CN106050434A - 应用概率控制来调整排气能量排放参数、控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

多个实施例包括一种系统，其具有：至少一个计算装置，其构造成通过执行动作来调整一组燃气涡轮(GT)(10)，动作包括：基于各个GT(10)的测量到的周围状况，命令该组GT(10)中的各个GT(10)达到基础负载水平；命令该组GT(10)中的各个GT(10)调节相应的排气能量(PL)，以匹配标称排气能量(PL)值，并且随后测量各个GT(10)的实际排放值；以及基于相应的测量到的实际排放值和在周围状况下的标称排放值之间的差，调节该组GT(10)中的各个GT(10)的运行状况。

Description

应用概率控制来调整排气能量排放参数、控制系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请与下者有关：共同悬而未决的美国专利申请No.(律师案号.276618-1)、美国专利申请No.(律师案号.276701-1)、美国专利申请No.(律师案号.276802-1)、美国专利申请No.(律师案号.276809-1)，以及美国专利申请No.(律师案号.276172-1)。本申请进一步与下者有关：共同悬而未决的美国专利申请No.(律师案号.279191-1)、美国专利申请No.(律师案号.279193-1)、美国专利申请No.(律师案号.279193-1)、美国专利申请No.(律师案号.279976-1)、美国专利申请No.(律师案号.279978-1)、美国专利申请No.(律师案号.279981-1)、美国专利申请No.(律师案号.279982-1)、美国专利申请No.(律师案号.279983-1)、美国专利申请No.(律师案号.279984-1)和美国专利申请No.(律师案号.279985-1)，它们都在共同提交。

技术领域

本文公开的主题涉及调整和控制系统。更特别地，本文公开的主题涉及燃气涡轮的调整和控制系统。

背景技术

至少一些已知燃气涡轮发动机包括控制器，控制器监测和控制它们的运行。已知控制器使用发动机的运行参数来管理燃气涡轮发动机的燃烧系统和燃气涡轮发动机的其它运行方面。至少一些已知控制器接收指示燃气涡轮发动机的当前运行状态的运行参数，通过基于物理的模型或传递函数来限定运行边界，以及对运行边界模型应用运行参数。另外，至少一些已知控制器还对调度算法应用运行参数，确定误差项，以及通过调节一个或多个燃气涡轮发动机控制效应器来控制边界。但是，至少一些运行参数可为不可测量参数，诸如可能对于使用的传感器来测量而言不切实际的参数。这样的参数中的一些包括点火(firing)温度(即，1级涡轮导叶出口温度)、燃烧器出口温度和/或涡轮级1喷嘴入口温度。

至少一些已知燃气涡轮发动机控制系统使用测量到的参数来直接控制或监测不可测量的运行参数，诸如压缩机入口压力和温度、压缩机出口压力和温度、涡轮排气压力和温度、燃料流量和温度、周围状况和/或发电机功率。但是，间接参数的值存在不确定性，而且相关联的燃气涡轮发动机可能需要调整，以减少燃烧动态和排放。由于不可测量的参数的不确定性，对包括这样的已知控制系统的燃气涡轮发动机使用设计裕度。使用这样的设计裕度在许多运行状况下可降低燃气涡轮发动机的性能，这是为了保护和适应最坏情况下的运行边界。此外，许多这样的已知控制系统可能无法准确地估计燃气涡轮发动机的点火温度或排气温度，这可导致发动机不那么高效，以及导致具有不止一个燃气涡轮发动机的设施中的机器之间有差异。

已经证实，减少工业燃气涡轮的机器之间的点火温度差异是困难的。例如，点火温度随许多不同的变量改变，包括燃气涡轮的构件和它们的组件中的差异。这些差异是因为制造、安装和组装燃气涡轮部件时的必然公差而引起的。另外，用来测量燃气涡轮的运行参数的控制器和传感器在它们的测量值中包含某些不确定量。正是用来感测测量到的运行参数的值和机器构件差异的测量系统的不确定性必定导致燃气涡轮发动机的不可测量的运行参数(诸如点火温度)有差异。这些固有不准确性的组合使得难以在已知的一组周围状况下实现燃气涡轮发动机的设计点火温度，并且导致机器之间的点火温度有差异。

发明内容

多个实施例包括一种系统，其具有：至少一个计算装置，其构造成通过执行动作来调整一组燃气涡轮(GT)，动作包括：基于各个GT的测量到的周围状况，命令该组GT中的各个GT达到基础负载水平；命令该组GT中的各个GT调节相应的排气能量，以匹配标称排气能量值，并且随后测量各个GT的实际排放值；以及基于相应的测量到的实际排放值和在周围状况下的标称排放值之间的差，调节该组GT中的各个GT的运行状况。

第一方面包括一种系统，其具有：至少一个计算装置，其构造成通过执行动作来调整一组燃气涡轮(GT)，动作包括：基于各个GT的测量到的周围状况，命令该组GT中的各个GT达到基础负载水平；命令该组GT中的各个GT调节相应的排气能量，以匹配标称排气能量值，并且随后测量各个GT的实际排放值；以及基于相应的测量到的实际排放值和在周围状况下的标称排放值之间的差，调节该组GT中的各个GT的运行状况。

第二方面包括一种计算机程序产品，其具有程序代码，当所述程序代码由至少一个计算装置执行，使至少一个计算装置通过执行动作来调整一组燃气涡轮(GT)，动作包括：基于各个GT的测量到的周围状况，命令该组GT中的各个GT达到基础负载水平；命令该组GT中的各个GT调节相应的排气能量，以匹配标称排气能量值，并且随后测量各个GT的实际排放值；以及基于相应的测量到的实际排放值和在周围状况下的标称排放值之间的差，调节该组GT中的各个GT的运行状况。

第三方面包括一种调整一组燃气涡轮(GT)的计算机实现的方法，使用至少一个计算装置来执行该方法，该方法包括：基于各个GT的测量到的周围状况，命令该组GT中的各个GT达到基础负载水平；命令该组GT中的各个GT调节相应的排气能量，以匹配标称排气能量值，并且随后测量各个GT的实际排放值；以及基于相应的测量到的实际排放值和在周围状况下的标称排放值之间的差，调节该组GT中的各个GT的运行状况。

技术方案1. 一种系统，包括：

至少一个计算装置，其构造成通过执行动作来调整一组燃气涡轮(GT)，所述动作包括：

基于各个GT的测量到的周围状况，命令所述组GT中的各个GT达到基础负载水平；

命令所述组GT中的各个GT调节相应的排气能量，以匹配标称排气能量值，并且随后测量各个GT的实际排放值；以及

基于相应的测量到的实际排放值和在所述周围状况下的标称排放值之间的差，调节所述组GT中的各个GT的运行状况。

技术方案2. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述基础负载水平与测量到的周围状况的排气能量值和排放值相关联。

技术方案3. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，响应于命令所述组GT中的各个GT达到所述基础负载水平，各个GT不实现所述标称排气能量值或所述标称排放值中的至少一个。

技术方案4. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述至少一个计算装置进一步构造成将各个GT的相应的测量到的实际排放值和所述标称排放值之间的差转换成各个GT的相应的排气能量值和在所述周围状况值下的所述标称排气能量值之间的差。

技术方案5. 根据技术方案4所述的系统，其特征在于，对各个GT的运行状况的调节包括对所述组GT中的各个GT的运行状况调节达相应的排气能量值和所述标称排气能量值之间的差的固定份额，使得各个GT的排气能量接近且然后达到相应的标称排气能量值。

技术方案6. 根据技术方案5所述的系统，其特征在于，对所述组GT中的各个GT的运行状况调节达相应的排气能量值和所述标称排气能量值之间的差的固定份额会使各个GT对齐在标绘排气能量与排放的图形空间中的垂直于所述各个GT的标称排气能量/标称排放特性的线上。

技术方案7. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，命令所述组GT中的各个GT调节相应的排气能量，以匹配所述标称排气能量值会使各个GT的实际排放值移动得较接近所述标称排放值，而不匹配所述标称排放值。

技术方案8. 一种计算机程序产品，包括程序代码，当由至少一个计算装置执行时，所述程序代码使所述至少一个计算装置通过执行动作来调整一组燃气涡轮(GT)，所述动作包括：

基于各个GT的测量到的周围状况，命令所述组GT中的各个GT达到基础负载水平；

命令所述组GT中的各个GT调节相应的排气能量，以匹配标称排气能量值，并且随后测量各个GT的实际排放值；以及

基于相应的测量到的实际排放值和在所述周围状况下的标称排放值之间的差，调节所述组GT中的各个GT的运行状况。

技术方案9. 根据技术方案8所述的计算机程序产品，其特征在于，所述基础负载水平与测量到的周围状况的排气能量值和排放值相关联。

技术方案10. 根据技术方案8所述的计算机程序产品，其特征在于，响应于命令所述组GT中的各个GT达到所述基础负载水平，各个GT不实现所述标称排气能量值或所述标称排放值中的至少一个。

技术方案11. 根据技术方案8所述的计算机程序产品，其特征在于，当执行时，所述计算机程序产品使所述至少一个计算装置将各个GT的相应的测量到的实际排放值和所述标称排放值之间的差转换成各个GT的相应的排气能量值和在所述周围状况值下的所述标称排气能量值之间的差。

技术方案12. 根据技术方案11所述的计算机程序产品，其特征在于，对各个GT的运行状况的调节包括对所述组GT中的各个GT的运行状况调节达相应的排气能量值和所述标称排气能量值之间的差的固定份额，使得各个GT的排气能量接近且然后达到相应的标称排气能量值。

技术方案13. 根据技术方案12所述的计算机程序产品，其特征在于，对所述组GT中的各个GT的运行状况调节达相应的排气能量值和所述标称排气能量值之间的差的固定份额会使各个GT对齐在标绘排气能量与排放的图形空间中的垂直于所述各个GT的标称排气能量/标称排放特性的线上。

技术方案14. 根据技术方案8所述的计算机程序产品，其特征在于，命令所述组GT中的各个GT调节相应的排气能量，以匹配所述标称排气能量值会使各个GT的实际排放值移动得较接近所述标称排放值，而不匹配所述标称排放值。

技术方案15. 一种调整一组燃气涡轮(GT)的计算机实现的方法，使用至少一个计算装置来执行所述方法，所述方法包括：

基于各个GT的测量到的周围状况，命令所述组GT中的各个GT达到基础负载水平；

命令所述组GT中的各个GT调节相应的排气能量，以匹配标称排气能量值，并且随后测量各个GT的实际排放值；以及

基于相应的测量到的实际排放值和在所述周围状况下的标称排放值之间的差，调节所述组GT中的各个GT的运行状况。

技术方案16. 根据技术方案15所述的方法，其特征在于，所述基础负载水平与测量到的周围状况的排气能量值和排放值相关联。

技术方案17. 根据技术方案16所述的方法，其特征在于，响应于命令所述组GT中的各个GT达到所述基础负载水平，各个GT不实现所述标称排气能量值或所述标称排放值中的至少一个。

技术方案18. 根据技术方案17所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将各个GT的相应的测量到的实际排放值和所述标称排放值之间的差转换成各个GT的相应的排气能量值和在所述周围状况值下的所述标称排气能量值之间的差。

技术方案19. 根据技术方案18所述的方法，其特征在于，对各个GT的运行状况的调节包括对所述组GT中的各个GT的运行状况调节达相应的排气能量值和所述标称排气能量值之间的差的固定份额，使得各个GT的排气能量接近且然后达到相应的标称排气能量值。

其中，对所述组GT中的各个GT的运行状况调节达相应的排气能量值和所述标称排气能量值之间的差的固定份额会使各个GT对齐在标绘排气能量与排放的图形空间中的垂直于所述各个GT的标称排气能量/标称排放特性的线上。

技术方案20. 根据技术方案15所述的方法，其特征在于，命令所述组GT中的各个GT调节相应的排气能量，以匹配所述标称排气能量值会使各个GT的实际排放值移动得较接近所述标称排放值，而不匹配所述标称排放值。

附图说明

根据结合附图得到的本发明的各方面的以下详细描述，将更容易理解本发明的这些和其它特征，附图描绘了本发明的多个实施例，其中：

图1显示根据本发明的多个实施例的燃气涡轮发动机(GT)的示意图，它包括控制系统。

图2显示根据本发明的多个实施例的控制架构的示意图，控制架构可用于图1的控制系统，以控制GT的运行。

图3显示使用由图1的控制系统使用的GT模型的图1的在统计上相当大量的GT发动机的运行状态的概率模拟的图形描绘。

图4显示示出根据本发明的多个实施例的方法的流程图。

图5在二维排气能量与排放(NOx)图表中显示在图4的流程图中示出的过程的图形描绘。

图6在二维排气能量与排放(NOx)图表中显示在图4的流程图中示出的过程的图形描绘。

图7在三维排气能量与排放(NOx) 与点火温度(T4)图表中显示在图4的流程图中示出的过程的图形描绘。

图8显示包括根据本发明的多个实施例的控制系统的示例性环境。

注意，本发明的图不必按比例绘制。图仅意于描绘本发明的典型方面，并且因此不应认为图限制本发明的范围。在图中，相同标号表示图之间的相同元件。

部件列表

1涡轮级

2过程

10燃气涡轮发动机(GT)

12压缩机

14燃烧器

16涡轮；cc装置负载监测系统

18控制器；控制系统

20导管；入口导管

21入口导叶(IGV)

22排气导管

24发电机

26控制传感器；冗余控制传感器；冗余温度控制传感器；温度控制传感器

27涡轮控制促动器；燃料促动器

28燃料控制系统

29涡轮控制促动器；促动器

48输入运行参数；参数

50标称点火温度；设计点火温度

52点火温度

54校正因子

56 MBC模块；控制MBC模块

58ARES模块；发动机模拟(ARES)模块

60运行参数

62排气温度；排气温度

64点火温度

66点火温度

68输入排气温度校正因子；排气温度校正因子

70比较器

74比较器

122处理构件

124存储构件

126I/O构件；输入/输出(I/O)构件

128路径；通信路径

132模块

136用户

138CS

200控制架构

300线

302线

304线

306线

308数据点

428标称运行状态

802示例性环境；系统

814计算装置

836用户。

具体实施方式

如上面指示的那样，本文公开的主题涉及调整和控制系统。更特别地，本文公开的主题涉及燃气涡轮的调整和控制系统。

概率控制是用于基于测量到的排气能量(英热单位(BTU)每小时或千瓦(kW)每小时)和一氧化氮NO和NO₂(氧化一氮和二氧化氮)(统称为NOx排放)，来设定燃气涡轮(GT)的运行状态的方法。如本文描述的那样，多个实施例对其中存在NOx测量误差的GT提供调整和控制。但传统方法用来计算和调整控制其中存在测量误差的机构，但传统方法不设计成在排气能量和NOx测量值的具体方面，处理和调整GT控制功能。

如本文所用，用语P50 GT或P50机器指的是在编组中的平均(或标称)燃气涡轮或类似机器。与这个P50测量相关联的参数被认为是理想的，并且很少曾经在实际燃气涡轮中获得，如果有的话。本文使用的其它用语可包括：a)点火温度(T4)，它是在第一级喷嘴下游但在涡轮(例如，GT)中的第一旋转轮叶上游的平均温度；以及b)T3.9，它是中燃气涡轮的燃烧温度，并且高于点火温度。如本领域已知的那样，无法测量点火温度，但可根据其它测量值和已知参数来推定点火温度。如本文所用，用语，“指示的点火温度”指的是控制装备的一个或多个构件所指示的点火温度，例如，监测和/或控制GT构件的控制系统。“指示的”点火温度表示从与GT控制系统连接的传统感测/测试装备对点火温度的最佳估计。

另外，如本文描述的那样，用语特定燃气涡轮的“基础负载”指的是燃气涡轮在额定点火温度下的最大输出。另外，如本文描述以及如本领中已知的那样，给定燃气涡轮的基础负载将基于周围运行状况的变化而改变。有时基础负载在本领域中称为“全速度全负载”。另外，要理解的是，NOx对于燃料组成是敏感的，并且因而，在燃气涡轮中进行的任何调整过程(包括本文描述的调整过程)中都要考虑。

另外，如本文描述的那样，用语“排气能量”指的是包含在离开GT的排气内的能量，可基于在GT的排气区段(出口)处的排气的温度测量值和压力测量值来确定排气能量。这个排气能量直接与流过GT的燃烧气体量有关，并且可与其它运行参数相互关联，例如，功率输出。

本文描述的多个实施例允许使用GT的排气能量和排放参数对GT(例如，成编组的两个或更多个GT)进行概率控制。由于某些系统构造的原因，特定参数可能对于GT的概率控制更有效。例如，在GT是单轴功率产生系统的情况下(例如，在GT在单个轴上与蒸汽涡轮(ST)联接的情况下)，使GT的输出(功率输出)与ST的输出分离可能是不切实际的(或者非常困难)。在这种情况下，使用功率输出作为参数，对GT(和/或成编组的单轴GT)执行概率控制可能是无效的。在这些情况下，本文描述的方法可为有用的，例如，在使用排气能量作为控制参数的情况下。可对呈多轴构造的GT准确地测量排气能量，而无需考虑与那个GT联接的ST。

根据多个实施例，方法可包括以下过程：

1)基于测量到的周围状况，命令一个或多个燃气涡轮(例如，编组中)达到设计基础负载(MW值、NOx值、燃料流量值、排气能量值)。如本文描述的那样，在理想情形中，GT(一个或多个)在理想方案中应当收敛到P50(标称)运行参数，包括P50排气能量(标称排气能量)值和P50 NOx(排放)值。但是，如本文指示的那样，这在实际运行中不会发生；

2)命令一个或多个GT调节其排气能量，以匹配标称排气能量(P50排气能量)值，并且测量实际NOx值。如本文提到的那样，这个过程很可能将帮助使各个GT的实际NOx值更接近P50NOx值，但不能完全达到该目的。另外，这个排气能量调节不针对另一个考量，即，点火温度相对于其期望水平升高；以及

3)基于测量到的实际NOx值(过程2)和周围状况的期望P50 NOx值之间的差(△NOx)，来调节各个GT的运行状况。可使用传统方法将△NOx值转变成各个GT的△排气能量值(表示GT的实际排气能量和P50排气能量水平下的排气能量之间的差)。在这个过程中，偏离P50排气能量值的各个GT调节其运行状况达△排气能量值(从△NOx值转换而来)的固定份额，使得它接近且然后达到那个GT的△排气能量值。这个调节将使各个GT移动到排气能量/NOx空间中的垂直于那个GT的P50排气能量/P50 NOx特性的线上。在本文进一步详细地描述上面提到的一般过程。

在以下描述中，参照附图，附图形成以下描述的一部分，并且其中以说明的方式显示在其中可实践本教导的具体示例实施例。足够详细地描述这些实施例，以使得本领域技术人员能够实践本教导，而且要理解的是，可利用其它实施例，并且可在不偏离本教导的范围的情况下作出改变。因此，以下描述仅是说明性的。

图1显示根据多个实施例的燃气涡轮发动机(GT)10的示意图，它包括控制系统18。在多个实施例中，燃气涡轮发动机10包括压缩机12、燃烧器14、驱动地联接到压缩机12上的涡轮16，以及计算机控制系统或控制器18。通往压缩机12的入口导管20将周围空气引导到压缩机12，在一些情况下，将喷射的水引导到压缩机12。导管20可包括导管、过滤器、筛子或声音吸收装置，它们导致流过入口导管20且流到压缩机12的入口导叶(IGV)21中的周围空气有压力损失。来自燃气涡轮发动机10的燃烧气体被引导通过排气导管22。排气导管22可包括声音吸收材料和排放控制装置，它们会对燃气涡轮发动机10引起背压。入口压力损失量和背压量可随着时间的推移而改变，因为对入口导管20和排气导管22添加了构件，以及/或者由于灰尘或污垢堵塞了入口导管20和排气导管22。在多个实施例中，燃气涡轮发动机10驱动发电机24，发电机24产生电功率。

描述多个实施例，它们测量、分析和/或控制一组GT，该组GT可包括例如成编组的一个或多个燃气涡轮发动机(GT)。要理解的是，这些方法如两个或更多个GT那样类似地适用于单个GT。要进一步理解的是，如本文所用，用语“组”可表示1个或更多个。

在多个实施例中，多个控制传感器26检测燃气涡轮发动机10、发电机24的多个运行状况，以及/或者在燃气涡轮发动机10的运行期间的周围环境。在许多情况下，多个冗余控制传感器26可测量同一运行状况。例如，成组的冗余温度控制传感器26可监测周围温度、压缩机排气口温度、涡轮排气温度，以及/或者通过燃气涡轮发动机10的气体流(未显示)的其它运行温度。类似地，成组的其它冗余压力控制传感器26可监测周围压力、压缩机12、涡轮16排气口处的静态和动态压力水平，以及/或者燃气涡轮发动机10中的其它参数。控制传感器26可包括(无限制)流量传感器、压力传感器、速度传感器、火焰检测器传感器、阀位置传感器、导叶角度传感器，以及/或者可用来感测在燃气涡轮发动机10的运行期间的多个运行参数的任何其它装置。

如本文所用，用语“参数”指的是可用来限定燃气涡轮发动机10的运行状况的特性，诸如在燃气涡轮发动机10内的限定位置处的温度、压力和/或气体流量。测量，即，感测和直接了解一些参数，而其它参数则用模型计算出来，并且因而估计和间接地了解其它参数。一些参数最初可由用户输入到控制器18。测量到的参数、估计参照或用户输入参数表示燃气涡轮发动机10的给定运行状态。

燃料控制系统28调整从燃料供应(未显示)到燃烧器14的燃料流的量、在一级和二级燃料喷嘴(未显示)之间分割的量，以及与流到燃烧器14中的二级空气混合的量。燃料控制系统28还可选择在燃烧器14中使用的燃料的类型。燃料控制系统28可为单独的单元，或者可为控制器18的构件。

控制器(控制系统)18可为计算机系统，它包括至少一个处理器(未显示)和至少一个存储器装置(未显示)，处理器至少部分地基于控制传感器26输入和来自人类操作者的指令执行操作，以控制燃气涡轮发动机10的运行。控制器可包括，例如，燃气涡轮发动机10的模型。由控制器18执行的操作可包括感测运行参数或对运行参数建模，对运行边界建模，应用运行边界模型，或者应用调度算法，调度算法诸如通过调整通往燃烧器14的燃料流量来控制燃气涡轮发动机10的运行。控制器18比较燃气涡轮发动机10的运行参数与运行边界模型，或者由燃气涡轮发动机10用来产生控制输出(诸如(无限制)点火温度)的调度算法。由控制器18产生的命令可使燃气涡轮发动机10上的燃料促动器27选择性地调整燃料流量、燃料分割，以及/或者引导在燃料供应和燃烧器14之间的燃料的类型。可产生其它命令来使促动器29调节IGV 21的相对位置，调节入口放气热，或者对燃气涡轮发动机10启用其它控制设定。

运行参数大体指示燃气涡轮发动机10的运行状况，诸如在燃气涡轮发动机10中的限定位置处且在给定运行状态下的温度、压力和气体流量。测量，即，感测和直接了解一些运行参数，而其它运行参数则可用模型估计和间接地了解。被估计或建模的运行参数也可称为估计运行参数，并且可包括例如(无限制)点火温度和/或排气温度。运行边界模型可由燃气涡轮发动机10的一个或多个物理边界限定，并且因而可表示燃气涡轮发动机10在各个边界下的最佳状况。另外，运行边界模型可独立于任何其它边界或运行状况。调度算法可用来确定用于涡轮控制促动器27、29的设定，以使燃气涡轮发动机10在预定极限内运行。典型地，调度算法防止最糟方案，并且具有基于某些运行状态的内置假设。边界控制是控制器(诸如控制器18)能够用来调节涡轮控制促动器27、29，以使燃气涡轮发动机10以优选状态运行的过程。

图2显示示例控制架构200的示意图，示例控制架构200可用于控制器18(在图1中显示)，以控制燃气涡轮发动机10(显示图1)的运行。更特别地，在多个实施例中，控制架构200在控制器18中实现，并且包括基于模型的控制(MBC)模块56。MBC模块56是燃气涡轮发动机10的可靠、高准确度的基于物理的模型。MBC模块56接收测量到的状况作为输入运行参数48。这样的参数48可包括(无限制)周围压力和温度、燃料流量和温度、入口放气热和/或发电机功率损失。MBC模块56将输入运行参数48应用于燃气涡轮模型，以确定标称点火温度50(或标称运行状态428)。MBC模块56可在使得控制架构200和燃气涡轮发动机10能够如本文描述的那样运行的任何平台中实现。

另外，在多个实施例中，控制架构200包括自适应实时发动机模拟(ARES)模块58，ARES模块58估计燃气涡轮发动机10的某些运行参数。例如，在一个实施例中，ARES模块58估计不直接感测的运行参数，诸如控制传感器26产生的供在控制算法中使用的那些。ARES模块58还估计这样的运行参数：测量运行参数，使得可比较估计状况和测量到的状况。使用比较来自动地调整ARES模块58，而不干扰燃气涡轮发动机10的运行。

ARES模块58接收输入运行参数48，诸如(无限制)周围压力和温度、压缩机入口导叶位置、燃料流量、入口放气热流量、发电机功率损失、入口和排气导管压力损失和/或压缩机入口温度。然后ARES模块58产生估计运行参数60，诸如(无限制)排气温度62、压缩机排气口压力和/或压缩机排气口温度。在多个实施例中，ARES模块58使用估计运行参数60与输入运行参数48作为对燃气涡轮模型的输入，以产生输出，诸如例如计算点火温度64。

在多个实施例中，控制器18接收计算点火温度52作为输入。控制器18使用比较器70来比较计算点火温度52与标称点火温度50，以产生校正因子54。校正因子54用来调节MBC模块56中的标称点火温度50，以产生经校正的点火温度66。控制器18使用比较器74来比较来自ARES模块58的控制输出和来自MBC模块56的控制输出，产生差值。然后这个差值输入到卡尔曼滤波器增益矩阵(未显示)中，以产生标准化校正因子，将标准化校正因子供应给控制器18，以用来持续地调整ARES模块58的控制模型，因而有利于提高对燃气涡轮发动机10的控制。在备选实施例中，控制器18接收排气温度校正因子68作为输入。排气温度校正因子68可用来调节ARES模块58中的排气温度62。

图3是显示使用由控制系统使用的燃气涡轮发动机的模型的图1的在统计上相当大量的燃气涡轮发动机10的运行状态的概率模拟的图表。该图表表示燃气涡轮发动机10的功率输出与点火温度。线300是多个数据点308的线性回归模型。线302表示对应于数据点308的99%预计时间间隔。另外，线304表示燃气涡轮发动机10的标称或设计点火温度50，而线306则表示燃气涡轮发动机10的标称或设计功率输出。在多个实施例中，图3中显示的概率模拟显示80个单位的点火温度的近似差异。这个差异可能是因为燃气涡轮发动机10的构件公差和控制器18和控制传感器26的测量值不确定性的原因。

本文描述的是用于调整燃气涡轮发动机10的方法，其有利于减少实际燃气涡轮发动机10运行状态(例如，点火温度和/或排气温度)的差异，这有利于减少燃气涡轮发动机10的功率输出、排放和寿命的差异。本文描述的概率控制方法可实现为离散过程，以在安装期间以及在多个时期调整燃气涡轮发动机10，或者可在控制器18内实现，以按预定时间间隔定期运行，以及/或者在燃气涡轮发动机10的运行期间持续运行。这些方法不直接测量燃气涡轮点火温度，因为点火温度是估计参数，如前面论述的那样。但是，这些概率控制方法可产生是燃气涡轮发动机10的点火温度的强指标的直接测量到的参数，而且允许改进对燃气涡轮发动机10中的点火温度的控制。

图4显示示出根据多个实施例而执行的方法的流程图。如本文描述的那样，可使用至少一个计算装置来执行(例如，进行)该方法，至少一个计算装置实现为计算机程序产品(例如，非暂时性计算机程序产品)，或者以别的方式包括以下过程：

过程P1：基于各个GT 10的测量到的周围状况，命令一组GT中的各个GT 10达到基础负载水平(例如，目标指示点火温度)。如本文提到的那样，基础负载(具有目标指示点火温度)与测量到的周围状况的排气能量值和排放值相关联。如本文进一步提到的那样，响应于命令该组GT中的各个GT 10达到基础负载水平，各个GT 10不实现标称排气能量值(P50排气能量)或标称排放值(P50 NOx)中的至少一个。根据多个实施例，命令该组GT中的各个GT 10调节相应的排气能量，以匹配标称排气能量值的过程会使各个GT 10的实际排放值移动得较接近标称排放值，而不匹配标称排放值；

过程P2：命令该组GT中的各个GT 10调节相应的排气能量，以匹配标称排气能量值，并且随后测量各个GT 10的实际排放值。在多个实施例中，过程P2可进一步包括将各个GT 10的相应的测量到的实际排放值和标称排放值之间的差转换成各个GT 10的相应的排气能量值和在周围状况值下的标称排气能量值之间的差；以及

过程P3：基于相应的测量实际排放值和在周围状况下的标称排放值之间的差，调节该组GT中的各个GT 10的运行状况。根据多个实施例，调节各个GT 10的运行状况的过程包括对该组GT中的各个GT 10的运行状况调节达相应的排气能量值和标称排气能量值之间的差的固定份额，使得各个GT 10的排气能量接近且然后达到相应的标称排气能量值。根据多个实施例，对该组GT中的各个GT 10的运行状况调节达相应的排气能量值和标称排气能量值之间的差的固定份额会使各个GT 10对齐在标绘排气能量与排放的图形空间中的垂直于各个GT 10的标称排气能量/标称排放特性的线上。

图5-7通过排气能量与排放(NOx)图表，相对于表示成组的(多个)GT(类似于GT10)的示例数据组显示图4中描述的过程的图形描绘。图5-6中显示的所有数据点都表示指示点火温度下的排气能量与排放(NOx)，其中，“指示的”点火温度是显示的或由控制器GT10以别的方式输出的点火温度。也就是说，“指示的”点火温度不一定是实际点火温度(如本文描述的那样，无法准确地测量实际点火温度)，而是由GT 10的控制器(和有关装备)估计出的点火温度。

如此示例中显示的那样，例如，在图5中，线GL的中心点随该组GT的平均点火温度(T4)改变。平均燃烧温度(T3.9)随平均点火温度改变，并且大于平均点火温度。如本文提到的那样，随着平均点火温度提高，平均燃烧温度也提高，这表示线GL将移动到较大的排气能量/NOx值，同时保持垂直于线RL，线RL限定该组中的平均GT在基础负载下的排气能量/NOx特性。两根标注为BL的线界定线GL，并且将该组GT之中的统计差异限定成相对于平均线RL两个∑。发明人通过经验测试已经发现，线BL表示实际点火温度(T4)相对于RL线的+/-10度的跨度，这是沿着垂直于线RL的给定线测量的。图6显示图5的图形描绘，其中沿着垂直于RL(排气能量/NOx特性)和线BR的线，增加了成编组的GT在独特示例排气能量/NOx值下的指示平均T4(点火温度)的指示器。此示例中的平均T4(B)和平均T4(P)示出在T4=2410华氏度且T4=2430华氏度时的示例编组。图6还示出线PL，这是沿着垂直于排气能量/NOx特性线的点火温度(T4)“扫掠”或差异的单个GT的示例。PL显示排气能量/NOx如何由于不同的点火温度(T4)而改变。

图7显示过程P3(图4)的三维图形描绘，即，基于相应的测量实际排放值和在周围状况下的标称排放值之间的差，来调节该组GT中的各个GT的运行状况。也就是说，如图7中显示的那样，由跨越点火温度(T4)空间的GL(图5-6)的平面限定的GL平面示出其中该组GT在点火温度(T4)空间中运行的模型。也就是说，虽然无法针对该组GT中的各个GT直接测量实际点火温度(T4)，但GL平面表示该组GT内的GT的点火温度的最准确模型。根据多个实施例，过程P3包括基于相应的GT的相应的测量到的实际排放值(NOx值)和标称(平均)排放值(NOx值)之间的差来调节各个GT的运行状况。也就是说，根据多个实施例，调节各个GT的运行状况，使得其排气能量/NOx值在二维空间中与GL相交(图5-6)，以及在三维空间中与GL平面相交(图7)。标称(P50)排气能量/NOx线和GL平面相交表示期望平均实际点火温度(T4)的最准确模型，而且通过调整各个GT 10使其接近那个GL平面，点火温度差异在整个编组中减小，从而增加编组的寿命。

GL(和GL平面)是如何设计和建造燃气涡轮的特性，而且在排气能量/NOx空间中，其中心在编组中的特定类型的GT 10的P50排气能量和P50 NOx的相交处。GL在二维空间(例如，BL之间的空间，图5-6))中的长度由给定类型的GT的GT-GT硬件差异限定(例如，在将两个机器制造成相同规格时的物理差异)。通过改变GT 10的运行状况，以便使那个GT 10的排气能量/NOx值与GL(和GL平面)对齐，最大程度地减小实际点火温度(T4)的差异。

图8显示示例性环境802，其展现控制器(控制系统18)通过至少一个计算装置814来与GT 10联接。如本文描述的那样，控制系统18可包括用来控制燃气涡轮发动机(GT)的任何传统的控制系统构件。例如，控制系统18可包括用于促动GT(一个或多个)10中的一个或多个构件的电气构件和/或机电构件。控制系统18可包括传统的计算机化子构件，诸如处理器、存储器、输入/输出、总线等。控制系统18可构造成(例如，编程成)基于来自外部源(例如，至少一个计算装置814)的运行状况来执行功能，并且/或者可包括基于GT(一个或多个)10的参数的预编程(编码)指令。

系统802还可包括至少一个计算装置814，其与控制系统18和GT(一个或多个)10连接(例如，有线连接和/或无线连接)。在多个实施例中，计算装置814例如通过多个传统的传感器(诸如流量计、温度传感器等)可操作地与GT(一个或多个)10连接，如本文描述的那样。计算装置814可例如通过传统的有线和/或无线手段，通信地与控制系统18连接。根据多个实施例，控制系统18构造成在运行期间监测GT(一个或多个)10。

另外，显示了计算装置814与用户836通信。用户836可为例如程序员或操作者。在本申请的别处论述这些构件和计算装置814之间的交互作用。

如本文提到的那样，本文描述的一个或多个过程可由例如至少一个计算装置执行，诸如本文描述的计算装置814。在其它情况下，可根据计算机实现的方法来执行这些过程中的一个或多个。在另外的其它实施例中，可通过以下方式来执行这些过程中的一个或多个：在至少一个计算装置(例如，计算装置814)上执行计算机程序代码(例如，控制系统18)，从而使得至少一个计算装置执行过程，例如，根据本文描述的方法来调整至少一个GT10。

更详细地说，显示了计算装置814包括处理构件122(例如，一个或多个处理器)、存储构件124(例如存储体系)、输入/输出(I/O)构件126(例如，一个或多个I/O接口和/或装置)和通信路径128。在一个实施例中，处理构件122执行程序代码，诸如控制系统18，程序代码至少部分地包含在存储构件124中。在执行程序代码的同时，处理构件122可处理数据，这可使得对存储构件124和/或I/O 构件126读写该数据，以供进一步处理。路径128在计算装置814中的各个构件之间提供通信链路。I/O构件126可包括一个或多个人类 I/O装置或存储装置，它们使得用户836能够与计算装置814和/或一个或多个通信装置交互，以使得用户136和/或CS 138能够使用任何类型的通信链路来与计算装置814通信。在这个程度上，CC装置负载监测系统16可管理一组接口(例如，图形用户接口(一个或多个)、应用程序接口等等)，接口使得人和/或系统能够与控制系统18进行交互。

在任何情况下，计算装置814都可包括能够执行安装在其上的程序代码的一个或多个通用计算用品(例如，计算装置)。如本文所用，要理解的是，“程序代码”表示以任何语言、代码或符号编写的任何一系列指令，指令使具有信息处理能力的计算装置直接地或者在下者的任何组合之后执行特定功能：(a)转换成另一种语言、代码或符号；(b)以不同的材料形式再现；和/或(c)解压缩。在此程度上，CC装置负载监测系统16可体现为系统软件和/或应用软件的任何组合。在任何情况下，计算装置814的技术效果是根据本文的多个实施例来调整至少一个GT 10。

另外，可使用一组模块132来实现控制系统。在这种情况下，模块132可使得计算装置814能够执行控制系统18所使用的一组任务，并且可与控制系统18的其它部分分开来单独开发和/或实现。控制系统18可包括模块132，模块132包括专用机器/硬件和/或软件。尽管如此，要理解的是，两个或更多个模块和/或系统可共用它们的相应的硬件和/或软件中的一些/全部。另外，要理解的是，可不实现本文论述的一些功能，或者可包括额外的功能性作为计算装置814的一部分。

当计算装置814包括多个计算装置时，各个计算装置可仅使控制系统18的一部分(例如，一个或多个模块132)包含在其上。但是，要理解的是，计算装置814和控制系统18仅仅代表可执行本文描述的过程的多个可行的等效计算机系统。在此程度上，在其它实施例中，由计算装置814和控制系统18提供的功能性可至少部分地由一个或多个计算装置实现，计算机装置包括有或没有程序代码的通用和/或专用硬件的任何组合。在各个实施例中，如果包括的话，可使用标准工程和编程技术来创建硬件和程序代码。

尽管如此，当计算装置814包括多个计算装置时，计算装置可在任何类型的通信链路上通信。另外，在执行本文描述的过程的同时，计算装置814可使用任何类型的通信链路来与一个或多个其它计算机系统通信。在任一种情况下，通信链路都可包括多个类型的有线和/或无线链路的任何组合；包括一种或多种类型的网络的任何组合；并且/或者利用多个类型的传输技术和协议的任何组合。

如本文论述的那样，控制系统18使得计算装置814能够控制和/或调整至少一个GT10。控制系统18可包括用于执行本文描述的一个或多个动作的逻辑。在一个实施例中，控制系统18可包括用以执行上面陈述的功能的逻辑。在结构上，逻辑可采取任何多种形式，诸如现场可编程门阵列(FPGA)、微处理器、数字信号处理器、特定用途集成电路(ASIC)或能够执行本文描述的功能的任何其它专用机器结构。逻辑可采取任何多种形式，诸如软件和/或硬件。但是，为了达到说明目的，本文将把控制系统18和包括在其中的逻辑描述成专用机器。如根据描述将理解的那样，虽然示出了逻辑包括上面陈述的各个功能，但根据所附权利要求中叙述的本发明的教导，不是所有功能都是必要的。

在多个实施例中，控制系统18可构造成监测一个或多个GT(一个或多个)10的运行参数，如本文描述的那样。另外，控制系统18构造成命令一个或多个GT(一个或多个)10修改那些运行参数，以便实现控制和/或调整本文描述的功能。

要理解的是，在本文显示和描述的流程图中，可执行未显示的其它过程，而且根据多个实施例可重新布置过程的顺序。另外，可在一个或多个描述的过程之间执行中间过程。不应将本文显示和描述的过程流理解为对多个实施例的限制。

在任何情况下，本发明的多个实施例(包括，例如，控制系统18)的技术效果是控制和/或调整本文描述的一个或多个GT(一个或多个)10。

在多个实施例中，描述成彼此“联接”的构件沿着一个或多个接口连结。在一些实施例中，这些接口可包括独特构件之间的汇合部，而且在其它情况下，这些接口可包括稳固地和/或一体地形成的互连。也就是说，在一些情况下，彼此“联接”的构件可同时形成，以限定单个连续的部件。但是，在其它实施例中，这些联接构件可形成为单独的部件，并且随后通过已知过程(例如紧固、超声焊接、结合)连结。

当元件或层被称为在另一个元件或层“上”，“接合到”、“连接到”或“联接到”另一个元件或层上时，它可直接在另一个元件或层上，“接合到”、“连接到”或“联接到”另一个元件或层上，或者可存在居间元件和/或层。相比之下，当元件被称为“直接在另一个元件或层上”，“直接接合到另一个元件或层上”，“直接连接到另一个元件或层上”或“直接联接到另一个元件或层上”时，则不可存在居间元件或层。用来描述元件之间的关系的其它词语应以类似的方式解释(“之间”与“直接之间”，“相邻”与“直接相邻”)。如本文所用，用语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。

本文所用的用语仅仅是为了描述特定实施例，并且不意于限制本公开。如本文所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”意于也包括复数形式，除非上下文另有清楚的说明。将进一步理解，当在本说明书中使用时，用语“包括”和/或“包含”指定了存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或构件，但是不排除存在或增加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、构件和/或它们的组合。

本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及实行任何结合的方法。本发明的可取得专利的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它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。

Claims (10)

1.一种系统，包括：

至少一个计算装置，其构造成通过执行动作来调整一组燃气涡轮(GT) (10)，所述动作包括：

基于各个GT(10)的测量到的周围状况，命令所述组GT(10)中的各个GT(10)达到基础负载水平；

命令所述组GT(10)中的各个GT(10)调节相应的排气能量(PL)，以匹配标称排气能量(PL)值，并且随后测量各个GT(10)的实际排放值；以及

基于相应的测量到的实际排放值和在所述周围状况下的标称排放值之间的差，调节所述组GT(10)中的各个GT(10)的运行状况。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基础负载水平与测量到的周围状况的排气能量(PL)值和排放值相关联。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，响应于命令所述组GT(10)中的各个GT(10)达到所述基础负载水平，各个GT(10)不实现所述标称排气能量(PL)值或所述标称排放值中的至少一个。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个计算装置进一步构造成将各个GT(10)的相应的测量到的实际排放值和所述标称排放值之间的差转换成各个GT(10)的相应的排气能量(PL)值和在所述周围状况值下的所述标称排气能量(PL)值之间的差。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，对各个GT(10)的运行状况的调节包括对所述组GT(10)中的各个GT(10)的运行状况调节达相应的排气能量(PL)值和所述标称排气能量(PL)值之间的差的固定份额，使得各个GT(10)的排气能量(PL)接近且然后达到相应的标称排气能量(PL)值。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，对所述组GT(10)中的各个GT(10)的运行状况调节达相应的排气能量(PL)值和所述标称排气能量(PL)值之间的差的固定份额会使各个GT(10)对齐在标绘排气能量(PL)与排放的图形空间中的垂直于所述各个GT(10)的标称排气能量(PL)/标称排放特性的线上。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，命令所述组GT(10)中的各个GT(10)调节相应的排气能量(PL)，以匹配所述标称排气能量(PL)值会使各个GT(10)的实际排放值移动得较接近所述标称排放值，而不匹配所述标称排放值。

8.一种调整一组燃气涡轮(GT) (10)的计算机实现的方法，使用至少一个计算装置来执行所述方法，所述方法包括：

基于各个GT(10)的测量到的周围状况，命令所述组GT(10)中的各个GT(10)达到基础负载水平；

命令所述组GT(10)中的各个GT(10)调节相应的排气能量(PL)，以匹配标称排气能量(PL)值，并且随后测量各个GT(10)的实际排放值；以及

基于相应的测量到的实际排放值和在所述周围状况下的标称排放值之间的差，调节所述组GT(10)中的各个GT(10)的运行状况。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述基础负载水平与测量到的周围状况的排气能量(PL)值和排放值相关联。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，响应于命令所述组GT(10)中的各个GT(10)达到所述基础负载水平，各个GT(10)不实现所述标称排气能量(PL)值或所述标称排放值中的至少一个。