JP2016104984A - Methods and systems for enhancing control of power plant generating units - Google Patents

Methods and systems for enhancing control of power plant generating units Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide methods in which generating units include either an on-condition or an off-condition during a selected operating period.SOLUTION: The method includes: defining competing operating modes which include different possible combinations regarding which of a plurality of generating units have an on-condition and which have an off-condition during a selected operating period; defining multiple cases for each of the competing operating modes, where the multiple cases include varying a value of an operating parameter; receiving performance objectives that include a cost function; receiving an ambient conditions forecast; for the multiple cases of the competing operating modes, simulating the turndown operation with a power plant model given the value of the operating parameter and the ambient conditions forecast; and evaluating a simulation result pursuant to the cost function to select therefrom a preferred case.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本出願の発明は、概して、発電に関し、より具体的には、火力発電ユニットを有する発電プラントの経済性および性能の最適化および/または強化に関連した方法およびシステムに関する。   The invention of this application relates generally to power generation, and more particularly to methods and systems related to optimizing and / or enhancing the economics and performance of power plants having thermal power generation units.

電力システムでは、多数の参加者または発電プラントが電気を発生させ、電気は、次いで、共通の送電線を通して住宅用顧客および企業用顧客へ分配される。認識されることとなるように、そのようなシステムが必要とする電力の相当な部分を発生させるために、ガスタービン、蒸気タービン、およびコンバインドサイクルプラントなどのような、火力発電ユニットが、依然として利用されている。そのようなシステムの中の発電プラントのそれぞれは、1つまたは複数の発電ユニットを含み、これらのユニットのそれぞれは、典型的に、動作を制御するコントロールシステムを含み、また、2つ以上の発電ユニットを有する発電プラントのケースでは、発電プラント全体の性能を制御するコントロールシステムを含む。例として、プラントオペレーターの責任のうちの1つは、電力生産のコストを表すオファー曲線の生成である。オファー曲線は、典型的に、増分可変コスト曲線、平均可変コスト曲線、または、可変の発電経費の別の適切な指示を含み、それは、典型的に、メガワットの出力に対するメガワット時当たりのドルで表現される。平均可変コスト曲線は、所与の点についての累積的な電力出力で割った累積的なコストを表すことが可能であり、増分可変コスト曲線は、電力出力の変化で割ったコストの変化を表すことが可能であるということが認識されることとなる。増分可変コスト曲線は、たとえば、発生させられる電力に対する時間当たりのコストを表す発電プラントの入力−出力曲線の一次導関数をとることによって、得ることが可能である。燃料を燃やす発電機からの廃熱が、補助的な蒸気タービンに動力を与えるための蒸気を作り出すために使用されるコンバインドサイクル発電プラントでは、増分可変コスト曲線も、公知の技法を用いて得ることが可能であるが、その導出は、より複雑となる可能性がある。   In a power system, a large number of participants or power plants generate electricity, which is then distributed to residential and business customers through a common transmission line. As will be recognized, thermal power generation units, such as gas turbines, steam turbines, and combined cycle plants, are still utilized to generate a significant portion of the power required by such systems. Has been. Each of the power plants in such a system includes one or more power generation units, each of which typically includes a control system that controls operation, and two or more power generation units. In the case of a power plant with units, it includes a control system that controls the performance of the entire power plant. As an example, one of the responsibilities of the plant operator is the generation of an offer curve that represents the cost of power production. The offer curve typically includes an incremental variable cost curve, an average variable cost curve, or another suitable indication of variable generation costs, which is typically expressed in dollars per megawatt hour for megawatt output. Is done. The average variable cost curve can represent the cumulative cost divided by the cumulative power output for a given point, and the incremental variable cost curve represents the change in cost divided by the change in power output. It will be recognized that this is possible. An incremental variable cost curve can be obtained, for example, by taking the first derivative of a power plant input-output curve that represents the cost per hour for the generated power. In combined cycle power plants where waste heat from a fuel burning generator is used to produce steam to power an auxiliary steam turbine, incremental variable cost curves can also be obtained using known techniques. Is possible, but its derivation can be more complex.

ほとんどの電力システムでは、一般に経済的給電と称される競争プロセスは、将来の期間にわたって発電プラントの間でシステム負荷を分割するために使用される。このプロセスの一部として、発電プラントは、周期的にオファー曲線を生成し、電力システム当局または給電指令所へオファー曲線を送る。そのようなオファー曲線は、将来の市場期間にわたって電力システムによって必要とされる電気の一部分を発生させるための発電プラントからの入札を表す。給電指令当局は、そのシステムの中の発電プラントからオファー曲線を受け取り、それらのオファー曲線を評価し、システムの予測される負荷要件を最も効率的に満足させるようにそれぞれの発電プラントを関与させるべきレベルを決定する。こうする際に、給電指令当局は、オファー曲線を分析し、システムにとっての最低発電コストを見い出す目的で、発電プラントのそれぞれが関連する期間にわたって関与することとなる限度を記述する起動停止計画スケジュールを作り出す。   In most power systems, a competitive process, commonly referred to as economic power supply, is used to split the system load between power plants over future periods. As part of this process, the power plant periodically generates an offer curve and sends the offer curve to a power system authority or a power supply command center. Such an offer curve represents a bid from a power plant to generate a portion of the electricity required by the power system over future market periods. The power supply command authority should receive offer curves from the power plants in the system, evaluate those offer curves, and engage each power plant to most efficiently meet the expected load requirements of the system. Determine the level. In doing so, the power supply command authority analyzes the offer curve and establishes a shutdown schedule that describes the limits that each of the power plants will be involved over the relevant period in order to find the lowest power generation costs for the system. produce.

起動停止計画スケジュールが発電プラントへ伝達されると、それぞれの発電プラントは、その負荷起動停止計画を満足させるための最も効率的でコスト効率の良い様式を決定することが可能である。発電プラントの発電ユニットは、動作を監視および制御するコントロールシステムを含むということが認識されることとなる。発電ユニットが火力発電機を含むときには、そのようなコントロールシステムは、燃焼システムおよび動作の他の態様を支配する。(例示目的のために、ガスタービンおよびコンバインドサイクル発電プラントの両方が本明細書で説明されている。しかし、本発明の特定の実施形態は、他のタイプの発電ユニットに適用され得、または他のタイプの発電ユニットと併用され得るということが認識されることとなる。)コントロールシステムは、燃料フロー、入口ガイドベーン、および、エンジンの効率的な動作を確実にするための他の制御入力を調節するスケジューリングアルゴリズムを実行することが可能である。しかし、発電プラントの実際の出力および効率は、完全には想定できない可変の周囲条件などのような外部要因によって影響を与えられる。認識されることとなるように、そのようなシステムの複雑さ、および動作条件の可変性は、性能を予測および制御することを困難にし、それは、非効率的な動作を生じさせることが多い。   Once the startup / shutdown schedule is communicated to the power plant, each power plant can determine the most efficient and cost-effective way to satisfy its load startup / shutdown plan. It will be appreciated that the power generation unit of the power plant includes a control system that monitors and controls operation. Such control system dominates the combustion system and other aspects of operation when the power generation unit includes a thermal power generator. (For illustrative purposes, both gas turbines and combined cycle power plants are described herein. However, certain embodiments of the invention may be applied to other types of power generation units, or others. It will be appreciated that the control system can provide fuel flow, inlet guide vanes, and other control inputs to ensure efficient operation of the engine. It is possible to run a scheduling algorithm that adjusts. However, the actual power output and efficiency of the power plant is affected by external factors such as variable ambient conditions that cannot be fully envisaged. As will be appreciated, the complexity of such systems and the variability of operating conditions makes it difficult to predict and control performance, which often results in inefficient operation.

時間の経過とともに起こる機械劣化は、事実を定量化するのが困難な別の問題であり、それは、発電ユニットの性能に重大な影響を及ぼす可能性がある。劣化の速度、摩耗したコンポーネントの交換、メンテナンスルーチンのタイミング、および他の要因が、プラントの短期間の性能に影響を与え、したがって、給電プロセスの間にコスト曲線を生成するときに、ならびに、プラントの長期間の費用効果を査定するときに、考慮される必要があるということが認識されることとなる。例として、ガスタービンの寿命は、典型的に、動作の時間および起動の数の両方で表現された制限値を含む。ガスタービンまたはそのコンポーネントが、その時間制限よりも前にその起動制限に到達する場合には、ガスタービンまたはそのコンポーネントは、時間ベースの寿命が残っているとしても、修理または交換されなければならない。ガスタービンにおける時間ベースの寿命は、燃焼温度を低減させることによって引き延ばされ得るが、これは、ガスタービンの効率を低減させ、それは、動作のコストを増加させる。逆に、燃焼温度を増加させることは、効率を増加させるが、ガスタービン寿命を短くし、メンテナンスコストおよび/または交換コストを増加させる。認識されることとなるように、熱エンジンのライフサイクルコストは、多くの複雑な要因に依存すると同時に、発電プラントの経済的な効率における重要な考慮事項を表す。   Mechanical degradation that occurs over time is another problem that makes it difficult to quantify the facts, which can have a significant impact on the performance of the power generation unit. The rate of degradation, replacement of worn components, timing of maintenance routines, and other factors affect the short-term performance of the plant, and therefore when generating a cost curve during the power supply process, as well as the plant It will be recognized that this needs to be taken into account when assessing the long-term cost effectiveness. As an example, the life of a gas turbine typically includes a limit value expressed in both time of operation and number of starts. If the gas turbine or its components reach their start-up limit before its time limit, the gas turbine or its component must be repaired or replaced even if the time-based lifetime remains. Although the time-based lifetime in a gas turbine can be extended by reducing the combustion temperature, this reduces the efficiency of the gas turbine, which increases the cost of operation. Conversely, increasing the combustion temperature increases efficiency but shortens gas turbine life and increases maintenance and / or replacement costs. As will be appreciated, the life cycle cost of a heat engine depends on many complex factors and at the same time represents an important consideration in the economic efficiency of a power plant.

最新の発電プラント、とりわけ、複数の発電ユニットを有する発電プラントの複雑さ、および、発電プラントが競争する市場を前提とすると、発電プラントオペレーターは、経済的利益を最大化するために継続的に奮闘し続けてきた。たとえば、発電プラントについてのグリッド準拠および給電プランニングは、過度に静的な様式で、すなわち、周期的な性能テストのみから集められて導出されるヒートレート曲線などのような静的な制御プロファイルを使用して、火力発電ユニットを制御することによって、悪影響を及ぼされる。これらの周期的更新の間に、タービンエンジン性能は、(たとえば、劣化から)変化する可能性があり、それは、スタートアップおよび負荷性能に影響を及ぼす可能性がある。そのうえ、1日のうちに起こる外部要因の変化は、タービン制御プロファイルにおいてこれを考慮しなければ、非効率的な動作につながる可能性がある。このタイプの可変性を補償するために、発電プラントオペレーターは、将来の動作について計画する際に、過度に保守的になることが多く、それは、十分に活用されない発電ユニットを生じさせる。またある時には、プラントオペレーターは、過大な起動停止計画を満足させるために、ユニットを非効率的に動作させざるを得ないこともある。   Given the complexity of modern power plants, especially power plants with multiple power generation units, and the markets in which power plants compete, power plant operators continue to struggle to maximize economic benefits I have been doing it. For example, grid compliance and power planning for power plants use static control profiles such as heat rate curves derived in an excessively static manner, i.e. collected and derived from periodic performance tests only Thus, it is adversely affected by controlling the thermal power generation unit. During these periodic updates, turbine engine performance can change (eg, from degradation), which can affect startup and load performance. Moreover, changes in external factors that occur within a day can lead to inefficient operation if this is not taken into account in the turbine control profile. To compensate for this type of variability, power plant operators often become overly conservative when planning for future operations, which results in power generation units that are not fully utilized. At other times, the plant operator may be forced to operate the unit inefficiently in order to satisfy an excessive startup / shutdown plan.

短期間の非効率性および/または長期間の劣化をそれぞれが現実化されるときに特定しなければ、発電プラントの従来のコントロールシステムは、高価なプロセスである再チューニングを頻繁にされなければならず、または、コンポーネント劣化に予防的に対応するように保守的に動作させられなければならない。代替方法は、過度の疲労または故障につながる動作限界に違反するリスクを冒すことである。同様に、従来の発電プラントコントロールシステムは、変化する条件に最もコスト効率良く対応する能力を欠いている。認識されることとなるように、これは、最適とはかけ離れていることが多い発電プラント利用を生じさせる。したがって、発電プラントの動作を監視し、モデル化し、制御するための改善された方法およびシステムに対する必要性、とりわけ、複雑な最新の発電プラントのオペレーターが利用可能な無数の動作モード、および、それぞれの動作モードに関連付けられる経済的なトレードオフのより完全な理解を可能にする方法およびシステムに対する必要性が存在している。   Unless short-term inefficiencies and / or long-term degradation are identified as each is realized, conventional control systems for power plants must be frequently retuned, an expensive process. Or must be operated conservatively to proactively respond to component degradation. An alternative is to take the risk of violating operating limits that lead to excessive fatigue or failure. Similarly, conventional power plant control systems lack the ability to most cost effectively respond to changing conditions. As will be appreciated, this results in power plant utilization that is often far from optimal. Thus, there is a need for improved methods and systems for monitoring, modeling and controlling the operation of power plants, especially the myriad operating modes available to complex modern power plant operators, and each There is a need for methods and systems that allow a more complete understanding of the economic tradeoffs associated with operating modes.

米国特許第8816531号明細書U.S. Pat. No. 8816531

したがって、本出願は、選択される動作期間にわたって、複数の発電ユニットを有する発電プラントについてのターンダウン動作を最適化するための制御方法を説明する。複数の発電ユニットは、選択される動作期間の間のオン条件またはオフ条件のいずれかをそれぞれ含むことが可能である。方法は、競合する動作モードを定義するステップであって、競合する動作モードは、選択される動作期間の間に、複数の発電ユニットのどれがオン条件を有し、どれがオフ条件を有するかということに関して、異なる可能性のある組み合わせを含む、ステップと、競合する動作モードのそれぞれについて複数のケースを定義するステップであって、複数のケースは、ある範囲にわたって動作パラメーターの値を変化させることを含む、ステップと、選択される動作期間の間のターンダウン動作を評価するためのコスト関数を含む性能目標を受け取るステップと、選択される動作期間についての周囲条件予想を受け取るステップと、競合する動作モードの複数のケースのそれぞれについて、動作パラメーターおよび周囲条件予想の値を前提として、発電プラントモデルを用いて、選択される動作期間についての発電プラントのターンダウン動作をシミュレートするステップと、コスト関数にしたがって、シミュレーションのそれぞれからのシミュレーション結果を評価し、それから、競合する動作モードのそれぞれについての複数のケースから好適なケースを選択するステップとを含むことが可能である。   The present application thus describes a control method for optimizing the turndown operation for a power plant having a plurality of power generation units over a selected operating period. The plurality of power generation units may each include either an on condition or an off condition during a selected operating period. The method is a step of defining competing operating modes, wherein the competing operating modes include which of the plurality of power generation units has an on condition and which has an off condition during a selected operating period. In that regard, defining a plurality of cases for each of the steps and competing modes of operation, including combinations that may differ, the plurality of cases varying the value of the operating parameter over a range Competing with a step of receiving a performance goal including a cost function for evaluating a turndown operation during a selected operation period, and receiving an ambient condition estimate for the selected operation period For each of the multiple operating mode cases, it is assumed that the operating parameters and ambient conditions are expected. Using the power plant model to simulate the power plant turndown behavior for the selected operating period, and according to the cost function, evaluate the simulation results from each of the simulations, and then the competing operating modes Selecting a preferred case from a plurality of cases for each of.

本出願のこれらの特徴および他の特徴は、図面および添付の特許請求の範囲と併せて、以下の好適な実施形態の詳細な説明を考察すれば、より明らかになることとなる。   These and other features of the present application will become more apparent when the following detailed description of the preferred embodiment is considered in conjunction with the drawings and appended claims.

本発明の態様による電力システムの概略ダイアグラムである。1 is a schematic diagram of a power system according to an aspect of the present invention. 本発明の実施形態による、発電プラントの中で用いられ得るような例示的な火力発電ユニットの概略ダイアグラムである。1 is a schematic diagram of an exemplary thermal power generation unit as may be used in a power plant according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による、複数のガスタービンを有する例示的な発電プラントの概略ダイアグラムである。1 is a schematic diagram of an exemplary power plant having multiple gas turbines, according to an embodiment of the present invention. 本発明の態様による、プラントコントローラーおよびオプティマイザーの例示的なシステム構成を図示する図である。FIG. 3 illustrates an exemplary system configuration for a plant controller and optimizer, according to aspects of the present invention. 本発明の特定の態様による、システム構成を有するプラントコントローラーおよびオプティマイザーを備える発電プラントの概略ダイアグラムである。1 is a schematic diagram of a power plant with a plant controller and optimizer having a system configuration, according to certain aspects of the invention. 本発明の特定の態様による、例示的なユーザーインターフェースを有するコンピューターシステムを示す図である。FIG. 2 illustrates a computer system having an exemplary user interface in accordance with certain aspects of the present invention. 例示的な増分ヒートレート曲線、および、エラーが経済的な給電プロセスに及ぼし得る影響を示す図である。FIG. 3 illustrates an example incremental heat rate curve and the effect that errors can have on an economic power supply process. 本発明の態様による、電力システムとともに例示的なプラントコントローラーを示す概略ダイアグラムである。1 is a schematic diagram illustrating an exemplary plant controller with a power system, according to aspects of the present invention. 本発明の態様による、発電プラント制御方法のフローダイアグラムである。2 is a flow diagram of a power plant control method according to an aspect of the present invention. 本発明の態様による、コンバインドサイクル発電プラントのためのプラント最適化システムについてのアーキテクチャーを説明するデータフローダイアグラムである。2 is a data flow diagram illustrating an architecture for a plant optimization system for a combined cycle power plant according to an aspect of the present invention. 本発明の態様による、リアルタイム最適化システムとともに用いられ得るようなコンピューターシステムの簡単化されたブロック図である。1 is a simplified block diagram of a computer system as may be used with a real-time optimization system in accordance with aspects of the present invention. 本発明による、パラメーター化された連立方程式および制約を解くための例示的な方法のフローダイアグラムである。2 is a flow diagram of an exemplary method for solving parameterized simultaneous equations and constraints according to the present invention. 本発明の実施形態の制御方法論による、コンピューターシステムの簡単化された構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a simplified configuration of a computer system according to a control methodology of an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の制御方法論による、コンピューターシステムの代替的な構成を図示する図である。FIG. 6 illustrates an alternative configuration of a computer system according to a control methodology of an embodiment of the present invention. 本発明の例示的な態様による、例示的な制御方法論のフローダイアグラムである。2 is a flow diagram of an exemplary control methodology, according to an exemplary aspect of the invention. 本発明の例示的な態様による、代替的な制御方法論のフローダイアグラムである。6 is a flow diagram of an alternative control methodology, according to an exemplary aspect of the invention. 本発明の例示的な態様による、代替的な制御方法論のフローダイアグラムである。6 is a flow diagram of an alternative control methodology, according to an exemplary aspect of the invention. ターンダウン動作の最適化に関係する本発明の代替的な実施形態が提供されるフローダイアグラムを図示する図である。FIG. 6 illustrates a flow diagram in which an alternative embodiment of the present invention related to optimization of turndown operation is provided. ターンダウン動作とシャットダウン動作との間で最適化することに関係する本発明の代替的な実施形態が提供されるフローダイアグラムを図示する図である。FIG. 6 illustrates a flow diagram in which an alternative embodiment of the present invention related to optimizing between turndown and shutdown operations is provided. 本発明の例示的な実施形態の態様による、定義された間隔を有する選択された動作期間の間のガスタービンの利用可能な動作モードを図示するダイアグラムである。2 is a diagram illustrating available modes of operation of a gas turbine during a selected period of operation having a defined interval, according to aspects of an exemplary embodiment of the invention. 本発明の代替的な実施形態の態様による、定義された間隔を有する選択された動作期間の間のガスタービンの利用可能な動作モードを図示するダイアグラムである。6 is a diagram illustrating available modes of operation of a gas turbine during a selected period of operation having a defined interval, in accordance with aspects of an alternative embodiment of the present invention. 本発明の代替的な実施形態による、発電プラントフリート(fleet)最適化プロセスにしたがうフローダイアグラムである。6 is a flow diagram according to a power plant fleet optimization process according to an alternative embodiment of the present invention. 本発明の態様による、発電プラントフリート最適化システムの概略ダイアグラムである。1 is a schematic diagram of a power plant fleet optimization system according to an aspect of the present invention. 本発明の代替的な態様による、発電プラントフリート最適化システムの概略ダイアグラムである。2 is a schematic diagram of a power plant fleet optimization system according to an alternative aspect of the present invention. 本発明の代替的な態様による、発電プラントフリート最適化システムの概略ダイアグラムである。2 is a schematic diagram of a power plant fleet optimization system according to an alternative aspect of the present invention. ブロックコントローラーを含む電力ブロック最適化システムの概略ダイアグラムである。1 is a schematic diagram of a power block optimization system including a block controller. ブロックコントローラーを含む代替的な電力ブロック最適化システムの概略ダイアグラムである。2 is a schematic diagram of an alternative power block optimization system including a block controller. コンバインドサイクル発電プラントのシャットダウンを最適化するためのプロセスの実施形態を示すフローチャートである。2 is a flowchart illustrating an embodiment of a process for optimizing a combined cycle power plant shutdown. モデルフリー適応コントローラーが本発明の態様にしたがって使用される例示的な制御システムを図示する図である。FIG. 2 illustrates an exemplary control system in which a model-free adaptive controller is used in accordance with aspects of the present invention.

本発明の例示的な実施形態が、添付の図面を参照して以下でより完全に説明されることとなり、添付の図面では、すべてではないが、いくつかの実施形態が示されている。実際には、本発明は、多くの異なる形態で具現化することが可能であり、本明細書で述べられている実施形態に限定されるものとして解釈されるべきでない。むしろ、本開示が適用可能な法的要件を満足することとなるように、これらの実施形態は提供されている。同様の番号は、全体を通して同様のエレメントを表すことが可能である。   Exemplary embodiments of the invention will now be described more fully hereinafter with reference to the accompanying drawings, in which some, but not all, embodiments are shown. Indeed, the invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein; Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will satisfy applicable legal requirements. Similar numbers may represent similar elements throughout.

本発明の態様によれば、電力システム、発電プラント、および/または火力発電ユニットの性能を最適化するために使用され得るシステムおよび方法が開示されている。例示的な実施形態では、この最適化は、経済的な最適化を含み、経済的な最適化によって、発電プラントのオペレーターは、収益性を強化するために、代替的な動作のモードのいずれかを決定する。実施形態は、特定の電力システムの中で利用され得、給電プロセスの間の有利な経済的な起動停止計画を獲得する際に競争上の優位性を提供するようになっている。アドバイザー機能は、オペレーターが、正確な経済的比較および予想に基づいて動作モードのいずれかを選ぶことを可能にすることができる。別の特徴として、将来の発電期間のための燃料を見込みで購入するプロセスは、不足のリスクを増加させない状態で燃料在庫が最小化されるように改善され得る。本発明の他の構成は、下記に説明されているように、電力システム、および複数の火力発電ユニットを有する発電プラントをモデル化するためのコンピューター実装型の方法および装置を提供する。本発明のいくつかの構成の技術的効果は、様々な物理的な条件、動作条件、および/または経済的な条件の下での性能を予測するエネルギーシステムモデルの生成およびソリューションを含む。本発明の例示的な実施形態は、様々な周囲条件および動作条件の下での性能を予測する発電プラントモデルを、経済的な制約、目標、および市場条件を含む経済モデルと組み合わせ、収益性を最適化するようになっている。こうする際に、本発明の最適化システムは、周囲条件、動作条件、契約上の条件、規制上の条件、法的条件、ならびに/または、経済的な条件および市場条件の特定の組み合わせに関して、収益性を最大化する最適化された設定点を予測することが可能である。   In accordance with aspects of the present invention, systems and methods are disclosed that can be used to optimize the performance of power systems, power plants, and / or thermal power units. In an exemplary embodiment, this optimization includes economic optimization, which allows power plant operators to use one of the alternative modes of operation to enhance profitability. To decide. Embodiments can be utilized within a particular power system to provide a competitive advantage in obtaining an advantageous economic start-up plan during the powering process. The advisor function can allow the operator to choose between operating modes based on accurate economic comparisons and expectations. As another feature, the process of prospectively purchasing fuel for future power generation periods can be improved so that fuel inventory is minimized without increasing the risk of shortage. Other configurations of the present invention provide a computer-implemented method and apparatus for modeling a power system and a power plant having a plurality of thermal power generation units, as described below. Technical effects of some configurations of the present invention include energy system model generation and solutions that predict performance under various physical, operating, and / or economic conditions. An exemplary embodiment of the present invention combines a power plant model that predicts performance under various ambient and operating conditions with an economic model that includes economic constraints, goals, and market conditions to increase profitability. It comes to optimize. In doing so, the optimization system of the present invention relates to ambient conditions, operating conditions, contractual conditions, regulatory conditions, legal conditions, and / or certain combinations of economic and market conditions. It is possible to predict an optimized set point that maximizes profitability.

図1は、本発明の態様、ならびに、実施形態が動作し得る例示的な環境を含む電力システム10の概略図を図示している。電力システム10は、たとえば、図示されている風力発電プラントおよび火力発電プラントなどのような、発電機またはプラント12を含むことが可能である。火力発電プラントは、ガスタービン、石炭燃焼蒸気タービン、および/またはコンバインドサイクルプラントなどのような発電ユニットを含むことが可能であるということが認識されることとなる。加えて、電力システム10は、太陽光発電設備、水力電源、地熱電源、原子力電源、および/または、現在知られているかもしくは今後発見される任意の他の適切な電源などのような、他のタイプの発電プラント(図示せず)を含むことが可能である。送電線14は、様々な発電プラント12を電力システム10の顧客または負荷16に接続することが可能である。送電線14は、電力システムのためのグリッドまたは配電ネットワークを表し、所望の通りにまたは必要に応じて、複数のセクションおよび/または変電所を含むことが可能であるということが理解されるべきである。発電プラント12から発生される電力は、送電線14を介して負荷16に送達させることが可能であり、負荷16は、たとえば、地方自治体用顧客、住宅用顧客、または企業用顧客を含むことが可能である。また、電力システム10は、貯蔵デバイス18を含むことが可能であり、貯蔵デバイス18は、送電線14に接続され、過剰発電の期間の間に、エネルギーを貯蔵するようになっている。   FIG. 1 illustrates a schematic diagram of a power system 10 that includes aspects of the present invention and an exemplary environment in which embodiments may operate. The power system 10 can include a generator or plant 12, such as, for example, the illustrated wind and thermal power plants. It will be appreciated that a thermal power plant can include power generation units such as gas turbines, coal fired steam turbines, and / or combined cycle plants. In addition, the power system 10 may include other power sources such as solar power generation facilities, hydropower sources, geothermal power sources, nuclear power sources, and / or any other suitable power source now known or discovered in the future. It is possible to include a type of power plant (not shown). The transmission line 14 can connect various power plants 12 to customers or loads 16 of the power system 10. It should be understood that the transmission line 14 represents a grid or distribution network for a power system and can include multiple sections and / or substations as desired or required. is there. The power generated from the power plant 12 can be delivered to the load 16 via the transmission line 14, and the load 16 can include, for example, a municipal customer, a residential customer, or a corporate customer. Is possible. The power system 10 can also include a storage device 18 that is connected to the transmission line 14 and stores energy during periods of excessive power generation.

また、電力システム10は、コントロールシステムまたはコントローラー22、23、25を含み、コントロールシステムまたはコントローラー22、23、25は、電力システム10の中に含有されるコンポーネントのいくつかの動作を管理または制御する。たとえば、プラントコントローラー22は、発電プラント12のそれぞれの動作を制御することが可能である。負荷コントローラー23は、電力システム10の一部である異なる負荷16の動作を制御することが可能である。たとえば、負荷コントローラー23は、顧客の電力購入の様式またはタイミングを管理することが可能である。給電指令当局24は、電力システム10の動作の特定の態様を管理することが可能であり、また、電力システムコントローラー25を含むことが可能であり、電力システムコントローラー25は、経済給電手順を制御し、経済給電手順によって、負荷起動停止計画が、参加発電プラントの間で分配される。コントローラー22、23、25は、長方形ブロックによって表されており、コントローラー22、23、25は、通信回線または通信接続21を介して、通信ネットワーク20に接続され得、通信ネットワーク20によって、データが交換される。接続21は、有線または無線とすることが可能である。通信ネットワーク20は、インターネットまたはプライベートコンピューターネットワークなどのような、より大規模な通信システムまたはネットワークに接続されるか、またはその一部であることが可能であるということが認識されることとなる。加えて、コントローラー22、23、25は、通信ネットワーク20を通して、データライブラリーおよびデータリソースから、情報、データ、およびインストラクションを受け取り、かつ/もしくは、データライブラリーおよびデータリソースへ、情報、データ、およびインストラクションを送ることが可能であり、データライブラリーおよびデータリソースは、本明細書で一般的に「データリソース26」と称することが可能であり、または、代替的に、1つまたは複数のそのようなデータリポジトリーをローカルで貯蔵もしくは収容することが可能である。データリソース26は、それに限定されないが、市場データ、動作データ、および周囲データを含む、いくつかのタイプのデータを含むことが可能である。市場データは、エネルギー販売価格、燃料コスト、人件コスト、規制などのような、市場条件に関する情報を含む。動作データは、発電プラントの中の温度または圧力の測定値、空気流量、燃料流量などのような、発電プラントまたはその発電ユニットの動作条件に関連する情報を含む。周囲データは、周囲空気温度、湿度、および/または圧力などのような、プラントにおける周囲条件に関連した情報を含む。市場データ、動作データ、および周囲データは、履歴記録、現在の条件データ、および/または、予想に関連するデータをそれぞれ含むことが可能である。たとえば、データリソース26は、現在のおよび予想の気象/気候情報、現在のおよび予想の市場条件、発電プラントの動作についての使用状況および性能の履歴記録、および/または、同様のコンポーネントおよび/または構成を有する他の発電プラントの動作に関して測定されたパラメーター、ならびに、必要に応じたおよび/または所望の通りの他のデータを含むことが可能である。動作時に、たとえば、給電指令当局24の電力システムコントローラー25は、電力システム10の中の他のコントローラー22、23からデータを受け取り、かつ電力システム10の中の他のコントローラー22、23にインストラクションを発行することが可能である。次いで、プラントコントローラーおよび負荷コントローラーのそれぞれは、それが担当するシステムコンポーネントを制御し、かつシステムコンポーネントについての情報を電力システムコントローラー25へ中継し、かつ電力システムコントローラー25からインストラクションを受け取る。   The power system 10 also includes a control system or controller 22, 23, 25 that manages or controls the operation of some of the components contained within the power system 10. . For example, the plant controller 22 can control each operation of the power plant 12. The load controller 23 can control the operation of different loads 16 that are part of the power system 10. For example, the load controller 23 can manage the customer's power purchase mode or timing. The power supply command authority 24 can manage certain aspects of the operation of the power system 10 and can include a power system controller 25 that controls the economic power supply procedure. The load start / stop plan is distributed among participating power plants by the economic power supply procedure. The controllers 22, 23, 25 are represented by rectangular blocks, and the controllers 22, 23, 25 can be connected to the communication network 20 via a communication line or communication connection 21, and the communication network 20 exchanges data. Is done. Connection 21 can be wired or wireless. It will be appreciated that the communication network 20 can be connected to or part of a larger communication system or network, such as the Internet or a private computer network. In addition, the controllers 22, 23, 25 receive information, data, and instructions from the data library and data resources and / or to the data library and data resources through the communication network 20. Instructions can be sent and the data library and data resource can be generally referred to herein as “data resource 26” or alternatively, one or more such Data repositories can be stored or stored locally. Data resource 26 may include several types of data including, but not limited to, market data, operational data, and ambient data. Market data includes information about market conditions, such as energy sales prices, fuel costs, labor costs, regulations, and the like. The operational data includes information related to operating conditions of the power plant or its power generation units, such as temperature or pressure measurements in the power plant, air flow, fuel flow, and the like. Ambient data includes information related to ambient conditions in the plant, such as ambient air temperature, humidity, and / or pressure. Market data, operational data, and ambient data can each include historical records, current condition data, and / or data related to forecasts. For example, data resource 26 may include current and forecast weather / climate information, current and forecast market conditions, usage and performance history records for power plant operations, and / or similar components and / or configurations. Can include parameters measured for the operation of other power plants having as well as other data as needed and / or desired. In operation, for example, the power system controller 25 of the power supply command authority 24 receives data from other controllers 22, 23 in the power system 10 and issues instructions to the other controllers 22, 23 in the power system 10. Is possible. Each of the plant controller and the load controller then controls the system components for which it is responsible and relays information about the system components to the power system controller 25 and receives instructions from the power system controller 25.

図2は、本発明による発電プラントの中で使用され得る例示的な火力発電ユニット、すなわち、ガスタービンシステム30の概略ダイアグラムである。図示されているように、ガスタービンシステム30は、圧縮機32、燃焼器34、および、圧縮機32に駆動可能に連結されているタービン36、ならびに、コンポーネントコントローラー31を含む。コンポーネントコントローラー31は、プラントコントローラー22に接続することが可能であり、プラントコントローラー22は、オペレーター39からの通信を受け取るためのユーザー入力デバイスに接続することが可能である。代替的に、コンポーネントコントローラー31とプラントコントローラー22を組み合わせ、単一のコントローラーとすることが可能であるということが認識されることとなる。吸気ダクト40は、周囲空気を圧縮機32へ導く。図3で議論されているように、注入される水および/または他の加湿剤が、吸気ダクト40を通して圧縮機へ導かれ得る。吸気ダクト40は、吸気ダクト40を通って圧縮機32の入口ガイドベーン41の中へ流入する周囲空気の圧力損失に寄与するフィルター、スクリーン、および吸音デバイスを有することが可能である。排気ダクト42は、たとえば、排出制御および吸音デバイスを通して、タービン36の出口から燃焼ガスを導く。吸音材料および排出制御デバイスは、タービン36に背圧を加えることが可能である。タービン36は、電力を作り出す発電機44を駆動することが可能であり、電力は、次いで、送電線14を介して電力システム10を通して分配され得る。   FIG. 2 is a schematic diagram of an exemplary thermal power generation unit or gas turbine system 30 that may be used in a power plant according to the present invention. As shown, the gas turbine system 30 includes a compressor 32, a combustor 34, a turbine 36 that is drivably coupled to the compressor 32, and a component controller 31. The component controller 31 can be connected to the plant controller 22, and the plant controller 22 can be connected to a user input device for receiving communications from an operator 39. Alternatively, it will be appreciated that the component controller 31 and the plant controller 22 can be combined into a single controller. The intake duct 40 guides ambient air to the compressor 32. As discussed in FIG. 3, injected water and / or other humidifiers may be directed through the intake duct 40 to the compressor. The intake duct 40 may have filters, screens, and sound absorbing devices that contribute to the pressure loss of ambient air that flows through the intake duct 40 and into the inlet guide vanes 41 of the compressor 32. The exhaust duct 42 directs combustion gas from the outlet of the turbine 36 through, for example, emission control and sound absorption devices. The sound absorbing material and the emission control device can apply back pressure to the turbine 36. Turbine 36 may drive a generator 44 that produces electrical power, which may then be distributed through power system 10 via transmission line 14.

ガスタービンシステム30の動作は、いくつかのセンサー46によって監視することが可能であり、いくつかのセンサー46は、ガスタービンシステム30の全体を通して様々な動作条件または動作パラメーターを検出し、それは、たとえば、圧縮機32、燃焼器34、タービン36、発電機44、および周囲環境33の中の条件を含む。たとえば、温度センサー46は、周囲温度、圧縮機吐出温度、タービン排気温度、および、ガスタービンシステム30の流路の中の他の温度を監視することが可能である。同様に、圧力センサー46は、周囲圧力、圧縮機入口、圧縮機出口、タービン排気、および、ガスタービンシステムの中の他の適切な場所における静圧および動圧レベルを監視することが可能である。湿球温度計および乾球温度計などのような、湿度センサー46は、圧縮機の吸気ダクトの中の周囲湿度を測定することが可能である。また、センサー46は、フローセンサー、速度センサー、火炎検出器センサー、バルブ位置センサー、ガイドベーン角度センサー、および、ガスタービンシステム30の動作に関する様々な動作パラメーターおよび動作条件を測定するために典型的に使用される他のセンサーを含むことが可能である。本明細書で使用されているように、「パラメーター」という用語は、ガスタービンシステム30または本明細書で説明されている他の発電システムなどのような、システムの中の動作条件を定義するために使用され得る、動作の測定可能な物理的特性を表している。動作パラメーターは、作動流体の経路に沿って定義される場所における温度、圧力、湿度、およびガスフロー特性、ならびに、周囲条件、燃料特性、および、制限なく適切であり得るような他の測定可能な特性を含むことが可能である。また、コントロールシステム31は、いくつかのアクチュエーター47を含み、アクチュエーター47によって、コントロールシステム31は、ガスタービンシステム30の動作を機械的に制御するということが認識されることとなる。アクチュエーター47は、所望の動作の結果またはモードにしたがって、プロセス出力(すなわち、制御された変数)の制御のための特定のプロセス入力(すなわち、操作される変数)の操作を可能にする、可変の設定点または設定値を有する電気機械的なデバイスを含むことが可能である。たとえば、コンポーネントコントローラー31によって発生させられるコマンドは、タービンシステム30の中の1つまたは複数のアクチュエーター47が、フローレベル、燃料スプリット、および/または、燃焼される燃料のタイプを調整する、燃料供給部と燃焼器34との間のバルブを調節することを引き起こすことが可能である。別の例として、コントロールシステム31によって発生させられるコマンドは、1つまたは複数のアクチュエーターが、入口ガイドベーンの配向角度を変更する入口ガイドベーン設定を調節することを引き起こすことが可能である。   The operation of the gas turbine system 30 can be monitored by a number of sensors 46 that detect various operating conditions or parameters throughout the gas turbine system 30, for example, , Compressor 32, combustor 34, turbine 36, generator 44, and ambient environment 33. For example, temperature sensor 46 can monitor ambient temperature, compressor discharge temperature, turbine exhaust temperature, and other temperatures in the flow path of gas turbine system 30. Similarly, the pressure sensor 46 can monitor ambient pressure, compressor inlet, compressor outlet, turbine exhaust, and static and dynamic pressure levels at other suitable locations in the gas turbine system. . A humidity sensor 46, such as a wet bulb thermometer and a dry bulb thermometer, can measure the ambient humidity in the compressor intake duct. The sensor 46 also typically measures flow parameters, speed sensors, flame detector sensors, valve position sensors, guide vane angle sensors, and various operating parameters and operating conditions related to the operation of the gas turbine system 30. It is possible to include other sensors used. As used herein, the term “parameter” is used to define operating conditions within a system, such as the gas turbine system 30 or other power generation system described herein. Represents the measurable physical properties of the motion that can be used. Operating parameters include temperature, pressure, humidity, and gas flow characteristics at locations defined along the working fluid path, as well as other conditions that may be appropriate without limitation, ambient conditions, fuel characteristics, and so on. It is possible to include characteristics. It will also be appreciated that the control system 31 includes several actuators 47 by which the control system 31 mechanically controls the operation of the gas turbine system 30. Actuator 47 is a variable that allows manipulation of specific process inputs (ie, manipulated variables) for control of process outputs (ie, controlled variables) according to the desired operational result or mode. It is possible to include an electromechanical device having a set point or set point. For example, a command generated by the component controller 31 may be a fuel supply that allows one or more actuators 47 in the turbine system 30 to adjust the flow level, fuel split, and / or the type of fuel being burned. It is possible to cause the valve between the combustion chamber 34 to be adjusted. As another example, a command generated by the control system 31 can cause one or more actuators to adjust an inlet guide vane setting that changes the orientation angle of the inlet guide vane.

コンポーネントコントローラー31は、プロセッサーを有するコンピューターシステムであることが可能であり、プロセッサーは、センサー測定値、および、ユーザーまたはプラントオペレーター(以降では、「オペレーター39」)からのインストラクションを使用して、ガスタービンシステム30の動作を制御するようにプログラムコードを実行する。より詳細に以下に議論されているように、コントローラー31によって実行されるソフトウェアは、本明細書で説明されているサブシステムのいずれかを調整するためのスケジューリングアルゴリズムを含むことが可能である。コンポーネントコントローラー31は、そのデジタルメモリーの中に記憶されているアルゴリズムに部分的に基づいて、ガスタービンシステム30を調整することが可能である。これらのアルゴリズムは、たとえば、コンポーネントコントローラー31が、タービン排気の中のNOxおよびCO排出量を、ある所定の排出制限値の中に維持することを可能にし、または、別の場合では、燃焼器燃焼温度を所定の制限値の中に維持することを可能にし得る。アルゴリズムは、圧縮機圧力比、周囲湿度、入口圧力損失、タービン排気背圧などのようなパラメーター変数、ならびに、任意の他の適切なパラメーターのための入力を含むことが可能であるということが認識されることとなる。コンポーネントコントローラー31によって実行されるスケジュールおよびアルゴリズムは、周囲条件の変化に適応しており、周囲条件は、全負荷および部分負荷の動作条件などにおける排出量、燃焼器ダイナミックス、燃焼温度制限値に影響を及ぼす。より詳細に以下に議論されているように、コンポーネントコントローラー31は、ガスタービンシステムの操作性限界を遵守しながら性能目標を満足させる目標を持って、所望のタービン排気温度および燃焼器燃料スプリットを設定するものなどのような、ガスタービンをスケジューリングするためのアルゴリズムを適用することが可能である。たとえば、コンポーネントコントローラー31は、部分負荷動作の間の燃焼器温度上昇およびNOxを決定することが可能であり、動作マージンを燃焼ダイナミックス限界まで増加させ、それによって、発電ユニットの操作性、信頼性、および稼働性を改善するようになっている。   The component controller 31 can be a computer system having a processor that uses a sensor measurement and instructions from a user or plant operator (hereinafter “operator 39”) to produce a gas turbine. Program code is executed to control the operation of the system 30. As discussed in more detail below, the software executed by the controller 31 may include a scheduling algorithm for coordinating any of the subsystems described herein. The component controller 31 can adjust the gas turbine system 30 based in part on algorithms stored in its digital memory. These algorithms, for example, allow the component controller 31 to maintain NOx and CO emissions in the turbine exhaust within certain predetermined emission limits, or in other cases combustor combustion. It may be possible to maintain the temperature within a predetermined limit. It is recognized that the algorithm may include inputs for parameter variables such as compressor pressure ratio, ambient humidity, inlet pressure loss, turbine exhaust back pressure, etc., as well as any other suitable parameters. Will be. The schedule and algorithm executed by the component controller 31 is adapted to changes in ambient conditions, which affect emissions, combustor dynamics, and combustion temperature limit values in full and partial load operating conditions, etc. Effect. As discussed in more detail below, the component controller 31 sets the desired turbine exhaust temperature and combustor fuel split with the goal of meeting performance goals while adhering to the operability limits of the gas turbine system. It is possible to apply an algorithm for scheduling a gas turbine, such as For example, the component controller 31 can determine the combustor temperature rise and NOx during part load operation, increasing the operating margin to the combustion dynamics limit, thereby improving the operability, reliability of the power generation unit. , And to improve operability.

図3を見てみると、本発明の態様による複数の発電ユニットまたはプラントコンポーネント49を有する例示的な発電プラント12の概略ダイアグラムが提供されている。図3の図示されている発電プラント12は、共通の構成であり、したがって、以下に提示されている本発明の例示的な実施形態のいくつかを議論するために使用されることとなる。しかし、認識されることとなるように、本明細書で説明されている方法およびシステムは、図3に示されている発電ユニットよりも多くの発電ユニットを有する発電プラントに、より広く適用可能および拡張可能である可能性があり、一方、図2に図示されているものなどのような単一の発電コンポーネントを有する発電プラントにも依然として適用可能である。図3の発電プラント12は、コンバインドサイクルプラントであり、コンバインドサイクルプラントは、ガスタービンシステム30および蒸気タービンシステム50を含む、いくつかのプラントコンポーネント49を含むということが認識されることとなる。発電は、吸気コンディショニングシステム51、および/または、ダクトファイアリングシステムを有する熱回収蒸気発生器(以降では、「HRSGダクトファイアリングシステム52」)などのような、他のプラントコンポーネント49によって増強され得る。ガスタービンシステム30、HRSGダクトファイアリングシステム52を含む蒸気タービンシステム50、および吸気コンディショニングシステム51のそれぞれは、それぞれのプラントコンポーネントに専用のセンサー46およびアクチュエーター47と電子的に通信するコントロールシステムまたはコンポーネントコントローラー31を含むということが認識されることとなる。本明細書で使用されているように、吸気コンディショニングシステム51は、別段の記述がない限り、圧縮機に進入する前の空気をコンディショニングするために使用されるコンポーネントを表すことが可能であり、それは、吸気チリングシステムすなわちチラー、蒸発器、噴霧器、注水システム、および/または、いくつかの代替的なケースでは、加熱エレメントを含むことが可能である。   Turning to FIG. 3, a schematic diagram of an exemplary power plant 12 having a plurality of power generation units or plant components 49 according to aspects of the present invention is provided. The illustrated power plant 12 of FIG. 3 is a common configuration and will therefore be used to discuss some of the exemplary embodiments of the present invention presented below. However, as will be appreciated, the methods and systems described herein are more widely applicable to power plants having more power generation units than those shown in FIG. While it may be expandable, it is still applicable to power plants having a single power generation component such as that illustrated in FIG. It will be appreciated that the power plant 12 of FIG. 3 is a combined cycle plant, and the combined cycle plant includes several plant components 49, including a gas turbine system 30 and a steam turbine system 50. Power generation may be enhanced by other plant components 49, such as an intake conditioning system 51 and / or a heat recovery steam generator having a duct firing system (hereinafter “HRSG duct firing system 52”). . Each of gas turbine system 30, steam turbine system 50 including HRSG duct firing system 52, and intake conditioning system 51 is a control system or component controller that is in electronic communication with sensors 46 and actuators 47 dedicated to the respective plant components. It will be recognized that 31 is included. As used herein, the intake conditioning system 51 can represent the components used to condition the air prior to entering the compressor, unless otherwise stated, Inlet chilling systems or chillers, evaporators, nebulizers, irrigation systems, and / or in some alternative cases can include heating elements.

動作時に、吸気コンディショニングシステム51は、ガスタービンシステム30に進入する空気を冷却し、ユニットの発電能力を強化するようになっている。HRSGダクトファイアリングシステム52は、燃料を燃やし、追加的な熱を提供し、タービン53を通して膨張させられる蒸気の供給を増加させるようになっている。このように、HRSGダクトファイアリングシステム52は、ガスタービンシステムからの高温排気ガス55によって供給されるエネルギーを増強し、それによって、蒸気タービンシステムの発電能力を増加させる。   In operation, the intake conditioning system 51 cools the air entering the gas turbine system 30 and enhances the power generation capacity of the unit. The HRSG duct firing system 52 is adapted to burn fuel, provide additional heat, and increase the supply of steam that is expanded through the turbine 53. Thus, the HRSG duct firing system 52 enhances the energy supplied by the hot exhaust gas 55 from the gas turbine system, thereby increasing the power generation capacity of the steam turbine system.

例示的な動作として、図3の発電プラント12は、燃焼のために燃料のフローをガスタービンシステム30の燃焼器34へ方向付けする。タービン36は、燃焼ガスによって動力を与えられ、圧縮機32および発電機44を駆動し、発電機44は、電力システム10の送電線14へ電気エネルギーを送達する。ガスタービンシステム30のコンポーネントコントローラー31は、燃料流量に関するガスタービンシステムのためのコマンドを設定し、かつ空気入口温度、湿度、電力出力、シャフト速度、および、排気ガスの温度などのような、ガスタービンシステムからセンサーデータを受け取ることが可能である。また、コンポーネントコントローラー31は、圧力センサーおよび温度センサー、フロー制御デバイス、ならびに、ガスタービンシステムの動作を監視する他のデバイスから、他の動作データを収集することが可能である。コンポーネントコントローラー31は、ガスタービンシステムの動作に関するデータを送り、かつプロセス入力を制御するアクチュエーターのための設定点に関するインストラクションをプラントコントローラー22から受け取ることが可能である。   As an exemplary operation, the power plant 12 of FIG. 3 directs the flow of fuel to the combustor 34 of the gas turbine system 30 for combustion. Turbine 36 is powered by combustion gases and drives compressor 32 and generator 44, which delivers electrical energy to transmission line 14 of power system 10. The component controller 31 of the gas turbine system 30 sets commands for the gas turbine system with respect to fuel flow rate, and the gas turbine, such as air inlet temperature, humidity, power output, shaft speed, and exhaust gas temperature. It is possible to receive sensor data from the system. The component controller 31 can also collect other operational data from pressure and temperature sensors, flow control devices, and other devices that monitor the operation of the gas turbine system. The component controller 31 can send data regarding the operation of the gas turbine system and receive instructions from the plant controller 22 regarding set points for actuators that control process inputs.

特定の動作のモードの間に、ガスタービンシステム30に進入する空気は、吸気コンディショニングシステム51によって冷却され、または別の方法でコンディショニングされ得、ガスタービンシステムの発電能力を増強するようになっている。吸気コンディショニングシステム51は、冷却水のための冷蔵(refrigeration)システム65と、吸気コンディショニングシステム51の動作を制御するコンポーネントコントローラー31とを含むことが可能である。この場合には、コンポーネントコントローラー31は、冷却水の温度に関する情報、ならびに、所望の注入のレベルに関するインストラクションを受け取ることが可能であり、インストラクションは、プラントコントローラー22から来ることが可能である。また、吸気コンディショニングシステム51のコンポーネントコントローラー31は、冷蔵システム65が特定の温度および流量を有する冷却水を作り出すことを引き起こすコマンドを発行することが可能である。吸気コンディショニングシステム51のコンポーネントコントローラー31は、吸気コンディショニングシステム51の動作に関するデータを送ることが可能である。   During certain modes of operation, air entering the gas turbine system 30 may be cooled or otherwise conditioned by the intake conditioning system 51 to enhance the power generation capacity of the gas turbine system. . The intake air conditioning system 51 can include a refrigeration system 65 for cooling water and a component controller 31 that controls the operation of the intake air conditioning system 51. In this case, the component controller 31 can receive information regarding the temperature of the cooling water, as well as instructions regarding the desired level of injection, which can come from the plant controller 22. Also, the component controller 31 of the intake conditioning system 51 can issue commands that cause the refrigeration system 65 to create cooling water having a specific temperature and flow rate. The component controller 31 of the intake air conditioning system 51 can send data related to the operation of the intake air conditioning system 51.

蒸気タービンシステム50は、タービン53およびHRSGダクトファイアリングシステム52、ならびに、図示されているように、蒸気タービンシステム50の動作の制御に専用のコンポーネントコントローラー31を含むことが可能である。ガスタービンシステム30の排気ダクトからの高温排気ガス55は、蒸気タービンシステム50の中へ方向付けされ、蒸気を作り出すことが可能であり、蒸気は、タービン53を通して膨張させられる。認識されることとなるように、HRSGダクトファイアリングシステムは、蒸気の生産のための追加的なエネルギーを提供するために常時使用され、蒸気タービンシステムの発電能力を増加させるようになっている。蒸気によってタービン53の中に誘発される回転は、発電機44を駆動し、電気エネルギーを作り出すようになっており、次いで、電気エネルギーは、送電線14を横切って電力システム10の中で販売されるということが認識されることとなる。蒸気タービンシステム50のコンポーネントコントローラー31は、ダクトファイアリングデバイス52によって燃やされる燃料の流量を設定し、それによって、排気ガス55単独で作り出され得る量を超えて、蒸気の発生を増加させることが可能である。蒸気タービンシステム50のコンポーネントコントローラー31は、プラントコンポーネント49の動作に関するデータを送り、蒸気タービンシステム50がどのように動作するべきかということに関するインストラクションをそのデータから受け取ることが可能である。   The steam turbine system 50 may include a turbine 53 and an HRSG duct firing system 52 and a component controller 31 dedicated to controlling the operation of the steam turbine system 50, as shown. Hot exhaust gas 55 from the exhaust duct of the gas turbine system 30 is directed into the steam turbine system 50 and can produce steam, which is expanded through the turbine 53. As will be appreciated, HRSG duct firing systems are constantly used to provide additional energy for the production of steam to increase the power generation capacity of the steam turbine system. The rotation induced in the turbine 53 by the steam drives the generator 44 to produce electrical energy, which is then sold in the power system 10 across the transmission line 14. Will be recognized. The component controller 31 of the steam turbine system 50 can set the flow rate of fuel burned by the duct firing device 52, thereby increasing steam generation beyond the amount that can be produced by the exhaust gas 55 alone. It is. The component controller 31 of the steam turbine system 50 may send data regarding the operation of the plant component 49 and receive instructions from that data regarding how the steam turbine system 50 should operate.

図3のプラントコントローラー22は、図示されているように、コンポーネントコントローラー31のそれぞれに接続され、これらの接続を介して、いくつかのプラントコンポーネント49のセンサー46およびアクチュエーター47と通信することが可能である。発電プラント12を制御することの一部として、プラントコントローラー22は、発電プラント12の動作をシミュレートすることが可能である。より具体的には、プラントコントローラー22は、デジタルモデル(または、単に「モデル」)を含み、または、デジタルモデルと通信することが可能であり、モデルは、それぞれのプラントコンポーネント49の動作をシミュレートする。モデルは、プロセス入力変数をプロセス出力変数に相関させるアルゴリズムを含むことが可能である。アルゴリズムは、インストラクション、ロジック、数学的公式、機能的関係の記述、スケジュール、データ収集などのセットを含むことが可能である。この場合には、プラントコントローラー22は、ガスタービンシステム30の動作をモデル化するガスタービンモデル60と、吸気コンディショニングシステム51の動作をモデル化する吸気コンディショニングシステムモデル61と、蒸気タービンシステム50およびHRSGダクトファイアリングシステム52の動作をモデル化する蒸気タービンモデル62とを含む。一般的な注釈として、システムおよびその関連のモデル、ならびに、本明細書で提供される方法の別個のステップは、本発明の範囲から実質的に逸脱することなく、様々な方式で細分化され、かつ/または、組み合わせられ得るということ、および、それぞれが説明される様式は、別段の記述または請求がない限り、例示的なものであるということが認識されることとなる。これらのモデルを使用して、プラントコントローラー22は、たとえば、熱力学的性能または動作を記述するパラメーターなど、発電プラント12の動作をシミュレートすることが可能である。   The plant controller 22 of FIG. 3 is connected to each of the component controllers 31, as shown, and can communicate with sensors 46 and actuators 47 of several plant components 49 via these connections. is there. As part of controlling the power plant 12, the plant controller 22 can simulate the operation of the power plant 12. More specifically, the plant controller 22 includes or can communicate with a digital model (or simply “model”), which simulates the operation of each plant component 49. To do. The model can include an algorithm that correlates process input variables to process output variables. Algorithms can include sets of instructions, logic, mathematical formulas, functional relationship descriptions, schedules, data collection, and the like. In this case, the plant controller 22 includes a gas turbine model 60 that models the operation of the gas turbine system 30, an intake conditioning system model 61 that models the operation of the intake conditioning system 51, the steam turbine system 50, and the HRSG duct. A steam turbine model 62 that models the operation of the firing system 52. As a general note, the system and its associated model, and the separate steps of the methods provided herein, can be subdivided in various ways without substantially departing from the scope of the present invention, It will be appreciated that and / or can be combined, and that the manner in which each is described is exemplary unless specifically stated or claimed. Using these models, the plant controller 22 can simulate the operation of the power plant 12, such as, for example, parameters describing thermodynamic performance or operation.

次いで、プラントコントローラー22は、シミュレーションからの結果を使用することが可能であり、最適化された動作モードを決定するようになっている。そのような最適化された動作モードは、パラメーターセットによって記述され得、パラメーターセットは、複数の動作パラメーターおよび/もしくはアクチュエーターのための設定点、ならびに/または他の動作条件を含む。本明細書で使用されているように、最適化された動作モードは、最低でも、定義された基準または性能指標による少なくとも1つの代替的な動作モードよりも好ましい動作モードであり、定義された基準または性能指標は、プラント動作を評価するためにオペレーターによって選択され得る。より具体的には、最適化された動作モードは、本明細書で使用されているように、またプラントモデルによってシミュレートされた1つまたは複数の他の可能性のある動作モードよりも好ましいものとして評価される動作モードである。最適化された動作モードは、発電プラントがそれぞれの動作モードの下で動作することをモデルがどのように予測するかということを評価することによって決定される。以下に議論されているように、オプティマイザー64、たとえば、デジタルソフトウェア最適化プログラムは、様々なパラメーターセットにしたがってデジタル発電プラントモデルを走らせ、次いで、結果を評価することによって、好ましいまたは最適化された動作のモードを特定することが可能である。設定点の変化は、分析のために選ばれた設定点の周りで適用される摂動によって発生させられ得る。これらは、履歴動作に部分的に基づくことが可能である。最適化された動作モードは、1つまたは複数の定義されたコスト関数に基づいて、オプティマイザー64によって決定され得るということが認識されることとなる。そのようなコスト関数は、たとえば、電力を作り出すコスト、収益性、効率、または、オペレーター39によって定義されるようないくつかの他の基準を考慮することが可能である。   The plant controller 22 can then use the results from the simulation to determine an optimized mode of operation. Such an optimized operating mode may be described by a parameter set, which includes a plurality of operating parameters and / or set points for actuators, and / or other operating conditions. As used herein, an optimized mode of operation is at least a preferred mode of operation over at least one alternative mode of operation with defined criteria or performance metrics, Alternatively, performance indicators can be selected by an operator to evaluate plant operation. More specifically, an optimized mode of operation is preferred over one or more other possible modes of operation as used herein and simulated by a plant model. Is an operation mode evaluated as The optimized mode of operation is determined by evaluating how the model predicts that the power plant will operate under each mode of operation. As discussed below, the optimizer 64, eg, a digital software optimization program, is preferred or optimized by running a digital power plant model according to various parameter sets and then evaluating the results. It is possible to specify the mode of operation. The change in set point can be generated by a perturbation applied around the set point selected for analysis. These can be based in part on historical behavior. It will be appreciated that the optimized mode of operation can be determined by the optimizer 64 based on one or more defined cost functions. Such a cost function can take into account, for example, the cost of generating power, profitability, efficiency, or some other criteria as defined by the operator 39.

コストおよび収益性を決定するために、プラントコントローラー22は、経済モデル63を含み、または、経済モデル63と通信することが可能であり、経済モデル63は、たとえば、ガスタービンシステム、吸気コンディショニングシステム、およびHRSGダクトファイアリングシステムで使用される燃料のコストなど、電力の価格および特定の他の可変コストを追跡する。経済モデル63は、プラントコントローラー22によって使用されるデータを提供し、提案される設定点(すなわち、選ばれた設定点であり、それについての動作が、最適化された設定点を決定するためにモデル化される)のうちのどれが最小生産コストまたは最大収益性を表すかということを判断することが可能である。他の実施形態によれば、より詳細に図4で議論されているように、プラントコントローラー22のオプティマイザー64は、カルマンフィルターなどのようなフィルターを含み、または、そのようなフィルターとともに動作し、デジタルモデルをチューニング、調節、および較正することを支援することが可能であり、モデルが、発電プラント12の動作を正確にシミュレートするようになっている。以下に議論されているように、モデルは、動的モデルとすることが可能であり、動的モデルは、学習モードを含み、学習モードでは、実際の動作(すなわち、発電プラント12の実際の動作を反映する測定された動作パラメーターに関する値)と予測される動作(すなわち、モデルが予測した同じ動作パラメーターに関する値)との間で行われる比較を介して、モデルがチューニングされ、または照合調整される(reconciled)。また、コントロールシステムの一部として、フィルターは、リアルタイムで、または、たとえば、数分ごともしくは1時間ごと、または指定通りになど、ほぼリアルタイムで、モデルを調節または較正するために使用され得る。   To determine cost and profitability, the plant controller 22 includes or can communicate with an economic model 63, which can be, for example, a gas turbine system, an intake conditioning system, And track the price of power and certain other variable costs, such as the cost of fuel used in the HRSG duct firing system. The economic model 63 provides the data used by the plant controller 22 and the proposed setpoint (ie, the selected setpoint, the operation on which is determined to determine the optimized setpoint. It is possible to determine which of the (modelled) represents the minimum production cost or maximum profitability. According to other embodiments, as discussed in more detail in FIG. 4, the optimizer 64 of the plant controller 22 includes a filter, such as a Kalman filter, or operates with such a filter, It is possible to assist in tuning, adjusting, and calibrating the digital model, such that the model accurately simulates the operation of the power plant 12. As discussed below, the model can be a dynamic model, which includes a learning mode, where the actual operation (ie, the actual operation of the power plant 12). The model is tuned or matched through comparisons made between the predicted behavior (ie, the value for the same behavior parameter predicted by the model) (Reconciled). Also, as part of the control system, the filter can be used to adjust or calibrate the model in real time or in near real time, eg, every few minutes or every hour, or as specified.

プラントコントローラー22によって発生させられる最適化された設定点は、推奨される動作のモードを表し、たとえば、ガスタービンシステムのための燃料設定および空気設定、吸気コンディショニングシステムのための温度および水質量流量、蒸気タービンシステム50の中でのダクトファイアリングのレベルを含むことが可能である。特定の実施形態によれば、これらの示唆される動作設定点は、コンピューターディスプレイスクリーン、プリンター、またはサウンドスピーカーなどのような、インターフェースデバイスを介して、オペレーター39に提供され得る。最適化された設定点を知ることによって、オペレーターは、次いで、プラントコントローラー22および/またはコンポーネントコントローラー31の中へ設定点を入力することが可能であり、プラントコントローラー22および/またはコンポーネントコントローラー31は、次いで、推奨される動作のモードを実現するための制御情報を発生させる。最適化された設定点が、動作モードを実現するための特定の制御情報を含まないような実施形態では、コンポーネントコントローラーが、このために必要な制御情報を提供することが可能であり、より詳細に以下に議論されているように、コンポーネントコントローラーは、次の最適化サイクルまで、推奨される動作モードにしたがって、クローズドループの様式でプラントコンポーネントを制御し続けることが可能である。また、オペレーターの選択に応じて、プラントコントローラー22は、オペレーターの関与なしで、最適化された設定点を直接的にまたは自動的に実装することが可能である。   The optimized set point generated by the plant controller 22 represents the recommended mode of operation, for example, fuel and air settings for the gas turbine system, temperature and water mass flow for the intake conditioning system, The level of duct firing in the steam turbine system 50 can be included. According to certain embodiments, these suggested operating set points may be provided to operator 39 via an interface device, such as a computer display screen, printer, or sound speaker. By knowing the optimized set point, the operator can then enter the set point into the plant controller 22 and / or component controller 31, where the plant controller 22 and / or component controller 31 Next, control information for realizing a recommended mode of operation is generated. In embodiments where the optimized set point does not include specific control information for realizing the mode of operation, the component controller can provide the control information necessary for this, and more As discussed below, the component controller can continue to control the plant components in a closed loop manner according to the recommended operating mode until the next optimization cycle. Also, depending on the operator's choice, the plant controller 22 can directly or automatically implement the optimized set point without operator involvement.

例示的な動作として、図3の発電プラント12は、燃焼のためにガスタービンシステム30の燃焼器34へ燃料のフローを方向付けする。タービン36は、燃焼ガスによって動力を与えられ、圧縮機32および発電機44を駆動し、圧縮機32および発電機44は、電力システム10の送電線14へ電気エネルギーを送達する。コンポーネントコントローラー31は、燃料流量に関するガスタービンシステム30のためのコマンドを設定し、かつ空気入口温度および湿度、電力出力、シャフト速度、ならびに、排気ガスの温度などのような、ガスタービンシステム30からのセンサーデータを受け取ることが可能である。また、コンポーネントコントローラー31は、圧力センサーおよび温度センサー、フロー制御デバイス、ならびに、ガスタービンシステム30を監視する他のデバイスから、他の動作データを収集することが可能である。ガスタービンシステム30のコンポーネントコントローラー31は、システムの動作に関するデータを送り、かつプロセス入力を制御するアクチュエーターのための設定点に関するインストラクションをプラントコントローラー22から受け取ることが可能である。   As an exemplary operation, the power plant 12 of FIG. 3 directs the flow of fuel to the combustor 34 of the gas turbine system 30 for combustion. Turbine 36 is powered by combustion gases and drives compressor 32 and generator 44, which delivers electrical energy to power line 14 of power system 10. The component controller 31 sets commands for the gas turbine system 30 with respect to fuel flow and from the gas turbine system 30 such as air inlet temperature and humidity, power output, shaft speed, and exhaust gas temperature. It is possible to receive sensor data. In addition, the component controller 31 can collect other operational data from pressure and temperature sensors, flow control devices, and other devices that monitor the gas turbine system 30. The component controller 31 of the gas turbine system 30 can send data regarding the operation of the system and receive instructions from the plant controller 22 regarding set points for actuators that control process inputs.

特定の動作のモードの間に、ガスタービンシステム30に進入する空気は、吸気コンディショニングシステム51から入口空気ダクト40に供給される冷水によって冷却され得る。ガスタービンに進入する空気を冷却することは、電力を発生させるためのガスタービンエンジンの能力を増強するために行われ得るということが認識されることとなる。吸気コンディショニングシステム51は、冷却水のための冷蔵システムまたは冷蔵器65と、コンポーネントコントローラー31とを含むことが可能である。この場合には、コンポーネントコントローラー31は、冷却水の温度に関する情報、および、取り入れ空気の所望の冷却に関するコマンドを受け取る。これらのコマンドは、プラントコントローラー22から来ることが可能である。また、吸気コンディショニングシステム51のコンポーネントコントローラー31は、冷蔵システム65が特定の温度および流量を有する冷却水を作り出すことを引き起こすコマンドを発行することが可能である。吸気コンディショニングシステム51のコンポーネントコントローラー31は、吸気コンディショニングシステム51の動作に関するデータを送り、かつコントローラー22からインストラクションを受け取ることが可能である。   During certain modes of operation, the air entering the gas turbine system 30 may be cooled by cold water supplied to the inlet air duct 40 from the intake conditioning system 51. It will be appreciated that cooling the air entering the gas turbine can be done to enhance the ability of the gas turbine engine to generate power. The intake air conditioning system 51 can include a refrigeration system or refrigerator 65 for cooling water and a component controller 31. In this case, the component controller 31 receives information regarding the temperature of the cooling water and commands regarding the desired cooling of the intake air. These commands can come from the plant controller 22. Also, the component controller 31 of the intake conditioning system 51 can issue commands that cause the refrigeration system 65 to create cooling water having a specific temperature and flow rate. The component controller 31 of the intake conditioning system 51 can send data related to the operation of the intake conditioning system 51 and receive instructions from the controller 22.

蒸気タービンシステム50は、ダクトファイアリングデバイスを備えるHRSG52、蒸気タービン53、および、蒸気タービンシステム50の動作に専用であり得るコンポーネントコントローラー31を含むことが可能である。ガスタービンシステム30の排気ダクト42からの高温排気ガス55は、蒸気タービンシステム50の中へ方向付けされ、蒸気タービンシステム50を駆動する蒸気を作り出す。HRSGダクトファイアリングシステム52は、追加的な熱エネルギーを提供するために使用され、蒸気を作り出すことが可能であり、蒸気タービンシステム50の発電能力を増加させるようになっている。蒸気タービン53は、発電機44を駆動し、電気エネルギーを作り出し、電気エネルギーは、送電線14を介して電力システム10に送達される。蒸気タービンシステム50のコンポーネントコントローラー31は、ダクトファイアリングデバイス52によって燃やされる燃料の流量を設定することが可能である。ダクトファイアリングデバイスによって発生させられる熱は、タービン36単独からの排気ガス55によって作り出される量を超えて、蒸気の発生を増加させる。蒸気タービンシステム50のコンポーネントコントローラー31は、システムの動作に関するデータを送り、かつプラントコントローラー22からのインストラクションを受け取ることが可能である。   The steam turbine system 50 may include an HRSG 52 comprising a duct firing device, a steam turbine 53, and a component controller 31 that may be dedicated to the operation of the steam turbine system 50. Hot exhaust gas 55 from the exhaust duct 42 of the gas turbine system 30 is directed into the steam turbine system 50 and produces steam that drives the steam turbine system 50. The HRSG duct firing system 52 is used to provide additional thermal energy, is capable of producing steam, and increases the power generation capacity of the steam turbine system 50. The steam turbine 53 drives a generator 44 to produce electrical energy that is delivered to the power system 10 via the transmission line 14. The component controller 31 of the steam turbine system 50 can set the flow rate of the fuel burned by the duct firing device 52. The heat generated by the duct firing device exceeds the amount produced by the exhaust gas 55 from the turbine 36 alone, increasing the generation of steam. The component controller 31 of the steam turbine system 50 can send data regarding the operation of the system and receive instructions from the plant controller 22.

プラントコントローラー22は、オペレーター39およびデータリソース26と通信し、たとえば、送達される電力に関する価格および需要などのような市場条件についてのデータを受け取ることが可能である。特定の実施形態によれば、プラントコントローラー22は、ガスタービンシステム30、吸気コンディショニングシステム51、および蒸気タービンシステム50に対する所望の動作設定点に関するオペレーター39への推奨を発行する。プラントコントローラー22は、発電プラント12のコンポーネントおよびサブシステムの動作についてのデータを受け取り、記憶することが可能である。プラントコントローラー22は、プロセッサーと、データ、デジタルモデル60、61、62、63、オプティマイザー64、および、他のコンピュータープログラムを記憶するメモリーとを有する、コンピューターシステムであることが可能である。コンピューターシステムは、単一の物理的なまたは仮想的なコンピューティングデバイスの中に具現化されるか、または、ローカルのまたはリモートのコンピューティングデバイスにわたって分散され得る。デジタルモデル60、61、62、63は、システムのそれぞれの動作パラメーターに関係する、たとえば、伝達関数などのアルゴリズムのセットとして具現化され得る。モデルは、物理学に基づく空気熱力学的コンピューターモデル、回帰適合モデル、または、他の適切なコンピューター実装型モデルを含むことが可能である。好適な実施形態によれば、モデル60、61、62、63は、定期的に、自動的に、および、リアルタイムで、またはほぼリアルタイムで、チューニングされ、調節され、もしくは較正され、または、予測される動作と実際の動作の測定されたパラメーターとの間の進行中の比較にしたがってチューニングされ得る。モデル60、61、62、63は、フィルターを含むことが可能であり、フィルターは、コンバインドサイクル発電プラントの実際の物理的なおよび熱力学的な動作条件に関するデータ入力を受け取る。これらのデータ入力は、発電プラント12の動作の間に、リアルタイムで、または、5分ごと、15分ごと、1時間ごと、1日ごとなど周期的に、フィルターに供給され得る。データ入力は、デジタルモデル60、61、62、63によって予測されるデータと比較され得、比較に基づいて、モデルは、連続的に改良され得る。   The plant controller 22 can communicate with the operator 39 and the data resource 26 and receive data about market conditions such as, for example, prices and demands for delivered power. According to certain embodiments, plant controller 22 issues recommendations to operator 39 regarding desired operating set points for gas turbine system 30, intake conditioning system 51, and steam turbine system 50. The plant controller 22 can receive and store data about the operation of the components and subsystems of the power plant 12. The plant controller 22 can be a computer system having a processor and memory for storing data, digital models 60, 61, 62, 63, an optimizer 64, and other computer programs. The computer system may be embodied in a single physical or virtual computing device or distributed across local or remote computing devices. The digital models 60, 61, 62, 63 may be embodied as a set of algorithms, such as transfer functions, related to the respective operating parameters of the system. The model can include a physics-based aerothermodynamic computer model, regression fit model, or other suitable computer-implemented model. According to a preferred embodiment, the models 60, 61, 62, 63 are tuned, adjusted, calibrated or predicted periodically, automatically and in real time or near real time. Can be tuned according to an ongoing comparison between measured motion and measured parameters of actual motion. The models 60, 61, 62, 63 can include a filter that receives data input regarding the actual physical and thermodynamic operating conditions of the combined cycle power plant. These data inputs may be supplied to the filter during operation of the power plant 12 in real time or periodically, such as every 5 minutes, every 15 minutes, every hour, every day, etc. The data input can be compared with the data predicted by the digital models 60, 61, 62, 63, and based on the comparison, the model can be continuously improved.

図4は、プラントコントローラー22の概略システム構成を図示しており、プラントコントローラー22は、本発明の態様による、フィルター70、人工ニューラルネットワーク構成71(「ニューラルネットワーク71」)、およびオプティマイザー64を含む。フィルター70は、たとえば、カルマンフィルターであることが可能であり、フィルター70は、発電プラント12のセンサー46からの測定された動作パラメーターの実際のデータ72を、発電プラント12の動作をシミュレートする、モデル60、61、62、63およびニューラルネットワーク71によって予測される同じ動作パラメーターのデータ73と比較することが可能である。次いで、実際のデータと予測されるデータとの間の相違が、フィルター70によって使用され、ニューラルネットワーク71およびデジタルモデルによってシミュレートされた発電プラントのモデルをチューニングすることが可能である。   FIG. 4 illustrates a schematic system configuration of the plant controller 22, which includes a filter 70, an artificial neural network configuration 71 (“neural network 71”), and an optimizer 64 according to aspects of the present invention. . The filter 70 can be, for example, a Kalman filter, which simulates the operation of the power plant 12 with actual data 72 of measured operating parameters from the sensor 46 of the power plant 12. It is possible to compare with the data 73 of the same operating parameters predicted by the models 60, 61, 62, 63 and the neural network 71. The difference between the actual and predicted data can then be used by the filter 70 to tune the power plant model simulated by the neural network 71 and the digital model.

本発明の特定の態様は、ニューラルネットワークベースのモデルの形態のモデルを参照して本明細書で説明されているが、本発明は、それらに限定されないが、物理学に基づくモデル、データ駆動型モデル、経験的に開発されたモデル、ヒューリスティクスに基づくモデル、サポートベクトルマシンモデル、線形回帰によって開発されたモデル、「第1の原理」の知識を使用して開発されたモデルなどを含む、他のタイプのモデルを使用して実装され得るということが予期されるということが理解されるべきである。追加的に、操作される変数/外乱変数と制御される変数との間の関係を適正に取り込むために、特定の好適な実施形態によれば、発電プラントモデルは、以下の特性のうちの1つまたは複数を有することが可能である。1)非直線性(非直線モデルは、操作される変数/外乱変数と制御される変数との間の、直線ではなくむしろ曲線の関係を表すことができる);2)複数の入力/複数の出力(モデルは、複数の入力(操作される変数および外乱変数)と複数の出力(制御される変数)との間の関係を取り込むことができる);3)動的であるということ(入力の変化が、瞬間的に出力に影響を及ぼすのではなく、むしろ、時間遅延が存在することが可能であり、時間遅延に続いて、変化に対する動的応答が起こり、たとえば、入力の変化がシステムにわたって十分に伝播するのに数分を要することが可能である。最適化システムは、所定の頻度で実行するので、モデルは、これらの経時的な変化の効果を表し、それを考慮に入れなければならない);4)適応的であるということ(モデルは、それぞれの最適化の開始時に更新され、現在の動作条件を反映することが可能である);および5)経験的データから導出されるということ(それぞれの発電プラントは固有であるので、モデルは、発電ユニットから得られる経験的データから導出され得る)。先述の要件を前提とすると、ニューラルネットワークベースのアプローチが、必要なプラントモデルを実装するのに好適な技術である。ニューラルネットワークは、高度な回帰アルゴリズムを使用して、経験的データに基づいて開発され得る。認識されることとなるように、ニューラルネットワークは、発電プラントコンポーネントの動作において一般に示される非直線性を取り込むことができる。また、ニューラルネットワークは、複数の入力および出力を備えるシステムを表すために使用され得る。加えて、ニューラルネットワークは、フィードバックバイアスまたはオンライン適応的学習のいずれかを使用して更新され得る。また、動的モデルは、ニューラルネットワークベースの構造の中に実装され得る。様々な異なるタイプのモデルアーキテクチャーが、動的ニューラルネットワークの実装形態に関して使用されてきた。ニューラルネットワークモデルアーキテクチャーの多くが、動的ニューラルネットワークを上手く訓練するために大量のデータを必要とする。ロバストな発電プラントモデルを前提とすると、操作される変数の変化が制御される変数に与える効果を算出することが可能である。そのうえ、プラントモデルは動的であるので、将来の計画対象期間にわたって、操作される変数の変化の効果を算出することが可能である。   Although certain aspects of the invention have been described herein with reference to models in the form of neural network based models, the invention is not limited thereto, but is based on physics based models, data driven Including models, models developed empirically, models based on heuristics, support vector machine models, models developed by linear regression, models developed using "first principle" knowledge, etc. It should be understood that it can be expected to be implemented using this type of model. Additionally, in order to properly capture the relationship between the manipulated / disturbance variable and the controlled variable, according to certain preferred embodiments, the power plant model has one of the following characteristics: It is possible to have one or more. 1) Non-linearity (non-linear model can represent a curve rather than a straight line between manipulated / disturbance variables and controlled variables); 2) multiple inputs / multiple Output (the model can capture the relationship between multiple inputs (manipulated variables and disturbance variables) and multiple outputs (controlled variables)); 3) being dynamic (input A change does not instantaneously affect the output, but rather there can be a time delay, followed by a dynamic response to the change, e.g. an input change across the system It can take a few minutes to propagate well, since the optimization system runs at a predetermined frequency, the model represents the effect of these changes over time and must be taken into account 4) Suitable (The model can be updated at the start of each optimization to reflect current operating conditions); and 5) derived from empirical data (each power plant Is unique, the model can be derived from empirical data obtained from the power generation unit). Given the above requirements, a neural network based approach is a preferred technique for implementing the required plant model. Neural networks can be developed based on empirical data using advanced regression algorithms. As will be appreciated, neural networks can capture non-linearities that are commonly shown in the operation of power plant components. A neural network can also be used to represent a system with multiple inputs and outputs. In addition, the neural network can be updated using either feedback bias or online adaptive learning. The dynamic model can also be implemented in a neural network based structure. A variety of different types of model architectures have been used for dynamic neural network implementations. Many neural network model architectures require large amounts of data to successfully train dynamic neural networks. Assuming a robust power plant model, it is possible to calculate the effect that changes in manipulated variables have on controlled variables. Moreover, since the plant model is dynamic, it is possible to calculate the effect of changes in the manipulated variables over the future planning period.

フィルター70は、デジタルモデルおよびニューラルネットワークの入力または出力に適用される性能乗数を発生させることが可能であり、または、論理ユニットに適用される重み付け、および、デジタルモデルおよびニューラルネットワークによって使用されるアルゴリズムを修正することが可能である。フィルターによるこれらの作用は、実際の条件データと予測されるデータとの間の相違を低減させる。フィルターは、相違をさらに低減し、または起こり得る変動に対処するように動作し続ける。例として、フィルター70は、ガスタービンの中の圧縮機吐出圧力および温度、ガスタービンおよび蒸気タービンの効率、ガスタービンシステム、吸気コンディショニングシステム、およびHRSGダクトファイアリングシステムへの燃料のフロー、ならびに/または、他の適切なパラメーターに関する予測されたデータのための性能乗数を発生させることが可能である。動作データのこれらのカテゴリーは、経時的な性能の劣化を受ける動作パラメーターを反映するということが認識されることとなる。これらのタイプのデータのための性能乗数を提供することによって、フィルター70は、モデルおよびニューラルネットワークを調節し、発電プラントの性能の劣化を考慮する際に、とりわけ有用である可能性がある。   The filter 70 can generate a performance multiplier that is applied to the input or output of the digital model and neural network, or a weight applied to the logic unit, and an algorithm used by the digital model and neural network. Can be corrected. These effects by the filter reduce the difference between actual condition data and predicted data. The filter continues to operate to further reduce differences or to handle possible variations. By way of example, the filter 70 may include compressor discharge pressure and temperature in a gas turbine, gas turbine and steam turbine efficiency, gas turbine system, intake conditioning system, and flow of fuel to the HRSG duct firing system, and / or It is possible to generate a performance multiplier for the predicted data for other suitable parameters. It will be appreciated that these categories of operational data reflect operational parameters subject to performance degradation over time. By providing performance multipliers for these types of data, the filter 70 may be particularly useful in adjusting models and neural networks to account for degradation of power plant performance.

図4に図示されているように、本発明の特定の実施形態によれば、図3の発電プラントのいくつかのプラントコンポーネント49のデジタルモデル60、61、62、63のそれぞれは、アルゴリズムを含み、アルゴリズムは、いくつかのグラフによって表されており、グラフは、対応するシステムをモデル化するために使用される。モデルは、ニューラルネットワーク71と相互作用および通信し、そうする際に、ニューラルネットワーク71は、コンバインドサイクル発電プラント12の全体のモデルを形成するということが認識されることとなる。このように、ニューラルネットワークは、プラントの熱力学的および経済的な動作をシミュレートする。図4において実線の矢印によって示されているように、ニューラルネットワーク71は、モデル60、61、62、63によって出力されるデータを収集し、かつ、デジタルモデルによって入力として使用されることとなるデータを提供する。   As shown in FIG. 4, according to a particular embodiment of the invention, each of the digital models 60, 61, 62, 63 of several plant components 49 of the power plant of FIG. The algorithm is represented by several graphs, which are used to model the corresponding system. It will be appreciated that the model interacts and communicates with the neural network 71 and in doing so the neural network 71 forms an overall model of the combined cycle power plant 12. Thus, the neural network simulates the thermodynamic and economic operation of the plant. As shown by the solid arrows in FIG. 4, the neural network 71 collects data output by the models 60, 61, 62, 63 and is to be used as input by the digital model. I will provide a.

また、図4のプラントコントローラー22は、コンピュータープログラムなどのようなオプティマイザー64を含み、オプティマイザー64は、ニューラルネットワーク71と相互作用し、ガスタービンシステム、吸気コンディショニングシステム、蒸気タービンシステム、およびHRSGダクトファイアリングシステムに関する最適な設定点を探索し、定義された性能目標を実現する。性能目標は、たとえば、発電プラントの収益性を最大化することとすることが可能である。オプティマイザー64は、ニューラルネットワーク71が様々な動作設定点においてデジタルモデル60、61、62、63を走らせることを引き起こすことが可能である。オプティマイザー64は、摂動アルゴリズムを有することが可能であり、摂動アルゴリズムは、モデルの動作設定点を変化させることを支援する。摂動アルゴリズムは、デジタルモデルおよびニューラルネットワークによって提供されるコンバインドサイクル発電プラントのシミュレーションが、プラントに関する現在の動作設定点とは異なる設定点において動作することを引き起こす。異なる設定点における発電プラントの動作をシミュレートすることによって、オプティマイザー64は、より経済的にプラントが動作することを引き起こすこととなる動作設定点、または、オペレーター39によって定義され得るいくつかの他の基準によって性能を改善することとなる動作設定点を探索する。   4 also includes an optimizer 64 such as a computer program that interacts with the neural network 71 to provide a gas turbine system, an intake conditioning system, a steam turbine system, and an HRSG duct. Search for optimal set points for firing systems and achieve defined performance goals. The performance goal can be, for example, to maximize the profitability of the power plant. The optimizer 64 can cause the neural network 71 to run the digital models 60, 61, 62, 63 at various operation set points. The optimizer 64 can have a perturbation algorithm that assists in changing the behavioral set point of the model. The perturbation algorithm causes the combined cycle power plant simulation provided by the digital model and the neural network to operate at a set point different from the current operating set point for the plant. By simulating the operation of the power plant at different set points, the optimizer 64 will cause the plant to operate more economically, or some other that may be defined by the operator 39. Search for action set points that will improve performance according to the criteria.

例示的な実施形態によれば、経済モデル63は、どの設定点が最も高収益となるかということを決定するためにオプティマイザー64によって使用されるデータを提供する。経済モデル63は、たとえば、1年の各シーズンの間などのような期間にわたって燃料のコストを相関させるチャート630などのような、フォーマットされた燃料コストデータを受け取り、記憶することが可能である。別のチャート631は、1日、1週間、または1カ月の異なる時間における電力に対して受け取られる価格を相関させることが可能である。経済モデル63は、電力に対して受け取られる価格、および、電力を作り出すために使用される燃料のコスト(ガスタービン燃料、ダクトファイアリング燃料、および吸気コンディショニングシステム燃料)に関するデータを提供することが可能である。経済モデル63からのデータは、オペレーターによって定義された性能目標にしたがって、発電プラントの動作状態のそれぞれを評価するために、オプティマイザー64によって使用され得る。オプティマイザー64は、オペレーター39によって定義されるような性能目標を前提として、発電プラント12の動作状態のうちのどれが最適である(それは、本明細書で使用されているように、代替的な動作状態よりも少なくとも好ましいということを意味している)かということを特定することが可能である。説明されているように、デジタルモデルは、ガスタービンシステム、吸気コンディショニングシステム、または蒸気タービンシステムの熱力学的動作をモデル化するなど、発電プラント12のプラントコンポーネント49の動作をシミュレートするために使用され得る。モデルは、数学的方程式およびルックアップテーブルなどのような、アルゴリズムを含むことが可能であり、アルゴリズムは、ローカルで記憶され、周期的に更新され、または、データリソース26を介してリモートで取得され得、それは、特定の入力条件に対するプラントコンポーネント49の応答をシミュレートする。そのようなルックアップテーブルは、リモートの発電プラント設備において動作するコンポーネントの同じタイプの動作を記述する測定された動作パラメーターを含むことが可能である。   According to an exemplary embodiment, the economic model 63 provides data that is used by the optimizer 64 to determine which setpoint will be the most profitable. The economic model 63 may receive and store formatted fuel cost data, such as a chart 630 that correlates fuel costs over a period of time, such as during each season of the year, for example. Another chart 631 may correlate prices received for power at different times of the day, week or month. The economic model 63 can provide data regarding the price received for electricity and the cost of the fuel used to produce the electricity (gas turbine fuel, duct firing fuel, and intake conditioning system fuel). It is. Data from the economic model 63 can be used by the optimizer 64 to evaluate each of the operating conditions of the power plant according to performance targets defined by the operator. The optimizer 64 is optimal for any of the operating conditions of the power plant 12 assuming a performance goal as defined by the operator 39 (which is an alternative as used herein). It means that it is at least preferable to the operating state). As described, the digital model is used to simulate the operation of the plant components 49 of the power plant 12, such as modeling the thermodynamic behavior of a gas turbine system, an intake conditioning system, or a steam turbine system. Can be done. The model can include algorithms, such as mathematical equations and look-up tables, which are stored locally, periodically updated, or acquired remotely via data resources 26. It simulates the response of the plant component 49 to specific input conditions. Such a look-up table can include measured operating parameters that describe the same type of operation of components operating in a remote power plant facility.

ガスタービンシステム30の熱モデル60は、たとえば、入口空気の温度の影響を電力出力に相関させるアルゴリズム600を含む。このアルゴリズムは、入口空気温度が閾値602温度を超えて増加するときに、電力出力が最大値601から減少することを示すことが可能であるということが認識されることとなる。また、モデル60は、エンジンの異なる電力出力レベルにおけるガスタービンのヒートレートを相関させるアルゴリズム603を含むことが可能である。議論されているように、ヒートレートは、ガスタービンエンジンまたは他の発電ユニットの効率を表しており、効率に反比例する。より低いヒートレートは、より高い熱力学的性能効率を示す。デジタルモデル61は、吸気コンディショニングシステム51の熱力学的動作をシミュレートすることが可能である。このケースでは、たとえば、デジタルモデル61は、アルゴリズム610を含み、アルゴリズム610は、吸気コンディショニングシステム51の冷蔵システム65を走らせるために加えられるエネルギーに基づいてチリング能力を相関させ、計算されるチリング能力が、ガスタービンに進入する空気に適用される冷却の量を示すようになっている。冷蔵システム65によって実現され得る最大チリング能力値611が存在し得る。別のケースでは、関連のアルゴリズム612は、冷蔵システム65を走らせるために加えられるエネルギーを、ガスタービンシステム30の圧縮機32に進入する冷気の温度に相関させることが可能である。モデル61は、たとえば、ガスタービンに進入する空気の温度を周囲空気の露点613よりも下方に低減させると、吸気コンディショニングシステムを走らせるために必要とされる電力が劇的に増加するということを示すことが可能である。蒸気タービンシステム50のケースでは、デジタルモデル62は、アルゴリズム620を含むことが可能であり、アルゴリズム620は、蒸気タービンシステムの電力出力を、ダクトファイアリングによって消費される燃料の量などのような、HRSGダクトファイアリングシステム52によって追加されるエネルギーに相関させる。モデル62は、たとえば、HRSGダクトファイアリングシステムによって実現され得る蒸気タービンシステム出力の増加に対して、上側閾値レベル621が存在し得るということを示すことが可能であり、それは、アルゴリズム620の中に含まれ得る。   The thermal model 60 of the gas turbine system 30 includes, for example, an algorithm 600 that correlates the effect of inlet air temperature to power output. It will be appreciated that this algorithm can indicate that the power output decreases from the maximum value 601 when the inlet air temperature increases above the threshold 602 temperature. The model 60 may also include an algorithm 603 that correlates gas turbine heat rates at different power output levels of the engine. As discussed, the heat rate represents the efficiency of a gas turbine engine or other power generation unit and is inversely proportional to the efficiency. A lower heat rate indicates a higher thermodynamic performance efficiency. The digital model 61 can simulate the thermodynamic operation of the intake conditioning system 51. In this case, for example, the digital model 61 includes an algorithm 610, which correlates chilling capabilities based on the energy applied to run the refrigeration system 65 of the intake conditioning system 51 and calculates the chilling capability. Shows the amount of cooling applied to the air entering the gas turbine. There may be a maximum chilling capability value 611 that can be achieved by the refrigeration system 65. In another case, the associated algorithm 612 can correlate the energy applied to run the refrigeration system 65 to the temperature of the cold air entering the compressor 32 of the gas turbine system 30. The model 61 shows that, for example, reducing the temperature of the air entering the gas turbine below the dew point 613 of the ambient air dramatically increases the power required to run the intake conditioning system. It is possible to show. In the case of the steam turbine system 50, the digital model 62 may include an algorithm 620, which determines the power output of the steam turbine system, the amount of fuel consumed by duct firing, etc. Correlate to the energy added by the HRSG duct firing system 52. The model 62 can show that an upper threshold level 621 can exist for an increase in steam turbine system power that can be achieved, for example, by an HRSG duct firing system, which is included in the algorithm 620. May be included.

本発明の特定の実施形態によれば、図4に図示されているように、ニューラルネットワーク71は、図3の発電プラント12のいくつかのプラントコンポーネント49のデジタルモデルのそれぞれと相互作用し、それらの間の通信を提供することが可能である。相互作用は、モデルから出力データを収集すること、および、さらなる出力データを発生させるためにモデルによって使用される入力データを発生させることを含むことが可能である。ニューラルネットワーク71は、論理素子に接続されているデジタルネットワークであることが可能である。論理素子は、データ入力を受け入れて1つまたは複数のデータ出力を発生させるアルゴリズムをそれぞれ具現化することが可能である。単純な論理素子は、入力の値を合計し、出力データを作り出すことが可能である。他の論理素子は、入力の値を乗算するか、または、他の数学的関係を入力データに適用することが可能である。ニューラルネットワーク71の論理素子のそれぞれへのデータ入力は、1からゼロの間の乗数などのような重み付けを割り当てられ得る。重み付けは、学習モードの間に修正され得、学習モードは、発電プラントの性能をより良好にモデル化するようにニューラルネットワークを調節する。また、重み付けは、フィルターによって提供されるコマンドに基づいて調節され得る。ニューラルネットワークの中の論理ユニットへのデータ入力の重み付けを調節することは、コンバインドサイクル発電プラントの動作の間にニューラルネットワークが動的に修正され得る方式の1つの例である。他の例は、蒸気タービンシステム、吸気コンディショニングシステム、およびガスタービンのための熱力学的デジタルモデルのそれぞれの中のアルゴリズム(それは、論理ユニットの例である)へのデータ入力の重み付けを修正することを含む。プラントコントローラー22は、オプティマイザーおよび/またはフィルターによって提供されるデータに基づいて、論理ユニットおよびアルゴリズムに対して行われる調節など、他の方式で修正され得る。   According to a particular embodiment of the invention, as illustrated in FIG. 4, neural network 71 interacts with each of the digital models of several plant components 49 of power plant 12 of FIG. It is possible to provide communication between The interaction can include collecting output data from the model and generating input data that is used by the model to generate further output data. The neural network 71 can be a digital network connected to logic elements. The logic elements can each embody an algorithm that accepts data input and generates one or more data outputs. A simple logic element can sum the values of inputs and produce output data. Other logic elements can multiply the value of the input or apply other mathematical relationships to the input data. Data inputs to each of the logic elements of the neural network 71 can be assigned a weight such as a multiplier between 1 and zero. The weighting can be modified during the learning mode, which adjusts the neural network to better model the power plant performance. The weighting can also be adjusted based on the command provided by the filter. Adjusting the weighting of data input to logic units in a neural network is one example of how a neural network can be dynamically modified during the operation of a combined cycle power plant. Another example is to modify the weighting of the data input to an algorithm (which is an example of a logic unit) in each of a thermodynamic digital model for a steam turbine system, an intake conditioning system, and a gas turbine including. The plant controller 22 may be modified in other ways, such as adjustments made to the logic units and algorithms based on data provided by the optimizer and / or filters.

プラントコントローラー22は、コンバインドサイクル発電プラント12に関して推奨される設定点または最適化された設定点74の出力を発生させることが可能であり、その出力は、図示されているように、発電プラントアクチュエーター47に伝達されて発電プラントアクチュエーター47によって実装される前に、承認を得るためにオペレーター39を通過することが可能である。図示されているように、最適化された設定点74は、図6に関連して下記に説明されているものなどのようなコンピューターシステムを介して、オペレーター39からの入力を含み、または、オペレーター39によって承認され得る。最適化された設定点74は、たとえば、吸気コンディショニングシステムによって発生させられ、ガスタービンシステムに進入する空気を冷却するために使用される、冷却水に関する温度および質量流量;ガスタービンシステムへの燃料流量;ならびに、ダクトファイアリングレートを含むことが可能である。また、最適化された設定点74は、次いで、ニューラルネットワーク71およびモデル60、61、62、63によって使用され得、進行中のプラントシミュレーションが動作データを予測し得るようになっており、その動作データは、後に、実際の動作データと比較され得、プラントモデルが継続的に改良され得るようになっているということが認識されることとなる。   The plant controller 22 can generate an output of a recommended set point or an optimized set point 74 for the combined cycle power plant 12, the output of which is shown in FIG. Before being transmitted to and implemented by the power plant actuator 47, it is possible to pass the operator 39 for approval. As shown, the optimized setpoint 74 may include input from an operator 39 via a computer system such as that described below in connection with FIG. 39 can be approved. The optimized set point 74 is generated by, for example, an intake conditioning system and used to cool the air entering the gas turbine system, the temperature and mass flow for the cooling water; the fuel flow to the gas turbine system As well as a duct firing rate. Also, the optimized setpoint 74 can then be used by the neural network 71 and models 60, 61, 62, 63 so that ongoing plant simulations can predict operational data and It will be recognized that the data can later be compared with actual operational data so that the plant model can be continuously improved.

図5は、オプティマイザー64および発電プラントモデル75を備えるプラントコントローラー22の簡単化されたシステム構成を図示している。この例示的な実施形態では、プラントコントローラー22は、オプティマイザー64および発電プラントモデル75(それは、たとえば、図4に関連して上記に議論されているニューラルネットワーク71およびモデル60、61、62、63を含む)を有するシステムとして示されている。発電プラントモデル75は、発電プラント12の全体的な動作をシミュレートすることが可能である。図示されている実施形態によれば、発電プラント12は、複数の発電ユニットまたはプラントコンポーネント49を含む。プラントコンポーネント49は、たとえば、火力発電ユニット、または、すでに説明されているような他のプラントサブシステムを含むことが可能であり、それらのそれぞれは、対応するコンポーネントコントローラー31を含むことが可能である。プラントコントローラー22は、コンポーネントコントローラー31と通信することが可能であり、コンポーネントコントローラー31を通して、および、コンポーネントコントローラー31によって、センサー46およびアクチュエーター47への接続を介して、発電プラント12の動作を制御することが可能である。   FIG. 5 illustrates a simplified system configuration of the plant controller 22 that includes the optimizer 64 and the power plant model 75. In this exemplary embodiment, the plant controller 22 includes an optimizer 64 and a power plant model 75 (for example, the neural network 71 and models 60, 61, 62, 63 discussed above in connection with FIG. 4). System). The power plant model 75 can simulate the overall operation of the power plant 12. According to the illustrated embodiment, the power plant 12 includes a plurality of power generation units or plant components 49. The plant component 49 can include, for example, a thermal power generation unit, or other plant subsystem as previously described, each of which can include a corresponding component controller 31. . The plant controller 22 can communicate with the component controller 31, and controls the operation of the power plant 12 through the component controller 31 and by the component controller 31 through connections to sensors 46 and actuators 47. Is possible.

発電プラントは、その動作に影響を及ぼす多数の変数を有しているということが認識されることとなる。これらの変数のそれぞれは、一般的に、入力変数または出力変数のいずれかとして分類され得る。入力変数は、プロセス入力を表しており、空気および燃料流量などのような、プラントオペレーターによって操作され得る変数を含む。また、入力変数は、周囲条件などのような、操作できない変数も含む。出力変数は、操作され得る入力変数を操作することによって制御される、電力出力などのような変数である。発電プラントモデルは、入力変数と出力変数または制御される変数との間のアルゴリズム関係を表すように構成されており、入力変数は、操作できる変数または「操作される変数」、および、操作できない変数または「外乱変数」を含み、出力変数または制御される変数は、「制御される変数」と称されることとなる。より具体的には、操作される変数は、制御される変数に影響を及ぼすために、プラントコントローラー22によって変化させられ得る変数である。操作される変数は、燃料および空気フローを制御するバルブ設定点のようなものを含む。外乱変数は、制御される変数に影響を及ぼすが、操作または制御できない変数を表す。外乱変数は、周囲条件、燃料特性などを含む。オプティマイザー64は、(1)発電プラントの性能目標(たとえば、収益性を最大化させながら負荷要件を満足させる)、および、(2)発電プラントを動作させることに関連付けられる制約(たとえば、排出量および機器制限)を前提として、操作される変数のための最適なセットの設定点の値を決定する。   It will be appreciated that a power plant has a number of variables that affect its operation. Each of these variables can generally be classified as either an input variable or an output variable. Input variables represent process inputs and include variables that can be manipulated by the plant operator, such as air and fuel flow rates. Input variables also include variables that cannot be manipulated, such as ambient conditions. An output variable is a variable such as a power output that is controlled by manipulating an input variable that can be manipulated. A power plant model is configured to represent an algorithmic relationship between input variables and output variables or controlled variables, which are variables that can be manipulated or "variables to be manipulated" and variables that cannot be manipulated. Alternatively, an output variable or controlled variable including a “disturbance variable” will be referred to as a “controlled variable”. More specifically, the manipulated variable is a variable that can be changed by the plant controller 22 to affect the controlled variable. Variables that are manipulated include things such as valve set points that control fuel and air flow. Disturbance variables represent variables that affect a controlled variable but cannot be manipulated or controlled. Disturbance variables include ambient conditions, fuel characteristics, and the like. The optimizer 64 (1) power plant performance objectives (eg, satisfying load requirements while maximizing profitability), and (2) constraints associated with operating the power plant (eg, emissions) And set the optimal set point values for the manipulated variables.

本発明によれば、「最適化サイクル」は、所定の頻度(たとえば、5〜60秒ごと、または1〜30分ごと)で開始することが可能である。最適化サイクルの開始時に、プラントコントローラー22は、コンポーネントコントローラー31から、および/または、プラントコンポーネント49のそれぞれのセンサー46から直接的に、操作される変数、制御される変数および外乱変数に関する現在のデータを得ることが可能である。次いで、プラントコントローラー22は、発電プラントモデル75を使用し、現在のデータに基づいて、操作される変数に関して最適な設定点の値を決定することが可能である。こうする際に、プラントコントローラー22は、様々な動作設定点において、プラントモデル75を走らせることが可能であり、発電プラントの性能目標を前提とすると動作設定点のどのセットが最も好ましいかということを決定するようになっており、これは、「シミュレーションラン」と称することが可能である。たとえば、性能目標は、収益性を最大化することとすることが可能である。異なる設定点における発電プラントの動作をシミュレートすることによって、オプティマイザー64は、プラントが最適に(または、少なくとも、好ましい様式で)動作することを引き起こすということをプラントモデル75が予測する設定点のセットを探索する。述べられているように、この最適な設定点のセットは、「最適化された設定点」または「最適化された動作モード」と称することが可能である。典型的に、最適化された設定点に到達する際に、オプティマイザー64は、多数のセットの設定点を比較することとなり、最適化された設定点は、オペレーター定義された性能目標を前提とすると、他のセットのそれぞれよりも優位であることが見出されることとなる。発電プラント12のオペレーター39は、最適化された設定点を承認するオプションを有することが可能であり、または、最適化された設定点は、自動的に承認され得る。プラントコントローラー22は、コンポーネントコントローラー31に、または、代替的に、プラントコンポーネント49のアクチュエーター47に直接的に、最適化された設定点を送ることが可能であり、設定値が、最適化された設定点にしたがって調節され得るようになっている。プラントコントローラー22は、クローズドループで走らせることが可能であり、測定された現在の動作条件に基づいて、所定の頻度で(たとえば、10〜30秒ごとに、または、より頻繁に)、操作される変数の設定点の値を調節するようになっている。   In accordance with the present invention, an “optimization cycle” can be initiated at a predetermined frequency (eg, every 5 to 60 seconds, or every 1 to 30 minutes). At the start of the optimization cycle, the plant controller 22 receives current data regarding manipulated, controlled and disturbance variables from the component controller 31 and / or directly from the respective sensors 46 of the plant component 49. It is possible to obtain The plant controller 22 can then use the power plant model 75 to determine an optimal set point value for the manipulated variable based on current data. In doing so, the plant controller 22 can run the plant model 75 at various operation set points, and which set of operation set points is most preferred given the performance goals of the power plant. This can be referred to as a “simulation run”. For example, the performance goal may be to maximize profitability. By simulating the operation of the power plant at different set points, the optimizer 64 will determine the set point that the plant model 75 predicts will cause the plant to operate optimally (or at least in a preferred manner). Explore a set. As stated, this optimal setpoint set can be referred to as an “optimized setpoint” or “optimized mode of operation”. Typically, in reaching the optimized setpoint, the optimizer 64 will compare multiple sets of setpoints, which are premised on operator-defined performance goals. It will then be found that it has an advantage over each of the other sets. The operator 39 of the power plant 12 can have an option to approve the optimized set point, or the optimized set point can be automatically approved. The plant controller 22 can send optimized setpoints to the component controller 31 or, alternatively, directly to the actuator 47 of the plant component 49, where the setpoints are optimized settings. It can be adjusted according to the point. The plant controller 22 can be run in a closed loop and is operated at a predetermined frequency (eg, every 10-30 seconds or more frequently) based on measured current operating conditions. The value of the set point of the variable to be adjusted is adjusted.

オプティマイザー64は、制約のセットを受けることとなる「コスト関数」を最小化するために使用され得る。コスト関数は、本質的に、プラント性能目標の数学的表現であり、制約は、発電プラントがその中で動作しなければならない限界である。そのような限界は、法的な制約、規制上の制約、環境的な制約、機器上の制約、または物理的な制約を表すことが可能である。たとえば、NOxを最小化するために、コスト関数は、NOxのレベルが減少するにしたがって減少する項を含む。そのようなコスト関数を最小化するための1つの共通の方法は、たとえば、「勾配降下最適化」として知られている。勾配降下は、現在の点における関数の勾配(または、近似勾配)の負数に比例したステップをとることによって関数の極小に接近する最適化アルゴリズムである。複数の異なる最適化技法が、モデルの形態、ならびに、コストおよび制約に応じて使用され得るということが理解されるべきである。たとえば、様々な異なるタイプの最適化アプローチを個別にまたは組み合わせて使用することによって、本発明が実装され得るということが予期される。これらの最適化アプローチは、それらに限定されないが、線形計画法、二次計画法、混合整数非線形計画法、確率的計画法、大域的非線形計画法、遺伝的アルゴリズム、および粒子群最適化技法を含む。追加的に、プラントモデル75は、動的であることが可能であり、変化の影響が、将来の計画対象期間にわたって考慮に入れられるようになっている。したがって、コスト関数は、将来の計画対象期間にわたる項を含む。モデルが計画対象期間にわたって予測するために使用されるので、このアプローチは、モデル予測制御と称され、それは、S. Piche, B. Sayyar-Rodsari, D. Johnson and M. Gerules, "Nonlinear model predictive control using neural networks," IEEE Control Systems Magazine, vol. 20, no. 2, pp. 53-62, 2000に説明されており、それは、参照により本明細書に完全に組み込まれている。   The optimizer 64 can be used to minimize the “cost function” that will be subject to a set of constraints. The cost function is essentially a mathematical representation of the plant performance goal, and the constraint is the limit within which the power plant must operate. Such limits can represent legal constraints, regulatory constraints, environmental constraints, equipment constraints, or physical constraints. For example, to minimize NOx, the cost function includes a term that decreases as the level of NOx decreases. One common method for minimizing such a cost function is known, for example, as “gradient descent optimization”. Gradient descent is an optimization algorithm that approaches the local minimum of a function by taking a step proportional to the negative number of the gradient (or approximate gradient) of the function at the current point. It should be understood that multiple different optimization techniques can be used depending on the form of the model, as well as cost and constraints. For example, it is anticipated that the present invention may be implemented using a variety of different types of optimization approaches, either individually or in combination. These optimization approaches include, but are not limited to, linear programming, quadratic programming, mixed integer nonlinear programming, stochastic programming, global nonlinear programming, genetic algorithms, and particle swarm optimization techniques. Including. Additionally, the plant model 75 can be dynamic, so that the effects of changes are taken into account over future planning periods. Thus, the cost function includes terms over the future planning period. Since the model is used to predict over the planning period, this approach is called model predictive control, which is described by S. Piche, B. Sayyar-Rodsari, D. Johnson and M. Gerules, "Nonlinear model predictive control using neural networks, "IEEE Control Systems Magazine, vol. 20, no. 2, pp. 53-62, 2000, which is fully incorporated herein by reference.

制約は、将来の計画対象期間にわたる発電プラントのプロセス入力(それは、操作される変数を含む)およびプロセス出力(それは、制御される変数を含む)の両方に課され得る。典型的に、プラントコントローラーに関連付けられる制限値と一致する制約が、操作される変数に課される。出力に関する制約は、解かれる問題によって決定され得る。本発明の実施形態によれば、および、最適化サイクルの中のステップとして、オプティマイザー64は、将来の計画対象期間、たとえば、1時間にわたって、操作される変数の移動の完全な軌跡を算出することが可能である。したがって、30秒ごとに実行する最適化システムに関して、120個の値が、それぞれの操作された変数に関して1時間の将来の計画対象期間にわたって算出され得る。プラントモデル、または性能目標、または制約は、次の最適化サイクルの前に変化する可能性があるので、プラントコントローラー22/オプティマイザー64は、それぞれの操作される変数に関して最適化された設定点として、それぞれの操作される変数に関する計画対象期間の中の最初の値だけをコンポーネントコントローラー31に出力することが可能である。次の最適化サイクルにおいて、プラントモデル75は、現在の条件に基づいて更新され得る。また、コスト関数および制約は、変化していた場合には、更新され得る。次いで、オプティマイザー64は、計画対象期間にわたる操作される変数に関する値のセットを再算出するために使用され得、計画対象期間の中の最初の値は、それぞれの操作される変数に関して、それぞれの操作される変数のための設定点の値として、コンポーネントコントローラー31へ出力される。オプティマイザー64は、それぞれの最適化サイクルに関してこのプロセスを繰り返すことが可能であり、それによって、発電プラント12が、負荷、周囲条件、燃料特性などのような項目において想定外の変化によって影響を及ぼされるときに、最適な性能を一定に維持する。   Constraints can be imposed on both power plant process inputs (which include manipulated variables) and process outputs (which include controlled variables) over future planned time periods. Typically, constraints are imposed on the manipulated variables that match the limit values associated with the plant controller. The constraints on the output can be determined by the problem to be solved. According to embodiments of the present invention and as a step in the optimization cycle, the optimizer 64 calculates a complete trajectory of the movement of the manipulated variable over a future planning period, eg, 1 hour. It is possible. Thus, for an optimization system that runs every 30 seconds, 120 values can be calculated over a one hour future planning period for each manipulated variable. Since the plant model, or performance goal, or constraints can change before the next optimization cycle, the plant controller 22 / optimizer 64 is used as an optimized set point for each manipulated variable. It is possible to output only the first value in the planning target period for each manipulated variable to the component controller 31. In the next optimization cycle, the plant model 75 may be updated based on current conditions. Also, cost functions and constraints can be updated if they have changed. The optimizer 64 can then be used to recalculate the set of values for the manipulated variable over the planning period, with the first value in the planning period being the respective value for each manipulated variable. It is output to the component controller 31 as a set point value for the variable being manipulated. The optimizer 64 can repeat this process for each optimization cycle so that the power plant 12 is affected by unexpected changes in items such as load, ambient conditions, fuel characteristics, and the like. When used, it maintains constant optimal performance.

図6を見てみると、プラントコントローラーおよび制御プログラムのための例示目的の環境およびユーザー入力デバイスが、例示的な実施形態にしたがって図示されている。他の構成も可能であるが、実施形態は、ディスプレイ81と、プロセッサー82と、ユーザー入力デバイス83と、メモリー84とを有するコンピューターシステム80を含む。コンピューターシステム80の態様は、発電プラント12に位置付けされ得るが、一方、他の態様が、リモートであり、および、通信ネットワーク20を介して接続され得る。議論されているように、コンピューターシステム80は、発電プラント12のそれぞれの発電ユニットまたは他のプラントコンポーネント49に接続され得る。発電プラントコンポーネント49は、ガスタービンシステム30、蒸気タービンシステム50、吸気コンディショニングシステム51、HRSGダクトファイアリングシステム52、および/または、それらに関連した任意のサブシステムもしくはサブコンポーネント、または、それらの任意の組み合わせを含むことが可能である。また、コンピューターシステム80は、必要に応じてまたは所望の通りに、1つまたは複数のセンサー46およびアクチュエーター47に接続され得る。述べられているように、センサー46は、コンポーネントの動作条件およびパラメーターを感知し、これらの条件に関してコンピューターシステム80へ信号を中継するように構成され得る。コンピューターシステム80は、これらの信号を受け取り、本明細書で説明されている様式でそれらの信号を使用するように構成され得、それは、アクチュエーター47のうちの1つまたは複数へ信号を送信することを含むことが可能である。しかし、別段に必要とされない限り、本発明は、発電プラント12を直接的に制御し、かつ/または、動作条件を感知するようには構成されていない実施形態を含むことが可能である。発電プラント12を制御し、かつ/または、動作条件を感知する本発明の構成では、そのような入力または制御は、発電プラントならびにそのセンサーおよびアクチュエーターの物理的なコンポーネントとより直接的に相互作用する1つまたは複数の別々のソフトウェアまたはハードウェアシステムから/へ信号を受信および/または送信することによって提供され得る。コンピューターシステム80は、発電プラント制御プログラム(「制御プログラム」)を含むことが可能であり、制御プログラムは、本明細書で説明されているプロセスを実施することによって、プラントコントローラーの中のデータを管理するようにコンピューターシステム80を動作可能にさせる。   Turning to FIG. 6, an exemplary environment and user input device for a plant controller and control program are illustrated in accordance with an exemplary embodiment. Although other configurations are possible, the embodiment includes a computer system 80 having a display 81, a processor 82, a user input device 83, and a memory 84. Aspects of computer system 80 may be located at power plant 12, while other aspects may be remote and connected via communication network 20. As discussed, the computer system 80 may be connected to each power generation unit or other plant component 49 of the power plant 12. The power plant component 49 may be a gas turbine system 30, a steam turbine system 50, an intake conditioning system 51, an HRSG duct firing system 52, and / or any subsystem or subcomponent associated therewith, or any of them Combinations can be included. The computer system 80 may also be connected to one or more sensors 46 and actuators 47 as needed or desired. As stated, sensor 46 may be configured to sense component operating conditions and parameters and relay signals to computer system 80 regarding these conditions. The computer system 80 can be configured to receive these signals and use them in the manner described herein, which sends the signals to one or more of the actuators 47. Can be included. However, unless otherwise required, the present invention may include embodiments that are not configured to directly control the power plant 12 and / or sense operating conditions. In the configuration of the present invention that controls the power plant 12 and / or senses operating conditions, such input or control interacts more directly with the physical components of the power plant and its sensors and actuators. It may be provided by receiving and / or transmitting signals from / to one or more separate software or hardware systems. The computer system 80 can include a power plant control program (“control program”) that manages data in the plant controller by performing the processes described herein. As such, the computer system 80 is made operable.

一般に、プロセッサー82は、制御プログラムを定義するプログラムコードを実行し、制御プログラムは、メモリー84の中に少なくとも部分的に固定されている。プログラムコードを実行する間に、プロセッサー82は、データを処理することが可能であり、それは、メモリー84から変換されたデータを読み込むこと、および/または、メモリー84へ変換されたデータを書き込むことを結果として生じさせることが可能である。ディスプレイ81および入力デバイス83は、人間ユーザーがコンピューターシステム80および/または1つもしくは複数の通信デバイスと相互作用することを可能にし、システムユーザーが任意のタイプの通信リンクを使用してコンピューターシステム80と通信することを可能にし得る。実施形態では、ネットワーキングハードウェア/ソフトウェアなどのような通信ネットワークは、通信ネットワークがその中にインストールされているノードの内外の他のデバイスとコンピューターシステム80が通信することを可能にし得る。この程度まで、本発明の制御プログラムは、人間ユーザーおよび/またはシステムユーザーが制御プログラムと相互作用することを可能にするインターフェースのセットを管理することが可能である。さらに、制御プログラムは、以下に議論されているように、任意のソリューションを使用して、制御データなどのようなデータを管理する(たとえば、記憶する、読み出す、生成する、操作する、編成する、提示するなど)ことが可能である。   Generally, the processor 82 executes program code that defines a control program, which is at least partially fixed in the memory 84. During execution of the program code, the processor 82 can process the data, which reads the converted data from the memory 84 and / or writes the converted data to the memory 84. As a result. Display 81 and input device 83 allow a human user to interact with computer system 80 and / or one or more communication devices, such that system user can use any type of communication link with computer system 80. It may be possible to communicate. In an embodiment, a communication network, such as networking hardware / software, may allow the computer system 80 to communicate with other devices inside and outside the node in which the communication network is installed. To this extent, the control program of the present invention can manage a set of interfaces that allow human users and / or system users to interact with the control program. In addition, the control program uses any solution to manage data such as control data, etc. (e.g., store, retrieve, generate, manipulate, organize, etc.) as discussed below. Etc.).

コンピューターシステム80は、本明細書で定義される制御プログラムなどのようなプログラムコードを実行することができる1つまたは複数の汎用コンピューティング製品を含むことが可能であり、プログラムコードは、コンピューターシステム80の上にインストールされる。本明細書で使用されているように、「プログラムコード」は、任意の言語、コード、または表記法で書かれたインストラクションの任意の集合体を意味し、インストラクションは、情報処理能力を有するコンピューティングデバイスが、直接的に、または、(a)別の言語、コード、もしくは表記法への変換、(b)異なる材料形態での再生産、および/または(c)復元の任意の組み合わせの後で、特定の作用を実施することを引き起こすということが理解される。追加的に、コンピューターコードは、オブジェクトコード、ソースコード、および/または実行可能コードを含むことが可能であり、また、少なくとも1つのコンピューター可読媒体の上にあるときにコンピュータープログラム製品の一部を形成することが可能である。「コンピューター可読媒体」という用語は、現在知られているかまたは後に開発される任意のタイプの有形的表現媒体のうちの1つまたは複数を含むことが可能であり、プログラムコードのコピーは、有形的表現媒体から、知覚され、再現され、または、その他の方法でコンピューティングデバイスによって伝達され得るということが理解される。コンピューターがコンピュータープログラムコードを実行するとき、コンピューターは、本発明を実施するための装置になり、汎用マイクロプロセッサーの上で、特定の論理回路が、コンピューターコードセグメントを備えるマイクロプロセッサーの構成によって生成される。実行可能インストラクションの技術的効果は、発電プラント制御方法および/またはシステムおよび/またはコンピュータープログラム製品を実装することであり、それは、想定される周囲条件および/もしくは市場条件、性能パラメーター、ならびに/または、それに関連したライフサイクルコストを前提として、モデルを使用し、発電プラントの動作特性を強化し、または増強し、または最適化し、発電プラントの経済的利益をより効率的に活用するようになっている。現在の情報を使用することに加えて、履歴情報および/または予想情報を用いることが可能であり、また、フィードバックループが、変動する条件の間に、より効率的にプラントを動的に動作させるように確立され得る。制御プログラムのコンピューターコードは、プラントコントローラー22によって実行可能なコンピューターインストラクションの中に書かれ得る。この程度まで、コンピューターシステム80によって実行される制御プログラムは、システムソフトウェアおよび/またはアプリケーションソフトウェアの任意の組み合わせとして具現化され得る。さらに、制御プログラムは、モジュールのセットを使用して実装され得る。このケースでは、モジュールは、コンピューターシステム80が、制御プログラムによって使用されるタスクのセットを実施することを可能にすることができ、また、モジュールは、別々に開発され、かつ/または、制御プログラムの他の部分から離れて実装され得る。本明細書で使用されているように、「コンポーネント」という用語は、ソフトウェアの有無にかかわらず、ハードウェアの任意の構成を意味し、それは、任意のソリューションを使用して、コンポーネントと併せて説明される機能性を実装し、一方、「モジュール」という用語は、コンピューターシステムが、任意のソリューションを使用して、モジュールと併せて説明されている作用を実装することを可能にするプログラムコードを意味している。プロセッサー82を含むコンピューターシステム80のメモリー84の中に固定されているとき、モジュールは、作用を実装するコンポーネントの実体的な部分である。それにかかわらず、2つ以上のコンポーネント、モジュール、および/またはシステムは、それらのそれぞれのハードウェアおよび/またはソフトウェアのうちのいくつか/すべてを共有することが可能であるということが理解される。さらに、本明細書で議論されている機能性のうちのいくつかは実装されなくてもよく、または、追加的な機能性が、コンピューターシステム80の一部として含まれ得るということが理解される。コンピューターシステム80が複数のコンピューティングデバイスを含むときには、それぞれのコンピューティングデバイスは、コンピューティングデバイスの上に固定されている制御プログラムの一部分だけ(たとえば、1つまたは複数のモジュール)を有することが可能である。それにかかわらず、コンピューターシステム80が複数のコンピューティングデバイスを含むときには、コンピューティングデバイスは、任意のタイプの通信リンクによって通信することが可能である。さらに、本明細書で説明されているプロセスを実施する間に、コンピューターシステム80は、任意のタイプの通信リンクを使用して、1つまたは複数の他のコンピューターシステムと通信することが可能である。   The computer system 80 can include one or more general-purpose computing products capable of executing program code, such as a control program as defined herein, which program code is stored in the computer system 80. Installed on top of. As used herein, “program code” means any collection of instructions written in any language, code, or notation, and the instructions are computing with information processing capabilities. The device may be directly or after any combination of (a) conversion to another language, code or notation, (b) reproduction in a different material form, and / or (c) restoration. It is understood that it causes a specific action to be performed. Additionally, the computer code can include object code, source code, and / or executable code, and forms part of a computer program product when it is on at least one computer-readable medium. Is possible. The term “computer-readable medium” can include one or more of any type of tangible medium currently known or later developed, and a copy of the program code is tangible It is understood that from a representation medium, it can be perceived, reproduced, or otherwise transmitted by a computing device. When a computer executes computer program code, the computer becomes a device for practicing the present invention, and on a general-purpose microprocessor, specific logic circuits are generated by the configuration of the microprocessor with computer code segments. . The technical effect of the executable instructions is to implement a power plant control method and / or system and / or computer program product, which may be assumed ambient and / or market conditions, performance parameters, and / or Given the life cycle costs associated with it, models are used to enhance, enhance, or optimize power plant operating characteristics to make more efficient use of the power plant economic benefits . In addition to using current information, historical information and / or forecast information can be used, and the feedback loop allows the plant to operate dynamically more efficiently during changing conditions. Can be established as follows. The computer code of the control program can be written in computer instructions that can be executed by the plant controller 22. To this extent, the control program executed by computer system 80 can be embodied as any combination of system software and / or application software. Furthermore, the control program can be implemented using a set of modules. In this case, the module may allow the computer system 80 to perform a set of tasks used by the control program, and the module may be developed separately and / or of the control program. It can be implemented away from other parts. As used herein, the term “component” means any configuration of hardware, with or without software, that is described in conjunction with components using any solution. The term "module" means program code that allows a computer system to implement the actions described in conjunction with the module using any solution doing. When fixed in a memory 84 of a computer system 80 that includes a processor 82, a module is a substantial part of a component that implements an action. Nevertheless, it is understood that two or more components, modules, and / or systems may share some / all of their respective hardware and / or software. Further, it will be appreciated that some of the functionality discussed herein may not be implemented, or that additional functionality may be included as part of computer system 80. . When the computer system 80 includes multiple computing devices, each computing device may have only a portion of a control program (eg, one or more modules) that is fixed on the computing device. It is. Regardless, when the computer system 80 includes multiple computing devices, the computing devices can communicate via any type of communication link. Further, while performing the processes described herein, computer system 80 can communicate with one or more other computer systems using any type of communication link. .

本明細書で議論されているように、制御プログラムは、コンピューターシステム80が発電プラント制御製品および/または方法を実装することを可能にする。コンピューターシステム80は、任意のソリューションを使用して、発電プラント制御データを得ることが可能である。たとえば、コンピューターシステム80は、発電プラント制御データを発生させることが可能であり、かつ/または、発電プラント制御データを発生させるために使用され、1つまたは複数のデータストア、リポジトリー、またはソースから発電プラント制御データを読み出し、発電プラント、プラントコントローラー、コンポーネントコントローラーなどの内外の別のシステムまたはデバイスから発電プラント制御データを受け取ることが可能である。別の実施形態では、本発明は、たとえば発電プラント制御プログラムのためのプログラムコードのコピーを提供する方法を提供し、プログラムコードは、プロセス本明細書で説明されているうちのいくつかまたはすべてを実装することが可能である。本発明の態様は、加入契約ベース、広告ベース、および/または料金ベースで、本明細書で説明されているプロセスを実施するビジネス方法の一部として実装され得るということが理解される。サービスプロバイダーは、本明細書で説明されているような発電プラント制御プログラムおよび/または方法を実装することを提案することが可能である。このケースでは、サービスプロバイダーは、1つまたは複数の顧客のために本明細書で説明されているプロセスを実施する、コンピューターシステム80などのようなコンピューターシステムを管理する(たとえば、生成する、維持する、支持するなど)ことが可能である。   As discussed herein, the control program allows the computer system 80 to implement a power plant control product and / or method. The computer system 80 can obtain power plant control data using any solution. For example, the computer system 80 can generate power plant control data and / or is used to generate power plant control data and can generate power from one or more data stores, repositories, or sources. It is possible to read plant control data and receive power plant control data from another internal or external system or device such as a power plant, plant controller, component controller, and the like. In another embodiment, the present invention provides a method for providing a copy of a program code for a power plant control program, for example, wherein the program code includes some or all of the processes described herein. It is possible to implement. It will be appreciated that aspects of the present invention may be implemented as part of a business method for performing the processes described herein on a subscription basis, advertisement basis, and / or fee basis. A service provider may propose to implement a power plant control program and / or method as described herein. In this case, the service provider manages (eg, creates, maintains) a computer system, such as computer system 80, that performs the processes described herein for one or more customers. Support, etc.).

発電プラントのコンピューターモデルが構築され、次いで、発電プラント動作を制御および最適化するために使用され得る。そのようなプラントモデルは、動的であることが可能であり、実際の(すなわち、測定される)動作パラメーターとプラントモデルによって予測されるものと同じパラメーターとの間の進行中の比較を介して、繰り返し更新され得る。そのようなモデル準備および維持する際に、ユーザー入力に応答してエネルギーシステム発電ユニットおよびコンポーネントのライブラリー(「コンポーネントのライブラリー」)を発生させるようにコンピューターシステム80のプロセッサー82に命令するインストラクションが書かれ、またはその他の方法で提供される。いくつかの構成では、ユーザー入力および発生させられるライブラリーは、ライブラリーを備えるコンポーネントの特性、ならびに、動作値および特性値にしたがってスクリプトを発生させるルールを含む。これらの特性値は、メモリー84の中にローカルで記憶されたデータからコンパイルすることが可能であり、かつ/または、リモート場所において維持されている中央データリポジトリーから取得することも可能である。コンポーネントのライブラリーは、経済的コンポーネントまたは法的コンポーネントなどのような、非物理的なコンポーネントを含むことが可能である。経済的なコンポーネントの例は、燃料の購入および販売であり、法的コンポーネントの例は、排出制限およびクレジットである。これらの非物理的なコンポーネントは、数学的ルールを用いてモデル化され得、それは、物理的な機器を表すコンポーネントが数学的ルールを用いてモデル化され得るのと全く同様である。インストラクションは、オペレーターによって構成され得るように、ライブラリーからのエネルギーシステムコンポーネントの構成を組み立てるように構成され得る。エネルギーシステムコンポーネントのライブラリーは、ユーザーがその中からコンポーネントを選択することができるように提供され得、実際の発電プラントを複製し、または、仮想の発電プラントを生成させるようになっている。それぞれのコンポーネントは、モデル化されている実際の発電プラントまたは仮想の発電プラントの動作条件に適合する特定の値を入力するためにユーザーによって使用され得るいくつかの特性を有することが可能であるということが認識されることとなる。組み立てられたエネルギーシステムコンポーネントおよびそれらの構成に関して、スクリプトが発生させられ得る。発生させられるスクリプトは、エネルギーシステムコンポーネント構成の中で使用される場合には、経済的コンポーネントおよび/または法的コンポーネントを含む、エネルギーシステムコンポーネントの中のおよび/またはエネルギーシステムコンポーネントの間の数学的関係を含むことが可能である。次いで、コンピューターシステム80は、数学的関係を解き、ディスプレイ81の上に解いた結果を示すことが可能である。信号がコンピューター80から送信され得る構成では、信号は、解いた結果にしたがってエネルギーシステムを制御するために使用され得る。そうでなければ、結果が、表示または印刷され得、また、結果は、物理的な機器パラメーターを設定するために、ならびに/または、燃料の購入および/または販売などのような非物理的なパラメーターを決定し、および/もしくは、決定された非物理的なパラメーターを使用するために、使用され、したがって、好適なまたは最適化された動作のモードが実現される。プラントコンポーネントのライブラリーは、データの中央リポジトリーを含むことが可能であり、データの中央リポジトリーは、それぞれのプラントコンポーネントが異なるパラメーターおよび条件の下でどのように動作するかということに関連するデータの進行中の蓄積を表す。データの中央リポジトリーは、たとえば、センサーデータが信頼できないと決定されるときに、「プラグデータ」を提供するために使用され得る。   A computer model of the power plant can be constructed and then used to control and optimize the power plant operation. Such a plant model can be dynamic and through an ongoing comparison between actual (ie, measured) operating parameters and the same parameters predicted by the plant model. Can be updated repeatedly. In preparing and maintaining such a model, instructions are provided to instruct the processor 82 of the computer system 80 to generate a library of energy system power generation units and components (“component library”) in response to user input. Written or otherwise provided. In some configurations, the user input and generated library include the characteristics of the component comprising the library, as well as rules that generate the script according to the action value and the characteristic value. These characteristic values can be compiled from data stored locally in memory 84 and / or obtained from a central data repository maintained at a remote location. A library of components can include non-physical components, such as economic or legal components. An example of an economic component is the purchase and sale of fuel, and examples of legal components are emission limits and credits. These non-physical components can be modeled using mathematical rules, just as components that represent physical equipment can be modeled using mathematical rules. The instructions can be configured to assemble a configuration of energy system components from the library, as can be configured by an operator. A library of energy system components can be provided to allow the user to select a component from which to replicate an actual power plant or to generate a virtual power plant. Each component can have several characteristics that can be used by the user to enter specific values that match the operating conditions of the actual or virtual power plant being modeled Will be recognized. Scripts can be generated for the assembled energy system components and their configuration. Generated scripts, when used in an energy system component configuration, include economic components and / or legal components, and / or mathematical relationships within and / or between energy system components Can be included. The computer system 80 can then solve the mathematical relationship and show the solved results on the display 81. In configurations where the signal can be transmitted from the computer 80, the signal can be used to control the energy system according to the solved results. Otherwise, the results can be displayed or printed, and the results can be used to set physical instrument parameters and / or non-physical parameters such as fuel purchase and / or sales etc. And / or use the determined non-physical parameters, and thus a suitable or optimized mode of operation is realized. A library of plant components can contain a central repository of data, which is a collection of data related to how each plant component operates under different parameters and conditions. Represents ongoing accumulation. A central repository of data can be used, for example, to provide “plug data” when it is determined that the sensor data is not reliable.

図7から図9を見てみると、経済的な給電プロセスのより詳細な議論が提供され、それは、上記に議論されているコントロールシステムが、どちらのケースが該当するにせよ、そのようなシステムに参加している電力システム中央当局または個々の発電プラントの両方の視点から、そのような給電手順を最適化するために使用され得る、方式を含む。中央当局給電指令所の視点から、経済的な給電プロセスの目標は、システムの中で発生するコストを依然として最小化させながら、変化する負荷要件または周囲条件を含む変化する変数に動的に応答することであるということが認識されることとなる。参加発電プラントに関して、一般に、目標は、発生するコストを最小化して経済的利益を最大化しながら、利用可能な能力を利用することであるということが認識されることとなる。電力システムの複雑さを前提とすると、経済的な給電のプロセスは、典型的に、給電指令所による参加発電プラントの負荷を頻繁に調節することを含む。上手くいったときには、プロセスは、利用可能な発電プラントが、それらの増分発電コストがおおよそ同じになる負荷において動作させられることを結果として生じさせ、それは、発電コストを最小化することを結果として生じさせ、一方、最大および最小許容負荷、システム安定性などのような、システム制約も遵守する。正確な増分コストデータは、経済的な給電が最適に機能するために必要であるということが認識されることとなる。そのような増分コストデータは、燃料コストおよび増分燃料消費を含む主要コンポーネントを有する。増分燃料消費データは、通常、増分ヒートレート対電力出力の曲線として与えられる。具体的には、火力発電ユニットの増分ヒートレートIHRは、ヒートレート曲線の傾きとして定義され、ユニットのヒートレートは、任意の負荷における電気出力に対してプロットされる熱入力の比である。このデータのエラーは、総発電コストを最小化しない負荷においてユニットの給電を結果として生じさせることとなる。   Turning to FIGS. 7-9, a more detailed discussion of the economic power supply process is provided, which is that the control system discussed above is such a system, regardless of which case applies. Including schemes that can be used to optimize such power delivery procedures from the perspective of both the power system central authority participating in the plant or individual power plants. From the point of view of a central authority powering directive, the objectives of an economical powering process are to dynamically respond to changing variables, including changing load requirements or ambient conditions, while still minimizing the costs incurred in the system. Will be recognized. With respect to participating power plants, it will generally be recognized that the goal is to utilize available capacity while minimizing the costs incurred and maximizing economic benefits. Given the complexity of the power system, the economical power supply process typically involves frequently adjusting the load of the participating power plants by the power supply command center. When successful, the process results in available power plants operating at loads where their incremental power generation costs are approximately the same, which results in minimizing power generation costs. While complying with system constraints such as maximum and minimum allowable loads, system stability, etc. It will be appreciated that accurate incremental cost data is necessary for economical power supply to function optimally. Such incremental cost data has key components including fuel cost and incremental fuel consumption. Incremental fuel consumption data is usually given as an incremental heat rate versus power output curve. Specifically, the incremental heat rate IHR of a thermal power unit is defined as the slope of the heat rate curve, where the unit heat rate is the ratio of the heat input plotted against the electrical output at any load. This data error will result in the unit being fed at a load that does not minimize the total power generation cost.

複数の項目が、増分ヒートレート曲線の中へエラーを導入する可能性がある。これらは、2つのカテゴリーにグループ化され得る。第1のカテゴリーは、データが給電指令所に与えられるときに存在するエラーを作り出す項目を含む。たとえば、テストすることによってデータが収集される場合には、計器の不正確さに起因するエラーは、それを用いて行われるすべての計算の中に含まれることとなる。より詳細に以下に議論されているように、本発明の特定の態様は、データ収集の間にセンサー精度を確認する方式、および、収集されたデータが、センサー誤動作に起因して信頼できない可能性があるときに、インスタンスを適時に特定する方式を含む。エラーの第2のカテゴリーは、時間の経過とともにデータが正確でなくなることを引き起こす項目を含む。たとえば、発電ユニットの性能が、機器劣化、または修理、または周囲条件の変化に起因して変化する場合には、給電のために使用される増分ヒートレートデータは、そのようなデータが更新されるまで、エラーになることとなる。本発明の1つの態様は、増分ヒートレート計算に大きく影響を及ぼし得る火力発電ユニットのそれらのパラメーターを特定することである。そのようなパラメーター、および、それらの相対的な重要性の知識は、次いで、真のプラント性能を反映するためにどれくらいの頻度で給電データが更新されるべきであるということを決定するために使用され得る。   Multiple items can introduce errors into the incremental heat rate curve. These can be grouped into two categories. The first category includes items that create errors that exist when data is provided to a power dispatch center. For example, if data is collected by testing, errors due to instrument inaccuracy will be included in all calculations performed using it. As discussed in more detail below, certain aspects of the present invention provide a method for verifying sensor accuracy during data collection, and that the collected data may be unreliable due to sensor malfunction. Includes a method to identify instances in a timely manner. The second category of errors includes items that cause the data to become inaccurate over time. For example, if the performance of the power generation unit changes due to equipment deterioration or repair, or changes in ambient conditions, the incremental heat rate data used for power supply is updated with such data. Until it becomes an error. One aspect of the present invention is to identify those parameters of the thermal power unit that can greatly affect the incremental heat rate calculation. Knowledge of such parameters and their relative importance is then used to determine how often the feed data should be updated to reflect true plant performance Can be done.

増分ヒートレートデータのエラーは、発電プラントが誤って給電されている状況につながり、それは、典型的に、電力システムに関する発電コストの増加を結果として生じさせる。たとえば、図7のグラフを参照すると、真の増分ヒートレートが、給電プロセスにおいて使用されている増分ヒートレートとは異なっている状況が提供される。ユニットに給電する際に、給電指令当局は、示されているように、「E」だけエラーになっている増分ヒートレートデータを使用する。(図7は、電力システムの増分ヒートレートが、所与のユニットに課される負荷によって影響を及ぼされないということを仮定しており、それは、電力システムが所与の発電ユニットのサイズと比較して大きいものである場合に、実質的に正しくなり得るということが留意されるべきである。)示されているように、発電ユニットは、L1において給電されることとなり、L1は、利用可能な情報に基づいて、ユニットおよびシステムの増分ヒートレートが等しくなる負荷である。正しい増分ヒートレート情報が使用された場合には、ユニットは、L2において給電されたはずであり、L2は、プラントの真の増分ヒートレートが電力システムの増分ヒートレートに等しい負荷である。認識されることとなるように、エラーは、発電プラントの過小利用を結果として生じさせる。別の例が該当するケースでは、すなわち、真の増分ヒートレートプロットに対して正しい増分ヒートレートプロットの位置が反対であるケースでは、エラーは、ユニットが過大に割り当てされることを結果として生じさせ、それは、その給電された負荷起動停止計画を満足するために、ユニットが非効率的に動作することを要求する可能性がある。電力システムの中央給電指令当局の視点から、給電プロセスの中で使用されるデータの中のエラーを低減させることは、合計のシステム燃料コストを低減させ、システム効率を上昇させ、かつ/または、負荷要件も満たさないリスクを減少させることとなるということが認識されることとなる。システムの中の発電プラントのオペレーターにとって、そのようなエラーを低減させることは、プラントの十分な利用を促進し、経済的利益を改善するはずである。 Incremental heat rate data errors lead to situations where the power plant is mispowered, which typically results in increased power generation costs for the power system. For example, referring to the graph of FIG. 7, a situation is provided where the true incremental heat rate is different from the incremental heat rate used in the power supply process. When powering the unit, the power supply command authority uses incremental heat rate data that is in error by "E" as shown. (FIG. 7 assumes that the incremental heat rate of the power system is not affected by the load imposed on a given unit, which is compared to the size of a given power generation unit. It should be noted that the power generation unit will be powered at L 1 , as shown, L 1 being used Based on possible information, the load at which the unit and system incremental heat rates are equal. If the correct incremental heat rate information is used, the unit is must have been fed at L 2, L 2 is the load true incremental heat rate of the plant is equal to the incremental heat rate of the power system. As will be recognized, errors result in underutilization of the power plant. In another case, i.e. where the correct incremental heat rate plot position is opposite to the true incremental heat rate plot, the error results in the unit being over-allocated. It may require that the unit operate inefficiently in order to satisfy its powered load start-up shutdown plan. From the perspective of the central power supply command authority of the power system, reducing errors in the data used in the power supply process reduces total system fuel costs, increases system efficiency, and / or loads It will be recognized that the risk of not meeting the requirements will be reduced. For power plant operators in the system, reducing such errors should facilitate full utilization of the plant and improve economic benefits.

図8および図9は、本発明の態様によるプラントコントローラー22の概略ダイアグラムおよび制御方法のフローダイアグラム169をそれぞれ図示している。これらの例では、経済的な給電を使用し、可能性のあるプロバイダーの間で負荷を分配する、電力システムの中での経済的な最適化を図示する方法が提供される。経済的な給電の基本的なプロセスは、様々な方式で、多くの電力システムに共通の多層の階層構造の中に定義される任意の2つのレベルの間に用いられ得るプロセスである。ある場合では、たとえば、経済的な給電プロセスは、競争プロセスの一部として使用され得、競争プロセスによって、中央政府当局または業界協同組合は、いくつかの競合企業の間で負荷を分割する。代替的に、経済的な給電の同じ原理は、共同所有された発電プラントの間で負荷を分け合うために使用され得、プラントの所有者のために発電コストを最小化するようになっている。また、この原理は、プラントレベルにおいて、オペレーターまたはプラントコントローラーが、利用可能な異なるローカルの発電ユニットの間でその負荷要件を分け合うことができるように、使用され得る。別段の記述がない限り、本発明のシステムおよび方法は、経済的な給電プロセスのこれらの可能性のある現れ方のいずれかに全体的に適用可能であるということが認識されることとなる。   8 and 9 illustrate a schematic diagram of the plant controller 22 and a flow diagram 169 of the control method, respectively, according to aspects of the present invention. In these examples, a method is provided that illustrates economic optimization in a power system that uses economical power supply and distributes the load among potential providers. The basic process of economical power supply is a process that can be used in any manner between any two levels defined in a multi-layered hierarchy common to many power systems. In some cases, for example, an economic power supply process may be used as part of the competition process, which causes a central government authority or industry cooperative to divide the load among several competitors. Alternatively, the same principle of economical power supply can be used to share loads among co-owned power plants, minimizing power generation costs for plant owners. This principle can also be used at the plant level so that an operator or plant controller can share its load requirements between the different local power generation units available. Unless otherwise stated, it will be appreciated that the systems and methods of the present invention are generally applicable to any of these possible manifestations of an economic power supply process.

一般に、給電プロセスは、給電スケジュールの生成を介して電力システムの中の発電コストを最小化しようとし、給電スケジュールの中では、それぞれの参加発電プラントまたは発電ユニットに関する増分発電コストはおおよそ同じである。認識されることとなるように、いくつかの用語が、経済的な給電プロセスを説明するために使用されることが多く、したがって、以下のように定義されることとなる。「予測計画対象期間」は、最適化が実施されることとなる所定の期間である。たとえば、典型的な予測計画対象期間は、数時間から数日までであることが可能である。予測計画対象期間の中の「間隔」は、最適化の所定の時間分解能、すなわち、上述の「最適化サイクル」であり、それは、予測計画対象期間の間に、どれくらいの頻度で最適化が実施されることとなるかということを記述する。たとえば、最適化サイクルに関する典型的な時間間隔は、数秒から数分までであることが可能である。最後に、「予測長さ」は、最適化が実施されることとなる時間間隔の数であり、予測計画対象期間を時間間隔で割ることによって得ることが可能である。したがって、12時間の予測計画対象期間および5分間の時間間隔では、予測長さは、144個の時間間隔である。   In general, the power supply process seeks to minimize power generation costs in the power system through generation of power supply schedules, where the incremental power generation costs for each participating power plant or power generation unit are approximately the same. As will be appreciated, a number of terms are often used to describe an economical power supply process and are therefore defined as follows: The “forecast plan target period” is a predetermined period during which optimization is performed. For example, a typical forecast planning period can be several hours to several days. The “interval” in the forecast plan period is the predetermined time resolution of the optimization, that is, the “optimization cycle” described above, which is how often the optimization is performed during the forecast plan period. Describe what will be done. For example, a typical time interval for an optimization cycle can be from a few seconds to a few minutes. Finally, the “predicted length” is the number of time intervals at which optimization is to be performed, and can be obtained by dividing the prediction plan target period by the time interval. Therefore, in the prediction plan target period of 12 hours and the time interval of 5 minutes, the prediction length is 144 time intervals.

本発明の態様は、発電プラントのための制御の方法および/またはコントローラー、ならびに、性能、費用効果、および効率を最適化するための方法およびシステムを提供する。たとえば、本発明によれば、火力発電ユニットまたは発電プラントに関して、最小可変動作コストが実現され得、それは、可変性能特性およびコストパラメーター(すなわち、燃料コスト、周囲条件、市場条件など)とライフサイクルコスト(すなわち、可変動作およびそのメンテナンススケジュールに対する影響、部品交換など)をバランスさせる。そのような要因を考慮に入れて火力発電ユニットの1つまたは複数のパラメーターを変化させることによって、その耐用寿命にわたってユニットからより経済的な利点を得ることが可能である。たとえば、ガスタービンを含む発電プラントにおいて、燃焼温度は、動作プロファイル、周囲条件、市場条件、予想、発電プラント性能、および/または他の要因に基づいて、より経済的に所望の負荷レベルを提供するように変化させられ得る。結果として、起動回数が制限されているユニットの中に残っている時間ベースの残存寿命を有する部品の廃棄が低減され得る。さらに、正しく動作しているとして定期的にテストされ確認されているセンサーからの実質的にリアルタイムのデータによって更新されるフィードバックループを含む発電プラントコントロールシステムは、さらなるプラント最適化を可能にすることとなる。すなわち、本発明の特定の実施形態によれば、発電プラントコントロールシステムと給電指令当局との間にリアルタイムフィードバックループを導入することによって、目標負荷およびユニット起動停止計画は、非常に正確なオファー曲線に基づくことが可能であり、オファー曲線は、リアルタイムエンジン性能パラメーターに基づいて構築される。   Aspects of the invention provide methods and / or controllers for control for power plants and methods and systems for optimizing performance, cost effectiveness, and efficiency. For example, according to the present invention, a minimum variable operating cost can be realized for a thermal power generation unit or power plant, which includes variable performance characteristics and cost parameters (ie, fuel cost, ambient conditions, market conditions, etc.) and life cycle cost. (Ie, variable operation and its impact on maintenance schedule, parts replacement, etc.). By changing one or more parameters of a thermal power unit taking into account such factors, it is possible to obtain more economic benefits from the unit over its useful life. For example, in a power plant including a gas turbine, the combustion temperature provides a more economically desired load level based on operating profiles, ambient conditions, market conditions, expectations, power plant performance, and / or other factors. Can be changed as follows. As a result, the disposal of parts having a time-based remaining life remaining in a unit with a limited number of activations can be reduced. In addition, a power plant control system that includes a feedback loop that is updated with substantially real-time data from sensors that are regularly tested and validated as operating correctly allows for further plant optimization. Become. That is, according to a particular embodiment of the present invention, by introducing a real-time feedback loop between the power plant control system and the power supply command authority, the target load and unit startup / shutdown plans are in a very accurate offer curve. The offer curve is constructed based on real-time engine performance parameters.

図8は、本発明の態様による例示的なプラントコントローラー22の概略設計を図示している。プラントコントローラー22は、図9の方法169を実装するのにとりわけ適している可能性があるということが認識されることとなる。これに起因して、図8および図9は、一緒に議論されることとなるが、それぞれは、より一般的な使用状況に適用可能な態様を有することが可能であるということが認識されることとなる。図8に表されている電力システム10は、「発電プラント12a」ならびに「他の発電プラント12b」を含み、プラントコントローラー22は「発電プラント12a」の専用であり、「他の発電プラント12b」は、発電プラント12aと競争する電力システムの中の発電プラントを表すことが可能である。また、図示されているように、電力システム10は、給電指令当局24を含み、給電指令当局24は、専用のシステムコントローラー25を通して、システムの中のすべての参加発電プラント12a、12bの間の給電プロセスを管理する。   FIG. 8 illustrates a schematic design of an exemplary plant controller 22 according to an aspect of the present invention. It will be appreciated that the plant controller 22 may be particularly suitable for implementing the method 169 of FIG. Due to this, FIG. 8 and FIG. 9 will be discussed together, but it will be recognized that each can have aspects applicable to more general usage situations. It will be. The power system 10 shown in FIG. 8 includes “a power plant 12a” and “another power plant 12b”, the plant controller 22 is dedicated to the “power plant 12a”, and “the other power plant 12b” It is possible to represent a power plant in a power system that competes with the power plant 12a. Also, as shown, the power system 10 includes a feed command authority 24 that feeds power between all participating power plants 12a, 12b in the system through a dedicated system controller 25. Manage processes.

発電プラント12aは、多数のセンサー46およびアクチュエーター47を含むことが可能であり、多数のセンサー46およびアクチュエーター47によって、プラントコントローラー22は、動作条件を監視し、かつプラントの動作を制御する。プラントコントローラー22は、多数のデータリソース26と通信することが可能であり、多数のデータリソース26は、プラントコントローラー22からリモートに位置付けされ得、通信ネットワークによってアクセス可能であり、かつ/または、ローカルに含有され、ローカルのネットワークによってアクセス可能であり得る。図示されているように、プラントコントローラー22の概略図は、いくつかのボックスによって互いから区切られているいくつかのサブシステムを含む。これらのサブシステムまたは「ボックス」は、主として機能によって分離されており、説明を支援するようになっている。しかし、別段の記述がない限り、分離されているボックスは、個々のチップまたはプロセッサーまたは他の個々のハードウェアエレメントを表していてもよく、または表していなくてもよく、プラントコントローラーの中で実行されるコンピュータープログラムコードの分離されているセクションを表していてもよく、または表していなくてもよいということが認識されることとなる。同様に、方法169が、2つの主要なセクションまたはブロックに分けられているが、これは、便宜上のためであり、説明を支援するためのものである。図9に示されている別々のブロックまたはステップのいずれかまたはすべてと同様に、図8に示されている別々のボックスのいずれかまたはすべては、プラントコントローラー22の中で1つまたは複数のセクションへと組み合わせられ得るということが認識されることとなる。   The power plant 12a can include a number of sensors 46 and actuators 47, by which the plant controller 22 monitors operating conditions and controls the operation of the plant. The plant controller 22 can communicate with a number of data resources 26, which can be located remotely from the plant controller 22 and can be accessed by a communication network and / or locally. Contained and accessible by the local network. As shown, the schematic of the plant controller 22 includes a number of subsystems that are separated from each other by a number of boxes. These subsystems or “boxes” are primarily separated by function to assist in the explanation. However, unless otherwise stated, separate boxes may or may not represent individual chips or processors or other individual hardware elements, and run in the plant controller. It will be appreciated that separate sections of computer program code may or may not be represented. Similarly, method 169 is divided into two main sections or blocks, for convenience and to aid in the explanation. As with any or all of the separate blocks or steps shown in FIG. 9, any or all of the separate boxes shown in FIG. It will be recognized that they can be combined.

図9の方法169は、たとえば、制御セクション170から開始することが可能であり、制御セクション170は、(ステップ171において)使用のための現在の情報およびデータを受け取りまたは集め、データは、市場データ、動作データ、および/または周囲データを含むことが可能である。プラントコントローラー22の中で、対応する制御モジュール110は、データリソース26または任意の他の適切なソースからこのタイプのデータを要求する/受け取るように配置され得る。また、制御モジュール110は、給電指令当局24から目標負荷128を受け取るように構成され得る(しかし、初期ランのときには、そのような目標負荷は利用可能でなく、所定の初期目標負荷が使用され得る)。周囲データは、リモートまたはローカルのデータリポジトリーおよび/または予想サービスから受け取られ得、データリソース26のコンポーネントとして含まれ得る。また、周囲データは、発電プラント12aの周りに配備されている周囲センサーを介して集められ得、また、給電指令当局24との通信リンクを介して受け取られ得る。本発明の態様によれば、周囲データは、発電プラント12aに関する周囲条件を記述する履歴データ、現在のデータ、および/または予想データを含み、それは、たとえば、空気温度、相対湿度、圧力などを含むことが可能である。市場データは、リモートまたはローカルのデータリポジトリーおよび/または予想サービスから受け取られ得、データリソース26のコンポーネントとして含まれ得る。また、市場データは、給電指令当局24との通信リンクを介して受け取られ得る。本発明の態様によれば、市場データは、発電プラント12aに関する市場条件を記述する履歴データ、現在のデータ、および/または予想データを含み、それは、たとえば、エネルギー販売価格、燃料コスト、人件コストなどを含む。また、動作データは、データリポジトリー、および/または予想サービスから受け取られ得、データリソース26のコンポーネントとして含まれ得る。動作データは、複数のセンサー46から収集されるデータを含むことが可能であり、複数のセンサー46は、発電プラント12およびそのプラントコンポーネント49の中に配備されており、プラント動作に関連する物理的なパラメーターを測定する。動作データは、履歴データ、現在のデータ、および/または予想データ、ならびに、様々なプロセス入力および出力を含むことが可能である。   The method 169 of FIG. 9 may begin, for example, from the control section 170, which receives or collects current information and data for use (in step 171), the data being market data , Operational data, and / or ambient data. Within the plant controller 22, a corresponding control module 110 may be arranged to request / receive this type of data from the data resource 26 or any other suitable source. Also, the control module 110 may be configured to receive a target load 128 from the power supply command authority 24 (but during an initial run, such a target load is not available and a predetermined initial target load may be used. ). Ambient data may be received from a remote or local data repository and / or prediction service and may be included as a component of the data resource 26. Also, ambient data can be collected via ambient sensors deployed around the power plant 12a and can be received via a communication link with the power supply command authority 24. According to aspects of the present invention, ambient data includes historical data, current data, and / or forecast data describing ambient conditions for power plant 12a, which includes, for example, air temperature, relative humidity, pressure, and the like. It is possible. Market data may be received from remote or local data repositories and / or forecasting services and may be included as a component of data resource 26. Market data may also be received via a communication link with the power supply command authority 24. In accordance with aspects of the present invention, market data includes historical data, current data, and / or forecast data describing market conditions for power plant 12a, such as energy sales prices, fuel costs, labor costs, etc. including. Also, operational data may be received from a data repository and / or prediction service and included as a component of data resource 26. The operational data can include data collected from a plurality of sensors 46, which are deployed in the power plant 12 and its plant components 49 and are physically associated with plant operations. Measure various parameters. The operational data can include historical data, current data, and / or expected data, as well as various process inputs and outputs.

図9に見ることができるように、発電プラント12に関する初期設定点は、たとえば、図8のプラントコントローラー22の中の制御モデル111によって決定され得る。たとえば、制御モデル111は、発電プラント12の熱力学的詳細および/または物理的詳細、ならびに、周囲データ、または市場データ、またはプロセスデータなどのような追加的な情報を使用し、(図9のステップ172において)発電プラント12に関する動作パラメーターの値を決定するように構成され得る。ある場合では、たとえば、動作パラメーターの値は、目標負荷を満たすのに十分な電力出力を実現するために必要とされることとなる値であることが可能である。決定された値は、(また、図9のステップ172において)発電プラント12のそれぞれの動作パラメーターに関する初期設定点として使用され得る。そのような動作パラメーターの例は、燃料流量、燃焼温度、入口ガイドベーンに関する位置(ガイドベーンが存在する場合)、蒸気圧力、蒸気温度、および蒸気流量を含むことが可能であるということが認識されることとなる。次いで、性能指標は、(図9のステップ173において)プラントコントローラー22の性能モデル112を使用して決定され得る。性能指標は、発電プラント12の効率などのような動作特性を提供することが可能である。性能モデル112は、発電プラント12の熱力学的詳細および/または物理的詳細、ならびに、制御モデル111によって決定される設定点を使用するように構成され得、発電プラント12の動作特性の値を決定するようになっている。性能モデル112は、周囲条件、市場条件、プロセス条件、および/または他の関連情報などのような、追加的な情報を考慮するように構成され得る。   As can be seen in FIG. 9, the initial set point for the power plant 12 may be determined, for example, by the control model 111 in the plant controller 22 of FIG. For example, the control model 111 uses additional information such as thermodynamic and / or physical details of the power plant 12 and ambient data, or market data, or process data (see FIG. 9). In step 172, it may be configured to determine the value of the operating parameter for the power plant 12. In some cases, for example, the value of the operating parameter can be a value that would be required to achieve sufficient power output to meet the target load. The determined value may also be used as an initial set point for each operating parameter of the power plant 12 (also in step 172 of FIG. 9). It will be appreciated that examples of such operating parameters can include fuel flow, combustion temperature, location with respect to the inlet guide vanes (if guide vanes are present), steam pressure, steam temperature, and steam flow. The Rukoto. The performance index can then be determined using the performance model 112 of the plant controller 22 (in step 173 of FIG. 9). The performance index can provide operating characteristics such as the efficiency of the power plant 12. The performance model 112 may be configured to use thermodynamic and / or physical details of the power plant 12 and set points determined by the control model 111 to determine values for operating characteristics of the power plant 12. It is supposed to be. The performance model 112 may be configured to take into account additional information, such as ambient conditions, market conditions, process conditions, and / or other relevant information.

加えて、本発明の特定の態様によれば、たとえば、図8のプラントコントローラー22の中に含まれるライフサイクルコスト(LCC)モデル113などを用いて、(図9のステップ174において)発電プラント12のLCCの推定値が決定され得る。LCCモデル113は、コンピュータープログラムなどであることが可能であり、LCCモデル113は、発電プラント12についての物理的な情報および/またはコスト情報、ならびに、制御モデル111からの設定点を使用し、発電プラント12の推定ライフサイクルコストを決定するように構成され得る。ライフサイクルコストは、たとえば、その耐用年数にわたる発電プラント12の総コスト、メンテナンスコスト、および/または動作コストを含むことが可能である。LCCモデル113は、強化した精度のために性能モデル112の結果を考慮するように構成され得る。したがって、LCCモデル113は、制御モデル111の決定された設定点、および、性能モデル112からの動作特性、ならびに、他の情報を使用し、所望の通りに、発電プラント12の耐用年数を推定し、その耐用年数の間に発電プラント12を動作させ、かつ/または維持するのにどれくらいのコストがかかり得るかということを推定することが可能である。前述のように、発電プラントの耐用年数は、動作の時間および/または起動の数で表現され得、所与の発電プラントは、発電プラントの製造業者によって提供され得る期待耐用年数を有する。したがって、期待耐用年数の所定の値は、少なくとも、LCCモデル113および/または強化モジュール114のための開始点として使用され得る。   In addition, according to certain aspects of the present invention, the power plant 12 may be used (in step 174 of FIG. 9) using, for example, a life cycle cost (LCC) model 113 included in the plant controller 22 of FIG. An estimate of the LCC of can be determined. The LCC model 113 can be a computer program or the like, and the LCC model 113 uses physical information and / or cost information about the power plant 12 and set points from the control model 111 to generate power. The plant 12 may be configured to determine an estimated life cycle cost. The life cycle cost can include, for example, the total cost, maintenance cost, and / or operating cost of the power plant 12 over its useful life. The LCC model 113 may be configured to consider the results of the performance model 112 for enhanced accuracy. Accordingly, the LCC model 113 uses the determined set point of the control model 111 and the operating characteristics from the performance model 112 and other information to estimate the useful life of the power plant 12 as desired. It is possible to estimate how much it may cost to operate and / or maintain the power plant 12 during its useful life. As described above, the useful life of a power plant can be expressed in terms of time of operation and / or number of activations, and a given power plant has an expected life that can be provided by the manufacturer of the power plant. Accordingly, the predetermined value of expected useful life can be used at least as a starting point for LCC model 113 and / or enhancement module 114.

初期設定点、性能指標、および推定ライフサイクルを決定することからの結果などのような、本発明の他の実施形態からの情報を使用して、下記に説明されているように、(ステップ175において)発電プラント12に関する最適化問題が解決され得る。そのような最適化問題は、望まれる分析の深さに応じて複数の等式および変数を含むことが可能であり、また、目標関数を含むことが可能であり、目標関数は、実施形態では、LCCベースの目標関数であることが可能である。解決は、たとえば、LCCベースの目標関数を最小化することなどによって、発電プラント12の動作パラメーターの強化または増強を提供することを含むことが可能である(やはりステップ175)。実施形態では、最適化問題の解決は、図8のプラントコントローラー22の強化モジュール114によって実施され得る。   Using information from other embodiments of the present invention, such as initial set points, performance indicators, and results from determining an estimated life cycle, as described below (step 175 The optimization problem for the power plant 12 can be solved. Such optimization problems can include multiple equations and variables, depending on the depth of analysis desired, and can include a goal function, which in the embodiment is , An LCC-based target function. The solution may include providing an enhancement or enhancement of the operating parameters of the power plant 12, such as by minimizing an LCC-based objective function (again, step 175). In an embodiment, the solution to the optimization problem may be implemented by the enhancement module 114 of the plant controller 22 of FIG.

最適化理論から知られているように、目標関数は、最適化されることとなる特性またはパラメーターを表し、最適化問題がどのように定義されるかに応じて、多くの変数および/またはパラメーターを考慮に入れることが可能である。最適化問題では、特定の問題および/または目標関数によって表されているパラメーターに応じて、目標関数は、最大化または最小化させられ得る。たとえば、上記に示されているように、実施形態によるLCCを表現している目標関数は、LCCを可能な限り低く維持するように発電プラント12を走らせるために使用され得る少なくとも1つの動作パラメーターを作り出すために最小化させられることとなる。発電プラント12のための最適化問題、または少なくとも目標関数は、発電プラント特性、サイトパラメーター、顧客仕様、制御モデル111からの結果、性能モデル112、および/または、LCCモデル113、周囲条件、市場条件、および/またはプロセス条件、ならびに、適切および/または所望であり得る任意の追加的な情報などのような要因を考慮に入れることが可能である。そのような要因は、目標関数の項の中へ集められ得、たとえば、LCCベースの目標関数が、時間とともに表されるメンテナンスコストおよび動作コストを含むようになっており、時間は、推定コンポーネント耐用年数に基づく予測計画対象期間である。本発明の実装形態において、複雑な目標関数および/または最適化問題が使用され得、それぞれが、本明細書で説明されている様々な関数および/または要因の多くまたはすべてを含むことが可能であるということが認識されることとなる。   As is known from optimization theory, an objective function represents a property or parameter that is to be optimized, and depending on how the optimization problem is defined, many variables and / or parameters Can be taken into account. In an optimization problem, depending on the particular problem and / or the parameters represented by the objective function, the objective function can be maximized or minimized. For example, as indicated above, the target function representing the LCC according to the embodiment is at least one operating parameter that can be used to run the power plant 12 to keep the LCC as low as possible. Will be minimized to produce Optimization problems for power plant 12, or at least the target function, include power plant characteristics, site parameters, customer specifications, results from control model 111, performance model 112, and / or LCC model 113, ambient conditions, market conditions Factors such as, and / or process conditions, and any additional information that may be appropriate and / or desirable may be taken into account. Such factors can be collected into the goal function term, for example, an LCC-based goal function includes maintenance and operating costs expressed over time, and time is estimated component lifetime This is the forecast plan period based on the number of years. In implementations of the invention, complex goal functions and / or optimization problems may be used, each of which may include many or all of the various functions and / or factors described herein. It will be recognized that there is.

たとえば、メンテナンスコストは、発電プラント12の部品をモデル化し、すでに議論されているものなどのような様々なパラメーターに基づいて摩耗を推定することによって決定され得る。発電プラント12の任意の部品が、これらの目的のためにモデル化され得るということが認識されることとなる。しかし、実際の適用では、発電プラント12のより少数のより大きな部分、またはより少数の選択部分に関連付けられる部品がモデル化され得、かつ/または、モデル化する代わりに、いくつかの部品に関して、定数もしくはプラグ値が使用され得る。どんな詳細のレベルが用いられても、そのようなLCCベースの目標関数の最小化は、最適化問題の一部であり、その最適化問題は、上記に提供されているものなどのような多くの要因の結果として、所与の発電プラントに関して変化し得、また、たとえば、LCCを最小化することなどにしたがって、少なくとも1つの強化されたまたは増強された発電プラント12の動作パラメーターを含むことが可能である。加えて、所定の稼働時間および/もしくは休止時間、発電プラント12の様々な場所における所定の上限温度および/もしくは下限温度、所定のトルク、所定の電力出力、ならびに/または、所望の通りのおよび/もしくは必要に応じた他の制約などのような、少なくとも1つの制約が最適化問題に課され得るということを、当業者は認識することとなる。別段の記述がない限り、どんな制約が適用されるべきであるかということ、および、所与の最適化問題に関してどのような様式で適用されるべきであるかということを決定することは、当業者の管理権限内である。さらに、最適化問題への実行可能解を可能にするためにスラック変数を加えることなどのような、追加的な最適化理論技法が適用され得る状況を、当業者は認識することとなる。   For example, maintenance costs can be determined by modeling parts of the power plant 12 and estimating wear based on various parameters such as those already discussed. It will be appreciated that any part of the power plant 12 can be modeled for these purposes. However, in practical applications, parts associated with fewer, larger parts of power plant 12 or fewer selected parts may be modeled and / or instead of modeling, with respect to some parts, A constant or plug value can be used. Whatever level of detail is used, minimization of such an LCC-based objective function is part of the optimization problem, which is much like the one provided above. As a result of these factors, it may vary for a given power plant and may include at least one enhanced or enhanced power plant 12 operating parameter, such as, for example, by minimizing LCC. Is possible. In addition, predetermined operating and / or downtime, predetermined upper and / or lower temperature at various locations of the power plant 12, predetermined torque, predetermined power output, and / or as desired and / or Alternatively, those skilled in the art will recognize that at least one constraint may be imposed on the optimization problem, such as other constraints as needed. To determine what constraints should be applied, and in what manner they should be applied for a given optimization problem, unless otherwise stated. Within the management authority of the vendor. In addition, those skilled in the art will recognize situations where additional optimization theory techniques can be applied, such as adding slack variables to enable a feasible solution to the optimization problem.

発電プラント12の動作に関する最適化問題を解決するために、たとえば、強化モジュール114(図8)によって、公知の技法が用いられ得る。必要に応じておよび/または所望の通りに、たとえば、整数計画法、線形法、混合整数線形法、混合整数非線形法、および/または別の技法が使用され得る。加えて、例示的な目標関数に見ることができるように、最適化問題は、予測計画対象期間にわたって解決され得、発電プラント12の少なくとも1つの動作パラメーターに関する値のアレイを提供することが可能である。強化または増強は、たとえば、24時間、または、さらに分のオーダーなどの、比較的に短い予測計画対象期間にわたって実施され得るが、強化モジュール114(図8)は、望まれる分析の深さに応じて、たとえば、最大で発電プラント12の推定耐用年数までなどの、より長い予測計画対象期間を用いることが可能である。実施形態では、たとえば、制御モデル111(図8)などによって決定された初期設定点が、最適化問題の解決に応答して、および/または、最適化問題の解決の一部として調節され、強化された、または増強された、または最適化された設定点を生み出すことが可能である。加えて、結果を改良し、かつ/または、発電プラント12の制御設定点をより強化もしくは増強するために、(図9のステップ172〜175において)初期設定点を決定すること、性能指標の値を決定すること、推定LCCコストを決定すること、および、強化または増強することとともに、反復が使用され得る。   Known techniques can be used, for example, by the enhancement module 114 (FIG. 8) to solve optimization problems related to the operation of the power plant 12. For example, integer programming, linear methods, mixed integer linear methods, mixed integer nonlinear methods, and / or other techniques may be used as needed and / or desired. In addition, as can be seen in the exemplary objective function, the optimization problem can be solved over the forecast planning period and can provide an array of values for at least one operating parameter of the power plant 12. is there. The enhancement or enhancement can be performed over a relatively short forecast planning period, such as, for example, on the order of 24 hours or even minutes, but the enhancement module 114 (FIG. 8) depends on the depth of analysis desired. Thus, it is possible to use a longer forecast planning target period, for example, up to the estimated useful life of the power plant 12. In an embodiment, for example, an initial set point determined by control model 111 (FIG. 8) or the like is adjusted and enhanced in response to optimization problem resolution and / or as part of optimization problem resolution. It is possible to produce a set point that is enhanced, enhanced, or optimized. In addition, determining an initial set point (in steps 172 to 175 of FIG. 9) to improve results and / or further enhance or enhance the control set point of the power plant 12, values of performance indicators Iterating can be used in conjunction with determining the estimated LCC cost, and enhancing or enhancing.

説明されることとなるように、オファー曲線セクション180は、オファー曲線、または、オファー曲線のセットを発生させることが可能であり、その例は、図7に関連して先に示された。プラントコントローラー22では、制御モジュール110および/またはデータリソース26からの制御情報115が、(図9のステップ181において)オファー曲線モジュール120によって受け取られ得る。特定の実施形態によれば、制御情報115は、制御設定点、性能、周囲条件、および/または市場条件を含む。また、この情報は、「ランの時の(as run)」情報として知られている可能性がある。加えて、周囲条件予想121および/または市場条件予想122は、(ステップ182において)受け取られ得る。特定の実施形態によれば、データベース123が含まれ得、データベース123は、現在の情報、「ランの時の」情報、および/または履歴情報をローカルで記憶することが可能であり、それは、周囲条件、市場条件、発電プラント性能情報、オファー曲線、制御設定点、および/または、適切であり得る任意の他の情報のいずれかまたはすべてを含む。データベース123は、たとえば、発電プラント12のオフラインのモデル124などを用いて、(ステップ183において)発電プラント12の動作をシミュレートするための情報を提供するために使用され得る。   As will be described, the offer curve section 180 can generate an offer curve or a set of offer curves, examples of which were shown earlier in connection with FIG. At the plant controller 22, control information 115 from the control module 110 and / or the data resource 26 may be received by the offer curve module 120 (at step 181 of FIG. 9). According to certain embodiments, the control information 115 includes control set points, performance, ambient conditions, and / or market conditions. This information may also be known as “as run” information. In addition, ambient condition forecast 121 and / or market condition forecast 122 may be received (at step 182). According to certain embodiments, a database 123 may be included, which may store current information, “time of run” information, and / or historical information locally, Including any or all of conditions, market conditions, power plant performance information, offer curves, control set points, and / or any other information that may be appropriate. The database 123 may be used to provide information for simulating the operation of the power plant 12 (at step 183), such as using an offline model 124 of the power plant 12.

オフラインのモデル124は、制御モデル111と同様のモデルを含むことが可能であるが、追加的なモデル化情報を含むことも可能である。たとえば、オフラインのモデル124は、制御モデル111、性能モデル112、LCCモデル113、および/または追加的なモデル化情報の一部分または全部を組み込むことが可能である。LCCを強化または増強することからの設定点および/または情報を用いて、オフラインのモデル124を走らせることによって、オフラインのモデル124の出力は、予測計画対象期間の中のそれぞれの時間間隔に関する電力生産のコストのための推定値、および、発電プラント12の電力出力の様々な値のための推定値を決定するために使用され得、(ステップ184において)1つまたは複数のオファー曲線125を発生させ、1つまたは複数のオファー曲線125は、(ステップ185において)給電指令当局24に送られるか、またはその他の方法で提供され得る。オフラインのモデル124は、発電プラント12の推定動作コストおよび/または条件を決定する際に、履歴情報、現在の情報、および/または予想情報などのような、任意の適切な情報を使用することが可能である。加えて、実施形態におけるオフラインのモデル124は、たとえば、モデルチューニングモジュール126などによって、(ステップ186において)チューニングされ得る。チューニングは、たとえば、プラントコントローラー22の他の部品によって受け取られかつ/または提供される情報に基づいて、オフラインのモデル124に関するパラメーターを周期的に調節し、発電プラント12の実際の動作をより良好に反映することを含むことが可能であり、発電プラント12の動作をより良好にシミュレートするようになっている。したがって、所与の動作パラメーターのセットに関して、プラントコントローラー22が、オフラインのモデル124が予測したものとは異なる実際のプロセス条件を観測した場合には、プラントコントローラー22は、それにしたがってオフラインのモデル124を変化させることが可能である。   The offline model 124 can include a model similar to the control model 111, but can also include additional modeling information. For example, offline model 124 may incorporate some or all of control model 111, performance model 112, LCC model 113, and / or additional modeling information. By running the offline model 124 using the set points and / or information from enhancing or enhancing the LCC, the output of the offline model 124 can be used to calculate the power for each time interval within the forecast planning period. Generate one or more offer curves 125 (in step 184) that can be used to determine an estimate for the cost of production and an estimate for various values of the power output of the power plant 12 And the one or more offer curves 125 may be sent (at step 185) to the feed command authority 24 or otherwise provided. The offline model 124 may use any suitable information, such as historical information, current information, and / or forecast information, in determining the estimated operating cost and / or condition of the power plant 12. Is possible. In addition, the offline model 124 in the embodiment may be tuned (at step 186), such as by the model tuning module 126, for example. Tuning, for example, periodically adjusts parameters for the off-line model 124 based on information received and / or provided by other parts of the plant controller 22 to improve the actual operation of the power plant 12. Reflecting can be included to better simulate the operation of the power plant 12. Thus, for a given set of operating parameters, if the plant controller 22 observes actual process conditions that are different from those predicted by the offline model 124, the plant controller 22 will accordingly configure the offline model 124. It is possible to change.

発電プラント12aからのオファー曲線125に加えて、図示されているように、給電指令当局24は、その制御下にある他の発電プラント12bからオファー曲線125を受け取ることが可能である。給電指令当局24は、オファー曲線125にアクセスすることが可能であり、電力システム10にかかる負荷に対応するために給電スケジュールを発生させることが可能である。給電指令当局24は、予想される周囲条件、負荷予想、および/または、必要に応じたおよび/または所望の通りの他の情報を追加的に考慮に入れることが可能であり、それは、給電指令当局24がアクセスする様々なローカルのまたはリモートのデータリソース26から受け取られ得る。図示されているように、給電指令当局24によって作り出される給電スケジュールは、目標負荷128を含む発電プラント12のための制御信号を含み、上記に説明されているように、プラントコントローラー22は、その制御信号に応答することが可能である。   In addition to the offer curve 125 from the power plant 12a, as shown, the feed command authority 24 can receive the offer curve 125 from another power plant 12b under its control. The power supply command authority 24 can access the offer curve 125 and can generate a power supply schedule to accommodate the load on the power system 10. The power supply command authority 24 may additionally take into account expected ambient conditions, load expectations, and / or other information as needed and / or desired, It can be received from various local or remote data resources 26 that are accessed by the authority 24. As shown, the power supply schedule created by the power supply command authority 24 includes control signals for the power plant 12 that includes the target load 128, and as described above, the plant controller 22 controls its control. It is possible to respond to the signal.

ライフサイクルコストの考慮事項を含めることは、本明細書で説明されているように、最適化プロセスの中で使用されるプラントモデルの範囲および精度を増加させ、こうする際に、手順に対する強化を可能にするように役割を果たすことが可能であるということが認識されることとなる。オファー曲線125は、上記に説明されているように、(メガワットの発電プラント出力に対して、メガワット時当たりのドルで測定される)可変コストを表すことが可能である。オファー曲線125は、増分可変コストオファー曲線および平均可変コストオファー曲線を含むことが可能である。見ることができるように、本発明の実施形態は、それらの発生させられたオファー曲線125を介して、可変コストの正確な査定を提供することが可能である。本発明の実施形態を使用して、増分可変コストオファー曲線は、実際の増分可変コスト曲線を非常に厳密に予測するように示されているが、一方、平均可変コストオファー曲線は、実際の平均可変コスト曲線を非常に厳密に予測するように示されている。本発明の実施形態によって発生させられるオファー曲線の精度は、図8のプラントコントローラー22の中で使用される様々なモデルが、概説目的のために適切な代表的なモデルを提供するということを示している。   Inclusion of life cycle cost considerations increases the scope and accuracy of the plant model used in the optimization process, as described herein, and in this way strengthens the procedure. It will be recognized that it is possible to play a role as it makes possible. The offer curve 125 can represent a variable cost (measured in dollars per megawatt hour for a megawatt power plant output) as described above. Offer curve 125 may include an incremental variable cost offer curve and an average variable cost offer curve. As can be seen, embodiments of the present invention can provide an accurate assessment of variable costs via their generated offer curve 125. Using embodiments of the present invention, the incremental variable cost offer curve is shown to predict the actual incremental variable cost curve very closely, while the average variable cost offer curve is the actual average It is shown to predict the variable cost curve very closely. The accuracy of the offer curve generated by embodiments of the present invention indicates that the various models used in the plant controller 22 of FIG. 8 provide a representative model suitable for overview purposes. ing.

ここで、図10から図12を見てみると、本発明の他の態様が、上記に提供されている特定のシステムおよび方法を参照して、また、それらを含めて、説明されている。図10は、ガスおよび蒸気タービンシステムを有するコンバインドサイクル発電プラントの中で使用され得るプラント最適化システム200のためのアーキテクチャーを実証するデータフローダイアグラムである。提供されている実施形態では、システム200は、上記に議論されているセンサーおよびアクチュエーターなどのような、ガスタービン(202)および蒸気タービンシステム(204)のそれぞれに関連付けられた監視および制御計器202、204を含む。監視および制御計器202、204のそれぞれは、測定された動作パラメーターを示す信号をプラントコントローラー208へ送信することが可能である。プラントコントローラー208は、信号を受け取り、所定のアルゴリズムにしたがって信号を処理し、制御信号を監視および制御計器202、204へ送信し、プラント動作に対する変化に影響を及ぼす。   Turning now to FIGS. 10-12, other aspects of the present invention are described with reference to and including the specific systems and methods provided above. FIG. 10 is a data flow diagram demonstrating an architecture for a plant optimization system 200 that may be used in a combined cycle power plant having a gas and steam turbine system. In the provided embodiment, system 200 includes monitoring and control instrument 202 associated with each of gas turbine (202) and steam turbine system (204), such as the sensors and actuators discussed above. 204. Each of the monitoring and control instruments 202, 204 can send a signal indicative of the measured operating parameter to the plant controller 208. The plant controller 208 receives the signal, processes the signal according to a predetermined algorithm, and transmits control signals to the monitoring and control instruments 202, 204 to affect changes to plant operation.

プラントコントローラー208は、データ収集モジュール210とインターフェース接続している。データ収集モデル210は、将来の参照および分析のために保管データを維持するデータベース/ヒストリアン212に通信可能に連結され得る。ヒートバランスモジュール214は、要求に応じて、データ収集モデル210およびデータベース/ヒストリアン212からデータを受け取ることが可能であり、測定されたデータに可能な限り厳密に適合するように、発電プラントの質量バランスモデルおよびエネルギーバランスモデルをチューニングするアルゴリズムを処理する。モデルと測定されるデータとの間の不一致は、データの中のエラーを示す可能性がある。認識されることとなるように、性能モジュール216は、プラント機器モデルを使用し、主要なプラントコンポーネントおよび機器の期待性能を予測することが可能である。期待性能と現在の性能との間の相違は、それに限定されないが、汚れ、スケーリング腐食、および破損などのような、プラント機器、部品、およびコンポーネントの条件の劣化を表すことが可能である。本発明の態様によれば、性能モジュール216は、経時的な劣化を追跡することが可能であり、プラント性能に対して最も重大な影響を有する性能問題が特定されるようになっている。   The plant controller 208 is interfaced with the data collection module 210. The data collection model 210 may be communicatively coupled to a database / historian 212 that maintains archived data for future reference and analysis. The heat balance module 214 can receive data from the data collection model 210 and the database / historian 212 on demand, and the power plant mass to fit as closely as possible to the measured data. Process algorithms to tune the balance model and energy balance model. Inconsistencies between the model and the measured data can indicate errors in the data. As will be appreciated, the performance module 216 can use the plant equipment model to predict the expected performance of key plant components and equipment. Differences between expected performance and current performance can represent degradation of plant equipment, parts, and component conditions such as, but not limited to, dirt, scaling corrosion, and failure. In accordance with aspects of the present invention, the performance module 216 can track degradation over time so that performance problems with the most significant impact on plant performance are identified.

図示されているように、オプティマイザーモジュール218が含まれ得る。オプティマイザーモジュール218は、プラントの経済的な給電を最適化するための方法論を含むことが可能である。たとえば、実施形態によれば、発電プラントは、ヒートレートが財源と等価であるという仮定にしたがって、ヒートレートまたは増分ヒートレートに基づいて給電され得る。発電プラントが、追加的な製造プロセス(図示せず)を含み、追加的な製造プロセスのために、蒸気が直接的に使用される(すなわち、作り出される蒸気が、蒸気タービンの中の発電から別の製造使用へ転用され得る)、代替的なシナリオでは、オプティマイザーモジュール218は、最適化問題を解決することが可能であり、より高いヒートレートを備えるコンポーネントが給電され得るということが認識されることとなる。たとえば、特定の状況では、蒸気に関する需要が、電気に関する需要を上回ることが可能であり、または、電気出力は、電気的なシステム要件によって制約され得る。そのようなケースでは、より低い効率のガスタービンエンジンに給電することは、限界を超えて電気出力を上昇させることなく、より大きい熱が回収されることを可能にすることができる。そのようなシナリオでは、より高いヒートレートを有するコンポーネントに給電することが、経済的に最適化された代替例である。   As shown, an optimizer module 218 may be included. The optimizer module 218 may include a methodology for optimizing the economic power supply of the plant. For example, according to an embodiment, the power plant may be powered based on a heat rate or incremental heat rate, according to the assumption that the heat rate is equivalent to a financial source. The power plant includes an additional manufacturing process (not shown), and for the additional manufacturing process, the steam is used directly (i.e., the steam produced is separate from the power generation in the steam turbine). In an alternative scenario, it is recognized that the optimizer module 218 can solve the optimization problem and components with higher heat rates can be powered. It will be. For example, in certain situations, the demand for steam can exceed the demand for electricity, or the electrical output can be constrained by electrical system requirements. In such cases, powering the lower efficiency gas turbine engine may allow greater heat to be recovered without exceeding the limit and increasing the electrical output. In such a scenario, supplying components with higher heat rates is an economically optimized alternative.

オプティマイザーモジュール218は、オンライン(自動)モードとオフライン(手動)モードとの間で選択可能であり得る。オンラインモードでは、オプティマイザー218は、発生させられる電気のコスト、それぞれの発電のレベルにおける増分コスト、プロセス蒸気のコスト、および、たとえば、リアルタイムでまたは5分ごとに1回などの、所定の周期性でのプラント動作利益などのような、現在のプラント経済的なパラメーターを自動的に算出する。オフラインモードは、定常状態性能をシミュレートし、「what−if」シナリオを分析し、予算およびアップグレードオプションを分析し、現在の発電能力、目標ヒートレート、条件を保証するための現在のプラント動作の補正、動作制約およびメンテナンス作用の影響、および燃料消費を予測するために使用され得る。オプティマイザー218は、プラントヒートバランスとプラント財務モデルを組み合わせることによる効率に基づいて出力を計算するのではなく、リアルタイムの経済的なコストデータ、出力価格、負荷レベル、および機器劣化に基づいて、発電プラントに関する利益最適化された出力を計算する。オプティマイザー218は、それぞれのコンポーネントの劣化に個別に適合するようにチューニングされ得、アドバイザリー出力220を作り出すことが可能であり、かつ/または、クローズドフィードバックループ制御出力222を作り出すことが可能である。アドバイザリー出力220は、発電プラントの制御可能なパラメーターをどこに設定すべきかをオペレーターに推奨し、それぞれのプラントコンポーネントを最適化し、収益性を最大化することを促進させるようになっている。例示的な実施形態では、アドバイザリー出力220は、コンピューター実行オプティマイザーモジュール218に通信可能に連結されているコンピューターディスプレイスクリーンである。代替的な実施形態では、アドバイザリー出力は、リモートワークステーションディスプレイスクリーンであり、ワークステーションは、ネットワークを通してオプティマイザーモジュール218にアクセスする。クローズドフィードバックループ制御出力222は、オプティマイザーモジュール218からデータを受け取ることが可能であり、リアルタイムフィードバック制御を実装するために、システム200のモジュールための最適化された設定点および/またはバイアス設定値を計算する。   The optimizer module 218 may be selectable between an online (automatic) mode and an offline (manual) mode. In the online mode, the optimizer 218 generates the cost of electricity generated, the incremental cost at each power generation level, the cost of process steam, and a predetermined periodicity, eg, in real time or once every 5 minutes. Automatically calculate current plant economic parameters such as plant operating profit at Offline mode simulates steady state performance, analyzes “what-if” scenarios, analyzes budgets and upgrade options, and provides current plant operation to guarantee current power generation capacity, target heat rate, and conditions. It can be used to predict corrections, operational constraints and effects of maintenance actions, and fuel consumption. Optimizer 218 does not calculate output based on efficiency by combining plant heat balance and plant financial model, but generates power based on real-time economic cost data, output price, load level, and equipment degradation. Calculate the profit-optimized output for the plant. The optimizer 218 can be tuned to individually adapt to the degradation of each component, can produce an advisory output 220, and / or can produce a closed feedback loop control output 222. The advisory output 220 recommends to the operator where to set the controllable parameters of the power plant and facilitates optimizing each plant component to maximize profitability. In the exemplary embodiment, advisory output 220 is a computer display screen that is communicatively coupled to computer-executable optimizer module 218. In an alternative embodiment, the advisory output is a remote workstation display screen, which accesses the optimizer module 218 over the network. The closed feedback loop control output 222 can receive data from the optimizer module 218 and provides optimized setpoints and / or bias setpoints for the modules of the system 200 to implement real-time feedback control. calculate.

図11は、リアルタイム火力発電プラント最適化システム230の簡単化されたブロック図であり、リアルタイム火力発電プラント最適化システム230は、本発明の態様によれば、サーバーシステム231と、複数のクライアントサブシステムとを含み、複数のクライアントサブシステムは、クライアントシステム234とも称され、サーバーシステム231に通信可能に連結されている。本明細書で使用されているように、リアルタイムは、結果に影響を及ぼす入力の変化の後に、実質的に短期間で発生する結果、たとえば、コンピューターによる計算を表している。期間は、定期的に繰り返されるタスクのそれぞれの反復の間の時間の量を表している。そのような繰り返されるタスクは、本明細書では、周期的タスクまたはサイクルと称され得る。時間期間は、リアルタイムシステムの設計パラメーターであり、リアルタイムシステムは、結果の重要度、および/または、結果を発生させるための入力の処理を実装するシステムの能力に基づいて、選択され得る。追加的に、リアルタイムで発生するイベントは、実質的な意図的遅延なしで発生する。例示的な実施形態では、計算は、1分以下の周期性で、リアルタイムで更新され得る。クライアントシステム234は、ウェブブラウザを含むコンピューターであることが可能であり、サーバーシステム231が、インターネットまたは何らかの他のネットワークを介して、クライアントシステム234にアクセス可能であるようになっている。クライアントシステム234は、多くのインターフェースを通して、インターネットに相互接続され得る。クライアントシステム234は、インターネットに相互接続することができる任意のデバイスであることが可能である。より詳細に下記に説明されているように、データベースサーバー236は、複数の事柄に関する情報を含有するデータベース239に接続されている。一実施形態では、集中型データベース239は、上記に議論されているデータリソース26の態様を含み、集中型データベース239は、サーバーシステム231の上に記憶され、また、クライアントシステム234を通してサーバーシステム231にログオンすることによって、クライアントシステム234のうちの1つにおいて潜在的ユーザーによってアクセスされ得る。代替的な実施形態では、データベース239は、サーバーシステム231からリモートで記憶され、非集中型であることが可能である。   FIG. 11 is a simplified block diagram of a real-time thermal power plant optimization system 230 that includes a server system 231 and a plurality of client subsystems according to aspects of the invention. The plurality of client subsystems is also referred to as a client system 234 and is communicatively coupled to the server system 231. As used herein, real-time represents a result that occurs in a substantially short period of time after an input change affecting the result, for example, a computer calculation. A period represents the amount of time between each iteration of a task that is repeated periodically. Such repeated tasks may be referred to herein as periodic tasks or cycles. The time period is a design parameter of the real-time system, and the real-time system can be selected based on the importance of the results and / or the ability of the system to implement the processing of inputs to generate the results. Additionally, events that occur in real time occur without substantial intentional delay. In an exemplary embodiment, the calculations can be updated in real time with a periodicity of 1 minute or less. The client system 234 can be a computer that includes a web browser such that the server system 231 is accessible to the client system 234 via the Internet or some other network. Client system 234 may be interconnected to the Internet through a number of interfaces. Client system 234 can be any device that can be interconnected to the Internet. As described in more detail below, the database server 236 is connected to a database 239 that contains information about a plurality of things. In one embodiment, the centralized database 239 includes the aspects of the data resource 26 discussed above, the centralized database 239 being stored on the server system 231 and also through the client system 234 to the server system 231. By logging on, it can be accessed by a potential user at one of the client systems 234. In an alternative embodiment, the database 239 can be stored remotely from the server system 231 and can be decentralized.

本発明の態様によれば、上記に議論されている制御方法のいくつかは、図10および図11のシステムダイアグラムとともに使用するために開発され得る。たとえば、1つの方法は、発電プラント監視計器データを受け取るソフトウェアコードセグメントのプラント性能モジュールを使用して、発電プラント性能をシミュレートすることを含む。データは、プラントコントローラー、または、サーバーの上で実行するデータベース/ヒストリアンソフトウェアプログラムから、ネットワークを通して受け取られ得る。吸気コンディショニングシステムまたはHRSGダクトファイアリングシステムなどのような、任意の追加的なプラントコンポーネントは、発電プラント性能をシミュレートするために使用されるものと同様の様式でシミュレーションされ得る。それぞれのプラントコンポーネントの性能を同じ様式で決定することは、全体的な発電プラントが単一のプラントとして扱われることを可能にし、それぞれのコンポーネントのためのそのような設定点を別々に決定するのではなく、発電プラントのための最適化された設定点を決定する。それぞれのプラントコンポーネントに関する測定可能な量は、コンポーネントごとの出力または発電プラント効率を表現するようにパラメーター化され得る。プラント機器およびプラント性能をパラメーター化することは、それらに限定されないが、ガスタービン圧縮機、ガスタービン、熱回収蒸気発生器(HRSG)、通風ファン、冷却塔、復水器、給水加熱器、蒸発器、フラッシュタンクなどのような、コンポーネントに関する効率を計算することを含む。同様に、ヒートレートおよび性能計算は、パラメーター化され得、結果として生じる連立方程式が、リアルタイムで解かれ得、計算された結果が、それぞれのパラメーターがサンプリングされた時間から意図的な遅延なしで利用可能であるようになっているということが認識されることとなる。また、パラメーター化された連立方程式および制約を解決することは、発電プラントのための現在のヒートバランスを決定することと、それらに限定されないが、動作予備力要件、電気的なシステム需要、メンテナンス活動、清浄水需要、およびコンポーネント停止などのような、発電プラントの動作についての現在の制約を使用して期待性能を決定することとを含むことが可能である。また、パラメーター化された等式および制約を解決することは、将来のヒートバランスが決定された期待性能に等しくなるように、現在のヒートバランスを修正するように調節するためのパラメーターを決定することを含むことが可能である。代替的な実施形態では、パラメーター化された連立方程式および制約を解決することは、発電プラントへの入口条件を決定すること、決定された入口条件および発電プラントの所定のモデルに基づいて発電プラントの出力を予測すること、発電プラントの現在の出力を決定すること、予測された出力を決定された出力と比較すること、および、決定された出力が予測された出力に等しくなるまでプラントパラメーターを調節することを含む。例示的な実施形態では、方法は、また、パラメーター化された等式を使用して、制御可能なプラントパラメーター、プラント機器、およびプラント性能を相関させることと、発電プラントのヒートレートを最小化することおよび/または発電プラントの利益を最大化することを含む目標関数を使用して、最適化の目標を定義することと、制約を使用して、機器のそれぞれの個々のピースの動作の物理的に可能性な範囲、および/または、全体的な制限値を定義することとを含み、全体的な制限値は、最大電力生産、最大燃料消費などを含む。   In accordance with aspects of the present invention, some of the control methods discussed above can be developed for use with the system diagrams of FIGS. For example, one method includes simulating power plant performance using a plant performance module of a software code segment that receives power plant monitoring instrument data. Data may be received over the network from a plant controller or database / historian software program running on the server. Any additional plant components, such as an intake conditioning system or an HRSG duct firing system, can be simulated in a manner similar to that used to simulate power plant performance. Determining the performance of each plant component in the same manner allows the entire power plant to be treated as a single plant and determines such setpoints for each component separately. Rather, determine an optimized set point for the power plant. The measurable quantity for each plant component can be parameterized to represent the output per component or power plant efficiency. Parameterizing plant equipment and plant performance includes, but is not limited to, gas turbine compressors, gas turbines, heat recovery steam generators (HRSG), draft fans, cooling towers, condensers, feed water heaters, evaporation Calculation of efficiency for components such as containers, flash tanks, etc. Similarly, heat rate and performance calculations can be parameterized, the resulting simultaneous equations can be solved in real time, and the calculated results can be used without intentional delay from the time each parameter was sampled. It will be recognized that it is possible. Solving parameterized simultaneous equations and constraints also determines current heat balances for power plants and includes but is not limited to operating reserve requirements, electrical system demands, maintenance activities Determining expected performance using current constraints on power plant operation, such as clean water demand, component shutdown, and the like. Solving parameterized equations and constraints also determines parameters to adjust to modify the current heat balance so that the future heat balance is equal to the determined expected performance. Can be included. In an alternative embodiment, solving the parameterized simultaneous equations and constraints is to determine the inlet conditions to the power plant, based on the determined inlet conditions and a predetermined model of the power plant. Predict output, determine power plant's current output, compare predicted output with determined output, and adjust plant parameters until determined output is equal to predicted output Including doing. In an exemplary embodiment, the method also uses a parameterized equation to correlate controllable plant parameters, plant equipment, and plant performance and minimize power plant heat rate. And / or use objective functions that include maximizing power plant profits to define optimization goals and use constraints to physically operate each individual piece of equipment Defining possible limits and / or overall limits, where the overall limits include maximum power production, maximum fuel consumption, and the like.

図12は、本発明による、パラメーター化された連立方程式および制約を解決するための例示的な方法250のフローチャートである。方法250は、(252において)発電プラントに関する現在のヒートバランスを決定することと、(254において)動作に関する現在の制約を使用して期待性能を決定することと、(256において)将来のヒートバランスが決定された期待性能に等しくなるように、現在のヒートバランスを修正するように調節するためのパラメーターを決定することとを含む。また、方法250は、発電プラントへの入口条件を決定すること258と、決定された入口条件および発電プラントの所定のモデルに基づいて発電プラントの出力を予測すること260と、発電プラントの現在の出力を決定すること262と、予測された出力を決定された出力と比較すること264と、決定された出力が予測された出力に等しくなるまでプラントパラメーターを調節すること266とを含む。説明されている方法、および、図10および図11に関連して議論されているシステムは、コンバインドサイクル発電プラントを最適化するための、コスト効率の良い信頼性の高い手段を提供するということが認識されることとなる。   FIG. 12 is a flowchart of an exemplary method 250 for solving parameterized simultaneous equations and constraints in accordance with the present invention. The method 250 determines (at 252) a current heat balance for the power plant, (at 254) uses current constraints on the operation to determine expected performance, and (at 256) a future heat balance. Determining parameters for adjusting to modify the current heat balance such that is equal to the determined expected performance. The method 250 also includes determining 258 an inlet condition to the power plant, predicting the power plant output 260 based on the determined inlet condition and a predetermined model of the power plant, Determining an output 262, comparing 264 the predicted output to the determined output, and adjusting 266 plant parameters until the determined output is equal to the predicted output. The described method and the system discussed in connection with FIGS. 10 and 11 provide a cost-effective and reliable means for optimizing a combined cycle power plant. Will be recognized.

ここで図13から図16を見てみると、本発明の特定の態様による制御方法論を図示しているいくつかのフローダイアグラムおよびシステム構成に注意が払われることとなる。一般に、例示的な実施形態によれば、ガスタービンシステムなどのような火力発電ユニット、または発電プラントのためのコントロールシステムは、モデルの第1および第2のインスタンスを含むことが可能であり、モデルの第1および第2のインスタンスは、たとえば、物理学に基づくモデルを利用することによって、または数学的にモデル化することによって(たとえば、伝達関数など)、タービンの動作をモデル化する。第1のモデル(それは、「1次モデル」とも称され得る)は、ガスタービンシステムの現在の動作パラメーターを提供することが可能であり、それは、タービンの動作のモードおよびそれに対応する動作条件を記述する。本明細書で使用されているように、「パラメーター」は、それらに限定されないが、タービンの中の定義された場所における温度、圧力、ガスフロー、ならびに、圧縮機、燃焼器、およびタービンの効率レベルなどのような、タービンの動作条件を定義するために使用され得る項目を表している。また、性能パラメーターは、「モデル補正係数」とも称され得、タービンの動作を反映するように第1または第2のモデルを調節するために使用される係数を表している。第1のモデルへの入力は、感知または測定され、オペレーターによって提供され得る。現在の性能パラメーターに加えて、本発明の方法は、ガスタービンシステムの現在または将来の動作に影響を及ぼし得る、周囲条件などのような外部要因または外乱変数に関する情報を受け取り、または別の方法で得ることを含むことが可能である。   Turning now to FIGS. 13-16, attention will be paid to several flow diagrams and system configurations illustrating a control methodology in accordance with certain aspects of the present invention. In general, according to an exemplary embodiment, a thermal power generation unit, such as a gas turbine system or the like, or a control system for a power plant can include first and second instances of a model, The first and second instances of the model the operation of the turbine, for example, by utilizing a physics based model or by mathematical modeling (eg, transfer function, etc.). The first model (which may also be referred to as the “primary model”) can provide the current operating parameters of the gas turbine system, which is the mode of operation of the turbine and the corresponding operating conditions. Describe. As used herein, “parameters” include, but are not limited to, temperature, pressure, gas flow, and compressor, combustor, and turbine efficiencies at defined locations in the turbine. It represents items that can be used to define the operating conditions of the turbine, such as levels. The performance parameter may also be referred to as a “model correction factor” and represents a factor used to adjust the first or second model to reflect the operation of the turbine. Input to the first model can be sensed or measured and provided by the operator. In addition to current performance parameters, the method of the present invention receives information about external factors or disturbance variables, such as ambient conditions, which may affect the current or future operation of the gas turbine system, or otherwise. It is possible to include obtaining.

第2のモデル(「2次モデル」または「予測モデル」とも称される)は、操作される変数などのような現在の動作パラメーター、および、1つまたは複数の外乱変数を考慮に入れて、制御される変数などのような、ガスタービンシステムの1つまたは複数の動作パラメーターを特定または予測するために発生させられる。タービンの例示的な動作パラメーターは、それらに限定されないが、排気温度、タービン出力、圧縮機圧力比、ヒートレート、排出量、燃料消費、期待される収入などのような実際のタービン動作条件を含む。したがって、この第2のモデルまたは予測モデルは、特定の動作設定点におけるタービン挙動、性能目標、または、現在の動作条件とは異なる動作条件を示し、または予測するために利用され得る。本明細書で使用されているように、「モデル」という用語は、一般的に、モデルの出力に基づいて、モデル化し、シミュレートし、予測し、または示す作用を表している。「第2のモデル」という用語が本明細書で利用されているが、いくつかの場合では、第1および第2のモデルの定式化の間に相違は存在しない可能性があり、「第2のモデル」は、調節されたパラメーターまたは追加的な入力もしくは異なる入力によって、第1のモデルを走らせることを表すようになっているということが認識される。   The second model (also referred to as “second order model” or “predictive model”) takes into account current operating parameters such as the manipulated variables and the like, and one or more disturbance variables, Generated to identify or predict one or more operating parameters of the gas turbine system, such as controlled variables. Exemplary operating parameters of the turbine include, but are not limited to, actual turbine operating conditions such as exhaust temperature, turbine power, compressor pressure ratio, heat rate, emissions, fuel consumption, expected income, etc. . Thus, this second model or predictive model can be utilized to indicate or predict turbine behavior at a particular operating set point, performance goals, or operating conditions that are different from current operating conditions. As used herein, the term “model” generally refers to the action of modeling, simulating, predicting or presenting based on the output of the model. Although the term “second model” is utilized herein, in some cases there may not be a difference between the formulation of the first and second models, and “second model” It will be appreciated that “model of” is intended to represent running the first model with adjusted parameters or additional or different inputs.

したがって、外部要因および/または異なる動作条件を考慮する第2のモデルまたは予測モデルを利用してタービン動作挙動をモデル化することによって、タービン制御は、これらの異なる動作条件の下で、または、想定外の外部要因を考慮して、より効率的に動作するように調節され得る。したがって、このシステムは、モデル化された挙動および動作特性に基づく自動化されたタービン制御を可能にする。加えて、説明されているモデル化システムは、オペレーター特定のシナリオ、入力、動作点、動作目標、および/または動作条件を生成し、これらのオペレーター特定の条件におけるタービン挙動および動作特性を予測することを可能にする。そのような仮想のシナリオを予測することは、オペレーターが、スケジューリング、ローディング、ターンダウンなどのような、より多くの情報に基づく制御および動作決定を行うことを可能にする。本明細書で使用されているように、「動作点」という用語は、一般的に、動作点、条件、および/または目標を表しており、限定することを意図していない。したがって、動作点は、ベース負荷、ターンダウンポイント、およびピークファイヤーなどのような、目標または設定点を表すことが可能である。   Thus, by modeling turbine operating behavior utilizing a second model or predictive model that takes into account external factors and / or different operating conditions, turbine control may be under these different operating conditions or assumed. It can be adjusted to operate more efficiently taking into account external external factors. Thus, this system enables automated turbine control based on modeled behavior and operating characteristics. In addition, the described modeling system generates operator specific scenarios, inputs, operating points, operating targets, and / or operating conditions and predicts turbine behavior and operating characteristics in these operator specific conditions Enable. Predicting such a virtual scenario allows the operator to make more informed control and action decisions such as scheduling, loading, turndown, etc. As used herein, the term “operating point” generally represents an operating point, condition, and / or goal and is not intended to be limiting. Thus, the operating point can represent a target or set point, such as base load, turndown point, and peak fire.

説明されているタービンモデル化システムの1つの例示的な使用は、タービン動作を調節し、最も効率的なレベルにおいて依然として動作しながら、グリッド準拠要件を満足させることを含む。たとえば、地方のグリッド当局は、典型的に、発電プラントが周波数混乱の間にグリッドを支持することができなければならないという要件を規定している。混乱の間にグリッドを支持することは、グリッド状態に応じて、特定の条件の下でタービン負荷を増加または減少させることを伴う。たとえば、混乱の間に、発電プラントは、その発電出力を(たとえば、2%程度だけ)増加させ、他の供給不足を補償することが期待される。したがって、タービン動作は、典型的に、ベース負荷点を制約し、マージン付きの出力レベル(「予備マージン」とも称される)においてタービンが動作させられることを可能にし、必要な場合には、オーバーファイアリングに関連付けられる追加的なメンテナンス要因を招くことなく、増加した負荷が提供され得るようになっている。1つの例として、予備マージンは、典型的なベース負荷の98%であることが可能であり、したがって、100%ベース負荷を超えることなく、グリッド要件に対応するために負荷を増加させることを可能にする(たとえば、2%増加させる)。しかし、温度、湿度、または圧力などのような、想定外の外部要因が、タービン効率に悪影響を及ぼす可能性がある。日中の気温が上がるにつれて、熱は、タービンがより低い効率で動作することを引き起こし、タービンが当初に計画した通りの100%負荷に到達できないので、タービンは、タービンが必要とする2%の予備力を有さない可能性がある。それを補償するために、従来のヒートレート曲線は、可能性のある機械効率損失を考慮して、終日にわたり、より効率的な状態でタービンを動作させることを引き起こす(たとえば、96%などで)。しかし、本明細書で説明されているタービンモデル化システムは、現在の外部要因(たとえば、温度、湿度、圧力など)にしたがってリアルタイムでタービン挙動をモデル化することを可能にし、したがって、現在の周囲条件を前提として最も効率的に動作するように、タービン動作を制御することを可能にする。同様に、1日の熱変動に応答してタービン挙動を予測するように、将来のタービン挙動が予測され得、タービン動作プランニングが、最も効率的で経済的に採算の合う動作を実現することを可能にする。別の例として、発電プラントは、典型的に、夜間にガスタービンをシャットダウンするかどうか、または、単に出力レベルを低減させる(たとえば、ターンダウンする)かどうかについて、決定を行う。排出量、排気温度などのようなタービン動作特性は、この決定に影響を与える。本明細書で説明されているタービンモデル化システムを利用して、事前に、またはリアルタイムで、またはほぼリアルタイムで、のいずれかで、よりインテリジェントに決定を行うことが可能である。外部要因および期待されるタービン動作パラメーターは、第2のモデルに供給され、タービン動作特性がどのようになることになるかについて決定することが可能である。したがって、これらの特性(たとえば、効率、排出量、コストなど)を考慮して、モデル化された特性が利用され、タービンがシャットダウンされるべきかまたはターンダウンされるべきかについて決定することが可能である。   One exemplary use of the turbine modeling system described includes adjusting turbine operation to meet grid compliance requirements while still operating at the most efficient level. For example, local grid authorities typically specify the requirement that power plants must be able to support the grid during frequency disruptions. Supporting the grid during disruption involves increasing or decreasing the turbine load under certain conditions, depending on the grid conditions. For example, during disruptions, power plants are expected to increase their power output (eg, by as much as 2%) to compensate for other supply shortages. Thus, turbine operation typically constrains the base load point and allows the turbine to be operated at a margined power level (also referred to as a “spare margin”), overrun if necessary. Increased load can be provided without incurring additional maintenance factors associated with firing. As one example, the reserve margin can be 98% of a typical base load, thus allowing the load to be increased to accommodate grid requirements without exceeding 100% base load. (For example, increase by 2%). However, unexpected external factors such as temperature, humidity, or pressure can adversely affect turbine efficiency. As daytime temperatures increase, the heat causes the turbine to operate at lower efficiency and the turbine cannot reach the 100% load as originally planned, so the turbine is 2% of the turbine's need. May not have reserve power. To compensate for it, conventional heat rate curves cause the turbine to operate in a more efficient state throughout the day, taking into account possible mechanical efficiency losses (eg, at 96%, etc.) . However, the turbine modeling system described herein allows the turbine behavior to be modeled in real time according to current external factors (eg, temperature, humidity, pressure, etc.) and thus the current ambient Allows turbine operation to be controlled to operate most efficiently given the conditions. Similarly, future turbine behavior can be predicted to predict turbine behavior in response to daily heat fluctuations, and turbine operation planning will provide the most efficient and economically profitable operation. to enable. As another example, a power plant typically makes a decision as to whether to shut down the gas turbine at night, or simply reduce the power level (eg, turn down). Turbine operating characteristics such as emissions, exhaust temperature, etc. will influence this determination. The turbine modeling system described herein can be utilized to make more intelligent decisions either in advance, in real time, or in near real time. External factors and expected turbine operating parameters can be fed into the second model to determine what the turbine operating characteristics will be. Therefore, considering these characteristics (eg efficiency, emissions, cost, etc.), the modeled characteristics can be used to determine whether the turbine should be shut down or turned down It is.

さらなる別の例として、タービンモデル化システムは、所与の時間においてタービンメンテナンスを実施する利益を評価するために利用され得る。本発明のタービンモデル化システムは、現在の性能パラメーターに基づいて、現在の能力において、タービンの動作特性をモデル化するために利用され得る。次いで、メンテナンスが実施される場合にタービンの動作特性をモデル化する(たとえば、期待性能アップを示すように性能パラメーター値を改善させる)、オペレーター特定のシナリオを発生させることが可能である。たとえば、タービンが経時的に劣化するにつれて、性能パラメーターは、機械劣化を反映する。いくつかの場合では、メンテナンスは、それらの性能パラメーター、ひいては、タービンの動作特性を改善させるために実施され得る。改善された動作特性をモデル化または予測することによって、コスト−利益分析が実施され、メンテナンスを実施することによって得られる利益とかかるコストを比較することが可能である。   As yet another example, a turbine modeling system may be utilized to evaluate the benefits of performing turbine maintenance at a given time. The turbine modeling system of the present invention can be utilized to model turbine operating characteristics at current capabilities based on current performance parameters. An operator specific scenario can then be generated that models the operating characteristics of the turbine when maintenance is performed (eg, improving performance parameter values to show an expected performance increase). For example, as the turbine degrades over time, the performance parameter reflects machine degradation. In some cases, maintenance can be performed to improve their performance parameters and thus the operating characteristics of the turbine. By modeling or predicting improved operating characteristics, a cost-benefit analysis can be performed to compare such costs with the benefits gained from performing maintenance.

図13は、タービン動作挙動をモデル化するために使用され得る例示的なシステム300を図示している。この実施形態によれば、圧縮機および燃焼器を有するガスタービンを含む発電プラント302が提供される。圧縮機への吸気ダクトは、周囲空気と、場合によっては注入される水とを、圧縮機へ給送する。吸気ダクトの構成は、圧縮機の中へ流入する周囲空気の圧力損失に寄与する。発電プラント302のための排気ダクトは、たとえば、排出制御および吸音デバイスを通して、発電プラント302の出口から、燃焼ガスを方向付けする。入口圧力損失および背圧の量は、吸気ダクトおよび排気ダクトへのコンポーネントの追加に起因して、ならびに、吸気ダクトおよび排気ダクトの詰まりに起因して、経時的に変化する可能性がある。   FIG. 13 illustrates an example system 300 that can be used to model turbine operating behavior. According to this embodiment, a power plant 302 is provided that includes a gas turbine having a compressor and a combustor. The intake duct to the compressor feeds ambient air and possibly injected water to the compressor. The configuration of the intake duct contributes to the pressure loss of the ambient air flowing into the compressor. An exhaust duct for the power plant 302 directs combustion gases from the outlet of the power plant 302, for example through emission control and sound absorption devices. The amount of inlet pressure loss and back pressure can change over time due to the addition of components to the intake and exhaust ducts and due to clogging of the intake and exhaust ducts.

発電プラント302の動作は、発電プラント302の1つまたは複数の観測可能な条件、すなわち、動作パラメーターまたは性能パラメーターを検出する1つまたは複数のセンサーによって、監視され得る。加えて、周囲環境などのような外部要因は、1つまたは複数のセンサーによって測定され得る。多くの場合では、二重化または三重化されたセンサーが、同じパラメーターを測定することが可能である。たとえば、冗長の温度センサーのグループは、発電プラント302を取り囲む周囲温度、圧縮機吐出温度、タービン排気ガス温度、ならびに、発電プラント302の全体にわたる他の温度を監視することが可能である。同様に、冗長の圧力センサーのグループは、周囲圧力、および圧縮機入口および出口、タービン排気、ならびに、エンジン全体にわたる他の場所における静圧および動圧レベルを監視することが可能である。冗長の湿度センサーのグループは、圧縮機の吸気ダクトの中の周囲湿度を測定することが可能である。また、冗長のセンサーのグループは、発電プラント302の動作に関する様々なパラメーターを感知するフローセンサー、速度センサー、火炎検出器センサー、バルブ位置センサー、ガイドベーン角度センサーなどを含むことが可能である。燃料コントロールシステムは、燃料供給部から燃焼器へ流れる燃料を調整することが可能である。また、燃料コントローラーは、燃焼器のための燃料のタイプを選択することが可能である。   The operation of the power plant 302 may be monitored by one or more sensors that detect one or more observable conditions of the power plant 302, i.e., operating parameters or performance parameters. In addition, external factors such as the ambient environment and the like can be measured by one or more sensors. In many cases, dual or triple sensors can measure the same parameters. For example, a group of redundant temperature sensors can monitor the ambient temperature surrounding the power plant 302, the compressor discharge temperature, the turbine exhaust gas temperature, and other temperatures throughout the power plant 302. Similarly, a group of redundant pressure sensors can monitor ambient pressure and static and dynamic pressure levels at compressor inlets and outlets, turbine exhaust, and elsewhere throughout the engine. A group of redundant humidity sensors can measure the ambient humidity in the intake duct of the compressor. The group of redundant sensors may also include flow sensors, speed sensors, flame detector sensors, valve position sensors, guide vane angle sensors, etc. that sense various parameters related to the operation of the power plant 302. The fuel control system can regulate the fuel flowing from the fuel supply to the combustor. The fuel controller can also select the type of fuel for the combustor.

述べられているように、「動作パラメーター」は、温度、圧力、圧縮機圧力比、タービンの中の定義された場所におけるガスフロー、負荷設定点、燃焼温度、ならびに、タービンもしくは圧縮機劣化のレベルおよび/またはタービンもしくは圧縮機の効率のレベルに対応する1つまたは複数の条件などのような、タービンシステムの動作条件を定義するために使用され得る項目を表している。いくつかのパラメーターは、直接的に測定される。他のパラメーターは、タービンモデルによって推定され、または、間接的に知られる。さらなる他のパラメーターは、仮想の条件または将来の条件を表すことが可能であり、プラントオペレーターによって定義され得る。測定されるパラメーターおよび推定されるパラメーターは、所与のタービン動作状態を表すために使用され得る。本明細書で使用されているように、「性能指標」は、特定の測定される動作パラメーターの値から導出される動作パラメーターであり、定義された期間にわたる発電プラントの動作に関する性能基準を表している。たとえば、性能指標は、ヒートレート、出力レベルなどを含む。   As stated, “operating parameters” include temperature, pressure, compressor pressure ratio, gas flow at defined locations in the turbine, load set point, combustion temperature, and level of turbine or compressor degradation. And / or represents items that may be used to define the operating conditions of the turbine system, such as one or more conditions corresponding to the level of efficiency of the turbine or compressor. Some parameters are measured directly. Other parameters are estimated by the turbine model or indirectly known. Still other parameters can represent virtual or future conditions and can be defined by the plant operator. The measured and estimated parameters can be used to represent a given turbine operating condition. As used herein, a “performance indicator” is an operating parameter derived from the value of a particular measured operating parameter and represents a performance standard for power plant operation over a defined period of time. Yes. For example, the performance index includes a heat rate, an output level, and the like.

図13に図示されているように、システム300は、1つまたは複数のコントローラー303a、303bを含み、1つまたは複数のコントローラー303a、303bは、それぞれ、発電プラントまたは発電ユニット302の動作を制御するためのプログラムを実行する1つまたは複数のプロセッサーを有するコンピューターシステムであることが可能である。図13は、2つのコントローラーを図示しているが、単一のコントローラー303が設けられてもよいということが認識される。好適な実施形態によれば、冗長的なおよび/または分散された処理を提供するために、複数のコントローラーが含まれ得る。制御作用は、たとえば、センサー入力、またはプラントオペレーターからのインストラクションに依存することが可能である。コントローラー303によって実行されるプログラムは、燃焼器への燃料フローを調整するためのアルゴリズム、グリッド準拠、ターンダウンを管理するためのアルゴリズムなどのような、スケジューリングアルゴリズムを含むことが可能である。コントローラー303によって発生させられるコマンドは、タービンの上のアクチュエーターが、たとえば、燃料供給部と燃焼器との間のバルブを調節することを引き起こすことが可能であり、燃料フロー、スプリット、および燃料のタイプを調整するようになっている。アクチュエーターは、圧縮機の上の入口ガイドベーンを調節することが可能であり、または、タービンの上の他の制御設定点を活性化させることが可能である。コントローラー303は、発電プラントの制御を促進することに加えて、本明細書で説明されているように、第1のモデルおよび/または第2のモデルを発生させるために使用され得るということが認識されることとなる。コントローラー303は、オペレーターのおよび/または現在のモデル化された出力(または、任意の他のシステム出力)を受け取ることが可能である。先に説明されているように、コントローラー303は、メモリーを含むことが可能であり、メモリーは、プログラムされたロジック(たとえば、ソフトウェア)を記憶し、また、感知された動作パラメーター、モデル化された動作パラメーター、動作限界および目標、動作プロファイルなどのような、データを記憶することが可能である。プロセッサーは、オペレーティングシステムを利用し、プログラムされたロジックを実行することが可能であり、また、そうする際に、その上に記憶されているデータを利用することが可能である。ユーザーは、少なくとも1つのユーザーインターフェースデバイスを介して、コントローラー303とインターフェース接続することが可能である。コントローラー303は、I/Oインターフェースを介して、動作している間に、発電プラントとオンラインで通信することが可能であり、また、動作していない間に、発電プラントとオフラインで通信することが可能である。コントローラー303のうちの1つまたは複数は、本明細書で説明されているモデルベースのコントロールシステムの実行を行うことが可能であり、それは、それらに限定されないが、動作パラメーターおよび性能パラメーターを感知すること、モデル化すること、および/もしくは受け取ること;現在のタービン動作を反映する第1の発電プラントモデルを発生させること;外部要因情報を感知すること、モデル化すること、および/もしくは受け取ること;性能目標などのようなオペレーター入力および他の変数を受け取ること;供給される追加的なデータを考慮して動作を反映する第2の発電プラントモデルを発生させること;現在のもしくは将来のタービン動作を制御すること;ならびに/または、モデル化された動作特性を提示することを含むことが可能であるということが認識されることとなる。追加的に、他の外部デバイス、または複数の他の発電プラントもしくは発電ユニットは、I/Oインターフェースを介してコントローラー303と通信することが可能であるということが認識されるべきである。コントローラー303は、それが制御する発電プラントに対してリモートに位置付けされ得る。さらに、コントローラー303、および、コントローラー303によって実装されたプログラムされたロジックは、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、または、それらの任意の組み合わせを含むことが可能である。   As illustrated in FIG. 13, the system 300 includes one or more controllers 303a, 303b, which control the operation of the power plant or power generation unit 302, respectively. It can be a computer system having one or more processors that execute a program for it. Although FIG. 13 illustrates two controllers, it will be appreciated that a single controller 303 may be provided. According to a preferred embodiment, multiple controllers may be included to provide redundant and / or distributed processing. The control action can depend, for example, on sensor inputs or instructions from the plant operator. The program executed by the controller 303 can include scheduling algorithms, such as algorithms for regulating fuel flow to the combustor, grid compliance, algorithms for managing turndown, and the like. The commands generated by the controller 303 can cause an actuator on the turbine to adjust, for example, a valve between the fuel supply and the combustor, fuel flow, split, and fuel type. To be adjusted. The actuator can adjust the inlet guide vanes on the compressor or can activate other control set points on the turbine. It will be appreciated that the controller 303 can be used to generate the first model and / or the second model as described herein in addition to facilitating control of the power plant. Will be. The controller 303 can receive the operator's and / or current modeled output (or any other system output). As previously described, the controller 303 can include a memory that stores programmed logic (eg, software) and also sensed operating parameters, modeled. Data such as operating parameters, operating limits and goals, operating profiles, etc. can be stored. The processor can utilize the operating system to execute the programmed logic and, in doing so, can utilize the data stored thereon. A user can interface with the controller 303 via at least one user interface device. The controller 303 can communicate online with the power plant while operating via the I / O interface, and can communicate offline with the power plant while not operating. Is possible. One or more of the controllers 303 can perform the model-based control system described herein, which includes, but is not limited to, sensing operational and performance parameters. Generating, modeling and / or receiving; generating a first power plant model reflecting current turbine operation; sensing, modeling and / or receiving external factor information; Receiving operator input and other variables such as performance goals; generating a second power plant model that reflects the operation taking into account the additional data supplied; current or future turbine operation Controlling; and / or presenting modeled operating characteristics It will be recognized that that can include that. In addition, it should be appreciated that other external devices, or multiple other power plants or power generation units, can communicate with the controller 303 via the I / O interface. The controller 303 can be remotely located with respect to the power plant it controls. Further, the controller 303 and the programmed logic implemented by the controller 303 can include software, hardware, firmware, or any combination thereof.

第1のコントローラー303a(それは、述べられているように、第2のコントローラー303bと同じまたは異なるコントローラーであることが可能である)は、第1のモデルまたは1次モデル305によって発電プラント302をモデル化するように動作可能であり得、それは、タービンの現在の性能パラメーターをモデル化することを含む。第2のコントローラー303bは、第2のモデルまたは予測モデル306を介して、異なる条件の下でタービン動作特性をモデル化するように動作可能であり得る。第1のモデル305および第2のモデル306は、それぞれ、タービン挙動の1つまたは複数の数学的表現の構成であることが可能である。これらの表現のそれぞれは、入力値に依存し、モデル化された動作パラメーターの推定値を発生させることが可能である。状況によっては、数学的表現は、測定されるパラメーター値が利用可能でない状況で使用され得る代用(surrogate)動作パラメーター値を発生させることが可能である。次いで、第1のモデル305は、発電プラント302の現在の性能パラメーター、および、外部要因、オペレーター供給されたコマンドもしくは条件、および/または調節された動作状態などのような任意の他の要因に基づいて、タービン動作特性を決定するために、第2のモデル306への基礎および/または入力を提供するために利用され得る。上記に説明されているように、「第2のモデル306」は、単に、第1のモデル305と同じモデルのインスタンスであることが可能であり、第2のモデル306は、外部要因、異なる動作点などのような、追加的な入力または異なる入力を考慮し、異なる入力を考慮して、異なる性能パラメーターまたはタービン挙動をモデル化するようになっているということが認識される。システム301は、インターフェース307をさらに含むことが可能である。   The first controller 303a (which can be the same or different controller as the second controller 303b, as described) models the power plant 302 by the first model or the primary model 305. Which may be operable to model current turbine performance parameters. The second controller 303b may be operable to model turbine operating characteristics under different conditions via a second model or predictive model 306. The first model 305 and the second model 306 can each be a configuration of one or more mathematical representations of turbine behavior. Each of these representations depends on the input value and can generate an estimate of the modeled operating parameter. In some situations, the mathematical representation can generate surrogate operating parameter values that can be used in situations where measured parameter values are not available. The first model 305 is then based on the current performance parameters of the power plant 302 and any other factors such as external factors, operator-supplied commands or conditions, and / or adjusted operating conditions, etc. And may be utilized to provide a basis and / or input to the second model 306 to determine turbine operating characteristics. As explained above, the “second model 306” can simply be an instance of the same model as the first model 305, and the second model 306 is an external factor, different behavior It will be appreciated that additional inputs or different inputs, such as points, are considered, and different performance parameters or turbine behavior are modeled considering the different inputs. The system 301 can further include an interface 307.

引き続き図13を参照すると、システムコンポーネント同士の間の相互関係の簡単な説明が提供される。説明されているように、第1のモデルまたは1次モデル305は、発電プラント302の現在の性能パラメーター308をモデル化する。これらの現在の性能パラメーター308は、それに限定されないが、タービン劣化のレベルに対応する条件、タービン効率のレベルに対応する条件(たとえば、ヒートレート、または、電力出力に対する燃料の比)、入口ガイドベーン角度、燃料フローの量、タービン回転速度、圧縮機入口圧力および温度、圧縮機出口圧力および温度、タービン排気温度、発電機電力出力、圧縮機空気フロー、燃焼器燃料/空気比、燃焼温度(タービン入口)、燃焼器火炎温度、燃料システム圧力比、ならびに音響特性を含むことが可能である。これらの性能パラメーター308のうちのいくつかは、タービン動作から直接的に測定または感知され得、また、いくつかは、他の測定されたまたは感知されたパラメーターに基づいてモデル化され得る。性能パラメーターは、第1のモデル305によって提供され得、かつ/または、たとえば、コントローラーによって感知され、かつ/または測定される場合などには、一般的に、コントローラーによって提供され得る。第1のモデル305を発生させると、性能パラメーター308(それは、モデルによって提供される任意のタービン挙動を表すことを意図している)は、第2のモデルまたは予測モデル306を発生させるために提供される。他の変数309が、その意図した使用に応じて、第2のモデル306に提供され得る。たとえば、他の変数は、一般的に制御不能であって単純に対応されなければならない、周囲条件などのような外部要因を含むことが可能である。加えて、他の変数309は、コントローラー特定のシナリオまたは動作点(たとえば、第1のモデル305に基づくタービン制御などのようなコントローラー303によって発生させられ、または、そうでなければ、コントローラー303を介して提供される、タービン動作点など)と、測定される入力とを含むことが可能であり、測定される入力は、場合によっては第1のモデル305によってモデル化されるものとして説明されているような同じ測定される入力のうちのいくつかまたはすべてであることが可能である。図14を参照して説明されているように、オペレーター特定のシナリオ313(たとえば、異なるタービン動作点または条件を示す1つまたは複数のオペレーター供給によるコマンド)は、また、オペレーター入力を介して第2のモデル306に供給され得る。たとえば、1つの例示的な使用例として、他の変数309は、コントローラー特定のシナリオを含むことが可能であり、コントローラー特定のシナリオは、外部要因または測定された入力などのような追加的な入力に基づいて、リアルタイムでまたはほぼリアルタイムで現在のタービン挙動をモデル化しようと試みるときに、1つまたは複数の入力として第2のモデル306に提供される。これらの追加的な入力のうちの1つまたは複数に加えて、第1のモデルのコントローラー特定のシナリオを利用することによって、期待される発電プラント302のリアルタイム挙動は、これらの追加的な入力を考慮に入れて、第2のモデル306によってモデル化され得、そして、それは、発電プラント302を制御するために、または、制御プロファイル入力310によって第1のモデル305を調節するために利用され得る。   With continued reference to FIG. 13, a brief description of the interrelationships between system components is provided. As described, the first model or primary model 305 models the current performance parameters 308 of the power plant 302. These current performance parameters 308 include, but are not limited to, conditions corresponding to the level of turbine degradation, conditions corresponding to the level of turbine efficiency (eg, heat rate or ratio of fuel to power output), inlet guide vanes. Angle, amount of fuel flow, turbine rotational speed, compressor inlet pressure and temperature, compressor outlet pressure and temperature, turbine exhaust temperature, generator power output, compressor air flow, combustor fuel / air ratio, combustion temperature (turbine Inlet), combustor flame temperature, fuel system pressure ratio, and acoustic properties. Some of these performance parameters 308 can be measured or sensed directly from turbine operation, and some can be modeled based on other measured or sensed parameters. The performance parameter may be provided by the first model 305 and / or generally provided by the controller, such as when sensed and / or measured by the controller, for example. When generating the first model 305, the performance parameter 308 (which is intended to represent any turbine behavior provided by the model) is provided to generate the second model or predictive model 306. Is done. Other variables 309 may be provided to the second model 306 depending on its intended use. For example, other variables can include external factors, such as ambient conditions, that are generally uncontrollable and must be simply addressed. In addition, other variables 309 are generated by a controller specific scenario or operating point (e.g., a controller 303 such as a turbine control based on the first model 305, or otherwise via the controller 303). Turbine operating points, etc.) and measured inputs, which are described as possibly being modeled by the first model 305. It is possible that there are some or all of the same measured input. As described with reference to FIG. 14, an operator specific scenario 313 (eg, one or more operator-supplied commands indicating different turbine operating points or conditions) may also be entered via operator input. Model 306. For example, as one illustrative use case, other variables 309 can include controller specific scenarios, which are additional inputs such as external factors or measured inputs. Based on the second model 306 as one or more inputs when attempting to model current turbine behavior in real time or near real time. In addition to one or more of these additional inputs, by utilizing the first model controller-specific scenario, the expected real-time behavior of the power plant 302 allows these additional inputs to be Taking into account, it can be modeled by the second model 306 and it can be utilized to control the power plant 302 or to adjust the first model 305 by the control profile input 310.

図14を参照すると、オペレーター特定の動作モードまたはシナリオ313は、インターフェース307を介した第2のモデルまたは予測モデル306への1つまたは複数の入力として提供され、次いで、第2のモデルまたは予測モデル306は、様々な条件の下での将来のタービン挙動をモデル化または予測する。たとえば、オペレーターは、インターフェース307にコマンドを供給し、発電プラント302が異なる動作点(たとえば、異なる負荷、構成、効率など)において動作するシナリオを発生させることが可能である。例示目的の例として、動作条件のセットは、オペレーター特定のシナリオ313を介して供給され得、オペレーター特定のシナリオ313は、周囲条件または需要要件などのような、翌日(または、他の将来の時間フレーム)に関して期待される条件を表す。次いで、これらの条件は、第2のモデル306によって使用され、その時間フレームの間に、発電プラント302に関して期待されるまたは予測されるタービン動作特性314を発生させることが可能である。オペレーター特定のシナリオの下で第2のモデル306を走らせるときに、予測される動作特性314は、それらに限定されないが、ベース負荷出力能力、ピーク出力能力、最小ターンダウン点、排出量レベル、ヒートレートなどのような、タービン挙動を表す。これらのモデル化されるまたは予測される動作特性314は、たとえば、電力スポット市場計画および入札のためなど、電力生産レベルを計画し約束するときに、有用である可能性がある。   Referring to FIG. 14, an operator specific operating mode or scenario 313 is provided as one or more inputs to a second model or prediction model 306 via an interface 307, and then the second model or prediction model. 306 models or predicts future turbine behavior under various conditions. For example, an operator can supply commands to the interface 307 to generate scenarios where the power plant 302 operates at different operating points (eg, different loads, configurations, efficiencies, etc.). As an example for illustrative purposes, a set of operating conditions may be supplied via an operator specific scenario 313, which may be provided the next day (or other future time, such as ambient conditions or demand requirements). This represents the expected condition for (frame). These conditions are then used by the second model 306 to generate the expected or predicted turbine operating characteristics 314 for the power plant 302 during that time frame. When running the second model 306 under an operator specific scenario, the expected operating characteristics 314 include, but are not limited to, base load output capability, peak output capability, minimum turndown point, emission level, Represents turbine behavior, such as heat rate. These modeled or predicted operating characteristics 314 may be useful when planning and promising power production levels, for example, for power spot market planning and bidding.

図15は、例示的な方法320を図示しており、例示的な方法320によって、本発明の実施形態は動作することが可能である。図13および図14を参照して説明されているものなどのような、1つまたは複数のコントローラーによって実行され得るような、タービンをモデル化するためのシステムの基本動作のフローチャートが提供される。方法320は、ステップ325において開始することが可能であり、ステップ325では、コントローラーは、第1のモデルまたは1次モデルによって、現在の動作にしたがって、タービンの1つまたは複数の現在の性能パラメーターをモデル化することが可能である。この第1のモデルを発生させるために、コントローラーは、モデルへの入力として、タービンの現在の動作を示す1つまたは複数の動作パラメーターを受け取ることが可能である。上記に説明されているように、これらの動作パラメーターは、感知もしくは測定され得、かつ/または、それらは、パラメーターが感知され得なかった場合に発生することができるようにモデル化され得る。現在の動作パラメーターは、上記に説明されているように、現在のタービン動作を示す任意のパラメーターを含むことが可能である。本明細書で開示されている方法およびシステムは、動作パラメーターが測定されるかまたはモデル化されるかに直接的に依存しないということが認識される。コントローラーは、たとえば、発生させられるガスタービンのモデルを含むことが可能である。モデルは、動作パラメーターの1つまたは複数の数学的表現の構成であることが可能である。これらの表現のそれぞれは、入力値に依存し、モデル化される動作パラメーターの推定値を発生させることが可能である。数学的表現は、測定されるパラメーター値が利用可能でない状況で使用され得る代用動作パラメーター値を発生させることが可能である。   FIG. 15 illustrates an exemplary method 320 by which exemplary embodiments of the present invention can operate. A flow chart of the basic operation of a system for modeling a turbine, such as that described with reference to FIGS. 13 and 14, may be performed by one or more controllers. The method 320 may begin at step 325, where the controller determines one or more current performance parameters of the turbine according to the current operation according to the first model or the primary model. It is possible to model. To generate this first model, the controller can receive one or more operating parameters indicative of the current operation of the turbine as input to the model. As explained above, these operating parameters can be sensed or measured and / or they can be modeled so that they can occur if the parameters could not be sensed. Current operating parameters can include any parameter indicative of current turbine operation, as described above. It will be appreciated that the methods and systems disclosed herein do not depend directly on whether the operating parameters are measured or modeled. The controller can include, for example, a model of the gas turbine being generated. The model can be a configuration of one or more mathematical representations of operating parameters. Each of these representations depends on the input value and can generate an estimate of the operating parameter to be modeled. The mathematical representation can generate surrogate operating parameter values that can be used in situations where measured parameter values are not available.

ステップ330において、コントローラーは、現在のおよび/または将来の動作に影響を与えることができる1つまたは複数の外部要因を受け取り、またはそうでなければ決定することが可能である。上記に説明されているように、これらの外部要因は、典型的に、(そうである必要はないが)制御不能であり、したがって、それらの影響を第2のモデルの中に組み込むことは、所望のタービン制御プロファイルおよび/または動作挙動を発生させるのに有益である。外部要因は、それに限定されないが、周囲温度、湿度、または気圧、ならびに、燃料組成および/または供給圧力を含むことが可能であり、それは、タービン動作挙動に影響を与える可能性がある。これらの外部要因は、測定もしくは感知され得、(たとえば、オペレーターが、仮想のシナリオまたは将来の条件に基づいて予測される挙動を要求する場合には)推定され、もしくは、そうでなければ、オペレーターによって手動で提供され得、および/または、第三者情報リソース(たとえば、気象サービスなど)によって提供され得る。   In step 330, the controller can receive or otherwise determine one or more external factors that can affect current and / or future operations. As explained above, these external factors are typically uncontrollable (though not necessarily so), so incorporating their effects into the second model is Useful for generating the desired turbine control profile and / or operational behavior. External factors can include, but are not limited to, ambient temperature, humidity, or pressure, and fuel composition and / or supply pressure, which can affect turbine operating behavior. These external factors can be measured or sensed (e.g., if the operator requires a predicted scenario based on a virtual scenario or future conditions) or otherwise the operator Manually and / or by a third party information resource (eg, weather service, etc.).

ステップ335において、コントローラーは、調節された動作点および/または他の変数を受け取り、現在のタービン条件とは異なる条件におけるタービン挙動を予測することが可能である。調節された動作点は、それらに限定されないが、予備マージン(たとえば、ベース負荷の98%)におけるタービンをモデル化する場合、または、たとえば、ピーク負荷におけるまたはターンダウンの間のタービンをモデル化する場合などには、所望の出力レベルを特定することを含むことが可能である。動作点は、それらに限定されないが、高温ガス流路耐久性(または、燃焼温度)、排気フレーム耐久性、NOx排出量、CO排出量、燃焼器リーンブローアウト、燃焼ダイナミックス、圧縮機サージ、圧縮機アイシング、圧縮機空気力学的制限値、圧縮機クリアランス、および圧縮機吐出温度などのような、動作限界をさらに含むことが可能である。したがって、これらの調節された動作点または他の変数を提供することによって、オペレーターは、仮想のシナリオを提供することが可能であり、その仮想のシナリオに関して、タービンモデルは、それらのシナリオの下での動作特性を予測し、それは、タービンの将来の動作を制御するために、および/または、将来の発電および起動停止計画を計画するために有用であり得る。   In step 335, the controller can receive the adjusted operating point and / or other variables and predict turbine behavior at conditions different from the current turbine conditions. Adjusted operating points include, but are not limited to, when modeling a turbine at a spare margin (eg, 98% of base load) or, for example, modeling a turbine at peak load or during turndown In some cases, it may include identifying a desired output level. Operating points include, but are not limited to, hot gas flow path durability (or combustion temperature), exhaust frame durability, NOx emissions, CO emissions, combustor lean blowout, combustion dynamics, compressor surge, Operating limits can be further included, such as compressor icing, compressor aerodynamic limits, compressor clearance, compressor discharge temperature, and the like. Thus, by providing these adjusted operating points or other variables, an operator can provide virtual scenarios for which the turbine model is under those scenarios. , Which may be useful for controlling the future operation of the turbine and / or for planning future power generation and startup and shutdown plans.

ステップ335に続くのはステップ340であり、ステップ340では、タービンの第2のモデルまたは予測モデルが、ステップ325において発生させられた第1のモデル、ならびに、随意的に、外部要因、および/または、ステップ335において提供された調節された動作点もしくは他の変数に基づいて発生させられる。したがって、この第2のモデルまたは予測モデルは、動作パラメーター、また、そこから、将来の動作期間の間のタービンに関する性能指標を正確に示し、または予測することが可能である。   Following step 335 is step 340, in which a second model or predictive model of the turbine is generated by the first model generated in step 325, and optionally external factors, and / or , Based on the adjusted operating point or other variable provided in step 335. Thus, this second model or prediction model can accurately indicate or predict the operating parameters and from there performance indicators related to the turbine during future operating periods.

ステップ345において、モデル化された性能が利用され、現在のまたは将来のタービン動作を調節し、かつ/または、モデル化される性能をオペレーターに表示することが可能である。したがって、現在のタービン動作を調節する場合には、タービンコントローラーは、たとえば、現在のタービン制御に関して利用される様々な設定点および/または基準を修正することなどによって、現在の制御モデル(たとえば、第1のモデル)または現在の制御プロファイルを変更するための入力として、モデル化された性能パラメーターを受け取ることが可能である。ステップ340において発生させられた第2のモデルへの入力が、現在のタービン条件または現在の外部要因を表すものであるときに、タービンのこのリアルタイムまたはほぼリアルタイムの制御は実施されることとなるということが想定される。たとえば、温度、圧力、または湿度を考慮し、かつ/またはタービン劣化および/または効率をより正確に表すタービンの動作パラメーターまたは性能パラメーターを考慮した性能特性を、第2のモデルが表すときに、ステップ345におけるリアルタイムまたはほぼリアルタイムの調節が実施され得る。図16は、随意的にオペレーター特定の入力を受け取り、異なる動作条件の下での予測される挙動を発生させることができる、1つの例示的な実施形態を説明している。また、ステップ340において発生させられるモデルの出力は、インターフェースを介してオペレーターに表示され、または別の方法で提示され得る。たとえば、オペレーターがステップ335において仮想の動作シナリオを提供する一実施形態では、予測されたタービン動作特性は、分析のために、および、将来の制御または計画活動の中に含める可能性のために、表示され得る。したがって、方法320は、ステップ345の後に終了することが可能であり、第1のモデルによってタービンの現在の性能パラメーターをモデル化させ、次いで、追加的な外部要因、調節された動作点、または他の追加的なデータを考慮して同じタービンをモデル化させ、この追加的なデータに基づいてタービン動作を予測するようになっている。   In step 345, the modeled performance can be utilized to adjust current or future turbine operation and / or to display the modeled performance to the operator. Thus, when adjusting the current turbine operation, the turbine controller, for example, may modify the current control model (eg, It is possible to receive modeled performance parameters as input for changing the current control profile. This real-time or near real-time control of the turbine will be implemented when the input to the second model generated in step 340 is representative of current turbine conditions or current external factors. It is assumed that For example, when the second model represents a performance characteristic that takes into account temperature, pressure, or humidity and / or a turbine operating or performance parameter that more accurately represents turbine degradation and / or efficiency Real-time or near real-time adjustment at 345 can be performed. FIG. 16 illustrates one exemplary embodiment that can optionally receive operator specific input and generate expected behavior under different operating conditions. Also, the model output generated in step 340 may be displayed to the operator via the interface or otherwise presented. For example, in one embodiment where the operator provides a virtual operating scenario at step 335, the predicted turbine operating characteristics are for analysis and for possible inclusion in future control or planning activities. Can be displayed. Thus, the method 320 may end after step 345, allowing the first model to model the current performance parameters of the turbine, and then add additional external factors, adjusted operating points, or others The same turbine is modeled in consideration of the additional data, and the turbine operation is predicted based on the additional data.

図16は、例示的な方法400を図示しており、例示的な方法400によって、代替的な実施形態は動作することが可能である。図13および図14を参照して説明されているものなどのような、1つまたは複数のコントローラーによって実行され得るような、タービンをモデル化するためのシステムの動作の例示的なフローチャートが提供される。方法400は、システム301の使用を図示しており、オペレーターは、随意的に追加的な変数を供給し、モデル化能力を利用し、仮想のシナリオの下でのタービン挙動を予測することが可能である。方法400は、決定ステップ405において開始することが可能であり、決定ステップ405では、タービンが、現在のタービン動作パラメーターおよび性能パラメーターにしたがってモデル化されるべきであるかどうか、または、オペレーター供給によるパラメーターが、モデルを発生させるときに考慮されるべきであるかどうかということが決定される。たとえば、仮想の動作シナリオを予測するためにシステムが利用されている場合には、現在の性能パラメーターは、(基本的なタービン動作および挙動をモデルがすでに反映していると仮定して)モデルへの入力として必要とされない可能性がある。したがって、決定ステップ405において、現在のパラメーターが利用されるべきでないということが決定された場合には、動作は、ステップ410に進み、ステップ410では、オペレーターは、異なる性能パラメーターを供給し、異なる動作点の下でおよび異なる動作条件において(たとえば、より劣化した状態で、異なる効率のレベルにおいてなど)、タービンをモデル化することを可能にする。そうでなければ、たとえば、図15のステップ325を参照して説明されているように、現在の性能パラメーターおよび/または動作パラメーターが利用され、動作は、ステップ415へ続く。ステップ415において、コントローラーは、第1のモデルまたは1次モデルによって、ステップ410からのオペレーター供給による入力またはタービンの現在の動作にしたがって、タービンの1つまたは複数の性能パラメーターをモデル化することが可能である。たとえば、ステップ410において、オペレーター供給によるパラメーターに少なくとも部分的に基づいて、モデルが発生させられる場合には、ステップ415において発生させられるモデルは、それらの性能パラメーターの下での予測されるタービン挙動を表す。   FIG. 16 illustrates an exemplary method 400 by which alternative embodiments can operate. Provided is an exemplary flowchart of the operation of the system for modeling a turbine, such as that described with reference to FIGS. 13 and 14, such as may be performed by one or more controllers. The The method 400 illustrates the use of the system 301, allowing an operator to optionally supply additional variables, take advantage of modeling capabilities, and predict turbine behavior under virtual scenarios. It is. The method 400 may begin at decision step 405, where the turbine should be modeled according to current turbine operating parameters and performance parameters, or operator supplied parameters. Is to be taken into account when generating the model. For example, if the system is being used to predict a virtual operating scenario, the current performance parameters are transferred to the model (assuming the model already reflects basic turbine behavior and behavior). May not be required as input. Accordingly, if it is determined at decision step 405 that the current parameter should not be utilized, operation proceeds to step 410 where the operator provides different performance parameters and different operations. Allows turbines to be modeled under points and at different operating conditions (eg, at a more degraded state, at different levels of efficiency, etc.). Otherwise, current performance parameters and / or operating parameters are utilized, for example, as described with reference to step 325 of FIG. 15, and operation continues to step 415. In step 415, the controller may model one or more performance parameters of the turbine according to the operator supplied input from step 410 or the current operation of the turbine, depending on the first model or primary model. It is. For example, if, at step 410, a model is generated based at least in part on operator supplied parameters, the model generated at step 415 may have predicted turbine behavior under those performance parameters. Represent.

ステップ415に続くのは決定ステップ420であり、決定ステップ420では、後続のモデル化(たとえば、「第2のモデル」または「予測モデル」)が、現在の温度、圧力、または湿度などのような現在の外部要因に基づくべきであるか、または、オペレーターによって供給される異なる外部要因に基づくべきであるかということが決定される。たとえば、あるシナリオでは、コントローラーは、1つまたは複数の現在の外部要因の追加的なデータに基づいて、タービン動作挙動をモデル化することが可能であり、それは、現在の条件を考慮したタービン挙動のさらなる予測を可能にすることとなる。しかし、別のシナリオでは、コントローラーは、オペレーター供給による条件にしたがってタービンをさらにモデル化するために利用され得、それは、様々な仮想のシナリオの下でタービン動作特性を予測することを可能にする。したがって、ステップ420において、オペレーター供給による外部要因データが、モデル化するときに考慮されるべきであるということが決定された場合には、動作は、ステップ425へ続く。そうでなければ、動作は、現在の外部要因を利用するステップ430へ続く。ステップ430において、コントローラーは、第2のモデルまたは予測モデルを発生させるときに考慮されることとなる外部要因を、それらが現在の状態を表していても、または仮想の要因を表していても、受け取る。ステップ430に続くのはステップ435〜445であり、ステップ435〜445は、図15のステップ325〜345を参照して説明されているものと同じまたは同様の様式で、異なる動作点を考慮すること、受け取られたデータに基づいて予測モデル発生させること、および、予測された挙動を表示することを、随意的にそれぞれ可能にする。方法400は、ステップ445の後に終了することが可能であり、オペレーター特定のシナリオに基づいて、随意的にタービン動作挙動をモデル化させる。   Following the step 415 is a decision step 420 in which subsequent modeling (eg, “second model” or “predictive model”) is performed such as current temperature, pressure, or humidity, etc. It is determined whether it should be based on current external factors or on different external factors supplied by the operator. For example, in one scenario, the controller may model turbine operating behavior based on additional data of one or more current external factors, which may be based on current conditions. It will be possible to predict further. However, in another scenario, the controller can be utilized to further model the turbine according to operator-supplied conditions, which makes it possible to predict turbine operating characteristics under various virtual scenarios. Accordingly, if it is determined in step 420 that operator-supplied external factor data should be considered when modeling, operation continues to step 425. Otherwise, operation continues to step 430 utilizing the current external factor. In step 430, the controller identifies external factors that will be considered when generating the second model or predictive model, whether they represent the current state or a virtual factor, receive. Following step 430 is steps 435-445, which consider different operating points in the same or similar manner as described with reference to steps 325-345 of FIG. Optionally, generating a predictive model based on the received data and displaying the predicted behavior, respectively. The method 400 may end after step 445 and optionally model turbine operating behavior based on operator specific scenarios.

したがって、本明細書で説明されている実施形態は、現在の性能パラメーターおよび特定された1つまたは複数の外部要因を考慮に入れてタービン挙動を予測することに加えて、タービンモデルを利用し、実際のタービンのタービン挙動および対応する動作パラメーターを示すことを可能にする。したがって、これらの実施形態は、現在のタービン動作とは異なる動作点または動作条件におけるタービン挙動を示し、または予測する技術的効果を提供する。さらに、モデル化された挙動および動作特性に少なくとも部分的に基づく自動化されたタービン制御を可能にする、追加的な技術的効果が提供され、それは、随意的に、これらのオペレーター特定の条件におけるタービン挙動および動作特性を予測するために、オペレーター特定のシナリオ、入力、動作点、および/または動作条件を生成させることを含むことが可能である。実現されるさらなる技術的効果は、オペレーターが、スケジューリング、ローディング、ターンダウンなどのような、より多くの情報に基づく制御および動作決定を行うことを可能にする、様々な仮想のシナリオを予測する能力を含む。認識されることとなるように、本明細書では、本発明の例示的な実施形態によるシステムのステップダイアグラム、方法、装置、およびコンピュータープログラム製品が参照される。   Thus, embodiments described herein utilize turbine models in addition to predicting turbine behavior taking into account current performance parameters and one or more identified external factors, It makes it possible to show the turbine behavior of the actual turbine and the corresponding operating parameters. Accordingly, these embodiments provide the technical effect of showing or predicting turbine behavior at operating points or operating conditions that differ from current turbine operation. In addition, additional technical effects are provided that allow automated turbine control based at least in part on the modeled behavior and operating characteristics, which are optionally turbines in these operator specific conditions. Generating operator specific scenarios, inputs, operating points, and / or operating conditions to predict behavior and operating characteristics may be included. A further technical effect to be realized is the ability to predict various virtual scenarios that allow operators to make more informed control and action decisions such as scheduling, loading, turndown, etc. including. As will be appreciated, reference is made herein to system step diagrams, methods, apparatus, and computer program products according to exemplary embodiments of the invention.

ここで図17を参照すると、本発明の代替的な実施形態によるフローダイアグラム500が図示されている。認識されることとなるように、フローダイアグラム500は、発電プラント501の最適化を促進するための制御方法またはコントロールシステムの一部として使用され得る態様を含む。発電プラント501は、図2および図3に関連して議論されているもののいずれかと同様であることが可能であるが、添付の特許請求の範囲において別段に制限されない限り、本発明は、他のタイプの発電プラントに関連しても使用され得るということが認識されるべきである。好適な実施形態では、発電プラント501は、図1に関連して議論されているものなどのような、電力システム市場の中で販売される電気を発生させる複数の火力発電ユニットを含むことが可能である。発電プラント501は、多くの可能性なタイプの動作モードを含むことが可能であり、それは、たとえば、プラントの火力発電ユニットが関与し、または動作させられる異なる方式、プラントの出力レベル、プラントが、負荷要件を満足させながら、変化する周囲条件に反応する方式などを含む。動作モードは、発電プラント501の動作の特定の態様の物理的特性を考慮した動作パラメーターによって記述および定義され得るということが認識されることとなる。図17にさらに図示されているように、本発明は、発電プラントモデル502を含むことが可能である。発電プラントモデル502は、プラントの動作を模倣するように意図されているシミュレーションの一部としてプロセス入力および出力を相関させる、発電プラントのコンピューター化された表現を含むことが可能である。示されているように、本発明は、チューニングモジュール503と、プラントコントローラー505と、チューニングされる発電プラントモデル507と、プラントオペレーターモジュール509と、オプティマイザー510とをさらに含み、それらのそれぞれは、以下に個別に議論されることとなる。   Referring now to FIG. 17, a flow diagram 500 according to an alternative embodiment of the present invention is illustrated. As will be appreciated, the flow diagram 500 includes aspects that may be used as part of a control method or control system to facilitate optimization of the power plant 501. The power plant 501 can be similar to any of those discussed in connection with FIGS. 2 and 3, but the present invention is not limited to any other, unless otherwise limited in the appended claims. It should be appreciated that it can also be used in connection with types of power plants. In a preferred embodiment, the power plant 501 can include a plurality of thermal power generation units that generate electricity that is sold within the power system market, such as those discussed in connection with FIG. It is. The power plant 501 can include many possible types of operating modes, for example, different ways in which the plant's thermal power unit is involved or operated, the power level of the plant, Includes methods that respond to changing ambient conditions while satisfying load requirements. It will be appreciated that the operating mode can be described and defined by operating parameters that take into account the physical characteristics of a particular aspect of the operation of the power plant 501. As further illustrated in FIG. 17, the present invention may include a power plant model 502. The power plant model 502 can include a computerized representation of the power plant that correlates process inputs and outputs as part of a simulation intended to mimic the operation of the plant. As shown, the present invention further includes a tuning module 503, a plant controller 505, a power plant model 507 to be tuned, a plant operator module 509, and an optimizer 510, each of which: Will be discussed individually.

発電プラント501は、動作パラメーターを測定するセンサー511を含むことが可能である。これらのセンサー511、ならびに、これらのセンサー511が測定する動作パラメーターは、本明細書ですでに議論されているもののいずれかを含むことが可能である。本方法の一部として、センサー511は、初期の動作の期間、現在の動作の期間、または第1の動作の期間(以降では、「第1の動作期間」)の間に動作パラメーターの測定値を取得することが可能であり、それらの測定値は、発電プラントの数学的モデルをチューニングするために使用され得、次いで、その数学的モデルは、以下に議論されているように、後続の動作の期間または第2の動作の期間(以降では、「第2の動作期間」)の間に、改善されたまたは最適化された動作の様式で、発電プラント501を制御するための最適化プロセスの一部として使用され得る。測定された動作パラメーターは、それ自身、プラント性能を評価するために使用され得、または、発電プラントの動作および性能の特定の態様に関係する性能指標を導出するための計算の中で使用され得る。認識されることとなるように、このタイプの性能指標は、ヒートレート、効率、発電能力、ならびにその他を含むことが可能である。したがって、初期のステップとして、第1の動作期間の間にセンサー511によって測定される動作パラメーターは、1つまたは複数の性能指標として使用され得る(または、1つまたは複数の性能指標に関する値を計算するために使用され得る)。本明細書で使用されているように、性能指標に関するそのような値(すなわち、動作パラメーターの測定値に基づく値)は、本明細書で「測定値」と称されることとなる。動作パラメーターの測定値、および/または性能指標に関する測定値は、示されているように、プラントコントローラー505およびチューニングモジュール503の両方に伝達され得る512。チューニングモジュール503は、より詳細に以下に議論されているように、発電プラントモデル502をチューニングして、チューニングされた発電プラントモデル507を構成する際に使用するために、データ照合調整またはチューニングプロセスからのフィードバックを計算するように構成され得る。   The power plant 501 can include a sensor 511 that measures operating parameters. These sensors 511, as well as the operating parameters that these sensors 511 measure, can include any of those already discussed herein. As part of this method, the sensor 511 measures the operating parameter during an initial operating period, a current operating period, or a first operating period (hereinafter “first operating period”). And those measurements can be used to tune the mathematical model of the power plant, and the mathematical model can then be used in subsequent operations as discussed below. Of the optimization process for controlling the power plant 501 in an improved or optimized mode of operation during a period of time or a second period of operation (hereinafter “second period of operation”). Can be used as part. The measured operating parameters can themselves be used to assess plant performance, or can be used in calculations to derive performance indicators related to specific aspects of power plant operation and performance. . As will be appreciated, this type of performance metric can include heat rate, efficiency, power generation capability, and others. Thus, as an initial step, the operating parameters measured by sensor 511 during the first operating period can be used as one or more performance indicators (or calculate values for one or more performance indicators). Can be used to). As used herein, such values for performance indicators (ie, values based on measured values of operating parameters) will be referred to herein as “measured values”. Operational parameter measurements and / or performance indicator measurements may be communicated 512 to both the plant controller 505 and the tuning module 503, as shown. The tuning module 503 tunes the power plant model 502 and uses it from a data matching adjustment or tuning process for use in configuring the tuned power plant model 507, as discussed in more detail below. May be configured to calculate the feedback.

発電プラントモデル502は、議論されているように、発電プラント501の動作をシミュレートするように構成されているコンピューター化されたモデルであることが可能である。本方法によれば、発電プラントモデル502は、発電プラント501の第1の動作期間に対応する発電プラント動作をシミュレートするように構成され得る。これを実現するために、発電プラントモデル502は、第1の動作期間の動作パラメーターに関する情報およびデータを供給され得る。この情報は、第1の動作期間の間に測定される動作パラメーターのいずれかを含むことが可能であるが、発電プラントモデル502のための入力データは、測定される動作パラメーターのサブセットに限定され得るということが認識されることとなる。このように、発電プラントモデル502は、次いで、入力データセットから除外された、選択された動作パラメーターのための値を計算するために使用され得る。より具体的には、発電プラントモデルは、シミュレーションのための入力データを供給され得、シミュレーションのための入力データは、動作パラメーターのために測定される値の多くを含むが、そこから、選択された動作パラメーターに関する特定の測定値が省略されている。出力として、シミュレーションは、選択された動作パラメーターに関してシミュレートされた値を予測するように構成され得る。次いで、本方法は、シミュレートされた値を使用し、性能指標に関する値を予測することが可能である。このケースでは、性能指標に関するこれらの値は、本明細書で、「予測された値」と称されることとなる。このように、測定された発電プラント動作パラメーターから直接的に決定された性能指標に関する測定値は、対応する予測された値を有することが可能である。図示されているように、性能指標に関する予測された値は、チューニングモジュール503へ伝達され得る514。   The power plant model 502 can be a computerized model that is configured to simulate the operation of the power plant 501 as discussed. According to the method, the power plant model 502 can be configured to simulate the power plant operation corresponding to the first operating period of the power plant 501. To accomplish this, the power plant model 502 may be supplied with information and data regarding operating parameters for the first operating period. This information can include any of the operating parameters measured during the first operating period, but the input data for the power plant model 502 is limited to a subset of the operating parameters that are measured. It will be recognized that you get. In this manner, the power plant model 502 can then be used to calculate values for selected operating parameters that are excluded from the input data set. More specifically, the power plant model may be supplied with input data for simulation, which includes many of the values measured for the operating parameters, from which it is selected. Certain measured values related to the operating parameters are omitted. As an output, the simulation may be configured to predict a simulated value for the selected operating parameter. The method can then use the simulated value to predict a value for the performance index. In this case, these values for the performance index will be referred to herein as “predicted values”. In this way, the measured value for the performance index determined directly from the measured power plant operating parameters can have a corresponding predicted value. As shown, the predicted value for the performance indicator may be communicated 514 to the tuning module 503.

チューニングモジュール503は、性能指標に関する対応する測定された値と予測された値を比較するように構成され得、その間の差分を決定するようになっている。認識されることとなるように、それにしたがって計算されると、差分は、実際の性能(または、その測定値)と発電プラントモデルによってシミュレートされた性能との間のエラーレベルを反映する。発電プラントモデル502は、この差分またはフィードバック515に基づいてチューニングされ得る。このように、チューニングされた発電プラントモデル507は構成されている。チューニングされた発電プラントモデル507は、オフラインモデルまたは予測モデルとも称され得、チューニングされた発電プラントモデル507は、次いで、提案されるまたは可能性のある動作モードをシミュレートすることによって、後続の動作の期間に関する最適化された動作モードを決定するために使用され得る。シミュレーションは、周囲条件などのような将来の未知の動作条件についての推定または予想を含むことが可能である。認識されることとなるように、最適化は、1つまたは複数の性能目標516に基づくことが可能であり、1つまたは複数の性能目標516の中には、コスト関数が定義されている。図示されているように、性能目標516は、プラントオペレーターモジュール509を通してオプティマイザー510に伝達され得る。   The tuning module 503 can be configured to compare the corresponding measured value and the predicted value for the performance index, and determine the difference therebetween. As will be appreciated, the difference, when calculated accordingly, reflects the error level between the actual performance (or its measurements) and the performance simulated by the power plant model. The power plant model 502 can be tuned based on this difference or feedback 515. Thus, the tuned power plant model 507 is configured. The tuned power plant model 507 may also be referred to as an off-line model or a predictive model, and the tuned power plant model 507 may then perform subsequent operations by simulating the proposed or possible mode of operation. Can be used to determine an optimized mode of operation for a period of time. The simulation can include estimates or predictions about future unknown operating conditions, such as ambient conditions. As will be appreciated, optimization can be based on one or more performance goals 516, in which a cost function is defined. As shown, the performance goal 516 may be communicated to the optimizer 510 through the plant operator module 509.

プラントモデルのチューニングのプロセスは、いくつかのステップを含む繰り返しプロセスとして構成され得る。認識されることとなるように、特定の実施形態によれば、発電プラントモデル502は、論理ステートメントおよび/またはパラメーター化された方程式が、プロセス入力(すなわち、燃料供給、空気供給など)をプロセス出力(発生させられる電気、プラント効率など)に相関させるアルゴリズムを含むことが可能である。発電プラントモデル502をチューニングするステップは、発電プラントモデル502の中のアルゴリズムのうちの1つを調節することと、次いで、調節された発電プラントモデル502を使用して、調節が及ぼした影響を決定するように、第1の動作期間に関する発電プラント501の動作をシミュレートすることを含むことが可能である。より具体的には、性能指標に関する予測された値は、発電プラントモデルへの調節が計算された差分に及ぼした影響を決定するように再計算され得る。調節された発電プラントモデル502を使用して、差分が小さくなると判明した場合には、発電プラントモデル502は、前進するその調節を含むように更新され、または「チューニング」され得る。発電プラントモデル502は、発電プラントが特定の条件の下で動作する方式の変化を反映するために使用される性能乗数を含む複数の論理ステートメントによって構築され得るということがさらに認識されることとなる。そのようなケースでは、計算された差分に基づいて発電プラントモデル502をチューニングすることは、a)性能乗数のうちの1つまたは複数に対して調節を行うステップと、b)調節された性能乗数を有する発電プラントモデル502を用いて、第1の動作期間に関する発電プラントの動作をシミュレートするステップと、c)再計算が差分の低減を結果として生じさせるかどうかを決定するように、性能乗数によって調節されるような発電プラントモデル502を使用して、性能指標に関する予測された値を再計算するステップとを含むことが可能である。性能乗数のうちの1つに対して行われる調節が、差分を低減させることを結果として生じさせるまで、これらのステップを繰り返すことが可能であり、差分を低減させることは、モデルが実際の性能をより正確にシミュレートしていることを示すこととなる。性能乗数は、たとえば、プラントの動作の累積された時間に基づく期待性能劣化に関係する可能性があるということが認識されることとなる。性能指標が発電能力を含む別の例では、発電プラントモデル502をチューニングするステップは、測定された発電能力と予測された発電能力との間の差分に基づいて、係数に対する調節を推奨することを含むことが可能である。そのような調節は、予測された発電能力が測定された発電能力と実質的に等しくなることを結果として最終的に生じさせる変化を含むことが可能である。したがって、発電プラントモデル502をチューニングするステップは、性能指標に関する予測された値またはシミュレートされた値が性能指標に関する測定値と実質的に等しくなる(または、性能指標に関する測定値のマージン内になる)まで、発電プラントモデル502の中の1つまたは複数の相関関係を修正することを含むことが可能である。   The process of tuning the plant model can be configured as an iterative process that includes several steps. As will be appreciated, according to certain embodiments, the power plant model 502 can be configured such that logic statements and / or parameterized equations process input (ie, fuel supply, air supply, etc.) process output. It is possible to include an algorithm that correlates to (electricity generated, plant efficiency, etc.). Tuning the power plant model 502 includes adjusting one of the algorithms in the power plant model 502 and then using the adjusted power plant model 502 to determine the effect of the adjustment. As such, it may include simulating the operation of the power plant 501 for the first operating period. More specifically, the predicted value for the performance indicator may be recalculated to determine the effect that adjustments to the power plant model have had on the calculated difference. If the adjusted power plant model 502 is used to determine that the difference is small, the power plant model 502 may be updated or “tuned” to include that adjustment to advance. It will be further appreciated that the power plant model 502 can be constructed with a plurality of logical statements that include performance multipliers used to reflect changes in the manner in which the power plant operates under specific conditions. . In such a case, tuning the power plant model 502 based on the calculated difference includes a) adjusting for one or more of the performance multipliers, and b) the adjusted performance multiplier. Simulating the operation of the power plant with respect to the first operating period using a power plant model 502 having: c) a performance multiplier so as to determine whether the recalculation results in a difference reduction. Recalculating the predicted values for the performance index using the power plant model 502 as adjusted by: These steps can be repeated until an adjustment made to one of the performance multipliers results in reducing the difference, which reduces the actual performance of the model. This shows that the simulation is more accurately simulated. It will be appreciated that the performance multiplier may be related to expected performance degradation based on, for example, accumulated time of plant operation. In another example where the performance indicator includes power generation capacity, the step of tuning the power plant model 502 recommends an adjustment to the coefficient based on the difference between the measured power generation capacity and the predicted power generation capacity. It is possible to include. Such adjustments can include changes that ultimately result in the predicted power generation capacity being substantially equal to the measured power generation capacity. Thus, the step of tuning the power plant model 502 is such that the predicted or simulated value for the performance index is substantially equal to the measurement value for the performance index (or is within the margin of the measurement value for the performance index). ) Until one or more of the correlations in the power plant model 502 can be modified.

チューニングされると、方法は、次いで、チューニングされたモデル507を使用し、提案される発電プラントの動作をシミュレートすることが可能である。特定の実施形態によれば、本方法の次のステップは、定義された性能目標516を前提としてどのシミュレートされた動作が好ましいかということを決定することを含む。このように、発電プラントを動作させる最適化されたモードが決定され得る。好適な実施形態によれば、最適化された動作モードを決定するプロセスは、いくつかのステップを含むことが可能である。第1に、複数の提案される動作モードは、多くの可能性のあるものから選択され、または選ばれ得る。提案される動作モードのそれぞれに関して、対応する提案されるパラメーターセット517が、第2の動作期間に関して発生させられ得る。本明細書で使用されているように、パラメーターセットは、複数の動作パラメーターに関する値を定義しており、集合的に、パラメーターセットが、特定の動作のモードの態様を定義または記述するようになっている。そのように、提案されるパラメーターセットは、発電プラント501の可能性のある動作モードの多くを記述し、または、発電プラント501の可能性のある動作モードの多くに関係するように構成され得、また、動作をシミュレートするためのチューニングされた発電プラントモデル507のための入力データセットとして構成され得る。動作パラメーターが発生させられ、提案されるパラメーターセットへと編成されると、チューニングされた発電プラントモデル507は、提案されるパラメーターセットのそれぞれにしたがって、発電プラント501の動作をシミュレートすることが可能である。次いで、オプティマイザー510は、提案されるパラメーターセット517のそれぞれに関するシミュレートされた動作519の結果を評価することが可能である。プラントオペレーターによって定義された性能目標、および、その中に定義されたコスト関数にしたがって、評価を行うことが可能である。最適化プロセスは、本明細書で説明されている方法のいずれかを含むことが可能である。   Once tuned, the method can then use the tuned model 507 to simulate the operation of the proposed power plant. According to a particular embodiment, the next step of the method includes determining which simulated behavior is preferred given a defined performance goal 516. In this way, an optimized mode for operating the power plant can be determined. According to a preferred embodiment, the process of determining an optimized mode of operation can include several steps. First, the multiple proposed modes of operation can be selected or chosen from many possibilities. For each proposed operating mode, a corresponding proposed parameter set 517 can be generated for the second operating period. As used herein, a parameter set defines values for multiple operational parameters, and collectively the parameter set defines or describes aspects of a particular mode of operation. ing. As such, the proposed parameter set may be configured to describe many of the possible operating modes of the power plant 501 or relate to many of the possible operating modes of the power plant 501; It can also be configured as an input data set for a tuned power plant model 507 to simulate operation. Once the operating parameters are generated and organized into a proposed parameter set, the tuned power plant model 507 can simulate the operation of the power plant 501 according to each of the proposed parameter sets. It is. The optimizer 510 can then evaluate the result of the simulated operation 519 for each proposed parameter set 517. An evaluation can be performed according to the performance objectives defined by the plant operator and the cost function defined therein. The optimization process can include any of the methods described herein.

性能目標によって定義されるコスト関数は、第2の動作期間にわたる発電プラント501のシミュレートされた動作の経済的な性能を評価するために使用され得る。評価に基づいて、提案されるパラメーターセットのうちの1つが、他の提案されるパラメーターセットによって作り出されるものと比較して優先的であるシミュレートされた動作を作り出すものとしてみなされ得る。本発明によれば、最も好ましいシミュレートされた動作を作り出す提案されるパラメーターセットに対応するか、またはそれによって記述される、動作のモードは、最適化された動作モードとして指定される。決定されると、さらに以下に議論されているように、最適化された動作モードは、検討のためにプラントオペレーターに渡され、または、自動化された実装のためにプラントコントローラーに伝達され得る。   The cost function defined by the performance goal can be used to evaluate the economic performance of the simulated operation of the power plant 501 over the second operating period. Based on the evaluation, one of the proposed parameter sets can be considered as creating a simulated action that is preferential compared to that produced by the other proposed parameter sets. According to the present invention, the mode of operation that corresponds to or is described by the proposed parameter set that produces the most preferred simulated operation is designated as the optimized mode of operation. Once determined, the optimized mode of operation can be passed to the plant operator for review or communicated to the plant controller for automated implementation, as discussed further below.

好適な実施形態によれば、本発明の方法は、特定の動作のモードを評価し、好ましい代替例を決定および推奨するために使用され得る。認識されることとなるように、発電プラント501の発電ユニットは、可変設定点を有するアクチュエーターによって制御され、可変設定点は、プラントコントローラー505などのようなコントロールシステムに制御可能にリンクされている。発電プラント501の動作パラメーターは、3つのカテゴリー、すなわち、操作される変数、外乱変数、および制御される変数へとクラス分けされ得る。操作される変数は、制御される変数を制御するようにアクチュエーターを介して操作され得る制御可能なプロセス入力を評価し、一方、外乱変数は、制御される変数に影響を及ぼす制御不能なプロセス入力を評価する。制御される変数は、定義された目標レベルに対して制御されるプロセス出力である。好適な実施形態によれば、制御方法は、第2の動作期間(すなわち、最適化された動作のモードが計算されている動作の期間)についての外乱変数に関する予想された値を受け取ることを含むことが可能である。外乱変数は、周囲温度、圧力、および湿度などのような周囲条件を含むことが可能である。そのようなケースでは、第2の動作期間に関して発生させられる、提案されるパラメーターセットは、外乱変数に関して予想される値に関係する外乱変数に関する値を含むことが可能である。より具体的には、それぞれの周囲条件パラメーターに関する発生させられる値は、周囲条件パラメーターのそれぞれに関する値の範囲を含むことが可能である。この範囲は、たとえば、低いケース、中程度のケース、および高いケースを含むことが可能である。複数のケースを有することは、プラントオペレーターが最善/最悪ケースのシナリオのために計画することを可能にし得るということが認識されることとなる。予想される値は、異なるケースに対応する尤度評価(likelihood rating)を含むことが可能であり、それは、プラントのオペレーターが、様々な動作上の不測事態に関して計画し、かつ/または損失をヘッジすることをさらに支援することが可能である。   According to a preferred embodiment, the method of the present invention can be used to evaluate a particular mode of operation and to determine and recommend a preferred alternative. As will be appreciated, the power generation unit of the power plant 501 is controlled by an actuator having a variable set point, which is controllably linked to a control system such as a plant controller 505. The operating parameters of the power plant 501 can be classified into three categories: manipulated variables, disturbance variables, and controlled variables. The manipulated variable evaluates the controllable process input that can be manipulated via the actuator to control the controlled variable, while the disturbance variable is an uncontrollable process input that affects the controlled variable. To evaluate. A controlled variable is a process output that is controlled against a defined target level. According to a preferred embodiment, the control method includes receiving an expected value for the disturbance variable for the second period of operation (ie, the period of operation for which the optimized mode of operation is being calculated). It is possible. Disturbance variables can include ambient conditions such as ambient temperature, pressure, and humidity. In such a case, the proposed parameter set generated for the second operating period can include a value for the disturbance variable that is related to an expected value for the disturbance variable. More specifically, the generated value for each ambient condition parameter can include a range of values for each of the ambient condition parameters. This range can include, for example, a low case, a medium case, and a high case. It will be appreciated that having multiple cases may allow plant operators to plan for the best / worst case scenario. Expected values can include likelihood rating corresponding to different cases, which allows plant operators to plan for various operational contingencies and / or hedge losses. It is possible to further support to do.

提案されるパラメーターセットを発生させるステップは、制御される変数に関する目標レベルを発生させることを含むことが可能である。目標レベルは、発電プラント501の競合する動作モードまたは代替的な動作モードに対応するように発生させられ得、かつオペレーター入力を含むことが可能である。そのようなオペレーター入力は、プラントオペレーターモジュール509によって促進され得る。好適な実施形態によれば、そのような目標レベルは、発電プラント501に関する所望の出力レベルを含むことが可能であり、所望の出力レベルは、プラントに関する過去の使用状況パターンを前提とする起こり得る出力レベルに基づくことが可能である。本明細書で使用されているように、「出力レベル」は、第2の動作期間の間の商用配電のために発電プラント501によって発生させられる負荷レベルまたは電気のレベルを反映している。提案されるパラメーターセットを発生させるステップは、出力レベルが同じまたは一定のままである複数のケースを発生させることを含むことが可能である。そのような一定の出力レベルは、プラントまたは発電ユニットのセットに関するベース負荷を反映することが可能である。複数の目標レベルは、それぞれの目標レベルが発電ユニットのそれぞれからの異なる関与のレベルに対応する場合に発生させられ得、これらは、履歴使用状況を前提として起こり得る動作モードを得るために引き出され得る。次いで、方法は、公知の制約を前提として最も効率的な動作モードを決定することが可能である。追加的に、提案されるパラメーターセットは、外乱変数が、それぞれの目標レベルに関して発生させられる複数のケースについて一定のレベルを維持するように発生させられ得る。外乱変数のための一定のレベルは、受け取られる予想された値に基づくことが可能である。そのようなケースでは、本発明の1つの態様によれば、提案されるパラメーターセットを発生させるステップは、予想される周囲条件または期待される周囲条件を前提としてベース負荷レベルを実現するための最適化された動作モードを決定するように、操作される変数を各範囲にわたって変化させる、複数のケースを発生させることを含む。例示的な実施形態によれば、コスト関数は、プラント効率もしくはヒートレートとして定義され、または動作コスト、収入、または利益などのような、より直接的な経済的な指標を含むことが可能である。このように、発電プラント501を制御する最も効率的な方法は、ベース負荷が知られており、外乱変数が比較的に高い精度レベルで予測され得る状況において決定され得る。そのようなケースで本発明によって決定される最適化された動作モードは、より最適な機能を実現するためにプラントコントローラー505によって使用され得る特定の制御ソリューション(すなわち、特定の設定点、および/または、したがって、発電プラントの操作される変数を制御するアクチュエーターに関する範囲)を含むように構成され得る。このように計算されると、制御ソリューションは、様々な外乱変数に関して予想される値を前提として、定義されたまたは契約された目標負荷を満足させるための最適化された動作モードを表す。このタイプの機能性は、日間のまたは市場間の期間の最適化アドバイザーまたはチェックとしての役割を果たすことが可能であり、それは、以前に固定された負荷レベルを依然として満足させる、より効率的な動作モードを見つける目的のために、バックグラウンドで進行中の動作を分析する。たとえば、以前の給電入札によってカバーされる市場期間が進行するときに、周囲条件が知られるようになり、または、少なくとも、周囲条件を正確に予測する信頼のレベルが、入札プロセスの間に推定されたものを超えて増加する。これを前提とすると、本方法は、周囲条件のより確かな知識を前提として、給電される負荷を満たすための制御ソリューションを最適化するために使用され得る。この特定の機能性は、第2のパラメーターセット517として、および、第2のパラメーターセット517に関連したシミュレートされた動作519として、図17に図示されている。このように、本発明の最適化プロセスは、「微調整」態様を含むことも可能であり、それによって、チューニングされる発電プラントモデル507の上でのシミュレーションランが、より効率的な制御ソリューションについてアドバイスし、次いで、それは、プラントコントローラーに伝達され、プラントコントローラーによって実装され得る。   Generating the proposed parameter set can include generating a target level for the controlled variable. The target level can be generated to correspond to a competing or alternative mode of operation of the power plant 501 and can include operator input. Such operator input can be facilitated by the plant operator module 509. According to a preferred embodiment, such a target level can include a desired power level for the power plant 501, which can occur assuming a past usage pattern for the plant. It can be based on the output level. As used herein, “power level” reflects the load level or level of electricity generated by the power plant 501 for commercial power distribution during the second operating period. The step of generating the proposed parameter set can include generating multiple cases where the power level remains the same or constant. Such constant power levels can reflect the base load for a set of plants or power generation units. Multiple target levels can be generated when each target level corresponds to a different level of engagement from each of the power generation units, and these are derived to obtain possible modes of operation assuming historical usage. obtain. The method can then determine the most efficient mode of operation given the known constraints. Additionally, the proposed parameter set can be generated such that disturbance variables maintain a constant level for multiple cases generated for each target level. The constant level for the disturbance variable can be based on the expected value received. In such cases, according to one aspect of the present invention, the step of generating the proposed parameter set is optimal for achieving a base load level given the expected or expected ambient conditions. Generating a plurality of cases in which the manipulated variable is varied over each range to determine a generalized mode of operation. According to exemplary embodiments, the cost function may be defined as plant efficiency or heat rate, or may include more direct economic indicators such as operating costs, income, or profits. . Thus, the most efficient way to control the power plant 501 can be determined in situations where the base load is known and disturbance variables can be predicted with a relatively high level of accuracy. In such cases, the optimized mode of operation determined by the present invention can be a specific control solution that can be used by the plant controller 505 to achieve a more optimal function (ie, a specific set point, and / or , And thus a range relating to actuators that control the manipulated variables of the power plant). When calculated in this way, the control solution represents an optimized mode of operation for satisfying a defined or contracted target load given the expected values for various disturbance variables. This type of functionality can serve as an optimization advisor or check for daily or inter-market periods, which is more efficient operation that still satisfies previously fixed load levels Analyze actions in progress in the background for the purpose of finding modes. For example, as the market period covered by previous power bids progresses, ambient conditions become known, or at least a level of confidence that accurately predicts ambient conditions is estimated during the bidding process. Increases beyond that. Given this, the method can be used to optimize the control solution to meet the powered load given a more reliable knowledge of ambient conditions. This particular functionality is illustrated in FIG. 17 as a second parameter set 517 and as a simulated operation 519 associated with the second parameter set 517. Thus, the optimization process of the present invention can also include a “fine tuning” aspect, whereby a simulation run on the tuned power plant model 507 is more efficient for a control solution. Advises and then it can be communicated to the plant controller and implemented by the plant controller.

本発明の別の態様は、発電プラント501のための燃料購入を最適化するためのその使用状況を含む。発電プラントは、典型的に、特定の様式で動作する燃料市場から定期的な燃料購入を行うということが認識されることとなる。具体的には、そのような燃料市場は、典型的に、見込みベースで動作させられ、見込みベースでは、発電プラント501は、将来の動作期間に必要な燃料の量を予測し、次いで、予測に基づいて購入を行う。そのようなシステムでは、発電プラント501は、低い燃料在庫を維持することによって、利益を最大化しようとする。しかし、発電プラント501は、余分な燃料量を定期的に購入し、給電プロセスの間にプラントが提供するように契約した電力の量を発生させるのに不十分な購入された燃料の供給を有するコストのかかる状況を回避するようになっている。このタイプの状況は、たとえば、変化する周囲条件が、予測されたよりも効率の低い発電を結果として生じさせるときに、または、発電プラントの真の発電能力が過大推定されるときに、起こる可能性がある。すでに議論されている本出願のいくつかの態様は、最適化された動作のモードを決定し、それを使用して、必要とされる燃料供給のための非常に正確な予測を計算するために使用され得るということが認識されることとなる。すなわち、本最適化プロセスは、プラント効率および負荷能力に関するより正確な予測を提供することが可能であり、それは、将来の動作期間に必要とされる燃料の量を推定するために使用され得る。これは、プラントオペレーターが燃料購入に関してより小さいマージンを維持することを可能にし、それは、プラントの経済的な性能に利益をもたらす。   Another aspect of the invention includes its usage to optimize fuel purchase for the power plant 501. It will be appreciated that power plants typically make regular fuel purchases from a fuel market that operates in a particular manner. Specifically, such fuel markets are typically operated on a prospective basis, where the power plant 501 predicts the amount of fuel required for future operating periods and then predicts it. Make purchases based on. In such a system, the power plant 501 seeks to maximize profits by maintaining a low fuel inventory. However, the power plant 501 has a supply of purchased fuel that is insufficient to periodically purchase excess fuel and generate an amount of power that the plant contracts to provide during the power supply process. It avoids costly situations. This type of situation can occur, for example, when changing ambient conditions result in power generation that is less efficient than expected or when the true power generation capacity of the power plant is overestimated. There is. Some aspects of the present application that have already been discussed are to determine an optimized mode of operation and use it to calculate a very accurate prediction for the required fuel supply. It will be appreciated that it can be used. That is, the present optimization process can provide a more accurate prediction regarding plant efficiency and load capacity, which can be used to estimate the amount of fuel required in future operating periods. This allows plant operators to maintain a smaller margin for fuel purchase, which benefits the economic performance of the plant.

代替的な実施形態によれば、本発明は、プラント性能を最適化するための方法を含み、その方法では、予測計画対象期間が定義され、最適化プロセスの中で使用される。認識されることとなるように、予測計画対象期間は、動作の将来の期間であり、それは、予測計画対象期間の初期の時間間隔に関して最適化された動作のモードを決定する目的のために、定期的に繰り返す間隔へと分割されている。具体的には、発電プラントの動作は、予測計画対象期間の全体にわたって性能を最適化することによって最適化され、それは、次いで、初期の時間間隔に関する最適化された動作のモードを決定するために使用される。認識されることとなるように、プロセスは、次いで、次の時間間隔の間に発電プラントがどのように動作するべきであるかということを決定するように繰り返され、それは、認識されることとなるように、最適化サイクルのその次の繰り返しに対して初期の時間間隔になる。この後続の最適化に関して、予測計画対象期間は、同じままであることが可能であるが、初期の時間間隔として現在定義されているものに対して再定義される。これは、予測計画対象期間が、繰り返しごとに追加的な時間間隔によって効果的に将来へ推し進められるということ意味している。すでに述べられているように、「提案されるパラメーターセット」は、複数の動作パラメーターに関する値を含み、それによって、発電プラント501に関する可能性のある動作モードのうちの1つを定義または記述する、データセットを表している。好適な実施形態によれば、予測計画対象期間に関与する場合に最適化された動作モードを決定するプロセスは、以下のステップのうちの1つまたは複数を含むことが可能である。第1に、複数の提案される計画対象期間パラメーターセットが、予測計画対象期間に関して発生させられる。本明細書で使用されているように、「提案される計画対象期間パラメーターセット」は、予測計画対象期間の時間間隔のそれぞれに関する提案されるパラメーターセットを含む。たとえば、24時間の予測計画対象期間は、24個の1時間の時間間隔を含むものとして定義され得、それは、提案される計画対象期間パラメーターセットが、24個の時間間隔のそれぞれに関する提案されるパラメーターセットを含むということを意味している。次のステップとして、提案される計画対象期間パラメーターセットは、予測計画対象期間にわたる動作をシミュレートするために使用される。次いで、シミュレーションランのそれぞれに関して、コスト関数が、経済的な性能を評価するために使用され、提案される計画対象期間パラメーターセットのどれが、最も好適であること、すなわち、本明細書で使用されているように、「最適化された計画対象期間シミュレーションラン」を表すかということを決定するようになっている。例示的な実施形態によれば、予測計画対象期間の初期の時間間隔に関する最適化された計画対象期間シミュレーションランの中で記述される動作モードは、次いで、初期の時間間隔に対応する動作の期間に関する最適化された動作モードとして指定され得る。次いで、最適化プロセスは、後続の時間間隔に関して繰り返され得る。本発明は、予測計画対象期間の中で定義された時間間隔のそれぞれに関する外乱変数に関して予想される値を受け取ることを含むことが可能である。次いで、提案される計画対象期間パラメーターセットは、時間間隔のそれぞれに対応する提案されるパラメーターセットが、外乱変数に関して受け取られた予想される値に関係する外乱変数に関する値を含むように、発生させられ得る。   According to an alternative embodiment, the present invention includes a method for optimizing plant performance, in which a forecast planning period is defined and used in an optimization process. As will be recognized, the forecast planning period is the future period of operation, which is for the purpose of determining the mode of operation optimized with respect to the initial time interval of the forecast planning period. Divided into regularly repeating intervals. Specifically, the operation of the power plant is optimized by optimizing performance throughout the forecast planning period, which then determines the optimized mode of operation for the initial time interval. used. As will be recognized, the process is then repeated to determine how the power plant should operate during the next time interval, which As such, it is the initial time interval for the next iteration of the optimization cycle. For this subsequent optimization, the forecast planning period can remain the same, but is redefined for what is currently defined as the initial time interval. This means that the forecast planning target period can be effectively advanced into the future with additional time intervals for each iteration. As already mentioned, the “proposed parameter set” includes values for a plurality of operating parameters, thereby defining or describing one of the possible operating modes for the power plant 501. Represents a data set. According to a preferred embodiment, the process of determining an optimized mode of operation when involved in a forecast planning period can include one or more of the following steps. First, a plurality of proposed planning target period parameter sets are generated for the forecast planning target period. As used herein, a “suggested planning period parameter set” includes a proposed parameter set for each of the time intervals of the forecast planning period. For example, a 24-hour forecast planning period may be defined as including 24 one-hour time intervals, where a proposed planning period parameter set is proposed for each of the 24 time intervals. This means that it includes a parameter set. As a next step, the proposed planning period parameter set is used to simulate behavior over the forecast planning period. Then, for each of the simulation runs, a cost function is used to evaluate the economic performance and which of the proposed planned time period parameter sets is most suitable, i.e. used herein. As shown in the figure, it is determined whether the "optimized planning period simulation run" is represented. According to an exemplary embodiment, the mode of operation described in the optimized planning period simulation run for the initial time interval of the forecast planning period is then the period of operation corresponding to the initial time interval. Can be specified as an optimized mode of operation. The optimization process can then be repeated for subsequent time intervals. The present invention may include receiving expected values for disturbance variables for each of the time intervals defined in the forecast planning period. The proposed planning period parameter set is then generated such that the proposed parameter set corresponding to each of the time intervals includes a value for the disturbance variable that is related to the expected value received for the disturbance variable. Can be.

認識されることとなるように、提案される計画対象期間パラメーターセットは、外乱変数に関する値の範囲をカバーするように発生させられ得る。前述のように、その範囲は、外乱変数のそれぞれについての複数のケースを含むことが可能であり、予想される値の上方および下方をそれぞれ表す高い値および低い値を含むことが可能である。説明されている実施形態のいずれかによれば、動作のモードをシミュレートするステップ、および、シミュレーションから最適化された動作モードを決定するステップは、繰り返され、繰り返しプロセスへと構成され得るということが認識されることとなる。本明細書で使用されているように、それぞれの繰り返しは、「最適化サイクル」と称される。それぞれの繰り返しは、最適化のための後続のまたは次の動作の期間を定義することを含むことが可能であるということが認識されることとなる。この後続の期間は、以前のサイクルによって最適化された動作の期間の直後に発生する可能性があり、または、ケース、たとえば、給電入札を準備する目的のために、または、代替的なメンテナンススケジュールの経済的な影響についてアドバイスする目的のために、本方法が使用される場合に当てはまるように、将来の期間に対応する動作の期間を含むことが可能である。   As will be recognized, the proposed planning period parameter set can be generated to cover a range of values for disturbance variables. As described above, the range can include multiple cases for each of the disturbance variables, and can include high and low values that represent the upper and lower of the expected value, respectively. According to any of the described embodiments, the steps of simulating the mode of operation and determining the optimized mode of operation from the simulation can be repeated and configured into an iterative process. Will be recognized. As used herein, each iteration is referred to as an “optimization cycle”. It will be appreciated that each iteration can include defining a period of subsequent or next operation for optimization. This subsequent period can occur immediately after the period of operation optimized by the previous cycle, or for the purpose of preparing a case, eg, a power supply bid, or an alternative maintenance schedule For the purpose of advising on the economic impact of the method, it is possible to include periods of operation corresponding to future periods, as is the case when the method is used.

発電プラントモデル502をチューニングするステップは、チューニングされた発電プラントモデル507を更新するように繰り返され得る。このように、最近のチューニングを反映するチューニングされた発電プラントモデル507は、最適化サイクルとともに使用され、より効果的な結果を作り出すことが可能である。代替的な実施形態によれば、最適化サイクルおよび発電プラントモデル502をチューニングするサイクルは、互いに対して分離され得、それぞれのサイクルが、自分自身のスケジュールにしたがって反復するようになっている。他の実施形態では、発電プラントモデル502は、所定の数の最適化サイクルの繰り返しの後に、更新され、またはチューニングされ得る。更新されチューニングされた発電プラントモデル507は、次いで、所定の数の繰り返しが行われ、別のチューニングサイクルを開始させるようになるまで、後続の最適化サイクルの中で使用される。特定の実施形態では、チューニングサイクルは、それぞれの最適化サイクルの後に行われる。代替的な実施形態によれば、発電プラントモデル502のチューニングを開始させる最適化サイクルの数は、予測計画対象期間の時間間隔の数に関連している。   The step of tuning the power plant model 502 may be repeated to update the tuned power plant model 507. In this way, a tuned power plant model 507 that reflects recent tuning can be used with an optimization cycle to produce more effective results. According to an alternative embodiment, the optimization cycle and the cycle of tuning the power plant model 502 can be separated from each other such that each cycle repeats according to its own schedule. In other embodiments, the power plant model 502 may be updated or tuned after a predetermined number of iterations of iteration. The updated and tuned power plant model 507 is then used in subsequent optimization cycles until a predetermined number of iterations have been performed to initiate another tuning cycle. In certain embodiments, the tuning cycle occurs after each optimization cycle. According to an alternative embodiment, the number of optimization cycles that initiate tuning of the power plant model 502 is related to the number of time intervals in the forecast planning period.

本発明は、述べられているように、性能目標にしたがって、発電プラント501の動作を最適化することが可能であり、性能目標は、プラントオペレーターによって定義され得る。好適な実施形態によれば、本方法は、発電プラントの動作を経済的に最適化するために使用される。そのようなケースでは、性能目標は、経済的な最適化に関する基準を提供するコスト関数を含み、定義する。例示的な実施形態によれば、提案されるパラメーターセットのそれぞれに関するシミュレートされた動作は、出力として、選択された性能指標に関する予測された値を含む。コスト関数は、性能指標に関する予測された値を、動作コストまたは経済的な性能のいくつかの他の指示に相関させるアルゴリズムを含むことが可能である。このように使用され得る他の性能指標は、たとえば、発電プラントヒートレートおよび/または燃料消費を含む。代替的な実施形態によれば、シミュレーション出力は、発電プラント501の火力発電ユニットのうちの1つまたは複数のための高温ガス流路温度に関する予測された値を含み、それらは、消費されるコンポーネント寿命コストを計算するために使用され得る。このコストは、シミュレートされた動作から結果として生じる高温ガス流路コンポーネントに関連付けられる予測された劣化コストを反映する。コスト関数は、性能指標に関する予測された値を動作収入に相関させるアルゴリズムをさらに含むことが可能である。そのようなケースでは、動作収入は、次いで、動作コストと比較され得、発電プラント501に関する純収入または純利益を反映するようになっている。本方法は、最適化されている期間にわたり市場の中で販売される電気のための予想される価格を受け取るステップをさらに含むことが可能であり、選択される性能指標は、電気の出力レベルを含むことが可能であり、電気の出力レベルは、次いで、次に来る動作の期間に関する期待される動作収入を計算するために使用され得る。このように、本方法は、動作コストと収入を比較することによって、経済的利益を最大化するために使用され得る。   The present invention, as stated, can optimize the operation of the power plant 501 according to performance goals, which can be defined by the plant operator. According to a preferred embodiment, the method is used to economically optimize the operation of the power plant. In such cases, the performance goal includes and defines a cost function that provides a basis for economic optimization. According to an exemplary embodiment, the simulated behavior for each proposed parameter set includes, as output, a predicted value for the selected performance metric. The cost function may include an algorithm that correlates the predicted value for the performance index to operating costs or some other indication of economic performance. Other performance indicators that may be used in this way include, for example, power plant heat rate and / or fuel consumption. According to an alternative embodiment, the simulation output includes predicted values for hot gas flow path temperatures for one or more of the thermal power generation units of power plant 501, which are consumed components Can be used to calculate lifetime costs. This cost reflects the predicted degradation cost associated with the hot gas flow path component resulting from the simulated operation. The cost function may further include an algorithm that correlates the predicted value for the performance metric with motion revenue. In such a case, the operating revenue can then be compared to the operating cost to reflect the net revenue or net profit for the power plant 501. The method can further include receiving an expected price for electricity sold in the market over an optimized period, wherein the selected performance metric is the power output level. The power level of electricity can then be used to calculate the expected operating revenue for the next period of operation. Thus, the method can be used to maximize economic benefits by comparing operating costs and revenues.

認識されることとなるように、性能目標は、選択された操作性制約を含むようにさらに定義され得る。特定の代替的な実施形態によれば、本方法は、定義された操作性制約のうちのいずれか1つに違反するシミュレートされた動作を作り出す提案されるパラメーターセットのいずれかを不適格とするステップを含む。操作性制約は、たとえば、排出閾値、最大動作温度、最大機械的応力レベルなど、ならびに、法的規制もしくは環境的な規制、契約条件、安全規制、ならびに/またはマシンまたはコンポーネントの操作性閾値および制限を含むことが可能である。   As will be recognized, the performance goal may be further defined to include selected operability constraints. According to certain alternative embodiments, the method qualifies any of the proposed parameter sets that produce simulated behavior that violates any one of the defined usability constraints. Including the steps of: Usability constraints include, for example, discharge threshold, maximum operating temperature, maximum mechanical stress level, and legal or environmental regulations, contract conditions, safety regulations, and / or machine or component usability thresholds and limits Can be included.

本方法は、すでに述べられているように、発電プラント501の代替的なまたは可能性のある動作モードを記述する提案されるパラメーターセット517を発生させることを含む。図示されているように、提案されるパラメーターセット517は、プラントオペレーターモジュール509の中で発生させられ得、プラントマネージャーまたは人間のオペレーターからの入力を含むことが可能である。大まかに言うと、可能性のある動作モードは、競合するモードと考えられ得、競合するモードに関して、シミュレーションが実施され、性能目標および想定される条件を最良に満足させる動作のモードを決定するようになっている。例示的な実施形態によれば、これらの代替的な動作モードは、いくつかの方式で選択され、または定義され得る。好適な実施形態によれば、代替的な動作モードは、発電プラント501に関する様々な出力のレベルを含む。出力レベルは、本明細書で使用されているように、定義された市場期間の間に、市場の中の商用配電のために、発電プラント501によって発生させられる電気のレベルに関係する。提案されるパラメーターセットは、異なる出力レベルのそれぞれにおける複数のケースを定義するように構成され得る。いくつかの出力レベルは、提案されるパラメーターセットによってカバーされ得、選ばれる出力レベルは、発電プラント501に関する可能性のある出力の範囲と一致するように構成され得る。可能性のある出力レベルの範囲は、直線的でなくてもよいということが認識されることとなる。具体的には、発電プラントの複数の発電ユニット、および、それらに関連したスケーラビリティー制限に起因して、提案されるパラメーターセットは、発電プラント501の特定の構成を前提として、より実現可能なまたは好ましいレベルにおいて、グループ化されまたは集中させられ得る。   The method includes generating a proposed parameter set 517 that describes an alternative or possible mode of operation of the power plant 501 as previously described. As shown, the proposed parameter set 517 can be generated in the plant operator module 509 and can include input from a plant manager or a human operator. Broadly speaking, the possible modes of operation can be considered as competing modes, and for the competing modes, a simulation is performed to determine the mode of operation that best meets the performance objectives and assumed conditions. It has become. According to exemplary embodiments, these alternative modes of operation may be selected or defined in several ways. According to a preferred embodiment, alternative modes of operation include various power levels for the power plant 501. The power level, as used herein, relates to the level of electricity generated by the power plant 501 for commercial distribution in the market during a defined market period. The proposed parameter set can be configured to define multiple cases at each of the different power levels. Several power levels can be covered by the proposed parameter set, and the selected power level can be configured to match the range of possible power for the power plant 501. It will be appreciated that the range of possible output levels may not be linear. Specifically, due to the multiple power generation units of the power plant and the scalability limitations associated with them, the proposed parameter set is more feasible given the specific configuration of the power plant 501 or At a preferred level, it can be grouped or concentrated.

述べられているように、競合する動作モードのそれぞれは、複数のケースを含むことが可能である。たとえば、競合する動作モードが異なって定義されている場合には、複数のケースが選ばれ得、出力レベルがそれによって実現される異なる様式を反映するようになっている。発電プラントが複数の発電ユニットを有する場合には、それぞれの出力レベルにおける複数のケースは、火力発電ユニットのそれぞれがどのように動作させられかつ/または関与されるかということによって、差別化され得る。一実施形態によれば、いくつかの発生させられるケースは、発電ユニットのそれぞれによって提供される出力レベルのパーセンテージを変化させることによって差別化される。たとえば、発電プラント501は、コンバインドサイクル発電プラント501を含むことが可能であり、コンバインドサイクル発電プラント501の中では、火力発電ユニットがガスタービンおよび蒸気タービンを含む。追加的に、ガスタービンおよび蒸気タービンは、チラーなどのような吸気コンディショニングシステムおよびHRSGダクトファイアリングシステムによって、それぞれ増強され得る。認識されることとなるように、吸気コンディショニングシステムは、たとえば、ガスタービンの入口空気を冷却するために構成され得、その発電能力を増強するようになっており、かつHRSGダクトファイアリングシステムは、ボイラーに対して二次的な熱源として構成され得、蒸気タービンの発電能力を増強するようになっている。この例によれば、火力発電ユニットは、ガスタービン、または、代替的に、吸気コンディショニングシステムによって増強されたガスタービンと、蒸気タービン、または、代替的に、HRSGダクトファイアリングシステムによって増強された蒸気タービンとを含む。次いで、提案されるパラメーターセットによってカバーされる複数のケースは、競合する動作モードとして選ばれた異なる出力レベルを依然として満足させながら、これらの特定の火力発電ユニットが異なる方式で関与される場合を含むことが可能である。次いで、シミュレートされた動作は、定義された基準にしたがって、どれが、最適化された動作モードを反映するかということを決定するために分析され得る。   As stated, each of the competing modes of operation can include multiple cases. For example, if competing modes of operation are defined differently, multiple cases may be chosen so that the output level reflects the different manners achieved thereby. If the power plant has multiple power generation units, multiple cases at each power level can be differentiated by how each of the thermal power generation units is operated and / or involved. . According to one embodiment, several generated cases are differentiated by changing the percentage of the power level provided by each of the power generation units. For example, the power plant 501 can include a combined cycle power plant 501, in which the thermal power generation unit includes a gas turbine and a steam turbine. Additionally, the gas turbine and steam turbine may be augmented by an intake conditioning system such as a chiller and an HRSG duct firing system, respectively. As will be appreciated, the intake conditioning system can be configured, for example, to cool the inlet air of a gas turbine to enhance its power generation capability, and the HRSG duct firing system can be It can be configured as a secondary heat source for the boiler to enhance the power generation capacity of the steam turbine. According to this example, the thermal power generation unit comprises a gas turbine or alternatively a gas turbine augmented by an intake conditioning system and a steam turbine or alternatively a steam augmented by an HRSG duct firing system. Including turbines. The multiple cases covered by the proposed parameter set then include the case where these particular thermal power units are involved in different ways while still satisfying different power levels chosen as competing operating modes. It is possible. The simulated behavior can then be analyzed to determine which reflects the optimized mode of operation according to defined criteria.

代替的な実施形態によれば、提案されるパラメーターセットは、異なる動作モードを得るために引き出され、メンテナンス動作の経済的な利益を計算することが可能である。これを実現するために、競合する動作モードのうちの1つは、最適化のために選ばれた動作の期間の前に、メンテナンス動作が完了されるように仮定されているものとして定義され得る。この動作モードは、このメンテナンス動作の完了を伴うように期待される性能アップを反映するように定義され得る。代替的な動作モードは、メンテナンス動作が実施されないものとして定義され得、それは、この動作モードに関する複数のケースのシミュレーションが、期待性能アップを含むこととならないということを意味している。次いで、シミュレーションからの結果は、経済的な効果がより良好に理解されるように分析され得、また、複数のケースが使用され、異なっているシナリオ(たとえば、燃料価格の変動または期待されない周囲条件など)がどのように結果に影響を及ぼすかということを示すことが可能である。認識されることとなるように、同じ原理を使用して、競合する動作モードは、ターンダウンモードおよびシャットダウンモードを含むことが可能である。   According to an alternative embodiment, the proposed parameter set can be derived to obtain different modes of operation and the economic benefits of maintenance operations can be calculated. To accomplish this, one of the competing modes of operation can be defined as being assumed that the maintenance operation is completed prior to the period of operation selected for optimization. . This mode of operation may be defined to reflect the expected performance increase with the completion of this maintenance operation. An alternative mode of operation may be defined as no maintenance operation is performed, which means that multiple case simulations for this mode of operation will not include an expected performance increase. The results from the simulation can then be analyzed so that the economic effect is better understood, and multiple scenarios are used, and the scenarios are different (eg, fuel price fluctuations or unexpected ambient conditions) Etc.) can affect the results. As will be appreciated, using the same principle, competing modes of operation can include a turndown mode and a shutdown mode.

本発明は、異なる方式をさらに含み、異なる方式では、最適化プロセスが、発電プラントオペレーターによってプロセスを自動化し、効率および性能を改善するために使用され得る。一実施形態によれば、図17に図示されているように、方法は、発電プラント501が最適化された動作モードにしたがって制御される前に、人間のオペレーターによる承認を得るために、計算された最適化された動作のモード521をプラントオペレーターモジュール509へ伝達するステップを含む。アドバイザーモードでは、本方法は、代替的な動作のモードおよびそれぞれのモードに関連付けられる経済的な波及効果を提示するように構成され得、そのような代替例をプラントオペレーターに気付かせるようになっている。代替的に、本方法のコントロールシステムは、最適化されたソリューションを自動的に実装するように機能することが可能である。そのようなケースでは、最適化された動作モードは、プラントコントローラー505へ電子的に伝達され得、それに一致する様式で発電プラント501の制御を促進させるようになっている。発電プラント501のグループ間で発電を分配するための経済的な給電システムを含む電力システムでは、本発明の最適化方法は、中央当局または給電指令所へ提出するためのより正確で競争力のある入札を発生させるために使用され得る。当業者が認識することとなるように、すでに説明されている最適化機構は、真の発電能力、効率、ヒートレートを反映する入札を発生させると同時に、発電プラントが異なる動作モードを選ぶことによって将来の市場期間において行う経済的なトレードオフに関して有用な情報をプラントオペレーターへ提供するために使用され得る。このタイプの精度の向上および追加的な分析は、発電プラントが、入札プロセスにおいて競争力を保持すると同時に、予期しない不測事態に起因して全く採算の合わない給電結果を得るリスクを最小化することを確実にすることを助ける。   The present invention further includes different schemes, in which optimization processes can be used by power plant operators to automate the process and improve efficiency and performance. According to one embodiment, as illustrated in FIG. 17, the method is calculated to obtain approval by a human operator before the power plant 501 is controlled according to an optimized mode of operation. Communicating the optimized mode of operation 521 to the plant operator module 509. In the advisor mode, the method can be configured to present alternative modes of operation and the economic ripple effects associated with each mode, such that such alternatives become aware of the plant operator. Yes. Alternatively, the control system of the method can function to automatically implement an optimized solution. In such a case, the optimized mode of operation can be communicated electronically to the plant controller 505 to facilitate control of the power plant 501 in a manner consistent with it. In a power system that includes an economical power supply system for distributing power generation between groups of power plants 501, the optimization method of the present invention is more accurate and competitive for submission to a central authority or power supply command center. Can be used to generate bids. As those skilled in the art will appreciate, the optimization mechanism described above generates bids that reflect true power generation capacity, efficiency, and heat rate, while the power plant chooses a different mode of operation. It can be used to provide plant operators with useful information regarding economic trade-offs that will occur in future market periods. This type of increased accuracy and additional analysis minimizes the risk that the power plant will remain competitive in the bidding process, while at the same time obtaining unprofitable power results due to unexpected contingencies. Help to ensure.

図18から図21は、発電プラントのターンダウンおよび/またはシャットダウン動作に関係する本発明の例示的な実施形態を図示している。「ターンダウンアドバイザー」と称され得る図18のフローダイアグラム600に図示されているように、第1の実施形態は、定義されたまたは選択された動作の期間(「選択された動作期間」)の間の発電プラントに関するターンダウンレベルをシミュレートおよび最適化するための方法およびシステムを教示している。好適な実施形態では、本方法は、複数のガスタービンを有する発電プラントとともに使用され、それは、複数のガスタービンおよび1つまたは複数の蒸気タービンを有するコンバインドサイクルプラントを含むことが可能である。チューニングされた発電プラントモデルは、選択された動作期間の間のターンダウンレベルで発電プラントを動作させるための最適化された最小負荷を決定するために使用され得る。前述のように、「最適化された」動作モードは、1つまたは複数の他の可能性のある動作モードよりも好ましいとみなされ、または評価される動作モードとして定義され得る。これらの実施形態の目的のための動作モードは、負荷起動停止計画または他の性能目標を果たすための特定の発電ユニットの割り当て、ならびに、発電プラントの中の発電ユニットの物理的な構成を含むことが可能である。そのような機能性は、最適化されたまたは強化された動作モードに到達する際に、本発明が、多数のプラント組み合わせを考慮することが可能であり、多数のプラント組み合わせは、それぞれの発電ユニットの異なるターンダウン構成、ならびに、他のユニットはフルまたはターンダウンレベルで動作したままの状態でユニットの1つまたは複数をシャットダウンする構成を考慮に入れるということを意味する。方法は、性能および/または効率を強化する発電プラントに関する強化されたターンダウン動作モードの計算において、操作性制約、性能目標、コスト関数、オペレーター入力、および周囲条件などのような他の制約をさらに考慮に入れることが可能である。本方法は、本明細書で説明されているように、および/または、添付の特許請求の範囲において正確に記述されているように、ターンダウン動作モードの最適化のために、現在の周囲条件および予測された周囲条件を考慮に入れることが可能であり、また、ユニット構成および/または制御を変化させ、実際の条件がそれらの予測された条件から逸脱するときに、発電ユニットのうちの1つまたは複数の動作を動的に調節するようになっている。好適な実施形態によれば、そのような性能は、提案されるターンダウン動作期間にわたる燃料使用状況または消費のレベルを最小化するものとして少なくとも部分的に定義される。   FIGS. 18-21 illustrate exemplary embodiments of the present invention related to power plant turndown and / or shutdown operations. As illustrated in the flow diagram 600 of FIG. 18, which may be referred to as a “turndown advisor”, the first embodiment provides a defined or selected period of operation (“selected operation period”). Teaches a method and system for simulating and optimizing turndown levels for power plants in between. In a preferred embodiment, the method is used with a power plant having a plurality of gas turbines, which can include a combined cycle plant having a plurality of gas turbines and one or more steam turbines. The tuned power plant model can be used to determine an optimized minimum load for operating the power plant at a turndown level during a selected operating period. As described above, an “optimized” mode of operation may be defined as an operating mode that is considered or preferred over one or more other possible modes of operation. The mode of operation for the purposes of these embodiments includes the assignment of specific power generation units to meet a load start / stop plan or other performance goal, as well as the physical configuration of the power generation units in the power plant. Is possible. Such functionality allows the present invention to take into account multiple plant combinations when reaching an optimized or enhanced mode of operation, where multiple plant combinations are associated with each power generation unit. This means taking into account different turndown configurations as well as configurations that shut down one or more of the units while other units remain operating at full or turndown levels. The method further adds other constraints such as operability constraints, performance objectives, cost functions, operator inputs, and ambient conditions in the calculation of enhanced turndown operating modes for power plants that enhance performance and / or efficiency. It is possible to take into account. The method may be used to optimize the turndown mode of operation as described herein and / or as accurately described in the appended claims. And predicted ambient conditions can be taken into account, and one of the power generation units can change when the unit configuration and / or control is changed and the actual conditions deviate from those predicted conditions. One or more movements are dynamically adjusted. According to a preferred embodiment, such performance is defined at least in part as minimizing the level of fuel usage or consumption over the proposed turndown operation period.

本発明のターンダウンアドバイザーは、最適化されたもしくは強化されたターンダウンソリューションおよび/または推奨されるターンダウン作用に到達する際に、いくつかの要因、基準、および/または動作パラメーターを考慮に入れることが可能である。好適な実施形態によれば、これらは、それに限定されないが、ガスタービンエンジン動作限界(すなわち、温度の動作限界、空気力学的な動作限界、燃料スプリットの動作限界、希薄吹消の動作限界、機械的な動作限界、および排出制限値の動作限界)、ガスタービンおよび蒸気タービンコントロールシステム、最小蒸気タービンスロットル温度、復水器上の真空シールのメンテナンス、ならびに、システムまたはシステムの制御の構成またはラインナップなどのような他の要因を含む。最適化の出力のうちの1つは、1つまたは複数の発電プラントの推奨される動作モードおよび構成を含むことが可能であり、複数の発電プラントは、風力、太陽光、往復動エンジン、原子力、および/または他のタイプを含む、異なるタイプの発電プラントを含む。推奨される動作モードは、自動的に開始され、または、承認を得るためにプラントオペレーターへ電子的に伝達され得るということが認識されることとなる。そのような制御は、発電ユニットの動作を制御するように構成されているオフプレミスまたはオンプレミスコントロールシステムを介して実装され得る。追加的に、発電プラントが複数のガスタービンエンジンを含む状況では、本方法の出力は、ターンダウン期間の間に、ガスタービンのうちのどれが動作し続けるべきであり、どれがシャットダウンされるべきであるかということを特定することを含むことが可能であり、それは、図19に関連してより詳細に議論されているプロセスである。ターンダウン期間の間にアドバイザーが継続動作を推奨するガスタービンのそれぞれに関して、本方法は、負荷レベルをさらに計算することが可能である。別の出力は、ターンダウン期間の間の発電プラントに関する合計の負荷を計算することを含むことが可能であり、また、述べられているように、条件が変化する場合に調節される、予測される周囲条件に基づいて、毎時の目標負荷プロファイルを計算することを含むことが可能である。また、本発明は、ターンダウン動作期間の間の発電プラントの予測される燃料消費および排出量を計算することが可能である。開示されている方法の出力は、発電ユニットおよびプラントに対して利用可能な制御設定点を前提として動作ラインナップ/構成を含むことが可能であり、より効率的に目標発電レベルを実現するようになっている。   The turndown advisor of the present invention takes into account several factors, criteria, and / or operating parameters in reaching an optimized or enhanced turndown solution and / or recommended turndown action. It is possible. According to a preferred embodiment, these include, but are not limited to, gas turbine engine operating limits (ie, temperature operating limits, aerodynamic operating limits, fuel split operating limits, lean blow operating limits, mechanical Operating limits and emission limit values), gas turbine and steam turbine control systems, minimum steam turbine throttle temperature, vacuum seal maintenance on condensers, and system or system control configurations or lineups, etc. Including other factors such as: One of the optimization outputs can include a recommended operating mode and configuration of one or more power plants, such as wind, solar, reciprocating engines, nuclear And / or different types of power plants, including other types. It will be appreciated that the recommended mode of operation can be initiated automatically or electronically communicated to the plant operator for approval. Such control may be implemented via an off-premises or on-premises control system that is configured to control the operation of the power generation unit. Additionally, in situations where the power plant includes multiple gas turbine engines, the output of the method should be such that any of the gas turbines should continue to operate and which should be shut down during the turndown period. Can be identified, which is the process discussed in more detail in connection with FIG. For each gas turbine for which the advisor recommends continued operation during the turndown period, the method can further calculate the load level. Another output can include calculating the total load on the power plant during the turndown period, and is predicted to be adjusted when conditions change, as stated. Calculating an hourly target load profile based on ambient conditions. The present invention can also calculate the predicted fuel consumption and emissions of the power plant during the turndown period. The output of the disclosed method can include an operational lineup / configuration assuming control setpoints available to the power generation unit and plant, and more efficiently achieve the target power generation level. ing.

上記に議論されているように、トレーダーおよび/またはプラントマネージャー(それらを区別しない限り、以降では、「プラントオペレーター」)は、既存の契約条件に縛られず、典型的に、電力スポット市場などのような有望な市場でそれらの発電プラントを入札する。追加的な考慮事項として、プラントオペレーターは、発電プラントが目標または契約された発電レベルを満たすことができるように、十分な燃料供給が維持されることを確実にする任務を負う。しかし、多くのケースでは、燃料市場は、見込みで動作し、事前に将来の燃料購入を約束する意思があり、または約束することができる発電プラントに、有利な価格条件が利用可能となるようになっている。より具体的には、より早く燃料が購入されるほど、有利な価格になる。これらの市場ダイナミックスを前提とすると、発電プラントが最適化されたまたは高レベルの経済的利益を実現するために、プラントオペレーターは、その発電能力を利用するために、他の発電ユニットに対して競争力を持ってプラントを入札しなければならず、それと同時に、1)より低い価格を確保するために燃料が事前に購入され得るように、および、2)大きい燃料バッファーを必要とせずに、少ない燃料在庫が維持され得るように、将来の発電期間に必要とされる燃料を正確に推定する。これに成功すれば、プラントオペレーターは、将来の燃料購入を早く約定することによってより良い価格を確保すると同時に、不必要で出費のかさむ予備燃料が必要とされる過大購入せず、または、燃料供給不足のリスクを冒す購入不足も生じない。   As discussed above, traders and / or plant managers (hereinafter “plant operators” unless otherwise distinguished) are not bound by existing contract terms, typically such as the power spot market. Bid on those power plants in a promising market. As an additional consideration, the plant operator is tasked with ensuring that sufficient fuel supply is maintained so that the power plant can meet a target or contracted power generation level. However, in many cases, the fuel market will operate in a prospective manner, and will have a favorable price condition available to power plants that are or willing to promise future fuel purchases in advance. It has become. More specifically, the sooner the fuel is purchased, the more advantageous the price. Given these market dynamics, in order for a power plant to achieve an optimized or high level of economic benefits, plant operators can use other power generation units to take advantage of its power generation capacity. Have to bid the plant competitively, at the same time 1) so that fuel can be purchased in advance to ensure a lower price, and 2) without the need for a large fuel buffer, Accurately estimate the fuel required for future power generation periods so that a low fuel inventory can be maintained. If successful, the plant operator will ensure a better price by quickly committing to future fuel purchases, while not over-purchasing or supplying fuel that requires unnecessary and costly reserve fuel. There is no shortage of purchases that risks shortage.

本発明の方法は、特に、これらが、発電市場のシェアを確保するための給電入札の準備に関係するので、発電ユニットまたはプラントの特定の構成についてのIHRプロファイルを特定することによって、発電活動の効率および収益性を最適化し、または強化することが可能である。本方法は、発電プラントの中の複数の発電ユニットにわたって、または、いくつかのプラントにわたって、最適な発電割り当てを特定することを含むことが可能である。本方法は、それらの発電ユニットにとって利用可能な動作および制御構成を考慮に入れることが可能であり、可能性のある配置を入れ替え、それによって、選択された場合には、低減されたまたは最小化されたコストで入札期間にわたる電力の発生を可能にする入札を実現することが可能である。こうする際に、本方法は、すべての適用可能な物理的な、規制上のおよび/または契約上の制約を考慮することが可能である。この全体的なプロセスの一部として、本方法は、複数の発電ユニットを有する発電プラントに関するターンダウンおよびシャットダウン動作を最適化または強化するために使用され得る。この手順は、たとえば、気象条件または周囲条件などのような想定される外因性の条件、ガス品質、発電ユニットの信頼性、ならびに、蒸気発生などのような付随する義務を考慮に入れることを含むことが可能である。本方法が使用され、複数の構成を有する複数の発電ユニットに関するIHRプロファイル、ならびに選択されたターンダウン構成に関する制御設定値を列挙し、次いで、プラント給電入札の準備において想定される外因性の条件のために制御することが可能である。   The method of the present invention, in particular, relates to the preparation of a power supply bid to secure a share of the power generation market, so by identifying an IHR profile for a specific configuration of a power generation unit or plant, Efficiency and profitability can be optimized or enhanced. The method may include identifying an optimal power allocation across multiple power generation units in the power plant or across several plants. The method can take into account the operational and control configurations available to those power generation units, and replace possible arrangements, thereby reducing or minimizing, if selected. It is possible to implement a bid that allows generation of power over the bidding period at a reduced cost. In doing so, the method can take into account all applicable physical, regulatory and / or contractual constraints. As part of this overall process, the method may be used to optimize or enhance turndown and shutdown operations for power plants having multiple power generation units. This procedure includes, for example, taking into account possible extrinsic conditions such as weather conditions or ambient conditions, gas quality, power unit reliability, and attendant obligations such as steam generation, etc. It is possible. The method is used to enumerate the IHR profiles for multiple power generation units with multiple configurations, as well as the control settings for the selected turndown configuration, and then the exogenous conditions envisaged in preparation for the plant feed tender Can be controlled for.

オペレーターのための1つの共通の決定は、需要または負荷要件が最小であるときに、夜間などのようなオフピーク期間の間に発電プラントをターンダウンするかまたはシャットダウンするかということに関係する。認識されることとなるように、この決定の結果は、これらの可能性のある動作のモードのそれぞれに関連した経済的な波及効果についてのプラントオペレーターの理解に大きく依存する。特定のケースでは、発電プラントをターンダウンする決定は、容易に明らかになり得るが、ターンダウン期間の間に発電プラントを維持する最適な最小負荷が不確実なままである。すなわち、プラントオペレーターは、特定の期間にわたって発電プラントをターンダウンする決定を行っているが、オペレーターは、最もコスト効率の良い様式で発電プラントのいくつかの発電ユニットを走らせるターンダウン動作点について確信が持てない。   One common decision for an operator relates to whether the power plant is turned down or shut down during off-peak periods such as at night when demand or load requirements are minimal. As will be appreciated, the outcome of this determination is highly dependent on the plant operator's understanding of the economic ripple effects associated with each of these possible modes of operation. In certain cases, the decision to turn down the power plant can be readily apparent, but the optimal minimum load to maintain the power plant during the turn-down period remains uncertain. That is, the plant operator has decided to turn down the power plant over a specific period of time, but the operator is confident about the turndown operating point that will run several power units in the power plant in the most cost-effective manner. Can not have.

図18のターンダウンアドバイザーは、発電プラントを動作させる最適な最小負荷を推奨するためのプロセスの一部として使用され得る。このアドバイザー機能は、周囲条件、経済的な入力、ならびに、動作パラメーターおよび制約の特定のシナリオを前提として、発電プラントのための最善策をさらに推奨することが可能である。図19に関連してより詳細に議論されることとなるように、これらの入力から、プロセスは、最良の動作レベルを計算することが可能であり、次いで、発電プラントの制御に必要な動作パラメーターを推奨することが可能である。認識されることとなるように、この機能性は、いくつかの付属的な利益を結果として生じさせることが可能であり、それは、部品寿命の延長、より効率的なターンダウン動作、経済的な性能の改善、および、燃料購入を行う際の精度の改善を含む。   The turndown advisor of FIG. 18 can be used as part of a process to recommend an optimal minimum load for operating a power plant. This advisor function can further recommend best practices for power plants, given specific conditions of ambient conditions, economic inputs, and operating parameters and constraints. From these inputs, the process can calculate the best operating level, as will be discussed in more detail in connection with FIG. 19, and then the operating parameters required for power plant control. Can be recommended. As will be appreciated, this functionality can result in some ancillary benefits, such as extended component life, more efficient turndown operation, and economical Includes improved performance and improved accuracy when making fuel purchases.

フローダイアグラム600に図示されているように、特定の情報および関連した基準が、初期のステップの間に集められ得る。ステップ602において、発電プラントシステムおよび発電ユニットに関連付けられるデータ、変数、および他の要因が決定され得る。これらは、上記に列挙されている要因または情報のいずれかを含むことが可能である。好適な実施形態によれば、周囲プロファイルが受け取られ得、それは、選択された動作期間の間の周囲条件の予想を含むことが可能である。また、関連した排出量データは、このステップの一部として集められ得、それは、発電プラントに関する排出量制限値ならびに今までの排出量を含むことが可能である。別の要因は、選択された動作期間の間の電力および/または蒸気の潜在的販売に関連したデータを含む。このステップの一部として決定され得る他の変数は、プラントにおけるガスタービンの数、ガスタービンのそれぞれに関する燃焼システムおよびコントロールシステムの数、ならびに、以下に議論されている計算に関連し得る任意の他のプラント特有の制限を含む。   As illustrated in flow diagram 600, specific information and associated criteria may be gathered during the initial steps. In step 602, data, variables, and other factors associated with the power plant system and the power generation unit may be determined. These can include any of the factors or information listed above. According to a preferred embodiment, an ambient profile can be received, which can include an estimate of ambient conditions during a selected operating period. Also, relevant emission data can be collected as part of this step, which can include emission limits for power plants as well as previous emissions. Another factor includes data related to potential sales of power and / or steam during a selected period of operation. Other variables that can be determined as part of this step are the number of gas turbines in the plant, the number of combustion and control systems for each of the gas turbines, and any other that may be relevant to the calculations discussed below. Including plant-specific restrictions.

ステップ604において、提案されるターンダウン動作の期間(または、「選択される動作期間」)が、詳細に定義され得る。認識されることとなるように、これは、ユーザーまたはプラント動作によって定義され、選択される動作期間を含むことが可能であり、選択される動作期間の間に、利用可能なターンダウン動作モードの分析が望まれる。選択される動作期間の定義は、その想定される長さ、ならびに、ユーザー指定のスタート時間(すなわち、選択される動作期間がスタートすることとなる時間)および/またはストップ時間(すなわち、選択される動作期間が終了することとなる時間)を含むことが可能である。このステップは、選択される動作期間の中の間隔を定義することをさらに含むことが可能である。間隔は、選択される動作期間を複数の順次の一定間隔の時間期間へと細分化するように構成され得る。本明細書で提供される例のために、間隔は、1時間として定義されることとなり、選択される動作期間は、複数の1時間間隔を含むものとして定義されることとなる。   In step 604, the duration of the proposed turndown operation (or “selected operation period”) may be defined in detail. As will be appreciated, this is defined by the user or plant operation and can include selected operating periods, during which selected turndown operating modes are available. Analysis is desired. The definition of the selected operation period is its expected length, as well as a user specified start time (ie, the time at which the selected operation period will start) and / or stop time (ie, selected). It is possible to include the time during which the operation period ends. This step may further include defining an interval within the selected operating period. The interval may be configured to subdivide the selected operating period into a plurality of sequential fixed time periods. For the example provided herein, the interval will be defined as one hour, and the selected operating period will be defined as including a plurality of one hour intervals.

ステップ606において、選択される動作期間に関する最適化プロセスに関与するガスタービンの数が選択され得る。これは、発電プラントにおけるガスタービンのすべて、または、そのいくつかの部分を含むことが可能である。より詳細に以下に説明されているように、方法は、蒸気タービンシステムなどのような、発電プラントにおける他の発電ユニットの考慮をさらに含み、選択される動作期間の間のそれらの動作状態を考慮に入れることが可能である。ターンダウン動作に関与するガスタービンの決定は、プラントオペレーターからの入力を促し、または受け取ることを含むことが可能である。   In step 606, the number of gas turbines involved in the optimization process for the selected operating period may be selected. This can include all or some of the gas turbines in the power plant. As described in more detail below, the method further includes consideration of other power generation units in the power plant, such as a steam turbine system, and considers their operating conditions during a selected operating period. It is possible to put in. The determination of the gas turbine involved in the turndown operation can include prompting or receiving input from the plant operator.

ステップ608において、本方法は、選択される動作期間の間の提案されるターンダウン動作の一部として決定されたガスタービンの数を前提として、置換行列を構成することが可能である。認識されることとなるように、置換行列は、複数のガスタービンエンジンが、選択される動作期間の間に関与させられまたは動作させられ得る様々な方式を含む行列である。たとえば、図18の例示的な置換行列609に図示されているように、2つのガスタービンのケースに関する置換行列は、可能性のある構成のそれぞれをカバーする4つの異なる組み合わせを含む。具体的には、発電プラントが、第1のガスタービンおよび第2のガスタービンを含む場合には、置換行列は、以下の行またはケースを含む:a)第1のガスタービンおよび第2のガスタービンの両方が「オン」であり、すなわち、ターンダウン動作の状態で動作させられている;2)第1のガスタービンおよび第2のガスタービンの両方が「オフ」であり、すなわち、シャットダウン動作の状態で動作させられている;3)第1のガスタービンが「オン」であり、第2のガスタービンが「オフ」である;ならびに、4)第1のガスタービンが「オフ」であり、第2のガスタービンが「オン」である。認識されることとなるように、単一のガスタービンのケースでは、2つの置換だけが可能であり、一方、3つのガスタービンに関しては、7つの異なる行またはケースが可能であることとなり、そのそれぞれは、「オン」および「オフ」の動作状態の観点から、特定の時間フレームの間に、3つのガスタービンエンジンがどのように関与し得るかについて異なる構成を表す。図17に関連して、および、図17に関連した本文において議論されている最適化プロセスに関連して、置換行列のそれぞれのケースまたは行は、異なるまたは競合する動作モードを表すものとして考えられ得る。   In step 608, the method may construct a permutation matrix given the number of gas turbines determined as part of the proposed turndown operation during the selected operating period. As will be appreciated, the permutation matrix is a matrix that includes various ways in which multiple gas turbine engines may be involved or operated during a selected period of operation. For example, as illustrated in the exemplary permutation matrix 609 of FIG. 18, the permutation matrix for the two gas turbine cases includes four different combinations that cover each of the possible configurations. Specifically, if the power plant includes a first gas turbine and a second gas turbine, the permutation matrix includes the following rows or cases: a) the first gas turbine and the second gas Both turbines are "on", i.e. operated in turndown operation; 2) both the first gas turbine and the second gas turbine are "off", i.e. shutdown operation 3) the first gas turbine is “on” and the second gas turbine is “off”; and 4) the first gas turbine is “off” The second gas turbine is “on”. As will be appreciated, in a single gas turbine case, only two substitutions are possible, while for three gas turbines, seven different rows or cases are possible, Each represents a different configuration of how the three gas turbine engines may be involved during a particular time frame in terms of “on” and “off” operating conditions. In connection with FIG. 17 and in connection with the optimization process discussed in the text relating to FIG. 17, each case or row of the permutation matrix is considered to represent a different or competing mode of operation. obtain.

ステップ610、613、614、616、および618によって表されているステップの一部として、本方法は、提案されるターンダウン動作に関する提案されるパラメーターセットを構成することが可能である。述べられているように、選択される動作期間は、いくつかの1時間に及ぶ時間間隔へと分割され得る。提案されるパラメーターセットを構成するためのプロセスは、ステップ610において開始することが可能であり、ステップ610において、間隔のそれぞれが対処されたかどうかについて決定される。この質問への回答が「はい」である場合には、プロセスは、図示されているように、出力ステップ(すなわち、ステップ611)へ続くことが可能であり、出力ステップにおいて、ターンダウン分析の出力が、オペレーター612に提供される。間隔のすべてがカバーされていない場合には、プロセスは、ステップ613へ続くことが可能であり、未だカバーされていない間隔のうちの1つが選択される。次いで、ステップ614において、周囲条件が、受け取られた予想に基づいて、選択される間隔に関して設定され得る。ステップ616へ続いて、プロセスは、置換行列から行を選択することが可能であり、ステップ618において、特定の行にしたがって、ガスタービンのオン/オフ状態を設定することが可能である。   As part of the steps represented by steps 610, 613, 614, 616, and 618, the method can construct a proposed parameter set for the proposed turndown operation. As stated, the selected period of operation can be divided into a number of time intervals spanning one hour. The process for constructing the proposed parameter set can begin at step 610, where a determination is made as to whether each of the intervals has been addressed. If the answer to this question is yes, the process can continue to the output step (ie, step 611), as shown, where the output of the turndown analysis is output. Is provided to the operator 612. If all of the intervals are not covered, the process can continue to step 613, where one of the intervals not yet covered is selected. Then, in step 614, ambient conditions can be set for the selected interval based on the received expectation. Following step 616, the process may select a row from the permutation matrix, and in step 618, the gas turbine on / off state may be set according to the particular row.

そこから、本方法は、2つの異なる経路に沿って続くことが可能である。具体的には、方法は、ステップ620によって表されている最適化ステップへ続くことが可能であり、一方、ステップ621における決定ステップへも続き、ステップ621において、プロセスは、置換行列のすべての置換または行が、選択される間隔に関してカバーされたかどうかということを決定する。これに対する回答が「いいえ」である場合には、プロセスは、ステップ616へループバックすることが可能であり、ステップ616において、間隔に関する異なる置換行が選択される。これに対する回答が「はい」である場合には、プロセスは、図示されているように、ステップ610へ続くことが可能であり、間隔のすべてがカバーされたかどうかということを決定するようになっている。認識されることとなるように、それぞれの間隔に関する置換行列の行のうちのすべてが対処されると、プロセスは、ステップ611の出力ステップへ前進することが可能である。   From there, the method can continue along two different paths. In particular, the method can continue to the optimization step represented by step 620, while also continuing to the decision step in step 621, where the process includes all permutations of the permutation matrix. Or determine whether a row has been covered for the selected interval. If the answer to this is “no”, the process may loop back to step 616 where a different replacement row for the interval is selected. If the answer to this is “yes”, the process can continue to step 610, as shown, to determine if all of the intervals have been covered. Yes. As will be appreciated, once all of the permutation matrix rows for each interval have been addressed, the process can proceed to the output step of step 611.

ステップ620において、本方法は、先に図17で議論されているように、チューニングされた発電プラントモデルを使用して、性能を最適化することが可能である。このアプローチに一致して、複数のケースが、競合する動作モードのそれぞれに関して、すなわち、選択される動作期間の間隔のそれぞれに関する置換行列の行のそれぞれに関して生成され得る。好適な一実施形態によれば、本方法は、選択される動作パラメーターまたは性能指標に対する影響を決定するようにいくつかの動作パラメーターが変化させられる、提案されるパラメーターセットを発生させる。たとえば、この実施形態によれば、提案されるパラメーターセットは、入口ガイドベーン(「IGV」)および/またはタービンの排気温度(「Texh」)に関する設定値を操作することを含むことが可能であり、特定の行のオン/オフ状態および特定の間隔に関する周囲条件予想を前提として、発電プラントに関する最小化された合計の燃料消費率をどの組み合わせが生み出すかということを決定するようになっている。認識されることとなるように、ターンダウン動作に関連付けられる他の制約を満足させながら燃料消費を最小化する動作は、1つの様式を表し、その1つの様式によって、ターンダウン性能は、1つまたは複数の代替的な動作のモードに対して、経済的に最適化され、または、少なくとも、経済的に強化され得る。 In step 620, the method can optimize performance using a tuned power plant model, as previously discussed in FIG. Consistent with this approach, multiple cases may be generated for each of the competing operating modes, i.e., for each row of the permutation matrix for each selected operating period interval. According to a preferred embodiment, the method generates a proposed parameter set in which several operating parameters are varied to determine the influence on the selected operating parameter or performance index. For example, according to this embodiment, the proposed parameter set may include manipulating setpoints for inlet guide vanes (“IGV”) and / or turbine exhaust temperature (“T exh ”). Yes, to determine which combination will produce a minimized total fuel consumption rate for a power plant, given the expected ambient conditions for a particular row on / off state and a particular interval . As will be appreciated, the operation of minimizing fuel consumption while satisfying other constraints associated with the turndown operation represents one mode, which provides one turndown performance. Or it can be economically optimized or at least economically enhanced for several alternative modes of operation.

示されているように、特定の実施形態によれば、コスト関数、性能目標、および/または操作性制約が、この最適化プロセスの間に本発明によって使用され得る。これらは、プラントオペレーターを介して提供され得、ステップ622によって表されている。これらの制約は、IGVの設定値に関する制限、Texh制限、燃焼限界など、ならびに、発電プラントの一部であり得る他の熱システムに関連付けられる制限を含むことが可能である。たとえば、コンバインドサイクルシステムを有する発電プラントにおいて、ターンダウン動作の間の蒸気タービンの動作またはメンテナンスは、たとえば、最小蒸気温度または復水器真空シールの維持など、特定の制約を提示することが可能である。別の操作性制約は、特定の付属的なシステムが、特定の動作モードで影響を及ぼされ得、かつ/または、蒸発冷却器およびチラーなどのような特定のサブシステムが、相互に排他的であるという、必要なロジックを含むことが可能である。 As shown, according to certain embodiments, cost functions, performance goals, and / or usability constraints may be used by the present invention during this optimization process. These can be provided via the plant operator and are represented by step 622. These constraints can include limits on IGV setpoints, T exh limits, combustion limits, etc., as well as limits associated with other thermal systems that may be part of the power plant. For example, in a power plant with a combined cycle system, the operation or maintenance of the steam turbine during turndown operation can present certain constraints, for example, maintaining a minimum steam temperature or condenser vacuum seal. is there. Another usability constraint is that certain accessory systems can be affected in certain modes of operation and / or certain subsystems such as evaporative coolers and chillers are mutually exclusive. It is possible to include the necessary logic.

置換行列の間隔および異なる行を前提として、本方法が反復を通して一巡すると、最適化の結果は、ステップ611において、プラントオペレーターへ伝達され得る。これらの結果は、時間間隔のそれぞれに関する置換行列の行のそれぞれについての最適化されたケースを含むことが可能である。1つの例によれば、出力は、最適化された動作を記述し、それは、間隔のそれぞれについての置換のそれぞれについての発電プラントに関する燃料消費のコスト関数によって定義される。具体的には、出力は、操作性制約、性能目標、および想定される周囲条件も満足させながら、それぞれの間隔についての(置換行列の行によって表されているような)可能性のあるプラント構成のそれぞれに(すでに説明されている方法にしたがって、チューニングされた発電プラントモデルを使用して最適化された)必要とされる最小燃料を含むことが可能である。別の実施形態によれば、出力は、同じ方式で、間隔のそれぞれに関する可能性のあるプラント構成についての発電出力レベル(すなわち、メガワット)を最小化する最適化を含む。認識されることとなるように、(置換行列の置換によって表されているような)可能性のあるプラント構成のいくつかは、出力レベルを発電するための燃料供給にかかわらず、操作性制約を満足させることができない可能性がある。そのような結果は、廃棄され、それ以上考慮されず、または、ステップ611の出力の一部として報告されなくてもよい。   Given the spacing of the permutation matrix and the different rows, the optimization results can be communicated to the plant operator in step 611 once the method has made a round through the iterations. These results can include optimized cases for each row of the permutation matrix for each of the time intervals. According to one example, the output describes an optimized operation, which is defined by a cost function of fuel consumption for the power plant for each of the permutations for each of the intervals. Specifically, the output is a possible plant configuration (as represented by the row of the permutation matrix) for each interval, while also satisfying operability constraints, performance goals, and assumed ambient conditions. Each of which may include the minimum required fuel (optimized using a tuned power plant model according to the methods already described). According to another embodiment, the output includes optimization in the same manner that minimizes the power output level (ie, megawatts) for potential plant configurations for each of the intervals. As will be recognized, some of the possible plant configurations (as represented by the permutation of the permutation matrix) may impose operational constraints regardless of the fuel supply to generate power levels. There is a possibility that it cannot be satisfied. Such results may be discarded and not further considered or reported as part of the output of step 611.

図19および図20は、過渡動作に関連付けられる典型的な制約を前提として、定義された間隔(図では「I」)を含む選択された動作期間にわたって、発電プラントのガスタービンが動作させられ得る方式を、図式的に表している。認識されることとなるように、過渡動作は、異なる動作モードの間で発電ユニットを切り替えることを含み、シャットダウン動作モードへ、または、シャットダウン動作モードからの移行を伴うものを含む。示されているように、複数の動作経路またはシーケンス639が、以下に応じて実現され得る:1)ガスタービンの初期状態640;および、2)過渡動作制約を前提として変化が可能である間隔において動作モードを変化させるかどうかに関して行われる決定。認識されることとなるように、いくつかの異なるシーケンス639は、示されている間隔にわたって発電ユニットが動作させられ得る複数の方式を表している。   19 and 20 illustrate that the power plant gas turbine may be operated over a selected period of operation including a defined interval ("I" in the figure), subject to typical constraints associated with transient operation. The scheme is shown schematically. As will be appreciated, transient operation includes switching the power generation unit between different modes of operation, and includes those that go into or out of shutdown mode of operation. As shown, a plurality of operating paths or sequences 639 may be implemented depending on: 1) the initial state 640 of the gas turbine; and 2) at intervals that can change subject to transient operating constraints. A decision made as to whether to change the operating mode. As will be appreciated, a number of different sequences 639 represent a number of ways in which the power generation unit may be operated over the indicated intervals.

認識されることとなるように、図18の方法の出力は、図19および図20のダイアグラムと併せて使用され、発電プラントの発電ユニットのための提案されるターンダウン動作シーケンスを構成することが可能である。すなわち、図19および図20は、発電プラントの発電ユニットがどのように関与され得るかということ、および、時間間隔の経過にしたがってその動作モードがどのように修正され得るかということについての例を図示しており、それは、発電ユニットの動作モードが不変のままである場合、ユニットの動作モードがシャットダウン動作モードからターンダウン動作モードへ修正される場合、ならびに、ユニットの動作モードがシャットダウン動作モードからターンダウン動作モードへ修正される場合を含むことが可能である。図示されているように、この例で使用される過渡動作制約は、動作モードを修正することが、ユニットが最小でも間隔のうちの少なくとも2つにわたって修正された動作モードに留まることを必要とするということである。発電ユニットが最後の間隔に到達するための多くのシーケンス(または、経路)は、過渡動作制約を前提としてユニットが利用できる可能性のあるターンダウン動作シーケンスを表している。   As will be appreciated, the output of the method of FIG. 18 may be used in conjunction with the diagrams of FIGS. 19 and 20 to constitute a proposed turndown operation sequence for the power generation unit of the power plant. Is possible. That is, FIGS. 19 and 20 show examples of how power generation units of a power plant can be involved and how their operating modes can be modified over time. It is shown that if the operating mode of the power generation unit remains unchanged, the operating mode of the unit is modified from the shutdown operating mode to the turndown operating mode, and the operating mode of the unit is changed from the shutdown operating mode. It is possible to include a case where it is modified to a turndown mode of operation. As shown, the transient operating constraints used in this example require that modifying the operating mode remain in the modified operating mode for at least two of the intervals at a minimum. That's what it means. Many sequences (or paths) for a power generation unit to reach the last interval represent turn-down operation sequences that the unit may be able to use subject to transient operation constraints.

認識されることとなるように、図18からの分析結果、すなわち、行列置換のそれぞれについての最適化されたターンダウン動作は、可能性のあるターンダウン動作シーケンスから、複数の好適なケースを選択するために使用され得、それは、提案されるターンダウン動作シーケンスと称することが可能である。具体的には、図18に関連して説明されている方法の結果を前提とすると、提案されるターンダウン動作シーケンスは、選択されたコスト関数(たとえば、MW出力または燃料消費など)にしたがって性能も最適化しながら、プラント性能目標および制約を満足させるターンダウン動作のケースから選ばれ得る。図19および図20に図示されている考慮事項は、過渡動作制約を前提としてターンダウン動作シーケンスが達成可能であるかどうかということを決定する方式を表している。すなわち、図18から図20の組み合わせ分析によって到達される提案されるターンダウン動作シーケンスは、1つの動作モードから別の動作モードへユニットを移行させることに関連付けられる時間的制限に適合する動作シーケンスである。   As will be appreciated, the analysis results from FIG. 18, ie, optimized turndown behavior for each of the matrix permutations, select multiple preferred cases from the possible turndown behavior sequences. Which can be referred to as the proposed turndown operation sequence. Specifically, given the results of the method described in connection with FIG. 18, the proposed turndown operation sequence performs according to a selected cost function (eg, MW power or fuel consumption, etc.). Can be selected from the case of turndown operation that satisfies plant performance objectives and constraints while also optimizing. The considerations illustrated in FIGS. 19 and 20 represent a scheme for determining whether a turndown operation sequence is achievable subject to transient operation constraints. That is, the proposed turndown operation sequence reached by the combined analysis of FIGS. 18-20 is an operation sequence that meets the time limitations associated with moving units from one operation mode to another. is there.

ここで図21を見ると、発電プラントのターンダウン動作をさらにモデル化し、分析する方法が提供されている。認識されることとなるように、この方法は、定義された時間間隔にわたって単一の発電ユニットを伴う特有のケースについてのターンダウンコスト対シャットダウンコストを分析するために使用され得る。しかし、それは、プラントレベルコストを分析するためにも使用され得、そこでは、いくつかの発電ユニットの動作が複数の間隔を有する選択された動作期間にわたって制御され得る方式に関する推奨が求められる。このように、図18および図20の出力は、複数の間隔のスパンにわたる可能性のある動作モードまたはシーケンスを構成するように組み立てられ得、それは、実証されることとなるように、次いで、図21の方法にしたがって分析され得、より広い動作期間にわたるターンダウン動作のより十分な理解を提供するようになっている。   Turning now to FIG. 21, a method is provided for further modeling and analyzing the power plant turndown behavior. As will be appreciated, this method can be used to analyze turndown costs versus shutdown costs for the specific case with a single power generation unit over a defined time interval. However, it can also be used to analyze plant-level costs, where recommendations are sought on how the operation of several power generation units can be controlled over selected operating periods with multiple intervals. In this way, the outputs of FIGS. 18 and 20 can be assembled to constitute a possible mode of operation or sequence over multiple spans of span, which will then be demonstrated as will be demonstrated. 21 methods can be analyzed to provide a better understanding of turndown behavior over a wider duration of operation.

プラントオペレーターは、すでに議論されているように、オフピーク時間の間に、ターンダウン動作モードかシャットダウン動作モードかを定期的に決定しなければならない。特定の条件は、その決定を単純明快なものにする可能性もあるが、多くの場合、とりわけ、最新の発電プラントの複雑さの増加、および、それぞれの中に通常含有される複数の火力発電ユニットを前提とすると、それは困難である。認識されることとなるように、発電プラントをターンダウンするか、またはシャットダウンするかを決定することは、それぞれの動作のモードに関連付けられる経済的な利益の十分な認識に大きく依存する。本発明は、図21に図示されている代替的な実施形態によれば、意思決定を強化するように、これらの異なる動作モードのそれぞれに関連付けられるトレードオフの理解の改善を得るために、プラントオペレーターによって使用され得る。特定の実施形態によれば、図21の方法は、図18のターンダウンアドバイザーと連動して使用され得、組み合わせアドバイザー機能を可能にするようになっており、組み合わせアドバイザー機能は、1)公知の条件および経済的な要因を前提として、発電プラントの発電ユニットに関して、ターンダウン動作モードとシャットダウン動作モードとの間の最善策を推奨し、2)ターンダウン動作がそれらのユニットのいくつかにとって最善策である場合には、最適な最小ターンダウン負荷レベルを推奨する。このように、プラントオペレーターは、周囲条件、経済的な入力、および動作パラメーターの特定のシナリオを前提として、どちらが発電プラントに関する経済的な最善策を表すかということに基づいて、発電プラントのユニットをシャットダウンするのではなくターンダウンするべき状況、またはその逆の状況を、より容易に特定することが可能である。また、コンポーネント部品寿命を延長するなどのような付属的な利益も可能である。また、図18および図21に関連して説明されている方法およびシステムを別々に用いることが可能であるということが認識されるべきである。   As already discussed, the plant operator must periodically determine between the turndown mode and the shutdown mode during off-peak hours. Certain conditions can make the decision simple and clear, but in many cases, among other things, the increased complexity of modern power plants and the multiple thermal power plants normally contained within each Given a unit, it is difficult. As will be appreciated, deciding whether to turn down or shut down a power plant is highly dependent on full recognition of the economic benefits associated with each mode of operation. The present invention, in accordance with an alternative embodiment illustrated in FIG. 21, provides a plant to obtain an improved understanding of tradeoffs associated with each of these different modes of operation to enhance decision making. Can be used by the operator. According to a particular embodiment, the method of FIG. 21 can be used in conjunction with the turndown advisor of FIG. 18 to enable a combination advisor function, which is 1) known Given the conditions and economic factors, we recommend the best strategy between the power-down unit and the power-down unit in the power-down plant, and 2) turn-down operation is the best policy for some of those units. If so, an optimal minimum turndown load level is recommended. In this way, plant operators can determine the power plant units based on which represents the best economics for the power plant, given specific scenarios of ambient conditions, economic inputs, and operating parameters. It is possible to more easily identify situations that should be turned down rather than shut down or vice versa. Additional benefits such as extending component part life are also possible. It should also be appreciated that the methods and systems described in connection with FIGS. 18 and 21 can be used separately.

一般に、フローダイアグラム700の方法は、「ターンダウンアドバイザー」の一部であることが可能であり、または、本明細書で「ターンダウンアドバイザー」と称することが可能であり、フローダイアグラム700の方法は、ユーザー入力および分析的動作からのデータを適用し、発電プラントをターンダウンすることに関連付けられるコストと発電プラントをシャットダウンすることに関連付けられるコストとを評価する計算を実施するようになっている。認識されることとなるように、図21のフローダイアグラム700は、特定の好適な実施形態によれば、上記に詳しく議論されているチューニングされた発電プラントモデルを活用することによって、このアドバイザー機構を提供する。この機能性の一部として、本発明は、オフピーク需要期間の間に発電プラントをターンダウンすることとシャットダウンすることとの間の様々な結果、経済的な結果、およびそれ以外の結果をアドバイスすることが可能である。本発明は、特定の市場期間にわたって発電プラントをシャットダウンするよりも、発電プラントをターンダウンする方が好ましいかどうかについて明らかにする関連データを提供することが可能である。特定の実施形態によれば、次いで、より低いコストを有する動作が、適当な措置としてプラントオペレーターに推奨され得るが、本明細書でも提示されているように、決定に影響を及ぼし得る付随的問題または他の考慮事項も、プラントオペレーターに伝達され得る。本方法は、潜在的コスト、ならびに、そのようなコストを招く確率を出すことが可能であり、これらの考慮事項は、どの動作モードが好ましいかということについての最終的な決定に影響を及ぼす可能性がある。そのような考慮事項は、たとえば、プラントメンテナンス、動作効率、排出レベル、機器アップグレードなどに関連付けられる短期間の動作コストならびに長期間の動作コストの両方の完全な分析を含むことが可能である。   In general, the method of the flow diagram 700 can be part of a “turndown advisor” or can be referred to herein as a “turndown advisor” and the method of the flow diagram 700 is Applying data from user input and analytical operations to perform calculations that evaluate the costs associated with turning down the power plant and the costs associated with shutting down the power plant. As will be appreciated, the flow diagram 700 of FIG. 21, in accordance with certain preferred embodiments, makes use of this advisor mechanism by leveraging the tuned power plant model discussed in detail above. provide. As part of this functionality, the present invention advises various results, economic results, and other results between turning down and shutting down the power plant during off-peak demand periods. It is possible. The present invention can provide relevant data that reveals whether it is preferable to turn a power plant down rather than shut it down over a specific market period. According to certain embodiments, operations with lower costs can then be recommended to the plant operator as appropriate measures, but incidental issues that can affect the decision as presented herein. Or other considerations may be communicated to the plant operator. The method can generate potential costs, as well as the probability of incurring such costs, and these considerations can affect the final decision on which mode of operation is preferred There is sex. Such considerations can include, for example, a complete analysis of both short-term operating costs as well as long-term operating costs associated with plant maintenance, operating efficiency, emission levels, equipment upgrades, and the like.

認識されることとなるように、ターンダウンアドバイザーは、上記に説明されているシステムおよび方法、とりわけ、図16から図20に関連して議論されているシステムおよび方法の多くを使用して実装され得る。図21のターンダウンアドバイザーは、以下のタイプのデータのうちの1つまたは複数を収集し、使用することが可能である:提案されるターンダウン動作期間についてのユーザー指定のスタートおよびストップ時間(すなわち、ターンダウン動作モードが分析され、または考慮される期間);燃料コスト;周囲条件;タイムオフブレーカー;交流電源使用;関連した期間の間の電力または蒸気の販売/価格;その期間にわたる動作およびメンテナンスコスト;ユーザー入力;計算されたターンダウン負荷;動作に関する予測される排出量;発電プラントによって費やされる現在の排出量レベル、および、定義された規制期間に関する制限;ターニングギヤの動作に関する仕様;パージプロセスに関連した規制および機器;発電プラント動作のモードに関する固定費;スタートアップ動作に関連したコスト;プラントスタートアップ信頼性;遅延したスタートアップに関するインバランス料金または過料;スタートアップに関連した排出量;蒸気タービンが存在する場合に補助ボイラーのために使用される燃料比;および、発電プラントのガスタービンがどのようにターンダウンおよびシャットダウン動作モードで動作していたかということに関する履歴データ。特定の実施形態では、以下に議論されているように、本発明からの出力は、以下を含むことが可能である:関連した期間にわたる発電プラントについての推奨される動作モード(すなわち、ターンダウン動作モードおよびシャットダウン動作モード);それぞれの動作モードに関連付けられるコスト;ある時間にわたる推奨されるプラント動作負荷および負荷プロファイル;ユニットスタートアップを開始するために推奨される時間;ならびに、年初来消費される排出量および本年の残りの期間について残存する排出量。特定の実施形態によれば、本発明は、関連した期間にわたる発電プラントの燃料消費および排出量を計算または予測することが可能であり、それは、次いで、1つまたは複数の特定のガスタービンエンジンについてのターンダウン対シャットダウンのコストを計算するために使用され得る。本方法は、シャットダウンモードおよびターンダウンモードでのそれぞれのガスタービンのコストを使用し、最小動作コストを有する組み合わせを決定することが可能である。そのような最適化は、異なる基準に基づくことが可能であり、その異なる基準は、プラントオペレーターによって定義され得る。たとえば、基準は、収入、純収入、排出量、効率、燃料消費などに基づくことが可能である。加えて、代替的な実施形態によれば、本方法は、パージクレジットをとるべきか否か;シャットダウンされるべきガスタービンユニット、および/または、ターンダウンされるべきガスタービンユニット(それは、たとえば、履歴スタートアップ信頼性、および、遅延したスタートに起因して課され得る潜在的インバランス料金に基づくことが可能である)などのような、特定の措置を推奨することが可能である。本発明は、燃料消費に関連した予測を強化するためにさらに使用され得、見込みの燃料購入をより正確に行うようになっており、または、代替的に、さらに将来の市場期間についての燃料購入を可能にし、それは、燃料価格および/またはより少ない燃料在庫もしくはマージンの維持にプラスの影響を有するはずである。   As will be appreciated, the turndown advisor is implemented using the systems and methods described above, and in particular, many of the systems and methods discussed in connection with FIGS. obtain. The turndown advisor of FIG. 21 can collect and use one or more of the following types of data: user-specified start and stop times for the proposed turndown operation period (ie, Period during which turndown mode of operation is analyzed or considered); fuel cost; ambient conditions; time-off breaker; use of AC power source; sales / price of power or steam during the relevant period; operation and maintenance over that period Cost; User input; Calculated turndown load; Expected emissions for operation; Current emissions level consumed by the power plant and limits on defined regulatory period; Specification for turning gear operation; Purge process Regulations and equipment related to power plant operation Fixed costs related to mode; costs related to start-up operation; plant start-up reliability; imbalance fees or surcharges related to delayed start-up; emissions related to start-up; fuel used for auxiliary boiler when steam turbine is present Ratio; and historical data on how the power plant gas turbine was operating in turndown and shutdown modes of operation. In certain embodiments, as discussed below, the output from the present invention can include: a recommended mode of operation for the power plant over the relevant time period (ie, turndown operation). Mode and shutdown operating mode); costs associated with each mode of operation; recommended plant operating load and load profile over time; recommended time to initiate unit startup; and emissions consumed year-round And emissions remaining for the rest of the year. According to certain embodiments, the present invention can calculate or predict power plant fuel consumption and emissions over an associated period of time, which is then for one or more particular gas turbine engines. Can be used to calculate the cost of turndown versus shutdown. The method can use the cost of each gas turbine in shutdown mode and turndown mode to determine the combination with the lowest operating cost. Such optimization can be based on different criteria, which can be defined by the plant operator. For example, the criteria can be based on revenue, net revenue, emissions, efficiency, fuel consumption, and the like. In addition, according to an alternative embodiment, the method determines whether a purge credit should be taken; the gas turbine unit to be shut down and / or the gas turbine unit to be turned down (for example, Certain actions can be recommended, such as based on historical startup reliability and potential imbalance fees that can be imposed due to delayed start. The present invention can be further used to enhance forecasts related to fuel consumption to make more accurate purchases of potential fuels, or alternatively, purchases of fuel for future market periods That would have a positive impact on maintaining fuel prices and / or less fuel inventory or margins.

図21は、本発明の例示的な実施形態によるターンダウンアドバイザーの例示的な実施形態を図示しており、それは、フローダイアグラム700の形態をしている。ターンダウンアドバイザーは、発電ユニットをターンダウンモードで動作させながら、発電プラントまたはその一部分をシャットダウンする将来の動作の期間にわたる相対的なコストに関してアドバイスするために使用され得る。この例示的な実施形態によれば、シャットダウン動作モードおよびターンダウン動作モードに関連付けられる可能なコストが分析され、次いで、適当な措置のためにプラントオペレーターに伝達され得る。   FIG. 21 illustrates an exemplary embodiment of a turndown advisor according to an exemplary embodiment of the present invention, which is in the form of a flow diagram 700. The turndown advisor may be used to advise on the relative cost over a period of future operation that shuts down the power plant or a portion thereof while operating the power generation unit in turndown mode. According to this exemplary embodiment, possible costs associated with the shutdown and turndown modes of operation can be analyzed and then communicated to the plant operator for appropriate action.

初期のステップとして、選択されるターンダウン動作期間の間の動作コストに影響を及ぼし、またはその動作コストを決定するために使用され得る、特定のデータまたは動作パラメーターが集められ得る。これらは、図示されているように、ターンダウンデータ701;シャットダウンデータ702;および共通のデータ703の間でそれにしたがってグループ化される。共通のデータ703は、シャットダウン動作モードおよびターンダウン動作モードの両方に関係するそれらのコスト項目を含む。共通のデータ703は、たとえば、選択される動作期間を含み、選択される動作期間にわたって、ターンダウン動作モードの分析が実施される。2つ以上の選択される動作期間は、ターンダウン動作の競合するモードに関して定義され、別々に分析され得、より幅広い最適化が、拡張された時間フレームにわたって実現されるようになっているということが認識されることとなる。認識されることとなるように、選択される動作期間を定義することは、期間の長さおよびその開始点または終了点を定義することを含むことが可能である。他の共通のデータ703は、示されているように、燃料の価格、発電プラントに関する様々な排出制限値、および、周囲条件に関するデータを含むことが可能である。排出制限値に関して、収集されるデータは、1年間などのような、定義された規制期間の間に課され得る制限、発電プラントによってすでに発生させられた量、および、適用可能な規制期間がすでに適用された程度を含むことが可能である。さらに、排出量データは、制限のいずれかを超過することに関連付けられる過料または他のコストを含むことが可能である。このように、本方法は、毎年のまたは周期的な規制制限に対する発電プラントの現在の状況、ならびに、起こり得る違反の可能性、および、そのような非準拠に関連付けられる過料について情報を受けることが可能である。この情報は、それぞれのタイプの動作がプラント排出量に異なる影響を与えるときに、発電ユニットをシャットダウンするかまたはターンダウンするかについての決定に関連し得る。周囲条件データに関して、そのようなデータは、本明細書ですでに説明されてきたそれらのプロセスにしたがって得られ、使用され得る。   As an initial step, specific data or operating parameters can be collected that affect the operating cost during the selected turndown operating period or that can be used to determine the operating cost. These are grouped accordingly among turndown data 701; shutdown data 702; and common data 703, as shown. Common data 703 includes those cost items related to both the shutdown and turndown modes of operation. The common data 703 includes, for example, a selected operation period, and an analysis of the turndown operation mode is performed over the selected operation period. Two or more selected operating periods can be defined with respect to competing modes of turndown operation and analyzed separately, so that broader optimization is to be realized over an extended time frame Will be recognized. As will be appreciated, defining the selected operating period can include defining the length of the period and its start or end point. Other common data 703 can include data regarding fuel prices, various emission limits for power plants, and ambient conditions, as shown. With respect to emission limits, the data collected will already have limits that can be imposed during a defined regulatory period, such as one year, the amount already generated by the power plant, and the applicable regulatory period. It is possible to include the degree applied. In addition, emissions data can include charges or other costs associated with exceeding any of the limits. In this way, the method may be informed about the current situation of the power plant against annual or periodic regulatory restrictions, as well as possible violations and the fines associated with such non-compliance. Is possible. This information may relate to a decision on whether to shut down or turn down the power generation unit when each type of operation has a different impact on plant emissions. With respect to ambient condition data, such data can be obtained and used in accordance with those processes that have already been described herein.

ターンダウン動作モードは、認識されることとなるように、ターンダウン動作モードに関連付けられる動作コストの決定に固有に関連したデータを有する。そのようなターンダウンデータ701は、図示されているように、発電プラントがターンダウンされたレベルで動作する間に発生させられる電力を介して獲得され得る収入を含む。より具体的には、ターンダウン動作モードは、より低いレベルではあるが発電が継続する動作モードであるので、その電力が発電プラントのための収入を作り出す可能性が存在する。これが行われる限りでは、収入は、ターンダウン動作モードに関連付けられる他の動作コストのいくらかを相殺するために使用され得る。したがって、本方法は、ターンダウンモードで動作している間にプラントが発生させる電力の販売または商用利用に関連付けられる価格または他の経済的な指示を受け取ることを含む。これは、履歴データに基づくことが可能であり、獲得される収入は、発電プラントが動作するターンダウンレベルに依存し得る。   The turndown mode of operation has data inherently associated with determining the operating cost associated with the turndown mode of operation so that it will be recognized. Such turndown data 701 includes revenue that may be earned via power generated while the power plant is operating at a turned down level, as shown. More specifically, the turndown mode of operation is a mode of operation where power generation continues at a lower level, but there is a possibility that the power will generate revenue for the power plant. As long as this is done, the revenue can be used to offset some of the other operating costs associated with the turndown mode of operation. Thus, the method includes receiving a price or other economic indication associated with the sale or commercial use of power generated by the plant while operating in turndown mode. This can be based on historical data, and the revenue earned can depend on the turndown level at which the power plant operates.

ターンダウンデータ701は、選択される動作期間の間にターンダウンレベルでプラントを動作させることに関連付けられる動作およびメンテナンスをさらに含むことが可能である。また、これは、履歴データに基づくことが可能であり、そのようなコストは、発電プラントに関するターンダウンレベル、および、発電プラントがどのように構成されているかに依存し得る。場合によっては、この料金は、負荷レベルおよび同様の動作の履歴記録に依存する1時間ごとのコストとして反映され得る。ターンダウンデータ701は、ターンダウンモードで動作している間のプラント排出量に関連したデータをさらに含むことが可能である。   The turndown data 701 can further include operations and maintenance associated with operating the plant at a turndown level during a selected operating period. This can also be based on historical data, and such costs may depend on the turndown level for the power plant and how the power plant is configured. In some cases, this fee may be reflected as an hourly cost that depends on the load level and similar behavior history records. The turndown data 701 may further include data related to plant emissions while operating in the turndown mode.

また、シャットダウンデータ702は、シャットダウン動作モードに固有のいくつかの項目を含み、このタイプのデータは、本方法のこの段階において集められ得る。特定の実施形態によれば、これらのうちの1つは、シャットダウン期間の間のターニングギヤの動作に関連するデータである。追加的に、シャットダウン動作の様々な局面に関するデータが、定義されることとなる。これは、たとえば、以下に関連したデータを含むことが可能である:通常の負荷レベルから、ターニングギヤが係合している状態へ、発電ユニットを持っていくのに必要な時間の長さに関する履歴データを含むことが可能である、シャットダウン動作自体;選択される動作期間にしたがって発電プラントがシャットダウンしたままである時間の長さ;発電ユニットが典型的にターニングギヤの上に留まる時間の長さ;および、発電ユニットがシャットダウンした後で再スタートさせられ、またはオンライン状態に戻されるプロセスに関するデータ、ならびに、これを行うために必要とされる時間、スタートアップ燃料要件、およびスタートアップ排出量データ。スタートアップ時間を決定する際に、発電ユニットについて可能性なスタートアップのタイプ、および、それに関連した仕様などのような情報が決定され得る。当業者は認識することとなるように、スタートアッププロセスは、発電プラントがシャットダウンしたままである時間に依存し得る。スタートアップ時間に影響を及ぼす別の考慮事項は、スタートアップ時間に影響を及ぼし、もしくはスタートアップ時間を短くし得る特定の機構を発電プラントが含むかどうか、および/または、発電プラントのオペレーターがこれらの機構のいずれかに関与することを選ぶかどうかということである。たとえば、パージプロセスは、必要な場合には、スタートアップ時間を長くすることが可能である。しかし、発電プラントが特定の様式でシャットダウンされた場合には、パージクレジットが利用可能である可能性がある。シャットダウン動作に関連付けられる固定費は、スタートアップに関連付けられる固定費を含み、関連した発電ユニットのいずれかに特定のコストとともに、このステップの間に確認され得る。また、発電プラントのスタートアップおよび/またはシャットダウンに関連付けられる排出量データも確認され得る。これらは、動作の履歴記録に基づいてもよく、またはそうでなくてもよい。最後に、火力発電ユニットのそれぞれについてのスタートアップ信頼性に関連したデータが確認され得る。認識されることとなるように、ユニットをオンラインに戻すプロセスが、負荷義務を満たすことができなくなる発電プラントを結果として生じさせる遅延を含む場合には、発電プラントは、手数料、過料、および/または損害賠償額を課され得る。これらのコストが決定され得、より詳細に以下に議論されているように、スタートアップ信頼性に関連した履歴データを考慮して考察され得る。このように、そのような料金は、負担の可能性を反映するようにディスカウントされ、かつ/または、そのような料金のリスクをヘッジし、またはそのようなリスクに対して保険を掛けるための支出を含む可能性がある。   Shutdown data 702 also includes a number of items specific to the shutdown mode of operation, and this type of data can be collected at this stage of the method. According to a particular embodiment, one of these is data relating to the operation of the turning gear during the shutdown period. In addition, data regarding various aspects of the shutdown operation will be defined. This can include, for example, data related to the following: relating to the length of time required to bring the generator unit from the normal load level to the state in which the turning gear is engaged. The shutdown operation itself, which can include historical data; the length of time that the power plant remains shut down according to the selected duration of operation; the length of time that the power generation unit typically stays on the turning gear And data on the process that is restarted or brought back online after the power generation unit shuts down, as well as the time, startup fuel requirements, and startup emissions data needed to do this. In determining the startup time, information such as possible startup types for the power generation unit, and associated specifications, etc. may be determined. As those skilled in the art will recognize, the startup process may depend on the time that the power plant remains shut down. Another consideration that affects start-up time is whether the power plant includes certain mechanisms that can affect or shorten start-up time, and / or the power plant operator Whether to choose to get involved in either. For example, the purge process can increase the startup time if necessary. However, purge credits may be available if the power plant is shut down in a particular manner. The fixed cost associated with the shutdown operation includes the fixed cost associated with the startup and can be verified during this step, along with the costs specific to any of the associated power generation units. Emission data associated with power plant startups and / or shutdowns may also be identified. These may or may not be based on an operational history record. Finally, data related to start-up reliability for each of the thermal power generation units can be identified. As will be recognized, if the process of bringing the unit back online includes a delay that results in a power plant that is unable to meet its load obligation, the power plant may be charged a fee, surcharge, and / or Damages can be imposed. These costs can be determined and considered in view of historical data related to startup reliability, as discussed in more detail below. Thus, such charges are discounted to reflect the potential burden and / or spending to hedge or insure against such risks. May be included.

701から703の初期のデータ収集ステップから、図21に図示されている例示的な実施形態は、ターンダウンアナライザー710およびシャットダウンアナライザー719を介して進むことが可能であり、そのそれぞれは、それが対応する動作モードに関する動作コストを計算するように構成され得る。図示されているように、これらのアナライザー710、719のそれぞれは、コスト、排出、および/または他のデータをステップ730に提供することに向かって進むことが可能であり、ステップ730において、可能性のあるターンダウンおよびユニットシャットダウンシナリオに関するデータがコンパイルされ、比較され、最終的に、ステップ731において、発電プラントオペレーターに対して出力が行われ得るようになっている。議論されることとなるように、この出力731は、可能性のあるシナリオのうちの1つまたは複数についてのコストおよび他の考慮事項を含むことが可能であり、最終的に、特定の措置およびその理由を推奨することが可能である。   From the initial data collection steps 701 to 703, the exemplary embodiment illustrated in FIG. 21 can proceed through a turndown analyzer 710 and a shutdown analyzer 719, each of which corresponds to It may be configured to calculate an operating cost for the operating mode to be performed. As shown, each of these analyzers 710, 719 can proceed towards providing cost, emissions, and / or other data to step 730, where the possibility is Data for certain turndown and unit shutdown scenarios are compiled and compared, and finally, in step 731, output can be made to the power plant operator. As will be discussed, this output 731 may include costs and other considerations for one or more of the possible scenarios, and eventually the specific action and It is possible to recommend the reason.

ターンダウンアナライザー710に関して、方法は、第1に、選択された動作期間の間の提案されるターンダウン動作についての負荷レベルを決定することが可能である。以下でさらに議論されているように、ターンダウン動作に関連付けられるコストのほとんどは、発電プラントが動作する負荷レベルに大きく依存する可能性があり、また、その負荷を発生させるためにプラントがどのように構成されているかに大きく依存する可能性があり、それは、たとえば、様々な火力発電ユニットがどのように関与させられるか(すなわち、どの火力発電ユニットがターンダウンされ、どれがシャットダウンされるか)を含むことが可能である。提案されるターンダウン動作のためのターンダウン負荷レベルは、本発明の代替的な実施形態によるいくつかの異なる方式で決定され得る。第1に、プラントオペレーターは、ターンダウン負荷レベルを選択することが可能である。第2に、負荷レベルは、プラントが効率的に動作した過去のターンダウンレベルに関する履歴記録の分析を介して、選択され得る。これらの記録から、提案される負荷レベルは、たとえば、効率、排出量、1つまたは複数のサイト特有の目標の達成、ターンダウン条件の間に発生させられる電力に関する代替的な商用利用の利用可能性、周囲条件、ならびに他の要因などのような、オペレーター供給による基準に基づいて分析および選択され得る。   With respect to the turndown analyzer 710, the method can first determine the load level for the proposed turndown operation during the selected operation period. As discussed further below, most of the costs associated with turndown operations can be highly dependent on the load level at which the power plant operates, and how the plant is responsible for generating that load. Depending on how the various thermal power units are involved (ie which thermal power units are turned down and which are shut down), for example. Can be included. The turndown load level for the proposed turndown operation can be determined in several different ways according to alternative embodiments of the present invention. First, the plant operator can select a turndown load level. Second, the load level can be selected through analysis of historical records regarding past turndown levels at which the plant has operated efficiently. From these records, the proposed load level can be used, for example, for efficiency, emissions, achievement of one or more site-specific goals, and alternative commercial use for power generated during turndown conditions. Analysis and selection can be based on criteria supplied by the operator, such as sex, ambient conditions, and other factors.

提案されるターンダウン動作についてターンダウンレベルを選択する第3の方法として、図18に関連して説明されているものなどのような、コンピューター実装型最適化プログラムは、最適化されたターンダウンレベルを計算するために使用され得る。図21では、このプロセスは、ステップ711および712によって表されている。ステップ711において、ターンダウン動作モードを提案することによって、および、次いで、ステップ712において、発電プラントに関する動作限界が満足されているかどうかを分析することによって、最適化されたターンダウンレベルが計算され得る。認識されることとなるように、どのようにこれが達成されるかについてのより詳細な説明は、図18に関連して上記に提供されている。このようなプロセスを使用してターンダウンレベルを最適化することによって、選択される動作期間についてのシャットダウン代替モードに対する比較のために選択されるターンダウン動作モードが、最適化されたケースを表すこととなるということ、および、これを前提とすると、ターンダウン代替モードとシャットダウン代替モードとの間の比較が、意味のあるものになることとなるということが認識されることとなる。図18に関連して述べられているように、最小ターンダウンレベルは、オペレーター選択による基準および/またはコスト関数にしたがってターンダウンレベルを最適化する最適化プロセスを介して計算され得る。関数のうちの1つは、提案されるターンダウン動作期間の間の燃料消費のレベルであることが可能である。すなわち、最適化されたターンダウンレベルは、すべての他の動作限界またはサイト特有の性能目標も満足させながら、最小レベルに向けて燃料消費を最適化することによって決定され得る。   As a third method of selecting a turndown level for the proposed turndown operation, a computer-implemented optimization program, such as that described in connection with FIG. Can be used to calculate In FIG. 21, this process is represented by steps 711 and 712. In step 711, an optimized turndown level can be calculated by proposing a turndown mode of operation, and then in step 712 by analyzing whether the operating limits for the power plant are satisfied. . As will be appreciated, a more detailed description of how this is achieved is provided above in connection with FIG. By using such a process to optimize the turndown level, the turndown operating mode selected for comparison to the shutdown alternate mode for the selected operating period represents an optimized case And, assuming this, it will be recognized that the comparison between the turndown alternative mode and the shutdown alternative mode will be meaningful. As described in connection with FIG. 18, the minimum turndown level may be calculated via an optimization process that optimizes the turndown level according to operator-selected criteria and / or cost functions. One of the functions can be the level of fuel consumption during the proposed turndown period. That is, an optimized turndown level can be determined by optimizing fuel consumption towards a minimum level while also meeting all other operational limits or site-specific performance goals.

そこから、図21の本方法は、ステップ711および712を介して決定されるターンダウン動作モードの特性にしたがって、選択された動作期間についての提案されるターンダウン動作モードに関連付けられるコストを決定することが可能である。図示されているように、ステップ713は、燃料消費を計算することが可能であり、それから、提案されるターンダウン動作についての燃料コストを計算することが可能である。燃料消費を最小化することに基づいて最適化を説明する、正に議論されている例示的な実施形態にしたがって、燃料コストは、単に、最適化ステップの一部として計算される燃料レベルを取得することによって、および、次いで、想定されるまたは公知の燃料に関する価格を掛けることによって、導出され得る。次のステップ(ステップ714)において、選択された動作期間の間に発生させられる電力から導出される収入が、選択された動作期間の間の提案されるターンダウンレベルおよび商用需要の利用可能性を前提として計算され得る。次いで、ステップ716において、動作コストおよびメンテナンスコストが決定され得る。提案されるターンダウン動作に関連付けられる動作コストおよびメンテナンスコストは、任意の従来の方法を介して計算され得、ターンダウンレベルに依存し得る。動作コストおよびメンテナンスコストは、ターンダウン動作の履歴記録から導出される1時間ごとの料金として反映され得、かつ、提案されるターンダウン動作の間に使用される様々なコンポーネントシステムの期待寿命の一部分を反映するコンポーネント使用料金を含むことが可能である。ステップ717によって示されている次のステップにおいて、選択された動作期間についての提案されるターンダウン動作モードに関する正味コストが、コスト(燃料、動作、およびメンテナンス)を加算することによって、および、収入を減算することによって、計算され得る。   From there, the method of FIG. 21 determines the cost associated with the proposed turndown mode of operation for the selected period of operation according to the characteristics of the turndown mode of operation determined via steps 711 and 712. It is possible. As shown, step 713 can calculate the fuel consumption, and then the fuel cost for the proposed turndown operation. In accordance with the just-discussed exemplary embodiment that describes optimization based on minimizing fuel consumption, the fuel cost simply obtains the fuel level calculated as part of the optimization step. And then multiply by the price for the assumed or known fuel. In the next step (Step 714), the revenue derived from the power generated during the selected operating period is used to determine the proposed turndown level and commercial demand availability during the selected operating period. It can be calculated as a premise. Then, in step 716, operating costs and maintenance costs can be determined. The operating and maintenance costs associated with the proposed turndown operation can be calculated via any conventional method and can depend on the turndown level. Operating and maintenance costs can be reflected as hourly charges derived from historical records of turndown operations and are part of the expected lifetime of various component systems used during the proposed turndown operation It is possible to include a component usage fee that reflects In the next step indicated by step 717, the net cost for the proposed turndown mode of operation for the selected operating period is calculated by adding the cost (fuel, operation and maintenance) and revenue. It can be calculated by subtracting.

また、本方法は、ステップ718を含み、ステップ718は、提案されるターンダウン動作モードを前提として、選択された動作期間にわたるプラント排出量を決定し、それは、「排出量の影響」と称され得る。次いで、正味コストおよび排出量の影響は、コンパイルおよび比較ステップに提供され得、コンパイルおよび比較ステップは、ステップ730として表されており、異なるターンダウンシナリオのコストおよび排出量の影響が分析され得るようになっており、最終的に、以下でさらに議論されているように、出力ステップ731において、推奨が提供され得るようになっている。   The method also includes step 718, which determines the plant emissions over the selected operating period given the proposed turndown mode of operation, which is referred to as “emission impact”. obtain. The net cost and emissions impact can then be provided to the compile and compare step, which is represented as step 730 so that the cost and emissions impact of different turndown scenarios can be analyzed. Finally, a recommendation can be provided in the output step 731 as further discussed below.

シャットダウンアナライザー719を見てみると、シャットダウンアナライザー719は、選択された動作期間の間にシャットダウン動作モードにおいて発電プラントの発電ユニットのうちの1つまたは複数を動作させることに関連する態様を計算するために使用され得る。本発明のこの態様の一部として、発電プラントをシャットダウンし、次いで、選択された期間の最後に再スタートさせる手順を含む動作が、コストおよび排出量について分析され得る。好適な実施形態によれば、シャットダウンアナライザー719は、初期のステップ720および721の一部として、提案されるシャットダウン動作モードを決定することが可能であり、提案されるシャットダウン動作モードは、最適化されたシャットダウン動作モードを表すことが可能である。提案されるシャットダウン動作モードは、発電ユニットのうちの1つまたは複数をシャットダウンし、次いで、選択された動作期間の最後にユニットをオンライン状態に戻すように再スタートさせるプロセスを含む。認識されることとなるように、発電ユニットが動作していない間の時間期間の長さは、発電ユニットが利用可能である可能性のあるスタートアッププロセスのタイプを決定することが可能である。たとえば、ホットスタートアップまたはコールドスタートアップのいずれが利用可能であるかということは、それぞれ、シャットダウン期間が短いものであるかまたは長いものであるかに依存する。提案されるシャットダウン動作モードを決定する際に、本方法は、スタートアッププロセスが発電ユニットを動作負荷レベルに戻すために必要な時間を計算することが可能である。ステップ721において、本発明の方法は、提案されるシャットダウン動作手順が発電プラントのすべての動作限界を満足させることを確認するためにチェックすることが可能である。動作限界のうちの1つが満足させられていない場合には、方法は、ステップ720に戻ることが可能であり、代替的なスタートアップ手順を計算するようになっている。これは、発電プラントの動作限界を満足させる最適化されたスタートアップ手順が計算されるまで繰り返され得る。認識されることとなるように、上記に議論されている方法およびシステムにしたがって、チューニングされた発電プラントモデルは、代替的なシャットダウン動作モードをシミュレートするために使用され得、関連した動作期間およびプロジェクト周囲条件を前提として最適化されたケースを決定するようになっている。   Looking at the shutdown analyzer 719, the shutdown analyzer 719 calculates the aspects related to operating one or more of the power generation units of the power plant in the shutdown mode of operation during the selected operating period. Can be used. As part of this aspect of the invention, operations including the procedure of shutting down the power plant and then restarting it at the end of the selected period can be analyzed for cost and emissions. According to a preferred embodiment, the shutdown analyzer 719 can determine the proposed shutdown mode of operation as part of the initial steps 720 and 721, where the proposed shutdown mode of operation is optimized. It is possible to represent the shutdown operation mode. The proposed shutdown mode of operation includes the process of shutting down one or more of the power generation units and then restarting the unit back to the online state at the end of the selected period of operation. As will be appreciated, the length of the time period during which the power generation unit is not in operation can determine the type of startup process that the power generation unit may be available to. For example, whether hot startup or cold startup is available depends on whether the shutdown period is short or long, respectively. In determining the proposed shutdown mode of operation, the method can calculate the time required for the startup process to return the power generation unit to the operational load level. In step 721, the method of the present invention can be checked to confirm that the proposed shutdown operation procedure satisfies all operating limits of the power plant. If one of the operating limits is not satisfied, the method can return to step 720 to calculate an alternative startup procedure. This can be repeated until an optimized startup procedure is calculated that satisfies the operating limits of the power plant. As will be appreciated, in accordance with the methods and systems discussed above, a tuned power plant model can be used to simulate an alternative shutdown mode of operation, with an associated operating period and The optimized case is determined based on the project ambient conditions.

ステップ720および721の提案されるシャットダウン動作モードを前提とすると、プロセスは、それに関連付けられるコストを決定することによって継続することが可能である。初期のステップは、シャットダウン動作モードが含むスタートアッププロセスの特性を分析することを含む。ステップ722において、プロセスは、スタートアップの特定の動作パラメーターを決定することが可能であり、それは、プラントオペレーターによってパージが必要とされ、または要求されているかどうかについての決定を含むことが可能である。決定されたスタートアップを前提として、燃料コストが、ステップ723において決定され得る。例示的な実施形態によれば、シャットダウンアナライザー719は、次いで、スタートアッププロセスの間にかかる場合のある遅延に関連付けられるコストを計算する。具体的には、ステップ724に示されているように、プロセスは、そのような遅延の確率を計算することが可能である。この計算は、入力として、スタートアップのタイプ、ならびに発電プラントにおける関連した発電ユニットの過去のスタートアップに関する履歴記録、ならびに、他の発電プラントにおけるそのような発電ユニットのスタートアップに関するデータを含むことが可能である。この一部として、プロセスは、スタート遅延発生の確率、および、課されることとなる損害賠償額などのような過料を反映する、提案されるシャットダウン動作モードに関連したコストを計算することが可能である。このコストは、ヘッジ戦術に関連付けられる任意のコストを含むことが可能であり、ヘッジ戦術によって、発電プラントは、そのような過料を招くリスクの一部分をサービスプロバイダーまたは他の保険会社に渡す。   Given the proposed shutdown mode of operation of steps 720 and 721, the process can continue by determining the costs associated with it. The initial steps include analyzing the characteristics of the startup process that the shutdown mode of operation includes. In step 722, the process may determine certain operating parameters of startup, which may include a determination as to whether a purge is needed or required by the plant operator. Given the determined startup, the fuel cost may be determined at step 723. According to an exemplary embodiment, shutdown analyzer 719 then calculates a cost associated with a delay that may be incurred during the startup process. Specifically, as shown in step 724, the process can calculate the probability of such a delay. This calculation can include as input the type of startup, as well as a historical record of past startups of the associated power generation unit in the power plant, and data on the startup of such power generation units in other power plants. . As part of this, the process can calculate the costs associated with the proposed shutdown mode of operation, which reflects the fines such as the probability of a start delay occurring and the amount of damages that will be imposed. It is. This cost can include any cost associated with the hedging tactic, which causes the power plant to pass a portion of the risk of incurring such a premium to a service provider or other insurance company.

ステップ726において、本方法は、シャットダウンプロセスの間にターニングギヤを動作させることに関連付けられるコストを決定することが可能である。方法は、シャットダウン期間を前提とすると、ターニングギヤに関する速度プロファイルを計算することが可能であり、これを使用して、ターニングギヤを動作させるために必要とされる補助電力のためのコストが決定される。認識されることとなるように、これは、ガスタービンのローターブレードが冷却するときにガスタービンのローターブレードのターニングを維持するために必要とされる電力を表し、それは、反りまたは変形を防止するために行われ、反りまたは変形は、そうでない場合に、ブレードが静止位置で冷却することを許された場合に発生することとなる。ステップ727において、図示されているように、シャットダウン動作のための動作コストおよびメンテナンスコストが決定され得る。提案されるシャットダウンに関連付けられる動作コストおよびメンテナンスコストは、任意の従来の方法を介して計算され得る。動作コストおよびメンテナンスコストは、提案されるシャットダウン動作の間に使用される様々なコンポーネントシステムの期待される寿命の一部分を反映するコンポーネント使用料金を含むことが可能である。ステップ728によって示されている次のステップにおいて、選択された動作期間についての提案されるシャットダウン動作モードに関する正味コストが、燃料、ターニングギヤ、ならびに、動作およびメンテナンスの決定されたコストを加算することによって計算され得る。また、本方法は、ステップ729を含むことが可能であり、ステップ729では、提案されるシャットダウン動作モードを前提として、選択された動作期間にわたるプラント排出量が決定され、それは、前述のように、動作モードの「排出量の影響」と称することが可能である。次いで、正味コストおよび排出量の影響は、ステップ730のコンパイルおよび比較ステップに提供され得る。   In step 726, the method may determine a cost associated with operating the turning gear during the shutdown process. Given the shutdown period, the method is able to calculate the speed profile for the turning gear, and this is used to determine the cost for the auxiliary power required to operate the turning gear. The As will be appreciated, this represents the power required to maintain turning of the gas turbine rotor blade as it cools, which prevents warping or deformation Therefore, warping or deformation will occur if the blade is otherwise allowed to cool in a stationary position. In step 727, the operating cost and maintenance cost for the shutdown operation may be determined as shown. The operating and maintenance costs associated with the proposed shutdown can be calculated via any conventional method. Operating and maintenance costs can include component usage fees that reflect a portion of the expected lifetime of the various component systems used during the proposed shutdown operation. In the next step indicated by step 728, the net cost for the proposed shutdown mode of operation for the selected operating period is calculated by adding the determined cost of fuel, turning gear, and operation and maintenance. Can be calculated. The method can also include step 729, where the plant emissions over the selected operating period are determined given the proposed shutdown mode of operation, as described above, It can be referred to as “effect of emission” in the operation mode. The net cost and emissions impact can then be provided to the compilation and comparison step of step 730.

ステップ730において、本方法は、選択された動作期間についての様々なプラントターンダウン動作モードをコンパイルし、比較することが可能である。一実施形態によれば、本方法は、図18から図20に関連して説明されている方法およびプロセスの一部として特定された競合するターンダウン動作モードを分析することが可能である。ステップ730において、競合するターンダウン動作モードのそれぞれについてのコンパイルされたコストデータおよび排出量の影響が比較され、ステップ731の一部として、出力として提供され得る。このように、競合する動作モードがどのように比較されるかにしたがって、選択されたターンダウン動作期間の間に発電プラントがどのように動作させられるべきであるかということについての推奨が提供され得、その推奨は、タービンのどれが、シャットダウンされるべきであり、タービンのどれが、ターンダウンされるべきであるかということ、および、タービンが動作されるべきターンダウンレベルを含む。   In step 730, the method may compile and compare various plant turndown operating modes for the selected operating period. According to one embodiment, the method can analyze competing turndown modes of operation identified as part of the methods and processes described in connection with FIGS. In step 730, the compiled cost data for each of the competing turndown modes of operation and the impact of emissions can be compared and provided as an output as part of step 731. In this way, recommendations are provided on how the power plant should be operated during the selected turndown operation period according to how competing modes of operation are compared. In particular, the recommendations include which of the turbines should be shut down, which of the turbines should be turned down, and the turndown level at which the turbine should be operated.

また、排出量データは、とりわけ、分析された競合する動作のモードが類似の経済的な結果を有する場合に、ステップ731の出力の一部として提供され得る。認識されることとなるように、それぞれの代替モードがどのようにプラント排出量に影響を与えるかということ、および、その影響を前提として、現在の規制期間の間の非準拠の可能性についての通知が、提供され得、同様に、それに関連した経済的な結果も提供され得る。具体的には、規制期間の間の1つまたは複数の発電プラント汚染物質の累積された排出量が、その時間フレームの間に許容可能な全体的な制限値と比較され得る。特定の好適な実施形態によれば、比較の結果を伝達するステップは、現在の規制排出期間にわたる累積的な排出制限を平均することによって導出される排出率に対して、現在の規制排出期間の一部分にわたる発電プラントについての累積的な排出レベルを平均することによって導出される発電プラントの排出率を示すことを含むことが可能である。これは、違反を招くことなく許容可能な平均排出率と比較して、発電プラントがどの程度であるかということを決定するために行われ得る。方法は、現在の規制期間の間に発電プラントが依然として利用できる排出量を決定することが可能であり、また、提案される動作モードのいずれかに対応するのに利用可能な十分なレベルが存在するかどうか、または、むしろ、排出量の影響が将来の規制違反の確率を容認できない程に増加するかどうかということを決定することが可能である。   Emission data may also be provided as part of the output of step 731, particularly when the analyzed mode of competing operation has similar economic results. As will be recognized, how each alternative mode affects plant emissions and, given that effect, the potential for non-compliance during the current regulatory period. Notifications can be provided, as well as the associated economic results. Specifically, the accumulated emissions of one or more power plant contaminants during the regulatory period can be compared to an overall limit value that is acceptable during that time frame. According to certain preferred embodiments, the step of communicating the result of the comparison is based on the current regulated emission period relative to the emission rate derived by averaging cumulative emission limits over the current regulated emission period. It may include indicating a power plant emission rate derived by averaging the cumulative emission levels for the power plant over a portion. This can be done to determine how much the power plant is compared to an acceptable average emission rate without incurring violations. The method is capable of determining emissions that are still available to the power plant during the current regulatory period, and there are sufficient levels available to accommodate any of the proposed modes of operation. It is possible to determine whether or not the impact of emissions will unacceptably increase the probability of future regulatory violations.

出力として、本方法は、推奨される措置を提供することが可能であり、推奨される措置は、提案されるターンダウン動作モードとシャットダウン動作モードとの間で、経済的な点およびそれ以外の点の両方について、利点/不利益に関してアドバイスする。推奨は、コストを報告すること、ならびに、コストがかかったカテゴリーの間の詳細な内訳、および、コストを計算する際に行った仮定を報告することを含むことが可能である。追加的に、推奨される措置は、最も好適な動作モードを選択するための決定に影響を及ぼし得る任意の他の考慮事項の概要を含むことが可能である。これらは、適用可能な排出制限値および規制期間に関連した情報、ならびに、それに関連して発電プラントの現在の累積的な排出量がどの程度であるかということを含むことが可能である。これは、排出閾値に違反するリスク、ならびに、そのような違反に関連したコストを不合理に増加させる任意の動作モードに関して、発電プラントオペレーターが通知されることを含むことが可能である。   As an output, the method can provide a recommended measure, which is an economic point between the proposed turndown mode and the shutdown mode of operation and otherwise. Advise on advantages / disadvantages for both points. Recommendations can include reporting costs, as well as detailed breakdowns between costed categories, and reporting assumptions made in calculating costs. Additionally, recommended actions can include a summary of any other considerations that can influence the decision to select the most preferred mode of operation. These can include information related to applicable emission limits and regulatory periods, as well as what is the current cumulative emissions of the power plant. This can include the power plant operator being notified about the risk of breaching emission thresholds, as well as any mode of operation that unreasonably increases the costs associated with such violations.

本発明は、統一システムアーキテクチャーまたは統合コンピューティングコントロールシステムをさらに含むことが可能であり、統一システムアーキテクチャーまたは統合コンピューティングコントロールシステムは、上記に説明されている機能的な態様の多くの性能を効率的に可能にし、改善する。発電プラントは、共同所有されているものであっても、異なる市場、異なる政府管轄、および異なる時間帯にわたって動作することが多く、それらの管理に参加する多くのタイプの利害関係者および意思決定者を含み、様々なタイプのサービスおよび他の契約上の約定の下で存在する。そのような様々な設定値の中で、単一の所有者は、複数の発電プラントを制御および動作させることが可能であり、複数の発電プラントのそれぞれは、オーバーラップする市場にわたって、複数の発電ユニットおよびタイプを有する。また、所有者は、効果的な発電プラント動作を評価するための異なる基準を有することが可能であり、それは、たとえば、固有のコストモデル、応答時間、稼働性、柔軟性、サイバーセキュリティー、機能性、および、別々の市場が動作する方式に固有の相違を含むことが可能である。しかし、認識されることとなるように、ほとんどの現在の電力取引市場は、複数の当事者および意思決定者によって供給される様々なオフライン生成ファイルに頼り、それは、トレーダー、プラントマネージャー、および規制当局の間で送信されるものを含む。そのような複雑さを前提とすると、市場セグメントの中での発電プラントおよび/または発電ユニットの能力は、とりわけたとえば、個々の発電ユニットから発電プラントまで広がる、または、発電プラントからそのようなプラントのフリートまで広がる多層の階層構造にわたって、十分に理解されない可能性がある。そのように、電力取引市場のそれぞれの連続するレベルは、典型的に、以下のレベルによって報告される性能をヘッジする。連続するヘッジはシステムの過小利用の度合いを増すので、これは、所有者にとっての非効率および収入減に転換される。本発明の別の態様は、以下に議論されているように、これらの問題の根本にある分断を軽減するように機能する。一実施形態によれば、統一システムアーキテクチャーの上で分析を実施し、履歴データを収集して評価し、what−ifシナリオまたは代替的なシナリオの分析を実施するシステムまたはプラットフォームが開発される。統一アーキテクチャーは、発電プラントモデル化、動作決定サポートツール、発電プラント動作および性能の予測、ならびに、性能目標にしたがった最適化などのような、様々な機能、様々なコンポーネントをより効率的に可能にすることが可能である。特定の態様によれば、統一アーキテクチャーは、発電プラントにとってローカルのコンポーネントと、たとえば、中央でホストされるインフラストラクチャーまたはクラウドベースのインフラストラクチャーの上でホストされるコンポーネントなどのような、発電プラントにとってリモートのコンポーネントとの統合を介して、これを実現することが可能である。認識されることとなるように、そのような統合の態様は、結果の整合性、有効性、またはタイムラインに影響を与えずに、強化されたより正確な発電プラントモデルを可能にすることができる。これは、ローカルでホストされるコンピューティングシステムおよび外部でホストされるコンピューティングシステムの上で、すでに議論されているチューニングされた発電プラントモデルを利用することを含むことが可能である。外部でホストされるインフラストラクチャーの上でのその配備を前提とすると、システムアーキテクチャーは、追加的なサイトおよびユニットを扱うように都合よく拡大され得る。   The present invention can further include a unified system architecture or an integrated computing control system, which provides many capabilities of the functional aspects described above. Enable and improve efficiently. Power plants often operate over different markets, different government jurisdictions, and different time zones, even if they are co-owned, and many types of stakeholders and decision makers who participate in their management Exist under various types of services and other contractual commitments. Among such various settings, a single owner can control and operate multiple power plants, each of which has multiple power generations across overlapping markets. Has a unit and type. Owners can also have different criteria for assessing effective power plant operation, including, for example, unique cost models, response times, availability, flexibility, cybersecurity, functionality And differences inherent in the manner in which separate markets operate. However, as will be recognized, most current power trading markets rely on various off-line generated files supplied by multiple parties and decision makers, which are traders, plant managers, and regulators. Including those sent between. Given such complexity, the capacity of power plants and / or power units within a market segment extends, for example, from individual power units to power plants or from power plants to such plants. It may not be fully understood across a multi-layered hierarchy that extends to the fleet. As such, each successive level of the electricity trading market typically hedges the performance reported by the following levels. This translates into inefficiencies for the owner and a decrease in revenue, as successive hedges increase the degree of underutilization of the system. Another aspect of the invention functions to alleviate the fragmentation underlying these problems, as discussed below. According to one embodiment, a system or platform is developed that performs analysis on a unified system architecture, collects and evaluates historical data, and performs analysis of what-if scenarios or alternative scenarios. Unified architecture enables more efficient functions and components, such as power plant modeling, operation decision support tools, power plant operation and performance prediction, and optimization according to performance goals It is possible to According to certain aspects, a unified architecture is for power plants, such as components that are local to the power plant and components that are hosted on a centrally hosted or cloud-based infrastructure, for example. This can be achieved through integration with remote components. As will be appreciated, such aspects of integration can allow enhanced and more accurate power plant models without affecting the consistency, effectiveness, or timeline of results. . This can include utilizing a tuned power plant model that has already been discussed on locally hosted and externally hosted computing systems. Given its deployment on an externally hosted infrastructure, the system architecture can be conveniently expanded to handle additional sites and units.

ここで図22から図25を見てみると、拡張可能であるアーキテクチャーおよびコントロールシステムが提示されており、それは、複数の発電ユニットがいくつかの場所にわたって分散されている発電プラントのフリートを制御し、管理し、かつ最適化することに関連付けられる多くの要件を支持するために使用され得る。ローカル/リモートのハイブリッドアーキテクチャーは、本明細書で提供されているように、状況的に特有のまたはケースに特有の特定の基準またはパラメーターに基づいて用いられ得る。たとえば、システム機能性の特定の態様がローカルでホストされ、一方、他の態様は、クラウドベースのインフラストラクチャーなどのような、中央でホストされる環境であり、発電ユニットのすべてからのデータをプールし、共通のデータリポジトリーとしての役割を果たすようになっており、共通のデータリポジトリーは、分析機能もサポートしながら、共通の機器、構成、および条件からの相互参照値を介して、データをスクラビングするために使用され得るということを、一連の発電プラントを有する所有者またはオペレーターが望む可能性がある。様々なタイプの所有者/オペレーターのそれぞれにとって適切なアーキテクチャーを選ぶ方法は、発電プラントの動作を駆動する重大な利害関係、ならびに、プラントが動作する電力市場の特有の特性に焦点を当てることが可能である。特定の実施形態によれば、以下に提供されているように、性能計算は、ローカルで実施され得、特定の発電プラントのクローズドループ制御をサポートし、サイバーセキュリティーを改善し、または、ほぼリアルタイムの処理に対応するために必要とされる応答速度を提供するようになっている。他方では、本システムは、ローカルシステムとリモートシステムとの間のデータフローが、ローカルのデータおよびモデルチューニングパラメーターを含むように構成され得、ローカルのデータおよびモデルチューニングパラメーターは、チューニングされた発電プラントモデルの生成のために、中央でホストされるインフラストラクチャーへ転送され、次いで、チューニングされた発電プラントモデルは、代替的なシナリオ分析などのような分析のために使用される。リモートまたは中央でホストされるインフラストラクチャーは、共通のプラントモデルにアクセスすることを必要とする異なるユーザータイプの固有のニーズにしたがって、共通のプラントモデルとの相互作用を適合させるために使用され得る。追加的に、特定の市場の固有の態様に依存する応答時間およびサービス契約に基づいて、拡張のための戦略が決定され得る。最終結果の利用可能性についてのより速い応答時間が必要とされる場合には、分析プロセスは、ソフトウェアリソースおよびハードウェアリソースの両方の観点から拡張され得る。システムアーキテクチャーは、冗長性をさらにサポートする。分析を走らせる任意のシステムが動作不能になった場合には、同じ発電プラントモデルおよび履歴データを含む冗長ノードの上で、処理が継続され得る。統一アーキテクチャーは、アプリケーションおよびプロセスを1つにまとめることが可能であり、性能を高めるようになっており、また、機能性の範囲を増加させ、技術的な利点および商業的な利点の両方を実現するようになっている。認識されることとなるように、そのような利点は、新しい発電プラントモデルの簡便な統合;手順およびモデルの分離;オペレーターのそれぞれのニーズにしたがった固有の方式でデータを提示しながら、異なるオペレーターがリアルタイムで同じデータを共有することを可能にすること;簡便なアップグレード;および、監視制御を送るためのNERC−CIP制限への準拠を含む。   Turning now to FIGS. 22-25, an extensible architecture and control system is presented that controls a power plant fleet where multiple power generation units are distributed across several locations. Can be used to support many requirements associated with managing, optimizing and optimizing. The local / remote hybrid architecture may be used based on specific criteria or parameters that are situation specific or case specific, as provided herein. For example, certain aspects of system functionality are hosted locally, while other aspects are centrally hosted environments, such as cloud-based infrastructure, and pool data from all of the power generation units And serve as a common data repository, which also scrubs data through cross-reference values from common equipment, configurations, and conditions, while also supporting analytic functions An owner or operator with a series of power plants may wish to be able to use it to do so. How to choose the right architecture for each of the various types of owners / operators can focus on the critical interests that drive the operation of the power plant, as well as the unique characteristics of the power market in which the plant operates. Is possible. According to certain embodiments, performance calculations can be performed locally, as provided below, to support closed-loop control of specific power plants, improve cybersecurity, or near real-time It provides the response speed required to accommodate the process. On the other hand, the system can be configured such that the data flow between the local system and the remote system includes local data and model tuning parameters, where the local data and model tuning parameters are For generation, the tuned power plant model is then used for analysis such as alternative scenario analysis and so on. A remote or centrally hosted infrastructure can be used to adapt the interaction with the common plant model according to the unique needs of different user types that need access to the common plant model. Additionally, strategies for expansion can be determined based on response times and service contracts that depend on specific aspects of a particular market. If faster response times for final result availability are required, the analysis process can be extended in terms of both software and hardware resources. The system architecture further supports redundancy. If any system running the analysis becomes inoperable, processing can continue on redundant nodes that contain the same power plant model and historical data. A unified architecture can bring applications and processes together, enhances performance, and increases the range of functionality, providing both technical and commercial benefits. It has come to be realized. As will be recognized, such benefits include the easy integration of new power plant models; separation of procedures and models; different operators while presenting data in a unique manner according to each operator's needs. Enabling users to share the same data in real time; easy upgrades; and compliance with NERC-CIP restrictions to send supervisory controls.

図22は、本発明の特定の態様によるフリートレベルの最適化のための高レベルロジックフローダイアグラムまたは方法を図示している。示されているように、フリートは、複数の発電ユニットまたは資産802を含むことが可能であり、資産802は、複数の発電プラントにわたる別々の発電ユニット、または、発電プラント自身を表すことが可能である。フリートの資産802は、単一の所有者または事業体によって所有され得、顧客グリッドによって必要とされる負荷の分担を発電する契約上の権利を求めて、1つまたは複数の市場にまたがって、他のそのような資産に対して競争することが可能である。資産802は、同じタイプの構成を有する複数の発電ユニットを含むことが可能である。ステップ803において、プラントの様々な資産においてセンサーによって収集される性能データは、中央データリポジトリーに電子的に伝達され得る。次いで、ステップ804において、下記に説明されているように、それぞれの資産についての性能レベルのより正確なまたはより実際通りの指示が決定されるように、測定されるデータは、照合調整され、またはフィルタリングされ得る。   FIG. 22 illustrates a high level logic flow diagram or method for fleet level optimization in accordance with certain aspects of the present invention. As shown, a fleet can include multiple power generation units or assets 802, which can represent separate power generation units across multiple power plants, or the power plant itself. is there. Fleet assets 802 may be owned by a single owner or entity, seeking contractual rights to generate the share of load required by the customer grid, across one or more markets, It is possible to compete against other such assets. Asset 802 may include multiple power generation units having the same type of configuration. In step 803, performance data collected by sensors at various assets of the plant may be electronically communicated to a central data repository. Then, in step 804, the measured data is reconciled, as described below, so that a more accurate or more practical indication of the performance level for each asset is determined, or Can be filtered.

上記に詳細に説明されているように、この照合調整が行われ得る1つの方式は、測定されるデータを発電プラントモデルによって予測される対応するデータと比較することであり、発電プラントモデルは、議論されているように、資産のうちの1つの動作をシミュレートするように構成され得る。そのようなモデルは、オフラインモデルまたは予測モデルと称することが可能であり、そのようなモデルは、物理学ベースのモデルを含むことが可能であり、照合調整プロセスは、モデルを周期的にチューニングするように使用され得、モデルがシミュレーションを介して実際の動作を表す精度を維持し、かつ/または改善するようになっている。すなわち、先に詳細に議論されているように、方法は、ステップ805において、最も新しく収集されたデータを使用し、発電プラントモデルをチューニングすることが可能である。このプロセスは、資産のそれぞれについてのモデル、すなわち、発電ユニットおよび/または発電プラントのそれぞれについてのモデル、ならびに、複数の発電プラントの動作またはフリート動作の態様をカバーする、より一般化されたモデルをチューニングすることを含むことが可能である。また、照合調整プロセスは、不一致を解決するためにおよび/または異常を特定するために収集されたデータ、とりわけ、類似の構成を有する同じタイプの資産から収集されたデータが、類似の資産802同士の間で比較されることを伴うことが可能である。このプロセスの間に、コンパイルされたデータの集合性および冗長性を前提として、重大なエラーが排除され得る。たとえば、より高い精度能力を有するセンサー、または、つい最近にチェックされたばかりで、正しく動作することが実証されているセンサーにしたがうことが可能である。このように、収集されたデータは、比較して相互チェックされ、検証され、かつ照合調整され得、より正確な実際のフリート性能を計算するために使用され得る単一の一貫したデータのセットを構築するようになっている。次いで、このデータのセットは、オフライン資産モデルをチューニングするために使用され得、オフライン資産モデルは、次いで、将来の市場期間の間のフリートのための最適化された制御ソリューションをシミュレートして決定するために使用され得、それは、たとえば、給電入札手順の間の発電プラントの競争力を強化するために使用され得る。   As explained in detail above, one way in which this reconciliation can be done is to compare the measured data with the corresponding data predicted by the power plant model, As discussed, it may be configured to simulate the behavior of one of the assets. Such models can be referred to as offline models or predictive models, such models can include physics-based models, and the reconciliation process tunes the model periodically To maintain and / or improve the accuracy with which the model represents actual behavior through simulation. That is, as discussed in detail earlier, the method can use the most recently collected data in step 805 to tune the power plant model. This process creates a model for each of the assets, ie, a model for each of the power generation units and / or power plants, and a more generalized model that covers aspects of the operation or fleet operation of multiple power plants Tuning can be included. The reconciliation process also allows data collected to resolve discrepancies and / or to identify anomalies, particularly data collected from the same type of assets with similar configurations, between similar assets 802. It can be accompanied by being compared between. During this process, severe errors can be eliminated, given the collectiveness and redundancy of the compiled data. For example, it is possible to follow a sensor with a higher accuracy capability, or a sensor that has just been checked and has proven to work correctly. In this way, the collected data can be compared, cross-checked, verified, and reconciled to create a single consistent set of data that can be used to calculate more accurate actual fleet performance. It is supposed to build. This set of data can then be used to tune the offline asset model, which is then determined by simulating an optimized control solution for the fleet during future market periods. It can be used, for example, to enhance the competitiveness of a power plant during a power bidding procedure.

ステップ806において、図示されているように、発電プラントの真の性能能力が、照合調整された性能データおよびステップ805のチューニングされたモデルから決定される。次いで、ステップ807において、フリートの資産802は、選択された最適化基準を前提として集合的に最適化され得る。認識されることとなるように、これは、上記ですでに詳細に議論されている同じプロセスを伴うことが可能である。ステップ808において、最適化された供給曲線または資産スケジュールが作り出され得る。これは、資産がスケジュールされまたは動作させられる様式を説明することが可能であり、また、たとえば、発電プラントフリートについての提案されたまたは仮想の負荷レベルを満足させるように、それぞれの資産が関与させられるレベルを説明することが可能である。最適化のための基準は、資産のオペレーターまたは所有者によって選ばれ得る。たとえば、最適化基準は、効率、収入、収益性、または、いくつかの他の測定値を含むことが可能である。   At step 806, as shown, the true performance capability of the power plant is determined from the reconciled performance data and the tuned model of step 805. Then, in step 807, fleet assets 802 may be collectively optimized given the selected optimization criteria. As will be appreciated, this can involve the same process already discussed in detail above. In step 808, an optimized supply curve or asset schedule may be created. This can explain the manner in which assets are scheduled or operated, and each asset can be involved, for example, to satisfy a proposed or virtual load level for a power plant fleet. Can be explained. The criteria for optimization may be chosen by the asset operator or owner. For example, the optimization criteria can include efficiency, revenue, profitability, or some other measurement.

図示されているように、後続のステップは、将来の市場期間についての負荷発電契約に関する入札の一部として、最適化された資産スケジュールを伝達することを含むことが可能である。これは、ステップ809において、最適化された資産スケジュールをエネルギートレーダーに伝達することを含むことが可能であり、エネルギートレーダーは、次いで、最適化された資産スケジュールにしたがって入札を提出する。認識されることとなるように、ステップ810において、入札は、電力システム全体給電プロセスに参加するために使用され得、電力システム全体給電プロセスによって、負荷が、システムの中に位置付けされている複数の発電プラントおよび発電ユニットの間で分配され、その多くは、競合する所有者によって所有され得る。給電プロセスのための入札またはオファーは、電力システムの特定の給電指令所によって決定されるような、可変の発電コストまたは効率などのような、定義された基準にしたがって構成され得る。ステップ811において、電力システムの最適化の結果は、電力システムの中の様々な資産が予測される需要を満たすためにどのように関与させられるべきかということを反映する資産スケジュールを発生させるために使用され得る。ステップ811の資産スケジュールは、システム全体の最適化または給電プロセスの結果を反映するものであり、それは、次いで、資産802の所有者へ伝達して戻され得、ステップ812において、たとえば、資産のそれぞれが動作させられる負荷を含み得る動作設定点(または、とりわけ、動作モード)が、資産802の動作を制御するコントローラーに伝達され得るようになっている。ステップ813において、コントローラーは、制御ソリューションを計算し、次いで、制御ソリューションを伝達し、かつ/または、資産802を直接的に制御することが可能であり、給電プロセスの間に契約した負荷要件を満足させるようになっている。フリート所有者は、1つまたは複数の発電プラントが条件の変化にしたがって動作する方式を調節することが可能であり、収益性を最適化するようになっている。   As shown, subsequent steps may include communicating an optimized asset schedule as part of a bid for a load generation contract for a future market period. This can include communicating an optimized asset schedule to an energy trader at step 809, which then submits a bid according to the optimized asset schedule. As will be appreciated, in step 810, a bid may be used to participate in the overall power system power supply process, where a plurality of load loads are positioned in the system. It is distributed between the power plant and the power generation unit, many of which can be owned by competing owners. Bids or offers for the power supply process may be configured according to defined criteria, such as variable power generation costs or efficiency, as determined by a specific power supply command center of the power system. In step 811, the result of the power system optimization is to generate an asset schedule that reflects how the various assets in the power system should be involved to meet the predicted demand. Can be used. The asset schedule in step 811 reflects the result of the overall system optimization or powering process, which can then be communicated back to the owner of asset 802, for example, in step 812, for each of the assets. An operation set point (or, among other things, an operation mode) that may include a load to be operated can be communicated to a controller that controls the operation of the asset 802. In step 813, the controller can calculate the control solution, then communicate the control solution and / or directly control the asset 802, meeting the contracted load requirements during the power supply process. It is supposed to let you. Fleet owners can adjust the manner in which one or more power plants operate according to changing conditions, so as to optimize profitability.

図23は、代替的な実施形態による、ローカルシステムとリモートシステムとの間のデータフローを図示している。述べられているように、特定の機能性は、ローカルでホストされ得、一方、他の機能性は、中央でホストされる環境においてオフサイトでホストされ得る。本発明による適切なアーキテクチャーを選ぶ方法は、フリートの中の資産の動作の重要なドライバーである考慮事項を決定することを含む。したがって、サイバーセキュリティー問題などのような考慮事項は、特定のシステムがローカルのままであることを必要とする可能性がある。また、時間のかかる性能計算は、ローカルでホストされるままであり、必要なタイムラインが維持されるようになっている。図23に図示されているように、ローカルのプラントコントロールシステム816は、センサー測定値を取り込み、データをチューニングモジュール817へ伝達することが可能であり、チューニングモジュール817において、とりわけ、図17に関連して、以前に議論されているように、プラントまたは資産モデルによって予測される値と実際の値または測定値を比較する性能計算を使用して、チューニングまたはデータ照合調整プロセスが完了され得る。データルーター818を介して、図示されているように、モデルチューニングパラメーターおよび照合調整されたデータは、次いで、リモート中央データベース819などのような中央でホストされるインフラストラクチャーに伝達され得る。そこから、モデルチューニングパラメーターは、オフライン発電プラントモデル820をチューニングするために使用され、次いで、オフライン発電プラントモデル820が使用され、上記に説明されているように、将来のフリート動作を最適化し、代替的なシナリオまたは「what−if」分析を提供し、資産フリートの可能性のあるまたは競合する動作のモードの間でアドバイスをするようになっている。   FIG. 23 illustrates data flow between a local system and a remote system, according to an alternative embodiment. As stated, certain functionality may be hosted locally, while other functionality may be hosted off-site in a centrally hosted environment. The method of choosing an appropriate architecture according to the present invention involves determining considerations that are important drivers of the operation of assets in the fleet. Thus, considerations such as cyber security issues may require that certain systems remain local. Also, time-consuming performance calculations remain locally hosted and the necessary timeline is maintained. As shown in FIG. 23, the local plant control system 816 can capture sensor measurements and communicate data to the tuning module 817, which is particularly relevant to FIG. Thus, as previously discussed, the tuning or data matching adjustment process may be completed using performance calculations that compare the values predicted by the plant or asset model with actual or measured values. Via the data router 818, as shown, the model tuning parameters and reconciled data can then be communicated to a centrally hosted infrastructure, such as a remote central database 819. From there, the model tuning parameters are used to tune the offline power plant model 820, and then the offline power plant model 820 is used to optimize and replace future fleet operations as described above. Specific scenarios or “what-if” analyzes are provided to advise between possible or competing modes of operation of an asset fleet.

オフライン発電プラントモデル820を使用して実施される分析の結果は、図示されているように、ウェブポータル821を介してフリートオペレーターに伝達され得る。ウェブポータル821は、フリートの管理のために、カスタマイズされたアクセス822をユーザーに提供することが可能である。そのようなユーザーは、プラントオペレーター、エネルギートレーダー、所有者、フリートオペレーター、エンジニア、ならびに、他の利害関係者を含むことが可能である。ウェブポータルアクセスによるユーザー相互作用にしたがって、オフライン発電プラントモデル820を使用して実施される分析によってオファーされる推奨に関する決定が行われ得る。   The results of the analysis performed using the offline power plant model 820 can be communicated to the fleet operator via the web portal 821, as shown. Web portal 821 can provide users with customized access 822 for fleet management. Such users can include plant operators, energy traders, owners, fleet operators, engineers, and other interested parties. In accordance with user interaction with web portal access, decisions regarding recommendations offered by analysis performed using the offline power plant model 820 may be made.

図24および図25は、本発明の特定の代替的な態様による統一アーキテクチャーの概略システム構成を図示している。図25に図示されているように、リモート中央リポジトリーおよび分析コンポーネント825は、フリートレベル最適化を実施するために、いくつかの資産802から性能および測定された動作パラメーターを受け取ることが可能である。フリートレベル最適化は、追加的な入力データに基づくことが可能であり、追加的な入力データは、たとえば、それぞれの発電プラントにおいて貯蔵されて利用可能な現在の燃料量、それぞれの発電プラントに関する燃料の地域特有の価格、それぞれの発電プラントにおいて発生させられる電気に関する地域特有の価格、現在の気象予想、および、リモートに位置付けされている資産の間での相違点、ならびに/または、停止およびメンテナンススケジュールを含むことが可能である。たとえば、ガスタービンのためのコンポーネントオーバーホールのスケジュールは、より高い温度における短期間の動作がより経済的であるということを意味し得る。次いで、プロセスは、供給曲線を計算することが可能であり、供給曲線は、発電プラントのフリートのための最適化された可変の発電コストを含む。追加的に、本発明は、図示されているように、より自動化された入札準備を可能にすることができ、少なくとも特定の状況において、入札が、システム全体の給電指令当局826に直接的に転送され得、それによって、エネルギートレーダー809をバイパスするようになっている。図25に図示されているように、(システム全体の給電指令当局を介した)電力システムの最適化の結果が使用され、電力システムの中の様々な資産が予測される需要を満たすようにどのように関与させられるべきかということを反映する資産スケジュールを作り出すことが可能である。この資産スケジュールは、システム全体の最適化を反映することが可能であり、また、図示されているように、資産802のフリートの所有者に伝達して戻され得、資産についての動作設定点および動作モードが、システムの中のそれぞれの資産を制御するコントローラーに伝達され得るようになっている。   24 and 25 illustrate a schematic system configuration of a unified architecture according to certain alternative aspects of the present invention. As illustrated in FIG. 25, the remote central repository and analysis component 825 can receive performance and measured operational parameters from several assets 802 to perform fleet level optimization. Fleet level optimization can be based on additional input data, which can be based on, for example, the current amount of fuel stored and available at each power plant, the fuel for each power plant. Region-specific prices, region-specific prices for electricity generated at each power plant, current weather forecasts, and differences between remotely located assets and / or outage and maintenance schedules Can be included. For example, a component overhaul schedule for a gas turbine may mean that short-term operation at higher temperatures is more economical. The process can then calculate a supply curve that includes an optimized variable power generation cost for the fleet of the power plant. Additionally, the present invention can allow for a more automated bid preparation, as shown, where the bid is forwarded directly to the system-wide power supply command authority 826, at least in certain circumstances. Can thereby be configured to bypass the energy trader 809. As illustrated in FIG. 25, the results of power system optimization (via the system-wide power supply command authority) are used to determine which various assets in the power system meet the expected demand. It is possible to create an asset schedule that reflects how it should be involved. This asset schedule can reflect the optimization of the entire system and can be communicated back to the fleet owner of asset 802, as shown, to provide an operational set point for the asset and The mode of operation can be communicated to a controller that controls each asset in the system.

したがって、方法およびシステムは、図22から図25にしたがって開発され得、それによって、競争力のある電力システムの中で動作する発電プラントのフリートは、強化された性能および将来の市場期間に関連した入札に向けて最適化される。動作条件およびパラメーターに関する現在のデータは、フリートの中の発電プラントのそれぞれからリアルタイムで受け取られ得る。次いで、発電プラントおよび/またはフリートモデルは、現在のデータにしたがってチューニングされ得、モデル精度および予測の範囲が改善し続けるようになっている。認識されることとなるように、これは、測定される性能指標と、発電プラントまたはフリートモデルによって予測される対応する値との間の比較を介して実現され得る。次のステップにおいて、チューニングされた発電プラントモデルおよび/またはフリートレベルモデルが使用され、チューニングされたモデルを用いてシミュレートされる競合する動作モードに基づいて、フリートの中の発電プラントのそれぞれについての真の発電能力を計算することが可能である。次いで、真のプラント能力、および、プラントまたはフリートオペレーターによって定義された最適化基準を使用して、最適化が実施される。最適化された動作のモードを決定すると、フリートの中の発電プラントのそれぞれについての最適な動作点を計算する資産スケジュールが作り出され得る。認識されることとなるように、動作点は、次いで、それらの動作点にしたがってそれぞれを制御するために、異なる発電プラントへ転送され得、または、代替的に、動作点は、中央給電指令当局に提出するための入札を行うための基礎としての役割を果たすことが可能である。   Thus, the method and system can be developed according to FIGS. 22-25, whereby the fleet of power plants operating within a competitive power system has been associated with enhanced performance and future market periods. Optimized for bidding. Current data regarding operating conditions and parameters may be received in real time from each of the power plants in the fleet. The power plant and / or fleet model can then be tuned according to current data, so that the model accuracy and the range of prediction continue to improve. As will be appreciated, this can be achieved through a comparison between the measured performance index and the corresponding value predicted by the power plant or fleet model. In the next step, a tuned power plant model and / or a fleet level model is used, and for each of the power plants in the fleet based on competing modes of operation that are simulated using the tuned model. It is possible to calculate the true power generation capacity. Optimization is then performed using the true plant capacity and optimization criteria defined by the plant or fleet operator. Once the optimized mode of operation is determined, an asset schedule can be created that calculates the optimal operating point for each of the power plants in the fleet. As will be appreciated, the operating points can then be transferred to different power plants to control each according to those operating points, or alternatively, the operating points can be Can serve as a basis for making bids to submit to.

また、複数の電力ユニットの制御および最適化を集中させることに関連して、図26および図27は、電力システム850を図示しており、電力システム850では、ブロックコントローラー855が、複数の電力ブロック860を制御するために使用されている。電力ブロック860は、示されているように、発電資産(「資産」)のフリート861を画定することが可能である。認識されることとなるように、これらの実施形態は、より詳細に上記に説明されている最適化および制御の方法の別の例示的な適用例を提供しているが、フリートレベルに対する最適化の視点を拡大させることを含む。その際に、本発明は、最新の発電システム、とりわけ、多数のリモートのおよび様々な火力発電ユニットを有する発電システムに依然として影響を与える特定の非効率性を低減させる方式をさらにオファーすることが可能である。資産のそれぞれは、たとえば、ガスタービンおよび蒸気タービン、ならびに、HRSG、吸気コンディショナー、ダクトバーナーなどのような、関連のサブコンポーネントなどのような、本明細書で議論されている火力発電ユニットのいずれかを表すことが可能である。資産は、サブコンポーネントがどのように関与させられているかということにしたがって、複数の発電構成にしたがって動作可能であり得る。複数の電力ブロック860からの発電は、ブロックコントローラー855によって中央で制御され得る。より詳細に以下に議論されることとなる図27のシステムに関して、ブロックコントローラー855は、最適化プロセスにしたがってシステムを制御することが可能であり、最適化プロセスは、資産および電力ブロックヘルス、ならびに発電スケジュール、メンテナンススケジュール、ならびに、場所依存の変数を含む、資産または電力ブロック860のうちの1つに特有であり得る他の要因を考慮に入れる。加えて、フリートの一部ではなく、同様に構成されている資産および電力ブロックから収集された動作データから学習することは、制御戦略をさらに改良するために利用され得る。   Also in connection with centralizing the control and optimization of multiple power units, FIGS. 26 and 27 illustrate a power system 850 in which the block controller 855 includes a plurality of power blocks. Used to control the 860. The power block 860 can define a fleet 861 of power generation assets (“assets”), as shown. As will be appreciated, these embodiments provide another exemplary application of the optimization and control methods described above in more detail, but optimization to fleet levels. Including expanding the perspective of In doing so, the present invention can further offer a scheme to reduce certain inefficiencies that still affect modern power generation systems, especially power generation systems having a large number of remote and various thermal power generation units. It is. Each of the assets is any of the thermal power units discussed herein, such as, for example, gas turbines and steam turbines, and related subcomponents such as HRSG, intake air conditioners, duct burners, etc. Can be expressed. An asset may be operable according to multiple power generation configurations, depending on how subcomponents are involved. Power generation from the plurality of power blocks 860 can be centrally controlled by a block controller 855. With respect to the system of FIG. 27, which will be discussed in more detail below, the block controller 855 can control the system according to an optimization process, which includes asset and power block health, and power generation. Take into account other factors that may be specific to one of the assets or power block 860, including schedules, maintenance schedules, and location dependent variables. In addition, learning from operational data collected from similarly configured assets and power blocks that are not part of the fleet can be utilized to further refine the control strategy.

典型的に、従来の資産コントローラー(それは、図26において「DCS」として示されている)は、発電資産にとってローカルであり、実質的に孤立して動作する。これに起因して、そのようなコントローラーは、電力ブロック860および/またはフリート861を構成する他の資産の現在のヘルスを考慮に入れることができない。認識されることとなるように、その視点から考慮されたときに、この欠如した視点は、フリート861についての最適ではない発電につながる。すでに説明されている方法およびシステム、とりわけ、図3、図4、および図17から図25に関連するものを引き続き参照すると、例示的な本実施形態は、グループ化された資産または電力ブロックにわたる、強化されたパワーシェアリング戦略、コスト効率性、および、改善された効率を含む、いくつかのシステム全体の利益を可能にするフリートレベル制御システムを教示している。   Typically, a conventional asset controller (which is shown as “DCS” in FIG. 26) is local to the power generation asset and operates substantially in isolation. Due to this, such a controller cannot take into account the current health of the power block 860 and / or other assets comprising the fleet 861. As will be appreciated, this missing perspective, when considered from that perspective, leads to sub-optimal power generation for the fleet 861. With continued reference to the methods and systems already described, particularly those associated with FIGS. 3, 4, and 17-25, the exemplary embodiment spans grouped assets or power blocks. He teaches a fleet level control system that enables several system-wide benefits, including enhanced power sharing strategies, cost efficiency, and improved efficiency.

示されているように、制御システムは、ブロックコントローラー855によって表されているように、資産コントローラーと相互作用することが可能である。また、ブロックコントローラー855は、グリッド862、ならびに、その管理に関連付けられている中央給電指令当局または他の運営当局と通信することが可能である。このように、たとえば、供給および需要情報は、フリート861と中央当局との間で交換され得る。例示的な実施形態によれば、給電入札などのような供給情報は、フリート861のブロックコントローラーの最適化に基づくことが可能である。本発明は、入札期間同士の間に起こる最適化プロセスをさらに含むことが可能であり、それは、すでに確立されている負荷レベルを満足させるようにフリート861が構成されている方式を周期的に最適化するために使用され得る。具体的には、そのような入札間の最適化は、動的なおよび想定外の動作変数に対処するために使用され得る。電力ブロック860の資産についての適当な制御措置は、ブロックコントローラー855によって、電力ブロック860のそれぞれの中の制御システムへ伝達され、または、より直接的に、資産へ伝達され得る。好適な実施形態によれば、ブロックコントローラー855の制御ソリューションの実装形態は、特定の所定の条件が満たされるときに、それが資産コントローラーをオーバーライドすることを可能にすることを含むことが可能である。そのようなオーバーライドに影響を及ぼす要因は、電力ブロック/資産のそれぞれについての可変の発電コスト、高温ガス流路コンポーネントの残存有用部品寿命、変化する需要のレベル、変化する周囲条件、ならびに、その他を含むことが可能である。   As shown, the control system can interact with the asset controller, as represented by block controller 855. The block controller 855 can also communicate with the grid 862 and the central power supply command authority or other operational authority associated with its management. Thus, for example, supply and demand information can be exchanged between the fleet 861 and the central authority. According to an exemplary embodiment, supply information, such as power supply bids, may be based on block controller optimization of the fleet 861. The present invention can further include an optimization process that occurs between bid periods, which periodically optimizes the scheme in which the fleet 861 is configured to satisfy an already established load level. Can be used to Specifically, such inter-bid optimization can be used to address dynamic and unexpected operating variables. Appropriate control measures for the assets of the power block 860 may be communicated by the block controller 855 to the control system within each of the power blocks 860, or more directly to the assets. According to a preferred embodiment, the control solution implementation of the block controller 855 can include allowing it to override the asset controller when certain predetermined conditions are met. . Factors affecting such overrides include variable power generation costs for each power block / asset, remaining useful part life for hot gas flow path components, changing levels of demand, changing ambient conditions, and others. It is possible to include.

ブロックコントローラー855は、図示されているように、フリート861のいくつかの電力ブロック860に通信可能にリンクされ、ならびに、資産に直接的に通信可能にリンクされ得、それによって、多くのデータ入力を受け取ることが可能であり、本明細書で説明されている制御ソリューションは、そのデータ入力に基づいている。最適化手順は、以下の入力のうちの1つまたは複数を考慮することが可能である:ヘルスおよび性能劣化;発電スケジュール;グリッド周波数;メンテナンスおよび検査スケジュール;燃料利用可能性;燃料コスト;燃料使用状況パターンおよび予測;過去の問題および機器故障;真の性能能力;寿命(lifing)モデル;スタートアップおよびシャットダウン特徴;過去および現在の測定動作パラメーターデータ;気象データ;コストデータなど。他の実施形態に関連してより詳細に議論されているように、入力は、フリート861の発電資産のそれぞれについて測定された動作パラメーターに関する詳細な現在のデータおよび履歴データを含むことが可能である。過去および現在のすべてのそのような入力は、従来の方法にしたがって、たとえば、中央データベースの中に記憶され得、それによって、本明細書で説明されている手順ステップのいずれかにしたがって必要となり得るように、ブロックコントローラー855からの質問に応じて利用可能にされる。   The block controller 855 can be communicatively linked to several power blocks 860 of the fleet 861, as shown, and can be communicatively linked directly to an asset, thereby allowing many data inputs. The control solution that can be received and described herein is based on that data input. The optimization procedure can take into account one or more of the following inputs: health and performance degradation; power generation schedule; grid frequency; maintenance and inspection schedule; fuel availability; fuel cost; Situation patterns and predictions; past problems and equipment failures; true performance capabilities; life-life models; startup and shutdown features; past and present measured operating parameter data; weather data; As discussed in more detail in connection with other embodiments, the inputs may include detailed current data and historical data regarding operating parameters measured for each of the fleet 861's power generation assets. . All such past and present inputs can be stored according to conventional methods, for example, in a central database, thereby requiring any of the procedural steps described herein. Thus, it is made available according to the question from the block controller 855.

コスト関数は、フリートオペレーターの選択にしたがって開発され得る。好適な実施形態によれば、フリートロバスト性インデックスの重み付き平均合計が、好ましいまたは最適化されたパワーシェアリング構成を決定するために使用され得る。フリートロバスト性インデックスは、たとえば、所与の需要またはフリート出力レベルに適用可能ないくつかの要因にしたがって、最適化を含むことが可能である。これらの要因は、熱応力および機械的な応力;劣化の速度を含む、劣化または損失;発電のコスト;および/または燃料消費を含むことが可能である。このように、本実施形態は、フリート制御に関連するいくつかの進行中の問題に対処するために使用され得、とりわけ、複数の様々な発電資産を有するいくつかの電力ブロックにわたる性能を最適化する。   The cost function can be developed according to the selection of the fleet operator. According to a preferred embodiment, a weighted average sum of free robustness indexes may be used to determine a preferred or optimized power sharing configuration. The free robustness index can include optimization, for example, according to several factors applicable to a given demand or fleet power level. These factors can include thermal stress and mechanical stress; degradation or loss, including the rate of degradation; power generation costs; and / or fuel consumption. As such, this embodiment can be used to address several ongoing issues associated with fleet control and, among other things, optimizes performance across several power blocks with multiple different power generation assets To do.

データ入力は、コンピューターモデル化、メンテナンス、最適化、および、モデルフリーの適応学習プロセスに関連するものを含む、すでに本明細書で議論されているタイプのものを含むことが可能である。たとえば、本実施形態によれば、コンピューターモデル、伝達関数、またはアルゴリズムは、資産、および/または、集合的に、電力ブロックもしくはフリートの動作(または、動作の特定の態様)が、様々なシナリオの下でシミュレートされ得るように、開発および維持され得る。シミュレーションからの結果は、特定の性能指標に関する値を含むことが可能であり、それは、資産、電力ブロックの動作および性能の態様、または、選択された動作期間にわたるフリート性能についての予測を表す。性能指標は、1つまたは複数のコスト結果との公知のまたは開発された相関関係に起因して選択され得、したがって、それぞれのシミュレーションの経済的態様を比較するために使用され得る。「コスト結果」は、本明細書で使用されているように、選択された動作期間にわたるフリート861の動作に関連付けられたプラスまたはマイナスの任意の経済的効果を含むことが可能である。したがって、コスト結果は、その期間にわたる電力の発生から獲得される任意の収入、ならびに、フリートによって生じた任意の動作コストおよびメンテナンスコストを含むことが可能である。これらの動作コストおよびメンテナンスコストは、シナリオ、および、それぞれから結果として生じるシミュレートされた動作を前提として、フリートの資産に対する結果として生じる劣化を含むことが可能である。認識されることとなるように、シミュレーション結果から抽出されたデータは、フリートについての代替的な動作モードのどれが、より望ましくまたはコスト効率が良いかということを計算するために使用され得る。   Data input can include those of the types already discussed herein, including those related to computer modeling, maintenance, optimization, and model-free adaptive learning processes. For example, according to this embodiment, the computer model, transfer function, or algorithm may be an asset, and / or collective, power block or fleet operation (or a specific aspect of operation) for various scenarios. It can be developed and maintained as can be simulated below. The results from the simulation can include values for a specific performance index, which represents an estimate of the fleet performance over an asset, power block operation and performance aspects, or a selected period of operation. Performance indicators can be selected due to known or developed correlations with one or more cost results and can therefore be used to compare the economic aspects of the respective simulations. A “cost result”, as used herein, can include any positive or negative economic effect associated with the operation of the fleet 861 over a selected period of operation. Thus, the cost result can include any revenue earned from the generation of power over that period, as well as any operating and maintenance costs incurred by the fleet. These operating and maintenance costs can include the resulting degradation to the assets of the fleet given the scenario and the resulting simulated operation from each. As will be appreciated, the data extracted from the simulation results can be used to calculate which alternative modes of operation for the fleet are more desirable or cost effective.

資産、ブロック、またはフリートに関するモデルは、物理学ベースのモデルを通して開発されるアルゴリズムもしくは伝達関数、適応型のもしくは学習される「モデルフリー」プロセス入力/出力相関関係、または、それらの組み合わせを含むことが可能である。プロセス入力/出力をそれぞれの資産タイプについての劣化または損失データに相関させるベースライン劣化または損失モデルが開発され得る。したがって、劣化または損失データ、および、それに関連したコスト結果は、フリートの提案される、代替的な、または競合する動作モードの動作パラメーターについての予測される値に基づいて計算可能であり得、それは、特定の実施形態によれば、資産および電力ブロックが関与させられている様式、発電がフリート資産にわたって共有されている方式、ならびに、本明細書で説明されている他の要因によって差別化され得る。述べられているように、同様に構成されている資産からの学習が、このプロセスの一部として使用されるモデルに情報を与え、またはさらに改良するために使用され得る。たとえば、劣化モデルは、選択された性能指標についての値を前提として生じた(accrued)機器劣化および損失を計算するために開発され得る。次いで、そのような劣化は、競合する動作モードのそれぞれについての経済的効果またはコスト結果を計算するために使用され得る。これらの経済的効果は、資産性能に対する劣化、コンポーネントに対する摩耗、消費された有用部品寿命(すなわち、動作の期間の間に消費されたコンポーネントの有用寿命の一部分)、ならびに、たとえば、排出量に関連したコスト、規制上の料金、燃料消費、ならびに、出力レベルに依存する他の可変のコストなどのような価値の尺度を含むことが可能である。認識されることとなるように、特定の資産についての有用部品寿命の劣化および消費が、非線形的に発生し、動的なおよび/または場所特有の変数に依存し得るので、とりわけ、全体のフリートの発電能力および効率に最小に影響を与えるために、最小化が資産にわたって共有される場合には、全体のフリート劣化を最小化するためにフリートの出力レベルを分配させることによって、かなりのコスト節約が、時間の経過とともに実現され得る。   Models for assets, blocks, or fleets include algorithms or transfer functions developed through physics-based models, adaptive or learned “model-free” process input / output correlations, or combinations thereof Is possible. Baseline degradation or loss models can be developed that correlate process inputs / outputs with degradation or loss data for each asset type. Thus, degradation or loss data, and associated cost results, may be calculable based on predicted values for the operating parameters of the fleet's proposed, alternative, or competing operating modes, which are , According to certain embodiments, may be differentiated by the manner in which assets and power blocks are involved, the manner in which power generation is shared across fleet assets, and other factors described herein . As stated, learning from similarly configured assets can be used to inform or further refine the models used as part of this process. For example, a degradation model may be developed to calculate equipment degradation and loss that is assumed given values for a selected performance metric. Such degradation can then be used to calculate an economic effect or cost result for each of the competing modes of operation. These economic effects relate to degradation to asset performance, wear to components, useful part life consumed (ie, part of the useful life of components consumed during the period of operation), and emissions, for example Measures of value such as cost, regulatory fees, fuel consumption, and other variable costs depending on power level can be included. As will be appreciated, the overall fleet, among other things, can be detrimental to the degradation and consumption of useful component life for a particular asset, which can occur non-linearly and depend on dynamic and / or location-specific variables. Significant cost savings by distributing fleet power levels to minimize overall fleet degradation where minimization is shared across assets to minimize power generation capacity and efficiency Can be realized over time.

したがって、想定される需要の予想および周囲条件の予想を含み得る、将来の市場期間について予測される条件を考慮に入れ、フリートについての複数の競合する動作モードが、最適化された、または、少なくとも、好適なフリート動作モードを決定するために、分析および/またはシミュレーションのために選択され得る。競合するフリート動作モードのそれぞれは、フリート861についての固有の発電構成を記述することが可能である。競合するフリート動作モードは、特定のフリート出力レベルがそれによって到達される固有の発電構成を画定するパラメーターセットおよび/または制御設定を含むように開発され得る。述べられているように、フリート出力レベルは、多数の方式で選択され得る。第1に、それは、すでに公知のフリート出力レベル、たとえば、最近に結論を出された(concluded)給電プロセスを介して確立された出力レベルを反映するように選択され得、最適化プロセスが、最適化されたフリート構成を決定するために使用され得るようになっており、最適化されたフリート構成によって、特定の出力レベルが満足される。また、フリート出力レベルは、履歴発電記録を前提として期待される負荷レベル、期待される顧客需要、および/または、他の予想される条件にしたがって選択され得る。また、代替的に、フリート出力レベルは、選ばれた範囲にわたって様々であることが可能である。このように、フリート861についての可変の発電コストが、計算され得、次いで、たとえば、入札手順の一部として使用され、競争力のある入札の準備に情報を与えるようなっている。したがって、フリート出力レベルがフリートオペレーターによって画定される様式が使用され得、あるときには、競争力のある入札を準備することの周りの活動が支持されるようになっており、一方、またあるときには、出力レベルが、アドバイザー関数を支持するように選択され得るようになっており、アドバイザー関数は、実際の条件が想定される条件から逸脱し得るので、フリート性能を最適化するように動作する。   Thus, taking into account the anticipated conditions for future market periods, which may include expected demand expectations and ambient condition expectations, multiple competing modes of operation for the fleet have been optimized or at least May be selected for analysis and / or simulation to determine a suitable fleet mode of operation. Each of the competing fleet operating modes can describe a unique power generation configuration for the fleet 861. Competing fleet operating modes can be developed to include parameter sets and / or control settings that define the specific power generation configuration with which a particular fleet output level is reached. As stated, the fleet output level can be selected in a number of ways. First, it can be selected to reflect an already known fleet output level, for example, an output level established through a recently concluded supply process, where the optimization process is optimized Can be used to determine an optimized fleet configuration, and an optimized fleet configuration satisfies a particular power level. Also, the fleet power level may be selected according to the expected load level, expected customer demand, and / or other expected conditions given historical power generation records. Alternatively, the fleet output level can vary over a selected range. In this way, variable power generation costs for the fleet 861 can be calculated and then used, for example, as part of a bidding procedure, to inform competitive bidding preparations. Thus, the form in which the fleet output level is defined by the fleet operator may be used, and at some times activities around preparing competitive bids will be supported, while at other times, The output level can be selected to support the advisor function, and the advisor function operates to optimize the fleet performance because the actual conditions can deviate from the assumed conditions.

例示的な動作によれば、図27のより詳細なシステムによって示されているように、競合するフリート動作モードのそれぞれを記述するパラメーターセットが開発され得、そして、競合するフリート動作モードのそれぞれに関して、異なるシナリオまたはケースが開発され得、その異なるシナリオまたはケースの中では、操作可能な変数が、選択される範囲にわたって可変であり、フリートの全体の動作に対する変化の効果を決定するようになっている。競合するフリート動作モードについての異なるケースは、代替的な方式をカバーするように構成され得、代替的な方式では、フリート出力レベルが、電力ブロック860および/または資産にわたって共有される。別の例によれば、異なるケースは、資産のうちの特定のものに利用可能な代替的な構成に基づいて選択され得、それは、様々な方式を含み、その様々な方式によって、資産のそれぞれが関与させられる。たとえば、いくつかのケースは、ダクトバーナーまたは吸気コンディショナーなどのような、資産の特定のサブコンポーネントの関与を含むことが可能であり、他の資産がシャットダウンレベルまたはターンダウンレベルにおいて動作することを推奨しながら、発電能力を増強するようになっている。他のシナリオは、それらの資産構成がいくらか変化させられ、または、全く逆にされる状況を探索することが可能である。   According to exemplary operations, a parameter set describing each of the competing fleet operating modes can be developed, as shown by the more detailed system of FIG. 27, and for each of the competing fleet operating modes. , Different scenarios or cases can be developed, in which the operable variables are variable over the selected range, so as to determine the effect of the change on the overall behavior of the fleet Yes. Different cases for competing fleet operating modes may be configured to cover alternative schemes, where the fleet output level is shared across power block 860 and / or assets. According to another example, different cases may be selected based on alternative configurations available for a particular one of the assets, which includes various schemes, depending on the various schemes, Is involved. For example, some cases may involve the involvement of certain subcomponents of assets, such as duct burners or intake conditioners, and it is recommended that other assets operate at shutdown or turndown levels However, the power generation capacity has been increased. Other scenarios can explore situations where their asset composition is somewhat changed or reversed.

図27に図示されているように、ブロックコントローラー855は、データおよび分析コンポーネント865と通信することが可能であり、データおよび分析コンポーネント865は、いくつかのモジュールを含むことが可能であり、そのモジュールによって、関連データが、収集され、正規化され、記憶され、ブロックコントローラー855からの質問に応じて利用可能にされる。データ記録モジュールは、発電資産に関連付けられた監視システムから、リアルタイムおよび履歴データ入力を受け取ることが可能である。また、性能監視に関連したモジュールが含まれ得、そして、それに関連した1つまたは複数のオフラインモデルが維持され得る。これらのモジュールのそれぞれは、本明細書で議論されている他の実施形態と実質的に一致して機能することが可能である。また、フリート861の中で動作していない同様に構成されている資産または電力ブロックからの動作データの収集のために、学習モジュールが含まれ得る。認識されることとなるように、このデータは、学習機能を支持することが可能であり、学習機能によって、より深くより完全な資産の動作理解が得られる。また、そのようなデータは、フリート861から収集される測定されたデータを正規化するために使用され得、発電資産の性能劣化が正確に計算され得るようになっており、それは、燃料特性、周囲条件などのような、出力能力および効率に影響を及ぼし得る他の変数の効果を考慮することを含むことが可能である。   As illustrated in FIG. 27, the block controller 855 can communicate with a data and analysis component 865, which can include a number of modules, the modules The relevant data is collected, normalized, stored, and made available in response to a query from the block controller 855. The data recording module can receive real-time and historical data input from a monitoring system associated with the power generation asset. Also, modules associated with performance monitoring can be included and one or more offline models associated therewith can be maintained. Each of these modules can function substantially consistent with the other embodiments discussed herein. A learning module may also be included for collection of operational data from similarly configured assets or power blocks that are not operating in the fleet 861. As will be recognized, this data can support the learning function, which provides a deeper and more complete understanding of the behavior of the asset. Such data can also be used to normalize the measured data collected from the fleet 861, such that the performance degradation of the power generation asset can be accurately calculated, which includes fuel characteristics, It can include taking into account the effects of other variables that can affect output capability and efficiency, such as ambient conditions.

図24および図25に関連して説明されているように、フリートレベル最適化は、局所性(locality)依存の変数に基づくことが可能である。これらの変数は、固有である条件であって、ある特定の資産または電力ブロックに適用する条件を反映することが可能であり、たとえば、それぞれの資産において記憶されて利用可能である現在の燃料量;それぞれの資産についての燃料に関する場所特有の価格;それぞれの資産において発生させられる電気に関する場所特有の市場価格;現在の気象予想、および、フリートの中のリモートに位置付けされている資産の間の相違点;ならびに、それぞれの資産についての停止スケジュールおよびメンテナンススケジュールを含むことが可能である。たとえば、ガスタービン資産についてスケジュールされるコンポーネントオーバーホールは、より高い温度での短期間の動作が、より経済的に有益であるということを意味し得る。図示されているように、データおよび分析コンポーネント865は、これらの相違を考慮するためのモジュールを含むことが可能である。   As described in connection with FIGS. 24 and 25, fleet level optimization can be based on locality dependent variables. These variables are conditions that are unique and may reflect conditions that apply to a particular asset or power block, for example, the current amount of fuel that is stored and available at each asset Location-specific prices for fuel for each asset; location-specific market prices for electricity generated in each asset; differences between current weather forecasts and remotely located assets in the fleet Points; and can include outage schedules and maintenance schedules for each asset. For example, a component overhaul scheduled for gas turbine assets may mean that short-term operation at higher temperatures is more economically beneficial. As shown, the data and analysis component 865 can include a module to account for these differences.

ブロックコントローラー855は、示されているように、発電モデル(それは、資産モデル、ブロックモデル、フリートモデル、ならびに、劣化モデルまたは損失モデルを含むことが可能である)、オプティマイザー、およびコスト関数に関するモジュールをさらに含むことが可能である。資産、電力ブロック、および/またはフリートモデルは、生成され、チューニングされ、かつ/または照合調整され、すでに本明細書で説明されている方法にしたがって維持され得る。これらのモデルは、フリートの動作、または、それらの選択された部分を、選択された動作期間にわたって、シミュレートし、またはそうでなければ予測するために使用され得、オプティマイザーモジュールが、画定されるコスト関数にしたがって好適なシナリオを決定することができるようになっている。より具体的には、シミュレーションからの結果は、それぞれについてのコスト結果を計算するために使用され得、それは、電力ブロックおよび/またはフリート資産にわたる、収入、動作コスト、劣化、消費された有用部品寿命、および、本明細書で述べられている他のコストの総和を含むことが可能である。認識されることとなるように、収入は、計画される出力レベルに市場単価を掛けることを介して決定され得る。述べられているように、コストの計算は、シミュレーションの中で資産が動作する様式に経済的結果を相関させる劣化モデルまたはアルゴリズムを含むことが可能である。シミュレーション結果からの性能データは、フリート全体の動作コスト、劣化、および、すでに説明されているような他の損失を決定するために使用され得る。認識されることとなるように、固定された態様の動作コストなどのような、特定のコスト考慮事項は、競合するフリート動作モード同士の間で大幅に異なることにはならず、したがって、そのような計算から除外され得る。追加的に、本明細書で説明されているシミュレーションは、資産の全体のフリートまたはその一部分を含むように構成され得、また、本明細書で提供されているように、コスト結果を予測する際にとりわけ関連すると見出された資産動作の限定された態様に焦点を合わせることが可能である。   Block controller 855, as shown, is a module for power generation models (which can include asset models, block models, fleet models, and degradation or loss models), optimizers, and cost functions. Can further be included. Assets, power blocks, and / or fleet models can be generated, tuned, and / or reconciled and maintained according to methods already described herein. These models can be used to simulate or otherwise predict fleet behavior, or selected portions thereof, over a selected duration of operation, and an optimizer module is defined. A suitable scenario can be determined according to a cost function. More specifically, the results from the simulation can be used to calculate a cost result for each, which can include revenue, operating costs, degradation, consumed useful component life across power blocks and / or fleet assets. , And other sums of costs described herein may be included. As will be recognized, revenue can be determined via multiplying the planned power level by the market unit price. As stated, the cost calculation can include a degradation model or algorithm that correlates the economic outcome to the manner in which the asset operates in the simulation. Performance data from the simulation results can be used to determine the operating cost of the entire fleet, degradation, and other losses as already described. As will be appreciated, certain cost considerations, such as fixed mode operating costs, etc., will not differ significantly between competing fleet operating modes, and as such Can be excluded from the calculation. Additionally, the simulations described herein can be configured to include the entire fleet of assets or a portion thereof, and in predicting cost results as provided herein. It is possible to focus on limited aspects of asset behavior that have been found to be particularly relevant.

特定の実施形態によれば、コスト関数モジュールは、フリートロバスト性インデックスを含むことが可能であり、代替的な動作モード同士の間を効率的に差別化するようになっている。フリートロバスト性インデックスは、電力ブロックの中で生じる損失の平均総和を表すことが可能である。ロバスト性インデックスは、消費された有用部品寿命に関連したコストを示す要因を含むことが可能であり、それは、ガスタービンの中の高温ガス流路パーツおよび圧縮機ブレードなどのような、資産にわたり消費される部品寿命の総和であることが可能である。たとえば、競合するフリート動作モードのうちの1つにしたがって、選択される動作期間の間にシャットダウンされるようにスケジュールされた発電資産は、それぞれのシャットダウン/スタートアップ手順ごとに消費される有用部品寿命に対応する経済的損失を発生させることとなる。一方で、同じ動作期間の間に全負荷で動作するようにスケジュールされた発電資産は、それらの動作の時間に相応する損失を発生させ得る。認識されることとなるように、そのような損失は、特定の負荷レベルを満足させるように予測される負荷レベルおよび動作パラメーターを前提として期待される、特定の熱的な負荷および機械的な負荷を反映するようにさらに較正され得、それは、たとえば、予想される周囲条件、燃料特性などのような要因に依存し得る。他の経済的損失が、フリート損失の総和の中に含まれ得、競合するフリート動作モードのそれぞれについてのコスト結果を導出するようになっている。これらは、フリート資産についての燃料消費の総和、ならびに、たとえば、シミュレーション結果を前提として予測される排出量レベルの経済的影響を含むことが可能である。   According to certain embodiments, the cost function module can include a free robustness index to efficiently differentiate between alternative modes of operation. The free robustness index can represent the average sum of losses that occur in the power block. The robustness index can include factors that indicate the cost associated with the useful component life consumed, which is consumed across assets such as hot gas flow path parts and compressor blades in a gas turbine. It is possible to be the sum of the component lifetimes to be made. For example, in accordance with one of the competing fleet modes of operation, the power generation assets scheduled to be shut down during the selected period of operation can contribute to the useful component life consumed for each shutdown / startup procedure. A corresponding economic loss will occur. On the other hand, power generation assets that are scheduled to operate at full load during the same period of operation can cause losses corresponding to the time of their operation. As will be appreciated, such losses are specific thermal and mechanical loads that are expected given the expected load levels and operating parameters to satisfy a specific load level. Can be further calibrated to reflect, for example, it can depend on factors such as expected ambient conditions, fuel characteristics, and the like. Other economic losses can be included in the sum of the fleet losses to derive a cost result for each of the competing fleet operating modes. These can include the total fuel consumption for the fleet asset, as well as the economic impact of emission levels predicted, for example, assuming simulation results.

フリート全体の収入および/または損失の総和が、シミュレートされたシナリオのそれぞれについて完了されると、本方法は、1つまたは複数の好適なケースまたは最適化されたケースを計算するステップを含むことが可能である。次いで、本方法は、好適なケースまたは最適化されたケースに関係する1つまたは複数の出力を含むことが可能である。たとえば、好適なケースまたは最適化されたケースは、ユーザーインターフェース866などを通して、フリートオペレーターへ電子的に伝達され得る。そのようなケースでは、本方法の出力は、電力ブロック/資産ヘルスアドバイザー、パワーシェアリング推奨、停止プランナー、電力ブロックについての最適な設定点制御ソリューション、DCSオーバーライド、および/または、期待される発電スケジュールを含むことが可能である。また、出力は、自動化された制御応答を含むことが可能であり、自動化された制御応答は、資産コントローラーのうちの1つを自動的にオーバーライドすることを含むことが可能である。別の代替例によれば、出力は、好適なケースまたは最適化されたケースのうちの1つまたは複数にしたがって給電入札を発生させることを含むことが可能である。認識されることとなるように、本方法の出力は、ユーザーインターフェース866の上に示されているように、多数の方式でフリート節約を可能にすることができる。第1に、たとえば、好適なパワーシェアリング構成は、フリート劣化を最小化し、低減させ、または、有利には、フリート劣化を分け合うことが可能であり、フリート劣化は、将来の動作期間にわたり発電能力および効率に大きく影響を与える可能性がある。第2に、アドバイザー関数は、説明されているコンポーネントを使用して、メンテナンス間隔を最適化し、または、少なくとも、メンテナンス間隔を強化するように構成され得、それによって、劣化損失が、回復可能なものも回復不可能なものも両方とも緩和される。劣化の速度を監視および予測すること、ならびに、圧縮機洗浄またはフィルタークリーニングなどのようなメンテナンス手順を効果的にスケジューリング/実行することは、ガスタービンが最も効率的に動作することを確実にすることとなる。   When the sum of revenue and / or loss for the entire fleet is completed for each simulated scenario, the method includes calculating one or more preferred or optimized cases Is possible. The method may then include one or more outputs related to the preferred or optimized case. For example, a suitable or optimized case can be communicated electronically to the fleet operator, such as through a user interface 866. In such cases, the output of the method can be power block / asset health advisor, power sharing recommendation, outage planner, optimal setpoint control solution for power block, DCS override, and / or expected power generation schedule. Can be included. The output can also include an automated control response, and the automated control response can include automatically overriding one of the asset controllers. According to another alternative, the output can include generating a power bid according to one or more of a preferred or optimized case. As will be appreciated, the output of the method can allow fleet savings in a number of ways, as shown above the user interface 866. First, for example, a suitable power sharing configuration can minimize, reduce, or advantageously share fleet degradation, which can generate power over future operating periods. And can have a significant impact on efficiency. Second, the advisor function can be configured to optimize the maintenance interval, or at least enhance the maintenance interval, using the components described, so that the degradation loss is recoverable. Both unrecoverable and unrecoverable. Monitoring and predicting the rate of degradation and effectively scheduling / executing maintenance procedures such as compressor cleaning or filter cleaning ensure that the gas turbine operates most efficiently It becomes.

ここで図28を見てみると、本発明の別の関連の態様が議論されており、それは、電力ブロックとして動作する複数のガスタービンエンジンの動作を制御することのより具体的な例を説明している。認識されることとなるように、ガスタービンエンジンは、特定の発電プラントにおいて、または、いくつかのリモートの発電プラントにわたって位置付けされ得る。すでに議論されているように、パワーシェアリングを最適化または強化するようにガスタービンのブロックを制御することは、挑戦である。現在の制御システムは、複数のエンジンのブロックにわたって効果的に同期させておらず、その代わりに、電力ブロックが集合的に担当する出力レベルを単純に分け合うことに個別に基づいて、エンジンのそれぞれを実質的に関与させる。認識されることとなるように、これは、アンバランスなおよび非効率的な劣化の速度につながることが多い。したがって、より最適な制御戦略に対する必要性が存在しており、とりわけ、ユニットが電力ブロックとして集合的に考慮されるときに、よりコスト効率の良い損失または劣化速度を促進する、複数のガスタービンにわたり効率的なパワーシェアリング戦略を提供するシステムコントローラーに対する必要性が存在している。たとえば、ガスタービンブロックが、同じ定格を有するいくつかのエンジンを有する場合には、本発明は、エンジンの現在の劣化状態に基づいて、ユニットのどれが、より高い出力レベルで動作するべきであるかということ、および、どれが、低減されたレベルで動作するべきであるかということに関して推奨することが可能である。すでに本明細書で議論されている態様にしたがって、とりわけ、図24から図27に関して議論されているものにしたがって、本発明はこれを達成することが可能である。当業者が認識することとなるように、そのような機能性の利点は、ガスタービンの寿命および性能の増加;寿命予測の改善(それは、より競争力のあるおよび/またはリスク分担サービス合意を可能にし得る);全体としての電力ブロックについてのより大きい動作フレキシビリティー;および、動作トレードオフを効率的に考慮に入れるロバストな多目的の最適化を含み、動作トレードオフは、たとえば、高温ガス流路の有用部品寿命の消費、現在の劣化レベル、および、劣化の速度、ならびに、需要、効率、燃料消費などのような現在の発電性能に関することが可能である。   Turning now to FIG. 28, another related aspect of the present invention is discussed, which describes a more specific example of controlling the operation of multiple gas turbine engines operating as power blocks. doing. As will be appreciated, a gas turbine engine may be located at a particular power plant or across several remote power plants. As already discussed, controlling the gas turbine block to optimize or enhance power sharing is a challenge. Current control systems do not effectively synchronize across multiple engine blocks; instead, each engine is individually based on the simple sharing of power levels that the power block is collectively responsible for. Be substantially involved. As will be appreciated, this often leads to unbalanced and inefficient rates of degradation. Thus, there is a need for a more optimal control strategy, especially across multiple gas turbines that promote more cost-effective loss or degradation rates when units are collectively considered as power blocks. There is a need for a system controller that provides an efficient power sharing strategy. For example, if a gas turbine block has several engines with the same rating, the present invention should determine which of the units should operate at a higher power level based on the current degradation state of the engine. It is possible to make recommendations on which and which should operate at a reduced level. The present invention can accomplish this in accordance with the aspects already discussed herein, and in particular according to those discussed with respect to FIGS. As those skilled in the art will appreciate, the benefits of such functionality include increased gas turbine life and performance; improved life prediction (which allows for a more competitive and / or risk sharing service agreement) Greater operational flexibility for the power block as a whole; and robust multi-purpose optimization that efficiently takes into account operational trade-offs, which may include, for example, hot gas flow paths It is possible to relate to the consumption of useful parts, the current degradation level, the rate of degradation, and the current power generation performance such as demand, efficiency, fuel consumption, etc.

これが達成され得る1つの方式は、システム900にしたがっており、ここで、システム900は、図28に関して説明されることとなる。示されているように、複数のガスタービン901は、電力ブロックすなわち「ブロック902」の一部として動作させられ得る。上記のシステムの一部として議論されているように、資産901のそれぞれについての動作パラメーター903が集められ、ブロックコントローラー904へ電子的に伝達され得る。好適な実施形態によれば、動作パラメーターは、ローター速度、圧縮機サージマージン、およびブレード先端部クリアランスを含むことが可能である。認識されることとなるように、圧縮機サージマージンは、測定されるローター速度に関して計算され得、ブレード先端部クリアランスは、たとえば、マイクロ波センサーを含む任意の従来の方法にしたがって測定され得る。さらなる入力として、ブロックコントローラーは、すでに議論されているもののいずれかなどのようなデータベースコンポーネントから記録905を受け取ることが可能であり、それは、ローター速度、サージマージン、ブレード先端部クリアランス、制御設定、周囲条件データなどを含む、現在のおよび過去の動作パラメーター測定値を記録することが可能であり、プロセス入力および出力を適応的に相関させるようになっている。   One manner in which this can be achieved is according to system 900, where system 900 will be described with respect to FIG. As shown, a plurality of gas turbines 901 may be operated as part of a power block or “block 902”. As discussed as part of the system above, operational parameters 903 for each of the assets 901 can be collected and communicated electronically to the block controller 904. According to a preferred embodiment, the operating parameters can include rotor speed, compressor surge margin, and blade tip clearance. As will be appreciated, the compressor surge margin can be calculated with respect to the measured rotor speed, and the blade tip clearance can be measured according to any conventional method including, for example, a microwave sensor. As a further input, the block controller can receive a record 905 from a database component such as any of those already discussed, such as rotor speed, surge margin, blade tip clearance, control settings, ambient It is possible to record current and past operating parameter measurements, including condition data, etc., to adaptively correlate process inputs and outputs.

好適な実施形態によれば、ブロックコントローラー904は、モデルフリー適応コントローラーとして動作するように構成され得る。モデルフリー適応コントローラーは、需要、ヒートレートなどに対応する、ガスタービンのそれぞれからの(たとえば、記録905を介した)入力を有するニューラルネットワークベースのセットアップを含むことが可能である。認識されることとなるように、モデルフリー適応制御は、時間的に変化するパラメーターおよび時間的に変化する構造を伴う未知の離散時間非線形システムのためのとりわけ効果的な制御方法である。モデルフリー適応制御の設計および分析は、プロセス入力および出力に重点を置き、それらの間の関係を説明する予測相関関係またはアルゴリズムを「学習する」ようになっている。システムの測定される入力と出力との間の相関関係が制御される。このように機能して、ブロックコントローラー904は、制御コマンドまたは推奨を導出することが可能であり、これらは、実装のために、出力906として、マスター制御システム907へ伝達され得る。好適な実施形態によれば、ブロックコントローラー904からの出力906は、好適なまたは最適化されたパワーシェアリングコマンドまたは推奨を含む。他の実施形態によれば、出力906は、ガスタービン901の高温ガス流路コンポーネントについての変調される冷却剤フロー、および/または、ガスタービン901の圧縮機ユニットについての変調されるIGV設定に関連したコマンドまたは推奨を含むことが可能である。   According to a preferred embodiment, the block controller 904 can be configured to operate as a model-free adaptive controller. The model free adaptive controller may include a neural network based setup with inputs (eg, via record 905) from each of the gas turbines corresponding to demand, heat rate, etc. As will be appreciated, model-free adaptive control is a particularly effective control method for unknown discrete-time nonlinear systems with time-varying parameters and time-varying structures. Model-free adaptive control design and analysis is designed to “learn” predictive correlations or algorithms that focus on process inputs and outputs and explain the relationship between them. The correlation between the measured input and output of the system is controlled. Working in this manner, the block controller 904 can derive control commands or recommendations that can be communicated to the master control system 907 as an output 906 for implementation. According to a preferred embodiment, the output 906 from the block controller 904 includes a suitable or optimized power sharing command or recommendation. According to other embodiments, the output 906 is related to a modulated coolant flow for the hot gas path component of the gas turbine 901 and / or a modulated IGV setting for the compressor unit of the gas turbine 901. Command or recommendation.

マスター制御システム907は、電力ブロック902のガスタービン901に通信可能にリンクされ得、出力906を前提として制御ソリューションを実装するようになっている。また、図示されているように、マスター制御システム907は、そのような情報をブロックコントローラー904へ伝達することが可能である。そのように構成されているので、図28の制御システムは、電力ブロック902のいくつかのガスタービンを制御するように動作することが可能であり、定義されたコスト関数にしたがって、強化されたまたは最適化された様式で、組み合わされた負荷または出力レベル(たとえば、給電入札プロセスによって決定され得るような契約出力レベルなどであり、ガスタービンが集合的にそれを担当する)を発生させるようになっている。この制御ソリューションは、ガスタービンのそれぞれが寄与すべき組み合わされた出力レベルのパーセンテージを推奨することを含むことが可能である。加えて、マスター制御システム907は、以前に議論されているように、最適化された動作モードにしたがってガスタービンを制御するための物理学ベースのモデルを含むことが可能である。   The master control system 907 can be communicatively linked to the gas turbine 901 of the power block 902 and is adapted to implement a control solution given the output 906. Also, as shown, the master control system 907 can communicate such information to the block controller 904. As so configured, the control system of FIG. 28 is operable to control several gas turbines of power block 902, enhanced according to a defined cost function, or To generate combined loads or power levels in an optimized manner (eg, contract power levels that can be determined by a power bidding process, etc., where the gas turbine is collectively responsible for it) ing. This control solution can include recommending a percentage of the combined power level that each of the gas turbines should contribute. In addition, the master control system 907 can include a physics-based model for controlling the gas turbine according to an optimized mode of operation, as previously discussed.

例示的な実施形態によれば、たとえば、クリアランスおよびサージマージンデータは、ガスタービンのそれぞれについてトラッキングされ得る。ガスタービンのいずれかについてのクリアランスまたはサージマージンデータが、所定の閾値を上回ることが決定される場合には、その特定のタービンが、低減された負荷で動作させられ得る。そのガスタービンを低減されたレベルで動作させることが可能でない場合には、IGV設定または高温ガス流路コンポーネントへの冷却剤フローを変調させることなどのような他の推奨がなされ得る。他方では、ガスタービンのうちの1つが、低減されたレベルで動作するように選択される場合には、最適化された発電構成は、任意の不足分を埋め合わせるように他のガスタービンのうちの1つまたは複数がより高い/ピーク負荷で動作することを推奨することを含むことが可能である。方法は、サージマージンおよびクリアランスデータに基づいて、より高い/ピーク負荷タービンを選択することが可能であり、より高いブロック出力レベルおよび効率をより高く維持しながら、動作寿命を集合的に拡張するように、電力ブロックのガスタービンの間の現在の劣化レベルおよび劣化の速度のバランスをとる所望の効果を有する。述べられているように、性能劣化速度および有用部品寿命消費は、非線形的に生じ得、地理的に分散したユニットにわたって可変のパラメーターに依存し得るので、本明細書で説明されているブロックレベルの視点を使用し、ブロックについてのコスト結果を最適化する方式で負荷を分け合うことによって、節約が実現され得る。したがって、ブロックのガスタービンについての性能劣化レベル、劣化の速度、残存部品寿命、および、真の性能能力を評価する際に極めて有効で効率的であると決定されたリアルタイムデータ(とりわけ、サージマージンおよびクリアランスデータ)を考慮に入れることによって、発電は、ブロック902にわたるコストを最適化するように分け合うことが可能である。   According to an exemplary embodiment, for example, clearance and surge margin data may be tracked for each of the gas turbines. If the clearance or surge margin data for any of the gas turbines is determined to exceed a predetermined threshold, that particular turbine can be operated at a reduced load. If it is not possible to operate the gas turbine at reduced levels, other recommendations may be made, such as modulating the coolant flow to the IGV settings or hot gas flow path components. On the other hand, if one of the gas turbines is selected to operate at a reduced level, the optimized power generation configuration can be compared to other gas turbines to make up for any shortfall. It may include recommending that one or more operate at a higher / peak load. The method can select higher / peak load turbines based on surge margin and clearance data to collectively extend operating life while maintaining higher block power levels and efficiency. In addition, it has the desired effect of balancing the current level of degradation and the rate of degradation between the gas turbines in the power block. As stated, the rate of performance degradation and useful part life consumption can occur non-linearly and can depend on parameters that are variable across geographically dispersed units, so that the block level described herein can be Savings can be realized by using a viewpoint and sharing the load in a manner that optimizes the cost result for the block. Thus, real-time data determined to be extremely effective and efficient in evaluating performance degradation levels, degradation rates, remaining part life, and true performance capabilities for block gas turbines (especially surge margin and By taking into account (clearance data), power generation can be shared to optimize the cost across block 902.

ここで図29を参照すると、本発明の別の例示的な実施形態は、コンバインドサイクル発電プラントのより効率的なおよび/または最適化されたシャットダウンを提供するシステムおよび方法を含む。認識されることとなるように、コンバインドサイクルプラントのシャットダウンの間に、コントローラーは、典型的に、ガスタービンへの燃料フローを徐々に低減させ、最小速度に向けてローター速度を低減させるようになっている。この最小速度は、「ターニングギヤ速度」と称することが可能である。その理由は、それが、ローターがターニングギヤによって係合され、それによって、シャットダウン期間の間のローターの熱曲がりを防止するように回転させられる速度を表すからである。ガスタービンエンジンの性質に応じて、燃料フローは、典型的なフルスピードの約20パーセント程度で停止され得、ターニングギヤは、フルスピードの約1パーセントで係合される。しかし、このように徐々に燃料のフローを低減させることは、ローター速度の低減との直接的な関係を提供しない。むしろ、シャットダウン期間にわたるローターの速度の大きい非妥協的な(unyielding)変化が典型的である。次いで、ローター速度の変化は、空気に対する燃料の比のかなりの相違を引き起こす可能性があり、それは、空気取り入れがローター速度の関数であり、一方、燃料フローはそうではないという事実に起因している。次いで、そのような変化は、燃焼温度、過渡温度勾配、排出量、冷却剤フロー、ならびにその他のかなりの急激な変化につながり得る。シャットダウン挙動の変化は、タービンクリアランス、および、したがって、全体のタービン性能およびコンポーネント寿命時間に対して影響を有する可能性がある。   Referring now to FIG. 29, another exemplary embodiment of the present invention includes a system and method that provides a more efficient and / or optimized shutdown of a combined cycle power plant. As will be appreciated, during a combined cycle plant shutdown, the controller will typically gradually reduce the fuel flow to the gas turbine and reduce the rotor speed towards the minimum speed. ing. This minimum speed can be referred to as the “turning gear speed”. The reason is that it represents the speed at which the rotor is engaged by the turning gear and thereby rotated to prevent thermal bending of the rotor during the shutdown period. Depending on the nature of the gas turbine engine, the fuel flow can be stopped at about 20 percent of typical full speed, and the turning gear is engaged at about 1 percent of full speed. However, gradually reducing the fuel flow in this manner does not provide a direct relationship with reducing rotor speed. Rather, large unyielding changes in rotor speed over the shutdown period are typical. The change in rotor speed can then cause a significant difference in the fuel to air ratio, due to the fact that air intake is a function of rotor speed, while fuel flow is not. Yes. Such changes can then lead to combustion temperatures, transient temperature gradients, emissions, coolant flow, and other fairly rapid changes. Changes in shutdown behavior can have an impact on turbine clearance and, therefore, overall turbine performance and component lifetime.

したがって、これらの問題の1つまたは複数を是正することによってプラントシャットダウンを改善するコンバインドサイクルシャットダウンコントローラーに対する要求が存在している。好ましくは、そのようなコントローラーは、ある時間にわたるタービンローターおよび関連のコンポーネントの減速のレートを制御することとなり、不均一なシャットダウン変化を最小化し、それによって、エンジンシステムおよびコンポーネントに対するマイナスの影響を最小化するようになっている。特定の実施形態によれば、より効果的なコントローラーが、ローター応力、ならびに、ローター速度およびトルクのスルーレート(slew rate)を最適化するように機能する。また、シャットダウンコントローラーは、サブシステムの可変性を修正することが可能であり、たとえば、冷却剤フローおよびホイールスペース温度が好適なレベルを維持するようになっている。好適な実施形態によれば、本方法は、ある時間にわたるローターおよび関連のコンポーネントの減速のレートを制御することが可能であり、コスト、プラント損失、および、他のマイナスの効果を低減させる方式でシャットダウン変化を最小化するようになっている。すでに説明されているシステムおよび方法によれば、シャットダウンコストに影響を与える要因がオペレーター規定による基準またはコスト関数にしたがって最適化されるように、制御方法論は機能することが可能である。これが達成され得る1つの方式は、プロセス920にしたがうものであり、ここで、プロセス920は、図29に関して説明されることとなる。当業者には明らかになることとなるように、プロセス920の態様は、とりわけ、図3および図4に関連した議論を参照して、すでに本明細書で議論されている主題に基づいており、それは、簡潔化のために、要約されることとなり、完全には繰り返されない。   Accordingly, there is a need for a combined cycle shutdown controller that improves plant shutdown by correcting one or more of these problems. Preferably, such a controller will control the rate of deceleration of the turbine rotor and related components over time, minimizing non-uniform shutdown changes, thereby minimizing negative effects on engine systems and components. It has come to become. According to certain embodiments, a more effective controller functions to optimize rotor stress and rotor speed and torque slew rate. The shutdown controller can also modify the variability of the subsystem so that, for example, coolant flow and wheel space temperature are maintained at suitable levels. According to a preferred embodiment, the method is capable of controlling the rate of rotor and associated component deceleration over time, in a manner that reduces costs, plant losses, and other negative effects. It is designed to minimize shutdown changes. In accordance with the systems and methods already described, the control methodology can function so that factors that affect shutdown costs are optimized according to operator-defined criteria or cost functions. One manner in which this can be achieved is according to process 920, where process 920 will be described with respect to FIG. As will become apparent to those skilled in the art, aspects of process 920 are based on the subject matter already discussed herein, with particular reference to the discussion associated with FIGS. It will be summarized for brevity and will not repeat completely.

一実施形態によれば、本発明のシャットダウン手順および/またはコンバインドサイクルシャットダウンコントローラーは、従来のループ形成コントローラーとして構成されている。本発明のコントローラーは、添付の特許請求の範囲において正確に記述されているように、モデルフリー適応制御ならびにモデルベースの制御の態様を含むことが可能である。コンバインドサイクルシャットダウンコントローラーは、目標シャットダウン時間コントローラー、および実際のシャットダウン時間コントローラーを含むことが可能であり、プラントシャットダウンのすべての態様とは言えないとしてもほとんどを制御することが可能である。コントローラーは、排気スプレッド、ホイールスペース温度、クリアランス、サージマージン、蒸気タービンおよびガスタービンローター応力、ガスタービンローターの減速のレート、需要、燃料フロー、現在の電力生産、グリッド周波数、二次的なファイアリング、およびドラムレベルなどのような入力を受け取ることが可能である。これらの入力に基づいて、シャットダウンコントローラーは、より詳細に以下に説明されているように、シャットダウンについての時間範囲(たとえば、シャットダウンのレート)、ローター減速のスルーレート、補正された冷却剤フロー、および、補正された入口ガイドベーンプロファイル、ならびに/または、シャットダウンの間に望まれる発電機リバーストルクをコンピューター計算することが可能である。特定の実施形態によれば、これらの出力のそれぞれは、発電プラントセンサーのうちの1つによって検出される潜在的に有害なシャットダウン変化をオフセットするために使用され得る。コンバインドサイクルシャットダウンコントローラーは、時間プロファイルに対するRPM/スルーレートの軌跡、および、シャットダウン動作により適切な現在の電力生産プロファイルに対する減速のレートを提供することが可能であり、両方とも、HRSG、蒸気タービン、およびボイラーなどのような、コンバインドサイクルシステムを考慮に入れることが可能である。シャットダウンコントローラーは、ターニングギヤ速度が実現されるまで、本明細書で説明されているコンポーネントを制御することが可能であり、したがって、コンポーネント応力も低下させながら、より最適な蒸気タービンおよびHRSG操作性条件を提供する。   According to one embodiment, the shutdown procedure and / or combined cycle shutdown controller of the present invention is configured as a conventional loop forming controller. The controller of the present invention can include model-free adaptive control as well as model-based control aspects, as precisely described in the appended claims. The combined cycle shutdown controller can include a target shutdown time controller and an actual shutdown time controller, and can control most if not all aspects of plant shutdown. Controllers include exhaust spread, wheel space temperature, clearance, surge margin, steam and gas turbine rotor stress, gas turbine rotor deceleration rate, demand, fuel flow, current power production, grid frequency, secondary firing , And input such as drum level can be received. Based on these inputs, the shutdown controller, as described in more detail below, provides a time range for shutdown (eg, shutdown rate), rotor deceleration slew rate, corrected coolant flow, and It is possible to compute a corrected inlet guide vane profile and / or the desired generator reverse torque during shutdown. According to certain embodiments, each of these outputs can be used to offset potentially harmful shutdown changes detected by one of the power plant sensors. The combined cycle shutdown controller can provide an RPM / slew rate trajectory for the time profile and a rate of deceleration for the appropriate current power production profile due to the shutdown operation, both of which are HRSG, steam turbine, and It is possible to take into account a combined cycle system, such as a boiler. The shutdown controller is capable of controlling the components described herein until turning gear speed is achieved, and thus more optimal steam turbine and HRSG operability conditions while reducing component stress. I will provide a.

図29は、図3に関連して説明されている発電プラント12などのようなコンバインドサイクル発電プラントをシャットダウンさせるのに適切なプロセス920の実施形態を示すフローチャートである。プロセス920は、コンバインドサイクルシャットダウンコントローラーによって実行可能なコンピューターコードとして実装され得、シャットダウンコマンドを受け取った(ステップ921)後に開始させられ得る。シャットダウンコマンドは、たとえば、メンテナンスイベント、燃料変化イベントなどに基づいて受け取られ得る。次いで、プロセス920は、プラントコンポーネントの現在の状態を読み出すことが可能であり(ステップ922)、それは、すでに本明細書で説明されているセンサー、システム、および/または方法のいずれかごとに、感知され、集められ、記憶され、読み出され得る。プラントコンポーネントの現在の状態は、たとえば、タービンローター速度、コンポーネントの温度、排気温度、圧力、流量、クリアランス(すなわち、回転コンポーネントと静止コンポーネントとの間の距離)、振動測定などを含むことが可能である。プラントの状態は、現在の電力生産、および、たとえば、電力を生産しないコスト、市場レートでの電力のコスト、グリーンクレジット(green credits)(たとえば、排出量クレジット)などのような原価計算データを追加的に含むことが可能である。   FIG. 29 is a flowchart illustrating an embodiment of a process 920 suitable for shutting down a combined cycle power plant, such as the power plant 12 described with reference to FIG. Process 920 may be implemented as computer code executable by a combined cycle shutdown controller and may be initiated after receiving a shutdown command (step 921). The shutdown command may be received based on, for example, a maintenance event, a fuel change event, etc. The process 920 can then retrieve the current state of the plant component (step 922), which is sensed for any of the sensors, systems, and / or methods already described herein. Can be collected, stored, and read. The current state of plant components can include, for example, turbine rotor speed, component temperature, exhaust temperature, pressure, flow rate, clearance (ie, distance between rotating and stationary components), vibration measurements, etc. is there. The state of the plant adds current power production and costing data such as, for example, the cost of not producing power, the cost of electricity at market rates, green credits (eg, emission credits), etc. Can be included.

次のステップにおいて、たとえば、会計システム、将来の取引システム、エネルギー市場システム、または、それらの組み合わせを含む、様々なシステムに質問することによって、原価計算または損失データが読み出され得る(ステップ923)。履歴データが、追加的に読み出され得る(ステップ924)。履歴データは、システムの性能についてのログデータ、メンテナンスデータ、フリート全体の履歴データ(たとえば、様々な地理的な場所に配設されているプラントの中の他のコンポーネントからのログ)、検査報告、および/または履歴コストデータを含むことが可能である。   In the next step, costing or loss data may be retrieved by interrogating various systems including, for example, accounting systems, future trading systems, energy market systems, or combinations thereof (step 923). . Historical data may additionally be read (step 924). Historical data includes log data about system performance, maintenance data, historical data for the entire fleet (eg, logs from other components in the plant located at various geographical locations), inspection reports, And / or historical cost data.

次いで、プロセスは、シャットダウン動作に関連したプラントシャットダウン劣化または損失に関するアルゴリズムを導出することが可能である(ステップ925)。そのような導出は、たとえば、ガスタービンシステム、蒸気タービンシステム、HRSGユニットに関連した履歴動作データ、ならびに、存在し得るような任意の他のサブコンポーネントについての履歴動作データを含む、いくつかの入力タイプを使用して決定され得る。特定の実施形態によれば、様々なモデルまたはアルゴリズムが開発され得、それによって、コンバインドサイクルシャットダウン損失が導出される。図4に関連した議論においてより完全に議論されているように、そのようなアルゴリズムは、温度、圧力、流量、クリアランス、応力、振動、シャットダウン時間などのような、選択される動作パラメーターまたは性能指標についての値に基づいて、発電プラントシャットダウン損失の総和を提供するように機能することが可能である。認識されることとなるように、本明細書で説明されている他の実施形態に一致して、コンバインドサイクル発電プラントについての代替的な提案されるまたは競合するシャットダウンモードは、コンバインドサイクル発電プラントモデルの中でシミュレートされ得る。すなわち、コンバインドサイクル発電プラントモデルは、開発され、チューニングされ、かつ維持され得、次いで、代替的なまたは競合するシャットダウン動作モードをシミュレートするために使用され得、特定の所定の性能指標についての予測される値を導出するようになっている。次いで、性能パラメーターについての予測される値は、導出された損失アルゴリズムにしたがってシャットダウンコストを計算するために使用され得る。   The process can then derive an algorithm for plant shutdown degradation or loss associated with the shutdown operation (step 925). Such derivation includes several inputs including, for example, historical operational data related to gas turbine systems, steam turbine systems, HRSG units, as well as historical operational data for any other subcomponents that may be present. Can be determined using type. According to certain embodiments, various models or algorithms may be developed, thereby deriving combined cycle shutdown losses. As discussed more fully in the discussion related to FIG. 4, such an algorithm can be used to select selected operating parameters or performance indicators such as temperature, pressure, flow rate, clearance, stress, vibration, shutdown time, etc. Can function to provide a total power plant shutdown loss. As will be recognized, consistent with other embodiments described herein, an alternative proposed or competing shutdown mode for a combined cycle power plant is a combined cycle power plant model. Can be simulated in That is, a combined cycle power plant model can be developed, tuned and maintained, and then used to simulate alternative or competing shutdown modes of operation, predicting for a particular predetermined performance index Derived values are derived. The predicted value for the performance parameter can then be used to calculate the shutdown cost according to the derived loss algorithm.

たとえば、シャットダウン損失および予測される熱応力プロファイルと相関するアルゴリズムが開発され得、それは、競合するシャットダウン動作モードのうちの1つに関連した動作パラメーターを前提として特定の性能パラメーターについての予測された値から決定され得る。特定の実施形態によれば、そのような損失は、競合するシャットダウン動作モードの全体の経済的影響を反映することが可能であり、たとえば、高温ガス流路コンポーネントに対する劣化、および/または、シャットダウンモードを前提として消費された有用部品寿命のパーセンテージ、ならびに、結果として生じるプラントについての任意の性能劣化を考慮に入れることが可能であり、シャットダウンの開始からシャットダウンの実現された時間までを計算され得、シャットダウンの実現された時間は、たとえば、ターニングギヤ速度が実現されたときであることが可能である。同様に、損失アルゴリズムは、圧縮機およびタービンの機械的な応力;静止部と回転部との間のクリアランス;シャットダウン排出量;シャットダウン燃料消費;蒸気タービンローター/ステーター熱応力;ボイラードラム圧力勾配などに関連した損失を決定するように開発され得る。   For example, an algorithm can be developed that correlates with shutdown loss and predicted thermal stress profile, which predicts the predicted value for a particular performance parameter given the operating parameters associated with one of the competing shutdown operating modes. Can be determined from According to certain embodiments, such losses can reflect the overall economic impact of competing shutdown operating modes, such as degradation to hot gas flow path components and / or shutdown modes. Can be taken into account as a percentage of useful part life consumed as well as any resulting performance degradation for the plant and can be calculated from the onset of shutdown to the realized time of shutdown, The realized time of shutdown can be, for example, when a turning gear speed is realized. Similarly, loss algorithms include compressor and turbine mechanical stress; clearance between stationary and rotating parts; shutdown emissions; shutdown fuel consumption; steam turbine rotor / stator thermal stress; boiler drum pressure gradient, etc. It can be developed to determine the associated loss.

次いで、プロセス920は、強化されたまたは最適化されたシャットダウン動作モードを導出することが可能であり(ステップ926)、それは、時間プロファイルに対するRPM/スルーレート、および/または、コンバインドサイクル発電プラントのシャットダウンにとりわけ良く適している現在の電力生産プロファイルに対する減速のレートを含むことが可能である。たとえば、最適化されたシャットダウン動作モードは、蒸気タービン、HRSGユニット、ボイラー、および/または、コンバインドサイクルプラントの他のコンポーネントの動作を最良に収容し、考慮に入れるものとして決定され得る。一実施形態によれば、コントローラーは、上述の入力を取り込み、様々なRPM/スルータイムパラメーターにおいて、期待される条件をそれから導出し、応力を最小化する、かつ/または、シャットダウンコストを最適化する時間軸線に沿ってプロットされるRPM/スルーカーブを導出するようになっている。同様に、現在の電力生産プロファイルに対する減速のレートは、より望ましくは(他の提案されるシャットダウンモードと比較したときに)シャフトの減速に基づいて現在の電力生産を改善する燃料フローを含むことが可能である。他の実施形態によれば、コスト関数が定義され得、そのコスト関数によって、より好ましいまたは最適化された他のシャットダウン動作モードが導出および選択される。認識されることとなるように、たとえば、ガスタービンについての応力および/もしくは損失を最小化するシナリオ、蒸気タービンについての応力および/もしくは損失を最小化するシナリオ、HRSGについての応力および/もしくは損失を最小化するシナリオ、または、それらの組み合わせが導出され得る。コスト関数がどのように定義されるかということに応じて、さらに最適化されたシャットダウン動作モードが、シャットダウン期間の間の電力生産についてのコスト、プラント排出量、燃料消費、および/または、限定なしにそれらの組み合わせなどのような、基準に基づいて決定され得る。   Process 920 may then derive an enhanced or optimized shutdown mode of operation (step 926), which may include RPM / slew rate over time profile and / or combined cycle power plant shutdown. It is possible to include a rate of deceleration relative to the current power production profile that is particularly well suited to. For example, the optimized shutdown mode of operation may be determined as best accommodating and taking into account the operation of the steam turbine, HRSG unit, boiler, and / or other components of the combined cycle plant. According to one embodiment, the controller takes the above inputs and derives the expected conditions therefrom at various RPM / throughtime parameters to minimize stress and / or optimize shutdown costs. An RPM / through curve plotted along the time axis is derived. Similarly, the rate of deceleration for the current power production profile may more desirably include a fuel flow that improves current power production based on shaft deceleration (when compared to other proposed shutdown modes). Is possible. According to other embodiments, a cost function may be defined, which derives and selects other preferred or optimized other shutdown operating modes. As will be appreciated, for example, scenarios for minimizing stresses and / or losses for gas turbines, scenarios for minimizing stresses and / or losses for steam turbines, stresses and / or losses for HRSG, Minimizing scenarios or combinations thereof can be derived. Depending on how the cost function is defined, a more optimized shutdown mode of operation can be used for power production during the shutdown period, plant emissions, fuel consumption, and / or no limitation Or a combination thereof or the like.

コンバインドサイクルシャットダウンコントローラーは、最適化されたシャットダウンモードにしたがって、発電プラントをシャットダウンさせるための制御システムをさらに含むことが可能である。好適な実施形態によれば、この制御システムは、物理学ベースのモデラーまたはモデルベースのコントローラーを含むことが可能であり、次いで、それは、最適化されたシャットダウンモードを前提として、制御ソリューションを導出する。モデルベースのコントローラーは、アクチュエーターおよび制御デバイスを制御するための制御入力および設定を導出することが可能であり、コンバインドサイクル発電プラントが、好適なまたは最適化されたシャットダウン動作モードにしたがって、シャットダウン期間の間に動作させられるようになっている。たとえば、シャットダウンコントローラーは、所望の燃料流量に適合するように燃料バルブを作動させることが可能であり、一方、蒸気タービンの蒸気バルブを追加的に制御し、蒸気タービンシャットダウンを制御しながら、ガスタービン排気の入口ガイドベーンを制御し、HRSGの中への排気フローを制御する。様々なコンポーネントの制御を互いにおおよそ同時に組み合わせることによって、プラントについてのシャットダウンが改善され得、所望のシナリオに適合し得る。   The combined cycle shutdown controller may further include a control system for shutting down the power plant according to the optimized shutdown mode. According to a preferred embodiment, the control system can include a physics-based modeler or model-based controller, which then derives a control solution given an optimized shutdown mode . The model-based controller can derive control inputs and settings for controlling the actuators and control devices so that the combined cycle power plant can control the shutdown period according to a preferred or optimized shutdown mode of operation. It can be operated in between. For example, a shutdown controller can operate a fuel valve to match a desired fuel flow rate, while additionally controlling the steam valve of the steam turbine to control the steam turbine shutdown, The exhaust inlet guide vanes are controlled to control the exhaust flow into the HRSG. By combining the control of the various components approximately simultaneously with each other, the shutdown for the plant can be improved and adapted to the desired scenario.

最も実用的で好適な実施形態であると現在考えられているものに関して、本発明は説明されてきたが、本発明は、開示されている実施形態に限定されるべきではなく、それとは対照的に、添付の特許請求の範囲の精神および範囲の中に含まれる様々な修正例および均等な構成をカバーすることを意図しているということが理解されるべきである。   Although the present invention has been described with respect to what is presently considered to be the most practical and preferred embodiments, the present invention should not be limited to the disclosed embodiments, in contrast thereto. It is to be understood that this invention is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims.

10 電力システム
12 発電プラント
12a 発電プラント
12b 発電プラント
14 送電線
16 負荷
18 貯蔵デバイス
20 通信ネットワーク
21 接続
22 プラントコントローラー
23 負荷コントローラー
24 給電指令当局
25 電力システムコントローラー
26 データリソース
30 ガスタービンシステム
31 コンポーネントコントローラー
32 圧縮機
33 周囲環境
34 燃焼器
36 タービン
39 オペレーター
40 吸気ダクト
41 入口ガイドベーン
42 排気ダクト
44 発電機
46 センサー
47 発電プラントアクチュエーター
49 発電プラントコンポーネント
50 蒸気タービンシステム
51 吸気コンディショニングシステム
52 HRSGダクトファイアリングシステム
53 蒸気タービン
55 高温排気ガス
60 ガスタービンモデル
61 吸気コンディショニングシステムモデル
62 蒸気タービンモデル
63 経済モデル
64 オプティマイザー
65 冷蔵システム
70 フィルター
71 ニューラルネットワーク
72 実際のデータ
73 予測されるデータ
74 最適化された設定点
75 発電プラントモデル
80 コンピューターシステム
81 ディスプレイ
82 プロセッサー
83 ユーザー入力デバイス
84 メモリー
110 制御モジュール
111 制御モデル
112 性能モデル
113 LCCモデル
114 強化モジュール
115 制御情報
120 オファー曲線モジュール
121 周囲条件予想
122 市場条件予想
123 データベース
124 オフラインのモデル
125 オファー曲線
126 モデルチューニングモジュール
128 目標負荷
169 方法
170 制御セクション
171 ステップ
172 ステップ
173 ステップ
174 ステップ
175 ステップ
180 オファー曲線セクション
181 ステップ
182 ステップ
183 ステップ
184 ステップ
185 ステップ
186 ステップ
200 プラント最適化システム
202 監視および制御計器
204 監視および制御計器
208 プラントコントローラー
210 データ収集モジュール、データ収集モデル
212 データベース/ヒストリアン
214 ヒートバランスモジュール
216 性能モジュール
218 オプティマイザーモジュール
220 アドバイザリー出力
222 クローズドフィードバックループ制御出力
230 リアルタイム火力発電プラント最適化システム
231 サーバーシステム
234 クライアントシステム
236 データベースサーバー
239 データベース
250 方法
300 システム
301 システム
302 発電プラント
303 コントローラー
303a コントローラー
303b コントローラー
305 第1のモデル、1次モデル
306 第2のモデル、予測モデル
307 インターフェース
308 現在の性能パラメーター
309 他の変数
310 制御プロファイル入力
313 オペレーター特定のシナリオ
314 予測されるタービン動作特性
320 方法
325 ステップ
330 ステップ
335 ステップ
340 ステップ
345 ステップ
400 方法
405 決定ステップ
410 ステップ
415 ステップ
420 決定ステップ
425 ステップ
430 ステップ
435 ステップ
440 ステップ
445 ステップ
500 フローダイアグラム
501 発電プラント
502 発電プラントモデル
503 チューニングモジュール
505 プラントコントローラー
507 チューニングされた発電プラントモデル
509 プラントオペレーターモジュール
510 オプティマイザー
511 センサー
515 フィードバック
516 性能目標
517 第2のパラメーターセット
519 シミュレートされた動作
521 最適化された動作のモード
600 アルゴリズム
601 最大値
602 閾値、ステップ
603 アルゴリズム
604 ステップ
606 ステップ
608 ステップ
609 置換行列
610 アルゴリズム、ステップ
611 最大チリング能力値、ステップ
612 関連のアルゴリズム、オペレーター
613 露点、ステップ
614 ステップ
616 ステップ
618 ステップ
620 アルゴリズム、ステップ
621 上側閾値レベル、ステップ
622 ステップ
630 チャート
631 チャート
639 シーケンス
640 初期状態
700 フローダイアグラム
701 ターンダウンデータ
702 シャットダウンデータ
703 共通のデータ
710 ターンダウンアナライザー
711 ステップ
712 ステップ
713 ステップ
714 ステップ
716 ステップ
717 ステップ
718 ステップ
719 シャットダウンアナライザー
720 ステップ
721 ステップ
722 ステップ
723 ステップ
724 ステップ
726 ステップ
727 ステップ
728 ステップ
729 ステップ
730 ステップ
731 ステップ、出力
802 資産
803 ステップ
804 ステップ
805 ステップ
806 ステップ
807 ステップ
808 ステップ
809 ステップ、エネルギートレーダー
810 ステップ
811 ステップ
812 ステップ
813 ステップ
816 ローカルのプラントコントロールシステム
817 チューニングモジュール
818 データルーター
819 リモート中央データベース
820 オフライン発電プラントモデル
821 ウェブポータル
822 カスタマイズされたアクセス
825 リモート中央リポジトリーおよび分析コンポーネント
826 システム全体の給電指令当局
850 電力システム
855 ブロックコントローラー
860 電力ブロック
861 フリート
862 グリッド
865 分析コンポーネント
866 ユーザーインターフェース
900 システム
901 ガスタービン、資産
902 電力ブロック
903 動作パラメーター
904 ブロックコントローラー
905 記録
906 出力
907 マスター制御システム
920 プロセス
921 ステップ
922 ステップ
923 ステップ
924 ステップ
925 ステップ
926 ステップ
927 ステップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power system 12 Power generation plant 12a Power generation plant 12b Power generation plant 14 Transmission line 16 Load 18 Storage device 20 Communication network 21 Connection 22 Plant controller 23 Load controller 24 Power supply command authority 25 Power system controller 26 Data resource 30 Gas turbine system 31 Component controller 32 Compressor 33 Ambient environment 34 Combustor 36 Turbine 39 Operator 40 Intake duct 41 Inlet guide vane 42 Exhaust duct 44 Generator 46 Sensor 47 Power plant actuator 49 Power plant component 50 Steam turbine system 51 Inlet conditioning system 52 HRSG duct firing system 53 Steam turbine 55 Hot exhaust gas 6 Gas turbine model 61 Intake conditioning system model 62 Steam turbine model 63 Economic model 64 Optimizer 65 Refrigeration system 70 Filter 71 Neural network 72 Actual data 73 Predicted data 74 Optimized set point 75 Power plant model 80 Computer system 81 Display 82 Processor 83 User input device 84 Memory 110 Control module 111 Control model 112 Performance model 113 LCC model 114 Enhancement module 115 Control information 120 Offer curve module 121 Ambient condition forecast 122 Market condition forecast 123 Database 124 Offline model 125 Offer curve 126 Model Tuning module 128 Target load 16 9 Method 170 Control Section 171 Step 172 Step 173 Step 174 Step 175 Step 180 Offer Curve Section 181 Step 182 Step 183 Step 184 Step 185 Step 186 Step 200 Plant Optimization System 202 Monitoring and Control Instrument 204 Monitoring and Control Instrument 208 Plant Controller 210 Data collection module, data collection model 212 Database / historic 214 Heat balance module 216 Performance module 218 Optimizer module 220 Advisory output 222 Closed feedback loop control output 230 Real-time thermal power plant optimization system 231 Server system 234 Client system System 236 database server 239 database 250 method 300 system 301 system 302 power plant 303 controller 303a controller 303b controller 305 first model, primary model 306 second model, prediction model 307 interface 308 current performance parameter 309 other variables 310 Control Profile Input 313 Operator Specific Scenario 314 Predicted Turbine Operating Characteristics 320 Method 325 Step 330 Step 335 Step 340 Step 345 Step 400 Method 405 Decision Step 410 Step 415 Step 420 Decision Step 425 Step 430 Step 435 Step 440 Step 445 Step 500 Floda Agram 501 Power plant 502 Power plant model 503 Tuning module 505 Plant controller 507 Tuned power plant model 509 Plant operator module 510 Optimizer 511 Sensor 515 Feedback 516 Performance goal 517 Second parameter set 519 Simulated operation 521 Optimization Mode of operation 600 algorithm 601 maximum value 602 threshold, step 603 algorithm 604 step 606 step 608 step 609 permutation matrix 610 algorithm, step 611 maximum chilling capability value, step 612 related algorithm, operator 613 dew point, step 614 step 616 step 618 steps 620 Algorithm, step 621 Upper threshold level, step 622 Step 630 Chart 631 Chart 639 Sequence 640 Initial state 700 Flow diagram 701 Turndown data 702 Shutdown data 703 Common data 710 Turndown analyzer 711 Step 712 Step 713 Step 714 Step 716 Step 717 Step 718 Step 719 Shutdown Analyzer 720 Step 721 Step 722 Step 723 Step 724 Step 726 Step 727 Step 728 Step 729 Step 730 Step 731 Step, Output 802 Asset 803 Step 804 Step 805 Step 806 Step 807 Step 808 Step 809 Step, Energy Trader 810 Step 811 Step 812 Step 813 Step 816 Local Plant Control System 817 Tuning Module 818 Data Router 819 Remote Central Database 820 Offline Power Plant Model 821 Web Portal 822 Customized Access 825 Remote Central Repository And analysis component 826 system-wide power supply command authority 850 power system 855 block controller 860 power block 861 fleet 862 grid 865 analysis component 866 user interface 900 system 901 gas turbine, asset 902 power block 903 operating parameters 9 4 block controller 905 records 906 the output 907 master control system 920 processes 921 step 922 step 923 step 924 step 925 step 926 step 927 step

Claims (20)

選択される動作期間にわたって、複数の発電ユニットを有する発電プラント(12、12a、12b、302、501)についてのターンダウン動作を最適化するための制御方法であって、前記複数の発電ユニットは、前記選択される動作期間の間のオン条件またはオフ条件のいずれかをそれぞれ含み、前記方法は、
競合する動作モードを定義するステップであって、前記競合する動作モードは、前記選択される動作期間の間に、前記複数の発電ユニットのどれが前記オン条件を含み、どれが前記オフ条件を含むかということに関して、異なる可能性のある組み合わせを含む、ステップと、
前記競合する動作モードのそれぞれについて複数のケースを定義するステップであって、前記複数のケースは、ある範囲にわたって動作パラメーターの値を変化させることを含む、ステップと、
前記選択される動作期間の間の前記ターンダウン動作を評価するためのコスト関数を含む性能目標を受け取るステップと、
前記選択される動作期間についての周囲条件予想を受け取るステップと、
前記競合する動作モードの前記複数のケースのそれぞれについて、前記動作パラメーター(903)および前記周囲条件予想(121)の値を前提として、発電プラントモデル(75、502)を用いて、前記選択される動作期間についての前記発電プラント(12、12a、12b、302、501)の前記ターンダウン動作をシミュレートするステップと、
前記コスト関数にしたがって、前記シミュレーションのそれぞれからのシミュレーション結果を評価し、それから、前記競合する動作モードのそれぞれについての前記複数のケースから好適なケースを選択するステップと
を含む、複数の発電ユニットを有する発電プラント(12、12a、12b、302、501)についてのターンダウン動作を最適化するための制御方法。
A control method for optimizing turndown operation for a power plant (12, 12a, 12b, 302, 501) having a plurality of power generation units over a selected operation period, the plurality of power generation units comprising: Each including either an on condition or an off condition during the selected operating period, the method comprising:
Defining competing operating modes, wherein the competing operating modes include, during the selected operating period, which of the plurality of power generation units includes the on condition and which includes the off condition. Including steps that may differ in terms of
Defining a plurality of cases for each of the competing operating modes, the plurality of cases comprising changing values of operating parameters over a range;
Receiving a performance goal including a cost function for evaluating the turndown behavior during the selected duration of operation;
Receiving an ambient condition estimate for the selected operating period;
Each of the plurality of cases of the competing operation mode is selected using a power plant model (75, 502), assuming values of the operation parameter (903) and the ambient condition prediction (121). Simulating the turndown operation of the power plant (12, 12a, 12b, 302, 501) for an operating period;
Evaluating a simulation result from each of the simulations according to the cost function, and then selecting a preferred case from the plurality of cases for each of the competing modes of operation. The control method for optimizing the turndown operation | movement about the power plant (12,12a, 12b, 302,501) which has.
前記複数の前記発電ユニットが、複数のガスタービンを含み、
前記競合する動作モードを定義するステップが、
前記複数のガスタービンを入れ替え、オン/オフ置換行列(609)を構成するようになっているステップであって、オン/オフ置換行列(609)において、置換は、前記選択される動作期間の間に、前記複数のガスタービン(901)のどれが前記オン条件を含み、どれが前記オフ条件を含むかということに関して、それぞれの固有の組み合わせを記述する、ステップを含み、
前記置換行列(609)の前記置換のそれぞれは、前記選択される動作期間についての前記競合する動作モードのうちの1つとして定義される、請求項1記載の方法。
The plurality of power generation units includes a plurality of gas turbines,
Defining the conflicting modes of operation;
Replacing the plurality of gas turbines to form an on / off permutation matrix (609), wherein permutation is performed during the selected operating period; Describing each unique combination in terms of which of the plurality of gas turbines (901) includes the on-condition and which includes the off-condition;
The method of claim 1, wherein each of the permutations of the permutation matrix (609) is defined as one of the competing operational modes for the selected operational period.
前記競合する動作モードのそれぞれについて複数のケースを定義する前記ステップが、第1の範囲にわたって、第1の動作パラメーター(903)についての値を変化させ、第2の範囲にわたって、第2の動作パラメーター(903)についての値を変化させることを含む、請求項2記載の制御方法。 The step of defining a plurality of cases for each of the competing modes of operation varies a value for the first operating parameter (903) over a first range and a second operating parameter over a second range. The control method of claim 2, comprising changing a value for (903). 前記発電プラントモデル(75、502)を用いて、前記競合する動作モードの前記複数のケースのそれぞれをシミュレートする前記ステップが、前記複数のケースのそれぞれの特定の複数のケースについて提案されるパラメーターセットを発生させることを含み、
前記複数のケースのそれぞれの特定の複数のケースに関して、前記提案されるパラメーターセットは、
前記特定の複数のケースに関して、前記第1の動作パラメーター(903)についての前記第1の範囲の中の前記値、および、前記第2の動作パラメーター(903)についての前記第2の範囲の中の前記値と、
前記特定の複数のケースが対応する前記競合する動作モードに関して、前記複数のガスタービン(901)についての前記オン条件および前記オフ条件と、
前記選択される動作期間についての前記周囲条件予想(121)に関するデータと
を含む、請求項3記載の制御方法。
The step of simulating each of the plurality of cases of the competing operating mode using the power plant model (75, 502) is proposed parameters for each particular case of the plurality of cases. Including generating a set,
For a particular plurality of cases in each of the plurality of cases, the proposed parameter set is:
With respect to the specific plurality of cases, the value in the first range for the first operating parameter (903) and the second range for the second operating parameter (903). The value of
With respect to the competing modes of operation to which the particular plurality of cases corresponds, the on condition and the off condition for the plurality of gas turbines (901);
4. The control method according to claim 3, comprising data relating to the ambient condition prediction (121) for the selected operating period.
前記発電プラントモデル(75、502)を用いて、前記複数のケースをシミュレートする前記ステップが、前記提案されるパラメーターセットのそれぞれについての前記発電プラントモデル(75、502)を用いて、シミュレーションランを行うことを含み、前記シミュレーションランは、前記提案されるパラメーターセットによって定義される入力データにしたがって、前記選択される動作期間の間のターンダウン動作をシミュレートするように構成されており、
前記性能目標が、操作性制約をさらに含み、
前記シミュレーションランのそれぞれからの前記シミュレーション結果を評価する前記ステップが、もしあれば、前記シミュレーション結果のどれが前記操作性制約のいずれかに違反しているかということを決定することを含む、請求項4記載の制御方法。
The step of simulating the plurality of cases using the power plant model (75, 502) uses a simulation run using the power plant model (75, 502) for each of the proposed parameter sets. The simulation run is configured to simulate a turndown operation during the selected operation period according to input data defined by the proposed parameter set;
The performance goal further includes operability constraints;
The step of evaluating the simulation results from each of the simulation runs comprises determining, if any, which of the simulation results violates any of the operability constraints. 4. The control method according to 4.
前記選択される動作期間を定期的に繰り返す間隔へと細分化するステップを含み、
前記周囲条件予想(121)を受け取る前記ステップが、前記間隔のそれぞれについての周囲条件予想(121)を受け取ることを含み、
前記複数のガスタービン(901)を入れ替える前記ステップが、前記間隔のそれぞれについて前記複数のガスタービン(901)を入れ替え、それぞれの間隔についての前記置換行列(609)を構成するようになることを含み、前記間隔のいずれかの全体に関して、前記複数のガスタービン(901)のそれぞれが、前記オン条件および前記オフ条件のうちの1つだけを構成してもう一方を除外するように、それぞれの間隔についての前記置換行列(609)が構成されている、請求項3記載の制御方法。
Subdividing the selected operating period into regularly repeating intervals;
Receiving the ambient condition prediction (121) comprises receiving an ambient condition prediction (121) for each of the intervals;
The step of replacing the plurality of gas turbines (901) includes replacing the plurality of gas turbines (901) for each of the intervals to form the permutation matrix (609) for each interval. , With respect to the entirety of any of the intervals, each of the plurality of gas turbines (901) configures only one of the on condition and the off condition and excludes the other. The control method according to claim 3, wherein the permutation matrix (609) for is constructed.
競合する動作モードを定義する前記ステップが、前記競合する動作モードのうちの1つとして、前記間隔のそれぞれについての前記置換行列(609)のそれぞれについての前記置換のそれぞれを定義することを含む、請求項6記載の制御方法。 The step of defining competing modes of operation comprises defining each of the permutations for each of the permutation matrix (609) for each of the intervals as one of the competing modes of operation; The control method according to claim 6. 前記シミュレーションのそれぞれからの前記シミュレーション結果を評価する前記ステップが、前記間隔のそれぞれについての前記競合する動作モードのそれぞれについての前記複数のケースから好適なケースを選択することを含む、請求項7記載の制御方法。 8. The step of evaluating the simulation results from each of the simulations includes selecting a preferred case from the plurality of cases for each of the competing modes of operation for each of the intervals. Control method. 前記発電プラントモデル(75、502)を用いて、前記競合する動作モードの前記複数のケースのそれぞれをシミュレートする前記ステップが、前記複数のケースのそれぞれの特定の複数のケースについて提案されるパラメーターセットを発生させることを含み、
それぞれの特定の複数のケースに関して、前記提案されるパラメーターセットは、
前記特定の複数のケースに関して、前記第1の動作パラメーター(903)についての前記第1の範囲の中の前記値、および、前記第2の動作パラメーター(903)についての前記第2の範囲の中の前記値と、
前記特定の複数のケースが対応する前記競合する動作モードに関して、前記複数のガスタービン(901)についての前記オン条件および前記オフ条件と、
前記特定の複数のケースが対応する前記間隔についての前記周囲条件予想(121)に関するデータと
を含む、請求項8記載の制御方法。
The step of simulating each of the plurality of cases of the competing operating mode using the power plant model (75, 502) is proposed parameters for each particular case of the plurality of cases. Including generating a set,
For each particular plurality of cases, the proposed parameter set is
With respect to the specific plurality of cases, the value in the first range for the first operating parameter (903) and the second range for the second operating parameter (903). The value of
With respect to the competing modes of operation to which the particular plurality of cases corresponds, the on condition and the off condition for the plurality of gas turbines (901);
The control method according to claim 8, comprising data related to the ambient condition prediction (121) for the interval to which the specific plurality of cases correspond.
前記発電プラントモデル(75、502)を用いて、前記複数のケースのそれぞれをシミュレートする前記ステップが、前記提案されるパラメーターセットのそれぞれについての前記発電プラントモデル(75、502)を用いて、シミュレーションランを行うことを含み、前記シミュレーションランは、前記提案されるパラメーターセットによって定義される入力データにしたがって、前記選択される動作期間の間のターンダウン動作をシミュレートするように構成されており、
前記性能目標が、操作性制約をさらに含み、
前記シミュレーションランから前記シミュレーション結果を評価する前記ステップが、もしあれば、前記シミュレーション結果のどれが前記操作性制約のいずれかに違反しているかということを決定することと、前記好適なケースのうちの1つとして考慮するために、前記操作性制約に違反した前記シミュレーション結果を作り出した前記複数のケースのいずれかを不適格とすることとを含む、請求項9記載の制御方法。
The step of simulating each of the plurality of cases using the power plant model (75, 502) uses the power plant model (75, 502) for each of the proposed parameter sets, Performing a simulation run, wherein the simulation run is configured to simulate a turndown operation during the selected operation period according to input data defined by the proposed parameter set. ,
The performance goal further includes operability constraints;
The step of evaluating the simulation result from the simulation run, determining, if any, which of the simulation results violates any of the operability constraints; 10. The control method according to claim 9, further comprising disqualifying any of the plurality of cases that created the simulation result that violated the operability constraint for consideration as one of the plurality of cases.
前記オン/オフ置換行列(609)が、前記選択される動作期間の前記間隔のうちの1つの間に、前記複数のガスタービン(901)のどれが前記オン条件を含み、どれが前記オフ条件を含むかということに関して、前記固有の組み合わせのすべてを含み、前記オン条件が、前記間隔のうちの1つの間の前記複数のガスタービン(901)の特定の1つについての動作条件の指標を含み、前記オフ条件が、前記間隔のうちの1つの間の前記複数のガスタービン(901)の特定の1つについてのシャットダウン条件を含む、請求項9記載の制御方法。 The on / off permutation matrix (609) includes one of the plurality of gas turbines (901) including the on-condition and one of the off-conditions during one of the intervals of the selected operating period. Including all of the unique combinations, wherein the on-condition is an indication of an operating condition for a particular one of the plurality of gas turbines (901) during one of the intervals. The control method of claim 9, wherein the off-condition comprises a shutdown condition for a particular one of the plurality of gas turbines (901) during one of the intervals. 前記シミュレーションランを行う前に前記発電プラントモデル(75、502)をチューニングするステップをさらに含み、前記チューニングするステップは、
前記選択される動作期間より前の第1の動作期間を定義するステップと、
複数の前記動作パラメーター(903)を定義するステップと、
性能指標を定義するステップであって、前記性能指標は、定義された動作期間にわたる前記発電プラント(12、12a、12b、302、501)の前記動作に関する性能の基準を含み、前記性能指標は、少なくとも部分的に、前記複数の動作パラメーター(903)から選ばれた選択される動作パラメーター(903)に依存するように定義される、ステップと、
前記第1の動作期間の間の前記複数の動作パラメーター(903)についての測定値を感知するステップと、
前記測定値から、前記性能指標についての測定値を計算するステップと、
前記発電プラントモデル(75、502)を用いて、入力データを使用して前記第1の動作期間にわたる前記発電プラント(12、12a、12b、302、501)の前記動作をシミュレートするステップであって、前記シミュレーションについての前記入力データは、前記複数の動作パラメーター(903)についての前記測定値のサブセットを含み、出力データとして、前記シミュレーションは、前記選択される動作パラメーター(903)についてのシミュレートされた値を予測するように構成されている、ステップと、
前記選択される動作パラメーター(903)についての前記シミュレートされた値を用いて、前記性能指標についての予測される値を計算するステップと、
前記測定値を前記性能指標の前記予測される値と比較し、それらの間の差分を決定するステップと、
前記差分を使用し、前記発電プラントモデル(75、502)をチューニングするステップと
を含む、請求項9記載の制御方法。
Tuning the power plant model (75, 502) prior to performing the simulation run, the tuning step comprising:
Defining a first operating period prior to the selected operating period;
Defining a plurality of said operating parameters (903);
Defining a performance metric, the performance metric comprising a performance metric relating to the operation of the power plant (12, 12a, 12b, 302, 501) over a defined period of operation, the performance metric comprising: Defined at least in part as a function of a selected operating parameter (903) selected from the plurality of operating parameters (903);
Sensing measurements for the plurality of operating parameters (903) during the first operating period;
Calculating a measurement value for the performance index from the measurement value;
Using the power plant model (75, 502) to simulate the operation of the power plant (12, 12a, 12b, 302, 501) over the first operating period using input data. The input data for the simulation includes a subset of the measured values for the plurality of operating parameters (903), and as output data, the simulation simulates for the selected operating parameters (903). A step configured to predict a measured value;
Using the simulated value for the selected operating parameter (903) to calculate a predicted value for the performance metric;
Comparing the measured value to the predicted value of the performance index and determining a difference therebetween;
10. The control method according to claim 9, comprising tuning the power plant model (75, 502) using the difference.
前記発電プラントモデル(75、502)が、複数の論理ステートメントを含み、前記複数の論理ステートメントでは、性能乗数が、プロセス入力を前記発電プラント(12、12a、12b、302、501)の前記動作からのプロセス出力に相関させ、
前記差分を使用し、前記発電プラントモデル(75、502)をチューニングする前記ステップが、性能指標についての前記予測される値が前記性能指標についての前記測定値に実質的に等しくなるまで、前記発電プラントモデル(75、502)の中の前記性能乗数のうちの1つまたは複数に対する調節を行い、次いで、前記性能指標についての前記予測される値を再計算し、前記差分の前記計算に対する前記1つまたは複数の性能乗数の前記調節の影響を決定する反復プロセスを含む、請求項12記載の制御方法。
The power plant model (75, 502) includes a plurality of logic statements, where the performance multiplier is a process input from the operation of the power plant (12, 12a, 12b, 302, 501). Correlate to the process output of
The step of using the difference and tuning the power plant model (75, 502) until the predicted value for a performance index is substantially equal to the measured value for the performance index. Make adjustments to one or more of the performance multipliers in the plant model (75, 502), then recalculate the predicted value for the performance index and the 1 for the calculation of the difference The control method of claim 12, comprising an iterative process for determining the effect of the adjustment of one or more performance multipliers.
前記第1の動作パラメーター(903)が、入口ガイドベーン設定を含み、前記第2の動作パラメーター(903)が、タービン排気温度を含む、請求項9記載の制御方法。 The control method of claim 9, wherein the first operating parameter (903) comprises inlet guide vane settings and the second operating parameter (903) comprises turbine exhaust temperature. 前記コスト関数が、前記複数のガスタービン(901)による合計の燃料消費を含み、前記競合する動作モードについての前記好適なケースを決定する前記ステップが、前記シミュレーション結果のどれが前記合計の燃料消費を最小化するかということを決定することを含む、請求項14記載の制御方法。 The cost function includes total fuel consumption by the plurality of gas turbines (901), and the step of determining the preferred case for the competing mode of operation, wherein any of the simulation results is the total fuel consumption. The control method according to claim 14, further comprising: determining whether to minimize. 前記コスト関数が、前記複数のガスタービン(901)についての発電出力レベルを含み、前記競合する動作モードについての前記好適なケースを決定する前記ステップが、前記シミュレーション結果のどれが前記間隔の間の前記発電出力レベルを最小化するかということを決定することを含む、請求項14記載の制御方法。 The cost function includes power generation levels for the plurality of gas turbines (901), and the step of determining the preferred case for the competing modes of operation determines which of the simulation results are between the intervals. 15. The control method according to claim 14, comprising determining whether to minimize the power generation output level. 前記性能目標が、操作性制約を含み、
前記シミュレーションランの前記シミュレーション結果のそれぞれを評価する前記ステップが、前記シミュレーションランのいずれかが、前記操作性制約のいずれかに違反するかということを決定し、前記最適化されたシミュレーションランとして考慮することから任意のそのようなシミュレーションランを不適格とすることを含む、請求項14記載の制御方法。
The performance target includes operability constraints,
The step of evaluating each of the simulation results of the simulation run determines whether any of the simulation runs violates any of the operability constraints and considers it as the optimized simulation run 15. The control method of claim 14, comprising disqualifying any such simulation run.
前記操作性制約が、燃焼限界、前記発電プラント(12、12a、12b、302、501)の復水器の真空シールのメンテナンス、および、蒸気タービンの定義された部分における最小蒸気温度のうちの少なくとも1つを含む、請求項17記載の制御方法。 The operability constraint includes at least a combustion limit, maintenance of a condenser vacuum seal of the power plant (12, 12a, 12b, 302, 501), and a minimum steam temperature in a defined portion of the steam turbine. The control method according to claim 17, comprising one. 前記コスト関数が、合計の燃料消費、および、前記複数のガスタービン(901)についての発電出力レベルのうちの少なくとも1つを含む、請求項2記載の制御方法。 The method of claim 2, wherein the cost function includes at least one of total fuel consumption and power output level for the plurality of gas turbines (901). 前記間隔のそれぞれについての前記競合する動作モードのそれぞれに関して前記好適なケースを報告する出力を電子的に伝達するステップをさらに含み、前記出力は、前記好適なケースのそれぞれについての前記複数のガスタービン(901)についての前記合計の燃料消費および前記発電出力レベルのうちの少なくとも1つを含む、請求項19記載の制御方法。 Electronically transmitting an output reporting the preferred case for each of the competing modes of operation for each of the intervals, wherein the output is the plurality of gas turbines for each of the preferred cases. The control method of claim 19, comprising at least one of the total fuel consumption and the power output level for (901).
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