JP2009144589A - ガスタービンの制御方法およびガスタービン発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズル切替期間におけるガスタービンの出力変動を低減させること。
【解決手段】今まで使用していた第１ノズル群をこれから使用する第２ノズル群に切り替えるノズル切替期間において、予め登録されている少なくとも１つの調整パラメータを使用して、第１ノズル群及び第２ノズル群の燃料供給量を調整するとともに、ガスタービンの運転状態に応じて、予め登録されている調整パラメータを更新し、更新後の調整パラメータを次回に用いる調整パラメータとして登録する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガスタービンの制御方法およびガスタービン発電装置に関するものである。

ガスタービンの燃焼器は、パイロットノズルと複数のメインノズルを有している。メインノズルは、例えば、図２２に示されるように、ノズル群Ａとノズル群Ｂとに区分されている。ノズル群Ａを構成するノズルの本数は、ノズル群Ｂを構成するノズルの本数よりも少なくされている。
このような燃焼器では、ガスタービンの負荷に応じて燃料供給に使用するノズル群を切り替えることが行われている。例えば、特許文献１には、ノズルの切替期間において、各ノズル群に供給する燃料量を制御することにより、ノズル群の切替を円滑に行うことが開示されている。具体的には、図２３に示されるように、ノズル群Ａからノズル群Ｂに切り替える場合には、ノズル群Ｂへの燃料供給量を増加させる一方、その増加量に見合うだけノズル群Ａへの燃料供給量を減少させる制御を行っている。つまり、ノズル切替期間においては、ノズル群Ａへの燃料供給量とノズル群Ｂへの燃料供給量との合計が一定となるように、各ノズル群への燃料供給量が調整される。
特開平８−３１２３７７号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された発明では、燃焼効率の変動が考慮されていないため、図２４に示すように、ノズル切替期間においてガスタービン出力が変動するという問題があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、ノズル切替期間におけるガスタービンの出力変動を低減させることのできるガスタービンの制御方法およびガスタービン発電装置を提供することを目的とする。

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、燃焼器と、それぞれ異なる本数のノズルを有し、前記燃焼器へ燃料ガスを供給する複数のノズル群とを備え、運転状態に応じて燃料供給に使用する前記ノズル群を切り替えるガスタービンの制御方法であって、今まで使用していた第１ノズル群をこれから使用する第２ノズル群へ切り替えるノズル切替期間において、予め登録されている少なくとも１つの調整パラメータを使用して、第１ノズル群及び前記第２ノズル群の燃料供給量を調整するとともに、前記ガスタービンの運転状態に応じて、予め登録されている前記調整パラメータを更新し、更新後の前記調整パラメータを次回に用いる調整パラメータとして登録するガスタービンの制御方法を提供する。

本発明によれば、ノズル切替が行われる度に、そのときのガスタービンの運転状態に応じて調整パラメータが更新され、次回のノズル切替時に備えて登録される。このように、ノズル切替を行う度に調整パラメータを更新していくことにより、調整パラメータをより適切な値に近づけていくことが可能となる。これにより、ノズル切替時におけるガスタービンの運転の安定化を図ることが可能となる。

上記ガスタービンの制御方法では、前記ノズル切替期間において、前記第１ノズル群の燃料供給量を徐々に減少させるとともに、前記第２ノズル群の燃料供給量を徐々に増加させ、かつ、前記燃焼器に供給する総燃料供給量を総燃料供給量指令値よりも所定量増加させることとしてもよい。

このような構成によれば、ノズル切替期間において、燃焼器への燃料供給量を燃料供給量指令値よりも増加させるので、燃焼器における燃焼効率の低下を抑制することが可能となる。この結果、ノズル切替時におけるガスタービン出力またはガスタービン回転数の変動を低減させることができる。

上記ガスタービンの制御方法において、前記調整パラメータは、ガスタービン出力またはガスタービン回転数に関する情報に基づいて更新されることとしてもよい。

上記ガスタービンの制御方法において、前記ガスタービンの運転状態に基づいて前記調整パラメータの更新の可否を判断し、該判断結果に基づいて前記調整パラメータの更新登録を行うこととしてもよい。

このように調整パラメータの更新の可否を判断することで、必要な場合に限って調整パラメータを更新することが可能となる。これにより、調整パラメータが適切な値に設定されている場合における無駄な更新作業を回避することが可能となる。

上記ガスタービンの制御方法において、前記調整パラメータの一つは、例えば、前記ノズル切替期間における第１ノズル群の燃料供給量の減少開始タイミングを決定するのに用いられる第１調整パラメータである。

第１ノズル群の燃料供給量の減少開始タイミングを第１調整パラメータによって調整することにより、ノズル切替期間の初期における燃料供給量をより適切な量に調整することが可能となる。これにより、ノズル切替期間の初期におけるガスタービンの出力変動を低減させることが可能となる。

上記ガスタービンの制御方法において、前記調整パラメータの一つは、例えば、前記第１ノズル群及び前記第２ノズル群の少なくともいずれか一方の燃料供給量の増加率を決定するのに用いられる第２調整パラメータである。

第１ノズル群及び第２ノズル群の少なくともいずれか一方の燃料供給量の増加率を第２調整パラメータによって調整することにより、ノズル切替期間の終期における燃料供給量をより適切な量に調整することが可能となる。これにより、ノズル切替の終期におけるガスタービンの出力変動を低減させることが可能となる。

上記ガスタービンの制御方法において、前記調整パラメータの一つは、例えば、第２ノズル群の燃料供給量の増加変化率及び前記第１ノズル群の燃料供給量の減少変化率の少なくともいずれか一方を決定するのに用いられる第３調整パラメータである。

第２ノズル群の燃料供給量の増加変化率及び第１ノズル群の燃料供給量の減少変化率の少なくともいずれか一方を第３調整パラメータによって調整することにより、ノズル切替期間の中期における燃料供給量をより適切な量に調整することが可能となる。これにより、ノズル切替期間の中期におけるガスタービンの出力変動を低減させることが可能となる。

上記ガスタービンの制御方法において、複数の前記調整パラメータが存在した場合に、前記ノズル切替期間を各前記調整パラメータの特性に応じて複数の時間帯に分け、各前記調整パラメータをいずれかの前記時間帯に割り当て、割り当てられた時間帯における前記ガスタービンの挙動に応じて対応する各前記調整パラメータの更新を行うこととしてもよい。

これにより、各調整パラメータによる燃料調整が効果的に機能する時間帯におけるガスタービンの挙動に応じて調整パラメータの更新を行うことが可能となる。この結果、調整パラメータをより効果的に更新することができる。

上記ガスタービンの制御方法において、前記ノズル切替期間における大気状態、起動条件、発電プラントの運転状態、及び発電プラントの運用状態の少なくとも１つの状態に基づいて前記調整パラメータを更新し、更新後の前記調整パラメータを次回に用いる調整パラメータとして登録することとしてもよい。

このように、大気状態、起動条件、発電プラントの運転状態、及び発電プラントの運用状態の少なくとも１つの状態に基づいて調整パラメータを更新することで、より適切な調整パラメータを設定することが可能となる。

本発明は、燃焼器と、それぞれ異なる本数のノズルを有し、前記燃焼器へ燃料ガスを供給する複数のノズル群とを備え、運転状態に応じて燃料供給に使用する前記ノズル群を切り替えるガスタービン発電装置であって、今まで使用していた第１ノズル群をこれから使用する第２ノズル群へ切り替えるノズル切替期間において、前記第１ノズル群及び前記第２ノズルに供給する燃料量を調整するための調整パラメータを保有するパラメータ設定部と、前記ガスタービンの運転状態に応じて、前記パラメータ設定部が保有する前記調整パラメータを更新し、更新後の前記調整パラメータを次回に用いる調整パラメータとして前記パラメータ設定部に登録する調整パラメータ更新登録部とを具備するガスタービン発電装置を提供する。

本発明によれば、ノズル切替期間におけるガスタービンの出力変動を低減させることができるという効果を奏する。

以下に、本発明に係るガスタービンの制御方法およびガスタービン発電装置の各実施形態について、図面を参照して説明する。

〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係るガスタービン発電装置の概略構成を示したブロック図である。
図１に示されるように、ガスタービン発電装置１は、空気を圧縮した圧縮空気を燃焼器３に供給する圧縮機２と、ガス化燃料を圧縮機２から供給される圧縮空気により燃焼する燃焼器３と、燃焼器３から供給された燃焼ガスを膨張させて回転するガスタービン４と、ガスタービン４に連結された発電機（図示略）とを主な構成として備えている。

上記燃焼器３には、図２２に示されるように、パイロットノズル７１と、パイロットノズル７１の外周に間隔をおいて配置される複数のメインノズル（ノズル）７２とが設けられている。メインノズル７２は、ノズル群Ａとノズル群Ｂとに区分されている。ノズル群Ａを構成するメインノズル７２の本数は、ノズル群Ｂを構成するメインノズル７２の本数よりも少なくされている。本実施形態では、ノズル群Ａは３本のメインノズル７２を有しており、ノズル群Ｂは５本のメインノズル７２を有している。

また、燃焼器３には、ノズル群Ａに燃料ガスを供給する第１燃料流路５と、ノズル群Ｂに燃料ガスを供給する第２燃料流路６とが接続されている。第１燃料流路５および第２燃料流路６には、燃料ガスの流量を調整するための第１流量調節弁７、第２流量調節弁８がそれぞれ設けられている。第１流量調節弁７、第２流量調節弁８の開度は、ガスタービン制御装置１０により制御される。なお、パイロットノズル７１に燃料ガスを供給する燃料流路も当然設けられているが、ここでは省略している。

ガスタービン制御装置１０は、上述した第１流量調節弁７および第２流量調節弁８の開度を制御するほか、前記ガスタービンの出力に応じて、燃焼器３への燃料供給に用いるノズル群Ａ，Ｂを切り替える制御を行う。なお、ガスタービン制御装置１０による制御の詳細については後述する。

このようなガスタービン発電装置１においては、燃焼器３に対して上記圧縮機２から圧縮された空気が供給されるとともに、ノズル群Ａ，Ｂ等から燃料ガスが供給される。燃焼器３は、供給された圧縮空気と燃料ガスとを混合して燃焼させ、高温高圧の燃焼ガスをガスタービン４に供給する。これにより、ガスタービン４は、燃焼ガスが膨張する際のエネルギーで回転させられ、この動力が発電機（図示略）に伝えられることにより発電が行われる。

次に、ガスタービン制御装置１０による制御のうち、ノズル切替期間における燃料流量制御について図２を参照して説明する。
図２は、ガスタービン制御装置１０が有する機能を展開して示した機能ブロック図である。
図２に示されるように、ガスタービン制御装置１０は、パラメータ設定部１１、第１設定部１２、第２設定部１３、燃料制御部１４、及びパラメータ更新登録部１５を主な構成として備えている。

ここで、ガスタービン制御装置１０は、ノズル切替期間に使用される燃料供給分担比率（以下「分担比率」という。）を有している。この分担比率は、今まで使用されていたノズル群（以下「第１ノズル群」という。）と、これから使用されるノズル群（以下「第２ノズル群」という）に対してそれぞれ設けられている。ここでは、第１ノズル群に対応する分担比率を第１分担比率ＭＡＲ、第２ノズル群に対応する分担比率を第２分担比率ＭＢＲとする。

例えば、図１に示したガスタービン発電装置１において、ノズル群Ａからノズル群Ｂへノズル群が切り替えられる場合、ノズル群Ａの燃料流量制御については、上述した第１分担比率ＭＡＲが用いられ、ノズル群Ｂの燃料流量制御については、上述した第２分担比率ＭＢＲが用いられることとなる。逆に、ノズル群Ｂからノズル群Ａへノズルが切り替えられる場合には、ノズル群Ｂに第１分担比率ＭＡＲが用いられ、ノズル群Ａに第２分担比率ＭＢＲが用いられることとなる。

図３には、第１分担比率ＭＡＲの一例が、図４には第２分担比率ＭＢＲの一例が示されている。図３に示されるように、例えば、第１分担比率ＭＡＲは、ノズル切替期間において１００％から０％まで一定の割合で減少するように設定されている。また、第２分担比率ＭＢＲは、ノズル切替期間において、０％から１００％まで一定の割合で増加するように設定されている。また、本実施形態では、各時刻における分担比率の合計が１００％で一定となるように、上記第１分担比率ＭＡＲ，第２分担比率ＭＢＲを設定している。

上記パラメータ設定部１１は、図３及び図４に示される第１分担比率ＭＡＲ及び第２分担比率ＭＢＲを調整するための調整パラメータを保有している。具体的には、パラメータ設定部１１は、図５に示すように、第２分担比率ＭＡＲの減少開始タイミングＴｓを決定するのに用いられる第１調整パラメータ、及び図６に示すように、第２分担比率ＭＢＲの燃料増加量（ゲインＫ）を決定するのに用いられる第２調整パラメータ、第２分担比率ＭＢＲの増加変化率を調整するのに用いられる第３調整パラメータを保有している。

上記第１〜第３調整パラメータは、後述するパラメータ更新登録部１５によって更新可能とされている。
パラメータ設定部１１は、ノズル切替中を示すノズル切替フラグがセットされた場合に、自己が保有する第１調整パラメータを第１設定部１２に、第２調整パラメータ及び第３調整パラメータを第２設定部１３に出力する。

第１設定部１２は、第１調整パラメータに基づいて図３に示した第１分担比率ＭＡＲを補正する。これにより、第１分担比率ＭＡＲの減少開始タイミングが第１調整パラメータに応じた時間Ｔｄだけ遅延される（図５参照）。
また、第２設定部１３は、第２調整パラメータ及び第３調整パラメータに基づいて図４に示した第２分担比率ＭＢＲを補正する。これにより、第２分担比率ＭＢＲの燃料増加量(ゲインＫ)が第２調整パラメータによって補正されるとともに、増加変化率が第３調整パラメータに応じて補正される（図６参照）。

図７に第２設定部１３の一構成例を示す。図７に示されるように、第２設定部１３は、例えば、パラメータ設定部１１からの第２調整パラメータ及び第３調整パラメータに基づいて、図４に示す第２分担比率ＭＢＲの増加変化率及び燃料増加量を調整する調整器（図示略）、調整器からの第２分担比率ＭＢＲとその一次遅れとの偏差を求める不完全微分部２１、不完全微分部２１からの出力Ｃ１を関数ＦＸ５２に基づいて処理する第２関数器２２、第２分担比率ＭＢＲを関数ＦＸ５３に基づいて処理する第３関数器２３、第２関数器２２の出力と第３関数器２３の出力とを乗算する第１乗算器２４、ガスタービンの運転制御に関するパラメータを関数ＦＸ５１に基づいて処理する第１関数器２５、および第１関数器２５の出力と第１乗算器２４の出力Ｃ２とを乗算することにより補正量Ｃ３を生成する第２乗算器２６と、第２乗算器２６からの補正量Ｃ３を第２分担比率ＭＢＲに加算することで、第２分担比率ＭＢＲを補正する加算器２７とを備えている。

上記第２関数器２２が備える関数ＦＸ５２および第３関数器２３が備える関数ＦＸ５３は、いずれも不完全微分部２１では成形できない補正量の微調整を行うものである。
また、第１関数器２５が備える関数ＦＸ５１は、図８に示されるように、ガスタービンの出力が低いときは高い調整量が設定され、ガスタービンの出力が高いときは低い調整量が出力されるように設定されている。つまり、ガスタービンの出力が低いときほど、大きな調整量が出力されるように設定されている。
また、図９に、上述した不完全微分部２１の出力Ｃ１、第１乗算器２４の出力Ｃ２、第２乗算器２６の出力Ｃ３の一例を示す。

このような構成を備える第２設定部１３においては、パラメータ設定部１１からの第２調整パラメータ及び第３調整パラメータは、発生器（図示略）に入力され、図４に示すＭＢＲのゲイン及び変化率の調整量として用いられる。これにより、例えば、図４に示される第２分担比率ＭＢＲのゲイン並びに増加率は、ガスタービンの出力または回転数が低いほど大きくなるように調整される。調整後のＭＢＲは、不完全微分部２１に与えられる。
なお、上記構成に代えて、例えば、パラメータ設定部１１からの第２調整パラメータについては、第１関数器２５に与えられることとしてもよい。この場合、例えば、第１関数器２５は上記関数ＦＸ５１を用いて取得した調整量に、パラメータ設定部１１からのゲインＫを乗ずることにより調整量を補正し、補正後の調整量を第２乗算器２６に出力する。
また、図７に示した第２設定部１３の構成に代えて、図２５に示すように、不完全微分部２１に第１分担比率ＭＡＲを入力情報として与えることとしてもよい。この場合には、第１分担比率ＭＡＲとその一次遅れとの偏差を求める際のプラスマイナスが逆に設定される。また、この場合、発生器（図示略）は、第２調整パラメータ及び第３調整パラメータに基づいて第１分担比率ＭＡＲ及び第２分担比率ＭＢＲの両方を調整してもよいし、第２分担比率ＭＢＲのみを調整することとしてもよい。第１分担比率ＭＡＲを調整する際には、例えば、第２調整パラメータ及び第３調整パラメータの逆数をそれぞれ用いることとすればよい。

図２に戻り、第１設定部１２及び第２設定部１３によって補正された後の第１分担比率ＭＡＲ´及び第２分担比率ＭＢＲ´は、燃料制御部１４に出力される。燃料制御部１４は、燃料供給指令値ＣＳＯに第１分担比率ＭＡＲ´を乗算することにより、ノズル群Ａの第１燃料供給指令値ＭＡＣＳＯを設定する。この第１燃料供給指令値ＭＡＣＳＯに応じて第１流量調節弁７（図１参照）が調節されることにより、ノズル群Ａによって燃焼器３に供給される燃料量は、ノズル切替開始から所定期間Ｔｄ経過した後に、略一定の割合で減少することとなる。

また、燃料制御部１４は、燃料供給指令値ＣＳＯに第２分担比率ＭＢＲ´を乗算することにより、ノズル群Ｂの第２燃焼供給指令値ＭＢＣＳＯを設定する。この第２燃料供給指令値ＭＢＣＳＯに応じて第２流量調節弁８（図１参照）が調節されることにより、ノズル群Ｂによって燃焼器３に供給される燃料量は、ノズル切替開始時から第２パラメータ調整量が加味された増加率で徐々に増加し、また、燃料供給指令値ＣＳＯに対する実燃料供給量が第３パラメータ調整量に応じた分だけ増量される。

そして、上述したような調整パラメータが反映された第１燃料供給指令値ＭＡＣＳＯ及び第２燃料供給指令値ＭＢＣＳＯに基づいてノズル群Ａ及びノズル群Ｂを介した燃料供給がなされることにより、この燃料供給に応じたガスタービン出力及び発電機出力またはガスタービン回転数が得られることとなる。このガスタービン出力及び発電機出力またはガスタービン回転数は逐次モニタされ、そのモニタ結果がパラメータ更新登録部１５に入力される。

パラメータ更新登録部１５は、モニタ結果に基づいて今回用いられた各種調整パラメータ、つまり、現時点においてパラメータ設定部１１が保有している第１〜第３調整パラメータを更新する。このため、パラメータ更新登録部１５は、第１調整パラメータを調整するための第１調整部、第２調整パラメータを調整するための第２調整部、及び第３調整パラメータを調整するための第３調整部を備えている。

図１０は、第１調整部の概略構成を示したブロック図である。図１０に示されるように、第１調整部１００は、ノズル切替期間の各時刻における回転数指令値と実回転数との偏差を算出する偏差算出部３１、偏差算出部３１によって算出された偏差の最大値を抽出する最大偏差抽出部３２、予め保有している第１調整テーブルから偏差の最大値に対応する遅延調整時間Ｔｄを取得する調整量取得部３３、パラメータ設定部１１（図２参照）が現在保有している第１調整パラメータに調整量取得部３３によって取得された遅延調整時間Ｔｄを加算して新たな第１調整パラメータを生成する第１パラメータ生成部３５を備えている。
また、本実施形態では、調整量取得部３３から出力される遅延調整時間Ｔｄ及び第１パラメータ生成部３５から出力される新たな第１調整パラメータを予め設定されている所定の上限値範囲内に抑えるためのリミッタ３４，３６を設けている。

図１１に、第１調整テーブルの一例を示す。図１１において、縦軸は最大偏差、横軸は遅延調整時間Ｔｄを示している。最大偏差がα１未満及びβ１以上のときには遅延調整量を急激に増加させ、α１以上β１未満のときには値延調整量をなだらかに増加させるようになっている。

また、第２調整部は、図１２に示すように、ノズル切替期間の各時刻における回転数指令値と実回転数との偏差を算出する偏差算出部４１、ノズル切替期間における前記偏差の平均値を計算する平均値算出部４２、予め保有している第２調整テーブルから偏差の平均値に対応する燃料増加量を取得する調整量取得部４３、パラメータ設定部１１（図２参照）が現在保有している第２調整パラメータに調整量取得部４３によって取得された燃料増加量を加算して新たな第２調整パラメータを生成する第２パラメータ生成部４５を備えている。

また、本実施形態では、調整量取得部４３から出力される燃料増加量（ゲインＫ）及び第２パラメータ生成部４５から出力される新たな第２調整パラメータを予め設定されている所定の上限値範囲内に抑えるためのリミッタ４４，４６を設けている。
図１３に、第２調整テーブルの一例を示す。図１３において、縦軸は平均偏差、横軸は燃料増加量（ゲインＫ）を示している。平均偏差に対し燃料増加量（ゲインＫ）が略線形的に増加するようになっている。

また、第３調整部は、図１０に示した第１調整部１００と略同じ構成であり、第１パラメータ生成部３３に代えて、第３調整テーブルを用いて最大偏差に対応する増加変化率を取得する第３パラメータ生成部を備えている。図１４に第３調整テーブルの一例を示す。図１４において、縦軸は最大偏差、横軸は増加変化率を示している。最大偏差に対し増加変化率が略線形的に増加するようになっている。

パラメータ更新登録部１５（図２参照）は、第１〜第３調整パラメータが第１〜第３調整部により生成されると、パラメータ設定部１１が保有している現在の第１〜第３調整パラメータを新たに生成された第１〜第３調整パラメータに更新する。これにより、ノズル切替が行われる度に、そのときのガスタービン回転数の挙動に基づいて、パラメータ設定部１１の各種調整パラメータが毎回更新されることとなる。そして、次回のノズル切替時には、パラメータ更新登録部１５によって更新された最新の第１〜第３調整パラメータがパラメータ設定部１１によって設定され、第１設定部１２及び第２設定部１３に出力されることとなる。

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の制御方法及びガスタービン発電装置によれば、ノズル切替期間におけるガスタービンの運転状態（例えば、回転数の挙動或いは出力の挙動等）に基づいて、パラメータ設定部１１が保有する調整パラメータを毎回更新するので、調整パラメータを徐々に最適な値に近づけていくことが可能となる。この結果、燃焼器３に供給する燃料供給量を徐々に理想的な値に近づけることが可能となり、ノズル切替期間におけるガスタービン出力またはガスタービン回転数の変動を低減させることが可能となる。

〔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の制御方法及びガスタービン発電装置について説明する。
上述した第１の実施形態では、パラメータ設定部１１が保有する調整パラメータをノズル切替が行われる度に更新することとしたが、本実施形態では、図１５に示すように、ガスタービンの出力に関する情報及びガスタービンの回転数に関する情報の少なくとも１つに基づいて、パラメータ設定部１１が保有する調整パラメータを更新するか否かを判断するパラメータ更新可否判定部１６を備えている。

具体的には、図１５に示すように、パラメータ更新可否判定部１６は、ガスタービンの実回転数、ガスタービンの回転数指令値、ガスタービン出力、ガスタービン出力指令値、切替フラグを入力情報として受け取る。パラメータ更新可否判定部１６は、例えば、ガスタービンの実回転数とガスタービンの回転数指令値との偏差を算出し、この偏差が予め設定されている所定の閾値以上の場合に、パラメータ設定部１１が保有する調整パラメータの更新登録を許可する旨の判定を行い、更新許可の信号を調整パラメータ更新登録部１５に出力する。この信号受信により、調整パラメータ更新登録部１５は、パラメータ設定部１５における調整パラメータの更新登録を行う。

なお、パラメータ更新可否判定部１６は、上述の判定以外にも、例えば、ガスタービンの実出力とガスタービンの出力指令値との偏差を算出し、この偏差が予め設定されている所定の閾値以上の場合に、パラメータ設定部１１が保有する調整パラメータの更新登録を許可することとしてもよい。または、両方の偏差が閾値以上であった場合に、更新登録を許可することとしてもよい。

このように、ガスタービンが理想的な運転を行っている場合には、調整パラメータの更新登録を行わないことで、無駄な調整パラメータの更新登録を回避することが可能となる。

〔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の制御方法及びガスタービン発電装置について説明する。
本実施形態では、ノズル切替期間を調整パラメータの特性に応じて複数の時間帯に分け、各調整パラメータを、各調整パラメータが最も効果的に機能する時間帯に割り当てる。そして、割り当てられた時間帯におけるガスタービンの挙動に応じて対応する各調整パラメータの更新を行う。

本実施形態では、図１６に示すように、ノズル切替期間を初期Ｔｂ、中期Ｔｍ、終期Ｔｅの３つにわけ、初期Ｔｂに第１調整パラメータを、中期（Ｔｍ）に第３調整パラメータを、終期（Ｔｅ）に第２調整パラメータをそれぞれ割り当てる。そして、各対応期間における最大偏差或いは平均偏差を算出し、これらの値に基づいて各調整パラメータを更新する。

即ち、第１調整パラメータについては、ノズル切替期間の初期Ｔｂにおけるガスタービンの実回転数と回転数指令値との最大偏差ΔＰ１に対応する第１調整パラメータが上述した第１調整部１００によって求められる。また、同様に、第２調整パラメータについては、ノズル切替期間の終期Ｔｅにおけるガスタービンの実回転数と回転数指令値との平均偏差ΔＰ２に対応する第２調整パラメータが上述した第２調整部によって求められる。また、第３調整パラメータについては、ノズル切替期間の初期Ｔｍにおけるガスタービンの実回転数と回転数指令値との最大偏差ΔＰ３に対応する第３調整パラメータが上述した第３調整部によって求められる。

このように、各調整パラメータによる燃料量調整が効果的に機能する時間帯に対応するガスタービンの挙動に応じて各調整パラメータの更新を行うので、調整パラメータをより適した値に更新することができる。

〔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の制御方法およびガスタービン発電装置について説明する。
本実施形態に係るガスタービンの制御方法及びガスタービン発電装置では、ガスタービンの回転数に基づいて調整パラメータを更新していたが、本実施形態では、ガスタービン回転数以外のパラーメータ、例えば、大気状態に応じて調整パラメータを補正する。

例えば、第１調整パラメータを例に挙げて説明すると、図１７に示すように、各大気状態（本実施形態では、湿度）に応じて第１調整テーブルが設けられている。調整パラメータ更新登録部１５の第１調整部１００に係る第１パラメータ生成部３３（図１０参照）は、ノズル切替時の大気状態に応じた第１調整テーブルを用いて対応する第１調整パラメータを取得する。また、第２、第３調整パラメータについても同様とする。
このように、大気状態も考慮して調整パラメータを決定することにより、ガスタービンの運転制御をより安定させることが可能となる。

なお、上述のように参照する調整テーブルを切り替える態様に代えて、図１８に示すように、大気状態に応じた補正係数を算出する補正部８０を更に設け、補正部８０によって求められた補正係数を第１調整部１００によって決定された新たな第１調整パラメータに乗算することで、新たな第１調整パラメータを大気状態に応じて補正するような構成としてもよい。

例えば、補正部８０は、大気と補正係数とが対応付けられたテーブル或いは演算式を保有しており、テーブル或いは演算式に基づいてノズル切替が行われたときの大気に対応する補正係数を算出する。また、第２、第３調整パラメータについても同様である。

〔変形例１〕
上記各実施形態においては、ノズル切替期間におけるガスタービンの実回転数と回転指令値との最大偏差、或いは、平均偏差に基づいて各調整パラメータを決定することとしたが、これに代えて、ガスタービンの実回転数と回転指令値との偏差の積分値、ガスタービンの実出力と出力指令値との最大偏差、または、ガスタービンの実出力と出力指令値との偏差の積分値に基づいて各調整パラメータを決定することとしてもよい。

〔変形例２〕
上記第４の実施形態においては、大気状態として湿度を例に挙げて説明したが、湿度に限られず、例えば、温度等に基づいて調整パラメータを決定、補正することとしてもよい。また、大気状態に限らず、例えば、起動条件、発電プラントの運転状態、発電プラントの運用状態等を考慮して各種調整パラメータを決定或いは補正することとしてもよい。また、これらを全て考慮して第１〜第３調整パラメータを決定或いは補正することとしてもよい。

上記起動条件としては、例えば、コールド起動、ホット起動等が挙げられる。また、発電プラントの運転状態としては、例えば、燃料ガスのガスカロリ、燃料ガスのカロリ変動量、燃料ガス温度、ＩＧＶ弁開度等が挙げられる。ＩＧＶ弁開度は、圧縮機２（図１参照）の入口に設けられ、圧縮機２への抽気量を調整するＩＧＶ弁の開度である。また、発電プラントの運用状態としては、例えば、プラント運転累積時間等が挙げられる。

例えば、図１９に起動状態に対応する第１調整テーブルを示す。この図に示すように、ホット起動の場合に比べてコールド起動の場合の遅延調整時間を大きくしている。これは、温度が低い方が燃料ガスの燃焼効率が悪いため、同じ出力を期待するのにより多くの燃料を供給する必要があるからである。

また、図２０，２１に発電プラントの運転状態に対応する第１調整テーブルを示す。図２０は、燃焼器３に供給される燃料ガスのカロリに対応する第１調整テーブル、図２１は圧縮機２の入口に設けられたＩＧＶ弁の弁開度に対応する第１調整テーブルである。
図２０では、燃料ガスのカロリが低いほど遅延調整時間を大きくしている。これは、カロリが低いほど燃焼効率が低下するからである。
図２１では、ＩＧＶ弁の弁開度が大きいほど遅延調整時間を大きくしている。これは、ＩＧＶ弁の開度が開いている場合には、より多くの圧縮空気が圧縮機２から燃焼器３に供給されることとなるので、それに応じてより多くの燃料が供給されるからである。

このように、計測可能かつ変化速度の早い因子を考慮して調整パラメータを補正することにより、より適切な調整パラメータを用いたノズル切替制御を実現させることが可能となる。

〔変形例３〕
上述した各実施形態においては、３本のノズル群Ａから５本のノズル群Ｂへ切り替える場合について説明したが、ノズル切替は１段階だけではなく、多段階に分けて行われることが一般的である。例えば、５本のノズル群Ｂに切り替えられた後には、更に８本のノズル群Ｃ（図示略）に切り替えられる。このように、次の段階におけるノズル切替において、その前に行われたノズル切替時の調整パラメータを使用することとしてもよい。このように、直近に行われたノズル切替時に更新された最新の調整パラメータを異なる段階におけるノイズ切替に使用することで、よりガスタービンの出力を安定させることが可能となる。

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、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明の第１の実施形態に係るガスタービン発電装置の概略構成を示したブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係るガスタービン制御装置が有する機能を展開して示した機能ブロックの一例を示した図である。 第１分担比率の一例を示す図である。 第２分担比率ＭＢＲの一例を示す図である。 第１調整パラメータについて説明するための図である。 第２調整パラメータ及び第３調整パラメータについて説明するための図である。 第２設定部の一構成例を示した図である。 第１関数器が備える関数ＦＸ５１の一例を示した図である。 不完全微分部の出力、第１乗算器の出力、第２乗算器の出力の一例を示した図である。 パラメータ更新登録部が備える第１調整部の概略構成を示したブロック図である。 第１調整テーブルの一例を示した図である。 パラメータ更新登録部が備える第２調整部の概略構成を示したブロック図である。 第２調整テーブルの一例を示した図である。 第３調整テーブルの一例を示した図である。 本発明の第２の実施形態に係るガスタービン制御装置が有する機能を展開して示した機能ブロックの一例を示した図である。 本発明の第３の実施形態に係るガスタービン制御方法について説明するための図である。 各大気状態を考慮した場合の第１調整テーブルの一例を示した図である。 大気状態に応じて第１調整パラメータを補正する場合の一構成例を示した図である。 起動条件を考慮した場合の第１調整テーブルの一例を示した図である。 プラントの運転状態として燃料ガスのカロリを考慮した場合の第１調整テーブルの一例を示した図である。 プラントの運転状態としてＩＧＶ弁の弁開度を考慮した場合の第１調整テーブルの一例を示した図である。 パイロットノズルと複数のメインノズルとについて説明するための図である。 ノズル切替期間における従来の燃料流量制御について説明するための図である。 従来の燃料流量制御を行った場合のガスタービンの出力変動を模式化して示した図である。 図７に示した第２設定部の他の構成例を示した図である。

符号の説明

１ ガスタービン発電装置
２ 圧縮機
３ 燃焼器
４ ガスタービン
５ 第１燃料流路
６ 第２燃料流路
７ 第１流量調節弁
８ 第２流量調節弁
１０ ガスタービン制御装置
１１ パラメータ設定部
１２ 第１設定部
１３ 第２設定部
１４ 燃料制御部
１５ パラメータ更新登録部
１６ パラメータ更新可否判定部
８０ 補正部
１００ 第１調整部

Claims (10)

1. 燃焼器と、それぞれ異なる本数のノズルを有し、前記燃焼器へ燃料ガスを供給する複数のノズル群とを備え、運転状態に応じて燃料供給に使用する前記ノズル群を切り替えるガスタービンの制御方法であって、
   今まで使用していた第１ノズル群をこれから使用する第２ノズル群へ切り替えるノズル切替期間において、予め登録されている少なくとも１つの調整パラメータを使用して、第１ノズル群及び前記第２ノズル群の燃料供給量を調整するとともに、前記ガスタービンの運転状態に応じて、予め登録されている前記調整パラメータを更新し、更新後の前記調整パラメータを次回に用いる調整パラメータとして登録するガスタービンの制御方法。
2. 前記ノズル切替期間において、前記第１ノズル群の燃料供給量を徐々に減少させるとともに、前記第２ノズル群の燃料供給量を徐々に増加させ、かつ、前記燃焼器に供給する総燃料供給量を総燃料供給量指令値よりも所定量増加させる請求項１に記載のガスタービンの制御方法。
3. 前記調整パラメータは、ガスタービン出力またはガスタービン回転数に関する情報に基づいて更新される請求項１または請求項２に記載のガスタービンの制御方法。
4. 前記ガスタービンの運転状態に基づいて前記調整パラメータの更新の可否を判断し、該判断結果に基づいて前記調整パラメータの更新登録を行う請求項１から請求項３のいずれかに記載のガスタービンの制御方法。
5. 前記調整パラメータの一つは、前記ノズル切替期間における第１ノズル群の燃料供給量の減少開始タイミングを決定するのに用いられる第１調整パラメータである請求項１から請求項４のいずれかに記載のガスタービンの制御方法。
6. 前記調整パラメータの一つは、前記第１ノズル群及び前記第２ノズル群の少なくともいずれか一方の燃料供給量の増加率を決定するのに用いられる第２調整パラメータである請求項１から請求項５のいずれかに記載のガスタービンの制御方法。
7. 前記調整パラメータの一つは、第２ノズル群の燃料供給量の増加変化率及び前記第１ノズル群の燃料供給量の減少変化率の少なくともいずれか一方を決定するのに用いられる第３調整パラメータである請求項１から請求項６のいずれかに記載のガスタービンの制御方法。
8. 複数の前記調整パラメータが存在した場合に、前記ノズル切替期間を各前記調整パラメータの特性に応じて複数の時間帯に分け、各前記調整パラメータをいずれかの前記時間帯に割り当て、割り当てられた時間帯における前記ガスタービンの挙動に応じて対応する各前記調整パラメータの更新を行う請求項１から請求項７のいずれかに記載のガスタービンの制御方法。
9. 前記ノズル切替期間における大気状態、起動条件、発電プラントの運転状態、及び発電プラントの運用状態の少なくとも１つの状態に基づいて前記調整パラメータを更新し、更新後の前記調整パラメータを次回に用いる調整パラメータとして登録する請求項１から請求項８のいずれかに記載のガスタービンの制御方法。
10. 燃焼器と、それぞれ異なる本数のノズルを有し、前記燃焼器へ燃料ガスを供給する複数のノズル群とを備え、運転状態に応じて燃料供給に使用する前記ノズル群を切り替えるガスタービン発電装置であって、
    今まで使用していた第１ノズル群をこれから使用する第２ノズル群へ切り替えるノズル切替期間において、前記第１ノズル群及び前記第２ノズルに供給する燃料量を調整するための調整パラメータを保有するパラメータ設定部と、
    前記ガスタービンの運転状態に応じて、前記パラメータ設定部が保有する前記調整パラメータを更新し、更新後の前記調整パラメータを次回に用いる調整パラメータとして前記パラメータ設定部に登録する調整パラメータ更新登録部と
    を具備するガスタービン発電装置。

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