压缩机控制装置、压缩机控制系统及压缩机控制方法
【专利摘要】本发明的压缩机控制装置在具备压缩燃气并将压缩后的其燃气供给到负载设备的多个压缩机的负载操作系统中，具备：前馈控制信号生成部，根据将所述负载设备的负载合计除以正在运行当中的所述压缩机台数的值而生成控制由所述压缩机供给的所述燃气的供给量的第一控制信号；及控制部，根据所述第一控制信号控制由所述压缩机供给的燃气的供给量。
【专利说明】
压缩机控制装置、压缩机控制系统及压缩机控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种压缩机控制装置、压缩机控制系统及压缩机控制方法。
【背景技术】
[0002]用于向燃气涡轮供给燃气的燃气用压缩机被控制成燃气头的压力为恒定。例如，将使用基于燃气涡轮负载的先行信号的前馈控制及基于燃气头的压力测量值和目标值的反馈控制进行组合而调节从压缩机排出的燃气的供给量，并进行燃气头的压力控制。作为燃气供给量的调节机构，使用设于压缩机上游的进口导叶(IGV(Inlet Guide Vane))或设于使由压缩机排出的燃气回流至上游的旁路上的防喘振阀(ASV(Anti Surge Valve))。燃气用压缩机的控制系统，通过上述的前馈控制及反馈控制来调节它们的开度，并进行燃气头的压力控制。
[0003]然而，对分别设有多个燃气涡轮和燃气用压缩机的系统来说，当进行燃气头的压力控制时，如何确定各压缩机的负载成为一个问题。例如，可以考虑将I台燃气涡轮和I台压缩机建立一对一关联，从而对各压缩机分配与各个压缩机建立对应关联的燃气涡轮的负载相应的负载的方法。并且，还可以考虑相对于燃气涡轮的总负载，向各压缩机均匀地分配负载的方法(例如专利文献I)。
[0004]以往技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献I:日本专利公开平09-317498号公报
[0007]发明的概要
[0008]发明要解决的技术课题
[0009]然而，如专利文献I所记载，将燃气涡轮和压缩机建立一对一关联的方法，在燃气涡轮以部分负载运行的情况下，压缩机效率有可能会下降，且在多台当中的几台压缩机异常停止等情况下，会出现向燃气涡轮的燃气供给不充分的问题。另外，关于将负载均匀地分配于各个压缩机来进行控制的方法，专利文献I中虽然记载了可以通过将负载均匀地分配于各个压缩机来运行，从而解决上述一对一关联的方法中存在的问题的内容，但是并没有公开具体的控制方法，而且专利文献I的方法是以与压缩机的台数相比燃气涡轮的台数多为前提的。在这种情况下，设有多个燃气涡轮和燃气用压缩机的系统中，要求能够不受燃气涡轮或压缩机的配置台数的限制而使用的对各压缩机的负载控制方法。
[0010]因此，本发明的目的在于提供能够解决上述课题的压缩机控制装置、压缩机控制系统及压缩机控制方法。
[0011 ]用于解决技术课题的手段
[0012]根据本发明的第I实施方式，压缩机控制装置在具备压缩燃气并将压缩后的其燃气供给到负载设备的多个压缩机的负载操作系统中，具备:前馈控制信号生成部，根据将所述负载设备的负载合计除以正在运行当中的所述压缩机台数的值而生成控制由所述压缩机供给的所述燃气的供给量的第一控制信号；及控制部，根据所述第一控制信号控制由所述压缩机供给的燃气的供给量。
[0013]根据本发明的第2实施方式，上述压缩机控制装置还具备反馈控制信号生成部，所述反馈控制信号生成部根据所述燃气头压力的目标值与测量值的偏差进行反馈控制并生成第二控制信号，所述控制部根据对所述第一控制信号相加所述第二控制信号的值来控制所述燃气的供给量。
[0014]根据本发明的第3实施方式，在上述压缩机控制装置中，所述反馈控制信号生成部生成新的第二控制信号，所述新的第二控制信号将所述已生成的第二控制信号的值除以正在运行当中的所述压缩机台数的计算值作为值。
[0015]根据本发明的第4实施方式，上述压缩机控制装置还具备程序值选择部，所述程序值选择部获得所述至少一个压缩机的排出压力的测量值和所述燃气头压力的测量值，并在所述压缩机的排出压力测量值的最大值与所述燃气头压力的测量值中选择较小的值，所述反馈控制信号生成部根据所述头部压力的目标值与由所述程序值选择部所选择的值之间的偏差来进行反馈控制，并生成所述第二控制信号。
[0016]根据本发明的第5实施方式，在上述压缩机控制装置中，所述控制部通过调节流量调节阀与循环阀中至少其中一个阀的开度来控制所述燃气的供给量，所述流量调节阀控制流入于所述压缩机的燃气流入量，所述循环阀用于使从所述压缩机排出的燃气返回至所述压缩机上游侧。
[0017]根据本发明的第6实施方式，在上述压缩机控制装置中还具备运行台数确定部，所述运行台数确定部根据所述负载设备的负载合计来确定所述压缩机的运行台数。
[0018]根据本发明的第7实施方式，在上述压缩机控制装置中，当所述负载设备的负载合计在预定时间内变动预定的范围以上时，从该变动直到经过预定时间为止不改变所述压缩机的运行台数。
[0019]根据本发明的第8实施方式，负载操作系统具备:多个压缩机;实施方式I至7中任一方式所述的I台压缩机控制装置，控制该多个压缩机;及负载设备，由所述多个压缩机供给燃气。
[0020]根据本发明的第9实施方式，负载操作系统具备:多个压缩机;实施方式I至7中任一方式所述的压缩机控制装置，在该多个压缩机的每一个上设置有一台；及负载设备，由所述多个压缩机供给燃气。
[0021]根据本发明的第10实施方式，负载操作系统为实施方式8或9所述的负载操作系统，其具备实施方式2至7中任一方式所述的压缩机控制装置，其中，由该压缩机控制装置来控制的所有压缩机的控制中，所述压缩机控制装置根据对所述第一控制信号相加所述第二控制信号的值来控制所述燃气的供给量。
[0022]根据本发明的第11实施方式，负载操作系统为实施方式8或9所述的负载操作系统，其具备实施方式2至7中任一方式所述的压缩机控制装置，其中，所述压缩机控制装置在由该压缩机控制装置来控制的压缩机中一部分控制中，根据对所述第一控制信号相加所述第二控制信号的值来控制所述燃气的供给量，在剩下的压缩机的控制中，只根据所述第一控制信号来控制所述燃气的供给量。
[0023]根据本发明的第12实施方式，控制方法为在具备压缩燃气并将经压缩的其燃气供给到负载设备的多个压缩机的负载操作系统中控制压缩机控制装置的方法，其中，根据将所述负载设备的负载合计除以正在运行当中的所述压缩机台数的值而生成控制由所述压缩机供给的所述燃气的供给量的第一控制信号，并根据所述第一控制信号控制由所述压缩机供给的燃气的供给量。
[0024]发明效果
[0025]根据上述本发明的实施方式，在设有多个燃气涡轮和燃气用压缩机的系统中，无论燃气涡轮及压缩机的配置台数为多少，能够对压缩机分配负载。
【附图说明】
[0026]图1为表示本发明的第一实施方式中负载操作系统结构的一例的第一图。
[0027]图2为表示本发明的第一实施方式中负载操作系统结构的一例的第二图。
[0028]图3为表示本发明的第一实施方式中压缩机控制装置的一例的框图。
[0029]图4为表示本发明所涉及的第一实施方式中对压缩机进行负载控制处理的流程图。
[0030]图5为表示本发明的第二实施方式中负载操作系统结构的一例的图。
[0031]图6为表示本发明的第三实施方式中负载操作系统结构的一例的图。
[0032]图7为表示本发明的第三实施方式中压缩机的排出压力和燃气头压力之间的关系的一例的图。
[0033]图8为表示本发明的第三实施方式中压缩机控制装置的一例的框图。
[0034]图9为本发明所涉及的第三实施方式中对压缩机进行负载控制处理的流程图。
[0035]图10为表示本发明所涉及的第四实施方式中压缩机控制装置的一例的框图。
[0036]图11为用于说明本发明所涉及的第四实施方式中的压缩机运行台数的控制的图。
【具体实施方式】
[0037]〈第一实施方式〉
[0038]以下，参考图1至图4对基于本发明的第一实施方式的压缩机控制装置进行说明。
[0039]图1为表示本发明的第一实施方式中负载操作系统结构的一例的第一图。负载操作系统1由多个压缩机2(24、28、20、燃气涡轮3(3-1、3-2、3-3、3-4)及压缩机控制装置30构成。燃气涡轮3的运行台数可以是I台也可以是多台。图1的负载操作系统I表示压缩机2为3台(2六、28、20，燃气涡轮3为4台(3-1、3-2、3-3、3-4)，压缩机控制装置30为1台的情况下的结构。另外，压缩机2C为备用机，当前不运行。成为燃气涡轮3的燃料的燃气，从燃气供给线路8 (8A、8B)的上游开始供给，并从燃气的流动方向的上游依次经由IGV5 (5A、5B)、压缩机2(2八、28)、止回阀7(7六、78)、燃气头4而被供至燃气涡轮3(3-1?3-4)。另外，有时将压缩机2A、2B总称为压缩机2，将燃气涡轮3-1?3-4总称为燃气涡轮3。关于其他IGV5等也相同。
[0040]IGV5设于压缩机2的上游并调节流入于压缩机2的燃气的流入量。压缩机2压缩经由燃气供给线路8供给的燃气，并向下游排出经压缩的燃气。并且，燃气供给线路8上设有使燃气从压缩机2的下游回流至压缩机2的上游的旁路，而该旁路上设有ASVe(GAdB)13ASVe为用于调节从压缩机2排出的燃气中返回至压缩机2的上游侧的燃气的流量的循环阀。
[0041]燃气头4为用于控制供给到燃气涡轮3的燃气头压力的空间。燃气头4可以是用于缓冲燃气压力变动的容器，也可以是配管。压缩机控制装置30以燃气头4的压力恒定的方式控制由压缩机2排出的燃气的流量，以使燃气涡轮3中的燃气的供给量不发生变动。
[0042]压缩机控制装置30构成为包括函数发生器10( 10-1、10-2、10_3、10_4)、加法器11、除法器12、PC(压力调节器:Pressure Controller) 13、加法器14(14A、14B)、函数发生器15(15六、158)、函数发生器16(16々、168)、？(:(流量调节器小10￥ Controller)17(17A、17B)及高位选择器18(18A、18B)。另外，有时会将函数发生器10-1?10-4总称为函数发生器10，将加法器14A、14B总称为加法器14。关于其他函数发生器15等也相同。
[0043]函数发生器10从未图示的燃气涡轮输出控制装置等处获得与燃气涡轮3的负载相应的输出指令值，并根据燃气涡轮负载与操作值的关联表等来计算对应于与已获得的燃气涡轮负载相应的输出指令值的操作值。函数发生器10向加法器11输出计算出的操作值。以下，将与燃气涡轮负载相应的输出指令值称为燃气涡轮负载的先行信号。
[0044]加法器11从函数发生器10-1?10-4的每一个中获得操作值，并合计已获得的操作值。加法器11向除法器12输出合计操作值的值。
[0045]除法器12将与从加法器11获得的燃气涡轮3的负载相对应的操作值的合计值除以正在运行当中的压缩机2的台数来进行计算。除法器12向加法器14输出除法运算的值。另夕卜，关于正在运行当中的压缩机2的台数，设为能够由压缩机控制装置30来掌握。
[0046]图1的情况下，燃气涡轮3-1的负载为80%，燃气涡轮3-2的负载为40%，燃气涡轮3-3的负载为60 %，燃气涡轮3-4的负载为O %。由函数发生器10-1、10-2、10-3、10-4计算出的与这些燃气涡轮负载相对应的操作值的值也分别设为80%、40%、60%、0%。此时，加法器11加算这些操作值而计算180(80+40+60+0= 180) %。并且，除法器12将180除以2即运行台数而计算90%。
[0047]另外，当除法器12所求出的操作值超过上限值(例如为100%)时，除法器12向加法器14输出其上限值(100%)。并且，此时压缩机控制装置30以降低与超负载相应量的燃气涡轮负载的方式向未图示的燃气涡轮输出控制装置等输出指示信号，以使除法器12所计算出的操作值不超过上限值。PC13计算燃气头4中的燃气压力的测量值与燃气头4中的燃气压力的目标值之间的偏差，并进行反馈控制以便燃气头4中的燃气压力的测量值接近目标值，从而生成反馈控制信号。该反馈控制信号的值相当于校正当前操作值的值的校正量。PC13根据燃气头压力向加法器14A、14B输出操作值的校正量。或者，PC13也可以仅向多个加法器14当中的一部分(例如，仅向加法器14A)输出计算出的操作值的校正量。另外，燃气头压力的目标值预先由PC13存储。并且，燃气压力的测量值通过设置在燃气头4上的未图示的压力表来测量。
[0048]加法器14相加从除法器12获得的操作值和从PC13获得的操作值的校正量，并输出到函数发生器15及函数发生器16。当PC13仅向一部分的加法器14输出操作值的校正量时，未获得校正量的加法器14(例如加法器14B)向函数发生器15及函数发生器16输出从除法器12获得的操作值。由该加法器14输出的操作值是成为向压缩机2的各个操作端指示的控制信号的基础的值。所谓操作端为控制压缩机2的转速的装置或控制IGV5或ASV6的开度的装置。并且，由该加法器14输出的操作值为表示分配于各个压缩机2的负载的值。各操作端根据加法器14输出的操作值调节IGV开度等，由此控制各压缩机2所承担的负载。
[0049]函数发生器15从加法器14获得操作值，并根据操作值与IGV开度的关联表等来计算与已获得的操作值相对应的IGV开度。函数发生器15向IGV5输出如成为所算出的IGV开度的指令信号。
[0050]函数发生器16从加法器14获得操作值，并根据操作值与ASV开度的关联表等来计算与已获得的操作值相对应的ASV开度。函数发生器16向高位选择器18输出与计算出的ASV开度相对应的信号。
[0051]FC17计算由压缩机2排出的燃气流量的测量值与燃气流量的目标值之间的偏差，并计算基于其偏差的操作量，从而向高位选择器18输出与其操作量相对应的信号。另外，所谓燃气流量的目标值，例如为基于函数发生器15所计算出的IGV开度的值。
[0052]高位选择器18对从函数发生器16获得的信号与从FC17获得的信号进行比较，从中选择较大值的信号，并将经选择的信号作为ASV开度指令信号输出到ASV6。
[0053]压缩机控制装置30通过向各操作端输出基于操作值的指令信号来分配各压缩机2承担的负载。通过这种对压缩机2的负载控制，例如，在PC13为仅向加法器14A输出基于反馈控制的校正量的结构的情况下，当与燃气涡轮负载的先行信号相应的的操作值为90%时，如图1所不，压缩机2A的负载成为89%?91 %，压缩机2B的负载成为90%。压缩机2A的负载发生变动是因为受到反馈控制的影响。另外，如上所述基于PC13的反馈控制的校正量，可以向所有压缩机2的加法器14输出，也可以仅向一部分输出。例如，通过向多个加法器14输出反馈控制信号来互相干扰多个控制，用于使燃气头压力成为静定状态的时间被延长情况等中，可以设为仅向I个加法器14输出反馈控制信号的构成。
[0054]这样根据本实施方式，有多台向燃气涡轮供给燃气的压缩机2时，能够求出依据燃气涡轮负载向各压缩机2分配的负载。本实施方式的方法，由于基于燃气涡轮负载的合计和压缩机2的运行台数，因此能够不受燃气涡轮3及压缩机2的配置台数或其变化的影响而应用。例如，燃气涡轮3的运行台数可以比压缩机2的运行台数少，如图1的例示，燃气涡轮3的运行台数可以多于压缩机2的运行台数。例如若负载的合计值没有变化，即使燃气涡轮3的运行台数有变化，压缩机2侧也不会受到影响。
[0055]并且，由于通过基于燃气涡轮负载的先行信号的前馈控制来生成多个对压缩机2的负载先行信号，因此在燃气涡轮3的负载的合计值变动的情况下，能够迅速应对。
[0056]并且，根据将燃气涡轮负载的合计值除以压缩机2的运行台数的值来求出操作值，并输出到各压缩机2，因此即使存有一些基于反馈控制量的差，也能够向各压缩机2大致均匀地分配负载。由此，不降低效率就能够运用多个压缩机2。
[0057]图1为通过I台压缩机控制装置30来控制多个压缩机2的结构。在这种结构下，当要处理的负载集中在I台压缩机控制装置30，或者需要对压缩机控制装置30进行维修时，可能会发生必须停止所有压缩机2的情况。并且，当以I台压缩机控制装置30来控制时，需要使该装置发挥主控制器的功能的机制，通常会导致控制系统的结构变得复杂。因此，如图2所示能够通过对每个压缩机设置本实施方式的压缩机控制装置30来简化控制系统。
[0058]图2为表示本发明的第一实施方式中负载操作系统结构的一例的第二图。关于在每一台压缩机上设置本实施方式的压缩机控制装置30时的负载操作系统结构的一例，用图2进行说明。
[0059]在图2的情况下，在负载操作系统I上设置未图示的2台压缩机控制装置30(设为30八、3(?)。压缩机控制装置3(^控制压缩机24。压缩机控制装置3(?控制压缩机28。
[0060]压缩机控制装置30A构成为包括函数发生器10A( 10-1A、10-2A、10-3A、10-4A)、加法器11A、除法器12A、PC13A、加法器14A、函数发生器15A、函数发生器16A、FC17A及高位选择器18々。另一方面，压缩机控制装置3(?构成为包括函数发生器1(?(10-18、10-28、10-38、10-4B)和加法器11B、除法器12B、PC13B、加法器14B、函数发生器15B、函数发生器16B、FC17B、高位选择器18B。
[0061]对与图1的不同之处进行说明。在图2的情况下，压缩机控制装置30A、30B各自具备函数发生器10、加法器11及除法器12，并输入燃气涡轮负载的先行信号。并且，在各个压缩机控制装置30A、30B中，函数发生器10根据涡轮负载计算操作值，并合计由加法器11计算出的各操作值。并且，通过例如压缩机控制装置30A、30B彼此根据通讯机构通知控制自身装置的压缩机2是否正在运行的信息，并计算运行当中的压缩机台数，由此求出除法器12除法运算时使用的压缩机2的运行台数，而除法器12中将操作值除以求出的运行台数。并且，压缩机控制装置30A、30B各自具备PC13，并根据燃气头压力进行反馈控制来计算校正量。并且，压缩机控制装置30A、30B各自具备加法器14，将从各装置所具备的除法器12获得的操作值和从各装置所具备的PC13获得的操作值的校正量相加并输出到函数发生器15、16。
[0062]另外，关于使用PC13进行的校正量的计算及向加法器14的输出，可以使用压缩机控制装置30A、30B这两个，也可以只用压缩机控制装置30A、30B中的任一个。
[0063]通过设为这种结构，能够简化负载操作系统I的控制系统。
[0064]图3为表示本发明的第一实施方式中压缩机控制装置的一例的框图。
[0065]利用图3对压缩机控制装置30的结构进行说明。
[0066]前馈控制信号生成部(以下称为FF控制信号生成部)31根据将负载设备(燃气涡轮3)的负载合计除以正在运行当中的压缩机2的台数的值来生成用于针对多个压缩机2中的至少一个控制由该压缩机2供给的所述燃气的供给量的第一控制信号。在图1、2的例子中，FF控制信号生成部31具备函数发生器10、加法器11及除法器12。
[0067]反馈控制信号生成部(以下称为FB控制信号生成部)32根据燃气头压力的目标值和燃气头压力的测量值之间的偏差进行反馈控制，并生成第二控制信号(反馈控制信号)。在图1、2的例子中，FB控制信号生成部32具备PC13。
[0068]操作端控制部33根据第一控制信号、或者相加第一控制信号和第二控制信号的值来控制由压缩机2供给的燃气的供给量。操作端控制部33通过调节燃气的供给量而将燃气头压力保持为预定值。在图1、2的例子中，操作端控制部33具备加法器14、函数发生器15、函数发生器16、FC17及高位选择器18。另外，在图1、2的例子中，操作端控制部33虽然控制了IGV5和ASV6的开度，但也可以通过改变压缩机2的转速来控制燃气的供给量。
[0069]存储部34存储燃气涡轮负载与操作值的关联表、操作值与IGV开度的关联表等对压缩机的负载控制所需的函数及反馈控制所需的目标值等。
[0070]通信部35与其他控制装置进行控制信号的发送和接收。例如，从燃气涡轮输出控制装置接收燃气涡轮负载的先行信号，并输出到FF控制信号生成部31。并且，当压缩机2的负载超过上限值时，向燃气涡轮输出控制装置发送降低燃气涡轮输出的指令信号。并且，并非为由I台压缩机控制装置30控制所有压缩机2的结构的情况，而是如图2所示在各压缩机控制装置30对每I台压缩机2进行控制的情况下，将经由通信部35来进行彼此的压缩机2是否运行的信息等的通信。
[0071]图4为本发明所涉及的第一实施方式中对压缩机进行负载控制处理的流程图。与图1中例示的结构相比较并对压缩机控制装置30的处理流程进行说明。另外，将PC13为向加法器14A输出通过基于燃气头压力的反馈控制计算出的操作值的校正量(第二控制信号)，而对加法器14B不进行输出的结构。
[0072]首先，FF控制信号生成部31经由通信部35针对负载操作系统I的各燃气涡轮3获得燃气涡轮负载的先行信号(步骤S11)。接着，FF控制信号生成部31参考预先存储于存储部34的燃气涡轮负载与操作值的关联表计算出与获得的燃气涡轮负载相对应的操作值。此为由FF控制信号生成部31所具备的函数发生器10进行的处理。当计算每个燃气涡轮与燃气涡轮负载相应的操作值时，FF控制信号生成部31将其进行合计。此为由FF控制信号生成部31所具备的加法器11进行的处理。接着，FF控制信号生成部31对当前正在运行当中的压缩机2的台数进行计数，将合计操作值的值除以压缩机2的运行台数，生成与其值相对应的第一控制信号(步骤S12)。此为由FF控制信号生成部31所具备的除法器12进行的处理。FF控制信号生成部31向操作端控制部33输出已生成的第一控制信号。该第一控制信号为对应于燃气涡轮负载的先行信号的信号，基于该第一控制信号的压缩机2对操作端的操作为与燃气涡轮负载相应的的前馈控制。并且，第一控制信号表示向每I台压缩机分配的负载。
[0073]并且，与步骤Sll?S12并行，FB控制信号生成部32从存储部34读取燃气头压力的目标值。另外，FB控制信号生成部32获得设于燃气头4上的压力表所测量的燃气头压力的测量值，并求出燃气头压力的目标值与测量值的偏差。接着，FB控制信号生成部32根据求出的偏差进行比例积分(PI(Proport1nal Integral))等的反馈控制，从而生成用于使燃气头压力的测量值接近于目标值的第二控制信号(步骤S13)。通过进行反馈控制，可以准确地控制燃气头压力，由此可以使燃气的供给更加稳定。该处理为由FB控制信号生成部32所具备的PC13进行的处理。FB控制信号生成部32向操作端控制部33输出已生成的第二控制信号。
[0074]接着，操作端控制部33将从FF控制信号生成部31获得的第一控制信号和从FB控制信号生成部32获得的第二控制信号相加，计算出多个压缩机2当中针对一部分压缩机2的操作量。此为由操作端控制部33所具备的加法器14A进行的处理。并且，操作端控制部33将从FF控制信号生成部31获得的第一控制信号作为针对剩下的压缩机2的操作量。此为由操作端控制部33所具备的加法器14B进行的处理。操作端控制部33计算向各压缩机2的操作量后，进一步向各操作端输出操作量，并控制来自各压缩机2的燃气供给量(步骤S14)。例如，操作端控制部33参考由存储部34存储的操作量和IGV开度的关联表求出与操作量相对应的IGV开度，并通过该值来控制IGV5的开度。此为由操作端控制部33所具备的函数发生器15进行的处理。并且，例如，操作端控制部33参考由存储部34存储的操作量和ASV开度的关联表，求出与操作量相对应的ASV开度(ASV开度I)。此为由操作端控制部33所具备的函数发生器16进行的处理。并且，例如，操作端控制部33从燃气流量的目标值和压缩机2的下游中的燃气流量的测量值求出另一 ASV开度(ASV开度2)。此为由操作端控制部33所具备的FC17进行的处理。而且，操作端控制部33在ASV开度I和ASV开度2之中选择较大的值，并通过选择出的ASV开度来控制ASV6。
[0075]根据本实施方式，在具备多个压缩的负载操作系统I中，通过使用与燃气涡轮负载相对应的先行信号(第一控制信号)，或者使用将其先行信号和基于燃气头压力的反馈控制信号(第二控制信号)相加的值，而能够不受燃气涡轮3或压缩机2的配置台数的限制来确定为了供给与燃气涡轮3的负载相对应的燃气而分配到各压缩机2的高效的负载。
[0076]〈第二实施方式〉
[0077]以下，参考图5对基于本发明的第二实施方式的压缩机控制装置30进行说明。
[0078]该第二实施方式为在第一实施方式的图1中已进行说明的由I台压缩机控制装置30控制多个压缩机2的结构，且为PC13向各压缩机2的操作端输出通过反馈控制生成的第二控制信号时的另一实施方式。
[0079]图5为表示本发明的第二实施方式中负载操作系统结构的一例的图。
[0080]如图5所示，在本实施方式中的负载操作系统I中，PC13的后级设有除法器19。除法器19中将PC13所计算出的操作值的校正量除以当前运行中的压缩机2的台数。除法器19向加法器14输出除法计算出的校正量。关于其他结构，与第一实施方式相同。
[0081 ]本实施方式中的FB控制信号生成部32具备PC13及除法器19。即，FB控制信号生成部32根据燃气头压力的目标值与头部压力的测量值的偏差而进行反馈控制，从而生成反馈控制信号，并生成将其反馈控制信号的值(校正量)除以正在运行中的压缩机2的台数的第二控制信号。例如，当反馈控制信号值的0%为中性点时，生成将“反馈控制信号值+压缩机运行台数”的运算值作为值的第二控制信号。并且，当反馈控制信号值的50%为中性点时，生成将“(反馈控制信号值-50% )+压缩机运行台数+50%”的运算值作为值的第二控制信号。
[0082]对本实施方式的处理流程进行说明。本实施方式中，在图4的步骤S13中，生成考虑正在运行当中的压缩机2的台数的第二控制信号。即，FB控制信号生成部32中将根据燃气头压力的目标值与测量值的偏差获得反馈控制结果的反馈控制信号值除以当前正在运行当中的压缩机2的台数。压缩机2的运行台数例如从FF控制信号生成部31获取。FB控制信号生成部32生成与经除法计算而得到的反馈控制信号值相对的第二控制信号。关于其他处理步骤，与图4中说明的第一实施方式的处理流程相同。
[0083]根据本实施方式，能够更精确地控制燃气头压力。例如，将反馈控制信号值(校正量)设为10%。此时若为第一实施方式的方法，则分别对压缩机2A、2B进行10%量的IGV5或ASV6的开度控制。于是，从压缩机2A、2B排出的各燃气的流量被校正10%量，而对整体影响20%量，有可能过度响应。若为本实施方式的方法，由于通过将校正量(10%)除以运行台数(2台)的值(5 % )来进行对压缩机2A、2B的各操作端(IGV5等)的控制，因此得到整体1 %量的响应，从而能够快速地收敛至燃气头压力的目标值。并且，例如即使压缩机2的运行台数变更时，也能够依据其变化前后中的运行台数而调节对操作端的操作值，因此能够抑制燃气头压力的变动。
[0084]〈第三实施方式〉
[0085]以下，参考图6?图9说明本发明的第三实施方式中压缩机控制装置30。
[0086]该第三实施方式为涉及燃气涡轮3的启动前或停止时从燃气头没有流出气体的情况下的压缩机2的负载控制的实施方式。并且，本实施方式以对所有压缩机2加以反馈控制的结构为对象。
[0087]图6为表示本发明的第三实施方式中负载操作系统结构的一例的图。如图6所示，本实施方式中的负载操作系统I中，在压缩机2A的下游设有压力表21A，在压缩机2B的下游设有压力表21B。压力表21A、压力表21B与高位选择器23连接。并且，与第一实施方式、二实施方式相同，在燃气头4设有压力表20。高位选择23和压力表20与设于PC13的前级的低位选择器22连接。
[0088]压力表21A测量压缩机2A的排出压力并向高位选择器23输出测量出的值。压力表21B测量压缩机2B的排出压力并向高位选择器23输出测量出的值。
[0089]高位选择器23在获得的排出压力的测量值中选择较大的测量值并输出到低位选择器22。
[0090]压力表20测量燃气头压力并向低位选择器22输出测量出的头部压力。
[0091]低位选择器22对所获得的压缩机2的排出压力和头部压力进行比较，并向PC13输出值较小的压力测量值。将该值称为程序值。程序值可以用下述式来表示。
[0092]程序值=min {燃气头压力，max{压缩机2A的排出压力，压缩机2B的排出压力，..}}
[0093]PC13进行反馈控制以使从低位选择器22获得的程序值与燃气头压力的目标值的偏差变小。即，本实施方式中，即使压缩机2的排出压力被选择为程序值时进行控制，以便压缩机2的排出压力接近于燃气头压力的目标值。
[0094]图7为表示本发明的第三实施方式中压缩机的排出压力与燃气头压力之间的关系的一例的图。首先，参考图7的左图对未使用本实施方式时的问题进行说明。
[0095]图7的左图表示以往方法中压缩机的排出压力与燃气头压力之间的关系的一例的图。
[0096]在图7的左图中，符号41A表不燃气头压力的转变。符号42A表不压缩机2的排出压力的转变。另外，符号43A表示当燃气头压力与压缩机2的排出压力的转变处于如符号41A、42A所示的关系时ASV6的开度的转变。若燃气头压力升高，通过使燃气头压力保持恒定的压力控制执行打开ASV6及关闭IGV5的控制。符号44A表示燃气涡轮3正在停止的期间。在燃气涡轮3已停止的情况下，由于无需供给燃气，因此压缩机2的排出压力会下降，但是由于从燃气头4没有流出燃气，因此燃气头压力成为居高不下的状态(例如42大气压)，不久ASV6完全打开，IGV5完全关闭。
[0097]符号45A表示在期间44A之后启动燃气涡轮3且燃气涡轮3正在运行的期间。若启动燃气涡轮3，从燃气头4流出燃气，燃气头压力暂时会下降，但最终将其控制为收敛于预定的目标值(例如40大气压)。并且，随着燃气涡轮3的启动，压缩机2的排出压力升高，最终被收敛于预定的值。另外，ASV6被控制为从全开状态逐渐关闭(例如10?20%左右)，IGV5被控制成逐渐打开。
[0098]根据该以往的控制方法，当燃气涡轮3从停止的状态启动时，必须从全关IGV5、全开ASV6的状态下开始进行调节IGV5及ASV6开度的控制。因此，存在达到目标燃气头压力为止需要时间以及成为静定状态为止燃气头压力的变动较大等问题。
[0099]接着，对上述问题的本实施方式的解决方法，使用图7的右图进行说明。
[0100]图7的右图为表示本发明的第三实施方式中压缩机的排出压力与燃气头压力之间的关系的一例的图。
[Ο?Ο? ]符号41Β表不燃气头压力，符号42Β表不压缩机2的排出压力，符号43Β表不ASV开度的转变。符号44Β表示燃气涡轮停止期间，符号45Β表示燃气涡轮运行期间。
[0102]根据以往的方法，一般基于燃气头压力进行反馈控制，而在本实施方式中，将燃气头压力与压缩机的排出压力进行比较，使用较小的值进行反馈控制。通常，启动燃气涡轮3时，压缩机2的排出压力超过燃气头压力，相反燃气涡轮3停止时，燃气头压力会超过压缩机2的排出压力。由此，根据本实施方式，在燃气涡轮运行时成为基于燃气头压力的IGV5及ASV6的开度控制，在燃气涡轮停止时，自动切换为基于压缩机排出压力的IGV5及ASV6的开度控制。
[0103]如上所述，本实施方式中，在燃气涡轮停止状态下，切换为基于压缩机2的排出压力的反馈控制。并且，此时排出压力的目标值为燃气头压力的目标值。于是，为了使原来趋于下降的压缩机2的排出压力接近于燃气头压力的目标值，无需全开ASV6的开度，并且，SP使燃气涡轮3停止时，也能够使压缩机2的排出压力接近于燃气头压力。于是，启动燃气涡轮3时，能够从缩小ASV6的开度的状态下开始控制。并且，能够从压缩机2的排出压力接近于燃气涡轮运行时的静定状态的排出压力的值的状态开始对其进行控制。若为该控制方法，能够缩短成为静定状态为止的时间，并抑制燃气头压力的变动。
[0104]另外，图6中例示了通过I台压缩机控制装置30来进行多个压缩机2的台数控制的结构，但也可以设为对每台压缩机2设置压缩机控制装置30的结构。此时，各压缩机控制装置30具备低位选择器22、高位选择器23中的至少低位选择器22。低位选择器22从设于由各装置所控制的压缩机2的下游的压力表21和设于燃气头4的压力表20获得测量值，并选择较小的值作为程序值输出到PC13。该结构中的程序值可以由下式来表示。
[0105]程序值=min{燃气头压力，由各装置控制的压缩机2的排出压力}
[0106]FB控制信号生成部32所具备的PC13使用该程序值进行反馈控制。
[0107]图8为表示本发明的第三实施方式中压缩机控制装置的一例的框图。对压缩机控制装置30的结构，使用图8进行说明。
[0108]本实施方式的压缩机控制装置30具备程序值选择部36。并且，FB控制信号生成部32获得由程序值选择部36选择的程序值，并进行基于其程序值的反馈控制而生成第二控制信号。关于其他结构，与第一实施方式相同。
[0109]程序值选择部36获得压缩机2的排出压力的测量值与燃气头压力，比较排出压力的最大值与燃气头压力而选择较小的值。程序值选择部36将选择出的值作为程序值输出到FB控制信号生成部32。在图6的例中，程序值选择部36具备低位选择器22、高位选择器23。
[0110]对本实施方式的处理流程，使用图9进行说明。
[0111]图9为本发明所涉及的第三实施方式中对压缩机进行负载控制处理的流程图。
[0112]步骤Sll?S12的处理与第一实施方式相同。即，FF控制信号生成部31获得燃气涡轮负载的先行信号，并生成第一控制信号。
[0113]程序值选择部36与步骤Sll?S12并行而获得作为压缩机控制装置30的控制对象的各压缩机2的排出压力的测量值和燃气头压力的测量值。程序值选择部36在获得的排出压力中选择最大值，并对已选择的排出压力的最大值与燃气头压力进行比较而选择较小值。另外，当作为压缩机控制装置30的控制对象的压缩机2的数量为I台时，程序值选择部36对其I台压缩机2的排出压力的测量值与燃气头压力进行比较而选择较小值。程序值选择部36将选择出的值作为程序值输出到FB控制信号生成部32(步骤S15)。如上所述，在燃气涡轮运行时，压缩机的排出压力超过燃气头压力，而在燃气涡轮停止时，燃气头压力超过压缩机的排出压力。因此，在燃气涡轮运行时，燃气头压力成为程序值，而在燃气涡轮停止时，压缩机的排出压力成为程序值。
[0114]关于之后的步骤S13?S14的处理，与第一实施方式相同。即，FB控制信号生成部32根据程序值进行反馈控制并生成第二控制信号。并且，操作端控制部33根据第一控制信号和第二控制信号而控制从压缩机2排出的燃气供给量。
[0115]根据本实施方式，在燃气涡轮3启动前或停止时，从燃气头没有流出燃气时，能够从燃气头压力控制自动切换为压缩机2的排出压力控制，从而改善燃气头的压力控制。
[0116]〈第四实施方式〉
[0117]以下，参考图10?图11对基于本发明的第四实施方式的压缩机控制装置30进行说明。
[0118]图10为表示本发明所涉及的第四实施方式中压缩机控制装置的一例的框图。本实施方式能够与第一实施方式至第三实施方式中的任一个相组合。图10表示与第一实施方式相组合的情况下的结构。
[0119]如图10所示，在本实施方式中，与第一实施方式的不同之处在于压缩机控制装置30具备运行台数确定部37、启动/停止部38。其他结构与第二实施方式相同。
[0120]运行台数确定部37从燃气涡轮的输出控制装置等经由通信部35获得燃气涡轮负载的先行信号，根据燃气涡轮负载的合计确定压缩机2的运行台数。并且，运行台数确定部37在燃气涡轮负载急剧变动时或负载被切断时等，当负载的合计在预定时间内变动超过预定范围以上时，从该变动至经过预定时间为止，不改变压缩机2的运行台数。
[0121]启动/停止部38根据运行台数确定部37的确定，启动或停止压缩机2，从而使压缩机2的运行台数成为与燃气涡轮负载的合计相应的台数。
[0122]图11为用于说明本发明所涉及的第四实施方式中的压缩机运行台数的控制的图。
[0123]图11表示例如当前有I台压缩机正在运行时，若燃气涡轮负载的先行信号的合计值达到60，则将运行台数增加为2台，若达到140，则增加为3台。并且表示例如当前有3台压缩机正在运行时，若相对于燃气涡轮负载的先行信号的合计值降低至110，则运行台数减少为2台，若进一步降低至30，则减少为I台。因此，例如燃气涡轮负载的先行信号的合计值从50成为65，则启动/停止部38启动第2台，之后即使先行信号的合计值下降而成为45，台数也不会改变。并且，此后，先行信号的合计值进一步下降而成为25，则启动/停止部38停止I台压缩机2。
[0124]存储部34内记录有以图11例示的燃气涡轮负载的先行信号的合计值和运行台数的关联表等，运行台数确定部37参考该关联表而获得与已获得的燃气涡轮负载的先行信号的合计值相应的运行台数(设定运行台数)。而且，运行台数确定部37将当前运行中的台数与已获得的设定运行台数进行比较，若获得的设定运行台数多于当前的运行台数，则指示启动/停止部38重新启动与其台数相应台数的压缩机2。并且，若获得的设定运行台数少于当前的运行台数，则指示启动/停止部38停止与其台数相应台数的压缩机2。启动/停止部38例如读取记录于存储部34的压缩机2的启动顺序或停止顺序，并按照该顺序启动或者停止压缩机2。
[0125]另外，为了稳定地操作系统，对于运行台数确定部37，当负载处于过渡状态时，从获得的先行信号的合计值发生变动直至经过预定时间为止，不改变压缩机2的运行台数。
[0126]本实施方式不仅可以应用于由I台压缩机控制装置30控制多个压缩机2的台数的结构，还可以应用于对每台压缩机2设置压缩机控制装置30的结构。例如，各压缩机控制装置30接收燃气涡轮负载的先行信号，并求出与燃气涡轮负载相应的运行台数。并且，预先设定压缩机2的启动顺序，并在各压缩机控制装置30的存储部34中记录由各装置控制的压缩机2的启动顺序信息。而且，例如当由各压缩机控制装置30的运行台数确定部37所确定的运行台数从I台变为2台时，记录于各装置的存储部34的启动顺序为2的压缩机控制装置30所具备的运行台数确定部37对启动/停止部38进行启动指示而启动压缩机2。
[0127]根据本实施方式，能够通过自动启动或停止压缩机2来优化压缩机的循环流量，从而能够提高能源效率。本实施方式的压缩机台数控制为基于燃气涡轮负载的先行信号的台数控制，与根据压力等各种状态量的测量值进行判断的情况相比变动少，可以稳定地判断启动及停止。并且，根据与燃气涡轮的负载相应的运行台数进行启动及停止的控制，因此无需考虑压缩机2的附加启动及停止带来的影响而能够大大改变燃气涡轮负载。
[0128]另外，在不脱离本发明的宗旨的范围内，能够将上述实施方式中的构成要件适当地更换为周知的构成要件。并且，该发明的技术范围并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内，可进行各种变更。例如，也可以设为通过调节IGV5或ASV6中的任一个的开度来控制燃气的供给量且控制燃气头压力的结构。另外，IGV5为流量调节阀的一例，ASV6为循环阀的一例。操作端控制部33为控制部的一例。
[0129]产业上的可利用性
[0130]根据上述压缩机控制装置、压缩机控制系统及压缩机控制方法，在设有多个燃气涡轮和燃气用压缩机的系统中，无论燃气涡轮及压缩机的配置台数为多少均能够向压缩机分配负载。
[0131]符号说明
[0132]1-负载操作系统，2-压缩机，3-燃气涡轮，4-燃气头，5-1GV，6-ASV，7-止回阀，8-燃气供给线路，10-1、10-2、10-3、10-4、15、16-函数发生器，11、14-加法器，12、19-除法器，13-PC，17-FC，18、23-高位选择器，20、21-压力表，22-低位选择器，30-压缩机控制装置，31-前馈控制信号生成部，32-反馈控制信号生成部，33-操作端控制部，34-存储部，35-通信部，36-程序值选择部，37-运行台数确定部，38-启动/停止部。
【主权项】
1.一种压缩机控制装置，其在具备压缩燃气并将压缩后的其燃气供给到负载设备的多个压缩机的负载操作系统中，具备: 前馈控制信号生成部，根据将所述负载设备的负载合计除以正在运行当中的所述压缩机台数的值而生成控制由所述压缩机提供的所述燃气的供给量的第一控制信号;及 控制部，根据所述第一控制信号控制由所述压缩机供给的燃气的供给量。2.根据权利要求1所述的压缩机控制装置， 其还具备反馈控制信号生成部，所述反馈控制信号生成部根据所述燃气的集气管压力的目标值与测量值的偏差进行反馈控制并生成第二控制信号， 所述控制部根据对所述第一控制信号相加所述第二控制信号的值来控制所述燃气的供给量。3.根据权利要求2所述的压缩机控制装置，其中， 所述反馈控制信号生成部生成新的第二控制信号，所述新的第二控制信号将所述已生成的第二控制信号的值除以正在运行当中的所述压缩机台数的计算值作为值。4.根据权利要求2或3所述的压缩机控制装置， 其还具备程序值选择部，所述程序值选择部获得所述至少一个压缩机的排出压力的测量值和所述燃气头压力的测量值，并在所述压缩机的排出压力测量值的最大值与所述燃气头压力的测量值中选择较小的值， 所述反馈控制信号生成部根据所述头部压力的目标值与由所述程序值选择部所选择的值之间的偏差来进行反馈控制，并生成所述第二控制信号。5.根据权利要求1至4中任一项所述的压缩机控制装置，其中， 所述控制部通过调节流量调节阀与循环阀中至少其中一个阀的开度来控制所述燃气的供给量，所述流量调节阀控制流入于所述压缩机的燃气流入量，所述循环阀用于使从所述压缩机排出的燃气返回至所述压缩机上游侧。6.根据权利要求1至5中任一项所述的压缩机控制装置， 其还具备运行台数确定部，所述运行台数确定部根据所述负载设备的负载合计来确定所述压缩机的运行台数。7.根据权利要求6所述的压缩机控制装置，其中， 当所述负载设备的负载合计在预定时间内变动预定的范围以上时，所述运行台数确定部从该变动直到经过预定时间为止不改变所述压缩机的运行台数。8.—种负载操作系统，其具备: 多个压缩机； 权利要求1至7中任一项所述的I台压缩机控制装置，控制该多个压缩机;及 负载设备，由所述多个压缩机供给燃气。9.一种负载操作系统，其具备: 多个压缩机； 权利要求1至7中任一项所述的压缩机控制装置，在该多个压缩机的每一个上设置有I台;及 负载设备，由所述多个压缩机供给燃气。10.—种权利要求8或9所述的负载操作系统，其具备权利要求2至7中任一项所述的压缩机控制装置，其中， 由该压缩机控制装置来控制的所有压缩机的控制中，所述压缩机控制装置根据对所述第一控制信号相加所述第二控制信号的值来控制所述燃气的供给量。11.一种权利要求8或9所述的负载操作系统，其具备权利要求2至7中任一项所述的压缩机控制装置，其中， 由该压缩机控制装置来控制的压缩机的一部分控制中，所述压缩机控制装置根据对所述第一控制信号相加所述第二控制信号的值来控制所述燃气的供给量，在剩下的压缩机的控制中，只根据所述第一控制信号来控制所述燃气的供给量。12.—种控制方法，其在具备压缩燃气并将经压缩的其燃气供给到负载设备的多个压缩机的负载操作系统中控制压缩机控制装置，其中， 根据将所述负载设备的负载合计除以正在运行当中的所述压缩机台数的值而生成控制由所述压缩机供给的所述燃气的供给量的第一控制信号， 根据所述第一控制信号控制由所述压缩供给的燃气的供给量。
【文档编号】F02C9/26GK105917099SQ201480073279
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2014年7月31日
【发明人】中川阳介, 米村直人, 蛇蝮和宽
【申请人】三菱重工业株式会社, 三菱重工压缩机有限公司