(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンの起動時に起動過程に応じて順次所定の設定信号を起動制御信号として出力して燃料流量制御弁を制御する起動制御部と、ガスタービンの速度信号から演算される加速率信号とガスタービンの起動中に前記速度信号に応じて設定される加速率設定信号との偏差に基づいて加速率制限制御信号を出力して前記燃料流量制御弁を制御する加速率制限制御部と、定格速度にガスタービンが達した後にガスタービンの速度信号と速度設定信号との偏差信号に基づく速度制御信号を出力して前記燃料流量制御弁を制御する速度制御部と、前記起動制御信号と前記加速率制限制御信号と前記速度制御信号とを入力して低値の信号を選択して前記燃料流量制御弁への開度指令信号として出力する低値選択部を具備するガスタービン制御装置において、
前記起動制御部は、前記低値選択部によって前記加速率制限制御信号が前記開度指令信号として選択されているとき、前記開度指令信号に所定値を加算した上限変化率制限信号によって制限した信号を前記起動制御信号として前記低値選択部へ出力する手段を設けたことを特徴とするガスタービン制御装置。
【請求項２】
ガスタービンの起動時に起動過程に応じて順次所定の設定信号を起動制御信号として出力して燃料流量制御弁を制御する起動制御部と、ガスタービンの速度信号から演算される加速率信号とガスタービンの起動中に前記速度信号に応じて設定される加速率設定信号との偏差に基づいて加速率制限制御信号を出力して前記燃料流量制御弁を制御する加速率制限制御部と、定格速度にガスタービンが達した後にガスタービンの速度信号と速度設定信号との偏差信号に基づく速度制御信号を出力して前記燃料流量制御弁を制御する速度制御部と、前記起動制御信号と前記加速率制限制御信号と前記速度制御信号とを入力して低値の信号を選択して前記燃料流量制御弁への開度指令信号として出力する低値選択部を具備するガスタービン制御装置において、
前記起動制御部は、前記開度指令信号に所定値を加算した上限制限信号と前記起動過程の所定の設定信号とのいずれか低値の信号を所定の変化率をもって制限した信号を前記起動制御信号として前記低値選択部へ出力する手段を設けたことを特徴とするガスタービン制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンを用いた発電プラントを制御するガスタービン制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、発電プラントにおける発電機の駆動にガスタービンが用いられており、このガスタービンは、ガスタービン制御装置によって制御される。このようなガスタービンを用いた発電プラントの一例として、図４にガスタービン発電プラントの概略系統図を示す。
【０００３】
図４において、ガスタービン発電プラントでは、ガスタービン１と発電機２と起動モータ３などが同軸上で結合されており、ガスタービン１により軸を回転させ、発電機２から電力を取出すように構成され、起動モータ３は、ガスタービン１の自立速度到達まで図示していないトルクコンバータを介して軸に回転トルクを与えるようになっている。
【０００４】
ガスタービン１は、圧縮機１ａで得られる高圧空気を燃焼器１ｂに供給すると同時に、燃料流量制御弁４から燃料を燃焼器１ｂに供給して燃焼を生じさせ、燃焼器１ｂから出力された燃焼ガスにより、回転トルクを得るように構成されている。
【０００５】
図５は、上述したガスタービンの制御をするガスタービン制御装置の構成図である。
【０００６】
ガスタービン制御装置は、大別して速度制御部５と起動制御部６と加速率制限制御部７とから構成されており、これらの各制御部から出力される各制御信号を低値選択部８に入力し、この低値選択部８によって選択された信号が燃料流量制御弁４の開度指令信号として、燃焼器１ｂに供給する燃料流量を制御するように構成されている。
【０００７】
ここで、速度制御部５は、定格速度信号を設定する設定手段５ａの設定信号と計測された速度信号とを偏差算出手段５ｄへ入力し、得られる偏差信号を比例制御手段５ｂに入力し、この比例制御手段５ｂからの出力信号と無負荷定格速度時の燃料流量制御弁４の開度を設定する設定手段５ｃの出力信号とを加算して速度制御信号として出力するものである。
【０００８】
また、起動制御部６は、着火開度信号を設定する設定手段６ａと暖気開度信号を設定している設定手段６ｂと定格速度信号での燃料流量制御弁４の開度上限信号を設定する設定手段６ｃと発電機を系統に併入しているときの上限値信号を設定する設定手段６ｄのそれぞれから出力される設定信号のそれぞれを対応するスイッチ６ｅ〜６ｈで選択し、選択された設定信号を変化率リミッタ６ｉを介して起動制御信号として出力するものである。
【０００９】
なお、起動制御部６において、ガスタービン起動前は、全てのスイッチ６ｅ〜６ｈが開とされており、速度制御部５からの速度制御信号は、全閉の開度指令信号を出力している。また、ガスタービン運転中は、スイッチ６ｅ〜６ｈがスケジュール的に順次閉となるように構成されている。
【００１０】
加速率制限制御部７は、速度信号を関数発生手段７ａへ入力して加速率設定信号を発生させると共に、速度信号を加速率演算手段７ｂに入力して実加速率信号を演算し、これらの信号を偏差算出手段７ｅへ入力させ得られる偏差信号をＰＩ演算手段７ｃへ入力し、ＰＩ演算手段７ｃの演算結果を加速率制限制御信号として出力するものである。
【００１１】
また、加速率制限制御部７の加速率制限制御信号が低値選択部８において選択されていないとき、スイッチ７ｄを閉として低値選択部８の出力信号をＰＩ演算手段７ｃの出力信号にトラッキングさせるようにして、ＰＩ演算手段７ｃ内の積分手段の出力が低値選択部８の出力信号と同一値にして、積分手段が飽和しないように構成されている。
【００１２】
次に、図４および図５を参照してガスタービン発電プラントの起動方法について説明する。
【００１３】
まず、起動モータ３が起動されると、所定時間のパージ運転が行われ、その後に起動モータ３のトルクを下げてガスタービン１の着火速度まで速度降下を行う。
【００１４】
着火速度に到達すると、起動モータ３のトルクを増加させると同時に、スイッチ６ｅが閉じられ起動制御部６からの起動制御信号が低値選択部８の着火開度信号によって、燃料流量制御弁４が開かれてガスタービン１の着火が行われる。
【００１５】
ガスタービン１の着火が行われると、スイッチ６ｆが閉じられ起動制御部６から暖気開度信号が低値選択部８から出力され、着火開度からガスタービン暖気開度まで燃料流量制御弁４が閉じられ、所定時間暖気運転が行われる。
【００１６】
その後、起動制御部６では、暖気開度信号から定格速度信号における開度指令上限値信号まで、所定のレートにより燃料流量制御弁４の開度制御を行う。これによって、燃料流量制御弁４の開度が所定レートで上昇を始める。
【００１７】
さらに、その後、起動モータ３のトルクの増加と燃料流量の増加によりガスタービン１が加速を開始する。このガスタービン１の加速率が加速率制限制御部７の出力である加速率の制限を越えると、加速率制限制御部７の加速率制限制御信号が低値選択部８により選択され、燃料流量が減少されて、ガスタービンの加速率を下げる。ガスタービンの加速率が下がると、加速率制限制御部７の加速率制限制御信号が上昇し、ガスタービンの加速率が上昇する。このようにして、定格速度到達までの速度上昇が、加速率制限制御部７からの加速率制限制御信号により制御される。
【００１８】
やがて、定格速度に到達すると速度制御部５の速度制御信号が低値選択部８により選択され、定格速度一定の制御が行われる。その後、発電機２の出力系統に併入し、ガスタービン１の出力を上昇させて負荷上昇を行う。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４および図５で説明したガスタービン制御装置では、起動モータ３の異常に基づく停止時等に燃料流量制御弁４の制御信号が急上昇させ燃焼ガス温度の急上昇に伴ってガスタービンに熱衝撃を与え寿命を短くするという問題がある。
【００２０】
例えば、起動モータ３の異常，図示しないトルクコンバータ異常等によりトルク不足に陥ったときまたは起動モータ３を停止させたとき、トルクの減少から加速率が減少し、これを補うために加速率制限制御部７の出力が急上昇し、起動制御部６からの起動制御信号を越えるまでは燃料流量が急上昇することがある。
【００２１】
上記現象を図６を参照して説明すると、まず、図示下段のように起動制御部６の起動制御信号が所定のレートで増加しており、これに対する加速率制限制御部７の加速率制限制御信号が波を打つように出力され低値選択部８から低値の加速率制限制御部７の加速率制限制御信号が選択されている。一方、図示上段のようにガスタービン速度信号が徐々に上昇し、燃焼ガス温度信号はほぼ平衡している。
【００２２】
このような状態のとき時刻ｔ１に起動モータ３を停止させると、トルク不足からガスタービン速度信号が図示するように一時所定の速度の上昇が抑制され、横這いとなる。これに対応して加速率制限制御部７へ入力する速度信号も横這い傾向となり、加速率演算手段７ｂからの加速率信号が減少して加速率制限制御部７からの加速率制限制御信号が急上昇して低値選択部８から出力される。
【００２３】
この結果、燃料流量制御弁４の燃料流量を急上昇させこれに応じて燃焼ガス温度が急上昇する。その後に、時刻ｔ２になると起動制御部６の起動制御信号が低値選択部８により選択されるが、ガスタービン速度信号の上昇によって加速率制限制御部７の加速率制限制御信号が低下し、再び時刻ｔ３に加速率制限制御部７の加速率制限制御信号が低値選択部８によって選択される。この間に、図６の上段に示すように燃焼ガス温度信号が大幅に急上昇し急降下するためにガスタービン１に大きな熱衝撃を与える。
【００２４】
そこで、本発明は起動時にトルク不足に陥ったとき、燃料流量制御弁４への開度指令信号の急上昇を防止してガスタービンへの熱衝撃を抑制するガスタービン制御装置を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ガスタービンの起動時に起動過程に応じて順次所定の設定信号を起動制御信号として出力して燃料流量制御弁を制御する起動制御部と、ガスタービンの速度信号から演算される加速率信号とガスタービンの起動中に速度信号に応じて設定される加速率設定信号との偏差に基づいて加速率制限制御信号を出力して燃料流量制御弁を制御する加速率制限制御部と、定格速度にガスタービンが達した後にガスタービンの速度信号と速度設定信号との偏差信号に基づく速度制御信号を出力して燃料流量制御弁を制御する速度制御部と、起動制御信号と加速率制限制御信号と速度制御信号とを入力して低値の信号を選択して燃料流量制御弁への開度指令信号として出力する低値選択部を具備するガスタービン制御装置において、起動制御部は、低値選択部によって加速率制限制御信号が開度指令信号として選択されているとき、開度指令信号に所定値を加算した上限変化率制限信号によって制限した信号を起動制御信号として低値選択部へ出力する手段を設けるようにしたものである。この構成により、開度指令信号である加速率制限制御信号に対して所定値上限側に起動制御信号が追従するようにしたために、起動トルク不足によって加速率制限制御信号が上昇しても前記所定値以上に開度指令信号が上昇することがなく、燃焼ガス温度の急上昇を防止してガスタービンへの熱衝撃を抑制できる。
【００２６】
請求項２の発明は、ガスタービンの起動時に起動過程に応じて順次所定の設定信号を起動制御信号として出力して燃料流量制御弁を制御する起動制御部と、ガスタービンの速度信号から演算される加速率信号とガスタービンの起動中に速度信号に応じて設定される加速率設定信号との偏差に基づいて加速率制限制御信号を出力して燃料流量制御弁を制御する加速率制限制御部と、定格速度にガスタービンが達した後にガスタービンの速度信号と速度設定信号との偏差信号に基づく速度制御信号を出力して燃料流量制御弁を制御する速度制御部と、起動制御信号と加速率制限制御信号と速度制御信号とを入力して低値の信号を選択して燃料流量制御弁への開度指令信号を出力する低値選択部を具備するガスタービン制御装置において、起動制御部は、開度指令信号に所定値を加算した上限制限信号と起動過程の所定の設定信号とのいずれか低値の信号を所定の変化率をもって制限した信号を起動制御信号として低値選択部へ出力する手段を設けるようにしたものである。この構成により、起動制御部の各設定信号および開度指令信号に対して所定値を加算した信号のいずれか低値の信号が開度指令信号に追従するようにしたために起動トルク不足によって加速率制限制御信号が上昇しても前記所定値以上に開度指令信号が上昇することがなく、燃焼ガス温度の急上昇を防止してガスタービンへの熱衝撃を抑制できる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２８】
図１は、発明の第１の実施の形態を示すガスタービン制御装置の構成図で、図１が従来例を示す図５と同一符号は、同一部分または相当部分を示しており、図１において図５と相違する主な点は、起動制御部６の代わりに構成を異にする起動制御部６Ａを設けて起動時にトルク不足となっても燃焼ガス温度の急上昇を防止するようにしたことである。
【００２９】
ここで、起動制御部６Ａは、設定手段６ａ〜６ｄとスイッチ６ｅ〜６ｈと変化率リミッタ６ｉと設定手段６ｊとスイッチ６ｋと加算手段６ｍからなっている。
【００３０】
設定手段６ａは着火開度信号を出力し、設定手段６ｂは暖気開度信号を出力し、設定手段６ｃは定格速度での燃料流量制御弁４の開度上昇信号を出力し、設定手段６ｄは併入時の上限値信号を出力する。
【００３１】
スイッチ６ｅ〜６ｈはガスタービン１の起動前全てを開とされ、ガスタービン起動過程に応じて順次閉となるよう構成されている。変化率リミッタ６ｉは設定手段６ａ〜６ｄから対応するスイッチ６ｅ〜６ｈを介して入力した入力信号に対して上限値変化率で制限して起動制御信号を出力する一方、スイッチ６ｋを介して開度指令信号に基づく第２の上限値信号によって制限された信号を起動制御信号とするものである。
【００３２】
設定手段６ｊは開度指令信号に所定値を加算するために設定信号を出力する。スイッチ６ｋは定格速度に到達する前で低値選択部８により起動制御部６Ａの起動制御信号が選択されないとき閉とする。加算手段６ｍは開度指令信号と設定手段６ｊの設定信号を加算する。
【００３３】
次に、図１および図２を参照してガスタービン発電プラントの起動時の作用について説明する。
【００３４】
まず、起動モータ３が起動されると、所定時間のパージ運転が行われ、その後に起動モータ３のトルクを下げてガスタービン１の着火速度まで速度降下を行う。
【００３５】
着火速度に到達すると、起動モータ３のトルクを増加させると同時に、起動制御部６Ａから燃料流量制御弁４の着火開度信号が出力され、燃料流量制御弁４が開かれてガスタービン１の着火が行われる。
【００３６】
ガスタービン１の着火が行われると、起動制御部６Ａから暖気開度信号が出力され、着火開度からガスタービン暖気開度まで燃料流量制御弁４が閉じられ、所定時間暖気運転が行われる。
【００３７】
その後、起動制御部６では、暖気開度信号から定格速度信号における開度指令上限値信号まで、所定のレートで燃料流量制御弁４の開度制御を行う。これによって、燃料流量制御弁４の開度が所定レートで上昇を始める。この場合に、スイッチ６ｋは開となっており、所定の第１の上限値の変化率で制限され変化率リミッタ６ｉによって起動制御信号が出力されている。
【００３８】
さらに、その後、起動モータ３のトルクの増加と燃料流量の増加によりガスタービン１の速度が加速を開始する。このガスタービン１の加速率が加速率制限制御部７の出力である加速率の制限を越えると、加速率制限制御部７の加速率制限制御信号が低値選択部８により選択される。
【００３９】
ここで、低値選択部８によって加速率制限制御部７からの加速率制限制御信号が選択されると、スイッチ６ｋが閉となり、変化率リミッタ６ｉからの起動制御信号が第２の上限値信号によって制限される。この結果、図２に示すように起動制御部６からの起動制御信号が加速率制限制御部７の加速率制限信号よりわずか上位（図示α）に追従するように推移する。
【００４０】
その後、時刻ｔ１に起動モータ３が停止すると速度信号の停滞に伴って加速率制限制御部７からの加速率制限制御信号が急上昇し、時刻ｔ２になると低値選択部８によって起動制御部６からの起動制御信号が再び選択される。
【００４１】
この場合に、起動制御部６から起動制御信号は第２の上限値で制限され、急上昇することなく推移する。従って、図６に示す従来のように燃焼ガス温度が急上昇することがなく、図２の上段のようにわずかの燃焼ガス温度の上昇に抑えられる。そして、時刻ｔ３になって再び加速率制限制御部７からの加速率制限制御信号が低値選択部８によって選択される。
【００４２】
このように第１の実施の形態によれば、開度指令信号である加速率制限制御信号に対して所定値上限側に起動制御信号が追従するようにしたために、起動トルク不足によって加速率制限制御信号が上昇しても前記所定値以上に開度指令信号が上昇することがなく、燃焼ガス温度の急上昇を防止してガスタービンへの熱衝撃を抑制できる。
【００４３】
次に、発明の第２の実施の形態を図３を参照して説明する。
【００４４】
図３が従来例を示す図５と同一符号は、同一部分または相当部分を示しており、図３において図５と異なる主な点は、起動制御部６の構成を異にする起動制御部６Ｂを設け、起動時にトルク不足になったときでも燃焼ガス温度の急変を防止するようにしている。
【００４５】
ここで、起動制御部６Ｂは、設定手段６ａ〜６ｄとスイッチ６ｅ〜６ｈと変化率リミッタ６ｉと設定手段６ｊと加算手段６ｍと低値選択器６ｎとからなっている。
【００４６】
設定手段６ａは着火開度信号を出力し、設定手段６ｂは暖気開度信号を出力し、設定手段６ｃは定格速度での燃料流量制御弁４の開度上昇信号を出力し、設定手段６ｄは併入時の上限値信号を出力する。
【００４７】
スイッチ６ｅ〜６ｈはガスタービン１の起動前全てを開とされ、ガスタービン起動過程に応じて順次閉となるよう構成されている。
【００４８】
設定手段６ｊは開度指令信号に所定値を加算するために設定信号を出力する。低値選択手段６ｎは設定手段６ａ〜６ｄのいずれかの信号と開度指令信号に所定の設定信号を加算した信号のいずれか低値を変化率リミッタ６ｉへ出力する。
【００４９】
以上の構成で、第１の実施の形態と同様に、始めに起動制御部６の起動制御信号によって起動され、暖気開度信号から定格速度の開度指令上限値まで変化率リミッタ６ｉによって所定の変化率で制限された起動制御信号が低値選択部８で選択され、この信号が燃料流量制御弁４へ開度指令信号として出力される。
【００５０】
次に、加速率制限制御部７の加速率制限制御信号が減少して低値選択部８によって選択される。この場合に、起動制御部６の低値選択器６ｎには、加速率制限制御信号と同じ開度指令信号に所定の設定信号を加算した信号とが入力され、この信号が低値選択手段６ｎにより選択され所定の変化率により制限され起動制御部６から起動制御信号として出力され、図２に示すと同様に加速率制限制御信号に対して所定の設定信号の幅（図示α）を追従した状態となっている。
【００５１】
これによって、時刻ｔ１に起動モータ３が停止し、加速率制限制御部７の加速率制限制御信号が急上昇しても起動制御部６の所定の変化率で制限される起動制御信号が低値選択部８によって選択され、図６に示すように加速率制限制御信号が急上昇することがないために燃焼ガス温度の上昇が防止される。
【００５２】
このように、発明の第２の実施の形態によれば、起動制御部の各設定信号および開度指令信号に対して所定値を加算した信号のいずれか低値の信号が開度指令信号に追従するようにしたために起動トルク不足によって加速率制限制御信号が上昇しても前記所定値以上に開度指令信号が上昇することがなく、燃焼ガス温度の急上昇を防止してガスタービンへの熱衝撃を抑制できる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、開度指令信号である加速率制限制御信号に対して所定値上限側に起動制御信号が追従するようにしたために、起動トルク不足によって加速率制限制御信号が上昇しても前記所定値以上に開度指令信号が上昇することがなく、燃焼ガス温度の急上昇を防止してガスタービンへの熱衝撃を抑制できる。
【００５４】
請求項２の発明によれば、起動制御部の各設定信号および開度指令信号に対して所定値を加算した信号のいずれか低値の信号が開度指令信号に追従するようにしたために起動トルク不足によって加速率制限制御信号が上昇しても前記所定値以上に開度指令信号が上昇することがなく、燃焼ガス温度の急上昇を防止してガスタービンへの熱衝撃を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すガスタービン制御装置の構成図である。
【図２】図１のガスタービン制御装置の作用を示す説明図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示すガスタービン制御装置の構成図である。
【図４】ガスタービン発電プラントを示す概略系統図である。
【図５】従来のガスタービン制御装置を示す構成図である。
【図６】図５のガスタービン制御装置の作用を示す説明図である。
【符号の説明】
１  ガスタービン
１ａ  圧縮機
１ｂ  燃焼器
２  発電機
３  起動モータ
４  燃料流量制御弁
５  速度制御部
５ａ，５ｃ，６ａ〜６ｄ，６ｊ  設定手段
５ｂ  比例制御手段
５ｄ，７ｅ  偏差算出手段
６  起動制御部
６ｅ〜６ｈ，６ｋ，７ｄ，  スイッチ
６ｉ  変化率リミッタ
６ｍ  加算手段
６ｎ  低値選択手段
７  加速率制限制御部
７ａ  関数発生手段
７ｂ  加速率演算手段
７ｃ  ＰＩ演算手段
８  低値選択部
【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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【図６】
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