專利名稱：燃氣輪機的運行控制裝置和運行控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及燃氣輪機的運行控制裝置和運行控制方法，特別涉及對于頻率變化可將渦輪進口溫度抑制在過調節(jié)限制范圍內，并且，軸輸出可滿足Grid Code要求的特性曲線的燃氣輪機的運行控制裝置和運行控制方法。
背景技術：
—般情況下，在發(fā)電廠等中使用的燃氣輪機將燃料噴射到經壓縮機壓縮的空氣中以使其燃燒，再將所獲得的高溫高壓燃燒氣體導入渦輪以獲得輸出。圖14顯示了這種燃氣輪機的基本結構。燃氣輪機100設有壓縮機102、燃燒器103和渦輪101。將通過壓縮機102壓縮的空氣和通過已根據負荷調節(jié)開度的燃料流量調節(jié)閥105進行了流量調節(jié)的燃料氣體提供給燃燒器103。將在燃燒器103中燃燒的高溫燃燒氣體提供給渦輪101并使其膨脹，驅動渦輪101。將該驅動力傳遞至發(fā)電機150進行發(fā)電，并且傳遞至壓縮機102，從而驅動壓縮機。 對于單軸復合循環(huán)發(fā)電站而言，其燃氣輪機100、發(fā)電機150和蒸汽渦輪160的各個轉軸一體結合。 在壓縮機102的第 一 級葉片的前側設置進口導向葉片(Inlet GuideVane :IGV) 104。該進口導向葉片104通過操縱壓縮機進口導向葉片的開度，改變在壓縮機102的動葉片之間流動并且向燃燒器103流入的空氣量，并將燃氣輪機100的排氣溫度控制在目標值。吸氣通過進口導向葉片104提供圓周方向的速度被導入壓縮機102。在壓縮機102中，導入的空氣通過多級動葉片和靜葉片提供能量并且提升壓力。 進口導向葉片104的結構為分別以可動方式支承沿圓周方向設置的多枚可動葉片，通過控制部110的驅動信號，致動器動作以使這些可動葉片可以運動，從而對吸氣流量、燃燒溫度進行調節(jié)。 更具體地說，為了生成對進口導向葉片104的致動器的IGV開度指令115，控制部110設有圖15所示的結構。S卩，控制部110設有乘法器ll、表格函數器(FX1)12、限制器13、修正函數器(FX2)14和限制函數器(FX3)15?；旧?，雖然是對應發(fā)電機輸出(GT輸出)，根據圖16A所示的函數設定IGV開度，但是，要通過修正函數器(FX2)14，根據與圖16B所示的壓縮機進口溫度對應的關系生成GT輸出修正系數K2，以通過乘法器11將GT輸出乘以該修正系數K2，從而對參照表函數的GT輸出值進行修正。另外，還通過限制函數器(FX3)15，根據與圖16C所示的壓縮機進口溫度對應的關系生成IGV最大開度M1，通過限幅器13限制由表格函數器(FX1)12生成的IGV開度以使其不超過IGV最大開度M1。
作為以此方式控制燃氣輪機100的進口導向葉片104的現(xiàn)有技術，已知例如JP特開2003-206749號公報(專利文獻1) 、 JP特開2001-200730號公報(專利文獻2)。在專利文獻1中記載的運行方法，雖然由開度區(qū)域而是吸氣流量有大的變化，以使在IGV開度區(qū)域低的情況下，小的開度變化就可使吸氣流量產生大的變化，并且在IGV開度區(qū)域高的情況下，小的開度變化幾乎不會使吸氣流量產生變化，但是，即使在這種由開度區(qū)域而使吸氣流量發(fā)生較大變化的情況下，對于輸出而言仍能確保規(guī)定的吸氣流量。另外，在專利文獻2中披露的運行方法為在燃氣輪機實際輸出相對于輸出計劃值有富余或者在部分負荷運行的情況下，輸入空氣壓縮機的進口溫度，以對控制由空氣壓縮機吸入的空氣量的IGV開度上限值進行控制。 另外，通過由控制部110中的燃料控制部發(fā)出的控制信號116進行燃料流量調節(jié)閥105的開度控制，通過燃料流量控制進行負荷調節(jié)。在燃料控制部中，根據葉片通道溫度控制中的葉片通道溫度設定值、排氣溫度控制中的排氣溫度設定值、調節(jié)器控制中的調節(jié)器設定值或者負荷限制控制中的負荷限制設定值，將它們之中的最低值用作對燃料流量調節(jié)閥105的最終控制信號。 在葉片通道溫度控制中，測量葉片通道溫度(在緊靠渦輪101末級后的排氣溫度)，將其與基于溫度調節(jié)設定的目標值進行比較，通過比例積分(PI)控制生成葉片通道溫度設定值。另外，在排氣溫度控制中，測量排氣溫度(比渦輪101末級更靠下游的排氣管的排氣溫度)，將其與基于溫度調節(jié)設定的目標值進行比較，通過比例積分(PI)控制生成排氣溫度設定值。 圖17顯示了生成葉片通道溫度控制和排氣溫度控制使用的溫度調節(jié)設定EXREF的部分的結構圖。根據車室壓力Pcs，參照溫度設定函數器(FX10)30，利用加法器37在其輸出中加上由信號發(fā)生器(SG21) 38形成的常數，從而生成溫度調節(jié)設定EXREF。
另外，調節(jié)器控制進行額定速度區(qū)域中的速度控制，將渦輪IOI(與渦輪101連接的發(fā)電機150)的轉速與目標值進行比較，通過比例(P)控制或比例積分(PI)控制生成調節(jié)器設定值。在負荷限制控制中進行負荷運行中的最大輸出限制控制，將發(fā)電機150的輸出與目標值進行比較，通過比例積分(PI)控制生成負荷限制設定值。 圖18為顯示進行負荷限制控制的部分的結構圖。通過信號發(fā)生器(SG5)41、(SG6)49和(SG8)52、加法器42、減法器43、函數器(FX21)44、低值選擇器45以及比例限制器46生成目標值LDREF，通過減法器47將發(fā)電機150的輸出與目標值LDREF進行比較，通過基于PI調節(jié)器48的比例積分控制生成負荷控制設定值LDCSO。 另外，在圖14所示的結構中，由于使渦輪101的轉軸與發(fā)電機150相連，因此，發(fā)電設備的負荷也會隨系統(tǒng)頻率的變化而變化。例如，當系統(tǒng)頻率下降時轉速也下降，為了保持規(guī)定的轉速，必須在燃氣輪機發(fā)電設備中增加燃料供給量。作為以此方式應對頻率變化進行運行控制的現(xiàn)有技術，已知例如有JP特開2004-27848號公報(專利文獻3) 、 JP特開2003-239763號公報(專利文獻4)。在專利文獻3中披露了當檢測到系統(tǒng)頻率異常時，就切換到與平?？刂撇煌囊曰謴拖到y(tǒng)頻率為主的控制的技術。另外，在專利文獻2中披露了將系統(tǒng)頻率的變化率調節(jié)在限制范圍之內的無調節(jié)器控制的方法。
專利文獻1 :JP特開2003-206749號公報
專利文獻2 :JP特開2001-200730號公報
專利文獻3 :JP特開2004-27848號公報
專利文獻4 : JP特開2003-239763號公報
發(fā)明概述 但是，近些年來，歐洲地區(qū)的Grid Code (系統(tǒng)運用規(guī)則)要求相對于系統(tǒng)頻率變化的負荷隨動性達到100%負荷或(100% +a)負荷，并且，在國內也有同樣動向。對于在
5無調節(jié)器運用中，負荷會隨在高負荷下頻率下降時的調定率上升或者對于負荷增加指令而言，在現(xiàn)有技術中，雖然一方面，燃氣輪機100會使燃料增加，但另一方面，由于從燃燒溫度(渦輪進口溫度)上升造成機器損傷的機器保護的角度考慮，要進行溫度調節(jié)動作，因此，擔心不能獲得所希望的負荷。 S卩，對于圖19(a)所示的系統(tǒng)頻率的下降而言，在現(xiàn)有技術中，在高負荷情況下，不改變燃氣輪機100的進口導向葉片104的開度(參見圖19(b))，僅通過燃料控制來應對。這樣，為了滿足圖19(c)所示的軸輸出的Grid Code要求的特性曲線，如圖19(e)所示，可能會超過渦輪進口溫度的過調節(jié)限制值，從而超過機器保護的制約。 另一方面，從機器保護的角度考慮，如果不允許渦輪進口溫度的過調節(jié)，那么就可能無法滿足圖19(c)所示的軸輸出的Grid Code要求的特性曲線。特別是對于燃氣輪機100與蒸汽渦輪160是同軸的單軸復合循環(huán)發(fā)電站而言，如圖19(d)所示，由于蒸汽渦輪160輸出(ST輸出)的增加滯后，因此，為了滿足Grid Code規(guī)定的軸輸出，必須通過燃氣輪機100的過負荷運行來補償蒸汽渦輪160的輸出不足。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供對于頻率變化而言，能夠將渦輪進口溫度抑制在過調節(jié)限制范圍內，并且軸輸出可滿足Grid Code要求的特性曲線的燃氣輪機的運行控制裝置和運行控制方法。 本發(fā)明的第一種形式涉及一種燃氣輪機的運行控制裝置，該裝置將來自在前級中設有進口導向葉片的壓縮機的壓縮空氣與燃料供給到燃燒器中，通過該燃燒器產生的燃燒氣體使渦輪旋轉并驅動發(fā)電機，該燃氣輪機的運行控制裝置設有IGV控制標志生成部，其當系統(tǒng)頻率在規(guī)定閾值以下且所述發(fā)電機的輸出在規(guī)定值以上的高負荷帶時，或者，當系統(tǒng)頻率在規(guī)定閾值以下且所述進口導向葉片的開度處于標準全開狀態(tài)時，使IGV緊急時全開標志有效；進口導向葉片開度設定部，其在所述IGV緊急時全開標志有效的情況下，將所述進口導向葉片的開度設定為預先設定的開度；溫度控制部，其根據所述進口導向葉片的開度對溫度調節(jié)設定進行切換設定，根據該溫度調節(jié)設定生成所述渦輪的排氣溫度設定值或葉片通道溫度設定值；以及，燃料控制部，其根據所述排氣溫度設定值或所述葉片通道溫度設定值，控制對向所述燃燒器供給的燃料供給量。 采用本實施形式，由于當發(fā)電機的輸出在規(guī)定值以上的高負荷帶時，或者，當進口
導向葉片的開度處于標準全開狀態(tài)，系統(tǒng)頻率下降達到規(guī)定閾值以下并使頻率低信號有效
時，強制性地將進口導向葉片的開度作為緊急時全開狀態(tài)以增加壓縮機的吸氣流量，因此，
將渦輪進口溫度抑制在過調節(jié)限制范圍之內，并且，通過風量的增加，軸輸出也能夠滿足
Grid Code要示的特性曲線。另外，由于在溫度控制部中，能夠被與進口導向葉片的開度相
稱的溫度調節(jié)設定所緩和，因此，不會在溫度調節(jié)動作中返回，從而能夠提高負荷適應性。 在所述燃氣輪機的運行控制裝置中，所述燃料控制部具有負荷限制控制部或者調
節(jié)器控制部，其中，所述負荷限制控制部根據所述發(fā)電機的輸出生成確定所述燃料供給量
的負荷限制設定值，所述調節(jié)器控制部根據所述燃氣輪機的轉速生成確定所述燃料供給量
的調節(jié)器設定值，并且，所述燃料控制部也可根據所述負荷限制設定值、所述調節(jié)器設定
值、所述排氣溫度設定值或者所述葉片通道溫度設定值，控制對所述燃燒器的燃料供給量，
6在所述IGV緊急時全開標志有效的情況下，也可將所述負荷限制控制部或所述調節(jié)器控制
部中的所述發(fā)電機輸出的上限設定與變化率設定設定為預先設定的值。 因此，能夠提高對于頻率變化的負荷適應性。 在所述燃氣輪機的運行控制裝置中，所述溫度控制部具有第一修正部，該第一修正部用于計算所述進口導向葉片的開度變化率以計算與該變化率相對應的修正量，并對根據所述進口導向葉片的開度切換設定的溫度調節(jié)設定進行修正。 因此，可加快排氣溫度設定值或者葉片通道溫度設定值的隨動性，能夠以過渡性快速實現(xiàn)溫度設定的擺脫(逃力'^ )，從而能夠提高對系統(tǒng)頻率變化的負荷適應性。
在所述燃氣輪機的運行控制裝置中，所述溫度控制部可具有第二修正部，該第二修正部用于計算出所述進口導向葉片的開度變化率以計算與該變化率相對應的修正量，對基于所述溫度調節(jié)設定生成的所述渦輪的排氣溫度設定值或者葉片通道溫度設定值進行修正。 由此，直接先行進行排氣溫度設定值或者葉片通道溫度設定值的變化，從而進一步加快隨動性，可過渡性地快速實現(xiàn)溫度設定的擺脫，從而能夠提高對系統(tǒng)頻率變化的負荷適應性。 在所述燃氣輪機的運行控制裝置中，所述第一修正部或所述第二修正部可在所述進口導向葉片的開度在規(guī)定范圍內時動作。
由此，可以進行更加細致的控制。 在所述燃氣輪機的運行控制裝置中，所述溫度控制部具有PI控制部，該PI控制部根據基于所述溫度調節(jié)設定的目標值與測量的排氣溫度或葉片通道溫度之間的偏差進行比例積分控制，生成所述渦輪的排氣溫度設定值或葉片通道溫度設定值，在所述溫度控制部所述IGV緊急時全開標志有效的情況下，也可將該PI控制部中的控制參數設定為預先設定的值。 由此，能夠加快葉片通道溫度設定值或排氣溫度設定值的動作，從而能夠提高對系統(tǒng)頻率變化的負荷適應性。 在所述燃氣輪機的運行控制裝置中，所述IGV控制標志生成部也可在基于所述溫度控制部的溫度調節(jié)運行中、所述發(fā)電機的輸出上升中且所述發(fā)電機的輸出在規(guī)定值以上的高負荷帶時，或者在基于所述溫度控制部的溫度調節(jié)運行中、所述發(fā)電機的輸出上升中且所述進口導向葉片的開度處于標準全開狀態(tài)時，使IGV標準全開以上標志有效，所述進口導向葉片開度設定部也可在所述IGV緊急時全開標志或所述IGV標準全開以上標志有效時，將所述進口導向葉片的開度設定為預先設定的開度。 由此，在系統(tǒng)頻率不變的負荷上升時，也可從基于溫度控制部的溫度調節(jié)運行狀態(tài)中脫離，從而能夠提高負荷適應性(隨動性)。另外，可通過燃氣輪機的過負荷運行來補償蒸汽渦輪的輸出不足。 在所述燃氣輪機的運行控制裝置中，所述IGV控制標志生成部在所述IGV標準全開以上標志的生成條件從有效轉換至無效時，也可經過一定的延遲后再使該IGV標準全開以上標志無效。 由此，能夠防止因進口導向葉片從緊急時全開狀態(tài)返回而造成的輸出下降。
在所述燃氣輪機的運行控制裝置中，在所述溫度控制部的基于溫度調節(jié)設定的目標值與測量的排氣溫度或葉片通道溫度之間的偏差在規(guī)定值以下時，所述IGV控制標志生成部進行所述溫度調節(jié)運行中的判斷。 由此，通過先行使IGV標準全開以上標志有效，加快向進口導向葉片的緊急時全開狀態(tài)的轉移，從而能夠進一步提高負荷適應性(隨動性)。 在所述燃氣輪機的運行控制裝置中，所述IGV控制標志生成部也可在所述渦輪的進口溫度在規(guī)定范圍時進行所述溫度調節(jié)運行中的判斷。
因此，可進行更加細致的控制。 本發(fā)明的第二種形態(tài)涉及燃氣輪機的運行控制方法，其中，將來自在前級設有進口導向葉片的壓縮機的壓縮空氣與燃料供給到燃燒器以通過該燃燒器產生的燃燒氣體使渦輪旋轉并驅動發(fā)電機，該燃氣輪機的運行控制方法具有IGV控制標志生成步驟，該步驟當系統(tǒng)頻率在規(guī)定閾值以下且所述發(fā)電機的輸出在規(guī)定值以上的高負荷帶時，或者當系統(tǒng)頻率在規(guī)定閾值以下且所述進口導向葉片的開度處于標準全開狀態(tài)時，使IGV緊急時全開標志有效；進口導向葉片開度設定步驟，該步驟在所述IGV緊急時全開標志有效的情況下，將所述進口導向葉片的開度設定為預先設定的開度；溫度控制步驟，該步驟根據所述進口導向葉片的開度對溫度調節(jié)設定進行切換設定，根據該溫度調節(jié)設定生成所述渦輪的排氣溫度設定值或葉片通道溫度設定值；以及，燃料控制步驟，該步驟根據所述排氣溫度設定值或葉片通道溫度設定值對供給所述燃燒器的燃料供給量進行控制。 采用本發(fā)明，由于當發(fā)電機的輸出在規(guī)定值以上的高負荷帶時，或者在進口導向葉片的開度處于標準全開狀態(tài)，系統(tǒng)頻率下降達到規(guī)定閾值以下且頻率低信號有效時，將進口導向葉片的開度強制性地變?yōu)榫o急時全開狀態(tài)以增加壓縮機的吸氣流量，因此，能夠將渦輪進口溫度抑制在過調節(jié)限制范圍之內，并且，通過風量增加，軸輸出也能夠滿足GridCode要求的特性曲線。另外，由于在溫度控制部中，能夠被與進口導向葉片的開度相稱的溫度調節(jié)設定所緩和，因此，能夠獲得提高負荷適應性的效果。
圖1是涉及本發(fā)明第一實施形式的燃氣輪機的運行控制裝置的結構圖。 圖2是IGV控制標志生成部的具體結構圖。 圖3是IGV控制部的具體結構圖。 圖4是在溫度控制部中生成溫度調節(jié)設定的部分的結構圖。 圖5A是對溫度控制部的各種函數器所具有的函數進行說明的說明圖。 圖5B是對溫度控制部的各種函數器所具有的函數進行說明的說明圖。 圖6是進行燃料控制部內的負荷限制控制的部分的結構圖。 圖7是進行燃料控制部內的調節(jié)器控制的部分的結構圖。 圖8是本發(fā)明第二實施形式的溫度控制部中生成溫度調節(jié)設定的部分的結構圖。 圖9A是對溫度調節(jié)設定的切換進行說明的說明圖。 圖9B是對溫度調節(jié)設定的切換進行說明的說明圖。 圖9C是對溫度調節(jié)設定的切換進行說明的說明圖。 圖IO是本發(fā)明中第三實施形式的溫度控制部中的葉片通道溫度控制部的結構圖。
圖11是本發(fā)明中第四實施形式的溫度控制部中的葉片通道溫度控制部的結構
圖12A是本發(fā)明中第五實施形式的IGV控制標志生成部的具體結構圖。
圖12B是本發(fā)明中第五實施形式的IGV控制部的具體結構圖。
圖13是本發(fā)明中第六實施形式的IGV控制標志生成部的具體結構圖。
圖14為以往的燃氣輪機的運行控制裝置的結構圖。
圖15為現(xiàn)有技術例子中控制部的IGV控制部的具體部分結構圖。
圖16A為說明現(xiàn)有技術例子中控制部的各個函數器具有的函數的說明圖,
圖16B為說明現(xiàn)有技術例子中控制部的各個函數器具有的函數的說明圖,
圖16C為說明現(xiàn)有技術例子中控制部的各個函數器具有的函數的說明圖,
圖17為現(xiàn)有技術例子中生成控制部的溫度調節(jié)設定的部分的結構圖。
圖18為現(xiàn)有技術例子的控制部中進行負荷限制控制的部分的結構圖。
圖19為在現(xiàn)有技術例子中，系統(tǒng)頻率降低時的各種緒量的時間圖。
符號說明
100
101
102
103
104
105
111
112
113
114
115
116
117
121
122
123
124150160200400
燃氣輪機
渦輪
壓縮機
燃燒器
進口導向葉片
燃料流量調節(jié)閥
控制部
燃料控制部
IGV控制部
溫度控制部
IGV控制標志生成部
控制信號
IGV開度指令
吸氣狀態(tài)檢測器
車室內壓力傳感器
葉片通道溫度檢測器
排氣溫度檢測器
發(fā)電機
蒸汽渦輪
先行信號生成部(第-
先行信號生成部(第:
-修正部)
:修正部)
具體實施例方式
下面，參照附圖，對本發(fā)明的燃氣輪機的運行控制裝置和運行控制方法的實施形式進行詳細說明。[OO93][第一實施形式] 參照圖1 圖7，對涉及本發(fā)明第一實施形式的燃氣輪機的運行控制裝置和運行控制方法進行說明。此處，圖l是涉及本發(fā)明第一實施形式的燃氣輪機的運行控制裝置的結構圖，在該圖中，與圖14(以往的例子)重復的部分采用了相同的符號。圖2是第一實施形式中的IGV控制標志生成部的具體結構圖。圖3是IGV控制部的具體結構圖。圖4是在溫度控制部中生成由葉片通道溫度控制和排氣溫度控制使用的溫度調節(jié)設定EXREF的部分的結構圖。圖5A及圖5B是對溫度控制部的各種函數器所具有的函數進行說明的說明圖。圖6是進行燃料控制部內的負荷限制控制的部分的結構圖。圖7是進行燃料控制部內的調節(jié)器控制的部分的結構圖。 在圖1中，燃氣輪機100設有壓縮機102、燃燒器103和渦輪101。對燃燒器103供給由壓縮機102壓縮的空氣和通過燃料流量調節(jié)閥105進行流量調節(jié)的燃料，此處，通過混合、燃燒產生高壓燃燒氣體。將高溫燃燒氣體供給到渦輪101，并通過膨脹驅動渦輪。將該驅動力傳遞至壓縮機和發(fā)電機并進行發(fā)電等。 通過由控制部111的燃料控制部112發(fā)出的控制信號116，使所述燃料流量調節(jié)閥105工作。如上所述，該燃料流量調節(jié)閥105通過控制燃料氣體的燃料流量來調節(jié)負荷，進而調節(jié)排氣溫度。對于單軸型復合循環(huán)發(fā)電站而言，燃氣輪機100、發(fā)電機150和蒸汽渦輪160各自的轉軸結合為一體。 在壓縮機102的第一級葉片的前側，設置進口導向葉片(Inlet GuideVane :IGV)104。吸氣通過進口導向葉片104獲得圓周方向的速度并被導入壓縮機102。在壓縮機102中，導入的空氣通過多級動葉片和靜葉片并獲得能量，從而壓力上升。另外，進口導向葉片104采用的結構為沿圓周方向設置的多個可動葉片分別被可轉動地支承，按照由控制部111的IGV控制部113發(fā)出的IGV開度指令117，進口導向葉片104的致動器進行動作并且使這些可動葉片可以運動，從而調節(jié)吸氣流量、燃燒溫度。 在渦輪101的未級部設置檢測通過末級葉片的氣體的溫度的葉片通道溫度檢測器123，另外，在該葉片通道溫度檢測器123的配置位置下游側的排氣通道中設置檢測排氣溫度的排氣溫度檢測器124。另外，設置檢測吸氣狀態(tài)的吸氣狀態(tài)檢測器121，并檢測吸氣溫度和吸氣壓力。利用車室內壓力傳感器122檢測燃燒器103的車室內的壓力。另外，為了檢測渦輪101的負荷狀態(tài)，還設置發(fā)電機輸出傳感器(未示出)。 將通過葉片通道溫度檢測器123、排氣溫度檢測器124、吸氣狀態(tài)檢測器121、車室內壓力傳感器122以及發(fā)電機輸出傳感器檢測的檢測信號輸入控制部111。該控制部111設有進行燃料供給控制的燃料控制部112、進行葉片通道溫度控制和排氣溫度控制的溫度控制部114、進行進口導向葉片104開度控制的IGV控制部113和生成IGV緊急時全開標志FLG的IGV控制標志生成部115。 首先，如圖2所示，當系統(tǒng)頻率在規(guī)定閾值a以下且頻率低信號有效并且發(fā)電機150的輸出在規(guī)定值以上的高負荷帶時，或者，當進口導向葉片104的開度處于標準全開狀態(tài)時，IGV控制標志生成部115通過AND門1有效生成IGV緊急時全開標志FLG。此處，如果發(fā)電機150的輸出在規(guī)定值(例如98[%])以上，則認為處于高負荷帶，另外，將平常運行(部分負荷運行等)時的進口導向葉片104的開度全開狀態(tài)(例如O[度]或-4[度])作為標準全開狀態(tài)。
10
IGV控制部113具有如圖3所示的結構。在圖3中，乘法器11、表格函數器(FX1)12、限制器13、修正函數器(FX2)14和限制函數器(FX3)15具有與以往(參見圖15)相同的結構。在本實施形式的IGV控制部113中，附加了在該以往的IGV開度指令上添加上基于IGV緊急時全開標志FLG的相加量的結構和限制IGV開度變化率的結構。 在加上相加量的結構中，根據IGV緊急時全開標志FLG，通過信號切換器19切換信號發(fā)生器(SG1)17和(SG2)18，并通過比例限制器20，由加法器16加到平常運行時的IGV開度指令中。例如，在信號發(fā)生器(SG1)17中設定"O"，在信號發(fā)生器(SG2)18中設定"-8 ;緊急時全開狀態(tài)"，當IGV緊急時全開標志FLG變?yōu)橛行r，在平常運行時的IGV開度指令中加上信號發(fā)生器(SG2) 18的值，以使其強制性地變?yōu)榫o急時全開狀態(tài)。
另夕卜，限制IGV開度的變化率的結構是根據通過OR門22、將負荷斷開標志和IGV緊急時全開標志FLG作為邏輯和的信號，利用信號切換器25對信號發(fā)生器(SG3)23和(SG4)24進行切換，并將其提供給變化率限制器21以改變IGV開度的變化率限制值。此處，在信號發(fā)生器(SG3)23中設定平常時的變化率限制值(例如，400[%/分])，在信號發(fā)生器(SG4)24中設定負荷斷開時的變化率限制值(例如，3000[%/分])。即，在IGV緊急時全開標志FLG變?yōu)橛行r，適用負荷斷開時的變化率限制值。可使該變化率限制器21中具有所述比例限制器20的功能也可以進行刪除。 之后，在溫度控制部114中，葉片通道溫度控制部將從葉片通道溫度檢測器123獲得的葉片通道溫度(緊接渦輪101末級之后的排氣溫度)測量值與基于溫度調節(jié)設定的目標值進行比較，通過比例積分(PI)控制生成葉片通道溫度設定值。另外，排氣溫度控制部將來自排氣溫度檢測器124的排氣溫度(在比渦輪101末級更靠下游的排氣管的排氣溫度)測量值與基于溫度調節(jié)設定的目標值進行比較，通過比例積分(PI)控制生成排氣溫度設定值。 在本實施形式的溫度控制部114中，如圖4所示，根據進口導向葉片104的開度指令值IGV，轉換設定葉片通道溫度控制和排氣溫度控制中的溫度調節(jié)設定EXREF。
例如，生成溫度調節(jié)設定EXREF的部分的結構設有函數器(FX11)31、 (FX12)32、(FX13)33和(FX14)34、乘法器35和36以及加法器37。如圖5A所示，函數器(FX11)31和函數器(FX13)33分別設定平常運行時的車室壓力-溫度調節(jié)設定函數和進口導向葉片104開度為緊急時全開狀態(tài)時的車室壓力_溫度調節(jié)設定函數。另外，如圖5B所示，函數器(FX12)32和函數器(FX14)34，設定0信號和l信號互為相反的2變量函數功能。S卩，在進口導向葉片104的開度指令值IGV例如為0[度]以上的平常運行時，生成基于函數器(FX11)31的溫度調節(jié)設定EXREF，在進口導向葉片104的開度指令值IGV例如為-8[度]以下的緊急時全開狀態(tài)時，生成基于函數器(FX13)33的溫度調節(jié)設定EXREF。
如圖5A所示，對于同一車室壓力而言，緊急時全開狀態(tài)時選擇的函數器(FX13)33的函數比平常運行時選擇的函數器(FX11)31的函數具有更高的溫度調節(jié)設定。在進口導向葉片104的開度為緊急時全開的狀況下車室壓力上升，如果依然使用在平常運行時選擇的函數器(FX11)31，則會降低溫度調節(jié)設定，因此，切換到函數器(FX13)33，以便獲得與進口導向葉片104的開度相符的更高的溫度調節(jié)設定。 之后，燃料控制部112通過控制信號116進行燃料流量調節(jié)閥105的開度控制，通過燃料流量控制進行負荷調節(jié)，在燃料控制部112中，根據葉片通道溫度控制部中的葉片通道溫度設定值、排氣溫度控制部中的排氣溫度設定值、負荷限制控制部中的負荷限制設定值或者調節(jié)器控制部中的調節(jié)器設定值，將它們之中的最低值用作對燃料流量調節(jié)閥105的最終控制信號。 在負荷限制控制部中，進行負荷運行中的最大輸出限制控制，比較發(fā)電機150的輸出與目標值，通過比例積分(PI)控制生成負荷限制設定值。負荷限制控制部的結構如圖6所示。 在圖6中，雖然與以往(參見圖18) —樣，在生成目標值LDREF的基本部分中設置信號發(fā)生器(SG5)41、 (SG6)49和(SG8) 52、加法器42、減法器43、函數器(FX21)44、模擬存儲器45以及比例限制器46，通過減法器47比較發(fā)電機150的輸出與目標值LDREF，通過由PI調節(jié)器48實現(xiàn)的比例積分控制，生成負荷限制設定值LDCSO，但是，與以往的不同點在于根據IGV緊急時全開標志FLG切換低值選擇器45的負荷上限值與比例限制器46的負荷變化率。模擬存儲器45是在自身值的基礎上加減與函數器(FX21)的增大-減小(^ >夕7 '7夕)相應的值的要件。 例如，負荷上限值是根據IGV緊急時全開標志FLG，通過信號切換器51對信號發(fā)生器(SG6)49和(SG7)50進行切換而生成的。此處，在信號發(fā)生器(SG6)49中設定平常時的負荷上限值(例如，相當于100[%]的GT輸出[麗])，另外，在信號發(fā)生器(SG7)50中設定緊急時全開狀態(tài)時的負荷上限值(例如，相當于105[%]的GT輸出[麗])。S卩，當IGV緊急時全開標志FLG變?yōu)橛行?頻率變化)時，相當于105[% ]的GT輸出[麗]形成負荷上限值。 另外，負荷變化率是根據IGV緊急時全開標志FLG，通過信號切換器51對信號發(fā)生器(SG8)52和(SG9)53進行切換而生成的。此處，在信號發(fā)生器(SG8) 52中設定平常時的負荷變化率，另外，在信號發(fā)生器(SG9)53中設定緊急時全開狀態(tài)時的負荷變化率(例如平常時的約100倍)。S卩，當IGV緊急時全開標志FLG變?yōu)橛行?頻率變化)時，形成相當于平常時的約100倍的負荷變化率。 另外，調節(jié)器控制部進行額定速度區(qū)域中的速度控制，將渦輪101 (與渦輪101相連的發(fā)電機150)的轉速與目標值進行比較，通過比例(P)控制生成調節(jié)器設定值GVCSO。調節(jié)器控制部的結構如圖7所示。 在圖7中，調節(jié)器控制部設有信號發(fā)生器(SG13)77， (SG14)78， (SG10)67， (SG)68，(SG11) 73和(SG12) 75，信號切換器79，比例限制器66，加法器61、69和74，減法器62和71、比例調節(jié)器63、70和72，函數器(FX22)64和模擬選擇器65以及低值選擇器76。
該構結構在以往的結構(未示出)中附加了信號發(fā)生器(SG13)77和(SG14)78、信號切換器79、比例限制器66和加法器61，在信號發(fā)生器(SG13)77和信號發(fā)生器(SG14)78中分別設定了平常時的負荷增量(例如，相當于0[% ]的GT輸出[麗]]和緊急時全開狀態(tài)時的負荷變化增量(例如，相當于5[%]的GT輸出[麗])，當IGV緊急時全開標志FLG變?yōu)橛行?頻率變化)時，設定相當于最大105[% ]的輸出設定ALRSET[麗]。在函數器(FX22)64中，當在燃料控制部112中選擇了調節(jié)器設定值GVCSO以外的參數時，不增加(常輸出0)。 下面，對由本實施形式的燃氣輪機的運行控制裝置實現(xiàn)的運行控制進行說明。此處，以系統(tǒng)頻率下降了 Af的情況(參見圖19的(a))為例進行說明。
當發(fā)電機150的輸出處于規(guī)定值以上的高負荷帶時，或者，當進口導向葉片104的 開度處于標準全開狀態(tài)時，如果系統(tǒng)頻率下降Af而在規(guī)定閾值a以下且頻率低信號變?yōu)?有效，則通過IGV控制標志生成部115有效地生成IGV緊急時全開標志FLG。
之后，在IGV控制部113，將IGV開度指令117強制性地設定為緊急時全開狀態(tài)的 值，進口導向葉片104的開度變?yōu)榫o急時全開狀態(tài)。另外，在溫度控制部114，當IGV開度指 令117變?yōu)榫o急時全開狀態(tài)的值時，作為與進口導向葉片104的開度相稱的更高的溫度調 節(jié)設定EXREF而緩和溫度調節(jié)設定，進而，使負荷限制控制和調節(jié)器控制中的發(fā)電機150輸 出的上限設定與變化率的設定，被在有效時預先設定IGV緊急時全開標志FLG的上限設定 與變化率的設定所緩和。 —般來說，由于渦輪進口溫度與燃空比(燃料量/燃燒空氣量之比)成正比，如果 向打開進口導向葉片104的方向改變IGV開度，則會增加壓縮機102的吸氣流量且燃燒空 氣量增加，因此，燃空比，即渦輪進口溫度會降低。另一方面，由于存在"渦輪輸出=渦輪通 過流量X渦輪熱落差X效率"的關系，如果向打開進口導向葉片104的方向改變IGV開 度，則會壓縮機102的吸氣流量會增加并增加蝸輪通過流量，因此，如果希望蝸輪通過流量 的增大在由渦輪進口溫度降低造成的熱落差以上，則發(fā)電機150的輸出增加。
因此，能夠將渦輪進口溫度抑制在過調節(jié)限制范圍之內，并且，軸輸出也可滿足 Grid Code要求的特性曲線。特別是，對于燃氣輪機100與蒸汽渦輪160是同軸的單軸復合 循環(huán)發(fā)電站而言，由于蒸汽渦輪160輸出(ST輸出)的增加滯后，為了滿足由Grid Code規(guī) 定的軸輸出，蒸汽渦輪160的輸出不足必須通過燃氣輪機100的過負荷運行來補償，而本實 施形式可以通過較高的負荷適應性來應對。 另外，對于無調節(jié)器時的頻率變化，雖然也可考慮與計算頻率變化量對應的IGV 開度以對IGV開度指令117進行修正的方法，但會擔心通過頻率變化量，可能會使IGV開 度停留在標準全開時的開度與緊急時全開時的開度中間，因IGV控制部113與燃料控制部 112的干涉導致運行控制不穩(wěn)定。即使在這種情況下，由于在本實施形式中，強制性地使 IGV開度變?yōu)榫o急時全開狀態(tài)，因此，可進行穩(wěn)定的運行控制，從而能夠長期、穩(wěn)定地提供所 希望的輸出。 如上所述，由于在本實施形式的燃氣輪機的運行控制裝置和運行控制方法中，當 發(fā)電機150的輸出處于規(guī)定值以上的高負荷帶時，或者，當進口導向葉片104的開度處于標 準全開狀態(tài)時，在系統(tǒng)頻率下降Af而達到規(guī)定閾值a以下且頻率低信號變?yōu)橛行У那闆r 下，能夠強制性地使進口導向葉片104的開度變?yōu)榫o急時全開狀態(tài)，并增加壓縮機102的吸 氣流量，因此，能夠將渦輪進口溫度抑制在過調節(jié)限制范圍內，同時，通過風量增加，對于軸 輸出而言，能夠滿足Grid Code要求的特性曲線。另外，在溫度控制部114中，由于被與進 口導向葉片104的開度相稱的更高溫度調節(jié)設定EXREF所緩和，因此，可提高負荷適應性。
另外，在本實施形式的燃氣輪機的運行控制裝置和運行控制方法中，由于在IGV 緊急時全開標志有效的情況下，可以將負荷限制控制部或調節(jié)器控制部中的發(fā)電機150輸 出的上限設定與變化率設定設定為預先設定的值，因此，可以提高對于系統(tǒng)頻率變化的負 荷適應性。[第二實施形式] 下面，參照圖8和圖9對涉及本發(fā)明第二實施形式的燃氣輪機的運行控制裝置和
13運行控制方法進行說明。此處，圖8是本發(fā)明第二實施形式的溫度控制部114中生成溫度 調節(jié)設定EXREF的部分的結構圖，圖9A至圖9C是對溫度調節(jié)設定EXREF的切換進行說明 的說明圖。 本實施形式相對于第一實施形式的溫度控制部114的結構而言，其特征在于增 加了先行信號生成部(第一修正部)200，其能夠計算進口導向葉片104的開度變化率并且 計算出與該變化率對應的修正量，并對根據進口導向葉片104的開度切換設定的溫度調節(jié) 設定EXREF進行修正，燃氣輪機運行控制裝置的整體結構、IGV控制部113的結構以及燃料 控制部112的結構均與第一實施形式(圖1、圖2、圖6和圖7)相同，故省略了對各結構要 件的說明。另外，溫度控制部114的生成溫度調節(jié)設定EXREF的部分的結構在圖8中，與第 一實施形式(圖3)相同的結構要件采用了相同的符號，故省略了其說明。
在圖8中，溫度控制部114中生成溫度調節(jié)設定EXREF的部分設有函數器 (FX11)31、 (FX12)32、 (FX13)33和(FX14) 34、乘法器35和36、加法器37和210、先行信號 生成部200。另外，先行信號生成部200設有一次滯后過濾器202、203、減法器204、函數器 (FX16)205、函數器(FX15)201、乘法器206以及比例限制器207。 一次滯后過濾器202、203 采用一個(例如只有202)、三個均可。 在先行信號生成部200中，首先，利用減法器204計算出通過一次滯后過濾器202、 203延遲IGV開度指令值的信號與未延遲的信號之間的偏差，將該偏差作為IGV開度指令值 的變化率(模擬微分值)。之后，在函數器(FX16)205中，根據該IGV開度指令值變化率的 大小(模擬微分值)設定對溫度調節(jié)設定EXREF的修正量(先行信號)。
另外，函數器(FX15)201用于將先行信號生成部200的工作范圍限制在進口導向 葉片104的開度處于規(guī)定范圍內的情況，例如，函數FX15使用了將IGV開度從標準全開時 的開度附近到緊急時全開時的開度附近的范圍定為"1"、在此范圍之外為"0"這樣的函數， 并通過乘法器206對此相乘，從而能夠僅在進行溫度調節(jié)設定EXREF的切換的范圍內，使由 先行信號生成部200進行的修正(先行信號)有效。 另外，比例限制器207用于限制獲得的對溫度調節(jié)設定EXREF的補修正量，即先行 信號的時間變化率，并且，經由該比例限制器207的修正量利用加法器210相加，生成溫度 調節(jié)設定EXREF。 如圖9A所示，在進口導向葉片104的開度為緊急時全開的狀況下，車室壓力上升， 如果依然使用由函數器(FX11)31形成的函數IGV1，則溫度調節(jié)設定下降(從A至B)，因 此，切換到由函數器(FX13)33形成的函數IGV2，以便獲得與進口導向葉片104的開度相符 的高溫度調節(jié)設定(從A至C)。 雖然這時的溫度調節(jié)設定EXREF的時間推移如圖9B的Tl所示，但由于溫度測量 存在滯后，實際的葉片通道溫度或排氣溫度如圖9B的TO所示，緩慢變化。因此，在本實施 形式中，通過加上圖9C所示的由先行信號生成部200形成的修正量(先行信號)，使溫度調 節(jié)設定EXREF的時間推移如圖9B的T2所示，使實際的葉片通道溫度或排氣溫度的隨動性 更加迅速。 這樣，在本實施形式中，由于通過先行信號生成部(第一修正部)200計算出進口 導向葉片104的開度變化率并且計算與該變化率相應的修正，對根據進口導向葉片104的 開度切換設定的溫度調節(jié)設定EXREF進行修正量，因此，能夠加快葉片通道溫度設定值或
14排氣溫度設定值的隨動性，以過渡性快速實現(xiàn)溫度設定的擺脫，從而能夠提高對于系統(tǒng)頻
率變化的負荷適應性。[第三實施形式] 下面，參照圖IO對涉及本發(fā)明第三實施形式的燃氣輪機的運行控制裝置進行說 明。此處，圖10是本發(fā)明第三實施形式的溫度控制部114中的葉片通道溫度控制部的結構 圖，生成溫度調節(jié)設定EXREF的部分采用了第一實施形式或第二實施形式的結構，故省略 對其的說明。另外，燃氣輪機運行控制裝置的整體結構、IGV控制部113的結構以及燃料控 制部112的結構均與第一實施形式(圖1、圖2、圖6和圖7)相同，故省略了對各構成要件 的說明省略。 在圖10中，本實施形式的溫度控制部114中的葉片通道溫度控制部設有信號發(fā)生
器(SG15)301、 (SG16)303、 (SG17)308、 (SG18)309、 (SG19)311和(SG20) 312、信號切換器310
和313、加法器302、減法器305和306、低值選擇器304以及PI調節(jié)器307。 通過低值選擇器304在由加法器302將溫度調節(jié)設定EXREF加上規(guī)定值SG15獲
得的值與規(guī)定值SG16之間選擇較低值作為目標值BPREF，通過減法器305求出該目標值
BPREF與來自葉片通道溫度檢測器123的葉片通道溫度測量值BPT之間的偏差，通過PI調
節(jié)器307進行基于該偏差的比例積分控制，生成葉片通道溫度設定值BPCSO。 PI調節(jié)器307中的上限值為由減法器305計算的偏差與待機值RCSO之間的偏差。
另外，本實施形式的葉片通道溫度控制部的特征在于在IGV緊急時全開標志FLG有效的情
況下，將PI調節(jié)器307中的控制參數設定為預先設定的值。此處，根據IGV緊急時全開標
志FLG切換設定比例增益和定時常數。 gp，比例增益是通過信號切換器310、根據IGV緊急時全開標志FLG對信號發(fā)生器 (SG17)308和(SG18)309進行切換生成的。此處，在信號發(fā)生器(SG17)308和(SG18)309中 分別設定平常時的比例增益和緊急時全開狀態(tài)時的比例增益。另外，定時常數是通過信號 切換器313、根據IGV緊急時全開標志FLG對信號發(fā)生器(SG19)311和(SG20) 312進行切換 生成的。此處，在信號發(fā)生器(SG19)311和(SG20)312中分別設定平常時的定時常數和緊 急時全開狀態(tài)時的定時常數。雖然從穩(wěn)定性考慮，比例增益和定時常數的值更小的為好，但 是，當IGV開度為緊急時全開狀態(tài)時，有緊急性并且使隨動性優(yōu)先，比例增益和定時常數的 值優(yōu)選比平常時大。 這樣，在本實施形式的溫度控制部114中的葉片通道溫度控制部(排氣控制部也 一樣)中，根據基于溫度調節(jié)設定EXREF的目標值BPREF與測量的葉片通道溫度BPT之間 的偏差，通過PI調節(jié)器307進行比例積分控制，并生成渦輪的葉片通道溫度設定值BPCSO， 由于在IGV緊急時全開標志FLG有效的情況下，將PI調節(jié)器307中的控制參數(比例增益 和定時常數)設定為預先設定的值，因此，可加快葉片通道溫度設定值BPCSO的變化，從而 能夠提高對于系統(tǒng)頻率變化的負荷適應性。
[第四實施形式] 下面，參照圖11對涉及本發(fā)明第四實施形式的燃氣輪機的運行控制裝置進行說 明。此處，圖11是本發(fā)明第四實施形式的溫度控制部114中的葉片通道溫度控制部的結構 圖。另外，燃氣輪機運行控制裝置的整體結構、IGV控制部113的結構以及燃料控制部112 的結構均與第一實施形式(圖1、圖2、圖6和圖7)相同，故省略了對各構成要件的說明。
在圖11中，本實施形式的溫度控制部114中的葉片通道溫度控制部設有第一實 施形式(參見圖4)中生成溫度調節(jié)設定EXREF的部分的結構、信號發(fā)生器(SG15)301和 (SG16) 303、加法器302和410、減法器305和306、低值選擇器304、PI調節(jié)器307以及先行 信號生成部400。 利用低值選擇器304，在用加法器302將溫度調節(jié)設定EXREF加上規(guī)定值SG15得 到的值與規(guī)定值SG16之間選擇低值作為目標值BPREF，通過減法器305計算出該目標值 BPREF與來自葉片通道溫度檢測器123的葉片通道溫度測量值BPT之間的偏差，通過PI調 節(jié)器307進行基于該偏差的比例積分控制，生成葉片通道溫度設定值BPCSO。 PI調節(jié)器307 中的上限值為由減法器305獲得的偏差與待機值RCSO之間的偏差。 本實施形式的特征是溫度控制部114中葉片通道溫度控制部的特征在于附加 了先行信號生成部(第二修正部)400，其能夠計算出進口導向葉片104的開度變化率以 計算對應該變化率的修正量，并對根據溫度調節(jié)設定EXREF生成的葉片通道溫度設定值 BPCSO進行修正。先行信號生成部400設有一次滯后過濾器402、403、減法器404、函數器 (FX18)405、函數器(FX17)401、乘法器406以及比例限制器407。 一次滯后過濾器采用1個 或3個均可。 在先行信號生成部400中，首先，利用減法器404求出由一次滯后過濾器402、403 延遲IGV開度指令值的信號與未延遲的信號之間的偏差，并且得到將該偏差作為IGV開度 指令值的變化率(模擬微分值)。之后，在函數器(FX18)405中，根據該IGV開度指令值變 化率的大小(模擬微分值)設定對葉片通道溫度設定值BPCSO的修正量(先行信號)。
另外，函數器(FX17)401僅用于將先行信號生成部400的工作范圍限制在進口導 向葉片104的開度處于規(guī)定范圍內的情況，例如，函數FX17采用將當IGV開度在從標準全 開時的開度附近到緊急時全開時的開度附近的范圍為"1"、在此范圍之外為"0"這樣的二 變量函數，并通過乘法器306對此相乘，從而能夠僅在可進行溫度調節(jié)設定EXREF切換的范 圍內使通過先行信號生成部400進行的修正(先行信號)有效。 另外，比例限制器407用于限制對葉片通道溫度設定值BPCS0的修正量，即先行信 號的時間變化率，經由該比例限制器407之后的修正量通過加法器410相加，生成葉片通道 溫度設定值BPCSO。 這樣，在本實施形式中，通過先行信號生成部400計算出進口導向葉片104的開度 變化率以計算對應該變化率的修正量，由于在葉片通道溫度設定值BPCSO中直接加上修正 量(先行信號)進行修正，因此，直接先行進行葉片通道溫度設定值BPCSO的變動，從而進 一步加快隨動性，以過渡性快速實現(xiàn)溫度設定的擺脫，從而能夠提高對系統(tǒng)頻率變化的負 荷適應性。[第五實施形式] 下面，參照圖12A和圖12B對涉及本發(fā)明第五實施形式的燃氣輪機的運行控制裝 置進行說明。此處，圖12A是第五實施形式的IGV控制標志生成部115的具體結構圖，圖 12B是IGV控制部113的具體結構圖。另外，燃氣輪機運行控制裝置的整體結構、溫度控制 部114的結構以及燃料控制部112的結構均與第一實施形式 第四實施形式(圖1、圖2、 圖6和圖7等)相同，故省略了對各構成要件的說明。 在IGV控制標志生成部115中，與第一實施形式一樣(參見圖2)，通過AND門l生成IGV緊急時全開標志FLG，同時，如圖12B所示，通過AND門3生成IGV標準全開以上標志 FLG2。 即，在基于溫度控制部114的溫度調節(jié)運行中，在發(fā)電機150的輸出上升中并且在 發(fā)電機150的輸出在規(guī)定值以上的高負荷帶時，或者在基于溫度控制部114的溫度調節(jié)運 行中，在發(fā)電機150的輸出上升中并且在進口導向葉片104的開度處于標準全開狀態(tài)時，通 過AND門3有效生成IGV標準全開以上標志FLG2。 此處，對于溫度調節(jié)運行中的判斷而言，在燃料控制部112中，當葉片通道溫度設 定值BPCSO或者排氣溫度設定值用作對燃料流量調節(jié)閥105的最終控制信號時，判斷為溫 度調節(jié)運行中。 另夕卜，在發(fā)電機150輸出為上升中的判斷中，例如，可求出輸出設定[麗]的經一次 滯后過濾器延遲的信號與未延遲的信號之間的偏差，并且使用當該偏差為正值且大于規(guī)定 值時有效的負荷上升中標志。 另外，在發(fā)電機150的輸出為規(guī)定值(例如，98[% ])以上的情況下，則就處于高 負荷帶，另外，將平常運行(部分負荷運行等)時的進口導向葉片104的開度全開狀態(tài)(例 如，O[度]或-4[度])作為標準全開的狀態(tài)。 接下來，IGV控制部113的結構如圖12B所示。即，在第一實施形式的結構(參見 圖3)中附加了 OR門26。也就是說，附加了在以往的IGV開度指令中加上基于IGV緊急時 全開標志FLG或者IGV標準全開以上標志FLG2的加算量的結構和根據IGV緊急時全開標 志FLG限制IGV開度變化率的結構。 在加上加算量的結構中，根據IGV緊急時全開標志FLG或者IGV標準全開以上標 志FLG2，通過信號切換器19對信號發(fā)生器(SGI) 17和(SG2) 18進行切換，并利用比例限制 器20，由加法器16加到以往的IGV開度指令即平常運行時的IGV開度指令中。例如，在信 號發(fā)生器(SGI) 17中設定了"O"，在信號發(fā)生器(SG2)18中設定了"-8，緊急時全開狀態(tài)"， 當IGV緊急時全開標志FLG或者IGV標準全開以上標志FLG2變?yōu)橛行r，在平常運行時的 IGV開度指令中加上信號發(fā)生器(SG2) 18的值，以使其強制性地變?yōu)榫o急時全開狀態(tài)。
在所述第一實施形式 第四實施形式的燃氣輪機的運行控制裝置中，當發(fā)電機 150的輸出在規(guī)定值以上的高負荷帶時，或者，當進口導向葉片104的開度處于標準全開狀 態(tài)，且系統(tǒng)頻率下降低達到規(guī)定閾值a以下而頻率低信號變?yōu)橛行r，使IGV緊急時全開 標志FLG有效，在該IGV緊急時全開標志FLG有效的情況下，使進口導向葉片104的開度強 制性地變?yōu)榫o急時全開狀態(tài)，使壓縮機102的吸氣流量增加，從而使渦輪進口溫度抑制在 過調節(jié)限制范圍之內，并且，通過風量的增加，軸輸出也能夠滿足GridCode要求的特性曲 線。 即使在系統(tǒng)頻率不變化的情況下，當負荷上升時，由于蒸汽渦輪160的輸出(ST輸 出)的延遲和發(fā)電機150的輸出因溫度調節(jié)運行造成的上限，GTCC在高負荷時處于負荷適 應性(隨動性)不良的狀況。在本實施形式中，使用IGV標準全開以上標志FLG判斷這種 狀況，當該IGV標準全開以上標志FLG2有效時，使進口導向葉片104的開度強制性地變?yōu)?緊急時全開狀態(tài)，以取得相同的效果。 例如，在本實施形式的燃氣輪機的運行控制裝置中，在IGV控制標志生成部115 中，當在基于溫度控制部114的溫度調節(jié)運行中、發(fā)電機150的輸出上升中且發(fā)電機150的
17輸出在規(guī)定值以上的高負荷帶時，或者，當進口導向葉片104的開度處于標準全開狀態(tài)時， 使IGV標準全開以上標志FLG2有效，在IGV控制標志生成部115中，當IGV緊急時全開標 志FLG或者IGV標準全開以上標志FLG2有效時，將進口導向葉片104的開度設定為預先設 定的開度(緊急時全開狀態(tài)的開度)。因此，當系統(tǒng)頻率不變化而負荷上升時，也可從基于 溫度控制部114的溫度調節(jié)運行狀態(tài)脫離，從而能夠提高負荷的適應性(隨動性)。另外， 蒸汽渦輪160的輸出不足可通過燃氣輪機100的過負荷運行來修正。
[第六實施形式] 下面，參照圖13對涉及本發(fā)明第六實施形式的燃氣輪機的運行控制裝置進行說 明。此處，圖13是第六實施形式的IGV控制標志生成部115的具體結構圖。另外，燃氣輪機 運行控制裝置的整體結構和燃料控制部112的結構均與第一實施形式 第四實施形式(圖 1、圖2、圖6和圖7等)相同，IGV控制部113的結構與第五實施形式(圖12B)相同，故省 略了對各結構要件的說明。 在IGV控制標志生成部115中，雖然與第五實施形式一樣，通過AND門1生成IGV 緊急時全開標志FLG，通過AND門3生成IGV標準全開以上標志FLG2。但是，如圖13所示， 在AND門3的輸出中附加了斷開延時5。 通過該斷開延時5，當IGV標準全開以上標志FLG2的生成條件從有效切換到無效 時，能夠先經過一定的延遲再使該IGV標準全開以上標志FLG2無效。由此，能夠獲得與第 五實施形式相同效果，同時，能夠防止因從IGV緊急時全開狀態(tài)返回造成的輸出下降等的 影響。[變形示例] 上面，參照附圖詳細描述了本發(fā)明的實施形式，但具體的結構并不局限于這些實 施形式，其還包括在不脫離本發(fā)明思想范圍內的各種設計變化等。 在第五實施形式和第六實施形式中，雖然溫度調節(jié)運行中的判斷是通過在燃料控 制部112中葉片通道溫度設定值BPCSO或者排氣溫度設定值是否用作對燃料流量調節(jié)閥 105的最終控制信號來進行的，但是，該判斷也可根據葉片通道溫度目標值BPREF與葉片通 道溫度測量值BPT之間的偏差或者排氣溫度目標值與排氣溫度測量值之間的偏差進行。
例如，當葉片通道溫度測量值BPT上升并漸漸接近葉片通道溫度目標值BPREF時， 可以預見將進入某一溫度調節(jié)運行，但是，如果在葉片通道溫度目標值BPREF與葉片通道 溫度測量值BPT之間的偏差低于規(guī)定值時，判斷為溫度調節(jié)運行中，則先行使IGV標準全開 以上標志FLG2有效，通過提前轉換到進口導向葉片104的緊急時全開狀態(tài)，能夠進一步提 高負荷適應性(隨動性)。 另外，也可利用渦輪入口溫度進行溫度調節(jié)運行中的判斷。由于未直接測量渦輪 入口溫度，因此，應使用代替它的指標來進行。更具體地說，例如，在特開2007-77867號公 報的"力'》夕-匕' >的燃燒控制裝置"中披露了根據燃氣輪機輸出、進口導向葉片104的開 度、壓縮機102的吸氣溫度計算與渦輪入口溫度成正比的燃燒負荷指令值(CLCSO)的技術， 可使用該燃燒負荷指令值(CLCSO)作為代用指標。例如，當燃燒負荷指令值(CLCSO)在規(guī) 定值(例如98[% ])以上時，進行溫度調節(jié)運行中的判斷。 以此方式使用渦輪入口溫度(或者代用指標)，能夠在渦輪入口溫度要求嚴格的 點時使進口導向葉片104變?yōu)榫o急時全開狀態(tài)，從而可以實現(xiàn)更加細致的控制。
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權利要求
一種燃氣輪機的運行控制裝置，該裝置將來自在前級中設有進口導向葉片的壓縮機的壓縮空氣與燃料一起供給到燃燒器中，通過該燃燒器產生的燃燒氣體使渦輪旋轉并驅動發(fā)電機，所述燃氣輪機的運行控制裝置設有IGV控制標志生成部，其當系統(tǒng)頻率在規(guī)定閾值以下且所述發(fā)電機的輸出在規(guī)定值以上的高負荷帶時，或者，當系統(tǒng)頻率在規(guī)定閾值以下且所述進口導向葉片的開度處于標準全開狀態(tài)時，使IGV緊急時全開標志有效；進口導向葉片開度設定部，其在所述IGV緊急時全開標志有效的情況下，將所述進口導向葉片的開度設定為預先設定的開度；溫度控制部，其根據所述進口導向葉片的開度對溫度調節(jié)設定進行切換設定，根據該溫度調節(jié)設定生成所述渦輪的排氣溫度設定值或葉片通道溫度設定值；以及燃料控制部，其根據所述排氣溫度設定值或葉片通道溫度設定值，控制對供給所述燃燒器的燃料供給量。
2. 根據權利要求1所述的燃氣輪機的運行控制裝置，其中所述燃料控制部具有負荷限制控制部或者調節(jié)器控制部，其中，所述負荷限制控制部根據所述發(fā)電機的輸出生成確定所述燃料供給量的負荷限制設定值，所述調節(jié)器控制部根據所述燃氣輪機的轉速生成確定所述燃料供給量的調節(jié)器設定值，并且，所述燃料控制部根據所述負荷限制設定值、所述調節(jié)器設定值、所述排氣溫度設定值或者所述葉片通道溫度設定值，控制對所述燃燒器的燃料供給量，在所述IGV緊急時全開標志有效的情況下，將所述負荷限制控制部或所述調節(jié)器控制部中的所述發(fā)電機輸出的上限設定與變化率設定，設定為預先設定的值。
3. 根據權利要求1或2所述的燃氣輪機的運行控制裝置，其中所述溫度控制部具有第一修正部，該第一修正部用于計算所述進口導向葉片的開度變化率以計算與該變化率相對應的修正量，并對根據所述進口導向葉片的開度切換設定的溫度調節(jié)設定進行修正。
4. 根據權利要求1或2所述的燃氣輪機的運行控制裝置，其中所述溫度控制部具有第二修正部，該第二修正部用于計算出所述進口導向葉片的開度變化率以計算與該變化率相對應的修正量，對基于所述溫度調節(jié)設定生成的所述渦輪的排氣溫度設定值或者葉片通道溫度設定值進行修正。
5. 根據權利要求3或4所述的燃氣輪機的運行控制裝置，其中所述第一修正部或所述第二修正部在所述進口導向葉片的開度在規(guī)定范圍內的情況下動作。
6. 根據權利要求3 5中任意一項所述的燃氣輪機的運行控制裝置，其中所述溫度控制部具有PI控制部，該PI控制部根據基于所述溫度調節(jié)設定的目標值與測量的排氣溫度或葉片通道溫度之間的偏差進行比例積分控制，生成所述渦輪的排氣溫度設定值或葉片通道溫度設定值，并且所述溫度控制部在所述IGV緊急時全開標志有效的情況下，將該PI控制部中的控制參數設定為預先設定的值。
7. 根據權利要求1 6中任意一項所述的燃氣輪機的運行控制裝置，其中所述IGV控制標志生成部在基于所述溫度控制部的溫度調節(jié)運行中、所述發(fā)電機的輸出上升中且所述發(fā)電機的輸出在規(guī)定值以上的高負荷帶時，或者在基于所述溫度控制部的溫度調節(jié)運行中、所述發(fā)電機的輸出上升中且所述進口導向葉片的開度處于標準全開狀態(tài)時，使IGV標準全開以上標志有效，所述進口導向葉片開度設定部在所述IGV緊急時全開標志或所述IGV標準全開以上標志有效時，將所述進口導向葉片的開度設定為預先設定的開度。
8. 根據權利要求7所述的燃氣輪機的運行控制裝置，其中所述IGV控制標志生成部在所述IGV標準全開以上標志的生成條件從有效轉換至無效時，經過一定的延遲后使該IGV標準全開以上標志無效。
9. 根據權利要求7或8所述的燃氣輪機的運行控制裝置，其中在所述溫度控制部的基于溫度調節(jié)設定的目標值與測量的排氣溫度或葉片通道溫度之間的偏差在規(guī)定值以下時，所述IGV控制標志生成部進行所述溫度調節(jié)運行中的判斷。
10. 根據權利要求7或8所述的燃氣輪機的運行控制裝置，其中所述IGV控制標志生成部在所述渦輪的進口溫度在規(guī)定范圍時進行所述溫度調節(jié)運行中的判斷。
11. 一種燃氣輪機的運行控制方法，其中，將來自在前級設有進口導向葉片的壓縮機的壓縮空氣與燃料一起供給到燃燒器以通過該燃燒器產生的燃燒氣體使渦輪旋轉并驅動發(fā)電機，該燃氣輪機的運行控制方法具有IGV控制標志生成步驟，該步驟當系統(tǒng)頻率在規(guī)定閾值以下且所述發(fā)電機的輸出在規(guī)定值以上的高負荷帶時，或者當系統(tǒng)頻率在規(guī)定閾值以下且所述進口導向葉片的開度處于標準全開狀態(tài)時，使IGV緊急時全開標志有效；進口導向葉片開度設定步驟，該步驟在所述IGV緊急時全開標志有效的情況下，將所述進口導向葉片的開度設定為預先設定的開度；溫度控制步驟，該步驟根據所述進口導向葉片的開度對溫度調節(jié)設定進行切換設定，根據該溫度調節(jié)設定生成所述渦輪的排氣溫度設定值或葉片通道溫度設定值；以及燃料控制步驟，該步驟根據所述排氣溫度設定值或葉片通道溫度設定值對向所述燃燒器供給的燃料供給量進行控制。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種燃氣輪機的運行控制裝置和運行控制方法，其抑制渦輪進口溫度并且軸輸出可滿足要求的特性曲線。在發(fā)電機(150)的輸出處于規(guī)定值以上的高負荷帶的情況下，IGV緊急時全開標志有效。在IGV緊急時全開標志FLG有效的情況下，將進口導向葉片(104)的開度設定為預先設定的開度，根據進口導向葉片(104)的開度切換設定溫度調節(jié)設定，并根據該溫度調節(jié)設定，生成用于控制燃燒器(103)的燃料供給量的渦輪(101)的排氣溫度設定值或者葉片通道溫度設定值。
文檔編號F02C9/46GK101779021SQ20088010298
公開日2010年7月14日 申請日期2008年11月6日 優(yōu)先權日2007年11月6日
發(fā)明者中村慎佑, 園田隆, 齋藤昭彥 申請人:三菱重工業(yè)株式會社