(57)【要約】      （修正有）【課題】系統周波数の低下時にタービン入口温度のオーバシュートを回避しつつ、ガスタービン出力応答を向上することができる制御装置を提供する。【解決手段】ガスタービンの制御装置１０は、電力系統３０の系統周波数の低下を検出すると、圧縮機１２の入口側に設けられたＩＧＶ１１の開度を上昇させるとともに、ガスタービン２の回転数を前記系統周波数の低下前の回転数である第１回転数以上に保つ制御を行う。【選択図】図１
2020193566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統の系統周波数が所定の周波数より低下することを検出すると、圧縮機の入口側に設けられた案内翼の開度を増大させるとともに、ガスタービンの回転数を前記系統周波数の低下前の回転数である第１回転数以上に保つ制御を行う、
ガスタービンの制御装置。
【請求項２】
前記系統周波数の低下を検出すると、前記ガスタービンの回転数を前記第１回転数より増加させる制御を行う、
請求項１に記載のガスタービンの制御装置。
【請求項３】
前記系統周波数の低下を検出すると、タービン入口温度が許容範囲を超えるリスクを判定し、前記リスクが所定の閾値以下の場合、前記ガスタービンの回転数を前記第１回転数に保持する制御を行い、前記リスクが所定の閾値を上回る場合、前記ガスタービンの回転数を前記第１回転数より増加させる制御を行う、
請求項１または請求項２に記載のガスタービンの制御装置。
【請求項４】
前記系統周波数の低下を検出すると、タービン入口温度が許容範囲を超えたときに作動する保護制御下での前記ガスタービンの第１出力と、前記ガスタービンの回転数を増加したときの前記ガスタービンの第２出力とを比較し、前記第２出力が前記第１出力を上回る場合、前記ガスタービンの回転数を前記第１回転数より増加させる制御を行い、前記第１出力が前記第２出力を上回る場合、前記ガスタービンの回転数を前記第１回転数に保持する制御を行う、
請求項１または請求項２に記載のガスタービンの制御装置。
【請求項５】
前記系統周波数の低下を検出すると、ガスタービンの回転数を、前記タービン入口温度が許容範囲を超えず、且つ、電力系統が要求する出力を満たす回転数だけ前記第１回転数より増加させる、
請求項３から請求項４の何れか１項に記載のガスタービンの制御装置。
【請求項６】
前記タービン入口温度と前記許容範囲の上限との差が閾値以下となると、当該差が閾値を上回った場合より前記ガスタービンの回転数を多く増加させる、
請求項３から請求項５の何れか１項に記載のガスタービンの制御装置。
【請求項７】
前記系統周波数が所定の値まで回復すると、前記ガスタービンの回転数を前記第１回転数以上に保つ制御を終了する、
請求項１から請求項６の何れか１項に記載のガスタービンの制御装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７の何れか１項に記載の制御装置、を備えたガスタービン。
【請求項９】
請求項１から請求項７の何れか１項に記載の制御装置を備えたガスタービンと、
前記ガスタービンにより駆動する発電機と、
前記発電機が発電した電力を所定の周波数で電力系統へ供給する分離装置と、
を備える発電設備。
【請求項１０】
電力系統の系統周波数が所定の周波数より低下することを検出するステップと、
圧縮機の入口側に設けられた案内翼の開度を増大させるとともに、ガスタービンの回転数を前記系統周波数の低下前の回転数以上に保つ制御を行うステップと、
を有するガスタービンの制御方法。
【請求項１１】
コンピュータに
電力系統の系統周波数が所定の周波数より低下することを検出するステップと、
圧縮機の入口側に設けられた案内翼の開度を増大させるとともに、ガスタービンの回転数を前記系統周波数の低下前の回転数以上に保つ制御を行うステップと、
を実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの制御装置、ガスタービン、発電設備、ガスタービンの制御方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
周波数変動に対する負荷追従性を向上しつつ、ガスタービン燃焼温度（タービン入口温度）を制限範囲内に抑える手段として、圧縮機の入口側に設けられた案内翼（ＩＧＶ：inlet guide vane）の開度を制御する方法が開示されている（特許文献１）。具体的には、ＩＧＶ開度の設定値に対して、系統周波数の変化量や負荷変化量に応じた補正量を加えて、過渡的に設定値以上にＩＧＶを開く制御を行う。以下、この制御をＩＧＶ超開と記載する。ＩＧＶ超開を行うと、圧縮機の吸気流量が増加し、燃焼空気量が増大する。従って、部分負荷の負荷上昇時には、より多くの燃料を投入することができ、出力レスポンスを向上することができる。また、定格負荷近傍では、空気過剰とすることで燃空比を下げ、タービン入口温度のオーバシュートを回避させる効果がある。
【０００３】
また、一般にガスタービン発電プラントでは、ガスタービンと発電機とが同一の回転軸で連結されているため、系統周波数の変動時には燃料指令値を変動させる。これに対して特許文献２では、可変速発電機やインバータ制御発電機をガスタービンと組み合わせることによって、燃料指令値を一定としたまま系統の周波数変動に対応する制御が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４７９６０１５号公報
【特許文献２】特開２００１−１２３８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
系統周波数の低下に対しては、発電所の系統連系規約（グリッドコード）に従い、規定時間内に規定値以上の出力増加を達成する必要がある。同期発電機では系統周波数の低下時にガスタービンの回転数も低下する。その為、ＩＧＶ超開を行っても圧縮機への空気の吸気流量が想定通りに増大しない可能性がある。想定通りの吸気流量を得ることができないと、十分な出力レスポンスが得られなかったり、タービン入口温度が過度に上昇し、機器保護のための温度制限が作動したりしてグリッドコードにて規定された出力増加が達成できない可能性がある。
【０００６】
そこで本発明は、上述の課題を解決することのできるガスタービンの制御装置、ガスタービン、発電設備、ガスタービンの制御方法及びプログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、ガスタービンの制御装置は、電力系統の系統周波数が所定の周波数より低下することを検出すると、圧縮機の入口側に設けられた案内翼の開度を増大させるとともに、ガスタービンの回転数を前記系統周波数の低下前の回転数である第１回転数以上に保つ制御を行う。
【０００８】
また、本発明の一態様によれば、前記制御装置は、前記系統周波数の低下を検出すると、前記ガスタービンの回転数を前記第１回転数より増加させる制御を行う。
【０００９】
また、本発明の一態様によれば、前記制御装置は、前記系統周波数の低下を検出すると、タービン入口温度が許容範囲を超えるリスクを判定し、前記リスクが所定の閾値以下の場合、前記ガスタービンの回転数を前記第１回転数に保持する制御を行い、前記リスクが所定の閾値を上回る場合、前記ガスタービンの回転数を前記第１回転数より増加させる制御を行う。
【００１０】
また、本発明の一態様によれば、前記制御装置は、前記系統周波数の低下を検出すると、タービン入口温度が許容範囲を超えたときに作動する保護制御下での前記ガスタービンの第１出力と、前記ガスタービンの回転数を増加したときの前記ガスタービンの第２出力とを比較し、前記第２出力が前記第１出力を上回る場合、前記ガスタービンの回転数を前記第１回転数より増加させる制御を行い、前記第１出力が前記第２出力を上回る場合、前記ガスタービンの回転数を前記第１回転数に保持する制御を行う。
【００１１】
また、本発明の一態様によれば、前記制御装置は、前記系統周波数の低下を検出すると、前記ガスタービンの回転数を、前記タービン入口温度が許容範囲を超えず、且つ、電力系統が要求する出力を満たす回転数だけ前記第１回転数より増加させる。
【００１２】
また、本発明の一態様によれば、前記制御装置は、前記タービン入口温度と前記許容範囲の上限との差が閾値以下となると、当該差が閾値を上回った場合より、前記ガスタービンの回転数を多く増加させる。
【００１３】
また、本発明の一態様によれば、前記制御装置は、前記系統周波数が所定の値まで回復すると、前記ガスタービンの回転数を前記第１回転数以上に保つ制御を終了する。
【００１４】
また、本発明の一態様によれば、ガスタービンは、上記の何れかに記載の制御装置を備える。
【００１５】
また、本発明の一態様によれば、発電設備は、上記の何れかに記載の制御装置を備えたガスタービンと、前記ガスタービンにより駆動する発電機と、前記発電機が発電した電力を所定の周波数で電力系統へ供給する分離装置と、を備える。
【００１６】
また、本発明の一態様によれば、ガスタービンの制御方法は、電力系統の系統周波数が所定の周波数より低下することを検出するステップと、圧縮機の入口側に設けられた案内翼の開度を増大させるとともに、ガスタービンの回転数を前記系統周波数の低下前の回転数以上に保つ制御を行うステップと、を有する。
【００１７】
また、本発明の一態様によれば、プログラムは、コンピュータに電力系統の系統周波数が所定の周波数より低下することを検出するステップと、圧縮機の入口側に設けられた案内翼の開度を増大させるとともに、ガスタービンの回転数を前記系統周波数の低下前の回転数以上に保つ制御を行うステップと、を実行させる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、系統周波数の変動時に、その周波数に関係なくガスタービンの回転数を制御することにより、必要な吸入流量を維持し、タービン入口温度のオーバシュートを回避しつつ、所望の出力増加を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の各実施形態におけるガスタービン発電設備の一例を示す図である。
【図２】本発明の第一実施形態における制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第一実施形態における系統周波数の低下時の各種パラメータのタイムチャートである。
【図４】本発明の第二実施形態における制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第二実施形態における系統周波数の低下時の各種パラメータのタイムチャートである。
【図６】本発明の第三実施形態における制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第三実施形態における系統周波数の低下時の各種パラメータのタイムチャートである。
【図８】本発明の第四実施形態における制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図９】本発明の各実施形態における制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の各実施形態による系統周波数の低下時におけるガスタービン発電設備の制御方法について図１〜図８を参照して説明する。
＜システム構成＞
図１は、本発明の各実施形態におけるガスタービン発電設備の一例を示す図である。図示するように本実施形態のガスタービン発電設備１は、ガスタービン２と、ガスタービン２によって駆動され発電する発電機１５と、発電機１５が発電した電力を電力系統３０へ供給する分離装置２０とを含む。ガスタービン２と発電機１５はロータ１６で連結されている。分離装置２０は、発電機１５が発電した電力を電力系統３０へ供給しつつ、発電機１５の回転数と電力系統３０の周波数とを独立して制御できるよう分離する。
【００２１】
ガスタービン２は、圧縮機１２の入口側に設けられ、圧縮機１２に流入する空気流量を調整するＩＧＶ（案内翼）１１と、流入した空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機１２と、圧縮機１２によって圧縮された空気と燃料ガスを混合して、高温の燃焼ガスを生成する燃焼器１３と、燃焼ガスによりロータ１６を回転し発電機１５を駆動するタービン１４と、燃焼器１３に供給される燃料ガスの流量を調整する燃料制御弁１７と、制御装置１０とを備える。
【００２２】
分離装置２０は、例えば、コンバータとインバータとを備える。コンバータは、発電機１５が発電した電力を直流電力に変換する。インバータは、その直流電力を交流電力に変換して電力系統３０へ供給する。インバータは、電力系統３０に合わせた所定の周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の電力を供給するように制御される。
【００２３】
制御装置１０は、ガスタービン２の出力制御を行う。制御装置１０は、検出部１０１と、温度推定部１０２と、回転数決定部１０３と、燃料制御部１０４と、ＩＧＶ制御部１０５と、を備える。
検出部１０１は、ガスタービン発電設備１に設けられた各種センサが検出した検出値を取得する。例えば、検出部１０１は、電力系統３０の系統周波数、発電機１５の出力、ガスタービン２の回転数（ロータ１６の回転数）、タービン１４から排出される排ガスの温度等の検出値を取得する。
温度推定部１０２は、タービン１４の入口における燃焼ガスの温度（以下、タービン入口温度と記載する。）を推定する。
回転数決定部１０３は、電力系統３０の系統周波数の変動時におけるガスタービン２の回転数を決定する。
【００２４】
燃料制御部１０４は、燃料制御弁１７を調整して燃料の供給制御を行う。例えば、燃料制御部１０４は、ガスタービン２の回転数を目標回転数に近づけるための制御指令値を算出する（ガバナ制御）。また、燃料制御部１０４は、発電機１５の出力が上限を超えず且つ目標出力に近づくような制御指令値を算出する（ロードリミット制御）。燃料制御部１０４は、排ガス温度を所定範囲内に収めるような制御指令値を算出する（温度リミット制御）。そして、燃料制御部１０４は、これらの制御指令値の中から最小値を選択し、選択した制御指令値に基づいて燃料制御弁１７の開度を調整し、燃焼器１３への燃料供給量を制御する。例えば、複数の燃料系統が存在し、各燃料系統に燃料制御弁１７が設けられている場合、燃料制御部１０４は、各燃料系統への配分量を決定し、この配分量に応じて各燃料系統の燃料制御弁１７の開度を制御する。
【００２５】
ＩＧＶ制御部１０５は、主に発電機１５の出力に基づいてＩＧＶ１１の開度を算出し、算出した開度になるようにＩＧＶ１１の制御を行う。さらにＩＧＶ制御部１０５は、系統周波数の変動時に、ＩＧＶ１１を設定値以上に開く制御（ＩＧＶ超開）を行う。より具体的には、まず、ＩＧＶ制御部１０５は、発電機１５の出力等に基づく基本的なＩＧＶ開度の設定値を算出する。さらにＩＧＶ制御部１０５は、電力系統３０の系統周波数の変動量に応じたＩＧＶ開度の第１開度補正量を算出し、ガスタービンの負荷変化量に応じたＩＧＶ開度の第２開度補正量を算出する。そして、ＩＧＶ制御部１０５は、基本的なＩＧＶ開度の設定値に、第１開度補正量、第２開度補正量、又は、第１開度補正量および第２開度補正量の何れかを加算し、最終的なＩＧＶ１１の開度を算出する。ＩＧＶ超開の詳細な算出方法の一例が、特許文献１に開示されている。ＩＧＶ制御部１０５は、特許文献１に開示された方法でＩＧＶ開度を算出することができる。
【００２６】
上述したようにＩＧＶ制御部１０５が、設定値よりもＩＧＶ１１を開く制御をＩＧＶ超開と呼ぶ。ＩＧＶ超開を行うと、圧縮機１２への吸気流量が増加する。タービン入口温度は燃空比（燃料量／燃焼空気量の比）に比例し、吸気流量が増加すると燃焼空気量が増加するので、ＩＧＶ超開により燃空比が低下し、タービン入口温度が低下する。また、ＩＧＶ超開に合わせて燃焼器１３への燃料供給量を増加させることで速やかにガスタービン２の出力を増大することができる。つまり、ＩＧＶ超開は、タービン入口温度のオーバシュートの回避や、出力レスポンスの向上のために利用することができる。例えば、電力系統３０の系統周波数が低下すると、グリッドコードにより所定の時間内での出力の増大が要求される。この際、ＩＧＶ超開を行うことにより、タービン入口温度を制限範囲内に収めつつ、出力増大要求に対応することができる。
【００２７】
ここで、発電設備１が、分離装置２０を備えない場合、つまりガスタービン２の回転数と電力系統３０の系統周波数が連動する同期発電機について検討する。同期発電機において系統周波数とガスタービンの回転数は一致する。従って、同期発電機において電力系統３０の系統周波数が低下すると、ガスタービン２の回転数が低下する。この場面でＩＧＶ超開を行うと、ＩＧＶ超開を行わない場合と比較して、吸気流量は増大する。その反面、系統周波数の低下によるガスタービン２の回転数の低下は、吸気流量を低下させる働きをする。つまり、系統周波数の低下の程度によっては、ＩＧＶ超開を行っても吸気流量が想定通りに増大しない可能性がある。また、系統周波数の低下量に応じてＩＧＶ超開量を可変とした場合でも、ＩＧＶ開度の上限により吸気流量の不足が発生する可能性がある。すると、タービン入口温度のオーバシュート回避やグリッドコードが要求する出力増大が達成できない可能性がある。
【００２８】
そこで、本実施形態では、ガスタービン２と電力系統３０の間に分離装置２０を設け、ガスタービン２の回転数と電力系統３０の系統周波数が連動せず、それぞれを独立して制御可能な構成とする。分離装置２０は、発電機１５の出力からガスタービン２の回転数を検出し、検出した回転数を制御装置１０へ通知する。分離装置２０は、発電機１５によって生成された交流電力の周波数に関わらず、交流電力を電力系統３０に合わせた所定の周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）に変換して電力系統３０へ供給する。
【００２９】
＜第一実施形態＞
次に図２、図３を参照して、第一実施形態における系統周波数の変動時のガスタービン２の制御について説明する。
図２は、本発明の第一実施形態における制御方法の一例を示すフローチャートである。
まず、検出部１０１が電力系統３０の系統周波数が所定の周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）より低下することを検出すると（ステップＳ１１０）、ＩＧＶ制御部１０５は、ＩＧＶ超開を行う（ステップＳ１２０）。例えば、ＩＧＶ制御部１０５は、発電機１５の出力に応じたＩＧＶ開度の設定値を算出する。ＩＧＶ開度の設定値は、発電機１５の出力と正の相関を有している。次にＩＧＶ制御部１０５は、電力系統３０の系統周波数の変動量に応じたＩＧＶ開度の第１開度補正量を算出する。第１開度補正量は、周波数変動量と正の相関を有している。つまり、電力系統３０の系統周波数の低下が大きい程、第１開度補正量は大きな値となる。ＩＧＶ制御部１０５は、ＩＧＶ１１の開度がＩＧＶ開度の設定値に第１開度補正量を加算した開度となるよう制御する（ＩＧＶ超開）。
【００３０】
ＩＧＶ超開と並行して、燃料制御部１０４は、ガスタービン２の回転数を現在の回転数のまま保持する制御を行う（ステップＳ１３０）。例えば、回転数決定部１０３は、検出部１０１が系統周波数の低下前に最後に検出したガスタービン２の回転数を取得し、この回転数をＩＧＶ超開中の回転数（第１回転数）として決定する。燃料制御部１０４は、ガスタービン２の回転数が、回転数決定部１０３によって決定された第１回転数となるような燃料流量を算出し、燃料制御弁１７がこの燃料流量に対応する開度となるよう制御する。
【００３１】
回転数決定部１０３は、燃料制御部１０４がガスタービン２の回転数を保持する制御を行っている間、検出部１０１が取得した電力系統３０の系統周波数を監視する。回転数決定部１０３は、周波数応答が完了したかどうかを判定する（ステップＳ１４０）。例えば、回転数決定部１０３は、電力系統３０の系統周波数が所定の周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）まで回復すると、周波数応答が完了したと判定する。回転数決定部１０３は、周波数応答が完了するまで、ガスタービン２の回転数を保持したまま、系統周波数の監視を継続する。周波数応答が完了すると（ステップＳ１４０；Ｙｅｓ）、回転数決定部１０３は、ガスタービン２の回転数保持を終了し、回転数制御を通常の制御に復帰させる（ステップＳ１５０）。例えば、燃料制御部１０４は、ガバナ制御、ロードリミット制御、温度リミット制御に基づいて、燃焼器１３への燃料供給量を制御し、その燃料供給量に見合う回転数（例えば、目標出力に応じた回転数）でガスタービン２を駆動する。例えば、燃料制御部１０４は、グリッドコードが要求する出力に基づいて、燃料供給量を制御する。
【００３２】
図３は、本発明の第一実施形態における系統周波数の低下時の各種パラメータのタイムチャートである。
図３（ａ）にガスタービン２の回転数及び系統周波数の推移を示す。図３（ｂ）にＩＧＶ開度、図３（ｃ）に圧縮機１２への吸気流量、図３（ｄ）に燃料供給量、図３（ｅ）にタービン入口温度の推移をそれぞれ示す。検出部１０１が、時刻Ｔ１に系統周波数の低下を検出すると、ＩＧＶ制御部１０５がＩＧＶ超開を行う（図３（ｂ））。それと並行して燃料制御部１０４が、燃料供給量を制御し（図３（ｄ））、ガスタービン２の回転数を保持する（図３（ａ））。ＩＧＶ超開とともにガスタービン２の回転数の保持を行うことで、回転数低下による吸気流量の減少を防ぎ、吸気流量を想定通りに増大させることが可能となる（図３（ｃ））。また、タービン入口温度を、オーバシュート制限範囲内に制御することができる（図３（ｅ））。
【００３３】
本実施形態によれば、発電機１５と電力系統３０の間に分離装置２０を設ける。これにより、電力系統３０の系統周波数の変動に対し、ガスタービン２の回転数を独立して制御することができる。例えば、系統周波数の低下時に、ＩＧＶ１１を通常よりも開く制御を行う（ＩＧＶ超開）。さらにＩＧＶ超開と並行して、系統周波数の低下前のガスタービン２の回転数を保持する制御を行う。これにより、系統周波数の低下に関係なく、圧縮機１２への吸気流量を増加することができる。吸気流量の増加により、タービン入口温度のオーバシュートを回避しつつ、グリッドコードが要求する短期間での出力増加を達成することができる。
【００３４】
＜第二実施形態＞
次に図４、図５を参照して、第二実施形態における系統周波数の変動時のガスタービン２の制御について説明する。第二実施形態では、系統周波数の低下時にガスタービン２の回転数を増加させ、より多くの吸気流量を確保する。第一実施形態と同様の処理、構成については簡単に説明する。
【００３５】
図４は、本発明の第二実施形態における制御方法の一例を示すフローチャートである。
まず、検出部１０１が系統周波数の低下を検出すると（ステップＳ１１０）、ＩＧＶ制御部１０５は、ＩＧＶ超開を行う（ステップＳ１２０）。
ＩＧＶ超開と並行して、燃料制御部１０４は、ガスタービン２の回転数を現在の回転数よりも増加させる制御を行う（ステップＳ１３２）。例えば、回転数決定部１０３は、検出部１０１が系統周波数の低下前に最後に検出したガスタービン２の回転数（第１回転数）を取得し、この回転数に所定の値を加算して、加算後の値をＩＧＶ超開中の回転数として決定する。燃料制御部１０４は、ガスタービン２の回転数が、回転数決定部１０３によって決定された回転数となるような燃料流量を算出し、燃料制御弁１７がこの燃料流量に対応する開度となるよう制御する。
【００３６】
回転数の増加量については、予め定め定められていてもよいし、現在のタービン入口温度とオーバシュートまでの差に基づいて、決定してもよい。例えば、現在のタービン入口温度が高温でオーバシュートまで余裕が無い場合には、回転数を多めに増加させ、オーバシュートまで比較的に余裕がある場合には、回転数の増加を抑えるような制御を行ってもよい。
【００３７】
また、ＩＧＶ１１の開度に応じて回転数の増加量を決定してもよい。例えば、ＩＧＶ超開後と超開前の開度にあまり差が無い場合（超開前に既に最大限近く開いている場合など）、回転数を多めに増加させてもよい。
【００３８】
回転数決定部１０３は、燃料制御部１０４がガスタービン２の回転数を増加して保持する制御を行っている間、検出部１０１が取得した電力系統３０の系統周波数を監視する。回転数決定部１０３は、周波数応答が完了したかどうかを判定する（ステップＳ１４０）。周波数応答が完了すると（ステップＳ１４０；Ｙｅｓ）、回転数決定部１０３は、回転数制御を通常の制御に復帰させる（ステップＳ１５０）。
【００３９】
図５は、本発明の第二実施形態における系統周波数の低下時の各種パラメータのタイムチャートである。
図５（ａ）〜図５（ｅ）に示すパラメータは、図３と同様である。検出部１０１が、時刻Ｔ１に系統周波数の低下を検出すると、ＩＧＶ制御部１０５がＩＧＶ超開を行う（図５（ｂ））。検出部１０１が、時刻Ｔ１に系統周波数の低下を検出すると、ＩＧＶ制御部１０５がＩＧＶ超開を行う（図５（ｂ））。それと並行して燃料制御部１０４が、燃料供給量を制御し（図５（ｄ））、ガスタービン２の回転数を増加させる（図５（ａ））。ＩＧＶ超開とガスタービン２の回転数の増加を行うことで、第一実施形態よりも吸気流量を増大させることが可能となる（図５（ｃ））。また、第一実施形態と同様にタービン入口温度を、オーバシュート制限範囲内に制御することができる（図５（ｅ））。
【００４０】
本実施形態によれば、ガスタービン２の回転数を増加することによって、第一実施形態の制御に比べ、吸気流量が増加する。従って、より効果的にタービン入口温度の上昇を抑制し、ガスタービン２の出力のさらなる増加を期待することができる。
特に、元々のＩＧＶ１１の開度が大きく、ＩＧＶ超開できる余裕がなく、ＩＧＶ超開による吸気量増が見込めない場合など、タービン入口温度が制限範囲を超過する可能性がある場合に一時的に回転数を増加させることで、タービン入口温度の上昇を抑制し、温度制限（保護制御）が作動することによる出力増加抑制を回避することができる。
【００４１】
＜第三実施形態＞
次に図６、図７を参照して、第三実施形態における系統周波数の変動時のガスタービン２の制御について説明する。第三実施形態では、系統周波数の低下時に、タービン入口温度のオーバシュートのリスクに基づいて、必要な場合のみガスタービン２の回転数を上昇させる。第一実施形態、第二実施形態と同様の処理、構成については簡単に説明する。
【００４２】
図６は、本発明の第三実施形態における制御方法の一例を示すフローチャートである。
まず、検出部１０１が系統周波数の低下を検出すると（ステップＳ１１０）、ＩＧＶ制御部１０５は、ＩＧＶ超開を行う（ステップＳ１２０）。
ＩＧＶ超開と並行して、燃料制御部１０４は、ガスタービン２の回転数を現在の回転数（第１回転数）に保持する制御を行う（ステップＳ１３０）。次に回転数決定部１０３は、タービン入口温度を監視し、オーバシュートのリスクを判定する（ステップＳ１３１）。タービン入口温度は、高温の為、温度の計測が難しい。そこで、温度推定部１０２が、所定の方法でタービン入口温度を推定する。例えば、温度推定部１０２は、圧縮機１２が吸入する空気の温度、ＩＧＶ１１の開度指令値、ガスタービン２の出力値に基づいてタービン入口温度を推定する。あるいは、温度推定部１０２は、タービン１４から排出される排ガスの温度に基づいてタービン入口温度を推定してもよい。回転数決定部１０３は、推定されたタービン入口温度と制限範囲の上限とを比較してオーバシュートのリスクを判定する。例えば、タービン入口温度と上限の乖離が所定値以上であれば、リスクは閾値以下（低い）と判定し、乖離が所定値未満であればリスクが閾値を上回る（高い）と判定する。
【００４３】
オーバシュートのリスクが低いと判定した場合（ステップＳ１３１；Ｎｏ）、回転数決定部１０３は、ガスタービン２の回転数を現状のまま保持する。これは、ガスタービン２の回転数を増加させると、タービン１４の仕事が回転数の増加に使用され、その分、出力が低下し、グリッドコードの出力要求を満足できない可能性が生じるためである。従って、本実施形態では、タービン入口温度がオーバシュートするリスクが高い場合のみ回転数を増加させ、吸気流量を増加させる。
【００４４】
オーバシュートのリスクが高いと判定した場合（ステップＳ１３１；Ｙｅｓ）、回転数決定部１０３は、ガスタービン２の回転数を第１回転数より増加させることおよび増加後の回転数を決定する。燃料制御部１０４は、ガスタービン２の回転数が、回転数決定部１０３によって決定された回転数となるような燃料流量を算出し、燃料制御弁１７がこの燃料流量に対応する開度となるよう制御する。
【００４５】
回転数の増量については、予め定め定められていてもよいし、現在のタービン入口温度とオーバシュートまでの差に基づいて決定してもよい。例えば、タービン入口温度と閾値の乖離が小さい場合には、回転数を多めに増加させ、タービン入口温度と閾値の乖離が大きい場合には、タービン１４の仕事を多く出力に割り当てられるように回転数の増加を抑えるように制御してもよい。
【００４６】
回転数決定部１０３は、電力系統３０の系統周波数を監視し、周波数応答が完了したかどうかを判定する（ステップＳ１４０）。周波数応答が戻らない場合（ステップＳ１４０；Ｎｏ）、ステップＳ１３１からの処理を繰り返す。なお、オーバシュートのリスクが高いと判定して一旦回転数を増大した後、リスクが低下した場合、回転数を低下（例えば、ＩＧＶ超開直前の回転数に戻す）させてもよい。周波数応答が完了すると（ステップＳ１４０；Ｙｅｓ）、回転数決定部１０３は、回転数制御を通常の制御に復帰させる（ステップＳ１５０）。
【００４７】
また、ステップＳ１３２において、ガスタービン２の目標出力（例えば、グリッドコードが要求する負荷増加）に応じて、タービン入口温度が許容範囲を超えず、且つ、電力系統３０が要求する出力を満たすように回転数を増加させてもよい。例えば、ガスタービン２の目標出力の達成に余裕があれば、回転数を多めに増加させてもよい。
【００４８】
また、ステップＳ１３２において、回転数決定部１０３は、タービン入口温度を監視し、タービン入口温度が低下したら回転数の増加量を低下させ、タービン入口温度が上昇したら回転数の増加量を増大させる制御を継続的に行ってもよい。例えば、タービン入口温度と前記許容範囲の上限との差が閾値以下となると、所定量の回転数を増加させ、当該差が閾値を上回った場合には、回転数の増加量を０（ＩＧＶ超開直前の回転数）とするといった制御を行ってもよい。
【００４９】
図７は、本発明の第三実施形態における系統周波数低下時の各種パラメータのタイムチャートである。
図７（ａ）〜図７（ｅ）に示すパラメータは、図３、図５と同様である。検出部１０１が、時刻Ｔ１に系統周波数の低下を検出すると、ＩＧＶ制御部１０５がＩＧＶ超開を行う（図７（ｂ））。検出部１０１が、時刻Ｔ１に系統周波数の低下を検出すると、ＩＧＶ制御部１０５がＩＧＶ超開を行う（図７（ｂ））。それと並行して燃料制御部１０４が、燃料供給量を制御し（図７（ｄ））、ガスタービン２の回転数を保持する（図７（ａ））。その後、時刻Ｔ２でタービン入口温度のオーバシュートの可能性を検知すると、回転数を増加させる。これにより、吸気流量を増大し（図７（ｃ））、タービン入口温度を、オーバシュート制限範囲内に制御することができる（図７（ｅ））。
【００５０】
本実施形態によれば、第二実施形態の効果に加え、必要に応じてガスタービン２の回転数を増加させるので、電力系統３０への電力供給量の減少を防ぐことができる。
【００５１】
＜第四実施形態＞
次に図８を参照して、第四実施形態における系統周波数の変動時のガスタービン２の制御について説明する。第三実施形態ではタービン入口温度のオーバシュートのリスクに基づいて、必要な場合のみガスタービン２の回転数を上昇させることとした。第四実施形態では、ガスタービン２の回転数を第１回転数に保持した場合と、ガスタービン２の回転数を第１回転数よりも上昇させた場合を比較し、メリットがある方を選択して実行する。次に第四実施形態の処理の一例を、図８を参照して説明する。
【００５２】
図８は、本発明の第四実施形態における制御方法の一例を示すフローチャートである。
図２、図４、図６と同様の処理については、簡単に記載する。
まず、検出部１０１が系統周波数の低下を検出すると（ステップＳ１１０）、ＩＧＶ制御部１０５は、ＩＧＶ超開を行う（ステップＳ１２０）。
ＩＧＶ超開と並行して、燃料制御部１０４は、ガスタービン２の回転数を現在の回転数（第１回転数）に保持する制御を行う（ステップＳ１３０）。
次に回転数決定部１０３は、ガスタービン２の回転数を第１回転数に保持した場合と、ガスタービン２の回転数を第１回転数よりも上昇させた場合を比較し、どちらの場合のメリットが大きいかを判定する（ステップＳ１３３）。例えば、ガスタービン２の回転数ごとの出力の予測値や、温度制限が作動した場合のガスタービン２の出力の予測値が定められているとする。回転数決定部１０３は、ガスタービン２の回転数を第１回転数に保持した場合の出力（第１出力）とガスタービン２の回転数を、第１回転数より大きい所定の回転数に上昇させたときの出力（第２出力）を比較する。また、ガスタービン２の回転数を第１回転数に保持した場合について、温度推定部１０２が、タービン入口温度を推定する。タービン入口温度が制限範囲を超えると推定される場合、回転数決定部１０３は、タービン入口温度が許容範囲を超えたときに作動する温度制限などの保護制御下での出力の予測値を第１出力とし、第２出力と比較する。あるいは、回転数決定部１０３は、温度制限が作動するまでの出力の予測値と温度制限が作動した後の出力の予測値の合計を第１出力とし、第２出力と比較する。なお、第１出力および第２出力は、例えば、電力又は所定期間における電力量である。
【００５３】
そして、例えば、回転数決定部１０３は、第１出力が第２出力よりも大きければ、回転数を保持した方が、メリットが大きいと判定する。反対に、第２出力が第１出力よりも大きい場合、回転数決定部１０３は、回転数を上昇させた方が、メリットが大きいと判定する。
【００５４】
また、例えば、ガスタービン２の回転数の上昇によって出力が減少しても要求出力を満足できるのであれば、回転数決定部１０３は、タービン入口温度のオーバシュートを回避するために回転数を上昇させた方が、メリットが大きいと判定してもよい。
【００５５】
回転数を保持した方が、メリットが大きいと判定した場合（ステップＳ１３３；Ｙｅｓ）、回転数決定部１０３は、ガスタービン２の回転数を第１回転数で保持する。回転数を増加させた方が、メリットが大きいと判定した場合（ステップＳ１３３；Ｎｏ）、回転数決定部１０３は、ガスタービン２の回転数を第１回転数より増加させることおよび増加後の回転数を決定する。燃料制御部１０４は、ガスタービン２の回転数が、回転数決定部１０３によって決定された回転数となるような燃料流量を算出し、燃料制御弁１７がこの燃料流量に対応する開度となるよう制御する。
【００５６】
回転数の増量については、予め定め定められていてもよいし、現在のタービン入口温度とオーバシュートまでの差に基づいて決定してもよい。例えば、タービン入口温度と閾値の乖離が小さい場合には、回転数を多めに増加させ、タービン入口温度と閾値の乖離が大きい場合には、タービン１４の仕事を多く出力に割り当てられるように回転数の増加を抑えるように制御してもよい。
【００５７】
回転数決定部１０３は、電力系統３０の系統周波数を監視し、周波数応答が完了したかどうかを判定する（ステップＳ１４０）。周波数応答が戻らない場合（ステップＳ１４０；Ｎｏ）、ステップＳ１３３からの処理を繰り返す。周波数応答が完了すると（ステップＳ１４０；Ｙｅｓ）、回転数決定部１０３は、回転数制御を通常の制御に復帰させる（ステップＳ１５０）。
【００５８】
また、ステップＳ１３２において、ガスタービン２の目標出力（例えば、グリッドコードが要求する負荷増加）に応じて、タービン入口温度が許容範囲を超えず、且つ、電力系統３０が要求する出力を満たすように回転数を増加させてもよい。例えば、ガスタービン２の目標出力の達成に余裕があれば、回転数を多めに増加させてもよい。
【００５９】
また、ステップＳ１３２において、回転数決定部１０３は、タービン入口温度を監視し、タービン入口温度が低下したら回転数の増加量を低下させ、タービン入口温度が上昇したら回転数の増加量を増大させる制御を継続的に行ってもよい。例えば、タービン入口温度と前記許容範囲の上限との差が閾値以下となると、所定量の回転数を増加させ、当該差が閾値を上回った場合には、回転数の増加量を抑制するといった制御を行ってもよい。
本実施形態によれば、電力系統３０への電力供給量の減少を防ぐことができる。
【００６０】
以上説明したように第一実施形態〜第四実施形態によれば、インバータ等の電気的遮断装置（分離装置２０）を用いてガスタービン２と電力系統３０を分離し、電力系統３０の系統周波数と発電機１５の回転数を同期させず、系統周波数によらず発電機１５の回転数を制御可能な構成とする。電力系統３０の系統周波数が低下した際でもガスタービン２の回転数が低下しない特徴により、系統周波数の変動時の応答におけるＩＧＶ超開の効果を制限なく発揮できるようにする。さらに、第二〜第四実施形態で例示した制御によれば、ガスタービン２の回転数を状況に応じて増加することで、ＩＧＶ超開の効果を高めることができる。
【００６１】
図９は、本発明の各実施形態における制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
コンピュータ９００は、ＣＰＵ９０１、主記憶装置９０２、補助記憶装置９０３、入出力インタフェース９０４、通信インタフェース９０５を備える例えばＰＣ（Personal Computer）やサーバ端末装置である。上述の制御装置１０は、コンピュータ９００に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置９０３に記憶されている。ＣＰＵ９０１は、プログラムを補助記憶装置９０３から読み出して主記憶装置９０２に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、ＣＰＵ９０１は、プログラムに従って、記憶領域を主記憶装置９０２に確保する。また、ＣＰＵ９０１は、プログラムに従って、処理中のデータを記憶する記憶領域を補助記憶装置９０３に確保する。
【００６２】
なお、少なくとも１つの実施形態において、補助記憶装置９０３は、一時的でない有形の媒体の一例である。一時的でない有形の媒体の他の例としては、入出力インタフェース９０４を介して接続される磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等が挙げられる。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ９００に配信される場合、配信を受けたコンピュータ９００が当該プログラムを主記憶装置９０２に展開し、上記処理を実行しても良い。また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、当該プログラムは、前述した機能を補助記憶装置９０３に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【００６３】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１・・・ガスタービン発電設備
２・・・ガスタービン
１０・・・制御装置
１１・・・ＩＧＶ
１２・・・圧縮機
１３・・・燃焼器
１４・・・タービン
１５・・・発電機
１６・・・ロータ
１７・・・燃料制御弁
２０・・・分離装置
３０・・・電力系統
１０１・・・検出部
１０２・・・温度推定部
１０３・・・回転数決定部
１０４・・・燃料制御部
１０５・・・ＩＧＶ制御部
９００・・・コンピュータ
９０１・・・ＣＰＵ
９０２・・・主記憶装置
９０３・・・補助記憶装置
９０４・・・入出力インタフェース
９０５・・・通信インタフェース
【図１】
2020193566.tif 000003
【図２】
2020193566.tif 000004
【図３】
2020193566.tif 000005
【図４】
2020193566.tif 000006
【図５】
2020193566.tif 000007
【図６】
2020193566.tif 000008
【図７】
2020193566.tif 000009
【図８】
2020193566.tif 000010
【図９】
2020193566.tif 000011