专利名称:燃气轮机负荷控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种控制提供到燃气轮机的供给燃料量以使燃气轮机输出(发电机输出)为目标输出的燃气轮机负荷控制装置。
背景技术：
在燃气轮机发电设备中，当发电机并入运转时，即将发电机连接到电力系统(电力网)将发电机的发电电力发送到电力系统时，需要通过燃气轮机发电设备具有的燃气轮机负荷控制装置，控制提供到燃气轮机的供给燃料量，以使发电机输出(有效电力)追踪电力系统的要求负荷设定值的变化。要求负荷设定值，通常作为要求负荷设定命令从中央供电中心发送到燃气轮机负荷控制装置。
图11是表示现有的燃气轮机负荷控制装置的结构的框图，图12是表示适用上述燃气轮机负荷控制装置时与要求负荷设定值的增加相对的LDSET(目标输出)及发电机输出(实际输出)的变化的说明图。
如图11所示，在燃气轮机发电设备中，燃气轮机1的旋转轴2与发电机3的旋转轴4连接。在此省略其详细图示，燃气轮机1具有燃气轮机主体、压缩机及燃烧器。当起动燃气轮机1时，发电机3由燃气轮机1旋转驱动从而进行发电。其发电电力从发电机3经由断路器、变压器等向电力系统供电，此时的发电电力(有效电力)的值由作为有效电力计的MW变换器5来测量。并且，该MW变换器5的测量值(实际输出)被反馈到燃气轮机负荷控制装置10。
并且，燃料控制阀6与燃气轮机1的燃烧器连接，从未图示的燃料箱等燃料供给设备传送来的气体或液体等燃气轮机燃料，由燃料控制阀6控制流量，并提供到燃烧器。并且，该燃料控制阀6的开关控制(供给燃料量的控制)由燃气轮机负荷控制装置10进行。燃气轮机负荷控制装置10具有偏差运算器(减法器)11、15，高/低监视器(比较器)12、13，模拟存储器15及PI控制器16。
在偏差运算器11中，计算从未图示的中央供电中心(上位计算机)传送来的要求负荷设定值(命令)、和作为模拟存储器14的输出的LDSET(负荷设定值)的偏差(负荷设定偏差＝要求负荷设定值-LDSET)。
在高/低监视器12中，判断上述负荷设定偏差是否为0.1MW以上(负荷设定偏差≥0.1MW)，当判断为0.1MW以上时，向模拟存储器14输出LDSET增加命令。即，LDSET增加命令在上述负荷设定偏差值为0.1MW以上时变为ON，在上述负荷设定偏差值小于0.1MW时变为OFF。
在高/低监视器13中，判断上述负荷设定偏差值是否为-0.1MW以下(负荷设定偏差≤-0.1MW)，当判断为-0.1MW以下时，向模拟存储器14输出LDSET减小命令。即，LDSET减小命令在上述负荷设定偏差值为-0.1MW以下时变为ON，在上述负荷设定偏差值大于-0.1MW时变为OFF。
在模拟存储器14中，当从高/低监视器12输入LDSET增加命令时(LDSET增加命令为ON时)开始LDSET的增加，在持续输入LDSET增加命令的期间(LDSET增加命令为ON的期间)，使LDSET以预定的增加率(例如10MW/分)逐渐增加，当不从高/低监视器12输入LDSET增加命令时(LDSET增加命令变为OFF时)，停止LDSET的增加。并且，在模拟存储器14中，当从高/低监视器13输入LDSET减小命令时(LDSET减小命令为ON时)开始LDSET的减小，在持续输入LDSET减小命令的期间(LDSET减小命令为ON的期间)，使LDSET以预定的增加率(例如-10MW/分)逐渐减小，当不从高/低监视器13输入LDSET减小命令时(LDSET减小命令为OFF时)，停止LDSET的减小。并且，该LDSET作为目标输出从模拟存储器14输出到偏差运算器(减法器)15。
在偏差运算器15中，计算通过模拟存储器14设定的目标输出(LDSET)和通过MW变换器5测量的发电机输出(有效电力)的偏差(输出偏差＝目标输出-发电机输出)。
并且，在PI控制器16中，根据由偏差运算器15计算的输出偏差进行比例/积分运算，从而进行燃料控制阀6的开度控制。即，当目标输出大于发电机输出时，扩大燃料控制阀6的开度，增加提供到燃气轮机1(燃烧器)的供给燃料量，从而使燃气轮机1的输出增加，以增加发电机3的输出(使发电机输出和目标输出一致)。并且，当目标输出小于发电机输出时，减小燃料控制阀6的开度，减小提供到燃气轮机1(燃烧器)的供给燃料量，从而使燃气轮机输出减小，以减小发电机输出(使发电机输出和目标输出一致)。此外，偏差运算器16中的K是比例增益，s是拉普拉斯算子，T是比例/积分控制的时间常数(积分时间常数)，1/T是积分增益。
例如，如图12所示，到时刻T1为止，要求负荷设定值、目标输出(LDSET)、及发电机输出(实际输出)一致，在时刻T1下，当通过来自中央供电中心的命令，要求负荷设定值阶越式地增加时(图示例中从100MW增加到200MW)，由偏差运算器11计算的要求负荷设定值和LDSET的偏差为0.1MW以上，因此从高/低监视器12向模拟存储器14输出LDSET增加命令(LDSET增加命令为ON)。其结果是，通过模拟存储器14，从时刻T1开始，在时刻T2到达到要求负荷设定值(200MW)为止(负荷设定偏差小于0.1MW，LDSET增加命令变为OFF为止)，LDSET以预定的增加率逐渐增加。即，目标输出以预定的增加率逐渐增加。
并且，通过偏差运算器15计算此时的目标输出和发电机输出(有效电力)的输出偏差，根据该输出偏差通过PI控制器16进行比例/积分运算，根据该比例/积分运算的结果，燃料控制阀6起动(燃料控制阀6的阀开度增加)。其结果是，提供到燃气轮机1的供给燃料量增加，燃气轮机输出增加，从而使发电机输出(有效电力)增加，最终可使发电机输出(有效电力)与目标输出(要求负荷设定值)一致。
另外，利用模拟存储器14使LDSET(目标输出)逐渐增加或减小是因为，即使要求负荷设定值急剧变化，也可通过燃气轮机1可允许的变化率来改变LDSET(目标输出)。当对应要求负荷设定值的急剧变化，LDSET(目标输出)也急剧变化时，燃气轮机1的输出急剧变化，可能会导致燃气轮机1的损坏等。
本申请涉及的现有技术文献包括下述专利文献1。专利文献1公开了一种多轴联合循环设备的负荷控制方法及其装置。
专利文献1特开平10-196315号公报最近以来，从供电一侧(电力系统一侧)到燃气轮机发电设备一侧，要求加快发电机输出相对于要求负荷设定值的变化的追踪性。例如，在发电公司和供电公司不同的国家中，从供电公司到发电公司，要求加快发电机输出相对于要求负荷设定值的变化的追踪性。
针对这一点，在现有的燃气轮机负荷控制装置10中，只要缩短比例/积分控制的时间常数T(即扩大积分增益1/T)，则可加快发电机输出相对于要求负荷设定值的变化的追踪性，但缩短比例/积分控制的时间常数T时，相对于伴随着电力系统的功率因数变动的发电机输出(有效电力)变动，燃气轮机负荷控制装置10为了使发电机输出(有效电力)保持恒定，要较为频繁地反复进行提供到燃气轮机1的供给燃料量的增减。这对燃气轮机1是不利的。
因此，比例/积分控制的时间常数T为了使提供到燃气轮机1的供给燃料量稳定而需要设定得较大，而将比例/积分控制的时间常数T设定得较大时，要求负荷设定值变化时的发电机输出的追踪变慢，无法满足电力系统(供电公司)的提高追踪性的要求。
发明内容因此，本发明鉴于以上事实，其目的在于提供一种即使将比例/积分控制的时间常数设定得较大，也可提高发电机输出(有效电力)相对于要求负荷设定值的变化的追踪性的燃气轮机负荷控制装置。
为了解决上述问题，第一发明的燃气轮机负荷控制装置的特征在于，具有负荷设定单元，当要求负荷设定值增加时，使负荷设定值以预定的增加率逐渐增加直至达到上述要求负荷设定值为止，当上述要求负荷设定值减小时，使上述负荷设定值以预定的减小率逐渐减小直至达到上述要求负荷设定值为止；第一偏压设定单元，设定正向偏压值作为与上述负荷设定值相对的偏压值；第二偏压设定单元，设定负向偏压值作为与上述负荷设定值相对的偏压值；目标输出设定单元，当对应于上述要求负荷设定值的增加，在上述负荷设定单元中使上述负荷设定值逐渐增加时，通过向上述负荷设定值加上上述正向偏压值来设定发电机的目标输出，当对应于上述要求负荷设定值的减小，在上述负荷设定单元中使上述负荷设定值逐渐减小时，通过从上述负荷设定值中减去上述负向偏压值来设定上述目标输出；输出偏差运算单元，计算上述目标输出和由发电机输出测量单元测量的发电机输出的输出偏差；以及比例/积分控制单元，根据上述输出偏差进行比例/积分运算，由此进行旋转驱动上述发电机的燃气轮机的燃料的流量控制单元的控制。
并且，第二发明的燃气轮机负荷控制装置的特征在于，在第一发明的燃气轮机负荷控制装置中，在上述第一偏压设定单元中，使上述正向偏压值为上述负荷设定值的函数，在上述第二偏压设定单元中，使上述负向偏压值为上述负荷设定值的函数。
并且，第三发明的燃气轮机负荷控制装置的特征在于，在第一或第二发明的燃气轮机负荷控制装置中，在上述第一偏压设定单元中，当在上述负荷设定单元中开始上述负荷设定值的增加时，使上述正向偏压值以预定的增加率逐渐从零增加到预定值，并且当在上述负荷设定单元中结束上述负荷设定值的增加时，使上述正向偏压值以预定的减小率从上述预定值逐渐减小到零；在上述第二偏压设定单元中，当在上述负荷设定单元中开始上述负荷设定值的减小时，使上述负向偏压值以预定的增加率逐渐从零增加到预定值，并且当在上述负荷设定单元中结束上述负荷设定值的减小时，使上述负向偏压值以预定的减小率从上述预定值逐渐减小到零。
根据第一发明的燃气轮机负荷控制装置，在目标输出设定单元中，不将负荷设定值直接作为发电机的目标输出，当对应要求负荷设定值的增加，在负荷设定单元中使负荷设定值逐渐增加时，通过向负荷设定值加上正向偏压值来设定发电机的目标输出，当对应要求负荷设定值的减小，在负荷设定单元中使负荷设定值逐渐减小时，通过从负荷设定值减去负向偏压值来设定发电机的目标输出，因此例如即使为了相对于电力系统的功率因数变动而使燃气轮机稳定运转，而将比例/积分控制的时间常数设定得较大，也可提高发电机输出相对于要求负荷设定值的增加或减小的追踪性。
根据第二发明的燃气轮机负荷控制装置，在第一偏压设定单元中，将正向偏压值作为负荷设定值的函数，在第二偏压设定单元中，将负向偏压值作为负荷设定值的函数，因此可使正向偏压值和负向偏压值为与燃气轮机负荷带(发电机输出)对应的适当的值。
根据第三发明的燃气轮机负荷控制装置，在第一偏压设定单元中，当在负荷设定单元中开始负荷设定值的增加时，使正向偏压值以预定的增加率逐渐从零增加到预定值，并且当在负荷设定单元中结束负荷设定值的增加时，使正向偏压值以预定的减小率从预定值逐渐减小到零；并且，在第二偏压设定单元中，当在负荷设定单元中开始负荷设定值的减小时，使负向偏压值以预定的增加率逐渐从零增加到预定值，并且当在负荷设定单元中结束负荷设定值的减小时，使负向偏压值以预定的减小率从预定值逐渐减小到零，因此，与使正向偏压值或负向偏压值阶越式地变化时相比，可进行稳定的负荷控制。
图1是表示本发明的实施方式涉及的燃气轮机负荷控制装置的构成的框图。
图2是上述燃气轮机负荷控制装置具有的模拟存储器的功能说明图。
图3是上述燃气轮机负荷控制装置具有的函数发生器的功能说明图。
图4是上述燃气轮机负荷控制装置具有的函数发生器的功能说明图。
图5是上述燃气轮机负荷控制装置具有的带比率切换器的功能说明图。
图6是上述燃气轮机负荷控制装置具有的带比率切换器的功能说明图。
图7是分别表示适用了上述燃气轮机负荷控制装置时与要求负荷设定值的增加相对的LDSET、目标输出及发电机输出(实际输出)等的变化的说明图。
图8是整体表示适用了上述燃气轮机负荷控制装置时与要求负荷设定值的增加相对的LDSET、目标输出及发电机输出(实际输出)的变化的说明图。
图9是分别表示适用了上述燃气轮机负荷控制装置时与要求负荷设定值的减小相对的LDSET、目标输出及发电机输出(实际输出)等的变化的说明图。
图10是整体表示适用了上述燃气轮机负荷控制装置时与要求负荷设定值的减小相对的LDSET、目标输出及发电机输出(实际输出)等的变化的说明图。
图11是表示现有的燃气轮机负荷控制装置的结构的框图。
图12是表示适用了上述燃气轮机负荷控制装置时与要求负荷设定值的增加相对的LDSET(目标输出)及发电机输出(实际输出)的变化的说明图。
具体实施方式以下参照附图详细说明本发明的实施方式。
图1是表示本发明的实施方式涉及的燃气轮机负荷控制装置的构成的框图；图2是上述燃气轮机负荷控制装置具有的模拟存储器的功能说明图；图3及图4是上述燃气轮机负荷控制装置具有的函数发生器的功能说明图；图5及图6是上述燃气轮机负荷控制装置具有的带比率切换器的功能说明图。
并且，图7是分别表示适用了上述燃气轮机负荷控制装置时与要求负荷设定值的增加相对的LDSET、目标输出及发电机输出(实际输出)等的变化的说明图；图8是整体表示适用了上述燃气轮机负荷控制装置时与要求负荷设定值的增加相对的LDSET、目标输出及发电机输出(实际输出)的变化的说明图；图9是分别表示适用了上述燃气轮机负荷控制装置时与要求负荷设定值的减小相对的LDSET、目标输出及发电机输出(实际输出)等的变化的说明图；图10是整体表示适用了上述燃气轮机负荷控制装置时与要求负荷设定值的减小相对的LDSET、目标输出及发电机输出(实际输出)等的变化的说明图。
如图1所示，在燃气轮机发电设备中，燃气轮机21的旋转轴22与发电机23的旋转轴14连接。在此省略其详细图示，但燃气轮机21具有燃气轮机主体、压缩机及燃烧器。当起动燃气轮机21时，发电机23由燃气轮机21驱动而旋转，由此进行发电。其发电电力从发电机23经由未图示的断路器、变压器等，被供电到电力系统，此时的发电电力(有效电力)的值由作为有效电力计的MW变换器25测量。并且，该MW变换器25的测量值(实际输出)被反馈到燃气轮机负荷控制装置30。
并且，作为燃气轮机燃料的流量控制单元的燃料控制阀26与燃气轮机21的燃烧器连接，从未图示的燃料箱等燃料供给设备传送来的气体或液体等燃气轮机燃料，由燃料控制阀26控制流量，并提供到燃烧器。并且，该燃料控制阀26的开关控制(供给燃料量的控制)由燃气轮机负荷控制装置30进行。
燃气轮机负荷控制装置30具有偏差运算器(减法器)31、44；高/低监视器(比较器)32、33；模拟存储器34；函数发生器35、36；带比率切换器37、38；信号发生器39、40；加法器41；减法器42；PI控制器44。偏差运算器31、高/低监视器32、33及模拟存储器34作为负荷设定单元发挥作用，函数发生器35、信号发生器39及带比率切换器37作为第一偏压设定单元发挥作用，函数发生器36、信号发生器40及带比率切换器38作为第二偏压设定单元发挥作用，加法器41及减法器42作为目标输出设定单元发挥作用，偏差运算器43作为输出偏差运算单元发挥作用，PI控制器44作为比例/积分控制单元发挥作用。此外，这些燃气轮机负荷控制装置30的各功能，由软件构成并由计算机执行，但不限于此，也可由硬件构成。
偏差运算器31，对从作为要求负荷设定单元的未图示的中央供电中心(上位计算机)传送来的要求负荷设定值(命令)、和作为模拟存储器34的输出的LDSET(负荷设定值)的偏差(负荷设定偏差＝要求负荷设定值-LDSET)进行运算。另外，要求负荷设定单元，不一定限定为中央供电中心(上位计算机)，也可是其他装置。例如也可是燃气轮机发电设备上设置的负荷设定器等。
在高/低监视器32中，当要求负荷设定值增加时，判断LDSET是否增加到了该要求负荷设定值。具体而言，在高/低监视器32中，判断上述负荷设定偏差是否为0.1MW以上(负荷设定偏差≥0.1MW)，当判断为0.1MW以上时，向模拟存储器34输出LDSET增加命令，并且向带比率切换器37输出正向偏压切换命令SW1(ON)。即，LDSET增加命令在上述负荷设定偏差值为0.1MW以上时变为ON，在上述负荷设定偏差值小于0.1MW时变为OFF。此外，正向偏压切换命令SW1在上述负荷设定偏差为0.1MW以上时变为ON，在上述负荷设定偏差小于0.1MW时变为OFF。此外，这里的判断值为0.1MW，但不限于此，也可适当设定为比0.1MW大或小的值。
在高/低监视器33中，当要求负荷设定值减小时，判断LDSET是否减小到该要求负荷设定值。具体而言，在高/低监视器33中，判断上述负荷设定偏差是否为-0.1MW以下(负荷设定偏差≤0.1MW)，当判断为-0.1MW以下时，向模拟存储器34输出LDSET减小命令，并且向带比率切换器37输出负向偏压切换命令SW2(ON)。即，LDSET减小命令在上述负荷设定偏差值为-0.1MW以下时变为ON，在上述负荷设定偏差值大于-0.1MW时变为OFF。并且，负向偏压切换命令SW2在上述负荷设定偏差为-0.1MW以下时变为ON，在上述负荷设定偏差大于-0.1MW时变为OFF。此外，这里的判断值为-0.1MW，但不限于此，也可适当设定为比-0.1MW大或小的值。
在模拟存储器34中，如图2所示，当从高/低监视器32输入LDSET增加命令时(LDSET增加命令为ON时)，开始LDSET的增加，在持续输入LDSET增加命令的期间(LDSET增加命令ON的期间)，使LDSET以预定的增加率(例如10MW/分)逐渐增加，当不从高/低监视器32输入LDSET增加命令时(LDSET增加命令为OFF时)，停止LDSET的增加。并且，在模拟存储器34中，如图2所示，当从高/低监视器33输入LDSET减小命令时(LDSET减小命令为ON时)，开始LDSET的减小，在持续输入LDSET减小命令的期间(LDSET减小命令ON的期间)，使LDSET以预定的减小率逐渐减小，当不从高/低监视器33输入LDSET减小命令时(LDSET减小命令为OFF时)，停止LDSET的减小。
这样利用模拟存储器34使LDSET逐渐增加或减小是为了，即使如现有技术那样，要求负荷设定值急剧变化，也是以燃气轮机21可允许的变化率来改变LDSET。当与要求负荷设定值的急剧变化相对应，LDSET也急剧变化时，燃气轮机21的输出急剧变化，可能会导致燃气轮机21的损坏等。另外，模拟存储器34中的LDSET的增加率或减小率可相同也可不同，只要按照各燃气轮机发电设备分别设定适当的值即可。
并且，在模拟存储器34中设定的LDSET，不直接作为发电机23的目标输出，而是将在其中增加了偏压后的值作为发电机23的目标输出，因此将该LDSET分别输出到加法器41、函数发生器35、及函数发生器36。
在函数发生器35中，如图3所示，将与从模拟存储器34输出的LDSET的增加相对应增加的预定值，设定为正向偏压值。在图3的例子中，函数发生器35，与LDSET从0MW增加到最大负荷设定值(图示例中为240MW)相对应，使正向偏压值从1MW增加到2MW。即，正向偏压值不是固定值，而是LDSET的函数。之所以将正向偏压值作为LDSET的函数，是因为适当的正向偏压值根据燃气轮机负荷带(发电机输出)而不同。在信号发生器39中，设定为零(S＝0)。
在函数发生器36中，如图4所示，将与从模拟存储器34输出的LDSET的减小相对应减小的预定值，设定为负向偏压值。在图4的例子中，函数发生器36，与LDSET从最大负荷设定值(图示例中为240MW)减小到0MW相对应，使负向偏压值从2MW减小到1MW。即，负向偏压值不是固定值，而是LDSET的函数。之所以将负向偏压值作为LDSET的函数，是因为适当的负向偏压值根据燃气轮机负荷带(发电机输出)而不同。在信号发生器40中，设定为零(S＝0)。
并且，正向偏压值及负向偏压值不限于1～2MW，可考虑发电机输出相对于要求负荷设定值变化的追踪性提高的程度(以怎样的程度快速追踪)、及负荷控制的稳定性等，通过计算、试运行等适当设定各个燃气轮机发电设备的最佳值。并且，正向偏压值和负向偏压值，在图3及图4所示的例子中是相同的值，且根据LDSET的增减而直线增减，但不限于此，也可是不同的值，与LDSET的增减相对应增减的方式也可不是直线型。
在带比率切换器37中，作为对加法器41的输出，进行以下切换选择函数发生器35的输出，或选择信号发生器39的输出。即，在带比率切换器37中，当从高/低监视器32输入的正向偏压切换命令SW1为ON时，切换到函数发生器35侧，将函数发生器35的输出向加法器41输出，当上述正向偏压切换命令SW1为OFF时，切换到信号发生器39侧，将信号发生器39的输出向加法器41输出。
并且，由于带比率切换器37带有比率，因此在模拟存储器34中开始LDSET的增加时，可使正向偏压值以预定的增加率从零开始逐渐增加到预定值，并且在模拟存储器34中完成LDSET增加时，使正向偏压值以预定的减小率从上述预定值逐渐减小到零。
具体而言，如图5所示，通过增加要求负荷设定值并从高/低监视器32输出LDSET增加命令(变为ON)，在模拟存储器34中开始LDSET的增加时，与该LDSET增加命令同时，从高/低监视器32输出的正向偏压切换命令SW1也变为ON，因此在带比率切换器37中，使向加法器41的输出从信号发生器39的输出(图中的SG(S＝0))切换到函数发生器35的输出(图中的FX)，但此时不是使正向偏压值阶越式地增加，而是以预定的增加率逐渐从零(信号发生器39的输出值)增加到预定值(函数发生器35的输出值)。此外，通过LDSET达到要求负荷设定值、且来自高/低监视器32的LDSET增加命令变为OFF，在模拟存储器34中结束LDSET的增加时，与该LDSET增加命令同时，从高/低监视器32输出的正向偏压切换命令SW1也变为OFF，因此在带比率切换器37中，使向加法器41的输出从函数发生器35的输出(图中的FX)切换到信号发生器39的输出(图中的SG(S＝0))，但此时不是使正向偏压值阶越式地减小，而是以预定的减小率逐渐从预定值(函数发生器35的输出值)减小到零(信号发生器39的输出值)。另外，该带比率切换器37的具体的比率(增加率及减小率)，可考虑负荷控制的稳定性等，通过计算、试运行等适当设定适于各个燃气轮机发电设备的最佳值。
在带比率切换器38中，作为对减法器42的输出，进行以下切换选择函数发生器36的输出，或选择信号发生器40的输出。即，在带比率切换器38中，当从高/低监视器33输入的负向偏压切换命令SW2为ON时，切换到函数发生器36侧，将函数发生器36的输出向减法器42输出，当上述负向偏压切换命令SW2为OFF时，切换到信号发生器40侧，将信号发生器40的输出向减法器42输出。
并且，由于带比率切换器38带有比率，因此在模拟存储器34中开始LDSET的减小时，可使负向偏压值以预定的增加率从零开始逐渐增加到预定值，并且在模拟存储器34中完成LDSET减小时，使负向偏压值以预定的减小率从上述预定值逐渐减小到零。
具体而言，如图6所示，通过减小要求负荷设定值并从高/低监视器33输出LDSET减小命令(变为ON)，在模拟存储器34中开始LDSET的减小时，与该LDSET减小命令同时，从高/低监视器33输出的负向偏压切换命令SW2也变为ON，因此在带比率切换器38中，使向减法器42的输出从信号发生器40的输出(图中的SG(S＝0))切换到函数发生器36的输出(图中的FX)，但此时不是使负向偏压值阶越式地增加，而是以预定的增加率逐渐从零(信号发生器40的输出值)增加到预定值(函数发生器36的输出值)。此外，通过LDSET达到要求负荷设定值、且来自高/低监视器33的LDSET减小命令变为OFF，在模拟存储器34中结束LDSET的减小时，与该LDSET减小命令同时，从高/低监视器33输出的负向偏压切换命令SW2也变为OFF，因此在带比率切换器38中，使向减法器42的输出从函数发生器36的输出(图中的FX)切换到信号发生器40的输出(图中的SG(S＝0))，但此时不是使负向偏压值阶越式地减小，而是以预定的减小率逐渐从预定值(函数发生器36的输出值)减小到零(信号发生器40的输出值)。并且，该带比率切换器38的具体的比率(增加率及减小率)，也可考虑负荷控制的稳定性等，通过计算、试运行等适当设定适于各个燃气轮机发电设备的最佳值。
在加法器41中，通过向从模拟存储器34输出的LDSET加上从带比率切换器37输出的正向偏压值，设定发电机23的目标输出。在减法器43中，从加法器41的输出值、即从模拟存储器34输出的LDSET减去从带比率切换器38输出的负向偏压值，由此设定发电机23的目标输出。并且，高/低监视器32的正向偏压切换命令SW1、及高/低监视器33的负向偏压切换命令SW2不会同时变为ON，且带比率切换器37中的向函数发生器35侧的切换、及带比率切换器38中的向函数发生器36侧的切换不会同时进行，因此不会同时对LDSET进行通过加法器41加上函数发生器35的输出(正向偏压值)、及通过减法器42减去函数发生器36的输出(负向偏压值)。
在偏差运算器43中，计算由加法器41或减法器42设定的发电机23的目标输出(向LDSET加上偏压后的值)、与由MW变换器25测量的发电机输出(有效电力)的偏差(输出偏差＝目标输出-发电机输出)。
并且，在PI控制器44中，通过根据由偏差运算器43计算的输出偏差进行比例/积分运算，来进行燃料控制阀26的开度控制。即，当目标输出大于发电机输出(实际输出)时，扩大燃料控制阀26的开度，增加提供到燃气轮机21(燃烧器)的供给燃料量，从而使燃气轮机的输出增加，以增加发电机的输出(实际输出)(使发电机输出和目标输出一致)。并且，当目标输出小于发电机输出(实际输出)时，减小燃料控制阀26的开度，减小提供到燃气轮机1(燃烧器)的供给燃料量，从而使燃气轮机输出减小，以减小发电机输出(实际输出)(使发电机输出和目标输出一致)。此外，偏差运算器44中的K是比例增益，s是拉普拉斯算子，T是比例/积分控制的时间常数(积分时间常数)，1/T是积分增益。
举具体例说明，如图7及图8所示，到时刻T1为止，要求负荷设定值、LDSET、目标输出、及发电机输出(实际输出)一致，在时刻T1下，根据来自中央供电中心的命令，要求负荷设定值阶越式地增加(图示例中从100MW增加到200MW)时，由偏差运算器31计算的要求负荷设定值和LDSET的偏差为0.1MW以上，因此从高/低监视器32向模拟存储器34输出LDSET增加命令(LDSET增加命令为ON)。其结果是，通过模拟存储器34，从时刻T1开始，在时刻T3到达到要求负荷设定值(200MW)为止(负荷设定偏差小于0.1MW，LDSET增加命令变为OFF为止)，LDSET以预定的增加率逐渐增加。
这种情况下，在时刻T1下由于从高/低监视器32输出的正向偏压切换命令SW1为ON，因此在带比率切换器37中，将向加法器41的输出从信号发生器39的输出切换为函数发生器35的输出。其结果是，从带比率切换器37输出的正向偏压值以预定的增加率从零(信号发生器39的输出值)逐渐增加(到时刻T2为止增加)到预定值(函数发生器35的输出值)。之后，在时刻T3下当正向偏压切换命令SW1变为OFF时，在带比率切换器37中，将向加法器41的输出从函数发生器35的输出切换为信号发生器39的输出。其结果是，从带比率切换器37输出的正向偏压值以预定的减小率从预定值(函数发生器35的输出值)逐渐减小(到时刻T4为止减小)到零(信号发生器39的输出值)。
并且，此时的正向偏压值，通过加法器41加到LDSET上，由此设定发电机23的目标输出。接着，由偏差运算器43计算该目标输出和发电机输出(有效电力)的输出偏差，根据该输出偏差通过PI控制器44进行比例/积分运算，根据该比例/积分运算的结果，燃料控制阀26运转(燃料控制阀26的阀开度增加)。其结果是，提供到燃气轮机21的供给燃料量增加，燃气轮机输出增加，从而发电机输出(有效电力)增加，最终可使发电机输出(有效电力)与目标输出(要求负荷设定值)一致。
此外，如图9及图10所示，在时刻T1之前，要求负荷设定值LDSET、目标输出、及发电机输出(实际输出)一致，在时刻T1下当通过来自中央供电中心的命令，要求负荷设定值阶越式地减小时(图示例中从200MW减小到100MW)，由偏差运算器31计算的要求负荷设定值和LDSET的偏差为-0.1MW以下，因此从高/低监视器33向模拟存储器34输出LDSET减小命令(LDSET减小命令为ON)。其结果是，通过模拟存储器34，从时刻T1到时刻T3下达到要求负荷设定值(100MW)为止(负荷设定偏差大于-0.1MW，LDSET减小命令变为OFF为止)，LDSET以预定的减小率逐渐减小。
这种情况下，在时刻T1下由于从高/低监视器33输出的负向偏压切换命令SW2为ON，因此在带比率切换器38中，将向减法器42的输出从信号发生器40的输出切换为函数发生器36的输出。其结果是，从带比率切换器38输出的负向偏压值以预定的增加率从零(信号发生器40的输出值)逐渐增加(到时刻T2为止增加)到预定值(函数发生器36的输出值)。之后，在时刻T3下当负向偏压切换命令SW2变为OFF时，在带比率切换器38中，将向减法器42的输出从函数发生器36的输出切换为信号发生器40的输出。其结果是，从带比率切换器38输出的负向偏压值以预定的减小率从预定值(函数发生器36的输出值)逐渐减小(到时刻T4为止减小)到零(信号发生器40的输出值)。
并且，此时的负向偏压值，通过减法器42从LDSET减去，由此设定发电机23的目标输出。接着，由偏差运算器43计算该目标输出和发电机输出(有效电力)的输出偏差，根据该输出偏差通过PI控制器44进行比例/积分运算，根据该比例/积分运算的结果，燃料控制阀26运转(燃料控制阀26的阀开度减小)。其结果是，提供到燃气轮机21的供给燃料量减小，燃气轮机输出减小，从而发电机输出(有效电力)减小，最终可使发电机输出(有效电力)与目标输出(要求负荷设定值)一致。
如上所述，根据本实施方式的燃气轮机负荷控制装置30，在目标输出设定单元(加法器41、减法器42)中，不是将LDSET直接作为发电机23的目标输出，而是当根据从要求负荷设定单元输入的要求负荷设定值的增加，在负荷设定单元(偏差运算器31、高/低监视器32、33，模拟存储器34)中逐渐增加负荷设定值时，通过向LDSET加上正向偏压值，来设定发电机23的目标输出，当根据要求负荷设定值的减小在负荷设定单元中逐渐减小负荷设定值时，通过从LDSET减去负向偏压值，设定发电机23的目标输出，因此，即使将比例/积分控制的时间常数设定得较大，以相对于电力系统的功率因数变动而使燃气轮机21稳定运转，也可相对于要求负荷设定值的增加或减小，快速地进行发电机输出的追踪。
例如比较图8和图12，与将LDSET直接作为目标输出的现有的燃气轮机负荷控制装置(图12)相比，向LDSET加上正向偏压值来设定目标输出的本实施方式下的燃气轮机负荷控制装置30(图8)，由于加上了正向偏压值，因此发电机输出可快速地追踪要求负荷设定值的变化。
并且，根据本实施方式的燃气轮机负荷控制装置30，在第一偏压设定单元(函数发生器35、信号发生器39、带比率切换器37)中，将正向偏压值作为LDSET的函数，在第二偏压设定单元(函数发生器36、信号发生器40、带比率切换器38)中，将负向偏压值作为LDSET的函数，因此可使正向偏压值和负向偏压值为对应于燃气轮机负荷带(发电机输出)的适当的值。
并且，根据本实施方式的燃气轮机负荷控制装置30，其特征为，在第一偏压设定单元(函数发生器35、信号发生器39、带比率切换器37)中，当在负荷设定单元(偏差运算器31，高/低监视器32、33，模拟存储器34)中开始LDEST的增加时，使正向偏压值以预定的增加率逐渐从零增加到预定值，并且当在负荷设定单元中结束LDSET的增加时，使正向偏压值以预定的减小率从预定值逐渐减小到零；此外，在第二偏压设定单元(函数发生器36、信号发生器40、带比率切换器38)中，当在负荷设定单元中开始负荷设定值的减小时，使负向偏压值以预定的增加率逐渐从零增加到预定值，并且当在负荷设定单元中结束负荷设定值的减小时，使负向偏压值以预定的减小率从预定值逐渐减小到零，因此，与使正向偏压值或负向偏压值阶越式地变化的情况相比，可进行稳定的负荷控制。
本发明涉及到一种控制提供到燃气轮机的供给燃料量从而使燃气轮机输出(发电机输出)为目标输出的燃气轮机负荷控制装置，其适用于以下情况提高发电机输出相对于要求负荷设定值的变化的追踪性(响应性)的情况，所述要求负荷设定值由中央供电中心等要求负荷设定单元输入。
权利要求
1.一种燃气轮机负荷控制装置，其特征在于，具有负荷设定单元，当要求负荷设定值增加时，使负荷设定值以预定的增加率逐渐增加直至达到上述要求负荷设定值为止，当上述要求负荷设定值减小时，使上述负荷设定值以预定的减小率逐渐减小直至达到上述要求负荷设定值为止；第一偏压设定单元，设定正向偏压值作为与上述负荷设定值相对的偏压值；第二偏压设定单元，设定负向偏压值作为与上述负荷设定值相对的偏压值；目标输出设定单元，当对应于上述要求负荷设定值的增加，在上述负荷设定单元中使上述负荷设定值逐渐增加时，通过向上述负荷设定值加上上述正向偏压值来设定发电机的目标输出，当对应于上述要求负荷设定值的减小，在上述负荷设定单元中使上述负荷设定值逐渐减小时，通过从上述负荷设定值中减去上述负向偏压值来设定上述目标输出；输出偏差运算单元，计算上述目标输出和由发电机输出测量单元测量的发电机输出的输出偏差；以及比例/积分控制单元，根据上述输出偏差进行比例/积分运算，由此进行旋转驱动上述发电机的燃气轮机的燃料的流量控制单元的控制。
2.根据权利要求
1所述的燃气轮机负荷控制装置，其特征在于，在上述第一偏压设定单元中，使上述正向偏压值为上述负荷设定值的函数，在上述第二偏压设定单元中，使上述负向偏压值为上述负荷设定值的函数。
3.根据权利要求
1或2所述的燃气轮机负荷控制装置，其特征在于，在上述第一偏压设定单元中，当在上述负荷设定单元中开始上述负荷设定值的增加时，使上述正向偏压值以预定的增加率逐渐从零增加到预定值，并且当在上述负荷设定单元中结束上述负荷设定值的增加时，使上述正向偏压值以预定的减小率从上述预定值逐渐减小到零；在上述第二偏压设定单元中，当在上述负荷设定单元中开始上述负荷设定值的减小时，使上述负向偏压值以预定的增加率逐渐从零增加到预定值，并且当在上述负荷设定单元中结束上述负荷设定值的减小时，使上述负向偏压值以预定的减小率从上述预定值逐渐减小到零。
专利摘要
提供一种燃气轮机负荷控制装置，其即使将比例/积分控制的时间常数设定得较大，也可提高发电机输出相对于要求负荷设定值的变化的追踪性，其包括负荷设定单元(偏差运算器31、高/低监视器32、33及模拟存储器34)；第一偏压设定单元(函数发生器35、信号发生器39及带比率切换器37)；第二偏压设定单元(函数发生器36、信号发生器40及带比率切换器38)；目标输出设定单元(加法器36及减法器42)等，在目标输出设定单元中，对应从要求负荷设定单元输入的要求负荷设定值的增加，在负荷设定单元中使负荷设定值逐渐增加时，通过向LDSET加上正向偏压值来设定目标输出；对应要求负荷设定值的减小在负荷设定单元中使负荷设定值逐渐减小时，通过从LDSET减去负向偏压值来设定目标输出。
文档编号F02C9/26GK1991144SQ200610172109
公开日2007年7月4日 申请日期2006年12月27日
发明者田中聪史, 森元敏光, 土师俊幸 申请人:三菱重工业株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan