(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気から吸入された空気を圧縮する空気圧縮機と、この空気圧縮機からの圧縮空気と外部から供給される燃料とを混合させて燃焼して得られる高温高圧のガスにより回転するガスタービンと、このガスタービンの回転により駆動されて電力を発生する発電機とを、同一軸に結合して成るガスタービン発電プラントの制御装置において、
前記発電機の電流を調節することにより、前記ガスタービンの加速率を所定の第１の加速率設定値に制御する加速率制御信号を出力する第１の加速率制御手段と、
前記第１の加速率制御手段による制御によって加速中の前記ガスタービンに供給する燃料量を前記ガスタービン発電プラントの所定のプロセス量に基づいて設定し、起動時燃料設定信号を出力する起動時燃料設定手段と、
前記ガスタービンに供給する燃料量を調節することにより、前記ガスタービン軸の回転速度を所定の速度設定値に制御する速度制御信号を出力する速度制御手段と、
前記ガスタービンに供給する燃料量を調節することにより、前記ガスタービンの加速率を所定の第２の加速率設定値に制御する加速率制御信号を出力する第２の加速率制御制御手段と、
前記起動時燃料設定手段からの起動時燃料設定信号、前記速度制御手段からの速度制御信号、および前記第２の加速率制御手段からの加速率制御信号を入力し、そのうち最も低値の信号を前記燃料量調節の燃料量設定信号として選択し出力する低値選択手段と、
を備えて成ることを特徴とするガスタービン発電プラントの制御装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載のガスタービン発電プラントの制御装置において、
前記ガスタービン軸の速度に基づいて加速率設定バイアス量を与える加速率バイアス設定手段と、
前記第１の加速率制御手段または第２の加速率制御手段の加速率設定値に対して、互いにその大きさを異ならせるように前記加速率バイアス設定手段から与えられる加速率設定バイアス量を加減する加速率設定値可変手段とを付加し、
前記ガスタービンの加速に伴ってガスタービン加速率の制御を第１の加速率制御手段から第２の加速率制御手段へ切換えるようにしたことを特徴とするガスタービン発電プラントの制御装置。
【請求項３】
前記請求項１に記載のガスタービン発電プラントの制御装置において、
前記第１の加速率制御手段における前記ガスタービンの加速率と第１の加速率設定値との加速率制御偏差に基づいて加速率設定バイアス量を与える加速率バイアス設定手段と、
前記第１の加速率制御手段または第２の加速率制御手段の加速率設定値に対して、互いにその大きさを異ならせるように前記加速率バイアス設定手段から与えられる加速率設定バイアス量を加減する加速率設定値可変手段とを付加し、
前記ガスタービンの加速に伴ってガスタービン加速率の制御を第１の加速率制御手段から第２の加速率制御手段へ切換えるようにしたことを特徴とするガスタービン発電プラントの制御装置。
【請求項４】
前記請求項１に記載のガスタービン発電プラントの制御装置において、
前記ガスタービン軸の速度に基づいて発電機の電流の大きさを与える電流設定信号を出力する電流設定手段と、
前記電流設定手段からの電流設定信号と前記第１の加速率制御手段からの加速率制御信号とを入力し、そのうちいずれか低値の方の信号を前記発電機電流調節の電流設定信号として選択し出力する第２の低値選択手段と、
を付加して成ることを特徴とするガスタービン発電プラントの制御装置。
【請求項５】
前記請求項１に記載のガスタービン発電プラントの制御装置において、
前記第２の加速率制御手段からの加速率制御信号より所定の燃料設定バイアス量だけ高い値を目標値として、燃料増方向変化率制限制御信号を所定レートで追従させる燃料増方向変化率制限制御手段を付加し、
かつ前記燃料増方向変化率制限制御手段からの燃料増方向変化率制限制御信号を前記低値選択手段へ追加入力するようにしたことを特徴とするガスタービン発電プラントの制御装置。
【請求項６】
前記請求項１に記載のガスタービン発電プラントの制御装置において、
前記第２の加速率制御手段の出力段と前記低値選択手段の入力段との間に燃料増方向変化率制限手段を付加し、
前記発電機の電流の減少に伴う前記第２の加速率制御手段からの加速率制御信号の急増時に、前記燃料量設定信号の変化を所定レートに抑制するようにしたことを特徴とするガスタービン発電プラントの制御装置。
【請求項７】
前記請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のガスタービン発電プラントの制御装置において、
前記起動時燃料設定手段としては、加速中のガスタービンに供給する燃料量を、前記ガスタービン軸の回転速度に基づいて設定するようにしたことを特徴とするガスタービン発電プラントの制御装置。
【請求項８】
前記請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のガスタービン発電プラントの制御装置において、
前記起動時燃料設定手段としては、加速中のガスタービンに供給する燃料量を、前記空気圧縮機の吐出空気圧力に基づいて設定するようにしたことを特徴とするガスタービン発電プラントの制御装置。
【請求項９】
前記請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のガスタービン発電プラントの制御装置において、
前記起動時燃料設定手段としては、加速中のガスタービンに供給する燃料量を、前記空気圧縮機の吸入空気流量に基づいて設定するようにしたことを特徴とするガスタービン発電プラントの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気圧縮機とガスタービンと発電機とを同一軸に結合して成るガスタービン発電プラントの制御装置に係り、特にガスタービン高温部品の熱応力を低減してガスタービンの長寿命化を図りつつ、好適なガスタービン起動を行なえるようにしたガスタービン発電プラントの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、発電プラントの一つとして、大気から吸入された空気を圧縮する空気圧縮機と、空気圧縮機からの圧縮空気と外部から供給される燃料とを混合させて燃焼して得られる高温高圧ガスにより回転するガスタービンと、ガスタービンの回転により駆動されて電力を発生する発電機とを、同一軸に結合して成るガスタービン発電プラントが採用されてきている。
【０００３】
図２３は、この種の従来のガスタービン発電プラントの制御装置の構成例を示すブロック図である。
【０００４】
図２３において、起動モータ１は、ガスタービン軸に起動トルクを供給するものであり、伝達トルクの変化が可能なトルクコンバータ２を介してガスタービン軸に結合されている。
【０００５】
大気から吸入された空気は、流量の変化が可能な入口空気案内翼３を介して空気圧縮機４に流入し、圧縮された後に燃焼器５に供給される。
【０００６】
また、燃焼器５には、外部から燃料制御弁６を介して燃料が供給されており、この燃料は圧縮空気と混合されて燃焼し、高温高圧のガスとなる。
【０００７】
さらに、この高温高圧のガスは、ガスタービン７に供給されてガスタービン７で仕事をし、これによりガスタービン７が回転して、ガスタービン７軸に結合されている発電機８が駆動され、電力が発生する。
【０００８】
また、ガスタービン７で仕事をした後の排気ガスは、図示しない廃熱回収ボイラ等に送られて廃熱利用される。
【０００９】
一方、速度検出器９は、ガスタービン７軸の回転速度（以下、ガスタービン７の軸速度と称する）を検出するものであり、その軸速度信号Ｎは、起動制御回路１０、速度制御回路１１、加速制限回路１２、入口空気案内翼制御回路１３、およびトルク制御回路１４にそれぞれ入力される。
【００１０】
起動制御回路１０は、ガスタービン７の軸速度信号Ｎに基づいて所定の起動シーケンスを制御するものであり、その制御結果として燃料量設定信号Ｓ１を得る。
【００１１】
また、速度制御回路１１は、ガスタービン７の定格速度設定と軸速度信号Ｎとの速度偏差を算出し、その速度偏差に対応した燃料量設定信号Ｓ２を形成するものである。
【００１２】
さらに、加速制限回路１２は、ガスタービン７の所定の加速率設定と、ガスタービン７の軸速度信号Ｎの微分信号である加速率との加速率偏差を算出し、その加速率偏差に基づく制御信号として、燃料量設定信号Ｓ３を与えるものである。
【００１３】
そして、各燃料量設定信号Ｓ１，Ｓ２，およびＳ３のそれぞれは、低値選択器１５に入力され、低値選択器１５は、これら３信号のうちの最も低い値の信号を選択して得た燃料量設定信号Ｓ４を、燃料制御弁６に開度指令として与える。
【００１４】
また、入口空気案内翼制御回路１３は、タービン７の軸速度信号Ｎに対応して入口空気案内翼３の翼角度を制御する翼角度制御信号Ｓ５を形成するものであり、この翼角度制御信号Ｓ５を入口空気案内翼３に出力する。
【００１５】
さらに、トルク制御回路１４は、速度信号Ｎに基づくシーケンスに従って、トルクコンバータ２の伝達トルク特性を補正する指令Ｓ６を形成するものであり、その指令をトルクコンバータ２に与える。
【００１６】
次に、以上のような構成で、ガスタービン７を起動する時には、まず、起動モータ１で、ガスタービン７軸を回転する。
【００１７】
このガスタービン７の軸速度Ｎは、パージ速度の状態で所定時間だけ、ガスタービン７および下流排気ダクトの残留燃料をパージする。
【００１８】
なお、ここで、パージ、およびパージ速度とは、次のように定義されるものである。
【００１９】
すなわち、ガスタービン７の起動時には、まず、前回運転時の残留燃料を、下流排気ダクトから煙突出口へと排気する。これを、パージと称している。これは、今回起動時の着火の際、ガスタービン７および排気ダクト中に残留していた未燃燃料が、燃えて爆発することを防止するための操作である。この操作は、従来では、起動モータで軸を回転させて行なわれており、一般には、定格速度の３０％くらいの速度である。そして、燃料を供給しないで、軸速度をこの所定速度に所定時間保持する。この間、空気圧縮機４の吐出空気は、燃焼器５、ガスタービン７、排気ダクト、煙突へと流れるので、この空気により残留燃料を煙突出口へ押し出す（パージ）訳である。この間の、上記所定速度（３０％くらい）のことを、パージ速度と称している。
【００２０】
一方、この時には、起動制御回路１０では、燃料量設定信号Ｓ１として燃料制御弁６全閉開度設定を与えており、低値選択器１５は燃料量設定信号Ｓ４として燃料量設定信号Ｓ１を選択し、燃料制御弁６は全閉させている。
【００２１】
次に、パージが完了すると、トルク制御回路１４は伝達トルク補正指令Ｓ６により、トルクコンバータ２に対して、伝達トルクをパージ設定から着火設定に切換える。
【００２２】
これにより、ガスタービン７の軸速度Ｎは低下し、着火速度に達する。
【００２３】
すると、トルク制御回路１４は伝達トルク補正指令Ｓ６により、トルクコンバータ２に対して、伝達トルクを着火設定から高設定に切換える。
【００２４】
これにより、ガスタービン７軸は加速する。
【００２５】
一方、起動制御回路１０では、ガスタービン７の軸速度Ｎが着火速度に達した時点で、燃料量設定信号Ｓ１として着火開度設定を与える。
【００２６】
これにより、燃料制御弁６は、着火開度に調節されて、燃焼器５に着火に必要な燃料量が供給される。
【００２７】
同時に、起動制御回路１０は、燃焼器５の点火プラグ（図示せず）をスパークさせて、燃焼器５を着火させる。
【００２８】
そして、火炎検出器（図示せず）により燃焼器５の着火が検出されると、起動制御回路１０は、ガスタービン７の暖機に必要な燃料量に対応した燃料量設定信号Ｓ１を出力し、一定時間ガスタービン７を暖機運転する。
【００２９】
このガスタービン７の暖機運転が完了すると、起動制御回路１０は、燃料量を増加してゆく。
【００３０】
ところで、従来のトルクコンバータ２は、流体継手方式でトルク伝達するため、低速域では大きなトルクを発生できるが、高速域では充分なトルクの発生が難しいという特徴がある。
【００３１】
一方、ガスタービン７は、低速域では燃料を供給しても、充分なトルクを発生しないという特徴がある。
【００３２】
そこで、ガスタービン７の自立速度まで、起動モータ１とトルクコンバータ２とにより、ガスタービン７軸加速のためのトルクを与えるようにしている。
【００３３】
そして、燃料量を増加してゆき、ガスタービン７が自立できる速度に達すると、所定のガスタービン７軸速度（定格速度の約７０％）にて起動モータ１が切り離される。
【００３４】
空気圧縮機４では、入口空気案内翼制御回路１３により、図２４に示すような実線で示す特性に入口空気案内翼３が制御され、軸速度Ｎの増加と入口空気案内翼３角度の増加に応じて、空気圧縮機４の吐出空気流量が増加してゆく。
【００３５】
すなわち、図２４に示すように、高速域では入口空気案内翼３角度が増加し、定格速度では角度Ｓ７に制御されている。
【００３６】
また、同図２４中、実線の制御カーブに近接して点線Ｌ１で示したカーブは、空気圧縮機サージング保護カーブであり、点線Ｌ１より左の斜線域に運転点が入った時には、空気圧縮機４の保護のためにトリップさせている。
【００３７】
さらに、同図２４からもわかるように、一般には軸加速率を高くすることが、空気圧縮機４のサージングに対する余裕を大きくすることにつながるため、起動制御回路１０による燃料量の増加は高めに行なわれる。
【００３８】
その結果、中高速域では、加速制限回路１２においてガスタービン加速率が所定の加速率設定を越え、燃料量設定信号Ｓ３が燃料量設定信号Ｓ１に代って低値となる。
【００３９】
そして、この燃料量設定信号Ｓ３により、ガスタービン７の加速率が所定の加速率設定を越えないように燃料量が抑制される。
【００４０】
ガスタービン７軸の速度Ｎが定格速度近くに達すると、速度制御回路１１によりガスタービン７の軸速度Ｎが定格速度に制御される。
【００４１】
このようにして、ガスタービン７の起動が行なわれている。
【００４２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のガスタービン発電プラントの制御装置では、ガスタービン７の中高速域での加速を、主に燃料に頼っていることから、高いガスタービン加速率で昇速させるのに必要な加速トルクに対応する燃料が、適正な燃空比以上に多めに燃焼器５に供給されている。
【００４３】
そのため、適正なガスタービン７入口ガス温度以上の高温ガスでガスタービン７の起動が行なわれることになり、ガスタービン７高温部品の熱応力の増大を招いている。
【００４４】
特に、最近では、ガスタービン７入口ガス温度が、摂氏１３００度級のガスタービン７が商用機として運転に入っており、高効率化を目的とした入口ガス温度高温化の動向は継続している。
【００４５】
このため、高温ガスタービン高温部品の長寿命化が、ますます重要な課題となってきている。
【００４６】
以上のように、従来のガスタービン発電プラントの制御装置においては、ガスタービン高温部品の熱応力の増大により、ガスタービンの寿命が短かくなるという問題があった。
【００４７】
本発明の目的は、ガスタービン発電プラントにおけるガスタービン高温部品の熱応力を低減してガスタービンの長寿命化を図りつつ、好適なガスタービン起動を行なうことが可能なガスタービン発電プラントの制御装置を提供することにある。
【００４８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、
まず、請求項１に対応する発明では、大気から吸入された空気を圧縮する空気圧縮機と、この空気圧縮機からの圧縮空気と外部から供給される燃料とを混合させて燃焼して得られる高温高圧のガスにより回転するガスタービンと、このガスタービンの回転により駆動されて電力を発生する発電機とを、同一軸に結合して成るガスタービン発電プラントの制御装置において、前記発電機の電流を調節することにより、前記ガスタービンの加速率を所定の第１の加速率設定値に制御する加速率制御信号を出力する第１の加速率制御手段と、前記第１の加速率制御手段による制御によって加速中の前記ガスタービンに供給する燃料量を前記ガスタービン発電プラントの所定のプロセス量に基づいて設定し、起動時燃料設定信号を出力する起動時燃料設定手段と、前記ガスタービンに供給する燃料量を調節することにより、前記ガスタービン軸の回転速度を所定の速度設定値に制御する速度制御信号を出力する速度制御手段と、前記ガスタービンに供給する燃料量を調節することにより、前記ガスタービンの加速率を所定の第２の加速率設定値に制御する加速率制御信号を出力する第２の加速率制御制御手段と、前記起動時燃料設定手段からの起動時燃料設定信号、前記速度制御手段からの速度制御信号、および前記第２の加速率制御手段からの加速率制御信号を入力し、そのうち最も低値の信号を前記燃料量調節の燃料量設定信号として選択し出力する低値選択手段とを備えて成る。
【００５１】
なお、特に上記起動時燃料設定手段としては、例えば請求項７乃至請求項９に記載したように、加速中のガスタービンに供給する燃料量を、ガスタービン軸の回転速度、または空気圧縮機の吐出空気圧力、あるいは空気圧縮機の吸入空気流量に基づいて設定することが好ましい。
【００５２】
従って、請求項７乃至請求項９に対応する発明のガスタービン発電プラントの制御装置においては、ガスタービンの暖機完了後の軸加速は、発電機を電動機として使用し、加速率制御手段が発電機の電流を調節して、所定の軸加速率で加速することにより行なう。
【００５３】
この時、加速に必要な加速トルクは発電機が出すため、燃料量は起動時燃料設定手段によって、燃焼器内の火炎が維持できる程度の適正な燃空比となるように、ガスタービン軸の回転速度、または空気圧縮機の吐出空気圧力、あるいは空気圧縮機の吸入空気流量に基づいて設定され、過剰燃料量の供給を抑制することができる。
【００５４】
次に、ガスタービン軸の回転速度が定格速度近くに達すると、速度制御信号が低値となって選択されて燃料量を調節し、ガスタービン軸の回転速度は定格速度に制御される。そして、発電機の電流を、燃料量の調節による外乱を抑制するように単調に減少させて、発電機のトルクの発生を減らしてゆく。
【００５５】
この時、ガスタービン軸の回転速度を定格速度に制御中であるため、発電機のトルクの減少に伴って、速度制御信号が急増することによる燃料供給量の急増を防止するために、起動時燃料設定信号を所定レートで上限値に向けて増加させることにより、低値選択手段にて燃料量設定信号の急増を抑止することができる。
【００５６】
以上により、適切な燃空比で過剰な燃料量の供給を回避し、加速率制御は発電機の電流調節により行ない、ガスタービン入口ガス温度ピークおよびその変化を抑えることができるため、ガスタービン高温部品の熱応力を低減して長寿命化を図りつつ、好適なガスタービン起動を行なうことができる。
【００５８】
また、請求項２に対応する発明では、上記請求項１に対応する発明のガスタービン発電プラントの制御装置において、ガスタービン軸の速度に基づいて加速率設定バイアス量を与える加速率バイアス設定手段と、第１の加速率制御手段または第２の加速率制御手段の加速率設定値に対して、互いにその大きさを異ならせるように加速率バイアス設定手段から与えられる加速率設定バイアス量を加減する加速率設定値可変手段とを付加し、ガスタービンの加速に伴ってガスタービン加速率の制御を第１の加速率制御手段から第２の加速率制御手段へ切換えるようにしている。
【００５９】
さらに、請求項４に対応する発明では、上記請求項１に対応する発明のガスタービン発電プラントの制御装置において、ガスタービン軸の速度に基づいて発電機の電流の大きさを与える電流設定信号を出力する電流設定手段と、電流設定手段からの電流設定信号と第１の加速率制御手段からの加速率制御信号とを入力し、そのうちいずれか低値の方の信号を発電機電流調節の電流設定信号として選択し出力する第２の低値選択手段とを付加して成る。
【００６０】
さらにまた、請求項５に対応する発明では、上記請求項１に対応する発明のガスタービン発電プラントの制御装置において、第２の加速率制御手段からの加速率制御信号より所定の燃料設定バイアス量だけ高い値を目標値として、燃料増方向変化率制限制御信号を所定レートで追従させる燃料増方向変化率制限制御手段を付加し、かつ当該燃料増方向変化率制限制御手段からの燃料増方向変化率制限制御信号を低値選択手段へ追加入力するようにしている。
【００６１】
なお、特に上記起動時燃料設定手段としては、例えば請求項７乃至請求項９に記載したように、加速中のガスタービンに供給する燃料量を、ガスタービン軸の回転速度、または空気圧縮機の吐出空気圧力、あるいは空気圧縮機の吸入空気流量に基づいて設定することが好ましい。
【００６２】
従って、請求項１、請求項２、請求項４、請求項５、および請求項７乃至請求項９に対応する発明のガスタービン発電プラントの制御装置においては、ガスタービンの暖機完了後の軸加速は、発電機を電動機として使用し、第１の加速率制御手段が発電機の電流を調節して所定の軸加速率で加速することにより行なう。
【００６３】
この時、加速に必要な加速トルクは発電機が出すため、燃料量は起動時燃料設定手段によって、燃焼器内の火炎が維持できる程度の適正な燃空比となるように、ガスタービン軸の回転速度、または空気圧縮機の吐出空気圧力、あるいは空気圧縮機の吸入空気流量に基づいて設定され、過剰燃料量の供給を抑制することができる。
【００６４】
一方、第２の加速率制御手段は、第１の加速率制御手段による加速率制御が不調の場合に、あるいは起動時燃料設定信号が異常の場合に対しても機能するように、ガスタービンの加速率が所定の加速率設定値を越えると、燃料量を抑制するように動作する。
【００６５】
また、ガスタービンは、速度上昇と共に効率が高くなるため、ガスタービンが発生するトルクの割合が高くなってゆく。ガスタービンの性能によっては、発電機が発生するトルクを減らしてゆきながら、加速率の制御を第２の加速率制御手段に移行する方が好適な起動を達成できる場合がある。
【００６６】
この点、加速率設定バイアスは、ガスタービン軸の回転速度上昇に応じてバイアス量が変化するように設定されていて、加速率設定値にバイアス量を加減することにより、加速率制御を行なう主体を、第１の加速率制御手段から第２の加速率制御手段へ切り換わるように動作する。
【００６７】
さらに、加速率制御を行なう主体が、第１の加速率制御手段から第２の加速率制御手段に切り換った後に、電流設定手段では、ガスタービン軸の回転速度が定格速度に達するまでの間に、ガスタービン軸の回転速度上昇に対応して発電機の電流を減少させる。このようにして、トルクの割合を発電機からガスタービンに移行することにより、好適なガスタービンの起動を達成することができる。
【００６８】
また、発電機が発生するトルクが急減するような場合には、第１の加速率制御手段からの加速率制御信号が急増する可能性があるため、燃料量が急増しないように、燃料増方向変化率制限制御信号が低値選択手段にて選択されて、燃料量設定信号の急増を抑止することができる。
【００６９】
以上により、適切な燃空比で過剰な燃料量の供給を回避し、加速率制御は発電機の電流調節とガスタービン燃焼器の燃料調節とにより分担、併用し、ガスタービン入口ガス温度ピークおよびその変化を抑えることができる。
【００７０】
また、加速率制御に対する燃料増方向変化率制限制御手段により、過渡的な燃料量の急増を効果的に抑止することができる。
【００７１】
さらに、第１の加速率制御手段から第２の加速率制御手段に加速率制御を移行させることにより、より早い時点に制御を燃料側に移すことができる。よって、起動装置としての発電機（電動機）の役割を早く終えて、定格速度到達後の発電機の電力系統併入までの時間を短縮することができる。
【００７２】
一方、請求項３に対応する発明では、上記請求項１に対応する発明のガスタービン発電プラントの制御装置において、第１の加速率制御手段におけるガスタービンの加速率と第１の加速率設定値との加速率制御偏差に基づいて加速率設定バイアス量を与える加速率バイアス設定手段と、第１の加速率制御手段または第２の加速率制御手段の加速率設定値に対して、互いにその大きさを異ならせるように加速率バイアス設定手段から与えられる加速率設定バイアス量を加減する加速率設定値可変手段とを付加し、ガスタービンの加速に伴ってガスタービン加速率の制御を第１の加速率制御手段から第２の加速率制御手段へ切換えるようにしている。
【００７３】
従って、請求項３に対応する発明のガスタービン発電プラントの制御装置においては、ガスタービンは、速度上昇と共に効率が高くなるため、ガスタービンが発生するトルクの割合が高くなり、発電機が発生するトルクの割合が低くなっていった場合に、第１の加速率制御手段による加速率制御が、充分な機能を発揮できないケースが起こり得る。
【００７４】
そこで、このようなガスタービンにおいては、第１の加速率制御手段の加速率制御偏差が拡大した時に、その加速率制御偏差の大きさに応じたバイアス量を加速率設定値に加減して、加速率制御を行なう主体を第１の加速率制御手段から第２の加速率制御手段に切換えるようにして、所期の加速率制御の機能を達成することができる。
【００７５】
以上により、発電機（電動機）の電流調節による加速率制御の効きが悪いケースにおいても、過剰な燃料量の供給を抑制することができるため、ガスタービン高温部品の熱応力の低減を図って長寿命化に寄与することができる。
【００７６】
一方、請求項６に対応する発明では、上記請求項１に対応する発明のガスタービン発電プラントの制御装置において、第２の加速率制御手段の出力段と低値選択手段の入力段との間に燃料増方向変化率制限手段を付加し、発電機の電流の減少に伴う第２の加速率制御手段からの加速率制御信号の急増時に、燃料量設定信号の変化を所定レートに抑制するようにしている。
【００７７】
従って、請求項６に対応する発明のガスタービン発電プラントの制御装置においては、ガスタービン軸の加速率制御の主体が第１の加速率制御手段から第２の加速率制御手段に切り換った後に、発電機が発生するトルクが急減するような場合には、第２の加速率制御手段の加速率制御信号が急増する可能性があるため、燃料の供給量が急増しないように、燃料増方向変化率制限手段が燃料量設定信号の変化率を抑えるように動作する。
【００７８】
以上により、加速率制御信号の出力段側に増方向変化率制限器を備えることにより、過渡的な燃料量の急増を効果的に抑制することができ、ガスタービン高温部品の熱応力の低減を図って長寿命化に寄与することができる。
【００７９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００８０】
まず、図１は、本発明によるガスタービン発電プラントおよびその制御装置の全体構成例を示すブロック図であり、図２３と同一部分、および相当する部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００８１】
すなわち、図１では、図２３における起動モータ１、およびトルクコンバータ２を省略し、空気圧縮機４の吐出空気流路に、空気圧縮機４の吐出空気圧力を検出する圧力検出器１６を新たに設けている。
【００８２】
また、図２３における起動制御回路１０、速度制御回路１１、加速制限回路１２、入口空気案内翼制御回路１３、トルク制御回路１４、および低値選択器１５を省略し、これに代えて、ガスタービン制御装置５５を新たに設けている。
【００８３】
そして、ガスタービン制御装置５５は、圧力検出器１６からの空気圧縮機吐出空気圧力信号ＰＣＤを入力すると共に、前記速度検出器９からの軸速度信号Ｎを入力し、燃料量設定信号Ｓ４、および入口空気案内翼角度制御信号Ｓ５をそれぞれ出力するようにしている。
【００８４】
図２は、上記ガスタービン制御装置５５の一部である発電機電流制御回路の構成例を示すブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付して示している。
【００８５】
発電機８は、電力系統に併入した後の発電を目的とするものであるが、本発明においては、軸起動時に発電機８を電動機として使用するものであり、図２はそれを説明するための発電機周辺のブロック図である。
【００８６】
図２において、変圧器５６は、発電所内の電源をサイリスタ変換器５７に必要な電圧に変圧するためのもので、サイリスタ変換器５７を介して発電機８に電機子電流を供給する。その電流の大きさは検出器５８で検出し、その電流信号Ｉｇをガスタービン制御装置５５に入力する。
【００８７】
また、ガスタービン制御装置５５において得られる電流設定信号Ｓ８と電流信号Ｉｇとの偏差を、減算器５９により演算する。そして、これにより得られた偏差を制御器６０に通して得られた電流制御信号Ｓ９を、サイリスタ変換器５７に出力して、発電機８の電流を調節する。
【００８８】
このようにして、発電機８の電流の調節を、電流設定信号Ｓ８により行なうようにしている。
【００８９】
すなわち、発電機８が、ガスタービン軸に与えるトルクは、
Ｔ＝Ｐ／ω
ω：角周波数、
ｐ：発電機（電動機）８出力
なる式で表わすことができる。
【００９０】
発電機８の端子電圧は、図示しない装置により、軸加速域では一定電圧に制御されているため、ガスタービン軸に与えるトルクの制御は、各速度での必要トルクを発生させるように電流を制御することによって行なうことができる。
【００９１】
（第１の実施の形態）
図３は、本実施の形態によるガスタービン制御装置５５の構成例を示すブロック図である。
【００９２】
図３において、微分器１７は、軸速度Ｎから加速率ＤＮを得るものである。
【００９３】
関数発生器１８は、軸速度Ｎに基づいて所定の加速率設定値ＤＮＲを与えるもので、例えば図４に示すような特性を有している。
【００９４】
比例積分制御器１９は、関数発生器１８からの加速率設定値ＤＮＲと、微分器１７からの加速率ＤＮとから、減算器２０により得た加速率偏差ＤＮＥに基づいて電流設定信号Ｓ８Ａを与えるものである。
【００９５】
軸加速の初期は、スイッチ２１は、図示のようにｂ接点側に接続されていて、電流設定信号Ｓ８は信号Ｓ８Ｂに等しい。この時、スイッチ２２も閉じていて、積分器２３は信号Ｓ８Ｂに追従している。すなわち、積分器２３からの積分量（Ｓ８Ａ）は、信号Ｓ８Ｂの大きさに等しい。
【００９６】
信号発生器２４は、負の設定器を与えるもので、スイッチ２２が閉じている時は作用しないが、スイッチ２２が開いた時に、積分器２３の入力として作用し、積分器２３からの出力信号Ｓ８Ａを、信号発生器２４と積分器２３の積分時定数から決まるレートで、燃料量の制御による外乱を抑制するように零まで単調減少させる。
【００９７】
以上により、加速率制御手段を構成している。
【００９８】
一方、信号発生器２５は、所定の速度設定値ＮＲを与えるものである。
【００９９】
信号発生器２５からの速度設定値ＮＲと軸速度Ｎとから、減算器２６により速度偏差ＮＥを得る。
【０１００】
そして、この速度偏差ＮＥに基づいて比例制御器２７が出力する信号と、信号発生器２８からの無負荷バイアス信号とを、加算器２９により加算して速度制御信号ＮＣを得る。
【０１０１】
以上により、速度制御手段を構成している。
【０１０２】
一方、関数発生器３０は、軸速度Ｎに基づいて起動時燃料設定信号ＮＳＢを与えるものである。
【０１０３】
軸加速度の初期は、スイッチ３１は、図示のようにｂ接点側に閉じていて、起動時燃料設定信号ＮＳは信号ＮＳＢに等しい。この時、スイッチ３２も閉じていて、積分器３３は信号ＮＳＢに追従している。すなわち、積分器３３からの積分量（ＮＳＡ）は、信号ＮＳＢの大きさに等しい。
【０１０４】
信号発生器３４は、正の設定値を与えるもので、スイッチ３２が閉じている時は作用しないが、スイッチ３２が開いた時に、積分器３３の入力として作用し、積分器３３からの出力信号ＮＳＡを、信号発生器３４と積分器３３の積分時定数から決まるレートで、所定上限値まで増加させる。
【０１０５】
以上により、起動時燃料設定手段を構成している。
【０１０６】
一方、速度制御信号ＮＣと起動時燃料設定信号ＮＳを低値選択器３５に入力し、低値選択器３５では、そのうちいずれか低い方の信号を燃料量設定信号Ｓ４として選択し出力するものである。
【０１０７】
一方、比較器３６は、速度制御信号ＮＣ（Ａ）が、燃料量設定信号Ｓ４よりも小さいか等しい時に、出力Ｃ１をＯＮさせるものである。
【０１０８】
また、比較器３７は、起動時燃料設定信号ＮＳが燃料量設定信号Ｓ４よりも小さいか等しい時に、出力Ｃ２をＯＮさせるものである。
【０１０９】
そして、信号Ｃ３を、信号Ｃ１と、信号Ｃ２を否定要素ＮＯＴを通した信号との論理積要素ＡＮＤでの演算結果として得る。
【０１１０】
この信号Ｃ１がＯＮし、信号Ｃ２がＯＦＦすると、信号Ｃ３がＯＦＦからＯＮに切り換わる。
【０１１１】
この時、スイッチ２１は、信号Ｓ８Ｂ側から信号Ｓ８Ａ側に切換る。また、スイッチ２２は、閉から開の状態に切り換わる。さらに、スイッチ３１は、信号ＮＳＢ側から信号ＮＳＡ側に切り換わる。さらにまた、スイッチ３２は、閉から開の状態に切り換わる。
【０１１２】
以上により、切換手段を構成している。
【０１１３】
次に、以上のように構成した本実施形態のガスタービン発電プラントの制御装置の動作について説明する。
【０１１４】
まず、通常時の動作を説明する。
【０１１５】
なお、着火からガスタービン７の暖機までの過程は、本発明には直接関係なく、他の制御回路で実施されるので、ここではその説明を省略する。
【０１１６】
ガスタービン７の暖機完了後、加速率制御手段では、加速率設定値ＤＮＲを目標値として、発電機（電動機）８の電流Ｉｇを調節しながら、加速率ＤＮが制御される。
【０１１７】
一方、この時、燃料量設定信号Ｓ４は、軸速度Ｎに基づいて関数発生器３０から決まる起動時燃料設定信号ＮＳＢが選択されている。この関数発生器３０の特性を図５に示す。
【０１１８】
図５中、点Ｐ１から点Ｐ２の間は、図２４の入口空気案内翼３角度の動きに対応している。図６は、この時の発電機電流Ｉｇ、軸速度Ｎ、および燃料流量（実線）の時間に対する変化の様子を示している。
【０１１９】
なお、従来技術による入口空気案内翼３角度の変化についても、一点鎖線で併記している。また、空気流量（実線）、および空気圧縮機吐出空気圧力ＰＣＤの様子についても示している。
【０１２０】
ここで、起動時燃料設定ＮＳＢを、軸速度Ｎに基づいて与えるようにしているのは、軸速度信号Ｎは通常、制御装置の最も重要な信号として信頼度の高い構成を採用していること、およびガスタービン７の軸速度Ｎが決まれば、その時のガスタービン７のプロセス諸量が決まるので指標として優れていることによる。
【０１２１】
また、より厳密に設定値を与えたい場合には、ガスタービン７の軸速度Ｎに基づきつつ、空気圧縮機４入口空気温度で空気流量の密度補正を行なうこともできる。
【０１２２】
すなわち、関数発生器３０の目的は、燃空比を維持して燃焼器５内火炎を保持しつつも、極力少ない燃料設定を与えることにある。
【０１２３】
図６に示すように、電動機として使用する発電機８の電流Ｉｇが、加速トルクを与えて加速を支えている。
【０１２４】
発電機８を電動機として使用しない従来技術の場合には、点線で示した燃料流量が必要となる。そして、この点線と実線との燃料流量の差が、従来技術における軸加速を支えるガスタービン７の出力に相当するものであり、本実施の形態では、この差の大きさだけ燃料の供給量が少なくて済むことになる。
【０１２５】
図７は、ガスタービン７入口ガス温度の変化を同時間に対して示した図で、点線は従来技術による場合を、実線は本実施の形態による場合をそれぞれ示している。
【０１２６】
図７からわかるように、ガス温度のピーク、および温度変動について改善されている。
【０１２７】
ガスタービン７の軸速度Ｎの上昇と共に、図３の速度偏差ＮＥが小さくなり、定格速度に近づいてくると、やがて速度制御信号ＮＣが起動時燃料設定信号ＮＳよりも小さくなり、燃料量設定信号Ｓ４が低値選択器３５にて、信号ＮＳから信号ＮＣに切換り、信号Ｃ３がＯＦＦからＯＮに転じる。
【０１２８】
この信号Ｃ３がＯＮすると、スイッチ２１は信号Ｓ８Ａ側に接続され、スイッチ２２は開く。そして、積分器２３からの出力信号Ｓ８Ａ、すなわち電流設定信号Ｓ８は、その時点の電流設定（点Ｐ３）から所定レートで零まで減少していく。
【０１２９】
このようにすることにより、ガスタービン７軸の制御を、速度制御信号ＮＣによる定格速度制御に委ねながら、極力電流変化による外乱を減らすことができる。
【０１３０】
また、信号発生器２４の設定値を調整することにより、定格速度に到達するまでの間に、燃料量設定信号Ｓ４により供給される燃料流量変化の特性を調整することができる。
【０１３１】
信号Ｃ３がＯＮした時には、同時にスイッチ３１は信号ＮＳＡ側に接続され、スイッチ３２は開く。そして、信号ＮＳは、その時点の信号ＮＳから所定レートで上限まで増加する。
【０１３２】
これは、起動時燃料設定信号ＮＳから速度制御信号ＮＣへの切換りを確実に行なうためであると共に、定格速度制御中の電流設定信号Ｓ８の減少に伴って、軸速度Ｎが降下して速度制御信号ＮＣが増加するようなことがあった場合の燃料過給を信号ＮＳで抑制するためである。
【０１３３】
上述したように、本実施の形態によるガスタービン制御装置では、発電機８を電動機として使用し、発電機（電動機）８の電流を調節することにより、ガスタービン７軸の加速率制御を行なうようにすると共に、加速中のガスタービン７に供給する燃料量を、所定のプロセス量（ガスタービン７の軸速度Ｎ）に基づいて、適切な燃空比となるような燃料量設定を与えるようにしているので、過剰燃料量の供給を抑制することができる。
【０１３４】
また、加速中のガスタービン７に供給する燃料量を、ガスタービン７の軸速度Ｎに基づいて、適切な燃空比となるような燃料量設定を与えるようにしているので、制御の精度を高くすることができる。
【０１３５】
以上により、ガスタービン７入口ガス温度のピークおよびその変化を抑制することができるため、ガスタービン７高温部品の熱応力を低減してガスタービン７の長寿命化を図りつつ、好適なガスタービン７の起動を行なうことが可能となる。
【０１３６】
（第２の実施の形態）
図９は、本実施の形態によるガスタービン制御装置５５の構成例を示すブロック図であり、図３と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１３７】
すなわち、本実施の形態のガスタービン制御装置５５は、図９に示すように、図３における関数発生器３０を省略し、これに代えて、関数発生器３８を新たに設けている。
【０１３８】
ここで、関数発生器３８は、空気圧縮機吐出空気圧力ＰＣＤに基づいて起動時燃料設定信号ＮＳＢを与えるものである。
【０１３９】
すなわち、図３の実施の形態では、関数発生器３０の特性として、図５に図示したものを選んだが、入口空気案内翼３角度の変化は空気圧縮機吐出空気圧力ＰＣＤに現われることから、図９の本実施の形態では、関数発生器３８の特性として、図８に示すような特性を選ぶようにしている。
【０１４０】
次に、以上のように構成した本実施形態のガスタービン発電プラントの制御装置の動作について説明する。
【０１４１】
本実施形態のガスタービン制御装置の動作は、空気圧縮機吐出空気圧力ＰＣＤに基づいて、関数発生器３８により図８に示すような特性にしたがって、起動時燃料設定信号ＮＳＢが得られる点以外については、前記第１の実施の形態のガスタービン制御装置の動作と同様であるので、ここではその説明については省略する。
【０１４２】
空気圧縮機吐出空気圧力ＰＣＤに基づいて、図１２に示すような特性によっても、前記第１の実施の形態の場合と同様に、適切な燃空比を与える燃料設定とすることができる。
【０１４３】
上述したように、本実施の形態によるガスタービン制御装置では、発電機８を電動機として使用し、発電機（電動機）８の電流を調節することにより、ガスタービン７軸の加速率制御を行なうようにすると共に、加速中のガスタービン７に供給する燃料量を、所定のプロセス量（空気圧縮機吐出空気圧力ＰＣＤ）に基づいて、適切な燃空比となるような燃料量設定を与えるようにしているので、過剰燃料量の供給を抑制することができる。
【０１４４】
また、加速中のガスタービン７に供給する燃料量を、空気圧縮機吐出空気圧力ＰＣＤに基づいて、適切な燃空比となるような燃料量設定を与えるようにしているので、その時その時に応じて、より適切な燃空比を精度よく与えることができる。
【０１４５】
以上により、ガスタービン７入口ガス温度のピークおよびその変化を抑制することができるため、ガスタービン７高温部品の熱応力を低減してガスタービン７の長寿命化を図りつつ、好適なガスタービン７の起動を行なうことが可能となる。
【０１４６】
（第３の実施の形態）
図１０は、本実施の形態によるガスタービン制御装置５５の構成例を示すブロック図であり、図９と同一部分、および相当する部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１４７】
また、図１０における一点鎖線３９の枠内は、図２における起動時燃料設定手段と同一であるので、その詳細を省略して図示している。
【０１４８】
図１０において、関数発生器４０は、ガスタービン７の軸速度Ｎに基づいて加速率設定バイアスＲＢ１を与えるもので、そのバイアス量を加算器４１により、関数発生器１８からの加算率設定値ＤＮＲに加算して、新たな加速率設定値ＤＮＲ１を得る。
【０１４９】
また、関数発生器４２は、ガスタービン７の軸速度Ｎに基づいて発電機８の電流の設定値を与えるもので、電流設定信号ＩＳを出力する。
【０１５０】
さらに、加速率制御信号Ｓ８Ｂ、および電流設定信号ＩＳを低値選択器４３に入力し、低値選択器４３は低い値の方の信号を電流設定信号Ｓ８として出力する。
【０１５１】
以上により、第１の加速率制御手段を構成している。
【０１５２】
一方、関数発生器４４は、ガスタービン７の軸速度Ｎに基づいて加速率設定値ＤＮＳを与えるものである。
【０１５３】
また、関数発生器４５は、ガスタービン７の軸速度Ｎに基づいて加速率設定バイアスＲＢ２を与えるもので、そのバイアス量を減算器４６により、関数発生器４４からの加速率設定値ＤＮＳから減算して、新たな加速率設定値ＤＮＲ２を得る。
【０１５４】
さらに、加速率設定値ＤＮＲ２と加速率ＤＮとから、減算器４７により加速率偏差を得、比例積分制御器４８は、その加速率偏差に基づいて加速率制御信号ＮＡを出力する。
【０１５５】
以上により、第２の加速率制御手段を構成している。
【０１５６】
一方、信号発生器４９は、燃料設定バイアス信号ＬＢを与えるものである。
【０１５７】
また、加減算器５１は、比例積分制御器４８からの加速率制御信号ＮＡと、信号発生器４９からの燃料設定バイアスＬＢとの和から、積分器５０の積分量ＮＬを差引く演算を行なうもので、その演算結果ＬＥを高制限器５２に入力する。
【０１５８】
高制限器５２は、所定制限値以下の入力信号はそのまま出力信号とし、所定制限値以上の信号に対しては、その制限値を出力信号とするもので、この高制限器５２の出力信号を積分器５０に入力する。
【０１５９】
以上により、燃料増方向変化率制限制御手段を構成している。
【０１６０】
さらに、速度制御信号ＮＣ、加速率制御信号ＮＡ、起動時燃料設定信号ＮＳ、および信号ＮＬを低値選択器３５に入力し、低値選択器３５は、そのうち最も低い値の信号を燃料量設定信号Ｓ４として選択し出力する。
【０１６１】
次に、以上のように構成した本実施形態のガスタービン発電プラントの制御装置の動作について説明する。
【０１６２】
まず、通常時の動作を説明する。
【０１６３】
ガスタービン７の暖機完了後、第１の加速率制御手段では、加速率設定値ＤＮＲ１を目標値として、発電機（電動機）８の電流Ｉｇを調節しながら、加速率ＤＮを制御する。
【０１６４】
この時の加速率設定値ＤＮＲは、前記図４で示したものと同様であり、それを再度図１１の実線にて示す。
【０１６５】
一方、第２の加速率制御手段の加速率設定値ＤＮＳは、同図１１の一点鎖線にて示す。
【０１６６】
また、第１の加速率制御手段の加速率設定バイアスＲＢ１を図１３に示す。このバイアスＲＢ１を加算後の加速率設定値ＤＮＲ１は、図１２の破線にて示すカーブとなる。
【０１６７】
さらに、第２の加速率制御手段の加速率設定バイアスＲＢ２を図１４に示す。このバイアスＲＢ２を減算後の加速率設定値ＤＮＲ２は、図１２の点線にて示すカーブとなる。
【０１６８】
なお、図１１、図１３、図１２、図１４における点Ａ，Ｂ，Ｃ、およびガスタービン７の軸速度Ｎ１はそれぞれ同一点を示す。各図の信号レンジは便宜上変更しているので、各図相互間では一致はしていない。
【０１６９】
さて、ガスタービン７の加速の初期は、低値選択器４３では加速率制御信号Ｓ８Ｂが選択されている。そして、燃料量設定信号Ｓ４として、起動時燃料設定信号ＮＳが選択されている。
【０１７０】
ガスタービン７軸は、図１２に示す破線上で発電機（電動機）８の電流調節により加速率制御される。
【０１７１】
第２の加速率制御手段の加速率設定値ＤＮＲ２は、図１４に示す点線にて図示のように、所定量だけ破線より高くしてあるため、この時点では加速率制御信号ＮＡは選択されない。
【０１７２】
次に、ガスタービン７軸がさらに昇速して、ガスタービン７の軸速度Ｎが速度Ｎ１に近づくと、図１４で示したバイアス信号ＲＢ２が現われ始め、軸速度Ｎ１にて、図１２のＣ点で示すように両加速率設定値ＤＮＲ１，ＤＮＲ２が一致し、またこの時点で加速率制御信号ＮＡと起動時燃料設定信号ＮＳとが一致する。
【０１７３】
そして、この軸速度Ｎ１を越えると、図１３で示したバイアス信号ＲＢ１が現われ始め、図１２で示したように、加速率設定値ＤＮＲ２（点線）の方が、加速率設定値ＤＮＲ１（破線）よりも低くなり、ガスタービン７軸の加速率制御が加速率制御信号ＮＡにより行なわれるようになる。
【０１７４】
なお、起動時燃料設定信号ＮＳは、非選択となった時点から上限に向けて増加するようにしておき、以降非選択となる。
【０１７５】
一方、第１の加速率制御手段では、図１２で示したように、加速率設定値ＤＮＲ１が、軸速度Ｎ１以上では破線上を移動するのに対し、実加速率は点線上を移動するため、加速率偏差ＤＮＥは正となる。そして、加速率制御信号Ｓ８Ｂが徐々に増加してゆく。この時、増加するレートは、バイアス信号ＲＢ１の大きさによって決まる。
【０１７６】
ここで、関数発生器４２は、図１５の一点鎖線で示すような特性にしてある。図示実線は、加速率制御信号Ｓ８Ｂの動きを示しており、点Ｃおよび速度Ｎ１は、図１１、図１３、図１２、図１４におけるものにそれぞれ対応している。
【０１７７】
前述のように、加速率制御信号Ｓ８Ｂは、点Ｃから徐々に増加し、点Ｄにて低値選択器４３で低値選択される信号が、加速率制御信号Ｓ８Ｂから電流設定信号ＩＳに切り換わる。なお、点Ｃから併記している点線は、電流設定信号Ｓ８を示している。
【０１７８】
このようにして、加速率制御の主体が、第１の加速率制御手段から第２の加速率制御手段に切り換わるに際して、切り換わり直後の燃料供給量の急増を回避するために、発電機（電動機）８の電流を残しておくようにしている。そして、定格速度に近づいた所で、徐々に電流を減少させて、燃料による加速率および速度の制御に大きな外乱を与えないようにしている。
【０１７９】
さらにまた、図１０における信号ＮＬは、加速率制御信号ＮＡよりもバイアス量ＬＢだけ高い値に追従している燃料増方向変化率制限制御信号で、減方向に対しては高速レートで追従し、増方向に対しては高制限器５２の制限値から決まる低速レートを最大として追従するものである。その様子を図１６に示している。
【０１８０】
図１６において、実線が加速率制御信号ＮＡを示し、一点鎖線が燃料増方向変化率制限制御信号ＮＬを示す。なお、点Ｃは前述の点Ｃに対応する。
【０１８１】
点Ｃ以降、例えば発電機（電動機）８の電流が急減した等の何らかの理由で、加速率制御信号ＮＡが図示実線のように変動した場合、低値選択器３５では低い方が選択されるため、燃料量設定信号Ｓ４は点線で示したようになり、燃料供給量の急増を抑制することができる。この場合、特に、加速率制御は速度Ｎの微分信号に大きく応動するので、その効果は大きい。
【０１８２】
このようにして、ガスタービン７の軸速度が上昇し、定格速度近くで燃料量設定信号Ｓ４は速度制御信号ＮＣに切り換わり、ガスタービン７の軸速度は定格速度に制御される。
【０１８３】
上述したように、本実施の形態によるガスタービン制御装置では、発電機８を電動機として使用し、発電機（電動機）８の電流とガスタービン燃焼器５の燃料調節をすることにより、ガスタービン７軸の加速率制御を分担、併用するようにしているので、ガスタービン７入口ガス温度のピークおよびその変化を抑制することができる。
【０１８４】
また、加速中のガスタービン７に供給する燃料量を、所定のプロセス量（空気圧縮機吐出空気圧力ＰＣＤ）に基づいて、適切な燃空比となるような燃料量設定を与えるようにしているので、過剰燃料量の供給を抑制することができる。
【０１８５】
さらに、加速率制御に対する燃料増方向変化率制限制御手段を備えるようにしているので、過渡的な燃料量の急増を効果的に抑止することができる。
【０１８６】
また、第１の加速率制御手段から第２の加速率制御手段に加速率制御を移行させるようにしているので、より早い時点に制御を燃料側に移行することができる。よって、起動装置としての発電機（電動機）８の役割を早く終えて、定格速度到達後の発電機８の電力系統併入までの時間を短縮することが可能となる。
【０１８７】
以上により、ガスタービン７入口ガス温度のピークおよびその変化を抑制することができるため、ガスタービン７高温部品の熱応力を低減してガスタービン７の長寿命化を図りつつ、好適なガスタービン７の起動を行なうことが可能となる。
【０１８８】
（第４の実施の形態）
図１７は、本実施の形態によるガスタービン制御装置５５の構成例を示すブロック図であり、図１０と同一部分、および相当する部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１８９】
すなわち、本実施の形態のガスタービン制御装置５５は、図１７に示すように、図１０における関数発生器４０、および関数発生器４５を省略し、これに代えて、関数発生器５３、および関数発生器５４を新たに設けている。
【０１９０】
ここで、関数発生器５３は、第１の加速率制御手段の加速率制御偏差ＤＮＥに基づいて加速率設定バイアスＲＢ１を与えるもので、その特性を図１８に示す。
【０１９１】
また、関数発生器５４は、第１の加速率制御手段の加速率制御偏差ＤＮＥに基づいて加速率設定バイアスＲＢ２を与えるもので、その特性を図１９に示す。
【０１９２】
次に、以上のように構成した本実施形態のガスタービン発電プラントの制御装置の動作について説明する。
【０１９３】
なお、ここでは、前記第３の実施の形態のガスタービン制御装置５５と異なる部分の動作について説明する。
【０１９４】
本実施形態のガスタービン制御装置５５は、ガスタービン７が高速域に達し、そのガスタービン７の性能によっては、発電機（電動機）８の電流調節による加速率制御の効きが悪く、加速率制御偏差ＤＮＥが広がってゆくという場合に対してのバックアップである。
【０１９５】
すなわち、第１の加速率制御手段の加速率制御偏差ＤＮＥが、マイナスＣＥ１より偏差が大きくなった時点から加速率設定バイアスＲＢ２を増加して、マイナスＣＥ２に達した所で加速率設定値ＤＮＳに元々加算されていた量（つまり、図１１における一点鎖線と実線との差）だけ減算し、本来の加速率制御設定値（＝図１１の実線に相当）に移行させる。その様子を、時間軸に対する加速率設定値ＤＮＲ２の動きとして、図２０の点線にて示す。なお、点Ｅは、加速率制御偏差ＤＮＥがマイナスＣＥ２の時点を示す。
【０１９６】
一方、加速率設定バイアスＲＢ２は、加速率制御偏差ＤＮＥがマイナスＣＥ２よりも偏差が大きくなった時点から、加速率設定バイアスＲＢ１を負の方向に大きくしてゆく。その様子を、図２０の破線にて示す。
【０１９７】
このケースでは、第１の加速率制御手段の加速率制御偏差ＤＮＥが広がった場合には、まず燃料供給量を絞る必要があるという考え方により、Ｅ点以降は、第２の加速率制御手段により、図２１の点線上で加速率制御することによって、燃料供給量を絞るようにする。そして、この動作を継続させるため、図１９に示す特性の加速率設定バイアスＲＢ２が残るように、図１８に示す加速率設定バイアスＲＢ１のバイアス量を選定している。
【０１９８】
また、このケースでは、Ｅ点以降に電流をさらに減少させることになるが、発電機８の電流調節による加速率制御が効かない以上は、燃料調節による加速率制御に任ねることを優先させる。
【０１９９】
上述したように、本実施の形態によるガスタービン制御装置では、第１の加速率制御手段の加速率制御偏差ＤＮＥが拡大した時に、その加速率制御偏差ＤＮＥの大きさに応じたバイアス量を加速率設定値ＤＮＲ，ＤＮＳに加減して、加速率制御を行なう主体を第１の加速率制御手段から第２の加速率制御手段に切換えるようにしているので、所期の加速率制御の機能を達成することができる。
【０２００】
すなわち、発電機（電動機）８の電流調節による加速率制御の効きが悪いケース（ガスタービン７は、速度上昇と共に効率が高くなるため、ガスタービン７が発生するトルクの割合が高くなり、発電機８が発生するトルクの割合が低くなっていった場合に、第１の加速率制御手段による加速率制御が、充分な機能を発揮できないケースが起こり得る）においても、過剰な燃料量の供給を抑制することができる。
【０２０１】
これにより、ガスタービン７高温部品の熱応力の低減を図って長寿命化に寄与しつつ、好適なガスタービン７の起動を行なうことが可能となる。
【０２０２】
（第５の実施の形態）
図２１は、本実施の形態によるガスタービン制御装置５５の構成例を示すブロック図であり、図１０と同一部分、および相当する部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０２０３】
すなわち、本実施の形態のガスタービン制御装置５５は、図２１に示すように、図１０における信号発生器４９、積分器５０、加減算器５１、高制限器５２を省略し、これに代えて、比例積分制御器４８の出力側と低値選択器３５の入力側との間に、増方向変化率制御器６１を新たに設けている。
【０２０４】
ここで、増方向変化率制御器６１は、出力減方向に対してはそのまま出力し、出力増方向に対しては所定レートを最大として出力変化率を制限するもので、第２の加速率制御手段の比例積分制御器４８からの加速率制御信号ＮＡを入力し、加速率制御信号ＮＡ１を出力するものである。
【０２０５】
次に、以上のように構成した本実施形態のガスタービン発電プラントの制御装置の動作について説明する。
【０２０６】
なお、ここでは、前記第３の実施の形態のガスタービン制御装置５５と異なる部分の動作について説明する。
【０２０７】
図２１において、第２の加速率制御手段の加速率制御信号ＮＡは、増方向変化率制御器６１に入力され、出力減方向に対してはそのまま出力し、出力増方向に対しては所定レートを最大として出力変化率を制限することにより、加速率制御信号ＮＡ１が出力される。そして、この加速率制御信号ＮＡ１は、低値選択器３５に入力される。
【０２０８】
すなわち、前記図１６に示した機能と同等の動作を奏するものであり、その様子を図２２に示す。
【０２０９】
図２２において、実線が加速率制御信号ＮＡを示し、点線が加速率制御信号ＮＡ１を示す。
【０２１０】
このように、燃料供給量の急増を抑えることができる。特に、加速率制御は、ガスタービン７の軸速度Ｎの微分信号に大きく応動するため、その効果は極めて大きい。
【０２１１】
上述したように、本実施の形態によるガスタービン制御装置では、第１の加速率制御手段の比例積分制御器４８の出力側と低値選択器３５の入力側との間に、増方向変化率制御器６１を設けるようにしているので、過渡的な燃料供給量の急増を効果的に抑制することができる。
【０２１２】
これにより、ガスタービン７高温部品の熱応力の低減を図って長寿命化に寄与しつつ、好適なガスタービン７の起動を行なうことが可能となる。
【０２１３】
（他の実施の形態）
（ａ）前記第３の実施の形態では、加速率設定値ＤＮＲ１として、関数発生器１８からの加算率設定値ＤＮＲと、関数発生器４０からの加速率設定バイアスＲＢ１との２つの要素を合成して得る場合について説明したが、これに限らず、前記図１４における破線を一つの関数発生器で与えるようにしてもよい。
【０２１４】
また、加速率設定値ＤＮＲ２についても同様に、前記図１２における点線を一つの関数発生器で与えるようにしてもよい。
【０２１５】
この場合にも、前記第３の実施の形態の場合と同様の作用および効果を得ることが可能である。
【０２１６】
（ｂ）前記第３の実施の形態において、関数発生器４０および関数発生器４５を削除するか、あるいは出力を零として、加速率設定値ＤＮＲ１を前記図１１における実線の特性で与え、加速率設定値ＤＮＲ２を前記図１１における一点鎖線の特性で与えるようにしてもよい。
【０２１７】
この場合には、常時の加速率制御は第１の加速率制御手段が行ない、第２の加速率制御手段はバックアップ用として機能する。
【０２１８】
すなわち、第１の加速率制御手段による制御が不調であった場合、あるいは起動時燃料設定手段による燃料設定が過多であった場合に、実加速率が加速率設定値ＤＮＲ２を越えた時には、加速率制御信号ＮＡを減少させることにより燃料供給量を絞る手段を与えるものである。
【０２１９】
（ｃ）前記各々の実施の形態では、起動時燃料設定手段として、加速中のガスタービン７に供給する燃料量を、ガスタービン７の軸速度Ｎ、あるいは空気圧縮機４の吐出空気圧力ＰＣＤに基づいて設定する場合について説明したが、これに限らず、空気圧縮機４の吸入空気流量に基づいて設定するようにしてもよい。
【０２２０】
（ｄ）前記各々の実施の形態では、起動時燃料設定手段として、加速中のガスタービン７に供給する燃料量を、ガスタービン７の軸速度Ｎ、あるいは空気圧縮機４の吐出空気圧力ＰＣＤに基づいて設定する場合について説明したが、これに限らず、燃焼用空気流量（空気圧縮機４吸入空気流量からガスタービン７高温部冷却用空気流量等を差し引いた燃焼用として使用される空気流量）に基づいて設定するようにしてもよい。
【０２２１】
この場合、空気圧縮機４吸入空気流量は、センサから計測された空気流量信号に、機械から決まる諸係数で補正を加えることにより得ることができる。そして、燃焼用空気流量は、上記空気流量からガスタービン７高温部冷却用空気流量等を差し引くことにより得られるが、冷却用空気流量は直接センサから計測することはできないため、機械設計値に基づいて求めることになる。
【０２２２】
しかし、燃空比＝燃料量／燃焼用空気流量であるので、より一層精度のよい燃空比を得ることが可能となる。
【０２２３】
（ｅ）前記各々の実施の形態では、起動時燃料設定手段として、加速中のガスタービン７に供給する燃料量を、ガスタービン７の軸速度Ｎ、あるいは空気圧縮機４の吐出空気圧力ＰＣＤに基づいて設定する場合について説明したが、これに限らず、ガスタービン７入口ガス圧力（空気圧縮機４吐出空気圧力から燃焼器５内圧力損失を差し引いた圧力）に基づいて設定するようにしてもよい。
【０２２４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に対応する発明によれば、大気から吸入された空気を圧縮する空気圧縮機と、この空気圧縮機からの圧縮空気と外部から供給される燃料とを混合させて燃焼して得られる高温高圧のガスにより回転するガスタービンと、このガスタービンの回転により駆動されて電力を発生する発電機とを、同一軸に結合して成るガスタービン発電プラントの制御装置において、発電機の電流を調節することにより、ガスタービンの加速率を所定の第１の加速率設定値に制御する加速率制御信号を出力する第１の加速率制御手段と、第１の加速率制御手段による制御によって加速中のガスタービンに供給する燃速度、または空気圧縮機の吐出空気圧力、あるいは空気圧縮機の吸入空気流量）料量をガスタービン発電プラントの所定のプロセス量（ガスタービン軸の回転に基づいて設定し、起動時燃料設定信号を出力する起動時燃料設定手段と、ガスタービンに供給する燃料量を調節することにより、ガスタービン軸の回転速度を所定の速度設定値に制御する速度制御信号を出力する速度制御手段と、ガスタービンに供給する燃料量を調節することにより、ガスタービンの加速率を所定の第２の加速率設定値に制御する加速率制御信号を出力する第２の加速率制御制御手段と、起動時燃料設定手段からの起動時燃料設定信号、速度制御手段からの速度制御信号、および第２の加速率制御手段からの加速率制御信号を入力し、そのうち最も低値の信号を燃料量調節の燃料量設定信号として選択し出力する低値選択手段とを備えるようにしたので、発電機電流の調節による加速率制御が不調の場合、あるいは起動時燃料設定が異常の場合にも、過剰燃料量の供給を抑制しガスタービン発電プラントにおけるガスタービン高温部品の熱応力を低減してガスタービンの長寿命化を図りつつ、好適なガスタービン起動を行なうことが可能なガスタービン発電プラントの制御装置が提供できる。
【０２２８】
また、請求項２に対応する発明によれば、上記請求項１に対応する発明のガスタービン発電プラントの制御装置において、ガスタービン軸の速度に基づいて加速率設定バイアス量を与える加速率バイアス設定手段と、第１の加速率制御手段または第２の加速率制御手段の加速率設定値に対して、互いにその大きさを異ならせるように加速率バイアス設定手段から与えられる加速率設定バイアス量を加減する加速率設定値可変手段とを付加し、ガスタービンの加速に伴ってガスタービン加速率の制御を第１の加速率制御手段から第２の加速率制御手段へ切換えるようにしたので、燃料供給量の急変を防止することが可能なガスタービン発電プラントの制御装置が提供できる。
【０２２９】
さらに、請求項４に対応する発明によれば、上記請求項１に対応する発明のガスタービン発電プラントの制御装置において、ガスタービン軸の速度に基づいて発電機の電流の大きさを与える電流設定信号を出力する電流設定手段と、電流設定手段からの電流設定信号と第１の加速率制御手段からの加速率制御信号とを入力し、そのうちいずれか低値の方の信号を発電機電流調節の電流設定信号として選択し出力する第２の低値選択手段とを付加するようにしたので、多用的な制御を実現して燃料供給量の急変を防止することが可能なガスタービン発電プラントの制御装置が提供できる。
【０２３０】
さらにまた、請求項５に対応する発明によれば、上記請求項１に対応する発明のガスタービン発電プラントの制御装置において、第２の加速率制御手段からの加速率制御信号より所定の燃料設定バイアス量だけ高い値を目標値として、燃料増方向変化率制限制御信号を所定レートで追従させる燃料増方向変化率制限制御手段を付加し、かつ当該燃料増方向変化率制限制御手段からの燃料増方向変化率制限制御信号を低値選択手段へ追加入力するようにしたので、燃料供給量の急変を防止することが可能なガスタービン発電プラントの制御装置が提供できる。
【０２３１】
一方、請求項３に対応する発明によれば、上記請求項１に対応する発明のガスタービン発電プラントの制御装置において、第１の加速率制御手段におけるガスタービンの加速率と第１の加速率設定値との加速率制御偏差に基づいて加速率設定バイアス量を与える加速率バイアス設定手段と、第１の加速率制御手段または第２の加速率制御手段の加速率設定値に対して、互いにその大きさを異ならせるように加速率バイアス設定手段から与えられる加速率設定バイアス量を加減する加速率設定値可変手段とを付加し、ガスタービンの加速に伴ってガスタービン加速率の制御を第１の加速率制御手段から第２の加速率制御手段へ切換えるようにしたので、より一層制御精度を高めて燃料供給量の急変を防止することが可能なガスタービン発電プラントの制御装置が提供できる。
【０２３２】
また、請求項６に対応する発明によれば、上記請求項１に対応する発明のガスタービン発電プラントの制御装置において、第２の加速率制御手段の出力段と低値選択手段の入力段との間に燃料増方向変化率制限手段を付加し、発電機の電流の減少に伴う第２の加速率制御手段からの加速率制御信号の急増時に、燃料量設定信号の変化を所定レートに抑制するようにしたので、燃料供給量の急変を防止することが可能なガスタービン発電プラントの制御装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガスタービン発電プラントおよびガスタービン制御装置の全体構成例を示すブロック図。
【図２】本発明による各々の実施の形態における発電機電流制御手段の構成例を示すブロック図。
【図３】本発明によるガスタービン制御装置の第１の実施の形態を示すブロック図。
【図４】本発明による第１の実施の形態のガスタービン制御装置における関数発生器の一例を示す特性図。
【図５】本発明による各々の実施の形態のガスタービン制御装置における関数発生器の一例を示す特性図。
【図６】本発明による第１の実施の形態のガスタービン制御装置の動作を説明するための図。
【図７】本発明による各々の実施の形態のガスタービン制御装置におけるガスタービン入口温度の動きを説明するための図。
【図８】本発明による各々の実施の形態のガスタービン制御装置における関数発生器の一例を示す特性図。
【図９】本発明によるガスタービン制御装置の第２の実施の形態を示すブロック図。
【図１０】本発明によるガスタービン制御装置の第３の実施の形態を示すブロック図。
【図１１】本発明による第３、第４および第５の実施の形態のガスタービン制御装置における関数発生器の一例を示す特性図。
【図１２】本発明による第３および第５の実施の形態のガスタービン制御装置における関数発生器の一例を示す特性図。
【図１３】本発明による第３および第５の実施の形態のガスタービン制御装置における関数発生器の一例を示す特性図。
【図１４】本発明による第３および第５の実施の形態のガスタービン制御装置における関数発生器の一例を示す特性図。
【図１５】本発明による第３の実施の形態のガスタービン制御装置の動作を説明するための図。
【図１６】本発明による第３の実施の形態のガスタービン制御装置の動作を説明するための図。
【図１７】本発明によるガスタービン制御装置の第４の実施の形態を示すブロック図。
【図１８】本発明による第４の実施の形態のガスタービン制御装置における関数発生器の一例を示す特性図。
【図１９】本発明による第４の実施の形態のガスタービン制御装置における関数発生器の一例を示す特性図。
【図２０】本発明による第４の実施の形態のガスタービン制御装置における関数発生器の一例を示す特性図。
【図２１】本発明によるガスタービン制御装置の第５の実施の形態を示すブロック図。
【図２２】本発明による第５の実施の形態のガスタービン制御装置の動作を説明するための図。
【図２３】従来のガスタービン発電プラントおよびガスタービン制御装置の全体構成例を示すブロック図。
【図２４】従来のガスタービン制御装置における空気圧縮機入口空気案内翼角度の動きを説明するための図。
【符号の説明】
１…起動モータ、
２…トルクコンバータ、
３…入口空気案内翼、
４…空気圧縮機、
５…燃焼器、
６…燃料制御弁、
７…ガスタービン、
８…発電機、
９…速度検出器、
１０…起動制御回路、
１１…速度制御回路、
１２…加速制限回路、
１３…入口空気案内翼制御回路、
１４…トルク制御回路、
１５…低値選択器、
１６…圧力検出器、
１７…微分器、
１８…関数発生器、
１９…比例積分制御器、
２０…減算器、
２１…スイッチ、
２２…スイッチ、
２３…積分器、
２４…信号発生器、
２５…信号発生器、
２６…減算器、
２７…比例制御器、
２８…信号発生器、
２９…加算器、
３１…スイッチ、
３２…スイッチ、
３３…積分器、
３４…信号発生器、
３５…低値選択器、
３６…比較器、
３７…比較器、
３８…関数発生器、
４０…関数発生器、
４１…加算器、
４２…関数発生器、
４３…低値選択器、
４４…関数発生器、
４５…関数発生器、
４６…減算器、
４７…減算器、
４８…比例積分制御器、
４９…信号発生器、
５０…積分器、
５１…加減算器、
５２…高制限器、
５３…関数発生器、
５４…関数発生器、
５５…ガスタービン制御装置、
５６…変圧器、
５７…サイリスタ変換器、
５８…電流検出器、
５９…減算器、
６０…制御器、
Ｎ…軸速度信号、
Ｓ１…燃料量設定信号、
Ｓ２…燃料量設定信号、
Ｓ３…燃料量設定信号、
Ｓ４…燃料量設定信号、
Ｓ５…翼角度制御信号、
Ｓ６…伝達トルク補正指令、
Ｓ８…電流設定信号、
Ｓ８Ａ…電流設定信号、
Ｓ８Ｂ…加速率制御信号、
Ｓ９…電流制御信号、
ＰＣＤ…空気圧縮機吐出空気圧力信号、
Ｉｇ…電流信号、
ＤＮ…加速率、
ＤＮＲ…加速率設定値、
ＤＮＥ…加速率偏差、
ＮＲ…速度設定値、
ＮＥ…速度偏差、
ＮＣ…速度制御信号、
ＮＳＢ…起動時燃料設定信号、
ＮＳ…起動時燃料設定信号、
ＲＢ１…加速率設定バイアス、
ＤＮＲ１…加速率設定値、
ＩＳ…電流設定信号、
ＤＮＳ…加速率設定値、
ＲＢ２…加速率設定バイアス、
ＤＮＲ２…加速率設定、
ＮＡ…加速率制御信号、
ＬＢ…燃料設定バイアス信号、
ＮＬ…積分量、
ＤＮＥ…加速率制御偏差、
ＮＡ１…加速率制御信号。
【図１】
0003673020.tif 000002
【図２】
0003673020.tif 000003
【図３】
0003673020.tif 000004
【図４】
0003673020.tif 000005
【図５】
0003673020.tif 000006
【図６】
0003673020.tif 000007
【図７】
0003673020.tif 000008
【図８】
0003673020.tif 000009
【図９】
0003673020.tif 000010
【図１０】
0003673020.tif 000011
【図１１】
0003673020.tif 000012
【図１２】
0003673020.tif 000013
【図１３】
0003673020.tif 000014
【図１４】
0003673020.tif 000015
【図１５】
0003673020.tif 000016
【図１６】
0003673020.tif 000017
【図１７】
0003673020.tif 000018
【図１８】
0003673020.tif 000019
【図１９】
0003673020.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
0003673020.tif 000023
【図２３】
0003673020.tif 000024
【図２４】
0003673020.tif 000025