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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gasturbinensteuergerät und ein Gasturbinensteuerverfahren.
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Priorität wird von der am 15. Dezember 2016 eingereichten japanischen Patentanmeldung, deren Inhalt hierin durch Bezug einbezogen ist, beansprucht.
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Hintergrund
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Geräte bzw. Vorrichtungen zum Überwachen einer Gasturbineneinlasstemperatur, um eine Gasturbine zu steuern, sind in Patentschriften 1 und 2 gezeigt. Wenn die Gasturbineneinlasstemperatur einen Grenzwert übersteigt, besteht die Gefahr, dass Komponenten wie beispielsweise die Brennkammer und die Turbine, die die Gasturbine bilden, beschädigt werden. Daher ist es nötig, die Gasturbineneinlasstemperatur so zu steuern, dass sie den Grenzwert nicht übersteigt.
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Stand der Technik
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Patentschriften
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- Patentschrift 1 ungeprüfte japanische Patentanmeldung, erste Veröffentlichung Nr. 2007-71144
- Patentschrift 2 ungeprüfte japanische Patentanmeldung, erste Veröffentlichung Nr. H08-135406
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Offenbarung der Erfindung
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Von der Erfindung zu lösende Probleme
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Ein Generator einer Energieerzeugungsanlage wird durch die oben beschriebene Gasturbine betrieben, wobei der Generator mit einem Energiesystem verbunden ist. Eine Erhöhung der Last des Energiesystems bewirkt manchmal, dass die Frequenz in dem Energiesystem deutlich abfällt. Bei solch einer deutlichen Frequenzverringerung gibt es Bedenken, dass das Verhältnis der Brennstoffströmungsrate zu der Gasturbinenausgabe rapide ansteigt, was zu einem rapiden Anstieg der Gasturbineneinlasstemperatur führt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gasturbinensteuergerät und ein Gasturbinensteuerverfahren vorzuschlagen, die das oben erwähnte Problem lösen können.
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Mittel zum Lösen der Probleme
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Gasturbinensteuergerät versehen mit einer ersten Steuersignalausgabe(CSO, „Control Signal Output“)-Berechnungseinheit, die einen ersten Brennstoffströmungsraten-Befehlswert berechnet, der einen ersten Befehlswert (CSO) einer Brennstoffeingabemenge angibt, sodass die Ausgabe einer Gasturbine einer Zielausgabe entspricht, und eine zweite CSO-Berechnungseinheit, die einen oberen Grenzwert des ersten Brennstoffströmungsraten-Befehlswerts berechnet, wobei die zweite CSO-Berechnungseinheit den oberen Grenzwert des ersten Brennstoffströmungsraten-Befehlswerts basierend auf einer Abweichung, die durch Subtrahieren eines zweiten Grenzwerts von einem Schätzwert der Turbineneinlasstemperatur der Gasturbine erlangt ist, berechnet, wobei sich der zweite Grenzwert auf den Schätzwert bezieht und so eingestellt ist, dass der Schätzwert den ersten Grenzwert der Turbineneinlasstemperatur nicht übersteigt.
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Bei dem Gasturbinensteuergerät kann die zweite CSO-Steuereinheit den oberen Grenzwert des ersten Brennstoffströmungsraten-Befehlswerts, der einen Anstieg bei dem oberen Grenzwert des ersten Brennstoffströmungsraten-Befehlswerts gedämpft hat, berechnen, wenn die Abweichung gleich oder größer als eine vorbestimmte Abweichung ist, bei der der Schätzwert der Turbineneinlasstemperatur den ersten Grenzwert übersteigt.
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Bei dem Gasturbinensteuergerät kann die zweite CSO-Steuereinheit den oberen Grenzwert des ersten Brennstoffströmungsraten-Befehlswerts auf einen aktuell berechneten oberen Grenzwert fixieren, wenn die Abweichung gleich oder größer als die vorbestimmte Abweichung ist.
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Bei dem Gasturbinensteuergerät kann die zweite CSO-Berechnungseinheit den oberen Grenzwert des ersten Brennstoffströmungsraten-Befehlswerts auf einen vorbestimmten oberen Grenzwert fixieren, wenn die Abweichung gleich oder größer als die vorbestimmte Abweichung ist.
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Bei dem Gasturbinensteuergerät kann die zweite CSO-Berechnungseinheit den oberen Grenzwert des ersten Brennstoffströmungsraten-Befehlswerts auf einen Wert fixieren, der der Abweichung entspricht, wenn die Abweichung gleich oder größer als die vorbestimmte Abweichung ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Gasturbinensteuergerät vorgesehen, wobei das Gasturbinensteuergerät umfasst: eine erste Steuersignalausgabe(CSO, „Control Signal Output“)-Berechnungseinheit, die einen ersten Brennstoffströmungsraten-Befehlswert berechnet, der einen Befehlswert CSO einer Brennstoffeingabemenge angibt, sodass die Ausgabe einer Gasturbine einer Zielausgabe entspricht, und eine zweite CSO-Berechnungseinheit, die einen zweiten Grenzwert von einem Schätzwert der Turbineneinlasstemperatur der Gasturbine subtrahiert, wobei sich der zweite Grenzwert auf den Schätzwert bezieht und so eingestellt ist, dass der Schätzwert den ersten Grenzwert der Turbineneinlasstemperatur nicht übersteigt, eine Abweichung berechnet, einen zweiten Brennstoffströmungsraten-Befehlswert durch Addieren eines vorbestimmten Werts zu einem nachträglich ausgewählten Brennstoffströmungsraten-Befehlswert, der aktuell aus einer Vielzahl von Brennstoffströmungsraten-Befehlswerten, die den ersten Brennstoffströmungsraten-Befehlswert umfassen, ausgewählt ist, berechnet, wenn die Abweichung nicht gleich oder größer als eine vorbestimmte Abweichung ist, bei der bestimmt ist, dass der Schätzwert der Turbineneinlasstemperatur den ersten Grenzwert übersteigt, und einen zweiten Brennstoff-Befehlswert berechnet, der den nachträglich ausgewählten Brennstoffströmungsraten-Befehlswert dämpft, wenn die Abweichung gleich oder größer als die vorbestimmte Abweichung ist.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung berechnet bei einem Gasturbinensteuerverfahren eine erste Steuersignalausgabe(CSO, „Control Signal Output“)-Berechnungseinheit einen ersten Brennstoffströmungsraten-Befehlswert, der einen Befehlswert (CSO) einer Brennstoffeingabemenge angibt, sodass die Ausgabe einer Gasturbine einer Zielausgabe entspricht, eine zweite CSO-Berechnungseinheit berechnet einen oberen Grenzwert des ersten Brennstoffströmungsraten-Befehlswerts, und die zweite CSO-Berechnungseinheit berechnet den oberen Grenzwert des ersten Brennstoffströmungsraten-Befehlswerts basierend auf einer Abweichung, die durch Subtrahieren eines zweiten Grenzwerts von einem Schätzwert einer Turbineneinlasstemperatur der Gasturbine erlangt ist, wobei sich der zweite Grenzwert auf den Schätzwert bezieht und so eingestellt ist, dass der Schätzwert den ersten Grenzwert der Turbineneinlasstemperatur nicht übersteigt.
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Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung berechnet bei einem Gasturbinensteuerverfahren eine erste Steuersignalausgabe(CSO, „Control Signal Output“)-Berechnungseinheit einen ersten Brennstoffströmungsraten-Befehlswert, der einen Befehlswert (CSO) einer Brennstoffeingabemenge angibt, sodass die Ausgabe einer Gasturbine einer Zielausgabe entspricht, und eine zweite CSO-Berechnungseinheit subtrahiert einen zweiten Grenzwert von einem Schätzwert der Turbineneinlasstemperatur der Gasturbine, wobei sich der zweite Grenzwert auf den Schätzwert bezieht und so eingestellt ist oder wird, dass der Schätzwert den ersten Grenzwert der Turbineneinlasstemperatur nicht übersteigt, berechnet eine Abweichung, berechnet einen zweiten Brennstoffströmungsraten-Befehlswert durch Addieren eines vorbestimmten Werts zu einem nachträglich ausgewählten Brennstoffströmungsraten-Befehlswert, der derzeit aus einer Vielzahl von Brennstoffströmungsraten-Befehlswerten ausgewählt wird, die den ersten Brennstoffströmungsraten-Befehlswert umfassen, wenn die Abweichung nicht gleich oder größer als eine vorbestimmte Abweichung ist, bei der bestimmt ist, dass der Schätzwert der Turbineneinlasstemperatur den ersten Grenzwert übersteigt, und berechnet einen zweiten Brennstoffbefehlswert, der den nachträglich ausgewählten Brennstoffströmungsraten-Befehlswert dämpft, wenn die Abweichung gleich oder größer als die vorbestimmte Abweichung ist.
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Effekte der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein rapider Anstieg in dem Verhältnis der Brennstoffströmungsrate zu der Gasturbinenausgabe, wenn ein rapider Frequenzabfall bei dem Energiesystem, das mit einem durch eine Gasturbine angetriebenen Generator verbunden ist, auftritt, gedämpft werden. Dies kann die Möglichkeit reduzieren, dass die Turbineneinlasstemperatur den Grenzwert übersteigt.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Systemdiagramm einer Gasturbinenanlage gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
- 2 ist ein Funktionsblockdiagramm des Gasturbinensteuergeräts gemäß der ersten Ausführungsform.
- 3 ist ein Diagramm, das einen Prozessablauf des Gasturbinensteuergeräts gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
- 4 ist ein Funktionsblockdiagramm des Gasturbinensteuergeräts gemäß der zweiten Ausführungsform.
- 5 ist ein Diagramm, das einen Prozessablauf des Gasturbinensteuergeräts gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt.
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Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung
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Erste Ausführungsform
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Im Folgenden wird eine Gasturbinenanlage, die ein Gasturbinensteuergerät gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst, mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 ist ein Systemdiagramm einer Gasturbinenanlage gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
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Wie in 1 dargestellt ist die Gasturbinenanlage der vorliegenden Ausführungsform mit einer Gasturbine 10, einem Generator 16, der elektrische Energie erzeugt, indem er durch die Gasturbine 10 angetrieben wird, einem Gasturbinensteuergerät bzw. einer Gasturbinensteuervorrichtung 20, das die Gasturbine 10 steuert, und einer Zufuhrvorrichtung 40, das der Gasturbine 10 Brennstoff zuführt, versehen. Die Gasturbine 10 und der Generator 16 sind durch einen Rotor 15 verbunden.
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Die Gasturbine 10 ist durch Einfügen eines Verdichters 11, der Luft verdichtet, um verdichtete Luft zu erzeugen, einer Brennkammer 12, die die verdichtete Luft und Brennstoff mischt und verbrennt, um Verbrennungsgas mit hoher Temperatur zu erzeugen, einer Turbine 13, die durch das Verbrennungsgas angetrieben wird, und von Ähnlichem gebildet. Die unten beschriebene Turbineneinlasstemperatur bezieht sich auf die Temperatur des Einlasses, an dem das Verbrennungsgas mit hoher Temperatur, das von der Brennkammer 12 ausgetragen wird, in die Turbine 13 eintritt.
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Der Verdichter 11 ist mit einer Einlassleitschaufel („Inlet Guide Vane“, IGV) 14 versehen. Die IGV 14 reguliert die Luftmenge, die in den Verdichter 11 einströmt.
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Die Brennkammer 12 ist über Brennstoffzufuhrsysteme mit einer Brennstoffzufuhrvorrichtung 40, das Brennstoff wie beispielsweise Brenngas der Brennkammer 12 zuführt, verbunden. Die Brennkammer 12 wird mit Brennstoff von der Vielzahl von Brennstoffzufuhrsystemen versorgt. Zwischen der Brennstoffzufuhrvorrichtung 40 und der Brennkammer 12 sind Steuerventile 17 bis 19 zum Einstellen der Brennstoffzufuhrmenge für jedes Brennstoffzufuhrsystem vorgesehen.
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2 ist ein Funktionsblockdiagramm des Gasturbinensteuergeräts gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
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Das Gasturbinensteuergerät 20 ist ein Computer und kann durch eine Speichereinheit wie beispielsweise ein nur zu lesender Speicher (ROM), ein Direktzugriffspeicher (RAM), eine Festplatte (HDD) und Ähnliches und Hardware wie beispielsweise eine CPU (zentrale Berechnungseinheit) und Kommunikationsschnittstellen gebildet sein.
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Die CPU des Gasturbinensteuergeräts 20 führt basierend auf einer Nutzerbetätigung ein gespeichertes Steuerprogramm aus. Dadurch weist das Gasturbinensteuergerät 20 die Funktionen einer Turbineneinlasstemperatur-Schätzeinheit 21, einer Abweichungs-Berechnungseinheit 22, einer LRCSO-Berechnungseinheit 23, einer LDCSO-Berechnungseinheit 24, einer Regler-Steuereinheit 25 und einer Befehlswert-Auswahleinheit 26 auf. Obwohl das Gasturbinensteuergerät 20 tatsächlich weitere Funktionen als die in 2 dargestellten Funktionseinheiten durch Ausführen des Steuerprogramms aufweist, werden zur Vereinfachung der Beschreibung nur in 2 dargestellten Funktionseinheiten beschrieben.
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Die Turbineneinlasstemperatur-Schätzeinheit 21 gibt Parameter wie beispielsweise eine Vielzahl von Messwerten S1, S2 und S3 ein und berechnet einen Schätzwert der Turbineneinlasstemperatur unter Verwendung dieser Parameter.
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Die Abweichungs-Berechnungseinheit 22 berechnet eine Abweichung von dem Schätzwert der Turbineneinlasstemperatur durch Subtrahieren eines zweiten Grenzwerts, der sich auf den Schätzwert bezieht, der so eingestellt ist, dass der Schätzwert einen ersten Grenzwert der Turbineneinlasstemperatur nicht übersteigt bzw. überschreitet, von dem Schätzwert der Turbineneinlasstemperatur. Der erste Grenzwert ist ein Wert, der angibt, dass eine Beschädigung an den Komponenten, die die Turbine 13 bilden, auftritt, wenn sich die Turbineneinlasstemperatur auf diesen oder über diesen Wert erhöht. Der zweite Grenzwert ist ein Wert, der so vorgesehen ist, dass die Turbineneinlasstemperatur nicht gleich oder größer als der erste Grenzwert wird, und ist ein Grenzwert des Schätzwerts der Turbineneinlasstemperatur.
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Die LRCSO-Berechnungseinheit 23 (zweite CSO-Berechnungseinheit) berechnet den oberen Grenzwert des ersten Brennstoffströmungsraten-Befehlswerts, der durch die LDCSO Berechnungseinheit 24 berechnet wird. Die LRCSO-Berechnungseinheit 23 berechnet den oberen Grenzwert des ersten Brennstoffströmungsraten-Befehlswerts basierend auf der Abweichung, die durch Subtrahieren des zweiten Grenzwerts von dem Schätzwert der Turbineneinlasstemperatur erlangt wird.
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Insbesondere berechnet die LRCSO-Berechnungseinheit 23 den oberen Grenzwert (LRCSO) des LDCSO (erster Brennstoffströmungsraten-Befehlswert) zum Dämpfen eines Anstiegs des oberen Grenzwerts (LRCSO) des LDCSO, wenn die Abweichung, die durch die Abweichungs-Berechnungseinheit 22 berechnet wird, gleich oder größer ist als eine vorbestimmte Abweichung, bei der bestimmt ist, dass der Schätzwert der Turbineneinlasstemperatur den ersten Grenzwert übersteigen kann.
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Wenn beispielsweise die durch die Abweichungs-Berechnungseinheit 22 berechnete Abweichung gleich oder größer als eine vorbestimmte Abweichung ist, fixiert die LRCSO-Berechnungseinheit 23 den oberen Grenzwert (LRCSO) des LDCSO auf den aktuell berechneten oberen Grenzwert. Der obere Grenzwert (LRCSO), der durch die LRCSO-Berechnungseinheit 23 berechnet wird, ist ein Wert, der sich nach oben und nach unten bewegt abhängig von jedem eingegebenen Parameter, der sich auf die Gasturbine 10 bezieht, und fixiert diesen Wert.
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Wenn die Abweichung, die durch die Abweichungs-Berechnungseinheit 22 berechnet wird, gleich oder größer als die vorbestimmte Abweichung ist, kann die LRCSO-Berechnungseinheit 23 den oberen Grenzwert des ersten Brennstoffströmungsraten-Befehlswerts auf einen vorbestimmten oberen Grenzwert fixieren. Der vorbestimmte obere Grenzwert ist ein Wert des Brennstoffströmungsraten-Befehlswerts zum Sicherstellen, dass die tatsächliche Turbineneinlasstemperatur den ersten Grenzwert nicht übersteigt.
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Wenn die durch die Abweichungs-Berechnungseinheit 22 berechnete Abweichung gleich oder größer als eine vorbestimmte Abweichung ist, kann die LRCSO-Berechnungseinheit 23 den oberen Grenzwert des ersten Brennstoffströmungsraten-Befehlswerts auf einen Wert fixieren, der der Abweichung entspricht. Der der Abweichung entsprechende Wert ist also ein Wert des Brennstoffströmungsraten-Befehlswerts zum Verhindern, dass die tatsächliche Turbineneinlasstemperatur den ersten Grenzwert übersteigt.
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Die LDCS-Berechnungseinheit 24 (erste CSO-Berechnungseinheit) berechnet den LDCSO (erster Brennstoffströmungsraten-Befehlswert), der eine CSO („Control Signal Output“, Steuersignalausgabe) zum Steuern der Brennstoffeingabemenge angibt, sodass die Ausgabe der Gasturbine 10 einer Zielausgabe entspricht. Die LDCSO-Berechnungseinheit 24 berechnet eine CSO, die den Wert des LRCSO nicht übersteigt, der der obere Grenzwert des durch die LRCSO-Berechnungseinheit 23 berechneten LDCSO ist.
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Die Regler-Steuereinheit 25 (dritte CSO-Berechnungseinheit) gibt eine Frequenz F des Energiesystems, mit dem der Generator 16 verbunden ist, ein. Die Regler-Steuereinheit 25 berechnet basierend auf der Frequenz F einen Brennstoffströmungsraten-Befehlswert (CSO) der die Ausgabe erhöht, wenn sich die Frequenz verringert. Der von der Regler-Steuereinheit 21 berechnete Brennstoffströmungsraten-Befehlswert wird als GVCSO bezeichnet.
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Die Befehlswert-Auswahleinheit 26 vergleicht den von der Regler-Steuereinheit 25 erlangten GVCSO mit dem von der LDCSO-Berechnungseinheit 24 erlangten LDCSO und gibt den kleineren Wert als eine CSO aus. Die CSO wird zu den Steuerventilen 17 bis 19 ausgegeben, um die Brennstoffströmungsrate zu steuern.
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3 ist ein Diagramm, das einen Prozessablauf des Gastturbinensteuergeräts gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
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Als nächstes werden Vorgänge des Gastturbinensteuersystems gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben.
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Die Regler-Steuereinheit 25 erlangt eine Information der Frequenz F des Energiesystems. Die Regler-Steuereinheit 25 gibt den Wert der Frequenz F in eine GVCSO-Berechnungsformel ein, um den GVCSO zu berechnen (Schritt S101). Die Regler-Steuereinheit 25 gibt den berechneten GVCSO zu der Befehlswert-Auswahleinheit 26 aus. Die GVCSO-Berechnungsformel ist eine Formel zum Berechnen eines Brennstoffströmungsraten-Befehlswerts (CSO), der die Ausgabe zum Zeitpunkt einer Frequenzabsenkung basierend auf der Frequenz F erhöht.
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Die Turbineneinlasstemperatur-Schätzeinheit 21 erlangt verschiedene Parameter. Die Turbineneinlasstemperatur-Schätzeinheit 21 gibt die verschiedenen Parameter in eine Formel zum Berechnen eines Schätzwerts der Turbineneinlasstemperatur ein, um einen Schätzwert zu berechnen (Schritt S102). Die Turbineneinlasstemperatur-Schätzeinheit 21 gibt den Schätzwert zu der Abweichungs-Berechnungseinheit 22 aus. Die Abweichungs-Berechnungseinheit 22 subtrahiert den zweiten Grenzwert von dem Schätzwert, um eine Abweichung zu berechnen (Schritt S103). Die Abweichungs-Berechnungseinheit 22 gibt die durch Subtrahieren des zweiten Grenzwerts von dem Schätzwert erlangte Abweichung zu der LRCSO-Berechnungseinheit 23 aus.
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Die LRCSO-Berechnungseinheit 23 bestimmt, ob die erlangte Abweichung gleich oder größer als 0 ist (S104). Wenn die Abweichung gleich oder größer als 0 ist, führt die LRCSO-Berechnungseinheit 23 eine Steuerung aus, um eine Erhöhung bei dem Wert des LRCSO (Schritt S105) zu dämpfen. Wenn die Abweichung kleiner als 0 ist, berechnet die LRCSO-Berechnungseinheit 23 einen normalen LRCSO-Wert (Schritt S106). Die Berechnung des normalen LRCSO-Werts ist ein Wert, der durch Addieren eines vorbestimmten Bias-Werts oder ähnlichem zu dem CSO, der durch die Befehlswert-Auswahleinheit 26 ausgewählt und ausgegeben wird. Beispielsweise kann der LRCSO normalerweise durch die Formel LRCSO = CSO + x% berechnet werden. Wenn die Abweichung gleich oder größer als 0 ist, fixiert die LRCSO-Berechnungseinheit 23 den oberen Grenzwert des LDCSO auf den derzeit berechneten LRCSO.
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Wenn die durch die Abweichungs-Berechnungseinheit 22 berechnete Abweichung gleich oder größer als 0 ist, kann die LRCSO-Berechnungseinheit 23 den LRCSO auf einen vorbestimmten Wert fixieren. Wenn die durch die Abweichungs-Berechnungseinheit 22 berechnete Abweichung gleich oder größer als 0 ist, kann die LRCSO-Berechnungseinheit 23 den LRCSO auf einen Wert fixieren, der der Abweichung entspricht.
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Die LDCSO-Berechnungseinheit 24 gibt Parameter ein und berechnet den LDCSO (Schritt S107). Die einzugebenden Parameter umfassen einen Lastgrenzen-Einstellwert und die Generatorausgabe. Die LDCSO-Berechnungseinheit 24 vergleicht den Lastgrenzen-Einstellwert (den oberen Grenzwert oder Zielwert, der für die Last der Generatorausgabe eingestellt ist) mit der Generatorausgabe und führt einen Rückführvorgang aus, der den LDCSO berechnet, um die Werte aneinander anzugleichen. Ferner erlangt die LDCSO-Berechnungseinheit 24 den LRCSO. Die LDCSO-Berechnungseinheit 24 bestimmt, ob der berechnete LDCSO gleich oder größer als der LRCSO ist (Schritt S108). Wenn der berechnete LDCSO gleich oder größer ist als der LRCSO, gibt die LDCSO-Berechnungseinheit 24 den LRCSO als den LDCSO zu der Befehlswert-Auswahleinheit 26 aus (Schritt S109). Wenn der berechnete LDCSO kleiner ist als der LRCSO, gibt die LDCSO-Berechnungseinheit 24 den berechneten LDCSO zu der Befehlswert-Auswahleinheit 26 aus (Schritt S110).
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Die Befehlswert-Auswahleinheit 26 vergleicht den von der Regler-Steuereinheit 25 erlangten GVCSO mit dem von der LDCSO-Berechnungseinheit 24 erlangten LDCSO. Die Befehlswert-Auswahleinheit 26 gibt den kleineren Wert der GVCSO und LDCSO als einen CSO aus (Schritt S111). Der CSO wird zu den Steuerventilen 17 bis 19 ausgegeben, um die Brennstoffströmungsrate zu steuern.
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Gemäß dem oben beschriebenen Ablauf der ersten Ausführungsform kann das Gasturbinensteuergerät 20 unter Verwendung des Schätzwerts der Turbineneinlasstemperatur, die durch den Schätzvorgang erlangt wird, bestimmen, ob der Wert des LRCSO zu dämpfen ist. Daher kann, selbst wenn ein rapider Frequenzabfall bei dem mit dem Generator 16 verbundenen Energiesystem auftritt und sich dadurch das Verhältnis der Brennstoffströmungsrate zu der Turbinenausgabe rapide erhöht, ein Anstieg des LRCSO, welcher der obere Grenzwert des LDCSO ist, gedämpft bzw. niedergehalten werden. Folglich kann der Wert der CSO, welchen die Befehlswert-Auswahleinheit 26 auswählt und ausgibt, gedämpft bzw. verringert sein.
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Zweite Ausführungsform
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Als nächstes wird ein Gasturbinensteuergerät gemäß einer zweiten Ausführungsform beschrieben.
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Eine Gasturbinenanlage, die ein Gasturbinensteuergerät bzw. eine Gasturbinensteuervorrichtung 30 gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst, ist dieselbe wie die aus 1.
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4 ist ein Funktionsblockdiagramm des Gasturbinensteuergeräts gemäß der zweiten Ausführungsform.
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Das Gasturbinensteuergerät 30 ist ebenfalls ein Computer und kann durch eine Speichereinheit wie beispielsweise ein nur zu lesender Speicher (ROM), ein Direktzugriffspeicher (RAM), eine Festplatte (HDD) und Ähnliches, und einer Hardware wie beispielsweise eine CPU (zentrale Berechnungseinheit) und Kommunikationsschnittstellen gebildet sein.
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Die CPU des Gasturbinensteuergeräts 30 führt ein gespeichertes Steuerprogramm basierend auf einer Nutzerbetätigung aus. Dadurch weist das Gasturbinensteuergerät 30 die Funktionen einer Turbineneinlasstemperatur-Schätzeinheit 31, einer Abweichungs-Berechnungseinheit 32, einer T1TCSO-Berechnungseinheit 33, einer LRCSO-Berechnungseinheit 34, einer LDCSO-Berechnungseinheit 35, einer Regler-Berechnungseinheit 36 und einer Befehlswert-Auswahleinheit 37 auf. Obwohl das Gasturbinensteuergerät 30 tatsächlich weitere Funktionen als die in 4 dargestellten Funktionseinheiten durch Ausführen des Steuerprogramms aufweist, werden zur Vereinfachung einer Beschreibung nur die in 4 dargestellten Funktionseinheiten beschrieben.
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Die Turbineneinlasstemperatur-Schätzeinheit 31 gibt Parameter wie beispielsweise eine Vielzahl von Messwerten S1, S2 und S3 ein und berechnet einen Schätzwert der Turbineneinlasstemperatur unter Verwendung dieser Parameter. Die Turbineneinlasstemperatur kann unter Verwendung einer allgemein bekannten Formel abgeschätzt werden.
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Die Abweichungs-Berechnungseinheit 32 berechnet eine Abweichung durch Subtrahieren eines zweiten Grenzwerts, der sich auf den Schätzwert bezieht, der so ausgewählt es, dass der Schätzwert einen ersten Grenzwert der Turbineneinlasstemperatur nicht übersteigt, von dem Schätzwert der Turbineneinlasstemperatur. Der erste Grenzwert ist ein Wert, der angibt, dass eine Beschädigung der Komponenten, die die Gasturbine 10 bilden, auftreten kann, wenn die Turbineneinlasstemperatur sich auf diesen oder über diesen Wert erhöht. Der zweite Grenzwert ist ein Wert, der so vorgesehen ist, dass die Turbineneinlasstemperatur nicht gleich oder größer als der erste Grenzwert wird, und ist ein Grenzwert des Schätzwerts der Turbineneinlasstemperatur.
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Wenn die Abweichung nicht gleich oder größer als eine vorbestimmte Abweichung ist, berechnet die T1TCSO-Berechnungseinheit 33 (zweite CSO-Berechnungseinheit bei der zweiten Ausführungsform) einen T1TCSO (ein zweiter Brennstoffströmungsraten-Befehlswert) durch Addieren eines vorbestimmten Werts zu einem nachträglich ausgewählten Brennstoffströmungsraten-Befehlswert, der durch die Befehlswert-Auswahleinheit 37 ausgewählt und ausgegeben ist. Die TITCSO-Berechnungseinheit 33 berechnet den T1TCSO (den zweiten Brennstoff-Befehlswert), der den nachträglich ausgewählten Brennstoffströmungsraten-Befehlswert dämpft bzw. niederhält, wenn die Abweichung gleich oder größer als eine vorbestimmte Abweichung ist.
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Die LRCSO-Berechnungseinheit 34 berechnet den oberen Grenzwert des LDCSO (erster Brennstoffströmungsraten-Befehlswert), der durch die LDCSO-Berechnungseinheit 35 berechnet wird.
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Die LDCSO-Berechnungseinheit 35 (erste CSO-Berechnungseinheit bei der zweiten Ausführungsform) berechnet den LDCSO (erster Brennstoffströmungsraten-Befehlswert), der eine CSO (Steuersignalausgabe „Control Signal Output“) zum Steuern einer Brennstoffeingabemenge angibt, sodass die Ausgabe der Gasturbine 10 einer Zielausgabe entspricht. Die LDCSO-Berechnungseinheit 35 berechnet eine CSO, die den Grenzwert des LRCSO nicht übersteigt, der der durch die LRCSO-Berechnungseinheit 34 berechnete obere Grenzwert des LDCSO ist.
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Die Regler-Steuereinheit 36 (dritte CSO-Berechnungseinheit) gibt eine Frequenz F des Energiesystems, mit dem der Generator 16 verbunden ist, ein. Die Regler-Steuereinheit 36 berechnet basierend auf der Frequenz F einen Brennstoffströmungsraten-Befehlswert (CSO) der die Ausgabe erhöht, wenn sich die Frequenz verringert. Der von der Regel-Steuereinheit 36 berechnete Brennstoffströmungsraten-Befehlswert wird als GVCSO bezeichnet.
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Die Befehlswert-Auswahleinheit 37 vergleicht den von der Regler-Steuereinheit 36 erlangten GVCSO, den von der LDCSO-Berechnungseinheit 35 erlangten LDCSO und den von der T1TCSO-Berechnungseinheit 33 erlangten T1TCSO und gibt den kleinsten Wert als eine CSO aus. Die CSO wird zu den Steuerventil 17 bis 19 ausgegeben, um die Brennstoffströmungsrate zu steuern.
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5 ist ein Diagramm, das einen Prozessablauf des Gasturbinensteuergeräts gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt.
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Als nächstes werden Abläufe des Gasturbinensteuergeräts 30 gemäß der zweiten Ausführungsform beschrieben.
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Die Regler-Steuereinheit 36 erlangt eine Information der Frequenz F des Energiesystems. Die Regler-Steuereinheit 36 gibt den Wert der Frequenz F in eine GVCSO-Berechnungsformel hinein ein, um den GVCSO zu berechnen (Schritt S201). Die Regler-Steuereinheit 36 gibt den berechneten GVCSO zu der Befehlswert-Auswahleinheit 37 aus. Die GVCSO-Berechnungsformel ist eine Formel zum Berechnen eines Brennstoffströmungsraten-Befehlswerts (CSO) der die Ausgabe zum Zeitpunkt einer Frequenzverringerung basierend auf der Frequenz F erhöht.
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Die Turbineneinlasstemperatur-Schätzeinheit 31 erlangt verschiedene Parameter. Die Turbineneinlasstemperatur-Schätzeinheit 31 gibt die verschiedenen Parameter in eine Formel zum Berechnen eines Schätzwerts der Turbineneinlasstemperatur T1T ein, um einen Schätzwert zu berechnen (Schritt S202). Die Turbineneinlasstemperatur-Schätzeinheit 31 gibt den Schätzwert zu der Abweichungs-Berechnungseinheit 32 aus. Die Abweichungs-Berechnungseinheit 32 subtrahiert den zweiten Grenzwert von dem Schätzwert, um eine Abweichung zu berechnen (Schritt S203). Die von der Abweichungs-Berechnungseinheit 32 berechnete Abweichung ist also ein Wert, der durch Subtrahieren des zweiten Grenzwerts, der sich auf einen Schätzwert bezieht, der so eingestellt ist, dass der Schätzwert den ersten Grenzwert der Turbineneinlasstemperatur nicht übersteigt, von dem Schätzwert der Turbineneinlasstemperatur T1T erlangt ist. Die Abweichungs-Berechnungseinheit 32 gibt die berechnete Abweichung zu der TITCSO-Berechnungseinheit 33 aus. Bei der Berechnung des Schritts S202 kann der Schätzwert unter Verwendung einer öffentlich bekannten Berechnungsformel berechnet werden.
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Die T1TCSO-Berechnungseinheit 33 bestimmt, ob die erlangte Abweichung gleich oder größer als 0 ist (Schritt S204). Unter normalen Bedingungen, bei denen die erlangte Abweichung kleiner als 0 ist, erlangt die T1TCSO-Berechnungseinheit 33 verschiedene Parameter für die T1TCSO-Berechnungsformel und die durch die Befehlswert-Auswahleinheit 37 ausgewählten CSO und berechnet den T1TCSO mit einem Wert, der größer ist als die CSO (Schritt S205). Wenn die erlangte Abweichung gleich oder größer als 0 ist, berechnet die TITCSO-Berechnungseinheit 33 den T1TCSO, der die CSO, der durch die Befehlswert-Auswahleinheit 37 ausgewählt und ausgegeben wird, dämpft (Schritt S206). Die TITCSO-Berechnungseinheit 33 gibt den berechneten T1TCSO zu der Befehlswert-Auswahleinheit 37 aus. Bei dem Prozess des Schritts S206 berechnet die T1TCSO-Berechnungseinheit 33 beispielsweise einen Wert als den T1TCSO und gibt diesen aus, der durch Multiplizieren der CSO durch einen Ratenbegrenzter (eine Grenze der Änderungsrate der CSO, insbesondere der Steigerungsrate) von dem Moment an, wenn die Abweichung 0 übersteigt. Um das Ziel zu erreichen, dass die Änderungsratensteigerung als ein Beispiel 0 wird, macht die TITCSO-Berechnungseinheit 33 den Wert der CSO, der als letztes eingegeben ist, zu einem fixierten Wert und stellt durch Ausgeben dieses Werts den Wert T1TCSO so ein, dass er sich nicht weiter erhöht.
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Die LRCSO-Berechnungseinheit 34 berechnet einen oberen Grenzwert (LRCSO) des LDCSO, der einen Wert angibt, der durch Addieren eines vorbestimmten Bias-Werts oder Ähnlichem zu der durch die Befehlswert-Auswahleinheit 37 ausgewählten und ausgegebenen CSO erlangt ist (Schritt S207). Die LRCSO-Berechnungseinheit 34 gibt den berechneten oberen Grenzwert (LRCSO) des LDCSO zu der LDCSO-Berechnungseinheit 35 aus.
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Der LDCSO-Berechner 35 gibt jeden Parameter aus, um den LDCSO zu berechnen (Schritt S208). Ein spezifisches Beispiel der Berechnung des LDCSO ist dasselbe wie das bei der ersten Ausführungsform. Die LDCSO-Berechnungseinheit 35 erlangt ebenfalls den LRCSO. Der LDCSO-Berechner 35 bestimmt, ob der berechnete LDCSO gleich oder größer als der LRCSO ist. Wenn der berechnete LDCSO kleiner als der LRCSO ist, gibt die LDCSO-Berechnungseinheit 35 den berechneten LDCSO zu der Befehlswert-Auswahleinheit 37 aus. Wenn der berechnete LDCSO gleich oder größer als der LRCSO ist, gibt die LDCSO-Berechnungseinheit 35 den LRCSO als den LDCSO zu der Befehlswert-Auswahleinheit 37 aus.
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Die Befehlswert-Auswahleinheit 37 vergleicht den von der Regler-Steuereinheit 36 erlangten GVCSO, den von der LDCSO-Berechnungseinheit 35 erlangte LDCSO und den von der T1TCSO-Berechnungseinheit 33 erlangten T1TCSO. Die Befehlswert-Auswahleinheit 37 gibt den kleinsten Wert von dem GVCSO, dem LDCSO und dem T1TCSO als eine CSO aus (Schritt S209). Die CSO wird zu den Steuerventilen 17 bis 19 ausgegeben, um die Brennstoffströmungsrate zu steuern.
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Gemäß dem Prozess der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform berechnet, wenn die Abweichung der geschätzten Turbineneinlasstemperatur T1T von dem zweiten Grenzwert einen vorbestimmten Wert übersteigt, das Gasturbinensteuergerät 30 einen Wert des T1TCSO zum Dämpfen eines Anstiegs der CSO, die durch die Befehlswert-Auswahleinheit 37 ausgewählt ist, und gibt den Wert zu der Befehlswert-Auswahleinheit 37 aus. Daher kann, selbst wenn ein rapider Frequenzabfall bei dem mit dem der Generator 16 verbundenen Energiesystem auftritt, wodurch sich das Verhältnis der Brennstoffströmungsrate zu der Gasturbinenausgabe rapid erhöht, ein Anstieg der durch die Befehlswert-Auswahleinheit 37 ausgewählten CSO mit dem berechneten T1TCSO gedämpft werden.
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Das zuvor erwähnte Gasturbinensteuergerät kann ein Computersystem darin umfassen. Ein Programm zum Bewirken, dass das Gasturbinensteuergerät die oben beschriebenen Prozesse ausführt, ist in einem computerlesbaren Speichermedium auf dem Gasturbinensteuergerät gespeichert und der Computer des Geräts liest das Programm und führt es aus, wodurch die vorher erwähnten Prozesse durchgeführt werden. Hier bezieht sich das computerlesbare Aufzeichnungsmedium auf eine Magnetplatte, eine magnetooptische Platte, eine CD-ROM eine DVD-ROM, einen Halbleiterspeicher und dergleichen. Alternativ kann das Computerprogramm durch eine Kommunikationsverbindung dezentralisiert sein und die Computer können das Programm beim Empfangen der Verteilung ausführen.
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Zusätzlich kann das oben erwähnte Programm ein Programm zum Erreichen eines Teils einer Funktion von jedem oben beschriebenen Prozess sein. Darüber hinaus kann das oben erwähnte Programm ein sogenanntes Differenzfileprogramm (Differenzialprogramm) sein, das in der Lage ist, die oben beschriebenen Funktionen in Kombination mit einem Programm, das bereits in das Computersystem geladen ist, auszuführen.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gasturbinensteuergerät und ein Gasturbinensteuerverfahren.
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Bezugszeichenliste
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- 20, 30:
- Gasturbinensteuergerät
- 21, 31:
- Turbineneinlasstemperatur-Schätzeinheit
- 22, 32:
- Abweichungs-Berechnungseinheit
- 23, 24:
- LRCSO-Berechnungseinheit
- 24, 35:
- LGCSO-Berechnungseinheit
- 25, 36:
- Regler-Steuereinheit
- 26, 37:
- Befehlswert-Auswahleinheit
- 33:
- TITCSO-Berechnungseinheit
- 40:
- Zufuhrvorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 200771144 [0003]
- JP H08135406 [0003]
