KR101843698B1

KR101843698B1 - 제어 장치, 시스템 및 제어 방법

Info

Publication number: KR101843698B1
Application number: KR1020177001938A
Authority: KR
Inventors: 아키히코 사이토; 다카시 소노다; 요시후미 이와사키; 고지 다카오카; 류지 다케나카; 고조 도야마
Original assignee: 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2015-06-16
Publication date: 2018-03-29
Also published as: KR20170020512A; JP6335720B2; DE112015003887B4; CN106536899A; JP2016044654A; DE112015003887T5; US20170211409A1; WO2016031355A1; US10550716B2; CN106536899B

Abstract

흡입한 공기를 압축기에 의해 압축해서 압축 공기로 하고, 연소기로부터 공급된 연료와 상기 압축 공기를 혼합해서 연소시킴으로써 연소 가스를 생성하고, 생성한 상기 연소 가스에 의해 터빈을 작동시켜 로터를 회전시키고, 상기 터빈을 작동시킨 상기 연소 가스를 배기 가스로서 배출하는 가스 터빈의 제어 장치(14)로서, 압축기는 흡기측에 마련되는 개방도를 조정 가능한 입구 안내 날개를 갖고, 가스 터빈의 부하에 따라서 규정되는 배기 가스 온도의 상한 온도인 온도 조정선을 따라서, 입구 안내 날개의 개방도를 제어하는 온도 조정 제어를 실행하고, IGV 개방도 지령값은 가스 터빈의 출력 디맨드에 근거해서 설정된다.

Description

제어 장치, 시스템 및 제어 방법{CONTROL DEVICE, SYSTEM, AND CONTROL METHOD}

본 발명은 온도 조정 제어를 실행하는 가스 터빈 등의 시스템의 제어 장치, 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다.

일반적인 가스 터빈은 압축기와 연소기와 터빈에 의해 구성되어 있다. 그리고, 공기 취입구로부터 취입된 공기가 압축기에 의해 압축됨으로써 고온·고압의 압축 공기로 되고, 연소기에서 이 압축 공기에 대해서 연료를 공급해서 연소시킴으로써 고온·고압의 연소 가스(작동 유체)를 얻어, 이 연소 가스에 의해 터빈을 구동하고, 이 터빈에 연결된 발전기를 구동한다. 터빈을 구동시킨 연소 가스는 터빈의 배기측으로부터 배기 가스로서 배출된다.

이러한 가스 터빈을 제어하는 제어 장치는 압축기에 취입하는 공기량 및 연료의 공급량 등을 조정해서, 연소 가스가 유입되는 터빈의 터빈 입구 온도가 미리 설정된 상한 온도를 넘지 않도록, 가스 터빈의 운전을 제어하는 온도 조정 제어를 실행하고 있다. 이것은 가스 터빈의 성능은 터빈 입구 온도가 높을수록 성능(일 효율)이 높아지는 한편, 터빈 입구 온도를 너무 높게 하면, 터빈 입구 주위의 고온 부품이 열 부하에 견디는 것이 곤란해지기 때문이다. 구체적으로, 온도 조정 제어에서는, 터빈으로부터의 배기 가스 온도가 가스 터빈의 부하(발전기 출력)나 압력비 등의 가스 터빈 상태량에 따라서 규정되는 배기 가스 온도의 상한 온도인 온도 조정선을 넘지 않도록, 가스 터빈의 운전이 제어된다. 여기서, 온도 조정선은 가스 터빈의 부하가 커질수록, 배기 가스 온도의 상한 온도가 낮아지는 한편, 가스 터빈의 부하가 작아질수록, 배기 가스 온도의 상한 온도가 높아지는 함수로서 규정되어 있다.

온도 조정 제어를 실시하는 가스 터빈의 제어 장치로서는, 아래의 특허문헌 1, 2에 기재된 것이 있다. 특허문헌 1의 가스 터빈의 운전 제어 장치에서는, 압축기의 흡기측에 입구 안내 날개가 마련되고, 입구 안내 날개의 개방도를 발전기의 출력값에 대한 입구 안내 날개의 개방도의 관계에 근거해서, 발전기 출력 센서로부터의 발전기 출력에 의해 입구 안내 날개의 개방도를 설정하고 있다. 또, 특허문헌 2의 가스 터빈의 입구 안내 날개 제어 장치는 압축기의 흡기측에 입구 안내 날개가 마련되고, 흡기 온도 보정 후의 발전기 출력(가스 터빈 출력)에 대응하는 입구 안내 날개의 개방도를 설정하고 있다.

일본 공개 특허 공보 제 2008-075578호 일본 공개 특허 공보 제 2007-040171호

이와 같이, 입구 안내 날개의 개방도는 가스 터빈 출력(실출력)에 근거해서 설정된다. 이 때문에, 예를 들면, 가스 터빈의 부하가 커지는 부하 상승시에 있어서, 목표로 하는 가스 터빈의 요구 출력값으로 되도록 가스 터빈 출력을 제어하는 경우, 가스 터빈의 제어 장치는 요구 출력값과 가스 터빈 출력의 편차에 근거해서 연료의 공급량을 증대시킨다. 연료의 공급량을 증대시키면, 가스 터빈의 출력이 증대하기 때문에, 제어 장치는 가스 터빈의 출력의 증대에 수반해서, 입구 안내 날개의 개방도를 크게 한다. 따라서, 부하 상승시에는, 연료의 공급량이 많아지기 쉬워지기 때문에, 연공비(연료의 공급량/흡기량)가 조금 높게 추이(推移)하고, 이것에 의해, 연공비에 비례해서 터빈 입구 온도 및 배기 가스 온도도 조금 높게 추이한다.

그런데, 가스 터빈은 부하에 따른 운전이 행해지고 있고, 구체적으로, 전부하(全負荷) 운전과 부분 부하 운전이 행해지고 있다. 통상, 전부하 운전을 실시하는 경우, 가스 터빈의 성능을 발휘하기 위해, 터빈 입구 온도가 상한 온도 부근에 도달하도록 온도 조정 제어가 실행된다. 이 온도 조정 제어에서는, 구체적으로, 전부하 운전시에 있어서의 배기 가스 온도가 온도 조정선 부근으로 되도록, 가스 터빈의 운전이 제어된다.

한편, 부분 부하 운전에 있어서는, 부하 변동에 대한 가스 터빈 출력의 응답성을 확보하기 위해, 온도 조정 제어가 실행되지 않는다. 즉, 가스 터빈은 배기 가스 온도가 온도 조정선의 상한 온도에 의해 제한되지 않도록, 온도 조정선의 상한 온도보다 낮은 배기 가스 온도로 부하 제어된다.

그리고, 최근에는, 부분 부하 운전에 있어서도, 가스 터빈의 성능을 향상시키기 위해, 터빈 입구 온도가 상한 온도 부근에 도달하도록 온도 조정 제어가 실행되는 경우가 있다. 구체적으로, 온도 조정 제어에서는, 부분 부하 운전시에 있어서의 배기 가스 온도가 온도 조정선 부근으로 되도록, 가스 터빈의 운전이 제어된다.

그렇지만, 부분 부하 운전시에 있어서, 배기 가스 온도가 온도 조정선 부근으로 되도록 온도 조정 제어하는 경우, 가스 터빈으로의 부하가 변동하면, 배기 가스 온도가 온도 조정선에 의해 제한되어 버릴 가능성이 있다. 이것은 상술한 바와 같이 부하 상승시에 있어서 연공비가 조금 높게 추이됨으로써, 터빈 입구 온도 및 배기 가스 온도도 조금 높게 추이되기 때문이다. 이 때문에, 가스 터빈은 부하 변동에 따라서 가스 터빈 출력을 조정하는 것이 곤란해지는 경우가 있다.

또, 부분 부하 운전시에 있어, 배기 가스 온도가 온도 조정선 부근으로 되도록 온도 조정 제어하는 경우, 부하 변동 등의 외란에 의해, 공기 취입구로부터 취입되는 공기의 흡입량이 감소하는 경우가 있다. 이 경우, 배기 가스 온도가 상승하기 때문에, 온도 조정 제어에서는, 가스 터빈의 부하를 작게 하는, 이른바 부하 전락(轉落)이 생겨 버린다. 즉, 온도 조정선은 가스 터빈의 부하가 작아질수록, 배기 가스 온도의 상한 온도가 높아지기 때문에, 온도 조정 제어에서는, 배기 가스 온도가 상승하면, 배기 가스 온도의 상한 온도를 높게 하기 위해, 가스 터빈의 부하를 작게 한다. 이때, 공기의 흡입량은 입구 안내 날개의 개방도로 조정되고, 입구 안내 날개의 개방도는 가스 터빈 출력에 근거해서 설정된다. 이 때문에, 온도 조정 제어에서는, 가스 터빈의 부하가 저하해서 가스 터빈 출력이 작아지면, 입구 안내 날개의 개방도를 닫음으로써 공기의 흡입량을 감소시키는 제어가 행해지고, 이것에 의해, 다시 배기 가스 온도가 상승해 버리기 때문에, 계속해서 가스 터빈의 부하가 하강해 버린다.

그래서, 본 발명은 부분 부하 운전시에 있어서의 가스 터빈 등의 시스템의 성능을 향상시키면서, 부하 변동시에 있어서의 온도 조정 제어를 적합하게 실행할 수 있는 제어 장치, 시스템 및 제어 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명의 제어 장치는 흡입한 공기를 압축기에 의해 압축해서 압축 공기로 하고, 연소기로부터 공급된 연료와 상기 압축 공기를 혼합해서 연소시킴으로써 연소 가스를 생성하고, 생성한 상기 연소 가스에 의해 터빈을 작동시켜 로터를 회전시키고, 상기 터빈을 작동시킨 상기 연소 가스를 배기 가스로서 배출하는 시스템의 제어 장치이며, 상기 압축기는 흡기측에 마련되는 개방도를 조정 가능한 입구 안내 날개를 갖고, 상기 시스템의 부하에 따라서 규정되는 배기 가스 온도의 상한 온도인 온도 조정선을 따라서, 상기 입구 안내 날개의 개방도를 제어하는 온도 조정 제어를 실행하고, 상기 개방도는 상기 시스템의 출력 요구값에 근거해서 설정되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 제어 방법은 흡입한 공기를 압축기에 의해 압축해서 압축 공기로 하고, 연소기로부터 공급된 연료와 상기 압축 공기를 혼합해서 연소시킴으로써 연소 가스를 생성하고, 생성한 상기 연소 가스에 의해 터빈을 작동시키고, 상기 터빈을 작동시킨 상기 연소 가스를 배기 가스로서 배출하는 시스템의 제어 방법이며, 상기 압축기는 흡기측에 마련되는 개방도를 조정 가능한 입구 안내 날개를 갖고, 상기 시스템의 부하에 따라서 규정되는 배기 가스 온도의 상한 온도인 온도 조정선을 따라, 상기 입구 안내 날개의 개방도를 제어하는 온도 조정 제어를 실행하고, 상기 개방도는 상기 시스템의 출력 요구값에 근거해서 설정되는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 시스템의 출력 요구값에 근거해서, 입구 안내 날개의 개방도를 설정할 수 있다. 이 때문에, 시스템의 부하 상승시에 있어서, 연료의 공급량이 증대하기 전에, 입구 안내 날개의 개방도를 크게 할 수 있다. 따라서, 시스템의 출력에 근거해서 입구 안내 날개의 개방도를 설정하는 경우에 비해서, 연공비를 낮게 추이시킬 수 있다. 이것에 의해, 터빈 입구 온도 및 배기 가스 온도의 상승을 억제할 수 있기 때문에, 부분 부하 운전시에 있어서의 부하 상승시에 있어서, 배기 가스 온도가 상한 온도에 걸려서, 시스템의 출력이 제한되거나 부하 전락이 생기는 것을 억제할 수 있다. 이와 같이, 부분 부하 운전시에 있어서, 부하 변동에 따라서 온도 조정선을 따라 시스템의 출력을 변경하는 것이 용이해지고, 또, 온도 조정선을 따라 부분 부하 운전할 수 있기 때문에, 부분 부하 운전시에 있어서 시스템을 정격 성능으로 운전할 수 있다. 또, 정격 성능은 발전기로부터 가스 터빈 등의 시스템으로 소정의 부하가 주어졌을 때에, 가스 터빈의 일 효율이 최적으로 되는 성능이다. 또, 시스템으로서는, 발전을 행하는 가스 터빈 외에, 가스 엔진 시스템 등에 적용하는 것이 가능하다.

또, 상기 로터의 회전수가 미리 설정된 설정 회전수로 되는 거버너(governor) 설정값에 근거해서, 상기 시스템의 출력을 제어하는 거버너 제어를 실행하고, 상기 출력 요구값은 상기 거버너 제어시에 상기 거버너 설정값으로 하고, 상기 개방도는 상기 거버너 설정값에 근거해서 설정되는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 거버너 제어시에 있어서, 거버너 설정값에 근거해서, 입구 안내 날개의 개방도를 설정할 수 있다. 이 때문에, 거버너 제어시에 있어서도, 시스템의 부하 상승시에, 연공비를 낮게 추이시킬 수 있다.

또, 상기 시스템의 실출력값과 상기 출력 요구값을 비교해서 높은 값을 선택하고, 상기 개방도는 높은 값으로서 선택된 상기 실출력값 또는 상기 출력 요구값에 근거해서 설정되는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 부하 상승시에 있어서는, 시스템의 출력 요구값이 높아지기 때문에, 출력 요구값에 근거해서 입구 안내 날개의 개방도가 설정된다. 한편, 부하 하강시에 있어서, 시스템의 실출력값(시스템의 출력)가 높아지기 때문에, 시스템의 출력에 근거해서 입구 안내 날개의 개방도가 설정된다. 이 때문에, 부하 상승시에 있어서, 연공비를 낮게 추이시키는 것이 가능할 뿐만 아니라, 부하 하강시에 있어서도, 연공비를 낮게 추이시킬 수 있다. 즉, 부하 하강시에 있어서는, 시스템의 실출력값이 시스템의 출력 요구값보다 높아짐으로써, 연료의 공급량이 감소한 후에, 입구 안내 날개의 개방도가 작아진다. 이와 같이, 부하 상승시 및 부하 하강시에 있어서, 터빈 입구 온도 및 배기 가스 온도의 상승을 억제할 수 있기 때문에, 배기 가스 온도가 상한 온도에 걸려서, 시스템의 출력이 제한되는 것을 억제할 수 있다.

또, 상기 시스템의 상기 부하가 하강하는 부하 하강시에 있어서, 상기 출력 요구값에 근거하는 상기 개방도의 설정을 지연시켜 설정하는 지연 제어를 실행하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 부하 하강시에 있어서, 개방도의 설정을 지연시킬 수 있다. 이 때문에, 부하 하강시에 있어서는, 연료의 공급량이 감소된 후에, 입구 안내 날개의 개방도가 작게 되도록 지연시켜 설정할 수 있다. 이와 같이, 부하 하강시에 있어서, 터빈 입구 온도 및 배기 가스 온도의 상승을 억제할 수 있기 때문에, 배기 가스 온도가 상한 온도에 걸려서, 시스템의 출력이 제한되는 것을 억제할 수 있다.

또, 연료 지령값에 근거해서, 상기 연소기로부터 공급되는 상기 연료의 공급량을 제어하는 연료 제어를 실행하고, 상기 개방도는 상기 연료 지령값에 근거해서 생성되는 상기 출력 요구값에 근거해서 설정되는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 연료 지령값에 근거해서, 입구 안내 날개의 개방도를 설정할 수 있다. 이 때문에, 시스템의 부하 상승시에 있어서, 연료의 공급량이 증대하기 전에, 입구 안내 날개의 개방도를 크게 할 수 있다. 따라서, 시스템의 출력에 근거해서 입구 안내 날개의 개방도를 설정하는 경우에 비해서, 연공비를 낮게 추이시킬 수 있다.

또, 상기 시스템의 상기 부하가 상승하는 부하 상승시에 있어서, 상기 출력 요구값에 근거해서 설정되는 상기 개방도보다 큰 개방도로 되도록 설정하는 선행 개방도 제어를 실행하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 부하 변화량이 큰 경우, 부하 상승에 수반해서, 온도 조정선의 상한 온도가 빠르게 저하한다. 이 경우, 배기 가스 온도가 느리게 저하함으로써, 배기 가스 온도가 상한 온도로 제한되고, 이것에 의해, 시스템의 출력을 변화시키는 것이 곤란해진다. 이 때문에, 부하 상승시에 있어서의 부하 변화량이 큰 경우, 입구 안내 날개의 개방도를 보다 큰 개방도로 되도록 선행 개방도 제어를 실행함으로써, 온도 조정선의 상한 온도보다 낮아지도록, 배기 가스 온도를 저하시킬 수 있다. 따라서, 배기 가스 온도가 온도 조정선으로 제한되지 않고, 시스템의 출력을 적합하게 변화시킬 수 있다. 또, 부하 변동의 변화량이 큰 때는, 예를 들면, 시스템으로서 가스 터빈을 적용한 경우, 가스 터빈의 급속 기동 운전시 또는 발전기의 주파수 변동시이다.

본 발명의 시스템은 흡입한 공기를 압축해서 압축 공기로 하는 압축기와, 상기 압축 공기에 대해서 연료를 공급해서 연소시킴으로써 연소 가스를 생성하는 연소기와, 생성된 상기 연소 가스에 의해 작동하는 터빈과, 상기의 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 부분 부하 운전시에 있어서의 성능을 높게 할 수 있고, 또, 부하 변동에 대한 온도 조정 제어를 적합하게 실행할 수 있다.

도 1은 실시예 1의 가스 터빈을 나타내는 모식도이다.
도 2는 가스 터빈의 부하에 따라서 배기 가스의 상한 온도가 변화하는 온도 조정선을 나타내는 그래프이다.
도 3은 제어 장치의 제어에 관한 블럭도이다.
도 4는 실시예 1의 제어 장치의 IGV 제어에 관한 설명도이다.
도 5는 실시예 2의 제어 장치의 IGV 제어에 관한 설명도이다.
도 6은 실시예 3의 제어 장치의 IGV 제어에 관한 설명도이다.
도 7은 실시예 4의 제어 장치의 IGV 제어에 관한 설명도이다.
도 8은 실시예 5의 제어 장치의 IGV 제어에 관한 설명도이다.
도 9는 실시예 6의 제어 장치의 IGV 제어에 관한 설명도이다.

이하에, 본 발명에 따른 실시예를 도면에 근거해서 상세히 설명한다. 또, 본 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또, 아래의 실시예에 있어서의 구성 요소에는, 당업자가 치환가능 또한 용이한 것 혹은 실질적으로 동일한 것이 포함된다. 또한, 이하에 기재한 구성 요소는 적절히 조합하는 것이 가능하고, 또, 실시예가 다수 있는 경우에는, 각 실시예를 조합하는 것도 가능하다.

실시예 1

도 1은 실시예 1의 가스 터빈을 나타내는 모식도이다. 도 2는 가스 터빈의 부하에 따라서 배기 가스의 상한 온도가 변화하는 온도 조정선을 나타내는 그래프이다. 도 3은 제어 장치의 제어에 관한 블럭도이다. 도 4는 실시예 1의 제어 장치의 IGV 제어에 관한 설명도이다.

실시예 1의 가스 터빈(시스템)(1)은 도 1에 나타내는 바와 같이, 압축기(11)와, 연소기(12)와, 터빈(13)에 의해 구성되어 있다. 압축기(11), 연소기(12) 및 터빈(13)의 중심부에는 로터(18)가 관통해서 배치되고, 압축기(11)와 터빈(13)은 로터(18)에 의해 일체 회전 가능하게 연결되어 있다. 이 가스 터빈(1)은 제어 장치(14)에 의해 제어되고 있다. 또, 가스 터빈(1)에는 발전기(15)가 연결되어 있어, 발전 가능해진다.

압축기(11)는 공기 취입구로부터 취입된 공기 A를 압축해서 압축 공기 A1로 한다. 이 압축기(11)에는, 공기 취입구로부터 취입된 공기 A의 흡기량을 조정하는 입구 안내 날개(IGV : Inlet Guide Vane)(22)가 배치된다. 입구 안내 날개(22)는 그 개방도가 조정됨으로써, 공기 A의 흡기량이 조정된다. 구체적으로, 입구 안내 날개(22)는 복수의 날개 본체(22a)와, 복수의 날개 본체(22a)의 날개 각도를 변경하기 위한 IGV 작동부(22b)를 가지며, IGV 작동부(22b)에 의해 날개 본체(22a)의 날개 각도가 조정됨으로써, 입구 안내 날개(22)의 개방도가 조정되어, 공기 A의 흡기량을 조정한다. 입구 안내 날개(22)는 그 개방도가 커지면, 공기 A의 흡기량이 많아지고, 압축기(11)의 압력비가 증가한다. 한편, 입구 안내 날개(22)는 그 개방도가 작게 됨으로써, 공기 A의 흡기량이 적어지고, 압축기(11)의 압력비가 저하한다.

연소기(12)는 압축기(11)에서 압축된 압축 공기 A1에 대해서 연료 F를 공급하고, 압축 공기 A1와 연료 F를 혼합해서 연소함으로써, 연소 가스를 생성한다. 터빈(13)은 연소기(12)에서 생성된 연소 가스에 의해 회전한다.

로터(18)는 축 방향의 양단부가 도시하지 않는 베어링부에 의해 자유롭게 회전하게 지지되어 있고, 축심을 중심으로 해서 자유롭게 회전하게 마련되어 있다. 그리고, 로터(18)의 압축기(11) 측의 단부에는, 발전기(15)의 구동축이 연결되어 있다. 발전기(15)는 터빈(13)과 동축상에 마련되고, 터빈(13)이 회전함으로써 발전할 수 있다.

따라서, 압축기(11)의 공기 취입구로부터 취입된 공기 A는 입구 안내 날개(22)를 거쳐서 압축기(11)의 내부를 통과해 압축됨으로써 고온·고압의 압축 공기 A1로 된다. 이 압축 공기 A1에 대해서 연소기(12)로부터 연료 F가 공급되고, 압축 공기 A1와 연료 F가 혼합되고 연소됨으로써, 고온·고압의 연소 가스가 생성된다. 그리고, 연소기(12)에서 생성된 고온·고압의 연소 가스가 터빈(13)의 내부를 통과함으로써, 터빈(13)을 작동(회전)시켜 로터(18)를 구동 회전시키고, 이 로터(18)에 연결된 발전기(15)를 구동한다. 이것에 의해, 로터(18)에 연결된 발전기(15)는 회전 구동됨으로써 발전을 행한다. 한편, 터빈(13)을 구동한 연소 가스는 배기 가스로서 대기로 방출된다.

이러한 가스 터빈(1)은 그 운전이 제어 장치(14)에 의해 제어되고 있다. 구체적으로, 제어 장치(14)는 가스 터빈(1)의 부하(발전기(15)의 출력)에 따라서, 가스 터빈(1)의 운전을 제어하고, 구체적으로, 가스 터빈(1)의 부분 부하 운전과, 전부하 운전을 행하고 있다. 전부하 운전은 가스 터빈 출력이 정격 출력으로 되는 운전이다. 부분 부하 운전은 가스 터빈 출력이 정격 출력보다 작은 출력으로 되는 운전이다.

또, 제어 장치(14)는 부분 부하 운전시 및 전부하 운전시에 있어서, 압축기(11)에 취입된 공기 A의 흡기량 및 연소기(12)로부터 공급하는 연료 F의 연료 공급량 등을 조정해서, 연소 가스가 유입되는 터빈(13)의 터빈 입구 온도가 미리 설정된 상한 온도를 넘지 않도록, 온도 조정 제어를 실행하고 있다.

제어 장치(14)는 압축기(11)에 취입된 공기량(흡기량)을 조정하기 위해서, 입구 안내 날개(22)를 작동시키는 IGV 작동부(22b)를 제어하는 IGV 제어를 실행하고 있다. 제어 장치(14)는 IGV 작동부(22b)를 제어함으로써, 입구 안내 날개(22)의 개방도를 변경하고, 압축기(11)에 취입되는 공기 A의 흡기량을 조정한다. 구체적으로, 제어 장치(14)는 전부하 운전시에 있어서, 입구 안내 날개(22)의 개방도가 정격 개방도로 되도록 제어한다. 정격 개방도는 가스 터빈 출력이 정격 출력으로 될 때의 개방도이다. 또, 제어 장치(14)는 입구 안내 날개(22)의 개방도를 정격 개방도보다 큰 초개방 상태로 되도록 제어 가능하게 되어 있다.

또, 제어 장치(14)는 연료 F의 공급량을 조정하기 위해서, 연소기(12)를 향해서 연료 F를 공급하는 연료 공급 라인(34)에 마련되는 연료 조정 밸브(35)를 제어하는 연료 제어를 실행하고 있다. 제어 장치(14)는 연료 조정 밸브(35)를 제어함으로써, 압축 공기 A1에 대해서 공급(분사)하는 연료 F의 공급량을 조정한다.

또한, 제어 장치(14)에는 압력계(51) 및 배기 가스 온도계(52) 등의 계측기가 접속되어 있다. 압력계(51)는 압축기(11)로부터 연소기(12)를 향해 압축 공기 A1가 유통되는 라인, 구체적으로는, 연소기(12)의 실린더 내부에 마련되어, 압축 공기 A1의 압력(실린더 압력)을 계측한다. 배기 가스 온도계(52)는 터빈(13)으로부터 배출되는 배기 가스가 유통되는 라인에 마련되어, 배기 가스의 온도를 계측하고 있다. 구체적으로, 배기 가스 온도계(52)는 배기 가스의 흐름 방향의 상류측에 마련되는 블레이드 패스(blade pass) 온도계(52a)와, 블레이드 패스 온도계(52a)의 하류측에 마련되는 배기부 온도계(52b)를 포함해서 구성되어 있다.

그리고, 제어 장치(14)는 각 계측기(51, 52) 등의 계측 결과에 근거해서, 입구 안내 날개(22) 및 연료 조정 밸브(35) 등을 제어함으로써, 후술하는 온도 조정선(T)을 따르는 온도 조정 제어를 실행한다. 여기서, 온도 조정 제어에서는, 도 2에 나타내는 온도 조정선(T)이 이용되고 있다. 온도 조정선(T)은 가스 터빈 부하에 따라서 규정되는 배기 가스의 상한 온도이다. 즉, 도 2의 그래프는, 그 횡축이 가스 터빈 부하로 되어 있고, 그 세로축이 배기 가스 온도로 되어 있다. 또, 온도 조정선(T)은 배기 가스 온도와 압축기(11)의 압력비로 규정되는 함수로 되어 있다. 이 때문에, 제어 장치(14)는 압력계(51)의 계측 결과에 근거해서, 압축기(11)의 압력비를 도출하고, 도출된 압력비로부터 온도 조정선(T)에 근거해서 배기 가스의 상한 온도를 도출한다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 온도 조정선(T)은 가스 터빈 부하(보다 구체적으로는, 압력비)가 커짐에 따라 배기 가스 온도가 저하하는 라인으로 되어 있다. 이 온도 조정선(T)은 소정의 가스 터빈 부하에 있어서의 가스 터빈(1)의 성능이 정격 성능으로 되도록, 가스 터빈 부하에 따른 배기 가스의 상한 온도로 설정되어 있다. 이 때문에, 배기 가스의 상한 온도는 터빈 입구 온도가 미리 설정된 상한 온도를 넘지 않는 온도로 되어 있다. 또, 정격 성능은 발전기(15)로부터 가스 터빈(1)에 소정의 부하가 주어졌을 때에, 가스 터빈(1)의 일 효율이 최적으로 되는 성능이다.

이 온도 조정선(T)은 부분 부하 운전 또는 전부하 운전의 설정시에 있어서, 배기 가스 온도계(52)에 의해 계측된 배기 가스 온도(배기 가스 계측 온도)가 온도 조정선(T)의 상한 온도로 되는 라인으로 되어 있다. 즉, 제어 장치(14)는 배기 가스 계측 온도가 배기 가스의 상한 온도로 되도록, 가스 터빈(1)의 운전을 피드백 제어(예를 들면, PI 제어)하고 있다.

여기서, 도 2에는 입구 안내 날개(22)가 정격 개방도로 되는 IGV 정격 각도 라인(L1)이 도시되어 있다. 이 때문에, 온도 조정선(T)과 IGV 정격 각도 라인(L1)이 교차하는 교차점에 있어서의 가스 터빈 부하가 가스 터빈(1)의 전부하로 되는 교차점(정격점(P))이며, 또, 정격점(P)의 가스 터빈 부하에 따른 가스 터빈 출력이 가스 터빈(1)의 정격 출력으로 되어 있다.

또, 도 2에는 배기 가스 온도의 제한치로 되는 배기 가스 온도 제한 라인(L2)이 도시되어 있다. 배기 가스 온도 제한 라인(L2)은 터빈(13)의 배기측에 배치되는 부재가 열 부하에 견디는 것이 가능한 온도로 되어 있다. 제어 장치(14)는 배기 가스 온도 제한 라인(L2)에 걸리지 않도록, 가스 터빈(1)의 운전을 제어한다.

여기서, 도 3을 참조해서, 제어 장치(14)에 의한 연료 제어 및 IGV 제어에 대해 구체적으로 설명한다. 제어 장치(14)는 ALR 제어부(61)와, 로드 리미트 제어부(62)와, 거버너 제어부(63)와, 온도 리미트 제어부(64)와, 연료 리미트 제어부(65)와, 낮은 값 선택부(66)와, 연료 제어부(67)와, IGV 제어부(68)를 가지고 있다.

ALR(Automatic Load dispatching Regulator) 제어부(61)는 가스 터빈(1)의 출력 디맨드(출력 요구값)가 입력되고, 입력된 출력 디맨드에 근거해서, 부하 제어(ALR 제어)를 행하기 위한 부하 제어값을 생성하고 있다. 그리고, ALR 제어부(61)는 생성한 부하 제어값을 로드 리미트 제어부(62)와 거버너 제어부(63)를 향해 출력한다. 또, 자세한 것은 후술하지만, ALR 제어부(61)는 부하 제어값을 IGV 제어부(68)를 향해 출력한다.

로드 리미트 제어부(62)는 ALR 제어부(61)로부터 부하 제어값이 입력되고, 또, 가스 터빈(1)의 실출력값으로서의 가스 터빈 출력이 입력된다. 로드 리미트 제어부(62)는 가스 터빈 출력이 출력 디맨드로 되도록, 부하 제어값과 가스 터빈 출력(실출력값)의 편차에 근거해서, 연소기(12)에 공급되는 연료 F의 공급량(연료 유량)을 지령하는 연료 지령값을 생성한다. 그리고, 로드 리미트 제어부(62)는 생성된 연료 지령값을 낮은 값 선택부(66)를 향해 출력한다.

거버너 제어부(63)는 ALR 제어부(61)로부터 부하 제어값이 입력되고, 또, 가스 터빈 출력과 로터(18)의 회전수가 입력된다. 거버너 제어부(63)는 로터(18)의 회전수가 미리 설정된 설정 회전수로 되도록, 부하 제어값, 가스 터빈 출력 및 회전수에 근거해서, 연료 지령값을 생성한다. 그리고, 거버너 제어부(63)는 생성된 연료 지령값을 낮은 값 선택부(66)를 향해 출력한다.

온도 리미트 제어부(64)는 배기 가스 온도계(52)에 의해 계측된 배기 가스 계측 온도와, 압력계(51)에 의해 계측된 압축기(11)의 실린더 내부에 있어서의 압력(실린더 압력)이 입력된다. 온도 리미트 제어부(64)는 배기 가스 계측 온도가 도 2에 나타내는 배기 가스 온도 제한 라인(L2)에 걸리지 않도록, 배기 가스 계측 온도와 실린더 압력에 근거해서, 연료 지령값을 생성한다. 그리고, 온도 리미트 제어부(64)는 생성된 연료 지령값을 낮은 값 선택부(66)를 향해 출력한다.

연료 리미트 제어부(65)는 가스 터빈 출력과, 로터(18)의 회전수와, 실린더 압력이 입력된다. 연료 리미트 제어부(65)는 연소기(12)로의 연료 F의 공급량이 미리 설정된 제한 공급량을 넘지 않도록, 가스 터빈 출력, 로터(18)의 회전수 및 실린더 압력에 근거해서, 연료 지령값을 생성한다. 그리고, 연료 리미트 제어부(65)는 생성된 연료 지령값을 낮은 값 선택부(66)를 향해 출력한다.

낮은 값 선택부(66)는 로드 리미트 제어부(62), 거버너 제어부(63), 온도 리미트 제어부(64) 및 연료 리미트 제어부(65)로부터 입력된 연료 지령값 중, 최저값으로 되는 연료 지령값을 선택한다. 그리고, 낮은 값 선택부(66)는 선택된 낮은 값으로 되는 연료 지령값을 연료 제어부(67)를 향해 출력한다.

연료 제어부(67)는 낮은 값 선택부(66)로부터 연료 지령값이 입력되고, 입력된 연료 지령값에 근거해서 연료 조정 밸브(35)를 제어한다.

IGV 제어부(68)는 ALR 제어부(61)로부터 부하 제어값이 입력되고, 또, 압축기(11)에 취입되는 공기 A의 흡기 온도와, 배기 가스 계측 온도와, 실린더 압력이 입력된다. IGV 제어부(68)는 이들 입력값에 근거해서, 입구 안내 날개(22)의 개방도를 제어하는 IGV 개방도 지령값을 생성한다. 그리고, IGV 제어부(68)는 생성된 IGV 개방도 지령값을 IGV 작동부(22b)를 향해 출력한다.

다음으로, 도 4를 참조해 IGV 제어부(68)에 대해 설명한다. IGV 제어부(68)는 감산기(71)와, PI 제어기(72)와, 제어기(73)와, 가산기(74)를 포함한 구성으로 되어 있다. 상술한 바와 같이, IGV 제어부(68)에는 부하 제어값과, 배기 가스 계측 온도가 입력된다. 또, IGV 제어부(68)에는 흡기 온도 및 실린더 압력도 입력되고, 이 입력값에 따라서 입구 안내 날개(22)의 개방도가 제어되지만, 이하에서는, 설명을 간단하게 하기 위해서, 흡기 온도 및 실린더 압력에 관한 설명은 생략한다.

감산기(71)는 배기 가스 계측 온도와 온도 조정선(T)의 상한 온도의 편차 Δ를 생성하고, 생성한 편차 Δ를 PI 제어기(72)에 출력한다. PI 제어기(72)는 편차 Δ가 제로로 되는 IGV 개방도 지령값을 생성한다. 제어기(73)는 출력 디맨드와 IGV 개방도를 대응시킨 함수에 근거해서, 입력된 부하 제어값에 대응하는 출력 디맨드로부터 IGV 개방도 지령값을 생성한다. 가산기(74)는 PI 제어기(72)에서 생성된 IGV 개방도 지령값과, 제어기(73)에서 생성된 IGV 개방도 지령값을 가산해서, IGV 작동부(22b)에 출력한다. 또, 실시예 1에서는 PI 제어기를 이용했지만, 이것으로 한정되지 않고, 피드백 제어기이면 좋다.

이와 같이 구성된 제어 장치(14)는 온도 조정 제어를 실행함으로써, IGV 제어부(68)에 의해 입구 안내 날개(22)의 개방도가 제어된다. 구체적으로, 가스 터빈(1)은 부분 부하 운전시에 있어서, 제어 장치(14)에 의해 온도 조정선(T) 상을 따라서 온도 조정 제어가 실행되고 있는 상태로부터, 가스 터빈 부하를 상승시키는 부하 상승 운전을 실행한다. 이 경우, 제어 장치(14)는 먼저, 부하 상승에 따른 출력 디맨드를 설정한다. 제어 장치(14)는 출력 디맨드를 설정하면, 이 출력 디맨드를 ALR 제어부(61)를 통해서, 로드 리미트 제어부(62), 거버너 제어부(63) 및 IGV 제어부(68)를 향해 출력한다.

IGV 제어부(68)는 출력 디맨드에 대응하는 부하 제어값에 근거해서 IGV 개방도 지령값을 도출하고, 도출한 IGV 개방도 지령값에 근거해서, 입구 안내 날개(22)의 개방도를 제어한다. 즉, IGV 제어부(68)는 부하 상승시에 있어서, 출력 디맨드에 근거해서, 입구 안내 날개(22)의 개방도가 커지도록 제어한다.

한편, 연료 제어부(67)는 로드 리미트 제어부(62) 및 거버너 제어부(63)에 의해 출력 디맨드에 대응하는 부하 제어값 및 가스 터빈 출력에 근거하는 연료 지령값이 도출된 후, 낮은 값 선택부(66)에 있어서 선택된 낮은 값의 연료 지령값에 근거해서, 연료 조정 밸브(35)를 제어한다. 즉, 연료 제어부(67)는 부하 상승시에 있어서, 출력 디맨드 및 가스 터빈 출력에 근거해서, 연료 F의 공급량이 증대하도록, 연료 조정 밸브(35)를 제어한다.

이 때문에, 제어 장치(14)는 출력 디맨드에 근거해서 IGV 제어부(68)에 의해 입구 안내 날개(22)의 개방도를 제어할 수 있기 때문에, 출력 디맨드에 근거하는 IGV 제어를, 가스 터빈 출력에 근거하는 IGV 제어에 비해서, 선행해서 제어할 수 있다. 즉, 가스 터빈 출력은 실출력값이기 때문에, 가스 터빈 출력에 근거하는 IGV 제어에서는, 연료 F의 연소 후에, 입구 안내 날개(22)의 개방도가 제어되기 때문에, 연공비가 조금 높게 추이한다. 한편, 출력 디맨드에 근거하는 IGV 제어에서는, 연료의 연소전에, 입구 안내 날개(22)의 개방도가 제어되기 때문에, 연공비를 조금 낮게 추이시킬 수 있다.

이상과 같이, 실시예 1에 의하면, 가스 터빈(1)의 출력 요구값(출력 디맨드)에 근거해서, 입구 안내 날개(22)의 개방도를 설정할 수 있다. 이 때문에, 가스 터빈(1)의 부하 상승시에 있어서, 연료의 공급량이 증대하기 전에, 입구 안내 날개(22)의 개방도를 크게 할 수 있다. 따라서, 가스 터빈 출력에 근거해서 입구 안내 날개(22)의 개방도를 설정하는 경우에 비해서, 연공비를 낮게 추이시킬 수 있다. 이것에 의해, 터빈 입구 온도 및 배기 가스 온도의 상승을 억제할 수 있기 때문에, 부분 부하 운전시에 있어서의 부하 상승시에 있어서, 배기 가스 온도가 상한 온도에 걸려서, 가스 터빈 출력이 제한되거나 부하 전락이 생기는 것을 억제할 수 있다. 이와 같이, 부분 부하 운전시에 있어서, 부하 변동에 따라서 온도 조정선(T)을 따라서 가스 터빈 출력을 변경하는 것이 용이해지고, 또, 온도 조정선(T)을 따라서 부분 부하 운전을 행할 수 있기 때문에, 부분 부하 운전시에 있어서 가스 터빈(1)을 정격 성능으로 운전할 수 있다. 또, 실시예 1에서는, 시스템으로서, 발전을 실시하는 가스 터빈(1)에 적용했지만, 가스 엔진 시스템 등에 적용해도 좋다.

실시예 2

다음으로, 도 5를 참조해서, 실시예 2에 따른 제어 장치(100)에 대해 설명한다. 도 5는 실시예 2의 제어 장치의 IGV 제어에 관한 설명도이다. 또, 실시예 2에서는, 중복 기재를 피하기 위해, 실시예 1과 상이한 부분에 대해서 설명하고, 실시예 1과 마찬가지의 구성인 부분에 대해서는, 동일 부호를 부여해서 설명한다. 실시예 2에서는, 거버너 제어시에 있어서, 입구 안내 날개(22)의 개방도를, 출력 디맨드에 대응하는 거버너 설정값에 근거해서 설정하고 있다.

실시예 2의 제어 장치(100)는 도 3에 나타내는 실시예 1의 제어 장치(14)와 마찬가지로, 로드 리미트 제어부(62)와 거버너 제어부(63)를 가지고 있다. 이 제어 장치(100)는 운전 상황에 따라서, 로드 리미트 제어부(62)에 의한 가스 터빈(1)의 운전 제어와, 거버너 제어부(63)에 근거하는 가스 터빈(1)의 운전 제어를 선택적으로 실행하고 있다. 구체적으로, 로드 리미트 제어부(62)는 가스 터빈 출력이 출력 디맨드에 따른 출력으로 되도록, 가스 터빈 출력을 제어한다. 즉, 로드 리미트 제어부(62)는 부하 제어값에 따른 출력 디맨드와 가스 터빈 출력의 편차가 제로로 되도록, 가스 터빈 출력을 제어한다. 이것에 대해, 거버너 제어부(63)는 로터(18)의 회전수가, 출력 디맨드에 따라 설정된 설정 회전수(거버너 설정값)로 되도록, 가스 터빈 출력을 제어한다. 즉, 거버너 제어부(63)는 출력 디맨드로 되는 부하 제어값에 따른 설정 회전수와 로터(18)의 회전수의 편차가 제로로 되도록, 가스 터빈 출력을 제어한다. 이 때문에, 로드 리미트 제어부(62)에서는, 가스 터빈 출력이 일정하게 되도록 제어되는 것에 대해, 거버너 제어부(63)에서는, 회전수가 일정하게 되도록 제어된다.

실시예 2의 IGV 제어부(101)는 가스 터빈(1)이 로드 리미트 제어되는 경우, 실시예 1과 마찬가지로, 출력 디맨드에 근거해서 IGV 개방도 지령값을 생성하고, 한편, 가스 터빈(1)이 거버너 제어되는 경우, 설정 회전수에 근거해서 IGV 개방도 지령값을 생성한다. 구체적으로, IGV 제어부(101)는 감산기(71)와, PI 제어기(72)와, 제어기(73)와, 가산기(74)와, 전환 제어기(105)를 포함한 구성으로 되어 있다. 또, 감산기(71), PI 제어기(72), 제어기(73) 및 가산기(74)는 실시예 1과 마찬가지이기 때문에, 설명을 생략한다.

전환 제어기(105)는 출력 디맨드에 대응하는 부하 제어값(도 5에서는, 단지 출력 디맨드로 도시되어 있다)과, 출력 디맨드에 대응하는 설정 회전수가 입력된다. 또, 전환 제어기(105)는 로드 리미트 제어와 거버너 제어를 전환하는 전환 신호가 입력된다. 전환 제어기(105)는 입력되는 전환 신호에 근거해서, 제어기(73)에 출력하는 출력값을 부하 제어값 또는 설정 회전수(거버너 설정값)로 선택적으로 전환한다. 또, 제어기(73)는 실시예 1과 마찬가지로, 출력 디맨드와 IGV 개방도를 대응시킨 함수에 근거해서, 입력된 부하 제어값에 대응하는 출력 디맨드로부터 IGV 개방도 지령값을 생성하고, 또, 설정 회전수와 IGV 개방도를 대응시킨 함수에 근거해서, 입력된 설정 회전수로부터 IGV 개방도 지령값을 생성한다.

이상과 같이, 실시예 2에 의하면, IGV 제어부(101)는 거버너 제어시에 있어서, 거버너 설정값에 근거해서 입구 안내 날개(22)의 개방도를 설정할 수 있다. 이 때문에, 거버너 제어시에 있어서도, 가스 터빈(1)의 부하 상승시에 있어서, 연료의 공급량이 증대하기 전에, 입구 안내 날개(22)의 개방도를 크게 할 수 있어, 연공비를 낮게 추이시킬 수 있다.

실시예 3

다음으로, 도 6을 참조해서, 실시예 3에 따른 제어 장치(110)에 대해 설명한다. 도 6은 실시예 3의 제어 장치의 IGV 제어에 관한 설명도이다. 또, 실시예 3에서도, 중복 기재를 피하기 위해, 실시예 1 및 2와 상이한 부분에 대해 설명하고, 실시예 1 및 2와 마찬가지의 구성인 부분에 대해서는, 동일 부호를 부여해서 설명한다. 실시예 3에서는, 출력 디맨드 또는 가스 터빈 출력 중 한쪽을 선택하고, 선택한 출력 디맨드 또는 가스 터빈 출력에 근거해서 입구 안내 날개(22)의 개방도를 설정하고 있다. 이하에서는, 실시예 2의 제어 장치(100)의 구성에 근거해서, 실시예 3의 제어 장치(110)를 설명한다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 실시예 3의 제어 장치(110)에 있어서, IGV 제어부(111)는 감산기(71)와, PI 제어기(72)와, 제어기(73)와, 가산기(74)와, 전환 제어기(105)와, 높은 값 선택부(115)를 포함한 구성으로 되어 있다. 또, 감산기(71), PI 제어기(72), 제어기(73), 가산기(74) 및 전환 제어기(105)는 실시예 2와 마찬가지이기 때문에, 설명을 생략한다.

높은 값 선택부(115)는 전환 제어기(105)로부터 출력 디맨드 또는 설정 회전수가 입력되고, 또, 가스 터빈 출력이 입력된다. 높은 값 선택부(115)는 출력 디맨드 또는 설정 회전수와 가스 터빈 출력을 비교해서, 높은 값으로 되는 제어값을 선택한다. 그리고, 높은 값 선택부(115)는 선택한 높은 값으로 되는 제어값을 제어기(73)를 향해 출력한다.

이와 같이 구성된 제어 장치(110)에 의해 제어되는 가스 터빈(1)은 부분 부하 운전시에 있어서, 제어 장치(110)에 의해 온도 조정선(T) 상을 따라서 온도 조정 제어가 실행되고 있는 상태로부터, 가스 터빈 부하를 상승시키는 부하 상승 운전을 실행한다. 이 경우, 제어 장치(110)는 먼저, 부하 상승에 따른 출력 디맨드를 설정하고, 출력 디맨드에 근거해서 연료의 공급량을 증대시키기 때문에, 가스 터빈 출력은 연료의 연소 후에 증대한다. 이 때문에, 가스 터빈 출력은 출력 디맨드보다 낮은 값으로 되기 때문에, IGV 제어부(111)의 높은 값 선택부(115)에서는, 출력 디맨드가 높은 값으로 판정된다. 따라서, 제어 장치(110)는 실시예 1과 마찬가지로, 부하 상승시에 있어서, IGV 제어부(111)에 의해 출력 디맨드에 근거해서 입구 안내 날개(22)의 개방도를 설정함으로써, 연료의 공급량의 증대에 선행해서, 입구 안내 날개(22)의 개방도를 개방함으로써, 연공비를 조금 낮게 추이시킬 수 있다.

한편으로, 가스 터빈(1)은 부분 부하 운전시에 있어서, 제어 장치(110)에 의해 온도 조정선(T) 상을 따라서 온도 조정 제어가 실행되고 있는 상태로부터, 가스 터빈 부하를 하강시키는 부하 하강 운전을 실행한다. 이 경우, 제어 장치(110)는 먼저, 부하 하강에 따른 출력 디맨드를 설정하고, 출력 디맨드에 근거해서 연료의 공급량을 감소시키기 때문에, 가스 터빈 출력은 연료의 연소 후에 감소한다. 이 때문에, 가스 터빈 출력은 출력 디맨드보다 높은 값으로 되기 때문에, IGV 제어부(111)의 높은 값 선택부(115)에서는, 가스 터빈 출력이 높은 값으로 판정된다. 따라서, 제어 장치(110)는 부하 하강시에 있어서, IGV 제어부(111)에 의해 가스 터빈 출력에 근거해서 입구 안내 날개(22)의 개방도를 설정함으로써, 연료의 공급량의 감소에 후행해서, 입구 안내 날개(22)의 개방도를 닫음으로써, 연공비를 조금 낮게 추이시킬 수 있다.

이상과 같이, 실시예 3에 의하면, 부하 상승시에 있어서, 연공비를 낮게 추이시키는 것이 가능할 뿐만 아니라, 부하 하강시에 있어서도, 연공비를 낮게 추이시킬 수 있다. 이 때문에, 부하 상승시 및 부하 하강시에 있어서, 터빈 입구 온도 및 배기 가스 온도의 상승을 억제할 수 있기 때문에, 배기 가스 온도가 상한 온도에 걸려서, 가스 터빈 출력이 제한되는 것을 억제할 수 있다.

실시예 4

다음으로, 도 7을 참조해서, 실시예 4에 따른 제어 장치(120)에 대해 설명한다. 도 7은 실시예 4의 제어 장치의 IGV 제어에 관한 설명도이다. 또, 실시예 4에서도, 중복 기재를 피하기 위해서, 실시예 1 내지 3과 상이한 부분에 대해서 설명하고, 실시예 1 내지 3과 마찬가지의 구성인 부분에 대해서는, 동일 부호를 부여해서 설명한다. 실시예 4에서는, 부하 하강시에 있어서, 입구 안내 날개(22)의 개방도를 지연시켜 설정하고 있다. 이하에서는, 실시예 2의 제어 장치(100)의 구성에 근거해서, 실시예 4의 제어 장치(120)를 설명한다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 실시예 4의 제어 장치(120)에 있어서, IGV 제어부(121)는 감산기(71)와, PI 제어기(72)와, 제어기(73)와, 가산기(74)와, 전환 제어기(105)와, 지연 제어기(125)를 포함한 구성으로 되어 있다. 또, 감산기(71), PI 제어기(72), 제어기(73), 가산기(74) 및 전환 제어기(105)는 실시예 2와 마찬가지이기 때문에, 설명을 생략한다.

지연 제어기(125)는 전환 제어기(105)로부터 출력 디맨드 또는 설정 회전수가 입력된다. 지연 제어기(125)는 가스 터빈(1)의 부하 하강 운전시에 있어서 출력되는 부하 하강 신호가 입력된다. 지연 제어기(125)는 부하 하강 신호가 입력되지 않는 경우, 즉, 가스 터빈(1)이 부하 상승 운전 또는 부하 설정시에 있어서의 운전을 실시하는 경우, 전환 제어기(105)로부터 입력되는 제어값을 시간 지연 없이 제어기(73)에 출력한다. 한편으로, 지연 제어기(125)는 부하 하강 신호가 입력되는 경우, 즉, 가스 터빈(1)이 부하 하강 운전을 실시하는 경우, 전환 제어기(105)로부터 입력되는 제어값을 시간 지연시켜, 제어기(73)에 출력한다.

이와 같이 구성된 제어 장치(120)에 의해 제어되는 가스 터빈(1)은 부분 부하 운전시에 있어서, 제어 장치(120)에 의해 온도 조정선(T) 상을 따라서 온도 조정 제어가 실행되고 있는 상태로부터, 가스 터빈 부하를 하강시키는 부하 하강 운전을 실행한다. 이 경우, 제어 장치(120)는 부하 하강에 따른 출력 디맨드를 설정하고, 출력 디맨드에 근거해서 연료의 공급량을 감소시키기 때문에, 가스 터빈 출력은 연료의 연소 후에 감소한다. 제어 장치(120)는 부하 하강시에 있어서, IGV 제어부(121)의 지연 제어기(125)에 의해, 입구 안내 날개(22)의 개방도를 지연 시켜 설정함으로써, 연료의 공급량의 감소에 후행해서, 입구 안내 날개(22)의 개방도를 닫음으로써, 연공비를 조금 낮게 추이시킬 수 있다. 즉, 지연 제어기(125)는 입구 안내 날개(22)의 개방도가 연료의 공급량의 감소에 후행해서 설정되도록, 전환 제어기(105)로부터 입력되는 제어값을 지연시켜 제어기(73)에 출력시킨다.

이상과 같이, 실시예 4에 의하면, 부하 상승시에 있어서, 연공비를 낮게 추이시키는 것이 가능할 뿐만 아니라, 부하 하강시에 있어서도, 연공비를 낮게 추이시킬 수 있다. 이 때문에, 부하 상승시 및 부하 하강시에 있어서, 터빈 입구 온도 및 배기 가스 온도의 상승을 억제할 수 있기 때문에, 배기 가스 온도가 상한 온도에 걸려서, 가스 터빈 출력이 제한되는 것을 억제할 수 있다.

실시예 5

다음으로, 도 8을 참조해서, 실시예 5에 따른 제어 장치(130)에 대해 설명한다. 도 8은 실시예 5의 제어 장치의 IGV 제어에 관한 설명도이다. 또, 실시예 5에서도, 중복 기재를 피하기 위해서, 실시예 1 내지 4와 상이한 부분에 대해서 설명하고, 실시예 1 내지 4와 마찬가지의 구성인 부분에 대해서는, 동일 부호를 부여해서 설명한다. 실시예 5에서는, 연료 지령값으로부터 도출한 출력 디맨드에 근거해서, 입구 안내 날개(22)의 개방도를 설정하고 있다. 이하에서는, 실시예 1의 제어 장치(14)의 구성에 근거해서, 실시예 5의 제어 장치(130)를 설명한다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 제어 장치(130)의 IGV 제어부(131)는 감산기(71)와, PI 제어기(72)와, 제 1 제어기(73)와, 가산기(74)와, 제 2 제어기(135)를 포함한 구성으로 되어 있다. 또, 감산기(71), PI 제어기(72), 제 1 제어기(73) 및 가산기(74)는 실시예 1과 마찬가지이기 때문에, 설명을 생략한다.

제 2 제어기(135)는 낮은 값 선택부(66)로부터 출력된 연료 지령값이 입력된다. 제 2 제어기(135)는 연료 지령값과 출력 디맨드를 대응시킨 함수에 근거해서, 입력된 연료 지령값으로부터 출력 디맨드를 생성하고, 생성한 출력 디맨드를 제 1 제어기(73)를 향해 출력한다.

이상과 같이, 실시예 5에 의하면, 연료 지령값에 근거해서, 입구 안내 날개(22)의 개방도를 설정할 수 있다. 이 때문에, 가스 터빈(1)의 부하 상승시에 있어서, 연료의 공급량이 증대하기 전에, 입구 안내 날개(22)의 개방도를 크게 할 수 있다. 따라서, 가스 터빈 출력에 근거해서 입구 안내 날개(22)의 개방도를 설정하는 경우에 비해서, 연공비를 낮게 추이시킬 수 있다.

실시예 6

다음으로, 도 9를 참조해서, 실시예 6에 따른 제어 장치(140)에 대해 설명한다. 도 9는 실시예 6의 제어 장치의 IGV 제어에 관한 설명도이다. 또, 실시예 6에서도, 중복 기재를 피하기 위해서, 실시예 1 내지 5와 상이한 부분에 대해 설명하고, 실시예 1 내지 5와 마찬가지의 구성인 부분에 대해서는, 동일 부호를 부여해서 설명한다. 실시예 6에서는, 입구 안내 날개(22)의 개방도가 선행해서 개방하는 IGV 선행 개방도 지령값을 가산기(74)에 입력하고 있다. 이하에서는, 실시예 1의 제어 장치(14)의 구성에 근거해서, 실시예 6의 제어 장치(140)를 설명한다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 제어 장치(140)의 IGV 제어부(141)에 있어서, 가산기(74)는 PI 제어기(72)에서 생성된 IGV 개방도 지령값과, 제어기(73)에서 생성된 IGV 개방도 지령값과, IGV 선행 개방도 지령값이 입력된다. 여기서, IGV 선행 개방도 지령값은 가스 터빈(1)의 부하 변동의 변화량이 큰 경우, 입구 안내 날개(22)의 개방도를, 출력 디맨드에 대응하는 개방도보다 큰 개방도로 하기 위한 지령값이다. 또, IGV 선행 개방도 지령값에 대해서는, 종래의 입구 안내 날개(22)의 선행 개방도 설정을 적용해도 좋고, 특별히 한정되지 않는다. 그리고, 가산기(74)는 IGV 선행 개방도 지령값을 가산한 가산 후의 IGV 개방도 지령값을 IGV 작동부(22b)를 향해 출력한다.

이상과 같이, 실시예 6에 의하면, 부하 변화량이 큰 경우, 부하 상승에 수반해서, 온도 조정선(T)의 상한 온도가 빠르게 저하한다. 이 경우, 배기 가스 온도가 느리게 저하함으로써, 배기 가스 온도가 상한 온도로 제한되고, 이것에 의해, 가스 터빈 출력을 변화시키는 것이 곤란해진다. 이 때문에, IGV 제어부(141)는 부하 상승시에 있어서의 부하 변화량이 큰 경우, 입구 안내 날개(22)의 개방도를 보다 큰 개방도로 되도록 선행 개방도 제어를 실행함으로써, 온도 조정선(T)의 상한 온도보다 낮아지도록, 배기 가스 온도를 저하시킬 수 있다. 따라서, 배기 가스 온도가 온도 조정선(T)에 제한되지 않고, 가스 터빈 출력을 적절히 변화시킬 수 있다. 또, 부하 변동의 변화량이 큰 때는, 예를 들면, 가스 터빈(1)의 급속 기동 운전시 또는 발전기(15)의 주파수 변동시이다.

1 : 가스 터빈 11 : 압축기
12 : 연소기 13 : 터빈
14 : 제어 장치 15 : 발전기
18 : 로터 22 : 입구 안내 날개
22a : 날개 본체 22b : IGV 작동부
34 : 연료 공급 라인 35 : 연료 조정 밸브
51 : 압력계 52 : 배기 가스 온도계
52a : 블레이드 패스 온도계 52b : 배기부 온도계
61 : ALR 제어부 62 : 로드 리미트 제어부
63 : 거버너 제어부 64 : 온도 리미트 제어부
65 : 연료 리미트 제어부 66 : 낮은 값 선택부
67 : 연료 제어부 68 : IGV 제어부
71 : 감산기 72 : PI 제어기
73 : 제어기 74 : 가산기
100 : 제어 장치(실시예 2) 101 : IGV 제어부(실시예 2)
105 : 전환 제어기 110 : 제어 장치(실시예 3)
111 : IGV 제어부(실시예 3) 115 : 높은 값 선택부
120 : 제어 장치(실시예 4) 121 : IGV 제어부(실시예 4)
125 : 지연 제어기 130 : 제어 장치(실시예 5)
131 : IGV 제어부(실시예 5) 140 : 제어 장치(실시예 6)
141 : IGV 제어부(실시예 6) A : 공기
F : 연료 A1 : 압축 공기
T : 온도 조정선 L1 : IGV 정격 각도 라인
L2 : 배기 가스 온도 제한 라인 P : 정격점

Claims

흡입한 공기를 압축기에 의해 압축해서 압축 공기로 하고, 연소기로부터 공급된 연료와 상기 압축 공기를 혼합해서 연소시킴으로써 연소 가스를 생성하고, 생성한 상기 연소 가스에 의해 터빈을 작동시켜 로터를 회전시키고, 상기 터빈을 작동시킨 상기 연소 가스를 배기 가스로서 배출하는 시스템의 제어 장치로서,
상기 압축기는 흡기측에 마련되는 개방도를 조정 가능한 입구 안내 날개를 갖고,
상기 시스템의 부하에 따라서 규정되는 배기 가스 온도의 상한 온도인 온도 조정선을 따라서, 상기 입구 안내 날개의 개방도를 제어하는 온도 조정 제어를 실행하고,
상기 시스템의 실출력값과 상기 시스템의 출력 요구값을 비교해서 높은 값을 선택하고,
상기 개방도는 높은 값으로서 선택된 상기 실출력값 또는 상기 출력 요구값에 근거해서 설정되는
것을 특징으로 하는 제어 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 로터의 회전수가 미리 설정된 설정 회전수로 되는 거버너 설정값에 근거해서, 상기 시스템의 출력을 제어하는 거버너 제어를 실행하고,
상기 출력 요구값은 상기 거버너 제어시에 있어서, 상기 거버너 설정값으로 하고,
상기 개방도는 상기 거버너 설정값에 근거해서 설정되는
것을 특징으로 하는 제어 장치.
삭제
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 시스템의 상기 부하가 하강하는 부하 하강시에 있어서, 상기 출력 요구값에 근거하는 상기 개방도의 설정을 지연시켜 설정하는 지연 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
연료 지령값에 근거해서, 상기 연소기로부터 공급되는 상기 연료의 공급량을 제어하는 연료 제어를 실행하고,
상기 개방도는 상기 연료 지령값에 근거해서 생성되는 상기 출력 요구값에 근거해서 설정되는
것을 특징으로 하는 제어 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 시스템의 상기 부하가 상승하는 부하 상승시에 있어서, 상기 출력 요구값에 근거해서 설정되는 상기 개방도보다 큰 개방도로 되도록 설정하는 선행 개방도 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
흡입한 공기를 압축해서, 압축 공기로 하는 압축기와,
상기 압축 공기에 대해서 연료를 공급해서 연소시킴으로써 연소 가스를 생성하는 연소기와,
생성된 상기 연소 가스에 의해 작동하는 터빈과,
청구항 1 또는 2에 기재된 제어 장치
를 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
흡입한 공기를 압축기에 의해 압축해서 압축 공기로 하고, 연소기로부터 공급된 연료와 상기 압축 공기를 혼합해서 연소시킴으로써 연소 가스를 생성하고, 생성한 상기 연소 가스에 의해 터빈을 작동시켜 로터를 회전시키고, 상기 터빈을 작동시킨 상기 연소 가스를 배기 가스로서 배출하는 시스템의 제어 방법으로서,
상기 압축기는 흡기측에 마련되는 개방도를 조정 가능한 입구 안내 날개를 갖고,
상기 시스템의 부하에 따라서 규정되는 배기 가스 온도의 상한 온도인 온도 조정선을 따라서, 상기 입구 안내 날개의 개방도를 제어하는 온도 조정 제어를 실행하고,
상기 시스템의 실출력값과 상기 시스템의 출력 요구값을 비교해서 높은 값을 선택하고,
상기 개방도는 높은 값으로서 선택된 상기 실출력값 또는 상기 출력 요구값에 근거해서 설정되는
것을 특징으로 하는 제어 방법.