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JP4305949B2 - Method for switching control mode of gas turbine power generator - Google Patents

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JP4305949B2 JP2003276748A JP2003276748A JP4305949B2 JP 4305949 B2 JP4305949 B2 JP 4305949B2 JP 2003276748 A JP2003276748 A JP 2003276748A JP 2003276748 A JP2003276748 A JP 2003276748A JP 4305949 B2 JP4305949 B2 JP 4305949B2
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  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

本発明は、ガスタービン発電装置の制御モード切替方法に関する。   The present invention relates to a control mode switching method for a gas turbine power generator.

ガスタービンで発電機を回転駆動するガスタービン発電装置において、ガスタービンの回転速度を制御する回転数制御方式として、アイソクロナス制御と回転数ドループ制御が知られている。
図4(A)は、アイソクロナス制御のブロック図である。アイソクロナス制御は、積分制御とも呼ばれ、制御目標値(Ngref)と実際に制御された値(Ng)の差(偏差)に比例ゲインKpを掛け比例側制御量とし、更にその値に積分ゲインKi(リセットゲインと呼ぶこともある)を掛けた値を積分し、その値と比例側制御量を加算した値を制御量としてアクチュエータを動かす制御であり、偏差がなくなるまで制御量を変化させる。このアイソクロナス制御による制御量(積分制御燃料流量Wf)は、図に示す式(1)で示され、完全な積分制御中はNgref=Ngとなっている。
図4(B)は、回転数ドループ制御のブロック図である。回転数ドループ制御は、比例制御とも呼ばれ、制御目標値(Ngref)と実際に制御された値(Ng)の差(偏差)に比例ゲイン(Kp)を掛け算することにより制御量を演算する制御である。この回転数ドループ制御による制御量(積分制御燃料流量Wf)は、図に示す式(2)で示され、無負荷、定格回転数運転中にNgref=NgとなるようにWfssが選択される。このため負荷運転中はNgref>Ngとなっている。
In a gas turbine power generator that rotates a generator with a gas turbine, isochronous control and rotational speed droop control are known as rotational speed control methods for controlling the rotational speed of the gas turbine.
FIG. 4A is a block diagram of isochronous control. Isochronous control is also referred to as integral control. The difference (deviation) between the control target value (N gref ) and the actually controlled value (N g ) is multiplied by the proportional gain K p to obtain the proportional control amount. This is a control that integrates the value multiplied by the integral gain Ki (sometimes called the reset gain) and moves the actuator using the value obtained by adding the value and the proportional control amount as the control amount. Change. The control amount (integrated control fuel flow rate W f ) by this isochronous control is expressed by equation (1) shown in the figure, and N gref = N g during complete integration control.
FIG. 4B is a block diagram of the rotational speed droop control. The rotational speed droop control is also called proportional control, and the control amount is obtained by multiplying the difference (deviation) between the control target value (N gref ) and the actually controlled value (N g ) by the proportional gain (K p ). This is a control to calculate. The control amount (integrated control fuel flow rate Wf) by this rotational speed droop control is expressed by the equation (2) shown in the figure, and W fss is selected so that N gref = N g during no load and rated rotational speed operation. Is done. For this reason, N gref > N g during load operation.

ガスタービン発電装置は、電力会社の電力系統から切り離された単独運転と、電力系統に連係された系統併入運転の両方に用いられる。単独運転時には、発電した電力の周波数が所望の周波数を維持するように、制御目標値(Ngref)を同期周波数とするアイソクロナス制御が用いられる。 A gas turbine power generator is used for both an isolated operation separated from an electric power system of an electric power company and a system combined operation linked to the electric power system. During the single operation, isochronous control using the control target value (N gref ) as a synchronous frequency is used so that the frequency of the generated power maintains a desired frequency.

一方、系統併入運転時には、回転数ドループ制御が用いられる。この理由は、発電機が電力会社や他の発電機と電力線で連係されている場合は、発電機と発電機を駆動する原動機(ガスタービンなどのエンジン)はあたかもゴムのような弾性体で機械的に結合されているものとみなせる。そして、原動機の制御目標値(Ngref)を同期周波数(Ng)よりも例えば4%程度高く設定することにより、増速しようとするガスタービン発電装置からエネルギーが系統に流入することになる。なお,この場合、実際の回転数は系統の回転数(同期周波数)となる。なお、制御目標値(Ngref)は高ければ高いほど出力が上がる。すなわち、原動機の回転数と出力電力はほぼ比例関係にあるといえる。したがって、回転数の変動が出力電力の変動に結びつくことになる。 On the other hand, rotation speed droop control is used during system entry operation. The reason for this is that when the generator is linked to a power company or another generator via a power line, the generator and the motor (the engine such as a gas turbine) that drives the generator are made of elastic material such as rubber. Can be considered to be combined. Then, by setting the control target value (N gref ) of the prime mover to be, for example, about 4% higher than the synchronous frequency (N g ), energy flows into the system from the gas turbine power generation device to be increased in speed. In this case, the actual rotational speed is the rotational speed (synchronous frequency) of the system. The higher the control target value (N gref ), the higher the output. That is, it can be said that the rotational speed of the prime mover and the output power are in a substantially proportional relationship. Therefore, fluctuations in the rotational speed lead to fluctuations in output power.

なお、本発明に関連する先行技術として、特許文献1〜3が開示されている。   Note that Patent Documents 1 to 3 are disclosed as prior arts related to the present invention.

特許文献1の「ガスタービンの制御装置」は、アイドル時等にも所定の燃焼器入口温度を保ち、低NOx燃焼を可能にするものであり、図5に示すように、コンプレッサ50の入口ならびにパワータービン51の入口にそれぞれ可変案内翼52、53を設け、燃焼器54の入口に燃料の予蒸発予混合室を設けたガスタービンにおいて、アクセル開度の検出手段55と、燃焼器54の入口空気温度の検出手段56と、アクセル開度からガス発生機軸57の目標回転数を算出する目標回転数算出手段58と、ガス発生機軸57の回転数が目標回転数となるように燃焼器54への燃料を制御する燃料制御手段59と、アクセル開度が設定値以下のときパワータービン51の回転数を所定回転数に保つようにパワータービン入口可変案内翼53を駆動制御する回転数制御手段60と、この制御時に燃焼器54の入口空気温度を所定温度に保つようにコンプレッサ入口可変案内翼52を駆動制御する入口空気温度制御手段61とを設けるものである。   The "gas turbine control device" of Patent Document 1 maintains a predetermined combustor inlet temperature even during idling or the like, and enables low NOx combustion. As shown in FIG. In a gas turbine in which variable guide vanes 52 and 53 are provided at the inlet of the power turbine 51 and a fuel pre-evaporation premixing chamber is provided at the inlet of the combustor 54, the accelerator opening detecting means 55 and the inlet of the combustor 54 are provided. The air temperature detection means 56, the target rotation speed calculation means 58 for calculating the target rotation speed of the gas generator shaft 57 from the accelerator opening, and the combustor 54 so that the rotation speed of the gas generator shaft 57 becomes the target rotation speed. The fuel control means 59 for controlling the fuel of the power turbine, and the power turbine inlet variable guide vane 53 are driven so as to keep the rotational speed of the power turbine 51 at a predetermined rotational speed when the accelerator opening is equal to or smaller than the set value. A rotation speed control unit 60 for Gosuru is intended to provide an inlet air temperature control means 61 for driving and controlling the compressor inlet variable guide vanes 52 so as to keep the inlet air temperature of the combustor 54 during this control to a predetermined temperature.

特許文献2の「ガスタービンの回転数制御方法および回転数制御装置」は、積分器の前に低位選択器および高位選択器が設けられていても、ガスタービンの出力軸回転数を回転数指令値に一致させることができるようにするものであり、図6に示すように、低位選択手段と高位選択手段とを備えてなるガスタービンの回転数のフィードバック制御方法において、第1積分手段63により回転数偏差をゼロとし、第2積分手段64により回転数制御演算結果と他の制御演算結果との制御要求量に応じた制御を行うものである。   Patent Document 2 discloses a gas turbine rotational speed control method and rotational speed control device that provides a rotational speed command for the output shaft rotational speed of a gas turbine even if a low-level selector and a high-level selector are provided in front of an integrator. As shown in FIG. 6, in the feedback control method for the rotational speed of the gas turbine comprising the low level selection means and the high level selection means, as shown in FIG. The rotation speed deviation is set to zero, and the second integration means 64 performs control according to the control request amount of the rotation speed control calculation result and other control calculation results.

特許文献3の「ガスタービン発電機の制御装置」は、電圧波形歪み率に抑えつつ燃費の低減をはかるものであり、図7に示すように、負荷Lに応じた目標エンジン回転数Nsetを設定する目標エンジン回転数設定手段72と、エンジン回転数Nを目標エンジン回転数Nsetに近づけるように燃料噴射量をフィードバック制御するエンジン回転数制御手段74と、目標電圧波形歪み率Dsetを設定する目標電圧波形歪み率設定手段75と、設定された目標電圧波形歪み率Dsetに応じて目標エンジン回転数Nsetを補正する目標エンジン回転数補正手段76を備えるものである。   The “gas turbine generator control device” of Patent Document 3 is intended to reduce fuel consumption while suppressing the voltage waveform distortion rate, and sets a target engine speed Nset corresponding to the load L as shown in FIG. Target engine speed setting means 72 for controlling, engine speed control means 74 for feedback-controlling the fuel injection amount so that the engine speed N approaches the target engine speed Nset, and a target voltage for setting the target voltage waveform distortion rate Dset It comprises waveform distortion rate setting means 75 and target engine speed correction means 76 for correcting the target engine speed Nset in accordance with the set target voltage waveform distortion rate Dset.

特開平5−106469号公報JP-A-5-106469 特開平8−93503号公報JP-A-8-93503 特開平10−8997号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-8997

上述したアイソクロナス制御と回転数ドループ制御の制御モードは、ガスタービン発電装置の運転中に必要に応じて短時間に切替えが可能なようにする必要がある。この切替えに際しては、回転数制御を行わせているものでは、回転数目標値を変化させることににより、発電機回転数、出力電力に変動を与えないような制御が要求される。   The above-described control modes of isochronous control and rotational speed droop control need to be able to be switched in a short time as needed during operation of the gas turbine power generation device. At the time of this switching, in the case where the rotational speed control is performed, a control that does not change the generator rotational speed and the output power by changing the rotational speed target value is required.

しかし、従来、回転数ドループ制御モード(比例制御)からアイソクロナス制御(積分制御)に切り替える際に、積分のアンチワインドアップとして積分の初期値を適切に選ぶ方式が適用されていたが、それでも制御モード切替時に回転数制御燃料流量の変動を伴い、回転数の変動や出力電力の変動を引き起こしていた。
なお、アンチワインドアップとは、比例制御から積分制御に切り替えるときに、積分の初期値を制御量が変化しないように設定する動作をいう。
However, conventionally, when switching from the rotational speed droop control mode (proportional control) to isochronous control (integral control), a method of appropriately selecting the initial value of integration as an anti-windup of integration was applied. At the time of switching, fluctuations in the rotational speed control fuel flow were caused, resulting in fluctuations in the rotational speed and fluctuations in output power.
The anti-windup is an operation for setting the initial value of integration so that the control amount does not change when switching from proportional control to integral control.

言い換えれば、従来は、制御モードの切り替え時に積分の初期化のみを行うので、積分制御から比例制御に遷移させるときには、回転数の偏差がない状態で切り替えるため、一時的に回転数制御燃料流量が減り、回転数が変動することにより、必要燃料流量が計算されることになるので、回転数の変動が発生していた。   In other words, conventionally, only the integration is initialized when the control mode is switched, so when switching from the integral control to the proportional control, switching is performed in a state where there is no deviation in the rotational speed. Since the required fuel flow rate is calculated due to the decrease in the rotation speed, the rotation speed fluctuates.

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、アイソクロナス制御と回転数ドループ制御の制御モードを、ガスタービン発電装置の運転中に必要に応じて短時間に切替えることができ、かつ発電機回転数及び出力電力の変動を低減することができるガスタービン発電装置の制御モード切替方法を提供することにある。   The present invention has been developed to solve the above-described problems. That is, the object of the present invention is to switch the control mode of the isochronous control and the rotational speed droop control in a short time as needed during the operation of the gas turbine power generator, and to change the generator rotational speed and the output power. It is an object of the present invention to provide a control mode switching method for a gas turbine power generator capable of reducing the above.

本発明によれば、ガスタービン発電装置の制御モード切替方法であって、
(A)アイソクロナス制御から回転数ドループ制御への切り替えにおいて、現在の制御燃料流量Wfrefから定常燃料流量Wfssを減算し、これを比例ゲインKpで割った値を切り替え後の回転数偏差として現在の実回転数Ngに加算し、
(B)回転数ドループ制御からアイソクロナス制御への切り替えにおいて、回転数目標値Ngrefを現在の実回転数Ngに維持し、現在の制御燃料流量Wfrefから定常燃料流量Wfssを減算し、積分演算部の初期値とする、ことを特徴とするガスタービン発電装置の制御モード切替方法が提供される。
According to the present invention, there is provided a control mode switching method for a gas turbine power generator,
(A) In switching from isochronous control to rotational speed droop control, the value obtained by subtracting the steady fuel flow W fss from the current control fuel flow W fref and dividing this by the proportional gain K p is used as the rotational speed deviation after switching. Add to the current actual speed Ng,
(B) In switching from rotational speed droop control to isochronous control, the rotational speed target value Ngref is maintained at the current actual rotational speed Ng, the steady fuel flow rate Wfss is subtracted from the current control fuel flow rate Wfref , and integration is performed. There is provided a control mode switching method for a gas turbine power generator characterized in that the initial value of a calculation unit is used.

本発明の好ましい実施形態によれば、(C)アイソクロナス制御から出力ドループ制御への切り替えにおいて、積分制御はそのまま引き続き適用し、現在の出力電力を最大電力で割った値に速度加算率を掛けた値を回転数偏差とする。   According to a preferred embodiment of the present invention, in (C) switching from isochronous control to output droop control, the integration control is continuously applied as it is, and the value obtained by dividing the current output power by the maximum power is multiplied by the speed addition rate. The value is the rotation speed deviation.

また参考例によれば、回転数ドループ制御目標値計算手段により、現在の燃料流量Wfと定常燃料流量Wfssおよび現在の回転数Ngから回転数ドループ制御モードにおける回転数目標値Ngrefを計算し、
出力ドループ制御目標値計算手段により、現在の出力電力Pおよび定格回転数Nから出力ドループ制御モードにおける回転数目標値Ngrefを計算し、
回転数目標値選択手段により、選択した制御モードに応じ、ガスタービンの回転数目標値Ngrefを選択し、
回転数目標値積算手段により、回転数上下のための増速指令、減速指令による回転数目標値の積算を行い、かつガバナモードが遷移した時にこの積算値を回転数目標値選択手段で選択された値で初期化し、
回転数偏差演算器により、回転数目標値Ngrefと現在の回転数Ngとの偏差ΔNを演算し、
積分演算器により、回転数目標値と現在の回転数の偏差ΔNに比例ゲインを掛け、更にその値に積分ゲインKiを掛け、前回値と加算して積分を行い、かつ積分初期化パルスにより、積分値を現在の状態を崩さないような値で初期化する、ことを特徴とするガスタービン発電装置の制御モード切替方法が提供される。
Further, according to the reference example , the rotation speed droop control target value calculation means calculates the rotation speed target value N gref in the rotation speed droop control mode from the current fuel flow rate W f , the steady fuel flow rate W fss, and the current rotation speed Ng. And
The output droop control target value calculation means calculates the rotation speed target value N gref in the output droop control mode from the current output power P and the rated rotation speed N,
According to the selected control mode, the rotation speed target value N gref is selected by the rotation speed target value selection means,
Rotational speed target value integration means integrates the rotational speed target value based on the speed increase / decrease command for increasing / decreasing the rotational speed, and this integrated value is selected by the rotational speed target value selection means when the governor mode transitions. Initialized with
The deviation ΔN between the revolution target value N gref and the current revolution Ng is calculated by the revolution deviation calculator.
An integral calculator multiplies the deviation ΔN between the rotational speed target value and the current rotational speed by a proportional gain, further multiplies that value by the integral gain Ki, adds the previous value and performs integration, and with an integral initialization pulse, There is provided a control mode switching method for a gas turbine power generator characterized by initializing an integrated value with a value which does not break a current state.

さらに、比例演算器により、回転数目標値と現在の回転数の偏差ΔNに比例ゲインKpを掛け、その値に定常燃料流量Wfssを加算して、ドループ制御における燃料流量Wfrefを計算し、
燃料流量加算器により、比例演算器、積分演算器からの燃料流量を加算して、回転数制御の燃料流量Wfrefを計算する。
Furthermore, a proportional computing unit, the rotational speed target value and the present rotational speed deviation ΔN multiplied by a proportional gain Kp, and adds the constant fuel flow rate W fss to that value, calculates a fuel flow W fref in-loop control,
The fuel flow rate adder calculates the fuel flow rate W fref for rotational speed control by adding the fuel flow rates from the proportional calculator and the integral calculator.

## 本発明は、制御モードの切替え時において、回転数の目標値、積分初期化時において、適切な値をリアルタイムに計算することにより変動を避けることを可能にしたものである。 ## The present invention makes it possible to avoid fluctuations by calculating an appropriate value in real time at the time of control mode switching and at the time of initializing the rotation speed and at the time of integration initialization.

すなわち、上記本発明の方法によれば、アイソクロナスから回転数ドループ制御モードへの切り替えにおいては現在の燃料流量(Wfref)から定常燃料流量(Wfss)を減算したものが回転数偏差により生み出される燃料流量であるので、ドループゲイン(Kp)で割った値が実際に必要とする回転数偏差となる。 That is, according to the above-described method of the present invention, when switching from isochronous to the rotational speed droop control mode, a value obtained by subtracting the steady fuel flow rate (W fss ) from the current fuel flow rate (W fref ) is generated by the rotational speed deviation. Since it is the fuel flow rate, the value divided by the droop gain (K p ) is the actually required rotational speed deviation.

また、回転数ドループから、アイソクロナス制御モードへの切り替えにおいては、回転数目標値演算器は現在の回転数を維持するのであるから、目標値=現在値となる。一方、積分の初期値は回転数の偏差がなくなるので、比例演算部で生み出される燃料流量は定常燃料流量のみとなるので、現在の燃料流量からこの定常燃料流量を引いたものが積分演算部で生み出されればよいことになる。   Further, in switching from the rotational speed droop to the isochronous control mode, the rotational speed target value calculator maintains the current rotational speed, so that target value = current value. On the other hand, since the initial integral value has no deviation in the rotational speed, the fuel flow rate produced by the proportional computation unit is only the steady fuel flow rate. Therefore, the integral computation unit is the current fuel flow rate minus this steady fuel flow rate. It only has to be created.

さらに、アイソクロナスから出力ドループモードの切り替えにおいては、積分制御はそのまま引き続き使用するので初期化は必要ではないが、最大出力運転時に回転数偏差を標準的な速度加算率(例えば4%)としたいため、現在の出力電力を維持することから、現在の出力電力を最大電力で割った値に速度加算率(4%)を掛けた値を回転数偏差としてやれば、出力電力の変動を生ずることなく制御モードの切り替えが可能となる。   Furthermore, when switching from isochronous to output droop mode, integration control is used as it is, so initialization is not necessary, but it is necessary to set the rotational speed deviation to a standard speed addition rate (for example, 4%) during maximum output operation. Since the current output power is maintained, if the value obtained by dividing the current output power by the maximum power and the speed addition rate (4%) is used as the rotation speed deviation, the output power does not fluctuate. The control mode can be switched.

従って、本発明の方法により以下の効果が得られる。
(1) 単独運転への制御モード切り替え時に回転数の変動を抑えることができるので発電周波数が変動しない。
(2) 系統連係運転への制御モード切り替え時に出力電力の変動を抑えることができる。
Therefore, the following effects can be obtained by the method of the present invention.
(1) Since the fluctuation of the rotation speed can be suppressed when the control mode is switched to the single operation, the power generation frequency does not fluctuate.
(2) It is possible to suppress fluctuations in output power when switching the control mode to grid-linked operation.

以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。
図1は、ガスタービン発電装置の制御モード切替方法を示すブロック図である。 この図に示すように、本発明の方法は、ステップS1〜S9からなる。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a control mode switching method of the gas turbine power generator. As shown in this figure, the method of the present invention comprises steps S1 to S9.

ステップS1において、回転数ドループ制御目標値計算手段により、現在の燃料流量Wfと定常燃料流量Wfssおよび現在の回転数Ngから回転数ドループ制御モードにおける回転数目標値Ngrefを計算する。このステップS1において、現在の制御燃料流量Wfrefから定常燃料流量Wfssを減算し、これを比例ゲインKpで割った値を切り替え後の回転数偏差として現在の実回転数Ngに加算して回転数目標値Ngrefを計算する。 In step S1, the rotational speed loop control target value calculating means calculates the rotational speed target value N gref in the rotational speed loop control mode from the current fuel flow W f and the constant fuel flow rate W fss and the current rotational speed Ng. In this step S1, a steady fuel flow W fss subtracted from the current control fuel flow W fref, which was added to the current actual rotational speed N g as the rotation speed deviation after switching the divided by the proportional gain K p To calculate the rotation speed target value N gref .

ステップS2において、出力ドループ制御目標値計算手段により、現在の出力電力Pおよび定格回転数Nから出力ドループ制御モードにおける回転数目標値Ngrefを計算する。このステップS2において、積分制御はそのまま引き続き適用し、現在の出力電力を最大電力で割った値に速度加算率(例えば4%)を掛けた値を回転数偏差とする。 In step S2, the output droop control target value calculation means calculates the rotation speed target value N gref in the output droop control mode from the current output power P and the rated rotation speed N. In step S2, the integration control is continuously applied as it is, and a value obtained by multiplying the current output power by the maximum power and the speed addition rate (for example, 4%) is set as the rotation speed deviation.

ステップS3において、ガバナモード選択手段により、エンジン運転の制御モードのうちの1つを選択し、かつ制御モードが遷移した時に回転数目標値選択手段および積分初期化を行わせるための回転数目標値選択パルスを発生する。   In step S3, one of the engine operation control modes is selected by the governor mode selection means, and the rotation speed target value for causing the rotation speed target value selection means and integral initialization to be performed when the control mode is changed. Generate a selection pulse.

ステップS4において、回転数目標値選択手段により、選択した制御モードに応じ、ガスタービンの回転数目標値Ngrefを選択する。なお、制御モードが回転数ドループ制御からアイソクロナス制御への切り替えの場合には、回転数目標値Ngrefを現在の実回転数Ngに維持し、現在の燃料流量Wfrefから定常燃料流量Wfssを減算し、積分演算部の初期値とする。 In step S4, the rotation speed target value selection means selects the rotation speed target value Ngref of the gas turbine according to the selected control mode. Note that when the control mode is switched to the isochronous control the rotational speed loop control is to maintain the rotational speed target value N gref to the current actual rotational speed N g, steady fuel flow from the current fuel flow W fref W fss Is used as the initial value of the integral calculation unit.

ステップS5において、回転数目標値積算手段により、回転数上下のための増速指令、減速指令による回転数目標値の積算を行い、かつガバナモードが遷移した時にこの積算値を回転数目標値選択手段で選択された値で初期化する。   In step S5, the rotational speed target value integrating means integrates the rotational speed target value based on the speed increase / decrease command for increasing and decreasing the rotational speed, and selects the rotational speed target value when the governor mode is changed. Initialize with the value selected by the means.

ステップS6において、回転数偏差演算器により、回転数目標値Ngrefと現在の回転数Ngとの偏差ΔNを演算する。   In step S6, the rotation speed deviation calculator calculates a deviation ΔN between the rotation speed target value Ngref and the current rotation speed Ng.

ステップS7において、積分演算器により、回転数目標値と現在の回転数の偏差ΔNに積分ゲインKiを掛け、前回値と加算して積分を行い、かつ積分初期化パルスにより、積分値を現在の状態を崩さないような値で初期化する。この積分は回転数の偏差ΔNがなくなるまで行われる。 In step S7, the integral calculator, the rotation speed target value and the present rotational speed deviation ΔN multiplying the integral gain K i, performs integration by adding the previous value, and the integration reset pulse, the integrated value currently Initialize with a value that does not break the state of. This integration is performed until the rotational speed deviation ΔN disappears.

ステップS8において、比例演算器により、回転数目標値と現在の回転数の偏差ΔNに比例ゲインKpを掛け、その値に定常燃料流量Wfssを加算して、ドループ制御における燃料流量Wfrefを計算する。
ステップS9において、燃料流量加算器により、比例演算器、積分演算器からの燃料流量を加算して、回転数制御の燃料流量Wfrefを計算する。
In step S8, a proportional computing unit, the rotational speed target value and the present rotational speed deviation ΔN multiplied by a proportional gain K p, by adding the constant fuel flow Wfss that value, calculates a fuel flow W fref in loop control To do.
In step S9, the fuel flow rate adder adds the fuel flow rates from the proportional calculator and the integral calculator to calculate the fuel flow rate W fref for the rotational speed control.

上述した制御モードの遷移方向と回転数目標値の初期化、積分の初期化の要否を表にすると次のようになる。なおこの表で、Ngcentとは、系統の同期回転数に相当する回転数であり、図1における定格回転数を意味する。   The above-described control mode transition direction, rotation speed target value initialization, and integral initialization necessity are tabulated as follows. In this table, Ngcent is a rotational speed corresponding to the synchronous rotational speed of the system, and means the rated rotational speed in FIG.

Figure 0004305949
Figure 0004305949

(1) アイソクロナスから回転数ドループ制御モードへの切り替えにおいては現在の燃料流量(Wfref)から定常燃料流量(Wfss)を減算したものが回転数偏差により生み出される燃料流量であるので、ドループゲイン(Kp)で割った値が実際に必要とする回転数偏差となる。
(2) 回転数ドループから、アイソクロナス制御モードへの切り替えにおいては、回転数目標値演算器は現在の回転数を維持するのであるから、目標値=現在値となる。一方、積分の初期値は回転数の偏差がなくなるので、比例演算部で生み出される燃料流量は定常燃料流量のみとなるので、現在の燃料流量からこの定常燃料流量を引いたものが積分演算部で生み出されればよいことになる。
(3) アイソクロナスから出力ドループモードの切り替えにおいては、積分制御はそのまま引き続き使用するので初期化は必要ではないが、最大出力運転時に回転数偏差を標準的な4%としたいため、現在の出力電力を維持することから、現在の出力電力を最大電力で割った値に4%を掛けた値を回転数偏差としてやれば、出力電力の変動を生ずることなく制御モードの切り替えが可能となる。
なお、出力ドループとは、出力電力を制御するために出力電力の偏差から燃料流量を計算するモードである。またガバナモードとは回転数制御モードと同義である。
(1) When switching from isochronous to the rotational speed droop control mode, the fuel flow produced by the rotational speed deviation is the fuel flow produced by the rotational speed deviation, which is obtained by subtracting the steady fuel flow (W fss ) from the current fuel flow (W fref ). The value divided by (K p ) is the rotational speed deviation actually required.
(2) In switching from the rotational speed droop to the isochronous control mode, the rotational speed target value calculator maintains the current rotational speed, so that target value = current value. On the other hand, since the initial integral value has no deviation in the rotational speed, the fuel flow rate produced by the proportional computation unit is only the steady fuel flow rate. Therefore, the integral computation unit is the current fuel flow rate minus this steady fuel flow rate. It only has to be created.
(3) When switching from isochronous to output droop mode, integration control is used as it is, so initialization is not necessary. However, the current output power is required to set the rotation speed deviation to the standard 4% during maximum output operation. Therefore, if the value obtained by dividing the current output power by the maximum power and multiplying by 4% is used as the rotational speed deviation, the control mode can be switched without causing fluctuations in the output power.
The output droop is a mode for calculating the fuel flow rate from the deviation of the output power in order to control the output power. The governor mode is synonymous with the rotation speed control mode.

図2は、本発明の第1実施例である。この例は、回転数ドループ制御モードにおいてアイソクロナス制御モードに切り替えた際の、回転数目標値Ngrefと実回転数Ngpの変化を示している。なおこの図で横軸は時間(単位0.25sec)、左縦軸は制御燃料流量Wfrefと負荷Load(単位kW/h)、右縦軸は回転数目標値Ngrefと実回転数Ngpの回転数(rpm)である。
この図から、回転数ドループ制御モードから緊急遮断等でアイソクロナス制御モードに切り替えても、負荷Loadが急変するにも係わらず、実回転数Ngpの変動は少なく、約0.5〜0.6秒で所定の回転速度に安定することがわかる。なお、従来例ではこの場合、操作員の手動切替を必要とし、かつ回転速度の安定までに少なくとも10秒前後を要していた。
FIG. 2 shows a first embodiment of the present invention. This example shows changes in the rotation speed target value N gref and the actual rotation speed N gp when the rotation speed droop control mode is switched to the isochronous control mode. In this figure, the horizontal axis is time (unit: 0.25 sec), the left vertical axis is the control fuel flow rate W fref and load (unit: kW / h), and the right vertical axis is the rotation speed target value N gref and the actual rotation speed N gp . Number of revolutions (rpm).
From this figure, even when the rotational speed droop control mode is switched to the isochronous control mode by an emergency shut-off or the like, the fluctuation of the actual rotational speed N gp is small even though the load Load changes suddenly, and is about 0.5 to 0.6. It can be seen that the predetermined rotation speed is stabilized in seconds. In the conventional example, manual switching of the operator is required in this case, and at least about 10 seconds are required until the rotational speed is stabilized.

図3は、本発明の別の実施例である。この例は、単独負荷運転時のアイソクロナス制御モードから回転数ドループ制御モードに切り替えた際の、回転数目標値Ngrefと実回転数Ngpの変化を示している。なおこの図で横軸は時間(単位0.25sec)、左縦軸は制御燃料流量Wfrefと負荷Load(単位kW/h)、右縦軸は回転数目標値Ngrefと実回転数Ngpの回転数(rpm)である。
単独負荷運転から系統と同期をとり、再同期投入を行う場合、位相の遅れ側から投入すると逆電力状態となるが、直ぐに増速指令を入れることにより、逆電力ドリップは避けられる。また、この切替の際に、目標回転数を持ち上げて燃料流量が変化しないようになっているが、アイソクロナス制御モードにおいて正しく100%回転数になっていない場合には、出力が変化することがわかる。
FIG. 3 is another embodiment of the present invention. This example shows changes in the rotational speed target value N gref and the actual rotational speed N gp when the isochronous control mode during the single load operation is switched to the rotational speed droop control mode. In this figure, the horizontal axis is time (unit: 0.25 sec), the left vertical axis is the control fuel flow rate W fref and load (unit: kW / h), and the right vertical axis is the rotation speed target value N gref and the actual rotation speed N gp . Number of revolutions (rpm).
When synchronizing with the system from a single load operation and performing resynchronization, a reverse power state occurs if the phase is delayed from the delayed side, but reverse power drip can be avoided by immediately entering a speed increase command. Further, at the time of switching, the target rotational speed is raised so that the fuel flow rate does not change. However, when the rotational speed is not correctly 100% in the isochronous control mode, the output changes. .

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Of course, it can change variously in the range which does not deviate from the summary of this invention.

本発明の制御モード切替方法を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control mode switching method of this invention. 本発明の実施例である。It is an Example of this invention. 本発明の別の実施例である。It is another Example of this invention. アイソクロナス制御と回転数ドループ制御の説明図である。It is explanatory drawing of isochronous control and rotation speed droop control. 特許文献1の模式図である。10 is a schematic diagram of Patent Document 1. FIG. 特許文献2の模式図である。It is a schematic diagram of patent document 2. FIG. 特許文献3の模式図である。It is a schematic diagram of patent document 3. FIG.

Claims (2)

ガスタービン発電装置の制御モード切替方法であって、
(A)アイソクロナス制御から回転数ドループ制御への切り替えにおいて、現在の制御燃料流量Wfrefから定常燃料流量Wfssを減算し、これを比例ゲインKpで割った値を切り替え後の回転数偏差として現在の実回転数Ngに加算し、
(B)回転数ドループ制御からアイソクロナス制御への切り替えにおいて、回転数目標値Ngrefを現在の実回転数Ngに維持し、現在の制御燃料流量Wfrefから定常燃料流量Wfssを減算し、積分演算部の初期値とする、ことを特徴とするガスタービン発電装置の制御モード切替方法。
A method for switching a control mode of a gas turbine power generator,
(A) In switching from isochronous control to rotational speed droop control, the value obtained by subtracting the steady fuel flow W fss from the current control fuel flow W fref and dividing this by the proportional gain K p is used as the rotational speed deviation after switching. Add to the current actual speed Ng,
(B) In switching from rotational speed droop control to isochronous control, the rotational speed target value Ngref is maintained at the current actual rotational speed Ng, the steady fuel flow rate Wfss is subtracted from the current control fuel flow rate Wfref , and integration is performed. A control mode switching method for a gas turbine power generator, characterized in that the initial value of a calculation unit is used.
(C)アイソクロナス制御から出力ドループ制御への切り替えにおいて、積分制御はそのまま引き続き適用し、現在の出力電力を最大電力で割った値に速度加算率を掛けた値を回転数偏差とする、ことを特徴とする請求項1に記載のガスタービン発電装置の制御モード切替方法。 (C) In switching from isochronous control to output droop control, the integration control continues to be applied, and the value obtained by dividing the current output power by the maximum power multiplied by the speed addition rate is used as the rotational speed deviation. The method for switching a control mode of a gas turbine power generator according to claim 1.
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