(57)【要約】【課題】急激な負荷変動が生じても燃空比を速やかに追従させ、かつ、安定した燃焼状態で運転すること。【解決手段】圧縮機と、圧縮機から出力された圧縮空気と燃料流路からの燃料とが供給される燃焼器と、燃焼器で発生する燃焼ガスによって回転させられるタービンと、タービンの回転により発電する発電機とを備えるガスタービンに適用可能なガスタービン制御装置２０であって、燃焼器における燃空比の目標値に上限許容値及び下限許容値を設け、安定した燃焼状態となる燃空比を示す領域である燃焼安定領域を決定する安定領域決定部２１と、燃空比が燃焼安定領域内に収まるように、負荷の変動に応答して燃焼器の燃料投入量を制御する所定制御の指令値である第１燃料流量指令値を補正し、補正後の指令値である第２燃料指令値を決定する補正部２３とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、前記圧縮機から出力された圧縮空気と燃料流路からの燃料とが供給される燃焼器と、前記燃焼器で発生する燃焼ガスによって回転させられるタービンと、該タービンの回転により発電する発電機とを備えるガスタービンに適用可能なガスタービン制御装置であって、
前記燃焼器における燃空比の目標値に上限許容値及び下限許容値を設け、安定した燃焼状態となる前記燃空比を示す領域である燃焼安定領域を決定する安定領域決定手段と、
前記燃空比が前記燃焼安定領域内に収まるように、負荷の変動に応答して前記燃焼器の燃料投入量を制御する所定制御の指令値である第１燃料流量指令値を補正し、補正後の指令値である第２燃料指令値を決定する補正手段と
を具備するガスタービン制御装置。
【請求項２】
前記第２燃料流量指令値と、前記所定制御以外の他の制御によって決定された前記燃焼器の前記燃料投入量の指令値である第３燃料流量指令値とが入力され、いずれか１つの最小指令値を選択する燃料流量指令値決定手段を具備し、
前記補正手段は、前記タービンの回転数に応答して、前記燃焼器の前記燃料投入量を制御するガバナ制御を前記所定制御とし、前記ガバナ制御の指令値を第１燃料流量指令値とする請求項１に記載のガスタービン制御装置。
【請求項３】
前記第２燃料流量指令値と、前記所定制御以外の他の制御によって決定された前記燃焼器の前記燃料投入量の指令値である第３燃料流量指令値とが入力され、いずれか１つの最小指令値を選択する燃料流量指令値決定手段を具備し、
前記補正手段は、前記発電機出力に応答して、前記燃焼器の前記燃料投入量を制御する負荷制御を前記所定制御とし、前記負荷制御によって決定される燃料流量指令値を第１燃料流量指令値とする請求項１に記載のガスタービン制御装置。
【請求項４】
前記安定領域決定手段は、前記燃料の発熱量、前記燃料の温度、前記燃料の燃焼効率のうち、少なくとも１つの変動が検出された場合に、前記目標値を補正する請求項１から請求項３のいずれかに記載のガスタービン制御装置。
【請求項５】
前記安定領域決定手段は、ガスタービン出力要求値、タービン入口温度、及びガスタービン出力と前記圧縮機の入口案内翼開度と前記圧縮機の吸気温度とに基づいて算出されるタービン入口温度に比例する燃焼負荷指令値のうち、少なくともいずれか１つに基づいて前記目標値を決定する請求項１から請求項４のいずれかに記載のガスタービン制御装置。
【請求項６】
燃焼空気流量を算出する空気流量決定手段を具備し、
前記空気流量決定手段は、前記圧縮機の入口案内翼開度と前記圧縮機に流入される前記空気流量との対応情報を有しており、取得した前記入口案内翼開度と前記対応情報とに基づいて燃焼空気流量を算出する場合に、前記圧縮機の吸気温度と、前記圧縮機の吸気湿度と、前記圧縮機に吸気される空気の大気圧と、前記圧縮機の回転数とのうち、少なくともいずれか１つに基づいて、前記対応情報を補正する請求項１から請求項５のいずれかに記載のガスタービン制御装置。
【請求項７】
前記圧縮機に吸気される空気流量を計測する空気流量計測手段を具備する請求項１から請求項５のいずれかに記載のガスタービン制御装置。
【請求項８】
前記安定領域決定手段は、前記目標値に対し、負荷帯に応じた上限許容値及び下限許容値を設定する請求項１から請求項７のいずれかに記載のガスタービン制御装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載のガスタービン制御装置を備えた発電プラント。
【請求項１０】
圧縮機と、前記圧縮機から出力された圧縮空気と燃料流路からの燃料とが供給される燃焼器と、前記燃焼器で発生する燃焼ガスによって回転させられるタービンと、該タービンの回転により発電する発電機とを備えるガスタービンに適用可能なガスタービン制御方法であって、
前記燃焼器における燃空比の目標値に上限許容値及び下限許容値を設け、安定した燃焼状態となる前記燃空比を示す領域である燃焼安定領域を決定する過程と、
前記燃空比が前記燃焼安定領域内に収まるように、負荷の変動に応答して前記燃焼器の燃料投入量を制御する所定制御の指令値である第１燃料流量指令値を補正し、補正後の指令値である第２燃料指令値を決定する過程と
を有するガスタービン制御方法。
【請求項１１】
圧縮機と、前記圧縮機から出力された圧縮空気と燃料流路からの燃料とが供給される燃焼器と、前記燃焼器で発生する燃焼ガスによって回転させられるタービンと、該タービンの回転により発電する発電機とを備えるガスタービンに適用可能なガスタービン制御プログラムであって、
前記燃焼器における燃空比の目標値に上限許容値及び下限許容値を設け、安定した燃焼状態となる前記燃空比を示す領域である燃焼安定領域を決定する処理と、
前記燃空比が前記燃焼安定領域内に収まるように、負荷の変動に応答して前記燃焼器の燃料投入量を制御する所定制御の指令値である第１燃料流量指令値を補正し、補正後の指令値である第２燃料指令値を決定する処理と
をコンピュータに実行させるためのガスタービン制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン制御装置及び方法並びにプログラム、それを用いた発電プラントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスタービンを用いた発電プラントにおいて、電力系統に周波数変動が生じた場
合に、その変化に応じてガスタービンへの燃料供給量を制御し、電力系統における系統周
波数を安定させることが行われている。例えば、系統周波数が低下した場合には、規定の
回転数を維持するためにガスタービンへの燃料供給量を増加させ、ガスタービン出力を上
昇させるガバナフリー運転が行われる。
しかしながら、系統周波数の変動に応じて燃料供給量を変化させると、系統周波数の変動が急激な場合に、燃焼用空気の供給量の変化が燃料供給量に追従できなくなり、図１２に示されるように、燃料投入の遅れ、燃焼用空気の供給量の急増などにより、燃空比が目標値から逸脱し、不安定な燃焼状態になる可能性がある。
【０００３】
このような事態を防止するために、従来は、系統周波数が変動した時の燃料供給量の変化とそれに伴う燃焼用空気の供給量の変化の時間差に起因する燃空比の変動を避けるべく、系統周波数が入力された場合に、周波数検出値にフィルタやレートを持たせ、燃空比の追従が可能な程度に信号に遅れを持たせ、時間差を抑制する制御が行われている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３１１７４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の方法では、燃空比の変動を避けることができるものの、信号に遅れがもたらされるため、燃空比の追従に時間がかかるという問題があった。
【０００６】
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、急激な負荷変動が生じても燃空比を速やかに追従させ、かつ、安定した燃焼状態で運転することのできるガスタービン制御装置及び方法並びにプログラム、それを用いた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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、圧縮機と、前記圧縮機から出力された圧縮空気と燃料流路からの燃料とが供給される燃焼器と、前記燃焼器で発生する燃焼ガスによって回転させられるタービンと、該タービンの回転により発電する発電機とを備えるガスタービンに適用可能なガスタービン制御装置であって、前記燃焼器における燃空比の目標値に上限許容値及び下限許容値を設け、安定した燃焼状態となる前記燃空比を示す領域である燃焼安定領域を決定する安定領域決定手段と、前記燃空比が前記燃焼安定領域内に収まるように、負荷の変動に応答して前記燃焼器の燃料投入量を制御する所定制御の指令値である第１燃料流量指令値を補正し、補正後の指令値である第２燃料指令値を決定する補正手段とを具備するガスタービン制御装置を提供する。
【０００８】
このような構成によれば、燃焼器において安定した燃焼状態となる燃空比を示す領域として、目標値に上限許容値及び下限許容値を設けて示される燃焼安定領域が決定され、燃焼安定領域内に燃空比が収まるように、負荷の変動に応答して燃焼器の燃料投入量を制御する所定制御の指令値である第１燃料流量指令値が補正され、第２燃料流量指令値として決定される。
これにより、急激な負荷の変動が生じ、所定制御の制御量が急変することにより、第１燃料流量指令値から算出される燃空比が、燃焼安定領域から逸脱することが推定される場合であっても、燃焼安定領域内に収まるように第１燃料流量指令値が補正されるので、燃空比の逸脱を確実に防止できる。また、従来のように所定制御の検出値に遅れを持たせて制御する場合と比較して、本発明では検出値に遅れを持たせないので、燃空比の速やかな追従が可能となる。
【０００９】
上記ガスタービン制御装置において、前記第２燃料流量指令値と、前記所定制御以外の他の制御によって決定された前記燃焼器の前記燃料投入量の指令値である第３燃料流量指令値とが入力され、いずれか１つの最小指令値を選択する燃料流量指令値決定手段を具備し、前記補正手段は、前記タービンの回転数に応答して、前記燃焼器の前記燃料投入量を制御するガバナ制御を前記所定制御とし、前記ガバナ制御の指令値を第１燃料流量指令値とすることとしてもよい。
【００１０】
ガバナ制御による燃料投入量の指令値が急変することにより生じる燃焼不安定状態に対処するべく回転数或いは系統周波数の検出値に遅れを持たせて制御する場合と比較して、本発明は、燃空比の目標値からの逸脱を防止し、かつ、速やかに指令値に追従できる。
また、ガバナ制御で求められる指令値である第１燃料流量指令値に対してのみ補正をし、ガバナ制御以外の他の制御（例えば、負荷制御、温度制御など）によって決定された指令値には燃焼安定領域内に収めるための上限許容値及び下限許容値を設定しないので、他の制御（例えば、負荷制御、温度制御など）によるガスタービン保護制御には影響なく、ガスタービン保護制御機能は働くこととなる。
【００１１】
上記ガスタービン制御装置において、前記第２燃料流量指令値と、前記所定制御以外の他の制御によって決定された前記燃焼器の前記燃料投入量の指令値である第３燃料流量指令値とが入力され、いずれか１つの最小指令値を選択する燃料流量指令値決定手段を具備し、前記補正手段は、前記発電機出力に応答して、前記燃焼器の前記燃料投入量を制御する負荷制御を前記所定制御とし、前記負荷制御によって決定される燃料流量指令値を第１燃料流量指令値とすることとしてもよい。
【００１２】
負荷制御（ロードリミット制御）による燃料投入量の指令値が急変することにより生じる燃焼不安定の状態に対処するべく発電機出力の検出値に遅れを持たせて制御する場合と比較して、本発明は、燃空比の目標値からの逸脱を防ぎ、かつ、速やかに指令値に追従できる。また、負荷制御から算出される第１燃料流量指令値に対してのみ補正をし、負荷制御以外の他の制御（例えば、ガバナ制御、温度制御など）によって決定された指令値には燃焼安定領域内に収めるための上限許容値及び下限許容値を設定しないので、他の制御（例えば、ガバナ制御、温度制御など）によるガスタービン保護制御には影響なく、ガスタービン保護制御機能は働くこととなる。
【００１３】
上記ガスタービン制御装置の前記安定領域決定手段は、前記燃料の発熱量、前記燃料の温度、前記燃料の燃焼効率のうち、少なくとも１つの変動が検出された場合に、前記目標値を補正することとしてもよい。
燃料の性状や、燃料の温度（密度）条件、燃料の燃焼効率などの燃空比が変動する事象が検出された場合には、燃空比の目標値を補正することにより、より安定した燃焼状態を得られる燃空比の設定を行うことができる。
【００１４】
上記ガスタービン制御装置の前記安定領域決定手段は、ガスタービン出力要求値、タービン入口温度、及びガスタービン出力と前記圧縮機の入口案内翼開度と前記圧縮機の吸気温度とに基づいて算出されるタービン入口温度に比例する燃焼負荷指令値のうち、少なくともいずれか１つに基づいて前記目標値を決定することとしてもよい。
【００１５】
燃空比は、タービン入口温度との相関が高いので、タービン入口温度に基づいて目標値を設定することにより、燃空比の目標値設定の精度が向上される。また、タービン入口温度を計測していない（計測できない）場合であっても、ガスタービン出力と前記圧縮機の入口案内翼開度と前記圧縮機の吸気温度とに基づいてタービン入口温度に比例する燃焼負荷指令値が算出できるので、燃焼負荷指令値を用いて、目標値決定の精度が向上される。
【００１６】
上記ガスタービン制御装置は、燃焼空気流量を算出する空気流量決定手段を具備し、前記空気流量決定手段は、前記圧縮機の入口案内翼開度と前記圧縮機に流入される前記燃焼空気流量との対応情報を有しており、取得した前記入口案内翼開度と前記対応情報とに基づいて前記燃焼空気流量を算出する場合に、前記圧縮機の吸気温度と、前記圧縮機の吸気湿度と、前記圧縮機に吸気される空気の大気圧と、前記圧縮機の回転数とのうち、少なくともいずれか１つに基づいて、前記対応情報を補正することとしてもよい。
【００１７】
吸気温度、湿度、大気圧、回転数（周波数）によって対応情報を補正することにより、より精度の高い空気流量を用いて燃空比を算出することができるので、燃焼安定領域（上限許容値及び下限許容値）の精度も向上される。特に、周波数変動時などのガスタービン軸回転数変動による吸気流量変化が発生した場合にも対応できる。
【００１８】
上記ガスタービン制御装置は、前記圧縮機に吸気される空気流量を計測する空気流量計測手段を具備することとしてもよい。
圧縮機に吸入される空気流量を直接計測することができるので、より精度の高い空気流量の情報を使用することができ、燃焼安定領域（上限許容値及び下限許容値）の精度も向上される。
【００１９】
上記ガスタービン制御装置の前記安定領域決定手段は、前記目標値に対し、負荷帯に応じた上限許容値及び下限許容値を設定することとしてもよい。
これにより、精度の高い上限許容値、及び下限許容値を設定することができるので、燃焼安定領域（上限許容値及び下限許容値）の精度も向上される。
【００２０】
本発明は、上記いずれかに記載のガスタービン制御装置を備えた発電プラントを提供する。
【００２１】
本発明は、圧縮機と、前記圧縮機から出力された圧縮空気と燃料流路からの燃料とが供給される燃焼器と、前記燃焼器で発生する燃焼ガスによって回転させられるタービンと、該タービンの回転により発電する発電機とを備えるガスタービンに適用可能なガスタービン制御方法であって、前記燃焼器における燃空比の目標値に上限許容値及び下限許容値を設け、安定した燃焼状態となる前記燃空比を示す領域である燃焼安定領域を決定する過程と、前記燃空比が前記燃焼安定領域内に収まるように、負荷の変動に応答して前記燃焼器の燃料投入量を制御する所定制御の指令値である第１燃料流量指令値を補正し、補正後の指令値である第２燃料指令値を決定する過程とを有するガスタービン制御方法を提供する。
【００２２】
本発明は、圧縮機と、前記圧縮機から出力された圧縮空気と燃料流路からの燃料とが供給される燃焼器と、前記燃焼器で発生する燃焼ガスによって回転させられるタービンと、該タービンの回転により発電する発電機とを備えるガスタービンに適用可能なガスタービン制御プログラムであって、前記燃焼器における燃空比の目標値に上限許容値及び下限許容値を設け、安定した燃焼状態となる前記燃空比を示す領域である燃焼安定領域を決定する処理と、前記燃空比が前記燃焼安定領域内に収まるように、負荷の変動に応答して前記燃焼器の燃料投入量を制御する所定制御の指令値である第１燃料流量指令値を補正し、補正後の指令値である第２燃料指令値を決定する処理とをコンピュータに実行させるためのガスタービン制御プログラムを提供する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、急激な負荷変動が生じても燃空比を速やかに追従させ、かつ、安定した燃焼状態で運転できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る発電プラントの概略構成の一例を示した図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るガスタービン制御装置の機能ブロックを示した図である。
【図３】目標作動線に基づいて設定される燃焼安定領域の一例を示した図である。
【図４】上限値および下限値を説明するための図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の変形例に係るガスタービン制御装置の機能ブロックを示した図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るガスタービン制御装置の機能ブロックを示した図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係るガスタービン制御装置の機能ブロックを示した図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係るガスタービン制御装置の機能ブロックを示した図である。
【図９】本発明の第５の実施形態に係るガスタービン制御装置の機能ブロックを示した図である。
【図１０】本発明の第６の実施形態に係るガスタービン制御装置の機能ブロックを示した図である。
【図１１】本発明の第６の実施形態に係るガスタービン制御装置によって設定される燃空比を説明するための図である。
【図１２】従来の方法による制御を行う場合の燃空比の変化と目標値との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明の第１の実施形態に係るガスタービン制御装置及び方法並びにプログラム、それを用いた発電プラントの一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２６】
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る発電プラントのガスタービン周辺における主要構成を示した図である。
図１に示すように、発電プラント１０は、空気を圧縮して出力する圧縮機１、圧縮機１からの圧縮空気と燃料配管を経て供給される燃料とを混合燃焼し、燃焼ガスを出力する燃焼器２、燃焼器２からの燃焼ガスにより回転駆動されるガスタービン３、ガスタービン３により駆動される発電機４、及びガスタービン制御装置２０を備えている。この発電プラント１０において、圧縮機１、ガスタービン３、発電機４は同軸により互いに連結されている。
ガスタービン３を通った排気ガスは、排気ダクトを経て蒸気タービン（図示略）等へ送られ、排気ガスのエネルギーが活用される。
【００２７】
上記燃焼器２の燃料配管には、燃料流量を調整するための燃料流量調整弁５が設けられている。この燃料流量調整弁５の開度は、後述のガスタービン制御装置２０により制御される。
圧縮機１の第１段の翼の前側には、圧縮機１へ供給する空気流量を調整するための入口案内翼（以下「ＩＧＶ調整弁」という。）６が設けられている。ＩＧＶ調整弁６の開度は、ガスタービン制御装置２０に与えられる。
ガスタービン３の最終段部には最終段のブレードを通過したガスの温度であるブレードパス温度を計測するための図示しないＢＰＴセンサが設けられている。ＢＰＴセンサには、例えば、熱電対等が用いられる。ＢＰＴセンサにより計測された温度は、ガスタービン制御装置２０に与えられる。
【００２８】
ガスタービン制御装置２０は、安定領域決定部（安定領域決定手段）２１、空気流量決定部（空気流量決定手段）２２、補正部（補正手段）２３、及び燃料流量指令値決定部（燃料流量指令値決定手段）２４を備えている。
安定領域決定部２１は、燃焼器２における燃空比の目標値に上限許容値及び下限許容値を設け、安定した燃焼状態となる燃空比を示す領域である燃焼安定領域を決定する。
【００２９】
具体的には、安定領域決定部２１は、取得したガスタービン出力要求値（以下「ＧＴ出力デマンド」という）と、目標作動線Ｔａ２とに基づいてＧＴ出力デマンドに対する目標燃空比を算出し、上限設定部２１１により目標燃空比に対するプラス側許容値を算出し、下限設定部２１２により目標燃空比に対するマイナス側許容値を算出し、許容範囲内を燃焼安定領域とし、補正部２３に出力する。図３には、目標作動線Ｔａ２の一例を示している。図３に示されるように、目標作動線の下限許容値から上限許容値の範囲（目標作動線を含む白い領域）は、燃焼安定領域とされ、この領域以外（斜線領域）は、燃焼不安定領域とされる。
なお、ＧＴ出力デマンドは、ガスタービン出力の計測値（ガスタービン出力のフィードバック値）を使用することとしてもよい。
【００３０】
ここで、本実施形態における目標値は、ＧＴ出力デマンドに対する燃空比の目標値をグラフで示した目標作動線Ｔａ２で与えられる場合を例に挙げて説明するが、目標値の設定方法はこれに限定されない。例えば、ＧＴ出力デマンドと燃空比との値を対応付けたテーブルで目標値を示すこととしてもよい。
【００３１】
空気流量決定部２２は、ＩＧＶ調整弁６の開度と、圧縮機１に流入される空気流量とを対応づけた対応情報Ｔａ１を備えており、ＩＧＶ調整弁６の開度指令値を取得すると対応情報Ｔａ１に基づいて推定される空気流量を読み出し、燃焼空気流量として補正部２３に出力する。
【００３２】
補正部２３は、燃空比が燃焼安定領域内に収まるように、負荷の変動に応答して燃焼器２の燃料投入量を制御する所定制御の指令値である第１燃料流量指令値を補正し、補正後の指令値である第２燃料指令値を決定する。本実施形態においては、タービンの回転数に応答して、燃焼器２の燃料投入量を制御するガバナ制御を所定制御とし、ガバナ制御の燃料流量指令値を補正部２３の入力値である第１燃料流量指令値とする。
具体的には、補正部２３は、燃料上限設定部２３１、燃料下限設定部２３２、低値選択部２３３、及び高値選択部２３４を備えている。
【００３３】
燃料上限設定部２３１は、上限設定部２１１から取得した燃空比のプラス側許容値と、空気流量決定部２２から取得した燃焼空気流量とに基づいて、燃料流量の上限値を算出し、低値選択部２３３に出力する。
燃料下限設定部２３２は、下限設定部２１２から取得した燃空比のマイナス側許容値と、空気流量決定部２２から取得した燃焼空気流量とに基づいて、燃料流量の下限値を算出し、高値選択部２３４に出力する。
【００３４】
低値選択部２３３は、燃料流量の上限値と、ガバナ制御により決定された第１燃料流量指令値とを比較し、いずれか小さい方の値を選択して燃料流量指令値決定部２４に出力する。
高値選択部２３４は、燃料流量の下限値と、ガバナ制御により決定された第１燃料流量指令値とを比較し、いずれか大きい方の値を選択して燃料流量指令値決定部２４に出力する。
【００３５】
図４には、第１燃料流量指令値と燃料流量の上限値と燃料流量の下限値との関係を説明するための図が示されている。低値選択部２３３では、第１燃料流量指令値が、燃料上限設定部２３１で設定された上限許容値より大きい（つまり、第１燃料流量指令値が上限許容値を逸脱している）場合には上限許容値が選定され、上限許容値より小さい（つまり、第１燃料流量指令値が燃焼安定領域内である）場合には第１燃料流量指令値が選定される。
【００３６】
一方、高値選択部２３４では、第１燃料流量指令値が、燃料下限設定部２３２で設定された下限許容値がより大きい（つまり、第１燃料流量指令値が燃焼安定領域内である）場合には、第１燃料流量指令値が選定され、下限許容値より小さい（つまり、第１燃料流量指令値が下限許容値を逸脱している）場合には、下限許容値が選定される。このように、補正部２３では、第１燃料流量指令値が、燃料流量の上限値及び燃料流量の下限値の範囲内の値となるように補正され、第２燃料流量指令値として決定される。
【００３７】
燃料流量指令値決定部２４は、第２燃料流量指令値と、所定制御以外の他の制御によって決定された燃焼器２の燃料投入量の指令値である第３燃料流量指令値とが入力され、いずれか１つの最小指令値を選択する。
例えば、所定制御がガバナ制御であり、所定制御以外の他の制御が、発電機４の出力に応答して、燃焼器２の燃料投入量を制御する負荷制御、ガスタービン３のブレードパス温度に応答して、燃焼器２の燃料投入量を制御する温度制御とする。
【００３８】
この場合には、燃料流量指令値決定部２４には、ガバナ制御の第１燃料流量指令値に上下限値が設定されたガバナ制御の第２燃料流量指令値と、上下限値設定がされない負荷制御の燃料流量指令値（第３燃料流量指令値）と、上下限値設定されない温度制御の燃料流量指令値（第３燃料流量指令値）とが入力され、これらのうち、いずれか１つの最小指令値が選択される。このように、ガバナ制御の第２燃料流量指令値に対してのみ上下限設定をし、ガバナ制御以外の所定制御においては上下限設定をしないので、負荷制御や温度制御によるガスタービン保護制御を生かすことができる。
【００３９】
次に、上述した発電プラント２０におけるガスタービン制御方法について、図１から図３を用いて説明する。
ＩＧＶ弁開度６の開度指令値を取得すると、対応情報Ｔａ１に基づいて、燃焼空気流量が推定される。また、ＧＴ出力デマンドを取得すると、目標作動線Ｔａ２に基づいて、ＧＴ出力デマンドに対応する目標燃空比が決定されるとともに、上限許容値及び下限許容値が設定される。補正部２３において、目標燃空比の上限許容値と燃焼空気流量とに基づいて燃料流量の上限値が算出され、目標燃空比の下限許容値と燃焼空気流量とに基づいて燃料流量の下限値が算出される。
【００４０】
ガバナ制御により決定された第１燃料流量指令値が、燃料流量の上下限値で示される燃焼安定領域内に収まるように補正され、補正後の第２燃料流量指令値が燃料流量指令値決定部２４に出力される。補正後のガバナ制御による燃料流量指令値である第２燃料流量指令値と、負荷制御によって決定された第３燃料流量指令値と、温度制御によって決定された第３燃料流量指令値とが比較され、最も小さい値が「燃料流量指令値」として選定され、燃料流量調整弁５に与えられる。
燃料流量調整弁５は、取得した燃料流量指令値に基づいて開度を調整し、燃料流量指令値に基づく流量の燃料ガスを燃焼器２側に流通させる。
【００４１】
上述した実施形態に係るガスタービン制御装置２０においては、上記処理の全て或いは一部を別途ソフトウェアを用いて処理する構成としてもよい。この場合、ガスタービン制御装置２０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等の主記憶装置、及び上記処理の全て或いは一部を実現させるためのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、ＣＰＵが上記記憶媒体に記録されているプログラム（例えば、ガスタービン制御プログラム）を読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、上述のガスタービン制御装置２０と同様の処理を実現させる。
ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００４２】
以上説明してきたように、本実施形態に係るガスタービン制御装置２０及び方法並びにプログラム、それを備えた発電プラント１０によれば、燃焼器２において安定した燃焼状態となる燃空比を示す領域として、目標値に上限許容値及び下限許容値を設けて示される燃焼安定領域が決定され、燃焼安定領域内に燃空比が収まるように、回転数の変動に応答して燃焼器２の燃料投入量を制御するガバナ制御の指令値である第１燃料流量指令値が補正され、第２燃料流量指令値として決定される。
これにより、急激な負荷の変動が生じ、ガバナ制御の制御量が急変することにより、第１燃料流量指令値から算出される燃空比が、燃焼安定領域から逸脱することが推定される場合であっても、燃焼安定領域内に収まるようにガバナ制御の燃料流量指令値が補正されるので、燃空比の逸脱を確実に防止できる。
【００４３】
また、ガバナ制御で求められる指令値である第１燃料流量指令値に対してのみ補正をし、ガバナ制御以外の他の所定制御（例えば、負荷制御、温度制御など）によって決定された指令値には燃焼安定領域内に収めるための上限許容値及び下限許容値を設定しないので、他の所定制御によるガスタービン保護制御には影響なく、ガスタービン保護制御機能は働くこととなる。
【００４４】
〔変形例〕
本実施形態においては、ガバナ制御によって決定される第１燃料流量指令値に対して上下限値を設けることとして説明していたが、これに限定されない。例えば、図５に示されるように、発電機出力に応答して、燃焼器２の燃料投入量を制御する負荷制御を所定制御とし、負荷制御によって決定される指令値を補正部２３の入力値である第１燃料流量指令値とし、負荷制御の燃料流量指令値に対して上下限値を設けることとしてもよい。この場合には、負荷制御以外の他の所定制御（ガバナ制御、温度制御等）の燃料流量指令値である第３燃料流量指令値には、上下限値を設定しない。
【００４５】
負荷制御（ロードリミット制御）による燃料投入量の指令値が急変することにより生じる燃焼不安定の状態に対処するべく発電機出力の検出値に遅れを持たせて制御する場合と比較して、第１の実施形態の変形例では、燃空比の目標値からの逸脱を防ぎ、かつ、速やかに指令値に追従できる。また、負荷制御から算出される第１燃料流量指令値に対してのみ補正をし、負荷制御以外の他の所定制御（例えば、ガバナ制御、温度制御など）によって決定された指令値には燃焼安定領域内に収めるための上限許容値及び下限許容値を設定しないので、他の所定制御（例えば、ガバナ制御、温度制御など）によるガスタービン保護制御には影響なく、ガスタービン保護制御機能は働くこととなる。
【００４６】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係るガスタービン制御装置及び方法並びにプログラム、それを用いた発電プラントについて図６を用いて説明する。
本実施形態に係る発電プラントは、第１の実施形態における構成に加え、目標作動線Ｔａ２で決定される燃空比を補正する点で上述の第１の実施形態と異なる。以下、本実施形態に係るガスタービン制御装置２０ｂについて、第１の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
【００４７】
安定領域決定部２１ｂは、目標値補正部２１３を備えている。
目標値補正部２１３は、燃料の発熱量、燃料の温度、燃料の燃焼効率のうち、少なくとも１つの変動が検出された場合に、目標値を補正する。
ここで、目標値の補正の例を示す。例えば、燃料Ｆ（Ｆｕｅｌ）と空気Ａ（Ａｉｒ）との比率をＦ／Ａで示している場合において、燃料の発熱量の上昇が検出された場合には、発熱量が上昇する前と比較して燃空比が大きくなるので、燃料Ｆを減少させる方向に補正する。同様に、燃料の温度の上昇が検出された場合には、温度が上昇する前と比較して密度が低下するので、燃料Ｆを増加させる方向に補正する。また、燃料の燃焼効率の上昇が検出された場合には、燃焼効率が上昇する前と比較して燃空比が大きくなるので燃料Ｆを減少させる方向に補正する。
【００４８】
これにより、燃料の性状や、燃料の温度（密度）条件、燃料の燃焼効率などの燃空比が変動する事象が検出された場合には、燃空比の目標値を補正することにより、より安定した燃焼状態を得られる燃空比の設定を行うことができる。
【００４９】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態に係るガスタービン制御装置及び方法並びにプログラム、それを用いた発電プラントについて図７を用いて説明する。
本実施形態に係る発電プラントは、第１の実施形態における構成に加え、安定領域決定部２１ｃに入力される燃空比を決定するパラメータを、ＧＴ出力デマンドに代えてタービン入口温度、或いは、それに準ずる信号とする点で第１の実施形態、第２の実施形態と異なる。以下、本実施形態に係るガスタービン制御装置２０ｃについて、第１の実施形態、第２の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
【００５０】
安定領域決定部２１ｃは、ＧＴ出力デマンド、タービン入口温度、及びガスタービン出力とＩＧＶ調整弁６の開度と圧縮機１の吸気温度とに基づいて算出されるタービン入口温度に比例する燃焼負荷指令値（ＣＬＣＳＯ）のうち、少なくともいずれか１つに基づいて目標値を決定する。
燃空比は、タービン入口温度との相関が高いため、タービン入口温度に基づいて目標値を設定することにより、燃空比設定の精度を向上させることができる。また、タービン入口温度を計測していない（計測できない）場合であっても、ガスタービン出力と圧縮機１のＩＧＶ調整弁６の開度と圧縮機１の吸気温度とに基づいてタービン入口温度に比例する燃焼負荷指令値（ＣＬＣＳＯ）が算出できるので、燃焼負荷指令値（ＣＬＣＳＯ）を用いて、目標値を決定することにより、燃空比設定の精度を向上させることができる。
【００５１】
なお、燃焼負荷指令値を算出する技術については、公知の技術（例えば、特開２００７−７７８６７号公報）であるから、この算出方法についての詳細な説明は省略する。
【００５２】
〔第４の実施形態〕
次に、本発明の第４の実施形態に係るガスタービン制御装置及び方法並びにプログラム、それを用いた発電プラントについて図８を用いて説明する。
本実施形態に係る発電プラントは、第１の実施形態における構成に加え、空気流量決定部２２ｄに入力される燃焼空気流量を決定する対応情報を補正する点で第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態と異なる。以下、本実施形態に係るガスタービン制御装置２０ｄについて、第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
【００５３】
空気流量決定部２２ｄは、空気流量補正部２２１を備えている。
空気流量補正部２２１は、圧縮機１の吸気温度と、圧縮機１の吸気湿度と、圧縮機１に吸気される空気の大気圧と、圧縮機１の回転数とのうち、少なくともいずれか１つに基づいて、対応情報Ｔａ１を補正する。
ここで、対応情報Ｔａ１の補正の例を示す。例えば、空気温度は上昇すると密度は下がるので、空気温度の上昇が検出された場合には、本来流れる筈の流量よりも流れていない可能性があるため、対応情報Ｔａ１から求められる空気流量の値を下げる方向に補正する。空気湿度が上昇した場合には、空気流量の値を上げる方向に補正する。空気の大気圧が上昇した場合には、空気流量の値を上げる方向に補正する。圧縮機の回転数が上昇した場合には、空気流量の値を上げる方向に補正する。
【００５４】
このように、吸気温度、湿度、大気圧、回転数（周波数）によって対応情報を補正することにより、より精度の高い空気流量を用いて燃空比を算出することができるので、燃焼安定領域（上限許容値及び下限許容値）の精度も向上される。特に、周波数変動時などのガスタービン軸回転数変動による吸気流量変化が発生した場合に用いて好適である。
【００５５】
〔第５の実施形態〕
次に、本発明の第５の実施形態に係るガスタービン制御装置及び方法並びにプログラム、それを用いた発電プラントについて図９を用いて説明する。
本実施形態に係る発電プラントは、第１の実施形態における構成に加え、空気流量計測部を備え、空気流量決定部２２ｅは空気流量計測部により計測された空気流量計測値を取得する点で上記第１の実施形態から第４の実施形態と異なる。以下、本実施形態に係るガスタービン制御装置２０ｅについて、第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態、第４の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
【００５６】
本実施形態にかかる発電プラントは、圧縮機１の入口に図示しない空気流量計測部を備えている。空気流量計測部、圧縮機１に吸気される空気の流量を計測し、計測結果である空気流量計測値をガスタービン制御装置２０ｅに与える。
空気流量決定部２２ｅは、取得した空気流量計測値を補正部２３に出力する。
このように、燃焼空気流量を直接計測することにより、精度の高い空気流量を用いることができ、燃空比の算出の精度が向上されるので、燃料流量の上下限値の精度も向上される。
【００５７】
〔第６の実施形態〕
次に、本発明の第６の実施形態に係るガスタービン制御装置及び方法並びにプログラム、それを用いた発電プラントについて図１０を用いて説明する。
本実施形態に係る発電プラントは、第１の実施形態における構成に加え、安定領域決定部２１ｆが許容値調整部２１４を備える点で、上記第１の実施形態から第５の実施形態と異なる。以下、本実施形態に係るガスタービン制御装置２０ｆについて、第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態、第４の実施形態、第５の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
【００５８】
許容値調整部２１４は、目標値に対し、負荷帯に応じた上限許容値及び下限許容値を設定する。具体的には、許容値調整部２１４は、目標作動線のプラス側許容値に対し、ＧＴ出力デマンド、或いは、タービン入口温度（ＣＬＣＳＯの値を含む）などのガスタービンの運転指標によって、負荷帯に応じた燃空比Ｆ／Ａのプラス側上限値を設定する。また、許容値調整部２１４は、目標作動線のマイナス側許容値に対し、ＧＴ出力デマンド、或いは、タービン入口温度（ＣＬＣＳＯの値を含む）などのガスタービンの運転指標によって、負荷帯に応じた燃空比Ｆ／Ａのマイナス側下限値を設定する。
【００５９】
図１１には、本実施形態にかかるガスタービン制御装置２１ｆの許容値調整部２１４により決定された、ＧＴ出力デマンド、或いは、タービン入口温度（ＣＬＣＳＯを含む）に対する燃空比の目標値を示している。図１１に示されるように、本実施形態にかかる安定領域決定部２１ｆでは、目標作動線に対し、上下限の許容幅（燃焼安定領域）が、負荷帯に応じて異なっている。
このように、精度の高い上限許容値、及び下限許容値を設定することができるので、燃焼安定領域（上限許容値及び下限許容値）の精度も向上される。
【符号の説明】
【００６０】
１  圧縮機
２  燃焼器
１０  発電プラント
２０  ガスタービン制御装置
２１  安定領域決定部（安定領域決定手段）
２２  空気流量決定部（空気流量決定手段）
２３  補正部（補正手段）
２４  燃料流量指令値決定部（燃料流量指令値決定手段）
【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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