JPS5874834A - ガスタ−ビン制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電力系統の周波数及び負荷制御に係り特に発電
機原動機の速度／負荷制御装置に関する。

従来の発電機原動機の速度／負荷制御装置は運用面から
ガバナフリー運転、もしくは周波数調整用発電運転の２
つがあるが、前者はガバナフリー運転のみで自動周波数
制御をすることができない。

また、逆に後者はガバナフリー運転とすることができな
い問題がある。ここで、後述する発明実施例の理解の一
助とするために前者の従来技術によるガバナフリー運転
の特質を記述する。第１図は、従来技術の速度／負荷特
性力ごブを示しＹ軸にガスタービンの負荷（＊）Ｖとり
、Ｙ軸にガバナ操作瀘でのるディジタルセットポイント
（チ］をとった４チの一定率をもつガスタービンの速度
／負荷特性を示す。説明の為に仮にディジタルセットポ
イントが１０２チＤＩＰ、で負荷が５０チＰ１点でめれ
ば、１００チ速置すなわち定格周波数Ｆｎで運転されて
いることになる。ここで系統の負荷が急増し系統周波数
が０．５　Ｈｚ低下、ガスタービンの速度侯算ではｌチ
低下したＦ２点になると、ガスタービンの負荷は速度調
定率に従い１０２チのディジタルセットポイントＤＳＰ
１　と速度低下した点Ｆ２　との交点の負荷、すなわち
負荷変動によって生じた周波数と負荷との平衡点である
７５チ負荷点Ｐ２でガスタービンの出力と負荷が平衡す
る。この場合の出力と負荷の平衡は周波数を犠牲にした
上に成り立っているものであるが、この様なガバナフリ
ー運転機では周波′数の回復を待つか、あるいは自己の
ガバナ操作スイッチを増側に操作し、ガスタービンの燃
料量を増加し定格周波数まで上昇、本例では定格周波数
Ｆｎと交差するディジタルセットポイントｉ０３＊Ｄ８
Ｐｇまで増加させる必要がある。負荷急減による周波。

数上昇の場合も同様でガバナの減操作が必要となる。要
するにガバナフリー運転機はその特質上、負荷変動によ
る周波数制御は外部からの操作が介入しない限りにおい
て不能である。

本発明の目的は、ガバナフリー運用の速度／負荷制御装
置に周波数制御装置を付加し両者の機能を兼ね備え、小
規模な負荷変動時はガバナフリー大幅な負荷変動に対し
ては自動周波数制御装置として機能する速度／負荷制御
装置の提供にある。

本発明は、負荷変動中が小さな点ではガバナフリー運転
のもつ特性を生かし、負荷変動中が大きい点では周波数
変動も大きいのでこの場合はガバナフリー、運転状態か
ら即座に自動周波数制御運転に移行させ周波数変動を整
定すべく発を機原動機のガバナを周波数整定に見合う分
だけ自動的に操作し原動機の駆動エネルギーの増減制御
を行なわしめるものである。系統並人後の発電機原動機
速度は系統周波数と比例関係にあるが、この系統に連結
した原Ｉｊｈ機の速度と、原ＩＪＪ機１００チ速度基準
信号発生器からの信号、すなわち、前者が系統周波数、
後者が基準定格周波数相当の信号となるが、この２者の
信号を比較し偏差が、あらかじめ設定しであるガバナフ
リー運用巾設定内から外れた場合はこの設定内の周波数
に整定するまでガバナに対し増減信号を与える。基準定
格周波数に対して系統周波数が低い場合は過負荷と判断
しガバナ増加信号を、逆に系統周波数が高い場合は軽負
荷とみてガバナ減信号を与える。この結果発電機原動機
の駆動エネルギーが増減し発電機出力が加減されて周波
数制御がなされることになる。

第２図は、従来からある速度／負荷制御回路に本発明で
ある自動暦波数制御を行なわしめる為の回路を付加した
図である。尚、本実施例はガスタービン発心設備に適用
したものである。

本発明の速度／負荷制御回路の増減信号は静止形ガバナ
回路ゆえディジタルセットポイントＣＤＩＰ）と称する
。以下、本発明の回路の構成を説明する。ディジタルセ
ットポイントの増側回路はディジタルセットポイントが
上限位置でない１、及びガスタービンの排気温度制御に
なっていない２の条件のもとに増側の操作指令を受けつ
ける。増側の操作指令として、自動同研装置からの増指
令３、ガバナ手動スイッチ増操作４、自動負荷設定器か
らの増指令５、そしてガバナフリー運用中設定から外れ
たときのデイジタルセットボイ／ト増那指令３５等があ
る。ディジタルセットポイント域側回路は、ディジタル
セットポイントが下限位置でない６０条件のもとに濃側
の操作指令を受けつける。濃側の操作指令として、自動
同期装置からの減速指令７、ガバナ手動スイッチ減操作
８、自動負荷設定器からの減指令９、ガスタービンの排
気温度制限１０による褌、そしてガバナフリー運用中設
定値から外ｎたときのディジタルセットポイント減少指
令３６等がある。これら増、減指令はそれぞれディジタ
ルセットポイント増指令１１、減指令１２としてパルス
発生器１３へ伝達される。パルス発生器１３は、増、減
指令の持続時間に比例したパルスを発生させる。このノ
（ルスは１０ビツトのりヴアシングカウンタ１４で増指
令の４合は４７Ｊ１１方向へ減指令の場合は減方向にカ
ウントさ扛このディジタル童はディジタル／アナログ変
僕器１５でアナログ賞に変換される。このアナログ量は
ガスタービンの速度／負荷設定指令でアルディジタルセ
ットポイント１６として加算点２０とディジタルセット
ポイントＬＯＷモニタリレー２９へ伝送される。カロ算
点２０にはこのディジタルセットポイント１６の他にガ
スタービン速度信号１７．１００％速度基準値１８、調
定率設定器１９７５（７１１１算され、これらの加算結
果が異符号演算増幅器２１に伝送され、異符号演算増幅
器２１の出力はＬＯＷバリューゲート２２に連絡される
。ガスタービンの燃料制御信号７２は上記した速度／負
荷制御回路の個に排気温度ループ２４、起動制御ループ
２５がそれぞれＬＯＷバリューゲート會介して連絡され
ており、こｈら３つの制御ループの最も小さい制御信号
によって燃料の制御がなされる。自動同期開始から負荷
運転中の範囲は、ガスタービンの排ガス温度に異常がな
ければ速度／負荷制御回路によってガスタービンの燃料
量が制御される。ガスタービンの速度信号１７はガバナ
フリー運用中設定用加算器３２にも伝達される。このガ
スタービン速贋信号１７はガスタービン速度１００％速
厩基準信号発生器３０と比較される。この１００％速匿
基準信号発生器３０の信号はガバナフリー／速度一定運
転の運用スイッチ３１を介して連結される。ガバナフリ
ー運用中設定用加算器では、ガバナフリー運用中を設定
するガバナフリー設定中設定器３３が付加されている。

ガスタービン速度信号１７と１００％速匿基準信号発生
器３０の信号との比較によりガスタービン速度１７が１
００％速度基準信号３０よシも低く、かつガバナフリー
設定中よりも低い場合には過負荷による周波数低下とみ
てＨＩＧ）Ｉ−ＬＯＷモニタ３４は、ディジタルセット
ポイント増加指令３５を出力する。逆にガスタービン速
度１７が設定中よυも高い場合は負荷軽減による周波数
上昇とみてディジタルセットポイント減少指令３６を出
力する。本回路からの増減出力はそれぞれに保護同機ｎ
Ｑを設けてあり、高負荷域にお諭て増指令出力中に排気
温度制限１０にかかると出力回路’ｔｏＦＦする。逆に
低負荷域において減指令出力中にディジタルセットポイ
ントがめる設定以゛ドになるとディジタルセットポイン
トＬＯＷモニタリレーｂ接点１０によって減出力回路を
ＯＦＦする。

次に本発明による速度／負荷制御について記述する。第
３図は本発明のガバナフリー運用中設定器３３の設定に
よるガバナフリ巾特性を示す。Ｙ軸に速成偏差３Ｂ、Ｙ
軸に速度偏差による発電機出力換算値３９をとっである
。第３図の例ではガバナフリ運用中設定は±０．４Ｈｚ
、発電機出力換算で±２０％としである。すなわち系統
の周波数変動が＋０．４　ＨＺ以内のガバナフリ運用中
４０内であれば従来からもつ４チの調定率に従いガバナ
フリ運転がされる。このガバナフリ運用中よシも過負荷
となシ周波数が−０，４ｆ（ｚ以下に低下するとＨＩＧ
Ｈ−ＬＯＷモニタ３４はディジタルセットポイント増加
指令３５を出力し、ガスタービンの燃料値を増加せしめ
る。逆に負荷が減少し周波数が＋０．４　Ｈｚ以上に上
昇するとディジタルセットポイント減少指令３６を出力
しガスタービンの燃料量を減少せしめる。これらの増減
指令はガバナフリ運用中４０以内にはいる１で指令は持
続する。

第４図は本発明による速度／負荷特性を示す。ディジタ
ルセットポイント１０２％ＤＳＰｔで５０チ負荷Ｐ１点
では負荷と発電機出力は定格周波数の点で平衡している
。この平衡点全中心にして負荷変動±２０２０内であ扛
ば４％の調定率にそってガバナフリ運転がなされる。こ
れ以上の負荷変動に対しては第３図にて説明の通シガス
タービンの燃料量が自動的に増減され常にガバナフリ運
用中内にはいる様制御され負荷変動に見合った適正な燃
料量が供給される。次に本発、明のもう１つのポイント
である低負荷中の速に／負荷制御の問題点解決方法につ
いて説明する。

系統負荷が軽減すると系統周波数が上昇する。

この周波数上昇がガバナフリ運用中から外れたものであ
れば本発明回路によってガスタービンの燃料値は絞り込
みし発゛峨機出力を減じて規定周波数の維持に努めるが
、いくら減少させても系統周波数が許容値内まで低下し
ない場合はやがて発電機出力は零になり系統から逆鴫力
を受けて発電機しゃ断器がトリップしてしまうという問
題を生じる。

これ＋Ｓ決する為には発電機出力が零出力となる前に本
発明の速度／負荷制御方式を除外し、単なるガバナフリ
運転に戻す必要がめる。以下、その除外方法を第５図、
低負荷域における制御解列図によって説明する。

上記の様な系統周波数が高い状態が持続するとディジタ
ルセットポイントは１００　％、すなわち無負荷定格速
度方向に向って減少してくる。このディジタルセットポ
イントの減少′Ｉｋある点、本発明の実施例では１００
．８チ、負荷換算で２０チ負荷を検出しこの点まで減少
してきたら本発明の速度／負荷制御を解列させることと
した。ディジタルセットポイントが減少し、第２図に示
すデイジタルセットポイントＬＯＷモニタリレー２９が
ＬＯＷ検出点であるディジタルセットポイント１００．
８％ＤＳＰ３　を検出するとディジタルセットポイント
ＬＯＷモニタリレーのｂ接点３７がＯＦＦし、ディジタ
ルセットポイン、ト減少指令３６を除外する。この結果
ガスタービンの燃料ｔの絞り込みが停止する為発電機出
力が零になる事態が防止できる。

逆に高負荷域において過負荷の状態が持続すると周波数
が低下しやがてガバナフリ運転中から外れると規定周波
数を維持すべくガスタービンの燃料量が増加されるが、
過負荷量が大きい場合はいくら燃料量を増加させても周
波数の回復が得られない場合がある。ガスタービンの出
力増力口には限度があり、ある点で燃料量の増加を停止
、すなわち本発明の速度／負荷制御を除外してやる必要
がある。第６図は高負荷域における制御解列図である。

高負荷域における制御解りりの手段としては従来からあ
るガスタービンの排気温度制御信号を使うこととした。

第６図に示子如く燃料蓋増加による２次的現象であるガ
スタービンの排気温度上昇が排気温度制限１０に到達し
たことによって第２図に示すディジタルセットポイント
増加指令３５を除外し、本発明の速度／負荷制御を解列
させる手段とした。

以上、本発明の実施例によれば、 ■　負荷変動中が小さい点においては原動機のもつ速度
調定率に従いガバナフリ運転とし負荷変動に即応した発
電機出力とし、負荷変動中が大きな点においては、周波
数置ｍを規定値内に維持すべく自動的に原−機の出力を
制御する。従って従来必要とした自動周波数制御装置や
、固定的な周波数調整用発電所を必要としない。

■　時々刻々変動する負荷変動に対し常に連動するため
自動電力調整器を必要としない。

■　ガバナフリ運転中を小さくすれば自動周波数制御装
置がなくとも周波数調整用発電所としての運用が可能で
特にガスタービン発電所を周波数調整用発電所に選定す
れば、自動周波数の制御範囲會定格容量の５−〜１００
チまでほぼ全域に渡って制御可能となり、蒸気タービン
や水力機の様な制御範囲の制約を受けない。

■　電力系統に連系されない自家発電所においては従来
、定周波制御装置を必要としていたが、ガバナフリ運転
機のものでもガバナフリ運用用。

全極小にすることによって自球発電所への転用が可能と
なる。

従来、ガバナフリ運転専用であった発電所を、本発明に
よシ自励周波数調整可能な＠電所に機能拡大させた点に
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術の速度／負荷特性を示す。 示す。第５図は、低負荷域における制御解列図を示す。 第６図は、高負荷域における制御解列図を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、　ガスタービン発電機の原動機に調速機能を有し、
   ガバナフリー運転されるガスタービンにおいて、系統並
   人後の原Ｉｇ！］機の速度信号と原＃一定格速度信号と
   を比較し、両者間の偏差が設定量以上に拡大したとき原
   動機の駆動エネルギーの増減の制御を行い系統周波数外
   乱を整定することを特徴とするガスタービン制御装置。