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(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】
(24)【登録日】2024-08-22
(45)【発行日】2024-08-30
(54)【発明の名称】ガスタービンの燃料制御装置
(51)【国際特許分類】
F02C 9/26 20060101AFI20240823BHJP
F01D 15/10 20060101ALI20240823BHJP
【ＦＩ】
F02C9/26
F01D15/10 B
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2023509201
(86)(22)【出願日】2022-03-22
(86)【国際出願番号】 JP2022013191
(87)【国際公開番号】W WO2022202818
(87)【国際公開日】2022-09-29
【審査請求日】2023-07-03
(31)【優先権主張番号】P 2021051222
(32)【優先日】2021-03-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【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】田邉 浩史
【審査官】佐々木 淳
(56)【参考文献】
【文献】特表２００４－５２２０５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－０６８６８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１４８９３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００６／０１５０６３３（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０２Ｃ ９／２６
Ｆ０１Ｄ １５／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガスタービンの燃料制御装置であって、前記ガスタービンは、圧縮空気を生成する圧縮機、前記圧縮空気で燃料を燃焼させる燃焼器、及び、前記燃焼器における前記燃料の燃焼により生じた燃焼ガスで駆動されるタービンを備え、前記タービンによってモーター発電機が駆動される運転モードである通常運転モードと、前記モーター発電機が前記ガスタービンに回転動力を提供する運転モードである逆電力運転モードとを切り替え可能であり、
前記燃料制御装置は、
前記燃焼器へ供給される前記燃料の圧力を第１下限値及び第１上限値の流量範囲内で調整可能な第１弁と、
前記燃焼器へ供給される前記燃料の圧力を、前記第１下限値よりも大きい第２下限値及び前記第１上限値よりも大きい第２上限値の流量範囲内で調整可能な第２弁と
を備え、
前記通常運転モードから前記逆電力運転モードに切り替える場合、前記第１弁の開度を前記通常運転モードの開度より大きくするとともに前記第２弁の開度を前記通常運転モードの開度より小さくした後であって、前記燃料の流量を前記逆電力運転モード用の流量まで低下させる前に、前記燃料の圧力を調整するための調整対象を前記第２弁から前記第１弁に変更する、ガスタービンの燃料制御装置。
【請求項2】
前記通常運転モードから前記逆電力運転モードに切り替える場合、前記第１弁の開度を前記通常運転モードの開度より大きくするとともに前記第２弁の開度を前記通常運転モードの開度より小さくした後であって、前記燃料の流量を無負荷定速運転用の流量まで低下させる前に、前記燃料の圧力を調整するための調整対象を前記第２弁から前記第１弁に変更する、請求項１に記載のガスタービンの燃料制御装置。
【請求項3】
前記燃料の圧力を調整するための調整対象を前記第２弁から前記第１弁に変更した後は、前記第２弁の開度を一定値に維持する、請求項１又は２に記載のガスタービンの燃料制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ガスタービンの燃料制御装置に関する。
本願は、２０２１年３月２５日に日本国特許庁に出願された特願２０２１－０５１２２２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、２０２１年３月２５日に日本国特許庁に出願された特願２０２１－０５１２２２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【0002】
例えば特許文献１には、ガスタービンによって発電機を駆動して発電を行うことが記載されている。
【0003】
ガスタービンへの燃料供給量は、着火時に必要な燃料供給量から最大出力時に必要な燃料供給量まで幅広く制御することを求められるため、一般的に、燃料ノズルに供給される燃料の圧力を調整するために、小流量用の圧力調整弁と大流量用の圧力調整弁とを使い分けることが行われている。このような構成の場合、燃料供給の制御の安定性を考慮して、着火後、昇速中の遷移領域で小流量用の圧力調整弁から大流量用の圧力調整弁へ切り替えを行い、定速運転領域となる無負荷運転時には大流量用の圧力調整弁のみで燃料の圧力制御を行うことが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１４－４７７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、ガスタービンの外部からの給電によってガスタービンに回転動力を提供する逆電力運転モードでガスタービンを運転する場合、無負荷定速運転時よりも燃料供給量が小さくなるので、大流量用の圧力調整弁から小流量用の圧力調整弁への切り替え点付近での運転をしなければならない状況が発生し得る。大流量用の圧力調整弁から小流量用の圧力調整弁への切り替えを行うと、弁の特性上、燃料供給量が不連続的に変化して、制御が不安定になるリスクがある。
【0006】
上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも１つの実施形態は、逆電力運転モードにおいてガスタービンの燃焼器への燃料供給を適切に制御可能なガスタービンの燃料制御装置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】
【0007】
上記目的を達成するため、本開示に係るガスタービンの燃料制御装置は、ガスタービンの燃料制御装置であって、前記ガスタービンは、圧縮空気を生成する圧縮機、前記圧縮空気で燃料を燃焼させる燃焼器、及び、前記燃焼器における前記燃料の燃焼により生じた燃焼ガスで駆動されるタービンを備え、前記タービンによってモーター発電機が駆動される運転モードである通常運転モードと、前記モーター発電機が前記ガスタービンに前記回転動力を提供する運転モードである逆電力運転モードとを切り替え可能であり、前記燃料制御装置は、前記燃焼器へ供給される前記燃料の圧力を第１下限値及び第１上限値の流量範囲内で調整可能な第１弁と、前記燃焼器へ供給される前記燃料の圧力を、前記第１下限値よりも大きい第２下限値及び前記第１上限値よりも大きい第２上限値の流量範囲内で調整可能な第２弁とを備え、前記通常運転モードから前記逆電力運転モードに切り替える場合、前記燃料の流量を前記逆電力運転モード用の流量まで低下させる前に、前記燃料の圧力を調整するための調整対象を前記第２弁から前記第１弁に変更する。
【0008】
また、本開示に係るガスタービンの燃料制御装置は、ガスタービンの燃料制御装置であって、前記ガスタービンは、圧縮空気を生成する圧縮機、前記圧縮空気で燃料を燃焼させる燃焼器、及び、前記燃焼器における前記燃料の燃焼により生じた燃焼ガスで駆動されるタービンを備え、前記タービンによってモーター発電機が駆動される運転モードである通常運転モードと、前記モーター発電機が前記ガスタービンに前記回転動力を提供する運転モードである逆電力運転モードとを切り替え可能であり、前記燃料制御装置は、前記燃焼器へ供給される前記燃料の圧力を調整可能な複数の弁を備え、前記通常運転モードでは、前記燃料の圧力を調整するための調整対象が前記複数の弁のうちの少なくとも２つの弁であり、前記通常運転モードから前記逆電力運転モードに切り替える場合、前記燃料の流量を前記逆電力運転モード用の流量まで低下させる前に、前記燃料の圧力を調整するための調整対象を、前記複数の弁のうちの１つの弁に変更する。
【発明の効果】
【0009】
本開示のガスタービンの燃料制御装置によれば、逆電力運転モードの運転時において第１弁と第２弁との切り替えがなくなることにより、逆電力運転モードの運転時において弁の特性に基づく燃料供給量の不連続性がなくなるので、ガスタービンの運転変動を抑制することができ、燃焼器への燃料供給を適切に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本開示の一実施形態に係るガスタービンの燃料制御装置を含むガスタービンシステムの構成図である。
【図2】本開示の一実施形態に係るガスタービンの燃料制御装置の構成図である。
【図3】本開示の一実施形態に係るガスタービンの燃料制御装置に設けられる第１弁及び第２弁それぞれの弁特性を模式的に表すグラフである。
【図4】本開示の一実施形態に係るガスタービンの燃料制御装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本開示の実施形態によるガスタービンの燃料制御装置について、図面に基づいて説明する。以下で説明する実施形態は、本開示の一態様を示すものであり、この開示を限定するものではなく、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。
【0012】
＜本開示の一実施形態に係るガスタービンの燃料制御装置の構成＞
図１に示されるように、ガスタービンシステム１０は、燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器４と、燃焼器４に燃焼用空気としての圧縮空気を供給する圧縮機２と、この圧縮機２と共通の回転軸５を有し、燃焼器４によって生成された燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービン６とを有するガスタービン１を備えている。回転軸５にはモーター発電機７が連結されており、モーター発電機７は、ガスタービン１の外部の電力系統８に電気的に接続可能に構成されている。圧縮機２の入口には、吸気量を調整するための入口案内翼（ＩＧＶ）３Ａが設けられている。ＩＧＶ３Ａの開度はアクチュエータ３Ｂ（入口案内翼制御装置）によって調節可能に構成されている。アクチュエータ３Ｂは、制御装置１５に電気的に接続されている。
図１に示されるように、ガスタービンシステム１０は、燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器４と、燃焼器４に燃焼用空気としての圧縮空気を供給する圧縮機２と、この圧縮機２と共通の回転軸５を有し、燃焼器４によって生成された燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービン６とを有するガスタービン１を備えている。回転軸５にはモーター発電機７が連結されており、モーター発電機７は、ガスタービン１の外部の電力系統８に電気的に接続可能に構成されている。圧縮機２の入口には、吸気量を調整するための入口案内翼（ＩＧＶ）３Ａが設けられている。ＩＧＶ３Ａの開度はアクチュエータ３Ｂ（入口案内翼制御装置）によって調節可能に構成されている。アクチュエータ３Ｂは、制御装置１５に電気的に接続されている。
【0013】
燃焼器４は、燃料供給源１１から燃料供給ライン１２を介して燃料が供給されるように構成されている。燃料供給ライン１２には、燃焼器４に供給される燃料の流量（燃料供給量）を調節するための燃料制御装置２０が設けられている。燃料制御装置２０の構成を図２に示す。燃料制御装置２０内において、燃料供給ライン１２は、燃焼器４（図１参照）のメインノズル及びパイロットノズルのそれぞれに連通するメイン燃料供給ライン２１及びパイロット燃料供給ライン２２に分岐している。燃料制御装置２０は、メイン燃料供給ライン２１に設けられてメインノズルへの燃料供給量を調節するためのメイン燃料制御弁２３と、パイロット燃料供給ライン２２に設けられてパイロットノズルへの燃料供給量を調節するためのパイロット燃料制御弁２４と、メイン燃料制御弁２３及びパイロット燃料制御弁２４のそれぞれの上流側及び下流側間の差圧を検出する差圧計２５，２６と、メイン燃料制御弁２３よりも上流側でメイン燃料供給ライン２１に互いに対して並列に設けられた差圧調整弁である第１弁２７及び第２弁２８と、パイロット燃料制御弁２４よりも上流側でパイロット燃料供給ライン２２に設けられた差圧調整弁２９とを備えている。
【0014】
メイン燃料制御弁２３及びパイロット燃料制御弁２４はそれぞれ、制御装置１５に電気的に接続されて、制御装置１５によって開度が調整されるように構成されている。第１弁２７と第２弁２８と差圧計２５とはそれぞれ制御装置１５に電気的に接続されて、差圧の設定値に基づくＰＩ制御により、第１弁２７及び第２弁２８のそれぞれの開度が制御装置１５によって調整されるように構成されている。差圧調整弁２９と差圧計２６とはそれぞれ制御装置１５に電気的に接続されて、差圧の設定値に基づくＰＩ制御により、差圧調整弁２９の開度が制御装置１５によって調整されるように構成されている。
【0015】
制御装置１５は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。尚、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等である。
【0016】
この実施形態では、第１弁２７と第２弁２８とはそれぞれ、開度と燃料の流量との関係、すなわち弁特性が互いに異なっている。図３に示されるように、第１弁２７及び第２弁２８はそれぞれ最小開度Ｏｍｉｎ及び最大開度Ｏｍａｘ間で燃料の圧力を制御可能であり、開度が最小開度Ｏｍｉｎのときにそれぞれの弁を流れる燃料の流量が最低流量Ｆ１＿ｍｉｎ及びＦ２＿ｍｉｎとなり、開度が最大開度Ｏｍａｘときにそれぞれの弁を流れる燃料の流量が最高流量Ｆ１＿ｍａｘ及びＦ２＿ｍａｘとなる。この実施形態において、Ｆ１＿ｍｉｎ＜Ｆ２＿ｍｉｎであり、かつ、Ｆ１＿ｍａｘ＜Ｆ２＿ｍａｘである。
【0017】
尚、図３では、第１弁２７及び第２弁２８のそれぞれの最小開度Ｏｍｉｎが同じであり、かつ、それぞれの最大開度Ｏｍａｘが同じであるが、互いに異なっていてもよい。また、図３では、Ｆ１＿ｍａｘ＞Ｆ２＿ｍｉｎとなっているが、Ｆ１＿ｍａｘ≦Ｆ２＿ｍｉｎであってもよい。さらに、図３では、第１弁２７の弁特性の傾きが第２弁２８の弁特性の傾きよりも大きくなっているが、前者よりも後者が大きくてもよいし、両者が同じであってもよい。さらに、第１弁２７及び第２弁２８のそれぞれの弁特性は直線関係であるが、曲線で表される関係であってもよい。
【0018】
＜本開示の一実施形態に係るガスタービンシステムの動作＞
次に、本開示の一実施形態に係るガスタービンシステム１０の動作について説明する。図１に示されるように、ガスタービンシステム１０は、タービン６によってモーター発電機７が駆動される運転モードである通常運転モードと、モーター発電機７がガスタービン１に回転動力を提供する運転モードである逆電力運転モードとを適宜切り替えて動作することが可能である。
次に、本開示の一実施形態に係るガスタービンシステム１０の動作について説明する。図１に示されるように、ガスタービンシステム１０は、タービン６によってモーター発電機７が駆動される運転モードである通常運転モードと、モーター発電機７がガスタービン１に回転動力を提供する運転モードである逆電力運転モードとを適宜切り替えて動作することが可能である。
【0019】
通常運転モードでは、圧縮機２から圧縮空気が燃焼器４に供給されるとともに燃料供給源１１から燃料供給ライン１２を介して燃焼器４に燃料が供給されることにより、燃料が燃焼されて燃焼ガスが生成する。この燃焼ガスがタービン６に供給されることでタービン６が駆動され、すなわち回転し、タービン６の回転が回転軸５を介してモーター発電機７に伝達されて、モーター発電機７が発電機として駆動する。モーター発電機７で発電された電力は電力系統８に送電される。
【0020】
一方、逆電力運転モードでは、ガスタービン１の外部の電力系統８から電力がモーター発電機７に給電されることで、モーター発電機７はモーターとして駆動する。モーター発電機７で発生する回転動力はガスタービン１に提供されて、ガスタービン１の運転をアシストする。このため、逆電力運転モードは一般的に、通常運転モードに比べて燃料消費量が小さくなる。
【0021】
＜本開示の一実施形態に係るガスタービンの燃料制御装置の動作＞
次に、ガスタービン１の燃料制御装置２０の動作を、図１～３と図４のタイミングチャートとに基づいて説明する。図４のタイミングチャートは、ガスタービンシステム１０が通常運転モードから逆電力運転モードへ移行する際の各種項目の経時変化を示している。時刻ｔ０までは、ガスタービンシステム１０は通常運転モードにおいて、規定の負荷Ｌ０で運転している。ガスタービンシステム１０のオペレータは、後述する時刻ｔ２において逆電力運転モードへ切り替えを開始するための準備を時刻ｔ０において開始する。
次に、ガスタービン１の燃料制御装置２０の動作を、図１～３と図４のタイミングチャートとに基づいて説明する。図４のタイミングチャートは、ガスタービンシステム１０が通常運転モードから逆電力運転モードへ移行する際の各種項目の経時変化を示している。時刻ｔ０までは、ガスタービンシステム１０は通常運転モードにおいて、規定の負荷Ｌ０で運転している。ガスタービンシステム１０のオペレータは、後述する時刻ｔ２において逆電力運転モードへ切り替えを開始するための準備を時刻ｔ０において開始する。
【0022】
時刻ｔ０におけるオペレータの操作に基づいて、制御装置１５は燃焼器４への燃料供給量の制御に用いられるパラメータである燃料流量設定値を経時的に変化させることにより、ガスタービンシステム１０が負荷Ｌ０で運転する場合の燃料供給量Ｆ０から、後述する最低負荷Ｌｍｉｎでガスタービンシステム１０が運転する場合の燃料供給量Ｆｍｉｎに低下させる。また、制御装置１５は、燃料流量設定値及びパイロット比率の設定値に基づいてメイン燃料制御弁２３及びパイロット燃料制御弁２４を制御し、燃料流量設定値の減少に対応するように各燃料制御弁の開度を減少させる。具体的には、制御装置１５は、燃料流量設定値及びパイロット比率に基づいてメインノズル及びパイロットノズルに供給すべき各燃料供給量を算出し、各燃料供給量に対応する開度を示す信号をメイン燃料制御弁２３及びパイロット燃料制御弁２４のそれぞれに伝送する。この信号に基づいてメイン燃料制御弁２３及びパイロット燃料制御弁２４の開度が制御される。また、差圧計２５，２６それぞれの検出値が設定値となるように、第２弁２８の開度と、差圧調整弁２９の開度とをそれぞれ調整する。具体的には、各差圧計の検出値と設定値の差分に基づいてＰＩ制御を行うことで適切な開度を算出し、当該開度を示す信号を第２弁２８及び差圧調整弁２９に伝送する。このように、燃焼器４への燃料供給を制御装置１５が制御することにより、メインノズル及びパイロットノズルに供給される燃料の圧力を制御しながら、燃料供給量を当初の燃料供給量Ｆ０から後述する最低供給量Ｆｍｉｎに向かって低下させる。この結果として、ガスタービンシステム１０の負荷が低下し、時刻ｔ１において最低負荷Ｌｍｉｎとなる。ここで、最低負荷Ｌｍｉｎでの運転とは、無負荷定速運転であり、通常運転モードにおける燃焼器４への燃料供給量を最低値、すなわち最低供給量Ｆｍｉｎにした状態での運転を意味する。
【0023】
この実施形態では、時刻ｔ０から時刻ｔ２までの間は、制御装置１５は、第１弁２７の開度を当初の開度Ｏ１＿０のままに維持し、第２弁２８の開度が当初のＯ２＿０から時刻ｔ１においてＯ２＿１となるように低下させることにより、メインノズルへに供給される燃料の圧力を設定値に制御している。また、時刻ｔ０においてメインノズル及びパイロットノズルそれぞれへの燃料供給量を低下させることと併せて、パイロット比率（燃焼器４への燃料供給量に対するパイロットノズルへの燃料供給量の比率）を当初のパイロット比率Ｒ０から上昇し始める。これにより、燃焼器４への燃料供給量が低下しても、燃焼器４がより失火しにくい状態にすることができる。時刻ｔ１に達する前に、パイロット比率はＲ０からＲ１に上昇する。さらに、時刻ｔ０において制御装置１５はアクチュエータ３Ｂを制御することにより、ＩＧＶ３Ａの開度を、燃焼器４が失火しないような開度に調節してもよい。
【0024】
時刻ｔ１における運転条件を、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで維持する。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの運転期間は、運転モードの切り替えについて、オペレータからの命令信号、若しくは、ガスタービンシステム１０又はガスタービンシステム１０と接続された他のシステムからの命令信号を受け付けるための時間である。時刻ｔ２において、例えばガスタービンシステム１０のオペレータが運転モード切替ボタンを押すことによって、通常運転モードから逆電力運転モードへの切り替えを開始する。時刻ｔ２において、制御装置１５は、燃焼器４への燃料供給量を最低供給量Ｆｍｉｎに維持したままパイロット比率の上昇を開始し、時刻ｔ３においてパイロット比率をＲ２とする。
【0025】
燃焼器４への燃料供給量を最低供給量Ｆｍｉｎに維持したままパイロット比率をＲ１からＲ２へ上昇させるために、制御装置１５は、メイン燃料制御弁２３の開度を低下させるとともにパイロット燃料制御弁２４の開度を増加させる。このとき、制御装置１５は、差圧計２５の検出値が設定値となるように、時刻ｔ２から時刻ｔ３において第１弁２７の開度を増加させ、略同期するように第２弁２８の開度を低下させる。パイロット比率がＲ２となる時刻ｔ３において、第２弁２８の開度はＯ２＿２まで低下し、第１弁２７の開度はＯ１＿１まで増加する。また、制御装置１５は、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間で、アクチュエータ３Ｂを制御することによりＩＧＶ３Ａの開度を、逆電力運転モードに適した開度に制御してもよい。
【0026】
時刻ｔ３から時刻ｔ５にかけて、制御装置１５は、燃焼器４への燃料流量設定値を制御して、燃料供給量をＦｍｉｎから逆電力運転モード用の供給量ＦＧＭに低下させる。制御装置１５は、燃料流量設定値及びパイロット比率の値に基づいて、メイン燃料制御弁２３及びパイロット燃料制御弁２４のそれぞれに開度の情報を示す信号を伝送する。また、差圧計２５，２６それぞれの検出値が目標差圧設定値となるように、第１弁２７の開度と、差圧調整弁２９の開度とを調整する。
【0027】
具体的には、時刻ｔ３以降、制御装置１５は、第２弁２８の開度をＯ２＿２のまま一定にして（第２弁２８を全閉のままにすることも含む）、第１弁２７の開度調整のみでメイン燃料制御弁２３の上流側及び下流側間の差圧を調整することにより、メインノズルに供給される燃料の圧力を調整する。図４では記載されていないが、時刻ｔ０以前の通常運転モードでは、逆電力運転モードに比べて燃焼器４への燃料供給量が大きいため、メインノズルに供給される燃料の圧力を調整するための調整対象は第２弁２８である。したがって、制御装置１５は、時刻ｔ３以降、メインノズルに供給される燃料の圧力を調整するための調整対象を第２弁２８から第１弁２７に変更する。
【0028】
時刻ｔ４においてガスタービンシステム１０の負荷がゼロになるが、燃料流量設定値をさらに減少させて、燃焼器４への燃料供給量を低下させる。時刻ｔ４以降は、電力系統８から電力がモーター発電機７に給電されるようになる。したがって、時刻ｔ４以降は、モーター発電機７はモーターとして駆動し、モーター発電機７で発生する回転動力はガスタービン１に提供される。時刻ｔ５において、燃焼器４への燃料供給量が、逆電力運転モード用の燃料供給量ＦＧＭに到達し、逆電力運転モードへの切り替え動作が完了する。このとき、第１弁２７の開度はＯ１＿２まで低下する。図４ではＯ１＿２＞Ｏ１＿０となっているが、通常運転モードにおける第１弁２７の開度Ｏ１＿０の大きさ次第では、Ｏ１＿２≦Ｏ１＿０となり得る。
【0029】
この実施形態では、逆電力運転モードにおけるメインノズルに供給される燃料の圧力の調整は第１弁２７の開度調整のみで行われることになる。このため、逆電力運転モードにおいて第１弁２７と第２弁２８との切り替えがなくなることにより、弁の特性に基づく燃料供給量の不連続性がなくなるので、ガスタービン１の運転変動を抑制することができ、逆電力運転モードの運転時においてガスタービン１への燃料供給を適切に制御することができる。
【0030】
＜本開示の一実施形態に係るガスタービンの燃料制御装置の動作の変形例＞
この実施形態では、メインノズルに供給される燃料の圧力を調整するための調整対象を第２弁２８から第１弁２７に変更することを、時刻ｔ３まで、すなわち、ガスタービンシステム１０の負荷を最低負荷Ｌｍｉｎから低下し始めるまでに行っているが、この形態に限定するものではない。このような変更は少なくとも時刻ｔ５まで、すなわち、燃焼器４への燃料供給量がＦＧＭまで低下することで逆電力運転モードへの切り替え動作が完了するまでに行えばよい。このため、時刻ｔ３よりも前まで、例えば、燃焼器４への燃料供給量が無負荷定速運転用の流量まで低下させる前に、すなわち時刻ｔ１までに行うこともできる。このようにすると、通常運転モードから逆電力運転モードへの切り替え中においてもガスタービンへの燃料供給を適切に制御することができる。
この実施形態では、メインノズルに供給される燃料の圧力を調整するための調整対象を第２弁２８から第１弁２７に変更することを、時刻ｔ３まで、すなわち、ガスタービンシステム１０の負荷を最低負荷Ｌｍｉｎから低下し始めるまでに行っているが、この形態に限定するものではない。このような変更は少なくとも時刻ｔ５まで、すなわち、燃焼器４への燃料供給量がＦＧＭまで低下することで逆電力運転モードへの切り替え動作が完了するまでに行えばよい。このため、時刻ｔ３よりも前まで、例えば、燃焼器４への燃料供給量が無負荷定速運転用の流量まで低下させる前に、すなわち時刻ｔ１までに行うこともできる。このようにすると、通常運転モードから逆電力運転モードへの切り替え中においてもガスタービンへの燃料供給を適切に制御することができる。
【0031】
この実施形態では、通常運転モードから逆電力運転モードに切り替える場合、第１弁２７の開度を通常運転モードの開度より大きくするとともに第２弁２８の開度を通常運転モードの開度より小さくした後に、燃料の圧力を調整するための調整対象を第２弁２８から第１弁２７に変更しているが、この動作は必須の構成ではない。ただし、このような動作を行うことで、逆電力運転モードにおいて燃焼器への燃料供給をより適切に制御することができる。
【0032】
この実施形態では、メインノズルに供給される燃料の圧力を調整するための調整対象を第２弁２８から第１弁２７に変更後、第２弁２８の開度は一定値であったがこの形態に限定するものではない。メインノズルに供給される燃料の圧力の調整とは無関係に、第２弁２８の開度が非常に狭い範囲内で変動する状態であってもよい。ただし、第２弁２８の開度を一定値に維持しておけば、逆電力運転モードにおける燃料の圧力を調整するための調整対象を完全に第１弁２７のみにすることができるので、逆電力運転モードにおいて燃焼器４への燃料供給をより適切に制御することができる。
【0033】
この実施形態では、メインノズルに供給される燃料の圧力を調整するための差圧調整弁として、互いに弁特性が異なる２つの弁、すなわち第１弁２７及び第２弁２８を用いているが、この形態に限定するものではなく、互いの弁特性が同じである２つの弁を用いてもよい。この変形例において、通常運転モードでは、メインノズルに供給される燃料の圧力を調整するための調整対象を２つの弁とし、逆電力運転モードでは、メインノズルに供給される燃料の圧力を調整するための調整対象をいずれか一方の弁のみにする。この変形例でも、逆電力運転モードにおいて調整対象の弁の個数の切り替えがなくなることにより、燃料供給量の不連続性がなくなるので、ガスタービン１の運転変動を抑制することができ、燃焼器４への燃料供給を適切に制御することができる。
【0034】
尚、この変形例では、弁の個数は２つではなく、３つ以上の任意の個数としてもよい。この場合、通常運転モードでは、メインノズルに供給される燃料の圧力を調整するための調整対象を３つ以上の弁のうちの少なくとも２つの弁とし、逆電力運転モードでは、メインノズルに供給される燃料の圧力を調整するための調整対象を３つ以上の弁のうちのいずれか１つの弁とすることにより、同じ作用効果を得ることができる。
【0035】
この実施形態では、逆電力運転モード時に電力系統８からモーター発電機７に電力が給電されていたが、この形態に限定するものではない。他のプラント等で過剰となっている電力をモーター発電機７に給電するようにしてもよい。
【0036】
この実施形態では、メインノズルに供給される燃料の圧力の調整のみを説明したが、差圧調整弁２９を第１弁及び第２弁から成る構成にして同じような制御を行うことで、パイロットノズルに供給される燃料の圧力の調整も可能である。
【0037】
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。
【0038】
［１］一の態様に係るガスタービンの燃料制御装置は、
ガスタービン（１）の燃料制御装置（２０）であって、
前記ガスタービン（１）は、圧縮空気を生成する圧縮機（２）、前記圧縮空気で燃料を燃焼させる燃焼器（４）、及び、前記燃焼器（４）における前記燃料の燃焼により生じた燃焼ガスで駆動されるタービン（６）を備え、前記タービン（６）によってモーター発電機（７）が駆動される運転モードである通常運転モードと、前記モーター発電機（７）が前記ガスタービン（１）に前記回転動力を提供する運転モードである逆電力運転モードとを切り替え可能であり、
前記燃料制御装置（２０）は、
前記燃焼器（４）へ供給される前記燃料の圧力を第１下限（Ｆ１＿ｍｉｎ）値及び第１上限値（Ｆ１＿ｍａｘ）の流量範囲内で調整可能な第１弁（２７）と、
前記燃焼器（４）へ供給される前記燃料の圧力を、前記第１下限値（Ｆ１＿ｍｉｎ）よりも大きい第２下限値（Ｆ２＿ｍｉｎ）及び前記第１上限値（Ｆ１＿ｍａｘ）よりも大きい第２上限値（Ｆ２＿ｍａｘ）の流量範囲内で調整可能な第２弁（２８）と
を備え、
前記通常運転モードから前記逆電力運転モードに切り替える場合、前記燃料の流量を前記逆電力運転モード用の流量まで低下させる前に、前記燃料の圧力を調整するための調整対象を前記第２弁（２８）から前記第１弁（２７）に変更する。
ガスタービン（１）の燃料制御装置（２０）であって、
前記ガスタービン（１）は、圧縮空気を生成する圧縮機（２）、前記圧縮空気で燃料を燃焼させる燃焼器（４）、及び、前記燃焼器（４）における前記燃料の燃焼により生じた燃焼ガスで駆動されるタービン（６）を備え、前記タービン（６）によってモーター発電機（７）が駆動される運転モードである通常運転モードと、前記モーター発電機（７）が前記ガスタービン（１）に前記回転動力を提供する運転モードである逆電力運転モードとを切り替え可能であり、
前記燃料制御装置（２０）は、
前記燃焼器（４）へ供給される前記燃料の圧力を第１下限（Ｆ１＿ｍｉｎ）値及び第１上限値（Ｆ１＿ｍａｘ）の流量範囲内で調整可能な第１弁（２７）と、
前記燃焼器（４）へ供給される前記燃料の圧力を、前記第１下限値（Ｆ１＿ｍｉｎ）よりも大きい第２下限値（Ｆ２＿ｍｉｎ）及び前記第１上限値（Ｆ１＿ｍａｘ）よりも大きい第２上限値（Ｆ２＿ｍａｘ）の流量範囲内で調整可能な第２弁（２８）と
を備え、
前記通常運転モードから前記逆電力運転モードに切り替える場合、前記燃料の流量を前記逆電力運転モード用の流量まで低下させる前に、前記燃料の圧力を調整するための調整対象を前記第２弁（２８）から前記第１弁（２７）に変更する。
【0039】
本開示のガスタービンの燃料制御装置によれば、逆電力運転モードの運転時において第１弁と第２弁との切り替えがなくなることにより、逆電力運転モードの運転時において弁の特性に基づく燃料供給量の不連続性がなくなるので、ガスタービンの運転変動を抑制することができ、燃焼器への燃料供給を適切に制御することができる。
【0040】
［２］別の態様に係るガスタービンの燃料制御装置は、［１］のガスタービンの燃料制御装置であって、
前記通常運転モードから前記逆電力運転モードに切り替える場合、前記燃料の流量を無負荷定速運転用の流量（Ｆｍｉｎ）まで低下させる前に、前記燃料の圧力を調整するための調整対象を前記第２弁（２８）から前記第１弁（２７）に変更する。
前記通常運転モードから前記逆電力運転モードに切り替える場合、前記燃料の流量を無負荷定速運転用の流量（Ｆｍｉｎ）まで低下させる前に、前記燃料の圧力を調整するための調整対象を前記第２弁（２８）から前記第１弁（２７）に変更する。
【0041】
このような構成によれば、通常運転モードから逆電力運転モードへの切り替え中においても燃焼器への燃料供給を適切に制御することができる。
【0042】
［３］さらに別の態様に係るガスタービンの燃料制御装置は、［１］または［２］のガスタービンの燃料制御装置であって、
前記通常運転モードから前記逆電力運転モードに切り替える場合、前記第１弁（２７）の開度を前記通常運転モードの開度より大きくするとともに前記第２弁（２８）の開度を前記通常運転モードの開度より小さくした後に、前記燃料の圧力を調整するための調整対象を前記第２弁（２８）から前記第１弁（２７）に変更する。
前記通常運転モードから前記逆電力運転モードに切り替える場合、前記第１弁（２７）の開度を前記通常運転モードの開度より大きくするとともに前記第２弁（２８）の開度を前記通常運転モードの開度より小さくした後に、前記燃料の圧力を調整するための調整対象を前記第２弁（２８）から前記第１弁（２７）に変更する。
【0043】
このような構成によれば、第１弁による燃料の流量の低下幅を大きくできるので、逆電力運転モードにおいて燃焼器への燃料供給をより適切に制御することができる。
【0044】
［４］さらに別の態様に係るガスタービンの燃料制御装置は、［１］～［３］のいずれかのガスタービンの燃料制御装置であって、
前記燃料の圧力を調整するための調整対象を前記第２弁（２８）から前記第１弁（２７）に変更した後は、前記第２弁（２８）の開度を一定値に維持する。
前記燃料の圧力を調整するための調整対象を前記第２弁（２８）から前記第１弁（２７）に変更した後は、前記第２弁（２８）の開度を一定値に維持する。
【0045】
このような構成によれば、逆電力運転モードの運転時における燃料の圧力を調整するための調整対象を完全に第１弁のみにすることができるので、逆電力運転モードの運転時において燃焼器への燃料供給をより適切に制御することができる。
【0046】
［５］一の態様に係るガスタービンの燃料制御装置は、
ガスタービン（１）の燃料制御装置（２０）であって、
前記ガスタービン（１）は、圧縮空気を生成する圧縮機（２）、前記圧縮空気で燃料を燃焼させる燃焼器（４）、及び、前記燃焼器（４）における前記燃料の燃焼により生じた燃焼ガスで駆動されるタービン（６）を備え、前記タービン（６）によってモーター発電機（７）が駆動される運転モードである通常運転モードと、前記モーター発電機（７）が前記ガスタービン（１）に前記回転動力を提供する運転モードである逆電力運転モードとを切り替え可能であり、
前記燃料制御装置（２０）は、前記燃焼器（４）へ供給される前記燃料の圧力を調整可能な複数の弁を備え、
前記通常運転モードでは、前記燃料の圧力を調整するための調整対象が前記複数の弁のうちの少なくとも２つの弁であり、
前記通常運転モードから前記逆電力運転モードに切り替える場合、前記燃料の流量を前記逆電力運転モード用の流量まで低下させる前に、前記燃料の圧力を調整するための調整対象を、前記複数の弁のうちの１つの弁に変更する。
ガスタービン（１）の燃料制御装置（２０）であって、
前記ガスタービン（１）は、圧縮空気を生成する圧縮機（２）、前記圧縮空気で燃料を燃焼させる燃焼器（４）、及び、前記燃焼器（４）における前記燃料の燃焼により生じた燃焼ガスで駆動されるタービン（６）を備え、前記タービン（６）によってモーター発電機（７）が駆動される運転モードである通常運転モードと、前記モーター発電機（７）が前記ガスタービン（１）に前記回転動力を提供する運転モードである逆電力運転モードとを切り替え可能であり、
前記燃料制御装置（２０）は、前記燃焼器（４）へ供給される前記燃料の圧力を調整可能な複数の弁を備え、
前記通常運転モードでは、前記燃料の圧力を調整するための調整対象が前記複数の弁のうちの少なくとも２つの弁であり、
前記通常運転モードから前記逆電力運転モードに切り替える場合、前記燃料の流量を前記逆電力運転モード用の流量まで低下させる前に、前記燃料の圧力を調整するための調整対象を、前記複数の弁のうちの１つの弁に変更する。
【0047】
本開示のガスタービンの燃料制御装置によれば、逆電力運転モードの運転時において第１弁と第２弁との切り替えがなくなることにより、逆電力運転モードの運転時において弁の特性に基づく燃料供給量の不連続性がなくなるので、ガスタービンの運転変動を抑制することができ、燃焼器への燃料供給を適切に制御することができる。
【符号の説明】
【0048】
１ ガスタービン
２ 圧縮機
４ 燃焼器
６ タービン
７ モーター発電機
１０ ガスタービンシステム
２０ 燃料制御装置
２７ 第１弁
２８ 第２弁
２ 圧縮機
４ 燃焼器
６ タービン
７ モーター発電機
１０ ガスタービンシステム
２０ 燃料制御装置
２７ 第１弁
２８ 第２弁
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】