特許 5986174 始動時のガスタービンの制御方法および制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5986174

(24)【登録日】2016年8月12日

(45)【発行日】2016年9月6日

(54)【発明の名称】始動時のガスタービンの制御方法および制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02C 7/26 20060101AFI20160823BHJP

   F02C 7/00 20060101ALI20160823BHJP

   F02C 9/00 20060101ALI20160823BHJP

   F02C 9/46 20060101ALI20160823BHJP

【ＦＩ】

   F02C7/26 A

   F02C7/00 A

   F02C9/00 B

   F02C9/00 Z

   F02C9/46

【請求項の数】16

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-238661(P2014-238661)

(22)【出願日】2014年11月26日

(65)【公開番号】特開2015-137647(P2015-137647A)

(43)【公開日】2015年7月30日

【審査請求日】2014年11月26日

(31)【優先権主張番号】10-2014-0009020

(32)【優先日】2014年1月24日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】507002918

【氏名又は名称】ドゥサン ヘヴィー インダストリーズ アンド コンストラクション カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】ナム、サム シク

(72)【発明者】

【氏名】パク、ジュン チェル

(72)【発明者】

【氏名】パク、ジョン スン

【審査官】 瀬戸 康平

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０２２７９５９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開昭５５−０１２２５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−０１５６３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２８７４８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−００３４７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２７８５６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２１４１８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５２１２９４３（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｃ ７／００， ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガスタービンの回転数を測定するステップと、
測定された前記回転数に応じて前記ガスタービンの目標加速率を決定するステップと、
測定された前記回転数に基づいて前記ガスタービンの現在加速率を算定するステップと、
前記現在加速率と前記目標加速率との差によって前記ガスタービンに供給される燃料流量を、予め格納された最大燃料流量と最小燃料流量との間で決定するステップと、
決定された前記燃料流量によって燃料を供給するステップと
排気ガス温度をモニタリングするステップと、
を含み、
前記排気ガス温度をモニタリングするステップは、
前記排気ガス温度を測定するステップと、
測定された前記排気ガス温度が予め設定された上限警告値を超えていなければ、モニタリングを終了し、前記ガスタービンの回転数測定ステップに戻るステップと、
測定された前記排気ガス温度が前記上限警告値を超え、かつ予め設定された上限危険値を超えていなければ、前記ガスタービンに供給される前記燃料流量を維持させた状態で、前記排気ガス温度を測定するステップに戻るステップと、
測定された前記排気ガス温度が前記上限危険値を超えると、前記ガスタービンを非常停止させるステップと、
を含む始動時のガスタービンの制御方法。

【請求項2】

前記排気ガス温度をモニタリングするステップは、
測定された前記排気ガス温度が予め設定された下限危険値に達していなければ、前記ガスタービンを非常停止させるステップを含む請求項１に記載の始動時のガスタービンの制御方法。

【請求項3】

ガスタービンの回転数を測定するステップと、
測定された前記回転数に応じて前記ガスタービンの目標加速率を決定するステップと、
測定された前記回転数に基づいて前記ガスタービンの現在加速率を算定するステップと、
前記現在加速率と前記目標加速率との差によって前記ガスタービンに供給される燃料流量を、予め格納された最大燃料流量と最小燃料流量との間で決定するステップと、
決定された前記燃料流量によって燃料を供給するステップと
排気ガス温度をモニタリングするステップと、
を含み、
前記排気ガス温度をモニタリングするステップは、
決定された前記燃料流量から期待される排気ガスの期待温度を算定するステップと、
前記排気ガス温度を測定するステップと、
算定された前記期待温度と測定された前記排気ガス温度との差が予め設定された基準値を超えると、ガスタービンを非常停止させ、超えていなければ、前記ガスタービンの回転数測定ステップに戻るステップと、
を含む始動時のガスタービンの制御方法。

【請求項4】

前記期待温度を算定するステップでは、
一軸が燃料流量で、かつ他軸が排気ガスの期待温度であるグラフ、または前記燃料流量と前記期待温度に関するテーブルから前記期待温度を決定する請求項３に記載の始動時のガスタービンの制御方法。

【請求項5】

前記目標加速率を決定するステップでは、
一軸がガスタービンの回転数で、かつ他軸が目標加速率であるグラフ、または前記回転数と前記目標加速率に関するテーブルから前記目標加速率を決定する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の始動時のガスタービンの制御方法。

【請求項6】

前記燃料流量を決定するステップでは、
ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御により前記燃料流量を決定する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の始動時のガスタービンの制御方法。

【請求項7】

前記燃料流量を決定するステップでは、
前記目標加速率より前記現在加速率が小さければ、前記燃料流量を増加させる請求項６に記載の始動時のガスタービンの制御方法。

【請求項8】

ガスタービンの回転数を測定する回転感知部と、
前記ガスタービンに適用する目標加速率データを格納する格納部と、
前記目標加速率データと測定された前記回転数から始動中の前記ガスタービンに供給する燃料流量を予め格納された最大燃料流量と最小燃料流量との間で決定し、決定された流量で燃料を供給する制御部と、
前記ガスタービンの排気ガス温度を測定する排気温度測定部と、
を備え、
前記制御部は、
測定された前記排気ガス温度が予め格納された上限警告値を超え、かつ予め格納された上限危険値を超えていなければ、前記ガスタービンに供給される燃料流量を維持させ、
測定された前記排気ガス温度が予め格納された上限危険値を超えると、前記ガスタービンを非常停止させるガスタービンの制御装置。

【請求項9】

前記制御部は、
測定された前記排気ガス温度が予め格納された下限危険値に達していなければ、前記ガスタービンを非常停止させる請求項８に記載のガスタービンの制御装置。

【請求項10】

ガスタービンの回転数を測定する回転感知部と、
前記ガスタービンに適用する目標加速率データを格納する格納部と、
前記目標加速率データと測定された前記回転数から始動中の前記ガスタービンに供給する燃料流量を予め格納された最大燃料流量と最小燃料流量との間で決定し、決定された流量で燃料を供給する制御部と、
前記ガスタービンの排気ガス温度を測定する排気温度測定部と、
を備え、
前記制御部は、始動中にモニタリングされる前記排気ガス温度によって前記ガスタービンを非常停止するか否かを決定し、
前記格納部は、
一軸が燃料流量で、かつ他軸が排気ガスの期待温度であるグラフ形式の期待温度データ、および前記燃料流量と前記期待温度に関するテーブル形式の期待温度データの少なくとも一方を格納するガスタービンの制御装置。

【請求項11】

前記制御部は、
少なくとも一方の前記期待温度データから、前記決定された燃料流量から期待される排気ガスの期待温度を算定し、前記算定された期待温度と前記測定された排気ガス温度との差が予め格納された基準値を超えると、ガスタービンを非常停止させる請求項１０に記載のガスタービンの制御装置。

【請求項12】

前記ガスタービンに供給される燃料の流量を調節する燃料流量調節部を備える請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載のガスタービンの制御装置。

【請求項13】

前記制御部は、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御により前記燃料流量を決定する請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載のガスタービンの制御装置。

【請求項14】

前記制御部は、
前記目標加速率データから現在時点の目標加速率を決定し、前記ガスタービンの回転数に応じた現在加速率を算出し、前記現在加速率と目標加速率との差によって前記燃料流量を決定する請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載のガスタービンの制御装置。

【請求項15】

前記目標加速率データは、
一軸がガスタービンの回転数で、かつ他軸が目標加速率であるグラフ形式のデータ、または前記回転数と前記目標加速率に関するテーブル形式のデータである請求項８から請求項１３のいずれか１項に記載のガスタービンの制御装置。

【請求項16】

前記制御部は、前記目標加速率より前記現在加速率が小さければ、前記燃料流量を増加させ、前記目標加速率より前記現在加速率が大きければ、前記燃料流量を減少させる請求項１４に記載のガスタービンの制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスタービンの始動運転を最適制御するための、始動時のガスタービンの制御方法およびその制御装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

燃料ガスを燃焼して発生する燃焼ガスでタービンを回転させて動力を生産するガスタービンは、発電機などに広く用いられている。

【0003】

ガスタービン発電機は、負荷装置に供給するための電力を発生する。それだけでなく、ガスタービン発電機の廃熱を暖房や温水の熱源として回収しやすいため、いわゆるコジェネレーションシステムに適した発電装置である。

【0004】

ガスタービン発電機を採用したコジェネレーションシステムは、大規模な発電所だけでなく、家庭などで利用される小型の発電機にも適用が可能である。ガスタービン発電機を採用したコジェネレーションシステムは、電力や廃熱が不要な時間帯が多いため、ガスタービン発電機の稼働停止が必要であり得る。

【0005】

ガスタービン発電機の原動機であるガスタービンは、停止時（冷間時）と発電時との間にその内部温度が大きく異なり、各部の温度上昇率も一定でない。したがって、始動から通常発電開始までの時間（すなわち、始動時間）が短すぎる場合、各部に加えられる急激な熱ストレスによってガスタービンの寿命が短くなる欠点がある。また、始動時間が長すぎる場合、給電命令に迅速に対応できなくなる欠点がある。したがって、運転状況に応じてガスタービン発電機を安定して稼働できる最適始動制御システムが要求される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】韓国公開特許第１０−２００７−０１０２８７７号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

始動時にガスタービンの回転数を所望の水準まで到達させられる始動時のガスタービンの制御方法を提供する。

【0008】

具体的には、始動時にガスタービンの始動時間に影響を与える大気圧力および大気温度などの運転条件にかかわらず、ＨａｎｇやＳｕｒｇｅのような不安定現象なく安定してガスタービンの回転数を目標とする水準まで到達させる。

【0009】

あるいは、始動時に迅速に内部温度を目標とする水準まで到達させられる始動時のガスタービンの制御方法を提供する。

【0010】

あるいは、始動時にガスタービンの過熱または消炎に備えることのできる始動時のガスタービンの制御方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の一側面によるガスタービンの回転速度を基準始動速度まで上昇させる始動時のガスタービンの制御方法は、ガスタービンの回転数を測定するステップと、測定された回転数に応じてガスタービンの目標加速率を決定するステップと、測定された回転数に基づいてガスタービンの現在加速率を算定するステップと、現在加速率と目標加速率との差によってガスタービンに供給される燃料流量を、予め格納された最大燃料流量と最小燃料流量との間で決定するステップと、決定された燃料流量によって燃料を供給するステップとを含む。

【0012】

ここで、燃料を供給するステップの後、排気ガス温度をモニタリングするステップをさらに含むことができる。

【0013】

ここで、目標加速率を決定するステップでは、一軸がガスタービンの回転数で、かつ他軸が目標加速率であるグラフ、または回転数と目標加速率に関するテーブルから目標加速率を決定することができる。

【0014】

ここで、燃料流量を決定するステップでは、目標加速率から現在加速率を引いた値と決定された燃料流量は、ｎ次（ｎ：正の実数）方程式の形態で比例することができる。

【0015】

ここで、排気ガス温度をモニタリングするステップは、ガスタービンの排気ガス温度を測定するステップと、測定された排気ガス温度が所定の上限警告値を超えていなければ、モニタリングを終了し、ガスタービンの回転数測定ステップに戻るステップと、測定された排気ガス温度が所定の上限警告値を超え、かつ所定の上限危険値を超えていなければ、ガスタービンに供給される燃料流量を維持させたまま、排気ガス温度を測定するステップに戻るステップと、測定された排気ガス温度が所定の上限警告値を超えると、ガスタービンを非常停止させるステップとを含むことができる。

【0016】

ここで、排気ガス温度をモニタリングするステップは、測定された排気ガス温度が所定の下限危険値に達していなければ、ガスタービンを非常停止させるステップを含むことができる。

【0017】

ここで、排気ガス温度をモニタリングするステップは、決定された燃料流量から期待される排気ガスの期待温度を算定するステップと、ガスタービンの排気ガス温度を測定するステップと、算定された期待温度と測定された排気ガス温度との差が所定の基準値を超えると、ガスタービンを非常停止させ、超えていなければ、ガスタービンの回転数測定ステップに戻るステップとを含むことができる。

【0018】

ここで、期待温度を算定するステップでは、一軸が燃料流量で、かつ他軸が排気ガスの期待温度であるグラフ、または燃料流量と期待温度に関するテーブルから期待温度を決定することができる。

【0019】

本発明の他の側面による始動時のガスタービンの制御装置は、ガスタービンの回転数を測定する回転感知部と、ガスタービンに適用する目標加速率データを格納する格納部と、目標加速率データと測定された回転数から始動中のガスタービンに供給する燃料流量を予め格納された最大燃料流量と最小燃料流量との間で決定し、決定された流量で燃料を供給する制御部とを含むことができる。また、ガスタービンに供給される燃料の流量を調節する燃料流量調節部を備えることができる。また、ガスタービンの排気ガス温度を測定する排気温度測定部を備え、制御部は、始動中にモニタリングされる排気ガス温度によってガスタービンを非常停止するか否かを決定することができる。

【0020】

ここで、制御部は、目標加速率データから現在時点の目標加速率を決定し、ガスタービンの回転数に応じた現在加速率を算出し、現在加速率と目標加速率との差によって燃料流量を決定することができる。

【0021】

ここで、目標加速率データは、一軸がガスタービンの回転数で、かつ他軸が目標加速率であるグラフ形式のデータ、または回転数と目標加速率に関するテーブル形式のデータであることができる。

【0022】

ここで、制御部は、測定された排気ガス温度が所定の上限警告値を超え、かつ所定の上限危険値を超えていなければ、ガスタービンに供給される燃料流量を維持させ、測定された排気ガス温度が所定の上限危険値を超えると、ガスタービンを非常停止させることができる。

【0023】

ここで、制御部は、測定された排気ガス温度が所定の下限危険値に達していなければ、ガスタービンを非常停止させることができる。

【0024】

ここで、格納部は、一軸が燃料流量で、かつ他軸が排気ガスの期待温度であるグラフ形式の期待温度データ、および燃料流量と期待温度に関するテーブル形式の期待温度データの少なくとも一方を格納することができる。

【0025】

ここで、制御部は、少なくとも一方の期待温度データから、決定された燃料流量から期待される排気ガスの期待温度を算定し、算定された期待温度と測定された排気ガス温度との差が予め格納された基準値を超えると、ガスタービンを非常停止させることができる。

【発明の効果】

【0026】

このような構成による始動時のガスタービンの制御方法を実施すれば、ガスタービンの始動時にガスタービンの回転数および／または内部温度を所望の水準まで到達させられる利点がある。

【0027】

具体的には、ガスタービンの始動時間に影響を与える大気圧力および大気温度などの運転条件にかかわらず、ハング（Ｈａｎｇ）やサージ（Ｓｕｒｇｅ）のような不安定現象なく安定してガスタービンを始動させることができる。したがって、高い始動信頼度を確保するだけでなく、ガスタービンの設計寿命を保障することができる利点がある。

【0028】

あるいは、始動時のガスタービンの制御方法は、ガスタービンの始動時にガスタービンの過熱または消炎に備えることができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本発明の一実施形態にかかる始動時のガスタービンの制御方法を示すフローチャートである。

【図2】図１の排気ガス温度モニタリングステップＳ２００の一実施形態を示すフローチャートである。

【図3】図１の排気ガス温度モニタリングステップＳ２００の他の実施形態を示すフローチャートである。

【図4】図１の排気ガス温度モニタリングステップＳ２００のさらに他の実施形態を示すフローチャートである。

【図5】本発明の一実施形態にかかるガスタービンの制御装置を示すブロック図である。

【図6】図５のガスタービンの制御装置の制御部においてＰＩＤ制御を行う過程を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

【0031】

下記の説明において、始動は、停止状態でガスタービンを動作させた後、ガスタービンの回転数、温度などの変数が安定化された値を有するまで、ガスタービンを加速させる過程を意味することができる。

【0032】

図１は、本発明の一実施形態にかかる始動時のガスタービンの制御方法を示すフローチャートである。

【0033】

図１に示されているように、本発明の一実施形態にかかる始動時のガスタービンの制御方法は、ガスタービンの回転速度を基準始動速度まで上昇させるガスタービンの制御方法であって、ガスタービンの回転数を測定するステップＳ１１０と、前記ガスタービンの回転数に応じて目標加速率を決定するステップＳ１２０と、現在加速率を算定するステップＳ１４０と、現在加速率と目標加速率との差によって燃料流量を決定するステップＳ１６０と、決定された流量で燃料を供給するステップＳ１８０とを含むことができる。

【0034】

また、前記Ｓ１８０ステップの後、排気ガス温度をモニタリングして、温度によって必要な措置を行うステップＳ２００をさらに含むことができる。

【0035】

Ｓ１１０ステップにおいて、ガスタービンの回転数は、予め設定された単位時間でのガスタービンの回転数（例：１分あたりの回転数、１秒あたりの回転数）を意味する。前記ガスタービンの回転数測定ステップＳ１１０では、ガスタービンのブレード軸に設けられた速度感知センサの感知値を単位時間の間にカウントする方式でガスタービンの回転数を測定することができる。

【0036】

ガスタービンの初期稼働中（すなわち、始動時）には、目標とするガスタービンの回転数に到達するまで、できるだけ迅速にガスタービンを動作させる。その理由は、ガスタービンを効率的に稼働させるためである。

【0037】

前記目標加速率決定ステップＳ１２０では、前記Ｓ１１０ステップで測定されたガスタービンの回転数に応じて目標加速率を決定することができる。このために、前記Ｓ１２０ステップでは、経験的または実験的に得られたガスタービンの回転数に応じた目標加速率データを参照して、目標加速率を決定することができる。ガスタービンの制御装置は、このために前述の加速率データを格納する格納装置を備えることができる。加速率データは、ガスタービンのガスタービン仕様（設計特性）によって異なって設定されて格納される。データの形態は、一軸がガスタービンの回転数で、かつ他軸が目標加速率であるグラフやテーブル形態であってよい。

【0038】

前記現在加速率を測定するステップＳ１４０では、Ｓ１１０ステップで測定されたガスタービンの回転数に基づいて現在加速率を算定することができる。ガスタービンの加速率は、時間あたりのガスタービンの回転数を意味するため、Ｓ１１０ステップで測定された単位時間あたりのガスタービンの回転数によって現在加速率が算定される。

【0039】

前記燃料流量を決定するステップＳ１６０では、前記燃料流量を、予め設定された最大燃料流量および最小燃料流量の間で決定することができる。より詳細に説明すれば、ガスタービンの始動時、ハング（Ｈａｎｇ）およびサージ（Ｓｕｒｇｅ）回避のために燃料の最小および最大量を制限する。そして、ガスタービンが決定された目標加速率に追従するように、燃料流量をＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御する。また、ガスタービンの始動制御システムは、ガスタービンの運転条件に大きく関係なく始動安定性を確保できるように、閉ループ（ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ）をなすことが好ましい。

【0040】

ＰＩＤ制御は、制御変数と基準入力値との間の誤差に基づいて系統の出力が基準電圧を維持するようにするフィードバック制御の一種で、比例（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ）制御、比例積分（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御、比例微分（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）制御を組み合わせる。

【0041】

本実施形態において、目標加速率より現在加速率が小さく、かつ現在加速率を比例的に増加させることができる場合、現在加速率が大きくなるほど、燃料流量も増加するように制御する（比例制御）。目標加速率より現在加速率が大きく、かつ現在加速率を比例的に増加させることができない場合、比例積分または比例微分制御を適用して燃料流量を設定する。

【0042】

すなわち、前記燃料流量決定ステップＳ１６０では、まず、前記Ｓ１２０ステップで決定された目標加速率と、前記Ｓ１４０ステップで算定された現在加速率とを比較する。一般的に現在加速率が目標加速率より小さいので、前記目標加速率から現在加速率を引いた値によって燃料流量を決定する。この時、現在加速率が大きくなるほど、燃料流量を増加させても構わないので、ガスタービンの加速率が増加するに伴って燃料流量も増加させることができる。例えば、前記目標加速率から現在加速率を引いた値と前記決定された燃料流量は、ｎ次（ｎ：正の実数）方程式の形態で比例することができる。

【0043】

現在加速率が前記目標加速率よりも大きければ、燃料流量を、現在加速率が目標加速率より小さい時より低い値に決定することができる。この場合は、前記現在加速率から目標加速率を引いた値が予め設定された基準値より大きいか否かで確認することができる。

【0044】

仮に、現在加速率が前記目標加速率よりはるかに大きく、現在加速率から目標加速率を引いた値が予め設定された基準値と大きな差があった場合、異常な場合と判断して、ガスタービンを非常停止させることができる。

【0045】

前記燃料供給ステップＳ１８０において、ガスタービンの制御装置は、燃料流量バルブなどを調節して、前記Ｓ１６０ステップで決定された流量で燃料を供給する。

【0046】

前記排気ガス温度モニタリングステップＳ２００では、ガスタービンの排気口側に設けられた温度センサの感知値を受信することができる。前記Ｓ２００ステップでは、前記受信した温度値から前記ガスタービンの正常／異常を判断して、必要な措置を行うことができる。

【0047】

図２は、図１の排気ガス温度モニタリングステップＳ２００の一実施形態を示すフローチャートであり、図１の燃料流量調節ステップＳ１８０の実施後に行われる過程である。

【0048】

図示の実施形態において、図１の排気ガス温度モニタリングステップＳ２００は、ガスタービンの排気ガス温度を測定するステップＳ２２０と、前記測定された排気ガス温度が予め設定された上限警告値を超えていなければ、モニタリングを終了し、図１のガスタービンの回転数測定ステップＳ１１０に戻るステップＳ２５０と、前記測定された排気ガス温度が予め設定された上限警告値を超え、かつ予め設定された上限危険値を超えていなければ（Ｓ２６０）、前記ガスタービンに供給される燃料流量を維持させ（Ｓ２８０）、前記Ｓ２２０ステップに戻るステップと、前記測定された排気ガス温度が予め設定された上限危険値を超えると、前記ガスタービンを非常停止させるステップとを含むことができる。

【0049】

ガスタービンの制御装置は、前記Ｓ２５０ステップおよびＳ２６０ステップで利用される前記上限警告値および上限危険値を予め格納している。前記上限警告値は、ガスタービンの保護のために、ガスタービン制御に変化を与えるべきガスタービンの回転数である。前記上限危険値は、直ちにガスタービンを停止させるべきガスタービンの回転数である。

【0050】

前記測定された排気ガス温度が上限警告値を超え、かつ上限危険値を超えていなければ（Ｓ２６０）、前記ガスタービンに供給される燃料流量を維持させる（Ｓ２８０）。その後、前記Ｓ２２０ステップに戻るステップにおいて、ガスタービンの過熱警告メッセージを担当者や運転者に視覚的および／または聴覚的な方法で出力することができる。

【0051】

図面の前記Ｓ２８０ステップでは、ガスタービンに供給される燃料流量を変化させず、前の時点で決定されたガスタービンの流量を維持させると説明した。しかし、ガスタービンをより安定して駆動するために、ＰＩＤ制御を適用して燃料流量を低減することもできる。

【0052】

前記非常停止する過程は、一般的なガスタービン運転中の非常停止過程と類似し、必要な時、非常停止メッセージを担当者や運転者に視覚的および／または聴覚的な方法で出力することができる。

【0053】

図示の過程は、ガスタービンの始動中、ガスタービン保護のために、Ｏｖｅｒ−ＥＧＴ（排気ガス温度制限）方法を適用したものである。すなわち、前記Ｓ２５０ステップでの上限警告値（Ａｌａｒｍ ｌｉｍｉｔ）に到達すれば、それ以下に低下するまで、燃料流量を増加させずに維持しながらモニタリングする。燃料流量を増加させない状態で、排気ガス温度が上昇し続けて、前記Ｓ２６０ステップでの上限危険値（Ｔｒｉｐ ｌｉｍｉｔ）を超えると、ガスタービンを非常停止（ＥＳＤ）させる。図３は、図１の排気ガス温度モニタリングステップＳ２００の他の実施形態を示すフローチャートであり、図１の燃料流量調節ステップＳ１８０の実施後に行われる過程である。

【0054】

図示の実施形態において、図１の排気ガス温度モニタリングステップＳ２００は、ガスタービンの排気ガス温度を測定するステップＳ４２０と、前記測定された排気ガス温度が予め設定された下限危険値に達していなければ、前記ガスタービンを非常停止させるステップＳ４３０と、前記測定された排気ガス温度が予め設定された上限警告値を超えていなければ、モニタリングを終了し、図１のガスタービンの回転数測定ステップＳ１１０に戻るステップＳ４５０と、前記測定された排気ガス温度が上限警告値を超え、かつ予め設定された上限危険値を超えていなければ（Ｓ４６０）、前記ガスタービンに供給される燃料流量を維持させ（Ｓ４８０）、前記Ｓ４２０ステップに戻るステップと、前記測定された排気ガス温度が上限警告値を超えると、前記ガスタービンを非常停止させるステップとを含むことができる。

【0055】

前記上限警告値および上限危険値に対するモニタリングおよび措置過程は、前記図２の場合と類似するので、重複する説明を省略する。

【0056】

ガスタービンの制御装置は、前記Ｓ４３０ステップで利用される前記下限危険値を予め格納している。

【0057】

前記下限危険値は、始動中のガスタービン保護のために、消炎（Ｆｌａｍｅ−ｏｕｔ）保護ロジッグを適用するためのものである。前記下限危険値は、予め設定された基準温度とされていてもよく、前の時点で測定された温度との比較値であってよい。後者の場合、前記下限危険値は、前の時点で測定された温度値であるか、この値から若干（摂氏１０度前後）の値を引いた温度値であってよい。これは、火炎が消えた場合、排気ガスの温度増加が行われないか、むしろ下がるのを反映したものである。

【0058】

図３のフローチャートでは、測定された排気ガス温度が前記下限危険値と前記上限警告値との間にあれば、図１のガスタービンの回転数測定ステップＳ１１０に戻る。測定された排気ガス温度が前記下限危険値に達していないか、前記上限危険値を超えると、ガスタービンを非常停止させる。測定された排気ガス温度が上限危険値と前記上限警告値との間にあれば、燃料流量を維持した状態で、前記Ｓ４２０ステップに戻る。

【0059】

前述の実施形態において、ガスタービンを非常停止した状況や燃料流量を維持した状況で、これに対するメッセージを視覚的および／または聴覚的な方法で担当者および／または運転者に出力することができる。

【0060】

図４は、図１の排気ガス温度モニタリングステップＳ２００のさらに他の実施形態を示すフローチャートであり、図１の燃料流量調節ステップＳ１８０の実施後に行われる過程である。

【0061】

図示の実施形態において、図１の排気ガス温度モニタリングステップＳ２００は、前記Ｓ１６０ステップで決定され、前記Ｓ１８０ステップで供給された燃料流量から期待される排気ガスの期待温度を算定するステップＳ６１０と、ガスタービンの排気ガス温度を測定するステップＳ６２０と、前記算定された期待温度と前記測定された排気ガス温度との差が予め設定された基準値を超えると、ガスタービンを非常停止させ（Ｓ６３０）、超えていなければ、図１のガスタービンの回転数測定ステップＳ１１０に戻るステップとを含むことができる。

【0062】

図示しないが、図２および図３の場合と類似して、上限警告値および上限危険値に対するモニタリングおよび措置過程を、前記Ｓ６３０ステップの後に追加的に行うこともできる。

【0063】

前記Ｓ６３０ステップでの非常停止は、始動中のガスタービン保護のために、消炎（Ｆｌａｍｅ−ｏｕｔ）保護ロジッグを適用するためのものである。ガスタービンの制御装置は、前記Ｓ１６０ステップで決定した燃料流量から期待される排気ガス温度に到達したかを確認し、温度に達していない時に消炎を判断して、ガスタービンを非常停止させることができる。前記Ｓ６１０ステップでの前記期待温度は、一軸が燃料流量で、かつ他軸が排気ガスの期待温度であるカーブ（グラフ）やテーブル形態のデータを参照して決定できる。

【0064】

前記基準値は、前記測定された排気ガス温度が前記期待温度に及ばなくても、わずかな差を有する場合、非常停止せずにガスタービンの始動を維持し続けるためのものである。仮に、前記カーブやテーブルにすでにわずかな差を反映した場合には、前記基準値は０近くに設定されてよい。

【0065】

ガスタービンの制御装置は、前記Ｓ６３０ステップで利用される前記基準値、および／または前記Ｓ６１０ステップで利用される前記基準カーブ（テーブル）を予め格納している。

【0066】

前述の実施形態において、ガスタービンを非常停止した状況では、これに対するメッセージを視覚的および／または聴覚的な方法で担当者および／または運転者に出力することができる。

【0067】

図５は、本発明の一実施形態にかかるガスタービンの制御装置を示す。

【0068】

図示のガスタービンの制御装置１００は、ガスタービン２０の回転数を測定する回転感知部と、始動時のガスタービンに適用する目標加速率データを格納する格納部１６０と、ガスタービン２０に供給される燃料の流量を調節する燃料流量調節部と、ガスタービン２０の排気ガス温度を測定する排気温度測定部と、制御部２００とを含むことができる。制御部２００は、始動中の前記目標加速率データと前記測定されたガスタービンの回転数から前記ガスタービン２０に供給する燃料流量を決定し、決定された流量で燃料を供給する。また、制御部２００は、始動中にモニタリングされる前記排気ガス温度によってガスタービンを非常停止させる。

【0069】

前記回転感知部は、前記ガスタービン２０のガスタービン軸などに設けられた回転感知センサからセンシング信号を受信する回転感知センサ入力端で実現できる。前記排気温度測定部は、前記ガスタービン２０の排気口側に設けられた温度感知センサからセンシング信号を受信する温度センサ入力端で実現できる。前記回転感知センサ入力端および温度センサ入力端は、図示のように、センサ入力端１４０として統合実現できる（図面には、便宜上、統合実現されたセンサ入力端１４０だけを示している）。

【0070】

前記制御部２００は、前記ガスタービンに供給する燃料流量を調節するために、制御信号出力端１２０の動作を制御することができる。制御信号出力端１２０は、前記ガスタービン２０と燃料供給装置１０との間に設けられたバルブを制御する。

【0071】

前記格納部１６０は、前記制御装置１００の内部に装着された揮発性および／または不揮発性メモリーであるか、前記制御装置１００の外部のデータベース装置であってよい。

【0072】

前記制御部２００は、本発明の実施形態にかかる始動時のガスタービンの制御方法を行う単一のプロセッサまたは複数のプロセッサを含むことができる。

【0073】

例えば、前記制御部２００は、前記目標加速率データから現在時点の目標加速率を決定し、累積測定された前記ガスタービンの回転数から現在加速率を算出することができる。その後、制御部２００は、現在加速率と目標加速率との差によって燃料流量を決定し、決定された流量に燃料流量を調節することができる。ここで、前記目標加速率データは、一軸がガスタービンの回転数で、かつ他軸が目標加速率であるグラフやテーブル形態のデータであって、前記格納部１６０に格納されたものであってよい。

【0074】

また、前記制御部２００は、前記測定された排気ガス温度が予め設定された上限警告値を超え、かつ予め設定された上限危険値を超えていなければ、前記ガスタービンに供給される燃料流量を維持させる。前記測定された排気ガス温度が上限危険値を超えると、前記ガスタービンを非常停止させることができる。

【0075】

あるいは、前記制御部２００は、前記測定された排気ガス温度が予め設定された下限危険値に達していなければ、前記ガスタービンを非常停止させることができる。

【0076】

前記制御部２００は、予め設定された期待温度データから、前記決定された燃料流量から期待される排気ガスの期待温度を算定することもできる。前記算定された期待温度と前記測定された排気ガス温度との差が予め設定された基準値を超えると、制御部２００は、ガスタービンを非常停止させることができる。このために、前記格納部１６０には、一軸が燃料流量で、かつ他軸が排気ガスの期待温度であるカーブやテーブル形態の期待温度データが格納されてよい。

【0077】

図６に示す部分は、図５のガスタービンの制御装置の制御部２００においてＰＩＤ制御を行う過程だけを示すものである。

【0078】

図６に示されているように、ＰＩＤ制御を燃料流量制御に適用するために、まず、ガスタービン加速率の上限または下限を算定するために、予め設定されたガスタービンの目標加速率設定値ｄＮ_{ｔａｒｇｅｔ}、ガスタービンの最大加速率設定値ｄＮ_ｍａｘ、ガスタービンの最小加速率設定値ｄＮ_ｍｉｎが反映される。前述の設定値によって、ガスタービンと燃料供給装置との間に設けられたバルブの開度率制限値が決定される。バルブの開度率制限値は、予め格納されたガスタービンの加速率によるバルブの開度変化率設定値ＲＯＣ_ｓｅｔによって決定できる。

【0079】

このようにガスタービン加速率の上限または下限およびバルブの開度率制限値が算定されると、実際の加速率ｄＮ_{ａｃｔｕａｌ，ｎ}と目標加速率ｄＮ_{ｔａｒｇｅｔ}との誤差Ｅ_ｎを算出し、算出された値Ｅ_ｎを利用してＰＩＤ制御を行う。

【0080】

すなわち、変化する現在のガスタービンの加速率ごとに算出された誤差値Ｅ_ｎ、Ｅ_ｎ−１、Ｅ_ｎ−２、比例定数Ｋ_Ｇ、積分時間Ｔ_ｉ、微分時間Ｔ_ｄを燃料流量に反映させて、ガスタービン加速率制御値の増加分ｄＣＶを算出する。ガスタービン加速率制御値の増加分ｄＣＶだけ、現在時間でのガスタービン加速率制御に反映した制御値ＣＶ_ｎを算出し、ガスタービン加速率制御値ＣＶ_ｎによってバルブの開度を制御する。

【0081】

ガスタービン加速率制御値の増加分ｄＣＶおよび現在時間でのガスタービン加速率制御値ＣＶ_ｎは、下記のように算出できる。

【0082】

［数１］
ｄＣＶ＝Ｋ_ｐ（Ｅ_ｎ−Ｅ_ｎ−１）＋Ｋ_ｉ＊Ｅ_ｎ＋Ｋ_ｄ（（Ｅ_ｎ−Ｅ_ｎ−１）−（Ｅ_ｎ−１−Ｅ_ｎ−２））
＝Ｋ_Ｇ［（Ｅ_ｎ−Ｅ_ｎ−１）＋ＳｃａｎＲａｔｅ／Ｔ_ｉ＊Ｅ_ｎ＋Ｔ_ｄ／ＳｃａｎＲａｔｅ（（Ｅ_ｎ−Ｅ_ｎ−１）−（Ｅ_ｎ−１−Ｅ_ｎ−２））］

【0083】

［数２］
ＣＶ_ｎ＝ＣＶ_ｎ−１＋ｄＣＶ
（時間ｔ_ｎ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｃａｎ）でのガスタービン加速率制御値（燃料バルブの開度の程度を制御する））
前述の各変数の定義は、次の通りである。

【0084】

ｄＮ_{ｔａｒｇｅｔ}：ガスタービンのガスタービン目標加速率設定値
ｄＮ_ｍａｘ：ガスタービンのガスタービン最大加速率設定値
ｄＮ_ｍｉｎ：ガスタービンのガスタービン最小加速率設定値
ＲＯＣ_ｓｅｔ：燃料流量調節バルブ（ｆｕｅｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｖａｌｖｅ）の開度変化率（Ｒａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｎｇｅ）設定値
ｄＮ_{ａｃｔｕａｌ，ｎ}：現在（時間ｔ_ｎ）のガスタービンのガスタービン実際加速率
Ｅ_ｎ＝（ｄＮ_{ｔａｒｇｅｔ}−ｄＮ_{ａｃｔｕａｌ}／ｔ_ｎ）：時間ｔ_ｎ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｃａｎ）での目標加速率と現在加速率との差による誤差
Ｅ_ｎ−１＝（ｄＮ_{ｔａｒｇｅｔ}−ｄＮ_{ａｃｔｕａｌ，}／ｔ_ｎ−１）：時間ｔ_ｎ−１（ｐｒｅｖｉｏｕｓ ｓｃａｎ）での目標加速率と現在加速率との差による誤差
Ｅ_ｎ−１＝（ｄＮ_{ｔａｒｇｅｔ}−ｄＮ_{ａｃｔｕａｌ，}／ｔ_ｎ−２）：時間ｔ_ｎ−２（２ｓｔｅｐｓ ｐｒｅｖｉｏｕｓ ｓｃａｎ）での目標加速率と現在加速率との差による誤差
Ｋ_Ｇ：Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｇａｉｎ（＝Ｋ_ｐ）
Ｔ_ｉ：Ｉｎｔｅｇｒａｌ ｔｉｍｅ
Ｔ_ｄ：Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ ｔｉｍｅ
Ｋ_ｉ：Ｉｎｔｅｇｒａｌ ｇａｉｎ（＝Ｋ_Ｇ＊ＳｃａｎＲａｔｅ／Ｔ_ｉ）
Ｋ_ｄ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｇａｉｎ（＝Ｋ_Ｇ＊Ｔ_ｄ／ＳｃａｎＲａｔｅ）
ＳｃａｎＲａｔｅ＝ｓｃａｎ ｒａｔｅ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ
ｄＰ＝Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ
ｄＩ＝Ｉｎｔｅｇｒａｌ ｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ
ｄＤ＝Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ ｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ
燃料流量は、前記燃料流量上限設定部２２０および下限設定部２４０によって設定された最大燃料流量および最小燃料流量の間で決定される。前記最大燃料流量および最小燃料流量は、固定された値であるか、または、目標加速率または現在加速率によって決定される値を有することができる。

【0085】

図面は、後者の場合を実現した場合であって、図示の燃料流量上限設定部２２０および下限設定部２４０は、目標加速率または現在加速率によって最大加速率および最小加速率を決定する加速率上／下限設定部２２０と、前記決定された最大加速率および最小加速率によって最大燃料流量および最小燃料流量を決定して制御する燃料流量設定／制御部２４０とを含むことができる。

【0086】

一方、前記ガスタービンに対する最大加速率と最小加速率は、前記目標加速率または現在加速率によって決定される値を有することができる。このために、各目標加速率（または現在加速率）とこれに割り当てられる最大加速率および最小加速率が記載された最大／最小加速率データが前記格納部１６０に格納されて利用可能である。

【0087】

図示の制御部２００の一部ブロックは、決定された加速率と実際加速率との差を求めるための減算用合算器２６０と、誤差を反映したガスタービン加速率制御値の増加分ｄＣＶを求めるための合算器２４６とを備えることができる。

【0088】

ここで、前記合算器２４６で算出されるガスタービン加速率制御値の増加分ｄＣＶは、下記の数１および数２の通りである。

【0089】

［数１］
ｄＣＶ＝Ｋ_ｐ（Ｅ_ｎ−Ｅ_ｎ−１）＋Ｋ_ｉ＊Ｅ_ｎ＋Ｋ_ｄ（（Ｅ_ｎ−Ｅ_ｎ−１）−（Ｅ_ｎ−１−Ｅ_ｎ−２））
＝Ｋ_Ｇ［（Ｅ_ｎ−Ｅ_ｎ−１）＋ＳｃａｎＲａｔｅ／Ｔ_ｉ＊Ｅ_ｎ＋Ｔ_ｄ／ＳｃａｎＲａｔｅ（（Ｅ_ｎ−Ｅ_ｎ−１）−（Ｅ_ｎ−１−Ｅ_ｎ−２））］

【0090】

［数２］
ＣＶ_ｎ＝ＣＶ_ｎ−１＋ｄＣＶ
（時間ｔ_ｎ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｃａｎ）でのガスタービン加速率制御値（燃料バルブの開度の程度を制御する））
上記の実施形態は、その説明のためのものであり、その制限のためではないことに注意しなければならない。また、本発明の技術分野における通常の専門家であれば、本発明の技術思想の範囲で多様な実施形態が可能であることを理解することができる。

【符号の説明】

【0091】

１０：燃料供給装置
２０：ガスタービン
１２０：制御信号出力端
１４０：センサ入力端
１６０：格納部
１００：制御装置
２００：制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】