CN105020029B - 用于联合循环发电厂的改善的控制的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于联合循环发电厂的改善的控制的系统和方法。具体而言，提供了一种系统、方法、和有形的非易失性机器可读介质。系统包括构造为通过燃烧燃料来产生功率的燃气涡轮系统。系统还包括控制器，该控制器构造为通过操作二维表面区域和设定点来控制燃气涡轮系统，其中，该操作二维表面区域包括多个极限，该多个极限限定用于该操作二维表面区域的边界，并且其中，该设定点构造为配置在该操作二维表面区域的内侧或在极限上。

Description

用于联合循环发电厂的改善的控制的系统和方法
技术领域
在此公开的主题涉及一种联合循环发电厂，并且更具体而言，涉及一种用于联合循环发电厂的改善的灵活控制的系统和方法。
背景技术
联合循环发电厂将燃气涡轮系统与蒸汽涡轮系统联合，以产生电力同时减少能量损耗。在操作中，燃气涡轮系统燃烧燃料-空气混合物，以产生驱动诸如发电机的负载的扭矩。为了减少能量损耗，联合循环发电厂使用燃气涡轮系统排出气体中的热能以产生蒸汽。蒸汽行进通过蒸汽涡轮系统，该蒸汽涡轮系统产生驱动例如发电机的负载的扭矩。不幸地，电网可接收来自各种源的功率，从而取决于需要来增加联合循环发电厂打开和关闭的次数(即，对电网供应电力)。改进联合循环发电厂的控制是有益的。
发明内容
某些实施例在范围上等同于以下总结的原始请求保护的发明。这些实施例不旨在限制请求保护的发明的范围，相反，这些实施例旨在仅提供本发明的可能形式的简要总结。实际上，本发明可包含可类似于或不同于以下阐述的实施例的各种形式。
在第一实施例中，提供了一种系统。该系统包括构造为通过燃烧燃料来产生功率的燃气涡轮系统。系统还包括控制器，该控制器构造为通过操作二维表面区域和设定点来控制燃气涡轮系统，其中，该操作二维表面区域包括多个极限，该多个极限限定用于该操作二维表面区域的边界，并且其中，该设定点构造为配置在该操作二维表面区域的内侧或在极限上。
在第二实施例中，提供了包括指令的有形的非易失性机器可读介质。指令包括用于通过操作二维表面区域和设定点来控制燃气涡轮系统的指令，其中，该操作二维表面区域包括多个极限，该多个极限限定用于该操作二维表面区域的边界，并且其中，该设定点构造为配置在该操作二维表面区域的内侧或在极限上。指令附加地包括用于显示具有该操作二维表面区域的图形用户界面(GUI)屏幕的指令。
在第三实施例中，提供了一种方法。该方法包括通过操作二维表面区域和设定点来控制燃气涡轮系统，其中，该操作二维表面区域包括多个极限，该多个极限限定用于操作二维表面区域的边界，并且其中，设定点构造为配置在该操作二维表面区域的内侧或在极限上。
技术方案1：一种系统，其包括：
燃气涡轮系统，其构造为通过燃烧燃料来产生功率；和
控制器，其构造为通过操作二维表面区域和设定点来控制所述燃气涡轮系统，其中，所述操作二维表面区域包括多个极限，所述多个极限限定用于所述操作二维表面区域的边界，并且其中，所述设定点构造为配置在所述操作二维表面区域内侧或在所述极限上。
技术方案2：根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述控制器构造为通过独立地控制燃气涡轮空气流量和燃气涡轮燃料流量，通过所述操作二维表面区域和所述设定点来控制所述燃气涡轮系统，以导致所述燃气涡轮系统提供第一燃气涡轮条件和第二燃气涡轮条件，其中，所述第一和所述第二燃气涡轮条件包括燃气涡轮负载、燃气涡轮排气温度、期望燃气涡轮排气流量，或它们的组合。
技术方案3：根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述极限包括ISO温极限、最大点火温度极限、最大进口导叶(IGV)极限、最小排气温度极限、最小负载极限，或它们的组合。
技术方案4：根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述操作二维表面区域包括具有燃气涡轮排气温度的y轴和x轴，且所述x轴包括燃气涡轮负载或燃气涡轮排气流量。
技术方案5：根据技术方案1所述的系统，其特征在于，包括具有所述燃气涡轮系统的联合循环发电厂(CCPP)，其中，所述控制器构造为通过朝所述设定点移动CCPP的条件或通过将所述CCPP的条件保持在设定点附近来控制所述燃气涡轮系统。
技术方案6：根据技术方案5所述的系统，其特征在于，所述CCPP包括与所述燃气涡轮系统流体地连通的热回收蒸汽发生器(HRSG)，其中，HRSG构造为利用来自所述燃气涡轮系统的排气的热量来生成蒸汽。
技术方案7：根据技术方案6所述的系统，其特征在于，所述控制器朝所述设定点移动的所述CCPP的条件包括燃气涡轮排气温度、燃气涡轮负载、燃气涡轮排气流量、CCPP排放、HRSG蒸汽产量、蒸汽涡轮负载，或它们的组合。
技术方案8：根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述控制器构造为通过考虑设定点增大率和设定点减小率来朝所述设定点移动或保持在所述设定点附近。
技术方案9：根据技术方案1所述的系统，其特征在于，包括通信地联接到所述控制器的环境传感器，其中，所述控制器构造为基于来自所述环境传感器的读数来改变所述操作二维表面区域的形状。
技术方案10：根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述控制器构造为通过应用优先模式来操作所述燃气涡轮系统，其中，所述优先模式基于优先模式输入来调节燃气涡轮温度基准、排气流量基准、燃气涡轮负载基准，或它们的组合。
技术方案11：根据技术方案1所述的系统，其特征在于，包括配置在所述操作二维表面区域中的排放维持边界，其中，所述控制器构造为在考虑所述排放维持边界的同时控制所述燃气涡轮系统的操作。
技术方案12：一种有形的非易失性机器可读介质，包括：
用于通过操作二维表面区域和设定点来控制燃气涡轮系统的指令，其中，所述操作二维表面区域包括多个极限，所述多个极限限定用于所述操作二维表面区域的边界，并且其中，所述设定点构造为配置在所述操作二维表面区域的内侧或在所述极限上；和
用于显示具有所述操作二维表面区域的图形用户界面(GUI)屏幕的指令。
技术方案13：根据技术方案12所述的介质，其特征在于，所述极限包括ISO温极限、最大点火温度极限、最大进口导叶(IGV)极限、最小排气温度极限、最小负载极限，或它们的组合。
技术方案14：根据技术方案12所述的介质，其特征在于，用于控制的指令包括用于应用优先模式以使控制调节优先的指令。
技术方案15：根据技术方案14所述的介质，其特征在于，用于控制的指令包括：
用于控制利用来自所述燃气涡轮系统的排气经由热回收蒸汽发生器(HRSG)的蒸汽生成的指令；
用于基于朝所述设定点移动或保持排气温度，来控制蒸汽的蒸汽温度的指令。
技术方案16：一种方法，包括：
通过操作二维表面区域和设定点来控制燃气涡轮系统，其中，所述操作二维表面区域包括多个极限，所述多个极限限定用于所述操作二维表面区域的边界，并且其中，所述设定点构造为配置在所述操作二维表面区域的内侧或在所述极限上。
技术方案17：根据技术方案16所述的方法，其特征在于，控制包括：
控制利用来自所述燃气涡轮系统的排气经由热回收蒸汽发生器(HRSG)的蒸汽生成；和
基于朝所述设定点移动或保持排气温度来控制蒸汽的蒸汽温度。
技术方案18：根据技术方案16所述的方法，其特征在于，控制包括应用优先模式以使控制调节优先。
技术方案19：根据技术方案16所述的方法，其特征在于，所述极限包括ISO温极限、最大点火温度极限、最大进口导叶(IGV)极限、最小排气温度极限、最小负载极限，或它们的组合。
技术方案20：根据技术方案16所述的方法，其特征在于，包括基于来自环境传感器的读数来改变所述操作二维表面区域的形状，所述环境传感器构造为感测所述燃气涡轮系统的环境条件。
附图说明
当参照附图阅读以下详细说明时，本发明的这些以及其他特征、方面、和优点将变得更好理解，其中贯穿附图，相同的标号表示相同的部件，在附图中：
图1是联合循环发电厂和控制器的实施例的框图；
图2是示出了不同界限的实施例的图表，这些极限界定或形成适于图1的联合循环发电厂的操作的第一操作区域；
图3是示出了不同界限的实施例的图表，该界限形成适于图1的联合循环发电厂的操作的第二操作区域；
图4是描述了图2的操作区域内侧的第一设定点实施例的图表；
图5是描述了图2的操作区域内侧的第二设定点实施例的图表；
图6是描述了图2的操作区域内侧的第三设定点实施例的图表；
图7是示出了基于环境条件的各种操作区域的实施例的图表；
图8是示出了排放维持边界的实施例的图表；
图9是在通过设定点和优先控制联合循环发电厂中有用的处理的实施例的框图；
图10是在控制图1的联合循环发电厂中有用的第一图形用户界面屏幕的视图和实施例；
图11是在控制图1的联合循环发电厂中有用的第二图形用户界面屏幕的视图和实施例；且
图12是在形成设定点和优先且利用设定点和优先以用于控制图1的联合循环发电厂中有用的处理的实施例的流程图。
具体实施方式
下文中将描述本发明的一个或更多个具体实施例。为了提供这些实施例的简明描述，可不在说明书中描述实际实施的全部特征。应当理解，在任何此种实际实施方式的开发中，如在任意工程或设计项目中那样，必须作出许多实施方式特定的决定以实现开发者的特定目标，例如符合系统相关和商业相关的约束，这些约束可从一个实施方式到另一个而不同。此外，应当理解，此种开发工作可能是复杂且费时的，但仍是从本公开受益的本领域技术人员的设计、制造、和生产的例行任务。
当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一”，“一个”，“该”和“所述”意思是存在一个或更多个元件。术语“包括”，“包含”和“具有”意图为包括性的并且意思是可存在与所列出元件不同的附加元件。
本发明总体上涉及一种用于利用二维(2D)表面或控制区内或上的设定点来控制联合循环发电厂的系统和方法。例如，燃气涡轮控制可以启动，其可提供燃气涡轮空气流量(例如，将空气吸入燃气涡轮中的的进口导叶的控制)和燃料流量(例如，燃料量)的独立控制，以实现至少两个参数。在某些实施例中，通过空气流量和燃料流量的单独控制而实现的两个参数可为涡轮负载和排气温度、涡轮负载和排气流量、排气流量和排气温度，或包括涡轮负载、排气温度、和排气流量中的两个的两个参数的任意组合。
此外，某些优先模式可用来实现改善的控制，例如，通过对设备寿命、排放、更快的启动等给予优先。此外，操作约束可用于限制设定点目标和/或达到期望设定点的速率。操作约束可包括最小排放顺应负载(MECL)；热回收蒸汽发生器(HRSG)限制；电厂配套设施(BOP)系统限制(即，蒸汽管道、水处理厂、冷凝器、给水系统等)，等等。例如，联合循环发电厂可在MECL限制下操作，这将导致当负载高于阈限水平时，燃气涡轮系统的控制服从排放需求。
如下所述的系统和方法允许在操作区域(例如，2D控制区域)内或上形成设定点，其中设定点可包括用于各种参数的设定点，例如负载设定点、温度设定点、压力设定点、以及设定点缓变率。设定点缓变率可包括以达到或维持在给定设定点处的预期变化率，例如，增大或降低的温度变化率、压力变化率、和/或负载变化率。通过限定包括用户可配置的设定点和设定点速率的设定点和设定点速率，在此描述的技术可允许多个操作模式，例如改善排放控制的模式、改善机器寿命的模式、改善工厂启动的模式、改善部分负载的模式(例如，在比“基础”或正常操作负载光激射处的操作)，和改善非期望事件(例如，锅炉跳闸、BOP跳闸、涡轮跳闸)的处理的模式。
鉴于前述事项并且现在转到图1，附图是具有控制器12的联合循环发电厂10的实施例的框图，该控制器12实现用于控制的设定点和设定点速率的形成和使用。更准确而言，控制器12使联合循环发电厂10能够通过用户或制造厂限定的设定点和对应的设定点速率来操作。例如，用户(例如，控制件或调试工程师)可选择期望的操作区域(下面参照图2-8更详细地示出)并且通过使用在本文中描述的图形用户界面(GUI)实施例来形成操作区域内或上的设定点。控制器12然后可操作联合循环发电厂(CCPP)10以达到或维持设定点。更准确而言，控制器12可通过考虑某些变化率，例如温度、压力、流率、间隙(例如，旋转与静止构件之间的距离)率等，如在下文中详细描述的，例如通过增加或减少来自燃气涡轮系统14和对应蒸汽涡轮系统16的功率输出，来达到或维持设定点。
联合循环发电厂(CCPP)10包括控制器12、燃气涡轮系统14、蒸汽涡轮系统16、以及热回收蒸汽发生器(HRSG)18。在操作中，燃气涡轮系统14燃烧燃料-空气混合物，以产生扭矩，该扭矩驱动诸如发电机的负载。为了减少能量损失，联合循环发电厂10使用排出气体中的热能以加热流体并且在HRSG 18中产生蒸汽。蒸汽从HRSG 18行进通过蒸汽涡轮系统16，该蒸汽涡轮系统16产生驱动诸如发电机的负载的扭矩。因此，CCPP 10将燃气涡轮系统14与蒸汽涡轮系统16联合，以增加功率生产同时减少能量损失(例如，排气中的热能)。
燃气涡轮系统14包括空气流控制模块20、压缩机22、燃烧器24，和涡轮26。在操作中，氧化剂28(例如，空气、氧、富氧空气、或氧缩减空气)通过空气流控制模块20进入涡轮系统14，该空气流控制模块20可控制氧化剂流(例如，空气流)的量。空气流控制模块20可通过加热氧化剂流、冷却氧化剂流、从压缩机22取出气流、使用进口限制、使用进口导叶，或它们的组合，来控制空气流。当空气通过空气流控制模块20时，空气进入压缩机22。压缩机22在一系列的压缩机级(例如，转盘30)中利用压缩机叶片对空气28加压。当压缩空气离开压缩机22时，空气进入燃烧器24并且与燃料32混合。涡轮装置14可使用液体或气体燃料，例如天然气和/或富氢合成气体，以运行涡轮系统14。例如，燃料喷嘴34可以以适当的比率将燃料-空气混合物喷射到燃烧器24中，以用于最佳的燃烧、排放、燃料消耗、和功率输出。如描述的，多个燃料喷嘴34吸入燃料32，将燃料32与空气混合，并且将空气-燃料混合物分配到燃烧器24中。空气-燃料混合物在燃烧器24内部的燃烧室中燃烧，从而形成热的加压排气。燃烧器24将排气通过涡轮26导向至排气出口36。当排气通过涡轮26时，气体接触附连到涡轮转子盘38(例如，涡轮级)的涡轮叶片。当排气行进通过涡轮26时，排气可迫使涡轮叶片旋转转子盘38。转子盘38的旋转引起压缩机26中的轴40和转子盘32的旋转。负载42(例如，发电机)连接到轴40并且使用轴40的旋转能量来生成用于由电网44使用的电力。
如以上解释的，联合循环发电厂10获得用于由蒸汽涡轮系统16使用的，来自离开燃气涡轮系统14的热排气的能量。具体而言，CCPP 10将来自涡轮装置14热排气44导向至热回收蒸汽发生器(HRSG)18中，以用于进一步的能量收集。在HRSG 18中，燃烧排气中的热能将水转换为热加压蒸汽46。HRSG 18释放用于在蒸汽涡轮系统16中使用的蒸汽46。
蒸汽涡轮系统16包括涡轮48、轴50、和负载(例如，发电机)。当线路46中的热加压蒸汽进入蒸汽涡轮48时，蒸汽接触附连到涡轮转子盘54(例如，涡轮级)的涡轮叶片。当蒸汽通过涡轮48中的涡轮级时，蒸汽导致涡轮叶片使转子盘54旋转。转子盘54的旋转引起轴50的旋转。如示出的，负载52(例如，发电机)连接到轴50。因此，当轴50旋转时，负载52(例如，发电机)使用旋转能量来生成用于电网44的电力。当线路46中的加压蒸汽通过涡轮48时，蒸汽损失能量(即，膨胀和冷却)。在离开蒸汽涡轮48后，蒸汽在返回到HRSG 18之前进入冷凝器49，在此蒸汽被再加热，以用于在蒸汽涡轮系统16中再使用。应当注意，HRSG 18可以包括多种构件，例如一个或更多个锅炉56、调温器(attemperator)58，汽包(drum)60等。例如，锅炉56可将水转换为蒸汽，而调温器58可例如通过将水喷到蒸汽中来调节蒸汽温度。同样地，汽包60可用作水、蒸汽等的贮藏室。应当注意，HRSG 18可包括其他构件，例如过热器61、脱气器63、节约器65等。
如以上解释的，控制器12使联合循环发电厂10通过使用设定点和设定点速率来更灵活地控制工厂10操作。操作者可以在操作区域内产生一个或更多个设定点(和相关设定点速率)并且控制器然后可基于一个或更多个设定点来操作工厂。此外，基于操作模式，某些控制优先可由用户启用或以其他方式使用。在一个示例中，在启动期间，排气44温度优先可用来提高HRSG 18和BOP系统的寿命。在基本负载操作期间，涡轮14负载优先可用于更有效地操作燃气涡轮14。还可利用排放优先，适合用于在最小排放顺应负载下操作。
控制器12包括存储器62和处理器64。存储器62储存以软件代码的形式写入的指令和步骤。处理器64例如响应于来自CCPP 10的反馈来执行储存的指令。更具体而言，控制器12控制CCPP 10中的各种构件且与它们连通，以便灵活地控制燃气涡轮系统14的加载和卸载，并且因此灵活地控制蒸汽涡轮系统16的加载和卸载。在操作中，控制器12控制空气流控制模块20和燃料32的消耗，以改变燃气涡轮系统14的负载且由此改变CCPP 10的负载(即，CCPP 10如何增大对电网的电功率输出)。具体而言，控制器12调节排气44的质量流率和温度，这控制HRSG 18多快地产生运用于蒸汽涡轮系统16的蒸汽，且因此，CCPP 10使用负载42和52多快地产生电功率。例如，当控制器12利用空气流控制模块20增加气流时，其增加流过压缩机22的空气流、通过燃烧器24的流、和通过涡轮26的流的量。气流的增加增加了排气的质量流量，并且因此增加了轴40的扭矩。同样地，空气流控制模块20可用来减少流过压缩机22、流过燃烧器24、和流过涡轮26的空气流。气流的降低降低了排气的质量流率，并且因此降低了轴40的扭矩。
控制器12附加地控制燃气涡轮系统14的燃料消耗。燃料的控制32影响通过燃气涡轮系统14的质量流率和HRSG 18可获得的热能。例如，当控制器12增加燃料消耗时，排气44的温度增加。排气温度44的增加使HRSG 18能够产生较高温度和压力下的蒸汽，其由蒸汽涡轮系统16转化为更多的功率产量。然而，当控制器12降低燃料消耗时，排气的温度存在降低。因此，可用于驱动负载的机械能较少且可用于产生用于蒸汽涡轮系统16驱动负载52的蒸汽的热能较少。
现在转到图2，附图是示出了代替传统负载路径控制，或为负载路径控制的备选方案的，可由控制器12使用的操作区域或空间70的实施例的图表。在示出的实施例中，操作区域70由基于ISO温(等温)极限72(其基于ISO条件)、最大点火温度极限74、最大进口导叶(IGV)极限76、最小排气44温度78、最小负载极限80，和最大IGV极限82的边界而导出。因为操作区域70是燃气涡轮系统14操作区域，故提供燃气涡轮负载x轴82，以及燃气涡轮排气44温度y轴84。在使用中，设定点可以布置在操作区域70内侧，或极限72、74、76、78、80、82上的任意位置。各设定点和/或操作区域可附加地包括对在CCPP 10的控制期间朝设定点移动控制而言有用的变化率(增大或减小变化)。在区域70和极限72、74、76、78、80、82外侧的设定点可不被控制器12允许。操作区域70可例如通过分析CCPP 10的各种系统的设计和制造来导出极限72、74、76、78、80、82从而导出，极限72、74、76、78、80、82考虑当燃气涡轮系统14加载(轴线82)并且燃气涡轮排气44温度升高(轴线84)时的CCPP 10的系统的寿命周期和操作约束。
通过提供容易看得见的操作区域70和极限72、74、76、78、80、82，用户(例如CCPP10控制工程师)可观察并且/或者可视地放置设定点，以使CCPP 10的操作能够提供期望的燃气涡轮14负载和期望的燃气涡轮排气44温度。实际上，操作区域70中的设定点可有利地提供组合的负载(轴线82)和排气温度(y84)二者的控制，因此考虑HRSG 18和BOP系统的极限。应当注意，除极限72、74、76、78、80、82之外或代替它们，可包括其他极限，例如压力极限、燃料类型极限、间隙极限、其他温度极限等。还应注意的是，可提供多个操作区域，例如，图3示出了操作区域90的实施例，其包括基于燃气涡轮排气44流量的x轴92。
在图3中示出的实施例中，操作区域90设计为用设定点操作，设定点控制与排气44温度(例如y轴84)结合的排气44流量(例如，x轴92)，例如，以提高HRSG 18和BOP系统的寿命。例如，在燃气涡轮14系统的启动期间，可期望通过使系统中的热应力最小化来对HRSG18和BOP系统给予优先。因此，操作区域90可包括一个或更多个设定点，该一个或更多个设定点在CCPP系统10的启动期间将由控制器12使用并且集中在排气44流量和排气44温度上，而不是在更传统的负载曲线上，更传统的负载曲线诸如如下负载曲线，其跟随作为时间的函数百分比负载(例如，y轴上的负载百分比和x轴上的时间)。
因为集中在排气44流量(例如，质量流量)上，所以操作区域90包括与操作区域70的形状不同的形状。操作区域的形状90可基于将排气44流量而不是燃气涡轮14负载用作x轴的极限曲线72、74、76、78、80、82的形状来导出。即，操作区域90可例如通过分析CCPP 10的各种系统的设计和制造而导出极限72、74、76、78、80、82从而导出，极限72、74、76、78、80、82考虑当燃气涡轮系统14流量增加(轴线92)并且燃气涡轮排气44温度升高(轴线84)时的CCPP 10的系统的寿命周期和操作约束。应当注意，除区域70，90之外或替代区域70，90，可使用其他操作区域，例如基于通过涡轮16的蒸汽流量、负载52、和或HRSG 18构件(例如，锅炉56、调温器58、汽包60)的操作区域。通过提供基于例如极限72、74、76、78、80、82的设定点操作区域，在此描述的技术可实现可考虑设备寿命的CCPP 10的更灵活控制，且改善CCPP10效率。
图4、5和6描述了在操作区域70内或上形成的各种设定点的实施例。因为附图包括与图3类似的元件，故类似的元件使用类似的数字描述。现在转到图4，附图描述了操作区域70和设定点100。如上所述，设定点，例如设定点100可以由用户在现场产生或由控制器12动态地导出，且然后由控制器12执行，以控制CCPP 10。实际上，用户可选择操作区域70中的x，y点并且产生设定点100，以便控制器12可然后例如增大或减小燃气涡轮14负载，以达到期望设定点100。在一些实施例中，如下文中更详细地描述的，例如通过保持在考虑某些设备极限的期望变化率内，用户可限制控制器12从当前操作点达到设定点100的速率。例如，增加去往燃气涡轮14的燃料将增大燃气涡轮14负载42，但其还可增大排气44温度。因此，当达到期望负载时，控制器12可考虑设定点100的y轴86极限。同样地，可考虑排气44温度和负载的变化率。通过朝设定点100移动或保持设定点100，可通过控制器12提供改善的控制技术，其可更灵活地控制CCPP 10，并且其考虑某些极限，从而改善设备寿命和排放。
现在转到图5，附图描述了操作区域70和设定点102的实施例。如上所述，设定点，例如设定点102可由用户在现场产生并且然后由控制器12应用，以控制CCPP 10。在示出的实施例中，设定点102示出为布置在极限曲线76(例如，最大IGV极限曲线)上。实际上，设定点可不仅如图4所示地布置在区域70、90内侧，还附加地或备选地，布置在极限72、74、76、78、80、82中的任一者上。例如，如图6所示，设定点104可布置在极限76(例如，最大IGV极限曲线)和极限78(例如，最小排气44温度极限曲线)上。如果设定点布置在极限72、74、76、78、80、82的外侧，则GUI可警告用户这样的设定点是不允许的，从而消除了在被认为是不合乎需要的区域中的操作。
在本文中描述的技术此外可解决环境条件中的变化。例如，如图7所示，示出了三个操作区域70、110和112的实施例。在示出的实施例中，操作区域70可对应于国际标准组织(ISO)环境日。更具体而言，ISO日70可包括例如已由厂商导出的极限72、74、76、78、80、82，以在给定温度范围(例如，60F-80F)、给定湿度(例如，40％-60％湿度)，和给定海拔(例如，海平面)下的给定大气压力(例如，29.92英寸水银的日子期间更有效率地操作。基于ISO环境日操作区域70，CCPP可导出其他操作区域110，112。例如，CCPP系统10可包括适于提供与天气变化相关的环境读数的环境温度、压力、和/或湿度传感器。控制器12可然后通过动态地改变ISO日操作区域70，例如，通过基于接收的环境读数来使极限曲线72、74、76、78、80、82再成形，来解决天气变化。
在热天期间，控制器12可提供热天操作区域110。在热天110期间，情况可为使得当与可在ISO日操作区域70期间使用的最大IGV极限76相比时，最大IGV极限76可较小。同样地，在冷天操作区域112期间，情况可为使得当与可在ISO日操作区域70期间使用的最大IGV极限76相比时，最大IGV极限76可较大。其他极限74、76、78、80、82可类似地调节，以解决更热的操作110和/或更冷的操作112。如上所述，大气压力和/或环境湿度可类似地解决。在使用时，由于环境条件的变化，控制器12可使设定点能够在新区域110，112中操作，因此进一步增强控制灵活性。
在一个实施例中，基于操作区域70、110、112中的一个而产生且保存的设定点可以基于当前环境条件而由控制器12自动地重新定位。例如，较冷日可使得能够使设定点从原点(例如，从点[0，0])更远地移动，而较暖日可使得能够使设定点更接近原点地移动。在另一实施例中，保存的设定点可重新定位，但落在极限72、74、76、78、80、82外侧的设定点可导致对用户的警告且不被使用。因此，控制器12可解决环境变化并且高效地操作CCPP系统10。应当注意，图2-7中示出的图表可通过GUI提供至用户，GUI例如为下文中参照图10和11更详细地描述的GUI。
图8是描述了操作区域70的实施例的图表，该实施例包括边界120和设定点122。在一些情况下，除极限72、74、76、78、80、82之外，可能期望执行边界，例如边界120。在示出的实施例中，边界120是排放维持边界120，其在将排放维持为低于某些期望水平时是有用的。因此，控制器12现在可在高于边界120的温度下操作，以使排放产量，例如CO2产量最少化。允许边界曲线120上或高于边界曲线120的设定点，例如设定点122。当用户基于边界120来选择操作时，可能不允许低于边界曲线120但仍然在极限72、74、76、78、80、82内的设定点。当控制器12被命令应用边界120时，例如当存在CCPP 10停机、存在保护的负载快速减少、存在跳闸等，从而使得不能利用边界120时，可以提供一定超驰。
可提供其他边界，例如最大排气44流量边界，其界定排气44温度，以提供低于最大排气44流量边界的温度。因此，可更有效地控制排气44流量，并且排气44下游的系统可增大寿命。最大排气44流量边界(和边界120)可为通过输入限定操作区域70上的曲线的点的数组而由用户限定的。通过提供控制在边界上、下方、和/或上方的操作的边界，在此描述的技术提供了CCPP 10系统的附加的控制灵活性。
图9是可与在本文中描述的技术(例如，操作区域、设定点、设定点速率、和优先)一起使用，以更灵活地控制CCPP系统10的控制处理130的实施例的框图。在描述的实施例中，处理130可提供基于优先的，至少涡轮系统14负载和排气44温度的独立控制。实际上，在一个实施例中，处理130可使某些调节优先并且应用优先的调节来控制CCPP 10。处理130可实现为储存在有形的非易失性机器可读介质(例如，存储器62)中的计算机指令，且可由处理器64执行。处理130可附加地或备选地使用一个或更多个设定点(例如，燃气涡轮14负载设定点、排气44温度设定点)，以控制CCPP 10。各设定点可具有对应的增大变化率和减小变化率。因此，控制器12可在对应的变化率下从当前基准点朝设定点移动，以控制CCPP 10。例如，控制器12可增加去往涡轮系统14的燃料、改变涡轮14的空气-燃料比、打开或关闭进口导叶等，以朝设定点移动。
在描述的实施例中，处理130可接收当前工厂分派负载132，当前工厂分派负载132例如可导致在CCPP系统10的期望电功率产量。处理130然后可以通过从分派负载132减去当前蒸汽涡轮16发电机输出134(例如，当前通过发电机或负载52产生的电功率)来调节负载132，并且然后可以增加工厂辅助负载136(例如，用于操作CCPP系统10的泵、压缩机、送风机等的负载)。因此，可导出更精确的燃气涡轮14负载基准138。负载基准138可然后提供至控制器12以控制更多操作。
在示出的实施例中，处理130可以使用优先模式140以使CCPP系统10的控制优先。例如，处理130通过对如下文中更详细地描述的某些调节给予较高或较低权重，而可在使用或不使用设定点和设定点率的操作期间应用优先模式140。优先模式140可包括，例如，排气44温度优先、涡轮14负载优先、排放优先等。在操作中，用户可对控制器12提供优先模式输入142(例如，排气44温度优先、涡轮14负载优先、排放优先，或它们的组合)，或者优先模式输入142可基于CCPP系统10的当前操作(例如，启动操作、基本负载操作、停机操作)而导出。
调整144、146、和/或148然后可用于调谐当前排气44温度基准150。例如，如果优先模式输入142是排气44温度优先，那么可超过蒸汽涡轮极限调节146和性能和排放调节144对锅炉/BOP极限调节148给出优先。如果优先模式输入142是涡轮14负载优先，那么可超过蒸汽涡轮极限调节146和锅炉/BOP极限调节148对性能和排放调节144给出优先。如果优先模式输入142是排放优先，那么处理130可对性能和排放调节，并且具体而言，对排放调节152给出更大的优先。通过使上述调节优先，可实现适于进一步考虑设备和操作优先的改善的控制。
在使用时，当前排气44温度基准150可首先通过增加蒸汽温度调节154，减去调温器58雾状流调节156且然后增加排放调节152来调谐。因此，性能和排放可通过调节144来精调谐。当前排气44温度基准150然后可进一步地通过减去蒸汽涡轮16应力调节158而调节。应力调节158可解决由蒸汽涡轮16承受的热应力，且可降低当前排气44温度基准150，以降低蒸汽涡轮16中的应力。当前排气44温度基准150然后可进一步地通过减去汽包应力调节160和过热器应力调节162来得到调节。减去调节160和162可分别降低汽包60应力和过热器应力，因此还使上述系统的寿命最大化。一旦得到调节，则新的排气44温度基准164可提供至控制器12，以用于在移动控制燃气涡轮14中使用。新的温度基准164可在反馈环路中使用，如所示，因此变成当前排气44温度基准150，其然后可经历进一步的调节144、146、148。
优先模式140可附加地或备选地用于调节当前Wx(例如，排气流量)极限166。因此，处理130可应用性能调节168、锅炉极限调节170、和/或BOP极限172，以用于进一步精调谐极限166。例如，当前Wx极限166可通过调节168得到调节，以改善蒸汽产生性能，通过调节170改善锅炉56的寿命，并且/或者通过调节172改善BOP寿命。
在操作中，当前Wx极限166可通过基于当前产生的蒸汽质量流量，增加蒸汽产量调节168而得到提高。当前Wx极限166然后可通过减去汽包水夹带调节176而进一步得到调节。调节176可通过对当前就地的任何夹带(例如，固体、液体、或气态污染物)进行调节来降低Wx极限166。Wx极限166此外可通过减去节约器调节178，例如基于水平控制(例如，汽包水平)阀闪蒸的调节而得到调节。通过使用调节176和/或178，锅炉56极限可进一步地得到考虑。
Wx极限166可以通过减去蒸汽管道速度调节180、烟道温度调节182、蒸汽涡轮旁通容量184、和脱气器(DA)可操作性调节186而进一步得到调节。由于管道约束，例如HRSG 18中的管道的速度约束，故调节180可通过降低极限166来精调谐极限166。同样，由于烟道中的热量，调节182可通过降低极限166来进一步调谐极限166。类似地，由于脱气器操作，例如，从给水移除氧和溶解的气体的操作，调节182可降低Wx极限166。一旦应用调节168、170、和/或172，则处理130可导出新的Wx极限188，其可提供至控制器12。控制器12然后可应用Wx极限188，例如，当控制CCPP 10时。如所例示的，Wx极限188然后可用在反馈环路中，并且变为用于进一步循环使用的Wx极限166。
优先输入142可以用来使调节144、146、148、168、170、172中的任一者或其组合优先。实际上，基于输入142的用户选择或基于输入142的自动推导，处理130可增大或减小调节因数，以提供更有效的操作，以用于改善设备寿命。在此描述的技术附加地提供改善图形用户界面(GUI)，如在下文中参照图10和11更详细地描述的。例如，图10示出了GUI屏幕200的实施例，该实施例具有屏幕部分202、204。屏幕200可实现为储存在有形的非易失性机器可读介质(例如，存储器62)中的计算机指令，且可由处理器64执行。屏幕部分202包括图表部分206，其示出操作区域70，例如，以使用户能够观察和/或定位设定点208。部分202还示出排放维持边界120，以便用户可更容易地观察边界120相对于轴线210(例如，以瓦特计的负载)和轴线212(例如，以摄氏度或华氏度计的排气44温度)的位置。还描述了是操作涡轮数据214，其可包括如所示的各种操作参数(例如，温度、压力、流动速率、流动质量、间隙、燃料类型、功率产量等)。如上所述，在控制器12朝设定点208移动CCPP 10操作时，用户可选择设定点208，且然后观察参数214。
部分204包括灵活负载路径(FLP)控制216。启用灵活负载路径控制216可启用在本文中描述的灵活控制，例如设定点和设定点速率控制。还提供设定点优先控制218，其可用于手工地键入优先输入142。在描述的实施例中，示为启用的优先输入142是温度优先输入，但也可使用其他优先输入142，例如，负载、排气流量。还示出了控制显示选择控制220。在操作期间，用户可激活控制220，例如以在区段202中显示与排气44温度/负载、和/或排放/排气流量边界相关的数据。
还描述了温度控制区段222。有利地，用户可以通过包含在区段222中的温度基准控制224来观察温度目标。同样，用户可通过输入设定点208并且/或者通过温度目标输入控制226输入温度目标来输入温度目标。同样，用于温度基准的增大变化率极限可通过增大变化率温度控制228而键入。类似地，用于温度基准的减小变化率极限可通过减小变化率温度控制230而键入。应当注意，输入226、228、230是人机界面(HMI)输入，但还可使用其他技术，例如通过分布式控制系统(DCS)的远程输入，以提供对控制器12的输入。因此，与HMI输入226、228、230对应地提供DCS输入232，234，236。
在操作中，控制器12因此可在期望速率228、230下朝基准温度224移动或保持。当期望命令控制器12移动时，用户可促动移动控制238，并且当期望命令控制器12保持时，用户可促动控制240。因此，温度可更容易地控制和显现。
还描述了在控制燃气涡轮14负载中有用的负载控制区段242。例如，负载基准控制244可以以兆瓦来描述当前负载，而负载缓变率控制246可描述燃气涡轮14的加载和/或卸载所需的变化率。除使用设定点208之外或作为其备选方案，用户可经由输入控制248键入负载设定点，且经由速率输入控制250输入期望的变化率。如前所述，DCS可发送远程命令至控制器12，包括远程负载设定点输入252，和期望的负载变化率远程输入254。在负载控制部分242中还描述了负载选择控制256、速度/负载控制258、和保持负载控制260。负载选择控制256可用于在基本负载或预选负载(例如，比基本负载少或多)之间选择。速度/负载控制258可用来提高或降低负载，并且保持负载控制260可用来维持或以其他方式维持在期望的负载基准244处。通过提供GUI屏幕200，在本文中描述的技术可实现更有效的设定点208控制和可视化。
图11示出了GUI屏幕300，其具有屏幕部分302、304。屏幕300可实现为储存在有形的非易失性机器可读介质(例如，存储器62)中的计算机指令，且可由处理器64执行。屏幕部分302包括视图306，视图306示出了燃气涡轮系统14的图形表示，包括负载(例如，发电机)42、压缩机22、和/或涡轮26。还可以示出系统14的其他构件。视图306还包括控制308，其可示出燃气涡轮系统14的各种参数，包括但不限于温度、压力、燃料类型、流动速率、流量质量、间隙、功率产量、速度、和负载等。还包括图形选择控制310，其适于在各种视图(例如图306和206(图10中所示))之间变化。
还提供了状态控制312，其对显示各种状态信息是有用的，例如用于控制的设定点的使用(例如，FLP状态)、选择的优先(例如，图9中所示的优先模式140)、排放控制的类型、和与进口泄放热量(IBH)控制和IGV控制相关的属性。GUI屏幕300还包括控制314、316和318，它们分别适于启用和停用灵活负载路径、温度优先(例如，在优先模式140中可用的一个优先)，和显示选择(例如，用于屏幕部分302的显示的选择)。例如，控制316可用来根据需要设置优先输入142。
附加地，屏幕部分304包括排放控制区域320和排气流动边界控制区域322。排放控制区域320还可包括排放维护控制324，排放维护控制324在控制操作期间启用和停用排放边界120的应用(如图8所示)方面是有用的。还示出是偏置控制326，其可用于提供从排放边界120的偏差或偏置。更具体而言，偏置控制326提供从排放边界120的一定量的偏差。偏差可以是百分比(例如，-0.1％、-0.5％、-1％、1％、0.5％、0.1％)、温度范围(例如，在-10℃至10℃，-20℃至20℃之间)，或其组合的形式。通过偏置期望的量，当使用排放边界120时可提供更用户化的控制。还提供停机超驰控制328和快速减负荷超驰控制330。例如分别在CCPP10停机期间或在快速减负荷情况(例如，超速情况)期间，可使用超驰控制328、330以停用灵活负载路径控制(例如，使用设定点和速率，和/或优先模式的控制)。
可使用排气流量边界控制区域322，例如以限定排气流量边界曲线，且然后在控制期间将限定的曲线用作附加的边界，非常像边界120的使用。为了限定排气流量边界曲线，提供数组控制332，其适于键入点(例如，排气温度与排气流量点)的数组。点可以用来在二维图形上限定排气流量边界曲线，该二维图形具有排气温度作为第一轴且具有排气流量作为第二轴。实际上，用户可限定期望的排气流量边界曲线，以通过使控制器12能够考虑此种曲线的边界来实现控制。还提供了排气流量边界基准控制334，其在使当前排气流量边界可视化中是有用的，并且还提供了计算排气流量控制336，其在使由控制器12计算的排气流量可视化中是有用的。附加地，提供HMI输入排气流量基准控制，其使本地用户能够输入排气流量基准值。同样地，还提供了DCS输入排气流量基准控制340，其使远程用户能够输入排气流量基准值。
现在转到图12，附图是可用来控制CCPP 10的处理400的实施例的流程图。处理400可实现为储存在有形的非易失性机器可读介质(例如，存储器62)中的计算机指令，且可由处理器64执行。如上所述，处理400可限定(框402)一个或更多个设定点404，以控制CCPP10。例如，GUI屏幕200可用来键入设定点404。处理400然后可限定(框406)对应于设定点404的一个或更多个设定点速率408，诸如在控制器12朝设定点404移动或保持设定点404时的期望的增大和/或减小的速率。
处理400然后可导出(框410)在调节控制中使用的优先模式，从而得到优先输入142。一旦产生设定点404、速率408，和优先输入142，则处理130然后可控制(框414)CCPP。如前所述，当通过优先输入142来调节控制时，处理400可在期望速率406下朝设定点404移动。
本发明的技术效果包括在较少的时间内，并且在操作约束内(例如，HRSG约束、MECL极限、电厂配套设施系统限制等)启动联合循环发电厂的能力。具体而言，公开的实施例例示了能够使用设定点和设定点速率在联合循环发电厂中加载燃气涡轮发动机系统的控制器。而且，该控制器使联合循环发电厂能够在由极限界定的操作区域内灵活地操作，极限诸如排放标准、HRSG约束、电厂配套设施系统限制等。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且使得本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任意装置或系统并且执行任意合并的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其他示例意图在权利要求的范围内。

Claims (17)

1.一种用于联合循环发电厂的改善的控制的系统，其包括：
燃气涡轮系统，其构造为通过燃烧燃料来产生功率；和
控制器，其构造为通过操作二维表面区域和设定点来控制所述燃气涡轮系统，其中，所述操作二维表面区域包括多个极限，所述多个极限限定用于所述操作二维表面区域的边界，并且其中，所述设定点构造为配置在所述操作二维表面区域内侧或在所述极限上；
其中所述控制器构造为通过调节燃气涡轮燃料流量、燃气涡轮空气流量或两者的组合来将所述设定点维持在所述操作二维表面区域内侧或在所述极限上，并且其中所述控制器构造为在图形用户界面(GUI)屏幕上显示所述操作二维表面区域；
其中所述极限包括ISO温极限、最大点火温度极限、最大进口导叶(IGV)极限、最小排气温度极限、最小负载极限，或它们的组合。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器构造为通过独立地控制所述燃气涡轮空气流量和所述燃气涡轮燃料流量，通过所述操作二维表面区域和所述设定点来控制所述燃气涡轮系统，以导致所述燃气涡轮系统提供第一燃气涡轮条件和第二燃气涡轮条件，其中，所述第一燃气涡轮条件和所述第二燃气涡轮条件包括燃气涡轮负载、燃气涡轮排气温度、期望燃气涡轮排气流量，或它们的组合。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述操作二维表面区域包括具有燃气涡轮排气温度的y轴和x轴，且所述x轴包括燃气涡轮负载或燃气涡轮排气流量。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括具有所述燃气涡轮系统的联合循环发电厂CCPP，其中，所述控制器构造为通过朝所述设定点移动CCPP的条件或通过将所述CCPP的条件保持在设定点附近来控制所述燃气涡轮系统。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述CCPP包括与所述燃气涡轮系统流体地连通的热回收蒸汽发生器HRSG，其中，HRSG构造为利用来自所述燃气涡轮系统的排气的热量来生成蒸汽。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述控制器朝所述设定点移动的所述CCPP的条件包括燃气涡轮排气温度、燃气涡轮负载、燃气涡轮排气流量、CCPP排放、HRSG蒸汽产量、蒸汽涡轮负载，或它们的组合。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器构造为通过考虑设定点增大率和设定点减小率来朝所述设定点移动或保持在所述设定点附近。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括通信地联接到所述控制器的环境传感器，其中，所述控制器构造为基于来自所述环境传感器的读数来改变所述操作二维表面区域的形状。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器构造为通过应用优先模式来操作所述燃气涡轮系统，其中，所述优先模式基于优先模式输入来调节燃气涡轮温度基准、排气流量基准、燃气涡轮负载基准，或它们的组合。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括配置在所述操作二维表面区域中的排放维持边界，其中，所述控制器构造为在考虑所述排放维持边界的同时控制所述燃气涡轮系统的操作。
11.一种有形的非易失性机器可读介质，包括：
用于通过操作二维表面区域和设定点来控制燃气涡轮系统的指令，其中，所述操作二维表面区域包括多个极限，所述多个极限限定用于所述操作二维表面区域的边界，并且其中，所述设定点构造为配置在所述操作二维表面区域的内侧或在所述极限上；和
用于显示具有所述操作二维表面区域的图形的用户界面(GUI)屏幕的指令，其中控制燃气涡轮系统的指令包括用于通过调节燃气涡轮燃料流量、燃气涡轮空气流量或两者的组合来将所述设定点维持在所述操作二维表面区域内侧或在所述极限上的指令；其中所述极限包括ISO温极限、最大点火温度极限、最大进口导叶(IGV)极限、最小排气温度极限、最小负载极限，或它们的组合。
12.根据权利要求11所述的介质，其特征在于，用于控制的指令包括用于应用优先模式以使控制调节优先的指令。
13.根据权利要求12所述的介质，其特征在于，用于控制的指令包括：
用于控制利用来自所述燃气涡轮系统的排气经由热回收蒸汽发生器(HRSG)的蒸汽生成的指令；
用于基于朝所述设定点移动或保持排气温度，来控制蒸汽的蒸汽温度的指令。
14.一种用于联合循环发电厂的改善的控制的方法，包括：
通过操作二维表面区域和设定点来控制燃气涡轮系统，其中，所述操作二维表面区域包括多个极限，所述多个极限限定用于所述操作二维表面区域的边界，并且其中，所述设定点构造为配置在所述操作二维表面区域的内侧或在所述极限上；以及
在图形用户界面(GUI)屏幕上显示所述操作二维表面区域，其中控制燃气涡轮系统包括调节燃气涡轮燃料流量、燃气涡轮空气流量或两者的组合来将所述设定点维持在所述操作二维表面区域内侧或在所述极限上；
其中所述极限包括ISO温极限、最大点火温度极限、最大进口导叶(IGV)极限、最小排气温度极限、最小负载极限，或它们的组合。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，控制包括：
控制利用来自所述燃气涡轮系统的排气经由热回收蒸汽发生器(HRSG)的蒸汽生成；和
基于朝所述设定点移动或保持排气温度来控制蒸汽的蒸汽温度。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，控制包括应用优先模式以使控制调节优先。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，包括基于来自环境传感器的读数来改变所述操作二维表面区域的形状，所述环境传感器构造为感测所述燃气涡轮系统的环境条件。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2775107A1 (en) * 2013-03-06 2014-09-10 Alstom Technology Ltd Method for starting-up and operating a combined-cycle power plant
US9494086B2 (en) * 2014-02-28 2016-11-15 General Electric Company Systems and methods for improved combined cycle control
ITUB20155049A1 (it) * 2015-10-20 2017-04-20 Nuovo Pignone Tecnologie Srl Treno integrato di generazione di potenza e compressione, e metodo
JP6618051B2 (ja) * 2016-02-25 2019-12-11 三菱日立パワーシステムズ株式会社 コンバインドサイクルプラント、その最低出力低減方法、及びその制御装置
EP3425177B1 (en) * 2017-07-05 2020-03-25 Ansaldo Energia Switzerland AG A method for starting up a combined cycle power plant
JP6963450B2 (ja) * 2017-09-22 2021-11-10 三菱パワー株式会社 回転機械の制御装置、回転機械設備、回転機械の制御方法、及び回転機械の制御プログラム
EP3486439B1 (en) * 2017-11-21 2023-01-04 Ansaldo Energia S.p.A. M+n combined cycle power plant and method of controlling a m+n combined cycle power plant
US11525375B2 (en) * 2020-04-09 2022-12-13 General Electric Company Modeling and control of gas cycle power plant operation with variant control profile

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3956883A (en) * 1974-08-08 1976-05-18 Westinghouse Electric Corporation Smooth and highly responsive gas turbine temperature limit control especially useful in combined cycle electric power plants
JPS58124010A (ja) * 1982-01-19 1983-07-23 Toshiba Corp ガスタ−ビン制御装置
JPS6135122A (ja) * 1984-07-24 1986-02-19 株式会社日立製作所 発電ユニツトの運転制御方法
JPH0713472B2 (ja) * 1985-01-25 1995-02-15 株式会社日立製作所 タービンの運転制御方法、および複合サイクル原動機プラント
US4813226A (en) * 1987-01-12 1989-03-21 Grosselfinger Robert A Demand control of variable geometry gas turbine power plant
JP2554099B2 (ja) * 1987-09-07 1996-11-13 株式会社日立製作所 複合発電プラントの制御装置
JPH05187267A (ja) * 1992-01-14 1993-07-27 Hitachi Ltd コンバインドサイクル用ガスタービン制御装置
US5412936A (en) 1992-12-30 1995-05-09 General Electric Co. Method of effecting start-up of a cold steam turbine system in a combined cycle plant
US6226974B1 (en) * 1999-06-25 2001-05-08 General Electric Co. Method of operation of industrial gas turbine for optimal performance
JP2001197789A (ja) 1999-11-08 2001-07-19 Toshiba Corp コンバインドサイクル発電プラントの制御装置
US6865890B2 (en) * 2002-06-07 2005-03-15 Ronald Steven Walker Software system for verification of gas fuel flow
US7219040B2 (en) * 2002-11-05 2007-05-15 General Electric Company Method and system for model based control of heavy duty gas turbine
US7536232B2 (en) * 2004-08-27 2009-05-19 Alstom Technology Ltd Model predictive control of air pollution control processes
US7621133B2 (en) 2005-11-18 2009-11-24 General Electric Company Methods and apparatus for starting up combined cycle power systems
JP4118301B2 (ja) 2006-01-10 2008-07-16 株式会社東芝 コンバインドサイクル発電プラントの運転方法
JP2008259366A (ja) 2007-04-06 2008-10-23 Toshiba Corp プラント制御装置およびプラント制御方法
US20090158738A1 (en) 2007-12-20 2009-06-25 Tailai Hu Methods and apparatus for starting up combined cycle power system
US8352148B2 (en) * 2008-05-21 2013-01-08 General Electric Company System for controlling input profiles of combined cycle power generation system
EP2297622B1 (en) 2008-06-26 2017-01-25 General Electric Technology GmbH A method of estimating the maximum power generation capacity and for controlling a specified power reserve of a single cycle or combined cycle gas turbine power plant, and a power generating system for use with said method
US8783043B2 (en) 2009-07-15 2014-07-22 Siemens Aktiengesellschaft Method for removal of entrained gas in a combined cycle power generation system
US8195339B2 (en) * 2009-09-24 2012-06-05 General Electric Company System and method for scheduling startup of a combined cycle power generation system
US9103279B2 (en) * 2012-11-01 2015-08-11 General Electric Company Model based control tuning process for gas turbines
CN103511086B (zh) 2013-07-31 2015-11-04 北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司 一种燃气轮机-同步发电机机组有差转速控制方法

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US10006315B2 (en) 2018-06-26

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