DE102004052433B4

DE102004052433B4 - Gasturbinen-Regelungsvorrichtung, Gasturbinensystem und Gasturbinen-Regelungsverfahren

Info

Publication number: DE102004052433B4
Application number: DE102004052433.5A
Authority: DE
Inventors: Masumi Nomura; Hiroyuki Iba; Kozo Toyama; Tomo Kawakami
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2004-10-28
Publication date: 2014-03-27
Anticipated expiration: 2024-10-29
Also published as: US20050107942A1; CN101126353A; CN100549528C; CN101126353B; JP2005155590A; DE102004052433A1; CN1611839A; US7188019B2

Abstract

Gasturbinen-Regelungsvorrichtung für eine Gasturbine (2) mit einer Brennkammer (111), mit: einem Frequenzanalysierabschnitt (25) zum Durchführen einer Frequenzanalyse von bei der Verbrennung in der Brennkammer (111) gemessenen Druckfluktuationen oder von gemessenen Beschleunigungsfluktuation der Brennkammer (111) selbst als Verbrennungsfluktuationen und zum Ausgeben eines in mehrere Frequenzbänder unterteilten Analyseergebnisses, einem eine Prioritätenfolgeinformation enthaltenden Abschnitt (31), der Informationen zu einer für die mehreren Frequenzbänder vorgegebenen Prioritätenfolge enthält, einem Verbrennungseigenschaften-Erfassungsabschnitt (28) zum Erfassen einer Eigenschaft der Verbrennungsfluktuationen in der Gasturbine (2) basierend auf dem in Frequenzbänder unterteilten Analyseergebnis und Prozeßdaten der Gasturbine (2), und einem Steuerabschnitt (10) zum Anpassen einer Strömungsrate von Brennstoff und/oder einer Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer (111) zuzuführen sind, so, dass die Verbrennungsfluktuationen eines Frequenzbandes mit einem hohen Prioritätenrang entsprechend der Prioritätenfolgeinformation gemindert werden, wenn der Verbrennungseigenschaften-Erfassungsabschnitt (28) das Auftreten der Verbrennungsfluktuation in mehreren Frequenzbändern erfasst.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbinen-Regelungsvorrichtung, durch die Verbrennungsfluktuationen gemindert oder unterdrückt werden, und sie bezieht sich auch auf ein Gasturbinensystem, welches die Gasturbinen-Regelungsvorrichtung einsetzt, sowie auf ein Gasturbinen-Regelungsverfahren, das auf dem gleichen Konzept beruht.
Bei einer vorbekannten Gasturbine werden Strömungsraten von Luft und Brennstoff, die einer Brennkammer zuzuführen sind, im Voraus auf der Basis einer Generatorleistung, einer Umgebungstemperatur und Feuchtigkeit etc. festgelegt, und der Betrieb der Gasturbine erfolgt unter Anwendung dieser Werte. Infolge von altersbedingter Beeinträchtigung, beispielsweise einer Verschlechterung einer Kompressorleistung, eines Zusetzens eines Filters oder dergleichen besteht eine Möglichkeit, dass die tatsächlichen Strömungsraten von Brennstoff und Luft von geplanten Werten oder eingestellten Werten aus der Versuchsbetriebszeit abweichen. In diesem Fall besteht eine Möglichkeit, dass die Verbrennungsstabilität beeinträchtigt wird oder Verbrennungsfluktuationen auftreten. Falls Verbrennungsfluktuationen auftreten, kann der Betrieb der Gasturbine stark behindert sein. Das heißt vom Standpunkt der Erhaltung der Kraftwerksanlagen und der Verbesserung der Verfügbarkeit des Kraftwerks ist es erwünscht, die Verbrennungsfluktuationen so weit wie möglich zu mindern oder zu vermeiden. Um die Verbrennungsstabilität beizubehalten und die Verbrennungsfluktuationen zu vermeiden, werden somit mehrere Male pro Jahr Einstellungen des Regelungssystems durch Fachkräfte ausgeführt, so dass die Verbrennungsstabilität bestätigt und aufrechterhalten wird und dies führt zu einer Zunahme der Wartungskosten und zu einer geringeren Verfügbarkeit.
Die JP 1997-269107 A offenbart eine Verbrennungsfluktuations-Minderungsvorrichtung für eine Brennkammer und ein Verfahren hierfür.
Diese Verbrennungsfluktuations-Minderungsvorrichtung für eine Brennkammer umfasst einen Verbrennungsfluktuations-Minderungsabschnitt. Dieser Verbrennungsfluktuations-Minderungsabschnitt umfasst eine Frequenzanalysiervorrichtung, die eine Frequenzanalyse von Druckfluktuationen von Verbrennungsgas, die durch einen Drucksensor in der Brennkammer erfasst werden, durchführt, eine zentrale Rechen- und Verarbeitungseinheit, die eine Fluktuationsstabilität auf der Basis von Frequenzbändern der durch die Frequenzanalysiervorrichtung analysierten Druckfluktuationen berechnet, einen Spannungsverstärker, der ein Ausgangssignal der zentralen Rechen- und Verarbeitungseinheit verstärkt, sowie einen Regelungsabschnitt, der eine Regelung durch Ausgeben des verstärkten Ausgangssignals als Ventilöffnungs- und Schließsignal an ein Brennstoffventil durchführt.
Dieses Fluktuationsminderungsverfahren zieht die Niederfrequenz-Verbrennungsfluktuationen in Betracht. Das heißt, dass auf der Basis eines Brennstoff-Luftverhältnisses beim Auftreten der Verbrennungsfluktuationen die Frequenz der Verbrennungsfluktuationen vorausgesagt wird. Im Fall der Niederfrequenz-Verbrennungsfluktuationen kann durch Ändern des Brennstoff-Luftverhältnisses das Auftreten der Niederfrequenz-Verbrennungsfluktuationen gemindert werden. Da die Niederfrequenz-Verbrennungsfluktuationen dazu tendieren, Maschinenteile und Komponenten zu beeinflussen, werden durch Mindern der Niederfrequenz-Verbrennungsfluktuationen Schäden an den Maschinenteilen und Komponenten verhindert.
Das Verbrennungsfluktuations-Minderungsverfahren gemäß JP 1997-269107 A bezieht sich jedoch auf die Niederfrequenz-Verbrennungsfluktuationen, wie oben erwähnt wurde. Tatsächlich können die in der Gasturbine auftretenden Verbrennungsfluktuationen in einem weiten Bereich von Frequenzbändern von einer niedrigen Frequenz zu einer hohen Frequenz von mehreren Tausend Hz aus verschiedenen Gründen verursacht werden. Darüber hinaus können die Verbrennungsfluktuationen gleichzeitig in mehreren Frequenzbändern auftreten. Falls das Brennstoff-Luftverhältnis lediglich auf der Basis der Verbrennungsfluktuationen des niedrigen Frequenzbands geändert wird, kann es zu einem negativen Einfluss auf die Verbrennungsfluktuationen anderer Frequenzbänder kommen.
Auf diese Weise ist es schwierig, lediglich durch Unterdrücken oder Mindern der Verbrennungsfluktuationen niedriger Frequenz eine Stabilität der Verbrennung wirksam zu realisieren.
Übrigens ist das Verbrennungsfluktuations-Minderungsmittel für gewöhnlich so gestaltet, dass es die Regelung zur Vermeidung der Verbrennungsfluktuationen unmittelbar nach dem Auftreten der Verbrennungsfluktuationen durchführt. Folglich kann auch dann, wenn ein Dauerbetrieb ohne Verbrennungsfluktuationen durchgeführt wird ein solcher Dauerzustand einen Grenzzustand mit einschließen, bei dem die Verbrennungsfluktuationen beinahe auftreten, da verschiedene Verbrennungsfluktuations-Minderungsmittel darin verwendet werden.
Ferner ist entsprechend der Änderung der Lufttemperatur oder der Luftfeuchtigkeit infolge jahreszeitlicher Schwankung, oder entsprechend der Beeinträchtigung oder Verformung jedes der Gasturbinenteile und Komponenten infolge altersbedingter Verschlechterung etc. auch bei gleicher Umgebungsbedingung wie der Lufttemperatur oder der Feuchtigkeit der Verbrennungszustand nicht immer gleich.
Außerdem kann ein solcher Zustand, bei dem ein Dauerbetrieb ohne Verbrennungsfluktuationen durchgeführt wird, vom wirtschaftlichen Standpunkt nicht immer der beste sein. Beispielsweise wird in der JP 2003-232230 A , um Emissionen von Stickoxiden, die von einer Brennkammer ausgetragen werden, auf einen Zielwert abzusenken, eine Regelung des jeder der mehreren Brennkammern zuzuführenden Brennstoffs durchgeführt. Somit ist es vorzuziehen, die Regelung des Gasturbinenbetriebs auf der Basis von Bedingungen durchzuführen, die hinsichtlich verschiedener Gesichtspunkte ausgeglichen sind, und zwar nicht nur hinsichtlich der Minderung der Verbrennungsfluktuationen, sondern auch der Minderung der Emissionen, etc..
In der gegenwärtigen Situation jedoch besteht bei der Regelung des Gasturbinenbetriebs noch viel Spielraum zur Verbesserung der Stabilität, der Wirtschaftlichkeit des Betriebs, des Umweltschutzes etc..
Aus der US 2002/0103547 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vorbestimmen von Verbrennungsschwingungen in einer Gasturbine bekannt, bei der gemessene Druckvariationen in einer Brennkammer durch Frequenzanalyse in einer Anzahl von Frequenzbändern analysiert werden, um ein mathematisches Modell der Charakteristik der Verbrennungsschwingungen zu erstellen. In einer Datenbank werden Anlagen- und Wetterdaten sowie Grenzwerte der Druckvariationen gespeichert und mit dem mathematischen Modell verknüpft, um eine Aussage über die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Verbrennungsschwingungen zu erhalten.
Aus der US 2003/0014219 A1 ist ein Verfahren zur Fernüberwachung einer Gasturbine bekannt, bei dem Verbrennungsschwingungen in einer Gasturbine überwacht werden, indem von einem Drucksensor erfasste Echtzeit-Messdaten einer Fourier-Transformation in verschiedenen Frequenzbändern unterzogen werden, um Spitzenwerte der Schwingungen zu ermitteln. In einem normalen Betriebsmodus werden nur die Spitzenwerte in bestimmten Zeitintervallen an eine Fernsteuereinheit übertragen. Bei Überschreiten bestimmter Schwellenwerte können die Echtzeitdaten angefordert und übertragen werden.
In Anbetracht der technischen Probleme, wie sie oben erwähnt wurden, ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Gasturbinen-Regelungsvorrichtung bereitzustellen, durch die Verbrennungsfluktuationen wirksam gemindert werden können, auch wenn die Verbrennungsfluktuationen in mehreren Frequenzbändern auftreten.
Eine weiterer Aspekt der Erfindung ist es, eine Gasturbinen-Regelungsvorrichtung bereitzustellen, durch die ein in der Stabilität, der Wirtschaftlichkeit des Betriebs und des Umweltschutzes ausgezeichneter Betrieb durchgeführt werden kann, während die Verbrennungsfluktuationen gemindert werden.
Im Hinblick auf die oben genannten Aufgaben und Aspekte haben die Erfinder gründliche Untersuchungen durchgeführt und mehrere Vorschläge vorgelegt, welche die JP 2002-47945 A , die JP 2002-54460 A und die JP 2003-65082 A umfassen.
In diesen Vorschlägen wird zur Realisierung einer Verbrennungsstabilität eine Frequenzanalyse über die Druckfluktuationen in der Gasturbinenbrennkammer durchgeführt, und das Ergebnis dieser Analyse wird in mehrere Frequenzbänder unterteilt, so dass in denjenigen Frequenzbändern, in denen die Verbrennungsfluktuationen einen Schwellenwert erreichen oder darüber liegen, eine Anpassung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses durchgeführt wird, um so die Verbrennungsfluktuationen zu mindern, oder es wird auf der Basis der erhaltenen Daten ein Formelmodell aufgestellt, so dass ein Bereich, in dem die Verbrennungsfluktuationen wahrscheinlich auftreten, vorausgesagt wird.
Basierend auf diesen bisherigen Vorschlägen stellt die Erfindung im Hinblick auf weitere Verbesserungen nach einem ersten Aspekt eine Gasturbinen-Regelungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, ein damit ausgestattetes Gasturbinensystem gemäß Patentanspruch 7, sowie ein Gasturbinen-Regelungsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 8 bereit. Ferner stellt die Erfindung nach einem weiteren Aspekt eine Gasturbinen-Regelungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 9, ein Gasturbinensystem gemäß Patentanspruch 14, sowie ein Gasturbinen-Regelungsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 16 bereit.
Nach dem ersten Aspekt wird, auch wenn die Verbrennungsfluktuationen in mehreren Frequenzbändern auftreten, wird die Anpassung so ausgeführt, dass die Verbrennungsfluktuationen des Frequenzbandes mit dem hohen Prioritätenrang gemindert werden, und die Verbrennungsfluktuationen mit hohem Risiko oder hoher Wahrscheinlichkeit von Behinderungen wirksam gemindert werden können.
Es ist vorzuziehen, dass, wenn der Steuerabschnitt die Anpassung vornimmt, der Steuerabschnitt in einer Datenbank Inhalte der Anpassung sowie Information bezüglich Änderungen eines Verbrennungszustandes in der Brennkammer infolge der Anpassung speichert. Falls die so gespeicherten Daten auf die Inhalte der Anpassung am Steuerabschnitt reflektiert werden, kann diese Gasturbinen-Regelungsvorrichtung eine Lernfunktion haben.
Auch in dem Fall, in dem Information wie zum Beispiel ein Formelmodell, das eine Standard-Verbrennungseigenschaft oder eine restriktive Information zum Betrieb der Gasturbine zeigt, durch eine auf der in der Datenbank in einer anderen Gasturbine gespeicherten Information basierende Analyse erhalten wird, kann die Gasturbinen-Regelungsvorrichtung der Erfindung ferner eine Basis-Datenbank aufweisen, in der die Information, wie zum Beispiel das Formelmodell oder die restriktive Information, enthalten ist. In diesem Fall passt der Steuerabschnitt die Strömungsrate von Brennstoff und/oder die Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer zuzuführen sind, basierend auf der in der Basisdatenbank enthaltenen Information an. Auch wenn eine Tabelle oder eine Datenbank, die Information enthält wie ”diese und jene Einstellungen für diese und jene Fälle”, basierend auf von Einstellungs-Fachkräften gemachten Erfahrungen vorab erstellt wird, ist es ebenfalls sehr wirksam, die Steuerung bzw. Regelung basierend auf dieser Information durchzuführen. Es ist vorzuziehen, dass die Änderung im Verbrennungszustand in der Brennkammer infolge der auf den Erfahrungen von Einstellungs-Fachkräften ebenfalls in der Datenbank gespeichert wird, wie oben erwähnt wurde. Dadurch wird die Information basierend auf den Erfahrungen der Einstellungs-Fachkräfte zusätzlich gespeichert, und die Zuverlässigkeit der Regelung kann weiter verbessert werden.
Wenn eine Anormalität in der Gasturbine selbst festgestellt wird, können auch dann, wenn die Verbrennungsfluktuationen erfasst werden, die Fluktuationen durch die Anormalität der Gasturbine selbst verursacht worden sein und nicht durch die Verbrennung. In diesem Fall ist es wichtiger, dass Gegenmaßnahmen im Hinblick auf die Anormalität der Gasturbine getroffen werden als dass die Verbrennungsfluktuationen gemindert werden. Für diesen Zweck kann die Gasturbinen-Regelungsvorrichtung ferner einen Turbinen-Anormalitäts-Erfassungsabschnitt umfassen, der eine Anormalität der Gasturbine erfasst. Wenn der Turbinen-Anormalitäts-Erfassungsabschnitt eine Anormalität der Gasturbine erfasst, nimmt der Steuerabschnitt dann keine Anpassung vor, sondern meldet nach außen, dass eine Anormalität auftritt.
Auch wenn eine Anormalität eines Sensors auftritt, der die Fluktuationen des Drucks in der Brennkammer oder der Beschleunigung der Brennkammer erfasst, kann auch dann, wenn es tatsächlich keine Verbrennungsfluktuationen gibt, eine Beurteilung erfolgen, als ob es die Verbrennungsfluktuationen gäbe. Somit kann, wenn der Sensor-Anormalitäts-Erfassungsabschnitt eine Anormalität des Sensors erfasst, der Steuerabschnitt eine Anpassung nicht durchführen, sondern nach außen melden, dass die Anormalität vorliegt. Alternativ werden mehrere Sensorsätze vorgesehen und das Ergebnis der Erfassung des Sensors, in dem die Anormalität auftritt, kann ignoriert werden.
Auch wenn der der Brennkammer zuzuführende Brennstoff in einem Behälter oder dergleichen gespeichert ist, kann eine Zusammensetzung des Brennstoffs zwischen einem oberen Abschnitt und einem unteren Abschnitt des Behälters gemäß der spezifischen Schwerkraft der den Brennstoff bildenden Substanzen unterschiedlich sein. So ist vorzuziehen, dass basierend auf der Zusammensetzung des der Brennkammer zuzuführenden Brennstoffs der Steuerabschnitt Inhalte der Anpassung, die an der Strömungsrate von Brennstoff und/oder der Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer zuzuführen sind, vorgenommen wurde, korrigiert.
Nach dem zweiten Aspekt kann in dem Stadium, in dem keine Einstellung zur Minderung der Verbrennungsfluktuationen durchgeführt wird, das heißt in einem stabilisierten Zustand, durch Variieren der Strömungsrate von Brennstoff und/oder der Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer zuzuführen sind, ein optimaler Betriebszustand angestrebt werden. Entsprechend dem erhaltenen optimalen Betriebszustand wird die Anpassung für die Strömungsrate von Brennstoff und/oder die Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer zuzuführen sind, vorgenommen, und dadurch kann nicht nur ein auf einfache Weise stabilisierter Betriebszustand, sondern auch ein besserer Betriebszustand erreicht werden. Dabei legt der Such- und Steuerabschnitt den optimalen Betriebszustand als einen Betriebszustand fest, bei dem eine Stabilität gegenüber der Verbrennungsfluktuation am höchsten ist. Ferner ermittelt der Such- und Steuerabschnitt den optimalen Betriebszustand durch Auswerten eines thermischen Wirkungsgrads der Gasturbine zusätzlich zu der Stabilität gegenüber der Verbrennungsfluktuation.
Der Such- und Steuerabschnitt kann die Strömungsrate von Brennstoff und/oder die Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer zuzuführen sind, basierend auf einem vorbestimmten Profil variieren. Auch wenn der Such- und Steuerabschnitt die Strömungsrate von Brennstoff und/oder die Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer zuzuführen sind, basierend auf dem Profil variiert, kann der Such- und Steuerabschnitt voraussagen, ob die Verbrennungsfluktuationen auftreten oder nicht, und falls vorausgesagt wird, dass die Verbrennungsfluktuationen auftreten können, kann der Such- und Steuerabschnitt das Variieren der Strömungsrate von Brennstoff und/oder der Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer zuzuführen sind, abbrechen. Falls die Verbrennungsfluktuationen als Ergebnis des Variierens der Strömungsrate von Brennstoff und/oder der Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer zuzuführen sind, durch den Such- und Steuerabschnitt auftreten, kann ferner der Such- und Steuerabschnitt das Variieren der Strömungsrate von Brennstoff und/oder der Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer zuzuführen sind, abbrechen.
Die Verbrennungsfluktuationen können als Ergebnis des Variierens der Strömungsrate von Brennstoff und/oder der Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer zuzuführen sind, durch den Such- und Steuerabschnitt auftreten. In diesem Fall ist vorzuziehen, dass der Steuerabschnitt die Strömungsrate von Brennstoff und/oder die Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer zuzuführen sind, so anpasst, dass die Verbrennungsfluktuationen gemindert werden.
Bei dem Gasturbinensystem nach dem zweiten Aspekt kann der Such- und Steuerabschnitt einen optimalen Betriebszustand zur Zeit des Startens oder Stoppens der Gasturbine durch Variieren der Strömungsrate von Brennstoff und/oder der Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer zuzuführen sind, jedes Mal beim Starten oder Anhalten der Gasturbine sowie durch mehrmaliges Ausführen des Startens oder Stoppens suchen.
Gemäß der Erfindung können auch dann, wenn Verbrennungsfluktuationen in mehreren Frequenzbändern auftreten, die Verbrennungsfluktuationen wirksam gemindert und ein dauerhaft ausgezeichneter Verbrennungszustand aufrechterhalten werden.
Gemäß der Erfindung wird ferner eine Suche nach dem Betriebszustand in einem stabilisierten Zustand automatisch durchgeführt, und dadurch wird ein Betrieb möglich, der ausgezeichnet in der Stabilität sowie in der Wirtschaftlichkeit des Betriebs und der Umweltschutzleistung ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
Es zeigen:
1 eine Ansicht zur Darstellung eines Aufbaus einer Gasturbine als Teil einer Ausführungsform gemäß der Erfindung,
2 eine Ansicht zur Darstellung eines Aufbaus eines Gasturbinensystems gemäß der Erfindung,
3 eine Ansicht zur Darstellung eines funktionalen Aufbaus eines Gasturbinen-Regelungsabschnitts,
4 eine Ansicht zur Darstellung eines in einem automatischen Anpassungsabschnitt durchgeführten Bearbeitungsablaufs,
5 eine Ansicht zur Darstellung eines Ergebnisses einer Frequenzanalyse,
6 eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels eines Ergebnisses einer Frequenzanalyse, wobei mehrere Frequenzbänder die Frequenz unterteilen und Schwellenwerte für die betreffenden Frequenzbänder gesetzt sind,
7 mit den 7(a) bis (c) jeweils Beispiele des Ergebnisses der Frequenzanalyse, die erhalten wird, wenn eine Anormalität in einer Druckmessvorrichtung oder einer Beschleunigungsmessvorrichtung oder einem Datenübertragungssystem auftritt,
8 eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels von Daten, die jeweils zu vorbestimmten Zeiten erhalten werden,
9 eine Ansicht zur Darstellung eines Prinzips eines Verbrennungsfluktuationsbereichs-Beurteilungsverfahrens,
10 eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels einer Verbrennungsfluktuationsbereichs- Beurteilung,
11 eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels einer Prioritäten-Reihenfolge von für jedes von mehreren Frequenzbändern vorgegebenen Gegenmaßnahmen,
12 eine Ansicht zur Darstellung eines funktionalen Aufbaus eines Gasturbinen-Regelungsabschnitts zur Durchführung eines Zustandssuchvorgangs,
13 eine Ansicht zur Darstellung eines Ablaufs des Zustandssuchvorgangs von 12,
14 eine Ansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zur Verwaltung gespeicherter Daten durch in mehrere Bereiche unterteilte Gitterbereiche,
15 mit den (a) bis (c): 15(a) eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels von Variationssequenzen eines Betriebszustands im Fall der Durchführung einer Zustandssuche, 15(b) eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels eines Gasturbinenbetriebsplans, bevor der Betriebszustand variiert wird, und 15(c) eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels eines Gasturbinenbetriebsplans eines optimalen Betriebszustands, der als Ergebnis der Zustandssuche erhalten wird,
16 mit den 16(a) und (b): 16(a) eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels eines Bereichs, in dem die Zustandssuche durchgeführt wird und 16(b) eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels, in dem der Bereich für die Zustandssuche wegen des Auftretens der Verbrennungsfluktuationen während der Zustandssuche verschoben wird,
17 eine Ansicht zur Darstellung eines Laststeigerungsplans zum Einstellen eines anfänglichen Betriebszustands,
18 eine Ansicht zur Darstellung eines Bearbeitungsablaufs für die Suche nach einem optimalen Betriebsplan zur Zeit des Startens oder Stoppens, und
19 eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels des Betriebszustands zur Zeit des Startens oder Stoppens.
Nachstehend wird die Erfindung auf der Basis von Ausführungsformen einer Gasturbinen-Regelungsvorrichtung und eines Gasturbinensystems gemäß der Erfindung konkreter unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
In der vorliegenden Ausführungsform wird zwar ein Beispiel einer in einer Gasturbine verwendeten Regelungsvorrichtung beschrieben, diese Regelungsvorrichtung ist aber auch auf andere Verbrennungsvorrichtungen anwendbar, in denen Verbrennungsfluktuationen auftreten können.
Bezugnehmend auf 1 wird eine Gasturbine 2, in der eine Gasturbinen-Regelungsvorrichtung und ein Gasturbinensystem der Erfindung verwendet werden, beschrieben.
1 zeigt einen schematischen Aufbau der Gasturbine 2. Diese Gasturbine 2 umfasst einen Gasturbinen-Hauptabschnitt 100 und einen Verbrennungsabschnitt 110 mit einer Brennkammer 111.
Der Gasturbinen-Hauptabschnitt 100 umfasst einen Kompressor 101, der einen Einlass-Leitflügel 102 enthält, eine Drehwelle 103 und eine Turbine 104, mit der ein Generator 121 verbunden ist.
Die Turbine 104 ist an einer Seite mit einem Verbrennungsgas-Zuführrohr 120 und an der anderen Seite mit einer Rohrleitung verbunden, durch die das Verbrennungsgas ausgetragen wird. Die Turbine 104 ist ferner auf einer Seite mit dem Kompressor 101 und auf der anderen Seite mit dem Generator 121 jeweils über die Drehwelle 103 verbunden. Die Turbine 104 wird mit dem Verbrennungsgas aus der Brennkammer 111 über die Verbrennungsgas-Zuführleitung 120 versorgt, so dass Energie des Verbrennungsgases in Drehenergie umgewandelt wird, die eine Drehung bewirkt. Durch diese Drehung werden der Generator 121 und der Kompressor 101 gedreht. Das Verbrennungsgas wird nach seiner Nutzung für die Energieerzeugung ausgetragen.
Der Kompressor 101 ist an einer Seite mit einer Rohrleitung, durch die Außenluft angesaugt wird, und auf der anderen Seite mit einem Druckluft-Zuführabschnitt 112 verbunden. Der Kompressor 101, der mit der Turbine 104 und dem Generator 121 über die Drehwelle 103 verbunden ist, wie oben erwähnt wurde, wird durch die Übertragung der Drehung der Turbine 104 gedreht, und durch diese Drehung wird Außenluft in den Kompressor 101 angesaugt, um komprimiert und der Brennkammer 111 über den Druckluft-Zuführabschnitt 112 zugeführt zu werden.
Der Einlass-Leitflügel 102 ist ein Drehflügel, der an der Luftansaugseite des Kompressors 101 vorgesehen ist. Durch Steuern des Winkels des Drehflügels des Einlass-Leitflügels 102 kann auch bei konstanter Drehgeschwindigkeit die Strömungsrate der in den Kompressor 101 aufgenommenen Luft eingestellt werden. Eine Steuerung des Drehflügels wird durch einen Gasturbinen-Steuerabschnitt 3 durchgeführt, wie später beschrieben wird.
Die Drehwelle 103 ist mit dem Kompressor 101, der Turbine 104 und dem Generator 121 so verbunden, dass die Drehkraft der Turbine 104 auf den Kompressor 101 und den Generator 121 übertragen wird. Der Generator 121 ist mit der Turbine 104 über die Drehwelle 103 so verbunden, dass die Drehenergie der Turbine 104 in elektrische Energie umgewandelt wird.
Der Verbrennungsabschnitt 110 umfasst zusätzlich zu der Brennkammer 111, dem Druckluft-Zuführabschnitt 112 und der Verbrennungsgas-Zuführleitung 120, eine Bypass-Luftzufuhrleitung 117, ein Bypass-Ventil 118, eine Bypass-Luftmischleitung 119, ein Hauptbrennstoff-Strömungssteuerventil 113, ein Pilotbrennstoff-Strömungssteuerventil 114, ein Hauptbrennstoff-Zuführventil 115 und ein Pilotbrennstoff-Zuführventil 116.
Der Druckluft-Zuführabschnitt 112 umfasst eine Druckluft-Zuführleitung, die mit dem Kompressor 101 verbunden ist, einen Raum, in den Luft in einem Gehäuse (Turbinengehäuse) des Verbrennungsabschnitts 110 zugeführt wird und dergleichen, so dass Kompressor-Auslassluft, die am Kompressor 101 komprimiert wird, der Brennkammer 111 durch den Druckluft-Zuführabschnitt 112 zugeführt wird.
Die Bypass-Luftzuführleitung 117 ist eine Rohrleitung, von der ein Ende zu dem Druckluft-Zuführabschnitt 112 hin mündet und mit diesem verbunden ist, und das andere Ende mit dem Bypassventil 118 derart verbunden ist, dass derjenige Teil der Kompressor-Auslassluft, der nicht der Brennkammer 111 zugeführt wird, durch die Bypass-Luftzuführleitung 117 strömt und die Brennkammer 111 umgeht, um der Turbine 104 zugeführt zu werden.
Der Einlass des Bypassventils 118 ist mit der Bypass-Luftzuführleitung 117 verbunden, und sein Auslass ist mit der Bypassluft-Mischleitung 119 verbunden, so dass die Strömungsrate der durch die Bypass-Luftzuführleitung 117 strömenden Luft durch das Bypassventil 118 gesteuert wird. Eine Regelung der Luftströmungsrate wird durch den Gasturbinen-Steuerabschnitt 3 (später zu beschreiben) durchgeführt.
Ein Ende der Bypassluft-Mischleitung 119 ist mit dem Bypassventil 118 verbunden, und das andere Ende ist mit der Verbrennungsgas-Zuführleitung 120 verbunden, so dass die durch das Bypassventil 118 geströmte Luft der Verbrennungsgas-Zuführleitung 120 durch die Bypassluft-Mischleitung 119 zugeführt wird, um mit dem in der Brennkammer 111 erzeugten Verbrennungsgas gemischt zu werden.
Der Einlass des Hauptbrennstoff-Strömungssteuerventils 113 ist mit einer Leitung verbunden, durch die Brennstoff von außen zugeführt wird, und sein Auslass ist mit einer Leitung verbunden, die mit mehreren Hauptbrennstoff-Zuführventilen 115 verbunden ist, so dass eine Strömungsrate des der Brennkammer 111 von außen zugeführten Brennstoffs durch das Hauptbrennstoff-Strömungssteuerventil 113 gesteuert wird. Eine Steuerung bzw. Regelung der Brennstoffströmungsrate wird durch den Gasturbinen-Steuerabschnitt 3 durchgeführt. Der durch das Hauptbrennstoff-Strömungssteuerventil 113 zugeführte Brennstoff wird in einem Hauptbrenner der Brennkammer 111 verwendet.
Der Einlass jedes der Hauptbrennstoff-Zuführventile 115 ist mit einer Leitung verbunden, die mit dem Hauptbrennstoff-Strömungssteuerventil 113 verbindet, und sein Auslass ist mit einer Leitung verbunden, die mit dem Hauptbrenner der Brennkammer 111 verbindet, so dass der dem Hauptbrenner der Brennkammer 111 zugeführte Brennstoff durch das Hauptbrennstoff-Zuführventil 115 gesteuert wird. Eine Regelung der Brennstoff-Strömungsrate wird durch den Gasturbinen-Steuerabschnitt 3 durchgeführt.
Der Einlass des Pilotbrennstoff-Strömungssteuerventils 114 ist mit einer Leitung verbunden, durch die Brennstoff von außen zugeführt wird, und sein Auslass ist mit einer Leitung verbunden, die mit mehreren Pilotbrennstoff-Zuführventilen 116 verbunden ist, so dass die Strömungsrate des der Brennkammer 111 von außen zugeführten Brennstoffs durch das Pilotbrennstoff-Strömungssteuerventil 114 gesteuert wird. Eine Regelung der Brennstoff-Strömungsrate wird durch den Gasturbinen-Steuerabschnitt 3 durchgeführt. Der durch das Pilotbrennstoff-Strömungssteuerventil 114 zugeführte Brennstoff wird in einem Pilotbrenner der Brennkammer 111 verwendet.
Der Einlass jedes der Pilotbrennstoff-Zuführventile 116 ist mit einer Leitung verbunden, die mit dem Pilotbrennstoff-Strömungssteuerventil 114 verbindet, und ihr Auslass ist mit einer Leitung verbunden, die mit dem Pilotbrenner der Brennkammer 111 verbindet, so dass der dem Pilotbrenner der Brennkammer 111 zugeführte Brennstoff durch das Pilotbrennstoff-Zuführventil 116 gesteuert wird. Eine Regelung der Brennstoff-Strömungsrate wird durch den Gasturbinen-Steuerabschnitt 3 durchgeführt.
Die Brennkammer 111 ist mit dem Druckluft-Zuführabschnitt 112, durch den Luft zugeführt wird, mit der Leitung, die mit dem Hauptbrennstoff-Zuführventil 115 verbunden ist, durch die Brennstoff zugeführt wird, mit der Leitung, die mit dem Pilotbrennstoff-Zuführventil 116 verbunden ist, durch die Brennstoff zugeführt wird, und mit der Verbrennungsgas-Zuführleitung 120, von der Verbrennungsgas abgegeben wird, verbunden, so dass die Brennkammer 111, die mit Luft und Brennstoff versorgt wird, diese verbrennt, um ein Hochtemperatur-Hochdruck-Verbrennungsgas zu erzeugen. Das so erzeugte Verbrennungsgas wird zur Turbine 104 geschickt.
Ein Ende der Verbrennungsgas-Zuführleitung 120 ist mit der Brennkammer 111 und das andere Ende ist mit der Turbine 104 verbunden, und ihr Mittelabschnitt ist auch mit der Bypassluft-Mischleitung 119 verbunden, so dass das Verbrennungsgas und die Bypassluft der Turbine durch die Verbrennungsgas-Zuführleitung 120 zugeführt werden.
Der oben erwähnte Verbrennungsabschnitt 110 umfasst mehrere Brennkammern 111 in der Anzahl von m. Hier werden im Fall einer gemeinsamen Beschreibung der Gesamtheit der mehreren Brennkammern 111-1 bis m die Brennkammern einfach als die Brennkammer 111 bezeichnet, und im Fall einer Beschreibung der einzelnen Brennkammer wird diese Brennkammer beispielsweise als Brennkammer 111-1 bezeichnet, was die erste Brennkammer bezeichnet. Das gleiche trifft auch auf die Aufbauteile und Komponenten der Brennkammer 111 zu, das heißt auf die Bypass-Luftzuführleitung 117, das Bypassventil 118, die Bypassluft-Mischleitung 119, die Verbrennungsgas-Zuführleitung 120, das Hauptbrennstoff-Zuführventil 115 und das Pilotbrennstoff-Zuführventil 116.
In der nach obiger Beschreibung aufgebauten Gasturbine 2 wird die von außen eingeleitete Luft durch den Kompressor 101 komprimiert, um der Brennkammer 111 zugeführt zu werden. Ein Teil des Brennstoffs wird dem Pilotbrennstoff-Zuführventil 116 der Brennkammer 111 über das Pilotbrennstoff-Strömungssteuerventil 114 zugeführt, um in die Brennkammer 111 eingeleitet zu werden. Ferner wird der restliche Brennstoff dem Hauptbrennstoff-Zuführventil 115 der Brennkammer 111 über das Hauptbrennstoff-Strömungssteuerventil 113 zugeführt, um in die Brennkammer 111 eingeleitet zu werden. Die Luft und der Brennstoff, die so in die Brennkammer 111 eingeleitet wurden, verbrennen dort. Das durch die Verbrennung erzeugte Verbrennungsgas wird in die Turbine 104 eingeleitet, um den Generator 121 zu drehen, und durch diese Drehenergie wird Elektrizität erzeugt.
Ein Gasturbinensystem 1 der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Gasturbine 2 und den Gasturbinen-Steuerabschnitt 3, der die Gasturbine 2 regelt.
2 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung eines funktionalen Aufbaus für die Steuerung bzw. Regelung der Gasturbine 2 durch den Gasturbinen-Steuerabschnitt 3.
Um die Gasturbine 2 durch den Gasturbinen-Steuerabschnitt 3 zu steuern, umfasst hier die Gasturbine 2 einen Prozeßdaten-Messabschnitt 4, einen Druckfluktuations-Messabschnitt (Sensor) 5, einen Beschleunigungs-Messabschnitt (Sensor) 6 und einen Betätigungsmechanismus 7.
Der Prozessdaten-Messabschnitt 4 umfasst verschiedene Messinstrumente, die Prozessdaten eines Betriebszustandes oder eines Betriebsstadiums während des Betriebs der Gasturbine 2 messen. Der Prozessdaten-Messabschnitt 4 ist an einer vorbestimmten Position der Gasturbine 2 installiert, und das Ergebnis der Messungen wird an eine Steuereinheit 10 (nachstehend zu beschreiben) des Gasturbinen-Steuerabschnitts 3 zu jeder von vorbestimmten Zeiten t₁, t₂, ... ausgegeben. Hier umfassen die Prozessdaten (Kraftwerkszustandsdaten) beispielsweise eine erzeugte Energie (erzeugter Strom, erzeugte Spannung), eine Umgebungstemperatur und Feuchtigkeit, eine Brennstoffströmungsrate und einen Gasdruck an jedem Teil, eine Luftströmungsrate und einen Druck an jedem Teil, eine Verbrennungsgastemperatur an oder in der Brennkammer 111, eine Verbrennungsgas-Strömungsrate, einen Verbrennungsgasdruck, eine Drehgeschwindigkeit des Kompressors 101 und der Turbine 104, eine Dichte emittierter Substanzen von Stickoxiden (NOx), Kohlenmonoxid (CO) oder dergleichen, die im Abgas der Turbine 104 enthalten sind, etc.. Dabei misst der Prozessdaten-Messabschnitt 4 nicht nur Betriebsdaten, die beeinflussbar sind, wie zum Beispiel eine Brennstoff- oder Luftmenge, die der Gasturbine 2 zugeführt wird, etc., sondern auch nicht beeinflussbare Zustandsdaten, die nicht beeinflussbar sind, wie meteorologische Daten der Umgebungstemperatur oder dergleichen, eine Größe der Last des Generators, die vom Bedarf (in MW) bestimmt wird, etc.. Es ist anzumerken, dass in der vorliegenden Ausführungsform der Begriff ”Prozessdaten” die Betriebsdaten (Kraftwerksdaten) und die nicht-beeinflussbaren Zustandsdaten umfasst.
Der Druckfluktuations-Messabschnitt 5 umfasst eine Druckmessvorrichtung, die an jeder der Brennkammern 111-1 bis m eingesetzt ist. Der Druckfluktuations-Messabschnitt 5 misst in jeder der Brennkammern 111-1 bis m durch die Verbrennung auftretende Druckfluktuationen und gibt einen Messwert hiervon an den Gasturbinen-Steuerabschnitt 3 auf einen Befehl von der Steuereinheit 10 zu jeder der vorbestimmten Zeiten t₁, t₂, ... aus.
Der Beschleunigungs-Messabschnitt 6 umfasst eine Beschleunigungsmessvorrichtung, die an jeder der Brennkammern 111-1 bis m eingesetzt ist. Der Beschleunigungs-Messabschnitt 6 misst eine Beschleunigung (Positionsdifferential zweiter Ordnung), die an jeder der Brennkammern 111-1 bis m durch die Verbrennung auftritt, und gibt einen Messwert hiervon an den Gasturbinen-Steuerabschnitt 3 auf einen Befehl von der Steuereinheit 10 zu jeder der vorbestimmten Zeiten t₁, t₂, ... aus.
Der Betätigungsmechanismus 7 umfasst einen Mechanismus zur Betätigung von Öffnungen des Hauptbrennstoff-Strömungssteuerventils 113 und jedes der Hauptbrennstoff-Zuführventile 115-1 bis m durch einen Befehl von der Steuereinheit 10, so dass eine Strömungssteuerung des Hauptbrennstoffs durchgeführt wird. Die Strömungssteuerung des gesamten Hauptbrennstoffs wird durch Einstellen des Hauptbrennstoff-Strömungssteuerventils 113 durchgeführt, und die Strömungssteuerung des Hauptbrennstoffs jeder der Brennkammern 111-1 bis m wird durch Einstellen jedes der Hauptbrennstoff-Zuführventile 115-1 bis m durchgeführt.
Ferner umfasst der Betätigungsmechanismus 7 einen Mechanismus zum Betätigen von Öffnungen des Pilotbrennstoff-Strömungssteuerventils 114 und jedes der Pilotbrennstoff-Zuführventile 116-1 bis m durch einen Befehl von der Steuereinheit 10, so dass eine Strömungssteuerung des Pilotbrennstoffs durchgeführt wird. Die Strömungssteuerung des gesamten Pilotbrennstoffs wird durch Einstellen des Pilotbrennstoff-Strömungssteuerventils 114 durchgeführt, und die Strömungssteuerung des Pilotbrennstoffs jeder der Brennkammern 111-1 bis m wird durch Einstellen jedes der Pilotbrennstoff-Zuführventile 116-1 bis m durchgeführt.
Ferner betätigt der Betätigungsmechanismus 7 eine Öffnung jedes der Bypassventile 118-1 bis m durch einen Befehl von der Steuereinheit 10, so dass eine Strömungssteuerung der jeder der Brennkammern 111-1 bis m zugeführten Luft durchgeführt wird. Konkret gesagt wird in jeder der Brennkammern 111-1 bis m die Öffnung jedes der Bypassventile 118-1 bis m vergrößert oder verkleinert, so dass die Strömungsrate der zu der Bypassseite strömenden Luft erhöht oder reduziert wird, und dadurch die Strömungsrate jeder der Brennkammern 111-1 bis m zugeführten Luft gesteuert wird.
Ferner betätigt der Betätigungsmechanismus 7 eine Öffnung eines Drehflügels des Einlaß-Leitflügels 102 durch einen Befehl von der Steuereinheit 10, so dass eine Strömungsrate der dem Kompressor 101 zugeführten Luft eingestellt wird.
Der Gasturbinen-Steuerabschnitt 3 umfasst die Steuereinheit 10 und einen automatischen Anpassungsabschnitt (Such- und Steuerabschnitt) 20. Die Steuereinheit 10 empfängt die Messwerte, die von dem Prozessdaten-Messabschnitt 4, dem Druckfluktuations-Messabschnitt 5 und dem Beschleunigungs-Messabschnitt 6 ausgegeben wurden, und überträgt diese zu dem automatischen Anpassungsabschnitt 20. Ferner gibt auf einen Befehl von dem automatischen Anpassungsabschnitt 20 die Steuereinheit 10 Signale aus, durch die der Betätigungsmechanismus 7 das Hauptbrennstoff-Strömungssteuerventil 113 sowie das Hauptbrennstoff-Zuführventil 115, das Pilotbrennstoff-Strömungssteuerventil 114 sowie das Pilotbrennstoff-Zuführventil 116, das Bypassventil 118 und den Einlass-Leitflügel 102 betätigt.
Wie 3 zeigt, ist der automatische Anpassungsabschnitt 20 so aufgebaut, dass er funktional einen Eingabeabschnitt 21, einen Zustands-Erfassungsabschnitt 22, einen Maßnahmen-Entscheidungsabschnitt 23, einen Ausgabeabschnitt 24, einen Frequenzanalysier- und Sensor-Anormalitäts-Diagnoseabschnitt (Frequenzanalysierabschnitt und Sensor-Anormalitäts-Erfassungsabschnitt) 25, einen Gasturbinen-Anormalitäts-Diagnoseabschnitt (Turbinen-Anormalitäts-Erfassungsabschnitt) 26, einen Brennstoffeigenschafts-Erfassungsabschnitt 27, einen Brennstoffeigenschafts-Erfassungsabschnitt 28, eine Datenbank 30, eine Basis-Datenbank (einen Prioritätenfolgeinformation enthaltenden Abschnitt) 31 sowie eine Wissens-Datenbank 32 umfasst.
Wenn die Verbrennungsfluktuationen auftreten, führt der automatische Anpassungsabschnitt 20 eine Steuerung so aus, dass die Betriebsdaten (Prozessdaten in die wirksamste Richtung verändert werden, um die Fluktuation zu unterdrücken bzw. zu mindern.
Der Eingabeabschnitt 21 des automatischen Anpassungsabschnitts 20 empfängt die Prozessdaten des Drucks oder der Beschleunigung, die von dem Prozessdaten-Messabschnitt 4, dem Druckfluktuations-Messabschnitt 5 und dem Beschleunigungs-Messabschnitt 6 ausgegeben und von der Steuereinheit 10 übertragen wurden. Der Zustandserfassungsabschnitt 22 erfasst den Zustand oder dergleichen der Gasturbine 2, und der Verbrennungseigenschafts-Erfassungsabschnitt 28 erfasst die Verbrennungseigenschaft oder den Verbrennungszustand jeder der Brennkammern 111-1 bis m. Basierend auf den Inhalten des durch den Zustandserfassungsabschnitt 22 und den Verbrennungseigenschafts-Erfassungsabschnitt 28 erfassten Zustandes entscheidet der Maßnahmen-Entscheidungsabschnitt 23 über Gegenmaßnahmen, damit keine Verbrennungsfluktuationen in der Gasturbine 2 verursacht werden, das heißt ob das Hauptbrennstoff-Strömungssteuerventil 113 sowie das Hauptbrennstoff-Zuführventil 115, das Pilotbrennstoff-Strömungssteuerventil 114 sowie das Pilotbrennstoff-Zuführventil 116, das Bypassventil 118 und der Einlass-Leitflügel 102 eingestellt oder angepasst werden müssen, und, wenn sie angepasst werden müssen, entscheidet, was die anzupassende Position ist, und was die Anpassungsgröße ist. Der Ausgabeabschnitt 24 gibt an die Steuereinheit 10 ein Signal aus, das der Entscheidung des Maßnahmen-Entscheidungsabschnitts 23 entspricht.
Eine Funktion des automatischen Anpassungsabschnitts 20 nach obiger Beschreibung wird auf der Basis des Ablaufs von tatsächlich durchgeführten Prozessschritten beschrieben.
4 ist eine Ansicht zur Darstellung des Ablaufs von Prozessschritten, um die Funktion des automatischen Einstell- bzw. Anpassungsabschnitts 20 zu erfüllen, die basierend auf dem vorab in den Gasturbinen-Steuerabschnitt 3 eingegebenen Programm durchgeführt werden. Diese Prozessschritte sind als Teil des Programms zum Betrieb der Gasturbine 2 eingegliedert, und diese Schrittabfolge wird zu jeder von vorbestimmten Zeiten durchgeführt, während die Gasturbine 2 betrieben wird.
Zunächst empfängt der Eingabeabschnitt 21 die Eingaben der Prozessdaten des Drucks und der Beschleunigung, die von dem Prozessdaten-Messabschnitt 4, dem Druckfluktuations-Messabschnitt 5 und dem Beschleunigungs-Messabschnitt 6 ausgegeben und von der Steuereinheit 10 übertragen wurden (Schritt S101). Dann liefert der Eingabeabschnitt 21 diese Daten dem Zustandserfassungsabschnitt 22, dem Frequenzanalysier- und Sensor-Anormalitäts-Diagnoseabschnitt 25, dem Gasturbinen-Anormalitäts-Diagnoseabschnitt 26 und dem Brennstoffeigenschafts-Erfassungsabschnitt 27.
Der Brennstoffeigenschafts-Erfassungsabschnitt 27 erfasst die von dem Prozessdaten-Messabschnitt 4 gemessene Eigenschaft des der Gasturbine 2 zuzuführenden Brennstoffs (Schritt S102). Während der der Gasturbine 2 zuzuführende Brennstoff beispielsweise in einem (nicht dargestellten) Behälter gespeichert ist, sinkt im Verlauf der Zeit bei den den Brennstoff im Behälter bildenden Komponenten ein schweres Molekül ab und ein leichtes Molekül steigt auf, und dies erzeugt eine Schwankung in den Komponenten (Kalorien) des der Gasturbine 2 zuzuführenden Brennstoffs entsprechend dem Verbleib des Brennstoffs im Behälter. Wenn daher die Maßnahmen, beispielsweise eine Erhöhung oder Senkung des Brennstoff-Luftverhältnisses, durch den Maßnahmen-Entscheidungsabschnitt 23 zu entscheiden sind, ist vorzuziehen, dass eine Anpassung der Entscheidung, die den Komponenten des Brennstoffs entspricht, welcher der Gasturbine 2 zu dieser Zeit zugeführt wird, hinzugefügt wird.
Zu diesem Zweck umfasst der Prozessdaten-Messabschnitt 4 ein Kalorimeter oder ein Heizwertmessgerät oder eine Messvorrichtung für die Brennstoffkomponente in dem Brennstoffsystem von dem Behälter zur Gasturbine 2. Basierend auf den so erhaltenen Daten der Kalorien oder der Komponenten des Brennstoffs bestimmt der Brennstoffeigenschafts-Erfassungsabschnitt 27 eine Anpassungsgröße oder Daten zum Erhöhen oder Verringern des Brennstoff-Luftverhältnisses und gibt sie an den Zustandserfassungsabschnitt 22 aus.
Die Kalorien oder Komponenten des Brennstoffs werden nicht notwendigerweise in Echtzeit durch den Prozessdaten-Messabschnitt 4 gemessen, sondern es ist auch ein Verfahren anwendbar, bei dem die Beziehung zwischen dem Inhalt an Brennstoffs im Behälter und der Schwankung der Brennstoffkomponenten vorab gemessen wird, und auf dieser Basis eine Tabelle oder eine Liste zur Festlegung der Anpassungsgröße erstellt wird. In diesem Fall misst der Prozessdaten-Messabschnitt 4 die Reste des Brennstoffs bzw. den Inhalt an Brennstoff in dem Behälter, und basierend auf den so gemessenen Resten des Brennstoffs legt der Brennstoffeigenschafts-Erfassungsabschnitt 27 die Anpassungsgröße zur Erhöhung oder Verringerung des Brennstoff-Luftverhältnisses fest. Außerdem wird der Brennstoff nicht notwendigerweise in einem Behälter gespeichert, sondern kann von einer Pipeline zugeführt werden, wobei auch in diesem Fall die Anpassungsgröße auf ähnliche Weise festgelegt wird.
Dann diagnostiziert der Gasturbinen-Anormalitäts-Diagnoseabschnitt 29, ob eine Anormalität in der Gasturbine 2 besteht oder nicht (Schritt S103).
Für diesen Zweck empfängt der Gasturbinen-Anormalitäts-Diagnoseabschnitt 29 von dem Eingabeabschnitt 21 die Daten der Temperatur oder der Strömungsrate an jedem Teil der Gasturbine 2, gemessen von dem Prozessdaten-Messabschnitt 4, und beurteilt darauf basierend, ob eine Anormalität der Gasturbine 2 besteht oder nicht. Wenn beispielsweise die Temperatur eines spezifischen Teils der Gasturbine über einen vorbestimmten Schwellenwert hinausgeht oder die Strömungsrate an einem spezifischen Teil unter einen bestimmten Schwellenwert fällt, etc., wird entschieden, dass eine Anormalität in der Gasturbine 2 selbst besteht.
Der Gasturbinen-Anormalitäts-Diagnoseabschnitt 26 überträgt an den Zustandserfassungsabschnitt 22 das Ergebnis der Diagnose, das heißt das Ergebnis, ob eine Anormalität der Gasturbine 2 besteht oder nicht.
Falls ein Ergebnis der Diagnose, dass eine Anormalität in der Gasturbine 2 besteht, von dem Gasturbinen-Anormalitäts-Diagnoseabschnitt 26 übertragen wird, meldet der Gasturbinen-Steuerabschnitt 3 über ein Meldemittel wie eine Alarmanlage, eine Warnlampe oder dergleichen an die Bedienungspersonen etc., dass die Anormalität in der Gasturbine 2 aufgetreten ist (Schritte S104), und in dem Schritt wird nicht zu dem Anpassungsvorgang des Brennstoff-Luftverhältnisses etc. übergegangen.
Wenn keine Anormalität an der Gasturbine 2 vorgefunden wird, führt der Frequenzanalysier- und Sensor-Anormalitäts-Diagnoseabschnitt 25 eine Frequenzanalyse der Innendruckfluktuationen oder der Beschleunigung sowie eine Anormalitätsdiagnose des Sensors durch (Schritt S105).
Der Frequenzanalysier- und Sensor-Anormalitäts-Diagnoseabschnitt 25 führt eine Frequenzanalyse (schnelle Fourier-Transformation: FFT) der Druckfluktuationen (Vibration), basierend auf den Messwerten der von dem Druckfluktuations-Messabschnitt 5 in jeder der Brennkammern 111-1 bis m gemessenen Druckfluktuationen durch.
5 zeigt ein Beispiel des Ergebnisses der Frequenzanalyse, die von dem Frequenzanalysier- und Sensor-Anormalitäts-Diagnoseabschnitt 25 basierend auf den Messwerten der von dem Druckfluktuations-Messabschnitt 5 gemessenen Druckfluktuationen durchgeführt wird. Die Horizontalachse zeigt die Frequenz und die Vertikalachse zeigt die Stärke der Fluktuationen. Wie in 5 gezeigt ist, weisen die Verbrennungsfluktuationen (Druckfluktuationen und Beschleunigungsfluktuationen), die in der Brennkammer 111 auftreten, mehrere Frequenzbänder auf, in denen die Fluktuationen auftreten.
Da die Fluktuationen jeder Frequenz durch jeweilige komplizierte Gründe verursacht werden, ist es schwierig, die Fluktuationen durch eine einfache genormte Regelung oder durch eine Steuerung nur eines Parameters zu mindern. Außerdem sind je nach den Frequenzen die auf die Gasturbine 2 einwirkenden Einflüsse unterschiedlich. Folglich könnte im Fall der gleichen Fluktuationsstärke auch dann, wenn ein Messwert bei bestimmten Frequenzen zulässig ist, dieser bei anderen Frequenzen keineswegs zulässig sein. Im Hinblick darauf muss die Regelung des Betriebszustands der Gasturbine 2 bezüglich mehrerer Parameter entsprechend den Frequenzen der Fluktuationen vorgenommen werden.
Somit wird in dem Frequenzanalysier- und Sensor-Anormalitäts-Diagnoseabschnitt 25 gemäß 6 das Ergebnis der Frequenzanalyse der Innendruckfluktuationen oder der Beschleunigung in mehrere Frequenzbänder (Anzahl n) unterteilt, um als in die Frequenzbänder unterteiltes Analyseergebnis ausgegeben zu werden. Es ist anzumerken, dass der Frequenzanalysier- und Sensor-Anormalitäts-Diagnoseabschnitt 25 auch eine Frequenzanalyse der Beschleunigung basierend auf den Messwerten der von dem Beschleunigungs-Messabschnitt 6 gemessenen Beschleunigung durchführen kann.
Hierbei ist das Frequenzband ein Bereich der Frequenz der Minimaleinheit, in der der Frequenzanalysier- und Sensor-Anormalitäts-Diagnoseabschnitt 25 seine Funktion basierend auf der Frequenzanalyse durchführen kann. Zunächst wird der Frequenzbereich festgelegt, in dem die Fluktuationen des Drucks und der Beschleunigung untersucht werden. Da beispielsweise in 5 die Fluktuationen hauptsächlich im Bereich von 0 bis 5000 Hz auftreten, wird der Frequenzbereich auf 0 bis 5000 Hz eingestellt, und dieser Bereich der Frequenz wird in Frequenzbänder einer angemessenen Größe der Anzahl n unterteilt. Wenn beispielsweise der Frequenzbereich durch 50 Hz geteilt wird, ist n gleich 100 (n = 100).
Es ist anzumerken, dass dieses Frequenzband nicht notwendigerweise von konstanter Größe ist.
Der Frequenzanalysier- und Sensor-Anormalitäts-Diagnoseabschnitt 25 gibt an den Zustandserfassungsabschnitt 22 das nach obiger Beschreibung erhaltene, in die Frequenzbänder unterteilte Analyseergebnis des Drucks und der Beschleunigung aus.
Ferner diagnostiziert der Frequenzanalysier- und Sensor-Anormalitäts-Diagnoseabschnitt 25, ob eine Anormalität in der Druckmessvorrichtung oder der Beschleunigungsmessvorrichtung des Druckfluktuations-Messabschnitts 5 oder des Beschleunigungs-Messabschnitts 6 selbst besteht, oder aber in dem Datenübertragungssystem, über das die von der Druckmessvorrichtung oder Beschleunigungsmessvorrichtung ausgegebenen Daten in den Eingabeabschnitt 21 eingegeben werden.
Die 7(a) bis (c) zeigen Beispiele des als Ergebnis der von dem Frequenzanalysier- und Sensor-Anormalitäts-Diagnoseabschnitt 25 durchgeführten Frequenzanalyse ausgegebenen Analyseresultats in dem Fall, in dem eine Anormalität in der Druckmessvorrichtung oder der Beschleunigungsmessvorrichtung oder in dem Datenübertragungssystem besteht.
In 7(a) tritt in einem durch einen Bezugsbuchstaben (A) gezeigten Abschnitt ein Rauschen einer Energiequellen-Frequenzkomponente (beispielsweise 60 Hz) auf. In 7(b) kommt zu den gesamten Frequenzbändern zusätzlich ein Rauschen eines beliebigen Zustands hinzu, und im Vergleich mit dem Ursprungspegel (siehe 5) erhöht sich der gesamte Pegel. Ferner kommt in 7(c) in einem durch einen Bezugsbuchstaben (B) gezeigten Abschnitt, das heißt in dem Frequenzbereich unter mehreren 10 Hz ein Rauschen einer Impulsform, speziell einer Gleichstromkomponente hinzu, und dadurch wird der Pegel in den gesamten Frequenzbändern erhöht. Wenn andererseits die Druckmessvorrichtung oder Beschleunigungsmessvorrichtung selbst beeinträchtigt ist, nimmt der Pegel in den gesamten Frequenzbändern ab.
Der Frequenzanalysier- und Sensor-Anormalitäts-Diagnoseabschnitt 25 beurteilt, ob der Fluktuationspegel von einem vorbestimmten Bereich abweicht oder nicht, und, falls eine Abweichung vorgefunden wird, beurteilt, dass eine Anormalität in der Druckmessvorrichtung oder der Beschleunigungs-Messvorrichtung oder in dem Datenübertragungssystem auftritt und gibt das Beurteilungsergebnis an den Zustandserfassungsabschnitt 22 aus. In dem Frequenzanalysier- und Sensor-Anormalitäts-Diagnoseabschnitt 25 wird ein Schwellenwert so eingestellt, dass, wenn das Analyseergebnis der oben genannten Strukturen erhalten wird, dieses erfasst und dadurch beurteilt wird, ob eine Anormalität in der Druckmessvorrichtung oder Beschleunigungsmessvorrichtung selbst oder in dem Datenübertragungssystem besteht, und das Analyseergebnis hiervon wird an den Zustandserfassungsabschnitt 22 ausgegeben.
Es ist anzumerken, dass, wenn mehrere Sätze der Druckmessvorrichtungen und Beschleunigungsmessvorrichtungen in dem Frequenzanalysier- und Sensor-Anormalitäts-Diagnoseabschnitt 25 vorgesehen sind, durch Vergleichen der Ergebnisse der Messungen durch diese mehreren Sätze von Druckmessvorrichtungen und Beschleunigungsmessvorrichtungen auch beurteilt werden kann, ob eine Anormalität in diesen mehreren Sätzen der Druckmessvorrichtungen und Beschleunigungsmessvorrichtungen oder in dem Datenübertragungssystem der von den Druckmessvorrichtungen und Beschleunigungsmessvorrichtungen ausgegebenen Daten aufgetreten ist oder nicht. Beispielsweise sind mehrere Sätze der Druckmessvorrichtungen und Beschleunigungsmessvorrichtungen (in einer ungeraden Anzahl)vorgesehen und es können, falls unterschiedliche Analyseergebnisse erhalten werden, die häufigsten Analyseergebnisse als Majorität ausgewählt bzw. herangezogen werden.
Ferner erfasst der Beschleunigungs-Messabschnitt 6 die Vibration der Brennkammer 111 selbst als die Beschleunigung, und somit kann ein einzelner Beschleunigungs-Messabschnitt 6 die in den mehreren Brennkammern 111 auftretenden Verbrennungsfluktuationen überwachen. Folglich kann auch dann, wenn eine Sensor-Anormalität in dem in einer Brennkammer 111 vorgesehenen Druckfluktuations-Messabschnitt 5 festgestellt wird, der Beschleunigungs-Messabschnitt 6 die Verbrennungsfluktuationen erfassen. Falls mehrere Beschleunigungs-Messabschnitte 6 vorgesehen sind, erfassen auch dann, wenn der Druckfluktuations-Messabschnitt 5 keine Verbrennungsfluktuationen erfasst, mindestens zwei der Beschleunigungs-Messabschnitte 6 die Verbrennungsfluktuationen und stellen die Existenz der Verbrennungsfluktuationen fest, wodurch die Zuverlässigkeit verbessert werden kann. Wenn sowohl der Druckfluktuations-Messabschnitt 5 als auch der Beschleunigungs-Messabschnitt 6 die Verbrennungsfluktuationen erfassen und die Existenz der Verbrennungsfluktuationen feststellen, kann die Zuverlässigkeit ebenfalls verbessert werden.
Falls hinsichtlich der Prozessschritte die oben erwähnte Reihe von Schritten den zweiten Zyklus oder nachfolgende Zyklen betrifft und irgendeine Einstellung oder Anpassung in dem vorangehenden Prozesszyklus durchgeführt wurde, wird eine Auswertung der Wirkung der so durchgeführten Anpassung begonnen (Schritt S106).
Zunächst vergleicht der Zustands-Erfassungsabschnitt 22 das in die Frequenzbänder unterteilte Analyseergebnis des Drucks und der Beschleunigung mit dem vorbestimmten Schwellenwert (Schritt S107).
Hierbei ist es nicht immer nötig, dass ein einzelner Schwellenwert für jedes der Frequenzbänder 1 bis n vorliegt. Das heißt, es können mehrere Schwellenwerte erstellt werden. Im allgemeinen wird ein solcher Schwellenwert zur Beurteilung verwendet, ob die auftretenden Verbrennungsfluktuationen sich in dem Zustand befinden, dass eine unmittelbare Anpassung benötigt wird oder nicht (dieser Schwellenwert wird als Verwaltungswert bezeichnet). Zusätzlich hierzu kann ein solcher Schwellenwert aber auch zur Beurteilung verwendet werden, ob die auftretenden Verbrennungsfluktuationen sich in dem Zustand befinden, dass trotz ihres Fortschreitens keine unmittelbare Anpassung notwendig ist, dass aber ein vorheriges Symptom der Verbrennungsfluktuationen auftritt oder nicht.
Als Ergebnis des Vergleichs mit dem Schwellenwert, falls keine Abweichung von dem Verwaltungswert besteht und es noch kein vorangehendes Symptom der Verbrennungsfluktuationen gibt, wird auf der Basis der von dem Prozessdaten-Messabschnitt 4 gemessenen Prozessdaten beurteilt, ob der Betriebszustand der Gasturbine 2 sich seit dem vorangehenden Prozesszyklus geändert hat oder nicht (Schritt S108). Als Ergebnis hiervon wird, falls keine Änderung im Betriebszustand besteht, zu Schritt S101 zurückgekehrt, und der nächste Prozesszyklus findet statt. Wenn andererseits eine Änderung im Betriebszustand herrscht, werden die Inhalte der in dem vorangehenden Prozesszyklus durchgeführten Anpassung sowie die als Ergebnis hiervon geänderten Daten des Betriebszustandes als Zusatz und Erneuerung in der Datenbank 30 gespeichert (Schritt S109).
Ferner werden als Ergebnis des Vergleichs mit dem Schwellenwert im Schritt S107, falls festgestellt wird, dass es eine Abweichung von dem Verwaltungswert oder ein vorangehendes Symptom der Verbrennungsfluktuationen gibt, Inhalte der in dem vorangehenden Prozesszyklus durchgeführten Anpassung sowie die Daten des als Ergebnis hiervon geänderten Betriebszustandes ebenfalls als Zusatz und Erneuerung in der Datenbank 30 gespeichert (Schritt S110).
Im Schritt S109 oder S110 werden die in der Datenbank 30 gespeicherten Daten beispielsweise auf die in 8 gezeigte Weise sortiert. In der Datenbank 30 werden die Prozessdaten und der Maximalwert Y_in der Fluktuationsstärke jedes der Frequenzbänder in Zeitreihen sortiert. Das heißt, dass in der Datenbank 30 die Prozessdaten und der Maximalwert Y_in der Fluktuationsstärke jedes der Frequenzbänder nach jeder der Zeiten t₁, t₂, ... reguliert und sortiert werden. Falls diese Daten nacheinander von der Steuereinheit 10 und dem Frequenzanalysier- und Sensor-Anormalitäts-Diagnoseabschnitt 25 zur Datenbank 30 übertragen werden, werden diese Daten zusätzlich in der Datenbank 30 gespeichert. Die Daten der Fluktuationsstärke, die in der Datenbank 30 zu speichern sind, können sich nur auf die Druckfluktuationen oder nur auf die Beschleunigungsfluktuationen beziehen, oder aber sowohl auf die Druckfluktuationen als auch auf die Beschleunigungsfluktuationen.
8 zeigt, dass zur Zeit t₁ die Ventilöffnung des Bypassventils 118 X_11-1, das Pilot-Brennstoffverhältnis X_12-1, die Umgebungstemperatur X_21-1 und die Last (MW) des Generators X_22-1 beträgt, und dass ferner der Maximalwert der Fluktuationsstärke des ersten Frequenzbandes Y_11-1, der Maximalwert der Fluktuationsstärke des zweiten Frequenzbandes Y_12-1 und der Maximalwert der Fluktuationsstärke des n-ten Frequenzbandes Y_in-1 beträgt.
Desgleichen zeigt 8, dass zur Zeit t₂ die Ventilöffnung des Bypassventils 118 X_11-2, das Pilot-Brennstoffverhältnis X_12-2, die Umgebungstemperatur X_21-2 und die Last (MW) des Generators X_22-2 beträgt, und dass ferner der Maximalwert der Fluktuationsstärke des ersten Frequenzbandes Y_11-2, der Maximalwert der Fluktuationsstärke des zweiten Frequenzbandes Y_12-2 und der Maximalwert der Fluktuationsstärke des n-ten Frequenzbandes Y_in-2 beträgt.
Ferner zeigt 8, dass zur Zeit t_n die Ventilöffnung des Bypassventils 118 X_11-n, das Pilot-Brennstoffverhältnis X_12-n, die Umgebungstemperatur X_21-n und die Last (MW) des Generators X_22-n beträgt, und dass ferner der Maximalwert der Fluktuationsstärke des ersten Frequenzbandes Y_11-1, der Maximalwert der Fluktuationsstärke des zweiten Frequenzbandes Y_12-n und der Maximalwert der Fluktuationsstärke des n-ten Frequenzbandes Y_in-n beträgt
Wie oben erwähnt wurde, entsprechen die Referenz-Unterziffern von X_11-1, X_11-2, X_11-n etc. in 8 den jeweiligen Zeiten t₁, t₂, tn. In der vorliegenden Ausführungsform wird, da die Beschreibung für gewöhnlich ohne Unterscheidung der Zeiten t₁, t₂ und t_n vorgenommen werden kann, eine Bezeichnung der Referenz-Unterziffern im Folgenden weggelassen.
Wenn als Ergebnis des Vergleichs mit dem Schwellwert im Schritt S107 nach obiger Beschreibung beurteilt wird, dass eine Abweichung von dem Verwaltungswert besteht oder dass ein vorangehendes Symptom der Verbrennungsfluktuationen besteht, wird die Eigenschaft der auftretenden Verbrennungsfluktuationen berechnet (Schritt S111).
Zu diesem Zweck wird in dem Verbrennungseigenschaften-Erfassungsabschnitt 28 basierend auf dem in die Frequenzbänder unterteilten Analyseergebnis des Drucks und der Beschleunigung von dem Frequenzanalysier- und Sensor-Anormalitäts-Diagnoseabschnitt 25 und den Prozessdaten von dem Prozessdaten-Messabschnitt 4, die beide in der Datenbank 30 gespeichert sind, ein Formelmodell zum Modellieren der Verbrennungseigenschaft erstellt. Es ist anzumerken, dass die Basisfunktion des Verbrennungseigenschaften-Erfassungsabschnitts 28, wie nachstehend beschrieben wird, auch in der JP 2002-47945 A des gleichen Anmelders beschrieben ist.
Beispielsweise wird, wenn m die Anzahl der Brennkammern und n die Anzahl der zu modellierenden Frequenzbänder ist, die Innendruckfluktuation durch ein Mehrfach-Regressionsmodell der folgenden Gleichung (1) modelliert: Y_ij = a_ij, O + a_ij, 1 × X₁₁ + a_ij, 2 × X₁₂ + a_ij, 3 × X₂₁ + a_ij, 4 × X₂₂ (1) wobei:

Y_ij:: der maximale Amplitudenwert des j-ten Frequenzbandes (j = 1, 2, ..., n) der i-ten Brennkammer (i = 1, 2, ..., m)
X₁₁:: Wert der Betriebsdaten 1 (in diesem Beispiel die Ventilöffnung des Bypassventils 118)
X₁₂:: Wert der Betriebsdaten 2 (in diesem Beispiel das Pilot-Brennstoffverhältnis)
X₂₁:: Wert der nicht-beeinflussbaren Zustandsdaten 1 (in diesem Beispiel die meteorologischen Daten)
X₂₂:: Wert der nicht-beeinflussbaren Zustandsdaten 2 (in diesem Beispiel die Last des Generators (MW))
a_ij, O,a_ij, 1,a_ij, 2,a_ij, 3,a_ij, 4:: Koeffizientenparameter.

Der Verbrennungseigenschaften-Erfassungsabschnitt 28 verwendet den maximalen Amplitudenwert Y_ij, die Betriebsdaten X₁₁, X₁₂ und die nicht-beeinflussbaren Zustandsdaten X₂₁, X₂₂, die für jede der Zeiten (t₁, t₂, ...) in der Datenbasis 30 reguliert und sortiert werden, und erhält die Koeffizientenparameter a_ij, O,a_ij, 1,a_ij, 2,a_ij, 3,a_ij, 4 der obigen Gleichung (1). Zur Lösung der Koeffizientenparameter a_ij, O,a_ij, 1,a_ij, 2,a_ij, 3,a_ij, 4 wird beispielsweise das Verfahren der kleinsten Quadrate verwendet.
Hierbei ist der maximale Amplitudenwert Y_ij ein maximaler Amplitudenwert, der so erhalten wird, daß eine A/D-Umwandlung der Daten des von dem Druckfluktuations-Messabschnitt 5 und dem Beschleunigungs-Messabschnitt 6 gemessenen Messergebnisses durch den Frequenzanalysier- und Sensor-Anormalitäts-Diagnoseabschnitt 25 durchgeführt wird, das Ergebnis der Frequenzanalyse in die Frequenzbänder der Anzahl n unterteilt wird und der maximale Amplitudenwert für einen bestimmten Zeitpunkt (t₁, t₂, ...) in Bezug auf die jeweiligen Frequenzbänder erhalten wird.
In 6 ist dargestellt, dass der maximale Amplitudenwert des ersten Frequenzbandes Y_i1, der maximale Amplitudenwert des zweiten Frequenzbandes Y_i2 und der maximale Amplitudenwert des n-ten Frequenzbandes Y_in ist.
Es ist anzumerken, dass vorstehend zur Vereinfachung der Beschreibung die Modellgleichung mit den Betriebsdaten von 2 Variablen und den nicht-beeinflussbaren Zustandsdaten von zwei Variablen angegeben ist, dass die Variablen jedoch nicht notwendigerweise auf 2 beschränkt sind. Ferner ist als Modellstruktur eine lineare Gleichung erster Ordnung beschrieben, es kann aber auch ein Modell hoher Ordnung, einer zweiten oder höheren Ordnung oder ein nicht-lineares Modell eines Neuronennetzes, etc. verwendet werden. Ferner wird die Modellgleichung in Bezug auf das Verfahren beschrieben, bei dem die von der Gasturbine 2 eingegebenen Betriebsdaten und die nicht-beeinflussbaren Zustandsdaten verwendet werden, es können aber auch die basierend auf dem Gesetz des Massegleichgewichts oder dergleichen umgewandelten Werte verwendet werden.
Der Verbrennungseigenschaften-Erfassungsabschnitt 28 verwendet das obige Formelmodell (1), das für jede der Zeiten t₁, t₂, ... erhalten wird, und erhält einen Bereich, in dem die Verbrennungsfluktuationen wahrscheinlich auftreten.
Beispielsweise wird, wenn die Betriebsdaten 1, die Betriebsdaten 2, die nicht-beeinflussbaren Zustandsdaten 1 und die nicht-beeinflussbaren Zustandsdaten 2 X'₁₁, X'₁₂, X'₂₁ bzw. X'₂₂ sind, der vorausgesagte Wert Y'_ij der Innendruckfluktuationen des j-ten Frequenzbandes der i-ten Brennkammer durch die folgende Gleichung (2) erhalten: Y'_ij = a_ij, O + a_ij, 1 × X'₁₁ + a_ij, 2 × X'₁₂ + a_ij, 3 × X'₂₁ + a_ij, 4 × X'₂₂ (2)
Wie oben erwähnt wurde, werden die Koeffizientenparameter a_ij, O,a_ij, 1,a_ij, 2,a_ij, 3,a_ij, 4 beispielsweise durch das Verfahren der kleinsten Quadrate erhalten.
Wie in 6 gezeigt ist, werden für den maximalen Amplitudenwert des j-ten Frequenzbandes (Frequenzbänder 1 bis n) der i-ten Brennkammer Schwellenwerte Z_i1, Z_i2, ..., Z_in entsprechend der Struktur oder dergleichen der Brennkammer und deren Umgebung bereitgestellt. Diese Schwellenwerte sind in dem Frequenzanalysier- und Sensor-Anormalitäts-Diagnoseabschnitt 25 enthalten. Hierbei sind die Schwellenwerte Z_i1, Z_i2, ..., Z_in diejenigen Werte, welche die maximale Fluktuationsstärke zeigen, die in jedem der Frequenzbänder zulässig ist. Diese Schwellenwerte werden beispielsweise auf der Basis festgelegt, ob ein Element oder eine Struktur eine Resonanzschwingung dieser Frequenz aufweist oder nicht, ob ein Element oder eine Struktur beschädigt werden kann oder nicht, bis zu welchem Ausmaß die Fluktuationsstärke zulässig ist, etc..
Wenn Z_ij ein Schwellenwert für den maximalen Amplitudenwert des j-ten Frequenzbandes der i-ten Brennkammer ist, die von dem Frequenzanalysier- und Sensor-Anormalitäts-Diagnoseabschnitt 25 ausgegeben wird, gibt es X'₁₁, X'₁₂, X'₂₁ und X'₂₂, welche die folgende Gleichung (3) erfüllen: Z'_ij = a_ij, O + a_ij, 1 × X'₁₁ + a_ij, 2 × X'₁₂ + a_ij, 3 × X'₂₁ + a_ij, 4 × X'₂₂ (3)
Falls die Werte der nicht-beeinflussbaren Zustandsdaten 1 und der nicht-beeinflussbaren Zustandsdaten 2 in den Verbrennungseigenschaften-Erfassungsabschnitt 28 von der Steuereinheit 10 eingegeben werden, werden alle Faktoren außer X'₁₁ und X'₁₂ in der Gleichung (3) konstant, und (X'₁₁, X'₁₂), welche die Gleichung (3) erfüllen, können einfach erhalten werden.
Falls eine Verstärkung α_k (k = 1, 2, ... p) durch die Steuereinheit 10 vorgegeben ist, ist die folgende Gleichung (4) anwendbar: α_kZ_ij = a_ij, O + a_ij, 1 × X'₁₁ + a_ij, 2 × X'₁₂ + a_ij, 3 × X'₂₁ + a_ij, 4 × X'₂₂ (4)
Falls (X'₁₁, X'₁₂) durch die Gleichung (4) erhalten werden, können Kurven der Anzahl p für jedes der Frequenzbänder jeder der Brennkammern erhalten werden. Dies ist in 9 dargestellt, in der die Horizontalachse X₁₁ und die Vertikalachse X₁₂ ist. Falls hierbei der Koeffizientenparameter a_ij,2 positiv ist, ist die Oberseite jeder der Kurven ein Bereich, in dem die Verbrennungsfluktuationen auftreten können, und die Unterseite ist ein Bereich, in dem die Verbrennungsfluktuationen kaum auftreten. Wenn umgekehrt der Koeffizientenparameter a_ij,2 negativ ist, ist die Unterseite jeder der Kurven ein Bereich, in dem die Verbrennungsfluktuationen auftreten können, und die Oberseite ist ein Bereich, in der die Verbrennungsfluktuationen kaum auftreten.
In dem Verbrennungseigenschaften-Erfassungsabschnitt 28 werden durch Verwendung des Schwellenwerts Z_ij (i = 1, 2, ... m, j = 1, 2, ... n), für den maximalen Amplitudenwert des j-ten Frequenzbandes der i-ten Brennkammer, die Verstärkung α_k (k = 1, 2, ... p) und die Werte der Variablen (das heißt X₁₁, X₁₂ zu jeder der Zeiten t₁, t₂, ... als Ergebnis des tatsächlichen Betriebs) außer die spezifischen Daten zweier Arten (das heißt der nicht-beeinflussbaren Zustandsdaten X₂₁ und X₂₂ zu jeder der Zeiten t₁, t₂, ... als Ergebnis des tatsächlichen Betriebs), die alle von der Steuereinheit 10 ausgegeben werden, und es werden unter Verwendung der Koeffizientenparameter a_ij, O,a_ij, 1,a_ij, 2,a_ij, 3,a_ij und 4, die durch das Verfahren der kleinsten Quadrate oder dergleichen erhalten werden, die oben erwähnten Kurven für alle Frequenzbänder aller Brennkammern erhalten. Dann werden basierend auf den Prozeduren des linearen Programmierungsverfahrens der Bereich, in dem die Verbrennungsfluktuationen vorkommen können, und der Bereich, in dem die Verbrennungsfluktuationen kaum vorkommen, schließlich erhalten. 10 zeigt ein Beispiel der Bereiche der Verbrennungsfluktuationen, die durch den Verbrennungseigenschaften-Erfassungsabschnitt 28 erhalten wurden, wobei ebenfalls die Horizontalachse X₁₁ und die Vertikalachse X₁₂ ist. In diesem Beispiel wird der Bereich der Verbrennungsfluktuationen durch eine Kurve wie zum Beispiel eine Konturkurve für jede der Verstärkungswerte α_k ausgedrückt, und der Zentralbereich, der durch die Kurven umgeben ist, ist der Bereich, in dem die Verbrennungsfluktuationen kaum auftreten, und der Bereich außerhalb desselben ist derjenige Bereich, in dem die Verbrennungsfluktuationen auftreten können.
Es ist anzumerken, dass 10, wie oben erwähnt wurde, in den zweidimensionalen Koordinaten dargestellt ist, da die Betriebsdaten wegen der Vereinfachung der Beschreibung auf die beiden Variablen beschränkt worden ist. Wenn aber die Betriebsdaten mit N Variablen eingesetzt werden, können die Bereiche in dem Raum von N-dimensionalen Koordinaten ausgedrückt werden.
Der Maßnahmen-Entscheidungsabschnitt 23 antwortet auf eine Eingabe eines Anpassungsbefehls von dem Zustandserfassungsabschnitt 22 auf diesen Anpassungsbefehl so, dass er die Inhalte der Maßnahmen (Ort der Maßnahmen und Anpassungsmenge oder -daten) zum Anpassen des aktuellen Betriebszustands (X₁₁ = x_a, X₁₂ = x_b) festlegt (Schritt S112) Wenn zu diesem Zeitpunkt die maximalen Amplitudenwerte in den mehreren Frequenzbändern die jeweiligen Schwellenwerte Z_i1, Z_i2, ..., Z_in) überschreiten, wird basierend auf der vorab festgelegten und in der Basis-Datenbank 31 gespeicherten Vorzugsreihenfolge (Prioritätenreihenfolge) die Anpassung an dem Frequenzband des höchsten Prioritätenrangs vorgenommen. In dem vorliegenden Beispiel ist dies so eingestellt, dass dem niedrigsten Frequenzband die höchste Priorität und dann die Priorität der Reihe nach von dem Frequenzband der Hochfrequenzseite aus gegeben wird. Dies geschieht aus dem Grund, weil, falls die Verbrennungsfluktuationen in dem niedrigsten Frequenzband auftreten, eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass sich die Gasturbine 2 in dem Zustand befindet, dass die Flamme darin leicht ausgehen kann, und auch weil in den höheren Frequenzbändern die Energie der Verbrennungsfluktuationen groß genug ist, um ungünstige Einflüsse auszuüben, wie Beschädigungen oder dergleichen.
Nachdem die anzupassenden Frequenzbänder ausgewählt wurden, wird die Anpassungsgröße festgelegt. Zu diesem Zweck legt der Maßnahmen-Entscheidungsabschnitt 23 die Richtung der Anpassung des aktuellen Betriebszustands (X₁₁ = x_a, X₁₂ = x_b) durch ein Optimierungsmittel fest. Hier wird als Optimierungsmittel ein Beispiel der Verwendung des Verfahrens des steilsten Abstiegs (”steepest-descent method”) (Sattelpunktverfahren/”saddle-point method”) beschrieben, vorausgesetzt, dass das Optimierungsmittel nicht auf das Verfahren des steilsten Abstiegs beschränkt ist.
Das heißt, der Maßnahmen-Entscheidungsabschnitt 23 bezieht sich auf 10, die durch den Verbrennungseigenschaften-Erfassungsabschnitt 28 erhalten wurde, und zeichnet gemäß 10 eine fiktive Linie L orthogonal zu der Kurve an einer weiter zur Mitte gelegenen Abschnittsseite (α₂ = 0,8) eines Punkts Q₁, der den aktuellen Betriebszustand (X₁₁ = x_a, X₁₂ = x_b) zeigt, bis die fiktive Linie L den von der Kurve von α₂ umgebenen Bereich durchläuft und den Punkt Q₂ erreicht (X₁₁ = x_c, X₁₂ = x_d), an dem die fiktive Linie L auf die Kurve von α₂ trifft. Dann wird die fiktive Linie L orthogonal zu der Kurve auf einer noch weiter zur Mitte hin gelegenen Abschnittsseite (α₃ = 0,6) des Punkts Q₂ verlängert. Die Richtung, in der der Maßnahmen-Entscheidungsabschnitt 23 die fiktive Linie L vom Punkt Q₁ über den Punkt Q₂ zeichnet und verlängert, ist die Richtung der von dem Maßnahmen-Entscheidungsabschnitt 23 festgelegten Anpassung.
Wenn zu diesem Zeitpunkt der Verbrennungseigenschaften-Erfassungsabschnitt 28 die Verbrennungseigenschaft nicht ausreichend erfassen kann, kann der Maßnahmen-Entscheidungsabschnitt 23 die Richtung der Einstellung bzw. Anpassung basierend auf der in der Wissens-Datenbank 32 gespeicherten Information festlegen, welche die in der Vergangenheit durchgeführte Anpassung und die Information bezüglich der Änderung im Betriebszustand der Gasturbine 2 infolge der Anpassung enthält.
Falls aus irgendeinem anderen Grund nicht genügend Daten in der Datenbank 30 gespeichert sind, wie zum Beispiel unmittelbar nach der Installation der Gasturbine 2 etc., kann die Richtung der Einstellung bzw. Anpassung unter Verwendung der in der Basisdatenbank 31 und der Wissens-Datenbank 32 gespeicherten Daten festgelegt werden.
Hier sind in der Basisdatenbank 31 ein Formelmodell zur Darstellung einer Standard-Verbrennungseigenschaft, die als Analyseergebnis der von einer anderen, bereits installierten und betriebenen Gasturbine 2 gleichen Typs gesammelten Daten erhalten wird, eine restriktive Information zum Betrieb der Gasturbine 2 etc. gespeichert. Die restriktive Information ist beispielsweise ein Grenzwert des Brennstoff-Luftverhältnisses zur Vermeidung einer Fehlzündung oder einer Rückzündung etc. Ferner ist in der Wissens-Datenbank 32 eine experimentelle Information, die Symptome von Problemsätzen, basierend auf dem Know-how von Anpassungs-Fachkräften enthält, sowie die Information bezüglich wirksamer Maßnahmen für solche Symptome gespeichert. Der Maßnahmen-Entscheidungsabschnitt 23 kann die Inhalte der Einstellung bzw. Anpassung basierend auf diesem Formelmodell zur Darstellung der Standard-Verbrennungseigenschaft, der restriktiven Information, der Erfahrungsinformation etc., die in der Basisdatenbank 31 der Wissens-Datenbank 32 gespeichert sind, festlegen.
Wenn beispielsweise in 11 eine Anpassung, die für das erste Frequenzband durchzuführen ist, beschlossen wird, ist als erstes das Bypassventil 18 zu öffnen, die Maßnahme der höchsten Priorität. Falls die Verbrennungsfluktuationen auch nach den mehrmaligen Prozesszyklen immer noch auftreten, oder falls keine Maßnahmen wegen einer Restriktion des Betriebszustands getroffen werden können, wird eine Anhebung des Pilot-Brennstoffverhältnisses als Gegenmaßnahme der zweiten Priorität durchgeführt. Natürlich können auch dann, wenn der Verbrennungseigenschaften-Erfassungsabschnitt 28 die Verbrennungseigenschaft ausreichend erfasst, die Richtung der Anpassung und deren Größe unter Verwendung der in der Basisdatenbank 31 gespeicherten restriktiven Information festgelegt werden.
Es ist anzumerken, dass, wenn die oben erwähnte Anpassung basierend auf den von dem Brennstoffeigenschaften-Erfassungsabschnitt 27 durch den Zustandserfassungsabschnitt 22 erhaltenen Daten der Brennstoffeigenschaft vorzunehmen ist, der Maßnahmen-Entscheidungsabschnitt 23 eine Korrektur entsprechend der dann wirksamen Brennstoffeigenschaft hinzufügen kann.
Die Inhalte der auf der Basis der in der Basisdatenbank 31 und der Wissens-Datenbank 32 gespeicherten Information durchgeführten Anpassung und der Änderung im Zustand der Gasturbine 2 als Ergebnis der Anpassung werden durch die Schritte S107 bis S110 des nächsten Prozesszyklus ausgewertet und in der Datenbank 30 gespeichert (reflektiert), und, wenn sie sich von der experimentellen Information der Wissens-Datenbank 32 unterscheiden, werden sie für deren Erneuerung verwendet.
Dann gibt der Ausgabeabschnitt 24 an die Steuereinheit 10 die Daten aus, welche die von dem Maßnahmen-Entscheidungsabschnitt 23 festgelegte Richtung der Einstellung bzw. Anpassung zeigen (Schritt S113).
Bei Empfang derselben steuert der Steuerabschnitt 10 basierend auf den obigen, vom Ausgabeabschnitt 24 eingegebenen Daten zur Darstellung der Richtung der Anpassung den Betriebsmechanismus 7 so, dass das Hauptbrennstoff-Strömungssteuerventil 113, das Pilotbrennstoff-Strömungssteuerventil 114, das Bypassventil 118 und der Einlass-Leitflügel 102 betätigt werden und die Bypassventilöffnung X₁₁ bzw. das Pilot-Brennstoffverhältnis X₁₂ geändert wird. Das heißt, dass für einen Anpassungsbefehl, der von dem Ausgabeabschnitt 24 eingegeben wird, um die fiktive Linie L vom Punkt Q₁ zum Punkt Q₂ zu bewegen, der Steuerabschnitt 10 das Hauptbrennstoff-Strömungssteuerventil 113 und/oder das Pilotbrennstoff-Strömungssteuerventil 114 und/oder das Bypassventil 118 und/oder den Einlass-Leitflügel 102 steuert, so dass die Bypassventilöffnung X₁₁ von x_a zu x_c verändert, und das Pilot-Brennstoffverhältnis X₁₂ von x_b zu x_d verändert wird. Ferner werden für einen Anpassungsbefehl zu der Richtung, zu der die fiktive Linie L von dem Punkt Q₂ weiter verlängert werden soll, die Bypassventilöffnung X₁₁ und das Pilot-Brennstoffverhältnis X₁₂ ebenfalls jeweils geändert.
Hier ist das Pilot-Brennstoffverhältnis X₁₂ ein Verhältnis Pilotbrennstoff-Strömungsrate/Gesamt-Brennstoff-Strömungsrate. Die Gesamt-Brennstoff-Strömungsrate ist die Summe der Hauptbrennstoff-Strömungsrate und der Pilotbrennstoff-Strömungsrate. Somit kann die Steuereinheit 10, falls das Pilot-Brennstoffverhältnis X₁₂ zu erhöhen ist, eine Anpassung so vornehmen, dass die Gesamt-Brennstoff-Strömungsrate abnimmt, ohne die Pilotbrennstoff-Strömungsrate zu ändern, oder so, dass die Pilotbrennstoff-Strömungsrate zunimmt, ohne die Gesamt-Brennstoff-Strömungsrate zu ändern.
Die Abfolgen von Prozessen der oben genannten Schritte S101 bis S113 werden wiederholt zu jeder der Zeiten t₁, t₂, ... beim Betrieb der Gasturbine 2 durchgeführt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der Betrieb der Gasturbine geregelt, und die Verbrennungsfluktuationen können gemindert werden. Falls dabei die Verbrennungsfluktuationen in mehreren Frequenzbändern auftreten, wird eine Anpassung so durchgeführt, dass entsprechend einer vorbestimmten Prioritätenreihenfolge die Verbrennungsfluktuationen des Frequenzbandes eines höheren Prioritätenranges gemindert werden. Dadurch werden die Verbrennungsfluktuationen des Frequenzbandes einer höheren Dringlichkeit wirksam gemindert, und es kann ein ausgezeichneter Verbrennungszustand aufrechterhalten werden.
Falls es nach erfolgter Anpassung eine Änderung im Zustand der Gasturbine 2 gibt, wird dies in der Datenbank 30 reflektiert. Dadurch kann im Verlauf der Zeit Information darüber gespeichert werden, welche Art von Anpassung vorzunehmen ist und welche Art von Reaktion hierzu die Gasturbine 2 zeigt, und es können geeignete Maßnahmen getroffen werden. Falls unmittelbar nach der Installation der Gasturbine 2 noch nicht genügend Daten in der Datenbank gespeichert sind, wird ferner die Anpassung basierend auf dem Formelmodell durchgeführt, das eine Standard-Verbrennungseigenschaft oder die restriktive Information zeigt, die durch Analyse der von einer anderen Gasturbine 2 gleichen Typs gesammelten und in der Basis-Datenbank 31 enthaltenen Daten erhalten wurde, sowie auf der Basis der Daten der experimentellen Information hinsichtlich Erfahrungen der Anpassungs-Fachkräfte, die in der Wissens-Datenbank 32 enthalten sind. Dadurch kann unmittelbar nach der Installation der Gasturbine 2 eine Steuerung bzw. Regelung mit hoher Zuverlässigkeit durchgeführt werden. Falls die Daten der restriktiven Information oder der Daten der experimentellen Information, basierend auf den Anpassungs-Fachkräften, die in der Basisdatenbank 31 oder der Wissens-Datenbank 32 enthalten sind, basierend auf den Inhalten der Anpassung und der Änderung des Zustands der Gasturbine 2 infolge der Anpassung erneuert werden, kann außerdem eine unbestimmte restriktive Information oder experimentelle Information, die nicht auf ausreichenden tatsächlichen Beispielen der Vergangenheit beruht, korrigiert werden und eine weitere angemessene Regelung kann durchgeführt werden. Falls eine solche restriktive Information oder experimentelle Information korrigiert wird und die Reaktion der Gasturbine 2 infolge der Anpassung unter Verwendung der korrigierten Information in der Datenbank 30 gespeichert wird, kann die restriktive Information oder experimentelle Information zuverlässiger gestaltet werden.
Falls eine Anormalität in der Gasturbine 2 selbst, dem Druckfluktuations-Messabschnitt 5 oder dem Beschleunigungs-Messabschnitt 6 auftritt, wird ferner auch dann, wenn die Anormalität erfasst wird, deshalb keine Anpassung vorgenommen. Dadurch kann die Anormalität rasch behandelt werden, und eine Anpassung in einer falschen Richtung kann vermieden werden. Auch wird keine Speicherung in der Datenbank 30 der Information der Anpassung im Fall der in der Gasturbine 2 selbst, dem Druckfluktuations-Messabschnitt 5 oder dem Beschleunigungs-Messabschnitt 6 auftretenden Anormalität durchgeführt.
Ferner kann durch Hinzufügen einer Anpassung entsprechend der Schwankung in der Brennstoffzusammensetzung der Verbrennungszustand weiter stabilisiert werden.
In dem Gasturbinensystem 1 nach obiger Beschreibung kann der automatische Anpassungsabschnitt 20 so aufgebaut sein, dass er eine Suchfunktion des optimalen Betriebszustands aufweist, wie unten gezeigt ist.
Ausgehend davon, dass die Gasturbine 2 stabil in einem Dauerzustand betrieben wird, in dem keine Verbrennungsfluktuationen auftreten, wird der Betriebszustand auf verschiedene Arten geändert und ein besserer Betriebszustand, vorzugsweise ein optimaler Betriebszustand, wird automatisch in dem automatischen Anpassungsabschnitt 20 gesucht.
Hierbei ist es zur Realisierung des besseren oder optimalen Betriebszustands vorzuziehen, dass, während auf die keine Verbrennungsfluktuationen bewirkende Stabilität Wert gelegt wird, nicht nur die Stabilität, sondern auch der wirtschaftliche Betrieb, der Umweltschutz oder die Lebensdauer jedes Teils des Systems in Betracht gezogen werden, um den optimalen Betriebszustand zu erhalten.
Ferner wird beim Variieren des Betriebszustands basierend auf den in der Vergangenheit gespeicherten Daten eine Änderung im Verbrennungszustand im Fall des Variierens des Betriebszustands vorausgesagt, und nur in dem Fall, in dem beurteilt wird, dass auch nach der Variierung keine Verbrennungsfluktuationen auftreten, wird der Betriebszustand variiert.
Ferner werden, falls die Verbrennungsfluktuationen infolge des Variierens des Betriebszustands aufgetreten sind, die Verbrennungsfluktuationen rückgängig gemacht. Danach wird der Variationsbereich des Betriebszustands geändert, und die Suche nach dem optimalen Betriebszustand kann wieder ausgeführt werden. Ferner kann, falls sich die Situation ergibt, dass es nicht vorzuziehen ist, den Betriebszustand zu variieren, die Suche nach dem optimalen Betriebszustand von außen gestoppt werden.
Darüber hinaus kann beim Start oder Stop des Gasturbinensystems 1 ebenso der automatische Anpassungsabschnitt 20 den Betriebszustand suchen, und es kann ein optimaler Betriebszustand erreicht werden.
12 ist eine Ansicht zur Darstellung eines Aufbaus des automatischen Anpassungsabschnitts 20 zur Realisierung der oben erwähnten Funktion. Wie in 12 gezeigt ist, umfasst als Aufbau zur Realisierung der Suchfunktion der automatische Anpassungsabschnitt 20 den Eingabeabschnitt 21, den Zustandserfassungsabschnitt 22, den Ausgabeabschnitt 24, den Verbrennungseigenschaften-Erfassungsabschnitt 28, die Datenbank 30 und die Wissens-Datenbank 32, welche die gleichen sind wie die des in 3 gezeigten Aufbaus. Um die Suche durch Variieren des Verbrennungszustands durchzuführen, umfasst darüber hinaus der automatische Anpassungsabschnitt 20 funktional einen Korrekturgrößen-Berechnungsabschnitt 40, der eine Korrekturgröße oder Daten zum Anpassen einer Strömungsrate des Brennstoffs und/oder der Luft, die der Brennkammer 111 zuzuführen sind, berechnet, einen Frequenz-Analysierabschnitt 41, der die Analyseergebnisse der Frequenz der Innendruckfluktuation und der Beschleunigung in mehrere Frequenzbänder der Anzahl n unterteilt, wie in 6 gezeigt ist, und das in die Frequenzbänder unterteilte Analyseergebnis ausgibt, einen Leistungs- und Lebensdauer-Bewertungsabschnitt 42, der die Leistung jedes Abschnitts bewertet sowie die Lebensdauer jedes Abschnitts basierend auf den von dem Prozessdaten-Messabschnitt 4 gemessenen Prozessdaten bewertet, sowie einen Abbruch- oder Stoppbefehl-Eingabeabschnitt 43, der das Variieren des Betriebszustands basierend auf einem von außen eingegebenen Stoppbefehl anhält oder abbricht.
Als nächstes wird die oben erwähnte Suchfunktion des automatischen Anpassungsabschnitts 20 zusammen mit dem Ablauf des tatsächlichen Prozesses beschrieben.
13 ist eine Ansicht zur Darstellung eines Prozessablaufs zur Realisierung der Funktion des automatischen Anpassungsabschnitts 20 basierend auf dem vorab in den Gasturbinen-Steuer- bzw. Regelungsabschnitt 3 eingegebenen Programm. Dieser Prozess ist als Teil des Programms zum Betrieb der Gasturbine 2 enthalten und führt eine Reihe von Schritten aus, während die Gasturbine 2 betrieben wird, wobei eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist.
Die vorbestimmte Bedingung umfasst beispielsweise:

Bedingung 1: Der Generator 121 ist in einem lastregulierten Zustand, bei dem die Leistung des Generators 121 weiter in den Bereich eines vorbestimmten Schwellenwerts für eine vorbestimmte Zeitperiode liegt.
Bedingung 2: Es treten keine Verbrennungsfluktuationen für eine vorbestimmte Zeitperiode auf. Das heißt, im Schritt S107 setzt sich der Zustand, in dem keine Beurteilung einer Abweichung von dem Verwaltungswert oder eines vorangehenden Symptoms der Verbrennungsfluktuationen gemacht wird, für eine vorbestimmte Zeitdauer oder länger fort.
Bedingung 3: Die Temperatur der eingesaugten Luft verbleibt weiter in dem Bereich eines vorbestimmten Schwellenwerts für eine vorbestimmte Zeitdauer.
Bedingung 4: Die Bedienungsperson wählt einen Such-Zulassungsmodus aus, der den Beginn des Suchvorgangs gestattet.

Wenn der Suchvorgang beginnen soll, empfängt der Eingabeabschnitt 21 zunächst die Dateneingabe der Prozessdaten und des Drucks oder der Beschleunigung, die von dem Prozessdaten-Messabschnitt 4, dem Druckfluktuations-Messabschnitt 5 und dem Beschleunigungs-Messabschnitt 6 ausgegeben und von der Steuereinheit 10 übertragen wurden (Schritt S201). Dann liefert der Eingabeabschnitt 21 diese Daten dem Zustandserfassungsabschnitt 22 und dem Frequenzanalysierabschnitt 41.
Anschließend führt der Frequenzanalysierabschnitt 41 die Frequenzanalyse der Innendruckfluktuationen oder der Beschleunigung aus (Schritt S202).
Wie beim Schritt S105 der 4 führt der Frequenzanalysierabschnitt 41 die Frequenzanalyse (FFT) der Druckfluktuationen (Vibration) basierend auf dem von dem Druckfluktuations-Messabschnitt 5 in jeder der Brennkammern 111-1 bis m gemessenen Druckfluktuations-Messwert aus. Der Frequenzanalysierabschnitt 41 gibt an den Zustandserfassungsabschnitt 22 das in die Frequenzbänder unterteilte, als Ergebnis der Analyse erhaltene Analyseergebnis des Drucks oder der Beschleunigung aus.
Der Zustandserfassungsabschnitt 22 empfängt die Daten der Prozessdaten und des Drucks oder der Beschleunigung von dem Eingabeabschnitt 21 und liefert sie an den Leistungs- und Lebensdauer-Bewertungsabschnitt 42. Basierend auf diesen Daten berechnet der Leistungs- und Lebensdauer-Bewertungsabschnitt 42 einen Wärmewirkungsgrad durch das Verhältnis der Energieerzeugungsgröße des Generators 121 zu der zugeführten Menge an Brennstoff, und berechnet auch einen Wirkungsgrad (Element-Wirkungsgrad) jedes Elements des Gasturbinensystems 1, wie zum Beispiel einen adiabatischen Wirkungsgrad am Kompressor 101 oder dergleichen, und gibt das Ergebnis der Berechnung an den Zustandserfassungsabschnitt 22 zurück (Schritt S203).
Ferner berechnet der Leistungs- und Lebensdauer-Bewertungsabschnitt 42 die aufgebrauchte Lebensdauer jedes Elements des Gasturbinensystems 1 basierend auf der Gesamtbetriebszeit, der Lasthysterese etc. des Gasturbinensystems 1, und berechnet auch eine verbleibende Lebensdauer jedes Elements basierend auf der vorausgesagten Last durch Variieren des Betriebszustands (Schritt S204). Der Leistungs- und Lebensdauer-Bewertungsabschnitt 42 gibt die berechnete Lebensdauerinformation an den Zustandserfassungsabschnitt 22 zurück.
Dann werden im Fall der Bearbeitung des zweiten Mals oder nachfolgender Male die Daten der Prozessdaten oder des Drucks oder der Beschleunigung, die zu dieser Zeit von dem Eingabeabschnitt 21 ausgegeben wurden, sowie das am Frequenzanalysierabschnitt 41 in die Frequenzbänder unterteilte Analyseergebnis des Drucks oder der Beschleunigung in Bezug zu den Daten gesetzt, welche den in den Prozessdaten enthaltenen Betriebszustand darstellen, das heißt die Betriebsdaten (Kraftwerksdaten) und sie werden zusätzlich in der Datenbank 30 gespeichert (Schritt S205).
Wenn die Daten auf diese Weise der Datenbank 30 hinzuzufügen sind, falls ein vorbestimmter Standard erfüllt ist, werden die alten Daten gelöscht. Konkret ausgedrückt, falls der Betriebszustand graphisch dargestellt wird, wie in 14, werden die Daten in mehrere Abschnitte für jeden der Parameter (Prozessdaten) unterteilt, so dass die Fläche des Graphen in mehrere Gitterbereiche unterteilt wird. Falls die Daten einer vorbestimmten Anzahl in dem Gitterbereich gespeichert sind, zu dem die Daten hinzugefügt werden, werden die ältesten Daten gelöscht und stattdessen neue Daten hinzugefügt. Dadurch wird eine Speicherung vieler Daten von nur ähnlichen Betriebszuständen vermieden. Auch wenn die Daten gelöscht werden sollen, werden die ältesten Daten gelöscht. Somit können neue Daten, die weniger dem Einfluss der altersbedingten Beeinträchtigung unterliegen, gespeichert werden, um wirksam eingesetzt zu werden. Für diesen Zweck ist vorzuziehen, dass die in der Datenbank zu speichernden Daten zu der Zeitinformation in Bezug gesetzt werden.
Der Zustands-Erfassungsabschnitt 22 vergleicht die in die Frequenzbänder unterteilten Analysedaten des Drucks oder der Beschleunigung mit dem vorbestimmten Schwellenwert. Dabei wird eine Beurteilung im Vergleich mit dem Schwellenwert vorgenommen, ob die Situation im Stadium eines vorangehenden Symptoms liegt oder nicht, bei dem, obwohl die Verbrennungsfluktuationen auftreten, keine unmittelbar Anpassung benötigt wird, oder ob es eine Abweichung von dem Verwaltungswert gibt oder nicht, wodurch die Notwendigkeit einer unmittelbaren Anpassung der aktuellen Verbrennungsfluktuationen bestimmt wird (Schritt S206).
Als Ergebnis des Vergleichs mit dem Schwellenwert im Schritt S206, falls beurteilt wird, dass es eine Abweichung von dem Verwaltungswert gibt oder ein vorangehendes Symptom der Verbrennungsfluktuationen besteht, wird zu den Schritten S111 bis S113 übergegangen, wie in 4 gezeigt ist. Das heißt, der Verbrennungseigenschaften-Erfassungsabschnitt 28 berechnet die Eigenschaft der aktuellen Verbrennungsfluktuationen (Schritt S111) und erhält einen Bereich, in dem die Verbrennungsfluktuationen vorkommen können, sowie einen Bereich, in dem die Verbrennungsfluktuationen kaum auftreten. Dann legt der Maßnahmen-Entscheidungsabschnitt 23 gemäß 3 die Richtung (Gegenmaßnahmen) fest, in die der aktuelle Betriebszustand (X₁₁ = x_a, X₁₂ = x_b) anzupassen ist (Schritt S112). Ferner gibt der Ausgabeabschnitt 24 an die Steuereinheit 10 die Daten der Korrekturgröße aus, welche die Richtung der von dem Maßnahmen-Entscheidungsabschnitt 23 festgelegten Anpassung zeigen (Schritt S113).
Bei deren Empfang steuert die Steuereinheit 10 den Betätigungsmechanismus 7 basierend auf den von dem Ausgabeabschnitt 24 eingegebenen und die oben genannte Richtung der Anpassung zeigenden Daten, so dass das Hauptbrennstoff-Strömungssteuerventil 113, das Pilotbrennstoff-Strömungssteuerventil 114, das Bypassventil 118 und der Einlass-Leitflügel 102 betätigt werden und die Bypassventilöffnung X₁₁ bzw. das Pilot-Brennstoffverhältnis X₁₂ geändert werden.
Falls zu dieser Zeit der Verbrennungseigenschaften-Erfassungsabschnitt 28 die Verbrennungseigenschaft nicht ausreichend erfassen kann, kann der Maßnahmen-Entscheidungsabschnitt 23 die Inhalte der Anpassung basierend auf der Information der Symptome und der experimentellen Information in Bezug auf die wirksamen Maßnahmen für solche Symptome festlegen, wobei all diese Information basierend auf dem Formelmodell zur Darstellung einer Standard-Verbrennungseigenschaft, der restriktiven Information und dem Know-how der Anpassungs-Fachkräfte, die in der Basisdatenbank 31 und der Wissens-Datenbank 32 enthalten sind, eingestellt oder festgelegt wird.
Wenn die Reihe von Suchvorgängen begonnen werden soll, geschieht dies hier unter der Voraussetzung, dass keine Verbrennungsfluktuationen auftreten, wie unter der Bedingung 2 erwähnt ist. Falls die Beurteilung derart gemacht wird, dass es als Ergebnis des Vergleichs mit dem Schwellenwert im Schritt S206 eine Abweichung vom Verwaltungswert oder ein vorhergehendes Symptom der Verbrennungsfluktuationen gibt, geschieht dies unmittelbar nachdem der Betriebszustand geändert wird, das heißt in dem zweiten oder den nachfolgenden Zyklen. Somit kann auch dann, wenn die Aufrechterhaltung der Verbrennungsstabilität infolge des Variierens des Betriebszustands für die Suche nach dem optimalen Betriebszustand schwierig wird, die Fluktuation in geeigneter Weise korrigiert werden.
Wenn andererseits als Ergebnis des Vergleichs mit dem Schwellenwert keine Abweichung von dem Verwaltungswert und auch kein vorangehendes Symptom der Verbrennungsfluktuationen auftritt, bestätigt der Abbruchbefehl-Eingabeabschnitt 43 zunächst, dass keine Eingabe zum Abbrechen des Suchvorgangs von außen vorliegt und beurteilt dann, ob die Bedingungen 1 bis 4 zur Durchführung des Suchvorgangs immer noch erfüllt sind oder nicht (Schritte S207 und S208). Wie auch immer der erste Zyklus, in dem der Prozess bei erfüllten Bedingungen 1 bis 4 begonnen wurde, ausfällt, ist speziell für den zweiten oder nachfolgende Zyklen, bei denen der Zustand variiert wurde, die Bestätigung des Schritts S208 notwendig.
In dem Fall, in dem der Abbruchbefehl-Eingabeabschnitt 43 bestätigt, dass eine Eingabe des Befehls zum Abbruch des Suchvorgangs von außen vorliegt, falls der Betriebszustand bereits variiert wurde, gibt der Ausgabeabschnitt 24 die Daten der Korrekturgröße an die Steuereinheit 10 aus (Schritte S209 und S212), um zu dem Betriebszustand vor dem Beginn der Variierung zurückzukehren (dem Standard-Betriebspunkt). Der Befehl zum Abbruch des Suchvorgangs wird beispielsweise dann eingegeben, wenn die Lastvariation oder der Brennstoffwechsel durchgeführt wird oder der Anhaltevorgang des Gasturbinensystems 1 durchgeführt wird. Der Befehl zum Abbrechen des Suchvorgangs bricht nicht nur die Variierung des Betriebszustands ab, sondern führt den Betriebszustand auch zu dem Betriebszustand vor dem Beginn der Variierung zurück.
Auch wenn die Bedingungen 1 bis 4 im Schritt S208 nicht erfüllt sind, wird zum Schritt S201 zurückgekehrt und die Suche nach dem Zustand des Schritts S210 und der nachfolgenden Schritte nicht weiter fortgeführt, bis die Bedingungen 1 bis 4 erfüllt sind.
Falls keine Eingabe des Befehls zum Abbrechen des Suchvorgangs von außen vorliegt und dennoch die Bedingungen 1 bis 4 zum Durchführen des Suchvorgangs erfüllt sind, bestätigt der Befehlseingabeabschnitt 43, ob die Suche eines vorbestimmten Bereichs abgeschlossen ist oder nicht. Um die Suche fortzusetzen, wenn sie nicht abgeschlossen ist, legt der Korrekturgrößen-Berechnungsabschnitt 40 den zu ändernden Betriebszustand fest (dies wird als Versuchspunkt bezeichnet) (Schritt S211), und der Ausgabeabschnitt 24 gibt die Daten der dem Betriebszustand entsprechenden Korrekturgröße aus.
Zu diesem Zeitpunkt werden die Schritte der 13 mit mehreren Zyklen wiederholt und der im Schritt S211 festgelegte Versuchspunkt wird variiert. Dadurch wird jeder der Parameter des Betriebszustands der Reihe nach in einem vorbestimmten Bereich variiert. Konkret ausgedrückt wird die Strömungsrate von Brennstoff und/oder Luft, die der Brennkammer 111 zuzuführen sind, jedes Mal mit einer vorbestimmten Gröle variiert. Für diesen Zweck gibt gern 15(a), beispielsweise im Verlauf der Zeit, basierend auf der Sequenz zur Variierung des Pilot-Brennstoffverhältnisses in den mehreren oberen und unteren Stufen der Ausgabeabschnitt 24 die Korrekturgröße zum Steuern des Hauptbrennstoff-Strömungssteuerventils 113, des Pilotbrennstoff-Strömungssteuerventils 114, des Bypassventils 118 und des Einlass-Leitflügels 102 aus. Darüber hinaus wird auch die Öffnung des Bypassventils 118 etc. im Verlauf der Zeit variiert. Somit werden durch Wiederholen der Schritte der 13 in vorbestimmten Zyklen die Betriebszustände des Gasturbinensystems 1 den vorbestimmten Bereichen zugeteilt, und dadurch kann die Zustandssuche durchgeführt werden. Es ist anzumerken, dass in 16(a) zwar der Betriebszustand in der Horizontal- und Vertikalrichtung auf der zweidimensionalen Ebene der Bypassventilöffnung und des Pilot-Brennstoffverhältnisses variiert wird, dass eine Variation des Betriebszustandes aber nicht auf die Horizontal- und Vertikalrichtung beschränkt ist, sondern sowohl die Bypassventilöffnung als auch das Pilot-Brennstoffverhältnis gleichzeitig variiert werden können oder der Suchlauf an der Grenzlinie der Zustandssuchbereiche erfolgen kann. Außerdem sind zwar die Bypassventilöffnung und das Pilot-Brennstoffverhältnis als Steuer- bzw. Regelungsfaktor erwähnt, der Steuerfaktor ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
Wenn der Versuchspunkt im Schritt S211 festzulegen ist, kann ferner der Korrekturgrößen-Berechnungsabschnitt 40 eine Korrekturgröße derart ausgeben, dass der Verbrennungsfluktuationspegel nach dem Variieren des Betriebszustands vorausgesagt wird, bevor die tatsächliche Korrekturgröße ausgegeben wird, und infolgedessen kann nur nachdem die Beurteilung oder Festlegung so erfolgt ist, dass eine stabile Verbrennung aufrechterhalten werden kann, die Korrekturgröße ausgegeben werden. Zu diesem Zweck wird der Betriebszustand ebenso basierend auf den Vergangenheitsdaten und der Erfahrungsinformation, die in der Datenbank und der Wissens-Datenbank 32 gespeichert sind, variiert, und entsprechend dem Ergebnis hiervon wird die Voraussage durchgeführt.
Dadurch kann, während nach der Betriebsbedingung gesucht wird, eine Möglichkeit bzw. Wahrscheinlichkeit, dass der Verbrennungsfluktuationspegel vom Schwellenwert abweicht, reduziert werden.
Wenn die Korrekturgröße vom Ausgabeabschnitt 24 ausgegeben wird, werden jedes Mal dann, wenn der Betriebszustand variiert, die Prozessdaten infolge des Variierens des Betriebszustandes in der Datenbank 30 im Schritt S210 gespeichert. Im Schritt S210 wird zu dem Zeitpunkt, zu dem die Beurteilung gemacht wird, dass die Suche von vorbestimmten Bereichen abgeschlossen worden ist, ein optimaler Betriebszustand oder optimaler Punkt festgelegt (Schritt S213).
Für diesen Zweck wird zum Zeitpunkt des Abschlusses des Suchvorgangs der optimale Punkt oder der optimale Betriebszustand aus den Daten jedes der in der Datenbank 30 gespeicherten Versuchspunkte bestimmt oder festgelegt. Der optimale Betriebszustand kann einer mit der höchsten Verbrennungsstabilität sein, oder zusätzlich hierzu kann der thermische Wirkungsgrad oder die Wirksamkeit jedes Elements des Gasturbinensystems 1 zur Festlegung des optimalen Betriebszustands berücksichtigt werden. Ferner kann der Umweltschutz berücksichtigt werden. Falls das Gasturbinensystem 1 ein Teil des Aufbaus eines Energieerzeugungssystems mit kombiniertem Zyklus, beispielsweise eines Gasturbinen-Kraftwerks mit kombiniertem Zyklus ist, kann auch ein Kraftwerk-Wirkungsgrad des Energieerzeugungssystems mit kombiniertem Zyklus berücksichtigt werden. Ferner wird der optimale Punkt nicht nur aus den Daten jedes der Versuchspunkte festgelegt, sondern kann auch irgendein anderer Punkt in dem Zustandssuchbereich sein, der am optimalsten eingeschätzt wird, indem auf das Ergebnis jedes der Suchpunkte beispielsweise eine nicht-lineare Mehrfach-Regressionsgleichung oder eine Mehrpunktgleichung angewandt wird.
Auf diese Weise kann der anfängliche Betriebszustand, wie er beispielsweise in 15(b) gezeigt ist, zu einem Betriebszustand geändert werden, wie er in 15(c) gezeigt ist.
Übrigens wird der Betriebszustand zwar von dem Dauerzustand im stabilen Bereich so variiert, dass der optimale Betriebszustand herausgefunden wird, wie oben erwähnt wurde, es ist aber auch in dem Stadium davor ein Betriebsplan notwendig, der einen Referenz-Betriebszustand zeigt, wie 15(b) darstellt.
Selbstverständlich kann dies durch eine Berechnung, eine Simulation oder dergleichen im Entwurfsstadium festgelegt werden. Der Betriebsplan, der den Referenz-Betriebszustand zeigt, kann aber auch so generiert werden, dass beim Versuchsbetrieb des Gasturbinensystems 1 die Last schrittweise geändert wird, wie 17 zeigt, der Betriebszustand in mehreren Schritten bei jedem Laständerungsschritt geändert wird, wie in 15(a) gezeigt ist, der Betriebszustand der höchsten Einschätzung in jedem der Lastschritte festgelegt wird und die so festgelegten Betriebszustände miteinander verbunden werden.
Die obige Beschreibung betrifft zwar die Steuerung bzw. Regelung, wenn sich die Last beinahe im Dauerzustand (”steady state”) befindet, es kann aber auch zur Zeit des Starts oder Stops der Gasturbine der Betriebszustand automatisch verändert werden. Für diesen Zweck ist gemäß 12 ein Betriebsplanungsabschnitt 44 in dem automatischen Anpassungsabschnitt 20 vorgesehen und, basierend hierauf werden Pläne verschiedener Betriebszustände bei jedem Start oder Stop verwendet. Somit werden durch mehrmaliges Ausführen des Starts oder Stops Daten der verschiedenen Betriebszustände gespeichert, und basierend hierauf kann ein optimaler Betriebszustand zur Zeit des Starts oder Stops eingestellt werden.
18 ist eine Ansicht zur Darstellung eines Ablaufs des Betriebszustandssuchprozesses zum Einstellen des optimalen Betriebszustands (Betriebsplans) zur Zeit des Starts oder Stops, wie oben erwähnt wurde. Hier sind die Schritte des Prozesses, die gleich oder ähnlich den Schritten der 13 sind, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet und eine Beschreibung hiervon fällt weg.
Der in 18 gezeigte Zustandssuchprozess wird jedes Mal beim Ausführen des Starts oder Stops durchgeführt. Es wird jedes Mal beim Start oder Stop ein Versuchspunkt durch den Schritt S211 festgelegt, das Gasturbinensystem 1 wird anhand des so festgelegten Betriebszustands des Versuchspunkts gestartet oder gestoppt und die Prozessdaten des Betriebszustands zu dieser Zeit werden in der Datenbank 30 gespeichert. Nachdem Starts oder Stops einer vorbestimmten Anzahl von Malen durchgeführt worden sind, wird der optimale Betriebszustand (Betriebsplan) basierend auf der bisherigen Speicherung in der Datenbank 30 berechnet.
Somit kann im stabilen Zustand oder auch zur Zeit eines Starts oder Stops ein hochstabiler Betriebszustand oder ein äußerst wirtschaftlicher Betriebszustand automatisch gesucht werden, und dadurch wird ein stabiler und wirtschaftlicher und sparsamer Betrieb möglich.
In der oben erwähnten Abfolge von Prozessen wird, falls ein vorangehendes Symptom der Verbrennungsfluktuationen auftritt oder eine Abweichung vom Verwaltungswert auftritt, der Prozess zur Minderung der Verbrennungsfluktuationen durchgeführt, zusätzlich hierzu kann aber auch der Bereich der danach durchzuführenden Suche nach dem Betriebszustand verschoben werden, wie 16(b) zeigt. Dadurch wird eine Möglichkeit erhalten, dass ein noch besserer Betriebszustand gefunden werden kann.

Claims

Gasturbinen-Regelungsvorrichtung für eine Gasturbine (2) mit einer Brennkammer (111), mit: einem Frequenzanalysierabschnitt (25) zum Durchführen einer Frequenzanalyse von bei der Verbrennung in der Brennkammer (111) gemessenen Druckfluktuationen oder von gemessenen Beschleunigungsfluktuation der Brennkammer (111) selbst als Verbrennungsfluktuationen und zum Ausgeben eines in mehrere Frequenzbänder unterteilten Analyseergebnisses, einem eine Prioritätenfolgeinformation enthaltenden Abschnitt (31), der Informationen zu einer für die mehreren Frequenzbänder vorgegebenen Prioritätenfolge enthält, einem Verbrennungseigenschaften-Erfassungsabschnitt (28) zum Erfassen einer Eigenschaft der Verbrennungsfluktuationen in der Gasturbine (2) basierend auf dem in Frequenzbänder unterteilten Analyseergebnis und Prozeßdaten der Gasturbine (2), und einem Steuerabschnitt (10) zum Anpassen einer Strömungsrate von Brennstoff und/oder einer Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer (111) zuzuführen sind, so, dass die Verbrennungsfluktuationen eines Frequenzbandes mit einem hohen Prioritätenrang entsprechend der Prioritätenfolgeinformation gemindert werden, wenn der Verbrennungseigenschaften-Erfassungsabschnitt (28) das Auftreten der Verbrennungsfluktuation in mehreren Frequenzbändern erfasst.
Gasturbinen-Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei, wenn der Steuerabschnitt (10) die Strömungsrate von Brennstoff und/oder die Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer zuzuführen sind, anpasst, der Steuerabschnitt (10) in einer Datenbank (30) Inhalte der Anpassung sowie Information bezüglich Änderungen eines Verbrennungszustands in der Brennkammer (111) infolge der Anpassung speichert.
Gasturbinen-Regelungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Gasturbinen-Regelungsvorrichtung ferner eine Basis-Datenbank (31) umfasst, in der Informationen enthalten sind, die durch eine auf der in der Datenbank in einer anderen Gasturbine gespeicherten Information basierende Analyse erhalten wurden, und dass der Steuerabschnitt (10) die Strömungsrate von Brennstoff und/oder die Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer (111) zuzuführen sind, basierend auf der durch die Analyse erhaltenen und in der Basis-Datenbank (31) enthaltenen Informationen anpasst.
Gasturbinen-Regelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Gasturbinen-Regelungsvorrichtung ferner einen Turbinen-Anormalitäts-Erfassungsabschnitt (26) zum Erfassen einer Anormalität der Gasturbine (2) aufweist, und, wenn der Turbinen-Anormalitäts-Erfassungsabschnitt (26) eine Anormalität der Gasturbine (2) erfasst, der Steuerabschnitt (10) keine Anpassung vornimmt, sondern das Auftreten der Anormalität nach außen meldet.
Gasturbinen-Regelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Gasturbinen-Regelungsvorrichtung ferner Sensoren (5, 6) zum Erfassen der Druckfluktuationen oder der Beschleunigungsfluktuationen aufweist, sowie einen Sensor-Anormalitäts-Erfassungsabschnitt (25), der eine Anormalität der Sensoren (5, 6) erfasst und, wenn der Sensor-Anormalitäts-Erfassungsabschnitt eine Anormalität erfasst, der Steuerabschnitt (10) keine Anpassung vornimmt, sondern das Auftreten der Anormalität nach außen meldet.
Gasturbinen-Regelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Steuerabschnitt Inhalte der Anpassung, die für die Strömungsrate von Brennstoff und/oder die Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer (111) zuzuführen sind, gemacht wurden, basierend auf einer Zusammensetzung des der Brennkammer (111) zuzuführenden Brennstoffs korrigiert.
Gasturbinensystem mit: einer eine Brennkammer (111) enthaltenden Gasturbine (2), und einer Gasturbinen-Regelungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 für diese Gasturbine (2).
Gasturbinen-Regelungsverfahren für eine Gasturbine (2) mit einer Brennkammer (111), mit: einem Schritt (S105) des Ausführens einer Frequenzanalyse von bei der Verbrennung in der Brennkammer (111) gemessenen Druckfluktuationen oder von gemessenen Beschleunigungsfluktuation der Brennkammer (111) selbst als Verbrennungsfluktuationen und des Ausgebens eines in mehrere Frequenzbänder unterteilten Analyseergebnisses, einen Schritt (S111) des Erfassens einer Eigenschaft der Verbrennungsfluktuationen in der Gasturbine (2), basierend auf dem in Frequenzbänder unterteilten Analyseergebnis und auf Prozeßdaten der Gasturbine (2), und einen Schritt (S113) des Anpassens einer Strömungsrate von Brennstoff und/oder einer Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer (111) zugeführt werden, so dass die Verbrennungsfluktuationen eines Frequenzbandes mit einem hohen Prioritätenrang entsprechend einer vorbestimmten Prioritätenfolge gemindert werden, wenn die Verbrennungsfluktuationen in mehreren Frequenzbändern auftreten.
Gasturbinen-Regelungsvorrichtung für eine Gasturbine (2) mit einer Brennkammer (111), mit: einem Frequenzanalysierabschnitt (41) zum Durchführen einer Frequenzanalyse von bei der Verbrennung in der Brennkammer (111) gemessenen Druckfluktuationen oder von gemessenen Beschleunigungsfluktuationen der Brennkammer (111) selbst als Verbrennungsfluktuationen und zum Ausgeben eines in mehrere Frequenzbänder unterteilten Analyseergebnisses, einem Verbrennungseigenschaften-Erfassungsabschnitt (28) zum Erfassen einer Eigenschaft der Verbrennungsfluktuationen in der Gasturbine (2) basierend auf dem in Frequenzbänder unterteilten Analyseergebnis und Prozeßdaten der Gasturbine (2), einem Steuerabschnitt (10) zum Anpassen einer Strömungsrate von Brennstoff und/oder einer Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer (111) zuzuführen sind, so, dass die Verbrennungsfluktuationen gemindert werden, wenn der Verbrennungseigenschaften-Erfassungsabschnitt (28) erfasst, dass die Verbrennungsfluktuationen auftreten, und einem Such- und Steuerabschnitt (20) zum Suchen eines optimalen Betriebszustandes durch Variieren der Strömungsrate von Brennstoff und/oder der Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer (111) zuzuführen sind, in dem Stadium, in dem der Steuerabschnitt keine Anpassung durchführt, um die Verbrennungsfluktuationen zu mindern, und zum Anpassen der Strömungsrate von Brennstoff und/oder der Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer (111) zuzuführen sind, entsprechend dem erhaltenen optimalen Betriebszustand, wobei der Such- und Steuerabschnitt (20) den optimalen Betriebszustand als einen Betriebszustand festlegt, bei dem eine Stabilität gegenüber den Verbrennungsfluktuationen am höchsten ist, und wobei der Such- und Steuerabschnitt (20) den optimalen Betriebszustand durch Auswerten eines thermischen Wirkungsgrads der Gasturbine (2) zusätzlich zu der Stabilität gegenüber den Verbrennungsfluktuationen sucht.
Gasturbinen-Regelungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Such- und Steuerabschnitt (20) die Strömungsrate von Brennstoff und/oder die Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer (111) zuzuführen sind, basierend auf einem vorbestimmten Profil variiert.
Gasturbinen-Regelungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei, wenn der Such- und Steuerabschnitt (20) die Strömungsrate von Brennstoff und/oder die Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer (111) zuzuführen sind, basierend auf dem Profil variiert, der Such- und Steuerabschnitt basierend auf Vergangenheitsdaten und Erfahrungsinformationen, die in einer Datenbank (30) und einer Wissens-Datenbank (32) gespeichert sind, voraussagt, ob die Verbrennungsfluktuationen auftreten können oder nicht, und, falls vorausgesagt wird, dass die Verbrennungsfluktuationen auftreten, der Such- und Steuerabschnitt (20) das Variieren der Strömungsrate von Brennstoff und/oder der Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer (111) zuzuführen sind, abbricht.
Gasturbinen-Regelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei, falls die Verbrennungsfluktuationen als Ergebnis des Variierens der Strömungsrate von Brennstoff und/oder der Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer (111) zuzuführen sind, durch den Such- und Steuerabschnitt (20) auftreten, der Such- und Steuerabschnitt (20) das Variieren der Strömungsrate von Brennstoff und/oder der Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer (111) zuzuführen sind, abbricht.
Gasturbinen-Regelungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei, falls die Verbrennungsfluktuationen als Ergebnis des Variierens der Strömungsrate von Brennstoff und/oder der Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer (111) zuzuführen sind, durch den Such- und Steuerabschnitt (20) auftreten, der Steuerabschnitt die Strömungsrate von Brennstoff und/oder die Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer (111) zuzuführen sind, so anpasst, dass die Verbrennungsfluktuationen gemindert werden.
Gasturbinensystem mit: einer eine Brennkammer (111) enthaltende Gasturbine (2), und einem Such- und Steuerabschnitt (20) zum Suchen eines optimalen Betriebszustandes durch Variieren einer Strömungsrate von Brennstoff und/oder einer Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer (111) zuzuführen sind, in dem Zustand, bei dem keine Verbrennungsfluktuationen in der Gasturbine (2) auftreten, und zum Anpassen der Strömungsrate von Brennstoff und/oder der Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer (111) zuzuführen sind, entsprechend dem erhaltenen optimalen Betriebszustand, wobei der Such- und Steuerabschnitt (20) den optimalen Betriebszustand als einen Betriebszustand festlegt, bei dem eine Stabilität gegenüber den Verbrennungsfluktuationen am höchsten ist, und wobei der Such- und Steuerabschnitt (20) den optimalen Betriebszustand durch Auswerten eines thermischen Wirkungsgrads der Gasturbine (2) zusätzlich zu der Stabilität gegenüber den Verbrennungsfluktuationen sucht.
Gasturbinensystem nach Anspruch 14, wobei der Such- und Steuerabschnitt (20) einen optimalen Betriebszustand zur Zeit des Startens oder Stoppens der Gasturbine (2) durch Variieren der Strömungsrate von Brennstoff und/oder der Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer (111) zuzuführen sind, jedes Mal beim Starten oder Anhalten der Gasturbine (2) sowie durch mehrmaliges Ausführen des Startens oder Stoppens sucht.
Gasturbinen-Regelungsverfahren für eine Gasturbine (2) mit einer Brennkammer (111), mit: einem Ergebnis-Ausgabeschritt, bei dem eine Frequenzanalyse von bei der Verbrennung in der Brennkammer (111) gemessenen Druckfluktuationen oder von gemessenen Beschleunigungsfluktuationen der Brennkammer (111) selbst als Verbrennungsfluktuationen durchgeführt und ein Analyseergebnis hiervon ausgegeben wird, einem Eigenschaften-Erfassungsschritt, bei dem eine Eigenschaft der Verbrennungsfluktuationen in der Gasturbine (2) basierend auf dem Analyseergebnis und auf Prozeßdaten der Gasturbine (2) erfasst wird, einem Fluktuations-Minderungsschritt, bei dem eine Strömungsrate von Brennstoff und/oder eine Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer (111) zuzuführen sind, so angepasst wird/werden, dass die Verbrennungsfluktuationen gemindert werden, falls die Verbrennungsfluktuationen infolge der Erfassung der Eigenschaft der Verbrennungsfluktuationen in der Gasturbine (2) beim Eigenschaften-Erfassungsschritt auftreten, und einem Betriebszustands-Suchschritt, bei dem ein optimaler Betriebszustand gesucht wird, indem die Strömungsrate von Brennstoff und/oder die Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer (111) zuzuführen sind, in dem Stadium variiert wird/werden, in dem der Fluktuations-Minderungsschritt nicht durchgeführt wird, und bei dem entsprechend dem erhaltenen optimalen Betriebszustand die Strömungsrate von Brennstoff und/oder die Strömungsrate von Luft, die der Brennkammer (111) zuzuführen sind, angepasst wird/werden, wobei der optimale Betriebszustand als ein Betriebszustand festlegt wird, bei dem eine Stabilität gegenüber den Verbrennungsfluktuationen am höchsten ist, und wobei der optimale Betriebszustand durch Auswerten eines thermischen Wirkungsgrads der Gasturbine (2) zusätzlich zu der Stabilität gegenüber den Verbrennungsfluktuationen gesucht wird.