DE102008038347B4

DE102008038347B4 - System zur analyse der leistungscharakteristik einer gasturbine

Info

Publication number: DE102008038347B4
Application number: DE102008038347.3A
Authority: DE
Inventors: Takuya Yoshida; Toshihiro Morikawa; Jinichirou GOTOU; Yoshiharu Hayashi
Original assignee: Mitsubishi Power Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2007-08-21
Filing date: 2008-08-19
Publication date: 2020-12-31
Anticipated expiration: 2028-08-20
Also published as: JP2009047092A; DE102008038347A1; US7797113B2; JP4361582B2; US20090055105A1

Abstract

System (4) zur Analyse einer Leistungscharakteristik mit:einem Modul zur Berechnung der Leistungscharakteristik (7) zum Empfangen eines aktuell gemessenen Wertes einer Temperatur einer Einlassluft, die in einen Kompressor eingeführt wird, einem Kompressordruckverhältnis und einer Brennstoffflussrate des in eine Gasturbine eingeführten Brennstoffes und zum Berechnen und Ausgeben von Werten einer Gasturbinenausgangsleistung und einer Ausgangsleistung eines von der Gasturbine abgegebenen Abgases auf der Grundlage dieser aktuell gemessenen Werte, undeinem Modul zur Abschätzung der Leistungscharakteristik (9) zum Bestimmen der Leistungscharakteristik der Gasturbine auf der Grundlage einer Abweichung zwischen den Werten der Ausgangsleistung und Abgastemperatur, die von dem Modul zur Berechnung der Leistungscharakteristik (7) ausgegeben wurden und den aktuell gemessenen Werten der Ausgangsleistung und der Abgastemperatur,wobei das System zur Analyse der Leistungscharakteristik der Gasturbine ferner aufweist:ein Justiermodul (6) zur Berechnung eines korrigierten Wertes der Brennstoffflussrate auf der Grundlage der aktuell gemessenen Werte der Einlasslufttemperatur, des Kompressordruckverhältnisses und der Brennstoffflussrate, und zum Eingeben des korrigierten Brennstoffflussratenwertes in das Modul zur Berechnung der Leistungscharakteristik (7), wobeidas Justiermodul (6) zur Durchführung einer Berechnung, um den Wert der Brennstoffflussrate auf der Grundlage der gemessenen Werte der Einlasslufttemperatur, des Kompressordruckverhältnisses und der Brennstoffflussrate gemäß einer vorbestimmen funktionalen Beziehung zu korrigieren, den gemessenen Wert der Brennstoffflussrate durch den korrigierten Wert der Brennstoffflussrate zu ersetzen und den korrigierten Wert der Brennstoffflussrate in das Modul zur Berechnung der Leistungscharakteristik einzugeben, wobeidas Modul zur Berechnung der Leistungscharakteristik (7) ein Modul zur Festlegung einer Justierfunktion (12) zum Erstellen der funktionalen Beziehung des Justiermoduls (6) aufweist, so dass die Abweichung zwischen den Werten der Ausgangsleistung und Abgastemperatur, die berechnet wurden durch Eingeben einer Mehrzahl von Datensätzen einschließlich Zeitseriendaten eines bestimmten Zeitintervalls bezüglich der aktuell gemessenen Werte der Einlasslufttemperatur, des Kompressordruckverhältnisses und der Brennstoffflussrate oder Daten bezüglich einer Mehrzahl von Betriebsbedingungen, wobei die aktuell gemessenen Werte innerhalb eines vorbestimmten erlaubten Bereichs liegen, wobeidas Modul zur Festlegung der Justierfunktion (12) aufweist:ein Modul zur Rückwärtsrechnung (31) für die Revision von Brennstoffflussratendaten eines jeden Datensatzes, so dass eine Abweichung zwischen den berechneten Werten der Ausgangsleistung und der Abgastemperatur, die durch das Modul zur Berechnung der Leistungscharakteristik (7) berechnet und ausgegeben werden unter Verwendung der Daten eines jeden Datensatzes einer Mehrzahl von Datensätzen und wobei die aktuell gemessenen Werte innerhalb vorbestimmter oberer und unterer Grenzen liegen,Mittel zur Rückhaltung von Daten (32) zum Speichern der durch das Modul zur Rückwärtsrechnung (31) revidierten Brennstoffflussratendaten zusammen mit Daten der Einlasslufttemperatur, des Kompressordruckverhältnisses und der Brennstoffflussrate des entsprechenden Datensatzes undein Modul zur Identifizierung einer Justierfunktion (33) zum Anpassen der korrigierten Brennstoffflussrate als eine Funktion der Einlasslufttemperatur, des Kompressordruckverhältnisses und der Brennstoffflussrate auf der Grundlage der korrigierten Brennstoffflussrate, der Einlasslufttemperatur, des Kompressordruckverhältnisses und der Brennstoffflussrate einer Mehrzahl von Datensätzen, die in den Mitteln zur Rückhaltung von Daten (32) gespeichert sind.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
[Gebiet der Erfindung]
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Analyse der Leistungscharakteristik einer Gasturbine.
[Beschreibung des Stands der Technik]
Die Leistungscharakteristik einer Gasturbine ändert sich signifikant nicht nur aufgrund von Betriebsbedingungen, wie beispielsweise der Brennstoffflussrate, sondern auch aufgrund atmosphärischer Bedingungen wie der Einlasslufttemperatur, so dass sie nicht einfach hergeleitet werden kann, indem nur Absolutwerte verwendet werden. Um dieses Problem zu lösen, ist es ein übliches Verfahren, die aktuellen Betriebsbedingungen einer Gasturbine in ein Leistungscharakteristikberechnungsprogramm der Gasturbine einzugeben sowie berechnete Leistungscharakteristikwerte, d.h. gründlich bestimmte, vorausgesagte Werte werden mit aktuell gemessenen Werten verglichen, um die Gasturbinenleistungscharakteristik zu bestimmen.
Da die mit dem Turbinenleistungscharakteristikberechnungsprogramm berechneten Werte nie genau mit den aktuell gemessenen Werten übereinstimmen, werden bei dieser Berechnungsmethode einige Anpassungen vorgenommen, um Abweichungen zu eliminieren. Dies wird allgemein „Tuning“ oder „Modellnachjustierung“ genannt. So wird zum Beispiel in dem Patentdokument 1 ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem Spezifikationen eines Modells nachjustiert werden, so dass der berechnete Wert des Leistungscharakteristikmodells mit dem aktuell gemessenen Wert zusammenfällt, und der berechnete Wert wird mit dem gemessenen Wert auf der Grundlage der Nachjustierungsergebnisse verglichen, wodurch die Anwesenheit oder Abwesenheit einer Abweichung analysiert wird.
Aus dem Patentdokument 2 ist weiterhin ein System zur Leistungsbeobachtung einer Gasturbine bekannt, die mittels der Unterschiede zwischen den geschätzten und gemessenen Abgaswerten der Gasturbine auf Unregelmäßigkeiten der Gasturbine oder der Dampfturbine schließt.
Patentdokument 3 zeigt eine Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine zur Steuerung von Bennstoffverhältnissen.
Patentdokument 4 zeigt adaptive modellbasierte Steuerungssysteme und -verfahren einer Gasturbine und deren Optimierung bei unterschiedlichen Bedingungen.

Patentdokument 1: JP 2001 - 174 366 A
Patentdokument 2: US Patentanmeldung, US 2007/0 203 669 A1
Patentdokument 3: DE 10 2006 008 714 A1
Patentdokument 4: EP 1 420 153 A2

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Konventionelle Nachjustierungsverfahren, einschließlich des in Patentdokument 1 beschriebenen, haben jedoch Nachteile, die darin bestehen, dass sie, wie weiter unten beschrieben wird, dazu tendieren, sehr kompliziert zu sein, eine umfangreiche Analyse erfordern und somit enorm viel Zeit und Arbeit in Anspruch nehmen. Angenommen, zum Beispiel, bezüglich bestimmter Messwerte seien die Spezifikationen eines Wertes, der sich auf eine Gasturbinenanlage bezieht, so nachjustiert, dass der aktuell gemessene Wert mit dem berechneten Wert übereinstimmt. In diesem Fall stimmt bezüglich des Zielmesswerts der berechnete Wert mit dem aktuell gemessenen Wert überein. Aufgrund der Ursache-Wirkungs-Beziehungen von Phänomenen, die innerhalb der Gasturbine auftreten, ändert sich auch der berechnete Wert anderer Messgrößen und stimmt in manchen Fällen nicht mit dem aktuell gemessenen Wert überein. Um solche Auswirkungen zu verhindern, ist es notwendig, die Spezifikationen anderer Messgrößen zu justieren. Diese Justierung kann jedoch dazu führen, dass berechnete Werte anderer Messgrößen sich ändern, und es besteht eine Möglichkeit, dass der berechnete Wert nicht mit dem aktuell gemessenen Wert übereinstimmt. Es ist bis jetzt nicht klar, wie die aufeinanderfolgenden Justierungen von Spezifikationen gehandhabt werden sollen, und welche Kriterien sich am besten eignen, um weniger einflussreiche Messgrößen niederzuschlagen, um eine Blockade der Justierungen zu beenden.
Um diese Situation zu meistern, ist es daher notwendig, die komplizierten Ursache-Wirkungs-Beziehungen zwischen aktuellen Phänomenen und deren Einflussbereich zu untersuchen, solche allgemeinen, komplizierten Verhältnisse gründlich zu verstehen, wonach welche Werte von Spezifikationen mit welchen gemessenen Werten justiert werden können, und welche abweichen können, wenn andere Messwerte in Abhängigkeit von dem Maß der Justierung beeinträchtigt werden, und geeignete Justierungsverfahren zu bestimmen. Um dies durchzuführen, ist eine umfangreiche komplizierte vorhergehende Analyse, viel Zeit und Arbeit erforderlich.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zur Analyse der Leistungscharakteristik einer Gasturbine anzugeben, die die Leistungscharakteristik einer Gasturbine genau analysieren können, indem wenige Faktoren justiert werden, ohne komplizierte Verfahren durchführen zu müssen.
Gegenstand der Erfindung ist dabei ein erfindungsgemäßes System zur Analyse der Leistungscharakteristik einer Gasturbine mit den Merkmalen des Anspruch 1 und ferner ein erfindungsgemäßes System zur Analyse der Leistungscharakteristik einer Gasturbine mit den Merkmalen des Anspruch 2. Der Unteranspruch 3 beschreibt eine vorteilhafte Weiterbildung des System nach Anspruch 2.
Ein System zur Analyse der Leistungscharakteristik einer Gasturbine kann folgendes aufweisen: ein Leistungscharakteristikberechnungsmodul zum Empfangen eines jeden aktuell berechneten Wertes der Einlasslufttemperatur, die in einen Kompressor eingeführt wird, eines Kompressordruckverhältnisses und einer Brennstoffflussrate, die der betreffenden Gasturbine zugeführt werden und zum Berechnen und Ausgeben von Werten einer Gasturbinenausgangsleistung und einer Abgastemperatur des von der Gasturbine ausgestoßenen Abgases auf der Grundlage dieser aktuell gemessenen Werte; und ein Leistungscharakteristikabschätzungsmodul zur Bestimmung der Leistungscharakteristik der Gasturbine auf der Grundlage der Abweichung zwischen den Werten der Abgabeleistung und der Abgastemperatur, die von dem Leistungscharakteristikberechnungsmodul abgegeben werden sowie der aktuell gemessenen Werte der Abgabeleistung und der Abgastemperatur, wobei das System zur Analyse der Leistungscharakteristik einer Gasturbine ferner aufweist: ein Justiermodul zur Berechnung eines korrigierten Wertes der Brennstoffflussrate auf der Grundlage der aktuell gemessenen Werte der Einlasslufttemperatur, des Kompressordruckverhältnisses und der Brennstoffflussrate und zum Eingeben der korrigierten Brennstoffflussrate in das Leistungscharakteristikberechnungsmodul.
Ferner kann ein Verfahren zur Analyse der Leistungscharakteristik einer Gasturbine die folgenden Schritte aufweisen: Eingeben eines jeden der gemessenen Werte der Temperatur der in den Kompressor eingeführten Einlassluft, des Kompressordruckverhältnisses und einer Brennstoffflussrate des in die Gasturbine eingeführten Brennstoffes in ein Programm zur Berechnung der Leistungscharakteristik einer Gasturbine, Berechnen von Werten einer Gasturbinenausgangsleistung und der Temperatur des Abgases, welches von der Gasturbine abgegeben wird, auf der Grundlage dieser aktuell gemessenen Werte in einem Programm zur Berechnung der Leistungscharakteristik der Gasturbine und Bestimmen der Leistungscharakteristik der Gasturbine mit einem Leistungscharakteristikberechnungsprogramm auf der Grundlage der Abweichung zwischen den berechneten Werten der Abgabeleistung und der Abgastemperatur und der aktuell gemessenen Werte der Abgabeleistung und der Abgastemperatur, wobei das Verfahren zur Analyse der Leistungscharakteristik einer Gasturbine ferner folgende Schritte aufweist: Berechnen eines korrigierten Wertes der Brennstoffflussrate in einem Justierprogramm auf der Grundlage der aktuell gemessenen Werte der Einlasslufttemperatur, des Kompressordruckverhältnisses und der Brennstoffflussrate gemäß einer vorbestimmten funktionalen Beziehung und Eingeben des korrigierten Brennstoffflussratenwertes in das Programm zur Berechnung der Leistungscharakteristik, um die Leistungscharakteristik der Gasturbine zu bestimmen.
Ein erfindungsgemäßes System zur Analyse der Leistungscharakteristik einer Gasturbine kann ein arithmetisches Modul aufweisen (im folgenden Justierfunktionsfestlegemodul genannt), welches eine funktionale Beziehung des Justiermodul festlegt, so dass die Abweichung der Werte der Abgabeleistung und der Abgastemperatur, die berechnet werden durch Eingeben von Zeitfolgedaten einer bestimmten Zeitperiode über aktuell gemessene Werte der Einlasslufttemperatur ,des Kompressordruckverhältnisses und der Brennstoffflussrate oder von Daten über eine Vielzahl von Betriebsbedingungen (im folgenden eine Vielzahl von Datensätzen genannt), wobei die aktuell gemessenen Werte innerhalb vorbestimmter erlaubbarer Parameterbereiche liegen.
Das Justiermodul führt eine Korrekturberechnung der Brennstoffflussrate auf der Grundlage der aktuell gemessenen Werte der Einlasslufttemperatur, des Kompressordruckverhältnisses und der Brennstoffflussrate gemäß einer vorbestimmten funktionalen Beziehung durch, ersetzt den Brennstoffflussratenwert, der bei der in Rede stehenden Ausrüstung gemessen ist, durch den korrigierten Brennstoffflussratenwert und führt den korrigierten Brennstoffflussratenwert in das Leistungscharakteristikberechnungsmodul ein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Leistungscharakteristik einer Gasturbine genau zu analysieren, indem nur wenige Faktoren justiert werden, ohne dass komplizierte Prozeduren ausgeführt werden müssen. Gemäß der vorliegenden Erfindung können verschiedene Faktoren, die zu der Abweichung zwischen dem aktuell gemessenen Wert und dem berechneten Wert der Leistung in Beziehung stehen, effektiv und einfach auf verständliche Weise justiert werden, indem die Daten nur einer Größe korrigiert werden unter Verwendung von Eingabeinformation dreier Größen, ohne komplizierte Verfahren durchführen zu müssen, die eine große Menge an Information verwenden. Ferner besteht die zur Korrektur notwendige Information aus Messdaten von nur fünf Größen.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm eines Systems zur Analyse der Leistungscharakteristik einer Gasturbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Eingabe-Ausgabe-Diagramm, welches die Funktion eines Moduls zum Festlegen einer Justierfunktion in einem System zur Analyse der Leistungscharakteristik einer Gasturbine, das in 1 gezeigt ist, zeigt.
3 ist ein Ablaufflussdiagramm eines Moduls zur Festlegung einer Justierfunktion in dem in 1 gezeigten System zur Analyse der Leistungscharakteristik einer Gasturbine.
4 ist ein schematisches Diagramm eines Moduls zur Festlegung einer Justierfunktion bei dem in 1 gezeigten System zur Analyse der Leistungscharakteristik einer Gasturbine.
5 ist ein Flussdiagramm einer Leistungscharakteristikanalyse, bei der ein konfiguriertes Justiermodul in dem in 4 gezeigten System zur Analyse der Leistungscharakteristik einer Gasturbine verwendet wird.
6 ist ein schematisches Diagramm eines konventionellen Systems zur Analyse der Leistungscharakteristik einer Gasturbine.
7 zeigt ein Beispiel der Berechnung einer Leistungscharakteristik (Konstantratenkorrekturtyp) nach einem konventionellen Verfahren.
8 zeigt ein Beispiel einer Leistungscharakteristikberechnung (vereinfachter Typ).
9 zeigt ein Beispiel einer Leistungscharakteristikberechnung (kompletter Typ).

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
(Beste Ausführungsform der Erfindung)
Bei der Berechnung der Leistungscharakteristik der Gasturbine analysierten wir Faktoren, die die Abweichung zwischen dem berechneten Wert und dem aktuell gemessenen Wert hervorrufen, und wir stellten gemessene Abweichungen in der Balance zwischen Energieinput und -output als einen der dominierenden Faktoren fest. Dann analysierten wir Faktoren, die die Disbalance beeinflussen und fanden signifikant einflussreiche Faktoren. Auf dieser Grundlage entwickelten wir ein Modelljustiermittel zur Eliminierung eines Fehlers, der durch die Energiedisbalance hervorgerufen wird und entwickelten die vorliegende Erfindung. Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung im Detail beschrieben.
(Analyse konventioneller Verfahrung und Erschaffung eines Modells)
Zuerst wird ein konventionelles System zur Analyse der Leistungscharakteristik einer Gasturbine beschrieben, um dieses mit der vorliegenden Erfindung zu vergleichen.
6 ist ein schematisches Diagramm eines typischen konventionellen Systems zur Analyse der Leistungscharakteristik einer Gasturbine. Im Folgenden wird dieses System „konventionelles Verfahren“ genannt. Um Probleme zu analysieren, wie sie im Folgenden hier beschrieben werden, werden Situationen dargestellt, in denen eine Modelljustierung nicht durchgeführt wird. Das Analysesystem 60 weist Eingabemittel 5 zur Eingabe von Information 2 auf, die für die Eingabe von Information zur Berechnung der Leistungscharakteristik bestimmt ist und in Information 1 über aktuelle Ausrüstungsmessungen einer Gasturbine enthalten ist (im folgenden gegebenenfalls abgekürzt als aktueller Messwert) zur Eingabe in ein Modul 7 zur Berechnung der Leistungscharakteristik. Das Analysesystem 60 weist das Modul 7 zur Berechnung der Leistungscharakteristik auf zum Bestimmen eines vorbestimmten Wertes der Leistungscharakteristik der Gasturbine auf der Grundlage der eingegebenen Information 2, ein Modul 9 zur Abschätzung der Leistungscharakteristik, um die aktuell gemessene Leistungscharakteristik auf der Grundlage der Abweichung zwischen der Informationen über das Ergebnis der Berechnung 8 und der Information 3 zu bestimmen, die in der aktuellen Information 1 enthalten ist, einen Speicher 10 zum Speichern der Information über das Bestimmungsergebnis, welche von dem Modul zur Abschätzung der Leistungscharakteristik ausgegeben wird und Ausgabemittel 11 zum Ausgeben der Information über das Ergebnis der Abschätzung, die in dem Speicher 10 gespeichert ist oder der Information über das Ergebnis der Abschätzung, die von dem Modul 9 zur Abschätzung der Leistungscharakteristik als Analyseinformation 13 ausgegeben wird.
Die Ablauftheorie des konventionellen Analysesystems 60 wird im Folgenden beschrieben.
Die aktuelle Information 1 ist die Eingabeinformation, die Messwerte der aktuellen Gasturbineservicebedingungen und des Betriebszustandes darstellen. Zusätzlich zu den Betriebsbedingungen, die die Brennstoffflussrate der Gasturbine umfassen, beinhalten die Servicebedingungen ebenfalls Umgebungsbedingungen, wie die Atmosphärentemperatur, den Atmosphärendruck und die Atmosphärenfeuchtigkeit, die die Gasturbinenleistungscharakteristik beeinträchtigen. Die Messwerte dieser Umgebungsbedingungen sind nicht immer Messwerte, die an den Orten erhalten werden, an denen die Ausrüstung installiert ist, sondern können auch Daten umfassen, die von einer nahegelegenen meteorologischen Beobachtungsstation geliefert werden und anstelle von vor Ort erfassten Daten verwendet werden können.
Die aktuelle Information 1 kann auf zwei Arten verwendet werden: als Information 2 und als Information 3. Typische Information 2 umfaßt die Einlasslufttemperatur der Luft, die dem Kompressor der Gasturbine zugeführt wird, das Kompressordruckverhältnis und die Brennstoffflussrate, mit der der Brennstoff der Gasturbine zugeführt wird, und wird als Betriebsbedingungsinformation verwendet, die dem Modul 7 zur Berechnung der Leistungscharakteristik zugeführt wird. Typische Information 3 umfaßt die Ausgangsleistung eines Generators der Gasturbine und die Abgastemperatur des Abgases, welches von der Gasturbine abgelassen wird und die verwendet wird, um den Zustand der Ausrüstung zu bestimmen, indem diese Werte verglichen werden mit der Leistungsabgabe und der Abgastemperatur, die durch das Modul 7 zur Berechnung der Leistungscharakteristik berechnet wurden.
Die Eingabemittel 5 empfangen Information 2, die in der aktuellen Information 1 enthalten ist in Form elektronischer Daten von der Gasturbine oder von einem Datenserver, der mit der Gasturbine über ein Kabel oder eine schnurlose Kommunikationsleitung verbunden ist, und gibt diese Information in das Modul 7 zur Berechnung der Leistungscharakteristik ein. Genauer gesagt wird die Information 2 von dem Informationsempfangsgerät über eine Kommunikationsschaltung empfangen, und die empfangene Information wird in ein mit dem Modul 7 zur Berechnung der Leistungscharakteristik kompatiblen Eingabeformat durch Informationskonvertierungsmittel konvertiert, und anschließend wird die Information eingegeben. Die Information 2 wird auf einer beliebigen Stufe von der aktuellen Ausrüstungsmesswertinformation getrennt, bevor diese durch die Eingabemittel 5 empfangen werden bis zu einem Zeitpunkt, an dem die Information in das Modul 7 zur Berechnung der Leistungscharakteristik eingegeben wird.
Ferner empfängt das Eingabemittel 5 auf die gleiche Weise Information 3, die in der aktuellen Information 1 enthalten ist, in Form elektronischer Daten von der Gasturbine oder einem Datenserver, der über Kabel oder eine schnurlose Kommunikationsleitung mit der Gasturbine verbunden ist und gibt diese Information dann in das Modul 9 zur Abschätzung der Leistungscharakteristik ein. Genauer gesagt wird die Information 3 von dem Gerät zum Empfang der Information über eine Kommunikationsschaltung empfangen, und die empfangene Information wird in ein Eingabeformat konvertiert, welches mit dem Modul 9 zur Abschätzung der Leistungscharakteristik kompatibel ist, durch das Informationskonvertierungsmittel konvertiert, und anschließend wird die Information eingegeben. Die Information 3 wird von der aktuellen Information 1 auf einer beliebigen Stufe getrennt, bevor diese von dem Eingabemittel 5 empfangen wird, bis zu einem Zeitpunkt, an dem die Information in das Modul 9 zur Abschätzung der Leistungscharakteristik eingegeben wird.
Das Modul 7 zur Berechnung der Leistungscharakteristik empfängt Information 2, die aus dem aktuell gemessenen Wert besteht, der von dem Eingabemittel 5 zur Berechnung der Leistungscharakteristik verwendet werden soll, berechnet die erwartete Leistungscharakteristik der Gasturbine und gibt die Information 8 aus. Die Information 8 umfasst typischerweise die Abgabeleistung und die Abgastemperatur. Das Modul 7 zur Berechnung der Leistungscharakteristik führt bekannte Rechenmethoden durch wie die Berechnung thermodynamischer oder aerodynamischer Zyklen oder künstliche Intelligenzalgorhythmen, die ein neurales Netzwerk umfassen, um als Computerprogramm oder ein dediziertes Rechenmodul verwendet zu werden.
Darüber hinaus bezeichnet bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein als „Modul“ beschriebenes Element ein implementiertes Mittel, ein bekanntes Rechenmittel, realisiert als ein elektronisches Gerät, Computerprogramme, arithmetische Chips oder dedizierte Schaltungen. Ferner kann die Vorrichtung als ein einzelnes Modul arbeiten und es kann ebenfalls eine Komponente einer Mehrzahl von Schaltungen sein, die ein Programm oder ein Modul konfigurieren. Zum Beispiel haben das Modul 7 zur Berechnung der Leistungscharakteristik und das Modul 9 zur Abschätzung der Leistungscharakteristik, welches später beschrieben wird, verschiedene Modulnamen, um funktionale Konfigurationen klar zu beschreiben, sie müssen jedoch nicht aus zwei verschiedenen Hardwareteilen bestehen und werden allgemein als Untermodule implementiert, die ein Analyseprogramm konfigurieren.
Information 8, die durch das Modul 7 zur Berechnung der Leistungscharakteristik berechnet wurde, wird als elektronische Daten ausgegeben und in das Modul 9 zur Abschätzung der Leistungscharakteristik eingegeben.
Das Modul 9 zur Abschätzung der Leistungscharakteristik bestimmt Werte der Leistungsabgabe und der Abgastemperatur, die in der Information 8 über das Berechnungsergebnis enthalten sind auf der Grundlage der Abweichung von der Information 3, die den aktuellen Messwert umfaßt, der für die Bestimmung verwendet wird. Zum Beispiel mit Bezug auf die Abgabeleistung oder die Abgastemperatur, wenn die Abweichung zwischen dem Wert der Information 8 und dem Wert der Information 3, der aktuell gemessen wird, und zur Bestimmung verwendet wird, einen vorbestimmten Stellenwert überschreitet, wird ein Trägersignal für einen Alarm gebildet. Alternativ kann die Erfassung der Anwesenheit oder Abwesenheit einer Anomalie aufgrund zeitlicher Änderung, eine quantitative Bestimmung der Anomalie oder eine Berechnung der Änderung in der Leistungscharakteristik durchgeführt werden, indem frühere abgespeicherte Ergebnisse, die in dem im folgenden beschriebenen Speicher 10 gespeichert sind, durchgeführt werden. Bei der vorliegenden Erfindung werden in manchen Fällen verschiedene Operationen des Moduls 9 zur Abschätzung der Leistungscharakteristik kollektiv „vergleichende Bestimmung zwischen Erwartung und Messung“ genannt, und die sich ergebende Information wird kollektiv „Vergleichsdaten“ genannt. Vergleichsdaten des Moduls 9 zur Abschätzung der Leistungscharakteristik werden in dem Speicher 10 gespeichert. Typische gespeicherte Information umfaßt die aktuelle Information 1 über Ausrüstungsmessdaten und Information 8. Der Speicher 10 ist ein bekannter Informationsspeicher, wie beispielsweise eine Festplatte, eine optische Platte, ein Speichermedium oder dergleichen. Allgemein werden beim Betrieb des Moduls 9 zur Abschätzung der Leistungscharakteristik Vergleichsdaten sequenziell in dem Speicher 10 abgespeichert. Vergleichsdaten des Modul 9 zur Abschätzung der Leistungscharakteristik oder Information, die im Speicher 10 gespeichert ist, wird durch das Ausgabemittel 11 ausgegeben, und als Analyseinformation 13 verwendet. Das Ausgabemittel 11 ist ein Mittel zum Ausgeben von Information aus dem Analysesystem 60 nach draußen, und genauer gesagt ist es eine Anzeige wie in Monitor, Filetransfermittel wie Filetransferprotokolle, ein Fileausgabemittel zum Ausgeben eines Datenfiles, ein Informationsspeichermittel wie eine Festplatte oder ein Mittel zum Ausgeben von Werten von einem elektronischen Medium zu einem anderen Medium wie zum Beispiel ein Drucker.
Um die Effizienz, Genauigkeit und Probleme des konventionellen Verfahrens zu analysieren, wird ein Beispiel, in dem die Leistungscharakteristik einer Gasturbine ermittelt wird, in 7 gezeigt. Wenn hierbei die Fehlerrate positiv ist, zeigt dies an, dass der berechnete Wert größer ist als der aktuell gemessene Wert, wenn die Fehlerrate negativ ist, ist der berechnete Wert kleiner als der aktuell gemessene Wert. Bei dem in 7 gezeigten konventionellen Beispiel liegt ein maximaler Fehler bei nahe 2 % zwischen dem aktuell gemessenen Wert und dem berechneten Wert bezüglich der Ausgangsleistung und der Abgastemperatur. In einem Bereich A in 7 ist bezüglich der Abgabeleistung und der Abgastemperatur der berechnete Wert größer als der aktuell gemessene Wert, aber in Bereich B ist bezüglich der Abgabeleistung und der Abgastemperatur der berechnete Wert kleiner als der aktuell gemessene Wert.
Dies zeigt an, dass der Energieinput und -output nicht ausbalanciert sind. Mit anderen Worten, die gesamte Inputenergie der Einlassluft und der Brennstoff, der in die Gasturbinenanlage eingeführt wird, ist nicht gleich der gesamten Outputenergie der Abgabeleistung, dem Abgas und dem Verlust, die von der Gasturbinenanlage ausgegeben werden. D.h., wenn die aktuell gemessenen Werte als Kriterien verwendet werden, zeigen die berechneten Ergebnisse an, dass die Abgabeenergie viel größer ist als die Eingabeenergie im Bereich A und die Abgabeenergie im Bereich B unzureichend ist. In einem Berechnungsmodell des Moduls 7 wird in diesem Fall eine Berechnung derart angestellt, dass der Energieeingang und -ausgang ausbalanciert sein können. Dies gibt an, dass die Eingabeenergie und -ausgabe bezüglich der aktuell gemessenen Werte nicht ausbalanciert sind und auch nicht in dem Berechnungsmodell des Modul 7 zur Berechnung der Leistungscharakteristik. Dies ist der Punkt, der von den Erfindern erkannt wurde.
Eine der möglichen Ursachen für die Abweichung der Energiebalance zwischen dem Eingang und dem Ausgang bezüglich der aktuell gemessenen Werte ist die Abgastemperatur. Die Abgastemperatur wird an mehr als einem Dutzend Punkte in Umfangsrichtung am Turbinenausgang der Gasturbine gemessen, und ein Mittelwert wird angegeben und zur Bestimmung der Leistungscharakteristik und zur Anlagensteuerung verwendet. Es gibt jedoch komplizierte Faktoren wie beispielsweise eine Temperaturabsenkung vom Turbinenausgang bis zur Abgasleitung sowie die Temperaturverteilung in Umfangsrichtung in Durchmesserrichtung auf dem Querschnitt, wo Thermoelemente angeordnet sind sowie Wirbelströmungen. Daher stimmt der oben erwähnte repräsentative Wert nicht mit dem wirklichen thermodynamisch ausbalancierten Wert der Abgastemperatur überein. Es ist jedoch extrem schwer, einen wirklichen Wert der Abgastemperatur unter Berücksichtigung aller dieser komplizierten Faktoren abzuschätzen. Es ist somit notwendig, ein einfaches und effizientes Verfahren anzugeben, um diese Probleme bezüglich der Abweichung der Energiebalance zu lösen, so dass eine korrekte Leistungscharakteristikbestimmung erzielt werden kann.
Während wir die oben erwähnten komplizierten Phänomene bezüglich der Abgastemperatur berücksichtigten, um eine einfache und praktikable Lösung zu finden, fanden wir zuerst dominierende Faktoren, die die Abweichung der Energiebalance verursachen, indem wir eine thermodynamische Analyse durchführten und ein Modelljustierungsverfahren erstellten.
Zuerst, um dominierende Faktoren, die die Abweichung der Energiebalance hervorrufen, organisierten wir, wie weiter unten beschrieben wird, relevante Faktoren über den Leistungszyklus der Gasturbine, vereinfachten die Faktoren und identifizierten anschließend die dominierenden Faktoren.
Zuerst wurde, wie in Gleichung (1) gezeigt, auf der Grundlage der Gasturbinenzyklustheorie die Abweichung ΔH der gemessenen Energiebalance zwischen Eingangs- und Ausgangsenergie in einem Modell formuliert, als Funktion von drei Elementen: Kompressoreffizienz ηc, welche die Kompressorleistung beeinträchtigt, Turbineneffizienz ηt, die die Turbinenleistung beeinträchtigt, und Kraftstoffenergiezufuhr QF, die den größten Anteil an der Energiezufuhr hat. Dabei bezeichnet f eine Funktion, wie auch im Folgenden. $ΔΗ= f (η,η t,QF)$
Die Kompressoreffizienz und die Turbineneffizienz auf der linken Seite von Gleichung 1 kann thermodynamisch auf der Grundlage der Temperaturen und Drücke an jedem Eingang und jedem Ausgang des Kompressors und der Turbine berechnet werden. Um jedoch die Gleichung zu vereinfachen, haben wir die Ausgangstemperatur weggelassen und das Turbinendruckverhältnis durch das Kompressordruckverhältnis ersetzt und eine Beziehung zwischen den Gleichungen (2) und (3) vorausgesetzt. Darin bedeutet Tci eine Einlasslufttemperatur, Tti eine Turbineneinlasstemperatur und Φc ein Kompressordruckverhältnis. $η c=f (Tci, Φ c)$
$η t=f (Tti, Φ c)$
Wir berücksichtigten die Turbineneinlasstemperatur Tti auf der rechten Seite von Gleichung (3) derart, dass sie Gleichung (4) entspricht auf der Grundlage der Energiebalance zwischen Zufuhr- und Abfuhrenergie. Dabei bezeichnet Tcd eine Kompressorauslasstemperatur. $Tti=f (Tcd,QF)$
Die Kompressorauslasstemperatur Tcd auf der rechten Seite von Gleichung (4) kann thermodynamisch dargestellt werden als Gleichung (5) $Tcd=F (Tci, η c)$
(1) bis (5) ergeben Gleichung (6): $ΔΗ= f (Tci, Φ c,QF)$
Somit fanden wir ungefähr drei dominierende Faktoren, die die Abweichung der Energiebalance zwischen Zufuhr- und Abfuhrenergie bewirken: Einlasslufttemperatur des Kompressors, Kompressordruckverhältnis und Kraftstoffenergie.
Als nächstes studierten wir unter Verwendung der Einlasslufttemperatur, des Kompressordruckverhältnisses und der Kraftstoffenergie, die die drei dominierenden erfassten Faktoren sind, ein Verfahren zur Korrektur der Abweichung der Energiebalance. Um die Energiedisbalance zu korrigieren, studierten wir insbesondere, welcher Faktor korrigiert werden sollte und entschieden uns dafür, die Kraftstoffflussrate zu korrigieren.
Der Grund dafür wird im Folgenden beschrieben. Um die Energiedisbalance zu korrigieren, ist es notwendig, entweder das Innere des Hauptkörpers des Modells zu korrigieren oder die Energiezufuhr oder -abgabe. Da es eine Tatsache ist, dass die Energiezufuhr und -abfuhr in dem Modell ausbalanciert sind, würde das Justieren und Ändern des Inneren des Hauptkörpers diese Prämisse ignorieren, und daher wären solche Justierungen und Änderungen unkorrekt. Ferner werden die Leistungsabgabe und die Abgastemperatur, die Ausgangswerte sind, korrigiert, um die Degradation und Anomalie der Turbinenleistungscharakteristik zu analysieren. Daher ist eine Korrektur dieser Ausgangswerte ebenfalls nicht korrekt. Dementsprechend muss entweder die Brennstoffflussrate oder die Luftströmungsrate, die beide Eingangswerte sind, korrigiert werden. Von diesen beiden haben wir die Brennstoffflussrate als zu korrigierende Größe gewählt, da die Energiemenge der Brennstoffflussrate signifikant groß und einflussreich ist.
Somit entschieden wir uns, die Brennstoffflussrate als eine zu korrigierende Größe zu verwenden und erstellten eine Korrekturformel, um die Abweichung der Energiebalance, wie weiter unten gezeigt, zu berechnen. In Gleichung (8) vereinfachten wir die Funktion und nahmen eine lineare Beziehung an, und in beiden Gleichungen (7) und (8) ersetzten wir die Kraftstoffenergie, die berechnet werden muss durch die Brennstoffflussrate, die direkt gemessen werden kann. $GF_cor= γ xGF$
$\begin{matrix} γ = f (Tci, Φ c Gf) \\ = (a 1 xTci+a2x Φ cxa3xGf) + b \end{matrix}$
Darin bezeichnet GF eine Brennstoffflussrate, Gf_cor bezeichnet eine korrigierte Brennstoffflussrate, γ bezeichnet einen Korrekturkoeffizienten, ai(1 = 1, 2, 3) bezeichnet einen Koeffizienten, und b bezeichnet einen konstanten Ausdruck.
(Konfiguration eines Systems zur Analyse der Leistungscharakteristik einer Gasturbine nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung).
Auf der Grundlage der oben erwähnten Analyse zeigt 1 ein schematisches Diagramm eines Systems 4 zur Analyse der Leistungscharakteristik einer Gasturbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zusätzlich zu den Komponenten des konventionellen System 4 zur Analyse der Leistungscharakteristik einer Gasturbine gemäß 6 weist das System 4 zur Analyse der Leistungscharakteristik des Systems 4, welches in 1 gezeigt ist, ein Justiermodul 6, welches den Wert der Brennstoffflussrate korrigiert, der in der aktuellen Ausrüstungsmessinformation enthalten ist, die eingegeben wird zur Leistungscharakteristikberechnung, gemäß der oben erwähnten Beziehung zwischen den Gleichungen (7) und (8), und ein Modul 12 auf, welches die Daten konfiguriert, die in dem Justiermodul 6 enthalten sind.
Die aktuell gemessenen Werte der Gasturbine, die in das System 4 zur Analyse der Leistungscharakteristik einer Gasturbine eingegeben werden müssen, sind, wie in 1 gezeigt, die folgenden, d.h. die Lufteinlasstemperatur Da der Einlasstemperatur, die dem Kompressor zugeführt wird, das Kompressordruckverhältnis P, die Brennstoffflussrate F des Brennstoffs, der der Gasturbine zugeführt und in dieser verbrannt wird, die Leistungsabgabe E des Generators E und die Abgastemperatur De des Abgases, welches von der Gasturbine abgelassen wird.
Das Justiermodul 6 ist ein Rechenmodul, in dem Funktionen der Gleichungen (7) und (8) implementiert sind. In diesem Modul wird eine Berechnung gemäß dieser Berechnungsformeln angestellt, um den aktuell gemessenen Wert der Brennstoffflussrate zu korrigieren, in dem die Funktion der Einlasslufttemperatur des Kompressors, das Kompressordruckverhältnis und die Brennstoffflussrate verwendet werden. Dann wird bei den Eingabedaten für die Leistungscharakteristikberechnung der Originalwert der Brennstoffflussrate ersetzt durch den korrigierten Wert der Brennstoffflussrate (korrigierte Brennstoffflussrate), und dann wird der Wert in das Modul 7 zur Berechnung der Leistungscharakteristik eingegeben.
Hierbei werden die spezifischen Inhalte der Gleichungen (7) und (8), die die Inhaltsdaten der Funktion (f) von Gleichung (8) sind, die Koeffizienten a1 bis a3 und der Wert des konstanten Ausdrucks b durch das Modul 12 zum Festlegen der Justierfunktion vorbestimmt. Wie in 2 gezeigt ist, führt das Modul 12 zur Festlegung der Justierfunktion auf der Grundlage einer Vielzahl von Datensätzen 20, die durch eine bestimmte Prozedur erhalten werden (im Folgenden mit „Vielzahl von Datensätzen“ bezeichnet) eine Berechnung aus, um spezifisch die unbestimmte Konstante der Justierfunktion (Gleichungen (7) und (8)) im Justiermodul 6 zu bestimmen.
Eine Vielzahl von Datensätzen 20 sind Zeitreihendaten einer bestimmten Periode oder Daten über eine Mehrzahl verschiedener Betriebsbedingungen bezüglich der aktuell gemessenen Wert der Gasturbine einschließlich der Einlasslufttemperatur des Kompressors, die Kompressordruckrate, die Brennstoffflussrate, die Abgabeleistung des Generators und die Abgastemperatur. Im Folgenden werden ein Satz aktuell gemessener Werte der Gasturbine einschließlich der Einlasslufttemperatur des Kompressors, die Kompressordruckrate, die Brennstoffflussrate, die Ausgangsleistung des Generators und die Abgastemperatur, gemessen unter einer bestimmten Bedingung oder zu einem Zeitpunkt, „Datensatz“ genannt und die Sätze von gemessenen Werten unter einer Mehrzahl von Bedingungen oder zu einer Mehrzahl von Zeitpunkten werden eine „Mehrzahl von Datensätzen“ genannt. Ferner werden die Lufteinlasstemperatur, das Kompressordruckverhältnis und die Brennstoffflussrate zusammen „Information 2“ genannt, und die Ausgangsleistung und die Abgastemperatur werden gemeinsam „Information 3“ genannt.
Darüber hinaus enthält die Funktion f, die die oben aufgeführte Gleichung (8) zeigt, selbst wenn sie nicht in diese Gleichung eingefügt ist, einen Algorhythmus, in dem auf der rechten Seite in Klammern gezeigte Ausdrücke als Eingabewerte enthalten sind und Ausdrücke, die auf der linken Seite der Gleichung in Klammern gezeigt sind, umfassen Ausgabewerte. Daher ist das Festlegen der Justierfunktion in dem Modul 12 zur Festlegung der Justierfunktion nicht auf die Bestimmung der Gleichung begrenzt, die die Funktion f der Gleichung (8) ausdrückt, und die Konstante, wie der Koeffizient, der in der Gleichung enthalten ist, sondern im weitesten Sinne ist die Berechnung des Wertesatzes, der erforderlich ist, um die Berechnung durchzuführen, enthalten, selbst wenn ein Algorhythmus nicht explizit in der Gleichung ausgebildet ist. Mit anderen Worten, das Festlegen der Justierfunktion bedeutet das allgemeine Festlegen, was nötig ist, um eine Berechnung durchzuführen, wenn die Einlasslufttemperatur, die Kompressordruckrate und die Brennstoffflussrate sowie die korrigierte Brennstoffflussrate eingegeben werden.
(Die Berechnung des Flusses durch das Modul zur Festlegung der Justierfunktion)
Um die Arbeitsschritte des Moduls 12 zur Festlegung der Justierfunktion im Detail zu beschreiben, zeigt 3 den Prozessablaufplan. Der Prozessablaufplan ist grob klassifiziert in zwei Teile: die erste Hälfte und die letzte Hälfte. In der ersten Hälfte (Schritte 22 bis 28) werden der codierte Wert der Brennstoffflussrate (korrigierte Brennstoffflussrate) und der Korrekturkoeffizient (wird später beschrieben) durch die iterative Konvergenz erhalten, so dass hinsichtlich eines jeden Datensatz der Mehrzahl von Datensätzen 20 die Abweichung zwischen den berechneten Werten der Ausgangsleistung und der Abgastemperatur, die durch die Leistungscharakteristikberechnung und die aktuell gemessenen Werte erhalten werden, die sich innerhalb vorbestimmter erlaubter Kriterien befinden. In der letzteren Hälfte (Schritt 29) werden auf der Grundlage der Korrekturkoeffizienten aller Datensätze (aller Datensätze der Mehrzahl der Datensätze 20), die so erhalten wurden, und basierend auf der entsprechenden Einlasslufttemperatur, des Kompressordruckverhältnisses und der Brennstoffflussrate, der Koeffizient und der konstante Ausdruck der Gleichung (8) durch Anpassung bestimmt. Untenstehend wird jeder Schritt aufeinanderfolgend beschrieben.
In dem Schritt 22 zur Berechnung der Leistungscharakteristik, der Teil einer Schleife ist, in der die Berechnung zum nächsten Datensatz in Schritt (28) (wird weiter unten beschrieben) fortschreitet, wird die Berechnung der Leistungscharakteristik der Gasturbine ausgeführt, indem ein einzelner Datensatz an diesem Punkt (enthalten in der Mehrzahl der Datensätze 20) als Eingabedaten festgelegt wird. Die Inhalte der Leistungscharakteristikberechnungen sind die gleichen wie die der Berechnung, die in dem oben erwähnt Modul 7 (6) zur Berechnung der Leistungscharakteristik verwendet werden.
Die Ergebnisse der Berechnung der Leistungscharakteristik, die in dem Schritt 22 zur Berechnung der Leistungscharakteristik erhalten werden, die die berechneten Werte der Ausgangsleistung und der Abgastemperatur sind, werden mit den aktuell gemessenen Werten verglichen, die in dem entsprechenden Datensatz enthalten sind, d.h. in der Information 2, und es wird in dem Bestimmungsschritt 23 bestimmt, ob die Abweichung zwischen dem berechneten Wert und dem aktuell gemessenen Wert sich innerhalb vorbestimmter erlaubter Kriterien befindet.
Wenn das bestimmte Ergebnis falsch ist, wird in dem darauffolgenden Revisionsschritt 24 der Wert der Brennstoffflussrate revidiert und der originale Brennstoffwert, der in dem entsprechenden Datensatz enthalten ist, wird ersetzt durch den revidierten Brennstoffflussratenwert, und dann wird die Berechnung der Leistungscharakteristik erneut durchgeführt. Die Revision der Brennstoffflussrate und die Berechnung der Leistungscharakteristik, bei der der revidierte Wert verwendet wird, werden wiederholt durchgeführt, bis das bestimmte Ergebnis in dem Bestimmungsschritt 23 richtig ist.
Die vorbestimmten erlaubten Kriterien in dem oben erwähnten Bestimmungsschritt 23 geben zum Beispiel an, ob die Abweichungsrate oder der Absolutwert der Abweichung zwischen dem aktuell gemessenen Wert und dem berechneten Wert der Ausgangsleistung und der Abgastemperatur sich innerhalb vorbestimmter oberer und unterer Grenzen befindet. Ferner ist es wünschenswert zu bestimmen, ob die Summe der Abweichungsraten innerhalb oberer und unterer Grenzwerte liegt. Die Kriterien in dem Bestimmungsschritt 23 sind nicht auf das obenstehende begrenzt, sondern es ist akzeptabel zu bestimmen, ob der Grad der Abweichung zwischen dem aktuell gemessenen Wert und dem berechneten Wert der Ausgangsleistung und der Abgastemperatur innerhalb eines erlaubten Bereiches liegt, in dem die vorbestimmten Kriterien angewendet werden.
Als ein Beispiel für die Brennstoffflussratekorrekturverfahren in dem Revisionsschritt 24 wird die Abweichung zwischen dem berechneten Wert und dem aktuell gemessenen Wert der Ausgangsleistung bzw. der Abgastemperatur in eine äquivalente Energiemenge (dabei wird die Abgastemperatur als Enthalpie des Abgases berechnet) konvertiert, und ein Korrekturkoeffizient γ wird berechnet durch Summation ΔH_er der Abweichungen des Brennstoffenergiezufuhrwertes QF, wie in Gleichung (9) gezeigt. Anschließend ist es durch Eingeben des erhaltenen Wertes in Gleichung (7) möglich, den korrigierten Wert der Brennstoffflussrate zu bestimmen. Dabei bezeichnet k einen Koeffizienten, der verwendet wird, um die Anzahl der Berechnungen und die Genauigkeit zu justieren. $γ=1− kx ΔΗ_er/QF$
Dabei ist der Grund, warum γ als „Revisions“koeffizient bezeichnet wird, der, dass der Koeffizient sich von dem „Korrektur“koeffizienten unterscheidet, der mit Bezug auf die Gleichungen (7) und (8) beschrieben wurde. D.h., der „Korrektur“koeffizient gemäß der Gleichungen (7) und (8) ist ein „Korrektur“koeffizient, der verwendet wird, um den „korrigierten Wert“ der Brennstoffflussrate zu berechnen, indem eine vorbestimmte Funktion verwendet wird. Andernfalls ist der „Revisions“koeffizient ein Koeffizient, der in Beziehung steht mit dem „korrigierten Wert“ der Brennstoffflussrate, die erhalten wurde durch Durchführen von Revisionen mittels iterativer Berechnung, indem eine Konvergenz gesucht wird, so dass der berechneten Wert mit dem aktuell gemessenen Wert übereinstimmt.
Dementsprechend wurden diesen Koeffizienten verschiedene Namen gegeben.
Das oben erwähnte Verfahren zur Korrektur der Brennstoffflussrate ist lediglich ein Beispiel, und solange, wie der Revisionswert der Brennstoffflussrate erhalten wird, um den Wert zu erfassen, der die Bestimmungskriterien im Bestimmungsschritt 23 erfüllt, können andere Verfahren angewendet werden, wie zum Beispiel bekannte Optimierungsberechnungen und Konvergenzberechnungsverfahren. Alternativ können, anstatt eine Bestimmung eines individuellen Datensatzes wie im Bestimmungsschritt 23 gezeigt, Inhalte der Funktionen der oben gezeigten (7) und (8) gemäß der Kriterien festgelegt werden, die entscheiden, ob ein Indexwert eine Abweichung in allen Datensätzen zeigt, wie ein Mittelwert oder ein Maximalwert der Abweichung zwischen der berechneten Abgabeleistung und Abgastemperatur und den aktuell gemessenen Werten bezüglich einer Mehrzahl von Datensätzen, sich innerhalb eines vorbestimmten erlaubten Bereiches befindet. Mit anderen Worten, ein Optimierungs- oder Konvergenzberechnungsverfahren kann verwendet werden, wobei eine Gleichung einer Funktion oder eine unbestimmte Konstante wie oben erläutert bestimmt wird, oder ein festgesetzter Wert zur Durchführung eines Algorhythmus bestimmt wird.
Wenn das bestimmte Ergebnis im Bestimmungsschritt 23 als das Ergebnis der Revision der Brennstoffflussrate und der Berechnung der Leistungscharakteristik richtig wird, indem der revidierte Wert verwendet wird, während der korrigierte Wert der Brennstoffflussrate und der Wert des Korrekturkoeffizienten γ in dem Schritt 25 ausgegeben und zur Datenspeicherung in dem Schritt 26 geschickt. Zu diesem Zeitpunkt werden die Werte der Einlasslufttemperatur, der Kompressordruckrate und der originalen Brennstoffflussrate eines jeden Datensatzes ebenfalls zur Datenspeicherung im Schritt 26 geschickt und dann abgespeichert.
Die Operationen von Schritt 22 bis Schritt 25 werden wiederholt gesteuert durch den Schritt 27 (Datensatzschleifenendbestimmung) und den Schritt 28, indem die Verarbeitung zu dem nächsten Datensatz fortschreitet, bis die Verarbeitung aller der Mehrzahl von Datensätze 20 abgeschlossen ist.
Wenn die wiederholte Bearbeitung aller Datensätze abgeschlossen ist, wird in Schritt 29, der Teil der letzten Hälfte ist, die Funktion der Gleichung (8) durch Anpassung identifiziert auf der Grundlage des Korrekturkoeffizient γ aller Datensätze und der Daten bezüglich der entsprechenden Einlasslufttemperatur, des Kompressordruckverhältnisses und der Brennstoffflussrate, die in dem Datenspeicherschritt gespeichert sind. Bei der einfachsten Anpassungsmethode wird auf die lineare Funktion der zweiten Gleichung der Gleichung (8) eine Least-Square-Regression angewendet, und der Koeffizient und der konstante Ausdruck der Gleichung werden bestimmt. Eine Gleichung der Funktion ist jedoch nicht auf die lineare Funktion beschränkt und jede Funktion ist geeignet, solange der Korrekturkoeffizient γ als eine Funktion der Einlasslufttemperatur, des Kompressordruckverhältnisses und der Brennstoffflussrate ausgedrückt ist. Ferner ist das Anpassungsverfahren nicht begrenzt auf eine lineare Least-Square-Regression, und es kann ein bekanntes Optimierungs- oder Regressionsanalyseverfahren angewendet werden, wobei eine unbestimmte Konstante der Funktion bestimmt werden kann, so dass die Abweichung zwischen dem berechneten Wert und dem aktuell gemessenen Wert klein ist.
Dabei wird auf der linken Seite der Gleichung (8) ein Korrekturkoeffizient vorgesehen, um die Erläuterung der Gleichung der Funktion zu vereinfachen. Es versteht sich jedoch von selbst, dass die Brennstoffflussrate direkt berechnet werden kann, indem eine korrigierte Brennstoffflussrate vorgesehen wird, anstatt einen Korrekturkoeffizient zu verwenden. In diesem Fall wird der Schritt zur Festlegung der Funktion in demselben Schritt wie oben erwähnt durchgeführt, indem ein Korrekturkoeffizient auf der linken Seite vorgesehen wird.
(Schematisches Diagramm des Justierfunktionsfestlegungsmoduls)
4 zeigt ein schematisches Diagramm eines Moduls 12 zur Festlegung der Justierfunktion, welches die oben erwähnte Schrittfolge durchführt. Das Modul 12 zur Festlegung der Justierfunktion weist ein Modul zur Rückwärtsrechnung 31 auf, welches ein Modul 7 zur Berechnung der Leistungscharakteristik aktiviert, indem eine Mehrzahl von Datensätzen 20 verwendet werden und berechnet einen codierten Wert der Brennstoffflussrate oder eines Korrekturkoeffizienten, wobei Mittel zur Rückhaltung von Daten 32, die sequentiell den korrigierten Wert der Brennstoffflussrate oder des Korrekturkoeffizienten speichern, der durch das Modul zur Rückwärtsrechnung 31 berechnet wurde, zusammen mit den Werten eines jeden Datensatzes für die Einlasslufttemperatur, das Kompressordruckverhältnis und der originalen Brennstoffflussrate und ein Modul 33 zur Identifizierung einer Justierungsfunktion, die die Information 21 zur Festlegung der Justierfunktion identifiziert auf der Grundlage der Information, die in den Mitteln zur Rückhaltung von Daten 32 gespeichert sind, und gibt die Information auf. Dabei bedeutet eine als „Modul“ bezeichnete Vorrichtung ein elektronisches, arithmetisches Modul, wie Computerprogramme oder dedizierte Chips, wie bereits bei der Beschreibung des Analysesystems gemäß 6 erläutert. Im Folgenden wird jedes Modul nacheinander beschrieben.
Mindestens drei unten beschriebener Elemente sind in dem Modul zur Rückwärtsrechnung 31 implementiert. Zuerst ist eine Konvergenzberechnungsschleife implementiert mit einer Funktion zur Aktivierung und Durchführung des Schritts 22 (Modul 7), um die Leistungscharakteristik der Gasturbine zu berechnen, um das Modul 7 zur Berechnung der Leistungscharakteristik zu aktivieren, so dass der korrigierte Wert der Brennstoffflussrate oder der Korrekturkoeffizient berechnet und bestimmt werden kann, ferner wird der Bestimmungsschritt 23 aktiviert, um das Rechenergebnis zu bestimmen, und der Revisionsschritt 24, um die Brennstoffflussrate zu revidieren, wenn das erhaltene bestimmte Ergebnis falsch ist.
Ferner wird der Schritt 25 implementiert, wobei der korrigierte Wert der Brennstoffflussrate oder des Korrekturkoeffizienten, die durch die Konvergenzkalkulation berechnet wurden, zusammen mit Werten der Einlasslufttemperatur, des Kompressordruckverhältnisses und der Originalbrennstoffschlussrate eines jeden entsprechenden Datensatzes ausgegeben wird. Drittens ist ein Schleifensteuermodul (Schritte 27, 28) implementiert, welches wiederholt Konvergenzberechnungen aller der Mehrzahl von Datensätzen (20) durchführt.
Das Modul 7 zur Berechnung der Leistungscharakteristik ist ein Implementierungsmodul, welches die Berechnung der Leistungscharakteristik in dem Schritt 22 zur Berechnung der Leistungscharakteristik durchführt und wie mit Bezug auf 6 beschrieben wurde, wo die Leistungscharakteristikanalyse erläutert wurde, werden Berechnungsschritte durchgeführt, um die Gasturbinenleistungscharakteristik auf der Grundlage der Eingabeinformation einschließlich der Einlasstemperatur, des Kompressordruckverhältnisses und der Brennstoffflussrate zu berechnen und die Rechenergebnisinformation einschließlich der Ausgangsleistung und der Abgastemperatur auszugeben.
Das Mittel zur Rückhaltung von Daten 32 ist ein Mittel zur Durchführung des Schrittes 26, wobei Werte des Korrekturkoeffizienten γ aller Datensätze durch das Modul zur Rückwärtsrechnung 31 berechnet werden und zusammen mit den Werten der Einlasslufttemperatur, des Kompressordruckverhältnisses und der Originalbrennstoffschlussrate eines jeden entsprechenden Datensatzes gespeichert werden. Das Mittel zur Rückhaltung von Daten 32 ist typischerweise implementiert als ein zeitweiser Speicherbereich wie beispielsweise ein Computerspeicher, wobei es jedoch nicht darauf beschränkt ist und ebenfalls ein Medium sein kann, welches Daten elektronisch speichert.
Das Modul 33 zur Identifizierung der Justierungsfunktion implementiert ein arithmetisches Verfahren des Schrittes 29, wobei Information zur Festlegung der Justierfunktion identifiziert wird. Ein spezifischer gesetzter Wert für die unbestimmte Konstante der Funktion gemäß Gleichung (8) wird durch eine Berechnung bestimmt, die in Schritt 29 durchgeführt wird und als Information 21 zur Festlegung der Justierfunktion ausgegeben wird.
(Verfahren zur Durchführung der Leistungscharakteristikanalyse unter Verwendung des konfigurierten Justiermoduls)
In dem System 4 zur Analyse der Leistungscharakteristik einer Gasturbine gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Information 21 zur Festlegung der Justierfunktion (4) durch das Modul 12 zur Festlegung der Justierfunktion bestimmt, wie oben erläutert wurde und für das Justiermodul 6 (1) verwendet. Das Flussdiagramm dieser Analyse ist in 5 gezeigt. Der Verarbeitungsfluss weist einen Rechnungskorrekturschritt 41 auf, in dem aktuell gemessene Werte der Ausrüstungseinlasslufttemperatur Ta, des Kompressordruckverhältnisses P, der Brennstoffflussrate F, der Ausgangsleistung E, und der Abgastemperatur Te (im Folgenden aktueller Ausrüstungsdatensatz (40) genannt) eingegeben werden, und der korrigierte Wert der Brennstoffflussrate wird berechnet, indem das Justiermodul 6 verwendet wird, welches wie im Zusammenhang mit 3 und 4 erläutert konfiguriert ist. Ein Schritt 22 zur Berechnung der Leistungscharakteristik, in dem die Leistungscharakteristik der Gasturbine berechnet wird unter Verwendung des korrigierten Wertes der Brennstoffflussrate, die in dem Schritt 41 zur Korrekturrechnung benutzt wurde, werden als Eingabedaten bestimmt. In einem Bestimmungsschritt 43, in dem die Rechenergebnisse, die in dem Schritt 22 zur Berechnung der Leistungscharakteristik erhalten wurden, werden bestimmt, in einem Datenspeicherschritt 44 werden Informationen gespeichert, die in dem Bestimmungsschritt 43 ausgegeben wurden, gespeichert. In einem Ergebnisausgabeschritt 45 werden Informationen, die in dem Bestimmungsschritt 43, oder Informationen, die in dem Datenspeicherschritt 44 gespeichert wurden, ausgegeben und in einem Endbestimmungsschritt 46 werden Schritte 41 bis 45 wiederholt für den Datenspeicherung der aktuellen Ausrüstung wiederholt durchgeführt. In einem Schritt 47 schreitet die Verarbeitung zu dem nächsten Datensatz weiter, und in einem Ergebnisausgabeschritt 48 werden die bestimmten Ergebnisse des gesamten Datensatzes ausgegeben. Im Folgenden wird jeder Schritt im Einzelnen erläutert.
In dem Korrekturberechnungsschritt 41 werden die aktuell gemessenen Werte der aktuellen Ausrüstungseinlasslufttemperatur des Kompressordruckverhältnisses und der Brennstoffflussrate, die in dem aktuellen Ausrüstungsdatensatz enthalten sind, in das Justiermodul 6 eingegeben, welches wie im Zusammenhang mit den 3 und 4 konfiguriert ist, d.h. das Justiermodul 6 der Brennstoffflussrate, in dem ein Wert der unbestimmten Konstante der Funktion der Gleichungen (7) und (8) bestimmt wurde, und der korrigierte Wert der Brennstoffflussrate wird berechnet.
In dem darauffolgenden Schritt 22 zur Berechnung der Leistungscharakteristik wird neben den aktuellen Ausrüstungsdatensätzen über die Eingabedaten der Leistungscharakteristikberechnung (Einlasslufttemperatur, Kompressordruckverhältnis, Brennstoffflussrate) der Wert der Brennstoffflussrate ersetzt durch den Wert, der in dem Korrekturberechnungsschritt 41 korrigiert wurde, und eingegeben. Genauer gesagt arbeitet das Modul 7 zur Berechnung der Leistungscharakteristik auf der Grundlage der Eingabedaten, und die Leistungscharakteristik der Gasturbine wird berechnet, sowie Ausdrücke, die die Ausgangsleistung und Abgastemperatur enthalten. Darüber hinaus werden die Berechnungsergebnisse umgewandelt in die Berechnungsinformation, welche in Verbindung mit der Erläuterung der 1 beschrieben wurde.
Die berechneten Werte der Ausgangsleistung und der Abgastemperatur, die in dem Schritt zur Berechnung der Leistungscharakteristik berechnet wurden, werden in dem Bestimmungsschritt 43 mit jedem der aktuell gemessenen Werte verglichen, d.h. die aktuell gemessenen Werte der Ausgangsleistung und der Abgastemperatur, die in dem aktuellen Ausrüstungsdatensatz enthalten sind, werden bestimmt. Genauer gesagt wird diese Bestimmung in dem oben erwähnten Modul zur Abschätzung des Moduls 9 bestimmt (1 und 6).
Ergebnisinformation, die in dem Bestimmungsschritt 43 ermittelt wurde, oder Information, die für die Ermittlung bereitgestellt wurde, d.h. Information eines jeden Ausdrucks des aktuellen Ausrüstungsdatensatzes 40 und Information 8 (1) im Schritt 22 zur Berechnung der Leistungscharakteristik werden in dem Datenspeicherschritt 44 gespeichert. Genauer gesagt wird der Datenspeicherschritt 44 mit derselben Hardware durchgeführt, nämlich den oben erwähnten Speichermitteln 10 (1, 6).
Die so in dem Bestimmungsschritt 43 ermittelte Ergebnisinformation oder Information, die in dem Datenspeicherschritt 44 gespeichert wurde, wird in dem darauffolgenden Ergebnisausgabeschritt 45 ausgegeben. Genauer gesagt werden die ausgegebenen Daten durch die oben erwähnten Ausgabemittel 11 ausgegeben (1, 6). Die Berechnung in dem Rechnungskorrekturschritt 41 und der Schritt 22 zur Berechnung der Leistungscharakteristik, die darauffolgenden Ermittlungen der berechneten Werte und der aktuell gemessenen Werte (Bestimmungsschritt 43), die Datenspeicherung (Datenspeicherschritt 44) und die Ergebnisausgabe (Ergebnisausgabeschritt 45) werden mit Bezug auf den aktuellen Ausrüstungsdatensatz 40 für einen bestimmten Zeitraum oder für den gesamten Datensatz wiederholt durchgeführt. Die Wiederholung von Operationen wird durch den Schritt 47 gesteuert, in dem die Bearbeitung zu dem nächsten Datensatz fortschreitet, bis die Daten in einem Endbestimmungsschritt 46 für richtig erkannt werden, d.h. bis das Ende der Verarbeitung abgeschlossen ist. Dabei bedeutet Endbestimmung die Bestimmung, ob die Berechnung zur Analyse fortgesetzt werden muss oder nicht, zum Beispiel indem entschieden wird, ob die Berechnung aller Daten des aktuellen Ausrüstungsdatensatzes 40 abgeschlossen ist, oder ob durch den Anwender ein Befehl eingegeben wurde, die Analyse abzubrechen.
Als Ergebnis der wiederholten Bearbeitung, die fortschreitet, bis die Endbestimmung ausgeführt ist, wird die in dem Datenspeicherschritt 44 gespeicherte Bestimmungsergebnisinformation in dem Ergebnisausgabeschritt 48 ausgegeben. Genauer gesagt werden Daten durch die oben erwähnten Ausgabemittel 11 (1, 6) ausgegeben.
Hinsichtlich der Ausgabe der Ergebnisse stellt die oben erwähnte Kombination des Ergebnisausgabeschrittes 45 und des Ergebnisausgabeschrittes 48 ein Beispiel dar. Der Unterschied zwischen den beiden Schritten liegt im Ausgabezeitpunkt. Die Ausgabedaten sind die gleichen, abgesehen davon, ob die Mengen der verarbeiteten Daten die gesamten Datensätze der aktuellen Ausrüstung sind, oder ein Teil dieses Datensatzes, und der Ausgabezeitpunkt und Dateninhalte können eines von beiden sein. Zum Beispiel, wenn alle Datensätze der aktuellen Ausrüstung eines spezifischen Zeitraums wiederholt stapelweise verarbeitet werden, werden die Ergebnisse zum Zeitpunkt des Ergebnisausgabeschritts 48 ausgegeben. Ferner, wenn das System automatisch periodisch aktiviert wird, zum Beispiel täglich, werden die nach der vorhergehenden Aktivierung erzeugten Datensätze wiederholt verarbeitet und die Ergebnisse werden auf die gleiche Weise ausgegeben. Im Gegensatz dazu, zum Beispiel, wenn das System online mit dem aktuellen Ausrüstungsmeßsystem verbunden ist, und die Ermittlung in „realtime“ erfolgt, werden Ergebnisse, genauer gesagt ein Alarm zum Zeitpunkt des Ergebnisausgabeschritts 45 ausgegeben.
(Analysebeispiel)
Um die verbesserte Genauigkeit bei der Ermittlung der Leistungscharakteristik gemäß dem Verfahren zu überprüfen, wurde ein Modelljustierverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung bei der Ermittlung der Leistungscharakteristik der aktuellen Ausrüstung angewendet, und die Genauigkeit wurde ermittelt. Tabelle 1 zeigt Modelljustierverfahren, die miteinander verglichen wurden. Als ein Beispiel eines konventionellen Verfahrens ist ein einfaches Verfahren (Korrektionsverfahren mit konstanter Rate) gezeigt, wobei die Korrektur durchgeführt wird durch Multiplizieren eines Korrekturkoeffizienten mit konstantem Wert. Ferner ist bezüglich des Verfahrens ein Verfahren (vereinfachter Typ) ebenfalls gezeigt, in dem nicht beeinflussende Faktoren ausgeschlossen sind und eine Korrektur durchgeführt wird, in dem nur die Einlasslufttemperatur verwendet wird. Das Verfahren, bei dem alle Faktoren berücksichtigt werden, wird vollständiges Verfahren genannt, um es vom vereinfachten Verfahren zu unterscheiden. Durch Verwendung aktueller Ausrüstungsbetriebsdaten wurde eine Modelljustierung mit jedem Verfahren durchgeführt und durch Verwendung der Ergebnisse für die Leistungscharakteristikberechnung, durchgeführt durch das in 5 gezeigte Verfahren, wurden der Maximalwert (Absolutbetrag), der Mittelwert (Absolutbetrag) und die Standardabweichung des Fehlers zwischen den berechneten Werten der Ausgangsleistung und der Abgastemperatur und den aktuell gemessenen Werten ermittelt.
Zu diesem Zeitpunkt wurde die Modelljustierung mit konstanter Ratenkorrektur durchgeführt, indem der konstante Wert für den Korrekturkoeffizienten γ der oben erwähnten Gleichung (7) verwendet wurde, so dass der Fehler während der gesamten Ermittlungszeit minimiert wurde. Die Modelljustierung vom vereinfachten Typ wurde durchgeführt, indem eine Gleichung verwendet wurde, die das Kompressordruckverhältnis und die Brennstoffflussrate von der oben erwähnten Gleichung (8) ausschließt als eine Modellgleichung gemäß demselben Verfahren wie bei der vollständigen Modelljustierung. Die vollständige Modelljustierung wurde durchgeführt gemäß dem Verfahren, welches bei der Erläuterung der 3 beschrieben wurde.
Die 7 bis 9 zeigen Änderungen der sich ergebenden Fehlerraten, und Tabelle 2 bis Tabelle 4 zeigen den statistischen Wert des Fehlers. Wie die Ergebnisse zeigen, überschritt bei dem in 7 gezeigten Verfahren der Justierung mit konstanter Rate ein Maximum von 2 % sowohl der Ausgangsleistung als auch der Abgastemperatur, gemäß dem in 8 gezeigten vereinfachten Verfahren war die Fehlerrate auf nahezu 1,5% reduziert und gemäß dem in 9 gezeigten vollständigen Verfahren war die Fehlerrate auf nahezu 1% reduziert. Verglichen mit dem konventionellen Korrekturverfahren mit konstanter Rate konnte das vereinfachte Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung den Fehler bei der Abgastemperatur, wie in den Tabellen 2 und 3 gezeigt, nicht verbessern, es produzierte jedoch den Mittelwert, und die Standardabweichung des Ausgangsleistungsfehlers auf zwei Drittel. Verglichen mit dem vereinfachten Typ halbierte das vollständige Verfahren nahezu den Maximalwert des Fehlers sowohl der Ausgangsleistung wie auch der Abgastemperatur, wie in den Tabellen 3 und 4 gezeigt, und reduzierte den Mittelwert und die Standardabweichung auf zwei Drittel.
Wie oben erläutert, wurde befunden, dass das vereinfachte Verfahren die Genauigkeit gegenüber dem konventionellen Verfahren verbessern kann, und das vollständige Verfahren kann die Genauigkeit noch weiter verbessern. Der Unterschied gegenüber dem vereinfachten Verfahren und dem vollständigen Verfahren erscheint ein Unterschied zu sein, nicht nur bezüglich des Grades der Verbesserung des Ausgangsleistungsfehlers, sondern ebenfalls ein Unterschied in dem Grad der Reduzierung des Abgastemperaturfehlers. Dies ist der Vorteil des vollständigen Verfahrens, da das vollständige Verfahren alle Faktoren verwendet, die die Abweichung in der Energiebalance korrigieren können.

Darüber hinaus verwendet das vereinfachte Verfahren in dem obigen Beispiel nur die Einlasslufttemperatur, um die Brennstoffflussrate zu korrigieren. Wenn jedoch sowohl die Einlasslufttemperatur und die Kompressordruckrate, oder beide, die Einlasslufttemperatur und die Brennstoffflussrate verwendet werden, um die Brennstoffflussrate zu korrigieren, wird erwartet, dass die Genauigkeit verbessert wird und in die Nähe der Genauigkeit kommt, die mit dem vollständigen Verfahren erzielt wird. Tabelle 1 Modelljustierverfahren im Vergleich

Nr .	Justage-Verfahren		Zur Brennstoffflussratenkorrektur verwendete Parameter
Nr .	Justage-Verfahren		Brennstoffflussrate	Einlasslufttemperatur	Kompressordruckrate
1	herkömmliches Verfahren	Korrektur mit konstanter Rate	◯	-	-
2	beispielhaftes Verfahren	vereinfachtes Verfahren	-	◯	-
3	beispielhaftes Verfahren	vollständiges Verfahren	◯	◯	◯

In Tabelle 1 bedeutet das Symbol „O“, dass der entsprechende Parameter in dem Modelljustageverfahren berücksichtigt wurde. Tabelle 2 Leistungscharakteristikermittlungsfehler bei dem Modelljustierverfahren mit konstanter Ratenkorrektur

Ausgangsleistung Abgastemperatur

Maximaler Wert (absoluter Betrag) 2,16% 1,89%

Mittelwert (absoluter Betrag) 0,75% 0,48%

Standardabweichung 0,90% 0,59%

Tabelle 3 Leistungscharakteristikermittlungsfehler bei dem vereinfachten Modelljustierverfahren

Ausgangsleistung Abgastemperatur

Maximaler Wert (absoluter Betrag) 2,09% 1,98%

Mittelwert (absoluter Betrag) 0,51% 0,42%

Standardabweichung 0,58% 0,52%

Tabelle 4 Leistungscharakteristikermittlungsfehler bei dem vollständigen Modelliustierverfahren

Ausgangsleistung Abgastemperatur

Maximaler Wert (absoluter Betrag) 1,22% 1,00%

Mittelwert (absoluter Be- trag) 0,33% 0,24%

Standardabweichung 0,40% 0,30%
(Vergleich zwischen dem Verfahren und der Alternative)
Wie oben erwähnt schlägt die vorliegende Erfindung vor, die Brennstoffflussrate zu korrigieren, um die Abweichung in der Energiebalance zwischen Eingangs- und Ausgangsenergie zu korrigieren. Andererseits ist der Hauptgrund für die Abweichung in der Energiebalance wahrscheinlich die Abweichung zwischen dem Messwert der Abgastemperatur und dem theoretischen Wert. Daher könnte ein Ansatz darin bestehen, die Abgastemperatur zu korrigieren. Nichtsdestotrotz wird der Grund, warum die Brennstoffflussrate korrigiert wird, mit praktischen Vorteilen verbunden, wie unten beschrieben wird.
D.h., wenn das konventionelle Verfahren, welches in 6 gezeigt ist, verwendet wird, um die Abgastemperatur zu korrigieren, wird neben den Fehlern der Ausgangsleistung und der Abgastemperatur die Abgastemperatur korrigiert, die Ausgangsleistung wird nicht korrigiert und der Fehler bleibt unverändert (im Fall des Analysebeispiels in 7 bleibt der Wert des Ausgangsleistungsfehlers unverändert). Neben der Abweichung in der Energiebalance gibt es viele Faktoren, die berücksichtigt werden müssen, um den Fehler in der Ausgangsleistung zu korrigieren, zum Beispiel, die Abweichung zwischen den Leistungscharakteristika, die durch das Modul zur Berechnung der Leistungscharakteristik der Gasturbine erhalten werden, und solche der aktuellen Ausrüstung usw. Um diese Faktoren zu korrigieren, ist es notwendig, ein Ausgangsleistungsjustiermodul auf der Basis der Gasturbinenleistungscharakteristika neu vorzusehen. Um dies zu tun, ist es notwendig, eine Vielzahl komplizierter Faktoren einschließlich der Abweichung zwischen den Leistungscharakteristiktafeln einer jeden Komponente in dem Rechenmodell zur Ermittlung der Leistungscharakteristik der Gasturbine und der aktuellen Ausrüstung zu studieren. Ferner, da die Ausgangsleistung korrigiert wird, beeinträchtigt die Korrektur die Abgastemperatur. Daher ist es notwendig, ein Modell zu etablieren, bei dem eine korrigieren Korrelation zwischen der Korrektur der Ausgangsleistung und der Korrektur der Abgastemperatur erstellt wird, und um das Modell mit beiden Justiermodulen zu kombinieren. Diese Verfahren sind für den Zweck der Korrektur zu kompliziert, und dementsprechend wird das System kompliziert bei steigenden Betriebskosten und steigendem Arbeitsaufwand.
Andererseits ändert sich bei dem Verfahren zur Korrektur der Brennstoffflussrate nach der vorliegenden Erfindung durch Eingabe der korrigierten Brennstoffflussrate in das Modul zur Berechnung der Leistungscharakteristik nicht nur die berechnete Abgastemperatur, sondern auch die Ausgangsleistung. Aus diesem Grund kann die Modelljustierung durch einfache Konfiguration eines einfachen Justiermoduls 6 (Gleichungen (7) und (8) durch Verwendung des Moduls 12 zur Festlegung der Justierfunktion durchgeführt werden, so dass sowohl Fehler bei der Ausgangsleistung als auch bei der Abgastemperatur klein sein können. Das Verfahren ist so aufgebaut, dass die Korrektur durch einfache Korrektur der Brennstoffflussrate neben verschiedenen Fehlerfaktoren wie der Abweichung in der Energiebalance zwischen Eingangs- und Ausgangsenergie und der Abweichung zwischen den Gasturbinenleistungscharakteristika und den aktuell gemessenen Werten erfolgen. Daher kann die Justage des Hauptkörpers des Moduls 7 zur Berechnung der Leistungscharakteristik, welches das Herz der Leistungscharakteristikanalyse darstellt, minimiert werden, und das Justieren und der Betrieb des Analysesystems kann leicht und effizient durchgeführt werden.
Gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, komplizierte Faktoren zu justieren, die mit der Abweichung zwischen dem aktuell gemessenen Wert und dem berechneten Wert stehen, indem nur die Brennstoffflussrate (Justiermodul 6) korrigiert wird, indem der Eingabegrößen (Einlasslufttemperatur, Kompressordruckverhältnis und Brennstoffflussrate) verwendet werden. Ferner kann das Modul zur Festlegung des Moduls 12, um das Justiermodul 6 zu konfigurieren, ebenfalls implementiert werden, indem Daten von nur fünf Größen verwendet werden, die die Ausgangsleistung und die Abgastemperatur zusätzlich zu den oben erwähnten der Größen beinhalten. Der Grund, warum solche komplizierten Fehlerfaktoren justiert werden können, indem nur Daten von wenigen Größen verwendet werden, ist der, dass der gesamte Gasturbinezyklus thermodynamisch auf verständliche Weise analysiert wurde und Anstrengungen gemacht wurden, um die dominierenden Faktoren bei der Vereinfachung (Gleichungen (1) bis (6)) zu ermitteln.

Claims

System (4) zur Analyse einer Leistungscharakteristik mit: einem Modul zur Berechnung der Leistungscharakteristik (7) zum Empfangen eines aktuell gemessenen Wertes einer Temperatur einer Einlassluft, die in einen Kompressor eingeführt wird, einem Kompressordruckverhältnis und einer Brennstoffflussrate des in eine Gasturbine eingeführten Brennstoffes und zum Berechnen und Ausgeben von Werten einer Gasturbinenausgangsleistung und einer Ausgangsleistung eines von der Gasturbine abgegebenen Abgases auf der Grundlage dieser aktuell gemessenen Werte, und einem Modul zur Abschätzung der Leistungscharakteristik (9) zum Bestimmen der Leistungscharakteristik der Gasturbine auf der Grundlage einer Abweichung zwischen den Werten der Ausgangsleistung und Abgastemperatur, die von dem Modul zur Berechnung der Leistungscharakteristik (7) ausgegeben wurden und den aktuell gemessenen Werten der Ausgangsleistung und der Abgastemperatur, wobei das System zur Analyse der Leistungscharakteristik der Gasturbine ferner aufweist: ein Justiermodul (6) zur Berechnung eines korrigierten Wertes der Brennstoffflussrate auf der Grundlage der aktuell gemessenen Werte der Einlasslufttemperatur, des Kompressordruckverhältnisses und der Brennstoffflussrate, und zum Eingeben des korrigierten Brennstoffflussratenwertes in das Modul zur Berechnung der Leistungscharakteristik (7), wobei das Justiermodul (6) zur Durchführung einer Berechnung, um den Wert der Brennstoffflussrate auf der Grundlage der gemessenen Werte der Einlasslufttemperatur, des Kompressordruckverhältnisses und der Brennstoffflussrate gemäß einer vorbestimmen funktionalen Beziehung zu korrigieren, den gemessenen Wert der Brennstoffflussrate durch den korrigierten Wert der Brennstoffflussrate zu ersetzen und den korrigierten Wert der Brennstoffflussrate in das Modul zur Berechnung der Leistungscharakteristik einzugeben, wobei das Modul zur Berechnung der Leistungscharakteristik (7) ein Modul zur Festlegung einer Justierfunktion (12) zum Erstellen der funktionalen Beziehung des Justiermoduls (6) aufweist, so dass die Abweichung zwischen den Werten der Ausgangsleistung und Abgastemperatur, die berechnet wurden durch Eingeben einer Mehrzahl von Datensätzen einschließlich Zeitseriendaten eines bestimmten Zeitintervalls bezüglich der aktuell gemessenen Werte der Einlasslufttemperatur, des Kompressordruckverhältnisses und der Brennstoffflussrate oder Daten bezüglich einer Mehrzahl von Betriebsbedingungen, wobei die aktuell gemessenen Werte innerhalb eines vorbestimmten erlaubten Bereichs liegen, wobei das Modul zur Festlegung der Justierfunktion (12) aufweist: ein Modul zur Rückwärtsrechnung (31) für die Revision von Brennstoffflussratendaten eines jeden Datensatzes, so dass eine Abweichung zwischen den berechneten Werten der Ausgangsleistung und der Abgastemperatur, die durch das Modul zur Berechnung der Leistungscharakteristik (7) berechnet und ausgegeben werden unter Verwendung der Daten eines jeden Datensatzes einer Mehrzahl von Datensätzen und wobei die aktuell gemessenen Werte innerhalb vorbestimmter oberer und unterer Grenzen liegen, Mittel zur Rückhaltung von Daten (32) zum Speichern der durch das Modul zur Rückwärtsrechnung (31) revidierten Brennstoffflussratendaten zusammen mit Daten der Einlasslufttemperatur, des Kompressordruckverhältnisses und der Brennstoffflussrate des entsprechenden Datensatzes und ein Modul zur Identifizierung einer Justierfunktion (33) zum Anpassen der korrigierten Brennstoffflussrate als eine Funktion der Einlasslufttemperatur, des Kompressordruckverhältnisses und der Brennstoffflussrate auf der Grundlage der korrigierten Brennstoffflussrate, der Einlasslufttemperatur, des Kompressordruckverhältnisses und der Brennstoffflussrate einer Mehrzahl von Datensätzen, die in den Mitteln zur Rückhaltung von Daten (32) gespeichert sind.
System (4) zur Analyse einer Leistungscharakteristik einer Gasturbine mit: einem Modul zur Berechnung der Leistungscharakteristik (7) zum Empfang eines jeden der aktuell gemessenen Werte einer Einlasslufttemperatur, der in einen Kompressor eingeführten Luft, eines Kompressordruckverhältnisses und einer Brennstoffflussrate eines in die Gasturbine eingeführten Brennstoffes, zum Berechnung und Ausgeben von Werten einer Gasturbinenausgangsleistung und einer Temperatur des Abgases der Gasturbine auf der Grundlage dieser aktuell gemessenen Werte und einem Modul zur Abschätzung der Leistungscharakteristik (9) zur Bestimmung der Leistungscharakteristik der Gasturbine auf der Grundlage einer Abweichung zwischen den Werten der Ausgangsleistung und der Abgastemperatur, die von dem Modul zur Berechnung der Leistungscharakteristik (7) ausgegeben werden, und den aktuell gemessenen Werten der Ausgangsleistung und der Abgastemperatur, wobei das System (4) zur Analyse der Leistungscharakteristik einer Gasturbine ferner aufweist: ein Justiermodul (6) zur Berechnung eines korrigierten Wertes der Brennstoffflussrate auf der Grundlage des aktuell gemessenen Wertes der Einlasslufttemperatur, aktuell gemessenen Werten der Einlasslufttemperatur und des Kompressordruckverhältnisses oder aktuell gemessenen Werten der Einlasslufttemperatur und der Brennstoffflussrate zum Eingeben des korrigierten Brennstoffflussratenwertes in das Modul zur Berechnung der Leistungscharakteristik (7), wobei das Justiermodul (6) zur Durchführung einer Berechnung, um den Wert der Brennstoffflussrate auf der Grundlage der gemessenen Werte der Einlasslufttemperatur, des Kompressordruckverhältnisses und der Brennstoffflussrate gemäß einer vorbestimmen funktionalen Beziehung zu korrigieren, den gemessenen Wert der Brennstoffflussrate durch den korrigierten Wert der Brennstoffflussrate zu ersetzen und den korrigierten Wert der Brennstoffflussrate in das Modul zur Berechnung der Leistungscharakteristik einzugeben, wobei das Modul zur Berechnung der Leistungscharakteristik (7) ein Modul zur Festlegung einer Justierfunktion (12) zum Erstellen der funktionalen Beziehung des Justiermoduls (6) aufweist, so dass die Abweichung zwischen den Werten der Ausgangsleistung und Abgastemperatur, die berechnet wurden durch Eingeben einer Mehrzahl von Datensätzen einschließlich Zeitseriendaten eines bestimmten Zeitintervalls bezüglich der aktuell gemessenen Werte der Einlasslufttemperatur, des Kompressordruckverhältnisses und der Brennstoffflussrate oder Daten bezüglich einer Mehrzahl von Betriebsbedingungen, wobei die aktuell gemessenen Werte innerhalb eines vorbestimmten erlaubten Bereichs liegen, wobei das Modul zur Festlegung der Justierfunktion (12) aufweist: ein Modul zur Rückwärtsrechnung (31) für die Revision von Brennstoffflussratendaten eines jeden Datensatzes, so dass eine Abweichung zwischen den berechneten Werten der Ausgangsleistung und der Abgastemperatur, die durch das Modul zur Berechnung der Leistungscharakteristik (7) berechnet und ausgegeben werden unter Verwendung der Daten eines jeden Datensatzes einer Mehrzahl von Datensätzen und wobei die aktuell gemessenen Werte innerhalb vorbestimmter oberer und unterer Grenzen liegen, Mittel zur Rückhaltung von Daten (32) zum Speichern der durch das Modul zur Rückwärtsrechnung (31) revidierten Brennstoffflussratendaten zusammen mit Daten der Einlasslufttemperatur, des Kompressordruckverhältnisses und der Brennstoffflussrate des entsprechenden Datensatzes und ein Modul zur Identifizierung einer Justierfunktion (33) zum Anpassen der korrigierten Brennstoffflussrate als eine Funktion der Einlasslufttemperatur, des Kompressordruckverhältnisses und der Brennstoffflussrate auf der Grundlage der korrigierten Brennstoffflussrate, der Einlasslufttemperatur, des Kompressordruckverhältnisses und der Brennstoffflussrate einer Mehrzahl von Datensätzen, die in den Mitteln zur Rückhaltung von Daten (32) gespeichert sind.
System (4) zur Analyse der Leistungscharakteristik einer Gasturbine nach Anspruch 2, wobei das Justiermodul (6) zur Berechnung einer Korrektur des Brennstoffflussratenwertes auf der Grundlage des aktuell gemessenen Wertes der Einlasslufttemperatur, des aktuell gemessenen Wertes der Einlasslufttemperatur und des Kompressordruckverhältnisses, oder der aktuell gemessenen Werte der Einlasslufttemperatur und der Brennstoffflussrate gemäß einer vorbestimmten funktionalen Beziehung, und zum Eingeben des korrigierten Wertes der Brennstoffflussrate in das Modul zur Berechnung der Leistungscharakteristik (7).