JPS62107210A - 複合サイクルプラントシステムの負荷制御装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明はガスタービン、蒸気タービン、発電機、排熱回
収ボイラを１軸として組合往でなる複合サイクルプラン
トで、プラント熱効率が夫々相違する複数軸を１ユニッ
トとして機能するように構成された複合サイクルプラン
トシステムの負荷制御装置に関するものである。

（発明の技術的背望〕 まず第２図を用いて、複合サイクルプラントの負荷制御
装置について説明する。なお以下の説明では、ガスター
ビン・蒸気タービン・発電機を同一軸で構成する１軸型
の複合サイクルプラントを例にとって説明する。

第２図において、速度設定器１から出力される速度設定
信号と、回転数検出器６からのコンプレッサ８・ガスタ
ービン９・蒸気タービン１３・発電１１１０の回転数（
ガスタービン・蒸気タービン・発電機は連結されている
ため回転数は同一）とを減算器に２により減算し、これ
によって得られる偏差信号に演算増巾器（調定率ゲイン
）３により比例演算を施し、サーボ増巾器４を通して燃
料調整弁５の開度を１ＩＩＩＩｌｌする。その結果、ガ
スタービン９の燃料器７に入る燃料流量が制御され、ガ
スタービン９の出力がυＩＩＩされる。一方蒸気タービ
ン１３の方は、ガスタービン９の排ガスのエンタルピー
により、排熱回収ボイラ１１からの蒸気のエンタルピー
が決定されるため、蒸気加減弁１２を全開又は−窓開度
にしておくと、復水器１４の真空度との関係で−に出力
が決定される。

この結果、ガスタービン９と蒸気タービン１３の出力の
和に発電１１０の効率を乗じたものが、発電機１０の出
力となって電力系統に送出される。

従って、負荷検出器７１５によって検出される実負荷と
負荷設定器１６から出力される負荷設定値信号との偏差
を減算器１７により演算し、その出力に応じて上記速度
設定器１の設定値を変化させれば最終的には偏差が零、
即ち負荷（発電機出力）が負荷設定値に等しくなるよう
に制御される。

次に、複合サイクルプラントの複数軸によって構成され
る複合サイクルプラントシステムを、電力系統からみて
１ユニットとして機能するように形成された総括負荷制
御装置の構成例を第３図に示す。

第３図において、中央給電所１８より与えられる複合サ
イクルプラントシステムの負荷指令値、または負荷設定
器２０から与えられる所内モード負荷指令のどちらかが
切替器１９で選択され、負荷変化率制限器２１を経て複
合サイクルプラントシステム全体の負荷指令基準値とな
る。この負荷指令基準値は、負荷上下限制限器２２−Ａ
、２２−Ｂを経て負荷指令値が得られる。また、第１軸
から第ｎ軸までの複合サイクルプラントの出力を、加算
器２３にて加えることにより得られる複合サイクルプラ
ントシステムの実出力（実負荷検出）と、上記負荷指令
値との偏差が減算器２４にて導出され、その偏差を入力
とする比例積分演算器（Ｉｓ括負負荷コントローラ）２
５によって各軸の負荷目標指令値が導出される。各軸に
あたえられた各軸の負荷目標指令値は、各軸に対応して
夫々設けられた負荷変化率制限器２６を経て各軸の負荷
指令基準値となり、その各軸の負荷指令基準値は各軸の
負荷上下限制限器２７−Ａ、２７−８を経て各軸の負荷
指令値が求められる。さらに、各軸の負荷指令値と各軸
の発電機出力検出器２８からの出力との偏差が減算器２
９によって求められ、その偏差に応じて速度設定器１の
設定値が増減される。これ以後は、前述した第２図の制
御回路により複合サイクルプラントの出力制御が行なわ
れる。

［背景技術の問題点］ ところで、上述した複合サイクルプラントシステムにお
いて、各軸のプラント熱効率が同一の場合には、均等負
荷運転が最も経済的であることが知られていることから
、その負荷制御装置は均等負荷運転を前提とした制御構
成としている。しかし、プラント熱効率が軸によって異
なる場合には、均等負荷運転では必ずしも経済的な負荷
運用を行なうことができない。この具体的な例としては
、同一プラントシステムで燃料としてＬＮＧ　（液化天
然ガス）とＬＰＧ（液化石油ガス）を使用する場合が挙
げられ、第４図に示すようにＬＰＧの方がプラント熱効
率が良いことがわかる。従って、このような場合には均
等負荷運転ではなく、複合サイクルプラントシステム全
体の負荷指令値に対して、プラント熱効率良い軸は均等
負荷よりも多くの負荷を分担し、プラント熱効率の悪い
軸は均等負荷より゛も少ない負荷を分担するようにした
方が経済的な負荷運用となるが、従来の負荷制御装置で
はこれが実現されていないのが現状である。

（発明の目的） 本発明は上記のような事情を考慮して成されたもので、
その目的はプラント熱効率が夫々異なる複数軸から構成
される複合サイクルプラントシステムにおける経済的な
負荷運用を行なうことが可能な複合サイクルプラントシ
ステムの負荷１ｉＩＩＷＪ装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために本発明では、ガスタービン、
蒸気タービン、発電機、排熱回収ボイラを一軸として組
合せてなる複合サイクルプラントで、プラント熱効率が
夫々相違する複数軸を１ユニットとして構成された複数
サイクルプラントシステムにおいて、上記複合サイクル
プラントシステム全体に与えられる負荷指令値と当該複
合サイクルプラントシステムの実負荷検出値との比較信
号に対し所定の演算を行なって各軸の負荷指令値を得、
かつこの各軸の負荷指令値と各軸の発１機出力検出値と
を比較しこの比較結果に基づいて各軸の発Ｎ１１１出力
を夫々制御することにより複合サイクルプラントの出力
制御を行なう総括負荷制画手段と、上記複合サイクルプ
ラントシステム全体に与えられる負荷指令値に対して各
軸のプラント熱効率を基に各軸角の負荷バイアス量を求
める負荷バイアス演算手段とから構成され、上記各負荷
バイアス量を夫々対応した軸の上記負荷指令値にその補
正量として加えるようにしたことを特徴とする。

（発明の実施例〕 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。第１図（ａ）は、本発明による複合サイクルプラン
トシステムの負荷制御装置の構成例を示すもので、第３
図と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、
ここでは異なる部分についてのみ述べる。なお本実施例
では複数軸のＬＮＧｌｆｉおよびＬＰＧＩｍから構成さ
れる複合サイクルプラントシステムの場合について述べ
る。

つまり第１図（ａ）は、前記比例積分演譚器（ｌ括負荷
のコントローラ）２５によって導出された各軸の負荷目
標指令に対して、加騨器３１により切替器３２からの切
替指令を加算するようにしたものである。ここで切替器
３２は、後述する負荷バイアス演算器３ｏからの負荷バ
イアス量＊　ｂ　ｔ〜＊ｂｎ指令とＯの指令とを切替え
て出力するものである。またその切替条件は、運転中軸
が全て同一燃料の場合、均等負荷運転を行なう場合等に
、切替器３２は０の指令を出力するようにしている。

一方、第１図（ｂ）は上記負荷バイアス演算器３０の詳
細を示すものである。つまりこの負荷バイアス演算器３
０は、燃料種別運転台数、プラントシステム全体の負荷
指令値を基に、夫々の軸角の負荷バイアスｌ＊ｔＮ〜＊
ｂｎを次の方法で求めるものである。すなわち、ＬＰＧ
Ｉｉグループの総出力をＸｉ　、ＬＮＧｅｌグループの
総出力を×２とすると、変動費のみを考慮した評価関数
は次のようになる（固定費は発電電力に無関係な固定値
どなるため、本評価関数には考慮しない）。

ｍ−ｒ　（”）　−Ｃｐ＋ｎ　ａ　ｓ　（”、、’）　
・ＣＬ　＋１ｍ−ｇ（ｊｙＦ）＋ｎ　＊　ｈ（帖）ＧＯ
（゛ニ□ Ｃ：発電単価 ｍ：ＬＰＧｌｌ運転台数 ｎ：ＬＮＧｌｌ運転台数 ｆ　（）ｌ　／ｍ）：　ＬＰＧ機１台の負荷に対する燃
料消費量関数 ｓ　（Ｘ２　／ｎ）：　ＬＮＧ１１１台の負荷に対する
燃料消費量関数 Ｑ　（Ｘ１／ｍ）：　ＬＰＧｔｆｉグループの補給水消
費量 ｈ　（Ｘ２　／ｎ）：　ＬＮＧＩｍグループの補給水消
費量 Ｃｐ：ＬＰＧ機燃料単価 Ｃ：ＬＮＧＩｌｌ燃料単価 Ｐ；複合サイクルプラントシステム総出力なお、Ｐ＝Ｘ
ｔ　＋Ｘ２ この評価関数Ｇを、非線形計画法等により×１、×２の
解を求める。

しＰＧＩＩ、ＬＮＧｔＥｌそれぞれのグループ内では、
機械特性は同一であると考えられることから、各−グル
ープ内では均等負荷運転が最適である。従つて、ＬＰＧ
ｌｌｌ、ＬＮＧ機１台当りの負荷は次のようになる。

ＬＰＧｔｔｌ　　　　ｘｌ／ｍ ＬＮＧＩＩ　　　　Ｘ２　／ｎ 以上のことから、ＬＰＧＩＩｌ、ＬＮＧ機１台当りの負
荷バイアス量は次のようになる。

ＬＰＧＩＩＩ　　　　Ｐ／ｍ＋ｎ−ｘ１／ｍＬＮＧ機　
　　ｐ／ｍ＋ｎ−Ｘ２　／ｎ負荷バイアス演算器３０は
以上のような演算方式を採用しており、負荷指令値２２
−Ｂ、ＬＰＧ機運転台数（ｍ台）、ＬＮＧ機運転台数（
ｎ台）の各信号を入力し、これらを基に演算を行なって
負荷バイアス１ｌｂ１〜ｂｎの指令を出力する。なお上
記で、ｆ　（ＸＩ　７ｍ）　、　Ｓ　（Ｘ２　／ｎ）　
。

Ｑ　（Ｘ１／ｍ）’；　ｈ　（Ｘ２　／ｎ）、ＣＤ　、
Ｃは、固定データとして負荷バイアス演算器３０にあら
かじめ設定している。

一方、上述の負荷バイアス演算は非線形計画法等によっ
て解を求めなければならないために演算時間がかかり、
解が求められた時には負荷状態が既に変化して解とのマ
ツチングがとれず、さらにその負荷状態で演算が行なわ
れるため、負荷が頻繁に変化するシステムでは負荷が安
定しなくなる可能性がある。このため特に本実施例では
、負荷バイアス演算器３０にプラント運転状態変化条件
信号を入力し、運転軸台数変化時、運転負荷帯変化時等
のプラント運転状態が変化した時にのみ演算を実行させ
、負荷が不安定になることを防止するようにしている。

かかる如く構成した複合サイクルプラントシステムの負
荷−１１１１１装置において、まず運転中の軸が全て同
一燃料である場合には、切替器３２からの切替指令とし
てＯの指令が選択される。このため、加算器３１には切
替器３２からの０の指令が送出される（つまり加算値が
０）ことから、前述した従来と同様に比例積分演算器〈
総括負荷のコントローラ）２５で導出された均等な負荷
目標指令に基づいて、各軸のシステム出力が制御されて
均等負荷運転が行なわれる。一方、運転中の軸が夫々異
なった燃料である場合には、切替器３２からの切替指令
として負荷バイアス演＄１１３０からの負荷バイアス量
＊ｂ１〜＊ｂｎ指令が選択される。

このため、各軸に対応して夫々設けられた加算器３１に
は切替器３２からの負荷バイアス量＊ｂ１〜＊ｂｎ指令
が送出されることから、加算器３１において比例積分演
算器（総括負荷のコントローラ）２５で導出された各軸
の負荷目標指令に負荷バイアスＩ　＊　ｂ　ｔ〜＊ｂｎ
指令がその補正信号として与えられる。これにより、各
加篩信号に基づいて各軸のシステム出力が夫々各別にＩ
Ｉ　ｔｉｌｌされ、その結果プラント熱効率に応じた負
荷分担量にて負荷運転が行なわれることになる。

上述したように本実施例では、ガスタービン９゜蒸気タ
ービン１３１発１１ｍ１ｏ、排熱回収ボイラ１１を一軸
として組合せてなる複合サイクルプラントで、プラント
熱効率が夫々相違する複数（ｎ）軸を１ユニットとして
構成された複数サイクルプラントシステムにおいて、上
記複合サイクルプラントシステム全体に与えられる負荷
指令値と当該複合サイクルプラントシステムの実負荷検
出ＩＤとの比較信号に対し所定の演算を行、なって各軸
の負荷指令値を得、かつこの各軸の負荷指令値と各軸の
発電機出力検出値とを比較し、この比較結果である偏差
に基づいて各軸の発電機出力を夫々制御することにより
複合サイクルプラントの出力制御を行なう総括負荷制御
装置に加えて、上記複合サイクルプラントシステム全体
に与えられる負荷指令値に対して各軸のプラント熱効率
を基に各軸角の負荷バイアス量＊ｂ１〜＊ｂｎを求める
負荷バイアス演篩器３０を備え、上記各負荷バイアス量
＊ｂ！〜＊ｂｎを夫々対応した軸の上記負荷目標指令値
にその補正量として与えるようにしたものである。

従って、同一プラントシステムで燃料として同一燃料を
使用する場合など、各軸のプラント熱効率が同一の場合
には均等負荷運転を行ない、また同一プラントシステム
で燃料としてＬＮＧ　（液化天然ガス）とＬＰＧ（液化
石油ガス）の異なった燃料を使用する場合など、プラン
ト熱効率が軸によって異なるような場合には均等負荷運
転ではなく、複合ザイクルプラントシステム全体の負荷
指令値に対して、プラン１〜熱効率良い軸は均等負荷よ
りも多くの負荷を分担し、プラント熱効率の悪い軸は均
等負荷よりも少ない負荷を分担するように負荷運転を行
なうことが可能となり、複合サイクルプラントシステム
の負荷運用を極めて経済的に行なうことができる。

尚、上記実施例では負荷バイアス量を演算して各軸の負
荷目標指令にその補正量として加えるようにしたが、こ
れに限らず例えば各軸のプラント熱効率を基に負荷目標
指令に対して軸角に掛は合せる係数を求める演算方式と
するようにしても前述と同様な効果が得られるものであ
る。

また上記実施例では、？！数軸のＬＮＧ機およびＬＰＧ
Ｉｌｌから構成される複合サイクルプラントシステムに
本発明を適用した場合について述べたが、これに限らず
その他のプラント熱効率が相違する複数軸から構成され
る複合サイクルプラントシステムについても、本発明を
同様に適用することができるものである。

その他、本発明はその要旨を変更しない範囲で、種々に
変形して実施することができるものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、ガスタービン、蒸
気タービン、発電機、排熱回収ボイラを一軸として組合
せてなる複合サイクルプラントで、プラント熱効率が夫
々相違する複数軸を１ユニットとして構成された複数サ
イクルプラントシステムにおいて、上記複合サイクルプ
ラントシステム全体に与えられる負荷指令値と当該複合
サイクルプラントシステムの実負荷検出値との比較信号
に対し所定の演算を行なって各軸の負荷指令値を得。

かつこの各軸の負荷指令値と各軸の発電機出力検出値と
を比較しこの比較結果に基づいて各軸の発電製出力を夫
々制御することにより複合サイクルプラントの出力制御
を行なう総括負荷制御手段と、上記複合サイクルプラン
トシステム全体に与えられる負荷指令値に対して各軸の
プラント熱効率を基に各軸角の負荷バイアス量を求める
負荷バイアス演算手段とから構成し、上記各負荷バイア
ス量を夫々対応した軸の上記負荷指令値にその補正量と
して加えるようにしたので、プラント熱効率が夫々異な
る複数軸から構成される複合サイクルプラントシステム
における経済的な負荷運用を行なうことが可能な極めて
信頼性の高い複合サイクルプラントシステムの負荷制御
装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の一実施例を示す構成ブロック図
、第１図（ｂ）は同実施例における負荷バイアス演算器
３０の詳細を示す概念図、第２図は従来の複合サイクル
プラントの負荷制御装置の一例を示す構成ブロック図、
第３図は従来の総括負荷制御ＸＩ装置の一例を示す構成
ブロック図、第４図はＬＮＧとＬＰＧにおける発電機出
力とプラント熱効率との関係を示す特性図である。 １・・・速度設定器、８・・・コンプレッサ、９・・・
ガスタービン、１０・・・発電機、１１・・・排熱回収
ボイラ、１３・・・蒸気タービン、１４・・・復水器、
２３・・・加算器、２４・・・減算器、２５・・・比例
積分演算器、２６・・・負荷変化率制御０器、２７−Ａ
・・・負荷上限制限器、２７−Ｂ・・・負荷下限制限器
、２８・・・発電機出力検出器、３０・・・負荷バイア
ス演算器、３１・・・加算器、３２・・・切替器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガスタービン、蒸気タービン、発電機、排熱回収
   ボイラを一軸として組合せてなる複合サイクルプラント
   で、プラント熱効率が夫々相違する複数軸を１ユニット
   として構成された複数サイクルプラントシステムにおい
   て、前記複合サイクルプラントシステム全体に与えられ
   る負荷指令値と当該複合サイクルプラントシステムの実
   負荷検出値との比較信号に対し所定の演算を行なって各
   軸の負荷指令値を得、かつこの各軸の負荷指令値と各軸
   の発電機出力検出値とを比較しこの比較結果に基づいて
   各軸の発電機出力を夫々制御することにより複合サイク
   ルプラントの出力制御を行なう総括負荷制御手段と、前
   記複合サイクルプラントシステム全体に与えられる負荷
   指令値に対して各軸のプラント熱効率を基に各軸毎の負
   荷バイアス量を求める負荷バイアス演算手段とから構成
   され、前記各負荷バイアス量を夫々対応した軸の前記負
   荷指令値にその補正量として加えるようにしたことを特
   徴とする複合サイクルプラントシステムの負荷制御装置
   。
2. （２）負荷バイアス量の演算としては、運転軸台数変化
   時、負荷帯変化時等のプラント運転形態が変化した時に
   のみ行なうようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
   第（１）項記載の複合サイクルプラントシステムの負荷
   制御装置。