(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
望ましくない放出物及び音圧振動を低減させるようにガスタービンを運転する方法であって、前記タービンに供給される燃料空気可燃混合物の燃料空気比を該タービンへの燃料供給及び空気供給の両方が変調される該タービンの負荷運転状態にわたって実質的に一定に維持するようにタービンへの燃料供給信号及び空気供給信号のそれぞれの変調を協調させる工程を備え、
該変調を協調させる工程は更に、
実際のタービン速度を選択されたタービン基準速度と比較することにより、タービン速度誤差信号を発生する工程と、
実際のタービン排気温度を選択されたタービン排気基準温度と比較することにより、予備タービン排気温度誤差信号を発生する工程と、
前記速度誤差信号に従ってタービン燃料供給制御信号を生成する工程と、
前記予備タービン排気温度誤差信号を温度誤差修正信号に従って修正することにより、協調したタービン排気温度誤差信号を発生する工程であって、該温度誤差修正信号は、前記速度誤差信号を伝達関数に従って処理したものである、協調したタービン排気温度誤差信号を発生する工程と、
該協調したタービン排気温度誤差信号からタービン空気供給信号を生成する工程とを更に含んでおり、
前記協調したタービン排気温度誤差信号は、前記ガスタービンにおける燃料空気混合物をほぼ一定に維持するように前記タービン燃料供給信号と前記タービン空気供給信号との協調をとる、
ガスタービンを運転する方法。
【請求項２】
前記速度誤差信号の処理は、伝達関数Ｈ（ｓ）＝Ａ／（Ｂｓ＋１）に従って行われ、Ｈ（ｓ）は伝達関数を表し、Ａはゲインを表し、Ｂは時定数を表し、ｓはラプラス変数を表している請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記温度誤差修正信号は、温度誤差の度数として表され、前記協調したタービン排気温度誤差信号を発生する工程は、前記温度誤差修正信号と前記予備タービン排気温度誤差信号とを加算する工程を含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記温度誤差修正信号は、約２５°Ｆの最大絶対値を有している請求項１に記載の方法。
【請求項５】
変調した前記燃料供給制御信号及び空気供給制御信号を前記ガスタービンに連結されたそれぞれのアクチュエータに印加する工程を更に含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記タービンへの空気供給信号は、タービン入口案内ベーンの角度を制御するために印加される請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記燃料供給信号は、前記タービン用の燃料ストローク基準信号を制御するために印加される請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記タービンは、発電機に連結されている請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記望ましくない放出物は、窒素酸化物（ＮＯｘ）を含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記望ましくない放出物は、一酸化炭素（ＣＯ）と、未燃焼炭化水素とを更に含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
燃料と空気との可燃混合物を形成するように燃料及び空気供給が変調されるガスタービンからの望ましくない放出物を減少させると共に該ガスタービンにおける音圧振動を減少させるガスタービン制御システムであって、
複数のタービン運転パラメータ信号をそれぞれ受け取るようにガスタービンに接続されていると共に、選択された対応する調節機能制御信号を前記ガスタービンに印加するように該ガスタービンに接続されているタービン制御ユニットを備えており、
該タービン制御ユニットは、前記タービンの燃焼室に入る前記可燃混合物の燃料空気比が前記ガスタービンの負荷運転状態にわたって実質的に一定に維持されるように、ガスタービン燃料供給及びガスタービン空気供給の制御を協調させると共に、
前記タービン制御ユニットは、
燃料供給コントローラと、
空気供給コントローラと、
前記燃料供給コントローラに接続されており、基準タービン速度信号と実際のタービン速度信号とを比較してタービン速度誤差信号を発生する第１の処理手段と、
前記空気供給コントローラに接続されており、基準タービン排気温度信号と実際のタービン排気温度信号とを比較して予備タービン排気温度誤差信号を発生する第２の処理手段と、
前記燃料供給コントローラと前記空気供給コントローラとにそれぞれ接続されており、前記タービン速度誤差信号を選択された伝達関数に従って処理して温度誤差修正信号を発生するクロス・チャンネル・コントローラとを含んでいる、ガスタービン制御システム。
【請求項１２】
前記空気供給コントローラは、前記予備温度誤差信号を前記温度誤差修正信号で修正して協調したタービン排気温度誤差信号を発生する手段を更に含んでいる請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記予備温度誤差信号を修正する手段は、前記予備タービン温度誤差信号と前記温度誤差修正信号とを受け取るように接続されており、該予備タービン温度誤差信号と該温度誤差修正信号とを加算して前記協調したタービン排気温度誤差信号を発生する加算回路を含んでいる請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記タービンは、発電機に連結されている請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記望ましくない放出物は、窒素酸化物（ＮＯｘ）と、未燃焼炭化水素と、一酸化炭素（ＣＯ）とを含んでいる請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記空気供給コントローラは、前記タービンに設けられている入口案内ベーン角度アクチュエータに接続されている請求項１１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般的にはガスタービンに関し、特に、負荷が変化する状態の間にガスタービンからの窒素酸化物（ＮＯｘ）、未燃焼炭化水素及び一酸化炭素（ＣＯ）等の望ましくない放出物（エミッション）を低減させるようにタービンを運転する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、発電機に連結されたガスタービンが発電用途に用いられている。ガスタービンは迅速に始動し、運転時の負荷に相応しい速度までもっていくことができるので、このようなユニットは通常、グリッド・ピーク負荷（即ち、一定なグリッド・ベース負荷を超える電力要求スパイク）に対処するために用いるのに、蒸気タービン・システムよりも有効であると考えられている。そのため、ガスタービンは通常、変動負荷環境で使用され、このような場合、ガスタービンは電力需要の頻繁な増減に応答しなければならない。
【０００３】
ガスタービンにおける燃焼過程からの望ましくない放出物を低減させるために、ガスタービンの運転を最適化することが望ましい。例えば、ガスタービンの燃焼過程の結果として、窒素酸化物（ＮＯｘ）、未燃焼炭化水素及び一酸化炭素（ＣＯ）等の放出物が発生する。このような望ましくない放出物を、タービンの反応区域の温度を制御することによって最小限に抑えることができる。この温度は、一方で、タービンの燃焼室に供給される可燃混合物の燃料空気比（ＦＡＲ（fuel-air ratio））と密接に関連している。従って、最適な燃料空気比（ＦＡＲ）を維持することで、タービンからの望ましくない放出物が最小限に抑えられる。更に、最適な燃料空気比（ＦＡＲ）を維持することは、ガスタービンの燃焼システムの運転適性を最適にすることにも有利である。
【０００４】
現在のガスタービン制御システムは、分散制御の戦略をとっているのが典型的である。即ち、タービンへの燃料供給及びタービンへの空気供給を、タービン性能の異なるパラメータの測定値を参照することにより制御する。このような分散制御システムでは、燃料制御ループと空気制御ループとでの応答時間が異なることになり、その結果、過渡負荷状態の間に燃料空気比（ＦＡＲ）が変動することになり、又、望ましくない放出物及び内部燃焼音が増加する。
【０００５】
例えば、典型的なガスタービン・コントローラでは、タービンへの燃料供給を主として、タービンパワー出力をそのタービンで駆動される発電機への電気負荷要求と合致させることを追求するフィードバック・ループを介して制御する。このフィードバックは、典型的にはタービン速度を介してのものであり、速度誤差信号（即ち、測定されたタービン速度の基準（又は設定点）値からの変動）を処理して、タービンへの燃料供給を適切に増減させる。このようなシステムにおけるタービンへの空気供給は典型的には、圧縮機空気流の幾何形状（これは、実際のタービン排気温度と、排気温度に関する基準値との誤差に基づいて制御される。）によって決定される。圧縮機入口案内ベーンを、最適な排気温度を得るのに必要なだけタービンへの空気流を増減するように位置調節する。従って、タービンにかかる負荷の変化の結果として、タービンへの燃料流れの調節の応答の方が、空気流れの調節の応答よりも速くなり、この状態は、燃料流れ変化の効果がタービンの排気温度の変化として現れるまで変わらない。
【０００６】
定常状態運転（負荷要求の変化なし）においてでさえ、制御システムのノイズ（例えば、感知タービン速度の変動若しくは排気温度の変動）又はグリッド周波数変動の結果として、制御システムは燃料流れと空気流れとを頻繁に変化させるおそれがある。
通常用いられているガスタービン制御システムにおいて、燃料供給制御と空気供給制御との間の遅れ（即ち、現在の制御システムでは燃料が空気に先行する。）から生じる燃料空気比（ＦＡＲ）の変動を少なくする努力はほとんどがうまくいっていない。例えば、空気流れループの利得を増加させるか、燃料ループの利得を減少させるか、又は両方を行うことにより、上述の遅れを少なくしようとすると、制御システムは通常、振動の大きな、不安定領域に近い応答領域に入る。
【０００７】
従って、本発明の目的は、定常状態又は過渡運転中にガスタービンの望ましくない放出物を最小限に抑えるガスタービンの制御方法及び装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、特にタービン負荷の過渡状態の間に、タービンに供給される可燃混合物に実質的に一定の燃料空気比を維持するガスタービンの制御方法及び装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、ガスタービン燃料供給（即ち、燃料流れ）制御信号と、空気供給（即ち、空気流れ）制御信号とを、これらの信号を一層緊密に関連させてタービン燃料空気比を所望の範囲内に維持するように協調させ、こうして望ましくない放出物を低減させると共に、タービン燃焼器の運転可能範囲及び使用寿命を増加することによりタービン性能及び運転適性を改良する。
【０００９】
【発明の概要】
本発明によれば、燃焼過程における窒素酸化物（ＮＯｘ）及び一酸化炭素（ＣＯ）等の望ましくない放出物を低減させると共に音圧振動を低減させるようにガスタービンを運転する方法が、タービンに供給される燃料空気可燃混合物の燃料空気比（ＦＡＲ）を約０．００７〜０．０３５の選択された範囲内に維持するようにタービンへの燃料供給信号及び空気供給信号のそれぞれの変調を協調させる工程を含んでいる。この燃料空気比値（ポンド／秒での燃料流れ対ポンド／秒での空気流れの比）の範囲は、全速力、無負荷状態でのＦＡＲと、ベース負荷状態（タービンに全負荷）でのＦＡＲとをそれぞれほぼ反映するものである。
【００１０】
好適な実施例では、燃料空気比（ＦＡＲ）を選択された範囲内に維持するように燃料供給信号及び空気供給信号の変調を協調させる工程は、実際のタービン速度を基準値と比較することにより速度誤差信号を発生する工程と、実際のタービン排気温度を基準温度と比較することにより予備タービン排気温度誤差信号を発生する工程と、この速度誤差信号に従ってタービン燃料供給（又は燃料流れ）制御信号を生成する工程と、前述の予備タービン排気温度誤差信号をタービン速度誤差信号に従って修正することにより、協調したタービン排気温度誤差信号を発生する工程と、この協調したタービン排気温度誤差信号に従ってタービン空気供給（又は空気流れ）信号を生成する工程とを含んでいる。協調したタービン排気温度誤差信号を用いて、前述のタービン燃料供給信号とタービン空気供給信号との間の協調をとり、こうしてガスタービンに供給される可燃混合物の燃料空気比（ＦＡＲ）を所望の選択された範囲内に維持する。例えばガスタービンの常用負荷での運転状態全体にわたっての過渡状態の間、実質的に一定の燃料空気比（ＦＡＲ）を維持する。
【００１１】
前述の協調したタービン排気温度誤差信号を発生する工程は、前述の速度誤差信号を処理して温度誤差修正信号を発生する工程を含んでいる。温度誤差信号は典型的には、温度誤差の度数として表されるので、温度誤差信号を予備タービン排気温度誤差信号に加算すると、協調したタービン排気温度誤差信号が得られる。
【００１２】
燃料供給信号は典型的には、アクチュエータに送られて、タービン燃料供給システムにおける燃料ストローク基準信号を調節し、又、空気供給制御信号はアクチュエータに送られて、タービンの入口案内ベーンの角度を調節する。
放出物の少ない（low emission）ガスタービン制御システムは、タービン制御ユニットを含んでおり、このタービン制御ユニットは、複数のタービン運転パラメータ信号を受け取るようにガスタービンに接続されていると共に、選択された対応する調節機能制御信号をガスタービンに与えるようにガスタービンに更に接続されている。タービン制御ユニットは、タービンの燃焼室に入る可燃混合物の燃料空気比ＦＡＲが定常状態及び過渡状態の運転中に、選択された範囲内に維持されるように、タービン燃料供給及びタービン空気供給の変調を協調させる手段を含んでいる。この燃料及び空気供給の制御を協調させる手段は、それぞれの信号がタービンに送られる前に、タービン燃料供給制御信号に従ってタービン空気供給制御信号を修正する手段を含んでいる。
【００１３】
タービン燃料供給及びタービン空気供給の制御を協調させる手段は、燃料供給コントローラと、空気供給コントローラとを有しているタービン制御処理ユニットを含んでいる。燃料供給コントローラは、タービン速度誤差信号を発生する第１の処理手段に接続されており、空気供給コントローラは、予備タービン排気温度誤差信号を発生する第２の処理手段に接続されている。タービン制御処理ユニットは更に、燃料供給コントローラ及び空気供給コントローラにそれぞれ接続されているクロス・チャンネル・コントローラを含んでいる。クロス・チャンネル・コントローラは、タービン速度誤差信号を選択された伝達関数に従って処理して温度誤差修正信号を発生する手段を含んでいる。空気供給コントローラは更に、予備温度誤差信号を温度誤差修正信号で修正して協調したタービン排気温度誤差信号を発生する手段、例えば上述の２つの信号を加算する加算回路を含んでいる。
【００１４】
【実施例】
本発明の新規と考えられる特徴は、特許請求の範囲に記載した通りである。本発明の構成及び動作方法をその目的及び効果と共に更に明瞭にするために、以下に図面を参照しながら、本発明を具体的に説明する。
図１は本発明による低放出物ガスタービン制御システムのブロック図である。
【００１５】
図１に示すように、低放出物ガスタービン制御システム１００は、ガスタービン５０に連結されたタービン制御ユニット１１０を含んでいる。ガスタービン５０は、燃料と空気との可燃混合物を燃焼室（図示していない）で燃焼させる機関を含んでいる。可燃混合物の燃焼により取り出されたエネルギの少なくとも一部が、膨張するガス混合物によって抽出され、その膨張ガス混合物はタービン・ブレードを通過し、そのブレードによって駆動軸が回転する。タービンは通常、駆動軸を介して発電機等の負荷に連結されている。
【００１６】
燃焼したガス混合物はタービンから排出され、典型的には大気中に放出される。排気ガスの温度は、タービンの燃焼室内の反応区域の温度の関数であり、タービン制御ユニット１１０に接続されている熱電対等から成っている温度センサ１１２によって典型的には測定される。
タービン５０のパワー出力は、タービン５０によって駆動される発電機に課せられた電気負荷によって決定される。タービン速度等のパラメータが、制御ユニット１１０に接続されている１つ以上の速度センサ１１３によって検出される。典型的には、タービン５０は更に、電気負荷（ワット）を検出する１つ以上のセンサ１１４を含んでおり、１つ以上のセンサ１１４は、同じく制御ユニット１１０に接続されている。
【００１７】
制御ユニット１１０は、速度誤差回路１２０と、タービン排気温度誤差回路１３０と、速度誤差回路１２０に接続されている燃料供給コントローラ１４０と、排気温度誤差回路１３０に接続されている空気供給コントローラ１５０と、燃料供給コントローラ１４０及び空気供給コントローラ１５０にそれぞれ接続されているクロス・チャンネル・コントローラ１６０とを含んでいる。燃料供給コントローラ１４０と、空気供給コントローラ１５０とは、ガスタービン５０にそれぞれ接続されており、タービン５０の燃焼室に導入される可燃混合物を形成している燃料及び空気の導入をそれぞれ支配するアクチュエータを制御する。燃料供給コントローラ１４０と、空気供給コントローラ１５０とは、タービン燃焼器への燃料流れ及び空気流れを制御する手段をそれぞれ含んでいる。
【００１８】
速度誤差回路１２０は、タービン速度誤差（エラー）信号を発生するプロセッサを含んでいる。このような誤差信号は、測定パラメータ（本実施例では、実際のタービン速度）の実測値をタービン速度に関する基準（又は設定点）値と比較することにより発生される。速度誤差回路１２０は、センサ１１３から実際のタービン速度信号（このような信号に濾波、その他の処理をしてもよい。但し、フィルタ回路は図示していない。）を受け取るように接続されており、所望の質の信号を発生する。実際のタービン速度出力信号が速度誤差回路１２０において、タービン速度に関する基準値と比較される。速度基準プロセッサ１２２が、所定の運転環境（例えば、所定量の電力を配電する運転環境）に関する基準（又は設定点）値を与える。典型的にはタービン運転者がこの基準値を選択する。速度誤差回路１２０によって発生されたタービン速度誤差信号は、燃料供給コントローラ１４０に印加される。又は、上述したタービン速度フィードバック系統に加えて、センサ１１４からの電気負荷フィードバックを速度誤差回路１２０に接続して負荷調節を向上させる。
【００１９】
タービン排気温度誤差回路１３０は、予備タービン排気温度誤差信号を発生するプロセッサを含んでいる。このような誤差信号は、タービン排気温度の実測値をタービン排気温度に関する基準（又は設定点）値と比較することにより発生される。排気温度誤差の基準値は、温度基準プロセッサ１３２において決定されており、典型的には、タービン圧縮機吐出し圧、外気温度等の種々のパラメータの関数である。タービン排気温度誤差回路１３０は、センサ１１２からの実際のタービン排気温度信号を受け取るように接続されている。タービン排気温度誤差回路１３０が発生する誤差信号をここでは、「予備」タービン排気温度誤差信号と称するのは、この信号はまだ、本発明に従って、燃料供給コントローラ１３０が発生する燃料供給制御信号と、空気供給コントローラ１５０が発生する空気供給制御信号とを所望通りに協調させるように修正されていないからである。速度誤差回路１２０は空気供給コントローラ１５０に接続されているので、この予備タービン排気温度誤差信号は空気供給コントローラ１５０に印加される。
【００２０】
燃料供給コントローラ１４０は典型的には、制御ループ・レギュレータ１４２、例えば比例積分アルゴリズム制御ループ・レギュレータを含んでおり、このレギュレータにおいて、タービン速度誤差信号は、選択された伝達関数（図面では、Ｋ1 (s) として示す。）に従って処理されて燃料流れ信号を発生する。こうして、例えば、タービンの実際の速度が基準（又は設定点）速度よりも低いことを示す速度誤差信号が燃料供給コントローラ１４０で処理されて、対応する燃料流れ信号を発生し、タービンへの燃料流れを増加させて、タービンを基準速度での運転に戻す。調節機能プロセッサ１４２は典型的には、タービンの燃料供給システムにおける燃料制御弁のストロークを制御するアクチュエータ５２に接続されているので、タービン燃焼器への燃料流れは、制御ループ・レギュレータ１４２で発生された燃料流れ制御信号に対応している。
【００２１】
本発明によれば、クロス・チャンネル・コントローラ１６０は燃料供給コントローラ１４０に接続されており、燃料供給コントローラ１４０からタービン速度誤差信号を受け取る。クロス・チャンネル・コントローラ１６０は典型的には、タービン速度誤差信号を選択された伝達関数に従って処理して温度誤差修正信号を発生するように構成されているデジタル・コントローラを含んでいる。本発明の一実施例では、温度誤差修正信号は温度誤差の度数（例えば、華氏の度数°Ｆ）として表現されるので、温度誤差修正信号を排気温度誤差回路１３０によって発生される予備タービン排気温度誤差信号と簡単に組み合わせることができる。速度誤差信号に適用される特定の伝達関数は、速度誤差信号の対応する度数表示の温度誤差信号への適当な変換を行うように選択されている。即ち、対応する度数表示の温度誤差信号は、排気温度誤差回路１３０によって発生される予備タービン排気温度誤差信号に加えられたときに、燃料供給制御信号と空気供給制御信号との間の遅れを所望通りに減少させ、このようにして可燃混合物の燃料空気比を選択された範囲内に維持するようなものである。所定のタービン設備に対して用いられる特定の伝達関数は、その特定形状のタービンの空気及び燃料チャンネルの過渡応答を合致させるように選択されている。
【００２２】
クロス・チャンネル・コントローラ１６０に用いられる伝達関数の一例は、次のように表すことができる。
Ｈ（ｓ）＝Ａ／（Ｂｓ＋１）
ここで、Ｈ（ｓ）は伝達関数を表し、Ａは利得（ゲイン）を表し、Ｂは時定数を表し、ｓはラプラス変数を表す。
【００２３】
この伝達関数は、温度誤差を比例形式で且つ時間の関数として修正することにより、タービンの所望の制御を行う。簡単に述べると、補正量は「Ａ」（ゲイン）によって支配されており、補正を行う時間は「Ｂ」（時定数）によって支配されている。他の伝達関数（例えば、（Ａｓ＋１）／（Ｂｓ＋１））も特定の設備に適当なものとして用いることができる。用いられる特定の伝達関数にかかわりなく、クロス・チャンネル・コントローラは度数表示の温度誤差信号を発生し、この信号は、予備タービン排気温度誤差信号と共に導入されたときに、燃料空気比（ＦＡＲ）を所望の範囲に維持するタービン燃料供給及び空気供給の協調を達成する協調済み（coordinated ）温度誤差信号を発生する。更に、各伝達関数Ｈ（ｓ）について、タービンを空気供給制御信号の余りに大きな瞬時変化から保護するように、出力信号に限界を設定することが典型的である。例えば、温度誤差修正信号が最大値（本実施例では、例えば２５°Ｆ）以下となるように、伝達関数を選択することが典型的である。
【００２４】
空気供給コントローラ１５０は、加算回路１５２を含んでいる。加算回路１５２は、誤差回路１３０によって発生される予備タービン排気温度誤差信号と、温度誤差修正信号とをそれぞれ受け取り、予備タービン排気温度誤差信号を温度誤差修正信号で修正するように接続されている。典型的には、このような修正は、（例えば、温度誤差修正信号が温度誤差の度数で表示されている場合には）２つの信号を共に加算することにより行われる。こうして得られた修正済み信号は、協調済みタービン排気温度誤差信号を構成している（このように呼ぶのは、温度誤差信号が今や、速度誤差信号からの協調入力を反映するように修正されているからである。）。
【００２５】
空気供給コントローラ１５０は更に、調節機能プロセッサ１５４を含んでいる。調節機能プロセッサ１５４は、協調済みタービン排気温度誤差信号を受け取り、その協調済み温度誤差信号を選択された伝達関数（図面では、Ｋ2 (s) として示す。）に従って処理して、空気供給信号を発生するように接続されている。従って、例えば、タービンが基準（又は設定点）温度よりも高温になっていることを示す協調済み排気温度誤差信号が、空気供給コントローラ１５０で処理されて、対応する空気供給信号を発生し、タービンへの空気流れを増加させて、タービン排気温度を基準値に戻す。空気供給コントローラ１５０は空気流れアクチュエータ５４に接続されているので、空気流れ制御信号はアクチュエータ５４に送られて、タービン５０の入口案内ベーンの角度を制御する。
【００２６】
運転時には、本発明のクロス・チャンネル・コントローラは、燃焼過程における音圧振動を低減させることにより、並びに特にタービンが発電機の負荷の変化に応答しつつある過渡状態の間に、ガスタービン５０からの窒素酸化物及び一酸化炭素の望ましくない放出物を低減させることにより、タービン性能を改善する。タービンへの燃料供給及び空気供給の両方を能動的（アクティブ）に変調する過渡運転中に、燃料空気比（ＦＡＲ）は選択された範囲内で実質的に一定に保たれる。ほとんどのタービンにおいて、低い負荷状態では、空気供給は一定に保持される（即ち、入口案内ベーンを動かさず、燃料供給のみを変調する。）。これは、燃料供給を変化させるにつれて、燃料空気比ＦＡＲに大きな変動が生じる状況である。しかしながら、タービン運転において最も関心を払うべきものは、タービンへの電気負荷が変化する場合のような、負荷状態にあるタービン運転である。この運転方式においては、タービン燃料供給及び空気供給の両方を変調し、そして本発明によれば、この過渡運転の間に、燃料空気比ＦＡＲを比較的一定に維持することができる。定常状態燃料空気比ＦＡＲは、全速力、無負荷状態（即ち、いつタービンに負荷をかけてもよい状態）での０．００７からベース負荷状態（即ち、タービンに全負荷がかかっている状態）での０．０３５までの範囲内に維持される。
【００２７】
特に過渡運転中に燃料空気比ＦＡＲを実質的に一定に維持すると、音圧振動の大きさと、ガスタービンからの放出物とが減少する。本発明に従ってタービンへの燃料供給及び空気供給の変調を協調制御する結果として生じる燃料空気比ＦＡＲの変動の大きさは、本発明のクロス・チャンネル式燃料及び空気供給制御を行わないコントローラで観察されるＦＡＲ変動の大きさの約１／３から１／４である。従って、例えば、燃料供給信号及び空気供給信号の協調した変調を行うことにより、燃焼器における振動のピーク音圧を約１／３に軽減し、そしてピーク振動が起こる周波数も小さくなる。このため、燃焼器は、燃焼器振動モードを引き起こす外部擾乱（例えば、負荷過渡）の存在下でより低温になる。本発明は更に、過渡運転中にＦＡＲの変動を最小にすることにより、望ましくない物質（例えば、窒素酸化物、未燃焼炭化水素及び一酸化炭素等）の放出量を、協調のない制御システムよりも少なくする。
【００２８】
本発明の方法を、ガスタービン５０によって駆動する発電機に課せられる電気負荷を増加させる場合を例にとって、具体的に説明する。この電気負荷が原因で、最初にタービンは遅くなり、その結果、周波数が低下し、この周波数の低下が速度センサ１１４によって検出される。実際のタービン速度信号が速度誤差回路１２０において、選択されたタービン基準速度（例えば、発電機の所望の周波数出力、例えば６０Ｈｚに対応する基準速度）と比較され、タービン速度誤差信号を発生する。この速度誤差信号は、燃料供給コントローラ１４０において処理されて、タービン燃料流れ信号を発生し、この信号によってタービンへの燃料流れを増加させる（その結果、燃料空気混合物の燃焼中に、より多くのエネルギが取り出され、タービンは選択された基準速度に戻る。）。センサ１１２によって検出された実際のタービン排気温度は、タービン排気温度誤差回路１３０において、排気温度に関する選択された基準値（基準温度は、タービンにおける種々の物理的パラメータ、例えば圧縮機吐出し圧、外気温度等に基づいて決定されている。）と比較され、予備タービン排気温度誤差信号を発生し、この信号は空気供給コントローラ１５０に送られる。負荷が増大する本実施例では、実際のタービン排気温度は、（燃料供給信号の変化の結果として）追加の燃料をタービンに供給される可燃混合物に付加するまで変化しない。燃料空気比（ＦＡＲ）がよりリッチになるにつれて、又、タービンの燃焼室内の反応区域の温度が上昇するにつれて、排気温度は上昇する。
【００２９】
本発明の方法によれば、タービン速度の変化を検出すると直ちに、予備タービン排気温度信号をクロス・チャンネル・コントローラ１６０によって発生される温度誤差修正信号で修正することにより、協調したタービン排気温度誤差信号が発生される。速度誤差信号を選択された伝達関数に従って適切に処理するので、得られた温度誤差修正信号は、予備タービン排気温度誤差信号に加算されると、燃料供給信号と空気供給信号との対応をとり、こうしてタービンに供給される混合物の燃料空気比（ＦＡＲ）を実質的に一定に維持する。空気供給信号を調節するために修正済み速度誤差信号を用いることにより、燃料供給信号及び空気供給信号を協調的に制御することができるので、タービン運転の過渡状態を補償するために燃料供給信号と空気供給信号との間に遅れがほとんど又は全く存在しない。
【００３０】
以上、本発明のいくつかの特徴のみを具体的に図示し説明したが、当業者であれば種々の変更及び改変が可能である。特許請求の範囲は、このような変更及び改変のすべてを本発明の要旨の範囲に入るものとして包含する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による放出物を低減させたガスタービン制御システムのブロック図である。
【符号の説明】
５０  ガスタービン
１００  ガスタービン制御システム
１１０  タービン制御ユニット
１１２  温度センサ
１１３  速度センサ
１１４  負荷センサ
１２０  速度誤差回路
１３０  タービン排気温度誤差回路
１４０  燃料供給コントローラ
１５０  空気供給コントローラ
１６０  クロス・チャンネル・コントローラ
【図１】
0003782838.tif 000002