CN104854327B - 气体燃料热量估计装置及气体燃料热量估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气体燃料热量估计装置、气体燃料热量估计方法及程序。该气体燃料热量估计装置具备：气体燃料流量获取部，获取流入到燃气轮机的燃烧器的气体燃料流量；状态量获取部，获取所述燃气轮机的状态量；存储部，存储包含与所述状态量建立对应关系的效率校正系数的发电效率；及气体燃料热量运算部，根据所述气体燃料流量、所述状态量及由与所述状态量相对应的效率校正系数得到的发电效率进行气体燃料热量运算。

Description

气体燃料热量估计装置及气体燃料热量估计方法

技术领域

本发明涉及一种气体燃料热量估计装置、气体燃料热量估计方法及程序。

本申请基于2013年2月15日在日本申请的日本专利申请2013-028356号主张优先权，并将该申请的内容援用于此。

背景技术

燃烧高炉煤气(Rlast Furnace Gas；BFG)的燃气轮机中，使用BFG作为投入到燃气轮机的燃料。该BFG是在炼铁过程中在高炉中产生的副产气体。因此，BFG的气体热量根据位于炼铁厂内的高炉等的运行状况大幅发生变化，有时还影响到燃气轮机主体的动作。

例如，若BFG的热量剧增，则燃气轮机成为过负荷(超负荷)，相反，热量骤减时有可能失火。过负荷和失火是可能会引起燃气轮机主体的紧急停止的严重现象，因此必须尽量防患于未然。这是在诸如燃烧BF6的燃气轮机等使用气体热量急剧变动的气体的装置中共同的课题。另外，在燃烧BFG的燃气轮机设备以外的煤气化复合发电(Integrated coalGasification Combined Cycle；IGCC)等中可能会发生气体热量的变动。

即使气体热量发生变动，也为了使燃气轮机主体持续运行，通常使用将增热气体或减热气体混合于BFG等原气体中来减少热量变动的方法。具体而言，通常使用如下方法：使用热量计测定混合气体或原气体的热量，并控制增热气体或减热气体的混合量以消除热量的变动量的方法。

但是，热量计一般具有60秒左右等分钟量级的极大的测量延迟。因此，气体热量的骤变的检测有时被延迟。若热量的骤变的控制被延迟，则增热气体和减热气体的混合量的控制无法有效地发挥作用，可能无法防止过负荷和失火。

针对此，提出了用于检测气体热量的骤变来防止过负荷和失火的几种方法。

例如，专利文献1所记载的高炉煤气专用(専燃)式燃气轮机的控制方法中，每当运行燃烧高炉煤气的燃气轮机时，根据发电机的输出，在燃烧器的燃料用高炉煤气中添加N₂等减热用稀释气体或LPG等增热用富化气体中的任意一种而进行控制，以使燃气轮机的输出变得恒定。

由此，专利文献1所记载的高炉煤气专用式燃气轮机的控制方法中设为，能够克服由于是专用式而不可避免地产生的高炉煤气热量变动所引起的燃气轮机的输出变动来使发电输出变得恒定。

但是，专利文献1所记载的高炉煤气专用式燃气轮机的控制方法中，根据发电机的输出控制气体热量，因此基于发电输出的轮机主体的控制和基于发电输出的气体热量的控制有可能发生干扰。并且，专利文献1所记载的高炉煤气专用式燃气轮机的控制方法中，关于气体热量的控制，忽视了气体热量本身的值。在这一点上，未成为针对由气体热量的骤变引起的过负荷和失火的根本性对策。

针对此，专利文献2中提出了由发电输出P和气体流量Q根据P＝ηHQ所示的关系估计气体热量H的方法。其中，η表示效率(发电效率)。

该方法中，根据发电输出和气体燃料流量及发电效率来估计气体热量。由此，专利文献2所记载的方法中，与使用热量计的现有的方法相比，能够大大缩短气体传递系统及气体清洗系统中的时间浪费和时间常数，能够实现迅速控制。

并且，若利用专利文献2所记载的方法，则能够根据气体热量进行气体热量的控制，且能够避免轮机主体的控制和气体热量的控制的干扰。另外，若利用专利文献2所记载的方法，则能够根据气体热量进行气体热量的控制，在这一点上，可以说是针对由气体热量的骤变引起的过负荷和失火的根本性对策。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开平9-317499号公报

专利文献2：日本专利第3905829号公报

发明的概要

发明要解决的技术课题

专利文献2所记载的方法中，气体热量的估计精确度依赖于发电效率的精确度。期望能够通过提高发电效率的精确度(即，减小所得到的发电效率的值与实际值之差)来以更高的精确度估计气体热量。

发明内容

本发明提供一种能够通过提高发电效率的精确度来以更高的精确度估计气体热量的气体燃料热量估计装置、气体燃料热量估计方法及程序。

用于解决技术课题的手段

根据本发明的第1方式，气体燃料热量估计装置具备：气体燃料流量获取部，获取流入到燃气轮机的燃烧器的气体燃料流量；状态量获取部，获取所述燃气轮机的状态量；存储部，存储包含与所述状态量建立对应关系的效率校正系数的发电效率；及气体燃料热量运算部，根据所述气体燃料流量、所述状态量及由与所述状态量相对应的效率校正系数得到的发电效率进行气体燃料热量运算。

也可以设为上述气体燃料热量估计装置还具备：热量测定值获取部，获取气体燃料热量测定值；及效率更新部，判定所述气体燃料热量测定值与所述气体燃料热量的真值之差的大小，并根据判定为所述气体燃料热量测定值与所述气体燃料热量的真值之差的大小较小的时刻的所述气体燃料热量测定值及所述状态量，更新与该状态量对应的所述发电效率。

也可以设为所述效率更新部判定所述气体燃料热量测定值的变动大小，若判定为在所述气体燃料热量测定值的响应延迟时间以上的期间所述气体燃料热量测定值的变动大小较小，则将该期间的开始时刻检测为所述气体燃料热量测定值与所述气体燃料热量的真值之差的大小较小的时刻。

也可以设为所述效率更新部将所述发电效率更新为反映该发电效率的历史值的值。

也可以设为所述效率更新部进行消除所述气体燃料热量的真值与所述气体燃料热量测定值之间的静态误差对所述发电效率的影响的校正。

并且，根据本发明的第2方式，气体燃料热量估计方法为具备存储部的气体燃料热量估计装置的气体燃料热量估计方法，所述存储部存储包含与燃气轮机的状态量建立对应关系的效率校正系数的发电效率，所述气体燃料热量估计方法具备：气体燃料流量获取步骤，获取流入到所述燃气轮机的燃烧器的气体燃料流量；状态量获取步骤，获取所述燃气轮机的状态量；及气体燃料热量运算步骤，根据所述气体燃料流量、所述状态量及由与所述状态量相对应的效率校正系数得到的发电效率进行气体燃料热量运算。

并且，根据本发明的第3方式，程序用于使作为具备存储部的气体燃料热量估计装置的计算机执行以下步骤，所述存储部存储包含与燃气轮机的状态量建立对应关系的效率校正系数的发电效率：气体燃料流量获取步骤，获取流入到所述燃气轮机的燃烧器的气体燃料流量；状态量获取步骤，获取所述燃气轮机的状态量；及气体燃料热量运算步骤，根据所述气体燃料流量、所述状态量及由与所述状态量相对应的效率校正系数得到的发电效率进行气体燃料热量运算。

发明效果

根据上述气体燃料热量估计装置、气体燃料热量估计方法及程序，能够通过提高发电效率的精确度来以更高的精确度估计气体热量。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式中的发电系统的设备结构的概略结构图。

图2是表示该实施方式中的燃气轮机发电设备的器械结构的概略结构图。

图3是表示该实施方式中的气体燃料热量估计装置的功能结构的概略框图。

图4是表示基于该实施方式中的气体燃料热量运算部的气体燃料热量的估计例的曲线图。

图5是表示本发明的第2实施方式中的气体燃料热量估计装置的功能结构的概略框图。

图6是表示该实施方式中的效率更新部判定为在气体燃料热量测定值的响应延迟时间以上的期间气体燃料热量测定值的变动大小较小的例子的曲线图。

图7是表示该实施方式中的效率更新部所进行的效率校正系数的更新的例子的说明图。

图8是表示在该实施方式中效率更新部更新效率校正系数的处理的顺序的流程图。

具体实施方式

以下，对发明的实施方式进行说明，但以下实施方式并不限定技术方案所涉及的发明。并且，实施方式中说明的所有特征组合并非是发明的解决手段所必须的。

<第1实施方式>

图1是表示本发明的第1实施方式中的发电系统的设备结构的概略结构图。在该图中，发电系统1具备气体燃料热量估计装置100、控制装置800及燃气轮机发电设备900。

燃气轮机发电设备900将炼铁过程中在高炉中产生的副产气体即高炉煤气(Blast Furnace Gas；BFG)作为主燃料来进行发电。

图2是表示燃气轮机发电设备900的器械结构的概略结构图。在该图中，燃气轮机发电设备900具备BFG母管911、N₂(氮)气供给阀921、COG(Cokes Oven Gas，焦炉煤气)供给阀922、混合器931、电集尘器(Electrostatic Precipitator；EP)932、气体压缩机933、旁通阀934、气体冷却器935、燃气轮机940、排热回收锅炉(Heat Recovery Steam Generator；HRSG)951、烟囱952、蒸汽轮机961、凝汽器962、凝结水泵963、发电机971、增速齿轮972、热量计991、流量计992及功率计993。 燃气轮机940具备过滤器941、空气压缩机942、燃烧器943、燃气轮机主体944及转子(rotor，旋转轴)945。

BFG母管911是用于向燃气轮机发电设备900供给在高炉中产生的BFG的配管。N₂气供给阀921是用于调整减热气体即N₂气的供给的有无及供给量的阀。COG供给阀922是用于调整增热气体即COG的供给的有无及供给量的阀。

混合器931在来自BFG母管911的BFG中混合根据该BFG的热量而供给的N₂气或COG。

在此，通过在BFG中添加N₂气，使气体热量减少(因此减热)。另一方面，通过在BFG中添加COG，使气体热量增加(因此增热)。因此，根据来自BFG母管911的BFG的热量，N₂气供给阀921或COG供给阀922调整N₂气或COG的供给的有无及供给量，通过将所供给的N₂气或COG添加到BFG中，混合器931能够减少气体热量的变动。

另外，以下将通过混合器931后的气体(因此，有N₂气或COG的供给时，为添加有这些气体的BFG)称作“气体燃料”。

电集尘器932是将气体燃料中所含的粉尘等聚集并去除的装置。

气体压缩机933压缩由电集尘器932输出的气体燃料并导入到燃烧器943。

旁通阀934调整在由气体压缩机933输出的气体燃料中作为剩余气体返回到混合器931的出口侧的气体的流量。如图2所示，气体压缩机933的出口连接于燃烧器943的入口侧，并且经由气体冷却器935连接(旁通)于混合器931的出口侧。旁通阀934通过使由气体压缩机933压缩的气体燃料的一部分流向旁通路径来调整向燃烧器943供给的气体燃料的流量。

气体冷却器935冷却由旁通阀934输出的剩余气体。由旁通阀934输出的剩余气体通过气体压缩机933的压缩而成为高温。因此，气体冷却器935冷却来自旁通阀的剩余气体之后，使其返回到混合器931的出口侧。

燃气轮机940使来自气体压缩机933的气体燃料燃烧而生成旋转力。

过滤器941设置于空气压缩机942的入口侧，从由空气压缩机吸入的空气(外部空气)中去除尘埃等。

空气压缩机942压缩经由过滤器941吸入的空气，并向燃烧器943输出所得到的压缩空气。

燃烧器943使来自气体压缩机933的气体燃料和来自空气压缩机的压缩空气混合并燃烧，并向燃气轮机主体944输出所得到的高温的燃烧气体。

燃气轮机主体944可旋转地被转子945支承，通过来自燃烧器943的燃烧气体，燃气轮机主体944本身进行旋转，由此使转子945与蒸汽轮机961一同旋转。

转子945向空气压缩机942、发电机971及增速齿轮972传递来自燃气轮机主体944或蒸汽轮机961的旋转力。

排热回收锅炉951利用由燃气轮机主体944排出的燃烧气体(废气)的热量来生成蒸汽(高压蒸汽)，并向蒸汽轮机961供给所得到的高压蒸汽。并且，排热回收锅炉951再加热由蒸汽轮机961排出的蒸汽，将其作为低压蒸汽供给至蒸汽轮机961。

烟囱952将由排热回收锅炉951排出的燃烧气体排放至大气中。

蒸汽轮机961可旋转地被转子945支承，通过来自排热回收锅炉951的蒸汽(高压蒸汽及低压蒸汽)，蒸汽轮机961本身进行旋转，由此使转子945与燃气轮机主体944一同旋转。

凝汽器962冷却从蒸汽轮机961排出的蒸汽而使其恢复为水(冷凝水)状态。

凝结水泵963向排热回收锅炉951送出来自凝汽器962的冷凝水。该冷凝水被排热回收锅炉951加热而成为高压蒸汽。

发电机971利用通过转子945传递的来自燃气轮机主体944或蒸汽轮机961的旋转力进行发电。

增速齿轮972将通过转子945传递的来自燃气轮机主体944或蒸汽轮机961的旋转力增速并向气体压缩机933传递。

热量计991测定气体燃料的热量。

流量计992测定流入到燃烧器943的气体燃料流量。

功率计993测定发电机971的发电输出(功率)。由功率计993测定的发电输出与由燃气轮机940生成的旋转力相关，相当于燃气轮机的状态量的一例。

气体燃料热量估计装置100根据由流量计992测定的气体燃料流量和由功率计993测定的发电机971的发电输出估计气体燃料热量。气体燃料热量估计装置100例如由计算机构成。

图3是表示气体燃料热量估计装置100的功能结构的概略框图。在该图中，气体燃料热量估计装置100具备状态量获取部111、气体燃料流量获取部112、存储部121、气体燃料热量运算部131及运算结果输出部141。

状态量获取部111获取由功率计993测定的发电机971的发电输出。

气体燃料流量获取部112获取由流量计992测定的气体燃料流量。

存储部121存储包含与发电机971的发电输出建立对应关系的效率校正系数的发电效率等各种数据。使用气体燃料热量估计装置100所具备的存储器件构成存储部121。

气体燃料热量运算部131根据由状态量获取部111获取的发电输出、由气体燃料流量获取部112获取的气体燃料流量及由与发电输出相对应的效率校正系数得到的发电效率进行气体燃料热量运算。气体燃料热量运算部131例如通过气体燃料热量估计装置100所具备的CPU(Central Processing Unit，中央处理装置)读出并执行存储部121所存储的程序来构成。

运算结果输出部141向控制装置800发送由气体燃料热量运算部131计算出的气体燃料热量。

使用气体燃料热量估计装置100所具备的通信电路来构成状态量获取部111、气体燃料流量获取部112及运算结果输出部141。

在此，若将发电机971的发电输出设为P[千瓦(KW)]、将气体燃料热量设为H[千焦耳每牛顿立方米(KJ/Nm³)]、将气体燃料流量设为Q[牛顿立方米每秒(Nm³/s)]，则认为公式(1)的关系成立。

[式1]

P＝η(P)HQ …(1)

其中，η(P)表示发电效率(以下仅称作“效率”)，可以如公式(2)那样表示。

[式2]

η（P)＝k_η(P)η₀(P) …(2)

其中，η₀(P)表示在燃气轮机设计阶段导出的效率(以下称作“初始效率”)。并且，k_η(P)表示效率校正系数(效率的校正系数)。例如，当不需要进行校正时，成为k_η(P)＝1。

通过公式(1)和公式(2)，得到公式(3)。

[式3]

$H=\frac{P}{k_{\mathrm{\&eta;}}\left(P\right){\mathrm{\&eta;}}_0\left(P\right)Q}...\left(3\right)$

因此，存储部121存储初始效率η₀(P)及效率校正系数k_η(P)，气体燃料热量运算部131根据公式(3)计算气体燃料热量H，由此估计气体燃料热量H。

图4是表示基于气体燃料热量运算部131的气体燃料热量的估计例的曲线图。该图的横轴表示时刻，纵轴表示热量。并且，线L11表示气体燃料热量的实际值(以下称作“真值”)。线L12表示由热量计991测定的气体燃料热量的测定值。线L13表示由气体燃料热量运算部131运算的气体燃料热量的估计值。

在图4的例子中，在时刻T11之前，气体燃料热量的真值(线L11)大致恒定于设定值，基于热量计991的测定值(线L12)、基于气体燃料热量运算部131的估计值(线L13)均显示出接近真值的值。

另一方面，在时刻T11以后，气体燃料热量的真值(线L11)逐渐减少。相对于此，气体燃料热量的测定值(线L12)因热量计991的响应延迟而与真值之间产生差。例如，在时刻T12，产生图中以箭头表示的差。

另一方面，气体燃料热量的估计值(线L13)使用由响应较快的功率计测定的值估计针对气体燃料热量的变动响应较快的发电输出，由此追随真值变化。

另外，气体燃料热量运算部131在气体燃料热量的估计中使用的状态量并不限于发电机971的发电输出。例如，气体燃料热量运算部131也可以使用燃气轮机主体944的废气温度、或燃气轮机主体944的转速等发电输出以外的燃气轮机940的状态量。

例如，也可以将燃气轮机主体944的废气温度设为T[开尔文(K)]，并使气体燃料热量运算部131根据公式(4)估计气体燃料热量。

[式4]

$H=\frac{T}{k_{\mathrm{\&eta;}}^2\left(T\right){\mathrm{\&eta;}}_0^2\left(T\right)Q}...\left(4\right)$

其中，η² ₀(T)表示关于废气温度在燃气轮机设计阶段导出的效率。并且，k² _η(T)表示相对于该效率η² ₀(T)的效率校正系数。

返回到图1，控制装置800控制燃气轮机发电设备900的各部。尤其，控制装置800按照燃气轮机发电设备900的驾驶员所设定的发电输出目标控制燃气轮机940或蒸汽轮机961的负荷。并且，控制装置800根据由气体燃料热量估计装置100计算的气体燃料热量，控制N₂气供给阀921和COG供给阀922，以使气体燃料热量成为恒定。

如上，气体燃料热量运算部131根据燃气轮机940的状态量估计气体燃料热量。由此，气体燃料热量运算部131能够根据气体燃料热量的变动以较快的响应估计气体燃料热量。因此，控制装置800能够利用气体燃料热量运算部131的估计结果迅速进行燃气轮机发电设备900的控制。另外，控制装置800通过利用气体燃料热量运算部131的估计结果，能够根据气 体热量进行气体热量的控制，且能够避免轮机主体的控制和气体热量的控制的干扰。并且，控制装置800通过利用气体燃料热量运算部131的估计结果，能够根据气体热量进行气体热量的控制，在这一点上，可以说是针对由气体热量的骤变引起的过负荷和失火的根本性对策。

另外，气体燃料热量运算部131在估计气体燃料热量时利用包含与燃气轮机940的状态量建立对应关系的效率校正系数的发电效率。

在此，能够在设计阶段导出的效率和实际器械的效率未必完全一致，而且，效率会经年变化和随着大气温度变动而逐渐变化。并且，效率因发电输出(负荷带)等燃气轮机的状态量的不同而成为不同的值。

相对于此，气体燃料热量运算部131能够对在设计阶段导出的效率η₀(P)乘以效率校正系数k_η(P)并利用按每一状态量(本实施方式中为发电输出)极细微地调整的更准确的效率来进行气体燃料热量的估计。在这一点上，气体燃料热量运算部131能够提高发电效率的精确度来以更高的精确度估计气体热量，并且，还能够应对燃气轮机940的经年变化和大气温度等环境的变化。并且，控制装置800利用气体燃料热量运算部131的估计结果进行气体燃料热量的控制，由此能够进一步降低由气体热量的骤变引起的过负荷和失火的可能性。

并且，气体燃料热量运算部131能够利用燃气轮机940的废气温度或转速等发电输出以外的燃气轮机940的状态量来估计气体燃料热量。

另外，气体燃料热量估计装置100并不限于图2的例子，还能够估计各种燃气轮机的气体燃料热量。例如，并不限于燃烧BFG的燃气轮机，可以在煤气化复合发电(Integrated coal Gasification Combined Cycle；IGCC)等气体燃料热量可能发生变动的各种燃气轮机的设备中使用气体燃料热量估计装置100。并且，并不限于联合循环发电设备，也可以在燃气轮机单体的发电设备中使用气体燃料热量估计装置100。并且，为联合循环发电设备时，也不限于一轴联合循环。并且，蒸汽轮机的级数也不限于2级，可以是1级，也可以是3级或其以上。另外，还可以在动力用燃气轮机等发电用途以外的各种燃气轮机中使用气体燃料热量估计装置100。

并且，可以将由气体燃料热量估计装置100估计的气体燃料热量用于显示给驾驶员或记录等燃气轮机发电设备900的控制以外的用途。

并且，第1实施方式中，燃气轮机发电设备900也可以不具备热量计。

<第2实施方式>

本实施方式中，使用图5所示的气体燃料热量估计装置200来代替图1的气体燃料热量估计装置100。关于控制装置800和燃气轮机发电设备900，与第1实施方式的情况相同。

图5是表示气体燃料热量估计装置200的功能结构的概略框图。在该图中，气体燃料热量估计装置200具备状态量获取部111、气体燃料流量获取部112、存储部121、气体燃料热量运算部131、运算结果输出部141、热量测定值获取部213及效率更新部251。

在该图中，与图3的各部对应地对具有相同功能的部分标注相同符号(111、112、121、131、141)并省略说明。

气体燃料热量估计装置200根据由流量计992(图1)测定的气体燃料流量和由功率计993测定的发电机971的发电输出来估计气体燃料热量。而且，气体燃料热量估计装置200根据由热量计991测定的气体燃料热量进行效率校正系数的更新。气体燃料热量估计装置200例如由计算机构成。

热量测定值获取部213获取由热量计991测定的气体燃料热量测定值。

效率更新部251判定气体燃料热量测定值与气体燃料热量的真值之差的大小。并且，效率更新部251根据判定为气体燃料热量测定值与气体燃料热量的真值之差的大小较小的时刻的气体燃料热量测定值及燃气轮机940的状态量，更新与该状态量对应的发电效率。

例如，效率更新部251判定由热量计991测定的气体燃料热量测定值的变动大小，若判定为在气体燃料热量测定值的响应延迟时间以上的期间气体燃料热量测定值的变动大小较小，则将该期间的开始时刻检测为气体燃料热量测定值与气体燃料热量的真值之差的大小较小的时刻。

图6是表示效率更新部251判定为在气体燃料热量测定值的响应延迟时间以上的期间气体燃料热量测定值的变动大小较小的例子的曲线图。该图的横轴表示时刻，纵轴表示热量。并且，线L21表示气体燃料热量的真值。线L22表示由热量计991测定的气体燃料热量的测定值。

并且，时刻T212表示当前时刻。时间T221表示气体燃料热量测定值的响应延迟时间，在该时间T221开始时气体燃料热量的真值(线L21)开始减少，相对于此，气体燃料热量测定值(线L22)在时间T221结束时开始减少。时刻T211表示相比当前时刻(时刻T212)过去了以时间T221表示的响应延迟时间以上的时刻。

图6的例子中，从时刻T211至时刻T212为止的时间，气体燃料热量测定值(线L22)大致恒定于设定值。

例如从时刻T211至时刻T212为止，效率更新部251按每一采样时间经由热量测定值获取部213获取由热量计991测定的气体燃料热量测定值。并且，效率更新部251计算所得到的气体燃料热量测定值的分散，并判定所得到的分散是否为规定的阈值以下。当检测出分散为阈值以下时，效率更新部251判定为在气体燃料热量测定值的响应延迟时间以上的期间气体燃料热量测定值的变动大小较小。

另外，效率更新部251评价气体燃料热量测定值的变动大小的方法并不限于利用分散的方法。例如，效率更新部251也可以在评价对象期间(图6的例子中，从时刻T211至时刻T212为止)的各采样时刻计算气体燃料热量测定值与设定值之差的大小。并且，还可以在任一采样时刻均检测出差的大小为规定的阈值以下时，效率更新部251判定为在气体燃料热量测定值的响应延迟时间以上的期间气体燃料热量测定值的变动大小较小。

图6的例子中，从时刻T211至时刻T212为止的时间，气体燃料热量测定值(线L22)大致恒定(变动大小较小)。由此，至少在时刻T211，可以看作气体燃料热量测定值(线L22)与真值(线L21)相等。

因此，判定为在气体燃料热量测定值的响应延迟时间以上的期间气体燃料热量测定值的变动大小较小的效率更新部251根据时刻T211的气体燃料热量测定值，更新该时刻T211时的与发电输出相对应的效率校正系 数。具体而言，效率更新部251将时刻T211时的热量计991的气体燃料热量测定值、流量计992的气体燃料流量测定值及功率计993的发电输出测定值适用于公式(5)所示的关系来得到效率校正系数的参考信号(教师信号)k^r _η(P)。

[式5]

$k_{\mathrm{\&eta;}}^r\left(P\right)=\frac{P}{{\mathrm{\&eta;}}_0\left(P\right)H_{s}Q}...\left(5\right)$

其中，P表示发电输出。Q表示气体燃料流量。H_s表示气体燃料热量测定值。η₀(P)表示在设计阶段导出的效率的与发电输出P对应的值。

并且，效率更新部251将与时刻T211时的发电输出P对应的效率校正系数k_η(P)替换成所得到的效率校正系数的参考信号k^r _η(P)。

例如，存储部121按将发电机971的发电输出(负荷带)分割而成的每一区间存储与发电输出相对应的效率校正系数。并且，效率更新部251在由存储部121存储的效率校正系数中将与检测为可以当作气体燃料热量的测定值与真值相等的时刻的时刻(图6的例子中为时刻T211。以下称作“参考时刻”)时的发电输出对应的效率校正系数替换成效率校正系数的参考信号。

图7是表示由效率更新部251进行的效率校正系数的更新的例子的说明图。该图的横轴表示发电输出，纵轴表示效率校正系数。

图7的例子中，参考时刻的发电输出P的测定值与P₂对应，效率更新部251将发电输出P₂的效率校正系数k_η(P₂)替换成所得到的效率校正系数的参考信号k^r _η(P)。

接着，参考图8对效率更新部251的动作进行说明。

图8是表示效率更新部251更新效率校正系数的处理的顺序的流程图。效率更新部251例如按每一规定周期进行该图的处理。

在图8的处理中，效率更新部251首先在设定为热量计991的响应延迟时间以上的时间的规定时间期间，按每一采样时间经由热量测定值获取部213获取由热量计991测定的气体燃料热量测定值(步骤S101)。

并且，效率更新部251计算所得到的气体燃料热量测定值的分散(步骤S102)，并判定所得到的分散是否为规定的阈值以下(步骤S103)。

当判定为分散大于阈值时(步骤S103：否)，返回到步骤S101。

另一方面，当判定为分散为阈值以下时(步骤S103：是)，效率更新部251计算效率校正系数的参考信号k^r _η(P)(步骤S104)。并且，效率更新部251在由存储部121存储的效率校正系数中将与参考时刻的发电输出对应的效率校正系数替换成效率校正系数的参考信号(步骤S105)。

之后，结束图8的处理。

如上，效率更新部251判定气体燃料热量测定值与气体燃料热量的真值之差的大小，并根据判定为气体燃料热量测定值与气体燃料热量的真值之差的大小较小的时刻的气体燃料热量测定值及轮机状态量，更新与轮机状态量对应的发电效率。

由此，效率更新部251能够按每一发电输出极细微地更新效率校正系数，气体燃料热量运算部131能够使用该效率校正系数来以更高的精确度计算气体燃料热量。

并且，效率更新部251通过在判定为气体燃料热量测定值与气体燃料热量的真值之差的大小较小的时刻更新效率校正系数，能够使用气体燃料热量测定值简单且以更高的精确度进行效率校正系数的更新。

并且，效率更新部251判定气体燃料热量测定值的变动大小，若判定为在气体燃料热量测定值的响应延迟时间以上的期间气体燃料热量测定值的变动大小较小，则将该期间的开始时刻检测为气体燃料热量测定值与气体燃料热量的真值之差的大小较小的时刻。

如此，并不是始终更新效率校正系数，而是在判定为气体燃料热量测定值的变动大小较小时进行更新，由此效率更新部251能够以高精确度更新效率校正系数。因此，气体燃料热量运算部131能够使用该效率校正系数以更高的精确度计算气体燃料热量。

另外，与气体燃料热量运算部131在气体燃料热量的估计中使用的状态量同样，效率更新部251在效率校正系数的更新中使用的状态量也并不限于发电机971的发电输出。例如，效率更新部251也可以使用燃气轮机主体944的废气温度或燃气轮机主体944的转速等发电输出以外的燃气轮机940的状态量。

另外，气体燃料热量运算部131所使用的状态量和效率更新部251所使用的状态量可以是相同的状态量，也可以是不同的状态量。

另外，气体燃料热量估计装置200并不限于图2的例子，还能够估计各种燃气轮机的气体燃料热量。例如，并不限于燃烧BFG的燃气轮机，可以在煤气化复合发电等气体燃料热量可能发生变动的各种燃气轮机的设备中使用气体燃料热量估计装置200。并且，并不限于联合循环发电设备，也可以在燃气轮机单体的发电设备中使用气体燃料热量估计装置200。并且，为联合循环发电设备时，也并不限于一轴联合循环。并且，蒸汽轮机的级数也并不限于2级，可以是1级，也可以是3级或其以上。另外，还可以在动力用燃气轮机等发电用途以外的各种燃气轮机中使用气体燃料热量估计装置200。

并且，可以将由气体燃料热量估计装置200估计的气体燃料热量用于显示给驾驶员或记录等燃气轮机发电设备900的控制以外的用途。

另外，存储部121存储效率校正系数的形式并不限于如参考图7说明的将发电输出和效率校正系数建立对应关系而存储的形式(例如表格形式)。

例如，存储部121也可以存储表示发电输出与效率校正系数之间的关系的近似曲线。此时，效率更新部251例如能够通过最小二乗法等求出该近似曲线的参数(例如多项式中的各项的系数)来更新效率校正系数。

另外，效率更新部251检测气体燃料热量测定值与气体燃料热量的真值之差的大小较小的时刻的方法并不限于检测气体燃料热量测定值的变动较小的期间的方法。

例如，效率更新部251也可以判定气体燃料热量运算部131所计算的气体燃料热量估计值的变动大小，并检测在气体燃料热量测定值的响应延 迟时间以上的期间该变动大小较小的期间。并且，效率更新部251还可以将检测出的期间的结束时刻检测为气体燃料热量测定值与气体燃料热量的真值之差的大小较小的时刻。

另外，效率更新部251也可以直接更新效率而不是更新效率校正系数。即，存储部121可以存储与发电输出相对应的效率η(P)，并根据参考时刻的气体燃料热量测定值来更新与该时刻的发电输出相对应的效率。

具体而言，效率更新部251将参考时刻的热量计991的气体燃料热量测定值、流量计992的气体燃料流量测定值及功率计993的发电输出测定值适用于公式(6)所示的关系来得到效率的参考信号η^r(P)。

[式6]

${\mathrm{\&eta;}}^r\left(P\right)=\frac{P}{H_{s}Q}...\left(6\right)$

其中，P表示发电输出。Q表示气体燃料流量。H_s表示气体燃料热量测定值。

并且，效率更新部251将与参考时刻的发电输出P对应的效率η(P)替换成所得到的效率的参考信号η^r(P)。

与上述存储部121存储效率校正系数的形式同样，作为存储部121存储效率的形式，可以采用各种形式。例如，存储部121可以将发电输出和效率建立对应关系(例如以表格形式)而存储。或者，存储部121也可以存储表示发电输出与效率之间的关系的近似曲线。

作为表示发电输出与效率之间的关系的近似曲线的一例，存储部121可以将公式(7)所示的3次方程设为存储用。

[式7]

y(x)＝a₃x³+a₂x²+a₁x+a₀ …(7)

其中，x表示例如发电输出等轮机的状态量。a₀、a₁、a₂、a₃分别表示系数。y(x)表示效率的近似值。并且，在公式(7)中，上标数字表示指数。

存储部121例如通过存储公式(8)所示的系数向量a(在说明书的记载中，省略表示向量和矩阵的粗体标记)来存储公式(7)的近似曲线。

[式8]

a＝[a₀，a₁，a₂，a₃] …(8)

具体而言，存储部121首先存储利用最小二乗法等方法预先求出的系数向量a的初始值(例如，将设计阶段中的效率近似的系数向量)。并且，效率更新部251根据参考信号η^r(P)更新系数向量a。例如，效率更新部251使用LMS(Least Mean Square)算法，根据公式(9)更新系数向量a。

[式9]

a_new＝a_old+αP(η′(P)-y(P)) …(9)

其中，a_new、a_old分别表示更新后、更新前的系数向量。向量P表示公式(10)所示的基于发电输出P的向量。α表示常数。

[式10]

P＝[1，P，P²，P³] …(10)

其中，在公式(10)中，上标数字表示指数。

效率更新部251使用LMS算法进行效率的更新，由此能够避免效率(的估计值)的急剧变动。效率的真值根据燃气轮机940的经年变化和大气温 度等的变化而缓慢变动，不会急剧变动。因此，通过效率更新部251避免效率的急剧变动，可以期待得到接近真值的效率。

效率更新部251进行效率的更新时，也可以得到与进行效率校正系数的更新的情况相同的效果。

具体而言，通过上述效果，效率更新部251能够按每一发电输出极细微地更新效率，气体燃料热量运算部131能够使用该效率来以更高的精确度计算气体燃料热量。

并且，效率更新部251在判定为气体燃料热量测定值与气体燃料热量的真值之差的大小较小的时刻更新效率，由此能够使用气体燃料热量测定值简单且以更高的精确度进行效率的更新。

并且，并不是始终更新效率，而是在判定为气体燃料热量测定值的变动大小较小时进行更新，由此效率更新部251能够以高精确度更新效率。因此，气体燃料热量运算部131能够使用该效率以更高的精确度计算气体燃料热量。

另外，效率更新部251可以将效率更新为反映该效率的历史值的值。例如，效率更新部251通过使用遗忘系数β(β为0＜β≤1的常数)，根据公式(11)更新效率校正系数来抑制效率校正系数的急剧变动。

[式11]

$k_{\mathrm{\&eta;}}{\left(P\right)}_{\mathrm{new}}=\mathrm{\&beta;}{k}_{\mathrm{\&eta;}}^r\left(P\right)+(1-\mathrm{\&beta;})k_{\mathrm{\&eta;}}{\left(P\right)}_{\mathrm{old}}...\left(11\right)$

遗忘系数β的值越接近1，当前信息的影响越大。相反，遗忘系数β的值越接近0，历史的效率校正系数的影响越大。遗忘系数β的值例如由气体燃料热量估计装置200的用户设定。

另外，效率更新部251将效率更新为反映该效率的历史值的值的方法并不限于使用遗忘系数的方法。例如，可以是效率更新部251对效率校正系数的参考信号k^r _η(P)适用积分滤波器而产生一次延迟，并利用产生一次延迟的参考信号来更新存储部121所存储的效率校正系数。

如上，效率更新部251将效率更新为反映该效率的历史值的值。由此，效率更新部251能够抑制效率校正系数的急剧变动。

如上所述，效率的真值不会急剧变动，效率校正系数的真值也不会急剧变动。因此，通过使效率更新部251避免效率的急剧变动，可以期待得到接近真值的效率校正系数。并且，通过使用该效率校正系数，气体燃料热量运算部131能够以高精确度求出气体燃料热量估计值。

另外，效率更新部251也可以进行消除气体燃料热量的真值与气体燃料热量测定值之间的静态误差对效率的影响的校正。

在此，当由热量计991测定的气体燃料热量测定值中包含针对真值的静态误差(偏移)时，效率更新部251根据气体燃料热量测定值来更新的效率校正系数或效率中也有可能包含静态误差。因此，效率更新部251可以如公式(12)所示的系数j_η那样生成校正静态误差的系数。

[式12]

j_η＝F(s)(H_s-H) …(12)

其中，F(s)表示例如时间常数T[秒(sec)]的一次延迟系统1/(Ts+1)之类的滤波函数。并且，1/s表示积分算子(s为微分算子)。

效率更新部251能够将j_ηk_η(P)设为新的效率校正系数。例如，效率更新部251针对效率校正系数的参考信号k^r _η(P)能够将存储部121所存储的效率校正系数中的与发电输出P对应的效率校正系数更新为j_ηk^r _η(P)。

或者，当效率更新部251进行效率的更新时，能够将存储部121所存储的效率中的与发电输出P对应的效率更新为j_ηη(P)。

另外，通常无法得到公式(12)所示的气体燃料热量H的真值。因此，效率更新部251例如根据发电输出的目标值与发电输出的测定值之间的偏差来获取系数j_η。

在此，若气体燃料热量的真值与测定值之间的静态误差对气体燃料热量估计装置200所输出的气体燃料热量估计值带来影响，则也会对控制装 置800使用该气体燃料热量估计值进行的发电输出的控制产生影响。即，气体燃料热量的真值与测定值之间的静态误差可以以发电输出的目标值与测定值之间的偏差表示。

因此，效率更新部251例如根据发电输出的目标值与发电输出的测定值之间的偏差来获取与气体燃料热量的真值和测定值之间的静态误差相对应的系数j_η。

如上，效率更新部251进行消除气体燃料热量的真值与气体燃料热量测定值之间的静态误差对效率的影响的校正。

由此，效率更新部251能够进一步提高效率的精确度。并且，通过使用该效率，气体燃料热量运算部131能够进一步提高气体燃料热量估计值的精确度。

另外，也可以将用于实现气体燃料热量估计装置100或200的全部或一部分功能的程序记录在计算机可读记录介质中，通过使计算机系统读入并执行记录在该记录介质中的程序来进行各部的处理。另外，在此所说的“计算机系统”包含OS和外围设备等硬件。

并且，“计算机系统”利用WWW系统时，还包含网页提供环境(或显示环境)。

并且，“计算机可读记录介质”是指柔性磁盘、光磁盘、ROM、CD-ROM等便携式介质、内置于计算机系统的硬盘等存储装置。另外，“计算机可读记录介质”还包含如经由因特网等网络和电话线路等通信线路发送程序时的通信线那样在短时间内动态保持程序的记录介质，如此时成为服务器和客户的计算机系统内部的易失性存储器那样将程序保持一定时间的记录介质。并且，上述程序可以是用于实现上述功能的一部分的程序，也可以是能够进一步与在计算机系统中预先记录有上述功能的程序进行组合来实现的程序。

以上，参考附图对本发明的实施方式进行了详述，但具体结构并不限于该实施方式，还包含不脱离该发明宗旨的范围的设计变更等。

产业上的可利用性

本发明涉及一种气体燃料热量估计装置，其具备：气体燃料流量获取部，获取流入到燃气轮机的燃烧器的气体燃料流量；状态量获取部，获取所述燃气轮机的状态量；存储部，存储包含与所述状态量建立对应关系的效率校正系数的发电效率；及气体燃料热量运算部，根据所述气体燃料流量、所述状态量及由与所述状态量相对应的效率校正系数得到的发电效率进行气体燃料热量运算。

根据本发明，能够通过提高发电效率的精确度来以更高的精确度估计气体热量。

符号说明

1-发电系统，100、200-气体燃料热量估计装置，111-状态量获取部，112-气体燃料流量获取部，121-存储部，131-气体燃料热量运算部，141-运算结果输出部，213-热量测定值获取部，251-效率更新部，800-控制装置，900-燃气轮机发电设备。

Claims (6)

1.一种气体燃料热量估计装置，其具备：

气体燃料流量获取部，获取流入到燃气轮机的燃烧器的气体燃料流量；

状态量获取部，获取所述燃气轮机的状态量；

存储部，存储包含与所述状态量建立对应关系的效率校正系数的发电效率；及

气体燃料热量运算部，根据所述气体燃料流量、所述状态量及由与所述状态量相对应的效率校正系数得到的发电效率进行气体燃料热量运算。

2.根据权利要求1所述的气体燃料热量估计装置，其还具备：

热量测定值获取部，获取气体燃料热量测定值；及

效率更新部，判定所述气体燃料热量测定值与所述气体燃料热量的真值之差的大小，并根据判定为所述气体燃料热量测定值与所述气体燃料热量的真值之差的大小较小的时刻的所述气体燃料热量测定值及所述状态量，更新与该状态量对应的所述发电效率。

3.根据权利要求2所述的气体燃料热量估计装置，其中，

所述效率更新部判定所述气体燃料热量测定值的变动大小，若判定为在所述气体燃料热量测定值的响应延迟时间以上的期间所述气体燃料热量测定值的变动大小较小，则将该期间的开始时刻检测为所述气体燃料热量测定值与所述气体燃料热量的真值之差的大小较小的时刻。

4.根据权利要求2所述的气体燃料热量估计装置，其中，

所述效率更新部将所述发电效率更新为反映该发电效率的历史值的值。

5.根据权利要求2所述的气体燃料热量估计装置，其中，

所述效率更新部进行消除所述气体燃料热量的真值与所述气体燃料热量测定值之间的静态误差对所述发电效率的影响的校正。

6.一种气体燃料热量估计方法，其为具备存储部的气体燃料热量估计装置的气体燃料热量估计方法，所述存储部存储包含与燃气轮机的状态量建立对应关系的效率校正系数的发电效率，所述气体燃料热量估计方法具备：

气体燃料流量获取步骤，获取流入到所述燃气轮机的燃烧器的气体燃料流量；

状态量获取步骤，获取所述燃气轮机的状态量；及

气体燃料热量运算步骤，根据所述气体燃料流量、所述状态量及由与所述状态量相对应的效率校正系数得到的发电效率进行气体燃料热量运算。