特開 2024-76164 ガスタービン用の制御装置、ガスタービン設備及びガスタービンの制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024076164

(43)【公開日】2024-06-05

(54)【発明の名称】ガスタービン用の制御装置、ガスタービン設備及びガスタービンの制御方法

(51)【国際特許分類】

   F02C 9/46 20060101AFI20240529BHJP

   F02C 9/28 20060101ALI20240529BHJP

   F01D 21/00 20060101ALI20240529BHJP

【ＦＩ】

F02C9/46

F02C9/28 Z

F01D21/00 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022187586

(22)【出願日】2022-11-24

(71)【出願人】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】白岩 崇

(72)【発明者】

【氏名】松本 照弘

(72)【発明者】

【氏名】藤村 大輝

(72)【発明者】

【氏名】古田 喜則

(72)【発明者】

【氏名】宮内 宏太郎

【テーマコード（参考）】

3G071

【Ｆターム（参考）】

3G071AB01

3G071BA22

3G071FA02

3G071GA06

(57)【要約】

【課題】ガスタービンの回転数の急減時において、タービン入口温度の制限値超過を効果的に抑制することが可能なガスタービン用の制御装置、ガスタービン設備及びガスタービンの制御方法を提供する。
【解決手段】ガスタービン用の制御装置は、前記ガスタービンに与えられる燃料指令値を算出するための燃料指令値算出部を備え、前記燃料指令値算出部は、前記ガスタービンの回転数の時間変化量に基づいて前記ガスタービンの回転数の急減を検知するように構成された回転数急減検知部と、前記回転数急減検知部により前記ガスタービンの回転数の急減が検知されたとき、前記回転数の低下に対応するように前記燃料指令値を制限するように構成された燃料指令値制限部と、を含む。
【選択図】 図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガスタービンを制御するための制御装置であって、
前記ガスタービンに与えられる燃料指令値を算出するための燃料指令値算出部を備え、
前記燃料指令値算出部は、
前記ガスタービンの回転数の時間変化量に基づいて前記ガスタービンの回転数の急減を検知するように構成された回転数急減検知部と、
前記回転数急減検知部により前記ガスタービンの回転数の急減が検知されたとき、前記回転数の低下に対応するように前記燃料指令値を制限するように構成された燃料指令値制限部と、
を含む
ガスタービン用の制御装置。

【請求項2】

前記ガスタービンの所定部位における燃焼ガスの温度が、前記所定部位における前記燃焼ガスの上限基準温度に対応するように決定されるとともに該上限基準温度よりも低い規定温度より高いか否かを判定するように構成された温度条件判定部を備え、
前記燃料指令値制限部は、前記温度条件判定部により前記燃焼ガスの温度が前記規定温度よりも高いと判定され、かつ、前記回転数急減検知部により前記回転数の急減が検知されたとき、前記燃料指令値を制限するように構成された
請求項１に記載のガスタービン用の制御装置。

【請求項3】

前記燃料指令値算出部は、前記ガスタービンの出力値と目標出力値との偏差に基づいて前記燃料指令値を算出するように構成され、
前記燃料指令値制限部は、前記偏差に基づき算出された前記燃料指令値を制限するように構成された
請求項１又は２に記載のガスタービン用の制御装置。

【請求項4】

前記ガスタービンの回転数に基づき前記目標出力値の上限値を算出するように構成された目標出力上限値算出部と、
前記ガスタービンの設定負荷値、及び、前記目標出力値の前記上限値に基づいて前記目標出力値を算出するように構成された目標出力値算出部と、
を備える
請求項３に記載のガスタービン用の制御装置。

【請求項5】

前記目標出力上限値算出部は、前記設定負荷値に、前記ガスタービンの回転数に応じたバイアス値を乗算することで、前記目標出力値の前記上限値を算出するように構成された
請求項４に記載のガスタービン用の制御装置。

【請求項6】

前記目標出力値算出部は、前記目標出力値が減少する場合には、前記目標出力値が増加する場合に比べて大きな変化率で前記目標出力値を変化させるように構成された
請求項５に記載のガスタービン用の制御装置。

【請求項7】

前記燃料指令値制限部は、前記ガスタービンの回転数が急減したときにおける前記燃料指令値の上限値を算出するように構成された燃料指令上限値算出部を含み、
前記燃料指令上限値算出部は、
前記ガスタービンの回転数と、前記ガスタービンの設定負荷値に対する負荷の割合を示す負荷係数との相関関係に基づいて、前記ガスタービンの現在の回転数に対応する前記負荷係数を取得し、
前記設定負荷値に対応する燃料指令値及び前記負荷係数に基づいて、前記燃料指令値の前記上限値を算出する
ように構成された
請求項１又は２に記載のガスタービン用の制御装置。

【請求項8】

ガスタービンと、
前記ガスタービンを制御するように構成された請求項１又は２に記載の制御装置と、
を備えるガスタービン設備。

【請求項9】

ガスタービンの制御方法であって、
前記ガスタービンに与えられる燃料指令値を算出するステップを備え、
前記燃料指令値を算出するステップは、
前記ガスタービンの回転数の時間変化量に基づいて前記ガスタービンの回転数の急減を検知するステップと、
前記ガスタービンの回転数の急減が検知されたとき、前記回転数の低下に対応するように前記燃料指令値を制限するステップと、
を含む
ガスタービンの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ガスタービン用の制御装置、ガスタービン設備及びガスタービンの制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ガスタービンの所定負荷（例えば定格負荷）での運転中に、例えばガスタービンに接続される発電機が連系する電力系統の系統周波数の急激な低下等により、ガスタービンの回転数が急減することがある。ガスタービンの回転数が急減すると、ガスタービンの圧縮機の吸気量が低下するため、ガスタービン出力に対応する燃料供給量の割合が急激に増加し、タービン入口温度が制限値を超過するおそれがある。タービン入口温度が過度に高いとガスタービンの部品の損傷につながり得る。そこで、ガスタービンの回転数の急減時にタービン入口温度が過度に上昇しないようにするための技術が提案されている。

【0003】

特許文献１には、ガスタービンの回転数の急減時等においてタービン入口温度が制限値を超える可能性を低減するためのガスタービンの制御装置が記載されている。この制御装置では、パラメータ（計測値）から算出されるタービン入口温度の推定値と、タービン入口温度の上限値との偏差に基づいて、ガスタービンに与えられる燃料指令値（燃焼器への燃料供給量を示す制御指令値）の上限値を算出し、この上限値を用いて燃料指令値を制限するようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８－９６３１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、例えば特許文献１に記載されるような従来の制御方法では、以下の理由から、ガスタービンの回転数急減時にタービン入口温度が制限値を超過する可能性がある。

【0006】

従来の制御では、例えばガスタービンから排出される排ガスの温度が排ガス温度制限値を超過しないように燃料指令値を制御することで、タービン入口温度がタービン入口温度制限値を超過しないようにしている。しかし、タービン入口温度の変化が排ガス温度の変化として現れるまでの時間遅れがあるため、ガスタービン回転数の急減時には、制御に遅れが生じ、タービン入口温度が制限値を超過してしまう場合があると考えられる。

【0007】

また、ガスタービン回転数が急低下すると、ガスタービンの圧縮機の吸気量が急低下し、これにより車室圧が急低下する。そうすると、燃料供給ノズルの差圧が拡大することにより燃料供給量が増加してしまい、これによりタービン入口温度がより大きく上昇しやすい。

【0008】

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、ガスタービンの回転数の急減時において、タービン入口温度の制限値超過を効果的に抑制することが可能なガスタービン用の制御装置、ガスタービン設備及びガスタービンの制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービン用の制御装置は、
ガスタービンを制御するための制御装置であって、
前記ガスタービンに与えられる燃料指令値を算出するための燃料指令値算出部を備え、
前記燃料指令値算出部は、
前記ガスタービンの回転数の時間変化量に基づいて前記ガスタービンの回転数の急減を検知するように構成された回転数急減検知部と、
前記回転数急減検知部により前記ガスタービンの回転数の急減が検知されたとき、前記回転数の低下に対応するように前記燃料指令値を制限するように構成された燃料指令値制限部と、
を含む。

【0010】

また、本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービン設備は、
ガスタービンと、
前記ガスタービンを制御するように構成された上述の制御装置と、
を備える。

【0011】

また、本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンの制御方法は、
前記ガスタービンに与えられる燃料指令値を算出するステップを備え、
前記燃料指令値を算出するステップは、
前記ガスタービンの回転数の時間変化量に基づいて前記ガスタービンの回転数の急減を検知するステップと、
前記ガスタービンの回転数の急減が検知されたとき、前記回転数の低下に対応するように前記燃料指令値を制限するステップと、
を含む。

【発明の効果】

【0012】

本発明の少なくとも一実施形態によれば、ガスタービンの回転数の急減時において、タービン入口温度の制限値超過を効果的に抑制することが可能なガスタービン用の制御装置、ガスタービン設備及びガスタービンの制御方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】一実施形態に係るガスタービン設備の概略構成図である。

【図2】一実施形態に係る制御装置の概略構成図である。

【図3】一実施形態に係る制御装置の演算ロジックを示すブロック図である。

【図4】ガスタービンの回転数と後述する負荷係数との相関関係の一例を示すグラフである。

【図5】負荷係数と燃料指令値との相関関係の一例を示すグラフである。

【図6】燃焼ガスの上限基準温度の一例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

【0015】

（ガスタービン設備の構成）
図１は、幾つかの実施形態に係る制御装置が適用されるガスタービン設備の概略構成図である。図１に示すように、ガスタービン設備１００は、ガスタービン１と、ガスタービン１の運転を制御するための制御装置２０と、を含む。

【0016】

ガスタービン１は、空気を圧縮するための圧縮機２と、燃料（例えば天然ガス等）を燃焼させて燃焼ガスを発生させるための燃焼器３と、燃焼器３で発生した燃焼ガスにより回転駆動されるように構成されたタービン４と、を含む。圧縮機２とタービン４とは、回転シャフト５を介して接続されている。

【0017】

燃焼器３には、燃料供給ライン９を介して燃料（天然ガス等）が供給されるとともに圧縮機２からの圧縮空気が送り込まれるようになっており、この圧縮空気を酸化剤として燃料が燃焼され、燃焼ガスが発生するようになっている。燃焼器３に供給される燃料の流量は、燃料供給ライン９に設けられた燃料バルブ７によって調整可能になっている。

【0018】

燃焼器３で発生した燃焼ガスはタービン４に導かれ、タービン４を回転駆動させる。タービン４で仕事を終えた燃焼ガスは、排ガスとしてタービン４から排出されるようになっている。図１に示すように、タービン４には回転シャフト５を介して発電機６が連結され、タービン４によって発電機６が駆動されて電力が生成されるようになっていてもよい。
発電機６で生成された電力は、図示しない遮断機又は変圧器等を介して電力系統へと送電されるようになっていてもよい。

【0019】

図１に示すガスタービン設備１００は、ガスタービン１の回転シャフト５の回転数（ガスタービン１のロータの回転数）を計測するように構成された回転数計測部８を含む。回転数計測部８は、エンコーダ等の回転数センサを含んでもよい。

【0020】

また、図１に示すガスタービン設備１００は、ガスタービン１に駆動される発電機６での発電電力（有効電力；ガスタービンの出力）を計測するように構成された出力計測部１０を含む。

【0021】

また、図１に示すガスタービン設備１００は、ガスタービン１の所定部位における燃焼ガスの温度を計測するための温度計測部を含む。図１に示すように、温度計測部は、タービン４から排出された排ガスの温度（排ガス温度；ＥＸＴ）を計測するための排ガス温度計測部１２を含んでもよい。排ガス温度計測部１２は、タービン４からの排ガスが導かれる排熱回収ボイラ等のダクトにおける排ガスの温度を計測するように構成されていてもよい。あるいは、温度計測部は、タービン４内においてタービン翼列の下流側の位置における燃焼ガスの温度（ブレードパス温度；ＢＰＴ）を計測するためのブレードパス温度計測部１４を含んでもよい。

【0022】

回転数計測部８、出力計測部１０及び温度計測部（排ガス温度計測部１２及び／又はブレードパス温度計測部１４）によって取得された計測値を示す信号は、制御装置２０に送られるようになっている。

【0023】

（制御装置及び制御のフロー）
図２は、一実施形態に係る制御装置２０の概略構成図である。図２に示すように、制御装置２０は、燃料指令値算出部２２及び記憶部２３を備えている。制御装置２０は、回転数計測部８、出力計測部１０及び／又は温度計測部（排ガス温度計測部１２及び／又はブレードパス温度計測部１４）から、各種計測値を示す信号を受け取り、該信号を処理するように構成される。制御装置２０での演算結果は、燃料バルブ７に送られ、燃料バルブ７は該演算結果に基づき動作するようになっていてもよい。

【0024】

燃料指令値算出部２２は、ガスタービン１に与えられる燃料指令値ＦＩを算出するように構成される。燃料指令値ＦＩは、燃焼器３への燃料供給量を示す制御指令値である。この燃料指令値ＦＩに基づいて、燃料バルブ７の開度が調節されるようになっている。制御装置２０は、燃焼器３への燃料供給量が燃料指令値ＦＩに合致するように、燃料バルブ７の開度を調節するように構成されていてもよい。

【0025】

記憶部２３は、制御装置２０への入出力や制御装置２０での演算結果等を記憶するように構成される。記憶部２３は、制御装置２０を構成する計算機の主記憶装置又は補助記憶装置を含んでもよい。

【0026】

制御装置２０は、プロセッサ（ＣＰＵ等）、主記憶装置（メモリデバイス；ＲＡＭ等）、補助記憶装置及びインターフェース等を備えた計算機を含む。制御装置２０は、インターフェースを介して、回転数計測部８、出力計測部１０及び／又は温度計測部（排ガス温度計測部１２及び／又はブレードパス温度計測部１４）から信号を受け取るようになっている。プロセッサは、このようにして受け取った信号を処理するように構成される。また、プロセッサは、主記憶装置に展開されるプログラムを処理するように構成される。これにより、上述の燃料指令値算出部２２の機能が実現される。

【0027】

制御装置２０での処理内容は、プロセッサにより実行されるプログラムとして実装される。プログラムは、例えば補助記憶装置に記憶されていてもよい。プログラム実行時には、これらのプログラムは主記憶装置に展開される。プロセッサは、主記憶装置からプログラムを読み出し、プログラムに含まれる命令を実行するようになっている。

【0028】

図３は、一実施形態に係る制御装置２０の燃料指令値算出部２２の演算ロジックを示すブロック図である。図３に示す燃料指令値算出部２２は、第１～第４指令値（ＦＩ＿１～ＦＩ＿４）をそれぞれ算出するように構成された第１指令値算出部３０、第２指令値算出部３８、第３指令値算出部４０及び第４指令値算出部４２と、第１～第４指令値（ＦＩ＿１～ＦＩ＿４）から最小値を選択して燃料指令値ＦＩとして出力するように構成された最小値選択部４４と、を含む。

【0029】

第１指令値算出部３０は、出力計測部１０で計測されるガスタービン１の実出力値である現在出力値Ｐ_Ａ、及び、ガスタービン１の目標出力値Ｐ_Ｔ等を受け取り、これらの値に基づく燃料指令値である第１指令値ＦＩ＿１を算出するように構成される。

【0030】

第１指令値算出部３０は、ガスタービン１の現在出力値Ｐ_Ａと目標出力値Ｐ_Ｔとの偏差（Ｐ_Ａ－Ｐ_Ｔ）に基づいて、例えば比例演算及び／又は積分演算を行うことにより、第１指令値ＦＩ＿１を算出してもよい。

【0031】

目標出力値Ｐ_Ｔは、燃料指令値算出部２２を構成する目標出力値算出部２４で算出されてもよい。目標出力値算出部２４は、上位制御装置等から、ガスタービン１に要求される負荷（例えば定格負荷等）に対応する設定負荷値Ｌ_Ｄを取得し、該設定負荷値Ｌ_Ｄ等に基づいて上述の目標出力値Ｐ_Ｔを算出するように構成される。

【0032】

第２指令値算出部３８は、回転数計測部８で計測されるガスタービン１の回転数（現在回転数）ｒ_Ａ、及び、目標回転数ｒ_Ｔを受け取り、これらの値に基づく燃料指令値である第２指令値ＦＩ＿２を算出するように構成される。目標回転数ｒ_Ｔは、目標出力値Ｐ_Ｔ等に基づいて算出されたものであってもよい。

【0033】

第３指令値算出部４０は、排ガス温度計測部１２で計測される排ガス温度（ＥＸＴ）の現在値、及び、予め設定される該排ガス温度の制限値を受け取り、これらの値に基づく燃料指令値である第３指令値ＦＩ＿３を算出するように構成される。排ガス温度の制限値は、予め記憶部２３に記憶されていてもよい。

【0034】

第４指令値算出部４２は、ブレードパス温度計測部１４で計測されるブレードパス温度（ＢＰＴ）の現在値、及び、予め設定される該ブレードパス温度の制限値を受け取り、これらの値に基づく燃料指令値である第４指令値ＦＩ＿４を算出するように構成される。ブレードパス温度の制限値は、予め記憶部２３に記憶されていてもよい。

【0035】

最小値選択部４４は、第１～第４指令値算出部３０，３８，４０，４２で算出された第１～第４指令値（ＦＩ＿１～ＦＩ＿４）を入力として受け取り、これらの第１～第４指令値（ＦＩ＿１～ＦＩ＿４）から最小値を選択して、燃料指令値ＦＩとして出力するように構成される。燃料指令値ＦＩは、燃料指令値算出部２２からの出力として、ガスタービン１に与えられるようになっている。

【0036】

幾つかの実施形態では、燃料指令値算出部２２は、ガスタービン１の回転数の急減を検知するための回転数急減検知部２８と、ガスタービン１の回転数の急減が検知されたときに燃料指令値ＦＩを制限するための燃料指令値制限部３１と、をさらに含む。

【0037】

回転数急減検知部２８は、ガスタービン１の回転数の時間変化量に基づいてガスタービン１の回転数の急減を検知するように構成される。回転数急減検知部２８は、回転数計測部８によるガスタービン１の回転数の計測値（現在回転数ｒ_Ａ）を受け取り、該計測値に基づいて、ガスタービン１の回転数の時間変化量を算出してもよい。回転数急減検知部２８は、規定時間内のガスタービン１の回転数低下量が規定値以上であるときに、ガスタービン１の回転数が急減したことを検知するように構成されてもよい。回転数急減検知部２８は、例えば、ガスタービン１の回転数の規定時間前（例えば１０秒前）の計測値ｒ_Ａ＿１と、最新の計測値ｒ_Ａ＿２との差分（ｒ_Ａ＿１－ｒ_Ａ＿２）が規定値以上である場合に、ガスタービン１の回転数が急減したことを検知するようになっていてもよい。回転数急減検知部２８は、ガスタービン１の回転数の急減を検知したら、該回転数の急減を示す回転数急減信号ＳＩＧを出力するようになっていてもよい。

【0038】

燃料指令値制限部３１は、回転数急減検知部２８によりガスタービン１の回転数の急減が検知されたとき（すなわち、回転数急減検知部２８から回転数急減信号ＳＩＧを受け取ったら）、ガスタービン１の回転数の低下に対応するように燃料指令値ＦＩを制限するように構成される。

【0039】

図３に示す例示的な実施形態では、燃料指令値算出部２２は、燃料指令値制限部３１としての第１指令値制限部３２を含む。第１指令値制限部３２は、回転数急減検知部２８によりガスタービン１の回転数の急減が検知されたとき、ガスタービン１の回転数の低下に対応するように第１指令値ＦＩ＿１を制限するように構成される。

【0040】

第１指令値制限部３２は、第１指令値ＦＩ＿１（燃料指令値）を制限するための第１指令上限値算出部３４（燃料指令上限値算出部）を含んでもよい。第１指令上限値算出部３４は、ガスタービン１の回転数に基づいて、第１指令値ＦＩ＿１（燃料指令値）を制限するための第１指令上限値（燃料指令上限値）を算出するように構成されてもよい。

【0041】

第１指令上限値算出部３４は、例えば以下のようにして第１指令上限値（燃料指令上限値）を算出するようにしてもよい。ここで、図４は、ガスタービンの回転数と、後述する負荷係数との相関関係（第１相関関係）の一例を示すグラフである。図５は、上述の負荷係数と燃料指令値との相関関係（第２相関関係）の一例を示すグラフである。

【0042】

まず、第１指令上限値算出部３４は、ガスタービン１の回転数（現在回転数ｒ_Ａ；回転数計測部８による計測値）を取得するとともに、ガスタービン１の回転数と、設定負荷値Ｌ_Ｄ（定格負荷等）に対する負荷の割合を示す負荷係数との相関関係である第１相関関係を取得する（図４参照）。第１相関関係は、ガスタービン１の回転数と上述の負荷係数との相関関係を示すマップ、テーブル、又は関数であってもよい。なお、図４に示すグラフでは、負荷係数は、設定負荷値Ｌ_Ｄ（全負荷；定格負荷等）における負荷係数が１であり、かつ、無負荷における負荷係数がゼロとなるように、設定されている。第１相関関係は、予め取得されて記憶部２３に記憶されたものであってもよい。そして、第１相関関係に、ガスタービン１の現在回転数ｒ_Ａを適用することで、現在回転数ｒ_Ａに対応する負荷係数ｂ_Ｌが取得される。

【0043】

次に、第１指令上限値算出部３４は、上述の負荷係数と、燃料指令値（ここでは第１指令値ＦＩ＿１）との相関関係である第２相関関係を取得する。第２相関関係は、上述の負荷係数と燃料指令値との相関関係を示すマップ、テーブル、又は関数であってもよい。なお、図５に示すグラフでは、設定負荷値Ｌ_Ｄ（全負荷；定格負荷等）に対応する第１指令値がＦＩ＿１＿１００％であり、無負荷に対応する第１指令値がＦＩ＿１＿０％である。第２相関関係は、予め取得されて記憶部２３に記憶されたものであってもよい。そして、第２相関関係に、上述の第１相関関係から取得された負荷係数ｂ_Ｌを適用することで、現在回転数ｒ_Ａに対応する第１指令値（燃料指令値）ＦＩ＿１＿ｂ_Ｌが取得される。

【0044】

第１指令上限値算出部３４は、このように取得された第１指令値（燃料指令値）ＦＩ＿１＿ｂ_Ｌを、第１指令上限値ＦＩ＿１＿ｍａｘ（燃料指令上限値）として算出して出力する。

【0045】

第１指令値制限部３２は、ガスタービン１の現在出力値Ｐ_Ａ及び目標出力値Ｐ_Ｔに基づき算出された第１指令値ＦＩ＿１が第１指令上限値ＦＩ＿１＿ｍａｘ未満であるときは、第１指令値ＦＩ＿１をそのまま第１指令値ＦＩ＿１として算出及び出力するとともに、ガスタービン１の現在出力値Ｐ_Ａ及び目標出力値Ｐ_Ｔに基づき算出された第１指令値ＦＩ＿１が第１指令上限値ＦＩ＿１＿ｍａｘ以上であるときは、第１指令上限値ＦＩ＿１＿ｍａｘを第１指令値ＦＩ＿１として算出及び出力する。

【0046】

このように、第１指令値算出部３０では、第１指令上限値ＦＩ＿１＿ｍａｘ以下の範囲内の値として第１指令値ＦＩ＿１が算出され（すなわち、第１指令値ＦＩ＿１が第１指令上限値ＦＩ＿１＿ｍａｘ以下に制限され）、最小値選択部４４に出力される。

【0047】

最小値選択部４４では、上述のように制限された第１指令値ＦＩ＿１を含む燃料指令値の選択肢（第１～第４指令値（ＦＩ＿１～ＦＩ＿４））のうち最小値が、最終的な燃料指令値ＦＩとして選択される。したがって、このように取得される燃料指令値ＦＩは、ガスタービン１の回転数の低下に対応するように制限されたものである。

【0048】

上述の実施形態では、ガスタービン１の回転数の急減が検知された場合に、排ガスの温度計測値等に依らず、回転数の低下に対応して燃料指令値（燃焼器への燃料供給量を示す制御指令値；具体的には第１指令値ＦＩ＿１）を制限するようにしたので、ガスタービン１の回転数の急減時に、迅速に燃料指令値（第１指令値ＦＩ＿１）を制限することができる。よって、ガスタービン１の回転数の急減時において、タービン入口温度の制限値超過を効果的に抑制することができる。

【0049】

幾つかの実施形態では、例えば図３に示すように、燃料指令値算出部２２は、ガスタービン１の所定部位における燃焼ガスの温度（例えば、上述の排ガス温度又はブレードパス温度）が該所定部位における燃焼ガスの上限基準温度Ｔｓよりも低い規定温度Ｔｔｈより高いか否かを判定するように構成された温度条件判定部３６を備える。

【0050】

ここで、図６は、燃焼ガスの上限基準温度Ｔｓの一例を示すグラフである。図６のグラフは、車室圧（横軸）と燃焼ガス温度（ここでは一例として排ガス温度；縦軸）との関係を示すものである。上限基準温度Ｔｓは、例えば図６に示すように、車室圧によって変化してもよい。また、規定温度Ｔｔｈは、上限基準温度Ｔｓから一定の温度Ｔａだけ低い温度（Ｔｓ－Ｔａ）として定義されてもよく、上限基準温度Ｔｓと同様に、車室圧によって変化してもよい。

【0051】

燃料指令値制限部３１（図３では第１指令値制限部３２）は、温度条件判定部３６により燃焼ガスの温度が規定温度Ｔｔｈよりも高いと判定され、かつ、回転数急減検知部２８によりガスタービン１の回転数の急減が検知されたときに、燃料指令値（図３では第１指令値ＦＩ＿１）を、例えば既に述べた手順で制限するように構成される。

【0052】

ガスタービン１の所定部位における燃焼ガスの温度が上限基準温度Ｔｓよりもある程度低い場合には、仮にガスタービン１の回転数が急減して、これによりタービン入口温度がある程度上昇したとしても、タービン入口温度が制限値を超えることは考えにくい。この点、上述の実施形態によれば、ガスタービン１の所定部位における燃焼ガス温度が、上限基準温度Ｔｓに対応するととともに上限基準温度Ｔｓよりも低い規定温度Ｔｔｈよりも高いときに限り、ガスタービン１の回転数の急減時に燃料指令値（例えば第１指令値ＦＩ＿１）を制限し、該燃焼ガス温度が上述の規定温度Ｔｔｈ以下である場合（即ち、燃焼ガス温度が上限基準温度Ｔｓよりもある程度低い場合）には、ガスタービン１の回転数が急減したとしても、これにより燃料指令値（例えば第１指令値ＦＩ＿１）を制限しない。このように、不要なときにまで燃料指令値を制限しないので、ガスタービン１に要求される出力を達成しやすくなるとともに、上述したようにタービン入口温度の制限値超過を効果的に抑制することができる。

【0053】

幾つかの実施形態では、燃料指令値算出部２２は、ガスタービン１の回転数（回転数計測部８により取得される現在回転数ｒ_Ａ）に基づき目標出力値Ｐ_Ｔの上限値である目標出力上限値Ｐ_Ｔ＿ｍａｘを算出するように構成された目標出力上限値算出部２６を含む。そして、目標出力値算出部２４は、ガスタービン１の上述の設定負荷値Ｌ_Ｄ、及び、目標出力上限値Ｐ_Ｔ＿ｍａｘに基づいて目標出力値Ｐ_Ｔを算出するように構成される。

【0054】

目標出力上限値算出部２６は、例えば以下のようにして目標出力上限値Ｐ_Ｔ＿ｍａｘを算出するようにしてもよい。

【0055】

まず、第１指令上限値算出部３４は、ガスタービン１の回転数（現在回転数ｒ_Ａ；回転数計測部８による計測値）を取得するとともに、記憶部２３等から上述の第１相関関係（即ち、ガスタービン１の回転数と、設定負荷値Ｌ_Ｄ（定格負荷等）に対する負荷の割合を示す負荷係数との相関関係；図４参照）を取得する。そして、第１相関関係に、ガスタービン１の現在回転数ｒ_Ａを適用し、現在回転数ｒ_Ａに対応する負荷係数ｂ_Ｌを取得する。

【0056】

そして、設定負荷値Ｌ_Ｄに対して負荷係数ｂ_Ｌ（ガスタービン１の回転数に応じたバイアス値）を乗算することで、目標出力上限値Ｐ_Ｔ＿ｍａｘを算出する。

【0057】

目標出力値算出部２４は、設定負荷値Ｌ_Ｄが目標出力上限値Ｐ_Ｔ＿ｍａｘ未満であるときは、設定負荷値Ｌ_Ｄをそのまま目標出力値Ｐ_Ｔとして算出及び出力するとともに、設定負荷値Ｌ_Ｄが目標出力上限値ＰＴ＿ｍａｘ以上であるときは、目標出力上限値Ｐ_Ｔ＿ｍａｘを目標出力値Ｐ_Ｔとして算出及び出力するようにしてもよい。

【0058】

上述の実施形態によれば、ガスタービン１の回転数に基づき目標出力上限値Ｐ_Ｔ＿ｍａｘが算出され、該目標出力上限値によって制限された目標出力値Ｐ_Ｔを用いて燃料指令値（例えば第１指令値ＦＩ＿１）が算出される。したがって、ガスタービン１の回転数が急減した場合において、目標出力値Ｐ_Ｔをこのように制限しない場合に比べて、ガスタービン１の出力値と目標出力値Ｐ_Ｔとの偏差の絶対値を小さくすることができ、これにより、該偏差に基づく燃料指令値（第１指令値ＦＩ＿１）の急増を抑制することができる。よって、ガスタービン１の回転数の急減時において、タービン入口温度の制限値超過をより効果的に抑制することができる。

【0059】

幾つかの実施形態では、目標出力値算出部２４は、目標出力値Ｐ_Ｔが減少する場合には、目標出力値Ｐ_Ｔが増加する場合に比べて大きな変化率で目標出力値Ｐ_Ｔを変化させるように構成される。

【0060】

上述の実施形態では、算出される目標出力値Ｐ_Ｔが減少する場合には、算出される目標出力値Ｐ_Ｔが増大する場合に比べて大きい変化率で目標出力値Ｐ_Ｔを変化させるようにしたので、ガスタービン１の回転数の急減時において、目標出力値Ｐ_Ｔを比較的迅速に減少させることができる。これにより、目標出力値Ｐ_Ｔに基づいて算出される燃料指令値（例えば第１指令値ＦＩ＿１）も比較的迅速に減少するため、ガスタービン１の回転数の急減時において、タービン入口温度の制限値超過をより効果的に抑制することができる。

【0061】

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

【0062】

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービン用の制御装置（２０）は、
ガスタービン（１）を制御するための制御装置であって、
前記ガスタービンに与えられる燃料指令値（上述の燃料指令値ＦＩ及び／又は第１指令値ＦＩ＿１）を算出するための燃料指令値算出部（２２）を備え、
前記燃料指令値算出部は、
前記ガスタービンの回転数の時間変化量に基づいて前記ガスタービンの回転数の急減を検知するように構成された回転数急減検知部（２８）と、
前記回転数急減検知部により前記ガスタービンの回転数の急減が検知されたとき、前記回転数の低下に対応するように前記燃料指令値を制限するように構成された燃料指令値制限部（３１）と、
を含む。

【0063】

上記（１）の構成によれば、ガスタービンの回転数の急減が検知された場合に、排ガスの温度計測値等に依らず、回転数の低下に対応して燃料指令値（燃焼器への燃料供給量を示す制御指令値）を制限するようにしたので、ガスタービンの回転数の急減時に、迅速に燃料指令値を制限することができる。よって、ガスタービンの回転数が急減時において、タービン入口温度の制限値超過を効果的に抑制することができる。

【0064】

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記制御装置は、
前記ガスタービンの所定部位における燃焼ガスの温度が、前記所定部位における前記燃焼ガスの上限基準温度（Ｔｓ）に対応するように決定されるとともに該上限基準温度よりも低い規定温度（Ｔｔｈ）より高いか否かを判定するように構成された温度条件判定部（３６）を備え、
前記燃料指令値制限部は、前記温度条件判定部により前記燃焼ガスの温度が前記規定温度よりも高いと判定され、かつ、前記回転数急減検知部により前記回転数の急減が検知されたとき、前記燃料指令値を制限するように構成される。

【0065】

燃焼ガスの温度が上限基準温度よりもある程度低い場合には、仮にガスタービンの回転数が急減して、これによりタービン入口温度がある程度上昇したとしても、タービン入口温度が制限値を超えることは考えにくい。この点、上記（２）の構成によれば、燃焼ガス温度が、上限基準温度に対応するととともに上限基準温度よりも低い規定温度よりも高いときに限り、ガスタービンの回転数の急減時に燃料指令値を制限し、燃焼ガス温度が上述の規定温度以下である場合（即ち、燃焼ガス温度が上限基準温度よりもある程度低い場合）には、ガスタービンの回転数が急減したとしても、これにより燃料指令値を制限しない。このように、不要なときにまで燃料指令値を制限しないので、ガスタービンに要求される出力を達成しやすくなるとともに、上記（１）で述べたようにタービン入口温度の制限値超過を効果的に抑制することができる。

【0066】

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記燃料指令値算出部は、前記ガスタービンの出力値（Ｐ_Ａ）と目標出力値（Ｐ_Ｔ）との偏差に基づいて前記燃料指令値を算出するように構成され、
前記燃料指令値制限部は、前記偏差に基づき算出された前記燃料指令値を制限するように構成される。

【0067】

ガスタービンの回転数が急減するとき、ガスタービンの出力値と目標出力値との偏差に基づく燃料指令値は急増する傾向がある。この点、上記（３）の構成によれば、ガスタービンの回転数が急減するときに、ガスタービンの出力値と目標出力値との偏差に基づく燃料指令値を迅速に制限するようにしたので、タービン入口温度の制限値超過を効果的に抑制することができる。

【0068】

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記制御装置は、
前記ガスタービンの回転数に基づき前記目標出力値の上限値（例えば上述の目標出力上限値Ｐ_Ｔ＿ｍａｘ）を算出するように構成された目標出力上限値算出部（２６）と、
前記ガスタービンの設定負荷値（Ｌ_Ｄ）、及び、前記目標出力値の前記上限値に基づいて前記目標出力値を算出するように構成された目標出力値算出部（２４）と、
を備える。

【0069】

上記（４）の構成によれば、ガスタービンの回転数に基づき目標出力値の上限値を算出し、該上限値によって制限された目標出力値を用いて燃料指令値を算出する。したがって、ガスタービンの回転数が急減した場合において、目標出力値を上述のように制限しない場合に比べて、ガスタービンの出力値と目標出力値との偏差の絶対値を小さくすることができ、これにより、該偏差に基づく燃料指令値の急増を抑制することができる。よって、ガスタービンの回転数の急減時において、タービン入口温度の制限値超過をより効果的に抑制することができる。

【0070】

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、
前記目標出力上限値算出部は、前記設定負荷値に、前記ガスタービンの回転数に応じたバイアス値（例えば上述の負荷係数ｂ_Ｌ）を乗算することで、前記目標出力値の前記上限値を算出するように構成される。

【0071】

上記（５）の構成によれば、ガスタービンの設定負荷値に、回転数に応じたバイアス値を乗算することで、回転数に応じた目標出力値の上限値を算出することができる。よって、このように算出した上限値によって制限された目標出力値を用いて、燃料指令値を適切に算出することができる。

【0072】

（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、
前記目標出力値算出部は、前記目標出力値が減少する場合には、前記目標出力値が増加する場合に比べて大きな変化率で前記目標出力値を変化させるように構成される。

【0073】

上記（６）の構成によれば、算出される目標出力値が減少する場合には、算出される目標出力値が増大する場合に比べて大きい変化率で目標出力値を変化させるようにしたので、ガスタービンの回転数の急減時において、目標出力値を比較的迅速に減少させることができる。これにより、目標出力値に基づいて算出される燃料指令値も比較的迅速に減少するため、ガスタービンの回転数の急減時において、タービン入口温度の制限値超過をより効果的に抑制することができる。

【0074】

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかの構成において、
前記燃料指令値制限部は、前記ガスタービンの回転数が急減したときにおける前記燃料指令値の上限値（例えば上述の第１指令上限値ＦＩ＿１＿ｍａｘ）を算出するように構成された燃料指令上限値算出部（例えば上述の第１指令上限値算出部３４）を含み、
前記燃料指令上限値算出部は、
前記ガスタービンの回転数と、前記ガスタービンの設定負荷値（Ｌ_Ｄ）に対する負荷の割合を示す負荷係数（ｂ_Ｌ）との相関関係に基づいて、前記ガスタービンの現在の回転数に対応する前記負荷係数を取得し、
前記設定負荷値に対応する燃料指令値及び前記負荷係数に基づいて、前記燃料指令値の前記上限値を算出する
ように構成される。

【0075】

上記（７）の構成によれば、ガスタービンの回転数と、設定負荷値に対する負荷の割合を示す負荷係数との相関関係に基づいて、ガスタービンの現在の回転数に対応する負荷係数を取得するとともに、設定負荷値に対応する燃料指令値及び上述の負荷係数に基づいて燃料指令値の上限値を算出する。よって、このように算出した上限値に基づいて燃料指令値が制限されるので、ガスタービンの回転数の急減時に、迅速に燃料指令値を制限することができる。よって、ガスタービンの回転数の急減時において、タービン入口温度の制限値超過を効果的に抑制することができる。

【0076】

（８）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービン設備（１００）は、
ガスタービン（１）と、
前記ガスタービンを制御するように構成された上記（１）乃至（７）の何れか一項に記載の制御装置（２０）と、
を備える。

【0077】

上記（８）の構成によれば、ガスタービンの回転数の急減が検知された場合に、排ガスの温度計測値等に依らず、回転数の低下に対応して燃料指令値（燃焼器への燃料供給量を示す制御指令値）を制限するようにしたので、ガスタービンの回転数の急減時に、迅速に燃料指令値を制限することができる。よって、ガスタービンの回転数の急減時において、タービン入口温度の制限値超過を効果的に抑制することができる。

【0078】

（９）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービン（１）の制御方法は、
前記ガスタービンに与えられる燃料指令値（例えば上述の燃料指令値ＦＩ及び／又は第１指令値ＦＩ＿１）を算出するステップを備え、
前記燃料指令値を算出するステップは、
前記ガスタービンの回転数の時間変化量に基づいて前記ガスタービンの回転数の急減を検知するステップと、
前記ガスタービンの回転数の急減が検知されたとき、前記回転数の低下に対応するように前記燃料指令値を制限するステップと、
を含む。

【0079】

上記（９）の方法によれば、ガスタービンの回転数の急減が検知された場合に、排ガスの温度計測値等に依らず、回転数の低下に対応して燃料指令値（燃焼器への燃料供給量を示す制御指令値）を制限するようにしたので、ガスタービンの回転数の急減時に、迅速に燃料指令値を制限することができる。よって、ガスタービンの回転数の急減時において、タービン入口温度の制限値超過を効果的に抑制することができる。

【0080】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

【0081】

本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

【符号の説明】

【0082】

１ ガスタービン
２ 圧縮機
３ 燃焼器
４ タービン
５ 回転シャフト
６ 発電機
７ 燃料バルブ
８ 回転数計測部
９ 燃料供給ライン
１０ 出力計測部
１２ 排ガス温度計測部
１４ ブレードパス温度計測部
２０ 制御装置
２２ 燃料指令値算出部
２３ 記憶部
２４ 目標出力値算出部
２６ 目標出力上限値算出部
２８ 回転数急減検知部
３０ 第１指令値算出部
３１ 燃料指令値制限部
３２ 第１指令値制限部
３４ 第１指令上限値算出部
３６ 温度条件判定部
３８ 第２指令値算出部
４０ 第３指令値算出部
４２ 第４指令値算出部
４４ 最小値選択部
１００ ガスタービン設備

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】