JP2018156648A - ガスタービンリアルタイムシミュレーションシステムおよびその方法 - Google Patents

ガスタービンリアルタイムシミュレーションシステムおよびその方法 Download PDF

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Abstract

【課題】発電所運転の試行錯誤を低減するために、ガスタービンをリアルタイムにシミュレーションして実際のガスタービン制御システム（ＧＴＣＳ）の入出力信号を検証できるようにする。【解決手段】ガスタービンに対して、駆動−センサモジュールを介してガス燃料を制御し、保護モジュールを介して安全インテグリティレベル保護機能を制御するＧＴＣＳを検証するためにガスタービンをシミュレーションするガスタービンリアルタイムシミュレーションシステムであって、駆動−センサモジュールおよび保護モジュールに１つ以上のハードワイヤを介して連結され、ガスタービンのタイムクリティカルな部分をリアルタイムにシミュレーションするハードワイヤループシミュレータと、ＧＴＣＳにネットワークを介して連結され、ガスタービンのタイムクリティカルでない部分をリアルタイムにシミュレーションするネットワークシミュレータとを備える。【選択図】 図２

Description

本発明は、ガスタービンリアルタイムシミュレーションシステムおよびその方法に関し、より詳細には、ガス燃料を用いてタービンを駆動して電気を生産するガスタービン発電システムにおいて、発電所運転の試行錯誤を低減するために、ガスタービンをリアルタイムにシミュレーションして実際のガスタービン制御システム（ＧＴＣＳ）の入出力信号を検証できるようにする、ガスタービンリアルタイムシミュレーションシステムおよびその方法に関する。
一般的に、発電所シミュレータは、発電所の工場を模写する工程モデルと、制御システムを模写する制御モデル、故障模写および遠隔試験などを可能にするインストラクタ操作盤、工程モデルおよび制御モデルと連携して発電設備を運転制御する運転操作盤、工程変数をモニタリングし操作が可能なソフトパネルなどから構成される。
発電所シミュレータは、制御モデルと運転操作盤の実現方法によって、エミュレーテッド（Ｅｍｕｌａｔｅｄ）シミュレータ、スティミュレイテッド（Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ）シミュレータ、バーチャル（Ｖｉｒｔｕａｌ）シミュレータ、ハイブリッド（Ｈｙｂｒｉｄ）シミュレータに区分される。
スティミュレイテッドシミュレータは、発電所現場の制御システムと同一のオペレータコンソールと制御ハードウェアを用いて実現するタイプであり、今のところ、生産中止の傾向にある。バーチャルシミュレータは、発電所現場の制御システムと同一のオペレータコンソールと発電所現場の制御システムと同一の機能を果たすバーチャル制御システムを用いて実現するタイプである。スティミュレイテッドシミュレータとバーチャルシミュレータは、発電所現場制御システムの制御ロジッグとＨＭＩ電子ファイルをそのまま活用して制御モデルとＨＭＩを実現できるという利点がある。制御モデルとＨＭＩを実現するうえで発電所データを用いる点で開発が容易であり、忠実度が高いものの、制御システムメーカーで制御システムを供給してはじめて実現可能であり、他のタイプに比べて構築費用が高く、維持補修の面で難しいという欠点がある。ハイブリッドシミュレータは、制御モデルがエミュレーションし、ＨＭＩもエミュレーションして実現する。ＨＭＩをエミュレーションする方法は、変換プログラムを開発してシミュレータ開発環境で実行可能にする方法と、シミュレータ開発環境のＧＵＩを用いて直接実現する方法とがある。発電所現場のＨＭＩメーカーによって内部動作方式が異なり、制御モデルと連携方式が複雑でシミュレータ開発環境を用いて実現しにくく、データベースを用いにくいという欠点がある。
特に、ガス燃料を用いてタービンを駆動して電気を生産するガスタービン発電システムにおいて、ガスタービンを制御するガスタービン制御システム（ＧＴＣＳ）を検証するためにガスタービンをシミュレーションする場合に、ネットワーク（Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信を用いて入出力信号を検証するため、検証が必要な項目に対してリアルタイムに検証できない問題点がある。
韓国登録特許公報第１０−０５８５５９５号
上記の問題点を解決するための、本発明の目的は、ガス燃料を用いてタービンを駆動して電気を生産するガスタービン発電システムにおいて、発電所運転の試行錯誤を低減するために、ガスタービンをリアルタイムにシミュレーションして実際のガスタービン制御システム（ＧＴＣＳ）の入出力信号を検証できるようにする、ガスタービンリアルタイムシミュレーションシステムおよびその方法を提供することである。
上記の目的を達成するための、本発明に係るガスタービンリアルタイムシミュレーションシステムは、ガスタービンに対して、駆動−センサモジュール（Ａｃｔｕａｔｏｒ＆Ｓｅｎｓｏｒ Ｍｏｄｕｌｅ）を介してガス燃料を制御し、保護モジュール（Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌｅ）を介して安全インテグリティレベル（Ｓａｆｅｔｙ Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ Ｌｅｖｅｌ、以下、ＳＩＬ）保護機能を制御するガスタービン制御システム（Ｇａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ；以下、ＧＴＣＳ）を検証するためにガスタービンをシミュレーションするガスタービンリアルタイムシミュレーションシステムであって、前記駆動−センサモジュールおよび前記保護モジュールに１つ以上のハードワイヤ（ｈａｒｄｗｉｒｅ）を介して連結され、前記ガスタービンのタイムクリティカル（Ｔｉｍｅ Ｃｒｉｔｉｃａｌ）な部分をリアルタイムにシミュレーションするハードワイヤループ（Ｈａｒｄｗｉｒｅ Ｉｎ ｔｈｅ Ｌｏｏｐ；以下、ＨＩＬ）シミュレータと、前記ＧＴＣＳにネットワーク（Ｎｅｔｗｏｒｋ）を介して連結され、前記ガスタービンのタイムクリティカルでない部分をリアルタイムにシミュレーションするネットワーク（Ｎｅｔｗｏｒｋ）シミュレータとを備える。
また、前記ＨＩＬシミュレータは、タイムクリティカル機能（Ｔｉｍｅ Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）により、前記駆動−センサモジュールの間で燃料制御に関する駆動信号やセンサ信号を送受信し、前記保護モジュールの間でＳＩＬ保護に関するデータや信号を送受信する。
また、前記ＨＩＬシミュレータは、前記ネットワークシミュレータおよび前記ＧＴＣＳから前記燃料制御とＳＩＬ保護に関するデータや信号をリアルタイムに受信して、前記ガスタービンの燃料制御と保護機能をシミュレーションする。
また、前記ＨＩＬシミュレータは、前記ＧＴＣＳの前記駆動−センサモジュールおよび前記保護モジュールと１ｍｓ以内の時間ごとにデータや信号を送受信する。
また、前記ネットワークシミュレータは、前記ＧＴＣＳとネットワークを介して１００ｍｓ以内の時間ごとにデータや信号を送受信する。
また、前記ＨＩＬシミュレータと前記ネットワークシミュレータは、ハードワイヤ（Ｈａｒｄｗｉｒｅ）またはイーサネット（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標））で連結され、実際のガスタービンと同一に駆動されるために、前記ＨＩＬシミュレータと前記ネットワークシミュレータとの間で時間同期（Ｔｉｍｅ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）とモデル同期（Ｍｏｄｅｌ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）を行う。
また、前記ＨＩＬシミュレータは、前記ＧＴＣＳとガスタービンの運転制御および状態に関するバルブ制御命令および状態、ガスタービンの速度および出力、ガス圧力に関するデータや信号を送受信するための入出力ボード（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ Ｂｏａｒｄ）と、前記入出力ボードから入力されたデータや信号に応じて、当該モデルに適した制御および運転信号を生成して出力したり、演算に用いるガスタービンメインモデル（Ｇａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｍａｉｎ Ｍｏｄｅｌ）と、前記入出力ボードを介して入力されたデータや信号を前記ガスタービンメインモデルに伝達したり、前記ガスタービンメインモデルの動作結果を前記入出力ボードに伝達するプロセッサボード（Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｂｏａｒｄ）とを備える。
また、前記入出力ボードは、前記ＧＴＣＳから入力されたアナログ信号をデジタルデータに変換させて前記ガスタービンメインモデルに入力させたり、前記ガスタービンメインモデルの出力を前記駆動−センサモジュールの入力仕様に合わせて信号を変換する信号状態部（Ｓｉｇｎａｌ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、前記ＧＴＣＳとネットワーク通信を行い、前記ネットワークシミュレータとデータや信号を送受信するための通信部（ＣＯＭ）とを備える。
また、前記ネットワークシミュレータは、前記ＨＩＬシミュレータと通信したり、前記ＧＴＣＳと通信するための通信部と、前記ＧＴＣＳから前記通信部を介して受信した補助制御（Ａｕｘｉｌｉａｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）と非ＳＩＬ保護（Ｎｏ ＳＩＬ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）制御に関するデータや信号に基づいてガスタービンをシミュレーションするガスタービン補助モデル（ＧＴ Ａｕｘｉｌｉａｒｙ Ｍｏｄｅｌ）と、前記ＨＩＬシミュレータおよび前記ネットワークシミュレータのシミュレーション操作信号を使用者から受信して前記ガスタービンメインモデルおよび前記ガスタービン補助モデルに伝達し、前記ガスタービンメインモデルおよび前記ガスタービン補助モデルの動作結果に応じて、ガスタービンの運転状態を使用者が確認できるようにディスプレイするワークステーション部（Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ）とを備える。
そして、前記ＨＩＬシミュレータおよび前記ネットワークシミュレータが初期駆動して、一定時間経過後に正常に動作を行う時、前記ＨＩＬシミュレータおよび前記ネットワークシミュレータの正常動作状態のデータや信号を格納しているデータベースをさらに含み、前記ＨＩＬシミュレータおよび前記ネットワークシミュレータは、初期駆動時に、前記データベースに格納されている前記正常動作状態のデータや信号を用いて正常動作状態に初期駆動する。
一方、上記の目的を達成するための、本発明に係るガスタービンリアルタイムシミュレーション方法は、ハードワイヤループ（Ｈａｒｄｗｉｒｅ Ｉｎ ｔｈｅ Ｌｏｏｐ、以下、ＨＩＬ）シミュレータが１つ以上のハードワイヤ（ｈａｒｄｗｉｒｅ）を介してガスタービン制御システム（Ｇａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ、以下、ＧＴＣＳ）に連結され、ネットワーク（Ｎｅｔｗｏｒｋ）シミュレータがネットワーク（Ｎｅｔｗｏｒｋ）を介して前記ＧＴＣＳに連結されたシステムのガスタービンリアルタイムシミュレーション方法であって、（ａ）前記ＧＴＣＳが、ガスタービンに対して、駆動−センサモジュール（Ａｃｔｕａｔｏｒ＆Ｓｅｎｓｏｒ Ｍｏｄｕｌｅ）を介してガス燃料を制御し、保護モジュール（Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌｅ）を介して安全インテグリティレベル（Ｓａｆｅｔｙ Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ Ｌｅｖｅｌ、以下、ＳＩＬ）保護機能を制御するステップと、（ｂ）前記ＨＩＬシミュレータと前記ネットワークシミュレータとの間で時間同期（Ｔｉｍｅ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）とモデル同期（Ｍｏｄｅｌ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）を行うステップと、（ｃ）前記ＨＩＬシミュレータが、前記駆動−センサモジュールまたは前記保護モジュールを介してリアルタイムにデータや信号を受信してシミュレーションするステップと、（ｄ）前記ネットワークシミュレータが、前記ガス燃料の制御（Ｆｕｅｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）と前記ＳＩＬ保護機能制御を除いた補助制御（Ａｕｘｉｌｉａｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）と、非ＳＩＬ保護（Ｎｏ ＳＩＬ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）制御に関するシミュレーションをリアルタイムに行うステップとを含む。
また、前記（ｂ）ステップにおいて、前記ＨＩＬシミュレータおよび前記ネットワークシミュレータは、初期駆動時に、前記ＨＩＬシミュレータおよび前記ネットワークシミュレータの正常動作状態のデータや信号を格納しているデータベースから前記正常動作状態のデータや信号を読み込んで、正常動作状態に初期駆動する。
また、前記（ｃ）ステップにおいて、前記ＨＩＬシミュレータは、タイムクリティカル機能（Ｔｉｍｅ Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）により、前記駆動−センサモジュールと燃料制御に関する駆動信号やセンサ信号を送受信し、前記保護モジュールとＳＩＬ保護に関するデータや信号を送受信する。
また、前記（ｃ）ステップにおいて、前記ＨＩＬシミュレータは、前記ネットワークシミュレータおよび前記ＧＴＣＳから燃料制御とＳＩＬ保護に関するデータや信号をリアルタイムに受信して、前記ガスタービンの燃料制御と保護機能をシミュレーションする。
また、前記（ｃ）ステップにおいて、前記ＨＩＬシミュレータは、前記ＧＴＣＳと前記駆動−センサモジュールおよび前記保護モジュールを介して１ｍｓ以内の時間ごとにデータや信号を送受信する。
また、前記（ｄ）ステップにおいて、前記ネットワークシミュレータは、前記ＧＴＣＳとネットワーク通信を介して１００ｍｓ以内の時間ごとにデータや信号を送受信する。
そして、前記（ｂ）ステップは、前記ネットワークシミュレータが、１００ｍｓごとに動作しながら、１０ｍｓごとに前記ＨＩＬシミュレータのフラグ（ｆｌａｇ）状態を確認して、前記ＨＩＬシミュレータがフラグオン（ＯＮ）状態であれば、前記ＨＩＬシミュレータから信号を受信して時間同期（Ｔｉｍｅ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）および信号同期（Ｓｉｇｎａｌ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）を実行し、前記ＨＩＬシミュレータは、１ｍｓごとに動作しながら、１００ｍｓとなる時点で前記ネットワークシミュレータのフラグ状態を確認して、前記ネットワークシミュレータのフラグ状態がオン（ＯＮ）状態であれば、前記ネットワークシミュレータと信号を送受信して時間同期（Ｔｉｍｅ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）および信号同期（Ｓｉｇｎａｌ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）を実行する。
本発明の他の態様、利点および特徴は、次のセクション：図面の簡単な説明、詳細な説明および特許請求の範囲を含む全体出願明細書に記載された内容に基づいてより明らかになるであろう。
本発明によれば、ガスタービンを制御するガスタービン制御システム（ＧＴＣＳ）をシミュレーションする場合に、タイムクリティカル（Ｔｉｍｅ Ｃｒｉｔｉｃａｌ）タイプの入出力に対してハードワイヤインタフェース（Ｈａｒｄｗｉｒｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）で直接連結して、実際のセンサおよびアクチュエータが連結されたのと類似の環境にシミュレーションすることにより、検証が必要な項目に対してガスタービン制御システム（ＧＴＣＳ）をリアルタイムに検証することができる。
また、ガスタービン制御システム（ＧＴＣＳ）の検証のためにすべての信号を直接連結する必要がないため、タイムクリティカルタイプでない入出力信号に対してはネットワーク（Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信を用いて検証することにより、費用を節減することができる。
さらに、タイムクリティカル（Ｔｉｍｅ Ｃｒｉｔｉｃａｌ）タイプの入出力信号に対して高速処理して検証し、タイムクリティカル（Ｔｉｍｅ Ｃｒｉｔｉｃａｌ）タイプでない入出力信号に対して低速処理して検証することができる。
そして、実際のセンサおよびアクチュエータと類似の信号レベルのシミュレーションのためにハードウェア基盤のシミュレータを実現し、ガスタービン制御システム（ＧＴＣＳ）のロジッグ検証だけでなく、タイムクリティカル機能に対する検証およびシステムレベルを検証することができて、ガスタービン制御システム（ＧＴＣＳ）の信頼性を向上させることができる。
本発明に係るガスタービンリアルタイムシミュレーションシステムの動作を理解するのに役立つガスタービン制御システムおよびガスタービンの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るガスタービンリアルタイムシミュレーションシステムの全般的な構成を示すブロック構成図である。 本発明の実施形態に係るＨＩＬシミュレータとネットワークシミュレータの詳細構成を示すブロック構成図である。 本発明の実施形態に係るＨＩＬシミュレータとネットワークシミュレータとの間の時間同期と信号同期を示す図である。 本発明の実施形態に係るＨＩＬシミュレータとネットワークシミュレータとの間の時間同期と信号同期を示す図である。 本発明の実施形態に係るガスタービンリアルタイムシミュレーション方法を説明するための動作フローチャートを示す図である。
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態について、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は、種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施形態に限定されない。
本発明を明確に説明するために説明と関係のない部分は省略しており、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付す。
明細書全体において、ある部分が他の部分に『連結』されているとする時、これは、『直接的に連結』されている場合のみならず、その中間に他の素子を挟んで『電気的に連結』されている場合も含む。また、ある部分がある構成要素を『含む』とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。
ある部分が他の部分の『上に』あると言及する場合、これは、直に他の部分の上にあり得るか、その間に他の部分が伴うことがある。対照的に、ある部分が他の部分の『真上に』あると言及する場合、その間に他の部分は伴わない。
第１、第２および第３などの用語は、多様な部分、成分、領域、層および／またはセクションを説明するために使われるが、これらに限定されない。これらの用語は、ある部分、成分、領域、層またはセクションを、他の部分、成分、領域、層またはセクションと区別するためにのみ使われる。したがって、以下に述べる第１部分、成分、領域、層またはセクションは、本発明の範囲を逸脱しない範囲内で第２部分、成分、領域、層またはセクションと言及されてもよい。
ここで使われる専門用語は、単に特定の実施形態を言及するためのものであり、本発明を限定することを意図しない。ここで使われる単数形態は、文章がこれと明らかに反対の意味を示さない限り、複数形態も含む。明細書で使われる『含む』の意味は、特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素および／または成分を具体化し、他の特性、領域、整数、段階、動作、要素および／または成分の存在や付加を除外させるわけではない。
『下』、『上』などの相対的な空間を示す用語は、図面に示された一部分の他の部分に対する関係をより容易に説明するために使われる。このような用語は、図面で意図した意味とともに、使用中の装置の他の意味や動作を含むように意図される。例えば、図中の装置を覆すと、他の部分の『下』にあると説明されていたある部分は、他の部分の『上』にあると説明される。したがって、『下』という例示的な用語は、上と下の方向をすべて含む。装置は９０゜回転または他の角度で回転してもよく、相対的な空間を示す用語もこれに基づいて解釈される。
別途に定義しないが、ここで使われる技術用語および科学用語を含むすべての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が一般的に理解する意味と同じ意味を持つ。通常使われる辞書に定義された用語は、関連技術文献と現在開示された内容に符合する意味を持つものと追加解釈され、定義されない限り、理想的または非常に公式的な意味で解釈されない。
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態について、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施形態に限定されない。
図１は、本発明に係るガスタービンリアルタイムシミュレーションシステムの動作を理解するのに役立つガスタービン制御システムおよびガスタービンの構成を示す図である。
図１に示されるように、ガスタービンは、タイムクリティカル（Ｔｉｍｅ Ｃｒｉｔｉｃａｌ）か否かに基づき、燃料部と、保護部と、補助部とを含む構成を有する。
燃料部は、大きく、燃焼ガスを生成するための燃焼器と、燃焼器から吐出される燃焼ガスによって駆動するタービンと、燃焼器に高圧の空気を供給する圧縮機とを備える。圧縮機は、回転する場合、外部空気を吸入、圧縮して、燃焼器に圧縮空気を供給し、燃焼器で圧縮空気に燃料を供給して燃焼させることにより、高温、高圧の燃焼ガスを生成した後、タービンに供給する。そして、燃焼器から吐出された高温、高圧の燃焼ガスは、タービンの回転翼を駆動させてタービンのロータを回転させる。タービンには、固定翼と回転翼のようなタービンディスクユニットがロータの軸方向に沿って交互多段に具備されている。
保護部は、ガスタービンの動作が設定値に近接した時、ガスタービン制御システム（Ｇａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ、以下、ＧＴＣＳ）の制御により、ガスタービンを保護するためにガスタービンの動作を中止する。
そして、燃料部と保護部は、複数のセンサを具備し、これにより、燃料部と保護部の状態を点検して、その結果をＧＴＣＳに伝達することができる。
補助部は、ガスタービンの燃料や保護動作のほか、補助動作を行う。
ＧＴＣＳは、ガスタービンの動作を制御する装置であって、燃料部に対してガス燃料の供給を制御し、保護部に対して安全インテグリティレベル（Ｓａｆｅｔｙ Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ Ｌｅｖｅｌ、以下、ＳＩＬ）保護機能を制御する。
ここで、ＳＩＬ保護機能は、ガスタービンの動作に対して、ガス圧力や圧縮機の空気圧などを一定値に設定しておき、ガス圧力や空気圧などが一定値に近接した時、動作を中止させることにより、ガスタービンが故障しないようにしたり、破損しないように保護するのである。
したがって、ＧＴＣＳで行う燃料制御とＳＩＬ保護機能は、時間による動作制御が重要であるので、タイムクリティカル機能（Ｔｉｍｅ Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）に相当する。
上述のように、ＧＴＣＳによって制御されるガスタービンをシミュレーションしてＧＴＣＳの制御動作を検証する場合に、従来はネットワーク（Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信を用いて入出力信号を検証していたため、検証が必要な項目に対してリアルタイムに検証できずにいた。
本発明では、ガスタービンをシミュレーションするシミュレータについて、２つのシミュレータを混合するハイブリッドシミュレータ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ）で実現するのである。
１つのシミュレータは、ガスタービン制御システム（ＧＴＣＳ）に１つ以上の複数のハードワイヤ（Ｈａｒｄｗｉｒｅ）で連結して、センサおよびアクチュエータモジュールと保護モジュールに対してシステムレベル検証およびタイムクリティカル（Ｔｉｍｅ Ｃｒｉｔｉｃａｌ）タイプのロジッグ検証をリアルタイムに行えるようにし、他の１つのシミュレータは、ＧＴＣＳにネットワーク（Ｎｅｔｗｏｒｋ）を介して連結して、ネットワーク通信を用いてＧＴＣＳの補助制御（Ａｕｘｉｌｉａｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）と非ＳＩＬ保護（Ｎｏ ＳＩＬ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）機能を検証できるようにするのである。
つまり、本発明は、ガスタービンに対するシミュレータ（Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ）として、ハードワイヤループ（Ｈａｒｄｗｉｒｅ Ｉｎ ｔｈｅ Ｌｏｏｐ：ＨＩＬ）シミュレータとネットワーク（Ｎｅｔｗｏｒｋ）シミュレータとを混合したハイブリッドシミュレータ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ）を実現するのである。
図２は、本発明の実施形態に係るガスタービンリアルタイムシミュレーションシステムの全般的な構成を示すブロック構成図である。
図２を参照すれば、本発明に係るガスタービンリアルタイムシミュレーションシステム１００は、ガスタービン制御システム（Ｇａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ、以下、ＧＴＣＳ）１１０にハードワイヤを介して連結されるハードワイヤループ（Ｈａｒｄｗｉｒｅ Ｉｎ ｔｈｅ Ｌｏｏｐ、以下、ＨＩＬ）シミュレータ１２０と、ＧＴＣＳ１１０にネットワーク（Ｎｅｔｗｏｒｋ）を介して連結されるネットワーク（Ｎｅｔｗｏｒｋ）シミュレータ１３０とを備える。
ＧＴＣＳ１１０は、ガスタービンに対して、駆動−センサモジュール（Ａｃｔｕａｔｏｒ＆Ｓｅｎｓｏｒ Ｍｏｄｕｌｅ）１１２を介してガス燃料を制御し、保護モジュール（Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌｅ）１１４を介して安全インテグリティレベル（ＳＩＬ）保護機能を制御する。ここで、駆動−センサモジュール１１２は、ガスタービンを駆動するアクチュエータ（Ａｃｔｕａｔｏｒ）の動作制御と、ガスタービンの動作や信号を感知するセンサ（Ｓｅｒｓｏｒ）の動作制御を担当する。
ＨＩＬシミュレータ１２０は、ＧＴＣＳ１１０の駆動−センサモジュール１１２と保護モジュール１１４に１つ以上のハードワイヤ（ｈａｒｄｗｉｒｅ）を介して連結され、ＧＴＣＳ１１０の駆動−センサモジュール１１２または保護モジュール１１４からリアルタイムにデータや信号を受信するとともに、ネットワークシミュレータ１３０からデータや信号を受信して、ガスタービンの燃料部や保護部をシミュレーションする動作を行う。
ネットワークシミュレータ１３０は、ＧＴＣＳ１１０にネットワーク（Ｎｅｔｗｏｒｋ）を介して連結され、燃料制御（Ｆｕｅｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）とＳＩＬ保護機能制御を除いた補助機能制御（Ａｕｘｉｌｉａｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）と、非ＳＩＬ保護（Ｎｏ ＳＩＬ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）機能を実行する補助部に対するシミュレーション動作をリアルタイムに行う。
つまり、ガスタービンのシミュレーションのために、ＨＩＬシミュレータ１２０は、タイムクリティカル機能（Ｔｉｍｅ Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）により、ＧＴＣＳ１１０の駆動−センサモジュール１１２とガス制御に関する駆動信号やセンサ信号を送受信し、ＧＴＣＳ１１０の保護モジュール１１４とＳＩＬ保護に関するデータや信号を送受信する。また、ネットワークシミュレータ１３０は、ＧＴＣＳ１１０とネットワーク通信を介して補助制御（Ａｕｘｉｌｉａｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）や非ＳＩＬ保護（Ｎｏ ＳＩＬ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）に関する信号やデータを送受信する。したがって、ＨＩＬシミュレータ１２０は、ＧＴＣＳ１１０の駆動−センサモジュール１１２と保護モジュール１１４からデータや信号を受信し、ネットワークシミュレータ１３０からデータや信号を受信して、ガスタービンの燃料部と保護部の動作をシミュレーションするのである。
そして、ＨＩＬシミュレータ１２０は、ＧＴＣＳ１１０とハードワイヤを介して１ｍｓ以内の時間ごとにデータや信号を送受信することで高速運転する。
また、ネットワークシミュレータ１３０は、ＧＴＣＳ１１０とネットワークを介して１００ｍｓ以内の時間ごとにデータや信号を送受信することで低速運転する。
さらに、ＨＩＬシミュレータ１２０とネットワークシミュレータ１３０は、ハードワイヤ（Ｈａｒｄｗｉｒｅ）またはイーサネット（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）で連結され、実際のガスタービンと同一に駆動されるために、ＨＩＬシミュレータ１２０とネットワークシミュレータ１３０との間で時間同期（Ｔｉｍｅ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）とモデル同期（Ｍｏｄｅｌ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）を行う。ここで、時間同期およびモデル（信号）同期は、図４および図５でより詳細に説明する。
したがって、本発明に係るガスタービンリアルタイムシミュレーションシステム１００は、ＧＴＣＳ１１０にハードワイヤで連結され、高速運転されるＨＩＬシミュレータ１２０と、ＧＴＣＳ１１０にネットワークで連結され、低速運転されるネットワークシミュレータ１３０とを混合したハイブリッドシミュレータを実現するのである。
図３は、本発明の実施形態に係るＨＩＬシミュレータとネットワークシミュレータの詳細構成を示すブロック構成図である。
図３に示されるように、ＨＩＬシミュレータ１２０は、ＧＴＣＳ１１０とガスタービンの運転制御および状態に関するバルブ制御命令および状態、ガスタービンの速度および出力、ガス圧力に関するデータや信号を送受信するための入出力ボード（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ Ｂｏａｒｄ）１２２と、前記入出力ボードから入力されたデータや信号に応じて、当該モデルに適した制御および運転信号を生成して出力したり、演算に用いるガスタービンメインモデル（Ｇａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｍａｉｎ Ｍｏｄｅｌ）１２４と、前記入出力ボードを介して入力されたデータや信号を前記ガスタービンメインモデルに伝達したり、前記ガスタービンメインモデルの動作結果を前記入出力ボードに伝達するプロセッサボード（Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｂｏａｒｄ）１２６とを備える。
この時、入出力ボード１２２は、ＧＴＣＳ１１０から入力されたアナログ離散信号をデジタルデータに変換させてガスタービンメインモデル１２４に入力させたり、駆動−センサモジュール部１１２のセンサ（Ｓｅｎｓｏｒ）やアクチュエータ（Ａｃｔｕａｔｏｒ）の仕様に合わせて信号を変換する信号状態部（Ｓｉｇｎａｌ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｕｎｉｔ：ＳＣ）と、ＧＴＣＳ１１０とネットワーク通信を行い、ネットワークシミュレータ１３０とデータや信号を送受信するための通信部（ＣＯＭ）とを備えることができる。
また、ネットワークシミュレータ１３０は、図３に示されるように、ＨＩＬシミュレータ１２０と通信したり、ＧＴＣＳ１１０と通信するための通信部（ＣＯＭ１／ＣＯＭ２）１３２と、ＧＴＣＳ１１０から通信部１３２を介して受信した補助制御（Ａｕｘｉｌｉａｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）と非ＳＩＬ保護（Ｎｏ ＳＩＬ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）制御に関するデータや信号に基づいてガスタービンの制御をシミュレーションするガスタービン補助モデル（ＧＴ Ａｕｘｉｌｉａｒｙ Ｍｏｄｅｌ）１３４と、ＨＩＬシミュレータ１２０およびネットワークシミュレータ１３０のシミュレーション操作信号を使用者から受信してガスタービンメインモデル１２４およびガスタービン補助モデル１３４に伝達し、ガスタービンメインモデル１２４およびガスタービン補助モデル１３４の動作結果に応じて、ガスタービンの運転状態を使用者が確認できるようにディスプレイするワークステーション部（Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ）１３６とを備える。
ここで、ワークステーション部１３６は、図３に示していないが、使用者が直接ガスタービンの制御に関する高圧タービンおよび低圧タービン、高圧停止および制御、低圧停止および制御バルブのような機構物のモデル情報を設定し、シミュレーションのためのタービンの昇速および出力増減を操作するための操作およびディスプレイ部を含むことができる。例えば、タービンの速度、タービンの出力、各機構物の運転状態が数値などのデータで表示され、タービンの運転状態を使用者が視覚的に直に確認できるようにするタッチスクリーン（Ｔｏｕｃｈ Ｓｃｒｅｅｎ）のようなＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を用いることができる。
したがって、使用者または運転者は、ワークステーション部１３６を介して複数のガスタービン発電システムのいずれか１つを選択することができ、当該ガスタービン発電システムから特定モデルを選択することができる。
一方、本発明に係るガスタービンリアルタイムシミュレーションシステム１００は、ＨＩＬシミュレータ１２０およびネットワークシミュレータ１３０が初期駆動して、一定時間経過後に正常に動作を行う時、ＨＩＬシミュレータ１２０およびネットワークシミュレータ１３０の正常動作状態のデータや信号を格納しているデータベース１４０をさらに含むことができる。
この時、データベース１４０は、図３に示されるように、ワークステーション部１３６を備えるネットワークシミュレータ１３０に含まれるように構成することができ、ＨＩＬシミュレータ１２０およびネットワークシミュレータ１３０に含まれずに別途の装置として構成することもできる。
したがって、ＨＩＬシミュレータ１２０およびネットワークシミュレータ１３０は、初期駆動時に、データベース１４０に格納されている正常動作状態のデータや信号を用いて直ちに正常動作状態に初期駆動する。
図４および図５は、本発明の実施形態に係るＨＩＬシミュレータとネットワークシミュレータとの間の時間同期と信号同期を示す図である。
図４に示されるように、ＨＩＬシミュレータ１２０は、１ｍｓごとにＧＴＣＳ１１０からデータや信号を受信してアップデート（Ｕｐｄａｔｅ）し、ネットワークシミュレータ１３０は、１００ｍｓごとにＧＴＣＳ１１０からデータや信号を受信してアップデートする。ここで、アップデートは、ＨＩＬシミュレータ１２０およびネットワークシミュレータ１３０の動作だけでなく、送受信するデータや信号に対して更新を行うのである。
本発明の実施形態では、ガスタービンの動作についてシミュレーションする時、ＧＴＣＳ１１０とシミュレータとの間で送受信する信号の個数は約１５００個程度であるが、タイムクリティカル（Ｔｉｍｅ Ｃｒｉｔｉｃａｌ）および保護（Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）の面で重要な２５０個の信号をＨＩＬシミュレータ１２０で高速処理し、残りの１２５０個の信号をネットワークシミュレータ１３０で低速処理するようにするのである。
そこで、処理速度が異なるＨＩＬシミュレータ１２０とネットワークシミュレータ１３０との間で時間同期（Ｔｉｍｅ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）と信号同期（Ｓｉｇｎａｌ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）が必要になるのである。
図５に示されるように、ネットワークシミュレータ１３０は、１００ｍｓごとに動作しながら、１０ｍｓごとにＨＩＬシミュレータ１２０のフラグ（ｆｌａｇ）状態を確認するが、ＨＩＬシミュレータ１２０がフラグオン（ＯＮ）状態であれば、ＨＩＬシミュレータ１２０から信号を受信して信号同期（Ｓｉｇｎａｌ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）を実行する。そして、ネットワークシミュレータ１３０は、信号同期を行った後、ＧＴＣＳ１１０からデータや信号を受信してシミュレーションを実行し、シミュレーションが終了すると、フラグをオン（ＯＮ）状態に切り替える。
一方、ＨＩＬシミュレータ１２０は、１ｍｓごとに動作しながら、１００ｍｓとなる時点でネットワークシミュレータ１３０のフラグ状態を確認して、ネットワークシミュレータ１３０のフラグ状態がオン（ＯＮ）状態であれば、ネットワークシミュレータ１３０と信号を送受信して信号同期（Ｓｉｇｎａｌ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）を実行する。
この時、ネットワークシミュレータ１３０は、ＨＩＬシミュレータ１２０と信号を送受信して信号同期（Ｓｉｇｎａｌ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）を実行した後、ＨＩＬシミュレータ１２０のフラグがオン（ＯＮ）状態であれば、ＧＴＣＳ１１０からデータや信号を受信してシミュレーションを実行する。
図６は、本発明の実施形態に係るガスタービンリアルタイムシミュレーション方法を説明するための動作フローチャートを示す図である。
本発明に係るガスタービンリアルタイムシミュレーションシステム１００は、ＨＩＬシミュレータ１２０が１つ以上のハードワイヤ（ｈａｒｄｗｉｒｅ）を介してＧＴＣＳ１１０に連結され、ネットワーク（Ｎｅｔｗｏｒｋ）シミュレータ１３０がＧＴＣＳ１１０にネットワーク（Ｎｅｔｗｏｒｋ）を介して連結された状態で、以下のようなリアルタイムシミュレーション動作過程を行う。
図６を参照すれば、ＧＴＣＳ１１０は、ガスタービンに対して、駆動−センサモジュール１１２を介してガス燃料を制御し、保護モジュール（Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌｅ）を介して安全インテグリティレベル（ＳＩＬ）保護機能を制御する（Ｓ５１０）。つまり、ＧＴＣＳ１１０は、ガスタービンをシミュレーションするＨＩＬシミュレータ１２０とネットワークシミュレータ１３０にガス燃料の制御に関する命令信号とＳＩＬ保護機能に関する命令信号を伝送するのである。
ここで、駆動−センサモジュール１１２は、発電所現場にタービン制御のために設けられた複数のセンサ（Ｓｅｎｓｏｒ）とアクチュエータ（Ａｃｔｕａｔｏｒ）を制御する機能を果たす。この時、複数のセンサは、ガスの圧力を感知するセンサや、タービンの速度を感知するセンサ、タービンの出力を感知するセンサなどになってもよい。アクチュエータは、例えば、ガスの圧力を制御するための制御バルブを開閉するバルブアクチュエータや、圧縮機から高圧の空気を供給する供給アクチュエータなどになってもよい。発電所現場にはタービン制御のための機構物が用いられるが、その例として、高圧タービンおよび低圧タービン、高圧停止および制御、低圧停止および制御バルブなどがある。
次に、本発明に係るガスタービンリアルタイムシミュレーションシステム１００において、ＨＩＬシミュレータ１２０とネットワークシミュレータ１３０は、ＧＴＣＳ１１０からガス燃料の制御に関する命令信号とＳＩＬ保護機能に関する命令信号を受信してガスタービンのシミュレーションを実行するために、ＨＩＬシミュレータ１２０とネットワークシミュレータ１３０との間で時間同期（Ｔｉｍｅ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）とモデル同期（Ｍｏｄｅｌ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）を行う（Ｓ５２０）。
つまり、本発明に係るガスタービンリアルタイムシミュレーションシステム１００は、図４および図５により説明したように、ＨＩＬシミュレータ１２０が１ｍｓごとに更新動作を行い、ネットワークシミュレータ１３０が１００ｍｓごとに更新動作を行うことによって、２つのシミュレータの間で同期を合わせるために、ネットワークシミュレータ１３０が、１００ｍｓごとに動作しながら、１０ｍｓごとにＨＩＬシミュレータ１２０のフラグ（ｆｌａｇ）状態を確認して、ＨＩＬシミュレータ１２０がフラグオン（ＯＮ）状態であれば、ＨＩＬシミュレータ１２０から信号を受信して信号同期（Ｓｉｇｎａｌ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）を実行するのである。
また、ＨＩＬシミュレータ１２０は、１ｍｓごとに動作しながら、１００ｍｓとなる時点でネットワークシミュレータ１３０のフラグ状態を確認して、ネットワークシミュレータ１３０のフラグ状態がオン（ＯＮ）状態であれば、ネットワークシミュレータ１３０と信号を送受信して信号同期（Ｓｉｇｎａｌ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）を実行するのである。
ここで、ＨＩＬシミュレータ１２０およびネットワークシミュレータ１３０は、初期駆動時に、ＨＩＬシミュレータおよびネットワークシミュレータの正常動作状態のデータや信号を格納しているデータベース１４０から正常動作状態のデータや信号を読み込んで、待機過程なく正常動作状態に初期駆動する。一般的に、発電関連シミュレータは、初期駆動時に、正常な動作状態になるまで３０分〜１時間程度の時間がかかるため、このような待機過程を経ることなく初期駆動して直ちに正常動作状態に駆動されるためには、ＨＩＬシミュレータ１２０およびネットワークシミュレータ１３０の正常な動作状態の時のデータと信号をデータベース１４０に格納しておき、初期駆動時に、正常状態のデータと信号を持ってきて、直ちに正常状態に動作させるのである。
次に、ＨＩＬシミュレータ１２０は、ＧＴＣＳ１１０から駆動−センサモジュール１１２または保護モジュール１１４を介してリアルタイムにデータや信号を受信し、ネットワークシミュレータ１３０から燃料制御および保護機能関連データや信号を受信して、ガスタービンの燃料部と保護部をシミュレーションする動作を行う（Ｓ５３０）。
つまり、ＨＩＬシミュレータ１２０は、ＧＴＣＳ１１０から駆動−センサモジュール１１２または保護モジュール１１４を介してリアルタイムにデータや信号を受信して、ガスタービンのタイムクリティカル（Ｔｉｍｅ Ｃｒｉｔｉｃａｌ）な機能をシミュレーションするのである。
したがって、ＨＩＬシミュレータ１２０は、タイムクリティカル機能（Ｔｉｍｅ Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）により、駆動−センサモジュール１１２とガス制御に関する駆動信号やセンサ信号を送受信し、保護モジュール１１４とはＳＩＬ保護に関するデータや信号を送受信する。
この時、ＨＩＬシミュレータ１２０は、ＧＴＣＳ１１０と駆動−センサモジュール１１２および保護モジュール１１４を介して１ｍｓ以内の時間ごとにデータや信号を送受信することで高速運転する。
本発明に係るＨＩＬシミュレータ１２０は、ガスタービンメインモデル１２４を介してシミュレーションまたは検証モードを行う。ここで、ガスタービンメインモデル１２４は、発電所現場のＧＴＣＳ１１０の制御に用いられる制御アルゴリズムを格納している。
ＨＩＬシミュレータ１２０は、ガスタービンメインモデル１２４の制御アルゴリズムによりシミュレーションして、当該機構物に適した制御および運転信号を生成して伝送したり、演算に用いる。
例えば、バルブの要求値が入力されると、ＨＩＬシミュレータ１２０は、入力されたバルブの要求値から当該ガスタービンメインモデル１２４に適したタービンの出力および速度値を算出して出力する。
したがって、ガスタービンメインモデル１２４では、伝達されたタービンの出力および速度値に応じてシミュレーションしてその結果値をＧＴＣＳ１１０に伝送し、また、ワークステーション部１３６に出力して運転者が確認できるようにする。この時、ガスタービンメインモデル１２４は、ワークステーション部１３６の操作およびディスプレイ部の選択に応じて、当該発電所に用いられる機構物の制御アルゴリズムを呼び出して用いることができる。ガスタービンメインモデル１２４とワークステーション部１３６は、インタフェースを介して遠距離にある操作およびディスプレイ部とデータを交換したり、多数の操作およびディスプレイ部とデータ交換が可能となるように構成することができる。
一方、「検証モード」について説明すれば、ＨＩＬシミュレータ１２０は、発電所現場にあるＧＴＣＳ１１０とハードワイヤを介して直接連結された状態で、ガスタービンメインモデル１２４を介してＧＴＣＳ１１０に対する制御アルゴリズムのようなソフトウェア異常の有無、ハードウェア異常の有無、タービン制御システム整備の適切性の有無などを検証することができ、現場のタービン制御のための機構物の応動状態などを監視することができる。このモードで、現場のタービン制御のための機構物は用いられず、現場の機構物をガスタービンメインモデル１２４が代わりにその役割と機能を果たすのである。
検証モードが実行され、現場のＧＴＣＳ１１０で使用者によるタービンの速度および出力操作が発生すると、ＧＴＣＳ１１０で高圧停止および制御、低圧停止および制御バルブの要求値が演算されてＨＩＬシミュレータ１２０に伝送され、ＨＩＬシミュレータ１２０は、入出力ボード１２２を介して受信してガスタービンメインモデル１２４に伝達する。ガスタービンメインモデル１２４は、入力された高圧停止および制御、低圧停止および制御バルブの要求値からバルブの位置値を決定し、バルブの位置値からタービンの速度および出力を決定して生成し、生成されたタービンの速度および出力を入出力ボード１２２を介してＧＴＣＳ１１０に伝送する。そこで、ＧＴＣＳ１１０は、タービンの速度および出力結果により演算を行い、使用者によるタービンの速度および出力の要求値を満足させるために、再び高圧停止および制御、低圧停止および制御バルブの要求値を入出力ボード１２２を介してＨＩＬシミュレータ１２０に入力させることによって、１つの閉ループ（Ｃｌｏｓｅｄ Ｌｏｏｐ）制御を形成する。このような制御過程中、実行を中止することにより、検証モードは終了する。
一方、ネットワークシミュレータ１３０は、燃料制御（Ｆｕｅｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）とＳＩＬ保護機能制御を除いた補助制御（Ａｕｘｉｌｉａｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）と、非ＳＩＬ保護（Ｎｏ ＳＩＬ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）機能に関するシミュレーションをリアルタイムに行う（Ｓ５４０）。
つまり、本発明に係るガスタービンリアルタイムシミュレーションシステム１００において、ネットワークシミュレータ１３０は、ＧＴＣＳ１１０からデータと信号を受信して、ガスタービンのタイムクリティカルでない補助制御（Ａｕｘｉｌｉａｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）と非ＳＩＬ保護（Ｎｏ ＳＩＬ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）機能に関するシミュレーションをリアルタイムに行うのである。
したがって、ネットワークシミュレータ１３０は、ＧＴＣＳ１１０とネットワーク通信を介して補助制御（Ａｕｘｉｌｉａｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）や非ＳＩＬ保護（Ｎｏ ＳＩＬ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）に関する信号やデータを送受信する。
この時、ネットワークシミュレータ１３０は、ＧＴＣＳ１１０とネットワーク通信を介して１００ｍｓ以内の時間ごとにデータや信号を送受信することで低速運転する。
一方、本発明に係るＨＩＬシミュレータ１２０およびネットワークシミュレータ１３０は、「謀議運転モード」により、発電所現場のＧＴＣＳ１１０と直接連結せず、ワークステーション部１３６とガスタービンメインモデル１２４およびガスタービン補助モデル１３４を介して運転者が現場と同一の状態でタービンの制御動作を仮想で再現するシミュレーションを実行することができる。つまり、このモードは、未熟練運転者のための現場実習および教育用に用い、現場のタービン制御のための機構物は用いられず、現場の機構物をガスタービン補助モデル１３４が代わりにその役割と機能を果たすのである。
ＨＩＬシミュレータ１２０およびネットワークシミュレータ１３０は、謀議運転モードが実行され、ワークステーション部１３６で使用者がタービンの速度または出力の要求値を操作すると、このタービンの速度または出力の要求値をガスタービンメインモデル１２４に伝達する。ガスタービンメインモデル１２４は、入力されたタービンの速度または出力の要求値によって、使用者の要求値に満足するための高圧停止および制御、低圧停止および制御バルブの要求値を生成し、生成された高圧停止および制御、低圧停止および制御バルブの要求値からバルブの位置を決定し、決定されたバルブの位置からタービンの速度および出力を決定して生成する。そして、ガスタービンメインモデル１２４は、使用者のタービンの速度および出力操作値を満足するための制御アルゴリズムによる演算を行い、高圧停止および制御、低圧停止および制御バルブの要求値を算出してプロセッサボード１２６に出力することによって、１つの閉ループ制御をなす。
このような制御過程中、使用者によるタービンの速度または出力操作値を満足する場合には、使用者による次のタービンの速度または出力操作があるまで待機し、実行を中止する場合に、謀議運転モードは終了する。
上述した「シミュレーション」や、「検証モード」、「謀議運転モード」は、いずれも１つの例示的なものに過ぎず、また、このような動作に限定されず、他の動作などについてもハイブリッドシミュレータを適用して実施することができる。
上述のように、本発明によれば、ガス燃料を用いてタービンを駆動して電気を生産するガスタービン発電システムに対して、発電所運転の試行錯誤を低減するために、ガスタービンをリアルタイムにシミュレーションして実際のＧＴＣＳの入出力信号を検証できるようにする、ガスタービンリアルタイムシミュレーションシステムおよびその方法を実現することができる。
本発明の属する技術分野における当業者は、本発明がその技術的思想や必須の特徴を変更することなく他の具体的な形態で実施できるため、以上に述べた実施形態はあらゆる面で例示的なものであり、限定的ではないものとして理解しなければならない。本発明の範囲は、詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味および範囲、そしてその等価概念から導出されるあらゆる変更または変形した形態が本発明の範囲に含まれると解釈されなければならない。
１００：ガスタービンリアルタイムシミュレーションシステム
１１０：ＧＴＣＳ
１１２：駆動−センサモジュール
１１４：保護モジュール
１２０：ＨＩＬシミュレータ
１２２：入出力ボード
１２４：ガスタービンメインモデル
１２６：プロセッサボード
１３０：ネットワークシミュレータ
１３２：通信部
１３４：ガスタービン補助モデル
１３６：ワークステーション部
１４０：データベース

Claims (17)

  1. ガスタービンに対して、駆動−センサモジュール（Ａｃｔｕａｔｏｒ＆Ｓｅｎｓｏｒ Ｍｏｄｕｌｅ）を介してガス燃料を制御し、保護モジュール（Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌｅ）を介して安全インテグリティレベル（Ｓａｆｅｔｙ Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ Ｌｅｖｅｌ、ＳＩＬ）保護機能を制御するガスタービン制御システム（Ｇａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ；ＧＴＣＳ）を検証するためにガスタービンをシミュレーションするガスタービンリアルタイムシミュレーションシステムであって、
    前記駆動−センサモジュールおよび前記保護モジュールに１つ以上のハードワイヤ（ｈａｒｄｗｉｒｅ）を介して連結され、前記ガスタービンのタイムクリティカル（Ｔｉｍｅ Ｃｒｉｔｉｃａｌ）な部分をリアルタイムにシミュレーションするハードワイヤループ（Ｈａｒｄｗｉｒｅ Ｉｎ ｔｈｅ Ｌｏｏｐ；ＨＩＬ）シミュレータと、
    前記ＧＴＣＳにネットワーク（Ｎｅｔｗｏｒｋ）を介して連結され、前記ガスタービンのタイムクリティカルでない部分をリアルタイムにシミュレーションするネットワーク（Ｎｅｔｗｏｒｋ）シミュレータを備えるガスタービンリアルタイムシミュレーションシステム。
  2. 前記ＨＩＬシミュレータは、タイムクリティカル機能（Ｔｉｍｅ Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）により、前記駆動−センサモジュールの間で燃料制御に関する駆動信号やセンサ信号を送受信し、前記保護モジュールの間でＳＩＬ保護に関するデータや信号を送受信する、請求項１に記載のガスタービンリアルタイムシミュレーションシステム。
  3. 前記ＨＩＬシミュレータは、前記ネットワークシミュレータおよび前記ＧＴＣＳから前記燃料制御とＳＩＬ保護に関するデータや信号をリアルタイムに受信して、前記ガスタービンの燃料制御と保護機能をシミュレーションする、請求項２に記載のガスタービンリアルタイムシミュレーションシステム。
  4. 前記ＨＩＬシミュレータは、前記ＧＴＣＳの前記駆動−センサモジュールおよび前記保護モジュールと１ｍｓ以内の時間ごとにデータや信号を送受信する、請求項１から３のいずれか一項に記載のガスタービンリアルタイムシミュレーションシステム。
  5. 前記ネットワークシミュレータは、前記ＧＴＣＳとネットワークを介して１００ｍｓ以内の時間ごとにデータや信号を送受信する、請求項１から４のいずれか一項に記載のガスタービンリアルタイムシミュレーションシステム。
  6. 前記ＨＩＬシミュレータと前記ネットワークシミュレータは、ハードワイヤ（Ｈａｒｄｗｉｒｅ）またはイーサネット（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）で連結され、実際のガスタービンと同一に駆動されるために、前記ＨＩＬシミュレータと前記ネットワークシミュレータとの間で時間同期（Ｔｉｍｅ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）とモデル同期（Ｍｏｄｅｌ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）を行う、請求項１から５のいずれか一項に記載のガスタービンリアルタイムシミュレーションシステム。
  7. 前記ＨＩＬシミュレータは、
    前記ＧＴＣＳとガスタービンの運転制御および状態に関するバルブ制御命令および状態、ガスタービンの速度および出力、ガス圧力に関するデータや信号を送受信するための入出力ボード（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ Ｂｏａｒｄ）と、
    前記入出力ボードから入力されたデータや信号に応じて、ガスタービンメインモデル（Ｇａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｍａｉｎ Ｍｏｄｅｌ）に適した制御および運転信号を生成して出力したり、演算に用いるガスタービンメインモデルと、
    前記入出力ボードを介して入力されたデータや信号を前記ガスタービンメインモデルに伝達したり、前記ガスタービンメインモデルの動作結果を前記入出力ボードに伝達するプロセッサボード（Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｂｏａｒｄ）とを備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のガスタービンリアルタイムシミュレーションシステム。
  8. 前記入出力ボードは、
    前記ＧＴＣＳから入力されたアナログ信号をデジタルデータに変換させて前記ガスタービンメインモデルに入力させたり、前記ガスタービンメインモデルの出力を前記駆動−センサモジュールの入力仕様に合わせて信号を変換する信号状態部（Ｓｉｇｎａｌ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、
    前記ＧＴＣＳとネットワーク通信を行い、前記ネットワークシミュレータとデータや信号を送受信するための通信部（ＣＯＭ）とを備える、請求項７に記載のガスタービンリアルタイムシミュレーションシステム。
  9. 前記ネットワークシミュレータは、
    前記ＨＩＬシミュレータと通信したり、前記ＧＴＣＳと通信するための通信部と、
    前記ＧＴＣＳから前記通信部を介して受信した補助制御（Ａｕｘｉｌｉａｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）と非ＳＩＬ保護（Ｎｏ ＳＩＬ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）制御に関するデータや信号に基づいてガスタービンをシミュレーションするガスタービン補助モデル（ＧＴ Ａｕｘｉｌｉａｒｙ Ｍｏｄｅｌ）と、
    前記ＨＩＬシミュレータおよび前記ネットワークシミュレータのシミュレーション操作信号を使用者から受信して前記ガスタービンメインモデルおよび前記ガスタービン補助モデルに伝達し、前記ガスタービンメインモデルおよび前記ガスタービン補助モデルの動作結果に応じて、ガスタービンの運転状態を使用者が確認できるようにディスプレイするワークステーション部（Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ）とを備える、請求項７または８に記載のガスタービンリアルタイムシミュレーションシステム。
  10. 前記ＨＩＬシミュレータおよび前記ネットワークシミュレータが初期駆動して、一定時間経過後に正常に動作を行う時、前記ＨＩＬシミュレータおよび前記ネットワークシミュレータの正常動作状態のデータや信号を格納しているデータベースをさらに含み、
    前記ＨＩＬシミュレータおよび前記ネットワークシミュレータは、初期駆動時に、前記データベースに格納されている前記正常動作状態のデータや信号を用いて正常動作状態に初期駆動する、請求項１から９のいずれか一項に記載のガスタービンリアルタイムシミュレーションシステム。
  11. ハードワイヤループ（Ｈａｒｄｗｉｒｅ Ｉｎ ｔｈｅ Ｌｏｏｐ、ＨＩＬ）シミュレータが１つ以上のハードワイヤ（ｈａｒｄｗｉｒｅ）を介してガスタービン制御システム（Ｇａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ、ＧＴＣＳ）に連結され、ネットワーク（Ｎｅｔｗｏｒｋ）シミュレータがネットワーク（Ｎｅｔｗｏｒｋ）を介して前記ＧＴＣＳに連結されたシステムのガスタービンリアルタイムシミュレーション方法であって、
    （ａ）前記ＧＴＣＳが、ガスタービンに対して、駆動−センサモジュール（Ａｃｔｕａｔｏｒ＆Ｓｅｎｓｏｒ Ｍｏｄｕｌｅ）を介してガス燃料を制御し、保護モジュール（Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌｅ）を介して安全インテグリティレベル（Ｓａｆｅｔｙ Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ Ｌｅｖｅｌ、ＳＩＬ）保護機能を制御するステップと、
    （ｂ）前記ＨＩＬシミュレータと前記ネットワークシミュレータとの間で時間同期（Ｔｉｍｅ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）とモデル同期（Ｍｏｄｅｌ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）を行うステップと、
    （ｃ）前記ＨＩＬシミュレータが、前記駆動−センサモジュールまたは前記保護モジュールを介してリアルタイムにデータや信号を受信してシミュレーションするステップと、
    （ｄ）前記ネットワークシミュレータが、前記ガス燃料の制御（Ｆｕｅｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）と前記ＳＩＬ保護機能の制御を除いた補助制御（Ａｕｘｉｌｉａｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）と、非ＳＩＬ保護（Ｎｏ ＳＩＬ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）制御に関するシミュレーションをリアルタイムに行うステップとを含むガスタービンリアルタイムシミュレーション方法。
  12. 前記（ｂ）ステップにおいて、前記ＨＩＬシミュレータおよび前記ネットワークシミュレータは、初期駆動時に、前記ＨＩＬシミュレータおよび前記ネットワークシミュレータの正常動作状態のデータや信号を格納しているデータベースから前記正常動作状態のデータや信号を読み込んで、正常動作状態に初期駆動する、請求項１１に記載のガスタービンリアルタイムシミュレーション方法。
  13. 前記（ｃ）ステップにおいて、前記ＨＩＬシミュレータは、タイムクリティカル機能（Ｔｉｍｅ Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）により、前記駆動−センサモジュールと燃料制御に関する駆動信号やセンサ信号を送受信し、前記保護モジュールとＳＩＬ保護に関するデータや信号を送受信する、請求項１１または１２に記載のガスタービンリアルタイムシミュレーション方法。
  14. 前記（ｃ）ステップにおいて、前記ＨＩＬシミュレータは、前記ネットワークシミュレータおよび前記ＧＴＣＳから燃料制御とＳＩＬ保護に関するデータや信号をリアルタイムに受信して、前記ガスタービンの燃料制御と保護機能をシミュレーションする、請求項１１から１３のいずれか一項に記載のガスタービンリアルタイムシミュレーション方法。
  15. 前記（ｃ）ステップにおいて、前記ＨＩＬシミュレータは、前記ＧＴＣＳと前記駆動−センサモジュールおよび前記保護モジュールを介して１ｍｓ以内の時間ごとにデータや信号を送受信する、請求項１１から１４のいずれか一項に記載のガスタービンリアルタイムシミュレーション方法。
  16. 前記（ｄ）ステップにおいて、前記ネットワークシミュレータは、前記ＧＴＣＳとネットワーク通信を介して１００ｍｓ以内の時間ごとにデータや信号を送受信する、請求項１１から１５のいずれか一項に記載のガスタービンリアルタイムシミュレーション方法。
  17. 前記（ｂ）ステップは、
    前記ネットワークシミュレータが、１００ｍｓごとに動作しながら、１０ｍｓごとに前記ＨＩＬシミュレータのフラグ（ｆｌａｇ）状態を確認して、前記ＨＩＬシミュレータがフラグオン（ＯＮ）状態であれば、前記ＨＩＬシミュレータから信号を受信して時間同期（Ｔｉｍｅ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）および信号同期（Ｓｉｇｎａｌ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）を実行し、
    前記ＨＩＬシミュレータは、１ｍｓごとに動作しながら、１００ｍｓとなる時点で前記ネットワークシミュレータのフラグ状態を確認して、前記ネットワークシミュレータのフラグ状態がオン（ＯＮ）状態であれば、前記ネットワークシミュレータと信号を送受信して時間同期（Ｔｉｍｅ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）および信号同期（Ｓｉｇｎａｌ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）を実行する、請求項１１から１６のいずれか一項に記載のガスタービンリアルタイムシミュレーション方法。
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