(57)【要約】【課題】急速に負荷を降下させて運転を継続するガスタービン制御を可能にする制御装置を提供する。【解決手段】制御装置は、ガスタービンの目標出力と実際の出力との偏差に基づくフィードバック制御により燃料流量指令値を出力する通常制御と、フィードバック制御を行うことなくガスタービンの出力を所定の第１時間で所定の目標出力まで低下させる燃料流量指令値を出力する負荷降下制御との何れかを選択して実行し、負荷降下制御が選択された場合、負荷降下制御の実行と並行して、空燃比が所定範囲に収まるようにガスタービンの圧縮機に流入する空気流量を低下させる制御を行う。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンの目標出力と実際の出力との偏差に基づくフィードバック制御により燃料流量指令値を算出する通常制御と、フィードバック制御を行うことなく前記ガスタービンの出力を所定の第１時間で所定の目標出力まで低下させるような前記燃料流量指令値を算出する負荷降下制御との何れかを選択して実行する燃料流量指令算出部と、
前記燃料流量指令算出部による前記負荷降下制御の実行と並行して、燃空比が所定範囲に収まるように前記ガスタービンの圧縮機に流入する空気流量を低下させる制御を行う空気吸入流量制御部と、
を備える制御装置。
【請求項２】
前記負荷降下制御を選択した場合、燃料流量指令算出部は、前記燃料流量指令値を前記目標出力に相当する値へ低下させるまでの低下速度を、大気温度に応じて変更する、
請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記負荷降下制御が選択された場合に、前記燃料流量指令値を前記目標出力に相当する値へ低下させるまでの第１時間と、前記圧縮機に流入する空気流量を所定の目標流量に低下させるまでの第２時間との差が所定の値以下である、
請求項１に記載の制御装置。
【請求項４】
前記第１時間および第２時間が、２秒以上５秒以下の範囲である、
請求項１から請求項３の何れか１つに記載の制御装置。
【請求項５】
前記負荷降下制御が選択された場合の前記ガスタービンの出力の低下速度が、１００％毎分より高速である、
請求項１から請求項４の何れか１つに記載の制御装置。
【請求項６】
前記負荷降下制御が選択された場合の前記ガスタービンの出力の低下速度が、８００％毎分以上、２０００％毎分以下である、
請求項１から請求項４の何れか１つに記載の制御装置。
【請求項７】
前記負荷降下制御が選択された場合の前記ガスタービンの前記目標出力が、前記ガスタービンの定格出力の３０％以上４０％以下である、
請求項１から請求項６の何れか１つに記載の制御装置。
【請求項８】
前記負荷降下制御時に前記ガスタービンの燃焼器で異常燃焼が発生している場合、前記燃料流量指令値が、前記目標出力に相当する値に到達するタイミングで、前記燃焼器に設けられた複数のノズルのうち、最も上流側に設けられた第１ノズルからの燃料供給を停止する停止制御と、前記第１ノズルを除く他の前記ノズルの間での燃料供給配分比を、前記停止制御後の配分比に切り替える配分切換制御とを実行する燃料配分制御部、
をさらに備える請求項１から請求項７の何れか１つに記載の制御装置。
【請求項９】
前記燃料配分制御部は、前記第１ノズルを除く他の前記ノズルのうち、前記燃焼器で形成される予混合火炎を保炎する予混火炎を形成するための前記ノズルの前記燃料供給配分比について、前記第１ノズルからの燃料供給の停止による一時的な燃料供給量の減少を補う補正を行う、
請求項８に記載の制御装置。
【請求項１０】
前記ガスタービンの燃焼器に設けられた複数のノズルのうち、燃焼振動に関係する第２ノズルに対する燃料配分比について、前記負荷降下制御時の一の時刻における負荷に応じた燃焼負荷指令値と、前記一の時刻における前記第２ノズルの前記燃料配分比との関係が、燃焼振動が生じる可能性が高い関係となることを回避するような補正を前記第２ノズルの前記燃料配分比に対して行う第２燃料配分制御部、
をさらに備える請求項１から請求項９の何れか１項に記載の制御装置。
【請求項１１】
圧縮機と、
燃焼器と、
タービンと、
請求項１から請求項１０の何れか１つに記載の制御装置と、
を備えるガスタービン。
【請求項１２】
ガスタービンの目標出力と実際の出力との偏差に基づくフィードバック制御により燃料流量指令値を算出する通常制御と、フィードバック制御を行うことなく前記ガスタービンの出力を所定の第１時間で所定の目標出力まで低下させるような前記燃料流量指令値を算出する負荷降下制御との何れかを選択して実行するステップと、
前記負荷降下制御の実行と並行して、燃空比が所定範囲に収まるように前記ガスタービンの圧縮機に流入する空気流量を低下させる制御を行うステップと、
を有する制御方法。
【請求項１３】
コンピュータを、
ガスタービンの目標出力と実際の出力との偏差に基づくフィードバック制御により燃料流量指令値を算出する通常制御と、フィードバック制御を行うことなく前記ガスタービンの出力を所定の第１時間で所定の目標出力まで低下させるような前記燃料流量指令値を算出する負荷降下制御との何れかを選択して実行する手段、
前記負荷降下制御の実行と並行して、燃空比が所定範囲に収まるように前記ガスタービンの圧縮機に流入する空気流量を低下させる制御を行う手段、
として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置、ガスタービン、制御方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン発電プラントで異常が生じた場合、負荷遮断を行って対処することがある。負荷遮断を行うと、ガスタービンは停止する。発電プラントから再び電力を供給するためには、ガスタービンを再稼働する必要がある。その為、発電事業者は、負荷遮断から再稼働して再び電力供給が可能となるまでの間、発電による利益機会を逸失する。これに対し、異常が生じた場合でも、ガスタービンを停止することなく、負荷を下げた状態で運転を継続し、異常への対処が完了した後に定格出力まで回復させるような運転に対するニーズがある。このような運転が可能であれば、発電事業者は、発電機会の逸失を回避することができる。
【０００３】
特許文献１には、負荷遮断時における複数の燃料系統に対する燃料配分の制御方法について記載されている。特許文献１の制御方法によれば、負荷遮断時に燃焼器での失火を防ぐことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１５９７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
負荷遮断の代わりに上記の運転を実現するためには、安全確保や機器保護のために急速に、例えば、毎分８００％以上の速度で負荷を降下させつつ、ガスタービンの運転を継続しなければならない。この運転を実現するためには、１）圧縮機のサージを回避しながら圧縮機の空気吸入量を低下させる、２）燃焼器の失火を防ぐ、といった技術課題が存在する。これまでに、これらの技術課題を解決する技術は提供されていない。
【０００６】
そこで本発明は、上述の課題を解決することのできる制御装置、ガスタービン、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】
本発明の第１の態様によれば、制御装置は、ガスタービンの目標出力と実際の出力との偏差に基づくフィードバック制御により燃料流量指令値を算出する通常制御と、フィードバック制御を行うことなく前記ガスタービンの出力を所定の第１時間で所定の目標出力まで低下させるような前記燃料流量指令値を算出する負荷降下制御との何れかを選択して実行する燃料流量指令算出部と、前記燃料流量指令算出部による前記負荷降下制御の実行と並行して、燃空比が所定範囲に収まるように前記ガスタービンの圧縮機に流入する空気流量を低下させる制御を行う空気吸入流量制御部と、を備える。
【０００８】
また、本発明の第２の態様によれば、前記負荷降下制御を選択した場合、燃料流量指令算出部は、前記燃料流量指令値を前記目標出力に相当する値へ低下させるまでの低下速度を、大気温度に応じて変更する。
【０００９】
また、本発明の第３の態様によれば、前記負荷降下制御が選択された場合に、前記燃料流量指令値を前記目標出力に相当する値へ低下させるまでの第１時間と、前記圧縮機に流入する空気流量を所定の目標流量に低下させるまでの第２時間との差が所定の値以下である。
【００１０】
また、本発明の第４の態様によれば、前記第１時間および第２時間が、２秒以上５秒以下の範囲である。
【００１１】
また、本発明の第５の態様によれば、前記負荷降下制御が選択された場合の前記ガスタービンの出力の低下速度が、１００％毎分より高速である。
【００１２】
また、本発明の第６の態様によれば、前記負荷降下制御が選択された場合の前記ガスタービンの出力の低下速度が、８００％毎分以上、２０００％毎分以下である。
【００１３】
また、本発明の第７の態様によれば、前記負荷降下制御が選択された場合の前記ガスタービンの前記目標出力が、前記ガスタービンの定格出力の３０％以上４０％以下である。
【００１４】
また、本発明の第８の態様によれば、前記制御装置は、前記負荷降下制御時に前記ガスタービンの燃焼器で異常燃焼が発生している場合、前記燃料流量指令値が、前記目標出力に相当する値に到達するタイミングで、前記燃焼器に設けられた複数のノズルのうち、最も上流側に設けられた第１ノズルからの燃料供給を停止する停止制御と、前記第１ノズルを除く他の前記ノズルの間での燃料供給配分比を、前記停止制御後の配分比に切り替える配分切換制御とを実行する燃料配分制御部、をさらに備える。
【００１５】
また、本発明の第９の態様によれば、前記燃料配分制御部は、前記第１ノズルを除く他の前記ノズルのうち、前記燃焼器で形成される予混合火炎を保炎する予混火炎を形成するための前記ノズルの前記燃料供給配分比について、前記第１ノズルからの燃料供給の停止による一時的な燃料供給量の減少を補う補正を行う。
【００１６】
また、本発明の第１０の態様によれば、前記制御装置は、前記ガスタービンの燃焼器に設けられた複数のノズルのうち、燃焼振動に関係する第２ノズルに対する燃料配分比について、前記負荷降下制御時の一の時刻における負荷に応じた燃焼負荷指令値と、前記一の時刻における前記第２ノズルの前記燃料配分比との関係が、燃焼振動が生じる可能性が高い関係となることを回避するような補正を前記第２ノズルの前記燃料配分比に対して行う第２燃料配分制御部、をさらに備える。
【００１７】
また、本発明の第１１の態様によれば、ガスタービンは、圧縮機と、燃焼器と、タービンと、上記の何れかに記載の制御装置を備える。
【００１８】
また、本発明の第１２の態様によれば、制御方法は、ガスタービンの目標出力と実際の出力との偏差に基づくフィードバック制御により燃料流量指令値を算出する通常制御と、フィードバック制御を行うことなく前記ガスタービンの出力を所定の第１時間で所定の目標出力まで低下させるような前記燃料流量指令値を算出する負荷降下制御との何れかを選択して実行するステップと、前記負荷降下制御の実行と並行して、燃空比が所定範囲に収まるように前記ガスタービンの圧縮機に流入する空気流量を低下させる制御を行うステップと、を有する。
【００１９】
また、本発明の第１３の態様によれば、プログラムは、コンピュータを、ガスタービンの目標出力と実際の出力との偏差に基づくフィードバック制御により燃料流量指令値を算出する通常制御と、フィードバック制御を行うことなく前記ガスタービンの出力を所定の第１時間で所定の目標出力まで低下させるような前記燃料流量指令値を算出する負荷降下制御との何れかを選択して実行する手段、前記負荷降下制御の実行と並行して、燃空比が所定範囲に収まるように前記ガスタービンの圧縮機に流入する空気流量を低下させる制御を行う手段、として機能させる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、圧縮機のサージや燃焼器における失火を防ぎつつ急速に負荷を低下させ、ガスタービンの運転を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る一実施形態におけるガスタービンプラントの系統図である。
【図２】本発明に係る一実施形態における燃焼器の第１の断面図である。
【図３】本発明に係る一実施形態における燃焼器の要部断面図である。
【図４】本発明に係る一実施形態における燃焼器の第２の断面図である。
【図５】本発明に係る一実施形態における制御装置のブロック図である。
【図６】本発明に係る一実施形態における制御方法を説明する図である。
【図７】本発明に係る一実施形態における燃料流量指令値の制御例を示す図である。
【図８】本発明に係る一実施形態におけるＩＧＶ開度の制御例を示す図である。
【図９】本発明に係る一実施形態における燃料ノズルの制御例を示す第１の図である。
【図１０】本発明に係る一実施形態における燃料ノズルの制御例を示す第２の図である。
【図１１】負荷変化時における燃料供給配分比とＣＬＣＳＯの関係の一例を示す図である。
【図１２】本発明に係る一実施形態における制御の一例を示すフローチャートである。
【図１３】本発明に係る一実施形態における制御を実行したときの制御値及び状態量のタイミングチャートである。
【図１４】本発明に係る一実施形態における制御による効果を説明する図である。
【図１５】本発明の一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】
【００２２】
＜実施形態＞
以下、本発明の一実施形態によるガスタービンの瞬時負荷低下制御について図１〜図１５を参照して説明する。
図１は、本発明に係る一実施形態におけるガスタービンプラントの系統図である。
図２は、本発明に係る一実施形態における燃焼器の第１の断面図である。
図３は、本発明に係る一実施形態における燃焼器の要部断面図である。
本実施形態のガスタービンプラントは、図１に示すように、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２９と、を備えている。ガスタービン１０は、空気を圧縮する圧縮機１１と、圧縮機１１で圧縮された空気中で燃料Ｆを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器３１と、高温高圧の燃焼ガスにより駆動するタービン２１と、を備えている。
【００２３】
圧縮機１１は、軸線を中心として回転する圧縮機ロータ１３と、この圧縮機ロータ１３を回転可能に覆う圧縮機ケーシング１２と、この圧縮機ケーシング１２の吸込み口に設けられているＩＧＶ（inlet guide vane）１４と、を有する。ＩＧＶ１４は、複数のガイドベーン１５と、複数のガイドベーン１５を駆動する駆動器１６とを有し、圧縮機ケーシング１２内に吸い込まれる空気の流量を調節する。
【００２４】
タービン２１は、燃焼器３１からの燃焼ガスにより、軸線を中心として回転するタービンロータ２３と、このタービンロータ２３を回転可能に覆うタービンケーシング２２と、を有する。タービンロータ２３と圧縮機ロータ１３とは、同一の軸線を中心として回転するもので、相互に連結されて、ガスタービンロータ２８を成している。このガスタービンロータ２８には、発電機２９のロータが接続されている。
【００２５】
燃焼器３１は、図２に示すように、タービンケーシング２２に固定されている外筒３２と、タービンケーシング２２内に配置され、燃焼ガスをタービン２１の燃焼ガス流路中に送る燃焼筒（又は尾筒）３３と、この燃焼筒３３内に燃料及び空気を供給する燃料供給器４１と、を備える。
【００２６】
燃料供給器４１は、図２に示すように、内筒４２と、内筒４２の中心軸線上に配置されているパイロットバーナ４３と、このパイロットバーナ４３を中心として周方向に等間隔で配置されている複数のメインバーナ５３と、外筒３２の内周側で内筒４２の外周側に配置されているトップハットノズル５１と、を有する。なお、以下では、内筒４２の中心軸線が延びる方向で、燃焼筒３３内で燃焼ガスＧが流れていく側を下流側とし、その反対側を上流側とする。
【００２７】
パイロットバーナ４３は、内筒４２の中心軸線上に配置されているパイロットノズル４４と、パイロットノズル４４の外周を囲みパイロットノズル４４と同軸に設けられた筒状のパイロットガイド４５と、を有する。パイロットノズル４４の外周には、パイロットガイド４５によって形成されたパイロット空気Ａｐを流通させるためのパイロット空気流路４８が形成されている。パイロットノズル４４の外周には、例えば、円周方向等間隔に複数個のパイロットスワラ４３ａが設置されている。このパイロットスワラ４３ａは、パイロット空気流路４８を通流するパイロット空気Ａｐにスワール（渦流）を生起させ、パイロットノズル４４から噴出されるパイロット燃料Ｆｐとの混合を促進させるものである。パイロットノズル４４から噴射されたパイロット燃料Ｆｐは、このパイロット空気流路４８から噴出したパイロット空気Ａｐ中で燃焼して、予混火炎４９を形成する。
【００２８】
メインバーナ５３は、パイロット空気用筒４５の外周を囲む筒状のメイン空気用内筒５５と、メイン空気用内筒５５の外周を囲む筒状のメイン空気用外筒５６と、メイン空気用内筒５５の外周側とメイン空気用外筒５６の内周側との間の環状の空間を周方向に複数に分割する仕切板５７と、複数の仕切板５７の相互間に配置されているメインノズル５４と、を有する。メイン空気用内筒５５とメイン空気用外筒５６と複数の仕切板５７で画定される複数の空間は、圧縮機１１からの圧縮空気Ａｃがメイン空気Ａｍとして流れるメイン空気流路５８を成している。メイン空気流路５８を流れるメイン空気Ａｍには、メイン空気流路５８内に配置されているメインノズル５４からメイン燃料Ｆｍが噴射される。このため、メイン空気流路５８内でメインノズル５４の先端（下流端）よりも下流側には、メイン空気Ａｍとメイン燃料Ｆｍとが混ざり合った予混合気体が流れる。この予混合気体は、メイン空気流路５８から流出すると燃焼（予混合燃焼）して、予混合火炎５９を形成する。前述の予混火炎４９は、この予混合火炎５９を保炎する役目を担っている。
【００２９】
外筒３２の内周側と内筒４２の外周側との空間は、圧縮機１１からの圧縮空気Ａｃを内筒４２内に導く圧縮空気流路５２を成している。トップハットノズル５１は、この圧縮空気流路５２にトップハット燃料Ｆｔを噴射する。このため、トップハット燃料Ｆｔが圧縮空気流路５２に噴射されると、メイン空気Ａｍ及びパイロット空気Ａｐ中にトップハット燃料Ｆｔが混入することになる。
【００３０】
本実施形態のガスタービンプラントは、さらに、図１及び図２に示すように、パイロットノズル４４にパイロット燃料Ｆｐを送るパイロット燃料ライン６１と、メインノズル５４にメイン燃料Ｆｍを送るメイン燃料ライン６２と、トップハットノズル５１にトップハット燃料Ｆｔを送るトップハット燃料ライン６３と、パイロット燃料Ｆｐの流量を調節するパイロット流量調節弁６５と、メイン燃料Ｆｍの流量を調節するメイン流量調節弁６６と、トップハット燃料Ｆｔの流量を調節するトップハット流量調節弁６７と、これらの流量調節弁６５,６６,６７の動作等を制御する制御装置１００と、を備える。
【００３１】
パイロット燃料ライン６１、メイン燃料ライン６２及びトップハット燃料ライン６３は、いずれも燃料ライン６０から分岐したラインである。パイロット流量調節弁６５は、パイロット燃料ライン６１に設けられ、メイン流量調節弁６６は、メイン燃料ライン６２に設けられ、トップハット流量調節弁６７は、トップハット燃料ライン６３に設けられている。
【００３２】
本実施形態のガスタービンプラントは、さらに、図１に示すように、ガスタービンロータ２８の回転数Ｎを計測する回転数計７１と、発電機２９の出力を計測する出力計７２と、圧縮機１１が吸い込む空気Ａの温度である大気温度を計測する温度計７３と、圧縮機１１が吸い込む空気の圧力である大気圧Ｐｉを計測する圧力計７４と、タービン２１の最終段直後の燃焼ガスの温度であるブレードパス温度Ｔｂを計測する温度計７５と、タービン２１の最終段よりも下流側の排気ダクト内の排気ガスの温度Ｔｅを計測する温度計７６と、を備える。
【００３３】
図４は、本発明に係る一実施形態における燃焼器の第２の断面図である。
図４は、燃焼器３１の燃焼ガスＧの流れる方向に垂直な断面を模式的に示した図である。図４に示すように、燃焼器３１は、中心にパイロットノズル４４を設けており、このパイロットノズル４４の外周側に、３つのメインノズル５４（第一メインノズル５４ａ）を円周方向に並べて設けている。そして、燃焼器３１は、パイロットノズル４４の外周側に、５つのメインノズル５４（第二メインノズル５４ｂ）を円周方向に並べて設けている。なお、各ノズルの配置や数は、適宜設定することができる。
【００３４】
図５は、本発明に係る一実施形態における制御装置のブロック図である。
図示するように制御装置１００は、入力受付部１０１、センサ情報取得部１０２、異常検知部１０３、燃料流量指令算出部１０４、燃料流量配分算出部１０５、流量調節弁制御部１０６、ＩＧＶ開度制御部１０７、記憶部１０８を備えている。制御装置１００は、コンピュータによって構成される。
【００３５】
入力受付部１０１は、ユーザからの指示操作の入力や、他装置からの各種信号の入力を受け付ける。入力受付部１０１は、例えば、瞬時負荷降下制御の実行を示す信号（瞬時負荷降下制御中信号）の入力を受け付ける。
センサ情報取得部１０２は、ガスタービンプラントが備える各センサが計測した値を取得する。例えば、センサ情報取得部１０２は、出力計７２が計測した発電機２９の出力や温度計７３が計測した大気温度を取得する。
【００３６】
異常検知部１０３は、例えば、センサ情報取得部１０２が取得した温度計７５による計測値（ブレードパス温度Ｔｂ）に基づいて、異常燃焼が生じたことを検知する。例えば、ブレードパス温度Ｔｂが単位時間あたりに所定の値以上変動する場合、異常検知部１０３は、異常燃焼が発生したと判定する。
【００３７】
燃料流量指令算出部１０４は、ガスタービン１０の目標出力と実際の出力との偏差に基づくフィードバック制御により燃料流量指令値を算出する通常制御と、フィードバック制御を行うことなくガスタービン１０の出力を所定の時間をかけて所定の目標出力まで低下させるような燃料流量指令値を算出する瞬時負荷降下制御との何れかを選択して燃料流量指令値の算出を行う。所定の時間とは、例えば、２〜５秒である。この時間は、燃焼器３１における失火や異常燃焼を回避するために適した時間である。所定の目標出力とは、例えば、定格出力を１００％としたときの３０〜４０％に相当する出力である。本明細書では、２〜５秒の間に出力を３０〜４０％程度に低下させる制御を瞬時負荷降下制御とよぶ。
瞬時負荷降下制御では、発電機２９からの出力を、８００〜２０００％／分、１３〜３３％／分程度の速度で低下させる。燃料流量指令算出部１０４は、瞬時負荷降下制御を実行する場合、ガスタービン１０の出力を目標出力へ低下させるまでの低下速度を大気温度に応じて切り替える。
【００３８】
なお、一例では、３５％程度の負荷への降下が異常燃焼を回避でき、且つ安定燃焼可能な負荷であり、負荷降下に要する時間が２秒以下となると圧縮機サージリスクが高まり、５秒以上になると異常燃焼による機器焼損リスクが高くなることがわかっている。なお、ここでは一例として３０％〜４０％程度の負荷としているが、異常燃焼を回避でき、且つ安定燃焼可能な負荷であれば、本実施形態の瞬時負荷降下制御を、所定の時間に例えば５０％以上の負荷に低下させる制御に適用してもよい。
【００３９】
燃料流量配分算出部１０５は、例えば、タービン入口温度（タービン２１へ流入する燃焼ガスの温度）に基づいて記憶部１０８が記憶するタービン入口温度とパイロットノズル４４へ供給する燃料の配分比（ＰＬＢ比率）との関係を規定する関数からパイロットノズル４４への配分比を算出する。同様に燃料流量配分算出部１０５は、タービン入口温度とトップハットノズル５１へ供給する燃料の配分比（ＴＨ比率）との関係を規定する関数からトップハットノズル５１へ供給する燃料の配分比を算出する。そして、燃料流量配分算出部１０５は、パイロットノズル４４及びトップハットノズル５１への配分比の和を１００％から減算して、残りのメインノズル５４（第一メインノズル５４ａおよび第二メインノズル５４ｂ）へ供給する燃料の配分比を算出する。燃料流量配分算出部１０５は、燃料流量指令算出部１０４が算出した燃料流量指令値に各燃料系統（パイロット燃料ライン６１、メイン燃料ライン６２、トップハット燃料ライン６３）への配分比を乗じて、燃料系統ごとに燃料流量指令値を計算する。各燃料系統への燃料流量指令値を算出すると、燃料流量配分算出部１０５は、それらの値を流量調節弁制御部１０６へ出力する。
【００４０】
流量調節弁制御部１０６は、燃料系統別の燃料流量指令値に基づいて、各燃料系統に設けられた流量調節弁（パイロット流量調節弁６５、トップハット流量調節弁６７、メイン流量調節弁６６）の弁開度を算出する。具体的には、流量調節弁制御部１０６は、流量調節弁ごとに用意された燃料流量指令値と、流量調節弁の入口圧力および出口圧力と、燃料密度と、燃料温度とに基づいて、これらのパラメータに対応する弁開度を算出する記憶部１０８が記憶する関数等を用いて、各流量調節弁の弁開度を算出する。そして流量調節弁制御部１０６は、算出した弁開度に基づいて、パイロット流量調節弁６５、トップハット流量調節弁６７、メイン流量調節弁６６を制御する。
【００４１】
ＩＧＶ開度制御部１０７は、燃料流量指令算出部１０４が通常制御を実行するときには、ガスタービン１０の出力に応じてＩＧＶの開度を制御する。また、ＩＧＶ開度制御部１０７は、燃料流量指令算出部１０４が瞬時負荷降下制御を実行するときには、燃焼器３１における空燃比が適切な所定範囲（失火や異常燃焼が生じない範囲）に収まるようにＩＧＶ１４の開度を制御する。具体的には、燃料流量指令算出部１０４が負荷を低下させる時間（２〜５秒）と同程度の時間をかけて、ＩＧＶ１４の開度を、瞬時負荷降下制御開始時の開度から負荷降下時の出力に対応する開度（例えば、全閉）へと変化させる。
記憶部１０８は、種々のデータを記憶する。
【００４２】
図６は、本発明に係る一実施形態における制御方法を説明する図である。
図６に本実施形態の瞬時負荷降下制御を用いて２〜５秒間に負荷を制御開始前の１００％から３５％に降下させたときの燃料流量指令値ＣＳＯとＩＧＶ１４の開度の関係を示す。
図６の上図は、瞬時負荷降下制御時に燃料流量指令算出部１０４が算出する燃料流量指令値ＣＳＯ（control signal output）の推移を示す。上図の横軸は時間、縦軸はＣＳＯの大きさを示す。燃料流量指令値ＣＳＯの大きさとガスタービン１０の出力とは正の相関関係があり、ＣＳＯが大きくなるほどガスタービン１０の出力も増加する。また、ある出力値について、大気温度が高温になるほどＣＳＯの値は小さく、大気温度が低温になるほどＣＳＯの値は大きくなる。つまり、ガスタービン１０から同じ出力を行う場合でも大気温度によってＣＳＯの値は異なる。図６上図のグラフＬ１は大気温度が１０℃の場合のＣＳＯ、グラフＬ２は大気温度が２０℃の場合のＣＳＯを示している。燃料流量指令算出部１０４は、瞬時負荷降下制御後の出力と、ＣＳＯとガスタービン１０の出力の関係を規定する関数とに基づいて瞬時負荷降下制御後の出力に対応するＣＳＯを算出する。燃料流量指令算出部１０４は、瞬時負荷降下制御前後のＣＳＯと、出力を低下させる時間（２〜５秒の範囲での所定時間）に基づいて、燃料流量指令値ＣＳＯの低下計画情報を算出する。低下計画情報には、例えば、出力を低下させる時間における所定時間ごとのＣＳＯの値が含まれる。燃料流量指令算出部１０４は、例えば、図６上図に示すように一定の低下速度でＣＳＯを低下させるような低下計画情報を算出する。他の例として、燃料流量指令算出部１０４は、例えば、瞬時負荷降下制御開始からの経過時間に応じてＣＳＯ低下速度が変化するような低下計画情報を算出してもよい。
【００４３】
ここで、燃料流量指令算出部１０４が、大気温度に依らない所定の低下速度でＣＳＯを低下させることとした場合の例をグラフＬ１´に示す。グラフＬ１´は、大気温度２０℃の場合と同じ速度でＣＳＯを低下させたときのＣＳＯの推移を示す。この場合、ＣＳＯが出力３５％相当の値に低下するのは時刻ｔ３である。出力３５％相当の値に到達するタイミングが遅くなると、燃料投入量が相対的に増加するため火炎温度が超過するおそれがある。また、これとは逆に大気温度２０℃の場合に、大気温度１０℃の場合と同様の速度でＣＳＯを低下させると、ＣＳＯが出力３５％相当の値に到達するタイミングが早まり、燃料投入量が相対的に減少して失火の可能性がある。このようにＣＳＯの低下速度を、大気温度に関係なく固定すると、燃焼器３１の火炎に対する制御性が低下し、瞬時負荷降下前後を通じてガスタービン１０の運転を継続することができない。そこで、燃料流量指令算出部１０４は、ＣＳＯの低下速度を大気温度に応じて変更する。これにより、燃焼器３１での火炎温度挙動がロバストになり、失火耐性を向上させることができる。
【００４４】
図６の下図は、瞬時負荷降下制御時にＩＧＶ開度制御部１０７が算出するＩＧＶ１４の開度の推移を示す。下図の横軸は時間、縦軸はＩＧＶ１４の開度を示す。ＩＧＶ１４の開度と圧縮機１１に流入する空気流量とは正の相関関係があり、ＩＧＶ１４の開度が大きくなるほど空気流量は増加する。また、ガスタービン１０の出力とＩＧＶ１４の開度の関係についても正の相関関係があり、出力が大きいときには開度を大きくし、出力が小さいときには開度を小さくする。図６下図のグラフＬ３は、ＩＧＶ開度制御部１０７が算出するＩＧＶ１４の開度である。ＩＧＶ開度制御部１０７は、瞬時負荷降下制御後の出力（３５％相当）と、ＩＧＶ１４の開度とガスタービン１０の出力の関係を規定する関数とに基づいて瞬時負荷降下制御後の出力に対応するＩＧＶ１４の開度を算出する。ＩＧＶ開度制御部１０７は、瞬時負荷降下制御前後のＩＧＶ１４の開度と、ＣＳＯを低下させる時間（２〜５秒）に基づいて、ＩＧＶ１４の開度を現在の開度から所定の目標開度（例えば全閉）へ低下させる低下計画情報を算出する。ＩＧＶ開度制御部１０７は、例えば、図６下図に示すように開度を一定の割合で低下させるような低下計画情報を算出する。低下計画情報には、例えば、開度を低下させる時間における所定時間ごとのＩＧＶ開度の値が含まれる。この他にも、例えば、ＩＧＶ開度制御部１０７は、瞬時負荷降下制御開始からの経過時間に応じて開度の低下速度が変化するような低下計画情報を算出してもよい。
【００４５】
ＩＧＶ開度制御部１０７は、燃料流量指令算出部１０４がＣＳＯの低下を開始すると（時刻ｔ１）、同じ時刻（時刻ｔ１´）にＩＧＶ１４の開度の低下制御を開始する。あるいは、ＣＳＯの出力から実際の燃料制御が行われるまでの遅れを考慮して時刻ｔ１´は、時刻ｔ１より少し遅らせてもよい。そして、ＩＧＶ開度制御部１０７は、燃焼器３１の火炎が安定する燃空比を維持する空気流量を吸入できるような変化速度でＩＧＶ１４を閉じていく。燃焼器３１の火炎の安定のためには、ＩＧＶ１４の開度の低下に要する時間とＣＳＯの低下に要する時間とは一致していること、あるいは、２つの時間の差が所定の許容範囲内であることが望ましい。換言すると、ＩＧＶ開度制御部１０７は、燃料流量指令算出部１０４がＣＳＯを目標値まで低下し終える時刻ｔ２と、ＩＧＶ１４の開度が目標値となる時刻ｔ２´との差（時刻ｔ１´を遅らせた場合は、その遅延分の遅れがあってもよい）が許容範囲となる時間内にＩＧＶ目標開度を達成できるような変化速度で、ＩＧＶ１４の開度を低下させる。換言すれば、ＩＧＶ開度制御部１０７は、燃料流量指令算出部１０４がＣＳＯを目標値まで低下し終える時間と、圧縮機１１に流入する空気流量が所定の目標流量に低下するまで時間との差が所定の許容範囲内となるようにＩＧＶ１４の開度を低下させる。
図６を用いて説明した制御により、燃焼器３１の火炎を正常な状態に保ちつつ、ガスタービン１０の出力を瞬時（２〜５秒間）に３５％程度まで降下させることができる。また、出力を低下させた後もその出力での運転を継続することができる。
【００４６】
次に図７、図８を参照して、図６で説明した制御に係る制御装置の構成例を説明する。
図７は、本発明に係る一実施形態における燃料流量指令値の制御例を示す図である。
図７に、燃料流量指令算出部１０４による通常制御および瞬時負荷降下制御の制御方法を示す。燃料流量指令算出部１０４は、制御指令値上書き機能付きのＰＩ制御器１０４ａと、ＣＳＯの低下速度算出機能付きの切替器１０４ｂとを備えている。
（通常制御）
通常制御時は、燃料流量指令算出部１０４は、ガスタービン１０の目標出力と、実際の出力の偏差を計算する。ＰＩ制御器１０４ａは、この偏差を０にする制御指令値ＬＤＣＳＯ（load limit control signal output）を算出する。燃料流量指令算出部１０４は、負荷に基づく制御指令値であるＬＤＣＳＯ以外にも、ガスタービンの回転速度に基づく制御指令値、排ガス温度に基づく制御指令値、燃焼ガス温度に基づく制御指令値などを算出し、これらの中の最小値を選択して、その値を燃料流量指令値ＣＳＯとして設定する。そして、上記のとおり、燃料流量配分算出部１０５が各燃料系統の燃料配分比を算出し、流量調節弁制御部１０６が燃料流量指令値ＣＳＯと配分比に従ってパイロット流量調節弁６５、トップハット流量調節弁６７、メイン流量調節弁６６の開度を制御する。これにより燃焼器３１への燃料供給量が制御される。
【００４７】
（瞬時負荷降下制御）
瞬時負荷降下制御時には、ＰＩ制御で動作させると負荷の急激な降下に制御が追い付かないため切替器１０４ｂを用いて、１００％負荷相当のＣＳＯから３５％負荷相当のＣＳＯに切り替える。また、ＰＩ制御器１０４ａからの出力を、３５％負荷相当のＣＳＯにトラッキングさせることで、急激な変化に追従させる。つまり、切替器１０４ｂが、２〜５秒で出力を低下させるためのＬＤＣＳＯを生成し、このＬＤＣＳＯでＰＩ制御によるＬＤＣＳＯを上書きする。
まず、入力受付部１０１が、瞬時負荷降下制御中信号を取得すると、燃料流量指令算出部１０４は、瞬時負荷降下制御中信号を切替器１０４ｂに入力する。すると、切替器１０４ｂは、温度計７３が計測した大気温度と、瞬時負荷降下制御前のＣＳＯと、３５％負荷に相当する大気温度に応じたＣＳＯと、ＣＳＯを低下させる時間（２〜５秒の間の所定時間）とに基づいて、ＣＳＯの低下速度を算出する。なお、ＣＳＯを低下させる時間や負荷の低下率（３５％）は予め定められている。
【００４８】
切替器１０４ｂは、算出した低下速度に基づく所定時間ごとのＣＳＯと瞬時負荷降下制御中信号を、ＰＩ制御器１０４ａへ出力する。ＰＩ制御器１０４ａは、瞬時負荷降下制御中信号を取得すると、瞬時負荷降下制御中信号とともに取得した負荷降下に追従するＣＳＯで、ＰＩ制御によって算出したＬＤＣＳＯを上書きし、上書きした値をＬＤＣＳＯとして出力する。その後の制御については通常制御と同様である。
【００４９】
図７を用いて説明した制御により、燃料流量指令算出部１０４は、通常制御と、瞬時負荷降下制御を切り替えて実行することができる。また、瞬時負荷降下制御では、燃料流量指令算出部１０４は、負荷降下中に急激に変化する出力の、その時々の出力に応じた燃料流量指令値ＣＳＯを算出する。これにより、所定時間内（２〜５秒以内）にガスタービン１０の出力を定格負荷の３５％程度にまで低下させることができる。
【００５０】
なお、図７では、ＬＤＣＳＯによってＣＳＯを大気温度に応じた低下速度で低下する制御例を説明したが、これに限定されない。例えば、通常制御と同様の方法で算出したＣＳＯに対し、大気温度に応じた低下速度を実現するための所定時間ごとの燃料流量指令値ＣＳＯを算出してもよい。
【００５１】
図８は、本発明に係る一実施形態におけるＩＧＶ開度の制御例を示す図である。
図８に、ＩＧＶ開度制御部１０７による通常制御および瞬時負荷降下制御のＩＧＶ制御を示す。ＩＧＶ開度制御部１０７は、切替器１０７ａと、ガスタービン１０の出力とＩＧＶ１４の開度の関係を規定した関数１０７ｂと、切替器１０７ｃと、ＩＧＶ１４の開度の変化速度を制御する制御器１０７ｄとを備えている。
（通常制御）
通常制御時は、瞬時負荷降下制御中信号の入力が無い、この場合、切替器１０７ａには、現在のガスタービン１０の出力が入力され、切替器１０７ｃには、通常のＩＧＶ１４の開度変化速度が入力される。通常の開度変化速度とは、例えば４００％／分程度である。関数１０７ｂは、現在のガスタービン１０の出力に応じた目標ＩＧＶ開度を算出し制御器１０７ｄへ出力する。制御器１０７ｄは、目標ＩＧＶ開度と通常の開度変化速度とを取得して、取得したこれらの値と現在のＩＧＶ１４の開度を用いて、現在の開度から目標ＩＧＶ開度まで、通常の開度変化速度でＩＧＶ１４の開度を変化させるためのＩＧＶ開度指令値を算出する。
【００５２】
（瞬時負荷降下制御）
瞬時負荷降下制御時には、瞬時負荷降下制御中信号が、切替器１０７ａと切替器１０７ｃに入力される。すると、切替器１０７ａには、負荷降下時のガスタービン１０の出力（例えば３５％相当）が入力され、切替器１０７ｃには、瞬時負荷降下用のＩＧＶ１４の開度変化速度が入力される。瞬時負荷降下用の開度変化速度とは、全開から全閉の切替時間が２〜５秒になる速度（７５０％／分〜２０００％／分程度）であるが、この範囲にある速度のうち、ＣＳＯとほぼ同じ時間をかけてＩＧＶ１４の開度を目標開度まで低下させることができる速度が予め設定され、この値が入力される。関数１０７ｂは、負荷降下時のガスタービン１０の出力（３５％相当）に応じた目標ＩＧＶ開度を算出し制御器１０７ｄへ出力する。制御器１０７ｄは、目標ＩＧＶ開度と瞬時負荷降下用の開度変化速度とを取得して、取得したこれらの値と現在のＩＧＶ１４の開度を用いて、現在の開度から目標ＩＧＶ開度まで、瞬時負荷降下用の開度変化速度でＩＧＶ１４の開度を変化させることができるＩＧＶ開度指令値を算出する。
【００５３】
図８を用いて説明した制御により、ＩＧＶ開度制御部１０７は、通常制御と、瞬時負荷降下制御を切り替えて実行することができる。また、瞬時負荷降下制御では、ＩＧＶ開度制御部１０７は、燃料流量指令算出部１０４によるＣＳＯの低下と同期するようにＩＧＶ開度を低下させる。これにより、急速に負荷を降下させる状況でも燃空比を適切な範囲に維持し、燃焼器３１における失火等を防ぐことができる。なお、ＩＧＶ開度制御部１０７は、ＩＧＶ１４の開度変化速度を大気温度に応じて変更してもよい。
【００５４】
次に瞬時負荷降下制御におけるパイロット流量調節弁６５とトップハット流量調節弁６７の制御について説明する。
後述するように、パイロット流量調節弁６５とトップハット流量調節弁６７の制御については、通常制御、瞬時負荷降下制御に加え、異常燃焼を伴う場合の瞬時負荷降下制御が加わる。従来は、異常燃焼が生じたときには機器保護の観点から負荷を切り離す負荷遮断を行うことが多い。しかし、負荷遮断を行うと発電機会の逸失が生じる。そこで、本実施形態では、負荷遮断の代わりに瞬時負荷降下制御によって機器保護を図る制御方法を提供する。これが、異常燃焼を伴う場合の瞬時負荷降下制御である。異常燃焼が生じている場合、異常燃焼が長時間継続するとノズル焼損などの機器破損が生じるため、異常燃焼の検知から４秒程度で３５％程度に負荷降下させるとともに、負荷降下が完了したタイミングでトップハットノズル５１からの燃料の供給を遮断する制御を行う。また、パイロット火炎を保持できずに吹き消えてしまう失火現象を回避するため、トップハットノズル５１からの燃料供給遮断と同時にパイロットノズル４４へ供給する燃料を一時的に増大させる制御を行う。
【００５５】
図９は、本発明に係る一実施形態における燃料ノズルの制御例を示す第１の図である。
図９に、燃料流量配分算出部１０５、流量調節弁制御部１０６による通常制御および瞬時負荷降下制御におけるトップハットノズル５１からの燃料供給量の算出処理を示す。
燃料流量配分算出部１０５は、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯとトップハットノズル５１への燃料の配分比（ＴＨ比率）の関係を規定する関数１０５ａと、切替器１０５ｂとを備える。流量調節弁制御部１０６は、トップハット流量調節弁６７の開度を算出する弁開度演算部１０６ａを備えている。
【００５６】
（通常制御）
まず、燃料流量配分算出部１０５は、タービン２１のタービン出力、ＩＧＶ開度、大気温度に基づいて、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯを算出する。燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯとは、タービン２１のタービン入口温度と正の相関性を持つパラメータである。次に関数１０５ａは、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯに対するＴＨ比率を算出する。次に燃料流量配分算出部１０５は、燃料流量指令値ＣＳＯとＴＨ比率を乗じてトップハット系統への燃料流量指令値を算出する。
流量調節弁制御部１０６では、弁開度演算部１０６ａが、トップハット系統への燃料流量指令値と、トップハット流量調節弁６７の入口圧力および出口圧力と、燃料密度と燃料温度とに基づいて、トップハット流量調節弁６７への弁開度指令値を算出する。
【００５７】
（瞬時負荷降下制御）
瞬時負荷降下制御時には、関数１０５ａが算出したＴＨ比率に弁開度調整用のバイアスｈ１を加算する。バイアスｈ１は、急激な負荷変動中に生じがちな燃焼振動へ対応するために必要な所定の補正量である。燃焼振動へ対応するための補正量（バイアスｈ１）については、後にパイロット流量調節弁６５の制御とともに説明する。以降の処理は、通常制御と同様である。
【００５８】
（異常燃焼を伴う場合の瞬時負荷降下制御）
瞬時負荷降下制御時に異常燃焼が生じている場合、ＣＳＯが所定の目標値（例えば、出力３５％相当に対応するＣＳＯ）に低下するまでは、上記の「瞬時負荷降下制御」の制御を行う。ＣＳＯが所定の目標値に到達すると、燃料流量指令算出部１０４が、ＣＳＯが所定の目標値へ到達したことを示す信号を生成し、燃料流量配分算出部１０５へ出力する。燃料流量配分算出部１０５では、ＣＳＯが所定の目標値へ到達したことを示す信号（図中「ＣＳＯが３５負荷相当に到達」）が切替器１０５ｂに入力される。すると、切替器１０５ｂは、ＴＨ比率０％を出力する。燃料流量配分算出部１０５は、トップハット系統への燃料流量指令値０を流量調節弁制御部１０６へ出力する。すると、流量調節弁制御部１０６が算出するトップハット流量調節弁６７への弁開度指令値は０％となり、トップハット流量調節弁６７が閉じられる。これにより、トップハットノズル５１からの燃料の供給が遮断される。このように異常燃焼が生じたときに瞬時負荷降下制御によってＣＳＯが所定の目標値まで低下すると、ノズル焼損などを防ぐために燃料流量配分算出部１０５は、ＴＨ比率に０％を設定する。すると、燃料流量配分算出部１０５は、燃料流量指令値ＣＳＯに対する配分比を、残りのパイロット系統とメイン系統とに再配分する処理を行う。次にパイロット流量調節弁６５の制御について説明する。
【００５９】
図１０は、本発明に係る一実施形態における燃料ノズルの制御例を示す第２の図である。
図１０に、燃料流量配分算出部１０５、流量調節弁制御部１０６による通常制御および瞬時負荷降下制御におけるパイロットノズル４４からの燃料供給量の算出処理を示す。
燃料流量配分算出部１０５は、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯとパイロットノズル４４への燃料の配分比（ＰＬＢ比率）の関係を規定する関数１０５ｃおよび関数１０５ｅと、切替器１０５ｄとを備える。関数１０５ｃは通常時、つまりＴＨ比率が０％ではないときの関数、関数１０５ｅは、異常燃焼が生じたときにＴＨ比率を０％とした後に残りのパイロット系統およびメイン系統への配分比を算出するために用いる関数である。流量調節弁制御部１０６は、パイロット流量調節弁６５の開度を算出する弁開度演算部１０６ｂを備えている。
【００６０】
（通常制御）
まず、燃料流量配分算出部１０５は、タービン出力、ＩＧＶ開度、大気温度に基づいて、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯを算出する。次に関数１０５ｃは、燃焼負荷指令値ＣＬＣＳＯに対するＰＬＢ比率を算出する。切替器１０５ｄは、このＰＬＢ比率を出力する。次に燃料流量配分算出部１０５は、燃料流量指令値ＣＳＯとＰＬＢ比率を乗じてパイロット系統への燃料流量指令値を算出する。
流量調節弁制御部１０６では、弁開度演算部１０６ｂが、パイロット系統への燃料流量指令値と、パイロット流量調節弁６５の入口圧力および出口圧力と、燃料密度と燃料温度とに基づいて、パイロット流量調節弁６５への弁開度指令値を算出する。
【００６１】
（瞬時負荷降下制御）
瞬時負荷降下制御時には、通常制御と同様にして関数１０５ｃが算出したＰＬＢ比率に、燃焼振動への対応として、弁開度調整用のバイアス値ｈ２を加算する。以降の処理は、通常制御と同様である。
【００６２】
（異常燃焼を伴う場合の瞬時負荷降下制御）
瞬時負荷降下制御時に異常燃焼が生じている場合、ＣＳＯが所定の目標値（例えば、出力３５％相当に対応するＣＳＯ）に低下するまでは、上記の「瞬時負荷降下制御」の制御を行う。ＣＳＯが所定の目標値に到達すると、ＣＳＯが所定の目標値へ到達したことを示す信号（図中「ＣＳＯが３５負荷相当に到達」）が、燃料流量配分算出部１０５に入力される。すると、燃料流量配分算出部１０５は、ＰＬＢ比率の算出に用いる関数を関数１０５ｃから関数１０５ｅへ切り替える。関数１０５ｅは、ＣＬＣＳＯに対するＰＬＢ比率を算出する。次に燃料流量配分算出部１０５は、ＰＬＢ比率にトップハット系統遮断に対応するための弁開度調整用のバイアスｈ３を加算してＰＬＢ比率を算出する。切替器１０５ｄは、バイアスｈ３を加算した後のＰＬＢ比率を出力する。次に燃料流量配分算出部１０５は、燃料流量指令値ＣＳＯとＰＬＢ比率を乗じてパイロット系統への燃料流量指令値を算出する。
流量調節弁制御部１０６は、通常制御と同様にしてパイロット流量調節弁６５に対する弁開度指令値を算出する。
【００６３】
ここで、パイロット系統に関する弁開度調整用のバイアスｈ２およびバイアスｈ３について説明する。
（燃焼振動に対する補正）
図１１は、負荷変化時における燃料供給配分比とＣＬＣＳＯの関係の一例を示す図である。
図１１の縦軸はＰＬＢ比率、横軸はＣＬＣＳＯを示す。図１１にＰＬＢ比率とＣＬＣＳＯと燃焼振動の関係を示す。領域Ａ４、領域Ａ５は燃焼振動が発生する領域である。グラフＡ１は、燃焼振動が発生しないＰＬＢ比率とＣＬＣＳＯの関係を示す運転ラインを示している。グラフＡ２は、負荷を上げたとき（ＣＬＣＳＯが上昇する）の運転ラインの一例であり、運転ラインＡ３は、負荷を下げたときの運転ラインの一例である。どちらの場合も、燃焼振動が発生する可能性がある。燃料流量配分算出部１０５は、グラフＡ１に示すような、燃焼振動発生領域を回避できるＰＬＢ比率を算出する必要があるが、瞬時負荷降下制御においては、グラフＡ３のような運転ラインとなり易い。
【００６４】
ガスタービン１０の出力が変動すると、それに伴いタービン２１の入口温度、つまりＣＬＣＳＯの値も変化する。燃料流量配分算出部１０５は、タービン２１の入口温度をガスタービン１０の出力に基づいて算出するが、負荷変動が急激な場合、ある時点でＣＬＣＳＯ（タービン入口温度）とＰＬＢ比率の関係が燃焼振動が生じない関係（例えばグラフＡ１上の点）であったとしても実際には、燃焼振動発生領域に含まれるような関係となってしまうことがある。例えば、燃料流量配分算出部１０５がＣＬＣＳＯに基づいてＰＬＢ比率等の配分比を算出してから、実際に各燃料系統の弁開度を作動させ、各燃料系統から供給される燃料流量が算出した配分比どおりになるまでには、弁動作遅れ、各燃料系統の流量調整弁（トップハット流量調節弁６７）とノズルまでの配管系統の容量の影響などによる圧力応答遅れ、燃料流量の変動による燃焼遅れなどによって時間がかかる。一方、ＣＬＣＳＯ（タービン入口温度）は、ガスタービン１０の出力に基づいて算出されるが、瞬時負荷制御中のガスタービン１０の出力は、燃料流量指令算出部１０４による上記制御により急激に降下する。するとそれに伴い、ＣＬＣＳＯも低下する。すると、ある時刻でＣＬＣＳＯの値が「ＣＬＣＳＯ１」であることに基づいて算出したＰＬＢ比率「ＰＬＢ１」は、実際にその比率に基づく燃料流量供給が実現される時刻におけるＣＬＣＳＯの値「ＣＬＣＳＯ２」との関係では燃焼振動発生領域に含まれる関係となってしまう。そこで、瞬時負荷制御中は、バイアスｈ２を加算して、ＰＬＢ比率とＣＬＣＳＯ（タービン入口温度）の関係が、燃焼振動が生じる可能性が高い関係となることを回避するように補正する。図９を用いて説明したように燃料流量配分算出部１０５は、ＴＨ比率についても、バイアスｈ１を加算して、ＴＨ比率とＣＬＣＳＯの関係が、燃焼振動が生じる可能性が高い関係となることを回避するように補正する。
【００６５】
（トップハット遮断に対する補正）
また、異常燃焼を伴う場合の瞬時負荷降下制御において、ＣＳＯが目標値に到達したときには、トップハットノズル５１からの燃料の供給が遮断される。上記のとおり、トップハット遮断と同時にパイロット系統とメイン系統の間で配分比を再設定する処理を行うが、実際に再設定後の配分比となるまでには、弁動作遅れ、圧力応答遅れ、燃焼遅れ等の影響により時間がかかり、それまでの間は、トップハット系統遮断の影響で一時的にパイロット系統に供給される燃料が減少する。すると、パイロット系統の火炎が保持できずに失火するおそれがある。そこで、失火を回避するため、パイロットノズル４４へ供給する燃料を一時的に増大させる弁開度調整用のバイアスｈ３を加算する補正を行う。
【００６６】
次に本実施形態の瞬時負荷降下制御の処理の流れについて説明する。
図１２は、本発明に係る一実施形態における制御の一例を示すフローチャートである。
まず、燃料流量指令算出部１０４およびＩＧＶ開度制御部１０７が瞬時負荷降下制御を実行するか否かを判定する（ステップＳ１１）。たとえば、入力受付部１０１が瞬時負荷降下制御中信号を取得したり、異常検知部１０３が異常燃焼を検知したりすると、燃料流量指令算出部１０４等は、瞬時負荷降下制御を実行すると判定する。それ以外の場合、燃料流量指令算出部１０４は、通常制御によるＣＳＯ算出を行う（ステップＳ１１；Ｎｏ）。具体的には、図７を用いて説明したように燃料流量指令算出部１０４は、ガスタービン１０の目標出力と実出力に基づくフィードバック制御を行ってＬＤＣＳＯを算出する等の制御により燃料流量指令値ＣＳＯを算出する（ステップＳ１２）。次に燃料流量配分算出部１０５がＣＳＯに基づいて、トップハット系統、パイロット系統、メイン系統への燃料配分比を算出し、流量調節弁制御部１０６がそれぞれの配分比に基づいて、パイロット流量調節弁６５、メイン流量調節弁６６、トップハット流量調節弁６７の弁開度制御を行う（ステップＳ１３）。ステップＳ１２、１３と並行して、ＩＧＶ開度制御部１０７は通常制御によるＩＧＶ開度の算出を行い（ステップＳ１４）、ＩＧＶ１４の開度を通常の変化速度で変化させる制御を行う（ステップＳ１５）。ステップＳ１４、ステップＳ１５の処理については図８を用いて説明したとおりである。
【００６７】
一方、瞬時負荷降下制御を実行する場合と判定した場合（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、燃料流量指令算出部１０４は、瞬時負荷降下制御によるＣＳＯ算出を行う（ステップＳ１６）。具体的には、図６、図７を用いて説明したように、燃料流量指令算出部１０４は、大気見合いのＣＳＯ低下速度を算出し、その低下速度に応じたＣＳＯを出力する。次に燃料流量配分算出部１０５および流量調節弁制御部１０６が、瞬時負荷降下制御による弁開度制御を行う（ステップＳ１７）。具体的には、通常制御と同様に燃料流量配分算出部１０５が、トップハット系統、パイロット系統、メイン系統への燃料配分比を算出する。このとき、燃料流量配分算出部１０５は、図９、図１０を用いて説明したようにＴＨ比率にバイアスｈ１を加算し、ＰＬＢ比率にバイアスｈ２を加算する。流量調節弁制御部１０６は、パイロット流量調節弁６５、メイン流量調節弁６６、トップハット流量調節弁６７の弁開度制御を行う。
【００６８】
また、ステップＳ１６、ステップＳ１７と並行して、ＩＧＶ開度制御部１０７は瞬時負荷降下制御によるＩＧＶ開度の算出を行い（ステップＳ１８）、ＩＧＶ１４の開度を瞬時負荷降下制御時の変化速度で変化させる制御を行う（ステップＳ１９）。ステップＳ１８、ステップＳ１９の処理については図８を用いて説明したとおりである。ＩＧＶ開度制御部１０７は、燃料流量指令算出部１０４による瞬時負荷降下制御用ＣＳＯの出力とほぼ同時刻にＩＧＶ開度制御を開始する。また、ＩＧＶ開度制御部１０７は、ＣＳＯが目標値まで低下する時間と同程度の時間（２〜５秒）をかけてＩＧＶ１４の開度を目標開度まで閉じる。
【００６９】
ステップＳ１６およびステップＳ１７の処理によって、ＣＳＯが所定の目標値に低下すると、燃料流量指令算出部１０４はＣＳＯが所定の目標値へ到達したことを示す信号を、燃料流量配分算出部１０５へ出力する。燃料流量配分算出部１０５が、ＣＳＯが所定の目標値まで低下したことを示す信号を取得する。
すると、燃料流量配分算出部１０５は、瞬時負荷降下制御開始時または現在、異常検知部１０３によって異常燃焼の発生が検出されているか否かを判定する（ステップＳ２０）。異常燃焼が生じている場合（ステップＳ２０；Ｙｅｓ）、燃料流量配分算出部１０５は、ＴＨ比率に０％を設定し、ＰＬＢ比率を更新する。また、燃料流量配分算出部１０５は、ＰＬＢ比率にバイアスｈ３を加算する。流量調節弁制御部１０６は、トップハットノズル５１からの燃料供給を遮断し（ステップＳ２１）、パイロットノズル４４およびメインノズル５４からの燃料供給量を新たな配分比に基づいて調整する。異常燃焼が生じていない場合（ステップＳ２０；Ｎｏ）、ステップＳ２１の処理は実行しない。
【００７０】
図１３に本実施形態の瞬時負荷降下制御における制御値とガスタービン１０の状態量の経時的変化を示す。図１３は、本発明に係る一実施形態における制御を実行したときの制御値及び状態量のタイミングチャートである。
図１３の左側の上から順に瞬時負荷降下制御中信号の有無、ＣＳＯ、ＩＧＶ１４の開度、パイロット流量調節弁６５の開度、トップハット流量調節弁６７の開度の各制御値についてのタイミングチャートを示す。これまでに説明したように、制御装置１００は、瞬時負荷降下制御の開始から２〜５秒の間の所定時間にＣＳＯとＩＧＶ開度を、瞬時負荷降下後の出力に応じた目標値と目標開度に低下させる。また、負荷低下後にトップハット流量調節弁６７の開度を０とし、一方、パイロット流量調節弁６５の開度を１０秒程度増加させる。これらの制御により、右側の各タイミングチャートに示す状態量が得られる。
【００７１】
図１３の右側の上から順にガスタービン出力、車室圧力、パイロット火炎温度の各状態量についてのタイミングチャートを示す。ＣＳＯおよびＩＧＶ開度の低下に伴いガスタービン出力が低下し、車室圧力も徐々に低下する。その結果、パイロット火炎温度は、閾値ＳＨ１に到達し失火を免れる。また、図１３の右側の一番下にＩＧＶ開度と車室圧力の比を示す。ＩＧＶ開度と車室圧力の比（グラフＰＳ）は、サージ領域ＳＨ２に抵触することなく圧縮機１１のサージを回避することができる。
【００７２】
上記のとおり、燃空比が所定範囲から乖離すると環境性能悪化もしくは失火のリスクが高まる。その為、瞬時負荷降下制御では、ＣＳＯ及びＩＧＶ開度の低下時間を概ね一致させる。また、低下時間が長すぎると異常燃焼の時間が長時間化してノズル焼損などの機器破損に繋がる。一方、低下時間が短すぎると圧縮機１１にサージが発生し機器破損に繋がる。比較のため、ＣＳＯおよびＩＧＶ開度をさらに高速に低下させた場合のＩＧＶ開度と車室圧力の比を示す（グラフＰＬ）。この場合、ＩＧＶ開度が急激に低下するのに対し、車室圧力の低下には時間を要する。その結果、ＩＧＶ開度と車室圧力の比はグラフＰＬのような推移となり、サージ領域ＳＨ２に抵触する。その結果、圧縮機１１のサージが発生する可能性が増大する。これら制御値と状態量の関係から、ＣＳＯ及びＩＧＶ開度の低下は２〜５秒程度で行うと良く、負荷降下時の程度については、定格負荷の３５％程度が最も異常燃焼の回避や安定燃焼に適していることが確認されている。
【００７３】
次に本実施形態の瞬時負荷降下制御による効果を説明する。
図１４は、本発明に係る一実施形態における制御による効果を説明する図である。従来であれば、異常燃焼を検知した場合、機器保護のために負荷遮断を行っている（破線のグラフ）。負荷遮断を行うと、発電事業者は、時刻ｔａからｔｂまでの間、発電機会を逸失する。これに対し、負荷遮断の代わりに瞬時負荷降下制御を行う。すると、ガスタービン１０の負荷を瞬時に降下させつつ安定して運転を継続することが可能となる。これにより、ガスタービン１０の運転停止を回避し（実線のグラフ）、プラント稼働率を向上して発電機会の逸失を回避することができる。
【００７４】
図１５は、本発明の一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１００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、記憶部１０８に対応する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。
【００７５】
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。
【００７６】
入力受付部１０１、センサ情報取得部１０２、異常検知部１０３、燃料流量指令算出部１０４、燃料流量配分算出部１０５、流量調節弁制御部１０６、ＩＧＶ開度制御部１０７の全て又は一部は、マイコン、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。
【００７７】
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。
燃料流量配分算出部１０５は、燃料配分制御部、第２燃料配分制御部の一例である。ＩＧＶ開度制御部１０７は、空気吸入流量制御部の一例である。２〜５秒の範囲での所定時間は第１時間および第２時間の一例である。トップハットノズル５１は第１ノズルの一例、パイロットノズル４４は第２ノズルの一例である。
【符号の説明】
【００７８】
１０・・・ガスタービン
１１・・・圧縮機
１４・・・ＩＧＶ
２１・・・タービン
３１・・・燃焼器
３３・・・燃焼筒（又は尾筒）
４３・・・パイロットバーナ
４３ａ・・・パイロットスワラ
４４・・・パイロットノズル
５１・・・トップハットノズル
５３・・・メインバーナ
５４・・・メインノズル
６０・・・燃料ライン
６１・・・パイロット燃料ライン
６２・・・メイン燃料ライン
６３・・・トップハット燃料ライン
６５・・・パイロット流量調節弁
６６・・・メイン流量調節弁
６７・・・トップハット流量調節弁
７１・・・回転数計
７２・・・出力計
７３・・・温度計
７４・・・圧力計
７５・・・温度計
７６・・・温度計
１００・・・制御装置
１０１・・・入力受付部
１０２・・・センサ情報取得部
１０３・・・異常検知部
１０４・・・燃料流量指令算出部
１０４ａ・・・ＰＩ制御器
１０４ｂ・・・切替器
１０５・・・燃料流量配分算出部
１０５ｂ、１０５ｄ・・・切替器
１０５ａ、１０５ｃ、１０５ｅ・・・関数
１０６・・・流量調節弁制御部
１０７・・・ＩＧＶ開度制御部
１０７ａ，１０７ｃ・・・切替器
１０７ｂ・・・関数
１０７ｄ・・・制御器
１０８・・・記憶部
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】
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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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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