JP3782838B2 - ガスタービンを運転する方法及びガスタービン制御システム - Google Patents
ガスタービンを運転する方法及びガスタービン制御システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP3782838B2 JP3782838B2 JP09575795A JP9575795A JP3782838B2 JP 3782838 B2 JP3782838 B2 JP 3782838B2 JP 09575795 A JP09575795 A JP 09575795A JP 9575795 A JP9575795 A JP 9575795A JP 3782838 B2 JP3782838 B2 JP 3782838B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- turbine
- signal
- temperature error
- fuel
- error signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
- F02C9/26—Control of fuel supply
- F02C9/28—Regulating systems responsive to plant or ambient parameters, e.g. temperature, pressure, rotor speed
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2270/00—Control
- F05D2270/01—Purpose of the control system
- F05D2270/08—Purpose of the control system to produce clean exhaust gases
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Control Of Turbines (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Description
【産業上の利用分野】
本発明は、一般的にはガスタービンに関し、特に、負荷が変化する状態の間にガスタービンからの窒素酸化物(NOx)、未燃焼炭化水素及び一酸化炭素(CO)等の望ましくない放出物(エミッション)を低減させるようにタービンを運転する方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
通常、発電機に連結されたガスタービンが発電用途に用いられている。ガスタービンは迅速に始動し、運転時の負荷に相応しい速度までもっていくことができるので、このようなユニットは通常、グリッド・ピーク負荷(即ち、一定なグリッド・ベース負荷を超える電力要求スパイク)に対処するために用いるのに、蒸気タービン・システムよりも有効であると考えられている。そのため、ガスタービンは通常、変動負荷環境で使用され、このような場合、ガスタービンは電力需要の頻繁な増減に応答しなければならない。
【0003】
ガスタービンにおける燃焼過程からの望ましくない放出物を低減させるために、ガスタービンの運転を最適化することが望ましい。例えば、ガスタービンの燃焼過程の結果として、窒素酸化物(NOx)、未燃焼炭化水素及び一酸化炭素(CO)等の放出物が発生する。このような望ましくない放出物を、タービンの反応区域の温度を制御することによって最小限に抑えることができる。この温度は、一方で、タービンの燃焼室に供給される可燃混合物の燃料空気比(FAR(fuel-air ratio))と密接に関連している。従って、最適な燃料空気比(FAR)を維持することで、タービンからの望ましくない放出物が最小限に抑えられる。更に、最適な燃料空気比(FAR)を維持することは、ガスタービンの燃焼システムの運転適性を最適にすることにも有利である。
【0004】
現在のガスタービン制御システムは、分散制御の戦略をとっているのが典型的である。即ち、タービンへの燃料供給及びタービンへの空気供給を、タービン性能の異なるパラメータの測定値を参照することにより制御する。このような分散制御システムでは、燃料制御ループと空気制御ループとでの応答時間が異なることになり、その結果、過渡負荷状態の間に燃料空気比(FAR)が変動することになり、又、望ましくない放出物及び内部燃焼音が増加する。
【0005】
例えば、典型的なガスタービン・コントローラでは、タービンへの燃料供給を主として、タービンパワー出力をそのタービンで駆動される発電機への電気負荷要求と合致させることを追求するフィードバック・ループを介して制御する。このフィードバックは、典型的にはタービン速度を介してのものであり、速度誤差信号(即ち、測定されたタービン速度の基準(又は設定点)値からの変動)を処理して、タービンへの燃料供給を適切に増減させる。このようなシステムにおけるタービンへの空気供給は典型的には、圧縮機空気流の幾何形状(これは、実際のタービン排気温度と、排気温度に関する基準値との誤差に基づいて制御される。)によって決定される。圧縮機入口案内ベーンを、最適な排気温度を得るのに必要なだけタービンへの空気流を増減するように位置調節する。従って、タービンにかかる負荷の変化の結果として、タービンへの燃料流れの調節の応答の方が、空気流れの調節の応答よりも速くなり、この状態は、燃料流れ変化の効果がタービンの排気温度の変化として現れるまで変わらない。
【0006】
定常状態運転(負荷要求の変化なし)においてでさえ、制御システムのノイズ(例えば、感知タービン速度の変動若しくは排気温度の変動)又はグリッド周波数変動の結果として、制御システムは燃料流れと空気流れとを頻繁に変化させるおそれがある。
通常用いられているガスタービン制御システムにおいて、燃料供給制御と空気供給制御との間の遅れ(即ち、現在の制御システムでは燃料が空気に先行する。)から生じる燃料空気比(FAR)の変動を少なくする努力はほとんどがうまくいっていない。例えば、空気流れループの利得を増加させるか、燃料ループの利得を減少させるか、又は両方を行うことにより、上述の遅れを少なくしようとすると、制御システムは通常、振動の大きな、不安定領域に近い応答領域に入る。
【0007】
従って、本発明の目的は、定常状態又は過渡運転中にガスタービンの望ましくない放出物を最小限に抑えるガスタービンの制御方法及び装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、特にタービン負荷の過渡状態の間に、タービンに供給される可燃混合物に実質的に一定の燃料空気比を維持するガスタービンの制御方法及び装置を提供することにある。
【0008】
本発明の他の目的は、ガスタービン燃料供給(即ち、燃料流れ)制御信号と、空気供給(即ち、空気流れ)制御信号とを、これらの信号を一層緊密に関連させてタービン燃料空気比を所望の範囲内に維持するように協調させ、こうして望ましくない放出物を低減させると共に、タービン燃焼器の運転可能範囲及び使用寿命を増加することによりタービン性能及び運転適性を改良する。
【0009】
【発明の概要】
本発明によれば、燃焼過程における窒素酸化物(NOx)及び一酸化炭素(CO)等の望ましくない放出物を低減させると共に音圧振動を低減させるようにガスタービンを運転する方法が、タービンに供給される燃料空気可燃混合物の燃料空気比(FAR)を約0.007〜0.035の選択された範囲内に維持するようにタービンへの燃料供給信号及び空気供給信号のそれぞれの変調を協調させる工程を含んでいる。この燃料空気比値(ポンド/秒での燃料流れ対ポンド/秒での空気流れの比)の範囲は、全速力、無負荷状態でのFARと、ベース負荷状態(タービンに全負荷)でのFARとをそれぞれほぼ反映するものである。
【0010】
好適な実施例では、燃料空気比(FAR)を選択された範囲内に維持するように燃料供給信号及び空気供給信号の変調を協調させる工程は、実際のタービン速度を基準値と比較することにより速度誤差信号を発生する工程と、実際のタービン排気温度を基準温度と比較することにより予備タービン排気温度誤差信号を発生する工程と、この速度誤差信号に従ってタービン燃料供給(又は燃料流れ)制御信号を生成する工程と、前述の予備タービン排気温度誤差信号をタービン速度誤差信号に従って修正することにより、協調したタービン排気温度誤差信号を発生する工程と、この協調したタービン排気温度誤差信号に従ってタービン空気供給(又は空気流れ)信号を生成する工程とを含んでいる。協調したタービン排気温度誤差信号を用いて、前述のタービン燃料供給信号とタービン空気供給信号との間の協調をとり、こうしてガスタービンに供給される可燃混合物の燃料空気比(FAR)を所望の選択された範囲内に維持する。例えばガスタービンの常用負荷での運転状態全体にわたっての過渡状態の間、実質的に一定の燃料空気比(FAR)を維持する。
【0011】
前述の協調したタービン排気温度誤差信号を発生する工程は、前述の速度誤差信号を処理して温度誤差修正信号を発生する工程を含んでいる。温度誤差信号は典型的には、温度誤差の度数として表されるので、温度誤差信号を予備タービン排気温度誤差信号に加算すると、協調したタービン排気温度誤差信号が得られる。
【0012】
燃料供給信号は典型的には、アクチュエータに送られて、タービン燃料供給システムにおける燃料ストローク基準信号を調節し、又、空気供給制御信号はアクチュエータに送られて、タービンの入口案内ベーンの角度を調節する。
放出物の少ない(low emission)ガスタービン制御システムは、タービン制御ユニットを含んでおり、このタービン制御ユニットは、複数のタービン運転パラメータ信号を受け取るようにガスタービンに接続されていると共に、選択された対応する調節機能制御信号をガスタービンに与えるようにガスタービンに更に接続されている。タービン制御ユニットは、タービンの燃焼室に入る可燃混合物の燃料空気比FARが定常状態及び過渡状態の運転中に、選択された範囲内に維持されるように、タービン燃料供給及びタービン空気供給の変調を協調させる手段を含んでいる。この燃料及び空気供給の制御を協調させる手段は、それぞれの信号がタービンに送られる前に、タービン燃料供給制御信号に従ってタービン空気供給制御信号を修正する手段を含んでいる。
【0013】
タービン燃料供給及びタービン空気供給の制御を協調させる手段は、燃料供給コントローラと、空気供給コントローラとを有しているタービン制御処理ユニットを含んでいる。燃料供給コントローラは、タービン速度誤差信号を発生する第1の処理手段に接続されており、空気供給コントローラは、予備タービン排気温度誤差信号を発生する第2の処理手段に接続されている。タービン制御処理ユニットは更に、燃料供給コントローラ及び空気供給コントローラにそれぞれ接続されているクロス・チャンネル・コントローラを含んでいる。クロス・チャンネル・コントローラは、タービン速度誤差信号を選択された伝達関数に従って処理して温度誤差修正信号を発生する手段を含んでいる。空気供給コントローラは更に、予備温度誤差信号を温度誤差修正信号で修正して協調したタービン排気温度誤差信号を発生する手段、例えば上述の2つの信号を加算する加算回路を含んでいる。
【0014】
【実施例】
本発明の新規と考えられる特徴は、特許請求の範囲に記載した通りである。本発明の構成及び動作方法をその目的及び効果と共に更に明瞭にするために、以下に図面を参照しながら、本発明を具体的に説明する。
図1は本発明による低放出物ガスタービン制御システムのブロック図である。
【0015】
図1に示すように、低放出物ガスタービン制御システム100は、ガスタービン50に連結されたタービン制御ユニット110を含んでいる。ガスタービン50は、燃料と空気との可燃混合物を燃焼室(図示していない)で燃焼させる機関を含んでいる。可燃混合物の燃焼により取り出されたエネルギの少なくとも一部が、膨張するガス混合物によって抽出され、その膨張ガス混合物はタービン・ブレードを通過し、そのブレードによって駆動軸が回転する。タービンは通常、駆動軸を介して発電機等の負荷に連結されている。
【0016】
燃焼したガス混合物はタービンから排出され、典型的には大気中に放出される。排気ガスの温度は、タービンの燃焼室内の反応区域の温度の関数であり、タービン制御ユニット110に接続されている熱電対等から成っている温度センサ112によって典型的には測定される。
タービン50のパワー出力は、タービン50によって駆動される発電機に課せられた電気負荷によって決定される。タービン速度等のパラメータが、制御ユニット110に接続されている1つ以上の速度センサ113によって検出される。典型的には、タービン50は更に、電気負荷(ワット)を検出する1つ以上のセンサ114を含んでおり、1つ以上のセンサ114は、同じく制御ユニット110に接続されている。
【0017】
制御ユニット110は、速度誤差回路120と、タービン排気温度誤差回路130と、速度誤差回路120に接続されている燃料供給コントローラ140と、排気温度誤差回路130に接続されている空気供給コントローラ150と、燃料供給コントローラ140及び空気供給コントローラ150にそれぞれ接続されているクロス・チャンネル・コントローラ160とを含んでいる。燃料供給コントローラ140と、空気供給コントローラ150とは、ガスタービン50にそれぞれ接続されており、タービン50の燃焼室に導入される可燃混合物を形成している燃料及び空気の導入をそれぞれ支配するアクチュエータを制御する。燃料供給コントローラ140と、空気供給コントローラ150とは、タービン燃焼器への燃料流れ及び空気流れを制御する手段をそれぞれ含んでいる。
【0018】
速度誤差回路120は、タービン速度誤差(エラー)信号を発生するプロセッサを含んでいる。このような誤差信号は、測定パラメータ(本実施例では、実際のタービン速度)の実測値をタービン速度に関する基準(又は設定点)値と比較することにより発生される。速度誤差回路120は、センサ113から実際のタービン速度信号(このような信号に濾波、その他の処理をしてもよい。但し、フィルタ回路は図示していない。)を受け取るように接続されており、所望の質の信号を発生する。実際のタービン速度出力信号が速度誤差回路120において、タービン速度に関する基準値と比較される。速度基準プロセッサ122が、所定の運転環境(例えば、所定量の電力を配電する運転環境)に関する基準(又は設定点)値を与える。典型的にはタービン運転者がこの基準値を選択する。速度誤差回路120によって発生されたタービン速度誤差信号は、燃料供給コントローラ140に印加される。又は、上述したタービン速度フィードバック系統に加えて、センサ114からの電気負荷フィードバックを速度誤差回路120に接続して負荷調節を向上させる。
【0019】
タービン排気温度誤差回路130は、予備タービン排気温度誤差信号を発生するプロセッサを含んでいる。このような誤差信号は、タービン排気温度の実測値をタービン排気温度に関する基準(又は設定点)値と比較することにより発生される。排気温度誤差の基準値は、温度基準プロセッサ132において決定されており、典型的には、タービン圧縮機吐出し圧、外気温度等の種々のパラメータの関数である。タービン排気温度誤差回路130は、センサ112からの実際のタービン排気温度信号を受け取るように接続されている。タービン排気温度誤差回路130が発生する誤差信号をここでは、「予備」タービン排気温度誤差信号と称するのは、この信号はまだ、本発明に従って、燃料供給コントローラ130が発生する燃料供給制御信号と、空気供給コントローラ150が発生する空気供給制御信号とを所望通りに協調させるように修正されていないからである。速度誤差回路120は空気供給コントローラ150に接続されているので、この予備タービン排気温度誤差信号は空気供給コントローラ150に印加される。
【0020】
燃料供給コントローラ140は典型的には、制御ループ・レギュレータ142、例えば比例積分アルゴリズム制御ループ・レギュレータを含んでおり、このレギュレータにおいて、タービン速度誤差信号は、選択された伝達関数(図面では、K1 (s) として示す。)に従って処理されて燃料流れ信号を発生する。こうして、例えば、タービンの実際の速度が基準(又は設定点)速度よりも低いことを示す速度誤差信号が燃料供給コントローラ140で処理されて、対応する燃料流れ信号を発生し、タービンへの燃料流れを増加させて、タービンを基準速度での運転に戻す。調節機能プロセッサ142は典型的には、タービンの燃料供給システムにおける燃料制御弁のストロークを制御するアクチュエータ52に接続されているので、タービン燃焼器への燃料流れは、制御ループ・レギュレータ142で発生された燃料流れ制御信号に対応している。
【0021】
本発明によれば、クロス・チャンネル・コントローラ160は燃料供給コントローラ140に接続されており、燃料供給コントローラ140からタービン速度誤差信号を受け取る。クロス・チャンネル・コントローラ160は典型的には、タービン速度誤差信号を選択された伝達関数に従って処理して温度誤差修正信号を発生するように構成されているデジタル・コントローラを含んでいる。本発明の一実施例では、温度誤差修正信号は温度誤差の度数(例えば、華氏の度数°F)として表現されるので、温度誤差修正信号を排気温度誤差回路130によって発生される予備タービン排気温度誤差信号と簡単に組み合わせることができる。速度誤差信号に適用される特定の伝達関数は、速度誤差信号の対応する度数表示の温度誤差信号への適当な変換を行うように選択されている。即ち、対応する度数表示の温度誤差信号は、排気温度誤差回路130によって発生される予備タービン排気温度誤差信号に加えられたときに、燃料供給制御信号と空気供給制御信号との間の遅れを所望通りに減少させ、このようにして可燃混合物の燃料空気比を選択された範囲内に維持するようなものである。所定のタービン設備に対して用いられる特定の伝達関数は、その特定形状のタービンの空気及び燃料チャンネルの過渡応答を合致させるように選択されている。
【0022】
クロス・チャンネル・コントローラ160に用いられる伝達関数の一例は、次のように表すことができる。
H(s)=A/(Bs+1)
ここで、H(s)は伝達関数を表し、Aは利得(ゲイン)を表し、Bは時定数を表し、sはラプラス変数を表す。
【0023】
この伝達関数は、温度誤差を比例形式で且つ時間の関数として修正することにより、タービンの所望の制御を行う。簡単に述べると、補正量は「A」(ゲイン)によって支配されており、補正を行う時間は「B」(時定数)によって支配されている。他の伝達関数(例えば、(As+1)/(Bs+1))も特定の設備に適当なものとして用いることができる。用いられる特定の伝達関数にかかわりなく、クロス・チャンネル・コントローラは度数表示の温度誤差信号を発生し、この信号は、予備タービン排気温度誤差信号と共に導入されたときに、燃料空気比(FAR)を所望の範囲に維持するタービン燃料供給及び空気供給の協調を達成する協調済み(coordinated )温度誤差信号を発生する。更に、各伝達関数H(s)について、タービンを空気供給制御信号の余りに大きな瞬時変化から保護するように、出力信号に限界を設定することが典型的である。例えば、温度誤差修正信号が最大値(本実施例では、例えば25°F)以下となるように、伝達関数を選択することが典型的である。
【0024】
空気供給コントローラ150は、加算回路152を含んでいる。加算回路152は、誤差回路130によって発生される予備タービン排気温度誤差信号と、温度誤差修正信号とをそれぞれ受け取り、予備タービン排気温度誤差信号を温度誤差修正信号で修正するように接続されている。典型的には、このような修正は、(例えば、温度誤差修正信号が温度誤差の度数で表示されている場合には)2つの信号を共に加算することにより行われる。こうして得られた修正済み信号は、協調済みタービン排気温度誤差信号を構成している(このように呼ぶのは、温度誤差信号が今や、速度誤差信号からの協調入力を反映するように修正されているからである。)。
【0025】
空気供給コントローラ150は更に、調節機能プロセッサ154を含んでいる。調節機能プロセッサ154は、協調済みタービン排気温度誤差信号を受け取り、その協調済み温度誤差信号を選択された伝達関数(図面では、K2 (s) として示す。)に従って処理して、空気供給信号を発生するように接続されている。従って、例えば、タービンが基準(又は設定点)温度よりも高温になっていることを示す協調済み排気温度誤差信号が、空気供給コントローラ150で処理されて、対応する空気供給信号を発生し、タービンへの空気流れを増加させて、タービン排気温度を基準値に戻す。空気供給コントローラ150は空気流れアクチュエータ54に接続されているので、空気流れ制御信号はアクチュエータ54に送られて、タービン50の入口案内ベーンの角度を制御する。
【0026】
運転時には、本発明のクロス・チャンネル・コントローラは、燃焼過程における音圧振動を低減させることにより、並びに特にタービンが発電機の負荷の変化に応答しつつある過渡状態の間に、ガスタービン50からの窒素酸化物及び一酸化炭素の望ましくない放出物を低減させることにより、タービン性能を改善する。タービンへの燃料供給及び空気供給の両方を能動的(アクティブ)に変調する過渡運転中に、燃料空気比(FAR)は選択された範囲内で実質的に一定に保たれる。ほとんどのタービンにおいて、低い負荷状態では、空気供給は一定に保持される(即ち、入口案内ベーンを動かさず、燃料供給のみを変調する。)。これは、燃料供給を変化させるにつれて、燃料空気比FARに大きな変動が生じる状況である。しかしながら、タービン運転において最も関心を払うべきものは、タービンへの電気負荷が変化する場合のような、負荷状態にあるタービン運転である。この運転方式においては、タービン燃料供給及び空気供給の両方を変調し、そして本発明によれば、この過渡運転の間に、燃料空気比FARを比較的一定に維持することができる。定常状態燃料空気比FARは、全速力、無負荷状態(即ち、いつタービンに負荷をかけてもよい状態)での0.007からベース負荷状態(即ち、タービンに全負荷がかかっている状態)での0.035までの範囲内に維持される。
【0027】
特に過渡運転中に燃料空気比FARを実質的に一定に維持すると、音圧振動の大きさと、ガスタービンからの放出物とが減少する。本発明に従ってタービンへの燃料供給及び空気供給の変調を協調制御する結果として生じる燃料空気比FARの変動の大きさは、本発明のクロス・チャンネル式燃料及び空気供給制御を行わないコントローラで観察されるFAR変動の大きさの約1/3から1/4である。従って、例えば、燃料供給信号及び空気供給信号の協調した変調を行うことにより、燃焼器における振動のピーク音圧を約1/3に軽減し、そしてピーク振動が起こる周波数も小さくなる。このため、燃焼器は、燃焼器振動モードを引き起こす外部擾乱(例えば、負荷過渡)の存在下でより低温になる。本発明は更に、過渡運転中にFARの変動を最小にすることにより、望ましくない物質(例えば、窒素酸化物、未燃焼炭化水素及び一酸化炭素等)の放出量を、協調のない制御システムよりも少なくする。
【0028】
本発明の方法を、ガスタービン50によって駆動する発電機に課せられる電気負荷を増加させる場合を例にとって、具体的に説明する。この電気負荷が原因で、最初にタービンは遅くなり、その結果、周波数が低下し、この周波数の低下が速度センサ114によって検出される。実際のタービン速度信号が速度誤差回路120において、選択されたタービン基準速度(例えば、発電機の所望の周波数出力、例えば60Hzに対応する基準速度)と比較され、タービン速度誤差信号を発生する。この速度誤差信号は、燃料供給コントローラ140において処理されて、タービン燃料流れ信号を発生し、この信号によってタービンへの燃料流れを増加させる(その結果、燃料空気混合物の燃焼中に、より多くのエネルギが取り出され、タービンは選択された基準速度に戻る。)。センサ112によって検出された実際のタービン排気温度は、タービン排気温度誤差回路130において、排気温度に関する選択された基準値(基準温度は、タービンにおける種々の物理的パラメータ、例えば圧縮機吐出し圧、外気温度等に基づいて決定されている。)と比較され、予備タービン排気温度誤差信号を発生し、この信号は空気供給コントローラ150に送られる。負荷が増大する本実施例では、実際のタービン排気温度は、(燃料供給信号の変化の結果として)追加の燃料をタービンに供給される可燃混合物に付加するまで変化しない。燃料空気比(FAR)がよりリッチになるにつれて、又、タービンの燃焼室内の反応区域の温度が上昇するにつれて、排気温度は上昇する。
【0029】
本発明の方法によれば、タービン速度の変化を検出すると直ちに、予備タービン排気温度信号をクロス・チャンネル・コントローラ160によって発生される温度誤差修正信号で修正することにより、協調したタービン排気温度誤差信号が発生される。速度誤差信号を選択された伝達関数に従って適切に処理するので、得られた温度誤差修正信号は、予備タービン排気温度誤差信号に加算されると、燃料供給信号と空気供給信号との対応をとり、こうしてタービンに供給される混合物の燃料空気比(FAR)を実質的に一定に維持する。空気供給信号を調節するために修正済み速度誤差信号を用いることにより、燃料供給信号及び空気供給信号を協調的に制御することができるので、タービン運転の過渡状態を補償するために燃料供給信号と空気供給信号との間に遅れがほとんど又は全く存在しない。
【0030】
以上、本発明のいくつかの特徴のみを具体的に図示し説明したが、当業者であれば種々の変更及び改変が可能である。特許請求の範囲は、このような変更及び改変のすべてを本発明の要旨の範囲に入るものとして包含する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による放出物を低減させたガスタービン制御システムのブロック図である。
【符号の説明】
50 ガスタービン
100 ガスタービン制御システム
110 タービン制御ユニット
112 温度センサ
113 速度センサ
114 負荷センサ
120 速度誤差回路
130 タービン排気温度誤差回路
140 燃料供給コントローラ
150 空気供給コントローラ
160 クロス・チャンネル・コントローラ
Claims (16)
- 望ましくない放出物及び音圧振動を低減させるようにガスタービンを運転する方法であって、前記タービンに供給される燃料空気可燃混合物の燃料空気比を該タービンへの燃料供給及び空気供給の両方が変調される該タービンの負荷運転状態にわたって実質的に一定に維持するようにタービンへの燃料供給信号及び空気供給信号のそれぞれの変調を協調させる工程を備え、
該変調を協調させる工程は更に、
実際のタービン速度を選択されたタービン基準速度と比較することにより、タービン速度誤差信号を発生する工程と、
実際のタービン排気温度を選択されたタービン排気基準温度と比較することにより、予備タービン排気温度誤差信号を発生する工程と、
前記速度誤差信号に従ってタービン燃料供給制御信号を生成する工程と、
前記予備タービン排気温度誤差信号を温度誤差修正信号に従って修正することにより、協調したタービン排気温度誤差信号を発生する工程であって、該温度誤差修正信号は、前記速度誤差信号を伝達関数に従って処理したものである、協調したタービン排気温度誤差信号を発生する工程と、
該協調したタービン排気温度誤差信号からタービン空気供給信号を生成する工程とを更に含んでおり、
前記協調したタービン排気温度誤差信号は、前記ガスタービンにおける燃料空気混合物をほぼ一定に維持するように前記タービン燃料供給信号と前記タービン空気供給信号との協調をとる、
ガスタービンを運転する方法。 - 前記速度誤差信号の処理は、伝達関数H(s)=A/(Bs+1)に従って行われ、H(s)は伝達関数を表し、Aはゲインを表し、Bは時定数を表し、sはラプラス変数を表している請求項1に記載の方法。
- 前記温度誤差修正信号は、温度誤差の度数として表され、前記協調したタービン排気温度誤差信号を発生する工程は、前記温度誤差修正信号と前記予備タービン排気温度誤差信号とを加算する工程を含んでいる請求項1に記載の方法。
- 前記温度誤差修正信号は、約25°Fの最大絶対値を有している請求項1に記載の方法。
- 変調した前記燃料供給制御信号及び空気供給制御信号を前記ガスタービンに連結されたそれぞれのアクチュエータに印加する工程を更に含んでいる請求項1に記載の方法。
- 前記タービンへの空気供給信号は、タービン入口案内ベーンの角度を制御するために印加される請求項5に記載の方法。
- 前記燃料供給信号は、前記タービン用の燃料ストローク基準信号を制御するために印加される請求項5に記載の方法。
- 前記タービンは、発電機に連結されている請求項1に記載の方法。
- 前記望ましくない放出物は、窒素酸化物(NOx)を含んでいる請求項1に記載の方法。
- 前記望ましくない放出物は、一酸化炭素(CO)と、未燃焼炭化水素とを更に含んでいる請求項1に記載の方法。
- 燃料と空気との可燃混合物を形成するように燃料及び空気供給が変調されるガスタービンからの望ましくない放出物を減少させると共に該ガスタービンにおける音圧振動を減少させるガスタービン制御システムであって、
複数のタービン運転パラメータ信号をそれぞれ受け取るようにガスタービンに接続されていると共に、選択された対応する調節機能制御信号を前記ガスタービンに印加するように該ガスタービンに接続されているタービン制御ユニットを備えており、
該タービン制御ユニットは、前記タービンの燃焼室に入る前記可燃混合物の燃料空気比が前記ガスタービンの負荷運転状態にわたって実質的に一定に維持されるように、ガスタービン燃料供給及びガスタービン空気供給の制御を協調させると共に、
前記タービン制御ユニットは、
燃料供給コントローラと、
空気供給コントローラと、
前記燃料供給コントローラに接続されており、基準タービン速度信号と実際のタービン速度信号とを比較してタービン速度誤差信号を発生する第1の処理手段と、
前記空気供給コントローラに接続されており、基準タービン排気温度信号と実際のタービン排気温度信号とを比較して予備タービン排気温度誤差信号を発生する第2の処理手段と、
前記燃料供給コントローラと前記空気供給コントローラとにそれぞれ接続されており、前記タービン速度誤差信号を選択された伝達関数に従って処理して温度誤差修正信号を発生するクロス・チャンネル・コントローラとを含んでいる、ガスタービン制御システム。 - 前記空気供給コントローラは、前記予備温度誤差信号を前記温度誤差修正信号で修正して協調したタービン排気温度誤差信号を発生する手段を更に含んでいる請求項11に記載のシステム。
- 前記予備温度誤差信号を修正する手段は、前記予備タービン温度誤差信号と前記温度誤差修正信号とを受け取るように接続されており、該予備タービン温度誤差信号と該温度誤差修正信号とを加算して前記協調したタービン排気温度誤差信号を発生する加算回路を含んでいる請求項12に記載のシステム。
- 前記タービンは、発電機に連結されている請求項11に記載のシステム。
- 前記望ましくない放出物は、窒素酸化物(NOx)と、未燃焼炭化水素と、一酸化炭素(CO)とを含んでいる請求項11に記載のシステム。
- 前記空気供給コントローラは、前記タービンに設けられている入口案内ベーン角度アクチュエータに接続されている請求項11に記載のシステム。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US236972 | 1994-05-02 | ||
US08/236,972 US5487265A (en) | 1994-05-02 | 1994-05-02 | Gas turbine coordinated fuel-air control method and apparatus therefor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0842361A JPH0842361A (ja) | 1996-02-13 |
JP3782838B2 true JP3782838B2 (ja) | 2006-06-07 |
Family
ID=22891790
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP09575795A Expired - Fee Related JP3782838B2 (ja) | 1994-05-02 | 1995-04-21 | ガスタービンを運転する方法及びガスタービン制御システム |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US5487265A (ja) |
JP (1) | JP3782838B2 (ja) |
Families Citing this family (52)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5487265A (en) * | 1994-05-02 | 1996-01-30 | General Electric Company | Gas turbine coordinated fuel-air control method and apparatus therefor |
US5896736A (en) * | 1997-03-06 | 1999-04-27 | General Electric Company | Load rejection rapid acting fuel-air controller for gas turbine |
US5802875A (en) * | 1997-05-28 | 1998-09-08 | Praxair Technology, Inc. | Method and apparatus for control of an integrated croyogenic air separation unit/gas turbine system |
DE59709154D1 (de) * | 1997-07-11 | 2003-02-20 | Alstom Switzerland Ltd | Regelsystem zur Regelung wenigstens einer Variablen eines Prozesses sowie Anwendung eines solchen Regelsystems |
DE19804026C1 (de) | 1998-02-02 | 1999-05-06 | Siemens Ag | Verfahren und Regeleinrichtung zur Regelung eines Gasturbosatzes, insbesondere von Gas- und Dampf-Kraftwerken |
US6082092A (en) * | 1998-04-08 | 2000-07-04 | General Electric Co. | Combustion dynamics control for variable fuel gas composition and temperature based on gas control valve feedback |
US6164057A (en) * | 1999-03-16 | 2000-12-26 | General Electric Co. | Gas turbine generator having reserve capacity controller |
US6408611B1 (en) * | 2000-08-10 | 2002-06-25 | Honeywell International, Inc. | Fuel control method for gas turbine |
US6530228B2 (en) * | 2001-05-07 | 2003-03-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method and device for modulation of a flame |
US6839613B2 (en) * | 2001-07-17 | 2005-01-04 | General Electric Company | Remote tuning for gas turbines |
JP4056232B2 (ja) † | 2001-08-23 | 2008-03-05 | 三菱重工業株式会社 | ガスタービン制御装置、ガスタービンシステム及びガスタービン遠隔監視システム |
US6694742B2 (en) | 2002-06-26 | 2004-02-24 | General Electric Company | Gas turbine system operation based on estimated stress |
US7302334B2 (en) | 2002-08-02 | 2007-11-27 | General Electric Company | Automatic mapping logic for a combustor in a gas turbine engine |
US6789390B2 (en) * | 2002-09-20 | 2004-09-14 | General Electric Company | Methods and apparatus for estimating gas turbine engine governor dynamics |
US6640549B1 (en) * | 2002-12-03 | 2003-11-04 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method and device for modulation of a flame |
DE10257275A1 (de) * | 2002-12-07 | 2004-06-24 | Alstom Technology Ltd | Verfahren und Vorrichtung zur Beeinflussung thermoakustischer Schwingungen in Verbrennungssystemen |
US7246002B2 (en) * | 2003-11-20 | 2007-07-17 | General Electric Company | Method for controlling fuel splits to gas turbine combustor |
US7168254B2 (en) * | 2004-02-17 | 2007-01-30 | Honeywell International Inc. | Control logic for fuel controls on APUs |
US7487029B2 (en) * | 2004-05-21 | 2009-02-03 | Pratt & Whitney Canada | Method of monitoring gas turbine engine operation |
US20070084077A1 (en) * | 2004-07-19 | 2007-04-19 | Gorbell Brian N | Control system for gas turbine in material treatment unit |
US7685737B2 (en) | 2004-07-19 | 2010-03-30 | Earthrenew, Inc. | Process and system for drying and heat treating materials |
US7694523B2 (en) * | 2004-07-19 | 2010-04-13 | Earthrenew, Inc. | Control system for gas turbine in material treatment unit |
US7024800B2 (en) | 2004-07-19 | 2006-04-11 | Earthrenew, Inc. | Process and system for drying and heat treating materials |
US7024796B2 (en) | 2004-07-19 | 2006-04-11 | Earthrenew, Inc. | Process and apparatus for manufacture of fertilizer products from manure and sewage |
US20060101881A1 (en) * | 2004-07-19 | 2006-05-18 | Christianne Carin | Process and apparatus for manufacture of fertilizer products from manure and sewage |
US7269953B2 (en) * | 2004-08-27 | 2007-09-18 | Siemens Power Generation, Inc. | Method of controlling a power generation system |
EP1724528A1 (de) * | 2005-05-13 | 2006-11-22 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und Vorrichtung zum Regeln der Fahrlinie einer Gasturbinenbrennkammer |
US7469545B2 (en) * | 2005-09-27 | 2008-12-30 | Honeywell International Inc. | Auxiliary power unit inlet door position control system and method |
JP5037529B2 (ja) * | 2006-01-11 | 2012-09-26 | アルストム テクノロジー リミテッド | 燃焼施設を運転する方法 |
US7610692B2 (en) | 2006-01-18 | 2009-11-03 | Earthrenew, Inc. | Systems for prevention of HAP emissions and for efficient drying/dehydration processes |
US7854110B2 (en) | 2006-11-16 | 2010-12-21 | Siemens Energy, Inc. | Integrated fuel gas characterization system |
US8987939B2 (en) * | 2007-11-30 | 2015-03-24 | Caterpillar Inc. | Hybrid power system with variable speed genset |
US8504276B2 (en) * | 2008-02-28 | 2013-08-06 | Power Systems Mfg., Llc | Gas turbine engine controls for minimizing combustion dynamics and emissions |
US8484981B2 (en) * | 2008-08-26 | 2013-07-16 | Siemens Energy, Inc. | Integrated fuel gas characterization system |
US7881880B2 (en) * | 2009-04-01 | 2011-02-01 | United Technologies Corporation | Actuator performance monitoring system |
US9671797B2 (en) | 2009-05-08 | 2017-06-06 | Gas Turbine Efficiency Sweden Ab | Optimization of gas turbine combustion systems low load performance on simple cycle and heat recovery steam generator applications |
US8437941B2 (en) | 2009-05-08 | 2013-05-07 | Gas Turbine Efficiency Sweden Ab | Automated tuning of gas turbine combustion systems |
US9267443B2 (en) | 2009-05-08 | 2016-02-23 | Gas Turbine Efficiency Sweden Ab | Automated tuning of gas turbine combustion systems |
US9354618B2 (en) | 2009-05-08 | 2016-05-31 | Gas Turbine Efficiency Sweden Ab | Automated tuning of multiple fuel gas turbine combustion systems |
US8215095B2 (en) * | 2009-10-26 | 2012-07-10 | General Electric Company | Model-based coordinated air-fuel control for a gas turbine |
US8171717B2 (en) * | 2010-05-14 | 2012-05-08 | General Electric Company | Model-based coordinated air-fuel control for a gas turbine |
US8285516B2 (en) * | 2010-07-13 | 2012-10-09 | General Electric Company | Systems, methods, and apparatus for determining steady state conditions in a gas turbine |
US20120036863A1 (en) * | 2010-08-13 | 2012-02-16 | Joseph Kirzhner | Method, apparatus and system for delivery of wide range of turbine fuels for combustion |
JP5725817B2 (ja) * | 2010-11-30 | 2015-05-27 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ガスタービン制御装置および発電システム |
EP2568145B1 (en) | 2011-09-08 | 2018-03-21 | Ansaldo Energia IP UK Limited | Gas turbine controller and a method for controlling a gas turbine |
US9394770B2 (en) * | 2013-01-30 | 2016-07-19 | Ge Oil & Gas Esp, Inc. | Remote power solution |
US9850823B2 (en) * | 2013-12-26 | 2017-12-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Control system and method for controlling a gas turbine engine during transients |
EP2899385A1 (de) * | 2014-01-22 | 2015-07-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Regelung einer Gasturbine |
JP6364363B2 (ja) * | 2015-02-23 | 2018-07-25 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 2軸式ガスタービン及びその制御装置と制御方法 |
US20170051682A1 (en) * | 2015-08-20 | 2017-02-23 | General Electric Company | System and method for abatement of dynamic property changes with proactive diagnostics and conditioning |
US10094275B2 (en) * | 2016-01-26 | 2018-10-09 | General Electric Company | Operation scheduling for optimal performance of hybrid power plants |
EP3584429B1 (en) * | 2018-06-18 | 2021-03-31 | GE Avio S.r.l. | Control system and method for a turbopropeller engine based on inlet temperature sensing |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3584459A (en) * | 1968-09-12 | 1971-06-15 | Gen Motors Corp | Gas turbine engine with combustion chamber bypass for fuel-air ratio control and turbine cooling |
US3899886A (en) * | 1973-11-19 | 1975-08-19 | Gen Motors Corp | Gas turbine engine control |
US4529887A (en) * | 1983-06-20 | 1985-07-16 | General Electric Company | Rapid power response turbine |
US4550565A (en) * | 1984-01-16 | 1985-11-05 | Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha | Gas turbine control systems |
US5487265A (en) * | 1994-05-02 | 1996-01-30 | General Electric Company | Gas turbine coordinated fuel-air control method and apparatus therefor |
-
1994
- 1994-05-02 US US08/236,972 patent/US5487265A/en not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-04-21 JP JP09575795A patent/JP3782838B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1995-10-02 US US08/537,599 patent/US5636507A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5636507A (en) | 1997-06-10 |
JPH0842361A (ja) | 1996-02-13 |
US5487265A (en) | 1996-01-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3782838B2 (ja) | ガスタービンを運転する方法及びガスタービン制御システム | |
US6912856B2 (en) | Method and system for controlling gas turbine by adjusting target exhaust temperature | |
US7549292B2 (en) | Method of controlling bypass air split to gas turbine combustor | |
US7593803B2 (en) | Method for controlling fuel splits to gas turbine combustor | |
EP1762715B1 (en) | Fuel-flow-rate control device and controlling method for a power generation system | |
US7024862B2 (en) | System and method for controlling combustion in gas turbine with annular combustor | |
US5855111A (en) | Nitrogen oxide removal control apparatus | |
US7047938B2 (en) | Diesel engine control system with optimized fuel delivery | |
US4188781A (en) | Non-linear dual mode regulator circuit | |
US5339620A (en) | Control apparatus and a control method of a gas turbine combustor | |
JP5550592B2 (ja) | ガスタービンの制御装置 | |
KR950019079A (ko) | 가스 터어빈 제어 방법 및 장치 | |
US5307619A (en) | Automatic NOx control for a gas turbine | |
JPS646481B2 (ja) | ||
JP3479672B2 (ja) | ガスタービンの制御方法および制御装置 | |
JP3178055B2 (ja) | ガスタービン燃焼器の制御装置及びガスタービン | |
JP4270763B2 (ja) | ガスタービン制御装置 | |
US7634914B2 (en) | Corrected parameter control method for a two-shaft gas turbine | |
US5813212A (en) | Nitrogen oxide removal control apparatus | |
JPH02267328A (ja) | ガスタービンエンジンの制御装置および制御方法 | |
JP2010156308A (ja) | ガスタービン・エンジンの制御装置 | |
KR102273982B1 (ko) | 가스 터빈의 제어 장치 및 가스 터빈 및 가스 터빈의 제어 방법 | |
JPH09329037A (ja) | ガスタービンの温度リミット制御装置 | |
JPH01285627A (ja) | ガスタービン燃料制御装置 | |
JPH06605Y2 (ja) | ガスタービン発電装置の制御装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050713 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050809 |
|
A072 | Dismissal of procedure [no reply to invitation to correct request for examination] |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A072 Effective date: 20051025 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051108 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060214 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060313 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100317 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100317 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110317 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120317 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130317 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130317 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140317 Year of fee payment: 8 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |