JP4796015B2 - ガスタービンの運転制御装置および運転制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービンの運転制御装置および運転制御方法に関するものである。

一般に、発電所等で用いられているガスタービンは、圧縮機において圧縮された空気に燃料を噴射して燃焼せしめ、得られる高温高圧の燃焼ガスをタービンに導いて出力を取出している。図７に、このガスタービンの基本的な構成を示す。ガスタービン１００には、圧縮機１０２、燃焼器１０３およびタービン１０１が備えられ、圧縮機１０２で圧縮された空気が制御部１１０からの制御信号によって作動される燃料流量調整弁１０５を介して燃焼器１０３に供給された燃料と混合して燃焼され、高温の燃焼ガスとなってタービン１０１で膨張する。この燃料流量調整弁１０５は燃料流量を制御することで求められる負荷を調整している。また、タービン１０１では、圧縮機１０２を駆動し、残りの出力で発電機１５０等の負荷を駆動するようになっている。またさらに、１軸型複合サイクル発電プラントの場合には、ガスタービン１００、発電機１５０および蒸気タービン１６０のそれぞれの回転軸が一体に結合されている。

また、圧縮機１０２の第１段の翼の前側には入口案内翼（Ｉｎｌｅｔ
Ｇｕｉｄｅ Ｖａｎｅ：ＩＧＶ）１０４が設けられている。この入口案内翼１０４は、各静翼の開度を操作することにより、圧縮機１０２の動翼との間を流れて燃焼器１０３へ流入する空気量を変化させ、ガスタービン１００の排ガス温度を目標値に制御するためのものである。吸気は入口案内翼１０４により周方向の速度が与えられ圧縮機１０２に導入される。圧縮機１０２では、導入された空気は多段の動翼と静翼とを通ってエネルギーが与えられて圧力が上昇する。なお、入口案内翼１０４は、周方向に多数枚設けられた可動翼がそれぞれ可動可能に支持されて構成され、制御部１１０からの駆動信号によってアクチュエータが作動してこれら可動翼が可動せしめられて、吸気流量、燃焼温度を調整している。

より具体的には、制御部１１０は、入口案内翼１０４のアクチュエータへのＩＧＶ開度指令１１５を生成するために、図８に示すような構成を備えている。すなわち、乗算器１１、テーブル関数器（ＦＸ１）１２、リミッタ１３、補正関数器（ＦＸ２）１４および制限関数器（ＦＸ３）１５を備えた構成である。基本的に、発電機出力（ＧＴ出力）に応じて、図９（ａ）に示すような関数に従ってＩＧＶ開度を設定するが、補正関数器（ＦＸ２）１４により図９（ｂ）に示すような圧縮機入口温度に対応した関係に基づきＧＴ出力補正係数Ｋ２を生成して、乗算器１１でＧＴ出力にこの補正係数Ｋ２を掛け合わせることで、テーブル関数を参照するＧＴ出力値を補正している。また、制限関数器（ＦＸ３）１５により図９（ｃ）に示すような圧縮機入口温度に対応した関係に基づきＩＧＶ最大開度Ｍ１を生成して、リミッタ１３により、テーブル関数器（ＦＸ１）１２で生成されたＩＧＶ開度がＩＧＶ最大開度Ｍ１を超えないように制限している。

このようにガスタービン１００の入口案内翼１０４を制御する先行技術としては、例えば、特開２００３−２０６７４９号公報（特許文献１）、特開２００１−２００７３０号公報（特許文献２）が知られている。特許文献１には、ＩＧＶの開度領域が低い場合には少しの開度変化で吸気流量が大きく変化し、ＩＧＶの開度領域が高い場合には少しの開度変化で吸気流量がほとんど変化しないように開度領域によって吸気流量が大きく変化するが、このように開度領域によって吸気流量が大きく変化する場合であっても、出力に対して所定の吸気流量が確保できる運転方法が示されている。また、特許文献２には、ガスタービン実出力が出力計画値に対して余裕がある場合や、部分負荷運転時の場合に、空気圧縮機入口温度を入力として空気圧縮機に吸入される空気量を制御するＩＧＶの開度上限値を制御する運転方法が示されている。
特開２００３−２０６７４９号公報 特開２００１−２００７３０号公報

ところで、最近、欧州地区におけるGrid Code（系統運用規則）として、系統周波数の変動に対する負荷追従性が１００％負荷まで要求されてきており、また国内でも同様の動きがある。ガバナフリー運用で高負荷で周波数が低下した場合の調定率に従った負荷上昇に対して、或いは負荷増加指令に対して、従来技術では、ガスタービン１００は燃料を増加させるが、一方で燃焼温度（タービン入口温度）の上昇による機器損傷といった機器保護の観点から温調動作するため、所望の負荷が得られないことが懸念される。

つまり、図１０（ａ）に示すような系統周波数の低下に対して、従来技術では、ガスタービン１００の入口案内翼１０４の開度制御は行わず（図１０（ｂ）参照）、燃料制御によってのみ対応していたために、図１０（ｃ）に示すような軸出力についてのGrid Code要求レスポンスを満足させるためには、図１０（ｅ）に示すように、タービン入口温度のオーバシュート制限値を超えて機器保護の制約をも超える可能性があった。

また一方で、機器保護の観点からタービン入口温度のオーバシュートを許容しない場合には、図１０（ｃ）に示す軸出力についてのGrid Code要求レスポンスを満足させることができない可能性があった。特に、ガスタービン１００と蒸気タービン１６０が同軸の１軸型複合サイクル発電プラントの場合には、図１０（ｄ）に示すように、蒸気タービン１６０の出力（ＳＴ出力）の増加が遅れるため、Grid Codeで規定された軸出力を満足するためには、蒸気タービン１６０の出力不足をガスタービン１００の過負荷運転で補う必要がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、周波数変動に対して、タービン入口温度をオーバシュート制限範囲内に抑えることができると共に、軸出力についてもGrid
Code要求レスポンスを満足させ得るガスタービンの運転制御装置および運転制御方法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、前段に入口案内翼を備える圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼器に供給し、該燃焼器で発生する燃焼ガスによってタービンを回転させて発電機を駆動するガスタービンの運転制御装置であって、予め設定された前記発電機の出力に対する前記入口案内翼の開度の関係に基づいて、前記発電機出力の検出値から前記入口案内翼の開度を設定する入口案内翼開度設定手段と、一定量を超える周波数変動に対して、該周波数変動量に応じた前記入口案内翼の第１開度補正量を算出する第１補正手段とを有し、前記入口案内翼開度設定手段によって設定された開度と前記第１補正手段により算出された第１開度補正量とを加算した開度に基づいて前記入口案内翼を制御するガスタービンの運転制御装置を提供する。

本発明によれば、例えば系統周波数が低下した場合に、周波数変動に応じた入口案内翼の第１開度補正量を設定して、入口案内翼を開けるように制御するので、タービン入口温度をオーバシュート制限範囲内に抑えることができると共に、風量増加により軸出力についてもGrid
Code要求レスポンスを満足させることが可能となる。

本発明のガスタービンの運転制御装置において、前記発電機の出力から当該ガスタービンの負荷変化を算出して該負荷変化量に応じた前記入口案内翼の第２開度補正量を算出する第２補正手段を有し、前記入口案内翼開度設定手段によって設定された開度と前記第１補正手段により算出された第１開度補正量と前記第２補正手段により算出された第２開度補正量とを加算した開度に基づいて前記入口案内翼を制御することとしてもよい。

本発明によれば、例えば負荷増加指令等の負荷変化に対しても、負荷変化量に応じた入口案内翼の第２開度補正量を設定して、入口案内翼を開けるように制御するので、排ガス温度を低めに抑えることが可能となる。

本発明のガスタービンの運転制御装置は、前記第１補正手段の第１開度補正量および第２補正手段の第２開度補正量のうちの少なくとも１つの時間変化率が前記タービンの入口温度の制約から決められる所定値以下となるように制限する変化率制限手段を有することとしてもよい。

本発明によれば、よりきめ細かな制御が可能となり、定格開度への切り戻し時に急激に戻すことの無いようにしてタービン入口温度が制限値以上に上昇することを防止できる。

本発明のガスタービンの運転制御装置において、中負荷から高負荷の範囲に対応する前記発電機出力の所定範囲が予め設定されており、前記第１補正手段および前記第２補正手段の少なくとも１つは、前記発電機の出力が前記所定範囲にある場合に作動することとしてもよい。

本発明によれば、よりきめ細かな制御が可能となる。

本発明のガスタービンの運転制御装置において、中負荷から高負荷の範囲に対応する前記タービンの入口温度の所定範囲が予め設定されており、前記第１補正手段および前記第２補正手段の少なくとも１つは、前記タービンの入口温度が前記所定範囲にある場合に作動することとしてもよい。

本発明によれば、例えばタービン入口温度が最も厳しいポイントで入口案内翼を全開にするといった運用が可能となり、よりきめ細かな制御が可能となる。

本発明のガスタービンの運転制御装置において、中負荷から高負荷の範囲に対応するブレードパス温度の所定範囲が予め設定されており、前記第１補正手段および前記第２補正手段の少なくとも１つは、前記ブレードパス温度が前記所定範囲にある場合に作動することとしてもよい。

本発明によれば、例えばタービン入口温度が最も厳しいポイントで入口案内翼を全開にするといった運用が可能となり、よりきめ細かな制御が可能となる。

本発明は、前段に入口案内翼を備える圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼器に供給し、該燃焼器で発生する燃焼ガスによってタービンを回転させて発電機を駆動するガスタービンの運転制御方法であって、予め設定された前記発電機の出力に対する前記入口案内翼の開度の関係に基づいて、前記発電機出力の検出値から前記入口案内翼の開度を設定する第１工程と、一定量を超える周波数変動に対して、該周波数変動量に応じた前記入口案内翼の第１開度補正量を算出する第２工程とを含み、前記第１工程において設定された開度と前記第２工程において算出された第１開度補正量とを加算した開度に基づいて前記入口案内翼を制御するガスタービンの運転制御方法を提供する。

本発明によれば、周波数変動に応じた入口案内翼の第１開度補正量を設定して、例えば周波数低下に対して入口案内翼を開けるように制御するので、タービン入口温度をオーバシュート制限範囲内に抑えることができると共に、風量増加により軸出力についてもGrid
Code要求レスポンスを満足させることができるという効果を奏する。

以下、本発明のガスタービンの運転制御装置および運転制御方法の実施形態について、図面を参照して説明する。

〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態に係るガスタービンの運転制御装置および運転制御方法について、図１〜図４を参照して説明する。ここで、図１は第１の実施形態のガスタービンの運転制御装置の構成図であり、同図において、図７（従来例）と重複する部分には同一の符号を付している。また、図２は第１の実施形態におけるＩＧＶ制御部１１３の具体的な構成図であり、図３はＩＧＶ制御部１１３の各種関数器および作動範囲設定器が持つ関数を説明する説明図であり、図４は第１の実施形態において系統周波数が低下したときの各種緒量のタイムチャートである。

図１において、本実施形態のガスタービンの運転制御装置では、ガスタービン１００に圧縮機１０２、燃焼器１０３およびタービン１０１が備えられ、圧縮機１０２で圧縮された空気が制御部１１１の燃料制御部１１２からの制御信号１１６によって作動される燃料流量調整弁１０５を介して燃焼器１０３に供給された燃料と混合して燃焼され、高温の燃焼ガスとなってタービン１０１で膨張する。この燃料流量調整弁１０５は燃料流量を制御することで求められる負荷、さらには排ガス温度を調整している。また、タービン１０１では、圧縮機１０２を駆動し、残りの出力で発電機１５０の負荷を駆動するようになっている。またさらに、１軸型複合サイクル発電プラントの場合には、ガスタービン１００、発電機１５０および蒸気タービン１６０のそれぞれの回転軸が一体に結合されている。

また、圧縮機１０２の第１段の翼の前側には入口案内翼（Ｉｎｌｅｔ Ｇｕｉｄｅ Ｖａｎｅ：ＩＧＶ）１０４が設けられている。吸気は入口案内翼１０４により周方向の速度が与えられ圧縮機１０２に導入される。圧縮機１０２では導入された空気は多段の動翼と静翼とを通ってエネルギーが与えられて圧力が上昇する。また、入口案内翼１０４は、周方向に多数枚設けられた可動翼がそれぞれ回動可能に支持されて構成され、制御部１１１のＩＧＶ制御部１１３からのＩＧＶ開度指令１１７によって入口案内翼１０４のアクチュエータが作動してこれら可動翼が可動せしめられて、吸気流量、燃焼温度を調整している。

タービン１０１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を検出するブレードパス温度検出器１２３が設けられ、また、該ブレードパス温度検出器１２３の配置位置より下流側の排気通路には排ガスの温度を検出する排ガス温度検出器１２４が設けられている。また、吸気状態を検出する吸気状態検出器１２１が設けられ、吸気温度と吸気圧力が検出されている。燃焼器１０３の車室内の圧力が車室内圧力センサ１２２によって検出されている。さらに、タービン１０１の負荷状態を検出するために発電機出力センサ（図示せず）が設けられている。

そして、これらブレードパス温度検出器１２３、排ガス温度検出器１２４、吸気状態検出器１２１、車室内圧力センサ１２２および発電機出力センサによって検出された検出信号が制御部１１１に入力される。この制御部１１１は、燃料の供給制御を行う燃料制御部１１２と、入口案内翼１０４の開度制御を行うＩＧＶ制御部１１３とを備えている。ＩＧＶ制御部１１３は図２に示すように構成されている。

図２において、ＩＧＶ制御部１１３は、予め設定された発電機１５０の出力に対する入口案内翼１０４の開度の関係に基づき発電機出力センサの検出値から入口案内翼１０４の開度を設定する入口案内翼開度設定部（入口案内翼開度設定手段）１０と、一定量を超える周波数変動に対して、該周波数変動量に応じた入口案内翼１０４の第１開度補正量を算出し、入口案内翼開度設定部１０によって設定された開度を補正する第１補正部（第１補正手段）２０と、発電機１５０の出力（発電機出力センサの出力）または発電機出力の目標値から設定される発電機出力設定値からガスタービンの負荷変化を算出して該負荷変化量に応じた入口案内翼１０４の第２開度補正量を算出し、入口案内翼開度設定部１０によって設定された開度を補正する第２補正部（第２補正手段）３０とを有して構成されている。

なお、第１補正部２０および第２補正部３０は、発電機１５０の出力（発電機出力センサの出力）または発電機出力の目標値から設定される発電機出力設定値が所定範囲にある場合に作動する構成となっている。

そして、ＩＧＶ制御部１１３は、入口案内翼開度設定部１０によって設定され、第１補正部２４および第２補正部２６によって補正された入口案内翼１０４の開度設定値をＩＧＶ開度指令１１７として入口案内翼１０４のアクチュエータに出力する。

入口案内翼開度設定部１０は、従来の制御部１１０における構成、即ち、乗算器１１、テーブル関数器（ＦＸ１）１２、リミッタ１３、補正関数器（ＦＸ２）１４および制限関数器（ＦＸ３）１５を備えた構成に、これら構成要素によって設定されたＩＧＶ開度を第１開度補正量および第２開度補正量で補正するための加算器１６を加えた構成である。

入口案内翼開度設定部１０では、基本的に、発電機１５０の出力（ＧＴ出力；発電機出力センサの出力）に応じて、図９（ａ）に示すような関数に従ってＩＧＶ開度を設定する。ただし、補正関数器（ＦＸ２）１４により、図９（ｂ）に示すような圧縮機入口温度（吸気状態検出器１２１によって検出される外気温度）に対応した関係に基づきＧＴ出力補正係数Ｋ２を生成して、乗算器１１でＧＴ出力にこの補正係数Ｋ２を掛け合わせることで、テーブル関数を参照するＧＴ出力値を補正している。

また、制限関数器（ＦＸ３）１５により、図９（ｃ）に示すような圧縮機入口温度に対応した関係に基づきＩＧＶ最大開度Ｍ１を生成して、リミッタ１３により、テーブル関数器（ＦＸ１）１２で生成されたＩＧＶ開度がＩＧＶ最大開度Ｍ１を超えないように制限している。

また、第１補正部２０は、第１開度補正関数器（ＦＸ４）２１、第１補正部作動範囲設定器（ＦＸ５）２３、乗算器２２および加算器２４を備えた構成である。
第１補正部２０では、基本的に、第１開度補正関数器（ＦＸ４）２１により、系統周波数の周波数変動量Δｆに応じて、図３（ａ）に示すような関数に従ってＩＧＶ開度の第１開度補正量ＣＰ１１を設定する。

なお、図３（ａ）において不感帯を設けているのは、運転中に系統周波数は±数Ｈｚ程度の変動があり、このような変動ノイズに対して第１補正部２０が実質的に作用しないようにするためである。また、系統周波数の低下に対しては入口案内翼１０４を開ける（ＩＧＶ開度を下げる）方向の負値が設定され、系統周波数の上昇に対しては入口案内翼１０４を閉じる（ＩＧＶ開度を上げる）方向の正値が設定されている。

ここで、周波数変動は、短周期変動に対する周波数制御法として一般に行われるガバナフリー運転時のものを想定しており、一定量以上の相対的に大きな周波数変動に対しては所定量以上の第１開度補正量とならないように制限を設けている。
また、第１補正部２０の作動範囲をガスタービンの負荷が中高負荷の範囲とするため、第１補正部作動範囲設定器（ＦＸ５）２３により、発電機１５０の出力（発電機出力センサの出力）または発電機出力の目標値から設定される発電機出力設定値に対して、図３（ｂ）に示すような関係を持つ作動範囲係数Ｋ５を生成し、乗算器２２で第１開度補正量ＣＰ１１にこの作動範囲係数Ｋ５を掛け合わせたものを第１補正部２０で生成される第１開度補正量ＣＰ１としている。

また、第２補正部３０は、１次遅れフィルタ３１，３２、減算器３３、第２開度補正関数器（ＦＸ６）３４、第２補正部作動範囲設定器（ＦＸ７）３５および乗算器３６を備えた構成である。
第２補正部３０では、まず、発電機１５０の出力（発電機出力センサの出力）または発電機出力の目標値から設定される発電機出力設定値を１次遅れフィルタ３１，３２で遅延した信号と遅延していない信号との偏差を減算器３３により求め、これをガスタービンの負荷変化（擬似微分値）として得る。そして、第２開度補正関数器（ＦＸ６）３４において、このガスタービンの負荷変化（ＧＴ出力の擬似微分値）に応じて、図３（ｃ）に示すような関数に従ってＩＧＶ開度の第２開度補正量ＣＰ２１を設定する。なお、この第２開度補正関数器３４の関数ＦＸ６によって、第２開度補正量ＣＰ２１を任意に調整可能であり、例えば、負荷上げのときのように擬似微分値が正のときだけ第２開度補正量ＣＰ２１を出し、負荷下げのように擬似微分値が負のときはゼロとして補正しないようにする設定も可能となる。

また、第２補正部３０の作動範囲をガスタービンの負荷が中高負荷の範囲とするため、第２補正部作動範囲設定器（ＦＸ７）３５により、発電機１５０の出力（発電機出力センサの出力）または発電機出力の目標値から設定される発電機出力設定値に対して、図３（ｄ）に示すような関係を持つ作動範囲係数Ｋ７を生成し、乗算器３６で第２開度補正量ＣＰ２１にこの作動範囲係数Ｋ７を掛け合わせたものを第２補正部３０で生成される第２開度補正量としている。

そして、第１補正部２０の加算器２０により、第１補正部２０で生成される第１開度補正量ＣＰ１と第２補正部３０で生成される第２開度補正量とを加算してＩＧＶ加算量ＣＰ０を得て、入口案内翼開度設定部１０の加算器１６により、入口案内翼開度設定部１０で設定されたＩＧＶ開度にＩＧＶ加算量ＣＰ０を加算してＩＧＶ開度指令１１７を得る。

次に、図４を参照して、本実施形態のガスタービンの運転制御装置による運転制御について説明する。ここでは、図４（ａ）に示すように、系統周波数がΔｆだけ低下した場合を例に説明する。
このような周波数変動を受けて、制御部１１１（ＩＧＶ制御部１１３）では、第１補正部２０の第１開度補正関数器（ＦＸ４）２１により、系統周波数の周波数変動量Δｆに応じたＩＧＶ開度の第１開度補正量ＣＰ１１（負値）が設定され、ガスタービンの負荷が高負荷であるときには、第１開度補正量ＣＰ１１がほぼそのまま第１開度補正量ＣＰ１として出力される。つまり、ＩＧＶ開度指令１１７として第１開度補正量ＣＰ１だけ低く補正されたＩＧＶ開度が入口案内翼１０４のアクチュエータに与えられ、入口案内翼１０４の開度は、図４（ｂ）に示すように、第１開度補正量ＣＰ１分だけ開く方向に変化することとなる。

一般に、タービン入口温度は燃空比（燃料量／燃焼空気量の比）に比例することから、入口案内翼１０４が開く方向にＩＧＶ開度を変化させれば、圧縮機１０２の吸気流量は増加し燃焼空気量が増加するので、燃空比即ちタービン入口温度は低下する。また一方、「タービン出力＝タービン通過流量×タービン熱落差×効率」の関係があり、入口案内翼１０４が開く方向にＩＧＶ開度を変化させれば、圧縮機１０２の吸気流量が増加してタービン通過流量も増加するので、タービン入口温度低下による熱落差以上にタービン通過流量の増大が寄与すれば発電機１５０の出力は増加することになる。

したがって、タービン入口温度を、図４（ｅ）に示すようにオーバシュート制限範囲内に抑えると共に、軸出力についても図４（ｃ）に示すようにGrid Code要求レスポンスを満足させることができる。また特に、ガスタービン１００と蒸気タービン１６０が同軸の１軸型複合サイクル発電プラントの場合には、蒸気タービン１６０の出力（ＳＴ出力）の増加が遅れるため、Grid
Codeで規定された軸出力を満足するためには、蒸気タービン１６０の出力不足をガスタービン１００の過負荷運転で補う必要があるが、十分に対応可能となる。

また、負荷増加指令等の負荷変化に対しては、制御部１１１（ＩＧＶ制御部１１３）の第２補正部３０で対処することになる。つまり、予め設定されたガスタービン出力に対しての入口案内翼１０４の開度設定だけでは、静的な開度設定となり、負荷変化上昇時には遅れ傾向の開度設定となるが、上記のような負荷変化量に応じた第２開度補正量を用いて過渡的なプラスアルファをＩＧＶ開度設定値に加えることで、負荷上昇時に入口案内翼１０４を開く方向へ制御して排ガス温度を低めに抑えることができる。また、負荷変化が収束するに従い、加えた開度を徐々に減少させ、負荷変化量がゼロの場合には補正を掛けない状態の開度に戻る。なお、負荷の上昇変化について負荷変化量について説明したが、負荷変化率を算出して用いてもよい。他の実施の形態においても同様である。

以上説明したように、本実施形態に係るガスタービンの運転制御装置および運転制御方法によれば、ＩＧＶ制御部１１３の入口案内翼開度設定部１０により、予め設定された発電機１５０の出力に対する入口案内翼１０４の開度の関係に基づき発電機出力センサの検出値から入口案内翼１０４の開度を設定し、第１補正部２０により、一定量を超える周波数変動に対して、該周波数変動量に応じた入口案内翼１０４の第１開度補正量を算出し、入口案内翼開度設定部１０によって設定された開度を補正し、第２補正部３０により、発電機１５０の出力（発電機出力センサの出力）または発電機出力の目標値から設定される発電機出力設定値からガスタービンの負荷変化を算出して該負荷変化量に応じた入口案内翼１０４の第２開度補正量を算出し、入口案内翼開度設定部１０によって設定された開度を補正するようにしている。

これにより、例えば系統周波数が低下した場合に、周波数変動量Δｆに応じた入口案内翼１０４の第１開度補正量を設定して、入口案内翼１０４を開けるように制御するので、タービン入口温度をオーバシュート制限範囲内に抑えることができると共に、風量増加により軸出力についてもGrid Code要求レスポンスを満足させることができる。また、例えば負荷増加指令等の負荷変化に対しても、負荷変化量に応じた入口案内翼１０４の第２開度補正量を設定して、入口案内翼１０４を開けるように制御するので、排ガス温度を低めに抑えることができる。

また、本実施形態に係るガスタービンの運転制御装置および運転制御方法によれば、第１補正部２０および第２補正部３０を、発電機１５０の出力が所定範囲にある場合に作動するようにしている。ガスタービンの負荷が中高負荷の範囲にあり、周波数変動や負荷変化があったときに、タービン入口温度がオーバシュート制限値を超えるといった問題が発生することから、発電機１５０の出力に基づきガスタービンの負荷が中高負荷の範囲にある場合にのみ補正することとすれば、よりきめ細かな制御が可能となる。

〔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運転制御装置および運転制御方法について、図５および図６を参照して説明する。ここで、図５は第２の実施形態におけるＩＧＶ制御部１１３の具体的な構成図であり、図６は第２の実施形態において系統周波数が低下したときの各種緒量のタイムチャートである。

なお、本実施形態は、第１の実施形態の構成に対して、第１補正部２０の第１開度補正量および第２補正部３０の第２開度補正量の時間変化率が所定値以下となるように制限する変化率制限部４１を付加した点に特徴があり、ガスタービンの運転制御装置の全体構成は第１の実施形態（図１）と同等であり、各構成要素の説明を省略する。また、ＩＧＶ制御部１１３の具体的な構成についても、図５において第１の実施形態（図３）と同等な構成要素に同一の符号を附して説明を省略する。

図５において、ＩＧＶ制御部１１３は、入口案内翼開度設定部１０と、第１補正部４０と、第２補正部３０とを有して構成され、第１補正部４０には、第１補正部２０の第１開度補正量および第２補正部３０の第２開度補正量の加算結果であるＩＧＶ加算量（ＣＰ０）の時間変化率を制限する変化率制限部４１が付加されている。
変化率制限部４１は、入口案内翼１０４を開く方向（補正量の時間変化がマイナス）のときと、入口案内翼１０４を閉じる方向（補正量の時間変化がプラス）のときとで、変化率の制限値を独立して設定可能である。これにより、入口案内翼１０４を開く速度と切り戻し時の速度とを独立して調整できる。

また、図５では、変化率制限部４１を加算器２４と加算器１６の間に設置して、第１開度補正量および第２開度補正量の加算結果であるＩＧＶ加算量の時間変化率を制限するようにしているが、第１補正部４０の乗算器２２と加算器２４の間、並びに、第２補正部３０の乗算器３６と第１補正部４０の加算器２４の間にそれぞれ設置して、第１開度補正量および第２開度補正量の時間変化率をそれぞれ別個に制限するようにしても良い。

次に、図６を参照して、本実施形態のガスタービンの運転制御装置による運転制御について説明する。第１の実施形態と同様に、図６（ａ）に示すような系統周波数がΔｆだけ低下した場合を例に説明する。

このような周波数変動を受けて、制御部１１１（ＩＧＶ制御部１１３）では、第１補正部４０の第１開度補正関数器（ＦＸ４）２１により、系統周波数の周波数変動量Δｆに応じたＩＧＶ開度の第１開度補正量ＣＰ１１（負値）が設定され、ガスタービンの負荷が高負荷であるときには、第１開度補正量ＣＰ１１がほぼそのまま第１開度補正量ＣＰ１として出力される。つまり、ＩＧＶ開度指令１１７として第１開度補正量ＣＰ１だけ低く補正されたＩＧＶ開度が入口案内翼１０４のアクチュエータに与えられ、入口案内翼１０４の開度は、図６（ｂ）に示すように、第１開度補正量ＣＰ１分だけ開く方向に変化することとなる。

その後、入口案内翼１０４をさらに開いた分だけ切り戻す際に、入口案内翼１０４をさらに開く時と同等の速度で戻すと、燃料流量とのミスマッチ等によりタービン入口温度が制限値以上に上昇する可能性がある。本実施形態では、変化率制限部４１により、入口案内翼１０４を開く方向（補正量の時間変化がマイナス）のときの時間変化率の制限よりも、入口案内翼１０４を閉じる方向（補正量の時間変化がプラス）のときの時間変化率の制限を厳しめに設定し、定格開度への切り戻し時に急激に戻すことの無いようにしてタービン入口温度が制限値以上に上昇することを防止している。

〔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運転制御装置について説明する。第１の実施形態では、第１補正部２０および第２補正部３０の作動範囲をガスタービンの負荷が中高負荷の範囲とするため、それぞれ第１補正部作動範囲設定器（ＦＸ５）２３および第２補正部作動範囲設定器（ＦＸ７）３５において、発電機１５０の出力（発電機出力センサの出力）または発電機出力の目標値から設定される発電機出力設定値に対する関数を用いて行ったが、本実施形態では、発電機１５０の出力に代えてタービンの入口温度を用いる。

なお、タービン入口温度は直接計測していないため、これに代わる指標を用いる。より具体的には、例えば、特開２００７−７７８６７号公報の「ガスタービンの燃焼制御装置」には、タービン入口温度に比例する燃焼負荷指令値（ＣＬＣＳＯ）を、ガスタービン出力と、入口案内翼１０４の開度と、圧縮機１０２の吸気温度とに基づき算出する技術が開示されており、この燃焼負荷指令値（ＣＬＣＳＯ）を代用指標として用いることができる。

このように、タービン入口温度（または代用指標）を用いて第１補正部２０および第２補正部３０の作動範囲を設定することにより、タービン入口温度が最も厳しいポイントで入口案内翼１０４を全開にするといった運用が可能となり、よりきめ細かな制御が可能となる。

〔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運転制御装置について説明する。第１の実施形態では、第１補正部２０および第２補正部３０の作動範囲をガスタービンの負荷が中高負荷の範囲とするため、それぞれ第１補正部作動範囲設定器（ＦＸ５）２３および第２補正部作動範囲設定器（ＦＸ７）３５において、発電機１５０の出力（発電機出力センサの出力）または発電機出力の目標値から設定される発電機出力設定値に対する関数を用いて行ったが、本実施形態では、発電機１５０の出力に代えてタービンの最終段のブレードを通過した直後のガス温度であるブレードパス温度を用いる。

なお、ブレードパス温度はブレードパス温度検出器１２３により直接計測しており、これを用いる。計測値を用いることにより、第３の実施形態と比較して制御の信頼性をより向上させることができる。ただし、タービン入口温度を用いていないので、より安全側に設定行う必要がある。

このように、ブレードパス温度を用いて第１補正部２０および第２補正部３０の作動範囲を設定することにより、タービン入口温度が最も厳しいポイントで入口案内翼１０４を全開にするといった運用が可能となり、よりきめ細かな制御が可能となる。

〔変形例〕
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、具体的な構成はこれら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。

例えば、本願の明細書および図面中において、詳しく言及していない制御部１１１の燃料制御部１１２において、出力増加要求により入口案内翼１０４が開動作する間は、温調リミット値、ロードリミット値、或いは待機値（ＲＳＣＯ）をオーバシュートが許容されるところまで拡げるようにしても良い。第１の実施形態〜第４の実施形態におけるガスタービンの運転制御装置による運転制御により、圧縮機１０２の吸気流量が増えることから、燃料供給量を増やすことができるようになり、リミット値や待機値を拡げることにより温調やロードリミットにかかることなく、１００％以上の負荷要求にも対応することができる。

本発明の実施形態に係るガスタービンの運転制御装置の構成図である。 第１の実施形態におけるＩＧＶ制御部１１３の具体的な構成図である。 第１の実施形態におけるＩＧＶ制御部１１３の各種関数器および作動範囲設定器が持つ関数を説明する説明図である。 第１の実施形態において系統周波数が低下したときの各種緒量のタイムチャートである。 第２の実施形態におけるＩＧＶ制御部１１３の具体的な構成図である。 第２の実施形態において系統周波数が低下したときの各種緒量のタイムチャートである。 従来のガスタービンの運転制御装置の構成図である。 従来例における制御部１１０の具体的な部分構成図である。 従来例における制御部１１０の各種関数器が持つ関数を説明する説明図である。 従来例において系統周波数が低下したときの各種緒量のタイムチャートである。

符号の説明

１０ 入口案内翼開度設定部
２０，４０ 第１補正部
３０ 第２補正部
１００ ガスタービン
１０１ タービン
１０２ 圧縮機
１０３ 燃焼器
１０４ 入口案内翼
１０５ 燃料流量調整弁
１１１ 制御部
１１２ 燃料制御部
１１３ ＩＧＶ制御部
１１６ 制御信号
１１７ ＩＧＶ開度指令
１２１ 吸気状態検出器
１２２ 車室内圧力センサ
１２３ ブレードパス温度検出器
１２４ 排ガス温度検出器
１５０ 発電機
１６０ 蒸気タービン

Claims (7)

1. 前段に入口案内翼を備える圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼器に供給し、該燃焼器で発生する燃焼ガスによってタービンを回転させて発電機を駆動するガスタービンの運転制御装置であって、
   予め設定された前記発電機の出力に対する前記入口案内翼の開度の関係に基づいて、前記発電機出力の検出値から前記入口案内翼の開度を設定する入口案内翼開度設定手段と、
   一定量を超える周波数変動に対して、該周波数変動量に応じた前記入口案内翼の第１開度補正量を算出する第１補正手段と
   を有し、
   前記入口案内翼開度設定手段によって設定された開度と前記第１補正手段により算出された第１開度補正量とを加算した開度に基づいて前記入口案内翼を制御するガスタービンの運転制御装置。
2. 前記発電機の出力から当該ガスタービンの負荷変化を算出して該負荷変化量に応じた前記入口案内翼の第２開度補正量を算出する第２補正手段を有し、
   前記入口案内翼開度設定手段によって設定された開度と前記第１補正手段により算出された第１開度補正量と前記第２補正手段により算出された第２開度補正量とを加算した開度に基づいて前記入口案内翼を制御する請求項１に記載のガスタービンの運転制御装置。
3. 前記第１補正手段の第１開度補正量および第２補正手段の第２開度補正量のうちの少なくとも１つの時間変化率が前記タービンの入口温度の制約から決められる所定値以下となるように制限する変化率制限手段を有する請求項１または請求項２に記載のガスタービンの運転制御装置。
4. 中負荷から高負荷の範囲に対応する前記発電機出力の所定範囲が予め設定されており、
   前記第１補正手段および前記第２補正手段の少なくとも１つは、前記発電機の出力が前記所定範囲にある場合に作動する請求項１から請求項３のいずれかに記載のガスタービンの運転制御装置。
5. 中負荷から高負荷の範囲に対応する前記タービンの入口温度の所定範囲が予め設定されており、
   前記第１補正手段および前記第２補正手段の少なくとも１つは、前記タービンの入口温度が前記所定範囲にある場合に作動する請求項１から請求項３のいずれかに記載のガスタービンの運転制御装置。
6. 中負荷から高負荷の範囲に対応するブレードパス温度の所定範囲が予め設定されており、
   前記第１補正手段および前記第２補正手段の少なくとも１つは、前記ブレードパス温度が前記所定範囲にある場合に作動する請求項１から請求項３のいずれかに記載のガスタービンの運転制御装置。
7. 前段に入口案内翼を備える圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼器に供給し、該燃焼器で発生する燃焼ガスによってタービンを回転させて発電機を駆動するガスタービンの運転制御方法であって、
   予め設定された前記発電機の出力に対する前記入口案内翼の開度の関係に基づいて、前記発電機出力の検出値から前記入口案内翼の開度を設定する第１工程と、
   一定量を超える周波数変動に対して、該周波数変動量に応じた前記入口案内翼の第１開度補正量を算出する第２工程と
   を含み、
   前記第１工程において設定された開度と前記第２工程において算出された第１開度補正量とを加算した開度に基づいて前記入口案内翼を制御するガスタービンの運転制御方法。

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