JP3557302B2 - Gas turbine controller - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンを用いた発電プラントを制御するガスタービン制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、発電プラントにおける発電機の駆動にガスタービンが用いられており、このガスタービンは、ガスタービン制御装置によって制御される。このようなガスタービンを用いた発電プラントの一例として、図４にガスタービン発電プラントの概略系統図を示す。
【０００３】
図４において、ガスタービン発電プラントでは、ガスタービン１と発電機２と起動モータ３などが同軸上で結合されており、ガスタービン１により軸を回転させ、発電機２から電力を取出すように構成され、起動モータ３は、ガスタービン１の自立速度到達まで図示していないトルクコンバータを介して軸に回転トルクを与えるようになっている。
【０００４】
ガスタービン１は、圧縮機１ａで得られる高圧空気を燃焼器１ｂに供給すると同時に、燃料流量制御弁４から燃料を燃焼器１ｂに供給して燃焼を生じさせ、燃焼器１ｂから出力された燃焼ガスにより、回転トルクを得るように構成されている。
【０００５】
図５は、上述したガスタービンの制御をするガスタービン制御装置の構成図である。
【０００６】
ガスタービン制御装置は、大別して速度制御部５と起動制御部６と加速率制限制御部７とから構成されており、これらの各制御部から出力される各制御信号を低値選択部８に入力し、この低値選択部８によって選択された信号が燃料流量制御弁４の開度指令信号として、燃焼器１ｂに供給する燃料流量を制御するように構成されている。
【０００７】
ここで、速度制御部５は、定格速度信号を設定する設定手段５ａの設定信号と計測された速度信号とを偏差算出手段５ｄへ入力し、得られる偏差信号を比例制御手段５ｂに入力し、この比例制御手段５ｂからの出力信号と無負荷定格速度時の燃料流量制御弁４の開度を設定する設定手段５ｃの出力信号とを加算して速度制御信号として出力するものである。
【０００８】
また、起動制御部６は、着火開度信号を設定する設定手段６ａと暖気開度信号を設定している設定手段６ｂと定格速度信号での燃料流量制御弁４の開度上限信号を設定する設定手段６ｃと発電機を系統に併入しているときの上限値信号を設定する設定手段６ｄのそれぞれから出力される設定信号のそれぞれを対応するスイッチ６ｅ〜６ｈで選択し、選択された設定信号を変化率リミッタ６ｉを介して起動制御信号として出力するものである。
【０００９】
なお、起動制御部６において、ガスタービン起動前は、全てのスイッチ６ｅ〜６ｈが開とされており、速度制御部５からの速度制御信号は、全閉の開度指令信号を出力している。また、ガスタービン運転中は、スイッチ６ｅ〜６ｈがスケジュール的に順次閉となるように構成されている。
【００１０】
加速率制限制御部７は、速度信号を関数発生手段７ａへ入力して加速率設定信号を発生させると共に、速度信号を加速率演算手段７ｂに入力して実加速率信号を演算し、これらの信号を偏差算出手段７ｅへ入力させ得られる偏差信号をＰＩ演算手段７ｃへ入力し、ＰＩ演算手段７ｃの演算結果を加速率制限制御信号として出力するものである。
【００１１】
また、加速率制限制御部７の加速率制限制御信号が低値選択部８において選択されていないとき、スイッチ７ｄを閉として低値選択部８の出力信号をＰＩ演算手段７ｃの出力信号にトラッキングさせるようにして、ＰＩ演算手段７ｃ内の積分手段の出力が低値選択部８の出力信号と同一値にして、積分手段が飽和しないように構成されている。
【００１２】
次に、図４および図５を参照してガスタービン発電プラントの起動方法について説明する。
【００１３】
まず、起動モータ３が起動されると、所定時間のパージ運転が行われ、その後に起動モータ３のトルクを下げてガスタービン１の着火速度まで速度降下を行う。
【００１４】
着火速度に到達すると、起動モータ３のトルクを増加させると同時に、スイッチ６ｅが閉じられ起動制御部６からの起動制御信号が低値選択部８の着火開度信号によって、燃料流量制御弁４が開かれてガスタービン１の着火が行われる。
【００１５】
ガスタービン１の着火が行われると、スイッチ６ｆが閉じられ起動制御部６から暖気開度信号が低値選択部８から出力され、着火開度からガスタービン暖気開度まで燃料流量制御弁４が閉じられ、所定時間暖気運転が行われる。
【００１６】
その後、起動制御部６では、暖気開度信号から定格速度信号における開度指令上限値信号まで、所定のレートにより燃料流量制御弁４の開度制御を行う。これによって、燃料流量制御弁４の開度が所定レートで上昇を始める。
【００１７】
さらに、その後、起動モータ３のトルクの増加と燃料流量の増加によりガスタービン１が加速を開始する。このガスタービン１の加速率が加速率制限制御部７の出力である加速率の制限を越えると、加速率制限制御部７の加速率制限制御信号が低値選択部８により選択され、燃料流量が減少されて、ガスタービンの加速率を下げる。ガスタービンの加速率が下がると、加速率制限制御部７の加速率制限制御信号が上昇し、ガスタービンの加速率が上昇する。このようにして、定格速度到達までの速度上昇が、加速率制限制御部７からの加速率制限制御信号により制御される。
【００１８】
やがて、定格速度に到達すると速度制御部５の速度制御信号が低値選択部８により選択され、定格速度一定の制御が行われる。その後、発電機２の出力系統に併入し、ガスタービン１の出力を上昇させて負荷上昇を行う。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４および図５で説明したガスタービン制御装置では、起動モータ３の異常に基づく停止時等に燃料流量制御弁４の制御信号が急上昇させ燃焼ガス温度の急上昇に伴ってガスタービンに熱衝撃を与え寿命を短くするという問題がある。
【００２０】
例えば、起動モータ３の異常，図示しないトルクコンバータ異常等によりトルク不足に陥ったときまたは起動モータ３を停止させたとき、トルクの減少から加速率が減少し、これを補うために加速率制限制御部７の出力が急上昇し、起動制御部６からの起動制御信号を越えるまでは燃料流量が急上昇することがある。
【００２１】
上記現象を図６を参照して説明すると、まず、図示下段のように起動制御部６の起動制御信号が所定のレートで増加しており、これに対する加速率制限制御部７の加速率制限制御信号が波を打つように出力され低値選択部８から低値の加速率制限制御部７の加速率制限制御信号が選択されている。一方、図示上段のようにガスタービン速度信号が徐々に上昇し、燃焼ガス温度信号はほぼ平衡している。
【００２２】
このような状態のとき時刻ｔ１に起動モータ３を停止させると、トルク不足からガスタービン速度信号が図示するように一時所定の速度の上昇が抑制され、横這いとなる。これに対応して加速率制限制御部７へ入力する速度信号も横這い傾向となり、加速率演算手段７ｂからの加速率信号が減少して加速率制限制御部７からの加速率制限制御信号が急上昇して低値選択部８から出力される。
【００２３】
この結果、燃料流量制御弁４の燃料流量を急上昇させこれに応じて燃焼ガス温度が急上昇する。その後に、時刻ｔ２になると起動制御部６の起動制御信号が低値選択部８により選択されるが、ガスタービン速度信号の上昇によって加速率制限制御部７の加速率制限制御信号が低下し、再び時刻ｔ３に加速率制限制御部７の加速率制限制御信号が低値選択部８によって選択される。この間に、図６の上段に示すように燃焼ガス温度信号が大幅に急上昇し急降下するためにガスタービン１に大きな熱衝撃を与える。
【００２４】
そこで、本発明は起動時にトルク不足に陥ったとき、燃料流量制御弁４への開度指令信号の急上昇を防止してガスタービンへの熱衝撃を抑制するガスタービン制御装置を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ガスタービンの起動時に起動過程に応じて順次所定の設定信号を起動制御信号として出力して燃料流量制御弁を制御する起動制御部と、ガスタービンの速度信号から演算される加速率信号とガスタービンの起動中に速度信号に応じて設定される加速率設定信号との偏差に基づいて加速率制限制御信号を出力して燃料流量制御弁を制御する加速率制限制御部と、定格速度にガスタービンが達した後にガスタービンの速度信号と速度設定信号との偏差信号に基づく速度制御信号を出力して燃料流量制御弁を制御する速度制御部と、起動制御信号と加速率制限制御信号と速度制御信号とを入力して低値の信号を選択して燃料流量制御弁への開度指令信号として出力する低値選択部を具備するガスタービン制御装置において、起動制御部は、低値選択部によって加速率制限制御信号が開度指令信号として選択されているとき、開度指令信号に所定値を加算した上限変化率制限信号によって制限した信号を起動制御信号として低値選択部へ出力する手段を設けるようにしたものである。この構成により、開度指令信号である加速率制限制御信号に対して所定値上限側に起動制御信号が追従するようにしたために、起動トルク不足によって加速率制限制御信号が上昇しても前記所定値以上に開度指令信号が上昇することがなく、燃焼ガス温度の急上昇を防止してガスタービンへの熱衝撃を抑制できる。
【００２６】
請求項２の発明は、ガスタービンの起動時に起動過程に応じて順次所定の設定信号を起動制御信号として出力して燃料流量制御弁を制御する起動制御部と、ガスタービンの速度信号から演算される加速率信号とガスタービンの起動中に速度信号に応じて設定される加速率設定信号との偏差に基づいて加速率制限制御信号を出力して燃料流量制御弁を制御する加速率制限制御部と、定格速度にガスタービンが達した後にガスタービンの速度信号と速度設定信号との偏差信号に基づく速度制御信号を出力して燃料流量制御弁を制御する速度制御部と、起動制御信号と加速率制限制御信号と速度制御信号とを入力して低値の信号を選択して燃料流量制御弁への開度指令信号を出力する低値選択部を具備するガスタービン制御装置において、起動制御部は、開度指令信号に所定値を加算した上限制限信号と起動過程の所定の設定信号とのいずれか低値の信号を所定の変化率をもって制限した信号を起動制御信号として低値選択部へ出力する手段を設けるようにしたものである。この構成により、起動制御部の各設定信号および開度指令信号に対して所定値を加算した信号のいずれか低値の信号が開度指令信号に追従するようにしたために起動トルク不足によって加速率制限制御信号が上昇しても前記所定値以上に開度指令信号が上昇することがなく、燃焼ガス温度の急上昇を防止してガスタービンへの熱衝撃を抑制できる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２８】
図１は、発明の第１の実施の形態を示すガスタービン制御装置の構成図で、図１が従来例を示す図５と同一符号は、同一部分または相当部分を示しており、図１において図５と相違する主な点は、起動制御部６の代わりに構成を異にする起動制御部６Ａを設けて起動時にトルク不足となっても燃焼ガス温度の急上昇を防止するようにしたことである。
【００２９】
ここで、起動制御部６Ａは、設定手段６ａ〜６ｄとスイッチ６ｅ〜６ｈと変化率リミッタ６ｉと設定手段６ｊとスイッチ６ｋと加算手段６ｍからなっている。
【００３０】
設定手段６ａは着火開度信号を出力し、設定手段６ｂは暖気開度信号を出力し、設定手段６ｃは定格速度での燃料流量制御弁４の開度上昇信号を出力し、設定手段６ｄは併入時の上限値信号を出力する。
【００３１】
スイッチ６ｅ〜６ｈはガスタービン１の起動前全てを開とされ、ガスタービン起動過程に応じて順次閉となるよう構成されている。変化率リミッタ６ｉは設定手段６ａ〜６ｄから対応するスイッチ６ｅ〜６ｈを介して入力した入力信号に対して上限値変化率で制限して起動制御信号を出力する一方、スイッチ６ｋを介して開度指令信号に基づく第２の上限値信号によって制限された信号を起動制御信号とするものである。
【００３２】
設定手段６ｊは開度指令信号に所定値を加算するために設定信号を出力する。スイッチ６ｋは定格速度に到達する前で低値選択部８により起動制御部６Ａの起動制御信号が選択されないとき閉とする。加算手段６ｍは開度指令信号と設定手段６ｊの設定信号を加算する。
【００３３】
次に、図１および図２を参照してガスタービン発電プラントの起動時の作用について説明する。
【００３４】
まず、起動モータ３が起動されると、所定時間のパージ運転が行われ、その後に起動モータ３のトルクを下げてガスタービン１の着火速度まで速度降下を行う。
【００３５】
着火速度に到達すると、起動モータ３のトルクを増加させると同時に、起動制御部６Ａから燃料流量制御弁４の着火開度信号が出力され、燃料流量制御弁４が開かれてガスタービン１の着火が行われる。
【００３６】
ガスタービン１の着火が行われると、起動制御部６Ａから暖気開度信号が出力され、着火開度からガスタービン暖気開度まで燃料流量制御弁４が閉じられ、所定時間暖気運転が行われる。
【００３７】
その後、起動制御部６では、暖気開度信号から定格速度信号における開度指令上限値信号まで、所定のレートで燃料流量制御弁４の開度制御を行う。これによって、燃料流量制御弁４の開度が所定レートで上昇を始める。この場合に、スイッチ６ｋは開となっており、所定の第１の上限値の変化率で制限され変化率リミッタ６ｉによって起動制御信号が出力されている。
【００３８】
さらに、その後、起動モータ３のトルクの増加と燃料流量の増加によりガスタービン１の速度が加速を開始する。このガスタービン１の加速率が加速率制限制御部７の出力である加速率の制限を越えると、加速率制限制御部７の加速率制限制御信号が低値選択部８により選択される。
【００３９】
ここで、低値選択部８によって加速率制限制御部７からの加速率制限制御信号が選択されると、スイッチ６ｋが閉となり、変化率リミッタ６ｉからの起動制御信号が第２の上限値信号によって制限される。この結果、図２に示すように起動制御部６からの起動制御信号が加速率制限制御部７の加速率制限信号よりわずか上位（図示α）に追従するように推移する。
【００４０】
その後、時刻ｔ１に起動モータ３が停止すると速度信号の停滞に伴って加速率制限制御部７からの加速率制限制御信号が急上昇し、時刻ｔ２になると低値選択部８によって起動制御部６からの起動制御信号が再び選択される。
【００４１】
この場合に、起動制御部６から起動制御信号は第２の上限値で制限され、急上昇することなく推移する。従って、図６に示す従来のように燃焼ガス温度が急上昇することがなく、図２の上段のようにわずかの燃焼ガス温度の上昇に抑えられる。そして、時刻ｔ３になって再び加速率制限制御部７からの加速率制限制御信号が低値選択部８によって選択される。
【００４２】
このように第１の実施の形態によれば、開度指令信号である加速率制限制御信号に対して所定値上限側に起動制御信号が追従するようにしたために、起動トルク不足によって加速率制限制御信号が上昇しても前記所定値以上に開度指令信号が上昇することがなく、燃焼ガス温度の急上昇を防止してガスタービンへの熱衝撃を抑制できる。
【００４３】
次に、発明の第２の実施の形態を図３を参照して説明する。
【００４４】
図３が従来例を示す図５と同一符号は、同一部分または相当部分を示しており、図３において図５と異なる主な点は、起動制御部６の構成を異にする起動制御部６Ｂを設け、起動時にトルク不足になったときでも燃焼ガス温度の急変を防止するようにしている。
【００４５】
ここで、起動制御部６Ｂは、設定手段６ａ〜６ｄとスイッチ６ｅ〜６ｈと変化率リミッタ６ｉと設定手段６ｊと加算手段６ｍと低値選択器６ｎとからなっている。
【００４６】
設定手段６ａは着火開度信号を出力し、設定手段６ｂは暖気開度信号を出力し、設定手段６ｃは定格速度での燃料流量制御弁４の開度上昇信号を出力し、設定手段６ｄは併入時の上限値信号を出力する。
【００４７】
スイッチ６ｅ〜６ｈはガスタービン１の起動前全てを開とされ、ガスタービン起動過程に応じて順次閉となるよう構成されている。
【００４８】
設定手段６ｊは開度指令信号に所定値を加算するために設定信号を出力する。低値選択手段６ｎは設定手段６ａ〜６ｄのいずれかの信号と開度指令信号に所定の設定信号を加算した信号のいずれか低値を変化率リミッタ６ｉへ出力する。
【００４９】
以上の構成で、第１の実施の形態と同様に、始めに起動制御部６の起動制御信号によって起動され、暖気開度信号から定格速度の開度指令上限値まで変化率リミッタ６ｉによって所定の変化率で制限された起動制御信号が低値選択部８で選択され、この信号が燃料流量制御弁４へ開度指令信号として出力される。
【００５０】
次に、加速率制限制御部７の加速率制限制御信号が減少して低値選択部８によって選択される。この場合に、起動制御部６の低値選択器６ｎには、加速率制限制御信号と同じ開度指令信号に所定の設定信号を加算した信号とが入力され、この信号が低値選択手段６ｎにより選択され所定の変化率により制限され起動制御部６から起動制御信号として出力され、図２に示すと同様に加速率制限制御信号に対して所定の設定信号の幅（図示α）を追従した状態となっている。
【００５１】
これによって、時刻ｔ１に起動モータ３が停止し、加速率制限制御部７の加速率制限制御信号が急上昇しても起動制御部６の所定の変化率で制限される起動制御信号が低値選択部８によって選択され、図６に示すように加速率制限制御信号が急上昇することがないために燃焼ガス温度の上昇が防止される。
【００５２】
このように、発明の第２の実施の形態によれば、起動制御部の各設定信号および開度指令信号に対して所定値を加算した信号のいずれか低値の信号が開度指令信号に追従するようにしたために起動トルク不足によって加速率制限制御信号が上昇しても前記所定値以上に開度指令信号が上昇することがなく、燃焼ガス温度の急上昇を防止してガスタービンへの熱衝撃を抑制できる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、開度指令信号である加速率制限制御信号に対して所定値上限側に起動制御信号が追従するようにしたために、起動トルク不足によって加速率制限制御信号が上昇しても前記所定値以上に開度指令信号が上昇することがなく、燃焼ガス温度の急上昇を防止してガスタービンへの熱衝撃を抑制できる。
【００５４】
請求項２の発明によれば、起動制御部の各設定信号および開度指令信号に対して所定値を加算した信号のいずれか低値の信号が開度指令信号に追従するようにしたために起動トルク不足によって加速率制限制御信号が上昇しても前記所定値以上に開度指令信号が上昇することがなく、燃焼ガス温度の急上昇を防止してガスタービンへの熱衝撃を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すガスタービン制御装置の構成図である。
【図２】図１のガスタービン制御装置の作用を示す説明図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示すガスタービン制御装置の構成図である。
【図４】ガスタービン発電プラントを示す概略系統図である。
【図５】従来のガスタービン制御装置を示す構成図である。
【図６】図５のガスタービン制御装置の作用を示す説明図である。
【符号の説明】
１ ガスタービン
１ａ 圧縮機
１ｂ 燃焼器
２ 発電機
３ 起動モータ
４ 燃料流量制御弁
５ 速度制御部
５ａ，５ｃ，６ａ〜６ｄ，６ｊ 設定手段
５ｂ 比例制御手段
５ｄ，７ｅ 偏差算出手段
６ 起動制御部
６ｅ〜６ｈ，６ｋ，７ｄ， スイッチ
６ｉ 変化率リミッタ
６ｍ 加算手段
６ｎ 低値選択手段
７ 加速率制限制御部
７ａ 関数発生手段
７ｂ 加速率演算手段
７ｃ ＰＩ演算手段
８ 低値選択部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas turbine control device for controlling a power plant using a gas turbine.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART Conventionally, a gas turbine has been used for driving a generator in a power plant, and the gas turbine is controlled by a gas turbine control device. FIG. 4 shows a schematic system diagram of a gas turbine power plant as an example of a power plant using such a gas turbine.
[0003]
In FIG. 4, in a gas turbine power plant, a gas turbine 1, a generator 2, a starter motor 3, and the like are coaxially coupled, and a shaft is rotated by the gas turbine 1 to extract power from the generator 2. Then, the starting motor 3 applies a rotational torque to the shaft via a torque converter (not shown) until the gas turbine 1 reaches the self-sustaining speed.
[0004]
The gas turbine 1 supplies high-pressure air obtained by the compressor 1a to the combustor 1b, and at the same time, supplies fuel from the fuel flow control valve 4 to the combustor 1b to cause combustion, and the combustion output from the combustor 1b. The gas is configured to obtain a rotational torque.
[0005]
FIG. 5 is a configuration diagram of a gas turbine control device that controls the gas turbine described above.
[0006]
The gas turbine control device is roughly composed of a speed control unit 5, a start control unit 6, and an acceleration rate limit control unit 7, and the control signals output from these control units are sent to the low value selection unit 8. The signal input and selected by the low value selection unit 8 is configured to control the fuel flow supplied to the combustor 1b as an opening command signal of the fuel flow control valve 4.
[0007]
Here, the speed control unit 5 inputs the setting signal of the setting unit 5a for setting the rated speed signal and the measured speed signal to the deviation calculating unit 5d, and inputs the obtained deviation signal to the proportional control unit 5b. The output signal from the proportional control means 5b and the output signal from the setting means 5c for setting the opening of the fuel flow control valve 4 at the time of the no-load rated speed are added and output as a speed control signal.
[0008]
The start control unit 6 sets a setting means 6a for setting the ignition opening signal, a setting means 6b for setting the warm-up opening signal, and an opening upper limit signal of the fuel flow control valve 4 based on the rated speed signal. Each of the setting signals output from each of the setting means 6d for setting the upper limit value signal when the setting means 6c and the generator are incorporated in the system is selected by the corresponding switches 6e to 6h, and the selected setting is selected. A signal is output as an activation control signal via a change rate limiter 6i.
[0009]
In the start control unit 6, before the gas turbine starts, all the switches 6e to 6h are open, and the speed control signal from the speed control unit 5 outputs a fully closed opening command signal. . Further, during operation of the gas turbine, the switches 6e to 6h are configured to be sequentially closed in a scheduled manner.
[0010]
The acceleration rate limit control unit 7 inputs the speed signal to the function generation means 7a to generate an acceleration rate setting signal, and inputs the speed signal to the acceleration rate calculation means 7b to calculate the actual acceleration rate signal. The deviation signal obtained by inputting the signal to the deviation calculation means 7e is input to the PI calculation means 7c, and the calculation result of the PI calculation means 7c is output as an acceleration rate limit control signal.
[0011]
When the acceleration rate limit control signal of the acceleration rate limit control section 7 is not selected in the low value selection section 8, the switch 7d is closed and the output signal of the low value selection section 8 is tracked to the output signal of the PI calculation means 7c. In this way, the output of the integration means in the PI calculation means 7c is set to the same value as the output signal of the low value selection unit 8, so that the integration means is not saturated.
[0012]
Next, a starting method of the gas turbine power plant will be described with reference to FIGS.
[0013]
First, when the starting motor 3 is started, a purge operation is performed for a predetermined time, and thereafter, the torque of the starting motor 3 is reduced to reduce the speed to the ignition speed of the gas turbine 1.
[0014]
When the ignition speed is reached, the torque of the start-up motor 3 is increased, and at the same time, the switch 6e is closed and the start-up control signal from the start-up control unit 6 is turned on by the ignition opening signal of the low value selection unit 8 so that the fuel flow control valve 4 When opened, the gas turbine 1 is ignited.
[0015]
When the gas turbine 1 is ignited, the switch 6f is closed, and a warm-up opening signal is output from the start control unit 6 from the low value selecting unit 8, and the fuel flow control valve 4 is operated from the ignition opening to the gas turbine warm-up opening. It is closed and the warm-up operation is performed for a predetermined time.
[0016]
Thereafter, the startup control unit 6 controls the opening of the fuel flow control valve 4 at a predetermined rate from the warm-up opening signal to the opening command upper limit signal in the rated speed signal. Thus, the opening of the fuel flow control valve 4 starts increasing at a predetermined rate.
[0017]
Further, thereafter, the gas turbine 1 starts accelerating due to an increase in the torque of the starting motor 3 and an increase in the fuel flow rate. When the acceleration rate of the gas turbine 1 exceeds the limit of the acceleration rate, which is the output of the acceleration rate limit control unit 7, the acceleration rate limit control signal of the acceleration rate limit control unit 7 is selected by the low value selection unit 8, and the fuel flow rate Is reduced to reduce the acceleration rate of the gas turbine. When the acceleration rate of the gas turbine decreases, the acceleration rate restriction control signal of the acceleration rate restriction control unit 7 increases, and the acceleration rate of the gas turbine increases. In this way, the speed increase until reaching the rated speed is controlled by the acceleration rate restriction control signal from the acceleration rate restriction control unit 7.
[0018]
Eventually, when the rated speed is reached, the speed control signal of the speed control unit 5 is selected by the low value selection unit 8, and the constant rated speed control is performed. After that, it is incorporated into the output system of the generator 2 to increase the output of the gas turbine 1 to increase the load.
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the gas turbine control device described with reference to FIGS. 4 and 5, the control signal of the fuel flow control valve 4 sharply rises at the time of stoppage due to an abnormality of the starting motor 3 and the like, and heat is applied to the gas turbine with the rapid rise of the combustion gas temperature. There is a problem that a shock is given to shorten the life.
[0020]
For example, when the torque becomes insufficient due to an abnormality of the starting motor 3, a torque converter (not shown), or the like, or when the starting motor 3 is stopped, the acceleration rate decreases due to the decrease in the torque. The fuel flow rate may increase rapidly until the output of the unit 7 rises sharply and exceeds the activation control signal from the activation control unit 6.
[0021]
The above phenomenon will be described with reference to FIG. 6. First, as shown in the lower part of the figure, the activation control signal of the activation control unit 6 increases at a predetermined rate, and the acceleration rate restriction control unit 7 responds to this. The signal is output so as to form a wave, and the low value selection unit 8 selects the low value acceleration rate limit control signal of the acceleration rate restriction control unit 7. On the other hand, as shown in the upper part of the figure, the gas turbine speed signal gradually increases, and the combustion gas temperature signal is substantially balanced.
[0022]
When the starting motor 3 is stopped at the time t1 in such a state, the rise in the predetermined speed is temporarily suppressed as shown by the gas turbine speed signal due to the lack of torque, and the gas leveling is maintained. In response to this, the speed signal input to the acceleration rate limit control unit 7 also tends to level off, the acceleration rate signal from the acceleration rate calculation means 7b decreases, and the acceleration rate limit control signal from the acceleration rate limit control unit 7 rises sharply. Is output from the low value selection unit 8.
[0023]
As a result, the fuel flow rate of the fuel flow rate control valve 4 is rapidly increased, and the temperature of the combustion gas is rapidly increased accordingly. Thereafter, at time t2, the activation control signal of the activation control unit 6 is selected by the low value selection unit 8, but the acceleration rate restriction control signal of the acceleration rate restriction control unit 7 decreases due to the rise of the gas turbine speed signal, Again at time t3, the acceleration rate limit control signal of the acceleration rate limit control unit 7 is selected by the low value selection unit 8. During this time, as shown in the upper part of FIG. 6, the combustion gas temperature signal sharply rises and falls sharply, so that a large thermal shock is applied to the gas turbine 1.
[0024]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a gas turbine control device that prevents a sudden rise of an opening command signal to a fuel flow control valve 4 and suppresses a thermal shock to a gas turbine when torque becomes insufficient at the time of startup. And
[0025]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, a start control unit that sequentially outputs a predetermined setting signal as a start control signal according to a start process at the time of starting the gas turbine to control the fuel flow control valve, and is calculated from a speed signal of the gas turbine. An acceleration rate limiting control unit that outputs an acceleration rate limiting control signal based on a deviation between the acceleration rate signal and an acceleration rate setting signal that is set according to the speed signal during startup of the gas turbine, and controls the fuel flow control valve. A speed control unit that outputs a speed control signal based on a deviation signal between the speed signal of the gas turbine and the speed setting signal after the gas turbine reaches the rated speed to control the fuel flow control valve, and a start control signal and acceleration. In a gas turbine control device including a low value selection unit that inputs a rate limiting control signal and a speed control signal, selects a low value signal, and outputs the selected signal as an opening command signal to a fuel flow control valve, When the acceleration rate limit control signal is selected as the opening command signal by the low value selection section, the control section sets a signal limited by the upper limit change rate limit signal obtained by adding a predetermined value to the opening command signal as the start control signal. A means for outputting to the low value selection unit is provided. With this configuration, the startup control signal follows the acceleration value limit control signal, which is the opening degree command signal, toward the upper limit of the predetermined value. The opening command signal does not rise above the value, and a rapid rise in the temperature of the combustion gas can be prevented to suppress thermal shock to the gas turbine.
[0026]
According to a second aspect of the present invention, a start control unit that sequentially outputs a predetermined setting signal as a start control signal according to a start process at the time of starting the gas turbine to control the fuel flow control valve, and is calculated from a speed signal of the gas turbine. An acceleration rate limiting control unit that outputs an acceleration rate limiting control signal based on a deviation between the acceleration rate signal and an acceleration rate setting signal that is set according to the speed signal during startup of the gas turbine, and controls the fuel flow control valve. A speed control unit that outputs a speed control signal based on a deviation signal between the speed signal of the gas turbine and the speed setting signal after the gas turbine reaches the rated speed to control the fuel flow control valve, and a start control signal and acceleration. In a gas turbine control device including a low value selection unit that receives a rate limit control signal and a speed control signal, selects a low value signal, and outputs an opening command signal to a fuel flow control valve, A signal obtained by limiting a signal having a lower value, which is a lower value signal of an upper limit signal obtained by adding a predetermined value to the opening degree command signal and a predetermined setting signal in the starting process, with a predetermined rate of change to the low value selector as a starting control signal. A means for outputting is provided. With this configuration, a signal having a lower value, which is a signal obtained by adding a predetermined value to each of the setting signal and the opening command signal of the starting control unit, follows the opening command signal. Even if the limit control signal rises, the opening command signal does not rise above the predetermined value, so that a sudden rise in the combustion gas temperature can be prevented and thermal shock to the gas turbine can be suppressed.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0028]
FIG. 1 is a configuration diagram of a gas turbine control device according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the same reference numerals as those in FIG. The main difference from FIG. 5 is that a startup control unit 6A having a different configuration is provided in place of the startup control unit 6 to prevent a rapid rise in the combustion gas temperature even when the torque becomes insufficient at the time of startup. is there.
[0029]
Here, the activation control unit 6A includes setting means 6a to 6d, switches 6e to 6h, a change rate limiter 6i, setting means 6j, switch 6k, and adding means 6m.
[0030]
The setting means 6a outputs an ignition opening signal, the setting means 6b outputs a warm-up opening signal, the setting means 6c outputs a signal to increase the opening of the fuel flow control valve 4 at the rated speed, and the setting means 6d outputs Outputs the upper limit signal at the time of simultaneous insertion.
[0031]
The switches 6e to 6h are all opened before the gas turbine 1 is started, and are sequentially closed in accordance with the gas turbine starting process. The rate-of-change limiter 6i limits the input signal input from the setting means 6a to 6d via the corresponding switches 6e to 6h at an upper-limit value rate of change and outputs a start-up control signal. A signal restricted by the second upper limit signal based on the command signal is used as a start control signal.
[0032]
The setting means 6j outputs a setting signal to add a predetermined value to the opening command signal. The switch 6k is closed when the activation control signal of the activation controller 6A is not selected by the low value selector 8 before the rated speed is reached. The adding means 6m adds the opening command signal and the setting signal of the setting means 6j.
[0033]
Next, an operation at the time of starting the gas turbine power plant will be described with reference to FIGS.
[0034]
First, when the starting motor 3 is started, a purge operation is performed for a predetermined time, and thereafter, the torque of the starting motor 3 is reduced to reduce the speed to the ignition speed of the gas turbine 1.
[0035]
When the ignition speed is reached, the torque of the starting motor 3 is increased, and at the same time, an ignition opening signal of the fuel flow control valve 4 is output from the start control unit 6A, and the fuel flow control valve 4 is opened to ignite the gas turbine 1. Is performed.
[0036]
When the ignition of the gas turbine 1 is performed, a warm-up opening signal is output from the startup control unit 6A, the fuel flow control valve 4 is closed from the ignition opening to the gas turbine warm-up opening, and the warm-up operation is performed for a predetermined time.
[0037]
Thereafter, the startup control unit 6 controls the opening of the fuel flow control valve 4 at a predetermined rate from the warm-up opening signal to the opening command upper limit signal in the rated speed signal. Thus, the opening of the fuel flow control valve 4 starts increasing at a predetermined rate. In this case, the switch 6k is open, and the start control signal is output by the change rate limiter 6i limited by the change rate of the predetermined first upper limit.
[0038]
Further, thereafter, the speed of the gas turbine 1 starts to increase due to an increase in the torque of the starting motor 3 and an increase in the fuel flow rate. When the acceleration rate of the gas turbine 1 exceeds the limit of the acceleration rate, which is the output of the acceleration rate limitation control unit 7, the acceleration rate limitation control signal of the acceleration rate limitation control unit 7 is selected by the low value selection unit 8.
[0039]
Here, when the low value selection unit 8 selects the acceleration rate limiting control signal from the acceleration rate limiting control unit 7, the switch 6k is closed, and the activation control signal from the change rate limiter 6i is changed to the second upper limit value signal. Limited by As a result, as shown in FIG. 2, the activation control signal from the activation control unit 6 changes so as to slightly follow the acceleration rate restriction signal (α in the drawing) of the acceleration rate restriction control unit 7.
[0040]
Thereafter, when the starting motor 3 stops at the time t1, the acceleration rate limiting control signal from the acceleration rate limiting control unit 7 rapidly rises due to the stagnation of the speed signal. Is selected again.
[0041]
In this case, the activation control signal from the activation control unit 6 is limited by the second upper limit, and changes without a sudden rise. Therefore, the temperature of the combustion gas does not rise sharply as in the prior art shown in FIG. 6, and the temperature of the combustion gas is slightly increased as shown in the upper part of FIG. Then, at time t3, the acceleration rate limit control signal from the acceleration rate limit control unit 7 is again selected by the low value selection unit 8.
[0042]
As described above, according to the first embodiment, the start control signal follows the acceleration value limit control signal, which is the opening degree command signal, toward the upper limit of the predetermined value. Even if the control signal rises, the opening command signal does not rise above the predetermined value, so that a sudden rise in the temperature of the combustion gas can be prevented and thermal shock to the gas turbine can be suppressed.
[0043]
Next, a second embodiment of the invention will be described with reference to FIG.
[0044]
The same reference numerals as those in FIG. 5 in which FIG. 3 shows a conventional example denote the same or corresponding parts. In FIG. 3, the main difference from FIG. To prevent a sudden change in the combustion gas temperature even when the torque becomes insufficient at the time of startup.
[0045]
Here, the activation control unit 6B includes setting means 6a to 6d, switches 6e to 6h, a change rate limiter 6i, setting means 6j, adding means 6m, and a low value selector 6n.
[0046]
The setting means 6a outputs an ignition opening signal, the setting means 6b outputs a warm-up opening signal, the setting means 6c outputs a signal to increase the opening of the fuel flow control valve 4 at the rated speed, and the setting means 6d outputs Outputs the upper limit signal at the time of simultaneous insertion.
[0047]
The switches 6e to 6h are all opened before the gas turbine 1 is started, and are sequentially closed in accordance with the gas turbine starting process.
[0048]
The setting means 6j outputs a setting signal to add a predetermined value to the opening command signal. The low value selection means 6n outputs to the change rate limiter 6i any one of the signals of the setting means 6a to 6d and a signal obtained by adding a predetermined setting signal to the opening command signal.
[0049]
With the above-described configuration, similarly to the first embodiment, the control is started by the start control signal of the start control unit 6 and the predetermined rate is set by the change rate limiter 6i from the warm-up opening signal to the opening command upper limit of the rated speed. The activation control signal limited by the rate of change is selected by the low value selection unit 8, and this signal is output to the fuel flow control valve 4 as an opening command signal.
[0050]
Next, the acceleration rate limit control signal of the acceleration rate limit control unit 7 decreases and is selected by the low value selection unit 8. In this case, a signal obtained by adding a predetermined setting signal to the same opening command signal as the acceleration rate limiting control signal is input to the low value selector 6n of the activation control unit 6, and this signal is used as the low value selecting means 6n. And is output from the start control unit 6 as a start control signal. The start control signal follows the acceleration setting limit control signal by a predetermined setting signal width (α in the drawing) in the same manner as shown in FIG. It is in a state.
[0051]
As a result, the start motor 3 is stopped at time t1, and even if the acceleration rate limit control signal of the acceleration rate limit control unit 7 rises sharply, the start control signal limited by the predetermined change rate of the start control unit 6 is selected to a low value. Since the acceleration rate limiting control signal selected by the section 8 and not shown in FIG. 6 does not rise sharply, an increase in the temperature of the combustion gas is prevented.
[0052]
As described above, according to the second embodiment of the present invention, a signal having a lower value, which is a signal obtained by adding a predetermined value to each setting signal of the activation control unit and the opening command signal, is used as the opening command signal. Even if the acceleration rate limit control signal rises due to lack of starting torque, the opening command signal does not rise to the predetermined value or more even when the starting torque is insufficient. Shock can be suppressed.
[0053]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the start control signal follows the acceleration value limit control signal, which is the opening command signal, toward the upper limit of the predetermined value. Even if the rate limiting control signal rises, the opening command signal does not rise above the predetermined value, so that a sudden rise in the temperature of the combustion gas can be prevented and thermal shock to the gas turbine can be suppressed.
[0054]
According to the second aspect of the present invention, a signal having a lower value, which is a signal obtained by adding a predetermined value to each of the setting signal and the opening command signal of the starting control unit, follows the opening command signal. Even if the acceleration rate limiting control signal rises due to insufficient torque, the opening command signal does not rise above the predetermined value, so that a sudden rise in the combustion gas temperature can be prevented and thermal shock to the gas turbine can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a gas turbine control device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an operation of the gas turbine control device of FIG.
FIG. 3 is a configuration diagram of a gas turbine control device showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic system diagram showing a gas turbine power plant.
FIG. 5 is a configuration diagram showing a conventional gas turbine control device.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an operation of the gas turbine control device of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas turbine 1a Compressor 1b Combustor 2 Generator 3 Starter motor 4 Fuel flow control valve 5 Speed controller 5a, 5c, 6a-6d, 6j Setting means 5b Proportional control means 5d, 7e Deviation calculation means 6 Start control section 6e .About.6h, 6k, 7d, switch 6i, change rate limiter 6m, adding means 6n, low value selecting means 7, acceleration rate limiting control section 7a, function generating means 7b, acceleration rate calculating means 7c, PI calculating means 8, low value selecting section.

Claims (2)

ガスタービンの起動時に起動過程に応じて順次所定の設定信号を起動制御信号として出力して燃料流量制御弁を制御する起動制御部と、ガスタービンの速度信号から演算される加速率信号とガスタービンの起動中に前記速度信号に応じて設定される加速率設定信号との偏差に基づいて加速率制限制御信号を出力して前記燃料流量制御弁を制御する加速率制限制御部と、定格速度にガスタービンが達した後にガスタービンの速度信号と速度設定信号との偏差信号に基づく速度制御信号を出力して前記燃料流量制御弁を制御する速度制御部と、前記起動制御信号と前記加速率制限制御信号と前記速度制御信号とを入力して低値の信号を選択して前記燃料流量制御弁への開度指令信号として出力する低値選択部を具備するガスタービン制御装置において、
前記起動制御部は、前記低値選択部によって前記加速率制限制御信号が前記開度指令信号として選択されているとき、前記開度指令信号に所定値を加算した上限変化率制限信号によって制限した信号を前記起動制御信号として前記低値選択部へ出力する手段を設けたことを特徴とするガスタービン制御装置。A starting control unit that sequentially outputs a predetermined setting signal as a starting control signal in accordance with a starting process when starting the gas turbine to control the fuel flow control valve; an acceleration rate signal calculated from a speed signal of the gas turbine and a gas turbine An acceleration rate limiting control unit that outputs an acceleration rate limiting control signal based on a deviation from an acceleration rate setting signal set in accordance with the speed signal during startup to control the fuel flow rate control valve; A speed control unit for controlling the fuel flow control valve by outputting a speed control signal based on a deviation signal between a speed signal of the gas turbine and a speed setting signal after the gas turbine has reached, the start control signal and the acceleration rate limit The gas turbine control device includes a low value selection unit that inputs a control signal and the speed control signal, selects a low value signal, and outputs the selected signal as an opening command signal to the fuel flow control valve. Te,
The activation control unit, when the acceleration rate limiting control signal is selected as the opening degree command signal by the low value selection unit, limited by an upper limit change rate limiting signal obtained by adding a predetermined value to the opening degree command signal. A gas turbine control device comprising: means for outputting a signal to the low value selection unit as the start control signal. ガスタービンの起動時に起動過程に応じて順次所定の設定信号を起動制御信号として出力して燃料流量制御弁を制御する起動制御部と、ガスタービンの速度信号から演算される加速率信号とガスタービンの起動中に前記速度信号に応じて設定される加速率設定信号との偏差に基づいて加速率制限制御信号を出力して前記燃料流量制御弁を制御する加速率制限制御部と、定格速度にガスタービンが達した後にガスタービンの速度信号と速度設定信号との偏差信号に基づく速度制御信号を出力して前記燃料流量制御弁を制御する速度制御部と、前記起動制御信号と前記加速率制限制御信号と前記速度制御信号とを入力して低値の信号を選択して前記燃料流量制御弁への開度指令信号として出力する低値選択部を具備するガスタービン制御装置において、
前記起動制御部は、前記開度指令信号に所定値を加算した上限制限信号と前記起動過程の所定の設定信号とのいずれか低値の信号を所定の変化率をもって制限した信号を前記起動制御信号として前記低値選択部へ出力する手段を設けたことを特徴とするガスタービン制御装置。A starting control unit that sequentially outputs a predetermined setting signal as a starting control signal in accordance with a starting process when starting the gas turbine to control the fuel flow control valve; an acceleration rate signal calculated from a speed signal of the gas turbine and a gas turbine An acceleration rate limiting control unit that outputs an acceleration rate limiting control signal based on a deviation from an acceleration rate setting signal set in accordance with the speed signal during startup to control the fuel flow rate control valve; A speed control unit for controlling the fuel flow control valve by outputting a speed control signal based on a deviation signal between a speed signal of the gas turbine and a speed setting signal after the gas turbine has reached, the start control signal and the acceleration rate limit The gas turbine control device includes a low value selection unit that inputs a control signal and the speed control signal, selects a low value signal, and outputs the selected signal as an opening command signal to the fuel flow control valve. Te,
The activation control unit controls the activation control of a signal obtained by restricting a signal of a lower value of an upper limit signal obtained by adding a predetermined value to the opening command signal and a predetermined setting signal in the activation process at a predetermined rate of change. A gas turbine control device comprising means for outputting a signal to the low value selection unit.

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