(57)【要約】【課題】コンバインドサイクル発電システムの起動時間を短縮すること。【解決手段】ガスタービン３、蒸気タービン６、及び発電機５を一軸に配置し、ガスタービン３に燃焼ガスを供給する燃焼器１１と、燃焼器１１へ燃料を供給する燃料流路に設けられた流量調整弁１０と、流量調整弁１０を制御する流量制御部２０とを備える一軸型コンバインドサイクル発電システム１００のガスタービン運転制御装置であって、流量制御部２０は、一軸型コンバインドサイクル発電システム１００を急速に起動させる急速起動モードを有し、急速起動モードでは、軸出力が規定の最大軸出力を超えない範囲で、ガスタービン出力を一定の変化率で増加させる。【選択図】図１
2010121598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン、蒸気タービン、及び発電機を一軸に配置し、前記ガスタービンに燃焼ガスを供給する燃焼器と、該燃焼器へ燃料を供給する燃料流路に設けられた流量調整弁と、該流量調整弁を制御する流量制御手段とを備える一軸型コンバインドサイクル発電システムのガスタービン運転制御装置であって、
該流量制御手段は、前記一軸型コンバインドサイクル発電システムの起動時において、
軸出力が規定の最大軸出力を超えない範囲で、ガスタービン出力を一定の変化率で増加させる
ことを特徴とするガスタービン運転制御装置。
【請求項２】
ガスタービン、蒸気タービン、及び発電機を組み合わせ、前記ガスタービンに燃焼ガスを供給する燃焼器と、該燃焼器へ燃料を供給する燃料流路に設けられた流量調整弁と、該流量調整弁を制御する流量制御手段とを備えるコンバインドサイクル発電システムのガスタービン運転制御装置であって、
該流量制御手段は、前記コンバインドサイクル発電システムの起動時において、軸出力が規定の最大軸出力を超えない範囲で、ガスタービン出力を負荷帯に応じて決定される変化率で増加させる
ことを特徴とするガスタービン運転制御装置。
【請求項３】
前記流量制御手段は、軸出力を規定の変化率で増加させる通常運転モードと、軸出力が規定の最大軸出力を超えない範囲で、ガスタービン出力を所定の変化率で増加させる急速起動モードとを有し、前記コンバインドサイクル発電システムの起動時において、いずれか一方が選択可能とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスタービン運転制御装置。
【請求項４】
前記流量制御手段は、
実ガスタービン出力を該変化率に基づいて設定されるガスタービン出力指令値に一致させるための該流量調節弁の制御量を算出する第１制御器を備え、
該第１制御器が用いるゲインは、前記急速起動モードの場合の方が、前記通常運転モードの場合よりも大きな値に設定される
ことを特徴とする請求項３に記載のガスタービン運転制御装置。
【請求項５】
前記流量制御手段は、
前記ガスタービンの回転数を所定の変化率に基づいて設定される回転数指令値に一致させるための該流量調節弁の制御量を算出する第２制御器と、
前記第１制御器からの制御量と該第２制御器からの制御量とが入力され、いずれか小さい制御量を選択する低値選択手段とを備え、
前記第２制御器は、前記急速起動モードにおいて用いる変化率を、前記通常運転モードにおいて用いる変化率よりも大きな値に設定する
ことを特徴とする請求項４に記載のガスタービン運転制御装置。
【請求項６】
前記流量制御手段は、
排ガス温度を所定の排ガス温度設定値に一致させるための該流量調節弁の制御量を算出し、前記低値選択手段に出力する第３制御器を備え、
前記低値選択手段は、前記急速起動モードにおいて、前記第１制御器または前記第２制御器からの制御量を選択する
ことを特徴とする請求項５に記載のガスタービン運転制御装置。
【請求項７】
前記燃焼器へ燃料を供給する燃料流路において、該流量調整弁の上流側に設けられた圧力調整弁と、
該圧力調整弁を制御する圧力制御手段とを備え、
該圧力制御手段は、前記燃焼器へ供給される燃料圧力を目標燃料圧力に一致させるための該圧力調節弁の制御量を算出する第４制御器を備え、
該第４制御器が用いるゲインは、前記急速起動モードの場合の方が、前記通常運転モードよりも大きな値に設定される
ことを特徴とする請求項３から請求項６のいずれかに記載のガスタービン運転制御装置。
【請求項８】
ガスタービン、蒸気タービン、及び発電機を一軸に配置し、前記ガスタービンに燃焼ガスを供給する燃焼器と、該燃焼器へ燃料を供給する燃料流路に設けられた流量調整弁とを備える一軸型コンバインドサイクル発電システムのガスタービン運転制御方法であって、
起動時において、軸出力が規定の最大軸出力を超えない範囲で、ガスタービン出力を一定の変化率で増加させる
ガスタービン運転制御方法。
【請求項９】
ガスタービン、蒸気タービン、及び発電機を組み合わせ、前記ガスタービンに燃焼ガスを供給する燃焼器と、該燃焼器へ燃料を供給する燃料流路に設けられた流量調整弁とを備えるコンバインドサイクル発電システムのガスタービン運転制御方法であって、
起動時において、軸出力が規定の最大軸出力を超えない範囲で、ガスタービン出力を、負荷帯に応じて決定される変化率で増加させる
ガスタービン運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン運転制御装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、コンバインドサイクル発電システムの起動時間が長くなると、プラント効率の悪い部分負荷での運転時間が長くなるため、経済性、環境負荷の観点から起動時間の短縮が課題となっていた。
一般的に、ガスタービンと蒸気タービンとを同軸上に配置した一軸式コンバインドサイクル発電システムは、軸出力の上昇率を一定に制御することが知られている。また、ガスタービンと蒸気タービンとが別軸に設けられている多軸式コンバインドサイクル発電システムの場合には、ガスタービン出力の上昇率を、全負荷帯で一律一定値に制御することが知られている。
【特許文献１】特開２００１−２０７８０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、軸出力の上昇率を一定に制御すると、ガスタービン出力の上昇率が制限され、一軸式コンバインドサイクル発電システムの起動に時間がかかるという問題があった。また、多軸式コンバインドサイクル発電システムにおいては、全負荷帯において一律、高負荷帯のゆるやかな上昇率が採用され、低負荷帯の上昇率も制限されて、コンバインドサイクル発電システムの軌道に時間がかかるというという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、コンバインドサイクル発電システムの起動時間を短縮できるガスタービン運転制御装置及び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】
【０００５】
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、ガスタービン、蒸気タービン、及び発電機を一軸に配置し、前記ガスタービンに燃焼ガスを供給する燃焼器と、該燃焼器へ燃料を供給する燃料流路に設けられた流量調整弁と、該流量調整弁を制御する流量制御手段とを備える一軸型コンバインドサイクル発電システムのガスタービン運転制御装置であって、該流量制御手段は、前記一軸型コンバインドサイクル発電システムの起動時に、軸出力が規定の最大軸出力を超えない範囲で、ガスタービン出力を一定の変化率で増加させることを特徴とするガスタービン運転制御装置を提供する。
【０００６】
このような構成によれば、ガスタービン、蒸気タービン、及び発電機を一軸に配置し、ガスタービンに燃焼ガスを供給する燃焼器と、燃焼器へ燃料を供給する燃料流路に設けられた流量調整弁と、流量調整弁を制御する流量制御手段とを備える一軸型コンバインドサイクル発電システムのガスタービン運転制御装置において、流量制御手段は、コンバインドサイクル発電システムの起動時に、軸出力が規定の最大軸出力を超えない範囲で、ガスタービン出力を一定の変化率で増加させる。このように、起動時に、最大軸出力を超えない範囲でガスタービン出力を一定の変化率で増加させるので、軸出力を一定の割合で増加させる従来の方法に比べて、ガスタービンの出力を速やかに上昇させることが可能となる。これにより、軸出力を早急に上昇させることができ、コンバインドサイクル発電システムの起動時間を短縮することが可能となる。
【０００７】
本発明は、ガスタービン、蒸気タービン、及び発電機を組み合わせ、前記ガスタービンに燃焼ガスを供給する燃焼器と、該燃焼器へ燃料を供給する燃料流路に設けられた流量調整弁と、該流量調整弁を制御する流量制御手段とを備えるコンバインドサイクル発電システムのガスタービン運転制御装置であって、該流量制御手段は、前記コンバインドサイクル発電システムの起動時において、軸出力が規定の最大軸出力を超えない範囲で、ガスタービン出力を、負荷帯に応じて決定される変化率で増加させることを特徴とするガスタービン運転制御装置を提供する。
【０００８】
このような構成によれば、ガスタービン、蒸気タービン、及び発電機を組み合わせ、ガスタービンに燃焼ガスを供給する燃焼器と、燃焼器へ燃料を供給する燃料流路に設けられた流量調整弁と、流量調整弁を制御する流量制御手段とを備えるコンバインドサイクル発電システムのガスタービン運転制御装置において、流量制御手段は、前記コンバインドサイクル発電システムの起動時に、軸出力が規定の最大軸出力を超えない範囲で、ガスタービン出力を負荷帯に応じて決定される変化率で増加させる。このように、起動時において、ガスタービン出力を負荷帯に応じた変化率で増加させるので、軸出力を一定の割合で増加させる従来の方法に比べて、ガスタービンの出力を速やかに上昇させることが可能となる。これにより、軸出力を早急に上昇させることができ、コンバインドサイクル発電システムの起動時間を短縮することが可能となる。
また、負荷帯に応じて決定される各変化率は、例えば、コンバインドサイクル発電システムを構成する各機器の制約によって決定される。これにより、負荷帯に応じて適切な変化率を選定することができるので、機器を保護しながら、コンバインドサイクル発電システムの起動時間を短縮することができる。
【０００９】
上記ガスタービン運転制御装置において、前記流量制御手段は、軸出力を規定の変化率で増加させる通常運転モードと、軸出力が規定の最大軸出力を超えない範囲で、ガスタービン出力を所定の変化率で増加させる急速起動モードとを有し、前記コンバインドサイクル発電システムの起動時において、いずれか一方が選択可能とされていることとしてもよい。
【００１０】
このように、流量制御手段は、前記コンバインドサイクル発電システムの起動時において、軸出力を規定の変化率で増加させる通常運転モードと、軸出力が規定の最大軸出力を超えない範囲で、ガスタービン出力を所定の変化率で増加させる急速起動モードとを有し、いずれか一方が選択可能とされるので、状況に応じて適切なモードを選択し、用いることができる。
【００１１】
上記ガスタービン運転制御装置において、前記流量制御手段は、実ガスタービン出力を該変化率に基づいて設定されるガスタービン出力指令に一致させるための該流量調節弁の制御量を算出する第１制御器を備え、該第１制御器が用いるゲインは、前記急速起動モードの場合の方が、前記通常運転モードよりも大きな値に設定されることとしてもよい。
【００１２】
このように、急速起動モードの場合には、第１制御器のゲインを通常運転モードの場合よりも大きめに設定するので、ガスタービン出力を指令値に追従させ、コンバインドサイクル発電システムの起動時間を短縮することができる。
【００１３】
上記ガスタービン運転制御装置において、前記流量制御手段は、前記ガスタービンの回転数を所定の変化率に基づいて設定される回転数指令値に一致させるための該流量調節弁の制御量を算出する第２制御器と、前記第１制御器からの制御量と該第２制御器からの制御量とが入力され、いずれか小さい制御量を選択する低値選択手段とを備え、前記第２制御器は、前記急速起動モードにおいて用いる変化率を、前記通常運転モードにおいて用いる変化率よりも大きな値に設定することとしてもよい。
【００１４】
このように、流量制御手段は、ガスタービンの回転数を所定の変化率に基づいて設定される回転数指令値に一致させるための流量調節弁の制御量を算出する第２制御器と、第１制御器からの制御量と第２制御器からの制御量とが入力され、いずれか小さい制御量を選択する低値選択手段とを備え、第２制御器は、急速起動モードにおいて用いる変化率を、通常運転モードにおいて用いる変化率よりも大きな値に設定する。これにより、急速起動モードである場合に回転数を回転数指令値に追従させ、昇速にかかる時間を短縮することができる。
【００１５】
上記ガスタービン運転制御装置において、前記流量制御手段は、排ガス温度を所定の排ガス温度設定値に一致させるための該流量調節弁の制御量を算出する第３制御器と、前記第１制御器からの制御量と前記第２制御器からの制御量と前記第３制御器からの制御量とが入力され、いずれか小さい制御量を選択する低値選択手段とを備え、前記低値選択手段は、前記急速起動モードにおいて、前記第１制御器または前記第２制御器からの制御量を選択することとしてもよい。
【００１６】
このように、低値選択手段は、急速起動モードでは、第３制御器からの制御量、即ち、排ガス温度に基づく制御量を選択しない。このように、ガスタービンの回転数が増加する起動時においては、排ガス温度に基づく制御を行わないことにより、起動中の温度制御に起因する起動停滞を回避することが可能となる。
【００１７】
上記ガスタービン運転制御装置において、前記燃焼器へ燃料を供給する燃料流路において、該流量調整弁の上流側に設けられた圧力調整弁と、該圧力調整弁を制御する圧力制御手段とを備え、該圧力制御手段は、前記燃焼器へ供給される燃料圧力を目標燃料圧力に一致させるための該圧力調節弁の制御量を算出する第４制御器を備え、該第４制御器が用いるゲインは、前記急速起動モードの場合の方が、前記通常運転モードよりも大きな値に設定されることとしてもよい。
【００１８】
このように、流量調整弁の上流に設けられた燃料の圧力を制御する圧力調整弁と、圧力調整弁を制御する圧力制御手段とを備え、圧力制御手段は、燃焼器へ供給する燃料の圧力を目標とする燃料圧力に一致させる制御量を算出する第４制御器を備える。第４制御器に用いられるゲインは、急速起動モードである場合に、通常運転モードのときよりも大きく設定する。これにより、急速起動モードである場合に圧力を目標とする燃料圧力値に追従させる。
【００１９】
本発明は、ガスタービン、蒸気タービン、及び発電機を一軸に配置し、前記ガスタービンに燃焼ガスを供給する燃焼器と、該燃焼器へ燃料を供給する燃料流路に設けられた流量調整弁とを備える一軸型コンバインドサイクル発電システムのガスタービン運転制御方法であって、起動時において、軸出力が規定の最大軸出力を超えない範囲で、ガスタービン出力を一定の変化率で増加させるガスタービン運転制御方法を提供する。
【００２０】
本発明は、ガスタービン、蒸気タービン、及び発電機を組み合わせ、前記ガスタービンに燃焼ガスを供給する燃焼器と、該燃焼器へ燃料を供給する燃料流路に設けられた流量調整弁とを備えるコンバインドサイクル発電システムのガスタービン運転制御方法であって、起動時において、軸出力が規定の最大軸出力を超えない範囲で、ガスタービン出力を、負荷帯に応じて決定される変化率で増加させるガスタービン運転制御方法を提供する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、コンバインドサイクル発電システムの起動時間を短縮するという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明に係るコンバインドサイクル発電システムのガスタービン運転制御装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態においては、ガスタービン運転制御装置を一軸型のコンバインドサイクル発電システムに適用する例について説明するが、本発明は、一軸型だけでなくガスタービンと蒸気タービンとを別軸に接続する多軸型コンバインドサイクル発電システムにも適用できる。
【００２３】
〔第１の実施形態〕
図１は、本実施形態に係る一軸型コンバインドサイクル発電システム１００の概略構成を示したブロック図である。
一軸型コンバインドサイクル発電システムは、ガスタービンに燃焼ガスを供給する燃焼器１１、燃焼器へ燃料を供給する燃料流路に設けられた流量調整弁１０、ガスタービンの運転を制御するガスタービン運転制御装置５０、圧縮機１、復水器７、復水ポンプ８、排熱回収ボイラ９、及び蒸気加減弁１２を備えている。なお、圧縮機１へ空気等を供給する配管には、空気等の作動流体の流量を調整するための圧縮機入口案内翼の角度を制御する圧縮機入口案内翼調整弁（ＩＧＶ調整弁）２が備えられている。また、ガスタービン３、蒸気タービン６、及び発電機５は一軸に配置されている。
【００２４】
このような構成において、燃焼器１１には、圧縮機１により圧縮された圧縮空気、及び流量調節弁１０によって流量調節された燃料が供給され、これらが混合燃焼されて、燃焼ガスが生成される。この燃焼ガスは、ガスタービン３に流入し、ガスタービン３を回す動力として働く。これにより、ガスタービン３の回転力が発電機５に伝達され、発電機５が発電する。
【００２５】
ガスタービン３において仕事を果たした後の燃焼ガスは、排ガスとしてその下流の排熱回収ボイラ９へと導かれ、煙突（図示略）等を経て大気中へ放出される。排熱回収ボイラ９では排ガスから熱回収されて復水ポンプ８からの給水にて蒸気を発生し、蒸気は蒸気加減弁１２を通り、蒸気タービン６へ導かれる。蒸気タービン６へ導かれた蒸気は、蒸気タービン６を回転させる。この蒸気タービンの回転力は発電機５に伝達され、発電機５が発電する。
【００２６】
蒸気タービン６は、排熱回収ボイラ９より供給された蒸気により、膨張仕事をして発電機５を駆動させ、同時に膨張仕事を終えた蒸気を流路を介して復水器７に供給させる。
復水器７は、蒸気タービン６から供給された蒸気を凝縮し復水にさせる。この復水は、復水ポンプにより流路を流れ、排熱回収ボイラ９に供給される。この復水は、排熱回収ボイラ９内にて蒸気を発生させる際に必要とされる。
【００２７】
ガスタービンの運転制御装置５０は、流量制御部（流量制御手段）２０及び圧力制御部（圧力制御手段）１５を備えている。
流量制御部２０は、ガスタービンの運転状態並びに温度状態に関する状態量を入力信号として取得し、これらの入力信号に基づいて燃焼器１１に供給する燃料流量を制御するための燃料流量指令（ＣＳＯ）を演算する。上記運転状態に関する状態量としては、例えば、ガスタービン３の出力、回転数等が一例として挙げられる。また、温度状態に関する状態量としては、例えば、排ガス温度が一例として挙げられる。
【００２８】
流量制御部２０は、第１制御器２１、第２制御器２２、第３制御器２３、及び低値選択部（低値選択手段）２４を備えて構成されている。例えば、第１制御器はロードリミット制御回路、第２制御器は燃料リミット制御回路、第３制御器は排ガス回路、ブレードパス回路を備えている。また、流量制御部２０は、急速起動モードと通常運転モードとを有しており、コンバインドサイクル発電システムの運転状況に応じて、適宜切替えることができる。
【００２９】
第１制御器２１は、急速起動モードの場合、軸出力が規定の最大軸出力を超えない範囲で、ガスタービン出力を一定の変化率に基づいて設定されるガスタービン出力指令に一致させるための流量調節弁の制御量を算出する。
【００３０】
具体的には、第１制御器２１は、指令値設定部２１１、減算器２１２、出力制限部２１３、ＰＩ制御器２１４を備えて構成されている。第１制御器２１は、急速起動モードの場合には、指令値設定部２１１において、ガスタービン出力と一定の変化率とに基づいてガスタービン出力指令値を設定する。次に、減算器２１２において、実ガスタービン出力値と、前段の変化率制限部２１１によって算出されたガスタービン出力指令値とを比較し、その差分を出力制限部２１３に出力する。出力制限部２１３は、差分によって得られるガスタービン出力値が最大軸出力を超えないように補正を行う。ＰＩ制御器２１４において、出力制限部２１３によって補正された後のガスタービン出力指令値に追従するように比例積分（ＰＩ）演算によって制御量を算出し、その結果を、第１制御信号（第１制御器からの制御量）とする。
【００３１】
第１制御器２１は、通常運転モードである場合には、軸出力の上昇率を一定の変化率で制御する。この場合、上記指令値設定部２１１において、軸出力と一定の変化率とに基づいて軸出力指令値が設定され、減算器２１２において、軸出力指令値と実軸出力の差分が算出され、これに基づき、出力制限部２１３、ＰＩ制御器２１４により第１制御信号が算出される。
【００３２】
図５は、軸出力を制御することによりコンバインドサイクル発電システムを起動する場合のガスタービン出力ＧＴ、蒸気タービン出力ＳＴ、軸出力ＴＯＴＡＬの変化を示したものである。図５において、横軸に時間、縦軸に出力を示している。図２は、ガスタービン出力を制御することによりコンバインドサイクル発電システムを起動する場合のガスタービン出力ＧＴ、蒸気タービン出力ＳＴ、軸出力ＴＯＴＡＬの変化を示したものである。図２においては、横軸に時間、縦軸に出力を示している。
図２に示されるように、第１制御器２１は、急速起動モードの場合には、軸出力を逐次制限せずに、ガスタービン出力の上昇率を制御して起動するため、図５に示されるような軸出力を一定制御して起動する場合と比較して、起動時間を短縮することができる。
【００３３】
なお、第１制御器が用いるＰＩ制御器２１４のゲインは、急速起動モードの場合に、通常運転モードの場合よりも大きく設定するとよい。このように、ゲインを大きくすることでガスタービン出力の指令値追従性を向上する。
【００３４】
第２制御器２２は、ガスタービン３の回転数を入力信号として取得し、この回転数と回転数指令値とを一致させるように燃料流量を制御する第２制御信号（第２制御器からの制御量）を算出する。
【００３５】
具体的には、第２制御器２２は、昇速率設定部２２１、減算器２２２、比例器２２３、加算器２２４を備えて構成されている。昇速率設定部２２１は、所定の昇速率に基づいて回転数指令値を設定する。減算器２２２は、回転数指令値と実回転数とを比較し、その差分を比例器２２３に出力する。比例器２２３によってゲインを設定し、加算器２２４によって昇速制御を行う。これにより算出された制御量は、第２制御信号として、低値選択部２４に出力される。
【００３６】
第３制御器２３は、排ガス温度を入力信号として取得し、この排ガス温度が排ガス温度上限値を超えないように燃料流量の制御量を算出する。
【００３７】
第３制御器２３は、減算器２３１とＰＩ制御器２３２とを備えて構成されている。減算器２３１は、排熱回収ボイラ９内の排ガス温度と、目標とされる排ガス温度指令値との差分を算出する。ＰＩ制御器２３２は、この差分に基づいて、比例積分（ＰＩ）演算を行い、排ガス温度の制御量を算出する。ここで得られた排ガス温度の制御量は第３制御信号として、低値選択部２４に出力される。
【００３８】
上述した第１制御器２１により算出された第１制御信号、第２制御器２２により算出された第２制御信号、及び第３制御器２３により算出された第３制御信号は、図１に示されるように、低値選択部２４に出力される。
低値選択部２４は、各制御信号のうち、最も低値の制御信号を選択し、この選択された値を燃料流量指令ＣＳＯとして、流量調節弁１０に出力する。
【００３９】
このようにして流量制御部２０は、算出された燃料制御信号ＣＳＯを流量調整弁１０へ出力し、燃料制御信号ＣＳＯに基づいて開度を調整する。これにより、最適な流量の燃料が燃焼器１１に供給されることとなる。
【００４０】
圧力制御部１５は、第４制御器２５を備えて構成されている。第４制御器２５は、燃焼器へ供給される燃料圧力を目標燃料圧力に一致させるための圧力調節弁の制御量を算出する。具体的には、第４制御器２５は、減算器２５１とＰＩ制御器２５２とを備えて構成されている。減算器２５１は、燃料流路の圧力と、目標とされる燃料圧力である目標燃料圧力との差分を算出する。ＰＩ制御器２５２は、この差分に基づいて、比例積分（ＰＩ）演算を行い、燃料圧力の制御量を算出する。
【００４１】
圧力調整弁１４は、燃焼器へ燃料を供給する燃料流路において流量調整弁１０の上流側に設けられ、第４制御器２５から出力される制御量に基づいてフローにかかる圧力を制御する。
【００４２】
なお、圧力制御部１５の第４制御器２５が備えるＰＩ制御器２５２のゲインは、急速起動モードの場合に、通常運転モードの場合よりも大きく設定するとよい。これにより、急速起動モードである場合に、圧力の目標燃料圧力の追従性を向上させる。
【００４３】
以上説明してきたように、本実施形態に係る一軸型コンバインドサイクル発電システムのガスタービン運転制御装置によれば、流量制御部２０は、コンバインドサイクル発電システムの急速起動モードによる起動時において、軸出力が規定の最大軸出力を超えない範囲で、ガスタービン出力を一定の変化率で増加させる。このように、起動時に、最大軸出力を超えない範囲でガスタービン出力を一定の変化率で増加させるので、軸出力を一定の割合で増加させる従来の方法に比べて、ガスタービンの出力を速やかに上昇させることが可能となる。これにより、軸出力を早急に上昇させることができ、コンバインドサイクル発電システムの起動時間を短縮することが可能となる。
【００４４】
〔変形例〕
なお、本実施形態にかかるコンバインドサイクル発電システムのガスタービン運転制御装置において、第１制御器は、軸出力が規定の最大軸出力を超えない範囲でガスタービン出力を一定の変化率に基づいて増加させることとしていたが、これに限られない。
例えば、第１制御器は、軸出力が規定の最大軸出力を超えない範囲で負荷帯に応じて決定される変化率でガスタービン出力を増加させることとしてもよい。また、負荷帯に応じた各変化率は、コンバインドサイクル発電システムを構成する各機器の制約から決定される。また、各機器の制約とは、例えば、ガスタービン出力のクリアランス、蒸気タービン出力の熱応力である。
【００４５】
図３は、横軸に時間、縦軸に蒸気タービンの出力値ＳＴ、ガスタービンの出力値ＧＴ、軸出力ＴＯＴＡＬを示した図であり、負荷帯に応じて決定される変化率を示している。たとえば、上昇率１は低負荷帯、上昇率２は中負荷帯の変化率を示している。このように、例えば、低負荷帯の場合にはガスタービン出力を中負荷帯の場合よりも高くする。これにより、全負荷帯一律で高負荷帯での上昇率を用いる場合よりも、コンバインドサイクル発電システムの起動時間を短縮することができるとともに、機器を保護することができる。
【００４６】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について、図４を用いて説明する。
本実施形態のコンバインドサイクル発電システムが、第１の実施形態を異なる点は、急速起動モードである場合に、第２制御器のガスタービンの回転数の変化率が通常運転モードにおいて用いる変化率よりも大きな値に設定される。また、第３制御器は切替部２３３を備えており、急速起動モードである場合には、この切替手段によって選択された値が低値選択部２４に入力される。以下、本実施形態のコンバインドサイクル発電システムのガスタービン運転制御装置について、第１の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
【００４７】
第２制御器２２´は、急速起動モードである場合に、第２制御器で用いる変化率を、負荷帯に応じて決定される変化率に設定し、可能な限り昇速率を上げる。
【００４８】
第３制御器２３´は、切替部２３３を備えている。急速起動モードである場合には、第３制御器２３´は、切替部２３３によって選択される値を低値選択部２４に出力する。切替部２３３によって選択される値とは、例えば、無限大のように非常な大きな値である。また、切替部２３３によって選択される値は、第１制御器２１及び第２制御器２２´から出力される制御量よりも大きな値であればよい。
【００４９】
低値選択部２４は、急速起動モードの場合に、入力された制御量のうち、最も小さいものを選択する。また、前段により、第３制御器２３´から取得した制御量は第１制御器２１及び第２制御器２２´から取得した制御量よりも大きく設定されている。これにより、３つの制御量を比較しても、第１制御器２１及び第２制御器２２´のどちらか一方の制御量が採用されることとなる。
【００５０】
以上説明してきたように、第２制御器は急速起動モードである場合に、ガスタービンの回転数の変化率を通常運転モードにおいて用いる変化率よりも大きな値に設定し、ガスタービンの昇速率を負荷帯に応じた変化率に応じて可能な限り上昇させる。第２制御器は、こうして得られた制御量を低値選択部２４に出力する。また、第３制御器は、急速起動モードである場合に、低値選択部２４によって低値選択で選択されないような大きな値を低値選択部２４に出力する。これにより、低値選択部２４は、第１制御器または第２制御器からの制御量のどちらか一方を低値選択することとなる。これは、一般的に、ガスタービンの回転数が上昇すると（第２制御器による昇速率が上昇すると）、蒸気タービン６と接続される排熱回収ボイラ９の排ガス温度が上昇し、通常運転モード時に設定していた排ガス設定温度を超えてしまう可能性がある。そうすると、コンバインドサイクル発電システムは、温度制限に起因する起動の停滞が発生する可能性がある。これを考慮し、本実施形態におけるガスタービン運転制御装置においては、第２制御器が急速モードで昇速率を上昇させる場合において、第３制御器による温度制御は行わない。つまり、低値選択部は、第１制御器及び第２制御器からの制御量のうち、いずれか小さい制御量を選択することとする。これにより、急速起動モードである場合に回転数を回転数指令値に追従させ、昇速率を上げることができ、コンバインドサイクル発電システムの起動時間を短縮することができる。
【００５１】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るコンバインドサイクル発電システムの概略を示したブロック図である。
【図２】ガスタービン出力の上昇率を制御した場合の起動にかかる時間を示した図である。
【図３】負荷帯に応じた変化率でガスタービン出力を増加させた場合の起動にかかる時間を示したずである。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るコンバインドサイクル発電システムの概略を示したブロック図である。
【図５】軸出力の上昇率を制御した場合の起動にかかる時間を示した図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  圧縮機
３  ガスタービン
６  蒸気タービン
１０  流量調節弁
１１  燃焼器
１４  圧力調整弁
１５  圧力制御部
２０  流量制御部
２１  第１制御器
２２  第２制御器
２３  第３制御器
２４  低値選択部
２５  第４制御器
５０  ガスタービン運転制御部
２１１  指令値設定部
２１２、２２２、２３１、２５１  減算器
２１３  出力制限部
２１４、２３２、２５２  ＰＩ制御器
２２１  昇速率設定部
２２３  比例器
２２４  加算器
２２５  関数発生器
ＣＳＯ  燃料制御信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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