(57)【要約】  この温度制御装置は、圧縮機からの圧縮空気を冷却した冷却空気を冷却対象へ向けて出力するブーストコンプレッサの入口と出口との圧力比と、前記ブーストコンプレッサのＩＧＶ開度とに基づいて前記ブーストコンプレッサの入口と出口との温度差を算出する温度差算出部と、前記ブーストコンプレッサの入口と出口との温度差に基づいて、前記ブーストコンプレッサの入口および出口の少なくともいずれかにおけるフィードバック制御用の温度情報を算出する温度情報算出部と、前記フィードバック制御用の温度情報を用いて前記ブーストコンプレッサの入口温度および出口温度の少なくともいずれかが設定値に近づくようフィードバック制御を行う制御部と、を具備する。
2015064428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機からの圧縮空気を冷却した冷却空気を冷却対象へ向けて出力するブーストコンプレッサの入口と出口との圧力比と、前記ブーストコンプレッサのＩＧＶ開度とに基づいて前記ブーストコンプレッサの入口と出口との温度差を算出する温度差算出部と、
前記ブーストコンプレッサの入口と出口との温度差に基づいて、前記ブーストコンプレッサの入口および出口の少なくともいずれかにおけるフィードバック制御用の温度情報を算出する温度情報算出部と、
前記フィードバック制御用の温度情報を用いて前記ブーストコンプレッサの入口温度および出口温度の少なくともいずれかが設定値に近づくようフィードバック制御を行う制御部と、
を具備する温度制御装置。
【請求項２】
前記温度情報算出部は、前記ブーストコンプレッサの出口温度設定値と前記ブーストコンプレッサの入口と出口との温度差とに基づいて、前記ブーストコンプレッサの入口温度設定値を算出し、
前記制御部は、前記ブーストコンプレッサの入口温度が設定値に近付くようにフィードバック制御を行う、
請求項１に記載の温度制御装置。
【請求項３】
前記温度情報算出部は、前記ブーストコンプレッサの入口温度測定値と前記ブーストコンプレッサの入口と出口との温度差とに基づいて、前記ブーストコンプレッサの出口温度を算出し、
前記制御部は、前記温度情報算出部の算出する前記ブーストコンプレッサの出口温度が設定値に近付くようにフィードバック制御を行う、
請求項１に記載の温度制御装置。
【請求項４】
前記圧縮機の稼働状況を示す情報に基づいて、前記制御部が出力する制御指令値に対する補正値を生成する補正値生成部と、
前記補正値を用いて前記制御指令値を補正する稼働状況対応補正部と、
を具備する請求項１から３のいずれか一項に記載の温度制御装置。
【請求項５】
前記ブーストコンプレッサのサージ回避制御指令を取得すると所定値を出力する所定値出力部と、
前記所定値を用いて制御指令値を補正するサージ回避補正部と、
を具備する請求項１から４のいずれか一項に記載の温度制御装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の温度制御装置を具備するガスタービン。
【請求項７】
圧縮機からの圧縮空気を冷却した冷却空気を冷却対象へ向けて出力するブーストコンプレッサの入口と出口との圧力比と、前記ブーストコンプレッサのＩＧＶ開度とに基づいて前記ブーストコンプレッサの入口と出口との温度差を算出する温度差算出ステップと、
前記ブーストコンプレッサの入口と出口との温度差に基づいて、前記ブーストコンプレッサの入口および出口の少なくともいずれかにおけるフィードバック制御用の温度情報を算出する温度情報算出ステップと、
前記フィードバック制御用の温度情報を用いて前記ブーストコンプレッサの入口温度および出口温度の少なくともいずれかが設定値に近づくようフィードバック制御を行う制御ステップと、
を具備する温度制御方法。
【請求項８】
コンピュータに、
圧縮機からの圧縮空気を冷却した冷却空気を冷却対象へ向けて出力するブーストコンプレッサの入口と出口との圧力比と、前記ブーストコンプレッサのＩＧＶ開度とに基づいて前記ブーストコンプレッサの入口と出口との温度差を算出する温度差算出ステップと、
前記ブーストコンプレッサの入口と出口との温度差に基づいて、前記ブーストコンプレッサの入口および出口の少なくともいずれかにおけるフィードバック制御用の温度情報を算出する温度情報算出ステップと、
前記フィードバック制御用の温度情報を用いて前記ブーストコンプレッサの入口温度および出口温度の少なくともいずれかが設定値に近づくようフィードバック制御を行う制御ステップと、
を実行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、温度制御装置、ガスタービン、温度制御方法およびプログラムに関する。
本願は、２０１３年１０月２９日に、日本に出願された特願２０１３−２２４２５２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン燃焼器やタービン翼などの高温部品を冷却するために、ガスタービン圧縮機にて圧縮された空気の一部を抽気し、クーラで冷却した後ブーストコンプレッサで昇圧して、冷却空気として用いる方法が知られている。
例えば、特許文献１には、タービンの高温部冷却に使用する冷却空気を燃焼器に回収し燃焼空気として使用するクローズド冷却のガスタービンでは圧縮機吐出空気をブースト圧縮機（ブーストコンプレッサ）にて昇圧する必要がある旨が記載されている。また、特許文献１には、ブースト圧縮機にて昇圧すると冷却空気温度が上昇する為、冷却空気温度を適切な温度とする為の冷却器（クーラ）が設置される旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特許第３８４９４７３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ガスタービン圧縮機からの抽気をクーラで冷却した後ブーストコンプレッサで昇圧して冷却空気として用いる際、ブーストコンプレッサの入口または出口で温度制御を行う必要がある。冷却空気の温度（ブーストコンプレッサ出口温度）が規定温度より高い場合、高温部品を充分に冷却できず機器損傷に至る可能性がある。また、ブーストコンプレッサ入口温度が規定温度より高い場合、下流機器や配管の許容温度を超え、これらの機器が損傷する可能性がある。一方、ブーストコンプレッサ入口温度が低下し過ぎると、凝縮水が発生し、ブーストコンプレッサや下流の機器や配管が損傷する可能性がある。【０００５】
しかしながら、ブーストコンプレッサの出口温度を制御する場合、配管容積などの影響で応答が遅くなり、精度よく制御を行えない可能性がある。また、ブーストコンプレッサの入口温度を制御する場合、ブーストコンプレッサでの圧縮により冷却空気の温度が変化し、精度よく制御を行えない可能性がある。【０００６】
本発明は、ガスタービン圧縮機からの抽気など、圧縮機からの圧縮空気をクーラで冷却した後ブーストコンプレッサで昇圧して冷却空気を得る際の温度制御を、より精度よく行うことのできる温度制御装置、ガスタービン、温度制御方法およびプログラムを提供する。
【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、温度制御装置は、圧縮機からの圧縮空気を冷却した冷却空気を冷却対象へ向けて出力するブーストコンプレッサの入口と出口との圧力比と、前記ブーストコンプレッサのＩＧＶ開度とに基づいて前記ブーストコンプレッサの入口と出口との温度差を算出する温度差算出部と、前記ブーストコンプレッサの入口と出口との温度差に基づいて、前記ブーストコンプレッサの入口および出口の少なくともいずれかにおけるフィードバック制御用の温度情報を算出する温度情報算出部と、前記フィードバック制御用の温度情報を用いて前記ブーストコンプレッサの入口温度および出口温度の少なくともいずれかが設定値に近づくようフィードバック制御を行う制御部と、を具備する。【０００８】
前記温度情報算出部は、前記ブーストコンプレッサの出口温度設定値と前記ブーストコンプレッサの入口と出口との温度差とに基づいて、前記ブーストコンプレッサの入口温度設定値を算出し、前記制御部は、前記ブーストコンプレッサの入口温度が設定値に近付くようにフィードバック制御を行うようにしてもよい。【０００９】
前記温度情報算出部は、前記ブーストコンプレッサの入口温度測定値と前記ブーストコンプレッサの入口と出口との温度差とに基づいて、前記ブーストコンプレッサの出口温度を算出し、前記制御部は、前記温度情報算出部の算出する前記ブーストコンプレッサの出口温度が設定値に近付くようにフィードバック制御を行うようにしてもよい。【００１０】
前記温度制御装置が、前記圧縮機の稼働状況を示す情報に基づいて、前記制御部が出力する制御指令値に対する補正値を生成する補正値生成部と、前記補正値を用いて前記制御指令値を補正する稼働状況対応補正部と、を具備するようにしてもよい。【００１１】
前記温度制御装置が、前記ブーストコンプレッサのサージ回避制御指令を取得すると所定値を出力する所定値出力部と、前記所定値を用いて制御指令値を補正するサージ回避補正部と、を具備するようにしてもよい。【００１２】
本発明の第２の態様によれば、ガスタービンは、前記の温度制御装置のいずれかを具備する。【００１３】
本発明の第３の態様によれば、温度制御方法は、圧縮機からの圧縮空気を冷却した冷却空気を冷却対象へ向けて出力するブーストコンプレッサの入口と出口との圧力比と、前記ブーストコンプレッサのＩＧＶ開度とに基づいて前記ブーストコンプレッサの入口と出口との温度差を算出する温度差算出ステップと、前記ブーストコンプレッサの入口と出口との温度差に基づいて、前記ブーストコンプレッサの入口および出口の少なくともいずれかにおけるフィードバック制御用の温度情報を算出する温度情報算出ステップと、前記フィードバック制御用の温度情報を用いて前記ブーストコンプレッサの入口温度および出口温度の少なくともいずれかが設定値に近づくようフィードバック制御を行う制御ステップと、を具備する。【００１４】
本発明の第４の態様によれば、プログラムは、コンピュータに、圧縮機からの圧縮空気を冷却した冷却空気を冷却対象へ向けて出力するブーストコンプレッサの入口と出口との圧力比と、前記ブーストコンプレッサのＩＧＶ開度とに基づいて前記ブーストコンプレッサの入口と出口との温度差を算出する温度差算出ステップと、前記ブーストコンプレッサの入口と出口との温度差に基づいて、前記ブーストコンプレッサの入口および出口の少なくともいずれかにおけるフィードバック制御用の温度情報を算出する温度情報算出ステップと、前記フィードバック制御用の温度情報を用いて前記ブーストコンプレッサの入口温度および出口温度の少なくともいずれかが設定値に近づくようフィードバック制御を行う制御ステップと、を実行させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００１５】
上記した温度制御装置、ガスタービン、温度制御方法およびプログラムによれば、ガスタービン圧縮機などの圧縮機からの圧縮空気をクーラで冷却した後ブーストコンプレッサで昇圧して冷却空気を得る際の温度制御を、より精度よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるガスタービンプラントの機器構成の例を示す概略構成図である。
【図２】同実施形態のガスタービン制御装置において冷却空気取得の際の温度制御を行う部分の機能構成を示す概略ブロック図である。
【図３】本発明の第２の実施形態のガスタービン制御装置において冷却空気取得の際の温度制御を行う部分の機能構成を示す概略ブロック図である。
【図４】本発明の第３の実施形態のガスタービン制御装置において冷却空気取得の際の温度制御を行う部分の機能構成を示す概略ブロック図である。
【図５】同実施形態のガスタービン制御装置による制御の例を示す説明図である。
【図６】本発明の第４の実施形態のガスタービン制御装置において冷却空気取得の際の温度制御を行う部分の機能構成を示す概略ブロック図である。
【図７】同実施形態におけるブーストコンプレッサのコンプレッサマップの例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１８】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態におけるガスタービンプラントの機器構成の例を示す概略構成図である。同図において、ガスタービンプラント１は、ガスタービン１０と、発電機２１と、クーラ３１と、ファン３２と、クーラバイパス弁３３と、ミストセパレータ３４と、ブーストコンプレッサ（Boost Compressor；ＢＣ）３５と、アンチサージ弁３６と、クーラ出口温度計４１と、ＢＣ出口温度計４２とを具備する。ガスタービン１０は、ＧＴ（Gas Turbine）圧縮機１１と、燃焼器１２と、タービン１３と、軸１４と、ガスタービン制御装置１００とを具備する。
【００１９】
ガスタービンプラント１は、燃料ガスを燃焼させて得られる回転力で発電を行う。
但し、ガスタービンプラント１は、冷却空気をブーストコンプレッサにて圧縮するガスタービンプラントであればよく、様々なプラントとすることができる。例えば、ガスタービンプラント１は、ガスタービン単体の発電プラントであってもよいしコンバインドサイクル発電プラントであってもよい。さらには、ガスタービンプラント１は、動力用ガスタービンプラントなど発電用途以外のガスタービンプラントであってもよい。
さらには、本実施形態におけるプラントは、ガスタービンプラントに限らす、圧縮機からの圧縮空気を冷却し、得られた冷却空気をブーストコンプレッサで圧縮する様々なプラントとすることができる。また、本実施形態におけるプラントは、圧縮機からの抽気を冷却してブーストコンプレッサで圧縮するプラントに限らない。例えば、本実施形態におけるプラントが、圧縮機からの圧縮空気全部を冷却してブーストコンプレッサで圧縮するようにしてもよい。
【００２０】
ガスタービン１０において、ＧＴ圧縮機１１は、外気を圧縮して圧縮空気を燃焼器１２に供給する。また、ＧＴ圧縮機１１が生成する圧縮空気の一部はクーラ３１へ出力されて冷却空気の生成に用いられる。ＧＴ圧縮機１１は、圧縮機の一例に該当する。
燃焼器１２は、ＧＴ圧縮機１１から供給される圧縮空気と燃料とを混合させて燃焼させることで燃焼ガスを生成し、生成した燃焼ガスをタービン１３に供給する。タービン１３は、燃焼器１２から供給される燃焼ガスを作動ガスとして回転駆動する。軸１４は、ＧＴ圧縮機１１とタービン１３と発電機２１とを結合し、タービン１３が生成する回転力をＧＴ圧縮機１１と発電機２１とに伝達する。
【００２１】
発電機２１は、タービン１３が生成する回転力で回転して発電する。
クーラ３１は、ＧＴ圧縮機１１から抽気された圧縮空気を冷却する。
ファン３２は、圧縮空気の冷却のためにクーラ３１への送風を行う。ファン３２の回転数を変化させることで風量を調整することができ、ブーストコンプレッサ３５の入口温度（ブーストコンプレッサ３５に流入する空気の温度）やブーストコンプレッサ３５の出口温度（ブーストコンプレッサ３５から流出する空気（すなわち冷却空気）の温度）を変化させることができる。
なお、クーラ３１が圧縮空気を冷却する方式は空冷式に限らず様々な方式とすることができる。例えば、クーラ３１が水冷にて圧縮空気を冷却するようにしてもよい。
【００２２】
クーラバイパス弁３３は、ＧＴ圧縮機１１からの圧縮空気がクーラ３１を経由せずに後段のミストセパレータ３４へ直接流入するバイパス流量を調整する。当該バイパス流量を変化させることで、ブーストコンプレッサ３５の入口温度やブーストコンプレッサ３５の出口温度を変化させることができる。具体的には、バイパス流量が多いほどブーストコンプレッサ３５の入口温度や出口温度が高くなる。
【００２３】
ミストセパレータ３４は、ブーストコンプレッサ３５に流入する空気から水分を除去する。但し、空気中の水分が多くなるとミストセパレータ３４が完全には水分を除去しきれないことが考えられる。そこで、ブーストコンプレッサ３５内や後段での結露を防止するために、ブーストコンプレッサ３５の入口温度や出口温度が低くなり過ぎないように温度制御を行う必要がある。
【００２４】
ブーストコンプレッサ３５は、ＧＴ圧縮機１１からの抽出空気を冷却した冷却空気を冷却対象へ向けて出力する。より具体的には、ブーストコンプレッサ３５は、クーラ３１から出力されミストセパレータ３４を経由して得られる空気を圧縮することで、高熱部品を冷却するための冷却空気を生成し、高熱部品を有する燃焼器１２やタービン１３へ供給する。
【００２５】
アンチサージ弁３６は、ブーストコンプレッサ３５の出口側からクーラバイパス弁３３の入口側への空気流量を調整する。ブーストコンプレッサ３５の空気流量が減少してサージが発生しそうになった場合、アンチサージ弁３６が空気流量を増加させる（具体的には、制御部１１６がアンチサージ弁３６の開度を大きくする）ことで、ブーストコンプレッサ３５の空気流量を増加させてサージを防止することができる。
【００２６】
クーラ出口温度計４１は、クーラ出口温度を測定する。ここでいうクーラ出口温度は、クーラ３１の出口における空気温度である。ミストセパレータ３４を通過することによる空気温度変化は小さく、クーラ出口温度はブーストコンプレッサ入口温度としても扱われる。ここでいうブーストコンプレッサ入口温度は、ブーストコンプレッサ３５の入口における空気温度である。
ＢＣ出口温度計４２は、ブーストコンプレッサ出口温度を測定する。ここでいうブーストコンプレッサ出口温度は、ブーストコンプレッサ３５の出口における空気温度（すなわち、燃焼器１２やタービン１３に供給する冷却空気の温度）である。
【００２７】
ガスタービン制御装置１００は、ガスタービンプラント１の各機器を制御する。特に、ガスタービン制御装置１００は、ファン３２やクーラバイパス弁３３など冷却空気の温度を調整する各機器を制御する。ガスタービン制御装置は、温度制御装置の一例に該当する。また、以下では、冷却空気の温度を調整する機器を「温度制御操作端」と称する。
【００２８】
図２は、ガスタービン制御装置１００において冷却空気取得の際の温度制御を行う部分の機能構成を示す概略ブロック図である。同図において、ガスタービン制御装置１００は、流量取得部１１１と、効率取得部１１２と、温度差算出部１１３と、減算部１１４と、減算部１１５と、制御部１１６とを具備する。
図２の各部は、コンピュータがプログラムを実行するなどソフトウェア的に実現されていてもよいし、専用の回路で構成されるなどハードウェア的に実現されていてもよい。
【００２９】
流量取得部１１１は、ブーストコンプレッサ圧力比と、ブーストコンプレッサＩＧＶ（Inlet Guide Vane）開度とに基づいて、ブーストコンプレッサ３５における空気流量を取得する。ここでいうブーストコンプレッサ圧力比は、ブーストコンプレッサ３５の入口と出口との空気圧力の比である。また、ここでいうブーストコンプレッサＩＧＶ開度は、ブーストコンプレッサ３５が具備するＩＧＶの開度である。
例えば、流量取得部１１１は、ブーストコンプレッサ圧力比とブーストコンプレッサＩＧＶと空気流量とが対応付けられたテーブルを予め記憶しておく。そして、流量取得部１１１は、取得したブーストコンプレッサ圧力比およびブーストコンプレッサＩＧＶに対応する空気流量をテーブルから読み出すことで空気流量を取得する。
【００３０】
効率取得部１１２は、ブーストコンプレッサ３５における空気流量とブーストコンプレッサＩＧＶ開度とに基づいて、ブーストコンプレッサ３５の効率を取得する。
例えば、効率取得部１１２は、ブーストコンプレッサ３５における空気流量とブーストコンプレッサＩＧＶ開度と効率とが対応付けられたテーブルを予め記憶しておく。そして、効率取得部１１２は、取得した空気流量およびブーストコンプレッサＩＧＶ開度に対応する効率をテーブルから読み出すことで空気流量を取得する。
【００３１】
温度差算出部１１３は、ブーストコンプレッサ３５の入口と出口との圧力比と、ブーストコンプレッサ３５のＩＧＶ開度とに基づいてブーストコンプレッサ３５の入口と出口との温度差を算出する。
例えば、温度差算出部１１３は、式（１）に基づいて、ブーストコンプレッサ３５の入口温度設定値と出口温度設定値との温度差を算出する。
【００３２】
【数１】
2015064428.tif 000003
【００３３】
但し、Ｔ１は、ブーストコンプレッサ３５の入口温度を示す。Ｔ２は、ブーストコンプレッサ３５の出口温度を示す。Ｐ１は、ブーストコンプレッサ３５の入口圧力を示す。Ｐ２は、ブーストコンプレッサ３５の出口圧力を示す。ｎはブーストコンプレッサ３５におけるコンプレッサの段数を示す。
温度差算出部１１３は、ブーストコンプレッサ３５の入口圧力、出口圧力、コンプレッサ段数を、それぞれＰ１、Ｐ２、ｎに代入し、ブーストコンプレッサ３５の出口温度設定値をＰ２に代入して、ブーストコンプレッサ３５の入口温度設定値を算出する。
【００３４】
減算部１１４は、ブーストコンプレッサ３５の出口温度設定値から、ブーストコンプレッサ３５の入口と出口との温度差を減算して、ブーストコンプレッサ３５の入口温度設定値（クーラ３１の出口温度設定値）を算出する。
減算部１１４は、温度情報算出部の一例に該当する。減算部１１４が算出するブーストコンプレッサ３５の入口温度設定値は、ブーストコンプレッサ３５の入口および出口の少なくともいずれかにおけるフィードバック制御用の温度情報の一例に該当する。
【００３５】
減算部１１５は、減算部１１４が算出するブーストコンプレッサ３５の入口温度設定値からクーラ３１の出口温度設定値を減算して偏差を算出する。
制御部１１６は、減算部１１４が算出したフィードバック制御用の温度情報を用いて、ブーストコンプレッサ３５の入口温度が設定値に近づくように（減算部１１５が算出する偏差が０に近づくように）フィードバック制御を行う。制御部１１６が行うフィードバック制御としては、例えばＰＩ制御またはＰＩＤ制御など、プラントの特性に応じて様々な制御を用いることができる。
【００３６】
以上のように、温度差算出部１１３は、ＧＴ圧縮機１１からの圧縮空気を冷却した冷却空気を冷却対象へ向けて出力するブーストコンプレッサ３５の入口と出口との圧力比と、ブーストコンプレッサ３５のＩＧＶ開度とに基づいてブーストコンプレッサ３５の入口と出口との温度差を算出する。
また、減算部１１４は、ブーストコンプレッサ３５の入口と出口との温度差に基づいて、ブーストコンプレッサ３５の入口および出口の少なくともいずれかにおけるフィードバック制御用の温度情報を算出する。
そして、制御部１１６は、フィードバック制御用の温度情報を用いてブーストコンプレッサ３５の入口温度および出口温度の少なくともいずれかが設定値に近づくようフィードバック制御を行う。
【００３７】
より具体的には、減算部１１４は、ブーストコンプレッサ３５の出口温度設定値とブーストコンプレッサ３５の入口と出口との温度差とに基づいて、ブーストコンプレッサ３５の入口温度設定値を算出する。
そして、制御部１１６は、ブーストコンプレッサ３５の入口温度が設定値に近付くようにフィードバック制御を行う。
【００３８】
これにより、ガスタービン制御装置１００は、ブーストコンプレッサ３５の出口よりも応答の速いブーストコンプレッサ３５の入口の温度測定値を用いてブーストコンプレッサ３５の出口温度を反映させた制御を行うことができる。
より具体的には、ガスタービン制御装置１００は、ブーストコンプレッサ３５の入口温度の測定値を用いて、ブーストコンプレッサ３５の出口温度の設定値を反映させた制御を行うことができる。
比較的応答の速い測定値を用いる点、および、ブーストコンプレッサ３５の出口温度（すなわち、冷却空気の温度）を反映させた制御を行う点において、ガスタービン制御装置１００によれば、温度制御をより精度よく行うことができる。
【００３９】
また、ガスタービン制御装置１００は、ＢＣ出口温度計４２の測定値を冷却空気の温度制御に用いていない。従って、ＢＣ出口温度計４２を多重化する必要がなく、機器構成を簡単化できる。監視用にもブーストコンプレッサ３５の出口温度を測定する必要がない場合はＢＣ出口温度計４２が不要となり、機器構成をさらに簡単化できる。
【００４０】
＜第２の実施形態＞
図３は、本発明の第２の実施形態のガスタービン制御装置において冷却空気取得の際の温度制御を行う部分の機能構成を示す概略ブロック図である。同図において、ガスタービン制御装置２００は、流量取得部１１１と、効率取得部１１２と、温度差算出部２１３と、加算部２１４と、減算部１１５と、制御部１１６とを具備する。図２の場合と同様、図３の各部は、コンピュータがプログラムを実行するなどソフトウェア的に実現されていてもよいし、専用の回路で構成されるなどハードウェア的に実現されていてもよい。
【００４１】
図３において、図２の各部に対応して同様の機能を有する部分には同一の符号（１１１、１１２、１１５、１１６）を付して説明を省略する。また、ガスタービン制御装置２００が制御対象とするガスタービンプラントについて、本実施形態では、図１のガスタービン制御装置１００をガスタービン制御装置２００と読み替える。
【００４２】
温度差算出部２１３は、温度差算出部１１３と同様、ブーストコンプレッサ３５の入口と出口との圧力比と、ブーストコンプレッサ３５のＩＧＶ開度とに基づいてブーストコンプレッサ３５の入口と出口との温度差を算出する。但し、温度差算出部２１３は、ブーストコンプレッサ３５の入口温度測定値を取得して、入口温度測定値と出口温度計算値との温度差を算出する。
【００４３】
加算部２１４は、ブーストコンプレッサ３５の入口温度測定値にブーストコンプレッサ３５の入口と出口との温度差を加算して、ブーストコンプレッサ３５の出口温度計算値を算出する。加算部２１４が算出する出口温度計算値は、出口温度測定値を模擬する。
減算部１１５および制御部１１６が行う処理はガスタービン制御装置１００の場合と同様だが、減算部１１５は、クーラ３１の出口温度の設定値および測定値に代えて、ブーストコンプレッサ３５の出口温度の設定値および測定値を取得する。これにより、制御部１１６は、ブーストコンプレッサ３５の出口温度を制御する。
このように、制御部１１６は、温度差算出部２１３の算出するブーストコンプレッサ３５の出口温度が設定値に近付くようにフィードバック制御を行う。
【００４４】
以上のように、温度差算出部２１３は、ＧＴ圧縮機１１からの圧縮空気を冷却した冷却空気を冷却対象へ向けて出力するブーストコンプレッサ３５の入口と出口との圧力比と、ブーストコンプレッサ３５のＩＧＶ開度とに基づいてブーストコンプレッサ３５の入口と出口との温度差を算出する。
また、加算部２１４は、ブーストコンプレッサ３５の入口と出口との温度差に基づいて、ブーストコンプレッサ３５の入口および出口の少なくともいずれかにおけるフィードバック制御用の温度情報を算出する。
そして、制御部１１６は、フィードバック制御用の温度情報を用いてブーストコンプレッサ３５の入口温度および出口温度の少なくともいずれかが設定値に近づくようフィードバック制御を行う。
【００４５】
より具体的には、加算部２１４は、ブーストコンプレッサ３５の入口温度測定値とブーストコンプレッサ３５の入口と出口との温度差とに基づいて、ブーストコンプレッサ３５の出口温度を算出する。
そして、制御部１１６は、加算部２１４の算出するブーストコンプレッサ３５の出口温度が設定値に近付くようにフィードバック制御を行う。
【００４６】
これにより、ガスタービン制御装置２００は、ブーストコンプレッサ３５の出口よりも応答の速いブーストコンプレッサ３５の入口の温度測定値を用いてブーストコンプレッサ３５の出口温度を反映させた制御を行うことができる。
より具体的には、ガスタービン制御装置２００は、ブーストコンプレッサ３５の入口温度の測定値を用いて、ブーストコンプレッサ３５の出口温度の設定値を反映させた制御を行うことができる。
比較的応答の速い測定値を用いる点、および、ブーストコンプレッサ３５の出口温度（すなわち、冷却空気の温度）を反映させた制御を行う点において、ガスタービン制御装置２００によれば、温度制御をより精度よく行うことができる。
【００４７】
また、ガスタービン制御装置２００は、クーラ出口温度計４１の測定値を冷却空気の温度制御に用いていない。従って、クーラ出口温度計４１を多重化する必要がなく、機器構成を簡単化できる。監視用にもクーラ３１の出口温度を測定する必要がない場合はクーラ出口温度計４１が不要となり、機器構成をさらに簡単化できる。
【００４８】
＜第３の実施形態＞
図４は、本発明の第３の実施形態のガスタービン制御装置において冷却空気取得の際の温度制御を行う部分の機能構成を示す概略ブロック図である。同図において、ガスタービン制御装置３００は、流量取得部１１１と、効率取得部１１２と、温度差算出部１１３と、減算部１１４と、減算部１１５と、制御部１１６と、補正値生成部３２０と、加算部３３１とを具備する。補正値生成部３２０は、出力換算部３２１と、回転数換算部３２２と、切替部３２３とを具備する。図２の各部と同様、図４の各部は、コンピュータがプログラムを実行するなどソフトウェア的に実現されていてもよいし、専用の回路で構成されるなどハードウェア的に実現されていてもよい。
【００４９】
図４において、図２の各部に対応して同様の機能を有する部分には同一の符号（１１１〜１１６）を付して説明を省略する。また、ガスタービン制御装置３００が制御対象とするガスタービンプラントについて、本実施形態では、図１のガスタービン制御装置１００をガスタービン制御装置３００と読み替える。
【００５０】
補正値生成部３２０は、ＧＴ圧縮機１１の稼働状況を示す情報に基づいて、制御部１１６が出力する制御指令値に対する補正値を生成する。
以下では、補正値生成部３２０が、ＧＴ圧縮機１１の稼働状況を示す情報として、ガスタービン１０の出力値（より具体的には、発電機２１の発電出力値）やガスタービン１０の回転数を取得する場合を例に説明するが、これに限らない。補正値生成部３２０が取得するＧＴ圧縮機１１の稼働状況を示す情報として、燃料制御信号またはＧＴ圧縮機１１のＩＧＶ制御信号など、ＧＴ圧縮機１１の車室温度の変化の要因となる様々な信号を用いることができる。
【００５１】
出力換算部３２１は、ガスタービン１０の出力値を補正値に換算する。例えば、出力換算部３２１は、ガスタービン１０の出力値と、制御部１１６からの制御指令値に対する補正値とが対応付けられたテーブルを予め記憶しておく。そして、出力換算部３２１は、取得したガスタービン１０の出力値に対応する補正値をテーブルから読み出すことで、ガスタービン１０の出力値を補正値に換算する。
【００５２】
回転数換算部３２２は、ガスタービン１０の回転数を補正値に換算する。例えば、回転数換算部３２２は、ガスタービン１０の回転数と、制御部１１６からの制御指令値に対する補正値とが対応付けられたテーブルを予め記憶しておく。そして、回転数換算部３２２は、取得したガスタービン１０の回転数に対応する補正値をテーブルから読み出すことで、ガスタービン１０の回転数を補正値に換算する。
【００５３】
切替部３２３は、出力換算部３２１の出力する補正値と回転数換算部３２２の出力する補正値との切り替えを行う。具体的には、切替部３２３は、ガスタービン１０の負荷運転中は、出力換算部３２１からの補正値を出力する。一方、ガスタービン１０の昇速中など発電機出力がゼロの状態では、切替部３２３は、回転数換算部３２２からの補正値を出力する。
加算部３３１は、切替部３２３からの補正値を用いて制御部１１６からの制御指令値を補正する。
【００５４】
図５は、ガスタービン制御装置３００による制御の例を示す説明図である。
同図の横軸は時刻を示す。縦軸は、値（出力、温度、開度の各値）を示す。
線Ｌ１１１は、ガスタービン１０の出力を示す。線Ｌ１１２は、タービン１３の車室温度を示す。
線Ｌ１２０は、ブーストコンプレッサ３５の出口温度（冷却空気温度）の設定値を示す。線Ｌ１２１は、ブーストコンプレッサ３５の出口温度の測定値を示す。線Ｌ１２２は、ブーストコンプレッサ３５の出口温度の設定値と測定値とを用いてフィードバック制御を行った場合の、ブーストコンプレッサ３５の出口温度の測定値を示す。
線Ｌ１３１は、クーラバイパス弁３３の開度を示す。線Ｌ１３２は、ブーストコンプレッサ３５の出口温度の設定値と測定値とを用いてフィードバック制御を行った場合の、クーラバイパス弁３３の開度を示す。
【００５５】
時刻Ｔ１１に、ガスタービン１０の出力（線Ｌ１１１）が上昇を開始し、これに伴ってタービン１３の車室温度（線Ｌ１１２）が上昇している。車室温度の上昇によりクーラ３１の入口温度が上昇する。
ブーストコンプレッサ３５の出口温度の設定値と測定値とを用いてフィードバック制御を行う場合、ブーストコンプレッサ３５の出口温度（線Ｌ１２０）が上昇し始めてからクーラバイパス弁３３の開度（線Ｌ１３２）が徐々に小さくなる。このため、ブーストコンプレッサ３５の出口温度は、ある程度上昇した後、フィードバック制御により設定値（線Ｌ１２０）に近づく。
【００５６】
一方、図４に示す各部による制御の場合、加算部３３１がガスタービン１０の出力や回転数に基づいて制御部１１６からの制御指令値を補正することで、車室温度（線Ｌ１１２）の上昇を待たずにクーラバイパス弁３３の開度（線Ｌ１３１）をフィードフォワード制御できる。また、減算部１１４がクーラ３１の出口温度設定値を算出することで、制御部１１６は、ブーストコンプレッサ３５の出口温度よりも応答の速いクーラ３１の出口温度をフィードバック制御することができる。
このように、ガスタービン制御装置３００は、ブーストコンプレッサ３５の出口温度の設定値と測定値とを用いてフィードバック制御を行う場合よりも早いタイミングで、クーラバイパス弁３３の開度など温度制御操作端の制御を行うことができる。これにより、線Ｌ１２１のように、ブーストコンプレッサ３５の出口温度の設定値との偏差が小さくなる。
すなわち、ガスタービン制御装置３００は、ブーストコンプレッサ３５の出口温度の制御（冷却空気の温度制御）を、より精度よく行うことができる。
【００５７】
以上のように、補正値生成部３２０は、ＧＴ圧縮機１１の稼働状況を示す情報に基づいて、制御部１１６が出力する制御指令値に対する補正値を生成する。そして、加算部３３１は、補正値生成部３２０が生成した補正値を用いて制御指令値を補正する。
これにより、ガスタービン制御装置３００は、ＧＴ圧縮機１１の稼働状況を示す情報に基づいて、温度指令操作端に対するフィードフォワード制御を行うことができる。特に、ガスタービン制御装置３００は、ガスタービン１０の車室温度（クーラ３１の入口温度）が上昇する前に温度指令操作端に対するフィードフォワード制御を行うことができる。これにより、ガスタービン制御装置３００では、ブーストコンプレッサ３５の出口温度の制御（冷却空気の温度制御）を、より精度よく行うことができる。
【００５８】
以上では、第３の実施形態におけるフィードフォワード制御を、第１の実施形態との組み合わせで説明したが、第３の実施形態において第１の実施形態は必須ではない。
例えば、第３の実施形態におけるフィードフォワード制御を、第２の実施形態との組み合わせで実施することも可能である。具体的には、図４において減算部１１５が、減算部１１４の算出したクーラ３１の出口温度設定値に代えて、冷却空気の目標温度をブーストコンプレッサ３５の出口温度設定値として取得する。また、減算部１１５は、クーラ３１の出口温度測定値に代えて加算部２１４（図３）の算出したブーストコンプレッサ３５の出口温度（計算値）を取得する。これにより、ガスタービン制御装置２００（図３）が行うフィードバック制御に、タービン１３の稼働状況を示す情報に基づくフィードフォワードを加味することができる。
【００５９】
さらには、第３の実施形態におけるフィードフォワード制御を第１の実施形態や第２の実施形態と独立して実施することも可能である。例えば、図４において減算部１１５が、冷却空気の目標温度をブーストコンプレッサ３５の出口温度設定値として取得し、また、ブーストコンプレッサ３５の出口温度設定値を取得するようにしてもよい。
【００６０】
＜第４の実施形態＞
図６は、本発明の第４の実施形態のガスタービン制御装置において冷却空気取得の際の温度制御を行う部分の機能構成を示す概略ブロック図である。同図において、ガスタービン制御装置４００は、流量取得部１１１と、効率取得部１１２と、温度差算出部１１３と、減算部１１４と、減算部１１５と、制御部１１６と、補正値生成部３２０と、加算部４３１と、定数出力部４４１を具備する。補正値生成部３２０は、出力換算部３２１と、回転数換算部３２２と、切替部３２３とを具備する。図４の各部と同様、図６の各部は、コンピュータがプログラムを実行するなどソフトウェア的に実現されていてもよいし、専用の回路で構成されるなどハードウェア的に実現されていてもよい。
【００６１】
図６において、図４の各部に対応して同様の機能を有する部分には同一の符号（１１１〜１１６、３２０〜３２４）を付して説明を省略する。また、ガスタービン制御装置３００が制御対象とするガスタービンプラントについて、本実施形態では、図１のガスタービン制御装置１００をガスタービン制御装置３００と読み替える。
【００６２】
定数出力部４４１は、ブーストコンプレッサ３５のサージ回避制御指令を取得すると定数を出力する。定数出力部４４１は、所定値出力部の一例に該当する。定数出力部４４１が出力する定数は所定値の一例に該当する。
但し、定数出力部４４１の出力は定数に限らず、ブーストコンプレッサ３５のサージ回避のためにアンチサージ弁３６の開度を大きくする様々な値とすることができる。例えば、定数出力部４４１が時間をパラメータとする関数を予め記憶しておき、ブーストコンプレッサ３５のサージ回避制御指令を取得すると時間ととともに変化する値を出力するようにしてもよい。
【００６３】
加算部４３１は、定数出力部４４１が出力する所定値を用いて、制御部１１６からの制御指令値を補正する。具体的には、加算部４３１は、制御部１１６からの制御指令値に定数出力部４４１からの定数を加算することで、クーラ３１の出口温度をより高くするように制御指令値を補正する。
当該補正によりガスタービン制御装置４００は、クーラバイパス弁３３の開度を大きくする。クーラバイパス弁３３の開度が大きくなるとブーストコンプレッサ３５の入口温度が上昇し、ブーストコンプレッサ３５の体積流量が増加する。ブーストコンプレッサ３５の流量増加により、サージが発生する可能性が減少する。
加算部４３１は、サージ回避補正部の一例に該当する。また、加算部４３１は、稼働状況対応補正部の一例にも該当する。
【００６４】
なお、クーラバイパス弁３３の開度が大きくなることで、冷却空気の温度（ブーストコンプレッサ３５の出口温度）が上昇するので、高温部品の保護のために、ガスタービン１０をランバックまたはトリップさせるなど、ガスタービン１０の温度を低下させるようにしてもよい。図６において、ガスタービン制御装置４００は、ブーストコンプレッサ３５のサージ回避制御指令を取得すると、ガスタービン１０の保護運転の指令を発する。当該指令により、ガスタービン１０は、例えばランバックして燃焼器１２等の温度を低下させる。
なお、制御部１１６がファン３２の制御を行う場合は、ファン３２を停止する、あるいはファン３２の回転数を低下させることで、ブーストコンプレッサ３５の入口温度を上昇させるようにしてもよい。
【００６５】
図７は、ブーストコンプレッサ３５のコンプレッサマップ（性能曲線）の例を示す説明図である。同図の横軸は、ブーストコンプレッサ３５の体積流量を示し、縦軸は、ブーストコンプレッサ３５の入口と出口との圧力比（出口圧力を入口圧力で除算した値）を示す。また、線Ｌ２１はサージラインを示す。
ブーストコンプレッサ３５が点Ｐ２１にて示される状態になりサージ回避制御指令が出されると、定数出力部４４１が定数を出力し、加算部４３１は、制御部１１６からの制御指令値に定数出力部４４１からの定数を加算する。これによりクーラバイパス弁３３の開度が大きくなり、ブーストコンプレッサ３５の流量が増加する。流量増加によりブーストコンプレッサ３５は、点Ｐ２２にて示される状態になる。点Ｐ２２は点Ｐ２１よりもサージラインから遠い位置にある。従って、ブーストコンプレッサ３５にサージが発生する可能性が低減されている。
【００６６】
以上のように、定数出力部４４１は、ブーストコンプレッサ３５のサージ回避制御指令を取得すると所定値を出力する。そして、加算部４３１は、定数出力部４４１からの所定値を用いて制御部１１６からの制御指令値を補正する。
これにより、ガスタービン制御装置４００は、クーラバイパス弁３３の開度を大きくしてブーストコンプレッサ３５の入口温度を上昇させることができる。ブーストコンプレッサ３５の入口温度が上昇することでブーストコンプレッサ３５の体積流量が増加し、サージが発生する可能性を低減させることができる。
【００６７】
以上では、第４の実施形態におけるサージ回避制御を、第３の実施形態との組み合わせで説明したが、第４の実施形態において第３の実施形態は必須ではない。
第４の実施形態におけるサージ回避制御を、第１の実施形態、第２の実施形態のいずれと組み合わせて実施することも可能であるし、第４の実施形態におけるサージ回避制御を、第１の実施形態〜第３の実施形態のいずれとも独立して実施することも可能である。
【００６８】
なお、上記した実施形態のいずれかにおけるガスタービン制御装置が、ブーストコンプレッサの入口温度および出口温度の両方をそれぞれの設定値に近付けるようにフィードバック制御を行うようにしてもよい。例えば、第１の実施形態において、ガスタービン制御装置１００が、第１の実施形態で説明したブーストコンプレッサの入口温度のフィードバック制御に加えて、第２の実施形態で説明したブーストコンプレッサの出口温度のフィードバック制御を行うようにしてもよい。
【００６９】
なお、ガスタービン制御装置１００、２００、３００または４００の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、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く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
【００７０】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、圧縮機からの圧縮空気を冷却した冷却空気を冷却対象へ向けて出力するブーストコンプレッサの入口と出口との圧力比と、前記ブーストコンプレッサのＩＧＶ開度とに基づいて前記ブーストコンプレッサの入口と出口との温度差を算出する温度差算出部と、前記ブーストコンプレッサの入口と出口との温度差に基づいて、前記ブーストコンプレッサの入口および出口の少なくともいずれかにおけるフィードバック制御用の温度情報を算出する温度情報算出部と、前記フィードバック制御用の温度情報を用いて前記ブーストコンプレッサの入口温度および出口温度の少なくともいずれかが設定値に近づくようフィードバック制御を行う制御部と、を具備する温度制御装置に関する。
本発明によれば、ガスタービン圧縮機などの圧縮機からの圧縮空気をクーラで冷却した後ブーストコンプレッサで昇圧して冷却空気を得る際の温度制御を、より精度よく行うことができる。
【符号の説明】
【００７２】
１  ガスタービンプラント
１０  ガスタービン
１１  ＧＴ圧縮機
１２  燃焼器
１３  タービン
１４  軸
２１  発電機
３１  クーラ
３２  ファン
３３  クーラバイパス弁
３４  ミストセパレータ
３５  ブーストコンプレッサ
３６  アンチサージ弁
４１  クーラ出口温度計
４２  ＢＣ出口温度計
１００、２００、３００、４００  ガスタービン制御装置
１１１  流量取得部
１１２  効率取得部
１１３、２１３  温度差算出部
１１４、１１５  減算部
１１６  制御部
２１４、３３１、４３１  加算部
３２０  補正値生成部
３２１  出力換算部
３２２  回転数換算部
３２３  切替部
４４１  定数出力部
【図１】
2015064428.tif 000004
【図２】
2015064428.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
2015064428.tif 000008
【図６】
2015064428.tif 000009
【図７】
2015064428.tif 000010
【国際調査報告】
2015064428.tif 000011
2015064428.tif 000012
2015064428.tif 000013
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