ガスタービンの吸気加熱制御装置
【課題】ガスタービン起動時や入口案内翼の開度変化時においても、吸入空気を制御遅れなく加熱する。
【解決手段】制御弁３２を介して蒸気Ｓが供給される熱交換器３０により、極めて冷たい（例えば−２０°Ｃの）空気Ａを加熱し、加熱した空気Ａ’をガスタービン１０に吸入する。加熱した空気Ａ’の測定温度ｔ１と目標温度ＴＯとの偏差がなくなるように制御弁３２の弁開度をフィードバック制御する。更に、ガスタービン１０の回転数Ｎが大きくなったり、ＩＧＶ開度ＯＰが大きくなったら、回転数Ｎの増加やＩＧＶ開度ＯＰの増加に応じて、制御弁３２の弁開度を先行制御する。これにより、制御遅れなく空気Ａ’の温度を、安定燃焼可能な温度に維持することができる。
【解決手段】制御弁３２を介して蒸気Ｓが供給される熱交換器３０により、極めて冷たい（例えば−２０°Ｃの）空気Ａを加熱し、加熱した空気Ａ’をガスタービン１０に吸入する。加熱した空気Ａ’の測定温度ｔ１と目標温度ＴＯとの偏差がなくなるように制御弁３２の弁開度をフィードバック制御する。更に、ガスタービン１０の回転数Ｎが大きくなったり、ＩＧＶ開度ＯＰが大きくなったら、回転数Ｎの増加やＩＧＶ開度ＯＰの増加に応じて、制御弁３２の弁開度を先行制御する。これにより、制御遅れなく空気Ａ’の温度を、安定燃焼可能な温度に維持することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスタービンの吸気加熱制御装置に関するものであり、吸入空気量が大きく変化する運転時であっても、吸入する空気温度を応答性よく加熱することができるように工夫したものである。
【背景技術】
【０００２】
寒冷地に設置されるガスタービンでは、大気中から取り込んだ空気を加熱してからガスタービンに吸入している。
これは、極低温（例えば−２０°Ｃ〜−３０°Ｃ）になっている密度の高い外気（空気）をそのままガスタービンに吸入すると、着火性能が低下したり燃焼振動が生じたりしてガスタービンの安定燃焼が確保できないからである。また、このような極低温の空気を取り込むと、ガスタービンの入口で空気中の水分が氷結し、氷結した氷がガスタービン内に侵入してタービン翼等を損傷する恐れがあるからである。
【０００３】
そこで、寒冷地に設置されるガスタービンでは、熱交換器などの加熱装置により空気を加熱してからガスタービンに吸入している。この場合、空気温度が、ガスタービンが安定燃焼可能な温度（例えば＋５°Ｃ程度の温度）となるように加熱している。
【０００４】
図３は、寒冷地に設置されるガスタービンプラントの一例を示す。同図に示すように、ガスタービン１０は、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３を主要部材として構成されている。このガスタービン１０の圧縮機１１には、吸気ダクト１５を介して、外部から取り込んだ空気（大気）Ａが吸入されるようになっている。
【０００５】
圧縮機１１の入口には入口案内翼（ＩＧＶ）１１ａが備えられており、このＩＧＶ１１ａの開度により、圧縮機１１に吸入される空気量が制御される。なお、ＩＧＶ１１ａの開度は、負荷状態や運転状態等に応じて制御される。
【０００６】
発電機２０は、ガスタービン１０に連結されており、ガスタービン１０により回転駆動されて発電をする。
【０００７】
吸気ダクト１５には吸気加熱用の熱交換器３０が介装されている。この熱交換器３０には蒸気管３１を介して高温（例えば３００°Ｃ）の蒸気Ｓが供給されている。熱交換器３０は、供給された蒸気Ｓの熱により、ガスタービン１０に吸入される空気Ａを加熱（熱交換）している。
蒸気管３１には、蒸気管３１に流通させる蒸気量、即ち、熱交換器３０に供給する蒸気量を制御するための制御弁３２が介装されている。
【０００８】
なお、熱交換機３０に供給する蒸気としては、補助蒸気ボイラ（図示省略）から発生した蒸気や、タービン１３の排熱を利用して蒸気を発生させる排熱回収ボイラ（図示省略）から発生した蒸気などを使用している。
【０００９】
吸気ダクト１５のうち、熱交換器３０と圧縮機１１の入口段との間の位置には、温度計４０が取り付けられている。この温度計４０は、熱交換器３０にて加熱されてガスタービン１０の圧縮機１１に吸入される空気Ａ′の温度を測定している。このようにして測定された吸入空気Ａ′の測定温度ｔ１は制御装置５０に送られる。
【００１０】
制御装置５０は、偏差演算部５１と、比例・積分演算部（ＰＩ演算部）５２を有している。またこの制御装置５０には、目標温度ＴＯ（例えば＋５°Ｃ）が予め設定されている。この目標温度ＴＯは、ガスタービン１０を安定して燃焼（運転）させることができる吸入空気温度として、各ガスタービン１０の特性に応じて予め設定した温度である。
【００１１】
制御装置５０の偏差演算部５１は、測定温度ｔ１と目標温度ＴＯとの偏差演算をして、偏差温度Δｔ（＝ＴＯ−ｔ１）を求める。比例・積分演算部５２は偏差温度ΔｔをＰＩ演算して、弁開度指令Ｐを出力する。そして、この弁開度指令Ｐに応じて、制御弁３２の弁開度を調整している。
【００１２】
したがって、測定温度ｔ１が低いときには、弁開度指令Ｐが大きくなって制御弁３２の弁開度が大きくなり、熱交換器３０に供給される蒸気量が増加する。一方、測定温度ｔ１が高くなってくると、弁開度指令Ｐが小さくなって制御弁３２の弁開度が小さくなり、熱交換器３０に供給される蒸気量が減少する。結局、熱交換器３０にて加熱されて圧縮機１１に吸入されていく空気Ａ′の温度が、目標温度ＴＯとなるように、熱交換器３０に供給する蒸気量をフィードバック制御している。これにより、吸入空気Ａ′の温度を、安定燃焼可能な温度に維持するようにしている。
【００１３】
【特許文献１】特公平４−４８９２１号公報
【特許文献２】特開２００３−１６１１６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、ガスタビーン１０を起動した時には、圧縮機１１に吸入される空気量は、回転数の上昇に伴い大幅に増えていく。また、ＩＧＶ１１ａを開くことにより、圧縮機１１に吸入される空気量は大幅に増えていく。
【００１５】
従来技術では、単純なフィードバック制御により、圧縮機１１に吸入されていく空気Ａ′の温度が目標温度ＴＯとなるように、制御弁３２の開度制御（つまり熱交換器３０に供給する蒸気量を制御）していた。
このため、ガスタービン起動時やＩＧＶ開度増加時のように、圧縮機１１に吸入される空気量が急増した場合には、空気Ａ′の温度（測定温度ｔ１）を目標温度ＴＯにする温度制御がうまく追従せず（制御遅れが発生し）、圧縮機１１に吸入される空気Ａ′の温度は大幅に低下し、安定燃焼可能温度に維持することができないおそれがあった。
これは、単純なフィードバック制御では、圧縮機１１に吸入される空気量が急増して空気温度が急減した現象が実際に発生してから、測定温度ｔ１と目標温度ＴＯの偏差をなくすような制御動作が開始されるため、大きな制御遅れが発生するからである。
【００１６】
逆に、ＩＧＶ１１ａを閉めると、圧縮機１１に吸入される吸入空気量は、大幅に減ることになり、圧縮機１１に吸入される空気Ａ′の温度が上昇して、この場合も燃焼不安定の要因となる。
【００１７】
本発明は、上記従来技術に鑑み、ガスタービン１０の起動時や、ＩＧＶ１１ａの開度変化時のように、圧縮機１１に吸入される空気量が急変しても、吸入空気温度を目標温度に維持して安定した燃焼を確保することができる、ガスタービンの吸気加熱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】
【００１８】
上記課題を解決する本発明の構成は、
ガスタービンに吸入される空気を加熱媒体により加熱する熱交換器と、
弁開度が制御されることにより、前記熱交換器に供給される加熱媒体の量を制御する制御弁と、
前記熱交換器により加熱されて前記ガスタービンに吸入される空気の温度を測定する温度計と、
前記温度計で測定した測定温度が予め設定された目標温度になるように、前記制御弁の弁開度を制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、
前記目標温度と前記測定温度との偏差である偏差温度を求める偏差演算部と、前記偏差温度を比例・積分演算して弁開度指令を求める比例・積分演算部と、
前記ガスタービンの回転数が大きくなると係数値が大きくなる回転数用補正係数を出力する回転数用補正係数演算関数部と、
前記ガスタービンの入口案内翼の開度が大きくなると係数値が大きくなる入口案内翼用補正係数を出力する入口案内翼用補正係数演算関数部と、
前記回転数用補正係数と前記入口案内翼用補正係数を乗算して補正指令を出力する乗算部と、
前記弁開度指令と前記補正指令とを加算して補正弁開度指令を出力する加算部とを有し、
前記補正弁開度指令の大きさに応じて前記制御弁の弁開度を制御することを特徴とする。
【００１９】
また本発明の構成は、
ガスタービンに吸入される空気を加熱媒体により加熱する熱交換器と、
弁開度が制御されることにより、前記熱交換器に供給される加熱媒体の量を制御する制御弁と、
前記熱交換器により加熱されて前記ガスタービンに吸入される空気の温度を測定する温度計と、
前記温度計で測定した測定温度が予め設定された目標温度になるように、前記制御弁の弁開度を制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、
前記目標温度と前記測定温度との偏差である偏差温度を求める偏差演算部と、前記偏差温度を比例・積分演算して弁開度指令を求める比例・積分演算部と、
前記目標温度と大気温度との温度差を求める第２の偏差演算部と、
前記ガスタービンの回転数が大きくなると係数値が大きくなる回転数用補正係数を出力する回転数用補正係数演算関数部と、
前記ガスタービンの入口案内翼の開度が大きくなると係数値が大きくなる入口案内翼用補正係数を出力する入口案内翼用補正係数演算関数部と、
前記温度差が大きくなると係数値が大きくなる温度差用補正係数を出力する温度差用補正係数演算関数部と、
前記回転数用補正係数と前記入口案内翼用補正係数と前記温度差用補正係数を乗算して補正指令を出力する乗算部と、
前記弁開度指令と前記補正指令とを加算して補正弁開度指令を出力する加算部とを有し、
前記補正弁開度指令の大きさに応じて前記制御弁の弁開度を制御することを特徴とする。
【００２０】
また本発明の構成は、
ガスタービンに吸入される空気を加熱媒体により加熱する熱交換器と、
弁開度が制御されることにより、前記熱交換器に供給される加熱媒体の量を制御する制御弁と、
前記熱交換器により加熱されて前記ガスタービンに吸入される空気の温度を測定する温度計と、
前記温度計で測定した測定温度が予め設定された目標温度になるように、前記制御弁の弁開度を制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、
前記目標温度と前記測定温度との偏差である偏差温度を求める偏差演算部と、前記偏差温度を比例・積分演算して弁開度指令を求める比例・積分演算部と、
前記目標温度と大気温度との温度差を求める第２の偏差演算部と、
前記ガスタービンの回転数が大きくなると係数値が大きくなる回転数用補正係数を出力する回転数用補正係数演算関数部と、
前記ガスタービンの入口案内翼の開度が大きくなると係数値が大きくなる入口案内翼用補正係数を出力する入口案内翼用補正係数演算関数部と、
前記温度差が大きくなると係数値が大きくなる温度差用補正係数を出力する温度差用補正係数演算関数部と、
前記熱交換器に供給される加熱媒体の圧力が、予め決めた基準圧力と等しいときには係数値が１となり、前記基準圧力よりも大きくなると係数値が１よりも小さくなり、前記基準圧力よりも小さくなると係数値が１よりも大きくなる加熱媒体圧力用補正係数を出力する加熱媒体圧力用補正係数演算関数部と、
前記熱交換器に供給される加熱媒体の温度が、予め決めた基準温度と等しいときには係数値が１となり、前記基準温度よりも大きくなると係数値が１よりも小さくなり、前記基準温度よりも小さくなると係数値が１よりも大きくなる加熱媒体温度用補正係数を出力する加熱媒体温度用補正係数演算関数部と、
前記回転数用補正係数と前記入口案内翼用補正係数と前記温度差用補正係数と前記蒸気圧力用補正係数と前記蒸気温度用補正係数を乗算して補正指令を出力する乗算部と、
前記弁開度指令と前記補正指令とを加算して補正弁開度指令を出力する加算部とを有し、
前記補正弁開度指令の大きさに応じて前記制御弁の弁開度を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、ガスタービンの起動により回転数増加に応じて吸入空気量が増加したり、入口案内翼の開閉により吸入空気量が増減した場合に、吸入空気量を増減させる運転条件に応じて加熱媒体（蒸気）の量を増減させる先行制御をしているため、吸入空気量が急変する運転状態（例えばガスタービン起動時）であっても吸入空気温度を、安定燃焼が可能な温度に維持することができる。
なお、「加熱媒体」は蒸気に限定されず、排気ガス等も適用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づき詳細に説明する。
【実施例】
【００２３】
図１は本発明の実施例に係るガスタービンの吸気加熱制御装置を適用したガスタービンプラントを示す。この実施例では、蒸気管３１に、熱交換器３０に供給される蒸気Ｓの圧力を検出する圧力計３５と、蒸気Ｓの温度を検出する温度計３６が備えられている。更に、制御弁３２の開度を制御する制御装置１００が備えられている。
他の部分（例えばガスタービン１０、発電機２０、熱交換器３０、蒸気管３１、制御弁３２等）は従来技術と同様な構成となっている。したがって、以下の説明では従来技術と異なる部分を中心に説明をし、従来技術と同一部分には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００２４】
制御装置１００は、偏差演算部１０１と比例・積分演算部１０２の他に、先行制御部１１０を有している。
この制御装置には、目標温度ＴＯ（例えば＋５°Ｃ）が予め設定されている。この目標温度ＴＯは、ガスタービン１０を安定して燃焼（運転）させることができる吸入空気温度として、各ガスタービン１０の特性に応じて予め設定した温度である。
【００２５】
制御装置１００の偏差演算部１０１は、測定温度ｔ１と目標温度ＴＯとの偏差演算をして、偏差温度Δｔ（＝ＴＯ−ｔ１）を求める。比例・積分演算部１０２は偏差温度ΔｔをＰＩ演算して、弁開度ＰＩ補正指令Ｐを出力する。
【００２６】
一方、先行制御部１１０は、弁開度指令演算関数部１１４と、補正係数演算関数部１１１〜１１３および１１５と、偏差演算部１１６と、乗算部１１７と、加算部１１８を有している。
【００２７】
先行制御部１１０には、圧力計３５により測定した蒸気Ｓの圧力を示す蒸気圧力ＳＰと、温度計３６により測定した蒸気Ｓの温度を示す蒸気温度ＳＴと、ＩＧＶ１１ａの開度を検出するセンサ（図示省略）により測定したＩＧＶ開度ＯＰと、ガスタービン１０の回転数を検出するセンサ（図示省略）により測定したガスタービン回転数Ｎと、大気の温度を検出するセンサ（図示省略）により測定した大気温度ｔ２が入力される。
【００２８】
偏差演算部１１６は、大気温度ｔ２と目標温度ＴＯとの偏差演算をして、温度差ｄｔ（＝ＴＯ−ｔ２）を求める。
【００２９】
補正係数演算関数部１１１は、図２（ａ）に示すような補正係数演算関数ＦＸ１を有しており、蒸気圧力ＳＰが入力されると、補正係数演算関数ＦＸ１を用いて、入力された蒸気圧力ＳＰに対応した補正係数ａを出力する。
【００３０】
補正係数演算関数ＦＸ１は、蒸気圧力ＳＰが大きくなると補正係数ａが減少する関数特性を有しており、例えば蒸気圧力ＳＰが標準圧力（例えば０．８［ＭＰａ］）であれば値が１となっている補正係数ａを出力し、蒸気圧力ＳＰが標準圧力よりも小さくなれば値が１よりも大きな補正係数ａを出力し、蒸気圧力ＳＰが標準圧力よりも大きくなれば値が１よりも小さな補正係数ａを出力する。
【００３１】
補正係数演算関数部１１２は、図２（ｂ）に示すような補正係数演算関数ＦＸ２を有しており、蒸気温度ＳＴが入力されると、補正係数演算関数ＦＸ２を用いて、入力された蒸気温度ＳＴに対応した補正係数ｂを出力する。
【００３２】
補正係数演算関数ＦＸ２は、蒸気温度ＳＴが大きくなると補正係数ｂが減少する関数特性を有しており、例えば蒸気温度ＳＴが標準温度（例えば２４４°Ｃ）であれば値が１となっている補正係数ｂを出力し、蒸気温度ＳＴが標準温度よりも小さくなれば値が１よりも大きな補正係数ｂを出力し、蒸気温度ＳＴが標準温度よりも大きくなれば値が１よりも小さな補正係数ｂを出力する。
【００３３】
補正係数演算関数部１１３は、図２（ｃ）に示すような補正係数演算関数ＦＸ３を有しており、ＩＧＶ開度ＯＰが入力されると、補正係数演算関数ＦＸ３を用いて、入力されたＩＧＶ開度ＯＰに対応した補正係数ｃを出力する。
【００３４】
補正係数演算関数ＦＸ３は、ＩＧＶ開度ＯＰが大きくなると補正係数ｃが増加する関数特性を有しており、例えばＩＧＶ開度ＯＰが０％であれば値が０．３となっている補正係数ｃを出力し、ＩＧＶ開度ＯＰが５０％であれば値が０．５となっている補正係数ｃを出力し、ＩＧＶ開度ＯＰが１００％であれば値が１．０となっている補正係数ｃを出力する。
【００３５】
弁開度指令演算関数部１１４は、図２（ｄ）に示すような弁開度指令演算関数ＦＸ４を有しており、ガスタービン回転数Ｎが入力されると、弁開度指令演算関数ＦＸ４を用いて、入力されたガスタービン回転数Ｎに対応した適切な弁開度指令ｄを出力する。
【００３６】
弁開度指令演算関数ＦＸ４は、ガスタービン回転数Ｎが大きくなると弁開度指令ｄが次第に増加する関数特性を有しており、例えばガスタービン回転数Ｎが６００［ｒｐｍ］であれば値が４．１％となっている弁開度指令ｄを出力し、ガスタービン回転数Ｎが３６００［ｒｐｍ］であれば値が１７．４％となっている弁開度指令ｄを出力する。
【００３７】
補正係数演算関数部１１５は、図２（ｅ）に示すような補正係数演算関数ＦＸ５を有しており、温度差ｄｔが入力されると、補正係数演算関数ＦＸ５を用いて、入力された温度差ｄｔに対応した補正係数ｅを出力する。
【００３８】
補正係数演算関数ＦＸ５は、温度差ｄｔが大きくなると補正係数ｅが増加する関数特性を有しており、例えば温度差ｄｔが１０°Ｃであれば値が０．６７となっている補正係数ｅを出力し、温度差ｄｔが１５°Ｃであれば値が１．０となっている補正係数ｅを出力し、温度差ｄｔが２５°Ｃであれば値が１．６２となっている補正係数ｅを出力する。
【００３９】
乗算部１１７は、弁開度指令ｄに、補正係数ａ，ｂ，ｃ，ｅを全て乗算して、弁開度先行指令ｆを出力する。更に加算部１１８は、比例・積分演算部１０２から出力される弁開度ＰＩ補正指令Ｐに弁開度先行指令ｆを加算して、補正弁開度指令ＰＡを出力する。
そして、制御装置１００は、補正弁開度指令ＰＡに応じて制御弁３２の弁開度を調整している。
【００４０】
したがって、測定温度ｔ１が低いときには、弁開度指令Ｐ及び補正弁開度指令ＰＡが大きくなって制御弁３２の弁開度が大きくなり、熱交換器３０に供給される蒸気量が増加する。一方、測定温度ｔ１が高くなってくると、弁開度ＰＩ補正指令Ｐ及び補正弁開度指令ＰＡが小さくなって制御弁３２の弁開度が小さくなり、熱交換器３０に供給される蒸気量が減少する。この制御は従来のフィードバック制御と同じ制御動作である。
【００４１】
更に、ガスタービン１０の起動時において、ガスタービン回転数Ｎが増加してくると、弁開度指令ｄ及び弁開度先行指令ｆがガスタービン回転数Ｎの増加に伴って大きくなり、補正弁開度指令ＰＡもガスタービン回転数Ｎの増加に伴って大きくなって制御弁３２の開度が大きくなり、熱交換器３０に供給される蒸気量がガスタービン回転数Ｎの増加に伴って増加するという先行制御（フィードフォワード制御）が行われる。
【００４２】
このように、ガスタービン回転数Ｎの増加に応じて、先行して制御弁３２の開度を大きくして熱交換器３０に供給する蒸気量を増加させる先行制御をしているため、ガスタービン１０の起動時において回転数増加に応じて吸入空気量が増加しても、この吸入する空気Ａの温度を安定燃焼可能な温度に維持することができる。
【００４３】
また、ＩＧＶ開度ＯＰが増加してくると、補正係数ｃ及び弁開度先行指令ｆがＩＧＶ開度ＯＰの増加に伴って大きくなり、補正弁開度指令ＰＡもＩＧＶ開度ＯＰの増加に伴って大きくなって制御弁３２の弁開度が大きくなり、熱交換器３０に供給される蒸気量がＩＧＶ開度ＯＰの増加に伴って増加するという先行制御（フィードフォワード制御）が行われる。
逆に、ＩＧＶ開度ＯＰが減少してくると、補正係数ｃ及び弁開度先行指令ｆがＩＧＶ開度ＯＰの減少に伴って小さくなり、補正弁開度指令ＰＡもＩＧＶ開度ＯＰの減少に伴って小さくなって制御弁３２の弁開度が小さくなり、熱交換器３０に供給される蒸気量がＩＧＶ開度ＯＰの減少に伴って減少するという先行制御（フィードフォワード制御）が行われる。
【００４４】
このように、ＩＧＶ開度ＯＰの増加に応じて、先行して制御弁３２の開度を大きくして熱交換器３０に供給する蒸気量を増加させる先行制御をしているため、ＩＧＶ１１ａの開度が大きくなって吸入空気量が急に増加しても、この吸入する空気Ａ′の温度を安定燃焼可能な温度に維持することができる。
また、ＩＧＶ開度ＯＰの減少に応じて、先行して制御弁３２の開度を小さくして熱交換器３０に供給する蒸気量を減少させる先行制御をしているため、ＩＧＶ１１ａの開度が小さくなって吸入空気量が急に減少しても、この吸入する空気Ａの温度を安定燃焼可能な温度に維持することができる。
【００４５】
また、大気温度ｔ２が低下してくると温度差ｄｔが大きくなるため、補正係数ｅ及び弁開度先行指令ｆが大気温度ｔ２の低下に伴って大きくなり、補正弁開度指令ＰＡも大気温度ｔ２の低下に伴って大きくなって制御弁３２の弁開度が大きくなり、熱交換器３０に供給される蒸気量が大気温度ｔ２の低下に伴って増加するという先行制御（フィードフォワード制御）が行われる。
逆に、大気温度ｔ２が上昇してくると温度差ｄｔが小さくなるため、補正係数ｅ及び弁開度先行指令ｆが大気温度ｔ２の低下に伴って小さくなり、補正弁開度指令ＰＡも大気温度ｔ２の上昇に伴って小さくなって制御弁３２の弁開度が小さくなり、熱交換器３０に供給される蒸気量が大気温度ｔ２の増加に伴って減少するという先行制御（フィードフォワード制御）が行われる。
【００４６】
このように、大気温度ｔ２の増減に応じて制御弁３２の弁開度を先行制御して熱交換器３０に供給する蒸気量を増減させているため、大気温度ｔ２が増減しても、吸入する空気Ａの温度を安定燃焼可能な温度に維持することができる。
【００４７】
また、蒸気圧力ＳＰが増加してくると、補正係数ａ及び弁開度先行指令ｆが蒸気圧力ＳＰの増加に伴って小さくなり、補正弁開度指令ＰＡも蒸気圧力ＳＰの増加に伴って小さくなって制御弁３２の開度が小さくなり、熱交換器３０に供給される蒸気量が蒸気圧力ＳＰの増加に伴って減少するという先行制御（フィードフォワード制御）が行われる。
逆に、蒸気圧力ＳＰが減少してくると、補正係数ａ及び弁開度先行指令ｆが蒸気圧力ＳＰの減少に伴って大きくなり、補正弁開度指令ＰＡも蒸気圧力ＳＰの減少に伴って大きくなって制御弁３２の開度が大きくなり、熱交換器３０に供給される蒸気量が蒸気圧力ＳＰの減少に伴って増加するという先行制御（フィードフォワード制御）が行われる。
【００４８】
このように、蒸気圧力ＳＰの増減に応じて制御弁３２の弁開度を先行制御して熱交換器３０に供給する蒸気量を増減させているため、蒸気圧力ＳＰが増減しても、吸入する空気Ａの温度を安定燃焼可能な温度に維持することができる。
【００４９】
また、蒸気温度ＳＴが増加してくると、補正係数ｂ及び弁開度先行指令ｆが蒸気温度ＳＴの増加に伴って小さくなり、補正弁開度指令ＰＡも蒸気温度ＳＴの増加に伴って小さくなって制御弁３２の開度が小さくなり、熱交換器３０に供給される蒸気量が蒸気温度ＳＴの増加に伴って減少するという先行制御（フィードフォワード制御）が行われる。
逆に、蒸気温度ＳＴが減少してくると、補正係数ｂ及び弁開度先行指令ｆが蒸気温度ＳＴの減少に伴って大きくなり、補正弁開度指令ＰＡも蒸気温度ＳＴの減少に伴って大きくなって制御弁３２の開度が大きくなり、熱交換器３０に供給される蒸気量が蒸気温度ＳＴの減少に伴って増加するという先行制御（フィードフォワード制御）が行われる。
【００５０】
このように、蒸気温度ＳＴの増減に応じて制御弁３２の弁開度を先行制御して熱交換器３０に供給する蒸気量を増減させているため、蒸気温度ＳＴが増減しても、吸入する空気Ａ′の温度を安定燃焼可能な温度に維持することができる。
【００５１】
なお蒸気Ｓの温度と圧力が安定している場合には、補正係数演算関数部１１１、１１２を用いないようにしてもよい。
更に、大気温度ｔ２が急変しない地域では、偏差演算部１１６及び補正係数演算関数部１１５を用いないようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施例に係るガスタービンの吸気加熱制御装置を示す構成図。
【図２】実施例で用いる関数特性を示す特性図。
【図３】従来技術を示す構成図。
【符号の説明】
【００５３】
１０ ガスタービン
１１ａ 入口案内翼
１５ 吸気ダクト
３０ 熱交換器
３１ 蒸気管
３２ 制御弁
３５ 圧力計
３６ 温度計
４０ 温度計
１００ 制御装置
１１０ 先行制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスタービンの吸気加熱制御装置に関するものであり、吸入空気量が大きく変化する運転時であっても、吸入する空気温度を応答性よく加熱することができるように工夫したものである。
【背景技術】
【０００２】
寒冷地に設置されるガスタービンでは、大気中から取り込んだ空気を加熱してからガスタービンに吸入している。
これは、極低温（例えば−２０°Ｃ〜−３０°Ｃ）になっている密度の高い外気（空気）をそのままガスタービンに吸入すると、着火性能が低下したり燃焼振動が生じたりしてガスタービンの安定燃焼が確保できないからである。また、このような極低温の空気を取り込むと、ガスタービンの入口で空気中の水分が氷結し、氷結した氷がガスタービン内に侵入してタービン翼等を損傷する恐れがあるからである。
【０００３】
そこで、寒冷地に設置されるガスタービンでは、熱交換器などの加熱装置により空気を加熱してからガスタービンに吸入している。この場合、空気温度が、ガスタービンが安定燃焼可能な温度（例えば＋５°Ｃ程度の温度）となるように加熱している。
【０００４】
図３は、寒冷地に設置されるガスタービンプラントの一例を示す。同図に示すように、ガスタービン１０は、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３を主要部材として構成されている。このガスタービン１０の圧縮機１１には、吸気ダクト１５を介して、外部から取り込んだ空気（大気）Ａが吸入されるようになっている。
【０００５】
圧縮機１１の入口には入口案内翼（ＩＧＶ）１１ａが備えられており、このＩＧＶ１１ａの開度により、圧縮機１１に吸入される空気量が制御される。なお、ＩＧＶ１１ａの開度は、負荷状態や運転状態等に応じて制御される。
【０００６】
発電機２０は、ガスタービン１０に連結されており、ガスタービン１０により回転駆動されて発電をする。
【０００７】
吸気ダクト１５には吸気加熱用の熱交換器３０が介装されている。この熱交換器３０には蒸気管３１を介して高温（例えば３００°Ｃ）の蒸気Ｓが供給されている。熱交換器３０は、供給された蒸気Ｓの熱により、ガスタービン１０に吸入される空気Ａを加熱（熱交換）している。
蒸気管３１には、蒸気管３１に流通させる蒸気量、即ち、熱交換器３０に供給する蒸気量を制御するための制御弁３２が介装されている。
【０００８】
なお、熱交換機３０に供給する蒸気としては、補助蒸気ボイラ（図示省略）から発生した蒸気や、タービン１３の排熱を利用して蒸気を発生させる排熱回収ボイラ（図示省略）から発生した蒸気などを使用している。
【０００９】
吸気ダクト１５のうち、熱交換器３０と圧縮機１１の入口段との間の位置には、温度計４０が取り付けられている。この温度計４０は、熱交換器３０にて加熱されてガスタービン１０の圧縮機１１に吸入される空気Ａ′の温度を測定している。このようにして測定された吸入空気Ａ′の測定温度ｔ１は制御装置５０に送られる。
【００１０】
制御装置５０は、偏差演算部５１と、比例・積分演算部（ＰＩ演算部）５２を有している。またこの制御装置５０には、目標温度ＴＯ（例えば＋５°Ｃ）が予め設定されている。この目標温度ＴＯは、ガスタービン１０を安定して燃焼（運転）させることができる吸入空気温度として、各ガスタービン１０の特性に応じて予め設定した温度である。
【００１１】
制御装置５０の偏差演算部５１は、測定温度ｔ１と目標温度ＴＯとの偏差演算をして、偏差温度Δｔ（＝ＴＯ−ｔ１）を求める。比例・積分演算部５２は偏差温度ΔｔをＰＩ演算して、弁開度指令Ｐを出力する。そして、この弁開度指令Ｐに応じて、制御弁３２の弁開度を調整している。
【００１２】
したがって、測定温度ｔ１が低いときには、弁開度指令Ｐが大きくなって制御弁３２の弁開度が大きくなり、熱交換器３０に供給される蒸気量が増加する。一方、測定温度ｔ１が高くなってくると、弁開度指令Ｐが小さくなって制御弁３２の弁開度が小さくなり、熱交換器３０に供給される蒸気量が減少する。結局、熱交換器３０にて加熱されて圧縮機１１に吸入されていく空気Ａ′の温度が、目標温度ＴＯとなるように、熱交換器３０に供給する蒸気量をフィードバック制御している。これにより、吸入空気Ａ′の温度を、安定燃焼可能な温度に維持するようにしている。
【００１３】
【特許文献１】特公平４−４８９２１号公報
【特許文献２】特開２００３−１６１１６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、ガスタビーン１０を起動した時には、圧縮機１１に吸入される空気量は、回転数の上昇に伴い大幅に増えていく。また、ＩＧＶ１１ａを開くことにより、圧縮機１１に吸入される空気量は大幅に増えていく。
【００１５】
従来技術では、単純なフィードバック制御により、圧縮機１１に吸入されていく空気Ａ′の温度が目標温度ＴＯとなるように、制御弁３２の開度制御（つまり熱交換器３０に供給する蒸気量を制御）していた。
このため、ガスタービン起動時やＩＧＶ開度増加時のように、圧縮機１１に吸入される空気量が急増した場合には、空気Ａ′の温度（測定温度ｔ１）を目標温度ＴＯにする温度制御がうまく追従せず（制御遅れが発生し）、圧縮機１１に吸入される空気Ａ′の温度は大幅に低下し、安定燃焼可能温度に維持することができないおそれがあった。
これは、単純なフィードバック制御では、圧縮機１１に吸入される空気量が急増して空気温度が急減した現象が実際に発生してから、測定温度ｔ１と目標温度ＴＯの偏差をなくすような制御動作が開始されるため、大きな制御遅れが発生するからである。
【００１６】
逆に、ＩＧＶ１１ａを閉めると、圧縮機１１に吸入される吸入空気量は、大幅に減ることになり、圧縮機１１に吸入される空気Ａ′の温度が上昇して、この場合も燃焼不安定の要因となる。
【００１７】
本発明は、上記従来技術に鑑み、ガスタービン１０の起動時や、ＩＧＶ１１ａの開度変化時のように、圧縮機１１に吸入される空気量が急変しても、吸入空気温度を目標温度に維持して安定した燃焼を確保することができる、ガスタービンの吸気加熱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】
【００１８】
上記課題を解決する本発明の構成は、
ガスタービンに吸入される空気を加熱媒体により加熱する熱交換器と、
弁開度が制御されることにより、前記熱交換器に供給される加熱媒体の量を制御する制御弁と、
前記熱交換器により加熱されて前記ガスタービンに吸入される空気の温度を測定する温度計と、
前記温度計で測定した測定温度が予め設定された目標温度になるように、前記制御弁の弁開度を制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、
前記目標温度と前記測定温度との偏差である偏差温度を求める偏差演算部と、前記偏差温度を比例・積分演算して弁開度指令を求める比例・積分演算部と、
前記ガスタービンの回転数が大きくなると係数値が大きくなる回転数用補正係数を出力する回転数用補正係数演算関数部と、
前記ガスタービンの入口案内翼の開度が大きくなると係数値が大きくなる入口案内翼用補正係数を出力する入口案内翼用補正係数演算関数部と、
前記回転数用補正係数と前記入口案内翼用補正係数を乗算して補正指令を出力する乗算部と、
前記弁開度指令と前記補正指令とを加算して補正弁開度指令を出力する加算部とを有し、
前記補正弁開度指令の大きさに応じて前記制御弁の弁開度を制御することを特徴とする。
【００１９】
また本発明の構成は、
ガスタービンに吸入される空気を加熱媒体により加熱する熱交換器と、
弁開度が制御されることにより、前記熱交換器に供給される加熱媒体の量を制御する制御弁と、
前記熱交換器により加熱されて前記ガスタービンに吸入される空気の温度を測定する温度計と、
前記温度計で測定した測定温度が予め設定された目標温度になるように、前記制御弁の弁開度を制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、
前記目標温度と前記測定温度との偏差である偏差温度を求める偏差演算部と、前記偏差温度を比例・積分演算して弁開度指令を求める比例・積分演算部と、
前記目標温度と大気温度との温度差を求める第２の偏差演算部と、
前記ガスタービンの回転数が大きくなると係数値が大きくなる回転数用補正係数を出力する回転数用補正係数演算関数部と、
前記ガスタービンの入口案内翼の開度が大きくなると係数値が大きくなる入口案内翼用補正係数を出力する入口案内翼用補正係数演算関数部と、
前記温度差が大きくなると係数値が大きくなる温度差用補正係数を出力する温度差用補正係数演算関数部と、
前記回転数用補正係数と前記入口案内翼用補正係数と前記温度差用補正係数を乗算して補正指令を出力する乗算部と、
前記弁開度指令と前記補正指令とを加算して補正弁開度指令を出力する加算部とを有し、
前記補正弁開度指令の大きさに応じて前記制御弁の弁開度を制御することを特徴とする。
【００２０】
また本発明の構成は、
ガスタービンに吸入される空気を加熱媒体により加熱する熱交換器と、
弁開度が制御されることにより、前記熱交換器に供給される加熱媒体の量を制御する制御弁と、
前記熱交換器により加熱されて前記ガスタービンに吸入される空気の温度を測定する温度計と、
前記温度計で測定した測定温度が予め設定された目標温度になるように、前記制御弁の弁開度を制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、
前記目標温度と前記測定温度との偏差である偏差温度を求める偏差演算部と、前記偏差温度を比例・積分演算して弁開度指令を求める比例・積分演算部と、
前記目標温度と大気温度との温度差を求める第２の偏差演算部と、
前記ガスタービンの回転数が大きくなると係数値が大きくなる回転数用補正係数を出力する回転数用補正係数演算関数部と、
前記ガスタービンの入口案内翼の開度が大きくなると係数値が大きくなる入口案内翼用補正係数を出力する入口案内翼用補正係数演算関数部と、
前記温度差が大きくなると係数値が大きくなる温度差用補正係数を出力する温度差用補正係数演算関数部と、
前記熱交換器に供給される加熱媒体の圧力が、予め決めた基準圧力と等しいときには係数値が１となり、前記基準圧力よりも大きくなると係数値が１よりも小さくなり、前記基準圧力よりも小さくなると係数値が１よりも大きくなる加熱媒体圧力用補正係数を出力する加熱媒体圧力用補正係数演算関数部と、
前記熱交換器に供給される加熱媒体の温度が、予め決めた基準温度と等しいときには係数値が１となり、前記基準温度よりも大きくなると係数値が１よりも小さくなり、前記基準温度よりも小さくなると係数値が１よりも大きくなる加熱媒体温度用補正係数を出力する加熱媒体温度用補正係数演算関数部と、
前記回転数用補正係数と前記入口案内翼用補正係数と前記温度差用補正係数と前記蒸気圧力用補正係数と前記蒸気温度用補正係数を乗算して補正指令を出力する乗算部と、
前記弁開度指令と前記補正指令とを加算して補正弁開度指令を出力する加算部とを有し、
前記補正弁開度指令の大きさに応じて前記制御弁の弁開度を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、ガスタービンの起動により回転数増加に応じて吸入空気量が増加したり、入口案内翼の開閉により吸入空気量が増減した場合に、吸入空気量を増減させる運転条件に応じて加熱媒体（蒸気）の量を増減させる先行制御をしているため、吸入空気量が急変する運転状態（例えばガスタービン起動時）であっても吸入空気温度を、安定燃焼が可能な温度に維持することができる。
なお、「加熱媒体」は蒸気に限定されず、排気ガス等も適用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づき詳細に説明する。
【実施例】
【００２３】
図１は本発明の実施例に係るガスタービンの吸気加熱制御装置を適用したガスタービンプラントを示す。この実施例では、蒸気管３１に、熱交換器３０に供給される蒸気Ｓの圧力を検出する圧力計３５と、蒸気Ｓの温度を検出する温度計３６が備えられている。更に、制御弁３２の開度を制御する制御装置１００が備えられている。
他の部分（例えばガスタービン１０、発電機２０、熱交換器３０、蒸気管３１、制御弁３２等）は従来技術と同様な構成となっている。したがって、以下の説明では従来技術と異なる部分を中心に説明をし、従来技術と同一部分には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００２４】
制御装置１００は、偏差演算部１０１と比例・積分演算部１０２の他に、先行制御部１１０を有している。
この制御装置には、目標温度ＴＯ（例えば＋５°Ｃ）が予め設定されている。この目標温度ＴＯは、ガスタービン１０を安定して燃焼（運転）させることができる吸入空気温度として、各ガスタービン１０の特性に応じて予め設定した温度である。
【００２５】
制御装置１００の偏差演算部１０１は、測定温度ｔ１と目標温度ＴＯとの偏差演算をして、偏差温度Δｔ（＝ＴＯ−ｔ１）を求める。比例・積分演算部１０２は偏差温度ΔｔをＰＩ演算して、弁開度ＰＩ補正指令Ｐを出力する。
【００２６】
一方、先行制御部１１０は、弁開度指令演算関数部１１４と、補正係数演算関数部１１１〜１１３および１１５と、偏差演算部１１６と、乗算部１１７と、加算部１１８を有している。
【００２７】
先行制御部１１０には、圧力計３５により測定した蒸気Ｓの圧力を示す蒸気圧力ＳＰと、温度計３６により測定した蒸気Ｓの温度を示す蒸気温度ＳＴと、ＩＧＶ１１ａの開度を検出するセンサ（図示省略）により測定したＩＧＶ開度ＯＰと、ガスタービン１０の回転数を検出するセンサ（図示省略）により測定したガスタービン回転数Ｎと、大気の温度を検出するセンサ（図示省略）により測定した大気温度ｔ２が入力される。
【００２８】
偏差演算部１１６は、大気温度ｔ２と目標温度ＴＯとの偏差演算をして、温度差ｄｔ（＝ＴＯ−ｔ２）を求める。
【００２９】
補正係数演算関数部１１１は、図２（ａ）に示すような補正係数演算関数ＦＸ１を有しており、蒸気圧力ＳＰが入力されると、補正係数演算関数ＦＸ１を用いて、入力された蒸気圧力ＳＰに対応した補正係数ａを出力する。
【００３０】
補正係数演算関数ＦＸ１は、蒸気圧力ＳＰが大きくなると補正係数ａが減少する関数特性を有しており、例えば蒸気圧力ＳＰが標準圧力（例えば０．８［ＭＰａ］）であれば値が１となっている補正係数ａを出力し、蒸気圧力ＳＰが標準圧力よりも小さくなれば値が１よりも大きな補正係数ａを出力し、蒸気圧力ＳＰが標準圧力よりも大きくなれば値が１よりも小さな補正係数ａを出力する。
【００３１】
補正係数演算関数部１１２は、図２（ｂ）に示すような補正係数演算関数ＦＸ２を有しており、蒸気温度ＳＴが入力されると、補正係数演算関数ＦＸ２を用いて、入力された蒸気温度ＳＴに対応した補正係数ｂを出力する。
【００３２】
補正係数演算関数ＦＸ２は、蒸気温度ＳＴが大きくなると補正係数ｂが減少する関数特性を有しており、例えば蒸気温度ＳＴが標準温度（例えば２４４°Ｃ）であれば値が１となっている補正係数ｂを出力し、蒸気温度ＳＴが標準温度よりも小さくなれば値が１よりも大きな補正係数ｂを出力し、蒸気温度ＳＴが標準温度よりも大きくなれば値が１よりも小さな補正係数ｂを出力する。
【００３３】
補正係数演算関数部１１３は、図２（ｃ）に示すような補正係数演算関数ＦＸ３を有しており、ＩＧＶ開度ＯＰが入力されると、補正係数演算関数ＦＸ３を用いて、入力されたＩＧＶ開度ＯＰに対応した補正係数ｃを出力する。
【００３４】
補正係数演算関数ＦＸ３は、ＩＧＶ開度ＯＰが大きくなると補正係数ｃが増加する関数特性を有しており、例えばＩＧＶ開度ＯＰが０％であれば値が０．３となっている補正係数ｃを出力し、ＩＧＶ開度ＯＰが５０％であれば値が０．５となっている補正係数ｃを出力し、ＩＧＶ開度ＯＰが１００％であれば値が１．０となっている補正係数ｃを出力する。
【００３５】
弁開度指令演算関数部１１４は、図２（ｄ）に示すような弁開度指令演算関数ＦＸ４を有しており、ガスタービン回転数Ｎが入力されると、弁開度指令演算関数ＦＸ４を用いて、入力されたガスタービン回転数Ｎに対応した適切な弁開度指令ｄを出力する。
【００３６】
弁開度指令演算関数ＦＸ４は、ガスタービン回転数Ｎが大きくなると弁開度指令ｄが次第に増加する関数特性を有しており、例えばガスタービン回転数Ｎが６００［ｒｐｍ］であれば値が４．１％となっている弁開度指令ｄを出力し、ガスタービン回転数Ｎが３６００［ｒｐｍ］であれば値が１７．４％となっている弁開度指令ｄを出力する。
【００３７】
補正係数演算関数部１１５は、図２（ｅ）に示すような補正係数演算関数ＦＸ５を有しており、温度差ｄｔが入力されると、補正係数演算関数ＦＸ５を用いて、入力された温度差ｄｔに対応した補正係数ｅを出力する。
【００３８】
補正係数演算関数ＦＸ５は、温度差ｄｔが大きくなると補正係数ｅが増加する関数特性を有しており、例えば温度差ｄｔが１０°Ｃであれば値が０．６７となっている補正係数ｅを出力し、温度差ｄｔが１５°Ｃであれば値が１．０となっている補正係数ｅを出力し、温度差ｄｔが２５°Ｃであれば値が１．６２となっている補正係数ｅを出力する。
【００３９】
乗算部１１７は、弁開度指令ｄに、補正係数ａ，ｂ，ｃ，ｅを全て乗算して、弁開度先行指令ｆを出力する。更に加算部１１８は、比例・積分演算部１０２から出力される弁開度ＰＩ補正指令Ｐに弁開度先行指令ｆを加算して、補正弁開度指令ＰＡを出力する。
そして、制御装置１００は、補正弁開度指令ＰＡに応じて制御弁３２の弁開度を調整している。
【００４０】
したがって、測定温度ｔ１が低いときには、弁開度指令Ｐ及び補正弁開度指令ＰＡが大きくなって制御弁３２の弁開度が大きくなり、熱交換器３０に供給される蒸気量が増加する。一方、測定温度ｔ１が高くなってくると、弁開度ＰＩ補正指令Ｐ及び補正弁開度指令ＰＡが小さくなって制御弁３２の弁開度が小さくなり、熱交換器３０に供給される蒸気量が減少する。この制御は従来のフィードバック制御と同じ制御動作である。
【００４１】
更に、ガスタービン１０の起動時において、ガスタービン回転数Ｎが増加してくると、弁開度指令ｄ及び弁開度先行指令ｆがガスタービン回転数Ｎの増加に伴って大きくなり、補正弁開度指令ＰＡもガスタービン回転数Ｎの増加に伴って大きくなって制御弁３２の開度が大きくなり、熱交換器３０に供給される蒸気量がガスタービン回転数Ｎの増加に伴って増加するという先行制御（フィードフォワード制御）が行われる。
【００４２】
このように、ガスタービン回転数Ｎの増加に応じて、先行して制御弁３２の開度を大きくして熱交換器３０に供給する蒸気量を増加させる先行制御をしているため、ガスタービン１０の起動時において回転数増加に応じて吸入空気量が増加しても、この吸入する空気Ａの温度を安定燃焼可能な温度に維持することができる。
【００４３】
また、ＩＧＶ開度ＯＰが増加してくると、補正係数ｃ及び弁開度先行指令ｆがＩＧＶ開度ＯＰの増加に伴って大きくなり、補正弁開度指令ＰＡもＩＧＶ開度ＯＰの増加に伴って大きくなって制御弁３２の弁開度が大きくなり、熱交換器３０に供給される蒸気量がＩＧＶ開度ＯＰの増加に伴って増加するという先行制御（フィードフォワード制御）が行われる。
逆に、ＩＧＶ開度ＯＰが減少してくると、補正係数ｃ及び弁開度先行指令ｆがＩＧＶ開度ＯＰの減少に伴って小さくなり、補正弁開度指令ＰＡもＩＧＶ開度ＯＰの減少に伴って小さくなって制御弁３２の弁開度が小さくなり、熱交換器３０に供給される蒸気量がＩＧＶ開度ＯＰの減少に伴って減少するという先行制御（フィードフォワード制御）が行われる。
【００４４】
このように、ＩＧＶ開度ＯＰの増加に応じて、先行して制御弁３２の開度を大きくして熱交換器３０に供給する蒸気量を増加させる先行制御をしているため、ＩＧＶ１１ａの開度が大きくなって吸入空気量が急に増加しても、この吸入する空気Ａ′の温度を安定燃焼可能な温度に維持することができる。
また、ＩＧＶ開度ＯＰの減少に応じて、先行して制御弁３２の開度を小さくして熱交換器３０に供給する蒸気量を減少させる先行制御をしているため、ＩＧＶ１１ａの開度が小さくなって吸入空気量が急に減少しても、この吸入する空気Ａの温度を安定燃焼可能な温度に維持することができる。
【００４５】
また、大気温度ｔ２が低下してくると温度差ｄｔが大きくなるため、補正係数ｅ及び弁開度先行指令ｆが大気温度ｔ２の低下に伴って大きくなり、補正弁開度指令ＰＡも大気温度ｔ２の低下に伴って大きくなって制御弁３２の弁開度が大きくなり、熱交換器３０に供給される蒸気量が大気温度ｔ２の低下に伴って増加するという先行制御（フィードフォワード制御）が行われる。
逆に、大気温度ｔ２が上昇してくると温度差ｄｔが小さくなるため、補正係数ｅ及び弁開度先行指令ｆが大気温度ｔ２の低下に伴って小さくなり、補正弁開度指令ＰＡも大気温度ｔ２の上昇に伴って小さくなって制御弁３２の弁開度が小さくなり、熱交換器３０に供給される蒸気量が大気温度ｔ２の増加に伴って減少するという先行制御（フィードフォワード制御）が行われる。
【００４６】
このように、大気温度ｔ２の増減に応じて制御弁３２の弁開度を先行制御して熱交換器３０に供給する蒸気量を増減させているため、大気温度ｔ２が増減しても、吸入する空気Ａの温度を安定燃焼可能な温度に維持することができる。
【００４７】
また、蒸気圧力ＳＰが増加してくると、補正係数ａ及び弁開度先行指令ｆが蒸気圧力ＳＰの増加に伴って小さくなり、補正弁開度指令ＰＡも蒸気圧力ＳＰの増加に伴って小さくなって制御弁３２の開度が小さくなり、熱交換器３０に供給される蒸気量が蒸気圧力ＳＰの増加に伴って減少するという先行制御（フィードフォワード制御）が行われる。
逆に、蒸気圧力ＳＰが減少してくると、補正係数ａ及び弁開度先行指令ｆが蒸気圧力ＳＰの減少に伴って大きくなり、補正弁開度指令ＰＡも蒸気圧力ＳＰの減少に伴って大きくなって制御弁３２の開度が大きくなり、熱交換器３０に供給される蒸気量が蒸気圧力ＳＰの減少に伴って増加するという先行制御（フィードフォワード制御）が行われる。
【００４８】
このように、蒸気圧力ＳＰの増減に応じて制御弁３２の弁開度を先行制御して熱交換器３０に供給する蒸気量を増減させているため、蒸気圧力ＳＰが増減しても、吸入する空気Ａの温度を安定燃焼可能な温度に維持することができる。
【００４９】
また、蒸気温度ＳＴが増加してくると、補正係数ｂ及び弁開度先行指令ｆが蒸気温度ＳＴの増加に伴って小さくなり、補正弁開度指令ＰＡも蒸気温度ＳＴの増加に伴って小さくなって制御弁３２の開度が小さくなり、熱交換器３０に供給される蒸気量が蒸気温度ＳＴの増加に伴って減少するという先行制御（フィードフォワード制御）が行われる。
逆に、蒸気温度ＳＴが減少してくると、補正係数ｂ及び弁開度先行指令ｆが蒸気温度ＳＴの減少に伴って大きくなり、補正弁開度指令ＰＡも蒸気温度ＳＴの減少に伴って大きくなって制御弁３２の開度が大きくなり、熱交換器３０に供給される蒸気量が蒸気温度ＳＴの減少に伴って増加するという先行制御（フィードフォワード制御）が行われる。
【００５０】
このように、蒸気温度ＳＴの増減に応じて制御弁３２の弁開度を先行制御して熱交換器３０に供給する蒸気量を増減させているため、蒸気温度ＳＴが増減しても、吸入する空気Ａ′の温度を安定燃焼可能な温度に維持することができる。
【００５１】
なお蒸気Ｓの温度と圧力が安定している場合には、補正係数演算関数部１１１、１１２を用いないようにしてもよい。
更に、大気温度ｔ２が急変しない地域では、偏差演算部１１６及び補正係数演算関数部１１５を用いないようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施例に係るガスタービンの吸気加熱制御装置を示す構成図。
【図２】実施例で用いる関数特性を示す特性図。
【図３】従来技術を示す構成図。
【符号の説明】
【００５３】
１０ ガスタービン
１１ａ 入口案内翼
１５ 吸気ダクト
３０ 熱交換器
３１ 蒸気管
３２ 制御弁
３５ 圧力計
３６ 温度計
４０ 温度計
１００ 制御装置
１１０ 先行制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンに吸入される空気を加熱媒体により加熱する熱交換器と、
弁開度が制御されることにより、前記熱交換器に供給される加熱媒体の量を制御する制御弁と、
前記熱交換器により加熱されて前記ガスタービンに吸入される空気の温度を測定する温度計と、
前記温度計で測定した測定温度が予め設定された目標温度になるように、前記制御弁の弁開度を制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、
前記目標温度と前記測定温度との偏差である偏差温度を求める偏差演算部と、前記偏差温度を比例・積分演算して弁開度ＰＩ補正指令を求める比例・積分演算部と、
前記ガスタービンの回転数が大きくなると値が大きくなる弁開度指令を出力する弁開度指令演算関数部と、
前記ガスタービンの入口案内翼の開度が大きくなると係数値が大きくなる入口案内翼用補正係数を出力する入口案内翼用補正係数演算関数部と、
前記弁開度指令と前記入口案内翼用補正係数を乗算して弁開度先行指令を出力する乗算部と、
前記弁開度ＰＩ補正指令と前記弁開度先行指令とを加算して補正弁開度指令を出力する加算部とを有し、
前記補正弁開度指令の大きさに応じて前記制御弁の弁開度を制御することを特徴とするガスタービンの吸気加熱制御装置。
【請求項２】
ガスタービンに吸入される空気を加熱媒体により加熱する熱交換器と、
弁開度が制御されることにより、前記熱交換器に供給される加熱媒体の量を制御する制御弁と、
前記熱交換器により加熱されて前記ガスタービンに吸入される空気の温度を測定する温度計と、
前記温度計で測定した測定温度が予め設定された目標温度になるように、前記制御弁の弁開度を制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、
前記目標温度と前記測定温度との偏差である偏差温度を求める偏差演算部と、前記偏差温度を比例・積分演算して弁開度ＰＩ補正指令を求める比例・積分演算部と、
前記目標温度と大気温度との温度差を求める第２の偏差演算部と、
前記ガスタービンの回転数が大きくなると値が大きくなる弁開度指令を出力する弁開度指令演算関数部と、
前記ガスタービンの入口案内翼の開度が大きくなると係数値が大きくなる入口案内翼用補正係数を出力する入口案内翼用補正係数演算関数部と、
前記温度差が大きくなると係数値が大きくなる温度差用補正係数を出力する温度差用補正係数演算関数部と、
前記弁開度指令と前記入口案内翼用補正係数と前記温度差用補正係数を乗算して弁開度先行指令を出力する乗算部と、
前記弁開度ＰＩ補正指令と前記弁開度先行指令とを加算して補正弁開度指令を出力する加算部とを有し、
前記補正弁開度指令の大きさに応じて前記制御弁の弁開度を制御することを特徴とするガスタービンの吸気加熱制御装置。
【請求項３】
ガスタービンに吸入される空気を加熱媒体により加熱する熱交換器と、
弁開度が制御されることにより、前記熱交換器に供給される加熱媒体の量を制御する制御弁と、
前記熱交換器により加熱されて前記ガスタービンに吸入される空気の温度を測定する温度計と、
前記温度計で測定した測定温度が予め設定された目標温度になるように、前記制御弁の弁開度を制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、
前記目標温度と前記測定温度との偏差である偏差温度を求める偏差演算部と、前記偏差温度を比例・積分演算して弁開度ＰＩ補正指令を求める比例・積分演算部と、
前記目標温度と大気温度との温度差を求める第２の偏差演算部と、
前記ガスタービンの回転数が大きくなると値が大きくなる弁開度指令を出力する弁開度指令演算関数部と、
前記ガスタービンの入口案内翼の開度が大きくなると係数値が大きくなる入口案内翼用補正係数を出力する入口案内翼用補正係数演算関数部と、
前記温度差が大きくなると係数値が大きくなる温度差用補正係数を出力する温度差用補正係数演算関数部と、
前記熱交換器に供給される加熱媒体の圧力が、予め決めた基準圧力と等しいときには係数値が１となり、前記基準圧力よりも大きくなると係数値が１よりも小さくなり、前記基準圧力よりも小さくなると係数値が１よりも大きくなる加熱媒体圧力用補正係数を出力する加熱媒体圧力用補正係数演算関数部と、
前記熱交換器に供給される加熱媒体の温度が、予め決めた基準温度と等しいときには係数値が１となり、前記基準温度よりも大きくなると係数値が１よりも小さくなり、前記基準温度よりも小さくなると係数値が１よりも大きくなる加熱媒体温度用補正係数を出力する加熱媒体温度用補正係数演算関数部と、
前記弁開度指令と前記入口案内翼用補正係数と前記温度差用補正係数と前記蒸気圧力用補正係数と前記蒸気温度用補正係数を乗算して弁開度先行指令を出力する乗算部と、
前記弁開度ＰＩ補正指令と前記弁開度先行指令とを加算して補正弁開度指令を出力する加算部とを有し、
前記補正弁開度指令の大きさに応じて前記制御弁の弁開度を制御することを特徴とするガスタービンの吸気加熱制御装置。
【請求項１】
ガスタービンに吸入される空気を加熱媒体により加熱する熱交換器と、
弁開度が制御されることにより、前記熱交換器に供給される加熱媒体の量を制御する制御弁と、
前記熱交換器により加熱されて前記ガスタービンに吸入される空気の温度を測定する温度計と、
前記温度計で測定した測定温度が予め設定された目標温度になるように、前記制御弁の弁開度を制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、
前記目標温度と前記測定温度との偏差である偏差温度を求める偏差演算部と、前記偏差温度を比例・積分演算して弁開度ＰＩ補正指令を求める比例・積分演算部と、
前記ガスタービンの回転数が大きくなると値が大きくなる弁開度指令を出力する弁開度指令演算関数部と、
前記ガスタービンの入口案内翼の開度が大きくなると係数値が大きくなる入口案内翼用補正係数を出力する入口案内翼用補正係数演算関数部と、
前記弁開度指令と前記入口案内翼用補正係数を乗算して弁開度先行指令を出力する乗算部と、
前記弁開度ＰＩ補正指令と前記弁開度先行指令とを加算して補正弁開度指令を出力する加算部とを有し、
前記補正弁開度指令の大きさに応じて前記制御弁の弁開度を制御することを特徴とするガスタービンの吸気加熱制御装置。
【請求項２】
ガスタービンに吸入される空気を加熱媒体により加熱する熱交換器と、
弁開度が制御されることにより、前記熱交換器に供給される加熱媒体の量を制御する制御弁と、
前記熱交換器により加熱されて前記ガスタービンに吸入される空気の温度を測定する温度計と、
前記温度計で測定した測定温度が予め設定された目標温度になるように、前記制御弁の弁開度を制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、
前記目標温度と前記測定温度との偏差である偏差温度を求める偏差演算部と、前記偏差温度を比例・積分演算して弁開度ＰＩ補正指令を求める比例・積分演算部と、
前記目標温度と大気温度との温度差を求める第２の偏差演算部と、
前記ガスタービンの回転数が大きくなると値が大きくなる弁開度指令を出力する弁開度指令演算関数部と、
前記ガスタービンの入口案内翼の開度が大きくなると係数値が大きくなる入口案内翼用補正係数を出力する入口案内翼用補正係数演算関数部と、
前記温度差が大きくなると係数値が大きくなる温度差用補正係数を出力する温度差用補正係数演算関数部と、
前記弁開度指令と前記入口案内翼用補正係数と前記温度差用補正係数を乗算して弁開度先行指令を出力する乗算部と、
前記弁開度ＰＩ補正指令と前記弁開度先行指令とを加算して補正弁開度指令を出力する加算部とを有し、
前記補正弁開度指令の大きさに応じて前記制御弁の弁開度を制御することを特徴とするガスタービンの吸気加熱制御装置。
【請求項３】
ガスタービンに吸入される空気を加熱媒体により加熱する熱交換器と、
弁開度が制御されることにより、前記熱交換器に供給される加熱媒体の量を制御する制御弁と、
前記熱交換器により加熱されて前記ガスタービンに吸入される空気の温度を測定する温度計と、
前記温度計で測定した測定温度が予め設定された目標温度になるように、前記制御弁の弁開度を制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、
前記目標温度と前記測定温度との偏差である偏差温度を求める偏差演算部と、前記偏差温度を比例・積分演算して弁開度ＰＩ補正指令を求める比例・積分演算部と、
前記目標温度と大気温度との温度差を求める第２の偏差演算部と、
前記ガスタービンの回転数が大きくなると値が大きくなる弁開度指令を出力する弁開度指令演算関数部と、
前記ガスタービンの入口案内翼の開度が大きくなると係数値が大きくなる入口案内翼用補正係数を出力する入口案内翼用補正係数演算関数部と、
前記温度差が大きくなると係数値が大きくなる温度差用補正係数を出力する温度差用補正係数演算関数部と、
前記熱交換器に供給される加熱媒体の圧力が、予め決めた基準圧力と等しいときには係数値が１となり、前記基準圧力よりも大きくなると係数値が１よりも小さくなり、前記基準圧力よりも小さくなると係数値が１よりも大きくなる加熱媒体圧力用補正係数を出力する加熱媒体圧力用補正係数演算関数部と、
前記熱交換器に供給される加熱媒体の温度が、予め決めた基準温度と等しいときには係数値が１となり、前記基準温度よりも大きくなると係数値が１よりも小さくなり、前記基準温度よりも小さくなると係数値が１よりも大きくなる加熱媒体温度用補正係数を出力する加熱媒体温度用補正係数演算関数部と、
前記弁開度指令と前記入口案内翼用補正係数と前記温度差用補正係数と前記蒸気圧力用補正係数と前記蒸気温度用補正係数を乗算して弁開度先行指令を出力する乗算部と、
前記弁開度ＰＩ補正指令と前記弁開度先行指令とを加算して補正弁開度指令を出力する加算部とを有し、
前記補正弁開度指令の大きさに応じて前記制御弁の弁開度を制御することを特徴とするガスタービンの吸気加熱制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−１２８０８６（Ｐ２００８−１２８０８６Ａ）
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１３７５８（Ｐ２００６−３１３７５８）
【出願日】平成１８年１１月２１日（２００６．１１．２１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２１日（２００６．１１．２１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
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