JPS59115406A - 複合サイクル発電プラントの負荷制御装置 - Google Patents

複合サイクル発電プラントの負荷制御装置

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JPS59115406A
JPS59115406A JP57225534A JP22553482A JPS59115406A JP S59115406 A JPS59115406 A JP S59115406A JP 57225534 A JP57225534 A JP 57225534A JP 22553482 A JP22553482 A JP 22553482A JP S59115406 A JPS59115406 A JP S59115406A
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JP57225534A
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Kazue Nagata
永田 一衛
Nobue Yamamoto
山本 伸江
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/101Regulating means specially adapted therefor
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14Combined heat and power generation [CHP]
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    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はガスタービンと蒸気タービンの複合すイクル発
電プラント(以下、複合サイクルプラントという。)の
負荷制御装置に関する。
[発明の技術的背景〕 複合サイクルプラントというのはガスタービンにおいて
燃料を燃焼させ、その排熱を排熱回収ボイラにより回収
して蒸気を発生させ、その蒸気により蒸気タービンを駆
動する方式のことである。
したがって、複合サイクルプラントの出力はガスタービ
ンの燃料に依存し、この燃料を制御することにより出力
を制御することができる。複合サイクルプラントを大別
すると、ガスタービン、蒸気タービンおよび発電機を一
軸上に配備した一軸型と、ガスタービンと蒸気タービン
を別の軸に分けて配置した多軸型とに分けられる。
斯る複合サイクルプラントの負荷制御装置について説明
するが、以下の説明では一軸型の複合サイクルプラント
を例にして述べることとする。第1図に従来の負荷制御
装置の概要を示す。
第1図において、まず、ガスタービン9の出力制御につ
いて述べる。速度設定器1からの速段設定信号が減算器
2に与えられる。一方、コンプレッサ8に設けられた回
転数検出器6からガスタービン9、蒸気タービン13お
よび発電5機10の回転数検出信号が減算器2にフィー
ドバックされる。なお、この場合ガスタービン9、蒸気
タービン13および発電機10の回転数はこのプラント
が一軸型であるから同一の値である。減算器2は速度設
定値とフィードバック検出値との偏差を求め、その偏差
信号を演算増幅器3に出力する。演算増幅器3は入力さ
れた偏差信号に基づき「比例」または「比例積分」演算
を行ない、その演算値をサーボ増幅器4を介して燃料調
整弁5に送り、その開聞を制御する。この開度調節によ
り、ガスタービン9の燃焼器7に供給される燃量流量が
制御され、その結果ガスタービン9の出力が速度設定値
に合うよう制御される。
次に、蒸気タービン13の出力制御について述べる。排
熱回収ボイラ11から蒸気タービン13に供給される蒸
気エンタルピーはガスタービン9の排ガスのエンタルピ
ーにより決定される。そのため、蒸気加減弁12を全開
または一定の開度にしておくことにより復水器14の真
空度との関係で一義的にタービン出力が決定されること
となる。
このようなことから、電力系統への出力はガスタービン
9と蒸気タービン13の出力の和に発電機10の効率を
乗じた値となる。なぜなら、発電機10はガスタービン
9および蒸気タービン13に一軸で連結されているから
である。
負荷(発am出力)の制illは、負荷設定器16から
の負荷設定信号と負荷検出器15による実負荷検出信号
との偏差を減算器17により求め、求めた偏差信号を速
度設定器lに与えて設定器1を制御することにより行う
。その結果、最終的には偏差−零、すなわち負荷が負荷
設定値に等しくなるように制御することができる。
〔背景技術の問題点〕
上述した複合サイクルプラントにおいては、ガスタービ
ン9の出力応答が早いのに対して蒸気タービン13の出
力応答が遅れるという問題がある。
これはガスタービン9の出力は燃料流量の変化に応動し
て直に変化するのに対し、蒸気タービン13は「ガスタ
ービンからの排ガスエネルギーの変化」→「排熱回収ボ
イラの蒸気量」→「蒸気タービン出力」という系が介在
するためにエネルギの伝達に大きな時定数があり、その
結果蒸気タービン出力が燃料流量変化に応動するまでに
時間遅れが生ずることによるものである。なお、一般に
ガスタービン出力と蒸気タービン出力の比率はほぼ一定
となる特徴がある。この状態を第2図に示す。
第2図に示すように、燃量流量のステップ変化18に対
してガスタービン出力の時間的変化19はTGTの時間
遅れとなるが、蒸気タービン出力20はTNTの時間遅
れとなる6TGTは数秒のオーダであり、TSTは約1
分相変である。この第2図中、斜線で示した特性が燃量
のステップ変化に対するオープンループ時の複合サイク
ルプラントとしての出力応答である。
このような特性を有する結果、複合プラントの出力を要
求負荷に整合させるように制御した場合長い時間遅れ’
rs’rをもって発生する蒸気タービン出力20により
、過剰制御となったり、出力ハンチングが発生する等の
間顆を発生することになる。
[発明の目的〕 そこで、本発明は複合プラントに訃いて上述のような問
題をフ解決し、過渡時の制@勃作すなわち負荷要求に対
する応動のだめの制御動作の安定性を向上しうる負荷制
御装置を佛供することを目的とする。
[発明の概要〕 上記目的を達成するために、本発明による負荷制御方法
は、ガスタービンの出力変化知よって将来起こりうる蒸
気タービンの出力変化を予測し、その予測値に基づいて
ガスタービン燃料を抑制制御するようにした点に特徴を
有する。ガスタービン燃料は複合サイクルプラント全体
の出力を決定するものだからである。    ゛ 〔発明の実施例〕 以下、図面を参照して本発明による複合サイクルプラン
トの負荷制?i11装置の実施例について説明する。第
3図に本発明による負荷制御装置の第1の例を示し、第
5図に第2の例を示す。第3図、第5図において第1図
を重複する部分には同一の符号を付して以下説明する。
構成 第3図において、ガスタービン9にはガスタービ
ン排ガス温度検出器21が設けられている。
このガスタービン排ガス温度検出器21は蒸気タービン
13の出力変化に関連する信号を検出するためのもので
、燃料変化により将来起こりつる蒸気タービン13の出
力変化を予測するのに用いられる。
この排ガス温麿検出器21による検出信号は予測演算器
22に送られる。
予測演算器22はむだ時間妾紫を含む不完全微分演算器
よりなり、排ガス温度検出器21からの検出信号を受け
て燃料変化による蒸気タービン】3の出力変化を予測す
るものである。演算結果は加算器23に送られ、当該複
合サイクルプラントの負荷制御フィードバックルーズに
加えられる。
ここで、むだ時間は排熱回収ボイラ11の遅れに基づい
て決安し、不完全微分器のゲインはガスタービン9と蒸
気タービン13の出力比率により、その時定数は蒸気タ
ービン出力の時定数(第2図、TST )により決定す
る。
加算器23は負荷検出器15と減算器17との間に位置
され、予測演算値をフィードバック系に加算する。した
がって、負荷側御系は負荷検出器15からの検出量だけ
ではなく、予測値をも加味した値により制御されること
となる。
作用 次に、本発明による負荷制御装置の制御動作を説
明する。まず、概要を述べると、負荷設定器16から負
荷目標値が与えられると、その負荷目標値と実負荷検出
値との偏差に応じてガスタービン9への燃料流量が制御
される。ガスタービン9の燃料は得られた偏差の方向(
+または−の意)に応じて増加または減少され、その結
果ガスタービン9の出力が増加または減少する。このガ
スタービン9の出力変化によって将来起りつる蒸気ター
ビン13の出力変化分を排ガス温度変化により先行的に
とらえ、予測演算器22により予測し、加算器23を介
して実負荷に予測値を加え、早期にガスタービン燃料を
増加育たば減少させることによって最終的な複合サイク
ルプラントの出力(=ガスタービン出力子蒸気タービン
出力)を目標負荷に整合させるべく安定に制御するもの
である。
第4図を参照して以上のことをさらに詳しく述べる。第
4図において、負荷指令1Bが変化するとこれに応動し
てタービン出力19が上昇を開始するが、蒸気タービン
出力20が発生する直前に実負荷フィードバック値24
に予測演算値25が上のせされるので減算器17に与え
られるフィードバック値は全体として24Aのようにな
り、このフィードバック値24Aにより制御されること
となる。その結果、ガスタービン9への燃料が抑制され
るため、ガスタービン9の出力応答は19に示す形とな
る。このように、燃料が絞られるので複合サイクルプラ
ントの総合的な出力は26のように清らかに変化し、応
答遅れによる過剰制御の発生を防止し、安定な負荷制御
が可能となる。
次に、第5図に示した第2の例について説明する。この
第2の例は、蒸気タービン13の出力を予測するだめの
パラメータとして第2図の排ガス淵度に代えて排熱回収
ボイラ11のドラム発生蒸気圧力値を用いたものである
。したがって、排熱回収ボイラ11にはドラム発生蒸気
圧力検出器(以下、圧力検出器という。)27が設けら
れている。この圧力検出器27による圧力検出信号が予
測演算器nに入力され、以下第2図の場合と同様に制御
される。なお、この場合、予測演算器22のむだ時間は
かなり小さな値となる。
さらに、予測演算のだめのパラメータとして、第5図に
破線28で示すように負荷設定器16からの負荷指令値
を予測演算器22に与えることができる。
さらにまた、以上の実施例では予測演算値を負荷フィー
ドバック値に加算することとして説明したが、予測演算
値を負荷設定器16からの負荷指令値に減算器を介して
与えるようにしてもよい。その他の構成は上述と同様な
ので説明は省略する。
〔発明の効果〕
以上の通り、本発明によれば、複合サイクルプラントに
おいて、ガスタービンへの燃料流量の変化によって将来
生ずるであろう蒸気タービンの出力変化を先行的にとら
え、予めその出力変化分を見込んで出力制御することが
できるので、過剰制御に伴う出力ハンチングを防止する
ことができる等、制御安定性を向上させることができろ
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の複合サイクルプラントの負荷制御装置の
構成例を示すブロック図、 第2図は従来の複合サイクルプラントにおけるガスター
ビン燃料変化に対するガスタービン出力、蒸気タービン
出力および複合サイクルプラントとしての出力のオーブ
ンループ特性を示す説明図、第3図は本発明による複合
サイクルプラントの負荷制御装置の第1の構成例を示す
ブロック図、第4図は第3図の負荷制御装置により制御
した場合の各出力応答特性を示す説明図、 第5図は本発明による複合サイクルプラントの負荷制御
装置の第2の構成例を示すブロック図である。 !・・・速度設定器     2・・・減算器3・・・
演算増幅器    4・・・サーボ増@器5・・・燃料
調整弁    6・・・回転数検出器7・・・ガスター
ビン燃焼器 8・・・コンプレッサ9・・・ガスタービ
ン   10・・・発am11・・・排熱回収ボイラ 
 12・・・蒸気加減弁13・・・蒸気タービン   
14・・・復水器15・・・負荷検出器    16・
・・負荷設定器17・・・減算器      21・・
・ガスタービン排ガス22・・・予測演算器     
 温変検出器23・・・加算器

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ガスタービンの排熱を利用して発生した蒸気により
    蒸気タービンを駆動する複合サイクル発電プラントの負
    荷制御装置において、 蒸気タービンの出力変化に関連する信号を検出する出力
    変化検出器と、前記検出信号に基づいて蒸気タービンの
    出力変化を予測する予測演算器と、前記演算結果信号を
    桶該負荷制御装置の負荷検出量のフィードバックループ
    または負荷設定ループに加算する加算器とを備えたこと
    を特徴とする複合サイクル発電プラントの負荷制御装置
    。 2、特許請求の範囲第1項記載の装置において、前記蒸
    気タービンの出力変化に関連信号は前記ガスタービンの
    排ガス温変であることを特徴とする複合サイクル発電プ
    ラントの負荷制御装置。 3、%許請求の範囲第1項記載の装置において、前記蒸
    気タービンの出力変化に関連する信号は前記ガスタービ
    ンの排熱回収ボイラのドラム発生蒸気圧力であることを
    特徴とする複合サイクル発電プラントの負荷制御装置。 4、特許請求の範囲第1項記帖の装置において、前記蒸
    気タービンの出力変化に関連する信号は肖該負荷制御装
    置の負荷指令値であることを特徴とする複合サイクル発
    電プラントの負荷制御装置。 5、特許請求の範囲第1項、第2項、第3項捷たけ第4
    項記載の装置において、予測演算器はむだ時間要素を有
    する不完全微分演算器であることを特徴とする複合サイ
    クル発電プラントの負荷制御装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006038629A1 (ja) * 2004-10-05 2006-04-13 Jgc Corporation ガス化複合発電設備、その制御方法、燃料ガスの製造方法
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