JPH0459452B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はガスタービン制御装置、特に着火後か
ら無負荷定格回転数までの燃料流量を制御してタ
ービン軸の回転数の制御を行う起動制御系に改良
を加えたガスタービン制御装置に関する。

（従来の技術） ガスタービンは、圧縮機器、燃焼器及びタービ
ンより構成され、これらは各々複雑な特性を有す
るためその制御も複雑となつている。例えば、タ
ービンに流入するガス温度は、タービン翼金属が
許容し得る使用限界温度に近い温度で運転される
ため、温度の上昇をある値で制限し、且つ正確に
温度を制御する必要があり、また回転数の制御に
ついても、回転数昇速時及び負荷運転時にも行う
必要がある。更に燃焼器への燃料流量は、起動時
の着火時及び負荷遮断時による燃料絞り動作時に
おいて、吹消える恐れがない最低燃料を確保しな
ければならない。

以上のような種々の制御上の要求を満足するた
め、従来のガスタービン制御装置は、複数の制御
系を並列的に用い、それらの各々の燃料制御信号
のうちの最小値の信号を用いて燃焼器への燃料供
給を制御し、ひいてはタービン軸の回転数を制御
することが一般に行なわれていた。

これを第２図を参照して説明すると、負荷制御
系１２、調速制御系１３、起動制御系１４、排気
温度制御系１５及び吹消防止用最小温度上昇制御
系１８を並列的に用い、上記各制御系のうち最小
値の信号を低値優先回路１６で選択して燃焼器２
への燃料を制御し、安全なガスタービン制御を実
現するようにしていたのである。

ところで、上記従来の起動制御系１４を第４図
に基いて説明すると、該起動制御系１４はガスタ
ービン起動後から着火前までの間、燃焼流量制御
弁５（第２図参照）を全閉とすべく零信号を出力
する信号発生器２８と、この出力信号を燃料流量
制御弁５との開方向出力信号と切替えるための切
替器２７と、着火時に着火開度まで燃料流量制御
弁５を開とする信号Ｎを出力する信号発生器２０
と、着火検出後に暖機を行うべく燃料流量制御弁
５を暖機開度まで開とする信号Ｐを出力する信号
発生器２１と、前記信号発生器２０，２１の信号
をガスタービンの着火検出により切替える切替器
２５と、暖機完了後から無負荷定格回転数まで回
転数上昇を行うために必要な燃料流量制御弁５の
開度の信号Ｆを出力する信号発生器２２と、暖機
完了後に加速を行うべく開度信号を切替える切替
器２６と、暖機完了後に加速制御を行うべく時定
数を設定可能な指数関数発生器２３と、加算器２
４とから構成される。

そして、その作用は、先ずガスタービン起動前
において、切替器２５はｇ−ｉ、切替器２６はｊ
−ｋ、切替器２７はＲ−Ｔが導通状態となつてお
り、それぞれ独自のインターロツクにより切替え
られる。そして、信号発生器２８の出力信号によ
り全閉となつていた燃料流量制御弁５は、着火許
可指令を着火インターフロツクから受けた切替器
２７が切替わり、Ｓ−Ｔ側へ導通状態となること
により、信号発生器２０の着火時開度指令信号を
受けて着火開度まで開となる。

この後、着火検出器により着火を検出した着火
インターロツクにより切替器２５が切替えられ、
ｈ−ｉが導通状態となる。これにより、燃料流量
制御弁５は信号発生器２１の信号を受けて暖機開
度となる。次いで暖機タイマーにより暖機完了状
態を受けて着火インターロツクが切換器２６を切
替え、ｌ−ｍが導通状態となり、信号発生器２２
の出力を指数関数発生器２３へ入力し、指数関数
的に燃料流量制御弁５の開度信号Ｂを上昇させ
る。尚、図中Ａは負荷制御系１２及び調速制御系
１３からの信号が加算された信号、Ｃは温度制御
系１５からの信号、Ｄは吹消防止用最小温度上昇
制御系１８からの信号である（第２図参照）。

また、以上の燃料流量制御弁の開度を時間との
関係で示したのが第５図であり、横軸である時間
軸のタイミングにおいて、Ｘ，Ｙ，Ｚが各切替器
２７，２５、２６と対応する。タイミングＸ，
Ｙ，Ｚにより切替えられた信号はガスタービン固
有の着火時燃料Ｎ、暖機時燃料Ｐ、無負荷定格燃
料Ｆの夫々の信号により、無負荷定格回転数まで
加速される。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した従来の起動制御系１４によれば、単一
の制御ループでは制御性を向上させることができ
るが、ガスタービン制御回路に示すような複数の
制御系を並列的に用いる場合は以下の如き欠点が
生じる。

即ち、起動時における着火、暖機後の昇速途中
において、温度制御系からの温度上昇制限制御指
令Ｃが起動制御系１４の昇速指令Ｂより低い値と
なつた場合には、低値優先回路１６により温度制
限制御指令Ｃが選択され、一時的に起動制御系１
４の出力信号Ｂは非選択状態となる。

このような状態は、ガスタービンがホツト状態
にあつた場合又は大気温度がコンプレツサ吸込温
度設計点より高い状態にあつた場合の起動中に生
起することが多い。そうすると、選択された信号
Ｅは、制御弁開度の変化率を必要以上に大きくす
ることになる。これは、排気温度制御系１５は、
一般に比例＋積分（PI）制御系で構成され、制
御設定値と被制御部検出値（フイードバツク値）
との偏差が負側になると温度上昇制限制御指令Ｃ
は減操作を行うようなされている。特に、この排
気温度制御系１５は、ガスタービンの燃焼器２及
びガスタービン入口第１段動静翼等の構成材料の
温度上昇制限を、排ガス部の温度上昇制限に置き
換えて制限制御を行つていることから、制御定数
のうち比例制御定数は高めに設定され、制限値を
逸脱しての運転が行われないように、燃料減操作
指令信号の操作量と操作速度は大きく作用するこ
とになる。その結果、ガスタービンへの投入燃料
流量が減少することにより、排ガス温度が降下
し、排ガス温度設定値以下の温度になつた際に、
温度上昇制限制御指令Ｃは、減方向の信号から増
方向の信号となつて、上記燃料減操作指令時と同
様の変化率で作用するからである。この結果、再
び温度制御系からの制御信号Ｃから起動制御系１
４からの制御信号Ｂに選択されるようになるが、
その際の起動制御系１４での制御信号Ｂは、温度
制御系による外乱を含まない指数関数にて信号が
上昇しているため、燃料流量制御弁開度信号Ｅは
急激に増加することとなる。

以上の状態を第６図を参照して説明すると、横
軸である時間軸上でタイミングを示す101−102間
の燃料流量制御弁開度指令信号Ｅは、温度制御指
令信号Ｃが選択されて、この曲線に沿つて一旦降
下したした後、再び昇速する。そして、タイミン
グ102以降において、開度指令信号Ｅとして再び
起動制御系１４の制御信号Ｂが選択される。この
ように、制御系からの制御指令出力信号の変化率
が大きいことは、ガスタービンに対する燃料流量
の急激な増加が生じていることを示しており、こ
のような状態はガスタービンを構成する金属材料
の熱疲労を増大させ、ガスタービンとしての寿命
を短くしてしまうといつた不具合を生じさせる。

本発明は上記に鑑み、ガスタービンの起動時に
おける起動制御系からの燃料制御弁開指令が、非
選択時においても、より良い起動制御が実現でき
るようにしたものを提供することを目的としてな
されたものである。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記目的を達成するため、互いに独
立した複数の制御系の各出力信号を低値優先回路
に導き、各出力信号のうち最少信号を選択し該信
号を最終の出力信号として燃料流量制御弁に入力
するガスタービン制御装置において、該制御装置
の起動制御系に、関数発生器と、該関数発生器か
らの入力信号を積分して出力信号を出す積分器で
あつて、この出力信号と上記低値優先回路の出力
にプラスのバイアス値を加算したトラツキング信
号とを比較して、トラツキング信号が積分器の出
力信号よりも小さい時にこのトラツキング信号を
出力信号に入れ替えて該トラツキング信号を出力
信号となすとともに、上記関数発生器にフイード
バツク信号を送る積分器とを設け、該積分器の出
力信号を設定値として、タービン軸の実回転数と
の偏差により燃料流量制御弁の開度を制御するよ
うにした構成したものである。

（作用） 而して、起動制御系の積分器の出力を回転数の
設定値としてタービン軸の実回転数との偏差を求
め、この偏差を設定乗数倍する等により制御信号
を発して燃料流量制御弁の開度を制御するのであ
り、起動制御系からの信号が非選択状態の時に
は、低値優先回路の出力信号のフイードバツク信
号にプラスのバイアス値を加算した値に積分器の
出力を追従させることにより、再び起動制御系の
出力信号が選択された時に急激にこの信号値が上
昇してしまうことを防止したものである。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図乃至第３図に
基づいて詳細に説明する。

同図において、制御対象であるガスタービンは
圧縮機１によつて圧縮した空気を燃焼器２に送
り、この燃焼器２内で燃料と混合して高温の燃焼
ガスを生成し、この高温の燃焼ガスタービン３に
入れ、タービン軸を回転させ、発電機４を駆動す
るよう構成されている。

そして、燃焼器２への燃料供給量を制御する燃
料流量制御弁５はガスタービン制御装置１１によ
り調節制御される。このガスタービン制御装置１
１は負荷制御系１２、調速制御系１３、起動制御
系１４、排気温度制御系１５、吹消防止用最小温
度上昇制御系１８等の各制御系と低値優先回路１
６により構成されている。

ここで、負荷制御系１２は発電機出力検出器８
からの信号を受け、目標とする発電機出力となる
ように制御信号を出し、調速制御系１３での定格
回転数運転時での調速制御信号とを加算器１７に
入力し、加算器１７から燃料流量制御弁５の開度
指令信号Ａを出力する。また、起動制御系１４は
起動時における着火、着火検出後の暖機、そして
暖機後の昇速制御をタービン軸回転数検出器７か
らの回転数信号の関数として与え、無負荷定格回
転数に到達するまで燃料制御を行うべく、燃料流
量制御弁５の開度指令信号Ｂを出力する。また、
排気温度制御系１５は、タービン排気温度検出器
６からの信号を入力し、タービン排気温度が温度
上昇する際の制限制御を行うべく、燃料流量制御
弁５の開度指令信号Ｃを出力する。更に吹消防止
用最小温度上昇制御系１８は、回転数検出器７か
らの信号を受け、回転数上昇過程又は負荷遮断時
等における最低燃料流量確保のための燃料制御弁
開度指令信号Ｄを出力する。

そして、夫々の燃料制御開度指令信号Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄは低値優先回路１６に入力され、それらの
中から最小値が選択されて燃料制御弁開度指令信
号Ｅが出力される。

ところで前記起動制御系１４は第１図に示すよ
うに、従来と同様の信号発生器２０，２１，２
８、切替器２５，２６，２７の他に、関数発生器
３０、積分器３１、減算器３２及び比例要素３３
により暖機終了後の加速制御を行う制御回路が設
けられている。

関数発生器３０の出力は積分器３１に入力され
て積分が行われ、この積分された出力（積分値）
は減算器３２に入力され、回転数検出器７からの
信号との偏差が計算される。

続いて減算器３２の出力は比例要素３３に入力
された後、設定された乗数倍され、燃料流量制御
弁５の開度指令信号Ｂとして出力される。

一方、低値優先回路１６の出力信号（フイード
バツク信号）Ｅは、加算器３４に入力され、ここ
で信号発生器３５によりプラスのバイアス値が加
算された後、トラツキング信号Ｉとして上記積分
器３１に入力される。

このように加算器３４でプラスのバイアス値が
加算してトラツキング信号Ｉとなすのは、低値優
先回路１６において選択または非選択する際のハ
ンチングを防止するために、トラツキング動作さ
せる際のトラツキング幅を持たせるためである。

積分器３１でのトラツキング動作は以下のよう
にして行われる。

即ち、積分器３１は関数発生器３０からの入力
信号を積分して出力信号Ｈを出力するが、同時に
加算器３４からのトラツキング信号Ｉとこの出力
信号Ｈとを比較する。そして、この出力信号Ｈの
方がトラツキング信号Ｉよりも大きい場合にの
み、トラツキング信号Ｉを出力信号Ｈに入れ替
え、このトラツキング信号Ｉを積分器３１の出力
信号Ｈ（Ｈ＝Ｉ）として出力する。

依つて、積分器３１からの出力信号Ｈがトラツ
キング信号Ｉよりも小さな値を出力している場合
は、常にトラツキング動作なしに積分動作を行う
ことになる。

一方、積分器３１の出力信号Ｈは、関数発生器
３０の出力を設定するための参照信号として、関
数発生器３０にフイードバツクされる。

以上において関数発生器３０の設定関数は、制
御対象となるガスタービン軸の加速率であり、関
数発生器３０の出力である該加速率を積分器３１
で積分することにより設定回転数とする。

即ち、積分器３１の出力が設定回転数となり、
回転数検出器７で検出した実回転数の信号との偏
差を減算器３２の出力として得、その偏差を比例
要素３３の設定乗数倍とすることにより、加速制
御系としての制御信号を出力することができる。
また低値優先回路１６において、起動制御系１４
からの信号が非選択状態であつても、低値優先回
路１６の出力信号Ｅのフイードバツク信号が、ハ
ンチング防止用としての不感帯を用いるためのバ
イアスを加算器３４にて信号発生器３５の出力信
号分加算され積分器３１にトラツキングされるの
で、再度低値優先回路１６において、起動制御系
１４の出力信号Ｂが選択されても、急激に燃料流
量制御弁５の開度指令信号Ｅが上昇することがな
くなる。

これを、第３図を参照して詳細に説明する。

制御装置の１つの制御系、例えば起動制御系１
４による制御中に他の制御系から外乱を受けた場
合、具体的には同図に示すように、温度制御系１
５から温度制御信号Ｃがタイミング101において
低値優先回路１６で選択された場合、非選択とな
つた起動制御系１４のうち、速度設定を行う積分
器３１は次のように作用する。

即ち、起動制御系１４が非選択となつたタイミ
ング101におけるポイント１ａからポイント２ａ
までは、トラツキング信号Ｉより積分器３１から
の出力信号Ｈの方が小さいため、積分器３１は積
分動作を引き続き行い、この出力信号Ｈの値は上
昇する。

その後、トラツキング信号Ｉは、温度制御系１
５からの減指令により生ずる低値優先回路１６の
出力信号Ｅの減少により減方向に動作し、ポイン
ト２ａにおいて、積分器の出力信号Ｈとトラツキ
ング信号Ｉが等しくなり、これ以降トラツキング
信号Ｉの方が積分器３１の出力信号Ｈより小さく
なるため、積分器３１はトラツキング状態とな
り、ポイント２ａからポイント３ａまでは、積分
器３１の出力信号Ｈとトラツキング信号Ｉとが同
じ値となるよう機能する。

その後、トラツキング信号Ｉは、温度制御系１
５からの制御信号Ｃの回復に伴い、上昇方向に移
行する。その際、ポイント３ａ以降において、ト
ラツキング信号Ｉより積分器３１の出力信号Ｈの
方が小さくなるため、ポイント３ａからポイント
４ａまでの間、トラツキン状態は解除となる。

そして、タイミング110において、温度制御系
１５からの制御信号Ｃと起動制御系１４からの制
御信号Ｂとが一致し、これ以降起動制御系１４か
らの制御信号Ｂの方が低値なるため、低値優先回
路１６で制御信号Ｂが選択され、再度速度制御が
継続されることになる。

これによつて、起動昇速時の制御牲を飛躍的に
向上させることができる。

〔発明の効果〕

本発明は上記のような構成であるので、ガスタ
ービンの起動時に外乱によつて起動制御系からの
信号が一時的に非選択状態となつて他の制御系の
信号が燃料流量制御弁開度指令信号として選択さ
れた際、急激な開度指令の増加を伴うことなく、
スムーズな動作で再び起動制御系の信号を燃料制
御弁開度指令信号として選択することができる。

従つて、急激な燃料流量制御弁の動作をなくし
て、起動昇速時の制御性を飛躍的向上させること
ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の一実施例を示し、
第１図は起動制御系の回路構成図、第２図は全体
の概要を示す構成図、第３図は起動昇速制御中に
他の制御系からの外乱を受けた時の燃料流量制御
弁の開度設定信号特性を示すグラフ、第４図乃至
第６図は従来例を示し、第４図は起動制御系の回
路構成図、第５図は着火暖機及び昇速制御出力信
号を示すグラフ、第６図は起動昇温中に他の制御
系から外乱を受けた時の燃料流量制御弁の開度特
性を示すグラフである。 ５……燃料流量制御弁、１１……ガスタービン
制御装置、１２……負荷制御系、１３……調速制
御系、１４……起動制御系、１５……温度制御
系、１６……低値優先回路、１８……吹消防止用
最小温度上昇制御系、２０，２１，２８，３５…
…信号発生器、３０……関数発生器、３１……積
分器、３２……減算器、３３……比例要素、３４
……加算器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 互いに独立した複数の制御系の各出力信号を
   低値優先回路に導き、各出力信号のうち最少信号
   を選択し該信号を最終の出力信号として燃料流量
   制御弁に入力するガスタービン制御装置におい
   て、該制御装置の起動制御系に、関数発生器と、
   該関数発生器からの入力信号を積分して出力信号
   を出す積分器であつて、この出力信号と上記低値
   優先回路の出力にプラスのバイアス値を加算した
   トラツキング信号とを比較して、トラツキング信
   号が積分器の出力信号よりも小さい時にこのトラ
   ツキング信号を出力信号に入れ替えて該トラツキ
   ング信号を出力信号となすとともに、上記関数発
   生器にフイードバツク信号を送る積分器とを設
   け、該積分器の出力信号を設定値として、タービ
   ン軸の実回転数との偏差により燃料流量制御弁の
   開度を制御するように構成したことを特徴とする
   ガスタービン制御装置。