(57)【要約】【課題】発電機の出力を用いてガスタービンの出力を正確に求める。【解決手段】ガスタービンの見掛け上の出力変動Δｐを求める見掛け出力変動算出部１１１と、出力計２６で検知された発電機の出力Ｐｇから見掛け上の出力変動Δｐを減算した値をガスタービンの出力Ｐｔとする出力演算部１１８とを備える。見掛け出力変動算出部１１１は、回転数計２５で検知された発電機の回転数と、この回転数の回転数変化率と、ガスタービン及び発電機における回転系の慣性モーメントＩとを用いて、ガスタービンの見掛け上の出力変動を求める出力変動演算部１２０と、出力変動演算部１２０が求めた見掛け上の出力変動を、回転数計２５からの出力に対する出力計２６からの出力の遅れ時間Ｔｄ前の出力変動に調節する遅れ時間調節部１１２と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機に機械的に接続されている原動機の出力算出方法において、
前記原動機及び前記発電機における回転系の慣性力による前記原動機の見掛け上の出力変動を求める見掛け出力変動算出工程と、
出力計で検知された前記発電機の出力から前記見掛け出力変動算出工程で求められた前記見掛け上の出力変動を減算した値を前記原動機の出力とする出力演算工程と、
を実行し、
前記見掛け出力変動算出工程では、
回転数計で検知された前記発電機と前記原動機とのうちの一方の回転数と、該回転数の単位時間当たりの変化量である回転数変化率と、前記回転系の慣性モーメントとを用いて、前記原動機の前記見掛け上の出力変動を求める出力変動演算工程と、
前記出力変動演算工程で求められた又は求められる前記見掛け上の出力変動を、前記回転数計からの出力に対する前記出力計からの出力の遅れ時間前の出力変動に調節して、前記出力演算工程で用いる前記見掛け上の出力変動を調節後の見掛け上の出力変動にする遅れ時間調節工程と、
を実行する
ことを特徴とする原動機の出力算出方法。
【請求項２】
請求項１に記載の原動機の出力算出方法において、
前記出力計から出力された出力の変動の位相と、前記回転数計から出力された回転数の変動の位相とから、前記出力の前記遅れ時間を予め求めておき、
前記遅れ時間調節工程では、前記出力変動演算工程で求められた又は求められる前記見掛け上の出力変動を、前記予め求められている前記遅れ時間前の出力変動に調節する、
ことを特徴とする原動機の算出方法。
【請求項３】
請求項１に記載の原動機の出力算出方法において、
前記遅れ時間を求める遅れ時間算出工程を実行し、
前記遅れ時間算出工程では、
前記出力計からの出力と前記回転数計からの回転数とうち一方を所定時間遅らせた出力と回転数の複数の組を出力し、該所定時間が複数の組毎で相互に異なっている遅延工程と、
前記遅延工程を経た前記出力計からの出力と前記回転数計からの回転数との複数の組のそれぞれについて、出力の位相と回転数の位相とに関する相関性を求める相関性算出工程と、
前記相関性算出工程で前記相関性が求められた複数の組のうちで、最も相関性の高い組と最も逆相関性の高い組とのうちの少なくとも一方の組を抽出し、該組に採用された前記所定時間を用いて、前記遅れ時間を求める遅れ時間演算工程と、
を実行し、
前記遅れ時間調節工程では、前記回転数計からの出力に対する前記出力計からの出力の遅れ時間として、前記遅れ時間演算工程で求められた前記遅れ時間を用いる、
ことを特徴とする原動機の出力算出方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の原動機の出力算出方法において、
前記出力変動算出工程では、前記回転数計から出力された回転数と該回転数計から所定時間前に出力された回転数とを用いて前記回転数変化率を求める回転数変化率演算工程を実行する、
ことを特徴とする原動機の算出方法。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか一項に記載の原動機の出力算出方法において、
前記出力変動算出工程では、前記回転数変化率を求める回転数変化率演算工程を実行し、
前記回転数変化率演算工程では、
第一時刻に前記回転数計から出力された第一回転数と、該第一時刻から所定時間前の第二時刻に該回転数計から出力された第二回転数とを用いて、両回転数の差である第一回転数変化量を求め、
前記第一時刻から前記所定時間後の第三時刻に前記回転数計から出力された第三回転数と前記第一回転数とを用いて、両回転数の差である第二回転数変化量を求め、
前記第一回転数変化量と前記第二回転数変化量と前記所定時間とを用いて、前記第一時刻の回転数変化率を求め、
前記所定時間は、前記遅れ時間より短い時間である、
ことを特徴とする原動機の出力算出方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかの原動機の出力算出方法を実行すると共に、
前記出力算出方法で求められた前記原動機の出力の変動幅が許容出力変動幅の範囲外になったか否かに応じて、前記原動機が異常であるか否かを判断する異常判断工程を、
実行することを特徴とする原動機の異常検出方法。
【請求項７】
発電機に機械的に接続されている原動機の出力算出装置において、
前記原動機及び前記発電機における回転系の慣性力による前記原動機の見掛け上の出力変動を求める見掛け出力変動算出部と、
出力計で検知された前記発電機の出力から前記見掛け出力変動算出部が求めた前記見掛け上の出力変動を減算した値を前記原動機の出力とする出力演算部と、
を備え、
前記見掛け出力変動算出部は、
回転数計で検知された前記発電機と前記原動機とのうちの一方の回転数と、該回転数の単位時間当たりの変化量である回転数変化率と、前記回転系の慣性モーメントとを用いて、前記原動機の前記見掛け上の出力変動を求める出力変動演算部と、
前記出力変動演算部が求めた又は求める前記見掛け上の出力変動を、前記回転数計からの出力に対する前記出力計からの出力の遅れ時間前の出力変動に調節して、前記出力演算部が用いる前記見掛け上の出力変動を調節後の見掛け上の出力変動にする遅れ時間調節部と、
を有することを特徴とする原動機の出力算出装置。
【請求項８】
請求項７に記載の原動機の出力算出装置において、
前記遅れ時間調節部は、前記出力変動演算部が求めた又は求める前記見掛け上の出力変動を、予め求められている前記遅れ時間前の出力変動に調節する、
ことを特徴とする原動機の出力算出装置。
【請求項９】
請求項７に記載の原動機の出力算出装置において、
前記遅れ時間を求める遅れ時間算出部を備え、
前記遅れ時間算出部は、
前記出力計からの出力と前記回転数計からの回転数とうち一方を所定時間遅らせた出力と回転数の複数の組を出力し、該所定時間が複数の組毎で相互に異なっている遅延部と、
前記遅延部から出力された前記出力計からの出力と前記回転数計からの回転数との複数の組のそれぞれについて、出力の位相と回転数の位相とに関する相関性を求める相関性算出部と、
前記相関性算出部で前記相関性が求められた複数の組のうちで、最も相関性の高い組と最も逆相関性の高い組とのうちの少なくとも一方の組を抽出し、該組に採用された前記所定時間を用いて、該組に採用された所定時間を用いて、前記遅れ時間を求める遅れ時間演算部と、
を有し、
前記遅れ時間調節部は、前記回転数計からの出力に対する前記出力計からの出力の遅れ時間として、前記遅れ時間演算部が求めた前記遅れ時間を用いる、
ことを特徴とする原動機の出力算出装置。
【請求項１０】
請求項７から９のいずれか一項に記載の原動機の出力算出装置において、
前記出力変動算出部は、前記回転数計から出力された回転数と該回転数計から所定時間前に出力された回転数とを用いて前記回転数変化率を求める回転数変化率演算部を有する、
ことを特徴とする原動機の出力算出装置。
【請求項１１】
請求項７から９のいずれか一項に記載の原動機の出力算出装置において、
前記出力変動算出部は、前記回転数変化率を求める回転数変化率演算部を有し、
前記回転数変化率演算部は、
第一時刻に回転数計から出力された第一回転数と、該第一時刻から所定時間前の第二時刻に該回転数計から出力された第二回転数とを用いて、両回転数の差である第一回転数変化量を求め、
前記第一時刻から前記所定時間後の第三時刻に前記回転数計から出力された第三回転数と前記第一回転数とを用いて、両回転数の差である第二回転数変化量を求め、
前記第一回転数変化量と前記第二回転数変化量と前記所定時間とを用いて、前記第一時刻の回転数変化率を求め、
前記所定時間は、前記遅れ時間より短い時間である、
ことを特徴とする原動機の出力算出装置。
【請求項１２】
請求項７から１１のいずれかの原動機の出力算出装置と、
前記出力算出装置が求めた前記原動機の出力の変動幅が許容出力変動幅の範囲外になったか否かに応じて、前記原動機が異常であるか否かを判断する異常判断部と、
前記異常判断部で前記原動機が異常であると判断されると、該原動機をトリップさせることができる操作部にトリップ信号を出力して、該原動機をトリップさせるトリップ信号出力部と、
を備えていることを特徴とする原動機の制御装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の原動機の制御装置と、
前記原動機と、
前記発電機と、
前記操作部と、
を備えていることを特徴とする発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機に機械的に接続されている原動機の出力算出方法、この方法を用いた原動機の異常検出方法、これらの方法を実行する装置、及びこの装置を備えている発電プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機に機械的に接続されている原動機としては、ガスタービン、蒸気タービン、風車等がある。これらの原動機及び発電機が定常運転している場合、基本的に、原動機の出力は発電機の出力と同じであるため、発電機又は発電機に接続されている電源線に出力計を設け、この出力計からの出力を原動機の出力として扱われることが多い。
【０００３】
しかしながら、原動機、発電機、発電機に接続されている電力系統が不安定である場合や、発電機を電力系統に対して併入や解列する場合等で、原動機と発電機との出力バランスがくずれる又はくずれていると、出力計から出力された出力は、原動機の出力を正確に示さなくなる。
【０００４】
そこで、特許文献１に記載の技術では、原動機であるガスタービン及び発電機の回転系の慣性モーメントを含む慣性項を用いて、ガスタービンの出力と発電機の出力との関係を定め、この関係を用いて、ガスタービンを制御する技術を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１５３００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載の技術では、原動機と発電機との出力バランスがくずれた場合等でも、原動機の出力を求めることができる。しかしながら、原動機の出力は、原動機の動作を管理する上で極めて重要なパラメータであるため、できるかぎり正確な値が要求される。
【０００７】
そこで、本発明は、より正確な原動機の出力を求めることができる原動機の出力算出方法、この方法を用いた原動機の異常検出方法、これらの方法を実行する装置、及びこの装置を備えている発電プラント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】
【０００８】
上記目的を達成するための発明に係る一態様としての原動機の出力算出方法は、
発電機に機械的に接続されている原動機の出力算出方法において、前記原動機及び前記発電機における回転系の慣性力による前記原動機の見掛け上の出力変動を求める見掛け出力変動算出工程と、出力計で検知された前記発電機の出力から前記見掛け出力変動算出工程で求めた前記見掛け上の出力変動を減算した値を前記原動機の出力とする出力演算工程と、を実行し、
前記見掛け出力変動算出工程では、回転数計で検知された前記発電機と前記原動機とのうちの一方の回転数と、該回転数の単位時間当たりの変化量である回転数変化率と、前記回転系の慣性モーメントとを用いて、前記原動機の前記見掛け上の出力変動を求める出力変動演算工程と、前記出力変動演算工程で求められた又は求められる前記見掛け上の出力変動を、前記回転数計からの出力に対する前記出力計からの出力の遅れ時間前の出力変動に調節して、前記出力演算工程で用いる前記見掛け上の出力変動を調節後の見掛け上の出力変動にする遅れ時間調節工程と、を実行することを特徴とする。
【０００９】
原動機の出力が一定でも、電力系統が変動すると、発電機の回転数と発電機の出力とが変動する。このような電力系統の変動に伴う発電機の出力変動は、原動機の正味出力に対して、前述の原動機の見掛け上の出力変動となる。従って、電力系統が変動した場合でも、出力計で検知された発電機の出力から原動機の見掛け上の出力変動を減算することで、原動機の正味出力を求めることができる。
【００１０】
ここで、原動機の見掛け上の出力変動は、回転数計で検知された回転数と、この回転数の単位時間当たりの変化量である回転数変化率と、回転系の慣性モーメントとを用いて求めることができる。よって、ある時刻における回転数を得ることができれば、既知の慣性モーメントを用いて、その時刻における電動機の見掛け上の出力変動を求めることができる。
【００１１】
ところで、原動機及び発電機の回転数が一定周期Ｔで変動している場合、この回転数の位相に対して発電機の出力の位相は、理論的にはＴ／４だけズレる。しかしながら、複数の発電プラントにおいて、回転数計で検知された回転数の位相と出力計で検知された実際の出力の位相とを比較すると、出力計で検出された出力の位相は、回転数計で検知された回転数の位相に対してＴ／４よりも遅れていることが判明した。すなわち、出力計で検知される実際の出力の位相は、理論的な出力の位相に対して所定の遅れ時間分遅れていることが判明した。言い換えると、ある時刻における回転数の回転数計からの出力時刻に対して、出力計は、同じある時刻における発電機の出力の出力時刻が遅れていることが判明した。
【００１２】
原動機の見掛け上の出力変動は、回転数が検知されれば求められる。このため、この回転数から求められる見掛け上の出力変動の位相は理論的な出力変動の位相と実質的に一致し、この理論的な出力変動に対して実質的に遅れていない。一方、発電機の出力は出力計で検知されたものであるから、この発電機の出力の位相は理論的な出力の位相に対して遅れ時間分遅れている。
【００１３】
仮に、位相が遅れ時間分遅れている発電機の出力から、位相が遅れていない見掛け上の出力変動を減算して、原動機の正味出力を求めるとする。この場合、遅れ時間が比較的短い時間であれば、あまり問題にならないが、遅れ時間が比較的長い時間になれば、求められる原動機の正味出力に大きな誤差が含まれることになる。
【００１４】
そこで、当該出力算出方法では、以上の知見に基づき、見掛け出力変動算出工程では、回転数計で検知された回転数から、遅れ時間を調節した原動機の見掛け上の出力変動を求める。そして、出力算出工程では、出力計で検知された発電機の出力から、出力変動算出工程で求めた見掛け上の出力変動を減算した値を原動機の出力としている。
【００１５】
よって、当該出力算出方法では、原動機の正確な出力を求めることができる。
【００１６】
ここで、前記原動機の出力算出方法において、前記出力計から出力された出力の変動の位相と、前記回転数計から出力された回転数の変動の位相とから、前記出力の前記遅れ時間を予め求めておき、前記遅れ時間調節工程では、前記出力変動演算工程で求められた又は求められる前記見掛け上の出力変動を、前記予め求められている前記遅れ時間前の出力変動に調節してもよい。
【００１７】
また、前記原動機の出力算出方法において、前記遅れ時間を求める遅れ時間算出工程を実行し、前記遅れ時間算出工程では、前記出力計からの出力と前記回転数計からの回転数とうち一方を所定時間遅らせた出力と回転数の複数の組を出力し、該所定時間が複数の組毎で相互に異なっている遅延工程と、前記遅延工程を経た前記出力計からの出力と前記回転数計からの回転数との複数の組のそれぞれについて、出力の位相と回転数の位相とに関する相関性を求める相関性算出工程と、前記相関性算出工程で前記相関性が求められた複数の組のうちで、最も相関性の高い組と最も逆相関性の高い組とのうちの少なくとも一方の組を抽出し、該組に採用された前記所定時間を用いて、前記遅れ時間を求める遅れ時間演算工程と、を実行し、前記遅れ時間調節工程では、前記回転数計からの出力に対する前記出力計からの出力の遅れ時間として、前記遅れ時間演算工程で求められた前記遅れ時間を用いてもよい。
【００１８】
当該算出方法では、出力計からの出力の遅れ時間を求める手間や、遅れ時間の設定の手間を省くことができる。さらに、当該算出方法では、出力計の環境変化や出力計の経年変化等に起因して、出力の遅れ時間が変化した場合でも、この変化に対して自動的に対応することができる。
【００１９】
また、以上のいずれかの前記原動機の出力算出方法において、前記出力変動算出工程では、前記回転数計から出力された回転数と該回転数計から所定時間前に出力された回転数とを用いて前記回転数変化率を求める回転数変化率演算工程を実行してもよい。
【００２０】
また、以上のいずれかの前記原動機の出力算出方法において、前記出力変動算出工程では、前記回転数変化率を求める回転数変化率演算工程を実行し、前記回転数変化率演算工程では、第一時刻に前記回転数計から出力された第一回転数と、該第一時刻から前記所定時間前の第二時刻に該回転数計から出力された第二回転数とを用いて、両回転数の差である第一回転数変化量を求め、前記第一時刻から前記所定時間後の第三時刻に前記回転数計から出力された第三回転数と前記第一回転数とを用いて、両回転数の差である第二回転数変化量を求め、前記第一回転数変化量と前記第二回転数変化量と前記所定時間とを用いて、前記第一時刻の回転数変化率を求め、前記所定時間は、前記遅れ時間より短い時間であってもよい。
【００２１】
当該算出方法では、正確な回転数変化率を求めることができるので、より正確な原動機の出力を求めることができる。
【００２２】
上記目的を達成するための発明に係る一態様としての原動機の異常検出方法は、
以上のいずれかの前記原動機の出力算出方法を実行すると共に、前記出力算出方法で求められた前記原動機の出力の変動幅が許容出力変動幅の範囲外になったか否かに応じて、前記原動機が異常であるか否かを判断する異常判断工程を、実行することを特徴とする。
【００２３】
当該異常検出方法では、前記原動機の出力算出方法を実行するので、原動機の出力を正確に求めることができる。さらに、正確に求められた原動機の出力に基づいて、原動機が異常であるか否かを判断するので、原動機異常の誤検出を少なくすることができる。
【００２４】
また、前記目的を達成するための発明に係る一態様としての原動機の出力算出装置は、
発電機に機械的に接続されている原動機の出力算出装置において、前記原動機及び前記発電機における回転系の慣性力による前記原動機の見掛け上の出力変動を求める見掛け出力変動算出部と、出力計で検知された前記発電機の出力から前記見掛け出力変動算出部が求めた前記見掛け上の出力変動を減算した値を前記原動機の出力とする出力演算部と、を備え、前記見掛け出力変動算出部は、回転数計で検知された前記発電機と前記原動機とのうちの一方の回転数と、該回転数の単位時間当たりの変化量である回転数変化率と、前記回転系の慣性モーメントとを用いて、前記原動機の前記見掛け上の出力変動を求める出力変動演算部と、前記出力変動演算部が求めた又は求める前記見掛け上の出力変動を、前記回転数計からの出力に対する前記出力計からの出力の遅れ時間前の出力変動に調節して、前記出力演算部が用いる前記見掛け上の出力変動を調節後の見掛け上の出力変動にする遅れ時間調節部と、を有することを特徴とする。
【００２５】
当該出力算出装置でも、以上の前記原動機の出力算出方法と同様、出力計で検知された発電機の出力から、遅れ時間が調節された見掛け上の原動機の出力変動を減算して、原動機の出力を求めているので、原動機の正確な出力を求めることができる。
【００２６】
ここで、前記出力算出装置において、前記遅れ時間調節部は、前記出力変動演算部が求めた又は求める前記見掛け上の出力変動を、予め求められている前記遅れ時間前の出力変動に調節してもよい。
【００２７】
また、前記原動機の出力算出装置において、前記遅れ時間を求める遅れ時間算出部を備え、前記遅れ時間算出部は、前記出力計からの出力と前記回転数計からの回転数とうち一方を所定時間遅らせた出力と回転数の複数の組を出力し、該所定時間が複数の組毎で相互に異なっている遅延部と、前記遅延部から出力された前記出力計からの出力と前記回転数計からの回転数との複数の組のそれぞれについて、出力の位相と回転数の位相とに関する相関性を求める相関性算出部と、前記相関性算出部で前記相関性が求められた複数の組のうちで、最も相関性の高い組と最も逆相関性の高い組とのうちの少なくとも一方の組を抽出し、該組に採用された前記所定時間を用いて、前記遅れ時間を求める遅れ時間演算部と、を有し、前記遅れ時間調節部は、前記回転数計からの出力に対する前記出力計からの出力の遅れ時間として、前記遅れ時間演算部が求めた前記遅れ時間を用いてもよい。
【００２８】
また、以上のいずれかの前記原動機の出力算出装置において、前記出力変動算出部は、前記回転数計から出力された回転数と該回転数計から所定時間前に出力された回転数とを用いて前記回転数変化率を求める回転数変化率演算部を有してもよい。
【００２９】
また、以上のいずれかの原動機の出力算出装置において、前記出力変動算出部は、前記回転数変化率を求める回転数変化率演算部を有し、前記回転数変化率演算部は、第一時刻に回転数計から出力された第一回転数と、該第一時刻から所定時間前の第二時刻に該回転数計から出力された第二回転数とを用いて、両回転数の差である第一回転数変化量を求め、
前記第一時刻から前記所定時間後の第三時刻に前記回転数計から出力された第三回転数と前記第一回転数とを用いて、両回転数の差である第二回転数変化量を求め、前記第一回転数変化量と前記第二回転数変化量と前記所定時間とを用いて、前記第一時刻の回転数変化率を求め、前記所定時間は、前記遅れ時間より短い時間であってもよい。
【００３０】
前記目的を達成するための発明に係る一態様としての原動機の制御装置は、
以上のいずれかの原動機の出力算出装置と、前記出力算出装置が求めた前記原動機の出力の変動幅が許容出力変動幅の範囲外になったか否かに応じて、前記原動機が異常であるか否かを判断する異常判断部と、前記異常判断部で前記原動機が異常であると判断されると、該原動機をトリップさせることができる操作部にトリップ信号を出力して、該原動機をトリップさせるトリップ信号出力部と、を備えていることを特徴とする。
【００３１】
当該制御装置では、前記原動機の出力算出方法を実行するので、原動機の出力を正確に求めることができる。さらに、当該制御装置では、正確に求められた原動機の出力に基づいて、原動機が異常であるか否かを判断するので、原動機の誤トリップを少なくすることができる。
【００３２】
前記目的を達成するための発明に係る一態様としての発電プラントは、
前記制御装置と、前記原動機と、前記発電機と、前記操作部と、を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明では、発電機に電気的に接続されている電力系統が不安定になった場合等でも、原動機の出力を正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る第一実施形態における発電プラントの系統図である。
【図２】本発明に係る第一実施形態における制御装置の機能ブロック図である。
【図３】発電機の回転数と発電機及びガスタービンの出力との関係を示す説明図である。
【図４】本発明に係る第一実施形態におけるガスタービン出力の変動に伴うガスタービンのトリップを説明するための説明図である。
【図５】本発明に係る第一実施形態における制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明に係る第二実施形態における制御装置の機能ブロック図である。
【図７】本発明に係る第二実施形態における回転数変化率の求め方を示す説明図である。
【図８】本発明に係る第三実施形態における制御装置の機能ブロック図である。
【図９】本発明に係る第三実施形態における遅れ時間の求め方を示す説明図である。
【図１０】本発明に係る第四実施形態における制御装置の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明に係る発電プラントの各種実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３６】
「第一実施形態」
まず、図１〜図５を用いて、第一実施形態としての発電プラントについて説明する。
【００３７】
本実施形態の発電プラントは、図１に示すように、原動機としてのガスタービン１０と、ガスタービン１０の駆動で発電する発電機２０と、制御装置１００と、を備えている。
【００３８】
ガスタービン１０は、大気を圧縮して圧縮空気を生成する空気圧縮機１１と、燃料を圧縮空気中で燃焼させ高温の燃焼ガスを生成する燃焼器１３と、燃焼ガスにより駆動するタービン１４と、を備えている。このタービン１４のロータ１５と発電機２０のロータ２１とは機械的に接続されている。このため、タービン１４のロータ１５が回転すると発電機２０のロータ２１も回転する。タービン１４のロータ１５又は発電機２０のロータ２１には、一方のロータ１５,２１の回転数を検知する回転数計２５が設けられている。燃焼器１３には、この燃焼器１３に燃料を供給する燃料ライン１６が接続されている。この燃料ライン１６には、燃料遮断弁１７が設けられている。
【００３９】
発電機２０と電力系統２９とは、電源線２２で電気的に接続されている。この電源線２２には、遮断器２３と、変圧器２４と、発電機２０の出力を検知する出力計２６とが設けられている。
【００４０】
制御装置１００は、出力計２６で検知された発電機２０の出力及び回転数計２５で検知された回転数を用いてガスタービン１０の出力を求める出力算出部（出力算出装置）１１０と、この出力算出部１１０が求めた出力に応じてガスタービン１０が異常であるか否かを判断する異常判断部１６０と、異常判断部１６０が異常であると判断すると、操作部である燃料遮断弁１７及び遮断器２３に対してトリップ信号を出力するトリップ信号出力部１７０と、を備えている。操作部の一つである燃料遮断弁１７は、このトリップ信号を受けると閉じて、燃焼器１３への燃料供給が停止する。また、操作部の他の一つである遮断器２３は、このトリップ信号を受けると開いて、発電機２０と電力系統２９との電気的な接続が断たれる。
【００４１】
制御装置１００の出力算出部１１０は、回転数計２５で検知された回転数を用いて、ガスタービン１０の見掛け上の出力変動を求める見掛け出力変動算出部１１１と、見掛け出力変動算出部１１１が求めたガスタービン１０の見掛け上の出力変動と出力計２６で検知された発電機２０の出力とを用いてガスタービン１０の出力を求める出力演算部１１８と、を有する。
【００４２】
ガスタービン１０の出力Ｐｔは、以下の式（１）で示すように、出力計２６で検知された発電機２０の出力Ｐｇから、ガスタービン１０及び発電機２０における回転系の慣性力によるガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐを減算した値である。
Ｐｔ＝Ｐｇ−Δｐ  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
【００４３】
よって、出力演算部１１８は、出力計２６で検知された発電機２０の出力Ｐｇと、見掛け出力変動算出部１１１が求めたガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐとの偏差を求める偏差演算器である。
【００４４】
ガスタービン１０及び発電機２０における回転系の慣性力によるガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐは、以下の式（２）で表すことができる。
【００４５】
Δｐ＝Ｔｒ×ω
＝−Ｉ×ｄω／ｄｔ×ω
＝−Ｉ×（２π／６０）２×ｄＮ／ｄｔ×Ｎ  ・・・・・・・・・・（２）
Ｔｒ：加速トルク（＝−Ｉ×ｄω／ｄｔ）[Ｎ・ｍ]
ω：角速度（＝２πＮ／６０）[ｒａｄ／ｓ]
Ｉ：慣性モーメント[ｋｇ・ｍ２]
ｔ：時間[ｓ]
Ｎ：回転数[ｒｐｍ]
【００４６】
なお、式（２）中の慣性モーメントＩは、ガスタービン１０及び発電機２０における回転系の慣性モーメントである。このため、この慣性モーメントＩは、ガスタービン１０における空気圧縮機１１のロータ１２、タービン１４のロータ１５及び発電機２０のロータ２１を合せたものの慣性モーメントである。また、式（２）中で、時間変化に伴う変動パラメータは、回転数Ｎのみであり、他のパラメータは固定値である。このため、式（２）で示されるガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐは、回転数Ｎを検知することで求めることができる。
【００４７】
図３に示すように、ガスタービン１０の出力Ｐｔが一定でも、電力系統２９が変動すると、発電機２０の回転数と発電機２０の出力Ｐｇとが変動する。このような電力系統２９の変動に伴う発電機２０の出力変動は、ガスタービン１０の正味出力Ｐｔに対して、上記式（２）に示されているガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐとなる。従って、電力系統２９が変動した場合でも、式（１）に示すように、出力計２６で検知された発電機２０の出力Ｐｇからガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐを減算することで、ガスタービン１０の正味出力Ｐｔを求めることができる。なお、ガスタービン１０、発電機２０及び電力系統２９が安定している場合、ガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐは実質的に「０」になる。このため、この場合、式（１）から理解できるように、ガスタービン１０の出力Ｐｔと発電機２０の出力Ｐｇとは実質的に等しくなる。
【００４８】
ところで、図３に示すように、ガスタービン１０及び発電機２０の回転数Ｎが一定周期Ｔで変動している場合、この回転数の位相に対して発電機２０の出力の位相は、理論的にはＴ／４だけズレる。しかしながら、複数の発電プラントにおいて、回転数計で検知された回転数の位相と出力計で検知された実際の出力の位相とを比較すると、出力計で検出された出力の位相は、回転数計で検知された回転数の位相に対してＴ／４よりも遅れていることが判明した。すなわち、出力計で検知される実際の出力の位相は、理論的な出力の位相に対して遅れ時間Ｔｄ分遅れていることが判明した。言い換えると、ある時刻における回転数の回転数計からの出力時刻に対して、同じある時刻における発電機の出力の出力計からの出力時刻が遅れ時間Ｔｄ分遅くなることが判明した。
【００４９】
この遅れ時間Ｔｄの発生原因は明確に判明していないが、出力計のハードウェアーが遅れ時間の発生に起因していると考えられる。出力計は、基本的に、電流計と、電圧計と、電流計で検知された電流値と電圧計で検知された電圧値とを掛け合わせる演算器と、を有して構成されている。このように、出力計は、複数の段階を経て出力を得ているため、出力計で検知される出力の位相は、理論的な出力位相に対して遅れると考えられる。
【００５０】
式（１）を用いて、ガスタービン１０の出力Ｐｔを求める場合、式（１）中のガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐは、式（２）を用いて前述したように、回転数が検知されれば求められる。このため、回転数から求められる見掛け上の出力変動Δｐの位相は理論的な出力変動の位相と実質的に一致し、この理論的な出力変動に対して実質的に遅れていない。一方、式（１）中の発電機２０の出力Ｐｇは出力計２６で検知されたものであるから、この発電機２０の出力Ｐｇの位相は理論的な出力の位相に対して遅れ時間Ｔｄ分遅れている。
【００５１】
仮に、位相が遅れ時間Ｔｄ分遅れている発電機２０の出力Ｐｇから、位相が遅れていない見掛け上の出力変動Δｐを減算して、ガスタービン１０の出力Ｐｔを求めるとする。この場合、遅れ時間Ｔｄが比較的短い時間であれば、あまり問題にならないが、遅れ時間Ｔｄが比較的長い時間になれば、求められるガスタービン１０の出力Ｐｔに大きな誤差が含まれることになる。特に、遅れ時間Ｔｄが回転数の変動周期Ｔの１／２である場合、本来、出力の正のピーク値から出力変動の正のピーク値を減算しなければならないにも関わらず、出力の正ピークの値から出力変動の負のピーク値を減算することになり、ガスタービン１０の出力の変動が見掛け上の変動より極めて大きくなってしまう。
【００５２】
そこで、本実施形態の見掛け出力変動算出部１１１では、以上の知見に基づき、回転数計２５で検知された回転数Ｎから、遅れ時間Ｔｄを調節したガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐを求める。具体的に、本実施形態の見掛け出力変動算出部１１１は、回転数計２５で検知された回転数Ｎを用いて遅れ時間Ｔｄを考慮していないガスタービン１０の見掛け上の出力変動を求める出力変動演算部１２０と、この見掛け上の出力変動を予め定められている遅れ時間Ｔｄ分だけ遅らせる遅れ時間調節部１１２と、を有している。
【００５３】
次に、図２を参照して、制御装置１００の詳細構成について説明する。
制御装置１００の出力算出部１１０は、以上で述べたように、見掛け出力変動算出部１１１と、ガスタービン１０の出力を求める出力演算部１１８と、を有している。さらに、見掛け出力変動算出部１１１は、出力変動演算部１２０と遅れ時間調節部１１２とを有している。
【００５４】
出力変動演算部１２０は、互いに異なるサンプリング時刻でサンプリングされた二つの回転数を用いて回転数変化率（ｄＮ／ｄｔ）を求める回転数変化率演算部１３０と、ガスタービン１０及び発電機２０における回転系の慣性モーメントＩを出力する慣性モーメント発生器１２１と、式（２）中の定数である〔−（２π／６０）２〕を出力する定数発生器１２２と、複数の乗算器１２３，１２４，１２５と、を有している。乗算器１２３，１２４，１２５としては、慣性モーメントＩと定数〔−（２π／６０）２〕を掛け合わせる第一乗算器１２３と、第一乗算器１２３からの出力〔−Ｉ×（２π／６０）２〕に回転数変化率（ｄＮ／ｄｔ）を掛ける第二乗算器１２４と、第二乗算器１２４からの出力〔−Ｉ×（２π／６０）２×ｄＮ／ｄｔ〕に回転数Ｎを掛ける第三乗算器１２５と、を有している。すなわち、この出力変動演算部１２０は、式（２）の演算を実行する。
【００５５】
回転数変化率演算部１３０は、回転数計２５からの回転数を所定時間Ｔｓ遅らせて出力する遅延器１３３と、回転数計２５からの回転数と遅延器１３３からの回転数との差を求める減算器１３４と、所定時間Ｔｓを出力する時間発生器１３２と、減算器１３４からの出力を時間発生器１３２からの所定時間Ｔｓで割る除算器１３９と、を有する。すなわち、回転数変化率演算部１３０は、現時点の回転数と、現時点から所定時間Ｔｓ過去の回転数との平均回転数変化率を現時点の回転数変化率としている。
【００５６】
制御装置１００の異常判断部１６０は、出力算出部１１０からのガスタービン１０の正味の出力Ｐｔの変動幅ΔＰを求める出力変動算出部１６７と、この出力変動幅ΔＰが許容出力変動幅ΔＰｓの範囲外か否かを判断する許容幅判断器１６３と、出力変動幅ΔＰが許容出力変動幅ΔＰｓの範囲外になっている時間が所定時間以上であるか否かを判断するための許容外時間判断器１６６と、を有している。
【００５７】
出力変動算出部１６７は、出力計２６からの出力Ｐｇに基づき参照出力Ｐｒを出力する参照出力発生器１６１と、参照出力Ｐｒと出力算出部１１０からの出力Ｐｔとの差である出力変動幅ΔＰを求める減算器１６２と、を有している。
【００５８】
参照出力Ｐｒは、図４に示すように、ガスタービン１０及び発電機２０が正常運転中であるときに許容される出力変化率に基づいて求められる現時点ｔｂの出力である。参照出力発生器１６１は、出力が増加した場合の増加時参照出力Ｐｒｉ（Ｐｒ）と、出力が減少した場合の減少時参照出力Ｐｒｄ（Ｐｒ）とを出力する。減算器１６２は、出力算出部１１０で求められたガスタービン１０の出力Ｐｔと増加時参照出力Ｐｒｉとの差である増加時出力変動幅ΔＰｉ、及びガスタービン１０の出力Ｐｔと減少時参照出力Ｐｒｄと差である減少時出力変動幅ΔＰｄを求める。
【００５９】
なお、ここでは、参照出力Ｐｒを基準として、この参照出力Ｐｒとガスタービン１０の出力Ｐｔとの差を出力変動幅ΔＰとしているが、所定時間前のガスタービン１０の出力を基準Ｐｔにして、この基準となるガスタービン１０の出力Ｐｔと現時点のガスタービン１０の出力Ｐtとの差を出力変動幅ΔＰとしてもよい。
【００６０】
許容幅判断器１６３は、出力が増加した場合の上限許容変動幅ΔＰｓｉを減算器１６２からの出力変動幅ΔＰｇが超えているか否かを判断する上限判断器１６４と、出力が減少した場合の下限許容変動幅ΔＰｓｄを減算器１６２からの出力変動幅ΔＰｇが超えているか否かを判断する下限判断器１６５と、を有する。許容幅判断器１６３は、減算器１６２からの出力変動幅ΔＰが許容出力変動幅ΔＰｓの範囲外であると、異常状態である旨を示す異常信号を出力する。具体的には、出力変動算出部１６７からの出力変動幅ΔＰが上限許容変動幅ΔＰｓｉを超えている場合には上限判断器１６４が異常信号を出力し、出力変動算出部１６７からの出力変動幅ΔＰｇが下限許容変動幅ΔＰｓｄを負側に超えている場合には下限判断器１６５が異常信号を出力する。
【００６１】
許容外時間判断器１６６は、タイマーを有し、許容幅判断器１６３からの異常信号が入力するとタイマーによるカウントダウンを開始し、この異常信号の入力が所定時間Ｔｐ（図２参照）以上継続すると、つまり、タイマーが０になると、トリップ信号出力部１７０に対して異常信号を出力する。
【００６２】
トリップ信号出力部１７０は、許容外時間判断器１６６からの異常信号が入力すると、操作部である燃料遮断弁１７や遮断器２３等にトリップ信号を出力する。
【００６３】
例えば、図４に示すように、時刻ｔａからガスタービン１０の出力Ｐｔが比較的に急激に減少し始めたとする。この結果、減少時参照出力Ｐｒｄ（Ｐｒ）とガスタービン１０の出力Ｐｔとの差である減少時出力変動幅ΔＰｄ（ΔＰ）が生じる。ガスタービン１０の出力Ｐｔは、その後も比較的に急激に減少すると、次第に減少時出力変動幅ΔＰｄも負側に大きくなる。この減少時出力変動幅ΔＰｄが、時刻ｔｂのときに予め定められている下限許容変動幅ΔＰｓｄ（ΔＰｓ）を負側に超えると、下限判断器１６５は許容外時間判断器１６６へ異常信号を出力する。許容外時間判断器１６６は、異常信号の入力が所定時間Ｔｐ継続すると、時刻ｔｂから所定時間Ｔｐ後の時刻ｔｃに、トリップ信号出力部１７０に異常信号を出力する。この結果、トリップ信号出力部１７０は、前述したように、操作部に対してトリップ信号を出力し、ガスタービン１０がトリップする。
【００６４】
次に、図５に示すフローチャートに従って、制御装置１００の処理の流れについて説明する。
【００６５】
制御装置１００の出力算出部１１０は、回転数計２５からの回転数Ｎと出力計２６からの発電機２０の出力Ｐｇとを受け付け、ガスタービン１０の出力Ｐｔを算出する（出力算出工程（Ｓ１））。
【００６６】
この出力算出工程（Ｓ１）では、まず、出力算出部１１０の出力変動演算部１２０が、ガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐを求める（出力変動演算工程（Ｓ３））。この際、出力変動演算部１２０は、式（２）に従って、この回転数変化率と回転数と回転系の慣性モーメント等を用いて、ガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐを求める。
【００６７】
出力算出工程（Ｓ１）では、続いて、遅れ時間調節部１１２が出力変動演算部１２０で求められたガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐを、遅れ時間Ｔｄ前の見掛け上の出力変動に調節する（遅れ時間調節工程（Ｓ４））。具体的に、遅れ時間調節部１１２は、遅延器であり、遅れ時間調節部１１２が出力変動演算部１２０で求められたガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐを遅れ時間Ｔｄだけ遅らせてから出力する。
【００６８】
この結果、遅れ時間調節部１１２から出力された見掛け上の出力変動Δｐは、出力計２６の遅れ時間Ｔｄを考慮した見掛け上の出力変動となる。なお、出力変動演算工程（Ｓ３）と遅れ時間調整工程（Ｓ４）とを合わせた工程が、出力計２６の遅れ時間Ｔｄを考慮した見掛け上の出力変動を求める見掛け出力変動算出工程（Ｓ２）を成す。
【００６９】
出力算出工程（Ｓ１）では、さらに、出力演算部１１８が、式（１）に従って、出力計２６からの発電機２０の出力Ｐｇから、見掛け出力変動算出工程（Ｓ２）で求められたガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐを減算して、ガスタービン１０の出力Ｐｔを求める（出力演算工程（Ｓ５））。出力計２６からの発電機２０の出力Ｐｇは、現時点から実質的に遅れ時間Ｔｄ遅れた出力であるが、見掛け出力変動算出工程（Ｓ２）で求められたガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐも、現時点から実質的に遅れ時間Ｔｄ遅れた見掛け上の出力変動である。このため、出力演算部１１８が扱う発電機２０の出力Ｐｇとガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐとの間には、遅れ時間Ｔｄに基づく位相ズレがない。よって、出力算出部１１０は、正確なガスタービン１０の出力、言い換えるとガスタービン１０の正味出力を求めることができる。
【００７０】
以上で、出力算出工程（Ｓ１）が終了する。
【００７１】
次に、異常判断部１６０が、出力算出部１１０で求められたガスタービン１０の出力Ｐｔの変動幅ΔＰが許容出力変動幅ΔＰｓの範囲外か否かを判断する（異常判断工程（Ｓ６））。異常判断部１６０は、出力算出部１１０で求められたガスタービン１０の出力Ｐｔの変動幅ΔＰが許容出力変動幅ΔＰｓの範囲外であり、且つこの状態が所定時間Ｔｐ継続すると、トリップ信号出力部１７０に異常信号を出力する。一方、出力算出部１１０で求められたガスタービン１０の出力Ｐｔの変動幅ΔＰが許容出力変動幅ΔＰｓの範囲外ではない、又は、ガスタービン１０の出力Ｐｔの変動幅ΔＰが許容出力変動幅ΔＰｓの範囲外である状態が所定時間Ｔｐ継続しない場合には、ステップ１に戻る。
【００７２】
トリップ信号出力部１７０は、異常判断部１６０が異常信号を出力すると（Ｓ６でＹｅｓの場合）、前述したように、操作部に対してトリップ信号を出力する（Ｓ７）。この結果、ガスタービン１０はトリップする。
【００７３】
以上のように、本実施形態では、例えば、電力系統２９が不安定になり、ガスタービン１０と発電機２０との出力バランスがくずれた場合等でも、発電機２０の出力から正確なガスタービン１０の出力を求めることができる。
【００７４】
また、本実施形態では、ガスタービン１０の出力Ｐｔが一定の場合に、電力系統２９の不安定に起因して発電機２０の出力Ｐｇが変動しても、以上のように正確に求められたガスタービン１０の出力Ｐｔに応じてガスタービン１０が異常であるか否かの判断が行われるので、ガスタービン１０の誤トリップを抑えることができる。
【００７５】
「第二実施形態」
次に、図６及び図７を用いて、第二実施形態としての発電プラントについて説明する。
【００７６】
本実施形態及び後述の第三及び第四実施形態の発電プラントは、第一実施形態の制御装置１００における出力算出部１１０を変更したもので、その他の構成は第一実施形態の発電プラントと同じである。従って、本実施形態、第三及び第四実施形態については、主として、出力算出部１１０の変更内容について説明する。
【００７７】
本実施形態の制御装置１００ａにおける出力算出部１１０ａは、図６に示すように、第一実施形態の出力算出部１１０と同様、見掛け出力変動算出部１１１ａと、見掛け出力変動算出部１１１ａが求めたガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐと出力計２６で検知された発電機２０の出力Ｐｇとを用いてガスタービン１０の出力Ｐｔを求める出力演算部１１８と、を有する。この見掛け出力変動算出部１１１ａは、第一実施形態の見掛け出力変動算出部１１１ａと同様、出力変動演算部１２０ａと遅れ時間調節部１１２ａとを有している。
【００７８】
出力変動演算部１２０ａは、互いに異なるサンプリング時刻でサンプリングされた三つの回転数を用いて回転数変化率（ｄＮ／ｄｔ）を求める回転数変化率演算部１３０ａを有している。さらに、この出力変動演算部１２０ａは、第一実施形態の出力変動演算部１２０と同様、慣性モーメント発生器１２１と定数発生器１２２と複数の乗算器１２３，１２４，１２５と、を有している。
【００７９】
次に、本実施形態の回転数変化率演算部１３０ａでの回転数変化率の求め方について、図７を参照して説明する。
【００８０】
第一時刻ｔ１における回転数変化率を求める際には、まず、第一時刻ｔ１に回転数計２５から出力された第一回転数Ｎ１と、第一時刻ｔ１から所定時間Ｔｓ前の第二時刻ｔ２に回転数計２５から出力された第二回転数Ｎ２とを用いて、両回転数Ｎ１，Ｎ２の差である第一回転数変化量ΔＮ１を求める。次に、第一時刻ｔ１から所定時間Ｔｓ後の第三時刻ｔ３に回転数計２５から出力された第三回転数Ｎ３と第一回転数Ｎ１とを用いて、両回転数Ｎ３，Ｎ１の差である第二回転数変化量ΔＮ２を求める。
【００８１】
次に、第一回転数変化量ΔＮ１と第二回転数変化量ΔＮ２との平均値である平均変化量ΔＮａを求める。次に、この平均変化量ΔＮａを所定時間Ｔｓで割って、この値を第一時刻ｔ１における回転数変化率とする。
【００８２】
すなわち、ここでは、第一時刻ｔ１と第二時刻ｔ２との間での第一平均回転数変化率と、第一時刻ｔ１と第三時刻ｔ３との間での第二平均回転数変化率との平均値を第一時刻ｔ１における回転数変化率としている。
【００８３】
第一時刻ｔ１と第二時刻ｔ２との間の所定時間Ｔｓ、及び第一時刻ｔ１と第三時刻ｔ３との間の所定時間Ｔｓは、予想される遅れ時間Ｔｄ以下の時間である。
【００８４】
ところで、第一時刻ｔ１における回転数変化率を以上にように求める場合、第一時刻ｔ１に対して未来の時刻である第三時刻ｔ３における第三回転数Ｎ３が必要である。
【００８５】
また、出力演算部１１８において、第一時刻ｔ１での回転数変化率を用いて求められる見掛け上の出力変動分が減算される対象は、第一時刻ｔ１での発電機２０の出力である。この第一時刻ｔ１での発電機２０の出力は、所定時間Ｔｓが予想される遅れ時間Ｔｄ以下の時間である関係上、第一時刻ｔ１に対して所定時間Ｔｓだけ未来の時刻である第三時刻ｔ３よりもさらに未来の時刻、つまり第一時刻ｔ１から遅れ時間Ｔｄ分だけ未来の第四時刻ｔ４に出力計２６から出力される出力である。従って、第一時刻ｔ１での発電機２０の出力が得られる第四時刻ｔ４から見ると、第三時刻ｔ３は過去の時刻である。このため、出力演算部１１８において、第一時刻ｔ１でのガスタービン１０の出力を求める場合には、第三時刻ｔ３が第四時刻ｔ４に対して過去の時刻であるため、第一時刻ｔ１に対して未来の時刻である第三時刻ｔ３における第三回転数Ｎ３を得ることができる。
【００８６】
本実施形態の回転数変化率演算部１３０ａは、以上の方法で回転数変化率を求める。そこで、この回転数変化率演算部１３０ａは、図６に示すように、定数である「２」を出力する定数発生器１３１と、所定時間Ｔｓを出力する時間発生器１３２と、回転数計２５からの回転数を所定時間Ｔｓ遅らせて出力する第一遅延器１３３と、回転数計２５からの回転数と第一遅延器１３３からの回転数との差を求める第一減算器１３４と、第一遅延器１３３からの回転数をさらに所定時間Ｔｓ遅らせて出力する第二遅延器１３５と、第一遅延器１３３からの回転数と第二遅延器１３５からの回転数との差を求める第二減算器１３６と、第一減算器１３４からの出力に第二減算器１３６からの出力を加える加算器１３７と、加算器１３７からの出力を定数発生器１３１からの「２」で割る第一除算器１３８と、第一除算器１３８からの出力を時間発生器１３２からの所定時間Ｔｓで割る第二除算器１３９と、を有する。
【００８７】
ここで、この回転数変化率演算部１３０ａにおいて、回転数計２５から前述の第三時刻ｔ３における第三回転数Ｎ３が出力されたとする。このとき、第一遅延器１３３は、第三時刻ｔ３から所定時間Ｔｓ前の第一時刻ｔ１における第一回転数Ｎ１を出力する。第一減算器１３４は、第一回転数Ｎ１と第三回転数Ｎ３との差である第二回転数変化量ΔＮ２を出力する。また、このとき、第二遅延器１３５は、第一時刻ｔ１から所定時間Ｔｓ前の第二時刻ｔ２における第二回転数Ｎ２を出力する。第二減算器１３６は、第一遅延器１３３からの出力である第一回転数Ｎ１と第二遅延器１３５からの出力である第二回転数Ｎ２との差である第一回転数変化量ΔＮ１を出力する。加算器１３７及び第一除算器１３８では、第一回転数変化量ΔＮ１と第二回転数変化量ΔＮ２との平均値である平均変化量ΔＮａを求める。第二除算器１３９は、平均変化量ΔＮａを所定時間Ｔｓで割って、第一時刻ｔ１における回転数変化率を出力する。
【００８８】
なお、以上では、平均変化量ΔＮａを求めてから、この平均変化量ΔＮａを所定時間Ｔｓで割って回転数変化率を求めているが、第一回転数変化量ΔＮ１及び第二回転数変化量ΔＮ２を求めてから、これらの変化量の変化率を求め、各変化率の平均値を第一時刻ｔ１における回転数変化率としてもよい。
【００８９】
ところで、図７を用いて前述したように、出力演算部１１８において、第一時刻ｔ１での回転数変化率を用いて求められる見掛け上の出力変動分が減算される対象は、第一時刻ｔ１での発電機２０の出力である。この第一時刻ｔ１での発電機２０の出力は、第一時刻ｔ１から遅れ時間Ｔｄ分だけ未来の第四時刻ｔ４に出力計２６から出力される出力である。
【００９０】
一方、第一時刻ｔ１での回転数変化率は、第一時刻ｔ１から所定時間Ｔｓ分だけ未来の第三時刻ｔ３に回転数計２５から出力される回転数を用いて求められる。従って、第一時刻ｔ１での回転数変化率が求められる時刻は、第一時刻ｔ１から所定時間Ｔｓ分だけ未来の第三時刻ｔ３以降になる。
【００９１】
このため、出力変動演算部１２０ａが、第一時刻ｔ１におけるガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐを出力する時刻も、第一時刻ｔ１から所定時間Ｔｓ分だけ未来の第三時刻ｔ３以降になる。よって、出力変動演算部１２０ａからの出力である見掛け上の出力変動Δｐは、すでに所定時間Ｔｓ遅れているので、この見掛け上の出力変動Δｐを（Ｔｄ−Ｔｓ）を遅らせるだけで、この見掛け上の出力変動Δｐと出力計２６からの発電機２０の出力との遅れ時間Ｔｄ差が解消される。
【００９２】
そこで、本実施形態の遅れ時間調節部１１２ａは、第一実施形態と異なり、出力変動演算部１２０ａからの出力である見掛け上の出力変動Δｐを（Ｔｄ−Ｔｓ）を遅らせる。
【００９３】
遅れ時間調節部１１２ａにより（Ｔｄ−Ｔｓ）分遅らされた見掛け上の出力変動Δｐは、出力演算部１１８に送られる。出力演算部１１８では、第一実施形態と同様に、出力計２６からの出力Ｐｇから、この見掛け上の出力変動Δｐが減算されて、減算結果であるガスタービン１０の正味出力Ｐｔが異常判断部１６０に出力される。
【００９４】
以上、本実施形態では、３つの時刻における回転数から回転数変化率を求めているので、より正確な回転数変化率を求めることできる。本実施形態では、図７に示すように、時刻ｔ１を基準にして、この時刻ｔ１と過去の時刻ｔ２との間の平均回転数変化率のみならず、この時刻ｔ１と未来の時刻ｔ３との間の平均回転数変化率も使って、これら平均回転数変化率の平均値を時刻ｔ１での回転数変化率としている。このため、本実施形態では、回転数変化率を求める時刻ｔ１での回転数が極大値又は極小値をとるときには、第一実施形態よりもより正確な回転数変化率を求めることができる。
【００９５】
よって、本実施形態では、第一実施形態より、さらに正確なガスタービン１０の出力、言い換えるとガスタービン１０の正味出力を求めることができる上に、ガスタービン１０の誤トリップをさらに抑えることができる。
【００９６】
「第三実施形態」
次に、図８及び図９を用いて、第三実施形態としての発電プラントについて説明する。
【００９７】
本実施形態の制御装置１００ｂにおける出力算出部１１０ｂは、見掛け出力変動算出部１１１ｂと、見掛け出力変動算出部１１１ｂが求めたガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐと出力計２６で検知された発電機２０の出力Ｐｇとを用いてガスタービン１０の出力Ｐｔを求める出力演算部１１８と、を有する。この見掛け出力変動算出部１１１ｂは、第二実施形態と同様の出力変動演算部１２０ａと、出力計２６の遅れ時間Ｔｄを求める遅れ時間算出部１４０と、遅れ時間算出部１４０が求めた遅れ時間Ｔｄに応じて回転数計２５から出力された回転数を送らせて出力変動演算部１２０ａに出力する遅れ時間調節部１１２ｂと、を有する。
【００９８】
遅れ時間算出部１４０は、出力計２６からの出力と回転数計２５からの回転数との複数の組であって、それぞれの組における一方を所定時間遅らせて出力する遅延部１４１と、遅延部１４１から出力された出力計２６からの出力と回転数計２５からの回転数との複数の組のそれぞれについて、出力の位相と回転数の位相とに関する相関性を求める相関性算出部１４５と、相関性算出部１４５での算出結果に応じて遅れ時間Ｔｄを求める遅れ時間演算部１４８と、を有する。
【００９９】
遅延部１４１は、出力計２６からの出力を遅らせる複数の出力遅延器１４２と、回転数計２５からの出力を遅らせる複数の回転数遅延器１４３とを有している。この遅延部１４１の複数の出力遅延器１４２と複数の回転数遅延器１４３とは、一対一の関係で対応付けられている。この対応付けられている一の出力遅延器１４２と一の回転数遅延器１４３とで、一組の遅延器を成している。よって、遅延部１４１は、複数組の遅延器を有している。複数の出力遅延器１４２は、出力計２６からの出力を遅らせる時間である出力遅延時間ＴＬが相互に異なっている。また、複数の回転数遅延器１４３は、回転数計２５からの回転数を遅らせる時間である回転数遅延時間ＴＨが相互に異なっている。また、組を成す一の出力遅延器１４２と一の回転数遅延器１４３とのうち、出力遅延器１４２の出力遅延時間ＴＬが０でない場合には、回転数遅延器１４３の回転数遅延時間ＴＨが０であり、回転数遅延器１４３の回転数遅延時間ＴＨが０でない場合には、出力遅延器１４２の出力遅延時間ＴＬが０である。
【０１００】
相関性算出部１４５は、複数の遅延器の組毎に、組を成す出力遅延器１４２からの出力の位相と回転数遅延器１４３からの回転数の位相との相関性を示す相関係数を求める相関係数演算器１４６を有している。
【０１０１】
相関係数演算器１４６は、以下の式（３）を用いて、組を成す出力遅延器１４２からの出力の位相と回転数遅延器１４３からの回転数の位相との相関係数Ｃを求める。
【０１０２】
【数１】
2014194174.tif 000003
【０１０３】
式（３）で求められる相関係数Ｃは、−１から１の間の実数値をとる。相関係数Ｃが１のときには正の相関があり、相関係数Ｃが−１のときには負の相関があることになる。
【０１０４】
遅れ時間演算部１４８は、回転数のみを遅らせた複数の組のうちから、相関係数が最も１に近い組、つまり、出力の位相と回転数の位相との相関性が最も高い組を抽出する。さらに、出力のみを遅らせた複数の組のうちから、相関係数が最も−１に近い組、つまり、出力の位相と回転数の位相との相関性が最も低い（逆相関性が高い）組を抽出する。そして、遅れ時間演算部１４８は、相関係数が最も１に近い組の回転数遅延時間ＴＨと、相関係数が最も−１に近い組の出力遅延時間ＴＬとから、出力計２６の遅れ時間Ｔｄを求める。
【０１０５】
遅れ時間演算部１４８は、複数の相関係数演算器１４６からの相関係数のうちで、最も１に近い相関係数、つまり、出力の位相と回転数の位相と相関性が最も高い相関係数を抽出する。そして、遅れ時間演算部１４８は、この相関係数を示す出力と回転数との組み合わせから、出力計２６の遅れ時間Ｔｄを求める。
【０１０６】
ここで、図９に示すように、回転数を遅延させて、回転数の正のピークと出力の正のピークとが一致する回転数遅延時間をＴＨとし、出力を遅延させて、出力の負のピークと回転数の正のピークとが一致する出力遅延時間をＴＬとする。また、回転数に対する出力の遅れ時間をＴｄとし、回転数及び出力の変動周期をＴとする。
【０１０７】
この場合、回転数の位相に対して、出力の位相は理論的にＴ／４遅れるため、回転数遅延時間ＴＨ、及び出力遅延時間ＴＬは、それぞれ、以下の式（４）のように表すことができる。
ＴＨ＝Ｔ／４＋Ｔｄ  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４ａ）
ＴＬ＝Ｔ／４−Ｔｄ  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４ｂ）
【０１０８】
また、式（４ａ），（４ｂ）を用いて、回転数に対する出力の遅れ時間Ｔｄについて解くと、以下の式（５）が得られる。
Ｔｄ＝（ＴＨ−ＴＬ）／２  ・・・・・・・・・・・・・・・（５）
【０１０９】
遅れ時間演算部１４８は、相関係数が最も１に近い組の回転数遅延時間ＴＨと、相関係数が最も−１に近い組の出力遅延時間ＴＬとを式（５）に代入して、遅れ時間Ｔｄを求める。
【０１１０】
なお、ここでは、回転数遅延器１４３と出力遅延器１４２とを設けているが、回転数遅延器１４３のみを設けても、又は出力遅延器１４２のみを設けてもよい。この場合、式（５）を用いず、式（４ａ）のみから遅れ時間Ｔｄを求める、又は式（４ｂ）のみから遅れ時間Ｔｄを求めることになる。但し、式（４ａ）のみから、又は式（４ｂ）のみから遅れ時間Ｔｄを求める場合には、回転数及び出力の変動周期Ｔを予め認識しておく必要がある。
【０１１１】
また、ここでは、回転数のみを遅らせた組のうちで、相関係数が最も１に近い組を抽出し、回転数を遅延させて、回転数の正のピークと出力の正のピークとが一致する回転数遅延時間をＴＨとして、遅れ時間Ｔｄを求めている。しかしながら、回転数のみを遅らせた組のうちで、相関係数が最も−１に近い組を抽出し、回転数を遅延させて、回転数の正のピークと出力の負のピークとが一致する回転数遅延時間をＴＨとして、このＴＨを用いて遅れ時間Ｔｄを求めてもよい。同様に、ここでは、出力のみを遅らせた組のうちで、相関係数が最も−１に近い組を抽出し、出力を遅延させて、回転数の正のピークと出力の負のピークとが一致する回転数遅延時間をＴＨとして、遅れ時間Ｔｄを求めている。しかしながら、出力のみを遅らせた組のうちで、相関係数が最も１に近い組を抽出し、出力を遅延させて、回転数の正のピークと出力の正のピークとが一致する回転数遅延時間をＴＬとして、このＴＬを用いて遅れ時間Ｔｄを求めてもよい。
【０１１２】
すなわち、遅れ時間演算部１４８は、回転数のみを遅らせた複数の組のうちから、相関係数が最も１に近い組を抽出しても、相関係数が最も−１に近い組を抽出してもよい。さらに、遅れ時間算出部１４８は、出力のみを遅らせた複数の組のうちから、相関係数が最も−１に近い組を抽出しても、相関係数が最も１に近い組を抽出してもよい。
【０１１３】
遅れ時間調節部１１２ｂは、回転数計２５が回転数を出力した時点から（Ｔｄ−Ｔｓ）時間待ってから、この回転数を出力変動演算部１２０ａに出力する。すなわち、本実施形態の遅れ時間調節部１１２ｂも、第二実施形態の遅れ時間調節部１１２ａと同様に、入力値を出力する際には、入力値の入力時刻から（Ｔｄ−Ｔｓ）時間後に出力する。従って、出力変動演算部１２０ａには、（Ｔｄ−Ｔｓ）時間遅れた回転数が入力する。なお、前述したように、Ｔｄは遅れ時間であり、Ｔｓは回転数変化率演算部１３０ａにおける回転数のサンプリング間隔の時間である。
【０１１４】
出力変動演算部１２０ａは、第二実施形態と同様に、回転数に基づいてガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐを求める。但し、出力変動演算部１２０ａの回転数変化率演算部１３０ａには、第二実施形態と異なり、（Ｔｄ−Ｔｓ）だけ遅れた回転数が入力する。
【０１１５】
ここで、この出力変動演算部１２０ａでガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐを求めると、この出力変動演算部１２０ａでの処理だけで、第二実施形態において説明したように、見掛け上の出力変動Δｐが回転数のサンプリング間隔の時間である所定時間Ｔｓだけ遅れる。また、この出力変動演算部１２０ａの回転数変化率演算部１２０ａには、前述したように、（Ｔｄ−Ｔｓ）時間遅れた回転数が入力する。よって、本実施形態では、この出力変動演算部１２０ａから出力されたガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐは、すでに遅れ時間Ｔｄだけ遅れている。このため、本実施形態では、第二実施形態と異なり、出力変動演算部１２０ａから出力されたガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐは、遅れ時間調節部を介することなく、出力演算部１１８に入力し、この出力演算部１１８で出力計２６からの出力との差が求められる。
【０１１６】
すなわち、出力計２６からの出力の遅れに対する出力変動の遅れ時間調節は、第一及び第二実施形態のように、出力変動演算部１２０，１２０ａの出力であるガスタービン１０の見掛け上の出力変動に対して行っても、本実施形態のように、出力変動演算部１２０ａの入力値である回転数に対して行ってもよい。さらに、この遅れ時間調節は、出力変動演算部１２０，１２０ａ内で行ってもよい。この場合、出力変動演算部１２０ａにおける第一遅延器１３３及び第二遅延器１３５で回転数を遅らせる所定時間Ｔｓを遅れ時間Ｔｄに設定する。
【０１１７】
以上、本実施形態でも、基本的に、第一及び第二実施形態と同様、発電機２０の出力から正確なガスタービン１０の出力を求めることができると共に、ガスタービン１０の誤トリップを抑えることができる。
【０１１８】
また、本実施形態では、遅れ時間算出部１４０が出力の遅れ時間Ｔｄを求めるので、出力の遅れ時間Ｔｄを求める手間や、遅れ時間調節部１１２ｂに対してこの遅れ時間Ｔｄを設定する手間を省くことができる。さらに、出力計２６の環境変化や出力計２６の経年変化等に起因して、出力の遅れ時間Ｔｄが変化した場合でも、この変化に対して自動的に対応することができる。
【０１１９】
「第四実施形態」
次に、図１０を用いて、第四実施形態としての発電プラントについて説明する。
【０１２０】
本実施形態の制御装置１００ｃにおける出力算出部１１０ｃも、第一、第二及び第三実施形態の出力算出部１００，１１０ａ，１００ｂと同様、見掛け出力変動算出部１１１ｃと、見掛け出力変動算出部１１１ｃが求めたガスタービン１０の見掛け上の出力変動Δｐと出力計２６で検知された発電機２０の出力Ｐｇとを用いてガスタービン１０の出力Ｐｔを求める出力演算部１１８と、を有する。見掛け出力変動算出部１１１ｃは、第二及び第三実施形態と同様の出力変動演算部１２０ａ及び遅れ時間調節部１１２と、さらに、出力計２６の遅れ時間Ｔｄを求める遅れ時間算出部１４０ｃと、を有している。
【０１２１】
本実施形態の出力変動演算部１２０ａには、第三実施形態と異なり、回転数計２５からの回転数が遅れ時間算出部１４０ｃを介することなく入力する。また、本実施形態の遅れ時間算出部１４０ｃは、第三実施形態の遅れ時間算出部１４０と実質的に同じである。但し、本実施形態の遅れ時間算出部１４０ｃは、出力変動演算部１２０ａから出力されたガスタービン１０の見掛け上の出力変動を、自身が求めた遅れ時間Ｔｄに基づき（Ｔｄ−Ｔｓ）だけ遅れるよう、遅れ時間調節部１１２を設定する。
【０１２２】
以上のように、遅れ時間算出部１４０ｃは、第三実施形態のように出力変動演算部１２０ａに対して直列的に設けなくても、出力変動演算部１２０に対して並列的に設けてもよい。
【０１２３】
なお、本実施形態でも、出力変動演算部１２０ａにおける第一遅延器１３３及び第二遅延器１３５で回転数のサンプリング間隔の時間である所定時間Ｔｓを遅れ時間Ｔｄに設定してもよい。
【０１２４】
また、以上の実施形態は、いずれも、発電機の出力と回転数とから求めたガスタービンの出力をガスタービンの異常判断に用いているが、このガスタービンの出力をガスタービンの出力制御に用いてもよい。すなわち、このガスタービンの出力に基づいて、燃焼器に供給する燃料流量等の制御に用いてもよい。
【０１２５】
また、以上の実施形態は、いずれも、ガスタービンが原動機の発電プラントであるが、原動機はガスタービンに限定されるものではなく、例えば、蒸気タービンや風車等であってもよい。
【符号の説明】
【０１２６】
１０…ガスタービン、１１：空気圧縮機、１３：燃焼器、１４：タービン、１７：燃料遮断弁、２０：発電機、２３：遮断器、２５：回転数計、２６：出力計、１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ：制御装置、１１０，１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ：出力算出部、１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ：見掛け出力変動算出部、１１２，１１２ａ，１１２ｂ：遅れ時間調節部、１２０，１２０ａ：出力変動演算部、１３０，１３０ａ：回転数変化率演算部、１４０，１４０ｃ：遅れ時間算出部、１６０：異常判断部、１７０：トリップ信号出力部
【図１】
2014194174.tif 000004
【図２】
2014194174.tif 000005
【図３】
2014194174.tif 000006
【図４】
2014194174.tif 000007
【図５】
2014194174.tif 000008
【図６】
2014194174.tif 000009
【図７】
2014194174.tif 000010
【図８】
2014194174.tif 000011
【図９】
2014194174.tif 000012
【図１０】
2014194174.tif 000013