소정값 이상의 고부하대에 있을 경우, 또는 상기 온도 제어부에 근거하는 온도조절 운전중이고, 상기 발전기의 출력이 상승중이며, 또한 상기 입구 안내 날개의 개방도가 표준 전개방의 상태에 있을 경우에, IGV 표준 전개방 이상 플래그를 유효로 하고, 상기 입구 안내 날개 개방도 설정부는, 상기 IGV 긴급시 전개방 플래그 또는 상기 IGV 표준 전개방 이상 플래그가 유효인 경우에, 상기 입구 안내 날개의 개방도를 미리설정된 개방도로 설정하는 것으로 해도 좋다.

이에 의해, 계통 주파수가 변동하지 않고 있는 부하 상승시에도, 온도 제어부에 근거하는 온도조절 운전 상태로부터 벗어날 수 있어, 부하 즉응성(추종성)을 향상시킬 수 있다. 또한, 증기 터빈의 출력 부족을 가스 터빈의 과부하 운전으로 보충할 수 있다.

상기 가스 터빈의 운전 제어 장치에 있어서, 상기 IGV 제어 플래그 생성부는, 상기 IGV 표준 전개방 이상 플래그의 생성 조건이 유효로부터 무효로 변경될 때, 일정한 지연을 갖게 해서 상기 IGV 표준 전개방 이상 플래그를 무효로 하는 것으로 해도 좋다.

이에 의해, 입구 안내 날개의 긴급시 전개방 상태로부터의 복귀에 의한 출력 저하를 방지할 수 있다.

상기 가스 터빈의 운전 제어 장치에 있어서, 상기 IGV 제어 플래그 생성부는, 상기 온도조절 운전중의 판단을, 상기 온도 제어부의 온도조절 설정에 근거하는 목표값과 계측한 배기 가스 온도 또는 블레이드 패스 온도의 편차가 소정값 이하가 되었을 때에 실행하는 것으로 해도 좋다.

이에 의해, 선행해서 IGV 표준 전개방 이상 플래그를 유효로 하여, 입구 안내 날개의 긴급시 전개방 상태로의 이행을 빠르게 하는 것에 의해, 부하 즉응성(추종성)을 보다 향상시킬 수 있다.

상기 가스 터빈의 운전 제어 장치에 있어서, 상기 IGV 제어 플래그 생성부는, 상기 온도조절 운전중의 판단을, 상기 터빈의 입구 온도가 소정 범위에 있을 때에 실행하는 것으로 해도 좋다.

이에 의해, 보다 세밀한 제어가 가능해진다.

본 발명의 제 2 태양은, 전단에 입구 안내 날개를 구비하는 압축기로부터의 압축 공기와 연료를 연소기에 공급해서 상기 연소기에서 발생하는 연소 가스에 의해 터빈을 회전시켜서 발전기를 구동하는 가스 터빈의 운전 제어 방법으로서, 계통 주파수가 소정 문턱값 이하가 되고, 또한 상기 발전기의 출력이 소정값 이상의 고부하대에 있을 경우, 또는 계통 주파수가 소정 문턱값 이하가 되고, 또한 상기 입구 안내 날개의 개방도가 표준 전개방의 상태에 있을 경우에, IGV 긴급시 전개방 플래그를 유효로 하는 IGV 제어 플래그 생성 단계와, 상기 IGV 긴급시 전개방 플래그가 유효인 경우에, 상기 입구 안내 날개의 개방도를 미리설정된 개방도로 설정하는 입구 안내 날개 개방도 설정 단계와, 온도조절 설정을 상기 입구 안내 날개의 개방도에 따라서 변경하여 설정하고, 상기 온도조절 설정에 근거하여 상기 터빈의 배기 가스 온도 설정값 또는 블레이드 패스 온도 설정값을 생성하는 온도 제어 단계와, 상기 배기 가스 온도 설정값 또는 상기 블레이드 패스 온도 설정값에 근거하여, 상기 연소기로의 연료 공급량을 제어하는 연료 제어 단계를 포함하는 가스 터빈의 운전 제어 방법이다.

본 발명에 따르면, 발전기의 출력이 소정값 이상의 고부하대에 있을 경우, 또는 입구 안내 날개의 개방도가 표준 전개방의 상태에 있어서, 계통 주파수가 저하하여 소정 문턱값 이하가 되어서 주파수 저신호가 유효로 되었을 경우에, 입구 안내 날개의 개방도를 강제적으로 긴급시 전개방 상태로 하여 압축기의 흡기 유량을 증가시키므로, 터빈 입구 온도를 오버슈트 제한 범위내에 억제할 수 있는 동시에, 풍량 증가에 의해 축 출력에 대해서도 Grid Code 요구 응답을 만족시킬 수 있고, 또한 온도 제어부에서 입구 안내 날개의 개방도에 알맞은 온도조절 설정으로 완화할 수 있으므로, 부하 즉응성을 향상시킬 수 있다는 효과를 발휘한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 가스 터빈의 운전 제어 장치의 구성도,
도 2는 IGV 제어 플래그 생성부의 구체적인 구성도,
도 3은 IGV 제어부의 구체적인 구성도,
도 4는 온도 제어부에 있어서 온도조절 설정을 생성하는 부분의 구성도,
도 5a는 온도 제어부의 각종 함수기가 가지는 함수를 설명하는 설명도,
도 5b는 온도 제어부의 각종 함수기가 가지는 함수를 설명하는 설명도,
도 6은 연료 제어부내의 로드 리미트 제어를 실행하는 부분의 구성도,
도 7은 연료 제어부내의 가버너 제어를 실행하는 부분의 구성도,
도 8은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 온도 제어부에 있어서의 온도조절 설정을 생성하는 부분의 구성도,
도 9a는 온도조절 설정의 변경을 설명하는 설명도,
도 9b는 온도조절 설정의 변경을 설명하는 설명도,
도 9c는 온도조절 설정의 변경을 설명하는 설명도,
도 10은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 온도 제어부에 있어서의 블레이드 패스 온도 제어부의 구성도,
도 11은 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 온도 제어부에 있어서의 블레이드 패스 온도 제어부의 구성도,
도 12a는 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 IGV 제어 플래그 생성부의 구체적인 구성도,
도 12b는 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 IGV 제어부의 구체적인 구성도,
도 13은 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 IGV 제어 플래그 생성부의 구체적인 구성도,
도 14는 종래의 가스 터빈의 운전 제어 장치의 구성도,
도 15는 종래예에 있어서의 제어부의 IGV 제어부의 구체적인 부분 구성도,
도 16a는 종래예에 있어서의 제어부의 각종 함수기가 가지는 함수를 설명하는 설명도,
도 16b는 종래예에 있어서의 제어부의 각종 함수기가 가지는 함수를 설명하는 설명도,
도 16c는 종래예에 있어서의 제어부의 각종 함수기가 가지는 함수를 설명하는 설명도,
도 17은 종래예에 있어서의 제어부의 온도조절 설정을 생성하는 부분의 구성도,
도 18은 종래예에 있어서의 제어부의 로드 리미트 제어를 행하는 부분의 구성도,
도 19는 종래예에 있어서 계통 주파수가 저하했을 때의 각종 제량의 타임 차트.

이하, 본 발명의 가스 터빈의 운전 제어 장치 및 운전 제어 방법의 실시형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

[제 1 실시형태]

본 발명의 제 1 실시형태에 따른 가스 터빈의 운전 제어 장치 및 운전 제어 방법에 대해서 도 1 내지 도 7을 참조해서 설명한다. 여기에서, 도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 가스 터빈의 운전 제어 장치의 구성도이며, 도 1에 있어서, 도 14(종래예)와 중복하는 부분에는 동일한 부호를 부여한다. 또한, 도 2는 제 1 실시형태에 있어서의 IGV 제어 플래그 생성부의 구체적인 구성도이다. 도 3은 IGV 제어부의 구체적인 구성도이다. 도 4는 온도 제어부에 있어서 블레이드 패스 온도 제어 및 배기 가스 온도 제어에서 이용되는 온도조절 설정(EXREF)을 생성하는 부분의 구성도이다. 도 5a 및 도 5b는 온도 제어부의 각종 함수기가 가지는 함수를 설명하는 설명도이다. 도 6은 연료 제어부내의 로드 리미트 제어를 행하는 부분의 구성도이다. 도 7은 연료 제어부내의 가버너 제어를 행하는 부분의 구성도이다.

도 1에 있어서, 가스 터빈(100)은 압축기(102), 연소기(103) 및 터빈(101)을 구비한다. 압축기(102)에서 압축된 공기, 및 연료 유량 조정 밸브(105)에 의해 유량 조절된 연료는 연소기(103)에 공급되고, 여기에서 혼합·연소되는 것에 의해 고압의 연소 가스가 생성된다. 고온의 연소 가스는 터빈(101)에 공급되어, 팽창하는 것에 의해 터빈을 구동한다. 이러한 구동력은 압축기 및 발전기에 전달되어 발전 등이 행해진다.

상기 연료 유량 조정 밸브(105)는 제어부(111)의 연료 제어부(112)로부터의 제어 신호(116)에 의해 작동된다. 이러한 연료 유량 조정 밸브(105)는 전술한 바와 같이 연료 가스 연료 유량을 제어하는 것에 의해, 부하, 더욱이는 배기 가스 온도를 조정하고 있다. 또한, 1축형 복합 사이클 발전 플랜트의 경우에는, 가스 터빈(100), 발전기(150) 및 증기 터빈(160)의 각각의 회전축이 일체로 결합되어 있다.

압축기(102)의 제 1 단계의 날개 전방측에는 입구 안내 날개(Inlet Guide Vane : IGV)(104)가 마련되어 있다. 흡기는 입구 안내 날개(104)에 의해 원주방향의 속도가 부여되어 압축기(102)에 도입된다. 압축기(102)에서는 도입된 공기는 다단의 동익과 정익을 흘러서 에너지가 부여되어 압력이 상승한다. 또한, 입구 안내 날개(104)는 원주방향으로 다수매 마련된 가동 날개가 각각 회동 가능하게 지지되어 구성되고, 제어부(111)의 IGV 제어부(113)로부터의 IGV 개방도 지령(117)에 의해 입구 안내 날개(104)의 액추에이터가 작동하여 이들 가동 날개가 가동되어, 흡기 유량, 연소 온도를 조정하고 있다.

터빈(101)의 최종단부에는 최종단의 블레이드를 통과한 가스의 온도를 검출하는 블레이드 패스 온도 검출기(123)가 마련되고, 또한 상기 블레이드 패스 온도 검출기(123)의 배치 위치보다 하류측의 배기 통로에는 배기 가스의 온도를 검출하는 배기 가스 온도 검출기(124)가 마련되어 있다. 또한, 흡기 상태를 검출하는 흡기 상태 검출기(121)가 마련되어, 흡기 온도와 흡기 압력이 검출되고 있다. 연소기(103)의 차실내의 압력이 차실내 압력 센서(122)에 의해 검출되고 있다. 또한, 터빈(101)의 부하 상태를 검출하기 위해서 발전기 출력 센서(도시하지 않음)가 마련되어 있다.

그리고, 이들 블레이드 패스 온도 검출기(123), 배기 가스 온도 검출기(124), 흡기 상태 검출기(121), 차실내 압력 센서(122) 및 발전기 출력 센서에 의해 검출된 검출 신호가 제어부(111)에 입력된다. 이 제어부(111)는, 연료의 공급 제어를 행하는 연료 제어부(112)와, 블레이드 패스 온도 제어 및 배기 가스 온도 제어를 행하는 온도 제어부(114)와, 입구 안내 날개(104)의 개방도 제어를 행하는 IGV 제어부(113)와, IGV 긴급시 전개방 플래그(FLG)를 생성하는 IGV 제어 플래그 생성부(115)를 구비하고 있다.

우선, IGV 제어 플래그 생성부(115)는 도 2에 도시하는 바와 같이 계통 주파수가 소정 문턱값(α) 이하가 되어 주파수 저신호가 유효로 되고, 또한 발전기(150)의 출력이 소정값 이상의 고부하대에 있을 경우, 또는 입구 안내 날개(104)의 개방도가 표준 전개방의 상태에 있을 경우에, AND 게이트(1)에 의해 IGV 긴급시 전개방 플래그(FLG)를 유효로 해서 생성한다. 여기에서, 발전기(150)의 출력이 소정값(예를 들면, 98[%]) 이상의 경우에 고부하대에 있다고 하고, 또한 통상 운전(부분 부하 운전 등)시에 있어서의 입구 안내 날개(104)의 개방도 전개방 상태(예를 들면 0[도] 또는 -4[도])를 표준 전개방의 상태라고 한다.

다음에, IGV 제어부(113)는 도 3에 도시하는 바와 같이 구성되어 있다. 도 3에 있어서, 승산기(11), 테이블 함수기(FX1)(12), 리미터(13), 보정 함수기(FX2)(14) 및 제한 함수기(FX3)(15)는 종래(도 15 참조)와 동등한 구성이다. 본 실시형태의 IGV 제어부(113)에서는, 이러한 종래의 IGV 개방도 지령에 대하여 IGV 긴급시 전개방 플래그(FLG)에 근거하는 가산량을 더하는 구성과, IGV 개방도의 변화율을 제한하는 구성이 부가되어 있다.

가산량을 더하는 구성에서는, 신호 발생기(SG1)(17) 및 신호 발생기(SG2)(18)를 IGV 긴급시 전개방 플래그(FLG)에 따라서 신호 전환기(19)에 의해 전환하고, 속도 리미터(20)를 거쳐서 가산기(16)에 의해 통상 운전시에 있어서의 IGV 개방도 지령에 가산하고 있다. 예를 들면, 신호 발생기(SG1)(17)에 「0」을, 신호 발생기(SG2)(18)에 「-8; 긴급시 전개방 상태」를 설정해 두고, IGV 긴급시 전개방 플래그(FLG)가 유효로 되었을 때에는, 통상 운전시의 IGV 개방도 지령에 신호 발생기(SG2)(18)의 값을 가산하여, 강제적으로 긴급시 전개방 상태가 되도록 하고 있다.

또, IGV 개방도의 변화율을 제한하는 구성은, 신호 발생기(SG3)(23) 및 신호 발생기(SG4)(24)를, 부하 차단 플래그와 IGV 긴급시 전개방 플래그(FLG)를 OR 게이트(22)에서 논리합을 취한 신호에 따라서 신호 전환기(25)에 의해 전환하고, 이것을 변화율 제한기(21)에 공급해서 IGV 개방도의 변화율 제한값을 변경하는 구성이다. 여기에서, 신호 발생기(SG3)(23)에는 통상시의 변화율 제한값(예를 들면, 400 [%/분])이 설정되고, 또한 신호 발생기(SG4)(24)에는 부하 차단시의 변화율 제한값(예를 들면, 3000[%/분])이 설정되어 있다. 다시 말해서, IGV 긴급시 전개방 플래그(FLG)가 유효로 되었을 때에는, 부하 차단시의 변화율 제한값이 적용되게 된다. 상기 속도 리미터(20)는 이러한 변화율 제한기(21)에 그 기능을 갖게 하여 삭제해도 좋다.

다음에, 온도 제어부(114)에 있어서, 블레이드 패스 온도 제어부에서는, 블레이드 패스 온도 검출기(123)로부터의 블레이드 패스 온도[터빈(101) 최종단 직후의 배기 가스 온도] 계측값과 온도조절 설정에 근거하는 목표값을 비교하여, 비례 적분(PI) 제어에 의해 블레이드 패스 온도 설정값을 생성한다. 또한, 배기 가스 온도 제어부에서는, 배기 가스 온도 검출기(124)로부터의 배기 가스 온도[터빈(101) 최종단보다도 하류의 배기 덕트에서의 배기 가스 온도] 계측값과 온도조절 설정에 근거하는 목표값을 비교하여, 비례 적분(PI) 제어에 의해 배기 가스 온도 설정값을 생성한다.

본 실시형태의 온도 제어부(114)에서는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 블레이드 패스 온도 제어 및 배기 가스 온도 제어에 있어서의 온도조절 설정(EXREF)을, 입구 안내 날개(104)의 개방도 지령값(IGV)에 따라서 변경하여 설정하도록 하고 있다.

예를 들면, 온도조절 설정(EXREF)을 생성하는 부분의 구성은, 함수기(FX11)(31), 함수기(FX12)(32), 함수기(FX13)(33) 및 함수기(FX14)(34)와, 승산기(35 및 36)와, 가산기(37)를 구비한 구성이다. 함수기(FX11)(31) 및 함수기(FX13)(33)는 도 5a에 도시하는 바와 같이 통상 운전시에 있어서의 차실 압력-온도조절 설정 함수와, 입구 안내 날개(104)의 개방도가 긴급시 전개방 상태일 때의 차실 압력-온도조절 설정 함수가 각각 설정되어 있다. 또한, 함수기(FX12)(32) 및 함수기(FX14)(34)는 도 5b에 도시하는 바와 같이 서로 0 신호와 1 신호가 반대로 되는 2변수 함수의 기능이 설정되어 있다. 즉, 입구 안내 날개(104)의 개방도 지령값(IGV)이 예를 들어 0[도] 이상의 통상 운전시에는 함수기(FX11)(31)에 근거하는 온도조절 설정(EXREF)이 생성되고, 입구 안내 날개(104)의 개방도 지령값(IGV)이 예를 들어 -8[도] 미만의 긴급시 전개방 상태일 때에는 함수기(FX13)(33)에 근거하는 온도조절 설정(EXREF)이 생성된다.

도 5a에 도시하는 바와 같이, 긴급시 전개방 상태시에 선택되는 함수기(FX13)(33)의 함수는, 통상 운전시에 선택되는 함수기(FX11)(31)의 함수에 비하여, 동일 차실 압력에 대하여 보다 높은 온도조절 설정으로 되어 있다. 입구 안내 날개(104)의 개방도가 긴급시 전개방이 되는 상황에서는 차실 압력은 상승하고, 그대로 통상 운전시에 선택되는 함수기(FX11)(31)를 이용하면 온도조절 설정을 낮추게 되어 버리므로, 함수기(FX13)(33)로 변경하여, 입구 안내 날개(104)의 개방도에 적합한 보다 높은 온도조절 설정이 되도록 하고 있다.

다음에, 연료 제어부(112)는 제어 신호(116)에 의해 연료 유량 조정 밸브(105)의 개방도 제어를 실행하여, 연료 유량 제어에 의해 부하 조정을 행하지만, 연료 제어부(112)에서는, 블레이드 패스 온도 제어부에 있어서의 블레이드 패스 온도 설정값, 배기 가스 온도 제어부에 있어서의 배기 가스 온도 설정값, 로드 리미트 제어부에 있어서의 로드 리미트 설정값, 또는 가버너 제어부에 있어서의 가버너 설정값에 근거하여, 이들중 가장 낮은 값의 것을 연료 유량 조정 밸브(105)에 대한 최종적인 제어 신호로서 사용한다.

로드 리미트 제어부에서는, 부하 운전중의 최대 출력 리미트 제어를 행하지만, 발전기(150)의 출력과 목표값을 비교하여, 비례 적분(PI) 제어에 의해 로드 리미트 설정값을 생성한다. 로드 리미트 제어부는 도 6에 도시하는 바와 같이 구성되어 있다.

도 6에 있어서, 종래(도 18 참조)와 같이, 목표값(LDREF)을 생성하는 기본적인 부분에, 신호 발생기(SG5)(41), 신호 발생기(SG6)(49) 및 신호 발생기(SG8)(52), 가산기(42), 감산기(43), 함수기(FX21)(44), 아날로그 메모리(45), 및 속도 리미터(46)를 구비하고, 감산기(47)에 의해 발전기(150)의 출력과 목표값(LDREF)을 비교하여, PI 제어기(48)에 의한 비례 적분 제어에 의해 로드 리미트 설정값(LDCSO)을 생성하지만, 저값 선택기(45)에 있어서의 부하 상한값과 속도 리미터(46)에 있어서의 부하 변화 속도를 IGV 긴급시 전개방 플래그(FLG)에 따라서 변경하는 점이 종래와는 상이하다. 아날로그 메모리(45)는 함수기(FX21)의 잉크데크(ink deck)에 따른 값을 자신의 값으로부터 가감산하는 요소이다.

예를 들면, 부하 상한값은, 신호 발생기(SG6)(49) 및 신호 발생기(SG7)(50)를 IGV 긴급시 전개방 플래그(FLG)에 따라서 신호 전환기(51)로 전환하여 생성한다. 여기에서, 신호 발생기(SG6)(49)에는 통상시의 부하 상한값(예를 들면, 100[%]에 상당하는 GT 출력[MW])이 설정되고, 또한 신호 발생기(SG7)(50)에는 긴급시 전개방 상태시의 부하 상한값(예를 들면, 105[%]에 상당하는 GT 출력[MW])이 설정되어 있다. 다시 말해서, IGV 긴급시 전개방 플래그(FLG)가 유효로 되었을 때(주파수 변동시)에는, 105[%]에 상당하는 GT 출력[MW]이 부하 상한값으로 된다.

또, 부하 변화 속도는, 신호 발생기(SG8)(52) 및 신호 발생기(SG9)(53)를 IGV 긴급시 전개방 플래그(FLG)에 따라서 신호 전환기(51)로 전환하여 생성한다. 여기에서, 신호 발생기(SG8)(52)에는 통상시의 부하 변화 속도가 설정되고, 또한 신호 발생기(SG9)(53)에는 긴급시 전개방 상태시의 부하 변화 속도(예를 들면, 통상시의 약 100배)가 설정되어 있다. 다시 말해서, IGV 긴급시 전개방 플래그(FLG)가 유효로 되었을 때(주파수 변동시)에는, 통상시의 약 100배에 상당하는 부하 변화 속도로 된다.

또한, 가버너 제어부에서는 정격 속도 영역에 있어서의 속도 제어를 실행하지만, 터빈(101)[터빈(101)에 연결된 발전기(150)]의 회전수와 목표값을 비교하여, 비례(P) 제어에 의해 가버너 설정값(GVCSO)을 생성한다. 가버너 제어부는 도 7에 도시하는 바와 같이 구성되어 있다.

도 7에 있어서, 가버너 제어부는, 신호 발생기(SG13)(77), 신호 발생기(SG14)(78), 신호 발생기(SG10)(67), 신호 발생기(SG)(68), 신호 발생기(SG11)(73) 및 신호 발생기(SG12)(75), 신호 전환기(79), 속도 리미터(66), 가산기(61, 69 및 74), 감산기(62 및 71), 비례 제어기(63, 70 및 72), 함수기(FX22)(64) 및 아날로그 메모리(65), 저값 선택기(76)를 구비한 구성이다.

종래의 구성(도시하지 않음)에, 신호 발생기(SG13)(77) 및 신호 발생기(SG14)(78), 신호 전환기(79), 속도 리미터(66), 및 가산기(61)를 부가한 구성이며, 신호 발생기(SG13)(77)에는 통상시의 부하 증가분(예를 들면, 0[%])에 상당하는 GT 출력(0[MW])\이 설정되고, 또한 신호 발생기(SG14)(78)에는 긴급시 전개방 상태시의 부하 변화 증가분(예를 들면, 5[%])에 상당하는 GT 출력[MW]이 설정되며, IGV 긴급시 전개방 플래그(FLG)가 유효로 되었을 때(주파수 변동시)에는, 최대 105[%]에 상당하는 출력 설정(ALRSET)[MW]이 설정된다. 또한, 함수기(FX22)(64)에서는, 연료 제어부(112)에 있어서 가버너 설정값(GVCSO) 이외의 파라미터가 선택되어 있을 때에는 증가시키지 않도록(항상 0을 출력하도록) 되어 있다.

다음에, 본 실시형태의 가스 터빈의 운전 제어 장치에 의한 운전 제어에 대해서 설명한다. 여기에서는, 계통 주파수가 Δf만큼 저하했을 경우[도 19의 (a) 참조)를 예로 설명한다.

발전기(150)의 출력이 소정값 이상의 고부하대에 있을 경우, 또는 입구 안내 날개(104)의 개방도가 표준 전개방의 상태에 있어서, 계통 주파수가 Δf 저하해서 소정 문턱값(α) 이하가 되어 주파수 저신호가 유효로 되었을 경우에는, IGV 제어 플래그 생성부(115)에 의해 IGV 긴급시 전개방 플래그(FLG)가 유효로서 생성되게 된다.

이것을 받아서 IGV 제어부(113)에서는, IGV 개방도 지령(117)이 강제적으로 긴급시 전개방 상태의 값으로 설정되어, 입구 안내 날개(104)의 개방도는 긴급시 전개방 상태가 된다. 또한, 온도 제어부(114)에서는, IGV 개방도 지령(117)이 긴급시 전개방 상태의 값이 되었을 때에는, 입구 안내 날개(104)의 개방도에 적합한 보다 높은 온도조절 설정(EXREF)으로서 온도조절 설정을 완화하고, 더욱이 로드 리미트 제어 및 가버너 제어에 있어서의 발전기(150) 출력의 상한 설정과 변화율의 설정을 IGV 긴급시 전개방 플래그(FLG)가 유효시에 미리 설정되는 상한 설정과 변화율의 설정으로 완화된다.

일반적으로, 터빈 입구 온도는 연공비(연료량/연소 공기량의 비)에 비례하므로, 입구 안내 날개(104)가 개방방향으로 IGV 개방도를 변화시키면, 압축기(102)의 흡기 유량은 증가하여 연소 공기량이 증가하므로, 연공비, 즉 터빈 입구 온도는 저하한다. 또 한편, 「터빈 출력=터빈 통과 유량×터빈 열낙차×효율」의 관계가 있어, 입구 안내 날개(104)가 개방방향으로 IGV 개방도를 변화시키면, 압축기(102)의 흡기 유량이 증가하여 터빈 통과 유량도 증가하므로, 터빈 입구 온도 저하에 의한 열낙차 이상으로 터빈 통과 유량의 증대가 기여하면 발전기(150)의 출력은 증가하게 된다.

따라서, 터빈 입구 온도를 오버슈트 제한 범위내에 억제하는 동시에, 축 출력에 대해서도 Grid Code 요구 응답을 만족시킬 수 있다. 또한 특히, 가스 터빈(100)과 증기 터빈(160)이 동축의 1축형 복합 사이클 발전 플랜트의 경우에는, 증기 터빈(160)의 출력(ST 출력)의 증가가 지연되기 때문에, Grid Code에서 규정된 축 출력을 만족하기 위해서는, 증기 터빈(160)의 출력 부족을 가스 터빈(100)의 과부하 운전으로 보충할 필요가 있지만, 본 실시형태에서는 높은 부하 즉응성에 의해 충분히 대응 가능해진다.

또한, 가버너 프리시의 주파수 변동에 대해서는, 주파수 변동량에 따른 IGV 개방도를 산출하여 IGV 개방도 지령(117)을 보정하는 수법도 고려되지만, 주파수 변동량에 따라서는, IGV 개방도가 표준 전개방시의 개방도와 긴급시 전개방시의 개방도의 중간에 멈추어, IGV 제어부(113)와 연료 제어부(112)의 간섭에 의해 운전 제어가 불안정해지는 것이 우려된다. 이러한 경우에도, 본 실시형태에서는, IGV 개방도를 강제적으로 긴급시 전개방 상태로 하므로, 안정한 운전 제어가 가능해져서, 소망의 출력을 장기적으로 안정되게 공급할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 가스 터빈의 운전 제어 장치 및 운전 제어 방법에 있어서는, 발전기(150)의 출력이 소정값 이상의 고부하대에 있을 경우, 또는 입구 안내 날개(104)의 개방도가 표준 전개방의 상태에 있어서, 계통 주파수가 Δf 저하하여 소정 문턱값(α) 이하가 되어 주파수 저신호가 유효로 되었을 경우에는, 입구 안내 날개(104)의 개방도를 강제적으로 긴급시 전개방 상태로 하여 압축기(102)의 흡기 유량을 증가시키므로, 터빈 입구 온도를 오버슈트 제한 범위내에 억제할 수 있는 동시에, 풍량 증가에 의해 축 출력에 대해서도 Grid Code 요구 응답을 만족시킬 수 있다. 또한, 온도 제어부(114)에서는, 입구 안내 날개(104)의 개방도에 적합한 보다 높은 온도조절 설정(EXREF)으로 완화되므로, 부하 즉응성을 향상시킬 수 있다.

또, 본 실시형태의 가스 터빈의 운전 제어 장치 및 운전 제어 방법에서는, IGV 긴급시 전개방 플래그가 유효인 경우에, 로드 리미트 제어부 또는 가버너 제어부에 있어서의 발전기(150) 출력의 상한 설정과 변화율 설정을 미리설정된 값으로 설정하므로, 계통 주파수의 변동에 대한 부하 즉응성을 향상시키는 것이 가능해진다.

[제 2 실시형태]

다음에, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 가스 터빈의 운전 제어 장치 및 운전 제어 방법에 대해서 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다. 여기에서, 도 8은 본 발명의 제 2 실시형태의 온도 제어부(114)에 있어서의 온도조절 설정(EXREF)을 생성하는 부분의 구성도이며, 도 9a 내지 도 9c는 온도조절 설정(EXREF)의 변경을 설명하는 설명도이다.

또한, 본 실시형태는, 제 1 실시형태의 온도 제어부(114)의 구성에 대하여 입구 안내 날개(104)의 개방도의 변화율을 산출해서 해당 변화율에 따른 보정량을 산출하고, 입구 안내 날개(104)의 개방도에 따라서 변경하여 설정한 온도조절 설정(EXREF)을 보정하는 선행 신호 생성부(제 1 보정부)(200)를 부가한 점에 특징이 있고, 가스 터빈의 운전 제어 장치의 전체 구성, IGV 제어부(113)의 구성 및 연료 제어부(112)의 구성은 제 1 실시형태(도 1, 도 2, 도 6 및 도 7)와 동등하며, 각 구성요소의 설명을 생략한다. 또한, 온도 제어부(114)의 온도조절 설정(EXREF)을 생성하는 부분의 구성에 대해서도 도 8에 있어서 제 1 실시형태(도 3)와 동등한 구성요소에 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다.

도 8에 있어서, 온도 제어부(114)의 온도조절 설정(EXREF)을 생성하는 부분은, 함수기(FX11)(31), 함수기(FX12)(32), 함수기(FX13)(33) 및 함수기(FX14)(34)와, 승산기(35 및 36)와, 가산기(37 및 210)와, 선행 신호 생성부(200)를 구비한 구성이다. 또한, 선행 신호 생성부(200)는, 1차 지연 필터(202, 203), 감산기(204), 함수기(FX16)(205), 함수기(FX15)(201), 승산기(206) 및 속도 리미터(207)를 구비한 구성이다. 1차 지연 필터(202, 203)는 1개(예를 들면, 202만)라도 3개라도 무방하다.

선행 신호 생성부(200)에서는, 우선 감산기(204)에서 의해 IGV 개방도 지령값을 1차 지연 필터(202, 203)에 의해 지연된 신호와 지연되지 않은 신호의 편차를 구하고, 이 편차를 IGV 개방도 지령값의 변화율[의사(擬似) 미분값]로서 얻는다. 그리고, 함수기(FX16)(205)에 있어서, 이러한 IGV 개방도 지령값의 변화율의 크기(의사 미분값)에 따라서 온도조절 설정(EXREF)에의 보정량(선행 신호)을 설정한다.

또, 함수기(FX15)(201)는 선행 신호 생성부(200)의 작동 범위를 입구 안내 날개(104)의 개방도가 소정 범위에 있을 경우만으로 하는 것이며, 예를 들어 함수(FX15)로서, IGV 개방도가 표준 전개방시의 개방도 근방으로부터 긴급시 전개방시의 개방도 근방까지의 범위를 「1」로 하고, 그 이외를 「0」으로 하는 것 같은 함수를 사용하고, 이것을 승산기(206)에서 곱셈하는 것에 의해, 온도조절 설정(EXREF)의 변경이 행해지는 범위에서만 선행 신호 생성부(200)에 의한 보정(선행 신호)을 유효로 할 수 있다.

또, 속도 리미터(207)는, 얻어지는 온도조절 설정(EXREF)에의 보정량, 즉 선행 신호의 시간 변화율을 제한하는 것에 의해, 해당 속도 리미터(207)를 거친 보정량이 가산기(210)에 의해 가산되어, 온도조절 설정(EXREF)으로서 생성된다.

도 9a에 도시하는 바와 같이, 입구 안내 날개(104)의 개방도가 긴급시 전개방이 되는 상황에서는 차실 압력은 상승하고, 그대로 함수기(FX11)(31)에 의한 함수(IGV1)를 이용하면 온도조절 설정을 (A로부터 B로) 낮추게 되어 버리므로, 함수기(FX13)(33)에 의한 함수(IGV2)로 변경하여, 입구 안내 날개(104)의 개방도에 적합한 보다 높은 온도조절 설정(A로부터 C로)이 되도록 하고 있다.

이때의 온도조절 설정(EXREF)의 시간적 추이는 도 9b의 T1로 도시하는 바와 같이 되지만, 실제의 블레이드 패스 온도 또는 배기 가스 온도는 온도의 계측 지연이 있으므로 도 9b의 T0으로 도시하는 바와 같이 천천히 변화하게 된다. 여기에서, 본 실시형태에서는, 도 9c에 도시하는 바와 같은 선행 신호 생성부(200)에 의한 보정량(선행 신호)을 가산하는 것에 의해, 온도조절 설정(EXREF)의 시간적 추이를 도 9b의 T2로 도시하는 바와 같이 하여, 실제의 블레이드 패스 온도 또는 배기 가스 온도의 추종성을 보다 빨라지도록 하고 있다.

이와 같이, 본 실시형태에서는, 선행 신호 생성부(제 1 보정부)(200)에 의해, 입구 안내 날개(104)의 개방도의 변화율을 산출해서 해당 변화율에 따른 보정량을 산출하고, 입구 안내 날개(104)의 개방도에 따라서 변경하여 설정한 온도조절 설정(EXREF)을 보정하므로, 블레이드 패스 온도 설정값이나 배기 가스 온도 설정값의 추종성을 빠르게 하여서, 온도설정의 놓침을 과도적으로 빠르게 할 수 있어, 계통 주파수의 변동에 대한 부하 즉응성을 향상시킬 수 있다.

[제 3 실시형태]

다음에, 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 가스 터빈의 운전 제어 장치에 대해서 도 10을 참조하여 설명한다. 여기에서, 도 10은 본 발명의 제 3 실시형태의 온도 제어부(114)에 있어서의 블레이드 패스 온도 제어부의 구성도이며, 온도조절 설정(EXREF)을 생성하는 부분에 대해서는, 제 1 실시형태 또는 제 2 실시형태의 구성을 사용하는 것으로 하여 생략하고 있다. 또한, 가스 터빈의 운전 제어 장치의 전체 구성, IGV 제어부(113)의 구성 및 연료 제어부(112)의 구성은 제 1 실시형태(도 1, 도 2, 도 6 및 도 7)와 동등하여, 각 구성요소의 설명을 생략한다.

도 10에 있어서, 본 실시형태의 온도 제어부(114)에 있어서의 블레이드 패스 온도 제어부는, 신호 발생기(SG15)(301), 신호 발생기(SG16)(303), 신호 발생기(SG17)(308), 신호 발생기(SG18)(309), 신호 발생기(SG19)(311) 및 신호 발생기(SG20)(312), 신호 전환기(310 및 313), 가산기(302), 감산기(305 및 306), 저값 선택기(304), 및 PI 제어기(307)를 구비한 구성이다.

가산기(302)에서 온도조절 설정(EXREF)에 소정값(SG15)을 가산한 값과, 소정값(SG16) 사이에서 보다 낮은 값이 되는 값을 저값 선택기(304)에 의해 선택해서 이것을 목표값(BPREF)으로 하고, 해당 목표값(BPREF)과 블레이드 패스 온도 검출기(123)로부터의 블레이드 패스 온도 계측값(BPT)의 편차를 감산기(305)에 의해 구하고, 해당 편차에 근거하는 비례 적분 제어를 PI 제어기(307)에 의해 행해서 블레이드 패스 온도 설정값(BPCSO)을 생성한다.

PI 제어기(307)에 있어서의 상한값은 감산기(305)에 의한 편차와 대기값(RCSO)과의 편차로 하고 있다. 또한, 본 실시형태의 블레이드 패스 온도 제어부는, IGV 긴급시 전개방 플래그(FLG)가 유효인 경우에, PI 제어(307)에 있어서의 제어 파라미터를 미리설정된 값으로 설정하는 점에 특징이 있지만, 여기에서는 비례 게인(gain) 및 시정수(時定數)를 IGV 긴급시 전개방 플래그(FLG)에 따라서 변경 설정하고 있다.

즉, 비례 게인은, 신호 발생기(SG17)(308) 및 신호 발생기(SG18)(309)를 IGV 긴급시 전개방 플래그(FLG)에 따라서 신호 전환기(310)에서 전환하여 생성한다. 여기에서, 신호 발생기(SG17)(308)에는 통상시의 비례 게인이 설정되고, 또한 신호 발생기(SG18)(309)에는 긴급시 전개방 상태시의 비례 게인이 설정되어 있다. 또한, 시정수는 신호 발생기(SG19)(311) 및 신호 발생기(SG20)(312)를 IGV 긴급시 전개방 플래그(FLG)에 따라서 신호 전환기(313)에서 전환하여 생성한다. 여기에서, 신호 발생기(SG19)(311)에는 통상시의 시정수가 설정되고, 또한 신호 발생기(SG20)(312)에는 긴급시 전개방 상태시의 시정수가 설정되어 있다. 또한, 안정성의 관점에서는 비례 게인 및 시정수를 보다 작은 값으로 하는 것이 좋지만, IGV 개방도를 긴급시 전개방 상태로 할 때는 긴급성이 있어 추종성을 우선하는 것으로서, 비례 게인 및 시정수를 통상시보다도 큰 값으로 하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 실시형태의 온도 제어부(114)에 있어서의 블레이드 패스 온도 제어부(배기 가스 제어부도 동일함)에서는, 온도조절 설정(EXREF)에 근거하는 목표값(BPREF)과 계측한 블레이드 패스 온도(BPT)의 편차에 근거하여 PI 제어기(307)에 의한 비례 적분 제어를 행해서 터빈의 블레이드 패스 온도 설정값(BPCSO)을 생성하지만, IGV 긴급시 전개방 플래그(FLG)가 유효인 경우에, PI 제어기(307)에 있어서의 제어 파라미터(비례 게인 및 시정수)를 미리설정된 값으로 설정하므로, 블레이드 패스 온도 설정값(BPCSO)의 변동을 빠르게 할 수 있어, 계통 주파수의 변동에 대한 부하 즉응성을 향상시킬 수 있다.

[제 4 실시형태]

다음에, 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 가스 터빈의 운전 제어 장치에 대해서 도 11을 참조하여 설명한다. 여기에서, 도 11은 본 발명의 제 4 실시형태의 온도 제어부(114)에 있어서의 블레이드 패스 온도 제어부의 구성도이다. 또한, 가스 터빈의 운전 제어 장치의 전체 구성, IGV 제어부(113)의 구성 및 연료 제어부(112)의 구성은 제 1 실시형태(도 1, 도 2, 도 6 및 도 7)와 동등하여, 각 구성요소의 설명을 생략한다.

도 11에 있어서, 본 실시형태의 온도 제어부(114)에 있어서의 블레이드 패스 온도 제어부는, 제 1 실시형태(도 4 참조)에 있어서의 온도조절 설정(EXREF)을 생성하는 부분의 구성과, 신호 발생기(SG15)(301) 및 신호 발생기(SG16)(303)와, 가산기(302 및 410)와, 감산기(305 및 306)와, 저값 선택기(304)와, PI 제어기(307)와, 선행 신호 생성부(400)를 구비한 구성이다.

가산기(302)에서 온도조절 설정(EXREF)에 소정값(SG15)을 가산한 값과, 소정값(SG16) 사이에서 보다 낮은 값이 되는 값을 저값 선택기(304)에 의해 선택해서 이것을 목표값(BPREF)으로 하고, 해당 목표값(BPREF)과 블레이드 패스 온도 검출기(123)로부터의 블레이드 패스 온도 계측값(BPT)의 편차를 감산기(305)에 의해 구하고, 해당 편차에 근거하는 비례 적분 제어를 PI 제어기(307)에 의해 행해서 블레이드 패스 온도 설정값(BPCSO)을 생성한다. 또한, PI 제어기(307)에 있어서의 상한값은 감산기(305)에 의한 편차와 대기값(RCSO)과의 편차로 하고 있다.

본 실시형태의 온도 제어부(114)에 있어서의 블레이드 패스 온도 제어부는, 입구 안내 날개(104)의 개방도의 변화율을 산출하여 해당 변화율에 따른 보정량을 산출하고, 온도조절 설정(EXREF)에 근거하여 생성한 블레이드 패스 온도 설정값(BPCSO)을 보정하는 선행 신호 생성부(제 2 보정부)(400)를 부가한 점에 특징이 있다. 선행 신호 생성부(400)는, 1차 지연 필터(402, 403), 감산기(404), 함수기(FX18)(405), 함수기(FX17)(401), 승산기(406) 및 속도 리미터(407)를 구비한 구성이다. 1차 지연 필터는 1개라도 3개라도 좋다.

선행 신호 생성부(400)에서는, 우선 감산기(404)에서 의해 IGV 개방도 지령값을 1차 지연 필터(402, 403)에서 지연된 신호와 지연되지 않은 신호의 편차를 구하고, 이 편차를 IGV 개방도 지령값의 변화율(의사 미분값)로서 얻는다. 그리고, 함수기(FX18)(405)에 있어서, 이 IGV 개방도 지령값의 변화율의 크기(의사 미분값)에 따라서 블레이드 패스 온도 설정값(BPCSO)에의 보정량(선행 신호)을 설정한다.

또, 함수기(FX17)(401)는, 선행 신호 생성부(400)의 작동 범위를 입구 안내 날개(104)의 개방도가 소정 범위에 있을 경우만으로 하는 것이며, 예를 들어 함수(FX17)로서, IGV 개방도가 표준 전개방시의 개방도 근방으로부터 긴급시 전개방시의 개방도 근방까지의 범위를 「1」로 하고, 그 이외를 「0」으로 하는 것과 같은 2변수 함수를 사용하고, 이것을 승산기(306)에서 곱셈하는 것에 의해, 온도조절 설정(EXREF)의 변경이 행해지는 범위에서만 선행 신호 생성부(400)에 의한 보정(선행 신호)을 유효로 할 수 있다.

또, 속도 리미터(407)는, 블레이드 패스 온도 설정값(BPCSO)에의 보정량, 즉 선행 신호의 시간 변화율을 제한함으로써, 해당 속도 리미터(407)를 거친 보정량이 가산기(410)에 의해 가산되어, 블레이드 패스 온도 설정값(BPCSO)으로서 생성된다.

이와 같이, 본 실시형태에서는, 선행 신호 생성부(400)에 의해, 입구 안내 날개(104)의 개방도의 변화율을 산출하여 해당 변화율에 따른 보정량을 산출하고, 블레이드 패스 온도 설정값(BPCSO)에 직접 보정량(선행 신호)을 가산하여 보정하므로, 블레이드 패스 온도 설정값(BPCSO)의 변동을 직접적으로 선행시켜, 보다 추종성을 빠르게 하여서, 온도설정의 놓침을 과도적으로 빠르게 할 수 있어, 계통 주파수의 변동에 대한 부하 즉응성을 향상시킬 수 있다.

[제 5 실시형태]

다음에, 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 가스 터빈의 운전 제어 장치에 대해서 도 12a 및 도 12b를 참조하여 설명한다. 여기에서, 도 12a는 제 5 실시형태의 IGV 제어 플래그 생성부(115)의 구체적인 구성도이며, 도 12b는 IGV 제어부(113)의 구체적인 구성도이다. 또한, 가스 터빈의 운전 제어 장치의 전체 구성, 온도 제어부(114)의 구성 및 연료 제어부(112)의 구성은 제 1 실시형태 내지 제 4 실시형태(도 1, 도 3, 도 6 및 도 7 등)와 동등하여, 각 구성요소의 설명을 생략한다.

IGV 제어 플래그 생성부(115)에서는, 제 1 실시형태와 마찬가지로(도 2 참조), AND 게이트(1)에 의해 IGV 긴급시 전개방 플래그(FLG)를 생성하는 동시에, 도 12b에 도시하는 바와 같이, AND 게이트(3)에 의해 IGV 표준 전개방 이상 플래그(FLG2)를 생성한다.

다시 말해서, 온도 제어부(114)에 근거하는 온도조절 운전중이고, 발전기(150)의 출력이 상승중이며, 또한 발전기(150)의 출력이 소정값 이상의 고부하대에 있을 경우, 또는 온도 제어부(114)에 근거하는 온도조절 운전중이고, 발전기(150)의 출력이 상승중이며, 또한 입구 안내 날개(104)의 개방도가 표준 전개방의 상태에 있을 때, AND 게이트(3)에 의해 IGV 표준 전개방 이상 플래그(FLG2)를 유효로 하여 생성한다.

여기에서, 온도조절 운전중의 판단은, 연료 제어부(112)에 있어서 블레이드 패스 온도 설정값(BPCSO) 또는 배기 가스 온도 설정값이 연료 유량 조정 밸브(105)에 대한 최종적인 제어 신호로서 사용되고 있을 때에 온도조절 운전중으로서 판단된다.

또한, 발전기(150)의 출력이 상승중의 판단은, 예를 들어 출력 설정[MW]에 대해서 1차 지연 필터에서 지연된 신호와 지연되지 않은 신호의 편차를 구하고, 이 편차가 정값(正値)이고 또한 소정값 이상일 때에 유효로 하는 부하 상승중 플래그를 이용한다.

또, 발전기(150)의 출력이 소정값(예를 들면 98[%]) 이상의 경우에 고부하대에 있다고 하고, 또한 통상 운전(부분 부하 운전 등)시에 있어서의 입구 안내 날개(104)의 개방도 전개방 상태(예를 들면 0[도] 또는 -4[도])를 표준 전개방의 상태라고 한다.

다음에, IGV 제어부(113)는 도 12b에 도시하는 바와 같이 구성되어 있다. 다시 말해서, 제 1 실시형태의 구성(도 3 참조)에 OR 게이트(26)가 부가된 구성이다. 즉, 종래의 IGV 개방도 지령에 대하여, IGV 긴급시 전개방 플래그(FLG) 또는 IGV 표준 전개방 이상 플래그(FLG2)에 근거하는 가산량을 더하는 구성과, IGV 긴급시 전개방 플래그(FLG)에 근거하여 IGV 개방도의 변화율을 제한하는 구성이 부가되어 있다.

가산량을 더하는 구성에서는, 신호 발생기(SG1)(17) 및 신호 발생기(SG2)(18)를 IGV 긴급시 전개방 플래그(FLG) 또는 IGV 표준 전개방 이상 플래그(FLG2)에 따라서 신호 전환기(19)에서 전환하고, 속도 리미터(20)를 거쳐서, 가산기(16)에서 종래의 IGV 개방도 지령, 즉 통상 운전시에 있어서의 IGV 개방도 지령에 가산하고 있다. 예를 들면, 신호 발생기(SG1)(17)에 「0」을 설정하고, 신호 발생기(SG2)(18)에 「-8; 긴급시 전개방 상태」를 설정하여 두고, IGV 긴급시 전개방 플래그(FLG) 또는 IGV 표준 전개방 이상 플래그(FLG2)가 유효로 되었을 때에는, 통상 운전시의 IGV 개방도 지령에 신호 발생기(SG2)(18)의 값을 가산하여, 강제적으로 긴급시 전개방 상태가 되도록 하고 있다.

상술한 제 1 실시형태 내지 제 4 실시형태의 가스 터빈의 운전 제어 장치에서는, 발전기(150)의 출력이 소정값 이상의 고부하대에 있을 경우, 또는 입구 안내 날개(104)의 개방도가 표준 전개방의 상태에 있어서, 계통 주파수가 저하해서 소정 문턱값(α) 이하가 되어 주파수 저신호가 유효로 되었을 경우에, IGV 긴급시 전개방 플래그(FLG)를 유효로 하고, 해당 IGV 긴급시 전개방 플래그(FLG)가 유효인 경우에 입구 안내 날개(104)의 개방도를 강제적으로 긴급시 전개방 상태로 하여, 압축기(102)의 흡기 유량을 증가시켜, 터빈 입구 온도를 오버슈트 제한 범위내에 억제하는 동시에, 풍량 증가에 의해 축 출력에 대해서도 Grid Code 요구 응답을 충족시키도록 했다.

계통 주파수가 변동하지 않고 있을 경우에도, 부하 상승시에는 증기 터빈(160)의 출력(ST 출력)의 지연과, 발전기(150) 출력의 온도조절 운전에 의한 상한으로부터, GTCC에서는 고부하시에 부하 즉응성(추종성)이 나쁜 상황으로 되어 있었다. 본 실시형태에서는, 이러한 상황에 있는 것을 IGV 표준 전개방 이상 플래그(FLG2)를 이용하여 판단하고, 해당 IGV 표준 전개방 이상 플래그(FLG2)가 유효인 경우에 입구 안내 날개(104)의 개방도를 강제적으로 긴급시 전개방 상태로 하여, 동등한 효과를 얻는 것으로 하고 있다.

예를 들면, 본 실시형태의 가스 터빈의 운전 제어 장치에서는, IGV 제어 플래그 생성부(115)에 있어서, 온도 제어부(114)에 근거하는 온도조절 운전중이고, 발전기(150)의 출력이 상승중이며, 또한 발전기(150)의 출력이 소정값 이상의 고부하대에 있을 경우, 또는 입구 안내 날개(104)의 개방도가 표준 전개방의 상태에 있을 때, IGV 표준 전개방 이상 플래그(FLG2)를 유효로 하고, IGV 제어 플래그 생성부(115)에 있어서, IGV 긴급시 전개방 플래그(FLG) 또는 IGV 표준 전개방 이상 플래그(FLG2)가 유효인 경우에, 입구 안내 날개(104)의 개방도를 미리설정된 개방도(긴급시 전개방 상태의 개방도)로 설정한다. 이에 의해, 계통 주파수가 변동하지 않고 있는 부하 상승시에도, 온도 제어부(114)에 근거하는 온도조절 운전 상태로부터 벗어날 수 있어, 부하 즉응성(추종성)을 향상시킬 수 있다. 또한, 증기 터빈(160)의 출력 부족을 가스 터빈(100)의 과부하 운전으로 보충할 수 있다.

[제 6 실시형태]

다음에, 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 가스 터빈의 운전 제어 장치에 대해서 도 13을 참조하여 설명한다. 여기에서, 도 13은 본 발명의 제 6 실시형태의 IGV 제어 플래그 생성부(115)의 구체적인 구성도이다. 또한, 가스 터빈의 운전 제어 장치의 전체 구성 및 연료 제어부(112)의 구성은 제 1 실시형태 내지 제 4 실시형태(도 1, 도 2, 도 6, 및 도 7 등)와 동등하고, 또한 IGV 제어부(113)의 구성은 제 5 실시형태(도 12b)와 동등하여, 각 구성요소의 설명을 생략한다.

IGV 제어 플래그 생성부(115)에서는, 제 5 실시형태와 마찬가지로, AND 게이트(1)에 의해 IGV 긴급시 전개방 플래그(FLG)를 생성하고, AND 게이트(3)에 의해 IGV 표준 전개방 이상 플래그(FLG2)를 생성하지만, 도 13에 도시하는 바와 같이 AND 게이트(3)의 출력에 OFF 딜레이(5)가 부가된 구성으로 되어 있다.

이러한 OFF 딜레이(5)에 의해, IGV 표준 전개방 이상 플래그(FLG2)의 생성 조건이 유효로부터 무효로 변경될 때, 일정한 지연을 갖게 하여 해당 IGV 표준 전개방 이상 플래그(FLG2)를 무효로 할 수 있다. 이에 의해, 제 5 실시형태의 효과와 동등한 효과를 발휘하는 동시에, IGV 긴급시 전개방 상태로부터의 복귀에 의한 출력 저하 등의 영향을 방지할 수 있다.

[변형예]

이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조해서 상술하였지만, 구체적인 구성은 이들 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위의 설계 변경 등도 포함된다.

제 5 실시형태 및 제 6 실시형태에 있어서는, 온도조절 운전중의 판단을, 연료 제어부(112)에 있어서 블레이드 패스 온도 설정값(BPCSO) 또는 배기 가스 온도 설정값이 연료 유량 조정 밸브(105)에 대한 최종적인 제어 신호로서 사용되고 있는지 여부로 판단했지만, 이것을 블레이드 패스 온도 목표값(BPREF)과 블레이드 패스 온도 계측값(BPT)의 편차, 혹은 배기 가스 온도 목표값과 배기 가스 온도 계측값의 편차에 근거하여 판단해도 좋다.

예를 들면, 블레이드 패스 온도 계측값(BPT)이 상승하고 있어, 블레이드 패스 온도 목표값(BPREF)에 근접하고 있을 때에는, 머지않아 온도조절 운전에 들어가는 것이 예상되지만, 블레이드 패스 온도 목표값(BPREF)과 블레이드 패스 온도 계측값(BPT)의 편차가 소정값 미만이 되었을 때에 온도조절 운전중으로 판단하면, 선행해서 IGV 표준 전개방 이상 플래그(FLG2)를 유효로 하여, 입구 안내 날개(104)의 긴급시 전개방 상태로의 이행을 빠르게 하는 것에 의해, 부하 즉응성(추종성)을 보다 향상시킬 수 있다.

또, 온도조절 운전중의 판단을 터빈의 입구 온도를 이용하여 행해도 좋다. 또한, 터빈 입구 온도는 직접 계측하고 있지 않기 때문에, 이것을 대신하는 지표를 이용한다. 보다 구체적으로는, 예를 들면, 일본 공개 특허 제 2007-77867 호 공보의 「가스 터빈의 연소 제어 장치」에는, 터빈 입구 온도에 비례하는 연소 부하 지령값(CLCSO)을 가스 터빈 출력으로 하여, 입구 안내 날개(104)의 개방도와, 압축기(102)의 흡기 온도에 근거하여 산출하는 기술이 개시되어 있고, 이 연소 부하 지령값(CLCSO)을 대용 지표로서 사용할 수 있다. 예를 들면, 연소 부하 지령값(CLCSO)이 소정값(예를 들면 98[%]) 이상인 경우에 온도조절 운전중의 판단을 행하도록 한다.

이와 같이 터빈 입구 온도(또는 대용 지표)를 이용하여, 터빈 입구 온도가 엄격한 포인트(point)에서 입구 안내 날개(104)를 긴급시 전개방 상태로 한다라는 운용이 가능해져서, 보다 세밀한 제어가 가능해진다.

100 : 가스 터빈 101 : 터빈
102 : 압축기 103 : 연소기
104 : 입구 안내 날개 105 : 연료 유량 조정 밸브
111 : 제어부 112 : 연료 제어부
113 : IGV 제어부 114 : 온도 제어부
115 : IGV 제어 플래그 생성부 116 : 제어 신호
117 : IGV 개방도 지령 121 : 흡기 상태 검출기
122 : 차실내 압력 센서 123 : 블레이드 패스 온도 검출기
124 : 배기 가스 온도 검출기 150 : 발전기
160 : 증기 터빈
200 : 선행 신호 생성부(제 1 보정부)
400 : 선행 신호 생성부(제 2 보정부)

Claims (11)

1. 전단에 입구 안내 날개를 구비하는 압축기로부터의 압축 공기와 연료를 연소기에 공급하여 상기 연소기에서 발생하는 연소 가스에 의해 터빈을 회전시켜서 발전기를 구동하는 가스 터빈의 운전 제어 장치에 있어서,
   계통 주파수가 소정 문턱값 이하가 되고, 또한 상기 발전기의 출력이 소정값 이상의 고부하대에 있을 경우, 또는 계통 주파수가 소정 문턱값 이하가 되고, 또한 상기 입구 안내 날개의 개방도가 표준 전개방의 상태에 있을 경우에, IGV 긴급시 전개방 플래그를 유효로 하는 IGV 제어 플래그 생성부와,
   상기 IGV 긴급시 전개방 플래그가 유효인 경우에, 상기 입구 안내 날개의 개방도를 미리설정된 개방도로 설정하는 입구 안내 날개 개방도 설정부와,
   온도조절 설정을 상기 입구 안내 날개의 개방도에 따라서 변경하여 설정하고, 상기 온도조절 설정에 근거하여 상기 터빈의 배기 가스 온도 설정값 또는 블레이드 패스 온도 설정값을 생성하는 온도 제어부와,
   상기 배기 가스 온도 설정값 또는 상기 블레이드 패스 온도 설정값에 근거하여, 상기 연소기로의 연료 공급량을 제어하는 연료 제어부를 구비하는
   가스 터빈의 운전 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 연료 제어부가, 상기 발전기의 출력에 근거하여 상기 연료 공급량을 결정하는 로드 리미트 설정값을 생성하는 로드 리미트 제어부, 또는 상기 가스 터빈의 회전수에 근거하여 상기 연료 공급량을 결정하는 가버너 설정값을 생성하는 가버너 제어부를 갖고, 상기 로드 리미트 설정값, 상기 가버너 설정값, 상기 배기 가스 온도 설정값 또는 상기 블레이드 패스 온도 설정값에 근거하여, 상기 연소기로의 연료 공급량을 제어하며,
   상기 IGV 긴급시 전개방 플래그가 유효인 경우에, 상기 로드 리미트 제어부 또는 상기 가버너 제어부에 있어서의 상기 발전기 출력의 상한 설정과 변화율 설정을 미리설정된 값으로 설정하는
   가스 터빈의 운전 제어 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 온도 제어부는, 상기 입구 안내 날개의 개방도의 변화율을 산출하여 상기 변화율에 따른 보정량을 산출하고, 상기 입구 안내 날개의 개방도에 따라서 변경하여 설정한 온도조절 설정을 보정하는 제 1 보정부를 갖는
   가스 터빈의 운전 제어 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 온도 제어부는, 상기 입구 안내 날개의 개방도의 변화율을 산출하여 상기 변화율에 따른 보정량을 산출하고, 상기 온도조절 설정에 근거하여 생성한 상기 터빈의 배기 가스 온도 설정값 또는 블레이드 패스 온도 설정값을 보정하는 제 2 보정부를 갖는
   가스 터빈의 운전 제어 장치.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 1 보정부 또는 상기 제 2 보정부는 상기 입구 안내 날개의 개방도가 소정 범위에 있을 경우에 작동하는
   가스 터빈의 운전 제어 장치.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 온도 제어부는, 상기 온도조절 설정에 근거하는 목표값과 계측한 배기 가스 온도 또는 블레이드 패스 온도의 편차에 근거하여 비례 적분 제어를 행해서 상기 터빈의 배기 가스 온도 설정값 또는 블레이드 패스 온도 설정값을 생성하는 PI 제어부를 갖고, 상기 IGV 긴급시 전개방 플래그가 유효인 경우에, 상기 PI 제어부에 있어서의 제어 파라미터를 미리설정된 값으로 설정하는
   가스 터빈의 운전 제어 장치.
7. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,
   상기 IGV 제어 플래그 생성부는, 상기 온도 제어부에 근거하는 온도조절 운전중이고, 상기 발전기의 출력이 상승중이며, 또한 상기 발전기의 출력이 소정값 이상의 고부하대에 있을 경우, 또는 상기 온도 제어부에 근거하는 온도조절 운전중이고, 상기 발전기의 출력이 상승중이며, 또한 상기 입구 안내 날개의 개방도가 표준 전개방의 상태에 있을 경우에, IGV 표준 전개방 이상 플래그를 유효로 하고,
   상기 입구 안내 날개 개방도 설정부는, 상기 IGV 긴급시 전개방 플래그 또는 상기 IGV 표준 전개방 이상 플래그가 유효인 경우에, 상기 입구 안내 날개의 개방도를 미리설정된 개방도로 설정하는
   가스 터빈의 운전 제어 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 IGV 제어 플래그 생성부는, 상기 IGV 표준 전개방 이상 플래그의 생성 조건이 유효로부터 무효로 변경될 때, 일정한 지연을 갖게 해서 상기 IGV 표준 전개방 이상 플래그를 무효로 하는
   가스 터빈의 운전 제어 장치.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 IGV 제어 플래그 생성부는, 상기 온도조절 운전중의 판단을, 상기 온도 제어부의 온도조절 설정에 근거하는 목표값과 계측한 배기 가스 온도 또는 블레이드 패스 온도의 편차가 소정값 이하가 되었을 때에 실행하는
   가스 터빈의 운전 제어 장치.
10. 제 7 항에 있어서,
    상기 IGV 제어 플래그 생성부는, 상기 온도조절 운전중의 판단을, 상기 터빈의 입구 온도가 소정 범위에 있을 때에 실행하는
    가스 터빈의 운전 제어 장치.
11. 전단에 입구 안내 날개를 구비하는 압축기로부터의 압축 공기와 연료를 연소기에 공급하여 상기 연소기에서 발생하는 연소 가스에 의해 터빈을 회전시켜서 발전기를 구동하는 가스 터빈의 운전 제어 방법에 있어서,
    계통 주파수가 소정 문턱값 이하가 되고, 또한 상기 발전기의 출력이 소정값 이상의 고부하대에 있을 경우, 또는 계통 주파수가 소정 문턱값 이하가 되고, 또한 상기 입구 안내 날개의 개방도가 표준 전개방의 상태에 있을 경우에, IGV 긴급시 전개방 플래그를 유효로 하는 IGV 제어 플래그 생성 단계와,
    상기 IGV 긴급시 전개방 플래그가 유효인 경우에, 상기 입구 안내 날개의 개방도를 미리설정된 개방도로 설정하는 입구 안내 날개 개방도 설정 단계와,
    온도조절 설정을 상기 입구 안내 날개의 개방도에 따라서 변경하여 설정하고, 상기 온도조절 설정에 근거하여 상기 터빈의 배기 가스 온도 설정값 또는 블레이드 패스 온도 설정값을 생성하는 온도 제어 단계와,
    상기 배기 가스 온도 설정값 또는 상기 블레이드 패스 온도 설정값에 근거하여, 상기 연소기로의 연료 공급량을 제어하는 연료 제어 단계를 포함하는
    가스 터빈의 운전 제어 방법.

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