ガスタービン制御装置
【課題】ガスタービン制御装置の保守性の向上を図る。
【解決手段】ガスタービン制御装置は、バルブの開度に連動する可動鉄芯と、可動鉄芯の周囲に配置される１次コイル３２と、１次コイル３２に対応して設けられる２つの２次コイルと、を有する差動トランスより、１次コイル３２及び２つの２次コイルに対する可動鉄芯の位置が変化する場合に、電源から１次コイル３２に加えられる励磁電圧の電圧値及び励磁電圧によって２つの２次コイルに生じる誘起電圧の電圧値が入力される入力部と、２つの２次コイルのそれぞれの誘起電圧から求められた誘起電圧の電圧値の差を励磁電圧の電圧値で除して、可動鉄芯の位置を示す情報を演算する位置演算部３８と、演算された可動鉄芯の位置に基づいて、バルブの開度を求め、バルブの開度を指示する開度指示値を、バルブの開度を制御する開度制御部に出力する出力部と、を備える。
【解決手段】ガスタービン制御装置は、バルブの開度に連動する可動鉄芯と、可動鉄芯の周囲に配置される１次コイル３２と、１次コイル３２に対応して設けられる２つの２次コイルと、を有する差動トランスより、１次コイル３２及び２つの２次コイルに対する可動鉄芯の位置が変化する場合に、電源から１次コイル３２に加えられる励磁電圧の電圧値及び励磁電圧によって２つの２次コイルに生じる誘起電圧の電圧値が入力される入力部と、２つの２次コイルのそれぞれの誘起電圧から求められた誘起電圧の電圧値の差を励磁電圧の電圧値で除して、可動鉄芯の位置を示す情報を演算する位置演算部３８と、演算された可動鉄芯の位置に基づいて、バルブの開度を求め、バルブの開度を指示する開度指示値を、バルブの開度を制御する開度制御部に出力する出力部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、発電設備が備えるガスタービンを制御するガスタービン制御装置に係り、特に、ガスタービンに併設されるバルブの開度を制御する場合に適用して好適なガスタービン制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスタービン設備のバルブの開度検出器として差動トランスを備えるガスタービン制御装置がある。差動トランスは、１次コイルと２つの２次コイルによって構成され、１次コイルと２つの２次コイルの間には、可動鉄芯を備える。可動鉄芯は、バルブの開度に連動して位置が変わる。
【０００３】
ガスタービン制御装置が１次コイルを交流（一定周波数の励磁電圧）で励磁すると、可動鉄芯の変位量に応じて、２つの２次コイルに誘起電圧が発生する。そして、ガスタービン制御装置は、２つの２次コイルが発生した誘起電圧の電圧値を取り込み、その電圧差を計算する。ガスタービン制御装置が備えるデータベースには、０％〜１００％の範囲で規定されるバルブの開度と、開度に対応する電圧差の関係が保存されている。このため、ガスタービン制御装置は、電圧差からバルブの開度を求めることができ、この開度が所定の値となるようにバルブの開度を制御していた。
【０００４】
特許文献１には、バルブ位置を計測する位置計測システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１３９１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ガスタービン制御装置は、１次コイルを励磁する交流（一定周波数電圧）電圧発生機構を備える。交流電圧発生機構は、経年劣化すると、励磁電圧が下がるため、２つの２次コイルの電圧差が小さくなり、バルブの実際の開度よりも小さく計測してしまう。この結果、計測した開度と実際の開度が乖離することがあった。そして、計測した開度と実際の開度を合わせるためには、定期的にバルブの位置と２つの２次コイルの電圧差を測定し、ガスタービン制御装置のプログラムを調節する必要があった。
【０００７】
本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、ガスタービン制御装置の保守性の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ガスタービン制御装置は、バルブの開度に連動する可動鉄芯と、可動鉄芯の周囲に配置される１次コイルと、1次コイルに対応して設けられる２つの２次コイルと、を有する差動トランスより、１次コイル及び２つの２次コイルに対する可動鉄芯の位置が変化する場合に、電源から１次コイルに加えられる励磁電圧及び励磁電圧によって２つの２次コイルに生じる誘起電圧の電圧値が入力される入力部と、２つの２次コイルのそれぞれの誘起電圧から電圧値の差を求め、誘起電圧の電圧値の差を励磁電圧の電圧値で除して、可動鉄芯の位置を示す情報を演算する位置演算部と、演算された可動鉄芯の位置に基づいて、バルブの開度を求め、バルブの開度を指示する開度指示値を、バルブの開度を制御する開度制御部に出力する出力部と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ガスタービン制御装置は、差動トランスから入力される２つの２次コイルの電圧差を１次コイルの電圧値で除することによって、可動鉄芯の位置を示す情報を求め、この情報に基づいて、バルブの開度を指示する開度指示値を開度制御部に出力できる。このため、１次コイルを励磁する交流（一定周波数電圧）電圧発生機構が経年劣化しても、計測した開度と実際の開度とが一致し、定期的に実施が必要であったガスタービン制御装置のプログラムの調節を不要とするという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施の形態におけるガスタービン制御システムの例を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態におけるガスタービン制御装置の内部構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態におけるガスタービン制御装置の内部構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施の形態におけるバルブ制御装置の内部構成例を示すブロック図である。
【図５】本発明の一実施の形態における電圧比とバルブの開度の関係例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施の形態について、添付図面を参照して説明する。本実施の形態では、ガスタービン２１の出力を制御し、発電を行うガスタービン制御システム１００の構成及び動作の例について説明する。
【００１２】
図１は、ガスタービン制御システム１００の構成例を示す。
【００１３】
ガスタービン制御システム１００は、液化天然ガス（ＬＮＧ：Liquefied Natural Gas、以下、「燃料ガス」と呼ぶ。）を燃焼させる燃焼機２と、燃焼機２が排出する燃焼ガスによって駆動するガスタービン２１と、ガスタービン２１の動作を制御するガスタービン制御装置２０を備える。
【００１４】
また、ガスタービン２１は、空気を圧縮する空気圧縮機１と、燃焼機２と、タービン３を備える。燃焼機２は、空気圧縮機１で圧縮された空気と共に、燃料として投入される燃料ガスを燃焼して燃焼ガスを生成する。燃焼機２に投入される燃料は、燃料ガスの他に、重油、及び原油から石油を精製する際に発生するオフガスがある。
【００１５】
空気圧縮機１の入り口に設置される空気圧縮機入口案内翼４は、空気圧縮機１の吸込み空気流量を調節する機能を有しており、不図示のバルブを備える。タービン３は、燃焼ガスによって駆動し、発電機５を発電させる。発電機５で発生した電力は、送電系統６によって送電される。送電系統６には、発電機遮断器１１や系統遮断器１２が接続される。発電機遮断器１１の開閉状態を検出した開閉検出信号１３は、ガスタービン制御装置２０に入力し、系統遮断器１２の開閉状態を検出した開閉検出信号１４は、ガスタービン制御装置２０に入力する。
【００１６】
ガスタービン２１には、通常、複数缶の燃焼機が設置されているが、図１には、２缶の燃焼機２，２′のみを示している。
ここで、領域２２ａは、燃焼機２を軸方向から視認した場合における、燃焼バーナの構成例を示し、領域２２ｂは、燃焼機２を側面方向から断面視した場合における、燃焼バーナの構成例を示す。
【００１７】
燃焼機２の内部上流側には、複数の燃焼バーナが設置される。燃焼バーナの内訳は、燃焼機軸方向中心位置に設置される１系統の拡散燃焼用バーナ７と、拡散燃焼用バーナ７の周囲に設置される４系統の予混合燃焼用バーナ８ａ〜８ｄである。即ち、本例のガスタービン２１は、１つの缶の燃焼機に対して、５系統のバーナを備える。
【００１８】
ガスタービン２１が備える他の燃焼機２′についても、燃焼機２と同様の構成としてある。例えば、燃焼機２′は、１系統の拡散燃焼用バーナ７′と、拡散燃焼用バーナ７′の周囲に設置される４系統の予混合燃焼用バーナ８ａ′〜８ｄ′を備える。
なお、燃焼機は、本例の燃焼機２に示される５系統のバーナの構成以外にも、燃焼用バーナを１系統のみ備えるものを用いてもよい。
【００１９】
ガスタービン２１に燃料ガスを供給する燃料供給経路には、基燃料供給系統１９ａと、母燃料供給系統１９ｂと、子燃料供給系統１９ｃがある。基燃料供給系統１９ａは、調整弁９を備え、母燃料供給系統１９ｂに接続される。調整弁９は、バルブを備え、燃料ガスを遮断する弁と、燃料ガスの圧力を調整する弁の機能を兼用する。
【００２０】
燃焼機２，２′に燃料ガスを供給する母燃料供給系統１９ｂは、基燃料供給系統１９ａから５系統に分岐される。５系統の母燃料供給系統１９ｂは、それぞれ燃料ガス流量調節弁１０ａ〜１０ｅを備える。また、それぞれの燃料ガス流量調節弁１０ａ〜１０ｅは、不図示のバルブを備える。燃料ガス流量調節弁１０ａ〜１０ｄは、燃焼機２，２′の４系統の予混合燃焼用バーナ８ａ〜８ｄ，８ａ′〜８ｄ′に供給する燃料ガスの流量を調節する。また、燃料ガス流量調節弁１０ｅは、燃焼機２，２′の１系統の拡散燃焼用バーナ７，７′に供給する燃料ガスの流量を調節する。
【００２１】
さらに、母燃料供給系統１９ｂには、不図示のマニホールドを介して、子燃料供給系統１９ｃ，１９ｃ′が接続される。子燃料供給系統１９ｃ，１９ｃ′は、燃焼機の缶数分だけ用意される。子燃料供給系統１９ｃは、母燃料供給系統１９ｂから供給される燃料ガスの流量を調節し、燃焼機２の拡散燃焼用バーナ７，予混合燃焼用バーナ８ａ〜８ｄに燃料ガスを供給する。同様に、子燃料供給系統１９ｃ′は、母燃料供給系統１９ｂから供給される燃料ガスの流量を調節し、燃焼機２の拡散燃焼用バーナ７′，予混合燃焼用バーナ８ａ′〜８ｄ′に燃料ガスを供給する。
【００２２】
そして、ガスタービン制御装置２０は、空気圧縮機入口案内翼４、調整弁９及び燃料ガス流量調節弁１０ａ〜１０ｅを制御して、拡散燃焼用バーナ７，７′、予混合燃焼用バーナ８ａ〜８ｄ，８ａ′〜８ｄ′に供給する燃料ガスの流量の増減を制御する。
【００２３】
一方、ガスタービン制御装置２０は、給電指令値と、発電機５が出力するフィードバック値１５を比較し、タービン３の速度を測定したタービン速度フィードバック値１６、タービン３の排気温度を測定した排気温度フィードバック値１７等の供給を受けて、ガスタービン２１の運転状態を監視する。そして、ガスタービン制御装置２０は、燃料ガスの供給量を指令する主燃料指令値を出力し、この主燃料指令値によって決まる燃料ガスの流量を変化させることにより、発電機５が出力する電力値が所定の値となるように制御する。
【００２４】
主燃料指令値は、予め定められた運転負荷に応じた燃料ガスの流量を調整することを目的として５つの燃料指令値１８ａ〜１８ｅに分割される。そして、５つの燃料指令値１８ａ〜１８ｅは、それぞれ対応する５つの母燃料供給系統１９ｂに備えられた燃料ガス流量調節弁１０ａ〜１０ｅを駆動し、各母燃料供給系統１９ｂの燃料ガスの流量を調節する。
【００２５】
なお、差動トランス３４（後述する図３参照）は、上述した空気圧縮機入口案内翼４、調整弁９及び燃料ガス流量調節弁１０ａ〜１０ｅが備えるバルブにそれぞれ設置される。そして、ガスタービン制御装置２０は、差動トランス３４によってバルブの開度を計測することによって、燃料ガスの流量に適しするようにバルブの開度を制御できる。
【００２６】
本例のガスタービン制御システム１００は、以下に記す第１の目的を達成するために、発電を行う場合に適用されるが、第２〜第５の目的に適用してもよい。
第１の目的は、電力会社が企業や一般家庭向けに電力を供給することである。
第２の目的は、ガス会社等が電力会社に電力を売電することである。
第３の目的は、ガス会社等が電力会社の保有する既存電線網を借用して契約する企業に直接電力を売電することである。
第４の目的は、石油会社の石油精製工場において原油から石油を精製する際に発生するオフガスと呼ばれる使途のない排出ガスを焼却処分せずに有効活用することである。
第５の目的は、化学プラント工場において工場内で使用する蒸気を創出する熱源とすることである。
【００２７】
図２は、ガスタービン制御装置２０の内部構成例を示す。
【００２８】
ガスタービン制御装置２０は、空気圧縮機入口案内翼４、調整弁９，燃料ガス流量調節弁１０ａ〜１０ｅが備えるバルブの開度を演算する、第１のＣＰＵ２３ａ〜第３のＣＰＵ２３ｃ（以下、「３台のＣＰＵ」と略称する。）を備える。３台のＣＰＵは、それぞれ第１の電源装置２４ａ〜第３の電源装置２４ｃを備える。第１の電源装置２４ａ〜第３の電源装置２４ｃには、それぞれ直流電源と交流電源が１系統ずつ供給される。これにより、ある１系統の電源に異常が発生して電源供給が停止しても、他の１系統より電源が供給され続けるため、ガスタービン制御装置２０は継続して運転することが可能である。
【００２９】
また、ガスタービン制御装置２０は、上述した各種のフィードバック値や計測値等が入力される入力部２５ａを備える。そして、３台のＣＰＵには、それぞれ同じ入力信号が入力部２５ａを介して入力される。この入力信号は、例えば、後述する差動トランス３４から供給される、バルブの開度を示す開度情報が含まれる。そして、３台のＣＰＵは、それぞれ内蔵するプログラムを用いて、入力信号に対して各種の演算処理を行う。
【００３０】
ここで、入力部２５ａの他の構成例について、参考として説明する。
第１に、１つの信号を分配器で増幅した後、３台のＣＰＵがそれぞれ個別に備える入力部に信号が入力されるものがある。
第２に、１つの信号を共通の入力部に入力した後、３台のＣＰＵがそれぞれの回線で信号が入力されるものがある。
第３に、１つの信号を共通の入力部に入力した後、３台のＣＰＵが同じ回線で順番に信号が入力されるものがある。
第４に、１つの信号を共通の入力部に入力した後、主系のＣＰＵのみが信号を直接入力し、他の２つのＣＰＵは主系のＣＰＵから通信回線を介してその入力信号が入力されるものがある。
【００３１】
また、ガスタービン制御装置２０は、各部に演算結果を出力する出力部２５ｂを備える。出力部２５ｂは、３台のＣＰＵのそれぞれに対して３台のサブＣＰＵ（後述する図５参照）を備える。そして、出力部２５ｂは、出力結果がディジタル値の場合は３台のＣＰＵが演算した値の最頻値（３台中、２台のＣＰＵが演算した値が最頻である場合、これら２台のＣＰＵが演算した値）を、バルブの開度を制御する開度制御部２９（後述する図５参照）に出力する。
【００３２】
なお、出力部２５ｂは、出力結果がアナログ値の場合、３台のＣＰＵが演算した値の中間値をガスタービン制御装置２０の出力とする。また、出力部２５ｂは、後述する図５に示すように、コイル２８ａ〜コイル２８ｃが発生する電磁力を制御する開度制御部２９に対して個別に３本の制御線を介して開度指令値を出力する。しかし、出力部２５ｂは、複数の開度指令値から一の値を選択して、開度制御部２９に１本の制御線を介して出力するようにしてもよい。
【００３３】
ここで、出力部２５ｂの他の構成例について、参考として説明する。
第１に、３台のＣＰＵがそれぞれ個別に備える出力部から信号を出力した後、外部の処理装置が最頻値及び中間値を選択するものがある。
第２に、３台のＣＰＵがそれぞれの回線で信号を出力した後、出力部で最頻値及び中間値を選択するものがある。
第３に、３台のＣＰＵが共通の回線で順番に信号を出力した後、出力部で最頻値及び中間値を選択するものがある。
第４に、主系のＣＰＵが通信回線を介して他の２つのＣＰＵから出力信号を収集し、主系ＣＰＵ内で最頻値及び中間値を選択した後、主系のＣＰＵのみが出力信号を出力するものがある。
【００３４】
図３は、３台のＣＰＵがそれぞれ備える計測部３５の内部構成例を示す。
【００３５】
バルブの開度を計測するために用いられる可動鉄芯変圧器３１は、バルブの開度に連動する不図示の可動鉄芯と、可動鉄芯の周囲に配置される１つの１次コイル３２と、1次コイル３２に対応して設けられる第１の２次コイル３３ａ，第２の２次コイル３３ｂ（以下、「２つの２次コイル」と略称する。）と、を有する差動トランス３４を備える。本例では、１次コイル３２の一部に、第２の２次コイル３３ｂが含まれる構成としている。上述した調整弁９，燃料ガス流量調節弁１０ａ〜１０ｅは、それぞれ可動鉄芯変圧器３１の一部として構成される。
【００３６】
なお、本例のガスタービン制御システム１００において、冗長化のため、バルブ１個に対して可動鉄芯変圧器３１が２個設けられているものの、以下の説明では、１個の可動鉄芯変圧器３１について説明する。また、図３において、入力部２５ａの記載は省略する。
【００３７】
可動鉄芯は、バルブの開度が変わると変位する。一方、ガスタービン制御装置２０が１次コイル３２を一定周波数の交流電圧で励磁すると、２つの２次コイルに誘起電圧が発生する。そして、１次コイル３２及び２つの２次コイルに対する可動鉄芯の位置が変化する場合に、電源から１次コイル３２に加えられる励磁電圧及び励磁電圧によって２つの２次コイルに生じる誘起電圧の電圧値が変化する。これら励磁電圧及び誘起電圧の電圧値は、上述した入力部２５ａに入力される開度情報に含まれる。
【００３８】
例えば、可動鉄芯が２つの２次コイルの中央にある時は、可動鉄芯が左右対称の位置で停止しており、２つの２次コイルの誘起電圧は等しくなるため、電圧差が０となる。しかし、可動鉄芯が２つの２次コイルの中央からずれると、２つの２次コイルの誘起電圧の電圧値が異なる。また、２つの２次コイルの誘起電圧の電圧値の差は、可動鉄芯が２つの２次コイルの中央に対して、右にある場合と左にある場合で逆になる。この現象を利用して、ガスタービン制御装置２０は、２つの２次コイルの誘起電圧の電圧値を取り込み、可動鉄芯の左右の変位の大きさを、正負の直流電圧の大きさに変換することによって、可動鉄芯の変位を測定する。
【００３９】
ここで、本例のガスタービン制御装置２０は、１次コイル３２と、２つの２次コイルの電圧比を計算することで、上述した電圧発生機構の経年劣化によらず、所定の変位出力を求めるものである。
そして、ガスタービン制御装置２０は、可動鉄芯の位置を計測する計測部３５を備える。計測部３５は、上述した３つのＣＰＵがそれぞれ有しており、３つのＣＰＵが同時に可動鉄芯の位置を演算することで、演算結果の信頼性を高めている。
【００４０】
ここで、計測部３５の内部構成例について説明する。
計測部３５は、所定の周波数でタイミング信号を励振する発振部３６と、２つの２次コイルから供給される誘起電圧の電圧値のうち、一の電圧値から他の電圧値を減じて電圧値の差分を演算する減算部３７を備える。本例では、説明を容易とするため、第２の２次コイル３３ｂが出力する電圧値を「Ａ」とし、第１の２次コイル３３ａが出力する電圧値を「Ｂ」とする。そして、減算部３７は、電圧値「Ａ」から電圧値「Ｂ」を減ずることによって、電圧差「Ａ−Ｂ」を求める。
【００４１】
また、ガスタービン制御装置２０は、可動鉄芯の位置を示す情報を演算する位置演算部３８を備える。位置演算部３８は、２つの２次コイルのそれぞれの誘起電圧から電圧値の差を求め、誘起電圧の電圧値の差を、１次コイル３２から供給された励磁電圧の電圧値で除して、可動鉄芯の位置を示す情報を演算する。
【００４２】
ここで、位置演算部３８の内部構成例について説明する。
位置演算部３８は、１次コイル３２から供給される励磁電圧の電圧値より、電圧の第１の振幅値「Ｃ」を算出する第１の振幅値算出部３９ａと、減算部３７が出力する差分電圧値「Ａ−Ｂ」より、第２の振幅値「Ｄ」を算出する第２の振幅値算出部３９ｂを備える。
【００４３】
また、ガスタービン制御装置２０は、第２の振幅値「Ｄ」を第１の振幅値「Ｃ」で除して除算値「Ｄ／Ｃ」を求める除算部４０と、除算値「Ｄ／Ｃ」より可動鉄芯の位置を演算する位置情報演算部４１を備える。位置情報演算部４１は、不図示の内部テーブルを参照した上で、可動鉄芯の位置を演算し、可動鉄芯の位置を示す位置情報を出力する。本例では、位置情報として、可動鉄芯の位置を示す位置番号を出力する。これにより、可動鉄芯の位置（変位量）が判明する。
【００４４】
ここで、第２の２次コイル３３ｂの電圧値をＶ２Ａとし、１次コイル３２の励磁電圧値を示す電圧Ｖ１と、可動鉄芯の位置によって変化する関数Ｐ２Ａ（ｘ）と、定数Ｃ２Ａを用いると、次式（１）が得られる。式（１）によって求められる、電圧値Ｖ２Ａは、減算部３７に供給される電圧値「Ａ」に対応する。
【００４５】
Ｖ２Ａ＝Ｖ１・Ｃ２Ａ・Ｐ２Ａ（ｘ）…式（１）
【００４６】
式（１）と同様に、第１の２次コイル３３ａについても、次式（２）が得られる。式（２）によって求められる、電圧値Ｖ２Ｂは、減算部３７に供給される電圧値「Ｂ」に対応する。
【００４７】
Ｖ２Ｂ＝Ｖ１・Ｃ２Ｂ・Ｐ２Ｂ（ｘ）…式（２）
【００４８】
よって、２つの２次コイルの電圧比は、次式（３）より求まる。
【００４９】
電圧比＝Ｖ２Ａ／Ｖ２Ｂ
＝Ｃ２Ａ・Ｐ２Ａ（ｘ）／Ｃ２Ｂ・Ｐ２Ｂ（ｘ）…式（３）
【００５０】
式（３）で求められた電圧比には、１次コイル３２の電圧Ｖ１の寄与がなくなるため、交流電圧発生機構の経年劣化による電圧Ｖ１の電圧降下の影響を受けないことが分かる。しかし、この計算だけでは、２つの２次コイルの電圧差が０となる付近でバルブの制御が不安定になることが判明した。
【００５１】
図４は、２つの２次コイルの電圧比と、バルブの開度の例を示す。
【００５２】
このグラフより、２つの２次コイルの電圧差が０となる付近で、電圧比の１次微分が不連続になることが示される。そして、バルブの開度が５０％となる付近で電圧比に飛びがあるため、この開度付近ではバルブの制御が不安定になってしまう。
【００５３】
このため、除算部４０は、２つの２次コイルの電圧差を１次コイル３２の電圧値で除する次式（４）を用いる。式（４）によって導出される各値のうち、Ｖ１は、第１の振幅値算出部３９ａが出力する振幅値「Ｃ」に対応する。また、Ｖ１（Ｃ２Ａ・Ｐ２Ａ（ｘ）―Ｃ２Ｂ・Ｐ２Ｂ（ｘ））は、第２の振幅値算出部３９ｂが出力する第２の振幅値「Ｄ」に対応する。
【００５４】
２つの２次コイルの電圧差／１次コイルの電圧
＝Ｖ１（Ｃ２Ａ・Ｐ２Ａ（ｘ）―Ｃ２Ｂ・Ｐ２Ｂ（ｘ））／Ｖ１
＝Ｃ２Ａ・Ｐ２Ａ（ｘ）―Ｃ２Ｂ・Ｐ２Ｂ（ｘ）…式（４）
【００５５】
式（４）で求められた値は、１次コイル３２の電圧Ｖ１の寄与がなくなるため、電圧Ｖ１の電圧降下の影響を受けない。また、２つの２次コイルの電圧差が０となる付近では、電圧比の１次微分について連続となる。このため、定期的にバルブの位置と、２つの２次コイルの電圧差を測定すれば、ガスタービン制御装置２０のプログラムを調節しなくてもよくなる。
【００５６】
図５は、３台のＣＰＵがバルブの開度を調節する機構の構成例を示す。
【００５７】
バルブの開度は、バルブの周囲に配置され、バルブに電磁力を及ぼすコイル２８ａ〜２８ｃによって制御される。コイル２８ａ〜２８ｃは、出力部２５ｂを介して、３台のＣＰＵにそれぞれ接続される。３台のＣＰＵが出力する出力値は、出力部２５ｂ内で電磁気学的にその平均値として出力される。バルブの制御は高速制御が求められる為、バルブを制御するための演算処理は３台のＣＰＵがそれぞれ個別にもつ、３台のサブＣＰＵ（第１のサブＣＰＵ２６ａ〜第３のサブＣＰＵ２６ｃ）が専門に行う。本例では、３台のサブＣＰＵが出力部２５ｂに格納される。
【００５８】
そして、出力部２５ｂは、３台のサブＣＰＵが演算した、バルブの開度を指示する開度指令値を、開度制御部２９に出力する。開度制御部２９は、開度指令値を受け取ると、コイル２８ａ〜２８ｃの電磁力を制御し、バルブの開度を調整する。
【００５９】
以上説明した本実施の形態に係るガスタービン制御装置２０によれば、差動トランス３４から入力される２つの２次コイルの電圧差を１次コイル３２の電圧値で除することによって、可動鉄芯の位置を示す情報を求める。そして、この情報に基づいて、バルブの開度を指示する開度指示値を開度制御部２９に出力できる。このため、１次コイル３２を励磁する交流（一定周波数電圧）電圧発生機構が経年劣化しても、計測した開度と実際の開度とが一致し、定期的に実施が必要であったガスタービン制御装置のプログラムの調節を不要とするという効果がある。このため、バルブと作動トランスを備えるガスタービン制御装置２０の保守性の向上を図ることができるという効果がある。
【００６０】
また、開度制御部２９は、電磁力によってバルブの開度を制御するコイル２８ａ〜２８ｃによって形成されるため、遠隔制御が容易であり、バルブの開度を所定の値に維持しやすくなるという効果がある。
【符号の説明】
【００６１】
１…空気圧縮機、２，２′…燃焼機、３…タービン、４…空気圧縮機入口案内翼、５…発電機、６…送電系統、７，７′…拡散燃焼用バーナ、８ａ，８ａ′…予混合燃焼用バーナ、９…調整弁、１０ａ〜１０ｅ…燃料ガス流量調節弁、１１…発電機遮断器、１２…系統遮断器、１９ａ…基燃料供給系統、１９ｂ…母燃料供給系統、１９ｃ，１９ｃ′…子燃料供給系統、２０…ガスタービン制御装置、２１…ガスタービン、２３ａ〜２３ｃ…第１のＣＰＵ〜第３のＣＰＵ、２４ａ〜２４ｃ…第１の電源装置〜第３の電源装置、２５ａ…入力部、２５ｂ…出力部、２６ａ〜２６ｃ…第１のサブＣＰＵ〜第３のサブＣＰＵ、２８ａ〜２８ｃ…コイル、２９…開度制御部、３１…可動鉄芯変圧器、３２…１次コイル、３３ａ…第１の２次コイル、３３ｂ…第２の２次コイル、３４…差動トランス、３５…計測部、３６…発振部、３７…減算部、３８…位置演算部、３９ａ…第１の振幅値算出部、３９ｂ…第２の振幅値算出部、４０…除算部、４１…位置情報演算部、１００…ガスタービン制御システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、発電設備が備えるガスタービンを制御するガスタービン制御装置に係り、特に、ガスタービンに併設されるバルブの開度を制御する場合に適用して好適なガスタービン制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスタービン設備のバルブの開度検出器として差動トランスを備えるガスタービン制御装置がある。差動トランスは、１次コイルと２つの２次コイルによって構成され、１次コイルと２つの２次コイルの間には、可動鉄芯を備える。可動鉄芯は、バルブの開度に連動して位置が変わる。
【０００３】
ガスタービン制御装置が１次コイルを交流（一定周波数の励磁電圧）で励磁すると、可動鉄芯の変位量に応じて、２つの２次コイルに誘起電圧が発生する。そして、ガスタービン制御装置は、２つの２次コイルが発生した誘起電圧の電圧値を取り込み、その電圧差を計算する。ガスタービン制御装置が備えるデータベースには、０％〜１００％の範囲で規定されるバルブの開度と、開度に対応する電圧差の関係が保存されている。このため、ガスタービン制御装置は、電圧差からバルブの開度を求めることができ、この開度が所定の値となるようにバルブの開度を制御していた。
【０００４】
特許文献１には、バルブ位置を計測する位置計測システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１３９１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ガスタービン制御装置は、１次コイルを励磁する交流（一定周波数電圧）電圧発生機構を備える。交流電圧発生機構は、経年劣化すると、励磁電圧が下がるため、２つの２次コイルの電圧差が小さくなり、バルブの実際の開度よりも小さく計測してしまう。この結果、計測した開度と実際の開度が乖離することがあった。そして、計測した開度と実際の開度を合わせるためには、定期的にバルブの位置と２つの２次コイルの電圧差を測定し、ガスタービン制御装置のプログラムを調節する必要があった。
【０００７】
本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、ガスタービン制御装置の保守性の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ガスタービン制御装置は、バルブの開度に連動する可動鉄芯と、可動鉄芯の周囲に配置される１次コイルと、1次コイルに対応して設けられる２つの２次コイルと、を有する差動トランスより、１次コイル及び２つの２次コイルに対する可動鉄芯の位置が変化する場合に、電源から１次コイルに加えられる励磁電圧及び励磁電圧によって２つの２次コイルに生じる誘起電圧の電圧値が入力される入力部と、２つの２次コイルのそれぞれの誘起電圧から電圧値の差を求め、誘起電圧の電圧値の差を励磁電圧の電圧値で除して、可動鉄芯の位置を示す情報を演算する位置演算部と、演算された可動鉄芯の位置に基づいて、バルブの開度を求め、バルブの開度を指示する開度指示値を、バルブの開度を制御する開度制御部に出力する出力部と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ガスタービン制御装置は、差動トランスから入力される２つの２次コイルの電圧差を１次コイルの電圧値で除することによって、可動鉄芯の位置を示す情報を求め、この情報に基づいて、バルブの開度を指示する開度指示値を開度制御部に出力できる。このため、１次コイルを励磁する交流（一定周波数電圧）電圧発生機構が経年劣化しても、計測した開度と実際の開度とが一致し、定期的に実施が必要であったガスタービン制御装置のプログラムの調節を不要とするという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施の形態におけるガスタービン制御システムの例を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態におけるガスタービン制御装置の内部構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態におけるガスタービン制御装置の内部構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施の形態におけるバルブ制御装置の内部構成例を示すブロック図である。
【図５】本発明の一実施の形態における電圧比とバルブの開度の関係例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施の形態について、添付図面を参照して説明する。本実施の形態では、ガスタービン２１の出力を制御し、発電を行うガスタービン制御システム１００の構成及び動作の例について説明する。
【００１２】
図１は、ガスタービン制御システム１００の構成例を示す。
【００１３】
ガスタービン制御システム１００は、液化天然ガス（ＬＮＧ：Liquefied Natural Gas、以下、「燃料ガス」と呼ぶ。）を燃焼させる燃焼機２と、燃焼機２が排出する燃焼ガスによって駆動するガスタービン２１と、ガスタービン２１の動作を制御するガスタービン制御装置２０を備える。
【００１４】
また、ガスタービン２１は、空気を圧縮する空気圧縮機１と、燃焼機２と、タービン３を備える。燃焼機２は、空気圧縮機１で圧縮された空気と共に、燃料として投入される燃料ガスを燃焼して燃焼ガスを生成する。燃焼機２に投入される燃料は、燃料ガスの他に、重油、及び原油から石油を精製する際に発生するオフガスがある。
【００１５】
空気圧縮機１の入り口に設置される空気圧縮機入口案内翼４は、空気圧縮機１の吸込み空気流量を調節する機能を有しており、不図示のバルブを備える。タービン３は、燃焼ガスによって駆動し、発電機５を発電させる。発電機５で発生した電力は、送電系統６によって送電される。送電系統６には、発電機遮断器１１や系統遮断器１２が接続される。発電機遮断器１１の開閉状態を検出した開閉検出信号１３は、ガスタービン制御装置２０に入力し、系統遮断器１２の開閉状態を検出した開閉検出信号１４は、ガスタービン制御装置２０に入力する。
【００１６】
ガスタービン２１には、通常、複数缶の燃焼機が設置されているが、図１には、２缶の燃焼機２，２′のみを示している。
ここで、領域２２ａは、燃焼機２を軸方向から視認した場合における、燃焼バーナの構成例を示し、領域２２ｂは、燃焼機２を側面方向から断面視した場合における、燃焼バーナの構成例を示す。
【００１７】
燃焼機２の内部上流側には、複数の燃焼バーナが設置される。燃焼バーナの内訳は、燃焼機軸方向中心位置に設置される１系統の拡散燃焼用バーナ７と、拡散燃焼用バーナ７の周囲に設置される４系統の予混合燃焼用バーナ８ａ〜８ｄである。即ち、本例のガスタービン２１は、１つの缶の燃焼機に対して、５系統のバーナを備える。
【００１８】
ガスタービン２１が備える他の燃焼機２′についても、燃焼機２と同様の構成としてある。例えば、燃焼機２′は、１系統の拡散燃焼用バーナ７′と、拡散燃焼用バーナ７′の周囲に設置される４系統の予混合燃焼用バーナ８ａ′〜８ｄ′を備える。
なお、燃焼機は、本例の燃焼機２に示される５系統のバーナの構成以外にも、燃焼用バーナを１系統のみ備えるものを用いてもよい。
【００１９】
ガスタービン２１に燃料ガスを供給する燃料供給経路には、基燃料供給系統１９ａと、母燃料供給系統１９ｂと、子燃料供給系統１９ｃがある。基燃料供給系統１９ａは、調整弁９を備え、母燃料供給系統１９ｂに接続される。調整弁９は、バルブを備え、燃料ガスを遮断する弁と、燃料ガスの圧力を調整する弁の機能を兼用する。
【００２０】
燃焼機２，２′に燃料ガスを供給する母燃料供給系統１９ｂは、基燃料供給系統１９ａから５系統に分岐される。５系統の母燃料供給系統１９ｂは、それぞれ燃料ガス流量調節弁１０ａ〜１０ｅを備える。また、それぞれの燃料ガス流量調節弁１０ａ〜１０ｅは、不図示のバルブを備える。燃料ガス流量調節弁１０ａ〜１０ｄは、燃焼機２，２′の４系統の予混合燃焼用バーナ８ａ〜８ｄ，８ａ′〜８ｄ′に供給する燃料ガスの流量を調節する。また、燃料ガス流量調節弁１０ｅは、燃焼機２，２′の１系統の拡散燃焼用バーナ７，７′に供給する燃料ガスの流量を調節する。
【００２１】
さらに、母燃料供給系統１９ｂには、不図示のマニホールドを介して、子燃料供給系統１９ｃ，１９ｃ′が接続される。子燃料供給系統１９ｃ，１９ｃ′は、燃焼機の缶数分だけ用意される。子燃料供給系統１９ｃは、母燃料供給系統１９ｂから供給される燃料ガスの流量を調節し、燃焼機２の拡散燃焼用バーナ７，予混合燃焼用バーナ８ａ〜８ｄに燃料ガスを供給する。同様に、子燃料供給系統１９ｃ′は、母燃料供給系統１９ｂから供給される燃料ガスの流量を調節し、燃焼機２の拡散燃焼用バーナ７′，予混合燃焼用バーナ８ａ′〜８ｄ′に燃料ガスを供給する。
【００２２】
そして、ガスタービン制御装置２０は、空気圧縮機入口案内翼４、調整弁９及び燃料ガス流量調節弁１０ａ〜１０ｅを制御して、拡散燃焼用バーナ７，７′、予混合燃焼用バーナ８ａ〜８ｄ，８ａ′〜８ｄ′に供給する燃料ガスの流量の増減を制御する。
【００２３】
一方、ガスタービン制御装置２０は、給電指令値と、発電機５が出力するフィードバック値１５を比較し、タービン３の速度を測定したタービン速度フィードバック値１６、タービン３の排気温度を測定した排気温度フィードバック値１７等の供給を受けて、ガスタービン２１の運転状態を監視する。そして、ガスタービン制御装置２０は、燃料ガスの供給量を指令する主燃料指令値を出力し、この主燃料指令値によって決まる燃料ガスの流量を変化させることにより、発電機５が出力する電力値が所定の値となるように制御する。
【００２４】
主燃料指令値は、予め定められた運転負荷に応じた燃料ガスの流量を調整することを目的として５つの燃料指令値１８ａ〜１８ｅに分割される。そして、５つの燃料指令値１８ａ〜１８ｅは、それぞれ対応する５つの母燃料供給系統１９ｂに備えられた燃料ガス流量調節弁１０ａ〜１０ｅを駆動し、各母燃料供給系統１９ｂの燃料ガスの流量を調節する。
【００２５】
なお、差動トランス３４（後述する図３参照）は、上述した空気圧縮機入口案内翼４、調整弁９及び燃料ガス流量調節弁１０ａ〜１０ｅが備えるバルブにそれぞれ設置される。そして、ガスタービン制御装置２０は、差動トランス３４によってバルブの開度を計測することによって、燃料ガスの流量に適しするようにバルブの開度を制御できる。
【００２６】
本例のガスタービン制御システム１００は、以下に記す第１の目的を達成するために、発電を行う場合に適用されるが、第２〜第５の目的に適用してもよい。
第１の目的は、電力会社が企業や一般家庭向けに電力を供給することである。
第２の目的は、ガス会社等が電力会社に電力を売電することである。
第３の目的は、ガス会社等が電力会社の保有する既存電線網を借用して契約する企業に直接電力を売電することである。
第４の目的は、石油会社の石油精製工場において原油から石油を精製する際に発生するオフガスと呼ばれる使途のない排出ガスを焼却処分せずに有効活用することである。
第５の目的は、化学プラント工場において工場内で使用する蒸気を創出する熱源とすることである。
【００２７】
図２は、ガスタービン制御装置２０の内部構成例を示す。
【００２８】
ガスタービン制御装置２０は、空気圧縮機入口案内翼４、調整弁９，燃料ガス流量調節弁１０ａ〜１０ｅが備えるバルブの開度を演算する、第１のＣＰＵ２３ａ〜第３のＣＰＵ２３ｃ（以下、「３台のＣＰＵ」と略称する。）を備える。３台のＣＰＵは、それぞれ第１の電源装置２４ａ〜第３の電源装置２４ｃを備える。第１の電源装置２４ａ〜第３の電源装置２４ｃには、それぞれ直流電源と交流電源が１系統ずつ供給される。これにより、ある１系統の電源に異常が発生して電源供給が停止しても、他の１系統より電源が供給され続けるため、ガスタービン制御装置２０は継続して運転することが可能である。
【００２９】
また、ガスタービン制御装置２０は、上述した各種のフィードバック値や計測値等が入力される入力部２５ａを備える。そして、３台のＣＰＵには、それぞれ同じ入力信号が入力部２５ａを介して入力される。この入力信号は、例えば、後述する差動トランス３４から供給される、バルブの開度を示す開度情報が含まれる。そして、３台のＣＰＵは、それぞれ内蔵するプログラムを用いて、入力信号に対して各種の演算処理を行う。
【００３０】
ここで、入力部２５ａの他の構成例について、参考として説明する。
第１に、１つの信号を分配器で増幅した後、３台のＣＰＵがそれぞれ個別に備える入力部に信号が入力されるものがある。
第２に、１つの信号を共通の入力部に入力した後、３台のＣＰＵがそれぞれの回線で信号が入力されるものがある。
第３に、１つの信号を共通の入力部に入力した後、３台のＣＰＵが同じ回線で順番に信号が入力されるものがある。
第４に、１つの信号を共通の入力部に入力した後、主系のＣＰＵのみが信号を直接入力し、他の２つのＣＰＵは主系のＣＰＵから通信回線を介してその入力信号が入力されるものがある。
【００３１】
また、ガスタービン制御装置２０は、各部に演算結果を出力する出力部２５ｂを備える。出力部２５ｂは、３台のＣＰＵのそれぞれに対して３台のサブＣＰＵ（後述する図５参照）を備える。そして、出力部２５ｂは、出力結果がディジタル値の場合は３台のＣＰＵが演算した値の最頻値（３台中、２台のＣＰＵが演算した値が最頻である場合、これら２台のＣＰＵが演算した値）を、バルブの開度を制御する開度制御部２９（後述する図５参照）に出力する。
【００３２】
なお、出力部２５ｂは、出力結果がアナログ値の場合、３台のＣＰＵが演算した値の中間値をガスタービン制御装置２０の出力とする。また、出力部２５ｂは、後述する図５に示すように、コイル２８ａ〜コイル２８ｃが発生する電磁力を制御する開度制御部２９に対して個別に３本の制御線を介して開度指令値を出力する。しかし、出力部２５ｂは、複数の開度指令値から一の値を選択して、開度制御部２９に１本の制御線を介して出力するようにしてもよい。
【００３３】
ここで、出力部２５ｂの他の構成例について、参考として説明する。
第１に、３台のＣＰＵがそれぞれ個別に備える出力部から信号を出力した後、外部の処理装置が最頻値及び中間値を選択するものがある。
第２に、３台のＣＰＵがそれぞれの回線で信号を出力した後、出力部で最頻値及び中間値を選択するものがある。
第３に、３台のＣＰＵが共通の回線で順番に信号を出力した後、出力部で最頻値及び中間値を選択するものがある。
第４に、主系のＣＰＵが通信回線を介して他の２つのＣＰＵから出力信号を収集し、主系ＣＰＵ内で最頻値及び中間値を選択した後、主系のＣＰＵのみが出力信号を出力するものがある。
【００３４】
図３は、３台のＣＰＵがそれぞれ備える計測部３５の内部構成例を示す。
【００３５】
バルブの開度を計測するために用いられる可動鉄芯変圧器３１は、バルブの開度に連動する不図示の可動鉄芯と、可動鉄芯の周囲に配置される１つの１次コイル３２と、1次コイル３２に対応して設けられる第１の２次コイル３３ａ，第２の２次コイル３３ｂ（以下、「２つの２次コイル」と略称する。）と、を有する差動トランス３４を備える。本例では、１次コイル３２の一部に、第２の２次コイル３３ｂが含まれる構成としている。上述した調整弁９，燃料ガス流量調節弁１０ａ〜１０ｅは、それぞれ可動鉄芯変圧器３１の一部として構成される。
【００３６】
なお、本例のガスタービン制御システム１００において、冗長化のため、バルブ１個に対して可動鉄芯変圧器３１が２個設けられているものの、以下の説明では、１個の可動鉄芯変圧器３１について説明する。また、図３において、入力部２５ａの記載は省略する。
【００３７】
可動鉄芯は、バルブの開度が変わると変位する。一方、ガスタービン制御装置２０が１次コイル３２を一定周波数の交流電圧で励磁すると、２つの２次コイルに誘起電圧が発生する。そして、１次コイル３２及び２つの２次コイルに対する可動鉄芯の位置が変化する場合に、電源から１次コイル３２に加えられる励磁電圧及び励磁電圧によって２つの２次コイルに生じる誘起電圧の電圧値が変化する。これら励磁電圧及び誘起電圧の電圧値は、上述した入力部２５ａに入力される開度情報に含まれる。
【００３８】
例えば、可動鉄芯が２つの２次コイルの中央にある時は、可動鉄芯が左右対称の位置で停止しており、２つの２次コイルの誘起電圧は等しくなるため、電圧差が０となる。しかし、可動鉄芯が２つの２次コイルの中央からずれると、２つの２次コイルの誘起電圧の電圧値が異なる。また、２つの２次コイルの誘起電圧の電圧値の差は、可動鉄芯が２つの２次コイルの中央に対して、右にある場合と左にある場合で逆になる。この現象を利用して、ガスタービン制御装置２０は、２つの２次コイルの誘起電圧の電圧値を取り込み、可動鉄芯の左右の変位の大きさを、正負の直流電圧の大きさに変換することによって、可動鉄芯の変位を測定する。
【００３９】
ここで、本例のガスタービン制御装置２０は、１次コイル３２と、２つの２次コイルの電圧比を計算することで、上述した電圧発生機構の経年劣化によらず、所定の変位出力を求めるものである。
そして、ガスタービン制御装置２０は、可動鉄芯の位置を計測する計測部３５を備える。計測部３５は、上述した３つのＣＰＵがそれぞれ有しており、３つのＣＰＵが同時に可動鉄芯の位置を演算することで、演算結果の信頼性を高めている。
【００４０】
ここで、計測部３５の内部構成例について説明する。
計測部３５は、所定の周波数でタイミング信号を励振する発振部３６と、２つの２次コイルから供給される誘起電圧の電圧値のうち、一の電圧値から他の電圧値を減じて電圧値の差分を演算する減算部３７を備える。本例では、説明を容易とするため、第２の２次コイル３３ｂが出力する電圧値を「Ａ」とし、第１の２次コイル３３ａが出力する電圧値を「Ｂ」とする。そして、減算部３７は、電圧値「Ａ」から電圧値「Ｂ」を減ずることによって、電圧差「Ａ−Ｂ」を求める。
【００４１】
また、ガスタービン制御装置２０は、可動鉄芯の位置を示す情報を演算する位置演算部３８を備える。位置演算部３８は、２つの２次コイルのそれぞれの誘起電圧から電圧値の差を求め、誘起電圧の電圧値の差を、１次コイル３２から供給された励磁電圧の電圧値で除して、可動鉄芯の位置を示す情報を演算する。
【００４２】
ここで、位置演算部３８の内部構成例について説明する。
位置演算部３８は、１次コイル３２から供給される励磁電圧の電圧値より、電圧の第１の振幅値「Ｃ」を算出する第１の振幅値算出部３９ａと、減算部３７が出力する差分電圧値「Ａ−Ｂ」より、第２の振幅値「Ｄ」を算出する第２の振幅値算出部３９ｂを備える。
【００４３】
また、ガスタービン制御装置２０は、第２の振幅値「Ｄ」を第１の振幅値「Ｃ」で除して除算値「Ｄ／Ｃ」を求める除算部４０と、除算値「Ｄ／Ｃ」より可動鉄芯の位置を演算する位置情報演算部４１を備える。位置情報演算部４１は、不図示の内部テーブルを参照した上で、可動鉄芯の位置を演算し、可動鉄芯の位置を示す位置情報を出力する。本例では、位置情報として、可動鉄芯の位置を示す位置番号を出力する。これにより、可動鉄芯の位置（変位量）が判明する。
【００４４】
ここで、第２の２次コイル３３ｂの電圧値をＶ２Ａとし、１次コイル３２の励磁電圧値を示す電圧Ｖ１と、可動鉄芯の位置によって変化する関数Ｐ２Ａ（ｘ）と、定数Ｃ２Ａを用いると、次式（１）が得られる。式（１）によって求められる、電圧値Ｖ２Ａは、減算部３７に供給される電圧値「Ａ」に対応する。
【００４５】
Ｖ２Ａ＝Ｖ１・Ｃ２Ａ・Ｐ２Ａ（ｘ）…式（１）
【００４６】
式（１）と同様に、第１の２次コイル３３ａについても、次式（２）が得られる。式（２）によって求められる、電圧値Ｖ２Ｂは、減算部３７に供給される電圧値「Ｂ」に対応する。
【００４７】
Ｖ２Ｂ＝Ｖ１・Ｃ２Ｂ・Ｐ２Ｂ（ｘ）…式（２）
【００４８】
よって、２つの２次コイルの電圧比は、次式（３）より求まる。
【００４９】
電圧比＝Ｖ２Ａ／Ｖ２Ｂ
＝Ｃ２Ａ・Ｐ２Ａ（ｘ）／Ｃ２Ｂ・Ｐ２Ｂ（ｘ）…式（３）
【００５０】
式（３）で求められた電圧比には、１次コイル３２の電圧Ｖ１の寄与がなくなるため、交流電圧発生機構の経年劣化による電圧Ｖ１の電圧降下の影響を受けないことが分かる。しかし、この計算だけでは、２つの２次コイルの電圧差が０となる付近でバルブの制御が不安定になることが判明した。
【００５１】
図４は、２つの２次コイルの電圧比と、バルブの開度の例を示す。
【００５２】
このグラフより、２つの２次コイルの電圧差が０となる付近で、電圧比の１次微分が不連続になることが示される。そして、バルブの開度が５０％となる付近で電圧比に飛びがあるため、この開度付近ではバルブの制御が不安定になってしまう。
【００５３】
このため、除算部４０は、２つの２次コイルの電圧差を１次コイル３２の電圧値で除する次式（４）を用いる。式（４）によって導出される各値のうち、Ｖ１は、第１の振幅値算出部３９ａが出力する振幅値「Ｃ」に対応する。また、Ｖ１（Ｃ２Ａ・Ｐ２Ａ（ｘ）―Ｃ２Ｂ・Ｐ２Ｂ（ｘ））は、第２の振幅値算出部３９ｂが出力する第２の振幅値「Ｄ」に対応する。
【００５４】
２つの２次コイルの電圧差／１次コイルの電圧
＝Ｖ１（Ｃ２Ａ・Ｐ２Ａ（ｘ）―Ｃ２Ｂ・Ｐ２Ｂ（ｘ））／Ｖ１
＝Ｃ２Ａ・Ｐ２Ａ（ｘ）―Ｃ２Ｂ・Ｐ２Ｂ（ｘ）…式（４）
【００５５】
式（４）で求められた値は、１次コイル３２の電圧Ｖ１の寄与がなくなるため、電圧Ｖ１の電圧降下の影響を受けない。また、２つの２次コイルの電圧差が０となる付近では、電圧比の１次微分について連続となる。このため、定期的にバルブの位置と、２つの２次コイルの電圧差を測定すれば、ガスタービン制御装置２０のプログラムを調節しなくてもよくなる。
【００５６】
図５は、３台のＣＰＵがバルブの開度を調節する機構の構成例を示す。
【００５７】
バルブの開度は、バルブの周囲に配置され、バルブに電磁力を及ぼすコイル２８ａ〜２８ｃによって制御される。コイル２８ａ〜２８ｃは、出力部２５ｂを介して、３台のＣＰＵにそれぞれ接続される。３台のＣＰＵが出力する出力値は、出力部２５ｂ内で電磁気学的にその平均値として出力される。バルブの制御は高速制御が求められる為、バルブを制御するための演算処理は３台のＣＰＵがそれぞれ個別にもつ、３台のサブＣＰＵ（第１のサブＣＰＵ２６ａ〜第３のサブＣＰＵ２６ｃ）が専門に行う。本例では、３台のサブＣＰＵが出力部２５ｂに格納される。
【００５８】
そして、出力部２５ｂは、３台のサブＣＰＵが演算した、バルブの開度を指示する開度指令値を、開度制御部２９に出力する。開度制御部２９は、開度指令値を受け取ると、コイル２８ａ〜２８ｃの電磁力を制御し、バルブの開度を調整する。
【００５９】
以上説明した本実施の形態に係るガスタービン制御装置２０によれば、差動トランス３４から入力される２つの２次コイルの電圧差を１次コイル３２の電圧値で除することによって、可動鉄芯の位置を示す情報を求める。そして、この情報に基づいて、バルブの開度を指示する開度指示値を開度制御部２９に出力できる。このため、１次コイル３２を励磁する交流（一定周波数電圧）電圧発生機構が経年劣化しても、計測した開度と実際の開度とが一致し、定期的に実施が必要であったガスタービン制御装置のプログラムの調節を不要とするという効果がある。このため、バルブと作動トランスを備えるガスタービン制御装置２０の保守性の向上を図ることができるという効果がある。
【００６０】
また、開度制御部２９は、電磁力によってバルブの開度を制御するコイル２８ａ〜２８ｃによって形成されるため、遠隔制御が容易であり、バルブの開度を所定の値に維持しやすくなるという効果がある。
【符号の説明】
【００６１】
１…空気圧縮機、２，２′…燃焼機、３…タービン、４…空気圧縮機入口案内翼、５…発電機、６…送電系統、７，７′…拡散燃焼用バーナ、８ａ，８ａ′…予混合燃焼用バーナ、９…調整弁、１０ａ〜１０ｅ…燃料ガス流量調節弁、１１…発電機遮断器、１２…系統遮断器、１９ａ…基燃料供給系統、１９ｂ…母燃料供給系統、１９ｃ，１９ｃ′…子燃料供給系統、２０…ガスタービン制御装置、２１…ガスタービン、２３ａ〜２３ｃ…第１のＣＰＵ〜第３のＣＰＵ、２４ａ〜２４ｃ…第１の電源装置〜第３の電源装置、２５ａ…入力部、２５ｂ…出力部、２６ａ〜２６ｃ…第１のサブＣＰＵ〜第３のサブＣＰＵ、２８ａ〜２８ｃ…コイル、２９…開度制御部、３１…可動鉄芯変圧器、３２…１次コイル、３３ａ…第１の２次コイル、３３ｂ…第２の２次コイル、３４…差動トランス、３５…計測部、３６…発振部、３７…減算部、３８…位置演算部、３９ａ…第１の振幅値算出部、３９ｂ…第２の振幅値算出部、４０…除算部、４１…位置情報演算部、１００…ガスタービン制御システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブの開度に連動する可動鉄芯と、前記可動鉄芯の周囲に配置される１次コイルと、前記1次コイルに対応して設けられる２つの２次コイルと、を有する差動トランスより、前記１次コイル及び前記２つの２次コイルに対する前記可動鉄芯の位置が変化する場合に、電源から前記１次コイルに加えられる励磁電圧の電圧値及び前記励磁電圧によって前記２つの２次コイルに生じる誘起電圧の電圧値が入力される入力部と、
前記２つの２次コイルのそれぞれの誘起電圧から求められた前記誘起電圧の電圧値の差を前記励磁電圧の電圧値で除して、前記可動鉄芯の位置を示す情報を演算する位置演算部と、
演算された前記可動鉄芯の位置に基づいて、前記バルブの開度を求め、前記バルブの開度を指示する開度指示値を、前記バルブの開度を制御する開度制御部に出力する出力部と、を備えることを特徴とするガスタービン制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のガスタービン制御装置において、
前記位置演算部は、
前記１次コイルから供給される前記励磁電圧の電圧値から第１の振幅値を算出する第１の振幅値算出部と、
前記２つの２次コイルから供給される前記誘起電圧の電圧値のうち、一の電圧値から他の電圧値を減じて得られる差分値から第２の振幅値を算出する第２の振幅値算出部と、
前記第２の振幅値を前記第１の振幅値によって除して除算値を得る除算部と、
前記除算値に基づいて、前記可動鉄芯の位置を演算し、前記可動鉄芯の位置を示す情報を出力する位置情報演算部と、を備えることを特徴とするガスタービン制御装置。
【請求項３】
請求項２記載のガスタービン制御装置において、
前記開度制御部は、電磁力によって前記バルブの開度を制御するコイルによって形成されることを特徴とするガスタービン制御装置。
【請求項１】
バルブの開度に連動する可動鉄芯と、前記可動鉄芯の周囲に配置される１次コイルと、前記1次コイルに対応して設けられる２つの２次コイルと、を有する差動トランスより、前記１次コイル及び前記２つの２次コイルに対する前記可動鉄芯の位置が変化する場合に、電源から前記１次コイルに加えられる励磁電圧の電圧値及び前記励磁電圧によって前記２つの２次コイルに生じる誘起電圧の電圧値が入力される入力部と、
前記２つの２次コイルのそれぞれの誘起電圧から求められた前記誘起電圧の電圧値の差を前記励磁電圧の電圧値で除して、前記可動鉄芯の位置を示す情報を演算する位置演算部と、
演算された前記可動鉄芯の位置に基づいて、前記バルブの開度を求め、前記バルブの開度を指示する開度指示値を、前記バルブの開度を制御する開度制御部に出力する出力部と、を備えることを特徴とするガスタービン制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のガスタービン制御装置において、
前記位置演算部は、
前記１次コイルから供給される前記励磁電圧の電圧値から第１の振幅値を算出する第１の振幅値算出部と、
前記２つの２次コイルから供給される前記誘起電圧の電圧値のうち、一の電圧値から他の電圧値を減じて得られる差分値から第２の振幅値を算出する第２の振幅値算出部と、
前記第２の振幅値を前記第１の振幅値によって除して除算値を得る除算部と、
前記除算値に基づいて、前記可動鉄芯の位置を演算し、前記可動鉄芯の位置を示す情報を出力する位置情報演算部と、を備えることを特徴とするガスタービン制御装置。
【請求項３】
請求項２記載のガスタービン制御装置において、
前記開度制御部は、電磁力によって前記バルブの開度を制御するコイルによって形成されることを特徴とするガスタービン制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２５６１７４（Ｐ２０１０−２５６１７４Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０６６９７（Ｐ２００９−１０６６９７）
【出願日】平成２１年４月２４日（２００９．４．２４）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２４日（２００９．４．２４）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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