JP5968248B2 - Fuel gas calorie estimation apparatus, fuel gas calorie estimation method and program - Google Patents
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Description
本発明は、燃料ガスカロリー推定装置、燃料ガスカロリー推定方法およびプログラムに関する。 The present invention relates to a fuel gas calorie estimation device, a fuel gas calorie estimation method, and a program.
高炉ガス(Blast Furnace Gas;BFG)焚ガスタービンでは,ガスタービンに投入する燃料としてBFGを用いている。このBFGは、製鉄の過程において高炉で発生する副生ガスである。このため、BFGのガスカロリーは製鉄所内にある高炉などの運転状況に応じて大きく変化し、ガスタービン本体の挙動にも影響を与えることがある。 In Blast Furnace Gas (BFG) soot gas turbine, BFG is used as fuel to be fed into the gas turbine. This BFG is a by-product gas generated in the blast furnace in the iron making process. For this reason, the gas calorie of BFG changes greatly according to the operating conditions of the blast furnace etc. in a steelworks, and may affect the behavior of a gas turbine main part.
例えば、BFGのカロリーが急増するとガスタービンが過負荷(オーバロード)となり、逆にカロリーが急減した場合は失火する恐れがある。過負荷や失火はガスタービン本体の緊急停止を発生させ得る深刻な事象であるため、できるだけ未然に防止しなければならない。これは、BFG焚ガスタービンのようにガスカロリーが急激に変動するガスを用いるプラントに共通の課題である。なお、BFG焚ガスタービン設備以外では、石炭ガス化複合発電(Integrated coal Gasification Combined Cycle;IGCC)などにおいてガスカロリーの変動が発生し得る。 For example, if the calorific value of BFG suddenly increases, the gas turbine is overloaded (overload). Since overload and misfire are serious events that can cause an emergency stop of the gas turbine body, they must be prevented as much as possible. This is a problem common to plants that use a gas whose gas calorie fluctuates abruptly like a BFG soot gas turbine. In addition to the BFG-fired gas turbine facility, gas calorie fluctuations may occur in an integrated coal gasification combined cycle (IGCC) or the like.
ガスカロリーの変動が発生してもガスタービン本体を継続して運転させるために、増熱ガスまたは減熱ガスをBFGなど元のガスに混合してカロリー変動を低減させる方法が一般的に用いられている。具体的には、カロリーメータを用いて混合ガスまたは元のガスのカロリーを測定し、カロリーの変動分を打ち消すように増熱ガスまたは減熱ガスの混合量を制御する方法が一般的に用いられている。 In order to continuously operate the gas turbine body even if gas calorie fluctuation occurs, a method of reducing calorie fluctuation by mixing a heat increasing gas or a heat reducing gas with an original gas such as BFG is generally used. ing. Specifically, a method of measuring the calorie of the mixed gas or the original gas using a calorimeter and controlling the mixing amount of the heat increasing gas or the heat reducing gas so as to cancel the fluctuation of the calorie is generally used. ing.
しかしながら、カロリーメータは一般に60秒程度など分オーダの多大な計測遅れを有する。このため、ガスカロリーの急変の検出が遅れることがある。カロリーの急変の制御が遅れると、増熱ガスや減熱ガスの混合量の制御が有効に機能せず、過負荷や失火を防止できないおそれがある。 However, the calorimeter generally has a large measurement delay of the order of about 60 seconds. For this reason, detection of a sudden change in gas calories may be delayed. If the control of the sudden change in calories is delayed, the control of the mixing amount of the heat increasing gas and the heat reducing gas does not function effectively, and there is a possibility that overload and misfire cannot be prevented.
これに対して、ガスカロリーの急変を検出して過負荷や失火を防止するための幾つかの方法が提案されている。
例えば、特許文献1に記載の、高炉ガス専燃式ガスタービンの制御方法では、高炉ガス焚きガスタービンの運転に当たり、発電機の出力に応じ、燃焼器の燃料用高炉ガス中にN2などの減熱用希釈ガスもしくはLPGなどの増熱用富化ガスのいずれかを添加してガスタービン出力が一定になるように制御する。
これにより、特許文献1に記載の、高炉ガス専燃式ガスタービンの制御方法では、専焼式の故に不可避に起こる高炉ガスカロリー変動に起因するガスタービンの出力変動を克服して発電出力を一定にすることができる、とされている。
On the other hand, several methods for detecting an abrupt change in gas calories and preventing overload and misfire have been proposed.
For example, in the method for controlling a blast furnace gas-only gas turbine described in
Thereby, in the control method of the blast furnace gas exclusive combustion type gas turbine described in
しかしながら、特許文献1に記載の、高炉ガス専燃式ガスタービンの制御方法では、発電機の出力に応じてガスカロリーを制御するため、発電出力に基づくタービン本体の制御と、発電出力に基づくガスカロリーの制御とが干渉するおそれがある。また、特許文献1に記載の、高炉ガス専燃式ガスタービンの制御方法では、ガスカロリーの制御に関してガスカロリー自体の値は無視している。この点において、ガスカロリーの急変による過負荷や失火に対する根本的対策にはなっていない。
However, in the method for controlling a blast furnace gas-only gas turbine described in
これに対して、特許文献2では、発電出力Pとガス流量Qとから、P=ηHQにて示される関係に基づいてガスカロリーHを推定する手法を提案している。但し、ηは効率(発電効率)を示す。
この手法では、発電出力と燃料ガス流量および発電効率により、ガスカロリーを推定することで、カロリーメータを用いる従来の方法に比べて、ガス伝達系およびガス洗浄系での無駄時間や時定数の大幅な短縮が可能となり、速やかな制御を実現できる。
また、特許文献2に記載の手法を用いれば、ガスカロリーに基づいてガスカロリーの制御を行うことができ、タービン本体の制御とガスカロリーの制御との干渉を回避し得る。さらに、特許文献2に記載の手法を用いれば、ガスカロリーに基づいてガスカロリーの制御を行うことができ、この点において、ガスカロリーの急変による過負荷や失火に対する根本的対策を講じることができる。
On the other hand, Patent Document 2 proposes a method for estimating the gas calorie H from the power generation output P and the gas flow rate Q based on the relationship represented by P = ηHQ. However, (eta) shows efficiency (power generation efficiency).
This method estimates the gas calorie from the power generation output, fuel gas flow rate, and power generation efficiency, which means that the dead time and time constant in the gas transmission system and gas cleaning system are significantly larger than the conventional method using a calorimeter. Can be shortened and quick control can be realized.
Moreover, if the method of patent document 2 is used, gas calorie control can be performed based on gas calorie, and interference with control of a turbine body and control of gas calorie can be avoided. Furthermore, if the method described in Patent Document 2 is used, it is possible to control the gas calorie based on the gas calorie, and in this respect, it is possible to take fundamental measures against overload and misfire due to a sudden change in the gas calorie. .
特許文献2に記載の手法では、ガスカロリーの推定精度は発電効率の精度に依存する。発電効率の精度を高めて、ガスカロリーをより精度良く推定できることが望まれる。 In the method described in Patent Document 2, the accuracy of gas calorie estimation depends on the accuracy of power generation efficiency. It is desirable to increase the accuracy of power generation efficiency and to estimate gas calories more accurately.
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、発電効率の精度を高めて、ガスカロリーをより精度良く推定することのできる燃料ガスカロリー推定装置、燃料ガスカロリー推定方法およびプログラムを提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and the object thereof is to improve the accuracy of power generation efficiency and to estimate the fuel gas calorie with high accuracy and the fuel gas calorie estimation device. It is to provide an estimation method and a program.
この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明の一態様による燃料ガスカロリー推定装置は、ガスタービンの燃焼器に流入する燃料ガス流量を取得する燃料ガス流量取得部と、前記ガスタービンの状態量を取得する状態量取得部と、前記状態量に対応付けられた効率補正係数を含む発電効率を記憶する記憶部と、前記燃料ガス流量と、前記状態量と、前記状態量に応じた効率補正係数から得られる発電効率と、に基づいて燃料ガスカロリー演算を行う燃料ガスカロリー演算部と、を具備することを特徴とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and a fuel gas calorie estimation apparatus according to an aspect of the present invention includes a fuel gas flow rate acquisition unit that acquires a flow rate of fuel gas flowing into a combustor of a gas turbine, A state quantity acquisition unit that acquires a state quantity of the gas turbine, a storage unit that stores power generation efficiency including an efficiency correction coefficient associated with the state quantity, the fuel gas flow rate, the state quantity, and the state And a fuel gas calorie calculation unit that performs a fuel gas calorie calculation based on the power generation efficiency obtained from the efficiency correction coefficient according to the quantity.
また、本発明の他の一態様による燃料ガスカロリー推定装置は、上述の燃料ガスカロリー推定装置であって、燃料ガスカロリー測定値を取得するカロリー測定値取得部と、前記燃料ガスカロリー測定値と前記燃料ガスカロリーの真値との差の大きさの大小を判定し、前記燃料ガスカロリー測定値と前記燃料ガスカロリーの真値との差の大きさが小さいと判定したタイミングにおける前記燃料ガスカロリー測定値および前記状態量に基づいて、当該状態量に対応する前記発電効率を更新する効率更新部と、を具備することを特徴とする。 A fuel gas calorie estimation device according to another aspect of the present invention is the above-described fuel gas calorie estimation device, a calorie measurement value acquisition unit that acquires a fuel gas calorie measurement value, and the fuel gas calorie measurement value. The fuel gas calorie at the timing when the magnitude of the difference between the true value of the fuel gas calorie is determined and the difference between the measured value of the fuel gas calorie and the true value of the fuel gas calorie is determined to be small And an efficiency updating unit that updates the power generation efficiency corresponding to the state quantity based on the measured value and the state quantity.
また、本発明の他の一態様による燃料ガスカロリー推定装置は、上述の燃料ガスカロリー推定装置であって、前記効率更新部は、前記燃料ガスカロリー測定値の変動の大きさの大小を判定し、前記燃料ガスカロリー測定値の応答遅延以上の期間にわたって前記燃料ガスカロリー測定値の変動の大きさが小さいと判定すると、当該期間の開始時を、前記燃料ガスカロリー測定値と前記燃料ガスカロリーの真値の差の大きさが小さいタイミングとして検出することを特徴とする。 A fuel gas calorie estimation apparatus according to another aspect of the present invention is the above-described fuel gas calorie estimation apparatus, wherein the efficiency update unit determines the magnitude of the fluctuation of the fuel gas calorie measurement value. When the fuel gas calorie measurement value is determined to have a small fluctuation over a period longer than the response delay of the fuel gas calorie measurement value, the start time of the period is determined as the fuel gas calorie measurement value and the fuel gas calorie value. It is characterized by detecting the timing when the magnitude of the true value difference is small.
また、本発明の他の一態様による燃料ガスカロリー推定装置は、上述の燃料ガスカロリー推定装置であって、前記効率更新部は、前記発電効率を、当該発電効率の過去値を反映させた値に更新することを特徴とする。 A fuel gas calorie estimation device according to another aspect of the present invention is the fuel gas calorie estimation device described above, wherein the efficiency update unit reflects the power generation efficiency in a past value of the power generation efficiency. It is characterized by updating.
また、本発明の他の一態様による燃料ガスカロリー推定装置は、上述の燃料ガスカロリー推定装置であって、前記効率更新部は、前記燃料ガスカロリーの真値と前記燃料ガスカロリー測定値との定常偏差の前記発電効率に対する影響を打ち消す補正を行うことを特徴とする。 Moreover, the fuel gas calorie estimation apparatus according to another aspect of the present invention is the above-described fuel gas calorie estimation apparatus, wherein the efficiency update unit includes a true value of the fuel gas calorie and a measured value of the fuel gas calorie. The correction is performed to cancel the influence of the steady deviation on the power generation efficiency.
また、本発明の他の一態様による燃料ガスカロリー推定方法は、ガスタービンの状態量に対応付けられた効率補正係数を含む発電効率を記憶する記憶部を具備する燃料ガスカロリー推定装置の燃料ガスカロリー推定方法であって、前記ガスタービンの燃焼器に流入する燃料ガス流量を取得する燃料ガス流量取得ステップと、前記ガスタービンの状態量を取得する状態量取得ステップと、前記燃料ガス流量と、前記状態量と、前記状態量に応じた効率補正係数から得られる発電効率と、に基づいて燃料ガスカロリー演算を行う燃料ガスカロリー演算ステップと、を具備することを特徴とする。 A fuel gas calorie estimation method according to another aspect of the present invention is a fuel gas of a fuel gas calorie estimation apparatus including a storage unit that stores a power generation efficiency including an efficiency correction coefficient associated with a state quantity of a gas turbine. A calorie estimation method, a fuel gas flow rate obtaining step for obtaining a flow rate of fuel gas flowing into a combustor of the gas turbine, a state quantity obtaining step for obtaining a state quantity of the gas turbine, the fuel gas flow rate, And a fuel gas calorie calculation step for performing a fuel gas calorie calculation based on the state quantity and the power generation efficiency obtained from the efficiency correction coefficient corresponding to the state quantity.
また、本発明の他の一態様によるプログラムは、ガスタービンの状態量に対応付けられた効率補正係数を含む発電効率を記憶する記憶部を具備する燃料ガスカロリー推定装置としてのコンピュータに、前記ガスタービンの燃焼器に流入する燃料ガス流量を取得する燃料ガス流量取得ステップと、前記ガスタービンの状態量を取得する状態量取得ステップと、前記燃料ガス流量と、前記状態量と、前記状態量に応じた効率補正係数から得られる発電効率と、に基づいて燃料ガスカロリー演算を行う燃料ガスカロリー演算ステップと、を実行させるためのプログラムである。 According to another aspect of the present invention, there is provided a program stored in a computer serving as a fuel gas calorie estimation device including a storage unit that stores power generation efficiency including an efficiency correction coefficient associated with a state quantity of a gas turbine. A fuel gas flow rate acquisition step for acquiring a flow rate of fuel gas flowing into the combustor of the turbine, a state amount acquisition step for acquiring a state amount of the gas turbine, the fuel gas flow rate, the state amount, and the state amount This is a program for executing a fuel gas calorie calculation step for performing a fuel gas calorie calculation based on the power generation efficiency obtained from the corresponding efficiency correction coefficient.
本発明によれば、発電効率の精度を高めて、ガスカロリーをより精度良く推定することができる。 According to the present invention, the accuracy of power generation efficiency can be improved and the gas calorie can be estimated more accurately.
<第1の実施形態>
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明の第1の実施形態における発電システムの設備構成を示す概略構成図である。同図において、発電システム1は、燃料ガスカロリー推定装置100と、制御装置800と、ガスタービン発電設備900とを具備する。
ガスタービン発電設備900は、製鉄の過程において高炉で発生する副生ガスである高炉ガス(Blast Furnace Gas;BFG)を主燃料として発電を行う。
<First Embodiment>
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the equipment configuration of the power generation system according to the first embodiment of the present invention. In the figure, the
The gas turbine
図2は、ガスタービン発電設備900の機器構成を示す概略構成図である。同図において、ガスタービン発電設備900は、BFG母管911と、N2(窒素)ガス供給弁921と、COG(Cokes Oven Gas、コークス炉ガス)供給弁922と、混合器931と、電気集塵機(Electrostatic Precipitator;EP)932と、ガス圧縮機933と、バイパス弁934と、ガス冷却器935と、ガスタービン940と、排熱回収ボイラ(Heat Recovery Steam Generator;HRSG)951と、煙突952と、蒸気タービン961と、復水器962と、復水ポンプ963と、発電機971と、増速歯車972と、カロリーメータ991と、流量計992と、電力計993とを具備する。ガスタービン940は、フィルタ941と、空気圧縮機942と、燃焼器943と、ガスタービン本体944と、ロータ(rotor、回転軸)945とを具備する。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating a device configuration of the gas turbine
BFG母管911は、高炉で発生したBFGをガスタービン発電設備900へ供給するための配管である。N2ガス供給弁921は、減熱ガスであるN2ガスの供給有無および供給量を調整するための弁である。COG供給弁922は、増熱ガスであるCOGの供給有無および供給量を調整するための弁である。
The
混合器931は、BFG母管911からのBFGに、当該BFGのカロリーに応じて供給されるN2ガスやCOGを混合する。
ここで、BFGにN2ガスを添加することで、ガスカロリーが減少(従って、減熱)する。一方、BFGにCOGを添加することで、ガスカロリーが増加(従って、増熱)する。そこで、BFG母管911からのBFGのカロリーに応じて、N2ガス供給弁921やCOG供給弁922がN2ガスやCOGの供給有無および供給量を調整し、混合器931が、供給されたN2ガスやCOGをBFGに添加することで、ガスカロリーの変動を低減させることができる。
なお、以下では、混合器931通過後のガス(従って、N2ガスやCOGの供給がある場合は、これらのガスを添加されたBFG)を「燃料ガス」と称する。
The mixer 931 mixes N 2 gas and COG supplied according to the calories of the BFG into the BFG from the
Here, by adding N 2 gas to BFG, the gas calorie is reduced (thus reducing heat). On the other hand, by adding COG to BFG, gas calorie increases (thus increasing heat). Therefore, according to the calorific value of BFG from the
In the following, the gas after passing through the mixer 931 (and therefore, BFG to which these gases are added when N 2 gas or COG is supplied) will be referred to as “fuel gas”.
電気集塵機932は、燃料ガスに含まれるダスト等を集塵して除去する装置である。
ガス圧縮機933は、電気集塵機932が出力した燃料ガスを圧縮して燃焼器943へ導入する。
バイパス弁934は、ガス圧縮機933が出力した燃料ガスのうち、余剰ガスとして混合器931の出口側へ戻すガスの流量を調整する。図2に示すように、ガス圧縮機933の出口は、燃焼器943の入口側へと接続されると共に、ガス冷却器935を介して混合器931の出口側へと接続(バイパス)されている。バイパス弁934は、ガス圧縮機933が圧縮した燃料ガスの一部をバイパス経路へ流すことで、燃焼器943へ供給する燃料ガスの流量を調整する。
The
The
The bypass valve 934 adjusts the flow rate of the gas returned from the fuel gas output from the
ガス冷却器935は、バイパス弁934が出力した余剰ガスを冷却する。バイパス弁934が出力する余剰ガスは、ガス圧縮機933による圧縮にて高温になっている。そこで、ガス冷却器935は、バイパス弁からの余剰ガスを冷却した後、混合器931の出口側へ戻す。
The
ガスタービン940は、ガス圧縮機933からの燃料ガスを燃焼させて回転力を生成する。
フィルタ941は、空気圧縮機942の入口側に設けられ、空気圧縮機が吸入する空気(外気)から埃等を除去する。
空気圧縮機942は、フィルタ941を介して吸入する空気を圧縮し、得られた圧縮空気を燃焼器943へ出力する。
The
The
The
燃焼器943は、ガス圧縮機933からの燃料ガスと空気圧縮機からの圧縮空気とを混合して燃焼させ、得られた高温の燃焼ガスをガスタービン本体944へ出力する。
ガスタービン本体944は、ロータ945によって回転可能に支持されており、燃焼器943からの燃焼ガスによってガスタービン本体944自らが回転することで、蒸気タービン961と共にロータ945を回転させる。
ロータ945は、ガスタービン本体944や蒸気タービン961からの回転力を空気圧縮機942と発電機971と増速歯車972とへ伝達する。
The combustor 943 mixes and burns the fuel gas from the
The gas turbine
The
排熱回収ボイラ951は、ガスタービン本体944が排気した燃焼ガス(排ガス)の熱を利用して蒸気(高圧蒸気)を生成し、得られた高圧蒸気を蒸気タービン961へ供給する。また、排熱回収ボイラ951は、蒸気タービン961が排出した蒸気を再加熱し、低圧蒸気として蒸気タービン961へ供給する。
煙突952は、排熱回収ボイラ951が排気した燃焼ガスを大気中へ放出する。
The exhaust
The
蒸気タービン961は、ロータ945によって回転可能に支持されており、排熱回収ボイラ951からの蒸気(高圧蒸気および低圧蒸気)によって蒸気タービン961自らが回転することで、ガスタービン本体944と共にロータ945を回転させる。
復水器962は、蒸気タービン961から排気された蒸気を冷却して水(復水)に戻す。
復水ポンプ963は、復水器962からの復水を排熱回収ボイラ951へ送出する。当該復水は、排熱回収ボイラ951にて加熱されて高圧蒸気となる。
The
The
The condensate pump 963 sends the condensate from the
発電機971は、ロータ945によって伝達される、ガスタービン本体944や蒸気タービン961からの回転力を用いて発電する。
増速歯車972は、ロータ945によって伝達される、ガスタービン本体944や蒸気タービン961からの回転力を、増速してガス圧縮機933へ伝達する。
The
The speed increasing gear 972 increases the rotational force transmitted from the gas turbine
カロリーメータ991は、燃料ガスのカロリーを測定する。
流量計992は、燃焼器943に流入する燃料ガス流量を測定する。
電力計993は、発電機971の発電出力(電力)を測定する。電力計993が測定する発電出力は、ガスタービン940が生成する回転力と相関しており、ガスタービンの状態量の一例に該当する。
The
The flow meter 992 measures the flow rate of the fuel gas flowing into the combustor 943.
The wattmeter 993 measures the power generation output (electric power) of the
燃料ガスカロリー推定装置100は、流量計992が測定する燃料ガス流量と、電力計993が測定する発電機971の発電出力とに基づいて、燃料ガスカロリーを推定する。燃料ガスカロリー推定装置100は、例えばコンピュータにて構成される。
図3は、燃料ガスカロリー推定装置100の機能構成を示す概略ブロック図である。同図において、燃料ガスカロリー推定装置100は、状態量取得部111と、燃料ガス流量取得部112と、記憶部121と、燃料ガスカロリー演算部131と、演算結果出力部141とを具備する。
The fuel gas
FIG. 3 is a schematic block diagram showing a functional configuration of the fuel gas
状態量取得部111は、電力計993が測定する発電機971の発電出力を取得する。
燃料ガス流量取得部112は、流量計992が測定する燃料ガス流量を取得する。
記憶部121は、発電機971の発電出力に対応付けられた効率補正係数を含む発電効率など、各種データを記憶する。記憶部121は、燃料ガスカロリー推定装置100の具備する記憶デバイスを用いて構成される。
The state
The fuel gas flow
The
燃料ガスカロリー演算部131は、状態量取得部111が取得する発電出力と、燃料ガス流量取得部112が取得する取得する燃料ガス流量と、発電出力に応じた効率補正係数から得られる発電効率と、に基づいて燃料ガスカロリー演算を行う。燃料ガスカロリー演算部131は、例えば、燃料ガスカロリー推定装置100の具備するCPU(Central Processing Unit、中央処理装置)が記憶部121の記憶するプログラムを読み出して実行することで構成される。
The fuel gas
演算結果出力部141は、燃料ガスカロリー演算部131が算出した燃料ガスカロリーを制御装置800へ送信する。
状態量取得部111と燃料ガス流量取得部112と演算結果出力部141とは、燃料ガスカロリー推定装置100の具備する通信回路を用いて構成される。
The calculation
The state
ここで、発電機971の発電出力をP[キロワット(KW)]とし、燃料ガスカロリーをH[キロジュール毎ニュートン立方メートル(KJ/Nm3)]とし、燃料ガス流量をQ[ニュートン立方メートル毎秒(Nm3/s)]とすると、式(1)の関係が成り立つと考えられる。
Here, the power generation output of the
但し、η(P)は発電効率(以下、単に「効率」と称する)を示し、式(2)のように示すことができる。 However, η (P) indicates power generation efficiency (hereinafter, simply referred to as “efficiency”), and can be expressed as in Expression (2).
但し、η0(P)は、ガスタービン設計段階で導出される効率(以下、「初期効率」と称する)を示す。また、kη(P)は、効率補正係数(効率の補正係数)を示す。例えば、補正の必要がない場合、kη(P)=1となる。
式(1)と式(2)とより、式(3)が得られる。
However, η 0 (P) represents the efficiency derived in the gas turbine design stage (hereinafter referred to as “initial efficiency”). K η (P) represents an efficiency correction coefficient (efficiency correction coefficient). For example, when there is no need for correction, k η (P) = 1.
Expression (3) is obtained from Expression (1) and Expression (2).
そこで、記憶部121が初期効率η0(P)および効率補正係数kη(P)を記憶しておき、燃料ガスカロリー演算部131は、式(3)に基づいて燃料ガスカロリーHを算出することで、燃料ガスカロリーHを推定する。
Therefore, the
図4は、燃料ガスカロリー演算部131による燃料ガスカロリーの推定例を示すグラフである。同図の横軸は時刻を示し、縦軸はカロリーを示す。また、線L11は、燃料ガスカロリーの実際の値(以下、「真値」と称する)を示す。線L12は、カロリーメータ991による燃料ガスカロリーの測定値を示す。線L13は、燃料ガスカロリー演算部131による燃料ガスカロリーの推定値を示す。
FIG. 4 is a graph showing an example of fuel gas calorie estimation by the fuel gas
図4の例において、時刻T11までは、燃料ガスカロリーの真値(線L11)が設定値にてほぼ一定となっており、カロリーメータ991による測定値(線L13)、燃料ガスカロリー演算部131による推定値(線L12)のいずれも、真値に近い値を示している。
一方、時刻T11以後は、燃料ガスカロリーの真値(線L11)が減少している。これに対して、燃料ガスカロリーの測定値(線L13)は、カロリーメータ991の応答遅延により真値との差が生じている。例えば、時刻T12では、図中に矢印で示す差が生じている。
一方、燃料ガスカロリーの推定値(線L12)は、燃料ガスカロリーの変動に対する応答の速い発電出力を、応答の速い電力計で測定した値を用いて推定を行うことで、真値に追従して変化している。
In the example of FIG. 4, until the time T11, the true value (line L11) of the fuel gas calorie is substantially constant at the set value, and the measured value (line L13) by the
On the other hand, after time T11, the true value of fuel gas calories (line L11) decreases. On the other hand, the measured value (line L13) of the fuel gas calorie has a difference from the true value due to the response delay of the
On the other hand, the estimated value (line L12) of the fuel gas calorie follows the true value by estimating the power generation output that has a quick response to fluctuations in the fuel gas calorie using the value measured by a fast wattmeter. Have changed.
なお、燃料ガスカロリー演算部131が燃料ガスカロリーの推定に用いる状態量は、発電機971の発電出力に限らない。例えば、燃料ガスカロリー演算部131が、ガスタービン本体944の排ガス温度、または、ガスタービン本体944の回転数など、発電出力以外の、ガスタービン940の状態量を用いるようにしてもよい。
例えば、ガスタービン本体944の排ガス温度をT[ケルビン(K)]として、燃料ガスカロリー演算部131が、式(4)に基づいて燃料ガスカロリーを推定するようにしてもよい。
Note that the state quantity used by the fuel gas
For example, assuming that the exhaust gas temperature of the gas turbine
但し、η2 0(T)は、排ガス温度に関してガスタービン設計段階で導出される効率を示す。また、k2 η(T)は、当該効率η2 0(T)に対する効率補正係数を示す。 However, η 2 0 (T) indicates the efficiency derived at the gas turbine design stage with respect to the exhaust gas temperature. K 2 η (T) represents an efficiency correction coefficient for the efficiency η 2 0 (T).
図1に戻って、制御装置800は、ガスタービン発電設備900の各部を制御する。特に、制御装置800は、ガスタービン発電設備900の運転員の設定する発電出力目標に従って、ガスタービン940や蒸気タービン961の負荷を制御する。また、制御装置800は、燃料ガスカロリー推定装置100が算出する燃料ガスカロリーに基づいて、燃料ガスカロリーが一定になるようにN2ガス供給弁921とCOG供給弁922とを制御する。
Returning to FIG. 1, the
以上のように、燃料ガスカロリー演算部131は、ガスタービン940の状態量に基づいて燃料ガスカロリーを推定する。これにより燃料ガスカロリー演算部131は、燃料ガスカロリーの変動に応じて速い応答にて燃料ガスカロリーを推定し得る。従って、制御装置800は、燃料ガスカロリー演算部131の推定結果を用いて、速やかにガスタービン発電設備900の制御を行うことができる。さらに、制御装置800は、燃料ガスカロリー演算部131の推定結果を用いることで、ガスカロリーに基づいてガスカロリーの制御を行うことができ、タービン本体の制御とガスカロリーの制御との干渉を回避し得る。また、制御装置800は、燃料ガスカロリー演算部131の推定結果を用いることで、ガスカロリーに基づいてガスカロリーの制御を行うことができ、この点において、ガスカロリーの急変による過負荷や失火に対する根本的対策を講じることができる。
As described above, the fuel gas
さらに、燃料ガスカロリー演算部131は、燃料ガスカロリーを推定する際、ガスタービン940の状態量に対応付けられた効率補正係数を含む発電効率を用いる。
ここで、設計段階で導出できる効率と実機の効率とが完全に一致するとは限らず、しかも効率は経年や大気温度変動により徐々に変化してしまう。そして、効率は、発電出力(負荷帯)などガスタービンの状態量に応じて異なる値となる。
これに対して、燃料ガスカロリー演算部131は、設計段階で導出された効率η0(P)に効率補正係数kη(P)を乗算して状態量(本実施形態では発電出力)毎にきめ細やかに調整された、より正確な効率を用いて燃料ガスカロリーの推定を行うことができる。この点において、燃料ガスカロリー演算部131は、発電効率の精度を高めて、ガスカロリーをより精度良く推定することができ、また、ガスタービン940の経年変化や、大気温度など環境の変化にも対応可能である。そして、制御装置800は、燃料ガスカロリー演算部131の推定結果を用いて燃料ガスカロリーの制御を行うことで、ガスカロリーの急変による過負荷や失火の可能性を、より低減させることができる。
また、燃料ガスカロリー演算部131は、ガスタービン940の排ガス温度または回転数など、発電出力以外のガスタービン940の状態量を用いて燃料ガスカロリーを推定することができる。
Further, when estimating the fuel gas calorie, the fuel gas
Here, the efficiency that can be derived at the design stage does not always coincide with the efficiency of the actual machine, and the efficiency gradually changes due to aging and atmospheric temperature fluctuations. The efficiency varies depending on the state quantity of the gas turbine such as the power generation output (load zone).
In contrast, the fuel gas
Further, the fuel gas
なお、燃料ガスカロリー推定装置100は、図2の例に限らず様々なガスタービンの燃料ガスカロリーを推定可能である。例えば、BFG炊ガスタービンに限らず、石炭ガス化複合発電(Integrated coal Gasification Combined Cycle;IGCC)など、燃料ガスカロリーが変動し得る様々なガスタービンの設備に燃料ガスカロリー推定装置100を用いることができる。また、コンバインドサイクル発電設備に限らずガスタービン単体の発電設備にも燃料ガスカロリー推定装置100を用いることができる。また、コンバインドサイクル発電設備の場合でも、一軸コンバインドサイクルに限らない。また、蒸気タービンの段数も2段に限らず、1段であってもよいし、3段またはそれ以上であってもよい。さらには、動力用のガスタービンなど、発電用途以外の様々なガスタービンにも燃料ガスカロリー推定装置100を用いることができる。
In addition, the fuel gas
また、燃料ガスカロリー推定装置100が推定する燃料ガスカロリーを、運転員への表示、あるいは、記録など、ガスタービン発電設備900の制御以外の用途に用いるようにしてもよい。
また、第1の実施形態では、ガスタービン発電設備900がカロリーメータを具備していなくてもよい。
Further, the fuel gas calorie estimated by the fuel gas
In the first embodiment, the gas turbine
<第2の実施形態>
本実施形態では、図1の燃料ガスカロリー推定装置100に代えて、図5に示す燃料ガスカロリー推定装置200を用いる。制御装置800やガスタービン発電設備900については、第1の実施形態の場合と同様である。
図5は、燃料ガスカロリー推定装置200の機能構成を示す概略ブロック図である。同図において、燃料ガスカロリー推定装置200は、状態量取得部111と、燃料ガス流量取得部112と、記憶部121と、燃料ガスカロリー演算部131と、演算結果出力部141と、カロリー測定値取得部213と、効率更新部251とを具備する。
同図において、図3の各部に対応して同様の機能を有する部分には同一の符号(111、112、121、131、141)を付して説明を省略する。
<Second Embodiment>
In the present embodiment, a fuel gas
FIG. 5 is a schematic block diagram showing a functional configuration of the fuel gas
In the same figure, portions having the same functions corresponding to the respective portions in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals (111, 112, 121, 131, 141), and description thereof is omitted.
燃料ガスカロリー推定装置200は、流量計992(図1)が測定する燃料ガス流量と、電力計993が測定する発電機971の発電出力とに基づいて、燃料ガスカロリーを推定する。加えて、燃料ガスカロリー推定装置200は、カロリーメータ991が測定する燃料ガスカロリーに基づいて、効率補正係数の更新を行う。燃料ガスカロリー推定装置200は、例えばコンピュータにて構成される。
The fuel gas
カロリー測定値取得部213は、カロリーメータ991が測定する燃料ガスカロリー測定値を取得する。
効率更新部251は、燃料ガスカロリー測定値と燃料ガスカロリーの真値との差の大きさの大小を判定する。そして、効率更新部251は、燃料ガスカロリー測定値と燃料ガスカロリーの真値との差の大きさが小さいと判定したタイミングにおける燃料ガスカロリー測定値およびガスタービン940の状態量に基づいて、当該状態量に対応する発電効率を更新する。
The calorie measurement
The
例えば、効率更新部251は、カロリーメータ991による燃料ガスカロリー測定値の変動の大きさの大小を判定し、燃料ガスカロリー測定値の応答遅延以上の期間にわたって燃料ガスカロリー測定値の変動の大きさが小さいと判定すると、当該期間の開始時を、燃料ガスカロリー測定値と燃料ガスカロリーの真値の差の大きさが小さいタイミングとして検出する。
For example, the
図6は、効率更新部251が、燃料ガスカロリー測定値の応答遅延以上の期間にわたって燃料ガスカロリー測定値の変動の大きさが小さいと判定する例を示すグラフである。同図の横軸は時刻を示し、縦軸は、カロリーを示す。また、線L21は、燃料ガスカロリーの真値を示す。線L22は、カロリーメータ991による燃料ガスカロリーの測定値を示す。
FIG. 6 is a graph illustrating an example in which the
また、時刻T212は、現在時刻を示す。時間T221は、燃料ガスカロリー測定値の応答遅延時間を示しており、当該時間T221の開始時に燃料ガスカロリーの真値(線L21)が減少し始めているのに対し、燃料ガスカロリー測定値(線L22)は、時間T221の終了時に減少し始めている。時刻T211は、現在時刻(時刻T212)よりも、時間T221にて示される応答遅延時間以上過去の時刻を示す。 Time T212 indicates the current time. The time T221 indicates the response delay time of the fuel gas calorie measurement value. At the start of the time T221, the true value of the fuel gas calorie (line L21) starts to decrease, whereas the fuel gas calorie measurement value (line L22) starts to decrease at the end of time T221. Time T211 indicates a time past the response delay time indicated by time T221 than the current time (time T212).
図6の例では、時刻T211から時刻T212までの時間は、燃料ガスカロリー測定値(線L22)が設定値にてほぼ一定となっている。
効率更新部251は、例えば、時刻T211から時刻T212まで、サンプリング時間毎にカロリー測定値取得部213を介して、カロリーメータ991が測定する燃料ガスカロリー測定値を取得する。そして、効率更新部251は、得られた燃料ガスカロリー測定値の分散を算出し、得られた分散が所定の閾値以下か否かを判定する。分散が閾値以下であることを検出した場合、効率更新部251は、燃料ガスカロリー測定値の応答遅延以上の期間にわたって燃料ガスカロリー測定値の変動の大きさが小さいと判定する。
In the example of FIG. 6, the fuel gas calorie measurement value (line L22) is substantially constant at the set value for the time from time T211 to time T212.
The
なお、効率更新部251が、燃料ガスカロリー測定値の変動の大きさを評価する方法は、分散を用いる方法に限らない。例えば、効率更新部251が、評価対象の期間(図6の例では時刻T211から時刻T212まで)の各サンプリング時刻において、燃料ガスカロリー測定値と設定値の差の大きさを算出するようにしてもよい。そして、いずれのサンプリング時刻においても差の大きさが所定の閾値以下であることを検出した場合に、効率更新部251が、燃料ガスカロリー測定値の応答遅延以上の期間にわたって燃料ガスカロリー測定値の変動の大きさが小さいと判定するようにしてもよい。
Note that the method by which the
図6の例において、時刻T211から時刻T212までの時間は、燃料ガスカロリー測定値(線L22)がほぼ一定となっている(変動の大きさが小さい)。このことから、少なくとも時刻T211においては、燃料ガスカロリー測定値(線L22)が真値(線L21)に等しいと見做し得る。 In the example of FIG. 6, the fuel gas calorie measurement value (line L22) is substantially constant during the period from time T211 to time T212 (the magnitude of fluctuation is small). From this, at least at time T211, it can be considered that the fuel gas calorie measurement value (line L22) is equal to the true value (line L21).
そこで、燃料ガスカロリー測定値の応答遅延以上の期間にわたって燃料ガスカロリー測定値の変動の大きさが小さいと判定した効率更新部251は、時刻T211における燃料ガスカロリー測定値に基づいて、当該時刻T211における発電出力に応じた効率補正係数を更新する。具体的には、効率更新部251は、時刻T211における、カロリーメータ991の燃料ガスカロリー測定値と、流量計992の燃料ガス流量測定値と、電力計993の発電出力測定値とを、式(5)に示される関係に適用して、効率補正係数の参照信号(教師信号)kr η(P)を得る。
Therefore, the
但し、Pは発電出力を示す。Qは燃料ガス流量を示す。Hsは、燃料ガスカロリー測定値を示す。η0(P)は、設計段階で導出された効率の、発電出力Pに対応する値を示す。
そして、効率更新部251は、時刻T211における発電出力Pに対応する効率補正係数kη(P)を、得られた効率補正係数の参照信号kr η(P)に置き換える。
However, P shows a power generation output. Q indicates the fuel gas flow rate. H s indicates a fuel gas calorie measurement value. η 0 (P) represents a value corresponding to the power generation output P of the efficiency derived in the design stage.
The
例えば、記憶部121が、発電機971の発電出力(負荷帯)を分割した区間毎に、発電出力に応じた効率補正係数を記憶しておく。そして、効率更新部251は、記憶部121が記憶している効率補正係数のうち、燃料ガスカロリーの測定値が真値に等しいと見做し得る時刻として検出した時刻(図6の例では時刻T211。以下、「参照時刻」と称する)における発電出力に対応する効率補正係数を、効率補正係数の参照信号に置き換える。
For example, the
図7は、効率更新部251が行う効率補正係数の更新の例を示す説明図である。同図の横軸は発電出力を示し、縦軸は効率補正係数を示す。
図7の例では、参照時刻における発電出力Pの測定値がP2に対応しており、効率更新部251は、発電出力P2の効率補正係数kη(P2)を、得られた効率補正係数の参照信号kr η(P)に置き換える。
FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating an example of updating the efficiency correction coefficient performed by the
In the example of FIG. 7, the measured value of the power generation output P at the reference time corresponds to P 2 , and the
次に、図8を参照して効率更新部251の動作について説明する。
図8は、効率更新部251が効率補正係数を更新する処理の手順を示すフローチャートである。効率更新部251は、例えば、所定周期毎に同図の処理を行う。
図8の処理において、効率更新部251は、まず、カロリーメータ991の応答遅延時間以上の時間として設定されている所定時間の間、サンプリング時間毎に、カロリー測定値取得部213を介して、カロリーメータ991が測定する燃料ガスカロリー測定値を取得する(ステップS101)。
そして、効率更新部251は、得られた燃料ガスカロリー測定値の分散を算出し(ステップS102)、得られた分散が所定の閾値以下か否かを判定する(ステップS103)。
Next, the operation of the
FIG. 8 is a flowchart illustrating a procedure of processing in which the
In the process of FIG. 8, the
And the
分散が閾値より大きいと判定した場合(ステップS103:NO)、ステップS101へ戻る。
一方、分散が閾値以下であると判定した場合(ステップS103:YES)、効率更新部251は、効率補正係数の参照信号kr η(P)を算出する(ステップS104)。そして、効率更新部251は、記憶部121が記憶している効率補正係数のうち、参照時刻における発電出力に対応する効率補正係数を、効率補正係数の参照信号に置き換える(ステップS105)。
その後、図8の処理を終了する。
When it is determined that the variance is larger than the threshold (step S103: NO), the process returns to step S101.
On the other hand, when it is determined that the variance is equal to or less than the threshold value (step S103: YES), the
Thereafter, the process of FIG.
以上のように、効率更新部251は、燃料ガスカロリー測定値と燃料ガスカロリーの真値との差の大きさの大小を判定し、燃料ガスカロリー測定値と燃料ガスカロリーの真値との差の大きさが小さいと判定したタイミングにおける燃料ガスカロリー測定値およびタービン状態量に基づいて、タービン状態量に対応する発電効率を更新する。
これにより、効率更新部251は、効率補正係数を発電出力毎にきめ細やかに更新することができ、燃料ガスカロリー演算部131は、当該効率補正係数を用いて、より精度よく燃料ガスカロリーを算出することができる。
As described above, the
Thereby, the
また、効率更新部251は、燃料ガスカロリー測定値と燃料ガスカロリーの真値との差の大きさが小さいと判定したタイミングにおいて効率補正係数を更新することで、燃料ガスカロリー測定値を用いて簡単に、かつ、より精度よく効率補正係数の更新を行うことができる。
Further, the
また、効率更新部251は、燃料ガスカロリー測定値の変動の大きさの大小を判定し、燃料ガスカロリー測定値の応答遅延以上の期間にわたって燃料ガスカロリー測定値の変動の大きさが小さいと判定すると、当該期間の開始時を、燃料ガスカロリー測定値と燃料ガスカロリーの真値の差の大きさが小さいタイミングとして検出する。
このように、効率補正係数を常時更新するのではなく、燃料ガスカロリー測定値の変動の大きさが小さいと判定した場合に更新を行うことで、効率更新部251は、効率補正係数を精度よく更新することができる。従って、燃料ガスカロリー演算部131は、当該効率補正係数を用いて、より精度よく燃料ガスカロリーを算出することができる。
Further, the
Thus, instead of constantly updating the efficiency correction coefficient, the
なお、燃料ガスカロリー演算部131が燃料ガスカロリーの推定に用いる状態量と同様、効率更新部251が効率補正係数の更新に用いる状態量は、発電機971の発電出力に限らない。例えば、効率更新部251が、ガスタービン本体944の排ガス温度、または、ガスタービン本体944の回転数など、発電出力以外の、ガスタービン940の状態量を用いるようにしてもよい。
さらに、燃料ガスカロリー演算部131が用いる状態量と効率更新部251が用いる状態量とは、同一の状態量であってもよいし、異なる状態量であってもよい。
Note that the state quantity used by the
Further, the state quantity used by the fuel gas
なお、燃料ガスカロリー推定装置200は、図2の例に限らず様々なガスタービンの燃料ガスカロリーを推定可能である。例えば、BFG炊ガスタービンに限らず、石炭ガス化複合発電など、燃料ガスカロリーが変動し得る様々なガスタービンの設備に燃料ガスカロリー推定装置200を用いることができる。また、コンバインドサイクル発電設備に限らずガスタービン単体の発電設備にも燃料ガスカロリー推定装置200を用いることができる。また、コンバインドサイクル発電設備の場合でも、一軸コンバインドサイクルに限らない。また、蒸気タービンの段数も2段に限らず、1段であってもよいし、3段またはそれ以上であってもよい。さらには、動力用のガスタービンなど、発電用途以外の様々なガスタービンにも燃料ガスカロリー推定装置200を用いることができる。
また、燃料ガスカロリー推定装置200が推定する燃料ガスカロリーを、運転員への表示、あるいは、記録など、ガスタービン発電設備900の制御以外の用途に用いるようにしてもよい。
In addition, the fuel gas
Further, the fuel gas calorie estimated by the fuel gas
なお、記憶部121が効率補正係数を記憶する形式は、図7を参照して説明したような、発電出力と効率補正係数とを対応付けて記憶する形式(たとえばテーブル形式)に限らない。
例えば、記憶部121が、発電出力と効率補正係数との関係を示す近似曲線を記憶するようにしてもよい。この場合、効率更新部251は、当該近似曲線のパラメータ(例えば多項式における各項の係数)を、例えば最小二乗法などにより求めることで、効率補正係数を更新することができる。
The format in which the
For example, the
なお、効率更新部251が、燃料ガスカロリー測定値と燃料ガスカロリーの真値との差の大きさが小さいタイミングを検出する方法は、燃料ガスカロリー測定値の変動が小さい期間を検出する方法に限らない。
例えば、効率更新部251が、燃料ガスカロリー演算部131の算出する燃料ガスカロリー推定値の変動の大小を判定し、当該変動の大きさが燃料ガスカロリー測定値の応答遅延以上の期間にわたって小さい期間を検出するようにしてもよい。そして、効率更新部251が、検出した期間の終了時刻を、燃料ガスカロリー測定値と燃料ガスカロリーの真値との差の大きさが小さいタイミングとして検出するようにしてもよい。
In addition, the method in which the
For example, the
なお、効率更新部251が、効率補正係数ではなく効率を直接更新するようにしてもよい。すなわち、記憶部121が、発電出力に応じた効率η(P)を記憶しておき、参照時刻における燃料ガスカロリー測定値に基づいて、当該時刻における発電出力に応じた効率を更新するようにしてもよい。
具体的には、効率更新部251は、参照時刻における、カロリーメータ991の燃料ガスカロリー測定値と、流量計992の燃料ガス流量測定値と、電力計993の発電出力測定値とを、式(6)に示される関係に適用して、効率の参照信号ηr(P)を得る。
Note that the
Specifically, the
但し、Pは発電出力を示す。Qは燃料ガス流量を示す。Hsは、燃料ガスカロリー測定値を示す。
そして、効率更新部251は、参照時刻における発電出力Pに対応する効率η(P)を得られた効率の参照信号ηr(P)に置き換える。
However, P shows a power generation output. Q indicates the fuel gas flow rate. H s indicates a fuel gas calorie measurement value.
Then, the
上述した記憶部121が効率補正係数を記憶する形式と同様、記憶部121が効率を記憶する形式として様々な形式を用いることができる。例えば、記憶部121が、発電出力と効率とを対応付けて(例えばテーブル形式で)記憶するようにしてもよい。あるいは、記憶部121が、発電出力と効率との関係を示す近似曲線を記憶するようにしてもよい。
発電出力と効率との関係を示す近似曲線の一例として、記憶部121が、式(7)に示す3次式を記憶用にしてもよい。
Similar to the format in which the
As an example of the approximate curve indicating the relationship between the power generation output and the efficiency, the
但し、xは、例えば発電出力など、タービンの状態量を示す。a0、a1、a2、a3は、それぞれ係数を示す。y(x)は、効率の近似値を示す。また、式(7)において、上付きの数字は乗数を示す。
記憶部121は、例えば、式(8)に示す係数ベクトルa(明細書の記載において、ベクトルや行列を示す太字表記を省略する)を記憶することで、式(7)の近似曲線を記憶する。
However, x shows the state quantity of turbines, such as a power generation output, for example. a 0 , a 1 , a 2 , and a 3 each indicate a coefficient. y (x) represents an approximate value of efficiency. In the formula (7), the superscript number indicates a multiplier.
The
具体的には、記憶部121は、まず、最小二乗法などの方法を用いて予め求められた、係数ベクトルaの初期値(例えば、設計段階における効率を近似する係数ベクトル)を記憶しておく。そして、効率更新部251は、係数ベクトルaを参照信号ηr(P)に基づいて更新する。例えば、効率更新部251は、LMS(Least Mean Square)アルゴリズムを用いて、式(9)に基づいて、係数ベクトルaを更新する。
Specifically, the
但し、anew、aoldは、それぞれ、更新後、更新前の係数ベクトルを示す。ベクトルPは、式(10)に示される、発電出力Pに基づくベクトルである。αは、定数を示す。 However, a new and a old indicate coefficient vectors after update and before update, respectively. The vector P is a vector based on the power generation output P shown in Expression (10). α represents a constant.
但し、式(10)において、上付きの数字は乗数を示す。
効率更新部251が、LMSアルゴリズムを用いて効率の更新を行うことで、効率(の推定値)の急峻な変動を避けることができる。効率の真値はガスタービン940の経年変化や大気温度等の変化に応じて徐々に変動するものであり、急峻には変動しないはずである。従って、効率更新部251が、効率の急峻な変動を避けることで、真値に近い効率を得られることが期待される。
However, in the formula (10), the superscript number indicates a multiplier.
The
効率更新部251が、効率の更新を行う場合も、効率補正係数の更新を行う場合と同様の効果を得られる。
具体的には、これにより、効率更新部251は、効率を発電出力毎にきめ細やかに更新することができ、燃料ガスカロリー演算部131は、当該効率を用いて、より精度よく燃料ガスカロリーを算出することができる。
また、効率更新部251は、燃料ガスカロリー測定値と燃料ガスカロリーの真値との差の大きさが小さいと判定したタイミングにおいて効率を更新することで、燃料ガスカロリー測定値を用いて簡単に、かつ、より精度よく効率の更新を行うことができる。
When the
Specifically, in this way, the
In addition, the
また、効率を常時更新するのではなく、燃料ガスカロリー測定値の変動の大きさが小さいと判定した場合に更新を行うことで、効率更新部251は、効率を精度よく更新することができる。従って、燃料ガスカロリー演算部131は、当該効率を用いて、より精度よく燃料ガスカロリーを算出することができる。
In addition, the
なお、効率更新部251が、効率を、当該効率の過去値を反映させた値に更新するようにしてもよい。例えば、効率更新部251は、忘却係数β(βは、0<β≦1の定数)を用いて、式(11)に基づいて効率批正係数を更新することで、効率補正係数の急峻な変動を抑制する。
The
忘却係数βの値が1に近いほど現在の情報の影響が大きくなる。逆に、忘却係数βの値が0に近いほど過去の効率補正係数の影響が大きくなる。忘却係数βの値は、例えば、燃料ガスカロリー推定装置200のユーザが設定する。
The closer the value of the forgetting factor β is to 1, the greater the influence of the current information. Conversely, the closer the value of the forgetting factor β is to 0, the greater the influence of past efficiency correction factors. The value of the forgetting factor β is set by the user of the fuel gas
なお、効率更新部251が、効率を、当該効率の過去値を反映させた値に更新する方法は、忘却係数を用いる方法に限らない。例えば、効率更新部251が、効率補正係数の参照信号kr η(P)に積分フィルタを適用して一次遅れを発生させ、一次遅れの生じた参照信号を用いて記憶部121の記憶する効率補正係数を更新するようにしてもよい。
The method in which the
以上のように、効率更新部251は、効率を、当該効率の過去値を反映させた値に更新する。これにより、効率更新部251は、効率補正係数の急峻な変動を抑制することができる。
上述したように、効率の真値は急峻には変動しないはずであり、効率補正係数の真値も急峻には変動しないはずである。従って、効率更新部251が、効率の急峻な変動を避けることで、真値に近い効率補正係数を得られることが期待される。そして、当該効率補正係数を用いることで、燃料ガスカロリー演算部131は、燃料ガスカロリー推定値を精度よく求め得る。
As described above, the
As described above, the true value of efficiency should not change steeply, and the true value of the efficiency correction coefficient should not change steeply. Therefore, it is expected that the
なお、効率更新部251が、燃料ガスカロリーの真値と燃料ガスカロリー測定値との定常偏差の効率に対する影響を打ち消す補正を行うようにしてもよい。
ここで、カロリーメータ991が測定する燃料ガスカロリー測定値に、真値に対する定常偏差(オフセット)が含まれている場合、効率更新部251が燃料ガスカロリー測定値に基づいて更新する効率補正係数または効率にも定常偏差が含まれ得る。そこで、効率更新部251が、式(12)に示す係数jηのように、定常偏差を補正する係数を生成するようにしてもよい。
Note that the
Here, when the fuel gas calorie measurement value measured by the
但し、F(s)は、例えば時定数T[秒(sec)]の1次遅れ系1/(Ts+1)のようなフィルタを示す。また、1/sは、積分作用素(sは微分作用素)を示す。
効率更新部251は、jηkη(P)を新たな効率補正係数とすることができる。例えば、効率更新部251は、効率補正係数の参照信号kr η(P)に対して、記憶部121の記憶する効率補正係数のうち発電出力Pに対応する効率補正係数を、jηkr η(P)に更新することができる。
あるいは、効率更新部251が効率の更新を行う場合、記憶部121の記憶する効率のうち発電出力Pに対応する効率を、jηη(P)に更新することができる。
F (s) represents a filter such as a first-
The
Alternatively, when the
なお、式(12)に示す燃料ガスカロリーの真値Hは、通常得ることができない。そこで、効率更新部251は、例えば、発電出力の目標値と発電出力の測定値との偏差に基づいて係数jηを取得する。
ここで、燃料ガスカロリーの真値と測定値との定常偏差が、燃料ガスカロリー推定装置200の出力する燃料ガスカロリー推定値に影響を及ぼすと、制御装置800が当該燃料ガスカロリー推定値を用いて行う発電出力の制御にも影響が生じる。すなわち、燃料ガスカロリーの真値と測定値との定常偏差が、発電出力の目標値と測定値の偏差にて示される。
そこで、効率更新部251は、例えば、発電出力の目標値と発電出力の測定値との偏差に基づいて、燃料ガスカロリーの真値と測定値との定常偏差に応じた係数jηを取得する。
In addition, the true value H of the fuel gas calorie shown in Formula (12) cannot usually be obtained. Therefore, the
Here, when the steady deviation between the true value and the measured value of the fuel gas calorie affects the estimated fuel gas calorie value output from the fuel gas
Therefore, for example, the
以上のように、効率更新部251は、燃料ガスカロリーの真値と燃料ガスカロリー測定値との定常偏差の効率に対する影響を打ち消す補正を行う。
これにより、効率更新部251は、効率の精度をさらに向上させることができる。そして、当該効率用いることで、燃料ガスカロリー演算部131は、燃料ガスカロリー推定値の精度をさらに向上させることができる。
As described above, the
Thereby, the
なお、燃料ガスカロリー推定装置100または200の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
In addition, a program for realizing all or part of the functions of the fuel gas
Further, the “computer system” includes a homepage providing environment (or display environment) if a WWW system is used.
The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Furthermore, the “computer-readable recording medium” dynamically holds a program for a short time like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In this case, a volatile memory in a computer system serving as a server or a client in that case, and a program that holds a program for a certain period of time are also included. The program may be a program for realizing a part of the functions described above, and may be a program capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in a computer system.
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes design changes and the like without departing from the gist of the present invention.
1 発電システム
100、200 燃料ガスカロリー推定装置
111 状態量取得部
112 燃料ガス流量取得部
121 記憶部
131 燃料ガスカロリー演算部
141 演算結果出力部
213 カロリー測定値取得部
251 効率更新部
800 制御装置
900 ガスタービン発電設備
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記ガスタービンの状態量を取得する状態量取得部と、
前記状態量に対応付けられた効率補正係数を含む発電効率を記憶する記憶部と、
前記燃料ガス流量と、前記状態量と、前記状態量に応じた効率補正係数から得られる発電効率と、に基づいて燃料ガスカロリー演算を行う燃料ガスカロリー演算部と、
を具備することを特徴とする燃料ガスカロリー推定装置。 A fuel gas flow rate acquisition unit for acquiring a flow rate of the fuel gas flowing into the combustor of the gas turbine;
A state quantity obtaining unit for obtaining a state quantity of the gas turbine;
A storage unit for storing power generation efficiency including an efficiency correction coefficient associated with the state quantity;
A fuel gas calorie calculation unit that performs a fuel gas calorie calculation based on the fuel gas flow rate, the state quantity, and the power generation efficiency obtained from the efficiency correction coefficient according to the state quantity;
A fuel gas calorie estimation apparatus comprising:
前記燃料ガスカロリー測定値と前記燃料ガスカロリーの真値との差の大きさの大小を判定し、前記燃料ガスカロリー測定値と前記燃料ガスカロリーの真値との差の大きさが小さいと判定したタイミングにおける前記燃料ガスカロリー測定値および前記状態量に基づいて、当該状態量に対応する前記発電効率を更新する効率更新部と、
を具備することを特徴とする請求項1に記載の燃料ガスカロリー推定装置。 A calorie measurement value acquisition unit for acquiring a fuel gas calorie measurement value;
The magnitude of the difference between the measured fuel gas calorie value and the true value of the fuel gas calorie is determined, and the magnitude of the difference between the measured fuel gas calorie value and the true value of the fuel gas calorie is determined to be small. An efficiency update unit that updates the power generation efficiency corresponding to the state quantity based on the measured fuel gas calorie value and the state quantity at
The fuel gas calorie estimation apparatus according to claim 1, comprising:
前記ガスタービンの燃焼器に流入する燃料ガス流量を取得する燃料ガス流量取得ステップと、
前記ガスタービンの状態量を取得する状態量取得ステップと、
前記燃料ガス流量と、前記状態量と、前記状態量に応じた効率補正係数から得られる発電効率と、に基づいて燃料ガスカロリー演算を行う燃料ガスカロリー演算ステップと、
を具備することを特徴とする燃料ガスカロリー推定方法。 A fuel gas calorie estimation method for a fuel gas calorie estimation device comprising a storage unit for storing power generation efficiency including an efficiency correction coefficient associated with a state quantity of a gas turbine,
A fuel gas flow rate acquisition step for acquiring a flow rate of fuel gas flowing into the combustor of the gas turbine;
A state quantity obtaining step for obtaining a state quantity of the gas turbine;
A fuel gas calorie calculation step for calculating a fuel gas calorie based on the fuel gas flow rate, the state quantity, and the power generation efficiency obtained from the efficiency correction coefficient corresponding to the state quantity;
A fuel gas calorie estimation method comprising:
前記ガスタービンの燃焼器に流入する燃料ガス流量を取得する燃料ガス流量取得ステップと、
前記ガスタービンの状態量を取得する状態量取得ステップと、
前記燃料ガス流量と、前記状態量と、前記状態量に応じた効率補正係数から得られる発電効率と、に基づいて燃料ガスカロリー演算を行う燃料ガスカロリー演算ステップと、
を実行させるためのプログラム。
In a computer as a fuel gas calorie estimation device comprising a storage unit for storing power generation efficiency including an efficiency correction coefficient associated with the state quantity of the gas turbine,
A fuel gas flow rate acquisition step for acquiring a flow rate of fuel gas flowing into the combustor of the gas turbine;
A state quantity obtaining step for obtaining a state quantity of the gas turbine;
A fuel gas calorie calculation step for calculating a fuel gas calorie based on the fuel gas flow rate, the state quantity, and the power generation efficiency obtained from the efficiency correction coefficient corresponding to the state quantity;
A program for running
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