JP2003239764A - Gas turbine device and method of controlling the same - Google Patents
Gas turbine device and method of controlling the sameInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン装置
に係り、特に、ガスタービンエンジンの燃料調節弁を制
御する制御方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas turbine device, and more particularly to a control method for controlling a fuel control valve of a gas turbine engine.
【0002】[0002]
【従来の技術】ガスタービン発電装置は、電力を発生す
る発電機と、発電機を駆動するためのガスタービンエン
ジンとから基本的に構成される。ガスタービンエンジン
は、回転軸を介して回転自在に取り付けられたタービン
と、燃焼ガスを発生させるための燃焼器と、燃焼器への
燃料供給量を調節する燃料調節弁と、空気を圧縮する空
気圧縮機とを備えている。2. Description of the Related Art A gas turbine power generator is basically composed of a generator for generating electric power and a gas turbine engine for driving the generator. A gas turbine engine includes a turbine rotatably mounted via a rotating shaft, a combustor for generating combustion gas, a fuel control valve for controlling the fuel supply amount to the combustor, and an air for compressing air. And a compressor.
【0003】上述の構成において、燃料調節弁により調
整された燃料および空気圧縮機により圧縮された空気は
燃焼器に供給され、燃焼器にて圧縮空気と燃料との混合
気が形成される。そして、燃焼器において混合気を燃焼
させて燃焼ガスを発生させ、この燃焼ガスがタービンに
供給されることによりタービンが高速で回転するように
なっている。回転軸の一端には発電機が取り付けられて
おり、回転軸を介してタービンにより発電機を駆動する
ことで発電が行われる。In the above structure, the fuel adjusted by the fuel control valve and the air compressed by the air compressor are supplied to the combustor, and the combustor forms a mixture of compressed air and fuel. Then, in the combustor, the air-fuel mixture is combusted to generate combustion gas, and the combustion gas is supplied to the turbine, whereby the turbine rotates at high speed. A generator is attached to one end of the rotating shaft, and power is generated by driving the generator with a turbine via the rotating shaft.
【0004】このようなガスタービン発電装置において
は、燃料調節弁の弁開度の制御により、起動制御あるい
は定速運転制御等の各種の運転制御が行われる。例え
ば、エンジン燃焼排ガス温度を検出して、これが一定の
値を超えないように発電電力の調整が行われる。即ち、
発電出力の増大はガスタービンエンジンにおける燃焼量
の増大に関連し、最大発電出力はガスタービンエンジン
における許容燃焼排ガス温度により決められる。In such a gas turbine power generator, various operation controls such as start-up control or constant speed operation control are performed by controlling the valve opening of the fuel control valve. For example, the engine combustion exhaust gas temperature is detected, and the generated power is adjusted so that it does not exceed a certain value. That is,
The increase in the power generation output is related to the increase in the combustion amount in the gas turbine engine, and the maximum power generation output is determined by the allowable combustion exhaust gas temperature in the gas turbine engine.
【0005】エンジン燃焼排ガス温度を許容可能な一定
の目標温度に保つための制御は、目標値に対して所定幅
の上限値と下限値とを設定する。そして、排ガス温度が
上限値に到達すると、発電機出力を下げる制御を行い、
排ガス温度が下がり下限値に到達すると、発電機出力を
増大する制御を行う。しかしながら、発電機出力の増大
または低減の速度が問題であり、この速度を大きくする
とハンチングが生じ、エンジン制御系の動作が不安定に
なるという問題がある。また、発電機出力の増大または
低減の速度を小さくすると、所要値に到達するのに時間
がかかり、またオーバシュートが大きくなるという問題
がある。The control for keeping the engine combustion exhaust gas temperature at an allowable constant target temperature sets an upper limit value and a lower limit value of a predetermined width with respect to the target value. Then, when the exhaust gas temperature reaches the upper limit value, control is performed to reduce the generator output,
When the exhaust gas temperature falls and reaches the lower limit value, control is performed to increase the generator output. However, the speed of increasing or decreasing the generator output is a problem, and if this speed is increased, hunting occurs and the operation of the engine control system becomes unstable. Further, if the speed of increasing or decreasing the generator output is reduced, it takes time to reach the required value, and there is a problem that the overshoot increases.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の問題点に鑑みてなされたもので、エンジン燃焼排
ガス温度のオーバシュートという問題が生ぜず、且つ安
定した動作が行えるガスタービン装置を提供することを
目的とするものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and is a gas turbine apparatus that does not cause the problem of overshoot of the engine combustion exhaust gas temperature and can perform stable operation. It is intended to provide.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上述した問題点を解決す
るために、本発明のガスタービン装置は、空気と、燃料
を混合して燃焼することで、ガスタービンを回転駆動す
るガスタービンエンジンと、前記ガスタービンに直結し
た発電機とを備えたガスタービン装置において、前記エ
ンジンの燃焼排ガス温度を計測するセンサと、前記セン
サで計測された燃焼排ガス温度が目標温度よりも高い第
1の設定値を超えた場合に前記発電機の出力を低い速度
で低減する手段と、前記第1の設定値よりも高い第2の
設定値を超えた場合に前記発電機の出力を高い速度で低
減する手段と、前記燃焼排ガス温度が目標温度よりも低
い第3の設定値を下回った場合に前記発電機の出力を低
い速度で増加する手段とを備えたことを特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, a gas turbine apparatus according to the present invention is a gas turbine engine for rotating a gas turbine by mixing air and fuel for combustion. In a gas turbine device including a generator directly connected to the gas turbine, a sensor for measuring a combustion exhaust gas temperature of the engine, and a first set value at which the combustion exhaust gas temperature measured by the sensor is higher than a target temperature. And a means for reducing the output of the generator at a low speed when it exceeds the above, and a means for reducing the output of the generator at a high speed when the second set value higher than the first set value is exceeded And means for increasing the output of the generator at a low speed when the combustion exhaust gas temperature falls below a third set value which is lower than the target temperature.
【0008】また、本発明のガスタービン装置の制御方
法は、空気と、燃料を混合して燃焼することで、ガスタ
ービンを回転駆動するガスタービンエンジンと、前記ガ
スタービンに直結した発電機とを備えたガスタービン装
置において、前記エンジンの燃焼排ガス温度を計測し、
燃焼排ガス温度が目標温度よりも高い第1の設定値を超
えた場合に前記発電機の出力を低い速度で低減し、前記
燃焼排ガス温度がさらに上昇して、前記第1の設定値よ
りも高い第2の設定値を超えた場合に前記発電機の出力
を高い速度で低減し、前記燃焼排ガス温度が下降して目
標温度よりも低い第3の設定値を下回った場合に前記発
電機の出力を低い速度で増加することを特徴とする。Further, the control method of the gas turbine apparatus according to the present invention comprises a gas turbine engine for rotationally driving the gas turbine by mixing air and fuel for combustion, and a generator directly connected to the gas turbine. In the provided gas turbine device, measuring the combustion exhaust gas temperature of the engine,
When the flue gas temperature exceeds a first set value higher than the target temperature, the output of the generator is reduced at a low speed, the flue gas temperature further rises, and is higher than the first set value. When the second set value is exceeded, the output of the generator is reduced at a high speed, and when the combustion exhaust gas temperature drops and falls below a third set value that is lower than the target temperature, the output of the generator. Is increased at a low rate.
【0009】このように構成された本発明によれば、燃
焼排ガス温度が目標温度よりも高い第1の設定値を超え
た場合に発電機出力を低い速度で低減し、更に第1の設
定値よりも高い第2の設定値を超えた場合に発電機の出
力を高い速度で低減する。従って、エンジンの燃焼排ガ
ス温度が高い方の第2の設定値を超えた場合には、直ち
に燃焼負荷が低減するので、燃焼排ガス温度が急速に低
減する。これにより燃焼排ガス温度が目標温度を大幅に
超えるオーバシュートという問題が防止される。According to the present invention thus constituted, the generator output is reduced at a low speed when the combustion exhaust gas temperature exceeds the first set value which is higher than the target temperature, and further the first set value is set. If the second set value higher than is exceeded, the output of the generator is reduced at a high speed. Therefore, when the combustion exhaust gas temperature of the engine exceeds the higher second set value, the combustion load is immediately reduced, so that the combustion exhaust gas temperature is rapidly reduced. This prevents the problem of overshoot in which the combustion exhaust gas temperature greatly exceeds the target temperature.
【0010】また、上記発電機出力が高い速度で低減し
ても、目標温度以下で第3の設定値を下回った場合に
は、発電機出力は低い速度で増加する。従って、高い速
度で発電機出力を低下させる際に、目標温度よりも低い
領域で再び発電機出力を高い速度で上昇させることがな
い。このため、発電機出力が目標温度を下回った場合に
は発電機出力は緩やかに増大するように制御され、これ
に伴いエンジンの燃焼排ガス温度も緩やかに上昇し、燃
焼排ガス温度は目標温度を挟んで第1の設定値と第3の
設定値との間に収束する。Further, even if the generator output is reduced at a high speed, if the temperature falls below the third set value below the target temperature, the generator output increases at a low speed. Therefore, when the generator output is decreased at a high speed, the generator output is not increased again at a high speed in a region lower than the target temperature. Therefore, when the generator output falls below the target temperature, the generator output is controlled so as to gradually increase, the combustion exhaust gas temperature of the engine also gradually rises, and the combustion exhaust gas temperature falls below the target temperature. And converges between the first set value and the third set value.
【0011】それ故、燃焼排ガス温度のオーバシュート
という問題が生ぜず、安定に燃焼排ガス温度を所定の最
大許容値に制御することが可能となる。これにより、燃
焼排ガス温度をその許容可能な上限値いっぱいで使用す
ることができるので、ガスタービンエンジンが有する最
大の発電出力を取り出すことが可能となる。Therefore, the problem of overshoot of the combustion exhaust gas temperature does not occur, and the combustion exhaust gas temperature can be stably controlled to a predetermined maximum allowable value. As a result, the combustion exhaust gas temperature can be used at the maximum allowable upper limit value, so that the maximum power generation output of the gas turbine engine can be taken out.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るガスタービン
装置の一実施形態について図面を参照して説明する。図
1は、本実施形態のガスタービン装置の全体構成を示す
模式図である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of a gas turbine device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of the gas turbine device of this embodiment.
【0013】図1に示すように、本実施形態におけるガ
スタービン装置は、タービン1と、タービン1に回転駆
動されて回転する発電機5と、タービン1に燃焼ガスを
供給する燃焼器2と、燃焼器2への燃料の供給量を調節
する燃料調節弁14と、燃焼器2に圧縮空気を供給する
空気圧縮機3と、タービン1に供給された後の燃焼ガス
の熱を利用して圧縮空気を加温する再生熱交換器4と、
タービン1を制御対象とする制御装置13とを備えてい
る。As shown in FIG. 1, the gas turbine device according to this embodiment includes a turbine 1, a generator 5 that is driven to rotate by the turbine 1, and a combustor 2 that supplies combustion gas to the turbine 1. A fuel control valve 14 that regulates the amount of fuel supplied to the combustor 2, an air compressor 3 that supplies compressed air to the combustor 2, and a combustion gas that has been supplied to the turbine 1 are compressed using heat. A regenerative heat exchanger 4 for heating the air,
The control device 13 that controls the turbine 1 is provided.
【0014】タービン1は流体を受けて回転するための
複数の回転翼(図示せず)を有し、ケーシング(図示せ
ず)に収納され、回転軸6を介して回転自在に支持され
ている。空気圧縮機3は回転軸6を介してタービン1に
より駆動されて空気を圧縮するように構成されている。
この空気圧縮機3は配管7を介して燃焼器2に接続され
ており、空気圧縮機3により圧縮された空気は配管7を
通って燃焼器2に供給される。なお、配管7の途中には
再生熱交換器4が設置されており、空気圧縮機を出た圧
縮空気は、再生熱交換器4により加温された後、燃焼器
2に供給されるようになっている。The turbine 1 has a plurality of rotary blades (not shown) for receiving fluid and rotating, is housed in a casing (not shown), and is rotatably supported via a rotary shaft 6. . The air compressor 3 is configured to be driven by the turbine 1 via the rotating shaft 6 to compress air.
The air compressor 3 is connected to the combustor 2 via a pipe 7, and the air compressed by the air compressor 3 is supplied to the combustor 2 via the pipe 7. A regeneration heat exchanger 4 is installed in the middle of the pipe 7, and the compressed air discharged from the air compressor is heated by the regeneration heat exchanger 4 and then supplied to the combustor 2. Has become.
【0015】燃料調節弁14は、燃焼器2の上流側に配
置され、図示しない燃料供給源から供給された燃料は、
この燃料調節弁14を通過した後、燃焼器2に供給され
る。燃料調節弁14は、弁の開度が可変に構成され、こ
の弁の開度を操作することにより、燃焼器2への燃料の
供給量が調節されるようになっている。The fuel control valve 14 is arranged upstream of the combustor 2, and the fuel supplied from a fuel supply source (not shown) is
After passing through the fuel control valve 14, it is supplied to the combustor 2. The fuel control valve 14 is configured such that the opening of the valve is variable, and the amount of fuel supplied to the combustor 2 is adjusted by operating the opening of this valve.
【0016】燃焼器2に供給された燃料および圧縮空気
は燃焼器2において混合気を形成する。燃焼器2にて図
示しない着火プラグにより混合気が着火されて高温・高
圧の燃焼ガスが発生する。そして、この燃焼ガスがター
ビン1に供給されることによりタービン1が高速で回転
する。回転軸6の端部には発電機5が接続されており、
回転軸6を介してタービン1により発電機5が高速で回
転駆動されることで発電が行われる。The fuel and compressed air supplied to the combustor 2 form an air-fuel mixture in the combustor 2. In the combustor 2, the air-fuel mixture is ignited by an ignition plug (not shown) to generate high-temperature and high-pressure combustion gas. Then, by supplying this combustion gas to the turbine 1, the turbine 1 rotates at high speed. The generator 5 is connected to the end of the rotary shaft 6,
The turbine 1 drives the generator 5 to rotate at a high speed via the rotary shaft 6 to generate electric power.
【0017】このガスタービン装置には、各種のセンサ
を備えており、これらの信号に基づいて制御装置13が
燃料調節弁14の弁開度の制御等を行う。回転センサ1
2は、回転軸6の回転速度を検出し、定速運転時にはこ
の回転速度が一定となるように燃料調節弁の弁開度がフ
ィードバック制御される。また、ガスタービンの燃焼ガ
スの排出部にはEGT(Exhaust Gas Temperature)セ
ンサ16を備え、タービンより排出される燃焼排ガスの
温度を計測する。そして、この温度が許容可能な目標温
度を超えて上昇しないように燃料調節弁14の制御がお
こなわれる。This gas turbine system is equipped with various sensors, and the control unit 13 controls the valve opening of the fuel control valve 14 based on these signals. Rotation sensor 1
Reference numeral 2 detects the rotation speed of the rotary shaft 6, and the valve opening of the fuel control valve is feedback-controlled so that the rotation speed becomes constant during constant speed operation. Further, an EGT (Exhaust Gas Temperature) sensor 16 is provided in the combustion gas discharge portion of the gas turbine to measure the temperature of the combustion exhaust gas discharged from the turbine. Then, the fuel control valve 14 is controlled so that this temperature does not rise above the allowable target temperature.
【0018】図2乃至図4は、エンジン燃焼排ガス温度
(EGT)と発電機出力との制御例を示す。各図中におい
てエンジン燃焼排ガス温度(EGT)は実線で示し、発電
機出力は点線で示す。また、これらの制御は、例えばガ
スタービン装置を起動後、ガスタービンの回転速度を所
定の運転速度に調整した後に、発電機出力を0から例え
ば定格出力まで上げていく時に適用される。上述したよ
うに発電機出力はガスタービンエンジンの燃焼負荷に比
例し、発電機出力が増大するとエンジン燃焼排ガス温度
も上昇する。2 to 4 show examples of control of engine combustion exhaust gas temperature (EGT) and generator output. In each figure, the engine exhaust gas temperature (EGT) is shown by the solid line, and the generator output is shown by the dotted line. Further, these controls are applied, for example, when the generator output is increased from 0 to, for example, the rated output after the gas turbine device is started and the rotation speed of the gas turbine is adjusted to a predetermined operating speed. As described above, the generator output is proportional to the combustion load of the gas turbine engine, and when the generator output increases, the engine combustion exhaust gas temperature also rises.
【0019】図2は、比較例として排ガス温度の目標値
(TARGET)の上下に設定値(UPPERBAND,LOWER BAND)
を備えたものである。この制御装置13においては、エ
ンジン排ガス温度が上昇して上側設定値(UPPER BAND)
に到達すると、発電機出力は所定速度で低減する。そし
て、排ガス温度が低下して下側設定値(LOWER BAND)に
到達すると、発電機出力は所定速度で増加するように設
定されている。この例においては、発電機出力を0から
例えば定格出力まで上昇させる。この時、排ガス温度
(EGT)も略直線状に上昇し、排ガス温度が目標温度(T
ARGET)を越え、目標温度よりも高い上限設定値(UPPER
BAND)に到達すると、制御装置13がこれを検知して
発電機出力を所定速度で低減する。従って、時刻t1以
降は発電機出力は低下する。これに伴い排ガス温度も低
下していき、目標値(TARGET)を越え、更に下限設定値
(LOWER BAND)に到達すると、発電機出力は再び所定の
速度で増加する(時刻t2)。そして、再び排ガス温度
が上限設定値を超えると、その時点で発電機出力は再び
所定速度で低減する(時刻t3)。同様のことが時刻t
4においても繰り返される。FIG. 2 shows, as a comparative example, set values (UPPERBAND, LOWER BAND) above and below the target value (TARGET) of the exhaust gas temperature.
It is equipped with. In this control device 13, the engine exhaust gas temperature rises and the upper set value (UPPER BAND)
The generator output decreases at a predetermined speed when Then, when the exhaust gas temperature decreases and reaches the lower set value (LOWER BAND), the generator output is set to increase at a predetermined speed. In this example, the generator output is increased from 0 to, for example, the rated output. At this time, the exhaust gas temperature (EGT) also rises substantially linearly, and the exhaust gas temperature becomes the target temperature (T
Upper limit set value (UPPER
BAND), the controller 13 detects this and reduces the generator output at a predetermined speed. Therefore, the generator output decreases after time t 1 . Along with this, the exhaust gas temperature also decreases, exceeds the target value (TARGET), and further reaches the lower limit setting value (LOWER BAND), and the generator output again increases at a predetermined speed (time t 2 ). Then, when the exhaust gas temperature again exceeds the upper limit set value, at that time, the generator output again decreases at the predetermined speed (time t 3 ). The same applies to time t
It is repeated in 4 .
【0020】このような排ガス温度と発電機出力の制御
においては、燃焼排ガス温度(EGT)を目標値(TARGE
T)の近傍に保つことが可能である。しかしながら、上
限設定値及び下限設定値における発電機出力の低減及び
増加速度の設定が問題である。発電機出力の低減及び増
加速度を高くすると、発電機出力が上限設定値を超える
と、発電機出力は直ちに低減し、これにより排ガス温度
も直ちに下降する。従って、エンジン燃焼排ガス温度が
上限設定値を超えて大幅に上昇するという、いわゆるオ
ーバシュートの問題が防止されるが、燃焼排ガス温度及
び発電機出力がハンチングすることとなり、動作が不安
定となる問題がある。In such control of exhaust gas temperature and generator output, the combustion exhaust gas temperature (EGT) is set to the target value (TARGE
It is possible to keep near T). However, there is a problem in reducing the generator output and setting the increasing speed at the upper limit setting value and the lower limit setting value. When the generator output is reduced and the speed of increase is increased, when the generator output exceeds the upper limit set value, the generator output is immediately reduced, so that the exhaust gas temperature is immediately lowered. Therefore, the problem of so-called overshoot in which the engine combustion exhaust gas temperature rises significantly above the upper limit setting value is prevented, but the combustion exhaust gas temperature and the generator output hunt and the operation becomes unstable. There is.
【0021】一方で、上限設定値及び下限設定値におけ
る発電機出力の低減速度及び増加速度を小さく設定する
と、発電機出力を0から定格出力近辺まで上昇するに際
して、上限設定値を越えても、発電機出力の低減速度が
小さいので、熱的な慣性により燃焼排ガス温度は更に緩
やかに上昇し続ける。また、燃焼排ガス温度がオーバシ
ュートした後に下降するが、発電機出力の低減速度が緩
やかであるので、燃焼排ガス温度の下降速度も緩やかと
なる。そして、目標温度以下の下限設定値に到達する
と、発電機出力は再び所定速度で増加する。従って、発
電機出力の低減及び増加速度を小さくすると、オーバシ
ュートが大きくなり、収束に要する時間が長くなるとい
う問題がある。On the other hand, if the reduction rate and the increase rate of the generator output at the upper limit setting value and the lower limit setting value are set to be small, even if the upper limit setting value is exceeded when increasing the generator output from 0 to near the rated output, Since the reduction rate of the generator output is small, the combustion exhaust gas temperature continues to rise more gradually due to thermal inertia. Further, although the combustion exhaust gas temperature drops after overshooting, the decrease rate of the generator output is slow, so the combustion exhaust gas temperature also falls slowly. Then, when the lower limit set value equal to or lower than the target temperature is reached, the generator output again increases at a predetermined speed. Therefore, if the generator output is reduced and the increasing speed is reduced, there is a problem that the overshoot increases and the time required for convergence increases.
【0022】図3は、他の比較例を示す。これは図2の
上限設定値及び下限設定値をそれぞれ外側設定値(OUTE
R BAND)と内側設定値(INNER BAND)とに分けて、燃焼
排ガス温度が目標温度よりも高い内側設定値を超えた場
合に発電機出力を低い速度で低減し、更に燃焼排ガス温
度が内側設定値よりも更に高い外側設定値を超えた場合
に、発電機出力を高い速度で低減するようにしたもので
ある。同様に、燃焼排ガス温度が目標温度よりも低い内
側設定値を超えた場合に発電機出力を低い速度で増加さ
せ、更に低い外側設定値を超えた場合に発電機出力を高
い速度で増加させるようにしたものである。FIG. 3 shows another comparative example. This is because the upper and lower limit values of Fig. 2 are set to the outer set value (OUTE
R BAND) and inner set value (INNER BAND), the generator output is reduced at a lower speed when the combustion exhaust gas temperature exceeds the target set temperature, and the combustion exhaust gas temperature is set inside. When the outside set value higher than the above value is exceeded, the generator output is reduced at a high speed. Similarly, the generator output is increased at a low speed when the flue gas temperature exceeds the inner set value lower than the target temperature, and the generator output is increased at a higher speed when the flue gas temperature exceeds the lower outer set value. It is the one.
【0023】このように上限値及び下限値を内側設定値
と外側設定値との2段階とすることにより、図3に示す
発電機出力の高い速度と低い速度との両者を兼ね備えた
制御が可能となる。即ち、外側設定値では発電機出力が
高い速度で低減または上昇するので、燃焼排ガス温度が
この設定値を超えた場合には、直ちに発電機出力が急速
に減少または増加する。このため、上限値の外側設定値
を大幅に超えたオーバシュートという問題がなくなり、
また内側設定値を超えると発電機出力の低減または増加
が低い速度で行われるので、これにより動作の安定性が
高くなる。しかしながら、このような上限値及び下限値
を2段階で設定するとしても、排ガス温度及び発電機出
力が、図3に示すように振動するという問題は避けるこ
とができない。By thus setting the upper limit value and the lower limit value in two stages of the inner set value and the outer set value, it is possible to control both the high speed and the low speed of the generator output shown in FIG. Becomes That is, at the outside set value, the generator output decreases or rises at a high speed, so when the combustion exhaust gas temperature exceeds this set value, the generator output immediately decreases or increases rapidly. Therefore, there is no problem of overshoot that greatly exceeds the upper limit set value,
Further, when the inner set value is exceeded, the generator output is reduced or increased at a low speed, which increases the stability of operation. However, even if such an upper limit value and a lower limit value are set in two stages, the problem that the exhaust gas temperature and the generator output vibrate as shown in FIG. 3 cannot be avoided.
【0024】図4は、本発明の実施形態の制御を示す。
この実施形態においては、燃焼排ガス温度が目標温度
(TARGET)よりも高い内側設定値(INNER BAND)を越え
た場合に発電機出力を低い速度で低減し、それよりも高
い外側設定値(OUTER BAND)を越えた場合に、発電機出
力を高い速度で低減し、燃焼排ガス温度が低下していき
目標温度よりも低い内側設定値を下回った場合に発電機
出力を低い速度で増加するようにしたものである。従っ
て、図3に示す制御方法と比較して、発電機出力が高い
速度で増加する下限値の下側設定値を備えていない。FIG. 4 shows the control of the embodiment of the present invention.
In this embodiment, when the flue gas temperature exceeds the inner set value (INNER BAND) higher than the target temperature (TARGET), the generator output is reduced at a low speed, and the outer set value (OUTER BAND) higher than that is set. ) Is exceeded, the generator output is reduced at a high speed, and the generator output is increased at a low speed when the combustion exhaust gas temperature decreases and falls below an inside set value lower than the target temperature. It is a thing. Therefore, as compared with the control method shown in FIG. 3, the lower limit set value of the lower limit value at which the generator output increases at a high speed is not provided.
【0025】ここで、目標温度と上限値側の内側設定値
及び下限値側の内側設定値との間の温度差は略等しいこ
とが好ましい。また、燃焼排ガス温度が上限値の内側設
定値を超えたときに発電機出力を低減する速度を目標温
度よりも低い下限値の内側設定値を下回った場合に発電
機出力を増加する速度と略等しくすることが好ましい。
これにより、燃焼排ガス温度を目標温度を中心とした比
較的狭い両内側設定値間に収束させることができる。Here, it is preferable that the temperature difference between the target temperature and the inner set value on the upper limit side and the inner set value on the lower limit side is substantially equal. In addition, the speed at which the generator output is reduced when the combustion exhaust gas temperature exceeds the upper set value inside the upper limit value and the speed at which the generator output is increased when it falls below the lower set inner value below the target temperature It is preferable to make them equal.
As a result, the combustion exhaust gas temperature can be converged between the relatively narrow inner set values centered around the target temperature.
【0026】次に、この制御装置の動作について説明す
る。発電機出力を例えば0から定格出力近辺まで上げて
いくとする。発電機出力の上昇に伴い、燃焼排ガス温度
も上昇する。燃焼排ガス温度が上限値の内側設定値を超
えると、発電機出力は低い速度で低減する(時刻
t1)。更に熱的な慣性により燃焼排ガス温度が上昇
し、上限値の外側設定値に到達すると(時刻t2)、発
電機出力は高い速度で低減する。これにより燃焼排ガス
温度のオーバシュートが抑えられ、燃焼排ガス温度は急
速に下降に向かう。そして、燃焼排ガス温度が下限値の
内側設定値を下回ると、発電機出力は低い速度で増加す
る。そして、図示はしないが目標温度を中心として、上
限値の内側設定値と下限値の内側設定値との間で緩やか
に収束する。Next, the operation of this control device will be described. It is assumed that the generator output is increased from 0 to near the rated output. The combustion exhaust gas temperature rises as the generator output rises. When the combustion exhaust gas temperature exceeds the upper limit set value, the generator output decreases at a low speed (time t 1 ). Further, when the combustion exhaust gas temperature rises due to thermal inertia and reaches the set value outside the upper limit value (time t 2 ), the generator output decreases at a high speed. This suppresses the overshoot of the combustion exhaust gas temperature, and the combustion exhaust gas temperature rapidly drops. When the combustion exhaust gas temperature falls below the lower limit set value, the generator output increases at a low speed. Although not shown in the figure, the temperature gradually converges between the upper limit inner setting value and the lower limit inner setting value with the target temperature as the center.
【0027】従って、この制御装置によれば、燃焼排ガ
ス温度が上限値の外側設定値に到達すると、発電機出力
が高い速度で低減するので、燃焼排ガス温度のオーバシ
ュートという問題が防止される。そして、下限値に高い
速度で発電機出力を上昇させる外側設定値を備えないの
で、下限値側からは緩やかに目標温度に向けて燃焼排ガ
ス温度が上昇するように発電機出力が上昇していく。こ
れにより動作の安定性が高められ、且つ燃焼排ガス温度
及び発電機出力の振動という問題が防止される。Therefore, according to this control device, when the combustion exhaust gas temperature reaches the set value outside the upper limit value, the generator output is reduced at a high speed, so that the problem of the combustion exhaust gas temperature overshoot is prevented. Since the lower limit value does not have an outer set value for increasing the generator output at a high speed, the generator output gradually increases from the lower limit value toward the target temperature so that the combustion exhaust gas temperature rises. . This enhances operational stability and prevents problems of combustion exhaust gas temperature and generator output oscillations.
【0028】このような制御装置を備えたガスタービン
装置によれば、燃焼排ガス温度をオーバシュートを起こ
すことなく上限値の外側設定値近辺に抑えることができ
るので、燃焼排ガス温度目標値を燃焼排ガストリップ温
度の近くに設定することができる。この燃焼排ガストリ
ップ温度とは、この温度に燃焼排ガス温度が到達する
と、発電機出力がトリップし、その出力を停止する安全
のための設定温度である。このように、燃焼排ガス温度
をその装置の有する許容最大温度まで目標温度として設
定することができるので、その装置の有する最大発電出
力を取り出すことが可能となる。また、燃焼排ガス温度
のオーバシュートという問題がないので、発電機出力の
上昇速度を高く取ることが可能となる。従って、ガスタ
ービン発電装置の起動を短時間で行うことが可能とな
る。According to the gas turbine device equipped with such a control device, the combustion exhaust gas temperature can be suppressed to the vicinity of the set value outside the upper limit value without causing an overshoot, so the combustion exhaust gas temperature target value is set to the combustion exhaust gas temperature. Can be set near the trip temperature. The combustion exhaust gas trip temperature is a preset temperature for safety in which the generator output trips when the combustion exhaust gas temperature reaches this temperature and the output is stopped. In this way, since the combustion exhaust gas temperature can be set as the target temperature up to the maximum allowable temperature of the device, the maximum power generation output of the device can be taken out. Also, since there is no problem of overshoot of the combustion exhaust gas temperature, it is possible to increase the rising speed of the generator output. Therefore, it is possible to start the gas turbine power generator in a short time.
【0029】なお、本発明のガスタービン装置は、上述
の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨
を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは
勿論である。The gas turbine apparatus of the present invention is not limited to the above-mentioned illustrated examples, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
【0030】[0030]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ガスタービン装置の有する最大出力を取り出すように燃
焼排ガス温度を安定に制御することが可能となる。これ
により、燃焼排ガス温度のハンチングが防止され、且つ
目標温度への高い収束性が得られる。As described above, according to the present invention,
It becomes possible to control the combustion exhaust gas temperature stably so that the maximum output of the gas turbine device is obtained. As a result, hunting of the combustion exhaust gas temperature is prevented and high convergence to the target temperature is obtained.
【図1】本発明の一実施形態であるガスタービン装置の
全体構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a gas turbine device according to an embodiment of the present invention.
【図2】比較例として、燃焼排ガス温度と発電機出力の
関係を示す図であり、図中実線は燃焼排ガス温度を示
し、点線は発電機出力を示す。FIG. 2 is a diagram showing a relationship between combustion exhaust gas temperature and generator output as a comparative example, in which solid line shows combustion exhaust gas temperature and dotted line shows generator output.
【図3】更に他の比較例として、燃焼排ガス温度と発電
機出力の関係を示す図であり、図中実線は燃焼排ガス温
度を示し、点線は発電機出力を示す。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between combustion exhaust gas temperature and generator output as still another comparative example, in which solid line shows combustion exhaust gas temperature and dotted line shows generator output.
【図4】本発明の実施形態のガスタービン装置の動作を
示す図であり、燃焼排ガス温度と発電機出力の関係を示
す。尚、図中実線は燃焼排ガス温度を示し、点線は発電
機出力を示す。FIG. 4 is a diagram showing the operation of the gas turbine device of the embodiment of the present invention, showing the relationship between the combustion exhaust gas temperature and the generator output. In the figure, the solid line shows the temperature of the combustion exhaust gas, and the dotted line shows the generator output.
1 タービン 2 燃焼器 3 空気圧縮機 4 再生熱交換器 5 発電機 6 回転軸 7 配管 12 回転センサ 13 制御装置 14 燃料調節弁 16 EGTセンサ 1 turbine 2 Combustor 3 air compressor 4 Regenerative heat exchanger 5 generator 6 rotation axes 7 piping 12 Rotation sensor 13 Control device 14 Fuel control valve 16 EGT sensor
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮本 政博 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 古谷 泰 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 片岡 匡史 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 Fターム(参考) 5H590 AA02 AA13 AA23 BB09 CA08 CC01 CE02 EA07 EA14 EB14 EB21 FA01 FA05 FB01 GA10 HA06 HA18 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Masahiro Miyamoto 11-1 Haneda Asahi-cho, Ota-ku, Tokyo Co., Ltd. Inside the EBARA CORPORATION (72) Inventor Yasushi Furuya 11-1 Haneda Asahi-cho, Ota-ku, Tokyo Co., Ltd. Inside the EBARA CORPORATION (72) Inventor Masafumi Kataoka 11-1 Haneda Asahi-cho, Ota-ku, Tokyo Co., Ltd. Inside the EBARA CORPORATION F-term (reference) 5H590 AA02 AA13 AA23 BB09 CA08 CC01 CE02 EA07 EA14 EB14 EB21 FA01 FA05 FB01 GA10 HA06 HA18
Claims (4)
で、ガスタービンを回転駆動するガスタービンエンジン
と、前記ガスタービンに直結した発電機とを備えたガス
タービン装置において、 前記エンジンの燃焼排ガス温度を計測するセンサと、前
記センサで計測された燃焼排ガス温度が目標温度よりも
高い第1の設定値を超えた場合に前記発電機の出力を低
い速度で低減する手段と、前記第1の設定値よりも高い
第2の設定値を超えた場合に前記発電機の出力を高い速
度で低減する手段と、前記燃焼排ガス温度が目標温度よ
りも低い第3の設定値を下回った場合に前記発電機の出
力を低い速度で増加する手段とを備えたことを特徴とす
るガスタービン装置。1. A gas turbine apparatus comprising a gas turbine engine that rotationally drives a gas turbine by mixing air and fuel for combustion, and a generator directly connected to the gas turbine. A sensor for measuring the exhaust gas temperature; a means for reducing the output of the generator at a low speed when the combustion exhaust gas temperature measured by the sensor exceeds a first set value higher than the target temperature; Means for reducing the output of the generator at a high speed when a second set value higher than the set value of, and a case where the combustion exhaust gas temperature falls below a third set value lower than the target temperature. And a means for increasing the output of the generator at a low speed.
は、前記目標温度と第3の設定値との温度差と略等しい
ことを特徴とする請求項1に記載のガスタービン装置。2. The gas turbine apparatus according to claim 1, wherein a temperature difference between the first set value and the target temperature is substantially equal to a temperature difference between the target temperature and the third set value. .
い第1の設定値を超えた場合に前記発電機の出力を低減
する速度は、前記燃焼排ガス温度が目標温度よりも低い
第3の設定値を下回った場合に前記発電機の出力を増加
する速度と略等しいことを特徴とする請求項1に記載の
ガスタービン装置。3. The speed at which the output of the generator is reduced when the combustion exhaust gas temperature exceeds a first set value that is higher than the target temperature is set to a third setting when the combustion exhaust gas temperature is lower than the target temperature. The gas turbine apparatus according to claim 1, wherein the speed is substantially equal to the speed at which the output of the generator is increased when the value falls below the value.
で、ガスタービンを回転駆動するガスタービンエンジン
と、前記ガスタービンに直結した発電機とを備えたガス
タービン装置において、 前記エンジンの燃焼排ガス温度を計測し、燃焼排ガス温
度が目標温度よりも高い第1の設定値を超えた場合に前
記発電機の出力を低い速度で低減し、前記燃焼排ガス温
度がさらに上昇して、前記第1の設定値よりも高い第2
の設定値を超えた場合に前記発電機の出力を高い速度で
低減し、前記燃焼排ガス温度が下降して目標温度よりも
低い第3の設定値を下回った場合に前記発電機の出力を
低い速度で増加することを特徴とするガスタービン装置
の制御方法。4. A gas turbine device comprising a gas turbine engine for rotating and driving a gas turbine by mixing air and fuel for combustion, and a generator directly connected to the gas turbine. The exhaust gas temperature is measured, and when the combustion exhaust gas temperature exceeds a first set value higher than the target temperature, the output of the generator is reduced at a low speed, the combustion exhaust gas temperature further rises, and the first exhaust gas temperature increases. Second higher than the set value of
The output of the generator is reduced at a high speed when the set value is exceeded, and the output of the generator is decreased when the combustion exhaust gas temperature drops and falls below a third set value lower than the target temperature. A method for controlling a gas turbine device, which is characterized by increasing at a speed.
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US11359553B2 (en) | 2018-04-13 | 2022-06-14 | Mitsubishi Power, Ltd. | Control device for gas turbine, gas turbine, and gas turbine controlling method |
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