KR101819844B1 - 가스 터빈의 제어 장치, 가스 터빈, 및 가스 터빈의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

가스 터빈(100)은, 전단에 입구 안내 날개(104)를 구비하는 압축기(102)로부터의 압축 공기와 연료를 연소기(103)에 공급하여 연소기(103)에서 발생하는 연소 가스에 의해 터빈(101)을 회전시켜 발전기(150)를 구동한다. 그리고, 가스 터빈(100)의 운전 제어 장치(110)는, 입구 안내 날개(104)가 전개(全開)가 아닌 경우, 또한, 계통 주파수가 소정 임계치 α 이하 또는 가스 터빈(100)의 출력 증가가 요구된 경우에, IGV 선행 개방 플래그를 유효로 하고, IGV 선행 개방 플래그가 유효인 경우에, 입구 안내 날개(104)의 개방도를 그때까지에 비하여 열도록 설정한다. 이것에 의해, 가스 터빈(100)의 운전 상태에 관계없이, 터빈 입구 온도를 높이는 일 없이 출력의 상승이 가능하게 된다.

Description

가스 터빈의 제어 장치, 가스 터빈, 및 가스 터빈의 제어 방법{CONTROL DEVICE FOR GAS TURBINE, GAS TURBINE, AND METHOD FOR CONTROLLING GAS TURBINE}

본 발명은, 가스 터빈의 제어 장치, 가스 터빈, 및 가스 터빈의 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 발전소 등에서 이용되고 있는 가스 터빈은, 압축기에 있어서 압축된 공기에 연료를 분사하여 연소시키고, 이 결과 얻어지는 고온 고압의 연소 가스를 터빈으로 유도하여 출력을 추출하고 있다. 도 11에, 이 가스 터빈의 기본적인 구성을 나타낸다. 가스 터빈(100)은, 압축기(102), 연소기(103) 및 터빈(101)을 구비하고 있다. 연소기(103)에는, 압축기(102)에서 압축된 공기 및, 부하에 따라 개방도가 조정되는 연료 유량 조정 밸브(105)에 의해 유량이 조정된 연료 가스가 공급된다. 연소기(103)에 있어서, 연소된 고온의 연소 가스는 터빈(101)에 공급되어 팽창하고, 터빈(101)을 구동한다. 이 구동력은 발전기(150)에 전달되어 발전이 행해짐과 아울러, 압축기(102)에 전달되는 것에 의해 압축기를 구동한다.

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

또한, 압축기(102)의 제 1 단의 날개의 앞쪽에는 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 동익(動翼)과의 사이를 흘러 연소기(103)에 유입되는 공기량을 변화시켜, 가스 터빈(100)의 배기 가스 온도를 목표값으로 제어하기 위한 것이다. 흡기는 입구 안내 날개(104)에 의해 둘레 방향의 속도가 가해져 압축기(102)에 도입된다. 압축기(102)에서는, 도입된 공기는 다단의 동익과 정익(靜翼)을 통과하여 에너지가 가해져 압력이 상승한다.

또, 입구 안내 날개(104)는, 둘레 방향으로 다수 매 마련된 가동 날개가 각각 가동 가능하게 지지되어 구성되고, 운전 제어 장치(110)로부터의 구동 신호에 의해 액추에이터가 작동하여 이들 가동 날개가 가동되어, 흡기 유량, 연소 온도를 조정하고 있다.

보다 구체적으로는, 운전 제어 장치(110)는, 입구 안내 날개(104)의 액추에이터로의 IGV 개방도 지령을 생성하기 위해, 도 12에 나타내는 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 따라, 도 13(a)에 나타내는 바와 같은 함수에 따라서 IGV 개방도를 설정한다. 그리고, 보정 함수기(FX2)(14)에 의해 도 13(b)에 나타내는 바와 같은 압축기 입구 온도에 대응한 관계에 근거하여 GT 출력 보정 계수 K2를 생성하여, 승산기(11)에서 GT 출력에 이 보정 계수 K2를 곱하는 것에 의해, 테이블 함수를 참조하는 GT 출력값을 보정하고 있다. 또한, 제한 함수기(FX3)(15)에 의해 도 13(c)에 나타내는 바와 같은 압축기 입구 온도에 대응한 관계에 근거하여 IGV 최대 개방도 M1을 생성하고, 리미터(13)에 의해, 테이블 함수기(FX1)(12)에서 생성된 IGV 개방도가 IGV 최대 개방도 M1을 넘지 않도록 제한하고 있다.

또한 도 11에 나타내는 바와 같은 구성에서는, 터빈(101)의 회전축과 발전기(150)가 연결되어 있기 때문에, 계통 주파수의 변동에 따라 발전 설비의 부하도 변동하게 된다. 예컨대, 계통 주파수가 저하한 경우에는 회전수도 강하하게 되고, 규정 회전수를 유지하기 위해, 가스 터빈 발전 설비에서는, 공급 연료량을 증가시킬 필요가 있다. 이와 같이 주파수 변동에 대응한 운전 제어를 행하는 선행 기술로서는, 예컨대, 특허 문헌 1이나 특허 문헌 2가 개시되어 있다. 특허 문헌 1에는, 계통 주파수의 이상이 검출되었을 때, 통상 제어와 상이한 계통 주파수의 회복을 주체로 한 제어로 전환하는 기술이 나타나 있다. 또한, 특허 문헌 2에는, 계통 주파수의 변화율이 제한 내가 되도록 조정하는 거버너(governor) 프리 제어의 수법이 나타나 있다.

(선행 기술 문헌)

(특허 문헌)

(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 2004-27848호 공보

(특허 문헌 2) 일본 특허 공개 2003-239763호 공보

최근, 해외나 국내에서도 부분 부하의 성능 향상에 관한 요구가 높아지고 있다.

부분 부하에서 주파수가 저하한 경우의 조정률에 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 손상이라고 하는 기기 보호의 관점으로부터 온도 조절 동작하기 때문에, 소망하는 부하가 얻어지지 않는 것이 염려된다.

다시 말해, 도 14(a)에 나타내는 바와 같은 계통 주파수의 저하에 대하여, 가스 터빈(100)의 입구 안내 날개(104)의 개방도를 변화시키지 않고서(도 14(b) 참조), 연료 제어에 의해서만 대응하면, 도 14(c)에 나타내는 바와 같은 축 출력에 대한 Grid Code 요구 리스폰스를 만족시키기 위해서는, 도 14(e)에 나타내는 바와 같이, 터빈 입구 온도의 오버슈트 제한값을 넘어서 기기 보호의 제약도 넘을 가능성이 있었다.

또한 한편으로, 기기 보호의 관점으로부터 터빈 입구 온도의 오버슈트를 허용하지 않는 경우에는, 도 14(c)에 나타내는 축 출력에 대한 Grid Code 요구 리스폰스를 만족시킬 수 없을 가능성이 있었다. 특히, 가스 터빈(100)과 증기 터빈(160)이 동축인 1축형 복합 사이클 발전 플랜트의 경우에는, 도 14(d)에 나타내는 바와 같이, 증기 터빈(160)의 출력(ST 출력)의 증가가 늦기 때문에, Grid Code로 규정된 축 출력을 만족시키기 위해서는, 증기 터빈(160)의 출력 부족을 가스 터빈(100)의 과부하 운전으로 보충할 필요가 있다.

본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 가스 터빈의 운전 상태에 관계없이, 터빈 입구 온도를 높이는 일 없이 출력의 상승을 가능하게 하는, 가스 터빈의 제어 장치, 가스 터빈, 및 가스 터빈의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 가스 터빈의 제어 장치, 가스 터빈, 및 가스 터빈의 제어 방법은 이하의 수단을 채용한다.

본 발명의 제 1 형태와 관련되는 가스 터빈의 제어 장치는, 전단에 입구 안내 날개를 구비하는 압축기로부터의 압축 공기와 연료를 연소기에 공급하여 상기 연소기에서 발생하는 연소 가스에 의해 터빈을 회전시켜 발전기를 구동하는 가스 터빈의 제어 장치로서, 상기 가스 터빈의 출력을 증가시키는 경우에, 계통 주파수가 소정 임계치 이하 또는 상기 가스 터빈의 출력 증가가 요구된 경우에, IGV 선행 개방 플래그를 유효로 하는 IGV 제어 플래그 생성 수단과, 상기 IGV 선행 개방 플래그가 유효인 경우에, 상기 입구 안내 날개의 개방도를 그때까지에 비하여 열도록 설정하는 입구 안내 날개 개방도 설정 수단을 구비한다.

본 구성에 의하면, 가스 터빈의 출력을 증가시키는 경우에, IGV 제어 플래그 생성 수단에 의해 IGV 선행 개방 플래그가 유효가 된다.

IGV 선행 개방 플래그가 유효가 되면, 입구 안내 날개의 개방도를 그때까지에 비하여 열도록, 입구 안내 날개 개방도 설정 수단에 의해 설정된다.

터빈 입구 온도는 공연비(연료량/연소 공기량의 비)에 비례하기 때문에, 입구 안내 날개가 열리는 방향으로 개방도를 변화시키면, 압축기의 흡기 유량은 증가하고 연소 공기량이 증가하므로, 공연비, 즉 터빈 입구 온도는 저하한다.

또한, 「터빈 출력=터빈 통과 유량×터빈 열낙차×효율」의 관계가 있고, 입구 안내 날개가 열리는 방향으로 개방도를 변화시키면, 압축기의 흡기 유량이 증가하여 터빈 통과 유량도 증가하므로, 터빈 입구 온도 저하에 의한 열낙차 이상으로 터빈 통과 유량의 증대가 기여하면 발전기의 출력은 증가하게 된다.

따라서, 가스 터빈의 운전 상태에 관계없이, 터빈 입구 온도를 높이는 일 없이 출력의 상승을 가능하게 한다.

상기 제 1 형태에서는, IGV 제어 플래그 생성 수단이, 계통 주파수가 소정 임계치 이하 또는 상기 가스 터빈의 출력 증가가 요구된 경우에, IGV 선행 개방 플래그를 유효로 하더라도 좋다.

본 구성에 의하면, 가스 터빈의 운전 상태에 관계없이, 터빈 입구 온도를 높이는 일 없이 출력의 상승을 가능하게 한다.

상기 제 1 형태에서는, 상기 입구 안내 날개 개방도 설정 수단은, 압축기의 동력의 증가보다, 터빈 출력의 증가가 빨라지도록, 입구 안내 날개의 개방도의 변화율이 설정되더라도 좋다.

본 구성에 의하면, 입구 안내 날개를 여는 것에 의한 압축기 동력의 증가에 수반되는 가스 터빈 출력(발전 출력)의 일시적인 감소를 억제할 수 있다.

상기 제 1 형태에서는, 온도 조절 설정을 차실(車室) 압력에 따라 설정하는 온도 제어 수단을 구비하고, 상기 온도 제어 수단이, 상기 IGV 선행 개방 플래그가 유효인 경우에, 상기 입구 안내 날개의 개방도의 변화율을 산출하여 그 변화율에 따른 보정량을 산출하고, 상기 온도 조절 설정을 보정하는 제 1 보정 수단을 갖더라도 좋다.

본 구성에 의하면, 배기 가스 온도 설정값 또는 블레이드 패스 온도 설정값의 추종성을 빠르게 하여, 온도 설정의 변화를 과도적으로 빠르게 할 수 있기 때문에, 계통 주파수의 변동에 대한 부하 즉응성을 향상시킬 수 있다.

상기 제 1 형태에서는, 온도 조절 설정을 차실 압력에 따라 설정하는 온도 제어 수단을 구비하고, 상기 온도 제어 수단이, 상기 온도 조절 설정에 근거하는 목표값과 계측한 블레이드 패스 온도 또는 배기 가스 온도의 편차에 근거하여 비례 적분 제어를 행하여 상기 터빈의 블레이드 패스 온도 설정값 또는 배기 가스 온도 설정값을 생성하는 PI 제어 수단을 갖고, 상기 IGV 선행 개방 플래그가 유효인 경우에, 그 PI 제어 수단에 있어서의 제어 파라미터를 미리 설정된 값으로 설정하더라도 좋다.

본 구성에 의하면, 블레이드 패스 온도 설정값 또는 배기 가스 온도 설정값의 움직임을 빠르게 할 수 있고, 계통 주파수의 변동에 대한 부하 즉응성을 향상시킬 수 있다.

상기 제 1 형태에서는, 온도 조절 설정을 차실 압력에 따라 설정하는 온도 제어 수단을 구비하고, 상기 온도 제어 수단은, 상기 IGV 선행 개방 플래그가 유효인 경우에, 상기 입구 안내 날개의 개방도의 변화율을 산출하여 그 변화율에 따른 보정량을 산출하고, 상기 온도 조절 설정에 근거하여 생성한 상기 터빈의 블레이드 패스 온도 설정값 또는 배기 가스 온도 설정값을 보정하는 제 2 보정 수단을 갖더라도 좋다.

본 구성에 의하면, 블레이드 패스 온도 설정값 또는 배기 가스 온도 설정값의 움직임을 직접적으로 선행시켜, 보다 추종성을 빠르게 하여, 온도 설정의 변화를 과도적으로 빠르게 할 수 있고, 계통 주파수의 변동에 대한 부하 즉응성을 향상시킬 수 있다.

상기 제 1 형태에서는, 상기 IGV 제어 플래그 생성 수단이, 상기 IGV 선행 개방 플래그가 유효로부터 무효로 전환될 때, 일정한 지연을 갖게 하여 그 IGV 선행 개방 플래그를 무효로 하더라도 좋다.

본 구성에 의하면, 입구 안내 날개의 개폐 동작이 빈번하게 발생하는 것을 방지할 수 있다.

상기 제 1 형태에서는, 상기 IGV 선행 개방 플래그가 유효가 된 경우에, 상기 입구 안내 날개의 개방도에 따라 연료 유량을 증가시키더라도 좋다.

본 구성에 의하면, 입구 안내 날개의 개방도가 열리게 되는 것에 의한 공기 유량의 증가에 따라 연료 유량을 증가시킬 수 있으므로, 터빈 입구 온도의 과도한 저하를 막을 수 있다.

본 발명의 제 2 형태와 관련되는 가스 터빈은, 전단에 입구 안내 날개를 구비하는 압축기와, 상기 압축기로부터의 압축 공기와 연료가 공급되고, 연소 가스를 발생시키는 연소기와, 상기 연소기에서 발생하는 연소 가스에 의해 회전하는 터빈과, 상기 터빈의 회전에 의해 구동되는 발전기와, 상기 기재의 제어 장치를 구비한다.

본 발명의 제 3 형태와 관련되는 가스 터빈의 제어 방법은, 전단에 입구 안내 날개를 구비하는 압축기로부터의 압축 공기와 연료를 연소기에 공급하여 그 연소기에서 발생하는 연소 가스에 의해 터빈을 회전시켜 발전기를 구동하는 가스 터빈의 제어 방법으로서, 상기 가스 터빈의 출력을 증가시키는 경우에, IGV 선행 개방 플래그를 유효로 하는 IGV 제어 플래그 유효 스텝과, 상기 IGV 선행 개방 플래그가 유효인 경우에, 상기 입구 안내 날개의 개방도를 그때까지에 비하여 열도록 설정하는 입구 안내 날개 개방도 설정 스텝을 갖는다.

본 발명에 의하면, 가스 터빈의 운전 상태에 관계없이, 터빈 입구 온도를 높이는 일 없이 출력의 상승을 가능하게 한다고 하는 우수한 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태와 관련되는 가스 터빈의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 형태와 관련되는 IGV 제어 플래그 생성부의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시 형태와 관련되는 IGV 제어부의 구성도이다.
도 4는 입구 안내 날개가 급하게 열린 경우에 있어서의, 압축기 동력, 터빈 출력, GT 출력의 시간 변화의 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시 형태와 관련되는 온도 제어부의 온도 조절 설정을 생성하는 부분의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시 형태와 관련되는 온도 조절 설정의 전환을 설명하는 설명도이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시 형태와 관련되는 온도 제어부에 있어서의 블레이드 패스 온도 제어부의 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제 4 실시 형태와 관련되는 온도 제어부에 있어서의 블레이드 패스 온도 제어부의 구성도이다.
도 9는 본 발명의 제 5 실시 형태와 관련되는 IGV 제어 플래그 생성부의 구성도이다.
도 10은 본 발명의 제 6 실시 형태와 관련되는 연료 제어부의 구성도이다.
도 11은 종래예에 있어서의 가스 터빈의 구성도이다.
도 12는 종래예에 있어서의 IGV 제어부의 구성도이다.
도 13은 종래예에 있어서의 IGV 제어부의 각종 함수기가 갖는 함수를 설명하는 설명도이다.
도 14는 종래예에 있어서 계통 주파수가 저하했을 때의 각종 여러 양의 타임 차트이다.

이하, 본 발명의 가스 터빈의 제어 장치 및 제어 방법의 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

[제 1 실시 형태]

본 발명의 제 1 실시 형태와 관련되는 가스 터빈의 제어 장치 및 제어 방법에 대하여 설명한다.

도 1은 본 제 1 실시 형태와 관련되는 가스 터빈(100)의 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 유량이 조절된 연료는, 연소기(103)에 공급되고, 여기서 혼합ㆍ연소되는 것에 의해 고압의 연소 가스가 생성된다. 고온의 연소 가스는 터빈(101)에 공급되고, 팽창하는 것에 의해 터빈(101)을 구동한다. 이 구동력은 발전기(150)에 전달되어 발전이 행해짐과 아울러, 압축기(102)에 전달되는 것에 의해 압축기(102)를 구동한다.

연료 유량 조정 밸브(105)는, 운전 제어 장치(110)의 연료 제어부(112)로부터의 제어 신호(118)에 의해 작동된다. 이 연료 유량 조정 밸브(105)는, 상술한 바와 같이 연료 가스의 연료 유량을 제어하는 것에 의해, 부하, 또한 배기 가스 온도를 조정하고 있다. 또, 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 단의 날개의 앞쪽에는 입구 안내 날개(Inlet Guide Vane : IGV)(104)가 마련되어 있다. 흡기는 입구 안내 날개(104)에 의해 둘레 방향의 속도가 가해져 압축기(102)에 도입된다. 압축기(102)에서는 도입된 공기는 다단의 동익과 정익을 통과하여 에너지가 가해져 압력이 상승한다. 또한, 입구 안내 날개(104)는, 둘레 방향으로 다수 매 마련된 가동 날개가 각각 회전 가능하게 지지되어 구성되고, 운전 제어 장치(110)의 IGV 제어부(113)로부터의 IGV 개방도 지령에 의해 입구 안내 날개(104)의 액추에이터가 작동하여 이들 가동 날개가 가동되어, 흡기 유량, 연소 온도를 조정하고 있다.

터빈(101)의 최종 단부에는 최종단의 블레이드를 통과한 가스의 온도를 검출하는 블레이드 패스 온도 검출기(123)가 마련된다. 또한, 그 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 차실 내의 압력이 차실 내 압력 센서(122)에 의해 검출되고 있다. 또한, 터빈(101)의 부하 상태를 검출하기 위해 발전기 출력 센서(도시하지 않음)가 마련되어 있다.

그리고, 이들 블레이드 패스 온도 검출기(123), 배기 가스 온도 검출기(124), 흡기 상태 검출기(121), 차실 내 압력 센서(122) 및 발전기 출력 센서에 의해 검출된 검출 신호가 운전 제어 장치(110)에 입력된다. 이 운전 제어 장치(110)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 선행 개방 플래그(IGV 선행 개방 신호)를 생성하는 IGV 제어 플래그 생성부(115)를 구비하고 있다.

도 2는 IGV 제어 플래그 생성부(115)의 구성도이다.

IGV 제어 플래그 생성부(115)는, 가스 터빈(100)의 출력을 증가시키는 경우에, IGV 선행 개방 플래그를 유효로 한다.

예컨대, IGV 제어 플래그 생성부(115)는, 계통 주파수가 소정 임계치 α 이하가 되어 주파수 낮음 신호가 입력된 경우, 또는, 가스 터빈(100)의 출력 증가를 요구하는 출력 증가 요구 신호가 입력된 경우에, OR 게이트(3)에 의해 IGV 선행 개방 플래그를 유효로서 생성한다. 또, 계통 주파수가 소정 임계치 α 이하인 경우, 계통 주파수를 상승시키기 위해 가스 터빈(100)은 출력 증가를 행하게 된다.

다음으로, IGV 제어부(113)는 도 3에 나타내는 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 12 참조)와 같은 구성이다. 본 제 1 실시 형태와 관련되는 IGV 제어부(113)에서는, 이 종래의 IGV 개방도 지령에 대하여, IGV 선행 개방 플래그에 근거하는 가산량을 더하는 구성과, IGV 개방도의 변화율을 제한하는 구성이 부가되어 있다. 또, 본 제 1 실시 형태와 관련되는 IGV 제어부(113)에서는, GT 출력의 값이 필터(10)를 거쳐서 승산기(11)에 입력된다.

가산량을 더하는 구성에서는, 신호 발생기(SG1)(17) 및 (SG2)(18)를 IGV 선행 개방 플래그에 따라 신호 전환기(19)에서 전환하고, 레이트 리미터(20)를 거쳐서, 가산기(16)에서 통상 운전시에 있어서의 IGV 개방도 지령에 가산하고 있다.

이것에 의해, IGV 선행 개방 플래그가 유효가 된 경우에, 입구 안내 날개(104)의 개방도를 그때까지에 비하여 열도록 설정된다.

예컨대, 신호 발생기(SG1)(17)에 「0」을, 신호 발생기(SG2)(18)에 소정값을 설정하여 두고, IGV 선행 개방 플래그가 유효가 되었을 때에는, 통상 운전시의 IGV 개방도 지령에 신호 발생기(SG2)(18)의 소정값을 가산하여, 입구 안내 날개(104)의 개방도를 통상보다 열도록 하고 있다.

또한, IGV 개방도의 변화율을 제한하는 구성은, 신호 발생기(SG3)(23) 및 (SG4)(24)를, 부하 차단 플래그에 따라 신호 전환기(25)에서 전환하고, 이것을 변화율 제한기(21)에 공급하여 IGV 개방도의 변화율 제한값을 바꾸는 구성이다. 여기서, 신호 발생기(SG3)(23)에는 통상시의 변화율 제한값(예컨대, 400[%/분])이, 또한 신호 발생기(SG4)(24)에는 부하 차단시의 변화율 제한값(예컨대, 3000[%/분])이, 각각 설정되어 있다.

다음으로, 본 제 1 실시 형태와 관련되는 가스 터빈(100)의 운전 제어 장치(110)에 의한 운전 제어에 대하여 설명한다.

부분 부하에서 가스 터빈(100)이 운전된 상태에서, 계통 주파수가 소정 임계치 α 이하가 된 경우, 또는, 부분 부하에서 가스 터빈(100)이 운전된 상태에서, 가스 터빈(100)의 출력 증가가 요구된 경우에는, IGV 제어 플래그 생성부(115)에서 IGV 선행 개방 플래그가 유효가 된다.

이것을 받아서 IGV 제어부(113)에서는, 입구 안내 날개(104)의 개방도를 그때까지에 비하여 열도록 설정되고, 입구 안내 날개(104)의 개방도는 통상에 비하여 열리게 된다.

일반적으로, 터빈 입구 온도는 공연비(연료량/연소 공기량의 비)에 비례하기 때문에, 입구 안내 날개(104)가 열리는 방향으로 IGV 개방도를 변화시키면, 압축기(102)의 흡기 유량은 증가하고, 연소 공기량이 증가하므로, 공연비, 즉 터빈 입구 온도는 저하한다.

즉, IGV 선행 개방 플래그가 유효가 되면, 입구 안내 날개(104)는, 통상 설정에 비하여 열리게 되는 것에 의해, 압축기(102)의 흡기 유량이 통상의 설정보다 증가한다. 이것에 의해, 가스 터빈(100)은, 터빈 입구 온도를 통상보다 내리는 쪽으로 운전할 수 있으므로, 풍량의 증가에 의해 터빈 출력을 증가시킬 수 있다. 예컨대, 입구 안내 날개(104)의 개방도를 10~20% 증가시키고, 풍량을 정격 유량보다 5%~10% 증가시킨다.

구체적으로는, 「터빈 출력=터빈 통과 유량×터빈 열낙차×효율」의 관계가 있고, 입구 안내 날개(104)가 열리는 방향으로 IGV 개방도를 변화시키면, 압축기(102)의 흡기 유량이 증가하여 터빈 통과 유량도 증가한다. 이 때문에, 터빈 입구 온도 저하에 의한 열낙차 이상으로 터빈 통과 유량의 증대가 기여하면, 발전기(150)의 출력은 증가하게 된다.

또한, 압축기(102)의 흡기 유량이 증가하여 터빈 입구 온도를 저하시키므로, 연소기(103)에 보다 많은 연료 투입이 가능하게 되고, 연료 투입에 의해서도 터빈 출력을 증가시킬 수 있다.

또, 입구 안내 날개(104)를 열면 압축기(102)의 흡기 유량이 증가하기 때문에, 압축기(102)의 동력이 증가한다. 이 때문에, 도 4의 예에 나타내는 바와 같이, 입구 안내 날개(104)를 급하게 열면, 압축기(102)의 동력이 터빈 출력의 증가보다 빠르게 증가하고, 그 결과 GT 출력(발전기 출력)이 일시적으로 감소할 가능성이 있다.

이 때문에, 레이트 리미터(20)에서는, 압축기(102)의 동력의 증가보다, 터빈 출력의 증가가 빨라지도록, 변화율이 설정되어 있다. 이것에 의해, 입구 안내 날개(104)를 여는 것에 의한 압축기(102)의 동력의 증가에 수반되는 GT 출력의 일시적인 감소를 억제할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 제 1 실시 형태와 관련되는 가스 터빈(100)의 운전 제어 장치(110)는, 계통 주파수가 소정 임계치 α 이하 또는 가스 터빈(100)의 출력 증가가 요구된 경우에, IGV 선행 개방 플래그를 유효로 하고, IGV 선행 개방 플래그가 유효인 경우에, 입구 안내 날개(104)의 개방도를 그때까지에 비하여 열도록 설정한다.

따라서, 가스 터빈(100)의 운전 상태에 관계없이, 터빈 입구 온도를 높이는 일 없이 출력의 상승이 가능하게 된다.

[제 2 실시 형태]

이하, 본 발명의 제 2 실시 형태에 대하여 설명한다.

또, 본 제 2 실시 형태와 관련되는 가스 터빈(100) 및 IGV 제어부(113)의 구성은 제 1 실시 형태와 동일하고, 각 구성 요소의 설명을 생략한다.

가스 터빈(100)은, 운전 제어 장치(110)가 구비하는 연료 제어부(112)로부터의 제어 신호(118)에 의해 연료 유량 조정 밸브(105)의 개방도 제어를 행하여, 연료 유량 제어에 의해 부하 조정을 행하고 있다. 이 연료 제어부(112)에서는, 블레이드 패스 온도 제어에 있어서의 블레이드 패스 온도 설정값 BPCSO, 배기 가스 온도 제어에 있어서의 배기 가스 온도 설정값 EXCSO, 거버너 제어에 있어서의 거버너 설정값 GVCSO, 또는 로드 리미트 제어에 있어서의 로드 리미트 설정값 LDCSO에 근거하여, 이들 중 가장 낮은 값인 것을 연료 유량 조정 밸브(105)에 대한 최종적인 제어 신호(118)로서 사용하고 있다.

온도 제어부(114) 블레이드 패스 온도 제어에서는, 블레이드 패스 온도(터빈(101) 최종단 직후의 배기 가스 온도)를 계측하고, 이것과 온도 조절 설정에 근거하는 목표값을 비교하고, 비례 적분(PI) 제어에 의해 블레이드 패스 온도 설정값 BPCSO를 생성한다. 또한, 배기 가스 온도 제어에서는, 배기 가스 온도(터빈(101) 최종단보다 후류(後流)의 배기 덕트에서의 배기 가스 온도)를 계측하고, 이것과 온도 조절 설정에 근거하는 목표값을 비교하고, 비례 적분(PI) 제어에 의해 배기 가스 온도 설정값 EXCSO를 생성한다.

도 5는 제 2 실시 형태의 온도 제어부(114)에 있어서의 온도 조절 설정(배기 가스 온도 조절 설정) EXREF를 생성하는 부분의 구성도이다.

도 5에 있어서, 온도 제어부(114)의 온도 조절 설정 EXREF를 생성하는 부분은, 함수기(FX11)(31), 가산기(210)와, 선행 신호 생성부(200)를 구비한다.

함수기(FX11)(31)는, 통상 운전시에 있어서의 차실 압력과 온도 조절 설정의 관계를 나타내는 함수가 설정되어 있다. 다시 말해, 입구 안내 날개(104)의 개방도 지령값 IGV가, 예컨대 0[도] 이상의 통상 운전시에는 함수기(FX11)(31)에 근거하는 온도 조절 설정 EXREF가 생성된다.

또한, 선행 신호 생성부(200)는, 1차 지연 필터(202, 203), 감산기(204), 함수기(FX16)(205), 함수기(FX15)(201), 승산기(206) 및 레이트 리미터(207)를 구비한 구성이다. 1차 지연 필터(202, 203)는, 1개(예컨대 202만)이더라도 3개이더라도 상관없다. 감산기(204), 1차 지연 필터(202, 203)는, 변화율을 산출하는 것이고, 변화율을 검출하는 구조이면, 이 구성으로 한정하는 것은 아니다.

선행 신호 생성부(200)에서는, 우선, 감산기(204)에 의해 IGV 개방도 지령값과 1차 지연 필터(202, 203)에서 지연된 신호와 지연되지 않은 신호의 편차를 구하고, 이 편차를 IGV 개방도 지령값의 변화율(의사 미분값)로서 얻는다. 그리고, 함수기(FX16)(205)에 있어서, 이 IGV 개방도 지령값의 변화율의 크기(의사 미분값)에 따라 온도 조절 설정 EXREF로의 보정량(선행 신호)을 설정한다.

또한, 함수기(FX15)(201)는, 선행 신호 생성부(200)의 작동 범위를 입구 안내 날개(104)의 개방도가 소정 범위에 있는 경우만으로 하는 것이고, 예컨대, 함수 FX15로서, IGV 개방도가 부분 부하일 때의 개방도 범위를 「1」로 하고, 전개(全開)일 때를 「0」으로 하는 함수를 사용하고, 이것을 승산기(206)에서 곱하는 것에 의해, 가스 터빈(100)이 부분 부하에서 운전되고 있는 상태에서만 선행 신호 생성부(200)에 의한 보정(선행 신호)을 유효로 할 수 있다.

또한, 레이트 리미터(207)는, 얻어지는 온도 조절 설정 EXREF로의 보정량, 즉 선행 신호의 시간 변화율을 제한하는 것으로, 그 레이트 리미터(207)를 거친 보정량이 가산기(210)에 의해 가산되고, 온도 조절 설정 EXREF로서 생성된다.

이때의 온도 조절 설정 EXREF의 시간적 추이는 도 6(a)의 T1에 나타내는 바와 같이 되지만, 실제의 블레이드 패스 온도 또는 배기 가스 온도는, 온도의 계측 지연이 있으므로 도 6(a)의 T0에 나타내는 바와 같이 느린 변화가 된다. 그래서, 본 제 2 실시 형태에서는, 도 6(b)에 나타내는 바와 같은 선행 신호 생성부(200)에 의한 보정량(선행 신호)을 가산하는 것에 의해, 온도 조절 설정 EXREF의 시간적 추이를 도 6(a)의 T2에 나타내는 바와 같이 하고, 실제의 블레이드 패스 온도 또는 배기 가스 온도의 추종성을 보다 빨라지도록 하고 있다.

이와 같이, 본 제 2 실시 형태에서는, 선행 신호 생성부(200)(제 1 보정 수단)에 의해, 입구 안내 날개(104)의 개방도의 변화율을 산출하여 그 변화율에 따른 보정량을 산출하고, 온도 조절 설정 EXREF를 보정하므로, 블레이드 패스 온도 설정값이나 배기 가스 온도 설정값의 추종성을 빠르게 하여, 온도 설정의 변화를 과도적으로 빠르게 할 수 있고, 계통 주파수의 변동에 대한 부하 즉응성을 향상시킬 수 있다.

[제 3 실시 형태]

이하, 본 발명의 제 3 실시 형태에 대하여 설명한다.

도 7은 제 3 실시 형태와 관련되는 온도 제어부(114)에 있어서의 블레이드 패스 온도 제어부의 구성도이고, 온도 조절 설정 EXREF를 생성하는 부분에 대해서는, 제 2 실시 형태와 관련되는 구성을 사용하는 것으로 하여 생략한다. 또, 본 제 3 실시 형태와 관련되는 가스 터빈(100) 및 IGV 제어부(113)의 구성은 제 1 실시 형태와 동일하고, 각 구성 요소의 설명을 생략한다.

도 7에 있어서, 본 제 3 실시 형태와 관련되는 온도 제어부(114)가 구비하는 블레이드 패스 온도 제어부는, 신호 발생기(SG15)(301), (SG16)(303), (SG17)(308), (SG18)(309), (SG19)(311) 및 (SG20)(312), 신호 전환기(310) 및 (313), 가산기(302), 감산기(305) 및 (306), 낮은값 선택기(304), 및 PI 제어기(307)를 구비한 구성이다.

가산기(302)에서 온도 조절 설정 EXREF에 소정값 SG15를 가산한 값과, 소정값 SG16의 사이에서 보다 낮은 값이 되는 값을 낮은값 선택기(304)에 의해 선택하여 이것을 목표값 BPREF로 하고, 그 목표값 BPREF와 블레이드 패스 온도 검출기(123)로부터의 블레이드 패스 온도 계측값 BPT의 편차를 감산기(305)에 의해 구하고, 그 편차에 근거하는 비례 적분 제어를 PI 제어기(307)에 의해 행하여 블레이드 패스 온도 설정값 BPCSO를 생성한다.

PI 제어기(307)에 있어서의 상한값은, 감산기(305)에 의한 편차와 대기값 RCSO의 편차로 하고 있다. 또한, 본 제 3 실시 형태와 관련되는 블레이드 패스 온도 제어부는, IGV 선행 개방 플래그가 유효인 경우에, PI 제어기(307)에 있어서의 제어 파라미터를 미리 설정된 값으로 설정하는 점에 특징이 있지만, 여기서는, 비례 게인 및 시정수를 IGV 선행 개방 플래그에 따라 전환 설정하고 있다.

즉, 비례 게인은, 신호 발생기(SG17)(308) 및 (SG18)(309)을 IGV 선행 개방 플래그에 따라 신호 전환기(310)에서 전환하여 생성한다. 여기서, 신호 발생기(SG17)(308)에는 통상시의 비례 게인이 설정되고, 신호 발생기(SG18)(309)에는 IGV 선행 개일 때의 비례 게인이 설정되어 있다. 또한, 시정수는, 신호 발생기(SG19)(311) 및 (SG20)(312)을 IGV 선행 개방 플래그에 따라 신호 전환기(313)에서 전환하여 생성한다. 여기서, 신호 발생기(SG19)(311)에는 통상시의 시정수가 설정되고, 또한 신호 발생기(SG20)(312)에는 IGV 선행 개일 때의 시정수가 설정되어 있다. 또, 안정성의 관점으로부터는 비례 게인 및 시정수를 보다 작은 값으로 하는 것이 좋지만, 계통 주파수가 소정 임계치 α 이하 또는 가스 터빈(100)의 출력 증가가 요구된 경우는, 긴급성이 있어 추종성을 우선하는 것으로 하여, 비례 게인 및 시정수를 통상시보다 큰 값으로 하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 제 3 실시 형태와 관련되는 온도 제어부(114)에 있어서의 블레이드 패스 온도 제어부(배기 가스 제어부도 동일)에서는, 온도 조절 설정 EXREF에 근거하는 목표값 BPREF와 계측한 블레이드 패스 온도 BPT의 편차에 근거하여 PI 제어기(307)에 의한 비례 적분 제어를 행하여 터빈(101)의 블레이드 패스 온도 설정값 BPCSO를 생성한다. 그리고, IGV 선행 개방 플래그가 유효인 경우에, PI 제어기(307)에 있어서의 제어 파라미터(비례 게인 및 시정수)를 미리 설정된 값으로 설정하므로, 블레이드 패스 온도 설정값 BPCSO의 움직임을 선행하여 빠르게 할 수 있고, 계통 주파수의 변동이나 부하 증가시에 대한 부하 즉응성을 향상시킬 수 있다.

[제 4 실시 형태]

이하, 본 발명의 제 4 실시 형태에 대하여 설명한다.

다음으로, 본 발명의 제 4 실시 형태와 관련되는 가스 터빈(100)의 운전 제어 장치(110)에 대하여 설명한다.

도 8은 본 제 4 실시 형태의 온도 제어부(114)와 관련되는 블레이드 패스 온도 제어부의 구성도이고, 온도 조절 설정 EXREF를 생성하는 부분에 대해서는, 제 2 실시 형태와 관련되는 구성을 사용하는 것으로 하여 생략한다. 또, 본 제 4 실시 형태와 관련되는 가스 터빈(100) 및 IGV 제어부(113)의 구성은 제 1 실시 형태와 동일하고, 각 구성 요소의 설명을 생략한다.

도 8에 있어서, 본 제 4 실시 형태와 관련되는 온도 제어부(114)가 구비하는 블레이드 패스 온도 제어부는, 신호 발생기(SG15)(301) 및 (SG16)(303)과, 가산기(302) 및 (410)과, 감산기(305) 및 (306)과, 낮은값 선택기(304)와, PI 제어기(307)와, 선행 신호 생성부(400)를 구비한 구성이다.

가산기(302)에서 온도 조절 설정 EXREF에 소정값 SG15를 가산한 값과, 소정값 SG16의 사이에서 보다 낮은 값이 되는 값을 낮은값 선택기(304)에 의해 선택하여 이것을 목표값 BPREF로 하고, 그 목표값 BPREF와 블레이드 패스 온도 검출기(123)로부터의 블레이드 패스 온도 계측값 BPT의 편차를 감산기(305)에 의해 구하고, 그 편차에 근거하는 비례 적분 제어를 PI 제어기(307)에 의해 행하여 블레이드 패스 온도 설정값 BPCSO를 생성한다. 또, PI 제어기(307)에 있어서의 상한값은, 감산기(305)에 의한 편차와 대기값 RCSO의 편차로 하고 있다.

본 제 4 실시 형태의 온도 제어부(114)에 있어서의 블레이드 패스 온도 제어부는, 입구 안내 날개(104)의 개방도의 변화율을 산출하여 그 변화율에 따른 보정량을 산출하고, 온도 조절 설정 EXREF에 근거하여 생성한 블레이드 패스 온도 설정값 BPCSO를 보정하는 선행 신호 생성부(400)(제 2 보정 수단)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 레이트 리미터(407)를 구비한 구성이다. 1차 지연 필터는, 1개이더라도 3개이더라도 좋다. 감산기(404), 1차 지연 필터(402, 403)는, 변화율을 산출하는 것이고, 변화율을 검출하는 구조이면, 이 구성으로 한정하는 것은 아니다.

선행 신호 생성부(400)에서는, 우선, 감산기(404)에 의해 IGV 개방도 지령값을 1차 지연 필터(402, 403)에서 지연한 신호와 지연하지 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 따라 블레이드 패스 온도 설정값 BPCSO로의 보정량(선행 신호)을 설정한다.

또한, 함수기(FX17)(401)는, 선행 신호 생성부(400)의 작동 범위를 입구 안내 날개(104)의 개방도가 소정 범위에 있는 경우만으로 하는 것이고, 예컨대, 함수 FX17로서, IGV 개방도가 부분 부하시의 개방도 범위를 「1」로 하고, 전개(全開)일 때를 「0」으로 하는 함수를 사용하고, 이것을 승산기(306)에서 곱하는 것에 의해, 가스 터빈(100)이 부분 부하에서 운전되고 있는 상태에서만 선행 신호 생성부(400)에 의한 보정(선행 신호)을 유효로 할 수 있다.

또한, 레이트 리미터(407)는, 블레이드 패스 온도 설정값 BPCSO로의 보정량, 즉 선행 신호의 시간 변화율을 제한하는 것으로, 그 레이트 리미터(407)를 거친 보정량이 가산기(410)에 의해 가산되고, 블레이드 패스 온도 설정값 BPCSO로서 생성된다.

이와 같이, 본 실시 형태에서는, 선행 신호 생성부(400)(제 2 보정 수단)에 의해, 입구 안내 날개(104)의 개방도의 변화율을 산출하여 그 변화율에 따른 보정량을 산출하고, 블레이드 패스 온도 설정값 BPCSO에 직접 보정량(선행 신호)을 가산하여 보정하므로, 블레이드 패스 온도 설정값 BPCSO의 움직임을 직접적으로 선행시켜, 보다 추종성을 빠르게 하여, 온도 설정의 변화를 과도적으로 빠르게 할 수 있고, 계통 주파수의 변동이나 부하 증가시에 대한 부하 즉응성을 향상시킬 수 있다.

[제 5 실시 형태]

다음으로, 제 5 실시 형태와 관련되는 가스 터빈(100)의 운전 제어 장치(110)에 대하여 설명한다.

여기서, 도 9는 본 제 5 실시 형태와 관련되는 IGV 제어 플래그 생성부(115)의 구성도이다. 또한, 가스 터빈(100)의 운전 제어 장치(110)의 전체 구성은 상술한 제 1 실시 형태~제 4 실시 형태와 동일하고, 각 구성 요소의 설명을 생략한다.

본 제 5 실시 형태와 관련되는 IGV 제어 플래그 생성부(115)는, 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 계통 주파수가 소정 임계치 α 이하 또는 가스 터빈(100)의 출력 증가가 요구된 경우에, IGV 선행 개방 플래그를 유효로 하지만, 도 9에 나타내는 바와 같이, OR 게이트(3)의 출력에 오프 딜레이(5)가 부가된 구성으로 되어 있다.

이 오프 딜레이(5)에 의해, IGV 선행 개방 플래그가 유효로부터 무효로 전환될 때, 일정한 지연을 갖게 하여 IGV 선행 개방 플래그를 무효로 할 수 있다. 또, 오프 딜레이(5)에 의한 지연 시간은, 예컨대 보일러 시정수 정도이며, 예컨대 5분 내지 10분이다.

여기서, 계통 주파수가 변동하고 있지 않은 경우에도, 부하 상승시에는 증기 터빈(160)의 출력(ST 출력)의 지연과, 발전기(150) 출력의 온도 조절 운전에 의한 상한으로부터, GTCC에서는 부하 상승시에 고부하에 있어서 부하 즉응성(추종성)이 나쁜 상황으로 되어 있었다. 이 때문에, 입구 안내 날개(104)를 IGV 선행 개방 플래그로 일정량 열림 동작시키는 것으로 부하 추종성을 높였지만, 조건(소망 부하 도달)이 성립하면 바로 닫힘 동작되어, 입구 안내 날개(104)의 개폐 동작이 빈번하게 발생하는 것에 의해, 성능 및 부품 수명의 관점으로부터 빈번하게 발생하는 것을 방지할 필요가 있다.

그래서, 본 제 5 실시 형태에서는, IGV 제어 플래그 생성부(115)에 오프 딜레이(5)를 부가하는 것에 의해, 부하 상승 중에 주파수 낮음 신호 또는 출력 증가 요구 신호가 오프로 된 후에도 일정 기간, IGV 선행 개방 플래그가 유효로 유지된다.

이것에 의해, 성능 및 부품 수명의 관점으로부터, 입구 안내 날개(104)의 개폐 동작이 빈번하게 발생하는 것을 방지할 수 있다.

[제 6 실시 형태]

다음으로, 제 6 실시 형태와 관련되는 가스 터빈(100)의 운전 제어 장치(110)에 대하여 설명한다.

여기서, 도 10은 본 제 6 실시 형태와 관련되는 연료 제어부(112)의 구성도이다. 또한, 가스 터빈(100)의 운전 제어 장치(110)의 전체 구성은 상술한 제 1 실시 형태~제 5 실시 형태와 동일하고, 각 구성 요소의 설명을 생략한다.

본 제 6 실시 형태와 관련되는 연료 제어부(112)는, IGV 선행 개방 플래그가 유효가 된 경우에, 입구 안내 날개(104)의 개방도에 따라 연료 유량을 증가시킨다.

연료 제어부(112)는, 낮은값 선택부(130)로부터 출력된 CSO를 보정하는 CSO 보정부(131)를 구비한다.

낮은값 선택부(130)는, 일례로서, 거버너 설정값 GVCSO, 로드 리미트 설정값 LDCSO, 블레이드 패스 온도 설정값 BPCSO, 배기 가스 온도 설정값 EXCSO가 입력되고, 이 중에서 최소의 CSO를 출력한다.

CSO 보정부(131)는, 신호 발생기(SG1)(17), 신호 발생기(SG2)(18)와, 신호 전환기(19)와, 레이트 리미터(20)와, 보정 함수기(FX20)(136)와, 가산기(137)를 구비하고 있다.

신호 발생기(SG1)(17)는, 예컨대 0으로 되는 제 1 신호를 발생시키고, 신호 발생기(SG2)(18)는, 소정값을 나타내는 제 2 신호를 발생시키고, 신호 전환기(19)는, 신호 발생기(SG1)(17)와 신호 발생기(SG2)(18)를 IGV 선행 개방 플래그가 유효인지 무효인지에 따라 전환한다. 레이트 리미터(20)는, 신호 전환기(19)로부터의 신호의 시간 변화율을 제한하고, 보정 함수기(FX20)(136)는, IGV 선행 개방 플래그로 설정된 공기 유량의 증가에 따른 연료 유량(CSO)의 보정값을 산출한다. 가산기(137)는, 낮은값 선택부(130)로부터 출력된 CSO에 보정 함수기(FX20)(136)로부터 출력된 보정값을 가산하고, 보정 후의 CSO로서 출력한다.

이와 같은 구성에 의해, IGV 선행 개방 플래그가 무효인 경우에는, 신호 전환기(19)에 의해 신호 발생기(SG1)(17)의 제 1 신호가 선택되고, 제 1 신호에 따른 보정값이 낮은값 선택부(130)로부터 출력된 CSO에 가산된다. 이때, 제 1 신호는 「0」으로 설정되어 있으므로, IGV 선행 개방 플래그가 무효인 경우에는, 낮은값 선택부(130)에 의해 선택된 CSO가 보정 후의 CSO로서 그대로 출력된다.

한편, IGV 선행 개방 플래그가 유효인 경우에는, 신호 전환기(19)에 의해 신호 발생기(SG2)(18)의 제 2 신호가 선택되고, 제 2 신호에 따른 보정값이 낮은값 선택부(130)로부터 출력된 CSO에 가산된다. 이것에 의해, IGV 선행 개방 플래그가 유효인 경우에는, 낮은값 선택부(130)에 의해 선택된 CSO에 보정값이 가산되고, 보정 후의 CSO로서 출력된다. 이것에 의해, IGV 선행 개방 플래그가 유효가 된 경우에, 연소기(103)에 공급되는 연료 유량이 증가한다.

또, 대기값 RCSO는, 가산기(137)로부터 출력된 CSO에 신호 발생기(SG32)(138)로부터 출력되는 값이 가산기(139)에 의해 가산되고, 신호 발생기(SG33)(140)로부터 출력되는 변화율(저하 레이트)에 의한 레이트 리미터(141)를 거쳐서 산출된다.

입구 안내 날개(104)가 전개(全開)가 아닌 경우에 부하를 증가시키는 경우, 부하 추종성을 향상시키기 위해, 입구 안내 날개(104)의 개방도를 통상보다 열리게 하는 것에 의해, 터빈 입구 온도가 과도하게 저하하는 것이 염려된다. 본 제 6 실시 형태와 관련되는 가스 터빈(100)의 운전 제어 장치(110)에서는, 입구 안내 날개(104)의 개방도가 열리게 되는 것에 의한 공기 유량의 증가에 따라 연료 유량을 증가시킬 수 있으므로, 터빈 입구 온도의 과도한 저하를 막을 수 있다.

이상, 본 발명을, 상기 각 실시 형태를 이용하여 설명했지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시 형태에 기재된 범위로는 한정되지 않는다. 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 상기 각 실시 형태에 다양한 변경 또는 개량을 가할 수 있고, 그 변경 또는 개량을 가한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다. 또한, 상기 각 실시 형태를 적당히 조합하더라도 좋다.

100 : 가스 터빈
101 : 터빈
102 : 압축기
103 : 연소기
104 : 입구 안내 날개
105 : 연료 유량 조정 밸브
110 : 운전 제어 장치
112 : 연료 제어부
113 : IGV 제어부
114 : 온도 제어부
115 : IGV 제어 플래그 생성부
150 : 발전기

Claims (10)

1. 전단(前段)에 입구 안내 날개를 구비하는 압축기로부터의 압축 공기와 연료를 연소기에 공급하여 상기 연소기에서 발생하는 연소 가스에 의해 터빈을 회전시켜 발전기를 구동하는 가스 터빈의 제어 장치로서,
   부분 부하에서 상기 가스 터빈이 운전된 상태에서, 상기 가스 터빈의 출력을 증가시키는 경우에, IGV 선행 개방 플래그를 유효로 하는 IGV 제어 플래그 생성 수단과,
   상기 IGV 선행 개방 플래그가 유효인 경우에, 터빈 입구 온도 저하에 의한 열낙차 이상으로 상기 압축기의 흡기 유량이 증가하여, 터빈 출력이 증가하도록, 상기 입구 안내 날개의 개방도를 그때까지에 비하여 열도록 설정하는 입구 안내 날개 개방도 설정 수단을 구비하며,
   상기 IGV 선행 개방 플래그가 유효로 된 경우에, 상기 입구 안내 날개의 개방도에 따라 상기 연소기에 공급하는 연료 유량을 증가시키는
   가스 터빈의 제어 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   IGV 제어 플래그 생성 수단은, 계통 주파수가 소정 임계치 이하 또는 상기 가스 터빈의 출력 증가가 요구된 경우에, IGV 선행 개방 플래그를 유효로 하는 가스 터빈의 제어 장치.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 입구 안내 날개 개방도 설정 수단은, 압축기의 동력의 증가보다, 터빈 출력의 증가가 빨라지도록, 입구 안내 날개의 개방도의 변화율이 설정되는 가스 터빈의 제어 장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   온도 조절 설정을 차실(車室) 압력에 따라 설정하는 온도 제어 수단을 구비하고,
   상기 온도 제어 수단은, 상기 IGV 선행 개방 플래그가 유효인 경우에, 상기 입구 안내 날개의 개방도의 변화율을 산출하여 그 변화율에 따른 보정량을 산출하고, 상기 온도 조절 설정을 보정하는 제 1 보정 수단을 갖는
   가스 터빈의 제어 장치.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   온도 조절 설정을 차실 압력에 따라 설정하는 온도 제어 수단을 구비하고,
   상기 온도 제어 수단은, 상기 온도 조절 설정에 근거하는 목표값과 계측한 블레이드 패스 온도 또는 배기 가스 온도의 편차에 근거하여 비례 적분 제어를 행하여 상기 터빈의 블레이드 패스 온도 설정값 또는 배기 가스 온도 설정값을 생성하는 PI 제어 수단을 갖고, 상기 IGV 선행 개방 플래그가 유효인 경우에, 상기 PI 제어 수단에 있어서의 제어 파라미터를 미리 설정된 값으로 설정하는
   가스 터빈의 제어 장치.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   온도 조절 설정을 차실 압력에 따라 설정하는 온도 제어 수단을 구비하고,
   상기 온도 제어 수단은, 상기 IGV 선행 개방 플래그가 유효인 경우에, 상기 입구 안내 날개의 개방도의 변화율을 산출하여 그 변화율에 따른 보정량을 산출하고, 상기 온도 조절 설정에 근거하여 생성한 상기 터빈의 블레이드 패스 온도 설정값 또는 배기 가스 온도 설정값을 보정하는 제 2 보정 수단을 갖는
   가스 터빈의 제어 장치.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 IGV 제어 플래그 생성 수단은, 상기 IGV 선행 개방 플래그가 유효로부터 무효로 전환될 때, 일정한 지연을 갖게 하여 상기 IGV 선행 개방 플래그를 무효로 하는 가스 터빈의 제어 장치.
   
8. 삭제
9. 전단에 입구 안내 날개를 구비하는 압축기와,
   상기 압축기로부터의 압축 공기와 연료가 공급되고, 연소 가스를 발생시키는 연소기와,
   상기 연소기에서 발생하는 연소 가스에 의해 회전하는 터빈과,
   상기 터빈의 회전에 의해 구동되는 발전기와,
   청구항 1에 기재된 제어 장치
   를 구비하는 가스 터빈.
   
10. 전단에 입구 안내 날개를 구비하는 압축기로부터의 압축 공기와 연료를 연소기에 공급하여 상기 연소기에서 발생하는 연소 가스에 의해 터빈을 회전시켜 발전기를 구동하는 가스 터빈의 제어 방법으로서,
    부분 부하에서 상기 가스 터빈이 운전된 상태에서, 상기 가스 터빈의 출력을 증가시키는 경우에, IGV 선행 개방 플래그를 유효로 하는 IGV 제어 플래그 유효 스텝과,
    상기 IGV 선행 개방 플래그가 유효인 경우에, 터빈 입구 온도 저하에 의한, 열낙차 이상으로 상기 압축기의 흡기 유량이 증가하여, 터빈 출력이 증가하도록, 상기 입구 안내 날개의 개방도를 그때까지에 비하여 열도록 설정하는 입구 안내 날개 개방도 설정 스텝을 가지며,
    상기 IGV 선행 개방 플래그가 유효로 된 경우에, 상기 입구 안내 날개의 개방도에 따라 상기 연소기에 공급하는 연료 유량을 증가시키는
    가스 터빈의 제어 방법.

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