DE102016121976A1

DE102016121976A1 - Anwendung einer Wahrscheinlichkeitssteuerung beim Einstellen der Leitungsabgabeemissionsparameter einer Gasturbine mit einem Skalierungsfaktor, damit zusammenhängende Steuerungssysteme, Computerprogrammprodukte und Verfahren

Info

Publication number: DE102016121976A1
Application number: DE102016121976.2A
Authority: DE
Inventors: Lewis Berkley Davis, Jr.; Scott Arthur Day; Harold Lamar Jordan Jr.; Rex A. Morgan
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2015-12-07
Filing date: 2016-11-16
Publication date: 2017-06-08
Also published as: JP6924016B2; US20170159575A1; JP2017122436A; CN106988893B; IT201600122861A1; US9856796B2; CN106988893A

Abstract

Verschiedene Ausführungsbeispiele enthalten ein System mit: zumindest einer Recheneinrichtung (814), die dazu eingerichtet ist, einen Satz von Gasturbinen (GTs) (10) durch Ausführen von Aktionen einzustellen, aufweisend: Befehlen jeder GT (10) in dem Satz von GTs auf ein Basislastniveau, basierend auf einem gemessenen Umgebungszustand für jede GT (10); Befehlen jeder GT (10) in dem Satz von GTs (10) zum Einstellen einer jeweiligen Ausgangsleistung, um mit einem nominellen skalierten Ausgangsleistungswert übereinzustimmen, der gleich ist einem Bruchteil einer Differenz zwischen einem jeweiligen Ausgangsleistungswert und einem nominellen Ausgangsleistungswert und anschließend Messen eines aktuellen Emissionswertes für jede GT; und Einstellen eines Betriebszustandes für jede GT (10) in dem Satz von GTs (10) basierend auf einer Differenz zwischen dem jeweils gemessenen aktuellen Emissionswert und einem nominellen Emissionswert bei dem Umgebungszustand und einem nominellen Emissionswert bei dem Umgebungszustand.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung bezieht sich auf die parallel anhängige US-Patentanmeldung Nr. ... (Anwaltsakte Nr. 276618-1), US-Patentanmeldung Nr. ... (Anwaltsakte Nr. 276701-1), US-Patentanmeldung Nr. ... (Anwaltsakte Nr. 276802-1), US-Patentanmeldung Nr. ... (Anwaltsakte Nr. 276809-1) und US-Patentanmeldung Nr. ... (Anwaltsakte Nr. 276172-1). Diese Anmeldung bezieht sich außerdem auf die parallel anhängige US-Patentanmeldung Nr. ... (Anwaltsakte Nr. 279191-1), US-Patentanmeldung Nr. ... (Anwaltsakte Nr. 279192-1), US-Patentanmeldung Nr. ... (Anwaltsakte Nr. 279193-1), US-Patentanmeldung Nr. ... (Anwaltsakte Nr. 279976-1), US-Patentanmeldung Nr. ... (Anwaltsakte Nr. 279978-1), US-Patentanmeldung Nr. ... (Anwaltsakte Nr. 279981-1), US-Patentanmeldung Nr. ... (Anwaltsakte Nr. 279982-1), US-Patentanmeldung Nr. ... (Anwaltsakte Nr. 279983-1), US-Patentanmeldung Nr. ... (Anwaltsakte Nr. 279984-1) und US-Patentanmeldung Nr. ... (Anwaltsakte Nr. 279985-1); sowie US-Patentanmeldung Nr. ... (Anwaltsakte Nr. 283549-1), US-Patentanmeldung Nr. ... (Anwaltsakte Nr. 283752-1), US-Patentanmeldung Nr. ... (Anwaltsakte Nr. 283091-1), US-Patentanmeldung Nr. ... (Anwaltsakte Nr. 284087-1), US-Patentanmeldung Nr. ... (Anwaltsakte Nr. 284468-1) und US-Patentanmeldung Nr. ... (Anwaltsakte Nr. 284472-1), die gleichzeitig am ... eingereicht wurden.
GEBIET DER ERFINDUNG
Der hierin offenbarte Gegenstand bezieht sich auf Einstell- und Steuersysteme. Genauer bezieht sich der hierin offenbarte Gegenstand auf Einstell- und Steuersysteme für Gasturbinen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Zumindest einige bekannte Gasturbinen enthalten Steuerungen, die deren Betrieb überwachen und steuern. Bekannte Steuerungen regeln das Verbrennungssystem der Gasturbine und andere Betriebsaspekte der Gasturbine unter Verwendung von Betriebsparametern der Turbine. Zumindest einige bekannte Steuerungen empfangen Betriebsparameter, die den aktuellen Betriebszustand der Gasturbine angeben, Betriebsgrenzen mittels physikalisch basierte Modelle oder Transferfunktionen definieren und die Betriebsparameter auf die Betriebsgrenzenmodelle anwenden. Zusätzlich können zumindest einige bekannte Steuerungen die Betriebsparameter auch auf Planungsalgorithmen anwenden, Fehlerterme und Steuergrenzen bestimmen durch Einstellen von einem oder mehreren Gasturbinensteuerorganen. Jedoch können zumindest einige Betriebsparameter ungemessene Parameter sein, wie etwa Parameter die unter Verwendung von Sensoren unpraktisch zu messen sein können. Einige solche Parameter enthalten die Zündtemperatur (d. h. die Leitschaufelaustrittstemperatur der Turbinenstufe 1), die Brennkammeraustrittstemperatur und/oder die Leitapparateinlasstemperatur der Turbinenstufe 1.
Zumindest einige bekannte Gasturbinensteuersysteme steuern indirekt oder überwachen ungemessene Betriebsparameter unter Verwendung von gemessenen Parametern, wie etwa des Kompressoreinlassdrucks und der Kompressoreinlasstemperatur, des Kompressorausgangsdrucks und der Kompressorausgangstemperatur, des Turbinenabgasdrucks und der Turbinenabgastemperatur, der Brennstoffströmung und der Brennstofftemperatur, der Umgebungszustände und/oder der Generatorleistung. Jedoch besteht eine Ungenauigkeit in den Werten der indirekten Parameter und die zugeordnete Gasturbine kann einer Einstellung bedürfen, um Verbrennungsdynamiken und Emissionen zu reduzieren. Wegen der Unsicherheit der ungemessenen Parameter werden konstruktionsbedingte Grenzen für Gasturbinen verwendet, die solche bekannten Steuersysteme aufweisen. Das Verwenden solcher konstruktionsbedingten Grenzen kann die Leistung der Gasturbine bei vielen Betriebszuständen in dem Versuch reduzieren, sich vor Betriebsgrenzen im ungünstigsten Fall zu schützen und Betriebsgrenzen im ungünstigsten Fall zu berücksichtigen. Außerdem können viele von solchen bekannten Steuersysteme die Zündtemperatur oder die Abgastemperatur der Gasturbine nicht genau schätzen, was zu einer wenigen effizienten Turbine und zu Abweichungen von Maschine zu Maschine in Einrichtungen mit mehr als einer Gasturbine führen kann.
Es hat sich als schwierig erwiesen, die Abweichungen in der Zündtemperatur von Maschine zu Maschine für industrielle Gasturbinen zu reduzieren. Zum Beispiel ist die Zündtemperatur eine Funktion von vielen verschiedenen Variablen, einschließlich der Abweichung in den Komponenten der Gasturbine und ihrer Montage. Diese Abweichungen sind wegen notwendigen Toleranzen bei der Herstellung, der Installation und der Montage der Gasturbinenteile vorhanden. Außerdem können die Steuerungen und Sensoren, die zum Messen der Betriebsparameter der Gasturbine verwendet werden, eine bestimmte Menge an Unsicherheit in ihren Messwerten aufweisen. Es ist die Unsicherheit in dem Messsystem, dass zum Sensieren der Werte der gemessenen Betriebsparameter und die Abweichungen in den Maschinenkomponenten, die notwendigerweise zu Abweichungen in den ungemessenen Betriebsparametern der Gasturbine führt, wie etwa der Zündtemperatur. Die Kombination von diesen inhärenten Ungenauigkeiten macht es schwierig, die konstruktionsgemäße Zündtemperatur einer Gasturbine bei einem bekannten Satz von Umgebungszuständen zu erreichen und führt zu Zündtemperaturabweichungen von Maschine zu Maschine.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Verschiedene Ausführungsbeispiele enthalten ein System mit: zumindest einer Recheneinrichtung, die dazu eingerichtet ist, einen Satz von Gasturbinen (GTs) durch Ausführen von Aktionen einzustellen, aufweisend: Befehlen jeder GT in dem Satz von GTs auf ein Basislastniveau basierend auf einem gemessenen Umgebungszustand für jede GT; Befehlen jeder GT in dem Satz von GTs eine jeweilige Ausgangsleistung (Megawatt(MW)-Ausgangsleistung) einzustellen, um mit einem skalierten Ausgangsleistungswert übereinzustimmen, der gleich einem Bruchteil einer Differenz zwischen dem jeweiligen Ausgangsleistungswert und einem nominellen Ausgangsleistungswert ist, und anschließend Messen eines aktuellen Emissionswertes für jede GT; und Einstellen eines Betriebszustandes für jede GT in dem Satz von GTs basierend auf einer Differenz zwischen dem jeweiligen gemessenen aktuellen Emissionswert, einem nominellen Emissionswert bei dem Umgebungszustand und einem Emissionsskalierungsfaktor.
Ein erster Aspekt enthält ein System mit: zumindest einer Recheneinrichtung, die dazu eingerichtet ist, einen Satz von Gasturbinen (GTs) durch Ausführen von Aktionen einzustellen, aufweisend: Befehlen jeder GT in dem Satz von GTs auf ein Basislastniveau basierend auf einem gemessenen Umgebungszustand für jede GT; Befehlen jeder GT in dem Satz von GTs eine jeweilige Ausgangsleistung (MW-Ausgangsleistung) einzustellen, um mit einem skalierten Ausgangsleistungswert übereinzustimmen, der gleich ist wie ein Bruchteil einer Differenz zwischen dem jeweiligen Ausgangsleistungswert und einem nominellen Ausgangsleistungswert, und anschließend Messen eines aktuellen Emissionswertes für jede GT; und Einstellen eines Betriebszustandes von jeder GT in dem Satz von GTs basierend auf einer Differenz zwischen dem jeweiligen gemessenen aktuellen Emissionswert, einem nominellen Emissionswert bei dem Umgebungszustand und einem Emissionsskalierungsfaktor.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Systems kann es vorteilhaft sein, dass das Basislastniveau mit einem Ausgangsleistungswert und einem Emissionswert für den gemessenen Umgebungszustand zusammenhängt. Der skalierte Ausgangsleistungswert kann unter Verwendung eines Leistungsskalierungsfaktors abgeleitet werden.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Systems kann es vorteilhaft sein, dass in Antwort auf das Befehlen jeder GT in dem Satz von GTs auf das Basislastniveau nicht jede GT den nominellen Ausgangsleistungswert und/oder den nominellen Emissionswert erreicht.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiels des Systems kann es vorteilhaft sein, dass die zumindest eine Recheneinrichtung außerdem dazu eingerichtet ist, die Differenz zwischen dem jeweils gemessenen aktuellen Emissionswert und dem nominellen Emissionswert für jede GT in eine Differenz zwischen einem jeweiligen Ausgangsleistungswert und dem nominellen Ausgangsleistungswert bei dem Umgebungszustandswert für jede GT umzuwandeln.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiels des Systems kann es vorteilhaft sein, dass das Einstellen des Betriebszustandes für jede GT das Einstellen des Betriebszustandes für jede GT in dem Satz von GTs durch einen festen Bruchteil der Differenz zwischen dem jeweiligen Ausgangsleistungswert und dem nominellen Ausgangsleistungswert umfasst, so dass die Ausgangsleistung von jeder GT sich annähert an und dann einen jeweiligen nominellen Ausgangsleistungswert erreicht.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiels des Systems kann es vorteilhaft sein, dass das Einstellen des Betriebszustandes von jeder GT in dem Satz von GTs durch einen festen Bruchteil der Differenz zwischen dem jeweiligen Ausgangsleistungswert und dem nominellen Ausgangsleistungswert jede GT an einer Linie im grafischen Raum, der die Ausgangsleistung gegenüber der Emissionen darstellt, ausrichtet, die orthogonal ist zu einer Nomineller-Ausgangsleistung/Nominelle-Emissionswert-Charakteristik für jede GT.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Systems kann es vorteilhaft sein, dass das Befehlen von jeder GT in dem Satz von GTs zum Einstellen einer jeweiligen Ausgangsleistung, um mit dem nominellen skalierten Ausgangsleistungswert übereinzustimmen, der gleich einem Bruchteil der Differenz zwischen dem jeweiligen Ausgangsleistungswert und dem nominellen Ausgangsleistungswert ist, einen aktuellen Emissionswert für jede GT näher an den nominellen Emissionswert bewegt, ohne mit dem nominellen Emissionswert übereinzustimmen.
Ein zweiter Aspekt weist ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode auf, der, wenn er durch wenigstens eine Recheneinrichtung ausgeführt wird, die zumindest eine Recheneinrichtung dazu veranlasst, einen Satz von Gasturbinen (GTs) durch Ausführen von Aktionen einzustellen, aufweisend: Befehlen jeder GT in dem Satz von GTs auf ein Basislastniveau basierend auf einem gemessenen Umgebungszustand für jede GT; Befehlen jeder GT in dem Satz von GTs eine jeweilige Ausgangsleistung (MW-Ausgangsleistung) einzustellen, um mit einem skalierten Ausgangsleistungswert übereinzustimmen, der gleich einem Bruchteil einer Differenz zwischen einem jeweiligen Ausgangsleistungswert und einem nominellen Ausgangsleistungswert ist, und anschließend Messen eines aktuellen Emissionswertes für jede GT; und Einstellen eines Betriebszustandes für jede GT in dem Satz von GTs basierend auf der Differenz zwischen dem jeweils gemessenen aktuellen Emissionswert, einem nominellen Emissionswert bei dem Umgebungszustand und einem Emissionsskalierungsfaktor.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Computerprogramprodukts kann es vorteilhaft sein, dass das Basislastniveau mit einem Ausgangsleistungswert und einem Emissionswert für den gemessenen Umgebungszustand verknüpft ist. Der skalierte Ausgangsleistungswert kann unter Verwendung eines Leistungsskalierungsfaktors abgeleitet werden.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Computerprogramprodukts kann es vorteilhaft sein, dass in Antwort auf das Befehlen jeder GT in dem Satz von GTs auf das Basislastniveau nicht jede GT den nominellen Ausgangsleistungswert und/oder den nominellen Emissionswert erreicht.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Computerprogramprodukts kann es vorteilhaft sein, dass das Computerprogrammprodukt, wenn es ausgeführt wird, die zumindest eine Recheneinrichtung dazu veranlasst, die Differenz zwischen dem jeweils gemessenen aktuellen Emissionswert und dem nominellen Emissionswert für jede GT in eine Differenz zwischen einem jeweiligen Ausgangsleistungswert und dem nominellen Ausgangsleistungswert bei dem Umgebungszustandswert für jede GT umzuwandeln.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Computerprogramprodukts kann es vorteilhaft sein, dass das Einstellen des Betriebszustandes für jede GT das Einstellen des Betriebszustandes für jede GT in dem Satz von GTs durch einen festen Bruchteil der Differenz zwischen dem jeweiligen Ausgangsleistungswert und dem nominellen Ausgangsleistungswert aufweist, so dass die Ausgangsleistung von jeder GT sich annähert an und dann einen jeweiligen nominellen Ausgangsleistungswert erreicht.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Computerprogramprodukts kann es vorteilhaft sein, dass das Einstellen des Betriebszustandes von jeder GT in dem Satz von GTs durch den festen Bruchteil der Differenz zwischen dem jeweiligen Megawatt-Ausgangsleistungswert und dem nominellen Ausgangsleistungswert jede GT an einer Linie im grafischen Raum, der die Ausgangsleistung gegenüber den Emissionen darstellt, ausrichtet, die orthogonal ist zu einer Nominelle-Ausgangsleistung/Nominelle-Emissionen-Charakteristik für jede GT.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Computerprogrammprodukts kann es vorteilhaft sein, dass das Befehlen jeder GT in dem Satz von GTs, um eine jeweilige Ausgangsleistung einzustellen, um mit dem skalierten Ausgangsleistungswert übereinzustimmen, der gleich einem Bruchteil der Differenz zwischen dem jeweiligen Ausgangsleistungswert und dem nominellen Ausgangsleistungswert ist, einen aktuellen Emissionswert für jede GT näher an den nominellen Emissionswert bewegt, ohne mit dem nominellen Emissionswert übereinzustimmen.
Ein dritter Aspekt enthält ein computerimplementiertes Verfahren zum Einstellen eines Satzes von Gasturbinen (GTs), das unter Verwendung von zumindest einer Recheneinrichtung ausgeführt wird, wobei das Verfahren aufweist: Befehlen jeder GT in dem Satz von GTs auf ein Basislastniveau basierend auf einem gemessenen Umgebungszustand für jede GT; Befehlen jeder GT in dem Satz von GTs eine jeweilige Ausgangsleistung (MW-Ausgangsleistung) einzustellen, um mit einem skalierten Ausgangsleistungswert übereinzustimmen, der gleich einem Bruchteil einer Differenz zwischen einem jeweiligen Ausgangsleistungswert und einem nominellen Ausgangsleistungswert ist, und anschließendes Messen eines aktuellen Emissionswertes für jede GT; und Einstellen eines Betriebszustandes für jede GT in dem Satz von GTs basierend auf einer Differenz zwischen dem jeweils gemessenen aktuellen Emissionswert, einem nominellen Emissionswert bei dem Umgebungszustand und einem Emissionsskalierungsfaktor.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Basislastniveau mit einem Ausgangsleistungswert und einem Emissionswert für den gemessenen Umgebungszustand zusammenhängt. Der skalierte Ausgangsleistungswert kann unter Verwendung eines Leistungsskalierungsfaktors abgeleitet werden.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass in Antwort auf das Befehlen jeder GT in dem Satz von GTs auf das Basislastniveau nicht jede GT den nominellen Ausgangsleistungswert und/oder den nominellen Emissionswert erreicht.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Verfahren ferner das Umwandeln der Differenz zwischen dem jeweils gemessenen aktuellen Emissionswert und dem nominellen Emissionswert für jede GT in eine Differenz zwischen einem jeweiligen Ausgangsleistungswert und dem nominellen Ausgangsleistungswert bei dem Umgebungszustandswert für jede GT umfasst.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Einstellen des Betriebszustandes für jede GT das Einstellen des Betriebszustandes von jeder GT in dem Satz von GTs durch einen festen Bruchteil der Differenz zwischen dem jeweiligen Ausgangsleistungswert und dem nominellen Ausgangsleistungswert aufweist, so dass die Ausgangsleistung von jeder GT sich annähert an und dann einen jeweiligen nominellen Ausgangsleistungswert erreicht. Es ist außerdem vorteilhaft, dass das Einstellen des Betriebszustandes von jeder GT in dem Satz von GTs durch den festen Bruchteil der Differenz zwischen dem jeweiligen Ausgangsleistungswert und dem nominellen Ausgangsleistungswert jede GT an einer Linie in einem grafischen Raum ausrichtet, der die Ausgangsleistung gegenüber den Emissionen darstellt, die orthogonal ist zu einer Nominelle-Ausgangsleistung/Nominelle-Emissionen-Charakteristik für jede GT. Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Befehlen jeder GT in dem Satz von GTs zum Einstellen einer jeweiligen Ausgangsleistung, um mit dem skalierten Ausgangsleistungswert übereinzustimmen, der gleich ist wie ein Bruchteil der Differenz zwischen dem jeweiligen Leitungsausgangswert und dem nominellen Ausgangsleistungswert, bewegt den aktuellen Emissionswert für jede GT näher an den nominellen Emissionswert ohne mit dem nominellen Emissionswert übereinzustimmen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Merkmale der Erfindung werden leichter von der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der verschiedenen Aspekte der Erfindung in Verbindung genommen mit den beigefügten Zeichnungen verstanden werden, die verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen, in denen:
1 eine schematische Darstellung einer Gasturbine (GT) zeigt, aufweisend ein Steuersystem, entsprechend verschiedener Ausführungsbeispiele der Erfindung.
2 eine schematische Ansicht einer Steuerarchitektur ist, die mit dem Steuersystem aus 1 verwendet werden kann, um den Betrieb der GT zu steuern, entsprechend verschiedener Ausführungsbeispiele der Erfindung.
3 eine grafische Darstellung einer Wahrscheinlichkeitssimulation der Betriebszustände von einer statistisch signifikanten Anzahl von GTs aus 1 zeigt unter Verwendung eines Modells der GT, das durch das Steuersystem aus 1 verwendet wird.
4 ein Flussdiagramm zeigt, das ein Verfahren entsprechend verschiedener Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht.
5 eine grafische Darstellung eines in dem Flussdiagramm aus 4 veranschaulichten Verfahrens in einem zweidimensionalen Grafen der Ausgangsleistung (MW) zu den Emissionen (NO_x) zeigt.
6 eine grafische Darstellung eines in dem Flussdiagramm aus 4 veranschaulichten Verfahrens in einem zweidimensionalen Grafen der der Ausgangsleistung (MW) zu den Emissionen (NO_x) zeigt.
7 eine grafische Darstellung eines in dem Flussdiagramm aus 4 veranschaulichten Verfahrens in einem dreidimensionalen Grafen der Ausgangsleistung (MW) zu den Emissionen (NO_x) zu der Zündtemperatur (T4) zeigt.
8 eine beispielhafte Umgebung zeigt aufweisend ein Steuersystem entsprechend verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung.
Es ist zu beachten, dass die Zeichnungen der Erfindung nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind. Die Zeichnungen sind dazu beabsichtigt, nur typische Aspekte der Erfindung darzustellen und sollten daher nicht als den Bereich der Erfindung beschränkend angesehen werden. In den Zeichnungen stellen gleiche Nummern gleiche Elemente zwischen den Zeichnungen dar.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Wie es oben angegeben ist, bezieht sich der hierin offenbarte Gegenstand auf Einstell- und Steuersysteme. Genauer bezieht sich der hierin offenbarte Gegenstand auf Einstell- und Steuersysteme für Gasturbinen.
Die Wahrscheinlichkeitssteuerung ist eine Methodik zur Vorgabe des Betriebszustandes einer Gasturbine (GT) basierend auf einer gemessenen Ausgangsleistung (in Megawatt, MW) und Kohlenstoffmonoxiden NO und NO₂ (Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid), gemeinsam bezeichnet als NO_x-Emissionen. Wie es hierin beschrieben ist, stellen verschiedene Ausführungsbeispiele das Einstellen und Steuern einer GT wo Fehler in Messwerten existieren. Konventionelle Vorgehensweisen existieren, um Steuermechanismen zu berechnen und einzustellen, wo Messwertfehler existieren, aber keine herkömmlichen Vorgehensweisen sind dafür ausgerichtet GT-Steuerfunktionen zu berücksichtigen und einzustellen besonders in Anbetracht von Ausgangsleistung und NOx-Messwerten.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck P50-GT oder P50-Maschine auf eine durchschnittliche (oder nominelle) Gasturbine oder ähnliche Maschine in einer Flotte. Parameter, die der P50-Messung zugeordnet sind, werden als Ideal angesehen und selten, wenn überhaupt, bei einer tatsächlichen Gasturbine erreicht. Andere Begriffe, die hierin verwendet werden, können aufweisen: a) Zündtemperatur (T4), welche die durchschnittliche Temperatur stromabwärts eines Leitapparats der ersten Stufe, aber stromaufwärts der ersten Laufschaufel in der Turbine (z. B. GT); und b) T3.9, welches die Verbrennungstemperatur in der Gasturbine ist, die höher ist als die Zündtemperatur. Die Zündtemperatur, wie es auf dem Gebiet bekannt ist, kann nicht gemessen werden, wird aber von anderen Messwerten und bekannten Parametern abgeleitet. Wie es hierin verwendet wird, bezieht sich der Begriff „angegebene Zündtemperatur” auf die Zündtemperatur, wie sie durch eine oder mehrere Komponenten der Steuerungsausrüstung angegeben wird, z. B. einem Steuersystem, das die GT-Komponenten überwacht und/oder steuert. Die „angegebene” Zündtemperatur stellt die beste Schätzung der Zündtemperatur von konventionellen Mess-/Testeinrichtung dar, die mit dem GT-Steuersystem verbunden sind.
Außerdem, wie es hierin beschrieben ist, kann sich der Begriff „Basislast” für eine bestimmte Gasturbine auf die maximale Ausgangsleistung der Gasturbine bei einer Nennzündtemperatur beziehen. Ferner, wie hierin beschrieben und auf dem Gebiet bekannt, wird sich die Basislast für eine gegebene Gasturbine basierend auf Veränderungen in Umgebungsbetriebszuständen ändern. Manchmal wird die Basislast auf dem Gebiet als „Volllast bei voller Drehzahl” bezeichnet. Außerdem versteht es sich, dass das NOx sensitiv ist für die Brennstoffzusammensetzung und als solche wird sie in irgendeinem Einstellverfahren, das in der Gasturbine ausgeführt wird (einschließlich der hierin beschriebenen Einstellverfahren), berücksichtigt.
Außerdem, wie es hierin beschrieben ist, bezieht sich der Begriff „Abgasenergie” auf die Energie, die in dem Abgas enthalten ist, das aus der GT austritt, die basierend auf Temperaturmesswerten und Druckmesswerten des Abgases im Abgasabschnitt (Auslass) der GT bestimmt werden kann. Die Abgasenergie ist unmittelbar auf die Menge von Abgas bezogen, das durch die GT strömt und kann mit weiteren Betriebsparametern korreliert sein, z. B. der Ausgangsleistung.
Verschiedene hierin beschrieben Ausführungsbeispiele erlauben eine Wahrscheinlichkeitssteuerung von GTs (z. B. eine Flotte von zwei oder mehr GTs) unter Verwendung von Ausgangsleistung und Emissionsparametern für die GTs. Entsprechend verschiedenen Ausführungsbeispielen kann eine Vorgehensweise die folgenden Verfahren aufweisen:

1) Befehlen ein oder mehrerer Gasturbinen (z. B. in einer Flotte) auf eine eingerichtete Basislast (Megawattwert, NO_x-Wert, Brennstoffströmungswert, Abgasenergiewert) basierend auf einem gemessenen Umgebungszustand. Wie hierin beschrieben, sollte(n) die GT(s) in einer idealen Situation in einem idealen Szenario auf die P50-(nominellen) Betriebsparameter konvergieren, einschließlich eines P50-Ausgangsleistungswerts (nomineller Ausgangsleistungswert) und eines P50-NO_x-Wertes (Emissionswertes). Jedoch, wie es hierin angegeben ist, tritt dies bei realen Betriebssituationen nicht auf;
2) Befehlen der einen oder mehreren GTs ihre Ausgangsleistung (MW) einzustellen, um mit einem skalierten Ausgangsleistungswert übereinzustimmen, der gleich ist einem Bruchteil einer Differenz zwischen der jeweiligen Ausgangsleistung (MW) und dem nominellen Ausgangsleistungswert (P50-Ausgangsleistungswert), und Messen des aktuellen NO_x-Werts. Der skalierte Ausgangsleistungswert kann unter Verwendung eines Leistungsskalierungsfaktors abgeleitet werden, der eine Zahl größer als Null und kleiner oder gleich Eins (1), das heißt, wo jede Ausgangsleistung einer GT von der nominellen Ausgangsleistung durch einen Wert (z. B. x MW) abweicht, enthält dieses Verfahren das Befehlen jeder GT seine Ausgangsleistung einzustellen, um mit einem Wert übereinzustimmen, der gleich ist wie ein Bruchteil der Differenz zwischen der Ausgangsleistung dieser GT und der nominellen Ausgangsleistung, z. B. 0,7x. Wie es hierin angegeben ist, wird dieses Verfahren wahrscheinlich dazu beitragen, den aktuellen NOx-Wert jeder GT näher an den P50-NO_x-Wert zu bringen, wird aber dieses Ziel nicht vollständig erreichen. Zusätzlich berücksichtigt diese Ausgangsleistungseinstellung nicht einen anderen Belang, welche die erhöhte Zündtemperatur bezogen auf deren gewünschtes Niveau ist; und
3) Einstellen jedes Betriebszustandes jeder GT basierend auf deren Differenz (Delta-NO_x) zwischen dem gemessenen aktuellen NOx-Wert (Verfahren 2), dem erwarteten P50-NO_x-Wert für den Umgebungszustand und einen Emissionsskalierungsfaktor (z. B. ein Wert zwischen Null und kleiner als oder gleich Eins (1), gleich oder verschieden von dem Leistungsskalierungsfaktor). Der Delta-NO_x-Wert kann in einen Delta-Ausgangsleistungswert (MW-Wert) (der die Differenz zwischen der aktuellen Ausgangsleistung der GT und der Ausgangsleistung bei dem P50-Ausgangsleistungsniveau darstellt) für jede GT unter Verwendung von herkömmlichen Vorgehensweisen überführt werden. Bei diesem Verfahren hat jede GT, die von dem P50-Ausgangsleistungswert abweicht, ihren Betriebszustand durch einen festen Bruchteil des Delta-Ausgangsleistungswertes (wie er von dem Delta-NO_x-Wert umgewandelt wurde) eingestellt, eingestellt durch den Emissionsskalierungsfaktor, so dass er sich dem Delta-Ausgangsleistungswert (Delta-MW-Wert) für diese GT annähert. Diese Einstellung wird jede GT auf eine Linie im Ausgangsleistung/NO_x-Raum bringen, die rechtwinklig zu der P50-Ausgangsleistung/P50-NO_x-Charakteristik für diese GT ist. Die oben angegebenen allgemeinen Verfahren werden hierin genauer beschrieben.

In der nachfolgenden Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil davon bilden und in denen beispielhaft bestimmte beispielhafte Ausführungen veranschaulicht sind, in denen die vorliegenden Lehren ausgeführt werden können. Diese Ausführungsbeispiele sind ausreichend genau beschrieben, um Fachleute in die Lage zu versetzen die vorliegenden Lehren auszuführen und es versteht sich, dass andere Ausführungsbeispiele verwendet werden können und dass Änderungen gemacht werden können, ohne von dem Bereich der vorliegenden Lehren abzuweichen. Die nachfolgende Beschreibung ist daher lediglich veranschaulichend.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Gasturbine (GT) 10 aufweisend ein Steuersystem 18 entsprechend verschiedenen Ausführungsbeispielen. In verschiedenen Ausführungsbeispielen enthält die Gasturbine 10 einen Kompressor 12, eine Brennkammer 14, eine Turbine 16, die mit dem Kompressor 12 antriebsgekoppelt ist, und ein Computersteuersystem oder eine Steuereinrichtung 18. Ein Einlasskanal 20 zu dem Kompressor 12 leitet Umgebungsluft und bei einigen Ausführungsbeispielen eingespritztes Wasser an den Kompressor 12. Der Kanal 20 kann Kanäle, Filter, Blenden oder Schall absorbierende Einrichtungen aufweisen, die zu einem Druckverlust der durch den Einlasskanal 20 und in die Einlassleitschaufel (IGV) 21 des Kompressors 12 einströmende Luft beitragen. Verbrennungsgase von der Gasturbine 10 werden durch den Auslasskanal 22 geführt. Der Auslasskanal 22 kann Schall absorbierende Materialien und Emissionssteuereinrichtungen aufweisen, die einen Gegendruck auf die Gasturbine 10 verursachen. Ein Betrag von Eingangsdruckverlusten und Gegendruck kann über die Zeit aufgrund des Hinzufügens von Komponenten zu dem Einlasskanal 20 und dem Auslasskanal 22 variieren und/oder als Folge von Staub oder Schmutz, der den Einlasskanal 20 bzw. den Auslasskanal 22 verstopft. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen treibt die Gasturbine 10 einen Generator 24 an, der elektrische Energie erzeugt.
Verschiedene Ausführungsbeispiele werden beschrieben, die einen Satz von GTs messen, analysieren und/oder steuern, der eine oder mehrere Gasturbinen (GTs) aufweisen kann, z. B. in einer Flotte. Es versteht sich, dass diese Vorgehensweisen gleichermaßen auf eine einzelne GT wie auch auf zwei oder mehr GTs anwendbar sind. Es versteht sich außerdem, dass der Begriff „Satz”, wie er hierin verwendet wird, eins oder mehr bedeuten kann.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen detektieren eine Mehrzahl von Steuersensoren 26 verschiedene Betriebszustände der Gasturbine 10, des Generators 24 und/oder der Umgebung während des Betriebs der Gasturbine 10. In vielen Beispielen können mehrere redundante Steuersensoren 26 denselben Betriebszustand messen. Zum Beispiel können Gruppen von redundanten Temperatursteuersensoren 26 die Umgebungstemperatur, die Kompressorauslasstemperatur, die Turbinenabgastemperatur und/oder andere Betriebstemperaturen des Gasstromes (nicht dargestellt) durch die Gasturbine 10 überwachen. Gleichermaßen können Gruppen von anderen redundanten Drucksteuersensoren 26 den Umgebungsdruck, statische und dynamische Druckniveaus am Kompressor 12, dem Abgas der Turbine 16 und/oder anderen Parameter in der Gasturbine 10 überwachen. Steuersensoren 26 können ohne Beschränkung enthalten Strömungssensoren, Drucksensoren, Drehzahlsensoren, Flammendetektorsensoren, Ventilpositionssensoren, Leitschaufelwinkelsensoren und/oder andere Einrichtungen, die verwendet werden können, um verschiedene Betriebsparameter während des Betriebs der Gasturbine 10 zu sensieren.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Parameter” auf Eigenschaften, die verwendet werden können, um die Betriebszustände der Gasturbine 10 zu definieren, wie etwa Temperaturen, Drücke und/oder Gasströmungen an definierten Stellen innerhalb der Gasturbine 10. Einige Parameter werden gemessen, d. h. werden sensiert und sind direkt bekannt, während andere Parameter durch ein Modell berechnet werden und daher ermittelt und indirekt bekannt sind. Einige Parameter können am Anfang durch eine Bedienperson für die Steuereinrichtung 18 eingegeben werden. Die gemessenen, ermittelten oder durch eine Bedienperson eingegebenen Parameter stellen einen gegebenen Betriebszustand der Gasturbine 10 dar.
Ein Brennstoffsteuersystem 28 regelt eine Menge an Brennstoffströmung von einer Brennstoffzufuhr (nicht gezeigt) zu der Brennkammer 14, eine Menge, die zwischen primären und sekundären Brennstoffdüsen (nicht gezeigt) aufgeteilt wird und eine Menge, die mit Sekundärluft gemischt wird, die in die Brennkammer 14 strömt. Das Brennstoffsteuersystem 28 kann auch eine Brennstoffart zur Verwendung in der Brennkammer 14 auswählen. Das Brennstoffsteuersystem 28 kann eine separate Einheit oder eine Komponente der Steuereinrichtung 18 sein.
Die Steuereinrichtung (Steuersystem) 18 kann ein Computersystem sein, das zumindest einen Prozessor (nicht gezeigt) und wenigstens eine Speichereinrichtung (nicht gezeigt) enthält, das Befehle ausführt, um den Betrieb der Gasturbine 10 basierend zumindest zum Teil auf Eingaben von Steuersensoren 26 und Befehlen von menschlichen Bedienern ausführt. Die Steuereinrichtung kann z. B. ein Modell der Gasturbine 10 aufweisen. Befehle, die von der Steuereinrichtung 18 ausgeführt werden, können das Sensieren oder Modellieren von Betriebsparametern, das Modellieren von Betriebsgrenzen, das Anwenden von Betriebsgrenzenmodellen oder das Anwenden von Planungsalgorithmen sein, die den Betrieb der Gasturbine 10 steuern, wie etwa durch regeln einer Brennstoffströmung zu der Brennkammer 14. Die Steuereinrichtung 18 vergleicht Betriebsparameter der Gasturbine 10 mit Betriebsgrenzenmodellen oder Planungsalgorithmen, die durch die Gasturbine 10 verwendet werden, um Steuerausgangsgrößen zu erzeugen, wie etwa, aber nicht eingeschränkt auf, eine Zündtemperatur. Befehle, die durch die Steuereinrichtung 18 erzeugt wurden, können einen Brennstoffaktuator 27 an der Gasturbine 10 dazu veranlassen, wahlweise die Brennstoffströmung, die Brennstoffaufteilung und/oder die Art des Brennstoffes, der zwischen der Brennstoffquelle und der Brennkammer 14 geleitet wird, zu regeln. Andere Befehle können erzeugt werden, um Aktuatoren 29 zu veranlassen, eine Relativposition von IGVs 21 einzustellen, Einlassabzapfwärme einzustellen oder andere Steuervorgaben an der Gasturbine 10 zu aktivieren.
Betriebsparameter geben allgemein Betriebszustände von Gasturbinen 10 an, wie etwa Temperaturen, Drücke und Gasströmungen, an definierten Stellen an der Gasturbine 10 und bei gegebenen Betriebsstati. Einige Betriebsparameter sind gemessen, d. h. sensiert und sind direkt bekannt, während andere Betriebsparameter durch ein Modell geschätzt werden und indirekt bekannt sind. Betriebsparameter, die geschätzt oder modelliert werden, können auch bezeichnet werden als geschätzte Betriebsparameter und können z. B. aufweisen, ohne Einschränkung, die Zündtemperatur und/oder die Abgastemperatur. Betriebsgrenzenmodelle können durch eine oder mehrere physikalische Grenzen der Gasturbine 10 definiert werden und können daher charakteristisch sein für optimale Zustände der Gasturbine 10 an jeder Grenze. Außerdem können Betriebsgrenzenmodelle unabhängig von irgendwelchen anderen Grenzen oder Betriebsbedingungen sein. Planungsalgorithmen können verwendet werden, um Vorgaben für die Turbinen Steueraktuatoren 27, 29 zu ermitteln, um die Gasturbine 10 zu veranlassen, innerhalb vorbestimmter Grenzen betrieben zu werden. Typischerweise schützen Planungsalgorithmen gegen Szenarien des ungünstigsten Falls und haben integrierte Annahmen basierend auf bestimmten Betriebsstati. Die Grenzsteuerung ist ein Verfahren, durch welches eine Steuerung, wie etwa die Steuereinrichtung 18, in der Lage ist, die Turbinensteueraktuatoren 27, 29 einzustellen, um die Gasturbine 10 zu veranlassen, in einem bevorzugten Zustand zu arbeiten.
2 zeigt eine schematische Ansicht einer beispielhaften Steuerarchitektur 200, die mit der Steuereinrichtung 18 (in 1 gezeigt) verwendet werden kann, um den Betrieb der Gasturbine 10 (in 1 gezeigt) zu steuern. Genauer ist die Steuerarchitektur 200 bei verschiedenen Ausführungsbeispielen in der Steuereinrichtung 18 implementiert und enthält ein modellbasiertes Steuermodul 56 (MBC-Modul). Das MBC-Modul 56 ist ein robustes, hochgenaues, physikalisch basiertes Modell der Gasturbine 10. MBC-Module 56 empfangen gemessene Zustände als Eingangsbetriebsparameter 48. Solche Parameter 48 können aufweisen, ohne Einschränkung, einen Umgebungsdruck und eine Umgebungstemperatur, Brennstoffströmungen und Brennstofftemperatur, Einlassabzapfwärme und/oder Generatorleistungsverluste. Das MBC-Modul 56 wendet die Eingangsbetriebsparameter 48 auf das Gasturbinenmodell an, um eine nominale Zündtemperatur 50 (oder einen nominalen Betriebszustand 428) zu bestimmen. Das MBC-Modul 56 kann in irgendeiner Plattform implementiert sein, die den Betrieb der Steuerarchitektur 200 und der Gasturbine 10, wie hierin beschrieben, ermöglicht.
Außerdem enthält die Steuerarchitektur 200 bei verschiedenen Ausführungsbeispielen ein adaptives Echtzeitmotorsimulationsmodul 58 (ARES-Modul), das bestimmte Betriebsparameter der Gasturbine 10 schätzt. Zum Beispiel schätzt das ARES-Modul 58 bei einem Ausführungsbeispiel Betriebsparameter, die nicht direkt sensiert werden, wie diejenigen, die durch die Steuersensoren 26 zur Verwendung in den Steueralgorithmen erzeugt werden. Das ARES-Modul 58 schätzt auch Betriebsparameter, die gemessen werden, so dass die gemessenen und die geschätzten Zustände miteinander verglichen werden können. Der Vergleich wird verwendet, um das ARES-Modul 58 automatisch einzustellen ohne den Betrieb der Gasturbine 10 zu unterbrechen.
Das ARES-Modul 58 empfängt Eingangsbetriebsparameter 48, wie etwa, ohne Einschränkung, den Umgebungsdruck und die Umgebungstemperatur, die Kompressoreinlassleitschaufelposition, die Brennstoffströmung, die Einlassabzapfwärmeströmung, Generatorleistungsverluste, Einlass- und Auslasskanaldruckverluste und/oder die Kompressoreinlasstemperatur. Das ARES-Modul 58 erzeugt dann geschätzte Betriebsparameter 60, wie etwa, ohne Einschränkung, eine Abgastemperatur 62, einen Kompressorauslassdruck und/oder eine Kompressorauslasstemperatur. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen verwendet das ARES-Modul 58 die geschätzten Betriebsparameter 60 in Kombination mit Eingangsbetriebsparametern 48 als Eingangsgrößen für das Gasturbinenmodell, um Ausgangsgrößen zu erzeugen, wie etwa, z. B., eine berechnete Zündtemperatur 64.
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen empfängt die Steuereinrichtung 18 als eine Eingangsgröße eine berechnete Zündtemperatur 52. Die Steuereinrichtung 18 verwendet einen Komparator 70, um die berechnete Zündtemperatur 52 mit einer nominellen Zündtemperatur 50 zu vergleichen, um einen Korrekturfaktor 54 zu erzeugen. Der Korrekturfaktor 54 wird dazu verwendet, die nominale Zündtemperatur 50 in dem MBC-Modul 56 einzustellen, um eine korrigierte Zündtemperatur 66 zu erzeugen. Die Steuereinrichtung 18 verwendet einen Komparator 74, um die Steuerausgangsgrößen von dem ARES-Modul 58 und die Steuerausgangsgrößen von dem MBC-Modul 56 zu vergleichen, um einen Differenzwert zu erzeugen. Der Differenzwert wird dann in eine Kalmanfilterverstärkungsmatrix (nicht dargestellt) eingegeben, um normierte Korrekturfaktoren zu erzeugen, die an die Steuereinrichtung 18 zur Verwendung beim kontinuierlichen Einstellen des Steuermodells des ARES-Moduls übermittelt, wodurch eine verbesserte Steuerung der Gasturbine 10 ermöglicht ist. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel empfängt die Steuereinrichtung 18 einen Abgastemperaturkorrekturfaktor 68 als Eingangsgröße. Der Abgastemperaturkorrekturfaktor 68 kann dazu verwendet werden, die Abgastemperatur 62 im ARES-Modul 58 einzustellen.
3 ist ein Graf, der eine Wahrscheinlichkeitssimulation der Betriebsstati einer statistisch signifikanten Anzahl von Gasturbinen 10 aus 1 zeigt, unter Verwendung des von der Steuereinrichtung 18 verwendeten Models der Gasturbine. Der Graf stellt die Ausgangsleistung gegenüber der Zündtemperatur der Gasturbine 10 dar. Die Linie 300 ist ein lineares Regressionsmodell für die Mehrzahl von Datenpunkten 308. Die Linien 302 stellen das 99%-Vorhersageintervall entsprechend der Datenpunkte 308 dar. Außerdem stellt die Linie 304 die nominelle oder konstruktiv vorgegebene Zündtemperatur 50 für die Gasturbine 10 dar und die Linie 306 stellt eine nominelle oder konstruktiv vorgegebene Ausgangsleistung für die Gasturbine 10 dar. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen zeigt die in 3 gezeigte Wahrscheinlichkeitssimulation eine ungefähre Varianz der Zündtemperatur von 80 Einheiten. Diese Varianz kann den Komponententoleranzen der Gasturbine 10 und der Messungenauigkeit der Steuereinrichtung 18 und der Steuersensoren 26 zugeschrieben werden.
Hierin sind Vorgehensweisen zum Einstellen der Gasturbine 10 beschrieben, die das Reduzieren der Abweichung des aktuellen Betriebsstatus der Gasturbine 10 ermöglichen, z. B. der Zündtemperatur und/oder der Abgastemperatur, wodurch das Reduzieren in der Änderung der Ausgangsleistung, der Emissionen und der Lebensdauer der Gasturbine 10 ermöglicht wird. Die hierin beschriebene Vorgehensweise mit einer Wahrscheinlichkeitssteuerung kann entweder als diskretes Verfahren zum Einstellen der Gasturbine 10 während der Installation und bei verschiedenen Zeitabläufen implementiert werden oder kann innerhalb der Steuereinrichtung 18 implementiert werden, um periodisch in vorherbestimmten Intervallen und/oder kontinuierlich während des Betriebs der Gasturbine 10 abzulaufen. Diese Vorgehensweisen messen die Turbinenzündtemperatur nicht direkt, weil die Zündtemperatur ein geschätzter Parameter ist, wie es vorstehend erläutert wurde. Die Vorgehensweisen mit Wahrscheinlichkeitssteuerung können jedoch direkt gemessene Parameter bereitstellen, die starke Indikatoren für die Zündtemperatur der Gasturbine 10 sind und ermöglichen eine verbesserte Steuerung der Zündtemperatur in der Gasturbine 10.
4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren veranschaulicht, das entsprechend verschiedenen Ausführungsbeispielen ausgeführt wird. Wie hierin beschrieben, kann das Verfahren unter Verwendung von zumindest einer Recheneinrichtung durchgeführt (z. B. ausgeführt) werden, das als Computerprogramprodukt (z. B. ein nicht transitorisches Computerprogrammprodukt) oder auf andere Art implementiert ist, enthaltend die nachfolgenden Verfahren:

Verfahren P1: Befehlen jeder GT 10 in dem Satz von GTs auf ein Basislastniveau (z. B. eine Sollzündtemperatur) basierend auf einem gemessenen Umgebungszustand für jede GT 10. Wie es hierin angegeben ist, ist die Basislast (mit einer Sollzündtemperatur) mit einem Ausgangsleistungswert (MW-Wert) und einem Emissionswert für den gemessenen Umgebungszustand verknüpft. Wie es weiter hierin angegeben ist, erreicht nicht jede GT 10 den nominellen Ausgangsleistungswert (P50-Ausgangsleistung) und/oder den nominellen Emissionswert (P50-NOx) als Antwort auf das Befehlen jeder GT 10 in dem Satz von GTs auf das Basislastniveau. Entsprechend verschiedener Ausführungsbeispiele verschiebt das Verfahren des Befehlens jeder GT 10 in dem Satz von GTs zum Einstellen einer jeweiligen Ausgangsleistung, um mit dem nominellen Ausgangsleistungswert übereinzustimmen, einen aktuellen Emissionswert für jede GT 10 näher an den nominellen Emissionswert ohne mit dem nominellen Emissionswert übereinzustimmen;
Verfahren P2: Befehlen jeder GT 10 in dem Satz von GTs eine jeweilige Ausgangsleistung einzustellen, um mit einem skalierten Ausgangsleistungswert übereinzustimmen, der gleich ist wie ein Bruchteil einer Differenz zwischen dem jeweiligen Ausgangsleistungswert und dem nominellen Ausgangsleistungswert (P50-Ausgangsleistungswert), und anschließend Messen des aktuellen Emissionswertes für jede GT 10. Der skalierte Ausgangsleistungswert kann unter Verwendung eines Leistungsskalierungsfaktors abgeleitet werden, der eine Zahl größer als Null und kleiner als Eins (1) sein kann. Das heißt, wo sich die Ausgangsleistung jeder GT von der nominellen Ausgangsleistung durch irgendeinen Wert (z. B. x MW) unterscheidet, weist dieses Verfahren das Befehlen jeder GT auf, ihre Ausgangsleistung einzustellen, um mit einem Wert übereinzustimmen, der gleich einem Bruchteil der Differenz zwischen der Ausgangsleistung dieser GT und der nominellen Ausgangsleistung ist, z. B. 0,6x oder 0,7x. Der Leistungsskalierungsfaktor (S) kann unter Verwendung von einem oder mehreren Modellierungsverfahren erzeugt werden, um vorherzusagen, wie sich eine Flotte von GTs 10 verhält, wenn sie bei unterschiedlichen MW/NO_x-Zuständen betrieben werden. In verschiedenen Ausführungsbeispielen, kann der Leistungsskalierungsfaktor abgeleitet werden unter Verwendung von iterativem Testen und/oder Modellieren von bestimmten GTs 10 unter einer Vielfalt von Zuständen. In einigen Fällen wird der Leistungsskalierungsfaktor (S_MW) basierend auf einer Standardabweichung für eine Flotte von GTs 10 ausgewählt, z. B. basierend auf einem oder mehreren Modellen, wobei der Leistungsskalierungsfaktor angibt, dass die GTs 10 innerhalb von gewissen Standardabweichungsbändern der nominellen GT bleiben werden. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen, kann das Verfahren P2 außerdem das Umwandeln der Differenz zwischen dem jeweils gemessenen aktuellen Emissionswert und dem nominellen Emissionswert für jede GT 10 in eine Differenz zwischen einem jeweiligen Ausgangsleistungswert und dem nominellen Ausgangsleistungswert bei dem Umgebungszustand für jede GT 10 enthalten; und
Verfahren P3: Einstellen eines Betriebszustandes für jede GT 10 in dem Satz von GTs basierend auf einer Differenz zwischen dem jeweils gemessenen aktuellen Emissionswert, einem nominellen Emissionswert bei dem Umgebungszustand und einem Emissionsskalierungsfaktor (z. B. einem Wert zwischen Null und Eins (1), gleich oder verschieden von dem Leistungsskalierungsfaktor). Entsprechend verschiedener Ausführungsbeispiele enthält das Verfahren des Einstellens des Betriebszustandes von jeder GT 10 das Einstellen des Betriebszustandes von jeder GT 10 in dem Satz von GTs durch einen festen Bruchteil der Differenz zwischen dem jeweiligen Ausgangsleistungswert und dem nominellen Ausgangsleistungswert, angepasst durch den Emissionsskalierungsfaktor, so dass die Ausgangsleistung jeder GT 10 sich einem nominellen Ausgangsleistungswert annähert (und in einigen Fällen erreicht oder annährend erreicht). Entsprechend verschiedener Ausführungsbeispiele richtet das Einstellen des Betriebszustandes jeder GT 10 in dem Satz von GTs durch den festen Bruchteil der Differenz zwischen dem jeweiligen Ausgangsleistungswert und dem nominellen Ausgangsleistungswert, angepasst durch den Emissionsskalierungsfaktor (z. B. 0,7, 0,8, 0,9) jede GT 10 an einer Linie in dem grafischen Raum aus, der die Ausgangsleistung gegenüber den Emissionen darstellt, die rechtwinklig ist zu einer nominellen Ausgangsleistung/nominelle-Emissionen-Charakteristik für jede GT 10.

5–7 zeigen grafische Darstellungen von Grafen der Ausgangsleistung zu der Emissionen (NO_x) der in 4 beschriebenen Verfahren mit Bezug auf einen beispielhaften Datensatz, der einen Satz (Mehrzahl) von GTs darstellt (gleich der GT 10). Alle in den 5–6 gezeigten Datenpunkte stellen die Ausgangsleistung zu Emissionen (NO_x) bei angegebenen Zündtemperaturen dar, wobei eine „angegebene” Zündtemperatur die Zündtemperatur ist, wie sie angezeigt oder auf andere Weise durch die Steuerung der GT 10 ausgegeben wird. Das heißt, die „angegebene” Zündtemperatur ist nicht notwendigerweise die tatsächliche Zündtemperatur (die, wie hierin beschrieben, nicht genau gemessen werden kann), sondern stattdessen die Zündtemperatur, wie sie durch die Steuerung (und die dazugehörige Ausrüstung) von der GT 10 geschätzt wurde.
Wie in diesem Beispiel gezeigt ist, z. B. in 5, ist der Mittelpunkt der Linie GL eine Funktion von der mittleren Zündtemperatur (T4) von dem Satz von GTs. Die mittlere Verbrennungstemperatur (T3.9) ist eine Funktion der mittleren Zündtemperatur und ist größer als die mittlere Zündtemperatur. Es wird hierin darauf hingewiesen, dass wenn die mittlere Zündtemperatur steigt, so wird dies auch die mittlere Verbrennungstemperatur, was bedeutet, dass die Linie GL zu größeren Ausgangsleistung/NO_x-Werten verschoben wird, während sie orthogonal zu der Linie RL bleibt, die die Ausgangsleistung/NO_x-Charakteristik für die mittlere GT in dem Satz von GTs bei Basislast definiert. Die Erfinder haben durch empirisches Testen erkannt, dass die Linien BL eine +/–10 Grad-Spanne der aktuellen Zündtemperatur (T4) von der Linie RL darstellt, gemessen entlang einer gegebenen Linie rechtwinklig zu der Linie RL. 6 zeigt die grafische Darstellung von 5 mit der Ergänzung von Angaben für die mittlere T4 (Zündtemperatur) bei unterschiedlichen Beispielen für Ausgangsleistung/NO_x-Werte für eine Flotte von GTs, entlang von Linien, rechtwinklig zu RL (Ausgangsleistung/NO_x-Charakteristik) und Linien BL. Die mittlere T4 (B) und die mittlere T4 (P) veranschaulicht bei diesem Beispiel Flotten bei T4 = 2410 Grad F bzw. T4 = 2430 Grad F. 6 veranschaulicht auch eine Linie PL, die ein Beispiel ist für eine einzige GT entlang eines Zündtemperatur(T4)-„Durchlaufs” oder Veränderung rechtwinklig zu der Ausgangsleistung/NOx-Charakteristiklinie. PL zeigt, wie sich die Ausgangsleistung/NOx durch eine verändernde Zündtemperatur (T4) verändert.
7 ist eine dreidimensionale grafische Darstellung des Verfahrens P3 (4), nämlich, des Einstellens eines Betriebszustandes von jeder GT in einem Satz von GTs basierend auf einer Differenz zwischen dem jeweiligen gemessenen aktuellen Emissionswert und dem nominellen Emissionswert bei Umgebungszustand. Das heißt, wie es in 7 gezeigt ist, die GL-Ebene, die durch die Ebene der GL (5–6) durch den Zündtemperatur-(T4)-Raum hindurch definiert ist (skaliert entsprechend dem angewandten Emissionsskalierungsfaktor), veranschaulicht ein Modell, wo der Satz von GTs in dem Zündtemperaturraum (T4-Raum) arbeitet. Das heißt, obwohl die aktuelle Zündtemperatur (T4) für jede GT in dem Satz von GTs nicht direkt gemessen werden kann, stellt die GL-Ebene das genaueste Modell der Zündtemperatur der GTs innerhalb des Satzes von GTs dar. Entsprechend verschiedener Ausführungsbeispiele enthält das Verfahren P3 das Einstellen eines Betriebszustandes von jeder GT basierend auf einer Differenz zwischen ihren jeweiligen gemessenen aktuellen Emissionswert () und einem nominellen (durchschnittlichen) Emissionswert (NO_x-Wert) die jeweilige GT bei einem Emissionsskalierungsfaktor. Das heißt, entsprechend verschiedener Ausführungsbeispiele wird ein Betriebszustand von jeder GT eingestellt, so dass ihr Ausgangsleistung/NO_x-Wert GL im zweidimensionalen Raum (5–6) und die GL-Ebene im dreidimensionalen Raum (7) schneidet. Der Schnittpunkt der nominellen (P50)-Ausgangsleistung/NOx-Linien und der GL-Ebene stellt das genaueste Modell der gewünschten mittleren aktuellen Zündtemperatur (P4) dar und durch Einstellen von jeder GT 10, sich dieser GL-Ebene anzunähern, wird das Variieren der Zündtemperatur über der Flotte reduziert, was die Lebensdauer der Flotte erhöht.
Die GL (und die GL-Ebene) ist eine Charakteristik wie die Gasturbinen konstruiert und gebaut sind und im Ausgangsleistung/NO_x-Raum ist ein Zentrum an der Schnittstelle von P50-Ausgangsleistung und P50-NOx für den bestimmten Typ der GT 10 in einer Flotte. Die Länge von GL im zweidimensionalen Raum (z. B. der Raum zwischen den BLs in 5 und 6) ist definiert durch die Hardwareabweichungen von GT zu GT für einen gegebenen Typ der GT (z. B. physikalische Abweichungen beim Herstellen von zwei Maschinen mit denselben Spezifikationen). Durch das Verändern von Betriebszuständen einer GT 10, um den Ausgangsleistung/NO_x-Wert für diese GT 10 mit GL (und der GL-Ebene) auszurichten, sind die Abweichungen in der aktuellen Zündtemperatur (T4) minimiert.
Entsprechend verschiedener Ausführungsbeispiele können die grafischen Darstellungen, die in den 5–7 gezeigt sind, durch die Gleichungen 1–4 abgeleitet werden, die Lösungen für die Änderung in Betriebszuständen (Δ-Betriebszustand) der GT 10 bereitstellen, sowie die Änderung in aktuellen Zündtemperaturen (ΔT₄). Wie veranschaulicht, sind die Gleichungen 1–4 wie folgt: ΔBetriebszustand = ΔMW_Schritt1-2 + ΔNOx_Schritt2-3 ΔT_4,Schritt1-3 = ΔT_4,Schritt1-2 + ΔT_4,Schritt2-3 ΔT_4,Schrift1-2 = fn(ΔMW_Schritt1-2 = fn(S_MW·(MW_P50 – MW₁)) ΔT_4,Schritt2-3 = fn(ΔNOx_Schritt2-3) = fn(S_NOx·(NOx₃ – NOx₂))

Wobei Schritt 1 = Verfahren P1; Schritt 2 = Verfahren P2; Schritt 3 = Verfahren P3; Variable 1 = eine erste Leistungsvariable, die durch einen externen Sensor an der GT 10 gemessen werden kann (z. B. Megawatt-Ausgangsleistung); Variable 2 = eine zweite (unterschiedlich von der Variablen 1, aber nicht unabhängig) Leistungsvariable (z. B. Emissionen), die durch einen externen Sensor an der GT 10 gemessen werden kann (z. B. eine Abgastemperatur, eine Abgasströmung, usw.); S_V1 = Skalierungsfaktor für die Variable 1 (z. B. MW-Skalierungsfaktor); S_V2 = Skalierungsfaktor für die Variable 2 (z. B. NO_x-Skalierungsfaktor). Wie es unten in Tabelle 1 gezeigt ist, können beispielhafte Skalierungsfaktoren entsprechend der verschiedenen Ausführungsbeispiele gewählt werden, um aktuelle Zündtemperaturen, Emissionen, Megawatt-Ausgangsleistungen, usw. zu manipulieren. Wie es hierin angegeben ist, können die Begriffe „Schritt 1”, „Schritt 2”, und „Schritt 3” verwendet werden, um auf die Verfahren P1, P2 bzw. P3 bezugzunehmen. Tabelle 1 – Effekt des Skalierungsfaktors (Schritte oder Verfahren P1/S1; P2/S2; P3/S3)

	S3 Skalierung	0	X	X + Y	X + CY	X + 2CY	X + 3CY	X + 4CY
S2 Skalierung	0	nur S1
S2 Skalierung	Y
S2 Skalierung	Y + X						2 Skalierung
S2 Skalierung	Y + CX	Min Mw (nur S2)	Ausgeglichene Änderung (S3)	Ausgeglichene Änderung (S3)	Ausgeglichene Änderung (S3)	~T4 Min		NOx Min
S2 Skalierung	Y + 2CX	Min Mw (nur S2)	Ausgeglichene Änderung (S3)	Ausgeglichene Änderung (S3)	Ausgeglichene Änderung (S3)	~T4 Min		NOx Min

Wie es durch die beispielhaften Skalierungsfaktoren in Tabelle 1 offensichtlich ist, können die Skalierungsfaktoren für MW (Schritt 2 oder Verfahren P2) und NO_x (Schritt 3 oder Verfahren P3) entsprechend empirischen und/oder modellbasierten Daten ausgewählt werden, um das gewünschte Resultat für eine bestimmte GT 10 oder eine Flotte von GTs 10 zu verbessern. Wenn es zum Beispiel das Ziel ist, die Abweichung entweder in MW oder NO_x zu minimieren, können die Skalierungsfaktoren gewählt werden, so dass der Schnittpunkt „min MW” oder „NO_x min” ausgewählt ist. Bewegt man sich von dem „min MW”-Feld nach rechts (zunehmender NOx-Skalierungsfaktor) tauscht man die Abweichung in MW und Brennstoff gegen die Abweichung in NOx und T4. Das Band, das mit „ausgeglichene Abweichung” bezeichnet ist, stellt einen Minimalbereich in dem vierdimensionalen MW/NO_x/T4/Brennstoff-Raum (7) dar. Für eine GT 10 besteht ein Minimum in der T4-Abweichung bei einem NOx-Skalierungsfaktor von (X + 2CY). Der Wert, bei dem ein solches Minimum auftritt, ist eine Funktion des NO_x gegenüber T4-Charakteristik der Brennkammer der GT (z. B. einer Dry-Low-NOx-Brennkammer). In dem Fall, wo zwei Skalierungsfaktoren angewandt werden (MW-Skalierungsfaktor und NO_x-Skalierungsfaktor), stellt ein MW-Skalierungsfaktor von (Y – Z) eine Abweichung bereit, die im Wesentlichen äquivalent zu den vorher offenbarten (nicht skalierten) Vorgehensweisen ist. Jedoch, wie es in dieser beispielhaften Tabelle zu sehen ist, stellt eine Kombination von Y + X als MW-Skalierungsfaktor und (X + 3CY) als NO_x-Skalierungsfaktor eine minimale Abweichung in T4 für die Flotte von GTs 10 bereit.
8 zeigt eine beispielhafte Umgebung 802, die die Steuerung (Steuersystem 18) darstellt, die mit den GTs 10 mittels zumindest einer Recheneinrichtung 814 verbunden ist. Wie hierin beschrieben kann das Steuersystem 18 irgendwelche herkömmlichen Steuersystemkomponenten enthalten, die bei der Steuerung einer Gasturbine (GT) verwendet werden. Zum Beispiel kann das Steuersystem 18 elektrische und/oder elektromechanische Komponenten zum Betätigen von einer oder mehreren Komponenten in der GT bzw. in den GTs 10 aufweisen. Das Steuersystem 18 kann herkömmliche computerbasierte Unterkomponenten, wie etwa einen Prozessor, einen Speicher, Eingabe-/Ausgabemittel, einen Bus, usw. aufweisen. Das Steuersystem 18 kann dazu eingerichtet sein (z. B. programmiert) um Funktionen basierend auf Betriebszuständen von einer externen Quelle (z. B. zumindest einer Recheneinrichtung 814) auszuführen und/oder kann vorprogrammierte (kodierte) Befehle basierend auf Parametern von der GT bzw. von den GTs 10 enthalten.
Das System 802 kann auch zumindest eine Recheneinrichtung 814 aufweisen, die mit dem Steuersystem 18 und der GT bzw. den GTs 10 verbunden ist (z. B. verdrahtet und/oder drahtlos). Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen ist die Recheneinrichtung 814 funktionsgekoppelt mit der GT bzw. den GTs 10, z. B. mittels einer Mehrzahl von herkömmlichen Sensoren, wie etwa Strömungsmessern, Temperatursensoren, usw., wie es hierin beschrieben ist. Die Recheneinrichtung 814 kann mit dem Steuersystem 18 kommunikationsverbunden sein, z. B. mittels herkömmlicher verdrahteter und/oder drahtloser Mittel. Das Steuersystem 18 ist dazu eingerichtet, die GT bzw. die GTs 10 während des Betriebs zu überwachen entsprechend verschiedener Ausführungsbeispiele.
Ferner ist die Recheneinrichtung 814 in Kommunikationsverbindung mit einer Bedienperson 836 gezeigt. Eine Bedienperson 836 kann z. B. ein Programmierer oder Betreiber sein. Interaktionen zwischen diesen Komponenten und der Recheneinrichtung 814 sind woanders in dieser Anmeldung beschrieben.
Wie es hierin angegeben ist, können eine oder mehrere der Verfahren, die hierin beschrieben sind, z. B. durch zumindest eine Recheneinrichtung ausgeführt werden, wie etwa die Recheneinrichtung 814, wie sie hierin beschrieben ist. In anderen Fällen können eine oder mehrere dieser Verfahren gemäß einem computerimplementierten Verfahren ausgeführt werden. In noch anderen Ausführungsbeispielen können eine oder mehrere dieser Verfahren durch Ausführen eines Computerprogrammcodes (z. B. das Steuersystem 18) auf zumindest einer Recheneinrichtung (z. B. die Recheneinrichtung 814) ausgeführt werden, was die zumindest eine Computereinrichtung dazu veranlasst, ein Verfahren auszuführen, z. B. das Einstellen zumindest einer GT 10 entsprechend den Vorgehensweisen, die hierin beschrieben sind.
Genauer ist eine Computereinrichtung 814 gezeigt, die eine Verarbeitungskomponente 122 (z. B. einen oder mehrere Prozessoren), eine Speicherkomponente 124 (z. B. eine Speicherhierarchie) und eine Eingabe-Ausgabe-Komponente (I/O-Komponente) (z. B. eine oder mehrere I/O-Schnittstellen und/oder Einrichtungen) und Kommunikationsverbindungen 128 aufweist. Bei einem Ausführungsbeispiel führt die Verarbeitungskomponente 122 ein Programmcode aus, wie etwa das Steuersystem 18, der zumindest teilweise in der Speicherkomponente 124 enthalten ist. Während des Ausführens des Programmcodes kann die Verarbeitungskomponente 122 Daten verarbeiten, was zum Lesen und/oder Schreiben der Daten in/aus der Speicherkomponente 124 und/oder der I/O-Komponente 126 zur weiteren Verarbeitung führen kann. Die Verbindungen 128 stellen eine Kommunikationsverbindung zwischen jedem von den Komponenten in der Recheneinrichtung 814 bereit. Die I/O-Komponente 126 kann einen oder mehrere Mensch-I/O-Einrichtungen oder Speichereinrichtungen aufweisen, was eine Bedienperson 836 in die Lage versetzen kann, mit der Recheneinrichtung 814 und/oder einer oder mehreren Kommunikationseinrichtungen zu interagieren, um der Bedienperson 136 und/oder CS 138 in die Lage zu versetzen, mit der Recheneinrichtung 814 unter Verwendung von irgendeiner Art von Kommunikationsverbindung zu kommunizieren. Insoweit kann das Steuersystem 18 einen Satz von Schnittstellen (z. B. grafische Bedienerschnittstelle(n), Anwendungsprogrammschnittstelle und/oder dergleichen) steuern, der eine Mensch- und/oder System-Interaktion mit dem Steuersystem 18 ermöglicht.
In jedem Fall kann die Recheneinrichtung 814 einen oder mehrere Universalrechenbauelemente (z. B. Recheneinrichtungen) aufweisen, die in der Lage sind darauf installierten Programmcode auszuführen. Wie es hierin verwendet wird, versteht es sich, dass „Programmcode” irgendeine Sammlung von Befehlen in irgendeiner Sprache, irgendeinem Code oder Notation meint, dass eine Recheneinrichtung mit einer Informationsverarbeitungsfähigkeit dazu veranlasst, eine bestimmte Funktion entweder direkt oder nach irgendeiner Kombination des folgenden auszuführen: (a) Umwandlung in eine andere Sprache, einen anderen Code oder eine andere Notation; (b) Reproduktion in einer anderen materiellen Form; und/oder (c) Dekomprimierung. Insoweit kann das Steuersystem 18 als irgendeine Kombination von Systemsoftware und/oder Anwendungssoftware ausgeführt werden. In jedem Fall ist der technische Effekt der Recheneinrichtung 814 das Einstellen von zumindest einer GT 10 entsprechend verschiedener Ausführungsbeispiele hierin.
Außerdem kann das Steuersystem unter Verwendung eines Satzes von Modulen 132 implementiert werden. In diesem Fall kann ein Modul 132 die Recheneinrichtung 814 in die Lage versetzen, einen Satz von Aufgaben, die durch das Steuersystem 18 verwendet wird, auszuführen und kann separat entwickelt und/oder implementiert werden unabhängig von anderen Teilen des Steuersystems 18. Das Steuersystem 18 kann Module 132 enthalten, die eine besondere Verwendung Maschine/Hardware und/oder Software aufweisen. Unabhängig davon versteht es sich, dass zwei oder mehr Module und/oder Systeme können einige/die gesamte ihrer jeweiligen Hardware und/oder Software teilen. Außerdem versteht es sich, dass einige der hierin beschriebenen Funktionalitäten nicht implementiert sein können oder zusätzliche Funktionalitäten als Teil der Recheneinrichtung 814 enthalten sein können.
Wenn die Recheneinrichtung 814 mehrere Recheneinheiten aufweist, kann jede Recheneinheit nur einen Teil des Steuersystems 18, das darin realisiert ist, aufweisen (z. B. ein oder mehrere Module 132). Jedoch versteht es sich, dass die Recheneinrichtung 814 und das Steuersystem 18 nur beschreibend sind für verschiedene mögliche äquivalente Computersysteme, die ein hierin beschriebenes Verfahren ausführen können. Insoweit kann die Funktionalität, die durch die Recheneinrichtung 814 und das Steuersystem 18 bereitgestellt werden, in anderen Ausführungsbeispielen zumindest teilweise durch eine oder mehrere Recheneinheiten implementiert sein, die irgendeine Kombination von Universal- und/oder für einen bestimmten Zweck eingerichtete Hardware mit oder ohne Programmcode aufweist. Bei jedem Ausführungsbeispiel kann die Hardware und der Programmcode, wenn er enthalten ist, durch Verwenden von Standardingenieurstätigkeit bzw. Standardprogrammiertechniken erzeugt werden.
Unabhängig davon, wenn die Recheneinrichtung 814 mehrere Recheneinheiten aufweist, können diese Recheneinheiten über irgendeine Art von Kommunikationsverbindung kommunizieren. Außerdem, während ein hierin beschriebenes Verfahren ausgeführt wird, kann die Recheneinrichtung 814 mit einem oder mehreren anderen Computersystem unter Verwendung von irgendeiner Art von Kommunikationsverbindung kommunizieren. In beiden Fällen kann die Kommunikationsverbindung irgendeine Kombination von verschiedenen Arten von drahtgebundener und/oder drahtloser Verbindung aufweisen; irgendeine Kombination von einem oder mehreren Arten von Netzwerken aufweisen; und/oder irgendeine Kombination von verschiedenen Arten von Übertragungstechniken und Übertragungsprotokollen verwenden.
Wie es hierin beschrieben ist, ermöglicht das Steuersystem 18 die Recheneinrichtung 814 zum Steuern und/oder Einstellen von zumindest einer GT 10. Das Steuersystem 18 kann Logik zum Ausführen von einer oder mehrerer hierin beschriebener Aktionen enthalten. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Steuersystem 18 Logik aufweisen, um die oben angegebenen Funktionen auszuführen. Strukturell kann die Logik irgendeine Vielzahl von Formen aufweisen, wie etwa ein Field-Programmable-Gate-Array (FPGA), einen Mikroprozessor, einen digitalen Signalprozessor, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) oder irgendeine andere Maschinenstruktur für einen bestimmten Zweck, die in der Lage ist, die hierin beschriebenen Funktionen auszuführen. Die Logik kann irgendeine Vielzahl von Formen aufweisen, wie etwa Software und/oder Hardware. Jedoch, zum Zwecke der Veranschaulichung, wird das Steuersystem 18 und die darin enthaltene Logik hierin als eine Maschine für eine besondere Verwendung beschrieben. Aus der Beschreibung versteht es sich, dass, während die Logik veranschaulicht ist als jede von den oben angegebenen Funktionen aufweisend, nicht alle von diesen Funktionen entsprechend der Lehren dieser Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen angegeben ist, notwendig sind.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann das Steuersystem 18 eingerichtet sein, die Betriebsparameter von einer oder mehreren GT(s) 10 zu überwachen, wie es hierin beschrieben ist. Außerdem ist das Steuersystem dazu eingerichtet, eine oder mehrere GT(s) 10 zu befehlen, um diese Betriebsparameter zu modifizieren, um die Steuer- und/oder Einstellfunktionen zu erreichen, die hierin beschrieben sind.
Es versteht sich, dass in dem gezeigten und hierin beschriebenen Flussdiagramm andere Verfahren ausgeführt werden können, die nicht dargestellt sind und dass die Reihenfolge der Verfahren neu angeordnet werden kann entsprechend verschiedener Ausführungsbeispiele. Außerdem können Zwischenverfahren zwischen einem oder mehreren der beschriebenen Verfahren ausgeführt werden. Der Ablauf der Verfahren, wie er gezeigt und hierin beschrieben ist, ist nicht als die verschiedenen Ausführungsbeispiele beschränkend auszulegen.
In jedem Fall ist der technische Effekt der verschiedenen Ausführungsbeispiele dieser Erfindung, aufweisend z. B. das Steuersystem 18, das Steuern und/oder Einstellen einer oder mehrerer GT(s) 10, wie es hierin beschrieben ist.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können Komponenten, die als miteinander „verbunden” beschrieben werden, entlang einer oder mehrerer Schnittstellen aneinander gefügt sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen können diese Schnittstellen Zusammenfügungen zwischen unterschiedlichen Komponenten enthalten und in anderen Fällen können diese Schnittstellen eine feste und/oder integral ausgebildete Verbindung aufweisen. Das heißt, in einigen Fällen können Komponenten, die miteinander „verbunden” sind gleichzeitig ausgeführt sein, um ein einziges fortgesetztes Element zu bilden. Jedoch können diese verbundenen Komponenten bei anderen Ausführungsbeispielen als separate Elemente ausgeführt und anschließend durch bekannte Verfahren (z. B. Befestigen, Ultraschallschweißen, Bonden) verbunden werden.
Wenn ein Element oder Schicht bezeichnet wird als „auf einem”, „schlüssig mit”, „verbunden mit” oder „gekoppelt mit” einem anderen Element oder einer anderen Schicht, kann es direkt auf, schlüssig mit, verbunden mit oder gekoppelt mit einem anderen Element oder der anderen Schicht sein oder es können Zwischenelemente oder Zwischenschichten vorhanden sein. Im Unterschied, wenn ein Element bezeichnet wird als „direkt auf”, „direkt eingreifend mit”, „direkt verbunden mit” oder „direkt gekoppelt mit” einem anderen Element oder einer anderen Schicht, können keine Zwischenelemente oder Zwischenschichten vorhanden sein. Andere Worte, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollten auf gleicher Weise interpretiert werden (z. B. „zwischen” gegenüber „unmittelbar zwischen”, „benachbart” gegenüber „unmittelbar benachbart”, usw.). Wie es hierin verwendet wird, enthält der Begriff „und/oder” irgendeine und alle Kombinationen von dem einen oder mehreren der entsprechend aufgelisteten Elemente.
Die hierin verwendete Terminologie dient nur zum Zweck des Beschreibens von bestimmten Ausführungsbeispielen und ist nicht dazu gedacht, die Offenbarung zu beschränken. Wie hierin verwendet sind die Singularformen „ein”, „eine” und „der/die/das” dazu bestimmt, auch die Mehrzahlformen zu enthalten, solange im Kontext nicht deutlich etwas anderes angegeben ist. Es sollte auch verstanden werden, dass die Begriffe „aufweisen” und/oder „aufweisend”, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Zahlen, Schritte, Befehle, Elemente und/oder Komponenten angeben, aber nicht das Vorhandensein von zusätzlichen von einer oder mehreren anderen Merkmalen, Zahlen, Schritten, Befehlen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.
Die schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung zu offenbaren, einschließlich des bevorzugten Ausführungsbeispiels und auch um irgendeinen Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung auszuführen, einschließlich des Herstellens und des Verwendens von irgendwelche Einrichtungen oder Systemen und des Ausführens von irgendwelchen beinhalteten Verfahren. Der patentierbare Bereich der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele enthalten, die Fachleuten offenbar werden. Solche anderen Beispiele sind dazu bestimmt, innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche zu liegen, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich nicht von dem Wortlaut der Ansprüche unterscheiden oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente aufweisen ohne substantielle Unterschiede gegenüber dem Wortlaut der Ansprüche.
Verschiedene Ausführungsbeispiele enthalten ein System mit: zumindest einer Recheneinrichtung 814, die dazu eingerichtet ist, einen Satz von Gasturbinen (GTs) 10 durch Ausführen von Aktionen einzustellen, aufweisend: Befehlen jeder GT 10 in dem Satz von GTs auf ein Basislastniveau, basierend auf einem gemessenen Umgebungszustand für jede GT 10; Befehlen jeder GT 10 in dem Satz von GTs 10 zum Einstellen einer jeweiligen Ausgangsleistung, um mit einem nominellen skalierten Ausgangsleistungswert übereinzustimmen, der gleich ist einem Bruchteil einer Differenz zwischen einem jeweiligen Ausgangsleistungswert und einem nominellen Ausgangsleistungswert und anschließend Messen eines aktuellen Emissionswertes für jede GT; und Einstellen eines Betriebszustandes für jede GT 10 in dem Satz von GTs 10 basierend auf einer Differenz zwischen dem jeweils gemessenen aktuellen Emissionswert und einem nominellen Emissionswert bei dem Umgebungszustand und einem nominellen Emissionswert bei dem Umgebungszustand.
Bezugszeichenliste

10: Gasturbine GT
12: Kompressor
14: Brennkammer
16: Turbine
18: Steuereinrichtung
20: Kanal
21: Einlassleitschaufeln IGV
22: Auslasskanal
24: Generator
26: Steuersensoren
27: Aktuator
28: Brennstoffsteuersystem
29: Turbinensteueraktuatoren
48: Eingabebetriebsparameter
50: nominelle Zündtemperatur
52: Zündtemperatur
54: Korrekturfaktor
56: modellbasiertes Steuermodul (MBC-Modul)
58: ARES-Modul
60: Betriebsparameter
62: Abgastemperatur
64: Zündtemperatur
66: Zündtemperatur
68: Eingabe Abgastemperaturkorrekturfaktor
70: Komparator
74: Komparator
122: Verarbeitungskomponente
124: Speicherkomponente
126: Eingabe-Ausgabe-Komponente (I/O-Komponente)
128: Verbindung
132: Module
136: Bedienperson
138: CS
200: Steuerarchitektur
300: Linie
302: Linie
304: Linie
306: Linie
308: Datenpunkte
802: Umgebung
814: Recheneinrichtung
836: Bedienperson

Claims

System aufweisend: zumindest eine Recheneinrichtung, die dazu eingerichtet ist, einen Satz von Gasturbinen (GTs) durch Ausführen von Aktionen einzustellen, aufweisend: Befehlen jeder GT in dem Satz von GTs auf ein Basislastniveau basierend auf einem gemessenen Umgebungszustand für jede GT; Befehlen jeder GT in dem Satz von GTs eine entsprechende Ausgangsleistung einzustellen, um mit einem skalierten Ausgangsleistungswert übereinzustimmen, der gleich einem Bruchteil einer Differenz zwischen einem jeweiligen Ausgangsleistungswert und einem nominellen Ausgangsleistungswert ist, und anschließendes Messen eines aktuellen Emissionswertes für jede GT; und Einstellen eines Betriebszustandes von jeder GT in dem Satz von GTs basierend auf einer Differenz zwischen dem jeweiligen gemessenen aktuellen Emissionswert, einem nominellen Emissionswert bei dem Umgebungszustand und einem Emissionsskalierungsfaktor.
Das System nach Anspruch 1, wobei das Basislastniveau mit einem Ausgangsleistungswert und einem Emissionswert für den gemessenen Umgebungszustand verknüpft ist und wobei der skalierte Ausgangsleistungswert unter Verwendung eines Leistungsskalierungsfaktors abgeleitet wird.
Das System nach Anspruch 1 oder 2, wobei als Antwort auf das Befehlen jeder GT in dem Satz von GTs auf das Basislastniveau, nicht jede GT den nominellen Ausgangsleistungswert und/oder den nominellen Emissionswert erreicht.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Recheneinrichtung außerdem dazu eingerichtet ist, die Differenz zwischen dem jeweiligen gemessenen aktuellen Emissionswert und dem nominellen Emissionswert für jede GT in eine Differenz zwischen einem jeweiligen Ausgangsleistungswert und dem nominellen Ausgangsleistungswert bei dem Umgebungszustandswert für jede GT umzuwandeln.
System nach Anspruch 4, wobei das Einstellen des Betriebszustandes von jeder GT das Einstellen des Betriebszustandes von jeder GT in dem Satz von GTs durch einen festen Bruchteil der Differenz zwischen dem jeweiligen Ausgangsleistungswert und dem nominellen Ausgangsleistungswert aufweist, so dass die Ausgangsleistung von jeder GT sich annährend an und dann einen jeweiligen nominellen Ausgangsleistungswert erreicht.
System nach Anspruch 5, wobei das Einstellen des Betriebszustandes von jeder GT in dem Satz von GTs durch einen festen Bruchteil der Differenz zwischen dem jeweiligen Ausgangsleistungswert und dem nominellen Ausgangsleistungswert jede GT auf einer Linie in einem grafischen Raum ausrichtet, der die Ausgangsleistung gegenüber den Emissionen darstellt, die rechtwinklig ist zu einer Ausgangsleistung/Nominelle-Emissionen-Charakteristik für jede GT.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Befehlen von jeder GT in dem Satz von GTs eine jeweilige Ausgangsleistung einzustellen, um mit dem skalierten Ausgangsleistungswert übereinzustimmen, der gleich dem Bruchteil der Differenz zwischen dem jeweiligen Ausgangsleistungswert und dem nominellen Ausgangsleistungswert ist, einen aktuellen Emissionswert für jede GT näher an den nominellen Emissionswert bewegt, ohne mit dem nominellen Emissionswert übereinzustimmen.
Computerprogrammprodukt aufweisend einen Programmcode, der, wenn er durch wenigstens eine Recheneinrichtung ausgeführt wird, die wenigstens eine Recheneinrichtung veranlasst, einen Satz von Gasturbinen (GTs) durch Aktionen einzustellen, aufweisend: Befehlen jeder GT in dem Satz von GTs auf ein Basislastniveau basierend auf einem gemessenen Umgebungszustand für jede GT; Befehlen jeder GT in dem Satz von GTs eine jeweilige Ausgangsleistung einzustellen, um mit einem skalierten Ausgangsleistungswert übereinzustimmen, der gleich einem Bruchteil von einer Differenz zwischen dem jeweiligen Ausgangsleistungswert und einem nominellen Ausgangsleistungswert ist und anschließend Messen eines aktuellen Emissionswertes für jede GT; und Einstellen eines Betriebszustandes für jede GT in dem Satz von GTs basierend auf einer Differenz zwischen dem jeweiligen gemessenen aktuellen Emissionswert, einem nominellen Emissionswert bei dem Umgebungszustand und einem Emissionsskalierungsfaktor.
Computerimplementiertes Verfahren zum Einstellen eines Satzes von Gasturbinen (GTs), das unter Verwendung von wenigstens einer Recheneinrichtung ausgeführt wird, wobei das Verfahren aufweist: Befehlen jeder GT in dem Satz von GTs auf ein Basislastniveau basierend auf einem gemessenen Umgebungszustand für jede GT; Befehlen jeder GT in dem Satz von GTs eine jeweilige Ausgangsleistung einzustellen, um mit einem skalierten Ausgangsleistungswert übereinzustimmen, der gleich einem Bruchteil einer Differenz zwischen dem jeweiligen Ausgangsleistungswert und einem nominellen Ausgangsleistungswert ist und anschließend Messen eines aktuellen Emissionswertes für jede GT; und Einstellen eines Betriebszustandes für jede GT in dem Satz von GTs basierend auf einer Differenz zwischen dem jeweiligen gemessenen aktuellen Emissionswert und einem nominellen Emissionswert bei dem Umgebungszustand.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Befehlen jeder GT in dem Satz von GTs eine jeweilige Ausgangsleistung einzustellen, um mit dem skalierten Ausgangsleistungswert übereinzustimmen, der gleich einem Bruchteil der Differenz zwischen dem jeweiligen Ausgangsleistungswert und dem nominellen Ausgangsleistungswert ist, einen aktuellen Emissionswert für jede GT näher an den nominellen Emissionswert bewegt ohne mit dem nominellen Emissionswert übereinzustimmen.