WO2009107818A1

WO2009107818A1 - ガスタービン制御方法及び装置

Info

Publication number: WO2009107818A1
Application number: PCT/JP2009/053779
Authority: WO
Inventors: 野村真澄; 宮内宏太郎
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-02-28
Filing date: 2009-02-23
Publication date: 2009-09-03
Anticipated expiration: 2010-08-28
Also published as: KR101191548B1; JP5010502B2; CN101779020B; CN101779020A; KR20100043232A; EP2184467A4; EP2184467A1; EP2184467B1; US20100199680A1; US8701420B2; JP2009203943A

Abstract

設計時に想定した理想的な燃料流量、空気流量での運転状態から逸脱した運転となることを防止し、効率的な運転状態を維持できるガスタービン制御方法の提供。ガスタービンの燃焼器内周波数解析する周波数解析手段と、周波数帯別解析結果とガスタービンにおける空気流量とパイロット燃料の比を含む操作プロセス量や大気状態と負荷量を含む状態信号とに基づき、ガスタービンにおける燃焼状態を把握する状態把握手段、及び燃焼振動の特性を把握する燃焼特性把握手段と、燃焼特性把握手段が把握した燃焼振動特性と状態把握手段の把握した燃焼状態とから、燃焼振動が予め定めた管理値を越える毎に燃焼器に供給する空気流量とパイロット比との少なくとも一方の補正量を算出し、操作プロセス量と状態信号に対応させて予め設定した空気流量とパイロット比の初期設計値を補正してガスタービンを駆動する制御部とからなり、制御部はガスタービンの燃焼振動が予め定めた前記管理値を一定時間下回った状態で、初期設計値の補正をリセットし、初期設計値でガスタービンを運転するよう構成した。

Description

明細書ガスタ一ビン制御方法及ぴ装置技術分野

本発明はガスタ一ビン制御方法及び装置に係り、特に、ガスタ一ビン運転時に生じる燃焼振動抑制のための補正により、設計時に想定した理想的な燃料流量、空気流量での運転状態から逸脱した運転を続けることを防止できるようにした、ガスタービン制御方法及び装置に関するものである。背景技術

例えば発電機を駆動するガスタービンでは、発電機の出力、大気温度 ·湿度などに基づき、燃焼器へ送る空気流量、燃料流量を試運転で微調整して予め決定し、その値を初期設計値として用いて運転を行なっている。しかし試運転は一定期間のみであり、全ての気象条件に基づいて試運転できるわけではなく、また、圧縮機の性能劣化ゃフィルタ一の目詰まりなどの経年変化により、実際の空気流量、燃料流量は設計時や試運転時とずれる可能性がある。

またガスタ一ビンは、燃料と空気とによる連続的な発熱酸化反応で生じる燃焼ガスにより駆動されるが、その発熱酸化反応の際に乱流燃焼に伴う燃焼騒音と、燃料蒸発から燃焼までの時間遅れに伴う、放熱と拡散 ·旋回に伴う火炎伝播速度の変動との相互作用により誘起される燃焼振動とからなる、 1 0 H zから数 KH zに亘る周波数を有する圧力変動を伴うことがある。

特に、燃焼振動は、燃焼室の燃焼領域で発生する上述した相互作用を加振源とし、燃焼室の気柱との共鳴によってある特有の振動周波数の範囲で成長する。このような燃焼振動は、大小のレベルはあるものの、燃焼ガスの生成過程ではある程度不可避と考えなければならないが、その大小レベルは燃焼器の容積および燃焼ガス温度に基づく燃焼性能によつて左右される。

—方、最近のガスタービンでは高出力化が求められ、これに伴って燃焼ガス温度も高温となって、ガスタービンの燃焼室は燃焼ガスの急激な温度上昇やガスタ一ビン負荷変動等に伴って生起する過大な熱応力に対処できるよう、強度の高い耐熱鋼を使用すると共に、搬入 ·据付 ·点検等の労力軽減のため、高強度の割合には比較的肉厚の薄い材料が使用されている。ところが、不測の過大な燃焼振動が発生した場合、あるいは燃焼振動と燃焼室の気柱とが共振した場合、燃焼室は極度に振動してクラックが発生したり支持部材に過大な損傷が生じ、燃焼器の構成部材の寿命を短くしたりする。

こういった燃焼振動は、ガスタ一ビンの運転に大きな支障をきたすため、燃焼振動をできる限り抑制し回避することがブラントの設備保護、及び稼働率向上の観点から強く求められる。そのため、燃焼安定性を保って燃焼振動が生じないよう、年に数回の制御系の調整を熟練調整員により実施し、燃焼安定性の確認 ·維持が不可欠となるが、それが保守のコストアツプゃ稼動率低下の原因となる。こういった問題に対しては、例えば特許文献 1に、圧力センサーによって検出された燃焼ガスの圧力変動を周波数解析する周波数解析装置と、この周波数角军析装置によって解析された圧力変動の周波数帯域に基づいて振動安定性を処理する中央演算装置と、この中央演算装置の出力信号を増幅する電圧増幅器と、増幅された出力信号を弁開閉信号として燃料弁に与えて制御するコントローラ部とをそれぞれ備え、圧力変動に伴つて誘起する燃焼振動を抑制する燃焼器の燃焼振動抑制装置およびその抑制方法が示されている。

また、この特許文献 1に示された燃焼振動抑制装置およびその抑制方法は低周波の燃焼振動を対象としたものであるが、ガスタービンで生じる燃焼振動は様々な要因によつて低周波から数千 H zといった高周波までの広レ、帯域で生じるものであり、しかも複数の周波数帯域で燃焼振動が同時に発生することもある。そのため、特許文献 1のように低周波域の燃焼振動だけに基づいて燃空比を変化させると、他の周波数帯域での燃焼振動が悪化することもある。

そのため本願出願人は特許文献 2において、複数の周波数帯域で燃焼振動が発生している場合に予め決めた優先度に応じ、優先度の高い周波数帯域の燃焼振動が抑制されるよう調整をおこない、このように燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方を調整したとき、その調整内容と、調整を行ったことによる燃焼器内における燃焼状態の変ィ匕とを関連付けた情報を記憶するデータベースと、そのデータベースに蓄積された情報に基づいて解析して得られた情報が格納された基礎データベースとが設けられ、その基礎データベースに格納された情報に基づき、燃焼器に供給する燃料の流量又は空気の流量の少なくとも一方を調整して、複数の周波数帯域で燃焼振動が発生した場合にも、有効に燃焼振動を抑制できるガスタービン制御装置を提案した。

しかしながら特許文献 1に示された燃焼振動抑制装置およびその抑制方法は、前記したように低周波の燃焼振動を対象としたものであるため、その燃焼振動だけに基づいて燃空比を変化させると他の周波数帯域での燃焼振動が悪化することがある。また特許文献 2に開示された方法は、優先度の高い周波数帯域の燃焼振動を抑制することには有効であるが、調整内容と調整を行つたことによる燃焼器内における燃焼状態の変化とを関連付けた情報をデータベースに記憶し、そのデータベースに蓄積された情報に基づいて図 1 2 (A) のグラフに示したように、解析して得られた情報で燃焼振動を抑制するようにしているため、図 1 2 (B) の時間と効率の関係を示したグラフに示したように、設計時に想定した理想的な燃料流量、空気流量による設計性能や母機の疲労寿命を考慮した運転状態から逸脱した運転が行われてしまう場合がある。

この図 1 2 (A) のグラフは横軸が負荷、縦軸が燃料流量や空気流量を制御する弁開度を表し、酾は補正前の弁開度、 ▲は燃焼振動の発生を抑制するための調整を行った後の弁開度で、負荷が 9 0から 1 1 0程度の範囲で調整を行った後の弁開度が大きくなつている。そして図 1 2 (B ) は、横軸がガスタービンの駆動時間であり、縦軸は効率を表していて、「ここで調整」と記した部分で燃焼振動の発生を抑制するための調整を行った場合であり、調整後は効率が落ちている。すなわちこれは、燃焼振動の発生を抑制するための調整により、設計時に想定した理想的な燃料流量、空気流量とする弁開度とずれた弁開度により、設計性能や母機の疲労寿命を考慮した運転状態から逸脱した運転が行われていることを示している。

そのため本発明においては、初期設計値で想定した理想的な燃料流量、空気流量での運転状態から逸脱した運転が続けられることを防止できるようにして、設計時に想定した理想的な燃料流量、空気流量による設計性能や母機の疲労寿命を考慮した運転状態を維持できるようにした、ガスタ一ビン制御方法及び装置を提供することが課題である。発明の開示

上記課題を解決するため本発明になるガスタービン制御方法は、

ガスタービンにおける燃焼器内の圧力変動または加速度を複数の周波数帯別に周波数解析する第 1のステップと、

該周波数帯別解析結果と前記ガスタービンにおける空気流量とパイ口ット燃料の比を含む操作プロセス量、及ぴ大気状態と負荷量を含む状態信号とに基づき、前記ガスタービンの燃焼振動の特性を周波数帯別に把握する第 2のステップと、前記燃焼振動が予め定めた管理値を越える毎に前記燃焼器に供給する空気流量とパイロット比との少なくとも一方の捕正量を算出し、前記操作プロセス量と状態信号に対応させて予め設定した空気流量とパイ口ット比の初期設計値を補正する第 3のステップと、

該第 3のステツプの捕正に基づレヽてガスタ一ビンを駆動し、前記燃焼振動が前記管理値を一定時間下回つたことを判断する第 4のステップと、

該第 4のステップの判断に基づき、前記第 3のステップで行った初期設計値の補正をリセットし、初期設計値で運転することを特徴とする。

そしてこのガスタービン制御方法を実施するガスタービン制御装置は、ガスタービンにおける燃焼器内の圧力変動または加速度を複数の周波数帯別に周波数解析する周波数解析手段と、

該周波数解析手段の周波数帯別解析結果と、前記ガスタ一ビンにおける空気流量とパイロット燃料の比を含む操作プロセス量、及び大気状態と負荷量を含む状態信号とに基づき、前記ガスタービンにおける燃焼状態を把握する状態把握手段、及び燃焼振動の特性を把握する燃焼特性把握手段と、

前記燃焼特性把握手段が把握した燃焼振動特性と状態把握手段の把握した燃焼状態と力ゝら、前記燃焼振動が予め定めた管理値を越える毎に前記燃焼器に供給する空気流量とパイロット比との少なくとも一方の補正量を算出し、前記操作プロセス量と状態信号に対応させて予め設定した空気流量とパイ口ット比の初期設計値を補正して前記ガスタ一ビンを駆動する制御部とを備え、

前記制御部は、前記ガスタ一ビンの燃焼振動が予め定めた前記管理値を一定時間下回った状態で前記初期設計値の捕正をリセットし、初期設計値で前記ガスタ一ビンを運転するよう構成されていることを特徴とする。

また同じく本発明になるガスタービン制御方法は、

該周波数帯別解析結果と前記ガスタービンにおける空気流量とパイ口ット燃料の比を含む操作プロセス量、及び大気状態と負荷量を含む状態信号とに基づき、前記ガスタ一ビンの燃焼振動の特性を周波数帯別に把握する第 2のステップと、前記燃焼振動が予め定めた管理値を越える毎に前記燃焼器に供給する空気流量とパイロット比との少なくとも一方の捕正量を算出し、前記操作プロセス量と状態信号に対応させて予め設定した空気流量とパイ口ット比の初期設計値を補正する第 3のステップと、

該第 3のステツプの補正に基づレ、てガスタ一ビンを駆動し、前記燃焼振動が前記管理値を一定時間下回つたことを判断する第 4のステップと、

該第 4のステツプの判断に基づき、前記第 3のステツプで行つた初期設計値の補正値を、徐々に初期設計値に戻しながら運転することを特徴とする。

また、同じくこのガスタービン制御方法を実施するガスタービン制御装置は、ガスタ一ビンにおける燃焼器内の圧力変動または加速度を複数の周波数帯別に周波数解析する周波数解析手段と、

前記燃焼特性把握手段が把握した燃焼振動特性と状態把握手段の把握した燃焼状態とから、前記燃焼振動が予め定めた管理値を越える毎に前記燃焼器に供給する空気流量とパイ口ット比との少なくとも一方の補正量を算出し、前記操作プロセス量と状態信号に対応させて予め設定した空気流量とパイ口ット比の初期設計値を補正して前記ガスタービンを駆動する制御部とを備え、

前記制御部は、前記ガスタービンの燃焼振動が予め定めた前記管理値を一定時間下回った状態で、前記初期設計値の補正を前記初期設計値に近づく方向に段階的に低減させながら前記ガスタービンを運転するよう構成されていることを特徴とする。

このように燃焼振動が生じたとき、その燃焼振動を抑制する補正値で操作プロセス量と状態信号に対応させて予め設定した空気流量とパイ口ット比の初期設計値を補正し、以後の運転にお、てその補正結果の燃料流量又は空気流量で運転を続けるようにし、燃焼振動が予め定めた前記管理値を一定時間下回った場合、初期設計値の捕正をリセットするか、もしくは段階的に低減させることで、設計時に想定した理想的な燃料流量、空気流量での運転状態から逸脱した運転が続けられることが防止され、母機の疲労寿命も考慮した運転状態を維持できるガスタービン制御方法及び装置とすることができる。

そして、前記第 3のステップで行った初期設計値の補正値を、予め定めた前記管理値より小さい複数の閾値に従って、初期設計値に近づく方向に段階的に低減し、そのため、前記制御部は、前記初期設計値に加えた補正値を、予め定めた前記管理値より小さい複数の閾値に従って、初期設計値に近づく方向に段階的に低減させて前記ガスタービンを運転するよう構成されていることで、母機の疲労寿命も考慮した運転状態を適切に維持できるガスタービン制御方法及び装置とすることができる。

以上記載のごとく本発明になるガスタービン制御方法及ぴ装置は、燃焼振動発生時に一旦燃焼振動を回避し、制御系設定に対して望ましい捕正を行うが、所定時間監視して燃焼振動が落ち着いているようであれば元の制御系設定に戻す、あるいは母機の疲労寿命を考慮した設定とする機能を備えたから、ガスタービンの熱容量などによる一時的な不安定燃焼現象時には燃焼安定性を維持すべく制御系の調整を行うことが可能となり、また、不安定現象が解消すれば当初設定した初期設計値に戻す、あるいは母機の疲労寿命を考慮した設定とするため、特別の場合を除いてメ一力やお客様の意図した制御系設定でガスタービンを運用することができ、従来のように設計時に想定した理想的な燃料流量、空気流量での運転状態から逸脱した運転が続けられる、といったことが防止されて、母機の疲労寿命も考慮した運転状態を維持できる、ガスタービン制御方法及び装置とすることができる。図面の簡単な説明

第 1図は、（A)は、ガスタービン 2を制御するための機能的構成を示すためのプロック図であり、（B ) は（A) に示したガスタービン制御部 3における自動調整部 9の詳細プロック図である。

第 2図は、本発明になるガスタ一ビン制御方法の実施例 1のフロー図である。第 3図は、本発明になるガスタービン制御方法の実施例 2のフロー図である。第 4図は、燃焼振動発生を抑制するための補正量を低減して保存するに当たり、ガスタービン運転が可能な許容限界からなる閾値を複数定めることを説明するためのグラフである。

第 5図は、周波数解析手段による解析結果の一例を示したグラフである。第 6図は、周波数解析手段による周波数帯別解析結果の一例を示したグラフである。

第 7図は、本発明に用いるデータベースの構成の一例である。

第 8図は、燃焼振動領域の推定法に関する原理図である。

第 9図は、燃焼振動領域の推定例を示す図である。

第 1 0図は、ガスタービンの構成概略を説明するための図である。

第 1 1図は、ガスタービン燃焼器の概略構成断面図である。

第 1 2図は、（A)は周波数解析により得られた情報で燃焼振動を抑制した場合の負荷と弁開度の関係を示したグラフ、（B )は燃焼振動を抑制のための調整を行ったため、効率が低下した例を示したグラフである。発明を実施するための最良の形態

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

【実施例 1】

最初にガスタービン 2の構成を示した図 1 0と、ガスタービン燃焼器 2 3の概略断面図である図 1 1とを用い、ガスタービン 2について簡単に説明する。まず図 1 0はガスタービン 2の概略構成図であり、ガスタービン 2は入口案内翼 2 6 を有する圧縮機 2 2と、回転軸 3 9に圧縮機 2 2、発電機 4 0が接続されているタービン 2 4を有するガスタービン本体部 2 1とを有し、このタービン 2 4には燃焼器 2 3カゝら燃焼ガス導入管 3 8経由で燃焼ガスが供給され、またその燃焼ガスは配管を通して外部に排出される。

圧縮機 2 2は回転軸 3 9を介してタービン 2 4の回転が伝えられ、フィルタが設けられている取り込み入口から外部の吸気 2 5を取り込んで圧縮空気を生成し、圧縮空気導入部 2 7から燃焼器 2 3に圧縮空気を供給して燃焼に使用させる。この圧縮機 2 2に設けられた入口案内翼 2 6は、圧縮機 2 2の空気導入側の回転翼で、この入口案内翼 2 6の回転翼の角度、すなわち弁開度を制御することで回転数一定でも、圧縮機 2 2へ導入する空気の流量（圧縮機吸気流量）を調整することが可能である。

燃焼器 2 3には圧縮空気導入部 2 7、パイパス空気導入管 3 6、バイパス弁 3 5、パイパス空気混合管 3 7が接続され、圧縮空気導入部 2 7は、圧縮機 2 2に接続された導入管や燃焼器 2 3の車室内へ空気を導く空間で、圧縮機吐出空気を燃焼器 2 3へ導く。バイパス空気導入管 3 6は圧縮空気導入部 2 7内に一端部が開放されて接続され、他端部はバイパス空気導入管 3 6を通過する空気の流量を制御するバイパス弁 3 5に接続されて、圧縮機吐出空気のうち、燃焼器 2 3に供給しない分をタービン 2 4へバイパスする管である。また、バイパス弁 3 5の他端側に接続されたバイパス空気混合管 3 7は燃焼ガス導入管 3 8に接続され、パィパス弁 3 5を通過した空気を燃焼器 2 3で生成した燃焼ガスと混合するよう燃焼ガス導入管 3 8に供給する。

また燃焼器 2 3には、メィン燃料流量制御弁 2 8、メイン燃料供給弁 2 9を介してメイン燃料 4 9が、ノィ口ット燃料流量制御弁 3 1、パイ口ット燃料供給弁 3 2を介してパイ口ット燃料 3 3がそれぞれ供給される。メイン燃料流量制御弁 2 8は、一方を外部から燃料を供給する配管に、他方を複数のメイン燃料供給弁 2 9に接続した配管に接続され、メィン燃料流量制御弁 2 8は外部から供給される燃料の燃焼器 2 3への流量を、メィン燃料供給弁 2 9は燃焼器 2 3のメインパーナ一に供給する燃料を、それぞれ制御する弁である。

ノィロット燃料流量制御弁 3 1は、一方を外部から燃料を供給する配管に、他方を複数のパイ口ット燃料供給弁 3 2に接続され、パイ口ット燃料流量制御弁 3 1は外部から供給される燃料の燃焼器 2 3への流量を、パイ口ット燃料流量制御弁 3 1はパイロットバーナーに供給する燃料を、それぞれ制御する弁である。メィン燃料 4 9はメィン火炎の燃焼に使用され、パイ口ット燃料 3 3はメイン火炎の燃焼を安定化するためのパイ口ット火炎の燃焼に使用される。

次にガスタービン燃焼器 2 3の概略断面を示した図 1 1において、ガスタービンの燃焼器 2 3は圧縮機 2 2、燃焼器本体 4 1、車室 4 2、外筒 4 3、内筒 4 4、尾筒 4 5などから構成される。車室 4 2は外筒 4 3に接合され、車室 4 2と外筒 4 3との内部には燃焼器本体 4 1が収納されている。この燃焼器本体 4 1は、サポート 4 6により車室 4 2に接合されて所定の位置に保持される。また、燃焼器本体 4 1にはパイ口ット燃料 4 7が供給されるパイ口ット燃料ノズル 4 8、メイン燃科 4 9が供給されるメイン燃料ノズル 5 0が設けられ、圧縮機 2 2から車室 4 2に流入した流入空気が、車室 4 2と内筒 4 4との聞の空間を介して燃焼器本体 4 1へ供給される。

パイ口ット燃料ノズル 4 8は、パイ口ット燃料 4 7を圧縮空気導入部 2 7が存在する領域（図示されない）に噴射して拡散燃焼を行い、拡散炎であるパイロット火炎を発生させる。メイン燃料ノズル 5 0は、メイン燃料 4 9を図示されない予混合装置に噴射して圧縮空気導入部 2 7からの圧縮空気と混合された混合気を生成し、その混合気を内筒 4 4に供給して前記ノ、 °ィロット火炎から混合気に燃焼を伝播させ、メイン火炎を内筒 4 4内で燃焼させる。このメイン火炎の燃焼により高温の燃焼ガス 5 1が生成され、内筒 4 4から尾筒 4 5に導入される。

尾筒 4 5は、バイパスエルボ 5 2を介してパイパス弁 5 3に接合され、このパィパス弁 5 3は、車室 4 2の内側に開口して燃焼器流入空気の〜部をバイパス空気 5 4として取り出し、尾筒 4 5に供給する。尾筒 4 5は、燃焼ガス 5 1とパイパス空気 5 4とを混合し、燃焼ガス 5 5としてタービン 2 4に供給する。この燃焼ガス 5 1に混合されるバイパス空気 5 4の流量は、パイパス弁 5 3の開度がバィパス弁 5 3に接続されたバイパス弁可変機構 5 6により操作されることで調整され、発電機 4 0がガスタービン 2に要求する出力に対応した値とされる。このように構成したガスタービン 2におレ、て、外部から導入された空気は圧縮機 2 2で圧縮され、各燃焼器 2 3へ供給される。一方、燃料の一部はパイロット燃料流量制御弁 3 1経由で各燃焼器 2 3のパイ口ット燃料供給弁 3 2に達し、そこから各燃焼器 2 3へ導入される。また、残りの燃料はメイン燃料流量制御弁 2 8経由で各燃焼器 2 3のメイン燃料供給弁 2 9に達し、そこから各燃焼器 2 3へ導入される。導入された空気及び燃料は、各燃焼器 2 3において燃焼して発生した燃焼ガスは、タービン 2 4に導入されてタービン 2 4を回転させ、その回転ェネルギ一により発電機 4 0が発電を行う。

次に、以上説明してきたガスタービン 2の制御装置 1について、図 1を用いて説明する。図 1 (A) は、ガスタービン 2を制御するための機能的構成を示すためのプロック図であり、図 1 (B ) は、図 1 (A) に示したガスタービン制御部 3における自動調整部 9の詳細プロック図である。図 1 (A) に示したように、ガスタ一ビン制御部 3でガスタービン 2を制御するため、ガスタ一ビン 2にプロセス量計測部 4、圧力変動測定部（センサ） 5、加速度測定部（センサ） 6、操作機構 7が設けられている。

プロセス量計測部 4は、ガスタービン 2上の然るべき部位に設置され、ガスタ一ビン 2の運転中における、運転条件や運転状態を示すプロセス量を計測する各種計測機器であり、測定結果は予め定められた時刻 t 1、 t 2 ' ··毎に、ガスタービン制御部 3の制御器 8へ出力される。ここでプロセス量（プラント状態量）とは、例えば、発電電力（発電電流、発電電圧)、大気温度、湿度、各部での燃料流量及び圧力、各部での空気流量及び圧力、燃焼器 2 3での燃焼ガス温度、燃焼ガス流量、燃焼ガス圧力、圧縮機 2 2やタービン 2 4の回転数、タービン 2 4からの排ガスに含まれる窒素酸化物（N O x)、一酸化炭素（C O)等をはじめとする排出物濃度等である。このプロセス量は、ガスタービン 2に供給される燃料や空気の量等の操作可能な「操作量（プラントデータ）」と、例えば、大気温度といつた気象データ、要求によって決定される発電機の負荷の大きさ（MW) 等の「操作できない状態量」とに分けられる。

圧力変動測定部 5は、複数の燃焼器 2 3のそれぞれに取り付けられた圧力測定器であり、制御器 8からの指令により予め定められた時刻 t 1、 t 2…毎に、燃焼により発生する各燃焼器 2 3内の圧力変動測定値をガスタービン制御部 3へ出力する。加速度測定部 6は、各燃焼器 2 3に取り付けられた加速度の測定器で、制御器 8からの指令により予め定められた時刻 t 1、 t 2…毎に、燃焼により発生する各燃焼器 2 3の加速度（位置の 2階微分）を計測し、その測定値をガスタ一ビン制御部 3へ出力する。

操作機構 7は制御器 8からの指令により、メイン燃料流量制御弁 2 8及ぴメィン燃料供給弁 2 9の開度、パイ口ット燃料流量制御弁 3 1及ぴパイ口ット燃料供給弁 3 2の開度、バイパス弁 3 5の開度、圧縮機 2 2の入口案内翼 2 6の回転翼の角度、などを操作する機構であり、これによりメイン燃料の流量制御、パイ口ット燃料の流量制御、各燃焼器 2 3へ供給する空気の流量制御、圧縮機 2 2に導入される空気の流量の制御などを行う。なお、各燃焼器 2 3へ供給する空気の流量制御は、具体的には各燃焼器 2 3においてバイパス弁 3 5の開度を大きく（あるいは小さく）し、ノィパス側に流れる空気流量を増加（あるいは減少）することにより、燃焼器 2 3に供給される空気の流量を制御する。

ガスタービン制御部 3は、制御器 8と、自動調整部（探索制御部） 9とを備える。制御器 8は、プロセス量計測部 4、圧力変動測定部 5、加速度測定部 6から出力される測定値を受け取り、これを自動調整部 9に転送する。また、この制御器 8は、自動調整部 9からの指令に基づき、メイン燃料流量制御弁 2 8及ぴメイン燃料供給弁 2 9、パイ口ット燃料流量制御弁 3 1及びパイ口ット燃料供給弁 3 2、パイパス弁 3 5、入口案内翼 2 6を、操作機構 7で操作するための信号を出力する。

図 1 (B ) は、図 1 (A) に示したガスタービン制御部 3における自動調整部 9の詳細プロック図であり、 1 1は入力手段、 1 2は状態把握手段、 1 3は周波数解析手段、 1 4は燃焼特性把握手段、 1 5はデータベース、 1 6は調整量決定手段、 1 7は出力手段であり、これらで構成される自動調整部 9では、燃焼振動が発生したときに、振動を抑制するのに最も効果的な方向に操作量（プロセス量）を変化させる制御を行う。

すなわち自動調整部 9は、制御器 8から転送されたプロセス量計測部 4、圧力変動測定部 5、加速度測定部 6からのプロセス量や圧力、加速度のデータを入力手段 1 1により受け取り、さらに周波数解析手段 1 3によるガスタービン 2内の振動周波数解析結果とから、状態把握手段 1 2でガスタービン 2の状態等を、燃焼特性把握手段 1 4で各燃焼器 2 3の燃焼特性を把握する。そして調整量決定手段 1 6で、この状態把握手段 1 2および燃焼特性把握手段 1 4で把握した内容に基づき、ガスタービン 2で燃焼振動が発生しなヽような対策、すなわちメィン燃料流量制御弁 2 8及ぴメィン燃料供給弁 2 9、パイロット燃料流量制御弁 3 1及びパイロット燃料供給弁 3 2、パイパス弁 3 5、入口案内翼 2 6を調整する力、否力および、調整する場合にはその調整部位と調整量を決定する。そしてその調整量決定手段 1 6の決定結果は、出力手段 1 7により制御器 8に出力される。またこの調整量決定手段 1 6は、後記するように燃焼振動が発生したとき、それを抑制するため制御系設定に対して望ましい補正を行うが、所定時間監視して燃焼振動が落ち着いているようであれば元の制御系設定に戻す、あるいは補正量を低減する機能を備え、ガスタ一ビンの熱容量などによる一時的な不安定燃焼現象時には燃焼安定性を維持すべく制御系の調整をおこない、また、不安定現象が解消すれば当初設定した制御系設定に戻す、あるいは補正量を低減し、特別の場合を除いてメーカやお客様の意図した制御系設定でガスタービンを運用する機能を有している。

図 2は、本発明によるガスタービン制御方法のフロー図である。この図 2に示したフロー図は、ガスタービン 2を稼働させるためのプログラムの一部として組み込まれるものであり、ガスタービン 2が稼働している間、所定時間毎に一連の処理を実行する。

ステップ S 1 0で処理がスタートすると、まずステップ S 1 1で図 1 (A) のプロセス量計測部 4、圧力変動測定部 5、加速度測定部 6から制御器 8を介して転送されたプロセス量や圧力、加速度のデータが入力手段 1 1で受けとられ、状態把握手段 1 2、周波数解析手段 1 3に送られる。状態把握手段 1 2では、プロセス量計測部 4で計測されたガスタービン 2に供給される燃料の特性の把握、ガスタービン 2に異常がないかどうかの診断等が行われる。ガスタービン 2に供給される燃料の特性の把握は、例えば図示していないタンク内に貯えられている燃料が時聞の経過と共にタンク内で重レ、分子が下降し、軽い分子が上昇する結果、ガスタービン 2に供給される燃料成分（カロリー）がタンク内の燃料残量等に応じて変動するためである。そのためガスタービン 2 に供給されている燃料成分に応じ、プロセス量計測部 4としてタンクからガスタ一ビン 2に至る燃料系銃に力口リーメータ、燃料の組成を測る測定器等を設け、得られる燃料の力口リ一や組成のデータに基づき、燃空比を増減する際の調整量を状態把握手段 1 2で決定する。

なお、プロセス量計測部 4で燃料の力口リ一や組成をリアルタイムで計測するのではなく、予め、タンク内の燃料の残量と燃料成分の変化との関係を計測し、これに基づいて調整量を決定するためのテーブルやチャートを作成しておくようにしてもよい。その場合、プロセス量計測部 4ではタンク内の燃料の残量を計測し、計測された燃料の残量に基づいて燃空比を増減する際の調整量を決定する。また、タンクからの供給だけでなく、パイプラインにより燃料を供給される場合も同様にしてもよい。

ガスタービン 2に異常がな、かどうかの診断は、プロセス量計測部 4で計測されたガスタ一ビン 2の各部の温度や流量のデータに基づき、ガスタービン 2の異常の有無を判断するもので、例えば、ガスタ一ビン 2の特定部分の温度が予め設定した閾値以上に上昇していたり、特定部分の流量が閾値以下に低下していた場合等に、ガスタービン 2自体に異常が発生していると判断する。そして状態把握手段 1 2は、ガスタービン 2に異常があるとの判断がなされた場合、アラームや警告ランプ等の報知手段によつてガスタ一ビン 2に異常が生じていることをオペレータ等に向けて報知する。

ガスタービン 2に異常が認められない場合、次のステップ S 1 2で周波数解析手段 1 3で内圧変動や加速度の周波数解析、およびセンサの異常診断が行われる。周波数解析手段 1 3は、各燃焼器 2 3において圧力変動測定部 5で計測された圧力変動測定値に基づき、例えば圧力の変動（振動）の周波数解析（高速フーリエ変換： F F T) を行う。図 5は、圧力変動測定部 5により測定された圧力変動測定値に基づき、周波数解析手段 1 3が周波数解析を行った結果の一例である。横軸は周波数、縦軸は振動の強度（レベル）を示している。なお、周波数解析手段 1 3は、加速度測定部 6で計測された加速度測定値に基づいて加速度の周波数解祈を行うこともできる。

この図 5に示されているように、燃焼器 2 3において発生する燃焼振動（圧力振動及び加速度振動）は、複数の振動の周波数を有し、各周波数の振動はそれぞれ複雑な要因により発生しているため、画一的な制御、あるいは一つのパラメ一タを制御することだけでは振動を抑えることが難しい。また、振動数によってガスタービン 2に与える影響が異なり、同じ振動強度でもある周波数では許容範囲であっても、他の周波数においては致命的である場合もありうる。これらの点からガスタービン 2の運転条件の制御は、振動の周波数に応じて複数のパラメータに対して行う必要がある。

そのため周波数解析手段 1 3は、図 6に示すように、内圧変動や加速度の周波数解析結果を複数 (n) の周波数帯に区切って周波数帯別解析結果として出力する。ここで周波数帯とは、周波数解析手段 1 3が周波数解析を行った結果に基づいて対応を行う最小単位となる周波数領域である。例えば図 5において振動は、主に 0〜5 0 0 O H zで発生しているから、周波数範囲を 0〜5 0 0 O H zとし、その周波数範囲を適当な大きさの周波数帯に区切り、 n個に分割する。例えば、 5 O H z毎に区切るとすると、 n = 1 0 0となる。なお、この周波数帯は、必ずしも一定の大きさである必要はない。周波数解析手段 1 3は、上記のようにして得た圧力又は加速度の周波数帯別解析結果を、状態把握手段 1 2に出力する。また、周波数解析手段 1 3は、圧力変動測定部 5、加速度測定部 6において圧力測定器や加速度測定器自体、あるレヽは圧力測定器や加速度測定器から出力されるデータが、入力手段 1 1に入力されるまでのデータ転送系統に異常がないか否かも診断する。これは、圧力測定器や加速度測定器あるいはデータ転送系銃に異常がある場合、正常な制御ができなくなるからで、例えば電源周波数成分（例えば 6 0 H z )のノィズゃ全周波数帯域にわたってランダム状のノィズが乗つたり、また、数十 H z未満の領域、特に直流成分でパルス状ノズルが乗ると、図 5に示した本来のレベルに比較して全体に上昇したレベルの信号になったりする。また、圧力測定器や加速度測定器自体が劣化した場合、全周波数帯域にわたってレベルが下がるから、周波数解析手段 1 3で振動レベルが予め設定した範囲から外れているか否かを判断し、範囲から外れた場合に圧力測定器や加速度測定器、あるいはデータ転送系統に異常があると判定する。なおこの判定のため、周波数解析手段 1 3で上記したようなパターンの解析結果が得られた場合に、これを検出できるような閾値を予め設定しておくことで、データ転送系統に異常が生じた場合もそれを容易に判定することができる。

なおここで周波数解析手段 1 3に、圧力測定器や加速度測定器を複数組設けておいてこれら複数組の測定結果を比較し、それによつて圧力測定器や加速度測定器、あるいは圧力測定器や加速度測定器からのデータ転送系統に異常が発生したか否かを判定しても良い。また、加速度測定部 6は、燃焼器 2 3自体の振動を加速度として検出するため、 1つの加速度測定部 6で複数の燃焼器 2 3で発生する燃焼振動を監視しても良い。この場合、一つの燃焼器 2 3に設けられた圧力変動測定部 5がセンサ異常と判断されても、加速度測定部 6によって燃焼振動を検知することができ、さらに加速度測定部 6を複数設けた場合は、圧力変動測定部 5 で燃焼振動を検知しなくとも少なくとも二つの加速度測定部 6で燃焼振動を検知した場合、燃焼振動が発生していると判定することで信頼性を高めることもできる。

再度図 2に戻って、こうして周波数解析が行われるわけであるが、この処理が 2サイクル目以降であつて前の処理サイクルで何らかの調整を行つている場合、次のステップ S 1 3で調整を行つたことによる効果の評価が行われる。これは状態把握手段 1 2による圧力又は加速度の周波数帯別解析結果により、燃焼振動が直ちに調整の必要な状態であるか否か、燃焼振動が生じていなレヽものの直ちに調整する必要がある燃焼振動の予兆が生じている状態であるか否か、を予め設定した閾値と比較して判定するものである。

その結果、管理値を逸脱、または燃焼振動の予兆があると判定（Y e s ) された場合、ステップ S 1 4でそのときの前回の処理サイクルで行った調整内容と、その結果変ィヒした稼働状態のデータを図 1 (B ) のデータベース 1 5に追加 ·更新する。

し一い 2ゝヽ入 " " 1 ヽ X l ⁰'— 1ヽ 12 -り、 ··，，·，、

— nはプロセス量、 Y —い Y_{; 1}— ₂、 ……、 _n、 Y_{i 2} い Y_{i 2}一 ₂、 ……、 Y_in― _nは各周波数帯での振動強度の最大値である。即ち、データベース 15では、プ口セス量及び各周波数帯での振動強度の最大値 Y _inが時刻 t I t 2…毎に整理されて格納されており、制御器 8及び周波数解析手段 13からこれらのデータが時々刻々とデータベース 15に送信されてくると、それらのデータがデータべ一ス 15に追加記憶される。

データベース 15に蓄積される振動強度のデータは圧力振動のみでも、加速度振動のみでもよく、圧力振動及び加速度振動の両方でもよい。一例として、図 Ί の時刻 t 1のときはパイパス弁 35の弁開度がであり、パイロット比が X ₁₂_い大気温度が X₂₁—い発電機の負荷（MW) が X₂₂— iで、第 1周波数帯での振動強度の最大値が Y_{i ]L}—い第 2周波数帯での振動強度の最大値が Y_{i 2} い第 n周波数帯での振動強度の最大値が Y i _n— iであることを示している。同様に時刻 t 2のときは、バイパス弁 35の弁開度がX^ 2、パイロット比が: X₁₂— ₂、大気温度が X_{21 2}、発電機の負荷が X_{22 2}であり、第 1周波数帯での振動強度の最大値が Y_{; 1 2}、第 2周波数帯での振動強度の最大値が Y_{i 2}_₂、第 n周波数帯での振動強度の最大値が Y i _{n 2}であることを示している。

こうしてデータベース 15にデータが追カロ ·修正されると、次のステップ S 1 5で発生している燃焼振動の特性が算出される。これは、燃焼特性把握手段 14 によってデータベース 15に格納された、周波数解析手段 13からの圧力又は加速度の周波数帯別解析結果と、プロセス量計測部 4からのプロセス量とに基づき、燃焼特性をモデルィヒするための数式モデルの構築である。

例えば、燃焼器 23の数を m、モデル化すべき周波数帯数を nとすると、下記式（1) のような重回帰モデルで内圧変動をモデル化する。

+ _{a i j}, ₃XX₂₁ + a _u, ₄xx₂₂ (1) ここで、

^ :第1燃焼器 =1、 2、· · ·、πι)の第 j周波数帯（j =1、 2、· · ·、 n) の最大振幅値

Xn ：操作量 1の値（本例では、パイパス弁 35の弁開度）

X₁₂：操作量 2の値（本例では、パイ口ット比）

Χ_2α ：操作量できない状態量 1の値（本例では、気象データ）

Χ₂₂：操作できない状態量 2の値（本例では、発電機の負荷（MW)) a _u, ₀、 & i い a _u, ₂、 & , ₃、 a _u, ₄ :係数パラメータ

である。

そして燃焼特性把握手段 14は、データベース 15に時刻（t l、 t 2-) ごとに整理して格納された最大振幅値 Υ 、操作量 X„、 X₁₂、操作できない状態量 X₂い X₂₂を用い、上記 (1)式の係数パラメータ a _;】，。、 a；い a _; j, ₂、 ^a u, 3、 a i j, ₄を求める。係数パラメータ a _u, ₀、 a ,い a； _{jt 3S} a , ₃、 a i j, ₄の解法には、例えば最小二乗法が用いられる。

ここで最大振幅値 Y とは、圧力変動測定部 5及び加速度測定部 6により測定された測定結果のデータを、周波数解析手段 13にて A/D変換して周波数解析した結果を n個の周波数帯に区切り、夫々の周波数帯においてある時間（t l、 t 2-) 内に得られた最大振幅値である。すなわち前記した図 6においては、第 1周波数帯の最大振幅値が Y _}い第 2周波数帯の最大振幅値が Y； ₂、第 n周波数帯の最大振幅値が Y； _nであることが示されている。

なお、上記では、説明の都合上、操作量を 2変数、操作できない状態量を 2変数としてモデル式を記述している力特に 2変数に限るものではなく、また、モデル構造として線形の一次式として記述しているが、 2次以上の高次モデルや二ユーラルネットワーク等の非線形モデルとしてもよい。また、ガスタービン 2から入力された操作量や操作できなレ、状態量を用レヽたモデル式として記述しているが、質量収支等の法則に基づいて変換した値を用いてもよい。

そして燃焼特性把握手段 14は、時刻 t 1、 t 2…毎に得られる上記数式モデル（1) を用い、燃焼振動の発生し易い領域を求める。例えば、操作量 1、操作量 2、操作できない状態量 1、操作できない状態量 2が、それぞれ X， u、 X' ₁₂、 ' ₂₁及ぴ X， ₂₂である時の、第 i燃焼器の第 j周波数帯の内圧変動予測値 Y' は、次式（2) で求められる。 Y' 】 a； ₀+a；』， i ' „+a i ₂XX

+ 3 i _; , gへ 21+ ^a i j, 4 X X 22

従って上記したように、係数パラメータ a i 。、 a

4は、例えば最小二乗法により求められている。

前記した図 6に示すように、第 i燃焼器の第 j周波数帯（周波数帯 1〜！の最大振幅値には、燃焼器 23や周囲の設備の構造面から閾値い Z_{i 2}、 „が設けられている。その閾値 Ziい Z_{i 2}、 ·'·Ζ_ίηは周波数解析手段 13に格納されており、ここで閾値 Ζ_;い Z_{i 2}、 "·Ζ_ίηは、各周波数帯において許容できる最高の振動強度を示す値である。またこの閾値 Z _{i l}、 Z _{i 2}、 … _inは、例えば、その周波数の振動により共振する部材ゃ構造があるカゝ、損傷を受け易い部材ゃ構造があるか、どのくらいの強度の振動まで許容できる力等により決定される。周波数解析手段 13から送られてきた第 i燃焼器の第 i周波数帯の最大振幅値の閾値を Z とすると、

U^{= a} i j , 0+ ^a i j , i i + a i j , 2 ·へ ^Λ 12

+ a _s j, ₃XX' ₂₁+a , ₄XX₂₂ (3) となる X， u、 X' ₁₂、 X' ₂₁及び， ₂₂が存在することになる。今、制御器 8におレ、て操作できない状態量 1及び操作できなレ、状態量 2の値が燃焼特性把握手段 14に入力されたとすると、（3) 式のうち、 X， „及び X' ₁₂以外は定数となり、（3) 式を満たす（X' ₁₇, X' ₁₂) を容易に求めることができる。

—方、制御器 8から与えられた a_k (k=l、 2、 · · ·、 p) なるゲインにより、

akZ ij, o+a _u, i ii + a i ₂XX 12

+ a i j, ₃ΧΧ' ₂₁+a _{i 4}XX₂₂ (4) として（X，い X， ₁₂) を求めれば、各燃焼器の各周波数帯域毎に p本の線を求めることができる。図 8は、これを示したもので、ここで係数パラメ一タ a ， ₂が正であれば、直線の上側が燃焼振動の発生し易い領域、下側が発生しにくい領域となる。逆に、係数パラメータ a j, ₂が負であれば、直線の下側が燃焼振動の発生し易い領域、上側が発生しにくい領域となる。

燃焼特性把握手段 14は、制御器 8から与えられる第 i燃焼器の第 j周波数帯の最大振幅値の閾値 Z； j ( i = l、 2、 · · · πι、 i =1, 2、 · · ·、 n)、ゲイン a_k (k= l、 2、 · · · p)、及ぴ特定の 2つ（運転実績である各時刻 t 1、 t 2…での操作できない状態量 X ₂い X₂₂) を除く変数の値（運転実績である各時刻 t 1、 t 2…での X„、 X₁₂) と、最小 2乗法等により求めた係数パラメ一グ ^a u, oゝ ^a i i, i、 ^a i i, 2ヽ ^a u, 3、及び a i ₄から、全ての燃焼器 23の全ての周波数帯について上記の直線を求め、線形計画法の手順に基づき、最終的に燃焼振動の発生し易い領域、発生しにくい領域を求める。

図 9は、燃焼特性把握手段 14により求められた、横軸を Xu、縦軸を X₁₂ とする燃焼振動領域の例を示している。この例では、ゲイン c _kごとに等高線のように燃焼振動領域を表現しており、中央部が燃焼振動の発生しにくい領域、周辺部ほど発生し易、領域である。なお図 9は、上記の通り説明の都合上操作量を 2変数としたことに伴ヽ、 2次元座標に示されているが、操作量を N変数とすれば N次元座標空間に示される。

そして調整量決定手段 1 6は、状態把握手段 1 2から調整命令を入力したとき、その調整命令に応答し、次のステップ S 1 6で現在の運転状態（Xu-x^ X₁ ₂=x_b)を調整するための対策内容（対策箇所と調整量）を決定する。このとき、複数の周波数帯域において、最大振幅値 Υ が閾値 Z _{i :l}、 Z _{i 2}、 "·Ζ _{ί η}を超えている場合、既に設置'稼働が行われている他の同型のガスタービン 2において揉取されたデータを用い、解析した結果得られた標準的な燃焼特性を示す数式モデルや、ガスタービン 2を運転する上で、例えば失火や逆火が発生しないための燃空比の制限値等の制約情報を格納したデータベース 1 5内の、基礎データべ一ス（図示せず）に記憶された優先順位（優先度）に基づき、優先順位の高い周波数帯域に対して調整を施す。ここでは、一例として最も低い周波数帯域の優先度を最も高くし、次は、高周波側の周波数帯域から優先度を順次高く設定している。これは、最も低い周波数帯域で燃焼振動が生じる場合、ガスタービン 2の火が消えやすい状況になっている可能性が高いこと、また高い周波数帯域では、燃焼振動によるエネルギーが大きいため、損傷などを及ぼす影響力が強いからである。また、調整を施す周波数帯域を選択した後に調整量決定手段 16は、つぎに現在の運転状態（Χ^-χ^ X I 2 = x_b) を調整すべき方向を、例えば最急降下法などの最適化手法を用いて決定する。なお、ここで用いる最適化手法は最急降下法に限定されるものではない。

即ち調整量決定手段 1 6は、燃焼特性把握手段 1 4により求めた図 9を参照し、現在の運転状態（Xu-x^ X₁₂=x_b) を示す例えば点よりも、より中央部側の線（α₂-0. 8) に対して垂直に仮想線 Lを引き、そのままひ ₂の線で囲まれた領域内まで延ばしてさらにその仮想線 Lが α ₂の線に当たる位置 Q ₂ (Χ₁ !^x^ X₁₂=x _d) まで延ばす。次に、点 Q₂から図 9におけるより中央部側の線（ひ ₃ = 0. 6) に対して垂直に仮想線 Lを延ばし、調整量決定手段 1 6が点から点 Q₂を経てその仮想線 Lを延ばす方向が、調整量決定手段 1 6により決定される調整の方向である。

このとき調整量決定手段 1 6では、燃焼特性把握手段 14において燃焼特性が十分に把握できない場合、データベース 1 5における過去に施した調整とその調整を施すことで生じたガスタ一ビン 2の稼働状態の変化とを関連付けた情報を蓄積した、図示していない知識データベースの内容に基づいて調整の方向を決定することができる。また、ガスタービン 2を設置した直後等、データベース 1 5に十分なデータが蓄積されていない場合には、前記した基礎データベース、および知識データベースに蓄積された、標準的な燃焼特性を示す数式モデル、制約情報、経験情報などに基づき、調整の方向を決定することができる。なお、知識データベースには、熟練した調整員の経験（ノウノヽゥ）に基づいて設定された「症状」と、そのような症状のときに有効な対策とを関連付けた経験情報を格納してもよい。

また、上記したような調整を行うに際し、調整量決定手段 1 6は状態把握手段 1 2が入力手段 1 1から得た燃焼特性のデータに基づき、その時点での燃焼特性に応じた捕正を加味することができる。これら基礎データベース、知識データべースに格納された情報に基づいて施した調整の内容と、それに応じてその後に生じたガスタービン 2の状態の変化は、次の処理サイクルでステップ S 1 3〜S 1 4で評価され、データベース 1 5に蓄積（反映）され、また、知識データベースの経験情報と異なる場合にはその更新に用いられる。

そして出力手段 1 7は、ステップ S 1 7において、調整量決定手段 1 6により決定された調整の方向を示すデータを制御器 8に出力する。そのため制御器 8は、出力手段 1 7から入力した上記調整の方向を示すデータに基づき、操作機構 7を制御してメイン燃料流量制御弁 2 8、パイロット燃料流量制御弁 3 1、バイパス弁 3 5、及び入口案内翼 2 6等を操作し、バイパス弁開度いパイロット比 X _{1 2}をそれぞれ変化させる。即ち制御器 8は、出力手段 1 7から入力した点から点 Q ₂に移行するような調整指示に対し、パス弁開度： X i を X _aから X _cまで変化させ、パイロット比 X i ₂を X _bから X _dまで変化させるようメイン燃料流量制御弁 2 8、パイロット燃料流量制御弁 3 1、パイパス弁 3 5、及ぴ入口案内翼 2 6の少なくともいずれか一つを制御する。

更に、点 Q ₂から先に仮想線 Lが延びる方向への調整指示に対しても、同様に、バイパス弁開度 X J i、メイン燃料流量とパイ口ット燃料流量の和である全燃料流量とパイ口ット燃料流量との比、すなわちパイ口ット燃料流量/全燃料流量であるパイ口ット比 X ₂をそれぞれ変ィ匕させる。ここで制御器 8は、パイ口ット比 X i ₂を上げる場合、パイ口ット燃料流量を変えずに全燃料流量を下げるように調整することも可能であるし、もしくは全燃料流量を変えずにパイ口ット燃料流量を上げるように調整することも可能である。

—方、図 2におけるフロー図のステップ S 1 3で閾値との比較の結果、管理値を逸脱しておらず、しかも燃焼振動の予兆が無い場合、処理はステップ S 1 8に進み、プロセス量計測部 4で計測したプロセス量に基づき、前回の処理サイクル時とのガスタービン 2の稼働パラメータの変ィ匕の有無、すなわち燃焼器 2 3に供給する燃料流量又は空気流量の少なくとも一方が補正されている力否かを判定する。その結果、稼働状態に変ィ匕がなければステップ S 2 0に進み、稼働パラメ一タに変化があればステップ S 1 4と同様、前回の処理サイクルで行った調整内容と、その結果変ィ匕した稼働状態のデータを図 1 ( B)のデータベース 1 5に追加 · 更新する。

そして次のステップ S 2 0でステップ S 1 3と同様、状態把握手段 1 2による圧力又は加速度の周波数帯別解析結果により、燃焼振動が調整の必要の無い安定状態かどう力が判定され、安定状態ではなくて調整が必要である力、燃焼振動が生じていないが直ちに調整する必要がある、すなわち燃焼振動の予兆が生じている状態である場合は処理がステップ S 1 1に戻り、以上説明してきたことが繰り返され、また充分安定であればステップ S 2 1に進み、前の処理サイクルにおけるステップ S 1 7の補正量の出力で行った調整の方向を示すデータを「0」とし

「補正量のリセット」を行なう。なお、ステップ 2 0ではステップ 1 3で利用する管理値よりも安全側の閾値を用いてもよい。

即ち補正の結果、燃焼振動も燃焼振動の予兆もなく、燃焼が安定していると判断される場合、燃焼振動は気象状況や熱容量の変化等で突発的に発生した可能性があり、燃焼振動の発生を抑制するための調整で、設計時に想定した理想的な燃料流量、空気流量による設計性能を考慮した運転状態から逸脱した運転となっている可能性があるから、補正した状態を元の初期状態に戻すことで、設計時に想定した理想的な燃料流量、空気流量での運転状態から逸脱した運転が続けられることが防止され、効率が保たれたガスタ一ビン制御方法及び装置とすることができる。

【実施例 2】

以上が本発明の実施例 1であるが、この実施例 1では、燃焼振動の発生を抑制するための調整により、設計時に想定した理想的な燃料流量、空気流量による設計性能を考慮した運転状態から逸脱した運転となっている場合、補正した状態を初期状態に戻すようにしたが、この場合は母機の消費寿命による劣化などが考慮されないため、消費寿命により最適運転ボイントがずれている場合も初期状態に戻されてしまう。そのため、以下に説明する実施例 2では、この点も考慮した調整を行えるようにした。

図 3は本発明によるガスタービン制御方法の実施例 2のフロー図である。この図 3のフロー図において、ステップ S 3 0〜4 0は前記図 2で説明した実施例 1 のフロー図におけるステップ S 1 0〜2 0と同じ内容であり、図 2の実施例 1のフロー図におけるステップ S 2 1の「捕正量のリセット」が無くなって、ステツプ S 4 0において燃焼振動が充分安定してる場合、ステップ S 3 5に処理が戻る点が大きな違いである。

すなわち前記図 2の場合と同様、ステップ S 3 0〜3 7では燃焼振動が生じたか予兆がある場合、ステップ S 3 3でそれを判断してステップ S 3 4から 3 7で燃焼振動特性の算出、補正量の決定、補正量の出力を行い、ステップ S 3 3で予兆も管理値の逸脱もない場合は、ステップ S 3 8に進んで前記と同様、プロセス量計測部 4で計測したプロセス量に基づき、前回の処理サイクル時とのガスタ一ビン 2の稼働パラメータの変ィ匕の有無、すなわち燃焼器 2 3に供給する燃料流量又は空気流量の少なくとも一方が捕正されているか否かを判定する。その結果、稼働状態に変化がなければステップ S 4 0に進み、稼働パラメータに変ィ匕があればステップ S 3 4と同様、前回の処理サイクルで行った調整内容と、その結果変化した稼働状態のデータを図 1 (B ) のデータベース 1 5に追加 ·更新する。そして次のステップ S 4 0でステップ S 3 3と同様、状態把握手段 1 2による圧力又は加速度の周波数帯別解析結果により、燃焼振動が調整の必要の無い安定状態かどうかが判定され、安定状態ではなくて調整が必要である力、燃焼振動が生じていないが直ちに調整する必要がある、すなわち燃焼振動の予兆が生じている状態である場合は処理がステップ S 3 1に戻り、以上説明してきたことが繰り返され、また充分安定であればステップ S 3 5に戻る。なお、ステップ 4 0では、ステップ 3 3で利用する管理値よりも安全側の閾値を用いてもよい。

そしてこのステップ S 3 5で再度、燃焼振動特性の算出を行うわけであるが、今、図 4のグラフに示したように燃焼器 2 3が、例えば局所的に温度がかなり高くなつているとかのストレスが加わって燃焼振動が発生している^、その燃焼振動を避けるために補正量を材料の疲労温度の 9 0 %程度の許容限界 1の閾値に設定したとすると、その状態でガスタービン 2の稼動状態を把握し、燃焼振動が充分安定となつたことを確認したら母機の消費寿命による劣化などを考慮し、閾値を許容限界 2の値に下げてやる。そしてステップ S 3 6で、許容限界 2の閾値を用いた補正量を決定し、ステップ S 3 7で捕正量を出力する。

このようにして、燃焼振動発生時には一旦燃焼振動を回避するため、制御系設定に対して望ましい補正を行うが、状態把握手段 1 2によりタービン 2を所定時間監視し、燃焼振動が落ち着いているようであれば母機の消費寿命に関する指標を長期的な寿命評価の観点から評価し、現状の制御系設定が良くないと判断された場合は消費寿命を評価しながら、徐々に制御系設定を初期値の方向に戻し、消費寿命上問題とならない制御系設定まで戻すわけである。従って、ガスタービン本体 2 1の熱容量などによる一時的な不安定燃焼現象時や経年変化による不安定燃焼時には、燃焼安定性を維持すべく制御系の調整を行うことができ、また、不安定現象が角早消すれば消費寿命等の指標を評価しながら制御系設定を徐々に戻すことで、高い効率でガスタービンを運用することができる。

以上種々述べてきたように、本発明になるガスタービン制御方法及び装置は、燃焼振動発生時に一旦燃焼振動を回避し、制御系設定に対して望ましい補正を行うが、所定時間監視して燃焼振動が落ち着いているようであれば元の制御系設定に戻す、あるいは母機の疲労寿命を考慮した設定とする機能を備えたから、ガスタ一ビンの熱容量などによる一時的な不安定燃焼現象時には燃焼安定性を維持すベく制御系の調整を行うことが可能となり、また、不安定現象が解消すれば当初設定した初期設計値に戻す、ある、は母機の疲労寿命を考慮した設定とするため、特別の場合を除いてメーカやお客様の意図した制御系設定でガスタービンを運用することができ、従来のように設計時に想定した理想的な燃料流量、空気流量での運転状態から逸脱した運転が続けられる、といったことが防止されて、母機の疲労寿命も考慮した運転状態を維持できる、ガスタービン制御方法及び装置とすることができる。産業上の利用可能性

本発明によれば、初期の設計効率を長期に渡って維持できるガスタービン制御方法及び装置を提供することができ、燃料を無駄にすることなく発電機等を効率的に運転することができる。

Claims

請求の範囲

1 . ガスタービンにおける燃焼器内の圧力変動または加速度を複数の周波数帯別に周波数解析する第 1のステップと、

該周波数帯別解析結果と前記ガスタービンにおける空気流量とパイ口ット燃料の比を含む操作プロセス量、及び大気状態と負荷量を含む状態信号とに基づき、前記ガスタ一ビンの燃焼振動の特性を周波数帯別に把握する第 2のステップと、前記燃焼振動が予め定めた管理値を越える毎に前記燃焼器に供給する空気流量とパイロット比との少なくとも一方の補正量を算出し、前記操作プロセス量と状態信号に対応させて予め設定した空気流量とパイ口ット比の初期設計値を補正する第 3のステップと、

該第 3のステツプの補正に基づいてガスタービンを駆動し、前記燃焼振動が前記管理値を一定時間下回つたことを判断する第 4のステップと、

該第 4のステツプの判断に基づき、前記第 3のステツプで行つた初期設計値の補正をリセットし、初期設計値で運転することを特徴とするガスタービン制御方法。

2. ガスタービンにおける燃焼器内の圧力変動または加速度を複数の周波数帯別に周波数解析する第 1のステップと、

該第 3のステップの補正に基づいてガスタービンを駆動し、前記燃焼振動が前記管理値を一定時間下回ったことを判断する第 4のステップと、

該第 4のステツプの判断に基づき、前記第 3のステツプで行つた初期設計値の補正値を、徐々に初期設計値に戻しながら運転することを特徴とするガスタービン制御方法。

3 . 前記第 3のステップで行った初期設計値の捕正値を、予め定めた前記管理値より小さい複数の閾値に従って、初期設計値に近づく方向に段階的に低減させることを特徴とする請求項 2に記載したガスタ^"ビン制御方法。

4 . ガスタービンにおける燃焼器内の圧力変動または加速度を複数の周波数帯別に周波数解析する周波数解析手段と、

前記燃焼特性把握手段が把握した燃焼振動特性と状態把握手段の把握した燃焼状態とから、前記燃焼振動が予め定めた管理値を越える毎に前記燃焼器に供給する空気流量とパイロット比との少なくとも一方の捕正量を算出し、前記操作プロセス量と状態信号に対応させて予め設定した空気流量とパイ口ット比の初期設計値を捕正して前記ガスタービンを駆動する制御部とを備え、

前記制御部は、前記ガスタ一ビンの燃焼振動が予め定めた前記管理値を一定時間下回った状態で前記初期設計値の捕正をリセットし、初期設計値で前記ガスタ一ビンを運転するよう構成されていることを特徴とするガスタービン制御装置。

5 . ガスタービンにおける燃焼器内の圧力変動または加速度を複数の周波数帯別に周波数解析する周波数举析手段と、

該周波数解析手段の周波数帯別^?結果と、前記ガスタービンにおける空気流量とパイロット燃料の比を含む操作プロセス量、及び大気状態と負荷量を含む状態信号とに基づき、前記ガスタービンにおける燃焼状態を把握する状態把握手段、及び燃焼振動の特性を把握する燃焼特性把握手段と、

前記燃焼特性把握手段が把握した燃焼振動特性と状態把握手段の把握した燃焼状態とから、前記燃焼振動が予め定めた管理値を越える毎に前記燃焼器に供給する空気流量とパイロット比との少なくとも一方の補正量を算出し、前記操作プロセス量と状態信号に対応させて予め設定した空気流量とパイ口ット比の初期設計値を捕正して前記ガスタービンを駆動する制御部とを備え、前記制御部は、前記ガスタービンの燃焼振動が予め定めた前記管理値を一定時間下回った状態で、前記初期設計値の補正を前記初期設計値に近づく方向に段階的に低減させながら前記ガスタービンを運転するよう構成されていることを特徴とするガスタービン制御装置。

6 . 前記制御部は、前記初期設計値に加えた補正値を、予め定めた前記管理値より小さい複数の閾値に従って、初期設計値に近づく方向に段階的に低減させて前記ガスタービンを運転するよう構成されていることを特徴とする請求項 5に記載したガスタ一ビン制御装置。