WO2005021976A1 - 圧縮機の制御装置 - Google Patents

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WO2005021976A1
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control
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control device
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Inventor
Kazuko Takeshita
Kazuhiro Takeda
Susumu Kouno
Jun Nakamura
Kenichiro Nakamura
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.
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    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
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    • F02C7/22—Fuel supply systems
    • F02C7/236—Fuel delivery systems comprising two or more pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/26—Control of fuel supply
    • F02C9/38—Control of fuel supply characterised by throttling and returning of fuel to sump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02—Surge control
    • F04D27/0207—Surge control by bleeding, bypassing or recycling fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02—Surge control
    • F04D27/0246—Surge control by varying geometry within the pumps, e.g. by adjusting vanes

Definitions

  • the present invention relates to a compressor control device for compressing fuel gas.
  • a fuel gas supply device for a gas turbine including a control means for adjusting a fuel gas supply amount to a gas turbine so as to maintain a discharge pressure of a fuel gas compressor within a set range.
  • a bypass valve is provided between the suction flow path and the discharge flow path of the compressor, and the opening degree of the bypass valve is determined based on a signal from a pressure detector that detects the discharge pressure. By controlling the discharge pressure, the discharge pressure is maintained within a set range.
  • Patent Document 1 Patent No. 3137498
  • An object of the present invention is to provide a control device for a compressor that can obtain good controllability in an operating state.
  • the present invention provides an inflow amount adjusting means for adjusting an inflow amount of fuel gas into a compressor, and returns fuel gas discharged from the compressor to an inlet side of the compressor.
  • Control valve for operating the compressor at a predetermined operating point, and a control means for controlling the inflow amount adjusting means and the recycle valve based on the control operation value.
  • the control means generates, when the control operation value is equal to or greater than a predetermined value, a signal that increases with an increase in the operation value as a control signal of the inflow amount adjustment means.
  • Signal generation means, and second control signal generation means for, when the control operation value is less than the predetermined value, generating a signal that decreases as the operation value increases as a control signal for the recycle valve, Characterized by having ing.
  • an inlet guide valve provided at an inlet of the compressor or a drive source for rotating the compressor can be used.
  • the first control signal generating means when the control operation value is less than the predetermined value
  • the value of the minimum opening signal is changed according to the pressure of the fuel gas flowing into the compressor.
  • control operation value a value obtained by adding a feedforward operation value to a feedback control operation value can be used.
  • the operation value for feedback control is formed based on a pressure difference of a fuel gas discharged from the compressor, and the operation value for feedforward control is based on a load of the compressor. Can be formed.
  • the operation value for feedback control includes a discharge flow rate set value corresponding to a pressure deviation of the fuel gas. Based on the deviation from the amount of fuel gas flowing into the header tank May be set.
  • the valve control means may be configured to track the operation value for feedback control to a predetermined value when a load is interrupted, and to rapidly open the recycle valve.
  • the valve control means compares the anti-surge signal generating means with the anti-surge signal and the control signal of the recycle valve, and selectively outputs a higher signal of the signals to the recycle valve. It may further include high-order selecting means for outputting.
  • a value obtained by adding a feedforward operation value to a feedback control operation value as the control operation value for an arbitrary one of the compressors is used.
  • the feedforward operation value is used as the control operation value for the machine.
  • the recycle valve which is connected only with the inlet guide valve, is also used for controlling the discharge pressure of the compressor. Therefore, all operation states (when the load is cut off, when the compressor and the gas turbine trip, during normal operation) , Etc.), a good control result can be obtained. In addition, since the inlet guide valve and the recycle valve are operated in the split range, control interference by these valves is avoided.
  • highly responsive pressure control can be achieved by a combination of feedforward control and feedback control. Furthermore, since the higher control of discharge pressure control and anti-surge control is selectively applied to the recycle valve, interference between these controls is also avoided.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a control device for a compressor according to the present invention.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between discharge flow rate and discharge pressure using the IGV opening as a parameter.
  • FIG. 3 is a graph illustrating a function of a load command that defines a valve opening operation value.
  • FIG. 4 is a graph exemplifying a function of a valve opening operation value that defines an IGV opening.
  • FIG. 5 is a graph illustrating a function of a valve opening operation value that defines an RCV opening.
  • FIG. 6 is a characteristic diagram illustrating a relationship between a discharge flow rate and a discharge pressure using the rotation speed of the compressor as a parameter.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a second embodiment of the control device for the compressor according to the present invention.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a third embodiment of a control device for a compressor according to the present invention.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a fourth embodiment of a control device for a compressor according to the present invention.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
  • an inlet guide valve (hereinafter referred to as IGV) 5 is interposed between the inlet of the compressor 1 and the fuel gas supply line 3, and the outlet of the compressor 1 is connected to the fuel gas supply line.
  • a recycling valve (hereinafter referred to as RCV) 7 is interposed between the system and 3.
  • RCV7 has a structure that is more responsive than IGV5.
  • the compressor 1 compresses a fuel gas (in this example, a constant-pressure fuel gas) supplied from the gas supply line 3 via the IGV 5. Fuel gas compressed by the compressor 1 is supplied to a gas turbine 15 via a check valve 9, an on-off valve 11, and a header tank 13, where it is burned.
  • a fuel gas in this example, a constant-pressure fuel gas supplied from the gas supply line 3 via the IGV 5.
  • Fuel gas compressed by the compressor 1 is supplied to a gas turbine 15 via a check valve 9, an on-off valve 11, and a header tank 13, where it is burned.
  • Curves a, b, and c in FIG. 2 illustrate the relationship between the discharge flow rate and the discharge pressure of the compressor 1 when the opening degree of the IGV 5 is 20%, 50%, and 100%, respectively.
  • the set pressure SV is P
  • the flow rate required from the gas turbine 15 is F
  • compressor 1 operates at operating point A.
  • a minimum opening of the IGV5 (in this example, an opening of 20%) is set so that the opening of the IGV5 does not become smaller than the minimum opening. I have to.
  • the discharge flow amount is not reduced after the IGV 5 reaches the minimum opening. Therefore, as described later, when the IGV 5 reaches the minimum opening, the opening is maintained and a part of the fuel gas discharged from the compressor 1 is supplied to the fuel supply line 3 through the RCV 7. To return to.
  • the required flow rate of the fuel gas is, for example, F shown in FIG.
  • Discharge flow can be reduced only up to the discharge flow rate F (> F) based on the opening of 20%.
  • the feed gas is supplied to the turbine 15 side.
  • the operating point of compressor 1 is A
  • the load command unit 17 gives an output command to the function generator 19.
  • This output command is given as a load factor when the maximum load of the gas turbine 15 is set to 100%.
  • the function generator 19 converts the output instruction into an operation value MV based on a function as illustrated in FIG. 3, and outputs a signal corresponding to the operation value MV.
  • the output signal of 9 is input to the adder 21 as an operation signal for feedforward control.
  • the details of the operation value MV will be described later.
  • the pressure regulator 23 sets the set pressure S
  • the signal corresponding to the operation value MV of 1 1 is supplied to the adder 21 as the operation signal for feedback control.
  • the adder 21 executes an operation of adding the above operation values MV and MV, and
  • MV is obtained, and a signal corresponding to the manipulated value MV is applied to function generators 27 and 29.
  • the required opening of IGV5 and RCV7 can be predicted from the relationship shown in Figure 2.
  • the signal indicating the operation value MV defines the predicted required opening of IGV5 and RCV7.
  • the function generator 27 for example, operates based on the function illustrated in FIG.
  • the IGV opening is maintained at 20% (corresponding to the minimum opening) until the operating value MV becomes
  • a valve control signal that linearly increases the IGV opening from 20% to 100% as it increases from 50% is formed, and this valve control signal is output to IGV5.
  • the function generator 29 adjusts the RCV opening, for example, until the operation value MV becomes 50%.
  • FIG. 2 shows a surge line d for the compressor 1 and a surge control line e set with a margin for anti-surge.
  • the surge line d and the surge control line e are both functions of the opening of the IGV5.
  • the function generator 33 includes a function indicating the surge control line e and the function generator
  • Device 35 corresponds to the deviation between the set flow SV and the actual discharge flow PV detected by the flow meter 37.
  • Operation value MV and outputs a signal corresponding to the operation value MV to the high-order selection section 31.
  • the high-order selection unit 31 includes a signal indicating the operation value MV output from the function generator 29 and a function
  • the operation value MV output from the generator 33 is compared with the signal indicating the operation value MV.
  • the opening of IGV5 is set to 50%, and the relationship based on the manipulated value MV (MV) is
  • the output of the number generator 29 sets the opening of RCV7 to 0%. Since the opening degrees of the IGV5 and the RCV7 are set by the feedforward control, the discharge pressure of the compressor 1 quickly approaches the set value P. And finally, the operation value
  • the above-mentioned discharge pressure is set to the set value P with high accuracy by feedback control based on MV (MV).
  • the opening of the IGV5 is set to the minimum opening of 20%
  • the opening of RCV7 is set so that the fuel gas from FF is recycled to the fuel supply line 3 side.
  • the discharge pressure of the compressor 1 is quickly brought close to the target value P by the opening degree setting of the IGV5 and RCV7 by the feedforward control.
  • the point becomes point A.
  • An output command requesting the minimum flow rate at which fuel combustion in one bin 15 can be maintained) is output from the load command unit 17.
  • the final operating point of the compressor 1 is A because the control is performed.
  • the compressor 1 is operated in a state where surging is avoided.
  • the opening of the IGV5 becomes larger than the minimum opening (20%), and the fuel gas having the flow rate FF is recycled through the RCV7.
  • the RCV7 which is not only the IGV5, is also used for controlling the discharge pressure.
  • the fluctuation of the discharge pressure of the compressor 1 can be suppressed, that is, the controllability of the discharge pressure can be improved.
  • the command signal for the discharge pressure of RCV7 is set to zero, and the discharge pressure is controlled only by the IGV5.
  • the operation value MV is less than 50%
  • the IGV5 is maintained at the minimum opening (20%) and the discharge pressure is controlled only by the RCV7, that is, since the IGV5 and the RCV7 are operated in the split range, the interference of the discharge pressure control by the IGV5 and the RCV7 occurs. Is avoided.
  • the discharge pressure is controlled by a combination of the feedforward control and the feedback control, highly responsive pressure control becomes possible, and therefore, even when a sudden load request is made to the gas turbine 15, In addition, fluctuations in the discharge pressure can be suppressed. Furthermore, since higher control of discharge pressure control and anti-surge control is selectively applied to RCV7, interference between these controls is also avoided.
  • the split point of IGV5 and RCV7 is set to 50%.
  • This split point is not limited to 50%. That is, since the slopes of the functions shown in FIGS. 4 and 5 define the control gains of IGV5 and RCV7, respectively, the split point may be changed to change these gains. For example, if the split point is larger than 50%, the operation time of the IGV5 with poor response can be shortened, and the operation stability of RCV7 with good response can be improved. In short, the above split point can be appropriately set so as to improve the controllability of the IGV5 and RCV7 in consideration of the dynamic characteristics and the like.
  • Curves a ', b' and c 'in Fig. 6 show the relationship between the discharge flow rate and the discharge pressure of the compressor 1 when the rotation speed of the compressor 1 is set to 60%, 80% and 100%, respectively. This is an example. As is clear from the comparison between FIG. 6 and FIG. 2, the discharge pressure can be controlled by operating the number of rotations of the compressor 1 instead of operating the opening degree of the IGV 5.
  • FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention configured to control the discharge pressure by controlling the number of revolutions of the compressor 1.
  • the second embodiment is different from the second embodiment in that the IGV is eliminated, and a function generator 27 ′ corresponding to the function generator 27 shown in FIG.
  • the point that the number is controlled by the output of this function generator 27 'and the number of rotations detector 41 that detects the number of rotations of the compressor 1 are provided, and the function generator corresponding to the function generator 33 in Fig. 2 is provided.
  • the third embodiment differs from the first embodiment in that the output of the rotation speed detector 41 is added to 33 '.
  • the rotation speed is detected by the rotation speed detector 41.
  • FIG. 8 shows a third embodiment of the present invention.
  • the third embodiment is different from the third embodiment in that a flow controller 43 and an adder 45 are interposed between an adder 21 and a pressure controller 23, and a flow meter for detecting an inlet flow and an outlet flow of the header tank 13, respectively. 47 and 49 are provided, and the outputs of these detectors 47 and 49 are added to the flow controller 43 and the adder 45, respectively. This is different from the first embodiment in that point.
  • the adder 45 indicates a signal (feedback signal) corresponding to the deviation of the discharge pressure and the outlet flow rate of the header tank 13, that is, the required fuel supply amount of the turbine 15.
  • Signal (feedforward signal) and the sum is used as the set flow rate SV.
  • the flow controller 43 controls the set flow SV and the input of the header tank 13.
  • the deviation from the outlet flow (actual discharge flow) is calculated, and the deviation is subjected to PI processing to form the flow operation value MV '.
  • the control for eliminating the deviation in the flow rate of the fuel gas into and out of the header tank 13 is executed.
  • the pressure of the supplied fuel gas is further stabilized.
  • the configuration shown in FIG. 7 in which the discharge pressure is controlled by operating the rotation speed of the compressor 1 can also be applied to the control device of the third embodiment.
  • the fuel gas pressure at the inlet of the header tank 13 is detected by the pressure gauge 25, but the fuel gas pressure in the header tank 13 is detected by the pressure gauge 25. You may make it.
  • the control device controls the discharge pressure of the two compressors 1A and IB.
  • FIG. 9 elements having the same configuration and function as those shown in FIG. 1 are denoted by common or corresponding reference numerals. Also, the elements corresponding to the elements such as the IGV5 and RCV7, the function generators 27, 29, and 33, the high-order selection unit 31, and the flow controller 35 shown in Fig. 1 are provided on the compressor 1A and IB sides in the figure. Although they are provided, they are omitted in the figure.
  • Switch elements 51A and 51B are provided between 23 'and the adder 21A, respectively. Further, the pressure of the fuel gas in the header tank 13 is detected by the pressure gauge 25, and the pressure is measured.
  • the load command unit 17 During normal operation, the load command unit 17 'outputs the selection signal S of the logic level [H].
  • switch elements 51A and 51B are configured to be opened by the signal of the logic level [H], as shown in the figure, the switch element 51A to which the selection signal S is directly input is opened.
  • both of the compressors 1A and 1B are provided with, for example, the operating point A shown in FIG. 2 by the feedforward control. And the estimation of the feedforward control function is wrong.
  • compressor 1A is at operating point A
  • compressor B is at operating point A.
  • the load command unit 17 'outputs a selection signal S of a logic level [L] based on a trip occurrence signal from a higher-level control device (not shown), and as a result, the switch element 51A is closed.
  • the switch element 51A is opened.
  • the pressure feedback control is transferred to the control system of the compressor B side to the control system of the compressor A side, so that the pressure of the fuel gas in the header tank 13 maintains the value before the compressor 1B trips. It will be controlled as follows.
  • the force that causes only one of the control system on the compressor A side and the control system on the compressor B side to execute the pressure feedback control is executed in the above, there is a possibility that those controls may interfere with each other.
  • the load command section 17 when a load shedding signal is input to the load command section 17 from a higher-level control device (not shown), the load command section 17 outputs an operation value switching signal S to the pressure regulator 23 ′.
  • the pressure regulator 23 ′ changes the operation value MV to a large value such that the RCV7 is rapidly opened.
  • the tracking data to be changed is output as the operation value MV, and as a result, RCV7
  • the quick opening operation is performed with good response, and the pressure fluctuation at the time of load interruption is further suppressed.
  • Such a tracking operation can be applied to the first to third embodiments.

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Abstract

　本発明は、圧縮機１に対する燃料ガスの流入量を調整する流入量調整手段５と、圧縮機１から吐出される燃料ガスを圧縮機１の入口側に戻すためのリサイクル弁７と、圧縮機１を所定の運転点で運転させるための制御操作値を設定し、その制御操作値に基づいて流入量調整手段５およびリサイクル弁７を制御する制御手段と、を備える。制御手段は、制御操作値が所定値以上であるときに、その操作値の増大に伴って増加する信号を流入量調整手段５の制御信号として発生する第１の制御信号発生手段２７と、制御操作値が所定値未満であるときに、その操作値の増大に伴って減少する信号をリサイクル弁７の制御信号として発生する第２の制御信号発生手段２９と、を有する。本発明によれば、負荷遮断等を含む全ての運転状態において良好な制御性を得ることができる。                                                                         

Description

明 細 書
圧縮機の制御装置
技術分野
[0001] 本発明は、燃料ガスを圧縮する圧縮機の制御装置に関するものである。
背景技術
[0002] 燃料ガス用圧縮機の吐出圧力を設定範囲内に保つようにガスタービンへの燃料ガ ス供給量を調節する制御手段を備えたガスタービン用燃料ガス供給装置が提案され ている。
このガスタービン用燃料ガス供給装置では、圧縮機の吸込流路と吐出流路との間 にバイパス弁を設け、上記吐出圧力を検出する圧力検出器からの信号に基づいて 上記バイパス弁の開度を制御することにより吐出圧力を設定範囲内に維持させてい る。
特許文献 1 :特許第 3137498号
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] しかしながら、上記従来のガスタービン用燃料ガス供給装置では、負荷遮断時等の ような急激な燃料ガス消費量の変動に適切に対応することができない。
そこで、圧縮機に設けられた入口ガイド弁 (IGV)の開度を制御することによって圧 縮機の吐出圧力を設定圧力に維持させるとともに、いわゆるサージングを回避するた めに、負荷遮断時等に圧縮機の出口に接続されたリサイクル弁 (RCV)を急開させて 、該圧縮機から吐出される燃料ガスの一部を該圧縮機の入口側に戻すという技術も 従来提案されている。
[0004] しかし、この技術は、リサイクル弁の急開時の開度や、急開後における開度減少変 化率の適正な設定が容易でなぐこのため、リサイクル弁の操作後、入口ガイド弁に よる吐出圧力制御に円滑に移行できないことがあり、また、入口ガイド弁による吐出 圧制御とリサイクル弁によるアンチサージ制御が相互に干渉し合うこともあった。
[0005] 本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、負荷遮断等を含む全ての 運転状態において良好な制御性が得られる圧縮機の制御装置を提供することを目 的とする。
課題を解決するための手段
[0006] 本発明は、上記課題を解決するため、圧縮機に対する燃料ガスの流入量を調整す る流入量調整手段と、前記圧縮機から吐出される燃料ガスを前記圧縮機の入口側に 戻すためのリサイクル弁と、前記圧縮機を所定の運転点で運転させるための制御操 作値を設定し、その制御操作値に基づレ、て前記流入量調整手段およびリサイクル弁 を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記制御操作値が所定値以上で あるときに、その操作値の増大に伴って増加する信号を前記流入量調整手段の制御 信号として発生する第 1の制御信号発生手段と、前記制御操作値が前記所定値未 満であるときに、その操作値の増大に伴って減少する信号を前記リサイクル弁の制御 信号として発生する第 2の制御信号発生手段と、を有することを特徴としている。
[0007] 前記流入量調整手段としては、前記圧縮機の入口に設けられる入口ガイド弁や、 前記圧縮機を回転させる駆動源が使用可能である。
前記第 1の制御信号発生手段は、前記制御操作値が前記所定値未満であるときに
、前記入口ガイド弁の開度を所定の最小開度にさせるための最小開度信号を発生 するように構成することができる。
[0008] 前記最小開度信号の値は、前記圧縮機に流入する燃料ガスの圧力に応じて変更 すること
が望ましい。
前記制御操作値として、フィードバック制御用操作値にフィードフォワード用操作値 を加算したものを使用することができる。
[0009] 前記フィードバック制御用操作値は、前記圧縮機から吐出される燃料ガスの圧力偏 差に基づいて形成され、前記フィードフォワード制御用操作値は、前記圧縮機の負 荷の大きさに基づいて形成することができる。
[0010] 前記圧縮機から吐出される燃料ガスがヘッダタンクを介して負荷機器に供給される 場合において、前記フィードバック制御用操作値は、前記燃料ガスの圧力偏差に対 応する吐出流量設定値と前記ヘッダタンクへの燃料ガスの流入量との偏差に基づい て設定してよい。
前記燃料ガスの圧力偏差に対応する吐出流量設定値に、前記ヘッダタンクからの 前記燃料ガスの流出量を含ませて、流量制御の応答性を向上することも可能である
[0011] 前記弁制御手段は、負荷遮断時に前記フィードバック制御用操作値を所定値にト ラッキングして、前記リサイクル弁を急開させるように構成することができる。
前記弁制御手段は、アンチサージ信号の発生手段と、このアンチサージ信号と前 記リサイクル弁の制御信号とを比較して、これらの信号のうちの高位の信号を前記リ サイクル弁に選択的に出力する高位選択手段をさらに備えてよい。
前記圧縮機が複数台同時に運転される場合には、任意の 1台の圧縮機についての 前記制御操作値としてフィードバック制御用操作値にフィードフォワード用操作値を 加算したものが用いられ、他の圧縮機についての前記制御操作値としてフィードフォ ワード用操作値が用いられる。
発明の効果
[0012] 本発明によれば、入口ガイド弁だけでなぐリサイクル弁も圧縮機の吐出圧制御に 活用されるので、全ての運転状態 (負荷遮断時、圧縮機およびガスタービンのトリップ 時、通常運転時等）において良好な制御結果を得ることができる。し力、も、入口ガイド 弁とリサイクル弁がスプリットレンジで作動されるので、これらの弁による制御の干渉が 回避される。
また、フィードフォワード制御とフィードバック制御の組合せによって即応性の高い 圧力制御が可能となる。さらに、リサイクル弁には、吐出圧力制御とアンチサージ制 御のうちの高位の制御が選択的に適用されるので、これらの制御相互間での干渉も 回避される。
図面の簡単な説明
[0013] [図 1]図 1は、本発明に係る圧縮機の制御装置の第 1の実施形態を示すブロック図で める。
[図 2]図 2は、吐出流量と吐出圧力の関係を IGV開度をパラメータとして例示した特 十生図である。 [図 3]図 3は、弁開度操作値を規定する負荷指令の関数を例示したグラフである。
[図 4]図 4は、 IGV開度を規定する弁開度操作値の関数を例示したグラフである。
[図 5]図 5は、 RCV開度を規定する弁開度操作値の関数を例示したグラフである。
[図 6]図 6は、吐出流量と吐出圧力の関係を圧縮機の回転数をパラメータとして例示 した特性図である。
[図 7]図 7は、本発明に係る圧縮機の制御装置の第 2の実施形態を示すブロック図で める。
[図 8]図 8は、本発明に係る圧縮機の制御装置の第 3の実施形態を示すブロック図で める。
[図 9]図 9は、本発明に係る圧縮機の制御装置の第 4の実施形態を示すブロック図で める。
符号の説明
1 , 1A, 1B 圧縮機
3 燃料ガス供給ライン
5 IGV
7 RCV
13 ヘッダタンク
15, 15A, 15B ガスタービン
17, 17 '負荷指令部
19, 19A, 19B 関数発生器
21 加算器
23, 23 '圧力調節器
25 圧力計
27, 27 '関数発生器
29 関数発生器
31 高位選択部
33, 33 '関数発生器
35 流量調節器 39 駆動機
41 回転数検出計
43 流量調節器
45 加算器
47 流量計
49 流量計
51A, 51B スィッチ素子
発明を実施するための最良の形態
[0015] 以下、図面を参照して、本発明に係る圧縮機の制御装置の実施の形態を説
明する。
実施例 1
[0016] 図 1は、本発明の第 1の実施の形態を示している。この図 1において、圧縮機 1の入 口と燃料ガス供給ライン 3との間には、入口ガイド弁（以下、 IGVという） 5が介在され、 また、圧縮機 1の出口と燃料ガスの供給ライン 3との間には、リサイクル弁（以下、 RC Vという） 7が介在されている。なお、 IGV5に比して RCV7は応答性に優れた構造を 有する。
[0017] 圧縮機 1は、ガス供給ライン 3から IGV5を介して供給される燃料ガス（この例では、 定圧の燃料ガス）を圧縮する。圧縮機 1によって圧縮された燃料ガスは、逆止弁 9、開 閉弁 11およびヘッダタンク 13を介してガスタービン 15に供給され、ここで燃焼される
[0018] 図 2の曲線 a、 bおよび cは、それぞれ IGV5の開度が 20%, 50%および 100%の 場合における圧縮機 1の吐出流量と吐出圧力の関係を例示したものである。この関 係によれば、例えば、設定圧力 SVが P、ガスタービン 15側から要求される流量が F
1 1 1 である場合、 IGV5の開度を 50%に設定することにより、圧縮機 1が運転点 Aで運転
1 されることになる。
[0019] ガスタービン 11の要求負荷が低下した場合には、 IGV5の開度を減少させて、燃 料ガスの流量を上記要求負荷に見合った量まで低下させれば良レ、。しかし、 IGV5 は、その構造に起因して、ある開度以下での制御精度が低くなる。このため、この実 施の形態においては、後述するように、 IGV5の最小開度（この例では、開度 20%) を設定して、 IGV5の開度がこの最小開度よりも小さくならないようにしている。
[0020] 上記最小開度を設定すると、 IGV5がこの最小開度まで到達した後に、上記吐出流 量が減少されなくなるという不都合を生じる。そこで、後述するように、 IGV5が最小開 度まで到達した場合には、その開度を保持させるとともに、圧縮機 1から吐出される燃 料ガスの一部を RCV7を介して燃料供給ライン 3側に戻すようにしている。
[0021] すなわち、燃料ガスの要求流量が例えば図 2に示す Fであるとすると、 IGV5によつ
2
ては開度 20%に基づく吐出流量 F ( >F )までしか吐出流量を減少させることができ
3 2
ないので、 RCV7を開いて F -Fに対応する量の燃料ガスを燃料供給ライン 3側に戻
3 2
すように、つまり、リサイクルするようにしている。これによつて、上記要求流量 Fの燃
2 料ガスがタービン 15側に供給されることになる。この場合、圧縮機 1の運転点は、 A
2 ではなく Aとなる。
3
[0022] ガスタービン 15の運転時には、負荷指令部 17が関数発生器 19に出力指令を与え る。この出力指令は、ガスタービン 15の最大負荷を 100%とした場合の負荷率として 与えられる。関数発生器 19は、図 3に例示したような関数に基づいて、上記出力指 令を操作値 MVに変換し、この操作値 MV対応する信号を出力する。関数発生器 1
0 0
9の出力信号は、フィードフォワード制御のための操作信号として加算器 21に入力さ れる。なお、操作値 MVの詳細については後述する
0
[0023] 一方、圧力調節器 23には、設定圧力 SVを示す信号と、圧力計 25によって検出さ
1
れる実際の吐出圧力 PVを示す信号とが入力される。圧力調節器 23は、設定圧力 S
1
Vと実吐出圧力 PVの偏差に PI (比例、積分)処理を施した操作値 MVを演算し、こ
1 1 1 の操作値 MVに対応する信号をフィードバック制御用の操作信号として加算器 21に
1
入力する。加算器 21は、上記操作値 MVと MVを加算する演算を実行して操作値
0 1
MVを求め、この操作値 MVに対応する信号を関数発生器 27および 29に加える。
2 2
[0024] ここで、前記フィードフォワード制御用の操作値 MVについて説明する。加算器 21
0
によって得られる操作値 MVは、圧縮機 1の定常運転中においてほぼフィードフォヮ
2
ード制御用の操作値 MVに近似することができる。ガスタービン 15の負荷に対応し
0 た IGV5および RCV7の必要開度は、図 2に示した関係から予測することができる。 上記操作値 MVを示す信号は、 IGV5および RCV7の予測必要開度を規定するも
0
のであり、関数発生器 27および 29の双方に入力される。
[0025] 上記関数発生器 27は、図 4に例示する関数に基づいて、例えば操作値 MV力 0
0
%になるまでは IGV開度を 20% (前記最小開度に対応）に保持させ、操作値 MVが
0
50%から増大するに伴って、 IGV開度を 20%から 100%まで直線的に増加させる 弁制御信号を形成し、この弁制御信号を IGV5に出力する。
一方、上記関数発生器 29は、例えば操作値 MVが 50%になるまでは RCV開度を
0
100%から 0%まで直線的に減少させ、操作値 MVが 50%以上の時に RCV開度を
0
0%に保持させる操作値 MVを設定し、この操作値 MVに対応する信号を高位選択
3 3
部 31に出力する。
[0026] 次に、関数発生器 33について説明する。
図 2には、圧縮機 1についてのサージライン dと、アンチサージのためのマージンを 確保して設定されたサージコントロールライン eとが示されている。このサージライン d およびサージコントロールライン eは、いずれも IGV5の開度の関数である。
[0027] 関数発生器 33は、上記サージコントロールライン eを示す関数と、上記関数発生器
27から与えられる IGV5の開度情報とに基づいて、アンチサージのための吐出流量 設定値 SVを演算し、それに対応する信号を流量調節器 35に出力する。流量調節
2
器 35は、設定流量 SVと流量計 37で検出される実吐出流量 PVとの偏差に対応す
2 2
る操作値 MVを演算し、この操作値 MVに対応する信号を上記高位選択部 31に出
4 4
力する。
高位選択部 31は、関数発生器 29から出力される操作値 MVを示す信号と、関数
3
発生器 33から出力される操作値 MVを示す信号とを比較し、それらの内の大きい方
4
の信号を弁制御信号として RCV7に出力する。
[0028] 以下、この第 1の実施の形態に係る燃料ガス圧縮機の制御装置の動作を説明する 例えば、設定圧力 SVが Pであって、かつ、図 2の吐出流量 Fを要求する出力指令
1 1 1
が負荷指令部 17から出力された場合、操作値 MV (MV )基づく関数発生器 27の
2 0 出力によって IGV5の開度が 50%に設定され、また、操作値 MV (MV )に基づく関
2 0
数発生器 29の出力によって RCV7の開度が 0%に設定されることになる。上記 IGV5 および RCV7の開度設定は、フィードフォワード制御によって実行されるので、圧縮 機 1の吐出圧力が速やかに設定値 Pに近付けられる。そして、最終的には、操作値
1
MV (MV )に基づくフィードバック制御によって上記吐出圧力が設定値 Pに精度良
2 1 1 く制定され、その結果、圧縮機 1の運転点が図 2に示す A点になる。
1
[0029] 次に、例えば、図 2の吐出流量 Fを要求する出力指令が負荷指令部 17から出力さ
2
れると、この場合、 IGV5の開度が前記最小開度である 20%に設定され、また、流量
F -Fの燃料ガスが燃料供給ライン 3側にリサイクルされるように RCV7の開度が設
3 2
定される。つまり、 RCV7が開かれて、 IGV5を通る過剰な燃料分が該 RCV7を介し て燃料供給ライン 3側に戻される。この結果、圧縮機 1の吐出流量は実質的に Fにな
3 る。
この場合も、フィードフォワード制御による IGV5および RCV7の開度設定によって 圧縮機 1の吐出圧力が速やかに目標値 Pに近付けられ、また、フィードバック制御に
1
よって上記吐出圧力が目標値 Pに精度良く制定される。その結果、圧縮機 1の運転
1
点は A点になる。
3
[0030] 次に、負荷遮断信号や、圧縮機 1またはガスタービン 15がトリップしたことを示す信 号が負荷指令部 17に入力された場合について説明する。なお、ここでは、設定圧力 SVが図 2に示す Pであるとする。
1 2
負荷遮断時や、圧縮機 1等のトリップ時には、たとえば、図 2の吐出流量 F (ガスタ
4 一ビン 15における燃料の燃焼が維持できる最小流量)を要求する出力指令が該負 荷指令部 17から出力される。
[0031] この場合、 IGV5の開度が前記最小開度である 20%に設定されると、圧縮機 1が前 記サージライン dを越えたサージ域で運転されることになる。しかし、この実施の形態 においては、前記したように、流量調節器 35からアンチサージ制御ための操作値 M Vを示す信号が出力されるので、圧縮機 1のサージ運転が回避される。
4
[0032] すなわち、サージ域に入るまで吐出流量が減少すると、操作値 MVが関数発生器
4
29から出力される操作値 MVよりも大きくなるので、高位選択部 31が操作値 MVに
3 4 対応する信号を RCV7に対する弁制御信号として選択し、その結果、サージコント口 ールライン eでの運転が実行される。このとき、吐出圧力は目標値 Pになるように IGV
5に
よって制御されることになるので、圧縮機 1の最終的な運転点は Aになる。この運転 点の設定により、圧縮機 1はサージングを回避した状態で運転される。なお、上記運 転点 Aでは、 IGV5の開度が前記最少開度（20%)よりも大きくなり、また、流量 F -F の燃料ガスが RCV7を介してリサイクルされる。
[0033] 上述したように、上記第 1の実施形態に係る圧縮機の制御装置によれば、 IGV5だ けでなぐ RCV7も吐出圧力の制御に活用されるので、全ての運転状態 (負荷遮断 時、圧縮機 1およびガスタービン 15のトリップ時、通常運転時等）において圧縮機 1の 吐出圧力の変動を抑制すること、つまり、吐出圧力の制御性を向上することができる
[0034] し力も、操作値 MV力 0%以上のときに、 RCV7の吐出圧力に対する指令信号を ゼロにして IGV5のみによって吐出圧力を制御し、操作値 MVが 50%未満のときに、
IGV5を最小開度（20%)に維持して、 RCV7のみによって吐出圧力を制御するので 、つまり、 IGV5と RCV7がスプリットレンジで作動されるので、この IGV5と RCV7によ る吐出圧力制御の干渉が回避される。
[0035] また、フィードフォワード制御とフィードバック制御の組合せによって吐出圧力が制 御されるので、即応性の高い圧力制御が可能となり、そのため、ガスタービン 15に急 激な負荷の要求がなされた場合でも、吐出圧力の変動を抑制することができる。 さらに、 RCV7には、吐出圧力制御とアンチサージ制御のうちの高位の制御が選択 的に適用されるので、これらの制御相互間での干渉も回避される。
[0036] なお、圧縮機 1の入口圧力が変化する場合には、この入口圧力に対応して前記 IG V5の最小開度を変化させることにより、より精度の高い圧力制御が可能になる。 また、上記実施の形態では、図 4および図 5に示すように、 IGV5と RCV7のスプリツ ト点を 50%に設定している力 このスプリット点は 50%に限定されなレ、。すなわち、図 4および図 5に示す関数の傾きは、それぞれ IGV5および RCV7の制御ゲインをそれ ぞれ規定するので、これらのゲインを変えるために上記スプリット点を変更しても良い 例えば、スプリット点を 50%よりも大きくすれば、応答性に劣る IGV5の動作時間の 短縮を図れ、また、応答性の良好な RCV7の動作安定性を向上することができる。要 するに、上記スプリット点は、 IGV5と RCV7の動特性等を勘案して、それらの制御性 が向上するように適宜設定することができる。
実施例 2
[0037] 図 6の曲線 a', b'および c'は、それぞれ圧縮機 1の回転数を 60%, 80%および 100 %に設定した場合の圧縮機 1の吐出流量と吐出圧力の関係を例示したものである。 この図 6と図 2との対比から明らかなように、 IGV5の開度操作に代えて圧縮機 1の回 転数を操作しても、吐出圧力の制御が可能である。
[0038] 図 7は、圧縮機 1の回転数操作によって吐出圧力を制御するように構成された本発 明の第 2の実施の形態を示している。この第 2の実施の形態は、 IGVを削除した点と 、図 2の関数発生器 27に対応する関数発生器 27'を設け、圧縮機 1を回転駆動する 蒸気タービン等の駆動機 39の回転数をこの関数発生器 27'の出力によって制御す るようにした点と、圧縮機 1の回転数を検出する回転数検出計 41を設け、図 2の関数 発生器 33に対応する関数発生器 33'にこの回転数検出計 41の出力を加えるように した点において前記第 1の実施の形態と相違する。
[0039] この第 2の実施の形態においても、上述した第 1の実施の形態による効果と同様の 効果を得ることができる。なお、この第 2の実施の形態においては、回転数検出計 41 で検出
される圧縮機 1の実回転数を関数発生器 33'に入力しているが、これに代えて、関数 発生器 27'によって指令される回転数を関数発生器 33'に入力するようにしても良い 実施例 3
[0040] 図 8は本発明の第 3の実施形態を示している。この第 3の実施形態は、加算器 21と 圧力調節器 23との間に流量調節器 43および加算器 45を介在させた点と、ヘッダタ ンク 13の入口流量と出口流量をそれぞれ検出する流量計 47および 49を設け、これ らの検出計 47および 49の出力をそれぞれ流量調節器 43および加算器 45に加える ようにした点において前記第 1の実施形態と相違している。
[0041] この第 3の実施形態おいて、加算器 45は、吐出圧力の偏差に対応した信号 (フィ一 ドバック信号）と、ヘッダタンク 13の出口流量、つまり、タービン 15必要燃料供給量を 示す信号 (フィードフォワード信号）とを加算し、その加算結果を設定流量 SVとして
3 流量調節器 43に入力する。流量調節器 43は、設定流量 SVとヘッダタンク 13の入
3
口流量 (実際の吐出流量）との偏差を演算し、かつ、この偏差に PI処理を施すことに よって流量操作値 MV 'を形成する。
1
[0042] この第 3の実施形態によれば、吐出圧力の偏差をなくすフィードバック制御に加え て、ヘッダタンク 13に対する燃料ガスの入出流量の偏差をなくす制御が実行される ので、ガスタービン 15に供給される燃料ガスの圧力が一層安定化される。
なお、この第 3の実施形態の制御装置においても、圧縮機 1の回転数を操作して吐 出圧力を制御する図 7に示した構成を適用することができる。また、第 1一第 3の実施 の形態においては、圧力計 25によってヘッダタンク 13の入口における燃料ガス圧力 を検出しているが、該圧力計 25によってヘッダタンク 13内の燃料ガス圧力を検出す るようにしても良い。
実施例 4
[0043] 次に、図 9を参照して、本発明の第 4の実施形態について説明する。この第 4の実 施の形態に係る制御装置は、 2台の圧縮機 1A， IBの吐出圧力を制御するものであ る。
なお、図 9においては、第 1図に示した要素と同等の構成および機能を有する要素 に対して共通もしくは対応する符号を付してある。また、同図における圧縮機 1A， IB 側には、図 1に示した IGV5、 RCV7、関数発生器 27， 29, 33、高位選択部 31、流 量調節器 35等の要素に対応する要素がそれぞれ設けられているが、同図ではこれ らが省略されている。
[0044] この実施の形態においては、圧力調節器 23 'と加算器 21 A間、および圧力調節器
23'と加算器 21A間にそれぞれスィッチ素子 51Aおよび 51Bを設けてある。また、圧 力計 25によつてヘッダタンク 13内の燃料ガスの圧力を検出するようにしてレヽる。
[0045] 通常の運転時には、負荷指令部 17'から論理レベル [H]の選択信号 Sが出力され
2 る。スィッチ素子 51A, 51Bは、論理レベル [H]の信号によって開かれるように構成 されているので、図示のように、選択信号 Sが直接入力されるスィッチ素子 51Aは開
1
かれ、該信号 S力 Sインバータ 53を介して入力されるスィッチ素子 51Bは閉じられる。
2
[0046] この状態においては、圧縮機 1Aに係る IGVおよび RCV (図示せず）を制御する操 作値 MV が MV =MV になり、圧縮機 IBに係る IGVおよび RCV (図示せず）を
2A 2A OA
制御する操作値 MV が MV =MV +MV になる。つまり、圧縮機 1Aに係る IGV
2B 2B 1 0B
および RCVに対しては、フィードフォワード制御のみが実行され、また、圧縮機 1Bに 係る IGVおよび RCV対しては、フィードフォワード制御とフィードバック制御の 双方が実行される。
[0047] この場合、双方の圧縮機 1A, 1Bは、フィードフォワード制御によって例えば図 2に 示した運転点 Aを与えられる。そして、フィードフォワード制御の関数の見積もり違い
1
による吐出圧力の誤差分は、圧縮機 1B側におけるフィードバック制御によって吸収 される。この結果、圧縮機 1Aは運転点 Aで、また、圧縮機 Bは運転点 Aから上記誤
1 1 差の修正分だけずれた点でそれぞれ運転されることになる。
[0048] ここで、圧縮機 1Bもしくはタービン 15Bがトリップした場合について説明する。この 場合、負荷指令部 17'は、図示していない上位の制御装置からのトリップ発生信号に 基づいて論理レベル [L]の選択信号 Sを出力し、その結果、スィッチ素子 51 Aが閉
2
じられるとともに、スィッチ素子 51Aが開かれる。これにより、圧力フィードバック制御 が圧縮機 B側の制御系力 圧縮機 A側の制御系に移行されるので、ヘッダタンク 13 内の燃料ガスの圧力は圧縮機 1Bがトリップする前の値を維持するように制御されるこ とになる。
上記のように、この実施の形態では、圧縮機 A側の制御系と圧縮機 B側の制御系の いずれか一方のみで圧力フィードバック制御を実行させるようにしている力 これは双 方の制御系で圧力フィードバック制御を実行した場合に、それらの制御が相互に干 渉する虞があるからである。
[0049] 一方、図示していない上位の制御装置より負荷指令部 17に負荷遮断信号が入力 された場合には、該負荷指令部 17が操作値切換信号 Sを圧力調節器 23 'に出力す
1
る。これにより、圧力調節器 23 'は、操作値 MVを RCV7が急開操作されるような大
2 きさに変更させるトラッキングデータを操作値 MVとして出力し、その結果、 RCV7が
1
レスポンス良く急開操作されて、負荷遮断時における圧力変動が一層抑制される。な お、このようなトラッキング操作は、前記第 1一第 3の実施の形態にも適用可能である

Claims

請求の範囲
[1] 圧縮機に対する燃料ガスの流入量を調整する流入量調整手段と、
前記圧縮機から吐出される燃料ガスを前記圧縮機の入口側に戻すためのリサイクル 弁と、
前記圧縮機を所定の運転点で運転させるための制御操作値を設定し、その制御操 作値に基づレ、て前記流入量調整手段およびリサイクル弁を制御する制御手段と、を 備え、
前記制御手段は、前記制御操作値が所定値以上であるときに、その操作値の増大 に伴って増加する信号を前記流入量調整手段の制御信号として発生する第 1の制 御信号発生手段と、前記制御操作値が前記所定値未満であるときに、その操作値の 増大に伴って減少する信号を前記リサイクル弁の制御信号として発生する第 2の制 御信号発生手段と、を有することを特徴とする圧縮機の制御装置。
[2] 前記流入量調整手段は、前記圧縮機の入口に設けられる入口ガイド弁であること を特徴とする請求の範囲 1に記載の圧縮機の制御装置。
[3] 前記流入量調整手段は、前記圧縮機を回転させる駆動源であることを特徴とする 請求の範囲 1に記載の圧縮機の制御装置。
[4] 前記第 1の制御信号発生手段は、前記制御操作値が前記所定値未満であるときに 、前記入口ガイド弁の開度を所定の最小開度にさせるための最小開度信号を発生 するように構成されていることを特徴とする請求の範囲 1に記載の圧縮機の制御装置
[5] 前記最小開度信号の値は、前記圧縮機に流入する燃料ガスの圧力に応じて変更 されることを特徴とする請求の範囲 4に記載の圧縮機の制御装置。
[6] 前記制御操作値は、フィードバック制御用操作値にフィードフォワード用操作値を 加算したものであることを特徴とする請求の範囲 1に記載の圧縮機の制御装置。
[7] 前記フィードバック制御用操作値は、前記圧縮機力も吐出される燃料ガスの圧力偏 差に基づいて形成され、前記フィードフォワード制御用操作値は、前記圧縮機の負 荷の大きさに基づいて形成されることを特徴とする請求の範囲 6に記載の圧縮機の 制御装置。
[8] 前記圧縮機から吐出される燃料ガスがヘッダタンクを介して負荷機器に供給される 場合において、前記フィードバック制御用操作値は、前記燃料ガスの圧力偏差に対 応する吐出流量設定値と前記ヘッダタンクへの燃料ガスの流入量との偏差に基づい て設定されることを特徴とする請求の範囲 5に記載の圧縮機の制御装置。
[9] 前記燃料ガスの圧力偏差に対応する吐出流量設定値に、前記ヘッダタンクからの 前記燃
料ガスの流出量を含ませたことを特徴とする請求の範囲 8に記載の圧縮機の制御装 置。
[10] 前記弁制御手段は、負荷遮断時に前記フィードバック制御用操作値を所定値にト ラッキングして、前記リサイクル弁を急開させるように構成されていることを特徴とする 請求の範囲 6 9のいずれかに記載の圧縮機の制御装置。
[11] 前記弁制御手段は、アンチサージ信号の発生手段と、このアンチサージ信号と前 記リサイクル弁の制御信号とを比較して、これらの信号のうちの高位の信号を前記リ サイクル弁に選択的に出力する高位選択手段をさらに備えることを特徴とする請求の 範囲 1に記載の圧縮機の制御装置。
[12] 前記圧縮機が複数台同時に運転される場合に、任意の 1台の圧縮機についての 前記制御操作値としてフィードバック制御用操作値にフィードフォワード用操作値を 加算したもの用い、他の圧縮機についての前記制御操作値としてフィードフォワード 用操作値を用いることを特徴とする請求の範囲 1に記載の圧縮機の制御装置。
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