JPH0612079B2 - ガスタービン燃料制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はガスタービン燃料制御装置に係り、特にガスタ
ービンロータの熱応力を低減するのに好適なガスタービ
ン燃料制御装置に関する。

特に本発明は、速度制御部、温度制御部および加速制御
部を備え、各制御部で得られた制御出力のうち最小値の
ものを選択し、これに基づいて燃料流量を制御する場
合、第１の制御部の出力による燃料流量制御から第２の
制御部の出力による燃料流量制御に切替える際に、選択
された最小値である制御指令信号が階段状に変化して制
御の円滑性、安定性が損なわれることのないようなガス
タービン燃料制御装置に関する。

（従来の技術） 最近では、複合発電設備がその効率の高さから注目さ
れ、国内外において、このような設備を有する発電所の
建設が進められている。また、複合発電設備の大容量
化、性能向上を目的としてガスタービンの大型化も図ら
れており、この場合にはタービンノズル、第１段バケッ
ト、排気ダクト等の熱応力の管理（過大応力の制限）を
以前にも増して正確に行う必要がある。

このためには、従来の起動制御（開ループ制御）のみに
よる昇速では不十分であり、昇速率をも同時に制御する
必要がある。

従来のガスタービン燃料制御装置は、米国特許第３５２
０１３３号明細書や特公昭４６−１８２０３号公報に記
載されるように、起動制御部、速度（負荷）制御部、温
度制御部および、加速制御部を備え、これらの各制御部
で得られた制御出力のうちの最小値を選択し、これに基
づいてガスタービンに供給される燃料流量を決定するよ
うになっていた。

（発明が解決しようとする課題） 前記した従来のガスタービン燃料制御装置においては、
４種の制御のうち速度制御はいわゆる比例制御であり、
設定された目標値に対して実速度を精度良く合致させる
ことができない、換言すれば供給燃料の制御を的確に行
なえず、特にガスタービンロータの熱応力をより適切に
管理することが必要とされる。起動時の昇速率制御には
不向きであった。

一方、蒸気タービンの昇速制御方式としては、設定速度
と実速度の偏差を比例積分して制御量を得る方式や、目
標加速度と実加速度の偏差を比例積分して制御量を求め
る方式が公知であるが、ガスタービンの燃料制御のよう
に、昇速度制御のバックアップとして温度制御を設置
し、昇速制御と温度制御または加速制御との間で制御モ
ードが切替えられるような場合については未検討であっ
た。

このように、温度制御と昇速制御との間で制御を切替え
てバックアップする場合には、温度制御から昇速制御へ
移行、復帰する際に、速度設定値に対する実速度の偏差
およびこの偏差に基づく比例積分値が大きく、このため
に燃料制御指令が階段状に変化して制御の円滑性、安定
性が損なわれるという問題が予想される。

また、ガスタービンの燃料流量制御を加速制御から速度
制御へ切替える場合にも、同様に、燃料制御指令が階段
状に変化して制御の円滑性、安定性が損なわれる可能性
がある。

本発明の目的は、最小値選択器によって選択されている
他の制御を、速度比例積分制御がバックアップする場合
に、メインの制御からバックアップ制御としての速度比
例積分制御に切替、移行するさいに、制御指令信号が階
段状に変化して制御の円滑性、安定性が損なわれること
の無いような、ガスタービン制御装置を提供することに
ある。

本発明の他の目的は、ガスタービンの燃料流量制御時に
おいて、温度制御または加速制御から、そのバックアッ
プ制御としての比例積分制御型速度制御に切替、移行す
る際に、制御指令信号が階段状に変化して制御の円滑
性、安定性が損なわれることの無いようなガスタービン
制御装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明においては、従来比例制御のみであったガスター
ビンの速度制御を、昇速度率制御を行う比例積分制御部
と調定率制御を行う比例制御部とより構成し、揃速動作
以前では比例積分制御を行ない、揃速動作後では従来と
同様の比例制御に切り替える方式とする。

ところで、ガスタービンでは、その回転数が低い領域で
は吸込空気量が少ないために、燃空比が高い値となり易
く、燃焼温度も無負荷定格速度時と比較すると高くな
る。更に、この吸込空気量は大気の状態によっても影響
を受けるので、燃焼温度が常に一定になることは稀であ
る。

したがって、燃焼温度が異常に高くなるのを阻止するた
めに、温度制御を常にバックアップの制御として動作さ
せておくようにしている。

速度比例積分制御による昇速率制御モード中に、燃焼温
度が過度に上昇して温度制御モードに切り替わり、速度
（比例積分）制御がバックアップ制御となった場合、ガ
スタービン燃料流量は温度制御によって支配されるの
で、徐々に絞り込まれ、燃料温度および実速度が低下す
る。

この結果、制御モードは再び温度制御モードから速度比
例積分制御モードにもどるがこの時、速度設定値は実速
度にトラッキングさせ、比例積分演算器の出力は温度制
御による燃料流量指令にタイバックさせておくようにし
ている。

さらに一般的に言えば、本発明では、ガスタービンの燃
料流量制御装置において、最小値選択装置によって選択
されたメインの制御に対して、速度比例積分制御がバッ
クアップとなっている場合、メインの制御が支配してい
る状態においては、バックアップ制御としての速度比例
積分制御部の比例積分演算器の動作を禁止し、その出力
をメインの制御による制御量にタイバックさせるととも
に、速度比例積分制御部に供給される速度設定値を実速
度にトラッキングさせることにより速度偏差を零として
おくようにしている。

そして、前記ガスタービンの燃料流量制御装置における
速度比例積分制御がバックアップとなるような制御とし
ては、温度制御と加速制御が最も一般的であるが、その
他の制御であることもできる。

（作用） 本発明においては、温度制御や加速制御などがメインと
して燃料流量制御を支配している状態において、バック
アップとしての速度比例積分制御部の比例積分演算器の
動作を禁止し、その出力をメイン制御による制御量にタ
イバックさせるとともに、速度比例積分制御部に供給さ
れる速度設定値を実速度にトラッキングさせることによ
って速度偏差を零としておくようにしているので、メイ
ンの制御からバックアップとしての速度比例積分制御へ
移行する際に、制御指令信号が階段状に変化して制御の
円滑性、安定性が損なわれることがなくなる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図および第２図により説
明する。

速度制御装置は揃速・負荷制御に使用される比例制御部
３０と昇速率制御に使用される比例積分制御部４０とよ
り構成される。

比例制御部３０は、負荷設定器２、速度検出器１の出力
である実速度と負荷設定器２の出力である速度指令との
偏差を演算する偏差演算器３、偏差演算器３の出力に基
づいて調定率を与える乗算器４から構成される。

一方、比例積分制御部４０は、速度設定値を与えるアナ
ログメモリ１０、実速度と速度設定値の偏差を演算する
偏差演算器６、前記偏差に基づいて制御量を演算する比
例積分演算器７、比例積分演算器７のタイバック値を切
り替える切替器１１より構成される。

切替器８は、比例制御部３０および比例積分制御部４０
の各出力を供給されるモニタリレー５によって制御さ
れ、その大小関係に応じて比例制御部３０と比例積分制
御部４０の出力を切り替え、いずれか一方の出力を最小
値選択器９に接続する。

最小値選択器９の入力としては、図に示したように、こ
の他に起動制御装置、温度制御装置、加速制御装置の各
出力があり、これらのうちの最小値が選択され、燃料制
御指令値として燃料制御回路１５へ供給される。

ガスタービンの起動時において、最初は、起動制御がガ
スタービン燃料流量制御指令を支配するのが普通であ
る。

この時、速度判別器１３の出力は“１”であるので、オ
ア回路１４の出力も“１”となり、比例積分演算器７は
演算動作を行わず、以下に述べるように、最小値選択器
９の出力であるガスタービン燃料流量指令にタイバック
されている。

また、アナログメモリ１０の出力である速度設定値は５
０％に初期設定されている。一方、負荷設定器２の出力
は１００％速度に設定されており、この値は、最初は固
定であり、揃速時になってはじめて変化する。

速度が低い領域では乗算器４の出力は極めて大きいの
で、モニタリレー５は動作せず、従って切替８は、比例
積分制御部４０の出力すなわち比例積分演算器７の出力
（これは、ガスタービン燃料流量指令に等しい）を切替
出力する。

速度が上昇して揃速速度になると、比例制御部３０の出
力すなわち乗算器４の出力の方が比例積分制御部４０の
出力より小さくなる。その結果、モニタリレー５が動作
して切替器８は比例制御部３０の出力を切替出力する。

時刻Ｔ１（第２図）において、速度が５０％を超える
と、速度判別器１３の出力が“０”になって、タイバッ
ク値切替器１１は比例積分演算器に本来の比例積分演算
を開始させる。そして、燃料流量指令は速度制御によっ
て支配されるようになる。なお、この状態では、起動制
御が速度制御のバックアップとなるように、あらかじめ
設定しておく。

アナログメモリ１０の出力である速度設定値は、あらか
じめ定めた昇速率で増加していくので、それに従って比
例積分演算器７の出力も増加し（第２図Ｂの時刻Ｔ１〜
Ｔ２間）、結果として、ガスタービン燃料流量指令が増
加し、ガスタービン速度が増加する。

この状態においても、排気温度が排気温度設定値を越え
ると、温度制御装置の出力が小さくなるので、この出力
がガスタービン燃料流量を支配するようになる。この時
モニタリレー１２が動作し、アナログメモリ１０の出力
は実速度にトラッキングする。

同時に、切替器１１が作動するので、比例積分演算器７
は演算を中止し、その出力は最小値選択器９の出力であ
るガスタービン燃料流量指令（温度制御によって支配さ
れている）にタイバックされる。

第２図（Ｂ）の時刻Ｔ２〜Ｔ３間はこの状態を示してい
る。

前述のような温度制御によってガスタービン燃料流量が
絞り込まれる結果、排気温度が下がると、第２図（Ｂ）
の時刻Ｔ３において温度制御がリセットされ、バックア
ップとされている速度制御に移行する。

このとき、アナログメモリ１０の出力である速度設定値
は温度制御リセット直前の実速度を起点として所定の昇
速率で上昇する。同時に、比例積分演算器７が温度制御
リセット直前のタイバック値を起点として偏差演算器６
の出力（偏差）に基づく比例積分演算を開始する。

このように、本実施例では、温度制御がメインの制御と
して燃料流量指令を支配している時に、速度制御が温度
制御のバックアップとなり、速度制御の速度設定値が実
速度にトラッキングされ、比例積分制御部４０の出力が
そのときの燃料流量指令にタイバックされているので、
制御モードが温度制御から速度制御に戻るときに、偏差
演算器の出力である速度偏差は零からスタートし、一
方、比例積分制御部４０の制御出力は、制御モードが温
度制御から速度制御に戻る直前の燃料流量指令からスタ
ートすることになる。

したがって、制御モード切替時における外乱のない、円
滑なガスタービンの昇速制御が可能となる。

また同様の制御モード切替えは、加速制御と速度制御と
の間でも有効である。このためには、第１図に点線で示
したように、最小値選択器９の出力である燃料流量指令
および加速制御の出力を入力とする第２のモニタリレー
１２Ａを設け、前記第２モニタリレー１２Ａの出力をア
ナログメモリ１０およびオア回路１４に供給する。

これによって、加速制御から速度制御に切替移行すると
きの外乱を防止し、、円滑なガスタービンの昇速制御を
実現することが可能となる。

（発明の効果） 本発明によれば、温度制御や加速制御などがメインとし
て制御を支配している状態において、バックアップとし
ての速度比例積分制御部の比例積分演算器の動作を禁止
し、その出力をメイン制御による制御量にタイバックさ
せるとともに、速度比例積分制御部に供給される速度設
定値を実速度にトラッキングさせることによって速度偏
差を零としておくようにしているので、メインの制御か
らバックアップとしての速度比例積分制御へ移行する際
に、制御指令信号が階段状に変化して制御の円滑性、安
定性が損なわれることがなくなり、バックアップ制御で
ある速度制御に切替移行するときの外乱を防止し、、円
滑なガスタービンの昇速制御を実現することが可能とな
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例のブロック図、第２図は本発
明の動作を説明するためのタイムチャートである。 ６……偏差演算器、７……比例積分演算器、８……切替
器、９……最小値選択器、１０……アナログメモリ、１
１……切替器、１３……速度判別器、１４……オア回
路、１５……燃料制御装置、３０……比例制御部、４０
……比例積分制御部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも速度制御部、温度制御部および
   加速制御部を備え、各制御部で得られた制御出力のうち
   最小値のものを選択し、選択された制御部をメイン、他
   の制御部をバックアップとしてガスタービンの燃料流量
   を制御するガスタービンの燃料制御装置であって、 速度制御部は比例積分制御部を含み、メインの制御部の
   出力による燃料流量制御から、バックアップとして比例
   積分制御を実行中の速度制御部の出力による燃料流量制
   御に切替える際に、前期速度制御部の出力を前記メイン
   の制御部の出力である前記最小値にタイバックさせる手
   段と、前記速度制御部に与える設定値を、そこに入力さ
   れる被制御信号の実測値にトラッキングさせる手段とを
   具備したことを特徴とするガスタービン燃料制御装置。
2. 【請求項２】前記速度制御部は比例制御部をさらに含
   み、比例積分制御部は揃速動作以前において昇速率制御
   を行ない、比例制御部は揃速動作以後において調定率制
   御を行なうことを特徴とする前記特許請求の範囲第１項
   に記載のガスタービン燃料制御装置。