JP2019052586A - Compressor control device - Google Patents

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Abstract

To reduce the possibility that an abnormal measurement value is used to perform control.SOLUTION: A compressor control device 26 is a device for controlling a compressor 2 on the basis of a measurement value VSV_A and a measurement value VSV_B of two displacement sensors for measuring an opening degree of a variable stator vane of the compressor 2, calculates an estimated opening degree that is an estimated value of the opening degree of the variable stator vane on the basis of an outlet pressure Pout of the compressor 2 and a rotation speed N of the compressor 2, selects a measurement value close to the estimated opening degree out of the measurement value VSV_A and the measurement value VSV_B, and uses the selected measurement value to control the compressor 2.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、圧縮機制御装置に関する。   The present disclosure relates to a compressor control device.

従来、可変静翼等の可変機構の開度をセンサによって計測し、計測した開度を用いて所定の制御を行う制御装置が知られている。例えば、特許文献1には、可変静翼開度計測器で計測される可変静翼開度を引数として、燃焼器に流入する空気流量を計算する制御装置が記載されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a control device that measures the opening of a variable mechanism such as a variable stator blade by a sensor and performs predetermined control using the measured opening. For example, Patent Document 1 describes a control device that calculates the flow rate of air flowing into a combustor using a variable stator blade opening measured by a variable stator blade opening measuring instrument as an argument.

特開2011−38478号公報JP 2011-38478 A

プロセス制御の信頼性を高めるために、センサを2重化することがある。例えば、特許文献1に記載の技術において、可変静翼開度計測器(センサ)を2重化した場合、2つのセンサの計測値がよく一致している場合(正常時)には2つのセンサの計測値の平均値を使用し、2つのセンサの計測値の乖離が大きくなった場合(異常時)には2つのセンサの計測値のうちいずれかが異常であると判断し片方を選択することが考えられる。異常時における計測値の選択では、フェイルセーフを考慮して、大きい値、又は小さい値のいずれを選択するかを、設計者が予め決めておく。しかしながら、予め決められた選択方法によって、異常時における計測値を選択したとしても、選択された計測値が正常値であるとは限らない。このような場合、選択された計測値を用いて制御を行うと、機器の故障及び非常停止等が生じるおそれがある。   In order to increase the reliability of process control, the sensor may be duplicated. For example, in the technique described in Patent Document 1, when the variable stationary blade opening degree measuring device (sensor) is duplicated, when the measured values of the two sensors are in good agreement (normally), the two sensors When the difference between the measured values of the two sensors is large (when abnormal), it is determined that one of the measured values of the two sensors is abnormal and one is selected. It is possible. In the selection of the measurement value at the time of abnormality, the designer decides in advance whether to select a large value or a small value in consideration of fail-safe. However, even if the measurement value at the time of abnormality is selected by a predetermined selection method, the selected measurement value is not always a normal value. In such a case, if the control is performed using the selected measurement value, there is a possibility that a failure of the device, an emergency stop, or the like may occur.

本開示は、異常な計測値を用いて制御が行われる可能性を低減可能な圧縮機制御装置を説明する。   The present disclosure describes a compressor control device that can reduce the possibility of control using abnormal measurement values.

本開示の一側面に係る圧縮機制御装置は、圧縮機の可変機構の開度を計測するための2つの変位センサの第1計測値及び第2計測値に基づいて、圧縮機の制御を行う装置である。圧縮機制御装置は、圧縮機の出口圧力と、圧縮機の回転数と、に基づいて、可変機構の開度の推定値である推定開度を算出し、第1計測値及び第2計測値のうち、推定開度に近い計測値を選択し、選択した計測値を用いて圧縮機の制御を行う。   A compressor control device according to an aspect of the present disclosure controls a compressor based on first measurement values and second measurement values of two displacement sensors for measuring the opening of a variable mechanism of the compressor. Device. The compressor control device calculates an estimated opening that is an estimated value of the opening of the variable mechanism based on the outlet pressure of the compressor and the rotation speed of the compressor, and the first measured value and the second measured value. Among these, a measured value close to the estimated opening is selected, and the compressor is controlled using the selected measured value.

本開示によれば、異常な計測値を用いて制御が行われる可能性を低減することができる。   According to this indication, possibility that control will be performed using an abnormal measurement value can be reduced.

図1は、一実施形態に係る圧縮機制御装置を含むガスタービンシステムの概略構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a gas turbine system including a compressor control device according to an embodiment. 図2は、圧縮機の概略構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of the compressor. 図3は、修正回転数と圧力比との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the corrected rotation speed and the pressure ratio. 図4は、圧縮機制御装置が行う制御用計測値決定方法の一連の処理を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing a series of processes of the measurement value determination method for control performed by the compressor control device. 図5は、図1に示される圧縮機における計測値及び目標値の時間変化の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of temporal changes in measured values and target values in the compressor illustrated in FIG. 1. 図6は、比較例の圧縮機における計測値及び目標値の時間変化の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of temporal changes in measured values and target values in the compressor of the comparative example.

[1]実施形態の概要
本開示の一側面に係る圧縮機制御装置は、圧縮機の可変機構の開度を計測するための2つの変位センサの第1計測値及び第2計測値に基づいて、圧縮機の制御を行う装置である。圧縮機制御装置は、圧縮機の出口圧力と、圧縮機の回転数と、に基づいて、可変機構の開度の推定値である推定開度を算出し、第1計測値及び第2計測値のうち、推定開度に近い計測値を選択し、選択した計測値を用いて圧縮機の制御を行う。
[1] Outline of Embodiment The compressor control device according to one aspect of the present disclosure is based on the first measurement value and the second measurement value of the two displacement sensors for measuring the opening degree of the variable mechanism of the compressor. This is a device for controlling the compressor. The compressor control device calculates an estimated opening that is an estimated value of the opening of the variable mechanism based on the outlet pressure of the compressor and the rotation speed of the compressor, and the first measured value and the second measured value. Among these, a measured value close to the estimated opening is selected, and the compressor is controlled using the selected measured value.

この圧縮機制御装置では、圧縮機の出口圧力と、圧縮機の回転数と、に基づいて、可変機構の推定開度が算出される。そして、第1計測値及び第2計測値のうち、推定開度に近い計測値が選択され、選択された計測値を用いて圧縮機の制御が行われる。第1計測値と第2計測値とは、いずれも圧縮機の可変機構の開度を計測した値であるので、本来同じ値であるが、第1計測値及び第2計測値のうちいずれかが異常値となることがある。このような場合でも、第1計測値及び第2計測値のうち推定開度に近い計測値は正常な値である可能性が高い。このため、第1計測値及び第2計測値のうち推定開度に近い計測値を選択することで、異常な計測値を用いて制御が行われる可能性を低減することが可能となる。   In this compressor control device, the estimated opening of the variable mechanism is calculated based on the outlet pressure of the compressor and the rotational speed of the compressor. Then, a measurement value close to the estimated opening is selected from the first measurement value and the second measurement value, and the compressor is controlled using the selected measurement value. Since both the first measurement value and the second measurement value are values obtained by measuring the opening of the variable mechanism of the compressor, they are essentially the same value, but either the first measurement value or the second measurement value. May become an abnormal value. Even in such a case, the measurement value close to the estimated opening degree among the first measurement value and the second measurement value is likely to be a normal value. For this reason, it becomes possible to reduce possibility that control will be performed using an abnormal measured value by selecting a measured value near the presumed opening among the 1st measured value and the 2nd measured value.

上記圧縮機制御装置は、基準時刻における出口圧力である基準圧力に対する出口圧力の変化量と、基準時刻における回転数である基準回転数に対する回転数の変化量と、に基づいて、開度目標値からのずれ量を算出し、開度目標値及びずれ量に基づいて、推定開度を算出してもよい。このような計算によって推定開度を算出することができる。   The compressor control device is configured to determine an opening target value based on a change amount of the outlet pressure with respect to a reference pressure that is an outlet pressure at a reference time and a change amount of the rotation speed with respect to the reference rotation speed that is a rotation number at the reference time. An estimated opening degree may be calculated based on the opening degree target value and the deviation amount. The estimated opening degree can be calculated by such calculation.

上記圧縮機制御装置は、第1計測値、第2計測値、出口圧力、及び回転数のそれぞれを所定の時間間隔で取得してもよく、第1計測値と第2計測値との差分が、予め定められた閾値よりも小さい場合に、基準圧力を出口圧力に基づいて更新し、基準回転数を回転数に基づいて更新してもよい。第1計測値と第2計測値との差分が閾値よりも小さい場合には、第1計測値及び第2計測値はいずれも正常な値であると考えられる。この場合、圧縮機は正常な値で制御されるので、正常動作時の出口圧力、及び回転数が取得され得る。ところで、圧縮機の汚れ等による経時的な性能変化により、出口圧力と回転数との関係が時間の経過とともに徐々に変化し得る。しかし、短い時間範囲では、出口圧力と回転数との関係はほぼ一定に保たれる。したがって、基準圧力及び基準回転数を所定の時間間隔で、正常動作時の出口圧力及び回転数に基づいて更新することにより、圧縮機の汚れ等による経時的な性能変化が推定開度の算出に及ぼす影響を低減することができる。これにより、推定開度の算出精度が向上するので、計測値の選択精度を向上させることができる。   The compressor control device may acquire each of the first measurement value, the second measurement value, the outlet pressure, and the rotation speed at predetermined time intervals, and a difference between the first measurement value and the second measurement value is obtained. The reference pressure may be updated based on the outlet pressure, and the reference rotational speed may be updated based on the rotational speed when it is smaller than a predetermined threshold. When the difference between the first measurement value and the second measurement value is smaller than the threshold value, both the first measurement value and the second measurement value are considered to be normal values. In this case, since the compressor is controlled at a normal value, the outlet pressure and the rotation speed during normal operation can be acquired. By the way, the relationship between the outlet pressure and the rotational speed can gradually change over time due to the change in performance over time due to the contamination of the compressor and the like. However, in a short time range, the relationship between the outlet pressure and the rotational speed is kept almost constant. Therefore, by updating the reference pressure and reference rotation speed at predetermined time intervals based on the outlet pressure and rotation speed during normal operation, performance changes over time due to compressor contamination etc. can be used to calculate the estimated opening. The influence exerted can be reduced. Thereby, since the calculation accuracy of the estimated opening degree is improved, the selection accuracy of the measurement value can be improved.

上記圧縮機制御装置は、第1計測値と第2計測値との差分が、閾値よりも大きい場合に、基準圧力及び基準回転数の更新を停止してもよい。第1計測値と第2計測値との差分が閾値よりも大きい場合には、第1計測値及び第2計測値のいずれかが異常値であると考えられる。この場合、圧縮機は異常値で制御されるおそれがあるので、正常でない出口圧力、及び回転数が取得され得る。このため、基準圧力及び基準回転数の更新を停止することで、正常動作時の出口圧力及び回転数を基準として、推定開度が算出される。これにより、推定開度の算出精度が向上するので、計測値の選択精度を向上させることができる。   The compressor control device may stop the update of the reference pressure and the reference rotation speed when the difference between the first measurement value and the second measurement value is larger than a threshold value. When the difference between the first measurement value and the second measurement value is larger than the threshold value, either the first measurement value or the second measurement value is considered to be an abnormal value. In this case, since the compressor may be controlled with an abnormal value, an abnormal outlet pressure and rotation speed can be acquired. For this reason, by stopping the update of the reference pressure and the reference rotation speed, the estimated opening degree is calculated based on the outlet pressure and the rotation speed during normal operation. Thereby, since the calculation accuracy of the estimated opening degree is improved, the selection accuracy of the measurement value can be improved.

上記圧縮機制御装置は、第1計測値と第2計測値との差分が、予め定められた閾値よりも大きい場合に、第1計測値及び第2計測値のうち、推定開度に近い計測値を選択し、選択した計測値を用いて圧縮機の制御を行ってもよい。この場合、第1計測値と第2計測値との差分が閾値よりも大きいので、第1計測値及び第2計測値のいずれかが異常値であると考えられる。したがって、第1計測値及び第2計測値のうち、推定開度に近い計測値を選択することで、異常な計測値を用いて制御が行われる可能性を低減することが可能となる。   When the difference between the first measurement value and the second measurement value is larger than a predetermined threshold, the compressor control device measures the estimated opening degree of the first measurement value and the second measurement value. A value may be selected and the compressor may be controlled using the selected measurement value. In this case, since the difference between the first measurement value and the second measurement value is larger than the threshold value, either the first measurement value or the second measurement value is considered to be an abnormal value. Therefore, by selecting a measurement value close to the estimated opening degree from the first measurement value and the second measurement value, it is possible to reduce the possibility that control is performed using an abnormal measurement value.

出口圧力は、圧縮機の入口圧力に対する割合であってもよい。この場合、入口圧力を考慮して推定開度が算出される。このため、推定開度の算出精度が向上するので、計測値の選択精度を向上させることができる。   The outlet pressure may be a ratio to the compressor inlet pressure. In this case, the estimated opening is calculated in consideration of the inlet pressure. For this reason, since the calculation accuracy of the estimated opening degree is improved, the measurement value selection accuracy can be improved.

回転数は、圧縮機の入口温度に基づいて修正された修正回転数であってもよい。この場合、圧縮機に流入した空気の状態の影響が低減される。このため、推定開度の算出精度が向上するので、計測値の選択精度を向上させることができる。   The rotation speed may be a corrected rotation speed corrected based on the inlet temperature of the compressor. In this case, the influence of the state of air flowing into the compressor is reduced. For this reason, since the calculation accuracy of the estimated opening degree is improved, the measurement value selection accuracy can be improved.

[2]実施形態の例示
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
[2] Examples of Embodiments Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1は、一実施形態に係る圧縮機制御装置を含むガスタービンシステムの概略構成を示す図である。図2は、圧縮機の概略構成を示す図である。図1に示されるガスタービンシステム1は、2軸式のガスタービンシステムである。ガスタービンシステム1は、圧縮機2と、燃焼器3と、高圧タービン4と、低圧タービン5と、発電機6と、回転軸7と、回転軸8と、を備える。   FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a gas turbine system including a compressor control device according to an embodiment. FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of the compressor. A gas turbine system 1 shown in FIG. 1 is a two-shaft gas turbine system. The gas turbine system 1 includes a compressor 2, a combustor 3, a high pressure turbine 4, a low pressure turbine 5, a generator 6, a rotating shaft 7, and a rotating shaft 8.

圧縮機2は、流入した空気を圧縮して圧縮空気を生成する。圧縮機2は、圧縮空気を燃焼器3に供給する。圧縮機2の詳細な構成については、後述する。燃焼器3は、圧縮機2から供給された圧縮空気に燃料を混ぜ合わせて燃焼する。燃焼器3は、燃焼して得られた高温高圧の燃焼ガスを高圧タービン4に供給する。高圧タービン4は、燃焼器3から供給された高温高圧の燃焼ガスによって回転し、回転軸7を回転させる。回転軸7は、圧縮機2と高圧タービン4とを軸線AX周りに一体的に回転可能に連結している。低圧タービン5は、高圧タービン4を通過した燃焼ガスによって回転し、回転軸8を回転させる。回転軸8は、軸線AX周りに回転可能であり、低圧タービン5と発電機6とを連結している。発電機6は、回転軸8の回転により駆動される。   The compressor 2 generates compressed air by compressing the inflowing air. The compressor 2 supplies compressed air to the combustor 3. The detailed configuration of the compressor 2 will be described later. The combustor 3 burns by mixing fuel with the compressed air supplied from the compressor 2. The combustor 3 supplies a high-temperature and high-pressure combustion gas obtained by combustion to the high-pressure turbine 4. The high-pressure turbine 4 is rotated by the high-temperature and high-pressure combustion gas supplied from the combustor 3 and rotates the rotating shaft 7. The rotary shaft 7 connects the compressor 2 and the high-pressure turbine 4 so as to be integrally rotatable about the axis AX. The low pressure turbine 5 is rotated by the combustion gas that has passed through the high pressure turbine 4 and rotates the rotating shaft 8. The rotary shaft 8 is rotatable around the axis AX, and connects the low-pressure turbine 5 and the generator 6. The generator 6 is driven by the rotation of the rotating shaft 8.

図2に示されるように、圧縮機2は、軸流圧縮機である。圧縮機2は、回転体21と、ハウジング22と、動翼23と、可変静翼(Variable Stator Vane:VSV)24と、アクチュエータ25と、圧縮機制御装置26と、を備える。回転体21は、回転軸7に連結され、軸線AX周りに回転可能である。回転体21の外周面には、動翼23が固定されている。ハウジング22は、筒状の筐体であって、回転体21及び動翼23を軸線AX周りに覆う。ハウジング22には、動翼23の軸線AX方向の前方に可変静翼24が取り付けられている。可変静翼24の開度が調整されることによって、圧縮機2に流入する空気量が調整される。なお、図2には、1つの動翼23及び1つの可変静翼24の組が示されているが、軸線AX方向に沿って複数組の動翼23及び可変静翼24が設けられている。   As shown in FIG. 2, the compressor 2 is an axial flow compressor. The compressor 2 includes a rotating body 21, a housing 22, a moving blade 23, a variable stator vane (VSV) 24, an actuator 25, and a compressor control device 26. The rotating body 21 is connected to the rotating shaft 7 and is rotatable around the axis AX. A rotor blade 23 is fixed to the outer peripheral surface of the rotating body 21. The housing 22 is a cylindrical housing and covers the rotating body 21 and the moving blade 23 around the axis AX. A variable stationary blade 24 is attached to the housing 22 in front of the moving blade 23 in the axis AX direction. The amount of air flowing into the compressor 2 is adjusted by adjusting the opening of the variable stationary blade 24. 2 shows a set of one moving blade 23 and one variable stationary blade 24, a plurality of sets of moving blades 23 and variable stationary blades 24 are provided along the axis AX direction. .

アクチュエータ25は、圧縮機制御装置26から開閉指示(制御信号)を受信し、開閉指示に応じて可変静翼24の開度を調整する。開閉指示としては、例えばトルクモータ電流が用いられる。   The actuator 25 receives an opening / closing instruction (control signal) from the compressor control device 26, and adjusts the opening of the variable stationary blade 24 in accordance with the opening / closing instruction. For example, torque motor current is used as the opening / closing instruction.

圧縮機2は、圧縮機2の各物理パラメータを計測するための複数のセンサを備えている。複数のセンサには、例えば、変位センサ、温度センサ、圧力センサ、及び回転数センサが含まれる。変位センサは、可変静翼24の開度を計測する。圧縮機2は、2つの変位センサを備えている。2つの変位センサは、アクチュエータ25に設けられ、可変静翼24の開度を示す計測値VSV_A,VSV_Bを圧縮機制御装置26に出力する。計測値VSV_A,VSV_Bは、大きくなるにつれ、可変静翼24の開度が大きいことを示す。計測値VSV_A,VSV_Bは、0%(閉状態)〜100%(全開状態)の値を取り得る。   The compressor 2 includes a plurality of sensors for measuring each physical parameter of the compressor 2. The plurality of sensors include, for example, a displacement sensor, a temperature sensor, a pressure sensor, and a rotation speed sensor. The displacement sensor measures the opening degree of the variable stationary blade 24. The compressor 2 includes two displacement sensors. The two displacement sensors are provided in the actuator 25 and output measured values VSV_A and VSV_B indicating the opening degree of the variable stationary blade 24 to the compressor control device 26. The measured values VSV_A and VSV_B indicate that the opening degree of the variable stationary blade 24 is increased as it increases. The measured values VSV_A and VSV_B can take values from 0% (closed state) to 100% (fully open state).

温度センサは、圧縮機2の入口及び出口にそれぞれ設けられている。圧縮機2の入口に設けられた温度センサは、圧縮機2の入口温度Tinを計測し、入口温度Tinを圧縮機制御装置26に出力する。圧縮機2の出口に設けられた温度センサは、圧縮機2の出口温度Toutを計測し、出口温度Toutを圧縮機制御装置26に出力する。圧力センサは、圧縮機2の入口及び出口にそれぞれ設けられている。圧縮機2の入口に設けられた圧力センサは、圧縮機2の入口圧力Pinを計測し、入口圧力Pinを圧縮機制御装置26に出力する。圧縮機2の出口に設けられた圧力センサは、圧縮機2の出口圧力Poutを計測し、出口圧力Poutを圧縮機制御装置26に出力する。回転数センサは、圧縮機2の回転数Nを計測し、回転数Nを圧縮機制御装置26に出力する。   The temperature sensors are respectively provided at the inlet and the outlet of the compressor 2. The temperature sensor provided at the inlet of the compressor 2 measures the inlet temperature Tin of the compressor 2 and outputs the inlet temperature Tin to the compressor controller 26. The temperature sensor provided at the outlet of the compressor 2 measures the outlet temperature Tout of the compressor 2 and outputs the outlet temperature Tout to the compressor control device 26. The pressure sensors are respectively provided at the inlet and the outlet of the compressor 2. The pressure sensor provided at the inlet of the compressor 2 measures the inlet pressure Pin of the compressor 2 and outputs the inlet pressure Pin to the compressor controller 26. The pressure sensor provided at the outlet of the compressor 2 measures the outlet pressure Pout of the compressor 2 and outputs the outlet pressure Pout to the compressor control device 26. The rotational speed sensor measures the rotational speed N of the compressor 2 and outputs the rotational speed N to the compressor control device 26.

圧縮機制御装置26は、圧縮機2の制御を行うコントローラである。圧縮機制御装置26は、CPU(Central Processing Unit)、主記憶装置であるRAM(Random Access Memory)及びROM(Read Only Memory)、他の機器との間の通信を行う通信モジュール、並びにハードディスク等の補助記憶装置等のハードウェアを備えるコンピュータとして構成される。これらの構成要素が動作することにより、後述の圧縮機制御装置26の機能が発揮される。   The compressor control device 26 is a controller that controls the compressor 2. The compressor controller 26 includes a central processing unit (CPU), a random access memory (RAM) and a read only memory (ROM) that are main storage devices, a communication module that performs communication with other devices, a hard disk, and the like. The computer is configured with hardware such as an auxiliary storage device. When these components operate, functions of a compressor control device 26 described later are exhibited.

圧縮機制御装置26は、計測値VSV_A及び計測値VSV_Bに基づいて、圧縮機2の制御を行う。具体的には、圧縮機制御装置26は、計測値VSV_A及び計測値VSV_Bに基づいて、圧縮機2の制御に用いる制御用計測値を決定する。制御用計測値の決定方法については後述する。圧縮機制御装置26は、回転数N及び入口温度Tinから修正回転数NRを算出し、スケジュールに基づいて、修正回転数NRに対応する目標値VSVdmdを算出する。スケジュールは、修正回転数NRと目標値VSVdmdとを対応付けたマップである。   The compressor control device 26 controls the compressor 2 based on the measurement value VSV_A and the measurement value VSV_B. Specifically, the compressor control device 26 determines a control measurement value used for controlling the compressor 2 based on the measurement value VSV_A and the measurement value VSV_B. A method for determining the control measurement value will be described later. The compressor control device 26 calculates a corrected rotational speed NR from the rotational speed N and the inlet temperature Tin, and calculates a target value VSVdmd corresponding to the corrected rotational speed NR based on the schedule. The schedule is a map in which the corrected rotation speed NR and the target value VSVdmd are associated with each other.

修正回転数NRは、回転数Nを標準の大気状態での回転数に換算した値であり、入口温度Tinに基づいて回転数Nを修正した値である。修正回転数NRは、式(1)に示されるように、回転数Nと、入口温度Tinと、基準温度Trefと、を用いて算出される。基準温度Trefは、予め定められた温度であり、例えば、288ケルビンである。

Figure 2019052586
The corrected rotation speed NR is a value obtained by converting the rotation speed N into a rotation speed in a standard atmospheric state, and is a value obtained by correcting the rotation speed N based on the inlet temperature Tin. The corrected rotational speed NR is calculated using the rotational speed N, the inlet temperature Tin, and the reference temperature Tref as shown in the equation (1). The reference temperature Tref is a predetermined temperature, for example, 288 Kelvin.
Figure 2019052586

圧縮機制御装置26は、目標値VSVdmdと制御用計測値とを用いて、アクチュエータ25に可変静翼24の開閉指示(制御信号)を出力する。例えば、制御用計測値が目標値VSVdmdよりも小さい場合、可変静翼24の開度が増加する(可変静翼24を開く)ようにアクチュエータ25に制御信号を出力する。制御用計測値が目標値VSVdmdよりも大きい場合、可変静翼24の開度が減少する(可変静翼24を閉める)ようにアクチュエータ25に制御信号を出力する。   The compressor control device 26 outputs an opening / closing instruction (control signal) for the variable stationary blade 24 to the actuator 25 using the target value VSVdmd and the control measurement value. For example, when the control measurement value is smaller than the target value VSVdmd, a control signal is output to the actuator 25 so that the opening degree of the variable stationary blade 24 increases (opens the variable stationary blade 24). When the control measurement value is larger than the target value VSVdmd, a control signal is output to the actuator 25 so that the opening degree of the variable stationary blade 24 is decreased (the variable stationary blade 24 is closed).

次に、圧縮機2の特性について説明する。図3は、修正回転数と圧力比との関係を示す図である。圧縮機2では、圧縮機2の圧力比PRは、修正回転数NRに対する曲線として表されるが、修正回転数NRの狭い範囲では、圧力比PRは、図3に示されるように、修正回転数NRの一次関数として近似され得る。   Next, the characteristics of the compressor 2 will be described. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the corrected rotation speed and the pressure ratio. In the compressor 2, the pressure ratio PR of the compressor 2 is expressed as a curve with respect to the corrected rotational speed NR. However, in a narrow range of the corrected rotational speed NR, the pressure ratio PR is corrected rotational speed as shown in FIG. It can be approximated as a linear function of the number NR.

なお、圧力比PRは、式(2)に示されるように、圧縮機2の入口圧力Pinに対する圧縮機2の出口圧力Poutの割合である。

Figure 2019052586
The pressure ratio PR is the ratio of the outlet pressure Pout of the compressor 2 to the inlet pressure Pin of the compressor 2 as shown in the equation (2).
Figure 2019052586

圧力比PRと修正回転数NRとの関係を、一次関数として近似した場合、式(3)で表される。基準圧力比PRrefと基準修正回転数NRrefとを用いると、式(4)で表すことができる。基準圧力比PRrefは、基準時刻における圧力比PRである。基準修正回転数NRrefは、基準時刻における修正回転数NRである。係数Aは、実験等によって予め定められている。式(3)の係数Bは、式(4)から−A×NRref+PRrefで求められる。基準時刻は、例えば、5秒前である。基準圧力比PRrefは、例えば、圧力比PRの5秒間の時間平均値であってもよい。基準修正回転数NRrefは、例えば、修正回転数NRの5秒間の時間平均値であってもよい。

Figure 2019052586

Figure 2019052586
When the relationship between the pressure ratio PR and the corrected rotational speed NR is approximated as a linear function, it is expressed by Expression (3). When the reference pressure ratio PRref and the reference correction rotational speed NRref are used, it can be expressed by Expression (4). The reference pressure ratio PRref is the pressure ratio PR at the reference time. The reference correction rotation speed NRref is the correction rotation speed NR at the reference time. The coefficient A is determined in advance by experiments or the like. The coefficient B in Expression (3) is obtained from Expression (4) by −A × NRref + PRref. The reference time is, for example, 5 seconds ago. The reference pressure ratio PRref may be, for example, a time average value for 5 seconds of the pressure ratio PR. The reference correction rotation speed NRref may be, for example, a 5-second time average value of the correction rotation speed NR.
Figure 2019052586

Figure 2019052586

ここで、同じ修正回転数NRで圧縮機2が動作しているときに、可変静翼24の開度が変化した場合には、開度に応じて圧力比PRが変化する。例えば、制御用計測値が適切な値でない等の理由により、可変静翼24の開度がずれる場合がある。具体的には、計測値VSV_A及び計測値VSV_Bのいずれかが異常値である場合に、異常値の方を制御用計測値として選択すると、適正な可変静翼24の開度からのずれが生じる。その状態で圧縮機2の制御を継続すると、図3に示されるように、特性C1から特性C2に圧縮機2の性能が低下するので、正常時に比べて同じ回転数N(修正回転数NR)での圧力比PRが低下する。可変静翼24の開度のずれが大きい場合には、ガスタービンシステム1の故障又はトリップが生じる場合がある。   Here, when the opening degree of the variable stationary blade 24 changes while the compressor 2 is operating at the same corrected rotational speed NR, the pressure ratio PR changes according to the opening degree. For example, the opening degree of the variable stationary blade 24 may be deviated due to a reason that the measurement value for control is not an appropriate value. Specifically, when either the measurement value VSV_A or the measurement value VSV_B is an abnormal value, if the abnormal value is selected as the control measurement value, a deviation from the appropriate opening of the variable vane 24 occurs. . If the control of the compressor 2 is continued in this state, as shown in FIG. 3, the performance of the compressor 2 decreases from the characteristic C1 to the characteristic C2, so that the same rotational speed N (corrected rotational speed NR) as compared with the normal state. The pressure ratio PR at decreases. When the deviation of the opening degree of the variable stationary blade 24 is large, the gas turbine system 1 may fail or trip.

圧縮機2の性能を変化させる要因としては、制御用計測値の異常以外にも翼の汚れ及び破損等が挙げられる。しかし、計測値VSV_Aと計測値VSV_Bとの差分(偏差)が大きい場合、計測値VSV_A及び計測値VSV_Bのいずれかが異常値であると考えられる。これに伴い、圧縮機2の性能変化が発生していれば、制御用計測値の異常が圧縮機2の性能変化の主原因であるとみなすことができる。つまり、圧力比PRは、式(5)で表され得る。なお、可変静翼24の開度がずれ量xずれた場合の圧力比PRの変化量は、係数Cを用いてC×xで表され得る。なお、ずれ量xは、目標値VSVdmdからの開度のずれ量(%)を示し、可変静翼24が開く方向にずれている場合に正の値を取り、可変静翼24が閉まる方向にずれている場合に負の値を取る。係数Cは、実験等によって予め定められている。

Figure 2019052586
Factors that change the performance of the compressor 2 include dirt and damage on the blades as well as abnormal measurement values for control. However, when the difference (deviation) between the measured value VSV_A and the measured value VSV_B is large, either the measured value VSV_A or the measured value VSV_B is considered to be an abnormal value. Accordingly, if the performance change of the compressor 2 occurs, it can be considered that the abnormality in the measurement value for control is the main cause of the performance change of the compressor 2. That is, the pressure ratio PR can be expressed by Expression (5). Note that the change amount of the pressure ratio PR when the opening degree of the variable stationary blade 24 is shifted by the shift amount x can be expressed by C × x using the coefficient C. The deviation amount x indicates the deviation amount (%) of the opening from the target value VSVdmd, and takes a positive value when the variable stationary blade 24 is displaced in the opening direction, and in the direction in which the variable stationary blade 24 is closed. Takes a negative value if it is off. The coefficient C is determined in advance by experiments or the like.
Figure 2019052586

次に、圧縮機制御装置26が行う制御用計測値決定方法について説明する。図4は、圧縮機制御装置が行う制御用計測値決定方法の一連の処理を示すフローチャートである。図4に示される一連の処理は、所定の時間間隔(例えば、0.01秒ごと)で繰り返し実施される。   Next, a control measurement value determination method performed by the compressor control device 26 will be described. FIG. 4 is a flowchart showing a series of processes of the measurement value determination method for control performed by the compressor control device. The series of processing shown in FIG. 4 is repeatedly performed at predetermined time intervals (for example, every 0.01 seconds).

まず、圧縮機制御装置26は、各センサから計測値を取得する(ステップS01)。具体的には、圧縮機制御装置26は、計測値VSV_A,VSV_B、入口圧力Pin、出口圧力Pout、入口温度Tin、出口温度Tout、及び回転数Nのそれぞれを取得する。そして、圧縮機制御装置26は、式(2)を用いて圧力比PRを算出し、式(1)を用いて修正回転数NRを算出する(ステップS02)。   First, the compressor control device 26 acquires a measurement value from each sensor (step S01). Specifically, the compressor control device 26 acquires the measured values VSV_A and VSV_B, the inlet pressure Pin, the outlet pressure Pout, the inlet temperature Tin, the outlet temperature Tout, and the rotation speed N. Then, the compressor control device 26 calculates the pressure ratio PR using Expression (2), and calculates the corrected rotational speed NR using Expression (1) (Step S02).

続いて、圧縮機制御装置26は、計測値VSV_Aと計測値VSV_Bとの差分(差の絶対値)を算出する。そして、圧縮機制御装置26は、差分と閾値VSVthとを比較し、期間Dにわたり差分が閾値VSVth未満であるかを判定する(ステップS03)。期間Dは、基準時刻よりも前の時刻(例えば、6秒前)から現在までの連続する期間であり、予め定められている。閾値VSVthは、計測値VSV_A及び計測値VSV_Bのいずれかが異常値であることを判定可能な値であり、予め定められている。圧縮機制御装置26は、期間Dにわたり差分が閾値VSVth未満であると判定した場合(ステップS03:YES)、計測値VSV_Aと計測値VSV_Bとの平均値を算出する(ステップS04)。そして、圧縮機制御装置26は、平均値を制御用計測値として決定する。なお、ステップS04において、圧縮機制御装置26は、フェイルセーフを考慮して、計測値VSV_A及び計測値VSV_Bのうちのいずれか高い値を制御用計測値として決定してもよい。   Subsequently, the compressor control device 26 calculates a difference (absolute value of the difference) between the measurement value VSV_A and the measurement value VSV_B. Then, the compressor control device 26 compares the difference with the threshold value VSVth, and determines whether the difference is less than the threshold value VSVth over the period D (step S03). The period D is a continuous period from the time before the reference time (for example, 6 seconds before) to the present, and is determined in advance. The threshold value VSVth is a value that can determine that one of the measurement value VSV_A and the measurement value VSV_B is an abnormal value, and is determined in advance. When it is determined that the difference is less than the threshold value VSVth over the period D (step S03: YES), the compressor control device 26 calculates an average value of the measured value VSV_A and the measured value VSV_B (step S04). Then, the compressor control device 26 determines the average value as the control measurement value. In step S04, the compressor control device 26 may determine the higher one of the measurement value VSV_A and the measurement value VSV_B as the control measurement value in consideration of fail-safe.

そして、圧縮機制御装置26は、基準圧力比PRref及び基準修正回転数NRrefを更新する(ステップS05)。具体的には、圧縮機制御装置26は、ステップS02で算出された圧力比PRを基準圧力比PRrefとし、ステップS02で算出された修正回転数NRを基準修正回転数NRrefとする。このようにして、制御用計測値決定方法の一連の処理が終了する。   Then, the compressor control device 26 updates the reference pressure ratio PRref and the reference correction rotational speed NRref (step S05). Specifically, the compressor control device 26 sets the pressure ratio PR calculated in step S02 as the reference pressure ratio PRref, and sets the corrected rotation speed NR calculated in step S02 as the reference corrected rotation speed NRref. In this way, a series of processes of the control measurement value determination method is completed.

一方、ステップS03において、圧縮機制御装置26は、期間Dの間に一度でも差分が閾値VSVth以上であったと判定した場合(ステップS03:NO)、基準圧力比PRref及び基準修正回転数NRrefを固定する(ステップS06)。つまり、差分が閾値VSVth以上である限り、基準圧力比PRref及び基準修正回転数NRrefは更新されない。   On the other hand, when it is determined in step S03 that the difference is equal to or greater than the threshold value VSVth even during the period D (step S03: NO), the reference pressure ratio PRref and the reference correction rotational speed NRref are fixed. (Step S06). That is, as long as the difference is equal to or greater than the threshold value VSVth, the reference pressure ratio PRref and the reference correction rotation speed NRref are not updated.

続いて、圧縮機制御装置26は、推定開度VSVestを算出する(ステップS07)。推定開度VSVestは、可変静翼24の開度の推定値である。圧縮機制御装置26は、出口圧力Poutと、回転数Nと、に基づいて、推定開度VSVestを算出する。具体的には、圧縮機制御装置26は、式(5)を変形することによって得られた式(6)を用いて、可変静翼24のずれ量xを算出する。

Figure 2019052586
Subsequently, the compressor control device 26 calculates an estimated opening degree VSVest (step S07). The estimated opening degree VSVest is an estimated value of the opening degree of the variable stationary blade 24. The compressor control device 26 calculates the estimated opening degree VSVest based on the outlet pressure Pout and the rotation speed N. Specifically, the compressor control device 26 calculates the deviation amount x of the variable stationary blade 24 using Expression (6) obtained by transforming Expression (5).
Figure 2019052586

そして、圧縮機制御装置26は、式(7)を用いて、推定開度VSVestを算出する。式(7)に示されるように、推定開度VSVestは、目標値VSVdmdにずれ量xを加えた値である。

Figure 2019052586
Then, the compressor control device 26 calculates the estimated opening degree VSVest using the equation (7). As shown in Expression (7), the estimated opening degree VSVest is a value obtained by adding a deviation amount x to the target value VSVdmd.
Figure 2019052586

そして、圧縮機制御装置26は、計測値VSV_A及び計測値VSV_Bのうち、推定開度VSVestに近い計測値を選択する(ステップS08)。そして、圧縮機制御装置26は、選択した計測値を制御用計測値として決定し、制御用計測値決定方法の一連の処理が終了する。なお、ステップS07の処理は、計測値VSV_Aと計測値VSV_Bとの差分が閾値VSVth以上であるか否かによらずに行われてもよい。   And the compressor control apparatus 26 selects the measured value close | similar to the estimated opening degree VSVest among measured value VSV_A and measured value VSV_B (step S08). Then, the compressor control device 26 determines the selected measurement value as the control measurement value, and the series of processes of the control measurement value determination method ends. Note that the process of step S07 may be performed regardless of whether or not the difference between the measured value VSV_A and the measured value VSV_B is equal to or greater than the threshold value VSVth.

このように、圧縮機制御装置26は、計測値VSV_Aと計測値VSV_Bとの差分が閾値VSVthよりも小さい場合に、計測値VSV_Aと計測値VSV_Bとの平均値を用いて圧縮機2の制御を行う。一方、圧縮機制御装置26は、計測値VSV_Aと計測値VSV_Bとの差分が閾値VSVthよりも大きい場合(本実施形態では、差分が閾値VSVth以上である場合)に、計測値VSV_A及び計測値VSV_Bのうち、推定開度VSVestに近い計測値を選択し、選択した計測値を用いて圧縮機2の制御を行う。なお、推定開度VSVestは精度が低いので、圧縮機2の制御には用いられない。   Thus, when the difference between the measured value VSV_A and the measured value VSV_B is smaller than the threshold value VSVth, the compressor control device 26 controls the compressor 2 using the average value of the measured value VSV_A and the measured value VSV_B. Do. On the other hand, when the difference between the measurement value VSV_A and the measurement value VSV_B is larger than the threshold value VSVth (in this embodiment, the difference is equal to or greater than the threshold value VSVth), the compressor control device 26 measures the measurement value VSV_A and the measurement value VSV_B. Among these, a measured value close to the estimated opening degree VSVest is selected, and the compressor 2 is controlled using the selected measured value. Note that the estimated opening degree VSVest is not used for controlling the compressor 2 because the accuracy is low.

圧縮機制御装置26は、基準圧力比PRrefに対する圧力比PRの変化量と、基準修正回転数NRrefに対する修正回転数NRの変化量と、に基づいて、目標値VSVdmdからのずれ量xを算出し、目標値VSVdmd及びずれ量xに基づいて、推定開度VSVestを算出する。圧縮機制御装置26は、計測値VSV_Aと計測値VSV_Bとの差分が閾値VSVthよりも小さい場合に、基準圧力比PRrefを圧力比PRで更新し、基準修正回転数NRrefを修正回転数NRで更新する。一方で、圧縮機制御装置26は、計測値VSV_Aと計測値VSV_Bとの差分が閾値VSVthよりも大きい場合(本実施形態では、差分が閾値VSVth以上である場合)に、基準圧力比PRref及び基準修正回転数NRrefの更新を停止する。   The compressor control device 26 calculates a deviation amount x from the target value VSVdmd based on the change amount of the pressure ratio PR with respect to the reference pressure ratio PRref and the change amount of the correction rotation speed NR with respect to the reference correction rotation speed NRref. The estimated opening degree VSVest is calculated based on the target value VSVdmd and the deviation amount x. When the difference between the measured value VSV_A and the measured value VSV_B is smaller than the threshold value VSVth, the compressor control device 26 updates the reference pressure ratio PRref with the pressure ratio PR, and updates the reference corrected rotational speed NRref with the corrected rotational speed NR. To do. On the other hand, when the difference between the measured value VSV_A and the measured value VSV_B is larger than the threshold value VSVth (in this embodiment, the difference is equal to or greater than the threshold value VSVth), the compressor control device 26 determines the reference pressure ratio PRref and the reference value. Update of the corrected rotation speed NRref is stopped.

次に、図5及び図6を参照して、圧縮機制御装置26の作用効果を説明する。図5は、図1に示される圧縮機における計測値及び目標値の時間変化の一例を示す図である。図6は、比較例の圧縮機における計測値及び目標値の時間変化の一例を示す図である。図5及び図6に示される例では、時刻t1において、計測値VSV_Aが異常値となり、計測値VSV_Aと計測値VSV_Bとの差分が閾値VSVthよりも大きくなる。   Next, with reference to FIG.5 and FIG.6, the effect of the compressor control apparatus 26 is demonstrated. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of temporal changes in measured values and target values in the compressor illustrated in FIG. 1. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of temporal changes in measured values and target values in the compressor of the comparative example. In the example shown in FIGS. 5 and 6, the measured value VSV_A becomes an abnormal value at time t1, and the difference between the measured value VSV_A and the measured value VSV_B is larger than the threshold value VSVth.

比較例の圧縮機では、計測値VSV_Aと計測値VSV_Bとの差分によらず、計測値VSV_A及び計測値VSV_Bのうちのいずれか高い値が制御用計測値として用いられる点において圧縮機2と相違している。このため、比較例の圧縮機では、時刻t1において計測値VSV_Aが制御用計測値として用いられる。このとき、目標値VSVdmdよりも制御用計測値が大きいので、圧縮機制御装置26は、制御用計測値から目標値VSVdmdを減算した値だけ可変静翼24の開度が減少する(可変静翼24を閉める)ようにアクチュエータ25に制御信号を出力する。   The compressor of the comparative example is different from the compressor 2 in that the higher one of the measurement value VSV_A and the measurement value VSV_B is used as the control measurement value regardless of the difference between the measurement value VSV_A and the measurement value VSV_B. doing. For this reason, in the compressor of the comparative example, the measurement value VSV_A is used as the control measurement value at time t1. At this time, since the control measurement value is larger than the target value VSVdmd, the compressor control device 26 decreases the opening of the variable stator blade 24 by a value obtained by subtracting the target value VSVdmd from the control measurement value (variable stator blade). A control signal is output to the actuator 25 so as to close (24).

これにより、図6に示されるように、時刻t1以降で計測値VSV_A及び計測値VSV_Bはともに低下する。しかしながら、計測値VSV_Aは異常値であり、計測値VSV_Bが正常値である。つまり、計測値VSV_Bは可変静翼24の開度を示しており、実際の可変静翼24の開度は、目標値VSVdmdよりも小さくなる。その結果、出口圧力Pout(圧力比PR)が低下するので、圧縮機制御装置26は、性能を維持するために回転数N(修正回転数NR)を増加する。そして、圧縮機制御装置26は、スケジュールに基づいて、変更された修正回転数NRに対応する目標値VSVdmdを算出する。これにより、目標値VSVdmdの上昇が生じる。   As a result, as shown in FIG. 6, the measured value VSV_A and the measured value VSV_B both decrease after time t1. However, the measurement value VSV_A is an abnormal value, and the measurement value VSV_B is a normal value. That is, the measured value VSV_B indicates the opening of the variable stator blade 24, and the actual opening of the variable stator blade 24 is smaller than the target value VSVdmd. As a result, since the outlet pressure Pout (pressure ratio PR) decreases, the compressor control device 26 increases the rotational speed N (corrected rotational speed NR) in order to maintain the performance. Then, the compressor control device 26 calculates a target value VSVdmd corresponding to the changed corrected rotational speed NR based on the schedule. As a result, the target value VSVdmd increases.

一方、図5に示されるように、圧縮機2では、時刻t1において、計測値VSV_Aが異常値となり、計測値VSV_Aと計測値VSV_Bとの差分が閾値VSVthよりも大きくなると、計測値VSV_A及び計測値VSV_Bのうち、推定開度VSVestに近い計測値が制御用計測値として用いられる。このため、計測値VSV_B及び目標値VSVdmdは、時刻t1以降もほとんど変化することなく一定の値を示す。   On the other hand, as shown in FIG. 5, in the compressor 2, when the measured value VSV_A becomes an abnormal value at time t1, and the difference between the measured value VSV_A and the measured value VSV_B is larger than the threshold value VSVth, the measured value VSV_A and the measured value are measured. Of the value VSV_B, a measurement value close to the estimated opening degree VSVest is used as a control measurement value. For this reason, the measured value VSV_B and the target value VSVdmd are constant values with almost no change after time t1.

なお、圧縮機2では、時刻t1の直後においては、センサ等の応答速度の影響により、計測値VSV_Aが一時的に制御用計測値として用いられる。このため、比較例の圧縮機と同様に、計測値VSV_A及び計測値VSV_Bはともに低下し、目標値VSVdmdは上昇する。しかし、推定開度VSVestによって、計測値VSV_Bが制御用計測値として用いられると、計測値VSV_B及び目標値VSVdmdは元の値に戻る。その結果、実際の可変静翼24の開度は目標値VSVdmdに維持されるので、回転数Nの上昇、及び不適切な可変静翼24の制御を回避でき、圧縮機2が故障する可能性を低減することが可能となる。   In the compressor 2, immediately after the time t1, the measurement value VSV_A is temporarily used as a control measurement value due to the influence of the response speed of the sensor or the like. For this reason, similarly to the compressor of the comparative example, both the measured value VSV_A and the measured value VSV_B decrease, and the target value VSVdmd increases. However, when the measurement value VSV_B is used as the control measurement value by the estimated opening degree VSVest, the measurement value VSV_B and the target value VSVdmd return to the original values. As a result, the actual opening of the variable stator blade 24 is maintained at the target value VSVdmd, so that an increase in the rotational speed N and inappropriate control of the variable stator blade 24 can be avoided, and the compressor 2 may break down. Can be reduced.

以上説明したように、圧縮機制御装置26では、圧縮機2の出口圧力Poutと、圧縮機2の回転数Nと、に基づいて、可変静翼24の推定開度VSVestが算出される。具体的には、入口圧力Pinに対する出口圧力Poutの割合である圧力比PRと、回転数Nを入口温度Tinに基づいて修正した修正回転数NRと、に基づいて、推定開度VSVestが算出される。そして、計測値VSV_A及び計測値VSV_Bのうち、推定開度VSVestに近い計測値が選択され、選択された計測値を用いて圧縮機2の制御が行われる。計測値VSV_Aと計測値VSV_Bとは、いずれも圧縮機2の可変静翼24の開度を計測した値であるので、本来同じ値であるが、計測値VSV_A及び計測値VSV_Bのうちいずれかが異常値となることがある。このような場合でも、計測値VSV_A及び計測値VSV_Bのうち推定開度VSVestに近い計測値は正常な値である可能性が高い。このため、計測値VSV_A及び計測値VSV_Bのうち推定開度VSVestに近い計測値を選択することで、異常な計測値を用いて制御が行われる可能性を低減することが可能となる。その結果、圧縮機2の運転状態が変化することなく、ガスタービンシステム1の損傷及びトリップの発生を回避することが可能となる。   As described above, the compressor control device 26 calculates the estimated opening degree VSVest of the variable stationary blade 24 based on the outlet pressure Pout of the compressor 2 and the rotational speed N of the compressor 2. Specifically, the estimated opening degree VSVest is calculated based on the pressure ratio PR, which is the ratio of the outlet pressure Pout to the inlet pressure Pin, and the corrected rotational speed NR obtained by correcting the rotational speed N based on the inlet temperature Tin. The Then, a measurement value close to the estimated opening degree VSVest is selected from the measurement value VSV_A and the measurement value VSV_B, and the compressor 2 is controlled using the selected measurement value. The measured value VSV_A and the measured value VSV_B are both values obtained by measuring the opening of the variable stationary blade 24 of the compressor 2, and thus are originally the same value, but one of the measured value VSV_A and the measured value VSV_B is It may be an abnormal value. Even in such a case, the measurement value close to the estimated opening degree VSVest among the measurement value VSV_A and the measurement value VSV_B is likely to be a normal value. For this reason, it becomes possible to reduce a possibility that control will be performed using an abnormal measurement value by selecting a measurement value close to the estimated opening degree VSVest from the measurement value VSV_A and the measurement value VSV_B. As a result, it is possible to avoid damage to the gas turbine system 1 and occurrence of a trip without changing the operating state of the compressor 2.

式(6)に示されるように、基準圧力比PRrefに対する圧力比PRの変化量と、基準修正回転数NRrefに対する修正回転数NRの変化量と、に基づいて、目標値VSVdmdからのずれ量xが算出され、式(7)に示されるように、目標値VSVdmd及びずれ量xに基づいて、推定開度VSVestが算出される。このような簡易的な計算によって推定開度VSVestを算出することができる。   As shown in the equation (6), based on the change amount of the pressure ratio PR with respect to the reference pressure ratio PRref and the change amount of the corrected rotation speed NR with respect to the reference correction rotation speed NRref, the deviation amount x from the target value VSVdmd Is calculated, and the estimated opening degree VSVest is calculated based on the target value VSVdmd and the shift amount x as shown in the equation (7). The estimated opening degree VSVest can be calculated by such simple calculation.

圧縮機制御装置26は、計測値VSV_Aと計測値VSV_Bとの差分が、閾値VSVthよりも大きい場合に、計測値VSV_A及び計測値VSV_Bのうち、推定開度VSVestに近い計測値を選択し、選択した計測値を用いて圧縮機2の制御を行う。計測値VSV_Aと計測値VSV_Bとの差分が閾値VSVthよりも大きい場合には、計測値VSV_A及び計測値VSV_Bのいずれかが異常値であると考えられる。したがって、このような場合に計測値VSV_A及び計測値VSV_Bのうち、推定開度VSVestに近い計測値を選択することで、異常な計測値を用いて制御が行われる可能性を低減することが可能となる。   When the difference between the measured value VSV_A and the measured value VSV_B is larger than the threshold value VSVth, the compressor control device 26 selects and selects a measured value close to the estimated opening degree VSVest from the measured value VSV_A and the measured value VSV_B. The compressor 2 is controlled using the measured values. When the difference between the measurement value VSV_A and the measurement value VSV_B is larger than the threshold value VSVth, it is considered that one of the measurement value VSV_A and the measurement value VSV_B is an abnormal value. Therefore, in such a case, by selecting a measurement value close to the estimated opening degree VSVest from the measurement value VSV_A and the measurement value VSV_B, it is possible to reduce the possibility that control is performed using an abnormal measurement value. It becomes.

計測値VSV_Aと計測値VSV_Bとの差分が閾値VSVthよりも小さい場合には、計測値VSV_A及び計測値VSV_Bはいずれも正常な値であると考えられる。この場合、圧縮機2は正常な値で制御されるので、正常動作時の入口圧力Pin、出口圧力Pout、及び回転数Nが取得され得る。ところで、圧縮機2の汚れ等による経時的な性能変化により、圧力比PRと修正回転数NRとの関係が時間の経過とともに徐々に変化し得る。このため、圧力比PRと修正回転数NRとの厳密な性能マップを作成しても、性能マップに示される関係は、時間の経過とともに、実際の圧力比PRと修正回転数NRとの関係と合わなくなってしまう。しかし、短い時間範囲では、圧力比PRと修正回転数NRとの関係はほぼ一定に保たれる。したがって、基準圧力比PRrefを所定の時間間隔で、正常動作時の出口圧力Pout(圧力比PR)に基づいて更新し、基準修正回転数NRrefを所定の時間間隔で、回転数N(修正回転数NR)に基づいて更新することにより、圧縮機2の汚れ等による経時的な性能変化が推定開度VSVestの算出に及ぼす影響を低減することができる。また、実際の運転データに基づいて、基準圧力比PRref及び基準修正回転数NRrefが算出されるので、圧縮機2の個体の性能に適した推定開度VSVestを算出することができる。これにより、推定開度VSVestの算出精度が向上するので、計測値の選択精度を向上させることができる。   When the difference between the measured value VSV_A and the measured value VSV_B is smaller than the threshold value VSVth, both the measured value VSV_A and the measured value VSV_B are considered to be normal values. In this case, since the compressor 2 is controlled at a normal value, the inlet pressure Pin, the outlet pressure Pout, and the rotation speed N during normal operation can be acquired. By the way, the relationship between the pressure ratio PR and the corrected rotational speed NR can be gradually changed over time due to the change in performance over time due to the contamination of the compressor 2 or the like. For this reason, even if a strict performance map between the pressure ratio PR and the corrected rotational speed NR is created, the relationship shown in the performance map is the relationship between the actual pressure ratio PR and the corrected rotational speed NR as time passes. It will not fit. However, in a short time range, the relationship between the pressure ratio PR and the corrected rotational speed NR is kept almost constant. Accordingly, the reference pressure ratio PRref is updated based on the outlet pressure Pout (pressure ratio PR) during normal operation at a predetermined time interval, and the reference correction rotational speed NRref is updated at a predetermined time interval at the rotational speed N (corrected rotational speed). By updating based on (NR), it is possible to reduce the influence of the change in performance over time due to dirt or the like of the compressor 2 on the calculation of the estimated opening degree VSVest. Further, since the reference pressure ratio PRref and the reference correction rotational speed NRref are calculated based on the actual operation data, the estimated opening degree VSVest suitable for the performance of the individual compressor 2 can be calculated. Thereby, since the calculation accuracy of the estimated opening degree VSVest is improved, the selection accuracy of the measurement value can be improved.

計測値VSV_Aと計測値VSV_Bとの差分が閾値VSVthよりも大きい場合、圧縮機2は異常値で制御されるおそれがあるので、正常でない入口圧力Pin、出口圧力Pout、及び回転数Nが取得され得る。このため、基準圧力比PRref及び基準修正回転数NRrefの更新を停止することで、正常動作時の圧力比PR及び修正回転数NRを基準として、推定開度VSVestが算出される。これにより、推定開度VSVestの算出精度が向上するので、計測値の選択精度を向上させることができる。   When the difference between the measured value VSV_A and the measured value VSV_B is larger than the threshold value VSVth, the compressor 2 may be controlled with an abnormal value, and therefore, an abnormal inlet pressure Pin, outlet pressure Pout, and rotation speed N are acquired. obtain. For this reason, by stopping the update of the reference pressure ratio PRref and the reference correction rotation speed NRref, the estimated opening degree VSVest is calculated based on the pressure ratio PR and the correction rotation speed NR during normal operation. Thereby, since the calculation accuracy of the estimated opening degree VSVest is improved, the selection accuracy of the measurement value can be improved.

また、出口圧力Poutだけでなく入口圧力Pinを考慮して推定開度VSVestが算出されるので、推定開度VSVestの算出精度が向上する。また、修正回転数NRを用いて推定開度VSVestが算出されるので、圧縮機2に流入した空気の状態の影響が低減される。このため、推定開度VSVestの算出精度が向上する。したがって、計測値の選択精度を向上させることができる。   Further, since the estimated opening degree VSVest is calculated in consideration of not only the outlet pressure Pout but also the inlet pressure Pin, the calculation accuracy of the estimated opening degree VSVest is improved. Further, since the estimated opening degree VSVest is calculated using the corrected rotational speed NR, the influence of the state of the air flowing into the compressor 2 is reduced. For this reason, the calculation accuracy of the estimated opening degree VSVest is improved. Therefore, the measurement value selection accuracy can be improved.

以上、本開示の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。   As mentioned above, although embodiment of this indication was described, this invention is not limited to the said embodiment.

上記実施形態では、2重化された変位センサからの2つの計測値(計測値VSV_A,VSV_B)のうち、推定開度VSVestに近い計測値が選択されているが、これに限られない。多重化された変位センサの数は2以上であればよく、N(2以上の整数)個の変位センサからのN個の計測値のうち、推定開度VSVestに最も近い計測値が選択される。   In the above embodiment, the measurement value close to the estimated opening degree VSVest is selected from the two measurement values (measurement values VSV_A, VSV_B) from the duplicated displacement sensor, but this is not limitative. The number of multiplexed displacement sensors may be two or more, and a measurement value closest to the estimated opening VVSest is selected from N measurement values from N (an integer greater than or equal to 2) displacement sensors. .

圧縮機制御装置26は、計測値VSV_Aと計測値VSV_Bとの差分が閾値VSVthよりも大きいか否かによらず、計測値VSV_A及び計測値VSV_Bのうち、推定開度VSVestに近い計測値を選択し、選択した計測値を用いて圧縮機2の制御を行ってもよい。   The compressor control device 26 selects a measured value close to the estimated opening degree VSVest from the measured value VSV_A and the measured value VSV_B regardless of whether or not the difference between the measured value VSV_A and the measured value VSV_B is larger than the threshold value VSVth. Then, the compressor 2 may be controlled using the selected measurement value.

上記制御用計測値決定方法は、可変静翼24の開度の計測値以外にも適用可能である。例えば、上記制御用計測値決定方法は、圧縮機2の入口案内翼(Inlet Guide Vane:IGV)、及び圧縮機2の抽気弁等の開度の計測値にも適用可能である。   The control measurement value determination method can be applied to other than the measurement value of the opening degree of the variable stationary blade 24. For example, the control measurement value determination method can be applied to measurement values of the opening degree of the inlet guide vane (IGV) of the compressor 2 and the bleed valve of the compressor 2.

上記実施形態では、圧縮機2は、2軸式のガスタービンシステム1の圧縮機であるが、1軸式のガスタービンシステムの圧縮機であってもよい。   In the above embodiment, the compressor 2 is a compressor of the two-shaft gas turbine system 1, but may be a compressor of a single-shaft gas turbine system.

圧縮機制御装置26は、圧力比PRに影響を及ぼし得る他の項目をさらに考慮して、推定開度VSVestを算出してもよい。例えば、圧縮機中間冷却等が考慮され得る。この場合、式(5)の右辺に補正項が追加される。   The compressor control device 26 may calculate the estimated opening degree VSVest in consideration of other items that may affect the pressure ratio PR. For example, compressor intercooling can be considered. In this case, a correction term is added to the right side of Equation (5).

推定開度VSVestは、各計測値の状態が静定した場合の性能をもとにした推定式(式(6))を用いて算出されるので、計算に使用される回転数N及び出口圧力Poutの過渡的な応答により、動作が急変した直後では、推定開度VSVestは不正確となるおそれがある。このため、圧縮機制御装置26は、計測値VSV_Aと計測値VSV_Bとの差分が閾値VSVth未満から閾値VSVth以上となったことを判定した(異常発生を検出)場合、不図示のタイマーを動作させ、異常発生の検出から所定時間が経過するまでは、計測値VSV_Aと計測値VSV_Bとの平均値、又は計測値VSV_A及び計測値VSV_Bのうちのいずれか高い値を制御用計測値として決定してもよい。所定時間は、運転状態がある程度安定し、各センサ(特に、圧縮機2の出口に設けられた圧力センサ、及び回転数センサ)が十分に応答すると考えられる時間であり、例えば0.1〜1秒程度である。これにより、推定開度VSVestの算出精度が向上するので、計測値VSV_A及び計測値VSV_Bから異常な計測値を選択する可能性を低減することが可能となる。   Since the estimated opening degree VSVest is calculated using an estimation formula (formula (6)) based on the performance when the state of each measurement value is settled, the rotation speed N and the outlet pressure used for the calculation are calculated. Due to the transient response of Pout, the estimated opening degree VSVest may become inaccurate immediately after the operation suddenly changes. Therefore, when the compressor control device 26 determines that the difference between the measured value VSV_A and the measured value VSV_B is less than the threshold value VSVth to the threshold value VSVth (detects occurrence of an abnormality), it operates a timer (not shown). Until a predetermined time elapses after detection of the occurrence of abnormality, the average value of the measurement value VSV_A and the measurement value VSV_B or the higher one of the measurement value VSV_A and the measurement value VSV_B is determined as the control measurement value. Also good. The predetermined time is a time during which the operating state is stabilized to some extent and each sensor (particularly, the pressure sensor and the rotation speed sensor provided at the outlet of the compressor 2) is considered to respond sufficiently. About seconds. Thereby, since the calculation accuracy of the estimated opening degree VSVest is improved, the possibility of selecting an abnormal measurement value from the measurement value VSV_A and the measurement value VSV_B can be reduced.

圧縮機制御装置26は、圧縮機2の性能に基づく別の式によって推定開度VSVestを算出してもよい。例えば、入口圧力Pinは一定であるとみなし得るので、圧力比PRに代えて、出口圧力Poutが用いられてもよい。この場合、基準圧力比PRrefに代えて、基準時刻の出口圧力Poutが用いられる。また、修正回転数NRに代えて、回転数Nが用いられてもよい。この場合、基準修正回転数NRrefに代えて、基準時刻の回転数Nが用いられる。   The compressor control device 26 may calculate the estimated opening degree VSVest by another formula based on the performance of the compressor 2. For example, since the inlet pressure Pin can be considered to be constant, the outlet pressure Pout may be used instead of the pressure ratio PR. In this case, the outlet pressure Pout at the reference time is used instead of the reference pressure ratio PRref. Further, the rotation speed N may be used instead of the corrected rotation speed NR. In this case, the rotation speed N at the reference time is used instead of the reference correction rotation speed NRref.

1 ガスタービンシステム
2 圧縮機
3 燃焼器
4 高圧タービン
5 低圧タービン
6 発電機
7 回転軸
8 回転軸
21 回転体
22 ハウジング
23 動翼
24 可変静翼(可変機構)
25 アクチュエータ
26 圧縮機制御装置
AX 軸線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas turbine system 2 Compressor 3 Combustor 4 High pressure turbine 5 Low pressure turbine 6 Generator 7 Rotating shaft 8 Rotating shaft 21 Rotating body 22 Housing 23 Rotor blade 24 Variable stationary blade (variable mechanism)
25 Actuator 26 Compressor Controller AX Axis

Claims (7)

圧縮機の可変機構の開度を計測するための2つの変位センサの第1計測値及び第2計測値に基づいて、前記圧縮機の制御を行う圧縮機制御装置であって、
前記圧縮機の出口圧力と、前記圧縮機の回転数と、に基づいて、前記可変機構の開度の推定値である推定開度を算出し、前記第1計測値及び前記第2計測値のうち、前記推定開度に近い計測値を選択し、選択した計測値を用いて前記圧縮機の制御を行う、圧縮機制御装置。
A compressor control device that controls the compressor based on the first measurement value and the second measurement value of two displacement sensors for measuring the opening of the variable mechanism of the compressor,
Based on the outlet pressure of the compressor and the rotation speed of the compressor, an estimated opening that is an estimated value of the opening of the variable mechanism is calculated, and the first measured value and the second measured value are calculated. Among these, the compressor control apparatus which selects the measured value close | similar to the said estimated opening degree, and controls the said compressor using the selected measured value.
基準時刻における出口圧力である基準圧力に対する出口圧力の変化量と、基準時刻における回転数である基準回転数に対する回転数の変化量と、に基づいて、開度目標値からのずれ量を算出し、前記開度目標値及びずれ量に基づいて、前記推定開度を算出する、請求項1に記載の圧縮機制御装置。   Based on the change amount of the outlet pressure with respect to the reference pressure that is the outlet pressure at the reference time and the change amount of the rotation speed with respect to the reference rotation speed that is the rotation speed at the reference time, the deviation amount from the target opening value is calculated. The compressor control device according to claim 1, wherein the estimated opening degree is calculated based on the opening degree target value and the deviation amount. 前記第1計測値、前記第2計測値、前記出口圧力、及び前記回転数のそれぞれを所定の時間間隔で取得し、
前記第1計測値と前記第2計測値との差分が、予め定められた閾値よりも小さい場合に、前記基準圧力を前記出口圧力に基づいて更新し、前記基準回転数を前記回転数に基づいて更新する、請求項2に記載の圧縮機制御装置。
Obtaining each of the first measurement value, the second measurement value, the outlet pressure, and the rotational speed at predetermined time intervals;
When the difference between the first measured value and the second measured value is smaller than a predetermined threshold, the reference pressure is updated based on the outlet pressure, and the reference rotational speed is based on the rotational speed. The compressor control device according to claim 2, wherein the compressor control device is updated.
前記第1計測値と前記第2計測値との差分が、前記閾値よりも大きい場合に、前記基準圧力及び前記基準回転数の更新を停止する、請求項3に記載の圧縮機制御装置。   The compressor control device according to claim 3, wherein when the difference between the first measurement value and the second measurement value is larger than the threshold value, the updating of the reference pressure and the reference rotation speed is stopped. 前記第1計測値と前記第2計測値との差分が、予め定められた閾値よりも大きい場合に、前記第1計測値及び前記第2計測値のうち、前記推定開度に近い計測値を選択し、選択した計測値を用いて前記圧縮機の制御を行う、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の圧縮機制御装置。   When the difference between the first measurement value and the second measurement value is larger than a predetermined threshold value, a measurement value close to the estimated opening degree is selected from the first measurement value and the second measurement value. The compressor control device according to any one of claims 1 to 4, wherein the compressor is selected and controlled using the selected measurement value. 前記出口圧力は、前記圧縮機の入口圧力に対する割合である、請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の圧縮機制御装置。   The compressor control device according to any one of claims 1 to 5, wherein the outlet pressure is a ratio with respect to an inlet pressure of the compressor. 前記回転数は、前記圧縮機の入口温度に基づいて修正された修正回転数である、請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の圧縮機制御装置。   The compressor control device according to any one of claims 1 to 6, wherein the rotation number is a corrected rotation number corrected based on an inlet temperature of the compressor.
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