CN106232963A - 燃气涡轮的燃料控制方法、执行该方法的控制装置、以及具备该控制装置的燃气涡轮设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种燃气涡轮的燃料控制方法、执行该方法的控制装置、以及具备该控制装置的燃气涡轮设备。本发明的控制装置(100)具有:燃料相当值运算部(150),按照相对于实际转速(Nr)的目标转速(Nt)的目标值偏差(ΔNt)而确定向燃气涡轮供给的燃料的流量;上限偏差运算部(131),求出相对于实际输出(Pr)的设定上限输出(Pu)的偏差即上限偏差(ΔPu);下限偏差运算部(132),求出相对于设定下限输出(Pd)的实际输出(Pr)的偏差即下限偏差(ΔPd);及参数变更部(140),以实际转速下降且上限偏差较小的情况下目标值偏差变小的方式,并且实际转速上升且下限偏差较小的情况下目标值偏差变大的方式,在目标转速、实际转速、目标值偏差中变更任一个参数。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃气涡轮的燃料控制方法,执行该方法的控制装置、以及具备该控制装置的燃气涡轮设备。本申请主张基于2014年5月26日于日本申请的日本专利申请2014-108088号的优先权,并将其内容援用于此。
背景技术
在运行燃气涡轮时,使燃气涡轮的转速稳定是重要的。以下的专利文献1中所记载的技术中,基于燃气涡轮的实际输出与燃气涡轮的目标输出的偏差而确定燃气涡轮的目标转速。而且,该技术中,按照该目标转速与燃气涡轮的实际转速的偏差,确定向燃气涡轮供给的燃料的流量,并实现燃气涡轮的转速的稳定化。
以往技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第3887777号公报
发明的概要
发明要解决的技术课题
上述专利文献1中所记载的技术中,例如,当前的实际输出接近燃气涡轮的设定上限输出的情况下,若实际转速下降则目标转速与实际转速的偏差较大,因此有可能会导致燃料流量增加,且实际输出超过设定上限输出。
并且,上述专利文献1中所记载的技术中,例如,当前的实际输出接近燃气涡轮的设定下限输出的情况下,若实际转速上升则目标转速与实际转速的偏差变小,因此有可能会导致燃料流量减少,且实际输出低于设定下限输出。
即,上述专利文献1中所记载的技术中,存在如下问题:实际输出有可能脱离相对于燃气涡轮而确定的设定输出范围。
因此,本发明的目的在于提供一种能够实现燃气涡轮的转速的稳定化,并且抑制相对于设定输出范围的实际输出的脱离的技术。
用于解决技术课题的手段
作为用于实现上述目的的发明所涉及的一方式的燃气涡轮的控制装置具有:目标值输出部,输出相当于燃气涡轮的目标转速的目标值;目标值偏差运算部,求出相对于相当于所述燃气涡轮的实际转速的实际转速相当值的所述目标值的偏差即目标值偏差;燃料相当值运算部,按照所述目标值偏差而确定相当于向所述燃气涡轮供给的燃料的流量的燃料相当值;转速变动检测部,检测所述燃气涡轮的实际转速的变动;上限偏差运算部,求出相对于所述燃气涡轮的实际输出的所述燃气涡轮的设定上限输出的偏差即上限偏差;下限偏差运算部,求出相对于所述燃气涡轮的设定下限输出的所述燃气涡轮的实际输出的偏差即下限偏差;及参数变更部,以所述实际转速相当值下降且所述上限偏差小于预先确定的值的情况下所述目标值偏差变小的方式,并且所述实际转速相当值上升且所述下限偏差小于预先确定的值的情况下所述目标值偏差变大的方式,在所述目标值、所述实际转速相当值、所述目标值偏差中变更任一个参数。
该控制装置中,按照相当于目标转速的目标值与相当于实际转速的实际转速相当值的偏差即目标值偏差,而确定相当于燃料流量的燃料相当值,因此,能够实现燃气涡轮的转速的稳定化。
但是,当前的实际输出接近燃气涡轮的设定上限输出的情况下,若实际转速下降则目标值与实际转速相当值的偏差即目标值偏差变大,因此有可能会导致燃料流量增加,且实际输出超过设定上限输出。并且,当前的实际输出接近燃气涡轮的设定下限输出的情况下,若实际转速上升则目标值与实际转速相当值的偏差即目标值偏差变小,因此有可能会导致燃料流量减少,且实际输出低于设定下限输出。
然而,该控制装置中,燃气涡轮的实际输出接近设定上限输出时实际转速下降的情况下,以通过参数变更部而目标值偏差变小的方式,在目标值、实际转速相当值、目标值偏差中变更任一个参数。因此,即使伴随实际转速相当值的下降而目标值偏差增加,也能够抑制该目标值偏差的增加,或者能够使目标值偏差减少。因而,该控制装置中,即使是燃气涡轮的实际输出接近设定上限输出时实际转速下降的情况下,也能够使实际输出超过设定上限输出的可能性下降。
并且,该控制装置中,燃气涡轮的实际输出接近设定下限输出时实际转速上升的情况下,以通过参数变更部而目标值偏差变大的方式,在目标值、实际转速相当值、目标值偏差中变更任一个参数。因此,即使伴随实际转速相当值的上升而目标值偏差减少,也能够抑制该目标值偏差的减少,或者能够使目标值偏差增加。因而,该控制装置中,即使是燃气涡轮的实际输出接近设定下限输出时实际转速上升的情况下,也能够使实际输出低于设定下限输出的可能性下降。
在此,在所述燃气涡轮的控制装置中,所述参数变更部可以具有:乘法器,对所述目标值偏差和比例增益进行乘法运算;及增益变更部,所述实际转速相当值下降且所述上限偏差小于预先确定的值的情况下减小所述比例增益,所述实际转速相当值上升且所述下限偏差小于预先确定的值的情况下增大所述比例增益。
并且,在以上的任一个所述燃气涡轮的控制装置中,所述目标值输出部可以具有:输出偏差运算器,求出相对于所述燃气涡轮的目标输出的所述燃气涡轮的实际输出的偏差即输出偏差;及目标值运算器,根据所述输出偏差而求出相当于所述目标转速的所述目标值。
在具有所述输出偏差运算器的所述燃气涡轮的控制装置中,所述目标值输出部可以具有目标输出限制部,该目标输出限制部作为目标输出向所述输出偏差运算器输出事前接收的所述燃气涡轮的目标输出与所述设定下限输出中的较大的输出且所述目标输出与所述设定上限输出中的较小的输出。
并且,在以上的任一个所述燃气涡轮的控制装置中,可以具有阀控制部,该阀控制部制作与所述燃料相当值运算部所确定的所述燃料相当值对应的阀开度指令,并向调节供给到所述燃气涡轮的所述燃料的流量的燃料调节阀输出所述阀开度指令。
作为用于实现上述目的的发明所涉及的一方式的燃气涡轮设备具备具有所述阀控制部的控制装置、所述燃料调节阀及所述燃气涡轮。
作为用于实现上述目的的发明所涉及的一方式的燃气涡轮的燃料控制方法执行如下工序:目标值输出工序,输出相当于燃气涡轮的目标转速的目标值;目标值偏差运算工序,求出相对于相当于所述燃气涡轮的实际转速的实际转速相当值的所述目标值的偏差即目标值偏差;燃料相当值运算工序,按照所述目标值偏差而确定相当于向所述燃气涡轮供给的燃料的流量的燃料相当值;转速变动检测工序,检测所述燃气涡轮的实际转速的变动;上限偏差运算工序,求出相对于所述燃气涡轮的实际输出的所述燃气涡轮的设定上限输出的偏差即上限偏差;下限偏差运算工序,求出相对于所述燃气涡轮的设定下限输出的所述燃气涡轮的实际输出的偏差即下限偏差;及参数变更工序,以所述实际转速相当值下降且所述上限偏差小于预先确定的值的情况下所述目标值偏差变小的方式,并且所述实际转速相当值上升且所述下限偏差小于预先确定的值的情况下所述目标值偏差变大的方式,在所述目标值、所述实际转速相当值、所述目标值偏差中变更任一个参数。
在此,在所述燃气涡轮的燃料控制方法中,所述参数变更工序可以包括:乘法工序,对所述目标值偏差和比例增益进行乘法运算;及增益变更工序,所述实际转速相当值下降且所述上限偏差小于预先确定的值的情况下减小所述比例增益,所述实际转速相当值上升且所述下限偏差小于预先确定的值的情况下增大所述比例增益。
并且,在以上的任一个所述燃气涡轮的燃料控制方法中,所述目标值输出工序可以包括:输出偏差运算工序,求出所述燃气涡轮的目标输出与所述燃气涡轮的实际输出的偏差即输出偏差;及目标值运算工序,根据所述输出偏差而求出相当于所述目标转速的所述目标值。
在执行所述输出偏差运算工序的所述燃气涡轮的燃料控制方法中,所述目标值输出工序包括目标输出限制工序,该目标输出限制工序作为目标输出而输出事前接收的所述燃气涡轮的目标输出与所述设定下限输出中的较大的输出且所述目标输出与所述设定上限输出中的较小的输出,所述输出偏差运算工序中,可以求出所述目标输出限制工序中输出的所述目标输出与所述燃气涡轮的实际输出的偏差即所述输出偏差。
并且,在以上的任一个所述燃气涡轮的燃料控制方法中,可以执行阀控制工序,该阀控制工序制作与所述燃料相当值运算工序中确定的所述燃料相当值对应的阀开度指令,并向调节供给到所述燃气涡轮的所述燃料的流量的燃料调节阀输出所述阀开度指令。
发明效果
根据本发明的一方式,能够实现燃气涡轮的转速的稳定化,并且抑制实际输出脱离设定输出范围。
附图说明
图1是表示本发明所涉及的一实施方式中的燃气涡轮的结构及控制装置的功能结构的说明图(之1)。
图2是表示本发明所涉及的一实施方式中的燃气涡轮的结构及控制装置的功能结构的说明图(之2)。
图3是表示本发明所涉及的一实施方式中的上限偏差与第一校正系数的关系的曲线图。
图4是表示本发明所涉及的一实施方式中的下限偏差与第二校正系数的关系的曲线图。
图5是表示本发明所涉及的一实施方式中的控制装置的动作的流程图。
图6是表示本发明所涉及的一实施方式的第一变形例中的燃气涡轮的结构及控制装置的功能结构的说明图。
图7是表示本发明所涉及的一实施方式的第二变形例中的燃气涡轮的结构及控制装置的功能结构的说明图。
具体实施方式
以下,使用附图,对本发明所涉及的燃气涡轮设备的一实施方式及各种变形例进行说明。
“实施方式”
使用图1~图5,对本发明所涉及的燃气涡轮设备的一实施方式进行说明。
本实施方式的燃气涡轮设备具备:燃气涡轮10;发电机50,通过燃气涡轮10的驱动进行发电;燃料供给管道35,向燃气涡轮10供给燃料F;燃料调节阀36,调节流经燃料供给管道35的燃料F的流量;及控制装置100,控制燃料调节阀36。
燃气涡轮10具备:压缩机20,压缩空气;燃烧器30,在通过压缩机20压缩的空气中使燃料F燃烧而生成燃烧气体;及涡轮40,通过高温高压的燃烧气体进行驱动。
压缩机20具有:压缩机转子21,以轴线Ar为中心进行旋转;及压缩机外壳22,以能够旋转的方式覆盖该压缩机转子21。涡轮40具有:涡轮转子41,通过来自燃烧器30的燃烧气体,以轴线Ar为中心进行旋转;及涡轮外壳42,以能够旋转的方式覆盖该涡轮转子41。涡轮转子41与压缩机转子21以相同的轴线Ar为中心进行旋转,被相互连结而构成燃气涡轮转子11。该燃气涡轮转子11中连接有发电机50的转子。并且,压缩机外壳22与涡轮外壳42被相互连结而构成燃气涡轮外壳12。
燃烧器30具备:燃烧筒(或者尾筒)32,在涡轮40的燃烧气体流路中输送燃烧气体;及喷嘴31,向该燃烧筒32内喷射燃料。燃料供给管道35连接于该喷嘴31中。
发电机50与电力系统59通过电力电缆51电连接。该电力电缆51中设有:断路器52,进行发电机50与电力系统59的电连接及断路;及输出仪61,检测从发电机50输出的电力即燃气涡轮输出。并且,发电机50的转子或燃气涡轮转子11中设有检测该转速N的转速仪62。
控制装置100具有:目标输出接收部101,从外部接收燃气涡轮10的目标输出Pt;上限输出接收部102,接收作为燃气涡轮10的上限输出而预先确定的设定上限输出Pu;下限输出接收部103,接收作为燃气涡轮10的下限输出而预先确定的设定下限输出Pd;实际输出接收部104,接收输出仪61检测出的燃气涡轮10的输出即实际输出Pr;及实际转速接收部105,接收转速仪62所检测出的燃气涡轮10的转速即实际转速Nr。控制装置100还具有:目标值输出部110,输出燃气涡轮10的目标转速Nt(目标值);目标值偏差运算部115,求出相对于实际转速Nr(实际转速相当值)的目标转速Nt(目标值)的偏差即目标转速偏差ΔNt(目标值偏差);转速变动检测部120,检测实际转速Nr的变动;上限偏差运算部131,求出相对于实际输出Pr的设定上限输出Pu的偏差即上限偏差ΔPu;下限偏差运算部132,求出相对于设定下限输出Pd的实际输出Pr的偏差即下限偏差ΔPd;参数变更部140,变更目标转速偏差ΔNt;燃料相当值运算部150,按照目标转速偏差ΔNt而确定向燃气涡轮10供给的燃料的流量(燃料相当值);及阀控制部155,向燃料调节阀36输出与该燃料流量(燃料相当值)对应的阀开度指令。
目标值输出部110具有:目标输出限制部118,限制目标输出接收部101所接收的目标输出Pt的范围;输出偏差运算器113,求出通过相对于实际输出Pr的目标输出限制部118限制的目标输出Pt的偏差即输出偏差ΔP;及调速设定器(目标值运算器)114,根据输出偏差ΔP而确定前述的目标转速Nt。目标输出限制部118具有:下限限制器111,作为目标输出Pt而输出目标输出接收部101所接收的目标输出Pt与设定下限输出Pd中较大的一方;及上限限制器112,作为目标输出Pt而输出从下限限制器111输出的目标输出Pt与设定上限输出Pu中较小的一方。调速设定器114使用表示转速与输出的关系的调停率等而求出与输出偏差ΔP对应的目标转速Nt。
转速变动检测部120具有:延迟器121,从实际转速接收部105使规定时间延迟而输出实际转速Nr;转速变动量运算器122,求出来自实际转速接收部105的实际转速Nr相对于来自延迟器121的实际转速Nr的偏差ΔNts;及变动判定器123,按照转速变动量运算器122求出的偏差ΔNts而输出转速上升(+)、转速下降(-)、无变动(0)中的任一个。变动判定器123在偏差ΔNts大于预先确定的正值的情况下,输出转速上升(+)。变动判定器123在偏差ΔNts小于预先确定的负值的情况下,输出转速下降(-)。变动判定器123在偏差ΔNts为预先确定的正值以下且为预先确定的负值以上的情况下,输出无变动(0)。
参数变更部140具有:比例增益发生器151,发生比例增益Kp;增益乘法器152,对目标转速偏差ΔNt和比例增益Kp的校正值进行乘法运算;及增益变更部149,变更比例增益Kp。增益变更部149具有:第一校正系数发生器141,使用第一函数F求出与上限偏差ΔPu对应的比例增益Kp的第一校正系数k1;第二校正系数发生器142,使用第二函数G求出与下限偏差ΔPd对应的比例增益Kp的第二校正系数k2;及固定系数发生器143,作为第一校正系数k1及第二校正系数k2发生固定系数(=1)。增益变更部149还具有:第一选择器144,作为第一校正系数k1而输出来自第一校正系数发生器141的第一校正系数k1与来自固定系数发生器143的固定系数中的一方;第二选择器145,作为第二校正系数k2而输出来自第二校正系数发生器142的第二校正系数k2与来自固定系数发生器143的固定系数中的一方;第一乘法器146,对从第一选择器144输出的第一校正系数k1与从第二选择器145输出的第二校正系数k2进行乘法运算;及第二乘法器147,对来自比例增益发生器151的比例增益Kp与来自第一乘法器146的校正系数进行乘法运算。
第一校正系数发生器141使用表示上限偏差ΔPu与第一校正系数k1的关系的第一函数F而求出相对于上限偏差运算部131求出的上限偏差ΔPu的第一校正系数k1。如图3所示,第一函数F是在上限偏差ΔPu为正的第一值a以下的情况下,作为第一校正系数k1的值输出例如“0.9”,且上限偏差ΔPu为正的第二值b(>第一值a)以上的情况下,作为第一校正系数k1的值输出例如“1.0”的函数。并且,该第一函数F是上限偏差ΔPu在第一值a与第二值b之间的情况下,作为第一校正系数k1的值伴随上限偏差ΔPu的增大而输出朝向“1.0”增大的值的函数。因而,第一校正系数发生器141在上限偏差ΔPu1较小的情况下,作为第一校正系数k1输出小于“1.0”的值,上限偏差ΔPu2较大的情况下,作为第一校正系数k1输出“1.0”。
第二校正系数发生器142使用表示下限偏差ΔPd与第二校正系数k2的关系的第二函数G而求出相对于下限偏差运算部132所求出的下限偏差ΔPd的第二校正系数k2。如图4所示,第二函数G是在下限偏差ΔPd为正的第三值c以下的情况下,作为第二校正系数k2的值输出例如“1.1”,且下限偏差ΔPd为正的第四值d(>第三值c)以上的情况下,作为第二校正系数k2的值输出例如“1.0”的函数。并且,该第二函数G是下限偏差ΔPd在第三值c与第四值d之间的情况下,作为第二校正系数k2的值伴随下限偏差ΔPd的增大而输出朝向“1.0”减少的值的函数。因而,第二校正系数发生器142在下限偏差ΔPd1较小的情况下,作为第二校正系数k2输出大于“1.0”的值,下限偏差ΔPd较大的情况下,作为第二校正系数k2输出“1.0”。
若第一选择器144从转速变动检测部120的变动判定器123接收转速下降(-),则输出来自第一校正系数发生器141的第一校正系数k1。并且,如图2所示,若第一选择器144从变动判定器123接收转速上升(+)或无变动(0),则作为第一校正系数k1输出来自固定系数发生器143的固定系数“1.0”。
如图2所示,若第二选择器145从转速变动检测部120的变动判定器123接收转速上升(+),则输出来自第二校正系数发生器142的第二校正系数k2。并且,如图1所示,若第二选择器145从变动判定器123接收转速下降(-)或无变动(0),则作为第二校正系数k2输出来自固定系数发生器143的固定系数“1.0”。
如前所述,第一乘法器146对从第一选择器144输出的第一校正系数k1与从第二选择器145输出的第二校正系数k2进行乘法运算。
第二乘法器147对来自比例增益发生器151的比例增益Kp与来自第一乘法器146的校正系数进行乘法运算,作为校正后的比例增益Kp,将乘法运算结果传送到增益乘法器152。
燃料相当值运算部150具有比例增益发生器151及输出向燃气涡轮10供给的燃料的流量(燃料相当值)的增益乘法器152。增益乘法器152对校正后的比例增益Kp与目标转速偏差ΔNt进行乘法运算,作为向燃气涡轮10供给的燃料的流量(燃料相当值)输出乘法运算结果。另外,构成燃料相当值运算部150的比例增益发生器151及增益乘法器152也在本实施方式中为参数变更部140的构成要件。
接着,对以上说明的燃气涡轮10的动作进行说明。
压缩机20吸入大气A并对其进行压缩。在燃烧器30的燃烧筒32中,与通过压缩机20压缩的空气一同,从燃烧器30的喷嘴31喷射燃料F。燃料F在该空气中燃烧而成为燃烧气体。燃烧气体从燃烧筒32流经涡轮40的燃烧气体流路之后,从涡轮40进行排气。涡轮转子41通过燃烧气体流经燃烧气体流路而旋转。其结果,发电机50的转子也旋转,进行基于发电机50的发电。
接着,按照图5所示的流程图,对燃气涡轮10的运行过程中的控制装置的动作进行说明。
控制装置100的目标值输出部110输出燃气涡轮10的目标转速Nt(目标值)(S10:目标值输出工序)。该目标值输出工序(S10)中,首先,下限限制器111作为目标输出Pt而输出目标输出接收部101所接收的燃气涡轮10的目标输出Pt与下限输出接收部103所接收的设定下限输出Pd中较大的一方(S11:目标输出的下限限制工序)。接着,上限限制器112作为目标输出Pt而输出从下限限制器111输出的目标输出Pt与上限输出接收部102所接收的设定上限输出Pu中较小的一方(S12:目标输出的上限限制工序)。接着,输出偏差运算器113求出从上限限制器112输出的目标输出Pt相对于通过输出仪61所检测出的实际输出Pr的偏差即输出偏差ΔP(S13:输出偏差运算工序)。接着,调速设定器(目标值运算器)114根据输出偏差ΔP而确定目标转速Nt(目标值)(S14:调速设定工序(目标值运算工序))。此时,调速设定器114使用表示转速与输出的关系的调停率等而求出与输出偏差ΔP对应的目标转速Nt。以上,目标值输出工序(S10)结束。
控制装置100的目标值偏差运算部115求出相对于转速仪62检测出的实际转速Nr的目标转速Nt的偏差即目标转速偏差ΔNt(目标值偏差)(S15:目标值偏差运算工序)。
控制装置100的转速变动检测部120检测实际转速Nr的变动(S20:转速变动检测工序)。该转速变动检测工序(S20)中,首先,转速变动量运算器122求出来自转速仪62的实际转速Nr相对于来自延迟器121的实际转速Nr的偏差ΔNts(S21:转速变动量运算)。接着,变动判定器123按照转速变动量运算器122求出的偏差ΔNts而输出转速上升(+)、转速下降(-)、无变动(0)中的任一个(S22:变动判定工序)。变动判定器123在偏差ΔNts大于预先确定的正值的情况下,输出转速上升(+)。变动判定器123在偏差ΔNts小于预先确定的负值的情况下,输出转速下降(-)。变动判定器123在偏差ΔNts为预先确定的正值以下且为预先确定的负值以上的情况下,输出无变动(0)。
控制装置100的上限偏差运算部131求出相对于输出仪61检测出的实际输出Pr的设定上限输出Pu的偏差即上限偏差ΔPu(S31:上限偏差运算工序)。并且,控制装置100的下限偏差运算部132求出相对于设定下限输出Pd的输出仪61所检测出的实际输出Pr的偏差即下限偏差ΔPd(S32:下限偏差运算工序)。
控制装置100的参数变更部140变更目标转速偏差ΔNt(目标值偏差)(S40:参数变更工序)。该参数变更工序(S40)中,第一校正系数发生器141使用第一函数F而求出与上限偏差ΔPu对应的第一校正系数k1(S41)。若第一选择器144从变动判定器123接收转速下降(-),则输出来自第一校正系数发生器141的第一校正系数k1,若从变动判定器123接收转速上升(+)或无变动(0),则作为第一校正系数k1而输出来自固定系数发生器143的固定系数“1”(S42)。
并且,参数变更工序(S40)中,第二校正系数发生器142使用第二函数G而求出与下限偏差ΔPd对应的第二校正系数k2(S43)。若第二选择器145从变动判定器123接收转速上升(+),则输出来自第二校正系数发生器142的第二校正系数k2,若从变动判定器123接收转速下降(-)或无变动(0),则作为第二校正系数k2而输出来自固定系数发生器143的固定系数“1”(S44)。
而且,参数变更工序(S40)中,第一乘法器146对第一校正系数k1与第二校正系数k2进行乘法运算而求出校正系数(S45:校正系数运算工序)。接着,第二乘法器147对来自比例增益发生器151的比例增益Kp与来自第一乘法器146的校正系数进行乘法运算而校正比例增益Kp(S46:比例增益校正工序)。增益乘法器152对目标转速偏差ΔNt(目标值偏差)和已校正的比例增益Kp进行乘法运算,确定向燃气涡轮10供给的燃料的流量(燃料相当值)(S51:燃料相当值设定工序)。以上,参数变更工序(S40)结束。
另外,参数变更工序(S40)的最后工序(S51)中,确定向燃气涡轮10供给的燃料的流量(燃料相当值),因此参数变更工序(S40)的最终工序(S51)为燃料相当值运算工序。
在此,对各种状态中的比例增益Kp的变化进行整理、说明。
如图1所示,实际转速Nr下降的情况下,第一选择器144输出来自第一校正系数发生器141的第一校正系数k1。从第一校正系数发生器141输出的第一校正系数k1在上限偏差ΔPu1(参考图3)较小的情况下,即实际输出Pr接近设定上限输出Pu的情况下,作为第一校正系数k1输出小于“1”的值。因此,实际转速Nr下降且实际输出Pr接近设定上限输出Pu的情况下,第一选择器144作为第一校正系数k1输出小于“1”的值。
另一方面,实际转速Nr下降的情况下,即使是实际输出Pr与设定上限输出Pu的关系、及实际输出Pr与设定下限输出Pd的关系为哪一种关系的情况下,第二选择器145也作为第二校正系数k2输出来自固定系数发生器143的固定系数“1”。
因而,实际转速Nr下降且实际输出Pr接近设定上限输出Pu的情况下,第一乘法器146中,对作为小于“1”的值的第一校正系数k1与作为“1”的第二校正系数k2进行乘法运算,并将其设为校正系数。该校正系数为小于“1”的值,因此第二乘法器147中校正的比例增益Kp小于从比例增益发生器151输出的比例增益Kp。因此,已校正的比例增益Kp被乘法运算的目标转速偏差ΔNt(燃料相当值)变得小于未校正的比例增益Kp被乘法运算的目标转速偏差ΔNt(燃料相当值)。
如图2所示,实际转速Nr上升的情况下,第二选择器145输出来自第二校正系数发生器142的第二校正系数k2。从第二校正系数发生器142输出的第二校正系数k2在下限偏差ΔPd1(参考图4)较小的情况下,即实际输出Pr接近设定下限输出Pd的情况下,作为第二校正系数k2输出大于“1”的值。
因此,实际转速Nr上升且实际输出Pr接近设定下限输出Pd的情况下,第二选择器145作为第二校正系数k2输出大于“1”的值。
另一方面,实际转速Nr上升的情况下,即使是实际输出Pr与设定下限输出Pd的关系、及实际输出Pr与设定上限输出Pu的关系为哪一种关系的情况下,第一选择器144作为第一校正系数k1输出来自固定系数发生器143的固定系数“1”。
因而,实际转速Nr上升且实际输出Pr接近设定下限输出Pd的情况下,第一乘法器146中,对作为“1”的第一校正系数k1与作为大于“1”的值的第二校正系数k2进行乘法运算,并将其设为校正系数。该校正系数为大于“1”的值,因此第二乘法器147中校正的比例增益Kp大于从比例增益发生器151输出的比例增益Kp。因此,已校正的比例增益Kp被乘法运算的目标转速偏差ΔNt(燃料相当值)变得大于未校正的比例增益Kp被乘法运算的目标转速偏差ΔNt(燃料相当值)。
即使是实际转速Nr下降的情况下,上限偏差ΔPu2(参考图3)较大的情况下,即实际输出Pr不接近设定上限输出Pu的情况下,从第一校正系数发生器141输出的第一校正系数k1为“1”。该情况下,第一选择器144作为第一校正系数k1输出来自第一校正系数发生器141的“1”。另一方面,如前所述,第二选择器145在实际输出Pr下降的情况下,作为第二校正系数k2一律输出“1”。因而,实际转速Nr下降且实际输出Pr不接近设定上限输出Pu的情况下,第一乘法器146中求出的校正系数成为“1”,第二乘法器147中校正的比例增益Kp是与从比例增益发生器151输出的比例增益Kp相同的值不变。因此,该情况下,已校正的比例增益Kp被乘法运算的目标转速偏差ΔNt(燃料相当值)是与未校正的比例增益Kp被乘法运算的目标转速偏差ΔNt(燃料相当值)相同的值。
即使是实际转速Nr上升的情况下,下限偏差ΔPd2(参考图4)较大的情况下,即实际输出Pr不接近设定下限输出Pd的情况下,从第二校正系数发生器142输出的第二校正系数k2为“1”。该情况下,第二选择器145作为第二校正系数k2输出来自第二校正系数发生器142的“1”。另一方面,如前所述,第一选择器144在实际输出Pr上升的情况下,作为第一校正系数k1一律输出“1”。因而,实际转速Nr上升且实际输出Pr不接近设定下限输出Pd的情况下,第一乘法器146中求出的校正系数成为“1”,第二乘法器147中校正的比例增益Kp是与从比例增益发生器151输出的比例增益Kp相同的值不变。因此,该情况下,已校正的比例增益Kp被乘法运算的目标转速偏差ΔNt(燃料相当值)是与未校正的比例增益Kp被乘法运算的目标转速偏差ΔNt(燃料相当值)相同的值。
实际转速Nr基本上未变动的情况下,第一选择器144作为第一校正系数k1输出来自固定系数发生器143的固定系数“1”,第二选择器145作为第二校正系数k2输出来自固定系数发生器143的固定系数“1”。因而,该情况下,第一乘法器146中求出的校正系数成为“1”,第二乘法器147中校正的比例增益Kp是与从比例增益发生器151输出的比例增益Kp相同的值不变。因此,该情况下,已校正的比例增益Kp被乘法运算的目标转速偏差ΔNt(燃料相当值)是与未校正的比例增益Kp被乘法运算的目标转速偏差ΔNt(燃料相当值)相同的值。
如以上,本实施方式中,实际转速Nr下降且实际输出Pr接近设定上限输出Pu的情况下,从比例增益发生器151输出的比例增益Kp通过校正变小。因此,已校正的比例增益Kp被乘法运算的目标转速偏差ΔNt(燃料相当值)变得小于未校正的比例增益Kp被乘法运算的目标转速偏差ΔNt(燃料相当值)。并且,实际转速Nr上升且实际输出Pr接近设定下限输出Pd的情况下,从比例增益发生器151输出的比例增益Kp通过校正变大。因此,已校正的比例增益Kp被乘法运算的目标转速偏差ΔNt(燃料相当值)变得大于未校正的比例增益Kp被乘法运算的目标转速偏差ΔNt(燃料相当值)。并且,除以上的其他情况下,校正系数成为“1”,因此从比例增益发生器151输出的比例增益Kp为即使校正也是相同的值不变。因此,该情况下,已校正的比例增益Kp被乘法运算的目标转速偏差ΔNt(燃料相当值)是与未校正的比例增益Kp被乘法运算的目标转速偏差ΔNt(燃料相当值)相同的值。
若通过增益乘法器152,向燃气涡轮10供给的燃料的流量(燃料相当值)被确定(S51),则阀控制部155制作表示与该燃料的流量(燃料相当值)对应的阀开度的阀开度指令,向燃料调节阀36输出该阀开度指令(S52)。燃料调节阀36成为表示该阀开度指令的阀开度,在燃烧器30的喷嘴31中,供给有燃料相当值设定工序(S51)中确定的流量的燃料。
以上,本实施方式中,按照目标转速Nt与实际转速Nr的偏差即目标转速偏差ΔNt确定燃料流量(燃料相当值),因此能够实现燃气涡轮10的转速的稳定化。
但是,当前的实际输出Pr接近燃气涡轮10的设定上限输出Pu的情况下,若实际转速Nr下降,则目标转速Nt与实际转速Nr的偏差即目标转速偏差ΔNt变大,因此有可能会导致燃料流量增加,且实际输出Pr超过设定上限输出Pu。并且,当前的实际输出Pr接近燃气涡轮10的设定下限输出Pd的情况下,若实际转速Nr上升,则目标转速Nt与实际转速Nr的偏差即目标转速偏差ΔNt变小,因此有可能会导致燃料流量减少,且实际输出Pr低于设定下限输出Pd。
然而,如前所述,本实施方式中,燃气涡轮10的实际输出Pr接近设定上限输出Pu时,实际转速Nr下降的情况下,比例增益Kp通过校正变小。因此,即使伴随实际转速Nr的下降而目标转速偏差ΔNt增加,也对目标转速偏差ΔNt和校正后的比例增益Kp进行乘法运算,由此能够抑制目标转速偏差ΔNt的增加。因而,本实施方式中,燃气涡轮10的实际输出Pr接近设定上限输出Pu时,即使是实际转速Nr下降的情况下,也能够使实际输出Pr超过设定上限输出Pu的可能性下降。并且,如前所述,本实施方式中,燃气涡轮10的实际输出Pr接近设定下限输出Pd时,实际转速Nr上升的情况下,比例增益Kp通过校正变大。因此,即使伴随实际转速Nr的上升而目标转速偏差ΔNt减少,也对目标转速偏差ΔNt和校正后的比例增益Kp进行乘法运算,由此能够抑制目标转速偏差ΔNt的减少。因而,本实施方式中,即使是燃气涡轮10的实际输出Pr接近设定下限输出Pd时,实际转速Nr上升的情况下,也能够使实际输出Pr低于设定下限输出Pd的可能性下降。
因而,根据本实施方式,能够实现燃气涡轮10的转速的稳定化,并且抑制实际输出Pr脱离设定输出范围。
另外,本实施方式中,使用校正系数校正比例增益Kp之后,对校正后的比例增益Kp和目标转速偏差ΔNt进行乘法运算,但使用校正系数校正目标转速偏差ΔNt之后,可以对未校正的比例增益Kp和校正后的目标转速偏差ΔNt进行乘法运算。
“第一变形例”
使用图6,对本发明所涉及的燃气涡轮设备的第一变形例进行说明。
上述实施方式中,控制装置100的参数变更部140变更目标转速偏差ΔNt。本变形例中,控制装置100a的参数变更部140a变更目标转速Nt(目标值)。
本变形例的控制装置100a与上述实施方式的控制装置100同样地具有目标输出接收部101、上限输出接收部102、下限输出接收部103、实际输出接收部104、实际转速接收部105、目标值输出部110、目标值偏差运算部115、转速变动检测部120、上限偏差运算部131、下限偏差运算部132、参数变更部140a、燃料相当值运算部150及阀控制部155。但是,如前所述,本变形例中,参数变更部140a与上述实施方式不同。
本变形例的参数变更部140a具有:第一校正系数发生器141,使用第一函数H而求出与上限偏差ΔPu对应的目标转速Nt的第一校正系数k1;第二校正系数发生器142,使用第二函数I而求出与下限偏差ΔPd对应的目标转速Nt的第二校正系数k2;及固定系数发生器143,作为第一校正系数k1及第二校正系数k2发生固定系数(=1)。本变形例的参数变更部140a还具有:第一选择器144,作为第一校正系数k1输出来自第一校正系数发生器141的第一校正系数k1与来自固定系数发生器143的固定系数中的一方;第二选择器145,作为第二校正系数k2输出来自第二校正系数发生器142的第二校正系数k2与来自固定系数发生器143的固定系数中的一方;第一乘法器146,对从第一选择器144输出的第一校正系数k1与从第二选择器145输出的第二校正系数k2进行乘法运算;及第二乘法器147a,对来自调速设定器114的目标转速Nt(目标值)与来自第一乘法器146的校正系数进行乘法运算。
第一校正系数发生器141使用表示上限偏差ΔPu与第一校正系数k1的关系的第一函数H求出相对于上限偏差运算部131所求出的上限偏差ΔPu的第一校正系数k1。与上述实施方式中的第一函数F同样地,第一函数H是在上限偏差ΔPu较小的情况下,作为第一校正系数k1输出小于“1.0”的值,且在上限偏差ΔPu较大的情况下,作为第一校正系数k1输出“1.0”的函数。第二校正系数发生器142使用表示下限偏差ΔPd与第二校正系数k2的关系的第二函数I而求出相对于下限偏差运算部132所求出的下限偏差ΔPd的第二校正系数k2。与上述实施方式的第二函数G同样地,第二函数I是在下限偏差ΔPd较小的情况下,作为第二校正系数k2的值输出大于“1”的值,且在下限偏差ΔPd较大的情况下,作为第二校正系数k2的值输出“1.0”的函数。
第一选择器144及第二选择器145与上述实施方式同样地进行动作。
本变形例的增益乘法器152对相对于通过第二乘法器147a校正的目标转速Nt的实际转速Nr的偏差即目标转速偏差ΔNt和来自比例增益发生器151的比例增益Kp进行乘法运算而求出燃料流量(燃料相当值)。
因而,本变形例中,燃气涡轮10的实际输出Pr靠近设定上限输出Pu时,实际转速Nr下降的情况下,来自调速设定器114的目标转速Nt通过基于第二乘法器147a的校正变小。因此,相对于实际转速Nr的已校正的目标转速Nt的偏差ΔNt变得小于未校正的目标转速Nt的偏差ΔNt。因此,本变形例中也与第一实施方式同样地,即使是燃气涡轮10的实际输出Pr接近设定上限输出Pu时,实际转速Nr下降的情况下,也能够使实际输出Pr超过设定上限输出Pu的可能性下降。并且,本变形例中,实际输出Pr接近设定下限输出Pd时,实际转速Nr上升的情况下,来自调速设定器114的目标转速Nt通过基于第二乘法器147a的校正变大。因此,相对于实际转速Nr的已校正的目标转速Nt的偏差ΔNt变得大于未校正的目标转速Nt的偏差ΔNt。因此,本变形例中也与第一实施方式同样地,即使是燃气涡轮10的实际输出Pr接近设定下限输出Pd时,实际转速Nr上升的情况下,也能够使实际输出Pr低于设定下限输出Pd的可能性下降。
“第二变形例”
使用图7,对本发明所涉及的燃气涡轮设备的第二变形例进行说明。
如前所述,上述实施方式中,控制装置100的参数变更部140变更目标转速偏差ΔNt。本变形例中,控制装置100b的参数变更部140b变更实际转速Nr。
本变形例的控制装置100b与上述实施方式的控制装置100同样地具有目标输出接收部101、上限输出接收部102、下限输出接收部103、实际输出接收部104、实际转速接收部105、目标值输出部110、目标值偏差运算部115、转速变动检测部120、上限偏差运算部131、下限偏差运算部132、参数变更部140b、燃料相当值运算部150及阀控制部155。但是,如前所述,本变形例中,参数变更部140b与上述实施方式不同。
本变形例的参数变更部140b具有:第一校正系数发生器141b,使用第一函数L而求出与上限偏差ΔPu对应的目标转速Nt的第一校正系数k1;第二校正系数发生器142b,使用第二函数M而求出与下限偏差ΔPd对应的目标转速Nt的第二校正系数k2;及固定系数发生器143,作为第一校正系数k1及第二校正系数k2发生固定系数(=1)。本变形例的参数变更部140b还具有:第一选择器144,作为第一校正系数k1输出来自第一校正系数发生器141b的第一校正系数k1与来自固定系数发生器143的固定系数中的一方;第二选择器145,作为第二校正系数k2输出来自第二校正系数发生器142b的第二校正系数k2与来自固定系数发生器143的固定系数中的一方;第一乘法器146,对从第一选择器144输出的第一校正系数k1与从第二选择器145输出的第二校正系数k2进行乘法运算;及第二乘法器147b,对实际转速接收部105所接收的实际转速Nr与来自第一乘法器146的校正系数进行乘法运算。
第一校正系数发生器141b使用表示上限偏差ΔPu与第一校正系数k1的关系的第一函数L而求出相对于上限偏差运算部131所求出的上限偏差ΔPu的第一校正系数k1。但是,与上述实施方式或第一变形例中的第一函数F、H不同,该第一函数L是上限偏差ΔPu较小的情况下,作为第一校正系数k1输出大于“1.0”的值,且在上限偏差ΔPu较大的情况下,作为第一校正系数k1输出“1.0”的函数。并且,第二校正系数发生器142b使用表示下限偏差ΔPd与第二校正系数k2的关系的第二函数M而求出相对于下限偏差运算部132所求出的下限偏差ΔPd的第二校正系数k2。但是,与上述实施方式或第一变形例的第二函数G、I不同,该第二函数M是下限偏差ΔPd较小情况下作为第二校正系数k2的值输出小于“1.0”的值,且在下限偏差ΔPd较大的情况下作为第二校正系数k2的值输出“1.0”的函数。
第一选择器144及第二选择器145与上述实施方式同样地进行动作。
本变形例的目标值偏差运算部115求出相对于通过第二乘法器147b校正的实际转速Nr的目标转速Nt的偏差即目标转速偏差ΔNt(目标值偏差)(S15:目标值偏差运算工序)。增益乘法器152对通过第二乘法器147b校正的实际转速Nr与目标转速Nt的偏差即目标转速偏差ΔNt(目标值偏差)和来自比例增益发生器151的比例增益Kp进行乘法运算而求出燃料流量(燃料相当值)。
因而,本变形例中,燃气涡轮10的实际输出Pr接近设定上限输出Pu时,实际转速Nr下降的情况下,来自实际转速接收部105的实际转速Nr通过基于第二乘法器147b的校正变小。因此,相对于已校正的实际转速Nr的目标转速Nt的偏差变得小于相对于未校正的实际转速Nr的目标转速Nt的偏差。因此,即使在本变形例中,也与上述实施方式及第二变形例同样地,即使是燃气涡轮10的实际输出Pr接近设定上限输出Pu时,实际转速Nr下降的情况下,也能够使实际输出Pr超过设定上限输出Pu的可能性下降。并且,本变形例中,燃气涡轮10的实际输出Pr接近设定下限输出Pd时,实际转速Nr上升的情况下,来自实际转速接收部105的实际转速Nr通过基于第二乘法器147b的校正变大。因此,相对于已校正的实际转速Nr的目标转速Nt的偏差变得大于相对于未校正的实际转速Nr的目标转速Nt的偏差。因此,本变形例中,也与上述实施方式及第二变形例同样地,即使是燃气涡轮10的实际输出Pr接近设定下限输出Pd时,实际转速Nr上升的情况下,也能够使实际输出Pr低于设定下限输出Pd的可能性下降。
“其他变形例”
以上的实施方式及各变形例中,作为实际转速相当值使用实际转速Nr,作为目标值使用目标转速Nt。然而,作为实际转速相当值,可以使用(实际转速Nr/额定转速),且作为目标值可以使用(目标转速Nt/额定转速)。而且,作为实际转速相当值,可以使用发电机50发电的电力的实际频率或(实际频率/额定频率),作为目标值可以使用目标频率或(目标频率/额定频率)。
并且,以上的实施方式及各变形例中,利用目标值运算器(调速设定器)114作为目标值确定了目标转速Nt,但可以确定输出的目标值。该情况下,使用调停率等将来自实际转速接收部105的实际转速Nr转换为输出,可以由目标值偏差运算部115求出输出的目标值与通过调停率等将实际转速Nr转换为输出的值之间的偏差而作为目标值偏差。即,目标值可以是输出,该情况下,实际转速相当值是输出,目标值偏差是输出的偏差。
产业上的可利用性
根据本发明所涉及的一方式,能够实现燃气涡轮的转速的稳定化,并且能够抑制实际输出脱离设定输出范围。
符号说明
10-燃气涡轮,20-压缩机,30-燃烧器,35-燃料供给管道,36-燃料调节阀,40-涡轮,50-发电机,61-输出仪,62-转速仪,100、100a、100b-控制装置,101-目标输出接收部,102-上限输出接收部,103-下限输出接收部,104-实际输出接收部,105-实际转速接收部,110-目标值输出部,111-下限限制器,112-上限限制器,113-输出偏差运算器,114-调速设定器(目标值运算器),115-目标值偏差运算部,118-目标输出限制部,120-转速变动检测部,131-上限偏差运算部,132-下限偏差运算部,140、140a、140b-参数变更部,141、141a、141b-第一校正系数发生器,142、142a、142b-第二校正系数发生器,143-固定系数发生器,144-第一选择器,145-第二选择器,146-第一乘法器,147、147a、147b-第二乘法器,150-燃料相当值运算部,151-比例增益发生器,152-增益乘法器,155-阀控制部。
Claims (11)
1.一种燃气涡轮的控制装置,其具有:
目标值输出部,输出相当于燃气涡轮的目标转速的目标值;
目标值偏差运算部,求出相对于相当于所述燃气涡轮的实际转速的实际转速相当值的所述目标值的偏差即目标值偏差;
燃料相当值运算部,按照所述目标值偏差而确定相当于向所述燃气涡轮供给的燃料的流量的燃料相当值;
转速变动检测部,检测所述燃气涡轮的实际转速的变动;
上限偏差运算部,求出相对于所述燃气涡轮的实际输出的所述燃气涡轮的设定上限输出的偏差即上限偏差;
下限偏差运算部,求出相对于所述燃气涡轮的设定下限输出的所述燃气涡轮的实际输出的偏差即下限偏差;及
参数变更部,以所述实际转速相当值下降且所述上限偏差小于预先确定的值的情况下所述目标值偏差变小的方式,并且所述实际转速相当值上升且所述下限偏差小于预先确定的值的情况下所述目标值偏差变大的方式,在所述目标值、所述实际转速相当值、所述目标值偏差中变更任一个参数。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮的控制装置,其中,
所述参数变更部具有:乘法器,对所述目标值偏差和比例增益进行乘法运算;及增益变更部,所述实际转速相当值下降且所述上限偏差小于预先确定的值的情况下减小所述比例增益,所述实际转速相当值上升且所述下限偏差小于预先确定的值的情况下增大所述比例增益。
3.根据权利要求1或2所述的燃气涡轮的控制装置,其中,
所述目标值输出部具有:输出偏差运算器,求出相对于所述燃气涡轮的目标输出的所述燃气涡轮的实际输出的偏差即输出偏差;及目标值运算器,根据所述输出偏差而求出相当于所述目标转速的所述目标值。
4.根据权利要求3所述的燃气涡轮的控制装置,其中,
所述目标值输出部具有目标输出限制部,该目标输出限制部作为目标输出向所述输出偏差运算器输出事前接收的所述燃气涡轮的目标输出与所述设定下限输出中的较大的输出且所述目标输出与所述设定上限输出中的较小的输出。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃气涡轮的控制装置,
该控制装置具有阀控制部,该阀控制部制作与所述燃料相当值运算部所确定的所述燃料相当值对应的阀开度指令,并向调节供给到所述燃气涡轮的所述燃料的流量的燃料调节阀输出所述阀开度指令。
6.一种燃气涡轮设备,其具备:
权利要求5所述的燃气涡轮的控制装置;
所述燃料调节阀;及
所述燃气涡轮。
7.一种燃气涡轮的燃料控制方法,其执行如下工序:
目标值输出工序,输出相当于燃气涡轮的目标转速的目标值;
目标值偏差运算工序,求出相对于相当于所述燃气涡轮的实际转速的实际转速相当值的所述目标值的偏差即目标值偏差;
燃料相当值运算工序,按照所述目标值偏差而确定相当于向所述燃气涡轮供给的燃料的流量的燃料相当值;
转速变动检测工序,检测所述燃气涡轮的实际转速的变动;
上限偏差运算工序,求出相对于所述燃气涡轮的实际输出的所述燃气涡轮的设定上限输出的偏差即上限偏差;
下限偏差运算工序,求出相对于所述燃气涡轮的设定下限输出的所述燃气涡轮的实际输出的偏差即下限偏差;及
参数变更工序,以所述实际转速相当值下降且所述上限偏差小于预先确定的值的情况下所述目标值偏差变小的方式,并且所述实际转速相当值上升且所述下限偏差小于预先确定的值的情况下所述目标值偏差变大的方式,在所述目标值、所述实际转速相当值、所述目标值偏差中变更任一个参数。
8.根据权利要求7所述的燃气涡轮的燃料控制方法,其中,
所述参数变更工序包括:乘法工序,对所述目标值偏差和比例增益进行乘法运算;及增益变更工序,所述实际转速相当值下降且所述上限偏差小于预先确定的值的情况下减小所述比例增益,所述实际转速相当值上升且所述下限偏差小于预先确定的值的情况下增大所述比例增益。
9.根据权利要求7或8所述的燃气涡轮的燃料控制方法,其中,
所述目标值输出工序包括:输出偏差运算工序,求出所述燃气涡轮的目标输出与所述燃气涡轮的实际输出的偏差即输出偏差;及目标值运算工序,根据所述输出偏差而求出相当于所述目标转速的所述目标值。
10.根据权利要求9所述的燃气涡轮的燃料控制方法,其中,
所述目标值输出工序包括目标输出限制工序,该目标输出限制工序作为目标输出而输出事前接收的所述燃气涡轮的目标输出与所述设定下限输出中的较大的输出且所述目标输出与所述设定上限输出中的较小的输出,
所述输出偏差运算工序中,求出所述目标输出限制工序中输出的所述目标输出与所述燃气涡轮的实际输出的偏差即所述输出偏差。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的燃气涡轮的燃料控制方法,其中,
所述方法执行阀控制工序,该阀控制工序制作与所述燃料相当值运算工序中确定的所述燃料相当值对应的阀开度指令,并向调节供给到所述燃气涡轮的所述燃料的流量的燃料调节阀输出所述阀开度指令。
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