JP2019511031A - ハイブリッド発電プラントの最適な性能のための動作スケジューリング - Google Patents

ハイブリッド発電プラントの最適な性能のための動作スケジューリング Download PDF

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Abstract

システムは、ハイブリッド発電プラントの１つまたは複数の動作パラメータを表す複数の信号を受信するようにプログラムされたハイブリッド発電プラントコントローラを含む。ハイブリッド発電プラントは、ガスタービンエンジンと、ガスエンジンと、触媒システムとを含む。ハイブリッド発電プラントコントローラは、ハイブリッド発電プラントの性能を最適化するためにハイブリッド発電プラントの１つまたは複数の動作パラメータに基づいて１つまたは複数の動作設定点を生成するために閉ループ最適制御を利用するようにプログラムされている。ハイブリッド発電プラントコントローラはまた、ガスタービンエンジン、ガスエンジン、および触媒システムの動作を制御するために、閉ループ最適制御を使用して、ガスタービンエンジン、ガスエンジン、および触媒システムのそれぞれのコントローラに１つまたは複数の動作設定点を提供する。
【選択図】図１

Description

本明細書で開示される主題は、ハイブリッド発電プラントに関し、より詳細には、ハイブリッド発電プラントの動作制御に関する。
ハイブリッド発電プラント（例えば、ガスエンジンおよびガスタービンなどの燃焼エンジンの組み合わせを含む）は、異なる資源の組み合わせを利用して電力を生成する。これらの資源は、様々な排出物（例えば、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、アンモニア（ＮＨ３））を生成することがある。ハイブリッド発電プラント内の構成要素の数が与えられれば、ハイブリッド発電プラントの監視と動作を改善してその効率を高める新しい方法があり得る。
米国特許出願公開第２０１５／１８４５４９号明細書
出願時の特許請求の範囲に記載される主題と範囲において同等である特定の実施形態が、以下に要約される。これらの実施形態は、特許請求の範囲に記載される主題の範囲を限定しようとするものではなく、むしろ、これらの実施形態は、本主題について考えられる形態の概要を提供しようとするものにすぎない。実際、本主題は、後述される実施形態と同様であってよく、あるいは後述される実施形態から相違してよい種々の形態を包含し得る。
第１の実施形態では、システムは、ハイブリッド発電プラントの１つまたは複数の動作パラメータを表す複数の信号を受信するようにプログラムされたハイブリッド発電プラントコントローラを含む。ハイブリッド発電プラントは、少なくとも１つのガスタービンエンジンと、少なくとも１つのガスエンジンと、少なくとも１つの触媒システムと、を含み、ハイブリッド発電プラントコントローラは、ハイブリッド発電プラントの性能を最適化するためにハイブリッド発電プラントの１つまたは複数の動作パラメータに基づいて１つまたは複数の動作設定点を生成するために閉ループ最適制御を利用するようにプログラムされている。ハイブリッド発電プラントコントローラはまた、少なくとも１つのガスタービンエンジン、少なくとも１つのガスエンジン、および少なくとも１つの触媒システムの動作を制御するために、閉ループ最適制御を使用して、少なくとも１つのガスタービンエンジン、少なくとも１つのガスエンジン、および少なくとも１つの触媒システムのそれぞれのコントローラに１つまたは複数の動作設定点を提供する。
第２の実施形態では、システムは、ガスタービンエンジン、ガスエンジン、および触媒システムを含むハイブリッド発電プラントを含む。触媒システムは、ガスタービンエンジンとガスエンジンの両方からの排出物を処理する。触媒システムは、酸化触媒アセンブリおよび選択的触媒作用の還元（ＳＣＲ）触媒アセンブリを含む。システムは、ハイブリッド発電プラント全体に配置された複数のセンサを含み、複数のセンサは、ハイブリッド発電プラントの複数の動作パラメータを検出する。システムは、ガスタービンエンジン、ガスエンジン、および触媒システムに結合されたコントローラを含み、コントローラは、少なくとも複数のセンサから複数の動作パラメータを表す複数の信号を受信し、ハイブリッド発電プラントの性能を最適化するためにハイブリッド発電プラントの複数の動作パラメータに基づいて複数の動作設定点を生成するために閉ループ最適制御を利用し、ガスタービンエンジン、ガスエンジン、および触媒システムの動作を制御するために、ガスタービンエンジン、ガスエンジン、および触媒システムのそれぞれのコントローラに複数の動作設定点のそれぞれの動作設定点を提供するようにプログラムされている。
第３の実施形態では、方法は、ガスタービンエンジン、ガスエンジン、および触媒システムを有するハイブリッド発電プラントを動作させるステップを含む。本方法は、ハイブリッド発電プラントの複数の動作パラメータを表す複数の信号をプロセッサで受信するステップと、ハイブリッド発電プラントの性能を最適化するために、複数の動作パラメータに基づいて複数の動作設定点を生成するために閉ループ最適制御を、プロセッサを介して利用するステップと、ガスタービンエンジン、ガスエンジン、および触媒システムの動作を制御するために、ガスタービンエンジン、ガスエンジン、および触媒システムのそれぞれのコントローラに複数の動作設定点のそれぞれの動作設定点を、プロセッサを介して提供するステップと、複数の動作設定点のそれぞれの設定点でガスタービンエンジン、ガスエンジン、および触媒システムを、それぞれのコントローラを介して動作させるステップと、を含む。
本主題のこれらの特徴、態様、および利点、ならびに他の特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明を添付の図面を参照しつつ検討することで、よりよく理解されよう。添付の図面においては、図面の全体を通して、同様の符号は同様の部分を表している。
ハイブリッド発電プラントに対するハイブリッド発電プラントコントローラの一実施形態の概略図である。 コントローラ（例えば、電子制御ユニット（ＥＣＵ））の一実施形態のブロック図である。 ハイブリッド発電プラントの動作パラメータに基づいて動作設定点を生成するための、コントローラの機能的動作の概略図である。 ハイブリッド発電プラントの動作を制御するための、コンピュータにより実施される方法の一実施形態のフローチャートである。
以下で、本主題の１つまたは複数の具体的な実施形態を説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供しようと努力しても、実際の実施のすべての特徴を本明細書に記載することができるというわけではない。エンジニアリングまたは設計プロジェクトのような実際の実施の開発においては、開発者の特定の目的を達成するために、例えばシステム関連および事業関連の制約条件への対応など実施に特有の決定を数多くしなければならないし、また、これらの制約条件は実施ごとに異なる可能性があることを理解されたい。さらに、このような開発作業は複雑で時間がかかるかもしれないが、にもかかわらず、この開示の利益を得る当業者にとっては、設計、製作、および製造の日常的な仕事であることを理解されたい。
本主題の様々な実施形態の要素を導入する場合に、単数の表現および「前記」は１つまたは複数の要素があることを意味するものである。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、包括的なものであって、列挙された要素以外の付加的な要素があり得ることを意味するものである。
本開示は、ハイブリッド発電プラントを動作させるための閉ループ最適化制御を利用するシステムおよび方法に関し、ハイブリッド発電プラントの動作パラメータに少なくとも部分的に基づいて、ハイブリッド発電プラントの様々な機器に対して動作設定点（例えば、目標設定点）が設定される。ハイブリッド発電プラントは、ガスタービンエンジンと、ガスエンジンと、触媒システムと、ガスタービンエンジン、ガスエンジンおよび触媒システムに結合されたコントローラ（例えば、ハイブリッド発電プラントコントローラ）と、ハイブリッド発電プラント全体に配置された複数のセンサと、を含むことができる。コントローラは、閉ループ最適制御および動的スケジューラを利用して、ハイブリッド発電プラント内の機器の最適動作設定点を決定する。例えば、コントローラは、触媒システム、ガスエンジン、ガスタービンエンジン、またはこれらの任意の組み合わせのための最適な動作設定点を生成することができる。コントローラは、ガスタービンエンジンの排出物、ガスエンジンの排出物、および触媒システムの排出物を表す入力を受信する。コントローラは、ガスタービンコントローラ、ガスエンジンコントローラ、および触媒システムコントローラからの入力も受信する。いくつかの実施形態では、コントローラは、ガスタービンエンジンに関連する共振周波数、他のハイブリッド発電プラント条件、またはこれらの組み合わせを表す入力を受信することができる。動的スケジューラは、ハイブリッド発電プラントの性能の最適化のための最適動作設定点、戦略適応（例えば触媒の経年変化シナリオ）、規制要件の遵守、コスト節減などのためのモデルベースの制御フレームワークを調整することができる。例えば、最適動作設定点は、タービンが部分負荷で動作している間に送電網によって要求される目標電力出力が要求された場合に、ガスエンジンに対してその全負荷（例えば、最大電力）で動作するように最適化されてもよく、あるいはその逆であってもよい。このように、ガスタービン、ガスエンジン、および触媒システムの動作設定点は、ガスタービン、ガスエンジン、および触媒システムのそれぞれを、プラントの制約（例えば、排出物制限、燃料費、維持費）に基づく最も効率的な動作点に駆動する。
ここで図面を参照すると、図１はハイブリッド発電プラント１０に対するハイブリッド発電プラントコントローラ１２の一実施形態の概略図である。ハイブリッド発電プラント１０は、ガスタービンエンジン１４、ガスエンジン１６（例えば、ピストンエンジン）、および触媒システム１８を含むことができる。ガスタービンエンジン１４、ガスエンジン１６、および触媒システム１８の各々は、コントローラ（例えば、ガスタービンエンジンコントローラ２０、ガスエンジンコントローラ２２、および触媒システムコントローラ２４）にそれぞれ接続されてもよい。以下に詳細に説明するように、ハイブリッド発電プラントコントローラ１２は、閉ループ最適制御を利用して、ガスタービンエンジン１４、ガスエンジン１６、および触媒システム１８のための１つまたは複数の動作設定点（例えば、目標設定点）を生成する。ハイブリッド発電プラントコントローラ１２は、様々な動作パラメータに基づいて１つまたは複数の動作設定点を生成する動的スケジューラを含むことができる。
ハイブリッド発電プラントコントローラ１２は、処理回路（例えば、プロセッサ３４）およびメモリ回路（例えば、メモリ３６）を含む。プロセッサ３４は、ハイブリッド発電プラント１０の動作を実行するための命令を実行することができる。ガスタービンエンジンコントローラ２０、ガスエンジンコントローラ２２、および触媒システムコントローラ２４の各々は、処理回路およびメモリ回路を含むことができる。
ハイブリッド発電プラントコントローラ１２は、ハイブリッド発電プラント１０全体に配置された様々なセンサ２６（例えば、ガスタービンセンサ２８、ガスエンジンセンサ３０、触媒システムセンサ３２）から入力を受信して、動作設定点を生成することができる。動作設定点は、ハイブリッド発電プラント１０の様々な動作パラメータに基づいて、様々なハイブリッド発電プラント１０の構成要素の制御を変更するための最適化された動作パラメータのセットを決定する。例えば、ハイブリッド発電プラントコントローラ１２は、ガスタービンエンジン１４の上流または下流に配置されたガスタービンセンサ２８から入力を受信することができる。ハイブリッド発電プラントコントローラ１２は、ガスタービンエンジン１４の共振周波数を表す入力を受信することができる。したがって、ハイブリッド発電プラントコントローラ１２は、タービンへの損傷またはタービン部品の早期摩耗の原因となる共振周波数を部分的に減少させることに部分的に基づいて、ガスタービンエンジン１４の動作を制御するためのガスタービン動作設定点４０を生成することができる。ハイブリッド発電プラントコントローラ１２は、動作効率（例えば、燃料消費）を表す入力を受信することができる。ハイブリッド発電プラントコントローラ１２は、動作効率に部分的に基づいて、ガスタービンエンジン１４の動作を制御するためのガスタービン動作設定点４０を生成することができる。例えば、ガスタービン動作設定点４０は、少なくとも１つのガスタービンエンジン１４のためのメガワット信号を含むことができる。
ハイブリッド発電プラントコントローラ１２はまた、ガスタービンセンサ２８から受信した入力に加えて、ガスエンジンセンサ３０からの入力を受信することもできる。ハイブリッド発電プラントコントローラ１２は、ガスエンジン１６の上流または下流に配置されたガスエンジンセンサ３０から受信した入力を利用して、排出物の削減、ガスエンジン１６の所望の動作効率、またはその両方に少なくとも部分的に基づいて、ガスエンジン１６の制御動作のためのガスエンジン動作設定点４２を生成することができる。ハイブリッド発電プラントコントローラ１２は、排出物削減、ガスタービンエンジン１４の所望の動作効率、またはその両方に少なくとも部分的に基づいて、ガスタービンエンジン１４の制御動作のためのガスタービン動作設定点４０を生成することができる。動作中に、エンジン（例えば、ガスタービンエンジン１４、ガスエンジン１６）は、エンジン１４、１６の部品（例えば、１つまたは複数のピストンまたはタービン）に駆動力を加えるために使用される燃焼ガスを発生させる。その後に、燃焼ガスは、様々な排出物（例えば、ＮＯｘ、一酸化炭素（ＣＯ）、アンモニア（ＮＨ３）など）を含む排気ガスとしてエンジン１４、１６から出る。ハイブリッド発電プラントコントローラ１２は、エンジン１４、１６の動作中に発生した排出物を削減して、しきい値レベル以下に維持するように動作設定点を生成することができる。ハイブリッド発電プラントコントローラ１２は、ハイブリッド発電プラント１０の最大電力出力と許容可能な排出物のレベルとのバランスを取ることによって、ハイブリッド発電プラント１０の性能を最適化することができる。
ハイブリッド発電プラント１０はまた、触媒システム１８を含むことができる。触媒システム１８は、ガスタービンエンジン１４、ガスエンジン１６、またはガスタービン１４とガスエンジン１６の両方に結合されてもよい。触媒システム１８は、選択的触媒作用の還元（ＳＣＲ）触媒アセンブリ、酸化触媒アセンブリ、任意の他の適切な触媒アセンブリ、またはこれらの組み合わせを含むことができる。さらに、本明細書で開示される実施形態は、１つの触媒システム１８の使用に限定されるものではなく、さらに複数の触媒アセンブリ１８を含むことができることを理解されたい。触媒システム１８は、その触媒活性によりエンジン１４、１６によって生成される排出物を処理するために使用することができる。例えば、ＮＯｘは、気体還元剤（例えば、尿素）により還元されてＮ２、ＣＯ２およびＨ２Ｏを生成することができ、ＮＯｘは無水アンモニアまたは水性アンモニアにより還元されてＮ２およびＨ２Ｏを生成することができる。いくつかの二次反応が無水アンモニアまたは水性アンモニアで起こって、アンモニア硫酸塩およびアンモニア水素硫酸塩が生成されることがある。
ハイブリッド発電プラントコントローラ１２は、触媒システム１８の制御を最適化するための動作設定点を生成することができる。例えば、ハイブリッド発電プラントコントローラ１２は、触媒システム１８の上流または下流に配置された１つまたは複数の触媒センサ３２からの入力を受信することができる。触媒センサ３２は、触媒システム１８からの様々な排出物を検出することができる。ハイブリッド発電プラントコントローラ１２は、触媒システム１８の経年変化、所望の削減レベル、動作温度などに基づいて触媒動作設定点４４を生成することができる。ハイブリッド発電プラント１０の様々な動作パラメータを利用することにより、ハイブリッド発電プラントコントローラ１２は、閉ループ最適制御を利用することによってプラント１０の性能を最適化することができる。ハイブリッド発電プラントコントローラ１２は、上述したように、動的スケジューラを利用して、様々な動作パラメータに基づいて動作設定点を生成するようにプログラムすることもできる。ハイブリッド発電プラントコントローラ１２は、ハイブリッド発電プラント１０からの他の入力も受信することができる。例えば、ハイブリッド発電プラントコントローラ１２は、ガスタービン音響（例えば、周波数）に関する入力７２、ハイブリッド発電プラント１０の他の動作パラメータに対する入力７４、またはこれらの組み合わせを利用することができる。
ハイブリッド発電プラントコントローラ１２はまた、ガスタービンエンジンコントローラ２０（例えば、コントローラ入力６６）、ガスエンジンコントローラ２２（例えば、コントローラ入力６８）、および触媒コントローラ２４（例えばコントローラ入力７０）から受信した他の入力を利用することもできる。例えば、ハイブリッド発電プラントコントローラ１２は、ガスタービンエンジンコントローラ２０、ガスエンジンコントローラ２２、および触媒コントローラ２４からの入力を利用して、ガスタービンエンジン１４、ガスエンジン１６、および触媒システム１８の現在の動作に基づいて動作設定点をそれぞれ調整または最適化することができる。ハイブリッド発電プラント１０の動作を動作設定点に達するように調整するために、ハイブリッド発電プラントコントローラ１２は、動作設定点を生成するための１つまたは複数の制御信号を生成することができる。例えば、ハイブリッド発電プラントコントローラ１２は、ガスタービン制御信号５０を生成することができる。ガスタービン制御信号５０は、ガスタービンエンジン１４のためのメガワット信号を含むことができる。ハイブリッド発電プラントコントローラ１２は、ガスエンジン制御信号５２を生成することができる。ガスエンジン制御信号５２は、ガスエンジン１６の動作パラメータが到達するように調整するための目標となる空気対燃料比を含むことができる。ハイブリッド発電プラントコントローラ１２は、触媒制御信号５４を生成することができる。触媒制御信号５４は、触媒システム１８に注入する還元剤の目標量を含むことができる。上述したように、制御信号５０、５２は、排出物の削減レベル、所望の動作効率、またはこれらの組み合わせに部分的に基づくことができる。
図２は、コントローラ１２（例えば、電子制御ユニット（ＥＣＵ））の一実施形態のブロック図である。コントローラ１２は、ガスタービンエンジンコントローラ２０、ガスエンジンコントローラ２２、および／または触媒コントローラ２４を含むことができる。上述のように、ハイブリッド発電プラントコントローラ１２は、センサ２６によって受信された入力およびハイブリッド発電プラント１０のガスタービン音響（例えば、周波数）および／または他の動作パラメータに少なくとも部分的に基づいて、制御信号（例えば、ガスタービン制御信号５０、ガスエンジン制御信号５２、触媒制御信号５４）を一般に出力する。上述したように、ハイブリッド発電プラントコントローラ１２によって受信された入力は、ハイブリッド発電プラント１０の様々な動作状態を表すことができる。この入力は、ガスタービン１４の排出物の入力（例えば、濃度、排出物）、ガスエンジン１６の排出物の入力（例えば、濃度、排出物）、触媒システム１８の入力（例えば、排気流温度）、ガスタービンエンジンコントローラ２０の入力、ガスエンジンコントローラ２２の入力、触媒コントローラ２４の入力、ガスタービン音響の入力、またはこれらの任意の組み合わせを含むことができる。
コントローラ１２は、非一時的なコードまたは命令を含み、これらは、機械可読媒体（例えば、メモリ６０）に格納され、本明細書で開示される技術を実施するためにプロセッサ６２（例えば、複数のマイクロプロセッサ、１つもしくは複数の「汎用」マイクロプロセッサ、１つもしくは複数の専用マイクロプロセッサ、および／または他のプロセッサ構成）によって使用される。メモリ６０は、様々なテーブルおよび／またはモデル（例えば、ハイブリッド発電プラント１０、触媒システム１８、およびハイブリッド発電プラント１０の各エンジン１４、１６の様々な態様を表し、および／またはシミュレートするソフトウェアモデル）を格納することができる。特定の実施形態では、メモリ６０は、コントローラ１２から全体的または部分的に取り外し可能であってもよい。コントローラ１２は、エンジン入力を含むセンサおよびハイブリッド発電プラント１０の他の構成要素からの１つまたは複数の入力信号（入力１…入力ｎ）を受信し、１つまたは複数の出力信号（出力１…出力ｎ）を出力する。様々な入力信号は、エンジン出力（例えば、温度、流量）、排出物濃度（例えば、ＮＨ３濃度）、触媒システムの状態、ガスタービンエンジンからの音響周波数、またはハイブリッド発電プラント１０の他の動作状態を含むことができる。出力信号は、ガスタービンエンジンの目標メガワット値に到達するためのガスタービン制御信号５０、ガスエンジン１６を調整するために目標とする空気対燃料比を調整するガスエンジン制御信号５２、または触媒システム１８に注入される還元剤の量を制御するための触媒制御信号５４を含むことができる。制御信号５０、５２は、排出物の削減レベル、所望の動作効率、またはこれらの組み合わせに部分的に基づくことができる。コントローラ１２は、１つまたは複数のタイプのモデル（例えば、プロセッサによって実行可能なソフトウェアベースのモデル）を利用することができる。例えば、モデルは、回帰分析モデルなどの統計モデルを含むことができる。回帰分析を使用して、特定の誤差範囲内の将来の傾向をモデル化することができる関数を見いだすことができる。関連付け技術を使用して、変数間の関係を見いだすことができる。また、モデルと共に利用されるデータは、履歴データ、経験的データ、知識ベースのデータなどを含むことができる。
図３は、ハイブリッド発電プラント１０の動作パラメータに基づいて動作設定点５０、５２、５４を生成するための、コントローラ１２の機能的動作の概略図である。コントローラ１２は、ガスタービンセンサ２８およびガスエンジンセンサ３０から、エンジン１４、１６からの排気流の排出物レベルを表す信号を受信する。コントローラ１２は、触媒センサ３２から触媒システムの状態を表す信号を受信することができる。センサ２８、３０、または３２のいずれかは、ガスタービンエンジン１４、ガスエンジン１６、または触媒システム１８の上流または下流にそれぞれ配置されてもよいことが理解されよう。コントローラ１２はまた、ハイブリッド発電プラント１０内に配置された様々なコントローラからの入力も受信する。例えば、コントローラ１２は、ガスタービン１４の動作に関するガスタービンエンジンコントローラ２０からの入力６６を受信することができる。コントローラ１２はまた、ガスエンジン１６の動作に関するガスエンジンコントローラ２２からの入力６８を受信することもできる。コントローラ１２は、触媒システムコントローラ２４から入力７０を受信することができる。入力７０は、触媒システムの経年変化、所望の排出物削減レベル、または触媒システム１８の制御に関係する他の任意の条件に関することができる。コントローラ１２はまた、ガスタービンエンジン１４の共振周波数の入力７２と、ハイブリッド発電プラント１０の他の動作条件を示す入力７４と、を受信する。
例示的な実施形態では、コントローラ１２は、動力学ベースのモデルを使用して、ハイブリッド発電プラント１０の動作を制御するために出力することができる制御信号５０、５２、５４を決定することができる。上述のように、制御信号５０、５２、５４は、ガスタービンエンジン１４、ガスエンジン１６、および触媒システム１８に対する目標動作条件を提供して、ハイブリッド発電プラント１０が所望の動作効率に従って動作するようにすることができる。出力信号は、ガスタービンエンジン１４の目標メガワット値、目標排出物削減レベル、目標動作効率、またはこれらの組み合わせに到達するためのガスタービン制御信号５０を含むことができる。ガスエンジン制御信号５２は、ガスエンジン１６を調整するための目標空気対燃料比、目標排出物削減レベル、目標動作効率、またはこれらの組み合わせを調整することができる。触媒制御信号５４は、触媒システム１８に注入される還元剤の量を制御する。動作中のいつでも、オペレータは、本明細書で説明するようにコントローラ１２の自動制御シーケンスを中断して、制御信号５０、５２、５４によって生成された最適化された動作条件から動作パラメータを手動で変更することができる。
図４は、ハイブリッド発電プラント１０の動作を制御するためのコンピュータにより実施される方法８０の一実施形態のフローチャートである。方法８０のステップの全部または一部は、コントローラ１２によって（例えば、プロセッサ６２を利用してプログラムを実行し、メモリ６０に格納されたデータにアクセスすることによって）実行することができる。方法８０は、ガスタービンエンジン排出物入力を受信するステップ（ブロック８２）、およびガスタービン制御入力を受信するステップ（ブロック８４）を含む。方法８０は、ガスエンジン排出物入力を受信するステップ（ブロック８６）、およびガスエンジン制御入力を受信するステップ（ブロック８８）を含む。方法８０は、触媒排出物入力を受信するステップ（ブロック９０）、および触媒制御入力を受信するステップ（ブロック９２）を含む。方法８０は、ガスタービン音響入力を受信するステップ（ブロック９４）、および他の入力を受信するステップ（ブロック９６）を含む。方法８０は、受信した入力を利用し、ガスタービンエンジンの最適動作条件を決定することによって、ガスタービンエンジンの動作設定点を決定するステップ（ブロック９８）を含む。方法８０は、受信した入力を利用し、ガスエンジンの最適動作条件を決定することによって、ガスエンジン動作設定点を決定するステップ（ブロック１００）を含む。方法８０は、受信した入力を利用し、触媒システムの最適動作条件を決定することによって、触媒システムの動作設定点を決定するステップ（ブロック１０２）を含む。方法８０は、動作設定点を生成するためにモデルを使用するステップを含む。方法８０は、ガスタービンエンジン制御動作を出力するステップ（ブロック１０４）、ガスエンジン制御動作を出力するステップ（ブロック１０６）、および触媒システム制御動作を出力するステップ（ブロック１０８）を含む。方法８０はその全体が実施されてもよいし、または方法８０は部分的に実施されてもよいことが理解されよう。例えば、いくつかの実施形態では、出力制御動作の一部のみ（例えば、ガスタービン設定点の決定）を実施して、他の出力制御動作（例えば、ガスエンジン設定点の決定）を実施しないことが望ましい場合がある。
本主題の技術的効果には、動的スケジューラおよびコントローラを利用して、ハイブリッド発電プラント内の機器の最適動作設定点を決定することが含まれる。コントローラは、触媒システム、ガスエンジン、ガスタービンエンジン、またはこれらの任意の組み合わせのための最適な動作設定点を生成する。コントローラは、ガスタービンエンジン排出物、ガスエンジン排出物、および触媒システム排出物を表す入力と、ガスタービンコントローラからの入力と、ガスエンジンコントローラからの入力と、触媒システムコントローラからの入力と、を受信する。コントローラは、ガスタービンエンジンに関連する共振周波数、他のハイブリッド発電プラント条件、またはこれらの組み合わせを表す入力を受信することができる。
本明細書は、本主題を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本主題を実施することができるように実施例を用いており、任意の装置またはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本主題の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定められ、当業者であれば想到できる他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の文言から相違しない構造要素を有しており、あるいは特許請求の範囲の文言から実質的に相違しない同等な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。
１０ ハイブリッド発電プラント
１２ ハイブリッド発電プラントコントローラ
１４ ガスタービンエンジン
１６ ガスエンジン
１８ 触媒システム、触媒アセンブリ
２０ ガスタービンエンジンコントローラ
２２ ガスエンジンコントローラ
２４ 触媒システムコントローラ
２６ センサ
２８ ガスタービンセンサ
３０ ガスエンジンセンサ
３２ 触媒システムセンサ
３４ プロセッサ
３６ メモリ
４０ ガスタービン動作設定点
４２ ガスエンジン動作設定点
４４ 触媒動作設定点
５０ ガスタービン制御信号
５２ ガスエンジン制御信号
５４ 触媒制御信号
６０ メモリ
６２ プロセッサ
６６ コントローラ入力
６８ コントローラ入力
７０ コントローラ入力
７２ 入力
７４ 入力
８０ コンピュータにより実施される方法

Claims (20)

  1. システムであって、
    少なくとも１つのガスタービンエンジン（１４）と、少なくとも１つのガスエンジン（１６）と、少なくとも１つの触媒システム（１８）と、を含むハイブリッド発電プラント（１０）の１つまたは複数の動作パラメータを表す複数の信号を受信するようにプログラムされたハイブリッド発電プラントコントローラ（１２）を含み、前記ハイブリッド発電プラントコントローラ（１２）は、前記少なくとも１つのガスタービンエンジン（１４）、前記少なくとも１つのガスエンジン（１６）、および前記少なくとも１つの触媒システム（１８）の動作を制御するために、前記ハイブリッド発電プラント（１０）の性能を最適化し、前記少なくとも１つのガスタービンエンジン（１４）、前記少なくとも１つのガスエンジン（１６）、および前記少なくとも１つの触媒システム（１８）のそれぞれのコントローラに１つまたは複数の動作設定点を提供するように、前記ハイブリッド発電プラント（１０）の前記１つまたは複数の動作パラメータに基づいて、閉ループ最適制御を利用して前記１つまたは複数の動作設定点を生成するようにプログラムされている、システム。
  2. 前記ハイブリッド発電プラントコントローラ（１２）は、前記１つまたは複数の動作パラメータに基づいて、前記１つまたは複数の動作設定点を生成するために、動的スケジューラを利用するようにプログラムされている、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記ハイブリッド発電プラントコントローラ（１２）は、排出物および効率の関数として前記ハイブリッド発電プラント（１０）の前記性能を最適化するようにプログラムされている、請求項１に記載のシステム。
  4. 前記ハイブリッド発電プラントコントローラ（１２）は、前記発電プラントからの排出物を最小限に抑えながら、前記ハイブリッド発電プラント（１０）の電力出力を最大化することによって前記ハイブリッド発電プラント（１０）の前記性能を最適化するようにプログラムされている、請求項３に記載のシステム。
  5. 前記少なくとも１つの触媒システム（１８）における触媒活性の経年変化に応答して、前記ハイブリッド発電プラント（１０）の前記性能を最適化するようにプログラムされている、請求項１に記載のシステム。
  6. 前記１つまたは複数の動作パラメータは、前記ハイブリッド発電プラント（１０）の排出物レベルを含む、請求項１に記載のシステム。
  7. 前記１つまたは複数の動作パラメータは、前記少なくとも１つの触媒システム（１８）による処理前の前記少なくとも１つのガスタービンエンジン（１４）からの排出物レベルと、前記少なくとも１つの触媒システム（１８）による処理前の前記少なくとも１つのガスエンジン（１６）からの排出物レベルと、前記少なくとも１つの触媒システム（１８）による処理後の前記少なくとも１つのガスタービンエンジン（１４）および前記少なくとも１つのガスエンジン（１６）の両方からの排出物レベルと、を含む、請求項６に記載のシステム。
  8. 前記１つまたは複数の動作パラメータは、前記ハイブリッド発電プラント（１０）の構成要素の制御信号を含む、請求項６に記載のシステム。
  9. 前記制御信号は、前記少なくとも１つのガスタービンエンジン（１４）のメガワット信号、前記ガスエンジン（１６）の空気対燃料比、および少なくとも１つの触媒システム（１８）に注入される還元剤の量を含む、請求項８に記載のシステム。
  10. 前記１つまたは複数の動作パラメータは、ガスタービン動力学およびガスタービン音響を含む、請求項８に記載のシステム。
  11. 前記少なくとも１つのガスタービンエンジン（１４）、前記少なくとも１つのガスエンジン（１６）、および前記少なくとも１つの触媒システム（１８）を含む前記ハイブリッド発電プラント（１０）を含む、請求項１に記載のシステム。
  12. 前記少なくとも１つの触媒システム（１８）は、酸化触媒アセンブリおよび選択的触媒作用の還元触媒アセンブリを含む、請求項１１に記載のシステム。
  13. ハイブリッド発電プラント（１０）であって、
    ガスタービンエンジン（１４）と、
    ガスエンジン（１６）と、
    前記ガスタービンエンジン（１４）および前記ガスエンジン（１６）の両方からの排出物を処理するように構成された触媒システム（１８）であって、酸化触媒アセンブリおよび選択的触媒作用の還元（ＳＣＲ）触媒アセンブリを含む触媒システム（１８）と、
    前記ハイブリッド発電プラント（１０）全体に配置され、前記ハイブリッド発電プラント（１０）の複数の動作パラメータを検出するように構成された複数のセンサ（２６，２８，３０，３２）と、
    前記ガスタービンエンジン（１４）、前記ガスエンジン（１６）、および前記触媒システム（１８）に結合されたコントローラであって、少なくとも前記複数のセンサ（２６，２８，３０，３２）から前記複数の動作パラメータを表す複数の信号を受信し、前記ハイブリッド発電プラント（１０）の性能を最適化するために前記ハイブリッド発電プラント（１０）の前記複数の動作パラメータに基づいて複数の動作設定点を生成するために閉ループ最適制御を利用し、前記ガスタービンエンジン（１４）、前記ガスエンジン（１６）、および前記触媒システム（１８）の動作を制御するために、前記ガスタービンエンジン（１４）、前記ガスエンジン（１６）、および前記触媒システム（１８）のそれぞれのコントローラに前記複数の動作設定点のそれぞれの動作設定点を提供するようにプログラムされているコントローラと、を含むハイブリッド発電プラント（１０）。
  14. 前記それぞれのコントローラは、
    前記ガスタービンエンジン（１４）に結合され、前記ガスタービンエンジン（１４）の動作を制御するようにプログラムされたガスタービンエンジンコントローラ（２０）と、
    前記ガスエンジン（１６）に結合され、前記ガスエンジン（１６）の動作を制御するようにプログラムされたガスエンジンコントローラ（２２）と、
    前記触媒システム（１８）に結合され、前記触媒システム（１８）の動作を制御するようにプログラムされた触媒コントローラ（２４）と、を含む、請求項１３に記載のハイブリッド発電プラント（１０）。
  15. 前記コントローラは、前記ガスタービンエンジンコントローラ（２０）からのガスタービンエンジン制御入力信号、前記ガスエンジンコントローラ（２２）からのガスエンジン制御入力信号、および前記触媒コントローラ（２４）からの触媒制御入力信号を受信するようにプログラムされ、前記コントローラは、前記ハイブリッド発電プラント（１０）の性能を最適化するために、前記ガスタービンエンジン制御入力信号、前記ガスエンジン制御入力信号、および前記触媒制御入力信号、ならびに前記ハイブリッド発電プラント（１０）の前記複数の動作パラメータに基づいて、前記複数の動作設定点を生成するようにプログラムされている、請求項１４に記載のハイブリッド発電プラント（１０）。
  16. 前記ガスタービンエンジン制御入力信号は、前記ガスタービンエンジン（１４）のメガワット信号、前記ガスエンジン（１６）の空気対燃料比、および前記触媒システム（１８）に注入される還元剤の量を含む、請求項１５に記載のハイブリッド発電プラント（１０）。
  17. 前記複数のセンサ（２６，２８，３０，３２）によって検出された前記１つまたは複数の動作パラメータは、前記少なくとも１つの触媒システム（１８）による処理前の前記ガスタービンエンジン（１４）からの排出物レベルと、前記触媒システム（１８）による処理前の前記ガスエンジン（１６）からの排出物レベルと、前記触媒システム（１８）による処理後の前記ガスタービンエンジン（１４）および前記ガスエンジン（１６）の両方からの排出物レベルと、を含む、請求項１３に記載のハイブリッド発電プラント（１０）。
  18. 前記複数の動作設定点は、前記ガスタービンエンジン（１４）のための第１の動作設定点と、前記ガスエンジン（１６）のための第２の動作設定点と、前記触媒システム（１８）用のための第３の動作設定点と、を含み、前記第１の動作設定点は、前記ガスタービンエンジン（１４）に対して燃料消費を最小限に抑えながら電力出力を最大にさせ、前記第２の動作設定点は、前記ガスエンジン（１６）に対して燃料消費を最小限に抑えながら電力出力を最大にさせ、前記第３の動作設定点は、前記触媒システム（１８）に対して前記ガスタービンエンジン（１４）と前記ガスエンジン（１６）の両方からの排出物の変換を最大にさせる、請求項１７に記載のハイブリッド発電プラント（１０）。
  19. 前記コントローラは、前記複数の動作パラメータに基づいて前記複数の動作設定点を生成するために動的スケジューラを利用するようにプログラムされている、請求項１３に記載のハイブリッド発電プラント（１０）。
  20. ガスタービンエンジン（１４）と、ガスエンジン（１６）と、触媒システム（１８）と、を含むハイブリッド発電プラント（１０）を動作させる方法（８０）であって、
    前記ハイブリッド発電プラント（１０）の複数の動作パラメータを表す複数の信号をプロセッサで受信するステップと、
    前記ハイブリッド発電プラント（１０）の性能を最適化するために、前記複数の動作パラメータに基づいて複数の動作設定点を生成するために閉ループ最適制御を、前記プロセッサを介して利用するステップと、
    前記ガスタービンエンジン（１４）、前記ガスエンジン（１６）、および前記触媒システム（１８）の動作を制御するために、前記ガスタービンエンジン（１４）、前記ガスエンジン（１６）、および前記触媒システム（１８）のそれぞれのコントローラに前記複数の動作設定点のそれぞれの設定点を、前記プロセッサを介して提供するステップと、
    前記複数の動作設定点の前記それぞれの設定点で前記ガスタービンエンジン（１４）、前記ガスエンジン（１６）、および前記触媒システム（１８）を、それぞれのコントローラを介して動作させるステップと、を含む方法（８０）。
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