JP6609180B2 - プラント制御装置、プラント制御方法、および発電プラント - Google Patents

プラント制御装置、プラント制御方法、および発電プラント Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、プラント制御装置、プラント制御方法、および発電プラントに関する。
一般に、コンバインドサイクル型の発電プラントは、ガスタービンと、排熱回収ボイラと、蒸気タービンとを備えている。ガスタービンは、燃焼器から供給されたガスにより駆動される。排熱回収ボイラは、ガスタービンから排出された排ガスの熱を利用して蒸気を生成する。蒸気タービンは、排熱回収ボイラから供給された蒸気により駆動される。
特開２０１５−１４３５１７号公報
コンバインドサイクル型の発電プラントは、例えば次のように起動される。まず、ガスタービン出力を大きい値である第２出力値に保持して排熱回収ボイラを焚き上げ、主蒸気温度を素早く上昇させる。次に、主蒸気温度が蒸気タービンの起動に適した温度まで上昇したら、ガスタービン出力を小さい値である第１出力値に切り替える。これにより、発電プラントの起動時間を短縮することができる。
第１出力値は、排ガス温度を、蒸気タービンの第１段内面のメタル温度に基づいて所定温度に調整するための出力値である。ガスタービン出力を第２出力値に維持し続けると、主蒸気温度が第１段内面のメタル温度を大きく越えてしまう。このような主蒸気温度は、蒸気タービンの起動には適していない。そのため、ガスタービン出力は、第２出力値から第１出力値に切り替えられる。これにより、排ガス温度が低下し、蒸気タービンの起動に適した主蒸気温度が得られる。
しかしながら、ガスタービン出力を第２出力値から第１出力値に低下させると、排ガスが保持する熱量が減少する。その結果、排熱回収ボイラが単位時間あたりに生成する蒸気の量が減少し、主蒸気流量が低下する。主蒸気流量の低下は、次のようなケースにおいて問題となる。
（１）コンバインドサイクル型の発電プラントは、ガスタービンと蒸気タービンが異なる軸上に設けられた別軸型と、ガスタービンと蒸気タービンが同じ軸上に設けられた一軸型とに分類される。別軸型では、蒸気タービンは、自力起動により定格回転運転（ＦＳＮＬ（Full Speed No Load）運転）を行う必要がある。ＦＳＮＬ運転を行うためには、比較的多量の主蒸気流量が確保される必要がある。なお、別軸型には、１台のガスタービン、１台の排熱回収ボイラ、および１台の蒸気タービンを備える１−１−１方式と、複数台のガスタービン、複数台の排熱回収ボイラ、および１台の蒸気タービンを備えるＮ−Ｎ−１方式とがある（Ｎは２以上の整数）。
（２）コンバインドサイクル型の発電プラントを起動する前、発電プラントは長時間休止され、蒸気タービンの第１段内面のメタル温度が低温状態まで冷却されているため、低温の主蒸気による蒸気タービンの起動が必要となり、従って低温の排ガスが必要となる。そのため、第１出力値は低くなり、主蒸気流量も低下する。
よって、ガスタービン出力を第２出力値から第１出力値に低下させる場合には、別軸型の発電プラントにおいて、蒸気タービンを駆動するための主蒸気流量が不足する。この蒸気不足が蒸気タービンの通気開始前に発生すると、蒸気タービンを起動することができなくなる。一方、この蒸気不足が蒸気タービンの通気開始後に発生すると、蒸気タービンの運転状態は、ＦＳＮＬ運転に向けた昇速から、降速に転じてしまう。
そこで、本発明の実施形態は、蒸気タービン用の蒸気温度の過度の上昇と、蒸気タービン用の蒸気流量の過度の低下とを抑制可能なプラント制御装置、プラント制御方法、および発電プラントを提供することを課題とする。
一の実施形態によれば、プラント制御装置は、ガスにより駆動されるガスタービンと、前記ガスタービンからの排ガスの熱を利用して蒸気を生成する排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラにより生成された前記蒸気を冷却媒体により冷却する減温装置と、前記減温装置により冷却された前記蒸気により駆動される蒸気タービンと、を備える発電プラントを制御する。さらに、前記プラント制御装置は、前記ガスタービンの出力を制御する出力制御部と、前記出力制御部が前記ガスタービンの出力を制御している間に、前記減温装置による前記蒸気の冷却動作を制御する減温制御部とを備える。
第１実施形態の発電プラントの構成を示す模式図である。 第１実施形態の蒸気タービンの構造を示す断面図である。 第１実施形態のプラント制御装置の構成を模式的に示すブロック図である。 第１実施形態のプラント制御装置の構成を示すブロック図である。 第１実施形態のプラント制御方法を示すフローチャートである。 第１実施形態の比較例のプラント制御方法を示すフローチャートである。 第１実施形態の変形例のプラント制御方法を示すフローチャートである。 第１実施形態のプラント制御方法を説明するためのグラフである。 第１実施形態の比較例のプラント制御方法を説明するためのグラフである。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の発電プラント１の構成を示す模式図である。本実施形態の発電プラント１は、発電プラント１を制御するプラント制御装置２を備えている。本実施形態の発電プラント１は、コンバインドサイクル型の発電プラントである。
本実施形態の発電プラント１はさらに、圧縮機１１と、ガスタービン１２と、ＧＴ（ガスタービン）発電機１３と、燃焼器１４と、燃料調節弁１５と、排熱回収ボイラ１６と、給水ポンプ２１と、減温装置２２と、ドラム２３と、蒸発器２４と、１次過熱器２５と、２次過熱器２６と、蒸気タービン３１と、ＳＴ（蒸気タービン）発電機３２と、加減弁３３と、バイパス調節弁３４と、復水器３５と、循環水ポンプ３６とを備えている。減温装置２２は、減温調節弁２２ａと減温器２２ｂとを備えている。本実施形態の発電プラント１はさらに、出力センサＯＳと、温度センサＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３と、圧力センサＰＳとを備えている。
燃料調節弁１５は、燃料配管に設けられている。燃料調節弁１５を開くと、燃料配管から燃焼器１４に燃料Ａ１が供給される。一方、圧縮機１１は、圧縮空気を燃焼器１４に供給する。燃焼器１４は、圧縮空気と共に燃料Ａ１を燃焼させ、高温・高圧のガスを発生させる。ガスタービン１２は、このガスにより回転駆動される。ＧＴ発電機１３は、この回転を利用して発電を行う。出力センサＯＳは、ガスタービン１２の出力を検出し、出力の検出結果をプラント制御装置２に出力する。ガスタービン１２の出力とは、ガスタービン１２に接続されたＧＴ発電機１３の電気出力である。出力センサＯＳは、ＧＴ発電機１３に設けられている。
ガスタービン１２から排出された排ガスＡ２は、排熱回収ボイラ１６に送られる。排熱回収ボイラ１６は、後述するように、排ガスＡ２の熱を利用して蒸気を生成する。温度センサＴＳ１は、排熱回収ボイラ１６の排ガス流入口の付近で排ガスＡ２の温度を検出し、温度の検出結果をプラント制御装置２に出力する。
給水ポンプ２１は、給水配管に水を送る。給水配管は、第１および第２配管に分岐している。第１配管は、減温装置２２の減温器２２ｂに接続され、第２配管は、ドラム２３に接続されている。減温装置２２の減温調節弁２２ａは、第１配管に設けられている。減温調節弁２２ａを開くと、第１配管の水が、冷却水Ａ３として減温器２２ｂに供給される。冷却水Ａ３は、冷却媒体の例である。減温器２２ｂは、後述するように、排熱回収ボイラ１６により生成された蒸気を冷却水Ａ３により冷却する。
蒸発器２４、１次過熱器２５、減温器２２ｂ、および２次過熱器２６は、排熱回収ボイラ１６内に設けられており、排熱回収ボイラ１６の一部を構成している。ドラム２３内の水は、蒸発器２４に送られ、蒸発器２４内で排ガスＡ２により加熱されることで飽和蒸気となる。飽和蒸気は、１次過熱器２５内で排ガスＡ２により過熱され、１次過熱蒸気Ａ４となる。１次過熱蒸気Ａ４は、減温器２２ｂ内で冷却水Ａ３により冷却された後、２次過熱器２６内で排ガスＡ２により過熱され、２次過熱蒸気Ａ５となる。
なお、減温器２２ｂは、冷却水Ａ３と１次過熱蒸気Ａ４とを混合する。その結果、冷却水Ａ３が蒸発し、冷却水Ａ３の潜熱により１次過熱蒸気Ａ４が冷却される。この際、冷却水Ａ３の一部は蒸発せず、水滴のまま減温器２２ｂから排出される。２次過熱器２６は、この水滴を過熱により蒸気に変化させる。
以下、２次過熱蒸気Ａ５を主蒸気と呼称する。温度センサＴＳ２は、排熱回収ボイラ１６の蒸気流出口の付近で主蒸気Ａ５の温度を検出し、温度の検出結果をプラント制御装置２に出力する。圧力センサＰＳは、排熱回収ボイラ１６の蒸気流出口の付近で主蒸気Ａ５の圧力を検出し、圧力の検出結果をプラント制御装置２に出力する。
排熱回収ボイラ１６により生成された主蒸気Ａ５は、蒸気配管に排出される。蒸気配管は、主配管とバイパス配管とに分岐している。主配管は、蒸気タービン３１に接続されており、バイパス配管は、復水器３５に接続されている。加減弁３３は、主配管に設けられている。バイパス調節弁３４は、バイパス配管に設けられている。
加減弁３３を開くと、主配管の主蒸気Ａ５が蒸気タービン３１に供給される。蒸気タービン３１は、主蒸気Ａ５により回転駆動される。ＳＴ発電機３２は、この回転を利用して発電を行う。蒸気タービン３１から排出された主蒸気Ａ６は、復水器３５に送られる。一方、バイパス調節弁３４を開くと、バイパス配管の主蒸気Ａ５が蒸気タービン３１をバイパスして復水器３５に送られる。温度センサＴＳ３は、蒸気タービン３１の第１段内面のメタル温度を検出し、温度の検出結果をプラント制御装置２に出力する。
循環水ポンプ３６は、復水器３５に循環水Ａ７を供給する。循環水Ａ７の例は、海水である。復水器３５は、主蒸気Ａ５、Ａ６を循環水Ａ７により冷却し、主蒸気Ａ５、Ａ６を水に戻す。循環水Ａ７が海水である場合には、復水器３５から排出された循環水Ａ７は海に戻される。
［減温装置２２］
以上のように、蒸気タービン３１は、減温装置２２により冷却された蒸気により駆動される。より詳細には、蒸気タービン３１は、蒸発器２４により生成され、１次過熱器２５により過熱され、減温器２２ｂにより冷却され、２次過熱器２６により過熱された蒸気により駆動される。以下、発電プラント１にこのような減温装置２２が設置される背景について説明する。
発電プラント１を起動する際、ガスタービン１２の出力は、初負荷から中間出力域を経て最大出力（ベース負荷）に達する。一般に、中間出力域での排ガスＡ２の温度は、最大出力運転時の排ガスＡ２の温度よりも高くなる。そのため、中間出力域での主蒸気Ａ５の温度も、最大出力運転時の主蒸気Ａ５の温度よりも高くなる傾向にある。よって、減温装置２２は、中間出力域で１次過熱蒸気Ａ４を冷却するために設置される。
発電プラント１に減温装置２２を設置しない場合、排熱回収ボイラ１６を、中間出力域の高温蒸気に耐え得る高価な素材で製造する必要がある。これは、経済性の面で得策ではない。また、中間出力域はプラント起動工程における一過性の通過帯域であり、プラント商用運転のほとんどは最大出力またはその近傍で行われることを考慮すると、排熱回収ボイラ１６を一過性の通過帯域のために高コスト化することは望ましくない。
よって、本実施形態の発電プラント１には、減温装置２２が設置されている。理由は、中間出力域で減温装置２２により１次過熱蒸気Ａ４を冷却すれば、熱効率は低下するものの、排熱回収ボイラ１６のコストを低減できるからである。
本実施形態の減温装置２２は、１次過熱蒸気Ａ４の温度や流量が増加すると、冷却水Ａ３の流量を増加させ、１次過熱蒸気Ａ４の温度や流量が減少すると、冷却水Ａ３の流量を減少させる。これにより、主蒸気Ａ５の温度を一定に保持することができる。
図２は、第１実施形態の蒸気タービン３１の構造を示す断面図である。
本実施形態の蒸気タービン３１は、複数の動翼を有する回転子３１ａと、複数の静翼を有する固定子３１ｂと、蒸気流入口３１ｃと、蒸気流出口３１ｄとを備えている。符号Ｌは、回転子３１ａの回転軸を示す。主蒸気Ａ５は、蒸気流入口３１ｃから導入され、蒸気タービン３１内を通過し、蒸気流出口３１ｄから主蒸気Ａ６として排出される。
図２は、温度センサＴＳ３の設置位置を示している。温度センサＴＳ３は、蒸気タービン３１の第１段静翼の内面付近に設置されている。よって、温度センサＴＳ３は、この内面のメタル温度を検出することができる。
図３は、第１実施形態のプラント制御装置２の構成を模式的に示すブロック図である。
本実施形態のプラント制御装置２は、出力制御部２ａと、減温制御部２ｂと、過熱度検出部２ｃとを備えている。
出力制御部２ａは、ガスタービン１２の出力を制御する。例えば、出力制御部２ａは、燃料調節弁１５の開度を制御して、燃料Ａ１の流量を調節することで、ガスタービン１２の出力を制御することができる。
減温制御部２ｂは、減温装置２２による蒸気の冷却動作を制御する。例えば、減温制御部２ｂは、減温調節弁２２ａの開度を制御して、冷却水Ａ３の流量を制御することで、減温器２２ｂによる１次過熱蒸気Ａ４の冷却動作を制御することができる。
過熱度検出部２ｃは、減温装置２２により冷却された蒸気の過熱度を検出する。蒸気の過熱度とは、その蒸気の温度と飽和温度との差である（過熱度［℃］＝温度［℃］−飽和温度［℃］）。過熱度は、蒸気の状態を示す値の例である。本実施形態の過熱度検出部２ｃは、排熱回収ボイラ１６の蒸気流出口の付近で主蒸気Ａ５の過熱度を検出し、過熱度の検出結果を出力制御部２ａおよび減温制御部２ｂに出力する。
減温制御部２ｂは、出力制御部２ａがガスタービン１２の出力を制御している間に、減温装置２２の冷却動作を制御する。このとき、減温制御部２ｂは、過熱度検出部２ｃにより検出された過熱度に基づいて、減温装置２２の冷却動作を制御する。さらに、出力制御部２ａは、過熱度検出部２ｃにより検出された過熱度に基づいて、ガスタービン１２の出力を制御する。
出力制御部２ａは、ガスタービン１２の出力が中間出力域のときに、ガスタービン１２の出力を過熱度に基づいて制御する。よって、減温制御部２ｂは、出力制御部２ａがガスタービン１２の出力を中間出力域で制御している間に、減温装置２２の冷却動作を過熱度に基づいて制御する。
なお、過熱度の検出方法や利用方法の詳細は、後述する。また、出力制御部２ａ、減温制御部２ｂ、および過熱度検出部２ｃの構成や動作の詳細についても、後述する。
図４は、第１実施形態のプラント制御装置２の構成を示すブロック図である。
図４に示すように、プラント制御装置２は、設定器４１と、設定器４２と、高値選択器４３と、切替器４４と、減算器４５と、ＰＩＤ（Proportional-Integral-Derivative）コントローラ４６と、低値選択器４７と、関数発生器５１と、減算器５２と、設定器５３と、比較器５４と、切替器５５と、設定器５６と、サンプリング遅延器５７とを備えている。本実施形態の減温制御部２ｂや過熱度検出部２ｃは、これらのブロックにより実現されている。
設定器４１は、主蒸気Ａ５の温度（以下「主蒸気温度」と呼称する）の設定値として、５７０℃を保持している。この温度は、排熱回収ボイラ１６の耐熱性を考慮して定められた目標温度である。本実施形態では、主蒸気温度を５７０℃を目標温度として制御することで、中間出力域の高温蒸気による排熱回収ボイラ１６の損傷を防止することができる。設定器４１が使用される場合、主蒸気温度が５７０℃に達すると、減温器２２ｂに冷却水Ａ３が注入され、主蒸気温度が５７０℃以下になる。
中間出力域の排ガスＡ２の温度（以下「排ガス温度」と呼称する）の最高温度が６００℃〜６５０℃となるように設計された発電プラント１の場合、主蒸気温度は、排熱回収ボイラ１６の耐熱性を考慮して、５５０℃〜６００℃程度に低減するのが一般的である。よって、本実施形態では、設定器４１の設定値が５７０℃に設定されている。
設定器４２は、主蒸気温度の設定値として、３３０℃を保持している。高値選択器４３は、設定器４２からこの温度「３３０℃」を取得し、温度センサＴＳ３から蒸気タービン３１の第１段内面のメタル温度（以下「メタル温度」と呼称する）を取得する。そして、高値選択器４３は、これらの温度のうち高い方を選択し、選択した温度を起動時目標温度Ｂ１として出力する。よって、起動時目標温度Ｂ１は、３３０℃以上となる。
メタル温度に冷却された主蒸気Ａ５で蒸気タービン３１を通気すると、蒸気タービン３１内に発生する熱応力が大きく緩和され、蒸気タービン３１が起動に適した状態となる。しかしながら、蒸気タービン３１は極端に低温の主蒸気Ａ５は受容しない。そのため、主蒸気温度の下限値（３３０℃）が設定器４２に設定されており、メタル温度が下限値よりも低い場合には起動時目標温度Ｂ１が下限値になる。
切替器４４は、高値選択器４３から起動時目標温度Ｂ１を取得し、設定器４１から目標温度「５７０℃」を取得する。前者の目標温度は、第１設定値の例である。後者の目標温度は、第２設定値の例である。そして、切替器４４は、前者の目標温度と後者の目標温度とを切り替え、一方の目標温度を主蒸気温度の設定値（ＳＶ値）Ｂ３として出力する。
切替器４４は、スイッチ信号Ｂ２に応じて動作する。スイッチ信号Ｂ２は、冷却水Ａ３の注入方法を切り替えるための信号である。切替器４４は、スイッチ信号Ｂ２がオンになると、設定値Ｂ３を起動時目標温度Ｂ１に切り替える。また、切替器４４は、スイッチ信号Ｂ２がオフになると、設定値Ｂ３を目標温度「５７０℃」に切り替える。
例えば、本実施形態の発電プラント１がコールド起動により起動される場合には、起動時目標温度Ｂ１は３３０℃となる。この場合、スイッチ信号Ｂ２がオンになると、起動時目標温度Ｂ１が選択される結果、ＳＶ値は３３０℃になる。一方、一般的な発電プラントは、設定器４１は備えているが、設定器４２、高値選択器４３、および切替器４４は備えていない。この場合、冷却水Ａ３の注入が開始されても、ＳＶ値は５７０℃に維持される。このように、本実施形態のコールド起動では、５７０℃よりも著しく低い３３０℃をＳＶ値として主蒸気温度が制御される。
減算器４５は、プロセス値（ＰＶ値）Ｂ４として、温度センサＴＳ２から主蒸気温度の測定値を取得する。そして、減算器４５は、主蒸気温度のＳＶ値Ｂ３とＰＶ値Ｂ４との偏差Ｂ５を出力する（偏差＝ＳＶ値−ＰＶ値）。
ＰＩＤコントローラ４６は、減算器４５から偏差Ｂ５を取得し、偏差Ｂ５をゼロに近づけるためのＰＩＤ制御を行う。ＰＩＤコントローラ４６から出力される操作量（ＭＶ値）Ｂ６は、減温調節弁２２ａの開度である。ＰＩＤコントローラ４６がＭＶ値Ｂ６を変化させると、減圧調節弁２２ａの開度が変化し、冷却水Ａ３の流量が変化する。その結果、主蒸気温度のＰＶ値Ｂ４がＳＶ値Ｂ３に近づくように変化する。
このように、ＰＩＤコントローラ４６は、主蒸気温度をフィードバック制御により制御する。具体的には、ＰＩＤコントローラ４６は、主蒸気温度のＳＶ値Ｂ３とＰＶ値Ｂ４との偏差Ｂ５に基づいてＭＶ値Ｂ６を算出し、ＭＶ値Ｂ６の制御を通じて主蒸気温度を制御する。
ただし、本実施形態では、低値選択器４７が、ＰＩＤコントローラ４６により算出されたＭＶ値Ｂ６と、主蒸気Ａ５の過熱度を用いて算出されたＭＶ値とを取得する。そして、低値選択器４７は、これらのＭＶ値のうちの低い方を選択し、選択したＭＶ値を減温調節弁２２ａの開度指令ＸＮとして出力する。また、本実施形態のプラント制御装置２は、主蒸気Ａ５の過熱度に基づいて、ガスタービン１２の出力を制御する。
［主蒸気Ａ５の過熱度］
以下、主蒸気Ａ５の過熱度について説明する。主蒸気Ａ５の過熱度とは、主蒸気Ａ５の温度と飽和温度との差である（過熱度［℃］＝温度［℃］−飽和温度［℃］）。主蒸気Ａ５の飽和温度は、主蒸気Ａ５の圧力に依存する。主蒸気Ａ５の過熱度は、後述するように、プラント制御装置２の関数発生器５１、減算器５２、設定器５３、比較器５４、切替器５５、設定器５６、サンプリング遅延器５７などにより検出され利用される。
まず、ＳＶ値Ｂ３が５７０℃の場合を考える。この場合の排ガスＡ２と１次過熱蒸気Ａ４との温度差を２０℃と見込むと、排ガスＡ２の温度が６００℃から６５０℃に変化する際に、１次過熱蒸気Ａ４の温度は５８０℃から６３０℃に変化する。この際、減温器２２ｂは、５８０℃から６３０℃の温度域の１次過熱蒸気Ａ４を冷却して、５７０℃の主蒸気Ａ５を生成する。よって、１次過熱蒸気Ａ４と主蒸気Ａ５との温度差は１０℃から６０℃と小さいので、冷却水Ａ３の注入量は少量で済む。
次に、ＳＶ値Ｂ３が起動時目標温度Ｂ１の場合を考える。この場合の排ガスＡ２と１次過熱蒸気Ａ４との温度差を２０℃と見込むと、排ガスＡ２の温度が５５０℃のときに、１次過熱蒸気Ａ４の温度５３０℃である。この際、起動時目標温度Ｂ１が３３０℃の場合には、減温器２２ｂは、５３０℃の１次過熱蒸気Ａ４を冷却して、３３０℃の主蒸気Ａ５を生成する。よって、１次過熱蒸気Ａ４と主蒸気Ａ５との温度差は２００℃と大きいので、冷却水Ａ３の注入量は多量になる。
このように１次過熱蒸気Ａ４の温度を大きく低減する場合には、冷却水Ａ３の注入量が過剰になり、減温器２２ｂから多量の水滴が排出される。これらの水滴は、２次過熱器２６で過熱されても主蒸気Ａ５中に一部残留してしまう。その結果、残留した水滴が、蒸気タービン３１に流入し、蒸気タービン３１を損傷する可能性がある。
このような状態に至る前においても、冷却水Ａ３が過注入の状態になると、過熱度が著しく低下した主蒸気Ａ５が蒸気タービン３１に流入し、蒸気タービン３１内で湿り蒸気となる。この湿り蒸気は、蒸気タービン３１の動翼や静翼にダメージを与え得る。
そのため、本実施形態の発電プラント１では、蒸気タービン３１の駆動が許容される主蒸気Ａ５の過熱度の下限値が定められている。プラント制御装置２は、主蒸気Ａ５の過熱度の第１閾値として、この下限値を保持している。本実施形態の第１閾値は、３０℃である。プラント制御装置２は、蒸気タービン３１の起動前と起動中において、主蒸気Ａ５の過熱度を３０℃以上に維持するよう動作する。
具体的には、プラント制御装置２は、主蒸気Ａ５の過熱度が３０℃以下になると、減温調節弁２２ａの開度指令ＸＮを、主蒸気Ａ５の過熱度が３０℃になったときの開度指令ＸＮ以下に維持する。これにより、主蒸気Ａ５の過熱度が３０℃以下である間は、減温調節弁２２ａの開度指令ＸＮは増加せず、冷却水Ａ３の注入量は増加しない。このように、本実施形態のプラント制御装置２は、冷却水Ａ３の過注入を防止する機能を有している。
以下、このような機能を実現する具体的な回路構成を、図４を参照して説明する。
関数発生器５１は、圧力センサＰＳから主蒸気Ａ５の圧力（以下「主蒸気圧力」と呼称する）Ｃ１を取得する。関数発生器５１は、蒸気の圧力と飽和温度との関係を規定する関数グラフを内蔵している。よって、関数発生器５１は、この関数グラフに基づいて、主蒸気圧力Ｃ１に対応する飽和温度Ｃ２を出力する。
なお、関数発生器５１は、主蒸気圧力Ｃ１以外の圧力から飽和温度Ｃ２を算出してもよい。このような圧力の例は、ドラム２３の圧力や１次過熱蒸気Ａ４の圧力である。これらの圧力と主蒸気圧力Ｃ１との間には、わずかな圧力損失による差があるが、これらの圧力からも十分な精度の飽和温度Ｃ２を算出可能である。
減算器５２は、温度センサＴＳ２から主蒸気温度Ｂ４（測定値）を取得し、関数発生器５１から飽和温度Ｃ２（計算値）を取得する。そして、減算器５２は、主蒸気温度Ｂ４から飽和温度Ｃ２を減算して、主蒸気Ａ５の過熱度Ｃ３を出力する。この過熱度Ｃ３は、減温調節弁２２ａの開度の制御用に使用されるだけでなく、ガスタービン１２の出力の制御用に読み込まれる。過熱度Ｃ３を使用したガスタービン１２の出力の制御については、後述する。
設定器５３は、主蒸気Ａ５の過熱度の第１閾値として、３０℃を保持している。比較器５４は、減算器５２から過熱度Ｃ３を取得し、設定器５３から第１閾値を取得し、過熱度Ｃ３と第１閾値とを比較する。そして、比較器５４は、過熱度Ｃ３が３０℃よりも大きいときに、スイッチ信号Ｃ４をオンに設定する。一方、比較器５４は、過熱度Ｃ３が３０℃以下のときに、スイッチ信号Ｃ４をオフに設定する。
切替器５５は、スイッチ信号Ｃ４に応じて、減温調節弁２２ａの開度指令Ｃ５を切り替える。設定器５６は、減温調節弁２２ａの開度指令の設定値として、１００％を保持している。サンプリング遅延器５７は、プラント制御装置２内のＣＰＵ（Central Processing Unit）の演算サンプリング周期を１周期分遅延させる機能を有する。サンプリング遅延器５７に第Ｎ周期のパラメータを入力すると、第Ｎ周期の１周期前の第Ｎ−１周期のパラメータがサンプリング遅延器５７から出力される（Ｎは任意の整数）。本実施形態のサンプリング遅延器５７は、第Ｎ周期の開度指令ＸＮを取得し、第Ｎ−１周期の開度指令ＸＮ−１を出力する。
切替器５５は、スイッチ信号Ｃ４がオンになると、減温調節弁２２ａの開度指令Ｃ５を１００％に切り替える。よって、低値選択器４７は、ＰＩＤコントローラ４６からの開度指令（ＭＶ値）Ｂ６と、切替器５５からの開度指令Ｃ５とを取得すると、ＰＩＤコントローラ４６からの開度指令Ｂ６を選択して出力する。このように、主蒸気Ａ５の過熱度が３０℃よりも大きい場合には、開度指令ＸＮはＰＩＤ制御により制御される。
一方、切替器５５は、スイッチ信号Ｃ４がオフになると、減温調節弁２２ａの開度指令Ｃ５を第Ｎ−１周期の開度指令ＸＮ−１に切り替える。よって、低値選択器４７は、ＰＩＤコントローラ４６からの開度指令（ＭＶ値）Ｂ６と、切替器５５からの開度指令Ｃ５とを取得すると、開度指令ＸＮ−１以下の開度指令ＸＮを出力する。理由は、開度指令Ｂ６が開度指令ＸＮ−１より低ければ開度指令Ｂ６が出力され、開度指令Ｂ６が開度指令ＸＮ−１より高ければ開度指令ＸＮ−１が出力されるからである。このように、主蒸気Ａ５の過熱度が３０℃以下の場合には、開度指令ＸＮは増加せず、冷却水Ａ３の注入量は増加しないため、冷却水Ａ３の過注入が防止される。
このように、本実施形態のプラント制御装置２は、発電プラント１の起動時に減温装置２２により主蒸気温度を制御する。しかしながら、主蒸気温度を減温装置２２のみにより制御すると、過熱度Ｃ３が３０℃以上の温度から３０℃に到達して過注入防止機能が働き、適正温度より高温の主蒸気温度により蒸気タービン３１が駆動される可能性がある。この場合、大きな熱応力が蒸気タービン３１内に発生する関係上、発電プラント１の起動が低速になる可能性がある。
そこで、本実施形態のプラント制御装置２は、発電プラント１の起動時に、ガスタービン１２の出力制御と減温装置２２の動作制御とを併用することで主蒸気温度を制御する。ガスタービン１２の出力制御は、出力制御部２ａにより行われ、減温装置２２の動作制御は、減温制御部２ｂにより行われる（図３参照）。このような制御の詳細を、図５を参照して説明する。
図５は、第１実施形態のプラント制御方法を示すフローチャートである。図５のプラント制御方法は、発電プラント１の起動時にプラント制御装置２により実行される。
ガスタービン１２を起動すると（ステップＳ１）、まずガスタービン１２のパージ運転を行う（ステップＳ２）。パージ運転では、ガスタービン１２内に空気を流して、ガスタービン１２内に滞留している燃料Ａ１を排出する。次に、ガスタービン１２を着火および昇速することで（ステップＳ３）、ガスタービン１２が無負荷定格運転に到達する（ステップＳ４）。
次に、ＧＴ発電機１３を並列した後（ステップＳ５）、プラント制御装置２は、温度センサＴＳ３からメタル温度の測定値を取得して記憶する（ステップＳ８）。また、プラント制御装置２は、ＧＴ発電機１３の並列直後に逆電力の外乱を避けるため、ガスタービン１２の出力をステップ状に初負荷まで増加させる（ステップＳ６、Ｓ７）。
ガスタービン１２が初負荷に到達した後には、急速な主蒸気温度の上昇を促すためにステップＳ９、Ｓ１０の処理が行われる。具体的には、ガスタービン１２の出力値が第１出力値よりも高い第２出力値になるように、ガスタービン１２の出力を上昇させる（ステップＳ９、Ｓ１０）。第１出力値は、排ガス温度をメタル温度に基づいて所定温度に調整するための出力値である。
ガスタービン１２が第２出力値に到達した後、ガスタービン１２の出力値は第２出力値に維持される。出力値が第２出力値に維持されている間は、排熱回収ボイラ１６は高温かつ多量の排ガスＡ２を受け入れて、エネルギッシュな熱回収を行うことができる。これにより、１次過熱蒸気Ａ４の温度や流量は迅速に上昇し、これに伴い主蒸気温度も迅速に上昇する。
次に、主蒸気温度がメタル温度に到達すると（ステップＳ１１）、図４のスイッチ信号Ｂ２がオフからオンに切り替わる。その結果、主蒸気温度のＳＶ値Ｂ３が起動時目標温度Ｂ１に切り替わり、主蒸気温度をメタル温度に基づいて制御するための冷却水Ａ３の注入が開始される（ステップＳ１２）。
この際、プラント制御装置２は、減温装置２２の動作制御用に算出した過熱度Ｃ３を、ガスタービン１２の出力制御用に読み込む（ステップＳ１３）。ステップＳ１３の処理の後も、１次過熱蒸気Ａ４の温度や流量の増加は継続している。これに対処するため、プラント制御装置２は、減温調節弁２２ａを開くことで冷却水Ａ３の流量を徐々に増加させる。冷却水Ａ３の流量の増加に伴い、過熱度Ｃ３は徐々に低下していく。
［ステップＳ１４：過熱度Ｃ３が３０℃以下の場合］
次に、プラント制御装置２は、過熱度Ｃ３のフラッグ判定を行い、過熱度Ｃ３が第１閾値（３０℃）まで低下したか否かを判定する（ステップＳ１４）。過熱度Ｃ３が３０℃以下である場合には（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、ステップＳ１５〜Ｓ２０における主蒸気温度のマッチング処理に移行する。これにより、ガスタービン１２の出力値を第２出力値から第１出力値に向けて低下させる処理が開始される。
過熱度Ｃ３が３０℃以下になると、蒸気タービン３１の駆動が許容されないため、プラント制御装置２で冷却水Ａ３の過注入防止機能が働き、冷却水Ａ３の注入量が増加しなくなる。すなわち、蒸気タービン３１は、運転の限界点を迎える。一方、１次過熱蒸気Ａ４の温度と流量は依然として上昇している。そのため、１次過熱蒸気Ａ４の温度と流量が上昇し続けると、主蒸気温度はいずれメタル温度よりも高くまで上昇する。
そこで、本実施形態のプラント制御装置２は、過熱度Ｃ３が３０℃以下になると、冷却水Ａ３の注入量を増加させないと共に、ガスタービン１２の出力値を第２出力値から第１出力値に向けて徐々に低下させる（ステップＳ１５〜Ｓ２０）。すなわち、蒸気タービン３１が運転の限界点を迎えたタイミングで、主蒸気温度のマッチング処理によるガスタービン１２の出力低減処理を開始する。これにより、１次過熱蒸気Ａ４の温度と流量を低下させ、減温装置２２の冷却動作の負担を軽減することができる。
以下、ステップＳ１５〜Ｓ２０の詳細を説明する。
まず、ステップＳ８で記憶されたメタル温度を使用して、排ガス温度（排ガスＡ２の温度）の目標値を算出する（ステップＳ１５）。本実施形態の排ガス温度の目標値は、メタル温度＋ΔＴである。ΔＴは、排ガス温度と主蒸気温度の温度差と見込まれる値である。本実施形態のΔＴは、３０℃に設定される。
ただし、本実施形態のステップＳ１５では、排ガス温度の目標値に、下限値（ＬＬ値）と上限値（ＵＬ値）による制限を付与する。具体的には、排ガス温度の目標値が、メタル温度＋ΔＴと、ＬＬ値と、ＵＬ値のうちの中間値に設定される。
次に、現時点での実排ガス温度を測定する（ステップＳ１６）。具体的には、温度センサＴＳ１から排ガス温度の測定値を取得する。
次に、目標値−β（βは予め決められた値）と実排ガス温度とを比較する（ステップＳ１７）。目標値−βが実排ガス温度よりも高ければ、ガスタービン１２の出力を徐々に上昇させて（ステップＳ１８）、ステップＳ１４に戻る。目標値−βが実排ガス温度よりも低ければ、ステップＳ１９に移行する。
次に、目標値＋βと実排ガス温度とを比較する（ステップＳ１９）。目標値＋βが実排ガス温度よりも低ければ、ガスタービン１２の出力を徐々に低下させて（ステップＳ２０）、ステップＳ１４に戻る。目標値＋βが実排ガス温度よりも高ければ、ガスタービン１２の出力を変化させずに、ステップＳ１４に戻る。
βは、実排ガス温度の許容偏差範囲を規定するための定数である。ステップＳ１５〜Ｓ２０では、実排ガス温度を目標値の±βの範囲内に制御するように、ガスタービン１２の出力が制御される。この際、第２出力値のときの実排ガス温度は目標値よりも高いため、ガスタービン１２の出力は、ステップＳ１５〜Ｓ２０の処理の繰り返しにより徐々に低下していく。こうして、ガスタービン１２の出力値は、第２出力値から第１出力値に向けて徐々に低下していく。
［ステップＳ１４：過熱度Ｃ３が３０℃〜４０℃または４０℃以上の場合］
ステップＳ１５〜Ｓ２０のマッチング処理が終了すると、図５のフローは、ガスタービン１２が第１出力値に到達していなくても、ステップＳ１４のフラッグ判定に戻る。マッチング処理でガスタービン１２の出力が低下した場合には、排ガス温度は低下しており、１次過熱蒸気Ａ４の温度と流量は上昇から下降に転じている。よって、プラント制御装置２は、冷却水Ａ３の流量を減少させても、主蒸気温度をメタル温度に保持できるようになる。冷却水Ａ３の流量の減少に伴い、過熱度Ｃ３は徐々に上昇していく。
過熱度Ｃ３が３０℃〜４０℃である場合には、マッチング処理におけるガスタービン１２の出力制御が継続される（ステップＳ１４）。通常、目標値＋βは実排ガス温度よりも低いため、ガスタービン１２の出力は、ステップＳ２０と同様に低下し続ける。４０℃という温度は、過熱度Ｃ３の第２閾値であり、第１閾値よりも高く設定されている。第２閾値は、第１閾値と同様に、プラント制御装置２内に設定されている。
ステップＳ１４のフラッグ判定では、過熱度Ｃ３が第２閾値（４０℃）まで上昇したか否かが判定される。過熱度Ｃ３が４０℃以上である場合には（ステップＳ１４：ＮＯ）、ガスタービン１２の出力値を第２出力値から第１出力値に向けて低下させる処理が停止される。そして、タービン制御装置２は、過熱度Ｃ３が４０℃以上である間は、過熱度Ｃ３が４０℃になったときのガスタービン１２の出力値を保持するように、ガスタービン１２の出力を制御する（ステップＳ２１）。
ステップＳ１４のフラッグ判定は、第１閾値（３０℃）と第２閾値（４０℃）という２つの閾値に基づいて行われる。よって、フラッグ判定は、３０℃以下でＹＥＳ、４０℃以上でＮＯとなる切断差（differential）を有している。もし第１閾値と第２閾値を同じ値にして切断差をゼロにすると、ＹＥＳ判定とＮＯ判定が短時間に頻繁に繰り返されて、発電プラント１の運転が不安定になる可能性がある。これを回避するため、本実施形態の切断差は非ゼロ（１０℃）に設定されている。
［ステップＳ１４：過熱度Ｃ３が３０℃〜４０℃または３０℃以下の場合］
ステップＳ２１の後、図５のフローは、ステップＳ１４のフラッグ判定に戻る。ガスタービン１２の出力は一定に保持されているが、その後の時間経過に伴い１次過熱蒸気Ａ４の温度と流量は上昇していく。これに対処するため、プラント制御装置２は、冷却水Ａ３の流量を増加させて、主蒸気温度をメタル温度に保持する。冷却水Ａ３の流量の増加に伴い、過熱度Ｃ３は再び徐々に低下していく。
過熱度Ｃ３が３０℃〜４０℃である場合には、ステップＳ２１におけるガスタービン１２の出力制御が継続される（ステップＳ１４）。すなわち、ガスタービン１２の出力が一定に保持される。
そして、過熱度Ｃ３が３０℃以下になると（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、本実施形態のプラント制御装置２は、冷却水Ａ３の注入量を増加させないと共に、ガスタービン１２の出力値を第２出力値から第１出力値に向けて低下させる処理を再開する（ステップＳ１５〜Ｓ２０）。これにより、ガスタービン１２の出力値は、保持中の値から第１出力値に向けて徐々に低下していく。
このように、本実施形態のプラント制御装置２は、ガスタービン１２の出力値を第２出力値から第１出力値に向けて低下させる第１処理と、第１処理を中断してガスタービン１２の出力値を一定に保持する第２処理とを交互に繰り返す。過熱度Ｃ３が３０℃（第１閾値）まで低下すると、第１処理が開始される。その後、過熱度Ｃ３が４０℃（第２閾値）まで上昇すると、第１処理が停止され、第２処理が開始される。さらに、過熱度Ｃ３が３０℃（第１閾値）まで再び低下すると、第２処理が停止され、第１処理が再び開始される。その後、過熱度Ｃ３が４０℃（第２閾値）まで再び上昇すると、第１処理が停止され、第２処理が再び開始される。
第１処理と第２処理とを複数回繰り返すと、ステップＳ２１でガスタービン１２の出力をある値に保持した後、過熱度Ｃ３が長時間３０℃以下に低下しなくなる。これは、コンバインドサイクルの熱平衡がトランジェント状態を脱して整定期に入ったためである。ガスタービン１２の出力がこの値になると、排ガス温度、一次過熱蒸気Ａ４の温度と流量、冷却水流量、過熱度Ｃ３等がバランスする。その結果、過熱度Ｃ３を３０℃以上に維持しながら、主蒸気温度をメタル温度に維持できるようになる。
プラント制御装置２は、過熱度Ｃ３が３０℃以上の状態が５分間継続したとき、コンバインドサイクルの熱平衡が整定期に入ったと判断する（ステップＳ２２）。熱平衡が整定期に入った場合、プラント制御装置２は、主蒸気流量が蒸気タービン３１のＦＳＮＬ運転を行うために必要な値σに到達しているか否かを確認する（ステップＳ２３）。主蒸気流量が値σに到達している場合、プラント制御装置２は、蒸気タービン２１の通気、すなわち、蒸気タービン２１の起動を開始する（ステップＳＳ２４）。
以上のように、図５のプラント制御方法では、ステップＳ１４以降に、ガスタービン１２の出力値を第２出力値から第１出力値に向けて低下させる第１処理と、第１処理を中断してガスタービン１２の出力値を一定に保持する第２処理とを交互に繰り返す。第１および第２処理が実行される間、本実施形態のプラント制御装置２は、ガスタービン１２の出力を制御するだけでなく、冷却装置２２の冷却動作も制御する。すなわち、本実施形態のプラント制御装置２は、ガスタービン１２の出力制御と減温装置２２の動作制御とを併用することで主蒸気温度を制御する。
よって、本実施形態によれば、ステップＳ１４以降に、主蒸気温度の過度の上昇と、主蒸気流量の過度の低下とを抑制することが可能となる。このような効果の詳細については後述する。
図６は、第１実施形態の比較例のプラント制御方法を示すフローチャートである。
図６の比較例のステップＳ１〜Ｓ１１は、図５と同様に行われる。しかしながら、本比較例では、ステップＳ１２（冷却水の注入開始）やステップＳ１３（過熱度の読み込み）を行わずに、ステップＳ１４〜Ｓ２０のマッチング処理を行う。本比較例のガスタービン１２の出力値は、マッチング処理の繰り返しにより、第２出力値から第１出力値に徐々に低下していく。そして、主蒸気温度とメタル温度との偏差の絶対値がε以下になると（ステップＳ２５）、蒸気タービン３１の通気が開始される（ステップＳＳ２４）。
なお、図５の第１実施形態のフローと図６の比較例のフローの作用効果の違いについては、後述する。
図７は、第１実施形態の変形例のプラント制御方法を示すフローチャートである。
図５のフローでは、コンバインドサイクルの熱平衡が整定期に入ってから蒸気タービン３１の通気を開始する（ステップＳ２２〜Ｓ２４）。しかしながら、発電プラント１の高速起動が望まれる場合には、より早い段階で蒸気タービン３１の通気を開始してもよい。
そこで、図７の変形例のフローでは、ステップＳ１２（冷却水の注入開始）とステップＳ１３（過熱度の読み込み）の処理の直後に、蒸気タービン３１の通気を開始する（ステップＳ２４）。理由は、ステップＳ１１にて、主蒸気温度はメタル温度に到達しているからである。
しかしながら、ステップＳ１３の時点では、将来コンバインドサイクルの熱平衡が整定期に入ったときのバランシングが不明である。よって、本変形例では、主蒸気流量が蒸気タービン３１のＦＳＮＬ運転を行うために必要な値σ以上となるかは保証されない。
このような得失を考えると、図５の第１実施形態のフローは運転の確実性が高く、別軸型のコンバインドサイクルにより適している。一方、図７の変形例のフローは高速起動が可能であり、一軸型のコンバインドサイクルにより適している。
図８は、第１実施形態のプラント制御方法を説明するためのグラフである。図８のプラント制御方法は、発電プラント１の起動時にプラント制御装置２により実行され、図５のフローに沿って実行される。
ガスタービン１２の出力は、波形Ｗ１で示すように、時刻Ｔ１にゼロから上昇し始め、初負荷に上昇し、さらに第２出力値ｐ１に上昇する。これにより、排ガス温度は、波形Ｗ３で示すように、高温の排ガス温度ｔ１に上昇する。排熱回収ボイラ１６は、温度ｔ１の排ガスＡ２の熱を回収して主蒸気Ａ５を生成する。これにより、主蒸気流量は、波形Ｗ５で示すように、迅速に上昇し、蒸気タービン３１のＦＳＮＬ運転を行うために必要な値σに到達した後も上昇し続ける。一方、主蒸気温度を示す波形Ｗ４は、メタル温度を示す波形Ｗ２に近づくように急速に上昇する。これらの処理は、期間Ｒ１に行われる。
主蒸気温度（波形Ｗ４）が時刻Ｔ２にメタル温度（波形Ｗ２）に到達すると、ステップＳ１２の冷却水Ａ３の注入が開始され、冷却水流量の波形Ｗ６が上昇し始める。時間経過と共に主蒸気流量（波形Ｗ５）と１次過熱蒸気Ａ４の温度は上昇し続けるので、冷却水流量の波形Ｗ６は上昇し続ける。これに伴い、主蒸気Ａ５の過熱度を示す波形Ｗ７は、下降し続ける。これらの処理は、期間Ｒ２に行われる。
過熱度の波形Ｗ７が３０℃（第１閾値）まで下降すると、ガスタービン１２の出力の波形Ｗ１は第２出力値ｐ１から第１出力値ｐ４に向けて下降し始める。これに伴い、排ガス温度の波形Ｗ３も下降する。よって、排熱回収ボイラ１６の熱回収量が低下し、主蒸気流量（波形Ｗ５）と１次過熱蒸気Ａ４の温度は低下する。その結果、冷却水流量の波形Ｗ６は下降し、過熱度の波形Ｗ７は上昇に転じる。これらの処理は、期間Ｒ３に行われる。期間Ｒ３におけるガスタービン１２の出力制御は、上述の第１処理に相当する。
過熱度の波形Ｗ７が４０℃（第２閾値）まで上昇すると、ガスタービン１２の出力の波形Ｗ１は、第１出力値ｐ４に向けての下降を中断し、４０℃のときの出力値ｐ２を保持する。出力値ｐ２は、第１出力値ｐ１よりも低く、第２出力値ｐ４よりも高い。排ガス温度の波形Ｗ３は、温度ｔ１よりも低い温度ｔ２に保持される。温度ｔ２の運転下では、排熱回収ボイラ１６による熱回収量は一旦低下し、主蒸気流量（波形Ｗ５）と１次過熱蒸気Ａ５の温度は一旦低下する。しかしながら、時間経過と共に主蒸気流量（波形Ｗ５）と１次過熱蒸気の温度は再び上昇し始める。その結果、冷却水流量の波形Ｗ６は上昇に転じ、過熱度の波形Ｗ７は下降に転じる。これらの処理は、期間Ｒ４に行われる。期間Ｒ４におけるガスタービン１２の出力制御は、上述の第２処理に相当する。
過熱度の波形Ｗ７が３０℃（第１閾値）まで再び下降すると、ガスタービン１２の出力の波形Ｗ１は再び第１出力値ｐ４に向けて下降し始める。これに伴い、排ガス温度の波形Ｗ３も下降する。よって、排熱回収ボイラ１６の熱回収量が低下し、主蒸気流量（波形Ｗ５）と１次過熱蒸気Ａ４の温度は低下する。その結果、冷却水流量の波形Ｗ６は下降し、過熱度の波形Ｗ７は上昇に転じる。これらの処理は、期間Ｒ５に行われる。期間Ｒ５におけるガスタービン１２の出力制御は、上述の第１処理に相当する。
過熱度の波形Ｗ７が４０℃（第２閾値）まで再び上昇すると、ガスタービン１２の出力の波形Ｗ１は、第１出力値に向けての下降を中断し、４０℃のときの出力値ｐ３を保持する。出力値ｐ３は、出力値ｐ２よりも低く、第２出力値ｐ４よりも高い。排ガス温度の波形Ｗ３は、温度ｔ２よりも低い温度ｔ３に保持される。温度ｔ３の運転下では、排ガス温度ｔ３、主蒸気流量ｆ３、冷却水流量ｖ３、過熱度ｑ３、および不図示の１次過熱蒸気温度がバランスする。その結果、過熱度を３０℃以上に維持しながら、主蒸気温度をメタル温度に維持できるようになる。このような状態を達成する出力値ｐ３が、以上のプラント制御方法により求まる。これらの処理は、期間Ｒ６に行われる。期間Ｒ６におけるガスタービン１２の出力制御は、上述の第２処理に相当する。
過熱度Ｃ３が３０℃以上の状態が５分間継続すると（時刻Ｔ３）、蒸気タービン２１の通気が開始される。なお、図８のフローでは、第１および第２処理が、２回繰り返されているが、３回以上繰り返されてもよい。
図９は、第１実施形態の比較例のプラント制御方法を説明するためのグラフである。図９のプラント制御方法は、図６のフローに沿って実行される。
図８においては、主蒸気温度（波形Ｗ４）が時刻Ｔ２にメタル温度（波形Ｗ２）に到達すると、ステップＳ１２の冷却水Ａ３の注入が開始される（期間Ｒ２）。そして、第１処理と第２処理とを交互に繰り返すことで、ガスタービン１２の出力を示す波形Ｗ１が、第２出力値ｐ１から第１出力値ｐ４に向けて徐々に下降する（期間Ｒ３〜Ｒ６）。
一方、図９においては、主蒸気温度（波形Ｗ４）が時刻Ｔ２にメタル温度（波形Ｗ２）に到達すると、ステップＳ１２の冷却水Ａ３の注入を開始せずに、ガスタービン１２の出力を示す波形Ｗ１を第２出力値ｐ１から第１出力値ｐ４に下降させる（期間Ｒ７）。
ここで、図９の比較例では、主蒸気温度の制御がガスタービン１２の出力制御のみにより行われるため、ガスタービン１２の出力を第１出力値ｐ４まで低下させる必要がある。これにより、排ガス温度は、温度ｔ４（＝メタル温度＋ΔＴ）まで低下する。その結果、排ガスＡ２が保有する熱量が低下し、主蒸気流量はｆ４まで低下する。しかしながら、この主蒸気流量ｆ４が蒸気タービン３１のＦＳＮＬ運転を行うために必要な値σよりも低いと、蒸気タービン３１はＦＳＮＬ運転に向けて昇速する状態から降速していく状態に変化してしまう。図９では、符号Ｚで示す時点で主蒸気流量が値σまで低下している。
一方、図８の本実施形態では、主蒸気温度の制御がガスタービン１２の出力制御と減温装置２２の動作制御により行われるため、ガスタービン１２の出力を第１出力値ｐ４まで低下させる必要はない。図９では、ガスタービン１２の出力はｐ３（＞ｐ４）まで低減されており、主蒸気流量はｆ３（＞σ＞ｆ４）まで低減されている。よって、図８の実施形態によれば、蒸気タービン３１のＦＳＮＬ運転を支障なく行うことができる。
以上のように、本実施形態では、ガスタービン１２の出力制御と減温装置２２の動作制御とを併用することで主蒸気温度を制御する。例えば、本実施形態では、ガスタービン１２の出力制御により排ガス温度をおおまかに低減し、これにより主蒸気温度をおおまかに制御し、減温装置２２の動作制御により主蒸気温度を精密に制御する。
本実施形態をガスタービン１２の出力制御の観点から評価する場合、減温装置２２の動作制御の併用には次の利点がある。減温装置２２が冷却水Ａ３を注入すると、ガスタービン１２の出力制御による主蒸気温度の制御がこれによりアシストされる。よって、より高い排ガス温度、すなわち、より高いガスタービン出力が実現可能となる。その結果、主蒸気温度を低減するためのガスタービン出力の低減量が少なくなる。あるいは、主蒸気温度を低減するためにガスタービン出力を低減する必要がなくなる。よって、本実施形態によれば、発電プラント１の起動時等に、主蒸気の生成量が過度に低下するという問題を解消または緩和することが可能となる。
また、本実施形態を減温装置２２の動作制御の観点から評価する場合、ガスタービン１２の出力制御の併用には次の利点がある。ガスタービン１２の出力が第２出力値から第１出力値に向けて低下するように制御されると、１次過熱蒸気Ａ４の温度が低下するため、減温装置２２が１次過熱蒸気Ａ４を冷却する負担が軽減される。よって、本実施形態によれば、過熱度を３０℃以上に維持できるような比較的少量の冷却水で、目標の主蒸気温度を実現することが可能となる。
また、本実施形態では、ガスタービン出力や冷却水流量を、主蒸気Ａ５の過熱度に基づいて制御する。また、本実施形態では、ガスタービン出力や冷却水流量を、過熱度の第１閾値（３０℃）と第２閾値（４０℃）とを指標として制御する。よって、本実施形態によれば、ガスタービン出力の過度の低下を抑制することができ、これにより主蒸気流量の過度の低下を抑制することが可能となる。
なお、図８の第１実施形態と図９の比較例とを比較した場合、蒸気タービン２１の通気開始までに要する時間は、一般に比較例の方が短くなる。しかしながら、本実施形態によれば、主蒸気温度の過度の上昇と主蒸気流量の過度の低下とを抑制しつつ、発電プラント１を起動することが可能となる。
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置、方法、およびプラントは、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置、方法、およびプラントの形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
１：発電プラント、２：プラント制御装置、
２ａ：出力制御部、２ｂ：減温制御部、２ｃ：過熱度検出部、
１１：圧縮機、１２：ガスタービン、１３：ＧＴ発電機、
１４：燃焼器、１５：燃料調節弁、１６：排熱回収ボイラ、
２１：給水ポンプ、２２：減温装置、２２ａ：減温調節弁、２２ｂ：減温器、
２３：ドラム、２４：蒸発器、２５：１次過熱器、２６：２次過熱器、
３１：蒸気タービン、３１ａ：回転子、３１ｂ：固定子、
３１ｃ：蒸気流入口、３１ｄ：蒸気流出口、３２：ＳＴ発電機、３３：加減弁、
３４：バイパス調節弁、３５：復水器、３６：循環水ポンプ、
４１：設定器、４２：設定器、４３：高値選択器、４４：切替器、
４５：減算器、４６：ＰＩＤコントローラ、４７：低値選択器、
５１：関数発生器、５２：減算器、５３：設定器、５４：比較器、
５５：切替器、５６：設定器、５７：サンプリング遅延器、
ＯＳ：出力センサ、ＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３：温度センサ、ＰＳ：圧力センサ

Claims (9)

  1. ガスにより駆動されるガスタービンと、
    前記ガスタービンからの排ガスの熱を利用して蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
    前記排熱回収ボイラにより生成された前記蒸気を冷却媒体により冷却する減温装置と、
    前記減温装置により冷却された前記蒸気により駆動される蒸気タービンと、
    を備える発電プラントを制御するプラント制御装置であって、
    前記減温装置により冷却された前記蒸気の過熱度を検出する過熱度検出部と、
    前記過熱度検出部により検出された前記過熱度に基づいて、前記ガスタービンの出力を制御する出力制御部と、
    前記出力制御部が前記ガスタービンの出力を制御している間に、前記過熱度検出部により検出された前記過熱度に基づいて、前記減温装置による前記蒸気の冷却動作を制御する減温制御部と、
    を備え、
    前記出力制御部は、前記過熱度が第１閾値に低下した場合に、前記ガスタービンの出力の低減を開始する、プラント制御装置。
  2. 前記減温制御部は、前記出力制御部が前記ガスタービンの出力値を第２出力値から第１出力値に向けて低下させている間に、前記減温装置による前記蒸気の冷却動作を制御する、請求項１に記載のプラント制御装置。
  3. 前記第１出力値は、前記排ガスの温度を前記蒸気タービンのメタル温度に基づいて所定温度に調整するための出力値である、請求項２に記載のプラント制御装置。
  4. 前記第１閾値は、前記蒸気タービンの駆動が許容される下限の過熱度である、請求項１から３のいずれか１項に記載のプラント制御装置。
  5. 前記出力制御部は、前記過熱度が前記第１閾値より高い第２閾値に上昇した場合に、前記ガスタービンの出力の低減を停止する、請求項１から４のいずれか１項に記載のプラント制御装置。
  6. 前記出力制御部は、前記過熱度が前記第２閾値より高い間、前記過熱度が前記第２閾値になったときの前記ガスタービンの出力値を保持するように前記ガスタービンの出力を制御する、請求項５に記載のプラント制御装置。
  7. 前記減温制御部は、前記蒸気の温度の設定値を、前記蒸気タービンのメタル温度に基づいて決定される第１設定値と、前記第１設定値と異なる第２設定値とに切り替える切替部を備える、請求項１から６のいずれか１項に記載のプラント制御装置。
  8. ガスにより駆動されるガスタービンと、
    前記ガスタービンからの排ガスの熱を利用して蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
    前記排熱回収ボイラにより生成された前記蒸気を冷却媒体により冷却する減温装置と、
    前記減温装置により冷却された前記蒸気により駆動される蒸気タービンと、
    を備える発電プラントを制御するプラント制御方法であって、
    前記減温装置により冷却された前記蒸気の過熱度を過熱度検出部により検出し、
    前記過熱度検出部により検出された前記過熱度に基づいて、前記ガスタービンの出力を出力制御部により制御し、
    前記出力制御部が前記ガスタービンの出力を制御している間に、前記過熱度検出部により検出された前記過熱度に基づいて、前記減温装置による前記蒸気の冷却動作を減温制御部により制御する、
    ことを含み、
    前記出力制御部は、前記過熱度が第１閾値に低下した場合に、前記ガスタービンの出力の低減を開始する、プラント制御方法。
  9. ガスにより駆動されるガスタービンと、
    前記ガスタービンからの排ガスの熱を利用して蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
    前記排熱回収ボイラにより生成された前記蒸気を冷却媒体により冷却する減温装置と、
    前記減温装置により冷却された前記蒸気により駆動される蒸気タービンと、
    前記減温装置により冷却された前記蒸気の過熱度を検出する過熱度検出部と、
    前記過熱度検出部により検出された前記過熱度に基づいて、前記ガスタービンの出力を制御する出力制御部と、
    前記出力制御部が前記ガスタービンの出力を制御している間に、前記過熱度検出部により検出された前記過熱度に基づいて、前記減温装置による前記蒸気の冷却動作を制御する減温制御部と、
    を備え、
    前記出力制御部は、前記過熱度が第１閾値に低下した場合に、前記ガスタービンの出力の低減を開始する、発電プラント。
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