JPH0670379B2 - 燃焼タービンの燃料流量制御方法及び装置、並びに発電プラント - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は一般に、燃焼タービンもしくはガスタービンに
関し、特に発電機用遮断器の閉成時点において最小負荷
からベース負荷を経て負荷上昇する際に、燃焼タービン
発電プラントにおける燃料の流量を制御するための制御
システムの分野に関するものである。本発明は特に、ガ
スタービン発電プラントの分野で利用することができ、
本明細書においてもこの種の設備と関連して説明する
が、他の用途を有するガスタービンにも適用可能であ
る。

発明の背景 ガスタービン発電プラントは、いわゆるベース負荷、中
間範囲負荷及びピーク負荷の電力系統における用途で用
いられている。ベース負荷又は中間範囲負荷の用途に対
しては、通常、複合サイクルプラントが用いられるが、
発電機駆動用として単一のガスタービンを用いる発電プ
ラントは、比較的低コストであるという理由から、ピー
ク負荷用途に極めて高い有用性を有する。

ガスタービンの運転、特に発電プラントで用いられるガ
スタービンの運転においては、リレー−空気圧型制御方
式から、アナログ型電子制御、デイジタル制御、そして
更に最近ではコンピュータをベースとするソフトウエア
制御にいたるまで種々の種類の制御方式が採用されてい
る。米国特許第4,308,463号明細書には、この種の幾つ
かの従来方式が開示されている。また、上記米国特許に
は、ガスタービン発電機プラントと共に使用するための
ディジタルコンピュータ利用スの制御方式が開示されて
いる。上記米国特許第4,308,463号明細書に記述されて
いる制御方式は、本発明による制御方式の先駆であると
いうことができる。尚、上記米国特許は、本明細書にお
いて引用する特許明細書ファミリの内の１つである。

上記米国特許に続いて、本出願人により、商品名“パワ
ーロジック（POWERLOGIC）”及び“パワーロジックII
（POWERLOGIC II）”として他の制御方式が導入されて
いる。上記米国特許記載のものと同様に、これ等の制御
方式は、ガスタービン発電プラントを制御するために用
いられる。しかし、このような制御方式は、主として、
マイクロプロセッサをベースとするコンピュータ方式、
即ち、制御方式がソフトウエアの形態で実現されている
ものである。これに対して従来の制御方式は、電気及び
電子的ハードウエアとして実現されていた。

“パワーロジック（POWERLOGIC）”及び“パワーロジッ
クII（POWERLOGIC II）”の制御方式の基をなしている
運転もしくは操作上の理念は、オペレータが、単一のボ
タンを押すだけで、タービン発電機を、いわゆる始動も
しくは起動可能状態から全出力状態にまで設定すること
を可能にすることにある。発電機用遮断器の閉成時点に
おける燃料流量の制御からベース負荷の達成にいたるま
で全てのタービン−発電機運転モードを制御可能にする
ことである。

本発明は、上記“パワーロジックII（POWERLOGIC I
I）”制御方式の改良である。上述した従来の燃焼ター
ビン−発電機制御方式においては、発電機用遮断器の閉
成時点からベース負荷にいたるまで燃料の流量は、予め
設定された割合でタービン速度設定基準を増すことによ
り達成されていた。このような制御方式では、比例積分
微分（PID）コントローラに正の誤差が生じ、それによ
りタービン出力が増加し、発電機負荷の増加を招来す
る。発電機負荷は、最小発電機負荷が検出されるまで、
即ちキロワット限界に達するまで増加する。しかし、残
念にも、総合システム応答時間が原因で、燃料制御は最
小負荷設定点をオーバーシュートする、即ち行き過ぎる
傾向がある。その結果、発電機負荷を所定の最小負荷に
維持するためにはオペレータの関与を必要としていた。
このような理由から、オペレータの関与を必要とせず自
動的に、発電機負荷を予め設定された最小レベルに維持
するタービン−発電機制御方式に対する必要性が依然と
して存在する。

ガスタービン発電プラント及びパワーロジックII（POWE
RLOGIC II）制御方式の動作を本明細書において概括的
に説明するが、本発明は、特に、ガスタービンにおける
燃料の制御に関心を持つものであり、更に特定的には、
発電機用遮断器の閉成時点における燃料流量の制御の改
良にあることを理解されたい。

発明の概要 本発明の１つの目的は、燃焼タービンで駆動される発電
機を有する発電プラント及び発電機用遮断器の閉成時点
で燃料流量を効率的に制御するためのコントローラを提
供することにある。

本発明の他の目的は、発電機用遮断器の閉成時点で燃料
流量を制御するタービン制御方式を提供することにあ
る。

本発明の更に他の目的は、発電機用遮断器の閉成時点で
燃料制御信号を発生することにある。

また、本発明の更に他の目的は、発電機用遮断器の閉成
時点で燃料制御信号を発生することにある。

本発明の上述の目的及び他の目的は、速度基準信号が与
えられ且つ実際の速度信号が与えられて燃焼タービンに
おける燃料の流量を制御ための方法及び装置によって達
成される。この方法及び装置は、図面に示し、追って説
明するように、制御信号に応答し燃料の流量を調整する
ための燃料流量調整器と、実際の速度信号と速度基準信
号との間の差を表す制御信号を発生するためのコントロ
ーラと、上記制御信号の発生前に、ドループを考慮する
ために上記速度基準信号を変更するための第１の調節手
段と、上記制御信号を発生する前に速度誤差を考慮する
ために速度基準信号を変更するための第２の調節手段と
を含む。本発明において用いられるように特定的に意図
した負荷状態は、発電機用遮断器の閉成点である。

本発明の上述の目的及び他の目的並びに利点は、添付図
面を参照しての以下の詳細な説明から一層明瞭になるで
あろう。

好適な実施例の詳細な説明 第13図を参照し、発電機用遮断器の閉成時点におけるガ
スタービン発電機内の燃料流量を制御するための新規な
システムについて説明する。本発明は、ソフトウエアで
もハードウエアでも実現することができるが、好適な実
施例においては、以下に述べるように、中央処理装置内
に格納されているソフトウエアとして実現される。しか
し、本発明の特定のプログラムについて述べる前に、本
発明の動作環境、即ちガスタービン発電プラントに関し
全体的に説明しておく。本発明は、単一のガスタービン
が発電機駆動装置として用いられるガスタービン発電プ
ラント、特に、ピーク負荷電力系統と関連して説明する
が、本発明は広い範囲に亙る用途を有するものであるこ
とを理解されたい。

第１図を参照すると、燃焼もしくはガスタービン104に
よって駆動されるAC発電機102を含むガスタービン発電
プラント100が示してある。この実施例においては、ガ
スタービン104は、本出願人により製作されている“Ｗ
501D5"型のタービンとするのが有利である。

発電プラント100の典型的使用例は、連続した発電が望
まれ、且つ、ガスタービン104からの廃熱が、給水の加
熱、ボイラ又はエコノマイザのような他の目的に使用す
ることが望まれる場合である。発電プラント100は、設
備投資費用が比較的低いという利点に加えて、冷却水の
供給が必要とされない等の要件から明らかなように、負
荷集中場所、即ち、人口集中場所或は生産工業地帯に比
較的近接して配設することができ、それにより、送電設
備費用の節減が可能であるという利点も有する。更に、
発電プラント100は、保守人員を比較的に少なくし、遠
隔場所から自動的に運転することが可能である。

地域社会に発電プラント100が受け入れられる可能性
は、それぞれ、吸込及び排気導管系112及び114に連結さ
れた吸込側及び排出側の消音装置108及び110を使用する
ことにより高められる。始動が高速であること及び待機
（スタンバイ）費用が低いことが、この発電プラント10
0に特徴的である付加的な運転上の利点である。

発電プラント100は、剛なフレーム式組立鋼製建屋の形
態にある囲い構造（図示せず）を備えることができる。
この形式の建屋は、屋根及び壁が組立式のパネルにより
覆われた剛な構造用鋼フレームから構成されるのが典型
的である。屋根及び壁構造は、所要時に完全な分解を可
能にしつつ、熱損失及び雑音の浸透を最小にするように
設計される。

ここに述べる発電プラントの大きさに関して理解を得る
ために、発電プラント100の基礎は、制御部を単一のプ
ラントユニットについて設けた場合、約106ft（32.3088
m）長であることを述べておく。この基礎の長さは、主
制御部用として、参照数字116で示すように増加し得
る。主制御部は、発電プラント100と集合的に組み合わ
せられる付加的なプラントユニットに対し共通の制御を
行おうとする場合に必要とされるであろう。本発明は、
多数の発電プラントに対するマスター制御の設定におい
て利用することが可能であるが、説明の簡便上、本明細
書においては、本発明は単一のタービン発電機のみと関
連して説明することにする。

キャビネット118内のマイクロプロセッサをベースとす
るコンピュータ及び他の制御回路系が発電プラント100
の運転及び制御を行う。好適な実施例においては、キャ
ビネット118は、本出願人により販売されている“WDPF"
設備を備え、２つの分配処理装置、技術者用コンソール
及び自動記録器（ロガー）を備えることができる。この
ような他の制御回路系は、通例として、コンピュータ制
御系を種々の運転設備及び状態センサに接続するのに必
要とされる適当な入／出力（I/0）回路を含む。制御用
キャビネット118と関連して設けられているオペレータ
用キャビネット120は、振動モニタ、UV（紫外線）火炎
検出器用の電子装置、シンクロスコープ（同期検定
器）、種々の押釦スイッチ、産業用コンピュータ及び電
気機械的計数器並びにタイマを収納している。自動送／
受信プリンタ122及び異常な電力系統状態を検知するた
めの保護リレーパネル124が制御キャビネット118と関連
して設けられている。

発電プラント100のための始動動力は、好適な実施例に
おいてはAC電動機とすることができる始動機関126によ
り与えられる。始動機関126は、補助床板に取り付けら
れていて、始動装置ユニット128を介しガスタービン104
の駆動軸に連結されている。初期始動期間中、AC電動機
126は、回転装置130及び始動用歯車減速装置132を介し
てガスタービンを駆動する。ガスタービン104が定格速
度の約20％に達した時に、点火が行われる。AC電動機12
6は、タービン104が持続速度に達するまで動作し続け
る。タービンディスクのキャビィテイー温度が過度であ
る場合には、熱的に誘起される軸の反りを回避するため
に、AC電動機126を更に長い機関に亙って動作すること
ができる。

電動機制御盤134も上記補助床板上に取り付けられてい
て、電動機スタータ（始動装置）及び発電プラント100
と関連の種々の補助設備要素の動作に関与する装置を含
む。電動機制御盤134のための電気的遮断器は前部に取
り付けるのが好ましい。電動機制御盤134及び補助床板
上に取り付けられている他の装置と関連のセンサ或は接
触要素からの種々の信号は、追って第11図と関連して詳
細に考察する制御システムで使用するために該制御シス
テムに伝送される。

プラント蓄電池135は補助床板もしくはスキッドの一端
部に隣接して配設される。第11図と関連して説明する蓄
電池充電装置は、遮断器（図示せず）を介して電動機制
御盤134に接続される。蓄電池135は、例えば125ボルト
定格で60個のセルからなる“EHGS−17 EXIDE"のような
酷使に耐える任意の制御用蓄電池とすることができる。
いずれにせよ、蓄電池135は、非常時照明、補助電動機
負荷、ACコンピュータ供給電圧用に充適な電力及び他の
制御用電力を、発電プラント100の運転停止後１時間に
亙り供給することが可能であるべきである。

発電プラント100と共に使用するための１つの可能な内
部電力系統が第２図に概略的に示してある。発電プラン
ト100が一旦運転に入ると、発電機102によって発生され
る電力は、発電機用遮断器136を介して電力系統に伝送
され、13.8KVの母線137を介して主変成器（図示せず）
及び断流器138を通る。発電プラント100の補助電力は、
補助遮断器139及び補助電力用の480ボルトの母線140を
介して内部電力系統から得られる。発電機用遮断器136
は、発電プラント100のための同期及び保護断路装置と
しての働きをする。

適当な480ボルト電源が内部電力系統で利用できない場
合には、第３図に示すように、補助電力変成器141を設
けることができる。この変成器もしくは変圧器141と変
電所の13.8KV母線137との間には断路器142が接続され
る。第３図に示してあるような配列もしくは構成は、い
わゆるプラントの自力起動運転のために設けることがで
きる。この構成を用いれば、補助電力を、付勢されてい
る発電機102或は内部電力系統から供給することができ
るので、ガスタービン104を任意の時点で起動すること
が可能である。自力起動方式、即ちデツドシステム（de
ad system）においては、ガスタービン104は、発電プラ
ント100が接続されている外部電力系統が発電機102から
電力を受けることができない場合でも、ガスタービン10
4を、いわゆる瞬動予備電源として利用可能なように任
意時点に起動することができる。更に、第２図及び第３
図に示してある回路によれば、故障時に、ガスタービン
104を運転停止することなく、発電プラント100を外部電
力系統から切り離すことが可能である。電力系統負荷に
最も近接して設けられている遮断器をトリップして負荷
を引き外し、発電機102を運転し続けて、それ自身の補
助装置に給電を行わせることが可能である。

第３図に示してある方式の付加的な利点は、発電プラン
ト100と、電力系統の次の遮断器との間において電力系
統への接続が持続的な故障を受け易い場合に保護を与え
ることができる点にある。このような状況において、上
記のような故障が生じた場合には、断流器138が故障を
除去するための遮断器となり、他方、補助系統は、ガス
タービン104の秩序だった運転停止或は待機状態での連
続運転を許容するため発電機102により付勢された状態
に留どまるであろう。

第３図の構成は、ガスタービン104が、システムの低電
圧状況もしくは減衰周波数状況中に起動するようにプロ
グラムされている場合に有利である。このような事象が
生じている間、自動起動でガスタービン104は増速さ
れ、発電機用遮断器136は閉成され、補助負荷に電力が
供給される。その場合、タービン・発電機ユニットは、
運転し続け、必要に応じ直ちに使用可能にすることがで
きる。また、不足周波数或は不足電圧信号を用いてガス
タービン104を系統から分離したい場合にも、第３図の
構成を利用することができる。

開閉装置パッド143が、発電機用遮断器136を含め、15KV
の開閉装置144、145及び146に対して設けられている。
補助電力変成器141及び断路器142も、ユーザにより使用
すべく選択された場合に開閉装置パッド143上に配置さ
れる。発電機励磁系と関連する励磁開閉装置150も開閉
装置パッド143上に設けられる。追って詳細に説明する
ように、キャビネット118の入／出力回路は、各種開閉
装置パッド・デバイスと関連する或る種のセンサ或は接
触要素からの信号を受け入れる。

圧力スイッチ／計器キャビネット152も補助床板上に設
けられている。このキャビネット152は、圧力スイッ
チ、計器類（ゲージ）、調整器その他ガスタービン運転
に必要とされる種々の要素を格納している。

特に図示しないが、発電プラント100は、タービン高圧
冷却系及び潤滑オイル冷却用の放熱型空気・オイルクー
ラ（油冷却器）をも具備しているものと理解されたい。

第４図には、ブラシレス励磁機154を含む発電機102が詳
細に示してある。発電機102及び励磁機154の回転要素
は、一対の軸受158及び160により支持されている。プラ
ント制御系に対する入力データを発生する目的で、軸受
158及び160には、慣用の発電機振動トランスジューサ
（変換器）162及び164が接続されている。二次側抵抗器
（図示せず）を備えた接地用配電変圧器が発電機の中性
点を接地するために設けられている。

固定子巻線内に埋設されている抵抗温度検出器（RTD）1
81a〜181fが、第４図に示すように、空気吸込及び排出
温度並びに軸受潤滑油ドレン温度を測定するために設け
られている。温度センサ及び振動変換器162、164からの
信号は制御系、即ちキャビネット118に送られる。

励磁機154が動作すると、永久磁石界磁部材165が回転し
て、電圧調整器（図示せず）を介し固定のAC励磁機界磁
168に接続されているパイロット励磁機の電機子166に電
圧を誘起する。このようにして、励磁機の回転要素に形
成されているAC励磁機電機子172に電圧が誘起されて、
ダイオード・ホイール（diode wheel）174上にヒューズ
と共に取り付けられているダイオードを介し、発電機10
2の回転界磁要素176を付勢するように印加される。発電
機電圧は固定電機子巻線178に誘起され、それにより、
発電プラント100が同期状態にあり線路に接続されてい
る場合には、電流が発電機用遮断器136を介して電力系
統に供給される。変成器180は、励磁機界磁168の励磁レ
ベルを制御するために調整器170に対しフィードバック
信号（帰還信号）を供給する。また、変成器180からの
信号は、発電機メガワット信号（出力信号）として用い
られ、制御信号としてキャビネット118に供給される。
本発明と関連し、この発電機メガワット信号はガスター
ビン104における負荷を表す表示信号として用いられ
る。

一般に、励磁機154はブラシ、スリップリング及び発電
機界磁に対する外部接続を用いることなく動作する。従
って、ブラシの摩耗、炭素ダスト、ブラシの保守の必要
性及びブラシの交換の必要性は排除される。

発電機界磁176を励磁するのに要求される全ての電力
は、励磁機−発電機系統から供給される。唯一の外部電
気接続は、固定AC励磁機界磁168と励磁開閉装置150との
間にある（第１図参照）。

好適な実施例において、励磁機の全ての部分は、発電機
102により支持されている。発電機のロータは、発電機
軸から励磁機回転子を取り外す必要なく設置したり取り
出したりすることができる。

ブラシレス励磁系調整器170は、ブラシレス励磁機界磁1
68の励磁レベルの決定に際して、周波数に関係なく、三
相の電圧の平均を取るように応動する。調整器170が切
り離されている場合には、電動機運転ベース調整加減抵
抗器171は、キャビネット118からのコンピュータ出力信
号により設定される。加減抵抗器の出力は、加算回路17
3を介してサイリスタゲート制御部175に印加される。調
整器170が機能している場合には、電動機運転ベース調
整加減抵抗器は、予め設定されたベース励磁位置に設定
され、電動機運転電圧基準調整加減抵抗器177が、発電
機電圧微制御を行うようにコンピュータで調節される。

誤差検出器179が、加算回路173に誤差出力信号を印加す
る。この誤差出力信号は、電圧基準加減抵抗器177に印
加されるコンピュータ出力基準と、変成器180からの発
電機電圧帰還信号との間における差を表す。加算回路17
3は誤差信号とベース加減抵抗器信号とを加算して出力
を発生し、この出力はゲート制御部175に供給される。
誤差検出器179においては、基準電圧は、温度補償用ツ
ェナーダイオードを使用することにより実質的に一定に
保持される。ゲート制御部175においては、固体サイリ
スタ点弧回路が用いられており、サイリスタ或はシリコ
ン制御整流器180に供給される電圧に対し０゜から180゜
に亙って可変であるゲートパルスを発生する。

シリコン制御整流器180は、正及び負の励磁機界磁用電
圧を供給するインバータ・ブリッジ形態（図示せず）に
接続されている。しかし、励磁機界磁電流は反転するこ
とはできない。従って、調整器170は、ゲート制御回路1
75からの出力レベルで各サイクル毎にシリコン制御整流
器180が導通になるサイクル角もしくは点弧角を制御す
ることによって励磁機界磁168における界磁レベル、従
って、発電機電圧を制御する。

次に第５図を参照するに、好適な実施例においては、本
出願人の“Ｗ 501D5"型ガスタービンであるガスタービ
ン104は、図示のように、3600rpmの定格速度を有する単
サイクル型のタービンである。図から明らかなように、
タービン104は、２軸受・１軸構造を有し、低温端側駆
動、軸方向排気型式のものである。過された入口もし
くは吸込み空気は、入口導管系112から、フランジ接続
された吸込みマニホルド183を介して多段軸流圧縮機185
に流入する。特に、起動中サージを阻止するため、吸込
側案内羽根アセンブリ182は、圧縮機の入口を横切って
支持されている羽根を備えている。ガス流に対し案内羽
根が配置される角度は、全て均一であり、吸込側案内羽
根アセンブリ182の羽根に結合されている空気圧作動位
置付けリング（図示せず）により制御される。

圧縮機185には、水平面に沿い、基部半体とカバー半体
とに分割されているケーシング184が設けられている。
圧縮機ケーシング184を含むタービン・ケーシング構造
は、軸受188及び189を介してタービン回転機素、即ちタ
ービン軸に対する支持を行う。第４図と関連して述べた
ものに類似の振動トランスジューサもしくは変換器（第
11図参照）が、ガスタービン軸受188及び189に対して設
けられている。圧縮機ロータ構造186は、任意周知の仕
方でタービン軸に固着されている。

また、圧縮機ケーシング184は、空気流路に沿い相続く
固定羽根列の形態で固定羽根もしくは翼190を支持して
いる。更に、ケーシング184は、空気流が圧縮される際
に該空気流を閉じ込めておくための圧力容器としての働
きをする。起動中のサージを阻止するために、公知の技
術に従い、中間圧縮機段から弁制御下で抽気が行われ
る。

圧縮機吸込み空気は、圧縮機185内の段を通り環状に流
れる。ディスク194によりロータ構造186に取り付けられ
ている羽根もしくは翼192は、企図せる用途に適するよ
うに空気動力学的及び構造上の立脚点から適切に設定さ
れている。圧縮機入口及び出口空気温度は、適当に支持
されている熱電対（第11図参照）によって測定される。

次に燃焼系について考察する。加圧された圧縮機出口空
気は、ガスタービン104の長手方向軸線を中心にケーシ
ング184の部分200内に円錐状に取り付けられた合計16個
の環状多筒形燃焼器198を含む燃焼系196に導かれる。燃
焼器筒圧力は、圧縮機−燃焼器流路に結合されて信号を
キャビネット118及び圧力スイッチ／計器キャビネット1
52に供給する適当なセンサ（第11図参照）により検出さ
れる。

燃焼器198は、第６図に示すように、点火の目的で、内
筒202により渡り接続されている。コンピュータで作動
されるシーケンス化された点火系204は、４つの燃焼器1
98からなる各燃焼器群と関連して設けられた点火装置20
6及び208を備えている。各群において、燃焼器198は直
列に交差接続され、そして２つの群は、参照数字210で
示すように、一端においてのみ交差接続されている。コ
ンピュータで発生される作動もしくは可能化信号につい
ては追って説明する。

一般に、点火系204は、容量放電型イグナイタと、点火
装置206及び208の一部分を形成する各点火プラグに対す
る配線を含む。点火プラグは点火装置206及び208内で往
復動可能なシステムに取り付けられており、それによ
り、点火プラグは、点火を行った後に、燃焼領域から撤
去すことができるようになっている。

一対の紫外線（UV）火炎検出器212及び214が14個の燃焼
器からなるバスケット198内における点火及び燃焼の連
続的存在を検証もしくは確認するために、各群における
端燃焼器の各々と関連して設けられている。このよう
に、火炎検知能力に冗長性を持たせることは、火炎検出
器の高温環境を考えた場合に特に望ましいことである。

一般に、UV火炎検出器は、通常の燃焼器火炎により変動
する大きさで発生されるが燃焼器バスケツト環境の他の
構成要素によってはそれほどの大きさでは発生されない
1900〜2900Åの範囲内の波長を有する紫外線放射に応答
する。火炎が存在する場合には、検出器パルスが発生さ
れ、積分され、且つ増幅されて火炎リレー（継電器）を
作動する。紫外線放射は、ガス電圧ブレイクダウンもし
くは絶縁破壊を発生し、それによりパルス列が生ずる。
パルス列が或る時間遅延量を越える場合には、火炎モニ
タは、火炎リレーを作動する以前に該時間遅延量を加算
する。

第７図には、各燃焼器193の圧縮機側端部に取り付けら
れている二重燃料ノズル216の前面部が示してある。二
重ノズル216の中心部には、オイルノズル218が配設され
ており、該ノズルを取り巻いて円周方向に霧化空気ノズ
ル220が配設されている。霧化空気ノズル220の周囲には
外側ガスノズル22が配置されていて、燃焼ノズル216の
組立体を完成している。

第８図の断面図に示してあるように、燃料オイルその他
の液体燃料は、導管224を介してオイルノズル218に流入
し、他方、霧化空気は孔228を介してマニホルド226に流
入する。ガス状の燃料は、入口管230及びマニホルド／
複ノズル装置232を流れた後にノズル222を介して放出さ
れる。導管224及び230を流れる燃料流量の調整もしくは
制御に関しては追って説明する。

タービン燃焼プロセスにおいては、一般に、液体又はガ
ス燃料或は液化ガス燃料を用いることができる。低BTU
含量を有する高炉用ガスから、天然ガス、ブタン或はプ
ロパンのような高BTU含量のガスに亙る種々のガス燃料
を燃焼することができる。しかし、現在の厳しい環境規
制から考えて、燃料は、天然ガス、＃２留出ガス、及び
一体ガス化複合サイクル発電プラントで発生される石炭
誘導低BTUガスに限定されると考えられる。

燃料ガス中の凝縮可能な液体がノズル216に達するのを
阻止するために、燃料供給管路は、適当なトラップ及び
ヒータを用いることができる。塵含有量の最大値は、過
剰の付着及び侵食を阻止するために標準立法ft当たり0.
01粒に設定される。更に、H₂Oの形態にある燃料ガス硫
黄分を、５％（モルパーセント）より大きくない値に制
限することにより腐食は最小限度に抑えられる。

液体燃料に関して述べると、燃焼の粘性は、適切な霧化
を保証するためにノズルにおいて100SSU以下にしなけれ
ばならない。殆どの留出物は、この要件を満たす。しか
し、殆どの原油及び他の燃料は、粘性仕様が満たされて
いる場合でも、化学的仕様を満たすために付加的な処理
を必要とする。羽根への過度の付着を阻止するために、
液体燃料灰分はバナジウム、ナトリウム、カルシウム及
び硫黄を含む腐食性成分の最大値について制限される。

圧縮機出口空気流の一部分は、各燃焼器198において燃
料と結合し、点火後燃焼し、圧縮機出口空気の残量は、
燃焼生成物と結合して燃焼器198を経て多段反動型ター
ビン234（第５図）に流入する。燃焼器のケーシング部
分200は、垂直のケーシング継手238を介してタービンケ
ーシング236に連結されている。圧縮機185とタービン23
4との間には高圧空気或はオイルシールは必要とされな
い。

次に、第５図に示してあるタービン104のトルク発生部
分について考察する。トルク部分もしくはタービン部分
234には、４つの反動段が設けられており、これ等の反
動段を介し、複流燃焼システムガス流が環状の流れパタ
ーンで導かれて、加熱され加圧されたガスの運動エネル
ギーを、圧縮機185及び発電機102を駆動するためのター
ビン回転に変換する。タービンのロータは、通しボルト
により短軸に取り付けられた４個のディスク羽根組立体
240、242、244及び245により形成されている。ディスク
のキャビィテイー内には、温度検知熱電対（第11図）が
支持されていて、制御系に対しキャビィテイー温度信号
を供給する。

高温合金ロータ羽根もしくは動翼246はディスクに取り
付けられていてロータ組立体を形成する。個々の羽根の
根元は、圧縮機185の出口から抽気されて任意適当な仕
方で冷却系を通流した空気により冷却される。従って、
羽根の根元は、回転羽根246に対しヒートシンク（熱放
出部）としての働きをする。冷却空気はまた、各タービ
ンディスク上を流れて、ユニットの運転負荷範囲に亙り
比較的一定の低金属温度を保証する。

タービンのロータ構造のための２つの支持軸受188及び1
89は、いわゆるティルティングパッド軸受とするのが好
ましい。軸受のハウジングはケーシング構造に対し外付
けされており、それにより、上記構造の入口側及び出口
側端部を介しての適宜な接近可能性を与えている。ター
ビン支持構造全体は、軸整列を乱すことなく、自由な膨
張及び収縮を可能にする。

タービン234に対する圧力閉込め容器としての働きに加
えて、タービンケーシング236は、回転羽根列と交互す
る固定羽根列を形成する固定羽根248を支持する。ガス
流は、排出導管系114に取り付けられたフランジ付き排
気マニホールド250を介して実質的に大気圧でタービン2
34から吐き出される。

発電機及びガスタービン振動変換器もしくはトランスジ
ューサ（第11図）は、例えばベントリー・ネバダ（Bent
ly-Nevada）振動監視システムのような制御系に入力す
るための振動モニタに基本振動信号を供給するような慣
用の速度トランスジューサとすることができる。適当な
タービン−発電機軸位置に、一対の慣用の速度検出器
（第12図）が支持されている。速度検出器によって発生
される信号は、発電プラント運転を決定する上で制御系
において用いられる。

多数の熱電対が、ガスタービン軸受オイルドレンに関連
して設けられている。更に、特に発電プラント起動期間
中、制御系で用いるため、羽根もしくは翼の高速応答温
度指示を与える目的で、羽根流路用の熱電対が任意の公
知の仕方で、排気マニホルド250の内周部に支持されて
いる。排気温度検出器が、主として、発電プラント100
の負荷運転中、制御系で使用する平均排気温度を測定す
る目的で、排気導管系114内に配置されている。ガスタ
ービン104用の適当な高速応答型の遮蔽された熱電対
は、別個の厚壁の案内により支持された薄壁の高合金す
え込み外装もしくはウェル（筒）を有する突き固められ
たアルミナ絶縁を使用する熱電対である。上述の熱電対
及び他の温度検出器の有意味性については第11図を参照
して後述する。

次に、タービン104の燃料系統について考察する。第９
図を参照するに、燃料系251（燃料流量調節手段）が、
制御燃料弁動作下でガスノズル222にガス燃料を供給す
るために設けられている。ガスは、ガス源からダイアフ
ラム作動圧力調整弁254に伝達される。米国標準規格（A
merican Stndard）C37.2-1956に規定されているよう
に、適当と考えられる場合には、IEEE開閉装置番号が一
般に用いられることを註記しておく。

始動弁256は、3600RPMまでのタービン速度におけるノズ
ル222のガス燃料流量を決定する。弁256は、コンピュー
タ発生制御信号に応答して、空気圧アクチュエータ（作
動装置）261により空気圧で位置制御される。点火の際
には、空気圧アクチュエータ261が全閉位置となって弁2
56は部分的に開弁される。圧力調整弁257は、一定の圧
力を与えるものであり、従って点火時にも、燃焼バスケ
ット内で反復的にガスの点火を行うため一定のガス流量
を与える。

弁257及び256の最大流量範囲に達すると弁258が開弁し
て、最大負荷出力の燃焼タービンに対するガス流量を制
御する。

空気圧で作動されるトリップ弁260は、タービン過速度
が110％定格速度のような所定レベルに達すると、機械
的作動を受けてガス燃料流を停止する。空気圧で作動さ
れる逃し弁262は、捕捉されたガスが、空気圧作動隔離
弁264のオン／オフ状態で、トリップ弁260から大気に排
出されるのを許容する。弁262及び264は、通常は双方共
に閉じている。隔離弁の燃料制御作用は、圧力スイッチ
／計器キャビネット152（第１図及び第11図参照）を介
して印加される電子制御信号によって開始される。

次に第10図を参照するに、液体燃料供給系266（燃料流
量調節手段）は、モータ駆動主燃料ポンプ268のポンプ
作用により、任意適当な燃料源から液体燃料流を14個の
ノズル218（その内８個だけを示すに留どめた）に供給
する。ポンプ吐出圧力は、制御系で用いるために検出器
267によって検知される。バイパス弁271は、電気空気圧
変換器270及びブースタリレー272により空気圧で作動さ
れて、戻り管路に対する液体燃料バイパス流量を決定
し、それにより液体燃料吐出圧力を調整する。コンピュ
ータで発生される制御信号は、ポンプの吐出圧制御を行
い、特に、タービン始動中、ポンプ吐出立上り圧力制御
を行う。絞り弁272（燃料流量調節手段）は、吐出圧力
調整弁270での立上り圧力制御作用中、最小位置に保持
される。圧力スイッチ271は、ポンプ268が吸込流を加圧
したか否かを指示する。

圧力の立上り後、空気圧作動絞り弁272は、空気圧アク
チュエータ274及びブースタリレー276によって定められ
るノズル218に対する液体燃料流量を制御するように位
置決めされる。コンピュータで発生される制御信号が、
絞り弁272に対する変換器位置制御作用を決定する。こ
の動作中、バイパス弁270は動作し続けて燃料吐出圧力
を一定に保持する。

ガス燃料系251におけると同様に、機械的に作動され空
気圧で操作される過速度トリップ弁278がタービンの過
速度発生時に液体燃料流を停止する。液体燃料流路には
適当な過器280が設けられており、ガス燃料系251にお
けると同様に、電気的に付勢されて空気圧で作動される
隔離弁282が、液体マニホルド283に対する液体燃料流の
オン／オフ制御を行う。

14個（８個のみ図示）の容積式ポンプ284がそれぞれ、
ノズル218に至る個々の液体燃料流路に配置されてい
る。ポンプ284は、単一の軸に取り付けられていて、マ
ニホルド283からのオイルの流れにより駆動され、実質
的に等しいノズル燃料流量を発生する。逆止弁286は、
ノズル218からの逆流を阻止する。

次に、発電プラント100の制御で用いられる制御系につ
いて考察する。発電プラント100は、第11図に略示して
ある一体化タービン・発電機用コンピュータベースの制
御系300の制御下で運転される。プラント制御系300は、
制御キャビネット118、圧力スイッチ／計器キャビネッ
ト152内に配置されている要素及び第１図の発電プラン
ト100に含まれる他の要素を含む。複数の発電プラント
を運転する場合には、制御系300は更に、追加のプラン
ト運転に必要とされる付加回路を備える。

制御系300は、集中化システムパッケージを特徴とす
る。従って、第１図に示してある制御キャビネット118
は、速度／負荷制御パッケージ全体、自動プラントシー
ケンスパッケージ、及びシステム監視用パッケージを収
容している。

プラントのオペレータにとって更に有利な点として、好
適な実施例においては、タービン及び発電機運転機能
は、制御系300により提供される一体化タービン・発電
機プラント制御と整合するように単一のオペレータ用パ
ネル上に具現される。

制御系300は、自動的に、高い信頼性で且つ効率的にシ
ーケンス化された起動−停止プラント運転、プラント保
護のための監視及び警報機能並びにプラントの起動、稼
働運転及び停止中、正確に高い信頼性で効率的に行われ
る速度／負荷制御を実行する。

自動制御下で、発電プラント100は、局所的に、オペレ
ータ制御下で運転することもできるし、オペレータを伴
うことなく遠隔監視制御により運転することも可能であ
る。更に、発電プラント100は、一般的事例において、
タービン修理間隔を長くするために、休止状態から起動
されて、好ましくは通常の固定の期間内に同期速度ま
で、正確且つ効率的な制御下で加速され、手動操作或は
自動的に送電系と同期化され、そして好適な立上り制御
下で、予め選択可能な一定或は温度制限される制御負荷
レベルに負荷されて、それにより一層良好な発電プラン
ト管理を達成する。

発電プラント100の起動に当たっては、制御系300は先
ず、オペレータ操作スイッチ、温度測定装置、圧力切換
スイッチ及び他のセンサ装置によつて発生される或る種
の状態情報を必要とする。発電プラントの総合的状態が
満足すべきものであることが一旦判定されると、発電プ
ラントの起動がプログラミングされたコンピュータ制御
下で開始される。発電プラントの諸装置は、発電に対す
る発電プラントの利用度を高めるために可能な場合に
は、常に並列に始動される。プログラム制御下で、１つ
のシーケンスステップの完了で一般に、運転停止警報状
態が発生しない限り、次のシーケンスステップが開始さ
れる。発電プラントの利用度は更に、点火失敗を考慮し
て、多重に点火を行うことを可能にするような起動もし
くは始動のシーケンス化により更に高められる。

起動シーケンスには、一般にガスタービン104を低速度
状態から加速するように始動機関を起動し運転するこ
と、回転装置を停止すること、約20％定格速度で燃焼系
統において燃料を点火すること、ガスタービンを約60％
定格速度にまで加速し始動機関を停止すること、ガスタ
ービン104を同期速度にまで加速すること、及び発電機
用遮断器136の閉成後に負荷を投入すること等が含まれ
る。運転停止中は、燃料流は停止され、ガスタービン10
4は減速され慣性停止する。クーリングオフ期間中は、
回転装置を始動してタービン回転要素を駆動する。

第12図に示してある制御ループ構造302は、制御系300
（第11図）に具現される好適な汎用制御ループを代表的
に表すものであって、本発明の多種多様な他の用途にも
適用可能である。制御系の保護、シーケンス化、より詳
細な制御機能及び他の側面は追って詳細に考察する。
尚、図面にはSAMA標準機能記号が用いられている。

制御ループ構造302は、ガスタービン発電プラント100の
運転に用いられるプロセス制御ループのブロックの配列
からなる。尚、第12図において、ハードウエアとソフト
ウエア要素との間の区別は行われていない。と言うの
は、本発明による制御概念の多くの様相は、ハード形態
でも或はソフト形態でも実現可能であるからでる。

一般に、速度要件を満足するのに必要とされる燃料需要
表示を決定するのに、並列前送り方式を採用するのが有
利である。タービン速度、周囲温度及び圧力、可変制御
負荷、或はプラント出力、燃焼器筒温度並びにタービン
排気温度を含む特定プロセス変数を用いて、装置設計限
界が越えられないように、燃料需要を制限したり較正し
たり或は制御する。前送り速度燃料需要、起動立上り限
界燃料需要及び最大配置温度限界燃料需要の特徴は、よ
り正確で効率が良く、利用度が高くしかも信頼性の良い
ガスタービン装置の運転を達成するために、ガスタービ
ンの非線形特性に従い非線形とするのが有利である。制
御ループ構造302は、サイクル温度、ガスタービン装置
速度、起動中の加速度、負荷率及び圧縮機サージ裕度を
維持する能力を有する。

制御ループ構造302における燃料需要で、ガスタービン
或は液体燃料弁256、258及び272に対する位置制御が行
われる。更に、この制御ループ構造302は、ガス及び液
体燃料の同時燃焼を制御することができ、且つ必要に応
じ一方の燃料から他方の燃料への自動的な円滑切り換え
を行うことができる。異なった燃料及びそれに関連する
発電プラントの運転間の円滑なプラント切り換えという
課題は、既知であり、米国特許第3,919,623号明細書に
開示されている。尚、この米国特許明細書の内容は参考
までに本明細書において援用する。

第12図に示してある複数の制御ループ機能の組み合わせ
においては、各制御ループによって発生される各種燃料
限界もしくは制限信号を選択することにより燃料需要を
制限するのに低燃料需要セレクタ（選択器）316が用い
られている。これ等の制限信号は、それぞれ、速度制御
部303、起動立上り制御部305、最大排気温度制御部30
6、最大出力制御部307及び最大瞬時負荷投入制限器308
により発生される。

起動中及び点火後、起動立上り制御部305は、タービン1
04を近似的に80％定格速度まで加速するために閉ループ
で燃料需要信号を発生する。80％定格速度から同期に至
るまで、速度制御部303は、一定の加速度及び同期中の
所望の速度を維持するようにタービン104を制御する。

発電機102の同期後、タービン速度は、電力系統が大規
模である場合には、電力系統の周波数により制御され
る。その結果、同期後、速度制御部303は、発電機102の
メガワット出力を立上らせるために、任意の周知の技術
で、速度基準発生回路304で発生される速度基準信号を
立上がらせることにより燃料流量を調整する。追って第
13図を参照し詳細に説明する本発明によれば、燃料流量
を調整するのに速度基準が速度制御部303内で利用され
る。

好適な実施例においては、速度制御部303は、比例積分
微分（PID）コントローラ312を備える。発電機102のメ
ガワット出力を表すメガワット帰還信号は、任意公知の
技術によりメガワット出力センサ309で発生されてスイ
ッチ310に与えられる。スイッチ310は、発電機用遮断器
制御部311がその閉成を指示している時には常に、メガ
ワットもしくは出力帰還信号をコントローラ312の負の
入力端に与える。タービン速度を表す信号は、任意周知
の技術を用いて速度センサ314により発生されて、コン
トローラ312の別の負の入力端に供給される。コントロ
ーラ312の正の入力端には負の基準信号が与えられる。

コントローラ312は、その入力を加算した場合に零とな
り同期状態においてセンサ312からの速度信号が本質的
に一定となることが要求されるので、速度基準信号とメ
ガワットもしくは出力信号とは、コントローラ312の出
力が、負荷を投入するための速度基準信号の立上りを表
すように平衡化される。

タービン負荷、即ち発電機のメガワット出力が増すと、
制御ループ305、306、307及び308が、最大臨界状態の何
れかが越えられている場合に、低燃料需要セレクタ316
を介して燃料流量の制御を行うことができる。実際、こ
のような事象は、発電機のメガワット出力の増加に伴い
排気温度が増加する際に生ずる。最大排気温度制御部30
7は、究極的にタービン104に対する燃料流量を最大許容
温度に対応するように制御する。

低い周囲温度においては、最大メガワット出力制御部30
8は、最大温度制御部307が有効になる以前は、低レベル
を選択する。

低燃料需要セレクタ316から出力される燃料需要信号
は、二重燃料制御部317に印加され、この制御部におい
て、燃料需要信号は、ガス起動用及び絞り弁に印加され
るガス燃料需要信号を発生するか或はオイル絞り弁及び
圧力バイパス弁に印加される液体燃料需要信号を発生す
るか、或はガス及びオイル弁に共に印加されるガス及び
液体燃料需要信号の組み合わせを発生するように処理さ
れる。

制御ループ構造302は一般に、ガスタービン装置を、過
度に高い負荷率、負荷過渡中の過度に高い速度変動、過
度に高い発電機用遮断器閉成速度、過負荷を招来し得る
過度に高い燃料流量、あらゆる定義された運転モード中
に燃料系統の燃焼停止を招来し得る過度に低い燃料流量
並びにタービンの過剰吸込／排気及び羽根の過温を含む
因子に対して保護する働きをする。更に、制御系300に
使われている制御ループ302は、システムの安定性及び
過渡応答並びに調節能力に関するNEMA刊行物“ガスター
ビン調速機（Gas Turbine Governors）”、SM32−1960
に記載されている全ての要件を満たすものである。

次に、第11図にブロック図で詳細に示してある制御系30
0に関して考察する。この制御系は、中央処理装置もし
くは中央プロセッサ304と、関連の入／出力インターフ
ェース装置とを含む汎用コンピュータシステムを具備す
る。

更に詳細に述べると、コンピュータ304のためのインタ
ーフェース装置は、種々のプラント及び設備状態のステ
イタスを表す接触その他類似の信号を走査する接触器閉
成入力装置306を備えている。状態接点もしくは接触器
は、典型的には、種々の発電プラントのデバイスと関連
する所定状態を検知することが可能である付勢回路（図
示せず）により作動される水銀湿潤型リレースイッチ
（図示せず）の接点とすることができる。ステイタスも
しくは状態接点データは、例えば、制御及びシーケンプ
ログラム、保護及び警報系の機能並びにプログラミング
されている監視及び記録におけるインターロック論理機
能において使用される。

また、コンピュータ304に対しては、慣用のアナログ入
力装置328の形態で入力インターフェースが設けられて
いる。該アナログ入力装置328は、各アナログチャンネ
ル入力毎に所定レートでガスタービン発電プラント100
からアナログ信号をサンプリングして、該信号サンプル
をコンピュータで処理するためにディジタル値に変換す
る。更に、慣用のプリンタ330が設けられており、この
プリンタ330は例えば、参照数字332で示すように、記録
のための印字出力等の目的に使用される。

コンピュータ304には、慣用の接点閉成出力装置306の形
態で出力インターフェースが設けられる。アナログ出力
は、プログラム制御下で、接点閉成出力装置306を介し
て送出される。

第１図と関連して先に考察した発電プラントの蓄電池30
5も第11図に示してある。と言うのは、この蓄電池305
は、発電プラント100において、コンピュータシステ
ム、制御系及び他の要素を動作するために必要とされる
電源電圧を供給するからである。蓄電池の充電は適当な
充電装置320によって行われる。

接点閉成入力装置326には、各種タービン、保護リレー
（継電器）、開閉装置、圧力スイッチ／計器キャビネッ
ト及び始動期間接点から接続がなされている。更に、電
動機制御盤134に設けられているようなユーザが選択し
た或る種の接点327D及び種々の接点もしくは接触器327C
が接点閉成入力装置326に接続されている。

アナログ／ディジタル（A/D）入力装置328には、種々の
プラントプロセスセンサ或は検出器からの出力が印加さ
れる。尚、これ等のセンサもしくは検出器の多くのもの
については既に簡単に説明した。ガスタービン104と関
連して設けられているセンサにより種々のアナログ信号
が発生されて、コンピュータシステム334に入力され、
そこでこれ等のアナログ信号は種々の目的のために処理
される。タービンセンサ329A-Kは、多数の翼流路熱電
対、ディスクキャビィテイー熱電対、排気マニホルド熱
電対、軸受熱電対、圧縮機入口及び出口側熱電対、その
他ブロックで示した種々のセンサ、例えばオイル容器熱
電対、軸受オイル熱電対及び主燃料入口熱電対を含む。

燃焼器筒圧力センサ並びに主速度センサ314及び支援速
度センサ315の出力信号もアナログ入力装置328に供給さ
れる。タービン支持金属熱電対も上記種々のセンサブロ
ック329Kに含まれている。

発電機102及びプラント開閉装置と関連するセンサ329L-
Rもコンピュータ334に接続されている。発電機温度セン
サは、固定子抵抗温度検出器、入口空気熱電対、出口空
気熱電対及び軸受ドレン熱電対を含む。発電機102及び
ガスタービン104と関連して設けられている振動セサ162
は、回転設備の振動を監視するオペレータ用コンソール
120を介してアナログ入力装置328に接続されている。第
11図に示してあるように、保護リレーキャビネット内に
配設されている付加的なセンサは、種々の母線、線路、
発電機及び励磁機の電気的状態を表す信号を発生する。

接点閉成出力によって作動される他の装置には、発電機
界磁遮断器139、発電機用遮断器136及び断流器138があ
る。モータで作動される発電機用励磁機界磁加減抵抗器
171及び177並びに電動機制御センター134及び圧力スイ
ッチ／計器キャビネット132内の種々の装置も、接点閉
成出力に応答して機能する。プリンタ330は、中央処理
装置334の特別な入／出力チャンネルにおいて直接的に
作動される。

ベース負荷に達するまで発電機用遮断器136の閉成点で
負荷を制御するための装置は、第13図に更に詳細に示し
てある。既に述べたように、この負荷制御装置は、中央
処理装置334に内蔵されているプログラムとして実現す
るのが有利である。

この負荷制御装置は、最小発電機負荷を設定し、そして
発電機用遮断器136が閉成される時の速度基準とタービ
ン速度との間の誤差に対する敏感性を最小限度にする機
能を果たす。一般に、発電機用遮断器が閉成されると、
本発明の実施例による装置は、最小発電機負荷を設定す
るように燃料の流量を増加する。

発電機用遮断器の閉成とベース負荷の達成との間におけ
る通常の動作中は、発電機負荷は本発明に従い、用いら
れる速度基準によって制御される。発電機用遮断器が閉
成されると、第13図の負荷制御装置が付勢されて、ベー
ス負荷に達するまで実効的にドループ（droop）調速機
制御を行う。ベース負荷に達すると、典型的には、最大
出口温度制御部307が燃料流量を制御する。

ここで、ドループ調速比とは発電機負荷に100パーセン
トの変化をもたらすタービン速度のパーセント変化率で
ある。ドループ調速比が４％に特定されているタービン
について考察すると、このことは、速度基準における４
％の変化が発電機負荷に100％の変化をもたらすこを意
味する。ドループ（垂下）制御曲線が、発電機負荷信号
（メガワット）をデルタ速度信号に変換するのに用いら
れる。説明の便宜上、ドループ制御曲線は、0.00メガワ
ットで−6RPM、150メガワットで144RPMの座標を有する
直線であるとする。ドループ制御曲線は、既知であり、
使用される特定のタービンに依存して変動し得る。

本発明においては、ドループ調速機制御を行う燃料流量
信号の発生は、ドループ制御曲線に関してデルタ速度値
を求めて、該デルタ速度値を速度基準から減算し、それ
により負荷調節された速度基準を発生することにより実
現される。例えば、発電機用遮断器136が閉成される
と、発電機負荷は零となり、ドループ比は−6RPMであ
る。この値を速度基準から減算すると、その結果が、速
度基準を6RPMだけ越える制御設定点となる。それによ
り、6RPM制御信号が発生されて、燃料流量が増加され
る。しかし、速度基準信号も誤差について補償しなけれ
ばならない。

発電機用遮断器136が閉成されると、速度基準と実際の
タービン速度との間には、通常、誤差が生ずる。この誤
差は、速度基準から実際のタービン速度を減算し、該誤
差を負荷調節された速度基準に加算することによって考
慮もしくは補償される。速度基準と実際のタービン速度
との間の差の決定は任意適当な仕方で行うことができ
る。

誤差信号に関して補償を行った後に、得られた制御信号
は低レベルセレクタ316に印加される。発電機用遮断器1
36は閉成されているので、タービン速度は、グリッド周
波数（grid frequency）から変動し得ない。従って、燃
料流量が増加すると発電機負荷が増加する。第13図の制
御回路を用いた場合、該制御回路の出力が減少するに伴
い発電機負荷は増加し続ける。燃料流量制御信号は、最
小発電機負荷、即ち、６メガワットで零に減少する。

前に述べたように、低レベルセレクタ316に供給される
燃料流量制御信号は、PID（比例積分微分）コントロー
ラ420によって発生される。このPIDコントローラ420の
出力は、実際のタービン速度信号と、ドループ及び速度
誤差に関して調節された速度基準信号を表す限界信号と
の間の差を表す。

第11図に示してある速度センサ314によって発生される
タービン速度信号は、コントローラ420の負もしくは帰
還（フィードバック）入力端に直接供給される。限界信
号は、コントローラ420の正の入力端に供給される。

限界信号は、速度基準信号を差動ブロック422及び差動
ブロック424の正の入力端に供給することによって発生
される。ここで、速度基準信号は、公知の技術により中
央処理装置334により発生されることを想起されたい。
差動ブロック422の負の入力はＴ形ブロック426により供
給される。当業者には明らかなように、いわゆるＴ形ブ
ロックは、３つの入力と２つの出力を有する機能スイッ
チデバイスである。Ｔ形ブロックに対する入力の１つ、
即ち制御入力は、論理“H"又は論理“L"レベルのいずれ
かを有するディジタル形の信号である。制御入力が論理
“H"である時には、Ｔ形ブロックに対する非制御入力の
内の１つが出力に発生される。制御入力が論理“L"レベ
ルである時には、Ｔ形ブロックの出力端には他の非制御
入力が現れる。

Ｔ形ブロック426と関連して、制御入力は、接点閉成出
力装置316が発電機用遮断器閉成指令を発生する時に該
装置316によって発生される。この時点においては、Ｔ
形ブロック426に対する制御入力は論理“H"レベルにな
る。他の全ての時点においては、Ｔ形ブロック426に対
する入力は論理“L"レベルである。Ｔ形ブロック426に
供給される１つの入力は、既述のデルタ速度基準信号を
発生する基準ブロック428によって発生される。ここ
で、デルタ速度信号は、ドループ制御曲線の関数である
ことを想起されたい。この入力は、制御信号が論理“H"
レベルである時、即ち発電機用遮断器が閉成されている
時にＴ形ブロック426の出力端に現れる。Ｔ形ブロック4
26の他の入力は、定数の基準信号である。この定数基準
信号は、発電機用遮断器が開である時にタービン速度が
速度基準値に追従するように零の値を取る。このような
情況においては、コントローラ420の出力は、速度基準
と実際のタービン速度との間の差を反映している。

差動ブロック422の出力は、差動ブロック432の正の入力
端に供給される。該差動ブロック422の出力は、負荷に
対して調節された速度基準を表す信号である。差動ブロ
ック432に対する負の入力は、一次的には、Ｔ形ブロッ
ク434の出力である。差動ブロック432の入力側とＴ形ブ
ロック434の出力側との間に介在するＴ形ブロック436
は、約１サイクルの間、Ｔ形ブロック434の出力を保持
する謂わゆる“トラップ”回路として構成されている。

上記の１サイクル中、遅延回路442は、Ｔ形ブロック436
の制御入力を論理“L"レベルに維持し、従って、上記Ｔ
形ブロック436の出力は、Ｔ形ブロック434の出力とな
り、一方、該Ｔ形ブロック434の出力は差動ブロック424
の出力である。サイクルの終了の直前に、遅延ブロック
442は、Ｔ形ブロック436の制御入力を論理“H"レベルに
する。この時点で、Ｔ形ブロック436の出力はその入力
となる。即ち、該Ｔ形ブロック436入力は、トラツプも
しくは捕捉されることになる。上記１サイクル中、Ｔ形
ブロック436の出力は実効的に差動ブロック424の出力で
あるので、Ｔ形ブロック436は、Ｔ形ブロック436の制御
入力が論理“L"レベルとなるまでその値を差動ブロック
432の入力に供給し続ける。Ｔ形ブロック436の制御入力
が論理“L"となるのは、発電機用遮断器136が開かれる
時である。言い換えるならば、一旦時間遅延ブロック44
2によりＴ形ブロック436に対する制御入力が論理“H"レ
ベルになると、差動ブロック432に対する負の入力は、
実質的に、発電機用遮断器136が閉成される時点におけ
る速度基準値と実際のタービン速度との間の差となる。

Ｔ形ブロック434に対する制御信号は、いわゆるワンシ
ョット回路もしくはブロック438によって発生される。
このワンショット回路438は、公知の単安定マルチバイ
ブレータ（均等物を含む）或はそのソフトウエアのいず
れから構成することも可能であることは理解されるであ
ろう。発電機用遮断器信号が論理“L"と論理“H"レベル
との間で遷移すると、ワンショット回路438は、所定期
間、論理“H"信号（論理高レベル信号）を発生する。こ
のような論理“H"信号は、Ｔ形ブロック434の制御入力
として用いられる。Ｔ形ブロック434の制御入力が論理
“L"信号（論理低レベル信号）である時には、基準ブロ
ック440の出力がＴ形ブロック434の出力となる。発電機
用遮断器が開かれると、基準ブロック440の出力は零と
なり、従ってタービン速度は速度基準の値に追従するこ
とになる。

Ｔ形ブロック434に対する制御入力が論理“H"レベルで
ある時には、差動ブロック424の出力がＴ形ブロック434
の出力となる。差動ブロック424は、速度基準信号と実
際のタービン速度との間の差を表す出力信号を発生す
る。

発電機用遮断器の閉成以前の動作では、ワンシヨット回
路438及びＴ形ブロック426の制御入力端に供給される信
号は、論理“L"レベルである。一方、差動ブロック432
に対する負の入力は、零に等しい基準ブロック440の出
力である。差動ブロック442の負の入力端に供給される
信号も零であるので、速度基準信号には変化は生じな
い。従って、差動ブロック432の出力も速度基準信号を
表すことになる。

発電機用遮断器136が閉成されると、Ｔブロック426の制
御入力は、論理“H"レベルとなる。その結果、差動ブロ
ック422の負の入力端に供給される信号は、発電機負荷
（メガワットで表される）に等価のデルタ速度として表
されるドループ制御曲線となる。この関数は、零メガワ
ットで、即ち、発電機用遮断器136の閉成時点では、−6
RPMの値を有するので、差動ブロック422の出力端に現れ
る信号は、速度基準値と関数ブロック428の出力との間
の代数差、即ち速度基準−（−６）となる。言い換える
ならば、差動ブロック422の出力は、速度基準に最小負
荷に等価のRPMを加えたものに等しい。

また、発電機用遮断器136が閉成されると、ワンショッ
ト回路438の出力は、所定の期間、論理“H"レベルとな
り、Ｔ形ブロック434及び436と相俟って、差動ブロック
424の出力を、実質的に遮断器の閉成時に、Ｔ形ブロッ
ク436の出力として“捕捉もしくはトラップ”せしめ
る。ワンショット回路438及び時間遅延回路442のための
タイミング値は、システム安定化が行われるように選択
される。この安定化は、周知のように、タービン速度の
制御を現時点で行っているグリッド周波数から生ずる。
実際のタイミング値は、タービン制御システムで使用す
るべく選択された特定の設備もしくは装置に依存して変
動する。Ｔ形ブロック436の出力に“捕捉された”値
は、発電機用遮断器が閉成した直後における速度基準と
実際のタービン速度との間の差である。

最終的に得られる効果として、PIDコントローラ420に対
する正の入力が、発電機用遮断器を閉成した直後、実際
のタービン速度を上回る最小負荷に等価なRPM（毎分回
転数）である値に代数的に変更された速度基準値とな
る。その結果、PIDコントローラ入力に生ずる正の誤差
は、PIDコントローラ出力を更に負にし、それにより低
レベルが選択されて燃料流量は増加する。発電機用遮断
器の閉成で燃料流量が増加するに伴い、タービン速度は
一定に留どまるが発電機負荷は増加する。関数発生器42
8の出力は、発電機負荷に直接関連があるので、この出
力は、負荷の増加に伴い零に向かいPIDコントローラ420
を平衡化する。この関数の零点もしくはｘ軸は最小負荷
点を表す。好適な実施例においては、デルタ速度が零RP
Mである場合、最小負荷は６メガワットである。

最小負荷が設定されると、負荷制御は、速度基準値を変
えることにより達成される。速度基準値を増すと、初期
においては、PIDコントローラ420の入力に正の誤差が現
れる。この誤差は、コントローラ420の出力を増加せし
め、それにより燃料流量を増加する。燃料流量のこの増
加は発電機負荷の増加をもたらす。発電機負荷の増加
は、関数発生器428の出力を増加させ、それにより、発
電機負荷が増加しても、コントローラ420に対する入力
を平衡化する、即ち無効にする。

下記の例について考察されたい。

例１−発電機用遮断器閉成前 Ｔ形ブロック426の出力＝零 差動ブロック422の出力＝速度基準 Ｔ形ブロック436の出力＝零 差動ブロック432の出力＝速度基準 速度基準が実際のタービン速度に等しい場合には、コン
トローラ420の出力は零となる点に注意されたい。

例２−発電機用遮断器の閉成時；速度基準＝3598で実際
タービン速度＝3601 Ｔ形ブロック426の出力＝−6RPM 差動ブロック422の出力＝［3598−（−６）］＝3604 Ｔ形ブロック436の出力＝3598−3601＝−３ 差動ブロック432の出力＝3604−（−３）＝3607 コントローラ420の出力＝3607−3601＝６ 発電機用遮断器の閉成時には、コントローラ420はドル
ープ制御に等しい低レベル選択信号を発生する点に注意
されたい。

例３−6MWに等しい発電機負荷において Ｔ形ブロック426の出力＝０ RPM 差動ブロック422の出力＝3598 Ｔ形ブロック436の出力＝3598−3601＝−３ 差動ブロック432の出力＝3598−（−３）＝3601 コントローラ420の出力＝3601−3601＝０ 6MWに等しい発電機負荷においては、コントローラ420の
出力は零である点に注意されたい。

本発明の制御によれば、また、最小負荷からベース負荷
状態に至るまで燃料流量が制御されることを想起された
い。この期間中の制御は、一次的に、中央処理装置で発
生される速度基準値を変えることにより達成される。下
記の例を考察されたい。

例４−最小負荷においては、速度基準は3620に増加され
る。

Ｔ形ブロック426の出力＝０ RPM 差動ブロック422の出力＝3620 Ｔ形ブロック436の出力＝−３ 差動ブロック432の出力＝3620−（−３）＝3623 コントローラ420の出力＝3623−3601＝22 RPM 速度基準が増加する時点においてはタービンは最小負荷
にあるのでＴ形ブロック426出力は零に留どまり、しか
もＴ形ブロック436の出力は−３に捕捉される点に注意
されたい。

コントローラの出力は、22RPMの速度変化を生ぜしめる
ために燃料流量を増加する。しかし、タービン速度は変
化しないので、即ち、遮断器閉成時におけるタービン速
度はグリッド周波数によって制御されているので負荷は
増加する。

例５−負荷が28MWに達し、速度基準は例４の値と同じ値
に留どまる。

Ｔ形ブロック426の出力＝22 RPM（ドループ曲線の値） 差動ブロック422の出力＝3620−22＝3598 Ｔ形ブロック436の出力＝3598−3601＝−３ 差動ブロック432の出力＝3598−（−３）＝3601 コントローラ420の出力＝3601−3601＝０ 例４において速度基準を変えることにより、燃料流量が
増加し、その結果、負荷が増加する。負荷が28MWに達っ
すると、燃料流量の変化は、零に減少する。速度基準を
反復的に変えることにより、本発明は、発電機用遮断器
閉成とベース負荷との間で負荷に対し燃料流量を制御す
るのに利用することができる。

以上、本発明を特定の実施例と関連して説明し図示した
が、当業者には、ここに開示した本発明の原理から逸脱
することなく変更及び変形が可能であることが認識され
るであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原理に従って運転されるように配列
されたガスタービン発電プラントの平面頂面図、第２図
及び第３図は、第１図のガスタービン発電プラントの運
転において使用することができる電気系統図、第４図
は、第１図のガスタービン発電プラントで用いられる回
転整流型励磁機及び発電機の簡略図、第５図は、第１図
の発電プラントで用いられる産業用ガスタービンの正面
一部断面図、第６図〜第８図は、第５図のガスタービン
で用いられる燃料ノズル及びその部品を示す図、第９図
及び第10図は、第５図のガスタービンと共に用いられる
ガス燃料及び液体燃料供給系統の概略図、第11図は、第
１図のガスタービン発電プラントを運転するのに用いら
れるディジタルコンピュータ制御システムのブロック
図、第12図は、第11図のコンピュータ制御システムの動
作において用いることができる制御ループの簡略図、第
13図は、本発明の最大瞬時負荷投入限界もしくは制限信
号を発生するための制御ループの簡略図である。 100……発電プラント 102……発電機 104……燃焼（ガス）タービン 261、263、270、274、317……燃料流量調節手段 312、420……コントローラ手段 434、436、438、440……第１の調節手段 304、426、428、432……第２の調節手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】速度基準信号が与えられ且つ実際の速度信
   号が与えられて、燃焼タービンの燃料流量を制御する方
   法であって、 制御信号に応答して前記燃焼タービンにおける燃料流量
   を調整し、 前記実際の速度信号と前記速度基準信号との間の差を表
   す制御信号を発生し、該制御信号を燃料流量調節手段に
   供給し、 前記制御信号の発生前にドループを考慮するために前記
   速度基準信号を変更し、 前記制御信号の発生前に速度誤差を考慮するために前記
   速度基準信号を変更する、 諸ステップを含む燃焼タービンの燃料流量制御方法。
2. 【請求項２】速度基準信号が与えられ且つ実際の速度信
   号が与えられて、燃焼タービンにおける燃料流量を制御
   するための装置であって、 制御信号に応答し前記燃焼タービンにおける燃料の流量
   を調整するための燃料流量調節手段と、 前記実際の速度信号と前記速度基準信号との間における
   差を表す制御信号を発生して該制御信号を前記燃料流量
   調節手段に供給するコントローラ手段と、 前記制御信号を発生する前にドループを考慮するために
   前記速度基準信号を変更するための第１の調節手段と、 前記制御信号を発生する前に速度誤差を考慮するために
   前記速度基準信号を変更するための第２の調節手段と、 を含む燃焼タービンの燃料流量制御装置。
3. 【請求項３】発電プラントにおいて、 軸を有する燃焼タービンであって、該燃焼タービンにお
   ける燃料の燃焼に応答して前記軸を回転するように動作
   すると共に、制御信号に応答して前記燃料の流量を調整
   するための燃料流量調節手段を有する前記燃焼タービン
   と、 前記軸が回転する時に電力を発生するように前記軸に連
   結された発電機と、 速度基準信号及び実際速度信号を発生するための第１の
   基準手段と、 前記実際速度信号と前記速度基準信号との間の差を表す
   制御信号を発生して該制御信号を前記燃料流量調節手段
   に与えるコントローラ手段と、 前記制御信号を発生する前に、ドループを考慮するため
   に前記速度基準信号を変更するための第１の調節手段
   と、 前記制御信号を発生する前に、速度誤差を考慮するため
   に前記速度基準信号を変更するための第２の調節手段
   と、 を含む発電プラント。