JPH08205595A - コンバインドサイクル発電プラントの負荷制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 軸負荷設定信号出力手段１１は軸負荷制御を
するために軸負荷設定信号を出力し、ガスタービン負荷
設定信号出力手段１２はガスタービン分担負荷設定信号
がガスタービン燃料指令信号へ追従するように、ガスタ
ービン負荷制御をするためにガスタービン分担負荷設定
信号を出力する。負荷制御信号切替手段１３は軸負荷設
定信号と軸負荷実測信号との偏差信号を負荷制御信号と
して出力する一方、軸負荷設定信号と軸負荷実測信号と
の偏差信号が所定値以上のときガスタービン負荷制御と
するように切替えてガスタービン負荷設定信号とガスタ
ービン燃料指令信号に基づくガスタービン負荷計算値信
号との偏差信号を負荷制御信号として出力する。 【効果】 排熱回収ボイラへ外乱を与えることを防止す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一軸型のコンバインド
サイクル発電プラントの負荷制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的な一軸型コンバインドサイクル発
電プラントを図１０に示す系統図を参照して説明する。

【０００３】同図において、ガスタービン１と蒸気ター
ビン２と発電機３とが同一軸に連結され、ガスタービン
１の排ガスが排熱回収ボイラ４へ供給され、排熱回収ボ
イラ４で発生した蒸気が蒸気タービン２へ供給されるよ
うに構成されている。

【０００４】次に、一軸型のコンバインドサイクル発電
プラントの従来の軸負荷制御を図１１に示す構成図を参
照して説明する。

【０００５】図中、軸負荷制御部５は、軸負荷設定手段
５ａと偏差算出手段５ｂと変化率制限手段５ｃとからな
っている。まず、軸負荷設定手段５ａからの軸負荷設定
信号が偏差算出手段５ｂへ入力され、偏差算出手段５ｂ
により発電機出力である軸負荷実測信号との偏差信号が
算出され、偏差信号が変化率制限手段５ｃに入力され
る。変化率制限手段５ｃからは所定の変化率で制限され
た信号が負荷制御信号として出力される。

【０００６】負荷制御信号は、軸速度制御部６へ入力さ
れる。軸速度制御部６は、ガバナ設定手段６ａと比例制
御手段６ｂと設定手段６ｃと偏差算出手段６ｄと加算手
段６ｅとからなっている。

【０００７】軸速度制御部６では、負荷制御信号がガバ
ナ設定手段６ａへ入力され、このガバナ設定手段６ａか
ら出力される信号と軸速度との偏差信号が偏差算出手段
６ｄにより算出される。この偏差信号は比例制御手段６
ｂへ入力されて、比例演算され得られる信号が加算手段
６ｅへ入力される。そして、加算手段６ｅによって無負
荷定格速度信号を維持するため出力する設定手段６ｃの
設定信号が加算され軸速度負荷制御指令信号を出力す
る。

【０００８】次に、低値選択部９では、ガスタービン１
を過温度から保護するための排ガス温度制御部７の出力
指令信号と軸の昇速を行う軸起動制御部８の出力信号と
軸速度制御部６の軸速度負荷制御指令信号とが入力さ
れ、いずれか低値の信号が選択され、ガスタービン燃料
指令信号として出力される。

【０００９】なお、軸負荷設定手段５ａとガバナ設定手
段６ａとは入力信号に応じて出力信号を増減させる積分
器と同様の動きをする。また、図示していないが、コン
バインドサイクル発電プラントでは、一般に、蒸気ター
ビン単独の負荷制御は実質上不可能で、蒸気加減弁は所
定以上の蒸気条件になっていれば全開にしている。これ
は、熱効率を最大にできるように排熱回収ボイラ４から
の蒸気を全て用いるようにしているからである。従っ
て、蒸気タービン負荷がガスタービン負荷に追従するよ
うに構成されている。

【００１０】このように構成された従来の軸負荷制御部
５は、軸負荷設定手段５ａの出力を外部信号により増減
させることにより、ガバナ設定手段６ａの値を増減して
ガスタービン燃料指令信号を増減させている。

【００１１】なお、ガバナ設定手段６ａは、例えば、５
％調定率で速度が１００％で安定している場合、１００
％設定で軸速度負荷制御指令信号が無負荷定格速度の燃
料指令になり、１０５％設定で定格負荷燃料指令になる
ように構成されている。

【００１２】このように従来の軸負荷制御は、ガスター
ビン負荷と蒸気タービン負荷とを同時に制御している。
すなわち、軸負荷設定信号を増減させることによりガス
タービン燃料指令信号を増減して、ガスタービン負荷を
増減させると同時にガスタービン排ガス温度および排ガ
ス流量を増減させて排熱回収ボイラの入熱を増減させ、
これにより蒸気エネルギーを増減させて蒸気タービン負
荷を増減させている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１１
で説明したコンバインドサイクル発電プラントの負荷制
御装置は、軸負荷設定信号を増減したときガスタービン
負荷と蒸気タービン負荷とが相互にオーバーシュートま
たはアンダーシュートを発生させて、排熱回収ボイラ４
へ外乱を与えるという問題がある。

【００１４】従来の軸負荷制御部５の出力を増加させた
とき、ガスタービン負荷と蒸気タービン負荷の作用を図
１２を参照して説明すると、時刻ｔ１から時刻ｔ２に軸
負荷設定信号を図示するように増加させたとする。これ
に対して、ガスタービン負荷が先行して増加するが、蒸
気タービンの負荷の増加が遅いためにこれを補うためガ
スタービン負荷が最大増加率で増加して、時刻ｔ３にな
ると、ガスタービン負荷整定値を超えてオーバーシュー
トする。その後に、蒸気タービン負荷が遅れて増加して
くることにより時刻ｔ４に軸負荷実測信号が軸負荷設定
信号をオーバーする。これに伴い、軸負荷制御部５から
の負荷制御信号が減少方向となる。従って、ガスタービ
ン負荷もほぼ時刻ｔ４以降に減少し軸負荷実測信号が時
刻ｔ５になると軸負荷設定信号以下となる。

【００１５】ところが、時刻ｔ３からほぼ時刻ｔ５の
間、ガスタービン負荷が整定負荷より高かった部分（図
示斜線部）に応じて排熱回収ボイラ４の発生蒸気も多く
蓄積されている。このため、排熱回収ボイラ４の蒸気発
生も蒸気タービン整定値よりも多い値の蒸気エネルギー
となっており、ガスタービン負荷に遅れて蒸気タービン
負荷が整定値を超えてオーバーシュートする。

【００１６】これに対して、蒸気タービン負荷のオーバ
ーシュートを補うためにガスタービン負荷が整定負荷よ
りも減少するが、この減少を補うため、再び蒸気タービ
ン負荷が増加する。このガスタービン負荷と蒸気タービ
ン負荷との増減の動作量は徐々に減少するが、上記した
動作が繰り返される。

【００１７】ガスタービン負荷と蒸気タービン負荷とを
加算した軸負荷実測信号は、蒸気タービン負荷の増減動
作をガスタービン負荷が補うため、図１２に示すように
見掛け上整定しているかのように見えるが、ガスタービ
ン負荷と蒸気タービン負荷は上記のように増減動作を繰
り返している。

【００１８】なお、整定負荷とは軸負荷設定に対して実
際の負荷が一致して安定したときの負荷を意味する。ま
た、ガスタービン負荷、蒸気タービン負荷は、両方のト
ルクで発電機を廻しているため、各々実測することはで
きない。

【００１９】このように、軸負荷制御のフィードバック
信号である軸負荷を構成するガスタービン負荷と蒸気タ
ービン負荷とが整定値に対してオーバーシュートまたは
アンダーシュートを繰り返すのは、整定時間が長くなり
制御安定上好ましくない。また、排熱回収ボイラ４の入
熱のオーバーシュート量が多いと、排熱回収ボイラ４内
の蒸気温度等のプロセス量もオーバーシュートするた
め、排熱回収ボイラ４も外乱を受けて不安定な状態にな
り、排熱回収ボイラ４の保護のため蒸気温度高等の保護
動作が働きコンバインドサイクル発電プラントが緊急停
止するおそれがあった。

【００２０】そこで、本発明は軸負荷設定を変化させた
ときに、ガスタービン負荷と蒸気タービン負荷とのオー
バーシュートを抑制し、軸負荷制御を安定にして排熱回
収ボイラの保護動作発生を防止して安定した運転を継続
することができるコンバインドサイクル発電プラントの
負荷制御装置を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ガス
タービンと蒸気タービンと発電機とを同一軸により連結
すると共に、ガスタービンの排ガスを排ガス回収ボイラ
へ供給して発生する蒸気によって蒸気タービンを回転さ
せ負荷制御信号に基づく信号によりガスタービンへ供給
する燃料を増減するガスタービン燃料指令信号を出力し
て負荷制御するコンバインドサイクル発電プラントの負
荷制御装置において、軸負荷実測信号が軸負荷設定信号
に追従するように、軸負荷制御をするために軸負荷設定
信号を出力する軸負荷設定信号出力手段と、軸負荷設定
信号の内でガスタービン負荷設定に相当するガスタービ
ン分担負荷設定信号がガスタービン燃料指令信号に基づ
くガスタービン負荷計算値信号へ追従するように、ガス
タービン負荷制御をするためにガスタービン分担負荷設
定信号を出力するガスタービン負荷設定信号出力手段
と、軸負荷設定信号出力手段が出力する軸負荷設定信号
と軸負荷実測信号との偏差信号を負荷制御信号として出
力する一方、軸負荷設定信号と軸負荷実測信号との偏差
信号が所定値以上のときガスタービン負荷制御とするよ
うに切替えてガスタービン負荷設定信号とガスタービン
燃料指令信号に基づくガスタービン負荷計算値信号との
偏差信号を負荷制御信号として出力する負荷制御信号切
替手段とを設けるようにしたものである。

【００２２】請求項２の発明は、ガスタービンと蒸気タ
ービンと発電機とを同一軸により連結すると共に、ガス
タービンの排ガスを排ガス回収ボイラへ供給して発生す
る蒸気によって蒸気タービンを回転させ負荷制御信号に
基づく信号によりガスタービンへ供給する燃料を増減す
るガスタービン燃料指令信号を出力して負荷制御するコ
ンバインドサイクル発電プラントの負荷制御装置におい
て、軸負荷実測信号が軸負荷設定信号に追従するように
軸負荷制御をするために軸負荷設定信号を出力する軸負
荷設定信号出力手段と、軸負荷設定信号の内でガスター
ビン負荷設定に相当するガスタービン分担負荷設定信号
にガスタービン燃料指令信号に基づくガスタービン負荷
計算値信号が追従するようにガスタービン負荷制御をす
るためにガスタービン分担負荷設定信号を出力するガス
タービン分担負荷設定信号出力手段と、軸負荷設定信号
と軸負荷実測信号との偏差信号が所定値以上で、かつ、
ガスタービン分担負荷設定信号とガスタービン負荷計算
値信号との偏差信号が所定値以下での条件で保持信号を
出力する保持信号出力手段と、軸負荷設定信号と軸負荷
実測信号との偏差信号を負荷制御信号とする一方、保持
信号が入力すると負荷制御信号を保持して出力する負荷
制御信号出力手段とを設けるようにしたものである。

【００２３】請求項３の発明は、ガスタービンと蒸気タ
ービンと発電機とを同一軸により連結すると共に、ガス
タービンの排ガスを排ガス回収ボイラへ供給して発生す
る蒸気によって蒸気タービンを回転させ負荷制御信号に
基づく信号によりガスタービンへ供給する燃料を増減す
るガスタービン燃料指令信号を出力して負荷制御するコ
ンバインドサイクル発電プラントの負荷制御装置におい
て、軸負荷設定信号を出力する軸負荷設定信号出力手段
と、軸負荷設定信号の内でガスタービン負荷設定に相当
の信号を所定の変化率で制限してガスタービン分担負荷
設定信号を出力するガスタービン分担負荷設定信号出力
手段と、軸負荷設定信号の内で蒸気タービン負荷設定に
相当の信号を所定の変化率で制限して蒸気タービン分担
負荷設定信号を出力する蒸気タービン分担負荷設定信号
出力手段と、ガスタービン分担負荷設定信号と蒸気ター
ビン分担負荷設定信号とを加算して得られる加算信号と
軸負荷実測信号との偏差信号を負荷制御信号とする負荷
制御信号出力手段とを設けるようにしたものである。

【００２４】

【作用】請求項１のコンバインドサイクル発電プラント
の負荷制御装置によれば、軸負荷制御がされ、軸負荷設
定信号が増加されると、負荷制御信号が増加し、ガスタ
ービン燃料指令信号が増加される。このとき、ガスター
ビン負荷と蒸気タービン負荷も増加されて軸負荷設定信
号に対して軸負荷実測信号がある時間遅れて出力され
る。その後に軸負荷設定信号と軸負荷実測信号との偏差
信号が徐々に増加して偏差信号が所定値以上となると、
ガスタービン負荷制御に切替えられる。ガスタービン負
荷制御へ移行すると、ガスタービン分担負荷設定信号に
ガスタービン燃料指令信号に基づくガスタービン負荷計
算値信号が追従してガスタービン負荷が整定値に近づき
維持される。その後、ガスタービン負荷が整定すると軸
負荷設定信号と軸負荷実測信号との偏差が所定値以下と
なり、軸負荷制御に切替えられる。これにより、軸負荷
設定信号を増加させたときのガスタービン負荷のオーバ
ーシュートが抑制され軸負荷実測信号が軸負荷設定信号
に円滑に追従することができる。なお、軸負荷設定信号
が減少されときも、増加したときと同様にガスタービン
負荷のアンダ−シュートが抑制され軸負荷実測信号が軸
負荷設定信号に円滑に追従することができる。従って、
排熱回収ボイラが外乱を受けて不安定な状態になり、排
熱回収ボイラの保護のため蒸気温度高等の保護動作によ
って発電プラントの緊急停止の事態発生を防止すること
ができる。

【００２５】請求項２のコンバインドサイクル発電プラ
ントの負荷制御装置によれば、軸負荷制御がされ、軸負
荷設定信号が増加されると、負荷制御信号が増加し、ガ
スタービン燃料指令信号が増加される。このとき、ガス
タービン負荷と蒸気タービン負荷も増加されて軸負荷設
定信号に対して軸負荷実測信号がある時間遅れて出力さ
れる。その後に軸負荷設定信号と軸負荷実測信号との偏
差信号が徐々に増加して偏差信号が所定値以上で、か
つ、ガスタービン分担負荷設定信号とガスタービン燃料
指令信号に基づくガスタービン負荷計算値信号が所定値
以下となると保持信号が出力され、負荷制御信号が保持
される。負荷制御信号が保持されると、ほぼ、ガスター
ビン分担負荷設定信号に近い値である負荷制御信号に基
づくガスタービン燃料指令信号によって制御される。こ
れによって、ガスタ−ビン負荷がガスタービン分担負荷
設定信号に近い値に維持される。その後、蒸気タ−ビン
負荷も遅れて蒸気タ−ビン負荷の相当の整定値となる。
その後、軸負荷設定信号と軸負荷実測信号との偏差信号
が徐々に減少してほぼ等しくなると、保持信号の出力が
禁止され、再び軸負荷設定信号と軸負荷実測信号との偏
差信号による負荷制御信号により制御される。これによ
り、軸負荷設定信号を増加させたときのガスタービン負
荷のオーバーシュートが抑制されガスタービン負荷のオ
ーバーシュートに伴う蒸気タ−ビンのオーバーシュート
がないから軸負荷実測信号が軸負荷設定信号に円滑に追
従することができる。また、軸負荷設定信号が減少され
たときも、増加したときと同様にガスタービン負荷のア
ンダ−シュートが抑制され軸負荷実測信号が軸負荷設定
信号に円滑に追従することができる。従って、排熱回収
ボイラが外乱を受けて不安定な状態になり、排熱回収ボ
イラの保護のため蒸気温度高等の保護動作によって発電
プラントの緊急停止の事態発生を防止することができ
る。

【００２６】請求項３のコンバインドサイクル発電プラ
ントの負荷制御装置によれば、軸負荷設定信号を増加さ
せると、ガスタービン分担負荷設定信号出力手段の出力
がガスタービン分担負荷設定信号に向けて所定の負荷増
加率で増加する。同様に、蒸気タービン分担負荷設定信
号出力手段の出力が蒸気タービン分担負荷設定信号に向
けて所定の負荷増加率で増加する。これらの出力が負荷
制御信号出力手段で加算され得られる加算信号と軸負荷
実測信号とが負荷制御信号出力手段へ入力され得られる
偏差信号が負荷制御信号とされる。これにより、ガスタ
ービン燃料指令信号が増加され、軸負荷実測信号が遅れ
て増加してくる。その後、ガスタービン分担負荷設定信
号出力手段の出力がガスタービーン分担負荷設定に到達
すると、ガスタービン分担負荷設定信号出力手段の出力
の増加が停止する。そして、蒸気タービン分担負荷設定
信号出力手段の出力が増加して蒸気タービン分担負荷設
定に到達して増加が停止する。このように、軸負荷設定
信号を増減させた場合に、ガスタービン負荷増減動作の
オーバーシュートまたはアンダーシュートを防止でき、
蒸気タービン負荷もオーバーシュートまたはアンダーシ
ュートを防止できる。従って、排熱回収ボイラの制御お
よび運転も安定し、入熱量のオーバーシュート等による
蒸気温度高等の運転異常による緊急停止を防止できる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００２８】図１は、本発明の第１実施例を示すコンバ
インドサイクル発電プラントの負荷制御装置の構成図で
ある。図１が図１１と同一符号は、同一部分または相当
部分を示し、図１が図１１と異なる点は、軸負荷制御部
５の構成を異にし、軸負荷制御部１０とし、軸負荷設定
信号を変化させたとき、ガスタービン負荷と蒸気タービ
ン負荷がオーバーシュートまたはアンダーシュートする
ことなく追従するようにしたことである。

【００２９】軸負荷制御部１０は、軸負荷設定信号出力
手段１１とガスタービン負荷設定信号出力手段１２と負
荷制御信号切替手段１３とから構成されている。

【００３０】軸負荷設定信号出力手段１１は、軸負荷実
測信号が軸負荷設定信号に追従するように、軸負荷制御
をするために軸負荷設定信号を出力する。

【００３１】ガスタービン負荷設定信号出力手段１２
は、軸負荷設定信号の内でガスタービン負荷設定に相当
するガスタービン分担負荷設定信号がガスタービン燃料
指令信号へ追従するように、ガスタービン負荷制御をす
るためにガスタービン分担負荷設定信号を出力するもの
で、設定手段１２ａと乗算手段１２ｂとからなってい
る。

【００３２】設定手段１２ａは、ガスタービン負荷分担
率、例えば、０．６７程度の値を設定する。乗算手段１
２ｂは、軸負荷設定信号にガスタービン負荷分担率を乗
算してガスタービン分担負荷設定信号を出力する。

【００３３】負荷制御信号切替手段１３は、軸負荷設定
信号出力手段が出力する軸負荷設定信号と軸負荷実測信
号との偏差信号を負荷制御信号として出力する一方、軸
負荷設定信号と軸負荷実測信号との偏差信号が所定値以
上のときガスタービン負荷制御とするように切替えてガ
スタービン負荷設定信号とガスタービン燃料指令信号に
基づくガスタービン負荷計算値信号との偏差信号を負荷
制御信号として出力するもので、偏差算出手段１３ａと
絶対値演算手段１３ｂと比較手段１３ｃと否定手段１３
ｄと切替手段１３ｅと切替手段１３ｆと変化率制限手段
１３ｇと関数発生手段１３ｈとからなっている。

【００３４】ここで、偏差算出手段１３ａは、軸負荷設
定信号と軸負荷実測信号との偏差信号を出力する。絶対
値演算手段１３ｂは、上記偏差信号の絶対値を出力す
る。比較手段１３ｃは、偏差信号が所定値未満のとき負
の信号を出力し、偏差信号が所定値以上のとき正の信号
を出力する。否定手段１３ｄは、上記負の信号を入力し
て反転した正の信号を出力する一方、正の信号を入力し
て負の信号を出力する。

【００３５】切替手段１３ｅは、否定手段１３ｄからの
正の信号により軸負荷制御をするように切替える一方、
負の信号によりガスタービン負荷制御をするように切替
える。切替手段１３ｆは、否定手段１３ｄからの正の信
号により軸負荷制御をするように切替える一方、負の信
号によりガスタービン負荷制御をするように切替える。
変化率制限手段１３ｇは、偏差算出手段１３ｉからの信
号を所定の変化率で制御して負荷制御信号とする。関数
発生手段１３ｈは、ガスタービン燃料指令信号を入力し
て予め設定された関数によりガスタービン計算値信号を
出力する。

【００３６】以上の構成で、図４に示す作用図を参照し
て説明すると、軸負荷設定信号出力手段１１の出力が安
定しているとき、軸負荷設定信号出力手段１１からの軸
負荷設定信号と軸負荷実測信号とのほぼ等しい両信号が
負荷制御信号切替手段１３の偏差算出手段１３ａへ入力
されている。このとき、偏差算出手段１３ａにより得ら
れるほぼ零の偏差信号が絶対値演算手段１３ｂを介して
比較手段１３ｃによって所定の設定信号と比較される。
これによって、比較手段１３ｃから負の信号が出力され
否定手段１３ｄによって反転され、正の信号によって軸
負荷制御とされるように、図１に示すように切替手段１
３ｅと切替手段１３ｆとのスイッチの方向に切替えてい
る。

【００３７】この図１の状態では、軸負荷制御がされ軸
負荷設定信号出力手段１１の軸負荷設定信号が切替手段
１３ｅを介して負荷制御信号切替手段１３の偏差算出手
段１３ｉへ入力され、軸負荷実測信号が切替手段１３ｆ
を介して偏差算出手段１３ｉへ入力され、得られる負荷
制御信号が変化率制限手段１３ｇを介して前述した軸速
度制御部６へ入力されている。

【００３８】この状態のとき、時刻ｔ１に外部信号によ
り軸負荷設定信号出力手段１１の軸負荷設定信号を増加
させると、偏差算出手段１３ｉから出力される負荷制御
信号が増加して軸速度制御部６を介してガスタービン燃
料指令信号が増加する。これに伴い、軸負荷設定信号に
軸負荷実測信号が追従して増加する。

【００３９】その後、時刻ｔ２に軸負荷設定信号と軸負
荷実測信号との偏差が所定値になると、負荷制御信号切
替手段１３の比較手段１３ｃが正の信号を出力する。こ
のため、否定手段１３ｄの出力が負となり、軸負荷制御
からガスタービン負荷制御へ移行する。

【００４０】ガスタービン負荷制御では、切替手段１３
ｅと切替手段１３ｆとが、図２に示す状態となり、ガス
タービン負荷設定信号出力手段１２のガスタービン負荷
設定信号が切替手段１３ｅを介して偏差算出手段１３ｉ
へ入力され、低値選択部９の出力であるガスタービン燃
料指令信号が図３に示す関数発生手段１３ｈへ入力さ
れ、得られるガスタービン負荷計算信号が切替手段１３
ｆを介して偏差算出手段１３ｉへ入力される。この図３
に示す関数発生手段１３ｈは、予めガスタービン燃料指
令信号の大きさに応じて得られるガスタービン負荷の値
を関数によって設定したものである。

【００４１】このとき、ガスタービン負荷設定信号出力
手段１２の設定手段１２ａは、軸負荷設定信号の６７％
程度となるように設定されており、ガスタービン負荷設
定信号出力手段１２から軸負荷設定信号の約６７％がガ
スタービン負荷設定信号として出力される。

【００４２】これによって、軸負荷設定信号の約６７％
のガスタービン負荷設定信号に対してガスタービン燃料
指令信号に基づくガスタービン負荷計算信号が追従する
ようにフィードバック制御がされる。その後、時刻ｔ３
にガスタービン負荷計算信号が軸負荷設定信号の６７％
程度に到達すると、ガスタービン燃料指令信号がそのと
きの値を維持してガスタービン負荷制御ループとして安
定した状態になる。

【００４３】また、蒸気タービン負荷は、ガスタービン
負荷の上昇に伴う排熱回収ボイラ４の入熱上昇により増
加し、ガスタービン負荷制御が安定した後に、時刻ｔ４
になると、蒸気タービン負荷が軸負荷設定信号から６７
％を差し引いた３３％程度に到達する。

【００４４】次に、ガスタービン負荷と蒸気タービン負
荷の両方が目標値に到達すると、軸負荷設定信号と軸負
荷実測信号とがほぼ等しくなり、負荷制御信号切替手段
１３の比較手段１３ｃの入力が零に近い値になる。この
ため比較手段１３ｃの出力が負の信号となる。これによ
り、切替手段１３ｅと切替手段１３ｆが図１の初期の状
態に戻り、ガスタービン負荷制御から軸負荷制御に戻
る。軸負荷制御に戻るときは、軸負荷設定信号と軸負荷
実測信号との偏差が小さいので安定した切替えができ
る。

【００４５】なお、軸負荷設定信号出力手段１１の出力
を減少された場合も上記と同等の動きになる。また、ガ
スタービン負荷計算信号はガスタービン燃料指令信号を
使用する代わりに実測した燃料流量若しくはガスタービ
ン入口空気圧力相当値でもよく、大気温度や大気湿度に
よる補正を加えて計算精度を高めてもよい。また、ガス
燃料弁の動作遅れや燃料投入によるガスタービン出力の
変化遅れに時間がかかるプラントでは、ガスタービン負
荷計算信号に一次遅れの特性を加えて実際の負荷に近似
させることも考えられる。

【００４６】このようにして、従来のようにガスタービ
ン負荷のオーバーシュートすることが抑制され、ガスタ
ービン負荷、蒸気タービン負荷共に安定した制御が可能
になる。

【００４７】次に、本発明の第２実施例を図５を参照し
て説明する。

【００４８】図５が図１１と同一符号は、同一部分また
は相当部分を示し、図５が図１１と異なる点は、軸負荷
制御部５の構成を異にし、軸負荷制御部２０としたこと
で、ガスタービン負荷と蒸気タービン負荷とのオーバー
シュートまたはアンダーシュートを防止するようにして
いる。

【００４９】軸負荷制御部２０は、軸負荷設定信号出力
手段２１とガスタービン分担負荷設定信号出力手段２２
とガスタービン負荷制御保持信号出力手段２３と負荷制
御信号出力手段２４とを設けている。

【００５０】ここで、軸負荷設定信号出力手段２１は、
軸負荷設定信号を出力する。ガスタービン分担負荷設定
信号出力手段２２は、軸負荷設定信号の内でガスタービ
ン負荷設定に相当するガスタービン分担負荷設定信号に
ガスタービン燃料指令信号に基づくガスタービン負荷計
算値信号が追従するようにガスタービン負荷制御をする
ためにガスタービン分担負荷設定信号を出力するもの
で、設定手段２２ａと乗算手段２２ｂからなっている。

【００５１】設定手段２２ａは、ガスタービン負荷分担
率、例えば、０．６７に設定されている。乗算手段２２
ｂは、軸負荷設定信号にガスタービン負荷分担率を乗算
する。

【００５２】ガスタービン負荷制御保持信号出力手段２
３は、軸負荷設定信号と軸負荷実測信号との偏差信号が
所定値以上で、かつ、ガスタービン分担負荷設定信号と
ガスタービン負荷計算値信号との偏差信号が所定値以下
での条件で保持信号を出力するもので、関数発生手段２
３ａと偏差算出手段２３ｂと絶対値演算手段２３ｃと比
較手段２３ｄと絶対値演算手段２３ｅと比較手段２３ｆ
と論理積演算手段２３ｇとからなっている。

【００５３】関数発生手段２３ａは、ガスタービン燃料
指令信号を入力して図３に示す如くの関数によってガス
タービン負荷計算信号を出力する。偏差算出手段２３ｂ
は、ガスタービン分担負荷設定信号とガスタービン負荷
計算値信号との偏差信号を出力する。絶対値演算手段２
３ｃは、上記偏差信号の絶対値を出力する。

【００５４】比較手段２３ｄは、入力する偏差信号が小
さいとき正の信号を出力する。絶対値演算手段２３ｅ
は、偏差算出手段２４ａからの偏差信号の絶対値を出力
する。比較手段２３ｆは、入力される偏差信号が大きい
とき正の信号を出力する。論理積演算手段２３ｇは、論
理積の条件成立により保持信号を出力する。

【００５５】負荷制御信号出力手段２４は、軸負荷設定
信号と軸負荷実測信号との偏差信号を負荷制御信号とす
る一方、保持信号が入力すると負荷制御信号を保持して
出力するもので、偏差算出手段２４ａと切替手段２４ｂ
と設定手段２４ｃと変化率制限手段２４ｄからなってい
る。

【００５６】偏差算出手段２４ａは、軸負荷設定信号と
軸負荷実測信号との偏差信号を算出する。切替手段２４
ｂに保持信号によって設定手段２４ｃからの信号を入力
する。設定手段２４ｃは零を設定出力する。変化率制限
手段２４ｄは、所定の変化率で制限する。

【００５７】以上の構成で、図７に示す作用図を参照し
て説明すると、軸負荷設定信号出力手段２１の軸負荷設
定信号が変化していない時刻ｔ１のとき、図５に示す状
態となっている。すなわち、このとき、ガスタービン燃
料指令信号に基づく関数発生手段２３ａの出力であるガ
スタービン負荷計算信号信号とガスタービン分担負荷設
定信号出力手段２２のガスタービン分担負荷信号とが偏
差算出手段２３ｂへ入力され、大きな偏差信号が絶対値
演算手段２３ｃを介して比較手段２３ｄへ入力されてい
る。

【００５８】一方、絶対値演算手段２３ｅと比較手段２
３ｆも偏差算出手段２４ａから零に近い信号が入力され
ている。従って、比較手段２３ｄと比較手段２３ｆとが
共に負の論理信号を論理積演算手段２３ｇへ出力し、保
持信号が負の信号となって図５の状態となっている。ま
た、ほぼ等しい軸負荷設定信号と軸負荷実測信号とが負
荷制御信号出力手段２４の偏差算出手段２４ａへ入力さ
れ、得られるほぼ零の負荷制御信号が切替手段２４ｂを
介して変化率制限手段２４ｄを介して軸速度制御部６へ
出力されている。

【００５９】この図５の状態で外部信号によって軸負荷
設定信号出力手段２１の軸負荷設定信号を時刻ｔ１以降
に増加させると、軸負荷設定信号と軸負荷実測信号との
偏差が大きくなり、変化率制限手段２４ｄの出力が増加
して、ガスタービン燃料指令信号が増加する。その後
に、ガスタービン負荷が上昇して、時刻ｔ２にガスター
ビン分担負荷設定信号出力手段２２から出力されるガス
タービン分担負荷設定と関数発生手段２３ａで計算され
たガスタービン負荷計算信号が近い値になると偏差算出
手段２３ｂで得られる偏差信号がほぼ零に近づき絶対値
演算手段２３ｃを介して比較手段２３ｄが論理積演算手
段２３ｇへ正の信号を出力する。

【００６０】このとき、偏差算出手段２４ａから出力さ
れる大きな負荷制御信号が絶対値演算手段２３ｅを介し
て比較手段２３ｆへ入力され、比較手段２３ｆから正の
信号が論理積演算手段２３ｇへ出力される。これによっ
て、論理積演算手段２３ｇから保持信号が出力され切替
手段２４ｂを図６の状態とする。この切替手段２４ｂに
よって、設定手段２４ｃへ切替えられると、負荷制御信
号が保持され、ほぼガスタービン分担負荷設定信号相当
となる。

【００６１】その後、ガスタービン負荷は、ほぼガスタ
ービン分担負荷設定信号に追従して一定値を維持する
が、遅れて蒸気タービン負荷が上昇すると、蒸気タービ
ン負荷がガスタービン負荷とバランスする値、すなわ
ち、時刻ｔ３に設定手段２２ａの設定から軸負荷設定信
号から差し引いた３３％程度の値の整定付近になると、
比較手段２３ｆの出力が負の信号になる。このため論理
積演算手段２３ｇの出力が負となり、切替手段２４ｂが
図５の状態に戻る。このとき、偏差算出手段２４ａから
の負荷制御信号は零に近いため切替えによる外乱は生じ
ない。

【００６２】この実施例でも、従来のようにガスタービ
ン負荷がオーバーシュートすることがなくなり、ガスタ
ービン負荷、蒸気タービン負荷共に安定した制御が可能
になる。

【００６３】次に、本発明の第３実施例を図８を参照し
て説明する。

【００６４】図８が図１１と同一符号は、同一部分また
は相当部分を示し、図８が図１１と異なる点は、軸負荷
制御部５の構成を異にし、軸負荷制御部３０としたこと
で、これによって、ガスタービン負荷と蒸気タービン負
荷のオーバーシュートまたはアンダーシュートを防止す
るようにしている。

【００６５】軸負荷制御部３０は、軸負荷設定信号出力
手段３１とガスタービン分担負荷設定信号出力手段３２
と蒸気タービン分担負荷設定信号出力手段３３と負荷制
御信号出力手段３４とからなっている。

【００６６】軸負荷設定信号出力手段３１は、軸負荷設
定信号を出力する。ガスタービン分担負荷設定信号出力
手段３２は、軸負荷設定信号の内でガスタービン負荷設
定に相当する信号を所定の変化率で制限してガスタービ
ン分担負荷設定信号を出力するもので、設定手段３２ａ
と乗算手段３２ｂと変化率制限手段３２ｃとからなって
いる。設定手段３２ａは、ガスタービン負荷分担率、例
えば、０．６７を設定する。乗算手段３２ｂは、軸負荷
設定信号にガスタービン負荷分担率を乗算する。変化率
制限手段３４は、入力信号を所定の変化率で制限する。

【００６７】蒸気タービン分担負荷設定信号出力手段３
３は、軸負荷設定信号の内で蒸気タービン負荷設定に相
当する信号を所定の変化率で制限して蒸気タービン分担
負荷設定信号を出力するもので、設定手段３３ａと乗算
手段３３ｂと変化率制限手段３３ｃとからなっている。
設定手段３３ａは、蒸気タービン負荷分担率、例えば、
０．３３を設定する。乗算手段３３ｂは、軸負荷設定信
号に蒸気タービン負荷分担率を乗算する。変化率制限手
段３３ｃは、入力信号を所定の変化率で制限する。

【００６８】負荷制御信号出力手段３４は、ガスタービ
ン分担負荷設定信号と蒸気タービン分担負荷設定信号と
を加算して得られる加算信号と軸負荷実測信号との偏差
信号を負荷制御信号とするもので、加算手段３４ａと偏
差算出手段３４ｂと変化率制限手段３４ｃとからなって
いる。加算手段３４ａは、ガスタービン分担負荷設定信
号と蒸気タービン分担負荷設定信号を加算する。偏差算
出手段３４ｂは、加算手段３４ａの加算信号と軸負荷実
測信号との偏差信号を算出する。変化率制限手段３４ｃ
は、偏差信号を所定の変化率で制限して出力する。

【００６９】以上の構成で、図９に示す作用図を参照し
て説明すると、時刻ｔ１では軸負荷設定信号出力手段３
１の軸負荷設定信号が安定した状態であったとする。時
刻ｔ１以降に外部信号によって軸負荷設定信号を増加さ
せると、まず、ガスタービン分担負荷設定信号出力手段
３２の変化率制限手段３２ｃの出力がガスタービン分担
負荷設定信号に向けてガスタービンの実際の負荷増加率
と近似する値で増加する。

【００７０】同様に、蒸気タービン分担負荷設定信号出
力手段３３の変化率制限手段３３ｃの出力が蒸気タービ
ン分担負荷設定信号に向けて蒸気タービンの実際の負荷
増加率に近似する値で増加する。

【００７１】これらのガスタービン分担負荷設定信号出
力手段３２と蒸気タービン分担負荷設定信号出力手段３
３との出力が負荷制御信号出力手段３４の加算手段３４
ａへ入力され、得られる加算信号と軸負荷実測信号とが
負荷制御信号出力手段３４の偏差算出手段３４ｂへ入力
され得られる偏差信号が変化率制限手段３２ｃへ入力さ
れる。

【００７２】これにより、ガスタービン燃料指令信号が
増加され、軸負荷実測信号が少し遅れて増加してくる。
この軸負荷実測信号の増加率は、変化率制限手段３２ｃ
と変化率制限手段３３ｃの両方の出力を加算した値の増
加率と近似する。その後、時刻ｔ２に変化率制限手段３
２ｃの出力がガスタービン分担負荷設定に到達すると、
変化率制限手段３２ｃの出力の増加が停止する。そし
て、変化率制限手段３３ｃの出力の増加だけが継続す
る。

【００７３】変化率制限手段３３ｃからの増加だけにな
ると、ガスタービン燃料の増加がなくても変化率制限手
段３３ｃの増加と軸負荷実測信号の増加とが近似した値
になるため、ガスタービン燃料指令信号の増加が停止す
る。これは、蒸気タービン負荷が、ガスタービン負荷と
バランス値に向けて遅れて増加するためである。

【００７４】その後、変化率制限手段３３ｃの出力が、
時刻ｔ３に蒸気タービン分担負荷設定に到達して増加が
停止する。軸負荷実測信号も蒸気タービン負荷の増加が
停止するのに伴い停止する。

【００７５】なお、変化率制限手段３２ｃと変化率制限
手段３３ｃをガスタービン燃料指令信号の増加率に応じ
た値にすることにより、さらに、精度を高めることがで
きる。

【００７６】このように、軸負荷設定信号を増減させた
場合に、ガスタービン負荷、蒸気タービン負荷共に安定
した制御が可能になり、ガスタービン負荷の増減動作に
よるオーバーシュートまたはアンダーシュートを防止で
き、排熱回収ボイラの入熱および蒸気タービンのオーバ
ーシュートまたはアンダーシュートを防止でき、安定し
たコンバインドサイクル発電プラントの負荷運転が可能
となる。これにより、排熱回収ボイラの制御および運転
も安定し、入熱量のオーバーシュートによる蒸気温度高
等の運転異常による緊急停止を防止でき、安定した運転
継続が可能となる。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、軸負荷設定信号を増減したとき、軸負荷設定信号
と軸負荷実測信号との偏差信号が所定値以上となるとガ
スタービン負荷制御へ移行し、ガスタービン分担負荷設
定信号にガスタービン燃料指令信号に基づくガスタービ
ン負荷計算値信号が追従するように制御される。これに
より、ガスタービン負荷のオーバーシュートまたはアン
ダーシュートが抑制でき、蒸気タービン負荷のオーバー
シュートまたはアンダーシュートも抑制できる。従っ
て、排熱回収ボイラが外乱を受けて不安定な状態にな
り、排熱回収ボイラの保護のため蒸気温度高等の保護動
作によって発電プラントの緊急停止の事態発生を防止す
ることができる。

【００７８】請求項２の発明によれば、軸負荷設定信号
を増減したとき、軸負荷設定信号と軸負荷実測信号との
偏差信号が所定値以上で、かつ、ガスタービン分担負荷
設定信号とガスタービン燃料指令信号に基づくガスター
ビン負荷計算値信号が所定値以下となると保持信号が出
力され、ガスタ−ビン負荷がガスタービン分担負荷設定
信号に近い値に維持されるようにしたためにガスタービ
ン負荷のオーバーシュートまたはアンダーシュートが抑
制されガスタービン負荷のオーバーシュート等に伴う蒸
気タ−ビンのオーバーシュート等がないから排熱回収ボ
イラが外乱を受けて不安定な状態になり、排熱回収ボイ
ラの保護のため蒸気温度高等の保護動作によって発電プ
ラントの緊急停止の事態発生を防止することができる。

【００７９】請求項３の発明によれば、軸負荷設定信号
を増減させると、ガスタービン分担負荷設定信号の増減
に遅れて、蒸気タービン分担設定信号が増減し、ガスタ
ービーン分担負荷設定に到達すると、その増減を停止さ
せるようにしたためにガスタービン負荷のオーバーシュ
ートまたはアンダーシュートを防止でき、蒸気タービン
もオーバーシュートまたはアンダーシュートを防止でき
る。従って、排熱回収ボイラの制御および運転も安定
し、入熱量のオーバーシュート等による蒸気温度高等の
運転異常による緊急停止の事態発生を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すコンバインドサイク
ル発電プラントの負荷制御装置の構成図である。

【図２】図１のコンバインドサイクル発電プラントの負
荷制御装置のガスタービン負荷制御を示す説明図であ
る。

【図３】図１に備える関数発生手段の関数を示す説明図
である。

【図４】図１のコンバインドサイクル発電プラントの負
荷制御装置の作用を示す説明図である。

【図５】本発明の第２実施例を示すコンバインドサイク
ル発電プラントの負荷制御装置の構成図である。

【図６】図５の切替手段の動作を示す説明図である。

【図７】図５のコンバインドサイクル発電プラントの負
荷制御装置の作用を示す説明図である。

【図８】本発明の第３実施例を示すコンバインドサイク
ル発電プラントの負荷制御装置の構成図である。

【図９】図８のコンバインドサイクル発電プラントの負
荷制御装置の作用を示す説明図である。

【図１０】一軸型のコンバインドサイクル発電プラント
の系統図である。

【図１１】従来例を示すコンバインドサイクル発電プラ
ントの負荷制御装置の構成図である。

【図１２】図１１のコンバインドサイクル発電プラント
の負荷制御装置の作用を示す説明図である。

【符号の説明】

１ ガスタービン ２ 蒸気タービン ３ 発電機 ４ 排熱回収ボイラ ６ 軸速度制御部 ７ 排ガス温度制御部 ８ 軸起動制御部 ９ 低値選択部 １０，２０，３０ 軸負荷制御部 １１，２１，３１ 軸負荷設定信号出力手段 １２ ガスタービン負荷設定信号出力手段 １２ａ，２２ａ，２４ｃ，３２ａ，３３ａ 設定手段 １２ｂ，２２ｂ，３２ｂ，３３ｂ 乗算手段 １３ 負荷制御信号切替手段 １３ａ，１３ｉ，２３ｂ，２４ａ，３４ｂ 偏差算出
手段 １３ｂ，２３ｃ，２３ｅ 絶対値演算手段 １３ｃ，２３ｄ，２３ｆ 比較手段 １３ｄ 否定手段 １３ｅ，１３ｆ，２４ｂ 切替手段 １３ｇ，２４ｄ，３２ｃ，３３ｃ，３４ｃ 変化率制
限手段 １３ｈ，２３ａ 関数発生手段 ２２，３２ ガスタービン分担負荷設定信号出力手段 ２３ ガスタービン負荷制御保持信号出力手段 ２３ｇ 論理積演算手段 ２４，３４ 負荷制御信号出力手段 ３３ 蒸気タービン分担負荷設定信号出力手段 ３４ａ 加算手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスタービンと蒸気タービンと発電機と
   を同一軸により連結すると共に、前記ガスタービンの排
   ガスを排ガス回収ボイラへ供給して発生する蒸気によっ
   て前記蒸気タービンを回転させ負荷制御信号に基づく信
   号により前記ガスタービンへ供給する燃料を増減するガ
   スタービン燃料指令信号を出力して負荷制御するコンバ
   インドサイクル発電プラントの負荷制御装置において、 軸負荷実測信号が軸負荷設定信号に追従するように、軸
   負荷制御をするために軸負荷設定信号を出力する軸負荷
   設定信号出力手段と、 前記軸負荷設定信号の内で前記ガスタービン負荷設定に
   相当するガスタービン分担負荷設定信号が前記ガスター
   ビン燃料指令信号に基づくガスタービン負荷計算値信号
   へ追従するようにガスタービン負荷制御をするためにガ
   スタービン分担負荷設定信号を出力するガスタービン負
   荷設定信号出力手段と、 前記軸負荷設定信号出力手段が出力する軸負荷設定信号
   と前記軸負荷実測信号との偏差信号を前記負荷制御信号
   として出力する一方、前記軸負荷設定信号と軸負荷実測
   信号との偏差信号が所定値以上のときガスタービン負荷
   制御とするように切替えて前記ガスタービン負荷設定信
   号と前記ガスタービン負荷計算値信号との偏差信号を前
   記負荷制御信号として出力する負荷制御信号切替手段と
   を備えることを特徴とするコンバインドサイクル発電プ
   ラントの負荷制御装置。
2. 【請求項２】 ガスタービンと蒸気タービンと発電機と
   を同一軸により連結すると共に、前記ガスタービンの排
   ガスを排ガス回収ボイラへ供給して発生する蒸気によっ
   て前記蒸気タービンを回転させ負荷制御信号に基づく信
   号により前記ガスタービンへ供給する燃料を増減するガ
   スタービン燃料指令信号を出力して負荷制御するコンバ
   インドサイクル発電プラントの負荷制御装置において、 軸負荷実測信号が軸負荷設定信号に追従するように軸負
   荷制御をするために軸負荷設定信号を出力する軸負荷設
   定信号出力手段と、 前記軸負荷設定信号の内で前記ガスタービン負荷設定に
   相当するガスタービン分担負荷設定信号に前記ガスター
   ビン燃料指令信号に基づくガスタービン負荷計算値信号
   が追従するようにガスタービン負荷制御をするためにガ
   スタービン分担負荷設定信号を出力するガスタービン分
   担負荷設定信号出力手段と、 前記軸負荷設定信号と前記軸負荷実測信号との偏差信号
   が所定値以上で、かつ、前記ガスタービン分担負荷設定
   信号と前記ガスタービン負荷計算値信号との偏差信号が
   所定値以下での条件で保持信号を出力する保持信号出力
   手段と、 前記軸負荷設定信号と前記軸負荷実測信号との偏差信号
   を前記負荷制御信号とする一方、前記保持信号が入力す
   ると前記負荷制御信号を保持して出力する負荷制御信号
   出力手段とを備えることを特徴とするコンバインドサイ
   クル発電プラントの負荷制御装置。
3. 【請求項３】 ガスタービンと蒸気タービンと発電機と
   を同一軸により連結すると共に、前記ガスタービンの排
   ガスを排ガス回収ボイラへ供給して発生する蒸気によっ
   て前記蒸気タービンを回転させ負荷制御信号に基づく信
   号により前記ガスタービンへ供給する燃料を増減するガ
   スタービン燃料指令信号を出力して負荷制御するコンバ
   インドサイクル発電プラントの負荷制御装置において、 軸負荷実測信号が軸負荷設定信号に追従するように軸負
   荷制御をするために軸負荷設定信号を出力する軸負荷設
   定信号出力手段と、 前記軸負荷設定信号の内でガスタービン負荷設定に相当
   する信号を所定の変化率で制限してガスタービン分担負
   荷設定信号を出力するガスタービン分担負荷設定信号出
   力手段と、 前記軸負荷設定信号の内で蒸気タービン負荷設定に相当
   する信号を所定の変化率で制限して蒸気タービン分担負
   荷設定信号を出力する蒸気タービン分担負荷設定信号出
   力手段と、 前記ガスタービン分担負荷設定信号と前記蒸気タービン
   分担負荷設定信号とを加算して得られる加算信号と軸負
   荷実測信号との偏差信号を前記負荷制御信号とする負荷
   制御信号出力手段とを備えることを特徴とするコンバイ
   ンドサイクル発電プラントの負荷制御装置。