WO2015129498A1

WO2015129498A1 - 燃料制御装置、燃焼器、ガスタービン、制御方法及びプログラム

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Publication number: WO2015129498A1
Application number: PCT/JP2015/054097
Authority: WO
Inventors: 圭介山本; 園田　隆; 昭彦齋藤; 藤井　文倫; 永中原; 僚一羽賀; 竜児竹中; 好史岩▲崎▼; 秋月　渉; 勇松見; 尚宏澄村; 吉岡　真一
Original assignee: 三菱日立パワーシステムズ株式会社
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2015-02-16
Publication date: 2015-09-03
Also published as: KR101805331B1; CN105849389B; US20160326967A1; JP6217451B2; KR20160091412A; US11492981B2; JP2015161176A; CN105849389A; DE112015000980T5; DE112015000980B4; US20230022473A1

Abstract

　燃料制御装置は、大気条件と、燃料と混合し燃焼させる空気の量を制御する弁の開度指令値と、複数の燃料供給系統に流れる全燃料流量の算出に用いる燃料制御信号指令値に基づいて算出した出力予測値と、を用いて前記燃料と流入した空気との混合体を燃焼させた場合の温度推定値を算出する燃焼温度推定値算出部と、前記温度推定値に基づいて前記複数の燃料供給系統から出力する燃料の配分を示す燃料配分指令値を算出して出力する燃料配分指令値算出部と、前記燃料配分指令値と前記燃料制御信号指令値に基づく全燃料流量とに基づいて前記複数の燃料供給系統の燃料流量調節弁の各弁開度を算出する弁開度算出部と、を備える。

Description

燃料制御装置、燃焼器、ガスタービン、制御方法及びプログラム

　本発明は、燃料制御装置、燃焼器、ガスタービン、制御方法及びプログラムに関する。
　本願は、２０１４年２月２６日に、日本に出願された特願２０１４－０３４８７１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　ガスタービンの燃焼器への燃料の供給については、燃焼の効率や安定性の観点から複数の系統に分けて燃料を供給する場合がある。そのような場合、それぞれの系統への燃料の配分を考慮する必要がある。
　図１４は、従来のガスタービンの燃料配分制御の一例を示す図である。図１４に示すとおり、従来の燃料制御装置は、大気圧力、大気温度、ＩＧＶ（Inlet Guide Vane）開度指定値、ガスタービン出力値に基づいてタービンの入口における燃焼ガスの温度を推定し、そのタービン入口温度推定値に基づいて、各系統へ割り振る燃料の比率を算出していた。そして、燃料制御装置は、各系統への配分比率と、燃料制御信号指令値（ＣＳＯ）に基づく全燃料流量とから、各燃料系統のノズルへの燃料供給量を決定し、それぞれの系統に設けられた燃料流量調節弁の弁開度を制御していた。

　また、ガスタービンの燃焼器では、例えば複数系統から供給される燃料の配分比が変化した場合などに、燃焼振動が発生することが知られている。燃焼振動は、燃焼器内の圧力変動であり、燃焼器やガスタービンの部品に損傷を与えるため、燃焼振動を抑制する必要がある（特許文献１参照）。
　図１５は、従来の負荷変化時におけるある燃料系統への燃料配分比とタービン入口温度の関係の一例を示す図である。この図に示すように、燃料配分比とタービン入口温度の値によっては、燃焼振動が発生する領域が存在する（領域７４、領域７５）。また、目標運転ライン７１は、そのような燃焼振動が発生しない燃料配分比とタービン入口温度との関係を示す目標運転ラインを示している。燃料制御装置には、目標運転ライン７１に示すような、燃焼振動発生領域を回避できる燃料配分比となるように、各系統へ供給する燃料の配分比を制御することが望まれる。

特開２０１２－９２６８１号公報

　ガスタービンの出力が変動すると、それに伴いタービンの入口温度も変化する。特にその変動が急激な場合などは、上記のようにして算出したタービン入口温度推定値は、実際のガスタービン入口温度の変化に間に合わない。その場合、そのタービン入口温度推定値に基づいて燃料制御装置が算出した燃料配分比と、実際のガスタービン入口温度との関係を示す運転ラインが、燃焼振動発生領域に含まれてしまうことがある。例えば、運転ライン７２は、負荷を上げたときの運転ラインの一例であり、運転ライン７３は、負荷を下げたときの運転ラインの一例である。どちらの場合も、燃焼振動が発生する可能性がある。

　本発明は、上述の課題を解決することのできる燃料制御装置、燃焼器、ガスタービン、制御方法及びプログラムを提供する。

　本発明の第１の態様によれば、燃料制御装置は、大気条件と、燃料と混合し燃焼させる空気の量を制御する弁の開度指令値と、複数の燃料供給系統に流れる全燃料流量の算出に用いる燃料制御信号指令値に基づいて算出した出力予測値と、を用いて前記燃料と流入した空気との混合体を燃焼させた場合の温度推定値を算出する燃焼温度推定値算出部と、前記温度推定値に基づいて前記複数の燃料供給系統から出力する燃料の配分を示す燃料配分指令値を算出して出力する燃料配分指令値算出部と、前記燃料配分指令値と前記燃料制御信号指令値に基づく全燃料流量とに基づいて前記複数の燃料供給系統の燃料流量調節弁の各弁開度を算出する弁開度算出部と、を備える。

　本発明の第２の態様によれば、前記燃料制御装置は、燃料制御信号指令値とガスタービンの出力値との予め定められた対応関係と、前記燃料制御信号指令値とに基づいて、前記出力予測値を算出するガスタービン出力予測値算出部と、を備える。

　本発明の第３の態様によれば、前記燃料制御装置は、燃料制御信号指令値とガスタービンの出力を補正する値との予め定められた対応関係と、前記燃料制御信号指令値とに基づいて、前記出力予測値を補正するガスタービン出力補正量を算出するガスタービン出力補正量算出部と、ガスタービンの出力値の実測値と前記ガスタービン出力補正量とを用いて前記出力予測値を算出するガスタービン出力予測値算出部と、を備える。

　本発明の第４の態様によれば、前記燃料制御装置は、単位時間当たりガスタービンの出力変化を示す値に応じて、前記ガスタービン出力補正量に対する重み付け係数を算出する係数算出部を備える。

　本発明の第５の態様によれば、前記燃料制御装置は、単位時間当たりガスタービンの出力変化を検出し、当該出力変化が所定の値より小さいときは、前記ガスタービン出力補正量を０に設定する負荷変化レート判定部を備える。

　本発明の第６の態様によれば、燃焼器は、上述の燃料制御装置を備える。

　本発明の第７の態様によれば、ガスタービンは、上述の燃料制御装置を備える。

　本発明の第８の態様によれば、制御方法は、燃料制御装置が、大気条件と、燃料と混合し燃焼させる空気の量を制御する弁の開度指令値と、複数の燃料供給系統に流れる全燃料流量の算出に用いる燃料制御信号指令値に基づいて算出した出力予測値と、を用いて前記燃料と流入した空気との混合体を燃焼させた場合の温度推定値を算出し、前記温度推定値に基づいて前記複数の燃料供給系統から出力する燃料の配分を示す燃料配分指令値を算出して出力し、前記燃料配分指令値と前記燃料制御信号指令値に基づく全燃料流量とに基づいて前記複数の燃料供給系統の燃料流量調節弁の各弁開度を算出する。

　本発明の第９の態様によれば、プログラムは、燃料制御装置のコンピュータを、大気条件と、燃料と混合し燃焼させる空気の量を制御する弁の開度指令値と、複数の燃料供給系統に流れる全燃料流量の算出に用いる燃料制御信号指令値に基づいて算出した出力予測値と、を用いて前記燃料と流入した空気との混合体を燃焼させた場合の温度推定値を算出する手段、前記温度推定値に基づいて前記複数の燃料供給系統から出力する燃料の配分を示す燃料配分指令値を算出する手段、前記燃料配分指令値と前記燃料制御信号指令値に基づく全燃料流量とに基づいて前記複数の燃料供給系統の燃料流量調節弁の各弁開度を算出するする手段、として機能させる。

　上記した燃料制御装置、燃焼器、ガスタービン、制御方法及びプログラムによれば、負荷変化の過渡期においてもタービン入口温度に対する目標とする燃料系統燃料比と実際の燃料系統燃料比とのずれを抑制することができる。

本発明に係る第一実施形態におけるガスタービンプラントの系統図である。本発明に係る第一実施形態における燃料制御装置の一例を示すブロック図である。本発明に係る第一実施形態における燃料配分制御の一例を示す図である。本発明に係る第一実施形態における燃料配分制御を適用した結果の一例を示す図である。本発明に係る第一実施形態における燃料配分制御の変形例を示す図である。本発明に係る第二実施形態における燃料制御装置の一例を示すブロック図である。本発明に係る第二実施形態における燃料配分制御の一例を示す図である。本発明に係る第三実施形態における燃料制御装置の一例を示すブロック図である。本発明に係る第三実施形態における燃料配分制御の一例を示す図である。本発明に係る第四実施形態における燃料制御装置の一例を示すブロック図である。本発明に係る第四実施形態における燃料配分制御の一例を示す図である。本発明に係る第五実施形態における燃料制御装置の一例を示すブロック図である。本発明に係る第五実施形態における燃料配分制御の一例を示す図である。従来のガスタービン燃料配分制御の一例を示す図である。従来の負荷変化時における燃料配分比とタービン入口温度の関係の一例を示す図である。

＜第一実施形態＞
　以下、本発明の第一実施形態による燃料制御装置を図１～図５を参照して説明する。
　図１は本実施形態におけるガスタービンプラントの系統図である。
　本実施形態のガスタービンプラントは、図１に示すように、ガスタービン１０と、ガスタービン１０の駆動で発電する発電機１６と、ガスタービン１０の挙動を制御する燃料制御装置５０と、を備えている。ガスタービン１０と発電機１６は、ロータ１５で連結されている。
　ガスタービン１０は、空気を圧縮して圧縮空気を生成する空気圧縮機１１と、圧縮空気と燃料ガスとを混合して燃焼させ、高温の燃焼ガスを生成する燃焼器１２と、燃焼ガスにより駆動するタービン１３と、を備えている。
　空気圧縮機１１には、ＩＧＶ１４が設けられている。ＩＧＶ１４は空気圧縮機１１への空気の流入を調整する。空気圧縮機１１の入り口側には、圧力計２２、温度計２３が設けられている。圧力計２２は、大気圧力を測定し燃料制御装置５０に出力する。温度計２３は、大気温度を測定し燃料制御装置５０に出力する。
　燃焼器１２は、燃焼器１２に燃料を供給する燃料供給装置２１と接続されている。燃焼器１２には、複数の燃料供給系統（パイロット系統、メイン系統、トップハット系統）から燃料が供給される。そのため、燃料供給装置２１と、燃焼器１２の間には、燃料系統ごとに燃料の流量を調節する弁、パイロット系統燃料流量調節弁１８と、メイン系統燃料流量調節弁１９と、トップハット系統燃料流量調節弁２０とが設けられている。
　発電機１６には、電力計１７が備えられており、発電機１６による発電電力を測定し、燃料制御装置５０へ出力する。
　燃料制御装置５０は、各燃料系統ごとに割り振る燃料の配分比を決定し、各燃料供給系統に備えられた燃料流量調節弁の弁開度を調整する。つまり、燃料制御装置５０は、パイロット系統燃料流量調節弁１８、メイン系統燃料流量調節弁１９、トップハット系統燃料流量調節弁２０の弁開度を調整し、各系統のノズルから燃焼器に流入する燃料流量を制御する。

　図２は、本発明に係る第一実施形態における燃料制御装置の一例を示すブロック図である。
　ガスタービン出力予測値算出部５１は、燃料制御信号指令値（ＣＳＯ：Control Signal Output）を、ガスタービンの出力を制御するガスタービン出力制御部（図示せず）から取得して、ＣＳＯに基づいてガスタービンの出力予測値（ＭＷ）を算出する。燃料制御信号指令値（ＣＳＯ）とは、燃焼器へ供給する燃料流量を制御する制御出力信号のことである。ガスタービン出力予測値の算出は、例えば以下のようにして行う。ＣＳＯとガスタービン出力予測値とを対応付けたテーブルや関数が、燃料制御装置５０が備える記憶部（図示せず）に記憶されており、ガスタービン出力予測値算出部５１は、取得したＣＳＯに基づいてそのテーブルを読み込んでガスタービン出力予測値を取得する。あるいは、所望のＣＳＯに対する出力予測値がテーブルに存在しない場合は、ガスタービン出力予測値算出部５１は、読み出したガスタービン出力予測値を用いて補間計算を行い、ガスタービン出力予測値を算出する。このＣＳＯとガスタービン出力予測値の対応関係は、予めシミュレーションや実験等を行って定められている。記憶部は、燃料制御装置５０と接続された記憶装置であってもよい。

　タービン入口温度推定部５２は、タービンの入口における燃焼ガスの温度を推定する。より詳細には、タービン入口温度推定部５２は、圧力計２２から大気圧力、温度計２３から大気温度、ＩＧＶ制御装置（図示せず）からＩＧＶ開度指令値、ガスタービン出力予測値算出部５１からガスタービン出力予測値を取得し、これらの値に基づいてタービンの入口における燃焼ガスの温度（タービン入口温度推定値）を推定する。タービン入口温度を推定する方法については、例えば特開２００７－７７８６７号公報に記載がある。概要を説明すると、各ＩＧＶ開度におけるガスタービン出力とタービン入口温度との関係を規定したテーブルや、各ＩＧＶ開度における大気温度とガスタービン出力との関係を規定したテーブルなどが予め用意されている。記載された方法では、これらのテーブルを用いＩＧＶ開度と大気温度とガスタービン出力とタービン入口温度の関係を求める。記載された方法では、さらに所定の方法により大気圧比を考慮したガスタービン出力とタービン入口温度の関係を求め、この対応関係を用いて、大気条件を考慮した所定のＩＧＶ開度におけるガスタービン出力に対応するタービン入口温度を推定する。

　燃料配分指令値算出部５３は、タービン入口温度推定部５２が推定したタービン入口温度推定値に基づいて、記憶部が記憶するタービン入口温度推定値と例えばパイロットノズルへ供給する燃料の配分比とを対応付けたテーブルや関数から、パイロットノズルへの配分比を読み出す。同様に燃料配分指令値算出部５３は、タービン入口温度推定値とトップハットノズルへ供給する燃料の配分比とを対応付けたテーブルや関数から、トップハットノズルへの配分比を読み出す。そして、燃料配分指令値算出部５３は、配分比がパーセンテージで表されている場合、パイロットノズル及びトップハットノズルへの配分比の和を１００％から減算して、残りのメインノズルへ供給する燃料の配分比を算出する。燃料配分指令値算出部５３は、各燃料系統への配分比を算出すると、その配分比（燃料配分指令値）を弁開度算出部５５へ出力する。なお、タービン入口温度推定値と各燃料の配分比を定めたテーブルなどから、対象となるタービン入口温度推定値における燃料の配分比が読み出せない場合は、配分比を補間計算によって算出してもよい。

　全燃料流量算出部５４は、ガスタービン出力制御部からＣＳＯを取得して、そのＣＳＯが示す全燃料流量を算出する。全燃料流量とは、燃焼器に供給する燃料流量を示しており、各系統へ配分する燃料の合計である。全燃料流量の算出は、記憶部に記録されたＣＳＯと全燃料流量値との対応テーブルや関数から算出する。全燃料流量算出部５４は、全燃料流量の情報を弁開度算出部５５へ出力する。
　弁開度算出部５５は、燃料配分指令値と全燃料流量とに基づいて、各燃料系統に設けられた流量調節弁の弁開度を算出する。具体的には、弁開度算出部５５は、全燃料流量に各系統への配分比を乗じて、各系統へ供給する燃料流量を計算する。そして、弁開度算出部５５は、各流量調節弁ごとに用意された、燃料流量と弁開度指令値との対応テーブルや関数を用いて、それぞれの流量調節弁の弁開度を算出する。そして弁開度算出部５５は、算出した弁開度に基づいて、パイロット系統燃料流量調節弁１８、メイン系統燃料流量調節弁１９、トップハット系統燃料流量調節弁２０を制御する。なお、燃料流量と弁開度指令値との対応テーブルや関数は記憶部に記憶されている。

　図３は、本発明に係る第一実施形態における燃料配分制御の一例を示す図である。
　図３を用いて本実施形態の燃料配分制御について説明する。
　まず、ガスタービン出力予測値算出部５１は、ガスタービン出力制御部からＣＳＯを取得する。ガスタービン出力予測値算出部５１は、取得したＣＳＯを用いて、予め記録されたＣＳＯとガスタービン出力予測値の対応テーブルを参照してガスタービン出力予測値を算出する（１００）。
　次に、タービン入口温度推定部５２が、圧力計２２から大気圧力、温度計２３から大気温度を取得する。また、タービン入口温度推定部５２は、ＩＧＶ制御装置からＩＧＶ開度指令値を取得する。また、タービン入口温度推定部５２は、ガスタービン出力予測値算出部５１が推定したタービン入口温度推定値を取得する。そして、タービン入口温度推定部５２は、これらのパラメータを用いて所定の方法でタービン入口温度を推定する（１０１）。
　次に燃料配分指令値算出部５３は、タービン入口温度に基づいて各燃料供給系統へ供給する燃料の配分比を算出する（１０２）。燃料配分指令値算出部５３は、配分比の情報を弁開度算出部５５へ出力する。
　一方、全燃料流量算出部５４は、ガスタービン出力制御部からＣＳＯを取得し、全燃料流量を算出する（１０３）。全燃料流量算出部５４は、全燃料流量の情報を弁開度算出部５５へ出力する。
　弁開度算出部５５は、全燃料流量に燃料系統ごとの配分比を乗じて、各燃料系統へ供給する燃料流量を算出する（１０４）。弁開度算出部５５は、各系統への燃料流量から各系統の流量調節弁の弁開度を算出する（１０５）。そして弁開度算出部５５は、各流量調節弁を算出した弁開度指令値に基づいて制御する。

　図４は、本発明に係る第一実施形態における燃料配分制御を適用した結果の一例を示す図である。
　図４に示す通り、本実施形態による燃料配分制御を適用して負荷の増減を行った場合、図１５を用いて説明した従来の結果と異なり、負荷を上げたときの運転ライン７２も、負荷を下げたときの運転ライン７３も燃焼振動発生領域に含まれる部分が無い。
　従来の方法では、実際のガスタービンの出力に応じてタービン入口温度推定値を決定している。その場合、従来の燃料制御装置が、燃料の配分比を決定し、実際に各系統への燃料供給の制御が行い、その結果、ガスタービンの出力が所望の値となるまでには様々な要因により遅れが生じる。様々な要因とは、例えば機械的な遅れ（弁動作遅れ、圧力応答遅れ、燃焼遅れ）や信号からノイズを除去するフィルタ処理などに時間を要するなどの制御的な遅れがある。従来の方法によると、負荷の変動が激しい場合、実際のガスタービンの出力に応じたタービン入口温度推定値に基づいて燃料配分比を決定している。従って、決定した配分比に基づいて、実際に弁開度を制御する際には、既にガスタービンの出力値が変化しており、先に算出した弁開度による制御が実態に合わなくなるようなことが生じる。
　しかし、本実施形態によれば、ＣＳＯに基づいたガスタービン出力の予測値を用いてタービン入口温度推定値を算出することにより、従来の方法では発生しがちであった、実際のガスタービン出力値をフィードバックしてタービン入口温度推定値を算出することによる、タービン入口温度推定値の時間的な遅れを先行的に補償できる。それにより、負荷変化の過渡時においても、運転ラインと目標運転ラインとのずれを小さくすることができ、燃焼振動の発生を回避することができる。

　図５は、本発明に係る第一実施形態における燃料配分制御の変形例を示す図である。
　この変形例では、ガスタービンの出力予測値の算出にＣＳＯ以外のパラメータも使用する。具体的にパラメータとは、大気温度、大気圧力、ＩＧＶ開度指令値、燃料カロリのうちの少なくとも一つである。他の工程については第一実施形態と同様である。
　ガスタービン出力予測値算出部５１は、ＣＳＯに基づいてガスタービン出力予測値を算出する（１００）。また、ガスタービン出力予測値算出部５１は、上述したパラメータのうち少なくとも一つを取得する。それぞれのパラメータについてガスタービン出力予測値算出部５１は、圧力計２２から大気圧力、温度計２３から大気温度、ＩＧＶ制御装置からＩＧＶ開度指令値、燃料系統に備えられた熱量計（図示せず）から燃料カロリを取得する。ガスタービン出力予測値算出部５１は、取得したパラメータを用いて、パラメータごとに予め用意された、それぞれのパラメータの値とガスタービン出力予測値の補正量とを対応付けたテーブルを記憶部から読み、そのテーブルに基づいて補正量を算出する（１００Ｂ）。ガスタービン出力予測値算出部５１は、ＣＳＯに基づいて算出したガスタービン出力予測値に、この補正量を乗じて（又は加算して）、補正後のガスタービン出力予測値を求める。
　この変形例によれば、実際の大気温度、大気圧力、ＩＧＶ開度指令値、燃料カロリに応じたガスタービン出力予測値に基づいて燃料配分比を算出することができる。従って、より実際の環境を反映した燃料流量の制御が可能となり、より燃焼変動のリスクを抑制することができる。なお、これらのパラメータは組み合わせて用いることが可能である。

＜第二実施形態＞
　以下、本発明の第二実施形態による燃料制御装置を図６～図７を参照して説明する。
　図６は本実施形態における燃料制御装置の一例を示すブロック図である。
　図６で示すように、本実施形態において燃料制御装置５０は、ガスタービン出力補正量算出部５６を備えている。また、ガスタービン出力予測値算出部５１が、ガスタービンの予想出力値を算出する方法が第一実施形態とは異なる。他の構成は第一実施形態と同様である。
　ガスタービン出力補正量算出部５６は、ガスタービン出力制御部からＣＳＯを取得して、そのＣＳＯに基づいてガスタービンの出力値の補正量を算出する。ガスタービン出力値補正量の算出は、ＣＳＯとガスタービン出力値補正量とを対応付けたテーブルや微分器を含む関数が予め記憶部に記録されており、ガスタービン出力補正量算出部５６は、取得したＣＳＯを用いてそのテーブルなどを読み込んで、ガスタービン出力値補正量を求める。
　次に、ガスタービン出力補正量算出部５６は、予め定められた重み付け係数Ｐを記憶部から読み込んで、ガスタービン出力補正量算出部５６から取得したガスタービン出力補正量に重み付け係数Ｐを乗じる。そして、ガスタービン出力補正量算出部５６は、その係数Ｐを乗じた補正量をガスタービン出力予測値算出部５１に出力する。
　ガスタービン出力予測値算出部５１は、電力計１７が測定した発電機１６の出力値（ガスタービン出力値）を取得する。そして、ガスタービン出力予測値算出部５１は、このガスタービン出力値と、ガスタービン出力補正量算出部５６から取得したガスタービン出力補正量とからガスタービン出力予測値を算出する。

　図７は、本発明に係る第二実施形態における燃料配分制御の一例を示す図である。
　図７を用いて本実施形態の燃料配分制御について説明する。
　まず、ガスタービン出力補正量算出部５６は、ガスタービン出力制御部からＣＳＯを取得する。ガスタービン出力補正量算出部５６は、取得したＣＳＯを用いて、予め記録されたＣＳＯとガスタービン出力補正量の対応テーブルを参照してガスタービン出力補正量を算出する（１０６）。あるいは、所望のＣＳＯに対する出力補正量がテーブルに無い場合、補間計算によって出力補正量を算出してもよい。
　次に、ガスタービン出力補正量算出部５６が、予め定められた係数Ｐを記憶部から読み込んで、ガスタービン出力補正量に重み付け係数Ｐを乗じる（１０７）。そして、ガスタービン出力補正量算出部５６は、重み付け係数Ｐを乗じた補正量をガスタービン出力予測値算出部５１へ出力する。
　また、ガスタービン出力予測値算出部５１は、電力計１７からガスタービン出力値を取得する。ガスタービン出力予測値算出部５１は、ガスタービン出力値と、ガスタービン出力補正量算出部５６から取得した補正量とを加算してガスタービン出力予測値を算出する（１０８）。以降の工程については、第一実施形態と同様であるため省略する。

　本実施形態によれば、ガスタービン出力の実測値を元に、ＣＳＯに基づいて補正したガスタービン出力予測値を用いてタービン入口温度を推定する。そして、そのタービン入口温度によって各燃料系統への燃料の配分比を決定する。それにより、より実態に即した燃料の配分比制御を行うことができ、燃焼振動の発生リスクをより低減することができる。例えば経年劣化などにより、ＣＳＯとガスタービン出力予測値との対応関係が、設計時から変化しているような場合がある。本実施形態では、それら経年劣化などの実態を取り込んだ実際のガスタービン出力値を用いているため、ガスタービン出力予測値の精度がより高まる。

＜第三実施形態＞
　以下、本発明の第三実施形態による燃料制御装置を図８～図９を参照して説明する。
　図８は、本実施形態における燃料制御装置の一例を示すブロック図である。
　図８で示すように、本実施形態において燃料制御装置５０は、負荷変化レート算出部５７、係数算出部５８を備えている。他の構成は第二実施形態と同様である。
　負荷変化レート算出部５７は、電力計１７から発電機１６の出力測定値を取得する。負荷変化レート算出部５７は、単位時間当たりの負荷の変化を算出する。
　係数算出部５８は、負荷変化レート算出部５７が算出した負荷変化レートに応じた、ガスタービン出力補正量に対する重み付け係数を取得する。重み付け係数の算出は、負荷変化レートと重み付け係数とを対応付けたテーブルや関数が予め記憶部に記録されており、係数算出部５８は、そのテーブルなどを読み込んで、算出した負荷変化に対応する重み付け係数を求める。
　重み付け係数を取得するために、負荷の実測値に基づく負荷変化レートを算出するのではなく、負荷変化に対して時々刻々と変化するガスタービンの目標出力を達成するための出力変化の目標レートを、負荷変化レートの代わりに使用してもよい。この目標レートの値は、ガスタービン出力制御部が、ＣＳＯを決定する過程において算出する値である。負荷変化レート算出部５７は、ガスタービン出力制御部から、負荷変化に対する予め定められた出力変化の目標レートを取得する。そして、係数算出部５８は、その目標レートと重み付け係数との対応テーブルなどから重み付け係数を取得する。

　図９は、本発明に係る第三実施形態における燃料配分制御の一例を示す図である。
　図９を用いて本実施形態の燃料配分制御について説明する。
　まず、負荷変化レート算出部５７は、負荷変化レートを算出する（１０９）。そして、負荷変化レート算出部５７は、算出した負荷変化レートを係数算出部５８に出力する。係数算出部５８は、取得した負荷変化レートに基づいて、それらと重み付け係数を対応付けたテーブルや関数から、負荷変化レートに応じた重み付け係数を取得し（１１０）、ガスタービン出力補正量算出部５６へ出力する。
　ガスタービン出力補正量算出部５６は、第二実施形態と同様にＣＳＯに基づいてガスタービン出力補正量を算出する（１０６）。そして、ガスタービン出力補正量算出部５６は、算出したガスタービン出力補正量と、係数算出部５８から取得した負荷変化レートに応じた重み付け係数とを乗じて、負荷変化レートに応じたガスタービン出力補正量を算出する（１１１）。ガスタービン出力補正量算出部５６は、算出した負荷変化レートに応じたガスタービン出力補正量を、ガスタービン出力予測値算出部５１へ出力する。ガスタービン出力予測値算出部５１は、ガスタービン出力値と、ガスタービン出力補正量算出部５６から取得した補正量とを加算してガスタービン出力予測値を算出する（１０８）。以降の工程については、第一実施形態と同様であるため省略する。
　なお、負荷変化レートの代わりに目標レートを用いる場合、負荷変化レート算出部５７は、ガスタービン出力制御部から目標レートを取得し（１０９）、係数算出部５８へ出力する。係数算出部５８は、目標レートと重み付け係数を対応付けたテーブルや関数から、目標レートに応じた重み付け係数を算出（１１０）し、ガスタービン出力補正量算出部５６へ出力する。以下の工程は、負荷変化レートを用いる場合と同様である。

　本実施形態によれば、負荷変化レートに応じたガスタービン出力補正量を得ることができる。それにより、より正確なタービン入口温度推定値に基づいて燃料の配分比制御を行うことができ、燃焼振動の発生リスクをより低減することができる。

＜第四実施形態＞
　以下、本発明の第四実施形態による燃料制御装置を図１０～図１１を参照して説明する。
　図１０は本実施形態における燃料制御装置の一例を示すブロック図である。
　図１０で示すように、本実施形態において燃料制御装置５０は、係数算出部５８に代えて、負荷変化レート判定部５９を備えている。他の構成は第三実施形態と同様である。
　負荷変化レート判定部５９は、負荷変化レート算出部５７が算出した負荷変化レートを取得し、その値を予め設定され記憶部に記録された閾値Ｑと比較する。負荷変化レートが閾値Ｑ以上であれば、負荷変化レート判定部５９は、予め定められた重み付け係数Ｐをガスタービン出力補正量算出部５６へ出力する。また、負荷変化レートが閾値Ｑより小さければ、負荷変化レート判定部５９は、重み付け係数に値「０」を設定してガスタービン出力補正量算出部５６へ出力する。この閾値Ｑは、ガスタービン出力補正量算出部５６が算出した補正量を、ガスタービン出力値に反映させるか否かを判定する為の値である。

　図１１は、本発明に係る第四実施形態における燃料配分制御の一例を示す図である。
　図１１を用いて本実施形態の燃料配分制御について説明する。
　まず、負荷変化レート算出部５７は、負荷変化レートを算出する（１０９）。そして、負荷変化レート算出部５７は、算出した負荷変化レートを負荷変化レート判定部５９に出力する。負荷変化レート判定部５９は、取得した負荷変化レートが閾値Ｑ以上か否かを判定する。閾値Ｑ以上場合、負荷変化レート判定部５９は、重み付け係数Ｐを記憶部から読み出し、ガスタービン出力補正量算出部５６へ出力する。また、閾値Ｑより小さい場合、負荷変化レート判定部５９は、値「０」をガスタービン出力補正量算出部５６へ出力する（１１２）。
　ガスタービン出力補正量算出部５６は、第二、三実施形態と同様にＣＳＯに基づいてガスタービン補正量を算出し、負荷変化レート判定部５９から取得した重み付け係数とを乗じて、ガスタービン出力補正量を算出する（１１１）。ガスタービン出力補正量算出部５６は、算出したガスタービン出力補正量を、ガスタービン出力予測値算出部５１へ出力する。負荷変化レートが閾値Ｑより小さい場合は、重み付け係数が「０」であるため、ガスタービン出力補正量算出部５６が出力する補正量は、「０」である。
　ガスタービン出力予測値算出部５１は、ガスタービン出力値と、ガスタービン出力補正量算出部５６から取得した補正量とを加算してガスタービン出力予測値を算出する（１０８）。負荷変化レートが閾値Ｑより小さい場合は、補正量が０であるため、ガスタービン出力予測値算出部５１は、実測したガスタービン出力値をタービン入口温度推定部５２へ出力する。以降の工程については、第一実施形態と同様であるため省略する。

　本実施形態によれば、負荷変化レートの大きさに基づいて、意図した負荷変化の場合にのみ、ガスタービン出力値の値をＣＳＯに基づく補正量で補正することができる。実際の運転時においては、ガスタービンの出力が一定であっても、燃料カロリ変化、燃料供給圧力変化などが生じる場合があり、それらの変化に伴いＣＳＯが変動することがある。すると、第一～三実施形態の場合、変動するＣＳＯに影響され、タービン入口温度推定値が変動することになる。本実施形態によれば、そのような外囲条件に変化に対して、不適切に燃料配分比の変更を行い、燃焼振動を生じさせるようなリスクを低減することができる。

＜第五実施形態＞
　以下、本発明の第五実施形態による燃料制御装置を図１２～図１３を参照して説明する。
　図１２は本実施形態における燃料制御装置の一例を示すブロック図である。
　図１２で示すように、本実施形態において燃料制御装置５０は、負荷変化レート算出部５７、係数算出部５８、負荷変化レート判定部５９を備えている。他の構成は第二実施形態と同様である。

　図１３は、本発明に係る第五実施形態における燃料配分制御の一例を示す図である。
　図１３を用いて本実施形態の燃料配分制御について説明する。本実施形態は第三実施形態と第四実施形態とを組み合わせた実施形態である。
　まず、負荷変化レート算出部５７は、負荷変化レートを算出する（１０９）。そして、負荷変化レート算出部５７は、算出した負荷変化レートを係数算出部５８と負荷変化レート判定部５９に出力する。
　係数算出部５８では、第三実施形態と同様に負荷変化レートに基づいた重み付け係数を決定する（１１０）。そして、係数算出部５８は、その重み付け係数を負荷変化レート判定部５９に出力する。
　負荷変化レート判定部５９では、負荷変化レート算出部５７から取得した負荷変化レートが閾値Ｑ以上かどうかを判定し、その負荷変化レートが閾値Ｑ以上であれば係数算出部５８から取得した負荷変化レートに応じた重み付け係数をガスタービン出力補正量算出部５６へ出力する。また、負荷変化レートが閾値Ｑより小さい場合、負荷変化レート判定部５９は、値「０」をガスタービン出力補正量算出部５６へ出力する（１１２）。
　ガスタービン出力補正量算出部５６は、第二～四実施形態と同様にＣＳＯからガスタービン出力補正値を算出し（１０６）、負荷変化レート判定部５９から取得した重み付け係数を乗じる（１１１）。ガスタービン出力予測値算出部５１は、この乗じた値を取得し、実際に測定したガスタービン出力値に加算し、ガスタービン出力予測値を算出する（１０８）。
　タービン入口温度推定部５２は、このようにして算出したガスタービン出力予測値と、大気温度、大気圧力、ＩＧＶ開度指令値に基づいてタービン入口温度を算出し、燃料配分指令値算出部５３は、このタービン入口温度に基づいて各燃料系統へ供給する燃料の配分比を決定する。

　本実施形態によれば、第二～四実施形態の効果を併せ持つことが可能である。

　なお、タービン入口温度推定部５２は、燃焼温度推定値算出部の一例である。また、大気圧力や大気温度は大気条件の一例である。また、負荷変化レートや目標レートは、単位時間当たりガスタービンの出力変化を示す値の一例である。また、ＩＧＶ１４は、燃料と混合し燃焼させる空気の量を制御する弁の一例である。

　なお上述の燃料制御装置５０は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した燃料制御装置５０における各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。

　また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

　その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

　上述した燃料制御装置、燃焼器、ガスタービン、制御方法及びプログラムによれば、負荷変化の過渡期においてもタービン入口温度に対する目標とする燃料系統燃料比と実際の燃料系統燃料比とのずれを抑制することができる。

　１０　　ガスタービン
　１１　　空気圧縮機
　１２　　燃焼器
　１３　　タービン
　１４　　ＩＧＶ
　１５　　ロータ
　１６　　発電機
　１７　　電力計
　１８　　パイロット系燃料流量調節弁
　１９　　メイン系統燃料流量調節弁
　２０　　トップハット系統燃料流量調節弁
　２１　　燃料供給装置
　２２　　圧力計
　２３　　温度計
　５０　　燃料制御装置
　５１　　ガスタービン出力予測値算出部
　５２　　タービン入口温度推定部
　５３　　燃料配分指令値算出部
　５４　　全燃料流量算出部
　５５　　弁開度算出部
　５６　　ガスタービン出力補正量算出部
　５７　　負荷変化レート算出部
　５８　　係数算出部
　５９　　負荷変化レート判定部

Claims

　大気条件と、燃料と混合し燃焼させる空気の量を制御する弁の開度指令値と、複数の燃料供給系統に流れる全燃料流量の算出に用いる燃料制御信号指令値に基づいて算出した出力予測値と、を用いて前記燃料と流入した空気との混合体を燃焼させた場合の温度推定値を算出する燃焼温度推定値算出部と、
　前記温度推定値に基づいて前記複数の燃料供給系統から出力する燃料の配分を示す燃料配分指令値を算出して出力する燃料配分指令値算出部と、
　前記燃料配分指令値と前記燃料制御信号指令値に基づく全燃料流量とに基づいて前記複数の燃料供給系統の燃料流量調節弁の各弁開度を算出する弁開度算出部と、
　を備える燃料制御装置。
　燃料制御信号指令値とガスタービンの出力値との予め定められた対応関係と、前記燃料制御信号指令値とに基づいて、前記出力予測値を算出するガスタービン出力予測値算出部と、
　を備える請求項１に記載の燃料制御装置。
　燃料制御信号指令値とガスタービンの出力を補正する値との予め定められた対応関係と、前記燃料制御信号指令値とに基づいて、前記出力予測値を補正するガスタービン出力補正量を算出するガスタービン出力補正量算出部と、
　ガスタービンの出力値の実測値と前記ガスタービン出力補正量とを用いて前記出力予測値を算出するガスタービン出力予測値算出部と、
　を備える請求項１に記載の燃料制御装置。
　単位時間当たりガスタービンの出力変化を示す値に応じて、前記ガスタービン出力補正量に対する重み付け係数を算出する係数算出部、
　を備える請求項３に記載の燃料制御装置。
　単位時間当たりガスタービンの出力変化を検出し、当該出力変化が所定の値より小さいときは、前記ガスタービン出力補正量を０に設定する負荷変化レート判定部、
　を備える請求項３又は請求項４に記載の燃料制御装置。
　請求項１から請求項５の何れか１項に記載の燃料制御装置を備える、燃焼器。
　請求項１から請求項５の何れか１項に記載の燃料制御装置を備える、ガスタービン。
燃料制御装置が、
　大気条件と、燃料と混合し燃焼させる空気の量を制御する弁の開度指令値と、複数の燃料供給系統に流れる全燃料流量の算出に用いる燃料制御信号指令値に基づいて算出した出力予測値と、を用いて前記燃料と流入した空気との混合体を燃焼させた場合の温度推定値を算出し、
　前記温度推定値に基づいて前記複数の燃料供給系統から出力する燃料の配分を示す燃料配分指令値を算出して出力し、
　前記燃料配分指令値と前記燃料制御信号指令値に基づく全燃料流量とに基づいて前記複数の燃料供給系統の燃料流量調節弁の各弁開度を算出する、
　制御方法。
燃料制御装置のコンピュータを、
　大気条件と、燃料と混合し燃焼させる空気の量を制御する弁の開度指令値と、複数の燃料供給系統に流れる全燃料流量の算出に用いる燃料制御信号指令値に基づいて算出した出力予測値と、を用いて前記燃料と流入した空気との混合体を燃焼させた場合の温度推定値を算出する手段、
　前記温度推定値に基づいて前記複数の燃料供給系統から出力する燃料の配分を示す燃料配分指令値を算出する手段、
　前記燃料配分指令値と前記燃料制御信号指令値に基づく全燃料流量とに基づいて前記複数の燃料供給系統の燃料流量調節弁の各弁開度を算出するする手段、
　として機能させるためのプログラム。