KR102275377B1 - Apparatus and Method for Automatic Tuning of Gas Turbine Combustion System Based on Fuel Composition Ratio - Google Patents

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KR102275377B1
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한동식
김성호
노우진
박준형
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두산중공업 주식회사
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Abstract

Provided is an apparatus for automatic tuning of a gas turbine combustion system. The apparatus comprises: a calorific value calculating unit for calculating a low calorific value from a fuel composition ratio of a fuel supplied to a combustion device; and a control unit which selects any one control model corresponding to the calculated low calorific value from among a plurality of control models, and controls the combustion device using the selected control model. An object of the present invention is to provide the apparatus for automatic tuning of the gas turbine combustion system based on the fuel composition ratio, and a method therefor.

Description

연료조성비 기반의 가스 터빈 연소 시스템의 자동 튜닝을 위한 장치 및 이를 위한 방법{Apparatus and Method for Automatic Tuning of Gas Turbine Combustion System Based on Fuel Composition Ratio} Apparatus and Method for Automatic Tuning of Gas Turbine Combustion System Based on Fuel Composition Ratio

본 발명은 자동 튜닝 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 연료조성비 기반의 가스 터빈 연소 시스템의 자동 튜닝을 위한 장치 및 이를 위한 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an automatic tuning technology, and more particularly, to an apparatus for automatic tuning of a gas turbine combustion system based on a fuel composition ratio and a method therefor.

가스 터빈은 압축기에서 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소시키고, 연소로 발생된 고온의 가스로 터빈을 회전시키는 동력 기관이다. 가스 터빈은 발전기, 항공기, 선박, 기차 등을 구동하는데 사용된다. A gas turbine is a power engine that mixes and burns compressed air and fuel compressed in a compressor, and rotates the turbine with high-temperature gas generated by combustion. Gas turbines are used to power generators, aircraft, ships, trains, and the like.

일반적으로 가스 터빈은 압축기, 연소기 및 터빈을 포함한다. 압축기는 외부 공기를 흡입하여 압축한 후 연소기로 전달한다. 압축기에서 압축된 공기는 고압 및 고온의 상태가 된다. 연소기는 압축기로부터 유입된 압축 공기와 연료를 혼합해서 연소시킨다. 연소로 인해 발생된 연소 가스는 터빈으로 배출된다. 연소 가스에 의해 터빈 내부의 터빈 블레이드가 회전하게 되며, 이를 통해 동력이 발생된다. 발생된 동력은 발전, 기계 장치의 구동 등 다양한 분야에 사용된다. A gas turbine generally includes a compressor, a combustor and a turbine. The compressor sucks in the outside air, compresses it and delivers it to the combustor. The compressed air in the compressor is in a state of high pressure and high temperature. The combustor mixes and combusts the compressed air and fuel introduced from the compressor. The combustion gases generated by the combustion are discharged to the turbine. The combustion gas causes the turbine blades inside the turbine to rotate, which in turn generates power. The generated power is used in various fields such as power generation and driving of mechanical devices.

한국공개특허 제2010-0126773호 2010년 12월 02일 공개 (명칭: 가스 터빈 제어 방법 및 장치)Korean Patent Publication No. 2010-0126773 published on December 02, 2010 (Title: Gas turbine control method and apparatus)

본 발명의 목적은 연료조성비 기반의 가스 터빈 연소 시스템의 자동 튜닝을 위한 장치 및 이를 위한 방법을 제공함에 있다. An object of the present invention is to provide an apparatus and method for automatic tuning of a gas turbine combustion system based on fuel composition ratio.

연료조성비 기반의 가스 터빈 연소 시스템의 자동 튜닝을 위한 장치가 제공된다. 상기 장치는 연소장치에 공급되는 연료의 연료조성비로부터 저위발열량을 산출하는 열량산출부와, 복수의 제어모델 중 산출된 저위발열량에 대응하는 어느 하나의 제어모델을 선택하고, 선택된 제어모델을 이용하여 상기 연소장치를 제어하는 제어부를 포함한다. An apparatus for automatic tuning of a gas turbine combustion system based on a fuel composition ratio is provided. The device includes a calorific value calculating unit that calculates a lower calorific value from a fuel composition ratio of fuel supplied to the combustion device, and selects any one control model corresponding to the calculated lower calorific value among a plurality of control models, and uses the selected control model and a control unit for controlling the combustion device.

상기 제어부는 상기 연료조성비, 상기 저위발열량 및 상기 연소장치의 출력의 목표치를 제어모델에 입력하여 제어모델로부터 제어변수를 도출하고, 상기 제어변수에 따라 상기 연소장치를 제어하는 것을 특징으로 한다. The control unit inputs target values of the fuel composition ratio, the low calorific value, and the output of the combustion device into a control model to derive a control variable from the control model, and controls the combustion device according to the control variable.

상기 제어부는 상기 연소장치의 출력을 측정한 측정치를 도출하고, 상기 연소장치의 출력의 목표치와 상기 도출된 측정치의 차이가 기 설정된 임계치 이상이면, 상기 연소장치의 출력의 측정치를 이용하여 제어모델을 갱신하는 것을 특징으로 한다. The control unit derives a measured value obtained by measuring the output of the combustion device, and when the difference between the target value of the output of the combustion device and the derived measured value is greater than or equal to a preset threshold, a control model using the measured value of the output of the combustion device characterized by updating.

상기 제어변수는 총연료량, IGV(Inlet Guide Vane) 개도, 연료분배비, 연료 노즐 우선 순위 및 바이어스 방향 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다. The control variable is characterized in that it includes at least one of a total fuel amount, an inlet guide vane (IGV) opening degree, a fuel distribution ratio, a fuel nozzle priority, and a bias direction.

상기 장치는 상기 저위발열량의 범위에 따라 연소장치를 제어하는 상기 복수의 제어모델을 생성하여 저장하는 학습부를 더 포함한다. The apparatus further includes a learning unit for generating and storing the plurality of control models for controlling the combustion device according to the range of the lower calorific value.

상기 학습부는 공급되는 연료의 연료조성비를 포함하는 학습 데이터를 수집하고, 학습 데이터의 연료조성비로부터 저위발열량을 산출하고, 저위발열량의 범위에 따라 학습 데이터를 분류하고, 상기 분류된 학습 데이터를 이용하여 저위발열량의 범위 따라 복수의 제어모델을 학습시키는 것을 특징으로 한다. The learning unit collects learning data including the fuel composition ratio of the supplied fuel, calculates the lower calorific value from the fuel composition ratio of the learning data, classifies the learning data according to the range of the lower calorific value, and uses the classified learning data It is characterized in that a plurality of control models are trained according to the range of the lower calorific value.

연료조성비 기반의 가스 터빈 연소 시스템의 자동 튜닝을 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 열량산출부가 연소장치에 공급되는 연료의 연료조성비로부터 저위발열량을 산출하는 단계와, 제어부가 복수의 제어모델 중 산출된 저위발열량에 대응하는 어느 하나의 제어모델을 선택하는 단계와, 제어부가 상기 선택된 제어모델을 이용하여 상기 연소장치를 제어하는 단계를 포함한다. A method for automatic tuning of a gas turbine combustion system based on fuel composition ratio is provided. The method includes the steps of: a calorific value calculating unit calculating a lower calorific value from a fuel composition ratio of fuel supplied to the combustion device; selecting, by the control unit, any one control model corresponding to the calculated lower calorific value from among a plurality of control models; and controlling the combustion device using the selected control model.

상기 연소장치를 제어하는 단계는 상기 제어부가 상기 연료조성비, 상기 저위발열량 및 상기 연소장치의 출력의 목표치를 제어모델에 입력하여 제어모델로부터 제어변수를 도출하는 단계와, 상기 제어부가 상기 제어변수에 따라 상기 연소장치를 제어하는 단계를 포함한다. The controlling of the combustion device may include: the control unit inputting target values of the fuel composition ratio, the low calorific value, and the output of the combustion device into a control model to derive a control variable from the control model; and controlling the combustion device accordingly.

상기 방법은 상기 제어변수에 따라 상기 연소장치를 제어하는 단계 후, 상기 제어부가 상기 연소장치의 출력을 측정한 측정치를 도출하는 단계와, 상기 제어부가 상기 연소장치의 출력의 목표치와 상기 도출된 측정치의 차이가 기 설정된 임계치 이상이면, 상기 연소장치의 출력의 측정치를 이용하여 제어모델을 갱신하는 단계를 더 포함한다. The method includes, after controlling the combustion device according to the control variable, deriving, by the control unit, a measured value obtained by measuring the output of the combustion device, and the control unit: a target value of the output of the combustion device and the derived measurement value; The method further includes the step of updating the control model using the measured value of the output of the combustion device when the difference between is equal to or greater than a preset threshold.

상기 제어변수는 총연료량, IGV(Inlet Guide Vane) 개도, 연료분배비, 연료 노즐 우선 순위 및 바이어스 방향 중 적어도 하나를 포함한다. The control variable includes at least one of a total fuel amount, an inlet guide vane (IGV) opening degree, a fuel distribution ratio, a fuel nozzle priority, and a bias direction.

상기 방법은 상기 저위발열량을 산출하는 단계 전, 학습부가 저위발열량의 범위에 따라 연소장치를 제어하는 복수의 제어모델을 생성하여 저장하는 단계를 더 포함한다. The method further includes the step of generating and storing a plurality of control models for controlling the combustion device according to the range of the low calorific value by the learning unit before calculating the low calorific value.

상기 복수의 제어모델을 생성하여 저장하는 단계는 학습부가 공급되는 연료의 연료조성비를 포함하는 학습 데이터를 수집하는 단계와, 상기 학습부가 학습 데이터의 연료조성비로부터 저위발열량을 산출하는 단계와, 상기 학습부가 저위발열량의 범위에 따라 학습 데이터를 분류하는 단계와, 상기 학습부가 상기 분류된 학습 데이터를 이용하여 저위발열량의 범위 따라 복수의 제어모델을 학습시키는 단계를 포함한다. The step of generating and storing the plurality of control models includes the steps of: collecting learning data including a fuel composition ratio of the fuel supplied by the learning unit; calculating the low calorific value from the fuel composition ratio of the learning data by the learning unit; Classifying the learning data according to the range of the additional low calorific value, and the learning unit learning a plurality of control models according to the range of the lower calorific value by using the classified learning data.

본 발명에 따르면, 연료 및 열량 변동에 따라 가스 터빈 연소 시스템에 대한 운전 가변성이 향상된다. 이에 따라, 가스 터빈 연소 시스템에 대해 능동적으로 연소 튜닝을 할 수 있다. According to the present invention, operational variability for a gas turbine combustion system is improved with fuel and calorific fluctuations. This allows active combustion tuning for the gas turbine combustion system.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈 연소 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈 연소 시스템의 제어장치의 세부적인 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제어모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어모델을 학습시키는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료조성비 기반의 가스 터빈 연소 시스템의 자동 튜닝을 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제어모델을 갱신하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다.
1 is a block diagram for explaining the configuration of a gas turbine combustion system according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a control device of a gas turbine combustion system according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a control model according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a method for learning a control model according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a method for automatic tuning of a gas turbine combustion system based on a fuel composition ratio according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a method of updating a control model according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a computing device according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, terms such as 'comprising' or 'having' are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈 연소 시스템의 구성에 대해서 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈 연소 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈 연소 시스템의 제어장치의 세부적인 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제어모델을 설명하기 위한 도면이다. First, a configuration of a gas turbine combustion system according to an embodiment of the present invention will be described. 1 is a block diagram for explaining the configuration of a gas turbine combustion system according to an embodiment of the present invention. 2 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a control device of a gas turbine combustion system according to an embodiment of the present invention. 3 is a view for explaining a control model according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연소 시스템은 연소장치(100) 및 제어장치(200)를 포함한다. 연소장치(100)의 열역학적 사이클은 이상적으로는 브레이튼 사이클(Brayton cycle)을 따른다. 브레이튼 사이클은 등엔트로피 압축(단열 압축), 정압 급열, 등엔트로피 팽창(단열 팽창), 정압 방열로 이어지는 4가지 과정으로 구성된다. 즉, 대기의 공기를 흡입하여 고압으로 압축한 후 정압 환경에서 연료를 연소하여 열에너지를 방출하고, 이 고온의 연소가스를 팽창시켜 운동에너지로 변환시킨 후에 잔여 에너지를 담은 배기가스를 대기 중으로 방출한다. 즉, 압축, 가열, 팽창, 방열의 4 과정으로 사이클이 이루어진다. First, referring to FIG. 1 , a combustion system according to an embodiment of the present invention includes a combustion device 100 and a control device 200 . The thermodynamic cycle of the combustion device 100 ideally follows the Brayton cycle. The Brayton cycle consists of four processes: isentropic compression (adiabatic compression), static pressure rapid heat, isentropic expansion (adiabatic expansion), and static pressure dissipation. In other words, it sucks air from the atmosphere, compresses it to a high pressure, burns fuel in a static pressure environment to release heat energy, expands this high-temperature combustion gas to convert it into kinetic energy, and then releases the exhaust gas containing the remaining energy into the atmosphere. . That is, the cycle consists of four processes: compression, heating, expansion, and heat dissipation.

연소장치(100)는 압축기(110), 연소기(120) 및 터빈(130)을 포함한다. 연소장치(100)의 압축기(110)는 공기를 흡입하여 압축하는 역할을 하는 부분이며, 연소기(120)에 연소용 공기를 공급하는 한편 연소장치(100)에서 냉각이 필요한 고온 영역에 냉각용 공기를 공급하는 것이 주된 역할이다. 흡입된 공기는 압축기(110)에서 단열압축 과정을 거치게 되므로, 압축기(110)를 통과하는 공기의 압력과 온도는 올라가게 된다. The combustion apparatus 100 includes a compressor 110 , a combustor 120 , and a turbine 130 . The compressor 110 of the combustion device 100 is a part that sucks air and compresses it, and while supplying the combustion air to the combustor 120 , the cooling air in the high temperature region requiring cooling in the combustion device 100 . Its main role is to provide Since the sucked air undergoes an adiabatic compression process in the compressor 110 , the pressure and temperature of the air passing through the compressor 110 are increased.

연소장치(100)에 포함되는 압축기(110)는 원심 압축기(centrifugal compressors)나 축류 압축기(axial compressor)로 설계될 수 있지만, 본 발명의 실시예는 축류 압축기의 예를 들어 설명된다. 압축기(110)는 외부에서 유입되는 공기를 압축하여 연소기(120)에 공급한다. 압축기(110)는 터빈(130)에서 출력되는 동력의 일부를 사용하여 구동된다. 이를 위해, 압축기(110)의 회전축과 터빈(130)의 회전축은 직결된다. 터빈(130)에서 생산되는 출력의 일부는 압축기(110)를 구동시키는데 소모된다. 따라서, 압축기(110)의 효율을 향상시키는 것은 연소장치(100) 전체 효율을 향상시키는데 직접적이고도 지대한 영향을 미치게 된다. The compressor 110 included in the combustion device 100 may be designed as centrifugal compressors or axial compressors, but the embodiment of the present invention will be described with an example of an axial compressor. The compressor 110 compresses air introduced from the outside and supplies it to the combustor 120 . The compressor 110 is driven using a part of the power output from the turbine 130 . To this end, the rotation shaft of the compressor 110 and the rotation shaft of the turbine 130 are directly connected. A portion of the output produced by the turbine 130 is consumed to drive the compressor 110 . Accordingly, improving the efficiency of the compressor 110 has a direct and profound effect on improving the overall efficiency of the combustion device 100 .

연소기(120)는 압축기(110)의 하류에 배치되며, 압축기(110)의 출구로부터 공급되는 압축 공기를 연료와 혼합한 후, 등압 연소시켜 높은 에너지의 연소가스를 만들어 낸다. 이때, 연소기(120)는 압축기(110)에서 압축된 압축 공기와 주입되는 연료를 혼합하여 연소시키고, 이러한 연소를 통해 발생되는 연소 가스를 방출한다. 연소장치(100)에는 가스 연료와 액체 연료, 또는 이들이 조합된 복합 연료가 사용될 수 있다. The combustor 120 is disposed downstream of the compressor 110 , mixes compressed air supplied from the outlet of the compressor 110 with fuel, and then performs isostatic combustion to produce combustion gas of high energy. At this time, the combustor 120 mixes the compressed air compressed in the compressor 110 with the fuel injected and burns it, and discharges the combustion gas generated through such combustion. In the combustion device 100 , gas fuel and liquid fuel, or a combination fuel thereof may be used.

터빈(130)은 복수의 터빈 블레이드를 포함한다. 터빈(130)은 연소기(120)에 의해 연소된 연소 가스에 의해 터빈 블레이드를 회전시켜 전력을 생산한다. 연소기(120)에서 생산된 고온, 고압의 연소가스는 터빈(130)에 공급된다. 터빈(130)에서는 연소가스가 단열 팽창하면서 터빈(130)의 회전축에 방사상으로 배치된 복수의 터빈 블레이드에 충돌, 반동력을 줌으로써 연소가스의 열에너지가 회전축이 회전하는 기계적인 에너지로 변환된다. 터빈(130)에서 얻은 기계적 에너지의 일부는 압축기에서 공기를 압축하는데 필요한 에너지로 공급되며, 나머지는 발전기를 구동하여 전력을 생산하는 등의 유효 에너지로 활용된다. The turbine 130 includes a plurality of turbine blades. The turbine 130 generates electric power by rotating the turbine blades by the combustion gas burned by the combustor 120 . The high-temperature, high-pressure combustion gas produced in the combustor 120 is supplied to the turbine 130 . In the turbine 130 , the thermal energy of the combustion gas is converted into mechanical energy in which the rotary shaft rotates by colliding with a plurality of turbine blades radially disposed on the rotary shaft of the turbine 130 while the combustion gas expands adiabatically and by giving a reaction force. A portion of the mechanical energy obtained from the turbine 130 is supplied as energy required for compressing air in the compressor, and the remainder is utilized as effective energy such as driving a generator to generate electric power.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 제어장치(200)는 연료분석부(210), 열량산출부(220), 학습부(230), 저장부(240) 및 제어부(250)를 포함한다. Referring to FIG. 2 , the control device 200 according to an embodiment of the present invention includes a fuel analysis unit 210 , a calorific value calculation unit 220 , a learning unit 230 , a storage unit 240 , and a control unit 250 . include

본 발명의 실시예에 따른 제어장치(200)는 미리 생성된 복수의 제어모델을 이용하여 연소장치(100)를 제어한다. 제어모델은 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 대표적으로, 인공신경망을 예시할 수 있다. 도 3에 도시된 바에 따르면, 인공신경망이 다층퍼셉트론(Multilayer Perceptron)인 것으로 도시되었지만, 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니며, CNN(Convolutional Neural Network), RNN(Recurrent Neural Network), LTSM(Long Short-Term Memory models), GRU(Gated recurrent unit) 등 다양한 종류의 인공신경망이 선택될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 제어모델은 복수의 계층을 포함하며, 복수의 계층은 복수의 연산을 포함한다. 복수의 계층은 가중치로 연결되며, 이는 이전 계층의 연산 결과에 가중치가 적용되어 다음 계층의 연산에 입력되는 것을 의미한다. 복수의 계층은 컨볼루션계층(CVL: Convolution Layer), 풀링계층(PLL: Pooling Layer), 완전연결층(FCL: Fully Connected Layer) 등을 포함한다. 여기서, 연산은 활성화 함수를 연산을 의미하며, 활성화 함수는 시그모이드(Sigmoid), 하이퍼볼릭탄젠트(tanh: Hyperbolic tangent), ELU(Exponential Linear Unit), ReLU(Rectified Linear Unit), Leakly ReLU, Maxout, Minout, Softmax 등을 예시할 수 있다. 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 제어모델은 복수의 연산을 포함하는 복수의 계층을 포함한다. 복수의 연산 각각은 적어도 하나의 가중치가 적용된다. 특히, 충분히 학습된 제어모델은 연료조성비, 저위발열량(LHV) 및 연소장치(100)의 출력의 목표치를 목표 출력을 입력받을 수 있다. 또한, 추가적인 실시예에 따르면, 제어모델은 연료조성비, 저위발열량(LHV) 및 연소장치(100)의 목표 출력에 더하여 연소장치(100)의 현재 제어변수 및 현재 출력을 입력 받을 수 있다. 제어모델은 전술한 바와 같은 파라미터들의 입력이 있으면, 입력된 파라미터에 대해 복수의 계층의 가중치가 적용되는 복수의 연산을 수행하여 목표 출력에 대응하는 목표 제어변수를 출력한다. 여기서, 현재 제어변수는 연소장치(100)를 제어하기 위해 현재 입력된 변수이며, 현재 출력의 원인이 된다. 또한, 목표 제어변수는 연소장치(100)가 목표 출력을 출력하도록 연소장치(100)를 제어하기 위해 입력되는 복수의 변수를 포함한다. 이러한 현재 제어변수 및 목표 제어변수는 총연료량, IGV(Inlet Guide Vane) 개도, 연료분배비, 연료 노즐 우선 순위 및 바이어스 방향 중 적어도 하나를 포함한다. The control device 200 according to an embodiment of the present invention controls the combustion device 100 using a plurality of control models generated in advance. As the control model, for example, as shown in FIG. 3 , representatively, an artificial neural network may be exemplified. As shown in FIG. 3, although the artificial neural network is illustrated as a multilayer perceptron, the present invention is not limited thereto, and a convolutional neural network (CNN), a recurrent neural network (RNN), a long short- Various types of artificial neural networks such as term memory models) and GRU (Gated Recurrent Unit) may be selected. A control model according to an embodiment of the present invention includes a plurality of layers, and the plurality of layers includes a plurality of operations. A plurality of layers are connected by weights, which means that the weights are applied to the calculation results of the previous layer and input to the calculation of the next layer. The plurality of layers includes a convolution layer (CVL), a pooling layer (PLL), a fully connected layer (FCL), and the like. Here, the operation means operation of the activation function, and the activation function is Sigmoid, Hyperbolic tangent (tanh), Exponential Linear Unit (ELU), Rectified Linear Unit (ReLU), Leakly ReLU, Maxout. , Minout, Softmax, etc. can be exemplified. For example, as shown in FIG. 3 , the control model according to the embodiment of the present invention includes a plurality of layers including a plurality of operations. At least one weight is applied to each of the plurality of operations. In particular, the sufficiently learned control model may receive the target output as the target value of the fuel composition ratio, the low-level calorific value (LHV), and the output of the combustion device 100 . In addition, according to an additional embodiment, the control model may receive the current control variable and the current output of the combustion device 100 in addition to the fuel composition ratio, the low-level calorific value (LHV), and the target output of the combustion device 100 . When the above-described parameters are input, the control model outputs a target control variable corresponding to the target output by performing a plurality of operations in which a plurality of layer weights are applied to the input parameter. Here, the current control variable is a variable currently input to control the combustion device 100 and causes the current output. In addition, the target control variable includes a plurality of variables input to control the combustion device 100 so that the combustion device 100 outputs a target output. The current control variable and the target control variable include at least one of a total fuel amount, an inlet guide vane (IGV) opening degree, a fuel distribution ratio, a fuel nozzle priority, and a bias direction.

전술한 바와 같은 제어모델을 이용하기 위해 학습이 요구된다. 학습부(230)는 저위발열량의 범위에 따라 연소장치(100)를 제어하는 복수의 제어모델을 생성하여 저장부(240)에 저장하기 위한 것이다. Learning is required to use the control model as described above. The learning unit 230 is to generate a plurality of control models for controlling the combustion device 100 according to the range of the lower calorific value and store the generated control models in the storage unit 240 .

학습부(230)는 제어부(250)가 연소장치(100)를 제어할 때마다 사용된 제어변수와, 제어변수에 따른 연소장치(100)의 출력 및 연소장치(100)에 공급된 연료의 연료조성비를 수집한다. 그리고 학습부(230)는 수집된 학습 데이터의 연료조성비로부터 저위발열량(LHV: Lower Heating Value)을 산출하고, 저위발열량의 범위에 따라 학습 데이터를 분류하여 저장한다. 즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 저위발열량의 범위에 따라 복수의 제어모델을 생성한다. 따라서 수집되는 학습 데이터 또한 저위발열량의 범위 별로 분류하여 저장한다. 학습부(230)는 수집된 학습 데이터를 통해 제어모델에 대한 학습을 수행한다. 이때, 학습부(230)는 저위발열량의 범위 별로 복수의 제어모델을 개별적으로 학습시킨 후, 학습이 완료되면, 저장부(240)에 저장한다. 따라서 저장부(240)는 복수의 제어모델(CM1, CM2, ?, CMn)을 저장할 수 있다. 이러한 복수의 제어모델(CM1, CM2, ?, CMn) 각각은 자신 고유의 저위발열량(LHV)의 범위를 가진다(최소값 < LHV < 최대값). The learning unit 230 includes a control variable used whenever the control unit 250 controls the combustion device 100 , an output of the combustion device 100 according to the control variable, and a fuel of the fuel supplied to the combustion device 100 . Collect the composition ratio. Then, the learning unit 230 calculates a lower heating value (LHV) from the fuel composition ratio of the collected learning data, and classifies and stores the learning data according to the range of the lower heating value. That is, according to the embodiment of the present invention, a plurality of control models are generated according to the range of the lower calorific value. Therefore, the collected learning data is also classified and stored according to the range of the lower calorific value. The learning unit 230 performs learning on the control model through the collected learning data. At this time, the learning unit 230 individually learns a plurality of control models for each range of the lower calorific value, and when the learning is completed, it is stored in the storage unit 240 . Accordingly, the storage unit 240 may store a plurality of control models CM1, CM2, ?, and CMn. Each of the plurality of control models (CM1, CM2, ?, CMn) has its own range of its own lower calorific value (LHV) (minimum value < LHV < maximum value).

제어부(250)는 학습이 완료된 복수의 제어모델 중 어느 하나를 선택하여 연소장치(100)를 제어한다. 학습부(230)에 의해 저위발열량의 범위 별로 서로 다른 제어모델이 학습되어 생성되었기 때문에 제어부(250)는 저위발열량의 범위에 해당하는 제어모델을 선택할 수 있다. 이러한 선택을 위해, 연료분석부(210)는 연소장치(100)에 공급되는 연료를 분석하여 그 연료의 연료조성비를 도출하고, 열량산출부(220)는 연료분석부(210)가 도출한 연료의 연료조성비로부터 저위발열량을 산출한다. 그러면, 제어부(250)는 복수의 제어모델 중 산출된 저위발열량에 대응하는 제어모델을 선택한다. The control unit 250 controls the combustion apparatus 100 by selecting any one of a plurality of control models that have been trained. Since different control models for each range of the lower calorific value are learned and generated by the learning unit 230 , the controller 250 may select a control model corresponding to the range of the lower calorific value. For this selection, the fuel analyzer 210 analyzes the fuel supplied to the combustion device 100 to derive a fuel composition ratio of the fuel, and the calorific value calculator 220 determines the fuel derived from the fuel analyzer 210 . Calculate the lower calorific value from the fuel composition ratio of Then, the control unit 250 selects a control model corresponding to the calculated low calorific value from among the plurality of control models.

제어부(250)는 제어모델이 선택되면, 연료조성비, 저위발열량 및 연소장치(100)의 출력의 목표치를 제어모델에 입력한다. 추가적인 실시예에 따르면, 제어부(250)는 연료조성비, 저위발열량 및 연소장치(100)의 출력의 목표치에 더하여 연소장치(100)의 상태 정보를 더 입력할 수 있다. 상태 정보는 현재의 연소장치(100)의 제어 변수와 그에 따른 출력을 포함한다. 여기서, 현재의 연소장치(100)의 제어 변수는 총연료량, IGV(Inlet Guide Vane) 개도, 연료분배비, 연료 노즐 우선 순위(Fuel Circuit Priority) 및 바이어스 방향 등을 포함한다. 또한, 출력은 배기가스, 연소진동 등을 포함한다. When the control model is selected, the control unit 250 inputs target values of the fuel composition ratio, the lower calorific value, and the output of the combustion device 100 to the control model. According to an additional embodiment, the control unit 250 may further input the state information of the combustion apparatus 100 in addition to the target values of the fuel composition ratio, the lower calorific value, and the output of the combustion apparatus 100 . The state information includes the control parameters of the current combustion device 100 and the output accordingly. Here, the control variables of the current combustion device 100 include a total fuel amount, an inlet guide vane (IGV) opening degree, a fuel distribution ratio, a fuel nozzle priority (Fuel Circuit Priority), a bias direction, and the like. In addition, the output includes exhaust gas, combustion vibration, and the like.

그러면, 제어모델은 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 제어변수를 도출하고, 도출된 제어변수를 출력한다. 이와 같이, 제어부(250)는 제어모델의 출력을 통해 제어변수를 도출할 수 있다. 제어변수가 도출되면, 제어부(250)는 도출된 제어변수를 통해 연소장치(100)를 제어한다. Then, the control model derives a control variable through a plurality of operations to which the learned weight is applied, and outputs the derived control variable. In this way, the control unit 250 may derive a control variable through the output of the control model. When the control variable is derived, the controller 250 controls the combustion device 100 through the derived control variable.

한편, 제어부(250)는 전술한 바와 같이, 제어모델을 통해 도출된 제어변수를 통해 연소장치(100)를 제어한 후, 실제 연소장치(100)의 출력을 이용하여 제어모델을 갱신할 수 있다. 즉, 제어부(250)는 제어모델을 통해 도출된 제어변수를 통해 연소장치(100)를 제어한 후, 연소장치(100)의 출력을 측정한 측정치를 도출하고, 연소장치(100)의 출력의 목표치와 측정치의 차이가 기 설정된 임계치 이상이면, 연소장치(100)의 출력의 측정치를 이용하여 제어모델을 갱신한다. On the other hand, as described above, after controlling the combustion device 100 through the control variable derived through the control model, the controller 250 may update the control model using the output of the actual combustion device 100 . . That is, the control unit 250 controls the combustion device 100 through the control variable derived through the control model, and then derives a measured value of the output of the combustion device 100 , and determines the output of the combustion device 100 . If the difference between the target value and the measured value is equal to or greater than a preset threshold, the control model is updated using the measured value of the output of the combustion device 100 .

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 연료조성비 기반의 가스 터빈 연소 시스템의 자동 튜닝을 위한 방법에 대해서 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예에 따른 자동 튜닝은 미리 생성된 복수의 제어모델을 이용한다. 제어모델은 대표적으로, 인공신경망을 예시할 수 있다. 이에 따라, 복수의 제어모델에 대한 학습이 요구된다. 학습부(230)는 저위발열량의 범위에 따라 연소장치를 제어하는 복수의 제어모델을 생성하여 저장부(240)에 저장한다. 그러면, 본 발명의 실시예에 따른 제어모델을 학습시키는 방법에 대해서 설명하기로 한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어모델을 학습시키는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. Next, a method for automatic tuning of a gas turbine combustion system based on a fuel composition ratio according to an embodiment of the present invention will be described. Automatic tuning according to an embodiment of the present invention uses a plurality of pre-generated control models. A typical control model may be an artificial neural network. Accordingly, learning of a plurality of control models is required. The learning unit 230 generates a plurality of control models for controlling the combustion device according to the range of the lower calorific value and stores the generated control models in the storage unit 240 . Then, a method for learning a control model according to an embodiment of the present invention will be described. 4 is a flowchart illustrating a method for learning a control model according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 학습부(230)는 S110 단계에서 학습 데이터를 수집한다. 여기서, 학습데이터는 제어부(250)가 연소장치(100)를 제어하기 위해 사용된 것이다. 즉, 학습부(230)는 제어부(250)가 연소장치(100)를 제어할 때마다 사용된 제어변수와, 제어변수에 따른 연소장치(100)의 출력 및 연소장치(100)에 공급된 연료의 연료조성비를 수집한다. 이때, 사용된 제어변수의 이전에 사용된 제어변수와, 그 이전에 사용된 제어변수에 따른 연소장치(100)의 출력을 서로 매핑하여 저장한다. 이때, 사용된 제어변수의 이전에 사용된 제어변수와, 그 이전에 사용된 제어변수에 따른 연소장치(100)의 출력은 상태 정보로 사용된다. Referring to FIG. 4 , the learning unit 230 collects learning data in step S110 . Here, the learning data is used by the controller 250 to control the combustion device 100 . That is, the learning unit 230 includes the control variable used whenever the control unit 250 controls the combustion device 100 , the output of the combustion device 100 according to the control variable, and the fuel supplied to the combustion device 100 . of fuel composition is collected. At this time, the previously used control variable of the used control variable and the output of the combustion device 100 according to the previously used control variable are mapped to each other and stored. At this time, the previously used control variable of the used control variable and the output of the combustion device 100 according to the previously used control variable are used as state information.

학습부(230)는 S120 단계에서 수집된 학습 데이터의 연료조성비로부터 저위발열량(LHV: Lower Heating Value)을 산출하고, 저위발열량의 범위에 따라 학습 데이터를 분류하여 저장한다. 즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 저위발열량의 범위에 따라 복수의 제어모델을 생성한다. 따라서 수집되는 학습 데이터 또한 저위발열량의 범위 별로 분류하여 저장한다. The learning unit 230 calculates a lower heating value (LHV) from the fuel composition ratio of the learning data collected in step S120, and classifies and stores the learning data according to the range of the lower heating value. That is, according to the embodiment of the present invention, a plurality of control models are generated according to the range of the lower calorific value. Therefore, the collected learning data is also classified and stored according to the range of the lower calorific value.

이어서, 학습부(230)는 S130 단계에서 소정 수치 이상의 학습 데이터가 수집되었는지 여부를 확인한다. 상기 확인 결과, 소정 수치 이상의 학습 데이터가 수집되어 저장된 경우, S140 단계로 진행한다. Next, the learning unit 230 checks whether learning data greater than or equal to a predetermined value has been collected in step S130 . As a result of the check, if learning data equal to or greater than a predetermined value is collected and stored, the process proceeds to step S140.

학습부(230)는 S140 단계에서 수집된 학습 데이터를 통해 제어모델에 대한 학습을 수행한다. 이때, 학습부(230)는 저위발열량의 범위 별로 복수의 제어모델을 개별적으로 학습시킨다. 이러한 학습 방법에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 예를 들면, 학습부(230)는 제어변수를 기댓값으로 설정하고, 기댓값으로 설정된 제어변수에 대응하는 연료조성비, 저위발열량 및 연소장치(100)의 출력을 제어모델에 입력한다. 이때, 추가적인 실시예에 따르면, 상태 정보를 추가로 입력할 수 있다. 이에 따라, 제어모델은 연료조성비, 저위발열량 및 연소장치(100)의 출력, 그리고, 선택적으로, 상태 정보에 대한 가중치가 적용되는 복수의 연산을 수행하여 제어변수를 도출하고, 도출된 제어변수를 출력값으로 출력한다. 그러면, 학습부(230)는 제어모델의 출력값과 앞서 설정된 기댓값을 비교하여 기댓값과 예측값의 차이가 최소가 되도록 최적화 알고리즘을 통해 제어모델의 가중치를 수정한다. 여기서, 최적화 알고리즘은 역전파(backpropagation) 알고리즘을 예시할 수 있다. 학습부(230)는 복수의 학습 데이터 각각에 대해 전술한 절차를 반복 수행함으로써 제어모델에 대한 학습을 수행한다. 전술한 방법에 따라 학습부(230)는 저위발열량의 범위에 따라 연소장치를 제어하는 복수의 제어모델을 생성하여 저장부(240)에 저장한다.The learning unit 230 performs learning on the control model through the learning data collected in step S140. At this time, the learning unit 230 individually learns a plurality of control models for each range of the lower calorific value. These learning methods will be described in detail as follows. For example, the learning unit 230 sets the control variable as an expected value, and inputs the fuel composition ratio, the lower calorific value, and the output of the combustion device 100 corresponding to the control variable set as the expected value to the control model. In this case, according to an additional embodiment, state information may be additionally input. Accordingly, the control model derives a control variable by performing a plurality of calculations to which a weight for the fuel composition ratio, the low calorific value and the output of the combustion device 100, and, optionally, the state information is applied, and the derived control variable output as an output value. Then, the learning unit 230 compares the output value of the control model with the previously set expected value, and corrects the weight of the control model through an optimization algorithm so that the difference between the expected value and the predicted value is minimized. Here, the optimization algorithm may exemplify a backpropagation algorithm. The learning unit 230 learns the control model by repeating the above-described procedure for each of the plurality of learning data. According to the above-described method, the learning unit 230 generates a plurality of control models for controlling the combustion device according to the range of the lower calorific value, and stores the generated control models in the storage unit 240 .

그러면, 제어부(250)는 학습이 완료된 복수의 제어모델을 이용하여 연소장치(100)를 제어한다. 이러한 방법에 대해서 설명하기로 한다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료조성비 기반의 가스 터빈 연소 시스템의 자동 튜닝을 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. Then, the control unit 250 controls the combustion device 100 using the plurality of control models that have been trained. These methods will be described. 5 is a flowchart illustrating a method for automatic tuning of a gas turbine combustion system based on a fuel composition ratio according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 연료분석부(210)는 S210 단계에서 연소장치(100)에 공급되는 연료를 분석하여 그 연료의 연료조성비를 도출한다. 그러면, 열량산출부(220)는 S220 단계에서 연료분석부(210)가 도출한 연료의 연료조성비로부터 저위발열량을 산출한다. Referring to FIG. 5 , the fuel analysis unit 210 analyzes the fuel supplied to the combustion device 100 in step S210 and derives a fuel composition ratio of the fuel. Then, the calorific value calculation unit 220 calculates the lower calorific value from the fuel composition ratio of the fuel derived by the fuel analysis unit 210 in step S220.

다음으로, 제어부(250)는 S230 단계에서 복수의 제어모델 중 앞서 산출된 저위발열량에 대응하는 제어모델을 선택한다. 전술한 바와 같이, 저위발열량의 범위 별로 서로 다른 제어모델이 학습되어 생성되었다. 이에 따라, 제어부(250)는 저위발열량의 범위에 해당하는 제어모델을 선택할 수 있다. Next, the control unit 250 selects a control model corresponding to the previously calculated low calorific value from among the plurality of control models in step S230 . As described above, different control models were trained and generated for each range of the lower calorific value. Accordingly, the control unit 250 may select a control model corresponding to the range of the lower calorific value.

이어서, 제어부(250)는 S240 단계에서 앞서 선택한 제어모델을 통해 목표하는 연소장치(100)의 출력에 대응하는 제어변수를 도출한다. 이때, 제어부(250)는 연료조성비, 저위발열량 및 연소장치(100)의 출력의 목표치를 제어모델에 입력한다. 이때, 추가적인 실시예에 따르면, 상태 정보를 추가로 입력할 수 있다. 그러면, 제어모델은 연료조성비, 저위발열량 및 연소장치(100)의 출력의 목표치, 그리고, 선택적으로, 상태 정보에 대해 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 제어변수를 도출하고, 도출된 제어변수를 출력한다. 이와 같이, 제어부(250)는 제어모델의 출력을 통해 제어변수를 도출할 수 있다. Then, the control unit 250 derives a control variable corresponding to the output of the target combustion device 100 through the previously selected control model in step S240. At this time, the control unit 250 inputs the target values of the fuel composition ratio, the low calorific value, and the output of the combustion device 100 to the control model. In this case, according to an additional embodiment, state information may be additionally input. Then, the control model derives a control variable through a plurality of calculations to which the fuel composition ratio, the low calorific value and the target value of the output of the combustion device 100, and, optionally, the weight learned for the state information are applied, the derived control print the variable In this way, the control unit 250 may derive a control variable through the output of the control model.

제어변수가 도출되면, 제어부(250)는 S250 단계에서 도출된 제어변수를 통해 연소장치(100)를 제어한다. 이러한 제어변수는 총연료량, IGV(Inlet Guide Vane) 개도, 연료분배비, 연료 노즐 우선 순위(Fuel Circuit Priority) 및 바이어스 방향 중 적어도 하나를 포함한다. When the control variable is derived, the control unit 250 controls the combustion apparatus 100 through the control variable derived in step S250. These control variables include at least one of a total fuel amount, an inlet guide vane (IGV) opening degree, a fuel distribution ratio, a fuel nozzle priority (Fuel Circuit Priority), and a bias direction.

한편, 제어부(250)는 전술한 바와 같이, 제어모델을 통해 도출된 제어변수를 통해 연소장치(100)를 제어한 후, 실제 연소장치(100)의 출력을 이용하여 제어모델을 갱신할 수 있다. 이러한 방법에 대해서 설명하기로 한다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제어모델을 갱신하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. On the other hand, as described above, after controlling the combustion device 100 through the control variable derived through the control model, the controller 250 may update the control model using the output of the actual combustion device 100 . . These methods will be described. 6 is a flowchart illustrating a method of updating a control model according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 앞서 도 5를 참조로 하는 실시예에서 제어부(250)는 제어모델을 통해 제어변수를 도출한 후, 도출된 제어변수를 통해 연소장치(100)를 제어하였다. 이러한 제어를 수행할 때마다, 제어부(250)는 S310 단계에서 연소장치(100)에 부착된 복수의 센서를 통해 연소장치(100)의 출력을 측정할 수 있다. Referring to FIG. 6 , in the embodiment with reference to FIG. 5 , the controller 250 derived control variables through the control model and then controlled the combustion apparatus 100 through the derived control variables. Whenever such control is performed, the control unit 250 may measure the output of the combustion apparatus 100 through a plurality of sensors attached to the combustion apparatus 100 in step S310 .

그런 다음, 제어부(250)는 S320 단계에서 연소장치(100)의 출력의 목표치와 실제 측정된 측정치를 비교한다. Then, the control unit 250 compares the target value of the output of the combustion device 100 and the actually measured value in step S320.

이러한 비교에 따라 제어부(250)는 S330 단계에서 연소장치(100)의 출력의 목표치와 측정치의 차이가 기 설정된 임계치 이상인지 여부를 판단한다. According to this comparison, the control unit 250 determines whether the difference between the target value and the measured value of the output of the combustion device 100 is equal to or greater than a preset threshold in step S330 .

S330 단계의 판단 결과, 그 차이가 임계치 이상이면, 제어부(250)는 S340 단계에서 연소장치(100)의 출력의 측정치를 이용하여 제어모델을 갱신할 수 있다. 즉, 제어부(250)는 제어변수를 기댓값으로 설정하고, 연료조성비, 저위발열량 및 연소장치(100)의 출력의 측정치, 그리고, 선택적으로 상태 정보를 제어모델에 입력한다. 이에 따라, 제어모델은 연료조성비, 저위발열량 및 연소장치(100)의 출력의 측정치, 그리고, 선택적으로 상태 정보에 대해 가중치가 적용되는 복수의 연산을 수행하여 제어변수를 도출하고, 도출된 제어변수를 출력값으로 출력한다. 그러면, 학습부(230)는 제어모델의 출력값과 앞서 설정된 기댓값을 비교하여 기댓값과 예측값의 차이가 최소가 되도록 최적화 알고리즘을 통해 제어모델의 가중치를 갱신한다. As a result of the determination in step S330 , if the difference is greater than or equal to the threshold, the controller 250 may update the control model using the measured value of the output of the combustion device 100 in step S340 . That is, the control unit 250 sets the control variable to an expected value, and inputs the measured value of the fuel composition ratio, the lower calorific value and the output of the combustion device 100 , and optionally state information to the control model. Accordingly, the control model derives a control variable by performing a plurality of calculations in which a weight is applied to the measured value of the fuel composition ratio, the low calorific value and the output of the combustion device 100, and, optionally, the state information, and the derived control variable is output as an output value. Then, the learning unit 230 compares the output value of the control model with the previously set expected value and updates the weight of the control model through the optimization algorithm so that the difference between the expected value and the predicted value is minimized.

반면, S330 단계의 판단 결과, 그 차이가 임계치 미만이면, 제어부(250)는 S350 단계에서 해당 제어모델을 그대로 유지한다. On the other hand, if the difference is less than the threshold as a result of the determination in step S330, the controller 250 maintains the control model as it is in step S350.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다. 도 7의 컴퓨팅 장치(TN100)는 본 명세서에서 기술된 장치(예, 연료조성비 기반의 가스 터빈 연소 시스템의 자동 튜닝을 위한 장치 등) 일 수 있다. 7 is a diagram illustrating a computing device according to an embodiment of the present invention. The computing device TN100 of FIG. 7 may be a device described herein (eg, a device for automatic tuning of a gas turbine combustion system based on fuel composition ratio, etc.).

도 7의 실시예에서, 컴퓨팅 장치(TN100)는 적어도 하나의 프로세서(TN110), 송수신 장치(TN120), 및 메모리(TN130)를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치(TN100)는 저장 장치(TN140), 입력 인터페이스 장치(TN150), 출력 인터페이스 장치(TN160) 등을 더 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치(TN100)에 포함된 구성 요소들은 버스(bus)(TN170)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.In the embodiment of FIG. 7 , the computing device TN100 may include at least one processor TN110 , a transceiver device TN120 , and a memory TN130 . In addition, the computing device TN100 may further include a storage device TN140 , an input interface device TN150 , an output interface device TN160 , and the like. Components included in the computing device TN100 may be connected by a bus TN170 to communicate with each other.

프로세서(TN110)는 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(TN110)는 중앙 처리 장치(CPU: central processing unit), 그래픽 처리 장치(GPU: graphics processing unit), 또는 본 발명의 실시예에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 프로세서(TN110)는 본 발명의 실시예와 관련하여 기술된 절차, 기능, 및 방법 등을 구현하도록 구성될 수 있다. 프로세서(TN110)는 컴퓨팅 장치(TN100)의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.The processor TN110 may execute a program command stored in at least one of the memory TN130 and the storage device TN140. The processor TN110 may mean a central processing unit (CPU), a graphics processing unit (GPU), or a dedicated processor on which methods according to an embodiment of the present invention are performed. The processor TN110 may be configured to implement procedures, functions, methods, and the like described in connection with an embodiment of the present invention. The processor TN110 may control each component of the computing device TN100 .

메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 프로세서(TN110)의 동작과 관련된 다양한 정보를 저장할 수 있다. 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(TN130)는 읽기 전용 메모리(ROM: read only memory) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM: random access memory) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. Each of the memory TN130 and the storage device TN140 may store various information related to the operation of the processor TN110 . Each of the memory TN130 and the storage device TN140 may be configured as at least one of a volatile storage medium and a non-volatile storage medium. For example, the memory TN130 may include at least one of a read only memory (ROM) and a random access memory (RAM).

송수신 장치(TN120)는 유선 신호 또는 무선 신호를 송신 또는 수신할 수 있다. 송수신 장치(TN120)는 네트워크에 연결되어 통신을 수행할 수 있다.The transceiver TN120 may transmit or receive a wired signal or a wireless signal. The transceiver TN120 may be connected to a network to perform communication.

한편, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 다양한 방법은 다양한 컴퓨터수단을 통하여 판독 가능한 프로그램 형태로 구현되어 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 기록될 수 있다. 여기서, 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 기록매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 예컨대 기록매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광 기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함한다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어를 포함할 수 있다. 이러한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다. On the other hand, the various methods according to the embodiment of the present invention described above may be implemented in the form of a program readable by various computer means and recorded in a computer readable recording medium. Here, the recording medium may include a program command, a data file, a data structure, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the recording medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and available to those skilled in the art of computer software. For example, the recording medium includes magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, and magneto-optical media such as floppy disks ( magneto-optical media), and hardware devices specially configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions may include not only machine language such as generated by a compiler, but also a high-level language that can be executed by a computer using an interpreter or the like. Such hardware devices may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다. In the above, although an embodiment of the present invention has been described, those of ordinary skill in the art can add, change, delete or add components within the scope that does not depart from the spirit of the present invention described in the claims. The present invention may be variously modified and changed by, etc., and this will also be included within the scope of the present invention.

100: 연소장치
110: 압축기
120: 연소기
130: 터빈
200: 제어장치
210: 연료분석부
220: 열량산출부
230: 학습부
240: 저장부
250: 제어부
100: combustion device
110: compressor
120: combustor
130: turbine
200: control device
210: fuel analysis unit
220: calorie calculation unit
230: study unit
240: storage
250: control unit

Claims (12)

연소장치에 공급되는 연료의 연료조성비로부터 저위발열량을 산출하는 열량산출부;
복수의 제어모델 중 산출된 저위발열량에 대응하는 어느 하나의 제어모델을 선택하고, 선택된 제어모델을 이용하여 상기 연소장치를 제어하는 제어부; 및
상기 저위발열량의 범위에 따라 연소장치를 제어하는 상기 복수의 제어모델을 생성하여 저장하는 학습부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는
자동 튜닝을 위한 장치.
a calorific value calculating unit for calculating a lower calorific value from a fuel composition ratio of fuel supplied to the combustion device;
a control unit that selects any one control model corresponding to the calculated low calorific value from among a plurality of control models, and controls the combustion device using the selected control model; and
a learning unit for generating and storing the plurality of control models for controlling a combustion device according to the range of the lower calorific value;
characterized by comprising
Device for automatic tuning.
제1항에 있어서,
상기 제어부는
상기 연료조성비, 상기 저위발열량 및 상기 연소장치의 출력의 목표치를 제어모델에 입력하여 제어모델로부터 제어변수를 도출하고,
상기 제어변수에 따라 상기 연소장치를 제어하는 것을 특징으로 하는
자동 튜닝을 위한 장치.
According to claim 1,
the control unit
Input the target values of the fuel composition ratio, the low calorific value, and the output of the combustion device into a control model to derive control variables from the control model,
Controlling the combustion device according to the control variable
Device for automatic tuning.
제2항에 있어서,
상기 제어부는
상기 연소장치의 출력을 측정한 측정치를 도출하고,
상기 연소장치의 출력의 목표치와 상기 도출된 측정치의 차이가 기 설정된 임계치 이상이면, 상기 연소장치의 출력의 측정치를 이용하여 제어모델을 갱신하는 것을 특징으로 하는
자동 튜닝을 위한 장치.
3. The method of claim 2,
the control unit
Deriving a measured value measuring the output of the combustion device,
When the difference between the target value of the output of the combustion device and the derived measured value is equal to or greater than a preset threshold, the control model is updated using the measured value of the output of the combustion device
Device for automatic tuning.
제2항에 있어서,
상기 제어변수는
총연료량, IGV(Inlet Guide Vane) 개도, 연료분배비, 연료 노즐 우선 순위 및 바이어스 방향 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는
자동 튜닝을 위한 장치.
3. The method of claim 2,
The control variable is
Characterized in that it includes at least one of a total fuel amount, an inlet guide vane (IGV) opening degree, a fuel distribution ratio, a fuel nozzle priority, and a bias direction.
Device for automatic tuning.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 학습부는
공급되는 연료의 연료조성비를 포함하는 학습 데이터를 수집하고,
학습 데이터의 연료조성비로부터 저위발열량을 산출하고,
저위발열량의 범위에 따라 학습 데이터를 분류하고,
상기 분류된 학습 데이터를 이용하여 저위발열량의 범위 따라 복수의 제어모델을 학습시키는 것을 특징으로 하는
자동 튜닝을 위한 장치.
According to claim 1,
the learning unit
Collect learning data including fuel composition ratio of supplied fuel,
Calculate the low calorific value from the fuel composition ratio of the learning data,
Classify the training data according to the range of low calorific value,
Using the classified learning data, it characterized in that the plurality of control models are trained according to the range of the lower calorific value.
Device for automatic tuning.
학습부가 저위발열량의 범위에 따라 연소장치를 제어하는 복수의 제어모델을 생성하여 저장하는 단계;
상기 복수의 제어모델을 생성하여 저장하는 단계 이후에, 열량산출부가 연소장치에 공급되는 연료의 연료조성비로부터 저위발열량을 산출하는 단계;
제어부가 상기 복수의 제어모델 중 산출된 저위발열량에 대응하는 어느 하나의 제어모델을 선택하는 단계; 및
제어부가 상기 선택된 제어모델을 이용하여 상기 연소장치를 제어하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는
자동 튜닝을 위한 방법.
generating and storing, by the learning unit, a plurality of control models for controlling the combustion device according to the range of the lower calorific value;
after generating and storing the plurality of control models, calculating a lower calorific value from the fuel composition ratio of the fuel supplied to the combustion device by a calorific value calculating unit;
selecting, by a control unit, any one control model corresponding to the calculated low calorific value from among the plurality of control models; and
controlling, by a controller, the combustion device using the selected control model;
characterized by comprising
A method for auto-tuning.
제7항에 있어서,
상기 연소장치를 제어하는 단계는
상기 제어부가 상기 연료조성비, 상기 저위발열량 및 상기 연소장치의 출력의 목표치를 제어모델에 입력하여 제어모델로부터 제어변수를 도출하는 단계; 및
상기 제어부가 상기 제어변수에 따라 상기 연소장치를 제어하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는
자동 튜닝을 위한 방법.
8. The method of claim 7,
The step of controlling the combustion device is
deriving control variables from the control model by inputting, by the control unit, target values of the fuel composition ratio, the low calorific value, and the output of the combustion device into a control model; and
controlling, by the control unit, the combustion device according to the control variable;
characterized by comprising
A method for auto-tuning.
제8항에 있어서,
상기 제어변수에 따라 상기 연소장치를 제어하는 단계 후,
상기 제어부가 상기 연소장치의 출력을 측정한 측정치를 도출하는 단계; 및
상기 제어부가 상기 연소장치의 출력의 목표치와 상기 도출된 측정치의 차이가 기 설정된 임계치 이상이면, 상기 연소장치의 출력의 측정치를 이용하여 제어모델을 갱신하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
자동 튜닝을 위한 방법.
9. The method of claim 8,
After controlling the combustion device according to the control variable,
deriving, by the control unit, a measured value obtained by measuring the output of the combustion device; and
If the difference between the target value of the output of the combustion device and the derived measured value is greater than or equal to a preset threshold, the control unit updating the control model using the measured value of the output of the combustion device; characterized by further comprising:
A method for auto-tuning.
제8항에 있어서,
상기 제어변수는
총연료량, IGV(Inlet Guide Vane) 개도, 연료분배비, 연료 노즐 우선 순위 및 바이어스 방향 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는
자동 튜닝을 위한 방법.
9. The method of claim 8,
The control variable is
Characterized in that it includes at least one of a total fuel amount, an inlet guide vane (IGV) opening degree, a fuel distribution ratio, a fuel nozzle priority, and a bias direction.
A method for auto-tuning.
삭제delete 제7항에 있어서,
상기 복수의 제어모델을 생성하여 저장하는 단계는
학습부가 공급되는 연료의 연료조성비를 포함하는 학습 데이터를 수집하는 단계;
상기 학습부가 학습 데이터의 연료조성비로부터 저위발열량을 산출하는 단계;
상기 학습부가 저위발열량의 범위에 따라 학습 데이터를 분류하는 단계; 및
상기 학습부가 상기 분류된 학습 데이터를 이용하여 저위발열량의 범위 따라 복수의 제어모델을 학습시키는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는
자동 튜닝을 위한 방법.
8. The method of claim 7,
The step of creating and storing the plurality of control models is
collecting learning data including a fuel composition ratio of fuel supplied by the learning unit;
calculating, by the learning unit, a lower calorific value from the fuel composition ratio of the learning data;
classifying the learning data according to the range of the lower calorific value by the learning unit; and
learning, by the learning unit, a plurality of control models according to a range of a lower calorific value by using the classified learning data;
characterized by comprising
A method for auto-tuning.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100126773A (en) 2008-09-29 2010-12-02 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 Gas turbine control method and controller
JP2012112330A (en) * 2010-11-25 2012-06-14 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Control device and state quantity acquisition device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100126773A (en) 2008-09-29 2010-12-02 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 Gas turbine control method and controller
JP2012112330A (en) * 2010-11-25 2012-06-14 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Control device and state quantity acquisition device

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