ガスタービンプラントおよびガスタービンプラントの制御方法
【課題】燃空比を適切に保つことのできるガスタービンプラントを提供することを目的とする。
【解決手段】ガスタービンと、燃料及び空気が供給され、前記ガスタービンに燃焼ガスを供給する燃焼器と、該燃焼器への燃料供給量を調節する燃料弁と、該燃料弁を制御するコントローラとを備え、前記燃焼器は供給された燃料及び空気が導入されるメイン燃焼器と、該メイン燃焼器から燃焼ガスが供給され、該燃焼ガスを前記タービンに導入する尾筒と、前記コントローラにより制御され、供給された前記空気の一部を前記尾筒に導入するバイパス弁１５とを備えたガスタービンプラントにおいて、前記コントローラは、前記バイパス弁１５を、前記タービンの出力変動に応じた開閉速度で開閉することを特徴とする。
【解決手段】ガスタービンと、燃料及び空気が供給され、前記ガスタービンに燃焼ガスを供給する燃焼器と、該燃焼器への燃料供給量を調節する燃料弁と、該燃料弁を制御するコントローラとを備え、前記燃焼器は供給された燃料及び空気が導入されるメイン燃焼器と、該メイン燃焼器から燃焼ガスが供給され、該燃焼ガスを前記タービンに導入する尾筒と、前記コントローラにより制御され、供給された前記空気の一部を前記尾筒に導入するバイパス弁１５とを備えたガスタービンプラントにおいて、前記コントローラは、前記バイパス弁１５を、前記タービンの出力変動に応じた開閉速度で開閉することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電設備等に用いられるガスタービンおよびガスタービンプラントの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９に示したものは、従来の一軸型コンバインドプラント（ガスタービンプラント）の概略構成図である。
図示の一軸型コンバインドプラントにおいて、１は大気を吸入して圧縮する圧縮機、２は燃料油が供給されると共に圧縮機１から圧縮された空気が燃焼用空気として供給される燃焼器、３は燃焼器２にて発生した燃焼ガスが導入されることにより回転するガスタービン、４はガスタービン３と連結した蒸気タービン、および５は発電機である。
以上のガスタービン３，圧縮機１，蒸気タービン４，発電機５が互いに連結軸６で連結されている。
【０００３】
蒸気タービン４の駆動源は、排熱回収ボイラ８である。排熱回収ボイラ８は、ガスタービン３から排出される高温の排気ガスから熱を回収して蒸気を生成し、生成された蒸気を蒸気タービン４に導入する装置である。符号７は復水器であり、蒸気タービン４から排出された蒸気が導入され、該蒸気を凝縮させて排熱回収ボイラ８に戻す装置である。
符号９は燃料弁であり、燃焼器２への燃料供給量を調節する装置である。この燃料弁９は、コントローラ１０によって制御される。
【０００４】
燃焼器２は、図１０に示す構成となっている。図１０において、１２はメイン燃焼器であり、１３は燃焼器尾筒である。メイン燃焼器１２には、燃料弁９を介して燃料が供給されるとともに、圧縮機１から空気１４が供給されることで、燃料の燃焼が行われるようになっている。また、符号１５はバイパス弁である。バイパス弁１５はコントローラ１０により制御されており、バイパス弁１５の開度に応じて、圧縮機１からメイン燃焼器１２と燃焼器尾筒１３とに分配される空気の割合が決定されることになる。
【０００５】
さて、上記の構成を有するコンバインドプラントにおいては、負荷が変動して電力系統周波数が変化したときに、発電出力を調節して周波数を安定させる必要がある。上記コントローラ１０は、周波数を回復させる方向に燃料弁９を調節し、ガスタービン３の出力を制御している。
この制御を具体的に示す。図１１において、符号Ｓ１はガバナＣＳＯ（Control Signal Output）信号であり、コントローラ１０が燃料弁９に出力することにより、ガスタービン３の出力を制御する信号である。
通常時においては、符号ａで示すように、周波数を一定に保つべく、コントローラ１０がガバナＣＳＯ信号Ｓ１（すなわち、ガスタービン３の出力）を適宜変動させている。
【０００６】
負荷が急激に減少した場合、回転数が急上昇して周波数が上昇する。このとき、符号ｂ１に示すように、コントローラ１０がガバナＣＳＯ信号Ｓ１を減少させて回転数の急上昇を防ぐ。
一方、負荷が急激に増大した場合、回転数が急減して周波数が低下する。このとき、符号ｃ１に示すように、コントローラ１０がガバナＣＳＯ信号Ｓ１を増大させて回転数の急減を防ぐ。
【０００７】
しかしながら、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１を急増させると、ガスタービン３の温度が急上昇するため、ガスタービン３のストレスとなって好ましくない。このため、コントローラ１０は、図の符号Ｓ２に示すロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２を予め算出している。ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、通常時においてはガバナＣＳＯ信号Ｓ１より所定のトラッキング幅だけ高い値をとっている。ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急増・急減時には、規定レートで上昇、下降するようになっている。コントローラ１０は、ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２をガバナＣＳＯ信号Ｓ１の上限値としてガバナＣＳＯ信号Ｓ１を制限する。
したがって、ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急減時には符号ｂ１’で示すようにガバナＣＳＯ信号Ｓ１より下回ることないが、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急増時には、符号ｃ１’で示すようにガバナＣＳＯ信号Ｓ１よりも下回る。よって、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１は、図の符号ｄ１で示すように規定レート以上で上昇しないように制限される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、負荷の急減に続いて負荷の急増が起こった場合、ガバナＣＳＯ信号は急減に続いて急増するよう制御される。この状態を図１２に示した。
負荷の急減時、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１は、符号ｂ２で示すように、制限されることなく下降する。ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、規定レートで下降する（符号ｂ２’）。
その後、負荷の急増が発生した場合、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１が急上昇する（符号ｃ２）。ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１よりも５％高い値となるまで規定レートで下降を続ける（符号ｂ２’）。その後上昇に転換するが、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１が急増しているので、規定レートで上昇する（符号ｃ２’）。そして、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１はロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２を上限として、符号ｄ２で示すように規定レート以上で上昇しないよう制限される。
【０００９】
以上において、図１２の場合、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の上昇に制限が働くまでのｔ２の間、燃料急増されるのでガスタービン３にストレスを与えてしまうこととなる。
【００１０】
また、燃焼器２は、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１に合わせて以下のように動作する。
負荷が減少した場合、回転数を抑えるべく、コントローラ１０が燃料弁９を絞り制御して燃焼器１２に供給される燃料の量を制限する。このとき、燃空比を保つため、コントローラ１０はバイパス弁１５を開き、バイパス弁１５から燃焼器尾筒１３に供給される空気量を増加させる。これによって燃焼器１２に供給される空気量が減少するので、燃空比が保たれる。
しかしながら、従来のコンバインドプラントにおいてはバイパス弁１５の開閉速度は一定に保たれているため、燃料弁９を急速に絞るのと合わせてバイパス弁１５を絞ろうとしても、バイパス弁１５の絞りが追従せず、過度の空気がメイン燃焼器１２に吸入されてしまい、燃焼が不安定になる等の問題が生じる。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、ガスタービンの負荷急増すなわち燃料量の急増を制限しガスタービンストレスを抑制することできるガスタービンプラント及びガスタービンプラントの制御方法を提供することを目的とする。また、燃空比を適切に保つことのできるガスタービンプラント及びガスタービンプラントの制御方法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】
【００１２】
請求項１に記載のガスタービンプラントは、ガスタービンと、燃料及び空気が供給され、前記ガスタービンに燃焼ガスを供給する燃焼器と、該燃焼器への燃料供給量を調節する燃料弁と、該燃料弁を制御するコントローラとを備え、前記燃焼器は供給された燃料及び空気が導入されるメイン燃焼器と、該メイン燃焼器から燃焼ガスが供給され、該燃焼ガスを前記タービンに導入する尾筒と、前記コントローラにより制御され、供給された前記空気の一部を前記尾筒に導入するバイパス弁とを備えたガスタービンプラントにおいて、前記コントローラは、前記バイパス弁を、前記タービンの出力変動に応じた開閉速度で開閉することを特徴とする。
【００１３】
このガスタービンプラントにおいては、ガスタービンの出力変動が大きい場合、燃料弁を急激に開閉するのに合わせてバイパス弁を迅速に開閉することができる。
【００１４】
請求項２に記載のガスタービンプラントは、請求項１に記載のガスタービンにおいて、前記コントローラは、前記ガスタービン出力に対応した前記バイパス弁の開度設定値を算出するバイパス弁開度算出部と、前記ガスタービン出力の変化幅を算出するとともに、該変化幅に応じて前記バイパス弁の開閉速度を算出する開閉速度算出部と、前記バイパス弁開度算出部において算出された前記バイパス弁の開度設定値の変化レートを前記開閉速度算出部において算出された開閉速度として前記バイパス弁を制御する第１変化率制限器とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
このガスタービンプラントにおいては、バイパス弁開度算出部において、ガスタービンの出力に対応してバイパス弁をどの程度の開度とすればよいかが算出される。バイパス弁の開度を、現在の状態から、バイパス弁の開度設定値が示す開度に変更する際、開閉スピードを与えるのが開閉速度算出部である。開閉速度算出部は、ガスタービン出力の変化幅が大きいほど、速い速度でバイパス弁が開閉されるように開閉速度を算出する。第１変化率制限器は、与えられた開閉速度に基づいて前記バイパス弁を制御する信号を出力する。
【００１６】
請求項３に記載のガスタービンプラントは、請求項２に記載のガスタービンにおいて、前記開閉速度算出部は、前記ガスタービン出力が入力され、該ガスタービン出力の増減変化レートを所定値に変換した基準値を出力する第２変化率制限器と、該変化レート設定器から前記基準値が入力され、該基準値に対する前記ガスタービン出力の偏差量を算出する減算器と、前記偏差量に応じて前記バイパス弁の開閉速度を算出する変化率算出器とを備えていることを特徴とする。
【００１７】
このガスタービンプラントにおいては、例えば、図７（ａ）に示すように、ガスタービン出力値が大きく減少する場合であっても、第２変化率制限器は、同図（ｂ）に示すように、所定の変化率で減少する信号を出力する。減算器は、これらの差として偏差量を算出する。減算器が算出する偏差量は、この場合、図７（ｃ）に示すようになる。変化率算出器は、この偏差量が大きいほど、速い速度でバイパス弁が開閉されるように開閉速度を算出する。
【００１８】
請求項４に記載のガスタービンプラントの制御方法は、ガスタービンと、燃料及び燃焼空気が供給され、前記ガスタービンに燃焼ガスを供給する燃焼器と、該燃焼器への燃料供給量を調節する燃料弁とを備え、前記燃焼器は供給された燃料及び空気が導入されるメイン燃焼器と、該メイン燃焼器から燃焼ガスが供給され、該燃焼ガスを前記タービンに導入する尾筒と、供給された前記空気の一部を前記尾筒に導入するバイパス弁とを備えたガスタービンの制御方法において、前記バイパス弁を、前記タービンの出力変動に応じた開閉速度で開閉することを特徴とする。
【００１９】
このガスタービンプラントの制御方法においては、ガスタービンの出力変動が大きい場合、燃料弁を急激に開閉するのに合わせてバイパス弁を迅速に開閉することができる。
【００２０】
請求項５に記載のガスタービンプラントの制御方法は、請求項４に記載のガスタービンの制御方法において、前記ガスタービン出力の変化幅を算出した後、該変化幅に対応した前記バイパス弁の開閉速度を算出し、該開閉速度によって前記バイパス弁を開閉することを特徴とする。
【００２１】
バイパス弁の開度を、現在の状態から、設定開度に変更する際、開閉スピードを与える必要がある。このガスタービンプラントの制御方法においては、ガスタービン出力の変化幅が大きいほど、速い速度でバイパス弁が開閉されるように開閉速度を与えるようにする。
【００２２】
請求項６に記載のガスタービンプラントの制御方法は、請求項５に記載のガスタービンの制御方法において、ガスタービン出力の増減変化レートを所定値に変換した基準値を求め、該基準値に対する前記ガスタービン出力の偏差量を算出し、該偏差量を前記変化幅として用いることを特徴とする。
【００２３】
このガスタービンプラントの制御方法においては、例えば、図７（ａ）に示すように、ガスタービン出力値が大きく減少する場合であっても、同図（ｂ）に示すように、所定の変化率で減少する基準値を予め求める。そして、この基準値とガスタービン出力との差（図７（ａ）と（ｂ）との差）としての偏差量を算出する。この偏差量が大きいほど、速い速度でバイパス弁が開閉されるように開閉速度を算出する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、負荷が急減して燃料弁を急速に絞った場合、コントローラがバイパス弁の絞り変化レートを高速にするため、バイパス弁が燃料弁の絞りに追従し、燃焼器の燃空比の変動を防ぐ。したがって、燃焼器における燃料の燃焼を安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態として示したガスタービンプラントが備えるコントローラのブロック図である。
【図２】同コントローラのロードリミットＣＳＯ信号上限値算出部を示すブロック図である。
【図３】同コントローラのロードリミットＣＳＯ信号演算回路を示すブロック図である。
【図４】ガバナＣＳＯ信号とロードリミットＣＳＯ信号との関係を示す図である。
【図５】負荷が急減した後に急増する場合のガバナＣＳＯ信号とロードリミットＣＳＯ信号との関係を示す図である。
【図６】同コントローラが備えるバイパス弁制御回路のブロック図である。
【図７】同バイパス弁制御回路において、ガスタービン出力が入力されてバイパス弁制御指令が出力されるまでの信号の変化を示す図である。
【図８】同バイパス弁制御回路が記憶している偏差量とバイパス弁開閉変化率との対応関係を示す図である。
【図９】ガスタービンプラントの概略構成図である。
【図１０】同ガスタービンプラントに用いられる燃焼器の概略構成図である。
【図１１】従来のガスタービンプラントにおける、ガバナＣＳＯ信号とロードリミットＣＳＯ信号との関係を示す図である。
【図１２】従来のガスタービンプラントにおける、負荷が急減した後に急増する場合のガバナＣＳＯ信号とロードリミットＣＳＯ信号との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
次に、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図９に示したものは、本例にかかる一軸型コンバインドプラント（ガスタービンプラント）の概略構成図である。一軸型コンバインドプラントにおいて、１は大気を吸入して圧縮する圧縮機、２は燃料油が供給されると共に圧縮機１から圧縮された空気が燃焼用空気として供給される燃焼器、３は燃焼器２にて発生した燃焼ガスが導入されることにより回転するガスタービン、４はガスタービン３と連結した蒸気タービン、および５は発電機である。
以上のガスタービン３，圧縮機１，蒸気タービン４，発電機５が互いに連結軸６で連結されている。
【００２７】
蒸気タービン４の駆動源は、排熱回収ボイラ８である。排熱回収ボイラ８は、ガスタービン３から排出される高温の排気ガスから熱を回収して蒸気を生成し、生成された蒸気を蒸気タービン４に導入する装置である。符号７は復水器であり、蒸気タービン４から排出された蒸気が導入され、該蒸気を凝縮させて排熱回収ボイラ８に戻す装置である。
符号９は燃料弁であり、燃焼器２への燃料供給量を調節する装置である。この燃料弁９は、コントローラ１０によって制御される。
【００２８】
燃焼器２は、図１０に示す構成となっている。図１０において、１２はメイン燃焼器であり、１３は燃焼器尾筒である。メイン燃焼器１２には、燃料弁９を介して燃料が供給されるとともに、圧縮機１から空気１４が供給されることで、燃料の燃焼が行われるようになっている。また、符号１５はバイパス弁である。バイパス弁１５はコントローラ１０により制御されており、バイパス弁１５の開度に応じて、圧縮機１からメイン燃焼器１２と燃焼器尾筒１３とに分配される空気の割合が決定されることになる。
【００２９】
上記の構成を有するコンバインドプラントにおいては、負荷が変動して電力系統周波数が変化したときに、発電出力を調節して周波数を安定させる必要がある。上記コントローラ１０は、周波数を回復させる方向に燃料弁９を調節し、ガスタービン３の出力を制御している。
この制御を具体的に示す。図１に示したものは、コントローラ１０のブロック図である。
コントローラ１０は、ガスタービン３の回転数が入力され、該回転数からガスタービン３の負荷を算出するとともに、該負荷に応じて燃料弁９の開度を制御するガバナＣＳＯ信号（ガバナ制御信号）Ｓ１を算出するガバナＣＳＯ信号算出部（ガバナ制御信号算出部）２０と、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１が下降状態にあるときは該ガバナＣＳＯ信号Ｓ１よりも所定のトラッキング幅だけ大きい値にて該ガバナＣＳＯ信号Ｓ１に追従するとともに、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１が上昇状態にあるときは、所定の上昇レートを上限とした上昇率でガバナＣＳＯ信号Ｓ１に追従するロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２を算出するロードリミットＣＳＯ信号算出部（ロードリミット制御信号算出部）２１と、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の上限をロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２により制限する低値選択回路（制限部）２２とを備えている。
【００３０】
図２、図３に示したものはロードリミットＣＳＯ信号算出部２１である。ロードリミットＣＳＯ信号算出部２１は、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１に対する所定のトラッキング幅を算出する算出器２１ａと、該トラッキング幅をガバナＣＳＯ信号Ｓ１に足し合わせる和算器２１ｂと、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１に基づいて所定の上昇レートを算出する上昇レート算出器２１ｃとを備えている。さらに、和算器２１ｂと上昇レート算出器２１ｃの出力が入力される変化率制限器２１ｄを備えている。変化率制限器２１ｄに入力される和算器２１ｂの出力をｘとおくと、変化率制限器２１ｄにおいては入力値ｘの上昇レートは上昇レート算出器２１ｃの値によって制限され、下降レートは制限されずに出力され、図３のロードリミット制御信号演算用ＰＩコントローラの上限値Ｓ２’（以下、ＬＲＣＳＯ信号と呼ぶ）として入力される。
図３に示したものはロードリミットＣＳＯ（ＬＤＣＳＯ）信号演算回路である。本回路において、符号２２ａはロードリミット設定−発電機出力の偏差を算出する減算器であり、符号２２ｂは減算器２２ａが算出した上記偏差が入力されるＰＩコントローラである。さらに本例においては、その出力上限値がＬＲＣＳＯ信号Ｓ２’により制限される。
【００３１】
図４において、符号Ｓ１はガバナＣＳＯ信号であり、コントローラ１０が燃料弁９に出力することにより、ガスタービン３の出力を制御する信号である。
通常時においては、符号ａで示すように、周波数を一定に保つべく、コントローラ１０のガバナＣＳＯ信号算出部２０がガバナＣＳＯ信号Ｓ１（すなわち、ガスタービン３の出力）を適宜変動させている。
【００３２】
負荷が急激に減少した場合、回転数が急上昇して周波数が上昇する。このとき、符号ｂ３に示すように、ガバナＣＳＯ信号算出部２０がガバナＣＳＯ信号Ｓ１を減少させて系統周波数の安定を図る。
一方、負荷が急激に増大した場合、回転数が急減して周波数が低下する。このとき、符号ｃ３に示すように、ガバナＣＳＯ信号算出部２０がガバナＣＳＯ信号Ｓ１を増大させて系統周波数の安定を図る。
【００３３】
しかしながら、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１を急増させると、ガスタービン３の温度が急上昇するため、ガスタービン３のストレスとなって好ましくない。このため、コントローラ１０のロードリミットＣＳＯ信号算出部２１は、ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２を逐次算出している。ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、通常時およびガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急減時においてはトラッキング幅が足し合わされてガバナＣＳＯ信号Ｓ１より該トラッキング幅だけ高い値をとっている。ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急増時には、上昇レート算出器２１ｃで算出された規定レートで上昇するようになっている。コントローラ１０の低値選択回路２２は、ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２をガバナＣＳＯ信号Ｓ２の上限値としてガバナＣＳＯ信号の上昇を制限するようになっている。
【００３４】
したがって、ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急減時には符号ｂ３’で示すようにガバナＣＳＯ信号Ｓ１に追従して減少し、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急増時には、符号ｃ３’で示すように急増開始から所定時間後にガバナＣＳＯ信号Ｓ１と大小逆転する。よって、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１は低値選択回路２２によって制限され、規定レート以上で上昇しないロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２が選択され燃料弁９に出力される。
【００３５】
図５では、負荷が急減した後に急増する場合を示した。負荷の急減時、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１は、符号ｂ４で示すように、制限されることなく下降する。ロードリミット信号Ｓ２は、符号ｂ４’で示すように、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１に追従して下降する。
その後、負荷が急増した場合、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１も急上昇する（符号ｃ４）。ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、規定レートで上昇する（符号ｃ４’）。上記のように、低値選択回路２２はロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２を上限値としてガバナＣＳＯ信号Ｓ１の上昇を制限するため、急増開始から所定時間後には、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の上昇が制限されたロードリミット信号Ｓ２が選択されて燃料弁９に出力される。
【００３６】
以上説明したように、ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１が通常時のとき及び急減時には、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１に対して常にトラッキング幅だけ高い値をとる。ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急増時には、規定レートで上昇される。コントローラ１０は、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の上限値をロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２により制限するので、ガスタービン３の急激な温度上昇が防止される。
しかも、従来例（図１２参照）と本例（図５参照）とを比較するとわかるように、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１が急減した後に急増する場合、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１は、より早くロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２に追いつき、速やかにガバナＣＳＯ信号Ｓ１の上昇が制限される。したがって、ガスタービン３に与えるストレスを従来よりも減少させることができる。
【００３７】
次に、コントローラ１０が備える他の回路について説明する。
コントローラ１０は、図６に示すように、バイパス弁１５を制御するバイパス弁制御回路３０を備える。図６において、３１はバイパス弁開度算出部であり、ガスタービン３の出力値（以下、ＧＴ出力値と呼ぶ）Ｓ４が入力され、該ＧＴ出力値Ｓ４に対応してバイパス弁１５をどの程度の開度とすればよいかを示す開度設定値Ｓ５を出力する回路である。
符号３２は変化率制限器（第２変化率制限器）であり、負荷に応じて変化するＧＴ出力値Ｓ４が入力され、該ＧＴ出力値Ｓ４の増減変化率を所定値に設定して出力する。例えば、図７（ａ）に示すように、ＧＴ出力値Ｓ４が大きく減少する場合であっても、変化率制御器３２は、同図（ｂ）に示すように、所定の変化率で減少する信号を出力する。
符号３３は減算器であり、ＧＴ出力値Ｓ４から、前記変化率制御器３２の出力を引いた偏差量を出力するものである。その値の時間変化を図７（ｃ）に示した。
【００３８】
符号３５は変化率算出器であり、減算器３３にて算出された偏差量が入力されると共に、その入力値に応じたバイパス弁１５の変化率Ｓ６を出力する。その対応関係は、図８に示すようになっている。これによれば、例えば偏差量が大きければ変化率ａ１（％／min）が出力され、所定より小さければ変化率ａ２（％／min）が出力される。偏差量が図７（ｃ）であれば、同図（ｄ）のような値をとる。
上記変化率制限器３２、減算器３３、変化率算出器３５により、開閉速度算出部３６が構成されている。
【００３９】
符号３７は変化率制限器（第１変化率制限器）であり、バイパス弁開度算出部３１が出力した開度設定値Ｓ５を、変化率Ｓ６に基づいて制御してバイパス弁開度指令Ｓ７としてバイパス弁１５に出力する。すなわち、変化率Ｓ６が図７（ｄ）に示すように変化する場合、同図（ｅ）に示すように、バイパス弁開度指令Ｓ７は図の実線のようになる。
【００４０】
このように、本例のバイパス弁制御回路３０においては、負荷が急減して燃料弁９を急速に絞った場合、バイパス弁制御回路３０がバイパス弁１５の絞り変化率を高速にする。具体的には、図７（ａ）で示すようにＧＴ出力が急減すると、図７（ｅ）の実線で示すように、バイパス弁開度指令Ｓ７が急増し、バイパス弁１５の開度を迅速に制御する。
図７（ｅ）の破線で示すように、バイパス弁１５の変化率がａ１に固定されているとバイパス弁１５の開閉が燃料弁９の開閉より遅れてしまうが、上記のように変化率がａ２に高速化されるので、バイパス弁１５の開閉が迅速に行われ、燃焼器１２における燃料の燃焼を安定化することができる。
【符号の説明】
【００４１】
２ 燃焼器
３ ガスタービン
９ 燃料弁
１０ コントローラ
１２ メイン燃焼器
１３ 尾筒
１５ バイパス弁
２０ ガバナＣＳＯ信号算出部（ガバナ制御信号算出部）
２１ ロードリミットＣＳＯ信号算出部（ロードリミット制御信号算出部）
２２ 低値選択回路（制限部）
３１ バイパス弁開度算出部
３２ 変化率制限器（第２変化率制限器）
３３ 減算器
３５ 変化率算出器
３６ 開閉速度算出部
３７ 変化率制限器（第１変化率制限器）
Ｓ１ ガバナＣＳＯ信号（ガバナ制御信号）
Ｓ２ ロードリミットＣＳＯ信号（ロードリミット制御信号）
Ｓ３ 燃料制御信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電設備等に用いられるガスタービンおよびガスタービンプラントの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９に示したものは、従来の一軸型コンバインドプラント（ガスタービンプラント）の概略構成図である。
図示の一軸型コンバインドプラントにおいて、１は大気を吸入して圧縮する圧縮機、２は燃料油が供給されると共に圧縮機１から圧縮された空気が燃焼用空気として供給される燃焼器、３は燃焼器２にて発生した燃焼ガスが導入されることにより回転するガスタービン、４はガスタービン３と連結した蒸気タービン、および５は発電機である。
以上のガスタービン３，圧縮機１，蒸気タービン４，発電機５が互いに連結軸６で連結されている。
【０００３】
蒸気タービン４の駆動源は、排熱回収ボイラ８である。排熱回収ボイラ８は、ガスタービン３から排出される高温の排気ガスから熱を回収して蒸気を生成し、生成された蒸気を蒸気タービン４に導入する装置である。符号７は復水器であり、蒸気タービン４から排出された蒸気が導入され、該蒸気を凝縮させて排熱回収ボイラ８に戻す装置である。
符号９は燃料弁であり、燃焼器２への燃料供給量を調節する装置である。この燃料弁９は、コントローラ１０によって制御される。
【０００４】
燃焼器２は、図１０に示す構成となっている。図１０において、１２はメイン燃焼器であり、１３は燃焼器尾筒である。メイン燃焼器１２には、燃料弁９を介して燃料が供給されるとともに、圧縮機１から空気１４が供給されることで、燃料の燃焼が行われるようになっている。また、符号１５はバイパス弁である。バイパス弁１５はコントローラ１０により制御されており、バイパス弁１５の開度に応じて、圧縮機１からメイン燃焼器１２と燃焼器尾筒１３とに分配される空気の割合が決定されることになる。
【０００５】
さて、上記の構成を有するコンバインドプラントにおいては、負荷が変動して電力系統周波数が変化したときに、発電出力を調節して周波数を安定させる必要がある。上記コントローラ１０は、周波数を回復させる方向に燃料弁９を調節し、ガスタービン３の出力を制御している。
この制御を具体的に示す。図１１において、符号Ｓ１はガバナＣＳＯ（Control Signal Output）信号であり、コントローラ１０が燃料弁９に出力することにより、ガスタービン３の出力を制御する信号である。
通常時においては、符号ａで示すように、周波数を一定に保つべく、コントローラ１０がガバナＣＳＯ信号Ｓ１（すなわち、ガスタービン３の出力）を適宜変動させている。
【０００６】
負荷が急激に減少した場合、回転数が急上昇して周波数が上昇する。このとき、符号ｂ１に示すように、コントローラ１０がガバナＣＳＯ信号Ｓ１を減少させて回転数の急上昇を防ぐ。
一方、負荷が急激に増大した場合、回転数が急減して周波数が低下する。このとき、符号ｃ１に示すように、コントローラ１０がガバナＣＳＯ信号Ｓ１を増大させて回転数の急減を防ぐ。
【０００７】
しかしながら、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１を急増させると、ガスタービン３の温度が急上昇するため、ガスタービン３のストレスとなって好ましくない。このため、コントローラ１０は、図の符号Ｓ２に示すロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２を予め算出している。ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、通常時においてはガバナＣＳＯ信号Ｓ１より所定のトラッキング幅だけ高い値をとっている。ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急増・急減時には、規定レートで上昇、下降するようになっている。コントローラ１０は、ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２をガバナＣＳＯ信号Ｓ１の上限値としてガバナＣＳＯ信号Ｓ１を制限する。
したがって、ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急減時には符号ｂ１’で示すようにガバナＣＳＯ信号Ｓ１より下回ることないが、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急増時には、符号ｃ１’で示すようにガバナＣＳＯ信号Ｓ１よりも下回る。よって、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１は、図の符号ｄ１で示すように規定レート以上で上昇しないように制限される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、負荷の急減に続いて負荷の急増が起こった場合、ガバナＣＳＯ信号は急減に続いて急増するよう制御される。この状態を図１２に示した。
負荷の急減時、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１は、符号ｂ２で示すように、制限されることなく下降する。ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、規定レートで下降する（符号ｂ２’）。
その後、負荷の急増が発生した場合、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１が急上昇する（符号ｃ２）。ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１よりも５％高い値となるまで規定レートで下降を続ける（符号ｂ２’）。その後上昇に転換するが、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１が急増しているので、規定レートで上昇する（符号ｃ２’）。そして、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１はロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２を上限として、符号ｄ２で示すように規定レート以上で上昇しないよう制限される。
【０００９】
以上において、図１２の場合、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の上昇に制限が働くまでのｔ２の間、燃料急増されるのでガスタービン３にストレスを与えてしまうこととなる。
【００１０】
また、燃焼器２は、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１に合わせて以下のように動作する。
負荷が減少した場合、回転数を抑えるべく、コントローラ１０が燃料弁９を絞り制御して燃焼器１２に供給される燃料の量を制限する。このとき、燃空比を保つため、コントローラ１０はバイパス弁１５を開き、バイパス弁１５から燃焼器尾筒１３に供給される空気量を増加させる。これによって燃焼器１２に供給される空気量が減少するので、燃空比が保たれる。
しかしながら、従来のコンバインドプラントにおいてはバイパス弁１５の開閉速度は一定に保たれているため、燃料弁９を急速に絞るのと合わせてバイパス弁１５を絞ろうとしても、バイパス弁１５の絞りが追従せず、過度の空気がメイン燃焼器１２に吸入されてしまい、燃焼が不安定になる等の問題が生じる。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、ガスタービンの負荷急増すなわち燃料量の急増を制限しガスタービンストレスを抑制することできるガスタービンプラント及びガスタービンプラントの制御方法を提供することを目的とする。また、燃空比を適切に保つことのできるガスタービンプラント及びガスタービンプラントの制御方法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】
【００１２】
請求項１に記載のガスタービンプラントは、ガスタービンと、燃料及び空気が供給され、前記ガスタービンに燃焼ガスを供給する燃焼器と、該燃焼器への燃料供給量を調節する燃料弁と、該燃料弁を制御するコントローラとを備え、前記燃焼器は供給された燃料及び空気が導入されるメイン燃焼器と、該メイン燃焼器から燃焼ガスが供給され、該燃焼ガスを前記タービンに導入する尾筒と、前記コントローラにより制御され、供給された前記空気の一部を前記尾筒に導入するバイパス弁とを備えたガスタービンプラントにおいて、前記コントローラは、前記バイパス弁を、前記タービンの出力変動に応じた開閉速度で開閉することを特徴とする。
【００１３】
このガスタービンプラントにおいては、ガスタービンの出力変動が大きい場合、燃料弁を急激に開閉するのに合わせてバイパス弁を迅速に開閉することができる。
【００１４】
請求項２に記載のガスタービンプラントは、請求項１に記載のガスタービンにおいて、前記コントローラは、前記ガスタービン出力に対応した前記バイパス弁の開度設定値を算出するバイパス弁開度算出部と、前記ガスタービン出力の変化幅を算出するとともに、該変化幅に応じて前記バイパス弁の開閉速度を算出する開閉速度算出部と、前記バイパス弁開度算出部において算出された前記バイパス弁の開度設定値の変化レートを前記開閉速度算出部において算出された開閉速度として前記バイパス弁を制御する第１変化率制限器とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
このガスタービンプラントにおいては、バイパス弁開度算出部において、ガスタービンの出力に対応してバイパス弁をどの程度の開度とすればよいかが算出される。バイパス弁の開度を、現在の状態から、バイパス弁の開度設定値が示す開度に変更する際、開閉スピードを与えるのが開閉速度算出部である。開閉速度算出部は、ガスタービン出力の変化幅が大きいほど、速い速度でバイパス弁が開閉されるように開閉速度を算出する。第１変化率制限器は、与えられた開閉速度に基づいて前記バイパス弁を制御する信号を出力する。
【００１６】
請求項３に記載のガスタービンプラントは、請求項２に記載のガスタービンにおいて、前記開閉速度算出部は、前記ガスタービン出力が入力され、該ガスタービン出力の増減変化レートを所定値に変換した基準値を出力する第２変化率制限器と、該変化レート設定器から前記基準値が入力され、該基準値に対する前記ガスタービン出力の偏差量を算出する減算器と、前記偏差量に応じて前記バイパス弁の開閉速度を算出する変化率算出器とを備えていることを特徴とする。
【００１７】
このガスタービンプラントにおいては、例えば、図７（ａ）に示すように、ガスタービン出力値が大きく減少する場合であっても、第２変化率制限器は、同図（ｂ）に示すように、所定の変化率で減少する信号を出力する。減算器は、これらの差として偏差量を算出する。減算器が算出する偏差量は、この場合、図７（ｃ）に示すようになる。変化率算出器は、この偏差量が大きいほど、速い速度でバイパス弁が開閉されるように開閉速度を算出する。
【００１８】
請求項４に記載のガスタービンプラントの制御方法は、ガスタービンと、燃料及び燃焼空気が供給され、前記ガスタービンに燃焼ガスを供給する燃焼器と、該燃焼器への燃料供給量を調節する燃料弁とを備え、前記燃焼器は供給された燃料及び空気が導入されるメイン燃焼器と、該メイン燃焼器から燃焼ガスが供給され、該燃焼ガスを前記タービンに導入する尾筒と、供給された前記空気の一部を前記尾筒に導入するバイパス弁とを備えたガスタービンの制御方法において、前記バイパス弁を、前記タービンの出力変動に応じた開閉速度で開閉することを特徴とする。
【００１９】
このガスタービンプラントの制御方法においては、ガスタービンの出力変動が大きい場合、燃料弁を急激に開閉するのに合わせてバイパス弁を迅速に開閉することができる。
【００２０】
請求項５に記載のガスタービンプラントの制御方法は、請求項４に記載のガスタービンの制御方法において、前記ガスタービン出力の変化幅を算出した後、該変化幅に対応した前記バイパス弁の開閉速度を算出し、該開閉速度によって前記バイパス弁を開閉することを特徴とする。
【００２１】
バイパス弁の開度を、現在の状態から、設定開度に変更する際、開閉スピードを与える必要がある。このガスタービンプラントの制御方法においては、ガスタービン出力の変化幅が大きいほど、速い速度でバイパス弁が開閉されるように開閉速度を与えるようにする。
【００２２】
請求項６に記載のガスタービンプラントの制御方法は、請求項５に記載のガスタービンの制御方法において、ガスタービン出力の増減変化レートを所定値に変換した基準値を求め、該基準値に対する前記ガスタービン出力の偏差量を算出し、該偏差量を前記変化幅として用いることを特徴とする。
【００２３】
このガスタービンプラントの制御方法においては、例えば、図７（ａ）に示すように、ガスタービン出力値が大きく減少する場合であっても、同図（ｂ）に示すように、所定の変化率で減少する基準値を予め求める。そして、この基準値とガスタービン出力との差（図７（ａ）と（ｂ）との差）としての偏差量を算出する。この偏差量が大きいほど、速い速度でバイパス弁が開閉されるように開閉速度を算出する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、負荷が急減して燃料弁を急速に絞った場合、コントローラがバイパス弁の絞り変化レートを高速にするため、バイパス弁が燃料弁の絞りに追従し、燃焼器の燃空比の変動を防ぐ。したがって、燃焼器における燃料の燃焼を安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態として示したガスタービンプラントが備えるコントローラのブロック図である。
【図２】同コントローラのロードリミットＣＳＯ信号上限値算出部を示すブロック図である。
【図３】同コントローラのロードリミットＣＳＯ信号演算回路を示すブロック図である。
【図４】ガバナＣＳＯ信号とロードリミットＣＳＯ信号との関係を示す図である。
【図５】負荷が急減した後に急増する場合のガバナＣＳＯ信号とロードリミットＣＳＯ信号との関係を示す図である。
【図６】同コントローラが備えるバイパス弁制御回路のブロック図である。
【図７】同バイパス弁制御回路において、ガスタービン出力が入力されてバイパス弁制御指令が出力されるまでの信号の変化を示す図である。
【図８】同バイパス弁制御回路が記憶している偏差量とバイパス弁開閉変化率との対応関係を示す図である。
【図９】ガスタービンプラントの概略構成図である。
【図１０】同ガスタービンプラントに用いられる燃焼器の概略構成図である。
【図１１】従来のガスタービンプラントにおける、ガバナＣＳＯ信号とロードリミットＣＳＯ信号との関係を示す図である。
【図１２】従来のガスタービンプラントにおける、負荷が急減した後に急増する場合のガバナＣＳＯ信号とロードリミットＣＳＯ信号との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
次に、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図９に示したものは、本例にかかる一軸型コンバインドプラント（ガスタービンプラント）の概略構成図である。一軸型コンバインドプラントにおいて、１は大気を吸入して圧縮する圧縮機、２は燃料油が供給されると共に圧縮機１から圧縮された空気が燃焼用空気として供給される燃焼器、３は燃焼器２にて発生した燃焼ガスが導入されることにより回転するガスタービン、４はガスタービン３と連結した蒸気タービン、および５は発電機である。
以上のガスタービン３，圧縮機１，蒸気タービン４，発電機５が互いに連結軸６で連結されている。
【００２７】
蒸気タービン４の駆動源は、排熱回収ボイラ８である。排熱回収ボイラ８は、ガスタービン３から排出される高温の排気ガスから熱を回収して蒸気を生成し、生成された蒸気を蒸気タービン４に導入する装置である。符号７は復水器であり、蒸気タービン４から排出された蒸気が導入され、該蒸気を凝縮させて排熱回収ボイラ８に戻す装置である。
符号９は燃料弁であり、燃焼器２への燃料供給量を調節する装置である。この燃料弁９は、コントローラ１０によって制御される。
【００２８】
燃焼器２は、図１０に示す構成となっている。図１０において、１２はメイン燃焼器であり、１３は燃焼器尾筒である。メイン燃焼器１２には、燃料弁９を介して燃料が供給されるとともに、圧縮機１から空気１４が供給されることで、燃料の燃焼が行われるようになっている。また、符号１５はバイパス弁である。バイパス弁１５はコントローラ１０により制御されており、バイパス弁１５の開度に応じて、圧縮機１からメイン燃焼器１２と燃焼器尾筒１３とに分配される空気の割合が決定されることになる。
【００２９】
上記の構成を有するコンバインドプラントにおいては、負荷が変動して電力系統周波数が変化したときに、発電出力を調節して周波数を安定させる必要がある。上記コントローラ１０は、周波数を回復させる方向に燃料弁９を調節し、ガスタービン３の出力を制御している。
この制御を具体的に示す。図１に示したものは、コントローラ１０のブロック図である。
コントローラ１０は、ガスタービン３の回転数が入力され、該回転数からガスタービン３の負荷を算出するとともに、該負荷に応じて燃料弁９の開度を制御するガバナＣＳＯ信号（ガバナ制御信号）Ｓ１を算出するガバナＣＳＯ信号算出部（ガバナ制御信号算出部）２０と、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１が下降状態にあるときは該ガバナＣＳＯ信号Ｓ１よりも所定のトラッキング幅だけ大きい値にて該ガバナＣＳＯ信号Ｓ１に追従するとともに、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１が上昇状態にあるときは、所定の上昇レートを上限とした上昇率でガバナＣＳＯ信号Ｓ１に追従するロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２を算出するロードリミットＣＳＯ信号算出部（ロードリミット制御信号算出部）２１と、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の上限をロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２により制限する低値選択回路（制限部）２２とを備えている。
【００３０】
図２、図３に示したものはロードリミットＣＳＯ信号算出部２１である。ロードリミットＣＳＯ信号算出部２１は、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１に対する所定のトラッキング幅を算出する算出器２１ａと、該トラッキング幅をガバナＣＳＯ信号Ｓ１に足し合わせる和算器２１ｂと、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１に基づいて所定の上昇レートを算出する上昇レート算出器２１ｃとを備えている。さらに、和算器２１ｂと上昇レート算出器２１ｃの出力が入力される変化率制限器２１ｄを備えている。変化率制限器２１ｄに入力される和算器２１ｂの出力をｘとおくと、変化率制限器２１ｄにおいては入力値ｘの上昇レートは上昇レート算出器２１ｃの値によって制限され、下降レートは制限されずに出力され、図３のロードリミット制御信号演算用ＰＩコントローラの上限値Ｓ２’（以下、ＬＲＣＳＯ信号と呼ぶ）として入力される。
図３に示したものはロードリミットＣＳＯ（ＬＤＣＳＯ）信号演算回路である。本回路において、符号２２ａはロードリミット設定−発電機出力の偏差を算出する減算器であり、符号２２ｂは減算器２２ａが算出した上記偏差が入力されるＰＩコントローラである。さらに本例においては、その出力上限値がＬＲＣＳＯ信号Ｓ２’により制限される。
【００３１】
図４において、符号Ｓ１はガバナＣＳＯ信号であり、コントローラ１０が燃料弁９に出力することにより、ガスタービン３の出力を制御する信号である。
通常時においては、符号ａで示すように、周波数を一定に保つべく、コントローラ１０のガバナＣＳＯ信号算出部２０がガバナＣＳＯ信号Ｓ１（すなわち、ガスタービン３の出力）を適宜変動させている。
【００３２】
負荷が急激に減少した場合、回転数が急上昇して周波数が上昇する。このとき、符号ｂ３に示すように、ガバナＣＳＯ信号算出部２０がガバナＣＳＯ信号Ｓ１を減少させて系統周波数の安定を図る。
一方、負荷が急激に増大した場合、回転数が急減して周波数が低下する。このとき、符号ｃ３に示すように、ガバナＣＳＯ信号算出部２０がガバナＣＳＯ信号Ｓ１を増大させて系統周波数の安定を図る。
【００３３】
しかしながら、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１を急増させると、ガスタービン３の温度が急上昇するため、ガスタービン３のストレスとなって好ましくない。このため、コントローラ１０のロードリミットＣＳＯ信号算出部２１は、ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２を逐次算出している。ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、通常時およびガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急減時においてはトラッキング幅が足し合わされてガバナＣＳＯ信号Ｓ１より該トラッキング幅だけ高い値をとっている。ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急増時には、上昇レート算出器２１ｃで算出された規定レートで上昇するようになっている。コントローラ１０の低値選択回路２２は、ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２をガバナＣＳＯ信号Ｓ２の上限値としてガバナＣＳＯ信号の上昇を制限するようになっている。
【００３４】
したがって、ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急減時には符号ｂ３’で示すようにガバナＣＳＯ信号Ｓ１に追従して減少し、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急増時には、符号ｃ３’で示すように急増開始から所定時間後にガバナＣＳＯ信号Ｓ１と大小逆転する。よって、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１は低値選択回路２２によって制限され、規定レート以上で上昇しないロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２が選択され燃料弁９に出力される。
【００３５】
図５では、負荷が急減した後に急増する場合を示した。負荷の急減時、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１は、符号ｂ４で示すように、制限されることなく下降する。ロードリミット信号Ｓ２は、符号ｂ４’で示すように、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１に追従して下降する。
その後、負荷が急増した場合、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１も急上昇する（符号ｃ４）。ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、規定レートで上昇する（符号ｃ４’）。上記のように、低値選択回路２２はロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２を上限値としてガバナＣＳＯ信号Ｓ１の上昇を制限するため、急増開始から所定時間後には、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の上昇が制限されたロードリミット信号Ｓ２が選択されて燃料弁９に出力される。
【００３６】
以上説明したように、ロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２は、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１が通常時のとき及び急減時には、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１に対して常にトラッキング幅だけ高い値をとる。ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の急増時には、規定レートで上昇される。コントローラ１０は、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１の上限値をロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２により制限するので、ガスタービン３の急激な温度上昇が防止される。
しかも、従来例（図１２参照）と本例（図５参照）とを比較するとわかるように、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１が急減した後に急増する場合、ガバナＣＳＯ信号Ｓ１は、より早くロードリミットＣＳＯ信号Ｓ２に追いつき、速やかにガバナＣＳＯ信号Ｓ１の上昇が制限される。したがって、ガスタービン３に与えるストレスを従来よりも減少させることができる。
【００３７】
次に、コントローラ１０が備える他の回路について説明する。
コントローラ１０は、図６に示すように、バイパス弁１５を制御するバイパス弁制御回路３０を備える。図６において、３１はバイパス弁開度算出部であり、ガスタービン３の出力値（以下、ＧＴ出力値と呼ぶ）Ｓ４が入力され、該ＧＴ出力値Ｓ４に対応してバイパス弁１５をどの程度の開度とすればよいかを示す開度設定値Ｓ５を出力する回路である。
符号３２は変化率制限器（第２変化率制限器）であり、負荷に応じて変化するＧＴ出力値Ｓ４が入力され、該ＧＴ出力値Ｓ４の増減変化率を所定値に設定して出力する。例えば、図７（ａ）に示すように、ＧＴ出力値Ｓ４が大きく減少する場合であっても、変化率制御器３２は、同図（ｂ）に示すように、所定の変化率で減少する信号を出力する。
符号３３は減算器であり、ＧＴ出力値Ｓ４から、前記変化率制御器３２の出力を引いた偏差量を出力するものである。その値の時間変化を図７（ｃ）に示した。
【００３８】
符号３５は変化率算出器であり、減算器３３にて算出された偏差量が入力されると共に、その入力値に応じたバイパス弁１５の変化率Ｓ６を出力する。その対応関係は、図８に示すようになっている。これによれば、例えば偏差量が大きければ変化率ａ１（％／min）が出力され、所定より小さければ変化率ａ２（％／min）が出力される。偏差量が図７（ｃ）であれば、同図（ｄ）のような値をとる。
上記変化率制限器３２、減算器３３、変化率算出器３５により、開閉速度算出部３６が構成されている。
【００３９】
符号３７は変化率制限器（第１変化率制限器）であり、バイパス弁開度算出部３１が出力した開度設定値Ｓ５を、変化率Ｓ６に基づいて制御してバイパス弁開度指令Ｓ７としてバイパス弁１５に出力する。すなわち、変化率Ｓ６が図７（ｄ）に示すように変化する場合、同図（ｅ）に示すように、バイパス弁開度指令Ｓ７は図の実線のようになる。
【００４０】
このように、本例のバイパス弁制御回路３０においては、負荷が急減して燃料弁９を急速に絞った場合、バイパス弁制御回路３０がバイパス弁１５の絞り変化率を高速にする。具体的には、図７（ａ）で示すようにＧＴ出力が急減すると、図７（ｅ）の実線で示すように、バイパス弁開度指令Ｓ７が急増し、バイパス弁１５の開度を迅速に制御する。
図７（ｅ）の破線で示すように、バイパス弁１５の変化率がａ１に固定されているとバイパス弁１５の開閉が燃料弁９の開閉より遅れてしまうが、上記のように変化率がａ２に高速化されるので、バイパス弁１５の開閉が迅速に行われ、燃焼器１２における燃料の燃焼を安定化することができる。
【符号の説明】
【００４１】
２ 燃焼器
３ ガスタービン
９ 燃料弁
１０ コントローラ
１２ メイン燃焼器
１３ 尾筒
１５ バイパス弁
２０ ガバナＣＳＯ信号算出部（ガバナ制御信号算出部）
２１ ロードリミットＣＳＯ信号算出部（ロードリミット制御信号算出部）
２２ 低値選択回路（制限部）
３１ バイパス弁開度算出部
３２ 変化率制限器（第２変化率制限器）
３３ 減算器
３５ 変化率算出器
３６ 開閉速度算出部
３７ 変化率制限器（第１変化率制限器）
Ｓ１ ガバナＣＳＯ信号（ガバナ制御信号）
Ｓ２ ロードリミットＣＳＯ信号（ロードリミット制御信号）
Ｓ３ 燃料制御信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンと、燃料及び空気が供給され、前記ガスタービンに燃焼ガスを供給する燃焼器と、該燃焼器への燃料供給量を調節する燃料弁と、該燃料弁を制御するコントローラとを備え、前記燃焼器は供給された燃料及び空気が導入されるメイン燃焼器と、該メイン燃焼器から燃焼ガスが供給され、該燃焼ガスを前記タービンに導入する尾筒と、前記コントローラにより制御され、供給された前記空気の一部を前記尾筒に導入するバイパス弁とを備えたガスタービンプラントにおいて、
前記コントローラは、前記バイパス弁を、前記タービンの出力変動に応じた開閉速度で開閉することを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項２】
請求項１に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記コントローラは、前記ガスタービン出力に対応した前記バイパス弁の開度設定値を算出するバイパス弁開度算出部と、
前記ガスタービン出力の変化幅を算出するとともに、該変化幅に応じて前記バイパス弁の開閉速度を算出する開閉速度算出部と、
前記バイパス弁開度算出部において算出された前記バイパス弁の開度設定値の変化レートを前記開閉速度算出部において算出された開閉速度として前記バイパス弁を制御する第１変化率制限器とを備えていることを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項３】
請求項２に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記開閉速度算出部は、前記ガスタービン出力が入力され、該ガスタービン出力の増減変化レートを所定値に変換した基準値を出力する第２変化率制限器と、該第２変化率制限器から前記基準値が入力され、該基準値に対する前記ガスタービン出力の偏差量を算出する減算器と、
前記偏差量に応じて前記バイパス弁の開閉速度を算出する変化率算出器とを備えていることを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項４】
ガスタービンと、燃料及び燃焼空気が供給され、前記ガスタービンに燃焼ガスを供給する燃焼器と、該燃焼器への燃料供給量を調節する燃料弁とを備え、前記燃焼器は供給された燃料及び空気が導入されるメイン燃焼器と、該メイン燃焼器から燃焼ガスが供給され、該燃焼ガスを前記タービンに導入する尾筒と、供給された前記空気の一部を前記尾筒に導入するバイパス弁とを備えたガスタービンプラントの制御方法において、
前記バイパス弁を、前記タービンの出力変動に応じた開閉速度で開閉することを特徴とするガスタービンプラントの制御方法。
【請求項５】
請求項４に記載のガスタービンプラントの制御方法において、
前記ガスタービン出力の変化幅を算出した後、該変化幅に対応した前記バイパス弁の開閉速度を算出し、該開閉速度によって前記バイパス弁を開閉することを特徴とするガスタービンプラントの制御方法。
【請求項６】
請求項５に記載のガスタービンプラントの制御方法において、
ガスタービン出力の増減変化レートを所定値に変換した基準値を求め、該基準値に対する前記ガスタービン出力の偏差量を算出し、該偏差量を前記変化幅として用いることを特徴とするガスタービンプラントの制御方法。
【請求項１】
ガスタービンと、燃料及び空気が供給され、前記ガスタービンに燃焼ガスを供給する燃焼器と、該燃焼器への燃料供給量を調節する燃料弁と、該燃料弁を制御するコントローラとを備え、前記燃焼器は供給された燃料及び空気が導入されるメイン燃焼器と、該メイン燃焼器から燃焼ガスが供給され、該燃焼ガスを前記タービンに導入する尾筒と、前記コントローラにより制御され、供給された前記空気の一部を前記尾筒に導入するバイパス弁とを備えたガスタービンプラントにおいて、
前記コントローラは、前記バイパス弁を、前記タービンの出力変動に応じた開閉速度で開閉することを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項２】
請求項１に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記コントローラは、前記ガスタービン出力に対応した前記バイパス弁の開度設定値を算出するバイパス弁開度算出部と、
前記ガスタービン出力の変化幅を算出するとともに、該変化幅に応じて前記バイパス弁の開閉速度を算出する開閉速度算出部と、
前記バイパス弁開度算出部において算出された前記バイパス弁の開度設定値の変化レートを前記開閉速度算出部において算出された開閉速度として前記バイパス弁を制御する第１変化率制限器とを備えていることを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項３】
請求項２に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記開閉速度算出部は、前記ガスタービン出力が入力され、該ガスタービン出力の増減変化レートを所定値に変換した基準値を出力する第２変化率制限器と、該第２変化率制限器から前記基準値が入力され、該基準値に対する前記ガスタービン出力の偏差量を算出する減算器と、
前記偏差量に応じて前記バイパス弁の開閉速度を算出する変化率算出器とを備えていることを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項４】
ガスタービンと、燃料及び燃焼空気が供給され、前記ガスタービンに燃焼ガスを供給する燃焼器と、該燃焼器への燃料供給量を調節する燃料弁とを備え、前記燃焼器は供給された燃料及び空気が導入されるメイン燃焼器と、該メイン燃焼器から燃焼ガスが供給され、該燃焼ガスを前記タービンに導入する尾筒と、供給された前記空気の一部を前記尾筒に導入するバイパス弁とを備えたガスタービンプラントの制御方法において、
前記バイパス弁を、前記タービンの出力変動に応じた開閉速度で開閉することを特徴とするガスタービンプラントの制御方法。
【請求項５】
請求項４に記載のガスタービンプラントの制御方法において、
前記ガスタービン出力の変化幅を算出した後、該変化幅に対応した前記バイパス弁の開閉速度を算出し、該開閉速度によって前記バイパス弁を開閉することを特徴とするガスタービンプラントの制御方法。
【請求項６】
請求項５に記載のガスタービンプラントの制御方法において、
ガスタービン出力の増減変化レートを所定値に変換した基準値を求め、該基準値に対する前記ガスタービン出力の偏差量を算出し、該偏差量を前記変化幅として用いることを特徴とするガスタービンプラントの制御方法。
【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２００９−１３３３２３（Ｐ２００９−１３３３２３Ａ）
【公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６３４２９（Ｐ２００９−６３４２９）
【出願日】平成２１年３月１６日（２００９．３．１６）
【分割の表示】特願２０００−２２０８１４（Ｐ２０００−２２０８１４）の分割
【原出願日】平成１２年７月２１日（２０００．７．２１）
【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２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１６日（２００９．３．１６）
【分割の表示】特願２０００−２２０８１４（Ｐ２０００−２２０８１４）の分割
【原出願日】平成１２年７月２１日（２０００．７．２１）
【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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