CN106979082B

CN106979082B - 涡轮系统的瞬态排放物温度控制

Info

Publication number: CN106979082B
Application number: CN201610843479.4A
Authority: CN
Inventors: J.哈珀; A.K.阿塔纳里
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co PLC
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2016-09-23
Publication date: 2021-03-16
Anticipated expiration: 2036-09-23
Also published as: JP6827744B2; JP2017061931A; EP3147485A1; US20170089267A1; EP3147485B1; CN106979082A; US10330015B2

Abstract

在一个实施例中，提供了一种系统。系统包括涡轮控制系统(12、62、64、65)，其包括处理器(66)。处理器(66)配置成接收输入，以用于在涡轮系统(10)的正常负载路径(NLP)(100)与涡轮系统(10)的冷负载路径(CLP)(102)之间转变。处理器(66)另外配置成基于输入而确定一氧化碳(CO)设定点。处理器(66)进一步配置成基于CO设定点而应用温度控制，其中正常负载路径(100)与冷负载路径(102)相比包括更高的排放物温度。

Description

涡轮系统的瞬态排放物温度控制

技术领域

本文中所公开的主题涉及涡轮系统，并且更具体地，涉及用于提供某些排放物温度的涡轮系统控制的系统及方法。

背景技术

诸如在电厂中提供电力的燃气涡轮的某些涡轮系统典型地包括至少一个燃气涡轮发动机，该燃气涡轮发动机具有压缩机、燃烧器系统以及涡轮。燃烧器系统使燃料和压缩的空气的混合物燃烧而生成热燃气，热燃气继而驱动涡轮的叶片，例如以产生旋转功率。燃气涡轮发动机所产生的排出气体可能包括某些副产物，诸如氮氧化物(NO_x，包括NO和NO₂)、硫氧化物(SO_x)、碳氧化物(CO_x)以及未燃的烃。

燃气涡轮系统可以包括控制系统，以监测和控制燃气涡轮系统的运行。例如，控制系统可以对诸如着火温度、燃料流量以及压缩机空气流量的各种参数进行控制，以使燃气涡轮系统运行成具有指定的功率输出且/或减少排出气体排放物。在燃气涡轮系统运行突然地或瞬时地改变时(例如，在所要求的功率输出下降时，或在从负载路径切换或转变至另一负载路径时)，控制系统可以相应地调整各种参数(例如，从而仅产生所要求的功率且/或具有新的排出气体排放物)。因此，尤其是在瞬态时期的期间，改进燃气涡轮系统的控制将是有益的。

发明内容

在下文中总结了在范围上与本公开相应的某些实施例。这些实施例不旨在限制权利要求的范围，相反，这些实施例仅旨在提供对某些实施例的简要概括。实际上，本公开的实施例可以包括可能与在下文中阐明的实施例类似或不同的各种形式。

在一个实施例中，提供了一种系统。系统包括涡轮控制系统，其包括处理器。处理器配置成接收输入，以用于在涡轮系统的正常负载路径(NLP)与涡轮系统的冷负载路径(CLP)之间转变。处理器另外配置成基于输入而确定一氧化碳(CO)设定点。处理器进一步配置成基于CO设定点而应用温度控制，其中正常负载路径与冷负载路径相比包括更高的排放物温度。

在另一实施例中，一种方法包括经由处理器而接收输入，以用于在燃气涡轮系统的正常负载路径(NLP)与燃气涡轮系统的冷负载路径(CLP)之间转变。方法进一步包括：经由处理器而基于输入来确定一氧化碳(CO)设定点；以及经由处理器而基于CO设定点来应用温度控制，其中正常负载路径与冷负载路径相比包括更高的排放物温度。

在另一实施例中，提供了一种存储非暂时的处理器可执行指令的机器可读介质。处理器可执行指令配置成接收输入，以用于在涡轮系统的正常负载路径(NLP)与涡轮系统的冷负载路径(CLP)之间转变。处理器可执行指令另外配置成基于输入而确定一氧化碳(CO)设定点，以及基于CO设定点而应用温度控制，其中正常负载路径与冷负载路径相比包括更高的排放物温度。

本发明的第一技术方案提供了一种系统，包括：涡轮控制系统，其包括处理器，该处理器配置成：接收输入，以用于在涡轮系统的正常负载路径(NLP)与所述涡轮系统的冷负载路径(CLP)之间转变；基于所述输入而确定一氧化碳(CO)设定点；以及基于所述CO设定点而应用温度控制，其中所述正常负载路径与所述冷负载路径相比包括更高的排放物温度。

本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，所述处理器配置成通过将CO目标温度设定为高于所预测出的CO水平或高于调节CO水平的系数而确定所述CO设定点。

本发明的第三技术方案是在第二技术方案中，所述系数包括在0.08与1.2之间。

本发明的第四技术方案是在第二技术方案中，所述处理器配置成在某一时段内维持所述CO目标温度。

本发明的第五技术方案是在第四技术方案中，所述处理器配置成在所述时段终结之后，降低所述 CO目标温度。

本发明的第六技术方案是在第一技术方案中，所述处理器配置成通过将偏压加到CO控制器而确定所述CO设定点。

本发明的第七技术方案是在第一技术方案中，所述处理器配置成通过确定退出所述涡轮系统的排气的排气温度而确定所述CO设定点。

本发明的第八技术方案是在第一技术方案中，所述处理器配置成确定所述涡轮系统是否在所述冷负载路径运行，以及在所述冷负载路径运行的同时，如果所述涡轮系统经历瞬态状况，则应用细微调谐控制。

本发明的第九技术方案是在第八技术方案中，所述细微调谐控制包括通过应用IGV增益偏压而应用IGV增益控制。

本发明的第十技术方案是在第一技术方案中，所述处理器配置成通过调制配置成将燃料输送至所述涡轮系统的燃料阀、通过调制配置成将氧化剂输送至所述涡轮系统的入口导叶或两者的组合而应用所述温度控制，并且其中所述更高的排放物温度包括更高的着火温度、更高的排气温度或两者的组合。

本发明的第十一技术方案提供了一种方法，包括：经由处理器而接收输入，以用于在燃气涡轮系统的正常负载路径(NLP)与所述燃气涡轮系统的冷负载路径(CLP)之间转变；经由所述处理器而基于所述输入来确定一氧化碳(CO)设定点；以及经由所述处理器而基于所述CO设定点来应用温度控制，其中所述正常负载路径与所述冷负载路径相比包括更高的排放物温度。

本发明的第十二技术方案是在第十一技术方案中，所述温度控制包括将CO目标温度设定为高于所预测出的CO水平或高于调节CO水平的系数。

本发明的第十三技术方案是在第十二技术方案中，所述温度控制包括在某一时段内维持所述CO目标温度。

本发明的第十四技术方案是在第十一技术方案中，包括：经由所述处理器而确定所述燃气涡轮系统是否在所述冷负载路径运行；以及在所述冷负载路径运行的同时，如果所述燃气涡轮系统经历瞬态状况，则经由所述处理器来应用细微调谐控制。

本发明的第十五技术方案是在第十四技术方案中，经由所述处理器来应用所述细微调谐控制包括应用IGV增益控制。

本发明的第十六技术方案是在第十一技术方案中，经由所述处理器而基于所述CO设定点来应用温度控制包括在所述燃气涡轮系统的启动的期间或关闭的期间，经由所述处理器来应用所述温度控制。

本发明的第十七技术方案提供了一种存储非暂时的处理器可执行指令的机器可读介质，所述处理器可执行指令配置成：接收输入，以用于在涡轮系统的正常负载路径(NLP)与所述涡轮系统的冷负载路径(CLP)之间转变；基于所述输入而确定一氧化碳(CO)设定点；以及基于所述CO设定点而应用温度控制，其中所述正常负载路径与所述冷负载路径相比包括更高的排放物温度。

本发明的第十八技术方案是在第十七技术方案中，所述指令配置成通过将CO目标温度设定为高于所预测出的CO水平或高于调节CO水平的系数而确定所述CO设定点。

本发明的第十九技术方案是在第十七技术方案中，所述指令配置成在某一时段内维持所述CO目标温度。

本发明的第二十技术方案是在第十七技术方案中，所述指令配置成确定所述燃气涡轮系统是否在所述冷负载路径运行，并且在所述冷负载路径运行的同时，如果所述燃气涡轮系统经历瞬态状况，则通过应用IGV增益控制来应用细微调谐控制。

附图说明

在参考附图来阅读以下的详述时，将更清楚地理解本公开的这些及其他特征、方面以及优点，在所有的附图中，相同的字符表示相同的零件，在附图中：

图1是按照本公开的实施例的包括用于控制燃气涡轮系统的排放物的控制器的燃气涡轮系统的框图；

图2是NLP运行和CLP运行以及从NLP运行至CLP运行的转变的实施例的图表视图；

图3是适用于使瞬态最小化或消除的控制过程的实施例的框图；以及

图4是图3的控制过程的实施例的流程图。

零件列表

10 涡轮系统

12 控制器

14 燃气涡轮发动机

16 底循环

22 压缩机

24 涡轮燃烧器

26 涡轮

28 燃料喷嘴

34 增压燃气

36 轴

38 排出气体

40 负载

42 空气引入口

44 增压空气

46 方向

100 正常负载路径(NLP)

102 冷负载路径(CLP)

101 轴线

103 轴线

104 第一点

106 初始负载水平

108 初始燃料焚烧量

110 第二点

112 期望的基本负载水平

114 第三点

116 第四点

118 第五点

120 第六点

122 转变线

62 转变控制器

64 细微调谐控制器

65 CO控制器

68 存储器

66 处理器

70 传感器

78 压缩机出口传感器

80 燃料传感器

84 致动器

86 致动器

88 致动器

94 用户输入系统

140 控制过程

142 高温启动

144 低温启动

146 块

148 块

150 块

152 CO极限模型

154 CO极限

156 时间滤波

158 块

160 起始点

162 点

164 点

166 点

170 偏压

168 负载改变

172 调谐模型

200 过程

202 块

204 块

208 块。

具体实施方式

将在下文中描述本公开的一个或更多个具体的实施例。为了提供对这些实施例的简明的描述，可能未在说明书中描述实际的实施方式的所有的特征。应当意识到，在任何这样的实际的实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须作出许多实施方式特有的决策，以实现开发者的特定目标，诸如与系统相关的约束和商业相关的约束的依从性，其可能从一个实施方式到另一个而改变。此外，应当意识到，这样的开发努力可能复杂而费时，但对于得益于本公开的普通技术人员，将不过是设计、制备和制造的常规工作。

在介绍本公开的各种实施例的元件时，词语“一”、“一个”、“该”以及“所述”旨在意指存在一个或更多个元件。用语“包括”、“包含”以及“具有”旨在为包含的，并且意指可能存在除了所列出的元件之外的另外的元件。

如上文中所注意到的，涡轮系统可以在由某些排放物温度(例如，排气温度、着火温度)、燃料流量、空气流量以及其他参数限定的稳态条件下运行，以产生指定的功率输出。例如，燃气涡轮发动机可以在连续的基础(例如，基本负载)上运转，从而产生基本负载功率。例如，在燃气涡轮发动机启动的期间，燃气涡轮发动机还可以在部分负载(例如，基本负载的部分)下运转。在启动的期间，燃气涡轮发动机可以沿着例如正常负载路径(NLP)和冷负载路径(CLP)的一个或更多个预定的(例如，编程的)路径对基本负载进行操作。各预定的路径可以包括使燃气涡轮发动机在路径的各种部分处以特定的一组运行参数(诸如燃料流量、空气流量、着火温度、CO排放量等)运行。在燃气涡轮发动机从预定的路径切换至另一预定的路径时，可以调整一个或更多个运行参数。例如，在给定的负载水平下，NLP可以与较高的着火温度或排气温度相对应，并且，CLP可以与较低的着火温度或排气温度相对应。在燃气涡轮发动机从NLP切换至CLP时，可以(例如，通过减少燃料流量而)降低着火温度或排气温度。当燃气涡轮发动机的着火温度降低时，可能(例如，通过燃烧系统的冷区而)将CO至CO₂的氧化反应熄灭，且因此，CO排放量可能增加。因此，转变可能导致高于期望的阈值(例如，调节极限)的着火温度及对应的CO排放量水平。

在本文中提供的是用于对涡轮系统的瞬态运行进行控制的技术。更具体地，按照本公开的技术可以应用于当在启动期间或在关闭期间，将燃气涡轮发动机从NLP运行切换至CLP运行时，对燃气涡轮发动机进行瞬态控制。在启动期间或在关闭期间，本文中所描述的技术可以取决于提高的或降低的负载请求而将入口导叶(IGV)控制回路增益向上或向下调整，这可以保持涡轮发动机在比稳态温度参考值更高的着火温度下运转，因而降低瞬态可操作性的问题的可能性。可以基于调节CO极限的最小值和乘以某一系数而预测出的CO而规定CO水平的目标，这瞬时地提高CO排气温度，且然后，基于时间滤波而对温度下降进行控制。因此，可以使排气温度参考值的较大的改变最小化或消除，这使IGV中的显著变化和燃料行程参考值(FSR)控制最小化，因而减少或消除可能导致爆裂的诸如IGV的开度太远或太小且/或燃料输送太多或太少的可操作性的问题。

考虑到前文，图1是涡轮系统10的框图，涡轮系统10包括用于对燃气涡轮系统10的运行进行控制的按照本公开的控制器12。燃气涡轮系统10包括燃气涡轮发动机14和底循环16。燃气涡轮发动机14可以包括简单循环重型燃气涡轮系统或飞行器发动机衍生燃烧系统，但不限于此。底循环16配置成利用燃气涡轮发动机14所生成的热(例如，来自排气的废热)来生成电力，并且，可以包括其他构件，诸如废热回收锅炉和蒸汽涡轮，例如余热回收蒸汽发生器(HRSG)。

燃气涡轮发动机14包括压缩机22、涡轮燃烧器24以及涡轮26。涡轮燃烧器24包括一个或更多个燃料喷嘴28，燃料喷嘴28可以将诸如柴油、天然气或合成气的液体燃料和/或气体燃料发送至涡轮燃烧器24中。在所图示的实施例中，燃气涡轮发动机14包括一个涡轮燃烧器24，然而，应当注意到，燃气涡轮发动机14可以包括任意数量的涡轮燃烧器24。

涡轮燃烧器24点燃空气燃料混合物而使空气燃料混合物燃烧，然后，将热增压燃气34(例如，排气)传递至涡轮26中。涡轮26的涡轮叶片与轴36联接，在整个燃气涡轮发动机14中，轴36还与若干个其他构件联接。在一些实施例中，涡轮燃烧器24是可向纽约斯克内克塔迪的通用电气公司购买的干式低氮氧化物(NOx)(DLN)燃烧器24。DLN燃烧器24可以按若干个模式运转，例如，以降低排放物水平。模式可以包括：主模式，仅将燃料输送至主喷嘴；贫-贫模式，将燃料输送至主喷嘴和副喷嘴两者，并且，主喷嘴和副喷嘴两者都具有火焰；副模式，仅将燃料输送至副喷嘴；以及预混合模式，将燃料输送至主喷嘴和副喷嘴两者，但火焰仅出现于副喷嘴中。在部分负载下，输送至DLN燃烧器24的燃料可以按主模式运行，而不是以预混合模式运行。随着燃气34经过涡轮26中的涡轮叶片，涡轮26被驱动成旋转，这促使轴36旋转。最终，燃气34作为排出气体38的流而退出燃气涡轮发动机14。而且，轴36可以与负载40联接，经由轴36的旋转而给负载40提供动力。例如，负载40可以是可以经由燃气涡轮发动机14的旋转输出而生成动力的任何合适的装置，诸如发电机、飞机螺旋桨等。

作为压缩机22的构件，包括压缩机叶片。压缩机叶片与轴36联接，并且，当如上所述地通过涡轮26而将轴36驱动成旋转时，压缩机叶片将旋转。压缩机22内的压缩机叶片的旋转将来自空气引入口42的空气压缩成增压空气44。然后，将增压空气44供给至涡轮燃烧器24的燃料喷嘴28中。一个或更多个燃料喷嘴28使增压空气44和燃料混合，以产生适合于燃烧(例如，促使燃料更充分地焚烧的燃烧)的混合物比，以便于不浪费燃料或造成过量的排放物。

排出气体流38可以退出涡轮26而继续沿下游方向46朝向底循环16流动。作为燃烧过程的结果，排出气体流38可能包括某些副产物，诸如氮氧化物(NO_x，包括NO和NO₂)、硫氧化物(SO_x)、碳氧化物(CO_x，包括CO)以及未燃的烃。然后，可以将排出气体流38输送至底循环16，以用于进一步处理和/或使用。例如，底循环16可以包括气体处理系统、余热回收蒸汽发生器(HRSG)以及蒸汽涡轮。

如上文中所注意到的，燃气涡轮系统10包括控制器12，控制器12可以用于控制燃气涡轮系统10的运行，包括燃气涡轮系统10在启动期间或在关闭期间的瞬态运行。更具体地，在瞬态运行的期间，控制器12配置成，例如，在系统10启动或关闭的期间，控制燃气涡轮系统10的运行，以从遵循NLP运行切换至遵循CLP运行。为了使瞬态(例如，如CO和氮氧化物的某些种类的太高的排气排放)最小化或防止这些瞬态且/或为了防止爆裂状况，控制器12可以将CO目标设定为新的CO参考值，使得CO目标基于调节CO极限的最小值和乘以某一系数而预测出的CO。一旦控制器12遵循CLP运行，控制器12就可以另外或备选地基于某些负载请求(例如，操作人员负载请求)而将入口导叶(IGV)控制回路增益向上或向下调整，这可以保持涡轮发动机在比稳态温度参考值更高的着火温度下运转，因而降低瞬态可操作性的问题的可能性。

描述NLP运行和CLP运行以及从NLP至CLP(或反之亦然) 的转变可以是有益的。因此，图2图示NLP 100的实施例和CLP 102的实施例，NLP 100和CLP 102可以用于在启动期间控制燃气涡轮系统10。如图2中所图示的，由于在轴线101上显示的燃料焚烧量或燃料消耗量关于在轴线103上显示的期望的负载水平而增加，因而NLP 100和CLP 102各自显示大体上向上的趋势。如图所示，在启动期间，燃气涡轮系统10可以从第一点104开始而朝向第二点110行进，其中，第一点104可以与初始负载水平106和初始燃料焚烧量108相对应，第二点110可以与期望的基本负载水平112相对应。从第一点104至第二点110，燃气涡轮发动机可以沿着例如NLP 100和/或CLP 102的一个或更多个路径或曲线(例如，随着负载水平而变化的燃料焚烧量)运行。在大体上维持较低的排气温度的同时，CLP 102可能导致比NLP 100更高的净效率。更具体地，典型地，在NLP 100中，着火温度和排气温度更高，但在NLP 100中，CO更低，而NOx更高。较低的排气温度可以延长零件寿命，并且，提高净效率。CLP 102通过增大入口导叶角度(更高的空气流量和压缩比)而大体上改进系统10的效率，对于同一负载，与NLP 100相比，着火温度降低。NLP 100具有典型地更高的排放物温度，例如，与CLP 102相比，在NLP 100中，着火温度和排气温度典型地更高。在NLP 100中，发现更高的着火温度和排气温度，但在NLP 100中，CO更低，而NOx更高。

在初始负载水平106与基本负载水平112之间的负载水平的一部分的期间，NLP100和CLP 102可能重叠。经由示例，在第一点104与第三点114之间和第四点116与第二点110之间，NLP 100和CLP 102可能重叠。在第三点114与第四点116之间，NLP 100和CLP 102不重叠，并且，燃气涡轮系统10可以在NLP 100与CLP 102之间切换。例如，燃气涡轮系统10可以从第一点104开始而沿着NLP 100朝向基本负载点110行进。在NLP 100上的第五点118，燃气涡轮系统10可以例如经由转变线122而切换至CLP 102而到达CLP 102上的第六点120。虽然转变线122被描绘为竖直线，但转变122可以是具有正斜率或负斜率的线，或可以是非线性的(例如，曲线)。由于在第三点114与第四点116之间，CLP 102包括在任何负载水平下都比 NLP 100更少的燃料焚烧量，因而与NLP 100相比，在沿着 CLP 102运行时，燃气涡轮系统100可能具有较低的着火温度和排气温度。

对于燃气涡轮系统10，较低的着火温度可以与较高的CO排放量水平相对应。正因如此，在沿着CLP 102运行时，燃气涡轮系统10可以近似于预定的CO阈值(例如，调节CO极限)而运行。即，在一个实施例中，CLP 102可以有意地导致近似于预定的CO阈值的CO排放量。因此，当(例如，在转变线122上)从NLP 100切换至CLP 102时，应当减小或消除燃料焚烧量水平的显著变化，以便于不导致 CO排放量超过预定的CO阈值。如在下文中更详细地讨论的，控制器12可以在从NLP 100至CLP 102(或反之亦然)的转变运行中对燃气涡轮系统10进行控制，以便于遵从预定的CO阈值。

更具体地，现在翻回到图1，控制器12可以包括转变控制器62和细微调谐控制器64，在启动期间或在关闭期间，转变控制器62和细微调谐控制器64可以一起工作而控制燃气涡轮系统10，以(例如，沿着转变过程122)从NLP 100切换至CLP 102，并且，沿着CLP 102朝向基本负载水平(例如，基本负载点110)继续，或者，从CLP 102切换至NLP 100(例如，转变过程122的逆过程)，并且，沿着NLP 100朝向基本负载水平(例如，基本负载点110)继续。在某些实施例中，可以使用CO控制器65和/或其他控制器(例如，氮氧化物[NOx]控制器)。CO控制器65可以包括以模型为基础的控制技术，诸如系统10的以化学制品、流体流量以及/或物理成分为基础的模型。CO控制器65可以接收诸如温度输入(例如排气温度输入)、燃料流量、压力、速度等的某些输入，然后，推导适合于维持期望的CO水平的控制输入(例如，IGV输入、燃料流量输入)。控制器(例如，62、64、65)可以在存储于存储器68中的软件中实现，并且，可由一个或更多个处理器66执行，且/或在硬件中实现。

转变控制器62配置成基于排气38中的CO排放量水平而对燃气涡轮系统10在NLP100与CLP 102之间的切换进行控制。可以由诸如传感器70的任何合适的装置对排气38中的CO排放量水平连续地且/或周期地进行监测，该装置与涡轮26的出口可操作地联接、安置于涡轮26的出口中或与涡轮26的出口流体连通。一旦燃气涡轮系统10切换至新的负载路径(例如，从NLP 100至CLP 102)，细微调谐控制器64就配置成将燃气涡轮系统10控制成沿着新的负载路径朝向基本负载水平运行。

如图所示，处理器66可以是任何(多个)通用或专用处理器。存储器68可以包括一个或更多个有形的非暂时的机器可读介质，这些介质共同地存储指令，这些指令可由处理器66执行，以执行本文中所描述的方法和控制动作。例如，存储器68可以包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM、闪速存储器或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁存储装置。控制器12可以进一步包括用于对输入至控制器12的各种模拟输入进行处理的一个或更多个模拟-数字(A/D)转换器和用于将数字输出转换成可以致动一个或更多个致动器(例如，IGV致动器、燃料阀)的模拟信号的数字-模拟(D/A)转换器。在一些实施例中，除了处理器66和存储器68之外或代替处理器66和存储器68，转变控制器62和细微调谐控制器64可以各自包括单独的处理器和存储器，以用于促进执行如本文中所描述的控制运行。将理解到，转变控制器62和细微调谐控制器64显示为示例，并且，可以将这些控制器的功能组合且合并于控制器12中。

控制器12可以对来自定位于燃气涡轮系统10的各种位置的包括传感器70的一个或更多个传感器的一个或更多个输入进行监测。传感器可以包括例如压力传感器、水平传感器、温度传感器、流量传感器、成分传感器、浓度传感器、状态指示器以及位置指示器(例如，限位开关、霍尔效应开关、声学接近开关、线性可变差动变压器、位置换能器)等。传感器可以与燃气涡轮系统10的各种构件联接、安置于各种构件中或安置于各种构件周围或者与各种构件流体连通，以获得各种构件的运行信息。例如，压缩机出口传感器78可以与压缩机22的出口操作联接，并且，获得包括流入燃烧器24中的空气的温度、气体流速以及压力的信息。一个或更多个燃料传感器80可以与一个或更多个燃料喷嘴28操作联接，并且，获得包括流入燃烧器24中的燃料的温度、气体流速以及压力的信息。燃料传感器80和压缩机出口传感器78的组合可以提供关于燃烧器24中的燃料与空气的比的信息。

另外，控制器12可以与燃气涡轮系统10的各种构件操作联接，以控制燃气涡轮系统10的运行。例如，控制器12可以控制一个或更多个致动器的运行，这些致动器与燃气涡轮系统10的各种构件联接，并且，配置成移动或控制各种构件(例如，经由开关、阀、电动机、螺线管、定位器等)。经由另外的示例，控制器12可以控制空气引入口42(例如，经由致动器84，诸如入口导叶致动器)和/或压缩机22(例如，经由致动器86)的运行，以调节空气引入口，包括流速、温度、压力等。控制器12可以控制一个或更多个燃料喷嘴28的运行(例如，经由一个或更多个致动器88)，以调节流入燃烧器24中的燃料，包括流速、温度、压力、燃料分离等。

此外，控制器12可以包括用户输入系统94，用户输入系统94配置成接收来自用户且以用户输入为基础的输入(例如，命令、函数)，以控制燃气涡轮系统10的运行。例如，用户输入系统94可以包括预定的CO排放量水平(例如，随着负载水平、着火温度等而变化)、负载路径(例如，NLP 100、CLP 102)、切换点(例如，燃气涡轮系统10从一个负载路径切换至另一负载路径的负载水平)、期望的功率(例如，兆瓦)，期望的燃料比、电力价格、电力需求、燃料价格、燃烧器断供时间间隔以及/或与涡轮系统10的运行有关的其他信息。

现在，翻到图3，附图是控制过程140的实施例的框图，控制过程140适合于燃气涡轮系统10的瞬态运行，诸如在NLP 100至CLP 102之间切换且然后在CLP 102上继续，直到例如达到基本负载为止时的运行。如上文中所注意到的，在启动的期间或在部分负载的期间，燃气涡轮系统10可以沿着一个或更多个负载路径(例如，NLP 100、CLP 102)朝向基本负载运行。例如，燃气涡轮系统可以利用NLP或高温启动142(例如，如在图2中由NLP 100图示)和/或CLP或低温启动144(例如，如在图2中由CLP 102图示)来运行。用户可以随时在启动(或关闭)的期间例如使用控制器12的用户输入系统94来选择(块146)特定的负载路径。换句话说，用户可以从一个负载路径切换至另一负载路径。在一些实施例中，在启动或关闭的期间，控制器12(例如，处理器66和存储器68)可以自动地选取负载路径且/或自动地从一个负载路径切换至另一负载路径。

出于图示的目的，下文的讨论将基于例如沿着如图2中所图示的转变122从NLP100切换至CLP 102的过程。然而，应当注意到，本文中所描述的系统及方法还可应用于沿着任何转变线或曲线从NLP 100切换至CLP 102的过程和/或逆过程(例如，从CLP 102切换至NLP 100)。如图所示，控制过程140包括例如经由CO控制器65而利用传感器70和/或使用中的模型来测量或以另外的方式推导(块148)排气38中的CO排放量水平。然后，可以基于应用调整函数或CO极限模型152而确定(块150)所测量且/或推导出的CO排放量水平至预定的CO阈值的接近性。即，块150可以着眼于所预计的温度和由此而产生的所预计的CO(经由模型152而预计)，将所预计的 CO与所测量出的CO比较，并且，基于比较而推导CO极限154。CO极限154可以遵从例如调节排放物水平。然后，在温度控制(块158)的期间，可以例如经由系数和/或时间滤波156而应用CO极限154。可以例如经由转变控制器62和/或CO控制器65而应用温度控制(块158)。例如，可以通过将CO极限154乘以某一系数(例如，0.08至1.20之间)而控制(块158)诸如排气38的温度的温度。因而，提高的温度可以遵从排放物调节极限。然后，当温度降回至例如非与系数相乘的范围时，可以将时间滤波或时间范围用于控制温度(块156)。更具体地，起始点160图示上升的温度控制的开始，然后，温度控制上升至点162，且继续上升至点164。因而，时间滤波是162与164之间和/或160、162以及164之间的时间。在时间滤波之后，温度降回至点166。因此，在瞬态状况(例如，更高的或更低的负载时期)的期间，可以使排气温度参考值的显著变化最小化或消除，这可以减少或消除IGV和FSR控制问题。

一旦转变120进入CLP运行102，则控制器系统12(例如，经由细微调谐控制器64)就可以通过应用IGV增益或偏压170而响应于瞬态状况。更具体地，控制系统12(例如，细微调谐控制器64)可以响应于负载改变168而接入调谐模型172，以基于当前状况而提高或降低IGV增益170。例如，较高的负载改变可能导致较低的IGV增益170，而较低的负载改变可能导致较高的IGV增益170。因此，可以减少或消除在涡轮系统10处于CLP运行102时出现的瞬态。

图4是按照本公开的用于控制燃气涡轮系统10的瞬态运行的过程200的实施例的流程图。过程200可以由上述的构件(例如，控制器12、传感器70)执行。过程200可以实现为可执行的计算机代码或指令，这些代码或指令可经由处理器66而执行，并且，存储于控制器系统12的存储器68中。在所图示的实施例中，过程200包括在燃气涡轮系统10的启动或关闭的期间，开始(块202)在诸如NLP 100和CLP 102的两个负载路径之间转变(例如，转变120)。如果在出现转变(例如，转变120)瞬态的期间，过程可以应用瞬态转变控制(块204)，例如，如上所述，则可以基于调节CO极限的最小值和乘以某一系数而预测出的CO而规定CO水平的目标，这瞬时地提高CO排气温度。然后，控制可以基于时间滤波而应用温度下降。

然后，过程200可以确定(决策204)运行是否转变为完全地位于CLP 102上。如果不是，则过程200迭代回到块204。如果控制现在位于CLP 102上，则过程200应用细微调谐控制(块208)。例如，可以取决于提高的或降低的负载请求而将IGV控制回路增益170向上或向下改变，这可以保持涡轮发动机在比稳态温度参考值更高的着火温度下运转，因而降低瞬态可操作性的问题的可能性。以该方式，即使当在NLP 100至CLP 102之间转变且以CLP 102运行时，控制系统12也可以使瞬态问题最小化或防止瞬态问题。

本发明的技术效果包括使与从NLP转变至CLP运行(或反之亦然)的期间和CLP运行的期间的瞬态状况有关的问题最小化或防止这些问题。CLP运行典型地比NLP运行更高效，因为，CLP运行可以增大IGV角度(更高的空气流量和压缩机压力比)，对于同一负载，与NLP运行相比，着火温度降低。同样地，可以使由于瞬态状况而导致的控制过度补偿最小化或消除。通过为更优化的对瞬态状况的处置作准备，从而可以使设备寿命最大化，并且，运行可以按更高效的方式进行。

本书面描述使用包括最佳模式的示例来公开实施例，并且，还允许本领域任何技术人员实践本发明，包括制作并使用任何装置或系统和执行任何合并的方法。本公开的专利范围由权利要求限定，并且，可以包括本领域技术人员所想到的其他示例。如果这样的其他示例具有并非与权利要求的字面语言不同的结构元件，或如果这些示例包括与权利要求的字面语言无实质的差异的等效的结构元件，则这些示例旨在属于权利要求的范围内。

Claims

1.一种涡轮系统，包括：

涡轮控制系统(12、62、64、65)，其包括处理器(66)，该处理器(66)配置成：

接收输入，以用于在所述涡轮系统(10)的正常负载路径(NLP)(100)与所述涡轮系统(10)的冷负载路径(CLP)(102)之间转变；

使涡轮操作在所述正常负载路径与所述冷负载路径之间转变，且控制所述涡轮系统以维持CO排放量低于预定的CO阈值，其中维持CO排放量低于预定的CO阈值包括

确定CO排放量水平，

确定所预计的CO排放量，

将所预计的 CO排放量与所述CO排放量水平比较，

基于所述比较而推导CO极限(154),

且应用所述CO极限(154)以用于温度控制块(158)中的温度控制以设定CO目标温度，其中将所述CO极限(154)应用于所述温度控制块(158)包括，在将所述CO极限应用于所述温度控制块之前将所述CO极限乘以某一系数且在时间滤波器(156)中处理所述CO极限。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器(66)配置成将CO目标温度设定为高于所预计的CO水平或高于调节CO水平的系数。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系数包括在0.08与1.2之间。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述处理器(66)配置成在某一时段内维持所述CO目标温度。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述处理器(66)配置成在所述时段终结之后，降低所述 CO目标温度。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器(66)配置成通过将偏压加到CO控制器(65)而确定所述CO极限。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器(66)配置成通过确定退出所述涡轮系统的排气的排气温度而基于模型确定所述CO极限。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器(66)配置成确定所述涡轮系统(10)是否在所述冷负载路径(102)运行，以及在所述冷负载路径(102)运行的同时，如果所述涡轮系统(10)经历瞬态状况，则应用细微调谐控制。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述细微调谐控制包括通过应用IGV增益偏压而应用IGV增益控制。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器(66)配置成通过调制配置成将燃料输送至所述涡轮系统(10)的燃料阀、通过调制配置成将氧化剂输送至所述涡轮系统(10)的入口导叶或两者的组合而应用所述温度控制，并且其中更高的排放物温度包括更高的着火温度、更高的排气温度或两者的组合。

11.一种用于操作燃气涡轮系统的方法，包括：

经由处理器(66)而接收输入，以用于在所述燃气涡轮系统的正常负载路径(NLP)(100)与所述燃气涡轮系统(10)的冷负载路径(CLP)(102)之间转变；

使燃气涡轮操作在所述正常负载路径与所述冷负载路径之间转变，且控制所述燃气涡轮系统以维持CO排放量低于预定的CO阈值，其中维持CO排放量低于预定的CO阈值包括

确定CO排放量水平，

确定所预计的CO排放量，

将所预计的 CO排放量与所述CO排放量水平比较，

基于所述比较而推导CO极限(154),

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，包括将CO目标温度设定为高于所预计的CO水平或高于调节CO水平的系数。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，包括在某一时段内维持所述CO目标温度。

14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，包括：经由所述处理器(66)而确定所述燃气涡轮系统(10)是否在所述冷负载路径(102)运行；以及在所述冷负载路径(102)运行的同时，如果所述燃气涡轮系统(10)经历瞬态状况，则经由所述处理器(66)来应用细微调谐控制。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，经由所述处理器(66)来应用所述细微调谐控制包括应用IGV增益控制。

16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，经由所述处理器(66)而基于所述CO极限来应用温度控制包括在所述燃气涡轮系统的启动的期间或关闭的期间，经由所述处理器(66)来应用所述温度控制。