(57)【要約】【課題】負荷の急変が発生してもガスタービンの回転数の変動を抑制する、ことを目的とする。【解決手段】ガスタービン１０は、燃料を燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器１４、燃焼器１４によって生成された燃焼ガスにより駆動するタービン１６、燃焼器へ供給する燃料流量を調整する燃料流量調整弁２８、及び燃焼器１４へ燃料を供給する燃料流路２６において燃料流量調整弁２８の上流側に配置され、燃料圧力を調整する燃料圧力調整弁３０を備える。ガスタービン１０の制御装置４０は、ガスタービン１０の負荷の急変を検知すると、負荷の急変が検知されてから第１所定時間の間、燃料流量調整弁２８の開度を負荷に応じて制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器、前記燃焼器によって生成された燃焼ガスにより駆動するタービン、前記燃焼器へ供給する燃料流量を調整する燃料流量調整弁、及び前記燃焼器へ燃料を供給する燃料流路において前記燃料流量調整弁の上流側に配置され、燃料圧力を調整する燃料圧力調整弁を備えたガスタービンの制御装置であって、
ガスタービンの負荷の急変を検知する負荷急変検知手段と、
前記負荷急変検知手段によって負荷の急変が検知されてから第１所定時間の間、前記燃料流量調整弁の開度を負荷に応じて制御する流量制御手段と、
を備えるガスタービンの制御装置。
【請求項２】
前記燃料圧力調整弁の開度を制御する圧力制御手段を備え、
前記圧力制御手段は、前記負荷急変検知手段によって負荷の急変が検知され、前記燃料流量調整弁の開度が負荷に応じて制御されても、前記燃料流量調整弁の入口における燃料圧力の変動を抑制するように前記燃料圧力調整弁を制御する請求項１記載のガスタービンの制御装置。
【請求項３】
前記圧力制御手段は、前記負荷急変検知手段によって負荷の急変が検知されてから第２所定時間の間、前記燃料圧力調整弁の開度を一定に制御する請求項２記載のガスタービンの制御装置。
【請求項４】
前記圧力制御手段は、前記負荷急変検知手段によって負荷の急変が検知されてから第２所定時間の間、前記燃料圧力調整弁の開度を負荷に応じて制御する請求項２記載のガスタービンの制御装置。
【請求項５】
前記圧力制御手段は、前記負荷急変検知手段によって負荷の急変が検知されてから第２所定時間の間、前記燃料圧力調整弁の開度を前記燃料流量調整弁の開度に応じて制御する請求項２記載のガスタービンの制御装置。
【請求項６】
前記第２所定時間は、負荷急変時における前記燃料流量調整弁の動作時間と同等の時間とされる請求項１から請求項５の何れか１項記載のガスタービンの制御装置。
【請求項７】
燃料を燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器と、
前記燃焼器によって生成された燃焼ガスにより駆動するタービンと、
前記燃焼器へ供給する燃料流量を調整する燃料流量調整弁と、
前記燃料流量調整弁に対して上流側に配置され、燃料圧力を調整する燃料圧力調整弁と、
請求項１から請求項６の何れか１項記載の制御装置と、
を備えるガスタービン。
【請求項８】
燃料を燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器、前記燃焼器によって生成された燃焼ガスにより駆動するタービン、前記燃焼器へ供給する燃料流量を調整する燃料流量調整弁、及び前記燃焼器へ燃料を供給する燃料流路において前記燃料流量調整弁の上流側に配置され、燃料圧力を調整する燃料圧力調整弁を備えたガスタービンの制御方法であって、
ガスタービンの負荷の急変を検知する第１工程と、
負荷の急変を検知してから所定時間の間、前記燃料流量調整弁の開度を負荷に応じて制御する第２工程と、
を含むガスタービンの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの制御装置、ガスタービン、及びガスタービンの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、燃焼器によって燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成し、生成した燃焼ガスによりタービンを駆動させる。
燃焼器へ燃料を供給する燃料流路には、燃料流量を調整する燃料流量調整弁及び燃料圧力を調整する燃料圧力調整弁が備えられている。燃料流量調整弁の開度制御、すなわち燃料流量制御はガバナ制御により行われ、燃料圧力調整弁の開度制御、すなわち燃料圧力制御はフィードバック制御により行われている。
【０００３】
ここで、ガスタービンは、商用電力系統への連系（以下「系統連系」という。）から所内単独運転に移行する場合や所内単独運転から系統連系へ移行する場合等において、負荷が急変する。このような負荷の急変が生じると、燃料流量をガバナ制御しているガスタービンは、実際の回転数に変化が生じてから燃料流量が制御されるので応答が遅く、その結果、回転数の変動が大きく、不安定になってしまう。
【０００４】
特許文献１には、負荷の急減を検知した場合に、吹き消え防止のために最低限の燃料を供給するように燃料調整弁の弁開度を設定するガスタービンが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２０６７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、負荷の急減に対応して燃料の供給量を最低限、すなわち一定値にするのでは、ガスタービンの回転数の制御としては不十分である。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、負荷の急変が発生しても回転数の変動を抑制できる、ガスタービンの制御装置、ガスタービン、及びガスタービンの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のガスタービンの制御装置、ガスタービン、及びガスタービンの制御方法は以下の手段を採用する。
【０００９】
本発明の第一態様に係るガスタービンの制御装置は、燃料を燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器、前記燃焼器によって生成された燃焼ガスにより駆動するタービン、前記燃焼器へ供給する燃料流量を調整する燃料流量調整弁、及び前記燃焼器へ燃料を供給する燃料流路において前記燃料流量調整弁の上流側に配置され、燃料圧力を調整する燃料圧力調整弁を備えたガスタービンの制御装置であって、ガスタービンの負荷の急変を検知する負荷急変検知手段と、前記負荷急変検知手段によって負荷の急変が検知されてから第１所定時間の間、前記燃料流量調整弁の開度を負荷に応じて制御する流量制御手段と、を備える。
【００１０】
本構成にかかる制御装置を備えるガスタービンは、燃料を燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器、燃焼器によって生成された燃焼ガスにより駆動するタービン、燃焼器へ供給する燃料流量を調整する燃料流量調整弁、及び燃焼器へ燃料を供給する燃料流路において燃料流量調整弁の上流側に配置され、燃料圧力を調整する燃料圧力調整弁を備える。
【００１１】
ここで、ガバナ制御により燃料流量が制御されると、負荷の急変に対する応答性が悪く、負荷急変時におけるガスタービンの回転数の変動が大きくなる。
そこで、負荷急変検知手段によって負荷の急変が検知されてから第１所定時間の間、流量制御手段によって、燃料流量調整弁の開度が負荷に応じて制御される。
これにより、燃料流量調整弁の開度は、ガバナ制御によらず、ガスタービンの負荷に応じて制御されるので、ガスタービンの回転数の変化を待つことなく、負荷の急変と共に制御される。
【００１２】
従って、本構成によれば、負荷の急変が発生してもガスタービンの回転数の変動を抑制できる。
【００１３】
上記第一態様では、前記燃料圧力調整弁の開度を制御する圧力制御手段を備え、前記圧力制御手段は、前記負荷急変検知手段によって負荷の急変が検知され、前記燃料流量調整弁の開度が負荷に応じて制御されても、前記燃料流量調整弁の入口における燃料圧力の変動を抑制するように前記燃料圧力調整弁を制御することが好ましい。
【００１４】
本構成によれば、負荷急変時における燃料流量調整弁の弁差圧の変動を抑制できるので、燃料流量を制御しやすい。
【００１５】
上記第一態様では、前記圧力制御手段が、前記負荷急変検知手段によって負荷の急変が検知されてから第２所定時間の間、前記燃料圧力調整弁の開度を一定に制御することが好ましい。
【００１６】
本構成によれば、燃料圧力調整弁の開度を先行して動作させるので、燃料流量調整弁の弁差圧を安定させることができ、その結果、負荷の急変が発生してもガスタービンの回転数の変動をより抑制できる。
【００１７】
上記第一態様では、前記圧力制御手段が、前記負荷急変検知手段によって負荷の急変が検知されてから第２所定時間の間、前記燃料圧力調整弁の開度を負荷に応じて制御することが好ましい。
【００１８】
本構成によれば、負荷に応じて燃料圧力調整弁の開度を変化させるため、ガスタービンの回転数のアンダーシュートをより小さくできる。
【００１９】
上記第一態様では、前記圧力制御手段が、前記負荷急変検知手段によって負荷の急変が検知されてから第２所定時間の間、前記燃料圧力調整弁の開度を前記燃料流量調整弁の開度に応じて制御することが好ましい。
【００２０】
本構成によれば、燃料圧力が流量に応じた適正な値とされるので、ガスタービンの回転数の変動がより抑制される。
【００２１】
上記第一態様では、前記第２所定時間が、負荷急変時における前記燃料流量調整弁の動作時間と同等の時間とされることが好ましい。
【００２２】
本構成によれば、燃料流量調整弁の開度が変化することによる燃料圧力の変動が抑制される。
【００２３】
本発明の第三態様に係るガスタービンは、燃料を燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼器によって生成された燃焼ガスにより駆動するタービンと、前記燃焼器へ供給する燃料流量を調整する燃料流量調整弁と、前記燃料流量調整弁に対して上流側に配置され、燃料圧力を調整する燃料圧力調整弁と、上記記載の制御装置と、を備える。
【００２４】
本発明の第三態様に係るガスタービンの制御方法は、燃料を燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器、前記燃焼器によって生成された燃焼ガスにより駆動するタービン、前記燃焼器へ供給する燃料流量を調整する燃料流量調整弁、及び前記燃焼器へ燃料を供給する燃料流路において前記燃料流量調整弁の上流側に配置され、燃料圧力を調整する燃料圧力調整弁を備えたガスタービンの制御方法であって、ガスタービンの負荷の急変を検知する第１工程と、負荷の急変を検知してから所定時間の間、前記燃料流量調整弁の開度を負荷に応じて制御する第２工程と、を含む。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、負荷の急変が発生しても回転数の変動を抑制できる、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るガスタービンの構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るガスタービンの負荷急変を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る燃料流量調整弁の開度の時間変化を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るガスタービンの回転数の時間変化を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るガスタービンの回転数の時間変化を示す図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係るガスタービンの回転数の時間変化を示す図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明に係るガスタービンの制御装置、ガスタービン、及びガスタービンの制御方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２８】
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係るガスタービン１０の全体構成図である。
【００２９】
ガスタービン１０は、圧縮機１２、燃焼器１４、及びタービン１６を備える。
圧縮機１２は、回転軸１８により駆動されることで、空気取込口から取り込まれた空気を圧縮して圧縮空気を生成する。燃焼器１４は、圧縮機１２から車室２０へ導入された圧縮空気に燃料を噴射して高温・高圧の燃焼ガスを発生させる。タービン１６は、燃焼器１４で発生した燃焼ガスによって回転駆動する。
【００３０】
なお、回転軸１８には、発電機２２が連結されている。これにより、タービン１６に生じる回転駆動力は、回転軸１８によって圧縮機１２及び発電機２２に伝達される。そして、発電機２２は、タービン１６の回転駆動力によって発電し、発電した電力を商用電力系統へ供給したり、ガスタービン１０が設置されている工場等の負荷へ供給する。
【００３１】
また、燃焼器１４には、ノズル２４が設けられ、ノズル２４から供給された燃料を、圧縮空気を用いて燃焼させる。
【００３２】
燃焼器１４へ燃料を供給する燃料流路２６には、燃焼器１４へ供給する燃料流量を調整する燃料流量調整弁２８、及び燃料流路２６において燃料流量調整弁２８の上流側に配置され、燃料圧力を調整する燃料圧力調整弁３０が備えられている。燃焼器１４へ供給される燃料量は、燃料流量調整弁２８及び燃料圧力調整弁３０の開度が制御されることによって、制御される。
【００３３】
次に、ガスタービン１０の制御を司る制御装置４０における燃料制御について説明する。制御装置４０は、負荷急変検知部４２、流量制御部４４、及び圧力制御部４６を備える。
なお、制御装置４０は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。
【００３４】
負荷急変検知部４２は、ガスタービン１０の負荷の急変（以下「負荷急変」という。）を検知する。負荷急変には負荷急減と負荷急増があり、負荷急変検知部４２は、負荷急減を検知すると負荷急減フラグを流量制御部４４へ出力し、負荷急増を検知すると負荷急増フラグを流量制御部４４へ出力する。
図２は、ガスタービン１０の負荷急変である負荷急減と負荷急増の状態を示す。図２の実線は負荷急減の一例を示し、破線は負荷急増の一例を示す。
負荷急変は、負荷が時間と共に徐々に変化するのではなく、図２に示されるように、負荷が階段状に変化する場合、若しくは、階段状に変化したとみなせるほど急峻に負荷が変化する場合をいう。
【００３５】
負荷急減は、例えば、ガスタービン１０から負荷を遮断する負荷遮断（系統解列）、商用電力系統への電力供給を停止して工場で必要な電力のみを賄う所内単独運転、商用電力系統の周波数の急増時等に生じる。一方、負荷急増は、たとえば、負荷での電力消費の急増や、商用電力系統の周波数の急減時に生じる。
【００３６】
流量制御部４４は、燃料流量調整弁２８の開度を制御することによって、燃焼器１４へ供給される燃料流量を制御する。具体的には、流量制御部４４は、ガスタービン１０の回転数に基づいて燃料流量調整弁２８の開度を制御（ガバナ制御）することで、燃料流量の制御を行う。
【００３７】
圧力制御部４６は、燃料圧力調整弁３０の開度を制御することによって、燃焼器１４へ供給される燃料圧力を制御する。具体的には、圧力制御部４６は、燃料流路２６を流れる燃料圧力が所定値となるように燃料圧力調整弁３０の開度をフィードバック制御することで、燃料圧力を制御する。
【００３８】
図３は、制御装置４０が備える流量制御部４４及び圧力制御部４６の機能を示す機能ブロック図である。
【００３９】
流量制御部４４は、通常時ＣＳＯ演算部５０、急減時ＣＳＯ演算部５２、急増時ＣＳＯ演算部５４、低値選択部５６、高値選択部５８、燃料流量演算部６０、Ｃｖ値演算部６２、及び弁開度演算部６４を備える。
【００４０】
通常時ＣＳＯ演算部５０は、ガスタービン１０に関する状態量を入力信号として取得し、該入力信号に基づいて燃焼器１４に供給する燃料流量を制御するためのＣＳＯ（Control  Signal  Output：燃料制御信号）を算出する。
具体的には、通常時ＣＳＯ演算部５０は、ガバナ制御のためにタービン１６の回転数に応じて演算したＣＳＯや、タービン１６の排ガス温度及びブレードパス温度に応じて演算したＣＳＯを低値選択部５６へ入力する。これらのＣＳＯは一例であり、他のパラメータを用いてＣＳＯが演算されてもよい。
なお、ＣＳＯは、その値が０〜１００（％）の間で変化する。
【００４１】
急減時ＣＳＯ演算部５２は、ＣＳＯ演算部６６Ａ、スイッチ６８Ａ、及びスイッチ切替部７０Ａを備える。
ＣＳＯ演算部６６Ａは、ガスタービン１０の負荷に応じたＣＳＯを演算し、スイッチ６８Ａへ出力する。
スイッチ６８Ａは、入力側に２つの端子を有し、一方の端子がＣＳＯ演算部６６Ａに接続され、他方の端子が信号出力部７２Ａに接続される。スイッチ６８Ａの出力側には、低値選択部５６が接続される。信号出力部７２Ａは、ＣＳＯの値として常に１００を出力する。スイッチ６８Ａは、通常、信号出力部７２Ａと低値選択部５６とを接続する。
スイッチ切替部７０Ａは、負荷急変検知部４２からの負荷急減フラグが入力されると、ＣＳＯ演算部６６Ａと低値選択部５６とが接続されるように、第１所定時間の間スイッチ６８Ａを切り替える。すなわち、スイッチ切替部７０Ａは、負荷急減フラグが入力されてＣＳＯ演算部６６Ａと低値選択部５６とを接続し、第１所定時間経過した後に、再び信号出力部７２Ａと低値選択部５６とを接続する。
【００４２】
急増時ＣＳＯ演算部５４は、ＣＳＯ演算部６６Ｂ、スイッチ６８Ｂ、及びスイッチ切替部７０Ｂを備える。
ＣＳＯ演算部６６Ｂは、ガスタービン１０の負荷に応じたＣＳＯを演算し、スイッチ６８Ｂへ出力する。
スイッチ６８Ｂは、入力側に２つの端子を有し、一方の端子がＣＳＯ演算部６６Ｂに接続され、他方の端子が信号出力部７２Ｂに接続される。スイッチ６８Ｂの出力側には、高値選択部５８が接続される。信号出力部７２Ｂは、ＣＳＯの値として常に０を出力する。スイッチ６８Ｂは、通常、信号出力部７２Ｂと高値選択部５８とを接続する。
スイッチ切替部７０Ｂは、負荷急変検知部４２から負荷急増フラグが入力されると、ＣＳＯ演算部６６Ｂと高値選択部５８とが接続されるように、第１所定時間の間スイッチ６８Ｂを切り替える。すなわち、スイッチ切替部７０Ｂは、負荷急増フラグが入力されてＣＳＯ演算部６６Ｂと高値選択部５８とを接続し、第１所定時間経過した後に、再び信号出力部７２Ｂと高値選択部５８とを接続する。
【００４３】
低値選択部５６は、入力されたＣＳＯのうち、最も小さいＣＳＯを選択して高値選択部５８へ出力する。
【００４４】
高値選択部５８は、入力されたＣＳＯのうち、最も大きいＣＳＯを選択して燃料流量演算部６０へ出力する。
【００４５】
燃料流量演算部６０は、例えばＣＳＯと燃料流量との関係を予め示したデータ又は関数に基づいて、入力されたＣＳＯに応じた燃料流量の値をＣｖ値演算部６２へ出力する。
【００４６】
Ｃｖ値演算部６２は、入力された燃料流量の値、燃料温度、及び流調弁圧力に基づいてＣｖ値（弁容量を示す数値）を予め定められた演算式を用いて算出し、弁開度演算部６４へ出力する。
【００４７】
弁開度演算部６４は、例えばＣｖ値と燃料流量調整弁２８の弁開度（以下「ＦＣＶ開度」という。）との関係を予め示したデータ又は関数に基づいて、入力されたＣｖ値に応じた弁開度を燃料流量調整弁２８へ出力する。
【００４８】
圧力制御部４６は、減算部７４及び圧調弁制御部７６を備える。
【００４９】
減算部７４は、燃料流量調整弁２８を流れる燃料圧力の計測値（以下「圧力計測値」という。）と予め定められた圧力の目標値（以下「圧力目標値」という。）との差分を算出する。
【００５０】
圧調弁制御部７６は、減算部７４によって算出された差分に基づいて、燃料圧力調整弁３０の弁開度（以下「ＰＣＶ開度」という。）を制御（例えばＰＩ制御）する。
【００５１】
このように、圧力制御部４６は、圧力計測値をフィードバック値とし、フィードバック制御によりＰＣＶ開度を算出する。
【００５２】
次に、流量制御部４４の動作について説明する。
【００５３】
まず、ガスタービン１０に負荷急変が生じていない場合について説明する。
【００５４】
ガスタービン１０に負荷急変が生じていない場合は、負荷急減フラグ及び負荷急増フラグが負荷急変検知部４２から出力されない。
急減時ＣＳＯ演算部５２は、負荷急減フラグが入力されていない状態では、信号出力部７２Ａから１００を低値選択部５６へ出力する。急減時ＣＳＯ演算部５２から出力される１００は、最も大きなＣＳＯの値である。このため、低値選択部５６では通常時ＣＳＯ演算部５０から入力されるＣＳＯが選択される。
【００５５】
また、急増時ＣＳＯ演算部５４は、負荷急増フラグが入力されていない状態では、信号出力部７２Ｂから０を高値選択部５８へ出力する。急増時ＣＳＯ演算部５４から出力される０は、最も小さなＣＳＯの値である。このため、高値選択部５８では低値選択部５６から入力されるＣＳＯ、すなわち通常時ＣＳＯ演算部５０から入力されるＣＳＯが選択される。
このように、負荷急変が生じていない場合は、通常時ＣＳＯ演算部５０から出力されたＣＳＯに基づいて、ＦＣＶ開度が制御される。
【００５６】
次に、ガスタービン１０に負荷急減が生じた場合について説明する。
【００５７】
ガスタービン１０に負荷急減が生じた場合は、負荷急減フラグが負荷急変検知部４２から出力される。
急減時ＣＳＯ演算部５２は、負荷急減フラグが入力された状態では、スイッチ切替部７０Ａによるスイッチ６８Ａの切り替えが行われ、ＣＳＯ演算部６６Ａで演算したＣＳＯを低値選択部５６へ出力する。低値選択部５６では、急減時ＣＳＯ演算部５２から入力されるＣＳＯ又は通常時ＣＳＯ演算部５０から入力されるＣＳＯが選択される。なお、負荷急減が生じると、ＦＣＶ開度をより絞る必要があるため、低値選択部５６では、急減時ＣＳＯ演算部５２から入力されるＣＳＯが選択される可能性が高い。
以下では、一例として、急減時ＣＳＯ演算部５２から入力されるＣＳＯが、低値選択部５６で選択される場合について説明する。
【００５８】
また、急増時ＣＳＯ演算部５４には負荷急増フラグが入力されないので、高値選択部５８では、低値選択部５６から入力されるＣＳＯ、すなわち急減時ＣＳＯ演算部５２から入力されるＣＳＯが選択される。
このように、負荷急減が生じた場合は、急減時ＣＳＯ演算部５２から出力されたＣＳＯに基づいて、ＦＣＶ開度が制御される。
【００５９】
従って、ガスタービン１０の回転数の変化を待つことなく、図４の例に示されるように、負荷急減が検知されると共に燃料流量調整弁２８が絞られる。これにより、図５の例に示されるように、ガスタービン１０の回転数の変動が抑制される。なお、図４に示される破線は従来における燃料流量調整弁２８の開度の時間変化を示し、実線は本第１実施形態における時間変化を示す。図５に示される破線は従来におけるガスタービン１０の回転数の時間変化を示し、実線は本第１実施形態における時間変化を示す。
【００６０】
そして、スイッチ切替部７０Ａが、スイッチ６８Ａの切り替えを行ってから第１所定時間経過後に、再びスイッチ６８Ａの切り替えを行う。これにより、ＦＣＶ開度に対する制御は、通常時ＣＳＯ演算部５０から入力されるＣＳＯに基づく制御（ガバナ制御）に戻る。
【００６１】
なお、第１所定時間は、負荷急変によるガスタービン１０の回転数の変動が小さくなり、燃料流量に対してガバナ制御を行うことが可能となるまでの時間であり、予め設定されている。
【００６２】
次に、ガスタービン１０に負荷急増が生じた場合について説明する。
【００６３】
ガスタービン１０に負荷急増が生じた場合は、負荷急増フラグが負荷急変検知部４２から出力される。
急減時ＣＳＯ演算部５２は、負荷急減フラグが入力されないので、低値選択部５６では通常時ＣＳＯ演算部５０から入力されるＣＳＯが選択される。
【００６４】
急増時ＣＳＯ演算部５４は、負荷急増フラグが入力された状態では、スイッチ切替部７０Ｂによるスイッチ６８Ｂの切り替えが行われ、ＣＳＯ演算部６６Ｂで演算したＣＳＯを高値選択部５８へ出力する。高値選択部５８では、急増時ＣＳＯ演算部５４から入力されるＣＳＯ又は通常時ＣＳＯ演算部５０から入力されるＣＳＯが選択される。なお、負荷急増が生じるとＦＣＶ開度をより開く必要があるため、高値選択部５８では、急増時ＣＳＯ演算部５４から入力されるＣＳＯが選択される可能性が高い。
このように、負荷急増が生じた場合は、急増時ＣＳＯ演算部５４から出力されたＣＳＯに基づいて、ＦＣＶ開度が制御される。
【００６５】
従って、ガスタービン１０の回転数の変化を待つことなく、負荷急増が検知されると共に燃料流量調整弁２８が開かれるので、ガスタービン１０の回転数の変動が抑制される。
【００６６】
そして、スイッチ切替部７０Ｂが、スイッチ６８Ｂの切り替えを行ってから第１所定時間経過後に、再びスイッチ６８Ｂの切り替えを行う。これにより、ＦＣＶ開度に対する制御は、通常時ＣＳＯ演算部５０から入力されるＣＳＯに基づく制御（ガバナ制御）に戻る。
【００６７】
以上説明したように、本第１実施形態に係るガスタービン１０は、燃料を燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器１４、燃焼器１４によって生成された燃焼ガスにより駆動するタービン１６、燃焼器１４へ供給する燃料流量を調整する燃料流量調整弁２８、及び燃焼器１４へ燃料を供給する燃料流路２６において燃料流量調整弁２８の上流側に配置され、燃料圧力を調整する燃料圧力調整弁３０を備える。ガスタービン１０の制御装置４０は、ガスタービン１０の負荷の急変を検知すると、負荷の急変が検知されてから第１所定時間の間、燃料流量調整弁２８の開度を負荷に応じて制御する。
【００６８】
これにより、燃料流量調整弁２８の開度は、ガバナ制御によらず、ガスタービン１０の負荷に応じて制御されるので、ガスタービン１０の回転数の変化を待つことなく、負荷の急変と共に制御される。
従って、本第１実施形態に係るガスタービン１０の制御装置４０は、負荷の急変が発生してもガスタービン１０の回転数の変動を抑制できる。
【００６９】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について説明する。
【００７０】
なお、本第２実施形態に係るガスタービンプラント１０の構成は、図１に示す第１実施形態に係るガスタービンプラント１０の構成と同様であるので説明を省略する。
本第２実施形態に係る制御装置４０は、負荷急変検知部４２によって負荷の急変が検知されてから所定時間の間、燃料圧力調整弁３０の開度を一定に制御する。
【００７１】
図６は、本第２実施形態に係る制御装置４０の構成を示す。なお、図６における図３と同一の構成部分については図３と同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００７２】
本第２実施形態に係る制御装置４０は、ＯＲゲート８０、制御切替部８２、スイッチ８４を備える。
【００７３】
ＯＲゲート８０は、負荷急減フラグ又は負荷急増フラグが入力されるとフラグ入力信号を制御切替部８２へ出力する。
【００７４】
制御切替部８２は、ＯＲゲート８０からのフラグ入力信号が入力されると、所定時間の間、圧調弁制御部７６へ切替信号を出力する。
【００７５】
スイッチ８４は、負荷急減フラグが入力されると、負荷急減時に応じた燃料圧力調整弁３０の開度（以下「ＰＣＶ開度一定値」という。）を出力する。また、スイッチ８４は、負荷急増フラグが入力されると、負荷急減時に応じたＰＣＶ開度一定値を出力する。負荷急減時又は負荷急増時に応じたＰＣＶ開度一定値は予め設定されており、負荷急増時の方が負荷急減時に比べて大きい値である。具体例としては、負荷急減時のＰＣＶ開度一定値は、燃料圧力調整弁３０の設定最小開度であり、負荷急増時のＰＣＶ開度一定値は、燃料圧力調整弁３０の設定最大開度である。
圧調弁制御部７６は、制御切替部８２からの切替信号が入力されると、スイッチ８４から入力されるＰＣＶ開度一定値をＰＣＶ開度として出力する。
【００７６】
次に、本第２実施形態に係る圧力制御部４６の動作について説明する。なお、流量制御部４４の動作は上述した第１実施形態と同じである。
【００７７】
まず、ガスタービン１０に負荷急変が生じていない場合について説明する。
【００７８】
ガスタービン１０に負荷急変が生じていない場合は、負荷急減フラグ及び負荷急増フラグが負荷急変検知部４２から出力されない。
ＯＲゲート８０は、負荷急減フラグ及び負荷急増フラグが入力されていない状態ではフラグ入力信号を出力しない。このため、圧調弁制御部７６は、圧力計測値をフィードバック値とし、フィードバック制御によりＰＣＶ開度を算出する。
【００７９】
次に、ガスタービン１０に負荷急減が生じた場合について説明する。
【００８０】
ガスタービン１０に負荷急減が生じた場合は、負荷急減フラグが負荷急変検知部４２から出力される。
ＯＲゲート８０は、負荷急減フラグが入力されるとフラグ入力信号を出力するので、制御切替部８２は、圧調弁制御部７６へ切替信号を第２所定時間の間だけ出力する。また、スイッチ８４に負荷急減フラグが入力されるので、スイッチ８４は、負荷急減に応じたＰＣＶ開度一定値を出力する。
このため、圧調弁制御部７６は、フィードバック制御を行うことなく第２所定時間の間、スイッチ８４から入力されたＰＣＶ開度一定値をＰＣＶ開度として出力する。これにより、燃料圧力調整弁３０の開度は、負荷急減前に比べて閉じることとなる。
【００８１】
ここで、第２所定時間の間、ＰＣＶ開度を一定とする理由は、負荷急減と共に燃料流量調整弁２８を閉じると、燃料流量調整弁２８の入口の圧力が一時的に上昇するためである。燃料流量調整弁２８の入口の圧力が上昇すると、燃料流量調整弁２８の入口と出口の差圧（以下「弁差圧」という。）が上昇するので、燃料流量調整弁２８の開度を小さくしても、開度に応じた流量まで減少しにくくなる。そこで、燃料圧力調整弁３０をＰＣＶ開度を一定として一時的に閉じることで、この燃料流量調整弁２８の入口の圧力の上昇を抑制する。
これにより、燃料流量調整弁２８を制御することによる燃料流量の応答をより速くでき、ガスタービン１０の回転数の変動がより抑制される。
【００８２】
なお、第２所定時間は、負荷急変時における燃料流量調整弁２８の動作時間（目標開度までの到達時間）と同等の時間（１秒から数秒程度）とされる。燃料流量調整弁２８の開度が変化している間は燃料圧力に変動が生じ、燃料圧力調整弁３０を燃料流量調整弁２８の動作時間の間、一定値に開閉することで、燃料流量調整弁２８の開度が変化することによる燃料圧力の変動が抑制される。
すなわち、燃料圧力調整弁３０に対する制御開始は、燃料流量調整弁２８に対する制御開始と同じタイミングで行われる。
【００８３】
従って、負荷急減時に燃料流量調整弁２８よりも上流側に位置する燃料圧力調整弁３０を、従来のフィードバック制御に比べて先行して動作させることになるので、燃料流量調整弁２８の弁差圧を従来よりも安定させることができる。
このため、燃料量が急峻に低下するので、図７に示されるように、第１実施形態に比べてガスタービン１０の回転数の変動をより抑制できる。
【００８４】
そして、制御切替部８２が、切替信号を出力してから第２所定時間経過後に、圧調弁制御部７６はフィードバック制御に戻る。このとき、圧力目標値は、負荷急減に応じた新たな値に設定されていてもよい。
【００８５】
このように、本第２実施形態に係る圧力制御部４６は、負荷の急変が検知され、燃料流量調整弁２８の開度を負荷に応じて制御しても、燃料流量調整弁２８の入口における燃料圧力の変動を抑制するように燃料圧力調整弁３０を制御する。従って、燃料流量調整弁２８の弁差圧の変動が抑制されるので、制御装置４０は、燃料流量を制御しやすくなる。
【００８６】
次に、ガスタービン１０に負荷急増が生じた場合について説明する。
【００８７】
ガスタービン１０に負荷急増が生じた場合は、負荷急増フラグが負荷急変検知部４２から出力される。
ＯＲゲート８０は、負荷急増フラグが入力されるとフラグ入力信号を出力するので、制御切替部８２は、圧調弁制御部７６へ切替信号を第３所定時間の間だけ出力する。また、スイッチ８４に負荷急増フラグが入力されるので、スイッチ８４は、負荷急増に応じたＰＣＶ開度一定値を出力する。
このため、圧調弁制御部７６は、フィードバック制御を行うことなく第３所定時間の間、スイッチ８４から入力されたＰＣＶ開度一定値をＰＣＶ開度として出力する。これにより、燃料圧力調整弁３０の開度は、負荷急増前に比べて開くこととなる。
【００８８】
ここで、第３所定時間の間、ＰＣＶ開度を一定とする理由は、負荷急増と共に燃料流量調整弁２８を開くと、燃料流量調整弁２８の入口の圧力が一時的に下降するためである。燃料流量調整弁２８の入口の圧力が下降すると、燃料流量調整弁２８の弁差圧が下降するので、燃料流量調整弁２８の開度を大きくしても、開度に応じた流量まで増加しにくくなる。そこで、燃料圧力調整弁３０を一時的に開くことで、この燃料流量調整弁２８の入口の圧力の下降を抑制する。
これにより、燃料流量調整弁２８を制御することによる燃料流量の応答をより速くでき、ガスタービン１０の回転数の変動がより抑制される。
【００８９】
第３所定時間も、第２時間と同様に、燃料流量調整弁２８の動作時間（目標開度までの到達時間）と同等の時間（１秒から数秒程度）とされる。
【００９０】
従って、負荷急増時に燃料流量調整弁２８よりも上流側に位置する燃料圧力調整弁３０を、従来のフィードバック制御に比べて先行して動作させることになるので、燃料流量調整弁２８の弁差圧を従来よりも安定させることができる。
このため、燃料量が急峻に増加するので、第１実施形態に比べてガスタービン１０の回転数の変動をより抑制できる。
【００９１】
そして、制御切替部８２が、切替信号を出力してから第３所定時間経過後に、圧調弁制御部７６はフィードバック制御に戻る。このとき、圧力目標値は、負荷急増に応じた新たな値に設定されていてもよい。
【００９２】
〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態について説明する。
【００９３】
なお、本第３実施形態に係るガスタービンプラント１０の構成は、図１に示す第１実施形態に係るガスタービンプラント１０の構成と同様であるので説明を省略する。
本第３実施形態に係る制御装置４０は、負荷急変検知部４２によって負荷の急変が検知されてから所定時間の間、燃料圧力調整弁３０の開度を負荷に応じて制御する。
【００９４】
図８は、本第３実施形態に係る制御装置４０の構成を示す。なお、図８における図６と同一の構成部分については図６と同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００９５】
本第３実施形態に係る制御装置４０は、ＰＣＶ開度演算部９０Ａを備える。
開度演算部９０Ａは、負荷に応じてＰＣＶ開度を演算する。開度演算部９０Ａは、例えば負荷とＰＣＶ開度との関係を予め示したデータ又は関数に基づいて、入力された負荷に応じたＰＣＶ開度を燃料圧力調整弁３０へ出力する。
【００９６】
次に、本第３実施形態に係る圧力制御部４６の動作について説明する。なお、流量制御部４４の動作は、上述した第１実施形態と同じである。また、ガスタービン１０に負荷急変が生じていない場合における圧力制御部４６の動作は、上述した第２実施形態と同じである。
【００９７】
ガスタービン１０に負荷急減が生じた場合について説明する。
【００９８】
ガスタービン１０に負荷急減が生じた場合は、負荷急減フラグが負荷急変検知部４２から出力される。
ＯＲゲート８０は、負荷急減フラグが入力されるとフラグ入力信号を出力するので、制御切替部８２は、圧調弁制御部７６へ切替信号を第２所定時間の間だけ出力する。このため、圧調弁制御部７６は、フィードバック制御を行うことなく第２所定時間の間、開度演算部９０Ａから入力された急減する負荷に応じたＰＣＶ開度を出力する。これにより、燃料圧力調整弁３０の開度は、負荷急減前に比べて閉じることとなる。
ここで、上述した第２実施形態では、負荷急減時の燃料圧力調整弁３０の開度が一定値とされてたため、ガスタービン１０の回転数のアンダーシュートが大きくなっていた。一方、本第３実施形態に係る圧力制御部４６は、負荷に応じて燃料圧力調整弁３０の開度を変化させるため、図９に示されるように、回転数のアンダーシュートをより小さくできる。
【００９９】
そして、制御切替部８２が、切替信号を出力してから第２所定時間経過後に、圧調弁制御部７６はフィードバック制御に戻る。このとき、圧力目標値は、負荷急減に応じた新たな値に設定されていてもよい。
【０１００】
次に、ガスタービン１０に負荷急増が生じた場合について説明する。
【０１０１】
ガスタービン１０に負荷急増が生じた場合は、負荷急増フラグが負荷急変検知部４２から出力される。
ＯＲゲート８０は、負荷急増フラグが入力されるとフラグ入力信号を出力するので、制御切替部８２は、圧調弁制御部７６へ切替信号を第３所定時間の間だけ出力する。このため、圧調弁制御部７６は、フィードバック制御を行うことなく第３所定時間の間、開度演算部９０Ａから入力された急増する負荷に応じたＰＣＶ開度を出力する。これにより、燃料圧力調整弁３０の開度は、負荷急増前に比べて開くこととなる。
【０１０２】
このように、本第３実施形態に係る圧力制御部４６は、負荷に応じて燃料圧力調整弁３０の開度を変化させるため、回転数のアンダーシュートをより小さくできる。
【０１０３】
そして、制御切替部８２が、切替信号を出力してから第３所定時間経過後に、圧調弁制御部７６はフィードバック制御に戻る。このとき、圧力目標値は、負荷急増に応じた新たな値に設定されていてもよい。
【０１０４】
〔第４実施形態〕
以下、本発明の第４実施形態について説明する。
【０１０５】
なお、本第４実施形態に係るガスタービンプラント１０の構成は、図１に示す第１実施形態に係るガスタービンプラント１０の構成と同様であるので説明を省略する。
本第４実施形態に係る制御装置４０は、負荷急変検知部４２によって負荷の急変が検知されてから所定時間の間、燃料圧力調整弁３０の開度を燃料流量調整弁２８の開度に応じて制御する。
【０１０６】
図１０は、本第４実施形態に係る制御装置４０の構成を示す。なお、図１０における図６と同一の構成部分については図６と同一の符号を付して、その説明を省略する。
【０１０７】
本第４実施形態に係る制御装置４０は、開度演算部９０Ｂを備える。
開度演算部９０Ｂは、弁開度演算部６４から出力されるＦＣＶ開度が入力され、このＦＣＶ開度に応じてＰＣＶ開度を演算する。開度演算部９０Ｂは、例えばＦＣＶ開度とＰＣＶ開度との関係を予め示したデータ又は関数に基づいて、入力されたＦＣＶ開度に応じたＰＣＶ開度を燃料圧力調整弁３０へ出力する。
【０１０８】
次に、本第４実施形態に係る圧力制御部４６の動作について説明する。なお、流量制御部４４の動作は、上述した第１実施形態と同じである。また、ガスタービン１０に負荷急変が生じていない場合における圧力制御部４６の動作は、上述した第２実施形態と同じである。
【０１０９】
ガスタービン１０に負荷急減が生じた場合について説明する。
【０１１０】
ガスタービン１０に負荷急減が生じた場合は、負荷急減フラグが負荷急変検知部４２から出力される。
ＯＲゲート８０は、負荷急減フラグが入力されるとフラグ入力信号を出力するので、制御切替部８２は、圧調弁制御部７６へ切替信号を第２所定時間の間だけ出力する。このため、圧調弁制御部７６は、フィードバック制御を行うことなく第２所定時間の間、開度演算部９０Ｂから入力されたＦＣＶ開度に応じたＰＣＶ開度を出力する。これにより、燃料圧力調整弁３０の開度は、負荷急減前に比べて閉じることとなる。
【０１１１】
そして、制御切替部８２が、切替信号を出力してから第２所定時間経過後に、圧調弁制御部７６はフィードバック制御に戻る。このとき、圧力目標値は、負荷急減に応じた新たな値に設定されていてもよい。
【０１１２】
このように、本第４実施形態に係る圧調弁制御部７６は、負荷急減時において、燃料流量調整弁２８の開度に応じて燃料圧力調整弁３０の開度を制御する。従って、燃料圧力が流量に応じた適正な値とされるので、ガスタービン１０の回転数の変動がより抑制される。
【０１１３】
次に、ガスタービン１０に負荷急増が生じた場合について説明する。
【０１１４】
ガスタービン１０に負荷急増が生じた場合は、負荷急増フラグが負荷急変検知部４２から出力される。
ＯＲゲート８０は、負荷急増フラグが入力されるとフラグ入力信号を出力するので、制御切替部８２は、圧調弁制御部７６へ切替信号を第３所定時間の間だけ出力する。このため、圧調弁制御部７６は、フィードバック制御を行うことなく第３所定時間の間、開度演算部９０Ｂから入力されたＦＣＶ開度に応じたＰＣＶ開度を出力する。これにより、燃料圧力調整弁３０の開度は、負荷急増前に比べて開くこととなる。
【０１１５】
そして、制御切替部８２が、切替信号を出力してから第３所定時間経過後に、圧調弁制御部７６はフィードバック制御に戻る。このとき、圧力目標値は、負荷急増に応じた新たな値に設定されていてもよい。
【０１１６】
このように、本第４実施形態に係る圧調弁制御部７６は、負荷急増時において、燃料流量調整弁２８の開度に応じて燃料圧力調整弁３０の開度を制御する。従って、燃料圧力が流量に応じた適正な値とされるので、ガスタービン１０の回転数の変動がより抑制される。
【０１１７】
以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１１８】
１０    ガスタービン
１４    燃焼器
１６    タービン
２８    燃料流量調整弁
３０    燃料圧力調整弁
４０    制御装置
４２    負荷急変検知部
４４    流量制御部
４６    圧力制御部
【図１】
2015155686.tif 000003
【図２】
2015155686.tif 000004
【図３】
2015155686.tif 000005
【図４】
2015155686.tif 000006
【図５】
2015155686.tif 000007
【図６】
2015155686.tif 000008
【図７】
2015155686.tif 000009
【図８】
2015155686.tif 000010
【図９】
2015155686.tif 000011
【図１０】
2015155686.tif 000012