JP6401109B2 - ガスタービンのための燃料制御装置及び燃料制御方法 - Google Patents

Description

本開示はガスタービンのための燃料制御装置及び燃料制御方法に関する。

ガスタービンは燃焼器及びタービンを有し、タービンは、燃焼器が燃料を燃焼させることにより発生させた燃焼ガスを利用して、回転力を発生させる。ガスタービンには燃料制御装置が設けられ、燃料制御装置は、燃焼器に供給される燃料の流量を制御するように構成されている。
例えば、特許文献１が開示する燃料制御装置は、圧力検出器を含む種々の計測機器と、燃料流量調節弁と、計測機器からの少なくとも１つの信号に基づいて、燃料流量調節弁の開度を制御可能な開度制御部とを備えている。
また例えば、特許文献２が開示する燃料制御装置は、燃料流量調節弁と、タービン速度信号と発電機負荷信号に基づいて、燃料流量調節弁の開度指令信号を求める燃料指令演算回路と、調整流量調節弁の前段に設けられて前段圧力を調整する燃圧力調節手段と、前段圧力と圧力設定値の偏差に基づいて燃料流量調節弁の開度指令を出力する圧力制御コントローラとを備えている。

特開平１１−２１０４９６号公報 特開２０１３−４４２５１号公報

特許文献２が開示するように、燃料ガス圧力調節弁によって燃料ガスの前段圧力が圧力設定値に近づくように調整しながら、タービン速度信号と発電機負荷信号に基づいて燃料ガス流量調節弁の開度を調整する場合、燃焼器に供給される燃料の流量の調整精度は、燃料ガス圧力調節弁による圧力の調整精度に専ら依存することになる。
このような構成では、燃料ガス圧力調節弁に供給される燃料ガスの圧力（供給元圧力）が変動した場合に、燃料ガス圧力調節弁による圧力の調整に遅れが生じると、燃焼器に供給される燃料ガスの流量の調整精度が低下してしまう。また、供給元圧力が大きく変動し、燃料ガス圧力調節弁による圧力調整範囲を超えてしまうと、例えば燃料ガス圧力調節弁が全開になってしまうと、燃焼器に供給される燃料ガスの流量の調整精度が大きく低下してしまう。

一方、特許文献１には、計測機器からの少なくとも１つの信号に基づいて燃料流量調節弁の開度を制御することが記載されているが、供給元圧力が変動した場合の燃料流量調節弁の開度の制御方法についての記載はない。

上記事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、圧力調節弁に供給される燃料の圧力が変化しても、燃焼器への燃料の供給量を的確に制御可能なガスタービンのための燃料制御装置及び燃料制御方法を提供することにある。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンのための燃料制御装置は、
ガスタービンの燃焼器への燃料の供給量を制御可能なガスタービンのための燃料制御装置において、
前記燃料の供給路に配置された圧力調節弁と、
前記圧力調節弁の下流に位置して前記供給路に配置された流量調節弁と、
前記圧力調節弁と前記流量調節弁との間での前記燃料の圧力を測定可能な圧力計と、
前記圧力計の測定結果に基づいて前記圧力調節弁の開度を制御可能な圧力調節弁制御部と、
前記流量調節弁の開度を制御可能な流量調節弁制御部と、
を含み、
前記圧力調節弁制御部は、前記圧力計よって測定された計測圧力が目標圧力に近づくように前記圧力調節弁の開度を制御可能であり、
前記流量調節弁制御部は、複数のモードから選択された１つのモードにて前記流量調節弁の開度を制御可能であり、
前記複数のモードは、
前記目標圧力に基づいて前記流量調節弁の開度を調整する第１モードと、
前記計測圧力に基づいて前記流量調節弁の開度を調整する第２モードと、
を含む。

上記構成（１）のガスタービンのための燃料制御装置では、流量調節弁制御部が、第１モードと第２モードを選択的に実行可能であり、第２モードでは、計測圧力に基づいて流量調節弁の開度が調整される。このため、圧力調節弁に供給される燃料の圧力が変動し、流量調節弁に流入する燃料の圧力が目標圧力から変化しても、計測圧力基づいて、流量調節弁を通過する燃料の流量、すなわち、燃焼器への燃料の供給量を的確に制御することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記構成（１）において、
前記流量調節弁制御部は、少なくとも１つの条件が満たされている場合に前記第２モードを選択して実行するように構成され、
前記少なくとも１つの条件は、前記圧力調節弁の開度に関する条件を含む。

例えば、圧力調節弁に供給される燃料の圧力（供給元圧力）が低下し、圧力調節弁が全開になってしまうと、圧力調節弁による圧力調節機能は限界に達し、目標圧力に計測圧力を近づけることが困難になる。この点、上記構成（２）のガスタービンのための燃料制御装置では、流量調節弁制御部が、圧力調節弁の開度に関する条件が満たされた場合に、第２モードを実行するように構成されており、圧力調節弁による圧力調節機能が低下しても、計測圧力に基づいて、流量調節弁を通過する燃料の流量、すなわち、燃焼器への燃料の供給量を的確に制御することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記構成（１）又は（２）において、
前記流量調節弁制御部は、
前記第１モードの実行中に前記圧力調節弁の開度が上限値に到達した場合に、前記第２モードを選択して実行するように構成され、且つ、
前記第２モードの実行中に前記圧力調節弁の開度が下限値に到達した場合に、前記第１モードを選択して実行するように構成されている。

上記構成（３）のガスタービンのための燃料制御装置では、圧力調節弁の開度が上限値に到達した場合に、流量調節弁制御部は第２モードを実行するように構成されており、圧力調節弁による圧力調節機能が低下しても、計測圧力に基づいて、流量調節弁を通過する燃料の流量、すなわち、燃焼器への燃料の供給量を的確に制御することができる。一方、圧力調節弁の開度が下限値に到達した場合には、流量調節弁制御部は第１モードを実行するように構成されており、第１モードの実行により、流量調節弁を通過する燃料の流量、すなわち、燃焼器への燃料の供給量を安定して制御することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（３）の何れか１つにおいて、
前記流量調節弁制御部は、前記第２モードの実行中に、前記目標圧力に対する前記計測圧力の比に基づいて、前記流量調節弁の開度を調整するように構成されている。

上記構成（４）のガスタービンのための燃料制御装置では、第２モードの実行中、目標圧力に対する計測圧力の比に基づいて流量調節弁の開度を調整することで、流量調節弁を通過する燃料の流量、すなわち、燃焼器への燃料の供給量を的確に制御することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記構成（４）において、
前記流量調節弁制御部は、前記第２モードにおいて、前記目標圧力と前記計測圧力の差が閾値を超えた場合、前記流量調節弁の開度の単位時間当たりの変化量を制限するように構成されている。

上記構成（５）のガスタービンのための燃料制御装置では、第２モードにおいて、目標圧力と計測圧力の差が閾値を超えた場合、流量調節弁の開度の単位時間当たりの変化量が制限される。このため、計測圧力が大きく変化する場合でも、流量調節弁の開度の急激な変化を抑制することができ、燃焼器への燃料の供給量を安定して制御することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記構成（３）において、
前記上限値は前記下限値よりも大きく、前記第１モードと前記第２モードの間でのモードの移行がヒステリシスをもって行われるように構成されている。

上記構成（６）のガスタービンのための燃料制御装置では、上限値が下限値よりも大きく、第１モードと第２モードの間でのモードの移行がヒステリシスをもって行われるように構成されているので、第１モードと第２モードの間でモードが頻繁に変更されることが抑制される。この結果として、燃焼器への燃料の供給量を安定して制御することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（６）の何れか１つにおいて、
前記流量調節弁制御部は、前記第１モードと前記第２モードの間での移行の際、前記圧力調節弁の開度の単位時間当たりの変化量を調整するように構成されている。
上記構成（７）のガスタービンのための燃料制御装置では、流量調節弁制御部が、第１モードと第２モードの間での移行の際、圧力調節弁の開度の時間当たりの変化量を調整するように構成されているので、第１モードと第２モードの間でのモードの移行の前後で、流量調節弁の開度が急激に変化することを抑制することができる。この結果として、燃焼器への燃料の供給量を安定して制御することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記構成（７）において、
前記流量調節弁制御部は、少なくとも１つの条件が満たされている場合に前記第２モードを選択して実行するように構成され、
前記少なくとも１つの条件は、前記圧力調節弁に供給される前記燃料の圧力の変動に関する条件を含む。

上記構成（８）のガスタービンのための燃料制御装置では、流量調節弁制御部が、圧力調節弁に供給される燃料の圧力の変動に応じて第２モードを選択して実行するように構成されており、第２モードの実行によって燃焼器への燃料の供給量を的確に制御しながら、圧力調節弁に供給される燃料の圧力の変動が大きい場合には、第２モードの実行を制限することができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（８）の何れか１つにおいて、
前記圧力調節弁制御部は、前記ガスタービンの運転条件が変動する場合に、前記目標圧力として前記計測圧力を用いて、前記圧力調節弁を制御するように構成されている。

圧力調節弁に供給される燃料の圧力が大きく変動した場合、圧力調節弁による圧力調整が追い付かず、計測圧力と目標圧力との差が大きくなることがある。このような場合、第１モードにて目標圧力に基づいて流量調節弁の開度を調整しているときに、第１モードから第２モードへとモードを変更し、第２モードにて計測圧力に基づいて流量調節弁の開度を調整すると、開度が急激に変化してしまう。この点、上記構成（９）のガスタービンのための燃料制御装置では、圧力調節弁制御部は、圧力調節弁に供給される燃料の圧力が大きく変動した場合に、目標圧力として計測圧力を用いて、圧力調節弁を制御するように構成されているので、第１モードと第２モードの間でのモードの移行の前後で、流量調節弁の開度が急激に変化することを抑制することができる。この結果として、燃焼器への燃料の供給量を安定して制御することができる。

（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンのための燃料制御方法は、
燃料の供給路に配置された圧力調節弁と、
前記圧力調節弁の下流に位置して前記供給路に配置された流量調節弁と、
前記圧力調節弁と前記流量調節弁との間での前記燃料の圧力を測定可能な圧力計と、
を備える、ガスタービンの燃焼器への燃料の供給量を制御可能なガスタービンのための燃料制御装置を用いたガスタービンの燃料制御方法において、
複数のモードから選択された１つのモードにて前記流量調節弁の開度を制御し、
前記複数のモードは、
前記圧力調節弁の目標圧力に基づいて前記流量調節弁の開度を調整する第１モードと、
前記計測圧力に基づいて前記流量調節弁の開度を調整する第２モードと、
を含む。

上記構成（１０）のガスタービンのための燃料制御方法では、第１モードと第２モードを選択的に実行可能であり、第２モードでは、計測圧力に基づいて流量調節弁の開度が調整される。このため、圧力調節弁に供給される燃料の圧力が変動し、流量調節弁に流入する燃料の圧力が目標圧力から変化しても、計測圧力基づいて、流量調節弁を通過する燃料の流量、すなわち、燃焼器への燃料の供給量を的確に制御することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、圧力調節弁に供給される燃料の圧力が変化しても、燃焼器への燃料の供給量を的確に制御可能なガスタービンのための燃料制御装置及び燃料制御方法が提供される。

本発明の一実施形態に係るガスタービンのための燃料制御装置を、ガスタービンとともに概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る燃料制御装置の構成を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るガスタービンのための燃料制御方法の概略的な手順を示すフローチャートである。 図３の燃料制御方法に適用される圧力調節弁の開度に関する条件の一例を示すグラフである。 他の実施形態に係るガスタービンのための燃料制御方法の概略的な手順を示すフローチャートである。 図５の燃料制御方法に適用される変化レートの制限を説明するためのチャートである。 他の実施形態に係るガスタービンのための燃料制御方法の概略的な手順を示すフローチャートである。 図７の燃料制御方法に適用される圧力調節弁の開度に関する条件の一例を示すグラフである。 図８の補正係数及び変化レートを用いた場合における、補正係数及び流量調節弁の開度の時間的な変化の一例を示すチャートである。 他の実施形態に係る燃料制御装置の構成を説明するための図である。 他の実施形態に係るガスタービンのための燃料制御方法の概略的な手順を示すフローチャートである。 図１１の燃料制御方法の実行中にガスタービンの運転条件が急変したときの、燃料流量指令、圧力調節弁に供給される燃料の圧力、及び、計測圧力の時間的な変化を概略的に示すチャートである。 他の実施形態に係る燃料制御装置の構成を説明するための図である。 他の実施形態に係るガスタービンのための燃料制御方法の概略的な手順を示すフローチャートである。 図１４の燃料制御方法の実行中にガスタービンの運転条件が急変したときの、燃料流量指令、圧力調節弁に供給される燃料の圧力、及び、計測圧力の時間的な変化を概略的に示すチャートである。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示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、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る燃料制御装置１０を、ガスタービン１とともに概略的に示す図である。図１に示すように、ガスタービン１は、圧縮機（圧縮部）２、燃焼器（燃焼部）３、及び、タービン（タービン部）４を備えており、例えば発電機６等の外部機器を駆動するものである。
圧縮機２は、外部の空気である大気を吸入して圧縮し、圧縮された空気を１つ以上の燃焼器３に供給するものである。

燃焼器３は、圧縮機２により圧縮された空気を用いて、燃料制御装置１０を通じてガスコンプレッサ１２から供給された燃料を燃焼させることにより、高温ガス（燃焼ガス）を生成するものである。
タービン４は、燃焼器３により生成された高温ガスの供給を受けて回転駆動力を発生させ、発生した回転駆動力を圧縮機２及び外部機器に出力するものである。

図２は、燃料制御装置１０の構成を説明するための図である。図２に示したように、燃料制御装置１０は、ガスコンプレッサ１２と燃焼器３の間を延びる燃料（燃料ガス）の供給路１４に配置された圧力調節弁１６と、圧力調節弁１６の下流に位置して供給路１４に配置された流量調節弁１８と、圧力調節弁１６と流量調節弁１８との間で供給路１４の燃料の圧力を測定可能な圧力計２０と、を有する。
そして、燃料制御装置１０は、圧力計２０の測定結果に基づいて圧力調節弁１６の開度Ｏｐｃｖを制御可能な圧力調節弁制御部２２と、流量調節弁１８の開度Ｏｆｃｖを制御可能な流量調節弁制御部２４と、を有する。

圧力調節弁制御部２２は、圧力計２０よって測定された計測圧力Ｐ２が目標圧力Ｐｔに近づくように圧力調節弁１６の開度Ｏｐｃｖを制御可能である。目標圧力Ｐｔは、例えば、予め設定された所定の値であり、タービン４の運転条件等に基づいて設定される。
流量調節弁制御部２４は、複数のモードから選択された１つのモードにて流量調節弁１８の開度Ｏｆｃｖを制御可能である。複数のモードは、目標圧力Ｐｔに基づいて流量調節弁１８の開度Ｏｆｃｖを調整する第１モードと、計測圧力Ｐ２に基づいて流量調節弁１８の開度Ｏｆｃｖを調整する第２モードと、を含む。

上記構成の燃料制御装置１０では、流量調節弁制御部２４が、第１モードと第２モードを選択的に実行可能であり、第２モードでは、計測圧力Ｐ２に基づいて流量調節弁１８の開度Ｏｆｃｖが調整される。このため、圧力調節弁１６に供給される燃料の圧力が変動し、流量調節弁１８に流入する燃料の圧力が目標圧力Ｐｔから変化しても、計測圧力Ｐ２基づいて、流量調節弁１８を通過する燃料の流量、すなわち、燃焼器３への燃料の供給量を的確に制御することができる。

幾つかの実施形態では、流量調節弁制御部２４は、少なくとも１つの条件が満たされている場合に第２モードを選択して実行するように構成され、少なくとも１つの条件は、圧力調節弁１６の開度Ｏｐｃｖに関する条件を含む。
例えば、圧力調節弁１６に供給される燃料の圧力（供給元圧力）が低下し、圧力調節弁１６が全開になってしまうと、圧力調節弁１６による圧力調節機能は限界に達し、目標圧力Ｐｔに計測圧力Ｐ２を近づけることが困難になる。この点、上記構成の燃料制御装置１０では、流量調節弁制御部２４が、圧力調節弁１６の開度Ｏｐｃｖに関する条件が満たされた場合に、第２モードを実行するように構成されており、圧力調節弁１６による圧力調節機能が低下しても、計測圧力Ｐ２に基づいて、流量調節弁１８を通過する燃料の流量、すなわち、燃焼器３への燃料の供給量を的確に制御することができる。

幾つかの実施形態では、流量調節弁制御部２４は、第１モードの実行中に圧力調節弁１６の開度Ｏｐｃｖが上限値Ｏｔｈ１に到達した場合に、第２モードを選択して実行するように構成され、且つ、第２モードの実行中に圧力調節弁１６の開度Ｏｐｃｖが下限値Ｏｔｈ２に到達した場合に、第１モードを選択して実行するように構成されている。
なお、上限値Ｏｔｈ１及び下限値Ｏｔｈ２は、相互に異なっていても、同じ値（閾値Ｏｔｈ）であっても異なっていてもよい。

上記構成の燃料制御装置１０では、圧力調節弁１６の開度Ｏｐｃｖが上限値Ｏｔｈ１に到達した場合に、流量調節弁制御部２４は第２モードを実行するように構成されており、圧力調節弁１６による圧力調節機能が低下しても、計測圧力Ｐ２に基づいて、流量調節弁１８を通過する燃料の流量、すなわち、燃焼器３への燃料の供給量を的確に制御することができる。一方、圧力調節弁１６の開度Ｏｐｃｖが下限値Ｏｔｈ２に到達した場合には、流量調節弁制御部２４は第１モードを実行するように構成されており、第１モードの実行により、流量調節弁１８を通過する燃料の流量、すなわち、燃焼器３への燃料の供給量を安定して制御することができる。

図３は、本発明の一実施形態に係るガスタービン１のための燃料制御方法の概略的な手順を示すフローチャートであり、図４は、図３の燃料制御方法に適用される圧力調節弁１６の開度Ｏｐｃｖに関する条件の一例を示すグラフである。
図３の燃料制御方法は、燃料制御装置１０が燃焼器３へ燃料を供給しているときに実行されるものであり、圧力調節弁１６の開度Ｏｐｃｖを判定する開度指令補正開始判定ステップＳ１０と、流量調節弁１８の開度指令Ｃｖを補正する開度指令補正ステップＳ１２と、開度指令補正終了判定ステップＳ１４と、流量調節弁１８の開度指令Ｃｖの補正を終了する開度指令補正終了ステップＳ１６とを有する。

開度指令補正開始判定ステップＳ１０では、圧力調節弁１６の開度Ｏｐｃｖが閾値Ｏｔｈ以上であるか否かが判定される。判定結果が否定的である場合、開度指令補正開始判定ステップＳ１０が繰り返され、第１モードにて流量調節弁１８が制御される。一方、判定結果が肯定的である場合、開度指令補正ステップＳ１２が実行され、第２モードで流量調節弁１８が制御される。

ここで、第１モードでの流量調節弁１８の開度指令（目標開度）Ｃｖは、例えば、次式（１）に基づいて求めることができる。式（１）中、Ｃｖは容量係数であり、流量調節弁１８の開度指令に相当する。よって本明細書では、流量調節弁１８の開度指令をＣｖとも称する。Ｇｆはタービン４に供給される燃料流量であり、ガスタービン１の運転条件によって決定される。ΔＰは、流量調節弁１８の上流（入口）と下流（出口）の圧力差である。流量調節弁１８の下流の圧力は、例えば図示しない圧力計によって測定することができる。流量調節弁１８の上流の圧力として、第１モードでは、圧力調節弁１６の目標圧力Ｐｔが用いられる。なお、式（１）は、燃料の密度を考慮するために、燃料の温度に関する項を更に含んでいてもよい。

開度指令補正ステップＳ１２では、次式（２）に示したように、開度指令Ｃｖが補正開度指令Ｃｖ’へと補正される。式（２）中のＰ２は計測圧力であり、Ｐｔは目標圧力であり、ｆ（ｘ）は補正係数としての関数である。関数ｆ（ｘ）は、図４に一例を示したように、圧力調節弁１６の開度Ｏｐｃｖに応じて０〜１の範囲で変化する関数である（ｘ＝Ｏｐｃｖ）。例えば、補正係数ｆ（ｘ）は、圧力調節弁１６の開度Ｏｐｃｖが０％〜９０％の範囲では０であり、９０％〜１００％の範囲では開度Ｏｐｃｖに比例し、１００％で１になる。

式（２）によれば、圧力調節弁１６の開度Ｏｐｃｖが閾値Ｏｔｈ（上限値Ｏｔｈ１）である９０％を超えると、目標圧力Ｐｔに対する計測圧力Ｐ２の比、及び、補正係数ｆ（ｘ）に基づいて、開度指令Ｃｖが補正され、補正開度指令Ｃｖ’が得られる。そして、補正開度指令Ｃｖ’に一致するように流量調節弁１８の開度Ｏｆｃｖが調整される。また、閾値Ｏｔｈは下限値Ｏｔｈ２でもあり、圧力調節弁１６の開度Ｏｐｃｖが閾値Ｏｔｈである９０％以下になると、開度指令Ｃｖの補正が終了する。

上述した図３の燃料制御方法、及び、当該燃料制御方法を実行可能な燃料制御装置１０では、圧力調節弁１６の開度Ｏｐｃｖが閾値Ｏｔｈ（上限値Ｏｔｈ１）に到達した場合に、流量調節弁制御部２４が第２モードを実行するように構成されており、圧力調節弁１６による圧力調節機能が低下しても、計測圧力Ｐ２に基づいて、流量調節弁１８を通過する燃料の流量、すなわち、燃焼器３への燃料の供給量を的確に制御することができる。一方、圧力調節弁１６の開度Ｏｐｃｖが閾値Ｏｔｈ（下限値Ｏｔｈ２）に到達した場合には、流量調節弁制御部２４は第１モードを実行するように構成されており、第１モードの実行により、流量調節弁１８を通過する燃料の流量、すなわち、燃焼器３への燃料の供給量を安定して制御することができる。

また、図３の燃料制御方法、及び、当該燃料制御方法を実行可能な燃料制御装置１０では、開度Ｏｐｃｖが閾値Ｏｔｈを超えると開度指令Ｃｖが補正されるが、図４に示したような関数ｆ（ｘ）によって構成される補正係数を採用することによって、計測圧力Ｐ２の重みを連続的に変化させることで、流量調節弁１８の開度Ｏｆｃｖの急激な変化を抑制することができる。このため、燃焼器３への燃料の供給量を安定して制御することができる。

幾つかの実施形態では、図２に示したように、流量調節弁制御部２４は、開度指令Ｃｖを演算するように構成された開度指令演算部２６と、開度指令Ｃｖを補正するように構成された開度指令補正部２８を有する。開度指令補正部２８は、補正係数を設定するように構成された補正係数設定部３０を有し、補正係数設定部３０は、関数ｆ（ｘ）に圧力調節弁１６の開度Ｏｐｃｖを代入することにより補正係数を設定可能である。なお、補正係数設定部３０で使用される圧力調節弁１６の開度Ｏｐｃｖは、設定値及び測定値のいずれであってもよい。そして、流量調節弁制御部２４は、流量調節弁操作部３２を有し、流量調節弁操作部３２は、第１モードでは開度指令Ｃｖに基づいて流量調節弁１８の開度Ｏｆｃｖを調整し、第２モードでは補正開度指令Ｃｖ’に基づいて流量調節弁１８の開度Ｏｆｃｖを調整ように構成されている。

また、幾つかの実施形態では、図２に示したように、圧力調節弁制御部２２は、フィードバック機能を有し、目標圧力Ｐｔと計測圧力Ｐ２との偏差を演算するように構成された減算器３４と、減算器３４によって得られた偏差に基づいて圧力調節弁１６の操作量を演算するように構成された操作量演算部３６と、操作量演算部３６によって演算された操作量に基づいて圧力調節弁１６を操作する圧力調節弁操作部３８とを有する。
例えば、圧力調節弁操作部３８及び流量調節弁操作部３２はアクチュエータによって構成され、圧力調節弁操作部３８及び流量調節弁操作部３２を除く圧力調節弁制御部２２及び流量調節弁制御部２４の部分はコンピュータによって構成される。

図５は、他の実施形態に係るガスタービン１のための燃料制御方法の概略的な手順を示すフローチャートであり、図６は、図５の燃料制御方法に適用される変化レートの制限を説明するためのチャートである。図５の燃料制御方法は、図３の制御方法の変形例であり、図３の制御方法と比較した場合、変化レート設定判定ステップＳ１８と、変化レート設定ステップＳ２０とを更に備えている。

変化レート設定判定ステップＳ１８では、変化レートの設定が必要であるか否かが判定される。具体的には、目標圧力Ｐｔと計測圧力Ｐ２との偏差の絶対値が、所定の変化幅ΔＰｔｈよりも大きいか否かが判定される。変化幅ΔＰｔｈは、例えば、タービン１の必要最低圧力や、ガスタービン１を緊急停止させるインターロック値等に基づいて設定される。

変化レート設定判定ステップＳ１８の判定結果が肯定的である場合、変化レート設定ステップＳ２０が実行される。変化レート設定ステップでは、変化レートが設定される。変化レートは、単位時間当たりの流量調節弁１８の開度Ｏｆｃｖの変化量の上限値である。変化レート設定ステップＳ２０で変化レートが設定されると、流量調節弁１８の開度Ｏｆｃｖの単位時間当たりの変化量が変化レートを超えないように、補正開度指令Ｃｖ’が更に補正される。
一方、変化レート設定判定ステップＳ１８の判定結果が否定的である場合、変化レート設定ステップＳ２０が実行されず、変化レートが設定されない。このため、補正開度指令Ｃｖ’に基づいて、流量調節弁１８の開度Ｏｆｃｖが制御される。

幾つかの実施形態では、図２に示したように、燃料制御装置１０の開度指令補正部２８は変化レート設定部４０を更に有し、変化レート設定部４０が、変化レート設定判定ステップＳ１８及び変化レート設定ステップＳ２０を実行するように構成される。

上述した図５の燃料制御方法、及び、当該燃料制御方法を実行可能な燃料制御装置１０では、第２モードにおいて、目標圧力Ｐｔと計測圧力Ｐ２の差が閾値である変化幅ΔＰｔｈを超えた場合、流量調節弁１８の開度Ｏｆｃｖの単位時間当たりの変化量（変化レート）が制限される。このため、計測圧力Ｐ２が大きく変化する場合でも、流量調節弁１８の開度Ｏｆｃｖの急激な変化を抑制することができ、燃焼器３への燃料の供給量を安定して制御することができる。
なお、変化レート設定ステップＳ２０で設定される変化レート（変化レートの上限値）は、シミュレーション等により予め求めておくことができる。

図７は、他の実施形態に係るガスタービン１のための燃料制御方法の概略的な手順を示すフローチャートであり、図８は、図７の燃料制御方法に適用される圧力調節弁１６の開度Ｏｐｃｖに関する条件の一例を示すグラフである。
図７の燃料制御方法では、開度指令補正ステップＳ１２において、図４とは異なる関数ｆ（ｘ）が用いられている。図８は、図７の制御方法で用いられる関数ｆ（ｘ）を概略的に示しており、図８の関数ｆ（ｘ）では、開度指令補正開始判定ステップＳ１０及び開度指令補正終了判定ステップＳ１４でそれぞれ用いられる上限値Ｏｔｈ１と下限値Ｏｔｈ２が相互に異なっている。上限値Ｏｔｈ１は下限値Ｏｔｈ２よりも大きく、そして、関数ｆ（ｘ）は、圧力調節弁１６の開度Ｏｐｃｖが０％〜９０％では０であり、８０％〜１００％では１であり、重複範囲である８０％〜９０％では、ヒステリシスを描いている。

図７に示した燃料制御方法、及び、該燃料制御方法を実行可能な燃料制御装置１０によれば、上限値Ｏｔｈ１が下限値Ｏｔｈ２よりも大きく、ヒステリシスをもって第１モードと第２モードの間での移行が行われるので、モードが頻繁に変更されることが抑制される。この結果として、燃焼器３への燃料の供給量を安定して制御することができる。

幾つかの実施形態では、図７に示したように、燃料制御方法は、変化レート設定ステップＳ２２を更に備えている。この場合、変化レート設定ステップＳ２２で設定された変化レートにて流量調節弁１８の開度Ｏｆｃｖが変化させられる。
図７に示した燃料制御方法、及び、該燃料制御方法を実行可能な燃料制御装置１０では、第１モードと第２モードの間の移行の際、流量調節弁１８の開度Ｏｆｃｖが、変化レート設定ステップＳ２２にて設定された所定の変化レートに対応して緩徐に変更される。この結果として、流量調節弁１８の開度Ｏｆｃｖの急激な変更が抑制され、燃焼器３への燃料の供給量を安定して制御することができる。

なお、変化レート設定ステップＳ２２は、開度指令補正ステップＳ１２よりも前に実行されればよい。また、開度Ｏｆｃｖが増加するときの変化レートと減少するときの変化レートは、相互に同一であっても異なっていても良い。或いは、開度指令補正ステップＳ１２での変化レートと開度指令補正終了ステップＳ１６での変化レートは、相互に同一であっても異なっていても良い。変化レート設定ステップＳ２２で設定される変化レート（変化レートの上限値）は、シミュレーション等により予め求めておくことができる。
変化レート設定ステップＳ２２は、例えば、変化レート設定部４０によって行われる。

ここで、図９は、図８の補正係数及び変化レートを用いた場合における、補正係数ｆ（ｘ）及び流量調節弁１８の開度Ｏｆｃｖの時間的な変化の一例を示すチャートである。図９の例では、第２モードの開始とともに、流量調節弁１８の開度Ｏｆｃｖが、第１モードでの開度Ｏｆｃｖ１から第２モードでの開度Ｏｆｃｖ２へと変化レートに従って徐々に変化し、第２モードの終了とともに、第２モードでの開度Ｏｆｃｖ２から第１モードでの開度Ｏｆｃｖ１へと変化レートに従って徐々に変化する。

図１０は、他の実施形態に係る燃料制御装置１０の構成を概略的に示している。図１１は、図１０の燃料制御装置１０が実行可能な燃料制御方法の概略的な手順を示している。図１２は、図１０の燃料制御装置の動作を説明するためのチャートである。

幾つかの実施形態では、流量調節弁制御部２４は、少なくとも１つの条件が満たされている場合に第２モードを選択して実行するように構成され、少なくとも１つの条件は、圧力調節弁１６に供給される燃料の圧力の変動に関する条件を含む。
燃料の圧力の変動に関する情報とは、例えば、ガスコンプレッサ１２のトリップ、ガスタービン１のランバック（出力低下）、或いは、発電機６が接続された電力網での周波数変動等に関する情報である。これらの情報は、例えば、図１０に示したように、運転条件急変指令として、燃料制御装置１０に入力される。

図１１の燃料制御方法は、運転条件急変判定ステップＳ３０及びＳ３２を更に備えている点において図７の燃料制御方法と異なっている。各運転条件急変判定ステップＳ３０及びＳ３２では、運転条件急変指令が入力されたか否かが判定される。運転条件急変判定ステップＳ３０は第１モードの実行中に行われ、運転条件急変判定ステップＳ３２は第２モードの実行中に行われる。

第１モードの実行中、運転条件急変判定ステップＳ３０の判定結果が肯定的である場合、すなわち、圧力調節弁１６に供給される燃料の圧力が変動している場合、或いは、変動しようとしている場合、第２モードへの移行が禁止される。
一方、第２モードの実行中、運転条件急変判定ステップＳ３２の判定結果が肯定的である場合、開度指令補正終了判定ステップＳ１４がスキップされ、開度指令補正終了ステップＳ１６が行われる。つまり、運転条件急変判定ステップＳ３２の判定結果が肯定的である場合、流量調節弁１８の開度Ｏｆｃｖに関係無く、開度指令Ｃｖの補正が終了させられる。
なお、開度指令Ｃｖの補正が終了する際、開度Ｏｆｃｖは、所定の変化レートに従って変化させられる。

図１１の燃料制御方法、及び、当該燃料制御方法を実行可能な燃料制御装置１０では、流量調節弁制御部２４が、圧力調節弁１６に供給される燃料の圧力の変動に応じて第２モードを選択して実行するように構成されており、第２モードの実行によって燃焼器３への燃料の供給量を的確に制御しながら、圧力調節弁１６に供給される燃料の圧力の変動が大きい場合には、第２モードの実行を制限することができる。

ここで、図１２は、図１１の燃料制御方法の実行中にガスタービン１の運転条件が急変したとき、例えばガスコンプレッサ１２がトリップしたときの、燃料流量指令、圧力調節弁１６に供給される燃料の圧力Ｐ１、及び、計測圧力Ｐ２の時間的な変化を概略的に示すチャートである。
図１２に示したように、第１モードの実行中、ガスタービン１の運転条件が急変し、燃料流量指令が急激に減少するような場合、第２モードは実行されない。或いは、第２モードの実行中、ガスタービン１の運転条件が急変した場合、第２モードから第１モードに移行する。

図１２に示したようにガスタービン１の運転条件が急変した場合、第２モードの実行を制限すれば、流量調節弁１８の開度Ｏｆｃｖが過剰に大きくなることが抑制される。このため、流量調節弁１８の出口での燃料の圧力低下が抑制される。これにより、流量調節弁１８の出口での燃料の圧力低下によるガスタービン１の緊急停止を防止することができる。

幾つかの実施形態では、図１０に示したように、燃料制御装置１０は、圧力調節弁１６に供給される燃料の圧力を測定可能な圧力計４２を更に備えている。
この場合、燃料制御装置１０は、運転条件急変指令に代えて、圧力計４２によって測定された燃料の圧力Ｐ１に基づいて、運転条件急変判定ステップＳ３０及びＳ３２を行うことができる。

図１３は、他の実施形態に係る燃料制御装置１０の構成を概略的に示している。図１４は、図１３の燃料制御装置１０が実行可能な燃料制御方法の概略的な手順を示している。図１５は、図１３の燃料制御装置１０の動作を説明するためのチャートである。

幾つかの実施形態では、燃料制御装置１０の圧力調節弁制御部２２は、目標圧力Ｐｔを補正する目標圧力補正部４４を更に有している。目標圧力補正部４４は、ガスタービン１の運転条件が変化する場合に、目標圧力Ｐｔとして計測圧力Ｐ２を用いるように構成されている。

図１４は、図１３の燃料制御装置１０が実行可能な燃料制御方法の概略的な手順を有しており、図１４の燃料制御方法は、図１１の燃料制御方法と比べたときに、目標圧力補正ステップＳ３４、目標圧力補正実行判定ステップＳ３６、運転条件回復判定ステップＳ３８、目標圧力補正終了ステップＳ４０を更に有し、運転条件急変判定ステップＳ３２を有していない。

図１４の燃料制御方法では、第１モードの実行中、運転条件急変判定ステップＳ３０の判定結果が肯定的になった場合、目標圧力補正ステップＳ３４が実行される。目標圧力補正ステップＳ３４では目標圧力Ｐｔが補正される。具体的には、目標圧力Ｐｔとして計測圧力Ｐ２が採用され、目標圧力Ｐｔが計測圧力Ｐ２に追従又は一致するように補正される。そして、補正された目標圧力Ｐｔ’に基づいて、圧力調節弁１６の開度Ｏｐｃｖが制御される一方、流量調節弁１８の開度Ｏｆｃｖが制御される。
具体的には、上述した式（１）を用いて容量係数Ｃｖを演算する際に、目標圧力Ｐｔに代えて補正された目標圧力Ｐｔ’が用いられる。

目標圧力補正実行判定ステップＳ３６では、目標圧力Ｐｔが補正されているか否かが判定される。目標圧力補正実行判定ステップＳ３６の判定結果が否定的なものである場合、運転条件急変判定ステップＳ３０が実行され、肯定的なものである場合、運転条件回復判定ステップＳ３８が実行される。
運転条件回復判定ステップＳ３８では、ガスタービン１の運転条件が回復したか否かが判定される。運転条件回復判定ステップＳ３８の判定結果が否定的なものである場合、運転条件急変判定ステップＳ３０が実行され、肯定的である場合、目標圧力補正終了ステップＳ４０が行われる。
目標圧力補正終了ステップＳ４０では、目標圧力Ｐｔの補正が終了され、補正されていない目標圧力Ｐｔを用いて圧力調節弁１６が制御され、上記式（１）で容量係数Ｃｖが演算される。

ガスタービン１の運転条件の急変により、圧力調節弁１６に供給される燃料の圧力が大きく変動した場合、圧力調節弁１６による圧力調整が追い付かず、計測圧力Ｐ２と目標圧力Ｐｔとの差が大きくなることがある。このような場合、第１モードにて目標圧力Ｐｔに基づいて流量調節弁１８の開度Ｏｆｃｖを調整しているときに、第１モードから第２モードへとモードを変更し、第２モードにて計測圧力に基づいて流量調節弁１８の開度Ｏｆｃｖを調整すると、開度Ｏｆｃｖが急激に変化してしまう。

この点、図１４の燃料制御方法、及び、当該燃料制御方法を実行可能な燃料制御装置１０によれば、ガスタービン１の運転条件の急変を検知した場合に、目標圧力Ｐｔとして計測圧力Ｐ２を用いて、圧力調節弁１６を制御するとともに、流量調節弁１８の開度指令を演算するように構成されているので、第１モードと第２モードの間でのモードの移行の前後で、流量調節弁１８の開度Ｏｆｃｖが急激に変化することを抑制することができる。この結果として、燃焼器３への燃料の供給量を安定して制御することができる。

ここで、図１５は、図１４の燃料制御方法の実行中にガスタービン１の運転条件が急変したとき、例えばガスコンプレッサ１２がトリップしたときの、燃料流量指令、圧力調節弁１６に供給される燃料の圧力Ｐ１、及び、計測圧力Ｐ２の時間的な変化を概略的に示すチャートである。
図１５に示したように、第１モードの実行中、ガスタービン１の運転条件が急変し、燃料流量指令が急激に減少するような場合、目標圧力ＰｔがＰｔ’へと補正される。補正された目標圧力Ｐｔ’を用いて演算された開度指令Ｃｖを、図３又は図５の燃料制御方法と同様に補正することで、流量調節弁１８の開度Ｏｆｃｖが急激に変化することを抑制しながら、燃焼器３への燃料の供給量を安定して制御することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態も含む。

１ ガスタービン
２ 圧縮機
３ 燃焼器
４ タービン
６ 発電機（外部機器）
１０ 燃料制御装置
１２ ガスコンプレッサ
１４ 供給路
１６ 圧力調節弁
１８ 流量調節弁
２０ 圧力計
２２ 圧力調節弁制御部
２４ 流量調節弁制御部
２６ 開度指令演算部
２８ 開度指令補正部
３０ 補正係数設定部
３２ 流量調節弁操作部
３４ 減算器
３６ 操作量演算部
３８ 圧力調節弁操作部
４０ 変化レート設定部
４２ 圧力計
４４ 目標圧力補正部

Claims (10)

1. ガスタービンの燃焼器への燃料の供給量を制御可能なガスタービンのための燃料制御装置において、
   前記燃料の供給路に配置された圧力調節弁と、
   前記圧力調節弁の下流に位置して前記供給路に配置された流量調節弁と、
   前記圧力調節弁と前記流量調節弁との間での前記燃料の圧力を測定可能な圧力計と、
   前記圧力計の測定結果に基づいて前記圧力調節弁の開度を制御可能な圧力調節弁制御部と、
   前記流量調節弁の開度を制御可能な流量調節弁制御部と、
   を含み、
   前記圧力調節弁制御部は、前記圧力計よって測定された計測圧力が目標圧力に近づくように前記圧力調節弁の開度を制御可能であり、
   前記流量調節弁制御部は、複数のモードから選択された１つのモードにて前記流量調節弁の開度を制御可能であり、
   前記複数のモードは、
   前記目標圧力に基づいて前記流量調節弁の開度を調整する第１モードと、
   前記計測圧力に基づいて前記流量調節弁の開度を調整する第２モードと、
   を含む
   ことを特徴とするガスタービンのための燃料制御装置。
2. 前記流量調節弁制御部は、少なくとも１つの条件が満たされている場合に前記第２モードを選択して実行するように構成され、
   前記少なくとも１つの条件は、前記圧力調節弁の開度に関する条件を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載のガスタービンのための燃料制御装置。
3. 前記流量調節弁制御部は、
   前記第１モードの実行中に前記圧力調節弁の開度が上限値に到達した場合に、前記第２モードを選択して実行するように構成され、且つ、
   前記第２モードの実行中に前記圧力調節弁の開度が下限値に到達した場合に、前記第１モードを選択して実行するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のガスタービンのための燃料制御装置。
4. 前記流量調節弁制御部は、前記第２モードの実行中に、前記目標圧力に対する前記計測圧力の比に基づいて、前記流量調節弁の開度を調整するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のガスタービンのための燃料制御装置。
5. 前記流量調節弁制御部は、前記第２モードにおいて、前記目標圧力と前記計測圧力の差が閾値を超えた場合、前記流量調節弁の開度の単位時間当たりの変化量を制限するように構成されている
   ことを特徴とする請求項４に記載のガスタービンのための燃料制御装置。
6. 前記上限値は前記下限値よりも大きく、前記第１モードと前記第２モードの間でのモードの移行がヒステリシスをもって行われるように構成されている
   ことを特徴とする請求項３に記載のガスタービンのための燃料制御装置。
7. 前記流量調節弁制御部は、前記第１モードと前記第２モードの間での移行の際、前記圧力調節弁の開度の単位時間当たりの変化量を調整するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のガスタービンのための燃料制御装置。
8. 前記流量調節弁制御部は、少なくとも１つの条件が満たされている場合に前記第２モードを選択して実行するように構成され、
   前記少なくとも１つの条件は、前記圧力調節弁に供給される前記燃料の圧力の変動に関する条件を含む
   ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載のガスタービンのための燃料制御装置。
9. 前記圧力調節弁制御部は、前記ガスタービンの運転条件が変動する場合に、前記目標圧力として前記計測圧力を用いて、前記圧力調節弁を制御するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載のガスタービンのための燃料制御装置。
10. 燃料の供給路に配置された圧力調節弁と、
    前記圧力調節弁の下流に位置して前記供給路に配置された流量調節弁と、
    前記圧力調節弁と前記流量調節弁との間での前記燃料の圧力を測定可能な圧力計と、
    を備える、ガスタービンの燃焼器への燃料の供給量を制御可能なガスタービンのための燃料制御装置を用いたガスタービンの燃料制御方法において、
    複数のモードから選択された１つのモードにて前記流量調節弁の開度を制御し、
    前記複数のモードは、
    前記圧力調節弁の目標圧力に基づいて前記流量調節弁の開度を調整する第１モードと、
    前記圧力計よって測定された計測圧力に基づいて前記流量調節弁の開度を調整する第２モードと、
    を含む
    ことを特徴とするガスタービンのための燃料制御装置。

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