ガスタービンの制御装置及びその方法並びに発電プラント
【課題】温度上昇による機器損傷を防止しつつ、周波数変動に対して軸出力を速やかに追従させ、Ｇｒｉｄ Ｃｏｄｅ要求レスポンスを満足させることのできるガスタービンの制御装置及びその方法並びに発電プラントを提供することを目的とする。
【解決手段】系統周波数が低下する等、ガスタービン出力を要求負荷に追従して速やかに上昇させなければならない期間において、温調制御に基づいて決定されるブレードパス制御信号および排ガス制御信号をそれらの値が大きくなる方向に補正することにより、温調制御に基づく燃焼器２への燃料流量制御を回避させるようにする。
【解決手段】系統周波数が低下する等、ガスタービン出力を要求負荷に追従して速やかに上昇させなければならない期間において、温調制御に基づいて決定されるブレードパス制御信号および排ガス制御信号をそれらの値が大きくなる方向に補正することにより、温調制御に基づく燃焼器２への燃料流量制御を回避させるようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンを備える発電プラントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスタービンを用いた発電プラントにおいて、電力系統に周波数変動が生じた場合に、その変化に応じてガスタービンへの燃料供給量を制御し、電力系統における系統周波数を安定させることが行われている。例えば、系統周波数が低下した場合には、規定の回転数を維持するためにガスタービンへの燃料供給量を増加させ、ガスタービン出力を上昇させることが行われる。
【０００３】
このように周波数変動に対応した運転制御を行う先行技術として、例えば、特開２００４−２７８４８号公報（特許文献１）、特開２００３−２３９７６３号公報（特許文献２）が知られている。特許文献１には、系統周波数の異常が検出された場合に、通常制御と相違した系統周波数の回復を主体とした制御に切り替える技術が示されている。また、特許文献２には、系統周波数の変化率が制限内となるように調整するガバナフリー制御の手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２７８４８号公報
【特許文献２】特開２００３−２３９７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、最近、欧州地区におけるＧｒｉｄ Ｃｏｄｅ（系統運用規則）として、系統周波数の変動に対する負荷追従性が１００％負荷または（１００％＋α）負荷まで要求されてきており、また国内でも同様の動きがある。
このような規則に準拠しようとした場合、高負荷帯における周波数低下発生時には、所定の割合で負荷を上昇させる負荷要求が出され、この負荷要求に速やかに追従するようにガスタービンの軸出力を増加させることが要求される。
しかしながら、要求負荷の上昇に伴いガスタービンの軸出力を急激に上昇させると、燃焼温度の上昇（ガスタービン入口温度）や排ガス温度の上昇が発生し、機器保護の観点から温調制御が作動する事象が発生する。このように、温調制御が作動すると、ガスタービンの軸出力が抑制され、要求負荷に対するガスタービンの軸出力の追従性が悪化することが懸念される。
【０００６】
また特に、蒸気タービンとガスタービンとが同軸で連結されている一軸のＧＴＣＣ（ガスタービンコンバインドサイクル）発電設備では、蒸気タービンの出力増加が遅れるため、Ｇｒｉｄ Ｃｏｄｅで規定された軸出力を満足するためには、蒸気タービン出力の不足分をガスタービンの過負荷運転で補う必要があるため、軸出力および温調の両観点からガスタービンにとっては更に厳しい条件が課せられることとなる。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、温度上昇による機器損傷を防止しつつ、周波数変動に対して軸出力を速やかに追従させ、Ｇｒｉｄ Ｃｏｄｅ要求レスポンスを満足させることのできるガスタービンの制御装置及びその方法並びに発電プラント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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼器に供給して該燃焼器で発生する燃焼ガスによってガスタービンを回転させて発電機を駆動するガスタービンの制御装置であって、前記燃焼器に供給する空気流量を制御する空気流量制御手段と、前記燃焼器に供給する燃料流量を制御する燃料流量制御手段とを備え、前記空気流量制御手段は、系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記発電機の出力が所定値以上の高負荷帯にある場合に、フラグを有効とするフラグ生成手段と、前記フラグが有効の期間において、前記燃焼器に供給する空気流量を過渡的に増加させる空気流量設定手段とを有し、前記燃料流量制御手段は、前記発電機の出力に基づいて第１燃料供給量を決定する負荷制御手段、及び／又は、前記ガスタービンの回転数に基づいて第２燃料供給量を決定するガバナ制御手段と、排ガス温度制御手段と、ブレードパス温度制御手段とを有し、前記排ガス温度制御手段は、前記ガスタービンの排ガス温度に基づいて第３基準燃料供給量を決定する排ガス制御信号生成手段と、前記フラグが有効の場合に、前記第３基準燃料供給量に所定の第１補正量を加算して、前記第３燃料供給量を得る第１補正手段とを有し、前記ブレードパス温度制御手段は、前記排ガス温度よりも前記ガスタービンに近い場所で計測されるブレードパス温度に基づいて第４基準燃料供給量を決定するブレードパス制御信号生成手段と、前記フラグが有効の場合に、前記第４基準燃料供給量に前記第１補正量よりも小さい値に設定されている所定の第２補正量を加算して、前記第４燃料供給量を得る第２補正手段とを有し、前記第１乃至第４燃料供給量の中から最も値の小さい燃料供給量を選択して前記燃焼器に供給する燃料供給量を設定するガスタービンの制御装置を提供する。
【０００９】
このような構成によれば、系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記発電機の出力が所定値以上の高負荷帯にある場合に、フラグ生成手段によりフラグが有効として生成され、これを受けて空気流量設定手段では、燃焼器に供給する空気流量を過渡的に増加させる。一般に、タービン入口温度は燃空比（燃料量／燃焼空気量の比）に比例するため、フラグが有効な場合、すなわち、要求負荷に応じてガスタービンの軸出力を速やかに増加させなければならない期間において、燃焼器に供給する燃料流量を増加させることにより、タービン入口温度を低下させることができる。これにより、タービン入口温度をオーバーシュート制限範囲内に抑えることが可能となる。
【００１０】
また、更に、フラグが有効な場合には、ガスタービンから排出される温度に応じて決定される第３燃料流量および第４燃料流量をこれらの値が増加する方向に補正するので、第３燃料流量および第４燃料流量を、前記発電機の出力に基づいて決定される第１燃料供給量或いはガスタービンの回転数に基づいて決定される第２燃料供給量よりも大きな値とすることが可能となる。これにより、燃焼器に供給させる燃料流量を第１燃料供給量または第２燃料供給量に基づいて決定することができ、燃焼器に供給する燃料流量が温度制御によって干渉されることを回避することができる。この結果、系統周波数が低下した場合等において、ガスタービンの軸出力を要求負荷に追従して速やかに上昇させることが可能となる。
【００１１】
また、排ガス温度は、ブレードパス温度よりもガスタービンから離れた位置で計測される。したがって、排ガス温度に基づく燃料流量制御は、ブレードパス温度に基づく燃料流量制御に比べて制御の応答性が悪い。このため、排ガス温度に基づく温調制御は信頼性が低く、ブレードパス温度に基づく温調制御に比べて、ガスタービンの軸出力制御に干渉する可能性が高いといえる。このような事象に対処するために、第３基準燃料供給量を補正する第１補正値を、第４基準燃料供給量を補正する第２補正値よりも大きな値に設定しておくことで、第３燃料供給量を積極的に増加させ、この第３燃料供給量に基づいて燃焼器への燃料供給量が制御されることを確実に回避させることとしている。
【００１２】
また、逆に、第２補正値については、第１補正値よりも小さな値に設定されているので、第４燃料供給量に基づいて燃焼器への燃料供給量が制御される可能性はある。これにより、排ガス温度に基づく温調制御よりも精度の高いブレードパス温度に基づく温調制御については、ガスタービンの軸出力制御に多少影響力を残しておくので、温度上昇による機器破損等の問題についても回避することが可能となる。
なお、上記ブレードパス温度は、例えば、ガスタービン最終段動翼出口でのガス温度である。
【００１３】
上記ガスタービンの制御装置において、前記第１補正手段は、前記フラグが有効から無効になった後から所定期間経過後に、前記第３基準燃料供給量への前記第１補正量の加算を停止することとしてもよい。
【００１４】
これにより、フラグが有効な期間においては、第３基準燃料供給量を第１補正量で確実に補正することが可能となる。この結果、排ガスに基づく温調制御がガスタービンの軸出力制御に干渉することを確実に防止することができる。
【００１５】
本発明は、圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼器に供給して該燃焼器で発生する燃焼ガスによってガスタービンを回転させて発電機を駆動するガスタービンの制御装置であって、前記燃焼器に供給する空気流量を制御する空気流量制御手段と、前記燃焼器に供給する燃料流量を制御する燃料流量制御手段とを備え、前記空気流量制御手段は、系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記発電機の出力が所定値以上の高負荷帯にある場合に、フラグを有効とするフラグ生成手段と、前記フラグが有効の期間において、前記燃焼器に供給する空気流量を過渡的に増加させる空気流量設定手段とを有し、前記燃料流量制御手段は、前記発電機の出力に基づいて第１燃料供給量を決定する負荷制御手段、及び／又は、前記ガスタービンの回転数に基づいて第２燃料供給量を決定するガバナ制御手段と、前記ガスタービンから排出されるガス温度に基づいて第３燃料供給量を決定するとともに、前記フラグが有効の場合には、前記第３燃料供給量が取りうる上限値を第３燃料供給量として出力する温度制御手段と、前記第１乃至第３燃料供給量の中から最も値の小さい燃料供給量を選択して前記燃焼器に供給する燃料供給量を設定する最小値選択手段とを具備するガスタービンの制御装置を提供する。
【００１６】
このような構成によれば、系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記発電機の出力が所定値以上の高負荷帯にある場合に、フラグ生成手段によりフラグが有効として生成され、これを受けて空気流量設定手段では、燃焼器に供給する空気流量を過渡的に増加させる。これにより、要求負荷に応じてガスタービンの軸出力を速やかに増加させなければならない期間において、燃焼器に供給する燃料流量を増加させることができ、タービン入口温度を低下させることができる。この結果、タービン入口温度をオーバーシュート制限範囲内に抑えることが可能となる。
【００１７】
また、更に、フラグが有効な場合には、ガスタービンから排出される温度に応じて決定される第３燃料流量にその上限値を設定するので、第３燃料流量を前記発電機の出力に基づいて決定される第１燃料供給量或いはガスタービンの回転数に基づいて決定される第２燃料供給量よりも大きな値とすることが可能となる。これにより、燃焼器に供給させる燃料流量を第１燃料供給量または第２燃料供給量に基づいて決定することができ、燃焼器に供給する燃料流量が温度制御によって干渉されることを回避することができる。この結果、系統周波数が低下した場合等において、ガスタービンの軸出力を要求負荷に追従して速やかに上昇させることが可能となる。
【００１８】
上記ガスタービンの制御装置において、前記温度制御手段は、前記フラグが有効から無効になった後から所定期間経過後に、前記第３燃料供給量に前記上限値以外の値を設定することとしてもよい。
【００１９】
これにより、フラグが有効な期間においては、確実に、第３燃料供給量をその上限値に設定することができ、排ガスに基づく温調制御がガスタービンの軸出力制御に干渉することを確実に防止することができる。
【００２０】
上記ガスタービンの制御装置において、前記圧縮機の前段にＩＧＶ調整弁が備えられており、前記ＩＧＶ調整弁の弁開度を調整することにより、前記燃焼器に供給する空気流量を制御する場合において、前記フラグ生成手段は、系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記ＩＧＶ調整弁の開度が標準全開の状態にある場合にも、前記フラグを有効としてもよい。
【００２１】
これにより、系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記ＩＧＶ調整弁の開度が標準全開の状態にある場合にも、温調制御によるガスタービン軸出力への干渉を抑制することが可能となる。
【００２２】
本発明は、圧縮機と、前記圧縮機からの圧縮空気と燃料とが供給される燃焼器と、前記燃焼器で発生する燃焼ガスによって回転するガスタービンと、前記ガスタービンの回転により発電する発電機と、上記いずれかのガスタービンの制御装置とを具備する発電プラントを提供する。
【００２３】
本発明は、圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼器に供給して該燃焼器で発生する燃焼ガスによってガスタービンを回転させて発電機を駆動するガスタービンの制御方法であって、系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記発電機の出力が所定値以上の高負荷帯にある場合に、前記燃焼器に供給する空気流量を過渡的に増加させる第１過程と、前記発電機の出力に基づいて決定された第１燃料供給量、及び／又は、前記ガスタービンの回転数に基づいて決定された第２燃料供給量、前記ガスタービンの排ガス温度に基づいて決定された第３燃料供給量、前記排ガス温度よりも前記ガスタービンに近い場所で計測されるブレードパス温度に基づいて決定された第４燃料供給量の中から最も小さい燃料供給量を選択して前記燃焼器に供給する燃料供給量を設定する第２過程とを含み、前記第１過程により前記燃焼器に供給する空気流量が過渡的に増加されている期間において、前記第２過程では、前記第３燃料供給量に第１補正量を加算し、かつ、前記第４燃料供給量に前記第１補正量よりも小さい値に設定されている第２補正量を加算することにより、第３燃料供給量及び前記第４燃料供給の値を増加させるガスタービンの制御方法を提供する。
【００２４】
本発明は、圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼器に供給して該燃焼器で発生する燃焼ガスによってガスタービンを回転させて発電機を駆動するガスタービンの制御方法であって、系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記発電機の出力が所定値以上の高負荷帯にある場合に、前記燃焼器に供給する空気流量を過渡的に増加させる第１過程と、前記発電機の出力に基づいて決定された第１燃料供給量、及び／又は、前記ガスタービンの回転数に基づいて決定された第２燃料供給量、前記ガスタービンから排出されるガス温度に基づいて決定された第３燃料供給量の中から最も小さい燃料供給量を選択して前記燃焼器に供給する燃料供給量を設定する第２過程とを含み、前記第１過程により前記燃焼器に供給する空気流量が過渡的に増加されている期間において、前記第２過程では、前記第３燃料供給量として前記第３燃料供給量が取りうる上限値が設定されるガスタービンの制御方法を提供する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、温度上昇による機器損傷を防止しつつ、周波数変動に対して軸出力を速やかに追従させ、Ｇｒｉｄ Ｃｏｄｅ要求レスポンスを満足させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る発電プラントのガスタービン周辺における主要構成を示した図である。
【図２】図１に示した空気流量制御部の概略構成を示したブロック図である。
【図３】図２に示したＩＧＶ制御フラグ生成部の概略構成を示したブロック図である。
【図４】図２に示したＩＧＶ制御部の概略構成を示したブロック図である。
【図５】ＩＧＶ制御部が備える各部で参照されるテーブルの例を示した図である。
【図６】図１に示した燃料流量制御部の概略構成を示したブロック図である。
【図７】図６に示した温度制御器が備えるブレードパス温度制御器の概略構成を示したブロック図である。
【図８】図６に示した温度制御器が備える排ガス温度制御器の概略構成を示したブロック図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係るガスタービン制御装置の効果を説明するための図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る排ガス温度制御器の概略構成を示したブロック図である。
【図１１】排ガス温度制御器の他の構成例を示したブロック図である。
【図１２】排ガス温度制御器の他の構成例を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
〔第１の実施形態〕
以下に、本発明の第１の実施形態に係る発電プラントの一実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る発電プラントのガスタービン周辺における主要構成を示した図である。
【００２８】
図１に示すように、発電プラント１０は、空気を圧縮して出力する圧縮機１、圧縮機１からの圧縮空気と燃料配管を経て供給される燃料とを混合燃焼し、燃焼ガスを出力する燃焼器２、燃焼器２からの燃焼ガスにより駆動されるガスタービン３、及びガスタービン３により駆動される発電機４を備えている。この発電プラント１０において、圧縮機１、ガスタービン３、発電機４は同軸により互いに連結されている。
ガスタービン３を通った排気ガスは、排気ダクトを経て蒸気タービン（図示略）等へ送られ、排気ガスのエネルギーが活用される。
【００２９】
上記燃焼器２の燃料配管には、燃料流量を調整するための燃料流量調整弁５が設けられている。この燃料流量調整弁５の開度は、後述のガスタービン制御装置２０により制御される。
圧縮機１の第１段の翼の前側には、圧縮機１へ供給する空気流量を調整するための入口案内翼（以下「ＩＧＶ調整弁」という。）６が設けられている。
【００３０】
ガスタービン３の最終段部には最終段のブレードを通過したガスの温度（以下、「ブレードパス温度」という。）を計測するためのＢＰＴセンサ７が設けられ、また、ＢＰＴセンサ７の配置位置より下流側の排気通路には排ガスの温度（以下、「排ガス温度」という。）を検出するためのＥＸＴセンサ８が設けられている。上述したセンサには、例えば、熱電対等が用いられる。ＢＰＴセンサ７、ＥＸＴセンサ８により計測された温度は、ガスタービン制御装置２０に与えられる。
【００３１】
本実施形態に係るガスタービン制御装置２０は、圧縮機１に供給する空気流量を調整する空気流量制御部（空気流量制御手段）２１と、燃焼器２に供給する燃料流量を制御する燃料流量制御部（燃料流量制御手段）２２とを主な構成として備えている。
【００３２】
空気流量制御部２１は、図２にＩＧＶ制御フラグ生成部（フラグ生成手段）３１と、ＩＧＶ制御部（空気流量設定手段）３２とを備えている。ＩＧＶ制御フラグ生成部３１は、図３に示すように、電力系統の系統周波数が所定閾値α以下となって周波数低信号が有効となり、且つ発電機４の出力が所定値以上の高負荷帯にある場合、または、ＩＧＶ調整弁６の開度が標準全開の状態にある場合に、ＡＮＤゲート４１によりＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧを有効として生成する。ここで、発電機４の出力が所定値（例えば９８［％］）以上の場合に高負荷帯にあるとし、また、通常運転（部分負荷運転等）時におけるＩＧＶ調整弁６の開度全開状態（例えば０［度］または−４［度］）を標準全開の状態とする。
【００３３】
ＩＧＶ制御部３２は、ＩＧＶ調整弁６のアクチュエータへのＩＧＶ開度指令を生成する制御部であり、例えば、図４に示すように、基準指令生成部４２、指令補正部４３、変化率制限部４４を主な構成として備えている。
基準指令生成部４２は、基本的には、発電機出力（ＧＴ出力）に基づいてＩＧＶ開度を設定するものであり、乗算器５１、テーブル関数器（ＦＸ１）５２、リミッタ５３、補正関数器（ＦＸ２）５４および制限関数器（ＦＸ３）５５を備えている。
【００３４】
入力されたＧＴ出力はフィルタを介して乗算器５１に入力される。また、乗算器５１には、テーブル関数器（ＦＸ２）５４において生成されＧＴ出力補正係数Ｋ２が入力され、このＧＴ出力補正係数Ｋ２がＧＴ出力に乗算されて、ＧＴ出力が補正される。ここで、テーブル関数器（ＦＸ２）５４において生成されるＧＴ出力補正係数Ｋ２は、例えば、図５（ｂ）に示すような圧縮機入口温度に対応した関係に基づき決定される。
【００３５】
乗算器５１においてＧＴ出力補正係数Ｋ２によって補正されたＧＴ出力は、テーブル関数器（ＦＸ１）５２に入力される。テーブル関数器（ＦＸ１）は、例えば、図５（ａ）に示すようなＧＴ出力とＩＧＶ開度とが対応付けられたテーブルを有しており、このテーブルから入力されたＧＴ出力に対応するＩＧＶ開度を取得し、このＩＧＶ開度を制限関数器（ＦＸ３）５５に出力する。制限関数器（ＦＸ３）５５は、例えば、図５（ｃ）に示すような圧縮機入口温度とＩＧＶ最大開度との関係を有しており、この関係に基づいてＩＧＶ最大開度Ｍ１を生成し、テーブル関数器（ＦＸ１）５２で生成されたＩＧＶ開度がＩＧＶ最大開度Ｍ１を超えないように制限する。制限関数器（ＦＸ３）５５の出力は、指令補正部４３に出力される。
【００３６】
指令補正部４３は、基準指令生成部４２によって生成されたＩＧＶ開度指令に対して、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧに基づく加算量を加えて、ＩＧＶ開度指令を補正する。具体的には、指令補正部４３は、加算器５６、信号発生器（ＳＧ１）５７、信号発生器（ＳＧ２）５８、信号切換器５９、レートリミッタ６０を備えている。
信号切換器５９は、信号発生器（ＳＧ１）５７で生成された信号と信号発生器（ＳＧ２）５８で生成された信号とをＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧに応じて切り換える。信号切換器５９によって選択された信号はレートリミッタ６０を介して加算器５６に送られ、加算器５６において基準指令生成部４２によって生成されたＩＧＶ開度指令（通常運転時におけるＩＧＶ開度指令）に加算される。
【００３７】
例えば、信号発生器（ＳＧ１）５７に「０」を、信号発生器（ＳＧ２）５８に「−８；緊急時全開状態」を設定しておき、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効になったときには、通常運転時のＩＧＶ開度指令に信号発生器（ＳＧ２）５８の値を加算して、強制的に緊急時全開状態となるようにしている。
【００３８】
変化率制限部４４は、指令補正部４３によって補正されたＩＧＶ開度指令の変化率を制限するものであり、変化率制限器６１、ＯＲゲート６２、信号発生器（ＳＧ３）６３、信号発生器（ＳＧ４）６４、及び信号切換器６５を備えている。
変化率制限部４４において、負荷遮断フラグとＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧとの論理和信号がＯＲゲート６２から信号切換器６５に入力される。信号切換器６５は、信号発生器（ＳＧ３）６３及び信号発生器（ＳＧ４）６４により発生された信号を、ＯＲゲート６２からの信号に応じて切り換え、これを変化率制限器６１に供給してＩＧＶ開度の変化率制限値を変える。ここで、信号発生器（ＳＧ３）６３には通常時の変化率制限値（例えば、４００［％／分］）が、また信号発生器（ＳＧ４）６４には負荷遮断時の変化率制限値（例えば、３０００［％／分］）が、それぞれ設定されている。すなわち、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効になった時には、負荷遮断時の変化率制限値が適用されることとなる。なお、上記レートリミッタ６０は、この変化率制限器６１にその機能を持たせて、削除しても良い。
【００３９】
このようにして設定されたＩＧＶ開度指令は、例えば、図１のＩＧＶ調整弁６の弁開度を調整するアクチュエータに与えられ、このＩＧＶ開度指令に応じたＩＧＶ調整弁６の弁開度制御が実現される。
【００４０】
次に、ガスタービン制御装置２０が備える燃料流量制御部２１について図を参照して説明する。燃料流量制御部２１は、図６に示すように、負荷制御器（負荷制御手段）１１、ガバナ制御器（ガバナ制御手段）１２、温度制御器１３、及び最小値選択器（最小値選択手段）１４を備えて構成されている。
負荷制御器１１は、発電機出力を入力信号として取得し、発電機出力を目標値に一致させるように燃料流量を制御する負荷制御信号ＬＤＣＳＯを算出する。例えば、負荷制御器１１は、発電機出力と目標出力との差分に対して比例積分（ＰＩ）演算を行い、この結果を負荷制御信号ＬＤＣＳＯとして出力する。
【００４１】
ガバナ制御器１２は、ガスタービン３の回転速度又は回転数を入力信号として取得し、ガスタービン３の回転速度又は回転数を目標値に一致させるように燃料流量を制御するガバナ制御信号ＧＶＣＳＯを算出する。例えば、ガバナ制御器１２は、ガスタービン３の回転速度、言い換えれば発電機４の回転速度と予め設定されているＧＶ設定値との差分に対して比例積分（ＰＩ）演算を行い、この結果をガバナ制御信号ＧＶＣＳＯとして出力する。
【００４２】
温度制御器１３は、ブレードパス温度制御器（ブレードパス温度制御手段）１５（図７参照）と排ガス温度制御器（排ガス温度制御手段）１６（図８参照）とを備えている。
ブレードパス温度制御器１５は、図７に示すように、ブレードパス制御信号ＢＰＣＳＯを算出するＢＰ制御信号生成部（ブレードパス制御信号生成手段）７０と、ＢＰ制御信号生成部７０によって生成されたブレードパス制御信号ＢＰＣＳＯを補正する信号補正部（第２補正手段）７１とを備えている。
ＢＰ制御信号生成部７０は、ＢＰＴセンサ７から通知されるブレードパス温度を入力信号として取得し、ブレードパス温度を目標値に一致させるように燃料流量を制御する。例えば、ＢＰ制御信号生成部７０は、ブレードパス温度とブレードパス温度設定値と予め設定されているブレードパス設定値との差分に対して比例積分（ＰＩ）演算を行い、この結果をブレードパス制御信号ＢＰＣＳＯとして出力する。
【００４３】
信号補正部７１は、第１信号（例えば、０）を発生する信号発生器（ＳＧ５）７２と、第２信号（例えば、＋２）を発生する信号発生器（ＳＧ６）７３と、信号発生器（ＳＧ５）７２と（ＳＧ６）７３とをＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効か無効かに応じて切り替える信号切換器７４と、加算器７５とを備えている。このような構成により、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが無効な場合には、信号切換器７４により信号発生器（ＳＧ５）７２の第１信号が選択され、加算器７５で第１信号がＢＰ制御信号生成部７０によって生成されたブレードパス制御信号ＢＰＣＳＯに加算される。このとき、第１補正値は「０」に設定されているので、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが無効な場合には、ＢＰ制御信号生成部７０によって生成されたブレードパス制御信号ＢＰＣＳＯが補正後のブレードパス制御信号ＢＰＣＳＯ´としてそのまま出力される。
【００４４】
これに対し、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効な場合には、信号切換器７４により信号発生器（ＳＧ６）７３の第２信号が選択され、加算器７５で第２信号がＢＰ制御信号生成部７０によって生成されたブレードパス制御信号ＢＰＣＳＯに加算される。これにより、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効な場合には、ＢＰ制御信号生成部７０によって生成されたブレードパス制御信号ＢＰＣＳＯに、第２信号が加算されることにより増加された補正後のブレードパス制御信号ＢＰＣＳＯ´が出力される。
【００４５】
排ガス温度制御器１６は、図８に示すように、排ガス制御信号ＥＸＣＳＯを算出するＥＸ制御信号生成部（排ガス制御信号生成手段）８０と、ＥＸ制御信号生成部８０によって生成された排ガス制御信号ＥＸＣＳＯを補正する信号補正部（第１補正手段）８１とを備えている。
ＥＸ制御信号生成部８０は、ＥＸセンサ８から通知される排ガス温度を入力信号として取得し、排ガス温度を目標値に一致させるように燃料流量を制御する。例えば、ＥＸ制御信号生成部８０は、排ガス温度と予め設定されている排ガス設定値との差分に対して比例積分（ＰＩ）演算を行い、この結果を排ガス制御信号ＥＸＣＳＯとして出力する。
【００４６】
信号補正部８１は、第３信号（例えば、０）を発生する信号発生器（ＳＧ７）８２と、第４信号（例えば、＋２）を発生する信号発生器（ＳＧ８）８３と、信号発生器（ＳＧ７）８２と（ＳＧ８）８３とをＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効か無効かに応じて切り替える信号切換器８４と、加算器８５とを備えている。
【００４７】
ここで、信号発生器（ＳＧ８）８３が発生する第４信号は、ブレードパス温度制御器１５が備える信号発生器（ＳＧ６）７３が発生する第２信号よりも大きな値に設定されている。
【００４８】
このような構成により、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが無効な場合には、信号切換器８４により信号発生器（ＳＧ７）８２の第３信号が選択され、加算器８５で第３信号がＥＸ制御信号生成部８０によって生成された排ガス制御信号ＥＸＣＳＯに加算される。このとき、第３信号は０に設定されているので、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが無効な場合には、ＥＸ制御信号生成部８０によって生成された排ガス制御信号ＥＸＣＳＯが補正後の排ガス制御信号ＥＸＣＳＯ´としてそのまま出力される。
【００４９】
これに対し、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効な場合には、信号切換器８４により信号発生器（ＳＧ８）８３の第４信号が選択され、加算器８５で第４信号がＥＸ制御信号生成部８０によって生成された排ガス制御信号ＥＸＣＳＯに加算される。これにより、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効な場合には、ＥＸ制御信号生成部８０によって生成された排ガス制御信号ＥＸＣＳＯに、第４信号が加算されることにより増加された補正後の排ガス制御信号ＥＸＣＳＯ´が出力される。
【００５０】
上記負荷制御器１１により算出された負荷制御信号ＬＤＣＳＯ、ガバナ制御器１２により算出されたガバナ制御信号ＧＶＣＳＯ、温度制御器１３により算出されたブレードパス制御信号ＢＰＣＳＯ´、及び排ガス制御信号ＥＸＣＳＯ´は、図６に示すように、最小値選択器１４に与えられ、最も低値の制御信号が選択され、燃料流量指令ＣＳＯとして図１に示した燃料流量調整弁５へ与えられる。そして、上記燃料流量指令ＣＳＯに基づいて燃料流量調整弁５の開閉が調整されることにより、最適な流量の燃料が燃焼器２へ供給されることとなる。
【００５１】
以上説明してきたように、本実施形態に係る発電プラント１０及びガスタービン制御装置２０によれば、例えば、電力系統の系統周波数が低下し、所定閾値α以下となった場合には、ガスタービン制御装置２０の空気流量制御部２１が備えるＩＧＶ制御フラグ生成部３１によりＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効として生成されることになる。これを受けてＩＧＶ制御部３２では、ＩＧＶ開度指令が強制的に緊急時全開状態の値に設定され、ＩＧＶ調整弁６の開度は緊急時全開状態となる。
【００５２】
一般に、タービン入口温度は燃空比（燃料量／燃焼空気量の比）に比例することから、ＩＧＶ調整弁６が開く方向にＩＧＶ開度を変化させれば、圧縮機１の吸気流量は増加し燃焼空気量が増加するので、燃空比、即ちタービン入口温度は低下する。また一方、「タービン出力＝タービン通過流量×タービン熱落差×効率」の関係があり、ＩＧＶ調整弁６が開く方向にＩＧＶ開度を変化させれば、圧縮機１の吸気流量が増加してタービン通過流量も増加するので、タービン入口温度低下による熱落差以上にタービン通過流量の増大が寄与すれば発電機４の出力は増加することになる。このため、タービン入口温度をオーバーシュート制限範囲内に抑えると共に、ガスタービンの軸出力も増加させることができるという効果が得られる。
【００５３】
更に、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効な場合には、図９に示すように、ブレードパス制御信号ＢＰＣＳＯの値および排ガス制御信号ＥＸＣＳＯの値を、これらの値が増加する方向に補正するので、最小値選択器１４においてブレードパス制御信号ＢＰＣＳＯ´および排ガス制御信号ＥＸＣＳＯ´が選択されることを回避することが可能となる。
これにより、系統周波数が低下するなどにより、ガスタービンの軸出力を上昇させなければならい期間において、ガスタービンへ供給される燃料流量を温調制御によって抑制することを回避することができ、ガスタービンの出力を負荷要求に追従して速やかに増加させることが可能となる。
【００５４】
また、排ガス温度を計測するＥＸＴセンサ８は、ブレードパス温度を計測するＢＰＴセンサよりも排ガスの排気通路において下流側に設けられている。このため、計測センサ、流動、ダクトの熱容量等の原因により、排ガス温度に基づく温調制御は、ブレードパス温度に基づく温調制御に比べて制御の応答性が悪い。このため、排ガス温度に基づく温調制御は、ブレードパス温度に基づく温調制御に比べて、ガスタービンの軸出力制御に干渉する可能性が高いといえる。本実施形態に係る発電プラント１０及びガスタービン制御装置２０によれば、上述のように、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効な場合、すなわち、電力系統に周波数変動が発生し、ガスタービンの軸出力を要求出力に速やかに追従させなければならいような場合に、ブレードパス温度制御器１５で用いられる第２信号よりも更に大きな値に設定されている第４信号を用いて、積極的に排ガス制御信号ＥＸＣＳＯを増加させる。これにより、後段の最小値選択器１４において排ガス制御信号ＥＸＣＯＳ´が選択されることを確実に防止することができ、排ガス温度に基づく温調制御によりガスタービンの軸出力の上昇が抑制されることを確実に防止することが可能となる。
【００５５】
また、これに対し、ブレードパス温度制御器１５で用いられる第２信号は、上記第４信号に比べて小さめに設定されているので、後段の最小値選択器１４において、ブレードパス制御信号ＢＰＣＳＯ´が選択される可能性を残している。これにより、排ガス温度に基づく温調制御よりも精度の高いブレードパス温度に基づく温調制御については、その機能を有効としておくことが可能となる。このように、温調制御についてもガスタービンの軸出力制御に多少影響度を残しておくので、温度上昇による機器破損等の問題についても回避することができる。
【００５６】
なお、本実施形態では、ブレードパス温度制御器１５および排ガス温度制御器１６において用いられる第１信号乃至第４信号を固定値として取り扱ったが、これら第１信号乃至第４信号の持たせ方については、第４信号が常に第２信号よりも大きな値に設定されるような構成とされていれば、その他の設定については特に限定されない。例えば、固定値ではなく、ＩＧＶ調整弁６の弁開度に応じた関数を各信号発生器に持たせておき、この関数に基づいて信号値を決定することとしてもよい。
【００５７】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係る発電プラント及びガスタービン制御装置について説明する。本実施形態では、温調制御器１３が備える排ガス温度制御器の構成が上述した第１の実施形態と異なる。以下、本実施形態に係る排ガス温度制御器１６−１について、図１０を参照して説明する。
【００５８】
図１０は、本実施形態に係る排ガス温度制御器１６−１の概略構成を示した図である。図１０に示すように、排ガス温度制御器１６−１は、排ガス制御信号ＥＸＣＳＯを算出するＥＸ制御信号生成部８０と、排ガス制御信号ＥＸＣＳＯの上限値ＥＸＣＳＯｍａｘを発生させる信号発生器（ＳＧ９）８６と、排ガス制御信号ＥＸＣＳＯと上限値ＥＸＣＳＯｍａｘとをＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効か無効かに応じて切り替える信号切換器８７とを備えている。ＥＸ制御信号生成部８０は、第１の実施形態と同様の構成である。
【００５９】
このような構成により、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが無効な場合には、ＥＸ制御信号生成部８０で生成された排ガス制御信号ＥＸＣＳＯが信号切換器８７により選択されて、図６の最小値選択器１４に出力される。また、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効な場合には、信号発生器（ＳＧ９）８６で発生された排ガス制御信号ＥＸＣＳＯの上限値ＥＸＣＳＯｍａｘが信号切換器８７により選択されて、図６の最小値選択器１４に出力される。
【００６０】
このように、本実施形態に係る発電プラントおよびガスタービン制御装置によれば、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効な場合には、排ガス制御信号ＥＸＣＳＯを上限値ＥＸＣＳＯｍａｘに設定するので、最小値選択器１４において排ガス制御信号ＥＸＣＳＯｍａｘが選択されることを確実に回避することができる。これにより、周波数変動などにより、ガスタービンの出力を上昇させなければならい期間において、ガスタービン３へ供給される燃料流量を排ガス温度に基づく温調制御によって抑制することを回避することができ、ガスタービン３の出力を負荷要求に追従して速やかに増加させることが可能となる。
【００６１】
なお、本実施形態では、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効である期間において、排ガス制御信号ＥＸＣＳＯを上限値ＥＸＣＳＯｍａｘに設定していたが、これに代えて、例えば、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効となった時点からタイマを設定し、このタイマがカウントアップ（カウントダウン）するまでの所定期間において、排ガス制御信号ＥＸＣＳＯを上限値ＥＸＣＳＯｍａｘに設定することとしてもよい。ここで、タイマの計時期間は、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが通常有効状態となっている期間よりも長めに設定されている。また、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効となった時点でタイマを作動させるのではなく、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効から無効となった時点でタイマの計時を開始することとしてもよい。例えば、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効から無効に切り替わった後、１分経過後に信号切換器８７が選択する信号を切り替えることとしてもよい。このようにすることで、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効になっている全期間に渡って、確実に排ガス制御信号の上限値ＥＸＣＳＯｍａｘを出力することが可能となる。
【００６２】
なお、上記第２の実施形態においては、温調制御器１３がブレードパス温度制御器１５（図７参照）と排ガス温度制御器１６−１とを備える場合について説明したが、例えば、発電プラントによっては、ブレードパス温度と排ガス温度とを区別していない場合がある。このような場合であっても、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効な期間において、温調制御を行う制御器、例えば、ガスタービン３から出力される排ガスの温度に基づいて燃料供給量を決定するための制御信号を設定する制御手段から出力される制御信号（本実施形態においては、ブレードパス制御信号ＢＰＣＳＯや排ガス温度制御信号ＥＸＣＳＯに相当）を上限値に切り替えることとすればよい。
【００６３】
また、上記第１の実施形態、第２の実施形態においては、排ガス温度に基づく温調制御に応答遅れ等があることから、排ガス温度に基づく温調制御を積極的に回避させるべく、排ガス制御信号ＥＸＣＳＯを補正したり、上限値ＥＸＣＳＯｍａｘに切り替えたりしていた。これに代えて、例えば、排ガス温度の応答遅れを補償する補償回路を温調制御器１３の排ガス温度制御器内に設け、これにより排ガス温度に基づく温調制御の応答遅れを解消することとしてもよい。
【００６４】
図１１、図１２に補償回路を設けた場合の排ガス温度制御器の内部構成の一例を示している。図１１は進み位相補償回路９１を設け、排ガス温度に進み位相補正を施した後に、減算器９２により補償後の排ガス温度と排ガス温度設定値との差分を求め、これにＰＩ制御器９３によるＰＩ制御を施すことにより排ガス制御信号ＥＸＣＳＯを算出する。また、図１２は、図１１に示した回路に、更にむだ時間補償回路９４を設けたものである。
【００６５】
このように、排ガス温度の応答遅れを補償する補償回路を設けることにより、温調制御の応答遅れを補償回路によって補償することが可能となる。この結果、上述した第１または第２の実施形態で述べたような排ガス制御信号ＥＸＣＳＯの補正または切換え処理を不要とすることができる。
【符号の説明】
【００６６】
１ 圧縮機
２ 燃焼器
３ ガスタービン
４ 発電機
５ 燃料流量調節弁
６ ＩＧＶ調整弁
７ ＢＰＴセンサ
８ ＥＸＴセンサ
１０ 発電プラント
１１ 負荷制御器
１２ ガバナ制御器
１３ 温度制御器
１４ 最小値選択器
１５ ブレードパス温度制御器
１６，１６−１ 排ガス温度制御器
２０ ガスタービン制御装置
２１ 空気流量制御部
２２ 燃料流量制御部
３１ ＩＧＶ制御フラグ生成部
３２ ＩＧＶ制御部
７０ ＢＰ制御信号生成部
７１ 信号補正部
８０ ＥＸ制御信号生成部
８１ 信号補正部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンを備える発電プラントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスタービンを用いた発電プラントにおいて、電力系統に周波数変動が生じた場合に、その変化に応じてガスタービンへの燃料供給量を制御し、電力系統における系統周波数を安定させることが行われている。例えば、系統周波数が低下した場合には、規定の回転数を維持するためにガスタービンへの燃料供給量を増加させ、ガスタービン出力を上昇させることが行われる。
【０００３】
このように周波数変動に対応した運転制御を行う先行技術として、例えば、特開２００４−２７８４８号公報（特許文献１）、特開２００３−２３９７６３号公報（特許文献２）が知られている。特許文献１には、系統周波数の異常が検出された場合に、通常制御と相違した系統周波数の回復を主体とした制御に切り替える技術が示されている。また、特許文献２には、系統周波数の変化率が制限内となるように調整するガバナフリー制御の手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２７８４８号公報
【特許文献２】特開２００３−２３９７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、最近、欧州地区におけるＧｒｉｄ Ｃｏｄｅ（系統運用規則）として、系統周波数の変動に対する負荷追従性が１００％負荷または（１００％＋α）負荷まで要求されてきており、また国内でも同様の動きがある。
このような規則に準拠しようとした場合、高負荷帯における周波数低下発生時には、所定の割合で負荷を上昇させる負荷要求が出され、この負荷要求に速やかに追従するようにガスタービンの軸出力を増加させることが要求される。
しかしながら、要求負荷の上昇に伴いガスタービンの軸出力を急激に上昇させると、燃焼温度の上昇（ガスタービン入口温度）や排ガス温度の上昇が発生し、機器保護の観点から温調制御が作動する事象が発生する。このように、温調制御が作動すると、ガスタービンの軸出力が抑制され、要求負荷に対するガスタービンの軸出力の追従性が悪化することが懸念される。
【０００６】
また特に、蒸気タービンとガスタービンとが同軸で連結されている一軸のＧＴＣＣ（ガスタービンコンバインドサイクル）発電設備では、蒸気タービンの出力増加が遅れるため、Ｇｒｉｄ Ｃｏｄｅで規定された軸出力を満足するためには、蒸気タービン出力の不足分をガスタービンの過負荷運転で補う必要があるため、軸出力および温調の両観点からガスタービンにとっては更に厳しい条件が課せられることとなる。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、温度上昇による機器損傷を防止しつつ、周波数変動に対して軸出力を速やかに追従させ、Ｇｒｉｄ Ｃｏｄｅ要求レスポンスを満足させることのできるガスタービンの制御装置及びその方法並びに発電プラント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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼器に供給して該燃焼器で発生する燃焼ガスによってガスタービンを回転させて発電機を駆動するガスタービンの制御装置であって、前記燃焼器に供給する空気流量を制御する空気流量制御手段と、前記燃焼器に供給する燃料流量を制御する燃料流量制御手段とを備え、前記空気流量制御手段は、系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記発電機の出力が所定値以上の高負荷帯にある場合に、フラグを有効とするフラグ生成手段と、前記フラグが有効の期間において、前記燃焼器に供給する空気流量を過渡的に増加させる空気流量設定手段とを有し、前記燃料流量制御手段は、前記発電機の出力に基づいて第１燃料供給量を決定する負荷制御手段、及び／又は、前記ガスタービンの回転数に基づいて第２燃料供給量を決定するガバナ制御手段と、排ガス温度制御手段と、ブレードパス温度制御手段とを有し、前記排ガス温度制御手段は、前記ガスタービンの排ガス温度に基づいて第３基準燃料供給量を決定する排ガス制御信号生成手段と、前記フラグが有効の場合に、前記第３基準燃料供給量に所定の第１補正量を加算して、前記第３燃料供給量を得る第１補正手段とを有し、前記ブレードパス温度制御手段は、前記排ガス温度よりも前記ガスタービンに近い場所で計測されるブレードパス温度に基づいて第４基準燃料供給量を決定するブレードパス制御信号生成手段と、前記フラグが有効の場合に、前記第４基準燃料供給量に前記第１補正量よりも小さい値に設定されている所定の第２補正量を加算して、前記第４燃料供給量を得る第２補正手段とを有し、前記第１乃至第４燃料供給量の中から最も値の小さい燃料供給量を選択して前記燃焼器に供給する燃料供給量を設定するガスタービンの制御装置を提供する。
【０００９】
このような構成によれば、系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記発電機の出力が所定値以上の高負荷帯にある場合に、フラグ生成手段によりフラグが有効として生成され、これを受けて空気流量設定手段では、燃焼器に供給する空気流量を過渡的に増加させる。一般に、タービン入口温度は燃空比（燃料量／燃焼空気量の比）に比例するため、フラグが有効な場合、すなわち、要求負荷に応じてガスタービンの軸出力を速やかに増加させなければならない期間において、燃焼器に供給する燃料流量を増加させることにより、タービン入口温度を低下させることができる。これにより、タービン入口温度をオーバーシュート制限範囲内に抑えることが可能となる。
【００１０】
また、更に、フラグが有効な場合には、ガスタービンから排出される温度に応じて決定される第３燃料流量および第４燃料流量をこれらの値が増加する方向に補正するので、第３燃料流量および第４燃料流量を、前記発電機の出力に基づいて決定される第１燃料供給量或いはガスタービンの回転数に基づいて決定される第２燃料供給量よりも大きな値とすることが可能となる。これにより、燃焼器に供給させる燃料流量を第１燃料供給量または第２燃料供給量に基づいて決定することができ、燃焼器に供給する燃料流量が温度制御によって干渉されることを回避することができる。この結果、系統周波数が低下した場合等において、ガスタービンの軸出力を要求負荷に追従して速やかに上昇させることが可能となる。
【００１１】
また、排ガス温度は、ブレードパス温度よりもガスタービンから離れた位置で計測される。したがって、排ガス温度に基づく燃料流量制御は、ブレードパス温度に基づく燃料流量制御に比べて制御の応答性が悪い。このため、排ガス温度に基づく温調制御は信頼性が低く、ブレードパス温度に基づく温調制御に比べて、ガスタービンの軸出力制御に干渉する可能性が高いといえる。このような事象に対処するために、第３基準燃料供給量を補正する第１補正値を、第４基準燃料供給量を補正する第２補正値よりも大きな値に設定しておくことで、第３燃料供給量を積極的に増加させ、この第３燃料供給量に基づいて燃焼器への燃料供給量が制御されることを確実に回避させることとしている。
【００１２】
また、逆に、第２補正値については、第１補正値よりも小さな値に設定されているので、第４燃料供給量に基づいて燃焼器への燃料供給量が制御される可能性はある。これにより、排ガス温度に基づく温調制御よりも精度の高いブレードパス温度に基づく温調制御については、ガスタービンの軸出力制御に多少影響力を残しておくので、温度上昇による機器破損等の問題についても回避することが可能となる。
なお、上記ブレードパス温度は、例えば、ガスタービン最終段動翼出口でのガス温度である。
【００１３】
上記ガスタービンの制御装置において、前記第１補正手段は、前記フラグが有効から無効になった後から所定期間経過後に、前記第３基準燃料供給量への前記第１補正量の加算を停止することとしてもよい。
【００１４】
これにより、フラグが有効な期間においては、第３基準燃料供給量を第１補正量で確実に補正することが可能となる。この結果、排ガスに基づく温調制御がガスタービンの軸出力制御に干渉することを確実に防止することができる。
【００１５】
本発明は、圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼器に供給して該燃焼器で発生する燃焼ガスによってガスタービンを回転させて発電機を駆動するガスタービンの制御装置であって、前記燃焼器に供給する空気流量を制御する空気流量制御手段と、前記燃焼器に供給する燃料流量を制御する燃料流量制御手段とを備え、前記空気流量制御手段は、系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記発電機の出力が所定値以上の高負荷帯にある場合に、フラグを有効とするフラグ生成手段と、前記フラグが有効の期間において、前記燃焼器に供給する空気流量を過渡的に増加させる空気流量設定手段とを有し、前記燃料流量制御手段は、前記発電機の出力に基づいて第１燃料供給量を決定する負荷制御手段、及び／又は、前記ガスタービンの回転数に基づいて第２燃料供給量を決定するガバナ制御手段と、前記ガスタービンから排出されるガス温度に基づいて第３燃料供給量を決定するとともに、前記フラグが有効の場合には、前記第３燃料供給量が取りうる上限値を第３燃料供給量として出力する温度制御手段と、前記第１乃至第３燃料供給量の中から最も値の小さい燃料供給量を選択して前記燃焼器に供給する燃料供給量を設定する最小値選択手段とを具備するガスタービンの制御装置を提供する。
【００１６】
このような構成によれば、系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記発電機の出力が所定値以上の高負荷帯にある場合に、フラグ生成手段によりフラグが有効として生成され、これを受けて空気流量設定手段では、燃焼器に供給する空気流量を過渡的に増加させる。これにより、要求負荷に応じてガスタービンの軸出力を速やかに増加させなければならない期間において、燃焼器に供給する燃料流量を増加させることができ、タービン入口温度を低下させることができる。この結果、タービン入口温度をオーバーシュート制限範囲内に抑えることが可能となる。
【００１７】
また、更に、フラグが有効な場合には、ガスタービンから排出される温度に応じて決定される第３燃料流量にその上限値を設定するので、第３燃料流量を前記発電機の出力に基づいて決定される第１燃料供給量或いはガスタービンの回転数に基づいて決定される第２燃料供給量よりも大きな値とすることが可能となる。これにより、燃焼器に供給させる燃料流量を第１燃料供給量または第２燃料供給量に基づいて決定することができ、燃焼器に供給する燃料流量が温度制御によって干渉されることを回避することができる。この結果、系統周波数が低下した場合等において、ガスタービンの軸出力を要求負荷に追従して速やかに上昇させることが可能となる。
【００１８】
上記ガスタービンの制御装置において、前記温度制御手段は、前記フラグが有効から無効になった後から所定期間経過後に、前記第３燃料供給量に前記上限値以外の値を設定することとしてもよい。
【００１９】
これにより、フラグが有効な期間においては、確実に、第３燃料供給量をその上限値に設定することができ、排ガスに基づく温調制御がガスタービンの軸出力制御に干渉することを確実に防止することができる。
【００２０】
上記ガスタービンの制御装置において、前記圧縮機の前段にＩＧＶ調整弁が備えられており、前記ＩＧＶ調整弁の弁開度を調整することにより、前記燃焼器に供給する空気流量を制御する場合において、前記フラグ生成手段は、系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記ＩＧＶ調整弁の開度が標準全開の状態にある場合にも、前記フラグを有効としてもよい。
【００２１】
これにより、系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記ＩＧＶ調整弁の開度が標準全開の状態にある場合にも、温調制御によるガスタービン軸出力への干渉を抑制することが可能となる。
【００２２】
本発明は、圧縮機と、前記圧縮機からの圧縮空気と燃料とが供給される燃焼器と、前記燃焼器で発生する燃焼ガスによって回転するガスタービンと、前記ガスタービンの回転により発電する発電機と、上記いずれかのガスタービンの制御装置とを具備する発電プラントを提供する。
【００２３】
本発明は、圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼器に供給して該燃焼器で発生する燃焼ガスによってガスタービンを回転させて発電機を駆動するガスタービンの制御方法であって、系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記発電機の出力が所定値以上の高負荷帯にある場合に、前記燃焼器に供給する空気流量を過渡的に増加させる第１過程と、前記発電機の出力に基づいて決定された第１燃料供給量、及び／又は、前記ガスタービンの回転数に基づいて決定された第２燃料供給量、前記ガスタービンの排ガス温度に基づいて決定された第３燃料供給量、前記排ガス温度よりも前記ガスタービンに近い場所で計測されるブレードパス温度に基づいて決定された第４燃料供給量の中から最も小さい燃料供給量を選択して前記燃焼器に供給する燃料供給量を設定する第２過程とを含み、前記第１過程により前記燃焼器に供給する空気流量が過渡的に増加されている期間において、前記第２過程では、前記第３燃料供給量に第１補正量を加算し、かつ、前記第４燃料供給量に前記第１補正量よりも小さい値に設定されている第２補正量を加算することにより、第３燃料供給量及び前記第４燃料供給の値を増加させるガスタービンの制御方法を提供する。
【００２４】
本発明は、圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼器に供給して該燃焼器で発生する燃焼ガスによってガスタービンを回転させて発電機を駆動するガスタービンの制御方法であって、系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記発電機の出力が所定値以上の高負荷帯にある場合に、前記燃焼器に供給する空気流量を過渡的に増加させる第１過程と、前記発電機の出力に基づいて決定された第１燃料供給量、及び／又は、前記ガスタービンの回転数に基づいて決定された第２燃料供給量、前記ガスタービンから排出されるガス温度に基づいて決定された第３燃料供給量の中から最も小さい燃料供給量を選択して前記燃焼器に供給する燃料供給量を設定する第２過程とを含み、前記第１過程により前記燃焼器に供給する空気流量が過渡的に増加されている期間において、前記第２過程では、前記第３燃料供給量として前記第３燃料供給量が取りうる上限値が設定されるガスタービンの制御方法を提供する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、温度上昇による機器損傷を防止しつつ、周波数変動に対して軸出力を速やかに追従させ、Ｇｒｉｄ Ｃｏｄｅ要求レスポンスを満足させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る発電プラントのガスタービン周辺における主要構成を示した図である。
【図２】図１に示した空気流量制御部の概略構成を示したブロック図である。
【図３】図２に示したＩＧＶ制御フラグ生成部の概略構成を示したブロック図である。
【図４】図２に示したＩＧＶ制御部の概略構成を示したブロック図である。
【図５】ＩＧＶ制御部が備える各部で参照されるテーブルの例を示した図である。
【図６】図１に示した燃料流量制御部の概略構成を示したブロック図である。
【図７】図６に示した温度制御器が備えるブレードパス温度制御器の概略構成を示したブロック図である。
【図８】図６に示した温度制御器が備える排ガス温度制御器の概略構成を示したブロック図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係るガスタービン制御装置の効果を説明するための図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る排ガス温度制御器の概略構成を示したブロック図である。
【図１１】排ガス温度制御器の他の構成例を示したブロック図である。
【図１２】排ガス温度制御器の他の構成例を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
〔第１の実施形態〕
以下に、本発明の第１の実施形態に係る発電プラントの一実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る発電プラントのガスタービン周辺における主要構成を示した図である。
【００２８】
図１に示すように、発電プラント１０は、空気を圧縮して出力する圧縮機１、圧縮機１からの圧縮空気と燃料配管を経て供給される燃料とを混合燃焼し、燃焼ガスを出力する燃焼器２、燃焼器２からの燃焼ガスにより駆動されるガスタービン３、及びガスタービン３により駆動される発電機４を備えている。この発電プラント１０において、圧縮機１、ガスタービン３、発電機４は同軸により互いに連結されている。
ガスタービン３を通った排気ガスは、排気ダクトを経て蒸気タービン（図示略）等へ送られ、排気ガスのエネルギーが活用される。
【００２９】
上記燃焼器２の燃料配管には、燃料流量を調整するための燃料流量調整弁５が設けられている。この燃料流量調整弁５の開度は、後述のガスタービン制御装置２０により制御される。
圧縮機１の第１段の翼の前側には、圧縮機１へ供給する空気流量を調整するための入口案内翼（以下「ＩＧＶ調整弁」という。）６が設けられている。
【００３０】
ガスタービン３の最終段部には最終段のブレードを通過したガスの温度（以下、「ブレードパス温度」という。）を計測するためのＢＰＴセンサ７が設けられ、また、ＢＰＴセンサ７の配置位置より下流側の排気通路には排ガスの温度（以下、「排ガス温度」という。）を検出するためのＥＸＴセンサ８が設けられている。上述したセンサには、例えば、熱電対等が用いられる。ＢＰＴセンサ７、ＥＸＴセンサ８により計測された温度は、ガスタービン制御装置２０に与えられる。
【００３１】
本実施形態に係るガスタービン制御装置２０は、圧縮機１に供給する空気流量を調整する空気流量制御部（空気流量制御手段）２１と、燃焼器２に供給する燃料流量を制御する燃料流量制御部（燃料流量制御手段）２２とを主な構成として備えている。
【００３２】
空気流量制御部２１は、図２にＩＧＶ制御フラグ生成部（フラグ生成手段）３１と、ＩＧＶ制御部（空気流量設定手段）３２とを備えている。ＩＧＶ制御フラグ生成部３１は、図３に示すように、電力系統の系統周波数が所定閾値α以下となって周波数低信号が有効となり、且つ発電機４の出力が所定値以上の高負荷帯にある場合、または、ＩＧＶ調整弁６の開度が標準全開の状態にある場合に、ＡＮＤゲート４１によりＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧを有効として生成する。ここで、発電機４の出力が所定値（例えば９８［％］）以上の場合に高負荷帯にあるとし、また、通常運転（部分負荷運転等）時におけるＩＧＶ調整弁６の開度全開状態（例えば０［度］または−４［度］）を標準全開の状態とする。
【００３３】
ＩＧＶ制御部３２は、ＩＧＶ調整弁６のアクチュエータへのＩＧＶ開度指令を生成する制御部であり、例えば、図４に示すように、基準指令生成部４２、指令補正部４３、変化率制限部４４を主な構成として備えている。
基準指令生成部４２は、基本的には、発電機出力（ＧＴ出力）に基づいてＩＧＶ開度を設定するものであり、乗算器５１、テーブル関数器（ＦＸ１）５２、リミッタ５３、補正関数器（ＦＸ２）５４および制限関数器（ＦＸ３）５５を備えている。
【００３４】
入力されたＧＴ出力はフィルタを介して乗算器５１に入力される。また、乗算器５１には、テーブル関数器（ＦＸ２）５４において生成されＧＴ出力補正係数Ｋ２が入力され、このＧＴ出力補正係数Ｋ２がＧＴ出力に乗算されて、ＧＴ出力が補正される。ここで、テーブル関数器（ＦＸ２）５４において生成されるＧＴ出力補正係数Ｋ２は、例えば、図５（ｂ）に示すような圧縮機入口温度に対応した関係に基づき決定される。
【００３５】
乗算器５１においてＧＴ出力補正係数Ｋ２によって補正されたＧＴ出力は、テーブル関数器（ＦＸ１）５２に入力される。テーブル関数器（ＦＸ１）は、例えば、図５（ａ）に示すようなＧＴ出力とＩＧＶ開度とが対応付けられたテーブルを有しており、このテーブルから入力されたＧＴ出力に対応するＩＧＶ開度を取得し、このＩＧＶ開度を制限関数器（ＦＸ３）５５に出力する。制限関数器（ＦＸ３）５５は、例えば、図５（ｃ）に示すような圧縮機入口温度とＩＧＶ最大開度との関係を有しており、この関係に基づいてＩＧＶ最大開度Ｍ１を生成し、テーブル関数器（ＦＸ１）５２で生成されたＩＧＶ開度がＩＧＶ最大開度Ｍ１を超えないように制限する。制限関数器（ＦＸ３）５５の出力は、指令補正部４３に出力される。
【００３６】
指令補正部４３は、基準指令生成部４２によって生成されたＩＧＶ開度指令に対して、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧに基づく加算量を加えて、ＩＧＶ開度指令を補正する。具体的には、指令補正部４３は、加算器５６、信号発生器（ＳＧ１）５７、信号発生器（ＳＧ２）５８、信号切換器５９、レートリミッタ６０を備えている。
信号切換器５９は、信号発生器（ＳＧ１）５７で生成された信号と信号発生器（ＳＧ２）５８で生成された信号とをＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧに応じて切り換える。信号切換器５９によって選択された信号はレートリミッタ６０を介して加算器５６に送られ、加算器５６において基準指令生成部４２によって生成されたＩＧＶ開度指令（通常運転時におけるＩＧＶ開度指令）に加算される。
【００３７】
例えば、信号発生器（ＳＧ１）５７に「０」を、信号発生器（ＳＧ２）５８に「−８；緊急時全開状態」を設定しておき、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効になったときには、通常運転時のＩＧＶ開度指令に信号発生器（ＳＧ２）５８の値を加算して、強制的に緊急時全開状態となるようにしている。
【００３８】
変化率制限部４４は、指令補正部４３によって補正されたＩＧＶ開度指令の変化率を制限するものであり、変化率制限器６１、ＯＲゲート６２、信号発生器（ＳＧ３）６３、信号発生器（ＳＧ４）６４、及び信号切換器６５を備えている。
変化率制限部４４において、負荷遮断フラグとＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧとの論理和信号がＯＲゲート６２から信号切換器６５に入力される。信号切換器６５は、信号発生器（ＳＧ３）６３及び信号発生器（ＳＧ４）６４により発生された信号を、ＯＲゲート６２からの信号に応じて切り換え、これを変化率制限器６１に供給してＩＧＶ開度の変化率制限値を変える。ここで、信号発生器（ＳＧ３）６３には通常時の変化率制限値（例えば、４００［％／分］）が、また信号発生器（ＳＧ４）６４には負荷遮断時の変化率制限値（例えば、３０００［％／分］）が、それぞれ設定されている。すなわち、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効になった時には、負荷遮断時の変化率制限値が適用されることとなる。なお、上記レートリミッタ６０は、この変化率制限器６１にその機能を持たせて、削除しても良い。
【００３９】
このようにして設定されたＩＧＶ開度指令は、例えば、図１のＩＧＶ調整弁６の弁開度を調整するアクチュエータに与えられ、このＩＧＶ開度指令に応じたＩＧＶ調整弁６の弁開度制御が実現される。
【００４０】
次に、ガスタービン制御装置２０が備える燃料流量制御部２１について図を参照して説明する。燃料流量制御部２１は、図６に示すように、負荷制御器（負荷制御手段）１１、ガバナ制御器（ガバナ制御手段）１２、温度制御器１３、及び最小値選択器（最小値選択手段）１４を備えて構成されている。
負荷制御器１１は、発電機出力を入力信号として取得し、発電機出力を目標値に一致させるように燃料流量を制御する負荷制御信号ＬＤＣＳＯを算出する。例えば、負荷制御器１１は、発電機出力と目標出力との差分に対して比例積分（ＰＩ）演算を行い、この結果を負荷制御信号ＬＤＣＳＯとして出力する。
【００４１】
ガバナ制御器１２は、ガスタービン３の回転速度又は回転数を入力信号として取得し、ガスタービン３の回転速度又は回転数を目標値に一致させるように燃料流量を制御するガバナ制御信号ＧＶＣＳＯを算出する。例えば、ガバナ制御器１２は、ガスタービン３の回転速度、言い換えれば発電機４の回転速度と予め設定されているＧＶ設定値との差分に対して比例積分（ＰＩ）演算を行い、この結果をガバナ制御信号ＧＶＣＳＯとして出力する。
【００４２】
温度制御器１３は、ブレードパス温度制御器（ブレードパス温度制御手段）１５（図７参照）と排ガス温度制御器（排ガス温度制御手段）１６（図８参照）とを備えている。
ブレードパス温度制御器１５は、図７に示すように、ブレードパス制御信号ＢＰＣＳＯを算出するＢＰ制御信号生成部（ブレードパス制御信号生成手段）７０と、ＢＰ制御信号生成部７０によって生成されたブレードパス制御信号ＢＰＣＳＯを補正する信号補正部（第２補正手段）７１とを備えている。
ＢＰ制御信号生成部７０は、ＢＰＴセンサ７から通知されるブレードパス温度を入力信号として取得し、ブレードパス温度を目標値に一致させるように燃料流量を制御する。例えば、ＢＰ制御信号生成部７０は、ブレードパス温度とブレードパス温度設定値と予め設定されているブレードパス設定値との差分に対して比例積分（ＰＩ）演算を行い、この結果をブレードパス制御信号ＢＰＣＳＯとして出力する。
【００４３】
信号補正部７１は、第１信号（例えば、０）を発生する信号発生器（ＳＧ５）７２と、第２信号（例えば、＋２）を発生する信号発生器（ＳＧ６）７３と、信号発生器（ＳＧ５）７２と（ＳＧ６）７３とをＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効か無効かに応じて切り替える信号切換器７４と、加算器７５とを備えている。このような構成により、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが無効な場合には、信号切換器７４により信号発生器（ＳＧ５）７２の第１信号が選択され、加算器７５で第１信号がＢＰ制御信号生成部７０によって生成されたブレードパス制御信号ＢＰＣＳＯに加算される。このとき、第１補正値は「０」に設定されているので、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが無効な場合には、ＢＰ制御信号生成部７０によって生成されたブレードパス制御信号ＢＰＣＳＯが補正後のブレードパス制御信号ＢＰＣＳＯ´としてそのまま出力される。
【００４４】
これに対し、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効な場合には、信号切換器７４により信号発生器（ＳＧ６）７３の第２信号が選択され、加算器７５で第２信号がＢＰ制御信号生成部７０によって生成されたブレードパス制御信号ＢＰＣＳＯに加算される。これにより、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効な場合には、ＢＰ制御信号生成部７０によって生成されたブレードパス制御信号ＢＰＣＳＯに、第２信号が加算されることにより増加された補正後のブレードパス制御信号ＢＰＣＳＯ´が出力される。
【００４５】
排ガス温度制御器１６は、図８に示すように、排ガス制御信号ＥＸＣＳＯを算出するＥＸ制御信号生成部（排ガス制御信号生成手段）８０と、ＥＸ制御信号生成部８０によって生成された排ガス制御信号ＥＸＣＳＯを補正する信号補正部（第１補正手段）８１とを備えている。
ＥＸ制御信号生成部８０は、ＥＸセンサ８から通知される排ガス温度を入力信号として取得し、排ガス温度を目標値に一致させるように燃料流量を制御する。例えば、ＥＸ制御信号生成部８０は、排ガス温度と予め設定されている排ガス設定値との差分に対して比例積分（ＰＩ）演算を行い、この結果を排ガス制御信号ＥＸＣＳＯとして出力する。
【００４６】
信号補正部８１は、第３信号（例えば、０）を発生する信号発生器（ＳＧ７）８２と、第４信号（例えば、＋２）を発生する信号発生器（ＳＧ８）８３と、信号発生器（ＳＧ７）８２と（ＳＧ８）８３とをＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効か無効かに応じて切り替える信号切換器８４と、加算器８５とを備えている。
【００４７】
ここで、信号発生器（ＳＧ８）８３が発生する第４信号は、ブレードパス温度制御器１５が備える信号発生器（ＳＧ６）７３が発生する第２信号よりも大きな値に設定されている。
【００４８】
このような構成により、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが無効な場合には、信号切換器８４により信号発生器（ＳＧ７）８２の第３信号が選択され、加算器８５で第３信号がＥＸ制御信号生成部８０によって生成された排ガス制御信号ＥＸＣＳＯに加算される。このとき、第３信号は０に設定されているので、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが無効な場合には、ＥＸ制御信号生成部８０によって生成された排ガス制御信号ＥＸＣＳＯが補正後の排ガス制御信号ＥＸＣＳＯ´としてそのまま出力される。
【００４９】
これに対し、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効な場合には、信号切換器８４により信号発生器（ＳＧ８）８３の第４信号が選択され、加算器８５で第４信号がＥＸ制御信号生成部８０によって生成された排ガス制御信号ＥＸＣＳＯに加算される。これにより、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効な場合には、ＥＸ制御信号生成部８０によって生成された排ガス制御信号ＥＸＣＳＯに、第４信号が加算されることにより増加された補正後の排ガス制御信号ＥＸＣＳＯ´が出力される。
【００５０】
上記負荷制御器１１により算出された負荷制御信号ＬＤＣＳＯ、ガバナ制御器１２により算出されたガバナ制御信号ＧＶＣＳＯ、温度制御器１３により算出されたブレードパス制御信号ＢＰＣＳＯ´、及び排ガス制御信号ＥＸＣＳＯ´は、図６に示すように、最小値選択器１４に与えられ、最も低値の制御信号が選択され、燃料流量指令ＣＳＯとして図１に示した燃料流量調整弁５へ与えられる。そして、上記燃料流量指令ＣＳＯに基づいて燃料流量調整弁５の開閉が調整されることにより、最適な流量の燃料が燃焼器２へ供給されることとなる。
【００５１】
以上説明してきたように、本実施形態に係る発電プラント１０及びガスタービン制御装置２０によれば、例えば、電力系統の系統周波数が低下し、所定閾値α以下となった場合には、ガスタービン制御装置２０の空気流量制御部２１が備えるＩＧＶ制御フラグ生成部３１によりＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効として生成されることになる。これを受けてＩＧＶ制御部３２では、ＩＧＶ開度指令が強制的に緊急時全開状態の値に設定され、ＩＧＶ調整弁６の開度は緊急時全開状態となる。
【００５２】
一般に、タービン入口温度は燃空比（燃料量／燃焼空気量の比）に比例することから、ＩＧＶ調整弁６が開く方向にＩＧＶ開度を変化させれば、圧縮機１の吸気流量は増加し燃焼空気量が増加するので、燃空比、即ちタービン入口温度は低下する。また一方、「タービン出力＝タービン通過流量×タービン熱落差×効率」の関係があり、ＩＧＶ調整弁６が開く方向にＩＧＶ開度を変化させれば、圧縮機１の吸気流量が増加してタービン通過流量も増加するので、タービン入口温度低下による熱落差以上にタービン通過流量の増大が寄与すれば発電機４の出力は増加することになる。このため、タービン入口温度をオーバーシュート制限範囲内に抑えると共に、ガスタービンの軸出力も増加させることができるという効果が得られる。
【００５３】
更に、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効な場合には、図９に示すように、ブレードパス制御信号ＢＰＣＳＯの値および排ガス制御信号ＥＸＣＳＯの値を、これらの値が増加する方向に補正するので、最小値選択器１４においてブレードパス制御信号ＢＰＣＳＯ´および排ガス制御信号ＥＸＣＳＯ´が選択されることを回避することが可能となる。
これにより、系統周波数が低下するなどにより、ガスタービンの軸出力を上昇させなければならい期間において、ガスタービンへ供給される燃料流量を温調制御によって抑制することを回避することができ、ガスタービンの出力を負荷要求に追従して速やかに増加させることが可能となる。
【００５４】
また、排ガス温度を計測するＥＸＴセンサ８は、ブレードパス温度を計測するＢＰＴセンサよりも排ガスの排気通路において下流側に設けられている。このため、計測センサ、流動、ダクトの熱容量等の原因により、排ガス温度に基づく温調制御は、ブレードパス温度に基づく温調制御に比べて制御の応答性が悪い。このため、排ガス温度に基づく温調制御は、ブレードパス温度に基づく温調制御に比べて、ガスタービンの軸出力制御に干渉する可能性が高いといえる。本実施形態に係る発電プラント１０及びガスタービン制御装置２０によれば、上述のように、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効な場合、すなわち、電力系統に周波数変動が発生し、ガスタービンの軸出力を要求出力に速やかに追従させなければならいような場合に、ブレードパス温度制御器１５で用いられる第２信号よりも更に大きな値に設定されている第４信号を用いて、積極的に排ガス制御信号ＥＸＣＳＯを増加させる。これにより、後段の最小値選択器１４において排ガス制御信号ＥＸＣＯＳ´が選択されることを確実に防止することができ、排ガス温度に基づく温調制御によりガスタービンの軸出力の上昇が抑制されることを確実に防止することが可能となる。
【００５５】
また、これに対し、ブレードパス温度制御器１５で用いられる第２信号は、上記第４信号に比べて小さめに設定されているので、後段の最小値選択器１４において、ブレードパス制御信号ＢＰＣＳＯ´が選択される可能性を残している。これにより、排ガス温度に基づく温調制御よりも精度の高いブレードパス温度に基づく温調制御については、その機能を有効としておくことが可能となる。このように、温調制御についてもガスタービンの軸出力制御に多少影響度を残しておくので、温度上昇による機器破損等の問題についても回避することができる。
【００５６】
なお、本実施形態では、ブレードパス温度制御器１５および排ガス温度制御器１６において用いられる第１信号乃至第４信号を固定値として取り扱ったが、これら第１信号乃至第４信号の持たせ方については、第４信号が常に第２信号よりも大きな値に設定されるような構成とされていれば、その他の設定については特に限定されない。例えば、固定値ではなく、ＩＧＶ調整弁６の弁開度に応じた関数を各信号発生器に持たせておき、この関数に基づいて信号値を決定することとしてもよい。
【００５７】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係る発電プラント及びガスタービン制御装置について説明する。本実施形態では、温調制御器１３が備える排ガス温度制御器の構成が上述した第１の実施形態と異なる。以下、本実施形態に係る排ガス温度制御器１６−１について、図１０を参照して説明する。
【００５８】
図１０は、本実施形態に係る排ガス温度制御器１６−１の概略構成を示した図である。図１０に示すように、排ガス温度制御器１６−１は、排ガス制御信号ＥＸＣＳＯを算出するＥＸ制御信号生成部８０と、排ガス制御信号ＥＸＣＳＯの上限値ＥＸＣＳＯｍａｘを発生させる信号発生器（ＳＧ９）８６と、排ガス制御信号ＥＸＣＳＯと上限値ＥＸＣＳＯｍａｘとをＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効か無効かに応じて切り替える信号切換器８７とを備えている。ＥＸ制御信号生成部８０は、第１の実施形態と同様の構成である。
【００５９】
このような構成により、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが無効な場合には、ＥＸ制御信号生成部８０で生成された排ガス制御信号ＥＸＣＳＯが信号切換器８７により選択されて、図６の最小値選択器１４に出力される。また、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効な場合には、信号発生器（ＳＧ９）８６で発生された排ガス制御信号ＥＸＣＳＯの上限値ＥＸＣＳＯｍａｘが信号切換器８７により選択されて、図６の最小値選択器１４に出力される。
【００６０】
このように、本実施形態に係る発電プラントおよびガスタービン制御装置によれば、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効な場合には、排ガス制御信号ＥＸＣＳＯを上限値ＥＸＣＳＯｍａｘに設定するので、最小値選択器１４において排ガス制御信号ＥＸＣＳＯｍａｘが選択されることを確実に回避することができる。これにより、周波数変動などにより、ガスタービンの出力を上昇させなければならい期間において、ガスタービン３へ供給される燃料流量を排ガス温度に基づく温調制御によって抑制することを回避することができ、ガスタービン３の出力を負荷要求に追従して速やかに増加させることが可能となる。
【００６１】
なお、本実施形態では、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効である期間において、排ガス制御信号ＥＸＣＳＯを上限値ＥＸＣＳＯｍａｘに設定していたが、これに代えて、例えば、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効となった時点からタイマを設定し、このタイマがカウントアップ（カウントダウン）するまでの所定期間において、排ガス制御信号ＥＸＣＳＯを上限値ＥＸＣＳＯｍａｘに設定することとしてもよい。ここで、タイマの計時期間は、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが通常有効状態となっている期間よりも長めに設定されている。また、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効となった時点でタイマを作動させるのではなく、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効から無効となった時点でタイマの計時を開始することとしてもよい。例えば、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効から無効に切り替わった後、１分経過後に信号切換器８７が選択する信号を切り替えることとしてもよい。このようにすることで、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効になっている全期間に渡って、確実に排ガス制御信号の上限値ＥＸＣＳＯｍａｘを出力することが可能となる。
【００６２】
なお、上記第２の実施形態においては、温調制御器１３がブレードパス温度制御器１５（図７参照）と排ガス温度制御器１６−１とを備える場合について説明したが、例えば、発電プラントによっては、ブレードパス温度と排ガス温度とを区別していない場合がある。このような場合であっても、ＩＧＶ緊急時全開フラグＦＬＧが有効な期間において、温調制御を行う制御器、例えば、ガスタービン３から出力される排ガスの温度に基づいて燃料供給量を決定するための制御信号を設定する制御手段から出力される制御信号（本実施形態においては、ブレードパス制御信号ＢＰＣＳＯや排ガス温度制御信号ＥＸＣＳＯに相当）を上限値に切り替えることとすればよい。
【００６３】
また、上記第１の実施形態、第２の実施形態においては、排ガス温度に基づく温調制御に応答遅れ等があることから、排ガス温度に基づく温調制御を積極的に回避させるべく、排ガス制御信号ＥＸＣＳＯを補正したり、上限値ＥＸＣＳＯｍａｘに切り替えたりしていた。これに代えて、例えば、排ガス温度の応答遅れを補償する補償回路を温調制御器１３の排ガス温度制御器内に設け、これにより排ガス温度に基づく温調制御の応答遅れを解消することとしてもよい。
【００６４】
図１１、図１２に補償回路を設けた場合の排ガス温度制御器の内部構成の一例を示している。図１１は進み位相補償回路９１を設け、排ガス温度に進み位相補正を施した後に、減算器９２により補償後の排ガス温度と排ガス温度設定値との差分を求め、これにＰＩ制御器９３によるＰＩ制御を施すことにより排ガス制御信号ＥＸＣＳＯを算出する。また、図１２は、図１１に示した回路に、更にむだ時間補償回路９４を設けたものである。
【００６５】
このように、排ガス温度の応答遅れを補償する補償回路を設けることにより、温調制御の応答遅れを補償回路によって補償することが可能となる。この結果、上述した第１または第２の実施形態で述べたような排ガス制御信号ＥＸＣＳＯの補正または切換え処理を不要とすることができる。
【符号の説明】
【００６６】
１ 圧縮機
２ 燃焼器
３ ガスタービン
４ 発電機
５ 燃料流量調節弁
６ ＩＧＶ調整弁
７ ＢＰＴセンサ
８ ＥＸＴセンサ
１０ 発電プラント
１１ 負荷制御器
１２ ガバナ制御器
１３ 温度制御器
１４ 最小値選択器
１５ ブレードパス温度制御器
１６，１６−１ 排ガス温度制御器
２０ ガスタービン制御装置
２１ 空気流量制御部
２２ 燃料流量制御部
３１ ＩＧＶ制御フラグ生成部
３２ ＩＧＶ制御部
７０ ＢＰ制御信号生成部
７１ 信号補正部
８０ ＥＸ制御信号生成部
８１ 信号補正部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼器に供給して該燃焼器で発生する燃焼ガスによってガスタービンを回転させて発電機を駆動するガスタービンの制御装置であって、
前記燃焼器に供給する空気流量を制御する空気流量制御手段と、
前記燃焼器に供給する燃料流量を制御する燃料流量制御手段とを備え、
前記空気流量制御手段は、
系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記発電機の出力が所定値以上の高負荷帯にある場合に、フラグを有効とするフラグ生成手段と、
前記フラグが有効の期間において、前記燃焼器に供給する空気流量を過渡的に増加させる空気流量設定手段とを有し、
前記燃料流量制御手段は、
前記発電機の出力に基づいて第１燃料供給量を決定する負荷制御手段、及び／又は、前記ガスタービンの回転数に基づいて第２燃料供給量を決定するガバナ制御手段と、
排ガス温度制御手段と、
ブレードパス温度制御手段とを有し、
前記排ガス温度制御手段は、
前記ガスタービンの排ガス温度に基づいて第３基準燃料供給量を決定する排ガス制御信号生成手段と、
前記フラグが有効の場合に、前記第３基準燃料供給量に所定の第１補正量を加算して、前記第３燃料供給量を得る第１補正手段とを有し、
前記ブレードパス温度制御手段は、
前記排ガス温度よりも前記ガスタービンに近い場所で計測されるブレードパス温度に基づいて第４基準燃料供給量を決定するブレードパス制御信号生成手段と、
前記フラグが有効の場合に、前記第４基準燃料供給量に前記第１補正量よりも小さい値に設定されている所定の第２補正量を加算して、前記第４燃料供給量を得る第２補正手段とを有し、
前記第１乃至第４燃料供給量の中から最も値の小さい燃料供給量を選択して前記燃焼器に供給する燃料供給量を設定するガスタービンの制御装置。
【請求項２】
前記第１補正手段は、前記フラグが有効から無効になった後から所定期間経過後に、前記第３基準燃料供給量への前記第１補正量の加算を停止する請求項１に記載のガスタービンの制御装置。
【請求項３】
圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼器に供給して該燃焼器で発生する燃焼ガスによってガスタービンを回転させて発電機を駆動するガスタービンの制御装置であって、
前記燃焼器に供給する空気流量を制御する空気流量制御手段と、
前記燃焼器に供給する燃料流量を制御する燃料流量制御手段とを備え、
前記空気流量制御手段は、系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記発電機の出力が所定値以上の高負荷帯にある場合に、フラグを有効とするフラグ生成手段と、
前記フラグが有効の期間において、前記燃焼器に供給する空気流量を過渡的に増加させる空気流量設定手段とを有し、
前記燃料流量制御手段は、
前記発電機の出力に基づいて第１燃料供給量を決定する負荷制御手段、及び／又は、前記ガスタービンの回転数に基づいて第２燃料供給量を決定するガバナ制御手段と、
前記ガスタービンから排出されるガス温度に基づいて第３燃料供給量を決定するとともに、前記フラグが有効の場合には、前記第３燃料供給量が取りうる上限値を第３燃料供給量として出力する温度制御手段と、
前記第１乃至第３燃料供給量の中から最も値の小さい燃料供給量を選択して前記燃焼器に供給する燃料供給量を設定する最小値選択手段とを具備するガスタービンの制御装置。
【請求項４】
前記温度制御手段は、前記フラグが有効から無効になった後から所定期間経過後に、前記第３燃料供給量に前記上限値以外の値を設定する請求項３に記載のガスタービンの制御装置。
【請求項５】
前記圧縮機の前段にＩＧＶ調整弁が備えられており、前記ＩＧＶ調整弁の弁開度を調整することにより、前記燃焼器に供給する空気流量を制御する場合において、前記フラグ生成手段は、系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記ＩＧＶ調整弁の開度が標準全開の状態にある場合にも、前記フラグを有効とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のガスタービンの制御装置。
【請求項６】
圧縮機と、
前記圧縮機からの圧縮空気と燃料とが供給される燃焼器と、
前記燃焼器で発生する燃焼ガスによって回転するガスタービンと、
前記ガスタービンの回転により発電する発電機と、
請求項１から請求項５のいずれかに記載のガスタービンの制御装置と
を具備する発電プラント。
【請求項７】
圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼器に供給して該燃焼器で発生する燃焼ガスによってガスタービンを回転させて発電機を駆動するガスタービンの制御方法であって、
系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記発電機の出力が所定値以上の高負荷帯にある場合に、前記燃焼器に供給する空気流量を過渡的に増加させる第１過程と、
前記発電機の出力に基づいて決定された第１燃料供給量、及び／又は、前記ガスタービンの回転数に基づいて決定された第２燃料供給量、前記ガスタービンの排ガス温度に基づいて決定された第３燃料供給量、前記排ガス温度よりも前記ガスタービンに近い場所で計測されるブレードパス温度に基づいて決定された第４燃料供給量の中から最も小さい燃料供給量を選択して前記燃焼器に供給する燃料供給量を設定する第２過程と
を含み、
前記第１過程により前記燃焼器に供給する空気流量が過渡的に増加されている期間において、前記第２過程では、前記第３燃料供給量に第１補正量を加算し、かつ、前記第４燃料供給量に前記第１補正量よりも小さい値に設定されている第２補正量を加算することにより、第３燃料供給量及び前記第４燃料供給の値を増加させるガスタービンの制御方法。
【請求項８】
圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼器に供給して該燃焼器で発生する燃焼ガスによってガスタービンを回転させて発電機を駆動するガスタービンの制御方法であって、
系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記発電機の出力が所定値以上の高負荷帯にある場合に、前記燃焼器に供給する空気流量を過渡的に増加させる第１過程と、
前記発電機の出力に基づいて決定された第１燃料供給量、及び／又は、前記ガスタービンの回転数に基づいて決定された第２燃料供給量、前記ガスタービンから排出されるガス温度に基づいて決定された第３燃料供給量の中から最も小さい燃料供給量を選択して前記燃焼器に供給する燃料供給量を設定する第２過程とを含み、
前記第１過程により前記燃焼器に供給する空気流量が過渡的に増加されている期間において、前記第２過程では、前記第３燃料供給量として前記第３燃料供給量が取りうる上限値が設定されるガスタービンの制御方法。
【請求項１】
圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼器に供給して該燃焼器で発生する燃焼ガスによってガスタービンを回転させて発電機を駆動するガスタービンの制御装置であって、
前記燃焼器に供給する空気流量を制御する空気流量制御手段と、
前記燃焼器に供給する燃料流量を制御する燃料流量制御手段とを備え、
前記空気流量制御手段は、
系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記発電機の出力が所定値以上の高負荷帯にある場合に、フラグを有効とするフラグ生成手段と、
前記フラグが有効の期間において、前記燃焼器に供給する空気流量を過渡的に増加させる空気流量設定手段とを有し、
前記燃料流量制御手段は、
前記発電機の出力に基づいて第１燃料供給量を決定する負荷制御手段、及び／又は、前記ガスタービンの回転数に基づいて第２燃料供給量を決定するガバナ制御手段と、
排ガス温度制御手段と、
ブレードパス温度制御手段とを有し、
前記排ガス温度制御手段は、
前記ガスタービンの排ガス温度に基づいて第３基準燃料供給量を決定する排ガス制御信号生成手段と、
前記フラグが有効の場合に、前記第３基準燃料供給量に所定の第１補正量を加算して、前記第３燃料供給量を得る第１補正手段とを有し、
前記ブレードパス温度制御手段は、
前記排ガス温度よりも前記ガスタービンに近い場所で計測されるブレードパス温度に基づいて第４基準燃料供給量を決定するブレードパス制御信号生成手段と、
前記フラグが有効の場合に、前記第４基準燃料供給量に前記第１補正量よりも小さい値に設定されている所定の第２補正量を加算して、前記第４燃料供給量を得る第２補正手段とを有し、
前記第１乃至第４燃料供給量の中から最も値の小さい燃料供給量を選択して前記燃焼器に供給する燃料供給量を設定するガスタービンの制御装置。
【請求項２】
前記第１補正手段は、前記フラグが有効から無効になった後から所定期間経過後に、前記第３基準燃料供給量への前記第１補正量の加算を停止する請求項１に記載のガスタービンの制御装置。
【請求項３】
圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼器に供給して該燃焼器で発生する燃焼ガスによってガスタービンを回転させて発電機を駆動するガスタービンの制御装置であって、
前記燃焼器に供給する空気流量を制御する空気流量制御手段と、
前記燃焼器に供給する燃料流量を制御する燃料流量制御手段とを備え、
前記空気流量制御手段は、系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記発電機の出力が所定値以上の高負荷帯にある場合に、フラグを有効とするフラグ生成手段と、
前記フラグが有効の期間において、前記燃焼器に供給する空気流量を過渡的に増加させる空気流量設定手段とを有し、
前記燃料流量制御手段は、
前記発電機の出力に基づいて第１燃料供給量を決定する負荷制御手段、及び／又は、前記ガスタービンの回転数に基づいて第２燃料供給量を決定するガバナ制御手段と、
前記ガスタービンから排出されるガス温度に基づいて第３燃料供給量を決定するとともに、前記フラグが有効の場合には、前記第３燃料供給量が取りうる上限値を第３燃料供給量として出力する温度制御手段と、
前記第１乃至第３燃料供給量の中から最も値の小さい燃料供給量を選択して前記燃焼器に供給する燃料供給量を設定する最小値選択手段とを具備するガスタービンの制御装置。
【請求項４】
前記温度制御手段は、前記フラグが有効から無効になった後から所定期間経過後に、前記第３燃料供給量に前記上限値以外の値を設定する請求項３に記載のガスタービンの制御装置。
【請求項５】
前記圧縮機の前段にＩＧＶ調整弁が備えられており、前記ＩＧＶ調整弁の弁開度を調整することにより、前記燃焼器に供給する空気流量を制御する場合において、前記フラグ生成手段は、系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記ＩＧＶ調整弁の開度が標準全開の状態にある場合にも、前記フラグを有効とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のガスタービンの制御装置。
【請求項６】
圧縮機と、
前記圧縮機からの圧縮空気と燃料とが供給される燃焼器と、
前記燃焼器で発生する燃焼ガスによって回転するガスタービンと、
前記ガスタービンの回転により発電する発電機と、
請求項１から請求項５のいずれかに記載のガスタービンの制御装置と
を具備する発電プラント。
【請求項７】
圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼器に供給して該燃焼器で発生する燃焼ガスによってガスタービンを回転させて発電機を駆動するガスタービンの制御方法であって、
系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記発電機の出力が所定値以上の高負荷帯にある場合に、前記燃焼器に供給する空気流量を過渡的に増加させる第１過程と、
前記発電機の出力に基づいて決定された第１燃料供給量、及び／又は、前記ガスタービンの回転数に基づいて決定された第２燃料供給量、前記ガスタービンの排ガス温度に基づいて決定された第３燃料供給量、前記排ガス温度よりも前記ガスタービンに近い場所で計測されるブレードパス温度に基づいて決定された第４燃料供給量の中から最も小さい燃料供給量を選択して前記燃焼器に供給する燃料供給量を設定する第２過程と
を含み、
前記第１過程により前記燃焼器に供給する空気流量が過渡的に増加されている期間において、前記第２過程では、前記第３燃料供給量に第１補正量を加算し、かつ、前記第４燃料供給量に前記第１補正量よりも小さい値に設定されている第２補正量を加算することにより、第３燃料供給量及び前記第４燃料供給の値を増加させるガスタービンの制御方法。
【請求項８】
圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼器に供給して該燃焼器で発生する燃焼ガスによってガスタービンを回転させて発電機を駆動するガスタービンの制御方法であって、
系統周波数が所定閾値以下となり、且つ、前記発電機の出力が所定値以上の高負荷帯にある場合に、前記燃焼器に供給する空気流量を過渡的に増加させる第１過程と、
前記発電機の出力に基づいて決定された第１燃料供給量、及び／又は、前記ガスタービンの回転数に基づいて決定された第２燃料供給量、前記ガスタービンから排出されるガス温度に基づいて決定された第３燃料供給量の中から最も小さい燃料供給量を選択して前記燃焼器に供給する燃料供給量を設定する第２過程とを含み、
前記第１過程により前記燃焼器に供給する空気流量が過渡的に増加されている期間において、前記第２過程では、前記第３燃料供給量として前記第３燃料供給量が取りうる上限値が設定されるガスタービンの制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１１１９９６（Ｐ２０１１−１１１９９６Ａ）
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７０２１０（Ｐ２００９−２７０２１０）
【出願日】平成２１年１１月２７日（２００９．１１．２７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２７日（２００９．１１．２７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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