(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンにおける燃焼器内の圧力変動または加速度を複数の周波数帯別に周波数解析する第１のステップと、
該周波数帯別解析結果と、前記ガスタービンにおける空気流量および全燃料流量に対するパイロット燃料の比であるパイロット比を含む操作プロセス量と、大気状態及び負荷量を含む状態信号とに基づき、前記ガスタービンの燃焼振動の強度を周波数帯別に把握する第２のステップと、
前記燃焼振動の強度が予め定めた管理値を越える毎に前記燃焼器に供給する空気流量とパイロット比との少なくとも一方の補正量を算出し、前記操作プロセス量と状態信号に対応させて予め設定した前記空気流量と前記パイロット比の初期設計値を補正する第３のステップと、
該第３のステップの補正に基づいてガスタービンを駆動し、前記燃焼振動の強度が前記管理値又は該管理値よりも安全側の閾値を一定時間下回ったことを判断する第４のステップと、
該第４のステップの判断に基づき、前記第３のステップで行った初期設計値の補正をリセットし、初期設計値で運転することを特徴とするガスタービン制御方法。
【請求項２】
ガスタービンにおける燃焼器内の圧力変動または加速度を複数の周波数帯別に周波数解析する第１のステップと、
該周波数帯別解析結果と、前記ガスタービンにおける空気流量および全燃料流量に対するパイロット燃料の比であるパイロット比を含む操作プロセス量と、大気状態及び負荷量を含む状態信号とに基づき、前記ガスタービンの燃焼振動の強度を周波数帯別に把握する第２のステップと、
前記燃焼振動の強度が予め定めた管理値を越える毎に前記燃焼器に供給する空気流量とパイロット比との少なくとも一方の補正量を算出し、前記操作プロセス量と状態信号に対応させて予め設定した前記空気流量と前記パイロット比の初期設計値を補正する第３のステップと、
該第３のステップの補正に基づいてガスタービンを駆動し、前記燃焼振動の強度が前記管理値を一定時間下回ったことを判断する第４のステップと、
該第４のステップの判断に基づき、前記第３のステップで行った初期設計値の補正値を、徐々に初期設計値に戻しながら運転することを特徴とするガスタービン制御方法。
【請求項３】
前記第３のステップで行った初期設計値の補正値を、予め定めた前記管理値より小さい複数の閾値に従って、初期設計値に近づく方向に段階的に低減させることを特徴とする請求項２に記載したガスタービン制御方法。
【請求項４】
ガスタービンにおける燃焼器内の圧力変動または加速度を複数の周波数帯別に周波数解析する周波数解析手段と、
該周波数解析手段の周波数帯別解析結果と、前記ガスタービンにおける空気流量および全燃料流量に対するパイロット燃料の比であるパイロット比を含む操作プロセス量と、大気状態及び負荷量を含む状態信号とに基づき、前記ガスタービンにおける燃焼状態を把握する状態把握手段、及び燃焼振動の強度を把握する燃焼特性把握手段と、
前記燃焼特性把握手段が把握した燃焼振動の強度と状態把握手段の把握した燃焼状態とから、前記燃焼振動の強度が予め定めた管理値を越える毎に前記燃焼器に供給する空気流量とパイロット比との少なくとも一方の補正量を算出し、前記操作プロセス量と状態信号に対応させて予め設定した空気流量とパイロット比の初期設計値を補正して前記ガスタービンを駆動する制御部とを備え、
前記制御部は、前記ガスタービンの燃焼振動の強度が予め定めた前記管理値又は該管理値よりも安全側の閾値を一定時間下回った状態で前記初期設計値の補正をリセットし、初期設計値で前記ガスタービンを運転するよう構成されていることを特徴とするガスタービン制御装置。
【請求項５】
ガスタービンにおける燃焼器内の圧力変動または加速度を複数の周波数帯別に周波数解析する周波数解析手段と、
該周波数解析手段の周波数帯別解析結果と、前記ガスタービンにおける空気流量および全燃料流量に対するパイロット燃料の比であるパイロット比を含む操作プロセス量と、大気状態及び負荷量を含む状態信号とに基づき、前記ガスタービンにおける燃焼状態を把握する状態把握手段、及び燃焼振動の強度を把握する燃焼特性把握手段と、
前記燃焼特性把握手段が把握した燃焼振動の強度と状態把握手段の把握した燃焼状態とから、前記燃焼振動の強度が予め定めた管理値を越える毎に前記燃焼器に供給する空気流量とパイロット比との少なくとも一方の補正量を算出し、前記操作プロセス量と状態信号に対応させて予め設定した空気流量とパイロット比の初期設計値を補正して前記ガスタービンを駆動する制御部とを備え、
前記制御部は、前記ガスタービンの燃焼振動の強度が予め定めた前記管理値を一定時間下回った状態で、前記初期設計値の補正を前記初期設計値に近づく方向に段階的に低減させながら前記ガスタービンを運転するよう構成されていることを特徴とするガスタービン制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記初期設計値に加えた補正値を、予め定めた前記管理値より小さい複数の閾値に従って、初期設計値に近づく方向に段階的に低減させて前記ガスタービンを運転するよう構成されていることを特徴とする請求項５に記載したガスタービン制御装置。
【請求項７】
前記第４のステップでは、前記燃焼振動の強度が前記管理値よりも安全側の閾値を一定時間下回ったことを判断することを特徴とする請求項１に記載のガスタービン制御方法。
【請求項８】
前記制御部は、前記ガスタービンの燃焼振動の強度が前記管理値よりも安全側の閾値を一定時間下回った状態で前記初期設定値の補正をリセットすることを特徴とする請求項４に記載のガスタービン制御装置。
【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方法及び装置に係り、特に、ガスタービン運転時に生じる燃焼振動抑制のための補正により、設計時に想定した理想的な燃料流量、空気流量での運転状態から逸脱した運転を続けることを防止できるようにした、ガスタービン制御方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば発電機を駆動するガスタービンでは、発電機の出力、大気温度・湿度などに基づき、燃焼器へ送る空気流量、燃料流量を試運転で微調整して予め決定し、その値を初期設計値として用いて運転を行なっている。しかし試運転は一定期間のみであり、全ての気象条件に基づいて試運転できるわけではなく、また、圧縮機の性能劣化やフィルターの目詰まりなどの経年変化により、実際の空気流量、燃料流量は設計時や試運転時とずれる可能性がある。
【０００３】
またガスタービンは、燃料と空気とによる連続的な発熱酸化反応で生じる燃焼ガスにより駆動されるが、その発熱酸化反応の際に乱流燃焼に伴う燃焼騒音と、燃料蒸発から燃焼までの時間遅れに伴う、放熱と拡散・旋回に伴う火炎伝播速度の変動との相互作用により誘起される燃焼振動とからなる、１０Ｈｚから数ＫＨｚに亘る周波数を有する圧力変動を伴うことがある。
【０００４】
特に、燃焼振動は、燃焼室の燃焼領域で発生する上述した相互作用を加振源とし、燃焼室の気柱との共鳴によってある特有の振動周波数の範囲で成長する。このような燃焼振動は、大小のレベルはあるものの、燃焼ガスの生成過程ではある程度不可避と考えなければならないが、その大小レベルは燃焼器の容積および燃焼ガス温度に基づく燃焼性能によって左右される。
【０００５】
一方、最近のガスタービンでは高出力化が求められ、これに伴って燃焼ガス温度も高温となって、ガスタービンの燃焼室は燃焼ガスの急激な温度上昇やガスタービン負荷変動等に伴って生起する過大な熱応力に対処できるよう、強度の高い耐熱鋼を使用すると共に、搬入・据付・点検等の労力軽減のため、高強度の割合には比較的肉厚の薄い材料が使用されている。ところが、不測の過大な燃焼振動が発生した場合、あるいは燃焼振動と燃焼室の気柱とが共振した場合、燃焼室は極度に振動してクラックが発生したり支持部材に過大な損傷が生じ、燃焼器の構成部材の寿命を短くしたりする。
【０００６】
こういった燃焼振動は、ガスタービンの運転に大きな支障をきたすため、燃焼振動をできる限り抑制し回避することがプラントの設備保護、及び稼働率向上の観点から強く求められる。そのため、燃焼安定性を保って燃焼振動が生じないよう、年に数回の制御系の調整を熟練調整員により実施し、燃焼安定性の確認・維持が不可欠となるが、それが保守のコストアップや稼動率低下の原因となる。
【０００７】
こういった問題に対しては、例えば特許文献１に、圧力センサーによって検出された燃焼ガスの圧力変動を周波数解析する周波数解析装置と、この周波数解析装置によって解析された圧力変動の周波数帯域に基づいて振動安定性を処理する中央演算装置と、この中央演算装置の出力信号を増幅する電圧増幅器と、増幅された出力信号を弁開閉信号として燃料弁に与えて制御するコントローラ部とをそれぞれ備え、圧力変動に伴って誘起する燃焼振動を抑制する燃焼器の燃焼振動抑制装置およびその抑制方法が示されている。
【０００８】
また、この特許文献１に示された燃焼振動抑制装置およびその抑制方法は低周波の燃焼振動を対象としたものであるが、ガスタービンで生じる燃焼振動は様々な要因によって低周波から数千Ｈｚといった高周波までの広い帯域で生じるものであり、しかも複数の周波数帯域で燃焼振動が同時に発生することもある。そのため、特許文献１のように低周波域の燃焼振動だけに基づいて燃空比を変化させると、他の周波数帯域での燃焼振動が悪化することもある。
【０００９】
そのため本願出願人は特許文献２において、複数の周波数帯域で燃焼振動が発生している場合に予め決めた優先度に応じ、優先度の高い周波数帯域の燃焼振動が抑制されるよう調整をおこない、このように燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方を調整したとき、その調整内容と、調整を行ったことによる燃焼器内における燃焼状態の変化とを関連付けた情報を記憶するデータベースと、そのデータベースに蓄積された情報に基づいて解析して得られた情報が格納された基礎データベースとが設けられ、その基礎データベースに格納された情報に基づき、燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方を調整して、複数の周波数帯域で燃焼振動が発生した場合にも、有効に燃焼振動を抑制できるガスタービン制御装置を提案した。
【００１０】
【特許文献１】特開平９−２６９１０７号公報
【特許文献２】特開２００５−１５５５９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら特許文献１に示された燃焼振動抑制装置およびその抑制方法は、前記したように低周波の燃焼振動を対象としたものであるため、その燃焼振動だけに基づいて燃空比を変化させると他の周波数帯域での燃焼振動が悪化することがある。また特許文献２に開示された方法は、優先度の高い周波数帯域の燃焼振動を抑制することには有効であるが、調整内容と調整を行ったことによる燃焼器内における燃焼状態の変化とを関連付けた情報をデータベースに記憶し、そのデータベースに蓄積された情報に基づいて図１２（Ａ）のグラフに示したように、解析して得られた情報で燃焼振動を抑制するようにしているため、図１２（Ｂ）の時間と効率の関係を示したグラフに示したように、設計時に想定した理想的な燃料流量、空気流量による設計性能や母機の疲労寿命を考慮した運転状態から逸脱した運転が行われてしまう場合がある。
【００１２】
この図１２（Ａ）のグラフは横軸が負荷、縦軸が燃料流量や空気流量を制御する弁開度を表し、■は補正前の弁開度、▲は燃焼振動の発生を抑制するための調整を行った後の弁開度で、負荷が９０から１１０程度の範囲で調整を行った後の弁開度が大きくなっている。そして図１２（Ｂ）は、横軸がガスタービンの駆動時間であり、縦軸は効率を表していて、「ここで調整」と記した部分で燃焼振動の発生を抑制するための調整を行った場合であり、調整後は効率が落ちている。すなわちこれは、燃焼振動の発生を抑制するための調整により、設計時に想定した理想的な燃料流量、空気流量とする弁開度とずれた弁開度により、設計性能や母機の疲労寿命を考慮した運転状態から逸脱した運転が行われていることを示している。
【００１３】
そのため本発明においては、初期設計値で想定した理想的な燃料流量、空気流量での運転状態から逸脱した運転が続けられることを防止できるようにして、設計時に想定した理想的な燃料流量、空気流量による設計性能や母機の疲労寿命を考慮した運転状態を維持できるようにした、ガスタービン制御方法及び装置を提供することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため本発明になるガスタービン制御方法は、
ガスタービンにおける燃焼器内の圧力変動または加速度を複数の周波数帯別に周波数解析する第１のステップと、
該周波数帯別解析結果と、前記ガスタービンにおける空気流量および全燃料流量に対するパイロット燃料の比であるパイロット比を含む操作プロセス量と、大気状態及び負荷量を含む状態信号とに基づき、前記ガスタービンの燃焼振動の強度を周波数帯別に把握する第２のステップと、
前記燃焼振動の強度が予め定めた管理値を越える毎に前記燃焼器に供給する空気流量とパイロット比との少なくとも一方の補正量を算出し、前記操作プロセス量と状態信号に対応させて予め設定した前記空気流量と前記パイロット比の初期設計値を補正する第３のステップと、
該第３のステップの補正に基づいてガスタービンを駆動し、前記燃焼振動の強度が前記管理値又は該管理値よりも安全側の閾値を一定時間下回ったことを判断する第４のステップと、
該第４のステップの判断に基づき、前記第３のステップで行った初期設計値の補正をリセットし、初期設計値で運転することを特徴とする。
【００１５】
そしてこのガスタービン制御方法を実施するガスタービン制御装置は、
ガスタービンにおける燃焼器内の圧力変動または加速度を複数の周波数帯別に周波数解析する周波数解析手段と、
該周波数解析手段の周波数帯別解析結果と、前記ガスタービンにおける空気流量および全燃料流量に対するパイロット燃料の比であるパイロット比を含む操作プロセス量と、大気状態及び負荷量を含む状態信号とに基づき、前記ガスタービンにおける燃焼状態を把握する状態把握手段、及び燃焼振動の強度を把握する燃焼特性把握手段と、
前記燃焼特性把握手段が把握した燃焼振動の強度と状態把握手段の把握した燃焼状態とから、前記燃焼振動の強度が予め定めた管理値を越える毎に前記燃焼器に供給する空気流量とパイロット比との少なくとも一方の補正量を算出し、前記操作プロセス量と状態信号に対応させて予め設定した空気流量とパイロット比の初期設計値を補正して前記ガスタービンを駆動する制御部とを備え、
前記制御部は、前記ガスタービンの燃焼振動の強度が予め定めた前記管理値又は該管理値よりも安全側の閾値を一定時間下回った状態で前記初期設計値の補正をリセットし、初期設計値で前記ガスタービンを運転するよう構成されていることを特徴とする。
【００１６】
また同じく本発明になるガスタービン制御方法は、
ガスタービンにおける燃焼器内の圧力変動または加速度を複数の周波数帯別に周波数解析する第１のステップと、
該周波数帯別解析結果と、前記ガスタービンにおける空気流量および全燃料流量に対するパイロット燃料の比であるパイロット比を含む操作プロセス量と、大気状態及び負荷量を含む状態信号とに基づき、前記ガスタービンの燃焼振動の強度を周波数帯別に把握する第２のステップと、
前記燃焼振動の強度が予め定めた管理値を越える毎に前記燃焼器に供給する空気流量とパイロット比との少なくとも一方の補正量を算出し、前記操作プロセス量と状態信号に対応させて予め設定した前記空気流量と前記パイロット比の初期設計値を補正する第３のステップと、
該第３のステップの補正に基づいてガスタービンを駆動し、前記燃焼振動の強度が前記管理値を一定時間下回ったことを判断する第４のステップと、
該第４のステップの判断に基づき、前記第３のステップで行った初期設計値の補正値を、徐々に初期設計値に戻しながら運転することを特徴とする。
【００１７】
また、同じくこのガスタービン制御方法を実施するガスタービン制御装置は、
ガスタービンにおける燃焼器内の圧力変動または加速度を複数の周波数帯別に周波数解析する周波数解析手段と、
該周波数解析手段の周波数帯別解析結果と、前記ガスタービンにおける空気流量および全燃料流量に対するパイロット燃料の比であるパイロット比を含む操作プロセス量と、大気状態及び負荷量を含む状態信号とに基づき、前記ガスタービンにおける燃焼状態を把握する状態把握手段、及び燃焼振動の強度を把握する燃焼特性把握手段と、
前記燃焼特性把握手段が把握した燃焼振動の強度と状態把握手段の把握した燃焼状態とから、前記燃焼振動の強度が予め定めた管理値を越える毎に前記燃焼器に供給する空気流量とパイロット比との少なくとも一方の補正量を算出し、前記操作プロセス量と状態信号に対応させて予め設定した空気流量とパイロット比の初期設計値を補正して前記ガスタービンを駆動する制御部とを備え、
前記制御部は、前記ガスタービンの燃焼振動の強度が予め定めた前記管理値を一定時間下回った状態で、前記初期設計値の補正を前記初期設計値に近づく方向に段階的に低減させながら前記ガスタービンを運転するよう構成されていることを特徴とする。
【００１８】
このように燃焼振動が生じたとき、その燃焼振動を抑制する補正値で操作プロセス量と状態信号に対応させて予め設定した空気流量とパイロット比の初期設計値を補正し、以後の運転においてその補正結果の燃料流量又は空気流量で運転を続けるようにし、燃焼振動が予め定めた前記管理値を一定時間下回った場合、初期設計値の補正をリセットするか、もしくは段階的に低減させることで、設計時に想定した理想的な燃料流量、空気流量での運転状態から逸脱した運転が続けられることが防止され、母機の疲労寿命も考慮した運転状態を維持できるガスタービン制御方法及び装置とすることができる。
【００１９】
そして、前記第３のステップで行った初期設計値の補正値を、予め定めた前記管理値より小さい複数の閾値に従って、初期設計値に近づく方向に段階的に低減し、そのため、前記制御部は、前記初期設計値に加えた補正値を、予め定めた前記管理値より小さい複数の閾値に従って、初期設計値に近づく方向に段階的に低減させて前記ガスタービンを運転するよう構成されていることで、母機の疲労寿命も考慮した運転状態を適切に維持できるガスタービン制御方法及び装置とすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上記載のごとく本発明になるガスタービン制御方法及び装置は、燃焼振動発生時に一旦燃焼振動を回避し、制御系設定に対して望ましい補正を行うが、所定時間監視して燃焼振動が落ち着いているようであれば元の制御系設定に戻す、あるいは母機の疲労寿命を考慮した設定とする機能を備えたから、ガスタービンの熱容量などによる一時的な不安定燃焼現象時には燃焼安定性を維持すべく制御系の調整を行うことが可能となり、また、不安定現象が解消すれば当初設定した初期設計値に戻す、あるいは母機の疲労寿命を考慮した設定とするため、特別の場合を除いてメーカやお客様の意図した制御系設定でガスタービンを運用することができ、従来のように設計時に想定した理想的な燃料流量、空気流量での運転状態から逸脱した運転が続けられる、といったことが防止されて、母機の疲労寿命も考慮した運転状態を維持できる、ガスタービン制御方法及び装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例１】
【００２２】
最初にガスタービン２の構成を示した図１０と、ガスタービン燃焼器２３の概略断面図である図１１とを用い、ガスタービン２について簡単に説明する。まず図１０はガスタービン２の概略構成図であり、ガスタービン２は入口案内翼２６を有する圧縮機２２と、回転軸３９に圧縮機２２、発電機４０が接続されているタービン２４を有するガスタービン本体部２１とを有し、このタービン２４には燃焼器２３から燃焼ガス導入管３８経由で燃焼ガスが供給され、またその燃焼ガスは配管を通して外部に排出される。
【００２３】
圧縮機２２は回転軸３９を介してタービン２４の回転が伝えられ、フィルタが設けられている取り込み入口から外部の吸気２５を取り込んで圧縮空気を生成し、圧縮空気導入部２７から燃焼器２３に圧縮空気を供給して燃焼に使用させる。この圧縮機２２に設けられた入口案内翼２６は、圧縮機２２の空気導入側の回転翼で、この入口案内翼２６の回転翼の角度、すなわち弁開度を制御することで回転数一定でも、圧縮機２２へ導入する空気の流量（圧縮機吸気流量）を調整することが可能である。
【００２４】
燃焼器２３には圧縮空気導入部２７、バイパス空気導入管３６、バイパス弁３５、バイパス空気混合管３７が接続され、圧縮空気導入部２７は、圧縮機２２に接続された導入管や燃焼器２３の車室内へ空気を導く空間で、圧縮機吐出空気を燃焼器２３へ導く。バイパス空気導入管３６は圧縮空気導入部２７内に一端部が開放されて接続され、他端部はバイパス空気導入管３６を通過する空気の流量を制御するバイパス弁３５に接続されて、圧縮機吐出空気のうち、燃焼器２３に供給しない分をタービン２４へバイパスする管である。また、バイパス弁３５の他端側に接続されたバイパス空気混合管３７は燃焼ガス導入管３８に接続され、バイパス弁３５を通過した空気を燃焼器２３で生成した燃焼ガスと混合するよう燃焼ガス導入管３８に供給する。
【００２５】
また燃焼器２３には、メイン燃料流量制御弁２８、メイン燃料供給弁２９を介してメイン燃料４９が、パイロット燃料流量制御弁３１、パイロット燃料供給弁３２を介してパイロット燃料３３がそれぞれ供給される。メイン燃料流量制御弁２８は、一方を外部から燃料を供給する配管に、他方を複数のメイン燃料供給弁２９に接続した配管に接続され、メイン燃料流量制御弁２８は外部から供給される燃料の燃焼器２３への流量を、メイン燃料供給弁２９は燃焼器２３のメインバーナーに供給する燃料を、それぞれ制御する弁である。
【００２６】
パイロット燃料流量制御弁３１は、一方を外部から燃料を供給する配管に、他方を複数のパイロット燃料供給弁３２に接続され、パイロット燃料流量制御弁３１は外部から供給される燃料の燃焼器２３への流量を、パイロット燃料流量制御弁３１はパイロットバーナーに供給する燃料を、それぞれ制御する弁である。メイン燃料４９はメイン火炎の燃焼に使用され、パイロット燃料３３はメイン火炎の燃焼を安定化するためのパイロット火炎の燃焼に使用される。
【００２７】
次にガスタービン燃焼器２３の概略断面を示した図１１において、ガスタービンの燃焼器２３は圧縮機２２、燃焼器本体４１、車室４２、外筒４３、内筒４４、尾筒４５などから構成される。車室４２は外筒４３に接合され、車室４２と外筒４３との内部には燃焼器本体４１が収納されている。この燃焼器本体４１は、サポート４６により車室４２に接合されて所定の位置に保持される。また、燃焼器本体４１にはパイロット燃料４７が供給されるパイロット燃料ノズル４８、メイン燃料４９が供給されるメイン燃料ノズル５０が設けられ、圧縮機２２から車室４２に流入した流入空気が、車室４２と内筒４４との間の空間を介して燃焼器本体４１へ供給される。
【００２８】
パイロット燃料ノズル４８は、パイロット燃料４７を圧縮空気導入部２７が存在する領域（図示されない）に噴射して拡散燃焼を行い、拡散炎であるパイロット火炎を発生させる。メイン燃料ノズル５０は、メイン燃料４９を図示されない予混合装置に噴射して圧縮空気導入部２７からの圧縮空気と混合された混合気を生成し、その混合気を内筒４４に供給して前記パイロット火炎から混合気に燃焼を伝播させ、メイン火炎を内筒４４内で燃焼させる。このメイン火炎の燃焼により高温の燃焼ガス５１が生成され、内筒４４から尾筒４５に導入される。
【００２９】
尾筒４５は、バイパスエルボ５２を介してバイパス弁５３に接合され、このバイパス弁５３は、車室４２の内側に開口して燃焼器流入空気の一部をバイパス空気５４として取り出し、尾筒４５に供給する。尾筒４５は、燃焼ガス５１とバイパス空気５４とを混合し、燃焼ガス５５としてタービン２４に供給する。この燃焼ガス５１に混合されるバイパス空気５４の流量は、バイパス弁５３の開度がバイパス弁５３に接続されたバイパス弁可変機構５６により操作されることで調整され、発電機４０がガスタービン２に要求する出力に対応した値とされる。
【００３０】
このように構成したガスタービン２において、外部から導入された空気は圧縮機２２で圧縮され、各燃焼器２３へ供給される。一方、燃料の一部はパイロット燃料流量制御弁３１経由で各燃焼器２３のパイロット燃料供給弁３２に達し、そこから各燃焼器２３へ導入される。また、残りの燃料はメイン燃料流量制御弁２８経由で各燃焼器２３のメイン燃料供給弁２９に達し、そこから各燃焼器２３へ導入される。導入された空気及び燃料は、各燃焼器２３において燃焼して発生した燃焼ガスは、タービン２４に導入されてタービン２４を回転させ、その回転エネルギーにより発電機４０が発電を行う。
【００３１】
次に、以上説明してきたガスタービン２の制御装置１について、図１を用いて説明する。図１（Ａ）は、ガスタービン２を制御するための機能的構成を示すためのブロック図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示したガスタービン制御部３における自動調整部９の詳細ブロック図である。図１（Ａ）に示したように、ガスタービン制御部３でガスタービン２を制御するため、ガスタービン２にプロセス量計測部４、圧力変動測定部（センサ）５、加速度測定部（センサ）６、操作機構７が設けられている。
【００３２】
プロセス量計測部４は、ガスタービン２上の然るべき部位に設置され、ガスタービン２の運転中における、運転条件や運転状態を示すプロセス量を計測する各種計測機器であり、測定結果は予め定められた時刻ｔ１、ｔ２…毎に、ガスタービン制御部３の制御器８へ出力される。ここでプロセス量（プラント状態量）とは、例えば、発電電力（発電電流、発電電圧）、大気温度、湿度、各部での燃料流量及び圧力、各部での空気流量及び圧力、燃焼器２３での燃焼ガス温度、燃焼ガス流量、燃焼ガス圧力、圧縮機２２やタービン２４の回転数、タービン２４からの排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）等をはじめとする排出物濃度等である。このプロセス量は、ガスタービン２に供給される燃料や空気の量等の操作可能な「操作量（プラントデータ）」と、例えば、大気温度といった気象データ、要求によって決定される発電機の負荷の大きさ（ＭＷ）等の「操作できない状態量」とに分けられる。
【００３３】
圧力変動測定部５は、複数の燃焼器２３のそれぞれに取り付けられた圧力測定器であり、制御器８からの指令により予め定められた時刻ｔ１、ｔ２…毎に、燃焼により発生する各燃焼器２３内の圧力変動測定値をガスタービン制御部３へ出力する。加速度測定部６は、各燃焼器２３に取り付けられた加速度の測定器で、制御器８からの指令により予め定められた時刻ｔ１、ｔ２…毎に、燃焼により発生する各燃焼器２３の加速度（位置の２階微分）を計測し、その測定値をガスタービン制御部３へ出力する。
【００３４】
操作機構７は制御器８からの指令により、メイン燃料流量制御弁２８及びメイン燃料供給弁２９の開度、パイロット燃料流量制御弁３１及びパイロット燃料供給弁３２の開度、バイパス弁３５の開度、圧縮機２２の入口案内翼２６の回転翼の角度、などを操作する機構であり、これによりメイン燃料の流量制御、パイロット燃料の流量制御、各燃焼器２３へ供給する空気の流量制御、圧縮機２２に導入される空気の流量の制御などを行う。なお、各燃焼器２３へ供給する空気の流量制御は、具体的には各燃焼器２３においてバイパス弁３５の開度を大きく（あるいは小さく）し、バイパス側に流れる空気流量を増加（あるいは減少）することにより、燃焼器２３に供給される空気の流量を制御する。
【００３５】
ガスタービン制御部３は、制御器８と、自動調整部（探索制御部）９とを備える。制御器８は、プロセス量計測部４、圧力変動測定部５、加速度測定部６から出力される測定値を受け取り、これを自動調整部９に転送する。また、この制御器８は、自動調整部９からの指令に基づき、メイン燃料流量制御弁２８及びメイン燃料供給弁２９、パイロット燃料流量制御弁３１及びパイロット燃料供給弁３２、バイパス弁３５、入口案内翼２６を、操作機構７で操作するための信号を出力する。
【００３６】
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示したガスタービン制御部３における自動調整部９の詳細ブロック図であり、１１は入力手段、１２は状態把握手段、１３は周波数解析手段、１４は燃焼特性把握手段、１５はデータベース、１６は調整量決定手段、１７は出力手段であり、これらで構成される自動調整部９では、燃焼振動が発生したときに、振動を抑制するのに最も効果的な方向に操作量（プロセス量）を変化させる制御を行う。
【００３７】
すなわち自動調整部９は、制御器８から転送されたプロセス量計測部４、圧力変動測定部５、加速度測定部６からのプロセス量や圧力、加速度のデータを入力手段１１により受け取り、さらに周波数解析手段１３によるガスタービン２内の振動周波数解析結果とから、状態把握手段１２でガスタービン２の状態等を、燃焼特性把握手段１４で各燃焼器２３の燃焼特性を把握する。そして調整量決定手段１６で、この状態把握手段１２および燃焼特性把握手段１４で把握した内容に基づき、ガスタービン２で燃焼振動が発生しないような対策、すなわちメイン燃料流量制御弁２８及びメイン燃料供給弁２９、パイロット燃料流量制御弁３１及びパイロット燃料供給弁３２、バイパス弁３５、入口案内翼２６を調整するか否か、および、調整する場合にはその調整部位と調整量を決定する。そしてその調整量決定手段１６の決定結果は、出力手段１７により制御器８に出力される。
【００３８】
またこの調整量決定手段１６は、後記するように燃焼振動が発生したとき、それを抑制するため制御系設定に対して望ましい補正を行うが、所定時間監視して燃焼振動が落ち着いているようであれば元の制御系設定に戻す、あるいは補正量を低減する機能を備え、ガスタービンの熱容量などによる一時的な不安定燃焼現象時には燃焼安定性を維持すべく制御系の調整をおこない、また、不安定現象が解消すれば当初設定した制御系設定に戻す、あるいは補正量を低減し、特別の場合を除いてメーカやお客様の意図した制御系設定でガスタービンを運用する機能を有している。
【００３９】
図２は、本発明によるガスタービン制御方法のフロー図である。この図２に示したフロー図は、ガスタービン２を稼働させるためのプログラムの一部として組み込まれるものであり、ガスタービン２が稼働している間、所定時間毎に一連の処理を実行する。
【００４０】
ステップＳ１０で処理がスタートすると、まずステップＳ１１で図１（Ａ）のプロセス量計測部４、圧力変動測定部５、加速度測定部６から制御器８を介して転送されたプロセス量や圧力、加速度のデータが入力手段１１で受けとられ、状態把握手段１２、周波数解析手段１３に送られる。
【００４１】
状態把握手段１２では、プロセス量計測部４で計測されたガスタービン２に供給される燃料の特性の把握、ガスタービン２に異常がないかどうかの診断等が行われる。ガスタービン２に供給される燃料の特性の把握は、例えば図示していないタンク内に貯えられている燃料が時間の経過と共にタンク内で重い分子が下降し、軽い分子が上昇する結果、ガスタービン２に供給される燃料成分（カロリー）がタンク内の燃料残量等に応じて変動するためである。そのためガスタービン２に供給されている燃料成分に応じ、プロセス量計測部４としてタンクからガスタービン２に至る燃料系統にカロリーメータ、燃料の組成を測る測定器等を設け、得られる燃料のカロリーや組成のデータに基づき、燃空比を増減する際の調整量を状態把握手段１２で決定する。
【００４２】
なお、プロセス量計測部４で燃料のカロリーや組成をリアルタイムで計測するのではなく、予め、タンク内の燃料の残量と燃料成分の変化との関係を計測し、これに基づいて調整量を決定するためのテーブルやチャートを作成しておくようにしてもよい。その場合、プロセス量計測部４ではタンク内の燃料の残量を計測し、計測された燃料の残量に基づいて燃空比を増減する際の調整量を決定する。また、タンクからの供給だけでなく、パイプラインにより燃料を供給される場合も同様にしてもよい。
【００４３】
ガスタービン２に異常がないかどうかの診断は、プロセス量計測部４で計測されたガスタービン２の各部の温度や流量のデータに基づき、ガスタービン２の異常の有無を判断するもので、例えば、ガスタービン２の特定部分の温度が予め設定した閾値以上に上昇していたり、特定部分の流量が閾値以下に低下していた場合等に、ガスタービン２自体に異常が発生していると判断する。そして状態把握手段１２は、ガスタービン２に異常があるとの判断がなされた場合、アラームや警告ランプ等の報知手段によってガスタービン２に異常が生じていることをオペレータ等に向けて報知する。
【００４４】
ガスタービン２に異常が認められない場合、次のステップＳ１２で周波数解析手段１３で内圧変動や加速度の周波数解析、およびセンサの異常診断が行われる。周波数解析手段１３は、各燃焼器２３において圧力変動測定部５で計測された圧力変動測定値に基づき、例えば圧力の変動（振動）の周波数解析（高速フーリエ変換：ＦＦＴ）を行う。図５は、圧力変動測定部５により測定された圧力変動測定値に基づき、周波数解析手段１３が周波数解析を行った結果の一例である。横軸は周波数、縦軸は振動の強度（レベル）を示している。なお、周波数解析手段１３は、加速度測定部６で計測された加速度測定値に基づいて加速度の周波数解析を行うこともできる。
【００４５】
この図５に示されているように、燃焼器２３において発生する燃焼振動（圧力振動及び加速度振動）は、複数の振動の周波数を有し、各周波数の振動はそれぞれ複雑な要因により発生しているため、画一的な制御、あるいは一つのパラメータを制御することだけでは振動を抑えることが難しい。また、振動数によってガスタービン２に与える影響が異なり、同じ振動強度でもある周波数では許容範囲であっても、他の周波数においては致命的である場合もありうる。これらの点からガスタービン２の運転条件の制御は、振動の周波数に応じて複数のパラメータに対して行う必要がある。
【００４６】
そのため周波数解析手段１３は、図６に示すように、内圧変動や加速度の周波数解析結果を複数（ｎ）の周波数帯に区切って周波数帯別解析結果として出力する。ここで周波数帯とは、周波数解析手段１３が周波数解析を行った結果に基づいて対応を行う最小単位となる周波数領域である。例えば図５において振動は、主に０〜５０００Ｈｚで発生しているから、周波数範囲を０〜５０００Ｈｚとし、その周波数範囲を適当な大きさの周波数帯に区切り、ｎ個に分割する。例えば、５０Ｈｚ毎に区切るとすると、ｎ＝１００となる。なお、この周波数帯は、必ずしも一定の大きさである必要はない。周波数解析手段１３は、上記のようにして得た圧力又は加速度の周波数帯別解析結果を、状態把握手段１２に出力する。
【００４７】
また、周波数解析手段１３は、圧力変動測定部５、加速度測定部６において圧力測定器や加速度測定器自体、あるいは圧力測定器や加速度測定器から出力されるデータが、入力手段１１に入力されるまでのデータ転送系統に異常がないか否かも診断する。これは、圧力測定器や加速度測定器あるいはデータ転送系統に異常がある場合、正常な制御ができなくなるからで、例えば電源周波数成分（例えば６０Ｈｚ）のノイズや全周波数帯域にわたってランダム状のノイズが乗ったり、また、数十Ｈｚ未満の領域、特に直流成分でパルス状ノズルが乗ると、図５に示した本来のレベルに比較して全体に上昇したレベルの信号になったりする。また、圧力測定器や加速度測定器自体が劣化した場合、全周波数帯域にわたってレベルが下がるから、周波数解析手段１３で振動レベルが予め設定した範囲から外れているか否かを判断し、範囲から外れた場合に圧力測定器や加速度測定器、あるいはデータ転送系統に異常があると判定する。なおこの判定のため、周波数解析手段１３で上記したようなパターンの解析結果が得られた場合に、これを検出できるような閾値を予め設定しておくことで、データ転送系統に異常が生じた場合もそれを容易に判定することができる。
【００４８】
なおここで周波数解析手段１３に、圧力測定器や加速度測定器を複数組設けておいてこれら複数組の測定結果を比較し、それによって圧力測定器や加速度測定器、あるいは圧力測定器や加速度測定器からのデータ転送系統に異常が発生したか否かを判定しても良い。また、加速度測定部６は、燃焼器２３自体の振動を加速度として検出するため、１つの加速度測定部６で複数の燃焼器２３で発生する燃焼振動を監視しても良い。この場合、一つの燃焼器２３に設けられた圧力変動測定部５がセンサ異常と判断されても、加速度測定部６によって燃焼振動を検知することができ、さらに加速度測定部６を複数設けた場合は、圧力変動測定部５で燃焼振動を検知しなくとも少なくとも二つの加速度測定部６で燃焼振動を検知した場合、燃焼振動が発生していると判定することで信頼性を高めることもできる。
【００４９】
再度図２に戻って、こうして周波数解析が行われるわけであるが、この処理が２サイクル目以降であって前の処理サイクルで何らかの調整を行っている場合、次のステップＳ１３で調整を行ったことによる効果の評価が行われる。これは状態把握手段１２による圧力又は加速度の周波数帯別解析結果により、燃焼振動が直ちに調整の必要な状態であるか否か、燃焼振動が生じていないものの直ちに調整する必要がある燃焼振動の予兆が生じている状態であるか否か、を予め設定した閾値と比較して判定するものである。
【００５０】
その結果、管理値を逸脱、または燃焼振動の予兆があると判定（Ｙｅｓ）された場合、ステップＳ１４でそのときの前回の処理サイクルで行った調整内容と、その結果変化した稼働状態のデータを図１（Ｂ）のデータベース１５に追加・更新する。
【００５１】
そしてＸ１１−１、Ｘ１１−２、……、Ｘ１１−ｎ、Ｘ１２−１、Ｘ１２−２、……、Ｘ２２−ｎはプロセス量、Ｙｉ１−１、Ｙｉ１−２、……、Ｙｉ１−ｎ、Ｙｉ２−１、Ｙｉ２−２、……、Ｙｉｎ−ｎは各周波数帯での振動強度の最大値である。即ち、データベース１５では、プロセス量及び各周波数帯での振動強度の最大値Ｙｉｎが時刻ｔ１、ｔ２…毎に整理されて格納されており、制御器８及び周波数解析手段１３からこれらのデータが時々刻々とデータベース１５に送信されてくると、それらのデータがデータベース１５に追加記憶される。
【００５２】
データベース１５に蓄積される振動強度のデータは圧力振動のみでも、加速度振動のみでもよく、圧力振動及び加速度振動の両方でもよい。一例として、図７の時刻ｔ１のときはバイパス弁３５の弁開度がＸ１１−１であり、パイロット比がＸ１２−１、大気温度がＸ２１−１、発電機の負荷（ＭＷ）がＸ２２−１で、第１周波数帯での振動強度の最大値がＹｉ１−１、第２周波数帯での振動強度の最大値がＹｉ２−１、第ｎ周波数帯での振動強度の最大値がＹｉｎ−１であることを示している。同様に時刻ｔ２のときは、バイパス弁３５の弁開度がＸ１１−２、パイロット比がＸ１２−２、大気温度がＸ２１−２、発電機の負荷がＸ２２−２であり、第１周波数帯での振動強度の最大値がＹｉ１−２、第２周波数帯での振動強度の最大値がＹｉ２−２、第ｎ周波数帯での振動強度の最大値がＹｉｎ−２であることを示している。
【００５３】
こうしてデータベース１５にデータが追加・修正されると、次のステップＳ１５で発生している燃焼振動の特性が算出される。これは、燃焼特性把握手段１４によってデータベース１５に格納された、周波数解析手段１３からの圧力又は加速度の周波数帯別解析結果と、プロセス量計測部４からのプロセス量とに基づき、燃焼特性をモデル化するための数式モデルの構築である。
【００５４】
例えば、燃焼器２３の数をｍ、モデル化すべき周波数帯数をｎとすると、下記式（１）のような重回帰モデルで内圧変動をモデル化する。
Ｙｉｊ＝ａｉｊ，０＋ａｉｊ，１×Ｘ１１＋ａｉｊ，２×Ｘ１２
＋ａｉｊ，３×Ｘ２１＋ａｉｊ，４×Ｘ２２  …………（１）
ここで、
Ｙｉｊ：第ｉ燃焼器（ｉ＝１、２、・・・、ｍ）の第ｊ周波数帯（ｊ＝１、２、・・・、ｎ）の最大振幅値
Ｘ１１：操作量１の値（本例では、バイパス弁３５の弁開度）
Ｘ１２：操作量２の値（本例では、パイロット比）
Ｘ２１：操作量できない状態量１の値（本例では、気象データ）
Ｘ２２：操作できない状態量２の値（本例では、発電機の負荷（ＭＷ））
ａｉｊ，０、ａｉｊ，１、ａｉｊ，２、ａｉｊ，３、ａｉｊ，４：係数パラメータ
である。
【００５５】
そして燃焼特性把握手段１４は、データベース１５に時刻（ｔ１、ｔ２…）ごとに整理して格納された最大振幅値Ｙｉｊ、操作量Ｘ１１、Ｘ１２、操作できない状態量Ｘ２１、Ｘ２２を用い、上記（１）式の係数パラメータａｉｊ，０、ａｉｊ，１、ａｉｊ，２、ａｉｊ，３、ａｉｊ，４を求める。係数パラメータａｉｊ，０、ａｉｊ，１、ａｉｊ，２、ａｉｊ，３、ａｉｊ，４の解法には、例えば最小二乗法が用いられる。
【００５６】
ここで最大振幅値Ｙｉｊとは、圧力変動測定部５及び加速度測定部６により測定された測定結果のデータを、周波数解析手段１３にてＡ／Ｄ変換して周波数解析した結果をｎ個の周波数帯に区切り、夫々の周波数帯においてある時間（ｔ１、ｔ２…）内に得られた最大振幅値である。すなわち前記した図６においては、第１周波数帯の最大振幅値がＹｉ１、第２周波数帯の最大振幅値がＹｉ２、第ｎ周波数帯の最大振幅値がＹｉｎであることが示されている。
【００５７】
なお、上記では、説明の都合上、操作量を２変数、操作できない状態量を２変数としてモデル式を記述しているが、特に２変数に限るものではなく、また、モデル構造として線形の一次式として記述しているが、２次以上の高次モデルやニューラルネットワーク等の非線形モデルとしてもよい。また、ガスタービン２から入力された操作量や操作できない状態量を用いたモデル式として記述しているが、質量収支等の法則に基づいて変換した値を用いてもよい。
【００５８】
そして燃焼特性把握手段１４は、時刻ｔ１、ｔ２…毎に得られる上記数式モデル（１）を用い、燃焼振動の発生し易い領域を求める。例えば、操作量１、操作量２、操作できない状態量１、操作できない状態量２が、それぞれＸ’１１、Ｘ’１２、Ｘ’２１及びＸ’２２である時の、第ｉ燃焼器の第ｊ周波数帯の内圧変動予測値Ｙ’ｉｊは、次式（２）で求められる。
Ｙ’ｉｊ＝ａｉｊ，０＋ａｉｊ，１×Ｘ’１１＋ａｉｊ，２×Ｘ’１２
＋ａｉｊ，３×Ｘ’２１＋ａｉｊ，４×Ｘ２２  …………（２）
従って上記したように、係数パラメータａｉｊ，０、ａｉｊ，１、ａｉｊ，２、ａｉｊ，３、ａｉｊ，４は、例えば最小二乗法により求められている。
【００５９】
前記した図６に示すように、第ｉ燃焼器の第ｊ周波数帯（周波数帯１〜ｎ）の最大振幅値には、燃焼器２３や周囲の設備の構造面から閾値Ｚｉ１、Ｚｉ２、…Ｚｉｎが設けられている。その閾値Ｚｉ１、Ｚｉ２、…Ｚｉｎは周波数解析手段１３に格納されており、ここで閾値Ｚｉ１、Ｚｉ２、…Ｚｉｎは、各周波数帯において許容できる最高の振動強度を示す値である。またこの閾値Ｚｉ１、Ｚｉ２、…Ｚｉｎは、例えば、その周波数の振動により共振する部材や構造があるか、損傷を受け易い部材や構造があるか、どのくらいの強度の振動まで許容できるか等により決定される。
【００６０】
周波数解析手段１３から送られてきた第ｉ燃焼器の第ｊ周波数帯の最大振幅値の閾値をＺｉｊとすると、
Ｚｉｊ＝ａｉｊ，０＋ａｉｊ，１×Ｘ’１１＋ａｉｊ，２×Ｘ’１２
＋ａｉｊ，３×Ｘ’２１＋ａｉｊ，４×Ｘ２２  …………（３）
となるＸ’１１、Ｘ’１２、Ｘ’２１及びＸ’２２が存在することになる。今、制御器８において操作できない状態量１及び操作できない状態量２の値が燃焼特性把握手段１４に入力されたとすると、（３）式のうち、Ｘ’１１及びＸ’１２以外は定数となり、（３）式を満たす（Ｘ’１１、Ｘ’１２）を容易に求めることができる。
【００６１】
一方、制御器８から与えられたαｋ（ｋ＝１、２、・・・、ｐ）なるゲインにより、
αｋＺｉｊ＝ａｉｊ，０＋ａｉｊ，１×Ｘ’１１＋ａｉｊ，２×Ｘ’１２
＋ａｉｊ，３×Ｘ’２１＋ａｉｊ，４×Ｘ２２  …………（４）
として（Ｘ’１１、Ｘ’１２）を求めれば、各燃焼器の各周波数帯域毎にｐ本の線を求めることができる。図８は、これを示したもので、ここで係数パラメータａｉｊ，２が正であれば、直線の上側が燃焼振動の発生し易い領域、下側が発生しにくい領域となる。逆に、係数パラメータａｉｊ，２が負であれば、直線の下側が燃焼振動の発生し易い領域、上側が発生しにくい領域となる。
【００６２】
燃焼特性把握手段１４は、制御器８から与えられる第ｉ燃焼器の第ｊ周波数帯の最大振幅値の閾値Ｚｉｊ（ｉ＝１、２、・・・ｍ、ｊ＝１、２、・・・、ｎ）、ゲインαｋ（ｋ＝１、２、・・・ｐ）、及び特定の２つ（運転実績である各時刻ｔ１、ｔ２…での操作できない状態量Ｘ２１、Ｘ２２）を除く変数の値（運転実績である各時刻ｔ１、ｔ２…でのＸ１１、Ｘ１２）と、最小２乗法等により求めた係数パラメータａｉｊ，０、ａｉｊ，１、ａｉｊ，２、ａｉｊ，３、及びａｉｊ，４から、全ての燃焼器２３の全ての周波数帯について上記の直線を求め、線形計画法の手順に基づき、最終的に燃焼振動の発生し易い領域、発生しにくい領域を求める。
【００６３】
図９は、燃焼特性把握手段１４により求められた、横軸をＸ１１、縦軸をＸ１２とする燃焼振動領域の例を示している。この例では、ゲインαｋごとに等高線のように燃焼振動領域を表現しており、中央部が燃焼振動の発生しにくい領域、周辺部ほど発生し易い領域である。なお図９は、上記の通り説明の都合上操作量を２変数としたことに伴い、２次元座標に示されているが、操作量をＮ変数とすればＮ次元座標空間に示される。
【００６４】
そして調整量決定手段１６は、状態把握手段１２から調整命令を入力したとき、その調整命令に応答し、次のステップＳ１６で現在の運転状態（Ｘ１１＝ｘａ、Ｘ１２＝ｘｂ）を調整するための対策内容（対策箇所と調整量）を決定する。このとき、複数の周波数帯域において、最大振幅値Ｙｉｊが閾値Ｚｉ１、Ｚｉ２、…Ｚｉｎを超えている場合、既に設置・稼働が行われている他の同型のガスタービン２において採取されたデータを用い、解析した結果得られた標準的な燃焼特性を示す数式モデルや、ガスタービン２を運転する上で、例えば失火や逆火が発生しないための燃空比の制限値等の制約情報を格納したデータベース１５内の、基礎データベース（図示せず）に記憶された優先順位（優先度）に基づき、優先順位の高い周波数帯域に対して調整を施す。ここでは、一例として最も低い周波数帯域の優先度を最も高くし、次は、高周波側の周波数帯域から優先度を順次高く設定している。これは、最も低い周波数帯域で燃焼振動が生じる場合、ガスタービン２の火が消えやすい状況になっている可能性が高いこと、また高い周波数帯域では、燃焼振動によるエネルギーが大きいため、損傷などを及ぼす影響力が強いからである。
【００６５】
また、調整を施す周波数帯域を選択した後に調整量決定手段１６は、つぎに現在の運転状態（Ｘ１１＝ｘａ、Ｘ１２＝ｘｂ）を調整すべき方向を、例えば最急降下法などの最適化手法を用いて決定する。なお、ここで用いる最適化手法は最急降下法に限定されるものではない。
【００６６】
即ち調整量決定手段１６は、燃焼特性把握手段１４により求めた図９を参照し、現在の運転状態（Ｘ１１＝ｘａ、Ｘ１２＝ｘｂ）を示す例えば点Ｑ１よりも、より中央部側の線（α２＝０．８）に対して垂直に仮想線Ｌを引き、そのままα２の線で囲まれた領域内まで延ばしてさらにその仮想線Ｌがα２の線に当たる位置Ｑ２（Ｘ１１＝ｘｃ、Ｘ１２＝ｘｄ）まで延ばす。次に、点Ｑ２から図９におけるより中央部側の線（α３＝０．６）に対して垂直に仮想線Ｌを延ばし、調整量決定手段１６が点Ｑ１から点Ｑ２を経てその仮想線Ｌを延ばす方向が、調整量決定手段１６により決定される調整の方向である。
【００６７】
このとき調整量決定手段１６では、燃焼特性把握手段１４において燃焼特性が十分に把握できない場合、データベース１５における過去に施した調整とその調整を施すことで生じたガスタービン２の稼働状態の変化とを関連付けた情報を蓄積した、図示していない知識データベースの内容に基づいて調整の方向を決定することができる。また、ガスタービン２を設置した直後等、データベース１５に十分なデータが蓄積されていない場合には、前記した基礎データベース、および知識データベースに蓄積された、標準的な燃焼特性を示す数式モデル、制約情報、経験情報などに基づき、調整の方向を決定することができる。なお、知識データベースには、熟練した調整員の経験（ノウハウ）に基づいて設定された「症状」と、そのような症状のときに有効な対策とを関連付けた経験情報を格納してもよい。
【００６８】
また、上記したような調整を行うに際し、調整量決定手段１６は状態把握手段１２が入力手段１１から得た燃焼特性のデータに基づき、その時点での燃焼特性に応じた補正を加味することができる。これら基礎データベース、知識データベースに格納された情報に基づいて施した調整の内容と、それに応じてその後に生じたガスタービン２の状態の変化は、次の処理サイクルでステップＳ１３〜Ｓ１４で評価され、データベース１５に蓄積（反映）され、また、知識データベースの経験情報と異なる場合にはその更新に用いられる。
【００６９】
そして出力手段１７は、ステップＳ１７において、調整量決定手段１６により決定された調整の方向を示すデータを制御器８に出力する。そのため制御器８は、出力手段１７から入力した上記調整の方向を示すデータに基づき、操作機構７を制御してメイン燃料流量制御弁２８、パイロット燃料流量制御弁３１、バイパス弁３５、及び入口案内翼２６等を操作し、バイパス弁開度Ｘ１１、パイロット比Ｘ１２をそれぞれ変化させる。即ち制御器８は、出力手段１７から入力した点Ｑ１から点Ｑ２に移行するような調整指示に対し、バイパス弁開度Ｘ１１をｘａからｘｃまで変化させ、パイロット比Ｘ１２をｘｂからｘｄまで変化させるようメイン燃料流量制御弁２８、パイロット燃料流量制御弁３１、バイパス弁３５、及び入口案内翼２６の少なくともいずれか一つを制御する。
【００７０】
更に、点Ｑ２から先に仮想線Ｌが延びる方向への調整指示に対しても、同様に、バイパス弁開度Ｘ１１、メイン燃料流量とパイロット燃料流量の和である全燃料流量とパイロット燃料流量との比、すなわちパイロット燃料流量／全燃料流量であるパイロット比Ｘ１２をそれぞれ変化させる。ここで制御器８は、パイロット比Ｘ１２を上げる場合、パイロット燃料流量を変えずに全燃料流量を下げるように調整することも可能であるし、もしくは全燃料流量を変えずにパイロット燃料流量を上げるように調整することも可能である。
【００７１】
一方、図２におけるフロー図のステップＳ１３で閾値との比較の結果、管理値を逸脱しておらず、しかも燃焼振動の予兆が無い場合、処理はステップＳ１８に進み、プロセス量計測部４で計測したプロセス量に基づき、前回の処理サイクル時とのガスタービン２の稼働パラメータの変化の有無、すなわち燃焼器２３に供給する燃料流量又は空気流量の少なくとも一方が補正されているか否かを判定する。その結果、稼働状態に変化がなければステップＳ２０に進み、稼働パラメータに変化があればステップＳ１４と同様、前回の処理サイクルで行った調整内容と、その結果変化した稼働状態のデータを図１（Ｂ）のデータベース１５に追加・更新する。
【００７２】
そして次のステップＳ２０でステップＳ１３と同様、状態把握手段１２による圧力又は加速度の周波数帯別解析結果により、燃焼振動が調整の必要の無い安定状態かどうかが判定され、安定状態ではなくて調整が必要であるか、燃焼振動が生じていないが直ちに調整する必要がある、すなわち燃焼振動の予兆が生じている状態である場合は処理がステップＳ１１に戻り、以上説明してきたことが繰り返され、また充分安定であればステップＳ２１に進み、前の処理サイクルにおけるステップＳ１７の補正量の出力で行った調整の方向を示すデータを「０」とし「補正量のリセット」を行なう。なお、ステップ２０ではステップ１３で利用する管理値よりも安全側の閾値を用いてもよい。
【００７３】
即ち補正の結果、燃焼振動も燃焼振動の予兆もなく、燃焼が安定していると判断される場合、燃焼振動は気象状況や熱容量の変化等で突発的に発生した可能性があり、燃焼振動の発生を抑制するための調整で、設計時に想定した理想的な燃料流量、空気流量による設計性能を考慮した運転状態から逸脱した運転となっている可能性があるから、補正した状態を元の初期状態に戻すことで、設計時に想定した理想的な燃料流量、空気流量での運転状態から逸脱した運転が続けられることが防止され、効率が保たれたガスタービン制御方法及び装置とすることができる。
【実施例２】
【００７４】
以上が本発明の実施例１であるが、この実施例１では、燃焼振動の発生を抑制するための調整により、設計時に想定した理想的な燃料流量、空気流量による設計性能を考慮した運転状態から逸脱した運転となっている場合、補正した状態を初期状態に戻すようにしたが、この場合は母機の消費寿命による劣化などが考慮されないため、消費寿命により最適運転ポイントがずれている場合も初期状態に戻されてしまう。そのため、以下に説明する実施例２では、この点も考慮した調整を行えるようにした。
【００７５】
図３は本発明によるガスタービン制御方法の実施例２のフロー図である。この図３のフロー図において、ステップＳ３０〜４０は前記図２で説明した実施例１のフロー図におけるステップＳ１０〜２０と同じ内容であり、図２の実施例１のフロー図におけるステップＳ２１の「補正量のリセット」が無くなって、ステップＳ４０において燃焼振動が充分安定してる場合、ステップＳ３５に処理が戻る点が大きな違いである。
【００７６】
すなわち前記図２の場合と同様、ステップＳ３０〜３７では燃焼振動が生じたか予兆がある場合、ステップＳ３３でそれを判断してステップＳ３４から３７で燃焼振動特性の算出、補正量の決定、補正量の出力を行い、ステップＳ３３で予兆も管理値の逸脱もない場合は、ステップＳ３８に進んで前記と同様、プロセス量計測部４で計測したプロセス量に基づき、前回の処理サイクル時とのガスタービン２の稼働パラメータの変化の有無、すなわち燃焼器２３に供給する燃料流量又は空気流量の少なくとも一方が補正されているか否かを判定する。その結果、稼働状態に変化がなければステップＳ４０に進み、稼働パラメータに変化があればステップＳ３４と同様、前回の処理サイクルで行った調整内容と、その結果変化した稼働状態のデータを図１（Ｂ）のデータベース１５に追加・更新する。
【００７７】
そして次のステップＳ４０でステップＳ３３と同様、状態把握手段１２による圧力又は加速度の周波数帯別解析結果により、燃焼振動が調整の必要の無い安定状態かどうかが判定され、安定状態ではなくて調整が必要であるか、燃焼振動が生じていないが直ちに調整する必要がある、すなわち燃焼振動の予兆が生じている状態である場合は処理がステップＳ３１に戻り、以上説明してきたことが繰り返され、また充分安定であればステップＳ３５に戻る。なお、ステップ４０では、ステップ３３で利用する管理値よりも安全側の閾値を用いてもよい。
【００７８】
そしてこのステップＳ３５で再度、燃焼振動特性の算出を行うわけであるが、今、図４のグラフに示したように燃焼器２３が、例えば局所的に温度がかなり高くなっているとかのストレスが加わって燃焼振動が発生している場合、その燃焼振動を避けるために補正量を材料の疲労温度の９０％程度の許容限界１の閾値に設定したとすると、その状態でガスタービン２の稼動状態を把握し、燃焼振動が充分安定となったことを確認したら母機の消費寿命による劣化などを考慮し、閾値を許容限界２の値に下げてやる。そしてステップＳ３６で、許容限界２の閾値を用いた補正量を決定し、ステップＳ３７で補正量を出力する。
【００７９】
このようにして、燃焼振動発生時には一旦燃焼振動を回避するため、制御系設定に対して望ましい補正を行うが、状態把握手段１２によりタービン２を所定時間監視し、燃焼振動が落ち着いているようであれば母機の消費寿命に関する指標を長期的な寿命評価の観点から評価し、現状の制御系設定が良くないと判断された場合は消費寿命を評価しながら、徐々に制御系設定を初期値の方向に戻し、消費寿命上問題とならない制御系設定まで戻すわけである。従って、ガスタービン本体２１の熱容量などによる一時的な不安定燃焼現象時や経年変化による不安定燃焼時には、燃焼安定性を維持すべく制御系の調整を行うことができ、また、不安定現象が解消すれば消費寿命等の指標を評価しながら制御系設定を徐々に戻すことで、高い効率でガスタービンを運用することができる。
【００８０】
以上種々述べてきたように、本発明になるガスタービン制御方法及び装置は、燃焼振動発生時に一旦燃焼振動を回避し、制御系設定に対して望ましい補正を行うが、所定時間監視して燃焼振動が落ち着いているようであれば元の制御系設定に戻す、あるいは母機の疲労寿命を考慮した設定とする機能を備えたから、ガスタービンの熱容量などによる一時的な不安定燃焼現象時には燃焼安定性を維持すべく制御系の調整を行うことが可能となり、また、不安定現象が解消すれば当初設定した初期設計値に戻す、あるいは母機の疲労寿命を考慮した設定とするため、特別の場合を除いてメーカやお客様の意図した制御系設定でガスタービンを運用することができ、従来のように設計時に想定した理想的な燃料流量、空気流量での運転状態から逸脱した運転が続けられる、といったことが防止されて、母機の疲労寿命も考慮した運転状態を維持できる、ガスタービン制御方法及び装置とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明によれば、初期の設計効率を長期に渡って維持できるガスタービン制御方法及び装置を提供することができ、燃料を無駄にすることなく発電機等を効率的に運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】（Ａ）は、ガスタービン２を制御するための機能的構成を示すためのブロック図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示したガスタービン制御部３における自動調整部９の詳細ブロック図である。
【図２】本発明になるガスタービン制御方法の実施例１のフロー図である。
【図３】本発明になるガスタービン制御方法の実施例２のフロー図である。
【図４】燃焼振動発生を抑制するための補正量を低減して保存するに当たり、ガスタービン運転が可能な許容限界からなる閾値を複数定めることを説明するためのグラフである。
【図５】周波数解析手段による解析結果の一例を示したグラフである。
【図６】周波数解析手段による周波数帯別解析結果の一例を示したグラフである。
【図７】本発明に用いるデータベースの構成の一例である。
【図８】燃焼振動領域の推定法に関する原理図である。
【図９】燃焼振動領域の推定例を示す図である。
【図１０】ガスタービンの構成概略を説明するための図である。
【図１１】ガスタービン燃焼器の概略構成断面図である。
【図１２】（Ａ）は周波数解析により得られた情報で燃焼振動を抑制した場合の負荷と弁開度の関係を示したグラフ、（Ｂ）は燃焼振動を抑制のための調整を行ったため、効率が低下した例を示したグラフである。
【符号の説明】
【００８３】
１  制御装置
２  ガスタービン
３  ガスタービン制御部
４  プロセス量計測部
５  圧力変動測定部（センサ）
６  加速度測定部（センサ）
７  操作機構
８  制御器
９  自動調整部
１１  入力手段
１２  状態把握手段
１３  周波数解析手段
１４  燃焼特性把握手段
１５  データベース
１６  調整量決定手段
１７  出力手段
【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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