JPS6149491B2

JPS6149491B2 -

Info

Publication number: JPS6149491B2
Application number: JP2153379A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Kuwata
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-02-26
Filing date: 1979-02-26
Publication date: 1986-10-29
Also published as: JPS55114825A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、ガスタービンプラントで発電すると
ともに、その排ガスを排熱回収ボイラに導き、高
圧蒸気を発生させ、この蒸気で蒸気タービンを駆
動し発電する、コンバインドサイクル発電プラン
トの制御方式に関する。

プラント負荷の変動によりガスタービン燃焼器
の燃料量を増減すると、ボイラで発生する蒸気圧
力に変動が生じ、定圧運転プラントでは好ましく
ない。このため、従来、圧力変動が大きくなる
と、第１の方式では燃料量の操作を負荷制御から
蒸気圧力制御に切換えたり、第２の方式では蒸気
圧力変動にともない生じる蒸気タービン回転数の
偏位を検出して調速材で蒸気加減弁を操作し、蒸
気圧力を制御する方策がとられていた。

このため、出力と蒸気圧力と独立に制御できな
い難点があつた。また、第１の方式では、ある時
点では出力か蒸気圧力のいずれかは制御されない
ことになる。また、第２の方式では圧力変動が回
転数変化に現われてから始めて修正操作が行われ
るため、時間遅れが生じ、制御性の向上が難かし
かつた。

この発明は、プラント出力と蒸気出力を独立に
制御し、制御性のよいコンバインドサイクル発電
プラントの制御方式を提供することにある。

排熱ボイラを用いたコンバインドサイクル発電
プラントにおいて、発熱ボイラで発生する蒸気の
流量・圧力・温度の変化量はＦ（ｓ）、Ｐ（ｓ）、
Ｔ（ｓ）、但しｓはラプラス演算子、ガスタービ
ン燃焼器の燃料流量変化量Ｂ（ｓ）と蒸気タービ
ン加減弁開度の変化量Ｃ（ｓ）によつて左右さ
れ、下記のような伝達関数式で表現できる。

Ｆ（ｓ）＝Gfc（ｓ）・Ｂ（ｓ）＋Gfc（ｓ）・Ｃ（ｓ） ……(1) Ｐ（ｓ）＝Gpb（ｓ）・Ｂ（ｓ）＋GPc（ｓ）・Ｃ（ｓ） ……(2) Ｔ（ｓ）＝Gtb（ｓ）・Ｂ（ｓ）＋Gtc（ｓ）・Ｃ（ｓ） ……(3) ただし、Gfb（ｓ）は燃料流量変化による蒸気
流量への伝達関数、Gfc（ｓ）は蒸気タービン加
減弁開度変化量による蒸気流量への伝達関数、
GPb（ｓ）は燃料流量変化による蒸気圧力への伝
達関数、GPc（ｓ）は蒸気タービン加減弁開度変
化量による蒸気圧力への伝達関数、Gtb（ｓ）は
燃料流量変化による蒸気温度への伝達関数、Gtc
（ｓ）は蒸気タービン加減弁開度変化量による蒸
気温度への伝達関数である。

したがつて、ガスタービンでの燃料流量に拘わ
らず定圧運転を実現するためには、蒸気の圧力の
変化量ｐ（ｓ）＝０、すなわち蒸気タービン加減
弁開度の変化量Ｃ（ｓ）とガスタービン燃焼器の
燃料流量変化量Ｂ（ｓ）の間に(4)式のＣ（ｓ）＝Ｇ（ｓ）・Ｂ（ｓ）但しＧ（ｓ）＝−Ｇｐｂ（ｓ）／Ｇｐｃ（ｓ）……
(4) 関係があればよい。換言すれば、燃料流量信号を
伝達特性Ｇ（ｓ）の要素を通して蒸気タービン加
減弁開度信号とすることにより、蒸気圧力を一定
に保つ定圧運転を実現できる。

Ｇ（ｓ）としては、例えばGpb（ｓ）＝
Ａ／１＋Ｔ_１ｓ、Gpc（ｓ）＝１＋Ｔ_２ｓ／１＋Ｔ_１ｓ
の場合には、Ｇ（ｓ）＝Ａ／Ｂ・１／１＋Ｔ_２ｓとなり、１次遅れフイ
ルタでよい。また、燃料流量変更による過渡応答時の圧力
変動は許容し、定常状態で定圧運転を実現できれ
ばよい場合には、Ｇ（ｓ）＝Ａ／Ｂでよく、係数器を用いればよい。

(4)式の関係が満されている場合には、(1)式と(3)
式はＦ（ｓ）＝｛Gfb（ｓ）−Gfc（ｓ）・Ｇｐｂ（ｓ）／Ｇ
ｐｃ（ｓ）｝・Ｂ（ｓ） ……(5) Ｔ（ｓ）＝｛Gtc（ｓ）−Gtc（ｓ）・Ｇｐｂ（ｓ）／Ｇ
ｐｃ（ｓ）｝・Ｂ（ｓ） ……(6) となり、蒸気流量Ｆ（ｓ）および蒸気温度Ｔ
（ｓ）、したがつて蒸気タービン出力は燃料流量に
より一義的に決まる。ガスタービン出力は燃料流
量によつて決まつているから、蒸気タービンとガ
スタービンの出力の和であるコンバインドプラン
ト総合出力は、蒸気圧力を(4)式の関係で制御して
いる場合、ガスタービンの燃料流量で一義的に決
まる。

したがつて、燃料流量とプラント総合出力の対
応関係を示す関数を、理論的あるいは実験的に求
めておき、プラント負荷要求信号をこの関数でガ
スタービンの燃料流量に相当する信号に変換し
て、燃料弁を操作すれば、負荷要求量に見合つた
プラント総合出力を発生することができる。

この発明の第１の実施例の構成を、第１図の略
線図で説明する。

１はプラント負荷要求信号、２は第１変換器、
３は燃焼要求信号、４は燃焼制御系、５は燃焼
器、６はガスタービンプラント、７はその出力、
８は第２変換器、９は蒸気加減弁開度要求信号、
１０は排ガス、１１はボイラ（熱交換器）、１２
は蒸気、１３は蒸気加減弁、１４は蒸気タービン
プラント、１５はその出力である。プラント出力
に対応する燃焼量を決定する関数を保持した第１
変換器２と、燃焼量に対応する蒸気加減弁開度信
号９を発信する伝達特性を備えた第２変換器８か
らなる。いま、このコンバインドサイクル発電プ
ラントが分担する負荷量の変更指令がくると、こ
の信号１を第１変換器２で新しい要求負荷量に見
合う燃焼量に変換し、燃焼制御系４への燃焼要求
信号３として発信する。同時に、この燃焼要求信
号３は第２変換器８で蒸気加減弁開度信号９に変
換し、蒸気圧力を一定に保つべく蒸気加減弁１３
へ発信する。

次に、本発明の他の実施例を第２図のブロツク
図で説明する。

第２変換器の特性として、前述の第１変換器の
特性と第２変換器の特性を合わせもつたもの、す
なわちプラント負荷要求信号をそれに見合う蒸気
加減弁開度に変換する特性を持つた第2′変換器１
６を用い、蒸気圧減弁開度を燃焼量からではな
く、プラント負荷要求信号１から直接、決定する
ようにした制御方式である。第３図は、本発明が
フイードバツク制御系へ適用される場合の構成を
示す略線図である。１７はプラント負荷要求信号
１からプラント総合出力２８を減算する混合器、
１８はプラント出力調節計、１９はその出力、２
０は燃焼要求信号３と出力１９とを加算する混合
器、２１は蒸気圧力設定値、２３はそれから蒸気
圧力２２を減算する混合器、２４は蒸気圧力調節
計、２６はその出力２５と蒸気加算弁開度要求信
号９とを加算する混合器、２７は出力７と出力１
５を加算する混合器である。

すなわち、第１図または第２図の本発明の制御
方式を、第３図に示すように、プラント出力フイ
ードバツク制御系及び蒸気圧力フイードバツク制
御系が組込まれているプラントに適用する場合に
は、燃焼量要求信号３をプラント出力調節計の操
作出力１９に附加し、蒸気加減弁開度要求信号９
を、蒸気圧力調節計の操作出力２５に附加しても
よい。第４図は、本発明を制御弁が調速機で制御
されている系へ適用する場合のブロツクダイアグ
ラムである。２９は調速機３０の設定値である燃
焼要求信号３からガスタービンプラント６の回転
数３１を減算する混合器、３２は調速機３３の設
定値である蒸気加減弁開度要求信号９から蒸気タ
ービンブラント１４の回転数３４を減算する。混
合器である。

つまり、燃焼器５の燃料流量及び蒸気加減弁１
３が第４図のように調速機３０および３３で操作
されている場合には、第１変換器２及び第２変換
器８の特性としてそれらの出力３および９が調速
機３０および３３の設定信号となる変換特性を加
味したものを使用すればよい。

なお、排熱回収ボイラの応答が遅く、プラント
負荷要求に対するプラント発電出力の追従性が悪
い場合には、プラント負荷要求信号として実際の
負荷要求量より位相を進ませた信号を用いて、負
荷変化に対するプラント発電出力の応答性を改善
している場合もある。

かくして本発明の制御方式は、以上説明したよ
うに、排熱回収ボイラを使用したコンバインサイ
クル発電プラントの物理性特性を活用して、プラ
ント出力と蒸気圧力の制御を独立化し、プラント
出力及び蒸気圧力をともに良好に制御する効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を表わす略線
図、第２図は本発明の他の実施例を示すブロツク
図、第３図は本発明がフイードバツク制御系へ適
用される場合の構成を示す略線図、第４図は本発
明を制御弁が調速機で制御されている系へ適用す
る場合のブロツクダイアグラムである。１……プラント負荷要求信号、２……第１変換
器、３……燃焼要求信号、４……燃焼制御系、５
……燃焼器、６……ガスタービンプラントで７は
その出力、８……第２変換器、９……蒸気加減弁
開度要求信号、１０……排ガス、１１……ボイラ
（熱交換器）、１２……蒸気、１３……蒸気加減
弁、１４……蒸気タービンプラントで１５はその
出力、１６……第2′変換器、１７，２０，２３，
２６，２７，２９，３２……混合器、１８……プ
ラント出力調節計で１９はその出力、２１……蒸
気圧力設定値、２４……蒸気圧力調節計で２５は
その圧力、３０，３３……調速機、３１，３４…
…回転数（電圧）。

Claims

【特許請求の範囲】１排熱回収ボイラを用いたコンバインドサイク
ル発電プラントの負荷制御と蒸気圧力制御に関
し、プラント負荷要求信号をガスタービンの燃焼
要求信号に変換する第１変換器と、燃焼要求信号
を蒸気加減弁開度要求信号に変換する第２変換器
を備え、プラントに対する負荷要求にしたがつ
て、ガスタービンと蒸気タービンの出力の和であ
るプラント出力が、負荷要求値に一致するように
ガスタービン燃焼器の燃焼量を第１変換器で決定
し、燃料制御系への燃焼要求信号として発信する
とともに、蒸気圧力を一定に保つための蒸気加減
弁開度を、燃焼要求信号から第２変換器で決定
し、蒸気加減弁開度要求信号として発信し、プラ
ントを操作することにより、コンバインドサイク
ル発電プラントの出力と蒸気圧力を制御すること
を特徴とするコンバインドサイクル発電プラント
の制御方法。２特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、
第１変換器と第２変換器の特性を合せもつた、プ
ラント負荷要求信号を蒸気加減弁開度要求信号に
変換する手段を用いた、コンバインドサイクル発
電プラントの出力と蒸気出力を制御することを特
徴とするコンバインドサイクル発電プラントの制
御方法。