KR101256038B1

KR101256038B1 - 가스 터빈 제어 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101256038B1
Application number: KR1020107021679A
Authority: KR
Inventors: 마스미 노무라; 고조 도야마
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2008-09-29
Filing date: 2009-04-10
Publication date: 2013-04-18
Also published as: EP2249008A1; JP2010084523A; WO2010035539A1; EP2249008B1; US20110004390A1; KR20100126773A; US8406978B2; JP4995169B2; CN101981294B; EP2249008A4; CN101981294A

Abstract

파일럿비 등의 조작량을 할당하여 최적의 운전 조건을 자동 탐색하도록 한 가스 터빈 제어 방법에 있어서, 초기 설계값으로 상정한 이상적인 연료 유량, 공기 유량에서의 운전 상태로부터 일탈된 운전이 행해지는 것을 방지할 수 있게 하여, 설계시에 상정한 이상적인 연료 유량, 공기 유량에 의한 설계 성능이나 운전 상태를 유지할 수 있게 한, 가스 터빈 제어 방법 및 장치를 제공하는 것이 과제이다. 가스 터빈에 있어서의 연료 유량, 공기 유량, 파일럿 연료의 비, 톱 해트 연료의 비의 조작량과 가스 터빈의 부하량의 상관 관계인 부하 감도를 기억하고 있는 제 2 데이터베이스를 갖고, 부하 감도를 이용하여 탐색에 의해 얻어진 운전 조건에 따라, 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방의 조작량에 대한 부하 변동량을 예측하고, 그 예측 결과에 따라 조정을 실시함과 함께, 조정 결과를 제 2 데이터베이스에 기억하도록 하였다.

Description

가스 터빈 제어 방법 및 장치{GAS TURBINE CONTROL METHOD AND CONTROLLER}

본 발명은 가스 터빈 제어 방법 및 장치에 관련된 것으로서, 특히 가스 터빈 운전시에 발생하는 연소 진동 억제를 위한 보정에 의해, 설계시에 상정한 이상적인 연료 유량, 공기 유량에서의 운전 상태로부터 일탈된 운전을 하지 않게 한, 가스 터빈 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.

예를 들어 발전기를 구동시키는 가스 터빈에서는, 발전기의 출력, 대기 온도·습도 등에 기초하여, 연소기에 보내는 공기 유량, 연료 유량을 시운전으로 미(微)조정하여 미리 결정하고, 그 값을 초기 설계값으로서 이용하여 운전을 행하고 있다. 그러나 시운전은 일정 기간뿐으로, 모든 기상 조건에 기초하여 시운전할 수 있는 것은 아니며, 또, 압축기의 성능 열화나 필터 막힘 등의 경년 (

) 변화에 의해, 실제 공기 유량, 연료 유량은 설계시나 시운전시와 어긋날 가능성이 있다.

또 가스 터빈은, 연료와 공기에 의한 연속적인 발열 산화 반응으로 발생하는 연소 가스에 의해 구동되는데, 그 발열 산화 반응시에 난류 연소에 수반되는 연소 소음과, 연료 증발에서 연소까지의 시간 지연에 수반되는, 방열과 확산·선회 (旋回) 에 수반되는 화염 전파 속도의 변동의 상호 작용에 의해 야기되는 연소 진동으로 이루어지는, 10 Hz 에서 수 KHz 에 걸친 주파수를 갖는 압력 변동을 수반하는 경우가 있다.

특히, 연소 진동은, 연소실의 연소 영역에서 발생하는 상기 서술한 상호 작용을 가진원 (加振源) 으로 하여, 연소실의 기주 (氣柱) 와의 공명에 의해 어느 특유의 진동 주파수 범위에서 성장한다. 이와 같은 연소 진동은, 대소의 레벨은 있으나, 연소 가스의 생성 과정에서는 어느 정도 불가피한 것으로 생각해야 하는데, 그 대소 레벨은 연소기의 용적 및 연소 가스 온도에 기초하는 연소 성능에 의해 좌우된다.

한편, 최근의 가스 터빈에서는 고출력화가 요구되고, 이에 수반하여 연소 가스 온도도 고온이 되어, 가스 터빈의 연소실은 연소 가스의 급격한 온도 상승이나 가스 터빈 부하 변동 등에 수반하여 발생하는 과대한 열응력에 대처할 수 있도록, 강도가 높은 내열 강 (鋼) 을 사용함과 함께, 반입·설치·점검 등의 노력 경감을 위해, 고강도에 비해서는 비교적 두께가 얇은 재료가 사용되고 있다. 그런데, 예측할 수 없는 과대한 연소 진동이 발생한 경우, 혹은 연소 진동과 연소실의 기주가 공진한 경우, 연소실은 극도로 진동하여 크랙이 발생하거나 지지 부재에 과대한 손상이 발생하여, 연소기 구성 부재의 수명을 짧게 하거나 한다.

이러한 연소 진동은, 가스 터빈의 운전에 큰 지장을 초래하기 때문에, 연소 진동을 가능한 한 억제하여 회피하는 것이 플랜트의 설비 보호 및 가동률 향상의 관점에서 강하게 요구된다. 그 때문에, 연소 안정성을 유지하여 연소 진동이 발생하지 않도록, 1 년에 몇 차례의 제어계 조정을 숙련된 조정원에 의해 실시하여, 연소 안정성을 확인·유지하는 것이 불가결해지는데, 그것이 보수의 비용 상승이나 가동률 저하의 원인이 된다.

이러한 문제에 대해서는, 예를 들어 특허문헌 1 (일본 공개특허공보 평9-269107호) 에, 압력 센서에 의해 검출된 연소 가스의 압력 변동을 주파수 해석하는 주파수 해석 장치와, 이 주파수 해석 장치에 의해 해석된 압력 변동의 주파수 대역에 기초하여 진동 안정성을 처리하는 중앙 연산 장치와, 이 중앙 연산 장치의 출력 신호를 증폭시키는 전압 증폭기와, 증폭된 출력 신호를 밸브 개폐 신호로서 연료 밸브에 부여하여 제어하는 컨트롤러부를 각각 구비하고, 압력 변동에 수반하여 야기되는 연소 진동을 억제하는 연소기의 연소 진동 억제 장치 및 그 억제 방법이 나타나 있다.

또, 이 특허문헌 1 에 나타낸 연소 진동 억제 장치 및 그 억제 방법은 저주파의 연소 진동을 대상으로 한 것인데, 가스 터빈에서 발생하는 연소 진동은 여러가지 요인에 의해 저주파에서 수천 Hz 와 같은 고주파까지의 넓은 대역에서 발생하는 것이며, 게다가 복수의 주파수 대역에서 연소 진동이 동시에 발생하는 경우도 있다. 그 때문에, 특허문헌 1 과 같이 저주파역의 연소 진동에만 기초하여 연공비를 변화시키면, 다른 주파수 대역에서의 연소 진동이 악화되는 경우도 있다.

그 때문에 본원 출원인은 특허문헌 2 (일본 공개특허공보 2005-155590호) 에 있어서, 복수의 주파수 대역에서 연소 진동이 발생한 경우, 미리 결정한 우선도에 따라 우선도가 높은 주파수 대역의 연소 진동이 억제되도록 조정을 실시하고, 보정을 실시한 후에 가스 터빈 상태의 변화가 있었을 경우, 그것을 데이터베이스에 반영시키도록 하여, 동일한 연소 진동에 대해 데이터베이스에 기억된 데이터로 대응할 수 있게 하였다. 또, 가스 터빈을 설치한 직후, 충분히 데이터베이스에 데이터가 축적되지 않은 상태에서는, 기초 데이터베이스에 저장된 다른 동형 가스 터빈의 데이터에 기초하는 대책 데이터, 지식 데이터베이스에 저장된 숙련된 조정원의 경험에 기초하는 대책 데이터에 기초하여 보정을 실시하도록 하였다. 또, 안정적인 운전 상태에 있을 때에는 데이터가 모이지 않기 때문에, 소정 간격으로 운전 조건을 변동시켜 최적의 운전 조건을 자동적으로 탐색하게 하고, 복수의 주파수 대역에서 연소 진동이 발생한 경우에도, 유효하게 연소 진동을 억제할 수 있게 한 가스 터빈 제어 장치를 제안하였다.

그러나 특허문헌 1 에 나타낸 연소 진동 억제 장치 및 그 억제 방법은, 상기한 바와 같이 저주파의 연소 진동을 대상으로 한 것이기 때문에, 그 연소 진동에만 기초하여 연공비를 변화시키면 다른 주파수 대역에서의 연소 진동이 악화되는 경우가 있다. 또, 특허문헌 2 에 개시된 방법은, 우선도가 높은 주파수 대역의 연소 진동을 억제하는 것에는 유효하지만, 경년 변화 등에 의해 연소 불안정 현상이 일어난다. 그 때문에, 내부에 데이터를 축적하여 모델을 만들고, 정기적으로 운전 조건을 자동 탐색하여 새로운 데이터를 채취하여, 최적의 운전 조건을 자동적으로 취득할 수 있도록 하고 있는데, 그 자동 변경에 의해 상정 외의 부하 변동이 발생할 가능성이 있는 것을 알 수 있었다.

즉, 가로축에 부하 [％], 세로축에 파일럿비를 취한 도 14 에 나타낸 바와 같이, 통상적으로는 요구 부하에 대한 파일럿비는 미리 결정되어 있으나, 경년 변화 등에 의해 연소 불안정이 일어나기 때문에, 가로축에 시각, 세로축에 파일럿비 보정량을 취한 도 15 에 나타낸 바와 같이, 자동적으로 파일럿비를 ＋, - 로 할당하여 (이하, 이와 같이 파일럿비 등을 할당하거나 하여 데이터를 얻는 것을 「자동 탐색」이라고 한다), 최신의 연소 진동 상태를 데이터베이스에 축적하고, 그 데이터에 기초하여 제어를 실시하도록 하고 있다.

그 보정의 결과를 나타낸 것이 도 16 으로, 이 그래프는 도 14 와 마찬가지로 가로축에 부하 [％] 를 취하고, 세로축에 파일럿비를 취하여 도 14 에 나타낸 선을 ◆ 로, 도 15 에 나타낸 자동 탐색에 의해 얻어진 파일럿비를 ■ 로 나타내고 있다. 그런데, 이와 같은 보정을 실시한 결과, 가로축에 시각, 세로축에 부하를 취한 도 17 에 나타낸 바와 같이, 도 15 의 자동 탐색에 의해 상정 외의 부하 증감이 일어나, 초기 설계값으로 상정한 이상적인 연료 유량, 공기 유량에서의 운전 상태로부터 일탈된 운전이 행해지는 경우가 있다.

그 때문에 본 발명에 있어서는, 파일럿비 등의 조작량을 할당하여 최적의 운전 조건을 자동 탐색하도록 한 가스 터빈 제어 방법 및 장치에 있어서, 초기 설계값으로 상정한 이상적인 연료 유량, 공기 유량에서의 운전 상태로부터 일탈된 운전이 행해지는 것을 방지할 수 있게 하여, 설계시에 상정한 이상적인 연료 유량, 공기 유량에 의한 설계 성능이나 운전 상태를 유지할 수 있게 한, 가스 터빈 제어 방법 및 장치를 제공하는 것이 과제이다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명이 되는 가스 터빈 제어 방법은,

연소기에 있어서의 최적의 운전 조건을 기억한 제 1 데이터베이스를 갖는 가스 터빈에서 연소 진동이 발생하지 않은 상태에서 상기 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방을 변동시켜 최적의 운전 조건을 탐색하고, 얻어진 운전 조건에 의해 상기 제 1 데이터베이스의 기억 내용을 갱신함과 함께, 상기 최적의 운전 조건에 따라 상기 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방을 조정하는 가스 터빈 제어 방법에 있어서,

상기 가스 터빈에 있어서의 연료 유량, 공기 유량, 파일럿 연료의 비, 톱 해트 연료의 비의 조작량과 상기 가스 터빈의 부하량의 상관 관계인 부하 감도를 기억하고 있는 제 2 데이터베이스를 갖고, 그 제 2 데이터베이스에 기억된 부하 감도를 이용하여, 상기 탐색에 의해 얻어진 최적의 운전 조건에 따라 상기 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방의 조작량에 대한 부하 변동량을 예측하고, 그 예측 결과에 따라 조정을 실시함과 함께, 조정 결과에 의해 상기 제 1 데이터베이스의 기억 내용을 갱신하는 것을 특징으로 한다.

그리고 이 가스 터빈 제어 방법을 실시하는 가스 터빈 제어 장치는,

연소기와, 그 연소기에 있어서의 최적의 운전 조건을 기억한 제 1 데이터베이스를 갖는 가스 터빈과, 그 가스 터빈에서 연소 진동이 발생하지 않은 상태에서 상기 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방을 변동시켜 최적의 운전 조건을 탐색하고, 얻어진 운전 조건에 의해 상기 제 1 데이터베이스의 기억 내용을 갱신함과 함께, 상기 최적의 운전 조건에 따라 상기 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방을 조정하는 탐색 제어를 실시하는 보정량 산출 수단을 구비하는 가스 터빈 제어 장치에 있어서,

상기 가스 터빈에 있어서의 연료 유량, 공기 유량, 파일럿 연료의 비, 톱 해트 연료의 비의 조작량과, 상기 가스 터빈의 부하량의 상관 관계인 부하 감도를 기억한 제 2 데이터베이스를 구비하고,

상기 보정량 산출 수단은 상기 탐색 제어 상태에서, 상기 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방을 변동시켜 얻어진 최적의 운전 조건에 따라, 상기 제 2 데이터베이스에 기억되어 있는 부하 감도를 이용하여, 상기 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방의 조작량에 대한 부하 변동량을 예측하고, 그 예측 결과에 따라 상기 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방을 조정함과 함께, 그 조정 결과에 의해 상기 제 1 데이터베이스의 기억 내용을 갱신하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 자동 탐색시에, 미리 준비한 연료 유량, 공기 유량, 파일럿 연료의 비, 톱 해트 연료의 비를 어떻게 움직이면 부하량이 어떻게 움직이는지의 부하 감도를 이용하여, 탐색에 의해 얻어진 운전 조건에 따라 상기 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방의 조작량에 대한 부하 변동량을 예측하고, 그 예측 결과에 따라 조정을 실시함으로써, 초기 설계값으로 상정한 이상적인 연료 유량, 공기 유량에서의 운전 상태로부터 일탈된 운전이 행해지는 것을 방지할 수 있어, 설계시에 상정한 이상적인 연료 유량, 공기 유량에 의한 설계 성능이나 운전 상태를 유지할 수 있다.

또한 마찬가지로 본 발명이 되는 가스 터빈 제어 방법은, 상기 부하 감도를, 상기 가스 터빈 운전시에 상기 공기 유량과 파일럿 연료의 비, 톱 해트 연료의 비를 포함하는 조작 프로세스량, 및 대기 상태와 부하량을 포함하는 상태 신호와 부하량으로부터 산출하여, 상기 제 2 데이터베이스에 기억·갱신한다.

그리고, 그것을 위해,

상기 가스 터빈에 있어서의 연료 유량, 공기 유량, 파일럿 연료의 비, 톱 해트 연료의 비의 조작량과 상기 가스 터빈의 부하량의 상관 관계를 나타내는 부하 감도를 산출하는 감도 해석 수단과,

그 감도 해석 수단이 산출한 부하 감도를 기억한 제 2 데이터베이스를 구비하고,

상기 보정량 산출 수단은 상기 탐색 제어 상태에서, 상기 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방을 변동시켜 얻어진 최적의 운전 조건에 따라, 상기 감도 해석 수단이 산출한 부하 감도, 또는 제 2 데이터베이스에 기억되어 있는 부하 감도를 이용하여, 상기 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방의 조작량에 대한 부하 변동량을 예측하고, 그 예측 결과에 따라 상기 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 일방을 조정함과 함께, 그 조정 결과에 의해 상기 제 1 데이터베이스의 기억 내용을 갱신하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 부하 감도를 가스 터빈 운전시에 산출하고, 그것을 위해 감도 해석 수단을 형성함으로써, 일손에 의한 감도 산출의 번거로움이 없어져, 경년 변화가 발생하여도 그 시점에 있어서의 부하 감도를 산출할 수 있기 때문에, 가스 터빈의 연소 안정성을 유지·향상시킬 수 있다.

이상 기재된 바와 같이 본 발명이 되는 가스 터빈 제어 방법 및 장치는, 파일럿비 등의 조작량을 할당하여, 최적의 운전 조건을 자동 탐색하도록 한 가스 터빈 제어 방법 및 장치에 있어서도, 부하 감도를 이용함으로써, 탐색에 의해 얻어진 운전 조건에 따라 상기 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방의 조작량에 대한 부하 변동량을 예측하고, 그 예측 결과에 따라 조정을 실시하기 때문에, 종래와 같이, 초기 설계값으로 상정한 이상적인 연료 유량, 공기 유량에서의 운전 상태로부터 일탈된 운전이 행해지는 것을 방지할 수 있어, 설계시에 상정한 이상적인 연료 유량, 공기 유량에 의한 설계 성능이나 운전 상태로 할 수 있다.

또, 부하 감도를 가스 터빈 운전시에 산출하고, 그것을 위해 감도 해석 수단을 형성함으로써, 일손에 의한 감도 산출의 번거로움이 없어져, 경년 변화가 발생하여도 그 시점에 있어서의 부하 감도를 산출할 수 있기 때문에, 가스 터빈의 연소 안정성을 유지·향상시킬 수 있다.

도 1 은 본 발명이 되는 가스 터빈 제어 방법을 실시하는 장치의, (A) 는 가스 터빈 (2) 을 제어하기 위한 기능적 구성을 나타내기 위한 블록도이고, (B) 는 (A) 의 가스 터빈 제어 장치 (3) 에 있어서의 자동 조정부 (10) 의 실시예 1의 상세 블록도이다.
도 2 는 본 발명이 되는 가스 터빈 제어 방법의 실시예 1 의 플로우도이다.
도 3 은 본 발명이 되는 가스 터빈 제어 방법을 실시하는 도 1(A) 에 나타낸 장치의 블록도에 있어서의, 자동 조정부 (9) 의 실시예 2 의 상세 블록도이다.
도 4 는 본 발명이 되는 가스 터빈 제어 방법의 실시예 2 의 플로우도이다.
도 5 는 본 발명이 되는 가스 터빈 제어 방법에 있어서 사용하는, (A) 는 연료 유량에 대한 부하의 예를 나타낸 그래프이고, (B) 는 바이패스 밸브 개방도, 파일럿비 등의 조작량에 대한 가스 터빈의 부하 감도의 예를 나타낸 그래프이다.
도 6 은 주파수 해석 수단에 의한 해석 결과의 일례를 나타낸 그래프이다.
도 7 은 주파수 해석 수단에 의한 주파수대별 해석 결과의 일례를 나타낸 그래프이다.
도 8 은 본 발명의 실시예 1 에 이용하는 데이터베이스 구성의 일례이다.
도 9 는 본 발명의 실시예 2 에 이용하는 데이터베이스 구성의 일례이다.
도 10 은 연소 진동 영역의 추정법에 관한 원리도이다.
도 11 은 연소 진동 영역의 추정예를 나타내는 도면이다.
도 12 는 가스 터빈의 구성 개략을 설명하기 위한 도면이다.
도 13 은 연소기의 구성 개략을 설명하기 위한 단면도이다.
도 14 는 종래 기술에 있어서의 제어 파라미터의 예이다.
도 15 는 자동 탐색의 예이다.
도 16 은 자동 탐색의 예이다.
도 17 은 종래 기술의 자동 탐색에 있어서의 과제의 예이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 상세하게 설명한다. 단, 이 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 특별히 특정적인 기재가 없는 한은, 이 발명의 범위를 그것에 한정하는 취지가 아니며, 단순한 설명예에 불과하다.

[실시예 1]

맨 먼저, 가스 터빈의 구성 개략을 나타낸 도 12, 연소기의 구성 개략을 설명하기 위한 단면도인 도 13 을 이용하여, 가스 터빈 (2) 에 대해 간단하게 설명한다. 도 12 에 나타낸 이 가스 터빈 (2) 은, 입구 안내 날개 (26) 를 갖는 압축기 (22) 와, 회전축 (39) 에 압축기 (22), 일례로서 발전기 (40) 가 접속되어 있는 터빈 (24) 을 갖는 가스 터빈 본체부 (21) 를 갖고, 이 터빈 (24) 에는 연소기 (23) 로부터 연소 가스 도입관 (38) 을 경유하여 연소 가스가 공급되고, 또 그 연소 가스는 배관을 통과하여 외부로 배출된다.

압축기 (22) 에는 회전축 (39) 을 개재하여 터빈 (24) 의 회전이 전해지고, 필터가 형성되어 있는 도입 입구로부터 외부의 흡기 (25) 를 도입하여 압축 공기를 생성하고, 압축 공기 도입부 (27) 로부터 연소기 (23) 에 압축 공기를 공급하여 연소에 사용시킨다. 이 압축기 (22) 에 형성된 입구 안내 날개 (26) 는, 압축기 (22) 의 공기 도입측의 회전 날개로, 이 입구 안내 날개 (26) 의 회전 날개의 각도, 즉 밸브 개방도를 제어함으로써 회전 수가 일정해도, 압축기 (22) 에 도입하는 공기의 유량 (압축기 흡기 유량) 을 조정할 수 있다.

연소기 (23) 에는 압축 공기 도입부 (27), 바이패스 공기 도입관 (36), 바이패스 밸브 (35), 바이패스 공기 혼합관 (37) 이 접속되고, 압축 공기 도입부 (27) 는, 압축기 (22) 에 접속된 도입관이나 연소기 (23) 의 차실 (車室) 내로 공기를 유도하는 공간으로, 압축기 토출 공기를 연소기 (23) 로 유도한다. 바이패스 공기 도입관 (36) 은, 압축 공기 도입부 (27) 내에 일단부가 개방되어 접속되며 타단부는 바이패스 공기 도입관 (36) 을 통과하는 공기의 유량을 제어하는 바이패스 밸브 (35) 에 접속되어, 압축기 토출 공기 중, 연소기 (23) 에 공급하지 않는 분을 터빈 (24) 에 바이패스하는 관이다. 또, 바이패스 밸브 (35) 의 타단측에 접속된 바이패스 공기 혼합관 (37) 은, 연소 가스 도입관 (38) 에 접속되어 바이패스 밸브 (35) 를 통과한 공기를, 연소기 (23) 에서 생성된 연소 가스와 혼합되도록 연소 가스 도입관 (38) 에 공급한다.

또 연소기 (23) 에는, 메인 연료 유량 제어 밸브 (28), 메인 연료 공급 밸브 (29) 를 개재하여 메인 연료가, 톱 해트 연료 유량 제어 밸브 (30), 톱 해트 연료 공급 밸브 (31) 를 개재하여 톱 해트 연료가, 파일럿 연료 유량 제어 밸브 (32), 파일럿 연료 공급 밸브 (33) 를 개재하여 파일럿 연료가 각각 공급된다. 메인 연료 유량 제어 밸브 (28) 는 일방을 외부로부터 연료를 공급하는 배관에, 타방을 복수의 메인 연료 공급 밸브 (29) 에 접속시킨 배관에 접속되고, 메인 연료 유량 제어 밸브 (28) 는 외부로부터 공급되는 연료의 연소기 (23) 에 대한 유량을, 메인 연료 공급 밸브 (29) 는 연소기 (23) 의 메인 버너 (메인 연료 노즐) 에 공급하는 연료를 각각 제어하는 밸브이다.

톱 해트 연료 유량 제어 밸브 (30) 는, 일방이 외부로부터 연료를 공급하는 배관에, 타방이 복수의 톱 해트 연료 공급 밸브 (31) 에 접속되고, 톱 해트 연료 유량 제어 밸브 (30) 는 외부로부터 공급되는 연료의 연소기 (23) 에 대한 유량을, 톱 해트 연료 공급 밸브 (31) 는 톱 해트 버너에 공급하는 연료를 각각 제어하는 밸브이다. 파일럿 연료 유량 제어 밸브 (32) 는, 일방이 외부로부터 연료를 공급하는 배관에, 타방이 복수의 파일럿 연료 공급 밸브 (33) 에 접속되고, 파일럿 연료 유량 제어 밸브 (32) 는 외부로부터 공급되는 연료의 연소기 (23) 에 대한 유량을, 파일럿 연료 유량 공급 밸브 (33) 는 파일럿 버너에 공급하는 연료를 각각 제어하는 밸브이다.

연소기 (23) 는 도 13 에 나타낸 바와 같이, 파일럿 노즐 (44) 이 내통의 중앙에, 메인 연료 노즐 (45) 이 그 주위에, 톱 해트 노즐 (47) 은 연소기 내통 (42) 과 외통 (41) 사이에 형성되고, 복수 종류의 연료 노즐로 이루어져 있다. 이 중, 파일럿 노즐 (44) 은, 연소의 안정성 등을 도모하는 것을 목적으로 한 확산 연소용의 연료 노즐이고, 메인 연료 노즐 (45) 은, NOx 저감 등을 목적으로 하여 메인 연료 가스와 압축 공기를 연소부보다 상류측에서 혼합하고, 그 후, 연소시키는 예비 혼합 연소용의 연료 노즐로서, 파일럿 노즐 (44) 주위에 복수개 형성되어 있다. 톱 해트 노즐 (47) 은, NOx 저감을 더욱 도모하는 것 등을 목적으로 하여 톱 해트 연료 가스와 압축 공기를, 메인 연료 노즐 (45) 의 경우보다 더욱 상류측에서 혼합한 후에 연소시키는 예비 혼합 연소용의 연료 노즐로서, 메인 연료 노즐 (45) 보다 더욱 외부 둘레측에 복수 개 형성되어 있다. 또한, 이 도 13 에 있어서 43 은 연소기 미통 (尾筒) 이다.

다시 도 12 로 되돌아와, 외부로부터 도입된 공기는, 압축기 (22) 에 의해 압축되어 각 연소기 (23) 에 공급되고, 연료의 일부는 파일럿 연료 유량 제어 밸브 (32) 와 톱 해트 연료 유량 제어 밸브 (30) 를 경유해, 각 연소기 (23) 의 파일럿 연료 공급 밸브 (33) 와 톱 해트 연료 공급 밸브 (31) 에 도달하여 그곳으로부터 각 연소기 (23) 에 도입된다. 또, 나머지 연료는 메인 연료 유량 제어 밸브를 (28) 경유해 각 연소기 (23) 의 메인 연료 공급 밸브 (29) 에 도달하고, 그곳으로부터 각 연소기 (23) 에 도입된다. 도입된 공기 및 연료는, 각 연소기 (23) 에 있어서 연소되어 발생한 연소 가스는, 터빈 (24) 에 도입되어 터빈 (24) 을 회전시키고, 그 회전 에너지에 의해 발전기 (40) 가 발전을 행한다.

도 1 은 본 발명이 되는 가스 터빈 제어 방법을 실시하는 장치의, 1(A) 는 가스 터빈 (2) 을 제어하기 위한 기능적 구성을 나타내기 위한 블록도이고, 도 1(B) 는 도 1(A) 의 가스 터빈 제어 장치 (3) 에 있어서의 자동 조정부 (10) 의 실시예 1 의 상세 블록도이다. 도 1(A) 에 나타낸 바와 같이, 가스 터빈 제어 장치 (3) 로 가스 터빈 (2) 을 제어하기 위해, 가스 터빈 (2) 에 프로세스량 계측부 (4), 압력 변동 측정부 (센서) (5), 가속도 측정부 (센서) (6), Nox 측정부 (7), 조작 기구 (8) 가 형성되어 있다.

프로세스량 계측부 (4) 는, 가스 터빈 (2) 상의 그에 적합한 부위에 설치되어, 가스 터빈 (2) 의 운전 중에 있어서의 운전 조건이나 운전 상태를 나타내는 프로세스량을 계측하는 각종 계측 기기로서, 측정 결과는 미리 정해진 시각 (t1, t2 …) 마다 가스 터빈 제어 장치 (3) 의 제어기 (9) 에 출력된다. 여기서 프로세스량 (플랜트 상태량) 이란, 예를 들어, 발전 전력 (발전 전류, 발전 전압), 대기 온도, 습도, 각 부에서의 연료 유량 및 압력, 각 부에서의 공기 유량 및 압력, 연소기 (23) (도 12) 에서의 연소 가스 온도, 연소 가스 유량, 연소 가스 압력, 압축기 (22) 나 터빈 (24) 의 회전 수, 터빈 (24) 으로부터의 배기 가스에 함유되는 질소 산화물 (NOx), 일산화탄소 (CO) 등을 비롯한 배출물 농도 등이다. 이 프로세스량은, 가스 터빈 (2) 에 공급되는 연료나 공기의 양 등의 조작 가능한 「조작량 (플랜트 데이터)」과, 예를 들어, 대기 온도와 같은 기상 데이터, 요구에 따라 결정되는 발전기의 부하 크기 (MW) 등의 「조작할 수 없는 상태량」으로 나누어진다.

압력 변동 측정부 (5) 는, 복수의 연소기 (23) 각각에 장착된 압력 측정기로서, 제어기 (9) 로부터의 지령에 의해 미리 정해진 시각 (t1, t2 …) 마다 연소에 의해 발생하는 각 연소기 (23) 내의 압력 변동 측정값을 가스 터빈 제어 장치 (3) 에 출력한다. 가속도 측정부 (6) 는, 각 연소기 (23) 에 장착된 가속도의 측정기로, 제어기 (9) 로부터의 지령에 의해 미리 정해진 시각 (t1, t2 …) 마다 연소에 의해 발생하는 각 연소기 (23) 의 가속도 (위치의 2 계 (階) 미분) 를 계측하여, 그 측정값을 가스 터빈 제어 장치 (3) 에 출력한다. Nox 측정부 (7) 는 각 연소기 (23) 의 배기 가스 중에 함유되는 Nox 의 측정기로, 제어기 (9) 로부터의 지령에 의해 미리 정해진 시각 (t1, t2 …) 마다 연소에 의해 발생하는 Nox 를 계측하여, 그 측정값을 가스 터빈 제어 장치 (3) 에 출력한다.

조작 기구 (8) 는 제어기 (9) 로부터의 지령에 의해, 메인 연료 유량 제어 밸브 (28) 및 메인 연료 공급 밸브 (29) 의 개방도, 톱 해트 연료 유량 제어 밸브 (30) 및 톱 해트 연료 공급 밸브 (31) 의 개방도, 파일럿 연료 유량 제어 밸브 (32) 및 파일럿 연료 공급 밸브 (33) 의 개방도, 바이패스 밸브 (35) 의 개방도, 압축기 (22) 의 입구 안내 날개 (26) 의 회전 날개의 각도 등을 조작하는 기구로서, 이것에 의해 메인 연료의 유량 제어, 톱 해트 연료의 유량 제어, 파일럿 연료의 유량 제어, 각 연소기 (23) 에 공급하는 공기의 유량 제어, 압축기 (22) 에 도입되는 공기의 유량 제어 등을 실시한다. 또한, 각 연소기 (23) 에 공급하는 공기의 유량 제어는, 구체적으로는 각 연소기 (23) 에 있어서 바이패스 밸브 (35) 의 개방도를 크게 (혹은 작게) 하여, 바이패스측으로 흐르는 공기 유량을 증가 (혹은 감소) 시킴으로써 연소기 (23) 에 공급되는 공기의 유량을 제어한다.

가스 터빈 제어 장치 (3) 는, 제어기 (9) 와 자동 조정부 (탐색 제어부) (10) 를 구비한다. 제어기 (9) 는, 프로세스량 계측부 (4), 압력 변동 측정부 (5), 가속도 측정부 (6) 로부터 출력되는 측정값을 수취하여, 이것을 자동 조정부 (10) 에 전송한다. 또, 이 제어기 (9) 는, 자동 조정부 (10) 로부터의 지령에 기초하여, 메인 연료 유량 제어 밸브 (28) 및 메인 연료 공급 밸브 (29), 톱 해트 연료 유량 제어 밸브 (30) 및 톱 해트 연료 공급 밸브 (31), 파일럿 연료 유량 제어 밸브 (32) 및 파일럿 연료 공급 밸브 (33), 바이패스 밸브 (35), 입구 안내 날개 (26) 를, 조작 기구 (8) 로 조작하기 위한 신호를 출력한다.

도 1(B) 는, 도 1(A) 에 나타낸 가스 터빈 제어 장치 (3) 에 있어서의 자동 조정부 (10) 의 상세 블록도로서, 11 은 입력 수단, 12 는 상태 파악 수단, 13 은 주파수 해석 수단, 14 는 연소 특성 파악 수단, 15 는 제 1 데이터베이스, 16 은 보정량 산출 수단, 17 은 출력 수단, 18 은 제 2 데이터베이스이다. 이들로 구성되는 자동 조정부 (10) 에서는, 연소 진동이 발생하였을 때, 진동을 억제하는 데 가장 효과적인 방향으로 조작량 (프로세스량) 을 변화시키는 제어를 실시한다.

즉 자동 조정부 (10) 는, 제어기 (9) 로부터 전송된 프로세스량 계측부 (4), 압력 변동 측정부 (5), 가속도 측정부 (6) 로부터의 프로세스량이나 압력, 가속도의 데이터를 입력 수단 (11) 에 의해 수취하고, 또한 주파수 해석 수단 (13) 에 의한 가스 터빈 (2) 내의 진동 주파수 해석 결과로부터, 상태 파악 수단 (12) 으로 가스 터빈 (2) 의 상태 등을, 또한 연소 특성 파악 수단 (14) 으로 각 연소기 (23) 의 연소 특성을 파악한다. 그리고 보정량 산출 수단 (16) 으로, 이 상태 파악 수단 (12) 및 연소 특성 파악 수단 (14) 으로 파악한 내용에 기초하여, 가스 터빈 (2) 에서 연소 진동이 발생하지 않을 것 같은 대책, 즉 메인 연료 유량 제어 밸브 (28) 및 메인 연료 공급 밸브 (29), 톱 해트 연료 유량 제어 밸브 (30) 및 톱 해트 연료 공급 밸브 (31), 파일럿 연료 유량 제어 밸브 (32) 및 파일럿 연료 공급 밸브 (33), 바이패스 밸브 (35), 입구 안내 날개 (26) 를 조정하는지의 여부 및 조정하는 경우에는 그 조정 부위와 조정량을 결정한다. 그리고 그 보정량 산출 수단 (16) 의 결정 결과는, 출력 수단 (17) 에 의해 제어기 (9) 에 출력된다.

또한 이 보정량 산출 수단 (16) 은, 후기하는 바와 같이 연소 진동이 발생하였을 때, 그것을 억제하기 위해 제어계 설정에 대해, 제 1 데이터베이스에 기억되어 있는 도 8 에 나타낸 바와 같은 연소기 내에 있어서의 연소 상태의 변화를 관련지은 정보를 기억하는 데이터베이스와, 그 데이터베이스에 축적된 정보에 기초하여 해석해서 얻어진 정보가 저장된 기초 데이터베이스 (도시 생략), 및 도 9 에 나타낸 바와 같은 과거에 실시한 조정과 그 조정을 실시함으로써 발생한 가스 터빈 (2) 의 가동 상태의 변화를 관련지은 정보, 및 표준적인 연소 특성을 나타내는 수식 모델, 제약 정보, 경험 정보, 숙련된 조정원의 경험 (노하우) 에 기초하여 설정된 「증상」과, 그러한 증상일 때에 유효한 대책을 관련지은 경험 정보 등을 축적한 지식 데이터베이스 (도시 생략) 등에 기초하여 바람직한 보정량을 산출하는데, 그 때, 제 2 데이터베이스 (18) 에 기억되어 있는 개개의 조작량에 대한 부하의 감도를 참조하여, 변경되는 토탈 조작량에 대해 발생하는 부하 변동량을 예측하고, 선행적으로 제어에 이용하여 원하는 부하를 유지한다.

이 조작량에 대한 부하의 감도에 대해, 도 5 를 이용하여 간단하게 설명하면, 이 도 5 는 본 발명이 되는 가스 터빈 제어 방법에 있어서 사용하는, 5(A) 가 연료 유량에 대한 부하의 예를 나타낸 그래프, 5(B) 가 바이패스 밸브 개방도, 파일럿비 등의 조작량에 대한 가스 터빈의 부하 감도의 예를 나타낸 그래프로서, 먼저 도 5(A) 의 그래프는 가로축이 연료 유량, 세로축이 가스 터빈 (2) 의 부하 (GT 부하) 이고, 가스 터빈은 부하를 내기 전에도 회전축 (39) 을 회전시키기 위해 연료가 필요하기 때문에, 일정한 연료 유량 후에 부하가 나온다. 그리고 연료 유량을 더욱 증가시킴으로써 부하가 변화하여, 일정한 연료 유량 이상에서 100 ％ 의 부하가 된다.

그리고 도 5(B) 의 그래프는, X 방향으로 바이패스 밸브 개방도, Y 방향으로 파일럿비, Z 방향으로 가스 터빈 부하 (GT 부하) 로 한 3 차원 좌표 공간에, 바이패스 밸브와 파일럿비의 값을 플롯하여, 그 때의 가스 터빈 부하가 어떻게 변화하는가를 나타낸 그래프이다. 이 도 5(B) 의 그래프에는, 일례로서 바이패스 밸브 개방도를 X₁₁ _-1, 파일럿비를 X₁₂ _- ₁ 로 한 점 (A) 이 플롯되어 있고, 바이패스 밸브 개방도를 바꾸었을 때에 부하가 어떻게 바뀌는가라는 미계수를 계산할 수 있다. 즉, 바이패스 밸브와 파일럿비를 어떻게 바꾸면 부하가 어떻게 변화하는가라는 조작량에 대한 부하 감도를 알 수 있는 것이다.

또, 이 현재의 운전점 (A) 의 좌표를 도 5(B) 에 나타낸 바와 같이 (X₁₁ _-1, X_12-1) 로 하고, 구해진 바이패스 밸브 개방도 보정량을 ΔX, 파일럿비 보정량을 ΔY, 또 바이패스 밸브 개방도 및 파일럿비의 변화에 대한 GT 부하 변화량을 각각

₁₁,

₁₂ 로 하면, 운전점 (A) 에 있어서 바이패스 밸브 개방도를 ΔX, 파일럿비를 ΔY, 보정한 경우의 GT 부하 변화량 ΔLGT 는, 하기 (1) 식으로 예측할 수 있다.

ΔLGT =

₁₁·ΔX ＋

₁₂·ΔY………………………………(1)

그 때문에, 제어기 (9) 에 이 (1) 식으로 얻어진 부하 변화량을 출력하여, 제어기 (9) 측에서 의사적으로 부하 변화 지령을 발생시킴으로써 부하 변화를 캔슬시킬 수 있다. 또한, 이 부하 감도는 상기한 바와 같이 제 2 데이터베이스 (18) 에 기억시키는데, 기억시키는 형태는 상기 (1) 식으로 하거나, 도 5(B) 와 같은 그래프로 하거나, 혹은 직접 수치를 기억시키도록 해도 된다. 또, 상기 (1) 식에서는, 바이패스 밸브 개방도 ΔX, 파일럿비 ΔY 의 2 원의 1 차식으로 하였으나, 톱 해트비 등, 그 밖의 조작량을 이용해도 되고, 3 원 이상으로 해도 되며, 추가로 2 차 이상의 고차의 항을 더해도 된다.

이상이 본 발명이 되는 가스 터빈 제어 방법을 실시하는 장치의 개략 구성이고, 본 발명은, 상기한 바와 같이 파일럿비 등의 조작량을 할당하여, 최적의 운전 조건을 자동 탐색하게 한 가스 터빈에 있어서, 초기 설계값으로 상정한 이상적인 연료 유량, 공기 유량에서의 운전 상태로부터 일탈된 운전이 행해지는 것을 방지하기 위해 이룬 것이다.

그 때문에 본 발명은, 가스 터빈의 연소기 내에서의 압력 또는 가속도의 진동을 주파수 분석하는 주파수 해석부 (13) 와, 주파수대별 분석 결과와 가스 터빈에 있어서의 공기 유량과 파일럿 연료의 비, 톱 해트 연료의 비를 포함하는 조작 프로세스량, 및 대기 상태와 부하량을 포함하는 상태 신호에 기초하여, 가스 터빈의 연소 진동의 특성을 파악하는 연소 특성 파악부 (14) 와, 연소 진동이 발생하고 있는 것을 연소 특성 파악부 (14) 로 파악하였을 때, 연소 진동이 억제되도록 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방을 조정하는 제어부 (9) 와, 가스 터빈에 있어서의 연료 유량, 공기 유량, 파일럿 연료의 비, 톱 해트 연료의 비의 변화량과 가스 터빈의 부하량의 상관에 기초하는 조작량에 대한 부하 감도를 기억한 제 2 데이터베이스 (18), 또는 감도 해석 수단 (19) 을 구비하고, 제어부 (9) 에서 연소 진동을 억제시키기 위한 조정을 실시하지 않은 상태에서, 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방을 변동시켜 최적의 운전 조건을 탐색하고, 얻어진 최적의 운전 조건에 따라 제 2 데이터베이스 (18) 에 기억되어 있거나, 또는 감도 해석 수단 (19) 으로 산출한 부하 감도를 이용하여, 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방의 조작량에 대한 부하 변동량을 예측하고, 그 예측 결과에 따라 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방을 조정하도록 하였다.

즉, 가스 터빈이 안정적인 운전 상태에 있을 때에는, 경년 변화가 있어도 데이터가 모이지 않기 때문에, 소정 간격으로 운전 조건을 변동시켜 최적의 운전 조건을 자동적으로 탐색하도록 하여, 복수의 주파수 대역에서 연소 진동이 발생한 경우에도 유효하게 연소 진동을 억제할 수 있게 한 경우, 상기한 바와 같이 자동 변경에 의해 상정 외의 부하 변동이 발생할 가능성이 있어, 초기 설계값으로 상정한 이상적인 연료 유량, 공기 유량에서의 운전 상태로부터 일탈된 운전이 행해지는 경우가 있다.

그에 대한 본 발명에서는, 가스 터빈에 있어서의 연료 유량, 공기 유량, 파일럿 연료의 비, 톱 해트 연료의 비의 변화량과 가스 터빈의 부하량의 상관에 기초하는 조작량에 대한 부하 감도를 기억한 제 2 데이터베이스 (18), 또는 감도 해석 수단 (19) 을 구비하고, 제어부 (9) 에서 연소 진동을 억제시키기 위한 조정을 실시하지 않은 상태에서 자동 탐색할 때, 얻어진 최적의 운전 조건에 따라 제 2 데이터베이스 (18) 에 기억되어 있거나, 또는 감도 해석 수단 (19) 으로 산출한 부하 감도를 이용하여, 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방의 조작량에 대한 부하 변동량을 예측하고, 그 예측 결과에 따라 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방을 조정하도록 하였기 때문에, 이러한 문제를 일으킬 가능성이 없어져, 설계시에 상정한 이상적인 연료 유량, 공기 유량에 의한 설계 성능이나 운전 상태로 할 수 있다.

도 2 는 본 발명이 되는 가스 터빈 제어 방법의 실시예 1 의 플로우도이다. 이 도 2 에 나타낸 플로우도는, 가스 터빈 (2) 을 가동시키기 위한 프로그램의 일부로서 도입되는 것으로서, 가스 터빈 (2) 이 가동되고 있는 동안, 소정 시간마다 일련의 처리를 실행한다.

단계 S10 에서 처리가 스타트되면, 단계 S11 에서 도 1(A) 의 프로세스량 계측부 (4), 압력 변동 측정부 (5), 가속도 측정부 (6), Nox 측정부 (7) 로부터 제어기 (9) 를 통해 전송된 프로세스량이나 압력, 가속도, Nox 의 데이터가 입력 수단 (11) 에서 수취되어, 상태 파악 수단 (12), 주파수 해석 수단 (13) 에 보내진다.

그리고 상태 파악 수단 (12) 은, 프로세스량 계측부 (4) 에 의해 계측된 가스 터빈 (2) 에 공급되는 연료 특성의 파악, 가스 터빈 (2) 에 이상이 없는지 여부의 진단 등을 실시한다. 가스 터빈 (2) 에 공급되는 연료 특성의 파악은, 예를 들어 도시되지 않은 탱크 내에 저장되어 있는 연료가 시간의 경과와 함께 탱크 내에서 무거운 분자가 하강하고, 가벼운 분자가 상승하는 결과, 가스 터빈 (2) 에 공급되는 연료 성분 (칼로리) 이 탱크 내의 연료 잔량 등에 따라 변동하기 때문이다. 그 때문에 가스 터빈 (2) 에 공급되고 있는 연료 성분에 따라, 프로세스량 계측부 (4) 로서 탱크로부터 가스 터빈 (2) 에 이르는 연료 계통에 칼로리 미터, 연료의 조성을 측정하는 측정기 등을 형성하고, 얻어지는 연료의 칼로리나 조성의 데이터에 기초하여 연공비를 증감시킬 때의 조정량을 상태 파악 수단 (12) 으로 결정한다.

또한, 프로세스량 계측부 (4) 에 의해 연료의 칼로리나 조성을 실시간으로 계측하는 것이 아니라, 미리 탱크 내의 연료 잔량과 연료 성분의 변화의 관계를 계측하고, 이에 기초하여 조정량을 결정하기 위한 테이블이나 차트를 작성해 두도록 해도 된다. 그 경우, 프로세스량 계측부 (4) 에서는 탱크 내의 연료의 잔량을 계측하고, 계측된 연료의 잔량에 기초하여 연공비를 증감시킬 때의 조정량을 결정한다. 또, 탱크로부터의 공급뿐만 아니라, 파이프 라인에 의해 연료가 공급되는 경우도 동일하게 해도 된다.

가스 터빈 (2) 에 이상이 없는지 여부의 진단은, 프로세스량 계측부 (4) 에 의해 계측된 가스 터빈 (2) 각 부의 온도나 유량의 데이터에 기초하여 가스 터빈 (2) 의 이상 유무를 판단하는 것으로, 예를 들어, 가스 터빈 (2) 의 특정 부분의 온도가 미리 설정한 임계값 이상으로 상승되어 있거나, 특정 부분의 유량이 임계값 이하로 저하되어 있었을 경우 등에, 가스 터빈 (2) 자체에 이상이 발생한 것으로 판단한다. 그리고 상태 파악 수단 (12) 은, 가스 터빈 (2) 에 이상이 있다는 판단이 이루어진 경우, 알람이나 경고 램프 등의 알림 수단에 의해 가스 터빈 (2) 에 이상이 발생한 것을, 오퍼레이터 등을 향하여 알린다.

가스 터빈 (2) 에 이상이 관찰되지 않는 경우, 다음 단계 S12 에서 주파수 해석 수단 (13) 에 의해 내압 변동이나 가속도의 주파수 해석, 및 센서의 이상 진단이 행해진다. 주파수 해석 수단 (13) 은, 각 연소기 (23) 에 있어서 압력 변동 측정부 (5) 에 의해 계측된 압력 변동 측정값에 기초하여, 예를 들어 압력 변동 (진동) 의 주파수 해석 (고속 푸리에 변환：FFT) 을 실시한다. 도 6 은 압력 변동 측정부 (5) 에 의해 측정된 압력 변동 측정값에 기초하여 주파수 해석 수단 (13) 이 주파수 해석을 실시한 결과의 일례이다. 가로축은 주파수, 세로축은 진동의 강도 (레벨) 를 나타내고 있다. 또한, 주파수 해석 수단 (13) 은, 가속도 측정부 (6) 에 의해 계측된 가속도 측정값에 기초하여 가속도의 주파수 해석을 실시할 수도 있다.

이 도 6 에 나타나 있는 바와 같이, 연소기 (23) 에 있어서 발생하는 연소 진동 (압력 진동 및 가속도 진동) 은, 복수의 진동 주파수를 갖고, 각 주파수의 진동은 각각 복잡한 요인에 의해 발생하고 있기 때문에, 획일적인 제어, 혹은 하나의 파라미터를 제어하는 것만으로는 진동을 억제하기가 어렵다. 또, 진동 수에 따라 가스 터빈 (2) 에 미치는 영향이 상이하여, 같은 진동 강도라도 어느 주파수에서는 허용 범위여도, 다른 주파수에 있어서는 치명적인 경우도 있을 수 있다. 이런 점에서 가스 터빈 (2) 의 운전 조건의 제어는, 진동의 주파수에 따라 복수의 파라미터에 대해 실시할 필요가 있다.

그 때문에 주파수 해석 수단 (13) 은, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 내압 변동이나 가속도의 주파수 해석 결과를 복수 (n) 의 주파수대로 단락지어 주파수대별 해석 결과로서 출력한다. 여기서 주파수대란, 주파수 해석 수단 (13) 이 주파수 해석을 실시한 결과에 기초하여 대응을 행하는 최소 단위가 되는 주파수 영역이다. 예를 들어 도 7 에 있어서 진동은, 주로 0 ∼ 5000 Hz 에서 발생하고 있기 때문에, 주파수 범위를 0 ∼ 5000 Hz 로 하고, 그 주파수 범위를 적당한 크기의 주파수대로 단락지어, n 개로 분할한다. 예를 들어, 50 Hz 마다 단락짓는다고 하면, n = 100 이 된다. 또한, 이 주파수대는, 반드시 일정한 크기일 필요는 없다. 주파수 해석 수단 (13) 은, 상기와 같이 하여 얻은 압력 또는 가속도의 주파수대별 해석 결과를 상태 파악 수단 (12) 에 출력한다.

또, 주파수 해석 수단 (13) 은, 압력 변동 측정부 (5), 가속도 측정부 (6) 에 있어서 압력 측정기나 가속도 측정기 자체, 혹은 압력 측정기나 가속도 측정기로부터 출력되는 데이터가, 입력 수단 (11) 에 입력될 때까지의 데이터 전송 계통에 이상이 없는지 여부도 진단한다. 이것은, 압력 측정기나 가속도 측정기 혹은 데이터 전송 계통에 이상이 있는 경우, 정상적인 제어를 할 수 없게 되기 때문으로, 예를 들어 전원 주파수 성분 (예를 들어 60 Hz) 의 노이즈나 전체 주파수 대역에 걸쳐 랜덤상의 노이즈가 실리거나, 또한 수십 Hz 미만의 영역, 특히 직류 성분으로 펄스상 노즐이 실리면, 도 6 에 나타낸 본래의 레벨과 비교하여 전체적으로 상승된 레벨의 신호가 되거나 한다. 또, 압력 측정기나 가속도 측정기 자체가 열화된 경우, 전체 주파수 대역에 걸쳐 레벨이 낮아지기 때문에, 주파수 해석 수단 (13) 으로 진동 레벨이 미리 설정한 범위로부터 벗어났는지 여부를 판단하여, 범위로부터 벗어난 경우에 압력 측정기나 가속도 측정기, 혹은 데이터 전송 계통에 이상이 있는 것으로 판정한다. 또한 이 판정을 위해, 주파수 해석 수단 (13) 으로 상기한 바와 같은 패턴의 해석 결과가 얻어진 경우에, 이것을 검출할 수 있는 임계값을 미리 설정해 둠으로써, 데이터 전송 계통에 이상이 발생한 경우도 그것을 용이하게 판정할 수 있다.

또한 여기서 주파수 해석 수단 (13) 에, 압력 측정기나 가속도 측정기를 복수 세트 형성해 두고 이들 복수 세트의 측정 결과를 비교하여, 그에 따라 압력 측정기나 가속도 측정기, 혹은 압력 측정기나 가속도 측정기로부터의 데이터 전송 계통에 이상이 발생하였는지 여부를 판정해도 된다. 또, 가속도 측정부 (6) 는, 연소기 (23) 자체의 진동을 가속도로서 검출하기 때문에, 하나의 가속도 측정부 (6) 로 복수의 연소기 (23) 에서 발생하는 연소 진동을 감시해도 된다. 이 경우, 하나의 연소기 (23) 에 형성된 압력 변동 측정부 (5) 가 센서 이상으로 판단되어도, 가속도 측정부 (6) 에 의해 연소 진동을 검지할 수 있고, 또한 가속도 측정부 (6) 를 복수 형성한 경우에는, 압력 변동 측정부 (5) 에서 연소 진동을 검지하지 않아도 적어도 2 개의 가속도 측정부 (6) 에서 연소 진동을 검지한 경우, 연소 진동이 발생한 것으로 판정함으로써 신뢰성을 높일 수도 있다.

다시 도 2 로 되돌아와, 이렇게 하여 주파수 해석이 행해지는 것인데, 이 주파수 해석의 결과는 단계 S13 에서 제 1 데이터베이스 (15) 에 추가, 갱신된다. 여기서 제 1 데이터베이스 (15) 에 축적되는 데이터는, 예를 들어 도 8 과 같은 형식으로 저장된다. 이 도 8 에 있어서 X₁₁ _-1, X₁₁ _-2, ……, X₁₁ _-n, X₁₂ _-1, X₁₂ _-2, ……, X₂₂ _-n 은 프로세스량, Y_i1 _-1, Y_i1 _-2, ……, Y_i1 _-n, Y_i2 _-1, Y_i2 _-2, ……, Y_in _-n 은 각 주파수대에서의 진동 강도의 최대값이다. 즉, 제 1 데이터베이스 (15) 에서는, 프로세스량 및 각 주파수대에서의 진동 강도의 최대값 (Y_in) 이 시각 (t1, t2 …) 마다 정리되어 저장되어 있고, 제어기 (9) 및 주파수 해석 수단 (13) 으로부터 이들 데이터가 시시각각으로 제 1 데이터베이스 (15) 에 송신되어 오면, 그들 데이터가 제 1 데이터베이스 (15) 에 추가 기억된다.

제 1 데이터베이스 (15) 에 축적되는 진동 강도의 데이터는 압력 진동뿐이어도 되고, 가속도 진동뿐이어도 되며, 압력 진동 및 가속도 진동의 양방이어도 된다. 일례로서 도 8 의 시각 t1 일 때에는 바이패스 밸브 (35) 의 밸브 개방도가 X₁₁ _- ₁ 이고, 파일럿비가 X₁₂ _-1, 톱 해트비가 X₁₃ _-1, 대기 온도가 X₂₁ _-1, 발전기의 부하 (MW) 가 X₂₂ _- ₁ 이고, 제 1 주파수대에서의 진동 강도의 최대값이 Y_i1 _-1, 제 2 주파수대에서의 진동 강도의 최대값이 Y_i2 _-1, 제 n 주파수대에서의 진동 강도의 최대값이 Y_in-1 인 것을 나타내고 있다. 마찬가지로 시각 t2 일 때에는, 바이패스 밸브 (35) 의 밸브 개방도가 X₁₁ _-2, 파일럿비가 X₁₂ _-2, 톱 해트비가 X₁₃ _-2, 대기 온도가 X₂₁ _-2, 발전기의 부하가 X₂₂ _- ₂ 이고, 제 1 주파수대에서의 진동 강도의 최대값이 Y_i1 _-2, 제 2 주파수대에서의 진동 강도의 최대값이 Y_i2 _-2, 제 n 주파수대에서의 진동 강도의 최대값이 Y_in _- ₂ 인 것을 나타내고 있다.

그리고 다음 단계 S14 에서, 상태 파악 수단 (12) 에 의한 압력 또는 가속도의 주파수대별 해석 결과에 의해, 연소 진동이 즉시 조정이 필요한 상태인지 여부, 연소 진동이 발생하지 않았으나 즉시 조정할 필요가 있는 연소 진동의 전조가 발생한 상태인지 여부를 미리 설정한 임계값과 비교하여 판정한다. 그 결과, 관리값을 일탈, 또는 연소 진동의 전조가 있는 것으로 판정 (예) 된 경우, 단계 S16 으로 진행되어, 대책을 결정한다.

이 단계 S16 에서는, 먼저 발생한 연소 진동의 특성이 산출된다. 이것은, 연소 특성 파악 수단 (14) 에 의해 제 1 데이터베이스 (15) 에 저장된, 주파수 해석 수단 (13) 으로부터의 압력 또는 가속도의 주파수대별 해석 결과와, 프로세스량 계측부 (4) 로부터의 프로세스량에 기초하여 연소 특성을 모델화하기 위한 수식 모델의 구축이다.

예를 들어, 연소기 (23) 의 수를 m, 모델화해야 할 주파수대 수를 n 으로 하면, 하기 식 (2) 와 같은 중회귀 모델로 내압 변동을 모델화한다.

Y_ij = a_ij _{, 0} ＋ a_ij _{, 1} × X₁₁ ＋ a_ij _{, 2} × X₁₂

＋ a_ij _{, 3} × X₂₁ ＋ a_ij _{, 4} × X₂₂…………(2)

여기서,

Y_ij：제 i 연소기 (i = 1, 2, …, m) 의 제 j 주파수대 (j = 1, 2, …, n) 의 최대 진폭값

X₁₁：조작량 1 의 값 (본 예에서는, 바이패스 밸브 (35) 의 밸브 개방도)

X₁₂：조작량 2 의 값 (본 예에서는, 파일럿비)

X₂₁：조작할 수 없는 상태량 1 의 값 (본 예에서는, 기상 데이터)

X₂₂：조작할 수 없는 상태량 2 의 값 (본 예에서는, 발전기의 부하 (MW))

a_ij _{, 0}, a_ij _{, 1}, a_ij _{, 2}, a_ij _{, 3}, a_ij _{, 4}：계수 파라미터이다.

그리고 연소 특성 파악 수단 (14) 은, 제 1 데이터베이스 (15) 에 시각 (t1, t2 …) 마다 정리하여 저장된 최대 진폭값 (Y_ij), 조작량 (X₁₁, X₁₂), 조작할 수 없는 상태량 (X₂₁, X₂₂) 을 이용하여 상기 (1) 식의 계수 파라미터 (a_ij _{, 0}, a_ij _{, 1}, a_ij _{, 2}, a_{ij, 3}, a_ij _{, 4}) 를 구한다. 계수 파라미터 (a_ij _{, 0}, a_ij _{, 1}, a_ij _{, 2}, a_ij _{, 3}, a_ij _{, 4}) 의 해법에는, 예를 들어 최소 2 승법이 이용된다.

여기서 최대 진폭값 (Y_ij) 이란, 압력 변동 측정부 (5) 및 가속도 측정부 (6) 에 의해 측정된 측정 결과의 데이터를, 주파수 해석 수단 (13) 에서 A/D 변환하여 주파수 해석한 결과를 n 개의 주파수대로 단락지어, 각각의 주파수대에 있어서 어느 시간 (t1, t2 …) 내에 얻어진 최대 진폭값이다. 즉 상기한 도 7 에 있어서는, 제 1 주파수대의 최대 진폭값이 Y_i1, 제 2 주파수대의 최대 진폭값이 Y_i2, 제 n 주파수대의 최대 진폭값이 Y_in 인 것이 나타나 있다.

또한 상기에서는 설명의 형편상, 조작량을 2 변수, 조작할 수 없는 상태량을 2 변수로 하여 모델식을 기술하고 있는데, 특별히 2 변수에 한정하는 것은 아니며, 또한, 모델 구조로서 선형의 1 차식으로 하여 기술하고 있는데, 2 차 이상의 고차 모델이나 뉴럴 네트워크 등의 비선형 모델로 해도 된다. 또, 가스 터빈 (2) 으로부터 입력된 조작량이나 조작할 수 없는 상태량을 이용한 모델식으로 하여 기술하고 있는데, 질량 수지 등의 법칙에 기초하여 변환한 값을 이용해도 된다.

그리고 연소 특성 파악 수단 (14) 은, 시각 (t1, t2 …) 마다 얻어지는 상기 수식 모델 (2) 을 이용하여, 연소 진동이 발생하기 쉬운 영역을 구한다. 예를 들어, 조작량 1, 조작량 2, 조작할 수 없는 상태량 1, 조작할 수 없는 상태량 2 가, 각각 X'₁₁, X'₁₂, X'₂₁ 및 X'₂₂ 일 때의, 제 i 연소기의 제 j 주파수대의 내압 변동 예측값 Y'_ij 는, 다음 식 (3) 으로 구해진다.

Y'_ij = a_ij _{, 0} ＋ a_ij _{, 1} × X'₁₁ ＋ a_ij _{, 2} × X'₁₂

＋ a_ij _{, 3} × X'₂₁ ＋ a_ij _{, 4} × X₂₂…………(3)

따라서 상기한 바와 같이, 계수 파라미터 (a_ij _{, 0}, a_ij _{, 1}, a_ij _{, 2}, a_ij _{, 3}, a_ij _{, 4}) 는, 예를 들어 최소 2 승법에 의해 구해지고 있다.

상기한 도 7 에 나타내는 바와 같이, 제 i 연소기의 제 j 주파수대 (주파수대 1 ∼ n) 의 최대 진폭값에는, 연소기 (23) 나 주위 설비의 구조면으로부터 임계값 (Z_i1, Z_i2, … Z_in) 이 형성되어 있다. 그 임계값 (Z_i1, Z_i2, … Z_in) 은 주파수 해석 수단 (13) 에 저장되어 있고, 여기서 임계값 (Z_i1, Z_i2, … Z_in) 은, 각 주파수대에 있어서 허용할 수 있는 최고의 진동 강도를 나타내는 값이다. 또한 이 임계값 (Z_i1, Z_i2, … Z_in) 은, 예를 들어, 그 주파수의 진동에 의해 공진하는 부재나 구조가 있는가, 손상을 받기 쉬운 부재나 구조가 있는가, 어느 정도 강도의 진동까지 허용할 수 있는가 등에 의해 결정된다.

주파수 해석 수단 (13) 으로부터 보내져 온 제 i 연소기의 제 j 주파수대의 최대 진폭값의 임계값을 Z_ij 로 하면,

Z_ij = a_ij _{, 0} ＋ a_ij _{, 1} × X'₁₁ ＋ a_ij _{, 2} × X'₁₂

＋ a_ij _{, 3} × X'₂₁ ＋ a_ij _{, 4} × X₂₂…………(4)

가 되는 X'₁₁, X'₁₂, X'₂₁ 및 X'₂₂ 가 존재하게 된다. 지금, 제어기 (9) 에 있어서 조작할 수 없는 상태량 1 및 조작할 수 없는 상태량 2 의 값이 연소 특성 파악 수단 (14) 에 입력되었다고 하면, (4) 식 중, X'₁₁ 및 X'₁₂ 이외에는 상수가 되어, (4) 식을 만족하는 (X'₁₁, X'₁₂) 를 용이하게 구할 수 있다.

한편, 제어기 (9) 로부터 주어진

_k (k = 1, 2, …, p) 인 게인에 의해,

_kZ_ij = a_ij _{, 0} ＋ a_ij _{, 1} × X'₁₁ ＋ a_ij _{, 2} × X'₁₂

＋ a_ij _{, 3} × X'₂₁ ＋ a_ij _{, 4} × X₂₂…………(5)

로 하여 (X'₁₁, X'₁₂) 를 구하면, 각 연소기의 각 주파수 대역마다 p 개의 선을 구할 수 있다. 도 10 은 이것을 나타낸 것으로, 여기서 계수 파라미터 (a_ij _{, 2}) 가 정 (正) 이면, 직선의 상측이 연소 진동이 발생하기 쉬운 영역, 하측이 발생하기 어려운 영역이 된다. 반대로, 계수 파라미터 (a_ij _{, 2}) 가 부 (負) 이면, 직선의 하측이 연소 진동이 발생하기 쉬운 영역, 상측이 발생하기 어려운 영역이 된다.

연소 특성 파악 수단 (14) 은, 제어기 (9) 로부터 주어지는 제 i 연소기의 제 j 주파수대의 최대 진폭값의 임계값 (Z_ij) (i = 1, 2, … m, j = 1, 2, …, n), 게인 (

_k) (k = 1, 2, … p), 및 특정한 두 가지 (운전 실적인 각 시각 (t1, t2 …) 에서의 조작할 수 없는 상태량 (X₂₁, X₂₂)) 를 제외한 변수의 값 (운전 실적인 각 시각 (t1, t2 …) 에서의 X₁₁, X₁₂) 과, 최소 2 승법 등에 의해 구한 계수 파라미터 (a_ij _{, 0}, a_ij _{, 1}, a_ij _{, 2}, a_ij _{, 3}, 및 a_ij _{, 4}) 로부터, 모든 연소기 (23) 의 모든 주파수대에 대해 상기 직선을 구하고, 선형 계획법의 순서에 기초하여 최종적으로 연소 진동이 발생하기 쉬운 영역, 발생하기 어려운 영역을 구한다.

도 11 은 연소 특성 파악 수단 (14) 에 의해 구해진, 가로축을 X₁₁, 세로축을 X₁₂ 로 하는 연소 진동 영역의 예를 나타내고 있다. 이 예에서는, 게인 (

_k) 마다 등고선과 같이 연소 진동 영역을 표현하고 있고, 중앙부가 연소 진동이 발생하기 어려운 영역, 주변부일수록 발생하기 쉬운 영역이다. 또한 도 11 은, 상기와 같이 설명의 형편상 조작량을 2 변수로 한 것에 수반하여, 2 차원 좌표에 나타나 있는데, 조작량을 N 변수로 하면 N 차원 좌표 공간에 나타난다.

그리고 보정량 산출 수단 (16) 은, 상태 파악 수단 (12) 으로부터 조정 명령을 입력하였을 때, 그 조정 명령에 응답하여, 현재의 운전 상태 (X₁₁ = x_a, X₁₂ = x_b) 를 조정하기 위한 대책 내용 (대책 지점과 조정량) 을 결정한다. 이 때, 복수의 주파수 대역에 있어서, 최대 진폭값 (Y_ij) 이 임계값 (Z_i1, Z_i2, … Z_in) 을 초과한 경우, 이미 설치·가동이 행해져 있는 다른 동형의 가스 터빈 (2) 에 있어서 채취된 데이터를 이용하여, 해석한 결과 얻어진 표준적인 연소 특성을 나타내는 수식 모델이나, 가스 터빈 (2) 을 운전하는 데 있어서, 예를 들어 실화 (失火) 나 역화 (逆火) 가 발생하지 않기 위한 연공비의 제한값 등의 제약 정보를 저장한 제 1 데이터베이스 (15) 내의, 기초 데이터베이스 (도시 생략) 에 기억된 우선 순위 (우선도) 에 기초하여 우선 순위가 높은 주파수 대역에 대해 조정을 실시한다. 여기서는, 일례로서 가장 낮은 주파수 대역의 우선도를 가장 높게 하고, 다음은, 고주파측의 주파수 대역부터 우선도를 순차적으로 높게 설정하고 있다. 이것은, 가장 낮은 주파수 대역에서 연소 진동이 발생하는 경우, 가스 터빈 (2) 의 불이 꺼지기 쉬운 상황이 되어 있을 가능성이 높은 것, 또한 높은 주파수 대역에서는, 연소 진동에 의한 에너지가 크므로, 손상 등을 미치는 영향력이 강하기 때문이다.

또, 조정을 실시하는 주파수 대역을 선택한 후에 보정량 산출 수단 (16) 은, 다음으로 현재의 운전 상태 (X₁₁ = x_a, X₁₂ = x_b) 를 조정해야 할 방향을, 예를 들어 최급강하법 등의 최적화 수법을 이용하여 결정한다. 또한, 여기서 이용하는 최적화 수법은 최급강하법에 한정되는 것은 아니다.

이 때 보정량 산출 수단 (16) 에서는, 연소 특성 파악 수단 (14) 에 있어서 연소 특성을 충분히 파악할 수 없는 경우, 제 1 데이터베이스 (15) 에 있어서의 과거에 실시한 조정과 그 조정을 실시함으로써 발생한 가스 터빈 (2) 의 가동 상태의 변화를 관련지은 정보를 축적한, 도시되지 않은, 예를 들어 도 9 에 나타낸 바와 같은 지식 데이터베이스의 내용에 기초하여 조정의 방향을 결정할 수 있다. 즉, 이 도 9 는, 제 1 우선의 조정이 제 1 주파수대에 있어서는 바이패스 밸브를 열고, 제 n 주파수대에서는 톱 해트비를 줄이고, 제 2 우선에서는 제 1 주파수대에 있어서는 파일럿비를 늘리고, 제 n 주파수대에서는 톱 해트비에 아무것도 하지 않는 것을 나타내고 있다. 또, 가스 터빈 (2) 을 설치한 직후 등, 제 1 데이터베이스 (15) 에 충분한 데이터가 축적되어 있지 않은 경우에는, 상기한 기초 데이터베이스 및 지식 데이터베이스에 축적된, 표준적인 연소 특성을 나타내는 수식 모델, 제약 정보, 경험 정보 등에 기초하여 조정의 방향을 결정할 수 있다. 또한, 지식 데이터베이스에는, 숙련된 조정원의 경험 (노하우) 에 기초하여 설정된 「증상」과, 그러한 증상일 때에 유효한 대책을 관련지은 경험 정보를 저장해도 된다.

이렇게 하여 대책과 보정량이 결정되면 출력 수단 (17) 은, 단계 S17 에서 보정량 산출 수단 (16) 에 의해 결정된 조정의 방향을 나타내는 데이터를 제어기 (9) 에 출력한다. 그 때문에 제어기 (9) 는, 출력 수단 (17) 으로부터 입력된 상기 조정의 방향을 나타내는 데이터에 기초하여, 조작 기구 (8) 를 제어하여 메인 연료 유량 제어 밸브 (28), 파일럿 연료 유량 제어 밸브 (32), 톱 해트 연료 유량 제어 밸브 (30), 바이패스 밸브 (35) 및 입구 안내 날개 (26) 등을 조작하고, 바이패스 밸브 개방도 (X₁₁), 파일럿비 (X₁₂), 톱 해트비 (X₁₃) 를 변화시킨다. 즉, 제어기 (9) 는, 출력 수단 (17) 으로부터 입력된 조정 지시에 대해, 바이패스 밸브 개방도 (X₁₁) 를 x_a 에서 x_c 까지 변화시키고, 파일럿비 (X₁₂) 를 x_b 에서 x_d 까지 변화시키고, 톱 해트비 (X₁₃) 를 x_e 에서 x_f 까지 변화시키도록 메인 연료 유량 제어 밸브 (28), 파일럿 연료 유량 제어 밸브 (32), 톱 해트 연료 유량 제어 밸브 (30), 바이패스 밸브 (35) 및 입구 안내 날개 (26) 중 적어도 어느 하나를 제어한다.

한편, 도 2 에 있어서의 플로우도의 단계 S14 에서 임계값과의 비교 결과, 관리값을 일탈하고 있지 않고, 게다가 연소 진동의 전조가 없는 경우, 처리는 단계 S15 로 진행되어, 탐색 전제 조건이 성립하고 있는지 여부가 판단된다. 이 탐색 전제 조건은,

조건 1：발전기 (40) 에 있어서의 출력이, 미리 설정된 임계값의 범위 내에 소정 시간 계속되고 있는 부하 정정 (整定) 중에 있을 것

조건 2：연소 진동이 소정 시간 발생하지 않았을 것. 요컨대, 단계 S14 에 있어서, 관리값을 일탈, 또는 연소 진동의 전조가 있는 것으로 판정되지 않은 상태가 소정 시간 이상 계속되고 있을 것

조건 3：흡기 온도가 미리 설정된 임계값의 범위 내에 소정 시간 계속하여 머물러 있을 것

조건 4：오퍼레이터가, 탐색으로 이행하는 것을 허가하는 탐색 허가 모드를 선택하고 있을 것 등이 있다.

그리고 이 탐색 전제 조건이 만족되고 있으면 단계 S18 로 진행되어 탐색이 종료되었는지 여부가 판단되고, 종료된 경우에는 단계 S20 으로 진행되어 탐색 완료 시점에서, 제 1 데이터베이스 (15) 에 축적된 각 시행점의 데이터 중에서 최적점 (최적의 운전 조건) 을 결정한다. 최적의 운전 조건이란, 연소 안정성이 가장 높은 것이어도 되고, 이에 더하여 열효율이나, 가스 터빈 시스템 (1) 의 각 요소의 효율을 가미하여, 최적의 운전 조건을 결정해도 된다. 또, 환경 보호성을 가미해도 되고, 가스 터빈 시스템 (1) 이 복합 사이클 발전 시스템 (가스 터빈 컴바인드 사이클 플랜트) 을 구성하는 것인 경우, 복합 사이클 발전 시스템의 플랜트 효율을 가미해도 된다. 또한, 최적점은 각 시행점의 데이터 중에서 결정하는 것에 그치지 않고, 각 시행점에서의 결과를 예를 들어 비선형 중회귀식이나 다항식에 적용시켜 가장 최적으로 추정되는 조건 탐색 에어리어 내의 다른 점이어도 된다.

또, 단계 S18 에서 탐색이 종료되지 않은 경우에는 단계 S19 로 진행되어, 변경해야 할 운전 조건 (이것을 시행점이라고 한다) 을 보정량 산출부 (16) 에서 결정하고, 단계 S21 에서 그 운전 조건에 대응한 보정량의 데이터를 출력 수단 (17) 으로부터 출력한다. 이 동작은, 도 2 의 처리를 복수 사이클 반복하여, 단계 S19 에서 결정하는 시행점을 변동시킴으로써, 소정 영역 내에서 운전 조건의 각 파라미터를 순차적으로 변동시킨다. 구체적으로는, 연소기 (23) 에 공급하는 연료 또는 공기의 유량의 적어도 일방을, 상기 도 15 에서 설명한 바와 같이 소정량씩 변동시킨다.

이렇게 하여 최적의 운전 조건을 탐색할 수 있었다면, 본 발명에 있어서는 상기한 바와 같이 가스 터빈에 있어서의 연료 유량, 공기 유량, 파일럿 연료의 비, 톱 해트 연료의 비의 조작량과 가스 터빈의 부하량의 상관 관계를 나타내는 부하 감도를 제 2 데이터베이스 (18) 로부터 판독하고, 이 탐색에 의해 얻어진 운전 조건에 따라, 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방의 조작량에 대한 부하 변동량을 예측한다. 그리고 이 예측 결과에 따라 조정을 실시하는 것이다.

이와 같이 부하 감도를 이용함으로써, 파일럿비 등의 조작량을 할당하여, 최적의 운전 조건을 자동 탐색하게 한 가스 터빈 제어 방법 및 장치에 있어서도, 탐색에 의해 얻어진 운전 조건에 따라 상기 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방의 조작량에 대한 부하 변동량을 예측하고, 그 예측 결과에 따라 조정을 실시하기 때문에, 종래와 같이, 초기 설계값으로 상정한 이상적인 연료 유량, 공기 유량에서의 운전 상태로부터 일탈된 운전이 행해지는 것을 방지할 수 있어, 설계시에 상정한 이상적인 연료 유량, 공기 유량에 의한 설계 성능이나 운전 상태로 할 수 있다.

[실시예 2]

다음으로 본 발명의 실시예 2 에 대해, 도 3, 도 4, 도 9 를 이용하여 설명한다. 도 3 은 본 발명이 되는 가스 터빈 제어 방법을 실시하는 도 1(A) 에 나타낸 장치의 블록도에 있어서의, 자동 조정부 (9) 의 실시예 2 의 상세 블록도이고, 도 4 는 본 발명이 되는 가스 터빈 제어 방법의 실시예 2 의 플로우도이고, 도 9 는 본 발명의 실시예 2 에 이용하는 데이터베이스의 구성의 일례이다.

이상 설명해 온 실시예 1 에서는, 부하 감도는 미리 시운전 등으로 데이터를 모으고, 그에 따라 얻어진 값을 제 2 데이터베이스 (18) 에 기억하여 이용하였다. 그러나 이 방법에서는, 일손에 의해 감도를 산출하여 기억시킬 필요가 있고, 또, 새롭게 데이터를 수집하여 내용을 고쳐 쓰지 않는 한 변경되는 경우는 없기 때문에, 경년 변화 등에 의해 압축기의 성능 열화나 필터 막힘 등이 발생한 경우에도 그대로가 되어, 시운전시와 어긋나 연소 안정성이 저하되거나 연소 진동이 발생할 우려가 있다.

그 때문에 본 발명의 실시예 2 에서는, 가스 터빈 (2) 의 운전시에 부하 감도를 조작 프로세스량 및 상태 신호와 부하량으로부터 산출하여 제 2 데이터베이스 (18) 에 기억시키는 감도 해석 수단 (19) 을 형성하였다. 그것을 나타낸 것이 도 3 에 있어서의 19 의 감도 해석 수단이다.

즉, 이 도 3 에 있어서의 19 의 감도 해석 수단은, 상태 파악 수단 (12) 으로부터 바이패스 밸브 개방도, 파일럿비, 톱 해트비, 가스 터빈 부하 (GT 부하) 등의 데이터를 받고, 그에 따라 각 조작량에 대한 부하 변화량을 산출하고, 그에 따라 부하 감도를 구하여 결과를 제 2 데이터베이스 (18) 에 기억한다. 따라서 일손에 의한 감도 산출의 번거로움이 없어져, 경년 변화가 발생하여도 그 시점에 있어서의 부하 감도를 산출할 수 있기 때문에, 가스 터빈의 연소 안정성을 유지·향상시킬 수 있다.

그리고 이 부하 감도를 이용한 플로우도가 도 4 이다. 이 도 4 의 플로우도는, 도 2 의 실시예 1 의 플로우도에 있어서의 단계 S21 의 부하 변화량 예측에 있어서의 작업으로서, 이 단계 S21 에 있어서 단계 S30 으로 처리가 이행되고, 단계 S31 에서 상태 파악 수단 (12) 으로부터 바이패스 밸브 개방도, 파일럿비, 톱 해트비, 가스 터빈 부하 (GT 부하) 등의 데이터를 받아 감도를 산출한다. 그리고 다음 단계 S32 에서 부하 변화량을 예측하고, 단계 S21 로 되돌아와 이 도 2 에 있어서의 단계 S21 의 부하 변화량 예측값으로 하는 것이다. 또한, 이하의 처리는 상기한 바와 같으므로 생략한다.

산업상 이용가능성

본 발명에 의하면, 초기의 설계 효율을 장기간에 걸쳐 유지할 수 있는 가스 터빈 제어 방법 및 장치를 제공할 수 있으며, 연료를 낭비하지 않고 발전기 등을 효율적으로 운전할 수 있다.

Claims

연소기에 있어서의 최적의 운전 조건을 기억한 제 1 데이터베이스를 갖는 가스 터빈에서 연소 진동이 발생하지 않은 상태에서 상기 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방을 변동시켜 최적의 운전 조건을 탐색하고, 얻어진 운전 조건에 의해 상기 제 1 데이터베이스의 기억 내용을 갱신함과 함께, 상기 최적의 운전 조건에 따라 상기 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방을 조정하는 가스 터빈 제어 방법으로서,
상기 가스 터빈에 있어서의 연료 유량, 공기 유량, 파일럿 연료의 비, 톱 해트 연료의 비의 조작량과 상기 가스 터빈의 부하량과의 상관 관계인 부하 감도를 기억하고 있는 제 2 데이터베이스를 갖고, 그 제 2 데이터베이스에 기억된 부하 감도를 이용하여, 상기 탐색에 의해 얻어진 최적의 운전 조건에 따라 상기 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방의 조작량에 대한 부하 변동량을 예측하고, 그 예측 결과에 따라 상기 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방에 대한 조정을 실시함과 함께, 그 조정 결과에 의해 상기 제 1 데이터베이스의 기억 내용을 갱신하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 제어 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 부하 감도를, 상기 가스 터빈의 운전시에 상기 공기 유량과 파일럿 연료의 비, 톱 해트 연료의 비를 포함하는 조작 프로세스량, 및 대기 상태와 부하량을 포함하는 상태 신호와 부하량으로부터 산출하여, 상기 제 2 데이터베이스에 기억·갱신해 가는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 제어 방법.
연소기와, 그 연소기에 있어서의 최적의 운전 조건을 기억한 제 1 데이터베이스를 갖는 가스 터빈과, 그 가스 터빈에서 연소 진동이 발생하지 않은 상태에서 상기 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방을 변동시켜 최적의 운전 조건을 탐색하고, 얻어진 운전 조건에 의해 상기 제 1 데이터베이스의 기억 내용을 갱신함과 함께, 상기 최적의 운전 조건에 따라 상기 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방을 조정하는 탐색 제어를 실시하는 보정량 산출 수단을 구비하는 가스 터빈 제어 장치로서,
상기 가스 터빈에 있어서의 연료 유량, 공기 유량, 파일럿 연료의 비, 톱 해트 연료의 비의 조작량과, 상기 가스 터빈의 부하량과의 상관 관계인 부하 감도를 기억한 제 2 데이터베이스를 구비하고,
상기 보정량 산출 수단은 상기 탐색 제어의 상태에서, 상기 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방을 변동시켜 얻어진 최적의 운전 조건에 따라, 상기 제 2 데이터베이스에 기억되어 있는 부하 감도를 이용하여, 상기 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방의 조작량에 대한 부하 변동량을 예측하고, 그 예측 결과에 따라 상기 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방을 조정함과 함께, 그 조정 결과에 의해 상기 제 1 데이터베이스의 기억 내용을 갱신하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 제어 장치.
연소기와, 그 연소기에 있어서의 최적의 운전 조건을 기억한 제 1 데이터베이스를 갖는 가스 터빈과, 그 가스 터빈에서 연소 진동이 발생하지 않은 상태에서 상기 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방을 변동시켜 최적의 운전 조건을 탐색하고, 얻어진 운전 조건에 의해 상기 제 1 데이터베이스의 기억 내용을 갱신함과 함께, 상기 최적의 운전 조건에 따라 상기 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방을 조정하는 탐색 제어를 실시하는 보정량 산출 수단을 구비하는 가스 터빈 제어 장치로서,
상기 가스 터빈에 있어서의 연료 유량, 공기 유량, 파일럿 연료의 비, 톱 해트 연료의 비의 조작량과 상기 가스 터빈의 부하량과의 상관 관계를 나타내는 부하 감도를 산출하는 감도 해석 수단과,
그 감도 해석 수단이 산출한 부하 감도를 기억한 제 2 데이터베이스를 구비하고,
상기 보정량 산출 수단은 상기 탐색 제어의 상태에서, 상기 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방을 변동시켜 얻어진 최적의 운전 조건에 따라, 상기 감도 해석 수단이 산출한 부하 감도, 또는 제 2 데이터베이스에 기억되어 있는 부하 감도를 이용하여, 상기 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 적어도 일방의 조작량에 대한 부하 변동량을 예측하고, 그 예측 결과에 따라 상기 연소기에 공급하는 연료의 유량 또는 공기의 유량의 일방을 조정함과 함께, 그 조정 결과에 의해 상기 제 1 데이터베이스의 기억 내용을 갱신하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 제어 장치.