제어 장치, 시스템 및 제어 방법, 및 동력 제어 장치, 가스 터빈 및 동력 제어 방법

제어 장치, 시스템 및 제어 방법, 및 동력 제어 장치, 가스 터빈 및 동력 제어 방법{CONTROL DEVICE, SYSTEM, AND CONTROL METHOD, AND POWER CONTROL DEVICE, GAS TURBINE, AND POWER CONTROL METHOD}

본 발명은, 온도 조절 제어를 실행하는 가스 터빈 등의 시스템의 제어 장치, 시스템 및 제어 방법, 및 동력 제어 장치, 가스 터빈 및 동력 제어 방법에 관한 것이다.

일반적인 가스 터빈은, 압축기와 연소기와 터빈에 의해 구성되어 있다. 그리고, 공기 도입구로부터 받아들여진 공기가 압축기에 의해 압축됨으로써 고온ㆍ고압의 압축 공기가 되고, 연소기에서, 이 압축 공기에 대하여 연료를 공급하여 연소시킴으로써 고온ㆍ고압의 연소 가스(작동 유체)를 얻고, 이 연소 가스에 의해 터빈을 구동하고, 이 터빈에 연결된 발전기를 구동한다. 터빈을 구동시킨 연소 가스는, 터빈의 배기측으로부터 배기 가스로서 배출된다.

이와 같은 가스 터빈을 제어하는 제어 장치는, 압축기에 받아들이는 공기량 및 연료의 공급량 등을 조정하여, 연소 가스가 유입되는 터빈의 터빈 입구 온도가 미리 설정된 상한 온도를 넘지 않도록, 가스 터빈의 운전을 제어하는 온도 조절 제어를 실행하고 있다. 이것은, 가스 터빈의 성능은, 터빈 입구 온도가 높을수록 성능(일 효율)이 높아지는 한편, 터빈 입구 온도를 너무 높게 하면, 터빈 입구 주위의 고온 부품이 열 부하에 견디는 것이 곤란하게 되기 때문이다. 구체적으로, 온도 조절 제어에서는, 터빈으로부터의 배기 가스 온도가, 가스 터빈의 부하(발전기 출력)나 압력비 등의 가스 터빈 상태량에 따라 규정되는 배기 가스 온도의 상한 온도인 온도 조절선을 넘지 않도록, 가스 터빈의 운전이 제어된다. 여기서, 온도 조절선은, 가스 터빈의 부하가 커질수록, 배기 가스 온도의 상한 온도가 낮아지는 한편, 가스 터빈의 부하가 작아질수록, 배기 가스 온도의 상한 온도가 높아지는 함수로서 규정되어 있다.

온도 조절 제어를 행하는 가스 터빈의 제어 장치로서는, 하기 특허 문헌 1, 2에 기재된 것이 있다. 특허 문헌 1의 가스 터빈의 운전 제어 장치에서는, 가스 터빈의 부하 상승시에 있어서의 부하 변화량이 클수록, 압축기의 흡기측에 마련되는 입구 안내 날개의 개방도를 여는 방향으로 보정하고 있다. 또한, 특허 문헌 2의 가스 터빈의 입구 안내 날개 제어 장치는, 배기 가스 온도 제어부를 갖고 있고, 배기 가스 온도 제어부에서는, 미리 구해진 입구 안내 날개(IGV)의 개방도 스케줄에 근거하여 선행 IGV 개방도를 설정하고, 또한, 운전 중의 배기 가스 온도가 제한치를 넘을 것 같은 때에는 자동적으로 선행 IGV 개방도를 피드백 보정하여 IGV 개방도를 크게 하고 있다.

또한, 가스 터빈의 제어 장치에 대하여, 하기 특허 문헌 3 및 4에 기재된 발전 설비의 운전ㆍ보수 계획 지원 시스템이 있다. 특허 문헌 3 및 4의 시스템에서는, 취득한 플랜트 데이터를 이용하여, 발전 유닛의 잔여 수명을 산정하고, 산정한 발전 유닛의 잔여 수명과 다른 발전 유닛의 잔여 수명을 비교하여, 경제성이 높아지도록 발전 유닛의 운전 조건을 변경하고 있다.

(선행 기술 문헌)

(특허 문헌)

(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 2008-75578호 공보

(특허 문헌 2) 일본 특허 공개 2007-40171호 공보

(특허 문헌 3) 일본 특허 공개 2002-330541호 공보

(특허 문헌 4) 일본 특허 공개 2002-330542호 공보

그런데, 가스 터빈은, 부하에 따른 운전이 행해지고 있고, 구체적으로, 전체 부하 운전과, 부분 부하 운전이 행해지고 있다. 통상, 전체 부하 운전을 행하는 경우, 가스 터빈의 성능을 발휘하기 위해, 터빈 입구 온도가 상한 온도 부근에 도달하도록 온도 조절 제어가 실행된다. 이 온도 조절 제어에서는, 구체적으로, 전체 부하 운전시에 있어서의 배기 가스 온도가, 온도 조절선 부근이 되도록, 가스 터빈의 운전이 제어된다.

한편, 부분 부하 운전에 있어서는, 부하 변동에 대한 가스 터빈 출력의 응답성을 확보하기 위해, 온도 조절 제어가 실행되지 않는다. 다시 말해, 가스 터빈은, 배기 가스 온도가 온도 조절선의 상한 온도에 의해 제한되지 않도록, 온도 조절선의 상한 온도보다 낮은 배기 가스 온도로 부하 제어된다.

그리고, 최근에는, 부분 부하 운전에 있어서도, 가스 터빈의 성능을 향상시키기 위해, 터빈 입구 온도가 상한 온도 부근에 도달하도록 온도 조절 제어가 실행되는 경우가 있다. 구체적으로, 온도 조절 제어에서는, 부분 부하 운전시에 있어서의 배기 가스 온도가, 온도 조절선 부근이 되도록, 가스 터빈의 운전이 제어된다.

그렇지만, 부분 부하 운전시에 있어서, 배기 가스 온도가 온도 조절선 부근이 되도록 온도 조절 제어하는 경우, 가스 터빈의 부하가 변동하면, 배기 가스 온도가 온도 조절선에 의해 제한되어 버릴 가능성이 있다. 이 때문에, 가스 터빈은, 부하 변동에 따라 가스 터빈 출력을 조정하는 것이 곤란하게 되는 경우가 있다.

또한, 부분 부하 운전시에 있어서, 배기 가스 온도가 온도 조절선 부근이 되도록 온도 조절 제어하는 경우, 부하 변동 등의 외란에 의해, 공기 도입구로부터 받아들여지는 공기의 흡입량이 감소하는 일이 있다. 이 경우, 배기 가스 온도가 상승하기 때문에, 온도 조절 제어에서는, 가스 터빈의 부하를 작게 하는, 이른바 부하 전락(轉落)이 생겨 버린다. 다시 말해, 온도 조절선은, 가스 터빈의 부하가 작아질수록, 배기 가스 온도의 상한 온도가 높아지기 때문에, 온도 조절 제어에서는, 배기 가스 온도가 상승하면, 배기 가스 온도의 상한 온도를 높게 하기 위해, 가스 터빈의 부하를 작게 한다. 이때, 공기의 흡입량은, 입구 안내 날개의 개방도로 조정되고, 입구 안내 날개의 개방도는, 가스 터빈 출력에 근거하여 설정된다. 이 때문에, 온도 조절 제어에서는, 가스 터빈의 부하가 저하하여 가스 터빈 출력이 작아지면, 입구 안내 날개의 개방도를 닫음으로써 공기의 흡입량을 줄이는 제어가 행해지고, 이것에 의해, 다시 배기 가스 온도가 상승하여 버리기 때문에, 계속하여 가스 터빈의 부하가 하강하여 버린다.

또한, 가스 터빈의 성능과, 부하 변동에 대한 가스 터빈 출력의 응답성은, 트레이드오프의 관계로 되어 있다. 즉, 가스 터빈의 성능을 높이기 위해, 온도 조절 제어를 실행하면, 가스 터빈은, 온도 조절선에 따른 운전이 되고, 또한, 온도 조절선에 의해 운전이 제한되기 때문에, 부하 변동(특히, 부하 상승시)에 추종하여, 가스 터빈 출력을 즉응(卽應)시키는 것은 곤란하다. 한편, 가스 터빈의 응답성을 높이기 위해, 온도 조절선의 상한 온도보다 낮은 배기 가스 온도로 부하 제어를 실행하면, 가스 터빈은, 터빈 입구 온도를 높게 할 수 없기 때문에, 운전 효율을 높이는 것은 곤란하게 된다. 이와 같이, 가스 터빈은, 운전 효율을 높이면, 응답성이 저하하는 한편, 응답성을 높이면, 운전 효율이 저하한다고 하는, 트레이드오프의 관계로 되어 있다.

이와 같은 가스 터빈은, 운전 환경에 따라, 응답성을 중시한 운전과, 운전 효율을 중시한 운전이 요구되는 경우가 있다. 응답성을 중시하는 운전 환경으로서는, 예컨대, 베이스 전원이 불안정해지는 운전 환경이고, 구체적으로, 재생 가능 에너지의 비율이 많은 운전 환경이다. 이 경우, 부하 변동이 생기기 쉽기 때문에, 가스 터빈은, 부하 변동에 의한 응답성이 높은 것이 요구된다. 이것에 비하여, 운전 효율을 중시하는 운전 환경으로서는, 예컨대, 베이스 전원으로서 요구되는 운전 환경이다. 이 경우, 부하 변동이 생기기 어렵기 때문에, 가스 터빈은, 운전 효율이 높은 것이 요구된다.

그렇지만, 가스 터빈은, 부분 부하 운전시에 있어서의 운전 효율 및 응답성이 일의적으로 정해져 있다. 다시 말해, 가스 터빈은, 운전 효율 및 응답성을 조정하는 구성으로 되어 있지 않아, 운전 효율 및 응답성을 운전원에 의해 용이하게 조정ㆍ변경하는 것은 곤란하다.

여기서, 특허 문헌 3 및 4에 기재된 시스템은, 경제성이 높아지도록 운전 조건을 변경하는 것으로서, 가스 터빈의 사용 환경에 따라, 가스 터빈의 운전 효율 및 응답성을 변화시키는 것은 아니다.

그래서, 본 발명은, 부분 부하 운전시에 있어서의 가스 터빈 등의 시스템의 성능을 향상시키면서, 부하 변동시에 있어서의 온도 조절 제어를 적합하게 실행할 수 있는 제어 장치, 시스템 및 제어 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

또한, 본 발명은, 가스 터빈의 성능 및 응답성을 간단하게 조정하는 것이 가능한 동력 제어 장치, 가스 터빈 및 동력 제어 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명의 제어 장치는, 흡입한 공기를 압축기에 의해 압축하여 압축 공기로 하고, 공급된 연료와 상기 압축 공기를 혼합하여 연소시킴으로써 연소 가스를 생성하고, 생성한 상기 연소 가스에 의해 터빈을 작동시키는 시스템의 제어 장치에 있어서, 상기 시스템의 부하에 따라, 상기 시스템의 운전을 제어하기 위한 운전 제어점을 변화시키는 부하 제어를 실행하고 있고, 소정의 상기 부하에 있어서의 배기 가스 온도가 상기 시스템의 성능이 정격 성능이 되는 정격 배기 가스 온도로 온도 조절 제어하기 위한 정격 온도 조절선과, 소정의 상기 부하에 있어서의 상기 배기 가스 온도가 상기 정격 배기 가스 온도보다 선행하여 낮아지는 선행 배기 가스 온도로 설정하기 위한 선행 설정선과, 소정의 상기 부하에 있어서의 상기 배기 가스 온도가 상기 정격 배� �� 가스 온도보다 높은 한계 배기 가스 온도를 넘지 않도록 온도 조절 제어하기 위한 한계 온도 조절선에 근거하여, 상기 시스템의 운전을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제어 방법은, 흡입한 공기를 압축기에 의해 압축하여 압축 공기로 하고, 공급된 연료와 상기 압축 공기를 혼합하여 연소시킴으로써 연소 가스를 생성하고, 생성한 상기 연소 가스에 의해 터빈을 작동시키는 시스템의 제어 방법에 있어서, 상기 시스템의 부하에 따라, 상기 시스템의 운전을 제어하기 위한 운전 제어점을 변화시키는 부하 제어를 실행하고 있고, 소정의 상기 부하에 있어서의 배기 가스 온도가 상기 시스템의 성능이 정격 성능이 되는 정격 배기 가스 온도로 온도 조절 제어하기 위한 정격 온도 조절선과, 소정의 상기 부하에 있어서의 상기 배기 가스 온도가 상기 정격 배기 가스 온도보다 선행하여 낮아지는 선행 배기 가스 온도로 설정하기 위한 선행 설정선과, 소정의 상기 부하에 있어서의 상기 배기 가스 온도가 상기 정 격 배기 가스 온도보다 높은 한계 배기 가스 온도를 넘지 않도록 온도 조절 제어하기 위한 한계 온도 조절선에 근거하여, 상기 시스템의 운전을 제어하는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 정격 온도 조절선, 선행 설정선 및 한계 온도 조절선에 근거하여, 시스템의 운전 제어점을 변화시킬 수 있다. 이때, 정격 온도 조절선을 사이에 두고, 배기 가스 온도가 높은 쪽을 한계 온도 조절선으로 하고, 배기 가스 온도가 낮은 쪽을 선행 설정선으로 할 수 있다. 이 때문에, 정격 온도 조절선상에 운전 제어점이 있고, 이 상태로부터 부하 변동에 의해 운전 제어점을 변화시키는 경우에도, 배기 가스 온도가 한계 온도 조절선에 걸려 부하 전락하는 일 없이, 운전 제어점을 변화시킬 수 있다. 또한, 부하 변동시에는, 운전 제어점을 선행 설정선으로 변경시키는 것이 가능하게 되기 때문에, 배기 가스 온도가 보다 한계 온도 조절선에 걸리기 어려워져, 운전 제어점을 용이하게 변화시킬 수 있다. 이와 같이, 부분 부하 운전시에 있어서, 정격 온도 조절선상에 운전 제어점이 있는 경우에도, 부하 변동에 대하여 온도 조절 제어를 용이하게 실행할 수 있고, 또한, 정격 온도 조절선상에서 부분 부하 운전할 수 있기 때문에, 부분 부하 운전시에 있어서 시스템을 정격 성능으로 운전할 수 있다. 또, 정격 성능이란, 가스 터빈 등의 시스템이 소정의 부하일 때에, 가스 터빈의 일 효율(운전 효율)이 최적이 되는 성능, 즉, 터빈 입구 온도가 상한 온도가 될 때의 성능이다. 또한, 시스템으로서는, 발전을 행하는 가스 터빈 외에, 가스 엔진 시스템 등에 적용하는 것이 가능하다.

또한, 상기 부하가 변동하는 부하 변동시에 있어서, 상기 운전 제어점을 상기 선행 설정선으로 변경시켜, 상기 운전 제어점을 상기 선행 설정선을 따라 변화시킨 후, 상기 부하가 목표로 하는 목표 부하가 되면, 상기 운전 제어점을 상기 정격 온도 조절선으로 변경시키는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 부하 변동시에 있어서, 운전 제어점을 선행 설정선으로 변경시키면, 배기 가스 온도가 한계 온도 조절선에 제한되는 일 없이, 부하 변동에 따라 운전 제어점을 변화시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 운전 제어점을, 선행 설정선으로부터 정격 온도 조절선으로 변경시키는 경우, 한계 온도 조절선은, 정격 온도 조절선보다 배기 가스 온도가 높은 쪽으로 되어 있기 때문에, 배기 가스 온도가 한계 온도 조절선에 제한되는 일 없이, 운전 제어점을 정격 온도 조절선으로 변경시킬 수 있다.

또한, 상기 부하가 상승하는 부하 상승시에 있어서, 상기 배기 가스 온도가 상기 선행 설정선의 상기 선행 배기 가스 온도보다 낮아지도록, 상기 운전 제어점을 변화시킨 후, 상기 부하가 목표로 하는 목표 부하가 되면, 상기 운전 제어점을 상기 정격 온도 조절선으로 변경시키는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 부하 변화량이 큰 경우, 부하 인상에 수반하여, 한계 온도 조절선의 한계 배기 가스 온도의 저하가 빨라진다. 이때, 운전 제어점에 있어서의 배기 가스 온도가 늦게 저하하는 경우에는, 운전 제어점에 있어서의 배기 가스 온도가 한계 배기 가스 온도에 제한되고, 이것에 의해, 운전 제어점을 변화시키는 것이 곤란하게 된다. 이 때문에, 부하 상승시에 있어서의 부하 변화량이 큰 경우, 선행 설정선의 선행 배기 가스 온도보다 낮아지도록, 운전 제어점을 변화시킬 수 있다. 따라서, 배기 가스 온도가 한계 온도 조절선에 제한되는 일 없이, 운전 제어점을 적합하게 변화시킬 수 있다. 또, 부하 변동의 변화량이 클 때는, 예컨대, 시스템으로서 가스 터빈을 적용한 경우, 가스 터빈의 급속 기동 운전시 또는 발전기의 주파수 변동시이다.

또한, 상기 배기 가스 온도가, 상기 정격 온도 조절선의 상기 정격 배기 가스 온도가 되는 온도 조절 제어 상태로부터, 상기 부하가 하강하는 부하 하강을 행하는 경우, 상기 한계 온도 조절선의 상기 한계 배기 가스 온도를 상기 정격 온도 조절선의 상기 정격 배기 가스 온도가 되도록 변경한 후, 상기 운전 제어점을, 상기 정격 온도 조절선으로부터 상기 선행 설정선으로 변경시키는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 배기 가스 온도가, 정격 배기 가스 온도가 되는 온도 조절 제어 상태로부터 부하 하강하는 경우, 한계 온도 조절선을 정격 온도 조절선이 되도록 변경함으로써, 운전 제어점에 있어서의 배기 가스 온도가 정격 배기 가스 온도를 넘지 않도록 제한할 수 있다. 이 때문에, 부하 하강시에 있어서, 배기 가스 온도가 정격 온도 조절선을 넘어서 높아지는 것을 억제할 수 있다. 또, 정격 온도 조절선이 되도록 변경한 한계 온도 조절선은, 운전 제어점이 선행 설정선으로 변경된 후, 변경 전의 상태로 되돌리는 것이 바람직하다.

또한, 상기 한계 온도 조절선의 상기 한계 배기 가스 온도는 상기 압축기의 압력비의 함수로 규정되고, 상기 배기 가스 온도는 배기 가스 온도계에 의해 계측되는 배기 가스 계측 온도이고, 상기 부하가 상승하는 부하 상승시에 있어서, 상기 배기 가스 계측 온도가 상기 한계 온도 조절선의 상기 한계 배기 가스 온도를 상회하고, 또한, 미리 설정된 설정 조건을 만족시키는 경우, 상기 배기 가스 계측 온도가 상기 한계 온도 조절선의 상기 한계 배기 가스 온도를 넘어서, 상기 운전 제어점이 변화하는 것을 허용하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 부하 상승시에 있어서, 압축기의 압력비의 함수로 규정되는 한계 온도 조절선의 한계 배기 가스 온도는 부하의 상승에 수반하여 저하한다. 이때, 운전 제어점에 있어서의 배기 가스 계측 온도가 한계 배기 가스 온도에 비하여 늦게 저하한다. 이 경우, 운전 제어점에 있어서의 배기 가스 계측 온도가 한계 배기 가스 온도에 제한되어, 운전 제어점을 변화시키는 것이 곤란하게 된다. 이 때문에, 소정의 설정 조건하에 있어서, 한계 배기 가스 온도를 넘어서 운전 제어점이 변화하는 것을 허용하여, 한계 배기 가스 온도에 의해 운전 제어점의 변화가 제한되는 것을 억제할 수 있기 때문에, 운전 제어점을 적합하게 변화시킬 수 있다.

또한, 상기 한계 온도 조절선의 상기 한계 배기 가스 온도는 상기 압축기의 압력비의 함수로 규정되고, 상기 배기 가스 온도는 상기 배기 가스 온도계에 의해 계측되는 배기 가스 계측 온도이고, 상기 부하가 상승하는 부하 상승시에 있어서, 상기 배기 가스 계측 온도가 상기 한계 온도 조절선의 상기 한계 배기 가스 온도를 상회하고, 또한, 미리 설정된 설정 조건을 만족시키는 경우, 상기 한계 온도 조절선의 상기 한계 배기 가스 온도를 상기 배기 가스 계측 온도보다 크게 하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 부하 상승시에 있어서, 압축기의 압력비의 함수로 규정되는 한계 온도 조절선의 한계 배기 가스 온도는 부하의 상승에 수반하여 저하한다. 이때, 운전 제어점에 있어서의 배기 가스 계측 온도가, 한계 배기 가스 온도에 비하여 늦게 저하한다. 이 경우, 운전 제어점에 있어서의 배기 가스 계측 온도가 한계 배기 가스 온도에 제한되어, 운전 제어점을 변화시키는 것이 곤란하게 된다. 이 때문에, 소정의 설정 조건하에 있어서, 한계 배기 가스 온도를 배기 가스 계측 온도보다 크게 하여, 한계 배기 가스 온도에 의해 운전 제어점의 변화가 제한되는 것을 억제할 수 있기 때문에, 운전 제어점을 적합하게 변화시킬 수 있다.

또한, 상기 압축기는 흡기측에 마련되는 개방도를 조정 가능한 입구 안내 날개를 갖고, 상기 설정 조건은, 상기 배기 가스 온도가 상기 정격 온도 조절선의 상기 정격 배기 가스 온도에 추종하지 않고, 상기 운전 제어점이 상기 선행 설정선으로 변경되는 제 1 조건과, 상기 배기 가스 온도가 상기 선행 설정선의 상기 선행 배기 가스 온도보다 낮아지도록, 상기 입구 안내 날개의 개방도를 여는 제 2 조건과, 상기 압축기의 압력비가 상승하는 제 3 조건 중, 적어도 1개의 조건을 포함하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 설정 조건을, 배기 가스 온도가 저하하는 것을 전제로 한 조건으로 할 수 있다. 다시 말해, 제 1 조건에서는 배기 가스 온도가 선행 배기 가스 온도가 되는 것을 조건으로 하고 있기 때문에, 배기 가스 온도를 저하시키는 조건으로 할 수 있다. 또한, 제 2 조건에서는 입구 안내 날개의 개방도를 여는 것에 의해, 받아들이는 공기를 많게 하는 것을 조건으로 하고 있기 때문에, 배기 가스 온도를 저하시키는 조건으로 할 수 있다. 또한, 제 3 조건에서는 압축기의 압력비가 상승하는 것에 의해, 받아들이는 공기를 많게 하는 것을 조건으로 하고 있기 때문에, 배기 가스 온도를 저하시키는 조건으로 할 수 있다.

또한, 상기 압축기는 흡기측에 마련되는 개방도를 조정 가능한 입구 안내 날개를 갖고, 상기 운전 제어점은 상기 입구 안내 날개의 개방도를 조정함으로써 변화시키는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 입구 안내 날개의 개방도를 조정함으로써, 시스템의 운전 제어점을 변화시킬 수 있다. 다시 말해, 부하 상승시에는 입구 안내 날개의 개방도를 여는 방향으로 조정함으로써, 압축기에서 받아들이는 공기의 흡기량을 많게 하고, 또한, 공기의 흡기량을 많게 한 만큼, 배기 가스 온도를 저하시킬 수 있다. 또한, 부하 하강시에는 입구 안내 날개의 개방도를 닫는 방향으로 조정함으로써, 압축기에서 받아들이는 공기의 흡기량을 적게 하고, 또한, 공기의 흡기량을 적게 한 만큼, 배기 가스 온도를 높게 할 수 있다.

본 발명의 시스템은 흡입한 공기를 압축하여, 압축 공기로 하는 압축기와, 상기 압축 공기에 대하여 연료를 공급하여 연소시킴으로써 연소 가스를 생성하는 연소기와, 생성된 상기 연소 가스에 의해 작동하는 터빈과, 상기 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 부분 부하 운전시에 있어서의 성능을 높게 할 수 있고, 또한, 부하 변동시에 있어서의 온도 조절 제어를 적합하게 실행할 수 있다.

본 발명의 동력 제어 장치는 흡입한 공기를 압축기에 의해 압축하여 압축 공기로 하고, 연소기로부터 공급된 연료와 상기 압축 공기를 혼합하여 연소시킴으로써 연소 가스를 생성하고, 생성한 상기 연소 가스에 의해 터빈을 작동시켜 동력을 제어하는 동력 제어 장치에 있어서, 상기 동력의 운전 효율의 변화에 연동하여, 상기 동력의 부하 변동에 대한 출력 응답성이 변화하고, 상기 동력의 운전을 제어하는 운전 제어 파라미터 값을 기억하는 기억부를 구비하고, 상기 기억부는 소정의 부하에 있어서의 상기 운전 효율 및 상기 응답성의 변화에 대응시켜, 상기 운전 제어 파라미터 값을 기억하고 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 동력 제어 방법은 흡입한 공기를 압축기에 의해 압축하여 압축 공기로 하고, 연소기로부터 공급된 연료와 상기 압축 공기를 혼합하여 연소시킴으로써 연소 가스를 생성하고, 생성한 상기 연소 가스에 의해 터빈을 작동시켜 동력을 제어하는 동력 제어 방법에 있어서, 상기 동력의 운전 효율의 변화에 연동하여, 상기 동력의 부하 변동에 대한 출력 응답성이 변화하고, 상기 동력의 운전을 제어하는 운전 제어 파라미터 값을, 소정의 부하에 있어서의 상기 운전 효율 및 상기 응답성의 변화에 대응시키고 있는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 운전 제어 파라미터 값을, 소정의 부하에 있어서의 운전 효율 및 응답성의 변화에 대응시킬 수 있다. 이 때문에, 사용 환경에 따라, 동력의 운전 효율 및 응답성을 설정함으로써, 설정된 운전 효율 및 응답성에 따른 운전 제어 파라미터 값을 설정하는 것이 가능하게 된다. 즉, 동력의 운전을 성능 중시로 하는 경우에는, 소정의 부하에 있어서의 동력의 운전 효율이 높아지는 운전 제어 파라미터 값을 설정할 수 있다. 이것에 의해, 예컨대, 부분 부하 운전에 있어서의 가스 터빈 컴바인드 사이클의 성능을 향상시킨 운전이 가능하게 된다. 한편, 동력의 운전을 응답성 중시로 하는 경우에는, 소정의 부하에 있어서의 동력의 응답성이 높아지는 운전 제어 파라미터 값을 설정할 수 있다. 이것에 의해, 예컨대, 부분 부하 운전에 있어서의 가스 터빈 컴바인드 사이클의 성능을 저하시킨 운전으로 하고, 부하 제어를 실행하는 것이 가능하게 된다. 또, 동력의 운전 효율의 변화에 연동하여, 동력의 응답성이 변화하는 경우의 일례로서는, 예컨대, 부분 부하 운전에 있어서 운전 효율을 최대한(100%)으로 하는 경우, 다시 말해, 부분 부하 운전에 있어서 온도 조절 제어를 실행하는 경우, 응답성은 최소한(0%), 다시 말해, 부하 변동에 대한 응답성은 나쁘지만 컴바인드 사이클 성능이 좋은 운전이 된다.

또한, 상기 압축기는 흡기측에 마련되는 개방도를 조정 가능한 입구 안내 날개를 갖고, 상기 운전 제어 파라미터 값은 상기 입구 안내 날개의 개방도에 근거하여 설정되는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 입구 안내 날개의 개방도에 근거하여, 운전 제어 파라미터 값을 설정할 수 있다.

또한, 상기 운전 효율 및 상기 응답성에 대한 상기 운전 효율의 비율을 설정하기 위해 조작되는 성능 조작부와, 상기 운전 효율 및 상기 응답성에 대한 상기 응답성의 비율을 설정하기 위해 조작되는 응답성 조작부를 갖는 조작부를 구비하고, 상기 조작부에서 설정된 상기 운전 효율 및 상기 응답성의 비율에 근거하여, 소정의 부하에 있어서의 상기 운전 제어 파라미터 값이 설정되는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 조작부를 조작함으로써, 동력의 운전 효율 및 응답성을 소망하도록 설정할 수 있고, 또한, 설정된 운전 효율 및 응답성에 따른 운전 제어 파라미터 값이 설정된다. 이 때문에, 운전 제어 파라미터 값의 설정을, 조작부를 조작하는 것만으로, 간단하게, 동력의 운전 효율 및 응답성에 따른 설정으로 할 수 있기 때문에, 유저 친화적인 구성으로 할 수 있다. 또, 성능 조작부 및 응답성 조작부는, 일체로 되어 있더라도 좋고, 각각 독립한 별체로 되어 있더라도 좋다.

또한, 상기 운전 제어 파라미터 값은 상기 운전 효율측의 파라미터 값인 성능 파라미터 값과, 상기 응답성측의 파라미터 값인 응답성 파라미터 값을 포함하고, 상기 조작부에서 설정된 상기 운전 효율 및 상기 응답성의 비율에 근거하여, 상기 성능 파라미터 값과 상기 응답성 파라미터 값을 배분하는 배분기를 구비하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 배분기에 의해, 조작부에서 설정된 운전 효율 및 응답성의 비율에 근거하여, 성능 파라미터 값과 응답성 파라미터 값을 배분하는 것에 의해, 설정되는 운전 제어 파라미터 값을 최적의 것으로 할 수 있다.

본 발명의 가스 터빈은 흡입한 공기를 압축하여, 압축 공기로 하는 압축기와, 상기 압축 공기에 대하여 연료를 공급하여 연소시킴으로써 연소 가스를 생성하는 연소기와, 생성된 상기 연소 가스에 의해 작동하는 터빈과, 상기 동력 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 가스 터빈의 운전 환경에 따라, 가스 터빈의 운전 효율 및 응답성을 설정하는 것이 가능하게 되기 때문에, 범용성이 높은 것으로 할 수 있다.

도 1은 실시예 1의 가스 터빈을 나타내는 모식도이다.
도 2는 가스 터빈의 부하에 따라 배기 가스 온도가 변화하는 온도 조절선을 나타내는 그래프이다.
도 3은 실시예 1의 온도 조절 제어의 일례에 관한 설명도이다.
도 4는 실시예 2의 온도 조절 제어의 일례에 관한 설명도이다.
도 5는 실시예 3의 온도 조절 제어의 일례에 관한 설명도이다.
도 6은 실시예 4의 온도 조절 제어의 일례에 관한 설명도이다.
도 7은 실시예 5의 온도 조절 제어의 일례에 관한 설명도이다.
도 8은 실시예 6의 가스 터빈을 나타내는 모식도이다.
도 9는 계통 주파수의 변화에 따라 응답하는 가스 터빈의 거동에 관한 그래프이다.
도 10은 운전 제어 파라미터 값의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 11은 운전 제어 파라미터 값의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 12는 운전 제어 파라미터 값의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 13은 운전 제어 파라미터 값의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 14는 운전 제어 파라미터 값의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 15는 운전 제어 파라미터 값의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 16은 운전 제어 파라미터 값의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 17은 운전 제어 파라미터 값의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 18은 제어 장치의 조작부에 관한 설명도이다.
도 19는 제어 장치의 운전 모드 설정부에 관한 설명도이다.
도 20은 운전 모드 설정부를 구성하는 제어 회로를 나타내는 모식도이다.
도 21은 실시예 7의 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 22는 실시예 7의 IGV 제어 플래그 생성부의 구성도이다.
도 23은 실시예 7의 IGV 제어부의 구성도이다.
도 24는 실시예 7의 IGV 제어부의 각종 함수기가 갖는 함수를 설명하는 설명도이다.
도 25는 입구 안내 날개를 급하게 연 경우에 있어서의, 압축기 동력, 터빈 출력, GT 출력의 시간 변화의 예를 나타내는 도면이다.
도 26은 실시예 8과 관련되는 온도 제어부의 온도 조절 설정을 생성하는 부분의 구성도이다.
도 27은 실시예 8과 관련되는 온도 조절 설정의 전환을 설명하는 설명도이다.
도 28은 실시예 9와 관련되는 온도 제어부에 있어서의 블레이드 패스 온도 제어부의 구성도이다.
도 29는 실시예 10과 관련되는 온도 제어부에 있어서의 블레이드 패스 온도 제어부의 구성도이다.
도 30은 실시예 11과 관련되는 IGV 제어 플래그 생성부의 구성도이다.
도 31은 실시예 12와 관련되는 연료 제어부의 구성도이다.
도 32는 실시예 13과 관련되는 제어 장치에 있어서 이용되는 가스 터빈의 부하에 따라 배기 가스 온도가 변화하는 온도 조절선을 나타내는 그래프이다.
도 33은 실시예 14와 관련되는 제어 장치의 IGV 제어부의 구성도이다.

이하에, 본 발명과 관련되는 실시예를 도면에 근거하여 상세하게 설명한다. 또, 이 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기 실시예에 있어서의 구성 요소에는, 당업자가 치환 가능하고 또한 용이한 것, 혹은 실질적으로 동일한 것이 포함된다. 또한, 이하에 기재한 구성 요소는 적당히 조합하는 것이 가능하고, 또한, 실시예가 복수 있는 경우에는, 각 실시예를 조합하는 것도 가능하다.

실시예 1

도 1은 실시예 1의 가스 터빈을 나타내는 모식도이다. 도 2는 가스 터빈의 부하에 따라 배기 가스 온도가 변화하는 온도 조절선을 나타내는 그래프이다. 도 3은 실시예 1의 온도 조절 제어에 관한 설명도이다.

실시예 1의 가스 터빈(1)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 압축기(11)와, 연소기(12)와, 터빈(13)에 의해 구성되어 있다. 압축기(11), 연소기(12) 및 터빈(13)의 중심부에는, 로터(18)가 관통하여 배치되고, 압축기(11)와 터빈(13)은, 로터(18)에 의해 일체로 회전 가능하게 연결되어 있다. 이 가스 터빈(1)은, 제어 장치(14)에 의해 제어되고 있다. 또한, 가스 터빈(1)에는, 발전기(15)가 연결되어 있어, 발전 가능하게 되어 있다.

압축기(11)는, 공기 도입구로부터 받아들인 공기 A를 압축하여 압축 공기 A1로 한다. 이 압축기(11)에는, 공기 도입구로부터 받아들이는 공기 A의 흡기량을 조정하는 입구 안내 날개(IGV : Inlet Guide Vane)(22)가 배치된다. 입구 안내 날개(22)는, 그 개방도가 조정됨으로써, 공기 A의 흡기량이 조정된다. 구체적으로, 입구 안내 날개(22)는, 복수의 날개 본체(22a)와, 복수의 날개 본체(22a)의 날개 각도를 변경하기 위한 IGV 작동부(22b)를 갖고, IGV 작동부(22b)에 의해 날개 본체(22a)의 날개 각도가 조정됨으로써, 입구 안내 날개(22)의 개방도가 조정되어, 공기 A의 흡기량을 조정한다. 입구 안내 날개(22)는, 그 개방도가 커지면, 공기 A의 흡기량이 많아지고, 압축기(11)의 압력비가 증가한다. 한편, 입구 안내 날개(22)는, 그 개방도가 작아짐으로써, 공기 A의 흡기량이 적어지고, 압축기(11)의 압력비가 저하한다.

연소기(12)는, 압축기(11)에서 압축된 압축 공기 A1에 대하여 연료 F를 공급하고, 압축 공기 A1과 연료 F를 혼합하여 연소시킴으로써, 연소 가스를 생성한다. 터빈(13)은, 연소기(12)에서 생성된 연소 가스에 의해 회전한다.

로터(18)는, 축 방향의 양 단부가 도시하지 않는 베어링부에 의해 회전이 자유롭게 지지되어 있고, 축심을 중심으로 하여 회전이 자유롭게 마련되어 있다. 그리고, 로터(18)의 압축기(11)측의 단부에는(특별히 위치 배치는 한정하지 않는다), 발전기(15)의 구동축이 연결되어 있다. 발전기(15)는, 터빈(13)과 동축상에 마련되고, 터빈(13)이 회전함으로써 발전할 수 있다.

따라서, 압축기(11)의 공기 도입구로부터 받아들여진 공기 A는, 입구 안내 날개(22)를 거쳐 압축기(11)의 내부를 통과하여 압축됨으로써 고온ㆍ고압의 압축 공기 A1이 된다. 이 압축 공기 A1에 대하여 연소기(12)로부터 연료 F가 공급되고, 압축 공기 A1과 연료 F가 혼합되어 연소함으로써, 고온ㆍ고압의 연소 가스가 생성된다. 그리고, 연소기(12)에서 생성된 고온ㆍ고압의 연소 가스가, 터빈(13)의 내부를 통과하는 것에 의해, 터빈(13)을 작동(회전)시켜 로터(18)를 구동 회전시키고, 이 로터(18)에 연결된 발전기(15)를 구동한다. 이것에 의해, 로터(18)에 연결된 발전기(15)는, 회전 구동됨으로써 발전을 행한다. 한편, 터빈(13)을 구동한 연소 가스는, 배기 가스로서 대기에 방출된다.

이와 같은 가스 터빈(1)은, 그 운전이 제어 장치(14)에 의해 제어되고 있다. 구체적으로, 제어 장치(14)는, 가스 터빈(1)의 부하(발전기(15)의 출력)에 따라, 가스 터빈(1)의 운전을 제어하고 있고, 구체적으로, 가스 터빈(1)의 부분 부하 운전과, 전체 부하 운전을 행하고 있다. 전체 부하 운전은, 가스 터빈 출력이 정격 출력이 되는 운전이다. 부분 부하 운전은, 가스 터빈 출력이 정격 출력보다 작은 출력이 되는 운전이다.

또한, 제어 장치(14)는, 부분 부하 운전시 및 전체 부하 운전시에 있어서, 압축기(11)에 받아들이는 공기 A의 흡기량, 및 연소기(12)로부터 공급하는 연료 F의 연료 공급량 등을 조정하여, 연소 가스가 유입되는 터빈(13)의 터빈 입구 온도가 미리 설정된 상한 온도를 넘지 않도록, 온도 조절 제어를 실행하고 있다.

제어 장치(14)는, 압축기(11)에 받아들이는 공기량(흡기량)을 조정하기 위해, 입구 안내 날개(22)를 작동시키는 IGV 작동부(22b)를 제어하고 있다. 제어 장치(14)는, IGV 작동부(22b)를 제어함으로써, 입구 안내 날개(22)의 개방도를 변경하여, 압축기(11)에 받아들이는 공기 A의 흡기량을 조정한다. 구체적으로, 제어 장치(14)는, 전체 부하 운전시에 있어서, 입구 안내 날개(22)의 개방도가 정격 개방도가 되도록 제어한다. 정격 개방도는, 가스 터빈 출력이 정격 출력이 될 때의 개방도이다. 또한, 제어 장치(14)는, 입구 안내 날개(22)의 개방도를 정격 개방도보다 큰 초과 개방 상태가 되도록 제어 가능하게 되어 있다. 여기서, 입구 안내 날개(22)의 개방도는, 가스 터빈 출력의 함수로 규정되어 있다. 이 때문에, 제어 장치(14)는, 입구 안내 날개(22)의 개방도를, 가스 터빈 출력에 따른 개방도로 설정한다.

또한, 제어 장치(14)는, 연료 F의 공급량을 조정하기 위해, 연소기(12)에 향하여 연료 F를 공급하는 연료 공급 라인(34)에 마련되는 연료 조정 밸브(35)를 제어하고 있다. 제어 장치(14)는, 연료 조정 밸브(35)를 제어함으로써, 압축 공기 A1에 대하여 공급(분사)하는 연료 F의 공급량을 조정한다.

또한, 제어 장치(14)에는, 압력계(51) 및 배기 가스 온도계(52)가 접속되어 있다. 압력계(51)는, 압축기(11)로부터 연소기(12)를 향해 압축 공기 A1이 유통되는 라인, 구체적으로는, 연소기(12)의 차실 내부에 마련되어, 압축 공기 A1의 압력(차실 압력)을 계측한다. 배기 가스 온도계(52)는, 배기 가스가 흐르는 방향의 상류측에 마련되는 블레이드 패스 온도계(52a)와, 블레이드 패스 온도계(52a)의 하류측에 마련되는 배기부 온도계(52b)를 포함하여 구성되어 있다. 배기 가스 온도계(52)는, 터빈(13)으로부터 배출되는 배기 가스의 온도를 계측 하고 있다.

그리고, 제어 장치(14)는, 각 계측기(51, 52) 등의 계측 결과에 근거하여, 입구 안내 날개(22) 및 연료 조정 밸브(35) 등을 제어하여, 가스 터빈(1)의 운전을 제어하기 위한 운전 제어점을 변화시키는 부하 제어를 실행한다. 또한, 제어 장치(14)는, 각 계측기(51, 52) 등의 계측 결과에 근거하여, 입구 안내 날개(22) 및 연료 분사 밸브(35) 등을 제어하여, 하기의 온도 조절선을 따라 운전 제어점을 변화시키는 온도 조절 제어를 실행한다.

여기서, 온도 조절 제어에서는, 도 2에 나타내는 정격 온도 조절선 T1, 선행 설정선 T2 및 한계 온도 조절선 T3이 이용되고 있다. 도 2의 그래프는, 그 가로축이, 가스 터빈 부하로 되어 있고, 그 세로축이, 배기 가스 온도로 되어 있다. 또, 정격 온도 조절선 T1, 선행 설정선 T2 및 한계 온도 조절선 T3은, 배기 가스 온도와 압축기(11)의 압력비로 규정되는 함수로 되어 있다. 이 때문에, 제어 장치(14)는, 압력계(51)의 계측 결과에 근거하여, 압축기(11)의 압력비를 도출하고, 도출된 압력비로부터, 정격 온도 조절선 T1, 선행 설정선 T2 및 한계 온도 조절선 T3에 근거하여, 배기 가스 온도(후술하는 정격 배기 가스 온도, 선행 배기 가스 온도 및 한계 배기 가스 온도)를 도출한다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 정격 온도 조절선 T1, 선행 설정선 T2 및 한계 온도 조절선 T3은, 가스 터빈 부하(보다 구체적으로는, 압력비)가 커짐에 따라 배기 가스 온도가 저하하는 라인으로 되어 있다. 이하, 정격 온도 조절선 T1, 선행 설정선 T2 및 한계 온도 조절선 T3에 대하여 구체적으로 설명한다.

정격 온도 조절선 T1은, 소정의 가스 터빈 부하에 있어서의 가스 터빈(1)의 성능이 정격 성능이 되도록, 가스 터빈 부하에 따른 정격 배기 가스 온도로 설정되어 있다. 이때, 정격 온도 조절선 T1의 정격 배기 가스 온도는, 터빈 입구 온도가 미리 설정된 상한 온도를 넘지 않는 배기 가스 온도로 되어 있다. 또, 정격 성능이란, 발전기(15)로부터 가스 터빈(1)에 소정의 부하가 주어졌을 때에, 가스 터빈(1)의 일 효율이 최적이 되는 성능이다. 이 정격 온도 조절선 T1은, 부분 부하 운전 또는 전체 부하 운전의 정정(整正)시에 있어서, 배기 가스 온도계(52)에 의해 계측된 배기 가스 온도(배기 가스 계측 온도)가, 정격 온도 조절선 T1의 정격 배기 가스 온도가 되는 라인으로 되어 있다. 다시 말해, 제어 장치(14)는, 배기 가스 계측 온도가, 정격 배기 가스 온도가 되도록, 가스 터빈(1)의 운전을 피드백 제어(예컨대, PI 제어)하고 있다.

여기서, 도 2에는, 입구 안내 날개(22)가 정격 개방도가 되는 IGV 정격 각도 라인 L1이 도시되어 있다. 이 때문에, 정격 온도 조절선 T1과 IGV 정격 각도 라인 L1이 교차하는 교차점에 있어서의 가스 터빈 부하가, 가스 터빈(1)의 전체 부하가 되는 교차점(정격점 P)이고, 또한, 정격점 P의 가스 터빈 부하에 따른 가스 터빈 출력이, 가스 터빈(1)의 정격 출력으로 되어 있다.

선행 설정선 T2는, 소정의 가스 터빈 부하에 있어서의 배기 가스 온도가, 정격 배기 가스 온도보다 선행하여 낮아지는 선행 배기 가스 온도로 설정하기 위한 라인이다. 이 때문에, 소정의 가스 터빈 부하에 있어서의 선행 배기 가스 온도는, 정격 배기 가스 온도보다 낮게 되어 있다. 구체적으로, 이 선행 설정선 T2는, 정격 온도 조절선 T1에 선행하여 입구 안내 날개(22)의 개방도를 크게 하기 위한 라인으로 되어 있다. 이 때문에, 제어 장치(14)는, 선행 설정선 T2상을 따라 가스 터빈(1)의 운전 제어점을 변화시키면, 정격 온도 조절선 T1에 근거하여 설정되는 입구 안내 날개(22)의 개방도보다 큰 개방도가 되도록, 입구 안내 날개(22)를 제어한다.

한계 온도 조절선 T3은, 소정의 가스 터빈 부하에 있어서의 배기 가스 온도가, 한계 배기 가스 온도를 넘지 않는 라인으로 되어 있다. 다시 말해, 소정의 가스 터빈 부하에 있어서의 한계 배기 가스 온도는, 정격 배기 가스 온도보다 높게 되어 있고, 터빈 입구 온도가 상한 온도를 넘더라도(오버슈트하더라도) 허용 가능한 배기 가스 온도로 설정되어 있다. 이 때문에, 제어 장치(14)는, 배기 가스 온도계(52)에 의해 계측된 배기 가스 온도(배기 가스 계측 온도)가, 한계 배기 가스 온도를 넘지 않도록, 가스 터빈(1)의 운전을 제어한다. 또, 한계 온도 조절선 T3은, 전체 부하 운전시에 있어서, 그 한계 배기 가스 온도가, 정격 온도 조절선 T1의 정격 배기 가스 온도와 일치하는 라인이 된다.

또한, 도 2에는, 배기 가스 온도의 제한치가 되는 배기 가스 온도 제한 라인 L2가 도시되어 있다. 배기 가스 온도 제한 라인 L2는, 터빈(13)의 배기측에 배치되는 부재가 열 부하에 견딜 수 있는 것이 가능한 온도로 되어 있다. 제어 장치(14)는, 배기 가스 온도 제한 라인 L2에 걸리지 않도록, 가스 터빈(1)의 운전을 제어한다.

다음으로, 도 3을 참조하여, 온도 조절 제어의 일례에 대하여 설명한다. 도 3에 나타내는 온도 조절 제어는, 가스 터빈 부하가 상승하는 부하 상승시의 온도 조절 제어이다. 구체적으로, 도 3에서는, 가스 터빈(1)의 운전 제어점이 선행 설정선 T2를 따라 변화하도록 부하 제어된다. 또, 도 3에서는, 부분 부하 운전의 정정시에 있어서 정격 온도 조절선 T1상이 되도록 온도 조절 제어된 후, 전체 부하 운전의 정정시에 있어서 정격 온도 조절선 T1상이 되도록 온도 조절 제어되는 경우에 대하여 설명한다.

여기서, 가스 터빈(1)의 운전 제어점은, 입구 안내 날개(22)의 개방도에 의해 변화하고, 입구 안내 날개(22)의 개방도는, 가스 터빈 출력에 따라 설정된다. 또한, 가스 터빈 출력은, 연료 F의 공급량에 의해 변화한다. 이 때문에, 제어 장치(14)는, 부하 변동에 수반하여, 연료 조정 밸브(35)의 연료 F의 공급량을 조정하여, 가스 터빈 출력을 변화시키고, 변화하는 가스 터빈 출력에 따라 입구 안내 날개(22)의 개방도를 변화시킴으로써, 공기 A의 흡기량을 조정하고, 이것에 의해, 가스 터빈(1)의 운전 제어점을 변화시킨다.

구체적으로, 제어 장치(14)는, 부하 상승시에 있어서, 연료 조정 밸브(35)의 밸브 개방도를 크게 하여 연료 F의 공급량을 많게 함으로써, 가스 터빈 출력을 크게 하고, 커지는 가스 터빈 출력에 따라 입구 안내 날개(22)의 개방도를 크게 함으로써, 공기 A의 흡기량을 많게 한다. 선행 설정선 T2는, 공기 A의 흡기량이 커지면, 압축기(11)의 압력비가 상승하기 때문에, 선행 배기 가스 온도가 낮아진다. 이 때문에, 제어 장치(14)는, 가스 터빈 출력을 크게 하면, 선행 설정선 T2의 선행 배기 가스 온도보다 낮았던 배기 가스 온도(배기 가스 계측 온도)가, 선행 배기 가스 온도에 접근하여 간다.

이 다음, 배기 가스 계측 온도가 선행 배기 가스 온도가 되면, 제어 장치(14)는, 가스 터빈(1)의 운전 제어점이, 선행 설정선 T2상을 따르도록 온도 조절 제어한다. 그리고, 제어 장치(14)는, 부분 부하 운전을 행하는 소정의 목표 부하가 되면, 운전 제어점을 선행 설정선 T2로부터 정격 온도 조절선 T1로 변경시킨다. 구체적으로, 제어 장치(14)는, 소정의 목표 부하가 되면, 입구 안내 날개(22)의 개방도가 작아지도록 제어함으로써, 배기 가스 계측 온도를 상승시킨다.

그리고, 제어 장치(14)는, 운전 제어점을 정격 온도 조절선 T1로 변경시킴으로써, 부분 부하 운전시에 있어서의 가스 터빈(1)의 성능이 정격 성능이 된다. 이때, 제어 장치(14)는, 한계 온도 조절선 T3의 한계 배기 가스 온도가, 정격 온도 조절선 T1의 정격 배기 가스 온도보다 높게 되어 있기 때문에, 한계 온도 조절선 T3에 제한되는 일 없이, 운전 제어점을 정격 온도 조절선 T1로 변경시킬 수 있다. 이 때문에, 제어 장치(14)는, 부분 부하 운전시에 있어서의 가스 터빈의 일 효율이 최적이 되는 운전 상태에서, 가스 터빈(1)의 운전을 제어할 수 있다.

계속하여, 제어 장치(14)는, 부분 부하 운전시에 있어서, 운전 제어점이 정격 온도 조절선 T1이 되는 상태로부터 부하 상승을 행하여 전체 부하 운전으로 하는 경우, 먼저, 운전 제어점을 선행 설정선 T2로 변경시킨다. 구체적으로, 제어 장치(14)는, 입구 안내 날개(22)의 개방도가 커지도록 제어함으로써, 배기 가스 계측 온도를 저하시킨다.

제어 장치(14)는, 운전 제어점을 선행 설정선 T2로 변경시키면, 가스 터빈(1)의 운전을 제어하여, 가스 터빈 출력을 크게 한다. 이 다음, 제어 장치(14)는, 입구 안내 날개(22)의 개방도가 정격 개방도가 되면, 운전 제어점을 선행 설정선 T2로부터 정격 온도 조절선 T1로 변경시킨다. 구체적으로, 제어 장치(14)는, 선행 설정선 T2상에 있어서 입구 안내 날개(22)가 정격 개방도가 되면, 연료 조정 밸브(35)의 밸브 개방도를 크게 하여, 연료 F의 공급량을 늘림으로써, 가스 터빈 출력을 크게 하고, 배기 가스 계측 온도를 상승시킨다.

그리고, 제어 장치(14)는, 운전 제어점을 정격 온도 조절선 T1로 변경시킴으로써, 전체 부하 운전시에 있어서의 가스 터빈의 성능이 정격 성능이 되고, 또한, 가스 터빈 출력이 정격 출력이 된다. 이 때문에, 제어 장치(14)는, 전체 부하 운전시에 있어서의 가스 터빈(1)의 일 효율이 최적이 되는 운전 상태에서, 가스 터빈(1)의 운전을 제어할 수 있다.

또, 제어 장치(14)는, 부하 하강시도, 부하 상승시와 마찬가지로, 가스 터빈(1)의 운전 제어점을 선행 설정선 T2로 변경시켜 부하 하강하고, 목표 부하가 되면, 운전 제어점을 선행 설정선 T2로부터 정격 온도 조절선 T1로 변경시킨다.

이상과 같이, 실시예 1에 의하면, 정격 온도 조절선 T1, 선행 설정선 T2 및 한계 온도 조절선 T3에 근거하여, 가스 터빈(1)의 운전 제어점을 변화시킬 수 있다. 이때, 정격 온도 조절선 T1을 사이에 두고, 배기 가스 온도가 높은 쪽을 한계 온도 조절선 T3으로 하고, 배기 가스 온도가 낮은 쪽을 선행 설정선 T2로 할 수 있다. 이 때문에, 정격 온도 조절선 T1상에 운전 제어점이 있고, 이 상태로부터 부하 변동에 의해 운전 제어점을 변화시키는 경우에도, 배기 가스 온도가 한계 온도 조절선 T3에 걸려 부하 전락하는 일 없이, 운전 제어점을 변화시킬 수 있다. 또한, 부하 변동시에는, 운전 제어점을 선행 설정선 T2로 변경시키는 것이 가능하게 되기 때문에, 배기 가스 온도가 보다 한계 온도 조절선 T3에 걸리기 어려워져, 운전 제어점을 용이하게 변화시킬 수 있다. 이와 같이, 부분 부하 운전시에 있어서, 정격 온도 조절선 T1상에 운전 제어점이 있는 경우에도, 부하 변동에 대하여 온도 조절 제어를 용이하게 실행할 수 있고, 또한, 정격 온도 조절선 T1상에서 부분 부하 운전할 수 있기 때문에, 부분 부하 운전시에 있어서 가스 터빈(1)을 정격 성능으로 운전할 수 있다. 또, 실시예 1에서는, 시스템으로서, 발전을 행하는 가스 터빈(1)에 적용했지만, 가스 엔진 시스템 등에 적용하더라도 좋다.

실시예 2

다음으로, 도 4를 참조하여, 실시예 2와 관련되는 제어 장치(14)에 대하여 설명한다. 도 4는 실시예 2의 온도 조절 제어의 일례에 관한 설명도이다. 또, 실시예 2에서는, 중복된 기재를 피하기 위해, 실시예 1과 상이한 부분에 대하여 설명하고, 실시예 1과 마찬가지의 구성인 부분에 대해서는, 동일한 부호를 붙여서 설명한다. 실시예 2에서는, 부하 상승시에 있어서, 가스 터빈(1)의 운전 제어점을, 선행 설정선 T2의 선행 배기 가스 온도보다 낮아지도록 변화시키고 있다. 실시예 2의 온도 조절 제어는, 부하 변동의 변화량이, 실시예 1에 비하여 큰 경우의 온도 조절 제어이다. 또, 부하 변동의 변화량이 클 때는, 예컨대, 가스 터빈의 급속 기동 운전시 또는 발전기의 주파수 변동시이다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 실시예 2의 제어 장치(14)에서는, 실시예 1과 마찬가지로, 정격 온도 조절선 T1, 선행 설정선 T2 및 한계 온도 조절선 T3을 이용하여 온도 조절 제어를 실행하고 있다. 도 4에서는, 부분 부하 운전의 정정시에 있어서 정격 온도 조절선 T1상이 되도록 온도 조절 제어된 후, 전체 부하 운전의 정정시에 있어서 정격 온도 조절선 T1상이 되도록 온도 조절 제어되는 경우에 대하여 설명한다.

제어 장치(14)는, 부하 상승시에 있어서, 연료 조정 밸브(35)의 밸브 개방도를 크게 하여 연료 F의 공급량을 많게 함으로써, 가스 터빈 출력을 크게 하고, 커지는 가스 터빈 출력에 따라 입구 안내 날개(22)의 개방도를 크게 함으로써, 공기 A의 흡기량을 많게 한다. 이때, 제어 장치(14)는, 선행 설정선 T2에 의해 설정되는 입구 안내 날개(22)의 개방도보다 큰 개방도가 되는 함수를 이용하여, 가스 터빈 출력에 근거하여, 입구 안내 날개(22)의 개방도를 설정한다. 이 때문에, 제어 장치(14)는, 선행 설정선 T2에 있어서의 입구 안내 날개(22)의 개방도보다 큰 개방도가 되는 것으로부터, 압축기(11)에 받아들이는 공기 A의 흡기량이 선행 설정선 T2에 비하여 많아진다. 이것에 의해, 제어 장치(14)는, 받아들이는 공기 A의 흡기량을 많게 할 수 있기 때문에, 배기 가스 계측 온도를 빠르게 저하시킬 수 있다. 그리고, 제어 장치(14)는, 가스 터빈(1)의 운전 제어점이, 배기 가스 계측 온도가 선행 설정선 T2의 선행 배기 가스 온도보다 낮아지는 상태에서, 선행 설정선 T2를 따르도록 변위시킨다. 이때, 제어 장치(14)는, 입구 안내 날개(22)의 개방도가 정격 개방도를 넘은 초과 개방 상태가 가능하게 되도록, 입구 안내 날개(22)의 개방도를 제어한다.

이 다음, 제어 장치(14)는, 부분 부하 운전을 행하는 소정의 목표 부하가 되면, 가스 터빈의 운전 제어점을, 선행 배기 가스 온도보다 낮아지는 상태로부터 정격 온도 조절선 T1로 변경시킨다. 구체적으로, 제어 장치(14)는, 소정의 목표 부하가 되면, 입구 안내 날개(22)의 개방도가 작아지도록 제어함으로써, 배기 가스 계측 온도를 상승시킨다. 그리고, 제어 장치(14)는, 운전 제어점을 정격 온도 조절선 T1로 변경시킴으로써, 부분 부하 운전시에 있어서의 가스 터빈(1)의 성능이 정격 성능이 된다.

계속하여, 제어 장치(14)는, 부분 부하 운전시에 있어서, 운전 제어점이 정격 온도 조절선 T1이 되는 상태로부터 부하 상승을 행하여 전체 부하 운전으로 하는 경우, 운전 제어점을, 선행 설정선 T2의 선행 배기 가스 온도보다 낮아지는 상태로 변경시킨다. 구체적으로, 제어 장치(14)는, 입구 안내 날개(22)의 개방도가 선행 설정선 T2에 있어서의 개방도보다 커지도록 제어함으로써, 받아들이는 공기 A의 흡기량을 많게 하고, 배기 가스 계측 온도를 빠르게 저하시킨다.

제어 장치(14)는, 운전 제어점을 선행 설정선 T2의 선행 배기 가스 온도보다 낮아지는 상태로 변경시키면, 가스 터빈(1)의 운전을 제어하여, 가스 터빈 출력을 크게 한다. 이후, 제어 장치(14)는, 입구 안내 날개(22)의 개방도가 정격 개방도가 되면, 정격 개방도를 넘은 초과 개방 상태가 되도록 입구 안내 날개(22)의 개방도를 제어하여, 전체 부하 운전이 될 때까지 가스 터빈 출력을 크게 한다.

그리고, 제어 장치(14)는, 운전 제어점을 정격 온도 조절선 T1로 변경시킴으로써, 전체 부하 운전시에 있어서의 가스 터빈의 성능이 정격 성능이 되고, 또한, 가스 터빈 출력이 정격 출력이 된다. 이 때문에, 제어 장치(14)는, 전체 부하 운전시에 있어서의 가스 터빈(1)의 일 효율이 최적이 되는 운전 상태에서, 가스 터빈(1)의 운전을 제어할 수 있다.

이상과 같이, 실시예 2에 의하면, 부하 변화량이 큰 경우, 부하 상승에 수반하여, 한계 온도 조절선 T3의 한계 배기 가스 온도가 빠르게 저하한다. 이때, 부하 상승에 의해 운전 제어점이 변위하더라도, 배기 가스 계측 온도가 늦게 저하하는 경우에는, 배기 가스 계측 온도가 한계 배기 가스 온도에 제한됨으로써, 운전 제어점을 변화시키는 것이 곤란하게 된다. 이 때문에, 부하 상승시에 있어서의 부하 변화량이 큰 경우, 선행 설정선 T2의 선행 배기 가스 온도보다 낮아지도록, 운전 제어점을 변화시켜, 입구 안내 날개(22)의 개방도를 선행 설정선 T2보다 크게 하여, 받아들이는 공기 A의 흡기량을 많게 할 수 있다. 이것에 의해, 배기 가스 계측 온도를 빠르게 저하시킬 수 있기 때문에, 배기 가스 계측 온도가 한계 온도 조절선 T3에 제한되는 일 없이, 운전 제어점을 적합하게 변화시킬 수 있다.

실시예 3

다음으로, 도 5를 참조하여, 실시예 3과 관련되는 제어 장치(14)에 대하여 설명한다. 도 5는 실시예 3의 온도 조절 제어의 일례에 관한 설명도이다. 또, 실시예 3에서도, 중복된 기재를 피하기 위해, 실시예 1 및 2와 상이한 부분에 대하여 설명하고, 실시예 1 및 2와 마찬가지의 구성인 부분에 대해서는, 동일한 부호를 붙여서 설명한다. 실시예 3에서는, 부하 하강시에 있어서, 한계 온도 조절선 T3을 정격 온도 조절선 T2에 따르게 하고 있다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 가스 터빈(1)의 운전 제어점이, 정격점(전체 부하 운전시에 있어서 정격 온도 조절선 T2)상에 있는 경우, 제어 장치(14)는, 부하 하강시에 있어서, 한계 온도 조절선 T3의 한계 배기 가스 온도가, 정격 온도 조절선 T2의 정격 배기 가스 온도가 되도록 변경한다. 구체적으로, 한계 온도 조절선 T3에 있어서의 입구 안내 날개(22)의 개방도는, 정격 온도 조절선 T2에 있어서의 입구 안내 날개(22)의 개방도보다 작은 개방도로 되어 있다. 이 때문에, 제어 장치(14)는, 한계 온도 조절선 T3에 있어서의 입구 안내 날개(22)의 개방도를, 정격 온도 조절선 T2에 있어서의 입구 안내 날개(22)의 개방도가 되도록 변경한다. 이 상태에서, 제어 장치(14)는, 부하 하강시에 있어서, 운전 제어점을 선행 설정선 T2로 변경시킨다.

그리고, 제어 장치(14)는, 운전 제어점을 선행 설정선 T2로 변경시킨 후, 한계 온도 조절선 T3을 원래의 상태로 되돌린다. 다시 말해, 제어 장치(14)는, 운전 제어점을 선행 설정선 T2로 변경시킨 후, 한계 온도 조절선 T3에 있어서의 입구 안내 날개(22)의 개방도가, 정격 온도 조절선 T2에 있어서의 입구 안내 날개(22)의 개방도보다 작은 개방도가 되도록 변경한다.

이상과 같이, 실시예 3에 의하면, 배기 가스 계측 온도가, 정격 배기 가스 온도가 되는 상태로부터 부하 하강하는 경우, 한계 온도 조절선 T3을 정격 온도 조절선 T2가 되도록 변경함으로써, 배기 가스 계측 온도가 정격 배기 가스 온도를 넘지 않도록, 가스 터빈(1)의 운전을 제어할 수 있다. 이 때문에, 제어 장치(14)는, 부하 하강시에 있어서, 배기 가스 계측 온도가 정격 온도 조절선 T2의 정격 배기 가스 온도를 넘어서 높아지는 것을 억제할 수 있다.

또, 실시예 3에서는, 정격점으로부터의 부하 하강에 대하여 설명했지만, 이 구성으로 한정되지 않고, 부분 부하 운전시에 있어서 운전 제어점이 정격 온도 조절선 T2상에 있는 상태로부터 부하 하강을 행하는 경우도, 실시예 3과 마찬가지의 제어를 실행하더라도 좋다.

실시예 4

다음으로, 도 6을 참조하여, 실시예 4와 관련되는 제어 장치(14)에 대하여 설명한다. 도 6은 실시예 4의 온도 조절 제어의 일례에 관한 설명도이다. 또, 실시예 4에서도, 중복된 기재를 피하기 위해, 실시예 1 내지 3과 상이한 부분에 대하여 설명하고, 실시예 1 내지 3과 마찬가지의 구성인 부분에 대해서는, 동일한 부호를 붙여서 설명한다. 실시예 4에서는, 부하 상승시에 있어서, 미리 설정된 설정 조건을 만족시키는 경우, 가스 터빈(1)의 운전 제어점이 한계 온도 조절선 T3을 넘어서 변화하는 것을 허용하고 있다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 가스 터빈(1)의 운전 제어점이 정격 온도 조절선 T2상에 있는 경우, 제어 장치(14)는, 부하 상승을 행하면, 한계 온도 조절선 T3의 한계 배기 가스 온도는, 부하 상승에 수반하여 저하한다. 한편, 부하 상승에 의해 운전 제어점이 변화하는 가스 터빈(1)의 배기 가스 계측 온도는, 늦게 저하하는 경우가 있다. 실시예 1에서 기재한 바와 같이, 한계 온도 조절선 T3의 한계 배기 가스 온도는, 압축기(11)의 압력비의 함수로 규정된다. 이 때문에, 제어 장치(14)는, 압력계(51)의 계측 결과에 근거하여 압력비를 도출하면, 한계 배기 가스 온도가 도출된다. 한편, 제어 장치(14)는, 배기 가스 온도계(52)에 의해 배기 가스 계측 온도를 계측한다. 이 때문에, 배기 가스 계측 온도는, 한계 배기 가스 온도에 비하여 응답성이 늦어지는 경우가 있다. 이때, 배기 가스 계측 온도가 한계 배기 가스 온도에 제한되어, 가스 터빈(1)의 운전 제어점의 변화가 규제되는 것을 회피하기 위해, 제어 장치(14)는, 부하 상승시에 있어서, 설정 조건을 만족시키는 경우에, 한계 온도 조절선 T3의 한계 배기 가스 온도에 의한 배기 가스 계측 온도의 제한을 해제한다.

여기서, 설정 조건에 대하여 설명한다. 설정 조건은, 제 1 내지 제 3 조건 중, 적어도 1개의 조건을 포함하고 있다. 제 1 조건은, 배기 가스 계측 온도가 정격 온도 조절선 T1의 정격 배기 가스 온도에 추종하지 않고, 운전 제어점이 선행 설정선 T2로 변경되는 조건이다. 다시 말해, 제 1 조건은, 배기 가스 계측 온도가, 정격 온도 조절선 T1의 정격 배기 가스 온도가 되도록, 가스 터빈(1)의 운전을 피드백 제어하지 않고, 배기 가스 계측 온도가 선행 설정선 T2의 선행 배기 가스 온도가 되도록, 가스 터빈(1)의 운전 제어점을 변화시키는 조건이다. 제 2 조건은, 배기 가스 계측 온도가 선행 설정선 T2의 선행 배기 가스 온도보다 낮아지도록, 입구 안내 날개(22)의 개방도를 여는 조건이다. 제 3 조건은, 압축기(11)의 압력비가 상승하는 조건이다. 다시 말해, 제 3 조건은, 제어 장치(14)가, 압력계(51)로 계측한 계측 결과에 근거하여, 압축기(11)의 압력비가 상승하는 것을 검출하는 조건이다.

제어 장치(14)는, 부하 상승시에 있어서, 상기의 설정 조건을 만족시키는지 여부를 판정한다. 제어 장치(14)는, 상기의 설정 조건을 만족시킨다고 판정한 경우, 한계 온도 조절선 T3의 한계 배기 가스 온도에 의한 배기 가스 계측 온도의 제한을 해제함으로써, 가스 터빈(1)의 운전 제어점이, 한계 온도 조절선 T3을 넘어서 변위하는 것을 허용한다. 이 때문에, 제어 장치(14)는, 배기 가스 계측 온도가, 한계 온도 조절선 T3의 한계 배기 가스 온도를 상회하도록, 가스 터빈(1)의 운전 제어점을 변화시켜 온도 조절 제어할 수 있다.

이상과 같이, 실시예 4에 의하면, 부하 상승시에 있어서, 배기 가스 계측 온도가, 한계 배기 가스 온도에 비하여 응답성이 늦어지는 경우, 설정 조건하에 있어서, 한계 온도 조절선 T3을 넘어서 운전 제어점이 변화하는 것을 허용하는 것에 의해, 배기 가스 계측 온도가 한계 배기 가스 온도에 의해 제한되는 일 없이, 운전 제어점을 적합하게 변화시킬 수 있다.

또, 실시예 4에서는, 단지 배기 가스 온도계(52)로서 설명했지만, 배기 가스 온도계(52)는, 블레이드 패스 온도계(52a)와 배기부 온도계(52b)가 있고, 블레이드 패스 온도계(52a)는 응답이 빠르고, 배기부 온도계(52b)는 응답이 느리다. 이 때문에, 실시예 4의 온도 조절 제어는, 배기부 온도계(52b)에 의해 배기 가스 계측 온도를 계측하는 경우에 유용하고, 또한, 블레이드 패스 온도계(52a)를 이용하여 온도 조절 제어하는 경우에는, 가스 터빈(1)의 운전 제어점이 한계 온도 조절선 T3을 넘지 않도록 제한하더라도 좋다.

실시예 5

다음으로, 도 7을 참조하여, 실시예 5와 관련되는 제어 장치(14)에 대하여 설명한다. 도 7은 실시예 5의 온도 조절 제어의 일례에 관한 설명도이다. 또, 실시예 5에서도, 중복된 기재를 피하기 위해, 실시예 1 내지 4와 상이한 부분에 대하여 설명하고, 실시예 1 내지 4와 마찬가지의 구성인 부분에 대해서는, 동일한 부호를 붙여서 설명한다. 실시예 5에서는, 부하 상승시에 있어서, 미리 설정된 설정 조건을 만족시키는 경우, 한계 온도 조절선 T3의 한계 배기 가스 온도를 배기 가스 계측 온도보다 크게 하고 있다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 가스 터빈(1)의 운전 제어점이 정격 온도 조절선 T2상에 있는 경우, 제어 장치(14)는, 부하 상승을 행하면, 한계 온도 조절선 T3의 한계 배기 가스 온도는, 부하 상승에 수반하여 저하한다. 이때, 배기 가스 계측 온도는, 한계 배기 가스 온도에 비하여 응답성이 늦어지는 경우가 있다. 이 때문에, 배기 가스 계측 온도가 한계 배기 가스 온도에 제한되어, 가스 터빈(1)의 운전 제어점의 변화가 규제되는 것을 회피하기 위해, 제어 장치(14)는, 부하 상승시에 있어서, 설정 조건을 만족시키는 경우에, 한계 온도 조절선 T3의 한계 배기 가스 온도를 배기 가스 계측 온도보다 크게 하여, 배기 가스 계측 온도가 한계 배기 가스 온도에 제한되지 않도록 하고 있다. 또, 설정 조건은, 실시예 4와 마찬가지이기 때문에, 설명을 생략한다.

제어 장치(14)는, 부하 상승시에 있어서, 설정 조건을 만족시키는지 여부를 판정한다. 제어 장치(14)는, 설정 조건을 만족시킨다고 판정한 경우, 한계 온도 조절선 T3의 한계 배기 가스 온도를 배기 가스 계측 온도보다 크게 함으로써, 가스 터빈(1)의 운전 제어점이, 한계 온도 조절선 T3에 걸리지 않도록 변위시킨다. 이 때문에, 제어 장치(14)는, 배기 가스 계측 온도가, 한계 온도 조절선 T3의 한계 배기 가스 온도에 걸리지 않도록, 가스 터빈(1)의 운전 제어점을 변화시켜 온도 조절 제어할 수 있다.

이상과 같이, 실시예 5에 의하면, 부하 상승시에 있어서, 배기 가스 계측 온도가, 한계 배기 가스 온도에 비하여 응답성이 늦어지는 경우, 설정 조건하에 있어서, 한계 배기 가스 온도를 배기 가스 계측 온도보다 크게 하여, 배기 가스 계측 온도가 한계 배기 가스 온도에 의해 제한되는 일 없이, 운전 제어점을 적합하게 변화시킬 수 있다.

실시예 6

다음으로, 도 8 내지 20을 참조하여, 실시예 6의 가스 터빈(110)에 대하여 설명한다. 또, 실시예 6에서도, 중복된 기재를 피하기 위해, 실시예 1 내지 5와 상이한 부분에 대하여 설명하고, 실시예 1 내지 5와 동일한 구성인 부분에 대해서는, 동일한 부호를 붙여서 설명한다.

도 8은 실시예 6의 가스 터빈을 나타내는 모식도이다. 도 9는 계통 주파수의 변화에 따라 응답하는 가스 터빈의 거동에 관한 그래프이다. 도 10 내지 도 17은 운전 제어 파라미터 값의 일례를 나타내는 그래프이다.

도 8에 나타내는 실시예 6의 가스 터빈(110)은, 실시예 1과 마찬가지로, 압축기(11)와, 연소기(12)와, 터빈(13)에 의해 구성되어 있다. 또, 압축기(11), 연소기(12) 및 터빈(13)에 대한 설명은 생략한다.

이 가스 터빈(110)에는, 차실(車室) 압력계(151), 흡기 상태 검출기(152), 블레이드 패스 온도계(153), 및 배기 가스 온도계(154)가 마련되어 있다. 차실 압력계(151)는, 압축기(11)로부터 연소기(12)를 향해 압축 공기 A1이 유통되는 라인에 마련되고, 구체적으로, 연소기(12)의 차실 내부에 마련되고, 압축 공기 A1의 압력(차실 압력)을 계측한다. 흡기 상태 검출기(152)는, 압축기(11)에 받아들여지는 공기 A의 흡기 온도와 흡기 압력을 검출한다. 블레이드 패스 온도계(153)는, 터빈(13)으로부터 배출되는 배기 가스가 유통되는 라인에 마련되고, 터빈(13)의 배기 가스가 흐르는 방향의 하류측에 마련되는 최종단의 블레이드를 통과한 배기 가스의 온도를 계측한다. 배기 가스 온도계(154)는, 블레이드 패스 온도계(153)의 하류측에 마련되고, 배기 가스의 온도를 계측한다. 또한, 도시는 생략하지만, 가스 터빈(110)에는, 가스 터빈(110)의 부하를 검출하기 위한 발전기 출력계가 마련되어 있다. 그리고, 차실 압력계(151), 흡기 상태 검출기(152), 블레이드 패스 온도계(153), 및 배기 가스 온도계(154)에 의해 계측된 신호가, 제어 장치(111)에 입력된다.

제어 장치(111)는, 차실 압력계(151), 흡기 상태 검출기(152), 블레이드 패스 온도계(153), 및 배기 가스 온도계(154) 등의 계측 결과에 근거하여, 입구 안내 날개(22) 및 연료 조정 밸브(35) 등을 제어하여, 가스 터빈(110)의 운전을 제어한다.

제어 장치(111)는, 실시예 1과 마찬가지로, 부분 부하 운전 및 전체 부하 운전을 행하고 있고, 온도 조절 제어를 실행하고 있다.

또한, 제어 장치(111)는, 실시예 1과 마찬가지로, 연료 F의 공급량을 조정하는 연료 제어를 실행하고 있다.

여기서, 도 9를 참조하여, 전체 부하 운전시에 있어서 부하 변동했을 때의 제어 장치(14)에 의한 주파수 응답의 일례에 대하여 설명한다. 전체 부하 운전시에 있어서, 도 9(a)에 나타내는 바와 같은 계통 주파수의 저하가 발생하면, 가스 터빈(110)은, 높은 부하 영역에서 이미 입구 안내 날개(22)가 정격 개방도 영역에 도달하고 있는 경우에는, 도 9(b)에 나타내는 바와 같이 IGV 개방도를 변화시키지 않고, 연료 제어에 의해 연료 F의 공급량을 증대시켜, 도 9(c)에 나타내는 바와 같이 축 출력을 크게 할 필요가 있다. 또, 축 출력은, 가스 터빈(110)이 도시하지 않는 증기 터빈과 조합된 컴바인드 사이클인 경우, 가스 터빈 출력(GT 출력)과 증기 터빈 출력(ST 출력)을 합한 출력이다.

이때, 도 9(c)의 실선에 나타내는 Grid의 요구 리스폰스를 만족시키는 축 출력으로 하는 경우, 도 9(d)에 나타내는 바와 같이, 증기 터빈의 출력(ST 출력)의 증가가 늦기 때문에, 도 9(d)의 실선에 나타내는 가스 터빈 출력으로 할 필요가 있다. 도 9(d)의 실선으로 나타내는 가스 터빈 출력을 얻기 위해서는, 도 9(e)에 나타내는 바와 같이, 터빈 입구 온도가, 상한 온도(오버슈트 제한치)를 넘어 버린다. 또, Grid의 요구 리스폰스란, 그리드 코드(Grid Code)에서 요구(규정)되는 축 출력의 응답성이다. 이와 같이, 터빈 입구 온도의 오버슈트를 허용하는 경우, 기기 보호의 제약을 넘을 가능성이 있다.

한편, 도 9(e)에 나타내는 바와 같이, 터빈 입구 온도가, 상한 온도를 넘지 않도록 하는 경우(오버슈트를 허용하지 않는 경우), 도 9(d)의 점선으로 나타내는 가스 터빈 출력으로 되어 버리기 때문에, 도 9(c)의 점선으로 나타내는 축 출력의 Grid의 요구 리스폰스를 만족시킬 수 없을 가능성이 있다.

여기서, 축 출력의 응답성은, 그리드 코드의 요구 리스폰스에 의해, 일의로 결정되어 있기 때문에, 터빈 입구 온도의 오버슈트를 허용하는 경우에는, 온도 조절 제어를 실행하는 것은 곤란하게 된다.

이 때문에, 실시예 6의 제어 장치(111)에서는, 가스 터빈(110)이 온도 조절 제어되고 있는 경우, IGV 개방도가 온도 조절 제어시에 있어서의 개방도보다 커지도록, IGV 개방도를 제어하는 IGV 선행 개방 제어를 실행하고 있다. 또한, 제어 장치(111)는, IGV 선행 개방 제어에 있어서, 가스 터빈(110)이 전체 부하 운전시에 있어서 온도 조절 제어되는 경우, IGV 개방도를 정격 개방도보다 큰 초과 개방 상태가 되도록 제어하고 있다. 또, IGV 선행 개방 제어에 대해서는, 다른 실시예에 있어서 구체적으로 설명하지만, 제어 장치(111)는, IGV 선행 개방 제어를 실행함으로써, 압축기(11)에 흡입하는 공기의 흡기량을 통상의 운전 상태보다 많이 투입하고, 터빈 입구 온도를 저하시킨다. 이 결과, 가스 터빈(110)의 배기 가스 온도는, 온도 조절선의 상한 온도보다 낮아지기 때문에, 가스 터빈 출력이 조정 가능하게 된다.

이와 같이, 실시예 1의 제어 장치(111)는, 가스 터빈 출력의 응답성을 높이기 위해, IGV 선행 개방 제어를 실행 가능하게 되어 있지만, IGV 선행 개방 제어를 실행하면, 터빈 입구 온도가 저하하기 때문에, 가스 터빈(110)의 운전 효율이 저하한다.

따라서, 제어 장치(111)는, 가스 터빈(110)의 성능을 높이기 위해, 온도 조절 제어를 실행하면, 가스 터빈(110)은, 온도 조절선을 따른 운전이 되고, 또한, 온도 조절선에 의해 운전이 제한되기 때문에, 부하 변동(특히, 부하 상승시)에 추종하여, 가스 터빈 출력을 즉응시키는 것은 곤란하게 된다. 한편, 제어 장치(111)는, 가스 터빈(110)의 응답성을 높이기 위해, 온도 조절선의 상한 온도보다 낮은 배기 가스 온도로 부하 제어를 실행하면, 가스 터빈(110)은, 터빈 입구 온도를 높게 할 수 없기 때문에, 운전 효율을 높이는 것은 곤란하게 된다. 이와 같이, 가스 터빈(110)은, 운전 효율을 높이면, 응답성이 저하하는 한편, 응답성을 높이면, 운전 효율이 저하한다고 하는, 트레이드오프의 관계로 되어 있다.

이 때문에, 실시예 6의 제어 장치(111)는, 가스 터빈(110)의 운전 효율과 응답성을 조정 가능한 구성으로 되어 있다. 구체적으로, 제어 장치(111)는, 제어부(161)와, 기억부(162)와, 조작부(163)를 갖고 있다.

기억부(162)는, 가스 터빈(110)의 운전 효율 및 응답성을 설정하기 위한 운전 설정 데이터(171)와, 운전 설정 데이터(171)에 대응되는 복수의 운전 제어 파라미터 값(172)을 기억한다.

도 10에 나타내는 바와 같이, 어느 임의의 가스 터빈 출력 상태에서의 운전 설정 데이터(171)는, 가스 터빈(110)의 성능과, IGV 개방도를 관련시킨 함수로 되어 있다. 다시 말해, 도 10은 그 가로축이, IGV 개방도로 되어 있고, 그 세로축이, 가스 터빈(110)의 성능으로 되어 있다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 가스 터빈(110)의 성능은, IGV 개방도가 가장 작을 때에는, 높은 성능으로 되어 있고, IGV 개방도가 약간 커질 때가, 가스 터빈(110)의 성능이 가장 높아진다. 그리고, 가스 터빈(110)의 성능이 가장 높을 때부터, IGV 개방도가 커짐에 따라, 가스 터빈(110)의 성능이 저하한다. 이때, 가스 터빈(110)의 성능이 가장 높아지는 부근의 IGV 개방도를 θ1로 하고, 가스 터빈(110)의 성능이 낮아지는 IGV 개방도를 θ2로 한다. 그리고, 제어 장치(111)는, IGV 개방도 θ1일 때의 가스 터빈(110)의 성능을 100%의 성능으로서 설정 가능하게 한다. 한편, 제어 장치(111)는, IGV 개방도 θ2일 때의 가스 터빈(110)의 성능을 0%의 성능으로서 설정 가능하게 한다. 또, 설정하는 값으로서는, 100% 또는 0% 등의 설정으로 특별히 한정되지 않는다.

여기서, 상기한 바와 같이, 가스 터빈(110)의 성능과 운전 효율은, 트레이드오프의 관계가 된다. 이 때문에, 제어 장치(111)는, 가스 터빈(110)의 성능이 100%로 설정되었을 때, 가스 터빈(110)의 응답성을 0%로 설정한다. 한편, 제어 장치(111)는, 가스 터빈(110)의 성능이 0%로 설정되었을 때, 가스 터빈(110)의 응답성을 100%로 설정한다.

도 11 내지 도 17에 나타내는 바와 같이, 복수의 운전 제어 파라미터 값(172)은, 가스 터빈(110)을 운전하기 위해 설정되는 각종 파라미터이다. 이 운전 제어 파라미터 값(172)은, IGV 개방도나 대기 조건(기압, 온도, 습도)에 따라 변화하는 파라미터로 되어 있다. 이 때문에, 운전 제어 파라미터 값(172)은, 가스 터빈(110)의 성능에 따라 IGV 개방도가 설정되면, 설정된 IGV 개방도에 따른 소정의 파라미터 값이 된다. 구체적으로, 운전 제어 파라미터 값으로서는, 예컨대, PL 비(파일럿 비), 연료 온도 등이 있다.

여기서, 복수의 운전 제어 파라미터 값(172)은, 가스 터빈(110)의 연료 조정시에 기억한 것이다. 이 때문에, 복수의 운전 제어 파라미터 값(172)은, 상관 관계를 갖는 것으로 되어 있다. 그리고, 복수의 운전 제어 파라미터 값(172) 중, 대기 온도 및 대기압의 운전 제어 파라미터 값을 보정하고, 보정한 대기 온도 및 대기압을 기준의 운전 제어 파라미터 값으로 하여, 다른 운전 제어 파라미터 값(172)을 보정한다. 이것에 의해, 복수의 운전 제어 파라미터 값(172)은, 동일한 기준에 의해 정량적으로 조정 가능한 파라미터가 된다.

구체적으로, 복수의 운전 제어 파라미터 값(172) 중, 도 11에 나타내는 PL 비의 운전 제어 파라미터 값은, 이 도면의 경우, IGV 개방도가 커짐에 따라, PL 비가 낮아져 간다. 도 12에 나타내는 연료 유량의 운전 제어 파라미터 값은, IGV 개방도가 커짐에 따라, 연료 유량이 커져 간다. 도 13에 나타내는 스프레이 양의 운전 제어 파라미터 값은, IGV 개방도가 가장 작을 때에는, 소량의 스프레이 양으로 되어 있고, IGV 개방도가 약간 커질 때가, 가장 적은 스프레이 양이 되고, IGV 개방도가 커짐에 따라, 스프레이 양이 커져 간다. 도 14에 나타내는 칼로리의 운전 제어 파라미터 값은, IGV 개방도가 커지더라도, 일정한 칼로리가 된다. 도 15에 나타내는 연료 온도의 운전 제어 파라미터 값은, IGV 개방도가 커지더라도, 일정한 연료 온도가 된다. 도 16에 나타내는 대기 온도의 운전 제어 파라미터 값은, IGV 개방도가 가장 작을 때에는, 낮은 대기 온도로 되어 있고, IGV 개방도가 약간 커질 때가, 가장 높은 대기 온도가 되고, IGV 개방도가 커짐에 따라, 대기 온도가 저하하여 간다. 도 17에 나타내는 대기압의 운전 제어 파라미터 값은, IGV 개방도가 커지더라도, 일정한 대기압이 된다. 이와 같은 상술한 운전 데이터에 근거하여 성능치를 산출하고, 이것을 설정할 수 있는 제어 시스템을 구축한다.

조작부(163)는, 가스 터빈(110)의 성능 및 응답성을 설정 가능하게 되어 있다. 조작부(163)는, 제어부(161)에 접속되고, 설정된 가스 터빈(110)의 성능 및 응답성에 근거하는 조작 신호를 제어부(161)에 출력한다. 예컨대, 도 18(a)에 나타내는 바와 같이, 조작부(163)는, 가스 터빈(110)의 성능과 응답성의 비율에 근거하는 소정의 운전 모드로 설정하기 위한 운전 모드 조작 바(174a)를 갖고 있다. 이 운전 모드 조작 바(174a)는, 가스 터빈(110)의 성능과 응답성을 연동하여 설정 가능하게 되어 있고, 가스 터빈(110)의 성능을 100%에서 0%의 사이에서 설정하고, 가스 터빈(110)의 응답성을 0%에서 100%의 사이에서 설정한다. 또한, 예컨대, 도 18(b)에 나타내는 바와 같이, 조작부(163)는, 가스 터빈(110)의 성능과 응답성의 비율에 근거하는 소정의 운전 모드로 설정하기 위한 운전 모드 설정 입력 항목(174b)을 갖고 있다. 이 운전 모드 설정 입력 항목(174b)은, 가스 터빈(110)의 성능의 비율과, 가스 터빈(110)의 응답성의 비율을 각각 입력 가능하게 되어 있다. 이와 같이, 운전 모드 조작 바(174a) 및 운전 모드 설정 입력 항목(174b)은, 가스 터빈(110)의 성능의 비율을 설정하는 성능 조작부로서 기능함과 아울러, 가스 터빈(110)의 응답성의 비율을 설정하는 응답성 조작부로서 기능하고 있다. 운전 모드는, 가스 터빈(110)의 성능이 100%측에 가까운 쪽에 설정됨으로써, 성능 중시의 운전 모드가 된다. 한편, 운전 모드는, 가스 터빈(110)의 응답성이 100%측에 가까운 쪽에 설정됨으로써, 응답성 중시의 운전 모드가 된다. 또, 조작부(163)는, 도시하지 않는 표시부와 일체가 되는, 이른바 터치 패널식의 조작 표시부이더라도 좋고, 표시부와 별체가 되는 독립한 것이더라도 좋고, 특별히 한정되지 않는다.

제어부(161)는, 조작부(163)에서 설정된 운전 모드에 근거하여, 가스 터빈(110)의 성능 및 응답성을 설정한다. 구체적으로, 제어부(161)는, 가스 터빈(110)의 성능 및 응답성에 근거하는 설정을 행하는 운전 모드 설정부(배분기)(175)를 포함하여 구성되어 있다.

도 19에 나타내는 바와 같이, 운전 모드 설정부(175)는, 조작부(163)에서 설정된 운전 모드에 관한 가스 터빈(110)의 성능의 비율이 운전 모드 지표치로서 입력된다. 또한, 운전 모드 설정부(175)는, 운전 설정 데이터(171)에 있어서의 가스 터빈(110)의 성능이 100%(가스 터빈(110)의 응답성이 0%)일 때의 IGV 개방도가, 성능 중시 모드 설정치(성능 파라미터 값)로서 입력되고, 운전 설정 데이터(171)에 있어서의 가스 터빈(110)의 응답성이 100%(가스 터빈(110)의 성능이 0%)일 때의 IGV 개방도가, 응답성 중시 모드 설정치(응답성 파라미터 값)로서 입력된다. 그리고, 운전 모드 설정부(175)는, 입력된 운전 모드 지표치, 성능 중시 모드 설정치 및 응답성 중시 모드 설정치에 근거하여, 설정되는 IGV 개방도의 설정치를 출력한다.

도 20에 나타내는 바와 같이, 운전 모드 설정부(175)는, 제 1 승산기(181)와, 제 2 승산기(182)와, 제 3 승산기(183)와, 제 4 승산기(184)와, 감산기(185)와, 가산기(186)를 포함하는 안분(按分) 회로로 되어 있다. 또, 안분할 수 있는 요소(로직)이면, 특별히 본 로직으로 한정되지 않는다.

제 1 승산기(181)는, 운용 모드 지표치와, 백분율을 되돌리기 위한 수치인 「0.01」의 수치가 입력된다. 제 1 승산기(181)는, 운전 모드 지표치로서 입력되는 가스 터빈의 성능의 비율(0~100%)에 0.01을 승산하고, 승산 후의 수치를, 제 2 승산기(182)를 향하여 출력한다.

제 2 승산기(182)는, 성능 중시 모드 설정치와, 제 1 승산기(181)로부터 출력된 수치가 입력된다. 제 2 승산기(182)는, 성능 중시 모드 설정치로서 입력되는 IGV 개방도 θ1에, 가스 터빈(110)의 성능의 비율에 관한 수치를 승산하고, 승산 후의 수치를, 가산기(186)를 향하여 출력한다.

제 3 승산기(183)는, 제 1 승산기(181)와 마찬가지로, 운용 모드 지표치와, 백분율을 되돌리기 위한 수치인 「0.01」의 수치가 입력된다. 제 3 승산기(183)는, 운전 모드 지표치로서 입력되는 가스 터빈의 성능의 비율(0~100%)에 0.01을 승산하고, 승산 후의 수치를, 감산기(185)를 향하여 출력한다.

감산기(185)는, 가스 터빈의 성능의 비율로부터 가스 터빈(110)의 응답성의 비율로 환산하기 위한 수치인 「1.0」과, 제 3 승산기(183)로부터 출력된 수치가 입력된다. 감산기(185)는, 「1.0」으로부터, 0.01을 승산한 가스 터빈(110)의 성능의 비율을 감산하고, 감산 후의 수치를, 제 4 승산기(184)를 향해 출력한다.

제 4 승산기(184)는, 응답성 중시 모드 설정치와, 감산기(185)로부터 출력된 수치가 입력된다. 제 4 승산기(184)는, 응답성 중시 모드 설정치로서 입력되는 IGV 개방도 θ2에, 가스 터빈(110)의 응답성의 비율에 관한 수치를 승산하고, 승산 후의 수치를, 가산기(186)를 향하여 출력한다.

가산기(186)는, 제 2 승산기(182)로부터 출력된 수치와, 제 4 승산기(184)로부터 출력된 수치가 입력된다. 가산기(186)는, 가스 터빈(110)의 성능의 비율에 근거하는 IGV 개방도 θ1과, 가스 터빈(110)의 응답성의 비율에 근거하는 IGV 개방도 θ2를 가산한 IGV 개방도를, 조작부(163)에 있어서 설정된 소정의 운전 모드에 대응하는 IGV 개방도의 설정치로서 출력한다.

그리고, 제어부(161)는, 운전 모드 설정부(175)에 있어서 설정치가 설정되면, 설정치에 대응하는 IGV 개방도에 근거하여, 복수의 운전 제어 파라미터(172)를 설정한다. 이것에 의해, 제어부(161)는, 조작부(163)에 있어서 설정된 가스 터빈(110)의 성능 및 응답성에 근거하는, 가스 터빈(110)의 부하 제어 및 온도 조절 제어를 실행한다.

이상과 같이, 실시예 6에 의하면, 가스 터빈(110)의 운전 제어 파라미터 값(172)을, 소정의 부하에 있어서의 가스 터빈(110)의 운전 효율(성능) 및 응답성의 변화에 대응시킬 수 있다. 이 때문에, 가스 터빈(110)의 사용 환경에 따라, 가스 터빈(110)의 운전 효율 및 응답성을 설정함으로써, 설정된 운전 효율 및 응답성에 따른 운전 제어 파라미터 값(172)을 설정하는 것이 가능하게 된다. 즉, 가스 터빈(110)의 운전을 성능 중시로 하는 경우에는, 소정의 부하에 있어서의 가스 터빈(110)의 운전 효율이 높아지는 운전 제어 파라미터 값(172)을 설정할 수 있다. 이것에 의해, 예컨대, 부분 부하 운전에 있어서의 가스 터빈(110)의 온도 조절 제어를 실행하는 것이 가능하게 된다. 한편, 가스 터빈(110)의 운전을 응답성 중시로 하는 경우에는, 소정의 부하에 있어서의 가스 터빈(110)의 응답성이 높아지는 운전 제어 파라미터 값(172)을 설정할 수 있다. 이것에 의해, 예컨대, 부분 부하 운전에 있어서의 가스 터빈(110)의 온도 조절 제어 근방에서의 운전을 실행하지 않고, 부하 제어를 실행하는 것이 가능하게 된다.

또한, 실시예 6에 의하면, 입구 안내 날개(22)의 개방도에 근거하여, 운전 제어 파라미터 값(172)을 설정할 수 있다. 이 때문에, 운전 모드 설정부(175)는, IGV 개방도를 설정함으로써, 운전 제어 파라미터 값(172)을 설정하는 것이 가능하게 된다.

또한, 실시예 6에 의하면, 조작부(163)를 조작함으로써, 가스 터빈(110)의 운전 효율 및 응답성을 설정할 수 있고, 또한, 설정된 운전 효율 및 응답성에 따른 운전 제어 파라미터 값(172)을 설정할 수 있다. 이 때문에, 운전 제어 파라미터 값(172)의 설정을, 조작부(163)를 조작하는 것만으로, 간단하게, 가스 터빈(110)의 운전 효율 및 응답성에 따른 설정으로 할 수 있기 때문에, 유저 친화적인 구성으로 할 수 있다.

또한, 실시예 6에 의하면, 운전 모드 설정부(175)에 의해, 조작부(163)에서 설정된 운전 효율 및 응답성의 비율에 근거하여, 성능 중시 모드 설정치와 응답성 중시 모드 설정치를 배분할 수 있고, 운전 모드에 따른 최적의 운전 제어 파라미터 값(172)을 설정할 수 있다.

또한, 실시예 6에 의하면, 가스 터빈(110)의 운전 환경에 따라, 가스 터빈(110)의 운전 효율 및 응답성을 설정하는 것이 가능하게 되기 때문에, 범용성이 높은 것으로 할 수 있다.

실시예 7

다음으로, 도 21 내지 도 25를 참조하여, 실시예 7과 관련되는 제어 장치(200)에 대하여 설명한다. 도 21은 실시예 7의 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 22는 실시예 7의 IGV 제어 플래그 생성부의 구성도이다. 도 23은 실시예 7의 IGV 제어부의 구성도이다. 도 24는 실시예 7의 IGV 제어부의 각종 함수기가 갖는 함수를 설명하는 설명도이다. 도 25는 입구 안내 날개를 급하게 연 경우에 있어서의, 압축기 동력, 터빈 출력, GT 출력의 시간 변화의 예를 나타내는 도면이다.

또, 실시예 7에서는, 중복된 기재를 피하기 위해, 실시예 6과 상이한 부분에 대하여 설명하고, 실시예 6과 마찬가지의 구성인 부분에 대해서는, 동일한 부호를 붙여서 설명한다. 실시예 7의 제어 장치(200)는, 입구 안내 날개(22)의 IGV 선행 개방 제어를 실행하고 있고, 실시예 6의 운전 모드 설정부(175)가 포함되어 있다.

도 21에 나타내는 바와 같이, 실시예 2의 제어 장치(200)는, 연료 조정 밸브(35)를 제어하는 연료 제어를 실행하는 연료 제어부(202)와, 블레이드 패스 온도 제어 및 배기 가스 온도 제어를 행하는 온도 제어부(204)와, 입구 안내 날개(22)의 IGV 제어를 실행하는 IGV 제어부(203)와, IGV 선행 개방 플래그를 생성하는 IGV 제어 플래그 생성부(205)를 구비하고 있다.

도 22에 나타내는 바와 같이, IGV 제어 플래그 생성부(205)는, 가스 터빈(110)의 출력을 증가시키는 경우에, IGV 선행 개방 플래그를 유효로 하고 있다. 예컨대, IGV 제어 플래그 생성부(205)는, 계통 주파수가 소정 임계치 α 이하가 되어 주파수 저 신호가 입력된 경우, 또는, 가스 터빈(110)의 출력 증가를 요구하는 출력 증가 요구 신호가 입력된 경우에, OR 게이트(208)에 의해 IGV 선행 개방 플래그를 유효로서 생성한다. 또, IGV 제어 플래그 생성부(205)는, 가스 터빈 출력 제한(가스 터빈 출력≥αMW 이상)이 입력된 경우, 또는, 가스 터빈 입구 온도(가스 터빈 입구 온도(추정치 포함)≥β℃ 이상) 제한이 입력된 경우에, OR 게이트(208)에 의해 IGV 선행 개방 플래그를 유효로서 생성하더라도 좋다. 또, 계통 주파수가 소정 임계치 α 이하인 경우, 계통 주파수를 상승시키기 위해 가스 터빈(110)은 출력 증가를 행하게 된다.

도 23에 나타내는 바와 같이, IGV 제어부(203)는, 승산기(211), 테이블 함수기(FX1)(212), 리미터(213), 보정 함수기(FX2)(214) 및 제한 함수기(FX3)(215)를 구비한 구성이다. IGV 제어부(203)에서는, GT 출력의 값이 필터(210)를 거쳐서 승산기(211)에 입력된다. IGV 제어부(203)는, 발전기 출력(GT 출력)에 따라, 도 24(a)에 나타내는 바와 같은 함수에 따라 IGV 개방도를 설정한다. 그리고, 보정 함수기(FX2)(214)에 의해 도 24(b)에 나타내는 바와 같은 압축기 입구 온도에 대응한 관계에 근거하여 GT 출력 보정 계수 K2를 생성하여, 승산기(211)에서 GT 출력에 이 GT 출력 보정 계수 K2를 곱함으로써, 테이블 함수를 참조하는 GT 출력치를 보정하고 있다. 또한, 제한 함수기(FX3)(215)에 의해 도 24(c)에 나타내는 바와 같은 압축기 입구 온도에 대응한 관계에 근거하여 IGV 최대 개방도(정격 개방도) M1을 생성하여, 리미터(213)에 의해, 테이블 함수기(FX1)(212)에서 생성된 IGV 개방도가 IGV 최대 개방도 M1을 넘지 않도록 제한하고 있다.

또한, IGV 제어부(203)는, 리미터(213)로부터 출력되는 IGV 개방도 지령에 대하여, IGV 선행 개방 플래그에 근거하는 가산량을 더하는 구성과, IGV 개방도의 변화율을 제한하는 구성과, 운전 모드 설정부(175)가 부가되어 있다.

가산량을 더하는 구성에서는, 신호 발생기((SG1)(217) 및 (SG2)(218))를 IGV 선행 개방 플래그에 따라 신호 전환기(219)로 전환하고, 레이트 리미터(220)를 거쳐서, 가산기(216)에서 통상 운전시에 있어서의 IGV 개방도 지령에 가산하고 있다.

이것에 의해, IGV 선행 개방 플래그가 유효로 된 경우에, 입구 안내 날개(22)의 개방도가 그때까지에 비하여 열리도록 설정된다. 예컨대, 신호 발생기(SG1)(217)에 「0」을, 신호 발생기(SG2)(218)에 소정치를 설정하여 두고, IGV 선행 개방 플래그가 유효로 되었을 때에는, 통상 운전시의 IGV 개방도 지령에 신호 발생기(SG2)(218)의 소정치를 가산하여, 입구 안내 날개(22)의 개방도가 통상보다 열리도록 하고 있다.

여기서, 레이트 리미터(220)와 가산기(216)의 사이에는, 운전 모드 설정부(175)가 마련되어 있다. 운전 모드 설정부(175)는, 조작부(163)에 있어서 설정된 가스 터빈(110)의 성능과 응답성의 비율에 근거하여, 레이트 리미터(220)로부터 출력되는 IGV 개방도를 조정한다. 구체적으로, 운전 모드 설정부(175)에는, 레이트 리미터(220)로부터 출력되는 IGV 개방도가 응답성 중시 모드 설정치로서 입력된다. 또한, 운전 모드 설정부(175)에는, IGV 개방도가 「0」이 되는 성능 중시 모드 설정치가 입력된다. 그리고, 운전 모드 설정부(175)에는, 조작부(163)에 있어서 설정된 운전 모드 지표치가 입력된다.

운전 모드 설정부(175)는, 이들 입력에 근거하여, 가산기(216)에 출력하는 IGV 개방도를 조정한다. 운전 모드 설정부(175)는, 예컨대, 가스 터빈(110)의 성능이 100%인 경우, 레이트 리미터(220)로부터 출력되는 IGV 개방도의 비율을 0%로 하여, 성능 중시 모드 설정치인 IGV 개방도 「0」을, 가산기(216)를 향하여 출력한다. 한편, 운전 모드 설정부(175)는, 예컨대, 가스 터빈(110)의 응답성이 100%인 경우, 레이트 리미터(220)로부터 출력되는 IGV 개방도의 비율을 100%로 하여, 레이트 리미터(220)로부터 출력되는 IGV 개방도를, 가산기(216)를 향하여 그대로 출력한다.

또한, IGV 개방도의 변화율을 제한하는 구성은, 신호 발생기((SG3)(223) 및 (SG4)(224))를, 부하 차단 플래그에 따라 신호 전환기(225)로 전환하고, 이것을 변화율 제한기(221)에 공급하여 IGV 개방도의 변화율 제한치를 바꾸는 구성이다. 여기서, 신호 발생기(SG3)(223)에는 통상시의 변화율 제한치(예컨대, 400[%/분])가, 또한 신호 발생기(SG4)(224)에는 부하 차단시의 변화율 제한치(예컨대, 3000[%/분])가, 각각 설정되어 있다.

다음으로, 실시예 7과 관련되는 가스 터빈(110)의 제어 장치(200)에 의한 운전 제어에 대하여 설명한다. 부분 부하로 가스 터빈(110)이 운전된 상태에서, 계통 주파수가 소정 임계치 α 이하가 된 경우, 또는, 부분 부하로 가스 터빈(110)이 운전된 상태에서, 가스 터빈(110)의 출력 증가가 요구된 경우에는, IGV 제어 플래그 생성부(205)에서 IGV 선행 개방 플래그가 유효로 된다. 또, IGV 제어 플래그 생성부(205)는, 가스 터빈 출력 제한(가스 터빈 출력≥αMW 이상)이 입력된 경우, 또는, 가스 터빈 입구 온도(가스 터빈 입구 온도(추정치 포함)≥β℃ 이상) 제한이 입력된 경우에, OR 게이트(208)에 의해 IGV 선행 개방 플래그를 유효로서 생성하더라도 좋다.

이것을 받아서 IGV 제어부(203)에서는, 조작부(163)에서 설정되는 가스 터빈(110)의 성능 및 응답성의 비율에 따라, 입구 안내 날개(22)의 개방도가 조정된다. 예컨대, 가스 터빈(110)의 응답성을 중시하는 경우, IGV 제어부(203)에서는, 입구 안내 날개(22)의 개방도가 그때까지에 비하여 열리도록 설정되고, 입구 안내 날개(22)의 개방도는 통상에 비하여 열릴 기미가 된다.

일반적으로, 터빈 입구 온도는 연공비(fuel air ratio)(연료량/연소 공기량의 비)에 비례하기 때문에, 입구 안내 날개(22)가 열리는 방향으로 IGV 개방도를 변화시키면, 압축기(11)의 흡기량은 증가하고, 연소 공기량이 증가하므로, 연공비, 즉 터빈 입구 온도는 저하한다. 즉, IGV 선행 개방 플래그가 유효로 되고, 또한, 가스 터빈(110)의 응답성이 중시되면, 입구 안내 날개(22)는, 통상 설정에 비하여 열릴 기미가 됨으로써, 압축기(11)의 흡기량이 통상의 설정보다 증가한다. 이것에 의해, 가스 터빈(110)은, 터빈 입구 온도를 통상보다 하강 기미로 운전을 할 수 있으므로, 풍량의 증가에 의해 터빈 출력을 증가시킬 수 있다. 예컨대, 입구 안내 날개(22)의 개방도를 10~20% 증가시켜, 풍량을 정격 유량보다 5%~10% 증가시킨다.

구체적으로는, 「터빈 출력=터빈 통과 유량×터빈 열낙차×효율」의 관계가 있고, 입구 안내 날개(22)가 열리는 방향으로 IGV 개방도를 변화시키면, 압축기(11)의 흡기량이 증가하여 터빈 통과 유량도 증가한다. 이 때문에, 터빈 입구 온도 저하에 의한 열낙차 이상으로 터빈 통과 유량의 증대가 기여하면, 발전기(15)의 출력은 증가하게 된다. 또한, 압축기(11)의 흡기량이 증가하여 터빈 입구 온도를 저하시키므로, 연소기(12)에 보다 많은 연료 투입이 가능하게 되고, 연료 투입에 의해서도 터빈 출력을 증가시킬 수 있다.

또, 입구 안내 날개(22)를 열면 압축기(11)의 흡기량이 증가하기 때문에, 압축기(11)의 동력이 증가한다. 이 때문에, 도 25의 예에 나타내는 바와 같이, 입구 안내 날개(22)를 급하게 열면, 압축기(11)의 동력이 터빈 출력의 증가보다 빠르게 증가하고, 그 결과 GT 출력(발전기 출력)이 일시적으로 감소할 가능성이 있다. 이 때문에, 레이트 리미터(220)에서는, 압축기(11)의 동력의 증가보다, 터빈 출력의 증가가 빨라지도록, 변화율이 설정되어 있다. 이것에 의해, 입구 안내 날개(22)를 여는 것에 의한 압축기(11)의 동력의 증가에 수반하는 GT 출력의 일시적인 감소를 억제할 수 있다.

이상과 같이, 실시예 7과 관련되는 가스 터빈(110)의 제어 장치(200)는, 계통 주파수가 소정 임계치 α 이하 또는 가스 터빈(110)의 출력 증가가 요구된 경우에, IGV 선행 개방 플래그를 유효로 하고, IGV 선행 개방 플래그가 유효이고, 또한, 가스 터빈(110)의 응답성이 중시되는 경우에, 입구 안내 날개(22)의 개방도를 그때까지에 비하여 열도록 설정한다. 따라서, 가스 터빈(110)의 응답성이 중시되는 경우에는, 가스 터빈(110)의 운전 상태와 관계없이, 터빈 입구 온도를 올리는 일 없이 출력의 상승이 가능하게 된다. 또, 가스 터빈(110)의 성능이 중시되는 경우에는, 입구 안내 날개(22)의 개방도가 열리도록 설정하지 않는다.

또, 실시예 7에서는, 신호 발생기(SG2)(218)에 있어서 소정치가 되는 IGV 개방도를 설정했지만, 소정치가 되는 IGV 개방도로서, 부하 변화율에 따른 입구 안내 날개(22)의 개방도로 하더라도 좋다. 이 구성에 의하면, 입구 안내 날개(22)의 개방도를, 부하에 추종하여 열도록 설정할 수 있고, 부하의 추종성을 향상시킬 수 있다.

실시예 8

다음으로, 도 26 및 도 27을 참조하여, 실시예 8과 관련되는 제어 장치에 대하여 설명한다. 도 26은 실시예 8과 관련되는 온도 제어부의 온도 조절 설정을 생성하는 부분의 구성도이다. 도 27은 실시예 8과 관련되는 온도 조절 설정의 전환을 설명하는 설명도이다.

또, 실시예 8에서도, 중복된 기재를 피하기 위해, 실시예 6 및 7과 상이한 부분에 대하여 설명하고, 실시예 6 및 7과 마찬가지의 구성인 부분에 대해서는, 동일한 부호를 붙여서 설명한다. 실시예 8의 제어 장치는, 온도 조절 제어시에 있어서의 입구 안내 날개(22)의 IGV 선행 개방 제어를 실행하고 있고, 실시예 6의 운전 모드 설정부(175)가 포함되어 있다.

실시예 3의 제어 장치는, 연료 제어부(202)로부터의 제어 신호에 의해 연료 조정 밸브(35)의 개방도 제어를 행하여, 연료 제어를 실행하는 것에 의해 부하 조정을 행하고 있다. 이 연료 제어부(202)에서는, 블레이드 패스 온도 제어에 있어서의 블레이드 패스 온도 설정치 BPCSO, 배기 가스 온도 제어에 있어서의 배기 가스 온도 설정치 EXCSO, 거버너 제어에 있어서의 거버너 설정치 GVCSO, 또는 로드 리미트 제어에 있어서의 로드 리미트 설정치 LDCSO에 근거하여, 이들 중 가장 낮은 값인 것을 연료 조정 밸브(35)에 대한 최종적인 제어 신호로서 사용하고 있다.

온도 제어부(204)에 의한 블레이드 패스 온도 제어에서는, 블레이드 패스 온도(터빈(13) 최종단 직후의 배기 가스 온도)를 계측하고, 이것과 온도 조절 설정에 근거하는 목표치를 비교하고, 비례 적분(PI) 제어에 의해 블레이드 패스 온도 설정치 BPCSO를 생성한다. 또한, 배기 가스 온도 제어에서는, 배기 가스 온도(터빈(13) 최종단보다 후류의 배기 덕트에서의 배기 가스 온도)를 계측하고, 이것과 온도 조절 설정에 근거하는 목표치를 비교하고, 비례 적분(PI) 제어에 의해 배기 가스 온도 설정치 EXCSO를 생성한다.

도 26에 나타내는 바와 같이, 온도 제어부(204)의 온도 조절 설정 EXREF를 생성하는 부분은, 함수기(FX11)(331), 가산기(310)와, 선행 신호 생성부(300)와, 운전 모드 설정부(175)를 구비한다.

함수기(FX11)(331)는, 통상 운전시에 있어서의 차실 압력과 온도 조절 설정의 관계를 나타내는 함수가 설정되어 있다. 다시 말해, 입구 안내 날개(22)의 IGV 개방도 지령치가 예컨대 0[도] 이상의 통상 운전시에는 함수기(FX11)(331)에 근거하는 온도 조절 설정 EXREF가 생성된다.

또한, 선행 신호 생성부(300)는, 1차 지연 필터(302, 303), 감산기(304), 함수기(FX16)(305), 함수기(FX15)(301), 승산기(306) 및 레이트 리미터(307)를 구비한 구성이다. 1차 지연 필터(302, 303)는, 1개(예컨대 302만)이더라도 3개이더라도 상관없다. 감산기(304), 1차 지연 필터(302, 303)는, 변화율을 산출하는 것이고, 변화율을 검출하는 구조이면, 이 구성으로 한정하는 것은 아니다.

선행 신호 생성부(300)에서는, 우선, 감산기(304)에 의해 IGV 개방도 지령치와 1차 지연 필터(302, 303)에서 지연한 신호와 지연하고 있지 않은 신호의 편차를 구하고, 이 편차를 IGV 개방도 지령치의 변화율(의사 미분치)로서 얻는다. 그리고, 함수기(FX16)(305)에 있어서, 이 IGV 개방도 지령치의 변화율의 크기(의사 미분치)에 따라 온도 조절 설정 EXREF로의 보정량(선행 신호)을 설정한다.

또한, 함수기(FX15)(301)는, 선행 신호 생성부(300)의 작동 범위를 입구 안내 날개(22)의 개방도가 소정 범위에 있는 경우만으로 하는 것이고, 예컨대, 함수 FX15로서, IGV 개방도가 부분 부하시의 개방도 범위를 「1」로 하고, 전개(全開)시를 「0」으로 하는 함수를 사용하고, 이것을 승산기(306)에서 곱하는 것에 의해, 가스 터빈(110)이 부분 부하로 운전되고 있는 상태에서만 선행 신호 생성부(300)에 의한 보정(선행 신호)을 유효로 할 수 있다.

또한, 레이트 리미터(307)는, 얻어지는 온도 조절 설정 EXREF로의 보정량, 즉 선행 신호의 시간 변화율을 제한하는 것이고, 그 레이트 리미터(307)를 거친 보정량이, 운전 모드 설정부(175)를 거쳐서 가산기(310)에 의해 가산되어, 온도 조절 설정 EXREF로서 생성된다.

이때의 온도 조절 설정 EXREF의 시간적 추이는 도 27(a)의 T1로 나타내는 바와 같이 되지만, 실제의 블레이드 패스 온도 또는 배기 가스 온도는, 온도의 계측 지연이 있으므로 도 27(a)의 T0으로 나타내는 바와 같이 서서한 변화가 된다. 그래서, 실시예 8에서는, 도 27(b)에 나타내는 바와 같은 선행 신호 생성부(300)에 의한 보정량(선행 신호)을 가산하는 것에 의해, 온도 조절 설정 EXREF의 시간적 추이를 도 27(a)의 T2에 나타내는 바와 같이 해서, 실제의 블레이드 패스 온도 또는 배기 가스 온도의 추종성을 보다 빨라지도록 하고 있다.

여기서, 레이트 리미터(307)와 가산기(310)의 사이에는, 운전 모드 설정부(175)가 마련되어 있다. 운전 모드 설정부(175)는, 조작부(163)에 있어서 설정된 가스 터빈(110)의 성능과 응답성의 비율에 근거하여, 레이트 리미터(307)로부터 출력되는 IGV 개방도를 조정한다. 구체적으로, 운전 모드 설정부(175)에는, 레이트 리미터(307)로부터 출력되는 IGV 개방도가 응답성 중시 모드 설정치로서 입력된다. 또한, 운전 모드 설정부(175)에는, IGV 개방도가 「0」이 되는 성능 중시 모드 설정치가 입력된다. 그리고, 운전 모드 설정부(175)에는, 조작부(163)에 있어서 설정된 운전 모드 지표치가 입력된다.

운전 모드 설정부(175)는, 이들 입력에 근거하여, 가산기(310)에 출력하는 IGV 개방도를 조정한다. 운전 모드 설정부(175)는, 예컨대, 가스 터빈(110)의 성능이 100%인 경우, 레이트 리미터(307)로부터 출력되는 IGV 개방도의 비율을 0%로 하여, 성능 중시 모드 설정치인 IGV 개방도 「0」을, 가산기(310)를 향하여 출력한다. 한편, 운전 모드 설정부(175)는, 예컨대, 가스 터빈(110)의 응답성이 100%인 경우, 레이트 리미터(307)로부터 출력되는 IGV 개방도의 비율을 100%로 하여, 레이트 리미터(307)로부터 출력되는 IGV 개방도를, 가산기(310)를 향하여 그대로 출력한다.

이와 같이, 실시예 8에서는, 가스 터빈(110)의 응답성이 중시되는 경우, 선행 신호 생성부(300)에 의해, 입구 안내 날개(22)의 개방도의 변화율을 산출하여 그 변화율에 따른 보정량을 산출하고, 온도 조절 설정 EXREF를 보정하므로, 블레이드 패스 온도 설정치나 배기 가스 온도 설정치의 추종성을 빠르게 하여, 온도 설정의 놓침을 과도적으로 빠르게 할 수 있고, 계통 주파수의 변동에 대한 부하 즉응성(卽應性)을 향상시킬 수 있다. 또, 가스 터빈(110)의 성능이 중시되는 경우에는, 선행 신호 생성부(300)에 의한 입구 안내 날개(22)의 개방도를 보정하지 않는다.

실시예 9

다음으로, 도 28을 참조하여, 실시예 9와 관련되는 제어 장치에 대하여 설명한다. 도 28은 실시예 9와 관련되는 온도 제어부에 있어서의 블레이드 패스 온도 제어부의 구성도이다. 또, 실시예 9에서도, 중복된 기재를 피하기 위해, 실시예 6 내지 8과 상이한 부분에 대하여 설명하고, 실시예 6 내지 8과 마찬가지의 구성인 부분에 대해서는, 동일한 부호를 붙여서 설명한다. 실시예 9의 제어 장치에는, 실시예 6의 운전 모드 설정부(175)가 포함되어 있다. 또, 온도 조절 설정 EXREF를 생성하는 부분에 대해서는, 실시예 8과 관련되는 구성을 사용하는 것으로 하여 생략한다. 또한, 실시예 9와 관련되는 가스 터빈(110) 및 IGV 제어부(203)의 구성은, 실시예 2와 마찬가지이기 때문에, 각 구성 요소의 설명을 생략한다.

실시예 4의 제어 장치는, 온도 제어부(204)가 도시하지 않는 블레이드 패스 온도 제어부를 구비하고, 블레이드 패스 온도 제어부는, 신호 발생기((SG15)(401), (SG16)(403), (SG17)(408), (SG18)(409), (SG19)(411) 및 (SG20)(412)), 신호 전환기(410 및 413), 가산기(402), 감산기(405 및 406), 저치 선택기(404), 및 PI 제어기(407)를 구비한 구성이다. 또한, 블레이드 패스 온도 제어부는, 제 1 운전 모드 설정부(175a)와, 제 2 운전 모드 설정부(175b)를 구비한 구성이다.

가산기(402)로 온도 조절 설정 EXREF에 소정치 SG15를 가산한 값과, 소정치 SG16의 사이에서 보다 낮은 값이 되는 값을 저치(低値) 선택기(404)에 의해 선택하여 이것을 목표치 BPREF로 하고, 그 목표치 BPREF와 블레이드 패스 온도계(153)로부터의 블레이드 패스 온도 계측치 BPT의 편차를 감산기(405)에 의해 구하고, 그 편차에 근거하는 비례 적분 제어를 PI 제어기(407)에 의해 행하여 블레이드 패스 온도 설정치 BPCSO를 생성한다.

PI 제어기(407)에 있어서의 상한치는, 감산기(405)에 의한 편차와 대기치 RCSO의 편차로 하고 있다. 또한, 실시예 9와 관련되는 블레이드 패스 온도 제어부는, IGV 선행 개방 플래그가 유효하고, 또한, 가스 터빈(110)의 응답성이 중시되는 경우에, PI 제어기(407)에 있어서의 운전 제어 파라미터 값(172)을 미리 설정된 값으로 설정하는 점에 특징이 있지만, 여기서는, 비례 게인 및 시정수를 IGV 선행 개방 플래그에 따라 전환 설정하고 있다.

즉, 비례 게인은, 신호 발생기((SG17)(408) 및 (SG18)(409))를 IGV 선행 개방 플래그에 따라 신호 전환기(410)로 전환하여 생성한다. 여기서, 신호 발생기(SG17)(408)에는 통상시의 비례 게인이 설정되고, 신호 발생기(SG18)(409)에는 IGV 선행 개방시의 비례 게인이 설정되어 있다.

여기서, 신호 전환기(410)와 PI 제어기(407)의 사이에는, 제 1 운전 모드 설정부(175a)가 마련되어 있다. 제 1 운전 모드 설정부(175a)는, 조작부(163)에 있어서 설정된 가스 터빈(110)의 성능과 응답성의 비율에 근거하여, 신호 전환기(410)로부터 출력되는 운전 제어 파라미터의 하나인 비례 게인을 조정한다. 구체적으로, 제 1 운전 모드 설정부(175a)에는, 신호 전환기(410)로부터 출력되는 비례 게인이 응답성 중시 모드 설정치로서 입력된다. 또한, 제 1 운전 모드 설정부(175a)에는, 비례 게인이 「0」이 되는 성능 중시 모드 설정치가 입력된다. 그리고, 제 1 운전 모드 설정부(175a)에는, 조작부(163)에 있어서 설정된 운전 모드 지표치가 입력된다.

제 1 운전 모드 설정부(175a)는, 이들 입력에 근거하여, PI 제어기(407)에 출력하는 비례 게인을 조정한다. 제 1 운전 모드 설정부(175a)는, 예컨대, 가스 터빈(110)의 성능이 100%인 경우, 신호 전환기(410)로부터 출력되는 비례 게인의 비율을 0%로 하여, 성능 중시 모드 설정치인 비례 게인 「0」을, PI 제어기(407)를 향하여 출력한다. 한편, 제 1 운전 모드 설정부(175a)는, 예컨대, 가스 터빈(110)의 응답성이 100%인 경우, 신호 전환기(410)로부터 출력되는 비례 게인의 비율을 100%로 하여, 신호 전환기(410)로부터 출력되는 비례 게인을, PI 제어기(407)를 향하여 그대로 출력한다.

또한, 시정수는, 신호 발생기((SG19)(411) 및 (SG20)(412))를 IGV 선행 개방 플래그에 따라 신호 전환기(413)로 전환하여 생성한다. 여기서, 신호 발생기(SG19)(411)에는 통상시의 시정수가 설정되고, 또한 신호 발생기(SG20)(412)에는 IGV 선행 개방시의 시정수가 설정되어 있다.

여기서, 신호 전환기(413)와 PI 제어기(407)의 사이에는, 제 2 운전 모드 설정부(175b)가 마련되어 있다. 제 2 운전 모드 설정부(175b)는, 조작부(163)에 있어서 설정된 가스 터빈(110)의 성능과 응답성의 비율에 근거하여, 신호 전환기(413)로부터 출력되는 운전 제어 파라미터의 하나인 시정수를 조정한다. 구체적으로, 제 2 운전 모드 설정부(175b)에는, 신호 전환기(413)로부터 출력되는 시정수가 응답성 중시 모드 설정치로서 입력된다. 또한, 제 2 운전 모드 설정부(175b)에는, 시정수가 「0」이 되는 성능 중시 모드 설정치가 입력된다. 그리고, 제 2 운전 모드 설정부(175b)에는, 조작부(163)에 있어서 설정된 운전 모드 지표치가 입력된다.

제 2 운전 모드 설정부(175b)는, 이들 입력에 근거하여, PI 제어기(407)에 출력하는 시정수를 조정한다. 제 2 운전 모드 설정부(175b)는, 예컨대, 가스 터빈(110)의 성능이 100%인 경우, 신호 전환기(413)로부터 출력되는 시정수의 비율을 0%로 하여, 성능 중시 모드 설정치인 시정수 「0」을, PI 제어기(407)를 향하여 출력한다. 한편, 제 2 운전 모드 설정부(175b)는, 예컨대, 가스 터빈(110)의 응답성이 100%인 경우, 신호 전환기(413)로부터 출력되는 시정수의 비율을 100%로 하여, 신호 전환기(413)로부터 출력되는 시정수를, PI 제어기(407)를 향하여 그대로 출력한다.

또, 안정성의 관점으로부터는 비례 게인 및 시정수를 보다 작은 값으로 하는 것이 좋지만, 계통 주파수가 소정 임계치 α 이하 또는 가스 터빈(110)의 출력 증가가 요구되고, 또한, 가스 터빈(110)의 응답성을 중시하는 경우는, 긴급성이 있어서 추종성을 우선하는 것으로 하여, 비례 게인 및 시정수를 통상시보다 큰 값으로 하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 실시예 9와 관련되는 온도 제어부(204)에 있어서의 블레이드 패스 온도 제어부(배기 가스 제어부도 마찬가지)에서는, 온도 조절 설정 EXREF에 근거하는 목표치 BPREF와 계측한 블레이드 패스 온도 계측치 BPT의 편차에 근거하여 PI 제어기(407)에 의한 비례 적분 제어를 행하여 터빈(13)의 블레이드 패스 온도 설정치 BPCSO를 생성하지만, IGV 선행 개방 플래그가 유효하고, 또한, 가스 터빈(110)의 응답성을 중시하는 경우에, PI 제어기(407)에 있어서의 운전 제어 파라미터 값(비례 게인 및 시정수)(172)을 미리 설정된 값으로 설정하므로, 블레이드 패스 온도 설정치 BPCSO의 움직임을 선행하여 빠르게 할 수 있고, 계통 주파수의 변동이나 부하 증가시에 대한 부하 즉응성을 향상시킬 수 있다.

실시예 10

다음으로, 도 29를 참조하여, 실시예 10과 관련되는 제어 장치에 대하여 설명한다. 도 29는 실시예 10과 관련되는 온도 제어부에 있어서의 블레이드 패스 온도 제어부의 구성도이다. 또, 실시예 10에서도, 중복된 기재를 피하기 위해, 실시예 6 내지 9와 상이한 부분에 대하여 설명하고, 실시예 6 내지 9와 마찬가지의 구성인 부분에 대해서는, 동일한 부호를 붙여서 설명한다. 실시예 10의 제어 장치에는, 실시예 6의 운전 모드 설정부(175)가 포함되어 있다. 또, 온도 조절 설정 EXREF를 생성하는 부분에 대해서는, 실시예 8과 관련되는 구성을 사용하는 것으로 하여 생략한다. 또한, 실시예 10과 관련되는 가스 터빈(110) 및 IGV 제어부(203)의 구성은, 실시예 7과 마찬가지이기 때문에, 각 구성 요소의 설명을 생략한다.

도 29에 나타내는 바와 같이, 실시예 10과 관련되는 온도 제어부(204)가 도시하지 않는 블레이드 패스 온도 제어부를 구비하고, 블레이드 패스 온도 제어부는, 신호 발생기((SG15)(401) 및 (SG16)(403))와, 가산기(402 및 510)와, 감산기(405 및 406)와, 저치 선택기(404)와, PI 제어기(407)와, 선행 신호 생성부(500)와, 운전 모드 설정부(175)를 구비한 구성이다.

가산기(402)로 온도 조절 설정 EXREF에 소정치 SG15를 가산한 값과, 소정치 SG16의 사이에서 보다 낮은 값이 되는 값을 저치 선택기(404)에 의해 선택하여 이것을 목표치 BPREF로 하고, 그 목표치 BPREF와 블레이드 패스 온도계(153)로부터의 블레이드 패스 온도 계측치 BPT의 편차를 감산기(405)에 의해 구하고, 그 편차에 근거하는 비례 적분 제어를 PI 제어기(407)에 의해 행하여 블레이드 패스 온도 설정치 BPCSO를 생성한다. 또, PI 제어기(407)에 있어서의 상한치는, 감산기(405)에 의한 편차와 대기치 RCSO의 편차로 하고 있다.

실시예 10의 온도 제어부(204)에 있어서의 블레이드 패스 온도 제어부는, 입구 안내 날개(22)의 개방도의 변화율을 산출하여 그 변화율에 따른 보정량을 산출하고, 온도 조절 설정 EXREF에 근거하여 생성한 블레이드 패스 온도 설정치 BPCSO를 보정하는 선행 신호 생성부(500)를 부가한 점에 특징이 있다.

선행 신호 생성부(500)는, 1차 지연 필터(502, 503), 감산기(504), 함수기(FX18)(505), 함수기(FX17)(501), 승산기(506) 및 레이트 리미터(507)를 구비한 구성이다. 1차 지연 필터는, 1개이더라도 3개이더라도 좋다. 감산기(504), 1차 지연 필터(502, 503)는, 변화율을 산출하는 것이고, 변화율을 검출하는 구조이면, 이 구성으로 한정하는 것은 아니다.

선행 신호 생성부(500)에서는, 우선, 감산기(504)에 의해 IGV 개방도 지령치를 1차 지연 필터(502, 503)에서 지연한 신호와 지연하고 있지 않은 신호의 편차를 구하고, 이 편차를 IGV 개방도 지령치의 변화율(의사 미분치)로서 얻는다. 그리고, 함수기(FX18)(505)에 있어서, 이 IGV 개방도 지령치의 변화율의 크기(의사 미분치)에 따라 블레이드 패스 온도 설정치 BPCSO로의 보정량(선행 신호)을 설정한다.

또한, 함수기(FX17)(501)는, 선행 신호 생성부(500)의 작동 범위를 입구 안내 날개(22)의 개방도가 소정 범위에 있는 경우만으로 하는 것이고, 예컨대, 함수 FX17로서, IGV 개방도가 부분 부하시의 개방도 범위를 「1」로 하고, 전개시를 「0」으로 하는 함수를 사용하고, 이것을 승산기(506)로 곱하는 것에 의해, 가스 터빈(110)이 부분 부하로 운전되고 있는 상태에서만 선행 신호 생성부(500)에 의한 보정(선행 신호)을 유효로 할 수 있다.

또한, 레이트 리미터(507)는, 블레이드 패스 온도 설정치 BPCSO로의 보정량, 즉 선행 신호의 시간 변화율을 제한하는 것이고, 그 레이트 리미터(507)를 거친 보정량이 가산기(510)에 의해 가산되어, 블레이드 패스 온도 설정치 BPCSO로서 생성된다.

여기서, 레이트 리미터(507)와 가산기(510)의 사이에는, 운전 모드 설정부(175)가 마련되어 있다. 운전 모드 설정부(175)는, 조작부(163)에 있어서 설정된 가스 터빈(110)의 성능과 응답성의 비율에 근거하여, 레이트 리미터(507)로부터 출력되는 블레이드 패스 온도 설정치 BPCSO로의 보정량을 조정한다. 구체적으로, 운전 모드 설정부(175)에는, 레이트 리미터(507)로부터 출력되는 보정량이 응답성 중시 모드 설정치로서 입력된다. 또한, 운전 모드 설정부(175)에는, 보정량이 「0」이 되는 성능 중시 모드 설정치가 입력된다. 그리고, 운전 모드 설정부(175)에는, 조작부(163)에 있어서 설정된 운전 모드 지표치가 입력된다.

운전 모드 설정부(175)는, 이들 입력에 근거하여, 가산기(510)에 출력하는 보정량을 조정한다. 운전 모드 설정부(175)는, 예컨대, 가스 터빈(110)의 성능이 100%인 경우, 레이트 리미터(507)로부터 출력되는 보정량의 비율을 0%로 하여, 성능 중시 모드 설정치인 보정량 「0」을, 가산기(510)를 향하여 출력한다. 한편, 운전 모드 설정부(175)는, 예컨대, 가스 터빈(110)의 응답성이 100%인 경우, 레이트 리미터(507)로부터 출력되는 보정량의 비율을 100%로 하여, 레이트 리미터(507)로부터 출력되는 보정량을, 가산기(510)를 향하여 그대로 출력한다.

이와 같이, 실시예 10에서는, 가스 터빈(110)의 응답성을 중시하는 경우, 선행 신호 생성부(500)에 의해, 입구 안내 날개(22)의 개방도의 변화율을 산출하여 그 변화율에 따른 보정량을 산출하고, 블레이드 패스 온도 설정치 BPCSO에 직접 보정량(선행 신호)을 가산하여 보정하므로, 블레이드 패스 온도 설정치 BPCSO의 움직임을 직접적으로 선행시켜, 보다 추종성을 빠르게 하여, 온도 설정의 놓침을 과도적으로 빠르게 할 수 있고, 계통 주파수의 변동이나 부하 증가시에 대한 부하 즉응성을 향상시킬 수 있다. 또, 가스 터빈(110)의 성능을 중시하는 경우에는, 선행 신호 생성부(500)에 의한 블레이드 패스 온도 설정치 BPCSO의 보정을 실행하지 않는다.

실시예 11

다음으로, 도 30을 참조하여, 실시예 11과 관련되는 제어 장치에 대하여 설명한다. 도 30은 실시예 11과 관련되는 IGV 제어 플래그 생성부의 구성도이다. 또, 실시예 11에서도, 중복된 기재를 피하기 위해, 실시예 6 내지 10과 상이한 부분에 대하여 설명하고, 실시예 6 내지 10과 마찬가지의 구성인 부분에 대해서는, 동일한 부호를 붙여서 설명한다. 또, 가스 터빈(110)의 제어 장치의 전체 구성은 상술한 실시예 7과 마찬가지이고, 각 구성 요소의 설명을 생략한다.

도 30에 나타내는 바와 같이, 실시예 11과 관련되는 IGV 제어 플래그 생성부(205)는, 실시예 7과 마찬가지로, 계통 주파수가 소정 임계치 α 이하 또는 가스 터빈(110)의 출력 증가가 요구된 경우에, IGV 선행 개방 플래그를 유효로 하지만, OR 게이트(208)의 출력에 오프 딜레이(209)가 부가된 구성으로 되어 있다.

이 오프 딜레이(209)에 의해, IGV 선행 개방 플래그가 유효로부터 무효로 전환될 때, 일정한 지연을 갖게 하여 IGV 선행 개방 플래그를 무효로 할 수 있다. 또, 오프 딜레이(209)에 의한 지연 시간은, 예컨대 보일러 시정수 정도이고, 예컨대 5분 내지 10분이다.

여기서, 계통 주파수가 변동하고 있지 않은 경우에도, 부하 상승시에는 증기 터빈의 출력(ST 출력)의 지연과, 발전기(15) 출력의 온도 조절 운전에 의한 상한으로부터, GTCC(가스 터빈 컴바인드 사이클)에서는 부하 상승시에 고부하에 있어서 부하 즉응성(추종성)이 나쁜 상황으로 되어 있었다. 이 때문에, 입구 안내 날개(22)를 IGV 선행 개방 플래그로 일정량 개방 동작시킴으로써 부하 추종성을 높였지만, 조건(소망 부하 도달)이 성립하면 즉시 폐쇄 동작되어, 입구 안내 날개(22)의 개폐 동작이 빈번하게 발생함으로써, 성능 및 부품 수명의 관점으로부터 빈번하게 발생하는 것을 방지할 필요가 있다.

그래서, 실시예 11에서는, IGV 제어 플래그 생성부(205)에 오프 딜레이(209)를 부가하는 것에 의해, 부하 상승 중에 주파수 정신호(定信號) 또는 출력 증가 요구 신호가 오프가 된 후에도 일정 기간, IGV 선행 개방 플래그가 유효하게 유지된다. 이것에 의해, 성능 및 부품 수명의 관점으로부터, 입구 안내 날개(22)의 개폐 동작이 빈번하게 발생하는 것을 방지할 수 있다.

실시예 12

다음으로, 도 31을 참조하여, 실시예 12와 관련되는 제어 장치에 대하여 설명한다. 도 31은 실시예 12와 관련되는 연료 제어부의 구성도이다. 또, 실시예 12에서도, 중복된 기재를 피하기 위해, 실시예 6 내지 11과 상이한 부분에 대하여 설명하고, 실시예 6 내지 11과 마찬가지의 구성인 부분에 대해서는, 동일한 부호를 붙여서 설명한다. 또, 가스 터빈(110)의 제어 장치의 전체 구성은 상술한 실시예 7 내지 11과 마찬가지이고, 각 구성 요소의 설명을 생략한다.

도 31에 나타내는 바와 같이, 실시예 12의 제어 장치에 있어서의 연료 제어부(202)는, IGV 선행 개방 플래그가 유효로 된 경우에, 입구 안내 날개(22)의 개방도에 따라 연료 유량을 증가시킨다.

연료 제어부(202)는, 저치 선택부(730)로부터 출력된 CSO를 보정하는 CSO 보정부(731)를 구비한다.

저치 선택부(730)는, 일례로서, 거버너 설정치 GVCSO, 로드 리미트 설정치 LDCSO, 블레이드 패스 온도 설정치 BPCSO, 배기 가스 온도 설정치 EXCSO가 입력되고, 이 중에서 최소의 CSO를 출력한다.

CSO 보정부(731)는, 신호 발생기(SG1)(217), 신호 발생기(SG2)(218)와, 신호 전환기(219)와, 레이트 리미터(220)와, 보정 함수기(FX20)(736)와, 가산기(737)와, 운전 모드 설정부(175)를 구비하고 있다.

신호 발생기(SG1)(217)는, 예컨대 0이 되는 제 1 신호를 발생시키고, 신호 발생기(SG2)(218)는, 소정치를 나타내는 제 2 신호를 발생시키고, 신호 전환기(219)는, 신호 발생기(SG1)(217)와 신호 발생기(SG2)(218)를 IGV 선행 개방 플래그가 유효인지 무효인지에 따라 전환한다. 레이트 리미터(220)는, 신호 전환기(219)로부터의 신호의 시간 변화율을 제한하고, 보정 함수기(FX20)(736)는, IGV 선행 개방 플래그로 설정된 공기 유량의 증가에 따른 연료 유량(CSO)의 보정치를 산출한다. 가산기(737)는, 저치 선택부(730)로부터 출력된 CSO에 보정 함수기(FX20)(736)로부터 출력된 보정치를 가산하고, 보정 후의 CSO로서 출력한다.

이와 같은 구성에 의해, IGV 선행 개방 플래그가 무효인 경우에는, 신호 전환기(219)에 의해 신호 발생기(SG1)(217)의 제 1 신호가 선택되고, 제 1 신호에 따른 보정치가 저치 선택부(730)로부터 출력된 CSO에 가산된다. 이때, 제 1 신호는 「0」으로 설정되어 있으므로, IGV 선행 개방 플래그가 무효인 경우에는, 저치 선택부(730)에 의해 선택된 CSO가 보정 후의 CSO로서 그대로 출력된다.

한편, IGV 선행 개방 플래그가 유효인 경우에는, 신호 전환기(219)에 의해 신호 발생기(SG2)(218)의 제 2 신호가 선택되고, 제 2 신호에 따른 보정치가 저치 선택부(730)로부터 출력된 CSO에 가산된다. 이것에 의해, IGV 선행 개방 플래그가 유효인 경우에는, 저치 선택부(730)에 의해 선택된 CSO에 보정치가 가산되어, 보정 후의 CSO로서 출력된다. 이것에 의해, IGV 선행 개방 플래그가 유효로 된 경우에, 연소기(12)에 공급되는 연료 유량이 증가한다.

여기서, 레이트 리미터(220)와 보정 함수기(736)의 사이에는, 운전 모드 설정부(175)가 마련되어 있다. 운전 모드 설정부(175)는, 조작부(163)에 있어서 설정된 가스 터빈(110)의 성능과 응답성의 비율에 근거하여, 레이트 리미터(220)로부터 출력되는 IGV 개방도를 조정한다. 구체적으로, 운전 모드 설정부(175)에는, 레이트 리미터(220)로부터 출력되는 IGV 개방도가 응답성 중시 모드 설정치로서 입력된다. 또한, 운전 모드 설정부(175)에는, IGV 개방도가 「0」이 되는 성능 중시 모드 설정치가 입력된다. 그리고, 운전 모드 설정부(175)에는, 조작부(163)에 있어서 설정된 운전 모드 지표치가 입력된다.

운전 모드 설정부(175)는, 이들 입력에 근거하여, 보정 함수기(736)에 출력하는 IGV 개방도를 조정한다. 운전 모드 설정부(175)는, 예컨대, 가스 터빈(110)의 성능이 100%인 경우, 레이트 리미터(220)로부터 출력되는 IGV 개방도의 비율을 0%로 하여, 성능 중시 모드 설정치인 IGV 개방도 「0」을, 보정 함수기(736)를 향하여 출력한다. 한편, 운전 모드 설정부(175)는, 예컨대, 가스 터빈(110)의 응답성이 100%인 경우, 레이트 리미터(220)로부터 출력되는 IGV 개방도의 비율을 100%로 하여, 레이트 리미터(220)로부터 출력되는 IGV 개방도를, 보정 함수기(736)를 향하여 그대로 출력한다.

또, 대기치 RCSO는, 가산기(737)로부터 출력된 CSO에 신호 발생기(SG32)(738)로부터 출력되는 값이 가산기(739)에 의해 가산되어, 신호 발생기(SG33)(740)로부터 출력되는 변화율(저하 레이트)에 의한 레이트 리미터(741)를 거쳐서 산출된다.

입구 안내 날개(22)가 전체 개방이 아닌 경우에 부하를 증가시키는 경우, 부하 추종성을 향상시키기 위해, 입구 안내 날개(22)의 개방도를 통상보다 열릴 기미로 하는 것에 의해, 터빈 입구 온도가 과도하게 저하하는 것이 우려된다. 실시예 12와 관련되는 가스 터빈(110)의 제어 장치에서는, 입구 안내 날개(22)의 개방도가 열릴 기미가 되는 것에 의한 공기 유량의 증가에 따라 연료 유량을 증가시킬 수 있으므로, 터빈 입구 온도의 과도한 저하를 막을 수 있다.

실시예 13

다음으로, 도 32를 참조하여, 실시예 13과 관련되는 제어 장치에 대하여 설명한다. 도 32는 실시예 13과 관련되는 제어 장치에 있어서 이용되는 가스 터빈의 부하에 따라 배기 가스 온도가 변화하는 온도 조절선을 나타내는 그래프이다. 또, 실시예 13에서도, 중복된 기재를 피하기 위해, 실시예 6 내지 12와 상이한 부분에 대하여 설명하고, 실시예 6 내지 12와 마찬가지의 구성인 부분에 대해서는, 동일한 부호를 붙여서 설명한다.

도 32에 나타내는 바와 같이, 실시예 13의 제어 장치에 있어서의 제어부(161)는, 도 32에 나타내는 정격 온도 조절선 T1, 선행 설정선 T2 및 한계 온도 조절선 T3을 이용하여, 온도 조절 제어를 행하고 있다. 도 32의 그래프는, 그 가로축이, 가스 터빈 부하로 되어 있고, 그 세로축이, 배기 가스 온도로 되어 있다. 또, 정격 온도 조절선 T1, 선행 설정선 T2 및 한계 온도 조절선 T3은, 배기 가스 온도와 압축기(11)의 압력비로 규정되는 함수로 되어 있다. 이 때문에, 제어부(161)는, 차실 압력계(151)의 계측 결과에 근거하여, 압축기(11)의 압력비를 도출하고, 도출된 압력비로부터, 정격 온도 조절선 T1, 선행 설정선 T2 및 한계 온도 조절선 T3에 근거하여, 배기 가스 온도(후술하는 정격 배기 가스 온도, 선행 배기 가스 온도 및 한계 배기 가스 온도)를 도출한다.

도 32에 나타내는 바와 같이, 정격 온도 조절선 T1, 선행 설정선 T2 및 한계 온도 조절선 T3은, 가스 터빈 부하(보다 구체적으로는, 압력비)가 커짐에 따라 배기 가스 온도가 저하하는 라인으로 되어 있다. 이하, 정격 온도 조절선 T1, 선행 설정선 T2 및 한계 온도 조절선 T3에 대하여 구체적으로 설명한다.

정격 온도 조절선 T1은, 소정의 가스 터빈 부하에 있어서의 가스 터빈(110)의 성능이 정격 성능이 되도록, 가스 터빈 부하에 따른 정격 배기 가스 온도로 설정되어 있다. 이때, 정격 온도 조절선 T1의 정격 배기 가스 온도는, 터빈 입구 온도가 미리 설정된 상한 온도를 넘지 않는 배기 가스 온도로 되어 있다. 또, 정격 성능이란, 발전기(15)로부터 가스 터빈(110)에 소정의 부하가 주어졌을 때에, 가스 터빈(110)의 운전 효율이 최적이 되는 성능이다. 이 정격 온도 조절선 T1은, 부분 부하 운전 또는 전체 부하 운전의 정정시에 있어서, 배기 가스 온도계(154)에 의해 계측된 배기 가스 온도(배기 가스 계측 온도)가, 정격 온도 조절선 T1의 정격 배기 가스 온도가 되는 라인으로 되어 있다. 다시 말해, 제어부(161)는, 배기 가스 계측 온도가, 정격 배기 가스 온도가 되도록, 가스 터빈(110)의 운전을 피드백 제어(예컨대, PI 제어)하고 있다.

여기서, 도 32에는, 입구 안내 날개(22)가 정격 개방도가 되는 IGV 정격 각도 라인 L1이 도시되어 있다. 이 때문에, 정격 온도 조절선 T1과 IGV 정격 각도 라인 L1이 교차하는 교차점에 있어서의 가스 터빈 부하가, 가스 터빈(110)의 전체 부하가 되는 교차점(정격점 P)이고, 또한, 정격점 P의 가스 터빈 부하에 따른 가스 터빈 출력이, 가스 터빈(110)의 정격 출력으로 되어 있다.

선행 설정선 T2는, 소정의 가스 터빈 부하에 있어서의 배기 가스 온도가, 정격 배기 가스 온도보다 선행하여 낮아지는 선행 배기 가스 온도로 설정하기 위한 라인이다. 이 때문에, 소정의 가스 터빈 부하에 있어서의 선행 배기 가스 온도는, 정격 배기 가스 온도보다 낮게 되어 있다. 구체적으로, 이 선행 설정선 T2는, 정격 온도 조절선 T1에 선행하여 입구 안내 날개(22)의 개방도를 크게 하기 위한 라인으로 되어 있다. 이 때문에, 제어부(161)는, 선행 설정선 T2상을 따라 가스 터빈(110)의 운전 제어점을 변화시키면, 정격 온도 조절선 T1에 근거하여 설정되는 입구 안내 날개(22)의 개방도보다 큰 개방도가 되도록, 입구 안내 날개(22)를 제어한다.

한계 온도 조절선 T3은, 소정의 가스 터빈 부하에 있어서의 배기 가스 온도가, 한계 배기 가스 온도를 넘지 않는 라인으로 되어 있다. 다시 말해, 소정의 가스 터빈 부하에 있어서의 한계 배기 가스 온도는, 정격 배기 가스 온도보다 높게 되어 있고, 터빈 입구 온도가 상한 온도를 넘더라도(오버슈트하더라도) 허용 가능한 배기 가스 온도로 설정되어 있다. 이 때문에, 제어부(161)는, 배기 가스 온도계(154)에 의해 계측된 배기 가스 온도(배기 가스 계측 온도)가, 한계 배기 가스 온도를 넘지 않도록, 가스 터빈(110)의 운전을 제어한다. 또, 한계 온도 조절선 T3은, 전체 부하 운전시에 있어서, 그 한계 배기 가스 온도가, 정격 온도 조절선 T1의 정격 배기 가스 온도와 일치하는 라인이 된다.

또한, 도 32에는, 배기 가스 온도의 제한치가 되는 배기 가스 온도 제한 라인 L2가 도시되어 있다. 배기 가스 온도 제한 라인 L2는, 터빈(13)의 배기측에 배치되는 부재가 열 부하에 견딜 수 있는 것이 가능한 온도로 되어 있다. 제어부(161)는, 배기 가스 온도 제한 라인 L2에 걸리지 않도록, 가스 터빈(110)의 운전을 제어한다.

여기서, 운전 모드 설정부(175)는, 운전 모드 지표치에 근거하여, 선행 설정선 T2의 선행 배기 가스 온도가 설정되어 있다. 구체적으로, 운전 모드 설정부(175)는, 선행 설정선 T2의 선행 배기 가스 온도를 설정하는 경우, 정격 온도 조절선 T1의 정격 배기 가스 온도가 성능 중시 모드 설정치로서 입력되고, 선행 설정선 T2의 선행 배기 가스 온도가 응답성 중시 모드 설정치로서 입력된다. 그리고, 운전 모드 설정부(175)에는, 조작부(163)에 있어서 설정된 운전 모드 지표치가 입력된다.

운전 모드 설정부(175)는, 이들 입력에 근거하여, 선행 설정선 T2의 선행 배기 가스 온도를 조정한다. 운전 모드 설정부(175)는, 예컨대, 가스 터빈(110)의 성능이 100%인 경우, 성능 중시 모드 설정치인 정격 배기 가스 온도를, 선행 설정선 T2의 선행 배기 가스 온도로서 설정한다. 다시 말해, 운전 모드 설정부(175)는, 가스 터빈(110)의 성능이 100%인 경우, 선행 설정선 T2를 정격 온도 조절선 T1에 따르게 하여 설정한다. 한편, 운전 모드 설정부(175)는, 예컨대, 가스 터빈(110)의 응답성이 100%인 경우, 응답성 중시 모드 설정치인 선행 배기 가스 온도를, 선행 설정선 T2의 선행 배기 가스 온도로서 설정한다. 다시 말해, 운전 모드 설정부(175)는, 가스 터빈(110)의 응답성이 100%인 경우, 선행 설정선 T2를 그대로의 상태로 한다.

이상과 같이, 실시예 13에서는, 가스 터빈(110)의 응답성이 중시되는 경우, 선행 설정선 T2를 그대로의 상태로 하는 한편, 가스 터빈(110)의 성능이 중시되는 경우, 선행 설정선 T2를 정격 온도 조절선 T1에 따르게 할 수 있다.

또, 실시예 13에 있어서, 한계 온도 조절선 T3의 한계 배기 가스 온도는, 선행 설정선 T2와 마찬가지로, 운전 모드 지표치에 근거하여 설정하더라도 좋다. 다시 말해, 운전 모드 설정부(175)는, 정격 온도 조절선 T1의 정격 배기 가스 온도가 성능 중시 모드 설정치로서 입력되고, 한계 온도 조절선 T3의 한계 배기 가스 온도가 응답성 중시 모드 설정치로서 입력된다. 그리고, 운전 모드 설정부(175)에는, 조작부(163)에 있어서 설정된 운전 모드 지표치가 입력된다.

운전 모드 설정부(175)는, 이들 입력에 근거하여, 한계 온도 조절선 T3의 한계 배기 가스 온도를 조정한다. 운전 모드 설정부(175)는, 예컨대, 가스 터빈(110)의 성능이 100%인 경우, 성능 중시 모드 설정치인 정격 배기 가스 온도를, 한계 온도 조절선 T3의 한계 배기 가스 온도로서 설정한다. 다시 말해, 운전 모드 설정부(175)는, 가스 터빈(110)의 성능이 100%인 경우, 한계 온도 조절선 T3을 정격 온도 조절선 T1에 따르게 하여 설정한다. 한편, 운전 모드 설정부(175)는, 예컨대, 가스 터빈(110)의 응답성이 100%인 경우, 응답성 중시 모드 설정치인 한계 배기 가스 온도를, 한계 온도 조절선 T3의 한계 배기 가스 온도로서 설정한다. 다시 말해, 운전 모드 설정부(175)는, 가스 터빈(110)의 응답성이 100%인 경우, 한계 온도 조절선 T3을 그대로의 상태로 한다.

실시예 14

다음으로, 도 33을 참조하여, 실시예 14와 관련되는 제어 장치에 대하여 설명한다. 도 33은 실시예 14와 관련되는 제어 장치의 IGV 제어부의 구성도이다. 또, 실시예 14에서도, 중복된 기재를 피하기 위해, 실시예 6 내지 13과 상이한 부분에 대하여 설명하고, 실시예 6 내지 13과 마찬가지의 구성인 부분에 대해서는, 동일한 부호를 붙여서 설명한다.

도 33에 나타내는 바와 같이, 실시예 14의 제어 장치에 있어서의 IGV 제어부(203)는, 감산기(971)와, PI 제어기(972)와, 제어기(973)와, 가산기(974)와, 운전 모드 설정부(175)를 포함하는 구성으로 되어 있다. IGV 제어부(203)에는, 가스 터빈 출력과, 출력 디맨드와, 배기 가스 계측 온도가 입력된다. 또, IGV 제어부(203)에는, 흡기 온도 및 차실 압력도 입력되고, 이 입력치에 따라 입구 안내 날개(22)의 개방도가 제어되지만, 이하에서는, 설명을 간단하게 하기 위해, 흡기 온도 및 차실 압력에 관한 설명은 생략한다. 또, 가스 터빈 출력은, 가스 터빈(110)의 실제 출력치이다. 또한, 출력 디맨드는, 가스 터빈(110)의 부하에 따라 요구되는 가스 터빈(110)의 요구 출력치이다.

감산기(971)는, 배기 가스 계측 온도와, 온도 조절선의 상한 온도의 편차 Δ를 생성하고, 생성한 편차 Δ를, PI 제어기(972)에 출력한다. PI 제어기(972)는, 편차 Δ가 제로가 되는, IGV 개방도 지령치를 생성한다. 운전 모드 설정부(175)는, 가스 터빈 출력이 성능 중시 모드 설정치로서 입력되고, 출력 디맨드가 응답성 중시 모드 설정치로서 입력된다. 그리고, 운전 모드 설정부(175)에는, 조작부(163)에 있어서 설정된 운전 모드 지표치가 입력된다.

운전 모드 설정부(175)는, 이들 입력에 근거하여, 제어기(973)를 향하여 출력하는 가스 터빈(110)의 출력치를 조정한다. 운전 모드 설정부(175)는, 예컨대, 가스 터빈(110)의 성능이 100%인 경우, 성능 중시 모드 설정치인 가스 터빈 출력을, 가스 터빈(110)의 출력치로서 설정한다. 한편, 운전 모드 설정부(175)는, 예컨대, 가스 터빈(110)의 응답성이 100%인 경우, 응답성 중시 모드 설정치인 출력 디맨드를, 가스 터빈(110)의 출력치로서 설정한다.

제어기(973)는, 가스 터빈(110)의 출력치와 IGV 개방도를 대응시킨 함수에 근거하여, 입력된 가스 터빈(110)의 출력치로부터, IGV 개방도 지령치를 생성한다. 가산기(974)는, PI 제어기(972)로 생성된 IGV 개방도 지령치와, 제어기(973)로 생성된 IGV 개방도 지령치를 가산하여, IGV 작동부(22b)에 출력한다.

이 때문에, 제어 장치는, 가스 터빈(110)의 응답성을 중시하는 경우, 출력 디맨드에 근거하여 IGV 제어부(203)에 의해 입구 안내 날개(22)의 개방도를 제어할 수 있기 때문에, 출력 디맨드에 근거하는 IGV 제어를, 가스 터빈 출력에 근거하는 IGV 제어에 비하여, 선행하여 제어할 수 있다. 또한, 제어 장치는, 가스 터빈(110)의 성능을 중시하는 경우, 가스 터빈 출력에 근거하여 IGV 제어부(203)에 의해 입구 안내 날개(22)의 개방도를 제어할 수 있기 때문에, 가스 터빈 출력에 근거하는 IGV 제어를 실행할 수 있다. 다시 말해, 가스 터빈 출력은, 실제 출력치이기 때문에, 가스 터빈 출력에 근거하는 IGV 제어에서는, 연료의 연소 후에, 입구 안내 날개(22)의 개방도가 제어되기 때문에, 연공비가 높게 추이한다. 한편, 출력 디맨드에 근거하는 IGV 제어에서는, 연료의 연소 전에, 입구 안내 날개(22)의 개방도가 제어되기 때문에, 연공비를 낮게 추이시킬 수 있다.

이상과 같이, 실시예 14에서는, 가스 터빈(110)의 응답성이 중시되는 경우, 제어 장치는, 출력 디맨드에 근거하여 IGV 제어부(203)를 실행함으로써, 연공비를 낮게 추이시킬 수 있고, 터빈 입구 온도를 저하시킬 수 있다. 한편, 가스 터빈(110)의 성능이 중시되는 경우, 제어 장치는, 가스 터빈 출력에 근거하여 IGV 제어부(203)를 실행함으로써, 연공비를 높게 추이시킬 수 있고, 터빈 입구 온도를 상승시킬 수 있다.

또, 실시예 6 내지 14에서는, 발전을 행하는 가스 터빈(110)에 적용했지만, 항공기 등의 가스 엔진에 적용하더라도 좋고, 특별히 한정되지 않는다.

1 : 가스 터빈
11 : 압축기
12 : 연소기
13 : 터빈
14 : 제어 장치
15 : 발전기
18 : 로터
22 : 입구 안내 날개
22a : 날개 본체
22b : IGV 작동부
34 : 연료 공급 라인
35 : 연료 조정 밸브
51 : 압력계
52 : 배기 가스 온도계
52a : 블레이드 패스 온도계
52b : 배기부 온도계
110 : 가스 터빈
151 : 차실 압력계
152 : 흡기 상태 검출기
153 : 블레이드 패스 온도계
154 : 배기 가스 온도계
161 : 제어부
162 : 기억부
163 : 조작부
171 : 운전 설정 데이터
172 : 운전 제어 파라미터
174a : 운전 모드 조작 바
174b : 운전 모드 설정 입력 항목
175 : 운전 모드 설정부
181 : 제 1 승산기
182 : 제 2 승산기
183 : 제 3 승산기
184 : 제 4 승산기
185 : 감산기
186 : 가산기
200 : 제어 장치
202 : 연료 제어부
203 : IGV 제어부
204 : 온도 제어부
205 : IGV 제어 플래그 생성부
208 : OR 게이트
209 : 오프 딜레이
211 : 승산기
212 : 테이블 함수기(FX1)
213 : 리미터
214 : 보정 함수기(FX2)
215 : 제한 함수기(FX3)
216 : 가산기
217 : 신호 발생기(SG1)
218 : 신호 발생기(SG2)
219 : 신호 전환기
220 : 레이트 리미터
221 : 변화율 제한기
223 : 신호 발생기(SG3)
224 : 신호 발생기(SG4)
225 : 신호 전환기
300 : 선행 신호 생성부
301 : 함수기(FX15)
302, 303 : 1차 지연 필터
304 : 감산기
305 : 함수기(FX16)
306 : 승산기
307 : 레이트 리미터
310 : 가산기
331 : 함수기(FX11)
401 : 신호 발생기(SG15)
402 : 가산기
403 : 신호 발생기(SG16)
404 : 저치 선택기
405 : 감산기
406 : 감산기
407 : PI 제어
408 : 신호 발생기(SG17)
409 : 신호 발생기(SG18)
410 : 신호 전환기
411 : 신호 발생기(SG19)
412 : 신호 발생기(SG20)
413 : 신호 전환기
500 : 선행 신호 생성부
501 : 함수기(FX17)
502, 503 : 1차 지연 필터
504 : 감산기
505 : 함수기(FX18)
506 : 승산기
507 : 레이트 리미터
510 : 가산기
730 : 저치 선택부
731 : CSO 보정부
736 : 보정 함수기(FX20)
737 : 가산기
738 : 신호 발생기(SG32)
739 : 가산기
740 : 신호 발생기(SG33)
741 : 레이트 리미터
971 : 감산기
972 : PI 제어기
973 : 제어기
974 : 가산기
A : 공기
F : 연료
A1 : 압축 공기
T1 : 정격 온도 조절선
T2 : 선행 설정선
T3 : 한계 온도 조절선
L1 : IGV 정격 각도 라인
L2 : 배기 가스 온도 제한 라인
P : 정격점
θ1 : IGV 개방도
θ2 : IGV 개방도