JP2012002126A - Exhaust gas temperature estimating device, exhaust gas temperature estimating method, and gas turbine plant - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排ガス温度推定装置、排ガス温度推定方法、及びガスタービンプラントに関するものである。 The present invention relates to an exhaust gas temperature estimation device, an exhaust gas temperature estimation method, and a gas turbine plant.
ガスタービンは、燃料の過投入等によって燃焼温度が設計仕様で定められた基準値以上とならないように温度を計測し、計測した温度に基づいて制御する必要がある。そのため、最も高温となる燃焼器出口（ガスタービン入口）の温度を計測することが適しているが、燃焼器出口では、温度が非常に高温となるため、温度センサを設置することが物理的に難しい。 The gas turbine needs to control the temperature based on the measured temperature so that the combustion temperature does not exceed the reference value determined by the design specification due to excessive fuel injection or the like. Therefore, it is suitable to measure the temperature of the combustor outlet (gas turbine inlet), which is the highest temperature, but the temperature is very high at the combustor outlet, so it is physically necessary to install a temperature sensor. difficult.
そこで、特許文献１には、ガスタービンの出口温度と吸入空気温度と回転数よりパラメータＰを構成し、計測した出口温度と吸入空気温度と回転数を代入したパラメータＰの値と校正時のみ計測したガスタービン入口温度からガスタービン入口温度をパラメータＰの関数で表わし、この関数よりガスタービン入口温度を算出するガスタービンのガスタービン入口温度予測方法が記載されている。 Therefore, in Patent Document 1, the parameter P is configured from the outlet temperature of the gas turbine, the intake air temperature, and the rotational speed, and is measured only at the time of calibration and the value of the parameter P substituting the measured outlet temperature, intake air temperature, and rotational speed. A gas turbine inlet temperature prediction method is described in which the gas turbine inlet temperature is expressed as a function of the parameter P from the gas turbine inlet temperature and the gas turbine inlet temperature is calculated from this function.
一方で、特許文献１に記載の予測方法とは異なり、ガスタービンの排ガスの温度を計測し、計測した温度に基づいて燃焼温度を間接的に監視する方法もある。 On the other hand, unlike the prediction method described in Patent Document 1, there is also a method of measuring the temperature of the exhaust gas of the gas turbine and indirectly monitoring the combustion temperature based on the measured temperature.
しかし、排ガスの温度を計測する温度センサが、燃焼器の出口温度の変動に応じた排ガスの温度の変動を計測するまでには、図８（Ａ）に示すように流量遅れ、熱容量の遅れ、計測遅れ等の時間遅れが発生していた。このため、排ガスの温度に基づいたガスタービンの制御は、燃焼温度の過度的な変動に対して間に合わないという問題があった。また、ガスタービンの運転者は、ガスタービンの出力を上昇させる場合に上記時間遅れを考慮して、図８（Ｂ）に示すように、ガスタービンの出力がオーバーシュートすることを防ぐために定格付近で上昇レートを制限するようにガスタービンを制御していた。そして、上昇レートの制限は、ガスタービンが定格負荷に到達する時間を遅らせるため、ガスタービンの運用性の低下につながるという問題があった。 However, until the temperature sensor that measures the temperature of the exhaust gas measures the variation in the temperature of the exhaust gas according to the variation in the outlet temperature of the combustor, the flow rate delay, the heat capacity delay, There was a time delay such as measurement delay. For this reason, there is a problem that the control of the gas turbine based on the temperature of the exhaust gas is not in time for excessive fluctuations in the combustion temperature. In addition, when the gas turbine operator increases the output of the gas turbine, the time delay is taken into consideration, as shown in FIG. 8B, in order to prevent the output of the gas turbine from overshooting. The gas turbine was controlled to limit the ascent rate. And the limitation of the rising rate delays the time for the gas turbine to reach the rated load, leading to a problem that the operability of the gas turbine is reduced.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ガスタービンの排ガスの温度の過度的な変動を正確に推定する排ガス温度推定装置、排ガス温度推定方法、及びガスタービンプラントを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides an exhaust gas temperature estimation device, an exhaust gas temperature estimation method, and a gas turbine plant that accurately estimate excessive fluctuations in the temperature of exhaust gas from a gas turbine. The purpose is to do.
上記課題を解決するために、本発明の排ガス温度推定装置は以下の手段を採用する。 In order to solve the above problems, the exhaust gas temperature estimation apparatus of the present invention employs the following means.
すなわち、本発明に係る排ガス温度推定装置は、燃料と圧縮機によって圧縮された空気である圧縮空気との燃焼によって生成された燃焼ガスにより駆動するガスタービンから排気された排ガスの温度を計測する温度計測手段と、前記ガスタービンを制御するために用いる制御情報、及び前記ガスタービンから出力される前記ガスタービンの駆動状態を示す状態情報の少なくとも何れか一方を用いた排ガス温度推定モデルによって推定した前記排ガスの温度である推定排ガス温度を出力する推定手段と、前記推定手段によって推定された前記推定排ガス温度が前記温度計測手段によって計測された整定状態における前記ガスタービンの排ガスの計測温度に相当するように、前記排ガス温度推定モデルを修正する修正手段と、を備える。 That is, the exhaust gas temperature estimation device according to the present invention measures the temperature of exhaust gas exhausted from a gas turbine driven by combustion gas generated by combustion of fuel and compressed air that is air compressed by a compressor. The measurement means, the control information used for controlling the gas turbine, and the exhaust gas temperature estimation model estimated using at least one of the state information indicating the driving state of the gas turbine output from the gas turbine An estimation means for outputting an estimated exhaust gas temperature, which is the temperature of the exhaust gas, and the estimated exhaust gas temperature estimated by the estimation means so as to correspond to a measured temperature of the exhaust gas of the gas turbine in a set state measured by the temperature measuring means. And a correction means for correcting the exhaust gas temperature estimation model.
本発明によれば、温度計測手段によって、ガスタービンから排気された排ガスの温度が計測され、推定手段によって、ガスタービンを制御するために用いる制御情報、及びガスタービンから出力されるガスタービンの駆動状態を示す状態情報の少なくとも何れか一方を用いた排ガス温度推定モデルで推定された排ガスの温度である推定排ガス温度が出力される。そして、修正手段によって、推定排ガス温度が温度計測手段で計測された整定状態におけるガスタービンの排ガスの計測温度に相当するように、排ガス温度推定モデルが修正される。 According to the present invention, the temperature measurement means measures the temperature of the exhaust gas exhausted from the gas turbine, and the estimation means uses the control information used to control the gas turbine and the driving of the gas turbine output from the gas turbine. An estimated exhaust gas temperature that is the temperature of the exhaust gas estimated by the exhaust gas temperature estimation model using at least one of the state information indicating the state is output. Then, the exhaust gas temperature estimation model is corrected by the correcting means so that the estimated exhaust gas temperature corresponds to the measured temperature of the exhaust gas of the gas turbine in the set state measured by the temperature measuring means.
このように、本発明は、排ガス温度を推定するための排ガス温度推定モデルを、整定状態におけるガスタービンの排ガスの計測温度に相当するように修正するので、ガスタービンの排ガス温度の過度的な変動を正確に推定することができる。 As described above, the present invention corrects the exhaust gas temperature estimation model for estimating the exhaust gas temperature so as to correspond to the measured temperature of the exhaust gas of the gas turbine in the settling state, and therefore, excessive fluctuation of the exhaust gas temperature of the gas turbine. Can be estimated accurately.
また、本発明は、前記排ガス温度推定モデルを、前記推定排ガス温度をＴ’ＥＸ、前記燃焼ガスの前記ガスタービンの入口温度をＴＩＴ、前記燃焼ガスの前記ガスタービンの入口圧力をＰ１、前記燃焼ガスの前記ガスタービンの出口圧力をＰ２、前記燃焼ガスの比熱比をｎ、及び係数をｋとする下記（１）式とし、前記修正手段が、前記係数を、前記推定手段によって推定された推定排ガス温度が前記温度計測手段によって計測された整定状態における前記ガスタービンの排ガスの計測温度に相当するように修正するとしてもよい。
本発明によれば、排ガス温度推定モデルを、推定排ガス温度をＴ’ＥＸ、燃焼ガスのガスタービンの入口温度をＴＩＴ、燃焼ガスのガスタービンの入口圧力をＰ１、燃焼ガスのガスタービンの出口圧力をＰ２、燃焼ガスの比熱比をｎ、係数をｋとした上記（１）式とする。 According to the present invention, the exhaust gas temperature estimation model is expressed as follows: estimated exhaust gas temperature T ′ EX , combustion gas gas turbine inlet temperature T IT , combustion gas gas turbine inlet pressure P 1 , combustion gas gas turbine The above equation (1) is used, where the outlet pressure is P 2 , the specific heat ratio of the combustion gas is n, and the coefficient is k.
そして、修正手段によって、排ガス温度推定モデルの係数が、推定排ガス温度が温度計測手段で計測された整定状態におけるガスタービンの排ガスの計測温度に相当するように修正されるので、既存の設備を用いた簡易な構成でガスタービンの排ガス温度の過度的な変動をより正確に推定することができる。 Then, the correction means corrects the coefficient of the exhaust gas temperature estimation model so that the estimated exhaust gas temperature corresponds to the measured temperature of the exhaust gas of the gas turbine in the set state measured by the temperature measurement means. With this simple configuration, excessive fluctuations in the exhaust gas temperature of the gas turbine can be estimated more accurately.
また、本発明は、前記ガスタービンの入口温度を、記憶手段に予め記憶されている前記ガスタービンの入口温度と前記燃焼ガスの燃空比との関係を示す情報から導出するとしてもよい。 In the present invention, the inlet temperature of the gas turbine may be derived from information indicating a relationship between the inlet temperature of the gas turbine and the fuel-air ratio of the combustion gas, which is stored in advance in a storage unit.
本発明によれば、ガスタービンの入口温度を、記憶手段に予め記憶されているガスタービンの入口温度と燃焼ガスの燃空比との関係を示す情報から導出するので、簡易にガスタービンの入口温度を求めることができ、既存の設備を用いた簡易な構成でガスタービンの排ガス温度の過度的な変動をより正確に推定することができる。 According to the present invention, since the inlet temperature of the gas turbine is derived from the information indicating the relationship between the inlet temperature of the gas turbine and the fuel-air ratio of the combustion gas stored in advance in the storage means, The temperature can be obtained, and excessive fluctuations in the exhaust gas temperature of the gas turbine can be estimated more accurately with a simple configuration using existing equipment.
また、本発明は、前記ガスタービン入口温度を、記憶手段に予め記憶されている大気温度、前記圧縮機の入口案内翼の開度、及び前記ガスタービンの出力値に基づいた前記ガスタービンの入口温度を無次元化した燃焼負荷指令値から導出するとしてもよい。 Further, the present invention provides the gas turbine inlet temperature based on the atmospheric temperature previously stored in the storage means, the opening degree of the inlet guide vane of the compressor, and the output value of the gas turbine. It may be derived from the combustion load command value in which the temperature is made dimensionless.
本発明によれば、ガスタービン入口温度を、記憶手段に予め記憶されている大気温度、圧縮機の入口案内翼の開度、及びガスタービンの出力値に基づいたガスタービンの入口温度を無次元化した燃焼負荷指令値から導出するので、簡易にガスタービンの入口温度を求めることができ、既存の設備を用いた簡易な構成でガスタービンの排ガス温度の過度的な変動をより正確に推定することができる。 According to the present invention, the gas turbine inlet temperature is dimensionlessly calculated based on the atmospheric temperature stored in the storage means in advance, the opening degree of the inlet guide vane of the compressor, and the output value of the gas turbine. Derived from the combusted combustion load command value, the inlet temperature of the gas turbine can be easily calculated, and the excessive fluctuation in the exhaust gas temperature of the gas turbine can be estimated more accurately with a simple configuration using existing equipment. be able to.
本発明は、前記ガスタービン入口温度を、前記制御情報としての前記燃焼ガスを生成する燃焼器の状態を示す状態量、及び該燃焼器の熱効率との関係に基づく物理モデルによって導出するとしてもよい。 In the present invention, the gas turbine inlet temperature may be derived by a physical model based on a relationship between a state quantity indicating a state of the combustor that generates the combustion gas as the control information and a thermal efficiency of the combustor. .
本発明によれば、ガスタービン入口温度を、制御情報としての燃焼器の状態を示す状態量、及び該燃焼器の熱効率との関係に基づく物理モデルによって導出するので、簡易にガスタービンの入口温度を求めることができ、既存の設備を用いた簡易な構成でガスタービンの排ガス温度の過度的な変動をより正確に推定することができる。 According to the present invention, the gas turbine inlet temperature is derived by a physical model based on the relationship between the state quantity indicating the state of the combustor as control information and the thermal efficiency of the combustor. Thus, excessive fluctuations in the exhaust gas temperature of the gas turbine can be estimated more accurately with a simple configuration using existing equipment.
なお、制御情報としての燃焼器の状態を示す状態量とは、例えば、燃焼器に流入する空気流量、燃焼器の燃料流量、燃料温度、燃焼器の空気流入部の温度等である。 The state quantity indicating the state of the combustor as the control information is, for example, the air flow rate flowing into the combustor, the fuel flow rate of the combustor, the fuel temperature, the temperature of the air inflow portion of the combustor, and the like.
本発明は、前記排ガス温度推定モデルを、２以上の異なる前記ガスタービンを制御するために用いる制御情報及び係数で構成される多変量解析モデルであり、前記修正手段が、前記多変量解析モデルにおける前記係数を、前記推定手段によって推定された推定排ガス温度が前記温度計測手段によって計測された整定状態における前記ガスタービンの排ガスの計測温度に相当するように修正するとしてもよい。 The present invention is a multivariate analysis model that includes the exhaust gas temperature estimation model including control information and coefficients used to control the two or more different gas turbines, and the correction means includes the multivariate analysis model The coefficient may be corrected so that the estimated exhaust gas temperature estimated by the estimating means corresponds to the measured temperature of the gas turbine exhaust gas in the set state measured by the temperature measuring means.
本発明によれば、排ガス温度推定モデルを、２以上の異なる前記制御情報及び係数で構成される多変量解析モデルとしている。なお、制御情報とは、例えば、ガスタービンの出力値、圧縮機の入口温度、燃焼機の燃料流量、圧縮機の入口案内翼の開度である。 According to the present invention, the exhaust gas temperature estimation model is a multivariate analysis model composed of two or more different control information and coefficients. The control information is, for example, the output value of the gas turbine, the inlet temperature of the compressor, the fuel flow rate of the combustor, and the opening degree of the inlet guide vane of the compressor.
そして、修正手段によって、多変量解析モデルにおける上記係数を、推定排ガス温度が温度計測手段によって計測された整定状態におけるガスタービンの排ガスの計測温度に相当するように修正するので、既存の設備を用いた簡易な構成でガスタービンの排ガス温度の過度的な変動をより正確に推定することができる。 Then, the correction means corrects the coefficient in the multivariate analysis model so that the estimated exhaust gas temperature corresponds to the measured temperature of the gas turbine exhaust gas in the set state measured by the temperature measurement means. With this simple configuration, excessive fluctuations in the exhaust gas temperature of the gas turbine can be estimated more accurately.
一方、上記課題を解決するために、本発明の排ガス温度推定方法は以下の手段を採用する。 On the other hand, in order to solve the above problems, the exhaust gas temperature estimation method of the present invention employs the following means.
すなわち、本発明に係る排ガス温度推定方法は、本発明は、燃料と圧縮機によって圧縮された空気である圧縮空気との燃焼によって生成された燃焼ガスにより駆動するガスタービンから排気された排ガスの温度を計測する温度計測手段を備えた排ガス温度推定装置の排ガス温度推定方法であって、前記ガスタービンを制御するために用いる制御情報、及び前記ガスタービンから出力される前記ガスタービンの駆動状態を示す状態情報の少なくとも何れか一方を用いた排ガス温度推定モデルによって推定した前記排ガスの温度である推定排ガス温度を出力する第１工程と、前記第１工程によって推定された前記推定排ガス温度が、前記温度計測手段によって計測された整定状態における前記ガスタービンの排ガスの計測温度に相当するように前記排ガス温度推定モデルを修正する第２工程と、を含む。 That is, the exhaust gas temperature estimation method according to the present invention is the temperature of exhaust gas exhausted from a gas turbine driven by combustion gas generated by combustion of fuel and compressed air, which is air compressed by a compressor. An exhaust gas temperature estimation method for an exhaust gas temperature estimation device provided with a temperature measurement means for measuring the control information used for controlling the gas turbine and the driving state of the gas turbine output from the gas turbine A first step of outputting an estimated exhaust gas temperature, which is the temperature of the exhaust gas estimated by an exhaust gas temperature estimation model using at least one of the state information, and the estimated exhaust gas temperature estimated by the first step is the temperature In order to correspond to the measured temperature of the exhaust gas of the gas turbine in the settling state measured by the measuring means Comprising a second step of correcting the exhaust gas temperature estimation model, a.
本発明によれば、推定排ガス温度を推定するための排ガス温度推定モデルを、整定状態におけるガスタービンの排ガスの計測温度に相当するように修正するので、ガスタービンの排ガス温度の過度的な変動を正確に推定することができる。 According to the present invention, the exhaust gas temperature estimation model for estimating the estimated exhaust gas temperature is corrected so as to correspond to the measured temperature of the exhaust gas of the gas turbine in the settling state. It can be estimated accurately.
また、本発明のガスタービンプラントは以下の手段を採用する。 The gas turbine plant of the present invention employs the following means.
すなわち、本発明に係るガスタービンプラントは、圧縮機によって圧縮された空気である圧縮空気と燃料との燃焼によって生成された燃焼ガスにより駆動するガスタービンと、請求項１から請求項６の何れか１項に記載の排ガス温度推定装置と、前記排ガス温度推定装置から出力される前記推定排ガス温度に基づいて前記ガスタービンを制御する制御装置と、を備える。 That is, the gas turbine plant according to the present invention includes a gas turbine driven by combustion gas generated by combustion of compressed air, which is air compressed by a compressor, and fuel, and any one of claims 1 to 6. The exhaust gas temperature estimation device according to claim 1 and a control device that controls the gas turbine based on the estimated exhaust gas temperature output from the exhaust gas temperature estimation device.
本発明によれば、制御装置によって、上記排ガス温度推定装置から出力される正確に推定された推定排ガス温度に基づいてガスタービンが制御されるので、ガスタービンの運転効率を高くすることができる。 According to the present invention, since the gas turbine is controlled by the control device based on the accurately estimated estimated exhaust gas temperature output from the exhaust gas temperature estimating device, the operating efficiency of the gas turbine can be increased.
ガスタービンの排ガス温度の過度的な変動を正確に推定する。 Accurately estimate excessive fluctuations in gas turbine exhaust gas temperature.
以下に、本発明に係る排ガス温度推定装置、排ガス温度推定方法、及びガスタービンプラントの一実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of an exhaust gas temperature estimation device, an exhaust gas temperature estimation method, and a gas turbine plant according to the present invention will be described with reference to the drawings.
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について説明する。
[First Embodiment]
The first embodiment of the present invention will be described below.
図１に、本第１実施形態に係るガスタービンプラント１０の構成を示す。
FIG. 1 shows a configuration of a
本第１実施形態に係るガスタービンプラント１０は、ガスタービン装置１２、制御装置１４、及び排ガス温度推定装置１６を備えている。
The
ガスタービン装置１２は、空気を圧縮し圧縮空気を生成する圧縮機２０と、燃料と圧縮機２０によって生成された圧縮空気とを燃焼させることによって燃焼ガスを生成する燃焼器２２と、燃焼器２２によって生成された燃焼ガスにより駆動し、排気口から排ガスを排気するガスタービン２４と、を備えている。
The
また、ガスタービン２４の排気口には、排ガス温度を計測する排ガス温度計測部２６が備えられている。なお、本第１実施形態に係るガスタービン装置１２では、排ガス温度計測部２６として熱電対を用いるが、これに限らず、抵抗測温体等の他の計測手段を用いてもよい。
The exhaust port of the
また、ガスタービン２４は、種々の計測装置によって計測された、ガスタービン２４の駆動状態を示すＧＴ状態量計測値を出力する。ＧＴ状態量計測値とは、具体的には、燃焼ガスのガスタービン２４の入口温度、燃焼ガスのガスタービン２４の入口圧力、燃焼ガスのガスタービン２４の出口圧力等である。
Further, the
制御装置１４は、ガスタービン装置１２へ圧縮機２０、燃焼器２２、及びガスタービン２４を制御するために用いる制御指令値を出力することによって、ガスタービン装置１２を制御する。制御指令値とは、具体的には、燃空比、ガスタービン２４の出力値、圧縮機２０の入口温度、圧縮機２０の入口案内翼の開度、及び燃焼器２２の燃料流量等である。
The
また、排ガス温度推定装置１６は、制御指令値及びＧＴ状態量計測値の少なくとも何れか一方を用いた排ガス温度推定モデルによって推定された排ガス温度（以下、「推定排ガス温度」という。）を出力する。また、排ガス温度推定装置１６は、推定排ガス温度が排ガス温度計測部２６によって計測された整定状態におけるガスタービン２４の排ガスの計測温度（以下、「計測排ガス温度」という。）に相当するように上記排ガス温度推定モデルを修正する。
Further, the exhaust gas
なお、排ガス温度推定装置１６は、排ガス温度推定モデルを示す情報を含む各種情報、及び各種プログラム等を記憶した、磁気記憶装置又は半導体記憶装置等で構成される記憶部３０を備えている。
The exhaust gas
なお、ガスタービンプラント１０は、排ガス温度計測部２６で計測された計測排ガス温度の値を、排ガス温度推定装置１６から出力された推定排ガス温度の値で減算し、該減算により得られた値を推定温度誤差として排ガス温度推定装置１６へ出力する減算部３２を備えている。
The
すなわち、排ガス温度推定装置１６は、推定温度誤差が予め定められた値以内（例えば、１０℃以内）となるように、排ガス温度推定モデルを修正することによって、推定排ガス温度を整定状態における計測排ガス温度に相当させる。
That is, the exhaust gas
次に、本第１実施形態に係る排ガス温度推定装置１６の作用を説明する。
Next, the operation of the exhaust gas
図２は、排ガス温度推定装置１６によって実行される排ガス温度推定処理の流れを示すフローチャートであり、同図に示される排ガス温度推定処理を実行するための排ガス温度推定プログラムは排ガス温度推定装置１６が備えている記憶部３０の所定領域に予め記憶されている。なお、本プログラムは、ガスタービン装置１２の起動と共に開始される。
FIG. 2 is a flowchart showing the flow of the exhaust gas temperature estimation process executed by the exhaust gas
まず、ステップ１００では、排ガス温度推定装置１６に制御指令値及びＧＴ状態量計測値が入力されるまで待ち状態となる。
First, in step 100, the process waits until the control command value and the GT state quantity measurement value are input to the exhaust gas
次のステップ１０２では、入力された制御指令値及びＧＴ状態量計測値を用いた排ガス温度推定モデルによって排ガス温度を推定する。 In the next step 102, the exhaust gas temperature is estimated by an exhaust gas temperature estimation model using the input control command value and GT state quantity measurement value.
次のステップ１０４では、推定排ガス温度を出力する。なお、出力された推定排ガス温度は、制御装置１４へ入力される。そして、制御装置１４は入力された推定排ガス温度に基づいて、ガスタービン装置１２を制御するための制御指令値を更新してガスタービン装置１２へ出力する。
In the next step 104, the estimated exhaust gas temperature is output. The output estimated exhaust gas temperature is input to the
次のステップ１０６では、ガスタービン２４が整定状態となったか否かを判定し、肯定判定の場合は、ステップ１０８へ移行する一方、否定判定の場合は、ステップ１１６へ移行する。
In the next step 106, it is determined whether or not the
ステップ１０８では、減算部３２から出力された推定温度誤差が所定値以内であるか否かを判定し、肯定判定の場合は、ステップ１１６へ移行する一方、否定判定の場合は、ステップ１１０へ移行する。
In step 108, it is determined whether or not the estimated temperature error output from the subtracting
ステップ１１０では、排ガス温度推定モデルを修正する。 In step 110, the exhaust gas temperature estimation model is corrected.
次のステップ１１２では、ステップ１１０で修正した排ガス温度推定モデルによって排ガス温度を推定する。 In the next step 112, the exhaust gas temperature is estimated by the exhaust gas temperature estimation model corrected in step 110.
次のステップ１１４では、推定排ガス温度を出力し、ステップ１０８へ戻る。 In the next step 114, the estimated exhaust gas temperature is output, and the process returns to step 108.
すなわち、ステップ１０８からステップ１１２の処理によって、図３の推定排ガス温度と計測排ガス温度との関係を示すグラフに示されるように、ガスタービン２４が整定状態となっている場合に、推定温度誤差が所定値以内となるように排ガス推定モデルを修正することによって、推定排ガス温度を計測排ガス温度に相当させる。ガスタービン２４が整定状態の場合は、図３に示すように、ガスタービン２４の排ガス温度は、一定となる。そのため、排ガス温度計測部２６で計測される計測排ガス温度には、流量遅れ、熱容量の遅れ、及び計測遅れ等の時間遅れの影響による実際の排ガス温度との差は生じず、排ガス推定モデルを修正するのに適している。
That is, as shown in the graph showing the relationship between the estimated exhaust gas temperature and the measured exhaust gas temperature in FIG. 3 by the processing from step 108 to step 112, the estimated temperature error is increased when the
なお、ガスタービン２４が整定状態となっている場合には、制御装置１４は、排ガス温度推定装置１６から出力される推定排ガス温度に基づいてガスタービン装置１２を制御せずに、排ガス温度計測部２６から出力される計測排ガス温度に基づいてガスタービン装置１２を制御してもよい。
In addition, when the
一方、ステップ１１４では、ガスタービン２４を停止させる旨を示す停止指令値が制御装置１４から出力されたか否かを判定し、肯定判定の場合は、本プログラムを終了する一方、否定判定の場合は、ステップ１００へ戻る。なお、停止指令値が制御装置１４から出力されても、ガスタービン２４が完全に停止するまで、本プログラムを実行し続け、排ガス温度推定装置１６が推定排ガス温度を出力し続けてもよい。
On the other hand, in step 114, it is determined whether or not a stop command value indicating that the
以上説明したように、本第１実施形態に係る排ガス温度推定装置１６は、推定排ガス温度が排ガス温度計測部２６によって計測された整定状態におけるガスタービン２４の計測排ガス温度に相当するように排ガス温度推定モデルを修正するので、ガスタービン２４の排ガス温度の過度的な変動を正確に推定することができる。
As described above, the exhaust gas
さらに、制御装置１４は、排ガス温度推定装置１６から出力される正確に推定された推定排ガス温度に基づいてガスタービン装置１２を制御する。これにより、本第１実施形態に係るガスタービンプラント１０は、例えば、ガスタービン２４の出力を上昇させる場合に、ガスタービン２４の出力がオーバーシュートしないように定格付近で上昇レートを制限する必要がなくなり、定格負荷に達する時間を短縮できる等のように、ガスタービン装置１２の運転効率を高くすることができる。
Further, the
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について説明する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described.
本第２実施形態に係るガスタービンプラント１０の構成を図４に示す。なお、図４における図１と同一の構成部分については図１と同一の符号を付して、その説明を省略する。
The configuration of the
本第２実施形態に係る排ガス温度推定装置１６は、演算部４０を備えている。
The exhaust gas
演算部４０は、下記（１）式に示される排ガス温度推定モデルによってガスタービン２４の排ガス温度を推定する。
上記（１）式においてＴ’ＥＸを推定排ガス温度、ＴＩＴを燃焼ガスのガスタービン２４の入口温度（以下、「ガスタービン入口温度」という。）、Ｐ１を燃焼ガスのガスタービン２４の入口圧力（以下、「ガスタービン入口圧力」という。）、Ｐ２を燃焼ガスのガスタービン２４の出口圧力（以下、「ガスタービン出口圧力」という。）、ｎを燃焼ガスの比熱比、ｋを係数とする。
In the above equation (1), T ′ EX is the estimated exhaust gas temperature, T IT is the inlet temperature of the combustion gas gas turbine 24 (hereinafter referred to as “gas turbine inlet temperature”), and P 1 is the inlet of the combustion
また、記憶部３０は、ガスタービン入口温度ＴＩＴと燃焼ガスの燃空比との関係を示すマップ情報、燃焼ガスの比熱比ｎの値、及び係数ｋの値を予め記憶している。なお、記憶部３０に記憶されるガスタービン入口温度ＴＩＴと燃空比との関係を示す情報は、マップ情報に限らず、ガスタービン入口温度ＴＩＴと燃空比との関係を示す近似式等、マップ情報と異なる情報であってもよい。また、記憶部３０に記憶されている係数ｋの値は、後述するように増減されるものであり、増減される毎に更新して記憶される。
The
次に、本第２実施形態に係る排ガス温度推定装置１６の作用を図２に示すフローチャートを参照して説明する。なお、本第２実施形態に係る排ガス温度推定装置１６は、図２に示される処理が演算部４０によって実行される。
Next, the operation of the exhaust gas
ステップ１００では、制御装置１４からガスタービン装置１２へ出力される制御指令値のうち燃空比を示す情報、及びＧＴ状態量計測値としてガスタービン入口圧力Ｐ１、及びガスタービン出口圧力Ｐ２が入力される。
In step 100, information indicating the fuel-air ratio among the control command values output from the
次のステップ１０２では、記憶部３０から上記マップ情報を読み出し、ステップ１００で入力された燃空比からガスタービン入口温度ＴＩＴを導出する。そして、（１）式にガスタービン入口圧力Ｐ１、ガスタービン出口圧力Ｐ２、ガスタービン入口温度ＴＩＴ、記憶部３０に記憶されている比熱比ｎ及び係数ｋを代入することで、推定排ガス温度Ｔ’ＥＸを算出する。
In the next step 102, from the
そして、ステップ１１０では、（１）式に示される排ガス温度推定モデルにおける係数ｋを、推定排ガス温度Ｔ’ＥＸが、整定状態におけるガスタービン２４の計測排ガス温度に相当するように修正する。すなわち、推定温度誤差の大きさに応じて、係数ｋの値を増減させることによって、推定温度誤差が所定値以下となるようにする。
In step 110, the coefficient k in the exhaust gas temperature estimation model expressed by the equation (1) is corrected so that the estimated exhaust gas temperature T ′ EX corresponds to the measured exhaust gas temperature of the
なお、本第２実施形態に係る排ガス温度推定装置１６は、記憶部３０に推定温度誤差に応じた係数ｋの増減量を示す情報を予め記憶しており、ステップ１１０では、該情報から推定温度誤差に応じた係数ｋの増減量を読み出し、読み出した増減量に基づいて係数ｋの値を修正する。
Note that the exhaust gas
以上説明したように、本第２実施形態に係る排ガス温度推定装置１６は、記憶部３０に予め記憶されているガスタービン入口温度ＴＩＴと燃焼ガスの燃空比との関係を示すマップ情報からガスタービン入口温度ＴＩＴを導出し、上記（１）式に示される排ガス推定モデルの係数ｋを、推定排ガス温度Ｔ’ＥＸが計測排ガス温度に相当するように修正するので、既存の設備を用いた簡易な構成でガスタービン２４の排ガス温度の過度的な変動をより正確に推定することができる。
As described above, the exhaust gas
〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態について説明する。
[Third Embodiment]
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described.
本第３実施形態に係るガスタービンプラント１０の構成を図５に示す。なお、図５における図４と同一の構成部分については図４と同一の符号を付して、その説明を省略する。
The configuration of the
本第３実施形態に係る排ガス温度推定装置１６は、ＣＬＣＳＯ演算部５０を備えている。
The exhaust gas
記憶部３０は、大気温度、圧縮機２０の入口案内翼の開度、及びガスタービン２４の出力値に基づいたガスタービン入口温度ＴＩＴを無次元化した燃焼負荷指令値（以下、「ＣＬＣＳＯ」という。）を予め記憶している。また、記憶部３０は、比熱比ｎ及び係数ｋの値を記憶している。
なお、ガスタービン入口温度ＴＩＴを無次元化したＣＬＣＳＯとは、すなわち、ＣＬＣＳＯとガスタービン入口温度とが比例関係にあることを示している。そして、本第３実施形態に係る記憶部３０には、ガスタービン入口温度ＴＩＴとＣＬＣＳＯとの関係を示すマップ情報が予め記憶されている。なお、ＣＬＣＳＯについては、特開２００７−０７７８６６号公報、特開２００７−０７７８６７号公報、及び特開２００７−３０９２７９号公報に記載されているため、その説明を省略する。
Note that the CLCSO the dimensionless gas turbine inlet temperature T IT, i.e., indicates that CLCSO and the gas turbine inlet temperature is proportional. Then, the
ＣＬＣＳＯ演算部５０は、不図示の温度センサにより計測された大気温度が入力されると共に、制御装置１４からガスタービン装置１２へ出力される制御指令値のうち、圧縮機２０の入口案内翼の開度ＩＧＶを示す開度指令値、及びガスタービン２４の出力値を示すＧＴ出力値が入力される。そして、これら入力された大気温度、ＩＧＶ開度指令値、及びＧＴ出力値に基づいてＣＬＣＳＯを導出する。
The
そして、演算部４０は、記憶部３０に記憶されたマップ情報から導出されたＣＬＣＳＯに応じたガスタービン入口温度ＴＩＴ、ＧＴ状態量計測値として入力されたガスタービン入口圧力Ｐ１、及びガスタービン出口圧力Ｐ２、記憶部３０に記憶されている比熱比ｎ及び係数ｋの値を各々（１）式に代入することによって、推定排ガス温度Ｔ’ＥＸを算出する。
Then, the
さらに、演算部４０は、（１）式に示される排ガス温度推定モデルにおける係数ｋを、推定排ガス温度Ｔ’ＥＸが整定状態におけるガスタービン２４の計測排ガス温度に相当するように修正する。すなわち、推定温度誤差の大きさに応じて、係数ｋの値を増減させることによって、推定温度誤差が所定値以下となるようにする。
Further, the
以上説明したように、本第３実施形態に係る排ガス温度推定装置１６は、大気温度、圧縮機２０の入口案内翼の開度、及びガスタービン２４の出力値に基づいたガスタービン入口温度ＴＩＴを無次元化したＣＬＣＳＯから、ガスタービン入口温度ＴＩＴを導出し、上記（１）式に示される排ガス推定モデルの係数ｋを、推定排ガス温度Ｔ’ＥＸが計測排ガス温度に相当するように修正するので、既存の設備を用いた簡易な構成でガスタービン２４の排ガス温度の過度的な変動をより正確に推定することができる。
As described above, the exhaust gas
〔第４実施形態〕
以下、本発明の第４実施形態について説明する。
[Fourth Embodiment]
The fourth embodiment of the present invention will be described below.
本第４実施形態に係るガスタービンプラント１０の構成を図６に示す。なお、図６における図４と同一の構成部分については図４と同一の符号を付して、その説明を省略する。
The configuration of the
本第４実施形態に係る排ガス温度推定装置１６は、熱効率演算部６０及びガスタービン入口温度推定部６２を備えている。
The exhaust gas
熱効率演算部６０は、燃焼器２２の熱効率を、制御指令値である燃焼器の燃焼状態を示す指標（例えば、燃空比））の関数から算出する。
The thermal
ガスタービン入口温度推定部６２は、制御指令値としての燃焼器２２の状態を示す状態量、及び燃焼器２２の熱効率との関係に基づく物理モデルによってガスタービン入口温度ＴＩＴを導出する。具体的には、燃焼器２２に流入する空気流量をＧ３、燃焼器２２の燃料流量をＧｆ、燃料温度をＴｆ、燃焼器２２の空気流入部の温度をＴ３、流入部の比熱をｃｐ３、燃料の発熱量をＨｆ、燃焼器２２の熱効率をη、燃焼ガス比熱をｃｐ４、燃焼器２２の周辺部の容積をＶｃｂ、燃焼ガス比重をγ４、燃料比熱をｃｐｆ、ガスタービン２４の入口の燃焼ガス流量をＧ４、時間をｔとしたとき、下記の（２）式に示される物理モデルを用いてガスタービン入口温度ＴＩＴを導出する。
なお、熱効率演算部６０による燃焼器２２の熱効率の算出方法、及び（２）式に示されるガスタービン入口温度ＴＩＴを導出方法は、特開２００５−２４０６０８号公報に記載されているため、その説明を省略する。また、（２）式に示す物理モデルは、一例であり、燃焼器２２の状態を示す状態量、及び燃焼器２２の熱効率との関係に基づく物理モデルであれば、他の物理モデルを用いてもよい。
The method of calculating the thermal efficiency of the
そして、演算部４０は、ガスタービン入口温度推定部６２で導出されたガスタービン入口温度ＴＩＴ、ＧＴ状態量計測値として入力されたガスタービン入口圧力Ｐ１、及びガスタービン出口圧力Ｐ２、並びに記憶部３０に記憶されている比熱比ｎ及び係数ｋの値を各々（１）式に代入することによって、推定排ガス温度Ｔ’ＥＸを算出する。
Then, the
さらに、演算部４０は、（１）式に示される排ガス温度推定モデルにおける係数ｋを、推定排ガス温度Ｔ’ＥＸが整定状態におけるガスタービン２４の計測排ガス温度に相当するように修正する。すなわち、推定温度誤差の大きさに応じて、係数ｋの値を増減させることによって、推定温度誤差が所定値以下となるようにする。
Further, the
以上説明したように、本第４実施形態に係る排ガス温度推定装置１６は、燃焼器２２の状態を示す状態量、及び燃焼器２２の熱効率との関係に基づく物理モデルから、ガスタービン入口温度ＴＩＴを導出し、上記（１）式に示される排ガス推定モデルの係数ｋを、推定排ガス温度Ｔ’ＥＸが計測排ガス温度に相当するように修正するので、既存の設備を用いた簡易な構成でガスタービン２４の排ガス温度の過度的な変動をより正確に推定することができる。
As described above, the exhaust gas
〔第５実施形態〕
以下、本発明の第５実施形態について説明する。
[Fifth Embodiment]
The fifth embodiment of the present invention will be described below.
本第５実施形態に係るガスタービンプラント１０の構成を図７に示す。なお、図７における図１と同一の構成部分については図１と同一の符号を付して、その説明を省略する。
The configuration of the
本第５実施形態に係る排ガス温度推定装置１６は、２以上の異なる制御指令値及び係数ｋで構成される多変量解析モデルを用いて統計的に推定排ガス温度Ｔ’ＥＸを導出する。
The exhaust gas
本第５実施形態に係る多変量解析モデルの一例を下記（３）式に示す。なお、本第５実施形態では、多変量解析モデルとして、重回帰モデルを用いる。
（３）式において、ガスタービン２４の出力値をＭＷ、圧縮機２０の入口温度をＴ１Ｃ、燃焼器２２の燃料流量をＧｆ、圧縮機２０の入口案内翼の開度をＩＧＶとする。なお、重回帰モデルの変数として、制御指令値であるガスタービン２４の出力値ＭＷ、及び圧縮機２０の入口案内翼の開度ＩＧＶのみを用いてもよい。また（３）式に示すように、重回帰モデルの変数として、制御指令値である圧縮機２０の入口温度Ｔ１Ｃ及び燃焼器２２の燃料流量Ｇｆを加えることによって、導出される推定排ガス温度Ｔ’ＥＸの精度がより高められる。さらに、重回帰モデルの変数として、制御指令値である圧縮機２０の入口圧力Ｐ１を加えてもよい。
In equation (3), the output value of the
そして、排ガス温度推定装置１６は、重回帰モデルにおける係数ｋを、導出される推定排ガス温度Ｔ’ＥＸが整定状態におけるガスタービン２４の計測排ガス温度に相当するように修正する。すなわち、推定温度誤差の大きさに応じて、係数ｋの値を増減させることによって、推定温度誤差が所定値以下となるようにする。
Then, the exhaust gas
以上説明したように、本第５実施形態に係る排ガス温度推定装置１６は、２以上の異なる制御指令値及び係数ｋで構成される多変量解析モデルから、推定排ガス温度Ｔ’ＥＸを導出し、上記係数ｋを、推定排ガス温度Ｔ’ＥＸが、計測排ガス温度に相当するように修正するので、既存の設備を用いた簡易な構成でガスタービン２４の排ガス温度の過度的な変動をより正確に推定することができる。
As described above, the exhaust gas
以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記各実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using said each embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in each said embodiment. Various changes or improvements can be added to the above-described embodiments without departing from the gist of the invention, and embodiments to which the changes or improvements are added are also included in the technical scope of the present invention.
１０ ガスタービンプラント
１４ 制御装置
１６ 排ガス温度推定装置
２０ 圧縮機
２２ 燃焼器
２４ タービン
２６ 排ガス温度計測部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記ガスタービンを制御するために用いる制御情報、及び前記ガスタービンから出力される前記ガスタービンの駆動状態を示す状態情報の少なくとも何れか一方を用いた排ガス温度推定モデルによって推定した前記排ガスの温度である推定排ガス温度を出力する推定手段と、
前記推定手段によって推定された前記推定排ガス温度が前記温度計測手段によって計測された整定状態における前記ガスタービンの排ガスの計測温度に相当するように、前記排ガス温度推定モデルを修正する修正手段と、
を備えた排ガス温度推定装置。 Temperature measuring means for measuring the temperature of exhaust gas exhausted from a gas turbine driven by combustion gas generated by combustion of fuel and compressed air, which is air compressed by a compressor;
The temperature of the exhaust gas estimated by an exhaust gas temperature estimation model using at least one of control information used for controlling the gas turbine and state information indicating the driving state of the gas turbine output from the gas turbine. An estimation means for outputting an estimated exhaust gas temperature;
Correcting means for correcting the exhaust gas temperature estimation model so that the estimated exhaust gas temperature estimated by the estimating means corresponds to a measured temperature of the exhaust gas of the gas turbine in a set state measured by the temperature measuring means;
An exhaust gas temperature estimation device comprising:
前記修正手段は、前記多変量解析モデルにおける前記係数を、前記推定手段によって推定された推定排ガス温度が前記温度計測手段によって計測された整定状態における前記ガスタービンの排ガスの計測温度に相当するように修正する請求項１記載の排ガス温度推定装置。 The exhaust gas temperature estimation model is a multivariate analysis model composed of control information and coefficients used for controlling two or more different gas turbines,
The correcting means corresponds to the coefficient in the multivariate analysis model so that the estimated exhaust gas temperature estimated by the estimating means corresponds to the measured temperature of the exhaust gas of the gas turbine in the settling state measured by the temperature measuring means. The exhaust gas temperature estimation device according to claim 1 to be corrected.
前記ガスタービンを制御するために用いる制御情報、及び前記ガスタービンから出力される前記ガスタービンの駆動状態を示す状態情報の少なくとも何れか一方を用いた排ガス温度推定モデルによって推定した前記排ガスの温度である推定排ガス温度を出力する第１工程と、
前記第１工程によって推定された前記推定排ガス温度が、前記温度計測手段によって計測された整定状態における前記ガスタービンの排ガスの計測温度に相当するように前記排ガス温度推定モデルを修正する第２工程と、
を含む排ガス温度推定方法。 Exhaust gas temperature of an exhaust gas temperature estimation device provided with temperature measuring means for measuring the temperature of exhaust gas exhausted from a gas turbine driven by combustion gas generated by combustion of compressed air, which is air compressed by fuel and compressor An estimation method,
The temperature of the exhaust gas estimated by an exhaust gas temperature estimation model using at least one of control information used for controlling the gas turbine and state information indicating the driving state of the gas turbine output from the gas turbine. A first step of outputting an estimated exhaust gas temperature;
A second step of correcting the exhaust gas temperature estimation model so that the estimated exhaust gas temperature estimated in the first step corresponds to a measured temperature of the exhaust gas of the gas turbine in a set state measured by the temperature measuring means; ,
An exhaust gas temperature estimation method including:
請求項１から請求項６の何れか１項に記載の排ガス温度推定装置と、
前記排ガス温度推定装置から出力される前記推定排ガス温度に基づいて前記ガスタービンを制御する制御装置と、
を備えたガスタービンプラント。 A gas turbine driven by combustion gas generated by combustion of compressed air, which is air compressed by a compressor, and fuel;
The exhaust gas temperature estimation device according to any one of claims 1 to 6,
A control device for controlling the gas turbine based on the estimated exhaust gas temperature output from the exhaust gas temperature estimation device;
Gas turbine plant equipped with.
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