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JP7523694B2 - ガスタービンの制御装置、ガスタービン設備、ガスタービンの制御方法及びガスタービンの制御プログラム - Google Patents

ガスタービンの制御装置、ガスタービン設備、ガスタービンの制御方法及びガスタービンの制御プログラム Download PDF

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Description

本開示は、ガスタービンの制御装置、ガスタービン設備、ガスタービンの制御方法及びガスタービンの制御プログラムに関する。
本願は、２０２１年８月３０日に日本国特許庁に出願された特願２０２１－１３９６２４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
燃料の燃焼により生成される燃焼ガスでタービンを駆動するガスタービン装置は、通常、燃料ガス又は酸化剤ガス（空気等）を圧縮するための圧縮機を備える。
特許文献１には、燃焼器に供給されるガス燃料を圧縮するためのガス圧縮機を備えたガスタービンが開示されている。また、特許文献１には、ガス圧縮機のサージングを防止するため、ガス圧縮機の圧力比（圧縮比）が制限値を超過しないようにガスタービンを運転すること、及び、ガス圧縮機の圧力比が制限値を超過した場合には、機器を保護するためにガスタービンの運転を緊急停止することが記載されている。
国際公開第２０１２／１３２０６２号
ところで、発電機が連結されるガスタービン装置は、通常は、ガスタービンによって発電機を回転駆動する運転モード（通常運転モード）で動作するが、発電需要がないとき等に、外部から電力供給を受けてモータとして機能する発電機によってガスタービンが回転駆動される運転モード（逆電力運転モード）で運転されることがある。
ガスタービンの逆電力運転では、発電機によってタービンの駆動が補助されるため、ガスタービンへの燃料供給量を、ガスタービンが失火しない程度の供給量まで低減することができる。一方、ガスタービンの逆電力運転では、このように燃料供給量を絞るため、通常運転時に比べて圧縮機の圧力比（圧縮比）が低下することになる。逆電力運転時に圧縮機の圧力比が低下すると、圧縮機の後方段で流体の流速が増加して、通常運転時（定格運転時等）における設計流速条件から大きくずれてしまい、これに起因して圧縮機翼の強制振動が強くなり、圧縮機翼における損傷発生リスクが高まるおそれがある。
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、圧縮機の損傷の発生を抑制可能なガスタービンの制御装置、ガスタービン設備、ガスタービンの制御方法及びガスタービンの制御プログラムを提供することを目的とする。
本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンの制御装置は、
電力系統に連系可能な発電機に連結されるガスタービンの制御装置であって、
前記ガスタービンは、前記ガスタービンが前記発電機を回転駆動する通常運転モードと、前記電力系統からの電力を受けてモータとして動作する前記発電機によって前記ガスタービンが回転駆動される逆電力運転モードとの間で運転モードを切替え可能に構成され、
前記ガスタービンの圧縮機の圧力比を示す指標を取得するように構成された指標取得部と、
前記ガスタービンの前記逆電力運転モードでの運転中、前記指標が閾値未満になったとき、前記圧縮機を保護するための信号を出力するように構成された信号出力部と、
を備える。
また、本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービン設備は、
電力系統に連系可能な発電機に連結されるガスタービンと、
前記ガスタービンを制御するように構成された上述の制御装置と、
を備える。
また、本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンの制御方法は、
電力系統に連系可能な発電機に連結されるガスタービンの制御方法であって、
前記ガスタービンは、前記ガスタービンが前記発電機を回転駆動する通常運転モードと、前記電力系統からの電力を受けてモータとして動作する前記発電機によって前記ガスタービンが回転駆動される逆電力運転モードとの間で運転モードを切替え可能に構成され、
前記ガスタービンの圧縮機の圧力比を示す指標を取得するステップと、
前記ガスタービンの前記逆電力運転モードでの運転中、前記指標が閾値未満になったとき、前記圧縮機を保護するための信号を出力するステップと、
を備える。
また、本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンの制御プログラムは、
電力系統に連系可能な発電機に連結されるガスタービンの制御プログラムであって、
前記ガスタービンは、前記ガスタービンが前記発電機を回転駆動する通常運転モードと、前記電力系統からの電力を受けてモータとして動作する前記発電機によって前記ガスタービンが回転駆動される逆電力運転モードとの間で運転モードを切替え可能に構成され、
コンピュータに、
前記ガスタービンの圧縮機の圧力比を示す指標を取得する手順と、
前記ガスタービンの前記逆電力運転モードでの運転中、前記指標が閾値未満になったとき、前記圧縮機を保護するための信号を出力する手順と、
を実行させるように構成される。
本発明の少なくとも一実施形態によれば、圧縮機の損傷の発生を抑制可能なガスタービンの制御装置、ガスタービン設備、ガスタービンの制御方法及びガスタービンの制御プログラムが提供される。
一実施形態に係るガスタービン設備を構成するガスタービンの概略図である。 一実施形態に係るガスタービン設備の概略図である。 一実施形態に係るガスタービン設備の概略図である。 一実施形態に係るガスタービンの制御方法を説明するための図である。 一実施形態に係るガスタービンの制御方法を説明するための図である。 一実施形態に係るガスタービンの制御方法を説明するための図である。
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
（ガスタービン設備の構成）
図１は、一実施形態に係るガスタービン設備を構成するガスタービンの概略図である。図２及び図３は、一実施形態に係るガスタービン設備の概略図である。
図２に示すように、一実施形態に係るガスタービン設備１００は、発電機３０に連結されるガスタービン１と、ガスタービン１を制御するための制御装置５０と、を備えている。
図１及び図２に示すように、ガスタービン１は、圧縮空気を生成するための圧縮機２と、圧縮空気及び燃料を用いて燃焼ガスを発生させるための燃焼器４と、燃焼ガスによって回転駆動されるように構成されたタービン６と、を備える。
図１に示すように、圧縮機２は、圧縮機車室１０側に固定された複数の静翼１６と、静翼１６に対して交互に配列されるようにロータ８に植設された複数の動翼１８と、を含む。圧縮機２には、空気取入口１２から取り込まれた空気が送られるようになっており、この空気は、複数の静翼１６及び複数の動翼１８を通過して圧縮されることで高温高圧の圧縮空気となる。
燃焼器４には、燃料と、圧縮機２で生成された圧縮空気とが供給されるようになっており、該燃焼器４において燃料が燃焼され、タービン６の作動流体である燃焼ガスが生成される。図１に示すように、ガスタービン１は、ケーシング２０内にロータ８（ロータ軸線Ｏ）を中心として周方向に沿って配置された複数の燃焼器４を有する。
タービン６は、タービン車室２２によって形成される燃焼ガス通路２８を有し、該燃焼ガス通路２８に設けられる複数の静翼２４及び動翼２６を含む。静翼２４はタービン車室２２側に固定されており、ロータ８の周方向に沿って配列される複数の静翼２４が静翼列を構成している。また、動翼２６はロータ８に植設されており、ロータ８の周方向に沿って配列される複数の動翼２６が動翼列を構成している。静翼列と動翼列とは、ロータ８の軸方向において交互に配列されている。
タービン６では、燃焼ガス通路２８に流れ込んだ燃焼器４からの燃焼ガスが複数の静翼２４及び複数の動翼２６を通過することでロータ８がロータ軸線Ｏを中心に回転駆動され、これにより、ロータ８に連結された発電機が駆動されて電力が生成されるようになっている。タービン６を駆動した後の燃焼ガスは、排気室２９を介して外部へ排出される。
図２に示すように、ガスタービン１は、ロータ８（回転軸）を介して発電機３０に連結される。発電機３０は、電力系統３２に連系可能になっている。発電機３０と電力系統３２との間に開閉器３１が設けられ、発電機３０と電力系統３２との接続状態が切り替えられるようになっている。
発電機３０は、ガスタービン１に回転駆動されて電力を生成することが可能であるとともに、電力系統３２からの電力供給を受けてモータとして機能し、ガスタービン１を回転駆動することが可能である。
図２に示すように、燃焼器４には、燃料貯留部３４に貯留された燃料が燃料供給ライン３３を介して供給されるようになっている。なお、ガスタービン施設において燃料貯留部３４を設ける必要はなく、燃料供給ライン３３によって遠隔地から燃料供給を受けることが可能である。燃料供給ライン３３には、燃焼器４に供給される燃料の流量（燃料供給量）を調節するための燃料調節弁３６が設けられている。なお、図示しないが、燃焼器４のパイロットノズル及びメインノズルへの各燃料供給量、及びパイロット比率を調節するために、例えば二以上の燃料調節弁３６を用いて制御することが可能である。
図２に示すように、圧縮機２の入口には、圧縮機２の吸気量を調整するための入口案内翼（ＩＧＶ）４０が設けられている。ＩＧＶ４０の開度は、アクチュエータ４２を含む入口案内翼制御部によって調節可能に構成されている。
ガスタービン１には、圧縮機２の入口圧力を計測するための第１計測部４４が設けられる。また、ガスタービン１には、圧縮機２の出口圧力を計測するための第２計測部４６が設けられる。第１計測部４４及び第２計測部４６は、それぞれ圧力センサであってもよい。第１計測部４４で検出される入口圧力を示す信号、及び、第２計測部４６で検出される出口圧力を示す信号は、それぞれ、制御装置５０に送られるようになっている。
第１計測部４４は、圧縮機２の入口又は該入口よりも上流側の位置における圧力を計測されるように構成される。第１計測部４４は、例えば大気圧を計測するように構成されていてもよい。第２計測部４６は、圧縮機２の出口又と燃焼器４の入口との間の位置における圧力を計測されるように構成される。第２計測部４６は、例えば、燃焼器４が収容されるケーシング２０内における空気通路の圧力を計測するように構成されていてもよい。
ガスタービン１は、通常運転モードと、逆電力運転モードとの間で運転モードを切替え可能に構成される。
通常運転モードは、ガスタービン１が発電機３０を回転駆動する運転モードである。通常運転モードでは、通常、発電機３０で生成された電力は電力系統３２に供給される。
一方、逆電力運転モードは、発電機３０が電力系統３２から電力供給を受けてモータとして動作して、ガスタービン１の回転駆動を補助する運転モードである。燃料消費量を削減しながら排ガスを供給先へ供給する等の目的で、ガスタービン１の逆電力運転モードでの運転が行われることがある。逆電力モードでの運転中は、発電機３０によってガスタービン１のタービン６の駆動が補助されるため、通常運転モードでの運転に比べてガスタービン１への燃料供給量を低減することができる。
制御装置５０は、第１計測部４４により検出される圧縮機２の入口圧力、及び／又は、第２計測部４６により検出される圧縮機２の出口圧力に基づいて、ガスタービン１を制御するように構成される。図３に示すように、制御装置５０は、指標取得部５２と、信号出力部５４と、切替信号受付部５６と、運転制御部５８と、を備える。
指標取得部５２は、圧縮機２の圧力比を示す指標を取得するように構成される。ここで、圧縮機２の圧力比は、圧縮機２の出口圧力と入口圧力との比である。指標取得部５２は、第２計測部４６で検出される出口圧力の計測値Ｐ２と、第１計測部４４で検出される入口圧力の計測値Ｐ１との比Ｐ２／Ｐ１を上述の圧力比を示す指標として取得してもよい。あるいは、指標取得部５２は、第２計測部４６で検出される出口圧力の計測値Ｐ２を上述の圧力比を示す指標として取得してもよい。これは、圧縮機２の入口圧力は、大気圧とほぼ同じでありほぼ一定と見做せるためである。
信号出力部５４は、ガスタービン１の逆電力運転モードでの運転中、上述の圧力比を示す指標が閾値未満（又は閾値以下）になったとき、圧縮機２を保護するための信号を出力するように構成される。
信号出力部５４は、圧縮機２を保護するための信号として、ガスタービン１を停止するための信号、又は、ガスタービン１の運転モードを逆電力運転モードから通常運転モードに切り替えるための信号を、後述の運転制御部５８に送るように構成されてもよい。あるいは、信号出力部５４は、圧縮機２を保護するための信号として、警報を出力するための信号を、警報出力部６２に向けて送るように構成されてもよい。なお、警報出力部６２は、警報を示す視覚的又は聴覚的な情報を出力するための装置（ディスプレイ又はスピーカ等）を含んでもよい。
切替信号受付部５６は、ガスタービン１の運転モードを、通常運転モードから逆電力運転モードへ又は、逆電力運転モードから通常運転モードへ切り替えるための信号を受け取るように構成される。切替信号受付部５６は、運転モードを切り替えるための信号を切替信号入力部６０から受け取るように構成されてもよい。切替信号入力部６０は、オペレータが操作可能な端末装置を含んでもよく、例えば、運転モード切替ボタン、キーボード又はマウスを含んでもよい。
運転制御部５８は、信号出力部５４からの圧縮機２を保護するための信号、又は、切替信号受付部５６からの運転モードを切り替えるための信号に基づいて、ガスタービン１を制御するように構成される。運転制御部５８は、例えば、上述の信号に基づいて、燃焼器４への燃料供給を調節するための燃料調節弁３６又はパイロット比率制御部３８の開度、又は、入口案内翼４０の開度を調節するためのアクチュエータ４２の操作量等を制御するように構成されてもよい。
制御装置５０は、プロセッサ（ＣＰＵ等）、主記憶装置（メモリデバイス；ＲＡＭ等）、補助記憶装置及びインターフェース等を備えた計算機を含む。制御装置５０は、インターフェースを介して、第１計測部４４、第２計測部４６又は切替信号入力部６０から信号を受け取るようになっている。プロセッサは、このようにして受け取った信号を処理するように構成される。また、プロセッサは、主記憶装置に展開されるプログラムを処理するように構成される。これにより、上述の各機能部（指標取得部５２等）の機能が実現される。
制御装置５０での処理内容は、プロセッサにより実行されるプログラムとして実装される。プログラムは、例えば補助記憶装置に記憶されていてもよい。プログラム実行時には、これらのプログラムは主記憶装置に展開される。プロセッサは、主記憶装置からプログラムを読み出し、プログラムに含まれる命令を実行するようになっている。
（ガスタービンの制御フロー）
以下、図４～図６を参照して、幾つかの実施形態に係るガスタービン１の制御方法について説明する。なお、以下において、上述の制御装置５０を用いて上述のガスタービン１を制御する場合について説明するが、幾つかの実施形態では、他の装置を用いてガスタービンの制御方法を実行するようにしてもよく、あるいは、以下に説明する手順の一部を手動で行ってもよい。図４～図６は、一実施形態に係るガスタービン１の制御方法を説明するための図であり、ガスタービン運転中の負荷、ガスタービンの回転数設定値（目標回転数）、燃料供給量の設定値（燃料指令値）、及び、燃料のパイロット比率の時間変化の一例を示すグラフである。
図４～図６において、時刻ｔ０まではガスタービン１は、負荷Ｌ０で通常運転モードで運転されている。時刻ｔ０でのガスタービン１の回転数設定値はＳ０、燃料供給量の設定値はＦ０、燃料のパイロット比率はＲ０である。
図４～図６に示す例では、時刻ｔ０において、ガスタービン設備１００のオペレータからの指示等に基づいて、ガスタービン１の運転モードを逆電力運転モードへ切り替える準備が開始される。時刻ｔ０から、ガスタービン１の回転数設定値を減少させることで、燃料供給量の設定値を減少させている。これにより、ガスタービンの負荷もＬ０から減少する。なお、燃料供給量の設定値は、ガスタービン１の実回転数と回転数設定値との偏差に基づいて決定されてもよい。発電機３０が電力系統３２に連系されていれば、ガスタービン１の実回転数が電力系統３２の周波数と略同一の範囲内に維持されるため、上述の偏差に基づく燃料供給量の設定値は減少することになる。
時刻ｔ０から、燃料供給量が減少することによる失火を防ぐため、燃料のパイロット比率又はＩＧＶ開度を適宜調節するようにしてもよい。例えば、図４～６に示すように、燃料のパイロット比率をＲ０から上昇させてもよい。
時刻ｔ１において、ガスタービン１の負荷が通常運転モードにおける最低負荷Ｌｍｉｎとなる（すなわち、燃焼器４への燃料供給量が通常運転モードにおける最低供給量Ｆｍｉｎとなる）。時刻ｔ１において、パイロット比率はＲ１（＞Ｒ０）である。この運転条件を、時刻ｔ１から規定期間後の時刻ｔ２まで維持する。
時刻ｔ２では、例えばオペレータが切替信号入力部６０を操作することにより、ガスタービン１の運転モードを通常運転モードから逆電力運転モードへ切り替えるための信号が制御装置に送られる。これにより通常運転モードから逆電力運転モードへの切り替えが開始される。制御装置５０は、運転モードを切り替えるための信号を受け取ったら、運転制御部５８を介して、パイロット比率制御部３８を制御してパイロット比率を上昇させる。
時刻ｔ３において、制御装置５０は、パイロット比率の上昇が停止するようにパイロット比率制御部３８を制御する。時刻ｔ３以降、パイロット比率は、Ｒ２（＞Ｒ１）に維持される。パイロット比率Ｒ２は、逆電力運転モードへの移行が可能なパイロット比率である。
また、制御装置５０は、時刻ｔ３において、ＩＧＶ４０の開度が逆電力運転モードに適した開度となるように、アクチュエータ４２を制御してもよい。このようにして、時刻ｔ３において、パイロット比率などの逆電力運転モードへの移行条件が成立した状態となる。
時刻ｔ３から、制御装置５０は、回転数設定値をＳｍｉｎからさらに減少させる。回転数設定値の減少に伴い実回転数（電力系統３２の周波数に依存する）との差分がさらに増えることから、燃料供給量の設定値がさらに減少する。制御装置５０は、燃料供給量の設定値に基づいて燃料調節弁３６を制御する。その結果、ガスタービン１の負荷も通常運転モードにおける最低負荷Ｌｍｉｎからさらに減少する。
時刻ｔ４においてガスタービン１の負荷がゼロになる。時刻ｔ４にて回転数設定値を減少させ続けることで、燃焼器４への燃料供給量の設定値が低下し続ける。時刻ｔ４以降、電力系統３２からの電力が発電機３０に供給され、発電機３０はモータとして動作してガスタービン１の回転駆動を補助する。即ち、ガスタービン１の逆電力運転が開始される。
時刻ｔ４以降、燃料供給量の設定値をさらに減少させる制御が行われる。時刻ｔ４以降の燃料供給量の設定値は、例えば、ガスタービンの実回転数と回転数設定値との偏差に基づき決定されてもよいし、他の方法で決定された最小値となるまで減少するようになっていてもよい。
時刻ｔ４以降の逆電力モードでの運転中、制御装置５０の指標取得部５２は、圧縮機２の圧力比を示す指標（例えば、第２計測部４６で検出される圧縮機２の出口圧力の計測値Ｐ２と、第１計測部４４で検出される入口圧力の計測値Ｐ１との比Ｐ２／Ｐ１、又は、第２計測部４６で検出される出口圧力の計測値Ｐ２）を取得する。また、信号出力部５４は、該指標と閾値とを比較し、該指標が閾値未満（又は閾値以下）になったとき（図４～図６の時刻ｔＡ）、圧縮機２を保護するための信号を出力する。なお、図４～図６の例では、時刻ｔＡとなったときの回転数設定値はＳＡであり、燃料供給量の設定値はＦＡである。
図４に示す例示的な実施形態では、時刻ｔＡにおいて、信号出力部５４は、圧縮機２を保護するための信号として、ガスタービン１を停止するための信号を、運転制御部５８に向けて送出する。この場合、時刻ｔＡにて、燃料供給量の設定値、及び、回転数設定値はゼロとされる。これにより、ガスタービン１は停止される。ガスタービンの負荷はゼロとなる。なお、図４に示す例の他に、時刻ｔＡを起点として、燃料供給量の設定値、及び、回転数設定値を一定比率で減少させて、所定時間内でゼロにするようにしてもよい。
図５に示す例示的な実施形態では、時刻ｔＡにおいて、信号出力部５４は、圧縮機２を保護するための信号として、ガスタービン１の運転モードを逆電力運転モードから通常運転モードに切り替えるための信号を、運転制御部５８に向けて送出する。運転制御部５８は、ガスタービン１の運転モードを、逆電力運転モードから通常運転モードに切り替える。
図５に示す例では、時刻ｔＡから規定期間後の時刻ｔＢまでは、燃料供給量の設定値、及び、回転数設定値は時刻ｔＡでの値を維持するとともに、時刻ｔＢ以降は、既に説明した通常運転モードから逆電力運転モードへの運転モードの切り替え準備と逆の手順を行うようにしてもよい。
すなわち、時刻ｔＢから、回転数設定値を増大させることで、燃料供給量の設定値を増大させる。これにより、ガスタービン１の負荷は上昇する。時刻ｔ５にて、ガスタービン１の負荷がゼロとなる。時刻ｔ５以降、ガスタービン１により発電機３０が回転駆動とされる。即ち、ガスタービン１の通常運転モードでの運転が再開される。時刻ｔ６において、回転数設定値がＳｍｉｎとなり、燃料供給量の設定値がＦｍｉｎとなったら、回転数設定値Ｓｍｉｎを維持したまま、パイロット比率をＲ２から減少させる。時刻ｔ７にて、パイロット比率Ｒ２が、燃料供給量の増大に適した値になったら、時刻ｔ８にて、回転数設定値を上昇させ、燃料供給量を増加させる。これにより、ガスタービン負荷は上昇する。時刻ｔ９にて、回転数設定値はＳ０、ガスタービン負荷はＬ０まで上昇し、これによりガスタービン１の通常運転モードへの移行は完了する。
図６に示す例示的な実施形態では、時刻ｔＡにおいて、信号出力部５４は、圧縮機２を保護するための信号として、警報を出力するための信号を出力する。図６に示す例では、時刻ｔＡにおける警報の出力後、時刻ｔＡにおける燃料供給量の設定値ＳＡ、及び、回転数設定値ＦＡが所定時間維持される。幾つかの実施形態では、警報出力後、ガスタービン１を停止する制御、又は、運転モードを通常運転モードに切り替える制御を行ってもよい。
ガスタービン１の逆電力運転では、発電機３０によってタービン６の駆動が補助されるため、ガスタービン１への燃料供給量を、ガスタービン１が失火しない程度の供給量まで低減することができる。一方、ガスタービン１の逆電力運転では、このように燃料供給量を絞るため、通常運転時に比べて圧縮機２の圧力比（圧縮比）が低下することになる。逆電力運転時に圧縮機２の圧力比が低下すると、圧縮機２の後方段で流体の流速が増加して、通常運転時（定格運転時等）における設計流速条件から大きくずれてしまい、これに起因して圧縮機翼の強制振動が強くなり、圧縮機翼における損傷発生リスクが高まるおそれがある。
この点、上述の実施形態に係る装置又は方法によれば、ガスタービン１の逆電力運転モードでの運転中、ガスタービン１の圧縮機２の圧力比を示す指標が閾値未満になったときに、圧縮機２を保護するための信号が出力される。ここで、圧縮機２を保護するための信号は、例えば、ガスタービン１を停止するための信号、ガスタービン１の運転モードを逆電力運転モードから通常運転モードに切り替えるための信号、又は、警報を出力するための信号である。したがって、該信号に基づきガスタービン１の運転を制御することで、圧縮機２の圧力比が過小の状態で逆電力運転を行うことに起因する圧縮機２の損傷（例えば、圧縮機翼の振動が強まることによる圧縮機翼の損傷）の発生を抑制することができる。
また、幾つかの実施形態では、圧縮機２の出口圧力の計測値Ｐ２、及び、圧縮機２の入口圧力の計測値Ｐ１に基づいて算出される圧縮機の圧力比Ｐ２／Ｐ１が指標として取得される。あるいは、幾つかの実施形態では、圧縮機２の出口圧力の計測値Ｐ２が指標として取得される。このようにして、圧縮機２の圧力比を示す指標として適切な指標を取得することができる。また、この指標に基づいて圧縮機２を保護するための信号が出力されるので、圧縮機２の損傷の発生を効果的に抑制することができる。
上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンの制御装置（５０）は、
電力系統（３２）に連系可能な発電機（３０）に連結されるガスタービン（１）の制御装置であって、
前記ガスタービンは、前記ガスタービンが前記発電機を回転駆動する通常運転モードと、前記電力系統からの電力を受けてモータとして動作する前記発電機によって前記ガスタービンが回転駆動される逆電力運転モードとの間で運転モードを切替え可能に構成され、
前記ガスタービンの圧縮機（２）の圧力比を示す指標を取得するように構成された指標取得部（５２）と、
前記ガスタービンの前記逆電力運転モードでの運転中、前記指標が閾値未満になったとき、前記圧縮機を保護するための信号を出力するように構成された信号出力部（５４）と、
を備える。
上記（１）の構成によれば、ガスタービンの逆電力運転モードでの運転中、ガスタービンの圧縮機の圧力比を示す指標が閾値未満になったときに、圧縮機を保護するための信号が出力される。したがって、該信号に基づきガスタービンの運転を制御することで、圧縮機の圧力比が過小の状態で逆電力運転を行うことに起因する圧縮機の損傷（例えば、圧縮機翼の振動が強まることによる圧縮機翼の損傷）の発生を抑制することができる。
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記指標取得部は、前記圧縮機の出口圧力の計測値Ｐ２、及び、前記圧縮機の入口圧力の計測値Ｐ１を取得するとともに、前記出口圧力の計測値Ｐ２と前記入口圧力の計測値Ｐ１との比Ｐ２／Ｐ１を前記指標として取得するように構成される。
上記（２）の構成によれば、圧縮機の出口圧力の計測値Ｐ２、及び、圧縮機の入口圧力の計測値Ｐ１に基づいて算出される圧縮機の圧力比Ｐ２／Ｐ１が指標として取得される。したがって、圧縮機の圧力比を示す指標として適切な指標を取得することができる。また、この指標に基づいて圧縮機を保護するための信号が出力されるので、圧縮機の損傷の発生を効果的に抑制することができる。
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記指標取得部は、前記圧縮機の出口圧力の計測値Ｐ２を取得するとともに、前記出口圧力の計測値Ｐ２を前記指標として取得するように構成される。
典型的なガスタービンでは、圧縮機の入口圧力は大気圧とほぼ等しく、ほぼ一定であるから、圧縮機の出口圧力は圧縮機の圧力比（出口圧力と入口圧力との比）の指標となり得る。この点、上記（３）の構成によれば、圧縮機の出口圧力の計測値Ｐ２が指標として取得されるので、圧縮機の圧力比を示す指標として適切な指標を取得することができる。また、この指標に基づいて圧縮機を保護するための信号が出力されるので、圧縮機の損傷の発生を効果的に抑制することができる。
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
前記信号出力部は、前記信号として、前記ガスタービンを停止するための信号を出力するように構成される。
上記（４）の構成によれば、圧縮機の圧力比を示す指標が閾値未満になったときにガスタービンを停止するための信号が出力される。したがって、該信号に基づいてガスタービンを停止することにより、圧縮機の圧力比が過小の状態で逆電力運転を行うことに起因する圧縮機の損傷の発生を抑制することができる。
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
前記信号出力部は、前記信号として、前記ガスタービンの運転モードを前記逆電力運転モードから前記通常運転モードに切り替えるための信号を出力するように構成される。
上記（５）の構成によれば、圧縮機の圧力比を示す指標が閾値未満になったときにガスタービンの運転モードを通常運転モードに切り替えるための信号が出力される。したがって、該信号に基づいてガスタービンの運転モードを切り替えることにより、圧縮機の圧力比が過小の状態で逆電力運転を行うことに起因する圧縮機の損傷の発生を抑制することができる。
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
前記信号出力部は、前記信号として、警報を出力するための信号を出力するように構成される。
上記（６）の構成によれば、圧縮機の圧力比を示す指標が閾値未満になったときに警報を出力するための信号が出力される。したがって、該信号に基づいて警報が出力されることにより、例えばオペレータがガスタービンを停止する、又は、ガスタービンの運転モードを通常運転モードに切り替えることができ、これにより、圧縮機の圧力比が過小の状態で逆電力運転を行うことに起因する圧縮機の損傷の発生を抑制することができる。
（７）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービン設備（１００）は、
空気を圧縮するための圧縮機（２）と、前記圧縮機からの圧縮空気と燃料との燃焼反応により燃焼ガスを生成するための燃焼器（４）と、前記燃焼器からの前記燃焼ガスにより駆動されるタービン（６）と、を含み、電力系統（３２）に連系可能な発電機（３０）に連結されるガスタービン（１）と、
前記ガスタービンを制御するように構成された上記（１）乃至（６）の何れか一項に記載の制御装置（５０）と、
を備える。
上記（７）の構成によれば、ガスタービンの逆電力運転モードでの運転中、ガスタービンの圧縮機の圧力比を示す指標が閾値未満になったときに、圧縮機を保護するための信号が出力される。したがって、該信号に基づきガスタービンの運転を制御することで、圧縮機の圧力比が過小の状態で逆電力運転を行うことに起因する圧縮機の損傷（例えば、圧縮機翼の振動が強まることによる圧縮機翼の損傷）の発生を抑制することができる。
（８）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービン（１）の制御方法は、
電力系統（３２）に連系可能な発電機（３０）に連結されるガスタービンの制御方法であって、
前記ガスタービンは、前記ガスタービンが前記発電機を回転駆動する通常運転モードと、前記電力系統からの電力を受けてモータとして動作する前記発電機によって前記ガスタービンが回転駆動される逆電力運転モードとの間で運転モードを切替え可能に構成され、
前記ガスタービンの圧縮機（２）の圧力比を示す指標を取得するステップと、
前記ガスタービンの前記逆電力運転モードでの運転中、前記指標が閾値未満になったとき、前記圧縮機を保護するための信号を出力するステップと、
を備える。
上記（８）の方法によれば、ガスタービンの逆電力運転モードでの運転中、ガスタービンの圧縮機の圧力比を示す指標が閾値未満になったときに、圧縮機を保護するための信号が出力される。したがって、該信号に基づきガスタービンの運転を制御することで、圧縮機の圧力比が過小の状態で逆電力運転を行うことに起因する圧縮機の損傷（例えば、圧縮機翼の振動が強まることによる圧縮機翼の損傷）の発生を抑制することができる。
（９）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービン（１）の制御プログラムは、
電力系統（３２）に連系可能な発電機（３０）に連結されるガスタービンの制御プログラムであって、
前記ガスタービンは、前記ガスタービンが前記発電機を回転駆動する通常運転モードと、前記電力系統からの電力を受けてモータとして動作する前記発電機によって前記ガスタービンが回転駆動される逆電力運転モードとの間で運転モードを切替え可能に構成され、
コンピュータに、
前記ガスタービンの圧縮機（２）の圧力比を示す指標を取得する手順と、
前記ガスタービンの前記逆電力運転モードでの運転中、前記指標が閾値未満になったとき、前記圧縮機を保護するための信号を出力する手順と、
を実行させるように構成される。
上記（９）のプログラムによれば、ガスタービンの逆電力運転モードでの運転中、ガスタービンの圧縮機の圧力比を示す指標が閾値未満になったときに、圧縮機を保護するための信号が出力される。したがって、該信号に基づきガスタービンの運転を制御することで、圧縮機の圧力比が過小の状態で逆電力運転を行うことに起因する圧縮機の損傷（例えば、圧縮機翼の振動が強まることによる圧縮機翼の損傷）の発生を抑制することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
１ ガスタービン
２ 圧縮機
４ 燃焼器
６ タービン
８ ロータ
１０ 圧縮機車室
１２ 空気取入口
１６ 静翼
１８ 動翼
２０ ケーシング
２２ タービン車室
２４ 静翼
２６ 動翼
２８ 燃焼ガス通路
２９ 排気室
３０ 発電機
３１ 開閉器
３２ 電力系統
３３ 燃料供給ライン
３４ 燃料貯留部
３６ 燃料調節弁
３８ パイロット比率制御部
４０ 入口案内翼
４２ アクチュエータ
４４ 第１計測部
４６ 第２計測部
５０ 制御装置
５２ 指標取得部
５４ 信号出力部
５６ 切替信号受付部
５８ 運転制御部
６０ 切替信号入力部
６２ 警報出力部
１００ ガスタービン設備
Ｏ ロータ軸線

Claims (6)

  1. 電力系統に連系可能な発電機に連結されるガスタービンの制御装置であって、
    前記ガスタービンは、前記ガスタービンが前記発電機を回転駆動する通常運転モードと、前記電力系統からの電力を受けてモータとして動作する前記発電機によって前記ガスタービンが回転駆動される逆電力運転モードとの間で運転モードを切替え可能に構成され、
    前記ガスタービンの圧縮機の圧力比を示す指標を取得するように構成された指標取得部と、
    前記ガスタービンの前記逆電力運転モードでの運転中、前記指標が閾値未満になったとき、前記圧縮機を保護するための信号を出力するように構成された信号出力部と、
    を備え、
    前記信号出力部は、前記信号として、前記ガスタービンの運転モードを前記逆電力運転モードから前記通常運転モードに切り替えるための信号を出力するように構成された
    ガスタービンの制御装置。
  2. 前記指標取得部は、前記圧縮機の出口圧力の計測値Ｐ２、及び、前記圧縮機の入口圧力の計測値Ｐ１を取得するとともに、前記出口圧力の計測値Ｐ２と前記入口圧力の計測値Ｐ１との比Ｐ２／Ｐ１を前記指標として取得するように構成された
    請求項１に記載のガスタービンの制御装置。
  3. 前記指標取得部は、前記圧縮機の出口圧力の計測値Ｐ２を取得するとともに、前記出口圧力の計測値Ｐ２を前記指標として取得するように構成された
    請求項１に記載のガスタービンの制御装置。
  4. 空気を圧縮するための圧縮機と、前記圧縮機からの圧縮空気と燃料との燃焼反応により燃焼ガスを生成するための燃焼器と、前記燃焼器からの前記燃焼ガスにより駆動されるタービンと、を含み、電力系統に連系可能な発電機に連結されるガスタービンと、
    前記ガスタービンを制御するように構成された請求項１乃至３の何れか一項に記載の制御装置と、
    を備えるガスタービン設備。
  5. 電力系統に連系可能な発電機に連結されるガスタービンの制御方法であって、
    前記ガスタービンは、前記ガスタービンが前記発電機を回転駆動する通常運転モードと、前記電力系統からの電力を受けてモータとして動作する前記発電機によって前記ガスタービンが回転駆動される逆電力運転モードとの間で運転モードを切替え可能に構成され、
    前記ガスタービンの圧縮機の圧力比を示す指標を取得するステップと、
    前記ガスタービンの前記逆電力運転モードでの運転中、前記指標が閾値未満になったとき、前記ガスタービンの運転モードを前記逆電力運転モードから前記通常運転モードに切り替えるステップと、
    を備えるガスタービンの制御方法。
  6. 電力系統に連系可能な発電機に連結されるガスタービンの制御プログラムであって、
    前記ガスタービンは、前記ガスタービンが前記発電機を回転駆動する通常運転モードと、前記電力系統からの電力を受けてモータとして動作する前記発電機によって前記ガスタービンが回転駆動される逆電力運転モードとの間で運転モードを切替え可能に構成され、
    コンピュータに、
    前記ガスタービンの圧縮機の圧力比を示す指標を取得する手順と、
    前記ガスタービンの前記逆電力運転モードでの運転中、前記指標が閾値未満になったとき、前記圧縮機を保護するための信号を出力する手順と、
    を実行させるように構成され、
    前記信号を出力する手順では、前記信号として、前記ガスタービンの運転モードを前記逆電力運転モードから前記通常運転モードに切り替えるための信号を出力する
    ガスタービンの制御プログラム。
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