KR20160007430A - 가스 터빈의 제어 및 보호 방법 및 이러한 방법을 사용하는 가스 터빈 - Google Patents

가스 터빈의 제어 및 보호 방법 및 이러한 방법을 사용하는 가스 터빈 Download PDF

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KR20160007430A
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에릭 안드레 무엘러
안드레아스 벨츠너
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알스톰 테크놀러지 리미티드
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Abstract

가스 터빈의 제어 및 보호에 대한 방법에서, 가스 터빈 성능 및 수명 지시 처리량이 이용 가능한 처리 신호들의 세트로부터 추정된다.
상기 가스 터빈 성능 및 수명 지시 처리량은 2개의 다른 추정 방법들(11, 12)에 의해 동시에 평가되고, 이에 의해 제 1 추정 방법(11)은 높은 예측 정확성을 갖고, 제 2 추정 방법(12)은 높은 유효성을 갖고, 상기 제 2 추정 방법(12)의 연속 적응부(14)는 2개의 추정 방법들의 출력 신호들(TA, TB)을 정렬하도록 실시되고, 상기 제 1 추정 방법(11)의 관리부(13)에서 결함(F)이 검출되는 경우에, 상기 제 2 추정 방법(12)의 상기 적응부(14)가 중단되고, 상기 제 1 추정 방법(11)의 출력이 상기 제 2 추정 방법(12)의 출력으로 전환된다.

Description

가스 터빈의 제어 및 보호 방법 및 이러한 방법을 사용하는 가스 터빈{METHOD FOR THE CONTROL AND PROTECTION OF A GAS TURBINE AND GAS TURBINE USING SUCH METHOD}
본 발명은 가스 터빈의 기술에 관한 것이다. 본 발명은 가스 터빈 성능 및 수명 지시 처리량이 이용 가능한 처리 신호들의 세트로부터 추정되는 가스 터빈의 제어 및 보호에 대한 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 상기 방법을 사용하는 가스 터빈에 관한 것이다.
도 4는 압축기(20), 연소기(21) 및 터빈(22)을 포함하는 가스 터빈(19)의 기본 도면을 도시한다. 압축기(20)는 압축기 입구 온도(TK1)를 갖는 공기 입구(23)를 통해 외기를 흡입한다. 압축기의 질량 유속은 가변 안내 베인들(VGV)을 이동시켜 조절될 수 있다. 공기는 압축되고 압축기 출구 압력(pK2)을 가진 압축기(20)를 나간다. 압축된 공기는 연료를 연소시키도록 연소기(21)에서 사용되고, 연료는 연료 공급부(24)를 통해 공급된다. 생성된 고온 가스는 터빈(22)을 구동하고 터빈 배기 가스 온도(TAT)를 갖는 배기 가스 출구(25)에서 터빈(22)을 나간다.
가스 터빈(19)의 제어 및 보호를 위해, 일반적으로 가스 터빈 성능 및 수명을 나타내는 온도가 제어기(18)에서 사용된다. 예를 들어, 이러한 온도는 지시 터빈 입구 온도일 수 있다. 필드 엔진 상에서, 이러한 지시 터빈 입구 온도가 측정될 수 없기 때문에, 이 양이 보통 추정된다.
지시 터빈 입구 온도를 추정하기 위한 최신 기술의 해결책은 다음의 것들을 특징으로 한다:
● 지시 터빈 입구 온도는 TAT(터빈 배기 가스 온도), pK2(압축기 출구 압력), TK1(압축기 입구 온도) 등과 같은 이용 가능한 처리 측정치들의 세트의 대수 함수로서 계산된다.
● 대수 함수는 보통 가스 터빈의 유효 공기-열(aero-thermal) 모델로 측정되고 그리고/또는 시운전 동안 실제 엔진을 작동시킨다.
최신 기술의 해결책의 주요한 결함은 하나의 측면 상의 예측 정확성 및 다른 측면 상의 유효성 사이의 고유 트레이드오프(trade-off)이다:
● 작동 양태로부터, 지시 터빈 입구 온도 추정치는 가스 터빈의 성능 및 수명(더 작은 안전 여유)을 최대화하도록 높은 정확성을 갖기 위해 요구된다.
● 그러나, 유효성 관점에서, 최소의 독립 변수들(입력들)을 갖는 간단한 지시 터빈 입구 온도 추정 함수를 갖는 것이 유리하다.
최신 기술의 해결책의 추가의 결함은 지시 터빈 입구 온도 추정의 엔진 과도 현상 동안 반응 거동이 포함된 측정 센서들의 동적 성질들에 의해 지배된다는 것이다. 특히, 지시 터빈 입구 온도 추정은 지시 터빈 입구 온도 추정 함수에 대한 입력 신호들이 동적으로 정확하게 정렬되지 않는다면 신속한 엔진 과도 현상 동안 상당한 규모의 인위적 과도 출력을 나타낸다.
종래 기술에서, 다양한 문서들은 가스 터빈 작동을 위한 제어 변수로서 지시 터빈 입구 온도를 사용 및 계산하는 문제점들을 다룬다.
문서 US 6,167,690 B1호는 프로세스의 적어도 하나의 변수(TITm), 복수의 측정된 처리 변수들(TATm, pCm)로부터 계산되는 적어도 하나의 변수(TITm), 연관된 측정 부분들, 다른 시간 응답을 갖는 전달 함수를 통해 각각 측정되는 경우에 측정된 처리 변수들(TATm, pCm)을 제어하는 제어 시스템을 개시하고 있다. 특히 과도 현상 작용 동안의 개선은, 불안정성을 회피하기 위해서, 개별 측정 부분들의 다른 시간 응답들을 동등하게 하는 정정 수단이 제공됨으로써 성취된다.
문서 WO 2010/043563 A2호는 가스 터빈 모델 및 가스 터빈의 모델링을 위한 방법을 개시하고 있고, 이는 높은 정확성을 갖고서 과도 현상 모델링 그리고 가스 터빈을 모델링하기 위한 수치상으로 효율적인 수단을 동시에 허용한다. 해결책은 복수의 서브 모델들로 구성되는 가스 터빈 모델에 기초한다. 이 서브 모델들은 전적으로 동적이거나 또는 정적이고, 전체 모델의 수치적 해결책에서 상당한 간소화를 허용한다. 체적의 효과, 액추에이터들 및 측정 시스템들의 금속 질량을 시뮬레이션하는 시스템 부분들이 동적인 것으로 간주된다. 나머지 시스템 부분들은 시간 특성에 걸쳐 정적인 것으로 간주된다.
문서 EP 2 447 511 A1호는 압력 센서들에 의한 압력 측정치들을 통해 가스 터빈의 다른 영역들에서의 고온 가스 온도의 편차를 형성하는 것을 포함하는 방법을 설명한다. 압력 측정은 터빈의 블레이드 시리즈 직전에 그리고 터빈의 연소 챔버에서 생성된 고온 가스 유동에서 실행된다. 압력 강하는 챔버 내에 존재하는 화염에 대해 하류에 있는 측정 위치들 사이에서 결정된다. 터빈 플랜지는 챔버와 터빈 사이의 이동부에서 터빈 내에 배열된다.
문서 WO 2011/098193 A1호는 가스 터빈의 연소기를 나가는 가스의 출구 온도를 결정하는 방법을 설명하고, 상기 방법은: 연소기에 전달되는 연료의 온도 및 질량 유동을 결정하는 단계와; 연소기에 전달되는 공기의 온도 및 질량 유동을 결정하는 단계와; 연소기에 전달되는 공기 및 연료의 연소된 혼합물의 특정 열용량의 온도 의존성을 결정하는 단계; 및 결정된 연료의 온도 및 질량 유동에 기초한 연소기를 나가는 연소된 혼합물의 출구 온도, 결정된 공기의 온도 및 질량 유동, 및 결정된 연소된 혼합물의 특정 열용량의 온도 의존성을 결정하는 단계를 포함한다. 또한 가스 터빈을 제어하는 방법이 설명된다.
본 발명의 목적은 가스 터빈 성능 및 수명 지시 처리량의 유효성 및/또는 정확성을 증가시키는 가스 터빈의 제어 및 보호를 위한 방법을 제공하는 것이다.
또 다른 목적은 이러한 방법을 사용하는 가스 터빈을 제공하는 것이다.
이 목적 및 다른 목적은 청구항 1에 따른 방법 및 청구항 15에 따른 가스 터빈에 의해 획득된다.
본 발명에 따른 가스 터빈의 제어 및 보호에 대한 방법에서, 가스 터빈 성능 및 수명 지시 처리량(IPQ)이 이용 가능한 처리 신호들의 세트로부터 추정된다. 상기 방법은 추정 정확성과 유효성 사이의 트레이드오프를 회피하기 위해서 상기 가스 터빈 성능 및 수명 지시 처리량이 적어도 2개의 다른 추정 방법들에 의해 동시에 평가되고, 이에 의해 제 1 추정 방법은 높은 예측 정확성을 갖고, 제 2 추정 방법은 높은 유효성을 갖고, 상기 제 2 추정 방법의 연속 적응부는 2개의 추정 방법들의 출력 신호들을 정렬하도록 실시되고, 상기 제 1 추정 방법의 실패의 경우에, 상기 제 2 추정 방법의 상기 적응부가 중단되고, 상기 제 1 추정 방법의 출력이 상기 제 2 추정 방법의 출력으로 전환되는 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 지시 처리량(IPQ)은 온도, 공간 온도 구배, 시간에 걸친 온도 구배, 압력, 압력 구배, 입구 가스, 고온 가스, 연료 또는 그것들의 조합의 합성물일 수 있다. 다른 매개변수들은 당업자에 의해 고려 가능하다. 예를 들어, 습도 및 고온 가스 온도의 조합은 고온 가스의 열용량 및 고온 가스로부터 고온 가스에 노출된 터빈의 부품들로의 열 전달이 습도에 따라 결정되기 때문에 작동 동안 수명 소비를 나타낼 수 있다.
추정 방법은 예를 들어, 가스 터빈 처리의 측정된 양을 사용하는 양 또는 음 함수일 수 있다. 추정 방법은 또한 동적 시스템일 수 있다. 예를 들어, 소위 관찰자는 가스 터빈의 동적 모델에 기초하는 매개변수 및 처리 추정자로서 사용될 수 있다. 관찰자는 명령 지시된 처리 입력들(예를 들어, 연료 질량 유속, 압축기 가변 안내 베인 위치 등), 측정된 외부 입력들의 벡터 신호(예를 들어, 상대 습도, 주위 압력, 기계적 속도 등)를 사용하고, 예측을 업데이트하고 또한 지시 처리량(IPQ)의 정확한 추정을 결정하도록 예측된 처리 출력들과 실제, 측정된 출력들(예를 들어, TK2, pK2, TAT, PWR 등)을 비교한다.
본 발명에 따른 방법의 하나의 실시예는 상기 가스 터빈 성능 및 수명 지시 처리량이 연소기 출구에서의 고온 가스 온도인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방법의 또 하나의 실시예는 상기 가스 터빈 성능 및 수명 지시 처리량이 제 1 터빈 고정자(베인) 행의 입구에서의 온도인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방법의 추가의 실시예는 상기 가스 터빈 성능 및 수명 지시 처리량이 제 1 터빈 블레이드 행의 입구에서의 온도인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방법의 하나의 실시예는 상기 제 1 추정 방법이 가스 터빈의 동적 모델에 기초하여 결정되는 예측된 처리 출력들과 측정된 처리 출력들을 비교하여, 상기 가스 터빈 성능 및 수명 지시 처리량의 정확한 추정치를 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 하나의 실시예는 상기 제 2 추정 방법이 상기 가스 터빈 성능 및 수명 지시 처리량을 추정하는 기본 방법이고, 예를 들어, 다음 유형의 상관 관계가 있고:
Figure pat00001
,
여기서 a, b, c는 매개변수이며, TAT는 터빈 배기 가스 온도이고 pK2는 압축기 출구 압력인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 하나의 실시예는 상기 연속 적응 기구가 2개의 추정 방법들의 출력 신호들을 정렬하도록 상기 제 2 추정 방법의 출력에서의 추가의 오프셋을 조절하기 위해 PI 제어기를 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방법의 추가의 실시예는 상기 제 1 추정 방법의 상기 제 1 출력의 상기 제 2 추정 방법의 출력으로의 상기 전환이 무충돌(bumpless) (정상) 전달로서 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가스 터빈은 압축기, 연소기 및 터빈을 포함하고, 상기 가스 터빈(19)은 제어/보호 유닛에 의해 제어 및 보호되고, 상기 제어/보호 유닛은 다양한 입력 매개변수들을 수신 및 처리하고 상기 수신된 입력 매개변수들에 따라 상기 가스 터빈을 제어 및/또는 보호한다.
상기 제어/보호 유닛은 본 발명의 방법에 따라 작동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 이제 다른 실시예들에 의해 그리고 첨부된 도면들을 참조하여 더 면밀히 설명된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 개략도: 더 복잡한 IPQ 추정자(11)의 출력과 일치시키도록 간단하고 강성의 IPQ 추정자(12)의 연속 적응; IPQ 추정자(11)의 평가시에 결함이 검출된다면, 적응부(14)는 중단되고 IPQ 추정자(11)의 출력은 IPQ 추정자(12)의 출력으로 전환됨(무충돌 전달).
도 2는 본 발명의 제 2 실시예의 개략도: 포함된 추정 방법(15)(관찰자)의 출력과 일치시키도록 IPQ 추정자(12)의 연속 적응; 관찰자(15)의 작동 중에 결함이 검출된다면, 적응부(14)는 중단되고 관찰자(15)의 출력은 IPQ 추정자(12)의 출력으로 전환됨(무충돌 전달).
도 3은 본 발명의 제 3 실시예의 개략도: 포함된 추정 방법(15)(관찰자)의 출력과 일치시키도록 강성의 IPQ 추정자(12) 및 더 복잡한 IPQ 추정자(12)의 연속 적응; 관찰자(15)는 센서 지연을 보상하고 그리고/또는 불완전한 측정을 백업하도록 IPQ 추정자(12')와 결합하여 적용되고; 관찰자 작동 중에 결함이 검출된다면, 적응부들(14 및 14')은 중단되고 관찰자의 출력은 IPQ 추정자(12')의 출력으로 전환됨(무충돌 전달).
도 4는 각각의 제어/보호 유닛 및 관련된 처리 변수들의 일부를 가진 가스 터빈의 기본 도면.
본 발명의 중요한 목적은 2개의 추정 방법들 - 높은 예측 정확성을 가진 방법(A), 및 높은 유효성(예를 들어, 낮은 입력 의존도)을 가진 방법(B) -의 동시 평가에 의해 추정 정확성 및 유효성 사이의 트레이드오프를 회피하는 것이고 2개의 방법들(A 및 B)의 출력들을 정렬하도록 방법(B)의 연속 적응을 회피하는 것이다.
방법(A)의 실패의 경우에(방법(A)의 입력에서의 센서 손실에 기인하여), 방법(B)의 적용이 중단되고, 방법(A)의 출력은 방법(B)의 출력으로 무충돌 전달에 의해 전환된다.
또한, 추정을 가속화하고 또한 추정 방법(A)의 동적 정확성을 개선하도록 방법(A)의 입력에서의 신호들의 모델 기반 예측을 하는 방법(A)을 증가시키는 것이 제안된다.
아래에, 본 발명의 3개의 잠재적 실시예들이 설명된다.
도 1에 도시된 실시예는 2개의 IPQ 추정자들(11 및 12)에 기초한다. IPQ 추정자(11)는 IPQ의 값을 계산하도록 더 복잡한 방법을 적용한다.
IPQ 추정자(12)는 IPQ, 예를 들어, 다음 유형의 상관 관계를 계산하도록 기본 방법을 적용하고:
Figure pat00002
,
여기서 a, b, c는 매개변수이며, TAT는 터빈 배기 가스 온도이고, pK2는 압축기 출구 압력이다.
적응 기구(14)는 예를 들어, IPQ 추정자(12)에 의해 사용된 상수(c)에 영향을 미치는 PI 제어기로서 구현될 수 있고:
Figure pat00003
,
여기서 KP 및 KI는 제어기 전달 함수의 매개변수들이고 s는 라플라스 변형의 복잡한 인수(주파수 변수)이다. 또한, 적응부는 절대적 또는 속도(구배)적 제한을 고려하도록 수정될 수 있다.
도 1에서 변수(d)는 측정된 외부 입력들(예를 들어, 주변 압력)의 벡터 신호이고, y는 측정된 처리량들(예를 들어, TAT, pK2 등)의 벡터 신호이다.
IPQ 추정자(11)의 평가는 관리되고 결함 지시 신호(F)는 2개의 스위치들(S1 및 S2)을 작동시키고 또한 IPQ 추정자(11)의 출력을 전환하고 또한 결함이 검출된다면 IPQ 추정자(12)의 적용을 중단하도록 사용된다. 도 1에서, 스위치들(S1 및 S2) 둘 다는 무전압 상태 위치에 나타난다.
출력 신호(IPQA)는 엔진 제어에 적용되고, 반면에 출력 신호(IPQB)는 엔진 제어 및 보호 목적들을 위해 사용된다.
도 2에 도시된 실시예는 가스 터빈의 동적 모델에 기초하는 관찰자(15)(매개변수 및 처리 추정자)와 함께 IPQ 추정자(12)를 증가시킨다. 관찰자(15)는 명령 지시된 처리 입력들(u)(예를 들어, 연료 질량 유속, 압축기 VGV(가변 안내 베인) 위치 등), 측정된 외부 입력들(예를 들어, 상대 습도, 주변 압력, 기계적 속도 등)의 벡터 신호를 고려하고, 예측된 처리 출력들과 실제, 측정된 출력들(y)(예를 들어, TK2, pK2, TAT, PWR 등)을 비교하여, 예측을 업데이트하고 또한 IPQ의 정확한 추정을 결정한다. 신호(e)는 추정된 처리량들, 추정된 시스템 매개변수들 등과 같은 보조 관찰자 출력들의 벡터 신호이다.
관찰자(15)의 작동은 관찰자 관리부(16)에 의해 관리되고, 결함 지시 신호(F)는 관찰자(15)의 출력을 전환하고(무충돌 전달) 또한 결함이 검출된다면 IPQ 추정자(12)의 적용을 중단하도록 사용된다. 스위치들(S1 및 S2) 둘 다는 무전압 상태 위치에 나타난다.
이 실시예에서, 출력 신호들(IPQC 및 IPQB) 둘 다는 엔진을 제어하도록 사용되고, 출력 신호(IPQB)는 엔진 보호 목적들을 위해 사용된다.
도 3에 도시된 바와 같이 제 3 실시예는 모델 기반 추정자(15)(매개변수 및 처리 추정자) 및 정교한 IPQ 추정자(12')의 결합으로 강성 IPQ 추정자(12)를 증가시킨다. 이 실시예에서, 관찰자(15)는 IPQ의 정확한 추정을 결정할 뿐만 아니라 측정된 외부 입력들(예를 들어, 주변 압력, 기계적 속도 등)의 벡터 신호(d), 측정된 처리량들(예를 들어, TK2, pK2, TAT, PWR 등)의 벡터 신호(y), 및 명령 지시된 처리 입력들(예를 들어, 연료 질량 유속, 압축기 VGV 위치 등)의 벡터 신호(u)에 기초하여 내부 처리량들 및 외부 양들의 yest 및 dest를 추정한다. 관찰자(15) 출력들(yest 및 dest)은 센서 지연을 보상하고(동적 가속) 그리고/또는 다른 응답 거동과 센서 신호들을 동적으로 정렬하고 및/또는 결함 측정들(결함 수용)을 백업하도록 IPQ 추정자(12')의 입력에서 도면 부호 17에 사용된다. 신호(e)는 추정된 처리량들, 추정된 시스템 매개변수들 등과 같은 보조 관찰자 출력들의 벡터 신호이다. 관찰자(15)의 작동은 관리되고(관찰자 관리부(16)), 결함 지시 신호(F)는 측정 조절부(17)를 바꾸도록, 그리고 결함이 검출된다면, IPQ 추정자들(12, 12')의 적응부(14 및 14')를 중단하도록 관찰자(15)의 출력을 전환하도록 사용된다(무충돌 전달). 도 3의 스위치들(S1 및 S2) 둘 다는 무전압 상태 위치에 나타난다.
이 실시예에서, 출력부들(IPQC 및 IPQB') 둘 다는 엔진을 제어하도록 사용되고 출력부들(IPQB' 및 IPQB)은 엔진 보호 목적들을 위해 사용된다.
도면들에 도시되고 설명서에서 설명된 3개의 예들 외에, 본 발명의 추가의 실시예들이 가능하다. 예를 들어, 도 1에 도시된 실시예는 관찰자(15) 및 IPQ 추정자(12')의 개별, 캐스케이드 관리(즉, 결함이 관찰자(15) 상에 검출된다면, 관찰자(15)는 IPQ 추정자(12)가 아닌 IPQ 추정자(12')에 대한 참조로 사용됨) 및 IPQ 추정자(12')의 출력에 기초한 IPQ 추정자(12)의 적응에 관한 해결책에 대한 도 3에 도시된 실시예와 결합될 수 있다. IPQ 추정자(12')에 관한 결함이 검출된다면, 또한 IPQ 추정자(12')의 사용이 중단되고 작동이 IPQ 추정자(12)에 의해 계속된다.
도 2 및 도 3에 도시된 실시예들에서 온도(IPQC)는 IPQ의 매우 동적인 추정치이다. 이와 같이, 예를 들어, 신속한 과도 현상 동작 동안 연소의 배출 거동 및 화염 안정성(파동)을 개선하도록 사용될 수 있다.
장점들 및 이점들:
아래에, 본 발명의 주요 특징들 및 중요한 장점들이 간략하게 요약된다.
● 2개의 IPQ 추정자들의 동시 평가에 의해, 높은 유효성이 온도 제어의 성능 또는 수명 관련 정확성을 타협하지 않고서 성취될 수 있다.
● 통합된 조절 기구가 연속으로 2개의 온도 추정부들을 정렬시키기 때문에, 온도 안전 여유의 증가가 요구되지 않는다.
IPQ 추정자(들)가 (도 2 및 도 3의 제 2 및 제 3 실시예들에 도시된 바와 같이) 관련 처리량을 직접 추정하는, 모델 기반 관찰자와 결합된다면, 복수의 추가의 이점들이 야기된다. 이것들은 다음과 같다.
● 모델 기반 관찰자의 적용에 의해, IPQ의 계산이 추정된 전류 엔진 작동 조건의 함수로서 연속으로 조절된다(주의: 다른 열 상태, 부품 열화 및 에이징 또는 다른 악화중인 효과들에 기인하여, 가스 터빈의 실제 조건은 IPQ 추정자가 엔진에 대해 켈리브레이트될 때 존재하는 조건으로부터 벗어남).
● 이것은 전체 작동 범위에 걸쳐 그리고 전체 엔진 수명 주기를 따라 매우 정확한 온도 제어를 가능하게 한다.
● 그 결과, 안전 여유가 동일한 부품 수명 사양에 대해 감소될 수 있고 엔진 성능이 그 결과 증가한다.
● 또한, (비교적 느린) 센서 힘을 받지 않는 IPQ의 추정치는 심각한 엔진 과도 현상 동안 IPQ의 빽빽한 제어를 용이하게 한다.
● 원하지 않는 천이 온도 행정의 감소는 직접 고온 가스 유동 내의 부품들 상의 적은 열 응력에 관한 것이고, 따라서 연장된 부품 수명 및 연소 관련 변수들의 개선된 제어에 관한 것이다.
● 또한, 모델 기반 관찰자는 추정 방법의 유효성을 훨씬 더 증가시킬 수 있는, 결함 측정들(제 3 실시예에서 도입되는 바와 같이)을 수용할 가능성을 제공한다.
10, 10',10'': 추정 방법
11: IPQ 추정자
12, 12': IPQ 추정자
13: IPQ 추정자(11)의 관리부
14, 14': 적응 기구
15: 관찰자
16: 관찰자 관리부
17: 측정 조절부
18: 제어/보호 유닛
19: 가스 터빈
20: 압축기
21: 연소기
22: 터빈
23: 공기 입구
24: 연료 공급부
25: 배기 가스 출구
d: 측정된 외부 입력들(예를 들어, 주위 기압, 기계적 속도)
dest: 추정된 d
e: 보조 관찰자 출력들(예를 들어, 추정된 처리량)
F: 결함 지시 신호
KI: 적응 매개변수
KP: 적응 매개변수
pK2: 압축기 출구 압력
S1,2: 스위치
PWR: 가스 터빈 전력 출력
s: 라플라스 변수
TA: 가스 터빈 성능 및 수명 지시 처리량의 추정치
TB, TB': 가스 터빈 성능 및 수명 지시 처리량의 추정치
TC': 가스 터빈 성능 및 수명 지시 처리량의 추정치
TAT: 터빈 배기 가스 온도
IPQ: 가스 터빈 성능 및 수명 지시 처리량
IPQA: 가스 터빈 성능 및 수명 지시 처리량의 추정치(출력 신호)
IPQB, IPQB': 가스 터빈 성능 및 수명 지시 처리량의 추정치(출력 신호)
IPQC: 가스 터빈 성능 및 수명 지시 처리량의 추정치(출력 신호)
TK1: 압축기 입구 온도
TK2: 압축기 출구 온도
u: 명령 지시된 처리 입력들(예를 들어, 연료 질량 유속, 압축기 VGV 위치)
VGV: 압축기 가변 안내 베인들
y: 실제 측정된 처리량들(예를 들어, TK2, pK2, TAT, PWR)
yest: 추정된 y

Claims (15)

  1. 가스 터빈(19)의 제어 및 보호에 대한 방법으로서, 가스 터빈 성능 및 수명 지시 처리량(IPQ)이 이용 가능한 처리 신호들의 세트로부터 추정되는 상기 방법에 있어서,
    추정 정확성과 유효성 사이의 트레이드오프(trade-off)를 회피하기 위해서 상기 가스 터빈 성능 및 수명 지시 처리량은 2개의 다른 추정 방법들(11, 12, 12', 15)에 의해 동시에 평가되고, 이에 의해 제 1 추정 방법(11, 15)은 높은 예측 정확성을 갖고, 제 2 추정 방법(12, 12')은 높은 유효성을 갖고, 상기 제 2 추정 방법(12, 12')의 연속 적응부(14, 14')는 상기 제 1 추정 방법의 출력 신호(TA, TC)와 상기 제 2 추정 방법의 출력 신호(TB, TB')를 정렬하도록 실시되고,
    상기 제 1 추정 방법(11, 15)의 평가시에 결함(F)이 관리부(13, 16)에서 검출되는 경우에, 상기 제 2 추정 방법(12, 12')의 상기 적응부(14, 14')가 중단되고, 상기 제 1 추정 방법(11, 15)의 출력이 상기 제 2 추정 방법(12, 12')의 출력으로 전환되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 터빈 성능 및 수명 지시 처리량(IPQ)은 연소기 출구에서의 고온 가스 온도인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 터빈 성능 및 수명 지시 처리량(IPQ)은 제 1 터빈 고정자(베인) 행의 입구에서의 온도인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 터빈 성능 및 수명 지시 처리량(IPQ)은 제 1 터빈 블레이드 행의 입구에서의 온도인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 추정 방법(11, 15)은 상기 추정을 위해 관찰자를 사용하고, 상기 관찰자는 예측된 처리 출력들과 실제 측정된 출력들(y)을 비교하여, 상기 가스 터빈 성능 및 수명 지시 처리량(IPQ)의 정확한 추정치를 결정하고, 이에 의해 상기 예측된 처리 출력들은 입력들로서 명령 지시된 처리 입력들(u) 및 측정된 외부 입력들의 벡터 신호(d)를 사용하는 상기 가스 터빈의 동적 모델에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 추정 방법(12)은 상기 추정을 위해 다음과 같은 형태의 IPQ 추정 함수를 사용하고:
    Figure pat00004

    여기서 a, b, c는 매개변수인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 연속 적응부는 적응 기구(14)를 포함하고, 상기 적응 기구는 다음의 식에 따라 상기 제 2 추정 방법(12)의 상기 IPQ 추정 함수의 상수(c)에 영향을 미치는 PI 제어기를 사용하고,
    Figure pat00005

    여기서 KP 및 KI는 상기 PI 제어기 전달 함수의 매개변수들인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연속 적응부는 PI 제어기를 사용하는 적응 기구(14, 14')를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결함 지시 신호(F)는 2개의 스위치들(S1, S2)을 작동시켜 상기 제 1 추정 방법(11, 15)의 출력을 전환하고 또한 상기 제 2 추정 방법(12, 12')의 적응을 중단하도록 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결함 지시 신호(F)는 하나의 스위치를 작동시켜 상기 제 1 추정 방법(11, 15)의 출력을 전환하고 또한 상기 제 2 추정 방법(12, 12')의 적응을 중단하도록 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 추정 방법(11, 15)의 제 1 출력의 상기 제 2 추정 방법(12, 12')의 출력으로의 상기 전환은 무충돌(bumpless) (정상) 전달로서 구현되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 5 항에 있어서, 상기 관찰자(15)는 측정된 외부 입력들(d)의 벡터 신호, 측정된 처리량들(y)의 벡터 신호, 및 명령 지시된 처리 입력들(u)의 벡터 신호에 기초하여 내부 처리량들(yest) 및/또는 외부 양들(dest)의 추정치들을 결정하고, 이에 의해 상기 관찰자(15)의 상기 추정치들(yest, dest)은, 센서 지연을 보상하고 또한 상기 제 2 추정 방법(12')의 출력의 동적 정확성을 개선하고 그리고/또는 결함 측정치들을 백업하도록(결함 수용), 상기 제 2 추정 방법(12')의 입력에서의 측정 조절부(17)에서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 추정 방법(12)의 출력(IPQB)은 엔진 보호 목적들을 위해 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 제어 방법(11, 15) 및/또는 상기 제 2 추정 방법(12)의 하나 이상의 출력들(IPQA, IPQB, IPQB', IPQC)은 엔진 제어 목적들을 위해 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 압축기(20), 연소기(21) 및 터빈(22)을 포함하는 가스 터빈(19)으로서, 상기 가스 터빈(19)은 제어/보호 유닛(18)에 의해 제어 및 보호되고, 상기 제어/보호 유닛(18)은 다양한 입력 매개변수들을 수신 및 처리하고 상기 수신된 입력 매개변수들에 따라 상기 가스 터빈(19)을 제어 및/또는 보호하는, 상기 가스 터빈(19)에 있어서,
    상기 제어/보호 유닛(18)은 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 작동하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
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