DE112019000330T5

DE112019000330T5 - Steuervorrichtung für eine gasturbine, gasturbine und verfahren zum steuern einer gasturbine

Info

Publication number: DE112019000330T5
Application number: DE112019000330.5T
Authority: DE
Inventors: Kazushige TAKAKI; Akihiko Saito; Ryuji TAKENAKA; Yoshifumi Iwasaki
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2018-04-13
Filing date: 2019-04-09
Publication date: 2020-10-08
Also published as: US20200340410A1; JP2019183772A; KR102273982B1; US11359553B2; WO2019198730A1; CN111684150A; KR20200096655A; JP6934835B2; CN111684150B

Abstract

Eine Steuervorrichtung für eine Gasturbine umfasst: einen Zielwert-Berechnungsteil, der konfiguriert ist, um einen Steuerungszielwert zu berechnen, der ein Zielwert einer Ausgabe der Gasturbine ist, undeinen Befehlswert-Berechnungsteil, der konfiguriert ist, um einen Brennstoff-Befehlswert auf der Basis einer Abweichung zwischen dem Steuerungszielwert und einem tatsächlichen Ausgabewert der Gasturbine zu berechnen. Der Zielwert-Berechnungsteil ist konfiguriert, um: den Steuerungszielwert auf einen Wert eizustellen, der größer als ein Ausgabe-Anforderungswert der Gasturbine ist, unmittelbar bevor eine Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert und dem tatsächlichen Ausgabewert nicht größer als ein Schwellenwert wird, und den Steuerungszielwert von dem Wert zu subtrahieren, nachdem die Differenz nicht größer als der Schwellenwert wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Gasturbine, eine Gasturbine und ein Verfahren zum Steuern einer Gasturbine.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Es kann erforderlich sein, den Betrieb einer Gasturbine so zu steuern, dass die Ausgabe gemäß den Schwankungen der Anforderungslast geändert wird.
Als Vorrichtung zur Ausführung einer solchen Betriebssteuerung offenbart z.B. das Patentdokument 1 eine Steuervorrichtung, die die Last einer Gasturbine durch eine Feedback-Regelung basierend auf der Abweichung der tatsächlichen Ausgabe eines Generators von einer aus einem Lastanforderungs-Einstellwert berechneten Zielausgabe steuert.
Die Steuervorrichtung ist so konfiguriert, dass die Zielausgabe der Feedback-Steuerung auf der Basis von einem Last-Einstellwert (LDSET) bestimmt wird, der gemäß dem Lastanforderungs-Einstellwert erhalten wird. Genauer gesagt erhöht sich, wenn z.B. der Lastanforderungs-Einstellwert in einem Schrittmuster ansteigt, der Last-Einstellwert (LDSET) fortschreitend von einem Lastanforderungs-Einstellwert vor der Änderung zu einem Lastanforderungs-Einstellwert nach der Änderung.
Darüber hinaus ist die Steuervorrichtung so konfiguriert, dass die Feedback-Regelung auf der Basis der Zielausgabe ausgeführt wird, die durch Addieren eines vorbestimmten Biaswertes zum Last-Einstellwert (LDSET) erhalten wird, während der Last-Einstellwert (LDSET), wie oben beschrieben, fortschreitend ansteigt, so dass die Generatorausgabe schnell auf die Änderung des Anforderungslast-Einstellwertes reagieren kann.
Zitierliste
Patentliteratur
Patentdokument 1: JP2007-177626A
ZUSAMMENFASSUNG
Zu lösende Probleme
Inzwischen kann es erforderlich sein, die Ausgabe der Gasturbine z.B. beim Start der Anlage schnell zu erhöhen.
Um die Ausgabe der Gasturbine schnell zu erhöhen, muss die Strömungsrate des Brennstoffs, der der Brennkammer zugeführt wird, schnell erhöht werden. In diesem Fall neigt der Brennstoff in der Brennkammer jedoch dazu, im Verhältnis zur Luft überhöht zu sein, so dass die Turbinen-Eintrittstemperatur dazu neigt, anzusteigen. Wenn die Turbinen-Eintrittstemperatur den oberen Grenzwert der Auslegung überschreitet, kann dies zu Schäden an Vorrichtungen führen, aus denen die Gasturbine besteht. Daher ist es wünschenswert, eine Überschreitung der Turbinen-Eintrittstemperatur zu verhindern und gleichzeitig einen schnellen Anstieg der Ausgabe der Gasturbine zu ermöglichen.
In Anbetracht dessen besteht eine Aufgabe von zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darin, eine Steuervorrichtung für eine Gasturbine, eine Gasturbine und ein Verfahren zum Steuern einer Gasturbine bereitzustellen, die die Ausgabe der Gasturbine schnell erhöhen und eine Überschreitung der Turbinen-Eintrittstemperatur verhindern können.
Lösung der Probleme
(1) Gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Steuervorrichtung für eine Gasturbine: einen Zielwert-Berechnungsteil, der konfiguriert ist, um einen Steuerungszielwert zu berechnen, der ein Zielwert einer Ausgabe der Gasturbine ist, und einen Befehlswert-Berechnungsteil, der konfiguriert ist, um einen Brennstoff-Befehlswert auf der Basis einer Abweichung zwischen dem Steuerungszielwert und einem tatsächlichen Ausgabewert der Gasturbine zu berechnen. Der Zielwert-Berechnungsteil ist konfiguriert, um: unmittelbar bevor eine Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert und dem tatsächlichen Ausgabewert nicht größer als ein Schwellenwert wird, den Steuerungszielwert auf einen Wert einzustellen, der größer als ein Ausgabe-Anforderungswert der Gasturbine ist, und den Steuerungszielwert von dem Wert zu verringern, nachdem die Differenz nicht größer als der Schwellenwert wird.
Bei der obigen Konfiguration (1) wird unmittelbar bevor die Differenz zwischen dem tatsächlichen Ausgabewert und dem Ausgabe-Anforderungswert nicht größer als der Schwellenwert wird, eine Steuerung auf der Basis des Steuerungszielwertes ausgeführt, der als ein Wert größer als der Ausgabe-Anforderungswert eingestellt ist. Auf diese Weise kann eine große Regelabweichung gewährleistet werden, bis sich der tatsächliche Ausgabewert dem Ausgabe-Anforderungswert weiter nähert (d.h. bis die Differenz zwischen Ausgabe-Anforderungswert und tatsächlichem Ausgabewert den Schwellenwert erreicht), auch nachdem der Steuerungszielwert den Ausgabe-Anforderungswert erreicht. Demgemäß ist kann das Ansprechverhalten der Regelung verbessert werden.
Darüber hinaus wird bei der obigen Konfiguration (1) der Steuerungszielwert verringert, nachdem die Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert und dem tatsächlichen Ausgabewert nicht größer als der Schwellenwert wird. Somit kann der Brennstoff-Befehlswert so berechnet werden, dass ein Überschwingen und ein Überschreiten der Strömungsrate des der Gasturbine zuzuführenden Brennstoffs verhindert werden.
Mit der obigen Konfiguration (1) kann also ein Überschwingen der Turbinen-Eintrittstemperatur verhindert und gleichzeitig eine schnelle Erhöhung der Ausgabe der Gasturbine ermöglicht werden.
(2) Bei einigen Ausführungsformen ist bei der obigen Konfiguration (1) der Zielwert-Berechnungsteil konfiguriert, um: wenn eine Bias-Additionsbedingung, die umfasst, dass die Differenz größer als der Schwellenwert ist, erfüllt ist, den Steuerungszielwert so zu berechnen, dass er nicht größer als eine obere Grenze ist, die eine Summe aus dem Ausgabe-Anforderungswert und aus dem Biaswert ist, und den Steuerungszielwert als einen Wert zu berechnen, der kleiner als die Summe aus dem Ausgabe-Anforderungswert und dem Biaswert ist, wenn die Bias-Additionsbedingung nicht erfüllt ist.
Bei der obigen Konfiguration (2) wird, wenn die Differenz zwischen dem tatsächlichen Ausgabewert und dem Ausgabe-Anforderungswert größer als der Schwellenwert ist (d.h. bis unmittelbar bevor die Differenz den Schwellenwert erreicht), eine Steuerung auf der Basis des Steuerungszielwertes ausgeführt, der durch Addieren des Biaswertes zum Ausgabe-Anforderungswert erhalten wird. Auf diese Weise kann eine große Regelabweichung sichergestellt werden, bis sich der tatsächliche Ausgabewert dem Ausgabe-Anforderungswert weiter nähert (d.h. bis die Differenz zwischen Ausgabe-Anforderungswert und tatsächlichem Ausgabewert den Schwellenwert erreicht), selbst nachdem der Steuerungszielwert den Ausgabe-Anforderungswert erreicht hat. Demgemäß kann das Ansprechverhalten der Regelung zu verbessert werden.
Darüber hinaus wird bei der obigen Konfiguration (2) der Steuerungszielwert verringert, um die Regelabweichung zu verringern, wenn die Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert und dem tatsächlichen Ausgabewert nicht größer als der Schwellenwert wird, indem die Addition des Biaswertes bei der Berechnung des Steuerungszielwertes aufgehoben wird. Auf diese Weise kann der Brennstoff-Befehlswert so berechnet werden, dass ein Überschwingen und ein Überschreiten der Strömungsrate des der Gasturbine zuzuführenden Brennstoffs verhindert werden.
Somit kann mit der obigen Konfiguration (2) ein Überschwingen der Turbinen-Eintrittstemperatur verhindert und gleichzeitig eine schnelle Zunahme der Ausgabe der Gasturbine ermöglicht werden.
(3) Bei einigen Ausführungsformen ist bei der obigen Konfiguration (2) der Zielwert-Berechnungsteil konfiguriert, um: wenn die Bias-Additionsbedingung erfüllt ist, den Steuerungszielwert mit einer konstanten Rate zu der Summe aus dem Ausgabe-Anforderungswert und dem Biaswert hin zu erhöhen, und wenn die Bias-Additionsbedingung nicht erfüllt ist, den Steuerungszielwert mit einer konstanten Rate zu verringern, bis der Steuerungszielwert den Ausgabe-Anforderungswert erreicht.
Mit der obigen Konfiguration (3) wird der Steuerungszielwert mit einer konstanten Rate erhöht oder verringert. Im Vergleich zu einem Fall, bei dem der Steuerungszielwert in einem Sprungmuster erhöht oder verringert wird, kann so z.B. eine schnelle Änderung der Gasturbinenausgabe und eine Beschädigung der Gasturbine verhindert werden.
(4) Bei einigen Ausführungsformen bei der obigen Konfiguration (2) oder (3) umfasst die Bias-Additionsbedingung: eine erste Bedingung, dass die Differenz größer als der Schwellenwert ist, und mindestens eine der folgenden Bedingungen: eine zweite Bedingung, dass eine Kennzahl oder Index einer Turbinen-Eintrittstemperatur der Gasturbine kleiner als ein Schwellenwert der Kennzahl oder Index ist, eine dritte Bedingung, dass ein Öffnungsgrad einer Einlassleitschaufel eines Verdichters der Gasturbine kleiner als ein vollständiger Öffnungsgrad ist, oder eine vierte Bedingung, dass ein Öffnungsgrad eines Strömungsraten-Regulierventils zur Regulierung einer Brennstoff-Strömungsrate der Gasturbine kleiner als ein oberer Grenzwert ist.
Bei der obigen Konfiguration (4) wird, wenn mindestens eine der ersten Bedingung oder mindestens eine der zweiten bis vierten Bedingung erfüllt ist, eine Steuerung auf der Basis des Steuerungszielwertes ausgeführt, der durch Addieren des Biaswertes zum Ausgabe-Anforderungswert erhalten wird.
Das heißt, wenn die Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert und dem tatsächlichen Ausgabewert größer als der Schwellenwert ist, oder wenn die Turbinen-Eintrittstemperatur niedriger als der Schwellenwert (z.B. oberer Grenzwert) ist, oder wenn der Öffnungsgrad der Eintrittsleitschaufel kleiner als der vollständige Öffnungsgrad ist, oder wenn der Öffnungsgrad des Strömungsraten-Regulierventils kleiner als ein oberer Grenzwert ist, wird eine Steuerung auf der Basis des Steuerungszielwertes ausgeführt, der durch Addieren des Biaswertes zum Ausgabe-Anforderungswert erhalten wird, und somit kann eine große Regelabweichung sichergestellt und das Ansprechverhalten der Regelung verbessert werden.
Wenn außerdem die Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert und dem tatsächlichen Ausgabewert nicht größer als der Schwellenwert ist, oder wenn die Turbinen-Eintrittstemperatur den Schwellenwert (z.B. den oberen Grenzwert) erreicht, oder wenn der Öffnungsgrad der Eintrittsleitschaufel den vollständigen Öffnungsgrad erreicht, oder wenn der Öffnungsgrad des Strömungsraten-Regulierventils den oberen Grenzwert erreicht, wird die Addition des Biaswertes zum Berechnen des Steuerungszielwertes aufgehoben, um den Steuerungszielwert zu reduzieren und die Regelabweichung zu verringern. Auf diese Weise kann der Brennstoff-Befehlswert so berechnet werden, dass ein Überschwingen verhindert und ein Überschreiten der Strömungsrate des der Gasturbine zuzuführenden Brennstoffs zuverlässiger verhindert wird.
Somit kann mit der obigen Konfiguration (4) ein Überschwingen der Turbinen-Eintrittstemperatur zuverlässiger verhindert und gleichzeitig eine schnelle Zunahme der Ausgabe der Gasturbine ermöglicht werden.
(5) Bei einigen Ausführungsformen ist in einer der obigen Konfigurationen (2) bis (4) der Biaswert ein konstanter Wert, während die Bias-Additionsbedingung erfüllt ist.
Bei der obigen Konfiguration (5) ist der Biaswert konstant, während die Bias-Additionsbedingung erfüllt ist, so dass der Biaswert einfach verwaltet werden kann.
(6) Bei einigen Ausführungsformen ist in einer der obigen Konfigurationen (2) bis (4) während eines Zeitraums oder einer Periode, in dem die Bias-Additionsbedingung erfüllt ist, der Biaswert Null, wenn der Steuerungszielwert kleiner als der Ausgabe-Anforderungswert ist, und der Biaswert ist ein positiver Wert, wenn der Steuerungszielwert nicht kleiner als der Ausgabe-Anforderungswert ist.
Bei der obigen Konfiguration (6) wird während dem Zeitraum, in der die Bias-Additionsbedingung erfüllt ist, der Biaswert nur in einem Zeitraum zum Ausgabe-Anforderungswert addiert, wenn die Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert und dem tatsächlichen Ausgabewert relativ klein und die Notwendigkeit, den Biaswert zur Erhöhung der Regelabweichung zu addieren, hoch ist. Somit kann ein Überschreiten des vom Befehlswert-Berechnungsteil berechneten Brennstoff-Befehlswertes in dem vorhergehenden Zeitraum zuverlässiger verhindert werden. Auf diese Weise kann ein Überschreiten der Strömungsrate des der Gasturbine zuzuführenden Brennstoffs zuverlässiger verhindert werden.
(7) Bei einigen Ausführungsformen bei einer der obigen Konfigurationen (2) bis (4) wird der Biaswert so eingestellt, dass er mit der Zeit fortschreitend ansteigt, während die Bias-Additionsbedingung erfüllt ist.
Bei der obigen Konfiguration (7) kann durch fortschreitende Erhöhung des zum Ausgabe-Anforderungswert zu addierenden Biaswertes, während die Bias-Additionsbedingung erfüllt ist, ein schneller Anstieg des vom Befehlswert-Berechnungsteil berechneten Brennstoff-Befehlswertes verhindert werden. Auf diese Weise kann ein Überschreiten der Strömungsrate des der Gasturbine zuzuführenden Brennstoffs zuverlässiger verhindert werden.
(8) Bei einigen Ausführungsformen bei einer der obigen Konfigurationen (1) bis (7) umfasst der Befehlswert-Berechnungsteil: einen Feedback-Regler, der konfiguriert ist, um ein auf der Abweichung basierendes Eingabesignal zu empfangen und einen Feedback-Befehlswert zum Berechnen des Brennstoff-Befehlswertes zu berechnen, und einen ersten Einstellteil für die obere Grenze, der konfiguriert ist, um, wenn die Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert und dem tatsächlichen Ausgabewert nicht größer als der Schwellenwert wird, den Brennstoff-Befehlswert so zu begrenzen, dass er nicht größer als ein oberer Befehlsgrenzwert ist, der der Feedback-Befehlswert zu dem Zeitpunkt ist, zu dem die Differenz den Schwellenwert erreicht.
Bei der obigen Konfiguration (8) wird, wenn die Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert und dem tatsächlichen Ausgabewert nicht größer als der Schwellenwert wird, der Brennstoff-Befehlswert so begrenzt, dass er nicht größer als der obere Grenz-Befehlswert ist, der der Feedback-Befehlswert zu dem Zeitpunkt ist, zu dem die Differenz den Schwellenwert erreicht. Auf diese Weise kann eine Überschreitung der Turbinen-Eintrittstemperatur zuverlässiger verhindert werden.
(9) Bei einigen Ausführungsformen bei der obigen Konfiguration (8) ist der Feedback-Regler konfiguriert, um: den Feedback-Befehlswert auf der Basis eines aus der Abweichung erhaltenen proportionalen und integralen Terms zu berechnen, und wenn die Differenz nicht größer als der Schwellenwert wird, eine Erhöhung des integralen Terms zu begrenzen und den Feedback-Befehlswert zu berechnen.
Bei der obigen Konfiguration (9) wird, wenn die Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert und dem tatsächlichen Ausgabewert nicht größer als der Schwellenwert ist, der Brennstoff-Befehlswert so begrenzt, dass er nicht größer als der obere Grenz-Befehlswert wird, der der Feedback-Befehlswert zu dem Zeitpunkt ist, zu dem die Differenz den Schwellenwert erreicht, und der Feedback-Befehlswert wird berechnet, während eine Zunahme des integralen Terms begrenzt wird. Auf diese Weise kann ein Phänomen verhindert werden, bei dem die Integralberechnung gesättigt wird und sich das Ansprechverhalten der Regelung verschlechtert (Windup-Effekt).
(10) Bei einigen Ausführungsformen bei einer der obigen Konfigurationen (1) bis (7) umfasst der Befehlswert-Berechnungsteil: einen Feedback-Regler, der konfiguriert ist, um ein auf der Abweichung basierendes Eingabesignal zu empfangen und einen Feedback-Befehlswert zum Berechnen des Brennstoff-Befehlswertes auszugeben, einen Niedrigwert-Selektor, der konfiguriert ist, um einen minimalen Befehlswert zwischen dem Feedback-Befehlswert und mindestens einem weiteren Befehlswert, der getrennt von dem Feedback-Befehlswert berechnet wird, auszugeben, und einen zweiten Einstellteil für die obere Grenze, der konfiguriert ist, um, wenn die Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert und dem tatsächlichen Ausgabewert nicht größer als der Schwellenwert wird, den Brennstoff-Befehlswert so zu begrenzen, dass er nicht größer als ein oberer Grenz-Befehlswert ist, der ein Ausgabewert des Niedrigwert-Selektors zu dem Zeitpunkt ist, zu dem die Differenz den Schwellenwert erreicht.
Mit der obigen Konfiguration (10) wird der Brennstoff-Befehlswert auf der Basis von dem minimalen Befehlswert des Feedback-Befehlswertes vom Feedback-Regler und mindestens einem getrennt vom Feedback-Befehlswert berechneten Befehlswert bestimmt, und der Brennstoff-Befehlswert wird so begrenzt, dass er nicht größer als der obere Grenzwert ist, der der Ausgabewert des Niedrigwert-Selektors zu dem Zeitpunkt ist, zu dem die Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert und dem tatsächlichen Ausgabewert den Schwellenwert erreicht, wenn die Differenz nicht größer als der Schwellenwert wird. Auf diese Weise kann eine Überschreitung der Turbinen-Eintrittstemperatur zuverlässiger verhindert werden.
(11) Bei einigen Ausführungsformen bei einer der obigen Konfigurationen (1) bis (10) umfasst der Befehlswert-Berechnungsteil: einen Feedback-Regler, der konfiguriert ist, um ein auf der Abweichung basierendes Eingabesignal zu empfangen und einen Feedback-Befehlswert zum Berechnen des Brennstoff-Sollwertes auszugeben, und einen Einstellteil für die obere Grenze der Abweichung, der konfiguriert ist, um, wenn die Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert und dem tatsächlichen Ausgabewert nicht größer als der Schwellenwert wird, das Eingabesignal des Feedback-Reglers auf Null zu begrenzen.
Mit der obigen Konfiguration (11) kann durch Begrenzen des Eingabesignals des Feedback-Reglers auf Null, wenn die Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert und dem tatsächlichen Ausgabewert nicht größer als der Schwellenwert wird, eine Überschreitung der Turbinen-Eintrittstemperatur zuverlässiger verhindert werden.
(12) Gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Gasturbine: die Steuervorrichtung gemäß einer der obigen (1) bis (11), einen Verdichter zum Verdichten von Luft, eine Brennkammer zur Erzeugung von Verbrennungsgas aus der Verbrennungsreaktion eines Brennstoffs und verdichteter Luft aus dem Verdichter, und eine Turbine, die durch das Verbrennungsgas von der Brennkammer angetrieben wird. Die Steuervorrichtung ist konfiguriert, um eine Ausgabe der Turbine zu steuern.
Bei der obigen Konfiguration (12) wird unmittelbar bevor die Differenz zwischen dem tatsächlichen Ausgabewert und dem Ausgabe-Anforderungswert nicht größer als der Schwellenwert wird, eine Regelung auf der Basis des Steuerungszielwertes ausgeführt, der als ein Wert größer als der tatsächliche Ausgabewert eingestellt ist. Auf diese Weise kann eine große Regelabweichung gewährleistet werden, bis sich der tatsächliche Ausgabewert dem Ausgabe-Anforderungswert weiter nähert (d.h. bis die Differenz zwischen Ausgabe-Anforderungswert und tatsächlichem Ausgabewert den Schwellenwert erreicht), selbst nachdem der Steuerungszielwert den Ausgabe-Anforderungswert erreicht hat. Demgemäß kann das Ansprechverhalten der Regelung verbessert werden.
Darüber hinaus wird bei der obigen Konfiguration (12) der Steuerungszielwert verringert, um die Regelabweichung zu verringern, nachdem die Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert und dem tatsächlichen Ausgabewert nicht größer als der Schwellenwert wird. Auf diese Weise kann der Brennstoff-Befehlswert so berechnet werden, dass ein Überschwingen und ein Überschreiten der Strömungsrate des der Gasturbine zuzuführenden Brennstoffs verhindert werden.
Mit der obigen Konfiguration (12) kann also ein Überschwingen der Turbinen-Eintrittstemperatur verhindert und gleichzeitig eine schnelle Zunahme der Ausgabe der Gasturbine ermöglicht werden.
(13) Gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Steuern einer Gasturbine: einen Schritt des Berechnens eines Steuerungszielwertes, der ein Zielwert einer Ausgabe der Gasturbine ist, und einen Schritt des Berechnens eines Brennstoff-Befehlswertes auf der Basis einer Abweichung zwischen dem Steuerungszielwert und einem tatsächlichen Ausgabewert der Gasturbine. Der Schritt des Berechnens des Steuerungszielwertes umfasst: unmittelbar bevor eine Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert und dem tatsächlichen Ausgabewert nicht größer als ein Schwellenwert wird, Einstellen des Steuerungszielwertes auf einen Wert, der größer als ein Ausgabe-Anforderungswert der Gasturbine ist, und Verringern des Steuerungszielwertes von dem Wert, nachdem die Differenz nicht größer als der Schwellenwert wird.
Gemäß dem obigen Verfahren (13) wird unmittelbar bevor die Differenz zwischen dem tatsächlichen Ausgabewert und dem Ausgabe-Anforderungswert nicht größer als der Schwellenwert wird, eine Steuerung auf der Basis des Steuerungszielwertes ausgeführt, der als ein Wert größer als der tatsächliche Ausgabewert eingestellt ist. Auf diese Weise kann eine große Regelabweichung gewährleistet werden, bis sich der tatsächliche Ausgabewert dem Ausgabe-Anforderungswert weiter nähert (d.h. bis die Differenz zwischen Ausgabe-Anforderungswert und tatsächlichem Ausgabewert den Schwellenwert erreicht), selbst nachdem der Steuerungszielwert den Ausgabe-Anforderungswert erreicht hat. Demgemäß kann das Ansprechverhalten der Regelung verbessert werden.
Darüber hinaus wird gemäß dem obigen Verfahren (13) der Steuerungszielwert verringert, um die Regelabweichung zu verringern, nachdem die Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert und dem tatsächlichen Ausgabewert nicht größer als der Schwellenwert wird. Auf diese Weise kann der Brennstoff-Befehlswert so berechnet werden, dass ein Überschwingen und ein Überschreiten der Strömungsrate des der Gasturbine zuzuführenden Brennstoffs verhindert werden.
Somit kann gemäß dem vorstehenden Verfahren (13) eine Überschreitung der Turbinen-Eintrittstemperatur verhindert und gleichzeitig eine schnelle Zunahme der Ausgabe der Gasturbine ermöglicht werden.
(14) Bei einigen Ausführungsformen dem obigen Verfahren (13) umfasst der Schritt des Berechnens des Steuerungszielwertes: wenn eine Bias-Additionsbedingung, die umfasst, dass die Differenz größer als der Schwellenwert ist, erfüllt ist, Berechnen des Steuerungszielwertes so, dass er nicht größer als ein oberer Grenzwert ist, der eine Summe des Ausgabe-Anforderungswertes und eines Biaswertes ist, und wenn die Bias-Additionsbedingung nicht erfüllt ist, Berechnen des Steuerungszielwertes als einen Wert, der kleiner ist als die Summe des Ausgabe-Anforderungswertes und des Biaswertes.
Gemäß dem obigen Verfahren (14) wird, wenn die Differenz zwischen dem tatsächlichen Ausgabewert und dem Ausgabe-Anforderungswert größer als der Schwellenwert ist (d.h. bis unmittelbar bevor die Differenz den Schwellenwert erreicht), eine Steuerung auf der Basis des Steuerungszielwertes ausgeführt, der durch Addieren des Biaswertes zum Ausgabe-Anforderungswert erhalten wird. Auf diese Weise kann eine große Regelabweichung sichergestellt werden, bis sich der tatsächliche Ausgabewert dem Ausgabe-Anforderungswert weiter nähert (d.h. bis die Differenz zwischen Ausgabe-Anforderungswert und tatsächlichem Ausgabewert den Schwellenwert erreicht), selbst nachdem der Steuerungszielwert den Ausgabe-Anforderungswert erreicht. Demgemäß kann das Ansprechverhalten der Regelung verbessert werden.
Darüber hinaus wird gemäß dem obigen Verfahren (14) der Steuerungszielwert verringert, um die Regelabweichung zu verringern, wenn die Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert und dem tatsächlichen Ausgabewert nicht größer als der Schwellenwert wird, indem die Addition des Biaswertes bei der Berechnung des Steuerungszielwertes aufgehoben wird. Auf diese Weise kann der Brennstoff-Befehlswert so berechnet werden, dass ein Überschwingen und ein Überschreiten der Strömungsrate des der Gasturbine zuzuführenden Brennstoffs verhindert werden.
Somit kann gemäß dem obigen Verfahren (14) eine Überschreitung der Turbinen-Eintrittstemperatur verhindert und gleichzeitig eine schnelle Zunahme der Ausgabe der Gasturbine ermöglicht werden.
(15) Bei einigen Ausführungsformen bei dem obigen Verfahren (14) umfasst der Schritt des Berechnens des Steuerungszielwertes: wenn die Bias-Additionsbedingung erfüllt ist, Erhöhen des Steuerungszielwertes mit einer konstanten Rate zu der Summe zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert und dem Biaswert hin, und wenn die Bias-Additionsbedingung nicht erfüllt ist, Verringern des Steuerungszielwertes mit einer konstanten Rate, bis der Steuerungszielwert den Ausgabe-Anforderungswert erreicht.
Gemäß dem obigen Verfahren zum Steuern (15) wird der Steuerungszielwert mit einer konstanten Rate erhöht oder verringert. Im Vergleich zu einem Fall, in dem der Steuerungszielwert z.B. in einem Sprungmuster erhöht oder verringert wird, kann so eine schnelle Änderung der Ausgabe der Gasturbine und eine Beschädigung der Gasturbine verhindert werden.
(16) Bei einigen Ausführungsformen des obigen Verfahrens (14) oder (15) umfasst die Bias-Additionsbedingung: eine erste Bedingung, dass die Differenz größer als der Schwellenwert ist, und mindestens eine der folgenden Bedingungen: eine zweite Bedingung, dass eine Kennzahl oder Index einer Turbinen-Eintrittstemperatur der Gasturbine kleiner als ein Schwellenwert der Kennzahl oder Index ist, eine dritte Bedingung, dass ein Öffnungsgrad einer Einlassleitschaufel eines Verdichters der Gasturbine kleiner als ein vollständiger Öffnungsgrad ist, oder eine vierte Bedingung, dass ein Öffnungsgrad eines Strömungsraten-Regulierventils zum Regulieren einer Brennstoff-Strömungsrate der Gasturbine kleiner als ein oberer Grenzwert ist.
Gemäß dem obigen Verfahren (16) wird, wenn zumindest eine der ersten Bedingung oder zumindest eine der zweiten bis vierten Bedingung erfüllt ist, eine Steuerung auf der Basis des Steuerungszielwertes ausgeführt, der durch Addieren des Biaswertes zum Ausgabe-Anforderungswert erhalten wird.
Wenn die Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert und dem tatsächlichen Ausgabewert also größer als der Schwellenwert ist, oder wenn die Turbinen-Eintrittstemperatur niedriger als der Schwellenwert (z.B. oberer Grenzwert) ist, oder wenn der Öffnungsgrad der Einlassleitschaufel kleiner als der vollständige Öffnungsgrad ist, oder wenn der Öffnungsgrad des Strömungsraten-Regulierventils kleiner als ein oberer Grenzwert ist, wird eine Steuerung auf der Basis des Steuerungszielwertest ausgeführt, der durch Addieren des Biaswertes zum Ausgabe-Anforderungswert erhalten wird, und somit kann eine große Regelabweichung sichergestellt und das Ansprechverhalten der Regelung verbessert werden.
Wenn außerdem die Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert und dem tatsächlichen Ausgabewert nicht größer als der Schwellenwert ist, oder wenn die Turbinen-Eintrittstemperatur den Schwellenwert (z.B. den oberen Grenzwert) erreicht, oder wenn der Öffnungsgrad der Einlassleitschaufel den vollständigen Öffnungsgrad erreicht, oder wenn der Öffnungsgrad des Strömungsraten-Regulierventils den oberen Grenzwert erreicht, wird die Addition des Biaswertes zum Berechnen des Steuerungszielwertes aufgehoben, um den Steuerungszielwert zu reduzieren und die Regelabweichung zu verringern. Auf diese Weise kann der Brennstoff-Befehlswert so berechnet werden, dass ein Überschwingen und ein Überschreiten der Strömungsrate des der Gasturbine 1 zuzuführenden Brennstoffs zuverlässiger verhindert werden.
Somit kann gemäß dem obigen Verfahren (16) ein Überschwingen der Turbinen-Eintrittstemperatur zuverlässiger verhindert und gleichzeitig eine schnelle Zunahme der Ausgabe der Gasturbine ermöglicht werden.
(17) Bei einigen Ausführungsformen bei einem der obigen Verfahren (13) bis (16) umfasst der Schritt des Berechnens des Brennstoff-Befehlswertes: einen Schritt des Berechnens eines Feedback-Befehlswertes zum Berechnen des Brennstoff-Befehlswertes auf der Basis eines auf der Abweichung basierenden Eingabewertes, und einen Schritt des Begrenzens, wenn die Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert und dem tatsächlichen Ausgabewert nicht größer als der Schwellenwert wird, des Brennstoff-Befehlswertes so, dass er nicht größer als ein oberer Grenz-Befehlswert ist, der der Feedback-Befehlswert zu dem Zeitpunkt ist, zu dem die Differenz den Schwellenwert erreicht.
Gemäß dem obigen Verfahren (17) wird, wenn die Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert und dem tatsächlichen Ausgabewert nicht größer als der Schwellenwert wird, der Brennstoff-Befehlswert so begrenzt, dass er nicht größer als ein oberer Grenz-Befehlswert ist, der der Feedback-Befehlswert zu dem Zeitpunkt ist, zu dem die Differenz den Schwellenwert erreicht. Auf diese Weise kann eine Überschreitung der Turbinen-Eintrittstemperatur zuverlässig verhindert werden.
(18) Bei einigen Ausführungsformen bei dem obigen Verfahren (17) umfasst der Schritt des Berechnens des Feedback-Befehlswertes: Berechnen des Feedback-Befehlswertes auf der Basis von einem aus der Abweichung erhaltenen proportionalen Term und einem integralen Term, und wenn die Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert und dem tatsächlichen Ausgabewert nicht größer als der Schwellenwert wird, Begrenzen einer Erhöhung des integralen Terms und Berechnen des Feedback-Befehlswertes.
Gemäß dem obigen Verfahren (18) wird, wenn die Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert und dem tatsächlichen Ausgabewert nicht größer als der Schwellenwert wird, der Brennstoff-Befehlswert so begrenzt, dass er nicht größer als der obere Grenz-Befehlswert ist, der der Feedback-Befehlswert zu dem Zeitpunkt ist, zu dem die Differenz den Schwellenwert erreicht, und der Feedback-Befehlswert wird berechnet, während die Zunahme des integralen Terms begrenzt wird. Auf diese Weise kann ein Phänomen verhindert werden, bei dem die Sättigung der integralen Berechnung eine Verschlechterung des Ansprechverhaltens der Regelung verursacht (Windup-Effekt).
(19) Bei einigen Ausführungsformen bei einem der obigen Verfahren (13) bis (16) umfasst der Schritt des Berechnens des Brennstoff-Befehlswertes: einen Schritt des Berechnens eines Feedback-Befehlswertes zum Berechnen des Brennstoff-Befehlswertes auf der Basis eines Eingabewertes auf der Basis der Abweichung, einen Schritt des Berechnens eines minimalen Befehlswertes zwischen dem Feedback-Befehlswert und zumindest einem weiteren Befehlswert, der getrennt von dem Feedback-Befehlswert berechnet wird, und einen Schritt des Begrenzens, wenn die Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert und dem tatsächlichen Ausgabewert nicht größer als der Schwellenwert wird, des Brennstoff-Befehlswertes auf einen Wert, der nicht größer als ein oberer Grenz-Befehlswert ist, der der minimale Befehlswert zu dem Zeitpunkt ist, zu dem die Differenz den im Niederwert-Auswahlschritt berechneten Schwellenwert erreicht.
Gemäß dem obigen Verfahren (19) wird der Brennstoff-Befehlswert auf der Basis des minimalen Befehlswertes des Feedback-Befehlswertes vom Feedback-Regler und mindestens eines getrennt vom Feedback-Befehlswert berechneten Befehlswertes bestimmt, und der Brennstoff-Befehlswert wird so begrenzt, dass er nicht größer als der obere Grenzwert ist, der der Ausgabewert des Niedrigwert-Selektors zu dem Zeitpunkt ist, zu dem die Differenz den Schwellenwert erreicht, wenn die Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert und dem tatsächlichen Ausgabewert nicht größer als der Schwellenwert wird. Auf diese Weise kann eine Überschreitung der Turbinen-Eintrittstemperatur zuverlässiger verhindert werden.
(20) Bei einigen Ausführungsformen umfasst der Schritt des Berechnens des Brennstoff-Befehlswertes bei einem der obigen Verfahren (13) bis (19): einen Schritt des Berechnens eines Feedback-Befehlswertes zum Berechnen des Brennstoff-Befehlswertes auf der Basis eines auf der Abweichung basierenden Eingabewertes, und einen Schritt des Begrenzens des Eingabesignals im Schritt des Berechnens des Feedback-Befehlswertes auf Null, wenn die Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert und dem tatsächlichen Ausgabewert nicht größer als der Schwellenwert wird.
Gemäß dem obigen Verfahren (20) kann durch Begrenzen des Eingabesignals des Feedback-Reglers auf Null, wenn die Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert und dem tatsächlichen Ausgabewert nicht größer als der Schwellenwert wird, eine Überschreitung der Turbinen-Eintrittstemperatur zuverlässiger verhindert werden.
Vorteilhafte Effekte
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Steuervorrichtung für eine Gasturbine, eine Gasturbine und ein Verfahren zum Steuern einer Gasturbine bereitgestellt, die die Ausgabe der Gasturbine schnell erhöhen und ein Überschreiten der Turbinen-Eintrittstemperatur verhindern kann.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung einer Gasturbine mit einer Steuervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen.
2 ist ein Blockschaltbild der Konfiguration einer Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
3 ist ein Blockschaltbild, das die Konfiguration eines Zielwert-Berechnungsteils der Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform zeigt.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die zeitliche Änderung der jeweiligen Parameter zeigt, die die Ausgabe der Gasturbine betreffen.
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die zeitliche Änderung der jeweiligen Parameter zeigt, die die Ausgabesteuerung der Gasturbine betreffen.
6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die zeitliche Änderung der jeweiligen Parameter in Bezug auf die Ausgabesteuerung der Gasturbine zeigt.
7 ist ein Blockschaltbild, das die Konfiguration einer Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform zeigt.
8 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die zeitliche Änderung der jeweiligen Parameter in Bezug auf die Ausgabesteuerung der Gasturbine zeigt.
9 ist ein Blockschaltbild, das die Konfiguration einer Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform zeigt.
10 ist ein Blockschaltbild, das die Konfiguration einer Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform zeigt.
11 ist ein Blockschaltbild, das die Konfiguration einer Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform zeigt.
12 ist ein Blockschaltbild, das die Konfiguration einer Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es ist jedoch beabsichtigt, dass Dimensionen bzw. Maße, Materialien, Formen, relative Positionen und dergleichen der in den Ausführungsformen beschriebenen Komponenten, sofern sie nicht besonders gekennzeichnet sind, nur als Illustration interpretiert werden und nicht dazu dienen, den Umfang der vorliegenden Erfindung einzuschränken.
1 ist eine schematische Darstellung einer Gasturbine mit einer Steuervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen. Wie in der Zeichnung dargestellt, umfasst die Gasturbine 1 einen Verdichter 3 zum Verdichten von Luft, eine Brennkammer 4 zum Erzeugen von Verbrennungsgas durch Verbrennen eines Brennstoffs (z.B. Erdgas), eine Turbine 5, die so konfiguriert ist, dass sie durch Verbrennungsgas rotierend angetrieben wird, und eine Steuervorrichtung 10 zur Steuerung der Ausgabe der Gasturbine 1.
Die Brennkammer 4 ist konfiguriert, damit ihr ein Brennstoff (z.B. Erdgas) zugeführt wird und um mit verdichteter Luft aus dem Verdichter 3 versorgt zu werden. Der Brennstoff wird unter Verwendung der verdichteten Luft als Oxidationsmittel verbrannt, wobei Verbrennungsgas entsteht. Die Strömungsrate des Brennstoffs, der der Brennkammer 4 zugeführt wird, ist mit einem Strömungsraten-Regulierventil 7 regulierbar, das als eine Strömungsraten-Reguliereinheit dient.
Ein Generator 8 ist über eine Rotationswelle 6 mit der Turbine 5 gekoppelt. Der Generator 8 wird von der Rotationsenergie der Turbine 5 angetrieben, wodurch elektrische Energie erzeugt wird. Das Verbrennungsgas, das an der Turbine 5 Arbeit geleistet hat, wird als Abgas aus der Turbine 5 abgeführt.
Die vom Generator 8 erzeugte elektrische Leistung kann z.B. über einen nicht abgebildeten Schalter (engl.: „breaker“) oder Transformator in ein Versorgungsnetz übertragen werden.
Der Wert der vom Generator 8 erzeugten Leistung (Wirkleistung, tatsächlicher Ausgabewert des Generators oder der Gasturbine) wird mit einer nicht abgebildeten Messeinrichtung gemessen und zur Rückführung an die Steuervorrichtung 10 geschickt.
Die Steuervorrichtung 10 umfasst eine nicht abgebildete CPU und einen Datenspeicher. Die Steuervorrichtung 10 berechnet einen Befehlswert, der sich auf die Strömungsrate des der Brennkammer 4 zuzuführenden Brennstoffs (Brennstoff-Befehlswert F_I) bezieht, auf der Basis von dem tatsächlichen Ausgabewert P_A oder dergleichen der Gasturbine 1, den die Steuervorrichtung 10 erhält. Ferner ist die Steuervorrichtung 10 konfiguriert, um den Öffnungsgrad des Strömungsraten-Regulierventils 7 so zu regulieren, dass die Strömungsrate des der Brennkammer 4 zuzuführenden Brennstoffs mit dem berechneten Brennstoff-Befehlswert F_I übereinstimmt.
Auf diese Weise steuert die Steuervorrichtung 10 die Ausgabe der Gasturbine 1 (d.h. sie steuert die Generatorausgabe bzw. -leistung).
Anschließend werden unter Bezugnahme auf die 2 bis 12 die Steuervorrichtung 10 und ein Verfahren zum Steuern einer Gasturbine 1 gemäß einigen Ausführungsformen beschrieben.
2 ist ein Blockschaltbild, das die Konfiguration einer Steuervorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform zeigt. 3 ist ein Blockschaltbild, das die Konfiguration eines Zielwert-Berechnungsteils der Steuervorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform zeigt. Die 4 bis 6 sind jeweils ein Diagramm, das ein Beispiel für die zeitliche Änderung der jeweiligen Parameter, die die Ausgabe der Gasturbine 1 betreffen, zum Zeitpunkt des Starts der Gasturbine 1 zeigt.
Wie in 2 dargestellt, umfasst die Steuervorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform einen Zielwert-Berechnungsteil 20 zur Berechnung eines Zielwertes P_T, der ein Zielwert der Ausgabe der Gasturbine 1 ist, und einen Befehlswert-Berechnungsteil 30 zum Berechnen des Brennstoff-Befehlswertes F_I, der sich auf die Strömungsrate des der Brennkammer 4 der Gasturbine 1 zuzuführenden Brennstoffes bezieht.
Der Zielwert-Berechnungsteil 20 ist konfiguriert, um den Steuerungszielwert P_T auf der Basis von dem Ausgabe-Anforderungswert P_D der Gasturbine 1, dem tatsächlichen Ausgabewert P_A der Gasturbine 1 und einem unten beschriebenen Bias- oder Vorgabewert „b“ zu berechnen.
Der Befehlswert-Berechnungsteil 30 ist konfiguriert, um den Brennstoff-Befehlswert F_I auf der Basis der Abweichung zwischen dem durch den Zielwert-Berechnungsteil 20 berechneten Steuerungszielwert P_T und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A der Gasturbine 1 zu berechnen.
Der Ausgabe-Anforderungswert P_D kann der Steuervorrichtung 10 von außen (z.B. von einer übergeordneten Steuervorrichtung) vorgegeben werden.
Wie in 2 dargestellt, wird dem Zielwert-Berechnungsteil 20 ein Korrekturanforderungswert P_D* eingegeben. Der Korrekturanforderungswert P_D* wird auf der Basis von dem Ausgabe-Anforderungswert P_D und dem Biaswert „b“ wie folgt bestimmt.
Zunächst berechnet ein Subtrahierer 12 eine Differenz X zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert P_D und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A (Differenz X = Ausgabe-Anforderungswert P_D - tatsächlicher Ausgabewert P_A) .
Als nächstes vergleicht ein Komparator (Hoch/Tief-Monitor) 14 die Differenz X und einen Schwellenwert Xth. Der Schwellenwert Xh kann z.B. ein Wert in einem Bereich von nicht kleiner als 0% und nicht größer als 10% des Ausgabe-Anforderungswertes P_D sein.
Wenn eine Bias-Additionsbedingung erfüllt ist, dass die obige Differenz X größer als der Schwellenwert Xth ist (X > Xth), gibt der Komparator 14 ein „ON“-Signal aus, das von einem Schalter oder Switch 18 empfangen wird. Der Switch 18 liest einen Biaswert ‚b‘ aus einem Datenspeicher 16 aus und gibt den Biaswert ‚b‘ an einen Addierer 19 aus. Der Addierer 19 gibt eine Summe aus dem Biaswert ‚b‘, der eine Ausgabe des Vergleichers oder Komparators 14 ist, und dem Ausgabe-Anforderungswert P_D an den Zielwert-Berechnungsteil 20 als Korrektur-Anforderungswert P_D* aus.
Wenn andererseits die obige Differenz X nicht größer als der Schwellenwert Xth (X ≤ Xth) ist (d.h. wenn die oben beschriebene Bias-Additionsbedingung nicht erfüllt ist), gibt der Komparator 14 eine „OFF“-Ausgabe aus und, die vom Switch 18 empfangen wird. Der Switch 18 liest einen Nullwert aus einem Datenspeicher 17 aus und gibt den Nullwert an den Addierer 19 aus. Der Addierer 19 gibt eine Summe aus dem Nullwert, der eine Ausgabe aus dem Komparator 14 ist, und dem Ausgabe-Anforderungswert PD (d.h. dem Ausgabe-Anforderungswert P_D) an den Zielwert-Berechnungsteil 20 als Korrektur-Anforderungswert P_D* aus.
Der Zielwert-Berechnungsteil 20 berechnet den Steuerungszielwert P_T auf der Basis von dem Korrekturanforderungswert P_D*, der eine Eingabe vom Addierer 19 ist. Wie in 3 dargestellt umfasst der Zielwert-Berechnungsteil 20 einen Subtrahierer 21, Komparatoren (Hoch/Tief-Monitore) 22, 24 und einen analogen Datenspeicher 26.
Der Subtrahierer 21 berechnet eine Lasteinstellabweichung, die eine Abweichung zwischen dem vom Addierer 19 (siehe 2) empfangenen Korrektur-Anforderungswert P_D* und dem Steuerungszielwert P_T, der eine Ausgabe aus dem analogen Datenspeicher 26 ist (Lasteinstellabweichung = Korrektur-Anforderungswert P_D* - Steuerungszielwert P_T), ist.
Der Komparator 22 bestimmt, ob die Lasteinstellabweichung kleiner als ein vorbestimmter Wert (z.B. 0,1MW) ist, und wenn bestimmt wird, dass die Lasteinstelldifferenz nicht kleiner als der vorbestimmte Wert (z.B. 0,1MW) ist, gibt der Komparator 22 einen Steuerungszielwert, der den Befehlswert I_INC erhöht, an den analogen Datenspeicher 26 aus. Das heißt, der Steuerungszielwert-Zunahmebefehl I_INC wird „ON“, wenn die Lasteinstellabweichung nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert (z.B. 0,1MW) ist, und wird „OFF“, wenn die Lasteinstellabweichung kleiner als ein vorbestimmter Wert (z.B. 0,1MW) ist.
Darüber hinaus bestimmt der Komparator 24, ob die Lasteinstellabweichung größer als ein vorbestimmter Wert (z.B. minus 0,1MW) ist, und wenn bestimmt wird, dass die Lasteinstelldifferenz nicht größer als der vorbestimmte Wert (z.B. minus 0,1MW) ist, gibt der Komparator 24 eine Ausgabe eines Steuerungszielwert-Abnahmebefehls I_DEC an den analogen Datenspeicher 26 aus. Der Steuerungszielwert-Abnahmebefehl I_DEC wird also „ON“, wenn die Lasteinstellabweichung nicht größer als ein vorbestimmter Wert (z.B. minus 0,1MW) ist, und wird „OFF“, wenn die Lasteinstellabweichung größer als ein vorbestimmter Wert (z.B. minus 0,1MW) ist.
Der Datenspeicher 26 beginnt den Steuerungszielwert P_T zu erhöhen, wenn der Steuerungszielwert-Zunahmebefehl I_INC vom Komparator 22 eingegeben wird (wenn der Steuerungszielwert-Zunahmebefehl I_INC „ON“ wird), und erhöht den Steuerungszielwert P_T fortschreitend mit einer vorgegebenen Anstiegsrate (z.B. 10Mw/min), während der Steuerungszielwert-Zunahmebefehl I_INC kontinuierlich eingegeben wird (während der Steuerungszielwert-Zunahmebefehl I_INC „ON“ ist), und stoppt die Erhöhung des Steuerungszielwertes P_T, wenn der Steuerungszielwert-Zunahmebefehl I_INC nicht mehr vom Komparator 22 eingegeben wird (wenn der Steuerungszielwert-Zunahmebefehl I_INC „OFF“ wird) .
Darüber hinaus kann die Anstiegsrate des Steuerungszielwertes P_T konstant sein (d.h. der Steuerungszielwert P_T kann mit einer konstanten Rate ansteigen), während der Steuerungszielwert-Zunahmebefehl I_INc kontinuierlich eingegeben wird (während der Steuerungszielwert-Zunahmebefehl I_INC „ON“ ist) .
Darüber hinaus beginnt der analoge Datenspeicher 26 den Steuerungszielwert P_T zu verringern, wenn der Steuerungszielwert-Abnahmebefehl I_DEC vom Komparator 24 eingegeben wird (wenn der Steuerungszielwert-Abnahmebefehl IDEC „ON“ wird), und verringert den Steuerungszielwert P_T fortschreitend mit einer vorgegebenen Abnahmerate (z.B. minus 10 MW/min), während der Steuerungszielwert-Abnahmebefehl I_DEC kontinuierlich eingegeben wird (während der Steuerungszielwert-Abnahmebefehl I_DEC „ON“ ist), und stoppt die Abnahme des Steuerungszielwertes P_T, wenn der Steuerungszielwert-Abnahmebefehl I_DEC nicht mehr vom Komparator 24 eingegeben wird (wenn der Steuerungszielwert-Abnahmebefehl I_DEC „OFF“ wird) .
Während der Steuerungszielwert-Abnahmebefehl I_DEC kontinuierlich eingegeben wird (während der Steuerungszielwert-Abnahmebefehl I_DEC „ON“ ist), kann die Abnahmerate des Steuerungszielwertes P_T konstant sein (d.h. der Steuerungszielwert P_T kann mit einer konstanten Rate abnehmen).
Der Zielwert-Berechnungsteil 20 berechnet den Steuerungszielwert P_T also so, dass der Korrektur-Anforderungswert P_D* nicht überschritten wird.
Darüber hinaus wird der Steuerungszielwert P_T aus dem analogen Datenspeicher 26 an den Subtrahierer 21 und den Subtrahierer 28 (siehe 2) ausgegeben.
Darüber hinaus berechnet der Subtrahierer 28, wie in 2 dargestellt, eine Abweichung E zwischen dem durch den Zielwert-Berechnungsteil 20 berechneten Steuerungszielwert P_T und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A der Gasturbine 1 (Abweichung E = Steuerungszielwert P_T - tatsächlicher Ausgabewert P_A), und die berechnete Abweichung E wird in den Befehlswert-Berechnungsteil 30 eingegeben.
Bei einer illustrativen Ausführungsform, die in 2 dargestellt ist, ist der Befehlswert-Berechnungsteil 30 ein Feedback-Regler 32. Der Feedback-Regler 32 kann z.B. ein PI-Regler sein, der den Brennstoff-Sollwert F_I durch Proportional-Integral-Berechnung basierend auf der vom Subtrahierer 28 erhaltenen Abweichung E berechnet und ausgibt. Alternativ kann der Feedback-Regler 32 z.B. ein PID-Regler sein, der den Brennstoff-Sollwert F_I durch Proportional-Integral-Differential-Berechnung basierend auf der vom Subtrahierer 28 erhaltenen Abweichung E berechnet und ausgibt.
Wenn die Steuervorrichtung 10 (siehe 2) die obige Konfiguration hat, ist zum Zeitpunkt des Starts der Gasturbine 1 die zeitliche Änderung des Parameters, der die Ausgabesteuerung betrifft, z.B. wie in 4 dargestellt.
In dem unten beschriebenen Beispiel ist der Schwellenwert Xth im Vergleich zur Differenz X durch den Komparator 14 (siehe 12) gleich Null.
Wie in 4 dargestellt, sind beispielsweise der Ausgabe-Anforderungswert P_D, der tatsächliche Ausgabewert P_A und der Steuerungszielwert P_T bis zum Zeitpunkt t0 gleich Null.
Zum Zeitpunkt t0 steigt der Ausgabe-Anforderungswert P_D in einem Schrittmuster von 0 auf P_D0, und die Differenz X zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert P_D und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A wird nach dem Zeitpunkt t0 und bis zum Zeitpunkt t2 größer als der Schwellenwert Xth (Null). Das heißt, in diesem Zeitraum ist die Bias-Additionsbedingung, dass die obige Differenz X größer als der Schwellenwert Xth ist, erfüllt, und der Addierer 19 berechnet einen Korrekturanforderungswert P_D*, indem er den Biaswert ‚b‘ zum Ausgabe-Anforderungswert P_D (=P_D0) addiert (P_D* = P_D + b) .
Darüber hinaus erhöht der Zielwert-Berechnungsteil 20 vom Zeitpunkt t0 bis t2 den Korrekturanforderungswert mit einer vorgegebenen Rate, so dass der vom Addierer 19 berechnete Korrekturanforderungswert P_D* nicht überschritten wird. Das heißt, während der Steuerungszielwert P_T den Ausgabe-Anforderungswert P_D (=P_D0) zum Zeitpunkt t1 erreicht, der nach dem Zeitpunkt t0 und vor dem Zeitpunkt t2 liegt, wird der Steuerungszielwert P_T kontinuierlich über den Ausgabe-Anforderungswert P_D (P_D0) hinaus zu dem Korrektur-Anforderungswert P_D* hin erhöht, der eine Summe aus dem Ausgabe-Anforderungswert P_D und dem Biaswert ‚b‘ ist.
Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform erhöht der Zielwert-Berechnungsteil 20 vom Zeitpunkt t0 bis t2 den Steuerungszielwert mit einer konstanten Rate.
Außerdem erreicht zum Zeitpunkt t2 die Differenz X zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert P_D und dem tatsächlichen Ausgabewert den Schwellenwert (Null) und wird dann nicht größer als der Schwellenwert (Null). Das heißt, die oben beschriebene Bias-Additionsbedingung ist nicht mehr erfüllt. Daher hebt der Switch 18 nach der Zeit t2 die Addition des Biaswertes ‚b‘ auf, und der Addierer 19 gibt den Ausgabe-Anforderungswert P_D (=P_D0) als Korrektur-Anforderungswert P_D* aus.
Darüber hinaus verringert der Zielwert-Berechnungsteil 20 nach dem Zeitpunkt t2 den Steuerungszielwert P_T mit einer vorgegebenen Rate ab, bis der Ausgabe-Anforderungswert P_D erreicht ist (d.h. bis zum Zeitpunkt t3). Das heißt, der Zielwert-Berechnungsteil 20 berechnet den Steuerungszielwert P_T als einen Wert, der kleiner ist als die Summe des Ausgabe-Anforderungswertes P_D und des Biaswertes ‚b‘.
Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform verringert der Zielwert-Berechnungsteil 20 vom Zeitpunkt t2 bis t3 den Steuerungszielwert mit konstanter Rate.
Wie oben beschrieben, wird bei den oben beschriebenen Ausführungsformen, wenn die Differenz X zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert P_D und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A größer als der Schwellenwert Xth (Zeit t0 bis t2) ist, insbesondere unmittelbar bevor die Differenz X nicht größer als der Schwellenwert Xth wird (z.B. vom Zeitpunkt t1, wenn der Steuerungszielwert P_T den Ausgabe-Anforderungswert P_D erreicht, bis zum Zeitpunkt t2, wenn der tatsächliche Ausgabewert P_A den Ausgabe-Anforderungswert P_D erreicht), der Steuerungszielwert P_T auf einen Wert eingestellt, der größer als der Ausgabe-Anforderungswert P_D ist. Somit kann selbst nach dem Zeitpunkt t2, wenn der Steuerungszielwert P_T den Ausgabe-Sollwert P_D erreicht, eine große Regelabweichung gewährleistet werden, bis sich der tatsächliche Ausgabewert P_A weiter dem Ausgabe-Befehlswert P_D nähert (d.h. bis zum Zeitpunkt t2, wenn die Differenz X zwischen dem Ausgabe-Befehlswert P_D und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A den Schwellenwert Xth erreicht). Demgemäß kann das Ansprechverhalten der Regelung verbessert werden.
Darüber hinaus wird in der oben beschriebenen Ausführungsform der Steuerungszielwert P_T verringert, nachdem die Differenz X zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert P_D und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A nicht größer als der Schwellenwert Xth wird (nach der Zeit t2). Auf diese Weise kann der Brennstoff-Befehlswert F_I so berechnet werden, dass ein Überschwingen und ein Überschreiten der Strömungsrate des der Gasturbine 1 zuzuführenden Brennstoffs verhindert werden.
Auf diese Weise kann eine Überschreitung der Turbinen-Eintrittstemperatur verhindert und gleichzeitig eine schnelle Ausgabe der Gasturbine 1 ermöglicht werden.
Darüber hinaus konzentriert sich die obige Ausführungsform auf die Differenz X zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert P_D und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A, um das Timing für das Addieren des Biaswertes ‚b‘ zum Ausgabe-Anforderungswert P_D und das Timing für das Aufheben der Addition auf der Basis der Differenz X zu bestimmen. Auf diese Weise kann das Ansprechverhalten der Ausgabesteuerung der Gasturbine 1 besser als mit typischen Verfahren verbessert und ein Überschreiten der Turbinen-Eintrittstemperatur zuverlässiger verhindert werden.
In dem oben mit Bezug auf 4 beschriebenen Beispiel ist der durch den Addierer 19 zum Ausgabe-Anforderungswert P_D zu addierende Biaswert während des Zeitraums von der Zeit t0 bis zur Zeit t2, in der die Differenz X zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert P_D und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A größer als der Schwellenwert Xth ist, konstant bei ‚b‘. Dennoch ist die Einstellung des Biaswertes nicht darauf beschränkt und kann wie in den 5 oder 6 dargestellt erfolgen.
In dem in 5 dargestellten Beispiel des Zeitraums von der Zeit t0 bis t2, in dem die Differenz X zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert P_D und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A größer als der Schwellenwert Xth ist, wird der Biaswert „b“ so eingestellt, dass er vom Addierer 19 nur in dem Zeitraum unmittelbar bevor die Differenz X nicht größer als der Schwellenwert Xth wird, zum Ausgabe-Anforderungswert P_D addiert wird, d.h. in dem Zeitraum von der Zeit t1, wenn der Steuerungszielwert P_T den Ausgabe-Anforderungswert P_D erreicht, bis zur Zeit t2, wenn der tatsächliche Ausgabewert P_A den Ausgabe-Anforderungswert P_D erreicht.
Dies hat folgenden Grund. Das heißt, während des Zeitraums unmittelbar bevor die Differenz X nicht größer als der Schwellenwert Xth wird (z.B. Zeitraum von der Zeit t1 bis t2), ist die Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert P_D und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A sehr viel kleiner als in dem Zeitraum vor der Zeit t1. Daher ermöglicht das Einstellen diesem Zeitraum, den Steuerungszielwert P_T durch Addieren des Biaswertes zu erhöhen, um die Abweichung E zwischen dem tatsächlichen Ausgabewert P_A und dem Steuerungszielwert P_T zu vergrößern, der dem Befehlswert-Berechnungsteil 30 zu übergeben ist, und ist somit wichtig für die Verbesserung des Ansprechverhaltens der Regelung.
Darüber hinaus ist in dem Zeitraum (z.B. nach der Zeit t0 und vor der Zeit t1) vor dem Zeitraum unmittelbar bevor die Differenz X nicht größer als der Schwellenwert Xth wird (z.B. von der Zeit t1 bis zur Zeit t2), die Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert P_D und dem tatsächlichem Ausgabewert P_A relativ groß, und somit ist die der Befehlswert-Berechnungsteil 30 zu gebende Abweichung relativ groß. Daher ist die Notwendigkeit, den Steuerungszielwert P_T durch Addieren des Biaswertes zu erhöhen, relativ gering. Daher kann durch Addieren des Biaswertes „b“ zum Ausgabe-Anforderungswert P_D nur in dem Zeitraum, in dem eine hohe Notwendigkeit besteht, die Regelabweichung durch Addieren des Biaswertes zu erhöhen, d.h. in dem Zeitraum unmittelbar bevor die Differenz X nicht größer wird als der Schwellenwert Xth (z.B. von der Zeit t1 bis t2), wie in 5 dargestellt des Zeitraums von der Zeit t0 bis zur Zeit t2, in der die Differenz X größer als der Schwellenwert Xth ist, kann ein Überschreiten des Brennstoff-Befehlswertes, der durch den Befehlswert-Berechnungsteil 30 in den vorhergehenden Zeitraum berechnet wurde, zuverlässig und ein Überschreiten der Strömungsrate des der Gasturbine 1 zuzuführenden Brennstoffs zuverlässiger verhindert werden.
Darüber hinaus wird in dem in 6 dargestellten Beispiel in dem Zeitraum vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t2, in dem die Differenz X zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert P_D und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A größer als der Schwellenwert Xth ist, der durch den Addierer 19 zum Ausgabe-Anforderungswert P_D zu addierende Biaswert so eingestellt, dass er fortschreitend von Null auf ‚b‘ ansteigt.
Auch in diesem Fall wird der Biaswert so eingestellt, dass er in der Periode unmittelbar bevor die Differenz X nicht größer als der Schwellenwert Xth wird (z.B. Zeit t1 bis t2) zunimmt, und somit kann in diesem Zeitraum der Steuerungszielwert P_T durch Addieren des Biaswertes größer eingestellt und die Abweichung E zwischen dem tatsächlichen Ausgabewert P_A und dem Steuerungszielwert P_T, der dem Befehlswert-Berechnungsteil 30 zu übergeben ist, erhöht werden.
Außerdem kann durch fortschreitende Erhöhung des zum Ausgabe-Anforderungswert P_D zu addierenden Biaswertes ein schneller Anstieg des von der Befehlswert-Berechnungsteil 30 berechneten Brennstoff-Befehlswertes verhindert werden. Auf diese Weise kann ein Überschreiten der Strömungsrate des der Gasturbine 1 zuzuführenden Brennstoffs zuverlässiger verhindert werden.
Darüber hinaus wird in jedem in den 4 bis 6 beschriebenen Beispiel der Biaswert unterschiedlich eingestellt. Wenn jedoch der zu addierende Biaswert in dem Zeitraum unmittelbar bevor die Differenz X zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert P_D und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A nicht größer als der Schwellenwert Xth wird (z.B. Zeitraum von der Zeit t1 bis t2), in gewissem Umfang erhöht wird, wäre der von der Steuervorrichtung 10 zu erhaltende Brennstoff-Befehlswert in jedem der Beispiele im Wesentlichen derselbe.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird, wenn die Bias-Additionsbedingung erfüllt ist, der Biaswert durch den Addierer 19 zum Ausgabe-Anforderungswert addiert, um den Korrektur-Anforderungswert P_D* zu erhalten. Unter Verwendung des demgemäß erhaltenen Korrektur-Anforderungswertes P_D* als obere Grenze berechnet der Zielwert-Berechnungsteil 20 den Steuerungszielwert P_T. Wenn die Bias-Additionsbedingung nicht mehr erfüllt ist, wird die Addition des Biaswertes durch den Addierer 19 abgebrochen, und der Zielwert-Berechnungsteil verringert den zu berechnenden Korrekturanforderungswert.
Darüber hinaus ist in der oben beschriebenen Ausführungsform die Bias-Additionsbedingung die erste Bedingung, dass die Differenz X zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert P_D und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A größer als der Schwellenwert Xth ist.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Bias-Additionsbedingung die oben beschriebene erste Bedingung und die zweite Bedingung umfassen, dass die Turbinen-Eintrittstemperatur der Gasturbine 1 kleiner als ein Schwellenwert ist.
Das heißt, die Erfüllung der Bias-Additionsbedingung kann sich auf die Erfüllung mindestens einer der ersten oder der zweiten Bedingung beziehen.
Darüber hinaus kann sich die Nichterfüllung der Bias-Additionsbedingung darauf beziehen, dass mindestens eine von der ersten oder zweiten Bedingung nicht erfüllt ist.
Wie oben beschrieben, wird, wenn mindestens eine von der ersten oder zweiten Bedingung erfüllt ist, eine Steuerung auf der Basis des Steuerungszielwertes P_T ausgeführt, der durch Addieren des Biaswertes ‚b‘ zum Ausgabe-Anforderungswert P_D erhalten wird.
Wenn die Differenz X zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert P_D und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A also größer als der Schwellenwert Xth ist oder wenn die Turbinen-Eintrittstemperatur niedriger als der Schwellenwert (z.B. oberer Grenzwert) ist, wird eine Steuerung auf der Basis des Steuerungszielwertes P_T ausgeführt, der durch Addieren des Biaswertes ‚b‘ zum Ausgabe-Anforderungswert P_D erhalten wird, und somit kann eine große Regelabweichung sichergestellt und das Ansprechverhalten der Regelung verbessert werden.
Außerdem wird, wenn mindestens eine der ersten oder zweiten Bedingung nicht erfüllt ist, eine Steuerung auf der Basis des erhaltenen Steuerungszielwertes P_T ausgeführt, ohne den Biaswert zum Ausgabe-Anforderungswert P_D zu addieren.
Selbst in einem Fall, in dem die Differenz X zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert P_D und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A immer noch größer als der Schwellenwert Xth ist, wird also, wenn die Turbinen-Eintrittstemperatur den Schwellenwert (z.B. den oberen Grenzwert) erreicht, die Addition des Biaswertes ‚b‘ zum Berechnen des Steuerungszielwertes P_T aufgehoben, um den Steuerungszielwert P_T zu reduzieren und die Regelabweichung zu verringern. Auf diese Weise kann der Brennstoff-Befehlswert so berechnet werden, dass ein Überschwingen verhindert und ein Überschreiten der Strömungsrate des der Gasturbine zuzuführenden Brennstoffs zuverlässiger verhindert wird.
Darüber hinaus kann die zweite Bedingung sein, dass eine Kennzahl oder Index der Turbinen-Eintrittstemperatur der Gasturbine 1 (einschließlich der Turbinen-Eintrittstemperatur selbst) kleiner als der Schwellenwert ist. Falls es schwierig ist, die Turbinen-Eintrittstemperatur direkt zu messen, kann also eine Kennzahl, die auf einem auf die Turbinen-Eintrittstemperatur bezogenen Messwert basiert, als Beurteilungskriterium verwendet werden.
Darüber hinaus kann die oben beschriebene Bias-Additionsbedingung die folgende dritte oder vierte Bedingung umfassen, anstelle der zweiten Bedingung, dass eine Kennzahl oder Index der Turbinen-Eintrittstemperatur der Gasturbine 21 kleiner als der Schwellenwert ist, oder zusätzlich zur ersten und zweiten Bedingung.
Die dritte Bedingung ist, dass der Öffnungsgrad einer Einlassleitschaufel (IGV) des Verdichters 3 der Gasturbine 1 kleiner als ein vollständiger Öffnungsgrad ist.
Die vierte Bedingung ist, dass der Öffnungsgrad des Strömungsraten-Regulierventils 7 für das Einstellen der Strömungsrate des der Brennkammer 4 zuzuführenden Brennstoffs kleiner als der obere Grenzwert ist.
Wie oben beschrieben kann mit der Bias-Additionsbedingung, die eine Vielzahl von Bedingungen umfasst, selbst in einem Fall, in dem die erste Bedingung, dass die Differenz X zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert P_D und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A größer als der Schwellenwert Xth ist, nicht erfüllt ist, die Addition des Biaswertes ‚b‘ zum Berechnen des Steuerungszielwertes P_T aufgehoben und der Steuerungszielwert P_T reduziert werden, um die Regelabweichung zu verringern, wenn eine der zweiten bis vierten Bedingungen nicht erfüllt ist. Auf diese Weise kann der Brennstoff-Befehlswert so berechnet werden, dass ein Überschwingen verhindert und ein Überschreiten der Strömungsrate des der Gasturbine zuzuführenden Brennstoffs zuverlässiger verhindert wird.
Die 7 und 9 bis 11 sind jeweils ein Konfigurations-Blockschaltbild, das die Konfiguration einer Steuervorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform zeigt. 8 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die zeitliche Änderung der jeweiligen Parameter betrifft, die sich auf die Ausgabesteuerung der Gasturbine 1 zum Zeitpunkt des Starts der Gasturbine 1 beziehen, wenn die in den 7 und 9 bis 11 dargestellten jeweiligen Steuervorrichtungen 10 verwendet werden.
In den in 7 und 9 bis 11 dargestellten Blockschaltbildern berechnet der Zielwert-Berechnungsteil 20 den Steuerungszielwert P_T auf der Basis des tatsächlichen Ausgabewertes P_A, des Ausgabe-Anforderungswertes P_D und des Biaswertes ‚b‘ usw., und der Subtrahierer 28 berechnet die Abweichung E zwischen dem Steuerungszielwert P_T und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A und gibt die Abweichung E in den Befehlswert-Berechnungsteil 30 ein. Das obige Verfahren ähnelt dem in 2 dargestellten Blockschaltbild.
Wenn außerdem die Differenz X zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert P_D und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A größer als der Schwellenwert Xth (X>Xth) ist (d.h. wenn die Bias-Additionsbedingung erfüllt ist), ist das in den 7 und 9 bis 11 dargestellte Berechnungsergebnis des von der Steuervorrichtung 10 erhaltenen Brennstoff-Befehlswertes F_I das gleiche wie das der Steuervorrichtung 10 in 2 (d.h. die Diagramme in 3 und 8 zeigen das gleiche Verhalten im Zeitraum von der Zeit t0 bis zur Zeit t2).
Daher werden in der folgenden Beschreibung die in den 7 und 9 bis 11 dargestellten Ausführungsformen beschrieben, wobei der Schwerpunkt auf dem Befehlswert-Berechnungsteil 30 liegt.
Bei den illustrativen Ausführungsformen, die in den 7 und 9 dargestellt sind, umfasst der Befehlswert-Berechnungsteil 30 einen Feedback-Regler 32 und den ersten Einstellteil für die obere Grenze 40.
Der Feedback-Regler 32 ist konfiguriert, um ein auf der Abweichung E zwischen dem Steuerungszielwert P_T und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A basierendes Eingabesignal zu empfangen und einen Feedback-Befehlswert FB zum Berechnen des Brennstoff-Befehlswertes F_I auszugeben.
Bei einer Ausführungsform kann der Feedback-Regler 32 z.B. ein PI-Regler sein, der den Feedback-Befehlswert FB durch Proportional-Integral-Berechnung auf der Basis der vom Subtrahierer 28 erhaltenen Abweichung E berechnet und ausgibt. Alternativ kann der Feedback-Regler 32 in einer Ausführungsform z.B. ein PID-Regler sein, der den Feedback-Befehlswert FB durch Proportional-Integral-Differential-Berechnung auf der Basis der vom Subtrahierer 28 erhaltenen Abweichung E berechnet und ausgibt.
Der erste Einstellteil für die obere Grenze 40 ist konfiguriert, um den Brennstoff-Befehlswert F_I zu begrenzen, sodass er nicht größer als der obere Grenzwert-Befehlswert, d.h. der Rückkopplungs-Befehlswert FB zu dem Zeitpunkt, wird, zu dem die Differenz X den Schwellenwert Xth erreicht, wenn die Differenz X zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert P_D und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A nicht größer als der Schwellenwert Xth wird (d.h. wenn die Bias-Additionsbedingung nicht mehr erfüllt ist).
Bei der illustrativen Ausführungsform in 7 umfasst der erste Einstellteil für die obere Grenze 40 einen Switch 42 und einen Niedrigwert-Selektor 46, und der vom Feedback-Regler 32 berechnete Feedback-Befehlswert FB wird in den Niedrigwert-Selektor 46 eingegeben.
Als Ergebnis des Vergleichs zwischen der Differenz X und dem Schwellenwert Xth durch den Komparator 14 gibt der Komparator 14, wenn die Differenz X größer als der Schwellenwert Xth ist (X > Xth) (d.h. wenn die Bias-Additionsbedingung erfüllt ist), ein „ON“-Signal an den Switch 42 aus. Nach Empfang des Signals speichert der Switch 42 den vom Feedback-Regler 32 empfangenen Feedback-Befehlswert FB im Datenspeicher 44 und gibt den Feedback-Befehlswert FB an den Niedrigwert-Selektor 46 aus.
Der Niedrigwert-Selektor 46 empfängt denselben Wert (Feedback-Befehlswert FB) sowohl vom Feedback-Regler 32 als auch vom Switch 42 und gibt daher den Feedback-Befehlswert FB als Brennstoff-Befehlswert F_I aus.
Gleichzeitig berechnet der Feedback-Regler 32 wiederholt den Feedback-Befehlswert FB, und im Prinzip steigt der berechnete Feedback-Befehlswert FB (Brennstoff-Befehlswert F_I) fortschreitend an, wie in 3 und dergleichen dargestellt, während die Bedingung erfüllt ist, dass die Differenz X größer als der Schwellenwert Xth ist.
Andererseits gibt der Komparator 14 als Ergebnis des Vergleichs zwischen der Differenz X und dem Schwellenwert Xth durch den Komparator 14, wenn die Differenz X nicht größer als der Schwellenwert Xth (X ≤ Xth) ist (d.h. wenn die Bias-Additionsbedingung nicht erfüllt ist), ein „OFF“-Signal an den Switch 42 aus. Nach Empfang des Signals gibt der Switch 42 den im Datenspeicher 44 gespeicherten Feedback-Befehlswert Z^-1 (das vorherige Berechnungsergebnis des Feedback-Reglers 32) an den Niedrigwert-Selektor 46 aus.
Der Niedrigwert-Selektor 46 gibt als Brennstoff-Sollwert F_I den kleineren Wert des vom Feedback-Regler 32 ausgegebenen Feedback-Befehlswertes FB (das aktuelle Berechnungsergebnis) und den vorhergehenden, vom Switch 42 ausgegebenen Feedback-Befehlswert Z^-1 als Brennstoff-Befehlswert F_I aus.
Das heißt, wie in 8 dargestellt, dass in dem Zeitraum vom Zeitpunkt t2, wenn der tatsächliche Ausgabewert P_A den Ausgabe-Anforderungswert P_D erreicht, bis zum Zeitpunkt t4 die Differenz X zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert P_D und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A nicht größer als der Schwellenwert Xth ist. Im gleichen Zeitraum ist der Steuerungszielwert P_T größer als der tatsächliche Ausgabewert P_A. Daher speichert der Datenspeicher 44 (siehe 7) in diesem Zeitraum den Feedback-Befehlswert F2 zum Zeitpunkt t2, wenn der tatsächliche Ausgabewert P_A den Ausgabe-Anforderungswert P_D erreicht. Außerdem ist der Feedback-Befehlswert F2 kleiner als der Feedback-Befehlswert FB, den der Feedback-Regler 32 in dem obigen Zeitraum (t2 bis t4) neu berechnet, und daher wählt der Niedrigwert-Selektor 46 den Feedback-Befehlswert F2 aus und gibt ihn in diesem Zeitraum als Brennstoff-Befehlswert F_I aus.
Der Brennstoff-Befehlswert F_I wird also auf dem zum Zeitpunkt t2 berechneten Feedback-Befehlswert F2 eine Zeit lang nach dem Zeitpunkt t2 gehalten, wenn die Differenz X nicht größer als der Schwellenwert Xth wird.
Gemäß der obigen Ausführungsform wird der Brennstoff-Befehlswert F_I so begrenzt, dass er nicht größer als der obere Grenzwert ist, d.h. der Feedback-Befehlswert FB, wenn die Differenz X den Schwellenwert Xth erreicht (im obigen Beispiel der zum Zeitpunkt t2 berechnete Feedback-Befehlswert F2), wenn die Differenz X zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert P_D und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A nicht größer als der Schwellenwert Xth wird. Auf diese Weise kann eine Überschreitung der Turbinen-Eintrittstemperatur zuverlässiger verhindert werden.
Bei der in 9 dargestellten Ausführungsform ist der Feedback-Regler 32 ein PI-Regler, der den Feedback-Befehlswert FB auf der Basis des proportionalen Terms und des integralen Terms berechnet, die sich aus der Abweichung E zwischen dem Steuerungszielwert P_T und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A ergeben. Ferner ist der PI-Regler konfiguriert ist, um eine Erhöhung des integralen Terms zu begrenzen und den Feedback-Befehlswert FB zu berechnen, wenn die Differenz X zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert P_D und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A nicht größer als der Schwellenwert Xth wird.
Genauer gesagt umfasst bei der in 9 dargestellten Ausführungsform der erste Einstellteil für die obere Grenze 40 den Switch 42. Der Switch 42 legt eine obere Grenze für den vom PI-Regler ausgegebenen Brennstoff-Befehlswert F_I als Reaktion auf das Vergleichsergebnis zwischen der Differenz X und dem Schwellenwert Xth durch den Komparator 14 fest.
Wenn z.B. als Ergebnis des Vergleichs zwischen der Differenz X und dem Schwellenwert Xth durch den Komparator 14 die Differenz X größer als der Schwellenwert Xth ist (X > Xth) (d.h. wenn die Bias-Additionsbedingung erfüllt ist), gibt der Switch 42 dem PI-Regler einen voreingestellten normalen oberen Grenzwert F_lim als oberen Grenzwert vor. Andererseits gibt der Switch 42 als Ergebnis des Vergleichs zwischen der Differenz X und dem Schwellenwert Xth durch den Komparator 14, wenn die Differenz X nicht größer als der Schwellenwert Xth (X ≤ Xth) ist (d.h. wenn die Bias-Additionsbedingung nicht erfüllt ist), den zuvor vom PI-Regler berechneten Feedback-Befehlswert Z^-1 als oberen Grenzwert an den PI-Regler weiter.
Darüber hinaus begrenzt der PI-Regler 32 den berechneten Feedback-Befehlswert FB mit dem durch den Switch 42 gegebenen oberen Grenzwert und gibt den Feedback-Befehlswert FB als Brennstoff-Befehlswert F_I aus.
Also speichert auch bei der in 9 dargestellten Ausführungsform, ähnlich wie bei der in 7 dargestellten Ausführungsform, der Datenspeicher 44 (siehe 9) während des Zeitraums vom Zeitpunkt t2, wenn der tatsächliche Ausgabewert P_A den Ausgabe-Anforderungswert P_D erreicht, bis zum Zeitpunkt t4 den Feedback-Befehlswert F2 (Brennstoff-Befehlswert F_I) zum Zeitpunkt t2, wenn der tatsächliche Ausgabewert P_A den Ausgabe-Anforderungswert P_D erreicht. Der Feedback-Befehlswert F2 (Brennstoff-Befehlswert F_I) ist kleiner als der vom Feedback-Regler 32 im obigen Zeitraum (t2 bis t4) neu berechnete Feedback-Befehlswert FB (Brennstoff-Befehlswert F_I). Daher wird während dieses Zeitraums der vom PI-Regler 32 berechnete Feedback-Befehlswert FB durch den oberen Grenzwert vom Switch 42 begrenzt, d.h. der Feedback-Befehlswert F2 (der Brennstoff-Befehlswert F_I zum Zeitpunkt t2), und der Feedback-Befehlswert F2 wird vom PI-Regler 32 ausgegeben.
Darüber hinaus ist der PI-Regler 32 konfiguriert, um einen Anstieg des integralen Terms zu begrenzen und den Feedback-Befehlswert FB während des oben genannten Zeitraums (t2 bis t4, d.h. wenn die Differenz X zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert P_D und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A nicht größer als der Schwellenwert Xth ist) zu berechnen.
In einem Fall, in dem der vom PI-Regler 32 ausgegebene Brennstoff-Befehlswert F_I, wie oben beschrieben, so begrenzt ist, dass er nicht größer als der obere Grenzwert (Feedback-Befehlswert F2) ist (wenn der Brennstoff-Sollwert F_I gehalten wird), kann die Integration des integralen Terms ohne Unterbrechung der Berechnung des integralen Terms mit dem PI-Regler 32 zu einer signifikanten Akkumulation der Integration führen, wenn das Halten des Brennstoff-Sollwertes F_I aufgehoben wird (siehe Zeit t4 in 8), was zu einem übermäßigen Anstieg des Brennstoff-Befehlswertes F_I und zu einer Verringerung des Ansprechverhaltens der Regelung führen kann.
In dieser Hinsicht wird mit der oben beschriebenen Ausführungsform, wenn die Differenz X zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert P_D und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A nicht größer als der Schwellenwert Xth ist, der Brennstoff-Befehlswert F_I so begrenzt, dass er nicht größer als der obere Grenz-Befehlswert F2 ist, der der Feedback-Befehlswert FB zu dem Zeitpunkt ist, zu dem die Differenz X den Schwellenwert Xth erreicht, und der Feedback-Befehlswert wird berechnet, während die Erhöhung des integralen Terms begrenzt wird. Auf diese Weise kann ein Phänomen verhindert werden, bei dem die Sättigung der Integralrechnung zu einer Verschlechterung des Ansprechverhaltens der Regelung führt (Windup-Effekt) .
Das obige Verfahren zur Begrenzung der Erhöhung des integralen Terms kann ausgeführt werden, wenn die obige Differenz X nicht größer als der Schwellenwert Xth wird (d.h. wenn das Halten des Brennstoff-Befehlswertes F_I begonnen wird) und die Abweichung zwischen dem Steuerungszielwert P_T und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A größer als Null ist.
Das heißt, es darf nur die anstiegsorientierte Integralrechnung angehalten werden. Auf diese Weise kann eine Sättigung der Integralrechnung zuverlässig verhindert werden.
Bei einer illustrativen Ausführungsform, die in 10 dargestellt ist, umfasst der Befehlswert-Berechnungsteil 30 einen Feedback-Regler 32, einen Niedrigwert-Selektor 34 und den zweiten oberen Grenzeinstellteil 50.
Der Feedback-Regler 32 ist konfiguriert, um ein auf der Abweichung E vom Subtrahierer 28 basierendes Eingabesignal zu empfangen und einen Feedback-Befehlswert FB zum Berechnen des Brennstoff-Befehlswertes F_I auszugeben. Der Feedback-Regler 32 kann z.B. ein PI-Regler oder ein PID-Regler sein.
Der Niedrigwert-Selektor 34 berechnet und gibt einen Befehlswert Imin, das Minimum des Feedback-Befehlswertes FB vom Feedback-Regler 32 und mindestens einen weiteren Befehlswert (Befehlswerte A bis C in 10) aus, der getrennt vom Feedback-Befehlswert FB berechnet wird.
Dabei kann der mindestens eine Befehlswert (Befehlswerte A bis C), der getrennt vom Feedback-Befehlswert FB berechnet wird, eine Ausgabe von einer anderen Steuerlogik sein, z.B. ein Regler-Steuerbefehlswert oder ein Temperatur-Steuerbefehlswert.
Der zweite Einstellteil für die obere Grenze 50 umfasst einen Switch 52 und einen Datenspeicher 54 und ist konfiguriert, um ähnlich wie der Niedrigwert-Selektor 46 zu funktionieren. Insbesondere ist der zweite Einstellteil für die obere Grenze 50 konfiguriert, um den Brennstoff-Befehlswert F_I zu begrenzen, sodass er nicht größer als der obere Grenzwert Imin ist, der der Ausgabewert des Niedrigwert-Selektors 34 zu dem Zeitpunkt ist, wenn die Differenz X den Schwellenwert Xth erreicht, wenn die Differenz X zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert P_D und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A nicht größer als der Schwellenwert Xth wird. Die zeitliche Änderung des Brennstoff-Befehlswertes F_I ist in dem Diagramm in 8 dargestellt.
Gemäß der obigen Ausführungsform wird der Brennstoff-Befehlswert F_I auf der Basis des minimalen Befehlswertes Imin des Feedback-Befehlswertes FB vom Feedback-Regler 32 und mindestens eines Befehlswertes (Befehlswerte A bis C in 10), der getrennt vom Feedback-Befehlswert FB berechnet wird, bestimmt, und der Brennstoff-Befehlswert F_I wird so begrenzt, dass er nicht größer als der obere Grenzwert Imin ist, der der Ausgabewert des Niedrigwert-Selektors 34 zu dem Zeitpunkt ist, zu dem die Differenz X den Schwellenwert Xth erreicht, wenn die Differenz X zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert P_D und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A nicht größer als der Schwellenwert Xth wird. Auf diese Weise kann eine Überschreitung der Turbinen-Eintrittstemperatur zuverlässiger verhindert werden.
Bei einer illustrativen Ausführungsform, die in 11 dargestellt ist, umfasst der Befehlswert-Berechnungsteil 30 einen Feedback-Regler 32 und einen Einstellteil für die obere Grenze der Abweichung 60.
Der Feedback-Regler 32 ist konfiguriert, um ein auf der Abweichung E vom Subtrahierer 28 basierendes Eingabesignal zu empfangen und einen Feedback-Befehlswert FB zum Berechnen des Brennstoff-Befehlswertes F_I auszugeben.
Der Feedback-Regler 32 kann beispielsweise ein PI-Regler oder ein PID-Regler sein.
Ferner ist der Einstellteil für die obere Grenze der Abweichung 60 konfiguriert, um das Eingabesignal des Feedback-Reglers 32 auf Null zu begrenzen, wenn die Differenz X zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert P_D und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A nicht größer als der Schwellenwert Xth wird.
Der Einstellteil für die obere Grenze der Abweichung 60 umfasst also einen Switch 62 und einen Niedrigwert-Selektor 66.
Wenn die obige Differenz X größer als der Schwellenwert Xth ist, sind sowohl die Eingabe vom Subtrahierer 29 zum Niedrigwert-Selektor 66 als auch die Eingabe vom Switch 62 zum Niedrigwert-Selektor 66 die Abweichung E zwischen dem Steuerungszielwert P_T und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A. Somit wird die Abweichung E vom Niedrigwert-Selektor 66 in den Feedback-Regler 32 eingegeben, der Feedback-Befehlswert FB wird auf der Basis von der Abweichung E berechnet, und der Feedback-Befehlswert FB wird als Brennstoff-Befehlswert F_I ausgegeben.
Wenn andererseits die obige Differenz X nicht größer als der Schwellenwert Xth ist, wird die obige Abweichung E vom Subtrahierer 29 in den Niedrigwert-Selektor 66 eingegeben, und der im Datenspeicher 64 gespeicherte Nullwert wird vom Switch 62 in den Niedrigwert-Selektor 66 eingegeben. Ferner wird vom Niedrigwert-Selektor 66 der Nullwert, der kleinere der Eingaben (Abweichung E und Nullwert), an den Feedback-Regler ausgegeben. Mit anderen Worten wird das Eingabesignal des Feedback-Reglers auf Null begrenzt.
In diesem Fall ist die Abweichung, die bei der Berechnung des Feedback-Befehlswertes FB durch den Feedback-Regler 32 verwendet wird, Null, und somit ändert sich der Brennstoff-Befehlswert F_I auf einen Wert, der nicht größer ist als der Feedback-Befehlswert F2 zu dem Zeitpunkt, wenn die Differenz X den Schwellenwert erreicht (d.h. wenn der tatsächliche Ausgabewert P_A den Ausgabe-Anforderungswert P_D erreicht, siehe Zeitpunkt t2 in 8). Die zeitliche Änderung des Brennstoff-Befehlswertes F_I ist in dem Diagramm in 8 dargestellt.
Wie oben beschrieben kann durch Begrenzen des Eingabesignals des Feedback-Reglers 32 auf Null, wenn die Differenz X zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert P_D und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A nicht größer als der Schwellenwert Xth wird, eine Überschreitung der Turbinen-Eintrittstemperatur zuverlässiger verhindert werden.
12 ist ein Konfigurations-Blockschaltbild, das die Konfiguration einer Steuervorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform zeigt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Steuervorrichtung 10 der Gasturbine 1 einen Zielwert-Berechnungsteil 20 zur Berechnung eines Steuerungszielwertes P_T, der ein Zielwert der Ausgabe der Gasturbine 1 ist, und einen Befehlswert-Berechnungsteil 30 zum Berechnen des Brennstoff-Befehlswertes F_I auf der Basis der Abweichung E zwischen dem Steuerungszielwert P_T und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A der Gasturbine 1.
Der Befehlswert-Berechnungsteil 30 umfasst einen Feedback-Regler 32, der so konfiguriert ist, dass er ein auf der Abweichung E basierendes Eingabesignal empfängt und einen Feedback-Befehlswert FB zum Berechnen des Brennstoff-Befehlswertes F_I ausgibt, und einen ersten Einstellteil für die obere Grenze 40 zum Begrenzen des Brennstoff-Befehlswertes F_I auf nicht mehr als einen oberen Grenz-Befehlswert, der der Feedback-Befehlswert FB zu dem Zeitpunkt ist, zu dem die Differenz X zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert P_D und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A den Schwellenwert Xth erreicht, wenn die Differenz X nicht größer als der Schwellenwert Xth wird.
Wie in 12 dargestellt, umfasst die Steuervorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform einen Zielwert-Berechnungsteil 20 zum Berechnen eines Steuerungszielwertes P_T, der ein Zielwert der Ausgabe der Gasturbine 1 ist, und einen Befehlswert-Berechnungsteil 30 zum Berechnen des Brennstoff-Befehlswertes F_I, der sich auf die Strömungsrate des der Brennkammer 4 der Gasturbine 1 zuzuführenden Brennstoffs bezieht.
Der Zielwert-Berechnungsteil 20 ist konfiguriert, um den Steuerungszielwert P_T auf der Basis von dem Ausgabe-Anforderungswert P_D der Gasturbine 1 und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A der Gasturbine 1 zu berechnen.
Der Befehlswert-Berechnungsteil 30 ist konfiguriert, um den Brennstoff-Befehlswert F_I auf der Basis der Abweichung zwischen dem durch den Zielwert-Berechnungsteil 20 berechneten Steuerungszielwert P_T und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A der Gasturbine 1 zu berechnen.
Der Ausgabe-Anforderungswert P_D kann der Steuervorrichtung 10 von außen (z.B. einer übergeordneten Steuervorrichtung) vorgegeben werden.
Wie in 12 dargestellt, wird dem Zielwert-Berechnungsteil 20 (siehe 3) der Ausgabe-Anforderungswert P_D als ein Korrektur-Anforderungswert P_D* eingegeben. Wie oben mit Bezug auf 3 beschrieben berechnet der Zielwert-Berechnungsteil 20, dass der Steuerungszielwert P_T nicht größer als der Ausgabe-Anforderungswert P_D (Korrektur-Anforderungswert P_D*) ist, und gibt den berechneten Steuerungszielwert an den Subtrahierer 28 aus.
Der Befehlswert-Berechnungsteil 30 umfasst den obigen Feedback-Regler 32 und den ersten Einstellteil für die obere Grenze 40 und hat eine ähnliche Konfiguration wie die in 7 beschriebene.
Gemäß den obigen Ausführungsformen wird der Brennstoff-Befehlswert F_I so begrenzt, dass der Brennstoff-Befehlswert F_I nicht größer ist als der obere Grenz-Befehlswert, d.h. der Feedback-Befehlswert FB zu dem Zeitpunkt, zu dem die Differenz X den Schwellenwert Xth erreicht, wenn die Differenz X zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert P_D und dem tatsächlichen Ausgabewert P_A nicht größer als der Schwellenwert Xth ist. Auf diese Weise kann eine Überschreitung der Turbinen-Eintrittstemperatur zuverlässig verhindert werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden oben ausführlich beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und es können verschiedene Ergänzungen und Modifikationen implementiert werden.
Ferner ist in der vorliegenden Spezifikation ein Ausdruck der relativen oder absoluten Anordnung wie „in einer Richtung“, „entlang einer Richtung“, „parallel“, „orthogonal“, „zentriert“, „konzentrisch“ und „koaxial“ nicht so auszulegen, dass er nur die Anordnung im engeren Wortsinn angibt, sondern er umfasst auch einen Zustand, in dem die Anordnung relativ um eine Toleranz oder um einen Winkel oder einen Abstand verschoben ist, durch den die gleiche Funktion erreicht werden kann.
So ist beispielsweise ein Ausdruck eines gleichen Zustands wie „gleich“ „entsprechend“ und „einheitlich“ nicht so auszulegen, dass er nur den Zustand angibt, in dem das Merkmal streng gleich ist, sondern er umfasst auch einen Zustand, in dem eine Toleranz oder ein Unterschied besteht, mit dem die gleiche Funktion noch erreicht werden kann.
Ferner ist beispielsweise ein Ausdruck einer Form wie eine rechteckige Form oder eine zylindrische Form nicht nur als die geometrisch strenge Form auszulegen, sondern umfasst auch eine Form mit Unebenheiten oder abgeschrägten Ecken innerhalb des Bereichs, in dem der gleiche Effekt erzielt werden kann.
Andererseits soll ein Ausdruck wie „umfassen“, „aufweisen“, „haben“, „enthalten“ und „bilden“ andere Bestandteile nicht ausschließen.
Bezugszeichenliste

1: Gasturbine
3: Verdichter
4: Brennkammer
5: Turbine
6: Rotationswelle
7: Strömungsraten-Regulierventil
8: Generator
10: Steuervorrichtung
12: Subtrahierer
14: Komparator
16: Datenspeicher
17: Datenspeicher
18: Switch
19: Addierer
20: Zielwert-Berechnungsteil
21: Subtrahierer
22: Komparator
24: Komparator
26: Analoger Datenspeicher
28: Subtrahierer
29: Subtrahierer
30: Befehlswert-Berechnungsteil
32: Feedback-Regler
34: Niedrigwert-Selektor
40: erster Einstellteil für die obere Grenze
42: Switch
44: Datenspeicher
46: Niedrigwert-Selektor
50: zweiter Einstellteil für der obere Grenze
52: Switch
54: Datenspeicher
60: Einstellteil für die obere Grenze der Abweichung
62: Switch
64: Datenspeicher
66: Niedrigwert-Selektor
104: Brennkammer
105: Turbine

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007177626 A [0006]

Claims

Eine Steuervorrichtung für eine Gasturbine, mit: einem Zielwert-Berechnungsteil, der konfiguriert ist, um einen Steuerungszielwert zu berechnen, der ein Zielwert einer Ausgabe der Gasturbine ist, und einem Befehlswert-Berechnungsteil, der konfiguriert ist, um einen Brennstoff-Befehlswert auf der Basis einer Abweichung zwischen dem Steuerungszielwert und einem tatsächlichen Ausgabewert der Gasturbine zu berechnen, wobei der Zielwert-Berechnungsteil konfiguriert ist, um: unmittelbar bevor eine Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert und dem tatsächlichen Ausgabewert nicht größer als ein Schwellenwert wird, den Steuerungszielwert auf einen Wert einzustellen, der größer als ein Ausgabe-Anforderungswert der Gasturbine ist, und den Steuerungszielwert von dem Wert zu verringern, nachdem die Differenz nicht größer als der Schwellenwert wird.
Die Steuervorrichtung für eine Gasturbine gemäß Anspruch 1, wobei der Zielwert-Berechnungsteil konfiguriert ist, um: wenn eine Bias-Additionsbedingung, die umfasst, dass die Differenz größer als der Schwellenwert ist, erfüllt ist, den Steuerungszielwert so zu berechnen, dass er nicht größer als eine obere Grenze ist, die eine Summe aus dem Ausgabe-Anforderungswert und einem Biaswert ist, und den Steuerungszielwert als einen Wert zu berechnen, der kleiner ist als die Summe aus dem Ausgabe-Anforderungswert und dem Biaswert.
Die Steuervorrichtung für eine Gasturbine gemäß Anspruch 2, wobei der Zielwert-Berechnungsteil konfiguriert ist, um: wenn die Bias-Additionsbedingung erfüllt ist, den Steuerungszielwert mit einer konstanten Rate zu der Summe hin zu erhöhen, und wenn die Bias-Additionsbedingung nicht erfüllt ist, den Steuerungszielwert mit einer konstanten Rate zu verringern, bis der Steuerungszielwert den Ausgabe-Anforderungswert erreicht.
Die Steuervorrichtung für eine Gasturbine gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei die Bias-Additionsbedingung umfasst: eine erste Bedingung, dass die Differenz größer als der Schwellenwert ist, und mindestens eine der folgenden Bedingungen: eine zweite Bedingung, dass eine Kennzahl oder Index einer Turbinen-Eintrittstemperatur der Gasturbine kleiner als ein Schwellenwert der Kennzahl oder Index ist, eine dritte Bedingung, dass ein Öffnungsgrad einer Einlassleitschaufel eines Verdichters der Gasturbine kleiner als ein vollständiger Öffnungsgrad ist, oder eine vierte Bedingung, dass ein Öffnungsgrad eines Strömungsraten-Regulierventils zur Regulierung einer Brennstoffströmungsrate der Gasturbine kleiner als ein oberer Grenzwert ist.
Die Steuervorrichtung für eine Gasturbine gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Biaswert ein konstanter Wert ist, während die Bias-Additionsbedingung erfüllt ist.
Die Steuervorrichtung für eine Gasturbine gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei während einem Zeitraum, in der die Bias-Additionsbedingung erfüllt ist, der Biaswert Null ist, wenn der Steuerungszielwert kleiner als der Ausgabe-Anforderungswert ist, und der Biaswert ein positiver Wert ist, wenn der Steuerungszielwert nicht kleiner als der Ausgabe-Anforderungswert ist.
Die Steuervorrichtung für eine Gasturbine gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Biaswert so eingestellt ist, dass er mit der Zeit fortschreitend ansteigt, während die Bias-Additionsbedingung erfüllt ist.
Die Steuervorrichtung für eine Gasturbine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Befehlswert-Berechnungsteil umfasst: einen Feedback-Regler, der konfiguriert ist, um ein auf der Abweichung basierendes Eingabesignal zu empfangen und einen Feedback-Befehlswert zum Berechnen des Brennstoff-Befehlswertes zu berechnen, und einen ersten Einstellteil für die obere Grenze, der konfiguriert ist, um, wenn die Differenz nicht größer als der Schwellenwert wird, den Brennstoff-Befehlswert so zu begrenzen, dass er nicht größer als ein oberer Grenz-Befehlswert ist, der der Feedback-Befehlswert zu dem Zeitpunkt ist, zu dem die Differenz den Schwellenwert erreicht.
Die Steuervorrichtung für eine Gasturbine gemäß Anspruch 8, wobei der Feedback-Regler konfiguriert ist, um: den Feedback-Befehlswert auf der Basis eines aus der Abweichung erhaltenen proportionalen und integralen Terms zu berechnen, und wenn die Differenz nicht größer als der Schwellenwert wird, eine Erhöhung des integralen Terms zu begrenzen und den Feedback-Befehlswert zu berechnen.
Die Steuervorrichtung für eine Gasturbine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Befehlswert-Berechnungsteil umfasst: einen Feedback-Regler, der konfiguriert ist, um ein auf der Abweichung basierendes Eingabesignal zu empfangen und einen Feedback-Befehlswert zum Berechnen des Brennstoff-Befehlswertes auszugeben, einen Niedrigwert-Selektor, der konfiguriert ist, um einen minimalen Befehlswert zwischen dem Feedback-Befehlswert und mindestens einem weiteren Befehlswert, der getrennt von dem Feedback-Befehlswert berechnet wird, auszugeben, und einen zweiten Einstellteil für die obere Grenze, der konfiguriert ist, um, wenn die Differenz nicht größer als der Schwellenwert wird, den Brennstoff-Befehlswert so zu begrenzen, dass er nicht größer als ein oberer Grenz-Befehlswert ist, der ein Ausgabewert des Niedrigwert-Selektors zu dem Zeitpunkt ist, zu dem die Differenz den Schwellenwert erreicht.
Die Steuervorrichtung für eine Gasturbine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Befehlswert-Berechnungsteil umfasst: einen Feedback-Regler, der konfiguriert ist, um ein auf der Abweichung basierendes Eingabesignal zu empfangen und einen Feedback-Befehlswert zum Berechnen des Brennstoff-Befehlswertes auszugeben, und einen Einstellteil für die obere Grenze der Abweichung, der konfiguriert ist, um, wenn die Differenz nicht größer als der Schwellenwert wird, das Eingabesignal des Feedback-Reglers auf Null zu begrenzen.
Eine Gasturbine, umfassend: die Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, einen Verdichter zum Verdichten von Luft, eine Brennkammer zur Erzeugung von Verbrennungsgas aus der Verbrennungsreaktion eines Brennstoffs und verdichteter Luft aus dem Verdichter, und eine Turbine, die durch das Verbrennungsgas von der Brennkammer angetrieben wird, wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um eine Ausgabe der Turbine zu steuern.
Ein Verfahren zum Steuern einer Gasturbine, mit: einem Schritt des Berechnens eines Steuerungszielwertes, der ein Zielwert einer Ausgabe der Gasturbine ist, und einem Schritt des Berechnens eines Brennstoff-Befehlswertes auf der Basis einer Abweichung zwischen dem Steuerungszielwert und einem tatsächlichen Ausgabewert der Gasturbine, wobei der Schritt des Berechnens des Steuerungszielwertes umfasst: unmittelbar bevor eine Differenz zwischen dem Ausgabe-Anforderungswert und dem tatsächlichen Ausgabewert nicht größer als ein Schwellenwert wird, Einstellen des Steuerungszielwertes auf einen Wert, der größer als ein Ausgabe-Anforderungswert der Gasturbine ist, und Verringern des Steuerungszielwertes von dem Wert, nachdem die Differenz nicht größer als der Schwellenwert wird.
Das Verfahren zum Steuern einer Gasturbine gemäß Anspruch 13, wobei der Schritt des Berechnens des Steuerungszielwertes umfasst: wenn eine Bias-Additionsbedingung, die umfasst, dass die Differenz größer als der Schwellenwert ist, erfüllt ist, Berechnen des Steuerungszielwertes so, dass er nicht größer als eine obere Grenze ist, die eine Summe des Ausgabe-Anforderungswertes und eines Biaswertes ist, und Berechnen des Steuerungszielwertes als einen Wert, der kleiner ist als die Summe des Ausgabe-Anforderungswertes und des Biaswertes, wenn die Bias-Additionsbedingung nicht erfüllt ist.
Das Verfahren zum Steuern einer Gasturbine gemäß Anspruch 14, wobei der Schritt des Berechnens des Steuerungszielwertes umfasst: wenn die Bias-Additionsbedingung erfüllt ist, Erhöhen des Steuerungszielwertes mit einer konstanten Rate zu der Summe hin, und wenn die Bias-Additionsbedingung nicht erfüllt ist, Verringern des Steuerungszielwertes mit einer konstanten Rate, bis der Steuerungszielwert den Ausgabe-Anforderungswert erreicht.
Verfahren zum Steuern einer Gasturbine gemäß den Ansprüchen 14 oder 15, wobei die Bias-Additionsbedingung umfasst: eine erste Bedingung, dass die Differenz größer als der Schwellenwert ist, und mindestens eine der folgenden Bedingungen: eine zweite Bedingung, dass eine Kennzahl oder Index einer Turbinen-Eintrittstemperatur der Gasturbine kleiner als ein Schwellenwert der Kennzahl oder Index ist, eine dritte Bedingung, dass ein Öffnungsgrad einer Einlassleitschaufel eines Verdichters der Gasturbine kleiner als ein vollständiger Öffnungsgrad ist, oder eine vierte Bedingung, dass ein Öffnungsgrad eines Strömungsraten-Regulierventils zur Regulierung einer Brennstoffströmungsrate der Gasturbine kleiner als ein oberer Grenzwert ist.
Das Verfahren zum Steuern einer Gasturbine gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei der Schritt des Berechnens des Brennstoff-Befehlswertes umfasst: einen Schritt des Berechnens eines Feedback-Befehlswertes zum Berechnen des Brennstoff-Befehlswertes auf der Basis eines auf der Abweichung basierenden Eingabewertes, und einen Schritt des Begrenzens, wenn die Differenz nicht größer als der Schwellenwert wird, des Brennstoff-Befehlswertes so, dass er nicht größer als ein oberer Grenz-Befehlswert ist, der der Feedback-Befehlswert zu dem Zeitpunkt ist, zu dem die Differenz den Schwellenwert erreicht.
Das Verfahren zum Steuern einer Gasturbine gemäß Anspruch 17, wobei der Schritt des Berechnens des Feedback-Befehlswertes umfasst: Berechnen des Feedback-Befehlswertes auf der Basis eines aus der Abweichung erhaltenen proportionalen und integralen Terms, und wenn die Differenz nicht größer als der Schwellenwert wird, Begrenzung einer Erhöhung des integralen Terms und Berechnung des Feedback-Befehlswertes.
Das Verfahren zum Steuern einer Gasturbine gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei der Schritt des Berechnens des Brennstoff-Befehlswertes umfasst: einen Schritt des Berechnens eines Feedback-Befehlswertes zur Berechnung des Brennstoff-Befehlswertes auf der Basis eines Eingabewertes auf der Basis der Abweichung, einen Schritt des Berechnens eines minimalen Befehlswertes zwischen dem Feedback-Befehlswert und mindestens einem weiteren Befehlswert, der getrennt von dem Feedback-Befehlswert berechnet wird, und einen Schritt des Begrenzens, wenn die Differenz nicht größer als der Schwellenwert wird, des Brennstoff-Befehlswertes auf einen Wert, der nicht größer als ein oberer Grenz-Befehlswert ist, der der minimale Befehlswert zu dem Zeitpunkt ist, zu dem die Differenz den Schwellenwert erreicht.
Das Verfahren zum Steuern einer Gasturbine gemäß einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei der Schritt des Berechnens des Brennstoff-Befehlswertes umfasst: einen Schritt des Berechnens eines Feedback-Befehlswertes zum Berechnen des Brennstoff-Befehlswertes auf der Basis eines Eingabewertes auf der Basis der Abweichung, und einen Schritt des Begrenzens, wenn die Differenz nicht größer als der Schwellenwert wird, des Eingabesignals in dem Schritt des Berechnens des Feedback-Befehlswertes auf Null.