專利名稱：燃氣渦輪機控制裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及在由于負載脫落和發電機緊急停止運行等原因使系統頻率短時間里從正常運行頻率增加或減少的場合，能夠避免所產生的燃氣渦輪機不穩定的運行狀態，防止作為火力發電機主要電源的燃氣渦輪機由不穩定運行狀態導致惡劣停止運行，有助于電力系統過渡時期的頻率穩定化的燃氣渦輪機控制裝置。
背景技術：
常規的燃氣渦輪發電設備，是一種向燃燒器供給燃料和壓縮空氣，將通過燃燒器燃燒得到的氣體供給至燃氣渦輪機(亦稱燃氣輪機)以驅動燃氣渦輪機的裝置。圖36表示燃氣渦輪發電設備的構成圖。
燃氣渦輪機100由壓縮機2、燃燒器4和渦輪機7構成。通過入口導向葉片1吸入的空氣，由空氣壓縮機2壓縮為高壓空氣，這種壓縮空氣通過空氣流路3進入至燃燒器4，并作為燃料燃燒用的空氣使用。在另一方面，通過燃料控制閥5供給的燃料由燃料燃燒咀6進入燃燒器4，并且在此燃燒形成高溫高壓的燃燒氣體。將這種燃燒氣體供給入渦輪機7，驅動燃氣渦輪機軸8轉動，從而驅動與其同軸連接著的發電機9轉動，得到發電機輸出。由渦輪機7處排出的排出氣體在由煙筒排出、或采用聯合循環發電設備時，可以在作為排出熱量回收鍋爐的熱源使用后再由煙筒排出。
燃氣渦輪機控制裝置10可以依據由安裝在軸端齒輪11附近處的速度檢測器12獲得的燃氣渦輪機速度N，由設置在空氣壓縮機2的入口部的入口空氣壓力檢測器103獲得的壓縮機入口空氣壓力PX1，由設置在空氣壓縮機2的出口處的排出空氣壓力檢測器13獲得的壓縮機排出空氣壓力PX12，由設置在渦輪機出口處的排出氣體溫度檢測器14獲得的排出氣體溫度TX4，以及由發電機輸出檢測器15獲得的發電機輸出MW等等，將燃料控制信號FREF提供至燃料控制閥5處，以調節燃料流量。
圖37表示燃氣渦輪機控制裝置10的方框構成圖。燃氣渦輪機控制裝置10具有對燃氣渦輪機100的速度和與燃氣渦輪機100相連接的發電機9的負載實施控制用的速度負載控制部16；將燃氣渦輪機100的燃燒氣體溫度控制為預定上限值用的燃燒氣體溫度控制部18；以及對由速度負載控制部16給出的速度負載控制信號FN和燃燒氣體溫度控制部18給出的排出氣體溫度控制信號FT進行選擇，將比較小的一個作為燃料控制信號實施輸出的燃料控制信號選擇部17。如本圖所示的燃燒氣體溫度控制部18并不是對燃燒氣體溫度實施直接控制，而是通過對由渦輪機7排出的排出氣體溫度TX4進行控制，間接對燃燒氣體溫度實施控制。
燃氣渦輪機100在啟動時，由圖中未示出的啟動控制部對燃料流量實施調節，使燃氣渦輪機100一直上升至額定轉速。在這時的燃料流量比較少，所以燃燒氣體溫度比較低。因此，由速度負載控制部16給出的速度負載控制信號FN比由燃燒氣體溫度控制部18給出的排出氣體溫度控制信號FT小，所以燃料控制信號選擇部17將選擇速度負載控制信號FN作為燃料控制信號FREF。換句話說就是，通過啟動控制部升速至額定轉速的燃氣渦輪機，可以由速度負載控制部16保持在額定轉速。
速度負載控制部16在與燃氣渦輪機100相連接的發電機8無負載時，使燃氣渦輪機100保持在額定轉速，當并入至電力系統時，控制發電機9，輸出由負載設定器24設定的設定值。換句話說，可以由速度設定器19設定額定轉速作為初始值，由減法計算器20對其與燃氣渦輪機100的轉速N間的速度偏差NE進行運算。由比例控制器21對該速度偏差NE實施比例運算，并疊加上由信號發生器22給出的無負載額定速度偏置信號后，作為速度負載控制信號FN實施輸出。無負載額定速度偏置信號，是與無負載狀態時燃氣渦輪機100或發電機9保持額定轉速所需要的燃料流量相當的信號。
在這種狀態下，當發電機9并入至電力系統時，發電機9與系統頻率同步轉動，變成負載運行。在負載運行狀態下，由減法計算器25對發電機輸出MW和負載設定器24給出的負載設定值的發電機輸出偏差MWE實施運算，當發電機輸出偏差MWE為負值時，通過比較器26使開關27導通，當發電機輸出偏差MWE為正值時，通過比較器29使開關30導通。
換句話說，當發電機輸出偏差MWE為負值時，將由信號發生器28設定的正值輸入至速度設定器19。速度設定器19具有積分特性，按照與該正值相對應的變化率，增加速度設定器19的設定值，從而按照發電機輸出偏差MWE為零使速度負載控制信號FN產生變化。同樣當發電機輸出偏差MWE為正值時，以與信號發生器31設定的負值相對應的變化率減少速度設定器19的設定值，從而按照發電機輸出偏差MWE為零使速度負載控制信號FN產生變化。
在發電機9并入電力系統并開始緩緩加入負載的狀態，因于是發電機輸出偏差MWE為負值的狀態，所以處于比較器26使開關27導通，并按照與信號發生器28設定的正值相對應的變化率增加速度設定器19的設定值的狀態。因此，發電機輸出MW將緩緩增加。在這時，排出氣體溫度TX4也將緩緩上升，所以由燃燒氣體溫度控制部18給出的排出氣體溫度控制信號FT將緩緩減小。
隨著燃料流量的增加，排出氣體溫度TX4上升，排出氣體溫度偏差TE將緩緩減小。而且，當排出氣體溫度TX4到達預定的上限值TXR4時，排出氣體溫度偏差TE為零。當排出氣體溫度TX4超過該預定的上限值TXR4時，排出氣體溫度偏差TE將為負值，從而將發出警報，使燃氣渦輪機100跳閘。隨著排出氣體溫度控制信號FT的減少，排出氣體溫度控制信號FT的值將比速度負載控制信號FN的值更低，所以燃料控制信號選擇部17將排出氣體溫度控制信號FT取代速度負載控制信號FN，作為燃料控制信號FREF進行燃料流量調節，并且按照使燃氣渦輪機100的排出氣體溫度TX4與預定上限值TXR4相一致實施控制。
燃燒氣體溫度控制部18可以通過函數發生器32計算出預定上限值TXR4作為壓縮機壓力比PX12/PX1的函數，并且按照渦輪機7的排出氣體溫度TX4為該預定上限值TXR4實施控制。
使用著如圖37所示的燃氣渦輪機控制裝置10的燃氣渦輪機100的狀態量變化如圖38、圖39、圖40所示。正如圖38所示，隨著發電機輸出MW的增加，燃料流量GFX與發電機輸出MW成比例地增加。發電機輸出MW在到達時刻t1之前，可通過用入口導向葉片控制裝置將入口導向葉片1的角度保持為一定，使壓縮機空氣流量GAX保持為一定；隨著發電機輸出MW由時刻t1增加至時刻t3，可以通過用入口導向葉片控制裝置使入口導向葉片1的角度依次增大，使壓縮機的空氣流量GAX按圖示增加。隨著發電機輸出MW的增加，壓縮機壓力比PX12/PX1也按圖示依次增加。
正如圖39所示，隨著發電機輸出MW的增加，燃燒氣體溫度TX3也增高，發電機輸出MW在到達時刻t2時，燃燒氣體溫度TX3將上升至限制值TXR3。發電機輸出MW在到達時刻t1之前使壓縮機空氣流量GAX保持為一定的原因在于，盡量快使燃燒氣體溫度TX3上升，可以提高燃氣渦輪機的熱效率。即使發電機輸出由時刻t2增加至時刻t3時，燃燒氣體溫度TX3仍保持在上限值TXR3之下。隨著發電機輸出MW的增加，排出氣體溫度TX4也會增加，發電機輸出MW到達時刻t1時，排出氣體溫度TX4上升至上限值TXR4。即使發電機輸出MW由時刻t1增加至時刻t2，通過用入口導向葉片控制裝置增大入口導向葉片1的角度以獲得增加壓縮機空氣流量GAX的效果、和對燃燒氣體溫度控制部實施燃料控制，將排出氣體溫度TX4保持在上限值TXR4。在發電機輸出MW由時刻t2增加至時刻t3的過程中，如果燃燒氣體溫度TX3保持為一定，排出氣體溫度TX4將按照圖示的方式直線減少。
在圖40中示出了函數發生器32的特性。可以由壓縮機入口空氣壓力PX1和壓縮機排出空氣壓力PX12計算出壓力比PX12/PX1，作為壓力比PX12/PX1的函數產生如圖中的實線所示的排出氣體溫度上限值TXR4。利用燃燒氣體溫度控制部將排出氣體溫度TX4控制在上限值TXR4以下，與如圖39所示將燃燒氣體溫度TX3保持在預定限制值TXR3a以下的方式是等效的。圖40中的虛線表示排出氣體溫度的報警值或燃氣渦輪機100的跳閘值。
下面參考圖41，對燃燒氣體溫度上限值TXR3的確定方法進行說明。圖41示出了燃燒氣體溫度TX3與使用在構成燃氣渦輪機的高溫零件的材料的長時間蠕變強度間的關系。高溫零件的溫度與燃燒氣體溫度按比例增加或減少，將該比例函數已作為參考標號C并示出在圖中。隨著燃燒氣體溫度的增高，材料的長時間蠕變強度將下降。為了避免高溫零件出現破損，需要對燃燒氣體溫度實施限制，使材料的蠕變強度不在高溫零件中發生的最大應力以下，。
在圖41作為一個實例，用TXR3表示將10萬小時蠕變強度作為極限強度的場合中的極限溫度。如果采用該TXR3作為燃燒氣體的上限溫度，可以在10萬小時不更換的條件下使用燃氣渦輪機中的高溫零件。排出氣體溫度的上限值TXR4，可以通過如圖38和圖39所示的TXR3、TXR4和PX12/PX1的關系確定。這樣，在先技術中的這種燃氣渦輪機控制裝置，可以使燃氣渦輪機能在長時間不更換使用燃氣渦輪機高溫零件的燃燒氣體溫度范圍中運行。
然而，這種在先技術中的燃氣渦輪機控制裝置10在電力系統的頻率產生變動時，速度負載控制部16通過比例控制器21的高比例放大，沿系統頻率恢復方向產生比較大的變動，所以有時燃料流量產生大的變動，燃氣渦輪機100的排出氣體溫度TX4也產生大的變動。
特別是對于燃氣渦輪機排出氣體溫度TX4在預定上限值TXR4的附近運行的場合，當系統頻率出現變動時，速度負載控制部16的動作將使燃氣渦輪機的燃料、空氣控制、燃燒氣體溫度控制出現比較大的紊亂。如果舉例來說，對于系統頻率上升的場合，燃氣渦輪機速度N也會上升。速度負載控制部16將沿對其實施修正的方向動作，所以速度負載控制信號FN將比原有值減少，使得速度負載控制信號FN低于排出氣體溫度控制信號FT，因此燃料控制信號選擇部17將選擇速度負載控制信號FN，使燃料流量縮小。由此，燃料流量將被減少，隨后燃氣渦輪機100的排出氣體溫度TX4滯后數秒后降低。
當在這種狀態下系統頻率急劇恢復時，燃氣渦輪機速度N也在到達額定速度之前仍將急劇下降。由于在這種場合下，燃氣渦輪機速度N的檢測滯后幾乎小的可以忽略不計，所以速度負載控制信號FN將急劇上升。燃料控制信號選擇部17在這種狀態下，將選擇速度負載控制信號FN作為燃料控制信號FREF，所以速度負載控制信號FN的變化將導致燃料流量的變化，使燃料流量急劇增加。這是因為，相對于燃氣渦輪機速度N的檢測滯后幾乎小到可以忽略不計，燃氣渦輪機100的排出氣體溫度TX4的檢測滯后為幾秒鐘，所以隨著燃料流量的急劇增加產生的排出氣體溫度TX4的上升也遲后。
因此，由于燃料流量的急劇增加，在排出氣體溫度TX4到達預定上限值TXR4的時刻，已經投入有過量的燃料流量。而且在該時刻處，燃料控制信號選擇部17作為燃料控制信號FREF由速度負載控制信號FN，切換至排出氣體溫度控制信號FT，以減少燃料流量，然而由于仍然有過量的燃料流量投入，所以排出氣體溫度TX4將繼續上升。
從燃氣渦輪機運行效率的角度考慮，由于使燃氣渦輪機100在排出氣體溫度TX4為盡可能高的溫度下運行，預定上限值TXR4和排出氣體溫度TX4的報警值或燃氣渦輪機的跳閘值接近，所以對于這種場合，有時也會產生溫度的進一步上升導致燃氣渦輪機跳閘等等的不良后果。相反，燃氣渦輪機100的排出氣體溫度TX4是比預定上限值TXR4低若干的溫度，在選擇速度負載控制信號FN作為燃料控制信號FREF的狀態下對發電機輸出MW實施控制時，即使在系統頻率急劇下降的場合，速度負載控制信號FN急劇上升，所以也會發生與上述場合相類似的不良后果出現。
1996年馬來西亞出現的大規模停電事故，就是由于主干線送電聯鎖線邊緣出現跳閘，從而使聯合循環發電設備和燃氣渦輪發電機出現聯鎖脫落而形成的。這表明發電設備在高負載運行時，相對系統頻率低下將處于不穩定狀態。而且，在高負載運行時由入口空氣導向葉片的界限增加的空氣流量比較小。在另一方面，燃氣渦輪機排出氣體溫度將上升，當超過界限時發電設備跳閘，所以也不應該增加燃料。
所吸入的空氣流量，是與燃氣渦輪機的轉動速度的函數，系統頻率下降時空氣流量也會減少。因此，可以通過對燃氣渦輪機排出氣體溫度的控制，來限制燃料的增加。系統頻率越下降，聯合循環發電設備的輸出也將越減少，當系統頻率下降過大時將會造成大規模停電(電氣學會論文集“頻率低下時聯合循環發電設備的動態特性”，T.IEEJapan，Vol.122-B，No3.2002；電氣學會2002年全國大會“包含聯合循環發電設備的電力系統的動態特性”，論文序號6-070)。
然而，在與電力系統并聯運行中的發電機脫落或抽水機和感應電動機等等的負載啟動時，系統頻率也會下降。與此相反，當出現負載急劇脫落的現象時系統頻率將會上升。當聯合循環發電設備出現跳閘等等的大幅度系統頻率變動時，可以調整系統的負載切斷或運行中的發電機輸出實施控制，謀求系統頻率穩定化。發電機輸出減少產生的應答非常快，然而為增加輸出而有必要增加排熱回收泵的輸出，根據發電設備特性，要花費數十秒。因此，燃氣渦輪機在這段時間里繼續運行，需要具有能以盡可能大輸出運行的功能發明內容本發明的目的就是提供一種使燃氣渦輪機高溫零件的材料強度不設于高溫零件的最大應力以下，而且在系統頻率過度變動時可以促使系統頻率穩定化的燃氣渦輪機控制裝置。
本發明的第1方案的發明，在檢測到系統頻率異常時，可以免除燃氣渦輪機的燃燒氣體溫度控制，調整燃氣渦輪機的輸出，促使系統頻率恢復。因此，還具有利用由檢測系統頻率異常功能給出的信號，在可以使用免除燃氣渦輪機燃燒氣體溫度控制的邏輯回路的場合恢復的回路。而且，系統頻率異常檢測還可以設置在接受外部信號的聯合循環發電設備處。
本發明的第1方案的發明在產生系統頻率變動時，可以依據由系統異常檢測器給出的指令，通過使燃燒氣體溫度控制裝置的燃料氣體溫度控制信號僅僅比速度負載控制的速度負載控制信號高預定量，停止燃燒氣體溫度控制裝置的動作，優先選擇速度負載控制信號，所以可以不受與系統頻率變動相對應的燃燒氣體溫度的限制，速度負載控制一邊響應系統頻率的變動一邊謀求系統頻率恢復。當系統頻率恢復時，恢復至常規運行狀態的控制回路，可以使用燃燒氣體溫度控制。
本發明的第2方案的發明，是在權利要求1的發明的基礎上，還組合有由聯合循環發電設備運行的系統特性確定發電機脫落時的頻率恢復特性設定的時間繼電器，僅在所需要的最短時間免除燃燒氣體的溫度控制，使時間繼電器動作，恢復至燃燒氣體溫度控制那樣構成的燃氣渦輪機控制裝置。
本發明的第2方案的發明在產生系統頻率變動時，設置時間繼電器，僅僅在系統頻率恢復所需要的時間里，如所述權利要求1所述那樣停止燃燒氣體溫度控制裝置的動作，所以可以在該預定時間里謀求系統頻率恢復，在經過預定時間后恢復至常規運行的控制回路，可以使用燃燒氣體溫度控制。
本發明的第3方案的發明，在系統異常檢測器中，系統頻率的異常是通過比較與系統頻率相對應的燃氣渦輪機燃燒氣體溫度限制值或排出氣體溫度限制值，和燃燒氣體溫度或排出氣體溫度，檢測系統頻率異常的。而且，燃氣渦輪機燃燒氣體溫度或排出氣體溫度在超過短時間允許運行的燃燒氣體溫度限制值或排出氣體溫度限制值且經過預定的允許時間時，使系統頻率異常的狀態斷開，可恢復燃燒氣體的溫度控制。系統頻率在預定系統頻率以上，系統頻率變化率也在預定值以上而認為系統頻率恢復時，使系統頻率異常的狀態斷開。
本發明的第3方案的發明，設定隨著系統頻率正常運行著的燃氣渦輪機的排出氣體溫度或燃燒氣體溫度，以及短時間允許運行的排出氣體溫度或燃燒氣體溫度，比較排出氣體溫度TX4或燃燒氣體溫度與設定的限制值。在這兒是以排出氣體溫度的場合為例進行說明的。對于燃燒氣體溫度的場合，如果將排出氣體溫度更換為燃燒氣體溫度，也可以同樣實施。當排出氣體溫度TX4超過正常運行的排出氣體溫度限制值時，輸出與同一系統連接著的其他發電設備發電機增加指令，并在系統頻率異常時作為停止燃氣渦輪機控制裝置的燃燒氣體溫度控制用的指令起作用。換句話說就是，隨著系統頻率下降，使速度負載控制增加燃料以增加發電機輸出的動作優先，從而隨著排出氣體溫度TX4值的增加，停止要限制燃料流量的燃燒氣體溫度控制，謀求系統頻率的恢復。在排出氣體溫度TX4變為更高，超過短時間運行允許排出氣體溫度限制值且經過預定時間時，為了保護燃氣渦輪機可以解除燃燒氣體溫度控制的停止，使燃燒氣體溫度控制恢復動作。當系統頻率位于預定頻率之上且系統頻率變化率位于預定變化率之上，檢測到可以認為系統頻率恢復的狀態時，也可以解除燃燒氣體溫度控制的停止，燃燒氣體溫度控制恢復動作。
本發明的第4方案的發明的特征在于，在系統異常檢測器中，測撿器將系統頻率下降到預定系統頻率以下和通電機電壓低下降或發電機電流增加組合構成系統頻率異常信號，以便在系統異常出現作為80mS(毫秒)左右的短時間現象的系統事故時不會錯誤地產生不需要的動作。
本發明的第4方案的發明，當系統頻率位于預定系統頻率以下時，由于設置能檢測作為系統事故的短時間現象出現的發電機電壓低下或發電機電流急劇增加的邏輯電路，當這種邏輯電路的邏輯關系成立時認為出現了系統事故，不將其判斷為系統頻率異常，所以可以避免隨著系統頻率異常而產生的錯誤動作。
本發明的第5方案的發明，在系統異常檢測器的系統頻率下降至預定系統頻率以下時，可檢測出系統頻率異常，同時由系統頻率、燃燒氣體溫度或排出氣體溫度求出燃氣渦輪機的運行容量時間，當該系統頻率異常下的運行經過時間超過燃氣渦輪機的運行耐容量時間時，使系統頻率異常關閉，恢復燃燒氣體溫度控制。
本發明的第5方案的發明設置由系統頻率f和排出氣體溫度TX4的值求解出提供耐容量時間的函數。在系統頻率下降至預定系統頻率以下時，作為系統頻率異常，燃氣渦輪機控制裝置停止燃燒氣體溫度控制。通過與系統頻率相對應的速度負載控制，增加燃料流量使發電機輸出增加的動作優先。當經過容量時間時，解除為了保護燃氣渦輪機而停止的燃燒氣體溫度控制，使燃燒氣體溫度控制恢復動作。
本發明的第6方案的發明，在系統異常檢測器中由比較器檢測系統頻率脫離預定系統頻率正常范圍，同時構成與確認發電機是否脫落用的發電機脫落信號的連鎖。
本發明的第6方案的發明，通過構成系統異常檢測器，將系統頻率下降至預定系統頻率以下和檢測連接在該系統上的預定發電機阻斷器斷開所形成的發電機脫落信號組合，并輸出系統頻率異常信號，所以可以提高系統頻率異常的檢測可靠度。
本發明的第7方案的發明，在系統異常檢測器中可以通過比較器檢測系統頻率脫離預定系統頻率正常范圍，同時構成與確認是否有系統分離的系統分離信號的連鎖。
本發明的第7方案的發明，通過將系統頻率下降至預定系統頻率以下、和檢測整個系統的一部分斷開的系統分離信號組合，所以可以提高系統頻率異常的檢測可靠度。
本發明的第8方案的發明構成系統異常檢測器，在系統異常檢測器中通過比較器檢測系統頻率脫離預定系統頻率正常范圍，組合同時發生發電機輸出信號的增加變化率、減少變化率超過某設定值的現象。
本發明的第8方案的發明，將系統頻率下降至預定系統頻率以下和發電機負載的變化率超過預定值的條件組合，所以可以提高系統頻率異常的檢測可靠度。
本發明的第9方案的發明構成系統異常檢測器，在系統異常檢測器中，將系統頻率下降到預定系統頻率、同時發電機脫落信號和發電機負載變化率超過設定值的條件組合，進而輸出系統頻率異常信號。
本發明的第9方案的發明，通過將系統頻率下降至預定系統頻率以下、發電機脫落信號和發電機負載的變化率超過預定值的條件組合，所以可提高系統頻率異常的檢測可靠度。
本發明的第10方案的發明，當系統頻率下降至某預定系統頻率以下或系統頻率上升至另一預定系統頻率以上而使系統異常檢測器動作時，可以通過在速度控制系統處設置變化率限制器，變更速度控制系統的控制常數，抑制急劇的燃料流量變化的突變，所以可以防止燃燒氣體溫度過高、排出氣體溫度過高或燃氣渦輪機火焰熄滅。
本發明的第10方案的發明產生系統頻率變動時，可以通過設置在速度負載控制系統的變化率限制器，在系統頻率穩定之前的時間里，限制隨系統頻率變動而變動的速度負載控制信號的變化率。其結果是可以抑制燃料流量變化、燃燒氣體溫度變化和排出氣體溫度變化的突變和過度變化，所以可以防止氣體溫度過高產生的跳閘和火焰熄滅(燃燒器火焰熄滅)產生的跳閘。
本發明的第11方案的發明，在系統頻率上升至預定系統頻率以上系統異常檢測器動作時，通過設置變化率限制器，變更速度控制系統的控制常數，所以可以抑制暫時性的燃料流量急劇突變，防止燃氣渦輪機火焰熄滅。
本發明的第11方案的發明，在系統頻率上升時，由于設置在速度負載控制和燃料控制指令的變化率限制器，不使燃料控制指令急劇下降而導致火焰熄滅，所以可以限制燃料控制指令信號的變化率。當系統頻率上升時，空氣壓縮機的排出氣體壓力或稱燃燒器內壓變高，所以可抑制向燃燒器的燃料供給。這樣，可防止燃料急劇減少導致的火焰熄滅。
圖1為本發明構造的燃氣渦輪機控制裝置和燃氣輪機發電設備的構成圖。
圖2為表示本發明第一實施形式的方框構成圖。
圖3為表示本發明第二實施形式的方框構成圖。
圖4為表示本發明第三實施形式的方框構成圖。
圖5為說明本發明第三實施形式的燃氣渦輪機狀態量(壓縮機空氣流量等)的變化的特性圖。
圖6為說明本發明第三實施形式的燃氣渦輪機狀態量(燃燒氣體溫度等)的變化的特性圖。
圖7為說明本發明第三實施形式的燃氣渦輪機狀態量(排出氣體溫度等)的變化的特性圖。
圖8為表示本發明第四實施形式的方框構成圖。
圖9為表示本發明第五實施形式的方框構成圖。
圖10為說明本發明第四實施形式和第五實施形式的燃氣渦輪機狀態量(壓縮機空氣流量等)的變化的特性圖。
圖11為說明本發明第四實施形式和第五實施形式的燃氣渦輪機狀態量(燃燒氣體溫度等)的變化的特性圖。
圖12為表示本發明第六實施形式的方框構成圖。
圖13為說明本發明第七實施形式的常用限制值確定方法的圖，是燃燒氣體溫度與使用在構成燃氣渦輪機的高溫零件處的材料的蠕變強度間關系用的示意圖。
圖14為說明作為本發明第七實施形式的常用限制值確定方法用的示意圖，表示的是燃燒氣體溫度與燃氣渦輪機熱效率和平均一年中燃料價格的關系圖。
圖15為說明本發明第七實施形式的常用限制值確定方法的示意圖，是燃燒氣體溫度與高溫零件更換成本和燃料成本的關系圖。
圖16為說明本發明第八實施形式的非常用限制值確定方法的示意圖，是燃燒氣體溫度與使用在構成燃氣渦輪機的高溫零件處的材料的短時的強度間關系圖。
圖17為表示本發明第九實施形式的方框構成圖。
圖18為說明本發明第九實施形式的燃氣渦輪機狀態量(壓縮機空氣流量等)的變化的特性圖。
圖19為說明本發明第九實施形式的燃氣渦輪機狀態量(燃燒氣體溫度等)的變化的特性圖。
圖20為說明本發明第九實施形式的常用限制器和非常用限制器中的上限值確定方法的特性21為表示本發明第十實施形式的方框構成圖。
圖22為表示本發明第十一實施形式的方框構成圖。
圖23為表示本發明第十二實施形式的方框構成圖。
圖24為表示本發明第十三實施形式的方框構成圖。
圖25為本發明第十三實施形式的運算與系統頻率對應的排出氣體溫度設定值的函數發生器特性圖。
圖26為表示本發明第十三實施形式的系統頻率低下后至恢復時的變化特性圖。
圖27為表示本發明第十四實施形式的方框構成圖。
圖28為表示本發明第十五實施形式的方框構成圖。
圖29為本發明第十五實施形式的依據系統頻率和排出氣體溫度運算出燃氣渦輪機運轉耐量時間的函數發生器的特性圖。
圖30為表示本發明第十六實施形式的方框構成圖。
圖31為表示本發明第十六實施形式的電力系統與其他發電設備中的發電機間關系用的說明圖。
圖32為表示本發明第十七實施形式的方框構成圖。
圖33為說明本發明第十七實施形式的電力系統中的系統分離的說明圖。
圖34為表示本發明第十八實施形式的方框構成圖。
圖35為表示本發明第十九實施形式的方框構成圖。
圖36為表示在先技術例的一種燃氣渦輪機控制裝置和燃氣輪機發電設備的構成圖。
圖37為在先技術例的一種燃氣渦輪機控制裝置的方框構成圖。
圖38為說明作為在先技術例的燃氣渦輪機狀態量(壓縮機空氣流量等)的變化的特性圖。
圖39為說明在先技術例的燃氣渦輪機狀態量(燃燒氣體溫度等)的變化的特性圖。
圖40為說明在先技術例的燃氣渦輪機狀態量(排出氣體溫度等)的變化的特性圖。
圖41為說明在先技術例的燃燒氣體溫度上限值確定方法的說明圖。
具體實施例方式
下面參考附圖，對根據本發明的實施形式進行說明。與在先技術中相同的部分用相同的參考標號表示，并且省略了相應的說明。
圖1示出了本發明的燃氣渦輪機控制裝置的一個實例，燃氣渦輪機100是由壓縮機2、燃燒器4和渦輪機7構成的。通過設置在壓縮機2的空氣入口部處的入口導向葉片1吸入的空氣，由壓縮機2壓縮為高壓空氣，這種壓縮空氣通過空氣流路3進入至燃燒器4，并作為燃料燃燒的空氣使用。在另一方面，通過燃料控制閥5供給入的燃料由燃料燃燒咀6進入燃燒器4，并在此燃燒形成高溫高壓的燃燒氣體。這種燃燒氣體進入渦輪機7，使燃氣渦輪機軸8轉動，進而使與其同軸連接著的發電機9轉動，得到發電機輸出。
由渦輪機7處排出的排出氣體由煙筒排出，或在聯合循環發電設備的場合，作為排出熱量回收鍋爐的熱源使用后再由煙筒排出。在燃氣渦輪機軸8的軸向端部設置有速度檢測用齒輪11，在其附近還設置有速度檢測器12。而且，還設置有改變入口導向葉片1的角度用的入口導向葉片驅動裝置101，以及檢測入口導向葉片1的角度用的角度檢測器102。在壓縮機2的空氣入口部設置有入口空氣壓力檢測器103和空氣流量檢測器104。在壓縮機2的出口部設置有排出空氣壓力檢測器13和排出空氣溫度檢測器105。在燃燒器4的出口部設置有燃燒氣體溫度檢測器106。在渦輪機7的出口部設置有排出氣體溫度檢測器14。在燃料供給配管設置有燃料流量檢測器107。而且，還設置有檢測發電機9的輸出的發電機輸出檢測器15。
燃氣渦輪機控制裝置10可以依據由速度檢測器12獲得的燃氣渦輪機速度N、由角度檢測器102獲得的入口導向葉片角度AX、由入口空氣壓力檢測器103獲得的壓縮機入口空氣壓力PX1、由空氣流量檢測器104獲得的壓縮機空氣流量GAX、由排出空氣壓力檢測器13獲得的壓縮機排出空氣壓力PX12、由排出空氣溫度檢測器105獲得的壓縮機排出空氣溫度TX2、由燃燒氣體溫度檢測器106獲得的燃燒氣體溫度TX3、由排出氣體溫度檢測器14獲得的排出氣體溫度TX4、由燃料流量檢測器107獲得的燃料流量GFX、以及由發電機輸出檢測器15獲得的發電機輸出MW等等，將燃料控制信號FREF給與燃料控制閥門5以調節其燃料流量，將入口導向葉片控制信號AREF給與入口導向葉片驅動裝置101以調節入口導向葉片1的角度。
圖2為表示本發明第一實施形式的方框構成圖。與如圖37所示的在先技術實例中相同的部分用相同的參考標號表示，并且省略了相應的說明。該第一實施形式與如圖37所示的在先技術實例相比，追加設置產生設定值S1的信號發生器35、對速度負載控制信號FN和信號S1實施加法運算的加法計算器36、由加法計算器36的輸出信號中減去排出氣體溫度控制信號FT的加法減法計算器37、對加法減法計算器37的輸出信號和信號TE的任一個實施選擇的開關38、以及確定開關38的選擇方向的系統異常檢測器39。
圖2中的開關38在系統異常檢測器39檢測到系統頻率(商用頻率)f下降時動作，其結果如圖所示，呈加法減法計算器37的輸出信號輸入至比例積分控制器34的狀態。系統頻率f低于額定頻率作為系統頻率異常使系統異常檢測器動作時，如圖2所示，對比例積分控制器34的值實施調節，使排出氣體溫度控制信號FT與在速度負載控制信號FN上疊加有預定的正極性設定值S1后獲得的信號，即與加法計算器36的輸出信號相一致。換句話說就是，將排出氣體溫度控制信號FT調節至僅比速度負載控制信號FN大設定值S1的值。
在這時，燃氣渦輪機控制裝置處于在燃料控制信號選擇部17速度負載控制信號FN為比排出氣體溫度控制信號FT低的值，并作為燃料控制信號FREF選擇的狀態。在這種狀態下系統頻率f低下時，在發電機9與電力系統相連接的狀態，由于系統頻率f的值與燃氣渦輪機速度N的值相等，所以可以根據燃氣渦輪機速度N的下降，增大速度負載控制信號FN和燃料控制信號FREF，以增加燃料流量。當燃氣渦輪機速度N下降時，由空氣壓縮機2排出的燃燒用空氣流量減少，所以使發電機輸MW下降，另外燃料流量/空氣流量的比增大，使燃燒氣體溫度TX3和燃氣渦輪機排出氣體溫度TX4上升。
在如圖37所示的在先技術實例中，在這種狀況下為了抑制排出氣體溫度TX4的上升，需要降低排出氣體溫度控制信號FT，燃料控制信號FREF由速度負載控制信號FN切換至排出氣體溫度控制信號FT那樣地動作，所以不將燃料流量增加至該值以上。在本發明的圖2中，可以依據系統異常檢測器39給出的指令，調節排出氣體溫度控制信號FT，從速度負載控制信號FN僅提高到設定值S1，所以根據系統頻率f即燃氣渦輪機速度N的下降，增大速度負載控制信號FN即燃料控制信號FREF，進而增加燃料流量。
因此，可以增加發電機輸出MW，使系統頻率f上升，也就是促使系統頻率f恢復至額定頻率。而且，所謂停止燃燒氣體溫度控制裝置的動作，指示不將排出氣體溫度控制信號FT選擇為燃料控制信號FREF，在第一實施形式中表示排出氣體溫度控制信號FT僅比速度負載控制信號FN高設定值S1的構成實例，然而本發明并不僅限于這種構成形式。
下面對本發明的第二實施形式進行說明。圖3為表示本發明第二實施形式的方框構成圖。與第一實施形式中相同的部分用相同的參考標號表示，并且省略了相應的說明。該第二實施形式與如圖2所示的第一實施形式相比，增加設置著時間繼電器40。這種時間繼電器40設定著系統頻率f由系統整體特征恢復至額定頻率所需要的時間。系統頻率f下降，系統異常檢測器39作為系統頻率異常動作后，僅在所述時間繼電器設定的時間的開關38選擇到如圖3所示的位置，經過該設定時間時，期望該系統的系統頻率f恢復時，開關38復位，將信號TE輸入至比例積分控制器34，恢復常規的燃燒氣體溫度控制。換句話說就是，采用這種方式，可以盡可能快地使保護燃氣渦輪機用的燃燒氣體溫度控制功能復原為正常的構成。
圖4表示本發明的燃氣渦輪機控制裝置10的第三實施形式。正如圖中所示，燃燒氣體溫度控制裝置18由函數發生器32、函數發生器41、開關42、減法計算器33和比例積分控制器34構成。函數發生器32輸入壓縮機入口空氣壓力PX1和壓縮機排出空氣壓力PX12，并且輸出常用限制值TXR4a作為壓力比PX12/PX1的系數。壓縮機入口空氣壓力PX1和壓縮機排出空氣壓力PX12輸入至函數發生器41，并且輸出非常用限制值TXR4b作為壓力比PX12/PX1的函數。在系統異常檢測器39不動作時，開關42連接至函數發生器32側，在系統異常檢測器39動作時，開關42連接至函數發生器41側。設置有時間繼電器40，并在系統異常檢測器39動作至經過預定時間后，阻斷系統異常檢測器39的信號，使開關42連接至函數發生器32側。其構成是將由函數發生器32或函數發生器41來的限制值TXR4和排出氣體溫度TX4一并輸入至減法計算器33，并由減法計算器33輸出溫度偏差TE，該溫度偏差TE輸入至比例積分控制器34，并由比例積分控制器34輸出燃料氣體溫度控制信號FT，燃料氣體溫度控制信號FT輸入至燃料控制信號選擇部17。
圖5、圖6、圖7表示使用如圖4所示的燃氣渦輪機控制裝置10的燃氣渦輪機100的狀態量變化。正如圖5所示，隨著發電機輸出MW的增加，燃料流量GFX與發電機輸出MW成比例地增加。發電機輸出MW在到達時刻t1之前，通過入口導向葉片驅動裝置101將入口導向葉片1的角度保持為一定，使壓縮機空氣流量GAX保持一定；隨著發電機輸出MW由時刻t1增加至時刻t3，通過入口導向葉片驅動裝置101使入口導向葉片1的角度依次增大，使壓縮機的空氣流量GAX如圖示那樣地增加。隨著發電機輸出MW的增大，壓縮機的壓力比PX12/PX1也將如圖示那樣地依次增大。
正如圖6所示，隨著發電機輸出MW的增加，燃燒氣體溫度TX3也將增高，發電機輸出MW在到達時刻t2時，燃燒氣體溫度TX3將上升至限制值TXR3。發電機輸出MW在到達時刻t1之前使壓縮機空氣流量GAX保持為一定的原因在于，使燃燒氣體溫度TX3盡可能快地上升，提高燃氣渦輪機的熱效率。即使發電機輸出由時刻t2增加至時刻t3，燃燒氣體溫度TX3仍保持在限制值TXR3之下。隨著發電機輸出MW的增加，排出氣體溫度TX4也增加，發電機輸出MW到達時刻t1時，排出氣體溫度TX4上升至常用限制值TXR4a。即使發電機輸出MW由時刻t1增加至時刻t2，通過入口導向葉片驅動裝置101增大入口導向葉片1的角度以獲得增加壓縮機空氣流量GAX的效果和燃燒氣體溫度控制部的燃料控制，將排出氣體溫度TX4保持在常用限制值TXR4a之下。在發電機輸出MW由時刻t2增加至時刻t3的期間，如果燃燒氣體溫度TX3保持為一定，排出氣體溫度TX4將如圖示那樣地的直線降低。
在圖7中示出了函數發生器32和函數發生器41的特性。函數發生器32作為壓縮機壓力比PX12/PX1的函數產生用圖中的點劃線表示的常用限制值TXR4a。用燃燒氣體溫度控制裝置將排出氣體溫度TX4控制在常用限制值TXR4a以下，是與如圖6所示將燃燒氣體溫度TX3保持在預定限制值TXR3a以下等效。函數發生器41作為壓縮機壓力比PX12/PX1的函數產生用圖中虛線表示的非常用限制值TXR4b。為了在燃燒氣體溫度控制狀態下用常用限制值TXR4a，將燃燒氣體溫度限制在限制值TXR3a以下，發電機輸出不能在時刻t3之后增加。在系統異常檢測器39動作時，通過將開關42切換至函數發生器41側，處于非常用燃燒氣體溫度控制狀態，非常用限制值為TXR4b且將燃燒氣體溫度增高至限制值TXR3b，發電機輸出在到達時刻t4之前可以繼續增加，所以容易地使系統頻率恢復。
在本實施形式中所示的入口導向葉片1，是按照發電機輸出MW在時刻t3的狀態為最大角度設定的，發電機輸出MW由時刻t3增加至時刻t4期間角度保持為一定。因此，可以如圖5所示，發電機輸出在由時刻t3增加至時刻t4期間，壓縮機空氣流量GAX保持為一定。
圖8示出了本發明的燃氣渦輪機控制裝置10的第四實施形式。正如圖中所示，燃燒氣體溫度控制裝置18由溫度設定器111、溫度設定器112、開關42、減法計算器33和比例積分控制器34構成。溫度設定器111可產生常用上限值TXR3a，溫度設定器112可產生非常用上限值TXR3b。對于在系統異常檢測器39不動作時，開關42連接在溫度設定器111側，在系統異常檢測器39動作時，開關42連接在溫度設定器112側。設置時間繼電器40，并在系統異常檢測器39動作至經過預定時間后，可以阻斷系統異常檢測器39的信號，使開關42連接至溫度設定器111側。其構成是將由溫度設定器111或溫度設定器112來的限制值TXR3和燃燒氣體溫度TX3輸入至減法計算器33，并由減法計算器33輸出溫度偏差TE，該溫度偏差TE輸入至比例積分控制器34，并由比例積分控制器34輸出燃料氣體溫度控制信號FT，燃料氣體溫度控制信號FT輸入至燃料控制信號選擇部17。在本實施形式中，不是將排出氣體溫度，而是將直接檢測的燃燒氣體溫度使用在燃料控制中，所以控制應答性高。
圖9示出了本發明的燃氣渦輪機控制裝置10的第五實施形式。正如圖中所示，燃燒氣體溫度控制裝置18由溫度設定器111、溫度設定器112、開關42、減法計算器33和比例積分控制器34構成，溫度設定器111可產生常用上限值TXR3a，溫度設定器112可產生非常用上限值TXR3b，在系統異常檢測器39不動作時，開關42連接在溫度設定器111側，在系統異常檢測器39動作時，開關42連接在溫度設定器112側，也設置有時間繼電器40，并在系統異常檢測器39動作至經過預定時間后，阻斷系統異常檢測器39的信號，使開關42連接至溫度設定器111側，這些均與如圖8所示的實施形式相同。除此之外，還設置有運算器113，輸入壓縮機空氣流量GAX、壓縮機排出空氣溫度TX2和燃料流量GFX，由運算器113運算出燃燒氣體溫度TX3。當取Cp為空氣比熱、Q為燃料發熱量時，運算器113可以依據下式計算出燃燒氣體溫度TX3。
TX3＝TX2+Q×GFX/(GAX×Cp)其構成是將由溫度設定器111或溫度設定器112給出的限制值TXR3和由運算器113給出的燃燒氣體溫度TX3輸入至減法計算器33，由減法計算器33輸出溫度偏差C，將該溫度偏差C輸入至比例積分控制器34，由比例積分控制器34輸出燃料氣體溫度控制信號FT，將該燃料氣體溫度控制信號FT輸入至燃料控制信號選擇部17。在本實施形式中，不直接檢測燃燒氣體溫度，而是由其他檢測值計算出燃燒氣體溫度，所以溫度檢測的可靠性高，控制應答性也好。
圖10、圖11表示使用如圖8和圖9所示的燃氣渦輪機控制裝置10的燃氣渦輪機的狀態量變化。正如圖10所示，隨著發電機輸出MW的增加，燃料流量GFX與發電機輸出MW成比例地增加。發電機輸出MW在到達時刻t1之前，可通過用入口導向葉片驅動裝置101將入口導向葉片1的角度保持為一定，進而將壓縮機空氣流量GAX保持為一定；隨著發電機輸出MW由時刻t1增加至時刻t3，可以通過用入口導向葉片驅動裝置101使入口導向葉片1的角度依次增大，使壓縮機的空氣流量GAX按照圖示那樣增加。
正如圖11所示，隨著發電機輸出MW的增加，燃燒氣體溫度TX3也增高，發電機輸出MW在到達時刻t1時，燃燒氣體溫度TX3上升至用虛線圖示的常用限制值TXR3a。即使發電機輸出MW由時刻t1增加至時刻t3，通過用入口導向葉片驅動裝置101增大入口導向葉片1的角度以獲得增加壓縮機空氣流量GAX的效果和燃燒氣體溫度控制部的燃料控制，將燃燒氣體溫度TX3保持在常用限制值TXR3a以下。溫度設定器111產生常用限制值TXR3a，溫度設定器112產生非常用限制值TXR3b。為了在常用燃燒氣體溫度控制狀態下用常用限制值TXR4a將燃燒氣體溫度限制在TXR3a以下，發電機輸出在時刻t3之后將不應該增加。在系統異常檢測器39動作時，通過將開關42切換至溫度設定器112側，處于非常用燃燒氣體溫度控制狀態，非常用限制值為TXR3b且燃燒氣體溫度可以增高至限制值TXR3b，發電機輸出在到達時間t4之前可以增加，因此容易地使系統頻率恢復。
在本實施形式所示的入口導向葉片1，是按照發電機輸出MW在時刻t3處為最大角度設定的，發電機輸出MW由時刻t3增加至時刻t4期間角度保持為一定。因此，可以如圖10所示，發電機輸出在由時刻t3增加至時刻t4期間，壓縮機空氣流量GAX保持為一定。
圖12示出了本發明的燃氣渦輪機控制裝置10的第六實施形式。正如圖中所示，燃燒氣體溫度控制裝置18由函數發生器32、減法計算器33a、溫度設定器112、運算器113、減法計算器33b、開關42和比例積分控制器34構成。函數發生器32輸入壓縮機入口空氣壓力PX1和壓縮機排出空氣壓力PX12，由函數發生器32輸出作為壓力比PX12/PX1的函數的常用限制值TXR4a。由函數發生器32來的常用限制值TXR4a和排出氣體溫度TX4一并輸入至減法計算器33a，由減法計算器33a輸出溫度偏差TEa。溫度設定器112產生非常用限制值TXR3b。函數發生器113依據壓縮機空氣流量GAX、壓縮機排出空氣溫度TX2和燃料流量GFX，運算出燃燒氣體溫度TX3。將由溫度設定器112給出的非常用限制值TXR3b和由函數發生器113給出的燃燒氣體溫度TX3輸入至減法計算器33b，由減法計算器33b輸出溫度偏差TEb。
在系統異常檢測器39不動作時，開關42連接至減法計算器33a側，在系統異常檢測器39動作時，開關42連接至減法計算器33b側。設置有時間繼電器40，在系統異常檢測器39動作至經過預定時間后，可以阻斷系統異常檢測器39的信號，使開關42連接至減法計算器33a側。其構成是由減法計算器33a給出的溫度偏差TEa或由減法計算器33b給出的溫度偏差TEb輸入至比例積分控制器34，由比例積分控制器34輸出燃料氣體溫度控制信號FT，燃料氣體溫度控制信號FT再輸入至燃料控制信號選擇部17。在本實施形式中，由于將排出氣體溫度使用在常用燃燒氣體溫度控制中，所以溫度檢測的可靠性高，由于將計算出的燃燒氣體溫度使用在非常用燃燒氣體溫度控制中，所以控制應答性也高。
下面參考圖13、圖14、圖15，說明本發明的常用燃燒氣體溫度控制裝置的常用限制值TXR3a的確定方法，作為本發明的第七實施形式。圖13示出了燃燒氣體溫度TX3與使用在構成燃氣渦輪機的高溫零件的材料的蠕變強度的關系。高溫零件的溫度與燃燒氣體溫度成比例增加或減少，設該比例常數為C并示出在圖中。隨著燃燒氣體溫度的增高，材料的蠕變強度將下降。為了避免高溫零件出現破損，需要按照對燃燒氣體溫度實施限制，使材料的蠕變強度不在高溫零件中的最大應力以下。
在圖13作為一個實例，將10萬小時蠕變強度作為極限強度時的上限燃燒氣體溫度用Tα表示，將1萬小時蠕變強度作為極限強度時的上限燃燒氣體溫度用Tβ表示。在用10萬小時蠕變強度作為極限強度時，可以在燃氣渦輪機的運行時間達到10萬小時之后更換高溫零件，在用1萬小時蠕變強度作為極限強度時，每經過1萬小時就需要更換高溫零件，所以會增大高溫零件的更換成本。在圖中還示出了燃燒氣體溫度，以及平均一年的高溫零件更換成本。
圖14示出了燃燒氣體溫度TX3與燃氣渦輪機熱效率和平均一年的燃料成本的關系。隨著燃燒氣體溫度增加可提高燃氣渦輪機的熱效率，所以可以減少燃料成本。圖15表示燃燒氣體溫度TX3與所述高溫零件更換成本和燃料成本的關系。可以將高溫零件更換成本和燃料成本之和為最小的燃燒氣體溫度，確定為常用限制值TXR3。如果這樣確定燃燒氣體溫度的限制值，可以使燃氣渦輪機最經濟地長期運行。
下面，說明本發明的非常用燃燒氣體溫度控制裝置中的非常用限制值TXR3b的確定方法，作為本發明的第八實施形式。由于系統頻率是異常狀態的運行一般時間比較短，所以可以從構成燃氣渦輪機高溫零件的材料的短時間強度和壓縮機的浪涌極限確定非常用限制溫度TXR3b。圖16示出了燃燒氣體溫度TX3與構成燃氣渦輪機的高溫零件所使用材料的短時間強度的關系。作為材料短時間強度表示短時間蠕變強度和屈服點。隨著燃燒溫度TX3的增加，材料短時間強度下降。為了能夠防止高溫零件出現破損，需要限制燃燒氣體溫度，使材料的短時間強度不位于高溫零件發生的最大應力以下。由短時間蠕變強度(在本實施形式中采用100小時的蠕變強度)確定的上限溫度為Ta，由屈服點確定的上限溫度為Tb。對于大多數場合，在燃氣渦輪機高溫零件的表面還形成有隔熱涂層。當加熱隔熱涂層至臨界溫度以上時，材料會燒結，不僅會使隔熱功能下降，還會由高溫零件的表面剝離下來。由隔熱涂層確定的上限溫度為Tc。當燃燒氣體溫度增高時，壓縮機的壓縮比PX12/PX1將按照下式變化。其中符號K為比例常數。
PX12/PX1＝K×GAX(TX3)1/2眾所周知，當壓縮機的壓縮比過大時，會產生浪涌，進而可能會損壞壓縮機，所以需要防止這種現象出現。由壓縮機的浪涌極限確定的上限溫度為Td。可以通過下式確定非常用限制值TXR3b。
TXR3b＝min(Ta，Tb，Tc，Td)如果這樣確定非常用限制值TXR3b，即使通過非常用燃燒氣體溫度控制裝置使燃氣渦輪機運行，也可以確保高溫零件的安全性，避免壓縮機出現浪涌現象。
圖17示出了本發明的燃氣渦輪機控制裝置10的第九實施形式。正如圖中所示，入口導向葉片控制裝置114由函數發生器115、常用限制器116、非常用限制器117、減法計算器118、開關42和比例積分控制器119構成。發電機輸出MW輸入至函數發生器115，由函數發生器115輸出入口導向葉片角度控制值AXR作為值MW的函數。入口導向葉片角度控制值AXR由常用限制器116將上限值限制在AXRa，入口導向葉片角度控制值AXR由非常用限制器117將上限值限制在AXRb。在系統異常檢測器39不動作時，開關42連接至常用限制器116側，在系統異常檢測器39動作時，開關42連接至非常用限制器117側。設置有時間繼電器40，系統異常檢測器39動作至經過預定時間后，可以阻斷系統異常檢測器39的信號，使開關42連接至常用限制器116側。其構成是由常用限制器116或非常用限制器117給出的入口導向葉片角度控制值AXR和入口導向葉片角度AX一并輸入至減法計算器118，由減法計算器118輸出角度偏差AE，該角度偏差AE輸入至比例積分控制器119，由比例積分控制器119產生出入口導向葉片角度控制信號AREF，進而對入口導向葉片的角度實施控制。
圖18、圖19表示使用如圖17所示的燃氣渦輪機控制裝置10的燃氣渦輪機的狀態量變化。正如圖18所示，隨著發電機輸出MW的增加，燃料流量GFX與發電機輸出MW成比例地增加。發電機輸出MW在到達時刻t1之前，可通過用入口導向葉片控制裝置114將入口導向葉片1的角度保持為一定，進而將壓縮機空氣流量GAX保持為一定；隨著發電機輸出MW由時刻t1增加至時刻t3，通過用入口導向葉片控制裝置114使入口導向葉片1的角度依次增大，使壓縮機的空氣流量GAX如圖示增加。
正如圖19所示，隨著發電機輸出MW的增加，燃燒氣體溫度TX3也增高，發電機輸出MW在到達時刻t1時，燃燒氣體溫度TX3將上升至上限值TXR3。即使發電機輸出MW由時刻t1增加至時刻t3，通過用入口導向葉片控制裝置114增大入口導向葉片1的角度以獲得增加壓縮機空氣流量GAX的效果和燃燒氣體溫度控制部的燃料控制，將燃燒氣體溫度TX3保持在上限值TXR3以下。在常用入口導向葉片控制狀態由常用限制器116將入口導向葉片的角度限制在值AXRa以下，其結果將壓縮機空氣流量限制在如圖所示的值GAXa以下，所以發電機輸出在時刻t3之后將不應該再增加。在系統異常檢測器39動作時，開關42將切換至非常用限制器117側，處于非常用入口導向葉片控制狀態，入口導向葉片的角度由上限值AXRa上升至值AXRb，壓縮機空氣流量可以增加至如圖所示的值GAXb，發電機輸出在到達時間t4之前可以繼續增加，因此可容易地使系統頻率恢復。在本實施形式中，即使由于發電機輸出MW由時刻t3增加至時刻t4使燃料流量GFX按照如圖18所示增加，由于壓縮機空氣流量GAX也將增加，因此如圖19所示，燃燒氣體溫度可以被保持在上限值TXR3以下。
下面參考圖20，對本發明的入口導向葉片控制裝置中的常用限制器116的上限值AXRa和非常用限制器117的上限值AXRb的確定方法進行說明。圖20示出了入口導向葉片角度AX與壓縮機效率ηc、壓縮機空氣流量GAX的關系。在本發明中，設壓縮機效率ηc為最大的入口導向葉片的角度為常用限制器116的上限值AXRa。由此，可以使壓縮機通常均以最大效率運行。在本發明中，設壓縮機空氣流量GAX為最大的入口導向葉片的角度為非常用限制器117的上限值AXRb。由此，在系統頻率產生異常時，還可以通過增大壓縮機空氣流量GAX，增加燃氣渦輪機的輸出MW，從而可以容易地進行用于頻率恢復的燃氣渦輪機控制。
下面對本發明的第十實施形式進行說明。圖21為本發明第十實施形式用的方框構成圖。與如圖37所示的在先技術實例中相同的部分用相同的參考標號表示，并且省略了相應的說明。該第十實施形式與如圖37所示的在先技術實例相比，追加設置了變化率限制器43和開關44。當系統異常檢測器39動作時，開關44如圖所示地打開，速度負載控制信號FN通過變化率限制器43輸入至燃料控制信號選擇部17。當經過由時間繼電器40設定的時間，即經過系統頻率恢復所需要的時間時，開關44閉合，使變化率限制器43旁路。
在圖21，系統異常檢測器39在系統頻率脫離正常的電力系統運行的預定頻率范圍時動作，即在系統頻率上升到預定系統頻率之上時動作，或在系統頻率下降到另一預定系統頻率之下時動作。當系統頻率f、即燃氣渦輪機速度變動時，速度負載控制信號FN將按照與速度變化成比例倍數變動。這一變動將導致燃料流量的變動，隨著空氣壓縮機排出空氣流量的變動，變為燃料流量/燃燒用空氣流量的比例變動，進而導致燃燒氣體溫度TX3和燃氣渦輪機排出氣體溫度TX4產生變動，在系統頻率f下降方向變動時，可以由排出氣體溫度控制信號FT限制速度負載控制信號FN向增加方向變動，即向燃料流量增加方向變動，燃料流量通過排出氣體溫度控制信號FT控制地進行切換。
在系統異常檢測器39這樣動作時，當通過速度負載控制使燃料流量產生急劇增大的變化時，燃料流量變化滯后出現排出氣體溫度變化，變化過大的排出氣體溫度TX4超越報警值或稱保護用限制值，進而可使燃氣渦輪機出現跳閘，所以需要利用變化率限制器43，限制燃料流量控制信號FREF的變化率、即燃料流量的變化率是適宜。與此相反，在系統頻率f上升方向變動時，燃料流量/燃燒用空氣流量的比值將變小，為了向燃燒流量減少方向的急劇變化不導致燃氣渦輪機的火焰熄滅，最好能夠利用變化率限制器43限制燃料控制信號FREF的變化率、即燃料流量的變化率。
由于這樣構成，可以對燃料流量變化、燃燒氣體溫度變化以及排出氣體溫度變化中的突然變化、過大變化實施抑制，從而可以防止氣體溫度高產生的跳閘現象和滅燃(燃燒器火焰熄滅)產生的跳閘現象的出現。當經過了期待系統頻率趨向恢復的時間時，將時間繼電期斷開，恢復至正常運行的燃氣渦輪機控制裝置的構成。
下面對本發明的第十一實施形式進行說明。圖22為本發明第十一實施形式用的方框構成圖。與如圖37所示的在先技術實例中相同的部分用相同的參考標號表示，并且省略了相應的說明。該第十一實施形式與如圖37所示的在先技術實例相比，追加設置了由產生預定的系統頻率設定值S2的信號發生器45、由比較器46構成的系統異常檢測器39、當系統異常檢測器39輸出信號成立時如圖所示使回路斷開的開關44、以及變化率限制器43。在產生有脫離電力系統正常運行范圍的系統頻率變動時，即圖22中系統頻率f高于預定系統頻率設定值S2，使系統異常檢測器39動作時，在先技術中速度負載控制信號FN急劇減少，抑制燃料流量，所以能使燃燒器4中的火焰熄滅。
在圖22的本發明實施形式中出現這種狀態時，即系統異常檢測器39成立并輸出信號接通時，開關44斷開，速度負載控制信號FN通過變化率限制器43后輸入至燃料控制信號選擇部17。變化率限制器43動作，限制燃料流量的急劇變化率，從而避免燃燒器4中的火焰熄滅。當出現這種狀態時系統頻率f增高，即燃氣渦輪機速度N增大，所以空氣壓縮機排出空氣流量也將增加，另一方面向減少的方向控制燃料流量，因此燃料流量/燃燒用空氣流量的比值將減小，燃燒器4中的火焰與正常運行狀態相比處于易于熄滅的狀態，所以相對于過度的燃料流量沿減小方向的突變，變化率限制器43為了避免火焰熄滅而有效動作。當系統頻率f恢復時，開關44閉合，變化率限制器43被旁路，恢復至正常運行的速度負載控制回路。
下面對本發明的第十二實施形式進行說明。圖23為本發明第十二實施形式的方框構成圖。與如圖22的第十一實施形式間的不同點在于，在圖22的第十一實施形式中變化率限制器43和開關44是按照對速度負載控制信號FN實施限制插入的，相反在圖23的第十二實施形式中，變化率限制器48和開關49是按照對燃料控制信號FREF實施限制插入的。在第十一實施形式和第十二實施形式中僅僅是插入的位置有所不同，作用功能相同，能限制燃料流量的急劇減小變化率，進而避免燃燒器4中的火焰熄滅。
上述實施形式說明了對燃料控制系統的控制常數實施切換用的組件，然而若對燃料控制指令中的控制常數實施切換，也可以在速度負載控制部，也可以在其下游的燃料控制部。
下面對本發明的第十三實施形式進行說明。圖24為本發明第十三實施形式的方框構成圖。函數發生器73和函數發生器74為可以產生出與系統頻率f相對應的、如圖25所示的燃氣渦輪機排出氣體溫度限制值的函數發生器。圖24中，為了對排出氣體溫度TX4實施監測，函數發生器73和函數發生器74設定排出氣體溫度限制值，然而也可以用燃燒氣體溫度替代排出氣體溫度。這時，為了對燃燒氣體溫度TX3實施監測，函數發生器73和函數發生器74設定燃燒氣體溫度的限制值。
下面對排出氣體溫度的場合進行說明。比較器75對與某系統頻率f相對應的正常運行時的排出氣體溫度限制值和排出氣體溫度TX4進行比較，當判斷結果為排出氣體溫度TX4比較高時，向與同一電力系統連接著的其他發電設備發出增加發電機輸出指令，同時作為系統頻率異常使系統異常檢測器產生動作，發出使燃燒氣體溫度控制裝置停止運行的指令。當排出氣體溫度TX4進一步上升時，比較器76判斷超過由函數發生器74給出的短時間允許運行的排出氣體溫度限制值，在經過時間繼電器77的設定時間時，使非型(NOT)邏輯電路78的輸出信號為零，使與型(AND)邏輯電路86的輸出信號即系統頻率異常信號斷開。
圖26圖示了由于與某電力系統連接著的發電機出現脫落等等原因，系統頻率f由低下狀態至恢復狀態時的系統頻率f隨時間變化經過。這樣，由比較器82對系統頻率f超過由信號發生器83預定的設定值S3的狀態實施判斷，由比較器80對由變化率運算器79求出系統頻率f的變化率信號超過信號發生器81的預定設定值S4的狀態實施判斷。對于系統頻率這樣恢復并認為可以復原至正常運行的控制裝置的狀態的場合，這兩個判斷結果使與型(AND)邏輯電路84中的邏輯關系成立，使非型(NOT)邏輯電路85的輸出信號處于斷開，使系統頻率異常信號處于斷開。圖24中還示出了系統異常檢測器39的一種具體構成的實施形式。
下面對本發明的第十四實施形式進行說明。圖27為本發明第十四實施形式的方框構成圖。比較器51對發電機電壓VG和由信號發生器50預定的發電機電壓設定值S5進行比較。變化率運算器52對發電機電流IG的變化率進行運算，比較器54對運算值和由信號發生器53給出的預定設定值S6進行比較。當發電機電壓VG位于預定設定值S5以下時，或發電機電流IG的變化率超過預定設定值S6時，或型(OR)邏輯電路55中的邏輯和關系成立，所以非型(NOT)邏輯電路56的輸出處于斷開。當系統頻率f位于由信號發生器130給出的預定系統頻率設定值S10以下時，與型(AND)邏輯電路57對比較器131的動作信號和非型(NOT)邏輯電路56的輸出信號實施邏輯積運算，所以當或型(OR)邏輯電路55中的邏輯關系成立時，即當非型(NOT)邏輯電路56的輸出斷開時，判斷是檢測出由系統事故造成了短時間、暫時的系統頻率低下，使與型(AND)邏輯電路57的輸出信號即系統頻率異常信號斷開。這樣可以防止在作為短時間現象的系統事故時系統異常檢測器產生的錯誤動作，從而提高系統頻率異常的檢測可靠度。圖27中還示出了系統異常檢測器39的一種具體構成的實施形式。
下面對本發明的第十五實施形式進行說明。圖28為本發明第十五實施形式的方框構成圖。函數發生器89可以依據系統頻率f和排出氣體溫度TX4，提供燃氣渦輪機的容量時間。當然，也可以采用燃燒氣體溫度替代排出氣體溫度，在這時函數發生器89可以依據系統頻率f和燃燒氣體溫度TX3，確定出燃氣渦輪機的容量時間。
對于排出氣體溫度的場合，圖29圖示他們之間的關系。在圖29中，橫軸為系統頻率f，下面也提供排出氣體溫度的值。若該排出氣體溫度的值與曲線A表示的溫度相吻合，所以作為曲線A上的點，可以讀取縱軸的容量時間的值。如果排出氣體溫度TX4的值為曲線A的溫度和曲線B的溫度中間的溫度，可以通過內插法獲得縱軸的容量時間的值。函數發生器89輸出這樣獲得的容量時間。即使在適用燃燒氣體溫度的場合，如果將圖29的曲線A和曲線B確定為燃燒氣體溫度，也可以適用于燃燒氣體溫度。
這里對排出氣體溫度的場合進行說明。由比較器88對系統頻率f和信號發生器87的預定設定值S7進行比較，當判斷系統頻率f位于設定值S7以下時，由與型(AND)邏輯電路93作為系統頻率異常進行檢測。計數器90對由系統頻率f位于設定值S7以下的時刻起的經過時間實施計時。比較器91對所述容量時間和所述經過時間進行比較。當比較器91判斷經過時間超過容量時間時，使非型(NOT)邏輯電路92的輸出斷開，并且使與型(AND)邏輯電路93的輸出信號、即系統頻率異常信號斷開，通過燃氣渦輪機控制裝置使系統頻率異常信號斷開，使為了保護燃氣渦輪機而停止著的燃燒氣體溫度控制恢復。圖28中還示出了系統異常檢測器39的一種構成的實施形式。
下面對本發明的第十六實施形式進行說明。圖30為本發明第十六實施形式的方框構成圖。圖30表示由與型(AND)邏輯電路62生成系統頻率異常信號的實施形式，即與型(AND)邏輯電路62對第十四實施形式圖27中構成的比較系統頻率f和預定系統頻率設定值S10的比較器131的輸出信號和發電機脫落信號實施邏輯積運算。或型(OR)邏輯電路61在發電機阻斷器A、B、……N的各阻斷器開路信號對通過僅僅在預定時間里輸出的ON信號的時間繼電器58、59、60獲得的各信號進行邏輯和運算，并生成出發電機脫落信號。
下面對系統進行說明，為了對本發明說明方便，圖31表示省略了通常設置的變壓器等等設備的系統說明圖。在圖31中，本發明的燃氣渦輪機控制裝置10a包括在先技術中說明過的燃氣渦輪機控制裝置10的裝置，并且對發電機9實施控制。發電機9可通過發電機阻斷器94向與電力系統97連接著的負載提供電力。其他發電設備的發電機9a、9b、……9n也同樣通過發電機阻斷器94a、94b、……94n，向電力系統97傳送電力。如圖27說明過的發電機電壓VG和發電機電流IG作為代表，可通過檢測器95獲取。在圖22以后的說明中所使用的系統頻率f可通過如圖31的檢測器96獲得。將表示發電機阻斷器94a、94b、……94n的開閉狀態的信號，輸入至燃氣渦輪機控制裝置10a。圖30的發電機阻斷器A的打開信號，可以由圖31的發電機阻斷器94a獲得。發電機阻斷器B的打開信號、發電機阻斷器N的打開信號，也同樣可以由如圖31的發電機阻斷器94b、94n獲得。
作為系統頻率f變動，使系統異常檢測器檢測到系統頻率異常的現象產生的原因，是與系統相連接的發電機產生了脫落，所以對于可靠性比較高的系統，可以如圖30所示檢測到發電機脫落、即發電機阻斷器斷開而不能向系統提供電力的狀態，通過將這一發電機脫落信號，與判斷系統頻率f位于預定系統頻率設定值S10之下時的比較器131的輸出信號組合使用，可以提高對系統頻率異常的檢測可靠度。
時間繼電器58、59、60是為了對作為產生系統頻率異常現象原因的發電機脫落狀態實施檢測而設置的，所以可以在時間繼電器上設定由發電機脫落后滯后至系統頻率下降的假設時間，并僅僅在該時間里時間繼電器輸出ON信號。在本實施形式中，是將由發電機阻斷器直接表示其開閉狀態的信號作為發電機脫落信號，并且輸入至燃氣渦輪機控制裝置，然而也可以不使用該信號，而是由其他控制裝置將表示發電機脫落狀態的信號輸入至燃氣渦輪機控制裝置。圖30中還示出了系統異常檢測器39一種構成的實施形式。
下面對本發明的第十七實施形式進行說明。圖32為說明本發明第十七實施形式的方框構成圖。圖32表示與型(AND)邏輯電路64生成系統頻率異常信號的本實施形式，與型(AND)邏輯電路64對第十四實施形式圖27的比較系統頻率f和預定系統頻率設定值S10的比較器131的輸出信號和系統分離信號63實施邏輯積運算。圖33為說明系統分離信號63用的系統說明圖。
在圖33中，本發明的燃氣渦輪機控制裝置10a包括在先技術中說明過的燃氣渦輪機控制裝置10和本發明的燃氣渦輪機控制裝置10a，并且對發電機9實施控制。與如圖31所示的實施形式中相同的部分用相同的參考標號表示，并且省略了相應的說明。圖33的實施形式與圖31所示的實施形式相反，追加設置有與電力系統97不同的其他電力系統97a，與電力系統97a相連接著的發電機9p、……9r，各發電機阻斷器94p……94r，電力系統97a的負載，阻斷器98、98a，以及主電力系統99。電力系統97和電力系統97a通過阻斷器98和阻斷器98a與主電力系統99相連接。
因此，對于因電力系統97a側的原因而使阻斷器98a斷開的場合，主電力系統99的電力供給關系發生比較大的變動，所以由檢測器96檢測的系統頻率f有比較大的變動。這時，將表示圖33的阻斷器98a的開閉狀態用的信號輸入至燃氣渦輪機控制裝置10b，作為系統分離信號63使用。同樣對于圖33中的阻斷器98處于斷開狀態的場合，系統頻率f也會產生比較大的變動，所以這時將表示圖33的阻斷器98的開閉狀態用的信號輸入至燃氣渦輪機控制裝置10b，作為系統分離信號63使用。
作為產生系統頻率f波動并使系統異常檢測器檢測系統頻率異常現象的原因，是與系統相連接的電力系統產生了分離，所以對于可靠性比較高的系統，可以如圖32所示檢測因系統間聯絡阻斷器斷開而產生系統分離的狀態，通過將這一系統分離信號和判斷系統頻率f位于預定系統頻率設定值S10之下的比較器131的輸出信號的組合使用，可以提高系統頻率異常的檢測可靠度。而且在本實施形式中，是將由系統間的聯絡阻斷器直接表示其開閉狀態的信號作為系統分離信號，并輸入至燃氣渦輪機控制裝置的，然而也可以不使用該信號，而是由其他控制裝置將表示系統分離狀態的信號輸入至燃氣渦輪機控制裝置。圖32中還示出了系統異常檢測器39的一種具體構成的實施形式。
下面對本發明的第十八實施形式進行說明。圖34為本發明第十八實施形式的方框構成圖。圖34表示與型(AND)邏輯電路71生成系統頻率異常信號的實施形式，即由與型(AND)邏輯電路71對第十四實施形式中圖27構成的比較系統頻率f和預定系統頻率設定值S10的比較器131的輸出信號和負載增加/減少信號實施邏輯積運算。所述的負載增加/減少信號可以如下那樣構成。
通過變化率運算器65求出發電機負載MW的變化率。通過比較器67對所獲得的發電機負載變化率和信號發生器66給出的預定設定值S8進行比較，當發電機負載變化率超過預定設定值S8時，比較器67輸出ON信號作為負載增加。而且，通過比較器69對發電機負載變化率和信號發生器68給出的預定設定值S9進行比較，當發電機負載變化率小于預定設定值S9時，比較器69輸出ON信號作為負載減少。由或型(OR)邏輯電路70求出這種負載增加信號和負載減少信號的邏輯和，獲得負載增加/減少信號。通過將系統頻率異常現象發生時產生的、表示負載增加/減少狀態的信號，和判斷系統頻率f位于預定系統頻率設定值S10之下時的比較器131給出的輸出信號進行組合，可以提高系統頻率異常的檢測可靠度。圖34中還示出了系統異常檢測器39的一種具體構成的實施形式。
下面對本發明的第十九實施形式進行說明。圖35為說明本發明第十九實施形式的方框構成圖。圖35表示與型(AND)邏輯電路72生成出系統頻率異常信號的實施形式，即由與型(AND)邏輯電路72對第十四實施形式中圖27構成的比較系統頻率f和預定系統頻率設定值S10的比較器131的輸出信號、第十六實施形式中圖30構成的發電機脫落信號、以及第十八實施形式中圖34構成的負載增加/減少信號實施邏輯積運算。通過將作為系統頻率f變動而使系統異常檢測器檢測到系統頻率異常現象產生的原因的發電機脫落信號和系統頻率異常現象發生時所產生的表示負載增加/減少狀態的信號，和判斷系統頻率f位于預定系統頻率設定值S10之下的比較器131給出的輸出信號進行組合，可以提高系統頻率異常的檢測可靠度。圖35中還示出了系統異常檢測器39的一種具體構成的實施形式。
上面是以燃氣渦輪機和發電機同軸結合的發電設備為實施例說明本發明的，然而還可以追加蒸汽渦輪機并也適用于同軸結合的發電設備。而且，燃料可以為氣體燃料，也可以為液體燃料。對于采用液體燃料的場合，通常可以利用配置在位于燃料泵排出口與燃燒器之間的燃料旁路配管的燃料控制閥，對由燃料泵排出的燃料流量中燃料泵入口側旁路的燃料旁路流量實施控制，可以控制供給至燃燒器的燃料流量。本發明還可以適用于這種液體燃料的燃料系統。
如果采用本發明的第1方案，對于產生有系統頻率變動的場合，可以不受燃燒氣體溫度的限制，一邊響應系統頻率的變動一邊謀求系統頻率的恢復。當系統頻率恢復時，恢復至常規運行的控制回路，能使用燃燒氣體溫度控制。
如果采用本發明的第2方案，對于產生有系統頻率變動的場合，可以不受燃燒氣體溫度的限制，在預定時間里謀求系統頻率的恢復，在經過預定時間期間恢復至常規運行的控制回路，能使用燃燒氣體溫度控制。
如果采用本發明的第3方案，還可以提供一種根據系統頻率低下停止燃燒氣體溫度控制，通過增加發電機輸出謀求系統頻率的恢復，進而在排出氣體溫度或燃燒氣體溫度上升，超過短時間運行允許的排出氣體溫度限制值或燃燒氣體溫度限制值時，可以解除停止燃燒氣體溫度控制，恢復燃燒氣體溫度控制的系統異常檢測器。
如果采用本發明的第4方案，在作為短時間現象的系統事故時按照不發生不要動作，將系統頻率位于預定系統頻率以下的信號、和發電機電壓低下的信號或發電機電流急劇增加的信號組合，構成系統頻率異常信號，從而能夠提供一種在發生系統事故不錯誤動作的系統異常檢測器。
如果采用本發明的第5方案，由于從系統頻率和排出氣體溫度或燃燒氣體溫度的值提供容量時間，所以可以提供一種在系統頻率下降至預定系統頻率以下時，停止燃燒氣體溫度控制，進而當經過容量時間時，解除保護燃氣渦輪機用的燃燒氣體溫度控制停止，恢復燃燒氣體溫度控制的系統異常檢測器。
如果采用本發明的第6方案，將系統頻率下降至預定系統頻率以下的信號、和同時檢測連接在該系統上的預定發電機阻斷器斷開所形成的發電機脫落信號組合并輸出系統頻率異常信號那樣地構成系統異常的檢測器，所以可以提供一種檢測可靠度高的系統異常檢測器。
如果采用本發明的第7方案，由于將系統頻率下降至預定系統頻率以下的信號、和同時檢測整個系統的一部分形成切斷的系統分離信號組合并輸出系統頻率異常信號那樣地構成系統異常檢測器，所以可以提供出一種檢測可靠度高的系統異常檢測器。
如果采用本發明的第8方案，由于將系統頻率下降至預定系統頻率以下的信號、和同時發電機負載的變化率超過預定值的條件組合并輸出系統頻率異常信號那樣地構成系統異常檢測器，所以可以提供一種檢測可靠度高的系統異常檢測器。
如果采用本發明的第9方案，由于將系統頻率下降至預定系統頻率以下的信號、和同時發電機脫落信號和發電機負載的變化率超過預定值的條件組合并輸出系統頻率異常信號那樣地構成系統異常檢測器，所以可以提供一種檢測可靠度高的系統異常檢測器。
如果采用本發明的第10方案，對于系統頻率脫離預定系統頻率范圍而使系統異常檢測器動作的場合，可以通過在速度控制系統設置變化率限制器，變更速度控制系統的控制常數，所以可以抑制暫時性的燃料流量變化的突變，其結果是可以防止燃燒氣體溫度過高、排出氣體溫度過高或燃氣渦輪機火焰熄滅。
如果采用本發明的第11方案，對于系統頻率上升而使系統異常檢測器動作的場合，可以通過在速度負載部或其下游的燃料控制部設置變化率限制器，變更速度控制系統的控制常數，即使對于暫時性的燃料流量急劇縮小，也可防止燃氣渦輪機火焰熄滅。
權利要求
1.一種燃氣渦輪機控制裝置，包括具有入口導向葉片的壓縮機、對來自所述壓縮機的排出空氣和燃料實施混合燃燒的燃燒器、以及接受來自所述燃燒器的燃燒氣體以驅動所述壓縮機和發電機的渦輪機，其特征在于，具有控制所述入口導向葉片角度的入口導向葉片控制裝置；配置在向所述燃燒器供給燃料的配管中的燃料控制閥；通過控制所述燃料控制閥對供給至所述燃燒器的燃料流量實施控制的燃料控制裝置；調整所述燃料控制閥以使所述燃氣渦輪機的轉速為設定值的速度控制裝置和負載控制裝置；及控制燃料流量以使所述燃燒氣體溫度不超過限制值的燃燒氣體溫度控制裝置；具有如下能力根據在產生脫離電力系統正常運行范圍的系統頻率變動時動作的系統異常檢測器所給出的指令，停止所述燃燒氣體溫度控制裝置的動作，通過按照所述速度控制裝置或負載控制裝置的設定控制所述燃料控制閥，謀求系統頻率的恢復。
2.如權利要求1所述的燃氣渦輪機控制裝置，其特征在于，將所述燃燒氣體溫度控制裝置的動作阻止系統頻率恢復所需要的時間。
3.如權利要求1所述的燃氣渦輪機控制裝置，其特征在于，所述系統異常檢測器通過將與系統頻率對應地確定的燃氣渦輪機排出氣體溫度限制值或燃燒氣體溫度限制值、與燃氣渦輪機排出氣體溫度或燃燒氣體溫度進行比較，來檢測系統頻率異常。
4.如權利要求1所述的燃氣渦輪機控制裝置，其特征在于，所述系統異常檢測器在檢測到發電機電壓低下或發電機電流急劇增加時，可阻止系統頻率異常檢測。
5.如權利要求1所述的燃氣渦輪機控制裝置，其特征在于，所述系統異常檢測器以按照燃氣渦輪機排出氣體溫度或燃燒氣體溫度與依據系統頻率確定的允許運行時間的關系來實施動作為其特征。
6.如權利要求1所述的燃氣渦輪機控制裝置，其特征在于，所述系統異常檢測器根據系統頻率脫離預定系統頻率范圍的情況和發電機脫落信號，來檢測系統頻率異常。
7.如權利要求1所述的燃氣渦輪機控制裝置，其特征在于，所述系統異常檢測器根據系統頻率脫離預定系統頻率范圍的情況和系統分離信號，來檢測系統頻率異常。
8.如權利要求1所述的燃氣渦輪機控制裝置，其特征在于，所述系統異常檢測器根據系統頻率脫離預定系統頻率范圍的情況和發電機輸出的增加/減少，來檢測系統頻率異常。
9.如權利要求1所述的燃氣渦輪機控制裝置，其特征在于，所述系統異常檢測器組合系統頻率脫離預定系統頻率范圍的情況、發電機脫落信號和發電機輸出的增加/減少，來檢測系統頻率異常。
10.一種燃氣渦輪機控制裝置，由具有入口導向葉片的壓縮機、對來自所述壓縮機的排出空氣和燃料實施混合燃燒的燃燒器、以及接受來自所述燃燒器的燃燒氣體以驅動所述壓縮機和發電機的渦輪機構成，其特征在于，具有控制所述入口導向葉片的角度的入口導向葉片控制裝置；配置在向所述燃燒器供給燃料的配管中的燃料控制閥；通過對所述燃料控制閥的控制對供給至所述燃燒器的燃料流量實施控制的燃料控制裝置；調整所述燃料控制閥以使所述燃氣渦輪機的轉速為設定值的速度控制裝置和負載控制裝置；及對燃料流量實施控制以使所述燃燒氣體溫度不超過限制值的燃燒氣體溫度控制裝置；通過在產生脫離電力系統正常運行范圍的系統頻率變動時動作的系統異常檢測器所給出的指令，對速度控制響應實施限制，將速度控制響應限制系統頻率恢復所需要的時間。
11.一種燃氣渦輪機控制裝置，包括具有入口導向葉片的壓縮機、對來自所述壓縮機的排出空氣和燃料實施混合燃燒的燃燒器、以及接受來自所述燃燒器的燃燒氣體以驅動所述壓縮機和發電機的渦輪機，其特征在于，具有控制所述入口導向葉片角度的入口導向葉片控制裝置；配置在向所述燃燒器供給燃料的配管中的燃料控制閥；及通過對燃料控制閥實施控制來控制供給到所述燃燒器的燃料流量的燃料控制裝置；調節所述燃料控制閥以使所述氣體渦輪機的轉速為設定值的速度控制裝置和負載控制裝置；對燃料流量實施控制以使所述燃燒氣體溫度不超過限制值的燃燒氣體溫度控制裝置；通過在產生脫離電力系統正常運行范圍的系統頻率變動時動作的系統異常檢測器給出的指令，對系統頻率上升時的燃料控制系統的控制常數實施切換，從而具有防止燃氣渦輪機火焰熄滅的功能。
全文摘要
本發明提供了一種可以不使燃氣渦輪機的高溫零件材料強度位于高溫零件的最大應力以下，而且對于系統頻率產生過度變動的場合可以促使系統頻率的穩定化的燃氣渦輪機控制裝置。這種燃氣渦輪機控制裝置對于檢測到系統頻率異常的場合，可以按照調整燃氣渦輪機的輸出促使系統頻率恢復，免除燃氣渦輪機的燃燒氣體溫度控制。因此，還具有根據檢測系統頻率異常功能給出的信號，在可以使用免除檢測燃氣渦輪機燃燒氣體溫度控制的邏輯回路的時恢復的回路。系統頻率的異常檢測，還可以設置在接受外部來的信號的該聯合循環發電設備處。
文檔編號G05B23/02GK1904326SQ200610121288
公開日2007年1月31日 申請日期2003年5月20日 優先權日2002年5月20日
發明者平山開一郎, 小林正, 片瓜伴夫, 大筑康彥, 水野隆 申請人:株式會社東芝